CN113156549B - 微透镜结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微透镜结构及其制造方法，其中该微透镜结构包括基底与微透镜。微透镜包括形状调整部与透镜图案。形状调整部包括位于基底上的多个形状调整图案。透镜图案覆盖多个形状调整图案。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件及其制造方法，且特别是涉及一种微透镜结构及其制造方法。
背景技术
目前，微透镜已普遍地被使用在光学元件(如，影像传感器或显示器)中，以提升光学元件的效能。然而，由于材料与制作工艺的限制，难以制作出具有较高高度的微透镜。
发明内容
本发明提供一种微透镜结构及其制造方法，其有利于制作出具有较高高度的微透镜。
本发明提出一种微透镜结构，包括基底与微透镜。微透镜包括形状调整部与透镜图案。形状调整部包括位于基底上的多个形状调整图案。透镜图案覆盖多个形状调整图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案可具有多种间距。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整部可具有密集区与疏松区。密集区中的形状调整图案的间距可小于疏松区中的形状调整图案的间距。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，透镜图案在密集区中的高度可高于透镜图案在疏松区中的高度。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案与透镜图案可具有相同折射率。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案与透镜图案可具有不同折射率。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案与透镜图案可为相同材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案与透镜图案可为不同材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，形状调整图案的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，透镜图案的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，微透镜的形状可为对称形状。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构中，微透镜的形状可为不对称形状。
本发明提出一种微透镜结构的制造方法，包括以下步骤。在基底上形成形状调整部。形状调整部包括多个形状调整图案。形成覆盖多个形状调整图案的透镜图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，形状调整图案的形成方法可包括以下步骤。在基底上形成光致抗蚀剂材料层。对光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺。在对光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺之后，对光致抗蚀剂材料层进行显影制作工艺。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，还可包括对形状调整图案进行固化处理。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，透镜图案的形成方法可包括以下步骤。形成覆盖形状调整图案的光致抗蚀剂材料层。对光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺。在对光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺之后，对光致抗蚀剂材料层进行显影制作工艺。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，还可包括对透镜图案进行固化处理。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，还可包括以下步骤。在形成形状调整部之前，在基底上形成透光层。形状调整图案与透镜图案位于透光层上。以形状调整图案与透镜图案作为掩模，对透光层进行图案化制作工艺，而将由形状调整图案与透镜图案所组成的图案转移至透光层。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，透光层的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物(metal oxide)或有机透光材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述微透镜结构的制造方法中，作为掩模的形状调整图案与透镜图案可在图案化制作工艺中逐渐消耗而被移除。
基于上述，在本发明所提出的微透镜结构及其制造方法中，由于透镜图案覆盖多个形状调整图案，因此可通过形状调整图案的设置方式来调整透镜图案的形状与高度，而有利于制作出具有较高高度的微透镜。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1D为本发明一实施例的微透镜结构的制造流程剖视图；
图2为本发明另一实施例的微透镜结构的剖视图；
图3A至图3B为本发明另一实施例的微透镜结构的制造流程剖视图。
符号说明
10、20、30：微透镜结构
100：基底
102、104：光致抗蚀剂材料层
102a：形状调整图案
104a：透镜图案
106、206、300a：微透镜
300：透光层
C1、C2：固化处理
D1、D2：显影制作工艺
E1、E2：曝光制作工艺
M1、M2：光掩模
P1：形状调整部
R1：密集区
R2：疏松区
具体实施方式
图1A至图1D为本发明一实施例的微透镜结构的制造流程剖视图。
请参照图1A，在基底100上形成光致抗蚀剂材料层102。此外，依据产品需求，可在基底100上设置各种所需的半导体元件(未示出)。举例来说，半导体元件可包括感光元件(如，光二极管)、像素、晶体管、彩色滤光层、金属内连线或其组合。光致抗蚀剂材料层102的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。在本实施例中，光致抗蚀剂材料层102的材料是以正光致抗蚀剂材料为例，但本发明并不以此为限。光致抗蚀剂材料层102的形成方法例如是旋转涂布法。
接着，对光致抗蚀剂材料层102进行曝光制作工艺E1。举例来说，可使用光掩模M1作为掩模，对光致抗蚀剂材料层102进行曝光制作工艺E1。
请参照图1B，在对光致抗蚀剂材料层102进行曝光制作工艺E1之后，对光致抗蚀剂材料层102进行显影制作工艺D1。由此，可移除部分光致抗蚀剂材料层102，而在基底100上形成形状调整部P1。形状调整部P1包括多个形状调整图案102a。形状调整图案102a可具有多种间距。形状调整部P1可具有密集区R1与疏松区R2。密集区R1中的形状调整图案102a的间距可小于疏松区R2中的形状调整图案102a的间距。举例来说，密集区R1中的形状调整图案102a的平均间距可小于疏松区R2中的形状调整图案102a的平均间距，但本发明并不以此为限。在本实施例中，形状调整图案102a是以具有相同尺寸(如，宽度)为例，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，形状调整图案102a可具有不同尺寸。此外，由于形状调整图案102a是由光致抗蚀剂材料层102所形成，因此形状调整图案102a与光致抗蚀剂材料层102可具有相同的材料。形状调整图案102a的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。在本实施例中，形状调整图案102a的材料是以正光致抗蚀剂材料为例，但本发明并不以此为限。
接着，可对形状调整图案102a进行固化处理C1。固化处理C1例如是热固化处理或光固化处理。在其他实施例中，可省略对形状调整图案102a进行的固化处理C1。
在本实施例中，虽然形状调整图案102a的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，可通过负光致抗蚀剂材料来形成形状调整图案102a。此外，采用负光致抗蚀剂的光刻制作工艺为所属技术领域具有通常知识者所周知的半导体制作工艺技术，于此不再说明。
请参照图1C，形成覆盖形状调整图案102a的光致抗蚀剂材料层104。光致抗蚀剂材料层104的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。在本实施例中，光致抗蚀剂材料层104的材料是以正光致抗蚀剂材料为例，但本发明并不以此为限。光致抗蚀剂材料层104的形成方法例如是旋转涂布法。
接着，对光致抗蚀剂材料层104进行曝光制作工艺E2。举例来说，可使用光掩模M2作为掩模，对光致抗蚀剂材料层104进行曝光制作工艺E2。
请参照图1D，在对光致抗蚀剂材料层104进行曝光制作工艺E2之后，对光致抗蚀剂材料层104进行显影制作工艺D2。由此，可移除部分光致抗蚀剂材料层104，而形成覆盖多个形状调整图案102a的透镜图案104a。由于透镜图案104a覆盖多个形状调整图案102a，因此可通过形状调整图案102a的设置方式来调整透镜图案104a的形状与高度，而有利于制作出具有较高高度的微透镜106。举例来说，由于在密集区R1中的形状调整图案102a的密度高于在疏松区R2中的形状调整图案102a的密度，因此透镜图案104a在密集区R1中的高度可高于透镜图案104a在疏松区R2中的高度。此外，由于透镜图案104a是由光致抗蚀剂材料层104所形成，因此透镜图案104a与光致抗蚀剂材料层104可具有相同的材料。透镜图案104a的材料例如是正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。在本实施例中，透镜图案104a的材料是以正光致抗蚀剂材料为例，但本发明并不以此为限。
接着，可对透镜图案104a进行固化处理C2。固化处理C2例如是热固化处理或光固化处理。在其他实施例中，在省略对形状调整图案102a进行的固化处理C1的情况下，形状调整图案102a与透镜图案104a可通过固化处理C2同时进行固化。
在一些实施例中，在通过上述方法形成多个微透镜106的情况下，通过曝光条件的调整，可使得相邻的微透镜106彼此分离或合并(merge)。
在本实施例中，虽然透镜图案104a的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，可通过负光致抗蚀剂材料来形成透镜图案104a。此外，采用负光致抗蚀剂的光刻制作工艺为所属技术领域具有通常知识者所周知的半导体制作工艺技术，于此不再说明。
以下，通过图1D来说明本实施例的微透镜结构10。此外，虽然微透镜结构10的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。
请参照图1D，微透镜结构10包括基底100与微透镜106。在本实施例中，一个微透镜106可对应于影像传感器中的一个感光元件(未示出)或显示器中的一个像素(未示出)。微透镜106包括形状调整部P1与透镜图案104a。形状调整部P1包括位于基底100上的多个形状调整图案102a。透镜图案104a覆盖多个形状调整图案102a。形状调整图案102a与透镜图案104a可具有相同折射率或不同折射率。在形状调整图案102a与透镜图案104a具有相同折射率的情况下，可使得微透镜106具有均匀的折射率。此外，形状调整图案102a与透镜图案104a可为相同材料或不同材料。
另外，微透镜106的形状可为对称形状或不对称形状。在本实施例中，微透镜106的形状是以对称形状为例，但本发明并不以此为限。举例来说，通过将形状调整图案102a以对称方式设置在基底100上，且将形状调整图案102a的间距设计成从中央位置向两侧逐渐增大，可使得形状调整图案102a从中央向两侧由密集变疏松，由此微透镜106可具有从中央向两侧逐渐变低的对称形状，且微透镜106的最高点可位于形状调整部P1的中央位置。
除此之外，影像传感器结构10中的各构件的材料、设置方式、形成方法与功效等已于上述实施例进行详尽地说明，于此不再说明。
基于上述实施例可知，在微透镜结构10及其制造方法中，由于透镜图案104a覆盖多个形状调整图案102a，因此可通过形状调整图案102a的设置方式来调整透镜图案104a的形状与高度，而有利于制作出具有较高高度的微透镜106。
图2为本发明另一实施例的微透镜结构的剖视图。
请参照图1D与图2，图2的微透镜结构20与图1D的微透镜结构10的差异如下。在微透镜结构20中，微透镜206的形状可为不对称形状。举例来说，通过将形状调整图案102a以不对称方式设置在基底100上，且使得邻近于形状调整部P1的一端的形状调整图案102a的密度大于邻近于形状调整部P1的另一端的形状调整图案102a的密度，由此微透镜206可具有不对称形状，且微透镜206的最高点可偏离形状调整部P1的中央位置而邻近于形状调整部P1的一端。此外，由于图1D的微透镜106与图2的微透镜206的形状不同，因此微透镜106与微透镜206可具有不同的焦点(focal point)位置与曲率半径。
由此可知，形状调整图案102a除了可调整透镜图案104a的形状与高度，而有利于制作出具有较高高度的微透镜106与微透镜206之外，更可调整微透镜106与微透镜206的焦点位置与曲率半径。此外，图1D与图2中的相同构件以相同的符号表示，并省略其说明。
图3A至图3B为本发明另一实施例的微透镜结构的制造流程剖视图。
图3A与图1D在结构与制造方法上的差异如下。请参照图3A，在形成形状调整部P1之前，在基底100上形成透光层300。由此，可使得后续形成的形状调整图案102a与透镜图案104a位于透光层300上。透光层300的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物或有机透光材料。透光层300的形成方法例如是化学气相沉积法、旋转涂布法或物理气相沉积法等。此外，图3A与图1D中的相同构件以相同的符号表示，并省略其说明。
请参照图3B，以形状调整图案102a与透镜图案104a作为掩模(亦即，以微透镜106作为掩模)，对透光层300进行图案化制作工艺，而将由形状调整图案102a与透镜图案104a所组成的图案转移至透光层300。由此，可在基底100上形成微透镜300a，且微透镜300a可具有与微透镜106相似的对称形状。举例来说，在上述图案化制作工艺中，可使用形状调整图案102a与透镜图案104a作为掩模，对透光层300进行干式蚀刻制作工艺，以移除部分透光层300，而在基底100上形成微透镜300a。此外，作为掩模的形状调整图案102a与透镜图案104a可在图案化制作工艺中逐渐消耗而被移除。此外，依据调整图案102a、透镜图案104a与透光层300的蚀刻速率的不同，也会使微透镜300a的高度及宽度产生形状的变化。亦即，可通过蚀刻参数的设定或对调整图案102a、透镜图案104a与透光层300的材料选择来调整微透镜300a的形状。由此，在其他实施例中，微透镜300a与微透镜106可具有不同的形状。
在一些实施例中，在通过上述方法形成多个微透镜300a的情况下，通过蚀刻条件的调整，可使得相邻的微透镜300a彼此分离或合并。
在本实施例中，虽然是以微透镜106作为掩模为例来进行说明，但本发明并不以此为限。其他实施例中，也可使用图2的微透镜206作为掩模，而使得微透镜300a可具有与微透镜206相似的不对称形状。
基于上述实施例可知，在微透镜结构30及其制造方法中，由于作为掩模的微透镜106的图案可具有较高高度，因此通过将微透镜106的图案转移至透光层300所形成的微透镜300a也可具有较高高度。
综上所述，在上述实施例的微透镜结构及其制造方法中，由于透镜图案覆盖多个形状调整图案，因此可通过形状调整图案的设置方式来调整透镜图案的形状与高度，而有利于制作出具有较高高度的微透镜。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (20)
1.一种微透镜结构，其特征在于，包括：
基底；以及
微透镜，包括：
形状调整部，包括位于所述基底上的多个形状调整图案；以及
透镜图案，其中所述透镜图案覆盖所述多个形状调整图案，
其中，在该微透镜结构的剖面结构中，该透镜图案的上表面横跨所述多个形状调整图案且不具有平直部分。
2.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案具有多种间距。
3.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述形状调整部具有密集区与疏松区，且所述密集区中的所述多个形状调整图案的间距小于所述疏松区中的所述多个形状调整图案的间距。
4.如权利要求3所述的微透镜结构，其中所述透镜图案在所述密集区中的高度高于所述透镜图案在所述疏松区中的高度。
5.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案与所述透镜图案具有相同折射率。
6.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案与所述透镜图案具有不同折射率。
7.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案与所述透镜图案为相同材料。
8.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案与所述透镜图案为不同材料。
9.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述多个形状调整图案的材料包括正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。
10.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述透镜图案的材料包括正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。
11.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述微透镜的形状为对称形状。
12.如权利要求1所述的微透镜结构，其中所述微透镜的形状为不对称形状。
13.一种微透镜结构的制造方法，包括：
在基底上形成形状调整部，其中所述形状调整部包括多个形状调整图案；以及
形成覆盖所述多个形状调整图案的透镜图案，以在所述基底上形成微透镜，其中，在该微透镜结构的剖面结构中，该透镜图案的上表面横跨所述多个形状调整图案且不具有平直部分。
14.如权利要求13所述的微透镜结构的制造方法，其中所述多个形状调整图案的形成方法包括：
在所述基底上形成光致抗蚀剂材料层；
对所述光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺；以及
在对所述光致抗蚀剂材料层进行所述曝光制作工艺之后，对所述光致抗蚀剂材料层进行显影制作工艺。
15.如权利要求13所述的微透镜结构的制造方法，还包括对所述多个形状调整图案进行固化处理。
16.如权利要求13所述的微透镜结构的制造方法，其中所述透镜图案的形成方法包括：
形成覆盖所述多个形状调整图案的光致抗蚀剂材料层；
对所述光致抗蚀剂材料层进行曝光制作工艺；以及
在对所述光致抗蚀剂材料层进行所述曝光制作工艺之后，对所述光致抗蚀剂材料层进行显影制作工艺。
17.如权利要求13所述的微透镜结构的制造方法，还包括对所述透镜图案进行固化处理。
18.如权利要求13所述的微透镜结构的制造方法，还包括：
在形成所述形状调整部之前，在所述基底上形成透光层，其中所述多个形状调整图案与所述透镜图案位于所述透光层上；以及
以所述多个形状调整图案与所述透镜图案作为掩模，对所述透光层进行图案化制作工艺，而将由所述多个形状调整图案与所述透镜图案所组成的图案转移至所述透光层。
19.如权利要求18所述的微透镜结构的制造方法，其中所述透光层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物或有机透光材料。
20.如权利要求18所述的微透镜结构的制造方法，其中作为掩模的所述多个形状调整图案与所述透镜图案在所述图案化制作工艺中逐渐消耗而被移除。
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