KR20010030924A - 다수의 광학소자에 대한 웨이퍼 수준의 집적방법 - Google Patents
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Abstract
집적된 다수의 광학소자가, 광학소자들을 포함하는 기판들을 서로 접합시킴에 의해 또는 웨이퍼 기판의 어느 한 면상에 광학소자들을 제공함에 의하여 형성될 수 있다. 연속하여, 상기 웨이퍼는 개별적인 유니트들을 얻기 위해 다이싱된다. 개별 다이를 밀봉하여 다이싱 슬러리가 웨이퍼들 사이로 들어가는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 광학소자들은 리소그래피적으로, 직접적으로, 또는 소자들을 엠보싱하는 리소그래피적으로 생성된 마스터를 사용하여 형성될 수 있다. 정렬 피쳐들은 웨이퍼 수준상에 광학소자들의 후 형성 공정(post creation processing)뿐만 아니라 이러한 집적된 다수의 광학소자의 효과적인 생산을 용이하게 한다.
Description
보다 넓은 다양한 응용에서 사용되어질 보다 작은 광학소자들에 대한 요구가 증가됨에 따라, 이러한 광학소자들을 효과적으로 생산하는 능력도 증가하고 있다. 대량생산 수준에서 이러한 집적된 다수의 광학소자를 형성함에 있어서는, 정확한 정렬에 대한 요구가 증가되고 있다. 더구나, 이러한 정렬은 하나 이상의 광학소자를 집적할 때 중요하다.
집적된 다수의 광학소자는 광의 전파 방향인 Z축을 따라 함께 적층된 다수의 광학소자이다. 따라서, Z축을 따라 이동하는 광은 다수의 소자를 연속적으로 통과하게 된다. 이 소자들은, 집적된 소자를 원하는 시스템, 전형적으로는 능동소자들을 포함하는 시스템과 정렬되게 하는 것을 제외하고, 추가적인 소자들의 정렬이 요구되지 않도록 집적된다.
많은 광학 시스템은 다수의 광학소자를 요구한다. 이러한 요구된 다수의 광학소자는 다수의 굴절소자, 다수의 회절소자 및 다수의 굴절/회절 혼성 소자를 포함한다. 종래에 많은 이러한 다수 소자 시스템은, 정렬 구조에 개별 소자들을 함께 또는 개별적으로 접합시킴에 의하여 형성되어졌다.
형성된 기계 정렬 구조에 기계적 공작 도구를 사용하여 장착될 벌크 또는 거시적인 광학계에서는, 달성될 수 있는 전형적인 정렬 정확도가 약 25-50 마이크론이다. 15-25 마이크론보다 높은 수준을 달성하기 위해서는 동적정렬(active alignment)이 요구된다. 동적정렬은 전형적으로 광원, 예컨대 레이저를 켜는 것을 수반하고, 각각의 광학요소를 경화되지 않은 자외선 접착제와 함께 아래에 놓는다. 이어서, 각 부품은 레이저로부터의 적절한 반응이 얻어질 때까지 전달 스테이지와 함께 이동한다. 그리고 나서, 상기 부품은 장소를 잡아 고정되고 에폭시가 자외선광으로 경화됨으로써, 소자를 장착(mounting)하게 된다. 이것은 시스템에서 각 소자들에 대해 연속적으로 행해진다.
개별적 소자들에 대해 15 마이크론보다 작은 정렬 정확도는 동적정렬을 사용하여 얻어질 수 있지만, 이러한 정확도는 상기 소자를 이동시키는데 소요되는 시간의 양을 크게 증가시키게 된다. 이 증가는 하나 이상의 광학소자가 정렬되어질 때 더욱 심해진다. 따라서, 이러한 정렬정확도는 동적정렬을 이용한다 하더라도 비실용적인 경우가 대부분이다.
참조에 의해 여기에 결합되며 본 발명과 출원인이 공통인 계류중인 미국출원 일련번호 제08/727,837호에 개시된 위에 언급된 집적된 빔으로 맞추는 응용과 같이 광학계의 보다 많은 새로운 응용에 있어서는, 몇 개의 미세 광학소자로 구성되며 필요로 하는 허용오차가 전통적인 접근법에 의해 달성될 수 있는 것보다 훨씬 작은 광학적 시스템들을 만들 필요가 있다. 작은 허용오차를 요구하는 것 말고도, 보다 싼 소자들이 또한 요구된다. 필요로 하는 정렬 허용오차는 1 마이크론에서 5 마이크론까지인데, 이는 전통적인 방법으로 달성하기에는 비용이 너무 많이 든다.
보다 높은 정렬 허용오차를 얻기 위해서, Feldman에게 허여된 미국특허 제5,683,469호 "Microelectronic Module Having Optical and Electrical Interconnect"라는 명칭의 특허에서 개시된 것처럼 수동적인 정렬 기술들이 사용되어지고 있다. 이러한 수동적 정렬 기술의 하나는 금속 패드를 광학소자들 및 레이저 상에 두고 땜납을 그들 사이에 두고 정렬을 달성하기 위해 자기 정렬적 성질을 이용하는 것이다. 땜납이 흐르게 될 때 거기에 존재하는 표면 장력이 상기 부품들이 자기 정렬되도록 한다. 하지만, 수동적인 정렬은 웨이퍼와 웨이퍼간 정렬에는 채용된 적이 없다. 특히, 고밀도의 땜납 범프(bump)와 웨이퍼의 두께 및 무게가 이러한 정렬을 비실용적으로 만들고 있다.
웨이퍼 수준에서 별개의 웨이퍼들 상에 형성된 다수의 광학소자를 집적하는 데 있어서 다른 문제는 개별적인 집적된 소자들을 형성하기 위한 다이싱 공정(dicing process)에 기인하여 일어난다. 다이싱 공정은 다이싱 슬러리의 사용 때문에 지저분하다. 하나의 웨이퍼가 다이싱될 때, 그 표면은 다이싱 슬러리를 제거하기 위해 세정될 수 있다. 하지만, 웨이퍼들이 함께 접합되어 있을 경우, 슬러리가 웨이퍼들 사이의 틈으로 들어간다. 웨이퍼들 사이에 형성된 틈에서 슬러리를 제거하는 것은 매우 어렵다.
집적된 소자들은 또한 때때로 사출 성형에 의하여 만들어진다. 사출 성형의 경우에 기판의 대향면 상에 위치되는 두 개의 성형된 소자들을 가지는 플라스틱 소자들이 만들어 질 수 있다. 다수의 플라스틱 소자는 다공동(multi-cavity) 사출 성형 도구로 동시에 만들어질 수 있다.
유리 소자들은 또한 때때로, Carpenter에게 허여된 미국특허 제4,883,528호"Apparatus for Molding Glass Optical Elements"라는 명칭의 특허에 개시되어 있는 것처럼 성형에 의하여 만들어진다. 이 경우에, 마치 플라스틱 사출 성형과 마찬가지로 다수의 집적된 소자는 두 개의 소자를 기판의 대향면에 성형함으로써 형성된다. 하지만, 유리 성형은 설비를 제작하는데 비용이 많이 들고 사용될 수 있는 크기가 제한된다는 단점을 가지고 있다.
광학소자들을 저렴하게 만들기 위해서는, 복제기술이 전형적으로 사용된다. 위에서 언급된 플라스틱 사출 성형과 유리 성형 이외에도 개별적인 소자들은 엠보싱될(embossed) 수도 있다. 이러한 엠보싱의 예는 "Scale-up Process for Replication Large Area Diffractive Optical Elements"이라는 명칭으로 Galarneau에게 허여된 미국특허 제5,597,613호 에서 찾아질 수 있다. 복제된 광학소자들은 전에는 땜납 자기정렬 기술과 함께 사용되어지지 않았다. 각각의 복제방법의 경우에, 많은 개별적 소자는 가능한한 저렴하게 생성된다.
이러한 복제 공정들은 웨이퍼 수준에서 후속하는 다이싱과 함께 사용되어진 적이 없다. 이는 주로 다이싱 동안 엠보싱된 층상에 인가되는 스트레스 때문이다. 웨이퍼 수준에서 엠보싱을 사용할 때, 작은 스케일에서 또는 하나 이상의 소자를 집적할 때 특히 중요한, 기판에 충분하게 부착되도록 엠보싱된 폴리머를 유지하는 것과 같은 고유한 문제가 아직 해결되지 않았다.
더구나, 이 복제 공정들은 웨이퍼 수준의 포토리소그래피 공정들과 양립할 수 없다. 특히, 복제공정들은 포토리소그래피 공정을 위해 요구되어지는 정렬 정확도를 얻을 수 없다. 엠보싱이 리소그래피 공정과 양립할 수 있다고 하더라도 한번에 하나의 소자를 리소그래피적으로 패터닝하는 것은 너무 비용이 많이 들 것이다. 더구나, 리소그래피 공정의 화학적 공정 부분은 엠보싱 물질에 손상을 입힐 수 있다.
전통적으로 수행되는 바와 같이, 플라스틱 상의 엠보싱과 리소그래피 공정에서 다른 문제가 일어난다. 특히, 플라스틱은 리소그래피 공정에서 사용되는 화학물질에 의해 손상되게 된다. 플라스틱은 또한 열적 효과에 의한 뒤틀림에 너무 민감한데, 이는 리소그래피 공정 중에 요구되는 정렬에 이롭지 못하다.
본 발명은 웨이퍼 수준 상에 다수의 광학소자를 집적하는 것에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 집적된 다수 소자의 효과적 생성에 관한 것이다.
본 발명은 이하에서 주어지는 상세한 설명과 단지 예시의 수단으로만 주어져 본 발명을 한정하지는 않는 첨부된 도면으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도1은 두 웨이퍼를 서로 접합하는 것에 대한 제1실시예를 도시한다.
도2는 두 웨이퍼를 서로 접합하는 것에 대한 제2실시예를 도시한다.
도3a는 접합될 웨이퍼들을 도시한 사시도이다.
도3b는 접합될 웨이퍼 상의 개별적인 다이를 도시한 상면도이다.
도4a 및 4b는 두 기판을 서로 접합하는 것에 대한 구체적인 예를 도시한다.
도5는 본 발명의 접합공정에 대한 플로우 차트이다.
도6a는 웨이퍼 형태로 마스터 요소에 의해 엠보싱될 표면을 도시한다.
도6b는 웨이퍼 형태로 그 위에서 마스터 요소에 의해 엠보싱될 엠보싱 가능한 물질을 가진 표면을 도시한다.
도7은 광학소자들이 양측에 형성되어 있는 웨이퍼를 도시한다.
도8은 회절소자가 그 위에 직접적으로 집적된, 마이크로 렌즈로 이루어진 혼성 소자를 가진 기판의 단면도이다.
상기한 배경기술을 고려해볼 때 본 발명의 목적은 다수의 광학소자를 효과적으로 형성하는 것이다. 이러한 효과적 형성은 웨이퍼 수준 상에 집적된 다수의 광학소자를 형성함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 집적된 다수의 광학소자의 이러한 웨이퍼 수준 생산을 달성하기 위해 시도할 때 일어하는 문제를 접근하는 것이다. 이 문제들은 정확한 정렬을 보장하는 것; 하나 이상의 웨이퍼가 서로 접합되었을 때 구성하는 집적된 다수의 광학소자로 웨이퍼를 정확하게 다이싱할 수 있게 하는 것; 및 집적된 다수의 광학소자를 원하는 응용을 위한 전체 시스템으로의 용이한 결합을 가능하게 하기 위한 추가적인 특징들을 제공하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 포토리소그래피적 특징과 다이싱을 견딜 수 있는 충분한 접착력과 사용을 위한 충분한 정렬이 가능한 엠보싱을 제공하는 것이다.
본 발명의 이 목적들과 다른 목적들은 이하에서 주어지는 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 하지만, 상세한 설명은 구체적인 실시예를 제공하지만 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시의 수단으로 제공하는 것이라는 점이 이해되어져야 하며, 이는 본 발명의 사상과 범위 안에서의 다양한 변화와 변형은 이 상세한 설명으로부터 본 발명이 속한 분야에서 숙련된 자들에게 명백하기 때문이다.
도1에 도시된 바와 같이, 제1기판 웨이퍼(10)와 제2기판 웨이퍼(12)가 집적된 다수의 광학소자를 제공하기 위해 서로 접합된다. 웨이퍼는, 전형적으로 지름이 4, 6, 8 또는 12 인치이고 전형적으로 400 마이크론에서 6 밀리미터 사이의 두께를 가지고 있는 전형적인 디스크이다. 상기 기판 웨이퍼는 어떠한 원하는 형상일 수 있다. 상기 기판들은 바람직하게는 광학적으로 투명하고 평평하여, 원하는 응용의 요구에 따라서 기판의 표면에 걸쳐 표면 높이에 있어 약간의 변화, 예컨대 한파장보다 작은 변화를 가진다.
이 웨이퍼들은, 그들의 한쪽 또는 양쪽 표면에 형성된 각각의 광학소자들의 배열을 가지고 있다. 개별적인 광학소자들은 회절소자, 굴절소자 또는 이들의 혼성소자일 수 있다. 점선(8)은 개별적인 집적소자들을 제공하기 위해 웨이퍼 상에서 다이싱이 일어날 곳을 지시하고 있다.
접합물질(14)은 기판의 접착을 용이하게 하기 위해, 기판들 중 어느 하나 상의 전략적 위치들에 놓여진다. 최종적인 집적다이를 형성하는 광학소자들을 둘러쌈으로써, 접착제(14)는 중요한 접합점에서 웨이퍼 사이에 밀봉을 형성한다. 다이싱 동안에 상기 밀봉은 다이싱 슬러리가 소자들 사이로 들어가는 것(이는 소자들의 오염을 초래할 수도 있다)을 방지한다. 소자들이 서로 접합된 상태로 남아있기 때문에, 그들 사이에 포획된 어떠한 다이싱 슬러리도 제거하는 것이 거의 불가능하다. 상기 다이싱 슬러리는 회절소자가 접합되어 있을 때 더더욱 문제를 제공하는데, 이는 회절소자의 구조가 슬러리를 포획하는 경향이 있기 때문이다.
바람직하게는, 접착제 또는 땜납이 접합물질(14)로 사용될 수 있다. 땜납은 접착제보다는 부드럽고 접합 전에 보다 용이한 이동이 가능하기 때문에, 땜납은 많은 응용에 있어 바람직하다. 접착제들은, 많은 응용의 경우에 덜 비싸다; 그들은 가열 또는 가열 없이 접합될 수 있다; 그들은 산화되지 않는다; 그리고 그들은 투명하다는 장점을 가진다.
액상의 접착제를 접합물질로 사용할 때에는, 액상 접착제의 점도가 중요하다. 접착제는 너무 얇아서는 안되는데, 그러면 그것은 방울지게 되어 불확실한 접착을 제공하고 다이싱 슬러리가 웨이상 상의 소자들 사이로 들어가는 것을 허용함으로써 소자들을 오염시키게 된다. 접착제는 너무 두꺼워서도 안되는데, 그러면 복원력이 너무 크고 접합되기에 충분한 밀접한 접촉이 기판들(10, 12) 사이에 달성되지 않는다. 액상의 접착제는 바람직하게는 1000에서 10000 센티포이즈 사이의 점도를 가진다. 만족스러운 에폭시로는 Norland 68 및 Masterbond UV 15-7을 포함한다.
액상의 접착제가 채용될 경우, 상기 액상 접착제를 수용하는 측의 원하는 좌표에 따라 제어되는 노즐로부터 분사되는 것과 같이 제어된 방식으로 제공되어져야 한다. 웨이퍼들의 정렬 후, 전체 접합체를 큐어링(curing)하여 액상 접착제를 경화시키고 접합을 완료한다.
땜납이 사용될 경우, 전기도금 또는 스퍼터링 공정이 채용될 수 있다. 예를 들어, 기판이 땜납을 안 가질 모든 곳의 기판 상부에 마스킹 물질이 놓여질 수 있다. 그리고 나서, 전체 웨이퍼가 욕조 또는 스퍼터링 챔버 안에 놓여진다. 그런 다음, 땜납이 전체 기판 상부에 형성되고 마스킹 물질이 제거되면 마스킹 물질이 없는 곳에 땜납이 남는다. 일단 웨이퍼들이 적절하게 정렬되면, 땜납은 흐르도록 가열된다. 땜납은 냉각되고, 재경화가 허용됨으로써 접합이 완료된다.
도1에 도시된 것과 같이 액상 접착제 하나만을 접합물질로 사용할 경우, 접착제가 피복된 곳에 접합물질이 남이 있을 수 있도록 보다 점성이 있는 접착제가 요구된다. 점성이 있는 접착제를 사용하더라도 여전히 접착제는 상대적으로 넓은 영역 위로 전형적으로 퍼지게 되므로, 그 결과 접착제가 소자들과 간섭하도록 하는 것 없이 상기 퍼짐을 수용할 수 있는 집적된 소자들 사이의 보다 큰 불사용 공간에 대한 필요성을 초래하게 된다.
또한 접착제만이 사용될 때에는 접착제의 높이를 조절하는 것이 어렵게 된다. 이는 접착제의 양이 과소비되는 것을 초래하고, 종종 접착제의 높이 및 이에 따른 웨이퍼들 사이의 분리가 원하는 것보다 크게 되어 버린다. 접착제의 높이를 조절하는데 있어서의 어려움은 또한 광학소자들을 포함하고 있는 공간 안에 공기가 포획되게 하는 결과를 초래한다. 이는 높이와, 진공이 웨이퍼 쌍 사이에 형성되는 타이밍에 대한 불확실성에서 일어난다. 상기 공기는 바람직하지 않은데, 이는 공기가 가열시 팽창할지도 모르고 소자들간의 접합을 붕괴시킬지도 모르기 때문이다.
따라서, 유용성이 있는 대체수단이 도2에 도시되는데, 여기에서는 웨이퍼의 개별적인 집적된 광학소자만이 도시된다. 집적된 각 소자를 위한 격리자(stand offs, 16)가, 광학소자들의 배열이 기판 웨이퍼(12)에 대해 만들어짐과 동시에 바닥 기판 웨이퍼(12)로 식각 또는 복제되는데, 전형적으로는 기판 웨이퍼와 동일한 물질이다. 상기 격리자(16)들은, 바람직하게는 접착제(14)가 놓여질 두개의 표면들 사이에 형성된 트렌치를 구비한다. 그러면, 이 트렌치들은 접합될 기판들 사이에 정확한 거리를 제공하고 접착제(14)가 접착되는 하나 이상의 접착표면을 제공한다. 이 증가된 표면의 면적은 또한 방울로 맺히는 문제를 감소시킨다.
땜납이 접합물질(14)로 사용될 경우, 고상의 격리자들은 바람직하게는 웨이퍼들 사이의 원하는 분리거리를 제공하기 위해 사용된다. 그러면, 상기 땜납은 얇은, 예컨대 4-5 마이크론의 얇은 층으로 상기 격리자 위에 피복된다. 도1에 도시된 바와 같이 땜납만이 홀로 사용될 수도 있지만, 격리자와 결합하여 땜납을 사용하는 것이 더 유용하고 경제적이다.
격리자의 사용은 더 균일하고 예견 가능한 높이를 얻을 수 있게 하여,접합된 소자들 사이에 공기가 덜 포획되게 한다. 상기 분리거리의 변화가 감소되었기 때문에, 진공은 접합물질과 다른 기판 사이의 접촉 바로 직전에 또는 접촉의 시점에서 기판 사이에 형성될 수 있다.
상기 격리자들을 포함하고 있지 않은 기판은 격리자(16)들을 기판에 수용할 수 있도록 기판 표면에 형성된 노치(notch)를 가질 수도 있다. 상기 노치들은 기판 표면 상의 어떠한 광학소자들이 형성됨과 동시에 형성될 수 있다. 이러한 구성의 경우에, 격리자(16)들과 대응하는 노치들은 정렬 피쳐(feature)들로 기능하여 웨이퍼들 서로 간의 정렬을 용이하게 한다.
도3a는 접합 및 다이싱되기 전의 두 개의 기판(10,12)을 보여준다. 집적된 개별적인 광학소자(19)들은 하나 또는 그 이상의 광학소자들로 이루어져 있을 수 있다. 더구나, 상기 웨이퍼들 상의 광학소자들은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 웨이퍼(10, 12)들을 서로 결합시키기 전에 접합물질(14)이 상기에서 설명한 방법으로 적어도 웨이퍼들 중 어느 하나 상에 놓여진다. 유익하게는, 두 개의 기판(10, 12)은 기판 상의 모든 개별적인 소자들이 동시에 정렬되는 것을 보장할 수 있도록 기준 마크(18)들을 기판 상의 소정부분에 구비하는데, 기판의 외곽 엣지가 가장 가능성 있다. 선택적으로는, 상기 기준 마크(18)들은 웨이퍼(10, 12) 상에 기계적 정렬 피쳐(18')들을 생성하는데 사용될 수 있다. 상기 기준 마크(18)들과 상기 정렬 피쳐(18')들의 어느 하나 또는 이들 둘은 웨이퍼를 정렬하기 위해 사용될 수 있다.
도3b는 특정한 소자(19)에 대한 주변 접합물질(14)의 위치를 포함한 접합될 기판(12)의 평면도를 보여주고 있다. 이 평면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 접합물질(14)은 19에 의하여 지시되고 있는 개별적인 광학소자를 완전히 둘러싸야 한다.
도1 또는 2에 도시된 어느 하나의 실시예의 경우, 직접적으로 또는 격리자들을 사용하여 제공된 접합물질은 각 소자를 밀봉하여 개별적으로 이용될 수 있게 한다. 따라서, 개별적인 소자들을 얻기 위해 웨이퍼를 다이싱할 때, 다이싱 공정에서 사용되는 다이싱 슬러리가 광학소자를 오염시키는 것이 방지된다. 따라서, 정렬 및 다이싱 동안의 견고성을 유지하는 구조적 소자를 제공하는 것 이외에도, 접합물질의 밀봉은 결과적인 집적 다이들을 위해 다이싱 공정을 보다 청정하게 한다.
집적된 다수의 광학소자에 대한 구체적 예가 도4a에 도시되어 있다. 굴절소자(20)가 제1기판(12)의 표면 상에 형성되어 있다. 회절소자(22)는 다른 기판(10)의 표면 상에 형성되어 있다. 또한, 회절소자(28)가 각 기판들의 밑바닥 상에 형성될 수 있다. 접착제(14)를 수용하기 위한 트렌치를 형성하는 격리자(16)들이 굴절렌즈들과 동시에 형성되어 있다.
웨이퍼(12) 상의 렌즈(20)들이 다른 웨이퍼와 직접적으로 대향할 때, 렌즈(20)들의 정점은 또한 기판들(10, 12)사이의 적절한 공간을 제공하는데 이용될 수 있다. 만약 추가 공간이 요구된다면, 이 적절한 공간을 얻기 위해 격리자(16)들이 더 높게 만들어질 수 있다.
기판(10, 12)들의 정렬을 위해 도3a에 도시된 바와 같이 기준마크(18)들을 사용하는 것 이외에도, 상기 기준마크(18)들은 또한 집적된 다수의 광학소자들을 그것의 의도된 목적으로의 사용을 위한 정렬 및 삽입을 용이하기 위해 그들의 접합면보다는 오히려 기판들의 반대쪽 표면에 금속 패드(24)들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 금속 패드는, 광학헤드, 레이저 포인터, 검출기 등에서의 사용을 위한 레이저에서와 같이, 집적된 다수의 광학소자를 능동 또는 전기 소자들과 교합(mating)시키는 경우에 특히 유용하다. 더구나, 광을 차단하기 위해 기준마크(18)들을 사용하여 금속(26)이 회절소자(22) 자체와 동일한 표면 상에 놓여질 수 있다.
장착 기판 상에 제공된 별개 소자들을 포함하고 있는 선택적인 광학 부시스템이 도4b에 도시되어 있다. 도4b에 도시된 바와 같이, 어떤 구성의 경우에는 웨이퍼들 중 하나를 먼저 다이싱하여 개별적인 다이들을 형성하고, 수동적으로 상기 개별적 다이들을 다른 웨이퍼와 정렬하고, 접합물질을 제공하여 집적된 광학적 부시스템의 소자들을 밀봉하고 이어서 웨이퍼-다이 쌍을 다이싱하는 것이 유익하다. 도4b에서, 집적된 광학 부시스템은 측면 방사(side emitting) 레이저 다이오드(25)를 포함하고, 모니터 다이오드(29), 및 레이저 다이오드(25)로부터, 미리 개별적인 다이(11)들로 다이싱되었던 웨이퍼(10) 상에 형성된 회절 광학소자(22)로 광을 안내하기 위한 미러(27)를 포함한다. 개별적인 소자들(25, 27 및 29)은 기판(12)에서 장착된다. 접합물질(14)은 각각의 부시스템을 밀봉한다. 점선(8)은 다이싱이 있어날 곳을 지시한다. 웨이퍼 상에 개별적인 다이들의 배치가 여전히 요구되지만, 수동적인 정렬이 여전히 효율적으로 채용되고 접합된 웨이퍼-다이 쌍 주위에 형성된 밀봉은 여전히 다이싱 슬러리가 웨이퍼-다이 쌍 사이로 들어가는 것을 방지한다. 장착 기판 상에 개별적인 소자들이 제공될 때, 상기 장착 기판은 각각의 부시스템을 위한 기준마크들을 포함한다. 관련된 구조는 "Integrated Optical Head for Disk Drives and Method of Forming the Same"이란 명칭으로 1996년 9월 27일자에 출원된 미국출원 일련번호 제08/727,837호와 "Integrated Beam Sharper and Use Thereof"으로 1997년 8월 27일자로 출원된 미국출원 일련번호 제08/917,865호에서 발견되며 이것들은 참조에 의하여 여기에 결합된다.
도5는 본 발명에 따라 두 개의 웨이퍼를 같이 접합시키는 일반적인 공정에 대한 플로우 차트를 도시하고 있다. 단계30에서는, 분산될 접합물질과 상대적으로 기판 웨이퍼가 위치된다. 단계32에서는, 접합물질이 상기 웨이퍼에 패턴으로 제공되어 직접적으로 또는 격리자(16)들과 함께 광학소자들의 주변에 대하여 밀봉을 제공한다. 스텝34에서는, 제2기판 웨이퍼가 제1기판 웨이퍼와 정렬된다. 접촉이 이루어지기 바로 전에 기판으로부터 공기를 제거하기 위해 진공이 가동된다. 스텝36에서는, 웨이퍼들이 접촉하게 한다. 스텝38에서는, 두 개 웨이퍼의 정렬이 확고히 된다. 스텝40에서는, 접착제가 경화되거나, 땜납이 흐르고 이어서 경화되도록 한다. 일단 견고하게 접합되면, 단계42에서 접합된 웨이퍼들은 개별적인 소자들로 다이싱된다.
같이 접합된 상기 소자들은 바람직하게는, 예컨대 참조에 의해 여기에 결합되는 Swanson에게 허여된 미국특허 제5,161,059호에서 회절 광학소자들에 대해 개시된 것과 같은 직접적인 포토리소그래피 기술에 의하여 생성되고; 또는, 구형의 굴절소자를 생성함에 있어서는 General Electric Chemical Society에서 1984년 10월에 발행한 Solid state Science and Technology의 볼륨 101, 번호10에 2373-2380페이지의 O. Wada의 논문 "Ion-Beam Etching of InP and its Application to the Fabrication of High Radiance InGAsP/InP Light Emitting Diodes" 의해 시사된 것과 같이 포토레지스트를 녹임에 의하여 생성되는 것이 바람직하다. 또는, 사용된 마스크들이 HEBS(High Energy Beam Sensitive) 또는 흡수성의 회색 스케일 마스크와 같은 회색 스케일의 마스크들일 때, 회절 광학소자들을 만들기 위해 사용된 포토리소그래피 기술을 채용하여 굴절소자들을 어떠한 모양으로도 만드는 것은, 여기에 참조에 의해 결합되며 1997년 3월 21일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제60/041,042호에 개시되어 있다.
선택적으로, 이 포토리소그래피 기술들은 유리에 마스터 요소(48)를 만드는데 이용될 수 있는데, 이어서 상기 마스터 요소(48)는 도6a에 도시된 기판(52)상으로 엠보싱 가능한 물질(50)층 내의 웨이퍼 수준 상에 원하는 소자를 찍어내는데 차례로 이용될 수 있다. 상기 층(50)은 바람직하게는 폴리머인 반면, 기판(52)은 유리, 예컨대 융해 실리카, 또는 플라스틱, 바람직하게는 폴리카보네이트 또는 아크릴이다. 상기 폴리머는 바람직하게는 마스터 요소로부터의 양호한 이탈 특성을 가지며, 경화 이후 균열이 생기거나 또는 다이싱 동안 기판으로부터 이탈되지 않도록 기판에 양호한 접착력을 가지는 UV 경화성 아크릴레이트 광폴리머이다. 적절한 폴리머는 PHILIPS타입의 40029 수지 또는 GAFGARD 233을 포함한다. 점선(58)은 웨이퍼로부터 개별적인 집적 소자들을 형성하기 위한 다이싱 라인이다.
도6a에 도시된 실시예에 있어서, 엠보싱 가능한 물질(50)의 층은 마스터 요소(48) 상에 제공된다. 접착촉진제(54)의 층은 바람직하게는 기판(52) 상에 제공되고 및/또는 이탈보조제의 층은 마스터 요소와 엠보싱 물질 사이의 마스터 요소(48) 상에 제공된다. 접착촉진층 및/또는 이탈보조층의 사용은 마스터 요소 및 기판이 동일한 물질일 때 또는 마스터 요소가 엠보싱 가능한 물질에 대해 성질상 더 높은 접착 친화도를 가지고 있을 때 특히 중요한다.
사용되는 접착촉진제의 타입은 엠보싱 가능한 물질로 사용되는 광폴리머, 마스터 요소 물질 및 기판 물질의 함수이다. 유리로 된 기판과 사용하기 적절한 접착촉진제는 HMDS(HexaMethyl DisiliZane)이다. 이 접착촉진제는 엠보싱 가능한 물질이 기판(52)상에 보다 양호하게 접합되게 하는데, 이는 웨이퍼 수준에서의 엠보싱일 때 특히 중요하다. 왜냐하면, 엠보싱된 웨이퍼에 대하여 아래에서 논의되는 바와 같이 다이싱 공정이 진행되어야 하기 ??문이다.
마스터 요소(48) 상의 엠보싱 가능한 층(50) 및 기판(52) 상의 접착촉진제층(54)의 제공은 유익하게는 엠보싱을 위해 접촉될 부드러운 표면을 제공하여, 하기와 같이 공기 방울의 제거를 용이하게 해준다. 마스터 요소(48)상의 엠보싱 가능한 층의 제공은 또한 하기에서 논의되는 바와 같이 접합되지 않은, 접촉되고 정렬된 웨이퍼의 정렬을 유지하기 위한 편리한 메카니즘을 제공한다.
기판 또는 마스터 요소가 플라스틱으로 이루어지면, 폴리머를 다른 비 플라스틱 요소 상에 두는 것이 바람직한데, 이는 플라스틱이 폴리머를 활성화시키기 위해 사용되는 UV영역에서 광을 강하게 흡수하기 때문이다. 따라서, UV 복사(radiaton)가 플라스틱을 통과하여야 한다면, 원하는 효과를 위해서는 보다 높은 강도의 빔이 요구되는데, 이는 효과적이지 못하다.
웨이퍼 수준에서의 엠보싱의 사용은, 추가적인 피쳐들이 리소그래피 공정을 사용하여 웨이퍼 상에 제공될 경우, 즉 물질이 기판에 가해지거나 제거될 경우 특히 유용하다. 이러한 추가적인 피쳐들은 반사방지 코팅 또는 다른 피쳐들, 예컨대 시스템에서 기판(52)으로부터 다이스된 다이를 정렬하기 위한 금속 패드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 피쳐는 어떠한 것이라도 리소그래피적으로 기판(52)의 반대면(56)에 제공될 수 있다.
전형적으로는, 반사방지 코팅이 선택적이기 보다는 오히려 전체 표면 상부에 인가될 것이다. 하지만, 반사방지 코팅 및 금속패드를 사용할 경우, 금속은 코팅이 있는 곳에 붙지 않을 것이고, 금속을 덮고 있는 코팅을 가지는 것은 만족스럽지 못할 것이다. 더구나, 웨이퍼가 다른 웨이퍼에 접합되고자 한다면, 접합물질은 이러한 반사방지 코팅을 가진 표면에 접착되지 않을 것이므로, 코팅의 선택적 배치가 요구된다.
엠보싱과 관련하여 리소그래피 공정을 수행하기 위해 필요한 정렬을 달성하기 위해서, 도3에 도시된 것과 같은 기준마크들이 기판(52) 및 마스터 요소(48) 상에 제공될 수 있다. 리소그래피 공정을 수행할 때, 요구되는 정렬 허용오차는 플라스틱보다는 유리가 기판으로서 더 좋다. 유리는 더 낮은 열 팽창계수를 가지고 있고 유리는 플라스틱보다 더 평평하다. 즉, 유리는 플라스틱보다는 덜 휘고 덜 왜곡된다. 이 특성들은 특히 웨이퍼 수준 상에 소자들을 형성할 때 특히 중요하다.
도6a에서 엠보싱 가능한 물질(50)이 마스터 요소(48) 상에 제공된 것으로 도시되어 있지만, 마스터 요소(48) 상에 인가될 때 엠보싱 가능한 물질(50)의 두께를 조절하는 것은 어렵다. 패턴을 여전히 수용하면서도 엠보싱 가능한 물질(50)이 가능한 얇은 층이 되도록 하는 것이 자주 요구되기 때문에, 예컨대 도6b에 도시된 바와 같이 포토레지스트 또는 에폭시 상에 스피닝하는 것에 의하여 엠보싱 가능한 물질(50)을 기판(52) 상에 제공하는 것이 유익할 수 있다. 보다 두꺼운 엠보싱 가능한 물질층은 보다 긴 식각시간을 초래하며, 증가된 비용을 수반하고, 식각 공정에의 증가된 노출에 기인한 패턴된 물질의 열화 가능성이 증가되며, 소자에 걸친 식각율의 편차에 기인한 부정확성이 증가될 수 있다. 기판(52) 상에 구비된 엠보싱 가능한 물질(50)의 두께는 전통적인 방법으로 정확하게 제어될 수 있다.
마스터 요소를 기판 상에 둘 때, 웨이퍼는 아래에서 곧 바로 접촉될 수는 없다. 이는 엠보싱된 제품에 부정적으로 영향을 미치는 공기방울이 그들을 제거하기 위한 어떠한 방법도 없이 존재할 것이기 때문이다.
그러므로, 기판과 마스터 요소를 접촉시킴에 있어, 처음에 마스터 요소는 단지 기판의 엣지 상면을 접촉하고 이어서 회전되어 웨이퍼를 하부로 가져가 기판과 접촉시킨다. 이 경사 접촉은 엠보싱된 물질에 존재하는 공기 방울들이 측면에서 밀려 나가도록 하는 것을 허용한다. 마스터 요소는 투명하기 때문에, 공기 방울들은 가시적으로 관찰될 수 있다. 상기에서 지적된 바와 같이, 표면들의 접촉이 부드럽게 되는 것을 용이하게 하는 것은 상기 공기 방울들의 존재인데, 이는 마스터 요소(48)의 표면 상에 형성된 회절소자가 이러한 경사 접촉 동안에도 공기를 포획할 수 있기 때문이다.
공기 방울들을 제거하기 위해 필요한 경사의 정도는 복제되는 피쳐들의 크기와 깊이에 의존한다. 경사는 가장 큰 피쳐가 최초 접촉시에 전체 웨이퍼에 걸쳐 다른 웨이퍼를 건드리지 않을 만큼 충분히 커야 한다.
선택적으로는, 복제 웨이퍼가 유연하다면, 복제 웨이퍼는 약간 볼록한 표면을 형성하도록 휘어질 수도 있다. 그리고 나서, 상기 마스터 요소는 하방으로 중앙에 있는 복제 웨이퍼와 접촉하게 되고, 이어서 복제 웨이퍼는 전체 표면에 걸쳐 접촉을 완료하기 위해 복원되어, 공기 방울들을 제거하게 된다. 다시 말하지만, 요구되는 휨의 정도는 단지 가장 큰 피쳐들이 최초의 접촉시에 전체 웨이퍼에 걸쳐 다른 웨이퍼를 접촉하지 않을 정도로 충분하면 된다.
본 발명에 따라 마스터 요소(48)를 유리 기판(52)에 정렬하기 위해 기준마크들을 사용할 경우, 전통적인 마스크 정렬자가 변형된 방식으로 사용될 수 있다. 전형적으로 마스크 정렬자에 있어서, 마스크는 평판과 접촉하게 되고 이어서 진공이 마스크 및 평판을 밀봉하여 정렬시킨다. 하지만, 진공은 폴리머와 같은 액상의 엠보싱된 물질이 웨이퍼 상면에 있는 경우 생성될 수 없다. 그러므로, 경사 접촉이 사용된다. 일단 접촉이 되면 웨이퍼들은 경화되기 전에 기준마크들을 사용한 전통적인 방식으로 서로 정렬되게 된다.
나아가, 폴리머를 경화하기 위해 요구되는 세기는 예컨대, 3-5W/cm2로 매우 높고, 예컨대 30초도 안되는 짧은 공정시간 동안에 적용되어야 할 필요가 있다. 만약, 충분한 에너지와 세기가 이 때 공급되지 않는다면, 폴리머의 경화는 결코 달성될 수 없다. 이는 폴리머에 들어있는 광산발생제가 완전한 고분자화(polymerization) 없이 이러한 완전하지 못한 노광에 의해 소모될 수 있다는 사실 때문이다. 하지만, 이러한 높은 세기의 광원을 마스크 정렬자에 제공하는 것도 쉽지 않다. 이는 요구되는 고에너지 광원의 크기 및 온도 때문이다. 마스크 정렬자 프레임이 열적 변화에 노출될 때 고에너지 광원으로부터의 열은 마스크 정렬자 프레임을 왜곡되게 만들 것이다. 마스크 정렬자가 열적으로 보상되거나 고온에서도 동작되도록 적응될 수 있다 하지만, 다음과 같은 해결책이 더 경제적이며 만족스러운 결과를 제공한다.
마스크 정렬자에서 마스터 요소를 기판과 전체적으로 접촉시키기 위해 필요한 경사 접촉 이외에도, 일단 이러한 전체적 접촉이 달성된다면 전체 기판을 큐어링하는 것보다는 오히려 광 섬유와 같은 공급 시스템으로 UV 광원으로부터의 복사를 마스크 정렬자에서 접촉된 마스터 요소-기판에 제공한다. 상기 공급 시스템은 단지 폴리머의 개별적 장소들에 UV 복사를 제공한다.
상기 공급 시스템은 마스크 정렬자에 맞추어질 수 있도록 충분히 작고 마스크 정렬자의 재디자인을 필요로 할 정도의 충분한 열을 발산하지 않는다. 광 섬유를 사용할 경우, 이 스폿들은 근사적으로 2mm이다. 선택적으로는, 작고 잘 둘러싸여진, 즉 시스템에 큰 열적 효과를 가하지 않는 UV 레이저가 사용될 수 있다.
상기 공급 시스템은 바람직하게는 대칭적인 방식으로 웨이퍼 주변의 스폿들에 복사를 제공한다. 4인치 웨이퍼의 경우에, 단지 약 6-12개의 스폿들만이 필요하다. 만약, 증가된 안정성을 위해 추가의 스폿들이 요구된다면, 몇 개의 스폿들이 웨이퍼의 중앙부 쪽으로 놓여질 수 있다. 이 스폿들은 바람직하게는 주변에 놓여지고 최소수의 상기 스폿들이 바람직하게는 사용되는데, 이는 택 스폿(tack spot)이 위치하는 영역은 국소 복사를 받지 않는 영역들 만큼 균일한 고분자화를 달성할 수 없기 때문이다.
이 택 스폿들은 마스터를 적소에서 기판과 결합시킨다. 택 스폿들을 큐어링하기 위해 사용되는 조사(illumination)는 단지 국지적으로 인가되고, 조사를 받는 영역은 나머지 엠보싱 가능한 물질에 크게 영향을 주기에 충분할 정도로 작도록 이 택 스폿들이 충분하게 있지는 않다. 일단 정렬이 달성되고 마스터 요소가 적소에서 결합되면, 기판-마스터 요소 쌍은 정렬자로부터 제거되고 이어서 전체 표면 상부 위의 높은 강도의 UV 광원하에서 전체의 고분자화를 위해 큐어링 된다. 상기 택 스폿들이 마스크 정렬자에서 달성된 정렬을 이동시키는 것을 방지하면서, 기판-마스터 쌍이 마스크 정렬자로부터 제거되게 함으로써 폴리머의 큐어링을 위해 마스크 정렬자 외부의 고 에너지 광원을 사용할 수 있게 한다.
선택적으로는, 기준마크들이 기계적 정렬 피쳐들을 접촉될 기판의 주변에 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 기계적인 정렬 피쳐들은 어떠한 축을 따라서도 정렬을 제공할 수 있고 하나 이상의 이러한 기계적 정렬 피쳐가 있을 수 있다. 예를 들어, 도4의 격리자들은 웨이퍼를 Y축을 따라 정렬하기 위한 것인 반면, 금속 패드는 X 및 Z축을 따라 추가적인 소자들에 대한 웨이퍼 쌍의 정렬을 제공한다. 상기 정렬 피쳐들은 바람직하게는 엠보싱 자체에 의해 형성된다.
상기 반대 표면 상의 엠보싱과 리소그래피 처리는 어떤 순서로도 수행될 수 있다. 만약, 엠보싱이 먼저 행해진다면, 반대 표면상의 후속처리가 완료될 때까지 엠보싱된 층을 덮는 마스터 요소를 남겨두는 것이 유익하다. 그러면, 마스터 요소는 엠보싱된 구조를 위한 밀봉으로 기능하며, 리소그래피 공정 동안에 사용되는 용매로부터 폴리머를 보호하고 리소그래피 공정 중의 가열 전체에 걸쳐 피쳐를 정확하게 유지시킨다.
만약, 리소그래피 공정이 먼저 행해진다면 보통의 엠보싱 동안에 요구되는 것보다 포토리소그래피적인 피쳐들에 충분한 정렬을 제공하는 엠보싱 동안에 보다 정확한 정렬이 요구된다. 따라서, 엠보싱 장비는 그러한 정렬을 위해서는 셋업되지 않는다. 그러면, 상기 정렬 기술들은 엠보싱 동안 요구되어진다.
일단, 모든 원하는 공정이 완료되면, 웨이퍼는 개별적 소자들을 형성하기 위해 다이싱된다. 상기 다이싱은 엠보싱된 웨이퍼에 기계적 스트레스를 인가하게 된다. 그러므로, 엠보싱된 부분이 다이싱되는 동안 얇은 층으로 갈라지지 않도록 하기 위해서는 엠보싱된 부분의 완전한 고분자화와 기판에로의 충분한 접착이 특히 중요하다. 그러므로, 구체적인 폴리머, 접착촉진제, 기판을 선택함에 있어서 또 이들 요소들이 어떻게 작용하는지에 대해 주의가 요망된다. 바람직하게는, 다이싱 동안에 엠보싱된 층이 얇은 층으로 갈라지는 것을 피하기 위해, 기판에로의 폴리머 접착력은 완성된 다이들 상에 근사적으로 100그램 정도의 전단 스트레스(shear stress)를 보장하여야 한다.
도1 내지 4에 도시된 바와 같이, 함께 접합된 웨이퍼 둘 다 UV 경화성 폴리머로 엠보싱된 경우에, 이러한 접합을 위해 전형적으로 UV 에폭시의 사용이 선호되지만 더 이상 선호되는 선택사양이 아니다. 이는 UV로 경화된 폴리머는 여전히 UV 영역에서 높게 광을 흡수하고 에폭시를 경화시키도록 제공되는 유효한 UV광은 극히 낮기 때문이다. 즉, 에폭시가 경화될 정도로 충분한 UV 광을 제공하기 위해서는, 요구되는 UV광의 세기가 너무 크다. 그러므로, 열적으로 경화된 수지를 이 웨이퍼들을 접합시키기 위해 사용하는 것이 때때로 바람직하다.
선택적으로는, 소자들을 구성하지 않는 부분들 상의 폴리머는 제거될 수도 있고, 이어서 UV 에폭시가 더 이상 UV 폴리머를 가지고 있지 않은 제거된 영역들에 채용되어 UV 폴리머를 구비한 유리 기판 웨이퍼를 다른 웨이퍼와 직접적으로 접합할 수 있게 된다. 폴리머를 제거하는 바람직한 방법은 마스터 요소 상에 금속 패턴을 제공하는 것을 포함한다. 이 금속은 광을 차단하여 패턴 내의 폴리머가 경화되는 것을 방지한다. 액상 폴리머가 사용될 때, 이 경화되지 않은 폴리머는 씻어내 버릴 수도 있다. 웨이퍼-웨이퍼 접합을 위한 UV 에폭시 또는, 능동 소자의 접착 또는 광의 차단을 위한 금속과 같은 다른 물질이 폴리머가 제거된 부분에 놓여질 수 있다.
도1 내지 4에 도시된 2개 기판의 접합 이외에도, 도7에 도시된 바와 같이 기준 마크들이 기판 자체의 다른 면상에 광학소자들을 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 생성은 또한 광학소자의 생성을 위해 위에서 언급한 방법들 중 어느 하나에 의할 수 있다. 도7의 양면 소자(70)는 제1면(70a) 상에 회절소자(72)를, 제2면(70b) 상에는 굴절소자(74)를 가지지만 어떠한 원하는 소자도 거기에 제공될 수 있다. 다시 말하지만, 금속 패드(76)는 혼성 소자 상에 리소그래피 공정을 통해 제공될 수 있다.
집적된 다수의 광학소자에 대한 다른 구성이 도8에 도시되어 있는데, 회절소자(82)는 굴절소자(84) 상에 직접적으로 형성되어 있다. 상기 굴절소자는 상기에서 언급된 포토리소그래피 기술 중 어느 하나에 의해 만들어질 수 있다. 도8에 도시된 구체적인 실시예에 있어서, 굴절소자는 마스크를 사용하여 광학물질 표면 상에 환형의 포토레지스트층(86)을 둠으로써 형성된다. 이어서, 상기 포토레지스트는 포토레지스트가 구형(87)이 되도록 제어된 열을 사용하여 부분적으로 플로우된다. 그 이후에, 상기 표면은 식각되고 포토레지스트(87)와 실질적으로 동일한 형상을 가진 굴절소자(84)는 계속적으로 변화되는 두께의 포토레지스트(87)의 변화하는 식각율에 의해 형성된다. 이어서, 마이크로 렌즈(84)는 회절소자(82)를 형성하기 위해 더 처리된다. 상기 회절소자는 리소그래피 공정 또는 엠보싱에 의해 형성될 수도 있다.
정렬 및 접합, 또는 엠보싱된 웨이퍼들은 같은 소자들의 배열을 포함할 수 있거나 다른 소자들을 포함할 수도 있다. 나아가, 정렬 요구가 허용하면 상기 웨이퍼들은 유리보다는 오히려 플라스틱일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 웨이퍼 수준 상에 제조되는 집적 소자들은 100 마이크론 정도에서 수 밀리미터 정도까지이며, ±1-2 마이크론의 정렬 정확도를 요구하는데, 이는 본 발명의 기준마크들 및/또는 정렬 피쳐들을 사용함으로써 달성될 수 있다.
서로 대면하여 접합된 기판의 표면보다는 오히려 기판의 반대 표면에 광학소자들이 제공될 경우, 허용되는 정렬 정확도는 ±10 마이크론이다. 이는 광이 유리의 두께를 통과할 때 약간의 틸트량이 교정되거나 도입된다는 사실 때문이다.
수동적 정렬을 위해 사용되는 기준마크들의 대체 실시예로써, 상기 기준마크는 구에 의하여 결합된 해당 홈, 땜납 볼에 의하여 결합된 금속 패드 및 해당 리세스를 가진 벤치와 같은 기계적 정렬 피쳐를 생성하는데 사용될 수 있다. 이 정렬 피쳐 중에서 단지 몇 개만이 전체 웨이퍼의 정렬을 위해 필요하다.
각 다이의 주변 둘레의 접합물질을 두는 대체 실시예로써, 상기 다이 자체가 적어도 다이에 대한 광학적 경로의 일부에서 접합물질에 의해 덮여질 수 있다. 이 증가된 접합물질은 다이의 안정성을 더할 것이다. 하지만, 광학적 소자와 다음 표면 간에 굴절율에 있어서 가능한 가장 큰 차이를 가지는 것이 바람직한데, 그렇지 않으면 회절소자는 깊은 식각을 가져야 할 것이고, 굴절소자는 동일한 방식으로 기능하기 위해 보다 큰 침하(sag) 높이를 필요로 할 것이다. 그러므로, 이 갭에 공기를 가지고 있는 것이 바람직한데, 이는 공기가 1이라는 굴절율을 가지고 있기 때문이다. 만약, 보다 큰 안정성이 요구된다면, 접합물질이 광학소자의 광학 경로의 일부를 덮어야 할 때 가능한 작은 굴절율을 가진 접합물질이 사용될 수 있다. 그러면, 바람직하게는 광학소자들은 유리보다는 높은 굴절율을 가진 포토레지스트에 형성되는데, 포토레지스트에 형성된 소자들은 기판 안으로 식각되지 않지만 그 자체가 소자로 기능한다.
부가적으로, 접합물질의 면적에 있어서의 증가는 그 안에 공기 방울의 존재 가능성을 증가시키는데 이는 또한 광학적 성능을 저하시킨다. 그러므로, 접합물질이 전체 다이의 상부에 제공되지만, 공기 방울들의 가능성을 최소화하기 위해서는 광학적 경로에 전체 빔을 통과시키는 동안 다이를 위한 광학 경로의 일부의 상부만을 덮는 접합물질을 제공하는 것이 종종 바람직하다. 더구나, 능동소자들에 갭이 제공되다면, 접합물질은 이 능동소자들의 기능을 방해하도록 놓여질 수는 없다.
본 발명의 모든 소자들은, 정렬을 포함하여, 전형적으로 능동소자들을 구비하는 시스템으로의 결합의 용이성을 위해 유익하게는 금속 패드들과 같이 제공된다. 금속 패드들은 웨이퍼 수준 상에 리소그래피적으로 효과적으로 제공될 수 있다.
부가적으로, 기판이 모두 한가지 물질로 이루어진 것으로 설명되어졌지만, 다수 층으로 이루어진 기판이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광학적으로 활성물질이 두 개의 극성 층 사이에 끼워 것으로 이루어져 광학 분리자를 형성하는 기판이 기판으로 사용될 수 있다.
본 발명이 설명되어졌지만, 이는 많은 방법으로 변형될 수 있음이 자명하다. 그러한 변형은 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나는 것으로 간주되지 않으며 그러한 변형은 다음의 청구항들의 범위 내에서 본 발명이 속한 기술분야에서 숙련된 자에게 자명하다.
Claims (57)
- 제1웨이퍼 상의 제1다이들의 배열 내의 각 다이를 둘러싸는 접합물질을 제공하는 단계;복수개의 제2다이들을 상기 제1다이들과 정렬하는 단계로, 각각의 제1다이가 그것과 정렬된 제2다이를 가지도록 하는 단계;상기 접합물질을 처리하여 정렬된 다이들을 접합하는 단계; 및상기 접합된 다이들을 다이싱하는 단계로, 다이싱되고 접합된 각각의 다이들의 쌍은 적어도 하나의 광학소자를 포함하여 집적된 광학적 부시스템을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공단계는 상기 제1웨이퍼의 전표면 위에 상기 접합물질을 제공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2다이들은 제2웨이퍼 상에 있고,상기 정렬단계는 상기 제1 및 제2웨이퍼들을 정렬하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제3항에 있어서, 추가 소자들을 붙이기 위해 소정의 패턴으로, 상기 제1 및 제2웨이퍼 중 적어도 어느 하나로부터 선택적으로 물질을 제거하거나, 상기 제1 및 제2웨이퍼 중 적어도 어느 하나에 물질을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2다이들은 서로 분리되어 있고,상기 정렬단계는 각각의 제2다이를 해당하는 제1다이와 정렬하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2다이들 중 하나는 반도체 다이인 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 반도체 다이는 수직 공동 측면 방사 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 반도체 다이는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2다이들 중 하나 상에 개별적 소자들을 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제9항에 있어서, 상기 장착 단계는 미러와 레이저 중 적어도 하나를 장착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제9항에 있어서, 상기 장착 단계는 광학소자들을 장착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공단계는 상기 다이 상의 적어도 하나의 광학소자의 광학경로의 일부 위에 접합물질을 제공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공단계는 각 다이의 주변 둘레에 접합물질을 제공하여 상기 다이를 밀봉하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 정렬단계 전에,상기 제1 및 제2웨이퍼 사이에 적절한 갭을 보장하기 위해 상기 제1웨이퍼 상에 격리자들을 정확하게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 접착제는 상기 다이싱 단계 동안에 인가되는 다이싱 슬러리가 기판들 사이의 갭으로 들어가는 것이 방지되도록 충분한 밀봉을 제공하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 다수의 웨이퍼를 직접적으로 함께 접합하여 하나의 기판을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 제16항에 있어서, 상기 웨이퍼들 중 하나는 광학적으로 능동인 물질로 이루어지고 두 개의 극성 웨이퍼 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 집적된 광학적 부시스템의 형성방법.
- 광학소자들의 배열을 구비하는 마스터를 만드는 단계;상기 마스터를 엠보싱 가능한 물질에 인가함으로써 상기 광학소자들의 배열에 대한 복제품을 엠보싱하는 단계; 및개별적인 광학소자들을 형성하기 위해 상기 복제품을 다이싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 엠보싱 단계 전에,상기 마스터의 표면 상에 얇은 필름으로 상기 엠보싱 가능한 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 엠보싱 단계 전에,유리 기판 상에 접착촉진제를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 유리 기판은 기준마크들을 포함하고,상기 마스터를 상기 기준마크들에 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 반사방지 코팅으로 상기 복제품을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 소정의 패턴으로 상기 복제품으로부터 물질을 선택적으로 제거하거나 상기 복제품에 물질을 선택적으로 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 상기 엠보싱 단계보다 먼저 일어나는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 상기 엠보싱 단계 이후에 일어나는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 상기 엠보싱 단계를 격는 상기 복제품의 반대쪽 표면 상에 금속 패드들을 제공하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 엠보싱 단계는 상기 유리 기판의 양쪽을 엠보싱하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 양쪽의 각 면을 엠보싱하기 위해 다른 웨이퍼 마스터가 사용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제28항에 있어서, 제1웨이퍼 마스터는 회절 광학소자들을 구비하고 제2웨이퍼 마스터는 굴절 광학소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 웨이퍼 마스터 및 상기 복제품 상에 기준마크들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 마스크 정렬자에서 상기 복제품과 상기 웨이퍼 마스터의 정렬을 확정하고 일단 정렬이 확정되면 상기 복제품과 상기 웨이퍼 마스터를 함께 택킹(tacking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제31항에 있어서, 엠보싱 가능한 물질을 택킹하고 경화하는 단계 이후에 상기 마스크 정렬자로부터 상기 복제품과 상기 웨이퍼 마스터를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 인가는 상기 웨이퍼 마스터를 상기 복제품과 처음에는 불완전하게 접촉시키는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 마스터는 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 리소그래피적인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 엠보싱 가능한 물질을 선택적으로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 선택적으로 엠보싱 가능한 물질을 제거하는 단계는 상기 마스터 상에 메탈을 패턴으로 제공하는 단계, 및 상기 엠보싱 단계 이후에 경화되지 않은 엠보싱 가능한 물질을 씻어내는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 선택적으로 제거 또는 가하는 단계는 엠보싱 가능한 물질이 제거된 곳에 물질을 가하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제31항에 있어서, 상기 택킹하는 단계는 상기 엠보싱 가능한 물질을 국부적으로 경화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 마스터는 리소그래피적으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 엠보싱 단계는 기판 상에 상기 엠보싱 가능한 물질을 제공하는 단계 및 이어서 상기 마스터를 인가하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제41항에 있어서, 상기 기판은 광학적으로 투명하고 평평한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 물질은 추가 소자들의 부착을 위한 금속인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 수준 상에 광학적 소자를 형성하는 방법.
- 두 개의 면을 가진 기판;상기 두 개의 면상에 리소그래피적으로 정의된 광학소자들; 및한번에 물질이 선택적으로 제거 또는 가해지는 적어도 하나의 표면 상에 리소그래피적으로 정의된 추가적인 피쳐들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 상기 기판의 일 표면은 빔 분할, 다중의 스폿의 생성 및 특정 영역의 산란적 조사 중에서 적어도 하나를 제공하기 위한 회절소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제45항에 있어서, 상기 회절소자는 복수개의 회절소자인 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제46항에 있어서, 상기 기판은 웨이퍼이고 상기 광학소자들은 광학적 소자들의 배열인 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 상기 리소그래피적으로 정의된 추가적인 피쳐들은 빛을 차단하기 위한 금속 부분들을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 상기 리소그래피적으로 정의된 추가적인 피쳐들은 능동소자를 상기 집적된 다중 광학소자에 접합시킴에 있어 도움을 주기 위한 금속 부분들을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 일 표면 상의 광학소자는 굴절소자이고 다른 표면의 광학소자는 회절소자인 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 상기 두 표면 중 적어도 하나 상의 광학소자들은 엠보싱에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 리소그래피적으로 정의된 광학소자들은 포토리소그래피적으로 마스터를 형성하고 및 상기 마스터를 사용하여 광학소자들을 엠보싱하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제44항에 있어서, 포토리소그래피적으로 생성된 마스터로부터 엠보싱된 피쳐들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 양면의 다중 광학소자.
- 제1항의 공정에 의해 형성된 광학소자.
- 제18항의 공정에 의해 형성된 광학소자.
- 굴절 광학소자 및 상기 굴절 광학소자의 곡면 상에 형성된 회절패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 광학소자
- 제56항에 있어서, 상기 굴절소자는 리소그래피적으로 형성된 것을 특징으로 하는 혼성 광학소자.
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