KR20120125287A

KR20120125287A - 마이크로렌즈 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20120125287A
Application number: KR1020127020904A
Authority: KR
Inventors: 엔리히 탈너; 마르쿠스 윔프링거; 미카엘 카스트
Original assignee: 에베 그룹 게엠베하
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-11-14
Also published as: US20130037975A1; SG183819A1; US9052422B2; JP5611445B2; CN107272090A; EP3460538A1; US20150231840A1; EP3460538B1; EP2553503A1; US10279551B2; JP2013525828A; TW201639695A; KR101497779B1; TW201136755A; CN102812387A; WO2011120538A1; TWI554385B; TWI617430B; US20180229458A1; EP2553503B1

Abstract

본 발명은 캐리어 웨이퍼를 사용하여 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 캐리어 웨이퍼 내에 렌즈를 집어넣음으로써 캐리어 웨이퍼의 구멍 내에 렌즈가 몰딩가공된다. 또한, 본 발명은 상기 제조 방법을 수행하기 위한 상응 장치 및 이 방법에 의해 제조된 마이크로렌즈에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 마이크로렌즈 및 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

마이크로렌즈 제조 장치 및 제조 방법{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A MICRO-LENS}

본 발명은 청구항 제 1 항에 따른 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법, 청구항 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치, 및 청구항 제 9 항에 따른 마이크로렌즈에 관한 것이다.

마이크로렌즈(microlens)는 주로 광 초점 수단(optical focussing means)을 필요로 하는 장치, 가령, 예를 들어, 카메라 및 핸드폰에 사용된다. 소형화 노력의 결과로, 기능적 구성요소들은 현저히 더 작아지게 되었으며며, 이는 범용 타입(generic type)의 마이크로렌즈에도 해당된다. 마이크로렌즈는 더 소형화될수록마이크로렌즈를 광학적으로 정밀하게 제조하는 것이 더욱더 어려워지는데, 이는 마이크로렌즈를 대량 생산에서 이상적으로 제조하기 위해 엄청난 비용이 들기 때문이다.

종래 기술에서, 마이크로렌즈는, 예를 들어, US 6,846,137 B1호, US 5,324,623호, US 5,853,960호 및 US 5,871,888호에 도시된 것과 같이, 여러 가지의 제조 방법들에 의해 캐리어 기판(carrier substrate) 위에서 제조된다. 위에서 언급한 모든 방법들에서, 기본적으로 특정 두께가 요구되며 마이크로렌즈를 통과하는 광(light)이 렌즈 뿐만 아니라 캐리어 기판도 통과해야 하는 사실은 일반적인 것이다.

그 외의 다른 요인들 중에서, 광축(optical axis), 따라서 빔 경로(beam path)와 함께 광학장치들의 개수와 두께에 따라, 요구되는 고품질 뿐만 아니라 고휘도와 동시에 더 높은 해상도가 필요하기 때문에, 종래 기술에 따른 마이크로렌즈를 추가로 최적화하는 것이 바람직하다.

더욱이, 이미지 센서(image sensor)가 광(light)이 투사되는(incident) 일반적으로 매우 작은 영역을 점유하기(occupy) 때문에, 가능한 최대로 높고 특히 마이크로광학 시스템에서 결정적인 복사 효율(radient efficiency)에 대한 필요성이 존재한다.

US 6,049,430호는 캐리어 기판의 구멍(opening)에 삽입되는 렌즈를 도시하는데, 도 2에 도시된 제조 공정은 복수의 단계들을 필요로 하여 이에 따라 복잡하며, 본 명세서에서 구현될 수 있는 제조 정밀성으로 인해 위에서 언급한 필요조건들에 대해 너무 부정확할 수도 있다. 사용되어야 하는 다수의 재료들도 단점을 지닌다.

따라서, 본 발명의 목적은, 복사 효율(radiant efficiency)과 휘도(brilliance)를 가능한 최대로 높게 하면서도 특히 대량 생산에서 제조될 수 있으며 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 가요성 몰드(flexible mold)를 사용하여 대량 생산에 적합한 간단한 방식으로 제조될 수 있는 마이크로렌즈를 고안하는 데 있다.

상기 목적은 청구항 제 1 항, 제 7 항 또는 제 8 항 및 제 9 항의 특징들로 구현된다. 본 발명의 바람직한 변형예들은 종속항들에서 제공된다. 본 발명의 상세한 설명, 청구항 및/또는 도면들에서 주어진 특징들 중 2개 이상의 모든 조합들은 본 발명의 범위 내에 있다. 주어진 값 범위에서, 한계값 내에 있는 수치들은 경계값으로서 기술될 것이다.

본 발명은 캐리어 웨이퍼(carrier wafer)가 렌즈를 통과하는 광 빔(light beam)을 차단하지 않거나 혹은 캐리어 웨이퍼가 빔 경로(beam path)의 외부에 위치되도록 캐리어 웨이퍼 내에 직접 렌즈를 몰딩가공함으로써 마이크로렌즈를 제조하는 개념에 기초한다. 따라서, 렌즈는 상측 및 하측 렌즈 다이에 의해 캐리어 웨이퍼의 두 면들로부터 몰딩가공 되며, 이에 따라 특히 하측 렌즈 다이 및/또는 캐리어 웨이퍼에 대해 상측 렌즈 자이를 동일직선에 나란하게 정렬함으로써(collinear alignment) 고정밀성을 가진 마이크로렌즈가 제조될 수 있다. 종래 기술의 기존 공정과 다른 점에 따르면, 본 발명에서와 같이, 특히 캐리어 웨이퍼에 의해 이미 덮혀진 하측 렌즈 면(lens side)에서 렌즈 몰드를 보다 더 가요성을 지닐 수 있게 하는 것이 가능하다.

강성의(rigid) 캐리어 웨이퍼는 일반적으로 렌즈의 팽창과 수축을 수반하기 때문에 렌즈의 제조에 있어서 형태의 안정성을 제공한다.

특히, 본 발명에 따른 장치와 방법에 의해 가능한 2개의 렌즈 다이 매트릭스(lens die matrix)와 하나의 캐리어 웨이퍼 매트릭스를 사용하여 복수의 렌즈를 동시에 제조하는데 있어서, 캐리어 웨이퍼는 렌즈의 광축(optical axis)이 서로 일체로 구성될 수 있게 한다(integrity). 따라서, 상측 및 하측 렌즈 다이의 각각의 그리드 위치(grid position)와 상응하는 캐리어 웨이퍼의 구멍은 캐리어 웨이퍼가 제조 시에 크기가 변경되지 않기 때문에 정확히 나란하게 정렬될 수 있다. 200 mm의 직경을 가진 캐리어 웨이퍼에서, 하나의 캐리어 웨이퍼 매트릭스과 이에 상응하는 2개의 렌즈 다이 매트릭스를 사용하면, 본 발명에 따른 방법으로 약 2000개의 렌즈가 제조될 수 있다.

본 발명에서와 같이, 각각의 렌즈 다이 위에 음화 마이크로렌즈(microlens negative)가 존재하는데, 상기 음화 마이크로렌즈의 형태는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제조된 마이크로렌즈의 각각의 면의 곡률을 결정한다. 렌즈의 형태는 볼록하고, 평면 또는 오목하게 제조될 수 있다. 렌즈 프로파일은 본 발명에서와 같이 구면(spherical) 또는 비구면(aspherical)일 수 있다.

렌즈는 UV-경화 또는 열경화 렌즈 물질로 형성되며, UV-경화 렌즈 물질인 경우 두 렌즈 다이 중 하나는 UV-투명 재료로 제조된다. 본 발명에 따른 렌즈 물질에는 용매(solvent)가 거의 없거나, 바람직하게는 용매가 완전히 없으며, 완전한 가교결합(crosslink)에 적합하다.

본 발명에서와 같이 제공되며 내부에 렌즈가 몰딩가공될 수 있는 캐리어 웨이퍼는 마이크로렌즈에 렌즈를 수용하고 고정하도록 사용되는데, 상기 마이크로렌즈는 본 발명에 따라 제조되고 특히 그 외의 다른 요인들 중에서 마이크로렌즈의 두께가 캐리어 웨이퍼의 두께에 의해 영향을 받도록 상측 및 하측 렌즈 다이 사이에서 스페이서(spacer)로서 제조된다. 캐리어 웨이퍼는 캐리어 웨이퍼 내에 몰딩가공되고 개별 마이크로렌즈로 분리되는 다수의 렌즈에 의해 복수의 마이크로렌즈를 제조하도록 사용되는 것이 바람직하다.

캐리어 웨이퍼가 렌즈를 고정하기 위해 구멍을 가진 링(ring)으로서 제조되는 경우, 렌즈는 캐리어 웨이퍼에 의해 전체 외주(circumference) 위에서 고정되고 안정화된다(stabilized). 렌즈 링은 정사각형, 반구형태, 삼각형, 내측 및/또는 외측 위에서 타원 형태로 제조될 수 있으며, 내측 링 위에서 고정 구조물(holding structure), 특히 돌출부인 것이 바람직하며, 캐리어 웨이퍼에서 렌즈의 보다 더 효과적인 고정부(fixing), 바람직하게는 캐리어 웨이퍼의 구멍들로서 설계되며 따라서 캐리어 웨이퍼와 일체형으로 설계된다. 상기 고정 구조물은 링의 내측 위로 캐리어 웨이퍼의 두께의 1/5 이상만큼 돌출된다.

대안으로, 고정 구조물은 렌즈 물질과 경화된 렌즈가 광축 방향으로 고정되는 캐리어 웨이퍼의 내측 링의 표면 거칠기(surface roughness)로서 제조된다.

열팽창 또는 열수축을 방지하기 위하여, 렌즈 물질과 캐리어 웨이퍼는 대략 같은 크기의 열팽창계수를 가지는 것이 바람직하다. 렌즈와 캐리어 웨이퍼가 상이한 열팽창계수를 가지는 경우에는, 본 발명에 따른 렌즈는 상이한 온도에 있는 렌즈의 형태가 실질적으로 비례하여(scale) 상이한 온도에 있는 렌즈가 자체적으로 유사하고(self-similar) 광학 특성이 거의 변경되지 않도록 제조된다. 이 경우, 본 발명에 따른 렌즈는 캐리어 웨이퍼보다 경화된 상태에서 더 큰 열팽창계수를 가진다. 이렇게 하여, 마이크로렌즈의 제조에 있어서, 제조 동안 렌즈가 냉각될 때 상대적으로 큰 렌즈의 열팽창계수로 인하여, 마이크로렌즈의 제조에 있어서, 상이한 온도에 있는 렌즈의 팽창을 위해 버퍼(buffer)로서 사용되는 렌즈와 캐리어 웨이퍼 사이에 최소의 빈 공간(empty space)이 형성된다. 마이크로렌즈, 특히, UV-경화 렌즈 물질의 제조에 있어서 본 발명에서는, 위에서 언급한 효과를 구현하기 위해 렌즈 물질을 경화시키는 동안 가열 단계(heating)가 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 렌즈는 캐리어 웨이퍼, 특히 캐리어 웨이퍼의 내측 링에 포지티브 방식으로 연결된다(connected positively).

바람직한 한 구체예에서, 렌즈 다이는 캐리어 기판(carrier substrate)과 캐리어 기판에 고정된 음화 마이크로렌즈로 구성된다. 렌즈 다이의 한 구체예에 따르면, 하나 이상의 렌즈 다이에는 과잉의 렌즈 물질을 위한 배출부(drain)가 제공된다.

마이크로렌즈 제조 공정은 다음과 같이 진행되는 것이 바람직하다.

특히 하측 렌즈 다이를 수용하기 위한 수용 수단(receiving means)에 의해 렌즈 다이를 고정시킴으로써, 하측 렌즈 다이의 음화 마이크로렌즈는 고정된다. 캐리어 웨이퍼는 음화 마이크로렌즈의 광축과 캐리어 웨이퍼의 세로방향 중앙축이 동일직선에 배열되도록(collinear) 하측 렌즈 다이의 음화 마이크로렌즈에 대해 나란하게 정렬되거나/조절된다. 대안으로, 특히, 캐리어 웨이퍼와 동시에 수 개의 렌즈를 제조하기 위해서, 캐리어 웨이퍼는 하측 렌즈 다이의 캐리어 기판과 공면에 배열되도록 조절된다(adjusted coplanarly). 그 뒤, 캐리어 웨이퍼는 음화 마이크로렌즈의 캐리어 기판에 배열되고 고정되며 이에 따라 렌즈 다이에 배열되고 고정된다. 이는, 렌즈 다이에서 진공 구조물(vacuum structure)에 의해 고정되거나 또는 렌즈 다이 내로 기계가공된(machined) 정전기적 수단(electrostatic means)에 의해 정전기적으로 고정될(electrostatically fixed) 뿐만 아니라 클램핑(clamping) 및/또는 접착(adhesion)에 의해 기계적으로도 고정된다.

그 후, 렌즈 물질, 특히, UV-경화 또는 열가소성 경화 폴리머가 하측 렌즈 다이의 음화 마이크로렌즈에 의해 캐리어 웨이퍼의 구멍 내에 주입되고(introduced), 상기 주입 동안 렌즈 물질의 점성은 렌즈 다이와 캐리어 웨이퍼의 내측 링에 의해 형성된 렌즈 공간에 거품이 전혀 채워지지 않도록 선택된다. 첨가된 렌즈 물질의 양은, 그 후에 렌즈를 둘러쌀 때, 상측 렌즈 다이의 음화 마이크로렌즈를 채우기에 충분한 렌즈 물질이 제공되도록 구성된다.

대안의 한 구체예에서, 캐리어 웨이퍼/캐이러 웨이퍼 매트릭스 위의 전체 표면에서 주입되며, 그 결과, 구멍이 채워지고 캐리어 웨이퍼 위로 돌출되는 렌즈 구조물에 필요한 렌즈 물질 또는 과잉의 렌즈 물질이 캐리어 웨이퍼/캐리어 웨이퍼 매트릭스를 덮는다(cover).

본 발명의 또 다른 대안의 구체예에 따르면, 특히 피펫(pipette)으로 또는 드롭 디스펜서(droplet dispenser)로 계량적으로(metering), 렌즈 물질이 캐리어 웨이퍼/캐리어 웨이퍼 매트릭스의 구멍(들) 내에 개별적으로 전달된다.

그 뒤, 상측 렌즈 다이의 광축은 캐리어 웨이퍼의 세로방향 중앙축 및/또는 하측 렌즈 다이의 음화 렌즈 또는 하측 렌즈 다이의 광축과 동일직선에 배열되도록 교정된다(calibrated collinearly). 상측 렌즈 다이는 그 사이에 위치된 캐리어 웨이퍼와 하측 렌즈 다이 위에 압력으로 압축된다. UV-경화 렌즈 물질의 경우, 렌즈 물질은 이 경우 투명 또는 UV-침투성의 상측 렌즈 다이를 통해 및/또는 하측 렌즈 다이를 통해 상대적으로 고강도를 가진 UV 광에 의해 조사되며(irradiated), 폴리머는 가교결합된다(crosslinked). 열가소성 경화 렌즈 다이에는 열 이송(heat transport)을 촉진시키기 위해 상대적으로 높은 열전도성을 가진 물질이 제공된다.

정렬 메커니즘(alignment mechanism), 구체적으로, 500 μm 미만, 특히 200 μm 미만, 바람직하게는 100 μm 미만, 이상적으로는 70 μm 미만의 정렬 정확도 편차(deviation)를 가진 정렬 수단 및/또는 10 μm 미만, 특히 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만의 정렬 정확도 편차를 가진 광 정렬 수단(light alignment means)에 의해, 캐리어 웨이퍼와 렌즈 다이가 나란하게 정렬된다. 상측 및 하측 렌즈 다이 또는 상측 및 하측 렌즈 다이 매트릭스를 나란하게 정렬시키기 위해 광 정렬(optical alignment)이 특히 바람직하다. 광 정렬 수단은 렌즈 다이 또는 렌즈 다이 매트릭스 위에 마킹(marking)에 의해 정확하게 정렬시킬 수 있게 하는 현미경 또는 레이저이다.

본 발명의 특히 바람직한 한 구체예에 따르면, 특히, 캐리어 웨이퍼 위에서의 정렬 외에도, 서로에 대해 렌즈 다이가 평행하게 나란히 정렬됨으로써, 렌즈 다이가 나란하게 정렬되며, 음화 렌즈의 광축의 위치도 고려된다.

스탬핑(stamping) 동안, 렌즈 다이를 공면에 정렬시키기 위해(coplanar alignment) 캐리어 웨이퍼의 짝 표면(mating surface)들과 인접한 렌즈 다이의 접촉 표면(contact surface)들에 의해, 렌즈 다이는 특히 평행하게 배열된 캐리어 웨이퍼의 맞은편 짝 표면들을 이용하여 나란하게 정렬되며, 그 결과, 음화 렌즈의 광축이 정확하게 나란히 정렬된다.

본 발명에서는, 100 μm 내지 6 mm 사이에 있는 각각의 렌즈 폭에 걸쳐(over) 10 μm 미만의 편차는 평행한 것으로 간주된다. 따라서, 대부분의 평행 편차는 10, 특히 7% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 3% 미만, 이상적으로는 1.5% 미만이다. 따라서, 광축이 이상적으로 나란하게 정렬된다. 렌즈의 높이는 통상 50 내지 500 μm이며, 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 높이는 종래 기술에 비해 실질적으로 캐리어 웨이퍼의 폭만큼 감소될 수 있다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 마이크로렌즈 위에서, 특히 렌즈의 광축에 평행한 마이크로렌즈 위에서, 셀프-센터링 구조물(self-centering structure), 특히 캐리어 웨이퍼의 구멍으로서, 셀프-센터링 구조물이 존재하는데, 이 구조물은 예를 들어 마이크로렌즈를 상응하는 뒤집힌 구조물(inverted structure), 특히 방향 리브(orientation rib) 형태의 구조물을 가진 또 다른 마이크로렌즈와 자동적으로 정렬시키도록 사용된다. 셀프-정렬 방식은 키-로크(key-lock) 원리에 따라 작동되거나 또는 텅-인 홈 조인트(tongue-in groove joint) 방식으로 작동된다. 텅-인 홈 조인트 방식의 콘(cone)과 유사한 형상이 특히 바람직하다.

개별 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치 및 방법에 대한 설명은 오직 본 발명에 따른 형상에 의해서만 가능한 특징을 사용하는 복수의 마이크로렌즈를 제조하는 데에도 유사하게 적용된다. 상측 렌즈 다이 대신에, 특히 일체형 렌즈 다이 구조물로서 수 개의 렌즈 다이를 포함하는 상측 렌즈 다이 매트릭스가 사용된다. 하측 렌즈 다이 매트릭스도 이와 유사하게 형성된다. 특히 일체형 캐리어 웨이퍼 구조물 형태의 캐리어 웨이퍼 매트릭스로서의 캐리어 웨이퍼에는 복수의 구멍이 제공된다.

렌즈 다이 매트릭스가 렌즈 다이 매트릭스의 접촉 표면 위에 나란하게 정렬된 바람직한 대안의 구체예에서 작동을 위해, 캐리어 웨이퍼 매트릭스는 렌즈의 두께를 나타내고(dictate) 그 시간에 접촉 표면을 형성하는 상측 및/또는 하측 렌즈 다이 매트릭스의 스페이서(spacer)에 의해 침투될 수 있다(penetrated).

본 발명의 한 독립항에 따르면, 마이크로렌즈를 제조한 후에 캐리어 웨이퍼는 일부분 이상이 제거되거나, 바람직하게는 완전히 제거된다. 이렇게 해서, 렌즈의 중량과 수치들이 추가로 감소된다. 특히 작은 돌출부(minor projection)를 가진 고정 구조물이 제공된 캐리어 웨이퍼로부터 렌즈를 빼냄으로써(ejecting) 제거된다. 상기 작은 돌출부들은 특히 내측 링의 표면 거칠기(surface roughness)로서 형성된다.

본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징들과 세부 내용들은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 바람직한 구체예들을 설명한 하기 내용들로부터 자명해 질 것이다.

도 1은 캐리어 웨이퍼 구조물 내에 몰딩가공된 복수의 렌즈들로 구성된 본 발명에 따른 마이크로렌즈 매트릭스를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 대안예에 따른 캐리어 웨이퍼 구조물 내에 몰딩가공된 복수의 렌즈들로 구성된 본 발명에 따른 마이크로렌즈 매트릭스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 대안예에 따른 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고정 구조물의 형태들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이 도면들에서, 똑같은 부분들 및 동일한 기능을 가진 부분들은 같은 도면부호들로 표시된다.

도 1은 캐리어 웨이퍼 구조물(32)과 차후 캐리어 웨이퍼(17) 또는 상기 캐리어 웨이퍼 구조물(32)의 구멍(2) 내에 몰딩가공된 복수의 렌즈(14)들로 구성된 마이크로렌즈 매트릭스(31)를 도시한 횡단면도이다. 마이크로렌즈 매트릭스(31)는 공지되어 있는 절단 방법들에 의해 개별 마이크로렌즈(1)로 분리될 수 있으며, 도 2에서는 마이크로렌즈 매트릭스(31)가 분리되고 확대된 상태로 도시된다.

마이크로렌즈(1)는 마이크로렌즈 매트릭스(31)와 같이 대량 생산 방식으로 제조될 수 있지만 개별적으로 제조될 수도 있다. 도 2는 개별 마이크로렌즈(1)를 사용하는 제조 장치를 개략적으로 도시하고 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 캐리어 기판(21)과 상기 캐리어 기판(21) 위에 고정된, 특히, 시멘트 결합된(cemented) 렌즈 몰드(20)로 구성된 하측 렌즈 다이(18)가, 도시되지는 않았지만 본 발명에 따른 장치들의 수용 수단(receiving means) 위에 수용될 수 있다(accommodated). 캐리어 기판(21) 위의 대량 생산에 있어서, 복수의 렌즈 몰드(20) 또는 복수의 음화 렌즈(lens negative)(19)를 가진 하나의 렌즈 몰드(20)가 있을 수 있으며, 음화 렌즈(19) 또는 렌즈 몰드(20)는 이들이 도 1에 도시된 구멍(2)들과 수평으로 나란하게 정렬될 수 있도록(aligned flush) 캐리어 기판(21)에 제공된다.

음화 렌즈(19)는 접촉 표면(22)에 의해 둘러싸여 있는데, 상기 접촉 표면(22)은 음화 렌즈(19)의 광축(optical axis)에 대해 수직으로 위치되며 상기 접촉 표면(22) 위에서 캐리어 웨이퍼(17)가 상응하는 짝 표면(23)과 접촉하게 되며, 이 대표적인 구체예에서 상기 짝 표면(23)은 고리 모양으로 구성되어(annular) 밀봉부(seal)를 형성한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 캐리어 웨이퍼(17)가 광축(A)에 대해 세로방향 중앙축과 나란하게 정렬되자마자, 짝 표면(23)과 함께 캐리어 웨이퍼(17)는 접촉 표면(22) 위에 고정되며 이에 따라 렌즈 몰드(20)와 캐리어 웨이퍼(17)의 내측 링(16)은 렌즈 공간(3)을 형성하며, 렌즈(14)를 형성하는 렌즈 물질(lens material)이 전달 수단을 통해 상기 렌즈 공간(3) 내로 주입될 수 있다. 렌즈 물질이 렌즈 공간(3) 내로 전달된 후에 렌즈(14)가 스탬핑 되는데(stamped), 이는 밑에서 기술될 것이다.

이를 위해, 특히, 캐리어 기판(10)에 제공된 렌즈 몰드(11)의 음화 렌즈(12)의 광축(A)에 대해, 상측 렌즈 다이(9)가, 구멍(14) 및/또는 하측 렌즈 다이(18)와 상측 렌즈 다리(9)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단에 의해 나란하게 정렬될 수 있으며, 상기 상측 렌즈 다이(9)에는 상측 렌즈 다이(9)를 수용하기 위한 수용 수단이 제공된다. 상측 렌즈 다이(9)는 하측 렌즈 다이(18)와 유사하게 형성되며 특히 상측 렌즈 다이(9)가 캐리어 웨이퍼(17)의 한 짝 표면(7)과 밀봉 접촉하기 위해(sealing contact) 접촉 표면(8)을 가진다. 짝 표면(7)은 짝 표면(23)의 맞은편에 위치되며 짝 표면(23)에 대해 평행하게 배열된다.

상측 렌즈 다이(9)가 나란하게 정렬된 뒤에, 상측 렌즈 다이(9)는 광축(A)을 따라 캐리어 웨이퍼(17) 위로 내려가며(lowered) 상측 렌즈 다이(9)에는 압력이 가해지는데, 하측 렌즈 다이(18)를 통해 이에 상응하는 역압(counterpressure)이 가해진다. 렌즈 물질이 거품(bubble) 없이 렌즈 공간(3)을 채우며, 과잉의 렌즈 물질은 도면에서는 도시되지 않은 배출 시스템(drain system)을 통해 렌즈 공간(3)으로부터 배출되거나 또는 렌즈 공간(3)으로부터 빨려나올 수 있다(sucked out).

본 발명의 바람직한 한 구체예에 따르면, 진공, 특히 500 mbar 미만의 압력, 바람직하게는 300 mbar 미만의 압력, 더 바람직하게는 200 mbar 미만의 압력, 이상적으로는 100 mbar 미만의 압력의 진공이 캐리어 웨이퍼와 상측 렌즈 다이 사이에서 구멍에서와 동시에 진공 수단(vacuum means)에 의해 제공될 때, 렌즈 물질에는 압력이 최적으로 가해질 수 있다.

보다 바람직한 한 구체예에 따르면, 압력이 가해지는 동안 진공의 압력은 70 mbar 미만, 특히 40 mbar 미만, 바람직하게는 15 mbar 미만, 보다 더 바람직하게는 5 mbar 미만이다.

렌즈 물질은 본 장치의 경화 수단(curing means)에 의해 경화되며 이에 따라 렌즈 공간(3)에 따른 형태에 상응하는 경질 렌즈(14)가 형성된다. 상기 경화 수단은 렌즈 물질과 같은 열가소성 경화 폴리머(thermoplastic curable polymer)용 가열 수단(heating means) 또는 UV-경화 렌즈 물질용 UV 광을 위한 광원(light source)일 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이 예시된 대표 구체예에서, 내측 링(16)의 광축(A) 방향으로 날카롭게 돌출하는(project sharply) 돌출부 형태의 고정 구조물(25)을 가진 외측 링(24)과 내측 링(16)을 가지는 캐리어 웨이퍼(17)에 의해, 렌즈(14)와 캐리어 웨이퍼(17)는 비-파괴적으로 파열될(nondestructively broken) 수 없는 포지티브 연결부(positive connection)를 형성한다.

고정 구조물(25)의 대안의 형태들이 도 5에 도시된다. 도 3과 도 4에 도시된 대안의 구체예는 도 1과 도 2에 도시된 본 발명의 대표적인 구체예에 상응하는데, 차이점은 여기에 도시된 대표적인 구체예에서 렌즈(14')는 다른 형태를 가질 것이라는 점이다. 기능적인 변화(functional change)가 없는 그 외의 다른 형태 변화는 렌즈(1'), 상측 캐리어 웨이퍼(9') 및 하측 캐리어 웨이퍼(18')에 관한 것이다. 설명을 위해, 도 1과 2 그리고 도 5를 참조하라.

도 6은, 복수의 상측 렌즈 다이(9, 9')를 가진 상측 렌즈 다이 매트릭스(4)를 수용하기 위한 수용 수단(50) 및 복수의 하측 렌즈 다이(18, 18')를 가진 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)를 수용하기 위한 수용 수단(51)으로 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 도시한다. 수용 수단(50, 51)들은 각각 척(chuck)(52, 53) 및 횡단면이 U자 형태이고 예를 들어 진공 통로(도시되지 않음)를 통해 각각의 척(52, 53)에 결부된(attached) 다이 홀더(54, 55)를 포함한다.

상측 및/또는 하측 수용 수단(50, 51)은 컨트롤장치에 의해 상하로 이동될 수 있는데, 컨트롤장치는 도면에 도시되지 않는다.

하측 렌즈 다이 매트릭스(5) 위에 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(56)이 있다. 상측 렌즈 다이 매트릭스(4) 위에는 상측 렌즈 다이 매트릭스(4)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(57)이 있다. 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32) 위에는 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(58)이 있다.

이 정렬 수단(56, 57 및/또는 58)은 하나 이상의 광학 시스템(도시되지 않음)을 포함하며 도시되지 않은 컨트롤 유닛에 의해 조절된다. 게다가, 정렬 수단(56, 57 및/또는 58)은 수용 수단(50 및/또는 51)을 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)에 대해 평행하게 이동시키기 위한 운동 수단(movement means)을 포함한다.

또한, 특히, 가요성 유체 라인(62)을 통해 렌즈 물질을 위한 저장 탱크(storage tank)에 연결된 상호교체형 주입기(62)를 가진 주입 수단(61) 형태의 전달 수단(60)이 있다. 주입 수단(61)은 드롭 디스펜서(drop dispenser)로서 제작되고 캐리어 웨이퍼 구조물의 각각의 구멍(2)에 접근할 수 있으며 주어진 양의 렌즈 물질을 주입 수단(61)에 첨가할 수 있다.

압력을 가하기 위한 스탬핑 수단(stamping means)은 특히 정렬 수단(50, 51)에 가해지는 힘(Fo 및 Fu)에 의해 캐리어 웨이퍼 매트릭스를 따라 조절가능한 표면 힘(superficial force)을 제공하며, 이 힘(Fo 및 Fu)들은 캐리어 웨이퍼 매트릭스 방향에서 반대로 작용하여 예를 들어 한 번에 한 유압식 실린더만큼 힘을 전달한다.

또한, 본 장치는 스탬핑 동안 렌즈 물질을 경화시키기 위한 수단, 특히 렌즈 물질에 작동하는 가열 수단 및/또는 UV 광원을 포함한다.

1 : 마이크로렌즈 1' : 마이크로렌즈
2 : 구멍 3 : 렌즈 공간
4 : 렌즈 다이 매트릭스 5 : 렌즈 다이 매트릭스
7 : 짝 표면 8 : 접촉 표면
9 : 상측 렌즈 다이 9' : 상측 렌즈 다이
10 : 캐리어 기판 11 : 렌즈 몰드
12 : 음화 렌즈(lens negative)
14 : 렌즈 14' : 렌즈
16 : 내측 링 17 : 캐리어 웨이퍼
18 : 하측 렌즈 다이 18' : 하측 렌즈 다이
19 : 음화 렌즈 20 : 렌즈 몰드
21 : 캐리어 기판 22 : 접촉 표면
23 : 짝 표면 24 : 외측 링
25 : 고정 구조물 31 : 마이크로렌즈 매트릭스
32 : 캐리어 웨이퍼 구조물/캐리어 웨이퍼 매트릭스
A : 광축(optical axis)
50 : 수용 수단 51 : 수용 수단
52 : 척(chuck) 53 : 척
54 : 다이 홀더 55 : 다이 홀더
56 : 정렬 수단 57 : 정렬 수단
58 : 정렬 수단 59 : 고정 수단
60 : 전달 수단 61 : 주입 수단
62 : 유체 라인

Claims

캐리어 웨이퍼(17)를 사용하여 마이크로렌즈(1, 1')를 제조하기 위한 방법에 있어서,
렌즈(14, 14')를 스탬핑(stamping) 함으로써 캐리어 웨이퍼(17)의 한 구멍에 있는 렌즈(14, 14')가 캐리어 웨이퍼(17) 내에 몰딩가공되는 마이크로렌즈 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
캐리어 웨이퍼(17)는 마이크로렌즈(1, 1')의 빔 경로(beam path)의 완전히 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 렌즈(14, 14')는, 스탬핑 동안, 캐리어 웨이퍼(17)를 둘러싸는 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)의 구멍(2)들 내에 몰딩가공되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
렌즈 다이(9, 9', 18, 18')의 접촉 표면(8, 22)들은, 스탬핑 동안, 렌즈 다이(9, 9', 18, 18')를 공면에 배열(coplanar alignment)하기 위해 캐리어 웨이퍼(17)의 짝 표면(7, 23)들과 접하는(adjoin) 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상측 렌즈 다이(9, 9')의 한 접촉 표면(8)은, 스탬핑 동안, 렌즈 다이(9, 9', 18, 18')를 공면에 배열하기 위해 캐리어 웨이퍼(17)의 접촉 표면(22)과 접하는(adjoin) 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은:
- 캐리어 웨이퍼(17)의 구멍과 하측 렌즈 다이(18, 18')를 나란하게 정렬시켜 고정하는 단계;
- 렌즈(14, 14')를 형성하는 렌즈 물질을 구멍(2) 내로 전달하는 단계;
- 상측 렌즈 다이(9, 9')로 렌즈 물질에 작동(acting)시킴으로써 렌즈(14, 14')를 스탬핑하는 단계; 및
- 렌즈(14, 14')를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 제조 방법.
마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치에 있어서,
상기 장치는:
- 상측 렌즈 다이(9, 9')를 수용하기 위한 수용 수단(50);
- 하측 렌즈 다이(18, 18')를 수용하기 위한 수용 수단(51);
- 하측 렌즈 다이(18, 18')에 고정될 수 있는 캐리어 웨이퍼(17)의 구멍(2)과 하측 렌즈 다이(18, 18')를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(56);
- 하측 렌즈 다이(18, 18')로 캐리어 웨이퍼(17)를 고정하기 위한 고정 수단(59);
- 하측 렌즈 다이(18, 18') 및/또는 구멍(2)과 상측 렌즈 다이(9, 9')를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(57);
- 마이크로렌즈(1, 1')의 렌즈(14, 14')를 형성하는 렌즈 물질을 하측 렌즈 다이(18)로 고정된 캐리어 웨이퍼(17)의 구멍(2) 내에 전달하기 위한 전달 수단(60); 및
- 상측 렌즈 다이(9, 9')로 구멍(2) 내에 전달된 렌즈 물질에 작동하기 위한 스탬핑 수단을 포함하는 마이크로렌즈 제조 장치.
복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치에 있어서,
상기 장치는:
- 상측 렌즈 다이 매트릭스(4)를 수용하기 위한 수용 수단(50);
- 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)를 수용하기 위한 수용 수단(51);
- 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)와 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(56, 58);
- 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)로 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)를 고정하기 위한 고정 수단(59);
- 하측 렌즈 다이 매트릭스(5) 및/또는 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)와 상측 렌즈 다이 매트릭스(4)를 나란하게 정렬하기 위한 정렬 수단(57, 58);
- 마이크로렌즈(1, 1')의 복수의 렌즈(14, 14')를 형성하는 렌즈 물질을 하측 렌즈 다이 매트릭스(5)로 고정된 캐리어 웨이퍼 매트릭스(32)의 구멍(2) 내에 전달하기 위한 전달 수단(60); 및
- 상측 렌즈 다이 매트릭스(4)로 구멍(2) 내에 전달된 렌즈 물질에 작동하기 위한 스탬핑 수단을 포함하는 복수의 마이크로렌즈 제조 장치.
스탬핑에 의해 캐리어 웨이퍼(17)의 한 구멍 내에 몰딩가공되는 렌즈(14)를 가진 마이크로렌즈.