KR101382855B1

KR101382855B1 - 스페이서 요소를 통합한 공구를 사용한 소형 구조화 요소의성형

Info

Publication number: KR101382855B1
Application number: KR1020087025102A
Authority: KR
Inventors: 하르트무트 루트만; 슈테판 하임가르트너; 주잔네 베스텐회퍼; 마르쿠스 로씨
Original assignee: 헵타곤 마이크로 옵틱스 피티이. 리미티드
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2014-04-08
Also published as: JP2009530136A; EP1837166B1; TW201433831A; DE602007004137D1; CN101432126B; US20070216046A1; EP1837166A1; TWI446020B; TWI504943B; JP5162573B2; CN101432126A; TW200741257A; KR20090018025A; US20080054507A1; WO2007107026A1; ATE454261T1

Abstract

복제에 의해 다수의 요소들을 제조하는 방법은, 요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부를 구비한 다수의 복제 섹션들을 포함하고, 다수의 제1 스페이서 부분들을 추가로 포함하는, 복제 공구를 제공하는 단계와; 기판을 제공하는 단계와; 액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 상태의 복제 재료가 공구와 기판 사이에 위치된 상태에서, 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계와; 복제 재료를 경화시켜 요소를 형성하는 단계를 포함하고, 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계는 제1 스페이서 부분이 기판으로부터 거리를 두고 위치될 때까지 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 소정의 힘을 인가하는 단계를 포함하며, 이때 상기 거리는 힘의 크기에 의해 결정되고, 복제 재료는 제1 스페이서 부분과 기판 사이에서 유지된다.

소형 구조화 요소, 스페이서 요소, 공구

Description

스페이서 요소를 통합한 공구를 사용한 소형 구조화 요소의 성형{MOLDING OF MINIATURE STRUCTURED ELEMENTS WITH TOOL INCORPORATING SPACER ELEMENTS}

본 발명은 광학 요소, 특히 굴절성 광학 요소 및/또는 회절성 마이크로 광학 요소를 엠보싱 단계 또는 성형 단계를 포함하는 복제 공정(replication process)에 의해 제조하는 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 청구범위 독립항의 전제부에 기재된 바와 같은 다수의 요소들의 제조 방법과 복제 공구에 관한 것이다.

전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 동일 출원인에 의한 WO 2004/068198은 마이크로 광학 요소를 형성시키기 위한 복제 방법을 개시하고 있다. 구조화된(structured)(또는 미세 구조화된(micro-structured)) 요소는 복제 공구를 사용하여 예비 제품에 3D 구조체를 복제/조형(성형 또는 엠보싱 등)시킴으로써 제조된다. 복제 공구는 복제 표면으로부터 돌출되는 스페이서 부분을 포함한다. 복제된 마이크로 광학 요소는 복제물(replica)로 불리운다.

스페이서 부분은 기판상에서 변형 가능 재료의 자동화된 그리고 정확한 두께 제어를 가능케 한다. 이러한 스페이서 부분은 공구에 형성된 "레그형(leg like)" 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 스페이서는 마이크로 광학 표면 형 상(topography)의 변형을 방지하는데, 왜냐하면 스페이서는 공구상의 최고 구조 특징부(feature)보다 더욱 돌출되기 때문이다.

복제물(예를 들어 마이크로 광학 요소 또는 마이크로 광학 구성 요소 또는 마이크로 광학 시스템)은 복제 공구가 제 위치에 위치한 상태에서 경화되는, 예컨대 UV 경화되는 에폭시로 제조될 수 있다. UV 광경화는 경화 공정의 우수한 제어를 가능케 하는 고속 공정이다.

복제 공정은 엠보싱 공정일 수 있으며, 이때 조형될 예비 제품의 액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 구성 요소는 임의의 크기를 가질 수 있는 기판의 표면상에 배치된다. 예를 들어, 기판은 제조될 단지 하나만의 또는 수개의 요소들의 면적에 해당하는 표면적을 갖는 작은 크기일 수 있다. 대안으로서, 기판은 웨이퍼 규모(Wafer scale)의 크기를 가질 수 있다. '웨이퍼 규모'란 2 인치 내지 12 인치의 직경을 갖는 디스크와 같이, 반도체 웨이퍼와 동등한 크기의 디스크형 기판 또는 판형 기판의 크기를 말한다. 이어서, 복제 공구가 기판에 가압된다.

엠보싱 단계는 스페이서 부분이 기판의 상면에 접하면 정지된다. 따라서, 이러한 표면은 엠보싱 가공시 정지면 역할을 한다.

대안으로서, 복제 공정은 성형 공정일 수 있다. 성형 공정에서는, 대조적으로, 스페이서 부분, 예컨대 레그형 구조체를 포함하는 공구가 우선 기판의 표면상으로 가압되어 소정의 캐비티를 형성하며, 이어서 이러한 캐비티는 성형 공정을 통해 충진된다.

스페이서 부분은 바람직하게는 적어도 복제 공구의 필수 부분에 걸쳐, 예컨 대 전체 복제 공구에 걸쳐 또는 에지에 '분포(distributed)'되는 방식으로 형성 가능하다. 이는 스페이서 부분의 특징부가 복제 공구의 필수 부분에 존재함을 의미하며, 예를 들어 스페이서 부분은 복제 공구의 복제 표면에 걸쳐 분포된 다수의 스페이서들로 구성된다. 스페이서는 변형가능한 재료층의 자동화된 그리고 정확한 두께 제어를 가능케 한다.

본 발명의 목적은 현재 공지된 공구 및 방법을 개선시키는, 서두에 기재한 유형의 다수의 요소들 제조 방법 및 복제 공구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 복제에 의해 다수의 요소들을 제조하는 방법은,

요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부(negative structural feature)를 구비한 다수의 복제 섹션(replication section)들을 포함하고, 평탄 표면부를 구비한 다수의 제1 스페이서 부분들을 추가로 포함하는, 복제 공구를 제공하는 단계와;

기판을 제공하는 단계와;

액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 상태의 복제 재료가 공구와 기판 사이에 위치된 상태에서, 복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계와;

제1 스페이서 부분이 기판으로부터 거리를 두고 위치될 때까지 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 힘을 인가하는 단계로서, 이때 평탄 표면부가 기판의 표면에 평행하고, 복제 재료가 제1 스페이서 부분과 기판 사이에서 유지되는 단계와;

복제 재료를 경화시켜 요소를 형성하는 단계를 포함한다.

제1 스페이서 부분은 또한 "부유 스페이서(floating spacer)"로도 불리울 수 있는데, 왜냐하면 제1 스페이서 부분의 평탄 표면부는 복제 재료의 얇은 층에 의해 기판 표면으로부터 이격되어 기판 표면 위에서 "부유(float)"되기 때문이다.

제1 스페이서 부분은 제1 스페이서 부분이 배치된 위치에 다이싱 라인(dicing line)(복제, 경화 및 복제 공구 제거 후에, 경화된 복제 재료를 구비한 기판이 개별 부품들, 예컨대 칩들로 분할되는 라인)이 위치하도록 배치될 수 있다. 따라서, 다이싱 라인을 따라서, 단지 복제 재료의 비교적 얇은 층만이, 즉 기층만이 형성되어 유지된다. 이는 기판으로부터 복제 재료의 박리(delamination)를 방지하는 데 도움을 준다.

평탄 표면부와 기판 사이의 간격, 따라서 복제 재료 층의 두께는, 복제 공구상에서 제1 스페이서 부분보다 길게 돌출되고 복제 중에 기판 표면과 접하는 제2 스페이서 부분("접촉 스페이서")에 의해 정해질 수 있다. 이에 대안적으로 또는 추가적으로, 이러한 간격은 인가된 힘의 크기와 복제 재료 내의 응집력 간의 균형에 의해서, 또한 복제 재료의 특성에 따라 가능하게는 복제 재료, 기판 및 공구 간의 점착력에 의해서 정해질 수 있다. 다른 대안으로서, 이러한 간격은 능동 간격 조절기 및/또는 컨트롤러[마스크 정렬기(mask aligner)와 같은] 또는 다른 수단에 의해 정해질 수 있다.

이러한 실시예에서, 제1 스페이서 부분과 기판 사이의 간격은 제1 스페이서 부분에 대한 제2 스페이서 부분의 상대 높이에 의해 한정된다. 이는,

제2 스페이서 부분이 공구와 기판 사이의 힘의 적어도 일부를 흡수하고 기판에 대한 제1 스페이서 부분의 기준 높이를 결정한다는 점과,

가능하게는 복제될 요소에 근접하게 위치되는 제1 스페이서 부분이 국소적인 높이차를 정확하게 형성한다는 점에서, 휠씬 높은 정밀도를 제공한다. 또한, 제1 스페이서 부분은(복제 재료를 통해서) 필요시 힘의 나머지를 흡수하고 기판으로부터 소정의 거리를 두고 위치될 수 있다. 제1 스페이서 부분은 또한 공구가 기판의 평면도의 작은 불규칙성에 맞추어 적용될 수 있도록 한다.

이를 위해서, 복제 재료는 바람직하게는 제2 스페이서 지지 영역을 덮지 않고서 기판 또는 공구에 인가되어, 공구가 기판 쪽으로 이동된 후에, 제2 스페이서 부분과 기판 사이에는 복제 재료가 존재하지 않는다. 즉, 공구와 기판 둘 다는 제2 스페이서 지지 영역을 구비하며, 이는 공구에 대해서는 공구 자체의 접촉 영역이고, 기판에 대해서는 공구의 접촉 영역이 배치될 영역이다.

바람직하게는, 공구가 기판 쪽으로 이동되는 방향으로 제1 스페이서 부분의 높이와 제2 스페이서 부분의 높이는 요소 스페이서 높이차(element spacer height difference) 만큼 다르며, 이러한 요소 스페이서 높이차는 1 내지 500, 바람직하게는 5 내지 30, 이상적으로는 7 내지 15 마이크로미터의 범위이다.

제2 스페이서 부분은 바람직하게는 기판에 평행한 평탄 표면부를 또한 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 제1 스페이서 부분과 제2 스페이서 부분은 기판 위의 요소의 높이를 형성한다. 이는 전술한 바와 같이, 기판 위의 공구의 최종 위치 및 그에 따른 기판에 대한 요소의 구조화된 표면의 높이가 정밀하게 제어될 수 있기 때문에 가능하다. 바람직하게는, 요소는 굴절성 광학 요소이며, 기판 위의 요소의 높이는 요소의 필요로 하는 광학 특성에 따라 미리 정해진다. 이러한 특성은, 상단 표면과 하단 표면 간의 관계나 간격이 일정 역할을 하는 굴절 렌즈와 같은 굴절성 요소에 특유한 것으로서, 복제 섹션의 구조에 의해 형성되는 구조화된 표면(회절 패턴)의 기능에 의해 광학 기능이 주로 형성되는 회절성 요소와 대비되는 것이다.

복제 재료는 전체 공구 규모(tool-scale) 복제를 위해 기판상에 또는 복제 공구상에 하나의 단일 분배 작업으로[단일 블롭(blob)으로서] 또는 복수의 단일 분배 작업들로(각각 다수의 복제 섹션들에 복제 재료를 제공함) 분배될 수 있다. 이러한 경우에, 구비시 제2 스페이서 부분은 바람직하게는 예를 들어 복제 섹션을 둘러싼 공구의 외주에 배치되는 공구 규모 스페이서 부분이다. 이렇게 되면, 제2 스페이서 부분은 복제 섹션을 포함하거나 구비하지 않는다.

대안으로서, 복제 재료는 개별적인 별개의 분배 작업들(또는 블롭들)의 어레이(array)에 분배될 수 있다. 미리 정해질 수도 있는 부피의 복제 재료가 다이싱에 의해 후속하여 분리될 부품들의 위치에 대응하는 지점들의 어레이에 인가되며, 복제 재료의 각각의 블롭은 예를 들어 일 부품에 한정된다. 각각의 부품은 제조될 하나의 요소 또는 예컨대 4개의 요소들의 그룹을 포함하며, 부품들 사이에는 복제 재료가 없는 영역이 존재한다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 구비시 제2 스페이서 부분들이 전체 복제 공구에 걸쳐 분포될 수 있다. 예를 들어, 각각의 부품은 제2 스페이서 부분을 포함할 수 있다.

이러한 복제 재료 분배의 대안은 복제 섹션에 최적량의 복제 재료를 제공하도록 하고 결함 발생 위험성을 저하시킨다. 이에 대한 추가적인 상세 사항이 본원과 동일자로 출원된, 동일 출원인에 의한, 발명의 명칭이 "광학 요소 제조 방법 및 공구(Method and tool for manufacturing optical elements)"인 특허 출원에 개시되어 있다.

제조된 광학 요소는 전형적으로 렌즈와 같은 굴절성 또는 회절성 광학 요소이지만, 적어도 하나의 영역에서 마이크로기계 기능을 가질 수도 있다.

공구는 다수의 복제 섹션들을 포함하여, 공통 기판상에서 요소들의 어레이의 동시 제조를 가능케 한다. 이러한 공통 기판은, 웨이퍼 규모로 제조되고 추후에 분할 부품들로 다이싱되는 광학 요소 및 전자 요소를 포함한 광전(opto-electronic) 또는 마이크로 광전(micro-opto-electronic) 조립체의 부품일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 힘의 인가 단계는, 공구에 소정의 중량을 부여하고 공구를 기판 위에 배치시켜서, 또는 기판에 소정의 중량을 부여하고 기판을 공구 위에 배치시켜서, 중력에 의한 가압이 행해지도록 함으로써 달성된다. 이러한 방식으로, 가압력은 매우 정밀하면서도 아주 간단한 방식으로 제어될 수 있다. 제2 스페이서가 없거나, 또는 외주의 제2 스페이서 부분의 구비시 복제 공구의 강도가 z방향 크기를 정밀하게 국소적으로 형성시키는 데 충분치 못한 경우에도, 제1 스페이서 부분과 기판 사이의 형성된 간격은 매우 정밀하게 제어될 수 있으며 신뢰성 있게 반복 가능하다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 복제 재료로부터 복제에 의해 다수의 요소들을 제조하는 복제 공구로서, 요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부를 구비한 다수의 복제 섹션들을 포함하고, 평탄 표면부를 구비한 다수의 제1 스페이서 부분들을 추가로 포함하며, 복제 중 공구와 기판 사이의 간격을 형성하는 하나 이상의 제2 스페이서 부분을 추가로 포함하고, 복제 공구가 기판 쪽으로 이동하는 방향으로 제2 스페이서 부분의 높이가 제1 스페이서 부분의 높이보다 높은, 복제 공구가 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 각각의 복제 섹션은 그를 둘러싸거나 그 복제 섹션 주위에 배치되는 해당 제1 스페이서 부분을 구비한다. 따라서, 제1 스페이서 부분은 복제 섹션에 의해 형성되는 요소의 외주의 형상 또는 경계를 형성한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 제1 스페이서 부분에 의해 덮여진 총면적은 기판을 덮은 공구의 총면적의 0.1% 내지 50%, 바람직하게는 0.5% 내지 20%, 특히 바람직하게는 2% 내지 10%이다. 일반적으로, 제1 스페이서 부분에 의해 덮여진 면적이 충분히 크고 일정 한계치를 초과하면, 제2 스페이서 부분이 반드시 필요하지는 않다. 이러한 한계치의 정확한 값은 복제 재료의 유동 특성과, 공구를 기판에 가압시키는 힘에 따른다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 구비시 제2 스페이서 부분에 의해 덮여진 총면적은 기판을 덮은 공구의 총면적의 1% 내지 50%, 바람직하게는 5% 내지 25%, 특히 바람직하게는 10% 내지 20%이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 제2 스페이서 부분(선택적임)에 의해 덮여진 총면적은 제1 스페이서 부분에 의해 덮여진 총면적의 10% 내지 1000%, 바람직하게는 25% 내지 400%, 특히 바람직하게는 50% 내지 200%이다.

다른 바람직한 실시예들은 청구범위의 종속항들에 기재되어 있다. 본 발명의 방법 청구항들의 특징은 장치 청구항들의 특징과 조합될 수 있고 그 역도 가능하다.

이하에서는 첨부 도면들에 개략적으로 도시된 바람직한 예시적인 실시예들을 참고로 하여 본 발명의 내용을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 복제 공구의 단면도이다.

도 2는 복제 공구의 평면도이다.

도 3은 다른 복제 공구의 평면도이다.

도 4 내지 도 6은 복제 공정의 단계들을 도시한 도면들이다.

도 7 내지 도 10은 다른 공구들 및 복제 단계들을 도시한 도면들이다.

도 11은 복제 공정의 순서도이다.

본 도면들에 사용된 도면 부호와 그 의미는 도면 부호의 목록에 요약되어 기재되어 있다. 원칙적으로, 도면들에서 동일 부재에는 동일 도면 부호가 부여된다.

도 1은 복제 공구(9)의 단면도를 개략적으로 도시하고 있다. 공구(9)는 다수의 복제 섹션(3)들, 즉 공구(9)를 사용하여 형성시킬 요소(6)의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부들을 포함한다. 각각의 복제 섹션(3)은 그 외주에서 제1 스페이서 부분 또는 국소 또는 요소 스페이서 부분(1)에 의해 부분적으로 또는 완전히 둘러싸인다. 이러한 방식으로 산재된 제1 스페이서 부분(1)과 복제 섹션(3)에 의해 덮여진 영역은 복제 영역(12)으로 불리운다. 복제 공구는 그의 현저한 크기 안정성을 위해 강성 후판(back plate)(8)을 또한 포함할 수 있다.

제1 스페이서 부분(1)은 한편으로는 기판(7)에 근접한 영역에서 요소(6)의 형상 또는 경계를 형성하는 역할을 하고, 다른 한편으로는 기층(base layer)에 대한 요소(6)의 높이를 형성하는 역할을 한다. 복제 공구(9)의 크기 안정성에 따라, 제1 스페이서 부분은 또한 기판(7)에 대한 요소(6)의 높이를 형성하는 역할을 할 수 있다. 즉, 제1 스페이서 부분(1)은 기판(7)에 배치되거나, 기판(7)으로부터 제어가능한 거리를 두고 배치된다. 이러한 거리는 기층 두께로서, 본 명세서에서는 또한 "요소 스페이서 높이차(element spacer height difference)"로도 불리우며, 제1 스페이서 부분(1)의 수직 길이(vertical extension)에 대한 제2 스페이서 부분(2)의 수직 길이에 의해 정해진다.

본 명세서에서는, 편의상, 본질적으로 평탄한 표면을 포함하는 기판(7)의 표면에 수직한 크기를 "높이(height)"로 부른다. 실제로, 이러한 전체 배치는 전도된(upside down) 구성으로 사용될 수도 있거나, 기판 표면이 수직이거나 수평과 각도를 이룬 구성으로도 사용될 수 있다. 이러한 표면에 수직한 방향을 z방향이라 부른다. "외주(periphery)", "측방향(lateral)" 및 "측부(side)"라는 용어들은 z방향에 수직한 방향에 관한 것들이다. 따라서, 요소의 "외주" 및 "측부"라는 용어들은 본질적으로 평탄한 표면에 수직한 방향에서 기판을 볼 때에 해당하는 것들로 이해되어야 한다. 요소는 기판의 일부를 덮으며, 기판의 주위 다른 부분, 즉 기판과 요소 기능부 둘 다에 인접한 공간 영역은 요소의 기능을 저해하지 않고서 특히 제1 스페이서 부분 아래에서 복제 재료로 덮여질 수 있다.

복제 공구는 바람직하게는 어느 정도의 탄성을 갖는 재료, 예컨대 PDMS(폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)) 또는 다른 탄성 재료로 제조된다. 이는 공정을 수행한 기판 표면이 완전한 평면이 아니거나, 복제 공구가 완전한 평면이 아닌 경우에도, 제조되는 요소(6)의 두께가 합치되게 제어되도록 한다.

도 2는 복제 공구의 평면도를 도시하고 있다. 개별적인 복제 섹션(3)이 제1 스페이서 부분(1)에 의해 둘러싸여 도시되어 있다. 각각의 제1 스페이서 부분(1)은 연속하는 원형으로 복제 섹션(3)을 둘러싸거나, 복제 재료(5)가 영역 또는 유출 용적부(spill volume)[오버플로우 용적부(overflow volume)] 내로 쉽게 유입되도록 하는 유출 또는 오버플로우 채널(10)을 포함할 수 있다. 다수의 별개의 제2 스페이서 부분(2)들이 공구(9)의 외주에서 복제 섹션(3)들의 어레이(array) 주위에 배치된다.

도 3은 단일 제2 스페이서 부분(2)이 복제 섹션(3)들의 그리드 주위에 링을 형성하는 다른 복제 공구의 평면도를 도시하고 있다.

공구(9)는 바람직하게는 웨이퍼 규모 가공에 사용되도록 구성되며, 즉 복제 섹션들의 어레이를 포함한 기판은 디스크형일 수 있다. 따라서, 공구(9)의 직경은 바람직하게는 5 cm 내지 30 cm의 범위이다. 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함되는, 동일 출원인에 의한 WO 2005/083789에 개시된 바와 같이, 마이크로 전자 장치와의 웨이퍼 규모 제조 조합이 가능하다.

도 4 내지 도 6은 복제 재료의 단일 분배 작업을 포함하는 복제 공정의 단계들을 개략적으로 도시하고 있다. 도 4에서, 복제 재료(5)는 기판(7)에 인가되고, 공구(9)는 기판(7) 위에 위치된다. 제2 스페이서 부분(2)은 기판(7)상의 대응하는 제2 지지 영역(13)에 대향되게 위치된다. 에폭시와 같은 복제 재료(5)는 액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 상태이다. 바람직하게는, 복제 재료(5)는 단지 제2 스페이서 부분(2)과 접하지 않을 기판(7) 영역, 즉 제2 지지 영역(13)이 아닌 기판(7) 영역에만 인가된다. 기판(7)이 공구(9)의 상면에 위치되고 복제 재료(5)가 공구(9)에 인가되는 전도된 구성에도 이와 동일한 사항이 적용된다. 공구(9)의 상대 수평 변위 및/또는 하향 운동을 제어하는 안내 요소가 구비될 수 있지만, 도시되어 있지는 않다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 복제 재료(5)가 기판(7)에 인가되는 경우에 대해서, 기판(7) 또는 복제 공구는 제2 스페이서 부분(2)과 접하는 영역으로 복제 재료(5)가 유동되지 못하도록 하는 유동 정지 수단을 구비한 유동 정지 섹션(11)을 포함한다. 기판상의 유동 정지 수단은 기판(7)상의 리지(ridge) 또는 기판(7) 내의 홈(trough)과 같은 기계적 수단일 수 있거나, 기판(1)의 습윤성(wetting capability)을 저하시키는 기계적 또는 에칭 처리부일 수 있다. 대안 적으로 또는 추가적으로, 이러한 정지 수단은, 기판(7)의 유동 정지 섹션(11)에 상이한 재료를 사용하거나 그 섹션에 화학 물질을 인가하여 기판(7)의 습윤성을 저하시킴으로써 달성될 수 있다. 복제 공구상의 유동 정지 수단은, 복제 재료가 모세관력(capillary force) 및/또는 표면 장력에 의해 일정 영역으로 유동되지 못하도록 하는 에지와 같은 불연속점을 포함할 수 있다. 기판 및/또는 복제 공구의 유동 정지 수단에 추가적으로 또는 대안적으로, 유동은 역학 관계(dynamics)를 제어함으로써, 즉 복제 재료가 제2 지지 영역에 도달하기 전에 제2 스페이서 부분(2)이 기판에 접하는 것을 보장함으로써 또한 제한될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제1 스페이서 부분(1)들은 모든 복제 섹션(3)을 둘러싸는 것이 아니라, 예를 들어 복제 영역(12)에 걸쳐 산재되는 개별적인 필러(pillar)들이다. 이러한 방식으로, 기판(7)의 일정 영역은 요소(6)와 비교시, 기능적이지 않은 복제 재료(5)의 보다 두꺼운 영역으로 덮여져 유지될 수 있다.

도 5에서, 공구(9)는 기판 쪽으로 이동되었다. 이러한 이동을 발생시키는 힘은 바람직하게는 오직 공구(9)에 작용하는 중력뿐이다. 따라서, 후판(8)과 선택적으로는 추가 질량체(mass)를 포함하는 공구(9)의 중량이 공구(9)를 기판(7)에 가압시키는 힘을 형성한다. 이는 힘의 매우 정밀한 제어뿐만 아니라, 발생할 수도 있는 공구(9)의 탄성 변형의 매우 정밀한 제어를 가능케 한다. 복제 섹션(3)은 복제 재료(5)로 충진되고, 또한 유출 용적부는 복제 재료(5)에 의해 적어도 부분적으로 충진된다.

제2 스페이서 부분(2)이 기판(7)과 접하되, 그들 사이에 어떠한 복제 재료(5)도 개재시키지 않고서 접하여, 공구(9)의 대부분의 중량이 제2 스페이서 부분(2) 상에 가해진다. 제1 스페이서 부분(1)은 요소 스페이서 높이차 만큼 기판(7)으로부터 이격되며, 형성된 용적부는 복제 재료(5)로 충진된다.

이상적인 요소 스페이서 높이차는 기하학적 구속조건 및 열기계적 구속조건에 따라 선택된다. 높이차는 이른바 기층으로 부르는, 부유 스페이서 아래의 복제 재료 층의 두께를 결정한다. 이러한 두께는 요소의 설계에 의해, 또는 열기계적 특성으로 인해 주어진 상세 사항에 의해 정해질 수 있다. 일례로서, 아래에서 후술하는 바와 같이, 다이싱 공정 중의 박리를 피하기 위해서 기층 두께가 15 ㎛ 이하일 것을 필요로 할 수 있다.

이어서, 복제 재료(5)는 열경화 또는 UV 경화 또는 화학적 경화에 의해 경화된다.

도 6에서, 공구(9)가 기판(7)으로부터 분리되어, 경화된 요소(6)가 기판(7)상에 위치되어 있다. 추가 가공은 요소(6)의 특성과 기능에 따르며, 즉 요소(6)는 기판(7)으로부터 분리될 수 있거나, 웨이퍼 규모 제조 공정의 추가 단계들이나 개별 부품들로의 후속 다이싱 가공을 위해 기판(7)상에 유지될 수 있다.

도 7의 복제 공구(9)는 접촉 스페이서를 포함하지 않는다. 제1 스페이서 부분(1, 1')은 복제 섹션(3)을 둘러싸지만, 적어도 하나의 복제 섹션을 포함하는 부품들 사이에도 또한 배치된다. 이러한 어레이의 부품들 사이의 영역은 예를 들어 복제 후 다이싱 라인이 선택되어 위치되는 장소이다. 도 7에서, 이에 해당하는 공구상의 지점이 화살표로 도시되어 있다. 이러한 부품들 사이의 영역에서는, 제1 스페이서 부분(1')에 의해 단지 복제 재료의 얇은 기층만이 유지된다. 이는 다이싱 공정 중에 너무 두꺼운 복제 재료 층에 대해 박리 현상이 일어날 수 있는 경우에 바람직할 수 있다. 다이싱 공정과 관련해서 특히 바람직한 방법을 이용하여 광학 요소를 제조하는 방법이 본 명세서에 참고로 포함되는, 본원과 동일자로 출원된, 루드만(Rudmann)과 로시(Rossi)에 의한, 발명의 명칭이 "광학 요소의 제조(Manufacturing Optical Elements)"인 미국 특허 출원 제11/384,558호에 개시되어 있다.

도 8에 도시된 복제 공구는 복제 섹션을 둘러싸는 제1 스페이서 부분(1)을 포함하고, 공구에 걸쳐 분포된 제2 스페이서 부분(2)을 추가로 포함한다. 이러한 복제 공구는, 광학 요소가 형성될 지점에 복제 재료가 여러 블롭(blob)으로 어레이형 방식으로 분배되는 "어레이 복제(array replication)"에 특히 적합하다. 도시된 예에서, 복제 재료(5)는 기판상에 분배된다.

복제 재료(5)는 공구에, 즉 복제 섹션을 형성하는 캐비티 내로 분배될 수도 있다. 이것이 도 9에 도시되어 있다(기판 없이 단지 공구만이 도시되어 있으며, 기판은 예를 들어 공구와 접하기 전에 어떠한 복제 재료도 포함하지 않음). 복제 재료를 공구상에 분배하는 이러한 분배 원리는 본 명세서에 기재된 본 발명의 모든 실시예들, 즉 제2 스페이서를 구비하거나 그렇지 않은 공구, 제2 스페이서가 분포되어 배치되거나 집중되어 배치되는 공구 등에 적용된다.

도 10은 예를 들어 도 8 또는 도 9에 따른 복제 공구(9)와 기판(7)이 서로를 향해 이동된 후에, 복제 중의 상태를 도시하고 있다. 복제 중에, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 스페이서 부분(2)은 기판의 표면에 접하지만, 제1 스페이서 부분(1) 아래에는 복제 재료가 존재할 수 있다. 복제 재료 부피를 결정하는 정확도에 따라, 복제 재료는 오버플로우 용적부(4) 내로 변위되어, 예를 들어 제1 스페이서의 외부 에지를 따라 융기부(bulge)(14)를 형성할 수 있다.

도 11은 복제 공정의 순서도를 도시하고 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않으며 청구범위 내에서 여러 가지로 다양하게 구현되고 실시될 수 있다.

Claims

복제에 의해 다수의 광학 요소들을 제조하는 방법으로서,

- 요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부를 구비한 다수의 복제 섹션들을 포함하고, 평탄 표면부를 구비한 다수의 제1 스페이서 부분들을 추가로 포함하는, 복제 공구를 제공하는 단계와;

- 기판을 제공하는 단계와;

- 액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 상태의 복제 재료가 공구와 기판 사이에 위치된 상태에서, 복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계와;

- 제1 스페이서 부분이 기판으로부터 거리를 두고 위치될 때까지 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 힘을 인가하는 단계로서, 이때 평탄 표면부는 기판의 표면에 평행하고, 복제 재료는 제1 스페이서 부분과 기판 사이에서 유지되는 단계와;

- 복제 재료를 경화시켜 요소를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

공구에 소정의 중량을 부여하고 공구를 기판 위에 배치시켜서, 또는 기판에 소정의 중량을 부여하고 기판을 공구 위에 배치시켜서, 중력에 의한 가압이 행해지도록 함으로써, 상기 힘을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

공구는 공구와 기판 사이의 간격을 형성하는 하나 이상의 제2 스페이서 부분을 추가로 포함하고, 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계는 상기 제2 스페이서 부분이 기판의 표면에 접할 때까지 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,

제2 스페이서 부분은 평탄 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,

복제 섹션에는 제1 스페이서 부분이 산재되고, 제2 스페이서 부분은 복제 섹션을 둘러싸는 공구의 외주에 배치되며, 제2 스페이서 부분은 복제 섹션을 포함하거나 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,

공구가 기판 쪽으로 이동된 후에 제2 스페이서 부분과 기판 사이에 복제 재료가 존재하지 않도록, 측방향 위치가 적어도 하나의 제2 스페이서 부분에 해당하는 영역을 덮지 않고서, 공구 또는 기판에 복제 재료를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,

복제 섹션은 제1 스페이서 부분 및 제2 스페이서 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제3항에 있어서,

공구를 기판 쪽으로 이동시키는 방향으로 제1 스페이서 부분의 높이와 제2 스페이서 부분의 높이는 요소 스페이서 높이차만큼 다르며, 상기 요소 스페이서 높이차는 5 마이크로미터 내지 30 마이크로미터의 범위인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

제1 스페이서 부분은 기판 위의 요소의 높이를 형성하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제9항에 있어서,

요소는 굴절 광학 렌즈인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키기 전에, 복제 재료는 단일의 연속된 양의 재료로서, 또는 각각이 다수의 복제 섹션들을 덮는 다수의 연속된 양의 재료들로서 분배되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키기 전에, 복제 재료는 기판상에서 어레이 분량의 재료로 분배되고, 각각의 양은 하나의 복제 섹션을 포함하는 일 부품에 한정되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 재료의 경화 후에, 복제 공구는 분리되고, 기판 또는 기판을 포함한 조립체의 섹션들이 다이싱 라인을 따라 서로 분할되며, 상기 섹션들의 각각은 적어도 하나의 광학 요소를 구비하고, 상기 다이싱 라인은 복제 중 제1 스페이서 부분이 위치한 기판의 측방향 위치를 따르는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
복제 재료로부터 복제에 의해 다수의 광학 요소들을 제조하는 복제 공구로서, 요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부를 구비한 다수의 복제 섹션들을 포함하고, 평탄 표면부를 구비한 다수의 제1 스페이서 부분들을 추가로 포함하며, 복제 중 공구와 기판 사이의 간격을 형성하는 하나 이상의 제2 스페이서 부분을 추가 로 포함하고, 복제 공구가 기판 쪽으로 이동되는 방향으로 제2 스페이서 부분의 높이는 제1 스페이서 부분의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 복제 공구.
제14항에 있어서,

공구의 주평면에 수직한 방향으로 제1 스페이서 부분의 높이와 제2 스페이서 부분의 높이는 요소 스페이서 높이차만큼 다르며, 상기 요소 스페이서 높이차는 5 내지 30 마이크로미터의 범위인 것을 특징으로 하는 복제 공구.
제14항에 있어서,

각각의 제1 스페이서 부분은 해당 복제 섹션 주위에 배치되고, 복제 섹션에 의해 형성된 요소의 외주의 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 복제 공구.
제14항에 있어서,

제1 스페이서 부분에 의해 덮여진 총면적은 기판을 덮은 공구의 총면적의 0.5% 내지 20%인 것을 특징으로 하는 복제 공구.
제14항에 있어서,

제2 스페이서 부분에 의해 덮여진 총면적은 기판을 덮은 공구의 총면적의 5% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 복제 공구.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 섹션에는 제1 스페이서 부분이 산재되고, 제2 스페이서 부분은 복제 섹션을 둘러싸는 공구의 외주에 배치되며, 제2 스페이서 부분은 복제 섹션을 포함하거나 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 복제 공구.
각각 굴절 렌즈를 포함하는 다수의 광학 요소들을 복제에 의해 제조하는 방법으로서,

- 요소의 형상을 형성하는 역상 구조 특징부를 구비한 다수의 복제 섹션들을 포함하고, 상기 복제 섹션들의 각각은 돔형부와 그 돔형부를 둘러싸는 돌출 평탄부를 포함하며, 상기 평탄부는 스페이서의 역할을 하고 굴절 렌즈의 높이를 형성하는, 복제 공구를 제공하는 단계와;

- 기판을 제공하는 단계와;

- 액상 또는 점성 또는 소성 변형가능 상태의 복제 재료가 공구와 기판 사이에 위치된 상태에서, 복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계와;

- 복제 재료를 경화시켜 요소를 형성하는 단계와;

- 복제 공구를 분리시키는 단계와;

- 기판의 각각 적어도 하나의 굴절 렌즈를 구비하는 부품들을 서로 분할시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제20항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계는 제1 스페이서 부분이 기판으로부터 거리를 두고 위치될 때까지 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 힘을 인가하는 단계를 포함하며, 이때 평탄 표면부는 기판의 표면에 평행하고, 복제 재료는 제1 스페이서 부분과 기판 사이에서 유지되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제21항에 있어서,

돔형부를 둘러싸는 평탄부는 돔형부에 바로 인접하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

기판의 부품들은 다이싱 라인을 따라 서로 분할되고, 상기 다이싱 라인은 복제 중 제1 스페이서 부분이 위치한 기판의 측방향 위치를 따르는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계는 제2 스페이서 부분이 기판의 표면에 접할 때까지 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키기 전에, 복제 재료는 복제 공구상에서 어레이 분량의 재료로 분배되고, 각각의 양은 하나의 복제 섹션을 포함하는 일 부품에 한정되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제9항에 있어서,

복제 재료의 경화 후에, 복제 공구는 분리되고, 기판 또는 기판을 포함한 조립체의 섹션들이 다이싱 라인을 따라 서로 분할되며, 상기 섹션들의 각각은 적어도 하나의 광학 요소를 구비하고, 상기 다이싱 라인은 복제 중 제1 스페이서 부분이 위치한 기판의 측방향 위치를 따르는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제10항에 있어서,

복제 재료의 경화 후에, 복제 공구는 분리되고, 기판 또는 기판을 포함한 조립체의 섹션들이 다이싱 라인을 따라 서로 분할되며, 상기 섹션들의 각각은 적어도 하나의 광학 요소를 구비하고, 상기 다이싱 라인은 복제 중 제1 스페이서 부분이 위치한 기판의 측방향 위치를 따르는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제23항에 있어서,

복제 공구와 기판을 서로를 향해 이동시키는 단계는 제2 스페이서 부분이 기판의 표면에 접할 때까지 공구를 기판 쪽으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.