TWI639022B - 光學元件的製作方法及光學感應裝置 - Google Patents

光學元件的製作方法及光學感應裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種光學元件的製作方法。首先，分別形成微透鏡層與微型光通道層，其中微透鏡層包括微透鏡與第一基底，而微型光通道層包括微型光通道與第二基底。接著，進行第一接合製程，使微透鏡層接合至微型光通道層上，並使得微透鏡與微型光通道在垂直於第二基底表面的一垂直投影方向上互相對應，然後移除微透鏡層中的第一基底。

Description

光學元件的製作方法及光學感應裝置
本發明係關於一種光學元件的製作方法及光學感應裝置，尤指一種應用於光學指紋辨識的微型光學元件的製作方法及光學感應裝置。
由於智慧型手機興起，加上對個人隱私與安全性的需求，指紋辨識功能附加於手機或是門禁上已成為目前主流趨勢。目前應用於智慧型手機的指紋辨識以電容式指紋辨識晶片為其主流，將主動與被動電容式指紋辨識晶片附加於智慧型手機以用來解鎖與啟動功能。上述裝置主要以安裝在智慧型手機背面為主，如要安裝於前視區，則須針對玻璃顯示區開孔或是進行減薄程序，造成加工費用增加。而由於手機外觀強調其完整性，故其針對玻璃不開孔洞加上指紋辨識功能逐漸成為要求。另有超聲波技術應用於指紋辨識晶片，由於成本無法降低，目前仍未量產。目前主要還有光學指紋辨識技術有機會成為下一代指紋辨識的主流，因光線具有高穿透性而有機會不進行玻璃開孔即可進行辨識，同時光學式指紋辨識能針對生物特徵進行辨識以強化其安全性，已逐漸成為下一代指紋辨識的主流。目前針對光學式指紋辨識的成像系統有幾種方式，反射式、薄膜反射式、針孔成像、光纖成像或是搭配多組鏡片成為較大型指紋辨識系統。然而，習知光學式指紋辨識裝置的感測器尺寸與對應元件有其尺寸限制，因此現今業界期望開發出體積更小且辨識精確度度更高的指紋辨識系統。
本發明提供了一種光學元件的製作方法及光學感應裝置，以應用於光學指紋辨識。
根據本發明之一實施例，本發明提供了一種光學元件的製作方法，其包括下列步驟。首先，形成一微透鏡層，其中微透鏡層包括一微透鏡與一第一基底，且微透鏡設置於第一基底之一表面。此外，形成一微型光通道層，其中微型光通道層包括一微型光通道與一第二基底，且微型光通道設置於第二基底之一第一表面。接著，進行一接合製程，以第一基底之表面面對第二基底之第一表面的方式，使微透鏡層接合至微型光通道層上，使得微透鏡與微型光通道在垂直於第二基底之第一表面的一垂直投影方向上互相對應，然後移除微透鏡層中的第一基底。
根據本發明之一實施例，本發明提供了一種光學感應裝置，其包括一光感測器、一微型光通道層以及一微透鏡。光感測器的一寬度範圍為約10至約100微米。微型光通道層包括一微型光通道與一基底，其中微型光通道沿垂直於基底之表面的一垂直投影方向貫穿基底，微型光通道設置於微透鏡與光感測器之間，且微透鏡、微型光通道與光感測器在垂直投影方向上互相對應。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步瞭解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的光學元件及其製作方法及所欲達成的功效。為了方便表示而能夠輕易了解，圖式並未以成品之實際尺寸或比例繪示，因此圖式中元件之尺寸或比例僅用以示意而並非欲以限制本發明的範圍。
值得一提的是，在不超出本發明之精神的情況下，以下不同實施例的不同技術特徵彼此之間可互相置換而重新搭配，以組合出另一實施例。
本發明提供了一種光學元件的製作方法，其包括分別形成一微透鏡層與一微型光通道層、使兩者接合以及與感測器接合的製程，以下依序介紹形成微透鏡層與微型光通道層的方法以及後續製作光學元件的方法。
請參考第1圖至第3圖，其繪示了本發明第一實施例之微透鏡層的形成方法之製程示意圖。如第1圖所示，首先提供一第一基底100，其可包括一硬質基底。舉例而言，本實施例的第一基底100為玻璃基底，但不以此為限。然後於第一基底100的一表面1001上形成一圖案化遮罩層102，其可例如係一圖案化的硬遮罩(hard mask)層。舉例而言，本實施例的圖案化遮罩層102的材料可包括非晶矽(amorphous silicon)，且其可藉由對一非晶矽層進行一微影暨蝕刻製程所形成，但不以此為限。接著，於第一基底100之表面1001形成多個凹槽104，其形成方式可例如是對第一基底100施以一蝕刻製程。在本實施例中，圖案化遮罩層102包括多個開口1021分別暴露出第一基底100的部分表面1001，而蝕刻製程即透過各開口1021而移除與其對應的部分第一基底100。另外，蝕刻製程可例如是一等向性的蝕刻製程，但不以此為限。藉此，所形成之凹槽104可例如係半球體(hemisphere)凹槽。之後，可將圖案化遮罩層102從第一基底100之表面1001剝離。接著，如第2圖所示，於凹槽104及第一基底100的表面1001上共形地（conformally）形成一第一膜層106。第一膜層106可包括一薄膜層(thin film layer)。舉例而言，第一膜層106的材料可包括非晶矽，且其形成方式可例如為沉積製程，但不以此為限。接著，如第3圖所示，於第一膜層106上形成一第二膜層108，其中第二膜層108填滿凹槽104以於凹槽104內形成多個微透鏡110。在本實施例中，第二膜層108可包括低折射係數材料，其折射係數的範圍為1至1.5。第二膜層108可例如為旋塗式玻璃(spin on glass，SOG)，其形成方式可包括將旋塗式玻璃整層塗佈在第一膜層106上並對其固化(curing)，但不以此為限。換言之，本實施例的微透鏡110係由低折射係數材料所形成。相較於習知的微透鏡通常係由高分子材料所製成，本實施例之微透鏡110的材料為SOG，其可具有較佳的耐熱性(heat resistance)，能夠承受本實施例製作方法中所產生的熱。此外，本實施例的微透鏡110可例如係半球體的透鏡。再者，亦可選擇性的對第二膜層108中遠離第一膜層106的表面進行平坦化製程，平坦的表面對於微透鏡110有利於後續與其他基底接合。藉此，本實施例中之一微透鏡層10A可包括第一基底100、第一膜層106與第二膜層108，其中由第二膜層108形成之微透鏡110設置於第一基底100之表面1001上。此外，微透鏡110的數量並不以第3圖所示為限。藉由以上的製程方法，本實施例所形成的微透鏡110可以陣列方式設置於第一基底100之表面1001。
請參考第4圖至第6圖，其繪示了本發明第一實施例之微型光通道層的形成方法之製程示意圖。如第4圖所示，首先提供一第二基底112，並於第二基底112的一第一表面1121上形成一介電層114。舉例而言，本實施例的第二基底112可包括硬質基底如矽基底或矽晶圓，介電層114可包括氧化層如電漿加強氧化物(plasma enhanced oxide)層，但不以此為限。接著，於介電層114上形成一圖案化遮罩層116，其可例如係一圖案化的硬遮罩層。舉例而言，本實施例的圖案化遮罩層116可藉由一微影製程及一反應式離子蝕刻（reactive ion etch，RIE）製程所形成，但不以此為限。在本實施例中，圖案化遮罩層116包括多個開口1161，分別暴露出介電層114的部分表面。接著，如第5圖所示，以圖案化遮罩層116當作蝕刻遮罩，於第二基底112之第一表面1121進行一深蝕刻製程118，以於第二基底112中形成多個微型光通道120。詳細而言，深蝕刻製程118係透過開口1161移除與其對應的部分介電層114與部分第二基底112，以於第二基底112靠近第一表面1121的一側形成微型光通道120。另外，本實施例的深蝕刻製程118可包括深反應式離子蝕刻(deep reactive ion etch，DRIE)製程，但不以此為限。在本實施例中，由深蝕刻製程118形成的微型光通道120的深寬比範圍為（但不限於）0.5至50。之後，如第6圖所示，將圖案化遮罩層116從第二基底112之第一表面1121剝離，並且可一併移除介電層114。藉此，本實施例中之一微型光通道層20A可包括微型光通道120與第二基底112，且微型光通道120設置於第二基底112之第一表面1121。藉由以上的製程方法，本實施例所形成的微型光通道120可以陣列方式設置於第二基底112之第一表面1121。
請參考第7圖，其繪示了本發明第一實施例之微型光通道的各種剖面示意圖。在本實施例中，微型光通道120之一剖面形狀並不以第6圖所示為限。如第7圖所示，微型光通道120的剖面形狀可如第7圖所示而包括(a)錐狀、(b)漏斗狀、(c)柱狀、(d)多柱狀、(e)含輔助準直結構之柱狀或(f)與(g)具複合內徑之柱狀。另一方面，微型光通道120的一側壁1201可具有環狀紋路(ring pattern)，且環狀紋路的剖面形狀可包括扇貝形(scalloped)(亦可視為圓弧形(arc)、波浪形(undulating)等)，如第7圖的(f)圖例中的放大示意圖，但不以此為限，例如在某些實施例中，微型光通道120的也可具有平坦或筆直的側壁1201。上述各種不同剖面形狀之微型光通道120以及側壁1201上的環狀紋路可由本實施例的深蝕刻製程118所形成。在不同的情況下，深蝕刻製程118的參數可依不同需求而調整。另外，深蝕刻製程118可包括單一或多次蝕刻步驟。
請參考第8圖至第10圖，其繪示了本發明第一實施例之第一接合製程之製程示意圖。為了圖式的簡潔，第8圖至第10圖僅繪出三個微透鏡110與三個微型光通道120作為示意，但其數量並不以此為限。如第8圖所示，進行一第一接合製程，以第一基底100之表面1001面對第二基底112之第一表面1121的方式，使微透鏡層10A接合至微型光通道層20A上，使得各微透鏡110與微型光通道120在垂直於第二基底112之第一表面1121的一垂直投影方向Z上互相對應。在本實施例中，各微透鏡110係與對應的微型光通道120對準並接合。詳細而言，在接合後，各微透鏡110分別與對應的微型光通道120直接相連，且微透鏡110與微型光通道120係位於第一基底100與第二基底112之間。接著，對相反於第一表面1121之第二基底112的一第二表面1122進行一薄化製程122，以暴露出微型光通道120並使得微型光通道120貫穿第二基底112，如第9圖所示。本實施例的薄化製程122可包括研磨製程，但不以此為限。接著，移除微透鏡層10A中的第一基底100及第一膜層106。在本實施例中，對相反於表面1001之第一基底100的另一表面1002進行一蝕刻製程，以移除第一基底100(如玻璃基底)並暴露出第一膜層106。接著，對第一膜層106進行另一蝕刻製程，以移除第一膜層106(如非晶矽層)並暴露出微透鏡110，如第10圖所示。值得一提的是，前述對第二基底112的第二表面1122進行的薄化製程122並不限於在移除第一基底100及第一膜層106之前進行。在其他實施例中，亦可先移除第一基底100及第一膜層106，而後再進行薄化製程122。接著，如第10圖所示，在第二基底112於垂直投影方向Z上的兩側表面分別形成一圖案化抑光鍍膜144、146，藉此以形成本實施例的光學元件25，其中上側的圖案化抑光鍍膜144暴露出微透鏡110，而下側的圖案化抑光鍍膜146暴露出微型光通道120。本實施例的圖案化抑光鍍膜144的材料可包括金屬材料或聚合物材料。舉例而言，可利用化學氣相沉積或濺射沉積形成金屬層，或可利用旋塗形成聚合物層，但不以此為限。舉例而言，可先對應於微透鏡110上形成圖案化光阻，並於金屬層或聚合物層形成之後，將圖案化光阻及其上的金屬或聚合物一併移除，以暴露出微透鏡110。另一方面，由於微型光通道120的開口尺寸較小並具有高深寬比，因此金屬層或聚合物層並不易形成於微型光通道120內。需注意的是，形成圖案化抑光鍍膜144、146的方法並不以上述為限，而可包括本領域中其他習知的圖案化方法。此外，本實施例並不限於須同時在第二基底112的兩側表面形成圖案化抑光鍍膜144、146。在其他實施例中，亦可僅在第二基底112之其中一側的表面上形成圖案化抑光鍍膜。
綜上所述，本發明之製作光學元件25的方法主要包括第11圖所示之步驟：
步驟S10：形成一微透鏡層，其中微透鏡層包括至少一微透鏡與一第一基底，且微透鏡設置於第一基底之一表面；
步驟S12：形成一微型光通道層，其中微型光通道層包括至少一微型光通道與一第二基底，且微型光通道設置於第二基底之一第一表面；
步驟S14：進行一第一接合製程，以第一基底之表面面對第二基底之第一表面的方式，使微透鏡層接合至微型光通道層上，使得微透鏡與微型光通道在垂直於第二基底之第一表面的一垂直投影方向上互相對應；以及
步驟S16：移除微透鏡層中的第一基底。
請參考第12圖至第14圖，第12圖繪示了本發明第一實施例之第二接合製程之示意圖，第13圖繪示了本發明第一實施例相互接合的微透鏡層、微型光通道層與光感測器陣列的示意圖，而第14圖繪示了沿第13圖中切線A-A’的剖面示意圖。為了圖式簡潔及突顯重點，第12圖與第13圖並未繪出圖案化抑光鍍膜144、146，並僅於部分光學感應裝置40中繪出微型光通道120。如第12圖所示，提供一光感測器陣列30，其包括多個光感測器124。本實施例的光感測器124係以陣列方式設置，且其可包括能夠將光線轉換成電訊號的元件。接著，進行一第二接合製程，將經第一接合製程所接合的微透鏡層10A及微型光通道層20A(例如第10圖中的光學元件25)與光感測器陣列30接合，使得微型光通道120設置於微透鏡110與光感測器124之間，且光感測器124與微型光通道120在垂直投影方向Z上對應。舉例而言，在第二接合製程中，各光感測器124係與其中一個微型光通道120或是其中一個微透鏡110在垂直投影方向Z上互相對準。藉此，在進行完第二接合製程之後，各微型光通道120在垂直投影方向Z上分別設置於對應之微透鏡110與對應之光感測器124之間(如第14圖所示)。接著，如第13圖所示，在進行完第二接合製程之後，可進一步沿多條切割線切割已相互接合的微透鏡層10A、微型光通道層20A與光感測器陣列30，以形成複數個光學感應裝置40(如第14圖所示)。此外，光學感應裝置40中微透鏡110、微型光通道120與光感測器124的數量可依需求而改變，並不以第13圖及第14圖所示為限。另外，在光學感應裝置40中，一個光感測器124也可對應多個微型光通道120或多個微透鏡110。
在本實施例中，第一接合製程與第二接合製程分別可包括膠黏接合(adhesive bonding)、聚合物鍵合(polymer bonding (BCB))、金屬共晶鍵合(metal eutectic bonding)、化學介質層共熔鍵合(silicon on glass (SOG) fused bonding)、表面活化低溫晶圓接合(surface activated low-temperature wafer bonding)、陽極接合(anodic boding)或焊接(soldering)，但不以此為限。此外，本實施例製作光學元件25(或光學感應裝置40)的方法採用半導體製程或微機電技術(MEMS)，其中微透鏡110與微型光通道120可利用微影暨蝕刻製程所形成，並可批量製作。藉此，上述的微透鏡層10A可為晶圓級微透鏡陣列(wafer level micro-lens array)，而微型光通道層20A可為晶圓級微光通道陣列(wafer level light-path micro-channel array)。由於要能夠進行指紋辨識的光學感應裝置，其解析度必須至少有500dpi(dots per inch)。若又要將光學感應裝置應用於行動裝置，並安裝於面板玻璃下而不開孔，則每個微透鏡的尺寸須小於50微米。現行成形(molding)製程或機械加工並無法達到如此精準的設計與對位，然而本實施例的製作方法可實現製作尺寸小於50微米的微透鏡。另一方面，由於本實施例的光學元件可利用半導體製程製作，因而可在各基底上形成對位記號(alignment mark)，使得不同基底在各接合製程中可互相對準。再者，本實施例中的接合製程係以晶圓對晶圓(wafer to wafer)接合作為範例，但不以此為限。在其他實施例中，接合製程亦可以芯片對芯片(chip to chip)或芯片對晶圓(chip to wafer)而進行。
請繼續參考第14圖，本實施例光學感應裝置40之結構包括光感測器124、微型光通道層20A以及微透鏡110，其中光感測器124的一寬度W範圍為約10至約100微米。在其他實施例中，光感測器的寬度範圍可為約20至約100微米。微型光通道層20A包括微型光通道120與第二基底112，微型光通道120沿垂直於第二基底112之表面1121的垂直投影方向Z貫穿第二基底112，其中微型光通道120設置於微透鏡110與光感測器124之間，且微透鏡110、微型光通道120與光感測器124在垂直投影方向Z上互相對應。在本實施例中，微型光通道120係與所對應之微透鏡110與光感測器124在垂直投影方向Z上對準，並且微型光通道120與微透鏡110以及光感測器124皆直接相連。此外，如上文所述，微透鏡110的材料可包括低折射係數材料。微型光通道120的深寬比範圍為0.5至50，且其側壁1201可選擇性地具有環狀紋路，其中環狀紋路的剖面形狀包括扇貝形。微型光通道120的剖面形狀可如第7圖所示而包括柱狀、漏斗狀、錐狀、多柱狀、含輔助準直結構之柱狀或具複合內徑之柱狀。雖然在第14圖中，微透鏡110的寬度與微型光通道120的寬度大致相等，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，微透鏡110的寬度可大於或小於微型光通道120的寬度。
請參考第15圖，其繪示了本發明第一實施例之光學感應模組的剖面示意圖。如第15圖所示，本實施例另可包括一光學感應模組50，其包括一基底130、一光源132、一框架134、一覆蓋層136以及上述的光學感應裝置40。光學感應裝置40及光源132設置於基底130上。基底130舉例可包括硬質基底或印刷電路板（printed circuit board，PCB）。光源132設置於光學感應裝置40的一側，且其可包括發光二極體如共振腔發光二極體(RC-LED)。光源132所產生之光線可包括（但不限於）近紅外線的光線，其波長可例如為約580奈米至約1040奈米，較佳可為約940奈米。框架134可設置於光學感應裝置40的至少一側，並例如可包圍光學感應裝置40。覆蓋層136設置於光學感應裝置40上，鄰近於微透鏡110，使得光學感應裝置40位於覆蓋層136與基底130之間。本實施例的覆蓋層136覆蓋光源132、光學感應裝置40以及框架134，以保護上述元件。覆蓋層136可包括玻璃蓋板(cover glass)，但不以此為限。
當一物體(例如手指)60接觸覆蓋層136時，光源132所發出的光線穿過覆蓋層136至物體60的表面，會產生朝下方光學感應裝置40前進的反射光線。舉例而言，由物體60表面上的一位置X所反射的光線L1，雖然行進方向並不直接朝向下方對應的光感測器124，但由於偏離的角度不大，透過微透鏡110折射仍可到達對應的光感測器124。此外，由位置X所反射的另一光線L2，其偏離的角度大於光線L1。不同於光線L1，光線L2係被相鄰微透鏡110之間的抑光鍍膜144往覆蓋層136再次反射，以避免具穿透性之近紅外線波長的光線L2被鄰近的光感測器124所吸收，進而改善跨越干擾問題。另一方面，當另一位置Y產生一大角度的反射光線L3而進入對應於位置X的微透鏡110時，光線L3會以對應的大角度而於該微透鏡110中折射，並於後續以大於特定入射角度之方式接觸微型光通道120的側壁1201，而被側壁1201上的環狀紋路往覆蓋層136再次反射，以避免光感測器124吸收非對應物體60位置之反射光線而產生誤判。上述的特定入射角度可例如係與環狀紋路的形狀有關。另外，上述光線傳遞限制原理並不限於適用經物體60表面所反射的光線，亦可適用於環境中的光線。舉例而言，設置於第二基底112兩側的圖案化抑光鍍膜144、146即可降低光感測器124周圍環境中光線的干擾。
綜上，本實施例微透鏡110與微型光通道120的設計可提高接觸物體60上之特定區域(如位置X)之光線透過對應的微透鏡110聚焦成束穿過對應的微型光通道120之比例，進而分別針對各特定區域進行成像(如指紋成像)。環狀紋路的設計可減少特定區域外之光線對於對應的光感測器124造成信號干擾。此外，抑光鍍膜144、146可避免光感測器124受到反射光線或環境光線的光繞射或光散射等干擾。
本發明之光學元件及其製作方法並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例，然為了簡化說明並突顯各實施例之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。
請參考第16圖至第17圖，其繪示了本發明第二實施例之微透鏡層的形成方法之製程示意圖。在本實施例形成一微透鏡層10B的方法中，從提供第一基底100至形成第一膜層106的步驟與第一實施例相同(如第1圖至第2圖所示)。如第16圖所示，本實施例與第一實施例不同的地方在於，本實施例於共形地形成一層第一膜層106後，另於其上形成複數個第一膜層106，這些第一膜層106所組成之一疊層106S填滿凹槽104以形成微透鏡110。第一膜層106的材料可包括高折射係數材料，其折射係數的範圍為1.5至4.5。舉例而言，第一膜層106的材料可包括非晶矽，但不以此為限。相較於習知的微透鏡通常係由高分子材料所製成，本實施例之微透鏡110的材料為非晶矽，其可具有較佳的耐熱性(heat resistance)，能夠承受本實施例製作方法中所產生的熱。另外，本實施例的微透鏡110係由高折射係數材料所形成，藉此本實施例之微透鏡110相較於第一實施例可具有較短的焦距(focal length)，而可縮短第13圖中光感測器124與微透鏡110之間的距離，進而縮小光學感應裝置40的厚度。此外，如第17圖所示，在形成多層第一膜層106之後，可對疊層106S遠離基底100的一表面（即第16圖中的上表面）進行一平坦化製程138。平坦的表面對於微透鏡110有利於後續與其他基底接合。如此，即形成本發明第二實施例之微透鏡層10B。
請參考第18圖至第20圖，其繪示了本發明第二實施例之微型光通道層的形成方法之製程示意圖。在本實施例形成一微型光通道層20B的方法中，從提供第二基底112至形成微型光通道120的步驟與第一實施例相同(如第4圖至第6圖所示)。如第18圖所示，本實施例與第一實施例不同的地方在於，本實施例在剝離圖案化遮罩層116後(亦即在深蝕刻製程118後)，提供一承載基底140，並將第二基底112之第一表面1121藉由黏著層142與承載基底140接合，本實施例的承載基底140可包括硬質基底，但不以此為限。接著，對相反於第一表面1121之第二基底112的第二表面1122進行薄化製程122，移除第二基底112的第二表面1122一側的部分第二基底112，以暴露出微型光通道120並使得微型光通道120貫穿第二基底112，如第19圖所示。本實施例的薄化製程122可包括研磨製程，但不以此為限。接著，如第20圖所示，移除承載基底140並一併移除黏著層142而形成本實施例之微型光通道層20B。
請參考第21圖至第22圖，其繪示了本發明第二實施例之第一接合製程之製程示意圖。為了圖式的簡潔，第21圖與第22圖僅繪出三個微透鏡110與三個微型光通道120作為示意，但其數量並不以此為限。如第21圖所示，進行第一接合製程，以第一基底100之表面1001面對第二基底112之第一表面1121的方式，使微透鏡層10B接合至微型光通道層20B上，使得微透鏡110與微型光通道120在垂直投影方向Z上互相對應。接著，移除微透鏡層10B中的第一基底100。本實施例係對相反於表面1001之第一基底100的另一表面1002進行蝕刻製程，以移除第一基底100(如玻璃基底)並暴露出微透鏡110，如第22圖所示。換言之，本實施例的薄化製程122係在移除微透鏡層10B中的第一基底100之前進行。接著，如同第一實施例所述，可在第二基底112於垂直投影方向Z上的兩側分別形成圖案化抑光鍍膜144、146，藉此以形成本實施例的光學元件25。此外，本實施例後續的第二接合製程與第一實施例相同，在此不再贅述。
以上不同實施例中微透鏡層的形成方法以及微型光通道層的形成方法可互相置換而重新搭配。舉例而言，第一實施例之微透鏡層的形成方法可與第二實施例之微型光通道層的形成方法以及第一接合製程搭配，而第二實施例之微透鏡層的形成方法可與第一實施例之微型光通道層的形成方法以及第一接合製程搭配。
綜上所述，本發明透過半導體製程或微機電技術可製作晶圓級微透鏡陣列及晶圓級微光通道陣列，以製作具有微型光學式指紋辨識功能的光學感應裝置。本發明的製作方法可達到習知成形製程或機械加工尚無法達到的對位精準度，並可依此製作出小尺寸的光學元件，更可透過本發明微透鏡的成像技術，使得本發明的光學感應裝置可應用於智慧型手機前方指紋辨識系統，且不需在智慧型手機前方玻璃開孔即可進行光學式指紋辨識。另一方面，本發明透過半導體製程或微機電技術可實現批量製作並大量生產光學元件及光學感應裝置的優勢。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10A、10B‧‧‧微透鏡層
20A、20B‧‧‧微型光通道層
25‧‧‧光學元件
30‧‧‧光感測器陣列
40‧‧‧光學感應裝置
50‧‧‧光學感應模組
60‧‧‧物體
100‧‧‧第一基底
1001‧‧‧表面
102、116‧‧‧圖案化遮罩層
1021、1161‧‧‧開口
104‧‧‧凹槽
106‧‧‧第一膜層
106S‧‧‧疊層
108‧‧‧第二膜層
110‧‧‧微透鏡
112‧‧‧第二基底
1121‧‧‧第一表面
1122‧‧‧第二表面
114‧‧‧介電層
118‧‧‧深蝕刻製程
120‧‧‧微型光通道
122‧‧‧薄化製程
1201‧‧‧側壁
124‧‧‧光感測器
126‧‧‧第三基底
130‧‧‧基底
132‧‧‧光源
134‧‧‧框架
136‧‧‧覆蓋層
138‧‧‧平坦化製程
140‧‧‧承載基底
142‧‧‧黏著層
144、146‧‧‧圖案化抑光鍍膜
L1‧‧‧光線
W‧‧‧寬度
X、Y‧‧‧位置
Z‧‧‧垂直投影方向
第1圖至第3圖繪示了本發明第一實施例之微透鏡層的形成方法之製程示意圖。 第4圖至第6圖繪示了本發明第一實施例之微型光通道層的形成方法之製程示意圖。 第7圖繪示了本發明第一實施例之微型光通道層的各種剖面示意圖。 第8圖至第10圖繪示了本發明第一實施例之第一接合製程之製程示意圖。 第11圖為本發明第一實施例之光學元件的製作方法之步驟流程圖。 第12圖繪示了本發明第一實施例之第二接合製程之示意圖。 第13圖繪示了本發明第一實施例相互接合的微透鏡層、微型光通道層與光感測器陣列的示意圖。 第14圖繪示了沿第13圖中切線A-A’的剖面示意圖。 第15圖繪示了本發明第一實施例之光學感應模組的剖面示意圖。 第16圖至第17圖繪示了本發明第二實施例之微透鏡層的形成方法之製程示意圖。 第18圖至第20圖繪示了本發明第二實施例之微型光通道層的形成方法之製程示意圖。 第21圖至第22圖繪示了本發明第二實施例之第一接合製程之製程示意圖。

Claims (15)

  1. 一種光學元件的製作方法，包括：提供一第一基底；於該第一基底之一表面形成至少一凹槽；於該至少一凹槽內形成一微透鏡，其中該第一基底與該微透鏡構成一微透鏡層；形成一微型光通道層，其中該微型光通道層包括至少一微型光通道與一第二基底，且該微型光通道設置於該第二基底之一第一表面；進行一接合製程，以該第一基底之該表面面對該第二基底之該第一表面的方式，使該微透鏡層接合至該微型光通道層上，使得該微透鏡與該微型光通道在垂直於該第二基底之該第一表面的一垂直投影方向上互相對應；以及移除該微透鏡層中的該第一基底。
  2. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中形成該微透鏡層之步驟另包括：於該凹槽及該第一基底的該表面上共形地(conformally)形成一第一膜層；以及於該第一膜層上形成一第二膜層，其中該第二膜層填滿該凹槽以形成該微透鏡，且該第二膜層的材料包括低折射係數材料。
  3. 如請求項2所述之光學元件的製作方法，另包括在移除該微透鏡層中的該第一基底之後，移除該第一膜層。
  4. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中形成該微透鏡層另包括：於該凹槽及該第一基底的該表面上形成複數個第一膜層，其中該等第一膜層填滿該凹槽以形成該微透鏡，且該等第一膜層的材料包括高折射係數材料。
  5. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中形成該微型光通道層包括：提供該第二基底；以及於該第二基底之該第一表面進行一深蝕刻製程，以形成該微型光通道。
  6. 如請求項5所述之光學元件的製作方法，另包括在進行該接合製程之後，對相反於該第一表面之該第二基底的一第二表面進行一薄化製程，以暴露出該微型光通道並使得該微型光通道貫穿該第二基底，其中該薄化製程在移除該微透鏡層中的該第一基底之前進行或在移除該微透鏡層中的該第一基底之後進行。
  7. 如請求項5所述之光學元件的製作方法，其中形成該微型光通道層之步驟另包括：在該深蝕刻製程之後，提供一承載基底，並將該第二基底之該第一表面與該承載基底接合；對相反於該第一表面之該第二基底的一第二表面進行一薄化製程，以暴露出該微型光通道並使得該微型光通道貫穿該第二基底；以及移除該承載基底。
  8. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，另包括在移除該微透鏡層中的該第一基底之後，在該第二基底於該垂直投影方向上的兩側表面分別形成一圖案化抑光鍍膜，其中該圖案化抑光鍍膜暴露出該微透鏡或該微型光通道。
  9. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中該微型光通道的一側壁具有一環狀紋路，且該環狀紋路的一剖面形狀包括一扇貝形。
  10. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中該微型光通道的一深寬比範圍為0.5至50。
  11. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中該第一基底包括一玻璃基底，而該第二基底包括一矽晶圓。
  12. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，另包括於該第一基底之該表面形成複數個該凹槽，並於該等凹槽內分別形成一個該微透鏡，該等微透鏡係以陣列方式設置於該第一基底之該表面，而該微型光通道層包括複數個該微型光通道，且該等微型光通道係以陣列方式設置於該第二基底之該第一表面。
  13. 如請求項12所述之光學元件的製作方法，其中在進行完該接合製程之後，各該微型光通道在該垂直投影方向上分別對應該等微透鏡之其中一者。
  14. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中該接合製程包括膠黏接合(adhesive bonding)、聚合物鍵合(polymer bonding(BCB))、金屬共晶鍵合(metal eutectic bonding)、化學介質層共熔鍵合(silicon on glass(SOG)fused bonding)、表面活化低溫晶圓接合(surface activated low-temperature wafer bonding)、陽極接合(anodic boding)或焊接(soldering)。
  15. 如請求項1所述之光學元件的製作方法，其中該微型光通道的一剖面形狀包括柱狀、漏斗狀、錐狀、多柱狀、含輔助準直結構之柱狀或具複合內徑之柱狀。
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