TWI577538B - 用於生產一透鏡晶圓之方法及裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於用於生產(特定地壓印)具有如技術方案1及5中所主張之複數個微透鏡之一透鏡晶圓的一種方法及一種裝置。
首先微透鏡用於需要一光學聚焦設備之裝置，諸如(例如)手機之相機。由於小型化壓力，功能區域將變得愈來愈小。微透鏡愈小型化，其等之光學校準生產將變得愈難，因為同時存在大量生產中理想地生產微透鏡之巨大成本壓力。
光學系統可由靜態及/或動態凸或凹透鏡組成。微透鏡個別地在一對應載體基板上或中被壓印或係一單塊晶圓之一部分。因此，此等單塊晶圓構成無載體透鏡場。在此方面，無載體意指該等透鏡無需在其等自身之載體上被塑形。而是由一上及/下晶粒使透鏡材料沿一對應表面變形入至自支撐之一透鏡場。藉由使用此等無載體透鏡場而加速推進小型化。無載體透鏡場在一方面提供較薄透鏡之光學設計中之更大靈活度且另一方面提供生產中之高精密度。此外，其等可一體成型，將透鏡及載體組合入至彼此、可容易處置、輸送及連接至彼此。透鏡晶圓自對應壓印模具或自壓印晶粒之分離展現一主要技術問題。
本發明之目標為設計用來(尤其在一全自動程序中)改良透鏡晶圓之分離之一種裝置及一種方法。
利用技術方案1及5来達成此目標。附屬技術方案中給出本發明之有利發展。本說明書中給出之特徵之至少兩者之全部組合、技術方案及/或圖式被視為落入本發明之範疇。在給定值範圍時，所指示之
限制內之值亦視為被揭示作為邊界值且將主張其任何組合。
本發明係基於配置至少一釋放元件之理念，該至少一釋放元件用於在透鏡晶圓固化前將介於第一及第二壓印晶粒之間之經固化之透鏡晶圓自第一及/或第二壓印晶粒分離。藉由如本發明中所主張之此措施，將壓印塊體放置於該第一及第二晶粒之時間及/或將該第一及第二壓印晶粒彼此校準之時間及/或壓印該壓印塊體或該等壓印晶粒彼此移動之時間用於將該至少一釋放元件定位/配置。如本發明所主張，此使在壓印塊體之固化後可立即開始分離透鏡晶圓。因此，如本發明之所主張之裝置及如本發明所主張之方法尤其適用於單塊透鏡晶圓。
換言之，本發明係由以下組成：在如本發明所主張之透鏡晶圓之最初成型前，在上下壓印晶粒之間安裝一工具(特定地係一釋放元件)使得在該(特定地係)單塊透鏡晶圓之最初塑形中介於該最初成型之透鏡晶圓與該工具之間形成一正連接。藉由該正連接，尤其有利地可將該透鏡晶圓自該下及/或上壓印晶粒分離。
因此，本發明尤其適用於無載體透鏡晶圓。
本發明之一重要優點為可至少大體上無損傷地實行將一(特定地係)無載體透鏡晶圓自上及/或下壓印晶粒分離且自動地用於適用於大量生產之生產設計。
根據本發明之一有利實施例，前提為釋放元件具有一作用區段，其一表面側之外輪廓經塑形使得該作用區段可被定位於一未結構化之區域中，該未結構化區域特定地定位於用於微透鏡之最初塑形之下及/上透鏡之模具之下及/或上晶粒外側之周邊上。以此方式，需要用於釋放元件(其用於分離)之作用區域可經配置使得不會降低透鏡晶圓上之微透鏡之良率。
若其表面側至少處於作用區中之釋放元件具有小於透鏡晶圓之
壓印厚度之一(特定地係標準的)厚度，則此尤其係有利的。該透鏡晶圓之壓印厚度特定地小於2000μm，較佳地小於1500μm，更較佳的小於1000μm，最佳地小於500μm。本文中若該厚度d大於壓印厚度之1/5為較佳的，較佳地大於壓印厚度之1/3，較佳地大於壓印厚度之1/2，最佳地為大於透鏡晶圓之3/4。
在此程度上，至少一下釋放元件經設計以用於與下晶粒之一周邊區段接觸且一上釋放元件經設計以用於與一周邊區段接觸，其等特定地隔開，較佳地相對，以用於將透鏡晶圓自該上及下晶粒分離，可同時存在至少一分離釋放元件使得各釋放元件可被相對各自晶粒而理想地定位。
根據本發明之主張，提供以下方法步驟，特定地根據以下順序：- 將一壓印塊體施加於一下晶粒或一晶圓(用於透鏡晶圓及微透鏡之載體晶圓)，特定地藉由裝置之一應用設備(特定地係一可精確控制之施配設備)，- 將至少一釋放元件放置於該下晶粒與特定地對準於該下晶粒之一上晶粒之間，- 由該上晶粒壓印該壓印塊體(因此藉由將該下及上晶粒朝彼此移動)，- 將該壓印塊體固化，在固化前將該釋放元件放於適當位置。
若該釋放元件之一作用區段位於該上晶粒之一未結構化區域時，本發明所主張係有利的。
此外，如本發明所主張，其有利於透鏡晶圓在固化後藉由該釋放元件自該下及上/晶粒分離。
該固化係藉由熱及/或電磁輻射及/或化學性地發生。
在熱固化中，若下及上模具有對應之高熱導率，則其為有利
的。該熱導率為介於0.01W/(m*K)與500W/(m*K)之間，更有利地係介於1W/(m*K)與500W/(m*K)之間，最佳地係介於10W/(m*K)與500W/(m*K)之間，所有之最佳地係介於100W/(m*K)與500W/(m*K)之間。
在電磁輻射固化中，上及/或下晶粒對導致固化之全部波長係可穿透的。因為大多數材料較佳地係由UV輻射固化，所以較佳的可穿透區域為介於10奈米與400奈米之間。藉由電磁輻射之實施例代表如本發明所主張之較佳實施例。
在化學固化中，上及/或下晶粒經製成使得對應化學品需要接至壓印塊體。對於晶粒之加工尤其採用多孔晶粒或微通道及/或奈米通道。
釋放元件較佳地係由一防腐蝕、經濟的、輕、高強度材料組成。釋放工具可由以下材料之至少一者組成：
- 金屬
- 陶瓷
- 玻璃
- 石墨
- 聚合物
- 複合材料。
此外，若釋放元件具有對透鏡材料之低黏著特性，則如本發明所主張其係有利的。該等釋放元件(或作為其等具體材料特性之一結果)具有對透鏡材料之低黏著性或相應地塗佈有防黏層。主要有機分子尤其良好地適用於該塗層。含氟及/或含硫有機分子(例如，諸如PFPE之塑膠)係尤其適用的。具有可沉積於單一層中之特殊防黏層之釋放工具之塗層將亦為可想到的。
若釋放元件係由一極導熱性材料製成，則如本發明所主張亦可
想到經由該等釋放元件添加用於熱固化之熱量。
每側之釋放元件之數目為一，較佳地為二，更佳地為三，最佳地為四、所有之最佳地為多於四。使用愈多釋放元件，作用區域及/或介於個別相鄰釋放元件之間之距離可愈小，此有利於釋放期間之彎曲強度。
在本發明所主張之一特殊實施例中，上及下釋放元件沿周邊交替，且如本發明所主張可存在至少部分重疊。
在本發明所主張之另一實施例中，各釋放元件在各自相對側具有適合於該釋放元件(尤其等高相對於其)之一對應釋放元件。
若在本發明所主張之一實施例中存在至少部分地，較佳地大體上位於彼此之上或相對地等高，則透鏡晶圓之外輪廓可在邊緣上經修改以用於改良穩定性及穩定釋放。因此，如本發明所主張根據一有利實施例，存在藉由待使用釋放工具處之所有位置處之釋放凹入部之上及/或下晶粒之一修改。以此方式，透鏡晶圓(尤其不會減少其平均厚度)藉由釋放工具而被延伸且可在壓印程序後被穩定地分離。
藉由隔離而自透鏡晶圓生產之一(特定地係若干)(若干)微透鏡可被視為一獨立發明。
由如本發明所主張而描述之裝置及/或如本發明所主張而描述之方法生產之一透鏡晶圓可被視為一獨立發明。
本發明之其他優點、特徵及細節將自下文較佳例示性實施例之描述及使用圖式而變得明顯。
在該等圖式中，用根據本發明之實施例之此等標示參考號碼來標記本發明之優點及特徵，用相同參考號碼來標記具有相同功能或相同作用之功能之元件或特徵。
在圖1a至圖1c中所展示之本發明之實施例中展示裝置之重要組件而未展示該裝置之其他組件，因為此等組件之組態對熟習技術者係明
顯的或下文功能之描述明顯地表示該組態。
相應地，該裝置具有一下壓印元件11、一上壓印元件10及特定地指派給各自壓印元件10之釋放元件5、5'。該下壓印元件11用於容納一固持裝置1上之一下晶粒2且該上壓印晶粒10用於容納一固持裝置3上之一上晶粒4。可使該下晶粒元件11及該上晶粒元件10相對彼此移動且存在用於對準該上及下壓印晶粒10、11之構件，其等特定地由一控制設備(圖中未展示)控制。該固持裝置1及/或3可係用於晶粒2及/或4之任何類型之固定。在一特殊情況中，固持裝置1及/或3被稱為「背板」且該等晶粒2及/或4不可分離地連接至彼此。
下晶粒2在其面向上晶粒4之側具有用於塑形/壓印一透鏡晶圓6之複數個微透鏡15之一功能表面(光學器件)之複數個下透鏡模具7。上晶粒4在其面向下晶粒2之側具有用於塑形/壓印複數個微透鏡15之一第二功能表面(光學器件)之上透鏡模具8。因此，該等上下晶粒2、4具有一相同數目之具有一對應配置之透鏡模具7、8。
因此，下及/或上透鏡模具7、8外側之下晶粒2及上晶粒4各具有各形成平行於彼此之一本質上一平面之一未結構化區域13、14。
釋放元件5、5'經特定地製成模組化地可互換的、可相對於下及上晶粒2、4而移動且對準。釋放元件5、5'具有一保持區段5h、5h'及在該保持區段5h、5h'上模製且位於該釋放元件5、5'之表面側5s、5s'上之一作用區段12、12'。該保持區段5h、5h'用於藉由定位設備(圖中未展示，特定地係機械臂)來固持及移動釋放元件5、5'。該釋放元件5、5'亦可個別地由對應驅動器來控制或較佳地可藉由簡單之電及/或機械加工元件來耦合至彼此。可想到的係純電、機械、氣壓或液壓驅動，其等假定位置控制及/或施加對應力以實行釋放。全部釋放元件可具有經由一控制電路連接至對應驅動之感測器以致能一硬體控制及/或軟體控制之釋放。
表面側5s、5s'特定地經塑形使得在其等之未結構化區域上之透鏡晶圓6上製成作用區段12、12'。較佳地將一釋放元件5'指派給鄰近於其周邊(特定地在未結構區域14中)之上晶粒4。特定言之，另一釋放元件5指派給未結構化區域13中鄰近於其周邊之一下晶粒2。
至少位於作用區段12、12'中之釋放元件5、5'具有小於壓印厚度D(平坦未結構化區域13、14之間隔)之一厚度d。
較佳地，表面側5s、5s'延伸於晶粒2、4之一周邊區段，較佳地少於該晶粒2、4之周邊之1/4。特定言之，該表面側5s、5s'經製成與該晶粒2、4同心地運行。
釋放元件5、5'之所發明功能包括在壓印/固化前、中及後將至少一經壓印之單塊透鏡固定、穩定及/或分離。
在一第一程序步驟(展示於圖2a中)中，釋放元件5指派給下晶粒2，其中其底部5u特定地完全位於下晶粒2之未結構化區域13上(特定地與其接觸)。
在另一程序步驟(展示於圖2b中)中，將一未固化之壓印塊體9施加於下晶粒2。該施加係藉由一施配系統(圖中未展示)而發生。
在一另外第三實施例(展示於圖2c中)中，定位上晶粒4。該兩晶粒2、4對彼此之定位可藉由對應對準技術、對準系統或純機械地而發生。在用上晶粒4將壓印塊體9壓印前(因此由晶粒2、4接觸該壓印塊體9)，指派給上晶粒4之釋放元件5'與其頂部位於未結構化區域14下，特定地與其接觸。
在一第四程序步驟(展示於圖2d中)中展示兩晶粒2、4之一彼此接近方法且因此接著係壓印(透鏡晶圓6之最初塑形，特定地包含固化)。
在另一程序步驟(展示於圖2e中)中，由一硬化程序將單塊透鏡晶圓6固化。該固化可藉由所有習知方法而發生。化學地、藉由電磁輻
射或藉由加熱。在所繪示之情況中，固化藉由透過上晶粒4之電磁輻射而發生；此組成較佳實施例。
在另一程序步驟(展示於圖2f中)中，使上晶粒4自單塊透鏡晶圓6離開以用於藉由指派給上晶粒4之釋放元件5'及藉由施加一力而自單塊透鏡晶圓6釋放該晶粒，該力經導引以抵抗該上晶粒4對作用區段12'之區域中之透鏡晶圓6之移動以防止分離期間透鏡晶圓6之破壞。以此方式來促進分離。
類似地，在另外一程序步驟(展示於圖2g中)中，藉由指派給下晶粒2之釋放元件5而將下晶粒2自單塊透鏡晶圓6釋放。
為使透鏡晶圓6之厚度最小化及其與釋放元件5、5'之重疊儘可能良好，同時在較佳實施例(展示於圖2h中)中，前提為晶粒2、4之至少一者具有對應於該釋放元件5、5'之表面側5s、5s'之形狀之一釋放凹入部。較佳地，上晶粒4及下晶粒2均具有用於分佈於周邊上之全部釋放元件5、5'之釋放凹入部16。以此方式，透鏡晶圓6之厚度保持均一地分佈於周邊上方之邊緣上使得可避免透鏡晶圓6之損傷。
經由裝置之特定軟體支援控制設備來控制上文所描述之程序。
圖3a至圖3c展示具有彼此對稱地分佈於晶粒2、4之周邊上之兩個、三個或四個釋放元件5、5'、5"、5'''、5IV。較佳地，每晶粒2、4使用兩個釋放工具、更佳地至少三個、最佳地至少四個、所有之最佳地為多於四個。
釋放元件5、5'、5"、5'''及5IV與上文所描述之釋放元件5、5'類似地運作。可特定地相對於各自指派之固持裝置1、3或晶粒2、4而固定該等釋放元件5至5IV。
經指派給上晶粒4之該等釋放元件較佳地經配置而以與指派給下晶粒2一釋放元件互補之一方式分佈於該等晶粒2、4之周邊上。
較佳地，如圖式所示，釋放元件5、5'、5"、5'''及5IV側向地配置在上晶粒4及下晶粒2之間。
在釋放期間，如本發明所主張可想到的係藉由額外支援工具來
釋放元件5、5'、5"、5'''及5IV及/或藉由夾箝支援透鏡晶圓自分佈於透鏡晶圓6之未結構化區域中之在透鏡晶圓6之周邊上之下及/或上晶粒2、4之分離。
1‧‧‧固持裝置
2‧‧‧下晶粒
3‧‧‧固持裝置
4‧‧‧上晶粒
5‧‧‧釋放元件
5'‧‧‧釋放元件
5"‧‧‧釋放元件
5'''‧‧‧釋放元件
5IV‧‧‧釋放元件
5u‧‧‧底部
5s‧‧‧表面側
5s'‧‧‧表面側
5h‧‧‧保持區段
5h'‧‧‧保持區段
6‧‧‧透鏡晶圓
7‧‧‧下透鏡模具
8‧‧‧上透鏡模具
9‧‧‧壓印塊體
10‧‧‧上壓印元件
11‧‧‧下壓印元件
12‧‧‧作用區段
12'‧‧‧作用區段
13‧‧‧結構化區域
14‧‧‧未結構化區域
15‧‧‧微透鏡
16‧‧‧凹入部
d‧‧‧厚度
D‧‧‧壓印厚度
圖1a展示根據自圖1b之交叉線A-A之本發明之一第一實施例中之具有如本發明所主張之一釋放元件的一上晶粒之一示意性平面圖。
圖1b展示根據自圖1c之交叉線C-C之第一實施例中如本發明所主張之裝置之一示意性橫截面圖。
圖1c展示根據自圖1b之交叉線B-B之本發明所主張之一下晶粒及一釋放元件之一示意性平面圖。
圖2a展示如本發明所主張之一第一方法步驟，特定地係一下釋放元件之一配置。
圖2b展示一第二方法步驟，特定地係一壓印塊體之施加。
圖2c展示一第三方法步驟，特定地係一上釋放元件之一配置及上晶粒對下晶粒之配置及對準。
圖2d展示一第四方法步驟，特定地係壓印塊體之壓印。
圖2e展示一第五方法步驟，特定地係壓印塊體之固化(尤其透過上晶粒)。
圖2f展示一第六方法步驟，特定地係將上晶粒自經固化之透鏡晶圓釋放。
圖2g展示一第七方法步驟，特定地係將下壓印晶粒自經固化之透鏡晶圓釋放。
圖2h展示一第七方法步驟，特定地係將下壓印晶粒與如本發明所主張之晶粒之一第二實施例一起自經固化之透鏡晶圓移除。
圖3a展示具有兩個釋放元件之本發明之一第二實施例之一示意圖。
圖3b展示具有三個釋放元件之本發明之一第三實施例之一示意圖。
圖3c展示具有四個釋放元件之一第四實施例之一示意圖。
1‧‧‧固持裝置
2‧‧‧下晶粒
3‧‧‧固持裝置
4‧‧‧上晶粒
5‧‧‧釋放元件
5'‧‧‧釋放元件
5s‧‧‧表面側
5s'‧‧‧表面側
7‧‧‧下透鏡模具
8‧‧‧上透鏡模具
10‧‧‧上壓印元件
11‧‧‧下壓印元件
d‧‧‧厚度
Claims (7)
- 一種用於生產具有複數個微透鏡(15)之一透鏡晶圓(6)之裝置，其具有以下：一上晶粒(4)及一下晶粒(2)，其等用於自己介於該等晶粒(2、4)之間輸送之一流體壓印塊體(9)壓印該透鏡晶圓(6)，固化構件，其用於將該經壓印之透鏡晶圓(6)固化，其中用於在固化前使該經固化之透鏡晶圓(6)分離之至少一釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)被定位於該下晶粒(2)與該上晶粒(4)之間，其中該至少一釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)側向地配置在該上晶粒(4)及該下晶粒(2)之間。
- 如請求項1之裝置，其中該釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)具有一作用區段(12、12')，其一表面側(5s、5s')之外輪廓經塑形使得可將該作用區段(12、12')定位於下及/或上透鏡模具(7、8)之外側，該等下及/或上透鏡模具(7、8)位於特定地被定位於用於該等微透鏡(15)之塑形之該下晶粒(2)及/或該上晶粒(4)之周邊上之一未結構化區域中。
- 如請求項2之裝置，其中至少位於該作用區段(12、12')之該表面側(5s、5s')上之該釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)具有特定地少於2000μm、較佳地少於1500μm、仍更佳地少於1000μm、最較佳地少於500μm之一標準厚度(d)。
- 如前述請求項1至3之任一項之裝置，具有與該下晶粒(2)之一周邊區段接觸之至少一下釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)及用於與該上晶粒特定地間隔、較佳地相對之周邊區段接觸之一上釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)。
- 一種方法，其利用以下步驟，特定地依以下順序來生產具有複 數個微透鏡(15)之一透鏡晶圓(6)：將一壓印塊體(9)施加於一下晶粒(2)或一晶圓，將至少一釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)放置於該下晶粒(2)與相對該下晶粒(2)而對準之一上晶粒(4)之間，由該上晶粒(4)來壓印該壓印塊體(9)，固化該壓印塊體(9)，其特徵在於在固化前進行該放置。
- 如請求項5之方法，其中該釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)之一作用區段(12、12')被定位於該上晶粒(4)之一未結構化區域(14)中。
- 如請求項5或6之方法，其中該透鏡晶圓(6)在固化後藉由該釋放元件(5、5'、5"、5'''、5IV)而自該下晶粒(2)及該上晶粒(4)分離。
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