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TWI475674B - 照相模組及其製造方法 - Google Patents

照相模組及其製造方法 Download PDF

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TWI475674B
TWI475674B TW099128415A TW99128415A TWI475674B TW I475674 B TWI475674 B TW I475674B TW 099128415 A TW099128415 A TW 099128415A TW 99128415 A TW99128415 A TW 99128415A TW I475674 B TWI475674 B TW I475674B
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film photoresist
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TW201143382A (en
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林孜穎
鄭傑元
林宏燁
Original Assignee
采鈺科技股份有限公司
豪威科技股份有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0085—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing wafer level optics
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/804—Containers or encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors

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Description

照相模組及其製造方法
本發明係有關於一種影像感測器技術，特別是有關於一種使用光敏(photosensitive)型間隔層(spacer)。
電荷耦合裝置(charge-coupled device,CCD)影像感測裝置及互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測裝置係廣泛運用於數位影像產品中。影像擷取(image capture)技術也因具有照相模組的影像感測裝置使用率增加而為消費者所熟知，例如數位相機、數位影像記錄器、照相手機、監視器及其他具有照相功能的產品。
傳統的照相模組包括一影像感測裝置(即，影像捕捉或擷取裝置)及一或多個透鏡組。透鏡組設置於影像感測裝置上且以堆疊方式排置，以將入射光線的影像映至影像感測裝置上。玻璃間隔層通常透過使用黏著材料(即，紫外光(UV)固化型樹脂或熱固性樹脂)而貼合於透鏡組之間以及影像感測裝置與相鄰的透鏡組之間，其中透鏡組之間以及影像感測裝置與相鄰的透鏡組之間會維持既定距離，以在透鏡組至影像感測裝置之間得到所要的焦點距離(focal distance)。
上述焦點距離會隨著透鏡組的設計而有所改變，包括透鏡的數量及外型以及間隔層的厚度。相較於習知照相模組，高光學效能(例如，解析度)照相模組可能需要更複雜的透鏡組設計，其包括縮減間隔層厚度。如此一來，高光學效能照相模組中所使用的玻璃間隔層及其所需的黏著材料的總厚度對於高光學效能照相模組的外觀尺寸(dimension)限制及透鏡組設計彈性來說扮演了一重要角色。然而，由於玻璃間隔層的厚度限制需大於300微米(μm)且所需的黏著材料厚度需與玻璃間隔層的厚度相加，因此難以提升光學效能及縮減照相模組的外觀尺寸。
因此，有必要尋求一種新的照相模組，其不存在上述的問題。
本發明一實施例提供一種照相模組，包括：一具有一微透鏡陣列的影像感測裝置、一透鏡組以及一乾膜式光阻間隔層。透鏡組位於影像感測裝置上方，而乾膜式光阻間隔層夾設於影像感測裝置與透鏡組之間，其中乾膜式光阻間隔層具有一開口位於微透鏡陣列上方。
本發明另一實施例提供照相模組之製造方法。提供一透鏡組，其具有一第一表面及與其相對的一第二表面。在透鏡組的第一表面塗覆或層壓貼合一乾膜式光阻材料。透過微影製程對乾膜式光阻材料進行圖案化，以形成一間隔層，其內具有一開口。將間隔層貼合至一影像感測裝置上，使透鏡組位於影像感測裝置上方。其中，影像感測裝置包括一微透鏡陣列位於開口下方。
以下說明本發明之實施例。此說明之目的在於提供本發明的總體概念而並非用以侷限本發明的範圍。本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
請參照第5A圖，其繪示出根據本發明一實施例之照相模組。在一實施例中，照相模組包括：一具有一透鏡陣列302的影像感測裝置300、設置於影像感測裝置300上的一透鏡組10以及夾設於影像感測裝置300與透鏡組10之間的乾膜式光阻間隔層112。影像感測裝置300，例如影像捕捉或擷取裝置，其也稱為固態影像感測器(solid-state image sensor,SSIS)且可為CCD或CMOS影像感測裝置。
透鏡組10透過乾膜式光阻間隔層112而設置於影像感測裝置300上方。在一實施例中，透鏡組10可包括至少一透鏡元件，其由凸面或凹面透鏡所構成。在另一實施例中，透鏡組10可包括由凸面或凹面透鏡所構成的至少一透鏡元件以及與透鏡元件貼合的透鏡基底。舉例來說，在本實施例中，透鏡組10包括一透鏡基底100以及分別形成於透鏡基底100兩相對表面(例如，上表面及下表面)的二個凸面的透鏡元件102及104。透鏡組10可包括由玻璃、環氧化物、壓克力或矽膠所組成的有機材料。
特別的是由於今日具有照相功能的產品的需求趨勢在於微型化(miniaturization)，因此為了縮小尺寸，需在間隔層製做中以乾膜式光阻取代玻璃。乾膜式光阻為光敏性材料，其使用於微影製程中以形成精確圖案，並提供絕佳的順應性而容許以層壓貼合方式(lamination)來形成具有所需厚度的多層結構。可透過選擇具有良好黏著性的乾膜成份以及實施適當的製造程序而在乾膜光阻層之間形成無縫界面。在本實施例中，利用乾膜式光阻間隔層112取代習知玻璃間隔層來作微透鏡組的支撐，使透鏡組10與下方的影像感測裝置300隔開。
再者，乾膜式光阻間隔層112也保護透鏡組10的透鏡元件102而免於受到損害。在本實施例中，乾膜式光阻間隔層112具有一既定厚度，以在透鏡組10與影像感測裝置300之間維持一適當距離。乾膜式光阻間隔層112的既定厚度係取決於透鏡組10與影像感測裝置300之間所需的焦點距離。舉例來說，乾膜式光阻間隔層112的既定厚度小於300微米且大於30微米。再者，乾膜式光阻間隔層112與透鏡組10及影像感測裝置300直接接觸。亦即，乾膜式光阻間隔層112與透鏡組10之間以及乾膜式光阻間隔層112與影像感測裝置300之間沒有任何的黏著材料。再者，乾膜式光阻間隔層112具有一開口112a位於影像感測裝置300的微透鏡陣列302上方。
請參照第5B圖，其繪示出根據本發明另一實施例之照相模組。其中相同於第5A圖中的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，透鏡組20設置於透鏡組10上方。透鏡組20可包括至少一透鏡元件，其由凸面或凹面透鏡所構成。另外，透鏡組20可包括由凸面或凹面透鏡所構成的至少一透鏡元件以及與透鏡組20貼合的透鏡基底。舉例來說，在本實施例中，透鏡組20包括一透鏡基底200以及分別形成於透鏡基底200上表面及下表面的二個凸面的透鏡元件202及204。再者，透鏡組20的材質可相同或相似於透鏡組10的材質。
乾膜式光阻間隔層206也作為透鏡組的支撐，使透鏡組20與下方的透鏡組10隔開。再者，乾膜式光阻間隔層206也保護透鏡元件104及202而免於受到損害。在本實施例中，乾膜式光阻間隔層206也具有一既定厚度，以在透鏡組10與透鏡組20之間維持一適當距離。乾膜式光阻間隔層206的既定厚度係取決於所要的透鏡組設計。舉例來說，乾膜式光阻間隔層206的既定厚度小於300微米且大於30微米。再者，乾膜式光阻間隔層206與透鏡組10及透鏡組20直接接觸而未對透鏡組10與上方透鏡組20使用黏著材料。再者，乾膜式光阻間隔層206具有一開口206a大體上對準乾膜式光阻間隔層112的開口112a。
請參照第5C圖，其繪示出根據本發明又另一實施例之照相模組。其中相同於第5A圖中的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，一額外的乾膜式光阻間隔層214設置於透鏡組10上，以保護最上面的透鏡元件104。再者，一透明蓋板216，例如玻璃、石英、或其它透明基底，可選擇性地透過乾膜式光阻間隔層214而設置於透鏡組10上方，以進一步保護下方的透鏡組10。乾膜式光阻間隔層214具有一開口214a，其大體上對準開口112a，且與透鏡組10及透明蓋板216直接接觸。
請參照第5D圖，其繪示出根據本發明又另一實施例之照相模組。其中相同於第5B及5C圖中的部件係使用相同的標號並省略其說明。在本實施例中，一額外的乾膜式光阻間隔層214設置於透鏡組20上，以保護最上面的透鏡元件204。同樣地，一透明蓋板216可選擇性地透過乾膜式光阻間隔層214而設置於透鏡組20上方，以進一步保護下方的透鏡組20。乾膜式光阻間隔層214具有一開口214a，其大體上對準開口206a，且與透鏡組20及透明蓋板216直接接觸。
請參照第1A至1C圖，繪示出根據本發明一實施例之透鏡組結構製造方法剖面示意圖。請參照第1A圖，一透鏡組10具有一表面10a及相對於表面10a的一表面10b。透鏡組10可包括由玻璃、環氧化物、壓克力或矽膠所組成的有機材料。在一實施例中，透鏡組10可包括至少一透鏡元件，其由凸面或凹面透鏡所構成。在另一實施例中，透鏡組10可包括由凸面或凹面透鏡所構成的至少一透鏡元件以及與透鏡元件貼合的透鏡基底。舉例來說，在本實施例中，透鏡組10包括一透鏡基底100以及分別形成於透鏡基底100兩相對表面的二個凸面的透鏡元件102及104。之後，具有既定厚度的一乾膜式光阻材料106塗覆或層壓貼合於透鏡組10的表面10a。乾膜式光阻材料106可包括正型或負型乾膜光阻。乾膜式光阻材料106的厚度可透過重複性塗覆或層壓貼合來進行調整。
請參照第1B及1C圖，乾膜式光阻材料106透過微影製程(包括曝光及顯影製程)來進行圖案化。請參照第1B圖，利用一光罩108(其包括一間隔層圖案108a及一透光區108b)對乾膜式光阻材料106實施一曝光製程110，以在其中形成一曝光區106a，其透過光罩108的一透光區108b而完全覆蓋下方透鏡組10的透鏡元件102。接著，實施一顯影製程，以去除乾膜式光阻材料106內的曝光區106a而在其中形成具有開口112a的乾膜式光阻間隔層112，其與透鏡組10直接接觸，如第1C圖所示。在一實施例中，乾膜式光阻間隔層112的厚度小於300微米且大於30微米。
在一實施例中，一透鏡組結構，包括具有乾膜式光阻間隔層112(如第1C圖所示)的透鏡組10，利用習知烘烤製程，例如熱壓成型(hot forming)製程，而將乾膜式光阻間隔層112貼合於影像感測裝置300上方，使透鏡組10設置於影像感測裝置300上方。之後，乾膜式光阻間隔層112與影像感測裝置300直接接觸而完成照相模組之製做，其中影像感測裝置300的微透鏡陣列302位於開口112a下方，如第5A圖所示。
請參照第2A至2D圖，其繪示出根據本發明另一實施例之透鏡組結構製造方法剖面示意圖。請參照第2A圖，一透鏡組20具有一表面20a及相對於表面20a的一表面20b。透鏡組20可包括相同或相似於透鏡組10(如第1A圖所示)的材料。在一實施例中，透鏡組20可包括至少一透鏡元件，其由凸面或凹面透鏡所構成。在另一實施例中，透鏡組20可包括由凸面或凹面透鏡所構成的至少一透鏡元件以及與透鏡元件貼合的透鏡基底。舉例來說，在本實施例中，透鏡組20包括一透鏡基底200以及分別形成於透鏡基底200兩相對表面的二個凸面的透鏡元件202及204。透過與形成乾膜式光阻間隔層112相同的方法(如第1A至1C圖所示)而在透鏡組20的表面20a上形成內部具有一開口206a的一乾膜式光阻間隔層206。
之後，具有既定厚度的一乾膜式光阻材料208塗覆或層壓貼合於透鏡組20的表面20b。乾膜式光阻材料208可包括相同或相似於乾膜式光阻材料106(如第1A圖所示)的材料。在本實施例中，乾膜式光阻材料208的厚度可透過重複性塗覆或層壓貼合乾膜式光阻來進行調整。
請參照第2B及2C圖，透過微影製程來圖案化乾膜式光阻材料208。請參照第2B圖，利用一光罩210(其包括一間隔層圖案210a及一透光區210b)對乾膜式光阻材料208實施一曝光製程212，以在其中形成一曝光區208a，其透過光罩210的一透光區210b而完全覆蓋下方透鏡組20的透鏡元件204。接著，實施一顯影製程，以去除乾膜式光阻材料208內的曝光區208a而在其中形成具有開口214a的乾膜式光阻間隔層214，其與透鏡組20直接接觸，如第2C圖所示。開口214a大體上對準開口206a且與其相對。
一透明蓋板216，例如玻璃、石英或其它透明基底，係可利用習知烘烤製程，例如熱壓成型製程，而將透明蓋板216選擇性貼合於乾膜式光阻間隔層214上方，使透明蓋板216透過與透鏡組20直接接觸的乾膜式光阻間隔層214而位於透鏡組20上方。
在一實施例中，一透鏡組結構，包括透鏡組10、乾膜式光阻間隔層112及214及非必需的透明蓋板216，可透過相同於第2A至2D圖所示之透鏡組結構製造方法而形成。之後，具有透鏡組10、乾膜式光阻間隔層112及214及透明蓋板216的透鏡組結構利用習知烘烤製程，例如熱壓成型製程，而將乾膜式光阻間隔層112貼合於影像感測裝置300上方，使透鏡組結構設置於影像感測裝置300上方。之後，乾膜式光阻間隔層112與影像感測裝置300直接接觸而完成照相模組之製做，如第5C圖所示。
請參照第3圖，其繪示出根據本發明一實施例之堆疊的透鏡組結構。堆疊的透鏡組結構可包括具有乾膜式光阻間隔層112的透鏡組10以及垂直堆疊於透鏡組10上方的具有乾膜式光阻間隔層206的透鏡組20。堆疊的透鏡組結構可透過重複進行第1A至1C圖所示的方法以及用以將乾膜式光阻間隔層206貼附於透鏡組10上的至少一烘烤製程而形成。在其他實施例中，堆疊的透鏡組結構可包括兩組以上的透鏡組且可透過相同或相似於形成第3圖所示之堆疊的透鏡組結構的方法而形成。在一實施例中，第3圖所示之堆疊的透鏡組結構利用習知烘烤製程，例如熱壓成型製程，而將乾膜式光阻間隔層112貼合於影像感測裝置300上方，使堆疊的透鏡組結構設置於影像感測裝置300上方。之後，乾膜式光阻間隔層112與影像感測裝置300直接接觸而完成照相模組之製做，如第5B圖所示。
請參照第4圖，其繪示出根據本發明另一實施例之堆疊的透鏡組結構。堆疊的透鏡組結構可包括具有乾膜式光阻間隔層112的透鏡組10(如第1C圖所示)、以及垂直堆疊於透鏡組10上方的具有乾膜式光阻間隔層206及214的透鏡組20與一非必需的透明蓋板216(如第2D圖所示)。堆疊的透鏡組結構可透過進行第1A至1C圖所示的方法、第2A至2D圖所示的方法以及用以將乾膜式光阻間隔層206貼附於透鏡組10上的至少一烘烤製程而形成。在其他實施例中，堆疊的透鏡組結構可包括兩組以上的透鏡組且可透過相同或相似於形成第4圖所示之堆疊的透鏡組結構的方法而形成。在一實施例中，第4圖所示之堆疊的透鏡組結構利用習知烘烤製程，例如熱壓成型製程，而將乾膜式光阻間隔層112貼合於影像感測裝置300上方，使堆疊的透鏡組結構設置於影像感測裝置300上方。之後，乾膜式光阻間隔層112與影像感測裝置300直接接觸而完成照相模組之製做，如第5D圖所示。
需注意的是第5A、5B、5C或5D圖所示的照相模組可透過晶圓級製程(wafer level process)製作而成。舉例來說，進行積體電路製程以備妥一晶圓，例如矽晶圓，其上具有多個影像感測裝置300。同樣地，用於每一照相模組的間隔層、透鏡組以及非必需的透明蓋板可以重複製作方式而形成於基底上。在將基底堆疊於具有影像感測裝置300的晶圓上之後，切割基底及晶圓，以形成個別的照相模組。
根據前述實施例，由於透鏡組之間或透鏡組與影像感測裝置之間的間隔層係由乾膜式光阻材料所構成且透過微影製程而形成，因此可簡化照相模組的製做而降低製造成本。再者，相較於習知玻璃間隔層，乾膜式光阻間隔層的厚度可以更薄(例如，低於300微米)，因而使透鏡組設計更具彈性，且可縮減照相模組的外觀尺寸。亦即，可改善照相模組的光學效能。再者，由於乾膜式光阻間隔層可直接與透鏡組及/或影像感測裝置貼合而無需使用黏著材料，因此可進一步降低照相模組的外觀尺寸及製造成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20．．．透鏡組
10a、10b、20a、20b．．．表面
100、200．．．透鏡基底
102、104、202、204．．．透鏡元件
106、208．．．乾膜式光阻材料
106a、208a．．．曝光區
108、210．．．光罩
108a、210a．．．間隔層圖案
108b、210b．．．透光區
110、212．．．曝光製程
112、206、214．．．乾膜式光阻間隔層
112a、206a、214a．．．開口
300．．．影像感測裝置
302．．．微透鏡陣列
第1A至1C圖係繪示出根據本發明一實施例之透鏡組結構製造方法剖面示意圖。
第2A至2D圖係繪示出根據本發明另一實施例之透鏡組結構製造方法剖面示意圖。
第3圖係繪示出根據本發明一實施例之堆疊的透鏡組結構剖面示意圖。
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之堆疊的透鏡組結構剖面示意圖。
第5A至5D圖係繪示出根據本發明各個實施例之照相模組剖面示意圖。
10．．．透鏡組
100．．．透鏡基底
102、104．．．透鏡元件
112．．．乾膜式光阻間隔層
112a．．．開口
300．．．影像感測裝置
302．．．微透鏡陣列

Claims (12)

  1. 一種照相模組，包括：一影像感測裝置，包括一微透鏡陣列；一第一透鏡組，位於該影像感測裝置上方，且包括環氧化物、壓克力或矽膠，其中該照相模組內的任何透鏡組包括由環氧化物、壓克力或矽膠所構成的相同材料；以及一第一乾膜式光阻間隔層，夾設於該影像感測裝置與該第一透鏡組之間，其中該第一乾膜式光阻間隔層具有一第一開口位於該微透鏡陣列上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照相模組，其中該第一乾膜式光阻間隔層的厚度小於300微米且大於30微米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之照相模組，更包括：一第二透鏡組，位於該第一透鏡組上方；以及一第二乾膜式光阻間隔層，夾設於該第一透鏡組與該第二透鏡組之間，其中該第二乾膜式光阻間隔層具有一第二開口，其大體上對準該第一開口。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之照相模組，其中該第二乾膜式光阻間隔層的厚度小於300微米且大於30微米。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之照相模組，更包括：一第三乾膜式光阻間隔層，位於該第二透鏡組上，其中該第三乾膜式光阻間隔層具有一第三開口，其大體上對準該第一開口及該第二開口；以及一透明蓋板，位於該第二透鏡組上方，使該第三乾膜式光阻間隔層直接接觸於該第二透鏡組與該透明蓋板，且夾設於其間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之照相模組，更包括：一第二乾膜式光阻間隔層，位於該第一透鏡組上，其中該第二乾膜式光阻間隔層具有一第二開口，其大體上對準該第一開口；以及一透明蓋板，位於該第一透鏡組上方，使該第二乾膜式光阻間隔層直接接觸於該第一透鏡組與該透明蓋板，且夾設於其間。
  7. 一種照相模組之製造方法，包括：提供一第一透鏡組，其具有一第一表面及與其相對的一第二表面，且包括環氧化物、壓克力或矽膠，其中該照相模組內的任何透鏡組包括由環氧化物、壓克力或矽膠所構成的相同材料；在該第一透鏡組的該第一表面塗覆一第一乾膜式光阻材料；透過微影製程對該第一乾膜式光阻材料進行圖案化，以形成一第一間隔層，其內具有一第一開口；以及將該第一間隔層貼合至一影像感測裝置上，使該第一透鏡組位於該影像感測裝置上方；其中該影像感測裝置包括一微透鏡陣列位於該第一開口下方。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之照相模組之製造方法，其中該第一間隔層的厚度小於300微米且大於30微米。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之照相模組之製造方法，更包括：提供一第二透鏡組，其具有一第三表面及與其相對的 一第四表面；在該第二透鏡組的該第三表面塗覆或層壓貼合一第二乾膜式光阻材料；透過微影製程對該第二乾膜式光阻材料進行圖案化，以形成一第二間隔層，其內具有一第二開口；以及將該第二間隔層貼合至該第一透鏡組的該第二表面上，使該第二透鏡組位於該第一透鏡組上方；其中該第二開口大體上對準該第一開口。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之照相模組之製造方法，其中該第二間隔層的厚度小於300微米且大於30微米。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之照相模組之製造方法，更包括：在該第二透鏡組的該第四表面塗覆或層壓貼合一第三乾膜式光阻材料；透過微影製程對該第三乾膜式光阻材料進行圖案化，以形成一第三間隔層，其內具有一第三開口，其中該第三開口大體上對準該第一開口及該第二開口；以及將一透明蓋板貼合至該第三間隔層上，使該透明蓋板位於該第二透鏡組上方，其中該第三間隔層與該第二透鏡組及該透明蓋板直接接觸。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之照相模組之製造方法，更包括：在該第一透鏡組的該第二表面塗覆或層壓貼合一第二乾膜式光阻材料；透過微影製程對該第二乾膜式光阻材料進行圖案 化，以形成一第二間隔層，其內具有一第二開口，其中該第二開口大體上對準該第一開口；以及將一透明蓋板貼合至該第二間隔層上，使該透明蓋板位於該第一透鏡組上方，其中該第二間隔層與該第一透鏡組及該透明蓋板直接接觸。
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