KR20180044949A - 기판에 직접 부착되는 스페이서를 포함하는 광학 어셈블리들 - Google Patents
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Abstract
본 개시 내용은, 예를 들어, 웨이퍼-레벨 공정들을 사용하여 제조될 수 있는 광학 어셈블리들을 설명한다. 이 공정은 광학 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택을 제공하는 단계와 광학 웨이퍼의 표면 상에 직접 스페이서들을 성형하는 단계를 포함 할 수 있다. 스페이서들은, 예를 들어, 접착제 없이 광학 웨이퍼에 스페이서들이 접착되도록 진공 주입 기술을 사용하여 성형될 수 있다.
Description
본 개시 내용은 기판에 직접 부착되는 스페이서를 포함하는 광학 어셈블리들뿐만 아니라 이러한 광학 어셈블리들의 제조 기술에 관한 것이다.
이미징 디바이스들과 같은 소형 광전자 모듈들(optoelectronic modules)은 때때로 원하는 성능을 얻기 위해 디바이스의 광학 축을 따라 적층된 렌즈들을 포함하는 광학 어셈블리들을 사용한다. 일부 예들에서는, 제조 공정들의 일부로서, 스택을 형성하는 웨이퍼들(wafers)이 함께 정렬 및 결합된다. 예를 들어, 웨이퍼들은 글루(glue) 또는 다른 접착제(adhesive)에 의해 서로 부착될 수 있다. 그러나, 글루는 때때로 광학 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있는 영역으로 이동한다.
또한, 일부 예들에서는, 비교적 얇은 스페이서 웨이퍼들이 스택 내의 다양한 광학 부재들을 서로 분리시키거나 모듈 내의 다른 광전자 구성 요소들과 광학 어셈블리를 분리시키는 데에 사용된다. 얇은 스페이서 웨이퍼들의 사용은 어셈블리 또는 모듈의 전체 높이를 감소시키는 데 도움을 주기 때문에 이로울 수 있다. 한편, 공정 동안 그러한 웨이퍼들의 변형(distortion)이 발생할 수 있다. 또한, 스페이서 웨이퍼들은 때때로 수분을 흡수할 수 있는 에폭시(epoxy) 재료로 구성된다. 이러한 수분의 흡수는 웨이퍼에 비교적 큰 치수 변화들을 초래할 수 있고, 이는 어셈블리의 광학 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
본 개시 내용은 기판에 직접 부착되는 스페이서를 포함하는 광학 어셈블리들뿐만 아니라 이러한 광학 어셈블리들의 제조 기술을 설명한다. 예를 들어, 광학 어셈블리들은 다수의 어셈블리가 동시에 병렬로 제조되는 웨이퍼-레벨 공정들(wafer-level processes)을 사용하여 제조될 수 있다. 이 공정은 광학 웨이퍼(optics wafer)를 포함하는 웨이퍼 스택(wafer stack)을 제공하는 단계, 및 광학 웨이퍼 표면에 직접 스페이서들을 성형(molding)하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스페이서들은 접착제 없이 광학 웨이퍼에 부착되도록 하는 진공 주입(vacuum injection) 기술을 사용하여 성형될 수 있다.
예를 들어, 일 양태에서는, 광학 어셈블리들을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법(wafer-level method)은 하나가 다른 하나의 위에 적층된 복수의 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택을 제공하는 단계를 포함하고, 복수의 웨이퍼는 광학 웨이퍼를 포함한다. 후속적으로, 광학 웨이퍼의 표면 상에 직접 스페이서들이 성형되고, 이 스페이서들은 접착제 없이 광학 웨이퍼의 표면에 부착된다.
일부 구현예들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, 일부 예들에서는, 스페이서들은 진공 주입에 의해 형성된다. 진공 주입은 진공 주입 툴(vacuum injection tool)에 의해 정의된 공간들에 에폭시를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서는, 진공 주입 동안, 에폭시의 일부는 웨이퍼 스택 내 각각의 웨이퍼들의 둘레(circumference)를 따라 배치되고, 또한, 광학 웨이퍼의 주연부(periphery)에서 광학 웨이퍼의 표면을 따라, 및/또는 광학 웨이퍼의 단부(end)와 대향하는 웨이퍼 스택의 단부에서 웨이퍼 스택의 표면을 따라 배치될 수 있다.
다른 양태는, 개구부를 갖는 제1 스페이서에 의해 서로 분리된 제1 및 제2 기판을 포함하는 광학 어셈블리를 설명하며, 여기서 기판들은 특정 파장 또는 파장 범위에 대해 투명하다. 광학 어셈블리는 기판들 중 적어도 하나의 기판 상에 빔 형상화 소자(beam shaping element)를 포함할 수 있다. 어셈블리는 제1 및 제2 스페이서가 제2 기판의 반대 면들 상에 있고, 제2 스페이서가 접착제 없이 제2 기판의 표면에 부착되도록, 제2 기판의 표면에 직접 부착된 제2 스페이서를 더 포함한다. 제1 및 제2 기판과 제1 및 제2 스페이서의 외측 측면 치수(outer lateral dimension)는 서로 동일 할 수 있다.
일부 예들에서는, 제2 스페이서는 제2 기판의 표면 상에 성형되고, 에폭시 재료(예를 들어, 진공 주입된 에폭시)를 포함한다. 예를 들어, 제1 및 제2 기판은 유리(glass), 폴리머(polymer)로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성될 수 있다. 일부 경우들에서는, 각각의 빔 형상화 소자(beam shaping element)가 제1 및 제2 기판 각각에 제공된다.
일부 구현예들은 이하의 이점들 중 하나 이상을 제공한다. 예를 들어, 성형된 스페이서들을 광학 웨이퍼에 부착하기 위해 접착제가 필요하지 않기 때문에, 웨이퍼-레벨 공정은 글루 또는 다른 접착제를 사용했다면 발생했을 수 있는 문제점들을 완화시키는 데에 도움을 줄 수 있다(예를 들어, 웨이퍼 스택의 민감한 영역들로의 접착제의 이동; 스페이서 웨이퍼에의 수분의 흡수). 또한, 일부 구현예들에서, 광학 웨이퍼 상에 직접 스페이서들을 성형하는 것은 오정렬(misalignment) 및/또는 취급 왜곡(handling distortion)을 감소시킬 수 있다.
다양한 예가 아래에서 더 자세히 설명된다. 다른 양태들, 특징들, 및 이점들은 이하의 상세한 설명, 첨부 도면들, 및 청구 범위들로부터 용이하게 명백할 것이다.
도 1은 광학 어셈블리의 예를 도시한다.
도 2는 적어도 하나 이상의 광학 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 3은 광학 어셈블리들을 제조하는 웨이퍼-레벨 공정의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 4a는 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 4b 내지 도 4d는 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택들의 다른 예들을 도시한다.
도 5는 광학 웨이퍼 상에 스페이서들이 형성되는 동안의 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택을 도시한다.
도 6은 진공 주입 툴로부터 제거된 후의 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 7은 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택의 또 다른 예를 도시한다.
도 2는 적어도 하나 이상의 광학 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 3은 광학 어셈블리들을 제조하는 웨이퍼-레벨 공정의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 4a는 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 4b 내지 도 4d는 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택들의 다른 예들을 도시한다.
도 5는 광학 웨이퍼 상에 스페이서들이 형성되는 동안의 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택을 도시한다.
도 6은 진공 주입 툴로부터 제거된 후의 웨이퍼 스택의 예를 도시한다.
도 7은 진공 주입 툴 내의 웨이퍼 스택의 또 다른 예를 도시한다.
도 1은 스택을 형성하기 위해 제1 스페이서(24)에 의해 서로 부착된 제1 및 제2 투명 기판(22A, 22B)을 포함하는 광학 어셈블리(20)의 예를 도시한다. 예를 들어, 기판들(22A, 22B)은 유리 또는 폴리머로 구성될 수 있다. 일부 경우들에서는, 특정 파장 또는 파장 범위의 광(light)(예를 들어, 적외선 또는 가시광)만이 어셈블리(20)를 통과하는 것을 허용하기 위해 기판들(22A, 22B) 중 하나 또는 둘 모두는 그들의 표면(들) 상에 하나 이상의 광학 필터들(optical filters)을 포함할 수 있다.
투명 기판들(22A, 22B) 중 하나 이상은 그들의 표면들 중 하나 또는 둘 모두에 적어도 하나의 렌즈 또는 다른 빔 형상화 소자(26)를 포함할 수 있다. 도시 된 예가 각각의 투명 기판들(22A, 22B) 상에 적어도 하나의 렌즈(26)를 도시하지만, 일부 경우들에서는, 렌즈들 또는 다른 빔 형상화 소자들이 투명 기판들 중 단지 하나에만 존재할 수 있거나 주어진 기판의 한 면 또는 양면 모두에 존재할 수도 있다. 일부 경우들에서는, 기판들(22A, 22B) 중 하나만이 그 표면 상에 렌즈를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 스페이서(24)는 투명 기판들(22A, 22B)을 서로 분리시키고, 환형 모양 또는 중앙에 개구부(29)를 갖는 직사각형 모양을 가져서 렌즈들(26)을 측 방향으로(laterally) 둘러싸도록 할 수 있다. 예를 들어, 투명 기판들(22A, 22B)은 제1 스페이서(24)의 대향 단부들에 글루 또는 다른 접착제에 의해 부착될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 스페이서(24)는 제2 기판(22B)의 제1 표면(30A)에 부착된다. 또한, 제2 스페이서(28)는 제2 기판(22B)의 제2 대향 표면(30B) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 스페이서(24)와 마찬가지로, 제2 스페이서(28)는, 환형 모양 또는 중앙에 개구부(32)를 갖는 직사각형 모양을 가질 수 있다. 일부 예들에서는, 예를 들어, 광학 어셈블리(20)는 발광(light emitting) 또는 감광(light detecting) 소자(예를 들어, LED, OLED, 레이저 칩, VCSEL, 포토다이오드, 이미지 센서)가 장착된 인쇄회로기판(PCB) 위에 위치될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 제2 스페이서(28)는 발광 또는 감광 표면과 어셈블리 내의 광학 요소 사이의 잘 정의된 거리를 보장할 수 있다. 기판들(22A, 22B) 및 스페이서들(24, 28)의 외측 측면 치수(즉, 도 1에서 x 및 z축을 따름)는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 구현예들에서, 제1 스페이서(24)는 폴리머 재료, 예를 들어 관심 파장(들)에 대해 실질적으로 불투명한 에폭시 수지(epoxy resin)와 같이, 경질화할 수 있는(예를 들어, 경화성의) 폴리머 재료로 구성된다. 일부 경우들에서는, 스페이서들(24, 28) 중 하나 또는 둘 모두는 열경화성(thermosetting) 폴리머 재료, UV-경화성 폴리머 재료 또는 가시광-경화성 폴리머 재료로 구성되고, 하나 이상의 안료, 무기 충전제들(inorganic fillers), 및/또는 광학 어셈블리(20)가 관련하여 사용되도록 의도되는 특정 파장 또는 파장 범위의 광에 대하여 스페이서들을 실질적으로 투명하지 않게(즉, 불투명하게) 만드는 염료들을 더 포함할 수 있다. 제2 스페이서(28)는 진공 주입 수지 또는 다른 폴리머로 구성될 수 있다.
제1 스페이서(24)는 접착제에 의해 기판들(22A, 22B)에 부착될 수 있지만, 제2 스페이서(28)는 제2 기판(22B)의 표면(30B) 상에 직접 성형된다. 아래에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 제2 스페이서(28)를 형성하기 위해 진공 주입 성형 공정이 사용될 수 있다. 이러한 기술은 글루 또는 다른 접착제의 사용 없이 제2 스페이서(28)가 제2 기판(22B) 상에 제공 및 고정될 수 있도록 한다. 따라서, 스페이서(28)는 투명 기판(22B)의 재료와 상이한 재료로 구성될 수 있더라도, 스페이서(28)와 기판(22B)이 만나는 경계(34)에는 글루 또는 다른 접착제가 없다.
어셈블리(20)와 같은 광학 어셈블리들은 다수의 어셈블리가 동시에 제조될 수 있게 하는 웨이퍼-레벨 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼는 실질적으로 디스크 또는 판 유사 형상의 아이템(disk- or plate-like shaped item)을 지칭하고, 그것의 한 방향(y 방향 또는 수직 방향)으로의 연장범위(extension)는 다른 두 방향(x 및 z 또는 측 방향들)으로의 연장범위에 대하여 더 작다. 일부 구현예들에서, 웨이퍼의 직경은 5 cm와 40 cm의 사이이고, 예를 들어, 10 cm와 31 cm의 사이일 수 있다. 웨이퍼는, 예를 들어, 2, 4, 6, 8, 또는 12 인치의 직경을 갖는 원통형일 수 있고, 1 인치는 대략 2.54 cm이다. 웨이퍼-레벨 공정의 일부 구현예들에서, 각각의 측 방향으로 적어도 10 개의 모듈을 위한 제공들(provisions)이 있을 수 있고, 일부 경우들에서는 각각의 측 방향으로 적어도 30 개 또는 심지어 50 개 이상의 모듈을 위한 제공들이 있을 수 있다.
웨이퍼-레벨 공정의 예에서, 제1 광학 웨이퍼(122A) 및 제2 광학 웨이퍼(122B)는 도 2에 도시된 바와 같이 개구부들(29)을 갖는 스페이서 웨이퍼(124)에 접착제(예를 들어, 글루)에 의해 부착된다. 예컨데, 글루는 스크린 인쇄(screen printing) 또는 다른 적절한 기술에 의해 퇴적될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 가열-경화성(heat-curable) 및/또는 UV-경화성(UV-curable) 에폭시 수지일 수 있다. 다음으로, 광학 웨이퍼들(122A, 122B) 및 스페이서 웨이퍼(124)는 서로 정렬되고 결합된다. 그 결과는, 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같은 웨이퍼 스택(120)이다.
예를 들어, 스페이서 웨이퍼(124)는 UV 또는 열 경화성 에폭시(또는 다른 폴리머)로 구성될 수 있으며, 일부 경우들에서는 원하는 광학 특성을 얻기 위해 카본 블랙(carbon black)(또는 다른 흑색 안료(dark pigment)) 또는 무기 충전제 또는 염료를 포함할 수 있다. 스페이서 웨이퍼(124)를 위한 기본 재료로서 다양한 폴리머 재료들(예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴레이트(acrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 또는 실리콘 재료들)이 사용될 수 있다.
제1 및 제2 광학 웨이퍼(122A, 122B)는 유리 또는 폴리머 재료와 같은 투명한 재료로 구성될 수 있다. 도 2의 예에서는, 광학 웨이퍼들(122A, 122B) 각각은 그 표면 상에 다수의 빔 형상화 소자들(예를 들어, 렌즈들)(26)을 포함한다. 예를 들어, 렌즈들(26)은, 예를 들어 에칭(etching), 엠보싱(embossing), 성형 또는 진공 주입과 같은, 주어진 구조체 또는 그것이 음각이 재생성되게 하는 기술을 지칭하는 복제 공정(replication process)에 의해 광학 웨이퍼들(122A, 122B) 상에 형성될 수 있다. 복제 공정의 구체적인 예에서, 구조화된 표면이 액체, 점성 있는(viscous) 또는 소성 변형 가능한(plastically deformable) 재료에 엠보싱된 다음, 예를 들어 자외 복사(ultraviolet radiation) 또는 가열을 사용하여 경화시킴으로써 재료가 경질화된 후, 구조화된 표면이 제거된다. 따라서, 구조화된 표면의 복제본(이 경우 음각의 복제본)이 얻어진다. 예를 들어, 복제를 위한 적합한 재료는, 경질화할 수 있는(예를 들어, 경화성) 폴리머 재료들 또는 다른 복제 재료들, 즉 경질화 또는 응고 단계(예를 들어, 경화 단계)에서 액체, 점성 있는 또는 소성 변형 가능한 상태로부터 고체 상태로 변형 가능한 재료들이다.
제2 광학 웨이퍼(122B) 상에 진공 주입되어 성형된 스페이서들을 형성하기 전에, 제2 광학 웨이퍼(122B)의 후면 표면에 대하여 표면 준비가 수행될 수 있다(도 3의 블록(50) 참조). 예를 들어, 광학 웨이퍼(122B)의 후면 표면은 그것의 부착 특성들을 개선하기 위해 세정될 수 있다. 일부 예들에서, 표면 준비는 광학 웨이퍼 표면의 습윤성(wettability) 또는 다른 특성들을 변경시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 경우들에서, 제2 광학 웨이퍼(122B)의 후면(즉, 복제된 렌즈들(26)이 형성된 표면과 반대되는 광학 웨이퍼(122B)의 표면)은 O2 플라즈마 상태에 있게 된다.
다음으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 광학 웨이퍼(122A)의 후면이 진공 밀봉 척(vacuum sealing chuck)과 접촉하도록 웨이퍼 스택(120)은 편평한 PDMS 진공 밀봉 척(202) 상에 위치된다(도 3의 블록(52) 참조). 따라서, 형성된 복제된 렌즈들(26)이 있는 표면에 대향하는 광학 웨이퍼(122A)의 표면은 진공 밀봉 척(202)에 놓여진다. 다음으로, 진공 주입 툴(204)은 제2 광학 웨이퍼(122B)의 후면 표면과 접촉하게 된다(도 3의 블록(54)). 진공 주입 툴(204)은 제2 광학 웨이퍼(122B)의 후면 상에 형성될 제2 스페이서들의 형상 및 위치를 정의하는 영역들(208)을 포함한다. 그 영역들(208)은 스페이서 웨이퍼(124)에 의해 정의된 스페이서들의 피치(pitch)에 대응하도록 배열된 공간들의 격자(grid) 또는 어레이(array)를 형성할 수 있다. 일부 경우들에서, 환형 밀봉 플레이트(annular seal plate)(206)는 진공 밀봉 척(202)과 진공 주입 툴(204)의 사이에 배치된다. 진공 주입 툴(204)은 제2 스페이서들(28)에 대한 영역(208)이 스페이서 웨이퍼(124)의 대응하는 부분과 일렬로 위치하도록 웨이퍼 스택(120)과 정렬된다(도 3의 블록(56) 참조). 이 목적을 위해, 툴(204) 및/또는 광학 웨이퍼(122B)는 정렬 마크들(alignment marks)을 포함할 수 있다.
주입된 재료(예를 들어, SO4 또는 다른 에폭시)가 입구(214)를 통해 제2 스페이서들을 위한 영역들(208) 내로 유동하는 것을 용이하게 하기 위해, 진공 밀봉 척(202)의 출구(212) 부근에 진공 펌프(210)가 제공될 수 있다(도 3의 블록(58)). 일단 주입된 에폭시 재료가 진공 주입 툴(204)의 영역들(208)을 채우면, 예를 들어 UV 및/또는 열 경화에 의해 에폭시가 경화(즉, 경질화)될 수 있다(도 3의 블록(60)). 일부 예들에서, 경화에 사용되는 UV 복사는 진공 주입 툴 측으로부터 입사될 수 있으며, 이 경우 툴(204)은 UV 복사에 대해 투명해야 한다. 그 결과는 제2 광학 웨이퍼(122B)의 후면 상에 스페이서들(28)을 포함하는 웨이퍼 스택이다. 따라서, 공정은 제2 광학 웨이퍼(122B)의 표면에 직접 성형되는 스페이서들(28)을 야기한다. 이 공정의 단계에서 접착제가 필요하지 않기 때문에, 공정은 글루 또는 기타 접착제가 사용되었다면 발생했을 수 있는 문제점들(예를 들어, 웨이퍼 스택의 민감한 영역들로의 접착제의 이동; 스페이서 웨이퍼에 수분의 흡수)을 완화하는 데 도움을 줄 수 있다. 일부 구현예들에서, 광학 웨이퍼(122B) 상에 직접 스페이서들(28)을 성형하는 것은 오정렬 및/또는 취급 왜곡을 감소시킬 수 있다.
또한, 일부 경우들에서, 에폭시(220)의 일부는 웨이퍼 스택(120)의 둘레에서 공간들(219) 내로 주입될 수 있다(도 4a 및 도 5 참조). 일단 에폭시가 경화되면, 스택(120)의 둘레를 둘러싸는 공간들(219) 내의 에폭시(220)는 웨이퍼들(122A, 124, 122B)을 함께 홀드하는 것을 돕고 웨이퍼 스택을 더욱 견고하게 만든다(도 5 참조). 따라서, 진공 주입되어 성형된 에폭시(220)는 웨이퍼 스택에서 오정렬 또는 다른 왜곡의 발생을 방지하는 것을 도울 수 있다. 일부 경우들에서, 주입된 에폭시(220)의 일부가 제2 광학 웨이퍼(122B)의 주연부 근처에서 제2 광학 웨이퍼의 상부(즉, 툴 측) 표면 상에 존재하도록 툴(204)이 형상화될 수 있다. 도 5의 예에 도시된 바와 같이, 이는 스택(120)의 둘레 주위에서 에폭시에 대한 후크-형상(hook-shape)을 야기하고, 이는 스택을 함께 더 잘 홀드할 수 있다. 유사하게, 일부 경우들에서, 진공 밀봉 척(202)은 주입된 에폭시(220)의 일부가 제1 광학 웨이퍼(122A)의 하부(즉, 밀봉 척 측) 표면 상에 존재하도록 형상화될 수 있다. 웨이퍼 스택(120)의 둘레 주위에, 그리고 양 광학 웨이퍼들(122A, 122B)의 외측 표면들 상에서 광학 웨이퍼들 각각의 주연부들 근처에 에폭시(220)를 제공함으로써, 에폭시(220)는 스택(120) 내 웨이퍼들을 함께 홀드하고 오정렬 또는 다른 왜곡들을 방지하는 데 도움이 되기 위해서 클램프(clamp)의 역할을 할 수 있다. 전술한 구현예들에서, 웨이퍼 스택(120)을 함께 홀드하는 것을 돕는 에폭시(220)는 스택 내의 웨이퍼들(122A, 124, 122B)에 직접 성형된다.
일부 구현예들에서, 예를 들어, 도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 웨이퍼들(122A, 122B) 및 스페이서 웨이퍼(124)의 외측 측면 치수는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 도 4b의 예에 도시된 바와 같이, 광학 웨이퍼들(122A, 122B)의 외측 측면 치수는 스페이서 웨이퍼(124)의 외측 측면 치수를 약간 넘어서 연장될 수 있다. 일부 경우들에서는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 광학 웨이퍼들 중 하나(예를 들어, 광학 웨이퍼(122B))만의 외측 측면 치수가 스페이서 웨이퍼(124)뿐만 아니라 다른 광학 웨이퍼의 외측 측면 치수를 넘어서 연장될 수 있다. 또한, 일부 경우들에서는, 도 4d에 도시된 바와 같이, 양 광학 웨이퍼(122A, 122B)의 외측 측면 치수가 스페이서 웨이퍼(124)의 외측 측면 치수 및 진공 밀봉 척(202)의 외측 측면 치수를 약간 넘어서 연장될 수 있다. 전술한 각각의 예들에서, 에폭시는 웨이퍼 스택 내의 웨이퍼들(122A, 122B, 124)의 둘레에 제공될 뿐만 아니라, 스택을 서로 더욱 잘 홀드하기 위해서 광학 웨이퍼들((122A, 122B) 각각의 주연부들 근처에서 광학 웨이퍼들(122A, 122B)의 하나 이상의 표면에 존재할 수 있다.
에폭시의 경화 후에, 냉각 및/또는 에폭시 세팅 기간(epoxy setting period)은 웨이퍼 스택이 진공 주입 툴로부터 제거되기 전에 지나가는 것이 허용될 수 있다(도 3의 블록(62)). 도 6은 진공 주입 툴로부터 제거된 후의 웨이퍼 스택(성형된 스페이서들(28)을 포함함)의 예를 도시한다. 툴로부터 웨이퍼 스택을 제거한 후에, 스택은 다수의 광학 어셈블리로 분리된다(예를 들어, 다이싱(dicing)에 의해)(도 3의 블록(64)). 각각의 광학 어셈블리는 도 1의 예에서와 같이 단일 광학 채널(single optical channel)을 포함할 수 있고, 또는 나란히 배열된 채널들의 어레이와 같은 다수의 광학 채널들을 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, 진공 주입 툴은 제2 광학 웨이퍼(122B)의 표면 중 스페이서들(28)과 동일한 표면 상에 수동 광학 소자들(passive optical elements)을 형성하는 것을 용이하게 하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 이러한 수동 광학 소자는 굴절(refraction) 및/또는 회절(diffraction) 및/또는 반사(reflection)에 의해 광을 방향 전환시킬 수 있고, 예를 들어 하나 이상의 렌즈 또는 프리즘을 포함할 수 있으며, 복제 기술에 의해 형성될 수 있다. 도 7은 웨이퍼 스택(120)의 일부인 광학 웨이퍼 상에 수동 광학 소자들뿐만 아니라 스페이서들을 직접 형성하는 데 사용될 수 있는 툴(204A)의 예를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 툴(204A)은 광학 소자들(예를 들어, 렌즈들)의 형성을 위한 광학 소자 복제 부분들(optical element replication sections)(224)을 포함하는 결합된 복제 및 진공 주입 툴이다. 툴(204A)을 광학 웨이퍼(122B)의 표면과 접촉시키기 전에, 복제 재료가 툴(204A)의 광학 소자 복제 부분들(224) 상에 제공된다. 복제 재료는 액체 또는 소성 변형 가능한 상태로부터 고체 상태로 될 수 있어야 한다. 복제 재료의 예는 복제 툴(204A)의 광학 소자 복제 부분들(224) 상에 주입(pour)되거나 분배(dispense)될 수 있는 UV 또는 열 경화 가능한 투명한 에폭시이다. 스택(120) 내의 광학 웨이퍼(122B)는 툴(204A)의 스페이서 복제 부분들(224)과 접촉하게 되고, 이는 광학 소자 복제 부분들(224)을 정의하는 영역들과 광학 웨이퍼(122B)의 표면 사이에서 복제 재료가 가압되게 한다. 그렇게 함으로써 복제된 광학 소자들은 광학 웨이퍼(122B)의 표면에 직접 부착되는 복제 재료 상에 엠보싱된다. 그 다음, 스페이서들을 도 4 및 도 5와 관련하여 전술한 바와 같이 공간들(208) 내에 에폭시를 진공 주입함으로써 광학 웨이퍼(122B)의 동일한 표면 상에 직접 형성될 수 있다.
다양한 변형들이 본 발명의 사상 내에서 만들어질 수 있다. 따라서, 다른 구현예들은 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (17)
- 광학 어셈블리들(optical assemblies)을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법(wafer-level method)으로서,
하나가 다른 하나의 위에 적층된 복수의 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택(wafer stack)을 제공하는 단계 - 상기 복수의 웨이퍼는 광학 웨이퍼(optics wafer)를 포함함 - ; 및
후속적으로 상기 광학 웨이퍼의 표면 상에 직접 스페이서들(spacers)을 성형(molding)하는 단계 - 상기 스페이서들은 접착제(adhesive) 없이 상기 광학 웨이퍼의 상기 표면에 부착됨 -
를 포함하는 웨이퍼-레벨 방법. - 제1항에 있어서,
진공 주입(vacuum injection)에 의해 상기 스페이서들을 형성하는 단계를 포함하는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제2항에 있어서,
상기 진공 주입은 진공 주입 툴(tool)에 의해 정의된 공간에 에폭시(epoxy)를 주입하는 단계를 포함하는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제3항에 있어서,
상기 진공 주입 동안, 상기 에폭시의 일부가 상기 웨이퍼 스택 내 각각의 웨이퍼들의 둘레(circumference)를 따라 배치되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제4항에 있어서,
상기 진공 주입 동안, 상기 에폭시의 일부가 상기 광학 웨이퍼의 주연부(periphery)에서 상기 광학 웨이퍼의 상기 표면을 따라 배치되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제4항에 있어서,
상기 진공 주입 동안, 상기 에폭시의 일부가 상기 광학 웨이퍼의 단부(end)와 대향하는 상기 웨이퍼 스택의 단부에서 상기 웨이퍼 스택의 표면을 따라 배치되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제4항에 있어서,
상기 진공 주입 동안, 상기 에폭시의 일부가 상기 광학 웨이퍼의 주연부에서 상기 광학 웨이퍼의 상기 표면을 따라 배치되고, 상기 에폭시의 일부가 상기 광학 웨이퍼의 단부와 대향하는 상기 웨이퍼 스택의 단부에서 상기 웨이퍼 스택의 표면을 따라 배치되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼 스택은 스페이서 웨이퍼(spacer wafer)를 포함하고, 상기 진공 주입에 의해 형성되는 상기 스페이서들은 상기 스페이서 웨이퍼의 스페이서 영역들에 정렬되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 웨이퍼는 유리(glass), 폴리머(polymer)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제9항에 있어서,
상기 광학 웨이퍼는 상기 광학 웨이퍼의 표면들 중 적어도 하나의 표면 상에 수동 광학 소자들(passive optical elements)을 포함하는, 웨이퍼-레벨 방법. - 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에폭시를 경화시키는 단계; 및
상기 웨이퍼 스택을 복수의 광학 어셈블리들로 분리하는 단계
를 포함하는, 웨이퍼-레벨 방법. - 광학 어셈블리로서,
개구부를 갖는 제1 스페이서에 의해 서로 분리되는 제1 및 제2 기판 - 상기 기판들은 특정 파장 또는 파장 범위에 투명함 -;
상기 기판들 중 적어도 하나의 기판 상의 빔 형상화 소자(beam shaping element); 및
상기 제2 기판의 표면에 직접 부착된 제2 스페이서 - 상기 제1 스페이서 및 상기 제2 스페이서는 상기 제2 기판의 대향 면들 상에 있고, 상기 제2 스페이서는 접착제 없이 상기 제2 기판의 상기 표면에 부착됨 -
를 포함하고,
상기 제1 및 제2 기판과 제1 및 제2 스페이서의 외측 측면 치수(outer lateral dimensions)는 서로 동일한, 광학 어셈블리. - 제12항에 있어서,
상기 제2 스페이서는 상기 제2 기판의 상기 표면 상에 성형되는, 광학 어셈블리. - 제12항에 있어서,
상기 제2 스페이서는 에폭시 재료를 포함하는, 광학 어셈블리. - 제12항에 있어서,
상기 제2 스페이서는 진공 주입된 에폭시를 포함하는, 광학 어셈블리. - 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판은 유리, 폴리머를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는, 광학 어셈블리. - 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판 중의 각각의 기판 상에 각각의 빔 형상화 소자를 포함하는, 광학 어셈블리.
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