連續性微透鏡陣列、其製造方法及定義其的光掩模的製作方法

2023-07-25 00:18:21 1

專利名稱：連續性微透鏡陣列、其製造方法及定義其的光掩模的製作方法
技術領域：
本發明是有關一種影像記錄裝置，特別是有關連續性的微透鏡陣列、其製造方法以及其定義用光掩模，可應用在各種須聚光至感光元件的影像記錄裝置上。
背景技術：
在習知的半導體影像記錄裝置，如電荷耦合元件(CCD)或互補式金氧半導體元件(CMOS)影像記錄裝置中，為提高感光元件的靈敏度，通常會在感光元件陣列上方設置微透鏡陣列，其中任一微透鏡會將光線聚焦在一個感光元件上。
圖1A是習知微透鏡陣列的局部等高線圖，圖1B則顯示出其中一個微透鏡在不同角度截面上的高度變化。由於習知每一個微透鏡110是由形成在基層10上大致呈方形的光致抗蝕劑圖案加熱回熔(reflow)而成形的，所以其下半部的等高線輪廓趨近方形，如圖1A所示，使微透鏡110在不同角度截面上有不同曲率。請見圖1B,45。截面(B-B，)的曲率半徑明顯大於0。截面(A-A，)的。由於焦距和曲率半徑有關，所以習知的微透鏡IIO有聚焦特性不良的問題。另外，因為微透鏡IIO彼此不連接，所以其間有無法聚光的平直部分存在，而無法收集到所有光線以有效聚光。
習知的微透鏡陣列還有與影像記錄裝置中其他構件整合不易的問題，以下即以感光元件是光二極體(photodiode)的CMOS影像記錄裝置為例作說明。圖2是習知一 CMOS影像記錄裝置的部分筒圖，其中微透鏡陣列100製作於透光的基層10上，此基層10包括彩色濾光片陣列12及其他功能層，且位於多層內連線結構20上。多層內連線結構20含第一層內連線22及第二層內連線24，且位於光二極體陣列30上方。此CMOS影像記錄裝置的目鏡40設置於微透鏡陣列100上方一段距離處。
由於微透鏡陣列100周邊部分的微透鏡110的入射光50入射角偏離90°(在此處及下文中，90。方向就是影像感測晶片的法線方向)過多，故焦點不在其正下方，因此相對於對應的光二極體30必須有一橫向位移，以使焦點落
在該光二極體30上，如圖2所示。然而，如此該微透鏡110的出射光50a會被第二層內連線24擋住一部分，而會降低影像周邊部分的記錄正確性。此問題雖可藉由對應部分的第二層內連線24的橫向移位來解決，但如此會增加電路設計上的麻煩。

發明內容
本發明的目的就是在提供一種連續性微透鏡陣列，其可解決習知微透鏡聚焦不良的問題，或可進一步在不改變內連線位置的情形下保持影像周邊部分的記錄正確性。
本發明又一目的是提供一種連續性微透鏡陣列的製造方法，其可用以形成本發明的微透鏡陣列。
本發明的再一目的是提供一種光掩模，其可用於本發明的連續性微透鏡陣列製造方法，以定義連續性微透鏡陣列。
首先須特別說明的是，下文及申請專利範圍中所謂的"多邊形"皆意指邊數大於4者，如同一般的認知。
本發明的連續性微透鏡陣列包括呈連續狀的多個微透鏡，其中每一個微透鏡在其與相鄰的微透鏡相連處以上的各高度的等高線輪廓大致呈圓形，且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的各高度的等高線輪廓大致呈部分圓形。
在一實施例中，上述連續性微透鏡陣列中的各微透鏡之間沒有空隙，而可收集到所有光線。在另一實施例中，任兩相鄰的微透鏡的相連處的厚度接近0。
在一實施例中，上述連續性微透鏡陣列位於一光二極體陣列上方，且與後者之間有至少一內連線層。此至少一內連線層與微透鏡陣列之間可有一彩
色濾光片陣列。
在一實施例中，上述微透鏡陣列位於一感光元件陣列上方，其中每一個微透鏡對應一個感光元件，且在各方向的垂直截面大致呈對稱狀。此微透鏡陣列區分為 一 中間部分與位於中間部分外圍的至少一個周邊部分，此區分依據光入射角度不同而定，其中位於中間部分的任一個微透鏡對準其所對應的感光元件，位於該至少一個周邊部分的任一個微透鏡相對於其所對應的感光元件則有一橫向位移。在此情形下，任一個微透鏡的表面可大致為一曲面，例如是一部分球面。另外，上述感光元件陣列可為一光二極體陣列或一電荷耦合元件(CCD)陣列。
在另一實施例中，任一個微透鏡都對準其所對應的感光元件，位於中間部分的任一個微透鏡在各方向的垂直截面大致呈對稱狀，而位於該至少一個周邊部分的任一個微透鏡則具有不對稱的垂直截面形狀。在此情形下，位於中間部分的每一個微透鏡的表面亦可大致為一曲面，例如是一部分球面。
本發明的微透鏡陣列的製造方法包括以下步驟。首先形成一光致抗蝕劑圖案陣列，其中每一個光致抗蝕劑圖案的上視輪廓大致呈圓形或多邊形，且相鄰光致抗蝕劑圖案彼此相連或靠近。接著進行一回熔步驟，其包括加熱該光致抗蝕劑圖案陣列，以使各光致抗蝕劑圖案的表面圓化，並使彼此靠近的相鄰光致抗蝕劑圖案相連。然後進行一定形步驟，以固定各光致抗蝕劑圖案的形狀。
在一實施例中，上述定形步驟使用紫外光照射光致抗蝕劑圖案陣列。在另一實施例中，上述定形步驟包括進一步加熱光致抗蝕劑圖案陣列，其所設定的溫度高於該回熔步驟所設定者。
在一 實施例中，於該回熔步驟進行之前，每一個光致抗蝕劑圖案的表面可有一不均勻的高度分布，其高度由內向外遞減。此種光致抗蝕劑圖案陣列可由單一個光掩模所定義，此光掩模上對應任一個光致抗蝕劑圖案的一光掩模圖案具有 一透光率分布，以使對應的光致抗蝕劑圖案的表面具有該不均勻的高度分布。
在光致抗蝕劑圖案陣列中每一個皆具不均勻的表面高度分布的實施例中，每一個光致抗蝕劑圖案可包括大致呈圓形或多邊形的一柱狀部分，以及其外圍大致呈圓形或多邊形且高度低於該柱狀部分的至少一個環狀片段，而當每個光致抗蝕劑圖案包括兩個或更多個環狀片段時，各環狀片段的高度不一，且由內向外遞減。此種光致抗蝕劑圖案陣列可由單一光掩模所定義，其包括一透光基板及一光掩模圖案陣列。在此光掩模圖案陣列中，每一個光掩模圖案對應光致抗蝕劑圖案陣列中的一個光致抗蝕劑圖案，相鄰的光掩模圖案彼此隔開，其隔開的距離使得相鄰的光致抗蝕劑圖案可彼此相連或靠近。每個光掩模圖案中有至少一個露出部分透光基板的環狀分隔道，其大致呈圓形或多邊形。
在每個光致抗蝕劑圖案皆包括前述柱狀部分及其外圍至少 一個環狀片
9段的一個實施例中，從上方觀視時，每一個光致抗蝕劑圖案的柱狀部分的中 心與該至少 一個環狀片段的中心大致重合，且光致抗蝕劑圖案陣列區分為一 中間部分與其外圍的至少一個周邊部分，此區分依光入射角度不同而定。位 於中間部分的每一個光致抗蝕劑圖案對準其所對應的感光元件，位於該至少 一個周邊部分的每一個光致抗蝕劑圖案相對於其所對應的感光元件體則有
一橫向位移。另外，上述感光元件可為光二極體或電荷耦合元件(CCD)。
在每個光致抗蝕劑圖案皆包括柱狀部分及其外圍至少 一個環狀片段的 另 一實施例中，光致抗蝕劑圖案陣列中的每一個光致抗蝕劑圖案所在的區域 皆對準其所對應的感光元件。當從上方觀視時，位於中間部分的每一個光致 抗蝕劑圖案的柱狀部分的中心與該至少 一 個環狀片段的中心大致與該光致 抗蝕劑圖案所在的區域的中心重合，而在位於該至少一個周邊部分的每一個 光致抗蝕劑圖案中，該柱狀部分的中心與該至少一個環狀片段的中心皆相對 於該光致抗蝕劑圖案所在的區域的中心有一位移。
在此須特別說明的是，本說明書中所謂的"環狀片段"包括完整的環狀 片段以及不完整的環狀片段，詳情請見後文實施例的說明。
本發明的光掩模是用以定義一連續性微透鏡陣列，包括一透光基板及一 光掩模圖案陣列。在此光掩模圖案陣列中，每一個光掩模圖案定義微透鏡陣 列中的一個微透鏡的前身的一個光致抗蝕劑圖案，此光致抗蝕劑圖案的上視 輪廓大致呈圓形或多邊形。相鄰的光掩模圖案彼此隔開，其隔開的距離使得 對應的光致抗蝕劑圖案可彼此相連或靠近。每一個光掩模圖案皆具有一透光 率分布，而可使對應的光致抗蝕劑圖案的表面具有不均勻的高度分布，其高 度由內向外遞減。
在一些實施例中，每一個光掩模圖案中有露出部分透光基板的至少一個 環狀分隔道，其形狀大致呈圓形或正多邊形。在一實施例中，每一個光掩模 圖案中的各環狀分隔道的中心與此光掩模圖案的中心重合，用以定義微透鏡 陣列的中間部分的任一個微透鏡的光掩模圖案對準其所對應的感光元件，且 用以定義微透鏡陣列的至少 一 個周邊部分的任一 個微透鏡的光掩模圖案相 對於其所對應的感光元件則有一橫向位移。在另一實施例中，每一個光掩模 圖案所在的區域對準其所對應的感光元件，用以定義中間部分任一個微透鏡 的光掩模圖案中的環狀分隔道的中心與此光掩模圖案所在的區域的中心大 致重合，且在用以定義周邊部分任一個微透鏡的光掩模圖案中，每一個環狀分隔道的中心皆相對於此光掩模圖案所在的區域的中心有一位移。另外，上
述感光元件可為光二極體或電荷耦合元件(CCD)。
在本發明中，由於每一個微透鏡在其與相鄰的微透鏡相連處以上的各高 度具有大致呈圓形的等高線輪廓且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的各高度 的等高線輪廓大致呈部分圓形，所以當 一個微透鏡在各方向的垂直截面具有 大致對稱的截面形狀時，其在各角度的截面形狀的曲率差異皆小於習知的方 底圓頂微透鏡，而可達到較佳的聚焦效果。另外，在各微透鏡間無空隙的實 施例中，因為微透鏡陣列中沒有平直部分，故可收集所有光線以增加光的收
集效益。
另外，在本發明一實施例中，由於位於周邊部分入射光角度偏離90°過 多的每一個微透鏡具有不對稱的垂直截面形狀，而得以將出射光角度修正回 90°左右，所以中間部分及周邊部分的每一個樣t透4竟都可以對準對應的光二 極管，而不必位移。因此，位於微透鏡陣列的周邊部分下方的內連線路也不 必位移，而可省去修改電路設計的麻煩。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例並配合所附圖式，詳細說明如下。


圖1A是習知微透鏡陣列的局部等高線圖，圖1B則顯示出其中一個微 透鏡在不同角度截面上的表面高度分布。
圖2是習知一種CMOS影像記錄裝置的部分簡圖。
圖3A是本發明第一實施例的一例的微透鏡陣列的局部等高線圖，圖3B 則顯示出其中一個微透鏡在不同角度截面上的表面高度分布。
圖3C、3D是本發明第一實施例的另兩例的微透鏡陣列的局部等高線圖。
圖4A 4C繪示本發明第一實施例的微透鏡陣列的製造方法，其中(a)/(b) 表示所欲形成的微透鏡完全相連不留空隙/邊緣恰好相連的例子；圖4D則繪 示亦可用以形成相似的微透鏡的多邊形光致抗蝕劑圖案。
圖5A、 5B繪示本發明第一實施例中，可用以定義圖4A(a)、 4A(b)的光 致抗蝕劑圖案的光掩i^莫圖案的一例。
圖5C、 5D繪示本發明第一實施例中，可用以定義圖4D(a)、 4D(b)的光 致抗蝕劑圖案的光掩模圖案的 一例。
ii圖6是含有本發明第二實施例的微透鏡陣列的CMOS影像記錄裝置的
一例的部分簡圖。
圖7繪示本發明第二實施例的微透鏡陣列中數個非對稱微透鏡的等高線 圖及對應的剖面圖。
圖8包含本發明第二實施例的微透鏡陣列製造方法中所形成的，作為數 個非對稱微透鏡的前身的數個光致抗蝕劑圖案的上視圖及剖面圖。
圖9繪示本發明第二實施例中可用以定義圖8的光致抗蝕劑圖案的光掩 模圖案。
主要元件符號說明
10:基層12:彩色濾光片陣列
20:多層內連線結構 22、 24:第一、二層內連線
30:光二極體 40:目鏡
50:入射光50a、 51:出射光
60:微透鏡預定形成區100、 600:微透鏡陣列
110、 310a/c/d、 610a/b/c:微透鏡
302、 302，、 312、 312，、 602:光致抗蝕劑圖案
302a、 302a，、 312a、 312a，、 602a:柱狀部分
302b、 302b，、 312b、 312b，、 602b:完整的環狀片段
302c、 302c，、 602c:不完整的環狀片段
304:回熔步驟
306、 316:表面圓化的光致抗蝕劑圖案
307、 317:球面 308:定形步驟
500、 500，、 530、 530，、 900:透光基板 502、 502，、 532、 532，、 902:光掩才莫上區域 510、 510，、 540、 540，、 910:光掩模圖案 520、 520，、 550、 550，、 920:環狀分隔道 520a、 520a，、 920a:完整的環狀分隔道 520b、 520b，、 920b:不完整的環狀分隔道
具體實施方式
第一實施例
在本發明第 一 實施例中，每個微透鏡在各方向的垂直截面具有大致對稱 的形狀。位於微透鏡陣列中間部分的每個微透鏡皆對準其所對應的光二極 管，而在至少一周邊部分的每個微透鏡相對於其所對應的一個光二極體有一
橫向位移，以使其焦點可以落在後者上。由於圖2已繪出此種配置方式，故 第 一實施例的相關圖式並未繪出各微透鏡及其所對應的各光二極體的位置 關係。
另外，由於位於微透鏡陣列中間部分的每個微透鏡皆對準其所對應的光 二極體，所以作為中間部分任一微透鏡的前身的光致抗蝕劑圖案及用以定義 此光致抗蝕劑圖案的光掩模圖案皆對準此微透鏡所對應的光二極體。由於周 邊部分的每個微透鏡相對於其所對應的光二極體有 一橫向位移，所以作為周 邊部分任一微透鏡的前身的光致抗蝕劑圖案及用以定義此光致抗蝕劑圖案 的光掩模圖案皆相對於此微透鏡所對應的光二極體有一橫向位移。此種關係 應廣為本領域者所知，故未繪於圖式中。
圖3A是本發明第一實施例的一例的微透鏡陣列的局部等高線圖。此微 透鏡陣列包括呈連續狀的多個微透鏡310a，配置於基層10上，其中每個微 透鏡31 Oa在其與相鄰的微透鏡31 Oa相連處以上的各高度具有大致呈圓形的 等高線輪廓，且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的各高度的等高線輪廓大致呈 部分圓形。由圖3A可看出，每一個微透鏡在各方向的垂直截面上皆具有大 致對稱的截面形狀，故其在各角度的截面形狀的曲率皆大致相同，請見圖3B ， 4S。截面(B-B，)的曲率半徑大致等於0。截面(A-A，)的曲率半徑。在此例中，相 鄰的微透鏡310a並未完全密接，其間留有小空隙而暴露出少部分的基層10。
圖3C、 3D分別為本發明第一實施例的另二種態樣的微透鏡陣列的局部 等高線圖。
請參照圖3C,此例的微透鏡陣列的結構與前例圖3A所示者大致相同， 除了相鄰的微透鏡310c完全連接，而未留有暴露出基層10的空隙的外。由 於此例的相鄰微透鏡310c在各方向上皆連續，所以可以收集到全部的光線 來有效聚光。
請參照圖3D,此例的微透鏡陣列的結構與前例圖3A所示者大致相同， 除了任兩相鄰微透鏡310d的相連處的厚度等於0，即相鄰樣史透鏡310d的邊 緣恰好接觸的外。不過，由於實際工藝中必然有一些誤差，不可能使任兩相鄰微透鏡310d的邊緣皆恰好接觸，所以考量到實際情況，較佳稱此例中相
鄰微透鏡310d的相連處的厚度「接近J 0。此種微透鏡收集光線的效率可達 78°/。左右，仍遠高於圖1A/B的習知方底圓頂微透鏡的65%左右。
圖4A 4C繪示本發明一實施例的微透鏡陣列的製造方法，其中(a)/(b) 分別表示所欲形成的微透鏡完全相連不留空隙/邊緣恰好相連的例子。
請參照圖4A,首先在基層10的各微透鏡預定形成區60上形成多個光 致抗蝕劑圖案302/312,其構成一光致抗蝕劑圖案陣列。每一個光致抗蝕劑 圖案302/312的上視輪廓大致呈圓形，且相鄰的光致抗蝕劑圖案彼此相連 (302)或靠近(312),使得回熔步驟的後相鄰的光致抗蝕劑圖案可以相連。每 一個光致抗蝕劑圖案302/312包括大致呈圓形的一柱狀部分302a/312a,以及 其外圍大致呈圓形且高度低於柱狀部分302a/312a的多個環狀片段 302b(c)/312b,各環狀片段302b(c)/312b的高度不同，且由內向外遞減。
此處須特別說明的是，圖4A(a)例的光致抗蝕劑圖案302的環狀片段包 括完整的環狀片段302b以及外圍不完整的環狀片段302c, 二者於本案說明 書及權利要求中泛稱為"環狀片段"，其中不完整的環狀片段302c與相鄰的 光致抗蝕劑圖案302的不完整環狀片段302c相連；又對一個不完整環狀片 段302c而言，其中心是指包含其本身在內的一個假想環的中心。如圖 4A(a)/(b)，每個光致抗蝕劑圖案302/312的柱狀部分302a/312a的中心與各環 狀片段302b(c)/312b的中心大致重合，且與對應的微透鏡預定形成區60的 中心重合。
請再參照圖4A(a)，相鄰4個光致抗蝕劑圖案302的最外圈環狀片段302c 圍出一個小空隙，其暴露出少部分基層IO。再者，此例中柱狀部分302a及 環狀片段302b(c)各自的形狀可改成多邊形，如圖4D(a)中標號302，、 302a，、 302b，、 302c，者所示。由於多邊形光致抗蝕劑圖案的各角會在後續回熔時圓 化，故其結果與圓形光致抗蝕劑圖案的情況相去不遠。
圖4A(b)的例的光致抗蝕劑圖案312的環狀片段則僅包括完整的環狀片 段312b，其中最外圈的完整環狀片段312b與相鄰的光致抗蝕劑圖案312最 外圈的完整環狀片段312b足夠靠近，使得兩光致抗蝕劑圖案312可在回熔 的後相連。此例中柱狀部分312a及環狀片段312b各自的形狀亦可改成多邊 形，如圖4D(b)中標號312，、 312a，、 312b，者所示。由於多邊形光致抗蝕劑 圖案的各角會在回熔時圓化，故其結果與圓形光致抗蝕劑圖案的情況相去不遠。
請參照圖4B，接著進行回熔步驟304，其包括加熱上述光致抗蝕劑圖案 陣列，以使每一個光致抗蝕劑圖案302/312的表面圓化，而形成表面圓化的 光致抗蝕劑圖案306/3]6，其加熱溫度例如約120~140。C，時間例如約10 15 分鐘。當光致抗蝕劑圖案302/312的表面具有適當的高度分布時，光致抗蝕 劑圖案306/316的表面可趨近球面307/317的一部分。
另外，對圖4A(a)的光致抗蝕劑圖案陣列而言，其在回熔時4個相鄰的 光致抗蝕劑圖案302的最外圈環狀片段302c的光致抗蝕劑會流到其間的小 空隙中，使得各微透鏡具有完全覆滿其預定形成區60的曲面。對圖4A(b) 的各光致抗蝕劑圖案而言，其在回熔時最外圈的環狀片段312b的光致抗蝕 劑會向外流動，而使原先不相連的相鄰光致抗蝕劑圖案312相連。
請參照圖4C,接著進行定形步驟308，以除去表面圓化光致抗蝕劑圖案 306/316中殘留的溶劑，而得以固定每個表面圓化光致抗蝕劑圖案306/316 的形狀，從而形成微透鏡310c/310d。在一例中，定形步驟308是使用紫外 光照射光致抗蝕劑圖案陣列，所用紫外光波長例如約365 A，強度例如約300 mJ/cm2，處理時間例如約10 15分鐘。在另一例中，定形步驟308包括進一 步加熱光致抗蝕劑圖案陣列，其所設定的溫度高於回熔步驟304，例如約 180~200。C,處理時間則例如約10 15分鐘。
可定義出圖4A(a)/(b)所繪示的光致抗蝕劑圖案的光掩模圖案的一例的 上視圖繪於圖5A/5B。此光掩模包括透光基板500/530以及位於對應各微透 鏡形成區60的各個區域502/532中的多個光掩模圖案510/540，其構成對應 微透鏡陣列的光掩模圖案陣列。
在圖5A的例中，各光掩模圖案510基本上為方形單位圖案，其彼此隔 開，且其中每個光掩模圖案510包括暴露出部分透光基板500、用以定義出 光致抗蝕劑圖案的環狀片段的環狀分隔道520，其中任兩相鄰環狀分隔道520 為內外圈關係。環狀分隔道520包括完整的環狀分隔道520a及其外圍不完 整的環狀分隔道520b，這兩種環狀分隔道在本說明書及權利要求中皆泛稱為 "環狀分隔道"。
另外，相鄰光掩模圖案510彼此隔開的距離足夠小，使得其所定義的相 鄰光致抗蝕劑圖案不會斷開。各環狀分隔道520的寬度足夠細，故不會在光 致抗蝕劑層中定義出環狀溝渠圖案，而是有使其所對應的部分光致抗蝕劑層的附近區域照光量增加的效果，因此該附近區域所對應的光致抗蝕劑層會有 部分厚度被移除，從而形成由內而外呈階梯狀下降的多圈環狀片段，如圖4A
(a)所示者。另外，由於有二分隔道交會在相鄰4光掩模圖案510的中心部位， 所以對應此中心部位的光致抗蝕劑會完全被移除，而使所定義的4光致抗蝕 劑圖案之間留有小空隙，如圖4A(a)所示。
在圖5B的例中，各光掩模圖案540為彼此隔開較遠的圓形圖案，其中 每個光掩模圖案540包括暴露部分透光基板530的環狀分隔道550,其皆為 完整的環狀分隔道，且其中任兩相鄰環狀分隔道550為內外圈關係。相鄰光 掩模圖案540彼此隔開的距離適中，使其所定義的相鄰光致抗蝕劑圖案必須 經過回熔的後才會相連。環狀分隔道550的效果同前，其可使所定義的光致 抗蝕劑圖案具有由內而外呈階梯狀下降的多圏環狀片段，如圖4A (b)所示者。
另一方面，可定義出圖4D(a)、 4D(b)所示的光致抗蝕劑圖案的光掩模圖 案的一例的上視圖繪於圖5C、 5D，其等於是將前述圓形的環狀分隔道 520(a/b)、圓形的光掩模圖案540及圓形的環狀分隔道550改成多邊形的環 狀分隔道520，(含520a，及520b，)、多邊形的光掩才莫圖案540，及多邊形的環狀 分隔道550，而得者。另外，標號500V530，者為透明基底，標號502V532'者 為光掩模上對應微鏡預定形成區60的區域，標號510，者為對應一個微透鏡 的方形單位圖案。
再者，依照模擬與/或實驗結果來調整光致抗蝕劑層的厚度、吸光度、環 狀分隔道的數目/寬度等，即可使一光致抗蝕劑圖案的各盤狀部分的包絡面趨 近具有預設曲率半徑的部分球面，致使此光致抗蝕劑圖案經回熔步驟而成的 微透鏡的表面趨近具有該預設曲率半徑的該部分球面。
在上述第一實施例中，由於每個微透鏡在其與相鄰的微透鏡相連處以上 的各高度具有大致呈圓形的等高線輪廓且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的 各高度的等高線輪廓大致呈部分圓形，又各個微透鏡在各方向的垂直截面具 有大致對稱的形狀，故其在各角度的截面形狀的曲率差異皆小於習知的方底 圓頂微透鏡，而可達較佳的聚焦效果。另外，當各微透鏡之間沒有空隙時， 因為沒有平直部分存在，故可收集所有光線，以增加光的收集效益。
第二實施例
在本發明第二實施例中，每個微透鏡都對準其所對應的光二極體，位於 微透鏡陣列中間部分的每個微透鏡在各方向的垂直截面具有大致對稱的形狀，而位於周邊部分的每個微透鏡則具有不對稱的垂直截面形狀。
以CMOS影像記錄裝置為例，圖6是含有本發明第二實施例的微透鏡 陣列的CMOS影像記錄裝置的一例的部分簡圖。此例的CMOS影像記錄裝 置的結構大致與圖2所示者相同，除了微透鏡陣列600中各個微透鏡610a/b/c 的形狀與位置以外。亦即，微透鏡陣列'600亦製作於透光的基層10上，此 基層10包括彩色濾光片陣列12及其他功能層，且位於多層內連線結構20 上。多層內連線結構20包含第一層內連線22及第二層內連線24，且位於光 二極體30的陣列上方。影像記錄裝置的目鏡40設置於微透鏡陣列600上方 一段距離處。
微透鏡陣列600中間部分的微透鏡610a在各方向的垂直截面具有大致 對稱的形狀，而周邊部分的微透鏡610b/c皆具有不對稱的垂直截面形狀。對 稱的微透鏡610a的結構、製作方法及對應的光掩模圖案已於前文中詳細說 明，不再贅述。不對稱的微透鏡610b/c的頂點偏移方向隨入射光50的入射 角而定，以將入射角偏離卯。過多的入射光50的出射光51平均出射角度修 正回90。左右，而聚焦在其正下方的對應光二^l管30上。例如，圖左的不對 稱微透鏡610b的入射光相對於法線為向右傾斜，故其頂點偏左；圖右的不 對稱微透鏡610c的入射光相對於法線為向左傾斜，故頂點偏右。
圖7繪示數個相連的不對稱微透鏡610b的局部等高線圖及對應的剖面 圖，不對稱微透鏡610c及周邊其他位向(如垂直紙面方向)上的不對稱微透鏡 的結構可依此類推。如圖7所示，各個微透鏡610b在其與相鄰的微透鏡610b 相連處以上的各高度亦具有大致呈圓形的等高線輪廓。另外，如同圖3D的 情形，兩相鄰微透鏡610b相連處的高度接近0亦可。
圖8繪示數個可作為微透鏡610b的前身的光致抗蝕劑圖案的上視圖及 剖面圖，其中每個光致抗蝕劑圖案602位於基層10上的微透鏡預定形成區 60中，包含大致呈圓形的一柱狀部分602a,以及其外圍大致呈圓形且高度 低於柱狀部分602a的多個環狀片段602b/c，各環狀片段602b/c的高度不一， 且由內向外遞減。此處須特別說明的是，完整的環狀片段602b及不完整的 環狀片段602c在本說明書及權利要求中皆泛稱為"環狀片段，，，而對一個不 完整環狀片段602c而言，其中心是指包含其本身在內的一個假想環的中心。
當從上方觀視時，上述柱狀部分602a的中心與環狀片段602b/c的中心 皆相對於光致抗蝕劑圖案602所在的區域60的中心有一位移。另外，形成包含多邊形柱狀部分及多邊形環狀片段的光致抗蝕劑圖案亦可，此點應不必 再藉圖式作說明。
圖9繪示本發明第二實施例中可用以定義圖8的光致抗蝕劑圖案602的 光掩模圖案。此光掩模圖案是與用以定義其他微透鏡610a、 610c等的光掩 模圖案(未繪示)一同形成在透光基板卯0上，包括位於對應樣i透鏡610b的預 定形成區60的各個區域卯2中的多個光掩模圖案910。
每個光掩模圖案910基本上為一方形單位圖案，其中包括露出部分透光 基板900、用以定義出光致抗蝕劑的環狀片段的環狀分隔道920,其包括完 整的環狀分隔道920a與其外圍不完整的環狀分隔道920b。另外，相鄰光掩 模圖案910彼此隔開的距離足夠小，使得其所定義的相鄰光致抗蝕劑圖案不 會斷開。此處須特別說明的是，完整環狀分隔道920a及不完整環狀分隔道 920b在本說明書及權利要求中皆泛稱為"環狀分隔道"，而對一個不完整環 狀分隔道920b而言，其中心是指包含其本身在內的一個假想環的中心。
每一個環狀分隔道920a/b的中心皆相對於此光掩模圖案910所在的區域 902的中心有一位移。再者，各環狀分隔道920a/b的寬度夠細而可使光致抗 蝕劑圖案具有高度由內向外遞減的多圈環狀的表面，如之前圖5的相關說明 所述者。此外，如欲形成包含多邊形柱狀部分及多邊形環狀片段的光致抗蝕 劑圖案，則各環狀分隔道920a/b的形狀當須改成多邊形，此點應不必再以圖 式作說明。
在上述第二實施例中，由於中間部分的每個微透鏡在各方向的垂直截面 具有大致對稱的形狀，而位於周邊部分的平均入射光角度偏離90。過多的每 個微透鏡具有不對稱的垂直截面形狀，以將平均出射光角度修正回90°左右， 所以每一個樣i透4i都可以對準其所對應的光二才及管，而不必位移。因此，位
於^t透鏡陣列的周邊部分下方的內連線線路也不必位移，而可省去設計上的麻煩。
權利要求
1.一種連續性微透鏡陣列，包括呈連續狀的多個微透鏡，其中每一個微透鏡在其與相鄰的微透鏡相連處以上的各高度的等高線輪廓大致呈圓形，且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的各高度的等高線輪廓大致呈部分圓形。
2. 如權利要求1所述的連續性微透鏡陣列，其中各相連處的厚度接近0。
3. 如權利要求1所述的連續性微透鏡陣列，其配置在光二極體陣列上方， 且與該光二極體陣列之間有至少 一 內連線層。
4. 如權利要求3所述的連續性微透鏡陣列，其與該至少一內連線層之間 有彩色濾光片陣列。
5. 如權利要求1所述的連續性微透鏡陣列，其位於感光元件陣列的上方， 且其中每一個微透鏡對應該感光元件陣列中的一個感光元件，其中，任一微透鏡在各方向的垂直截面大致呈對稱狀；該微透鏡陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少一個周邊 部分，此區分依據光入射角度不同而定；位於該中間部分的任一個微透鏡對準其所對應的感光元件；以及位於該至少 一 個周邊部分的任 一 個微透鏡相對於其所對應的感光元件 有一橫向位移。
6. 如權利要求5所述的連續性微透鏡陣列，其中任一個微透鏡的表面大 致為曲面。
7. 如權利要求6所述的連續性微透鏡陣列，其中任一個微透鏡的表面大 致為部分^求面。
8. 如權利要求5所述的連續性微透鏡陣列，其中該感光元件陣列為光二 極管陣列或電荷耦合元件陣列。
9. 如權利要求1所述的連續性微透鏡陣列，其位於感光元件陣列的上方， 且其中每一個微透鏡對應該感光元件陣列中的一個感光元件，其中，任一個微透鏡所在的區域對準其所對應的感光元件； 該微透鏡陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少一個周邊 部分，此區分依據光入射角度不同而定；位於該中間部分的任一個微透鏡在各方向的垂直截面大致呈對稱狀；以及位於該至少一個周邊部分的任一個微透鏡具有不對稱的垂直截面形狀。
10. 如權利要求9所述的連續性微透鏡陣列，其中任一個微透鏡的表面大 至丈為曲面。
11. 如權利要求10所述的連續性微透鏡陣列，其中位於該中間部分的任 一個微透鏡的表面大致為部分球面。
12. 如權利要求9所述的連續性微透鏡陣列，其中該感光元件陣列為光二 極管陣列或電荷耦合元件陣列。
13. —種連續性微透鏡陣列的製造方法，包括形成光致抗蝕劑圖案陣列，其中每一個光致抗蝕劑圖案的上視輪廓大致 呈圓形或多邊形，且相鄰光致抗蝕劑圖案彼此相連或靠近；進行回熔步驟，其包括加熱該光致抗蝕劑圖案陣列，以使每一個光致抗 蝕劑圖案的表面圓化，並使彼此靠近的相鄰光致抗蝕劑圖案相連；以及進行定形步驟以固定每一個光致抗蝕劑圖案的形狀。
14. 如權利要求13所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該定形步 驟使用紫外光照射該光致抗蝕劑圖案陣列。
15. 如權利要求13所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該定形步 驟包括進一步加熱該光致抗蝕劑圖案陣列，且該定形步驟所設定的溫度高於 該回熔步驟所設定者。
16. 如權利要求13所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中在該回熔 步驟進行之前，每一個光致抗蝕劑圖案的表面有不均勻的高度分布，其高度 由內向外遞減。
17. 如權利要求16所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該光致抗 蝕劑圖案陣列由單一個光掩模所定義，該光掩模上對應任一個光致抗蝕劑圖 案的光掩模圖案具有一透光率分布，以使該光致抗蝕劑圖案的表面具有該不 均勻的高度分布。
18. 如權利要求16所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中每一個光 致抗蝕劑圖案包括大致呈圓形或多邊形的柱狀部分，以及其外圍大致呈圓形 或多邊形且高度低於該柱狀部分的至少一個環狀片段，而當每一個光致抗蝕 劑圖案包括兩個或更多個環狀片段時，各環狀片段的高度不一，且由內向外 遞減。
19. 如權利要求18所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該光致抗蝕劑圖案陣列由單一光掩模所定義，該光掩模包括透光基板及光掩模圖案陣 列，且在該光掩模圖案陣列中，每一個光掩模圖案對應該光致抗蝕劑圖案陣列中的一個光致抗蝕劑圖案；相鄰的光掩模圖案彼此隔開，其隔開的距離使得相鄰的光致抗蝕劑圖案可彼此相連或靠近；以及每一個光掩模圖案中有至少一個露出部分該透光基板的環狀分隔道，其 形狀大致呈圓形或多邊形。
20. 如權利要求18所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該光致抗 蝕劑圖案陣列形成於感光元件陣列上方，且其中每一個光致抗蝕劑圖案對應 該感光元件陣列中的一個感光元件，其中，從上方觀視時，每一個光致抗蝕劑圖案的該柱狀部分的中心與該至少一 個環狀片段的中心大致重合；該光致抗蝕劑圖案陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少 一個周邊部分，此區分依光入射角度不同而定；位於該中間部分的多個光致抗蝕劑圖案中的每一個光致抗蝕劑圖案對 準其所對應的感光元件；以及位於該至少一個周邊部分的多個光致抗蝕劑圖案中的每一個光致抗蝕 劑圖案相對於其所對應的感光元件有 一橫向位移。
21. 如權利要求20所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該感光元 件陣列為光二極體陣列或電荷耦合元件陣列。
22. 如權利要求18所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該光致抗 蝕劑圖案陣列形成於感光元件陣列上方，且其中每一個光致抗蝕劑圖案對應 該感光元件陣列中的一個感光元件，其中，該光致抗蝕劑圖案陣列中的每一個光致抗蝕劑圖案所在的區域皆對準 其所對應的感光元件；該光致抗蝕劑圖案陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少 一個周邊部分，此區分依光入射角度不同而定；從上方觀視時，位於該中間部分的每一個光致抗蝕劑圖案的該柱狀部分 的中心與該至少一個環狀片段的中心大致與該光致抗蝕劑圖案所在的區域 的中心重合；以及從上方觀視時，位於該至少一個周邊部分的每一個光致抗蝕劑圖案中， 該柱狀部分的中心與該至少一個環狀片段的中心皆相對於該光致抗蝕劑圖 案所在的區域的中心有 一位移。
23. 如權利要求22所述的連續性微透鏡陣列的製造方法，其中該感光元 件陣列為光二極體陣列或電荷耦合元件陣列。
24. —種光掩模，用以定義連續性微透鏡陣列，包括透光基板以及光掩模 圖案陣列，其中在該光掩模圖案陣列中，每一個光掩模圖案定義該微透鏡陣列中的 一個微透鏡的前身的 一個光 致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案的上視輪廓大致呈圓形或多邊形；相鄰的光掩模圖案彼此隔開，其隔開的距離使得對應的光致抗蝕劑圖案 可4皮此相連或靠近；以及每一個光掩模圖案具有一透光率分布，而可使對應的光致抗蝕劑圖案的 表面有一不均勻高度分布，其高度由內向外遞減。
25. 如權利要求24所述的光掩模，其中每一個光掩模圖案中有露出部分 該透光基板的至少一個環狀分隔道，其形狀大致呈圓形或多邊形。
26. 如權利要求25所述的光掩模，其中該微透鏡陣列是形成於感光元件陣列的上方，且該微透鏡陣列中的一個 微透鏡對應該光掩模圖案陣列中的 一個光掩模圖案與該感光元件陣列中的 一個感光元件；在每一個光掩模圖案中，各該環狀分隔道的中心與該光掩模圖案的中心 重合；該微透鏡陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少一個周邊 部分，此區分依據光入射角度不同而定；用以定義該中間部分的任一個微透鏡的光掩模圖案對準其所對應的感 光元件；以及用以定義該周邊部分的任一個微透鏡的光掩模圖案相對於其所對應的 感光元件有一橫向位移。
27. 如權利要求26所述的光掩模，其中該感光元件陣列為光二極體陣列 或電荷耦合元件陣列。
28. 如權利要求25所述的光掩模，其中該微透鏡陣列是形成於感光元件陣列的上方，且該微透鏡陣列中的一個微透鏡對應該光掩模圖案陣列中的 一個光掩模圖案與該感光元件陣列中的一個感光元件；該些光掩模圖案中的每一個光掩模圖案所在的區域對準其所對應的感 光元件；該微透鏡陣列區分為中間部分與位於該中間部分外圍的至少一個周邊 部分，此區分依據光入射角度不同而定；在用以定義該中間部分的任一個微透鏡的光掩模圖案中，各該環狀分隔 道的中心與該光掩模圖案所在的區域的中心大致重合；以及在用以定義該至少 一 個周邊部分的任 一 個微透鏡的光掩模圖案中，每一 個環狀分隔道的中心皆相對於該光掩^^圖案所在的區域的中心有一位移。
29.如權利要求28所述的光掩模，其中該感光元件陣列為光二極體陣列 或電荷耦合元件陣列。
全文摘要
本發明公開了一種連續性微透鏡陣列、其製造方法及定義其的光掩模，所述微透鏡陣列包括相連的多個微透鏡，其中每一個微透鏡在其與相鄰的微透鏡相連處以上的各高度具有大致呈圓形的等高線，且在與相鄰的微透鏡抵接相連處的各高度的等高線輪廓大致呈部分圓形。在此連續性微透鏡陣列中，不同位置上的微透鏡的曲面形狀可因入射光角度的不同而調整。
文檔編號G02B3/00GK101493535SQ200810008550
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者吳心平, 林淯琮, 王銘義, 高弘昭 申請人:聯華電子股份有限公司