TWI478808B - 製造光學元件的方法 - Google Patents

Description

製造光學元件的方法

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。

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，其為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))成為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為個別的元件，例如在WO 2005/083789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之板狀的基材，譬如直徑在2英吋至12英吋之間的碟片。

在下面的內文中，該基材有時被稱為“晶圓”。這不應被解讀為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為多個構件。

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械上的穩定性，典型地為400微米或更大；為了成本考量，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d_z 是一個重要的設計參數，且設計者希望能夠改變該等參數。根據此技藝之目前的狀態，這是不可能的。

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為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。

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，該方法包含的步驟為：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，因為該等透鏡，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，因為沒有光線會穿過它。就材料及表面品質(刮痕等等)而言，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，因為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包含的子步驟為：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為一預先界定的位置關係為止，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為一預先界定的位置關係為止，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x-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為：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為一預先界定的位置關係為止，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盲孔所界定(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，一個是用於第一盲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為“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。

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形成且適合限制該複製材料因為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。

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期間的機械穩定性及界定z尺寸之外，還具有形成一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定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一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，為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為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。

為此，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。

為了要如此作，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，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為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穿孔或在該基材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，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，x-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方向為垂直於該平面的方向。此座標系統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x-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為其上及下表面，對於一矩形基材而言為最大的表面，等等)。

以依據本發明的方法來製造的光學元件較佳地為透鏡，中“透鏡”應被解讀為一具有兩個表面(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。

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，該基材為晶圓片。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，將光學組件分割成為個別的元件)。

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矽晶圓)，一金屬，一不透明的金屬氧化物，一陶瓷等等。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1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“第一側表面”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， 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為該等表面的形狀。

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為晶圓片製造，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為只顯示出該基材/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，一雙凹透鏡(圖3)，一凹凸透鏡(圖4)及一雙凹雙凸透鏡(圖5)。

所示的光學元件為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為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(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為，在複製材料的量無法被充分精確地界定的例子中它可作為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。

一孔徑24(或一層反射體)可被提供作為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。

一進一步的好處為，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，因為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，作為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；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盲孔，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。

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。

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 2007/107027號專利公開案，其藉由此參照被併於本文中。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為，該複製材料可被配送至整個基材及/或工具的一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 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36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31包含接點間隔件部分38其可操作用以在複製期間停靠在該基材1上，在接點間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WO2004/068198號及WO 2007/107026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併於本文中。

該軟的材料部分35可用剛性相對低的材料來製成，使得該材料可小規模地變形用以讓其形狀能夠適應其所停靠的物件的表面結構，譬如次微米程度的表面粗糙度。此外，該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38黏附到該基材上且有效地形成一側向的流動擋止件。此一材料的一較佳的例子為聚二甲基矽氧烷PDMS。此材料亦很適合一複製工具形成處理，如WO2004/068198號中的圖14-16所示，其藉由此參照而被併於本文中。

除了形成一側向流動擋止件的接點間隔件38之外，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(例如因為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擋止件，這將於下文中進一步說明。

圖7a進一步顯示一配送工具41用來配送單獨的第一複製材料部分51。該複製材料可以是任何能夠被硬化且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。適合作為複製材料的一個類別為可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)。

圖7b所示的方法步驟包括用能量來照射該複製材料。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堅硬度為止的子步驟。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。

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與該基材成為一被清楚地界定的位置關係為止。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WO 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38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11。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一具有一穿孔2作為複製地點的基材上之另一實施例被描述。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。

一第一步驟(圖9a)可如參考圖7a描述的步驟一般地被實質上地實施。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的設置中，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 的話，則兩個複製工具可被形成為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。

作為另一替代例，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。

現參考圖10a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，或被配送成為兩個子部分，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。

因為兩個複製材料部分51，52的量(且不只是這兩個量的總合)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38位在外側及多個流動擋止件39位在不同的位置。

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9a-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(但在大多數的實施例中，近似的對準即已足夠，因為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，因為相對的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一工具上(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為止(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(如果該等孔為穿孔的話，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盲孔內)(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；此步驟原則上可在稍後的時間被實施，因此在圖中被標示為選擇性的步驟)，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所示的是只有一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。

如果該基材一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，或在子步驟之間可實施其它的步驟。

1．．．基材

2．．．孔

1.1．．．第一側(上表面)

11．．．透鏡

21．．．中央部分

22．．．周邊部分

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

34．．．背板

35．．．軟材料部分

36．．．複製區塊

38．．．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

39．．．流動擋止機構

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為一基材的平面圖；

圖2為一基材的剖面圖；

圖3-6為依據本發明的方法所製造的透鏡的不同實施例的剖面圖；

7a-7f為依據本發明的方法的一實施例的方法步驟；

圖8為圖7a-7f的方法的一個步驟的變化；

9a-9f為依據本發明的方法的另一實施例；

圖10a-10d為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為依據本發明的方法的實施例的流程圖；及

圖13為依據先前技術的透鏡。

1．．．基材

2.1．．．圓周表面

11．．．透鏡

21．．．中央部分

22．．．周邊部分

23．．．基層

Claims (14)

1. 一種藉由複製來製造多個光學元件的方法，該製造方法包含的步驟為：提供一具有一第一及一第二大的側面的基材及由穿孔來界定之多個預先界定的複製地點；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在該等穿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，藉由複製來增加一被複製的結構的步驟包含的子步驟為：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為一預先界定的位置關係為止，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該基材成為一預先界定的位置關係為止，且另外的複製材料與該等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。
2. 一種藉由複製來製造多個光學元件之晶圓片(wafer scale)組件的方法，該製造方法包含的步驟為： 提供一具有一第一及一第二大的側面的基材及由穿孔來界定之多個預先界定的複製地點；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在該等穿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，藉由複製來增加一被複製的結構的步驟包含的子步驟為：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為一預先界定的位置關係為止，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該基材成為一預先界定的位置關係為止，且另外的複製材料與該等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。
3. 如申請專利範圍第1項之製造方法，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。
4. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中該等光學元件是折射及/或繞射透鏡。
5. 一種藉由複製來製造光學元件的方法，該製造方法包含得到晶圓片組件之工程，該工程包含的步驟為：提供一具有一第一及一第二大的側面的基材及由穿孔來界定之預先界定的複製地點；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在該等穿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，藉由複製來增加一被複製的結構的步驟包含的子步驟為：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為一預先界定的位置關係為止，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該基材成為一預先界定的位置關係為止，且另外的複製材料與該等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。
6. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中更包含分切所得到之晶圓片組件的工程。
7. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中光學元件 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。
8. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中該等光學元件是折射及/或繞射透鏡。
9. 如前述申請專利範圍中第1-8項中任一項之製造方法，其中該第一複製工具與該第二複製工具中的至少一者包含一接點間隔件部分，及其中在具有該接觸點間隔件部分的複製工具與該基材被帶引至一預先界定的位置關係之後，該接觸點間隔件部分被造成停靠在該基材的一表面部分上。
10. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中該複製材料的橫向流動被造成分別被該接點間隔件部分或該等接點間隔件部分的一者所停止。
11. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中該接點間隔件部分與該複製區塊的一表面是同一材料。
12. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中該接點間隔件部分包圍該複製區塊。
13. 如前述申請專利範圍第1-8項中任一項之製造方法，其中該第一複製工具與該第二複製工具中的至少一者包含一流動限制結構，及其中該複製材料的橫向流動被造成被該流動限制結構所停止。
14. 如申請專利範圍第13項之製造方法，其中該流動限制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。