CN110989081B - 光学元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件的制造方法，包括：提供一基板；形成复数个金属栅于该基板上；形成一有机层于该基板与该等金属栅上；蚀刻该有机层，以形成一第一图案化有机层以及复数个第一沟槽，该第一图案化有机层包括复数个第一突出部，其包围该等第一沟槽；以及蚀刻该第一图案化有机层，以形成一第二图案化有机层以及复数个第二沟槽，该第二图案化有机层包括复数个第二突出部，其包围该等第二沟槽，其中每一第二突出部覆盖一金属栅，且该第二图案化有机层的一第二突出部的该中心轴与该第二图案化有机层的该第二突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间具有一距离。

Description

光学元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学元件的制造方法，特别涉及一种利用波导工艺及配合双栅偏移的光学元件制造方法及通过该制造方法所制得的光学元件。
背景技术
在光学元件中，为接收来自不同角度的入射光，将设置于边缘像素中的双栅(也就是，低折射率栅及金属栅)制作形成偏移是必要的，以确保边缘像素例如SNR10的光学效能得以维持。然而，在传统制作具有双栅偏移波导结构的方法中，于基板上形成金属栅之后，覆盖波导膜于金属栅与基板上。之后，形成掩模层于波导膜上。对波导膜实施蚀刻工艺，直至露出基板为止。由于金属栅露出于波导膜外，在蚀刻过程中缺乏适当保护，使得在蚀刻工艺中金属栅经常受损。
因此，开发一种可提升边缘像素的光学效能及在蚀刻工艺中能保护金属栅避免受损的光学元件制造方法是众所期待的。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供一种光学元件的制造方法。该制造方法包括下列步骤。提供一基板。形成复数个金属栅于该基板上。形成一有机层于该基板与该等金属栅上。蚀刻该有机层，以形成一第一图案化有机层以及复数个第一沟槽，该第一图案化有机层包括复数个第一突出部，其包围该等第一沟槽。蚀刻该第一图案化有机层，以形成一第二图案化有机层以及复数个第二沟槽，该第二图案化有机层包括复数个第二突出部，其包围该等第二沟槽。每一第二突出部覆盖一金属栅。该第二图案化有机层的一第二突出部的该中心轴与该第二图案化有机层的该第二突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间具有一距离。
在部分实施例中，每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的上方。在部分实施例中，每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的下方。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层(mask layer)，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的一部分的该上表面作为一掩模。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面与一部分的该等侧壁作为一掩模。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤还包括形成复数个延伸部(extension portions)，覆盖该等金属栅并连接该第二图案化有机层中相邻的该等第二突出部。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的一部分的该上表面，并填入该等第一沟槽作为一掩模。
在部分实施例中，该有机层的折射率介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，该有机层包括一第一部分与一第二部分，该第一部分的折射率介于1.4至1.55之间，该第二部分的折射率介于1.2至1.45之间，该第二部分位于该第一部分上，且该第一部分覆盖每一金属栅的该上表面。
在部分实施例中，该蚀刻该有机层以形成该第一图案化有机层的步骤包括蚀刻该有机层的该第二部分以形成包括该等第一突出部的该第一图案化有机层，以及该有机层的该第一部分，其中该等第一突出部包围该等第一沟槽，且每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的上方。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤包括蚀刻该有机层的该第一部分以形成该等第二突出部以及该等第二沟槽，该等第二突出部包围该等第二沟槽。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面作为一掩模。
在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面与一部分的该等侧壁作为一掩模。
在部分实施例中，于该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤之后，残留该有机层的一部分的该第一部分于每一第二突出部与每一金属栅之间。
在部分实施例中，该蚀刻该有机层以形成该第一图案化有机层的步骤使用卤烷(haloalkyl)气体作为一蚀刻气体。在部分实施例中，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用卤烷气体、氧气、二氧化碳或氮气作为一蚀刻气体。在部分实施例中，还包括填入彩色滤光片(color filters)于该等第二沟槽。
根据本发明的一实施例，提供一种光学元件。该光学元件包括：一基板、复数个金属栅、以及一有机层。该基板包括一中心区、一中间区与一边缘区。该中间区位于该中心区与该边缘区之间。该等金属栅形成于该基板上，分别位于该中心区、该中间区与该边缘区内。该有机层形成于该基板与该等金属栅上。位于该中心区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部。每一延伸部连接相邻的该等突出部。该中心区内，每一金属栅为该有机层的一突出部所覆盖，且该中心区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间并未形成有一距离。
位于该中间区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部。每一延伸部连接相邻的该等突出部。该中间区内，每一金属栅同时为该有机层的一突出部与一延伸部所覆盖，且该中间区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间形成有一距离。
位于该边缘区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部。每一延伸部连接相邻的该等突出部。该边缘区内，每一金属栅同时为该有机层的一突出部与一延伸部所覆盖，且该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间形成有一距离。该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离大于该中间区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离。
在部分实施例中，该有机层的折射率介于1.2至1.45之间，且该有机层中每一延伸部的厚度介于0.05至0.2微米之间。在部分实施例中，该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离至少为该金属栅的该宽度的一半。
在本发明中，并不须将微透镜(microlens，ML)结构设置于彩色滤光片上。入射光通过制作在金属栅上的波导元件(wave-guiding element)导入光二极管区。本发明提供两阶段的蚀刻工艺以制作具有双栅(也就是，低折射率栅与金属栅)偏移的波导结构。通过第一蚀刻工艺对形成在金属栅上的有机层进行蚀刻，以形成图案化有机层。于第一蚀刻工艺之后，图案化有机层仍可完全覆盖金属栅，以在后续蚀刻工艺中保护金属栅避免受损。之后，形成具有特殊设计(例如，不同尺寸或位置)的各式图案化掩模层或其组合于图案化有机层上。于实施第二蚀刻工艺之后，通过适当地控制蚀刻时间，可因此制备得到具有双栅偏移(dual grid shifting)的波导结构，且在整个蚀刻工艺中金属栅将不致受损。有机层亦会留于基板与金属栅上。此外，双栅之间的偏移距离自基板的中心区至边缘区逐步地增加，以符合相关产品的需求(例如接收具有特定入射角度的光)。
本发明亦提供使用两有机层制作具有双栅偏移波导结构的方法。首先，形成第一有机层(折射率大约介于1.4至1.55)于金属栅上。在后续蚀刻工艺中，第一有机层作为金属栅的保护层。之后，形成第二有机层(折射率大约介于1.2至1.45)于第一有机层上。第二有机层用来形成波导元件。当利用例如卤烷气体(haloalkyl gas)作为蚀刻气体以来实施第一蚀刻工艺时，对第二有机层进行蚀刻直至露出第一有机层为止。于第一蚀刻工艺之后，第一有机层仍覆盖金属栅，并未使其露出。之后，通过利用例如氧气作为蚀刻气体(也就是，使用不会对金属栅造成损伤的气体)的第二蚀刻工艺以移除第一有机层。利用上述技术，可在蚀刻工艺中有效避免金属栅的损伤。
此外，在部分实施例中，虽有一部分的有机层留于基板上，然而，当将彩色滤光片填入有机层所包围的沟槽时，可使彩色滤光片维持相同高度，而不致影响光学效能，例如量子效率(QE)的表现。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例，一种光学元件的剖面示意图；
图2A-2G是根据本发明的一实施例，一种光学元件制造方法的剖面示意图；
图3A-3G是根据本发明的一实施例，一种光学元件制造方法的剖面示意图；
图4A-4G是根据本发明的一实施例，一种光学元件制造方法的剖面示意图；
图5A-5F是根据本发明的一实施例，一种光学元件制造方法的剖面示意图；以及
图6A-6H是根据本发明的一实施例，一种光学元件制造方法的剖面示意图。
附图标记说明：
10 光学元件
12、120 基板
14、140 金属栅
14’、140’ 金属栅的中心轴
14”、140a” 金属栅的上表面
16 有机层
16’ 第一图案化有机层
16” 第二图案化有机层
16a’ 第一突出部
16a”、160a” 第一突出部的上表面
16c”、160c” 第一突出部的侧壁
17、23、170、230 图案化掩模层
18 中心区
19、190 第一蚀刻工艺
20 中间区
21、210 第一沟槽
21’ 第一沟槽的底部
22 边缘区
24 突出部
24 第二突出部
24’ 突出部的中心轴
24’ 第二突出部的中心轴
25、250 第二蚀刻工艺
26 延伸部
28、280 第二沟槽
140” 金属栅的侧壁
150 第一有机层
160 第二有机层
160’ 第一突出部
160’ 第二突出部
160” 第二突出部的中心轴
de 边缘区内有机层的一突出部的中心轴与有机层的突出部所覆盖的一金属栅的中心轴之间的距离
dm 中间区内有机层的一突出部的中心轴与有机层的突出部所覆盖的一金属栅的中心轴之间的距离
W 金属栅的宽度
S 有机层中坦覆性地形成于金属栅的上表面的延伸部的区域尺寸
S 金属栅的上表面露出的区域尺寸
Ta 有机层中坦覆性地形成于基板上的延伸部的厚度
Tb 有机层中坦覆性地形成于金属栅的上表面的延伸部的厚度
具体实施方式
请参阅图1，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图1为光学元件10的剖面示意图。
光学元件10包括基板12、复数个金属栅14、以及有机层16。基板12包括中心区18、中间区20与边缘区22。中间区20位于中心区18与边缘区22之间。金属栅14形成于基板12上，分别位于中心区18、中间区20与边缘区22内。有机层16形成于基板12与金属栅14上。
位于中心区18内的有机层16包括复数个突出部(protrusion portions)24与复数个延伸部(extension portions)26。每一延伸部26连接相邻的突出部24。中心区18内，每一金属栅14为有机层16的一突出部24所覆盖，且中心区18内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间并未形成有一距离。也就是，有机层16的突出部24并未与金属栅14产生偏移。
位于中间区20内的有机层16包括复数个突出部24与复数个延伸部26。每一延伸部26连接相邻的突出部24。中间区20内，每一金属栅14同时为有机层16的一突出部24与一延伸部26所覆盖，值得注意的是，中间区20内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成有一距离dm。也就是，有机层16的突出部24与金属栅14产生距离dm的偏移。此时，金属栅14仍为有机层16所保护，并未曝露于外。
位于边缘区22内的有机层16包括复数个突出部24与复数个延伸部26。每一延伸部26连接相邻的突出部24。边缘区22内，每一金属栅14同时为有机层16的一突出部24与一延伸部26所覆盖，值得注意的是，边缘区22内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成有一距离de。也就是，有机层16的突出部24与金属栅14产生距离de的偏移。此时，金属栅14仍为有机层16所保护，并未曝露于外。再者，边缘区22内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成的距离de大于中间区20内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成的距离dm。
在部分实施例中，有机层16的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，有机层16中每一延伸部26的厚度大约介于0.05至0.2微米之间，例如，有机层16中坦覆性地形成于基板12上的延伸部26的厚度Ta大约介于0.05至0.2微米之间，例如，有机层16中坦覆性地形成于金属栅14的上表面14”的延伸部26的厚度Tb大约介于0.05至0.2微米之间。
在部分实施例中，边缘区22内有机层16的一突出部24的中心轴24’与有机层16的突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成的距离de其大小至少为金属栅14的宽度W的一半。在部分实施例中，有机层16的一突出部24的中心轴24’与一金属栅14的中心轴14’之间的距离自中心区18至边缘区22逐步地增加，也就是，有机层16中坦覆性地形成于金属栅14的上表面14”的延伸部26的区域尺寸S自中心区18至边缘区22逐步地增加。在部分实施例中，根据产品需求(例如接收具有特定入射角度的光)，有机层16的一突出部24的中心轴24’与一金属栅14的中心轴14’之间的距离可加以适当调整。
在部分实施例中，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)进一步填入由有机层16的突出部24与延伸部26所包围的区域。
请参阅图2A-2G，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10的制造方法。图2A-2G为光学元件10制造方法的剖面示意图。在第2A-2G图中，以光学元件10位于边缘区22内一部分结构的制造方法为例做说明。
请参阅图2A，提供基板12。形成复数个金属栅14于基板12上。形成有机层16于基板12与金属栅14上。在部分实施例中，有机层16的折射率大约介于1.2至1.45之间。
接着，请参阅图2B，形成图案化掩模层17于有机层16上。
接着，请参阅图2C，利用图案化掩模层17作为掩模，通过第一蚀刻工艺19对有机层16进行蚀刻，以形成覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’。第一图案化有机层16’包括复数个第一突出部16a’。在后续的蚀刻工艺中，覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’作为金属栅14的保护层。
在部分实施例中，第一蚀刻工艺19使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图2D，自第一图案化有机层16’上移除图案化掩模层17。
如图2D所示，于第一蚀刻工艺19之后，形成复数个第一沟槽21。第一图案化有机层16’的第一突出部16a’包围第一沟槽21，且第一沟槽21的底部21’位于金属栅14的上表面14”的上方。
接着，请参阅图2E，形成图案化掩模层23于第一图案化有机层16’的第一突出部16a’的一部分的上表面16a”作为掩模。
接着，请参阅图2F，利用图案化掩模层23作为掩模，通过第二蚀刻工艺25对第一图案化有机层16’进行蚀刻，以形成第二图案化有机层16”。第二图案化有机层16”包括复数个第二突出部24以及复数个延伸部(extension portions)26。每一第二突出部24覆盖一金属栅14，且延伸部26覆盖金属栅14并连接相邻的第二突出部24。
在部分实施例中，第二蚀刻工艺25使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图2G，自第二图案化有机层16”上移除图案化掩模层23。
如图2G所示，于第二蚀刻工艺25之后，形成复数个第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24包围第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24覆盖一部分的金属栅14。延伸部26坦覆性地覆盖基板12与一部分的金属栅14。值得注意的是，第二图案化有机层16”的第二突出部24的中心轴24’与第二图案化有机层16”的第二突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成有一距离de。
接着，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)填入由第二图案化有机层16”的第二突出部24与延伸部26所包围的第二沟槽28。
至此，即制作完成如图1所示光学元件10位于边缘区22内的一部分结构。
如图1所示，光学元件10位于中心区18与中间区20内其他部分结构的制造方法与图2A-2G所示类似，差别在于调整蚀刻工艺中图案化掩模层为不同的尺寸、位置。
请参阅图3A-3G，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10的制造方法。图3A-3G为光学元件10制造方法的剖面示意图。在图3A-3G中，以光学元件10位于边缘区22内一部分结构的制造方法为例做说明。
请参阅图3A，提供基板12。形成复数个金属栅14于基板12上。形成有机层16于基板12与金属栅14上。在部分实施例中，有机层16的折射率大约介于1.2至1.45之间。
接着，请参阅图3B，形成图案化掩模层17于有机层16上。
接着，请参阅图3C，利用图案化掩模层17作为掩模，通过第一蚀刻工艺19对有机层16进行蚀刻，以形成覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’。第一图案化有机层16’包括复数个第一突出部16a’。在后续的蚀刻工艺中，覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’作为金属栅14的保护层。
在部分实施例中，第一蚀刻工艺19使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图3D，自第一图案化有机层16’上移除图案化掩模层17。
如图3D所示，于第一蚀刻工艺19之后，形成复数个第一沟槽21。第一图案化有机层16’的第一突出部16a’包围第一沟槽21，且第一沟槽21的底部21’位于金属栅14的上表面14”的上方。
接着，请参阅图3E，形成图案化掩模层23于第一图案化有机层16’的第一突出部16a’的上表面16a”以及一部分的侧壁16c”作为掩模。
接着，请参阅图3F，利用图案化掩模层23作为掩模，通过第二蚀刻工艺25对第一图案化有机层16’进行蚀刻，以形成第二图案化有机层16”。第二图案化有机层16”包括复数个第二突出部24以及复数个延伸部(extension portions)26。每一第二突出部24覆盖一金属栅14，且延伸部26覆盖金属栅14并连接相邻的第二突出部24。
在部分实施例中，第二蚀刻工艺25使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图3G，自第二图案化有机层16”上移除图案化掩模层23。
如图3G所示，于第二蚀刻工艺25之后，形成复数个第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24包围第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24覆盖一部分的金属栅14。延伸部26坦覆性地覆盖基板12与一部分的金属栅14。值得注意的是，第二图案化有机层16”的第二突出部24的中心轴24’与第二图案化有机层16”的第二突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成有一距离de。
接着，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)填入由第二图案化有机层16”的第二突出部24与延伸部26所包围的第二沟槽28。
至此，即制作完成如图1所示光学元件10位于边缘区22内的一部分结构。
如图1所示，光学元件10位于中心区18与中间区20内其他部分结构的制造方法与图3A-3G所示类似，差别在于调整蚀刻工艺中图案化掩模层为不同的尺寸、位置。
请参阅图4A-4G，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10的制造方法。图4A-4G为光学元件10制造方法的剖面示意图。在图4A-4G中，以光学元件10位于边缘区22内一部分结构的制造方法为例做说明。
请参阅图4A，提供基板12。形成复数个金属栅14于基板12上。形成有机层16于基板12与金属栅14上。在部分实施例中，有机层16的折射率大约介于1.2至1.45之间。
接着，请参阅图4B，形成图案化掩模层17于有机层16上。
接着，请参阅图4C，利用图案化掩模层17作为掩模，通过第一蚀刻工艺19对有机层16进行蚀刻，以形成覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’。第一图案化有机层16’包括复数个第一突出部16a’。在后续的蚀刻工艺中，覆盖金属栅14的第一图案化有机层16’作为金属栅14的保护层。
在部分实施例中，第一蚀刻工艺19使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图4D，自第一图案化有机层16’上移除图案化掩模层17。
如图4D所示，于第一蚀刻工艺19之后，形成复数个第一沟槽21。第一图案化有机层16’的第一突出部16a’包围第一沟槽21，且第一沟槽21的底部21’位于金属栅14的上表面14”的下方。
接着，请参阅图4E，形成图案化掩模层23于第一图案化有机层16’的第一突出部16a’的一部分的上表面16a”并填入第一沟槽21作为掩模。
接着，请参阅图4F，利用图案化掩模层23作为掩模，通过第二蚀刻工艺25对第一图案化有机层16’进行蚀刻，以形成第二图案化有机层16”。第二图案化有机层16”包括复数个第二突出部24以及复数个延伸部(extension portions)26。每一第二突出部24覆盖一金属栅14，且延伸部26覆盖金属栅14并连接相邻的第二突出部24。
在部分实施例中，第二蚀刻工艺25使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图4G，自第二图案化有机层16”上移除图案化掩模层23。
如图4G所示，于第二蚀刻工艺25之后，形成复数个第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24包围第二沟槽28。第二图案化有机层16”的第二突出部24覆盖一部分的金属栅14。延伸部26坦覆性地覆盖基板12与一部分的金属栅14。值得注意的是，第二图案化有机层16”的第二突出部24的中心轴24’与第二图案化有机层16”的第二突出部24所覆盖的一金属栅14的中心轴14’之间形成有一距离de。
接着，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)填入由第二图案化有机层16”的第二突出部24与延伸部26所包围的第二沟槽28。
至此，即制作完成如图1所示光学元件10位于边缘区22内的一部分结构。
如图1所示，光学元件10位于中心区18与中间区20内其他部分结构的制造方法与图4A-4G所示类似，差别在于调整蚀刻工艺中图案化掩模层为不同的尺寸、位置。
请参阅图5A-5F，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件的制造方法。图5A-5F为该光学元件制造方法的剖面示意图。在图5A-5F中，以该光学元件位于基板边缘区内一部分结构的制造方法为例做说明。
请参阅图5A，提供基板120。接着，形成复数个金属栅(metal grids)140于基板120上。接着，形成第一有机层150于基板120与金属栅140上。第一有机层150覆盖每一金属栅140的上表面。在部分实施例中，第一有机层150的折射率大约介于1.4至1.55之间。
接着，请参阅图5B，形成第二有机层160于第一有机层150上。在部分实施例中，第二有机层160的折射率大约介于1.2至1.45之间。
接着，请参阅图5C，形成图案化掩模层170于第二有机层160上。
接着，请参阅图5D，利用图案化掩模层170作为掩模，通过第一蚀刻工艺190对第二有机层160进行蚀刻，以形成复数个第一突出部160’以及复数个第一突出部160’所包围的第一沟槽210，露出第一有机层150。每一第一沟槽210的底部位于每一金属栅140的上表面的上方。因此在后续的蚀刻工艺中，覆盖金属栅140的第一有机层150作为金属栅140的保护层。
在部分实施例中，第一蚀刻工艺190使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图5E，利用形成于第一突出部160’的上表面160a”的图案化掩模层170作为掩模，通过第二蚀刻工艺250对第一有机层150进行蚀刻，以形成复数个第二突出部160’，位于金属栅140上。于第二蚀刻工艺250之后，一部分的第一有机层150残留于第二突出部160’与金属栅140之间，而一部分的第一有机层150则残留于金属栅140的部分侧壁140”上。每一第二突出部160’覆盖一部分的金属栅140。
在部分实施例中，第二蚀刻工艺250使用例如氧气、二氧化碳、或氮气作为蚀刻气体。第二蚀刻工艺250所使用的蚀刻气体并不会造成金属栅140的损伤。
接着，请参阅图5F，自第二突出部160’上移除图案化掩模层170。
如图5F所示，于第二蚀刻工艺250之后，形成复数个第二沟槽280。第二突出部160’包围第二沟槽280。一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成有一距离de。也就是，第二突出部160’与金属栅140产生距离de的偏移。
此外，基板120的边缘区(edge region)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成的距离de大于中间区(middleregion)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成的距离。在部分实施例中，边缘区(edge region)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间所形成的距离de其大小至少为金属栅140的宽度W的一半。在部分实施例中，一第二突出部160’的中心轴160”与一金属栅140的中心轴140’之间的距离自中心区(center region)至边缘区(edgeregion)逐步地增加，也就是，金属栅140的上表面140a”露出的区域尺寸S自中心区(centerregion)至边缘区(edge region)逐步地增加。在部分实施例中，根据产品需求(例如接收具有特定入射角度的光)，一第二突出部160’的中心轴160”与一金属栅140的中心轴140’之间的距离可加以适当调整。
接着，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)填入由第二突出部160’所包围的第二沟槽280。至此，即完成该光学元件的制作。
请参阅图6A-6H，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件的制造方法。图6A-6H为该光学元件制造方法的剖面示意图。在图6A-6H中，以该光学元件位于基板边缘区内一部分结构的制造方法为例做说明。
请参阅图6A，提供基板120。接着，形成复数个金属栅(metal grids)140于基板120上。接着，形成第一有机层150于基板120与金属栅140上。第一有机层150覆盖每一金属栅140的上表面。在部分实施例中，第一有机层150的折射率大约介于1.4至1.55之间。
接着，请参阅图6B，形成第二有机层160于第一有机层150上。在部分实施例中，第二有机层160的折射率大约介于1.2至1.45之间。
接着，请参阅图6C，形成图案化掩模层170于第二有机层160上。
接着，请参阅图6D，利用图案化掩模层170作为掩模，通过第一蚀刻工艺190对第二有机层160进行蚀刻，以形成复数个第一突出部160’，露出第一有机层150。在后续的蚀刻工艺中，覆盖金属栅140的第一有机层150作为金属栅140的保护层(protection layer)。
在部分实施例中，第一蚀刻工艺190使用例如四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、或二氟甲烷(CH2F2)的卤烷气体作为蚀刻气体。
接着，请参阅图6E，自第一突出部160’上移除图案化掩模层170。
如图6E所示，于第一蚀刻工艺190之后，形成复数个第一沟槽210。第一突出部160’包围第一沟槽210。每一第一沟槽210的底部位于每一金属栅140的上表面的上方。
接着，请参阅图6F，形成图案化掩模层230于第一突出部160’的上表面160a”及第一突出部160’一部分的侧壁160c”上作为掩模。
接着，请参阅图6G，利用图案化掩模层230作为掩模，通过第二蚀刻工艺250对第一有机层150进行蚀刻，以形成复数个第二突出部160’，位于金属栅140上。值得注意的是，于第二蚀刻工艺250之后，一部分的第一有机层150残留于第二突出部160’与金属栅140之间，而一部分的第一有机层150则残留于金属栅140的部分侧壁140”上。每一第二突出部160’覆盖一部分的金属栅140。
在部分实施例中，第二蚀刻工艺250使用例如氧气、二氧化碳、或氮气作为蚀刻气体。第二蚀刻工艺250所使用的蚀刻气体并不会造成金属栅140的损伤。
接着，请参阅图6H，自第二突出部160’上移除图案化掩模层230。
如图6H所示，于第二蚀刻工艺250之后，形成复数个第二沟槽280。第二突出部160’包围第二沟槽280。一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成有一距离de。
也就是，第二突出部160’与金属栅140产生距离de的偏移。
此外，基板120的边缘区(edge region)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成的距离de大于中间区(middleregion)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间形成的距离。在部分实施例中，边缘区(edge region)内一第二突出部160’的中心轴160”与第二突出部160’所覆盖的一金属栅140的中心轴140’之间所形成的距离de其大小至少为金属栅140的宽度W的一半。在部分实施例中，一第二突出部160’的中心轴160”与一金属栅140的中心轴140’之间的距离自中心区(center region)至边缘区(edgeregion)逐步地增加，也就是，金属栅140的上表面140a”露出的区域尺寸S自中心区(centerregion)至边缘区(edge region)逐步地增加。在部分实施例中，根据产品需求(例如接收具有特定入射角度的光)，一第二突出部160’的中心轴160”与一金属栅140的中心轴140’之间的距离可加以适当调整。
接着，将例如红色、绿色、或蓝色滤光片的彩色滤光片(未图示)填入由第二突出部160’所包围的第二沟槽280。至此，即完成该光学元件的制作。
在本发明中，并不须将微透镜(microlens，ML)结构设置于彩色滤光片上。入射光通过制作在金属栅上的波导元件(wave-guiding element)导入光二极管区。本发明提供两阶段的蚀刻工艺以制作具有双栅(也就是，低折射率栅与金属栅)偏移的波导结构。通过第一蚀刻工艺对形成在金属栅上的有机层进行蚀刻，以形成图案化有机层。于第一蚀刻工艺之后，图案化有机层仍可完全覆盖金属栅，以在后续蚀刻工艺中保护金属栅避免受损。之后，形成具有特殊设计(例如，不同尺寸或位置)的各式图案化掩模层或其组合于图案化有机层上。于实施第二蚀刻工艺之后，通过适当地控制蚀刻时间，可因此制备得到具有双栅偏移(dual grid shifting)的波导结构，且在整个蚀刻工艺中金属栅将不致受损。有机层亦会留于基板与金属栅上。此外，双栅之间的偏移距离自基板的中心区至边缘区逐步地增加，以符合相关产品的需求(例如接收具有特定入射角度的光)。
本发明亦提供使用两有机层制作具有双栅偏移波导结构的方法。首先，形成第一有机层(折射率大约介于1.4至1.55)于金属栅上。在后续蚀刻工艺中，第一有机层作为金属栅的保护层。之后，形成第二有机层(折射率大约介于1.2至1.45)于第一有机层上。第二有机层用来形成波导元件。当利用例如卤烷气体(haloalkyl gas)作为蚀刻气体以来实施第一蚀刻工艺时，对第二有机层进行蚀刻直至露出第一有机层为止。于第一蚀刻工艺之后，第一有机层仍覆盖金属栅，并未使其露出。之后，通过利用例如氧气作为蚀刻气体(也就是，使用不会对金属栅造成损伤的气体)的第二蚀刻工艺以移除第一有机层。利用上述技术，可在蚀刻工艺中有效避免金属栅的损伤。
此外，在部分实施例中，虽有一部分的有机层留于基板上，然而，当将彩色滤光片填入有机层所包围的沟槽时，可使彩色滤光片维持相同高度，而不致影响光学效能，例如量子效率(QE)的表现。
上述实施例的特征有利于本技术领域中技术人员理解本发明。本技术领域中技术人员应理解可采用本发明作基础，设计并变化其他工艺与结构以完成上述实施例的相同目的及/或相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解，这些等效置换并未脱离本发明构思与范围，并可在未脱离本发明的构思与范围的前提下进行改变、替换、或变动。

Claims (10)

1.一种光学元件的制造方法，包括：
提供一基板；
形成复数个金属栅于该基板上，其中每一金属栅具有一上表面与一中心轴；
形成一有机层于该基板与该复数个金属栅上；
蚀刻该有机层，以形成一第一图案化有机层以及复数个第一沟槽，该第一图案化有机层包括复数个第一突出部，其包围该复数个第一沟槽，其中每一第一突出部具有一上表面与侧壁，且每一第一沟槽具有一底部；以及
蚀刻该第一图案化有机层，以形成一第二图案化有机层以及复数个第二沟槽，该第二图案化有机层包括复数个第二突出部，其包围该复数个第二沟槽，其中每一第二突出部具有一中心轴并覆盖一金属栅，
其中该第二图案化有机层的一第二突出部的该中心轴与该第二图案化有机层的该第二突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间具有一距离。
2.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的上方，该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的一部分的该上表面作为一掩模，或设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面与一部分的该侧壁作为一掩模。
3.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的下方，且该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的一部分的该上表面，并填入该复数个第一沟槽作为一掩模。
4.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤还包括形成复数个延伸部，覆盖该复数个金属栅并连接该第二图案化有机层中相邻的该复数个第二突出部。
5.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其中该有机层包括一第一部分与一第二部分，该第一部分的折射率介于1.4至1.55之间，该第二部分的折射率介于1.2至1.45之间，该第二部分位于该第一部分上，且该第一部分覆盖每一金属栅的该上表面，以及该蚀刻该有机层以形成该第一图案化有机层的步骤包括蚀刻该有机层的该第二部分以形成包括该复数个第一突出部的该第一图案化有机层，以及该有机层的该第一部分，该复数个第一突出部包围该复数个第一沟槽，且每一第一沟槽的该底部位于每一金属栅的该上表面的上方。
6.如权利要求5所述的光学元件的制造方法，其中该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤包括蚀刻该有机层的该第一部分以形成该复数个第二突出部以及该复数个第二沟槽，该复数个第二突出部包围该复数个第二沟槽，且于该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤之后，残留该有机层的一部分的该第一部分于每一第二突出部与每一金属栅之间。
7.如权利要求5所述的光学元件的制造方法，其中该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用一掩模层，其设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面作为一掩模，或设置于该第一图案化有机层的每一第一突出部的该上表面与一部分的该侧壁作为一掩模。
8.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，还包括填入彩色滤光片于该复数个第二沟槽，其中该蚀刻该有机层以形成该第一图案化有机层的步骤使用卤烷气体作为一蚀刻气体，以及该蚀刻该第一图案化有机层以形成该第二图案化有机层的步骤使用卤烷气体、氧气、二氧化碳或氮气作为一蚀刻气体。
9.一种光学元件，包括：
一基板，包括一中心区、一中间区与一边缘区，其中该中间区位于该中心区与该边缘区之间；
复数个金属栅，形成于该基板上，分别位于该中心区、该中间区与该边缘区内，其中每一金属栅具有一宽度与一中心轴；以及
一有机层，形成于该基板与该复数个金属栅上，
其中位于该中心区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部，其中每一延伸部连接相邻的该复数个突出部，且每一突出部具有一中心轴，其中该中心区内每一金属栅为该有机层的一突出部所覆盖，且该中心区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间并未形成有一距离，
其中位于该中间区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部，其中每一延伸部连接相邻的该复数个突出部，且每一突出部具有一中心轴，其中该中间区内每一金属栅同时为该有机层的一突出部与一延伸部所覆盖，且该中间区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间形成有一距离，
其中位于该边缘区内的该有机层包括复数个突出部与复数个延伸部，其中每一延伸部连接相邻的该复数个突出部，且每一突出部具有一中心轴，其中该边缘区内每一金属栅同时为该有机层的一突出部与一延伸部所覆盖，且该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间形成有一距离，以及
其中该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离大于该中间区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离。
10.如权利要求9所述的光学元件，其中该有机层的折射率介于1.2至1.45之间，该有机层中每一延伸部的厚度介于0.05至0.2微米之间，且该边缘区内该有机层的一突出部的该中心轴与该有机层的该突出部所覆盖的一金属栅的该中心轴之间的该距离至少为该金属栅的该宽度的一半。
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