TW200930555A - Manufacturing optical elements - Google Patents

Description

200930555 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於藉由一包括壓紋（embossing )步驟 之複製處理來製造多個光學元件，例如折射式光學鏡片或 繞射式微光學鏡片，於一晶圓片（wafer scale)上的領域 。更明確地，本發明係有關於一種複製多個光學元件的方 法。 【先前技術】 複製的光學元件包括用來以任何預先界定的方式來影 響一光束之透明的繞射式及/或折射式光學元件，折射式 元件，譬如像是透鏡，至少一部分的反射式元件等等。 當光學元件藉由複製被製造時，通常都有一基本的構 造，包括一基材，一複製工具，及複製材料被放置成與該 基材及/或該複製工具接觸。該複製工具包含一複製結構 ，其爲將被複製之元件的表面結構的負像（negative )。 在一複製處理的過程中，該複製材料被硬化，然後該複製 工具被移除，該複製材料保持與該基材接觸。 受到特別關注的是晶圓片的製程，即一陣列的光學元 件被製造於一大尺度，例如圓碟狀（“晶圓”）結構上，其 在複製之後被分開（“分切”（dice ))成爲個別的元件或 被疊置於其它晶圓狀元件上且在堆疊之後被分開成爲個別 的元件’例如在W0 2005/083 789號專利公開案中所描述 的。“晶圓片”係指圓碟狀的尺寸或尺寸相當於半導體晶圓 -4- 200930555 之板狀的基材，譬如直徑在2英吋至12英吋之間的碟片 〇 在下面的內文中，該基材有時被稱爲“晶圓”。這不應 被解讀爲是該基材在尺寸或形狀上的限制用詞，相反地該 用詞代表適合一陣列光學元件的任何基材，該等光學元件 在該複製處理之後的一些階段中被分切成爲多個構件。 通常，用複製處理製造的光學元件包括在一晶圓的兩 ❹ 側面上之被複製的結構，該二側面一起構成一具有兩個表 面的透鏡。此一透鏡可具有兩個凹面，兩個凸面，一凹面 及一凸面，在至少一表面上之混合的凸/凹結構，在至少 一表面上之繞射式結構，等等。 在許多光學系統中，徑跡長度（光線行經該透鏡的路 徑）是透鏡設計上的一個關鍵參數。然而，在一晶圓片基 材的兩側面上製造一透鏡具有一些限制： 該基材的厚度必需具有一最小厚度用以提供所需之機 ❹ 械上的穩定性，典型地爲400微米或更大； 爲了成本考量，該基材通常是選擇具有標準厚度之現 成的品項。現有的標準厚度的範圍是受到限制的，且此限 制導致在光學設計上的限制。 一依據現有技術之凸-凹透鏡的例子被示於圖13中 。該透鏡是用在一透明的基材1，例如一玻璃板，的兩側 面上的兩個（部分）複製的元件101，102來構成。在該 基材表面的法線方向z上的厚度dz是一個重要的設計參 數’且設計者希望能夠改變該等參數。根據此技藝之目前 -5- 200930555 的狀態，這是不可能的。 【發明內容】 本發明的一個目的是要提供一種沒有關於先前技術的 設計限制之複製多個光學元件（即’晶圓片的複製）的方 法。本發明的進一步的目的爲提供一種複製至少一將由一 基材承載的光學元件的方法，該基材的物理特性對該光學 元件的光學特性具有很小的影響。 q 依據本發明的一第一態樣，一種複製至少一光學元件 的方法被提供，該方法包含的步驟爲： 提供一具有兩個大的側面及多個預先界定的複製地點 的基材，該等複製地點係由穿孔或在該基材之兩個大的側 面上的對應位置處之成對的盲孔來界定的； 藉由複製來增加一被複製的結構至該基材上，該被複 製的結構黏附至該基材上且在該等複製地點包含分別在該 等穿孔內或在該等成對的盲孔內之複製材料及一第一被複 q 製的表面與一第二被複製的表面，該第一與第二複製表面 面向相反的側面。 本發明之重要的優點的特徵在於，除了光學元件它們 本身必需有機械上的穩定性（其並不是一很強的限制條件 ，因爲該等透鏡，特別是它們的薄截面，具有極小的側向 尺寸）之外，沒有關於該等光學元件的設計之厚度限制。 此外，在穿孔的例子中’該基材無需具有光學特性，因爲 沒有光線會穿過它。就材料及表面品質（刮痕等等）而言 -6- 200930555 ’該基材變成是非關鍵的，因此與先前技藝的基材比較起 來它可以是較便宜的。而且，在一疊不同晶圓片組件或不 同的光學元件中，可節省空間且構件的數量可被減少，因 爲基材可被直接堆疊在彼此的頂端上，或可以使用厚度較 小的間隔件。 如果該等複製地點包括由一穿孔所界定的地點的話， 則藉由複製來增加一被複製的結構的步驟依據一第一選擇 ❹ 包含的子步驟爲： 移動一包含一第一複製區塊之第一複製工具及該基材 之第一大的側面使得它們朝向彼此，直到該第一複製工具 與該基材成爲一預先界定的位置關係爲止，且該複製材料 在該孔內且與該第一複製區塊接觸； 將該複製材料硬化用以提供黏附至該基材之被硬化的 複製材料； 移動一包含一第二複製區塊之第二複製工具及該基材 Ο 之第二大的側面使得它們朝向彼此，直到該第二複製工具 與該基材成爲一預先界定的位置關係爲止，且另外的複製 材料與該第二複製區塊及與該被硬化的複製材料接觸；及 將該另外的複製材料硬化。 該“預先界定的位置關係”並不一定在所有的尺度上都 被確實地預先界定。相反地，該z位置（在垂直於該等大 的側面的方向上的位置）較佳地被精確地界定，而χ-y位 置可非必要地只被界定到該複製區塊是在該複製地點內的 一個位置的程度即可。然而，該第一及第二複製工具或被 200930555 該二複製工具所複製之結構之相對的x-y位置最好是被更 精確地界定，且具有數微米或更佳的精確度。 依據一第二選項，該藉由複製來增加一被複製的結構 的步驟可包括的子步驟爲： 移動一包含一第一複製區塊之第一複製工具及一包含 一第二複製區塊之第二複製工具使其分別朝向該基材之第 一大的側面與第二大的側面，直到該第一複製工具，該第 二複製工具與該基材成爲一預先界定的位置關係爲止，且 _ ◎ 該複製材料位在該等孔內且與該第一複製區塊及該第二複 製區塊接觸；及 將該複製材料硬化用以提供黏附至該基材之被硬化的 複製材料。 在該等複製地點是由在該基材之相反的大的側面上的 肓孔所界定（即，沒有穿孔存在）的例子中，可在一個步 驟或兩個步驟中複製。然而，與上文中複製到穿孔內的方 法相反的是，該複製材料在一個步驟複製的例子中亦將必 © 需被提供到兩個分開的部分中，一個是用於第一肓孔的部 分及另一個是用於第二盲孔的部分。 較佳地，在所有的實施例中，多個光學元件在一包含 平行處理步驟的處理中被製造於一晶圓片上。該基材包含 多個複製地點，且該等工具包含多個複製區塊。 在下文中，穿孔或盲孔有時被稱爲“孔”，任何提到一 “孔，’的描述都是有關於本發明的“穿孔”實施例及“盲孔”實 施例兩者。 -8 - 200930555 在任何一個被提及之本發明的實施例中，該複製工具 可被選擇用以包含下面的至少一者： 一接點間隔件部分，其至少部分地包圍或完全地包圍 該複製區塊且適合在複製期間停靠在該基材表面上，使得 它在該複製區塊的周圍形成一密封，以防止該複製材料的 側向（徑向）流超出該間隔件部分；及 一或多個流動擋止件其由一邊緣周邊對該複製區塊所 〇 形成且適合限制該複製材料因爲表面能量效應造成的側向 流動。 在任何一種情況中，包含接點間隔件部分及/或流動 擋止件的此一複製工具係與在各個複製地點配發該複製材 料結合使用，因此每一複製地點有至少一部分的複製材料 ’不同的複製地點之複製材料部分在整個處理期間維持分 開。依據該應用，這相對於複製材料是被配發在該基材的 一大表面上的方式而言是具有實質上的好處。而且，它有 © 助於接點間隔件界定該最終被複製的元件的Z尺寸，而且 如果該基材及該複製工具的相對Z位置係被周邊地加以固 定的話，在該複製工具（及/或該基材）在尺寸上不夠剛 硬以精確地界定厚度的情形中亦有助於界定最終的Z尺寸 〇 該等接點間隔件部分較佳地與界定該等複製區塊的複 製表面同一材料，因此可與該等複製區塊相連續且與它們 一起被製造。 依據以上所述，該等接點間隔件部分除了提供在複製 -9- 200930555 期間的機械穩定性及界定Z尺寸之外，還具有形成—防止 側向流動的密封的功能。這對於複製地點是由穿孔所界t 的情形是特別有利的。較佳地，該第一複製從一第一地點 被帶引而與該基材接觸，且該複製材料（或該複製材料的 一第一部分）從一相反的第二側被配送至該盲孔中，這將 會造成該複製工具停靠在該基材上且該接點間隔件形成— 密封於該穿孔的第一側緣的周圍。 該第二複製工具相反地較佳地包含多個位在不同的徑 向位置之流動擋止件，使得複製材料不用與z尺寸一樣精 確地被界定。相同的原則亦適用在兩個複製工具上，如果 複製側面不是由穿孔來界定而是由在相反的側面上之成對 的盲孔來界定的話。然而，具有該等流動擋止件的該複製 工具亦可具有接點間隔件部分，該等接點間隔件部分係設 在比流動擋止件更外側的位置。 在以上所描述的任何一實施例中，爲了該被複製的元 件的機械穩定性及其對於基材的黏附性，一被複製的基層 ◎ 可產生成爲該被複製的光學元件結構的一部分，該基層從 該等孔的邊緣向外延伸且覆蓋該基材的該大的側面的一個 區域。 爲此’增加一被複製的結構至該基材的步驟包括增加 具有該基層的被複製的結構。 爲了要如此作，該第一複製工具或該第二複製工具或 較佳地它們兩者在該等複製區塊的周邊，例如包圍該等複 製區塊的周邊，被提供基層複製區塊。該基層的側向延伸 -10- 200930555 可由該複製工具來界定’或該複製工具可包含多個流動擋 止件其提供多個可能的側向基層延伸限制，或該基層延伸 可被該工具保持開放且僅由被配送之複製材料的量來加以 界定。 本發明亦有關於光學元件之晶圓片組件，例如由上文 所述之方法所製造者’該組件包含一具有多個複製地點的 基材，每一複製地點都由一穿孔或在該基材的兩個大的側 0 面上的對應位置處的肓孔來界定，該被複製的結構黏附至 該基材上且至少在該複製地點分別包含至少部分透明的複 製物質於該穿孔內或該二盲孔內，且一第一被複製的表面 與一第二被複製的表面，該第一及第二複製表面面朝向相 反的側面。 本發明亦有關於光學元件，例如用上述的方法來製造 及/或藉由將一晶圓片組件切分成爲個別的光學元件來製 造，該光學元件包含一基材部分其具有一複製地點其由一 〇 穿孔或在該基材的兩個大的側面上的對應位置處的肓孔來 界定，該被複製的結構黏附至該基材上且至少在該複製地 點分別包含至少部分透明的複製物質於該穿孔內或該二肓 孔內，且一第一被複製的表面與一第二被複製的表面，該 第一及第二複製表面面朝向相反的側面。 在整個內文中，尺寸，方向及方位有時候係指直角座 標系統，其亦被顯示在下面的一些圖式中。在此座標系統 中，χ-y平面是由該複製工具及該基材之整個大的扁平側 面所界定。該z方向爲垂直於該平面的方向。此座標系統 -11 - 200930555 的定義被使用在整個說明書中及圖式上。例如，一被複製 的結構的Z尺寸代表的是該被複製的結構在垂直於該基材 的大的側面的方向上測量的厚度。“側向”及“徑向，，等用詞 係指在χ-y平面的方向（且係指光學元件軸或光學元件中 心線），而“厚度”係指在Z方向上的延伸。 該基材的“側面”或“大的側面”係該基材主要的平行表 面部分其通常構成基材表面的一主要的比例（對於一碟片 狀基材而言即爲其上及下表面，對於一矩形基材而言爲最 大的表面，等等）。 以依據本發明的方法來製造的光學元件較佳地爲透鏡 ，中“透鏡”應被解讀爲一具有兩個表面（其不是平行的平 面）的透明物件，光線（包括非可見的電磁輻射，譬如 IR及UV光線）可穿透它，且根據入射的角度，方向會受 到影響。一在此觀念下的透鏡可以是一具軸向對稱性之典 型的透鏡（該對稱軸相方於該座標系統的z軸），亦可以 是不是此軸對稱之其它的透鏡。 【實施方式】 示意地顯示於圖1中之基材1係實質上扁平的且具有 多個由設在基材上的孔2所界定之複製地點。較佳地，該 基材爲晶圓片。該等孔在一大的表面上的配置可以是一矩 形的圖案，以便於後續處理步驟的實施，譬如像是分切（ dicing )(在複製之後，及可能在進一步的方法步驟譬如 像是與其它的晶圓片元件堆疊之後’將光學組件分割成爲 -12- 200930555 個別的元件）。 用於本發明的不同實施例中之基材可以是透明的。它 可用玻璃或一有機或無機塑膠材料或可提供足夠的尺寸剛 硬度之任何適合的材料來製造。 依據一替代例，該基材可以是不透明的。詳言之，如 果該複製地點是由穿孔來界定的話，則在被製造的光學元 件是透鏡的例子中該基材甚至可以是不透明的。一不透明 φ 的基材可以是上文所提到的材料中的任何一種，且其上具 有添加的顏料及/或塗料或其它能夠讓它不透明的添加物 ，或它可以是一本質上不透明的材料，如一半導體材料（ 該基材可以是一小塊砍晶圓），一金屬，一不透明的金屬 氧化物，一陶磁等等。更一般性地，它可以是用能夠提供 足夠的尺寸剛性的任何材料來製造。 該等孔（穿孔或盲孔）可如圖所示地具有一圓形的截 面，但它們亦可具有其它的形狀，包括橢圓形，矩形（例 Ο 如，具有圓角化的角落）等等。該形狀較佳地被清楚地界 定，但並不一定要如此。在盲孔的例子中，孔的深度較佳 地是被清楚地界定。 圖2顯示一具有穿孔2之基材丨的示意剖面圖。該圖 亦示出該基材的一第一（大的）側面1.1，及該基材的一 第二（大的）側面，其中在圖2所示的方位上，該第一側 面相當於上側面及該第二側面相當於下側面。在下面的說 明中，被複製的光學元件的“第—側表面，，或“上表面’，及“ 第二側表面”或“下表面”等用詞係分別指在最終產品中’ -13- 200930555 在該基材之與上及下表面實體連貫性的表面，且實質上面 向與後者相同的方向。這些用詞不應被解讀爲該等表面的 形狀。 在圖1及2中，一座標系統亦被顯示。它對應於上文 中的定義也適用於所有的圖式。 在下面的圖式中，光學元件（透鏡）的變化形及製造 至少一光學元件的方法的變化形將被示出。這些圖顯只示 一個鏡片的製造方法，但所有被顯示的實施例的一較佳的 變化形爲晶圓片製造，其中該基材包含多個複製地點，且 該複製工具包含多個對應的複製區塊。因此，在下面的圖 式中之基材與工具的例子應被認定爲只顯示出該基材/工 具的一個區域，被顯示的結構於該等複製地點的每一複製 地點處被重復。 圖3-5顯示可用依據本發明的方法加以製造之透鏡 11的原理，亦即，一雙凸透鏡（圖3)，一凹凸透鏡（圖 4)及一雙凹透鏡（圖5)。 所示的光學元件爲具有軸對稱性的折射透鏡。在該透 鏡軸的周圍的一中央部分21中，一第一表面及一第二表 面形成依所想要的光學功能之折射表面。從圖中可清楚地 瞭解的是，沒有光學元件厚度限制。詳言之，該中央部分 可包含幾乎任意薄的部分，使得極薄的透鏡是可能的。 在所示的實施例中，一周邊部分22爲了機械穩定性 的原因而被選取，用以沿著該孔的整個圓周表面2.1延伸 。然而，在藉由將硬化的複製材料黏附到該基材材料上（ -14- 200930555 在該孔的圓周表面處）來提供機械穩定性且其不足以維持 該光學元件的例子中，一基層23可被提供在該間隔件孔 2的邊緣處。該基層23可提供的一額外的好處爲’在複 製材料的量無法被充分精確地界定的例子中它可作爲在複 製處理期間的溢流通道，這將於下文中詳細說明。 如在圖4的例子中所示，與先前技術（圖13)比較 起來，該厚度參數dz根據透鏡設計可以比先前技術的大 小小許多或與其大致相等，來自本發的方法之厚度是一個 可以自由地加以選擇的設計參數。 本發明的實施例的另一特徵及好處被示於圖5中。通 常，光學元件包含構成成分，譬如像是孔徑或反射體。一 孔徑24被示於圖5中；然而，一相應的孔徑亦可被提供 在本發明的其它實施例中。而且，其它的遮蔽結構可以類 似的方式被提供於本發明的任何一個實施例上，例如，一 在該基材1的兩個側面上之包含兩個孔徑狀的層之反射體 〇 一孔徑24 (或一層反射體）可被提供作爲一實質上 覆蓋整個上表面1.1的層。因此，該孔徑層無需複雜的對 準處理。事實上，具有該平的結構之孔徑的基材的製造幾 乎完全與該複製處理完全脫鉤。 一進一步的好處爲，該孔徑層在關於z位置方面與該 透鏡表面有一更佳的位置關係（這在先其技術中並非如此 ，因爲它直接位在被複製的材料部分的正下方）。 如果該基材1 (間隔件晶圓）是吸光性的話，則一孔 -15- 200930555 徑或反射體就不需要了。 依據本發明的方法當然並被侷限於所示的實施例，而 是可被使用在任何至少透明的光學元件上。變化例包括但 不侷限於： 微型光學折射及/或繞射結構，作爲形成折射透鏡的 彎曲表面的額外或替代選擇； 在一或兩側面上之組合式凸/凹結構； 非對稱式配置； 0 沒有任何底層23，只有一底層，及/或具有至少一底 層沒有包圍整個周邊的配置（但例如只有包含桿狀突出部 於被界定的圓周部分處）； 除了圓形以外的孔；其外緣甚至無需被清楚地界定； 不是穿孔的孔但在該基材的每一側面上對應的位置都 包括一肓孔，如圖6所示；該基材至少在橋接部分1.3( 留在孔與孔之間的部分）是透明的； 以上所述的組合。 ❹ 熟習此技藝者將可瞭解的是，在下文中描述的方法在 適當地修改複製工具下都將可適用於所有的變化例。只有 圖6的實施例及其變化例需要在複製期間的方法步驟的順 序上有一稍微不同的方式；這將於下文中明確地加以說明 〇 在下面的圖式中，製造至少一光學元件的方法的變化 例被示出。所有這些變化例較佳地是被實施在一晶圓片上 。所示之在一晶圓片上的配送步驟（複製材料獨立地被配 -16 - 200930555 送至每一複製地點）較佳地將是連續的處理，一配送單元 或數個配送單元被導引在該工具/基材的表面上且液滴被 配送在所想要的位置處，與一噴墨印表機類似。關於多個 部分的應用及其優點，讀者可參考WO 2007/1 07027號專 利公開案，其藉由此參照被倂於本文中。或者，該配送步 驟亦可以是一平行的步驟，且例如可包括將一大尺度的工 具浸泡在一裝盛有複製材料的容器內，然後複製材料的液 φ 滴可黏附到該工具的一部分上。一平行的配送步驟的另一 個例子爲’該複製材料可被配送至整個基材及/或工具的 —大比例之一大面積上。 所有其它的步驟，包括硬化步驟在內，較佳地被平行 地實施在一晶圓片上。 通常，在該基材上之複製地點的數目將等於在該複製 工具上複製區塊的數目，然而，可預見有特殊的例子，例 如並非所有的複製地點都被使用，因此並非所有的複製地 〇 點在該工具上都會有一對應的複製區塊。而且，也會有該 工具除了用於預先界定的複製地點的複製區塊之外還包含 了其它用於該基材之一平的，非預先結構化的部分的複製 區塊的情形。這些特殊的例子不包含在下面的例子中。 圖7a至7f顯示依據本發明的方法的第一實施例的方 法步驟，該方法適用於一具有一穿孔的基材。在第一步驟 (圖7a)中，第一複製工具31被放置在相關於該基材1 被清楚地界定的位置上。 該複製工具31 (這適用於所有的實施例）包含一硬 -17- 200930555 的背板34及一軟的材料部分35。該軟的材料材料部分形 成該等複製區塊3 6及可能的間隔件部分。 在所示的實施例中，對於所有的實施例而言較佳的是 ’該工具3 1包含接點間隔件部分3 8其可操作用以在複製 期間停靠在該基材1上，在接點監隔件部分與該基材之間 沒有材料。該等接點間隔件部分可以是連續的或可包含多 個圍繞著周邊之分離的部分或散布在該周邊的一大部分上 及/或在該複製表面的內部上。依據一較佳的實施例，該 ❹ 等接點間隔件部分及浮動的間隔件部分（如果有的話）被 安排及建構成，如果該工具停放在該基材上的話，厚度（ z尺寸’即垂直於該基材與該工具平面的尺寸）是由該等 間隔件部分來界定的，如在 W02004/068198號及WO 2007/1 07026號專利公開案中所教示的，這兩案的內容皆 藉由此參照而被倂於本文中。 該軟的材料部分3 5可用剛性相對低的材料來製成， $得該材料可小規模地變形用以讓其形狀能夠適應其所停 q 胃的物件的表面結構，譬如次微米程度的表面粗糙度。此 Μ材料可具有一相對低的表面能量用以讓此表面適應 具：有'能量上的吸引力。藉此，突出式的接點間隔件部分 3 8黏附到該基材上且有效地形成一側向的流動擋止件。 此—材料的一較佳的例子爲聚二甲基矽氧烷PDMS。此材 料亦很適合一複製工具形成處理，如W02004/068198號 牛1的圖I 14-16所示，其藉由此參照而被倂於本文中。 # 7形成一側向流動擋止件的接點間隔件3 8之外， -18- 200930555 其它的流動擋止機構可被用來側向地限制該複製材料的流 動’其包括選擇具有可造成複製材料避開例如像是薄間隙 (例如因爲該複製材料具有高的表面張力）的位置之適當 的表面特性的材料，包括由邊緣或類此者所形成的流動檔 止件’這將於下文中進一步說明。 圖7a進一步顯示一配送工具41用來配送單獨的第〜 複製材料部分51。該複製材料可以是任何能夠被硬化且 〇 在硬化之後至少是部分透明以形成光學元件之適合的材料 。不同複製材料的混合物及/或一部分亦可被使用。適合 作爲複製材料的一個類別爲可UV硬化的環氧樹脂。 在所示的配置中，該等接點間隔件部分38被選擇， 用以包圍該等複製區塊及一周圍的基層複製區塊37及用 以側向地限制該複製材料朝向所有方向的流動（圖7b ) 〇 圖7b所示的方法步驟包括用能量來照射該複製材料 Ο 。在圖7b中，一能量源42，譬如像是UV燈，被示出。 雖然在圖7b中該UV燈是在該基材之與第一複製工 具相同的另一側上，但並不一定要如此安排。相反地，以 複製工具對所選取的能量照射（譬如UV光線）而言是透 明的情形來說，該照射亦可經由該工具來實施。 該硬化步驟可包括不同的子步驟，譬如像是照射該複 製材料的子步驟及等待直到該複製材料以達到其最終的擊 硬度爲止的子步驟。在某些情況下，該硬化處理的第二或 更後面的子步驟可在移除該第一複製工具之後才實施。 -19- 200930555 在該複製材料的第一部分51已硬化之後，該第一複 製工具被移除’且該複製材料的一第二部分52被配送。 之後’一第複製工具及基材被朝向彼此移動直到該第二複 製工具32與該基材成爲一被清楚地界定的位置關係爲止 。在所示的實施例中，該第二複製工具32亦包含停靠在 該基材1上的接點間隔件，用以界定該位置關係。在一介 於該複製區塊36與該等接點間隔件部分之間的區域中， 該複製工具可進一步包含圍繞在該等複製區塊周圍的流動 限制特徵結構39，例如像是在w〇 2007/107026號專利公 開案中所教示的，該案的內容藉由此參照而被併於本文中 。這些流動限制特徵結構在很難精確地界定複製材料的量 且毛細管力量會將複製材料從一中央區域朝向周邊及接點 間隔件部分3 8拉引的例子中是特別有利的。 圖7e顯示該第二複製材料部分52被硬化的形態。圖 7e顯示在硬化後的透鏡u。至少，如果該第一及第二複 製材料部分是同一材料的話，則介於該第一及第二複製材 料部分之間的界線是看不出來的。 而圖7c顯示將該第二複製材料部分52配送至該孔2 中（或在該第一複製材料部分51硬化之後留下來的）， 此外’用於該第二部分的複製材料亦可被配送於該第二複 製工具32上’如圖8所示。對於凸透鏡或具有凸出部分 配送至該工具中的透鏡而言，（只配送至該基材上或除了 配送至該基材上）在品質上被證明可提供有利的結果。 參考圖9a至9c，藉由複製來製造至少一光學元件於 -20- 200930555 一具有一穿孔2作爲複製地點的基材上之另一實施例被插 述。此另一實施例的特徵在於用兩個工具來複製該光學元 件’這兩個工具界定該光學元件的第一側表面與第二側表 面，這兩個工具同時被提出且一開始的液體或黏性的或可 塑性變形的複製材料在它們之間，該複製材料然後被硬化 〇 一第一步驟（圖9a)可如參考圖7a描述的步驟—般 〇 地被實質上地實施。之後，該第一複製材料部分51沒有 被硬化’但該第二複製工具32與該第二複製材料部分52 被放置（圖9b)，使得該第一與第二複製材料部分流入 彼此並形成一共同的光學元件複製部分51，52 (圖9c) 。因此，整個光學元件在一個步驟中被複製。 在圖9a至9c中，該第一複製工具31與上文描述的 實施例相同地，具有該接點間隔件部分38於一相當緊密 地包圍該複製區塊36的诶置中，而該第二複製工具32的 ® 接點間隔件部分38則在更外面的地方，且其它的流動擋 止機構39被設置在該複製區塊36與該接點間隔件部分之 間。如果該其它的流動擋止機構包括多個用來適用於不同 的材料量的流動擋止件的話（例如多個同心的邊緣或類此 者）’則該光學元件的所有尺寸將可被清楚地界定，即使 是複製材料的量未經確地知道亦然。 所示的配置並非唯一可能的實施例。 例如，該配置可被顛倒，或兩個複製工具31，32可 具有與第二複製工具相同的特徵。如果該配送步驟是精確 -21 - 200930555 的話’則兩個複製工具可被形成爲與該第一複製工具一樣 ’或該二複製工具中的一或兩個複製工具可具有其它的流 動擋止機構。 作爲另一替代例，其可適用於本發明的所有實施例， 該基材可在其一側面或兩個側面上包含流動擋止機構，來 取代該工具或在該工具之外另外增加。流動擋止機構亦可 由不同表面特徵的區域來構成，例如包圍該基材上的孔之 環狀塗層。最後，亦適用於本發明的所有實施例且與該複 @ 製材料的複製特性有關及與被選取的基材與複製工具的表 面特性有關，該工具及/或基材上不需有實體的流動擋止 機構。 參考圖9a-9c來描述的變化實施例，該配送可在實質 上一個步驟中被實施於該第一工具上（當它停靠在該基材 表面上時），或被實施在該第二工具上，或如果該幾何圖 案上的邊界條件允許的話，可在它接近該表面之前被實施 在該第一工具上》 ❹ 現參考圖l〇a至10d，一種藉由複製來製造一光學元 件或多個光學元件的方法被揭示，其中該基材包含由形成 在該基材相反的（大的）側面上之成對的盲孔所界定之複 製地點。該方法類似於參考圖7a-7f及圖8描述的方法， 且它們之間的差異係如下文所述。 在所示的配置中，該第一及第二複製材料51，52分 別被配送到該第一及第二複製工具31，32上。然而，除 了一或兩個複製材料部分可被配送至該等盲孔內，或被配 -22- 200930555 送成爲兩個子部分，一個在該盲孔內且另一個在各自的工 具上之外’亦可以是前述的任意組合。 因爲兩個複製材料部分51，52的量（且不只是适兩 個量的總合）對於複製材料的散佈有影響，所以該第一及 第二複製工具31，32這兩者都是上文中描述的種類，即 其具有間隔件部分3 8位在外側及多個流動擋止件3 9位在 不同的位置。 φ 除了第一複製材料部分被硬化且該第一複製工具31 在第二複製工具被帶至定位之前被移除的兩步驟處理之外 ，還可以選擇單一步驟的處理（其類似於圖9 a-9c所示的 方法步驟順序），其中兩個複製工具都被帶至定位，且該 第一及第二複製材料51，52同時被硬化。 在所有上述的實施例中，該第一側面被複製的結構必 需與該第二被複製的結構對準。與該基材上用來界定該複 製地點的孔的形狀有關地，亦有必要與該基材對準（但在 〇 大多數的實施例中，近似的對準即已足夠，因爲該等開口 的壁夠周邊，使得對於被複製的特徵的確實位置關係對所 想要的光學元件的光學特徵並沒有影響）。 對於對準而言，該基材可被提供有晶圓等級的對準罩 幕。這些罩幕可藉由例如光刻技術在複製之前被提供於該 晶圓上。或者，這些罩幕可藉由來自該第一複製工具的複 製而被提供，該第一複製工具必需有一可複製的特徵結構 。該第二複製工具有一相應的罩幕，其將與來自該第一複 製工具之複製的對準結構對準。再或者，在這兩個複製工 -23- 200930555 具被提供且當複製時同時與該基材有一清楚界定的位置關 係的實施例中，這兩個複製工具可藉由晶圓等級的對準罩 幕彼此對準。與該基材的位置關係係清楚地界定的，因爲 相對的z位置及相對的x-y位置被近似地界定使得複製區 塊與複製地點對準，但後者的對準無需像複製表面彼此對 準一樣地精確。 因此，將該第二複製工具與該基材朝向彼此移動的步 驟較佳地在所有實施例中都包括在造成該等接點間隔件停 靠在該基材上之前，將該第二複製工具與該第一複製工具 對準或與一從該第一複製工具複製來的結構對準的子步驟 。如果該第二複製工具並未包含任何接點間隔件的話，則 x-y對準的子步驟亦可在該第二複製工具已到達其z位置 之後被完成，例如，如果該第二複製工具包含停靠在一複 製材料的薄膜（其可覆蓋一大部分的該基材表面）上之非 接觸式間隔件的話。 該對準的子步驟可用此技藝中已知的任何適合的方式 來實施，例如包括利用一使用在該基材及/或該工具上的 對準罩幕之罩幕對準器（或類似的工具）來對準。此外， 利用機械機構（自行對準結構）的對準，或利用影像處理 技術之對準亦可被使用。 最後，圖11及12顯示依據本發明的方法的流程圖。 圖11所示的是在第二複製材料部分被配送之前第一複製 材料部分已被硬化的情形，且包含提供具有孔及一第一工 具（71)的基材，選擇上地配送複製材料至該第—工具上 -24- 200930555 (72;此配送步驟例如包括配送個別的複製材料部分至每 一複製區塊，該複製區塊例如界定一被接點間隔件所包圍 的凹穴），將該第一工具與該基材放在一起直到到達一複 製位置爲止（在該位置時該接點間隔件部分，如果有的話 ，會停靠在一基材表面上；73)配送複製材料至所得到的 組件上（如果該等孔爲穿孔的話，則該配送較佳地發生在 如果該第一工具與該基材的第一側接觸時所產生的肓孔內 φ ) (74)，促使該複製材料硬化（75)等步驟。其它的步 驟包括在硬化之後去除掉該第一工具（76;此步驟原則上 可在梢後的時間被實施，因此在圖中被標示爲選擇性的步 驟），然後提供一第二工具（77)且將第二複製材料部分 配送至其餘的孔內及/或該工具上（78);較佳地以一種 與被該第一複製工具所複製出來的結構對準的方式將該第 二工具與該基材放在一起且位在一複製位置上（79;在此 位置時該接點間隔件停靠在該基材的第二表面上），造成 © 該第二複製材料部分硬化（80)並去除掉該第二工具（81 )° 圖12所示的是只有—部分的複製材料被配送或兩個 複製材料部分同時被硬化的情形。與圖11的情況不同的 是’圖11中的步驟75與76不存在。如果在該基材上的 孔是穿孔的話，則複製材料可選擇上地在一單一步驟（74 )中被配送至如果該第一工具與該基材的第一側接觸時所 產生的盲孔內。如果該複製材料是在兩個步驟中（74，78 )中被配送的話’則讓該基材與該第二複製工具在一起的 -25- 200930555 步驟會造成兩個複製材料部分流入到彼此之中。 如果該基材~開始包含兩個盲孔的話，則兩個複製材 料部分仍保持分開。 在所有實施例中’每一配送步驟都選擇上地包含數個 子步驟’在這些子步驟中複製材料的液滴被配送用以一起 形成該等複製材料部分，這些子步驟可一個子步驟緊接著 一個子步驟，或在子步騾之間可實施其它的步驟。 ❹ 【圖式簡單說明】 本發明的原理以及本發明的實施例將參考附圖於下文 中詳細的說明。在圖式中，相同的標號標示著相同或類似 的元件。這些圖式都是示意性的且沒有按照比例繪製。 圖1爲一基材的平面圖； 圖2爲一基材的剖面圖；

圖3-6爲依據本發明的方法所製造的透鏡的不同實施 例的剖面圖； Q 7 a-7 f爲依據本發明的方法的一實施例的方法步驟； 圖8爲圖7a-7 f的方法的一個步驟的變化； 9a-9f爲依據本發明的方法的另一實施例； 圖10a-10d爲依據本發明的方法的一個實施例的方法 步驟，其中該基材包含盲孔； 圖11及12爲依據本發明的方法的實施例的流程圖；及 圖13爲依據先前技術的透鏡。 -26- 200930555 【主要元件符號說明】 1 :基材 2 :孔 I · 1 :第一側（上表面） II :透鏡 21 :中央部分 22 :周邊部分 φ 2.1 :圓周表面 23 :基層 dz :厚度參數 24 :孔徑 1. 3 :橋接部分 31 :第一複製工具 3 4 :背板 35 :軟材料部分 G 36 :複製區塊 3 8 :接點間隔件部分 51:複製材料的第一部分 41 :配送工具 37:周邊基層複製區段 42 :能量源 52:複製材料的第二部分 32 :第二複製工具 3 9 :流動擋止機構 -27

Claims (1)

1. 200930555 十、申請專利範圍 1. 一種複製多個光學元件的方法，該方法包含的步驟 爲. 提供一具有一第一及一第二大的側面及多個預先界定 的複製地點的基材，該等複製地點係由穿孔或在該基材之 兩個大的側面上的對應位置處之成對的肓孔來界定的； 藉由複製來增加一被複製的結構至該基材上，該被複 〇 製的結構黏附至該基材上且在該等複製地點包含分別在該 等穿孔內或在該二盲孔內之複製材料及一第一被複製的表 面與一第二被複製的表面，該第一與第二複製表面面向相 反的側面。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基材被選擇 用以包含界定該等複製地點的穿孔，及其中藉由複製來增 加一被複製的結構的步驟包含的子步驟爲： 將一包含第一複製區塊之第一複製工具及該第一大的 © 側面朝向彼此移動，直到該第一複製工具與該基材成爲一 預先界定的位置關係爲止，且該複製材料在該等孔內並與 該第一複製區塊接觸； 將該複製材料硬化用以提供黏附至該基材之被硬化的 複製材料； 將一包含第二複製區塊之第二複製工具及該第二大的 側面朝向彼此移動，直到該第二複製工具與— 預先界定的位置關係爲止’且另外的複製材料甜該等第一 複製區塊及與該被硬化的複製材料接觸；& -28- 200930555 將該另外的複製材料硬化。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基材被選擇 用以包含界定該等複製地點的穿孔，及其中藉由複製增加 一被複製的結構的步驟包含的子步驟爲： 將一包含多個第一複製區塊之第一複製工朝向該第一 大的側面移動及將一包含多個第二複製區塊之第二複製工 具朝向該第二大的側面移動，直到該第一複製工具，該第 二複製工具，及該基材成爲一預先界定的位置關係爲止， @ 且該複製材料在該等孔內且與該等第一複製區塊與該等第 二複製區塊接觸；及 將該複製材料硬化用以提供黏附至該基材之被硬化的 複製材料。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基材被選擇 用以包含多個在該基材的該第一大的側面上的第一盲孔及 多個在該基材的該第二大的側面上之對應的橫向位置的第 二盲孔，該等第一及第二肓孔一起界定該等複製地點，及 ^ 其中藉由複製來增加一被複製的結構的步驟包含的子步驟 爲： 將一包含多個第一複製區塊之第一複製工具及該第一 大的側面朝向彼此移動，直到該第一複製工具與該基材成 爲一預先界定的位置關係爲止，且該等第一複製材料部分 在該等第一肓孔內且與該等第—複製區塊接觸； 將一包含多個第二複製區塊之第二複製工具及該第二 大的側面朝向彼此移動，直到該第二複製工具與該基材成 -29- 200930555 爲一預先界定的位置關係爲止，且該等第 在該等第二肓孔內且與該等第二複製區塊 將該複製材料硬化， 其中硬化該複製材料的步驟可一次被 步驟中被實施，該第一子步驟用於硬化該 分且在將該第二複製工具與該第二大的側 之前。 © 5.如前述申請專利範圍中任一項之方 複製工具與該第二複製工具中的至少一者 件部分，及其中在具有該接觸點間隔件部 該基材被帶引至一預先界定的位置關係之 隔件部分被造成停靠在該基材的一表面部 6.如申請專利範圍第5項之方法，其 橫向流動被造成分別被該接點間隔件部分 件部分的一者所停止。 Ο 7.如申請專利範圍第5項之方法，其 部分與該複製區塊的一表面是同一材料。 8 .如申請專利範圍第5項之方法，其 部分包圍該複製區塊。 9.如前述申請專利範圍第I·4項中任 中該第一及第二複製工具中的至少一者包 構，及其中該複製材料的橫向流動被造成 構所停止。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之方法’ 二複製材料部分 接觸；及 實施或在兩個子 第一複製材料部 面朝向彼此移動 法’其中該第一 包含一接點間隔 分的複製工具與 後，該接觸點間 分上。 中該複製材料的 或該等接點間隔 中該接點間隔件 中該接點間隔件 一項之方法，其 含一流動限制結 被該流動限制結 其中該流動限制 -30- 200930555 結構包含多個流動擋止件用來在不同的徑向位置停止該流 動。 1 1.一種光學元件之晶圓片（wafer scale )組件，該 光學元件係由前述申請專利範圍中任一項之方法所製造的 ，該晶圓片組件包含一具有多個複製地點的基材，每一複 製地點都由一穿孔或位在該基材的兩個大的側面上的對應 位置處的肓孔來界定，該被複製的結構黏附至該基材上且 至少在該等複製地點分別包含至少部分透明的複製材料於 該穿孔內或該二肓孔內，及一第一被複製的表面與一第二 被複製的表面，該第一及第二複製表面面朝向相反的側面 〇 1 2 ·如申請專利範圍第11項之晶圓片組件，其中至少 某些光學元件包含一基層其由該等孔的邊緣向外延伸，藉 以覆蓋該基材的該大的側面的一個區塊。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1或1 2項之晶圓片組件，其 中該等光學元件是折射及/或繞射透鏡。 14. 一種光學元件，其係用前述申請專利範圍第1_10 項中的任一項的方法製造的及/或藉由將一用申請專利範 第11-13項中任一項的晶圓片組件分切成爲個別的光學元 件來製造的’該光學元件包含一基材部分其具有一複製地 點，該複製地點係由一穿孔或在該基材部分的兩個大的側 面上的對應位置處的盲孔來界定，該被複製的結構黏附至 該基材上且至少在該複製地點分別包含至少部分透明的複 製物質於該穿孔內或該二盲孔內，及一第一被複製的表面 -31 - 200930555 與一第二被複製的表面，該第一及第二複製表面面朝向相 反的側面。 15.如申請專利範圍第14項之光學元件，其包含一基 層其由該孔或該等孔的一個孔的邊緣向外延伸，藉以覆蓋 該基材的該大的側面的一個區塊。

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