專利名稱：制造光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于借助于包括壓印步驟的復(fù)制過程優(yōu)選地在晶片規(guī)模制造例如折射光 學(xué)透鏡或衍射微光學(xué)透鏡的多個光學(xué)元件的領(lǐng)域。更具體而言，其涉及復(fù)制多個光學(xué)元件 的方法。
背景技術(shù)：
復(fù)制的光學(xué)元件包括用于以任何預(yù)定義方式影響光學(xué)射束的透明衍射和/或折 射光學(xué)元件，諸如透鏡的折射元件，可能至少部分地反射的元件等。當(dāng)通過復(fù)制來制造光學(xué)元件時，常常存在包括襯底的基本結(jié)構(gòu)——復(fù)制工具，復(fù) 制材料被設(shè)置為與襯底和/或復(fù)制工具接觸。該復(fù)制工具包括作為要復(fù)制的(多個)元件 的表面結(jié)構(gòu)的負(fù)版(negative)的復(fù)制結(jié)構(gòu)。在復(fù)制工藝的過程中，對復(fù)制材料進(jìn)行硬化， 然后去除復(fù)制工具，復(fù)制材料保持與襯底接觸。特別有趣的是晶片規(guī)模制造工藝，其中，在例如盤狀(“晶片”)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模制造 光學(xué)元件陣列，該盤狀結(jié)構(gòu)在復(fù)制之后被分離(“切割”)成單個元件，或者堆疊在其它類似 晶片的元件上并在堆疊之后被分離成單個元件，如在例如WO 2005/083789中所述。‘晶片 規(guī)?！傅氖桥c半導(dǎo)體晶片相當(dāng)?shù)某叽绲谋P狀或板狀襯底的尺寸，諸如具有在2in與12in 之間的直徑的圓盤。在以下正文中，有時將襯底稱為“晶片”。不應(yīng)將其解釋為在襯底的尺寸或形狀方 面是限制性的，相反，該術(shù)語表示適合于在復(fù)制過程之后的某一階段被切割成多個組件的 光學(xué)元件陣列的任何襯底。由復(fù)制過程制造的光學(xué)元件常常包括在晶片的兩側(cè)的復(fù)制結(jié)構(gòu)，這兩側(cè)一起例如 組成具有兩個表面的透鏡。此類透鏡可以具有兩個凹面、兩個凸面、凹面和凸面、在至少一 個表面上的混合凸出/凹入結(jié)構(gòu)、在至少一個表面上的衍射結(jié)構(gòu)等。在許多光學(xué)系統(tǒng)中，軌道長度(穿過透鏡的光的路徑)是透鏡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。然 而，晶片規(guī)模的兩側(cè)的透鏡制造具有某些限制-襯底厚度需要具有最小厚度以便提供要求的機(jī)械穩(wěn)定性，通常為400μ或更大；-出于成本原因，常常將襯底選擇為具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的現(xiàn)成項(xiàng)目?？捎脴?biāo)準(zhǔn)厚度的范 圍受到約束，并且此約束導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計(jì)上的限制。在圖13中描繪了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的凸凹透鏡的示例。該透鏡由在例如玻璃板的透 明襯底1的兩側(cè)的兩個復(fù)制(部分)元件101、102構(gòu)成。沿襯底表面的法線方向Z的厚度 dz是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且設(shè)計(jì)師希望能夠改變該參數(shù)。根據(jù)所描繪的現(xiàn)有技術(shù)解決方案， 這是不可能的
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于在沒有關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)方法的設(shè)計(jì)約束的情況下復(fù) 制多個光學(xué)元件(即，晶片規(guī)模復(fù)制)的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種復(fù)制將由襯底承載的至少一個光學(xué)元件的方法，其中，襯底的物理性質(zhì)對光學(xué)元件的光學(xué)形狀的影響 降低。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種復(fù)制多個光學(xué)元件的方法，該方法包括步驟-提供具有兩個大側(cè)面的襯底和由襯底的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通孔或成 對盲孔限定的多個預(yù)定義復(fù)制點(diǎn)；-通過復(fù)制將復(fù)制結(jié)構(gòu)添加到襯底，該復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于襯底并在所述復(fù)制點(diǎn)處包 括分別在所述通孔或在所述成對盲孔中的復(fù)制材料及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一 和第二復(fù)制表面面向相對側(cè)。本發(fā)明的特征在于一個重要的優(yōu)點(diǎn)，即不存在關(guān)于光學(xué)元件的設(shè)計(jì)的厚度約束， 除其本身必須是機(jī)械穩(wěn)定的這一要求之外(這不是嚴(yán)格的約束，因?yàn)橥哥R、尤其是其可能 薄的部分具有非常小的橫向尺度)。另外，在通孔的情況下，襯底不需要具有光學(xué)性質(zhì)，因?yàn)?沒有光通過襯底。襯底在材料和表面質(zhì)量方面(劃痕等)變得不重要并且因此比現(xiàn)有技術(shù) 襯底便宜得多。并且，在不同的晶片規(guī)模組件或不同光學(xué)元件的堆疊中，可以節(jié)省空間并可 以潛在地減少組件的數(shù)目，因?yàn)榭梢詫⒁r底直接相互上下堆疊，或者可以使用具有減小的 厚度的隔離物。如果復(fù)制點(diǎn)包括由通孔限制的點(diǎn)，則根據(jù)第一選項(xiàng)通過復(fù)制來添加復(fù)制結(jié)構(gòu)的步 驟可以包括子步驟-彼此相對地移動包括第一復(fù)制部的第一復(fù)制工具和襯底的第一大側(cè)面，直至第 一復(fù)制工具與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且復(fù)制材料在所述孔中且與第一復(fù)制部接 觸；-對復(fù)制材料進(jìn)行硬化以提供粘附于襯底的硬化復(fù)制材料；-彼此相對地移動包括第二復(fù)制部的第二復(fù)制工具和襯底的第二大側(cè)面，直至第 二復(fù)制工具與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且另外的復(fù)制材料與所述第二復(fù)制部和所述 硬化復(fù)制材料接觸；以及-對所述另外的復(fù)制材料進(jìn)行硬化。不必在所有維度上準(zhǔn)確地預(yù)定義“預(yù)定義位置關(guān)系”。相反，優(yōu)選地，精確地定義ζ 位置(沿著垂直于大表面的方向的位置)，而χ-y位置可以可選地僅定義至復(fù)制部處于復(fù)制 點(diǎn)內(nèi)的位置的程度。然而，優(yōu)選地更準(zhǔn)確地定義第一和第二工具、或由其復(fù)制的結(jié)構(gòu)的相對 χ-y位置，并且例如具有幾μm或更好地精確度。根據(jù)第二選項(xiàng)，通過復(fù)制來添加復(fù)制結(jié)構(gòu)的步驟可以包括子步驟-分別朝著第一大側(cè)面和第二大側(cè)面移動包括第一復(fù)制部的第一復(fù)制工具和包括 第二復(fù)制部的第二復(fù)制工具，直至第一復(fù)制工具、第二復(fù)制工具、和襯底處于預(yù)定義位置關(guān) 系，并且復(fù)制材料在所述孔中且與第一復(fù)制部和第二復(fù)制部接觸；以及-對復(fù)制材料進(jìn)行硬化以提供粘附于襯底的硬化復(fù)制材料。在由在襯底的相對大側(cè)面上的盲孔來定義復(fù)制點(diǎn)的情況下(即，不存在通孔)，還 可以在一個步驟或兩個步驟中進(jìn)行復(fù)制。然而，與到通孔中的上述復(fù)制方法相反，在單步復(fù) 制的情況下還必須在兩個單獨(dú)的部分中提供復(fù)制材料，一個用于第一盲孔且另一個用于第 二盲孔。優(yōu)選地，在所有實(shí)施例中，在包括并行工藝步驟的過程中，在晶片規(guī)模制造多個光學(xué)元件。在此，襯底包括多個復(fù)制點(diǎn)，并且工具包括多個復(fù)制部。在下文中，有時將通孔或盲孔稱為“孔”，對“孔”的任何參考適用于本發(fā)明的“通 孔”實(shí)施例和“盲孔”實(shí)施例兩者。在本發(fā)明的任何一個所述實(shí)施例中，可以將復(fù)制工具選擇為包括以下各項(xiàng)中的至 少一個-接觸隔離部分，其至少部分地圍繞或完全圍繞(多個)復(fù)制部并適合于在復(fù)制期 間靠在襯底表面上，以便其在復(fù)制部周圍形成用于防止復(fù)制材料超過隔離部分的橫向(徑 向)流動的密封；以及-一個或多個止流器，其由(多個)復(fù)制部的邊緣外圍形成并適合于約束由于表面 能效應(yīng)而引起的復(fù)制材料的橫向流動。在任一種情況下，與在單獨(dú)復(fù)制點(diǎn)處、因此在每復(fù)制點(diǎn)至少一個復(fù)制材料部分中 分配復(fù)制材料相結(jié)合地使用包括(多個)接觸隔離部分和/或止流器的此類復(fù)制工具，其 中，不同點(diǎn)的復(fù)制材料部分在整個過程期間保持分離。根據(jù)應(yīng)用，其特征可以在于與其中在 襯底的大表面上分配復(fù)制材料的方法相比顯著的優(yōu)點(diǎn)。并且，同樣在如果襯底和復(fù)制工具 的相對ζ位置被在外圍固定、則復(fù)制工具(和/或襯底)在尺度上的剛性不足以精確地限 定所述厚度的情況下，其允許幫助接觸隔離物限定最終復(fù)制元件的ζ維度。接觸隔離部分優(yōu)選地是與限定(多個)復(fù)制部的復(fù)制表面相同的材料，因此與復(fù) 制部鄰接并與其一起制造。根據(jù)上述內(nèi)容，除在復(fù)制期間提供機(jī)械穩(wěn)定性并限定ζ維度之外，接觸隔離部分 還具有形成防止橫向流動的密封的功能。這對于在由通孔來限定復(fù)制點(diǎn)的情況而言尤其是 優(yōu)選的且在該情況下是有利的。然后，優(yōu)選地，使第一復(fù)制品從第一側(cè)面與襯底接觸，并從 第二相對側(cè)面向盲孔中分配復(fù)制材料(或其第一部分)，這是復(fù)制工具?？吭谝r底上并且 接觸隔離物在通孔的第一側(cè)邊邊緣周圍形成密封的結(jié)果。相反，第二復(fù)制工具則優(yōu)選地包含在不同的徑向位置處的多個止流器，因此不需 要如ζ維度一樣精確地限定復(fù)制材料的量。如果不是有通孔而是由在相對側(cè)的成對盲孔來 限定復(fù)制側(cè)面，則這同樣適用于(兩個)復(fù)制工具。然而，同樣，具有止流器的復(fù)制工具可 以_并將優(yōu)選地_具有接觸隔離部分，該接觸隔離部分在止流器的更遠(yuǎn)的外面。在任何一個上述實(shí)施例中，對于復(fù)制元件的機(jī)械穩(wěn)定性及其到襯底的粘附而言， 可以生成復(fù)制基層作為復(fù)制光學(xué)元件結(jié)構(gòu)的一部分，該基層從孔的邊緣向外延伸并從而覆 蓋襯底的大側(cè)面的一部分。為此，將復(fù)制結(jié)構(gòu)添加于襯底的步驟包括添加具有所述基層的復(fù)制結(jié)構(gòu)。為此，可以為第一復(fù)制工具或第二復(fù)制工具或_優(yōu)選地_第一和第二復(fù)制工具兩 者提供在(多個)復(fù)制部外圍并例如將其圍繞的(一個或多個)基層復(fù)制部。該(多個) 基層復(fù)制部限定基層?？梢杂蓮?fù)制工具來限定基層的橫向延伸，或者復(fù)制工具可以包括提 供多個可能的橫向基層延伸界限的多個止流部分，或者可以用工具來使基層延伸保持開放 并因此僅僅由設(shè)置的復(fù)制材料的量來限定。本發(fā)明還涉及例如用所述方法制造的光學(xué)元件的晶片規(guī)模組件，該組件包括具有 多個復(fù)制點(diǎn)的襯底，每個復(fù)制點(diǎn)由在襯底的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通孔或盲孔來限 定，所述復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于所述襯底并在所述復(fù)制點(diǎn)處包括分別在所述通孔中或在所述兩個盲孔中的至少部分透明的復(fù)制材料及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一和第二復(fù)制表面 面向相對側(cè)。此外，本發(fā)明還涉及例如由上述方法制造和/或通過將晶片規(guī)模組件切割成單獨(dú) 光學(xué)元件制造的光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括具有由在襯底部分的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置 處的通孔或盲孔限定的復(fù)制點(diǎn)的襯底部分，所述復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于所述襯底部分并在所述復(fù) 制點(diǎn)處包括分別在所述通孔中或在所述兩個盲孔中的至少部分透明的復(fù)制材料及第一復(fù) 制表面和第二復(fù)制表面，第一和第二復(fù)制表面面向相對側(cè)?？v貫本文，有時將維度、方向和取向稱為同樣在某些以下圖中示出的笛卡爾坐標(biāo) 系。在此，由復(fù)制工具和襯底的大的整個扁平側(cè)面來限定χ-y平面。ζ方向是與之垂直的方 向。在本說明書和所有圖中，自始至終使用坐標(biāo)系的此定義。例如，復(fù)制結(jié)構(gòu)的ζ維度始終 表示與襯底的大表面垂直地測量的復(fù)制結(jié)構(gòu)的厚度。術(shù)語“橫向”和“徑向”指的是χ-y平 面中的方向(并且可以指的是光學(xué)元件軸或光學(xué)元件中心線)，而“厚度”指的是沿ζ方向 的延伸。襯底的“側(cè)面”或“大側(cè)面”指的是通常構(gòu)成其表面的主要部分的襯底的基本上平 行的表面部分(對于盤狀襯底而言是頂面和底面，對于矩形襯底而言是最大表面等等)。由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的光學(xué)元件優(yōu)選地是透鏡，其中，將“透鏡”解釋為具有 兩個表面(不是平行平面)的透明對象，光(其包括諸如IR及可能的UE光的不可見電磁 輻射)從其中通過且方向根據(jù)入射角而受到影響。在這種意義上講，透鏡可以是具有軸對 稱性的典型透鏡(對稱軸對應(yīng)于坐標(biāo)系的ζ軸)以及偏離此類軸對稱的其它透鏡。


在下文中將參照附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的原理及其實(shí)施例。在圖中，相同的 參考標(biāo)號表示相同或類似元件。圖全部是示意性的且不按比例。其示出
圖1 圖2 圖3' 圖7a 圖8 圖9a 圖IOa 圖 11、12 圖13
襯底的視圖； 襯底的橫截面；
依照本發(fā)明的方法制造的透鏡的不同實(shí)施例的橫截面； 7f 根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中的方法步驟；
圖7a 7f的方法的步驟的變體； 9c 根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例；
^ IOd根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中的方法步驟，其中襯底包含盲孔； 根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的流程圖；以及 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的透鏡。
具體實(shí)施例方式圖1中示意性地描繪的襯底1基本上是扁平的，具有由襯底中的孔2限定的多個 復(fù)制點(diǎn)。優(yōu)選地，襯底是晶片規(guī)模的。大表面上的孔的布置可以是規(guī)則圖案以易于諸如切割 (在復(fù)制之后并可能在諸如與其它晶片規(guī)模元件堆疊的其它方法步驟之后將光學(xué)組件分成 單獨(dú)元件)的后續(xù)工藝步驟。用于本發(fā)明的不同實(shí)施例的襯底可以是透明的。其可以由玻璃或有機(jī)或無機(jī)塑料材料或提供充分地維度剛性的任何適當(dāng)透明材料制成。根據(jù)替換方案，襯底可以是不透明的。特別地，如果由通孔來限定復(fù)制點(diǎn)，則襯底 在所制造的光學(xué)元件是透鏡的情況下甚至可以是不透明的。不透明襯底可以是上述材料中 的任何一種，具有添加染料和/或涂層或使其不透明的其它混合物，或者其可以是類似于 半導(dǎo)體材料(襯底可以是例如廢硅晶片)、金屬、不透明金屬氧化物、陶瓷等固有地不透明 的材料。更一般而言，其可以由提供充分的維度剛性的任何材料制成?？?通孔或盲孔)可以具有圓形橫截面，如所描繪的，但是其還可以具有其它形 狀，包括橢圓形、矩形(例如具有圓角)等。該形狀優(yōu)選地是明確限定的，但是情況不一定 如此。在盲孔的情況下，孔的深度也優(yōu)選地是明確限定的。圖2示出具有通孔2的襯底1的示意性橫截面。還示出了襯底的第一(大)側(cè)面 1.1、和襯底第二(大)側(cè)面，其中，在圖2所示的取向上，第一側(cè)面對應(yīng)于上側(cè)且第二側(cè)面 對應(yīng)于下側(cè)。在以下說明中，復(fù)制的光學(xué)元件的術(shù)語“第一側(cè)表面”或“上”表面和“第二側(cè) 表面”或“下表面”分別表示在最終產(chǎn)品中與襯底的上表面和下表面物理相鄰并且基本上沿 著與后者相同的方向相對的表面。不應(yīng)以任何方式將該術(shù)語解釋為指的是表面的形狀。在圖1和2中，還示出坐標(biāo)系。其對應(yīng)于以上定義，并且適合于以下各圖。在以下各圖中，示出了光學(xué)元件(透鏡)的變體和制造至少一個光學(xué)元件的方法 的變體。各圖僅示出一個透鏡(的制造)，然而，所有所示實(shí)施例的優(yōu)選變體是晶片規(guī)模的 制造，其中，襯底包括多個復(fù)制點(diǎn)，并且復(fù)制工具包括多個相應(yīng)復(fù)制部。因此，意圖認(rèn)為以下 各圖中的襯底和工具的圖示僅示出襯底/工具的一部分，僅僅對于所述多個復(fù)制點(diǎn)中的每 一個重復(fù)所示結(jié)構(gòu)。作為示例，圖3 5示出可以用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的透鏡11的原理，即雙凸 面透鏡(圖3)、凹凸透鏡(圖4)、和雙凹面透鏡(圖5)。所示光學(xué)元件是具有軸對稱性的折射透鏡。在透鏡光軸周圍的中央部分21中，第 一和第二表面依照期望的光學(xué)功能形成折射表面。如可從圖中清楚的那樣，由于本發(fā)明的 構(gòu)思，不存在光學(xué)元件厚度約束。特別地，中央部分可以包括幾乎任意薄的部分，因此可以 有非常薄的透鏡。在所示的實(shí)施例中，出于機(jī)械穩(wěn)定性的原因，將外圍部分22選擇為沿著孔的整個 圓周表面2.1延伸。然而，在由硬化復(fù)制材料到襯底材料(在孔的圓周表面處)的粘附提 供的機(jī)械穩(wěn)定性不足以保持光學(xué)元件的情況下，可以在隔離孔2的邊緣處提供基層23。如 下文將更詳細(xì)地解釋的那樣，基層23提供適合于在不能足夠的精確地限定復(fù)制材料量的 情況下在復(fù)制過程期間用作溢流通道的附加優(yōu)點(diǎn)。如例如在圖4中很好地示出的，根據(jù)透鏡設(shè)計(jì)，與現(xiàn)有技術(shù)解決方案(圖13)相比 的厚度參數(shù)dz可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于或近似等于現(xiàn)有技術(shù)量值，由于本發(fā)明的方法，所述厚度是幾 乎可自由選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)。在圖5中描繪了本發(fā)明的實(shí)施例的另一特征和優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)元件常常包括諸如光圈 或遮光罩(baffle)的組成部分。在圖5中描繪了光圈24;然而，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中， 還可以提供相符的(according)光圈。對于本發(fā)明的任何一個實(shí)施例，還可以以相似的方 法提供其它屏蔽結(jié)構(gòu)，例如，在襯底1的兩側(cè)面上包括兩個類似于光圈的層的遮光罩。可以將光圈24(或一層遮光罩)提供為基本上覆蓋整個上表面1. 1的層。因此，對于光圈層而言不需要尖端的對準(zhǔn)過程。實(shí)際上，具有作為扁平結(jié)構(gòu)的光圈的襯底的制造 可以幾乎完全脫離復(fù)制過程。另一優(yōu)點(diǎn)是光圈層與透鏡表面關(guān)于ζ位置處于更好的位置關(guān)系(其不是如在現(xiàn)有 技術(shù)方法中一樣直接在復(fù)制材料部分的下面)。如果襯底1(隔離晶片)是吸收光的，則不需要光圈或遮光罩。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的方法不限于所示實(shí)施例，而是可以用于任何種類的至少透明 的光學(xué)元件。變體包括但不限于-除形成折射透鏡的曲面之外或作為其替換，微光學(xué)折射和/或衍射結(jié)構(gòu)；-一個或兩個側(cè)面上的組合凸/凹結(jié)構(gòu)；_不對稱布置；-沒有任何基層23、僅僅具有一個基層、和/或具有不圍繞整個外圍(但例如僅在 限定的圓周位置處包括棒狀突出體)的至少一個基層的布置；-除圓形形狀之外的孔；外邊緣甚至不需要是明確限定的；-如圖6所示，在相應(yīng)橫向位置處，不是通孔但在襯底的每個側(cè)面中包括盲孔的 孔；在此，至少在仍留在孔之間的橋部分1. 3的位置處的襯底是透明的；-以上各項(xiàng)的組合。技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到在復(fù)制工具的適當(dāng)修改的情況下，下述方法將同樣適合于所有 變體。僅圖6的實(shí)施例及其變體需要關(guān)于復(fù)制期間的方法步驟序列的略微不同的方法；這 在下文中明確地進(jìn)行了說明。在下圖中，示出了制造至少一個光學(xué)元件的方法的變體。優(yōu)選地在晶片規(guī)模執(zhí)行 所有這些變體。所示分配步驟(其中，對每個復(fù)制點(diǎn)單獨(dú)地分配復(fù)制材料)在晶片規(guī)模將 優(yōu)選地是串行過程，其中，在工具/襯底的表面上引導(dǎo)(多個)分配單元，并在期望位置處 分配液滴，與噴墨式打印機(jī)類似。關(guān)于多個部分的應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)，讀者參考通過引用結(jié)合到 本文中的W02007/107027。作為替換，分配步驟可以是并行步驟，并且可以例如包括將大規(guī) 模工具浸入具有復(fù)制材料液滴的容器中，復(fù)制材料液滴隨后粘附于工具的一部分。作為并 行分配步驟的另一示例，可以在整個襯底和/或工具的一大部分上的較大面積上分配復(fù)制 材料。優(yōu)選地在晶片規(guī)模并行地執(zhí)行所有其它步驟，包括硬化步驟。
0079]通常，襯底上的復(fù)制點(diǎn)的數(shù)目將等于復(fù)制工具上的復(fù)制部的數(shù)目，然而，可以設(shè)想 特殊情況，例如不是所有的復(fù)制點(diǎn)都被使用，因此不是對于所有復(fù)制點(diǎn)而言，在工具中都存 在相應(yīng)的復(fù)制部。并且，可能存在這樣的情況，其中，除用于預(yù)定義復(fù)制點(diǎn)的復(fù)制部之外，工 具還包括用于襯底的扁平、非預(yù)先構(gòu)造部分的復(fù)制部。在下文中未加入這些特殊情況。圖7a至7f示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例的方法步驟，該方法適合于具有 通孔2的襯底。在第一步驟(圖7a)中，第一復(fù)制工具31位于相對于襯底1而言明確限定 的位置。復(fù)制工具31-這適合于所有實(shí)施例-可以包括剛性背面板34和較軟材料部分35。 較軟材料部分形成復(fù)制部36和潛在隔離部分。在所示的實(shí)施例中-這是所有實(shí)施例的優(yōu)選特征-工具31包括可操作用于在 復(fù)制期間?？吭谝r底1上的接觸隔離部分38，在接觸隔離部分與襯底之間沒有材料。接觸隔離位置可以是鄰接的，或者可以包括在周界周圍或分布在外圍的一大部分上和/或 在復(fù)制表面的內(nèi)部的多個離散部分。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，如通過應(yīng)用結(jié)合到本文中的WO 2004/068198和W02007/107026所講授的那樣，將接觸隔離部分和浮置隔離部分(如果有的 話)布置并配置為使得如果工具位于襯底上，則由隔離部分來限定厚度(ζ維度，即垂直于 襯底和工具平面的維度)。較軟材料部分35可以由具有比較低的剛性的材料制成，以便材料可小規(guī)模地變 形以使其形狀適應(yīng)于其?？康膶ο蟮谋砻娼Y(jié)構(gòu)，諸如亞微米規(guī)模表面粗糙度。所述材料另 外可以具有比較低的表面能以使得此類適應(yīng)性在能量方面有吸引力。至此，凸出的接觸隔 離部分38粘附于襯底并因此可以形成用于防止復(fù)制材料的橫向流動的密封并有效地形成 橫向止流。此類材料的優(yōu)選實(shí)施例是聚二甲硅氧烷PDMS。此材料也很適合于復(fù)制工具形成 過程，如通過引用結(jié)合到本文的WO 2004/068198所述，其參照圖14 16。如下文進(jìn)一步提及的那樣，作為形成橫向止流部分的接觸隔離物38的替代或除 此之外，可以使用其它止流裝置來橫向地約束復(fù)制材料的流動，包括選擇具有促使復(fù)制材 料避免類似于薄間隙(例如由于具有高表面張力的復(fù)制材料)的適當(dāng)表面性質(zhì)的材料，并 包括由邊緣等形成的止流部分。圖7a還示出用于分配復(fù)制材料51的單獨(dú)第一部分的分配工具41。復(fù)制材料可以 是能夠被硬化且在硬化之后至少部分地透明以形成光學(xué)元件的任何適當(dāng)材料。并且，可以 使用不同復(fù)制材料的混合物和/或部分。一類適當(dāng)材料是UV可固化環(huán)氧樹脂。在所示結(jié)構(gòu)中，將接觸隔離部分38選擇為圍繞復(fù)制部和外圍基層復(fù)制部37并橫 向地約束復(fù)制材料朝著所有方向的流動(圖7b)。圖7b所示的方法步驟包括用能量照射復(fù)制材料。在圖7b中，示出了相符的能源 42，諸如UV燈。雖然在圖7b中，將UV燈視為在襯底的另一側(cè)作為第一復(fù)制工具，但情況不必如 此。相反，針對對于所選能量輻射(諸如UV光)透明的復(fù)制工具而言，還可以通過該工具 來執(zhí)行照明。硬化步驟可以包括不同的子步驟，諸如照射復(fù)制材料的子步驟和等待直至復(fù)制材 料已達(dá)到其最終一致性的另一子步驟。在某些情況下，硬化過程的第二或稍后的子步驟可 以在去除第一復(fù)制工具之后發(fā)生。在復(fù)制材料的第一部分51已被硬化之后，去除第一復(fù)制工具，并分配復(fù)制材料 的另外的第二部分52。其后，彼此相反地移動第二復(fù)制工具和襯底1，直至第二復(fù)制工具 32和襯底處于明確限定的位置關(guān)系。在所示實(shí)施例中，第二復(fù)制工具32還包括停靠在襯 底1表面上以限定位置關(guān)系的接觸隔離物上。在復(fù)制部36與接觸隔離部分之間的區(qū)域 中，復(fù)制工具還可以包括復(fù)制部周圍的流約束特征39，例如，如通過引用結(jié)合到本文中的 W02007/107025所述。這些流約束特征在難以精確地限定復(fù)制材料量且毛細(xì)管力否則將趨 向于將復(fù)制材料朝著外圍和接觸隔離部分38吸離中央?yún)^(qū)域的情況下是有利的。圖7e描繪了其中第二復(fù)制材料部分52被硬化的結(jié)構(gòu)。圖7e示出了硬化之后的 透鏡11。至少如果第一和第二復(fù)制材料部分是相同的材料，則復(fù)制材料的第一和第二部分 之間的邊界不再可見。雖然圖7c示出將第二復(fù)制材料部分52分配到孔2中(或第一復(fù)制材料部分51的硬化之后仍留下的部分)，另外或作為替換，如圖8所示，還可以在第二復(fù)制工具32上分 配用于第二部分的復(fù)制材料。尤其是對于凸透鏡或具有凸面部分的透鏡而言，在工具中進(jìn) 行分配(僅或除在襯底上分配之外)已證明提供質(zhì)量方面的有利結(jié)果。參照圖9a至9c，描述了通過復(fù)制在具有作為復(fù)制點(diǎn)的通孔2的襯底中制造至少一 個光學(xué)元件的替換實(shí)施例。此替換實(shí)施例的特征在于用兩個工具來復(fù)制光學(xué)元件，限定該 光學(xué)元件的第一側(cè)表面和第二側(cè)表面，其中，在兩個工具之間同時向其提供最初為液體或 粘性或可塑性形變復(fù)制材料，該復(fù)制材料隨后被硬化?；旧峡梢耘c參照圖7a所述的步驟類似地執(zhí)行第一步驟(圖9a)。其后，不對第 一復(fù)制材料部分51進(jìn)行硬化，而是放置第二復(fù)制工具32和第二復(fù)制材料部分52 (圖9b)， 以便第一和第二復(fù)制材料部分流到一起并形成公共光學(xué)元件復(fù)制部分51、52(圖9c)。因 此，在一個步驟中復(fù)制整個光學(xué)元件。在圖9a 9c中，在相對緊密地圍繞復(fù)制部36的布置中用接觸隔離部分38來示 出第一復(fù)制工具31，與在上述實(shí)施例中類似，而第二復(fù)制工具32的接觸隔離部分38在更遠(yuǎn) 的外面，并且在復(fù)制部36與接觸隔離部分之間布置有其它止流裝置39。如果所述其它止流 裝置包括用于容納不同量的材料的多個止流部分(類似于多個同心邊緣等)，即使未精確 地已知復(fù)制材料的量，也可以明確地限定光學(xué)元件的所有維度。所示布置不是唯一可能的實(shí)施例。作為替代，例如，可以將該布置反轉(zhuǎn)，或者，復(fù)制工具31、32兩者可以具有類似于 第二復(fù)制工具的特征。如果分配步驟是精確的，則可以與第一復(fù)制工具類似地形成兩個復(fù) 制工具，或者，工具中的一者或兩者可以具有其它止流裝置。作為另一替換，關(guān)于本發(fā)明的所有實(shí)施例，在一個側(cè)面、乃至兩個側(cè)面上，作為工 具的替代或除此之外，襯底可以包括止流裝置。止流裝置還可以由不同表面性質(zhì)的區(qū)域組 成，例如圍繞襯底上的孔的環(huán)形涂層。最后，同樣關(guān)于本發(fā)明的所有實(shí)施例并根據(jù)復(fù)制材料 的材料性質(zhì)及所選襯底和復(fù)制工具的表面性質(zhì)，可以不需要工具和/或襯底上的物理止流
直ο參照圖9a 9c描述的實(shí)施例的變更，可以在基本上一個步驟中在第一工具停靠 在襯底表面上的同時在第一工具上、或者可能在第二工具上、或者如果幾何邊界條件允許 則甚至在第一工具接近表面之前在第一工具上執(zhí)行分配。現(xiàn)在參照圖IOa至10d，針對襯底包括由在襯底的任一(大)側(cè)面上的成對盲孔限 定的復(fù)制點(diǎn)的情況，示出了通過復(fù)制來制造光學(xué)元件或多個光學(xué)元件的方法。該方法類似 于圖7a 7f和圖8所述的方法，并且僅僅在下文中提及差異。-在所示結(jié)構(gòu)中，分別在第一和第二復(fù)制工具31、32上分配第一和第二復(fù)制材料 部分51、52兩者的分配。然而，作為替代，可以將一個復(fù)制材料部分或兩個部分分配到盲孔 中，或者作為兩個子部分，一個在盲孔中且另一個在相應(yīng)的工具中；可以有任意的組合。-由于兩個復(fù)制材料部分51、52的量(且不僅是兩個量的和)對復(fù)制元件的散布 有影響，所以第一和第二復(fù)制工具31、32兩者是具有在更遠(yuǎn)的外面的隔離部分38和處于不 同位置的多個止流器39的上述種類。作為其中對第一復(fù)制材料部分進(jìn)行硬化并在第二復(fù)制工具到達(dá)位置之前去除第 一復(fù)制工具31的所示兩步程序的替代，還可以選擇單步程序(類似于圖9a 9c所示的方法步驟的序列)，其中，使兩個復(fù)制工具到達(dá)位置，并立刻對第一和第二復(fù)制材料部分51、 52進(jìn)行硬化。在所有上述實(shí)施例中，第一側(cè)復(fù)制結(jié)構(gòu)必須與第二側(cè)復(fù)制結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。根據(jù)限定復(fù) 制點(diǎn)的襯底中的孔的形狀，還要求與襯底的對準(zhǔn)(然而，在大多數(shù)實(shí)施例中，近似的對準(zhǔn)可 能是足夠的，因?yàn)殚_口的壁在外圍，足以使得與復(fù)制特征的精確位置關(guān)系對元件的期望光 學(xué)性質(zhì)沒有影響。)為了進(jìn)行對準(zhǔn)，可以為襯底提供晶片級對準(zhǔn)標(biāo)記。例如，可以在復(fù)制之前在晶片上 例如通過光刻技術(shù)來提供這些對準(zhǔn)標(biāo)記。作為替換，可以通過從第一復(fù)制工具的復(fù)制提供 它們，第一復(fù)制工具則必須具有可復(fù)制特征。然后，第二復(fù)制工具例如具有將與來自第一復(fù) 制工具的復(fù)制對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的相符標(biāo)記。作為另一替換，在其中存在兩個復(fù)制工具且其在 復(fù)制時同時與襯底處于明確限定的位置關(guān)系的實(shí)施例中，可以僅借助于晶片規(guī)模對準(zhǔn)標(biāo)記 使兩個復(fù)制工具相互對準(zhǔn)。與襯底的位置關(guān)系被明確限定，其在于相對ζ位置和相對χ-y 位置被近似限定，以便復(fù)制部與復(fù)制點(diǎn)對準(zhǔn)，并且后一種對準(zhǔn)不必如復(fù)制表面的相互對準(zhǔn) 一樣精確。因此，彼此相反地移動第二復(fù)制工具和襯底的步驟優(yōu)選地在所有實(shí)施例中包括在 促使接觸隔離物停靠在襯底上之前分別使第二復(fù)制工具與第一復(fù)制工具或與從第一復(fù)制 工具復(fù)制的結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的子步驟。如果第二復(fù)制工具不包括任何接觸隔離物，則也可以在第 二復(fù)制工具已到達(dá)其ζ位置之后完成χ-y對準(zhǔn)的子步驟，例如，如果第二復(fù)制工具包括?？?在復(fù)制材料的薄膜上的非接觸隔離物，所述薄膜隨后可以覆蓋一大部分的襯底表面?？梢砸岳绫绢I(lǐng)域中已知的任何適當(dāng)方式來執(zhí)行對準(zhǔn)的子步驟，包括借助于在襯 底和/或工具上使用對準(zhǔn)標(biāo)記的掩膜對準(zhǔn)器(或類似工具)的對準(zhǔn)。還可以通過機(jī)械裝置 (自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu))的對準(zhǔn)或使用圖像處理技術(shù)的對準(zhǔn)等。圖11和12最后示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。圖11指的是其中在分配復(fù)制 材料的第二部分之前對第一部分進(jìn)行硬化的情況并包括步驟提供具有孔的襯底和第一工 具(71)、可選地在第一工具上分配復(fù)制材料(72 ；此分配步驟例如包括在每個復(fù)制部中分 配單獨(dú)的部分，該復(fù)制部例如限定被接觸隔離物圍繞的腔體)、使第一工具與襯底在一起直 至到達(dá)復(fù)制位置(其中，(多個)接觸隔離部分，如果存在的話，?？吭谝r底表面上；73)、 在結(jié)果得到的組件上分配復(fù)制材料(如果孔是通孔，則優(yōu)選地進(jìn)行到盲孔中的分配，這是 第一工具與襯底的第一側(cè)面接觸的結(jié)果)(74)，促使復(fù)制材料硬化(75)。其它步驟包括在 硬化之后去除第一工具(76 ；此步驟在原理上也可以在稍后執(zhí)行并因此在圖中表示為可選 的)，然后提供第二工具(77)并將復(fù)制材料的第二部分分配到其余孔中和/或工具(78) 上；優(yōu)選地以與由第一復(fù)制工具復(fù)制的結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的方式使第二工具和襯底在一起并處于復(fù) 制位置上(79 ；其中，(多個)接觸隔離物停靠在襯底的第二表面上)，促使第二復(fù)制材料部 分硬化(80)并去除第二工具(81)。圖12指的是分配復(fù)制材料的僅僅一個部分或同時對兩個復(fù)制部分進(jìn)行硬化的情 況。其與圖12的情況的不同之處在于不存在圖11中表示為75和76的步驟。如果襯底中 的孔是通孔，則可以在單個步驟(74)中可選地將復(fù)制材料分配到盲孔中，這是第一工具與 襯底的第一側(cè)面接觸的結(jié)果。如果在兩個步驟(74、78)中分配復(fù)制材料，則使下端(toe) 襯底和第二復(fù)制工具在一起的步驟促使兩個復(fù)制材料部分流到一起。
如果襯底最初包括兩個盲孔，則兩個復(fù)制材料部分仍是單獨(dú)的。在所有實(shí)施例中，每個分配步驟可以可選地包括多個子步驟,其中，將復(fù)制材料的 液滴分配到一起以形成(多個)復(fù)制材料部分，該子步驟可以相互緊隨，或者可以在子步驟 之間執(zhí)行其它步驟。
權(quán)利要求
提供一種復(fù)制多個光學(xué)元件的方法，該方法包括步驟 提供具有第一和第二大側(cè)面的襯底以及由在襯底的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通孔或成對盲孔限定的多個預(yù)定義復(fù)制點(diǎn)； 通過復(fù)制將復(fù)制結(jié)構(gòu)添加到襯底，該復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于襯底并在所述復(fù)制點(diǎn)處包括分別在所述通孔或在所述兩個盲孔中的復(fù)制材料以及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一和第二復(fù)制表面面向相對側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底被選擇為包括限定復(fù)制點(diǎn)的通孔，并且其 中，通過復(fù)制來添加復(fù)制結(jié)構(gòu)的步驟包括子步驟-彼此相對地移動包括第一復(fù)制部的第一復(fù)制工具和所述第一大側(cè)面，直至第一復(fù)制 工具與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且復(fù)制材料在所述孔中且與第一復(fù)制部接觸；-對復(fù)制材料進(jìn)行硬化以提供粘附于襯底的硬化復(fù)制材料；-彼此相對地移動包括第二復(fù)制部的第二復(fù)制工具和第二大側(cè)面，直至第二復(fù)制工具 與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且另外的復(fù)制材料與所述第二復(fù)制部和所述硬化復(fù)制材 料接觸；以及-對所述另外的復(fù)制材料進(jìn)行硬化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底被選擇為包括限定復(fù)制點(diǎn)的通孔，并且其 中，通過復(fù)制來添加復(fù)制結(jié)構(gòu)的步驟包括子步驟_使包括多個第一復(fù)制部的第一復(fù)制工具朝著第一大側(cè)面移動且包括多個第二復(fù)制部 的第二復(fù)制工具朝著第二大側(cè)面移動，直至第一復(fù)制工具、第二復(fù)制工具、和襯底處于預(yù)定 義的位置關(guān)系，并且復(fù)制材料在所述孔中且與第一復(fù)制部和第二復(fù)制部接觸；以及-對復(fù)制材料進(jìn)行硬化以提供粘附于襯底的硬化復(fù)制材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底被選擇為在相應(yīng)橫向位置處包括在襯底 的第一大側(cè)面上的多個第一盲孔和在襯底的第二大側(cè)面上的多個第二盲孔，第一和第二盲 孔一起限定復(fù)制點(diǎn)，并且其中，通過復(fù)制來添加復(fù)制結(jié)構(gòu)的步驟包括子步驟-彼此相對地移動包括多個第一復(fù)制部的第一復(fù)制工具和所述第一大側(cè)面，直至第一 復(fù)制工具與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且第一復(fù)制材料部分在所述第一盲孔中且與第 一復(fù)制部接觸；-彼此相對地移動包括多個第二復(fù)制部的第二復(fù)制工具和所述第二大側(cè)面，直至第二 復(fù)制工具與襯底處于預(yù)定義的位置關(guān)系，并且第二復(fù)制材料部分在所述第二盲孔中且與第 二復(fù)制部接觸；以及-對復(fù)制材料進(jìn)行硬化，-其中，可以在一個或在兩個子步驟中執(zhí)行對復(fù)制材料進(jìn)行硬化的步驟，第一子步驟用 于對第一復(fù)制材料部分進(jìn)行硬化且在使第二復(fù)制工具和襯底的第二大側(cè)面彼此相對地移 動之前。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，第一復(fù)制工具和第二復(fù)制工具中的 至少一個包括接觸隔離部分，并且其中，促使所述接觸隔離部分在具有接觸隔離部分的復(fù) 制工具與襯底進(jìn)入預(yù)定義的位置關(guān)系之后?？吭谝r底的表面部分上。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，促使復(fù)制材料的橫向流分別被所述接觸隔離部分 或所述接觸隔離部分之一停止。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述接觸隔離部分是與復(fù)制部的表面相同的材料。
8.如權(quán)利要求5 7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述接觸隔離部分圍繞所述復(fù)制部。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，第一和第二復(fù)制工具中的至少一個 包括流約束結(jié)構(gòu)，并且其中，促使復(fù)制材料的橫向流被所述流約束結(jié)構(gòu)停止。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述流約束結(jié)構(gòu)包括用于使流停止在不同徑向位 置處的多個止流器。
11.一種例如由如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法制造的光學(xué)元件的晶片規(guī)模組 件，包括具有多個復(fù)制點(diǎn)的襯底，每個復(fù)制點(diǎn)由在襯底的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通 孔或盲孔限定，所述復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于襯底并在所述復(fù)制點(diǎn)處包括分別在所述通孔或在所述 兩個盲孔中的至少部分透明的復(fù)制材料以及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一和第二復(fù) 制表面面向相對側(cè)。
12.如權(quán)利要求11所述的晶片規(guī)模組件，其中，至少一些光學(xué)元件包括從孔的邊緣向 外延伸并從而覆蓋襯底的大側(cè)面的一部分的基層。
13.如權(quán)利要求11或12所述的晶片規(guī)模組件，其中，所述光學(xué)元件是折射和/或衍射透鏡。
14.一種例如由如權(quán)利要求1 10中的任一項(xiàng)所述的方法制造和/或通過將如權(quán)利要 求11 13中的任一項(xiàng)所述的晶片規(guī)模組件切割成單獨(dú)光學(xué)元件制造的光學(xué)元件，該光學(xué) 元件包括具有由在襯底部分的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通孔或盲孔限定的復(fù)制點(diǎn)的 襯底部分，所述復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于所述襯底部分并在所述復(fù)制點(diǎn)處包括分別在所述通孔中或 在所述兩個盲孔中的至少部分透明的復(fù)制材料以及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一和 第二復(fù)制表面面向相對側(cè)。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)元件，包括從孔或孔之一的邊緣向外延伸并從而覆蓋襯 底的大側(cè)面的一部分的基層。
全文摘要
提供了一種復(fù)制至少一個光學(xué)元件的方法，該方法包括步驟提供具有兩個大側(cè)面(1.1，1.2)的襯底(1)和由襯底的兩個大側(cè)面上的相應(yīng)位置處的通孔(2)或盲孔限定的至少一個預(yù)定義復(fù)制點(diǎn)；通過復(fù)制將復(fù)制結(jié)構(gòu)添加到襯底，該復(fù)制結(jié)構(gòu)粘附于襯底并在所述復(fù)制點(diǎn)處包括分別在所述通孔或在所述兩個盲孔中的復(fù)制材料及第一復(fù)制表面和第二復(fù)制表面，第一和第二復(fù)制表面面向相對側(cè)。
文檔編號B29D11/00GK101945753SQ200880127056
公開日2011年1月12日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者H·魯?shù)侣? M·羅西 申請人:赫普塔岡有限公司