TWI537597B - 雙透鏡結構及其製造方法 - Google Patents

Description

雙透鏡結構及其製造方法

本發明係有關於微透鏡陣列，特別有關於用在固態影像感測器之具有雙透鏡結構的微透鏡陣列，以及雙透鏡結構的製造方法。

近年來，固態影像感測器的技術已經逐漸發展，並且廣泛地在各種影像拍攝設備中使用，例如數位攝影機、數位相機、便攜式個人電腦、便攜式行動電話以及類似的設備。影像感測器可吸收具有特定波長的入射光，例如可見光、紫外光、紅外光或類似的光線，並且產生相應於被吸收的光線之電子信號。以半導體為製造基礎的影像感測器可具有多種不同的種類，例如電荷耦合元件(charge coupled device；CCD)影像感測器，或者互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)影像感測器。

固態影像感測器通常是由含有光感應器(photo-sensor)的畫素陣列所組成，在一個獨立畫素中的每一個光感測器會產生相應於照射在影像感測器的此光感應器上的入射光之電子信號，因此，每一個光感應器所產生的電子信號的大小與照射在此光感應器上的入射光的量成比例關係。

在固態影像感測器上方會設置微透鏡陣列，使得 入射光線折射至光感應器上，然而，通常有大量的入射光線並不會直接到達光感應器上，此光線的損失會導致固態影像感測器的靈敏度無法提升。

依據本揭示的實施例，提供雙透鏡結構及其製造方法，此雙透鏡結構設置在固態影像感測器上方，並且作為固態影像感測器的微透鏡陣列，經由此雙透鏡結構可以改善微透鏡陣列聚集光線的效率，進而提升了固態影像感測器的靈敏度。

在一些實施例中，提供雙透鏡結構，此雙透鏡結構包含第一透鏡結構，其係由具有第一折射率的彩色濾光片層形成。此雙透鏡結構還包含第二透鏡結構，其係由具有第二折射率的微透鏡層形成，並且第二透鏡結構設置在第一透鏡結構上。入射光進入第二透鏡結構，然後穿透過第一透鏡結構，其中彩色濾光片層的第一折射率與微透鏡層的第二折射率不同。

在一些實施例中，提供雙透鏡結構的製造方法，此方法包含：形成具有第一折射率的彩色濾光片層在基底上；形成第一硬遮罩在彩色濾光片層上，並且第一硬遮罩具有凸面輪廓；使用第一硬遮罩對彩色濾光片層進行蝕刻，以形成具有第一凸面輪廓表面的第一透鏡結構；形成具有第二折射率的微透鏡材料層在第一透鏡結構上；形成第二硬遮罩在微透鏡材料層上，並且第二硬遮罩具有凸面輪廓；以及使用第二硬遮罩對微透鏡材料層進行蝕刻，以形成具有第二凸面輪廓表面的第二透鏡結構，其中彩色濾光片層的第一折射率大於微透鏡材料層 的第二折射率。

在一些其他實施例中，提供雙透鏡結構的製造方法，此方法包含：形成具有第一折射率的分隔物材料層在基底上；形成第一格子狀硬遮罩在分隔物材料層上；使用第一格子狀硬遮罩對分隔物材料層進行蝕刻，形成具有複數個開口的格子狀分隔物在基底上；在格子狀分隔物的開口中形成具有第二折射率的彩色濾光片層，以形成具有第一凹面輪廓表面的第一透鏡結構；在第一透鏡結構上塗佈具有第三折射率的微透鏡材料層；形成第二硬遮罩在微透鏡材料層上，並且第二硬遮罩具有凸面輪廓；以及使用第二硬遮罩對微透鏡材料層進行蝕刻，以形成具有第一凸面輪廓表面的第二透鏡結構，其中分隔物材料層的第一折射率低於彩色濾光片層的第二折射率，並且彩色濾光片層的第二折射率低於微透鏡材料層的第三折射率。

100‧‧‧雙透鏡結構

101‧‧‧基底

101A‧‧‧基底的正面

101B‧‧‧基底的背面

102‧‧‧固態影像感測器

103‧‧‧光電轉換元件

105‧‧‧遮光層

105P‧‧‧遮光分隔物

107‧‧‧護層

108‧‧‧彩色濾光片層

108R、108G、108B、109R、109G、109B‧‧‧彩色濾光片部件

109‧‧‧第一透鏡結構

109VU‧‧‧第一透鏡結構的上方凸面輪廓表面

109CU‧‧‧第一透鏡結構的上方凹面輪廓表面

109FL‧‧‧第一透鏡結構的下方平坦表面

110‧‧‧微透鏡材料層

111‧‧‧第二透鏡結構

111ML‧‧‧微透鏡元件

111VU‧‧‧第二透鏡結構的上方凸面輪廓表面

111CL‧‧‧第二透鏡結構的下方凹面輪廓表面

111VL‧‧‧第二透鏡結構的下方凸面輪廓表面

P‧‧‧畫素

113‧‧‧入射光

114‧‧‧分隔物材料層

115‧‧‧格子狀分隔物

116‧‧‧開口

120‧‧‧第一硬遮罩

121‧‧‧第一硬遮罩的部件

122、126、142‧‧‧回蝕刻製程

124‧‧‧第二硬遮罩

125‧‧‧第二硬遮罩的部件

130‧‧‧硬遮罩材料層

132‧‧‧光罩

134‧‧‧曝光製程

136‧‧‧格子狀硬遮罩

138‧‧‧蝕刻製程

140‧‧‧硬遮罩

141‧‧‧硬遮罩的部件

H‧‧‧分隔物的高度

h‧‧‧第一透鏡結構位於上方凹面輪廓表面的底部處之高度

W‧‧‧分隔物的寬度

為了讓本揭示的各種實施例之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式作詳細說明如下：第1圖顯示依據一些實施例，設置在固態影像感測器上方的雙透鏡結構之局部剖面示意圖；第2A-2E圖顯示依據一些實施例，製造第1圖的雙透鏡結構之各製程階段的局部剖面示意圖；第3圖顯示依據一些其他實施例，設置在固態影像感測器上方的雙透鏡結構之局部剖面示意圖；以及第4A-4F圖顯示依據一些實施例，製造第3圖的雙透鏡結構 之各製程階段的局部剖面示意圖。

在本揭示的一些實施例中，使用雙透鏡結構作為微透鏡陣列，並且將雙透鏡結構設置在固態影像感器上方，以改善微透鏡陣列聚集光線的效率，並藉此提升固態影像感器的靈敏度。

參閱第1圖，其顯示依據本揭示的一些實施例，設置在固態影像感測器102上方的雙透鏡結構100的局部剖面示意圖。固態影像感測器102包含基底101，例如為半導體基底，其具有正面101A和背面101B，半導體基底可以是晶圓或晶片。固態影像感測器102還包含複數個光電轉換元件103，例如光電二極體，形成在基底101的背面101B上，每一個光電轉換元件103各自設置在固態影像感測器102的一個畫素P中，並且這些光電轉換元件103是互相隔離的，雖然第1圖中僅顯示出五個畫素，然而實際上固態影像感測器102具有數百萬或更多的畫素。

導線層(未繪出)包含許多的導線和固態影像感測器102所需的電子電路，導線層係形成在基底101的正面101A上。此外，固態影像感測器102還包含遮光層105設置在基底101的正面101A上方，遮光層105具有複數個遮光分隔物105P，每一個遮光分隔物105P設置在兩個相鄰的畫素P之間。固態影像感測器102還具有護層(passivation layer)107形成在遮光層105之上，並且護層107具有大抵上平坦的表面。

雙透鏡結構100包含第一透鏡結構109形成在護層 109上，以及第二透鏡結構111形成在第一透鏡結構109上。第一透鏡結構109由具有第一折射率n1的彩色濾光片層形成，在一些實施例中，彩色濾光片層包含複數個彩色濾光片部件，例如紅色(R)的彩色濾光片部件109R、綠色(G)的彩色濾光片部件109G和藍色(B)的彩色濾光片部件109B。在一些其他實施例中，彩色濾光片層還可包含白色(W)的彩色濾光片部件(未繪出)。這些彩色濾光片部件109R、109G和109B互相連接，並且每一個彩色濾光片部件各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P。

第二透鏡結構111由具有第二折射率n2的微透鏡材料層形成，微透鏡材料層的第二折射率n2與彩色濾光片層的第一折射率n1不同，第二透鏡結構111包含複數個微透鏡元件111ML，每一個微透鏡元件111ML各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P，第一透鏡結構109和第二透鏡結構111組合成具有雙透鏡結構的微透鏡陣列，並且應用於固態影像感測器102上。

在一些實施例中，彩色濾光片層的第一折射率n1大於微透鏡材料層的第二折射率n2。在這些實施例中，由彩色濾光片層形成的第一透鏡結構109針對每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有上方凸面輪廓表面109VU，並且第一透鏡結構109更具有與上方凸面輪廓表面109VU為相反面之下方平坦表面109FL。另外，由微透鏡材料層形成的第二透鏡結構111則針對每一個微透鏡元件111ML都具有上方凸面輪廓表面111VU，並且第二透鏡結構111更具有與上方凸面輪廓表面 111VU為相反面之下方凸面輪廓表面111VL。此外，第二透鏡結構111的下方凸面輪廓表面111VL係順應性地形成在第一透鏡結構109的上方凸面輪廓表面109VU上，並且第二透鏡結構111的下方凸面輪廓表面111VL與第一透鏡結構109的上方凸面的輪廓表面109VU接觸。

入射光113從上方凸面輪廓表面111VU進入第二透鏡結構111，然後穿透過第一透鏡結構109，到達光電轉換元件103。如第1圖所示，在一些實施例中，雙透鏡結構100係形成在基底101的正面101A上，因此，入射光113會穿透過形成在基底101正面101A上的導線層(未繪出)，然後再到達形成在基底101背面101B上的光電轉換元件103，在這些實施例中，固態影像感測器102可稱為前照式(front-side illuminated；簡稱FSI)影像感測器。在一些其他實施例中，雙透鏡結構100係形成在基底101的背面101B上，因此，入射光113先到達在基底101背面101B上的光電轉換元件103，而不會穿透過在基底101正面101A上的導線層(未繪出)，在這些實施例中，固態影像感測器102可稱為背照式(back-side illuminated；簡稱BSI)影像感測器。

在FSI和BSI影像感測器中，入射光113都可以被雙透鏡結構100聚集，然後再聚焦在光電轉換元件103上，因此，FSI和BSI影像感測器的靈敏度都可以經由本揭示的雙透鏡結構設計而提升。

在這些雙透鏡結構的實施例中，第一透鏡結構109的第一折射率n1係大於第二透鏡結構111的第二折射率n2，並 且第二透鏡結構111具有上方凸面輪廓表面111VU，第一透鏡結構109也具有上方凸面輪廓表面109VU。依據第一透鏡結構109和第二透鏡結構111的輪廓設計與折射率設計，可以改善雙透鏡結構100聚集光線的效率，並且藉此提升了固態影像感測器102的靈敏度。相較於由單一透鏡結構所形成的微透鏡陣列，且其微透鏡陣列係設置在具有平坦表面的彩色濾光片層上之設計，本揭示之實施例的雙透鏡結構100可以大幅地提升微透鏡陣列聚集光線的效率。

第2A-2E圖顯示依據一些實施例，製造第1圖的雙透鏡結構100之各製程階段的局部剖面示意圖。參閱第2A圖，提供基底101，其具有複數個光電轉換元件103，例如光電二極體，形成在基底101的背面101B上。此外，導線層(未繪出)則形成在基底101的正面101A上，光電轉換元件103和導線層可藉由半導體製造技術而形成。另外，在基底101之上還形成有遮光層105，遮光層105包含複數個遮光分隔物105P，每一個遮光分隔物105P設置在兩個相鄰的畫素P之間。在一些實施例中，遮光層105可由黑色光阻或金屬材料製成，並且可經由曝光與顯影製程形成黑色光阻之遮光層105。此外，在基底101之上還形成有護層107覆蓋遮光層105，護層107具有大抵上平坦的表面。護層107的材料包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的材料，可經由沈積製程或塗佈製程形成護層107，以完成固態影像感測器102。

接著，在固態影像感測器102的護層107上形成彩色濾光片層108，彩色濾光片層108具有第一折射率n1，彩色濾 光片層108包含複數個彩色濾光片部件，例如紅色(R)的彩色濾光片部件108R、綠色(G)的彩色濾光片部件108G和藍色(B)的彩色濾光片部件108B，這些彩色濾光片部件108R、108G和108B係連接在一起並具有平坦的表面，可經由塗佈與微影製程，在不同的步驟中，依序形成這些彩色濾光片部件108R、108G和108B。

參閱第2B圖，在彩色濾光片層108上形成第一硬遮罩(hard mask)120，第一硬遮罩120具有複數個部件121，每一個部件121都具有凸面輪廓，並且每一個部件121各自對應於一個彩色濾光片部件108R、108G或108B。第一硬遮罩120的材料包含透明有機材料，可經由塗佈、微影與蝕刻製程形成第一硬遮罩120。在一些實施例中，第一硬遮罩120的厚度小於彩色濾光片層108的厚度，並且第一硬遮罩120的每一個部件121的面積小於每一個彩色濾光片部件108R、108G和108B的面積，使得第一硬遮罩120的每一個部件121互相分開。

接著，使用第一硬遮罩120，在彩色濾光片層108上進行回蝕刻(etching back)製程122。在一些實施例中，第一硬遮罩120與彩色濾光片層108的蝕刻選擇比(etching selectivity ratio)可約為1：0.8，並且回蝕刻製程122可以是乾式蝕刻，此乾式蝕刻可使用以氟為基礎的製程氣體，例如CF₄、CHF₃等氣體進行。在回蝕刻製程122之後，彩色濾光片層108的上方部分會被蝕刻，並且被塑造成凸面輪廓表面，而彩色濾光片層108的下方部分則不會被蝕刻，並且保留在護層107上，此時，第一硬遮罩120也會被移除，完成如第2C圖所示，由彩 色濾光片層所形成的第一透鏡結構109。構成第一透鏡結構109的每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有上方凸面輪廓表面109VU，並且第一透鏡結構109的相鄰區域之底部互相連接，亦即第一透鏡結構109的彩色濾光片部件109R、109G和109B的底部是連接在一起的。

在一些其他實施例中，第一硬遮罩120的厚度大抵上等於彩色濾光片層108的厚度，並且第一硬遮罩120的每一個部件121的面積大抵上等於每一個彩色濾光片部件108R、108G和108B的面積，使得第一硬遮罩120的這些部件121互相連接。使用此第一硬遮罩120在彩色濾光片層108上進行回蝕刻製程122之後，彩色濾光片層108的上方部分與下方部分兩者都會被蝕刻，並且每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都被塑造成凸面輪廓，完成第一透鏡結構109。在此實施例中，第一透鏡結構109的相鄰區域之底部互相分開，亦即第一透鏡結構109的彩色濾光片部件109R、109G和109B的底部是互相分開的。

參閱第2D圖，在第一透鏡結構109上塗佈微透鏡材料層110，微透鏡材料層110具有大抵上平坦的表面，並且微透鏡材料層110的第二折射率n2低於彩色濾光片層108的第一折射率n1，微透鏡材料層110的材料包含透明有機材料。參閱第2E圖，在微透鏡材料層110上形成第二硬遮罩124，第二硬遮罩124具有複數個部件125，每一個部件125都具有凸面輪廓，並且每一個部件125各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P。在一些實施例中，第二硬遮罩124的材料可以與第一硬遮罩 120相同，並且可經由塗佈、微影與蝕刻製程形成第二硬遮罩124。

在一些實施例中，第二硬遮罩124的厚度小於微透鏡材料層110的厚度，並且第二硬遮罩124的每一個部件125的面積大抵上等於每一個畫素P的面積，使得第二硬遮罩124的這些部件125互相連接。在一些其他實施例中，第二硬遮罩124的厚度小於微透鏡材料層110的厚度，並且第二硬遮罩124的每一個部件125的面積小於每一個畫素P的面積，使得第二硬遮罩124的這些部件125互相分開。

使用第二硬遮罩124，在微透鏡材料層110上進行回蝕刻製程126，在一些實施例中，第二硬遮罩124與微透鏡材料層110的蝕刻選擇比可約為1：0.8，並且回蝕刻製程126可以是乾式蝕刻。在回蝕刻製程126之後，微透鏡材料層110的上方部分會被蝕刻，並且被塑造成凸面輪廓，作為第二透鏡結構111的微透鏡元件111ML，而微透鏡材料層110的下方部分則不會被蝕刻，並保留在第一透鏡結構109上。在回蝕刻製程126之後，第二硬遮罩124也會被移除，完成第1圖的雙透鏡結構100。如第1圖所示，第二透鏡結構111包含由微透鏡材料層110形成的複數個微透鏡元件111ML，並且每一個微透鏡元件111ML都具有上方凸面輪廓表面111VU和下方凸面輪廓表面111VL。在此實施例中，第二透鏡結構111的相鄰區域之底部，亦即微透鏡元件111ML的底部是連接在一起的。

在這些實施例中，可以依據形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層108之第一折射率n1，以及形成第二透鏡結構 111的微透鏡材料層110之第二折射率n2，來調整第二透鏡結構111的上方凸面輪廓表面111VU的曲率(curvature)以及第一透鏡結構109的上方凸面輪廓表面109VU的曲率。此外，還可以依據光電轉換元件103的位置、第一透鏡結構109的厚度以及第二透鏡結構111的厚度，來調整第二透鏡結構111的上方凸面輪廓表面111VU的曲率和第一透鏡結構109的上方凸面輪廓表面109VU的曲率。

參閱第3圖，其顯示依據一些其他實施例，設置在固態影像感測器102上方的雙透鏡結構100之局部剖面示意圖。如前所述，固態影像感測器102包含基底101，複數個光電轉換元件103形成在基底101的背面101B上，導線層(未繪出)則形成在基底101的正面101A上，此外，還包含遮光層105和護層107形成在基底101之上。

在一些實施例中，複數個分隔物115形成在護層107上，每一個分隔物115設置在固態影像感測器102的兩個相鄰畫素P之間，以上視角度觀之，這些分隔物115具有格子的形狀，因此，分隔物115也可稱為格子狀分隔物，格子狀分隔物115具有複數個開口116。第一透鏡結構109係由彩色濾光片層形成，並且設置在格子狀分隔物115的開口116中，格子狀分隔物115與彩色濾光片層設置在相同的平面上，並且格子狀分隔物115將彩色濾光片層分隔成複數個區域。在一些實施例中，彩色濾光片層的這些區域包含複數個彩色濾光片部件，例如紅色(R)的彩色濾光片部件109R、綠色(G)的彩色濾光片部件109G和藍色(B)的彩色濾光片部件109B，每一個彩色濾光片部件 109R、109G和109B各自對應於彩色濾光片層的一個區域。在一些其他實施例中，彩色濾光片層的這些區域還可包含白色(W)的彩色濾光片部件。這些彩色濾光片部件109R、109G和109B經由格子狀分隔物115互相分開，並且每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P。

在一些實施例中，用於形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層具有第一折射率n1，而第二透鏡結構111則由具有第二折射率n2的微透鏡材料層形成。第二透鏡結構111形成在第一透鏡結構109上，第二透鏡結構111包含複數個微透鏡元件111ML，每一個微透鏡元件111ML各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P，第一透鏡結構109和第二透鏡結構111組合成具有雙透鏡結構的微透鏡陣列，其係應用於固態影像感測器102上。

在這些實施例中，彩色濾光片層的第一折射率n1低於微透鏡材料層的第二折射率n2，並且由彩色濾光片層形成的第一透鏡結構109之每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有上方凹面輪廓表面109CU，此外，第一透鏡結構109還具有與上方凹面輪廓表面109CU為相反面的下方平坦表面109FL。另外，由微透鏡材料層形成的第二透鏡結構111之每一個微透鏡元件111ML則具有上方凸面輪廓表面111VU，此外，第二透鏡結構111還具有與上方凸面輪廓表面111VU為相反面的下方凹面輪廓表面111CL。第二透鏡結構111的下方凹面輪廓表面111CL係順應性地形成在第一透鏡結構109的上方凹面輪 廓表面109CU上，並且第二透鏡結構111的下方凹面輪廓表面111CL與第一透鏡結構109的上方凹面輪廓表面109CU接觸。

入射光113從上方凸面輪廓表面111VU進入第二透鏡結構111，然後穿透過第一透鏡結構109，到達光電轉換元件103。對於FSI和BSI影像感測器的設計而言，入射光113都可以被雙透鏡結構100的第二透鏡結構111和第一透鏡結構109聚集，然後再聚焦在光電轉換元件103上，因此，FSI和BSI影像感測器的靈敏度都可以經由雙透鏡結構的設計而提升。

在這些實施例中，第一透鏡結構109的第一折射率n1低於第二透鏡結構111的第二折射率n2，並且第二透鏡結構111具有上方凸面輪廓表面111VU，第一透鏡結構109具有上方凹面輪廓表面109CU。依據第一透鏡結構109和第二透鏡結構111的輪廓設計與折射率設計，可以改善雙透鏡結構100聚集光線的效率，並且藉此提升固態影像感測器102的靈敏度。相較於由單一透鏡結構所形成的微透鏡陣列，並且其微透鏡陣列係設置在具有平坦表面的彩色濾光片層上之設計，本揭示之實施例的雙透鏡結構100可以大幅地提升微透鏡陣列聚集光線的效率。

在一些實施例中，格子狀分隔物115係由具有第三折射率n3的透明材料形成，格子狀分隔物115的第三折射率n3低於形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層之第一折射率n1，並且格子狀分隔物115的高度H大於第一透鏡結構109位於上方凹面輪廓表面109CU的底部處之高度h。在一些實施例中，固態影像感測器102的一個畫素P的寬度範圍在約0.9μm至約 1.4μm之間，而格子狀分隔物115的寬度W之範圍在約0.1μm至約0.3μm之間。在一些其他實施例中，格子狀分隔物115的寬度W和高度H可以依據固態影像感測器102的一個畫素P的面積而改變成另一範圍，並不限定於上述數值範圍。

第4A-4F圖顯示依據一些實施例，製造第3圖的雙透鏡結構100之各製程階段的局部剖面示意圖。參閱第4A圖，提供固態影像感測器102，其包含前述之基底101、複數個光電轉換元件103、導線層(未繪出)、遮光層105以及護層107。接著，在護層107上塗佈分隔物材料層114，分隔物材料層114為透明且低折射率的材料，分隔物材料層114具有的第三折射率n3低於形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層之第一折射率n1，在一些實施例中，第三折射率n3可低於約1.4，而第一折射率n1則可大於約1.7。

參閱第4B圖，在分隔物材料層114上塗佈硬遮罩材料層130。在一些實施例中，硬遮罩材料層130的材料為光阻，提供光罩132設置在硬遮罩材料層130上方，光罩132的圖案係相應於後續將形成的格子狀分隔物115的圖案，使用光罩132在硬遮罩材料層130上進行曝光製程134，在曝光後的硬遮罩材料層130上進行顯影製程，形成如第4C圖所示之硬遮罩136在分隔物材料層114上。

以上視角度觀之，硬遮罩136具有格子的形狀，其係對應於格子狀分隔物115的圖案，因此硬遮罩136也可稱為格子狀硬遮罩。參閱第4C圖，使用格子狀硬遮罩136，在分隔物材料層114上進行蝕刻製程138，蝕刻製程138可以是乾式蝕 刻。在蝕刻製程138之後，分隔物材料層114的一部份被移除，形成如第4D圖所示之格子狀分隔物115在護層107上，此格子狀分隔物115具有複數個開口116在其中。在一些實施例中，格子狀分隔物115係設置在固態影像感測器102的相鄰畫素P之間，並且格子狀分隔物115的每一個開口116各自對應至一個畫素P，此外，格子狀分隔物115的圖案可對應於遮光層105的圖案。

參閱第4E圖，在護層107上塗佈彩色濾光片層，並且彩色濾光片層填入格子狀分隔物115的開口116中。彩色濾光片層包含複數個彩色濾光片部件，例如紅色(R)的彩色濾光片部件109R、綠色(G)的彩色濾光片部件109G和藍色(B)的彩色濾光片部件109B，經由塗佈、曝光和顯影製程，在不同的步驟中依序形成這些彩色濾光片部件109R、109G和109B。此外，塗佈在格子狀分隔物115之頂部上的彩色濾光片部件109R、109G和109B的一部份可藉由上述的顯影製程被移除。

在這些實施例中，格子狀分隔物115的高度H大於彩色濾光片層的每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B的塗佈厚度，因此，形成在格子狀分隔物115之開口116中的每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有上方凹面輪廓表面109CU，換言之，藉由塗佈製程所形成的每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有碟狀(dish)輪廓，完成如第4E圖所示，由彩色濾光片層形成的第一透鏡結構109，並且第一透鏡結構109的每一個彩色濾光片部件109R、109G和109B都具有上方凹面輪廓表面109CU。

參閱第4F圖，在第一透鏡結構109和格子狀分隔物 115之上塗佈微透鏡材料層110，微透鏡材料層110具有的第二折射率n2大於形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層之第一折射率n1，並且微透鏡材料層110具有大抵上平坦的表面。接著，在微透鏡材料層110上形成硬遮罩140，硬遮罩140具有複數個部件141，每一個部件141具有凸面輪廓，並且每一個部件141各自對應於固態影像感測器102的一個畫素P。在一些實施例中，硬遮罩140的材料包含透明有機材料，可經由塗佈、微影與蝕刻製程形成硬遮罩140。

在一些實施例中，硬遮罩140的厚度小於微透鏡材料層110的厚度，並且硬遮罩140的每一個部件141的面積小於每一個畫素P的面積，使得硬遮罩140的這些部件141互相分開。在一些其他實施例中，硬遮罩140的厚度大抵上等於微透鏡材料層110的厚度，並且硬遮罩140的每一個部件141的面積大抵上等於每一個畫素P的面積，使得硬遮罩140的這些部件141互相連接。

接著，使用硬遮罩140，在微透鏡材料層110上進行回蝕刻製程142，在一些實施例中，硬遮罩140與微透鏡材料層110的蝕刻選擇比可約為1：0.8，並且回蝕刻製程142可以是乾式蝕刻或濕式蝕刻製程。在回蝕刻製程142之後，微透鏡材料層110的上方部分會被蝕刻，並且被塑造成第二透鏡結構111的每一個微透鏡元件111ML的上方凸面輪廓表面111VU，而微透鏡材料層110的下方部分則不會被蝕刻，並留在第一透鏡結構109上。在回蝕刻製程142之後，硬遮罩140也會被移除。回蝕刻製程142之後所形成的第二透鏡結構111包含由微透鏡材 料層110製成的微透鏡元件111ML，第二透鏡結構111係形成在第一透鏡結構109上，以完成第3圖的雙透鏡結構100。

在一些實施例中，塗佈在格子狀分隔物115之頂部上的微透鏡材料層110的一部份可藉由回蝕刻製程142被移除，使得第二透鏡結構111的微透鏡元件111ML互相分開。在一些其他實施例中，於回蝕刻製程142之後，塗佈在格子狀分隔物115之頂部上的微透鏡材料層110的一部份也可以被留下，使得第二透鏡結構111的微透鏡元件111ML互相連接。

在這些實施例中，可以依據形成第一透鏡結構109的彩色濾光片層108之第一折射率n1，以及形成第二透鏡結構111的微透鏡材料層110之第二折射率n2，來調整第二透鏡結構111的上方凸面輪廓表面111VU的曲率，以及第一透鏡結構109的上方凹面輪廓表面109CU的曲率。此外，還可以依據光電轉換元件103的位置、第一透鏡結構109的厚度以及第二透鏡結構111的厚度，來調整第二透鏡結構111的上方凸面輪廓表面111VU的曲率以及第一透鏡結構109的上方凹面輪廓表面109CU的曲率。

依據本揭示的實施例，提供雙透鏡結構作為固態影像感測器的微透鏡陣列，藉由雙透鏡結構的設計，可以改善微透鏡陣列聚集光線的效率。在這些實施例的雙透鏡結構中，第一透鏡結構和第二透鏡結構的表面輪廓係依據形成第一透鏡結構和第二透鏡結構的材料之折射率進行修改調整。此外，本揭示之實施例還提供製造雙透鏡結構的方法，這些方法所形成的第一透鏡結構和第二透鏡結構可具有各種表面輪廓，使得 雙透鏡結構可以準確地將入射光聚焦在光電轉換元件上，藉此提升了固態影像感測器的靈敏度。

雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，在此技術領域中具有通常知識者當可瞭解，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。

100‧‧‧雙透鏡結構

101‧‧‧基底

101A‧‧‧基底的正面

101B‧‧‧基底的背面

102‧‧‧固態影像感測器

103‧‧‧光電轉換元件

105‧‧‧遮光層

105P‧‧‧遮光分隔物

107‧‧‧護層

109R、109G、109B‧‧‧彩色濾光片部件

109‧‧‧第一透鏡結構

109VU‧‧‧第一透鏡結構的上方凸面輪廓表面

109FL‧‧‧第一透鏡結構的下方平坦表面

111‧‧‧第二透鏡結構

111ML‧‧‧微透鏡元件

111VU‧‧‧第二透鏡結構的上方凸面輪廓表面

111VL‧‧‧第二透鏡結構的下方凸面輪廓表面

P‧‧‧畫素

113‧‧‧入射光

Claims (14)

1. 一種雙透鏡結構，包括：一第一透鏡結構，由具有一第一折射率的一彩色濾光片層形成；以及一第二透鏡結構，由具有一第二折射率的一微透鏡材料層形成，並且設置在該第一透鏡結構上，其中入射光進入該第二透鏡結構，並穿透過該第一透鏡結構，且該彩色濾光片層的該第一折射率與該微透鏡材料層的該第二折射率不同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙透鏡結構，其中該彩色濾光片層的該第一折射率大於該微透鏡材料層的該第二折射率，該第一透鏡結構具有一第一凸面輪廓表面，該第二透鏡結構具有一第二凸面輪廓表面設置在該第一透鏡結構的該第一凸面輪廓表面上方，且該入射光從該第二凸面輪廓表面進入該第二透鏡結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雙透鏡結構，其中該第二透鏡結構更包括與該第二凸面輪廓表面為相反面的一第三凸面輪廓表面，該第三凸面輪廓表面順應性地形成在該第一透鏡結構的該第一凸面輪廓表面上，並且該第三凸面輪廓表面與該第一凸面輪廓表面接觸；以及該第一透鏡結構更包括與該第一凸面輪廓表面為相反面的一平坦表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙透鏡結構，其中該彩色濾光片層的該第一折射率低於該微透鏡材料層的該第二折射率，該第一透鏡結構具有一第一凹面輪廓表面，該第二透 鏡結構具有一第一凸面輪廓表面設置在該第一透鏡結構的該第一凹面輪廓表面上方，該入射光從該第一凸面輪廓表面進入該第二透鏡結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雙透鏡結構，其中該第二透鏡結構更包括與該第一凸面輪廓表面為相反面的一第二凹面輪廓表面，該第二透鏡結構的該第二凹面輪廓表面順應性地形成在該第一透鏡結構的該第一凹面輪廓表面上，並且該第二凹面輪廓表面與該第一凹面輪廓表面接觸；以及該第一透鏡結構更包括與該第一凹面輪廓表面為相反面的一平坦表面。
6. 如申請專利範圍第4項所述之雙透鏡結構，更包括一格子狀分隔物與該彩色濾光片層設置在一相同平面上，且該格子狀分隔物將該彩色濾光片層分隔成複數個區域，其中該格子狀分隔物具有一第三折射率，該第三折射率低於該彩色濾光片層的該第一折射率，該格子狀分隔物具有一高度大於該彩色濾光片層位在該第一凹面輪廓表面的底部處之一高度，並且該格子狀分隔物具有一寬度範圍從0.1μm至0.3μm。
7. 一種雙透鏡結構的製造方法，包括：形成具有一第一折射率的一彩色濾光片層在一基底上；形成一第一硬遮罩在該彩色濾光片層上，其中該第一硬遮罩具有一凸面輪廓；使用該第一硬遮罩，對該彩色濾光片層進行蝕刻，形成具有一第一凸面輪廓表面的一第一透鏡結構； 形成具有一第二折射率的一微透鏡材料層在該第一透鏡結構上；在該微透鏡材料層上形成一第二硬遮罩，其中該第二硬遮罩具有一凸面輪廓；以及使用該第二硬遮罩，對該微透鏡材料層進行蝕刻，形成具有一第二凸面輪廓表面的一第二透鏡結構，其中該彩色濾光片層的該第一折射率大於該微透鏡材料層的該第二折射率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中該第一硬遮罩具有一厚度小於該彩色濾光片層的一厚度，在使用該第一硬遮罩對該彩色濾光片層進行蝕刻形成該第一透鏡結構的該步驟之後，該彩色濾光片層的一下方部分不被蝕刻，並且該第一透鏡結構的相鄰區域之底部連接在一起；或者該第一硬遮罩具有一厚度等於該彩色濾光片層的一厚度，在使用該第一硬遮罩對該彩色濾光片層進行蝕刻形成該第一透鏡結構的該步驟之後，該彩色濾光片層的一下方部分被蝕刻，並且該第一透鏡結構的相鄰區域之底部互相分開。
9. 如申請專利範圍第7項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中該第二硬遮罩具有一厚度小於該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結構的該步驟之後，該微透鏡材料層的一下方部分不被蝕刻，並且該第二透鏡結構的相鄰區域之底部連接在一起。
10. 一種雙透鏡結構的製造方法，包括：形成具有一第一折射率的一分隔物材料層在一基底上；形成一第一格子狀硬遮罩在該分隔物材料層上；使用該第一格子狀硬遮罩，對該分隔物材料層進行蝕刻，形成具有複數個開口的一格子狀分隔物；在該格子狀分隔物的該些開口中形成具有一第二折射率的一彩色濾光片層，以形成具有一第一凹面輪廓表面的一第一透鏡結構；在該第一透鏡結構上塗佈具有一第三折射率的一微透鏡材料層；形成一第二硬遮罩在該微透鏡材料層上，其中該第二硬遮罩具有一凸面輪廓；以及使用該第二硬遮罩，對該微透鏡材料層進行蝕刻，形成具有一第一凸面輪廓表面的一第二透鏡結構，其中該分隔物材料層的該第一折射率低於該彩色濾光片層的該第二折射率，並且該彩色濾光片層的該第二折射率低於該微透鏡材料層的該第三折射率。
11. 如申請專利範圍第10項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中在該格子狀分隔物的該些開口中形成該彩色濾光片層的該步驟包括一塗佈製程、一曝光製程以及一顯影製程，在該顯影製程之後，該彩色濾光片層塗佈在該格子狀分隔物之頂部上的一部份被移除。
12. 如申請專利範圍第11項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中形成在該格子狀分隔物的該些開口中的該彩色濾光片層 經由該塗佈製程而具有一凹下輪廓。
13. 如申請專利範圍第10項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中該第二硬遮罩具有一厚度等於該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結構的該步驟之後，塗佈在該格子狀分隔物之頂端上的該微透鏡材料層的一部份被移除，暴露出該格子狀分隔物。
14. 如申請專利範圍第10項所述之雙透鏡結構的製造方法，其中該第二硬遮罩具有一厚度小於該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結構的該步驟之後，塗佈在該格子狀分隔物之頂端上的該微透鏡材料層的一部份保留在該格子狀分隔物上。