專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)元件的制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明處于借助于包括模壓或模制步驟的復(fù)制工藝在晶片規(guī)模上制造多個(gè)光學(xué) 元件(例如折射光學(xué)元件或衍射微光學(xué)元件)的領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于 復(fù)制光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
復(fù)制的光學(xué)元件包括用于以預(yù)先定義的方式影響光束的透明的衍射光學(xué)元件和/ 或折射光學(xué)元件，折射元件諸如透鏡、潛在地至少部分反射的元件等等。當(dāng)通過(guò)復(fù)制生產(chǎn)光學(xué)元件時(shí)，常常存在包括如下的基本配置基板，復(fù)制工具，以 及被放置得與該基板和/或該復(fù)制工具接觸的復(fù)制材料。該復(fù)制工具包括復(fù)制結(jié)構(gòu)，所述 復(fù)制結(jié)構(gòu)是將被復(fù)制的元件的表面結(jié)構(gòu)的反型(negative)。在復(fù)制工藝的過(guò)程中，復(fù)制材 料被硬化，并且在此之后復(fù)制工具被除去，復(fù)制材料仍然接觸該基板。特別關(guān)注的是晶片規(guī)模(wafer-scale)的制造工藝，其中在大規(guī)模的、例如盤(pán)狀 (“晶片”)的結(jié)構(gòu)上制造光學(xué)元件的陣列，在復(fù)制之后該結(jié)構(gòu)被分離(“切割”)成各個(gè) 元件，或者被堆疊在其它晶片狀的元件上并且在堆疊之后被分離成各個(gè)元件，例如如在WO 2005/083789中描述的那樣?！熬?guī)模”是指具有與半導(dǎo)體晶片相當(dāng)?shù)拇笮〉谋P(pán)狀或板狀 基板的大小，諸如具有2英寸至12英寸的直徑的盤(pán)。在下文中，該基板有時(shí)被稱(chēng)為“晶片”。這不應(yīng)當(dāng)被解釋成在基板的大小或形狀方 面是限制性的，而是該術(shù)語(yǔ)表示適于光學(xué)元件的陣列的任何基板，所述光學(xué)元件在復(fù)制工 藝以后的某個(gè)階段被切割成多個(gè)部件。通過(guò)復(fù)制工藝所制造的光學(xué)元件常常在晶片的兩個(gè)面上都包括復(fù)制結(jié)構(gòu)，所述兩 個(gè)面一起例如構(gòu)成透鏡單態(tài)(singlet)。在這樣的工藝中，第二面上的結(jié)構(gòu)與第一面上的復(fù) 制結(jié)構(gòu)必須對(duì)準(zhǔn)。這通常在所謂的掩模對(duì)準(zhǔn)器中來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中工具對(duì)準(zhǔn)晶片上的某些結(jié)構(gòu)。 在通過(guò)一些機(jī)械特征將工具保持在合適位置的情況下，復(fù)制材料然后例如通過(guò)暴露于某些 激活能、例如UV(紫外線(xiàn))輻射形式的激活能而被硬化。由于硬化工藝通常是比較耗時(shí)的， 因此對(duì)于大批量生產(chǎn)將必須使用大量的掩模對(duì)準(zhǔn)器，以便可以并行執(zhí)行若干個(gè)復(fù)制工藝。 另外，關(guān)于對(duì)準(zhǔn)步驟，必須人工操作掩模對(duì)準(zhǔn)器，因此需要大量人員或大量的協(xié)調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是創(chuàng)建一種克服現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)的用于制造多個(gè)光 學(xué)元件的方法。本發(fā)明的另一目的是創(chuàng)建一種用于制造多個(gè)光學(xué)元件的方法，該方法快速 并且適于用于光學(xué)元件的大批量生產(chǎn)。還有一目的是提供用于大批量復(fù)制元件的方法和設(shè) 施。這些和其它目的通過(guò)包括如下步驟的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)-提供基板；-提供工具，該工具在復(fù)制側(cè)包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定光學(xué)元件之一
4的表面結(jié)構(gòu)，該工具還包括至少一個(gè)接觸隔離物部分，所述接觸隔離物部分在復(fù)制側(cè)比復(fù) 制分段的最外面的特征突出得更遠(yuǎn)；-將該工具與該基板的特征對(duì)準(zhǔn)，并且使該工具和該基板的第一面組合在一起，其 中復(fù)制材料處于該工具與該基板之間，接觸隔離物部分接觸該基板的第一面，并且由此導(dǎo) 致隔離物部分附著到該基板的第一面，由此產(chǎn)生基板-工具組件；-使該基板_工具組件移位至硬化站；-在硬化站處使復(fù)制材料硬化；以及_將該工具從該基板分離，其中硬化的復(fù)制材料附著于該基板。因此，該方法可以包括在將該工具和該基板相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)以后，借助于從復(fù)制 表面突出的特征并且利用與基板表面基本平行的平坦頂部即接觸隔離物進(jìn)行鎖定。該鎖定 使得能夠在沒(méi)有預(yù)先能量輸入的情況下將該基板工具組件從對(duì)準(zhǔn)站轉(zhuǎn)移到其它站。根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)解決方案的這樣的預(yù)先能量輸入既限制對(duì)準(zhǔn)站的構(gòu)造自由度(并且可能要求比較 復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)站)又是費(fèi)時(shí)的。即使復(fù)制材料是液態(tài)或者高粘性的，或者抗力性極小而塑性 可變形并且在硬化以前不提供任何維度的剛度，仍然可以在沒(méi)有預(yù)先能量輸入的情況下進(jìn) 行轉(zhuǎn)移。然而由于根據(jù)本發(fā)明的方法，接觸隔離物部分充當(dāng)吸力底座，因此提供所需的機(jī)械 穩(wěn)定性。而且，接觸隔離物還有助于限定所復(fù)制的元件的ζ維度。該基板可以是所謂的“晶片規(guī)?！钡幕寤蛘弑疚闹疤岬降哪欠N“晶片”、或其 它底座元件，其中該基板具有被添加到其的附加的結(jié)構(gòu)，例如具有被附著到其的硬化的復(fù) 制材料結(jié)構(gòu)，從而限定多個(gè)光學(xué)元件的表面，具有一些被以光刻方式添加上或除去的特征 (比如孔徑等等)，或者具有一些其它的結(jié)構(gòu)。該基板可以包括任何材料或材料組合。在此 的術(shù)語(yǔ)“基板”可以根據(jù)上下文表示簡(jiǎn)單的玻璃板或者其它合適材料的板(也稱(chēng)作“底座元 件”)二者、或者其上面和/或里面配備有結(jié)構(gòu)的這樣的底座元件，例如在其一面上具有硬 化的復(fù)制品的玻璃板。在上述用于對(duì)準(zhǔn)的復(fù)制的方法步驟以后的某個(gè)階段，附著有復(fù)制品的該基板被分 (切割)成各個(gè)光學(xué)元件。在切割以前，該方法可以可選地包括步驟將該基板與承載光學(xué) 元件的另外的基板、與限定不同基板之間的間隔的隔離物基板、和/或與承載多個(gè)其它元 件的基板裝配在一起，其中所述承載多個(gè)其它元件的基板諸如在最終產(chǎn)品是照相機(jī)的情 況下為CMOS或CCD晶片，在最終產(chǎn)品是準(zhǔn)直光源的情況下為具有光源陣列的晶片，等等。所述光學(xué)元件可以是影響照射它們的光的任何元件，包括但不限于透鏡/準(zhǔn)直 器、圖案發(fā)生器、偏轉(zhuǎn)器、反射鏡、分束器、用于將輻射分解成其光譜成分的元件等等及其組 合。在本文中，在基板的一面上的復(fù)制結(jié)構(gòu)以及在基板的兩個(gè)面上的兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)的復(fù)制光學(xué) 元件的整體都被稱(chēng)為“光學(xué)元件”。本文中的“光學(xué)”元件包括能夠影響不僅僅光譜的可見(jiàn) 部分中的電磁輻射的元件。光學(xué)元件尤其包括用于影響可見(jiàn)光、紅外輻射、以及可能地還包 括UV輻射的元件。工具(或“復(fù)制工具”)可以包括形成剛性背板的第一硬質(zhì)材料以及形成接觸隔 離物部分和復(fù)制分段二者的第二較軟材料部分(復(fù)制部分)。更一般而言，接觸隔離物部分 可以由與形成復(fù)制分段的工具部分相同的材料制成，并且可以?xún)H僅是工具的結(jié)構(gòu)特征(沒(méi) 有添加元件)。作為替代方案，接觸隔離物部分可以包括附加的材料，例如位于最外面的表 面上的軟性和/或粘性材料的涂層。
第二材料部分-或至少接觸隔離物部分的最外面的表面部分的材料-由具有比較 低的剛度的材料制成，該材料可以小規(guī)模地變形以使其形狀適應(yīng)于其靠著的對(duì)象的表面結(jié) 構(gòu)，諸如亞微米級(jí)的表面粗糙度。另外，所述材料可以具有比較低的表面能，從而使得這樣 的適應(yīng)在能量方面有吸引力。由此，接觸隔離物附著于基板表面，并且通過(guò)這種方式鎖定該 工具和該基板的相對(duì)位置。只有用比在從一個(gè)站轉(zhuǎn)移到另一站期間發(fā)生的通常的剪力顯著 更大的力或者用在ζ方向上具有大分量的力才能釋放該鎖定。作為-優(yōu)選的-像PDMS的低剛度材料的替代，接觸隔離物也可以包括粘合劑，例 如粘合層。然而，將低剛度材料用于工具的整個(gè)復(fù)制部分的方法-該工具還包括限定將被 復(fù)制的元件的表面結(jié)構(gòu)的復(fù)制分段_提供在其制造方面比較有利這一優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰?于添加接觸隔離物或其涂層的單獨(dú)步驟。整個(gè)復(fù)制部分可以通過(guò)從也包括接觸隔離物部分 的母版(master)或子母版(sub-master)進(jìn)行復(fù)制(模制、模壓等等)而以單個(gè)形狀被制 造出ο接觸隔離物部分可操作用于在復(fù)制期間抵靠該基板，其中在所述接觸隔離物部分 與該基板之間沒(méi)有材料。接觸隔離物部分可以是連續(xù)的，或者可以包括圍繞周邊的或分布 在周邊的大部分和/或復(fù)制表面的內(nèi)部之上的多個(gè)離散部分。換言之，接觸隔離物部分可 以-與如W02007/107026中所述的可選的浮動(dòng)隔離物部分一起-處于允許復(fù)制工具靠著基 板的任意配置下。例如，接觸隔離物部分的分布是這樣的以使得接觸隔離物部分處于穿過(guò) 工具的質(zhì)心的每條平面內(nèi)直線(xiàn)的兩側(cè)。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，接觸隔離物部分和浮動(dòng)隔離物部分(如果有的話(huà))被布置和 配置為使得如果該工具處于該基板上，則厚度(ζ維度，即垂直于基板和工具平面的維度) 由隔離物部分限定，對(duì)此在W02004/068198和WO 2007/107026中有教導(dǎo)，在此這兩個(gè)文獻(xiàn) 都通過(guò)引用被并入。原則上，復(fù)制材料可以是液態(tài)的或者粘性的、或者在第一狀態(tài)下為塑性可變形的 并且在制造周期期間可被硬化的任意合適的材料。根據(jù)將被制造的光學(xué)元件的性質(zhì)，例如 在該光學(xué)元件是透鏡的情況下復(fù)制材料在硬化以后還必須展示出一定透明度。用于復(fù)制材 料的優(yōu)選的材料類(lèi)是可UV固化的環(huán)氧樹(shù)脂。于是，在復(fù)制工具還處于適當(dāng)位置時(shí)進(jìn)行的硬 化步驟可以是UV固化步驟。UV光固化是允許良好地控制硬化工藝的比較快的工藝。技術(shù) 人員將會(huì)知道其它的材料和其它的硬化工藝。為了將該工具和該基板對(duì)準(zhǔn)，可以給這二者都(或者在例如該工具在對(duì)準(zhǔn)站中具 有明確限定的位置的情況下，僅僅給其中之一)配備合適的標(biāo)記?；迳系倪@樣的標(biāo)記可 以已經(jīng)存在于底座元件(原始的基板，例如晶片)中，例如是被刻劃到玻璃底座元件表面中 的十字標(biāo)記。然而根據(jù)本發(fā)明的特別方面，通過(guò)復(fù)制來(lái)添加用于對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記。這對(duì)雙面復(fù)制的 情況尤其有利，在該情況下，至少部分透明的基板的兩面都要被配備上必須彼此對(duì)準(zhǔn)的復(fù) 制結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的該特別方面，一種用于制造多個(gè)光學(xué)元件的方法包括如下步 驟-提供至少部分透明的底座元件；-提供第一復(fù)制工具，第一復(fù)制工具包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定所述光 學(xué)元件之一的表面結(jié)構(gòu)，第一復(fù)制工具還包括對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段；
_將第一復(fù)制工具和底座元件在復(fù)制材料位于它們之間的情況下彼此相向地移 動(dòng)，直到復(fù)制材料與底座元件的第二表面和復(fù)制工具這二者都接觸；-使復(fù)制材料硬化以產(chǎn)生附著于底座元件的第二表面的復(fù)制結(jié)構(gòu)，所述復(fù)制結(jié)構(gòu) 包括多個(gè)光學(xué)元件和至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段的復(fù)制品；-除去第一復(fù)制工具；-提供第二復(fù)制工具，并且在另外的復(fù)制材料處于第二復(fù)制工具和底座元件的第 一表面之間的情況下將第二復(fù)制工具的特征與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)；-將第二復(fù)制工具和底座元件在該另外的復(fù)制材料位于它們之間的情況下彼此相 向地移動(dòng)，直到復(fù)制材料與底座元件的該表面和復(fù)制工具這二者都接觸；_使該另外的復(fù)制材料硬化以產(chǎn)生附著于底座元件的第一表面的另外的復(fù)制結(jié) 構(gòu)；以及_除去第二復(fù)制工具。本發(fā)明的該特別方面的特點(diǎn)是以下顯著優(yōu)點(diǎn)在第一復(fù)制步驟中，第一復(fù)制工具 和底座元件的相對(duì)位置是非關(guān)鍵的，但是在第二復(fù)制步驟中，非常精確的對(duì)準(zhǔn)是可能的。在此第一復(fù)制工具優(yōu)選地包括被布置在不同的周邊位置(諸如對(duì)跖位置)處的兩 個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段。然后，兩個(gè)所得到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記被對(duì)準(zhǔn)到第二復(fù)制工具的兩個(gè)相應(yīng)特 征。該方法在與根據(jù)本發(fā)明的主要方面的配置不同的其它配置下也是有益的，其中基 板_工具組件在硬化前被從對(duì)準(zhǔn)站除去。然而優(yōu)選地，給至少第二工具以及例如還有第一 工具配備充當(dāng)上述鎖定裝置的接觸隔離物。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記-無(wú)論是復(fù)制的還是以其它方式提供的-都可以例如是十字形的或者具 有允許精確限定表面上的點(diǎn)的其它形狀，例如具有在轉(zhuǎn)角處相交的兩條邊緣的形狀。對(duì)于 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的情況而言，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以具有允許標(biāo)記的識(shí)別和精確測(cè)量這二者的特征形狀。對(duì)于對(duì)準(zhǔn)站，可以使用市場(chǎng)上可獲得的掩模對(duì)準(zhǔn)器。作為替代方案，可以使用具有 用于基于光學(xué)信息精確對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)對(duì)象的部件的其它裝置，例如包括顯微鏡的其它裝置?？?行的還有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)器，其可以基于圖像處理技術(shù)、激光跟蹤或者甚至基于非光學(xué)標(biāo)記物，諸 如磁標(biāo)記物等等。在任何情況下對(duì)準(zhǔn)站都可以被裝備為執(zhí)行可以包括如下子步驟的對(duì)準(zhǔn)和接觸步 驟_使基板的表面和工具的表面平行；-將該基板和該工具上的特征彼此對(duì)準(zhǔn)，以使得它們?cè)谟稍摶搴驮摴ぞ叩谋砻?所限定的平面中的位置相對(duì)于彼此處于嚴(yán)格定義的關(guān)系中，并且例如彼此對(duì)應(yīng)；以及-隨后將該基板和該工具組合在一起，使以得該工具的最外面的特征接觸該基板。在第一子步驟中被布置為平行的該基板和該工具的表面不必是連續(xù)的平坦平面， 而是可以由不同的部分來(lái)限定，諸如接觸隔離物的最外面的平坦表面。作為接觸隔離物的 最外面的平坦表面的替代，可以將該工具的剛性背板或者該工具的其它參考平面用于平行 化的子步驟。根據(jù)本發(fā)明的主要方面，使基板-工具組件移位至硬化站的步驟包括使該組件從 一個(gè)站到另一站的移位。因此優(yōu)選地，其不是僅在例如ζ方向上輕微偏移一定的偏移量-而是該移位包括使該組件從對(duì)準(zhǔn)站范圍中退出，并且將其引入到硬化站中，由此進(jìn)入到照明 設(shè)備(該照明設(shè)備被放置為使得其不達(dá)到對(duì)準(zhǔn)站)的范圍內(nèi)。例如，移位步驟可以包括將 該組件沿著χ-y平面移動(dòng)至少對(duì)應(yīng)于該組件的直徑的距離。


在下面的正文中將參考附圖中所示的示例性的優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明 的主題。附圖示意性地示出圖1 通過(guò)工具和基板的橫截面；圖2和圖3 通過(guò)替代工具的橫截面；圖4 通過(guò)基板工具組件的橫截面；圖5a-圖5c 復(fù)制多個(gè)光學(xué)元件的工藝中的方法步驟；圖6 用于制造多個(gè)光學(xué)元件的設(shè)施；以及圖7 示出用于制造多個(gè)光學(xué)元件的方法的方法步驟的流程圖。在附圖中，給相同或類(lèi)似的部分配備相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了通過(guò)工具1和基板10的橫截面。所示實(shí)施例中的工具1包 括由第一材料(例如玻璃)制成的剛性背板2以及由第二軟性材料(例如PDMS)制成的復(fù) 制部分3。該復(fù)制部分形成包括多個(gè)復(fù)制分段4的復(fù)制表面，每個(gè)復(fù)制分段4的表面都是將 被制造的光學(xué)元件的表面形狀的(反型)復(fù)制。在圖中，復(fù)制分段被示出為是凹形的并且 因此限定凸形光學(xué)元件表面，例如折射透鏡的凸形光學(xué)元件表面。然而，本文獻(xiàn)的教導(dǎo)不依 賴(lài)于將被復(fù)制的光學(xué)元件的形狀，而是涉及所有可能的光學(xué)元件形狀，包括凹形形狀以及 衍射元件的微結(jié)構(gòu)化的形狀。在圖1中，還示出了笛卡爾(Cartesian)坐標(biāo)系，其中x_y平面由復(fù)制工具和基板 的平坦面來(lái)限定，ζ方向是垂直于χ-y平面的方向。貫穿整個(gè)本說(shuō)明書(shū)并且針對(duì)所有的附 圖使用該坐標(biāo)系的定義。例如，復(fù)制結(jié)構(gòu)的ζ維度總是表示該復(fù)制結(jié)構(gòu)的垂直于其附著于 的表面所測(cè)量的厚度。在圖1所示的配置中，復(fù)制表面還包括浮動(dòng)隔離物部分5，所述浮動(dòng)隔離物部分5 圍繞復(fù)制分段并且在復(fù)制工藝期間肯定會(huì)靠在復(fù)制材料的薄膜上。關(guān)于(可選的)浮動(dòng)隔 離物部分及其功能，讀者可參考文獻(xiàn)WO 2007/107026，該文獻(xiàn)的教導(dǎo)通過(guò)引用被并入本申請(qǐng)。此外，復(fù)制表面包括溢出腔6，所述溢出腔6用于在復(fù)制材料的量未被正確限定的 情況下接納多余量的復(fù)制材料。另外，復(fù)制表面包括接觸隔離物部分7，所述接觸隔離物部分7被示出為布置在周 邊。接觸隔離物部分是復(fù)制工具的突出到Z方向(在此不區(qū)分Z方向和負(fù)Z方向)上最遠(yuǎn) 的結(jié)構(gòu)。接觸隔離物部分基本上平坦，并且因此可操作用于在復(fù)制期間靠在基板上，其中在 接觸隔離物部分與基板之間沒(méi)有材料。接觸隔離物部分可以例如形成圍繞復(fù)制表面周邊的 環(huán)，其可以包括圍繞該周邊的多個(gè)離散的部分，或者其可以包括分布在該周邊的大部分和/ 或復(fù)制表面的內(nèi)部之上的多個(gè)離散部分。
基板10具有第一面10. 1和第二面10. 2，并且可以包括任意合適材料例如玻璃的 盤(pán)狀底座元件11。該基板還包括添加到該基板的、復(fù)制品要對(duì)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以例如 包括在x-y平面中被結(jié)構(gòu)化的涂層11，諸如如同所示的具有孔徑的屏或者結(jié)構(gòu)化的IR濾 光片等等。附加地或者可替代地，該結(jié)構(gòu)可以包括另外的特征(feature) 12，比如標(biāo)記等 等。另外或者作為又一替代方案，該結(jié)構(gòu)可以包括構(gòu)成光學(xué)元件的表面的硬化的復(fù)制材料 結(jié)構(gòu)，如在下面進(jìn)一步描述的其它附圖中予以示出的。為了復(fù)制該工具的復(fù)制表面，復(fù)制材料被施加到該基板或該工具或者該基板和 該工具二者。復(fù)制材料的這樣的施加可以包括將復(fù)制材料的多個(gè)部分施加到該工具和 /或該基板，一個(gè)部分用于一個(gè)復(fù)制分段。每個(gè)部分可以例如通過(guò)由可以例如以類(lèi)似噴墨 打印機(jī)的方式工作的投放工具噴射一個(gè)或多個(gè)液滴而被施加。每個(gè)部分可以可選地由多 個(gè)僅在復(fù)制期間彼此接觸的子部分構(gòu)成。關(guān)于多個(gè)部分的施加及其優(yōu)點(diǎn)，讀者可參考WO 2007/107027，該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。在圖1中，示出了僅僅兩個(gè)復(fù)制材料部分21。在施加復(fù)制材料之后，該基板和該工具被相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)。為此，可以使用與用在 所謂的掩模對(duì)準(zhǔn)器中的工藝類(lèi)似的工藝，所述掩模對(duì)準(zhǔn)器本來(lái)是被設(shè)計(jì)用于曝光掩模與半 導(dǎo)體晶片的對(duì)準(zhǔn)。該對(duì)準(zhǔn)過(guò)程可以包括將該工具和/或該基板的至少一個(gè)特定的特征(優(yōu) 選地使用兩個(gè)特征)分別與該基板或該工具的至少一個(gè)特定的特征對(duì)準(zhǔn)，或者與對(duì)準(zhǔn)裝置 的參考點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。用于此的合適的特征包括該結(jié)構(gòu)本身的明確限定的元素(比如結(jié)構(gòu)化涂層 的限定的轉(zhuǎn)角或透鏡頂點(diǎn)等等)，具體而言即所添加的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記或者可能的還有底座元件 等的邊緣等等。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，對(duì)準(zhǔn)還包括使工具和基板表面精確地平行，以 避免楔形誤差(wedge error)；這樣的平行化可以在x_y對(duì)準(zhǔn)之前進(jìn)行。在對(duì)準(zhǔn)之后，基板和工具被組合在一起，其中接觸隔離物部分靠在基板表面上并 且(如果存在的話(huà)與浮動(dòng)隔離物一起)限定ζ維度，并且還鎖定該工具以防止x-y運(yùn)動(dòng)。在 此之后，基板_工具組件被從對(duì)準(zhǔn)站除去并且被轉(zhuǎn)移到硬化站，如在下面進(jìn)一步更詳細(xì)地 說(shuō)明的那樣。該工具的復(fù)制部分3-或者至少接觸隔離物部分的表面_由具有相對(duì)低的剛度的 材料制成，使得其可以在例如除了由躺在該基板上的工具(或反之亦然)的重力產(chǎn)生的壓 力外沒(méi)有更多壓力的“正常”條件下適應(yīng)于微米和/或亞微米級(jí)的粗糙度，并且因此可以形 成到基板表面的緊密連接。另外，該工具的復(fù)制部分、或者至少接觸隔離物部分的表面可以 具有相對(duì)低的表面能，以使得有利于對(duì)微米和/或亞微米級(jí)的粗糙度的這樣的適應(yīng)。這樣的材料的優(yōu)選例子是聚二甲基硅氧烷PDMS。該材料也非常適用于復(fù)制工具成 形工藝，如在WO 2004/068198中所述的(其中參考了圖14-16)，該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本申 請(qǐng)。圖2和圖3示出了工具的可替代的設(shè)計(jì)原理?？梢元?dú)立地或以任意組合的形式被 添加的特性包括a.接觸隔離物，其分布在復(fù)制表面的主要部分之上，例如在復(fù)制分段之間和/或 包圍復(fù)制分段4(例如圖2)；b.圍繞復(fù)制分段的復(fù)制材料流動(dòng)限制特征8 (比如在圖2和3中)，例如如在WO 2007/107025中予以描述的那樣，該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本申請(qǐng)；
c.缺少浮動(dòng)隔離物(比如在圖2和3中)；圖2的實(shí)施例尤其有利，因?yàn)槠涮峁┓植荚诖蟊砻嫔系膹?fù)制工具與基板表面之間 (比如分布在工具表面上的限定吸力底座(suction base)的多個(gè)位置)的附著接觸?？梢酝ㄟ^(guò)涉及如下項(xiàng)目的不同工具設(shè)置來(lái)給出另外的變形方案材料組成、總體 工具形狀、隔離物形狀、溢出量原理(包括溢出通道等等)以及當(dāng)然還有由不同功能所限定 的不同復(fù)制分段形狀。所有這些變形方案都可以結(jié)合本說(shuō)明書(shū)中所述的方法步驟中的任一個(gè)來(lái)實(shí)施，所 述步驟在適用的情況下包括復(fù)制前步驟(因此，該另外的復(fù)制工具也可以包括上述特性中 的任一個(gè)或其任意組合)。盡管上面的描述依賴(lài)于將復(fù)制材料投放到復(fù)制分段的各單個(gè)部分中，但是情況不 必如此。圖4示出了如下的例子，其中復(fù)制材料21以單滴(blob)的形式被投放到基板和/ 或復(fù)制工具表面的主要部分之上。例如對(duì)于某些區(qū)域或?qū)τ谧訂卧鹊榷?，與單個(gè)部分 投放的組合是可能的。圖5a至圖5c示出了使工具1對(duì)準(zhǔn)通過(guò)復(fù)制添加的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的可能性。該可能性 涉及常常遇到的雙面復(fù)制情況，其中至少部分透明的基板10/底座元件11的兩面都將被提 供一起形成光學(xué)元件的(多個(gè))復(fù)制結(jié)構(gòu)。對(duì)此，兩個(gè)面上的復(fù)制結(jié)構(gòu)必須相對(duì)于彼此對(duì) 準(zhǔn)。在包括這樣的雙面復(fù)制的工藝中，在包括對(duì)準(zhǔn)的復(fù)制步驟之前，執(zhí)行用于將復(fù)制 結(jié)構(gòu)添加到基板的第二面10. 2的復(fù)制前步驟。為此，提供另一復(fù)制工具1’，該另一復(fù)制工具1’可以基于與上述工具1相同的原 理并且包括多個(gè)復(fù)制分段，并且也可以包括接觸隔離物。除了復(fù)制分段，該另一復(fù)制工具1’ 還包括用于復(fù)制對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記32的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段。圖5a示出了在該另一復(fù)制工具1’和 底座元件11被組合在一起之前的配置。挨著復(fù)制分段中的復(fù)制材料部分21還存在對(duì)準(zhǔn)標(biāo) 記復(fù)制分段中的復(fù)制材料部分31。如果楔形誤差嚴(yán)重，則復(fù)制前步驟可以可選地包括一些 平行化，但是該步驟通常不需要任何x_y對(duì)準(zhǔn)。如已知的那樣，復(fù)制前步驟包括在已經(jīng)將另一復(fù)制工具1’和底座元件11在復(fù)制 材料位于它們之間的情況下朝向彼此移動(dòng)以后，使復(fù)制材料硬化，以及隨后除去該復(fù)制工具。圖5b示出了完成復(fù)制前步驟以后并且在(第二 )復(fù)制步驟的投放復(fù)制材料的各 部分21之后的配置?；?0的第二面10. 2包括硬化的復(fù)制材料的結(jié)構(gòu)41，該結(jié)構(gòu)41包 括復(fù)制的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記32 (優(yōu)選地，為了提供嚴(yán)格定義的χ-y對(duì)準(zhǔn)，存在兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；該基板 和該工具的第二對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在圖中未被示出)。工具1包括將與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記32對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)特征 33。圖5c示出了在復(fù)制步驟期間的配置，其中接觸隔離物部分7靠在基板的第一表面 上。圖6示意性地示出了用于生產(chǎn)光學(xué)元件的設(shè)施50或設(shè)備。在此，第一復(fù)制材料投 放站51被示出為用于將復(fù)制材料投放在該(另一)復(fù)制工具上的各個(gè)部分中；其也可以用 于將復(fù)制材料投放在底座元件/基板上和/或像圖4中那樣用于大批量投放。將該工具從 復(fù)制材料投放站轉(zhuǎn)移到工具放置站52，在那里，使該工具與底座元件接觸。在此處所示的配置中，該(另一)復(fù)制工具是具有接觸隔離物的那種類(lèi)型，并且允許進(jìn)一步將復(fù)制工具底座 裝元件組件轉(zhuǎn)移到第一硬化站53，在那里，該組件受到電磁輻射的照射，該電磁輻射在復(fù)制 材料為可UV固化的環(huán)氧樹(shù)脂的情況下例如為UV輻射。該固化工藝可能花費(fèi)大約1-20分 鐘。在此之后，該組件可選地被進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到硬化后站54，在那里，該組件可以被擱置一段 時(shí)間以允許完成復(fù)制材料硬化。在此之后，該(另一)復(fù)制工具被除去，并且所得到的基板 被轉(zhuǎn)移到對(duì)準(zhǔn)站56，在那里，使該基板與在對(duì)準(zhǔn)之前在第二投放站55中被配備投放的復(fù)制 材料的復(fù)制工具對(duì)準(zhǔn)。該復(fù)制工具基板組件被從對(duì)準(zhǔn)站56轉(zhuǎn)移到第二硬化站57，并且可選 地被從那里轉(zhuǎn)移到硬化后站58，此后該復(fù)制工具被除去。該配置可以在以下若干方面有變動(dòng)a.如果該工藝不涉及雙面復(fù)制，則不需要存在前4個(gè)站51-54 ；b.第一和第二投放站51、55不必是分開(kāi)的，而是兩個(gè)投放過(guò)程可以在同一站中進(jìn) 行；c.工具放置站52可以包括對(duì)準(zhǔn)站的功能；d.對(duì)準(zhǔn)站56也可以用作工具放置站52 ；e.第一和第二硬化站53、57不必是分開(kāi)的，而是兩個(gè)硬化過(guò)程可以在同一站例如 如下站中進(jìn)行大規(guī)模硬化站，其具有多個(gè)硬化位置；或者基于輸送機(jī)的硬化站，在該硬化 站處，將被硬化的材料在預(yù)先定義的時(shí)間量期間被沿著光源輸送，其中將被硬化的不同元 件根據(jù)FIFO原則穿過(guò)該硬化站；f.第一和第二硬化后站54、58(如果存在的話(huà))可以例如通過(guò)共同的可能溫度受 控的存儲(chǔ)位置而被組合；g.硬化后站不必物理上同硬化站分開(kāi)；而是如果硬化站(一個(gè)或多個(gè))具有足 夠高的容量，則硬化后站可以由輻射源被關(guān)閉的硬化站組成；h.投放站(51、)55不必物理上分別同工具放置站和/或?qū)?zhǔn)站分開(kāi)；i.在特殊情況下，工具放置站52和第一硬化站53不必物理上分開(kāi)，而是工具放置 站可以包括輻射源并且也構(gòu)成第一硬化站53。上面的變形方案可以幾乎任意地彼此組合，當(dāng)然除了變形方案a.，該方案僅僅與 不要求存在復(fù)制前步驟的變形方案相兼容。變形方案b.、d.、e.和f.的組合將產(chǎn)生具有僅 僅一條線(xiàn)55-58的設(shè)施，其中該線(xiàn)在雙面復(fù)制期間被遍歷兩次。圖7描述了示出根據(jù)本發(fā)明的方法的例子的方法步驟的流程圖。該圖未描述(可 選的)復(fù)制前步驟。所示方法包括如下步驟提供基板和復(fù)制工具(71)；將復(fù)制材料置于復(fù)制工具上 和/或基板上(72)，對(duì)準(zhǔn)該工具的特征和該基板的特征(73)，將該工具和該基板組合在一 起，直到接觸隔離物部分接觸該基板(74)，使所得到的組件從對(duì)準(zhǔn)站移位至硬化站(76)； 使復(fù)制材料硬化(77)；可選的到硬化后站的轉(zhuǎn)移(78)；可選的硬化后步驟(79)；以及將該 工具從該基板分離的步驟(80)。硬化后步驟79可以包括對(duì)復(fù)制材料的固化的_可能溫度受控的-完成。通常，在 能量(諸如UV輻射)的照射之后，復(fù)制材料被預(yù)處理以完全硬化，但是其還未徹底變硬。更 確切地說(shuō)，在該材料充分硬化之前還要花費(fèi)一些額外的時(shí)間(例如1-60分鐘)。因此，硬化 后步驟可以?xún)H僅包括等待步驟，該等待步驟可能具有對(duì)組件的溫度控制。
權(quán)利要求
一種用于制造多個(gè)光學(xué)元件的方法，包括步驟 提供基板； 提供工具，該工具在復(fù)制側(cè)包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定所述光學(xué)元件之一的表面結(jié)構(gòu)，該工具還包括至少一個(gè)接觸隔離物部分，所述接觸隔離物部分在所述復(fù)制側(cè)比所述復(fù)制分段的最外面的特征突出得更遠(yuǎn)； 將該工具與該基板相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)，并且將該工具和該基板的第一面組合在一起，其中復(fù)制材料處于該工具與該基板之間，所述接觸隔離物部分接觸該基板的第一面，并且由此使所述隔離物部分附著到該基板的第一面，由此產(chǎn)生基板 工具組件； 使所述基板 工具組件移位至硬化站； 在所述硬化站處使所述復(fù)制材料硬化；以及 將該工具從該基板分離，其中硬化的復(fù)制材料附著到該基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述復(fù)制材料硬化的步驟包括用電磁輻射照 射所述復(fù)制材料并由此使其交聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該基板被選擇為是至少部分透明的，并且其中 在將該工具和該基板對(duì)準(zhǔn)的步驟之前，硬化的復(fù)制材料結(jié)構(gòu)附著到該基板的第二面，所述 硬化的復(fù)制材料結(jié)構(gòu)限定多個(gè)光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將該工具和該基板對(duì)準(zhǔn)的步驟包括使該工具的 特征對(duì)準(zhǔn)該基板的特征，其中所述特征被選擇為是所述硬化的復(fù)制材料結(jié)構(gòu)的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中提供基板的步驟包括通過(guò)下列子步驟將硬化 的復(fù)制材料添加到基板-提供底座元件；-提供另一工具，該另一工具在復(fù)制側(cè)包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定所述光學(xué) 元件之一的表面結(jié)構(gòu)；_將該另一工具和所述底座元件在復(fù)制材料位于該工具與所述底座元件之間的情況下 朝向彼此移動(dòng)，直到所述復(fù)制材料接觸所述底座元件和該另一工具二者； -使所述復(fù)制材料硬化，由此產(chǎn)生硬化的復(fù)制材料結(jié)構(gòu)；以及 _將該另一工具從所述底座元件分離，其中硬化的復(fù)制材料結(jié)構(gòu)附著于該底座元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該另一工具包括至少一個(gè)接觸隔離物部分，該另 一工具的接觸隔離物部分在復(fù)制側(cè)比復(fù)制分段的最外面的特征突出得更遠(yuǎn)，并且其中在將 該另一工具和所述底座元件朝向彼此移動(dòng)的步驟之后并且在使所述復(fù)制材料硬化之前，使 底座元件_另一工具組件從另一工具放置站移位至硬化站。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中使所述復(fù)制材料硬化的步驟包括用電磁輻射照 射所述復(fù)制材料并由此使其交聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中該另一工具包括用于提供所述底座元 件上的復(fù)制材料對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在將該工具與該基板的特征對(duì)準(zhǔn)的步 驟之前，該工具和該基板被放置在對(duì)準(zhǔn)站中，并且其中將該工具與特征對(duì)準(zhǔn)的步驟是借助 于所述對(duì)準(zhǔn)站而執(zhí)行的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，在將該工具從該基板分離的步驟之后包括步驟將該基板分成多個(gè)塊，每塊連同附著于該塊的復(fù)制的材料一起限定光學(xué)元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在將該工具從該基板分離的步驟之后并且在將 該基板分成多個(gè)塊之前，將該基板與其它基板組裝在一起以形成基板堆疊，并且其中將該 基板分成多個(gè)塊的步驟包括將所述基板堆疊分成多個(gè)基板堆疊塊，每個(gè)基板堆疊塊構(gòu)成 一個(gè)光學(xué)組件。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中該工具被選擇為包括第一材料的背 板和第二材料的復(fù)制部分，所述第二材料比第一材料軟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中第二材料是PDMS。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中第一材料是玻璃。
15.一種用于制造多個(gè)光學(xué)元件的方法，例如根據(jù)任一前述權(quán)利要求，該方法包括步驟-提供至少部分透明的底座元件；-提供第一復(fù)制工具，第一復(fù)制工具包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定所述光學(xué)元 件之一的表面結(jié)構(gòu)，第一復(fù)制工具還包括對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段；_將第一復(fù)制工具和底座元件在復(fù)制材料位于它們之間的情況下彼此相向地移動(dòng)，直 到所述復(fù)制材料接觸所述底座元件的第二表面和所述復(fù)制工具二者；_使所述復(fù)制材料硬化以產(chǎn)生附著于所述底座元件的第二表面的復(fù)制結(jié)構(gòu)，所述復(fù)制 結(jié)構(gòu)包括多個(gè)光學(xué)元件和至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記復(fù)制分段的復(fù) 制品；-除去第一復(fù)制工具；_提供第二復(fù)制工具，并且在另外的復(fù)制材料處于第二復(fù)制工具和所述底座元件的第 一表面之間的情況下將第二復(fù)制工具的特征與所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)；_將第二復(fù)制工具和所述底座元件在該另外的復(fù)制材料位于它們之間的情況下彼此相 向地移動(dòng)，直到所述復(fù)制材料接觸所述底座元件的表面和所述復(fù)制工具二者；-使該另外的復(fù)制材料硬化以產(chǎn)生附著于所述底座元件的第一表面的另外的復(fù)制結(jié) 構(gòu)；以及_除去第二復(fù)制工具。
16.一種用于制造多個(gè)光學(xué)元件的裝置，其包括對(duì)準(zhǔn)站，所述對(duì)準(zhǔn)站用于將基板與復(fù)制 工具相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)，所述對(duì)準(zhǔn)站用于使該基板和該復(fù)制工具的表面平行、將該基板和該 復(fù)制工具對(duì)準(zhǔn)以及將該基板和該復(fù)制工具在復(fù)制材料處于它們之間的情況下組合在一起， 該裝置還包括硬化站，所述硬化站具有用于使所述復(fù)制材料硬化的能量源，其中所述硬化 站與所述對(duì)準(zhǔn)站是分開(kāi)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述對(duì)準(zhǔn)站不存在任何用于照射所述復(fù)制材料 的能量源。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，還包括所述復(fù)制工具，所述復(fù)制工具在復(fù)制側(cè) 包括多個(gè)復(fù)制分段，每個(gè)復(fù)制分段限定所述光學(xué)元件之一的表面結(jié)構(gòu)，所述工具還包括至 少一個(gè)接觸隔離物部分，所述接觸隔離物部分在復(fù)制側(cè)比所述復(fù)制分段的最外面的特征突 出得更遠(yuǎn)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一方面的方法包括步驟提供基板(10)；提供工具(1)，該工具在復(fù)制側(cè)包括多個(gè)復(fù)制分段(4)，每個(gè)復(fù)制分段限定光學(xué)元件之一的表面結(jié)構(gòu)，該工具還包括至少一個(gè)接觸隔離物部分(7)，所述接觸隔離物部分在復(fù)制側(cè)比所述復(fù)制分段(4)的最外面的特征突出得更遠(yuǎn)；將工具與基板的特征對(duì)準(zhǔn)并且在復(fù)制材料(21)處于工具與基板之間的情況下將工具和基板的第一面組合在一起，接觸隔離物部分接觸基板的第一面，并且由此使隔離物部分附著到基板的第一面，由此產(chǎn)生基板-工具組件；使基板-工具組件移位至硬化站(53，57)，在硬化站處使復(fù)制材料硬化；以及將工具從基板分離，其中硬化的復(fù)制材料附著于基板(10)。
文檔編號(hào)B29D11/00GK101945754SQ200880127072
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者D·摩根, H·魯?shù)侣? M·羅西, S·海姆加特納, S·韋斯滕霍弗 申請(qǐng)人:赫普塔岡有限公司