形成倾斜微透镜的工艺方法技术

本发明专利技术揭示一种微透镜结构，其包含经形成以支撑并使微透镜（７５、８５）倾斜的楔形物（５５、６５）。所述楔形物（５５、６５）通过对经图案化的可流动材料层进行加热而产生。可部分地通过所执行的图案化的类型来控制给予楔形物的倾斜度数和方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于图像捕捉或显示系统的微透镜结构的制造，且更具体来说，涉及用 于制造固态成像器系统的微透镜阵列的结构和方法。技术背景包含电荷耦合装置(CCD)和CMOS传感器的固态成像器通常用于光成像应用中。 固态成像器包含焦平面像素阵列。每一像素均包含用于将光能转换为电信号的光伏装置。 所述光伏装置可为光电门、光电导体或具有用于累积光生电荷的掺杂区的光电二极管。微透镜通常放置在相应阵列中，位于成像器像素上。微透镜用于将光聚焦到例如初 始的电荷累积区上。常规的技术通过光致抗蚀剂材料形成微透镜，所述光致抗蚀剂材料 被图案化为分别提供在像素上方的正方形或圆形。接着在制造期间加热经图案化的光致 抗蚀剂材料以使微透镜成形并固化。通过从较大的光收集区域收集光并将其聚焦在像素的较小光敏区域上，微透镜的使 用显著改进了成像装置的光敏性和效率。总的光收集区域与像素的光敏区域的比率称为 填充因数。微透镜阵列的使用在成像器应用中具有增加的重要性。成像器应用正需求具有较小 尺寸和较大分辨率的成像器阵列。随着像素尺寸减小和像素密度增加，例如像素之间的 串扰的问题变得更加明显。而且尺寸减小的像素具有较小的电荷累积区域。像素的减小 的尺寸导致由信号处理电路读出并处理的累积电荷较少。随着成像器阵列和像素光敏区域的尺寸减小，越来越难以提供能够将入射光射线聚 焦到光敏区上的微透镜。这个问题部分是由于越来越难以构造足够小的对于成像器装置 工艺具有最佳的焦点特征且针对在光通过各个装置层时引入的光学偏差进行最佳调节的 微透镜。而且，难以校正由光敏区域上方的多个区产生的可能的失真，这导致邻近像素 之间的串扰增加。当离轴光以钝角照射到微透镜时可引起串扰。离轴光通过平面化区和 滤色器，错过了预期到达的光敏区并照射到邻近的光敏区。通过加热和熔化微透镜材料进行微透镜成形和制造也随着微透镜结构在尺寸上减小 而变得越来越难。先前的控制微透镜成形和制造的方法不能提供充分的控制以确保光学 特性，例如焦点特征、微透镜的半径或为了针对较小微透镜设计而提供所要的焦点作用所需的其它参数。因此，具有较小尺寸微透镜的成像器难以实现较高的色彩保真度和信 噪比。
技术实现思路
本专利技术的各种示范性实施例提供多种用于调节像素阵列的微透镜的形状、半径和/或 高度的结构和方法。实施例使用了在微透镜形成期间影响体积和表面力参数的结构。示 范性实施例是针对包含楔形物的微透镜结构，所述楔形物经形成以支撑并倾斜微透镜而 实现所需的聚焦特性。通过对可流动材料层的加热而产生楔形物。所述可流动材料经图 案化以使得在材料的回流期间形成楔形物。可由可流动材料中完成的图案化的类型来控 制给予楔形物的倾斜的度数和方向。在一个示范性实施例中， 一系列平行条带(每个条带连续变小)用作楔形物。当经 图案化的可流动材料回流时，在一端的较大条带将变为楔形物的较厚部分。另一端的较 小条带将变为楔形物的较窄部分。每个微透镜可被相同地图案化。或者，配对和其它分 组可经图案化以形成最终的楔形物配置。 附图说明从下文参看附图提供的对示范性实施例的详细描述中将更明白本专利技术的上述和其它 优点和特征，其中图1以平面图说明根据本专利技术示范性实施例的用于图案化光致抗蚀剂材料的标线板；图2说明在图1的标线板已在上面图案化的衬底上形成的光致抗蚀剂材料的横截面图；图3是根据本专利技术示范性实施例的图2的光致抗蚀剂条带在显影之后的横截面图； 图4是根据本专利技术示范性实施例的在回流之后形成的固态抗蚀剂楔形物的横截面图；图5是根据本专利技术示范性实施例的由楔形物支撑的微透镜的横截面图；图6是根据本专利技术示范性实施例的具有经显影以形成互补图案的抗蚀剂条带的一对 邻近的微透镜支撑区域的平面图；图7a是由根据图6实施例的一对邻近的微透镜支撑区域支撑的一对邻近的微透镜的 横截面图；图7b是由根据图6另一实施例的共用一个像素的一对邻近的微透镜支撑区域支撑的 一对邻近的微透镜的横截面图；图8是根据本专利技术示范性实施例的具有经显影以形成互补图案的抗蚀剂条带的四个 邻近的微透镜支撑区域的平面图；图9是使用具有根据本专利技术实施例构造的微透镜的像素的成像装置的示意图；以及图IO说明包含图9的成像装置的处理系统的示意图。具体实施方式在以下具体实施方式中，参考附图，所述附图形成本专利技术的一部分并以说明的方式 展示其中可实施本专利技术的特定实施例。以充分的细节描述这些实施例，以使所属领域的技术人员能够实施本专利技术，且应了解，在不脱离本专利技术精神与范围的情况下，可利用其 它实施例并做出结构、逻辑和电气改变。所描述的处理步骤的进程是本专利技术实施例的示 范，然而步骤的顺序不限于本文陈述的顺序且可如此项技术中已知进行改变，除非必须 以某种次序进行的步骤。本文使用的术语像素是指光电元件单位单元，其含有光电传感器装置和相关联 的结构以用于将光子转换为电信号。术语流、流动或回流是指经加热并熔化 的材料的形状上的改变，进而产生材料流或由加热或其它类似过程引起的材料的形状改 变。流是初始熔化且回流是先前流动的材料的后续熔化。另外，尽管参考例如CMOS成像器的基于半导体的成像器描述本专利技术，但应了解， 本专利技术可应用于需要高质量微透镜以获得优化性能的任何微电子或微光学装置。可采用 本专利技术的额外的示范性微光学装置包含其它固态成像装置，例如CCD和其它，以及其中 像素发光的显示装置。现参看图式，其中相同元件由相同参考标号指示，图1说明根据本专利技术示范性实施 例的用于图案化可流动材料(例如，光致抗蚀剂材料)的标线板IO。所述标线板可由例 如铬材料形成。标线板上的条纹11的大小发生变化。在所示的示例中，标线板条纹11 展示为从左到右在大小上减小，使得条纹宽度在垂直于条纹纵轴的方向上减小。标线板 在条纹11之间具有宽度在约0.3微米到约0.5微米的开口 12。标线板10放置在衬底5 上，，衬底5的光致抗蚀剂材料层20位于像素的光敏区6上，如图2所示。光致抗蚀剂 材料是光敏透明材料20。举例来说，其可为与用于形成微透镜的材料相同的材料。在另 一实施例中，所述材料可经选择以控制极化的相位。参看图3，在光致抗蚀剂材料20的显影之后，光致抗蚀剂条带31、 32、 33、 34、 35、 36、 37的形成保留在衬底5上。光致抗蚀剂条带31、 32、 ...37具有数十分之一微米级的 宽度W,、 W2、 ...W7。宽度W卜W2、…W7在垂直于条带纵轴的方向上减小。参看图4，光致抗蚀剂条带31、 32、 ...37经受回流条件以产生楔形物15。比较图3 与图4可见，光致抗蚀剂条带31-37 —起流动以产生楔形物15。楔形物15的左侧较厚， 该处光致抗蚀剂条带31、 32、 33较宽。楔形物15的右侧较薄，该处光致抗蚀剂条带35、 36、 37较窄。换句话说，楔形物15在具有最厚光致抗蚀剂条带31的侧上具有第一厚度 Di，且在具有最薄光致抗蚀剂条带37的侧上具有第二厚度D2，其中D,大于D2。因此， 楔形物15具有成角度《的倾斜上表面，该角度由楔形物15的上表面14的凸块的切 线与衬底5的水平表面4描述。角度a可设计为任何所需的角度，但在示范性实施例中 通常小于约10度。如图4所示，楔形物15可能不具有完全平滑的上表面14。楔形物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微透镜结构，其包括：　　　　由衬底支撑的固态材料层，所述层的上表面相对于所述衬底的上表面倾斜；以及　　　　由所述层支撑的微透镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-6-28 11/167,5961.一种微透镜结构，其包括由衬底支撑的固态材料层，所述层的上表面相对于所述衬底的上表面倾斜；以及由所述层支撑的微透镜。2. 根据权利要求1所述的微透镜结构3. 根据权利要求1所述的微透镜结构4. 根据权利要求1所述的微透镜结构5. 根据权利要求1所述的微透镜结构 方。6. 根据权利要求2所述的微透镜结构 斜角度小于约10度。7. 根据权利要求1所述的微透镜结构8. 根据权利要求1所述的微透镜结构9. 根据权利要求1所述的微透镜结构10. —种微透镜阵列，其包括提供在衬底上的多个微透镜；以及多个固态材料楔形物，每个楔形物定位在所述衬底与各自微透镜之间并支撑所述 各自微透镜。11. 根据权利要求10所述的微透镜阵列，其中所述楔形物的微透镜支撑表面相对于所 述衬底的表面倾斜小于约10度。12. 根据权利要求IO所述的微透镜阵列，其中所述楔形物包括光致抗蚀剂材料。13. 根据权利要求IO所述的微透镜阵列，其中所述楔形物包括微透镜材料。14. 根据权利要求IO所述的微透镜阵列，其中所述楔形物包括流动材料。15. 根据权利要求10所述的微透镜阵列，其中在所述楔形物的所述支撑表面上存在凸 块。16. 根据权利要求IO所述的微透镜阵列，其中所述楔形物的所述支撑表面是平滑的。17. 根据权利要求10所述的微透镜阵列，其中所述多个微透镜中的至少两者定位在共 用光敏装置上方，以用于将入射光引导到所述共用光敏装置。18. 根据权利要求10所述的微透镜阵列，其中所述多个微透镜中的每一者定位在各自 多个光敏装置上方，以用于将入射光引导到每个各自光敏装置。，其中所述微透镜是倾斜的。 ，其中所述固态材料层包括光致抗蚀剂材料。 ,其中所述固态材料层包括形成微透镜的材料。 ，其中所述微透镜被支撑在所述固态材料层正上，其中所述层的所述上表面与所述衬底之间的倾，其中所述固态材料层是流动材料。，其中所述固态材料层的所述上表面具有凸块。，其中所述固态材料层的所述上表面是平滑的。19. 一种成像器结构，其包括形成在衬底中的多个像素； 形成在所述多个像素上方的平面层；形成在所述平面层上的多个楔形物结构，每个楔形物结构经定位以将入射光传递 到所述多个像素中的至少一者；以及多个微透镜，每个微透镜分别由所述多个楔形物结构中的至少一者支撑。20. 根据权利要求19所述的成像器结构，其中每个楔形物结构分别定位在所述多个像 素中的一者上方，以将入射光引导到所述各自像素。21. 根据权利要求19所述的成像器结构 引导到所述多个像素中的一者。22. 根据权利要求19所述的成像器结构 物结构在相同的方向上倾斜。23. 根据权利要求19所述的成像器结构，24. 根据权利要求19所述的成像器结构 平滑的上表面。25. 根据权利要求19所述的成像器结构 不平的上表面。26. 根据权利要求19所述的成像器结构，27. 根据权利要求19所述的成像器结构 至少 一 组四个楔形物结构的中心。28. —种图像处理系统，其包括.-处理器；成像器结构，其包括形成在衬底中的多个像素； 形成在所述多个像素上方的平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希C伯蒂格，李劲，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]