KR20230107370A - 광학 시스템의 형성 - Google Patents

Abstract

렌즈와 다른 광학 요소를 포함하는 광학 시스템을 형성하는 방법으로서, 방법은: 리소그래피 장치를 사용하여 마스터 툴을 형성하는 단계; 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 포함하는 기판을 형성하기 위해 마스터 툴을 사용하는 단계; 통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖는 개별 기판들을 형성하기 위해 기판을 다이싱하는 단계; 지그에 다른 광학 요소를 위치시키는 단계; 및 복수의 렌즈들 중 렌즈를, 상기 렌즈에 대한 통합 정렬 특징부가 지그의 표면들에 대해 안착되도록 지그에 배치하여, 렌즈가 다른 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있도록 배치하는 단계를 포함한다.

Description

광학 시스템의 형성

본 발명은 렌즈 및 다른 광학 요소를 포함하는 광학 시스템을 형성하는 것에 관한 것이다.

다양한 유형의 광학 시스템들이 광범위한 소비자 및 산업 제품들 및 시스템들 내에 포함되어 있다. 하나의 이러한 광학 시스템은 프리즘(prism) 및 렌즈의 형태인 광학 요소를 포함한다. 렌즈는 전형적으로 접착제를 사용하여 광학 요소에 부착되고 픽-앤-플레이스 머신(pick-and-place machine)이 광학 요소의 표면 상으로 렌즈를 위치 설정하기 위해 사용된다. 그런 다음, 광학 시스템은 예를 들어 휴대폰 내로 통합될 수 있다.

본 개시 내용의 발명자들은 특정 애플리케이션들의 경우 광학 요소와 렌즈 사이에 매우 정밀한 위치 설정이 필요하다는 것을 확인하였다. 광학 요소는 프리즘, 비임 스플리터(beam splitter), 광학계의 조립체(assembly of optics), 회절 격자, 광섬유, 하나 이상의 개구부(aperture)들을 구비한 요소 등일 수 있다. 픽-앤-플레이스 머신을 사용하는 통상적인 기술은 요구되는 수준의 정확도를 제공할 수 없다.

하나의 이러한 애플리케이션은 휴대폰과 같은 소비자 디바이스에 있다. 휴대폰은 광을 수용하기 위한 개구부를 포함한다. 광은 프리즘의 형태인 광학 요소에 부착된 렌즈 상에 입사되며, 이 렌즈는 입사된 광을 휴대폰의 환경의 이미지를 캡처하도록 작동할 수 있는 이미지 센서를 향해 지향시킨다. 정밀한 렌즈 위치 설정에 대한 중요성은 광학 수차(optical aberration)들과 결과로서 최종 이미지 품질에 있다. 특히, 렌즈와 광학 구성요소 사이의 불량한 정렬은 1차 비점수차(astigmatism) 및 2차 코마(coma)를 도입할 것이다.

본 개시 내용의 일 측면에 따르면, 렌즈와 다른 광학 요소를 포함하는 광학 시스템을 형성하는 방법이 제공되며, 방법은: 리소그래피 장치(lithographic apparatus)를 사용하여 마스터 툴(master tool)을 형성하는 단계; 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부(associated lens alignment feature)들을 포함하는 기판을 형성하기 위해 마스터 툴을 사용하는 단계; 통합 렌즈 정렬 특징부(integrated lens alignment feature)를 구비하는 렌즈를 각각 갖는 개별 기판들을 형성하기 위해 기판을 다이싱(dice)하는 단계; 지그(jig)에 다른 광학 요소를 위치시키는 단계; 및 복수의 렌즈들 중 렌즈를, 상기 렌즈에 대한 통합 정렬 특징부가 지그의 표면들에 대해 안착되도록 지그에 배치하여, 렌즈가 다른 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있도록 배치하는 단계를 포함한다.

본 개시 내용의 실시예들은 광학 요소에 대한 렌즈의 정확한 배치를 제공하며, 이는 대량 생산[높은 볼륨들 및 높은 UPH, 시간당 유닛 개수(units per hour)]에 효율적인 방식으로 달성된다.

렌즈들과 정렬 특징부들이 동일한 리소그래피 장치를 사용하여 형성되기 때문에, 이들은 서로에 대해 정밀하게 정렬된다. 특히, 렌즈와 정렬 특징부는 동일한 마스터 툴을 사용하여 형성되므로, 최상의 제조 공차를 보장한다.

본 개시 내용의 실시예들에서, 광학 요소에 대한 렌즈의 정렬은 기계적으로(예를 들어 중력을 사용하여) 수행되며, 따라서 정렬 정확도는 머신 능력들(예를 들어, 픽-앤-플레이스 머신의 위치 설정 정확도)에 의해 제한되지 않는다.

렌즈는 제1 방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부의 제1 표면이 지그의 제1 표면에 대해 안착되고, 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부의 제2 표면이 지그의 제2 표면에 대해 안착되도록 지그에 배치될 수 있다.

일부 구현들에서, 원하는 포지션에서 통합 정렬 특징부의 제1 표면은 광학 요소의 제1 표면과 동일한 평면에 있고, 통합 정렬 특징부의 제2 표면은 광학 요소의 제2 표면과 동일한 평면에 있다.

일부 구현들에서, 통합 정렬 특징부의 제1 표면 및 통합 정렬 특징부의 제2 표면은 렌즈의 광학 축에 평행한 제3 방향으로 연장된다.

지그는 공동을 포함할 수 있고, 상기 렌즈가 상기 지그에 배치되면, 상기 렌즈가 그 상으로 형성되어 있는 개별 기판의 부분들이 상기 공동 내로 연장될 수 있다.

일부 구현들에서, 다른 광학 요소는 상기 배치 동안 중력이 렌즈를 원하는 포지션 내로 안내하도록 상기 지그에 위치된다.

마스터 툴은, 기판이 다이싱될 때 개별 기판들이 단일의 통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성될 수 있다.

마스터 툴은, 기판이 다이싱될 때 개별 기판들이 복수의 통합 렌즈 정렬 특징부들을 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성될 수 있다.

일부 구현들에서, 마스터 툴은, 기판이 다이싱될 때 개별 기판들이 개별 기판의 각각의 코너(corner)에 제공된 통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성된다. 이는 유리하게는 렌즈가 지그 내로 배치될 수 있는 배향에서 유연성을 제공한다.

리소그래피 장치를 사용하여 마스터 툴을 형성하는 단계는: 마스터 툴 형성 기판 상으로 복제 재료를 증착(deposite)시키는 단계; 렌즈들에 대응하는 형상을 갖는 경화된 복제 재료를 형성하기 위해 복제 재료를 경화시키는 단계; 마스터 툴 형성 기판 상으로 액체 포토레지스트(liquid photoresist)를 디스펜싱(dispense)하는 단계; 렌즈 정렬 특징부들에 대응하는 형상을 갖는 경화된 포토레지스트를 형성하기 위해 액체 포토레지스트의 선택된 부분들에만 광을 노출시키는 단계; 잔류하는 노출되지 않은 액체 포토레지스트를 제거하는 단계; 기판, 경화된 복제 재료, 및 경화된 포토레지스트 위에 액체 재료를 증착시키는 단계; 마스터 툴을 형성하기 위해 액체 재료를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

액체 포토레지스트의 선택된 부분들에만 광을 노출시키는 단계는: 마스터 툴 형성 기판 위에 투명 마스킹 구조(transparent masking structure)를 위치 설정하는 단계 ― 마스킹 구조는 마스킹 층을 포함함 －; 및 상기 마스킹 구조를 통해 광을 방출시키는 단계를 포함할 수 있다.

복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 포함하는 기판을 형성하기 위해 마스터 툴을 사용하는 단계는: 마스터 툴과 기판 사이에 복제 재료를 가진 상태로, 마스터 툴과 기판을 서로에 대해 정렬시키고 마스터 툴과 기판의 제1 측면을 함께 결합시키는 단계; 복제 재료를 경화시키는 단계; 및 경화된 복제 재료가 기판에 부착된 상태에서 툴을 기판으로부터 분리하여 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 광학 요소는 프리즘, 예를 들어 직각 프리즘(right-angled prism)일 수 있다.

이들 및 다른 양태들은 이하에서 기술되는 실시예들로부터 명백해질 것이다. 본 개시 내용의 범위는 이러한 요약에 의해 제한되거나 언급된 단점들 중 어느 하나 또는 전부를 반드시 해결하는 구현들로 제한되는 것으로 의도되지 않았다.

이제 본 개시 내용의 일부 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예로써만 기술될 것이다.
도 1은 광학 시스템을 제조하는 공정을 예시한다.
도 2는 마스터 툴을 제조하는 공정을 예시한다.
도 3a는 다수의 정렬 특징부들을 갖는 기판 상에 형성된 렌즈의 측면도를 예시한다.
도 3b는 다수의 정렬 특징부들을 갖는 기판 상에 형성된 렌즈의 사시도를 예시한다.
도 3c 및 도 3d는 예시적인 정렬 특징부들을 예시한다.
도 3e 및 도 3f는 렌즈가 지그에 배치될 때 어떻게 배향될 수 있는 지를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 지그에 배치된 광학 요소 상으로의 렌즈의 위치 설정을 예시한다.
도 5a 내지 도 5c는 지그에 배치된 광학 요소 상으로 위치 설정된 렌즈의 사시도를 예시한다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예들에 따라 제조된 광학 시스템을 예시한다.
도 7은 광학 시스템을 통합한 예시적인 컴퓨팅 디바이스(computing device)를 예시한다.

일반적으로 말해, 본 개시 내용은 렌즈와 다른 광학 요소를 포함하는 광학 시스템을 형성하는 것에 관한 것이다. 리소그래피 장치가 렌즈들 및 관련 정렬 특징부들을 형성하기 위한 복제 표면들을 포함하는 마스터 툴을 형성하는 데 사용된다. 그런 다음, 마스터 툴은 예컨대 수백 또는 수천 개의 렌즈들의 시트(sheet)에서 렌즈들과 그것들의 통합 정렬 특징부들을 형성하기 위해 사용된다. 렌즈들과 그것들의 통합 정렬 특징부들은 마스터 툴을 사용하여 형성되기 때문에, 서로에 대해 정확하게 정렬된다. 그런 다음, 시트는 다이싱된다. 각각의 렌즈는 렌즈의 정렬 특징부를 수용하는 정밀하게 위치 설정된 표면들을 갖는 지그를 사용하여 광학 요소에 끼워진다. 따라서 본 개시 내용의 실시예들은 광학 요소에 대한 렌즈의 정밀한 위치 설정을 제공한다.

해결책의 일부 예들이 첨부된 도면들에 주어져 있다.

도 1은 본 개시 내용의 실시예들에 따른 광학 시스템을 제조하기 위한 공정(100)을 예시한다.

단계 S102에서, 리소그래피 장치가 마스터 툴을 형성하기 위해 사용된다. 단계 S102는 도 2에 더 자세히 예시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S202에서, 복제 표면들 상에 복제 재료(251)(예컨대, 에폭시 수지)를 갖는 디스펜싱 툴(dispensing tool)(250)과 마스터 툴 형성 기판(252)이 함께 결합된다. 기판(252)은 "웨이퍼(wafer)" 또는 다른 기본 요소일 수 있다. 따라서, 공정(100)은 웨이퍼 레벨 광학계 처리 방법으로 간주될 수 있다. 기판(252)은 예를 들어 유리로 만들어질 수 있다. 디스펜싱 툴(250)과 기판(252)을 함께 결합시킴으로써[예컨대, 디스펜싱 툴(250)을 기판(252)을 향해 하감시킴으로써], 복제 재료(251)는 기판(252)의 상부 표면 상으로 증착된다. 그런 다음, 복제 재료(251)는 이를 광, 예컨대 자외선 광에 노출시킴으로써 경화된다. 경화 공정은 복제 재료를 경화시켜 기판(252)의 상부 표면 상에 경화된 복제 재료를 초래한다. 경화된 복제 재료(253)는 광학 시스템에서 사용될 렌즈들에 대응하는 형상을 갖는다.

단계 S204에서, 액체 포토레지스트(254)가 마스터 툴 형성 기판(252) 상으로 디스펜싱된다. 액체 포토레지스트(254)는 예를 들어 UV-경화 가능한 하이브리드 폴리머(hybrid polymer)일 수 있고, 액체 포토레지스트(254)의 예시적인 재료들은 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.

단계 S206에서, 광원이 마스터 툴 형성 기판(252)을 향해 광(255)을 방출하여 액체 포토레지스트(254)의 선택된 부분들만을 노출시켜 광학 시스템에서 사용될 렌즈 정렬 특징부들에 대응하는 형상을 갖는 경화된 포토레지스트(257)를 형성하는 데 사용된다. 광(255)은 자외선(UV) 광일 수 있다.

단계 S206은 마스터 툴 형성 기판(252)에 인접하게 투명 마스킹 구조를 위치 설정함으로써 수행될 수 있다. 마스킹 구조는 광이 그를 통해 통과할 수 있는 적절하게 투명한 재료(예컨대, 유리)로 구성되며, 그 상에 마스킹 층(256)이 배치된다. 마스킹 층(256)은 금속(예컨대, 크롬), 검은색 잉크 또는 페인트, 또는 임의의 다른 적절하게 불투명한 재료로 만들어질 수 있다. 그런 다음, 광원은 방출된 광(255)이 마스킹 구조 상에 입사되도록 위치 설정된다. 광(255)은 액체 포토레지스트(254)를 경화시킬 수 있고, 마스킹 구조에 의해 투과될 수 있고, 마스킹 층(256)에 의해 흡수, 반사 및/또는 달리 차단될 수 있는 파장(들)을 갖는다. 실시예들은 광(255)이 UV 광인 것에 한정되지 않으며, 다른 파장들을 갖는 다른 광이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가시 광 경화도 또한 가능하다. 가시 광이 사용되는 경우, (경화될) 동일한 재료들이 UV 광에서와 같이 그러나 상이한 광 개시제들과 함께 사용될 수 있다.

단계 S208에서, 잔류하는 노출되지 않은 액체 포토레지스트가 제거된다. 특히, 잔류하는 노출되지 않은 액체 포토레지스트는 씻어내어진다.

단계 S210에서, 액체 재료가 마스터 툴 형성 기판(252), 경화된 복제 재료(253) 및 경화된 포토레지스트(257) 위로 증착되고, 이 액체 재료가 경화되어 마스터 툴(260)을 형성한다. 액체 재료는 열 경화 또는 광 경화될 수 있다. 마스터 툴(260)의 일 예시적인 재료는 실리콘(silicon)이지만, 다른 유형들의 재료가 마스터 툴(260)을 형성하는 데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 툴(260)은 복수의 복제 섹션들(258)을 포함하는 복제 표면을 가지며, 이들 각각의 표면은 제조될 렌즈의 표면 형상의 (음의) 복사본이고, 복제 표면은, 각각의 렌즈에 대해, 하나 이상의 복제 섹션(259)을 추가적으로 가지며, 이들 각각의 표면은 제조될 정렬 특징부의 표면 형상의 (음의) 복사본이다. 렌즈에 대한 복제 섹션(258)과 정렬 특징부(들)에 대한 복제 섹션(들)(259)은 동일한 마스터 툴(260)에 있고, 이는 렌즈 및 광학 요소의 위치 설정의 최상의 정확성을 보장하며, 이는 이하에서 더 자세히 설명될 것이다.

이제 도 1에 도시된 공정(100)을 다시 참조한다.

단계 S104에서, 마스터 툴(260)은 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 포함하는 기판을 형성하는 데 사용된다. 특히, 마스터 툴(260)의 복제 표면들(258, 259) 상에 복제 재료(예컨대, 에폭시 수지)가 증착되고, 그런 다음, 기판[전술된 마스터 툴 형성 기판(252)과는 상이한 기판]과 마스터 툴(260)이 함께 결합된다. 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들이 그 상으로 형성되는 기판은 광이 이를 통해 통과할 수 있는 적절하게 투명한 재료(예컨대, 유리)로 구성된다.

마스터 툴(260)과 기판을 함께 결합시킴으로써[예컨대, 마스터 툴(260)을 기판을 향해 하강시킴으로써), 복제 재료는 기판의 상부 표면 상으로 증착된다. 그런 다음, 복제 재료는 열 경화 또는 광 경화에 의해 경화된다. 경화 공정은 복제 재료를 경화시켜 기판의 상부 표면 상에 경화된 복제 재료를 초래한다. 경화된 복제 재료는 렌즈들 및 그것들의 연관된 통합 정렬 특징부(들)에 대응하는 형상을 갖는다. 알 수 있는 바와 같이, 렌즈와 그것의 연관된 통합 정렬 특징부(들)는 동일한 재료로 만들어진다.

마스터 툴(260)은 복수의 렌즈들 및 그것들과 연관된 통합 정렬 특징부(들)를 기판 상으로 형성하는 데 사용될 수 있다. 즉, 기판은 수십, 수백 또는 수천 개의 렌즈들과 그것들의 연관된 통합 정렬 특징부(들)를 가질 수 있다.

단계 S106에서 렌즈들 및 그것들과 연관된 통합 정렬 특징부(들)가 그 상으로 형성된 기판이 다이싱된다. 기판의 다이싱은 단일 렌즈(302) 및 렌즈의 통합 정렬 특징부(들)(304)가 그 상에 형성된 개별 기판(306)을 각각 포함하는 복수의 구조들(300)을 초래한다.

렌즈(302)는 단일의 통합 정렬 특징부를 가질 수 있거나, 또는 다르게는 다수의 통합 정렬 특징부들을 가질 수 있다. 도 3a는 개별 기판의 각각의 코너(corner)에 제공된 4 개의 정렬 특징부들(304)을 갖는 (다이싱 후의) 개별 기판(306) 상에 형성된 예시적인 렌즈(302)의 측면도를 예시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 렌즈(302)는 렌즈(302)의 중심을 통해 z-방향(또한 본 명세서에서 제3 방향으로 참조됨)으로 연장되는 광학 축과 연관된다. 정렬 특징부들 각각은 렌즈의 광학 축과 평행한 방향으로 연장되는 표면들을 가질 수 있다.

도 3b는 다수의 정렬 특징부들을 갖는 기판 상에 형성된 예시적인 렌즈의 사시도를 예시한다. 도 3b에 도시된 정렬 특징부(304a)와 관련하여 예시된 바와 같이, 다수의 정렬 특징부들 각각은 x-방향(또한 본 명세서에서 제1 방향으로 참조됨)으로 연장되는 제1 표면(308)과 x-방향에 직교하는 y-방향(또한 본 명세서에서 제2 방향으로 참조됨)으로 연장되는 제2 표면(310)을 갖는다.

렌즈의 중심을 통해 연장되는 평면과 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)을 따라 연장되는 평행 평면 사이의 거리(D)는 렌즈를 위한 복제 섹션(258)과 정렬 특징부(304a)를 위한 복제 섹션(259)이 동일한 마스터 툴(260)에 있기 때문에 정밀하게 제어될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 정렬 특징부(304a)는 개별 기판의 코너에 위치된다. 다이싱 공정의 결과로서, 개별 기판(306)의 일부가 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)을 넘어 x-방향으로 연장될 수 있다. 유사하게는, 다이싱 공정의 결과로서, 개별 기판(306)의 일부가 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)을 넘어 y-방향으로 연장될 수 있다. 즉, 정렬 특징부(304a)[및 다른 정렬 특징부들(304b-c)]는 개별 기판(306)의 코너로부터 x 및 y 방향들 모두에서 후퇴될 수 있다.

이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 렌즈(302)가 지그에 배치될 때, 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)은 지그의 표면에 대해 안착되고, 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)은 렌즈가 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있는 것을 보장하기 위해 지그의 다른 표면에 대해 안착된다.

원하는 포지션에 있을 때, 구조(300)는 개별 기판의 측면들 중 하나가 수평에 대해 소정 각도(θ)로 상승되도록 y-축을 중심으로 회전된다. 관찰 방향(V1)에서 본 이 앙각(elevation angle)(θ)은 도 3c에 도시되어 있다. 원하는 포지션에 있을 때, 구조(300)는 개별 기판의 측면들 중 다른 측면이 수평에 대해 소정 각도(

)로 상승되도록 x-축을 중심으로 회전된다. 관찰 방향(V2)에서 본 이 앙각(

)은 도 3d에 도시되어 있다. 본 개시 내용의 실시예들에서, 렌즈(302)를 광학 요소와 자체 정렬되도록 안내하는 것은 중력이다.

도 3a 및 도 3b는 개별 기판(306)의 각각의 코너에 제공되는 4 개의 정렬 특징부들(304)을 갖는 개별 기판(306) 상에 형성된 예시적인 렌즈(302)를 예시하지만, 도 3a 및 도 3b에 도시된 통합 정렬 특징부들(304)의 형상 및 개수는 단지 예이며 많은 다른 변형들이 가능하다. 예를 들어, 일 변형에서 렌즈는 개별 기판(306)의 일 코너에 오직 하나의 정렬 특징부(304a)를 가질 수 있다.

도 3e는 렌즈를 완전히 둘러싸는 단일의 통합 정렬 특징부(304)를 갖는 개별 기판(306) 상에 형성된 다른 예시적인 렌즈(302)를 예시한다. 도 3e에 도시된 정렬 특징부(304)는 렌즈가 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있는 것을 보장하기 위해 지그의 표면에 대해 안착하기 위해 x-방향으로 연장되는 제1 표면(308)과 지그의 다른 표면에 대해 안착하기 위해 y-방향으로 연장되는 제2 표면(310)을 갖는다.

도 3f는 2 개의 부분들로 형성된 단일의 통합 정렬 특징부(304)를 갖는 개별 기판(306) 상에 형성된 다른 예시적인 렌즈(302)를 예시한다. 도 3f에 도시된 정렬 특징부(304)는 렌즈가 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있는 것을 보장하기 위해 지그의 표면에 대해 안착하기 위해 x-방향으로 연장되는 제1 표면(308)을 포함하는 제1 부분과 지그의 다른 표면에 대해 안착하기 위해 y-방향으로 연장되는 제2 표면(310)을 포함하는 제2 부분을 갖는다. 도 3f에 도시된 예에서, 정렬 특징부(304)의 제1 부분은 정렬 특징부(304)의 제2 부분으로부터 기계적으로 분리되어 있다.

단계 S108에서, 광학 요소가 지그(400)에 위치된다. 광학 요소(402)는 프리즘(예컨대, 직각 프리즘), 비임 스플리터, 광학계의 조립체, 회절 격자, 광섬유, 하나 이상의 개구부들을 구비하는 요소 등일 수 있다. 지그(400)는 광학 요소를 미리 정해진 배향으로 유지하기 위한 리세스(recess)를 갖는 디바이스이다. 지그는 오직 하나의 광학 요소를 유지하기 위한 단일 리세스를 가질 수 있거나, 또한 지그가 복수의 광학 요소들을 유지하도록 배열되도록 복수의 리세스들을 가질 수 있다.

단계 S110에서, 구조(300)는 지그(400)에 유지되는 광학 요소 상으로 배치된다. 이러한 배치 전에, 적절한 접착제가 개별 기판(306)의 밑면(underside)과 접촉하게 될 광학 요소의 표면에 도포되고 그리고/또는 접착제가 광학 요소와 접촉하게 될 개별 기판(306)의 밑면에 도포된다.

도 4a는 지그 내로 배치되는 직각 프리즘의 형태인 광학 요소(402)를 예시한다. 이는 단지 본 개시 내용의 실시예들에서 사용될 수 있는 광학 요소의 일 예이다.

도 4b는 구조(300)가 이의 대응물, 광학 요소(402) 상에 어떻게 위치 설정되는 지를 예시한다. 지그(400)는 중력이 렌즈를 광학 요소에 대해 원하는 포지션으로 안내하도록 광학 요소를 소정 배향으로 유지한다. 특히, 렌즈가 지그에 배치될 때, x-방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부의 제1 표면(308)은 지그의 제1 표면(408)에 대해 안착되고, y-방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부의 제2 표면(310)은 지그의 제2 표면(410)에 대해 안착된다. 도 4b는 2-차원 표현이고 따라서 후자만을 도시할 수 있다는 점이 이해될 것이다.

지그의 제1 표면(408) 및 지그의 제2 표면(410)은 광학 요소(402)에 대해 x-방향 및 직교하는 y-방향 모두에서 정밀한 렌즈 위치 설정을 보장한다.

원하는 포지션에 있을 때, 통합 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)은 광학 요소(402)의 제1 표면(412)과 동일한 평면에 있고(이는 도 5b에 도시됨), 통합 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)은 광학 요소(402)의 제2 표면(414)과 동일한 평면에 있다(이는 도 4b 및 도 5b에 도시됨).

다이싱 공정의 결과로서, 개별 기판(306)의 일부가 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)을 넘어 x-방향으로 연장되고, 개별 기판(306)의 일부가 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)을 넘어 y-방향으로 연장되는 구현들에서, 지그(400)는 개별 기판(306)의 이들 부분들을 수용하기 위한 공동(406)을 포함한다. 도 4b는 2-차원 표현이고 따라서 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)을 넘어 x-방향으로 연장되는 개별 기판(306)의 부분을 수용하는 공동(406)만을 도시한다는 것이 이해될 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 지그(400)에 배치된 광학 요소(402) 상으로 위치 설정된 렌즈(302)를 도시하는 3-차원 표현들이다. 도 5a 내지 도 5c는 직각 프리즘의 형태의 광학 요소(402)를 예시하고 있지만, 이는 단지 본 개시 내용의 실시예들에서 사용될 수 있는 광학 요소의 일 예이다.

도 5a는 렌즈가 지그에 배치될 때 중력이 렌즈(302)를 광학 요소에 대해 원하는 포지션으로 안내하도록 지그(400)가 광학 요소(402)를 소정 배향으로 유지하는 것을 예시한다.

도 5b는 렌즈가 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있을 때 통합 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)이 광학 요소(402)의 제1 표면(412)과 동일한 평면에 있고(이는 도 5b에 도시됨), 통합 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)이 광학 요소(402)의 제2 표면(414)과 동일한 평면에 있다는 것을 예시한다.

도 5c는 렌즈가 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있을 때, x-방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부(304a)의 제1 표면(308)이 지그의 제1 표면(408)에 대해 안착되고, y-방향으로 연장되는 통합 정렬 특징부(304a)의 제2 표면(310)이 지그의 제2 표면(410)에 대해 안착되는 것을 예시한다.

일단 접착제가 경화되면 광학 요소(402)에 고정된 렌즈(302)를 포함하는 광학 시스템(600)은 지그(400)에서 제거될 수 있다. 도 6은 본 개시 내용의 실시예들에 따라 만들어진 광학 시스템(600)을 예시한다. 이러한 광학 시스템(600)은 x-방향 및 y-방향 모두에서 +/-5 um 미만의 달성 가능한 정확도로 광학 요소(402)에 대한 렌즈(302)의 정밀한 위치 설정을 갖는다.

광학 시스템(600)은 도 7에 도시된 바와 같이 컴퓨팅 디바이스(700)에 통합될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 휴대폰, 태블릿(tablet), 개인용 컴퓨터, 게이밍(gaming) 디바이스, 웨어러블(wearable) 디바이스[예컨대, 스마트워치(smartwatch)] 또는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스일 수 있다.

도 7은 광학 요소(402)가 휴대폰(700)에 통합된 직각 프리즘인 예시적인 구현을 도시한다. 휴대폰(700)은 광을 수신하기 위한 개구부를 포함한다. 광은 본 개시 내용의 실시예들에 따라 광학 요소(402)에 부착된 렌즈(302) 상에 입사된다. 광학 요소(402)는 입사 광을 휴대폰(700)의 환경의 이미지를 캡처하도록 작동 가능한 이미지 센서(702)를 향해 지향시킨다. 광학 요소(402)와 이미지 센서(702) 사이에 하나 이상의 렌즈들[마이크로-렌즈 어레이]이 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 개시 내용이 상술된 바와 같이 바람직한 실시예들의 관점에서 설명되었지만, 이들 실시예들은 예시적인 것일 뿐이며 청구범위가 이들 실시예들로 한정되는 것은 아니라는 점이 이해되어야만 한다. 기술 분야의 숙련자는 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 간주되는 본 개시 내용의 관점에서 수정들 및 대안들을 행할 수 있을 것이다. 본 명세서에 개시되거나 예시된 각각은 특징부는 단독으로 또는 본 명세서에 개시되거나 예시된 다른 특징부와 임의의 적절한 조합으로 임의의 실시예들에 포함될 수 있다.

100 공정

250 디스펜싱 툴

251 복제 재료

252 마스터 툴 형성 기판

253 경화된 복제 재료

254 액체 포토레지스트

255 광

256 마스킹 층

258 렌즈를 위한 복제 섹션

259 정렬 특징부를 위한 복제 섹션

260 마스터 툴

300 구조

302 렌즈

304 정렬 특징부

306 개별 기판

308 정렬 특징부의 제1 표면

310 정렬 특징부의 제2 표면

400 지그

402 광학 요소

406 공동

408 지그의 제1 표면

410 지그의 제2 표면

412 광학 요소의 제1 표면

414 광학 요소의 제2 표면

600 광학 시스템

700 컴퓨팅 디바이스

702 이미지 센서

Claims (17)

1. 렌즈(302)와 다른 광학 요소(402)를 포함하는 광학 시스템을 형성하는 방법(100)으로서,
   리소그래피 장치(lithographic apparatus)를 사용하여 마스터 툴(master tool)(260)을 형성하는 단계(S102);
   복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 포함하는 기판을 형성하기 위해 상기 마스터 툴을 사용하는 단계(S104);
   통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖는 개별 기판들(306)을 형성하기 위해 상기 기판을 다이싱(dice)하는 단계(S106);
   지그(400)에 상기 다른 광학 요소를 위치시키는 단계(S108); 및
   상기 복수의 렌즈들 중 렌즈(302)를, 상기 렌즈를 위한 통합 정렬 특징부(304)가 지그의 표면들에 대해 안착되도록 상기 지그에 배치하여, 상기 렌즈가 상기 다른 광학 요소에 대해 원하는 포지션에 있도록 배치하는 단계(S110)를 포함하는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 렌즈는 제1 방향으로 연장되는 상기 통합 정렬 특징부의 제1 표면(308)이 상기 지그의 제1 표면(408)에 대해 안착되고, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 연장되는 상기 통합 정렬 특징부의 제2 표면(310)이 상기 지그의 제2 표면(410)에 대해 안착되도록 상기 지그에 배치되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 원하는 포지션에서, 상기 통합 정렬 특징부의 제1 표면(308)은 상기 광학 요소의 제1 표면(412)과 동일한 평면에 있고, 상기 통합 정렬 특징부의 제2 표면(310)은 상기 광학 요소의 제2 표면(414)과 동일한 평면에 있는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 통합 정렬 특징부의 제1 표면 및 상기 통합 정렬 특징부의 제2 표면은 상기 렌즈의 광학 축에 평행한 제3 방향으로 연장되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 지그는 공동(406)을 포함하고, 상기 렌즈가 상기 지그에 배치되면, 상기 렌즈가 형성되어 있는 개별 기판의 부분들이 상기 공동 내로 연장되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 다른 광학 요소는 상기 배치 동안 중력이 상기 렌즈를 원하는 포지션 내로 안내하도록 상기 지그에 위치되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 마스터 툴은, 상기 기판이 다이싱될 때 상기 개별 기판들이 단일의 통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 마스터 툴은, 상기 기판이 다이싱될 때 상기 개별 기판들이 복수의 통합 렌즈 정렬 특징부들을 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 마스터 툴은, 상기 기판이 다이싱될 때 상기 개별 기판들이 상기 개별 기판의 각각의 코너(corner)에 제공된 통합 렌즈 정렬 특징부를 구비하는 렌즈를 각각 갖도록 형성되는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치를 사용하여 마스터 툴을 형성하는 단계는:
    마스터 툴 형성 기판(252) 상으로 복제 재료(251)를 증착시키는 단계(S202);
    상기 렌즈들에 대응하는 형상을 갖는 경화된 복제 재료(253)를 형성하기 위해 상기 복제 재료를 경화시키는 단계(S202);
    상기 마스터 툴 형성 기판 상으로 액체 포토레지스트(254)를 디스펜싱(dispense)하는 단계(S204);
    렌즈 정렬 특징부들에 대응하는 형상을 갖는 경화된 포토레지스트를 형성하기 위해 상기 액체 포토레지스트의 선택된 부분들에만 광(255)을 노출시키는 단계(S206);
    잔류하는 노출되지 않은 액체 포토레지스트를 제거하는 단계(S208);
    상기 기판, 상기 경화된 복제 재료, 및 상기 경화된 포토레지스트 위에 액체 재료를 증착시키는 단계(S210); 및
    상기 마스터 툴을 형성하기 위해 상기 액체 재료를 경화시키는 단계(S210)를 포함하는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 액체 포토레지스트의 선택된 부분들에만 광을 노출시키는 단계는:
    상기 마스터 툴 형성 기판 위에 투명 마스킹 구조를 위치 설정하는 단계 － 상기 마스킹 구조는 마스킹 층(256)을 포함함 －; 및
    상기 마스킹 구조를 통해 상기 광을 방출시키는 단계를 포함하는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
12. 제1 항에 있어서,
    복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 포함하는 기판을 형성하기 위해 상기 마스터 툴을 사용하는 단계는:
    상기 마스터 툴과 상기 기판 사이에 복제 재료를 가진 상태로, 상기 마스터 툴과 상기 기판을 서로에 대해 정렬시키고 상기 마스터 툴과 상기 기판의 제1 측면을 함께 결합시키는 단계;
    상기 복제 재료를 경화시키는 단계; 및
    경화된 복제 재료가 상기 기판에 부착된 상태에서 상기 툴을 상기 기판으로부터 분리하여 상기 복수의 렌즈들 및 연관된 렌즈 정렬 특징부들을 형성하는 단계를 포함하는, 광학 시스템을 형성하는 방법.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 다른 광학 요소는 프리즘(prism)인, 광학 시스템을 형성하는 방법.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 다른 광학 요소는 직각 프리즘(right-angled prism)인, 광학 시스템을 형성하는 방법.
15. 제1 항의 방법에 따라 만들어진 광학 시스템(600).
16. 다른 광학 요소에 고정된 렌즈(302)를 포함하는 광학 시스템(600)으로서,
    상기 렌즈에는 통합 정렬 특징부(304)가 제공되는, 광학 시스템.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 렌즈 및 상기 통합 정렬 특징부는 웨이퍼 레벨 광학계 처리(wafer level optics processing)를 사용하여 형성되는, 광학 시스템.

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