【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及微透镜阵列和光学透镜，更具体地涉及制造微透镜阵列或非球形透镜的方法。
技术介绍
微透镜阵列在用于成像应用的微型封装中提供了光学多功能性。传统上，微透镜定义为直径小于1毫米的透镜，然而直径大到5毫米以上的透镜有时也被认为是微透镜。 存在许多种传统的制造微透镜阵列的方法，例如使用回流或扩散。图1A-1C示出了通过沉积材料、图形化和回流的制作微透镜阵列的典型步骤顺序。在图1A中，光敏层10例如光敏树脂形成于硅基板(未示出)上的平整化层12上。光敏层的材料被用于形成微透镜阵列。在图1B中，光敏层10被图形化以形成例如矩形、条形或方形14的形状阵列，其中这些形状位于将形成各个微透镜的位置。例如可以使用传统的掩模和光致抗蚀剂工艺进行图形化，其中光致抗蚀剂沉积在光敏层10上，通过具有不透明区域的掩模被曝光，显影(或除去)光致抗蚀剂的选定部分，并蚀刻被光致抗蚀剂曝光留下的光敏层10区域。方形14随后被充分地加热致使其回流，由此形成半球形的微透镜16，如图1C所示。 然而，通过前述热回流制作的微透镜阵列存在诸多缺点。典型地，光敏树脂包含成比例地在可见光谱的蓝光区吸收更多光的成份。因此，色谱失真，产生的图像比实际图像更加呈“微黄色”。这种彩色失真由于树脂氧化而随时间增加。另一个缺点为，光敏树脂可被图形化的分辨率受树脂层厚度的限制。树脂层越厚，阵列中的微透镜间隔越大，这减小了阵列的光收集效率。另一方面，树脂层必须足够厚，使得当回流时，结果微透镜的下垂足以导致预期的聚焦效果。因此，使用这种方式制备的微透镜阵列难以获得最高的可能收集效率。又一个缺点源于如下...
【技术保护点】
一种制作透镜或透镜阵列的方法，包括：提供基板；在所述基板上沉积介电层；在所述介电层上沉积图形化层；去除与待形成的透镜相对应的介电层的区域重叠的所述图形化层的一部分；去除所述介电层的曝光部分以在所述介电 层的曝光部分内形成弯曲凹槽；以及使用透镜材料填充所述弯曲凹槽。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-3-9 10/797,809定义，这些权利要求被并入该部分作为参考。通过考虑对一个或多个实施方案的下述详细描述，本领域技术人员可更彻底地理解本发明的这些实施方案，并且还可意识到本发明的另外优点。下文中将参考所附各页图示，简单描述这些图示。附图说明图1A-1C示出了根据传统工艺通过回流制作微透镜阵列的典型步骤顺序；图2A-2E示出了根据传统工艺使用一种类型的扩散形成微透镜阵列的步骤； 图2A-2C和2F-2G示出了使用另一种类型的传统工艺形成微透镜阵列的步骤；图3示出了一种类型的传统微透镜阵列和传感器阵列器件；图4为示出了根据本发明一个实施方案用于将微透镜阵列制作到传感器阵列上的工艺的流程图；图5A-5G示出了根据本发明一个实施方案用于制作微透镜/传感器阵列的工艺的各个阶段；图6A和6B分别示出了用于本发明一个实施方案中的灰阶掩模以及灰阶掩模特性；图7A-7C示出了根据一个实施方案使用灰阶掩模形成受控曲率凹槽的工艺的各个阶段；以及图8为根据本发明一个实施方案的微透镜阵列的倾斜视图。 通过参考下文中的详细描述，可以最佳地理解本发明的各实施方案及其优点。应该理解，相同的参考数字用于表示在一个或多个图示中示出的相同元件。具体实施方式图4为根据本发明一个实施方案用于制作微透镜阵列或非球形透镜的方法400的流程图。首先在步骤402中提供基板，其中该基板可包含CMOS或CCD传感器的阵列。该传感器阵列可以是任意合适的尺寸，从小屏幕应用一直到大显示器件。在步骤404中，介电层随后沉积在基板上。在步骤406中，诸如旋涂光致抗蚀剂或其他光敏材料的图形化层沉积在介电层上。在步骤408中，例如通过传统光刻工艺除去图形化层的选定部分。被除去的部分暴露将形成微透镜或非球形透镜的介电层区域。对于具有传感器阵列的实施方案，这些暴露区域对应于各个传感器元件的位置。 在步骤410，例如使用湿法蚀刻、灰阶掩模或阴影掩模选择性地蚀刻介电层的暴露部分，从而形成受控的弯曲凹槽。这些弯曲凹槽在中心最深并朝侧边或圆周向上递减。该蚀刻并未除去所有介电材料，使得底下基板或传感器被暴露。此外，弯曲凹槽可以是任何合适的形状，例如半球形或非球形，这取决于应用。在步骤412，图形化层的剩余部分被除去，结果的模板准备好用于进一步工艺步骤，或者可以用于特殊设计透镜的塑料压模。当该模板被继续用于进一步工艺时，在步骤414中，无机透镜材料层被沉积在介电层上，从而填充弯曲凹槽。在一个实施方案中，该透镜材料的折射率高于介电层的。合适的透镜材料的示例包含但不限于SiO2、SiOxNy、Si3N4、TiO2、聚合物或者在塑料压模的情形中为塑料。如果需要，透镜材料层随后可以被抛光。 图5A-5G示出了根据本发明一个实施方案的制作微透镜阵列的各个阶段。图5A示出了基板500的俯视图，其中微透镜阵列将形成在基板500上。在一个实施方案中，基板500为玻璃或硅基板，其中得到的器件为微透镜阵列。在另一个实施方案中，基板500为形成于诸如玻璃或硅的支持基板的顶部上的传感器阵列，其中得到的器件为集成传感器/微透镜阵列。该传感器阵列可以为CMOS或CCD传感器的阵列，例如光电二极管或其他传感器元件。该传感器阵列的制作使用了传统方法。图5A示出的实施方案中，具有单独传感器元件504的传感器阵列502形成于支持基板506上。诸如氧化物(例如SiO2、TiO2)、氮化物(例如SiOxNy)、旋涂聚合物的介电层508被沉积在传感器阵列502上，如图5B所示。介电层508的厚度取决于具体应用要求。在用于集成传感器/微透镜阵列的一个实施方案中，介电层508厚度介于1微米和几个毫米之间。在用于单独分非球形透镜的另一个实施方案中，介电层508厚度可高达一厘米以上。 接着，在图5C中，图形化层510沉积在介电层508上，其中图形化层510将用于暴露将形成微透镜或非球形透镜的介电层部分。图形化层510为光敏介电材料，且基于所使用的图形化工艺而选择该图形化层。例如，对于光刻工艺，图形化层510可以是旋涂光致抗蚀剂或其他光敏材料。利用光掩模进行曝光，随后可以在图形化层510上形成预期图形。如果光致抗蚀剂为正性，则光掩模可具有圆形开口阵列，其中圆形开口对应于待形成的微透镜的位置。如果微透镜将具有不同的形状与/或尺寸，则可以相应地调整光掩模的各个开口。图形化层510被曝光的部分随后被除去从而暴露将形成微透镜或非球形透镜的介电层508部分512，如图5D所示。对于底下的传感器阵列，部分512对应于各个传感器元件504。 在图5E中，介电层508的暴露部分512随后被蚀刻以形成传感器元件504上的弯曲凹槽514。弯曲凹槽514可以是半球形的，如图5F所示，该图为图5E的俯视图。如前所述，根据微透镜的应用，可以改变各个弯曲凹槽514的形状。此外，在一个实施方案中，可通过受控蚀刻形成弯曲凹槽514，该蚀刻例如湿法蚀刻或者使用灰阶掩模或阴影掩模图形化之后进行蚀刻。用于锥形蚀刻的其他蚀刻工艺也可以适用于本发明。蚀刻的深度和锥度也决定了微透镜或透镜的光学特性，例如焦距。因此，通过控制介电层的蚀刻，可以容易地制作各种类型的微透镜阵列。 图6A和6B以及7A-7C示出了根据一个实施方案使用灰阶掩模工艺形成受控弯曲凹槽的方法。图6A示出了灰阶掩模的一个开口600的示例，其中典型的灰阶掩模具有许多这种开口600，开口600之间被不透明部分分隔。灰阶掩模使不同数量的光穿过开口的不同半径位置，例如图6B所示。灰阶掩模上在开口600不同半径处的灰阶水平决定了在诸如光致抗蚀剂的底下光敏电介质相应位置的光曝光程度。如图所示，从开口中心沿径向向外，穿过的光线的数量从中心处的最大值约100％到边缘或外部圆周的约0％。光投射率曲线“a”可以是用于形成预期微透镜或透镜的任何合适形状。 图7A-7C示出了使用灰阶掩模形成受控弯曲凹槽的步骤顺序。在图7A中，图形化层510(例如正光致抗蚀剂)的一小部分通过灰阶掩模的一个开口600而被曝光。注意，沿x方向的灰阶掩模开口之间的部分是不透明的。图形化层510被显影，且执行干法蚀刻将曝光图形传递到下面的介电层508，如图7B和7C所示，从而形成弯曲凹槽514。因此，通过控制灰阶掩模上的灰阶以及干法蚀刻，可以快速且不昂贵地形成不同设计的球形和非球形微透镜和透镜。 取决于图形化和蚀刻类型，弯曲凹槽514需要被处理以消除弯曲凹槽表面上的不规则。弯曲凹槽的“粗糙度”应该小于可见光波长。在一个实施方案中，该粗糙度应该约为可见光波长的约1/10。这里定义的“粗糙度”是指弯曲凹槽表面上峰和谷之间的距离或变动。例如，当使用干法蚀刻形成弯曲凹槽514时，可以增加快速的湿法蚀刻或清洗以消除弯曲凹槽514表面上的任何粗糙。快速的湿法蚀刻的一个备选为使用折射率与下面的介电层508相同的薄介电材料涂敷弯曲凹槽514的表面。消除凹槽514表面区域的其他合适方法包括例...
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