CN110954976B - 晶圆层级匀相接合的光学结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶圆层级匀相接合的光学结构，包括设置在光学透明的晶圆上的两个光学透镜组，和设置在光学透明的晶圆上以及两个光学透镜组之间的间隔片。在非匀相粘合剂不存在的情况下，间隔片以匀相的方式接合到光学透明的晶圆上，并与光学透明的晶圆整合成一体。
Description
技术领域
本发明大致上涉及一种晶圆层级匀相接合的光学结构，以及一种形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法。特别地，本发明提供一种不会有弓形扭曲(bow distortion)，或不会有层间对准误差(interlayer misalignment)的晶圆层级匀相接合的光学结构，来克服现有技术中的问题。本发明也提供一种在无需热处理和不用非匀相粘合剂的情况下，来形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，以克服现有技术中的多种问题。
背景技术
除了制造需要从大量的个别元件来独立地组装出光学透镜组之外，还有可能借助于传统的半导体制造程序，来同时在光学玻璃的晶圆上制造大面积的光学透镜组。这种顶级的技术即称为“晶圆层级的光学透镜组”。这种光学透镜组可以应用在3D感应器中。
晶圆层级的制造和多个微光学元件的整合，则是一种组装互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感应器、模塑至玻璃晶圆上的多个聚合物透镜、多个间隔片以隔离多个聚合物透镜和盖层而有前途的替代方案。当间隔片贴合到透镜层以固定在透镜层上时，需要用到干膜(dry film)来帮助间隔片牢固地固定在透镜层上。由于这个原因，需要进行热处理来使干膜牢固地将间隔片固定在透镜层上。
当晶圆经由热处理来处理干膜时，会引发几个问题。首先，由于差异性材料(例如，模塑到玻璃晶圆上的聚合物层)的复合组合和热膨胀差异的原因，整片基板(在玻璃晶圆上的聚合物层)由于内部应力的不平均，将遭受弓形扭曲的变形现象。具有弓形扭曲的变形基板，会显示出缺陷的外观。
其次，由于弓形扭曲的变形现象，离晶圆中心的距离越远，则变形的程度越严重。由于这种区域性的位移问题，间隔片与聚合物镜片之间的整体良好对准就变成不可能了。即使当一部分的间隔片能与相应的聚合物镜片好好地对准时，其他部分的间隔片也难以与其相应的聚合物镜片良好对准。
第三，聚合物层本身在当温度升高到接近其玻璃转化温度(Tg)的热处理过程中易于变形。聚合物层本身的变形再加上基板整体的弯曲变形，会使得对准误差的问题更加严重。
有鉴于上述的情况，仍然需要提出一种在无需热处理的情况下，就能形成晶圆层级光学结构的新方法，以克服现有技术中的上述问题。
发明内容
有鉴于现有技术中所遇到的各种问题，本发明于是提出了一种新颖的晶圆层级匀相接合的光学结构，以及一种在无需热处理的情况下就能形成晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。由于本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法，在制造过程中不采用整体的热处理(overall thermaltreatment)，所以所获得的晶圆层级匀相接合的光学结构不会产生弓形的畸变，从而产生更佳的光学性能和层间对准精确度。
本发明在第一方面，提供了一种在无需热处理的情况下就能形成晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。首先，提供光学透明的晶圆。在光学透明的晶圆上，设置有多个光学透镜组。例如，在光学透明的晶圆上设置至少两个光学透镜组。特别地，每个光学透镜组是孤立的，并且彼此不互相接触。光学透镜组包括与一片残留层整合成一体的一个透镜。其次，在光学透明的晶圆上提供至少一片间隔片。间隔片与光学透明的晶圆直接接触，使得间隔片设置在两个相邻的光学透镜组之间，以隔离两个相邻的光学透镜组。接下来，在位于间隔片和光学透明的晶圆之间的界面上进行激光处理，使得在没有非匀相粘合剂存在的情况下，间隔片以匀相的方式接合到(homogeneously bonded to)光学透明的晶圆上。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的一个实施方式中，光学透明的晶圆和间隔片这两者均由玻璃所制成，使得间隔片得以在激光处理之后，与光学透明的晶圆在没有非匀相粘合剂存在的情况下整合成一体。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，其中激光处理的最大功率为100W，具有的波长不大于1060nm。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，每个光学透镜组包括围绕残留层的延伸肩部，而此延伸肩部不与相邻间隔件的另一个延伸肩部接触。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，还进一步包含以下的步骤。首先，提供一片光学透明的基板。此光学透明的基板位于间隔片上，并与间隔片直接接触。接下来，在位于间隔片和光学透明的基板之间的界面上进行基板激光处理，使得间隔片在没有非匀相粘合剂的情况下，得以匀相地方式接合到光学透明的基板上。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，间隔片和光学透明的基板这两者均由玻璃所制成，使得间隔片得以在基板激光处理之后，在没有非匀相粘合剂存在的情况下，以匀相地方式接合到光学透明的基板上。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，其中激光处理的最大功率为100W，具有的波长不大于1060nm。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，还进一步包含形成多个成像光学透镜组，例如，在光学透明的基板上形成至少两个成像光学透镜组。又成像光学透镜组分别对应于光学透镜组。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的另一个实施方式中，还进一步包含形成多个底部光学透镜组，例如，位于光学透明的晶圆上的至少两个底部光学透镜组。底部光学透镜组位于光学透镜组下方，并分别对应于光学透镜组。
本发明在第二方面，则提供了在无需热处理的情况下就能形成晶圆层级匀相接合的光学结构的另一种新方法，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。首先，提供光学透明的晶圆。在光学透明的晶圆上，设置有多个光学透镜组。例如，在光学透明的晶圆上设置至少两个光学透镜组。特别地，每个光学透镜组均是孤立的，并且彼此不互相接触。光学透镜组包括与一片残留层整合成一体的一个透镜。其次，提供光学透明的基板。可以有多个间隔片，例如，有至少一片间隔片设置在光学透明的基板上。接下来，将光学透明的基板与光学透明的晶圆组合，使得光学透明的晶圆与间隔片直接接触，同时间隔片位于两个相邻光学透镜组之间，以隔离两个相邻的光学透镜组。然后，在位于间隔片和光学透明的晶圆之间的界面上进行激光处理，使得在没有非匀相粘合剂存在的情况下，间隔片以匀相的方式接合到光学透明的晶圆上。
在本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法的一个实施方式中，光学透明的晶圆和间隔片这两者均是由玻璃所制成，使得间隔片得以在激光处理之后，在没有非匀相粘合剂存在的情况下，贴合至(attached to)光学透明的晶圆上。
本发明在第三方面提出了一种新颖的晶圆层级匀相接合的光学结构，而其没有弓形畸变或没有层间对准失误的瑕疵，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。本发明晶圆层级匀相接合的光学结构包括光学透明的晶圆、多个光学透镜组和至少一片间隔片。在光学透明的晶圆上设置有多个光学透镜组，例如，在光学透明的晶圆上设置有至少两个光学透镜组。特别地，每个光学透镜组均包括与一片残留层整合成一体的一个透镜。在光学透明的晶圆上设置有至少一片间隔片，例如，在光学透明的晶圆上设置有至少一片的间隔片。特别地，间隔片设置在两个相邻的光学透镜组之间。间隔片在没有非匀相粘合剂存在的情况下，以匀相的方式接合到光学透明的晶圆上。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的一个实施方式中，光学透明的晶圆是一片平坦玻璃。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，间隔片由玻璃所制成，而使得间隔片在非匀相粘合剂不存在的情况下，得以与光学透明的晶圆整合在一起。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，每个光学透镜组包括延伸肩部，同时延伸肩部不与相邻的间隔片的其中一者接触。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，每个光学透镜组均孤立，使得间隔片中的其中一者，隔离相邻的光学透镜组中的其中两者。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，晶圆层级匀相接合的光学结构，还进一步包含一片光学透明的基板。光学透明的基板设置在间隔片上，并与间隔片直接接触。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，间隔片和光学透明的基板这两者均是由玻璃所制成，使得间隔片在非匀相粘合剂不存在的情况下，得以匀相地接合到光学透明的基板上。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，晶圆层级匀相接合的光学结构还进一步包含多个成像光学透镜组。成像光学透镜组设置在光学透明的基板上，并且分别对应于光学透镜组。
在本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的另一个实施方式中，晶圆层级匀相接合的光学结构还进一步包含多个底部光学透镜组。底部光学透镜组设置在光学透明的晶圆上，并位于光学透镜组下方。底部光学透镜组分别对应于光学透镜组。
由于本发明形成晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法，不使用热处理来将间隔片固定在光学透明的晶圆上，因此基本上消除了光学透明的晶圆与聚合物层在一起所造成的弓形畸变。此外，也不会有热处理而导致堆叠层间有不良的区域对准错位，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。另外，聚合物层本身也不再变形，即可减轻对准错位的问题。因此，所得的新颖晶圆层级匀相接合光学结构，既不会有不理想的弓形畸变，也不会有不理想的层间对准错位的状况，于是得以展现出更好的产品品质、杰出的外观和光学性能。
附图说明
图1至图6示出形成本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法的第一实例。
图2示出进行移除步骤，以移除直接位于两个相邻透镜之间的残留层。
图2A示出部分地移除残留层，使得每个光学透镜组均没有肩部。
图3示出在光学透明的晶圆上提供至少一个间隔片。
图3A示出间隔片位于切割道中、并介于两个光学透镜组之间、但没有肩部的情况。
图3B示出图3的俯视图。
图4示出在间隔片和光学透明的晶圆之间的界面上进行激光处理。
图4A示出在没有任何肩部存在的情况下进行激光处理。
图4B示出连接至暴露的氧原子或暴露的硅原子的水分子与羟基，而形成了一层原生的羟基层。
图4C示出去除表面上至少大部分的水分子与羟基，而产生新的桥式Si-O-Si键结。
图5示出形成位于光学透明的基板上的多个成像光学透镜组。
图5A示出在间隔片和光学透明的基板之间的界面上进行基板激光处理。
图5B示出在没有任何肩部的情况下来进行激光处理。
图6示出多个底部光学透镜组。
图6A示出没有延伸肩部的光学透镜组。
图7至图9A示出出形成本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法的第二实例。
图7A示出每个光学透镜组中均没有肩部。
图8示出提供光学透明的基板。
图8A示出出残留层没有延伸肩部。
图9示出光学透明的基板与光学透明的晶圆结合，使得光学透明的晶圆与间隔片直接相连。
图9A示出在没有任何肩部存在的情况下进行激光处理。
附图标记说明：
100：光学结构
110：晶圆
120：光学透镜组
121：透镜
125：残留层
126：肩部
128：切割道
130：间隔片
140：光学透明的基板
141：透镜
144：成像光学透镜组
145：残留层
146：延伸肩部
148：切割道
150：底部光学透镜组
151：透镜
155：残留层
156：肩部
具体实施方式
为了消除不理想的弓形畸变或不理想的层间对准错位的问题，本发明提供了在晶圆层级的尺度上，形成一种匀相接合光学结构的新方法。本发明的新颖方法即是提出了一种替代方法，在没有异质粘合剂的情况下，将间隔片永久地固定到光学透明的晶圆或光学透明的基板上，以避免光学透明的晶圆发生由异质粘合剂所需的热处理而引起的不理想的弓形畸变，或不理想的层间对准错位的问题。由于以匀相的方式来接合，本发明新颖的晶圆层级匀相接合的光学结构中的间隔片，得以与光学透明的晶圆或光学透明的基板整合成一体，以展现出更好的产品品质、层间对准精度和光学性能。
请参照图1至图6，其示出形成本发明晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法的第一实例。请参考图1。首先，提供光学透明的晶圆110。光学透明的晶圆110可以是由光学透明的材料、例如由玻璃或二氧化硅材料制成的玻璃晶圆，用作为光学透镜结构中的载体。较佳地，用于光学透明的晶圆110的光学透明的材料，可以是具有尽可能小的热膨胀系数的玻璃。“光学透明”一词指的是允许特定波长的光穿过、而实质上不降低光强度的材料。
在光学透明的晶圆110上设置有多个光学透镜组120。例如，至少有两个光学透镜组120设置在光学透明的晶圆110上，并与光学透明的晶圆110直接接触。较佳地，可以有多个设置在光学透明的晶圆110上的光学透镜组120来形成阵列。
如图1所示，多个设置在光学透明的晶圆110上的光学透镜组120包括与单一片的残留层125整合成一体的多个透镜121。每个光学透镜组120包括与残留层125整合成一体的单一个透镜121。多个透镜121和残留层125均由相同的光学透明的材料制成，而作为光学透镜组120之用。例如，光学透明的材料可以是聚合物材料。每个透镜121的表面曲率，可以是正曲光率或是负曲光率。
较佳地，用于光学透镜组120的聚合物材料，可以是丙烯酸酯类材料或甲基丙烯酸酯类材料。透镜121和残留层125为一体成形或单件式成形，使得透镜121和残留层125彼此整合成一体而且不可分离。例如，透镜121和残留层125可以经由模板(未示出)，由聚合丙烯酸酯类材料或甲基丙烯酸酯类材料的单体或寡聚物来形成，以协助每个透镜121的表面曲率的形成。
其次，请参考图2，进行移除步骤，以移除直接位于两个相邻透镜121之间的残留层125。移除步骤用来分割多个目前彼此相互连接的光学透镜组120，以同时形成多个独立的光学透镜组120，以及多条切割道128。每条切割道128均夹在两个相邻又独立的光学透镜组120之间。特别是，深入地移除残留层125，就会使得位于切割道128下方、光学透明的晶圆110暴露出来。
可以使用激光来进行移除步骤。例如，可以在激光的存在下进行移除步骤，将残留层125移除。较佳地，如图2所示，部分地移除残留层125，使得每个光学透镜组120均具有肩部126，或是如图2A所示，部分地移除残留层125，使得每个光学透镜组120均没有肩部。
例如，每个光学透镜组120中的残留层125比位于其上的透镜121宽，而每个光学透镜组120中残留层125的较宽区域即作为光学透镜组120的延伸肩部(extending shoulder)126。否则如图2A所示，夹在两个相邻的光学透镜组120之间的残留层125被完全移除，使得每个光学透镜组120均没有肩部。较宽的肩部126会使得切割道128变窄。在移除步骤之后，每个光学透镜组120均被孤立，并且彼此不接触。每个光学透镜组120均包括与残留层120整合成一体的单一个透镜121，但延伸肩部126则是可有可无的。
接下来，请参考图3，在光学透明的晶圆110上提供至少一个间隔片130。特别是，每个间隔片130均与光学透明的晶圆110直接接触，因此在间隔片130与光学透明的晶圆110之间，没有粘胶、干膜或任何其他的粘合剂。再者，间隔片130还部分地位于切割道128之中。换言之，间隔片130位于两个相邻的光学透镜组120之间，以隔离两个相邻的光学透镜组120。
较佳地，无论有或没有肩部126，间隔片130均不会与任何一个的光学透镜组120直接接触。图3示出了间隔片130位于切割道128中、并介于两个光学透镜组120与两个独立的肩部126之间的情况。图3A示出了间隔片130位于切割道128中、并介于两个光学透镜组120之间、但没有肩部的情况。
图3B示出图3的俯视图。间隔片130的尺寸取决于光学透镜组120和切割道128的尺寸。例如，透镜121的直径可以是大约100μm(微米)。具有光学透镜组120的肩部126的残留层125的形状，可以是尺寸大约是1.4mm(公厘)×2.2mm的矩形。两个相邻的光学透镜组120(从一个透镜121的中心到另一个相邻的透镜121的中心)的间距，则大约为2.3mm，又切割道128的宽度可以大约为140μm。较佳地，间隔片130的宽度小于切割道128的宽度。例如，间隔片的宽度可以是130μm。然而，上述元件的尺寸不限于前述列出的数值。
稍后，请参考图4，在间隔片130和光学透明的晶圆110之间的界面上进行激光处理。这是刻意进行的激光处理，为的是使所有的间隔片130和光学透明的晶圆110之间的永久连接成为可能。换言之，在此激光处理之后，所有间隔片130能够在没有非匀相粘合剂、也就是没有异质粘合剂存在的情况下，匀相地接合到光学透明的晶圆110上。
较佳地，反复地进行激光处理，使得所有间隔片130和光学透明的晶圆110之间均能得到匀相的接合。“匀相的接合”一词指的是，在实质上没有不同材料(异质材料)、例如像胶水或干膜这样的非匀相粘合剂存在的情况下，两种类似材料之间的永久固定。图4示出在有肩部126存在的情况下进行激光处理。图4A则示出在没有任何肩部存在的情况下进行激光处理。
一般而言，玻璃或氧化硅材料由二氧化硅形成。由于其对湿气的亲和力，如图4B所示，玻璃的表面通常均有相当多以物理方式或化学方式连接至暴露的氧原子或暴露的硅原子的水分子与羟基，从而形成了一层原生的羟基层(native hydroxyl group layer)。
当两片玻璃或氧化硅材料彼此接近时，位于两个原生的羟基层中的相当多的水分子与羟基会彼此排斥，因为水分子与羟基中极化的氢原子之间的排斥力，而使得这两片玻璃或氧化硅材料不能彼此合并在一起。基于这种现象，即使是由相同材料所制成，或是换言之，即使这两者具有匀相的质地(homogeneous constitution)，间隔片130也不能永久地附着到光学透明的晶圆110上。
本发明的发明人发现，当以合适的激光处理程序来修饰位于间隔片130和光学透明的晶圆110之间的界面时，间隔片130就可以匀相地接合到光学透明的晶圆110上。合适的激光处理程序，如图4C所示，能够去除表面上至少大部分的水分子与羟基，而产生新的桥式Si-O-Si键结。
新的桥式Si-O-Si键结的作用基本上仿佛像玻璃或氧化硅材料(例如二氧化硅)内的任何其他氧原子与硅原子之间的化学键一样。新的桥式Si-O-Si键结会使得位于间隔片130和光学透明的晶圆110之间的界面上的氧原子和硅原子之间具有匀相的接合。
既然新生成的桥式Si-O-Si键结与玻璃或氧化硅材料内部之中任何的氧原子与硅原子间的化学键之间基本上来说并没有化学上的差异，所以间隔片130就可以被认为“匀相地接合”到光学透明的晶圆110上，就仿佛像原本的间隔片130和光学透明的晶圆110是一体成形的，或是打成一片一般，换言之，就如同间隔片130和光学透明的晶圆110在材料上彼此实质上一体化(materially integrated)了。
例如，适合进行修饰步骤的激光处理程序，激光处理的最大功率为100W，可具有的波长不大于1060nm。
随后，请参考如图5A所示出，用另一片光学透明的基板140来覆盖间隔片130、光学透镜组120和光学透明的晶圆110。光学透明的基板140例如可以是任何一片具有多个光学透镜组120的另一片光学透明的晶圆110，或者如同盖玻璃(cover glass)一般，来保护最顶层的光学透明的晶圆110上的光学透镜组120。换言之，可以有一片或多片具有多个光学透镜组120的光学透明的晶圆110来形成光学元件层的堆叠层。间隔片130和光学透明的基板140两者均可由相同的光学透明的材料、例如玻璃或氧化硅材料来制成。较佳来说，用于光学透明的基板140的光学透明的材料可以是热膨胀系数尽可能小的玻璃。
例如，首先提供光学透明的基板140，如图5所示出。形成位于光学透明的基板140上的多个成像光学透镜组144，例如形成至少两个成像光学透镜组144。切割道148夹置于两个相邻的单独成像光学透镜组144之间。
每个成像光学透镜组144均包括与残留层145整合成一体的单个透镜141，延伸肩部146则可有可无。每个成像光学透镜141的表面曲率可以是正曲光率或负曲光率。每个成像光学透镜组144均分别对应于光学透镜组120。关于形成成像光学透镜组144的细节，请参考光学透镜组120的形成过程。
其次，如图5A所示，光学透明的基板140位于间隔片130上，并与间隔片130直接接触。在本步骤中的光学透明的基板140暂时性的与间隔片130相连接。特别是，因为没有进行过会引起不理想的弓形畸变或不理想的聚合物层变形，而危及位于相邻层上透镜组120之间对准的热处理，所以在光学透明的基板140上的成像光学透镜组144可以轻易地就与光学透明的晶圆110上的光学透镜组120彼此良好对准。
由于光学透明的基板140目前仍然只是暂时性的与间隔片130相连接，所以如图5A所示，进行另一次合适的激光处理程序，例如在间隔片130和光学透明的基板140之间的界面上进行基板激光处理。基板激光处理就像先前适当的激光处理程序一样，用来修饰位于间隔片130和光学透明的基板140之间的界面。图5B示出在没有任何肩部的情况下来进行激光处理。
例如，基板激光处理经由去除表面上至少大部分的水分子与羟基的方式来修饰界面，以生成新的桥式Si-O-Si键，使得光学透明的基板140在基板激光处理之后，又于非匀相粘合剂不存在的情况下，能够以匀相的方式被接合到间隔片130上。例如，对于适合进行修饰步骤的激光处理程序而言，激光处理的最大功率为100W，可具有的波长不大于1060nm。
视情况需要，如图6所示，还可以有多个底部光学透镜组150，例如，在光学透明的晶圆110上设置有至少两个底部光学透镜组150。底部光学透镜组150位于光学透镜组120下方，并且分别对应于光学透镜组120。特别是，多个底部光学透镜组150均与位于底部光学透镜组150上方的多个光学透镜组120确实对准。每个底部光学透镜组150，均包括与残留层155整合成一体的单一个透镜151，延伸肩部156则也是可有可无。每个透镜151的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率。
多个底部光学透镜组150可以在光学透镜组120形成时一起形成，或者是在间隔片130匀相地接合到到光学透明的晶圆110之前形成。图6A示出出没有延伸肩部的光学透镜组。关于形成底部光学透镜组150的细节，请参考形成光学透镜组120的内容。关于成像光学透镜组144和底部光学透镜组150的细节，则请参考光学透镜组120的内容。
正因为光学透明的基板140和光学透明的晶圆110均可以不进行热处理，所以光学透明的基板140或光学透明的晶圆110，也均可能没有表现出不理想的弓形畸变，或没有不理想的聚合物层变形。因此，本发明的方法有利于位于光学透明的基板140上的成像光学透镜组120与位于光学透明的晶圆110上的光学透镜组120之间，实现晶圆对晶圆层级的精确对准。
本发明在第二方面则提供了另一种可以在无需热处理的情况下，形成晶圆层级匀相接合光学结构的新方法，以克服现有技术中的多种问题。请参照图7至图9A，其示出形成本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法的第二实例。请参考图7。首先，提供光学透明的晶圆110。光学透明的晶圆110可以是由光学透明的材料、例如玻璃或二氧化硅材料制成的玻璃晶圆。
在光学透明的晶圆110上设置有多个光学透镜组120。例如，在光学透明的晶圆110上设置有至少两个光学透镜120组，并与光学透明的晶圆110直接接触。较佳来说，在光学透明的晶圆110上可以设置有多个光学透镜组120来形成阵列。
每个光学透镜组120均包括与残留层125整合成一体的单一个透镜121，延伸肩部126则可有可无。多个透镜121和残留层125均由相同的光学透明的材料所制成，而作为光学透镜组120之用。例如，光学透明的材料可以是聚合物材料。每个透镜121的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率。
较佳地，聚合物材料可以是丙烯酸酯类材料或甲基丙烯酸酯类材料。透镜121和残留层125为一体成形或单件式成形，使得透镜121和残留层125彼此整合成一体而且不可分离。例如，透镜121和残留层125可以经由在模板(未示出)，由聚合丙烯酸酯类材料或甲基丙烯酸酯类材料的单体或寡聚物来形成，以协助每个透镜121的表面曲率的形成。
每个光学透镜组120还进一步包含延伸肩部126来围绕残留层125。由于切割道128的分隔，一个延伸肩部126不会与相邻光学透镜组120的另一个延伸肩部126相接触。换言之，切割道128夹在两个相邻的个别光学透镜组120之间。
例如，在每个光学透镜组120中的残留层125均会比位其上方的透镜121要宽，同时每个光学透镜组120中残留层125的较宽区域即作为光学透镜组120的延伸肩部126之用。肩部126越宽，则切割道128越窄。或者如图7A所示，在每个光学透镜组120中均没有肩部。无论延伸肩部126存在与否，每个光学透镜组120均是孤立的，并且彼此不互相接触。关于光学透镜组120和光学透明的晶圆110的细节，请参考前述的说明内容。
其次，请参照图8，提供光学透明的基板140。可以有多个间隔片130，例如，有间隔片130与设置在光学透明的基板140上的至少两个成像光学透镜组144。光学透明的基板140可以如同任何一片光学透明的晶圆110一般，具有多个光学透镜组120，或者有用于保护位于光学透明的晶圆110最顶层上的光学透镜组120的盖玻璃(cover glass)。换言之，可以存在具有多个光学透镜组120的一片或者是多片的光学透明的晶圆110，而用来形成光学元件层的堆叠层。较佳而言，间隔片130和光学透明的基板140两者均由光学透明的相同材料制成，例如由玻璃或氧化硅材料制成。
每个成像光学透镜组144均包括与残留层145整合成一体的单个透镜141，残留层145的延伸肩部146则可有可无。每个成像光学透镜141的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率。每个成像光学透镜组144均分别对应于光学透镜组120。关于形成成像光学透镜组144的细节，请参考光学透镜组120的形成过程。图8A则示出残留层145没有延伸肩部。
接下来，请参照图9，将光学透明的基板140与光学透明的晶圆110结合，使得光学透明的晶圆110与间隔片130直接相连，而且在间隔片130和光学透明的晶圆110之间，没有提供胶水、也没有提供干膜或其余任何的粘合剂。再者，每个间隔片130均部分地安置在切割道128中。换言之，一片间隔片130即位于两个相邻的光学透镜组120之间，以隔离两个相邻的光学透镜组120。
然后，在间隔片130和光学透明的晶圆110之间的界面上进行激光处理。此激光处理是有意进行的，为的是使所有间隔片130和光学透明的晶圆110之间的永久接合成为可能。换言之，在激光处理之后，所有的间隔片130均能够在不用非匀相粘合剂的情况下，以匀相地方式被接合到光学透明的晶圆110上。图9示出在肩部存在的情况下进行激光处理。图9A示出在没有任何肩部存在的情况下进行激光处理。
例如，经由激光处理的方式，去除表面上至少大部分的水分子与羟基的方式来修饰界面，以生成新的桥式Si-O-Si键，使得光学透明的晶圆110在不用非匀相粘合剂的激光处理之后，能够均匀地接合到间隔片130上。例如，对于适合进行修饰步骤的激光处理程序，激光处理的最大功率为100W，可具有的波长不大于1060nm。较佳来说，无论有或没有肩部126，间隔片130均不会与任何一个的光学透镜组120直接接触。
在激光处理之后，间隔片130就可以视为“匀相地接合”到了光学透明的晶圆110上，仿佛像原本的间隔片110和光学透明的晶圆110就是一体形成的，或是打成一片一般，就如同间隔片130和光学透明的晶圆110在材料上彼此实质上一体化了。
在历经上述形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法之后，就可以得到在晶圆层级上匀相接合的光学结构100。因此，本发明在第三方面还提供了一种新颖的、在晶圆层级上能匀相接合的光学结构100，而没有弓形畸变或是没有层间对准错位，以克服上述现有技术中所遇到的各种问题。
请参考图5A、图5B、图9或图9A，其分别示出出了本发明新颖的晶圆层级匀相接合的光学结构100的一种实例。本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构100至少包括有光学透明的晶圆110、多个光学透镜组120和多个间隔片130。在本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构100的一个实施例中，光学透明的晶圆130可以是平板玻璃。
可以有覆盖间隔片130、光学透镜组120和光学透明的晶圆110的光学透明的基板140。在光学透明的晶圆110上设置有多个光学透镜组120，例如，在光学透明的晶圆110上设置有至少有两个光学透镜组120。具体来说，每个光学透镜组120均包括位于残留层125上、并与残留层125整合成一体的单一个透镜121，而一起形成了希腊字母“Ω”(omega)的形状。没有延伸肩部126的光学透镜组120则形成子弹的形状。每个透镜121的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率，而且每个残留层125可以具有延伸肩部126或没有延伸肩部。
类似地，在光学透明的基板140上也可以设置有多个成像光学透镜组144，且其分别对应于光学透镜组120。具体而言，每个成像光学透镜组144也均包括位于残留层145上，并与残留层145整合成一体的单个透镜141。每个成像光学透镜141的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率，而且在成像光学透镜组141中的每个残留层145，其延伸肩部146均可以是可有可无的。
图5A和图9示出，本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构100具有延伸肩部126或延伸肩部146。图5B和图9A则示出，本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构100完全均没有延伸肩部。
光学透明的晶圆110、间隔片130和光学透明的基板140分别可以由光学透明的材料、例如玻璃或氧化硅材料制成。例如，光学透明材料可以是热膨胀系数尽可能小的玻璃。较佳来说，光学透明的晶圆110、间隔片130和光学透明的基板140均可以由光学透明的相同材料制成。
在本发明的一个实施例中，视情况需要，光学透明的基板140可以像任何一片具有多个光学透镜组120的另一片光学透明的晶圆110、或者盖玻璃一般，来保护最顶层的光学透明的晶圆110上的光学透镜组120。换言之，可以有一片或是多片具有多个光学透镜组120的光学透明的晶圆110来形成光学元件层的堆叠层。
还有，在光学透镜组120之间还设置有多条切割道128。每条切割道128可以被视为由两个相邻的单独光学透镜组120界定。例如，每条切割道128均夹置在两个相邻的单独光学透镜120之间，来分隔两个相邻的单独光学透镜120。再者，切割道128要够深，才会暴露出位于下方的光学透明的晶圆110。特别来说，光学透镜组120的肩部126越宽，则切割道128越窄。
在光学透明的晶圆110上设置有多个间隔片130，并且每个间隔片130均设置在光学透明的晶圆110和光学透明的基板140之间。具体来说，每个间隔片130设置在两个相邻的光学透镜组120之间，并且部分地位于对应的切割道128的内部，而用于隔离两个孤立但相邻的光学透镜组120，但任何的延伸肩部126均不会与相邻的间隔片130直接接触。
在本发明的一个实施例中，因为光学透明的晶圆110和间隔片130可以由光学透明的相同材料例如玻璃来制成，所以即使在没有异质(亦即非匀相)粘合剂的情况下，间隔片130还是得以匀相地接合到光学透明的晶圆110上。类似地，在没有异质粘合剂的情况下，间隔片130也得以匀相的方式接合到光学透明的基板140上，这是因为间隔片130和光学透明的基板140均可以由光学透明的相同材料制成，例如由玻璃或是氧化硅材料制成。
例如，光学透明的晶圆110和间隔片130均由玻璃所制成，使得间隔片130能够在没有非匀相粘合剂的情况下，与光学透明的晶圆110整合在一起。“匀相接合”是指，在基本上不存在实质上不同的材料、例如像胶水或干膜这样的非匀相粘合剂的情况下，两种类似的材料之间的永久固定。
间隔片130的尺寸取决于光学透镜组120和切割道128的尺寸。例如，如图3B所示，透镜121的直径可以是大约100μm。具有光学透镜组120的肩部126的残留层125的形状，可以是尺寸大约为1.4mm×2.2mm的矩形。两个相邻的光学透镜组120(从一个透镜121的中心到另一个相邻的透镜121的中心)的间距则大约为2.3mm，又切割道128的宽度可以大约为140μm。较佳地，间隔片130的宽度小于切割道128的宽度。例如，间隔片的宽度可以是130μm。然而，上述元件的尺寸不限于前述所列的数值。
视情况需要，如图6或图6A所示，还可以有多个底部光学透镜组150，例如，在光学透明的晶圆110上设置有至少两个底部光学透镜组150。底部光学透镜组150位于光学透镜组120下方，并且分别对应于光学透镜组120。特别是，多个底部光学透镜组150均与位于底部光学透镜组150上方的多个光学透镜组120确实对准。每个底部光学透镜组150均包括与残留层155整合成一体的单一个透镜151，延伸肩部156则可有可无。每个透镜151的表面曲率可以是正曲光率或是负曲光率。
由于不使用热处理的方式来将间隔片固定在光学透明的晶圆上，所以形成本发明的晶圆层级匀相接合的光学结构的新方法能够避免光学透明的晶圆发生弓形畸变。此外，也不会有因为热处理而导致堆叠层不理想的对准误差，又克服了现有技术中的问题。因此，所得到的新颖的晶圆层级匀相接合的光学结构既没有不理想的弓形畸变，也没有不理想的层间对准误差，所以能够表现出更好的产品品质量和光学性能。
由于本发明的光学透明的基板或光学透明的晶圆不会表现出不理想的弓形畸变，或不会表现出不理想的聚合物层变形，因此本发明的晶圆层级匀相接合光学结构即会表现出优异的整体层间对准，而显示出更好的产品品质、优异的外观和光学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰均应属本发明的涵盖范围。
Claims (20)
1.一种晶圆层级匀相接合的光学结构，包括：
一片光学透明的晶圆；
至少两组光学透镜组，设置在该光学透明的晶圆上，其中每个该光学透镜组包括与一残留层整合成一体的一个透镜；以及
至少一间隔片，设置在该光学透明的晶圆上，其中该间隔片设置在两相邻的该光学透镜组之间，其中该间隔片在一非匀相粘合剂不存在的情况下，匀相地接合到该光学透明的晶圆上，其中一桥式Si-O-Si键结使得该间隔片与该晶圆之间的界面上的氧原子和硅原子之间具有匀相的接合；
其中，该间隔片和该光学透明的晶圆由氧化硅材料制作；
其中，该间隔片与该光学透明的晶圆之间的接合方式不是热处理方式。
2.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，其中该光学透明的晶圆是一片平坦玻璃。
3.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，其中该间隔片由玻璃制成，而使得该间隔片在该非匀相粘合剂不存在的情况下，得以与该光学透明的晶圆整合成一体。
4.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，其中每个该光学透镜组包括一延伸肩部，并且该延伸肩部不与相邻的该间隔片的其中一者接触。
5.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，其中每个该光学透镜组均孤立，使得该间隔片中的其中一者，隔离相邻的该光学透镜组中的其中两者。
6.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，还进一步包含：
一片光学透明的基板，设置在该间隔片上，并与该间隔片直接接触。
7.如权利要求6所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，其中该间隔片和该光学透明的基板均由玻璃制成，使得该间隔片在该非匀相粘合剂不存在的情况下，得以匀相地接合到该光学透明的基板上。
8.如权利要求6所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，还进一步包含：
至少两个成像光学透镜组，设置在该光学透明的基板上、并分别对应于该至少两个光学透镜组。
9.如权利要求1所述的晶圆层级匀相接合的光学结构，还进一步包含：
至少两个底部光学透镜组，设置在该光学透明的晶圆上、位于该至少两个光学透镜组下方、并分别对应于该至少两个光学透镜组。
10.一种形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，包括：
提供一片光学透明的晶圆，又有至少两个光学透镜组设置在该光学透明的晶圆上，其中每个该光学透镜组是孤立的，并且包括与一残留层整合成一体的一个透镜；
提供至少一个与该光学透明的晶圆直接接触的间隔片，使得该间隔片设置在两个相邻的该光学透镜组之间，以隔离相邻的该光学透镜组中的其中两者；以及
进行一激光处理，使得在一非匀相粘合剂不存在的情况下，该间隔片匀相地接合到该光学透明的晶圆上，其中一桥式Si-O-Si键结使得该间隔片与该晶圆之间的界面上的氧原子和硅原子之间具有匀相的接合。
11.如权利要求10所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中该光学透明的晶圆和该间隔片均由玻璃制成，使得该间隔片得以在该激光处理后，而在该非匀相粘合剂不存在的情况下，与该光学透明的晶圆整合成一体。
12.如权利要求10所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中该激光处理的最大功率为100W，具有的波长不大于1060nm。
13.如权利要求10所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中每个该光学透镜组包括一延伸肩部，并且该延伸肩部不与相邻的该间隔片的其中一者接触。
14.如权利要求10所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，还进一步包含：
提供设置在该间隔片上、并与该间隔片直接接触的一光学透明的基板；以及
进行一基板激光处理，使得该间隔片在该非匀相粘合剂不存在的情况下，得以匀相地接合到该光学透明的基板上。
15.如权利要求14所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中，该间隔片和该光学透明的基板两者均由玻璃所制成，使得该间隔片在该非匀相粘合剂不存在的情况下，在该基板激光处理后得以匀相地接合到该光学透明的基板上。
16.如权利要求14所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中该基板激光处理的最大功率为100W，具有的波长不大于1060nm。
17.如权利要求14所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中在该光学透明的基板上设置至少两个成像光学透镜组，并分别对应于该至少两个光学透镜组。
18.如权利要求10所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中在该光学透明的晶圆上设置至少两个底部光学透镜组，该至少两个底部光学透镜组位于该至少两个光学透镜组下方、并分别对应于该至少两个光学透镜组。
19.一种形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，包括：
提供一片光学透明的晶圆，又至少有两个光学透镜组设置在该光学透明的晶圆上，其中每个该光学透镜组是孤立的，并且包括与一残留层整合成一体的一个透镜；
提供一片具有至少一个间隔片的光学透明的基板；
将该光学透明的基板与该光学透明的晶圆结合，使得该光学透明的晶圆与该间隔片直接接触，并且该间隔片设置在相邻的两个该光学透镜组之间，以隔离相邻的两个该光学透镜组；以及
进行一激光处理，使得在一非匀相粘合剂不存在的情况下，该间隔片匀相地接合到该光学透明的晶圆上，其中一桥式Si-O-Si键结使得该间隔片与该晶圆之间的界面上的氧原子和硅原子之间具有匀相的接合。
20.如权利要求19所述的形成晶圆层级匀相接合的光学结构的方法，其中，该光学透明的晶圆和该间隔片均由玻璃制成，使得该间隔片得以在该激光处理后，而在该非匀相粘合剂不存在的情况下，与该光学透明的晶圆贴合在一起。
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