專利名稱：攝像裝置、透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡結(jié)構(gòu)，特別是指一種供數(shù)字攝像裝置使用的透鏡結(jié)構(gòu)，以及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代生活中，許多電子產(chǎn)品內(nèi)部都會使用到數(shù)字攝像裝置。例如，在數(shù)字照相機、數(shù)字攝影機、照相手機、安全監(jiān)控器等之中，都可見到。
數(shù)字攝像裝置中，通常包含有一個透鏡結(jié)構(gòu)和一個影像感測模塊(例如CCD影像傳感器或CMOS影像傳感器)。透鏡結(jié)構(gòu)中可包含多個透鏡，以對入射光進行微調(diào)，使影像感測模塊可更精確地捕捉影像。
現(xiàn)有透鏡模塊結(jié)構(gòu)的一例如圖1所示。在本例中，包括有四個透鏡11，12，13，14，以在入射光到達第四個透鏡下方的影像感測模塊(未示出)之前，對其進行微調(diào)。此結(jié)構(gòu)在第一個透鏡11上設(shè)有一個開孔10，作為入射光的入口，并設(shè)有一個外筒15，以將各零件結(jié)合在一起，以及還設(shè)有一個間隔體16，可供調(diào)整第三透鏡13與第四透鏡14之間的距離，以控制焦距等光學(xué)效應(yīng)。
請參閱圖2，美國公開專利申請案2006044450號中揭示出另一種現(xiàn)有透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法(Camera device，method of manufacturing acamera device，wafer scale package)。圖2A標出此種透鏡結(jié)構(gòu)還處于晶圓狀態(tài)時的情形。晶圓上包含有多個透鏡結(jié)構(gòu)組20，各透鏡結(jié)構(gòu)組為雙重透鏡結(jié)構(gòu)；亦即，每一個透鏡結(jié)構(gòu)具有位于透鏡晶圓240上的第一透鏡250，和位于透鏡晶圓242上的第二透鏡252，兩者借助間隔物222將其黏合在一起。為求最佳光學(xué)效應(yīng)，間隔物222的高度需經(jīng)過仔細的設(shè)計，因其會決定兩透鏡之間的距離。在其后的制程中，圖2A所示的晶圓將與一個制有影像感測模塊的傳感器晶圓(未示出)黏合，并切割成多個攝像裝置。
圖2A所示晶圓的制程如下。請參閱圖2B，首先，在一玻璃晶圓上涂布一層可由紫外線硬化(UV curable)的光學(xué)材料，接著硬化該材料，以形成多個透鏡(圖中僅示出一個)。接著，如圖2C所示，將該具有單層透鏡的晶圓與一個具有多個間隔物的玻璃間隔晶圓黏合。之后于圖2D中，將完成圖2C步驟的晶圓與另一個具有單層透鏡的晶圓黏合，而構(gòu)成雙重透鏡結(jié)構(gòu)。
圖2所示的制程與結(jié)構(gòu)有以下缺點。如圖2E所示，在實際狀況中，在涂布和UV模制過程中，透鏡材料經(jīng)常會溢流到所設(shè)計的透鏡邊緣之外，因此透鏡的厚度與輪廓可能不完全如理想；透鏡的焦點可能會偏移、造成失焦而不準確；透鏡像差(aberration)增加而造成攝像裝置MTF性質(zhì)的下降。此外，間隔物下方的多余透鏡材料會影響間隔物與透鏡晶圓的黏合強度，可能造成晶圓龜裂。又，在此種晶圓等級芯片尺寸的攝像裝置中，當透鏡尺寸設(shè)計成接近傳感器尺寸時，透鏡維度、形狀、和間隔物黏合精確度等的控制，更形重要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一便是提出一種具有精準透鏡厚度的透鏡結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的在于，提出一種不會因為透鏡材料溢流而造成龜裂的透鏡結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一目的在于，提出一種具有上述特性的透鏡結(jié)構(gòu)的制造方法。
本發(fā)明的又一目的在于，提出一種具有上述透鏡結(jié)構(gòu)的攝像裝置。
為達上述目的，在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種透鏡結(jié)構(gòu)，其包含一基體；位于該基體上的一透鏡，該透鏡由透鏡制作材料所制成；以及一個與基體上的透鏡相鄰的限制結(jié)構(gòu)。借助該限制結(jié)構(gòu)，可限制透鏡制作材料在基體上的面積。于是，透鏡的厚度(及其光學(xué)特性)即得以精確控制。
上述實施例中所述的基體可以與另一個具有透鏡的基體黏合，以構(gòu)成雙重透鏡結(jié)構(gòu)。此時，限制結(jié)構(gòu)可供界定兩基體之間的距離。
限制結(jié)構(gòu)的制作材料，以其內(nèi)散布有顆粒的材料為佳。顆?？梢源笾鲁是蛐巍⒙研?、橢圓形、或長形。顆粒的剖面直徑?jīng)Q定限制結(jié)構(gòu)的厚度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，也提供了一種攝像裝置，其包含一透鏡結(jié)構(gòu)，以及一位于該透鏡結(jié)構(gòu)下方的影像感測模塊，以接收通過該透鏡結(jié)構(gòu)的光線。透鏡結(jié)構(gòu)包括一基體；位于該基體上的一透鏡；以及一個與基體上的透鏡相鄰的限制結(jié)構(gòu)。
又，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，也提供了一種制造透鏡結(jié)構(gòu)的方法，包含提供一個模，其具有至少一個第一區(qū)域與一個第二區(qū)域；在第一區(qū)域中置入第一制作材料，并在第二區(qū)域中置入第二制作材料；以及將第一制作材料與第二制作材料轉(zhuǎn)移至一基體上，使該第一制作材料在基體上形成一透鏡，而該第二制作材料限制第一制作材料的面積。該?？梢允褂冒雽?dǎo)體灰階光罩蝕刻制程的方法達成，亦可使用傳統(tǒng)的超精密鉆石刀模仁加工技術(shù)達成。
根據(jù)本發(fā)明，第二制作材料以液態(tài)光聚合性材料、且其中含有大致呈球形、卵形、橢圓形、或長形的固態(tài)成份，為佳。
下面通過參照附圖對具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達成的功效。


圖1以剖面示意顯示現(xiàn)有的透鏡結(jié)構(gòu)；圖2A以剖面示意顯示尚在晶圓狀態(tài)的現(xiàn)有的透鏡結(jié)構(gòu)；圖2B-2D示意顯示現(xiàn)有技術(shù)制作圖2A所示晶圓的制程；圖2E供示意顯示現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與制程的缺點；圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的頂視圖；圖4為沿圖3的x-x剖線所得的剖面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的剖面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的剖面圖；圖7A與7B分別示出為根據(jù)本發(fā)明的兩種多重透鏡結(jié)構(gòu)；圖8A-8E示意顯示制作本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)的制程；圖9A-9E示意顯示制作本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)的另一種制程。
圖中符號說明10開孔11、12、13、14透鏡15外筒16間隔體20透鏡結(jié)構(gòu)組31基體32透鏡33限制結(jié)構(gòu)51基體52透鏡53限制結(jié)構(gòu)
61基體62透鏡63限制結(jié)構(gòu)71玻璃晶圓72透鏡73限制結(jié)構(gòu)80模82透鏡形成區(qū)域83限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域90模91玻璃晶圓92透鏡93限制結(jié)構(gòu)100透鏡結(jié)構(gòu)102透鏡形成區(qū)域103限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域113限制結(jié)構(gòu)200透鏡結(jié)構(gòu)222間隔物240透鏡晶圓242第一透鏡250透鏡晶圓252第二透鏡300透鏡結(jié)構(gòu)320殘余材料區(qū)域520殘余材料區(qū)域620殘余材料區(qū)域721透鏡制作材料731限制結(jié)構(gòu)制作材料732固態(tài)顆粒狀成份
733膠狀材料921透鏡制作材料931限制結(jié)構(gòu)制作材料具體實施方式
以下將根據(jù)實施例并參照圖來加以說明本發(fā)明。附圖僅供了解說明之用；附圖中的直徑、厚度、寬度，并未按照比例繪制。
請參考圖3與圖4，其中分別以頂視圖和剖面圖的方式顯示本發(fā)明的第一個實施例。如圖所示，透鏡結(jié)構(gòu)包括有一個由透光材料(例如硅玻璃晶圓)制成的晶圓基體31、可提供光學(xué)作用的透鏡32、以及至少一個限制結(jié)構(gòu)33。
透鏡32由本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的透鏡制作材料所制成，例如可為，可在紫外線下硬化的液態(tài)光聚合性材料。如圖4所示(在圖3中為求簡化而省略)，當在晶圓基體31上形成透鏡32時，可能有多余的制作材料溢流至透鏡32與限制結(jié)構(gòu)33之間的區(qū)域320。不過，制作材料所能夠流到的區(qū)域受到限制結(jié)構(gòu)33的限制；制作材料并不能流到限制結(jié)構(gòu)33的上方、或超過限制結(jié)構(gòu)33的地帶、或下方(未來參照圖8的說明當更易了解)。因此，透鏡32的厚度可得以精確控制。
在圖3與圖4所示的第一實施例中，限制結(jié)構(gòu)33的頂表面高于透鏡32的中心最高點。不過，此并非絕對必要，也可以根據(jù)例如成本考量、機械強度、良率、光學(xué)位置、透鏡形狀等原因，而做其它安排。
圖5與圖6標出本發(fā)明的另兩實施例。圖5所示實施例與第一實施例的不同處在于限制結(jié)構(gòu)53的寬度較限制結(jié)構(gòu)33為小。限制結(jié)構(gòu)53的頂表面低于透鏡52的中心最高點，但高于殘余材料區(qū)520的頂表面。
在圖6所示的第三實施例中，限制結(jié)構(gòu)63的寬度甚至較限制結(jié)構(gòu)53更小，且限制結(jié)構(gòu)63的頂表面與殘余材料區(qū)620的頂表面高度大致相當。
限制結(jié)構(gòu)53與63顯然較第一實施例來得節(jié)省材料。此外，第二與第三實施例的芯片面積也會較第一實施例來得小。
本發(fā)明的透鏡結(jié)構(gòu)可以與另一個透鏡結(jié)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)成雙重或多重透鏡結(jié)構(gòu)。請參閱圖7A，其中將透鏡結(jié)構(gòu)100與另一個位于透鏡結(jié)構(gòu)100上方的透鏡結(jié)構(gòu)200結(jié)合，使光可以通過兩個透鏡結(jié)構(gòu)，達到更佳的光學(xué)特性。如圖所示，透鏡結(jié)構(gòu)100最好是如第一實施例的透鏡結(jié)構(gòu)，如此限制結(jié)構(gòu)113可在下方透鏡結(jié)構(gòu)100和上方透鏡結(jié)構(gòu)200之間提供間隙，并界定其間的距離。此時，并不需要如現(xiàn)有技術(shù)(圖2A)般地設(shè)置間隔物222。
圖7B標出另一種結(jié)合兩透鏡結(jié)構(gòu)的可能安排方式。如圖所示，上方透鏡結(jié)構(gòu)300以上下顛倒的方式與下方透鏡結(jié)構(gòu)100結(jié)合。此時，透鏡結(jié)構(gòu)100和300之一可以是如第二或第三實施例的透鏡結(jié)構(gòu)，但就較佳的對準效果而言，最好兩透鏡結(jié)構(gòu)100和300都是如第一實施例的透鏡結(jié)構(gòu)。
圖8A-8E標出本發(fā)明的透鏡結(jié)構(gòu)制程。請參閱圖8A，首先提供一個模80，其具有一個透鏡形成區(qū)域82和至少一個限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域83。該模可以使用半導(dǎo)體灰階光罩蝕刻制程的方法達成，亦可使用傳統(tǒng)的超精密鉆石刀模仁加工技術(shù)達成。接著在圖8B中，將透鏡制作材料721置入透鏡形成區(qū)域82，并將限制結(jié)構(gòu)制作材料731置入限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域83。兩置入材料的步驟可以任意順序或同時執(zhí)行。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，透鏡制作材料721可以是任何適合形成透鏡的材料，例如可在紫外線照射下硬化的液態(tài)光聚合性材料。根據(jù)本發(fā)明，限制結(jié)構(gòu)制作材料731的較佳材料是其內(nèi)含有固態(tài)顆粒狀成份732的膠狀材料733。固態(tài)顆粒狀成份732可以大致呈球形、卵形、橢圓形、或長形。膠狀材料733為可在紫外線照射下硬化的液態(tài)光聚合性材料。固態(tài)顆粒狀成份732可助界定稍后要形成的限制結(jié)構(gòu)的厚度。固態(tài)成份732可以由樹脂或聚合物制成。固態(tài)成份732的平均剖面直徑視透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計需求而定，通常在大約0.1微米至350.0微米的范圍內(nèi)。
請參閱圖8C，將一個玻璃晶圓71放在模80上，并與透鏡制作材料721和限制結(jié)構(gòu)制作材料731黏合。如圖所示，由于黏合步驟中的壓力所致，某些多余的透鏡制作材料和某些多余的限制結(jié)構(gòu)制作材料會受擠壓而溢流至其間的區(qū)域。不過，透鏡制作材料所能流到的區(qū)域，受到限制結(jié)構(gòu)制作材料731所限制。
接著在圖8D中，使透鏡制作材料721和限制結(jié)構(gòu)制作材料731暴露于紫外線下硬化。透鏡制作材料721和限制結(jié)構(gòu)制作材料731于是成為固體的透鏡72和限制結(jié)構(gòu)73。
最后，如圖8E所示，將玻璃晶圓71與模80分離。由于圖8C與8D所示步驟之故，模80上的圖案(亦即透鏡72和限制結(jié)構(gòu)73)會從模80轉(zhuǎn)移至玻璃晶圓71上。于是，根據(jù)本發(fā)明的具有透鏡結(jié)構(gòu)的晶圓便完成了。
請參閱圖9A-9E，其中示出本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)的另一種制程。本制程與前述制程的不同處在于模90上僅具有一個凹入?yún)^(qū)域，即透鏡形成區(qū)域102。模上也設(shè)有限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域103，但限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域103并未凹入模內(nèi)。
由圖9A-9E中可見，置入限制結(jié)構(gòu)形成區(qū)域103的限制結(jié)構(gòu)制作材料931的量比前一實施例少，而所制成的限制結(jié)構(gòu)93也比前一實施例小。圖9A-9E所示的制程可供制作例如前述圖6所示的結(jié)構(gòu)實施例。
以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，但是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。例如，玻璃晶圓并不一定必須是硅玻璃，而可以是硅，以供如紅外線方面的應(yīng)用。又例如，固態(tài)顆粒狀成份并不需要完美地排列成列。又例如，在前述透鏡結(jié)構(gòu)中，在基體頂表面上僅設(shè)有一個透鏡；但亦可安排成使同一基體的上下表面各有一個透鏡。又例如，在圖3中，所示的限制結(jié)構(gòu)33為圓形連續(xù)結(jié)構(gòu)，并具有均勻的寬度；但本發(fā)明并不限于此。限制結(jié)構(gòu)33并不一定必須具有均勻的寬度、或必須頂視為圓形、或必須連續(xù)。限制結(jié)構(gòu)33頂視可以是任何不規(guī)則的寬度、或長方形、正方形、多邊形、不規(guī)則形，且也可以僅是半連續(xù)，亦即，從頂視觀之，限制結(jié)構(gòu)33可包括多個互不相連的子集合。此時，各子集合間的空隙可供容納多余的透鏡制作材料。換言之，只要多余的透鏡材料可被限制在特定的區(qū)域內(nèi)，即符合本發(fā)明的基本要求。
除以上所述之外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，當可在本發(fā)明精神內(nèi)，立即思及各種替代與變化。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等替代與變化，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種透鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含一第一基體；位于該第一基體上的第一透鏡，該第一透鏡由透鏡制作材料所制成；以及一個與基體上的透鏡相鄰的限制結(jié)構(gòu)，以供限制透鏡制作材料在基體上的面積。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該限制結(jié)構(gòu)通過限制透鏡制作材料在基體上的面積，而界定該第一透鏡的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，更包含有一個第二基體，其上具有第二透鏡，該第二基體與該第一基體物理性地連接，以使入射光可通過第一與第二透鏡，其中該限制結(jié)構(gòu)界定兩基體之間的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該限制結(jié)構(gòu)包含有至少一個厚度界定元件。
5.如權(quán)利要求4所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該厚度界定元件的形狀呈球形、卵形、橢圓形、或長形。
6.如權(quán)利要求4所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該厚度界定元件由樹脂或聚合物制成。
7.如權(quán)利要求5所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該厚度界定元件的平均剖面直徑為0.1微米至350.0微米。
8.如權(quán)利要求1所述的透鏡結(jié)構(gòu)，其中，該限制結(jié)構(gòu)由其中含有至少一個厚度界定元件的液態(tài)光聚合物所制成。
9.一種攝像裝置，其特征在于，包含(a)至少一透鏡結(jié)構(gòu)，其包括一第一基體；位于該第一基體上的一第一透鏡，該第一透鏡由透鏡制作材料所制成；及一個與基體上的透鏡相鄰的限制結(jié)構(gòu)，以供限制透鏡制作材料在基體上的面積；以及(b)一位于該透鏡結(jié)構(gòu)下方的影像感測模塊，以接收通過該透鏡結(jié)構(gòu)的光線。
10.如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其中，該限制結(jié)構(gòu)通過限制透鏡制作材料在基體上的面積，而界定該第一透鏡的厚度。
11.如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其中，更包含有一個第二基體，其上具有第二透鏡，該第二基體與該第一基體物理性地連接，以使入射光可通過第一與第二透鏡，其中該限制結(jié)構(gòu)界定兩基體之間的距離。
12.如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其中，該限制結(jié)構(gòu)包含有至少一個厚度界定元件。
13.如權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其中，該厚度界定元件的形狀呈球形、卵形、橢圓形、或長形。
14.如權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其中，該厚度界定元件由樹脂或聚合物制成。
15.如權(quán)利要求13所述的攝像裝置，其中，該厚度界定元件的平均剖面直徑為0.1微米至350.0微米。
16.如權(quán)利要求9所述的攝像裝置，其中，該限制結(jié)構(gòu)由其中含有至少一個厚度界定元件的液態(tài)光聚合物所制成。
17.一種制造透鏡結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包含步驟提供一個模，其具有至少一個第一區(qū)域與一個第二區(qū)域；在第一區(qū)域中置入第一制作材料，并在第二區(qū)域中置入第二制作材料；以及將第一制作材料與第二制作材料轉(zhuǎn)移至一基體上，使該第一制作材料在基體上形成一透鏡，而該第二制作材料限制第一制作材料的面積。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，該第二制作材料中含有至少一個固態(tài)顆粒，顆粒形狀呈球形、卵形、橢圓形、或長形。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該顆粒由樹脂或聚合物制成。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該第二制作材料為一種其中含有至少一個球形或長形元件的液態(tài)光聚合性材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透鏡結(jié)構(gòu)，其包含一基體；位于該基體上的一透鏡，該透鏡由透鏡制作材料所制成；以及一個與基體上的透鏡相鄰的限制結(jié)構(gòu)。借助該限制結(jié)構(gòu)，可限制透鏡制作材料在基體上的面積。于是，透鏡的厚度及其光學(xué)特性即得以精確控制。本發(fā)明也提出了一種制作此種結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號H01L27/146GK101051094SQ200710001740
公開日2007年10月10日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者李孝文, 張家揚 申請人:采鈺科技股份有限公司