[发明专利]形成倾斜微透镜的工艺方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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发明的上述和其它优点和特征，其中：

图1以平面图说明根据本发明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是根据本发明示范性实施例的图2的光致抗蚀剂条带在显影之后的横截面图；

图4是根据本发明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是根据本发明示范性实施例的由楔形物支撑的微透镜的横截面图；

图6是根据本发明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是根据本发明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是使用具有根据本发明实施例构造的微透镜的像素的成像装置的示意图；以及

图10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