CN114051458B - 聚合物图案化磁盘堆叠制造 - Google Patents

Abstract

一种将模板与目镜晶圆对准的方法包括：提供模板；相对于第一光源定位模板；以及确定至少两个模板孔的位置。该方法还包括提供目镜晶圆。目镜晶圆包括至少两个目镜波导，每个目镜波导包括耦入光栅和对应的衍射图案。该方法还包括引导来自一个或多个第二光源的光以照射到对应的衍射图案中的每一个上；对从每个耦入光栅衍射的光进行成像；确定至少两个耦入光栅位置；确定对应的模板孔位置和耦入光栅位置之间的偏移；以及基于所确定的偏移，将模板与目镜晶圆对准。

Description

聚合物图案化磁盘堆叠制造

相关申请的交叉引用

本申请主张2019年6月24日提交的题为“POLYMER PATTERNED DISK STACKMANUFACTURING(聚合物图案化磁盘堆叠制造)”的美国临时专利申请NO.62/865,715和2019年8月27日提交的题为“POLYMER PATTERNEDDISK STACK MANUFACTURING(聚合物图案化磁盘堆叠制造)”的美国临时专利申请62/892,427的优先权，上述申请的全部内容为所有目的特此通过引用并入。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其一部分以其看起来真实或被感知为真实的方式呈现给观看者。虚拟现实或“VR”场景通常涉及呈现对其它实际的真实世界视觉输入不透明的数字或虚拟图像信息；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为对观看者周围真实世界的可视化的增强。

无论这些显示技术取得了多少进步，本领域都需要与增强显示系统相关的改进的方法和系统。

发明内容

本发明的实施例涉及用于制造和组装多层目镜的组装工具和方法。

描述了用于制造多层聚合物目镜堆叠的系统和方法。具体地，描述了一种执行多于一个制造和/或组装步骤的封闭式工具。在一些实施例中，该封闭式工具被配置为生产多层聚合物目镜。该封闭式工具可以包括用于执行与铸造、固化、涂覆、对准、堆叠、分割和/或边缘精加工多层聚合物目镜堆叠相关的制造和组装步骤的装备或站。在封闭式工具内执行多个制造步骤可以通过限制制造区域中的灰尘或其他颗粒对目镜的污染来提高多层聚合物目镜堆叠的输出质量。封闭式集成工具的另一优点是可以通过同步制造和组装步骤来提高产量。通过消除对洁净室制造和组装环境的需要，使用封闭式工具可以节省成本。

根据本发明的一个实施例，提供了一种将模板与目镜晶圆对准的方法。所述方法包括提供所述模板；相对于第一光源定位所述模板；以及确定至少两个模板孔的位置。所述方法还包括提供所述目镜晶圆。所述目镜晶圆包括至少两个目镜波导，每个目镜波导包括耦入光栅和对应的衍射图案。所述方法还包括引导来自一个或多个第二光源的光以照射到所述对应的衍射图案中的至少一个上；对从每个耦入光栅衍射的光进行成像；确定至少两个耦入光栅位置；确定对应的模板孔位置与耦入光栅位置之间的偏移；以及基于所确定的偏移，将所述模板与所述目镜晶圆对准。

根据本发明的另一实施例，提供了一种系统。所述系统包括第一卡盘，其可操作地支撑包括多个孔的模板；晶圆卡盘，其可操作地支撑并移动包括多个耦入光栅的晶圆；以及第一光源，其可操作地引导光以照射到所述模板的第一表面上。所述系统还包括一个或多个第二光源，其可操作地引导光以照射到所述晶圆上；以及一个或多个透镜和相机组件。所述一个或多个相机组件可操作地接收来自所述第一光源的传播通过所述模板中的所述多个孔的光；以及接收来自所述一个或多个第二光源的从所述晶圆中的所述多个耦入光栅衍射的光。所述系统还包括对准系统，其可操作地相对于所述模板移动所述晶圆以减少孔位置和耦入光栅位置之间的偏移。

根据本发明的一个特定实施例，提供了一种组装系统。所述组装系统包括晶圆铸造站、模板放置站、和沉积站。所述组装系统还包括模板分离站、第一检查站、层组装站、以及第二检查站。在一个实施例中，所述模板放置站包括第一卡盘，其可操作地支撑包括多个孔的模板；晶圆卡盘，其可操作地支撑并移动包括多个耦入光栅的晶圆；第一光源，其可操作地引导以光照射到所述模板的第一表面上；以及一个或多个第二光源，其可操作地引导光以照射到所述晶圆上。所述模板放置站还包括一个或多个透镜和相机组件，其可操作地接收来自所述第一光源的传播通过所述模板中的所述多个孔的光；以及接收来自所述一个或多个第二光源的从所述晶圆中的所述多个耦入光栅衍射的光。所述模板放置站还包括对准系统，其可操作地相对于所述模板移动所述晶圆以减少孔位置和耦入光栅位置之间的偏移。

通过本发明实现了许多优于常规技术的益处。例如，本发明的实施例提供了能够以高精度(特别是关于层对层对准)制造多层目镜的方法和系统。此外，本发明的实施例利用目镜中存在的光学和衍射结构来实现自对准组装过程。本发明的这些和其他实施例连同其许多优点和特征结合下文和附图更详细地描述。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的封闭式制造和组装工具内部的设备的示例示意图。

图2示出了根据本发明的实施例的聚合物晶圆浇铸站的截面图。

图3示出了根据本发明的实施例的其中具有模制的目镜的示例聚合物晶圆的平面图。

图4示出了根据本发明的实施例的示例涂层模板的平面图。

图5示出了根据本发明的实施例的用于模板对准的示例工艺流程。

图6A示出了根据本发明的实施例的第一工艺步骤处的对准站的截面图。

图6B示出了根据本发明的实施例的背光模板切口的示例图像。

图6C示出了根据本发明的实施例的第二工艺步骤处的对准站的截面图。

图6D示出了根据本发明的实施例的被照射的耦入光栅的示例图像。

图6E示出了根据本发明另一实施例的第二工艺步骤的对准站的截面图。

图6F是根据本发明的实施例的夹紧系统的分解透视图。

图7示出了根据本发明的实施例的涂层沉积站中的示例模板和晶圆组件的截面图。

图8示出了根据本发明的实施例的带涂层的聚合物晶圆的平面图。

图9示出了图8的带涂层的聚合物晶圆的沿截线9-9的截面图。

图10示出了根据本发明的实施例的示例间隔件的平面图。

图11示出了根据本发明的实施例的示例多层聚合物晶圆堆叠的平面图。

图12示出了图11的多层聚合物晶圆堆叠的沿截线12-12的截面图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于制造和组装多层目镜的组装工具和方法。

图1示出了根据本发明的实施例的封闭式制造和组装工具内部的装备的示例示意图。参考图1，示出了示例封闭式多层聚合物目镜制造和组装工具110。工具110包括外壳112，其容纳用于制造和组装聚合物目镜堆叠的装备。在一些实施例中，外壳112被密封以防止颗粒和污染物进入进行制造和组装的内部。外壳112可以容纳执行各种制造和组装步骤的机器。例如，外壳112可以包括晶圆铸造站200、退火站120、模板放置站125、金属沉积站130、模板分离站135、层组装站145、和检查站140中的一个或多个。虽然这些步骤中的每一个被表示为一个分离的站，但可以将多个任务或功能组合到单个站中，或者将任务细分为一个以上的步骤。

图2示出了根据本发明的实施例的聚合物晶圆浇铸站的截面图。晶圆浇铸站200从位于外壳112内部或外部的聚合物材料供应源101(在图1中示出)接收可固化聚合物树脂材料。浇铸站200输出图案化的聚合物晶圆。可固化聚合物树脂可以是多部分(例如，两部分或三部分或更多部分)聚合物混合物，其在模具中使用UV光和/或热能中的至少一种固化。

晶圆铸造站200包括分别固定到活动台212a和212b(例如，通过夹具202a和202b)的两个模具结构204a和204b(也称为“光学平面”)。在一些情况下，夹具202a和202b可以是磁性夹具(例如，电磁体)和/或气动夹具，允许模具结构204a和204b被可逆地安装到活动台212a和212b上以及从活动台212a和212b移除。在一些情况下，夹具202a和202b可以由开关和/或由控制模块210控制(例如，通过选择性地向夹具202a和202b的电磁体施加电力和/或选择性地致动气动机构以接合或脱离模具结构)。

通过模具结构204a和模具结构204b之间的开口216将可固化材料214(例如，在暴露于光下时硬化的光聚合物或光活化树脂)沉积到模具结构204b上。在一些实施例中，固化的聚合物材料可以具有高于约1.5(例如约1.65或更高)的折射率。模具结构204a和204b被移动为彼此靠近(例如，通过使用电机组件218沿支撑框架208垂直移动活动台212a和/或212b)，使得可固化材料214分别被模具结构204a和204b的表面220a和220b包围。为了在模具结构204a和204b之间设置预定间隔，可以使用间隔件224，在处于模具成形位置时，间隔件224的顶部表面226与模具结构204a的表面220a接触。然后固化可固化材料214(例如，通过将可固化材料214暴露于来自光源206a和/或206b的光下)，形成具有由模具结构204a和204b限定的一个或多个特征的薄膜。在可固化材料214已经被固化之后，彼此远离地移动模具结构204a和204b(例如，通过沿支撑框架208垂直移动活动台212a和/或212b)，并且取出膜。在一些实施例中，薄膜可以是图3所示的聚合物晶圆302，其中模制有一个或多个目镜304a、304b、304c、和304d。目镜304a、304b、304c、和304d可以被称为目镜波导。可以在晶圆中模制多于或少于四个目镜。作为示例，可以使用间隔60°角度取向的六个目镜，其方式类似于图3所示的间隔90°角度取向的四个目镜304a、304b、304c、和304d。因此，本发明的实施例不限于该特定实施方式，并且可以在聚合物晶圆302上制造其他数量的目镜。或者，在一些实施例中，以铸造成形法生成单个聚合物目镜层，从而可以省略后面的分割步骤。有关铸造装备和方法的其他信息可在2018年10月17日提交的公开号为2019/0111642的美国专利申请中获得，该申请的全部内容特此通过引用并入。

在一些实施例中，两个或三个或更多个浇铸站200可以被包括在工具110的外壳112内。这样的配置允许增加晶圆产量并且还可以允许每个浇铸站通过不同的聚合物化学物质制造聚合物晶圆。例如，第一浇铸站可以通过第一聚合物配方制造晶圆，而第二浇铸站可以通过不同于第一聚合物配方的第二聚合物配方制造晶圆，以此类推。

在从浇铸站取出模制的聚合物晶圆之后，可选地将其移动到退火站120，在此加热晶圆以减少晶圆内的材料应力，增加聚合物材料的热稳定性，和/或精调晶圆的轮廓或平整度。在一些实施例中，聚合物晶圆被放置在表面粗糙度为100nm或更高的基板(例如导热板，诸如铝)上以防止聚合物材料粘附到基板上。期望聚合物晶圆在退火过程中能够被自由拉伸和/或收缩，使得聚合物晶圆能够符合基板的形状。在一些实施例中，基板是平坦的，具有低局部厚度变化(LTV)和低总厚度变化(TTV)。或者，基板的至少一部分可以包括凹形或凸形弯曲表面，从而在退火期间将弯曲赋予聚合物晶圆。

在退火期间，重力可以足以使聚合物晶圆符合退火基板的形状；然而，为了增加形状的一致性，可以使用第二基板作为聚合物晶圆顶部的重物，使得晶圆夹在两个基板之间。第二基板也可以是导热板或者可以是涂覆有导电金属层或金属/金属氧化物混合层的熔融石英光学板。

特定的退火方案(recipe)可取决于特定的聚合物材料。在一些实施例中，退火步骤可以包括使聚合物晶圆暴露于高于晶圆的玻璃化转变温度(例如，对于某些材料为约100℃)的温度下。在接近玻璃化转变温度的温度下，温度向室温的下降可以缓慢发生(例如，以小于约2℃/分钟的速率)，以降低聚合物晶圆弯曲或翘曲的风险。

虽然退火步骤可以在指定的退火站120处发生，但也可以在浇铸的聚合物晶圆在浇铸站200和模板放置站125之间(例如，在移动的传送带或其他传送机构上)移动时进行退火。

图3示出了根据本发明的实施例的其中具有模制的目镜的示例聚合物晶圆的平面图。图4示出了根据本发明的实施例的示例涂层模板的平面图。

现在参考图3和图4，模板放置站125直接或间接地从浇铸站200接收聚合物晶圆302，并且还从位于外壳内部或外部的模板供应源103接收模板402。在模板放置站125执行对准步骤以确定模板402相对于晶圆302的旋转和平移取向。在一些实施例中，使用参考晶圆和模板上的标记或特征的计算机视觉算法来完成对准。模板和晶圆之间的精确对准使得晶圆302的特定部分在模板被放置在晶圆上之后保持暴露。例如，在每个目镜304a、304b、304c、304d中模制的特定图案或图案部分(例如，衍射光栅)与模板中的孔404对准并被这些孔暴露。晶圆302的其余部分被模板覆盖。

在一些实施例中，模板上的每个孔404与在聚合物晶圆302上的每个目镜304中模制的一组耦入光栅(ICG)对准。在一些实施例中，孔404小于ICG区域，从而仅暴露ICG区域的一部分。一旦对准，便使用任何合适的方式将模板402可移除地耦合到晶圆302以防止模板和晶圆之间的移动。在一些实施例中，如关于图6F更全面地讨论的那样，使用磁性夹具将模板夹在晶圆上。尽管图4结合图3所示的四个目镜304a、304b、304c、和304d示出了四个孔404，但是本发明的实施例不限于该特定实施方式并且可以利用其他数量的孔/目镜对，例如六个孔/目镜对。尽管一些实施例讨论了晶圆与模板的对准，但在其他实施例中，可以首先对准晶圆，然后再将模板与晶圆对准。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。

图5示出了根据本发明的实施例的用于模板对准的示例工艺流程。图6A示出了根据本发明的实施例的第一工艺步骤处的对准站的截面图。图6B示出了根据本发明的实施例的背光模板切口的示例图像。图6C示出了根据本发明的实施例的第二工艺步骤处的对准站的截面图。图6D示出了根据本发明的实施例的被照射的耦入光栅的示例图像。

参考图5，对准工艺流程500的示例与在图6A和图6C中的两个工艺步骤处示出的示例模板放置站125相关地示出。在对准工艺流程500中，模板402被模板放置站125接收(图5中的502)。模板可以由被配置为吸引磁性材料的铁磁金属制成或以其他方式包括该铁磁金属的一部分。模板402是不透明的，因此光不会透射通过模板材料。模板402包括至少一个孔404，也被称为切口。在一些实施例中，模板402针对形成在晶圆302上的每个目镜304a/304b/304c/304d上的每个耦入光栅包括至少一个孔404。

将模板402定位在第一光源610上方(图5中的504)，并且使用图6A所示的装置来确定模板402中的孔404的位置。在一些实施例中，挡板612位于第一光源610和模板402之间以漫射来自第一光源610的光。因此，结合挡板612的第一光源610提供孔404的漫射轮廓。可实现为LED、LED阵列、或其他合适光源的第一光源610可被打开以朝着模板402照射光(图5中的510)，光穿过孔604a和604b(也可称为切口)并进入至少一个透镜和相机组件614/615。参考图4和图6A，图6A所示的孔604a和604b对应于图4所示的孔404中的两个。因为图6A是截面图，因此图4所示的另外两个孔404被定位为使得一个孔在图平面的前方，而另一孔在图平面的后方。如关于图6C更充分地描述的，尽管在一些实施方式中，在孔604a和604的成像期间将包括耦入光栅606a和606b的晶圆302定位在模板402上方，但是发明人已经确定定位在孔604a和604b与透镜和相机组件614/615之间的耦入光栅606a和606b的存在不会影响孔的成像。在一些实施方式中，在孔404的成像之后，晶圆302可以如图6C所示那样被定位。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。

参考图4，图4所示的孔404在图6A中被显示为孔604和604b。来自第一光源的传播通过模板孔的光可以使用一个或多个相机进行成像以获得至少两个模板孔位置(图5中的512)。一些配置可以包括单个相机以捕捉通过多个切口照射的光，而其他配置可以包括两个或更多个相机，每个相机被配置为通过透镜和相机组件614和615分别捕获来自图6A所示的每个切口光。由透镜和相机组件614和615通过模板切口捕获的背光的示例图像在图6B中示出。一旦相机捕获切口图像，就可以关闭第一光源(图5中的514)。

来自透镜和相机组件614和615的图像被提供为对准系统616的输入，对准系统616可以包括对准算法，其中通过坐标点识别与每个成像的模板切口的中心相对应的每个成像的发光部分的中心。例如，对准算法可以通过x、y、和θ坐标计算每个切口的中心。在其他实施例中，成像的孔的几何形状由宽度和高度表征，然后可以使用宽度和高度来计算中心。在一些实施例中，除了图6A所示的两个孔604a和604b之外，还使用额外的切口(未示出)来提高对准精度。例如，可以在对准过程中利用四个切口、六个切口等。如本文更全面地讨论的，孔位置将用于将模板402与晶圆302对准，例如通过最小化对应孔和耦入光栅之间的偏移。作为示例，例如以xy坐标或像素坐标表示的每个孔的位置可以与对应的耦入光栅的位置进行比较，并且每个孔的位置和对应的耦入光栅的位置之间的平均距离可以被最小化。

参考图6C，接收晶圆(图5中的506)并且将晶圆定位在模板上方，晶圆中存在旨在被涂覆或金属化并面向模板取向的衍射光栅(图5中的508)。在晶圆302和模板402之间设置小间隙(例如，大约几百微米到几毫米)，从而可以在不损坏晶圆表面或设置在其上的光栅的情况下调整晶圆位置。晶圆沿纵轴618与模板大致对准。为了确保耦入光栅606a/606b与模板中的开口对准，一个或多个第二光源620/621(诸如红色、绿色、或蓝色LED光)在衍射图案622a/622b的区域中照射晶圆(图5中的516)。衍射图案622a例如可以是被配置为例如经由晶圆内的全内反射，将来自第二光源620的入射光直接或间接地衍射到耦入光栅606a的衍射光栅。衍射图案622b例如可以是被配置为例如经由晶圆内的全内反射将来自第二光源621的入射光直接或间接地衍射到耦入光栅606b的衍射光栅。因此，可以认为耦入光栅606a和衍射图案622a彼此对应，并且可以认为耦入光栅606b和衍射图案622b彼此对应。

在使用中，衍射图案622a和622b可以分别是组合光瞳扩展器(CPE)，其形成耦出光栅，该耦出光栅可用于将源自投影仪并经由对应的耦入光栅606a/606b衍射到设置在晶圆中的目镜波导平面的图像光引导到用户的眼睛。对本领域的技术人员显而易见的是，使用第二光源620/621对衍射图案622a/622b的照射，经由TIR传播到耦入光栅606a/606b，以及将来自第二光源的光衍射到透镜和相机组件614/615利用光沿着与使用目镜波导期间所利用的光路相反的光路传播，其中在用于耦出到用户的衍射光栅处发生耦入到目镜波导中，而在用于从投影仪耦入的耦入光栅606a/606b处发生耦出。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。

当来自衍射图案622a/622b的光到达耦入光栅606a/606b时，至少一些光朝着透镜和相机组件614/615从耦入光栅606a/606b出射，透镜和相机组件614/615捕获耦入光栅606a/606b的图像(图5中的518)。图6D示出了被照射的耦入光栅的示例图像。应当注意，透镜和相机组件614/615具有足够的景深以对模板402和晶圆302两者进行成像，不考虑对准过程中这些元件之间的间隙。尽管图6A示出了分开的透镜和相机组件614和615，但是本发明的实施例不限于使用多个相机，也可以使用具有包括要成像的元素的景深的单个透镜和相机组件作为所示的分开的透镜和相机组件614和615的替代。

一旦被照射的ICG图像被捕获，便可关闭第二光源620/621。被照射的耦入光栅606a/606b中的至少一个的被捕获图像被提供给对准算法616，在对准算法616中，通过坐标点识别每个耦入光栅606a/606b的中心。例如，对准算法可以通过x、y、和θ坐标计算每个耦入光栅的中心。可以将耦入光栅坐标与切口坐标进行比较以确定模板和晶圆之间的相对位置(图5中的520)。计算耦入光栅中心和对应的模板切口之间的任何偏移，并将该偏移用作经由可活动晶圆卡盘624在x、y、和/或θ方向上调整晶圆位置的基础，该可活动晶圆卡盘624托住晶圆的外围(例如，使用接触晶圆圆周的真空压盖)并调整晶圆302的位置(图5中的522)。可以根据需要重复上述一个或多个对准步骤，以实现在预定容差内的模板和晶圆之间的相对位置。

在一些实施例中，可以在对准过程中使用孔604a/604b的数量和耦入光栅606a/606b的数量的子集。例如，两个被照射的孔604a/604b的捕获图像和两个被照射的耦入光栅606a/606b的捕获图像可用于晶圆与模板的x、y、θ对准。在其他实施例中，可以在对准过程中使用所有的孔604a/604b和耦入光栅606a/606b(例如，四个或六个)。在耦入光栅相对于预期位置发生偏移，导致一个或多个偏移耦入光栅和模板中的一个或多个对应的孔之间的配准误差时，使用较多的孔和耦入光栅是有利的。使用较多的孔和耦入光栅将能够进行全局调整以解决这种配准误差，因为在对准过程中可以使用孔和耦入光栅的组之间的最佳拟合。

在本发明的特定实施例中，对准算法利用一些或所有孔和一些或所有耦入光栅的中心位置。在利用孔/耦入光栅的准确的相对位置测量的情况下，在最佳拟合算法中利用使用透镜和相机组件测量的孔/耦入光栅位置以最小化每个孔和对应的耦入光栅之间的位置差。例如，传播通过所有测量的孔的最佳拟合圆的中心可以与传播通过所有测量的耦入光栅的最佳拟合圆的中心匹配。因此，可以利用最小平均位置差来调整采用x、y、θ坐标的晶圆位置。

在对准在可接受的容差内时，移动晶圆使其与模板接触，并且将由磁性材料制成的板或以其他方式容纳一个或多个磁体的板放置在晶圆顶部以创建磁性夹具(图5中的524)。在一些实施方式中，可以使用真空抵靠参考表面(例如，真空卡盘)定位模板。顶板上的磁体吸引铁磁模板以使晶圆保持就位并保持对准，如关于图6F所讨论的。然后可以将组件移动到工具的其他区域或重新定位，而不会破坏模板和晶圆之间的精确对准。

在一些实施例中，在使用磁性夹具将晶圆夹持到模板之后，检验模板和晶圆的对准。因此，可以确认在夹持过程中没有发生晶圆相对于模板的移动。

图6E示出了根据本发明的另一实施例的第二工艺步骤的对准站的截面图。如图6E所示，在图6E所示的实施例中，不是经由衍射光栅将光直接注入晶圆，而是来自第二光源640/641的光在从反射镜636/637被反射之后耦入晶圆中，然后在光在目镜波导中传播时，经由全内反射传播到每个耦入光栅606。通过如图6E所示将光注入晶圆302中，第二光源640/641可以被定位到晶圆302侧面位于晶圆302周边之外的位置处，从而允许包括透镜和相机组件614/615的其他系统元件沿z轴等被定位为更靠近晶圆302。

在特定实施例中，反射镜636/637可被实现为棱镜，但可利用其他反射结构。此外，在一些实施例中，可以将来自第二光源640/641的光以掠入射注入晶圆302中，从而避免使用反射镜636/637。因此，本发明的实施例可以如图6C所示可以利用衍射光栅将光耦入晶圆中，或者如图6E所示利用将光注入晶圆中的其他方法，以提供可以从耦入光栅606被耦出的光。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。

图6F是根据本发明的实施例的夹紧系统的分解透视图。如图6F所示，磁性夹具650与晶圆652和模板654结合使用以使用磁力将晶圆磁性地夹在模板上。磁性夹具650包括被设置或布置在磁性夹具的上表面的各个位置处的多个磁体651。在所示示例中，使用了12个磁体651，但是本发明不限于该特定数量，并且根据其他实施例，可以使用其他数量。模板654由诸如不锈钢之类的磁性材料制成，但也可以使用其他合适的磁性材料。

在磁性夹具650与模板654相邻放置时，晶圆652被夹在磁性夹具和模板之间，从而能够如在后续处理操作中保持关于图5的所讨论获得的配准。

图7示出了根据本发明的实施例的涂层沉积站中的示例模板和晶圆组件的截面图。如图7所示，组件702被示出并且包括可移除地耦合到晶圆302的模板402。组件702可以被移动到沉积站130，在沉积站130，诸如金属或高折射率无机材料之类的涂层材料704被沉积在模板402上方，并通过孔404被沉积在聚合物晶圆302的暴露部分上。涂层沉积过程可以在沉积站130(在图1中示出)中的真空沉积室中发生。

沉积的涂层材料由沉积站130从涂层材料供应源104(在图1中示出)接收并沉积在模板上方以在聚合物晶圆302的一个或多个区域上(例如，在每个目镜的ICG区域的至少一部分上)形成层706。层706的尺寸和形状受模板402的孔404的尺寸和形状的限制。虽然示出了圆形孔404，但也可以使用具有诸如正方形、椭圆形、矩形、多边形之类的形状或其他形状的孔。涂层材料可以是诸如铝、银、二氧化钛、二氧化锆或其他合适的反射材料之类的材料。

在涂层沉积步骤完成之后，通过在基本上与已被层706涂覆的晶圆的表面垂直的方向上向上提升模板来从晶圆302移除模板402。这样的模板移除技术可以最小化对层706的损坏。用过的模板可以被丢弃到工具110的外壳112内部或外部的用过的模板箱105(在图1中示出)中。模板分离可以在模板分离站135(在图1中示出)中发生。

作为上述沉积技术的补充或替代，可以使用替代的涂层材料和用于沉积可流动涂层材料的方法。此类技术在2018年4月16日提交的美国专利No.10,436,968和2018年7月23日提交的美国专利申请公开No.2018/0329132中进行描述，上述每个申请的全部内容特此纳入通过引用并入。

虽然图7未示出，但是本发明的实施例可以利用图6F所示的磁性夹具650。在该实施例中，磁性夹具将被定位在晶圆302下方，向晶圆302施加垂直力以迫使晶圆朝向模板402，从而保持晶圆和模板之间的对准。

图8示出了根据本发明的实施例的带涂层的聚合物晶圆的平面图。图9示出了图8的带涂层的聚合物晶圆的截面图。如图8和图9所示，示出了移除模板之后的示例带涂层的晶圆802。模制在带涂层的晶圆802内的目镜804a、804b、804c、和804d分别具有设置在其上的涂层706。虽然示出了每个目镜804一个层706，但是取决于模板的设计，可以在每个目镜804上沉积多个层706。此外，虽然多个目镜804被示为以风车布局布置，但取决于目镜和晶圆的尺寸和形状，其他布局也是可能的。可以对应地设计模板，使得在模板被覆盖在晶圆上时，暴露出晶圆的所需区域。

再次参考图1，工具110可以包括检查站140，以基于各种度量，评估移除模板之后的带涂层的晶圆802并且使带涂层的晶圆802能够继续堆叠组装。在一些实施例中，检查单元可以执行检查以确保晶圆形状、光栅形状、光栅位置、沉积层形状、沉积层位置、和沉积层粘附在选择的容差内。在一些实施例中，可以使用计算机视觉系统或其他合适的测量工具来获得这些测量值。如果检查站140确定带涂层的晶圆802未通过质量标准，则可以将晶圆从装配线中取出并放置在工具110的外壳112内部或外部的晶圆丢弃箱106(在图1中示出)中。通过检查的晶圆可以在工具的工作流程中继续前进。

带涂层的晶圆被传送到层组装站145。为了开始多层聚合物堆叠的组装，在层组装站145处接收第一带涂层的晶圆。层组装站145还从将在下面进一步详细讨论的间隔件制备站150接收第一间隔件，诸如在图10的平面图中示出的间隔件1002。

图10示出了根据本发明的实施例的示例间隔件的平面图。间隔件1002的形状可以类似于浇铸的聚合物晶圆；然而，间隔件包括被配置为与被模制到聚合物晶圆中的目镜对准的切口1004a/1004b/1004c/1004d。切口1004通常略小于目镜804的外边界，使得在重叠区域1008中，间隔件与被模制到晶圆中的目镜的周边重叠。在一些实施例中，重叠区域的宽度可以小于1mm或宽度可以在大约1mm至大约5mm之间。取决于多层堆叠中所需的边缘增强的量，其他重叠区域宽度是可能的。

使用计算机视觉系统在带涂层的晶圆上方对准间隔件1002以识别间隔件和带涂层的晶圆中的一个或多个上的各种特征或标记。在至少一部分间隔件是透明基板的实施例中，可以使用诸如在2019年6月10日提交的国际专利申请No.PCT/US2019/036380中讨论的对准方法，该申请的全部内容特此通过引用并入。

间隔件1002包括位于面向带涂层的晶圆的第一表面(例如，底部表面)上的粘合剂材料。当完成晶圆上方的间隔件的取向和对准时，间隔件的第一表面上的粘合剂被压成与晶圆接触以将间隔件固定在晶圆上。可以使用将间隔件上的粘合剂层压成与第二晶圆接触并允许粘合剂凝固的相同方法来将第二晶圆粘附到第一间隔件的第二表面(例如，顶部表面)上。可以以相同的方式将其他层添加到堆叠中。

在一些实施例中，粘合剂是高折射率粘合剂并且可以形成为双面胶带。粘合剂可以是UV固化材料，并且可以利用在间隔件和晶圆接触时使粘合剂暴露于UV光下的步骤。粘合剂材料可以是透明的或者可以包括碳或染料添加剂以使粘合剂层光学不透明或半透明。碳或染料添加剂可使粘合剂呈深色，例如深灰色或黑色。粘合剂层可以存在于间隔件的顶部和/或底部上，使得在层组装站145处的堆叠组装过程期间，晶圆可以被粘附到间隔件的顶部表面和/或底部表面上。

在间隔件在与晶圆组装在一起之前储存在间隔件供应箱108(在图1中示出)中时，为了防止污染物粘附到间隔件粘合剂上，可以将保护膜可移除地粘附到间隔件的顶部表面和/或底部表面上的粘合剂层上。间隔件制备站150被配置为从间隔件的第一表面(例如，底部表面)移除第一保护膜，使得在将间隔件传送到层组装站145(均在图1中示出)之前暴露第一层粘合剂。在一些实施例中，在转移和组装到第一晶圆期间，第二保护膜保持在间隔件的第二表面(例如顶部表面)上的位置。一旦间隔件在该间隔件的先前暴露的粘合剂表面处对准并固定到第一晶圆，层组装站便可以从第二表面(例如顶部表面)移除第二保护膜，以准备在间隔件顶部堆叠第二晶圆。最小化移除保护膜的步骤和将暴露的粘合剂粘附到晶圆上的步骤之间的时间量是有利的，以便降低对粘合剂层的污染或其他损坏的风险。

在使用需要UV或热固化步骤的粘合剂时，可以在挤压晶圆和间隔件以使其接触的每个步骤之后进行UV或热暴露。或者，可以在提供UV和/或热固化剂量之前组装完整的晶圆和间隔层堆叠。

参考图1，虽然描述了不同的间隔件制备站150，但层组装站145也可以从间隔层移除和丢弃保护膜，从而将间隔件制备站150的功能整合到层组装站145中。

通过堆叠交替的晶圆和间隔件层，组装了多层聚合物目镜堆叠。在一些实施例中，该堆叠包括至少三个晶圆和至少两个间隔件。

图11示出了根据本发明的实施例的示例多层聚合物晶圆堆叠的平面图。图12示出了图11的多层聚合物晶圆堆叠的截面图。因此，图12示出了包括多个晶圆802和间隔件1002的多层聚合物晶圆堆叠1102。在一些实施例中，也可以称为堆叠的多层聚合物晶圆堆叠1102包括至少六个晶圆以及至少五个间隔件。可以组装具有任意层数的堆叠。一旦堆叠完成，层组装站145便可以可选地用保护膜覆盖顶部表面1104和底部表面1206，以降低损坏完成的堆叠的风险。

为了提供晶圆802和间隔件1002之间的对准，可以将基准放置在晶圆802和间隔件1002上以促进多层聚合物晶圆堆叠1102中的层之间的对准。例如，参考图10，在间隔件1002上制造的基准1010可以与在晶圆802上制造的对应基准810(在图8中示出)一起使用。在所示示例中，基准810具有比基准1010更小的直径，使得能够将晶圆802对准间隔件1002。尽管示出了圆形基准，但是应当理解，根据本发明的实施例，可以利用其他形状、尺寸、位置、和数量的基准。

随着多层聚合物晶圆堆叠1102的厚度增加，可以利用具有大景深的对准相机来对堆叠中不同深度的基准进行成像。或者，可以在组装堆叠时修改对准相机的位置，以便提供晶圆和间隔件上的基准的成像。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。在替代实施例中，使用盖板并使用适当的间隔件(未示出)将盖板接合到晶圆802a和802c上，以保持晶圆802a的顶部表面1104和晶圆802c的底部表面1206的完整性。对于本领域的技术人员而言显而易见的是，使用盖板将能够在邻近耦入光栅606a/606b和衍射图案622a/622b处提供气隙，从而促进全内反射并防止灰尘和碎屑积聚在光学表面上。

在图12所示的实施例中，与目镜波导中的每一个的耦入光栅对准的层706的每个实例沿着与z轴对准的单个轴对准。在其他实施例中，例如，为了实现子瞳孔设计，耦入光栅和对应的层706可以在x-y平面中发生空间偏移，即横向偏移。在这些实施例中，可以利用以预定方式在空间上从晶圆到晶圆以及从间隔件到间隔件被偏移的基准来实现相邻耦入光栅之间的期望定位，以适用于特定子瞳孔设计。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、修改、和替代。

在堆叠组装完成时，堆叠可以可选地移动到堆叠检查站155(在图1中示出)。堆叠的检查可以包括测量层之间的对准和/或检查光输出度量(诸如，通过堆叠投射的图像的对比度、均匀性、和/或亮度)的步骤。度量在阈值容差内的堆叠可通过进入完成的堆叠收集箱109，而未通过质量标准的堆叠可被移入丢弃箱911(两者均在图1中示出)。堆叠收集箱109和堆叠丢弃箱111可以位于工具110的外壳112的内部或外部。

上面讨论了几个站，描述了在每个站执行的各种制造或组装步骤。可以使用传送带、带有真空附件的传送臂、活动台、或其他部件传送装置来实现工作站之间的组件传送。部件可以单独在站点之间移动，也可以被收集在一个站处并批量移动到另一站点。可以在任何所述的站之间提供中间存储区域以临时保持晶圆、间隔件、和/或组件以供以后批量转移。

完成的堆叠可以离开工具110的外壳112，然后执行进一步的处理步骤，诸如通过铣削、激光切割、水喷射、模切、或其他分割方式进行的分割(即，将堆叠的晶圆切割成单独的目镜)。分割的目镜堆叠的边缘可以涂覆有粘合剂材料，诸如掺杂有碳纳米粉、中孔碳、炭黑、各种染料或其组合的高折射率UV固化粘合剂。

分割和边缘涂覆步骤可发生在工具110的外壳112外部，使得由分割工艺产生的碎屑不会污染外壳112内发生的其他工艺。然而，也可能在外壳112内形成一个或多个抑制区，在抑制区中，可以与其他制造和组装步骤隔离地执行分割和/或边缘涂覆步骤。这种隔离区可以防止碎屑、振动、或废气转移到外壳112的其他区域中。在一些实施例中，外壳112基本上类似于洁净室环境。在一些实施例中，将外壳112和/或外壳112内的隔离区域通风到工具110的外部允许可控地循环过滤空气，以从外壳112内部去除污染物和/或废气。

虽然本文讨论了制造和组装步骤的若干示例以在封闭式工具内形成多层聚合物目镜堆叠，但可以添加或删除设备站和工艺步骤以优化工具来构建特定产品。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多改变、修改、变化、替换、和等同物对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种将模板与目镜晶圆对准的方法，所述方法包括：

提供所述模板；

相对于第一光源定位所述模板；

基于来自所述第一光源的光，确定至少两个模板孔的位置；

提供所述目镜晶圆，其中，所述目镜晶圆包括至少两个目镜波导，每个目镜波导包括耦入光栅和对应的衍射图案；

引导来自第二光源的光以照射到所述对应的衍射图案中的每一个上；

经由全内反射将来自所述第二光源的所述光的至少一部分重定向到所述耦入光栅中的每一个；

对从每个耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像；

确定至少两个耦入光栅位置；

确定对应的模板孔位置与耦入光栅位置之间的偏移；以及

基于所确定的偏移，将所述模板与所述目镜晶圆对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个模板孔的位置包括四个孔位置或六个孔位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少两个模板孔的位置包括：

在来自所述第一光源的光传播通过所述至少两个模板孔中的第一孔之后，使用第一相机对来自所述第一光源的所述光进行成像；以及

在来自所述第一光源的光传播通过所述至少两个模板孔中的第二孔之后，使用第二相机对来自所述第一光源的所述光进行成像。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少两个模板孔的位置包括：

在来自所述第一光源的光传播通过所述至少两个模板孔中的第一孔之后，使用相机对来自所述第一光源的所述光进行成像；以及

在来自所述第一光源的光传播通过所述至少两个模板孔中的第二孔之后，使用所述相机对来自所述第一光源的所述光进行成像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，对从每个耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像包括：

在来自所述第二光源的所述光从所述耦入光栅中的第一耦入光栅衍射之后，使用第一相机对从所述第一耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像；以及

在来自所述第二光源的所述光从所述耦入光栅中的第二耦入光栅衍射之后，使用第二相机对从所述第二耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对从每个耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像包括：

在来自所述第二光源的所述光从所述耦入光栅中的第一耦入光栅衍射之后，使用相机对从所述第一耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像；以及

在来自所述第二光源的所述光从所述耦入光栅中的第二耦入光栅衍射之后，使用所述相机对从所述第二耦入光栅衍射的来自所述第二光源的所述光进行成像。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述模板与所述目镜晶圆对准包括：相对于所述模板移动所述目镜晶圆以减少所确定的偏移。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，移动所述目镜晶圆包括平移和旋转所述目镜晶圆，并且减少所确定的偏移包括最小化所确定的偏移。

9.一种用于将模板与目镜晶圆对准的系统，包括：

第一卡盘，其可操作地支撑包括多个孔的所述模板；

晶圆卡盘，其可操作地支撑并移动所述目镜晶圆，其中，所述目镜晶圆包括至少两个目镜波导，每个目镜波导包括耦入光栅和对应的衍射图案；

第一光源，其可操作地引导光以照射到所述模板的第一表面上；

第二光源，其可操作地引导光以照射到所述目镜晶圆上；

一个或多个透镜相机组件，其可操作地执行以下操作：

接收来自所述第一光源的传播通过所述模板中的所述多个孔的光；以及

接收来自所述第二光源被引导照射到所述对应的衍射图案中的每一个上的并至少一部分经由全内反射被重定向到所述耦入光栅中的每一个且从所述耦入光栅中的每一个衍射的光；以及

对准系统，其可操作地相对于所述模板移动所述目镜晶圆以减少孔位置与耦入光栅位置之间的偏移。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述一个或多个透镜相机组件包括：

第一相机，其可操作地检测所述多个孔中的第一孔的孔位置；以及

第二相机，其可操作地检测所述多个孔中的第二孔的孔位置。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述一个或多个透镜相机组件包括：单个相机，其可操作地检测所述多个孔中的第一孔的孔位置和所述多个孔中的第二孔的孔位置。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，相对于所述模板移动所述目镜晶圆包括：

旋转和平移所述目镜晶圆；以及

此后，使所述目镜晶圆与所述模板接触。

13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一光源和所述第二光源位于所述目镜晶圆的相对侧上。

14.一种用于将模板与目镜晶圆对准的组装系统，包括：

晶圆铸造站；

模板放置站；

沉积站；

模板分离站；

第一检查站；

层组装站；以及

第二检查站；

其中，所述模板放置站包括：

第一卡盘，其可操作地支撑包括多个孔的模板；

晶圆卡盘，其可操作地支撑并移动所述目镜晶圆，其中，所述目镜晶圆包括至少两个目镜波导，每个目镜波导包括耦入光栅和对应的衍射图案；

第一光源，其可操作地引导光以照射到所述模板的第一表面上；

第二光源，其可操作地引导光以照射到所述目镜晶圆上；

一个或多个透镜相机组件，其可操作地执行以下操作：

接收来自所述第一光源的传播通过所述模板中的所述多个孔的光；以及

接收来自所述第二光源被引导照射到所述对应的衍射图案中的每一个上的并至少一部分经由全内反射被重定向到所述耦入光栅中的每一个且从所述耦入光栅中的每一个衍射的光；以及

对准系统，其可操作地相对于所述模板移动所述目镜晶圆以减少孔位置与耦入光栅位置之间的偏移。

15.根据权利要求14所述的组装系统，其中，所述一个或多个透镜相机组件包括：

第一相机，其可操作地检测所述多个孔中的第一孔的孔位置；以及

第二相机，其可操作地检测所述多个孔中的第二孔的孔位置。

16.根据权利要求14所述的组装系统，其中，所述一个或多个透镜相机组件包括：单个相机，其可操作地检测所述多个孔中的第一孔的孔位置和所述多个孔中的第二孔的孔位置。