微透镜阵列制造技术

一种微透镜阵列，包括两个或更多个微透镜，其中布置各个微透镜并设定它们的尺寸以使得在微透镜之间不存在或者基本上不存在这样的间隙：入射光能够穿过该间隙而不穿过一个微透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在电子图像传感器表面上的微透镜阵列的制造。
技术介绍
在电子图像传感器中产生更高的分辨率。这意味着单个像素的表面积变小，因此撞击在每个像素上的光的数量也在减少。电子图像传感器技术的进展已经增加了信噪比以补偿光量的降低。但是，由于像素的光敏部分通常只有总像素面积的50％或更少，与像素阵列对准的微透镜阵列的制造已经被证实是一种非常有效的增加撞击像素的光敏区的入射光部分的方式。一种生产微透镜阵列的非常有效的并且可制造的方法是通过标准微光刻技术在光致抗蚀剂材料中形成图案。接着将这些在制造过程中具有方形的角的图案熔融并制成圆形的微透镜部件。该技术最主要的需求在于各个微透镜必须分隔足够远以使得相邻图案在熔融时不接触。如果他们接触，这些图案就会流在一起并且不会产生所希望的微透镜形状。因此，该技术总是导致在相邻微透镜之间产生间隙。这些间隙围绕像素的周边，入射在它们上的任何光都不会聚焦在像素的光敏区域上。因此需要一种有效的方法来生产微透镜阵列，同时减少或消除这些间隙。在减小这些间隙的方法方面已经有了一些进展。在微透镜阵列生产的
中，一种常用的做法是首先利用上面所述的流动技术在上层中形成微透镜形状。接着通过反应离子刻蚀(RIE)将该微透镜形状转移至下层。RIE是一种等离子体刻蚀技术，其中由电偏置将等离子体的反应离子朝向基板加速。这产生了一种非常各向同性的刻蚀，并使得微透镜形状精确地转移至下层。当微透镜材料不具有合适的特性以允许直接微光刻构图并熔融时采用该技术。US专利6,163,407公开了这种技术以减小最终的微透镜间隙。通过改变RIE条件以使得在两层的刻蚀速率之间产生不匹配来实现这一点。这导致产生比最初熔融的光致抗蚀剂稍有不同的微透镜形状。刻蚀速率的合理性的调整能够在最终的微透镜阵列中产生更小的间隙。尽管该方法产生更少的间隙，但是不存在足够的处理方式以完全地消除围绕该像素整个周边的间隙。该方法的其它缺点包括需要额外图案转移RIE步骤并且有损坏来自等离子环境的下部图像传感器的危险。另一种产生无间隙微透镜阵列的方法是灰度级光刻。该方法包括用具有多种密度而不是常用的0％或100％的掩模将光致抗蚀剂构图。该多种密度产生多种溶解度的暴露的光致抗蚀剂膜。因此，在显影之后的最终的光致抗蚀剂分布与穿过掩模的光强度分布相匹配。但是，该方法具有几个缺陷。首先，显而易见的是，掩模的设计和制造相当复杂和昂贵。其次，光致抗蚀剂必须能够精确地再现光强度的变化。这最好用具有约为1的对比度的光致抗蚀剂实现。这些类型的光致抗蚀剂很难找到，因为大多数光致抗蚀剂显影工作的目的在于需要产生在现代电子设备中使用的高密度电路的高对比度。而且，这些光致抗蚀剂很可能不包含用作最后的微透镜材料所需的特性。这些特性包括对于可见光是透明的、对热和光是稳定的以及相对较高的折射率。这意味着该光致抗蚀剂图案需要类似于前面所述的方法被转移到下层中。出于这些原因，不认为灰度级光刻是制造无间隙微透镜阵列的制造方法。一种用于形成无间隙微透镜阵列的总体上简单的方法是采用硬的模具(die)将外形压印进软材料中。根据其如何应用的具体细节通过几种不同的方式，例如压花、压印和接触印刷来应用该技术。这种类型的技术用于制造光纤光学和显示应用的微光学元件。标准应用包括涂敷在基板上的材料膜，用模具顺序压印该膜。在大部分应用中，需要热或者相当大的压力来将模具图案压印在接收层中。该方法的应用是使得电子图像传感器的微透镜阵列不相似，这是因为压力或热的使用导致变形。该变形没有明显的尺寸去影响光纤或显示设备的质量，但是像素尺寸对于图像传感器而言要小得多，而且这种失真会严重影响性能。因此，考虑到上面所述，需要一种制造具有减少或消除的间隙的微透镜阵列的方法，该方法的成本不高并产生具有最小失真的微透镜阵列。
技术实现思路
本专利技术涉及一种在电子图像传感器上形成微透镜阵列的改善的方法。其改进包括这样一种方法，其中相邻微透镜可被非常靠近地组装以至消除它们之间的明显的间隙，同时允许采用优选的球形。该方法包括采用对于微透镜阵列具有所希望的浮雕图像的模板。将压印印模(imprint stamp)与聚合流体成分相接触以使得该浮雕图像完全填充有所述聚合流体成分。该聚合成分的流体特性和毛细管作用使得能够在非常小的压力下进行该浮雕图像填充。由对光化学硬化该聚合流体成分所需要的光的波长透明的材料制成该压印印模。这使得辐射能够在该压印印模与该聚合流体成分相接触的同时穿过该压印印模。该辐射的结果是硬化该聚合流体成分。该硬化允许在硬化的聚合成分保留所希望的微透镜形状的同时将该压印印模顺序移去。硬化的聚合成分具有必须的光透射性和稳定特性，其使得它能够直接用作在电子图像传感器上的微透镜阵列而不必通过刻蚀技术将微透镜形状改移到下层中。附图说明图1是图像传感器和用于产生跨越该图像传感器的微透镜的模板的侧视图，其示出了在产生微透镜的过程中本专利技术的最初步骤；图2-5示出在产生跨越该图像传感器的微透镜过程中采用的本专利技术的额外的步骤；图6是由图1-5所示的方法形成的微透镜的顶视图；图7是采用本专利技术的方法包括由可替换的模板产生的重叠部分的微透镜的顶视图；图8是本专利技术的可替换模板的侧视图；图9是可替换实施例的跨越图像传感器的微透镜阵列的侧视图；图10是本专利技术的可替换实施例的顶视图。具体实施例方式如图1-5所示，在本专利技术的优选实施方式中，提供了一种在电子图像传感器上形成微透镜阵列的方法。该方法提供了相邻的微透镜能够彼此足够靠近地组装(pack)以消除它们之间的任何明显的间隙，同时允许采用优选的球形。参照图1，包含感光区域12、电极14和遮光罩16的半导体部分10被图示表示为固态电子图像传感器的半导体部分的典型元件。对于大多数电子图像传感器的应用而言，希望能够增强入射电磁辐射的特性。为了促进这种增强，通常将平面化层18应用至电子图像传感器的半导体部分的表面。该平面化层18可由多种材料构成，仅要求其不会对入射辐射的光谱特性起不利的作用并且能够与在电子图像传感器的制造中采用的材料和方法相配合。由于其目的在于平面化，必须可获得这样一种技术，其中平面化层18的表面可制成与电子图像传感器的感光区域12的表面齐平。简单的旋涂能够提供足够平坦的表面。但是，例如等离子体刻蚀和化学机械平面化等其它技术通常对改善表面的共平面性是有效的。一旦已经获得平坦表面，还希望能够过滤入射辐射的光谱特性。通过应用由两个或更多个不同的光谱透射构图的区域构成的滤色层20以便与下面的感光区域12相对准可以实现这一点。因为感光区域12仅包括总电子图像传感器的一部分，所以存在大量这样的入射辐射该辐射落在不能够捕获它的区域上并产生电子信号。这导致电子图像传感器的感光度的降低，因此通常希望增加落在感光区域12上的入射辐射部分。在电子图像传感器的顶部上的微透镜阵列的制造通常这么做，其中各个微透镜元件与下面感光区域12对准。该微透镜阵列需要平面化表面和与感光区域表面有一个适度距离以适应微透镜的焦距。这些需求通常需要在滤色层20的顶部上应用分隔层22。由于分隔层22仅起到物理上定位微透镜阵列的作用，其具有类似于对平面化层18的需求并且通常是同一材料。本专利技术包括一种用于形成微透镜阵列的改善的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生微透镜的方法，该方法包括步骤：（ａ）提供具有多个感光区域的基板；（ｂ）在该基板上提供光聚合流体成分；（ｃ）提供一模板，该模板对于感光波长是透明的并且包括用于将入射光聚焦在该感光区域上的多个弯曲表面；　 　（ｄ）将该模板放置在该光聚合流体成分上，这使得流体材料扩展并且基本上填充该模板的弯曲表面；以及（ｅ）光照射穿过该模板并且照射该光聚合流体成分上，以将光聚合流体成分硬化为跨越该基板的微透镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-12-17 11/015,909;US 2005-3-9 11/075,6791.一种用于产生微透镜的方法，该方法包括步骤(a)提供具有多个感光区域的基板；(b)在该基板上提供光聚合流体成分；(c)提供一模板，该模板对于感光波长是透明的并且包括用于将入射光聚焦在该感光区域上的多个弯曲表面；(d)将该模板放置在该光聚合流体成分上，这使得流体材料扩展并且基本上填充该模板的弯曲表面；以及(e)光照射穿过该模板并且照射该光聚合流体成分上，以将光聚合流体成分硬化为跨越该基板的微透镜。2.根据权利要求1的方法，还包括移去所述模板的步骤，这使得在基板上保留有硬化的材料。3.根据权利要求1的方法，还包括提供这样的模板的步骤，该模板在相邻微透镜之间不产生任何间隙或者在相邻微透镜之间产生一些重叠。4.根据权利要求1的方法，还包括提供石英作为用于模板的材料的步骤。5.根据权利要求1的方法，还包括提供硬化的光聚合流体成分的步骤，其具有对可见波长的透明度，该透明度不会由于暴露于可见光或加热而恶化。6.根据权利要求1的方法，还包括提供具有足够高的Tg以在任意顺序封装操作过程中保留预定微透镜形状的硬化的光聚合流体成分的步骤。7.一种微透镜阵列，其包括多个微透镜，其中布置各个微透镜并且设定该各个微透镜的尺寸以使得在微透镜之间不存在或者基本上不存在这样的间隙入射光能够穿过该间隙而不穿过一个微透镜。8.根据权利要求7的微透镜阵列，其中各个微透镜基本上或者部分地是包括平凸的和截顶的球形形状的球形。9.根据权利要求7的微透镜阵列，其中各个微透镜以行和列的形式布置，并且在行中的各个微透镜的尺寸被设置为使得在该行中的各个微透镜部分重叠该行中相邻的各个微透镜，在列中的各个微透镜的尺寸被设置为使得在微透镜的该列中的各个微透镜部分重叠该列中相邻的各个微透镜；以及其中微透镜之间的对角线距离为零或基本上为零。10.根据权利要求7的微透镜阵列，其中该各个微透镜布置为二维的预定图案，并且在一行中的各个微透镜的尺寸设置为使得在该行中的各个微透镜之间的距离为零或者基本上为零，在该行中的各个微透镜以一个1/2像素宽度偏离于相邻的行中的各个像素，其中布置所述各个微透镜并设定所述各个微透镜的尺寸以使得在微透镜之间不存在或者基本上不存在这样的间隙入射光能够穿过该间隙而不穿过一个微透镜。11.根据权利要求9的微透镜阵列，其中该各个微透镜基本上并且部分是包括平凸和截顶的球形形状的球形。12.根据权利要求10的微透镜阵列，其中该各个微透镜基本上并且部分是包括平凸和截顶的球形形状的球形。13.一种图像传感器，其包括微透镜阵列，...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW沃克，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]