TW202349737A - 光學模組及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學模組及其形成方法。一種實例性的方法包括：在第一晶圓上形成多個第一光學元件；在第二晶圓上形成多個第二光學元件；在第三晶圓上形成多個第三光學元件；將第一晶圓與第二晶圓對準，使得當第一晶圓與第二晶圓對準時，每個第一光學元件與對應的第二光學元件垂直重疊。該方法還包括：將第一晶圓與第二晶圓接合以形成第一經接合結構；將第二晶圓與第三晶圓對準，使得在將第一經接合結構中的第二晶圓接合至第三晶圓時，並且第二晶圓與第三晶圓在對準的同時，每個第二光學元件與對應的第三光學元件垂直重疊。

Description

光學模組及其形成方法
本發明實施例係有關光學模組及其形成方法。
半導體積體電路(IC)行業已經歷指數增長。IC材料及設計之技術進展已產生幾代IC，其中各代具有比上一代更小、更複雜的電路。在IC演進進程中，功能密度(即，每晶片面積互連模組之數目)已普遍增加，而幾何大小(即，可使用一製造製程產生之最小組件(或線))已減小。此按比例縮小製程通常藉由增加生產效率及降低相關聯成本而提供益處。
儘管在半導體製造方面取得進展，但形成光學模組之現有方法仍可能需要改良。例如，各光學模組可藉由對準及組裝多個個別光學元件而形成，從而導致龐大的光學模組、複雜的模組組裝製程及增加的成本。因此，儘管形成光學模組之現有方法通常已足夠，但其等在所有方面皆不令人滿意。
根據本發明的一實施例，一種方法，其包括：在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件；在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件；將該第一晶圓與該第二晶圓對準，其中在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準時，該複數個第一光學元件之各者與該複數個第二光學元件之一對應第二光學元件垂直重疊；在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合，由此獲得一第一經接合結構；在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件；將該第一經接合結構之該第二晶圓與該第三晶圓對準，其中在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準時，該複數個第二光學元件之各者與該複數個第三光學元件之一對應第三光學元件垂直重疊；及在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一經接合結構之該第二晶圓接合至該第三晶圓，由此獲得一第二經接合結構。
根據本發明的一實施例，一種方法，其包括：在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件；在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件；在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件；在該複數個第一光學元件之該形成及該複數個第二光學元件之該形成之後，將該第一晶圓與該第二晶圓對準；在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合；在該複數個第三光學元件之該形成之後，將該第二晶圓與該第三晶圓對準；在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一晶圓及該第二晶圓與該第三晶圓接合，由此獲得一經接合結構；及切割該經接合結構以形成複數個第一光學模組，其中該複數個第一光學模組之各者包括該複數個第一光學元件之一者、該複數個第二光學元件之一者及該複數個第三光學元件之一者，且其中該複數個第一光學模組之各者包括一垂直側壁。
根據本發明的一實施例，一種光學模組，其包括：一第一基板；一影像感測器，其放置於該第一基板上方且電耦合至該第一基板；一第一黏著層，其放置於該影像感測器上方；一第二基板，其放置於該影像感測器上方且經由該第一黏著層附接至該影像感測器；一濾光器，其放置於該第二基板上方且直接放置於該影像感測器上方；一第三基板，其放置於該濾光器上方且經由一第二黏著層附接至該濾光器；及一透鏡結構，其放置於該第三基板上方且直接放置於該影像感測器及該濾光器上方，其中該第一基板之一側壁表面與該第二基板之一側壁表面對準。
以下揭露內容提供用於實施所提供標的物之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不旨在限制。例如，在下文描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中第一及第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在第一與第二構件之間，使得第一及第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡單及清楚之目的，且本身不指示所論述之各項實施例及/或組態之間之一關係。
為便於描述，可在本文中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且本文中使用之空間相對描述詞同樣可相應地解釋。
此外，當用「約」、「近似」及類似者描述一數字或一數字範圍時，該術語意欲於涵蓋在考量如一般技術者所理解之在製造期間固有地出現的變動之一合理範圍內之數字。例如，基於相關聯於製造具有與所描述數字相關聯之一特性的一構件之已知製造容限，該數字或該數字範圍涵蓋包含所描述數字之一合理範圍，諸如在該數字之+/-10%內。例如，具有「約5 nm」之一厚度之一材料層可涵蓋自4.25 nm至5.75 nm之一尺寸範圍，其中一般技術者已知與沉積材料層相關聯之製造容限為+/-15%。
在諸如紅外線相機及點投影儀之各種裝置中廣泛地實施光學模組。一些光學模組可包含多個光學元件。在一些現有技術中，可個別地製造各光學元件，且接著可對準及組裝彼等光學元件以形成一個光學模組。該光學模組可為龐大的。再者，形成多個光學模組涉及龐大且複雜的組裝製程，此不利地增加相關聯成本且降低生產率。
本揭露提供用於形成光學模組之方法。在一實例性方法中，可在一或多個晶圓上製造各類型之光學元件。例如，可在一第一晶圓上製造數個透鏡結構，且可在一第二晶圓上製造數個濾光器結構。在彼等晶圓上製造不同光學元件之後，接著可執行晶圓級對準及接合製程。在彼等晶圓之對準及接合時，可據此對準形成於彼等晶圓上之光學元件。接著可進行一單粒化製程以將經接合晶圓切割成多個光學模組。藉由使用半導體可比較製程製造彼等光學元件，可達成具有減小的尺寸之光學模組。另外，藉由避免針對各單個光學模組執行重複的對準製程，執行晶圓級對準可增加總體生產率且降低相關聯成本。
現在將參考圖更詳細地描述本揭露之各個態樣。在彼方面，圖1係繪示根據本揭露之實施例的形成數個第一光學模組及數個第二光學模組之方法100之一流程圖。下文結合圖2到圖22描述方法100，其等係根據方法100之實施例的在不同製造階段之工件之局部橫截面視圖。圖23係繪示根據本揭露之實施例的形成數個第一光學模組及數個第二光學模組之一替代方法300中之實例性操作之一流程圖。下文結合圖24至圖33描述方法300，其等係根據方法300之實施例的在不同製造階段之工件之局部橫截面視圖。圖34係繪示根據本揭露之實施例的形成數個第一光學模組之另一替代方法500中之實例性操作之一流程圖。下文結合圖35至圖46描述方法500，其等係根據方法500之實施例的在不同製造階段之工件之局部橫截面視圖。方法100、300及500僅僅係實例且並不意欲於將本揭露限於其中明確地繪示之內容。可在方法100、300及/或500之前、期間及之後提供額外步驟，且可針對該方法之額外實施例替換、消除或移動一些所描述步驟。為簡單起見，本文中未詳細地描述所有步驟。為避免疑慮，圖2至圖22、圖24至圖33及圖35至圖46中之X、Y及Z方向彼此垂直且貫穿圖2至圖22、圖24至圖33及圖35至圖46一致地使用。貫穿本揭露，類似元件符號表示類似構件，除非另有例外。
參考圖1、圖2及圖3，方法100包含一方塊102，其中提供一第一基板202A及一第二基板202B。第一基板202A (或一第一晶圓202A)及第二基板202B (或一第二晶圓202B)之各者可由石英、熔矽石、藍寶石或對所關注光波長透明之其他合適材料形成。在一些實施例中，第一基板202A及第二基板202B之各者包含數個對準標記。例如，第一基板202A包含兩個對準標記203，且第二基板202B包含兩個對準標記205。應理解，圖2及圖3中所表示之對準標記203/205之配置(例如，位置、形狀、大小)及數目僅係一實例。其他配置及數目(例如，3個或更多個)係可能的。在本實施例中，第一基板202A之一俯視圖之一大小及一形狀相同於第二基板202B之一俯視圖之一大小及一形狀。
參考圖1、圖2、圖4及圖6，方法100包含一方塊104，其中在第一基板202A上方形成一分束器208之一上部分208a。參考圖2，在第一基板202A上放置一第一材料層204。可使用原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)或其他合適方法在第一基板202A上形成第一材料層204。第一材料層204可包含金屬(例如，鋁)、介電材料(例如，氮化矽)或任何其他合適材料。
參考圖4，在第一材料層204之形成之後，使用CVD或ALD在第一基板202A上方沉積一遮罩膜且接著藉由一微影術製程進行圖案化，由此形成一經圖案化遮罩膜206。一實例性微影術製程包含：旋塗塗覆一光阻劑層；軟烘烤該光阻劑層；遮罩對準；曝光；曝光後烘烤；使該光阻劑層顯影；沖洗；及乾燥(例如，硬烘烤)。經圖案化遮罩膜206曝光第一材料層204之直接放置於第一基板202A之一第一區R1上方之一部分。在使用經圖案化遮罩膜206作為一蝕刻遮罩時，執行一蝕刻製程以移除第一材料層204之由圖案化遮罩膜206曝光之該部分。在一些實施例中，第一基板202A之第一區R1可基於其他光學元件(例如，圖19中所展示之影像感測器236)之組態及其他光學元件與各自對準標記之間的一位置關係來判定。接著可選擇性地移除經圖案化遮罩膜206。
參考圖6，在移除經圖案化遮罩膜206之後，可對第一材料層204之剩餘部分執行諸如微影術及蝕刻之進一步製程以在第一基板202A之一第二區R2上方直接形成一分束器208 (圖10中所展示)之一上部分208a。分束器208之上部分208a可包含形成於第一材料層204中之溝槽(例如，溝槽208T)。應理解，圖6中所展示的分束器208之上部分208a之一橫截面視圖之形狀僅係一實例且並不意欲於將本揭露限於其中明確地繪示之內容。
參考圖1、圖3、圖5、圖7，方法100包含一方塊106，其中在第二基板202B上方形成分束器208之一下部分208b。參考圖3，在第二基板202B上放置一第二材料層210。第二材料層210之組合物及形成可類似於第一材料層204之組合物及形成。在一實施例中，第二材料層210之一組合物相同於第一材料層204之一組合物。
在第二材料層210之形成之後，在圖5中所表示之實施例中，在第二材料層210上方形成一經圖案化遮罩膜212。經圖案化遮罩膜212曝光第二材料層210之直接放置於第二基板202B之一第一區R1’上方之一部分。經圖案化遮罩膜212之形成可類似於經圖案化遮罩膜206之形成。隨後可進行一蝕刻製程以移除第二材料層210之直接放置於第二基板202B之第一區R1’上方之該部分。接著可選擇性地移除經圖案化遮罩膜212。在本實施例中，第二基板202B之第一區R1’之一俯視圖之一尺寸及一形狀實質上相同於第一基板202A之第一區R1之一俯視圖之一尺寸及一形狀，且第二基板202B之第一區R1’與對準標記205之間的一位置關係對應於第一基板202A之第一區R1與對準標記203之間的一位置關係使得當第一基板202A被翻轉且與第二基板202B對準時，第一基板202A之第一區R1將與第二基板202B之第一區R1’對準。即，在將第一基板202A翻轉且與第二基板202B對準之後，將第一基板202A之第一區R1及第二基板202B之第一區R1’之邊界及中心線對準。
參考圖7，在移除經圖案化遮罩膜212之後，可對第二材料層210之剩餘部分執行諸如微影術及蝕刻之進一步製程以在第二基板202B之一第二區R2’上方直接形成分束器208 (圖10中所展示)之一下部分208b。分束器208之下部分208b可包含溝槽(諸如溝槽208T’)。應理解，圖7中所展示之分束器208之下部分208b之一橫截面視圖之形狀僅係一實例且並不意欲於將本揭露限於其中明確地繪示之內容。形成於第二基板202B上方之分束器208之下部分208b之位置及組態可基於形成於第一基板202A上方之分束器208之一所要位置及組態以及分束器208之上部分208a之對應位置及組態來判定。在本實施例中，判定第二基板202B之第二區R2’使得當第一基板202A被翻轉且與第二基板202B對準時，形成於第一基板202A上方之分束器208之上部分208a及形成於第二基板202B上方之分束器208之下部分208b之一組合將形成具有(若干)令人滿意的光學功能之分束器208。
參考圖1、圖8及圖9，方法100包含一方塊108，其中在第一基板202A上方形成一第一黏著層214a且在第二基板202B上方形成一第二黏著層214b。第一黏著層214a及第二黏著層214b經組態以促進第一基板202A與第二基板202B之間的接合。在本實施例中，第一黏著層214a不僅形成於分束器208之上部分208a上及周圍，而且填充分束器208之上部分208a之溝槽(例如，溝槽208T)。第一黏著層214a亦直接形成於第一基板202A之第一區R1上。第二黏著層214b不僅形成於分束器208之下部分208b上及周圍，而且填充分束器208之下部分208b之溝槽(例如，溝槽208T’)。第二黏著層214b亦直接形成於第二基板202B之第一區R1’上。第一黏著層214a及第二黏著層214b可包含具有一低光學吸收係數(或吸收率)之任何合適材料，諸如苯並環丁烯(BCB)聚合物且可使用任何合適方法來沉積。第一黏著層214a可在第二黏著層214b之形成之前或之後形成。在一些其他實施例中，第一黏著層214a及第二黏著層214b可同時形成。
參考圖1及圖10，方法100包含一方塊110，其中翻轉第一基板202A。在翻轉圖8中所展示之工件之後，如圖10中所表示，第一基板202A位於頂部處且放置於第一材料層204 (包含分束器208之上部分208a)上方。
參考圖1及圖10，方法100包含一方塊112，其中將第一基板202A與第二基板202B對準。如上文參考圖2至圖3所描述，第一基板202A包含對準標記203且第二基板202B包含對準標記205。在所繪示實施例中，在翻轉第一基板202A之後，可橫向移動第二基板202B直至第二基板202B中之對準標記205之各者與第一基板202A中之一對應對準標記203對準。即，執行一晶圓級對準製程以將第二基板202B與第一基板202A對準。在本實施例中，在第一基板202A被翻轉且與第二基板202B對準之後，第一基板202A之第一區R1與第二基板202B之第一區R1’對準，且第一基板202A之第二區R2與第二基板202B之第二區R2’對準。由於對準製程係一晶圓級對準製程，故可達成一更高對準精度。在一實施例中，在第一基板202A與第二基板202B之間對準時，第一基板202A之第一區R1之一中心線與第二基板202B之第一區R1’之一中心線之間的一距離可小於10 um。在一些實施例中，在第一區R1之中心線與第一區R1’之中心線之間實質上不存在偏移。此同樣適用於第二區R2及第二區R2’。
參考圖1及圖10，方法100包含一方塊114，其中將第一基板202A接合至第二基板202B。在第一基板202A與第二基板202B對準之後，第一黏著層214a直接面對第二黏著層214b。在本實施例中，第一黏著層214a之一組合物相同於第二黏著層214b之一組合物，且第一黏著層214a及第二黏著層214b可單獨地被稱為或統稱為黏著層214 (如圖10中所展示)。在一些實施例中，第一基板202A經由一熱壓接合製程(例如，包含加熱及熱及機械壓力)或其他合適接合製程接合至第二基板202B。在將第一基板202A接合至第二基板202B之後，分束器208之上部分208a及分束器208之下部分208b之一組合形成分束器208。在圖10中所表示之所繪示實施例中，分束器208之上部分208a藉由第一黏著層214a及第二黏著層214b之一組合與分束器208之下部分208b垂直間隔開。圖10中所展示之工件可被稱為結構216。
在一些實施例中，如圖11中所表示，在將第一基板202A接合至第二基板202B之後，可執行一薄化製程以自第一基板202A及第二基板202B之背側薄化該等第一及第二基板以減小結構216之一總厚度。薄化製程可包含一機械研磨製程及/或一化學薄化製程。例如，可在一第一機械研磨製程期間首先自第一基板202A移除大量基板材料。之後，可對第二基板202B之背側應用一第二機械研磨製程以薄化第二基板202B。
參考圖1、圖12及圖13，方法100包含一方塊116，其中分別在一第三基板202C之一第一預定區R1”及一第二預定區R2”上方形成一第一透鏡結構220a及一第二透鏡結構220b。第三基板202C可由石英、熔矽石、藍寶石或對所關注光波長透明之其他合適材料形成。第三基板202C亦包含數個(例如，兩個)對準標記218。應理解，對準標記218之配置(例如，位置、形狀、大小)及數目僅係一實例。在本實施例中，第三基板202C之一俯視圖之一大小及一形狀相同於第二基板202B之一俯視圖之大小及形狀。即，當第三基板202C與第二基板202B對準時，第三基板202C之邊界(側壁)及中心線與第二基板202B之邊界(側壁)及中心線實質上對準。
為了形成第一透鏡結構220a及第二透鏡結構220b，參考圖12，在第三基板202C上放置一第三材料層220。可使用原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)或其他合適方法在第三基板202C上形成第三材料層220。第三材料層220可包含金屬及/或介電材料，諸如二氧化鈦(TiO 2)、氧化鋁、氧化鉿(HfO 2)、氧化鋅(ZnO)、氮化矽(Si 3N 4)、其他合適材料或其等組合。在第三材料層220之形成之後，參考圖13，可執行一或多個微影術製程以移除第三材料層220之多餘部分以在第三基板202C之一第一區R1”上方直接形成第一透鏡結構220a且在第三基板202C之一第二區R2”上方直接形成第二透鏡結構220b。在一實施例中，第一透鏡結構220a及第二透鏡結構220b兩者包含一平坦透鏡結構，且各平面透鏡結構可包含由第三材料層220形成之數個鰭片220f。鰭片220f可具有沿著X方向之不同寬度。
在本實施例中，第三基板202C之第一區R1”與各自對準標記218之間的一位置關係對應於第二基板202B之第一區R1’與對準標記205之間的一位置關係，且第三基板202C之第二區R2”與對準標記218之間的一位置關係對應於第二基板202B之第二區R2’與對準標記205之間的一位置關係。因此，當第三基板202C與第二基板202B對準時，第三基板202C之第一區R1”將與第二基板202B之第一區R1’對準，且第三基板202C之第二區R2”將與第二基板202B之第二區R2’對準。
參考圖14，在形成第一透鏡結構220a及第二透鏡結構220b之後，在第三基板202C上方形成一第三黏著層222。在本實施例中，第三黏著層222不僅形成於第一及第二透鏡結構220a及220b之鰭片220f上，而且填充第三基板202C上之兩個相鄰鰭片220f之間的溝槽。第三黏著層222可包含具有一低光學吸收係數(或吸收率)之任何合適材料，諸如苯並環丁烯(BCB)聚合物且可使用任何合適方法來沉積。
參考圖1及圖15，方法100包含一方塊118，其中將第三基板202C與結構216之第二基板202B對準。如上文所描述，第二基板202B包含對準標記205且第三基板202C包含對準標記218。可橫向移動第三基板202C直至第三基板202C中之對準標記218之各者與第二基板202B中之一對應對準標記205對準。即，執行一晶圓級對準製程以將第三基板202C與第二基板202B對準且可達成一更高對準精度。一旦第三基板202C與第二基板202B對準，第三基板202C之第一區R1”便與第二基板202B之第一區R1’對準，且第三基板202C之第二區R2”與第二基板202B之第二區R2’對準。換言之，分束器208直接形成於第二透鏡結構220b上方。在第三基板202C與第二基板202B之間對準時，分束器208之一中心線與第二透鏡結構220b之一中心線之間的一距離可小於10 um。在一實施例中，在分束器208之中心線與第二透鏡結構220b之中心線之間實質上不存在偏移。
參考圖1及圖15，方法100包含一方塊120，其中將第三基板202C接合至結構216之第二基板202B。在第三基板202C與第二基板202B對準之後，第三黏著層222直接面對第二基板202B之一底表面。可朝向第二基板202B移動第三基板202C直至第三黏著層222將第三基板202C接合至第二基板202B之底表面。在一些實施例中，第三基板202C經由一熱壓接合製程或其他合適接合製程接合至第二基板202B。在將第三基板202C接合至第二基板202B之後，在圖15中所表示之所繪示實施例中，在第二透鏡結構220b上方直接形成分束器208。在接合製程之後，可執行一薄化製程(例如，一機械研磨製程及/或一化學薄化製程)以自背側薄化第三基板202C。在一實施例中，包含第三基板202C及第三黏著層222之工件之一厚度T2可在約100 um與約150 um之間。圖15中所展示之工件可被稱為結構226。
參考圖1及圖16，方法100包含一方塊122，其中在一第四基板202D之一區R1’’’上方形成一濾光器結構230。第四基板202D可由石英、熔矽石、藍寶石或對所關注光波長透明之其他合適材料形成。第四基板202D亦包含數個(例如，兩個)對準標記228。應理解，對準標記228之配置(例如，位置、形狀、大小)及數目僅係一實例。在本實施例中，第四基板202D之一俯視圖之一大小及一形狀相同於第三基板202C之一俯視圖之大小及形狀。即，當第四基板202D與第三基板202C對準時，第四基板202D之邊界及中心線與第三基板202C之邊界及中心線實質上對準。在本實施例中，第四基板202D之區R1’’’與對準標記228之間的一位置關係對應於第三基板202C之第一區R1”與對準標記218之間的一位置關係，使得當第四基板202D與第三基板202C對準時，第四基板202D之區R1’’’將與第三基板202C之第一區R1”對準。
濾光器結構230之形成可包含在第四基板202D上方沉積一第四材料層且圖案化該第四材料層以在第四基板202D之區Rl’’’上方直接形成濾光器結構230。第四材料層可包含用於濾除一特定頻帶(例如，所要光波長)之一染料型(或顏料型)聚合物。其他合適材料亦係可能的。在一些實施例中，濾光器結構230可包含若干濾光器。
參考圖17，在第四基板202D之區R1’’’上方直接形成濾光器結構230之後，在第四基板202D上方形成一第四黏著層232。在本實施例中，第四黏著層232形成於濾光器結構230上及周圍。第四黏著層232可包含具有一低光學吸收係數(或吸收率)之任何合適材料，諸如苯並環丁烯(BCB)聚合物且可使用任何合適方法來沉積。
參考圖1及圖18，方法100包含一方塊124，其中將第四基板202D與第三基板202C對準。如上文所描述，第四基板202D包含對準標記228且第三基板202C包含對準標記218。可橫向移動第四基板202D直至第四基板202D中之對準標記228之各者與第三基板202C中之一對應對準標記218對準。即，執行一晶圓級對準製程以將第四基板202D與第三基板202C對準。因此，可達成一更高對準精度。一旦第四基板202D與第三基板202C對準，第四基板202D之區R1’’’便與第三基板202C之第一區R1”對準。換言之，濾光器結構230直接放置於第一透鏡結構220a下方。在第四基板202D與第三基板202C之間對準時，濾光器結構230之一中心線與第一透鏡結構220a之一中心線之間的一距離可小於10 um。在一實施例中在，在濾光器結構230之中心線與第一透鏡結構220a之中心線之間實質上不存在偏移。
參考圖1及圖18，方法100包含一方塊126，其中將第四基板202D接合至第三基板202C。在第四基板202D與第三基板202C對準之後，第四黏著層232直接面對第三基板202C之一底表面。可朝向第三基板202C移動第四基板202D直至第四黏著層232將第四基板202D接合至第三基板202C之底表面。在一些實施例中，第四基板202D經由一熱壓接合製程或其他合適接合製程接合至第三基板202C。在將第四基板202D接合至第三基板202C之後，在圖18中所表示之所繪示實施例中，在直接放置於第四基板202D之區R1’’’上方之濾光器結構230上方直接形成第一透鏡結構220a。在第二透鏡結構220b上方直接形成分束器208，且在第四基板202D之一區R2’’’上方直接形成第二透鏡結構220b。在接合製程之後，可執行一薄化製程(例如，一機械研磨製程及/或一化學薄化製程)以自背側薄化第四基板202D。圖18中所展示之工件可被稱為工件200。
參考圖1及圖19，方法100包含一方塊128，其中提供一工件200’。在本實施例中，工件200’包含一封裝基板202E。封裝基板202E可為一印刷電路板(PCB)或任何其他合適基板。工件200’亦包含直接形成於封裝基板202E之一第一區A10上方之一影像感測器236。在一些實施例中，一黏著層(未展示)可用來將影像感測器236安裝至封裝基板202E。影像感測器236使用接合線237a及金屬墊237b電耦合至封裝基板202E。工件200’亦包含直接形成於封裝基板202E之一第二區A20上方之一垂直腔表面發射雷射(VCSEL) 238。在一些實施例中，一黏著層可用來將VCSEL 238附接至封裝基板202E。VCSEL 238使用接合線239a及金屬墊239b電耦合至封裝基板202E。封裝基板202E包含對準標記234。封裝基板202E之第一區A10、影像感測器236及對準標記234當中的位置關係可用作一參考來判定第一透鏡結構220a及濾光器結構230之組態。封裝基板202E之第二區A20、VCSEL 238及對準標記234當中的位置關係可用作一參考來判定第二透鏡結構220b及分束器208之組態。因此，當對準標記234與對準標記203、205、218及228對準時，第一透鏡結構220a及濾光器結構230兩者直接放置於影像感測器236上方，且分束器208及第二透鏡結構220b兩者直接放置於VCSEL 238上方。
工件200’亦包含形成於封裝基板202E上方之一第五黏著層242。例如，第五黏著層242形成於影像感測器236及VCSEL 238上及周圍。第五黏著層242可包含具有一低光學吸收係數(或吸收率)之任何合適材料，諸如苯並環丁烯(BCB)聚合物且可使用任何合適方法來沉積。
參考圖1及圖20，方法100包含一方塊130，其中將封裝基板202E與第四基板202D對準。如上文所描述，封裝基板202E包含對準標記234且第四基板202包含對準標記228。可橫向移動封裝基板202E直至封裝基板202E中之對準標記234之各者與第四基板202D中之一對應對準標記228對準。即，執行一晶圓級對準製程以將封裝基板202E與第四基板202D對準且可因此達成一更高對準精度。一旦封裝基板202E與第四基板202D對準，封裝基板202E之第一區A10便與第四基板202D之第一區R1’’’對準，且封裝基板202E之第二區A20與第四基板202D之第二區R2’’’對準。在一實施例中，在封裝基板202E與第四基板202D之間對準時，影像感測器236之一中心線與濾光器結構230之一中心線之間的一距離可小於10 um，且VCSEL 238之一中心線與第二透鏡結構220b之一中心線之間的一距離可小於10 um。
參考圖1及圖20，方法100包含一方塊132，其中經由第五黏著層242將封裝基板202E接合至第四基板202D。在封裝基板202E與第四基板202D對準之後，第五黏著層242直接面對第四基板202D之一底表面。可朝向第四基板202D移動封裝基板202E直至第五黏著層242將封裝基板202E接合至第四基板202D之底表面，由此形成一工件200”。在一些實施例中，封裝基板202E經由一熱壓接合製程或其他合適接合製程接合至第四基板202D。工件200”包含直接形成於濾光器結構230上方之第一透鏡結構220a、直接放置於影像感測器236上方之濾光器結構230，及直接形成於第二透鏡結構220b上方之分束器208，及直接形成於VCSEL 238上方之第二透鏡結構220b。
參考圖1及圖21，方法100包含一方塊134，其中執行進一步製程。此進一步製程可包含執行一單粒化製程以利用一切削技術(例如，一機械切割)沿著劃線道或劃線通道切削以將工件200”分成兩個或更多個個別光學模組，諸如光學模組200A”及光學模組200B”。由於第一基板202A、第二基板202B、第三基板202C及第四基板202D係透明基板，故在一些實施例中，彼等基板202A至202D之僅一者被製造為具有劃線道或劃線通道。
在本實施例中，在執行單粒化製程之後，光學模組200A”包含使用接合線237a電耦合至封裝基板202E之影像感測器236、直接放置於影像感測器236上方之濾光器結構230，及直接形成於濾光器結構230及影像感測器236兩者上方之第一透鏡結構220a。在一些實施例中，光學模組200A”可用來形成一紅外線(IR)相機。在一實施例中，濾光器結構230之一中心線與影像感測器236之中心線之間的一距離小於10 um，且第一透鏡結構220a之一中心線與影像感測器236之中心線之間的一距離小於10 um。光學模組200A”亦包含直接形成於第一透鏡結構220a上方之第一基板202A、黏著層214及第二基板202B。
光學模組200B”包含電耦合至封裝基板202E之VCSEL 238、直接形成於VCSEL 238上方之第二透鏡結構220b，及直接形成於第二透鏡結構220b及VCSEL 238兩者上方之分束器208。在一些實施例中，光學模組200B”可用來形成一點陣投影儀。在一實施例中，第二透鏡結構220b之一中心線與VCSEL 238之中心線之間的一距離小於10 um，且分束器208之一中心線與VCSEL 238之中心線之間的一距離亦小於10 um。光學模組200B”亦包含垂直夾置於第二透鏡結構220b與VCSEL 238之間的黏著層232及第四基板202D。在各項實施例中，單粒化製程中所採用之切削技術形成一直線切削。即，光學模組200A”之側壁250及光學模組200B”之側壁252係實質上垂直的。即，第一、第二、第三、第四基板202A至202D及封裝基板202E之各者具有一垂直側壁，且彼等垂直側壁係沿著Z方向對準。在此，「實質上垂直」被稱為對應光學模組之一側壁與一頂表面之間形成之一角度係在88°與92°之間。
在參考圖2至圖21所描述之以上實施例中，切割根據方法100製造之工件200”以形成一個光學模組200A”及一個光學模組200B”。然而，方法100可用來形成可經切割以形成更多光學模組之一工件(例如，工件200’’’)。例如，數個第一透鏡結構220a及數個第二透鏡結構形成於第三基板202C上，數個濾光器結構形成於第四基板202D上，數個分束器208形成於第一與第二晶圓202A與202B之間，且數個影像感測器236及數個VCSEL 238安裝於封裝基板202E上。可對彼等晶圓執行操作(例如，翻轉、對準及接合製程)以形成圖22中所表示之工件200’’’。在圖22中所表示之實施例中，工件200’’’包含用於形成光學模組200A”之多個區A1及用於形成光學模組200B”之多個區A2。接著可切割工件200’’’以形成數個光學模組200A”及數個光學模組200B”。由圖22所表示之工件200’’’之組態僅係一實例且並不意欲於限制。
在參考圖1至圖22所描述之以上實施例中，具有不同結構之光學模組200A”及光學模組200B”同時形成。如上文所描述，除彼等光學元件(例如，第一透鏡結構220a、濾光器結構230、影像感測器236)之外，光學模組200A”亦包含直接形成於第一透鏡結構220a上方之第一基板202A、黏著層214及第二基板202B；類似地，光學模組200B”亦包含垂直夾置於第二透鏡結構220b與VCSEL 238之間的黏著層232及第四基板202D。例如，為了形成更多的點陣投影儀及更多的IR相機同時減小光學模組200A”及200B”之總厚度，其他方法亦係可能的。圖23描繪繪示根據本揭露之實施例的形成數個第一光學模組及數個第二光學模組之一替代方法300中之實例性操作之一流程圖。下文結合圖24至圖33描述方法300，其等係根據方法300之實施例的在不同製造階段之工件之局部橫截面視圖。
參考圖23及圖24，方法300包含一方塊302，其中提供一第一工件400A。第一工件400A包含一第一基板402A。在本實施例中，第一基板402A包含數個對準標記(未展示)。第一工件400A亦包含形成於第一基板402A之預定區A 1、…、A N-1、A N上方之數個透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N。N為一整數且不小於3。例如，透鏡結構404 1形成於第一基板402A之一區A 1上方，透鏡結構404 N-1形成於第一基板402A之一區A N-1上方，且透鏡結構404 N形成於第一基板402A之一區A N上方。彼等透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N具有實質上相同的組態(例如，尺寸、功能)。第一工件400A亦包含形成於第一基板402A上方之一黏著層406。第一基板402A可類似於第三基板202C，透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N之各者可類似於第一透鏡結構220a，黏著層406可類似於黏著層222，且為簡單起見而省略重複描述。
參考圖23及圖25，方法300包含一方塊304，其中提供一第二工件400B。第二工件400B包含具有數個對準標記(未展示)之一第二基板402B。第二工件400B亦包含分別形成於第二基板402B之預定區B 1、B 2、…、B N上方之數個濾光器結構408 1、408 2、…、408 N。在本實施例中，形成於第二基板402B上方之濾光器結構之數目相同於形成於第一基板402A上方之透鏡結構之數目。在本實施例中，用於在其上形成濾光器結構408 1、408 2、…、408 N之區B 1、B 2、…、B N係基於區A 1、...、A N-1、A N之經判定位置來判定。更具體而言，當第一工件400A被翻轉且在第一基板402A與第二基板402B之間對準時，區A 1、…、A N-1、A N將分別與區B N、…、B 2、B 1對準。彼等濾光器結構408 1、408 2、…、408 N具有實質上相同的組態(例如，尺寸及功能)。第二工件400B亦包含形成於第二基板402B上方之一黏著層410。第二基板402B可類似於第四基板202D，濾光器結構408 1、408 2、…、408 N之各者可類似於濾光器結構230，黏著層410可類似於黏著層232，且為簡單起見而省略重複描述。
參考圖23及圖26，方法300包含一方塊306，其中翻轉第一工件400A。如圖26中所表示，在第一工件400A被翻轉之後，第一基板402A位於頂部處且放置於透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N上方。隨著第一工件400A之翻轉，方塊306前進至第一基板402A及第二基板402B之晶圓級對準。第一基板402A及第二基板402B之對準可類似於第一基板202A及第二基板202B之對準。例如，可橫向移動第二基板402B直至第二基板402B之各對準標記與第一基板402A之一對應對準標記對準。
參考圖23及圖26，方法300包含一方塊308，其中將第一基板402A接合至第二基板402B。第一黏著層406及第二黏著層410可將第一基板402A接合至第二基板402B，由此形成一經接合結構400’。在將第一基板402A接合至第二基板402B之後，在圖26中所表示之所繪示實施例中，在濾光器結構408 N上方直接形成透鏡結構404 1。在一實施例中，透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N之各中心線與放置於其下之濾光器結構之一對應中心線實質上對準。各透鏡結構藉由第一黏著層406及第二黏著層410與一對應濾光器結構垂直間隔開。在將第一基板402A接合至第二基板402B之後，可執行一薄化製程以自第一基板402A及第二基板402B之背側薄化該等第一及第二基板以減小經接合結構400’之一總厚度。在薄化製程之後，第二基板402B之一底表面可被稱為底表面402S。
在本實施例中，第一工件400A被翻轉且第一基板接合至第二基板402B。在一些其他實施例中，可調整濾光器結構及透鏡結構之組態以及第一及第二基板402A、402B之預定區之位置使得類似於參考圖18所描述在不翻轉第一工件400A或第二工件400B之情況下，第一基板402A可接合至第二基板402B。
參考圖23及圖27，方法300包含一方塊310，其中將經接合結構400’切割成N個光學單元420。在本實施例中，可採用一切削技術(例如，一機械切割)以沿著第一及/或第二基板402A、402B上之劃線道或劃線通道切削經接合結構400’以將經接合結構400’切割成N個光學單元420。各光學單元420包含直接形成於一濾光器結構上方之一透鏡結構。在各項實施例中，切削技術形成一直線切削。即，各光學單元420之側壁係實質上垂直的。即，第一基板402A及第二基板402B之各者具有一垂直側壁，且彼等垂直側壁係沿著Y方向對準。
參考圖23及圖28，方法300包含一方塊312，其中提供一第三工件400C。第三工件400C包含夾置於一基板402C1與一第三基板402C2之間的N個分束器424 1、424 2、…、424 N。基板402C1及第三基板402C2各包含數個對準標記(未展示)。N個分束器424 1、424 2、…、424 N直接形成於第三基板402C2之預定區C 1、C 2、…、C N上方。彼等分束器具有實質上相同的結構及組態。各分束器包含一上部分及一下部分，且該下部分藉由一黏著結構426與該上部分間隔開。黏著結構426可包含一或多個黏著層且可類似於黏著層214。分束器424 1、424 2、…、424 N之形成可類似於參考圖11所描述之分束器208之形成，且為簡單起見而省略重複描述。
參考圖23及圖29，方法300包含一方塊314，其中提供一第四工件400D。第四工件400D包含一第四基板402D，該第四基板具有數個對準標記(未展示)及分別形成於第四基板402D之預定區D 1、D 2、…、D N上方之數個透鏡結構428 1、428 2、…、428 N。在本實施例中，用於在其上形成透鏡結構428 1、428 2、…、428 N之區D 1、D 2、…、D N係基於區C 1、C 2、…、C N之經判定位置來判定。更具體而言，當第三基板402C2與第四基板402D對準時，區D 1、D 2、…、D N將分別與區C 1、C 2、…、C N對準。第四工件400D亦包含形成於第四基板402D上方之一黏著層430。第四基板402D可類似於第三基板202C，透鏡結構428 1、428 2、…、428 N之各者可類似於第二透鏡結構220b，黏著層430可類似於黏著層222，且為簡單起見而省略重複描述。
參考圖23及圖30，方法300包含一方塊316，其中將第三基板402C2與第四基板402D對準。第三基板402C2及第四基板402D之對準可類似於第三基板202C及第二基板202B之對準。
參考圖23及圖30，方法300包含一方塊318，其中將第三基板402C2接合至第四基板402D。在第三基板402C2與第四基板402D對準之後，可執行一熱壓接合製程以將第三基板402C2接合至第四基板402D，由此形成一經接合結構400”。在經接合結構400”之形成時，分束器424 1、424 2、…、424 N之各者直接形成於彼等透鏡結構428 1、428 2、…、428 N之一對應透鏡結構上方。在一實施例中，透鏡結構428 1、428 2、…、428 N之各中心線與放置於其下之一對應分束器之一中心線實質上對準。在將第三基板402C2接合至第四基板402D之後，可執行一薄化製程以自第四基板402D之背側薄化第四基板402D。
參考圖23及圖31，方法300包含一方塊320，其中將經接合結構400”切割成N個光學單元440。經接合結構400”之切割可類似於經接合結構400’之切割。各光學單元440包含直接形成於一透鏡結構上方之一分束器。在各項實施例中，各光學單元440之側壁係實質上垂直的。即，基板402C1、402C2、402D之各者具有一垂直側壁，且彼等垂直側壁係沿著Y方向對準。
參考圖23及圖32，方法300包含一方塊322，其中提供一第五工件400E。第五工件400E可類似於參考圖19所描述之工件200’且為簡單起見而省略重複描述。
參考圖23及圖32，方法300包含一方塊324，其中經由一黏著層450將光學單元420安裝至影像感測器236，且經由一黏著層455將光學單元440安裝至垂直腔表面發射雷射(VCSEL) 238，由此形成一經接合結構400’’’。黏著層450及455可類似於黏著層214a。
參考圖23及圖33，方法300包含一方塊326，其中切割經接合結構400’’’以形成一第一光學模組460及一第二光學模組480。由於單獨地形成用於光學單元420之光學元件及用於光學單元440之光學元件，故第一光學模組460具有與光學模組200A”之厚度相比減小之一厚度，且第二光學模組480具有與該光學模組之厚度相比減小之一厚度。
在參考圖1至圖33所描述之以上實施例中，在與其他光學元件(分束器、透鏡結構及/或濾光器結構)接合之前，影像感測器236及VCSEL 238已經由接合線(例如，接合線237a及239a)及金屬墊(例如，金屬墊237b及239b)電耦合至封裝基板202E。在一些其他實施例中，影像感測器236及VCSEL 238可在接合至其他光學元件之後電耦合至封裝基板202E。圖34描繪根據本揭露之實施例的用於形成數個第一光學模組之一替代方法500之一流程圖。結合圖35至圖46描述方法500，其等係根據方法500之實施例的在不同製造階段之工件之局部橫截面視圖。更具體而言，在形成第一經接合結構400’ (如圖26中所展示)之後，執行方法500之操作。
參考圖34及圖35，方法500包含一方塊502，其中翻轉第一經接合結構400’。如圖35中所表示，第二基板402B位於頂部處且放置於濾光器結構408 1、408 2、…、408 N上方。經翻轉之經接合結構400’可被稱為第一經接合結構600。
參考圖34及圖36，方法500包含一方塊504，其中使第二基板402B之部分凹入以形成數個凹槽602。在一些實施例中，可在第二基板402B之底表面402S上方沉積一遮罩膜且接著藉由一微影術製程圖案化。經圖案化遮罩膜曝光第二基板402B之未直接放置於第一基板402A之區A 1、…、A N-1、A N上方之部分。在使用經圖案化遮罩膜作為一蝕刻遮罩時，執行一蝕刻製程以使第二基板402B之由經圖案化遮罩膜曝光之部分凹入以形成數個凹槽602。接著可選擇性地移除經圖案化遮罩膜。
參考圖34及圖37，方法500包含一方塊506，其中在第二基板402B之底表面402S上方形成一黏著層604。在本實施例中，黏著層604形成於第二基板402B之底表面402S上，而不形成於凹槽602中。黏著層604之組合物可類似於黏著層214a之組合物。在形成黏著層604之後，如圖38中所表示，第一經接合結構600經翻轉且第一基板402A位於頂部處。
參考圖34及圖39，方法500包含一方塊508，其中提供一晶圓610。晶圓610包含形成於一半導體基板中及上方之數個影像感測器612 1、612 2、…、612 N(未單獨地標註)。為簡單起見而省略影像感測器之詳細結構構件。晶圓610亦包含用於影像感測器612 1、612 2、…、612 N之外部連接之數個金屬墊614 1、614 2、…、614 N及616 1、616 2、…、616 N。在本實施例中，各影像感測器放置於兩個對應金屬墊之間。在一些實施例中，晶圓610可包含數個對準標記。
參考圖34及圖40，方法500包含一方塊510，其中將第二基板420B與晶圓610對準。晶圓610與第二基板402B之間的對準可類似於上文參考圖15所描述之對準。在晶圓610與第二基板420B之間對準時，透鏡結構404 1、…、404 N-1、404 N之各者及濾光器結構408 1、408 2、…、408 N之各者直接放置於影像感測器612 1、612 2、…、612 N之一對應影像感測器上方，且金屬墊614 1、614 2、...、614 N之各者及其對應相鄰金屬墊(例如，616 1、616 2、…或616 N)直接放置於一對應凹槽602之下。
參考圖34及圖40，方法500包含一方塊512，其中將第一經接合結構600接合至晶圓610。在第二基板420B與晶圓610對準之後，經由黏著層604將第一經接合結構600接合至晶圓610，由此獲得一第二經接合結構620。在本實施例中，第二經接合結構620包含放置於凹槽602中之金屬墊614 1、614 2、…、614 N及616 1、616 2、…、616 N。各透鏡結構(例如，透鏡結構404 1、…、404 N-1或404 N)直接放置於一對應濾光器結構(例如，濾光器結構408 N)上方，且對應濾光器結構(例如，濾光器結構408 1、408 2、…或408 N)直接放置於一對應濾光器結構(例如，影像感測器612 1、612 2、…或612 N)上方。
參考圖34及圖41，方法500包含一方塊514，其中執行一部分切割技術或一蝕刻製程以移除第一經接合結構600之部分以曝光金屬墊614 1、614 2、…、614 N及金屬墊616 1、616 2、…、616 N。在一實施例中，一經圖案化遮罩膜可形成於第二經接合結構620上方且經組態以曝光第一經接合結構600之直接放置於凹槽602上方之部分。在使用經圖案化遮罩膜作為一蝕刻遮罩時，執行蝕刻製程以移除第一經接合結構600之彼等經曝光部分，由此曝光金屬墊614 1、614 2、…、614 N及金屬墊616 1、616 2、…、616 N。接著可選擇性地移除經圖案化遮罩膜。
參考圖34及圖42，方法500包含一方塊516，其中將第二經接合結構620切割成N個光學單元630。第二經接合結構620之切割可類似於經接合結構400’之切割。各光學單元630包含一影像感測器、直接形成於該影像感測器上方之一濾光器結構及直接形成於該濾光器結構上方之一透鏡結構。
參考圖34及圖43，方法500包含一方塊518，其中將光學單元630之一者安裝至封裝基板202E，由此形成一光學模組640。光學單元630可藉由任何合適方法，諸如藉由一黏著層(未展示)安裝至封裝基板202E。在一些實施例中，可實施光學模組640以形成IR相機。可執行類似操作以形成包含一VCSEL、一分束器及一透鏡結構之一點陣投影儀。
參考圖34及圖43，方法500包含一方塊520，其中將經安裝光學模組640之影像感測器佈線至封裝基板202E。在本實施例中，影像感測器藉由接合線237a及金屬墊(例如，金屬墊614 1及616 1)電連接至封裝基板202E。可採用其他方式來實現影像感測器與封裝基板202E之間的電連接。例如，在圖44至圖46中所表示之實施例中，貫穿基板通路(TSV) (未單獨地展示)及連接器可用來實現影像感測器與封裝基板202E之間的電連接。
圖44描繪包含經由一黏著層670接合至一晶圓660之第一經接合結構600 (圖35中所展示)之一工件650。工件650可類似於第二經接合結構620，惟代替具有金屬墊，晶圓660包含形成於晶圓660中之TSV (未展示)及形成於晶圓660之底表面之下之數個連接器665，諸如球柵陣列(「BGA」)球或凸塊。參考圖45，工件650切割成N個光學單元680。各光學單元680包含一影像感測器、直接形成於該影像感測器上方之一濾光器結構及直接形成於該濾光器結構上方之一透鏡結構。各光學單元680具有垂直側壁。參考圖46，在形成光學單元680之後，光學單元680之一者可經由連接器665安裝且電耦合至封裝基板202E，由此形成一光學模組690。在一些實施例中，光學模組690可用來形成一個IR相機。可執行類似操作以形成其他類型之光學模組(例如，可用來形成一點陣投影儀之光學模組480)。
本揭露之實施例提供優點。例如，本揭露之方法包含使用晶圓級對準及接合製程來促進數個光學模組之形成。彼等光學模組可具有相同或不同結構及功能。例如，可實施一些光學模組以形成IR相機，且可實施一些光學模組以形成點陣投影儀。由於生產率之增加、相關聯成本之降低及品質之改良，用於形成光學模組之此等晶圓級對準通常係有益的。藉由使用半導體可比較製程製造彼等光學元件，可獲得具有減小尺寸之光學模組。本揭露之方法可容易地應用於包含垂直堆疊的光學元件之其他類型之光學模組之形成。
本揭露提供諸多不同實施例。在本文中揭露半導體結構及其製造方法。在一個實例性態樣中，本揭露係關於一種方法。該方法包含：在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件；在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件；將該第一晶圓與該第二晶圓對準，其中在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準時，該複數個第一光學元件之各者與該複數個第二光學元件之一對應第二光學元件垂直重疊；在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合，由此獲得一第一經接合結構；在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件；將該第一經接合結構之該第二晶圓與該第三晶圓對準，其中在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準時，該複數個第二光學元件之各者與該複數個第三光學元件之一對應第三光學元件垂直重疊；及在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一經接合結構之該第二晶圓接合至該第三晶圓，由此獲得一第二經接合結構。
在一些實施例中，該複數個第一光學元件之各者可包含一分束器，該複數個第二光學元件之各者可包含一透鏡結構，且該複數個第三光學元件之各者可包含一垂直腔表面發射雷射(VCSEL)。在一些實施例中，該複數個第一光學元件之各者可包含一透鏡結構，該複數個第二光學元件之各者可包含一濾光器，且該複數個第三光學元件之各者可包含一影像感測器。在一些實施例中，各透鏡結構可包含複數個透鏡。在一些實施例中，該方法可包含：在該第一晶圓上方形成複數個第四光學元件，其中該複數個第四光學元件之一類型相同於該複數個第一光學元件之一類型；及在該第三晶圓上方形成複數個第五光學元件，其中該複數個第五光學元件之一類型不同於該複數個第三光學元件之一類型。在該第二經接合結構之該獲得時，該複數個第四光學元件之各者可與該複數個第五光學元件之一對應第五光學元件垂直重疊。在一些實施例中，該方法可包含：提供一第四晶圓及一第五晶圓；在該第四晶圓上方形成複數個第六光學元件之上部分；在該第五晶圓上方形成該複數個第六光學元件之下部分；翻轉該第四晶圓；及在該第四晶圓之該翻轉之後，將該第四晶圓與該第五晶圓對準；在該第四晶圓與該第五晶圓之該對準之後，將該第四晶圓與該第五晶圓接合，由此獲得包括該複數個第六光學元件之一第三經接合結構。在該第四晶圓及該第五晶圓之該對準及接合時，該等上部分之各者及該等下部分之一對應下部分可形成該複數個第六光學元件之一對應光學元件。在一些實施例中，該方法亦可包含：將該第五晶圓與該第一晶圓對準，其中在該第五晶圓與該第一晶圓之該對準時，該複數個第六光學元件之各者與該複數個第一光學元件之一對應第一光學元件垂直重疊；及在該第五晶圓與該第一晶圓之該對準之後，將該第五晶圓與該第一晶圓接合，由此獲得一第四經接合結構。在一些實施例中，該方法亦可包含切割該第四經接合結構以形成複數個第一光學模組及複數個第二光學模組。在一些實施例中，該複數個第一光學模組之各者可包含該複數個第一光學元件之一者、該複數個第二光學元件之一者及該複數個第三光學元件之一者，且該複數個第二光學模組之各者可包含該複數個第四光學元件之一者、該複數個第五光學元件之一者及該複數個第六光學元件之一者。在一些實施例中，該複數個第一光學模組之各者及該複數個第二光學模組之各者可包含一垂直側壁。
在另一實例性態樣中，本揭露係關於一種方法。該方法包含：在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件；在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件；在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件；在該複數個第一光學元件之該形成及該複數個第二光學元件之該形成之後，將該第一晶圓與該第二晶圓對準；在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合；在該複數個第三光學元件之該形成之後，將該第二晶圓與該第三晶圓對準；在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一晶圓及該第二晶圓與該第三晶圓接合，由此獲得一經接合結構；及切割該經接合結構以形成複數個第一光學模組，其中該複數個第一光學模組之各者包括該複數個第一光學元件之一者、該複數個第二光學元件之一者及該複數個第三光學元件之一者，且其中該複數個第一光學模組之各者包括一垂直側壁。
在一些實施例中，該第一晶圓與該第二晶圓之該接合可包含：在該複數個第二光學元件上方塗覆一黏著層；朝向該第一晶圓之一底表面按壓該黏著層；及進行一加熱製程以固化該黏著層。在一些實施例中，該方法亦可包含在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之前，翻轉該第一晶圓。在一些實施例中，該第一晶圓與該第二晶圓之該接合可包含：在該第一晶圓之該翻轉之前，在該複數個第一光學元件上方塗覆一第一黏著層；在該複數個第二光學元件上方塗覆一第二黏著層；在該第一晶圓之該翻轉之後且在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，朝向該第二黏著層按壓該第一黏著層；及進行一加熱製程以固化該第一黏著層及該第二黏著層。在一些實施例中，該方法亦可包含在該第一晶圓與該第二晶圓之該接合之後，薄化該第一晶圓及該第二晶圓。在一些實施例中，該方法亦可包含提供包括一第四晶圓、一第五晶圓及垂直夾置於該第四晶圓與該第五晶圓之間的複數個第四光學元件之一工件，其中該複數個第四光學元件之各者之一上部分可藉由一黏著層與該複數個第四光學元件之各者之一對應下部分間隔開。
在又一實例性態樣中，本揭露係關於一種光學模組結構。該光學模組包含：一第一基板；一影像感測器，其放置於該第一基板上方且電耦合至該第一基板；一第一黏著層，其放置於該影像感測器上方；一第二基板，其放置於該影像感測器上方且經由該第一黏著層附接至該影像感測器；一濾光器，其放置於該第二基板上方且直接放置於該影像感測器上方；一第三基板，其放置於該濾光器上方且經由一第二黏著層附接至該濾光器；及一透鏡結構，其放置於該第三基板上方且直接放置於該影像感測器及該濾光器上方，其中該第一基板之一側壁表面與該第二基板之一側壁表面對準。
在一些實施例中，該第一基板之該側壁表面可為一實質上垂直側壁表面。在一些實施例中，該濾光器可藉由該第一黏著層及該第二基板與該影像感測器間隔開。在一些實施例中，該第一基板可包含一印刷電路板，且該影像感測器可電耦合至該第一基板。
前文概述若干實施例之構件使得一般技術者可更好地理解本揭露之態樣。一般技術者應明白，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改其他製程及結構以實行相同目的及/或達成本文中所介紹之實施例之相同優點之一基礎。一般技術者亦應認知，此等等效構造不脫離本揭露之精神及範疇，且可在不脫離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中做出各種改變、置換及更改。
100:方法 102:方塊 104:方塊 106:方塊 108:方塊 110:方塊 112:方塊 114:方塊 116:方塊 118:方塊 120:方塊 120:方塊 122:方塊 124:方塊 126:方塊 128:方塊 130:方塊 132:方塊 134:方塊 200:工件 200’:工件 200”:工件 200’’’:工件 200A”:光學模組 200B”:光學模組 202A:第一基板/第一晶圓 202B:第二基板/第二晶圓 202C:第三基板 202D:第四基板 202E:封裝基板 203:對準標記 204:第一材料層 205:對準標記 206:經圖案化遮罩膜 208:分束器 208a:上部分 208b:下部分 208T:溝槽 208T’:溝槽 210:第二材料層 212:經圖案化遮罩膜 214a:第一黏著層 214b:第二黏著層 216:結構 218:對準標記 220:第三材料層 220a:第一透鏡結構 220b:第二透鏡結構 220f:鰭片 222:第三黏著層 226:結構 228:對準標記 230:濾光器結構 232:第四黏著層 234:對準標記 236:影像感測器 237a:接合線 237b:金屬墊 238:垂直腔表面發射雷射(VCSEL) 239a:接合線 239b:金屬墊 242:第五黏著層 250:側壁 252:側壁 300:方法 302:方塊 304:方塊 306:方塊 308:方塊 310:方塊 312:方塊 314:方塊 316:方塊 318:方塊 320:方塊 320:方塊 322:方塊 324:方塊 326:方塊 400’:經接合結構/第一經接合結構 400”:經接合結構 400’’’:經接合結構 400A:第一工件 400B:第二工件 400C:第三工件 400D:第四工件 400E:第五工件 402A:第一基板 402B:第二基板 402C1:基板 402C2:第三基板 402D:第四基板 402S:底表面 404 1至404 N:透鏡結構 406:黏著層 408 1至408 N:濾光器結構 410:黏著層 420:光學單元 424 1至424 N:分束器 426:黏著結構 428 1至428 N:透鏡結構 430:黏著層 440:光學單元 450:黏著層 455:黏著層 460:第一光學模組 480:第二光學模組 500:方法 502:方塊 504:方塊 506:方塊 508:方塊 510:方塊 512:方塊 514:方塊 516:方塊 518:方塊 520:方塊 600:第一經接合結構 602:凹槽 604:黏著層 610:晶圓 612 1至612 N:影像感測器 614 1至614 N:金屬墊 616 1至616 N:金屬墊 620:第二經接合結構 630:光學單元 640:光學模組 650:工件 660:晶圓 665:連接器 670:黏著層 680:光學單元 690:光學模組 A1:區 A 1至A N:預定區 A2:區 A10:第一區 A20:第二區 B 1至B N:預定區 C 1至C N:預定區 D 1至D N:預定區 R1:第一區 R1’:第一區 R1”:第一預定區/第一區 R1’’’:區/第一區 R2:第二區 R2’:第二區 R2”:第二預定區/第二區 R2’’’:區/第二區 T2:厚度
當與附圖一起閱讀時，自以下詳細描述可最好地理解本揭露。需要強調的是，根據標準行業實踐，各種構件未按比例繪製且僅用於繪示目的。事實上，為了論述清晰，可任意地增加或減小各種構件之尺寸。
圖1繪示根據本揭露之一或多個態樣的用於同時形成數個第一光學模組及數個第二光學模組之一方法之一流程圖。
圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21及圖22繪示根據本揭露之一或多個態樣的在圖1之方法中之各個製造階段期間之工件之局部橫截面視圖。
圖23繪示根據本揭露之一或多個態樣的用於形成數個第一光學模組及數個第二光學模組之一第一替代方法之一流程圖。
圖24、圖25、圖26、圖27、圖28、圖29、圖30、圖31、圖32及圖33繪示根據本揭露之一或多個態樣的在圖23之方法中之各個製造階段期間之工件之局部橫截面視圖。
圖34繪示根據本揭露之一或多個態樣的用於形成數個第一光學模組之一第二替代方法之一流程圖。
圖35、圖36、圖37、圖38、圖39、圖40、圖41、圖42及圖43繪示根據本揭露之一或多個態樣的在圖34之方法中之各個製造階段期間之工件之局部橫截面視圖。
圖44、圖45及圖46繪示根據本揭露之一或多個態樣的在各個製造階段期間之替代工件之局部橫截面視圖。
200''':工件
208:分束器
220a:第一透鏡結構
230:濾光器結構
236:影像感測器
238:垂直腔表面發射雷射(VCSEL)
A1:區
A2:區

Claims (20)

  1. 一種形成光學模組的方法，其包括： 在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件； 在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件； 將該第一晶圓與該第二晶圓對準，其中在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準時，該複數個第一光學元件之各者與該複數個第二光學元件之一對應第二光學元件垂直重疊； 在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合，由此獲得一第一經接合結構； 在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件； 將該第一經接合結構之該第二晶圓與該第三晶圓對準，其中在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準時，該複數個第二光學元件之各者與該複數個第三光學元件之一對應第三光學元件垂直重疊；及 在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一經接合結構之該第二晶圓接合至該第三晶圓，由此獲得一第二經接合結構。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個第一光學元件之各者包括一分束器，該複數個第二光學元件之各者包括一透鏡結構，且該複數個第三光學元件之各者包括一垂直腔表面發射雷射(VCSEL)。
  3. 如請求項1之方法，其中該複數個第一光學元件之各者包括一透鏡結構，該複數個第二光學元件之各者包括一濾光器，且該複數個第三光學元件之各者包括一影像感測器。
  4. 如請求項3之方法，其中各透鏡結構包括複數個透鏡。
  5. 如請求項3之方法，其進一步包括： 在該第一晶圓上方形成複數個第四光學元件，其中該複數個第四光學元件之一類型相同於該複數個第一光學元件之一類型；及 在該第三晶圓上方形成複數個第五光學元件，其中該複數個第五光學元件之一類型不同於該複數個第三光學元件之一類型， 其中在該第二經接合結構之該獲得時，該複數個第四光學元件之各者與該複數個第五光學元件之一對應第五光學元件垂直重疊。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括： 提供一第四晶圓及一第五晶圓； 在該第四晶圓上方形成複數個第六光學元件之上部分； 在該第五晶圓上方形成該複數個第六光學元件之下部分； 翻轉該第四晶圓； 在該第四晶圓之該翻轉之後，將該第四晶圓與該第五晶圓對準；及 在該第四晶圓與該第五晶圓之該對準之後，將該第四晶圓與該第五晶圓接合，由此獲得包括該複數個第六光學元件之一第三經接合結構， 其中在該第四晶圓及該第五晶圓之該對準及接合時，該等上部分之各者及該等下部分之一對應下部分形成該複數個第六光學元件之一對應光學元件。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包括： 將該第五晶圓與該第一晶圓對準，其中在該第五晶圓與該第一晶圓之該對準時，該複數個第六光學元件之各者與該複數個第一光學元件之一對應第一光學元件垂直重疊；及 在該第五晶圓與該第一晶圓之該對準之後，將該第五晶圓與該第一晶圓接合，由此獲得一第四經接合結構。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包括： 切割該第四經接合結構以形成複數個第一光學模組及複數個第二光學模組。
  9. 如請求項8之方法， 其中該複數個第一光學模組之各者包括該複數個第一光學元件之一者、該複數個第二光學元件之一者及該複數個第三光學元件之一者，且 其中該複數個第二光學模組之各者包括該複數個第四光學元件之一者、該複數個第五光學元件之一者及該複數個第六光學元件之一者。
  10. 如請求項8之方法，其中該複數個第一光學模組之各者及該複數個第二光學模組之各者包括一垂直側壁。
  11. 一種形成光學模組的方法，其包括： 在一第一晶圓上方形成複數個第一光學元件； 在一第二晶圓上方形成複數個第二光學元件； 在一第三晶圓上方形成複數個第三光學元件； 在該複數個第一光學元件之該形成及該複數個第二光學元件之該形成之後，將該第一晶圓與該第二晶圓對準； 在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後，將該第一晶圓與該第二晶圓接合； 在該複數個第三光學元件之該形成之後，將該第二晶圓與該第三晶圓對準； 在該第二晶圓與該第三晶圓之該對準之後，將該第一晶圓及該第二晶圓與該第三晶圓接合，由此獲得一經接合結構；及 切割該經接合結構以形成複數個第一光學模組，其中該複數個第一光學模組之各者包括該複數個第一光學元件之一者、該複數個第二光學元件之一者及該複數個第三光學元件之一者，且其中該複數個第一光學模組之各者包括一垂直側壁。
  12. 如請求項11之方法，其中該第一晶圓與該第二晶圓之該接合包括： 在該複數個第二光學元件上方塗覆一黏著層； 按壓該黏著層朝向該第一晶圓之一底表面；及 進行一加熱製程以固化該黏著層。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包括： 在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之前，翻轉該第一晶圓。
  14. 如請求項13之方法，其中該第一晶圓與該第二晶圓之該接合包括： 在該第一晶圓之該翻轉之前，在該複數個第一光學元件上方塗覆一第一黏著層； 在該複數個第二光學元件上方塗覆一第二黏著層； 在該第一晶圓之該翻轉之後且在該第一晶圓與該第二晶圓之該對準之後， 按壓該第一黏著層朝向該第二黏著層；及 進行一加熱製程以固化該第一黏著層及該第二黏著層。
  15. 如請求項11之方法，其進一步包括： 在該第一晶圓與該第二晶圓之該接合之後，薄化該第一晶圓及該第二晶圓。
  16. 如請求項11之方法，其進一步包括： 提供包括一第四晶圓、一第五晶圓及垂直夾置於該第四晶圓與該第五晶圓之間的複數個第四光學元件之一工件， 其中該複數個第四光學元件之各者之一上部分藉由一黏著層與該複數個第四光學元件之各者之一對應下部分間隔開。
  17. 一種光學模組，其包括： 一第一基板； 一影像感測器，其放置於該第一基板上方且電耦合至該第一基板； 一第一黏著層，其放置於該影像感測器上方； 一第二基板，其放置於該影像感測器上方且經由該第一黏著層附接至該影像感測器； 一濾光器，其放置於該第二基板上方且直接放置於該影像感測器上方； 一第三基板，其放置於該濾光器上方且經由一第二黏著層附接至該濾光器；及 一透鏡結構，其放置於該第三基板上方且直接放置於該影像感測器及該濾光器上方， 其中該第一基板之一側壁表面與該第二基板之一側壁表面對準。
  18. 如請求項17之光學模組，其中該第一基板之該側壁表面係一實質上垂直側壁表面。
  19. 如請求項17之光學模組，其中該濾光器藉由該第一黏著層及該第二基板與該影像感測器間隔開。
  20. 如請求項17之光學模組，其中該第一基板包括一印刷電路板，且該影像感測器電耦合至該第一基板。
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