TWI496222B - 間隔件及製造間隔件的方法 - Google Patents

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Description

間隔件及製造間隔件的方法
本發明係有關於藉由一複製處理以一種明確界定的空間配置來製造具有兩個或更多個光學元件，如折射式及/或繞射式鏡片，於晶圓片上之集成式光學裝置於的領域。更明確地，本發明係有關於製造一間隔件及一如本案申請專利範圍獨立項之前言部分所述之間隔件元件的方法。
集成式光學裝置為，例如，照相機裝置，用於照相機裝置的光學裝置，或用於閃光燈，特別是用於照相機行動電話，之準直光學裝置。使用複製技術，如複製技術，譬如像是壓印或模製，來製造光學元件是已知的。因成本效益大量製造而特別受青睞的是晶圓等級的製程，其中一陣列的光學元件，如鏡片，藉由複製而被製造在一碟片狀的結構(晶圓)上。在大多數的情形中，其上附有光學元件之兩片或更多片晶圓被堆疊起來用以形成一晶圓等級的封裝，其中附著於不同晶圓上之光學元件被對準。在複製之後，此晶圓結構可被分割成單獨的光學裝置(分切)。
當使用於本文中時，基材或晶圓一詞係指一圓盤或一矩形板或任何尺寸上穩定之任何其它形中的板子，通常是透明的材料。一晶圓盤的直徑典型地介於5公分至40公分之間，例如，介於10公分至31公分之間。通常它是圓柱形具有一2，4，6，8，或12英吋的直徑，1英寸約 2.54公分。該晶圓的厚度為例如介於0.2公釐與10公釐之間，典型地介於0.4公釐至6公釐之間。
集成式光學裝置包括沿著光線傳播的方向被堆疊之功能性元件，這些功能性元件中的至少一者為一光學元件。因此，旅行穿過該裝置的光線依序地通過該等元件。這些功能性元件以一種預定的空間關係相關於彼此(集成的裝置)加以配置，因而需要與它們的進一步對準，只需要將該光學裝置與它其系統對準即可。
此等光學裝置可藉由堆疊晶圓來加以製造，該等晶圓包含以一明確界定的空間配置設置在該晶圓上之功能性(如，光學)元件。此一晶圓等級的封裝(晶圓堆)包含至少兩片晶圓其沿著該對應於最小的晶圓尺寸的方向(軸方向)的軸被堆疊且彼此附著。該等晶圓中的至少一者載負著被複製的光學元件，且另一者可包含或可被用來接受光學元件或其它功能性元件，譬如像是光電元件(如，CCD或COMS感測器陣列)。該晶圓堆因而包含多個並排地設置之大致相同的集成式光學裝置。
藉由間隔件機構，如多個分開來的間隔件或一相互連接的間隔件矩陣(如，US 2003/0010431號或WO 2004/027880號中所揭露者)，該等晶圓可彼此間隔開來，且鏡片元件亦可被設置在晶圓之間，位於一面向另一晶圓的晶圓表面上。因此，一間隔件被夾在一上晶圓與一下晶圓之間。此結構可用其它晶圓及中間的間隔件來重復實施。
歐洲專利第EP 1244151 A號描述一種使用在集成式光學裝置的晶圓級製造中的間隔件晶圓。該間隔件晶圓可用樹脂、玻璃、矽或類此者製成。
在一類似的結構中，美國專利申請案第2003/002809 A1號描述似乎只有將其它層彼此隔開而沒有其它目的的層。
WO 2004/017880A號亦描述被標記為“微型間隔件”但提供與歐洲專利第EP 1244151 A號的間隔件相同功能的間隔件晶圓。
美國專利申請案第2007/0200132809 A1號揭示光電裝置的晶圓級製造，一間隔件被設置在一上晶圓與一下晶圓之間。該下晶圓攜載用於稍厚的電連接之電接合墊。該間隔件晶圓包含凹穴(“凹痕”)或穿孔，其在該間隔件晶圓被放置在該下晶圓上的時候，會留出給該等接合墊用的空間。當分切所得到的晶圓堆疊時，該上晶圓與該間隔件晶圓係沿著與該下晶圓不同的線被分開，藉以露出該等接合墊。在將該等晶圓與間隔件彼此黏合的前一步驟中，接合墊可以不覆蓋黏合劑。
WO 00/73090號揭示使用沿著晶圓的接觸表面設置之微型結構來將晶圓結合至晶圓，這造成一黏合材料藉由毛細吸力來填塞至該等微型結構內。兩片晶圓彼此接觸並機械地保持在一起，然後該黏合材料被注入到一圍繞一晶粒的溝渠內，然後該黏合材料滲入到晶圓與晶圓之間的毛細空間內。
本發明的目的為提供一種間隔件晶圓及一種用來製造間隔件晶圓的方法其具有簡單且具成本效益的製程。本發明的另一個目的為提供可改善晶圓堆的品質及良率的間隔件晶圓。
這些目的可藉由本案申請專利範圍各獨立項所述之間隔件晶圓及用於製造間隔件晶圓的方法來達成。
用於一晶圓堆的間隔件晶圓包含一具有第一表面與第二表面的間隔件本體，且其將被夾設於一第一晶圓與一第二晶圓之間。亦即，該間隔件是要將設置在該第一表面上的第一晶圓與設置在該第二表面上的第二晶圓保持彼此相隔一固定的距離。該間隔件提供開孔其被設置成可讓該第一晶圓與該第二晶圓的功能性元件與開孔對準。
用於製造間隔件晶圓的方法包含的步驟為：提供一形成工具；藉由一形狀複製處理依據該工具的形式形成該間隔件。
在本發明的一較佳的實施例中，形成該間隔件的步驟包含的步驟為：提供呈可變形狀態，亦即液體或黏性狀態，的間隔件材料；將該間隔件材料的形狀界定成該工具的負像(negative)； 將該間隔件材料硬化藉以產生該間隔件晶圓；及將該間隔件晶圓與該工具分離。
該間隔件材料較佳地係藉由固化(curing)來加以硬化。固化是高分子化學及製程工程中的用詞，其係指一高分子材料藉由化學添加物，紫外線照射，電子束(EB)或加熱所引發之聚合物鏈的交聯而產生之高分子材料的硬化。該間隔件因而可用一合成的有機或無機基礎材料來製造，其起先為一液體或黏性狀態然後被固化。一較佳的基礎材料為環氧樹脂。該基礎材料較佳地可被混入一用以著色的染料，及/或一填充料物質，譬如像是玻璃纖維或類此者。該材料在該形成工具保持在定位上時被固化，例如UV固化。UV光線固化是一種快速處理其提供該硬化處理一良好的控制。
在本發明的另一較佳的實施例中，該間隔件是用一熱塑性材料製造的。它被加熱然後用該形狀複製處理加以塑形，如藉由壓印及模製，包括射出模製在內。在冷卻時，該材料硬化成所想要的間隔件形狀。
該複製處理可以是一壓花或壓印處理，其中該可變形的或黏性的或液體成分的間隔件材料被放置在一基材的表面上或放置在該形成工具上。亦即，該間隔件材料被設置在介於該工具與該基材之間。該基材典型地是一硬的板子，其大小為晶圓規模，其中‘晶圓規模’係指該圓盤狀或板狀基材的尺寸相方於半導體晶圓的尺寸，譬如具有介於2吋至12英吋的直徑的圓盤。然後，該複製工具或形成工 具被移動或壓抵住該基材。該運動在該形成工具緊貼該基材時即被停止。
或者，該複製處理可以是一模製處理。在一模製處理中，相反地，用來形成該間隔件的形狀的形成工具首先被壓在一基材的表面上以形成凹穴，然後經由一模製處理來填注該凹穴。
在本發明的再一較佳的實施例中，該間隔件材料被放置在該工具上，且在移動該基材朝向該工具之前，一抗黏層被設置在該基材板與該間隔件材料之間。該抗黏層讓該硬化的間隔件能夠輕易地與該基材板分離。該抗黏層可以是一薄膜，如聚酯薄膜，或可以是一藉由噴灑或弄濕該基材來施加的材料(如，鐵氟龍)的抗黏層。該抗黏層可在該固化後被留在該間隔件上。
再本發明的一較佳的實施例中，提供一形成工具的步驟包含依據一靠模(master form)的形狀藉由一形狀複製處理來形成該工具。該工具然後可被補充以包含一用來增加強度及韌性的背板。
在本發明的另一較佳實施例中，該第一及第二表面中的至少一者包含將該表面與開孔分離的邊緣，且將該間隔件材料硬化的步驟包含將該間隔件晶圓上靠近該等邊緣的區域的厚度縮小成比該等邊緣本身的厚度還小。這得到的間隔件為，該間隔件晶圓在該等邊緣處的厚度大於該間隔件晶圓在該等邊緣周圍的表面位置的厚度。換言之，該等邊緣相對於該間隔件的平均厚度而言是被提高的。在本發 明的一較佳的實施例中，該等邊緣相對於周圍表面的高出來的高度約為一至十微米之間。該間隔件本身典型地具有100至1500微米的厚度。
當使用該間隔件來產生一堆疊時，一黏合劑，如一液體或黏膠，被施用至該間隔件的表面上。因為該等邊緣高起來的關係，所以介於一間隔件與仳鄰晶圓之間的自由空間向外朝向該等邊緣傾斜。該液體黏合劑被毛細管力量朝向該等邊緣拉引。這有助於確保即使有氣泡被包陷於該黏合劑中亦不會有氣泡留在該等邊緣處。任何氣泡都將被拉引至邊緣處之黏合劑強迫離開該等邊緣。因此，即使是在將該晶圓堆分切成個別的單元之後，該等邊緣仍然被完好地密封。
即使是再該等邊緣處沒有明顯的高起來，或甚至完全沒有高起來，該黏合劑亦將會沿著介於兩晶圓之間的間隙分開來，只要有一黏合劑的儲藏處(reservoir)即可。此一儲藏處可以是被放置在一晶圓上的黏合劑的液滴，其在一稍後將被移動朝向另一晶圓的表面上，及/或在一凹穴內，該液滴在該二晶圓被放置成彼此緊貼時會接觸另一晶圓。介於彼此緊鄰的晶圓表面之間的間隙會因為毛細管力量而被該黏膠/黏合劑填滿，且空氣會從該等凹穴中被排出。
這是一相當局部性的效果，因為空氣與黏膠的互換是在1mm(公釐)至小於3mm的範圍內發生的(此係對於一特殊的，典型的黏合劑而言)。例如，如果一個沒有凹 穴的區域在給定的凹穴之間在一尺度上延伸約3mm的話，則氣泡會延著這3mm在未限定的任意位置處被形成。在既有的凹穴之間設置凹穴，如在離既有凹穴1.5mm的中間位置處，可造成空氣在凹穴處，即在明確界定處，被收集。
這些額外的凹穴或凹部亦可因它們的功能而被稱為流動控制凹穴。然而，這並不排除它們同時具有其它的功能。相反地，其它的凹穴或開孔應被稱為裝置凹穴，因為它們係關於一光電或微電子元件，如用於光線通過，而被使用。介於兩個將被黏在一起的表面之間的間隙或窄的空間(如，介於一間隔件與一基材之間)將被簡單地被稱為間隙。
在本發明的一較佳的實施例中，如果該等凹部或凹穴是連續的且沿著用來將晶圓切割之分切線被設置的話，它們會產生另一功能。如果該間隔件晶圓在尚未被黏合至一上晶圓時被切割的話，則切割鋸子所造成之鋸齒狀的邊緣會位在下凹的區域中而不會在最上面的區域中，譬如像是邊緣區域中。當稍後將一單一間隔件晶圓的頂面黏到另一表面時，該鋸齒狀的邊緣不會干擾到該頂面與該另一表面的對準。
當稍後製造的的光學元件所需要的裝置凹穴壞開孔存在時，任何過剩的黏膠將會累積在該等凹穴的邊緣處。這需要一定精確度之黏膠施用方法，因為太多過剩的黏膠終將會把凹穴填滿至會干擾到一光學或電子元件或在凹穴內 的光線路徑的程度。然而，如果有額外的凹穴存在的話，則過剩的黏膠會跑到這些額外的凹穴中，而不會發生干擾。而且，空氣與過剩的黏膠在通道狀的凹穴中流動的較快，這有助於改善處理的速度及黏膠厚度的均質性。
為了要更佳地控制黏膠的流動，在本發明的一較佳的變化例中，該黏膠被設置在流動控制凹穴中。該黏膠的施用會遇到該黏膠將兩個預定被黏合在一起的表面之間的間隙弄濕之早期處理。因此，該黏膠被毛細力量拉引至該間隙中，直到它到達該間隙的終端為止，即一裝置凹穴的邊緣為止。該黏膠的邊界線係由這些邊緣加以明確地界定。過剩的黏膠留在該等流動控制凹穴中。該黏膠能夠流動的距離係受限於可用的黏膠的數量，它自己的黏性及其它物理參數，譬如該黏膠的弄濕特性及晶圓材料等。
流動控制凹穴相對地易於被製造於一用一形狀複製處理製成的晶圓(不只是間隔件晶圓)上。然而，流動控制凹穴及對應的黏合方法亦可被應用到用其它製程及材料製造的晶圓上。
因為該間隔件是用一形狀複製處理(而不是用一玻璃板機械加工製造)來形成，所以可在該間隔件的表面上形成任何的形狀並給予該等開孔任意的形狀，但底切(undercut)形狀除外。因此，在本發明的另一較佳的實施例中，該靠模的上及下表面中的至少一者及一對應的間隔件包含用來收集黏膠及空氣的溝槽或槽道，或用來在形成該晶圓堆之後將該間隔件上的開孔連接至周圍空氣的槽道 。此等槽道可被形成在該間隔件的頂面及/或底面上。
一晶圓堆係藉由將至少一依據本發明的間隔件疊在至少一其上載有功能性元件的晶圓上來形成的。相應的集成式光學裝置係藉由將晶圓堆分切成多個晶圓堆元件而被製造成晶圓堆元件。一晶圓堆可以是一中間產品，其包含一個晶圓及一個間隔件。此一晶圓堆在稍後的階段可被設置另一其它的晶圓其被該間隔件隔開來。或該晶圓堆可被分切成分開的元件，其可使用在一個別的基礎上的間隔件加以組裝。
在本發明的一較佳的實施例上，一晶圓一方面包含圍繞該等開孔(或裝置凹穴)的間隔件區域，及另一方面包含其它的區域。該其它的區域或連接區域的厚度被製造成是該晶圓的總厚度的至少一半厚，較佳地為小於20%的厚度。以絕對性來說，該連接區域較佳地至少0.2mm至0.3mm厚，而該總厚度的範圍則是從0.5mm至1mm至15mm。因此，該晶圓的機械穩定性係足以界定該等開孔與周圍的間隔件區域的相對位置。然而，因為該連接區域相對較薄，因此可獲得以下的好處：相較於在整個面積上都具有完整的厚度的晶圓而言，該晶圓較不會翹曲。對於一厚度大於1mm的晶圓而言，晶圓愈厚此特徵就愈重要。
在將該晶圓從該模子上取下之後，該晶圓較不會因為材料膨脹而擴展於xy方向上，即該晶圓的平面內。
在該晶圓的任何部分之有效的壁厚被減小。亦即，從 該晶圓的最裡面的點到該晶圓表面的距離被縮短。因此，有更多用於硬化之UV光線可到達最裡面的點，因此該硬化處理可獲得改善。在UV照射之後發生之用於硬化的時間，其亦為當該晶圓不再該模子內時會造成該晶圓所不想要的變形的時間，可被減少。
連接區域，典型地為在該晶圓的至少一表面上之溝槽，不只可被加入該等間隔件晶圓中，還可被加入到載有功能性元件的晶圓中，譬如像是包含被模製到該晶圓內或上的鏡片之一模製的晶圓。
在本發明的再另一個較佳的實施例中，該等間隔件區域包含小的，高起來的突出部其具有一實質上平的且平行於該間隔件晶圓的平面的表面，其界定該間隔件晶圓的總厚度。這在間隔件的厚對必需確界定的應用中是必要的。
在本發明的再另一個較佳的實施例中，該連接區域包含一直角的溝道網格(grid)。這產生矩形的台地狀間隔件。該等溝道較佳地被設置在一個該晶圓堆將被切割成別的元件的地點，即，沿著該等分切線。因此之故，該等溝道亦可被稱為分切溝道。下列進一步的好處可被獲得：該分切鋸必需切穿的間隔件材料較少，減小對於鋸片的磨損，及/或容許更快速的切割。
在鋸切處理中一選擇上的改進為可減少在分切時的鋸切步驟：在無需針對材料的改變而採用不同的鋸切處理下即可鋸穿數層材料。
在發明之另外的較佳實施例中，該連接區域包含被橋 接元件分開來之穿孔，這些橋接元件與該等間隔件區域結合。這可進一步減少在連接區域中之材料的量，其會造該間隔件晶圓的翹曲及其它變形。
較佳地，該分切溝道的寬度約為0.2mm，即小於一分切鋸片的厚度。較佳地，該溝道寬度稍微大一些以容許該溝道與該鋸子的誤對準。
將深的連接區域的好處與一流動控制凹穴不太深相結合得到本發明的一複合的較佳實施例：在本文中，該表面積一方面包含界定該間隔件晶圓的厚度之突出部及另一方面包含用於放置黏膠及/或用於吸收過剩的黏膠的流動控制凹穴。相對深的連接區域太深而無法讓一適當數量的黏膠到達一將被黏於該間隔件區域上的基材處。因此，這些一或多個流動控制凹穴被設置在該間隔件區域的上表面上。黏膠被放置在這些流動控制凹穴中，且黏膠的流動如已經說明過的會在將該間隔件結合至另一表面上時發生。
在製造該間隔件晶圓或該工具的複製處理中，深的連接區域會因為包陷住空氣而造成問題。因此之故，下面的步驟將被實施，而不是只將複製材料傾注於模具中(即，該工具或該靠模)：一開始，將至少一部分的複製材料噴灑在該模具上，藉以將整個複製表面弄濕並較佳地填滿深的特徵結構。在一方面，這可在不包陷住空氣下將該模具中較深的特徵結構填滿，在另一方面，該模具表面之濕潤性被大幅地改善。
接下來，將該液體複製材料分佈於該模具上。這較佳地係藉由將一預定數量的液體複製材料放置在該模具上，至少放置在該模具的大致中央處，然後將一塊板子朝向該模具移動(或將該模具朝向該板子移動)，造成該複製材料向外流動，覆蓋整個模具並將空氣推出去。
一開始用該複製材料噴灑該模具以改上後續被施加之複製材料的濕潤性的方法當然可被應用在任何複製階段，特別是涉及了深且窄的特徵結構的階段。
該黏膠沿著該模具乾的表面以一濕潤角度或接觸角度(即，內角，在該黏膠內部，介於該模具表面與該黏膠表面之間)流動對於一乾的模具而言，此角度典型地大於90度。因此，流動於該模具的一形狀周圍並再度相遇的黏膠很可能會將空氣包陷在合圍的黏膠之間。
相反地，如果該模具表面被塗上一層薄的黏膠膜的話，則介於流動在該模具表面上的大量黏膠之間濕潤角度典型地比90度小很多。因此，流動在一形狀周圍的黏膠首先在該形狀的表面上的一個點相遇，且沒有空氣被包陷在該黏膠的兩個合圍的部分之間。
在本發明的另一實施例中，不僅僅是間隔件，該晶圓堆的其它元件都是用一塑膠材料製成的且是用一形狀複製處理來製造。這些其它的元件特別是載有功能性元件，且是光學功能性元件(繞射及/或折射鏡片)本身，的晶圓。該塑膠材料可以是樹脂，環氧樹脂或熱塑性材料，且較佳地是可固化，特別是可UV固化的熱塑性材料。
該塑膠材料的選擇較佳地是被設計成可承受高達260℃的溫度，以容許該晶圓堆的迴流焊接(reflow soldering)至一印刷電路板上。
因此，藉由用該塑膠材料來更換用於晶圓基材的一般玻璃材料，不同的晶圓種類可用相同或類似的處理來製造，這可簡化製程及降低所用的工具及設備的數量。
其它較佳的實施例可從申請專利範圍附屬項中明顯地得知。方法項申請專利範圍的特徵可以與裝置項申請專利範圍的特徵結合，反之亦然。
圖1顯示一靠模3的頂視圖，及圖2顯示該靠模3的一個區段的側剖面圖。該靠模33包含凹穴23且具有實質上與最終間隔件晶圓相全相同的形狀，只是某些尺寸(x，y，z)被擴大用以補償在該間隔件晶圓的製程中發生的任何收縮。典型地，只要該間隔件晶圓的高度或厚度沒有超過一特定的高度，則只有在該晶圓的高度(z尺寸)上的收縮需要加以補償，且在該平面(x及y尺寸)內的收縮則可被忽略。對於較厚的間隔件晶圓而言，如對於某些材料而言是大於1mm，該晶圓會在固化之後翹曲。該靠模3可以是用金屬或玻璃或其它材料製成之被高精度機械加工之部件。為了目前製造一間隔件晶圓的目的，該靠模較佳地係藉由用鋼鐵或玻璃製造一主間隔件晶圓然後將它膠黏到一鋼鐵或玻璃製造的平的表面上來加以製造。該靠模 可用一抗黏塗層加以處理，用以在模具製造步驟中易於將該靠模從模具2上取出。圖中所示的凹穴23為圓形截且具有垂直的側壁，但其亦可包含其它的形狀及傾斜的側壁，以形成相應的間隔件。凹穴或該間隔件晶圓上的其它特徵結構，形成一每2mm至3mm至5mm就重複的網格。
在下一個步驟中，一模具或工具2係用該靠模3來製造。這是藉由將一液體或黏性材料傾注於該靠模3的上面來完成的。圖3顯示一靠模3的一個區段的側剖面圖，其中一工具2用該靠模3加以塑形。一但該液體或黏性材料被固化，該工具即與該靠模3分離。該工具2因而具有該靠模3的負像拓撲。工具2可用一複合材料來製造。例如，當一軟材料被用來形塑該靠模的拓撲的同時，一玻璃背板(圖中未示出)可被用來提高該工具的強度。該相對軟的(與玻璃相比)工具材料可用塑膠製成，譬如像是PDMS(聚二甲基矽氧烷)。
當該工具準備好時，該間隔件晶圓製造即可開始。為此，一明確界定的數量之可固化的材料(較佳地為可UV固化的材料，如環氧樹脂材料)被傾倒於該工具2上。圖4顯示此階段的側剖面圖，亦即，工具2的一個區段上加上了複製材料20。
然後，一板子被放在該工具2及該複製材料20上。該板子4上被施加一些壓力用以將複製材料20壓入到工具2上的凹穴內。該板子4面向該間隔件材料20的那一側上可施用一抗黏附層5，用以在固化之後易於與該間隔 件晶圓分離。該抗黏附層5可以是一犧牲性的麥拉(mylar)膜其只在一間隔件晶圓上使用一次。該堅硬的背板4可以是一玻璃板，其可在該複製材料20的UV固化期間讓UV光線通過該玻璃板4。圖5顯示此階段一工具2的一個區段的側剖面圖，其中該複製材料20被塑形於該工具2與該板子4(或該薄膜5)之間。
一但該間隔件晶圓材料20被均勻地噴灑在該工具2內，整個三明治(該工具2，蓋板4，非必要的薄膜5及間隔件材料20)被放置在UV光線下用以將該間隔件晶圓材料20固化。在固化之後，該三明治可藉由將該板子4掀開並將間隔件晶圓工具2從該相被塑形之間隔件晶圓1上取下而被打開。該工具2然後可再度被填滿以製造下一個間隔件晶圓1。典型地，數十至數百個間隔件晶圓可用一工具來加以製造。一個工具可製造的間隔件晶圓的數目為該間隔件晶圓及工具材料的相容性的函數。為了經濟上的原因，該工具材料與該間隔件晶圓材料的良好相容性對於讓該工具的壽命最大化是有利的。
在將該間隔件晶圓1與該工具分開之後，該犧牲性的薄膜5可留在該間隔件晶圓1上作為儲存或進一步處理步驟期間的一保護膜。圖6顯示在固化及去除該工具2與板子4之後得到間隔件或間隔件晶圓1的一個區段的側剖面圖。在此例子中，該薄膜5係留在該間隔件1上。
在一些例子中，一環氧樹脂薄層或膜層可形成在該麥拉膜5與該工具2之間。此膜層在該薄膜5從該間隔件1 上被移除時會脫離，或可用加壓空氣將其吹出。
圖7顯示間隔件1的立體圖。該間隔件1的形狀是由該原始的靠模3的形狀來界定，但導因於工具複製期間及間隔件複製處理期間的收縮之尺寸上的改變則除外。因此，該間隔件1包含多個開孔13，邊緣或邊緣區域15將該等開孔13與該間隔件的頂面11及底面12分隔開來。
在本發明的一較佳的實施例中，該複製材料20在固化期間或在固化處理期間的收縮行為造成在該等間件孔周圍的側壁整體上保持著比該間隔件晶圓1的平均高度稍微高一些。該高度差是在數微米的範圍內，譬如像是1至10微米。圖8顯示一間隔件的細部的一相應的側剖面圖。
在該等間隔件晶圓孔或開孔13周圍之多出來的高度在間隔件晶圓1黏合至一平的晶圓，如將形成一晶圓堆8時，具有一正面的作用。這呗示於圖9中，該圖顯示一晶圓堆8的細部的側剖面圖。由於毛細力量的作用，施用於該間隔件1表面上的黏膠17被拉引至該黏膠間隙最薄的部分，亦即，圍繞該等間隔件開孔13的表面區域。因此，該黏膠聚集在該等間隔件開孔13周圍，且會被包陷在介於該間隔件1與相鄰的上晶圓6之間的該黏膠中之空氣泡18被強迫離開該等邊緣15。因此，藉由用該上晶圓6(及下晶圓7)覆蓋該開孔13產生的間隔件孔穴被黏膠17密封。在本發明的另一較佳的實施例中，該等凹部16亦藉由形塑該靠模3與該工具2來形成以產生該等凹部16。
附註：該上表面11及下表面12，及該上晶圓6與該下晶圓7被標記為“上(top)”及“下(bottom)”係為了易於描述，在更一般性的用詞中它們可被標記為“第一”及“第二”表面/晶圓。
空氣的包陷是在該上晶圓6被膠黏至該間隔件時發生的一個問題。如果該下晶圓7首先被黏合至該間隔件1的話，則該等開孔13是開放的，且黏膠會從該間隔件的下面漏至該等開孔13中，將空氣從開孔13排出。然而，當該上晶圓6稍後被黏到該間隔件1上時，則空氣就不再能夠經由開孔13逃逸，因為開孔的兩端現已被閉合。這即是高起來的邊緣所造成的毛細作用發揮效果將該等邊緣15密封起來。
圖9亦顯示在一個由開孔13所界定的凹穴中之功能性元件9。實際上，典型地每一開孔13都將包含這些功能性元件9。這些功能性元件9典型地為光學或光電裝置，譬如像是折射或繞射鏡片，感光器，光敏或光發射裝置，影像感測器等。對於每一種晶圓而言，該等功能性元件9典型地彼此相同且是用一晶圓規模的製程來製造，例如，用於形成光學元件的複製處理，或用於形成電子或光電元件的IC製程。在將該上晶圓6與下晶圓7與間隔件1相結合之前，該等功能性元件9被設置在該上晶圓6及/或該下晶圓7上。當完成晶圓堆8時，它可能包含未被示出之額外的晶圓及間隔件，該晶圓堆8沿著分切線22被分割成個別的元件，或晶圓堆元件19，它們較佳地為集成式 光學裝置21。
圖10顯示一包含主溝槽24的靠模3，該等主溝槽在複製之後變成設置在該等開孔13周圍的間隔件溝槽25如圖11所示。該等間隔件溝槽25較佳地沿著該等分切線被設置且用來在該上晶圓6被放置在該間隔件1上時收集過剩的黏膠。該等間隔件溝槽25可彼此連接且連接至該間隔件1的一側，或它們可形成用來收集及容納過剩的黏膠之孤立的體積且空氣被毛細力量強迫離開該等邊緣或邊緣區域15。在一用來將該上晶圓6膠黏至該間隔件1的方法中，黏膠只被施用在該上表面11的被選定的區域上。此一選擇性的黏膠施用係藉由如(絲)網印刷或噴射(類似於噴墨印表機上的噴墨)來達成。這些被選取的區域或膠黏區域28被安排在該上表面11上介於該等開孔13與該等間隔件溝槽25以及通風溝道26之間的表面區域上。
圖12顯示一間隔件1的細部的立體圖。只有四個間隔件元件被示於此圖中。該等間隔件元件係被相當於未來的分切線之間隔件溝槽25所分隔開。圖中顯示三個間隔件元件其具有完全被該上表面11包圍的開孔13，使得在將上晶圓6膠黏至該間隔件1之後，該等開孔13將會被密封起來，如參考圖9所描述的。該等間隔件元件中的一者包含在該上表面11上的通風溝道26其朝向離開該開孔13延伸。此實施例係被使用在該開孔13不可被密封的應用中。該等通風溝道26延伸至一個遠離該開孔13的位置且在分切該晶圓堆時被切開來。在該等通風溝道26被切 開來之後，該開孔13即開放於周圍的空氣下。該等通風溝道26較佳地包含障礙物，例如，形狀特徵結構，譬如像是曲折處27或窄的區段。這些障礙物可讓空氣流經溝道26但對於在分切該晶圓堆時所用的冷卻液體則形成障礙，以防止該液體進入到開孔13中。當施用黏膠至該上表面11時，該等通風溝道26當然亦被排除在膠黏區域28之外。黏膠可被施用至膠黏表面28上，以及該等溝槽25之被選定的部分上，如溝槽25網格的交叉點29。在後者的例子中，當該上晶圓6被放置在該間隔件晶圓1上時，該黏膠將被毛細力量拉引至該等溝槽25外且遍佈在該膠黏表面28上。
在本發明的一較佳實施例中，每一個開孔13只有單一個通風溝道26。這將可在分切鋸切穿該通風溝道26時防止說經由通風溝道26進入綴沒有第二個溝道可供空氣從該開孔13逃逸。
圖12顯示同一間隔件1上的兩種不同的間隔件元件，在實際上，通常所有間隔件元件都將是同一種類，亦即，同時具有或是不具有通風溝道26。
圖13以頂視圖及A-A’的側剖面圖顯示與圖12類似的溝道或槽道25。該A-A’側剖面圖示意地顯示在溝槽25的交叉點之在溝槽25上或內的黏膠液滴30。該等液滴30亦可被施用在沿著溝槽25的其它地方，或施用在邊緣區域15。在所有例子中，毛細力量將該黏膠拉引到該等溝槽25外並進入介於放在該間隔件晶圓1上的另一晶圓之間且 將黏膠散佈在晶圓之間。此方式可發揮作用的一個先決條件為，在將另一晶圓放在該間隔件晶圓1上之後，黏膠必需與窄的空間或介於兩個晶圓之間的間隙接觸，用以被拉引至該間隙內。為了要讓此方式發揮作用，介於該等溝槽25與其它溝槽25或開孔13之間的距離，對於液體的環氧樹脂黏膠而言應為2mm或3mm或5mm。
圖14以平面圖顯示該間隔件具有分離的或不連續的溝槽的其它配置，這與圖12所示之相互交叉及連結的溝槽25相反，溝槽25在此實施例中是不連結的。溝槽25係作為流動控制凹穴，它們控制空氣及黏膠在邊緣區域15的流動。該等流動控制凹穴可具有不同的尺寸且分佈在整個晶圓表面上。一流動控制凹穴的寬度可以在0.05mm至10mm之間，其深度在0.02mm至10mm之間，且凹穴與凹穴之間的間距為0.1mm至10mm之間。
依據圖15，本發明的另一較佳的實施例被用來將一沒有任何開孔13的晶圓膠黏至一基材。該等溝槽25控制該黏膠的流動，使得過剩的黏膠一方面被收集在該等溝槽中，另一方面，任何被包陷住的空氣都被收集在溝槽25中。這可以控制氣泡的位置，使得該黏膠層之預定的膠黏區域28不會有空氣。此流動控制當然亦可由互連的且連結的溝槽來達成。圖16以側剖面圖示意地顯示空氣及過剩的黏膠17朝向溝槽25的流動(箭頭所示)，如果黏膠17被放置在遠離溝槽25(或開孔13)的位置的話。
雖然所示的例子係以液滴放置為基礎，即單一黏膠液 滴被個別地放置，但當黏膠沿著一條線或多個交叉點被放置時，本發明同樣可被使用。此條線可以是一條直線或是一曲折的線。
原則上，流動效果，形狀特徵15，16，25及參考圖11至16說明的黏膠施用可應用在任何種類的晶圓上，而不只是在複製處理中製造的間隔件晶圓1上。然而，該複製處理讓製造具有用來控制黏膠流動的形狀特徵之間隔件晶圓1特別容易。
如果該晶圓稍後將在該製程中被切割的話，該等溝槽25再次較佳地被設置成與該等分切線22重疊。
在本發明的另一較佳實施例中，該等溝槽的深度是該間隔件晶圓1的厚度的至少一半或凹達80%或更高。以絕對數值而言，對於1mm至1.5mm或2mm的間隔件晶圓而言，該等溝槽25的深度最好是深到讓將該晶圓維持在一起之剩餘的材料具有0.2mm至0.4mm至0.5mm的厚度。圖17示意地顯示出一間隔件晶圓1的剖面圖，其具有將剩餘的材料界定為台地狀的間隔件元件31。這些深的溝槽25可以防止間隔件晶圓1翹曲及過度收縮。讓分切線22與深的溝槽25重疊可讓分切處理對鋸子產生較少的磨損，且可被簡化。
圖18顯示單一個從一晶圓上被分切下來之間隔件元件31。該間隔件元件31的上表面33包含從該上表面33突伸出之微型間隔件32。它們突伸出的高度較佳地在20微米左右，亦即，介於10或15至25或35微米之間。因 為在此實施例中之深的溝槽25可能會太深而無法在將該間隔件晶圓1結合至該上晶圓6之前置入黏膠17，所以黏膠17較佳地被施用於該上表面33上。該等微型間隔件32界定出該上晶圓6停放在該間隔件晶圓1上的精確距離。就該黏膠的流動而言，該等微型間隔件32相當於圖11的邊緣15，且其餘的上表面33相當於圖11的凹部16。這些上表面33亦可被視為本地的(local)流動控制凹穴33，亦即，對於一相當於一個晶圓堆元件19之特定的台地的間隔件區域而言是本地的流動控制凹穴。該等上表面亦可包含一或多個如圖12之通風溝道。
一沒有上晶圓6之中間產物可被製造及分切，即被切割成分開的晶圓堆元件19。所得到的晶圓堆元件19因而包含一下晶圓7及一間隔件晶圓1的至少一切出的部分(如，具有一光學或電子元件)。此晶圓堆元件19可個別地且在一分開的稍後的處理中用該間隔件晶圓的上表面膠黏至另一物件上。該等流動控制凹穴亦提供它們的功能。
圖19顯示單一個切出來的晶圓堆元件19，其由一晶圓堆切割出來且包含一下晶圓7及一間隔件元件31的至少一切割出來的部分。此處所示之間隔件元件包含一微型間隔件32其覆蓋了該間隔件元件31的幾乎整個上表面，但與原始的溝槽25及相當於該溝槽25的分切線隔了一形成其餘的上表面33之小凸台。此凸台相當於圖9及11中所示的下凹區域16。因此，多於一個的微型間隔件32被設置在該第一及第二表面11，12的至少一者上且與該等 分切線相距一預定的距離。
當然，此一間隔件元件19上亦可被製造有一如圖18所示的形狀之間隔件。
如圖18及19所示，該等微型間隔件32與該等分切線相距一距離的事實提供額外的好處，即分切鋸不會干擾到該間隔件晶圓或該單一的晶圓對元件19的最上面的表面(即，該等微型間隔件32的上表面)。該分切鋸切入到該間隔件元件31的本體中所造成的任何鋸齒狀的邊緣將被侷限在該其餘的上表面33的區域內，該區域比該等微型間隔件32低。因此，此等非理想的邊緣在將該上表面膠黏至其它元件時不會影響到。該凸台的寬度係介於100至300微米，且其高度與參照圖18描述的微型間隔件32的高度相當。
圖20顯示用於複製一包含深的特徵結構(如，深的溝槽25)的間隔件晶圓1的處理步驟，及在步驟a)提供之用於一工具中之相對薄且高的間隔件元件31的步驟。這些間隔件元件31相當於在工具2中之深的間隔件元件的負像(negative)34。該等深的溝槽25相當於工具2中高的凸脊35。圖4所示的複製步驟，即放置一團間隔件材料20於工具2上並將該間隔件材料散佈在該工具2上，會造成空氣被包陷在該工具2之深的特徵結構34中。因此之故在本發明的一較佳的變化例中，在第一放置步驟b)中，該間隔件材料或複製材料20被噴灑於該工具2上，將該工具2的整個複製表面覆蓋一薄層。較佳地，深的 特徵結構34在此步驟中至少被部分地填充。
在後續的放置步驟c)中，該複製材料20被放置或傾注到該工具上，較佳地靠近該工具的中央處。在步驟d)中，該複製材料20該複製材料20被重力及/或當板子4相對於工具2被朝向板子4移動時被板子4驅動而向外流動於該工具2上，如箭頭所示。或者，工具2可浸入到該複製材料中填滿其餘的凹穴。
相同的處理當然可應用至工具2本身使用靠模3的製造上，及應用至任何需要填充深的特徵結構的其它複製處理上。
雖然本發明已用本發明目前已知之較佳實施例加以說明，但應被瞭解的是發明並不侷限於此，而是在申請專利範圍所界定的範圍內可被不同地體現。
1‧‧‧間隔件
2‧‧‧工具
3‧‧‧靠模
4‧‧‧背板
5‧‧‧薄膜，抗黏附層
6‧‧‧上晶圓
7‧‧‧下晶圓
8‧‧‧晶圓堆
9‧‧‧功能性元件
10‧‧‧間隔件本體
11‧‧‧上表面
12‧‧‧下表面
13‧‧‧開孔
14‧‧‧側壁
15‧‧‧邊緣
16‧‧‧凹部
17‧‧‧黏膠
18‧‧‧空氣
19‧‧‧晶圓堆元件
20‧‧‧間隔件材料
21‧‧‧光學裝置
22‧‧‧分切線
23‧‧‧凹穴
24‧‧‧靠模上的溝槽
25‧‧‧間隔件或晶圓上的溝槽
26‧‧‧通風溝道
27‧‧‧曲折處
28‧‧‧膠黏區域
29‧‧‧交叉點
30‧‧‧黏膠液滴
31‧‧‧間隔件元件
32‧‧‧微型間件
33‧‧‧上表面
34‧‧‧間隔件元件負像
35‧‧‧凸脊
本發明的發明主體將於下文中參考附圖中以示意的方式顯示之較佳的示範實施例來加以詳細的說明，其中：圖1顯示一靠模(master form)的頂視圖；圖2顯示一靠模的一個區段的側剖面圖；圖3顯示一靠模的一個區段的側剖面圖，其中一工具用該靠模加以塑形；圖4顯示一具有該複製材料之靠模的一個區段的側剖面圖；圖5顯示一工具的一個區段的側剖面圖，其中複製材 料被塑形於該工具與一板子之間；圖6顯示一矩形間隔件的一個區段的側剖面圖；圖7顯示一間隔件的立體圖；圖8顯示一間隔件的細部的側剖面圖；圖9顯示一晶圓堆的細部的側剖面圖；圖10顯示靠模的另一實施例的側剖面圖；圖11顯示一間隔件的相應細節的側剖面圖；圖12顯示一間隔件的相應細節的立體圖；圖13顯示一具有連續的或連接的溝道及被放置的黏膠液滴之間隔件的頂視圖及剖面圖；圖14顯示分離的溝槽或溝道；圖15顯示在一間隔件中分離的溝槽或溝道沒有功能相關連的開孔；圖16顯示空氣及過剩的黏膠朝向該等溝槽的流動；圖17顯示具有深的溝槽且不易翹曲的間隔件晶圓；圖18顯示在本發明的一較佳的實施例中一間隔件晶圓的一單一個切出來間隔件元件；圖19顯示在本發明的一較佳的實施例中一間隔件晶圓的一單一個切出來晶圓堆元件；及圖20顯示一使用兩步驟黏膠施用方式之複製間隔件晶圓的處理步驟。
圖中所用之標號及其意義被表列於下面的〔主要元件符號說明〕中。原則上，圖中相同的部件被標以相同的標號。
1‧‧‧間隔件
6‧‧‧上晶圓
7‧‧‧下晶圓
8‧‧‧晶圓堆
9‧‧‧功能性元件
10‧‧‧間隔件本體
13‧‧‧開孔
14‧‧‧側壁
15‧‧‧邊緣
17‧‧‧黏膠
18‧‧‧空氣
19‧‧‧晶圓堆元件
21‧‧‧光學裝置
22‧‧‧分切線

Claims (15)

  1. 一種間隔件晶圓(1)，其預定將被包含在一晶圓堆(8)中，該晶圓堆(8)包含至少一第一晶圓(6)其上載有多個功能性元件(9)及一第二晶圓(7)其上載有多個與該第一晶圓(6)上的功能性元件(9)對準之功能性元件(9)，該晶圓堆(8)可被分割成多個集成式光學裝置(21)，間隔件晶圓(1)包含一具有第一表面(11)與第二表面(2)的間隔件本體(10)，該間隔件晶圓(1)被塑形用以將設置在該第一表面(11)上的第一晶圓(6)與設置在該第二表面(12)上的第二晶圓(7)保持彼此相隔一固定的距離，該間隔件晶圓(1)進一步包含多個開孔(13)，該間隔件晶圓(1)進一步包含多個凹穴(25)於至少該第一表面(11)上，其特徵在於凹穴(25)被設計來在該間隔件晶圓(1)被膠黏至該第一晶圓(6)時收集過剩的黏膠，及其中這些凹穴(25)為間隔件溝槽(25)，其被設置在該第一及第二表面(11，12)的至少一者上介於該等開孔(13)之間且與該等開孔(13)分隔開。
  2. 如申請專利範圍第1項之間隔件晶圓(1)，該晶圓為用來將該晶圓堆(8)的兩個晶圓分隔開的間隔件晶圓(1)，其中該第一及第二表面(11，12)中的至少一者包含 將該表面(11，12)與該等開孔(13)隔開的邊緣區域(15)，及其中該間隔件晶圓(1)在該等邊緣區域(15)的厚度大於該間隔件晶圓(1)在該等邊緣區域(16，25)周圍之表面位置的厚度。
  3. 如申請專利範圍第2項之間隔件晶圓(1)，其中該表面(11)形成一關於該等邊緣區域(15)的凹部(16)。
  4. 如申請專利範圍第3項之間隔件晶圓(1)，其中該等邊緣域(15)與該等邊緣區域(15)周圍的表面位置在厚度上的差異是在1至10微米的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項之間隔件晶圓(1)，其中該等間隔件溝槽(25)與該等分切線(22)重疊，用來將該晶圓堆(8)分割成個別的裝置(21)。
  6. 如申請專利範圍第1項或第5項之間隔件晶圓(1)，其中該等間隔件溝槽(25)的深度為該間隔件(1)的高度的至少50%至80%或90%，且該晶圓(1)較佳地是藉由一形狀複製處理加以製造的。
  7. 如前述申請專利範圍第1至4項中任一項之間隔件晶圓(1)，其中該間隔件晶圓(1)是用模製、壓花或壓印處理來製造。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中的一項之間隔件晶圓(1)，其包含被塑形於該間隔件(1)的一表面(11，12)中之通風溝道(26)，其由該等開孔(13)延伸至該表面之遠離各個開孔(13)的位置。
  9. 如申請專利範圍第8項之間隔件晶圓(1)，其中該等通風溝道(26)包含障礙物用以阻礙物質經由該等通風溝道(26)的流動。
  10. 如申請專利範圍第5項之間隔件晶圓(1)，其包含一或多個微型間隔件(32)，其被設置在該第一及第二表面(11，12)的至少一者上且離該等分切線(22)一預定的距離。
  11. 一種晶圓堆(8)，其包含至少一第一晶圓(6)其上載有多個功能性元件(9)及一第二晶圓(7)其上載有多個與該第一晶圓(6)上的功能性元件(9)對準之功能性元件(9)，該晶圓堆(8)可被分割成多個集成式光學裝置(21)，間隔件晶圓(1)包含一具有第一表面(11)與第二表面(2)的間隔件本體(10)，該間隔件晶圓(1)被塑形用以將設置在該第一表面(11)上的第一晶圓(6)與設置在該第二表面(12)上的第二晶圓(7)保持彼此相隔一固定的距離，該間隔件晶圓(1)進一步包含多個開孔(13)，該間隔件晶圓(1)進一步包含多個凹穴(25)於至少該第一表面(11)上，其特徵在於凹穴(25)被設計來在該間隔件晶圓(1)被膠黏至該第一晶圓(6)時收集過剩的黏膠，及其中這些凹穴(25)為間隔件溝槽(25)，其被設置在該第一及第二表面(11，12)的至少一者上介於該等開孔(13) 之間且與該等開孔(13)分隔開。
  12. 一種晶圓堆元件(19)，其係藉由將申請專利範圍第11項的晶圓堆(8)分割成多個晶圓堆元件(19)而用該晶圓堆(8)製造的。
  13. 一種用來黏合至少兩個晶圓(1，6)的方法，其包含的步驟為：提供一第一晶圓(1)，該第一晶圓(1)包含在該第一晶圓(1)的至少一第一表面(11)上之多個流動控制凹穴(25)及多個高起來的區域(15)；提供另一晶圓(6)；其特徵在於該方法更包含下列步驟：將一黏合劑(17)放置在該第一晶圓(1)及該另一晶圓(6)的至少一者上；接下來，將該第一晶圓(1)的第一表面(11)放置在靠近該另一晶圓(6)處且讓該黏合劑(17)介於它們之間，藉以造成該黏合劑(17)被毛細力量驅動而從該等流動控制凹穴(25)流至該等高起來的區域(15)並藉以將被包陷在晶圓(1，6)之間的空氣從該等高起來的區域(15)移動至該等流動控制凹穴(25)。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其包含將該黏合劑(17)放置在該第一晶圓(1)的該等流動控制凹穴(25)中，或當該第一晶圓(1)與該另一晶圓(6)被設置成彼此靠近時放置在該另一晶圓(6)上，其位置對應於該等流 動控制凹穴(25)的位置的步驟。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項之方法，其包含多個開孔(13)，其成矩形圖案且被分切線(22)分隔開，且該放置該黏合劑(17)的步驟包含將該黏合劑的液滴(30)放置：在該第一晶圓上之該等分切線(22)的交會點(29)上，或當該第一晶圓(1)與該另一晶圓(6)被放置成彼此靠近時，在該另一晶圓(6)上一與該等分切線(22)的交會點(29)相對應的位置上。
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