(57)【要約】  本発明は、複数のマイクロレンズ(20)を含むモノリシックなレンズウェハ(10)を製造する、特にスタンピングするためのスタンピング工具、デバイスおよび方法に関する。
2013536955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のマイクロレンズ(20)を有するモノリシックなレンズウェハ(10)を製造する、特にエンボス加工するためのダイ工具であって、
第1のエンボス加工面(6)を有する第1のエンボス加工構造(8)を備えた第1のダイ(1)と、
第2のエンボス加工面(7)を有する第2のエンボス加工構造(9)を備えた第2のダイ(2)と、
を備え、そのエンボス加工面(6、7)上の前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の少なくとも1つが、周縁に少なくとも部分的にエンボス加工空間(19)の境界を定める突出部を有するダイ工具。
【請求項２】
前記突出部が、特に環状の、好ましくは円形の、特に200mm、300mmまたは450mmの内径Diを有するバンク(3)として設計される請求項1に記載のダイ工具。
【請求項３】
エンボス加工の間、前記エンボス加工空間(19)が、前記第2のエンボス加工面(7)によって、特に上方に、部分的に境界を定められる請求項1または2に記載のダイ工具。
【請求項４】
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の少なくとも1つ、特に前記第1のダイ(1)が、電磁放射に透過性がある請求項1から3の一項に記載のダイ工具。
【請求項５】
前記第1のダイ(1)が、前記第1のダイ(1)を前記第2のダイ(2)の第2の方位マーク(5a、5i)に対して方向付けるための第1の方位マーク(4a、4i)を有する請求項1から4の一項に記載のダイ工具。
【請求項６】
多数のマイクロレンズ(20)を有するモノリシックなレンズウェハ(10)を製造するためのデバイスであって、
請求項1から5の一項に記載のダイ工具と、
前記第1のダイ(1)を、前記第1のエンボス加工面(6)と反対の方向を向いた第1の保持面(23)に、特に強固に固定された状態で保持するための第1の保持システム(21)と、
前記第2のダイ(2)を、前記第2のエンボス加工面(7)と反対の方向を向いたその第2の保持面(24)の上で保持するための第2の保持システム(22)と、
を備え、前記第1のダイ(1)を前記第2のダイ(2)に方向付けるための、前記第2のダイ(2)のXY平面およびそれに直交して延びるZ方向における制御された移動、ならびに前記Z方向に平行に延びる回転軸のまわりの制御された回転を行うことが可能であり、前記方向付けを、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の位置、特に前記方位マーク(4a、4i、5a、5i)の位置に基づいて制御することができるデバイス。
【請求項７】
リフト駆動装置(31)が設けられ、それによって、前記Z方向における前記第2の保持システム(22)の移動を行うことができる請求項6に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間のウェッジエラーを補償することができる、ウェッジエラーの補償手段(34、35、36)を備える請求項6または7に記載のデバイス。
【請求項９】
X方向、Y方向および前記Z方向における前記方位マーク(4a、4i、5a、5i)の位置を検出するために、特に前記Z方向に移動可能な光学系(32、33)が設けられる請求項6から8の一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
請求項1から5の一項に記載のダイ工具、および/または請求項6から9の一項に記載のデバイスを用いて、多数のマイクロレンズ(20)を有するモノリシックなレンズウェハ(10)を製造するための方法であって、特に以下の順序で、以下のステップ、すなわち、
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)を前記保持システム(21、22)に向かい合わせて配置し、固定するステップと、
X方向およびY方向において、ならびに回転軸のまわりで、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の互いに対する少なくとも粗い方向付けを行うステップと、
硬化性流体(15)、特にポリマーを、流体の形で、前記エンボス加工面(6、7)の1つ、特に前記第2のエンボス加工面(7)に適用するステップと、
ウェッジエラーの補償をウェッジエラーの補償手段(34、35、36)によって行い、前記エンボス加工面(6、7)を平行に方向付けるステップと、
前記レンズウェハ(10)をエンボス加工して、前記硬化性流体(15)を成形し、続いて硬化するステップであって、成形が、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)を互いに移動させることによって行われるステップと
を用いる方法。
【請求項１１】
前記エンボス加工が、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間の接触を伴わずに行われる請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記エンボス加工が、力および/または位置に基づいて行われる請求項10または11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数のマイクロレンズを有するモノリシックなレンズウェハを製造する、特にエンボス加工するための、請求項1、6および10に記載のダイ工具、デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズは主に、例えば携帯電話のカメラなど、集光系を必要とするデバイスに用いられる。小型化が強く要求されるため、機能的な領域は徐々に小型化されている。同時に、理想的には大量生産で製造されるマイクロレンズに対して非常に大きいコスト圧力があるため、マイクロレンズが小型化されるほど、それを光学的に正確に製造することが難しくなる。従来技術では、マイクロレンズは、例えば米国特許第6,846,137B1号、米国特許第5,324,623号、米国特許第5,853,960号および米国特許第5,871,888号に示されるように様々な製造方法によって、キャリア基板の上に製造される。これまでに言及された方法すべてに共通の態様は、原理に基づいて、ある特定の厚さが必要であり、マイクロレンズを通過する光は、レンズだけではなくキャリア基板も通過しなければならないというものである。同時に高い品質が求められ、またより高い解像度と同時に、とりわけ光軸、すなわちビームの経路に沿った光学系の厚さおよび数に依存するより高い輝度が要求されるため、従来技術によるマイクロレンズを別の形で最適化することが望ましい。
【０００３】
さらに、できるだけ高い光収率に対する要求もあり、ほとんどの場合、イメージセンサは、光がその上に生じ得るきわめて小さい表面を占有するので、特に微小光学系では、その要求は決定的に重要である。
【０００４】
支持されていないマイクロレンズ領域のための製造方法が、EP2168746A1号に開示されている。
【０００５】
支持されていないマイクロレンズ領域の製造では、レンズ領域の製造の間、特にエンボス加工および硬化の間のレンズ領域の材料の収縮が問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第6,846,137B1号
【特許文献２】米国特許第5,324,623号
【特許文献３】米国特許第5,853,960号
【特許文献４】米国特許第5,871,888号
【特許文献５】欧州特許出願公開2168746A1号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、特に大量生産において、高い光収率ならびに高い輝度、また同時により高い製造精度のマイクロレンズを有するレンズウェハを、それを用いて製造することができるダイ工具、または一般的なデバイス、または一般的な方法を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項1、6および10の特徴によって達成される。本発明の有利な他の発展形態は、従属請求項に示される。本明細書、特許請求の範囲および/または図面に示される特徴の少なくとも2つからなる組み合わせもすべて、本発明の範囲に含まれる。値の範囲が示される場合、それまでに言及された制限範囲内である境界値としての値も開示したものとみなされ、任意の組み合わせで請求することができる。
【０００９】
本発明は、レンズウェハ製造用のダイ工具を、ダイがレンズ領域の製造のために硬化性流体を保持するエンボス加工空間の境界を定めるように設計され、レンズ領域をエンボス加工または製造する間に、レンズ領域の側方周縁部が自動的に設計されるように構成するという考えに基づいている。このように、既に存在するキャリアシステムおよび操作デバイスをこの目的のために用いることができるため、レンズ領域に関する他の処理が明らかに簡易化される。同時に、より高い精度で、きわめて均質な最適に硬化するレンズ領域を製造することが可能になる。本発明による構成によってさらに、実質的に任意のレンズ形状を、単一のエンボス加工ステップを用いて、多数のマイクロレンズ、特に球面および/または非球面のレンズ、凸型および/または凹型のレンズ、ならびにフレネルレンズを備えたモノリシックなレンズウェハとして製造することが可能になる。
【００１０】
本発明によれば、ダイ工具の構成によって、キャリアが省かれるために、マイクロレンズの厚さがキャリアを有するマイクロレンズより小さい、支持されていないマイクロレンズ領域を製造することが可能になる。
【００１１】
ダイ工具の有利な実施形態によれば、本発明に従って、突出部は、特に環状の、好ましくは円形の、特に200mm、300mmまたは450mmの内径Diを有するバンクとして設計されることが定められる。この点において、レンズウェハに関する操作はさらに簡易化される。
【００１２】
さらに、有利には、エンボス加工の間、エンボス加工空間は、第2のエンボス加工面によって、特に上方に、部分的に境界を定められる。
【００１３】
本発明の他の有利な実施形態によれば、ダイの少なくとも1つ、特に第1のダイは電磁放射に透過性があることが定められる。こうして、ダイを通した放射によって硬化を行うことが可能になるだけではなく、レンズウェハ製造時の方向付けおよびウェッジエラー(wedge error)の補償のために、いくつかの方位マーク(orientation mark)の検出を行うことも可能になる。
【００１４】
本発明はさらに、第1のダイが、第1のダイを第2のダイの第2の方位マークに対して方向付けるための第1の方位マークを有する点で発展させている。この点において、また特に方位マークをダイに、好ましくは突出部に組み込むことによって、高精度のダイの方向付けが可能になり、本発明による突出部を有するダイ工具の構成によって、後続の他の処理および他の操作における誤差が最小限に抑えられるか、または完全になくなる。レンズウェハ材料の収縮が起こった場合にも、本発明によるダイ工具を用いて製造されたレンズウェハの縁部から、レンズウェハ内に設けられた任意の個々のマイクロレンズの位置を正確に決めることができる。
【００１５】
本発明では、X方向およびY方向における方向付けの精度は、方向付けの精度として、3μm未満、特に1μm未満、好ましくは0.5μm未満、さらに好ましくは0.1μm未満のずれである再現可能な精度で実現可能である。
【００１６】
前述のダイ工具に加えて、本発明によるデバイスは、以下の特徴を有する。すなわち、
-第1のダイを、第1のエンボス加工面と反対の方向を向いた保持面の上に、特に静止し固定された状態で保持するための第1の保持システム。保持システムは、固定されたまたは静止状態のフレームに取り付けられたチャックとすることができる。第1のダイの固定は、例えば真空の溝によって行うことができる。
-第2のダイを、第2のキャリア面と反対の方向を向いたその保持面の上で保持するための第2の保持システム。その保持システムも特に、好ましくは真空の溝による固定を伴うチャックとして設計することができる。
【００１７】
デバイスは、第1のダイを第2のダイに方向付けるための、第2のダイのXY平面およびそれに直交して延びるZ方向における制御された移動、ならびにZ方向に平行に延びる回転軸のまわりの制御された回転を具体化することができるように設計される。XY平面は、エンボス加工の間、ダイのエンボス加工面に対して本質的に平行である。
【００１８】
さらにデバイスは、方向付けが、ダイの位置、特に方位マークの位置に基づいて行われるように制御することができる。
【００１９】
本発明によるデバイスの有利な実施形態によれば、リフト駆動装置が設けられ、それによって、Z方向における第2の保持システムの移動を行うことができる。リフト駆動装置は特に、軸方向に互いに平行に、かつ互いに独立に、好ましくは120度の角距離で周縁部に回転対称に位置決めされた、3つの電動化されたスピンドル駆動装置からなる。この点において、一方では、Z方向における第2のダイと保持システムの平行な移動が可能になる。他方では、リフト駆動装置が同時に、第2の駆動装置をひっくり返すことができる。
【００２０】
本発明によるデバイスが、ダイ間のウェッジエラーを補償することが可能なウェッジエラーの補償手段を備えている場合には、ダイを正確に互いに平行に方向付けることが可能になり、それによって、最適な光軸を有する均質なレンズを製造することができる。これは、後で複数のレンズを積み重ねるときに特に重要である。
【００２１】
ウェッジエラーの補償手段は、有利には、リフト駆動装置に固定された方向付け用のテーブルまたはチャックとして設けられる。
【００２２】
本発明の他の実施形態では、X方向、Y方向およびZ方向における方位マークのそれぞれの位置を検出するために、特にZ方向に移動可能な光学系を設けることが定められる。
【００２３】
本発明による方法は、前述のダイ工具および/または前述のデバイスを、以下の方法ステップ、すなわち、
-ダイを対応する保持システムに対して配置し、固定するステップと、
-必要な場合には、回転軸のまわりで、X方向およびY方向、ならびに回転方向におけるダイの互いに対する少なくとも粗い方向付け(いわゆるプリアライメント)を、特に100μm未満、好ましくは50μm未満、さらに好ましくは10μm未満の精度で行うステップと、
-ウェッジエラーの補償をウェッジエラーの補償手段によって行い、エンボス加工面を平行に、特に5μm未満、好ましくは3μm未満、さらに好ましくは1μm未満の精度で方向付けるステップと、
-次いで、硬化性流体、特にポリマーを、流体の形で、平坦なエンボス加工面の1つ、特に第2のエンボス加工面に適用するステップであって、そのエンボス加工面は、好ましくは下方に配置され、突出部によってエンボス加工空間を形成し、その底部が第2のエンボス加工面を形成するステップと、
-硬化性流体を成形し、続いて硬化することによってレンズウェハをエンボス加工するステップであって、成形が、ダイを互いに移動させることによって行われるステップと
によって使用することを特徴とする。
【００２４】
方法の有利な実施形態によれば、ダイ間の接触を伴わずにエンボス加工を行うことが定められる。こうして、エンボス加工空間の側縁部に開放されたリング形のギャップが形成され、その場合、前記リング形のギャップは、レンズウェハを成形またはエンボス加工するとき、硬化性流体が側方に出ることができるように設計される。
【００２５】
エンボス加工がZ方向における力および/または位置に基づいて行われる場合、レンズウェハの正確な画定および均質な製造は、方向付けの精度として、10μm未満、特に5μm未満、好ましくは3μm未満、さらに好ましくは1μm未満のずれである再現可能な精度で実施可能である。
【００２６】
第1のダイおよび第2のダイは、マイクロレンズを形成する逆の凹凸を有するレンズダイ、すなわち、凹/凸のエンボス加工構造として構成され、それによって、球面/非球面のレンズ、および/またはフレネルレンズも考えられる。約200mmのレンズダイの直径では、1回のエンボス加工ステップで、例えば約2,000のマイクロレンズをエンボス加工することができる。
【００２７】
本発明によれば、硬化性流体は、UV硬化性または熱硬化性の材料から形成することができ、それによって、本発明によるレンズ材料は、少なくとも主に、好ましくは完全に溶媒を含まず、完全な架橋に適している。
【００２８】
本発明によるレンズウェハのモノリシックな製造によって、レンズウェハは均質な熱膨張係数を有するようになり、その結果、レンズウェハから製造されるマイクロレンズはいずれも、変化する温度条件の下で同形であり、その光学的特性はほとんど変わらない。
【００２９】
本発明の他の利点、特徴および詳細は、好ましい実施形態に関する次の説明から、また図面に基づいて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】多数のマイクロレンズを有するレンズウェハを製造するための、本発明によるデバイスの概略的な切断側面図である。
【図２ａ】第1の実施形態において多数のマイクロレンズを有するレンズウェハを製造するための、本発明によるダイ工具の概略的な切断側面図である。
【図２ｂ】第2の実施形態における、本発明によるダイ工具の概略的な切断側面図である。
【図２ｃ】図2aもしくは図2bによるダイ工具、または図1によるデバイスを用いて製造されるレンズウェハの概略的な切断側面図である。
【図３ａ】図2aによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図３ｂ】図2aによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図３ｃ】図2aによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図４ａ】図2bによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図４ｂ】図2bによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図４ｃ】図2bによるダイ工具を用いたレンズウェハのエンボス加工のプロセスの過程に関する概略図である。
【図５ａ】第3の実施形態、およびレンズウェハのエンボス加工のプロセスの対応する過程における、本発明によるダイ工具の概略的な切断側面図である。
【図５ｂ】第3の実施形態、およびレンズウェハのエンボス加工のプロセスの対応する過程における、本発明によるダイ工具の概略的な切断側面図である。
【図５ｃ】第3の実施形態、およびレンズウェハのエンボス加工のプロセスの対応する過程における、本発明によるダイ工具の概略的な切断側面図である。
【図６】図5によるダイ工具の第2のダイの概略的な上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面では、本発明の実施形態によるそれぞれの場合において、本発明の利点および特徴がこれらの識別のための参照番号によって表され、そのため、同一であるか、または同じ働きをする機能を有する構成要素もしくは特徴は、同じ参照番号で表される。
【００３２】
図1には、本発明によるダイ工具を備えた、本発明によるデバイスからなるシステムが示されている。ダイ工具は、第1のダイ1および第2のダイ2からなり、ダイ工具は、図2aおよび図2bによる第1の実施形態および第2の実施形態に詳しく示され、以下においてさらに詳しく記述される。図1において、ダイ工具は、図2aに示される実施形態によるデバイスとして使用される。
【００３３】
第1のダイ1は、その第1の保持面23の上に、特に水平に、第1の保持システム21上の少なくとも1つの真空ストリップ25によって固定される。第1の保持システム21は、強固にかつできるだけ振動がないように、特に環状の、好ましくは円形の保持デバイス27によって、特に図には示されていない大きく重いフレームに固定される。
【００３４】
第1の保持システム21は、特に電磁放射に対して、少なくとも部分的に透過性があるチャックとして設計される。電磁放射は、特に可視光またはUV光である。第1のダイ1も、電磁放射、特に可視光に対して透過性がある。
【００３５】
第1のダイ1は特に、特に第1の保持面23と反対側のその第1のエンボス加工面6に、埋め込まれた第1の方位マーク4a、4iを有する。図1の水平なX方向、X方向に直交するY方向、ならびにそれらに垂直に延びるZ方向における第1の方位マーク4a、4iの位置は、特にここでは顕微鏡32、33からなる光学的な検出器システムによって検出することができる。
【００３６】
検出器システム、特に顕微鏡32、33は、X方向、Y方向および/またはZ方向に移動させることができ、それぞれの場合に、方位マーク4a、4iの位置を検出できるように固定することが可能である。検出器システムは、方位マーク4a、4iの方向に電磁放射を送り出す、したがって、方位マーク4a、4iの位置を検出するように動作する。検出器システムは、第1の保持システム21の第1の保持面23と反対の方向を向いた面上に、すなわち、第1のダイ1および第1の保持システム21より上側に配置され、フレームに取り付けられる。
【００３７】
第2の保持システム22は、第1の保持システム21及び第1のダイ1の下に配置されており、第1の保持システムに対して、X方向、Y方向および/またはZ方向について方向付けることができる。さらに第2の保持システム22は、回転システム28によって、Z方向に延びる回転軸のまわりで回転させることができる。X方向における移動は、制御システム(図示せず)によって制御されるX駆動装置29によって具体化される。Y方向における移動は、やはり制御システムによって制御され、X駆動装置29に隣接して配置されたY駆動装置30によって具体化される。さらに制御システムは、回転システム28、および検出器システムまたは個々の顕微鏡32、33に関する方法を制御する。
【００３８】
第2の保持システム22のZ方向における移動は、特にアクタ(actor)34、35、36からなるリフト駆動装置31によって行われる。アクタ34、35、36は、特にZ方向に作動するように方向付けられる。アクタ34、35、36としては、例えばスピンドルが適している。アクタ34、35、36は、それぞれの場合に、制御システムによって別個に制御することができる。リフト駆動装置31上に配置される構成要素が確実にリフト駆動装置の上に載り、かつ特にウェッジエラーの補償において、第2の保持システム22の正確に制御可能な移動を、互いに独立に制御可能なアクタ34、35、36の内外の移動(in- and out-movement)によって行うことができるように、アクタ34、35、36は、好ましくはX駆動装置29、Y駆動装置30または回転システム28より下の側縁部に分散して配置される。
【００３９】
第2のダイ2は、第1の保持面23の向かい側にある第2の保持面24上の第2の保持システム22に保持することができる。固定は、好ましくは第2のダイ2の側縁部に配置された、少なくとも1つの真空ストリップ26によって行われる。
【００４０】
第2のダイ2は特に、特に第1の保持面23と反対の方向を向いたその第2のエンボス加工面7に埋め込まれた、第2の方位マーク5a、5iを有する。第2の方位マーク5a、5iの位置は、第1の保持システム21より上に配置された検出器システムよって検出することが可能であり、したがって、それぞれの場合に向かい合って配置される、対応する方位マーク4a、4i、5a、5iの位置を検出することによって、第1のダイ1の第2のダイ2に対する移動を正確に制御することが可能になる。
【００４１】
したがって、すなわちエンボス加工プロセス全体の間、第1のエンボス加工面6は、第2のエンボス加工面7に対して平行にかつ向かい側に配置し、方向付けることができる。
【００４２】
第1のエンボス加工面6は、第1のエンボス加工構造8を有し、第2のエンボス加工面7は、第2のエンボス加工構造9を有する。エンボス加工構造8、9は、本発明によるダイ工具またはデバイスを用いて製造されるレンズウェハ10の頂面11および底面12と凹凸が逆になったものに相当し、したがって、第1のエンボス加工構造8および第2のエンボス加工構造9の対応する向かい合った個々の構造はそれぞれ、対応するマイクロレンズ20の第1の光学活性表面13および第2の光学活性表面14と凹凸が逆になったものに相当する。マイクロレンズ20は、レンズウェハ10の製造後に、例えば切断によって分離することができる。
【００４３】
エンボス加工構造8、9によって形成される表面の外側には、本発明に従って、少なくとも2つのダイ1、2の一方の上に、特に少なくとも第2のダイ2の上に、特に環状の、好ましくは円形の突出部が設けられる。突出部は、特にバンク3、3'として設計される。
【００４４】
図2aに示される本発明の実施形態では、第2のダイ2のみが、第2のエンボス加工面7から突出し、第2のエンボス加工構造9より高くなったバンク3を有する。その壁3wが第2のエンボス加工構造9の方向を向き、突出部は第2のエンボス加工面7と共に、エンボス加工空間19の一部であるタブ状の空間を形成する。
【００４５】
さらに、図3cおよび図4cによれば、第1のエンボス加工面6のエンボス加工位置において、エンボス加工空間19が形成される。
【００４６】
図2aによれば、その特に円形の壁3w上で、エンボス加工空間19は、製造されるレンズウェハ10の直径に本質的に一致する内径Diを有する。この場合、これは、エンボス加工または硬化の間に起こり得るレンズウェハ10の収縮が考慮されることを本質的に意味している。
【００４７】
図2bに示される実施形態では、第1のダイ1もバンク3'として設計された突出部を有し、バンク3'は、壁3wに対応する壁3w'によってエンボス加工空間19の境界を定める。
【００４８】
図2aに示される本発明の実施形態では、第1のエンボス加工構造8の領域内に配置される少なくとも2つの内側の方位マーク4iが、第1の方位マーク4iとして設けられる。さらに、少なくとも2つの外側の方位マーク4aが、第1のエンボス加工構造8の外側、特に突出部の外側に設けられる。
【００４９】
図2bに示される本発明の実施形態では、外側の方位マーク4aは、突出部、特にバンク3の中に設けられる。バンク3は、バンク3'の向かい側に配置され、バンク3'に対応するように設計される。
【００５０】
バンク3、3'は、環状部の幅Bおよび高さHを有し、それによって、高さH、または図2bにおける実施形態ではバンク3、3'の高さH1、H2が、第1のエンボス加工構造8および第2のエンボス加工構造9の高さにほぼ一致するようにする。
【００５１】
外側の方位マーク4a、5aをバンク3、3'に組み込むことによって、Z方向における方位マーク4a、5aの位置だけではなく、バンク3、3'の位置も同時に検出することが可能になり、一方、図2aによる実施形態では、高さHが記憶される。
【００５２】
本発明によるデバイスによって、エンボス加工位置において、少なくともバンク3の面37と、向かい側に配置可能な第1のエンボス加工面6またはバンク3'の面38との間に、バンク3またはバンク3、3'の高さH、H1またはH2より小さい、またはそれに等しい距離Rが設けられるように、ダイ1、2を制御することができる。
【００５３】
図3aおよび図4aにおいて、ダイ1、2は十分遠くに隔てられているため、硬化性流体15が特にウェットスポット(wet spot)として第2のエンボス加工面7に適用される。ウェットスポットは、硬化性流体15の表面張力によって生成される。硬化性流体15は、好ましくは中央に置かれるように、したがって、壁3wに対してほとんど等距離または同心円状に適用される。
【００５４】
図3bおよび図4bによれば、図3cおよび図4cに示されるエンボス加工位置に達するまで、依然として流体の形で存在する硬化性流体15が壁3wの方向に徐々に入り込むように、第2のダイ2が、リフト駆動装置31によってZ方向に第1のダイ1の方へ移動される。
【００５５】
硬化性流体15の量は、エンボス加工位置でエンボス加工空間19が硬化性流体15によってほとんど完全に満たされるように、正確に計量される。その量は、有利には、レンズウェハ10の側方の上側周縁部18に円い周縁部が生成されるように計られ、その結果、レンズウェハ10の方位を簡単に決めることが可能になる。製造によって調整されたレンズウェハ10は、反対側の側方の周縁部の上に角ばった縁部を有する。
【００５６】
ダイ1、2が制御システムによって制御され、互いに向かって移動する間、方位マーク4a、4i、5a、5iの位置が検出器システムによって連続的に検出され、制御システムに送られ、制御システムは、対応する方位マーク4a、4i、5a、5iの相対位置から、回転システム28に対する必要な制御コマンドを、X駆動装置29、Y駆動装置30およびリフト駆動装置31、または個々のアクタ34、35および36に送る。同時に、アクタ34、35および36によってウェッジエラーの補償を行うことができる。
【００５７】
第1のダイ1と第2のダイ2の間の最小距離Rが、エンボス加工位置でもたらされるため、レンズウェハ10の均質かつ完全な形を保証することが可能であり、それによって、完成したレンズウェハを形成するエンボス加工または硬化の間の硬化性流体の収縮を考慮することもできる。
【００５８】
本発明によるデバイス、または本発明による方法、または本発明によるダイ工具によって製造されるレンズウェハ10は、エンボス加工の後、その特定の外形により、標準化されたウェハ処理工具によって直接、他の処理ステップなしで扱うことができる。
【００５９】
本発明の他の特別な利点は、キャリア基板を省くことが可能であり、その結果、そうしたレンズウェハ10から製造されるウェハレベルのカメラ、またはそれから得られるマイクロレンズ20の形状係数を減らすことができると同時に、大量生産が容易に可能になるため、製造コストを下げる本発明によって、モノリシックなレンズウェハ10を製造することが可能になることにある。
【００６０】
硬化性流体としてポリマーを使用すると、マイクロレンズ20のコストに対してさらに好ましい効果が得られる。
【００６１】
したがって、リフト駆動装置31が力に基づくように、エンボス加工または硬化の間の硬化性流体の収縮を最適化することができる。
【００６２】
モノリシックなレンズウェハの他の処理では、本発明によるダイ工具およびデバイスによって、レンズウェハの以下の特性、すなわち外径、厚さ、および例えばレンズウェハ10を切断して個々のマイクロレンズ20を分離するなど、以後の機械加工プロセスのための、レンズウェハ10内のアライメント用パスマークの自動的なエンボス加工を同時に考慮することができる。
【００６３】
特にアクタ34、35、36は、特に120°の間隔の回転対称によって互いに平行に位置決めされ、かつ互いに独立して操作される3つの電動化されたスピンドルとして設計される。この点において、X駆動装置29およびY駆動装置30および回転システム28からなる方向付け用のテーブルを、Z方向に工具保持デバイス、すなわち第2の保持システム22と一緒に平行に移動させることが可能になり、また同時に、ウェッジエラーの補償に必要な任意の方向の傾斜も可能になる。本発明によるウェッジエラーの補償手段は、本明細書において理解することができる。
【００６４】
エンボス加工プロセスの間、エンボス加工の力を連続的に測定することができると同時に、リフト駆動装置31、特にアクタ34、35、36のそれぞれに組み込まれた圧力測定用のセルによって調節することができる。圧力測定用のセルは、例えばスピンドルと、方向付け用のテーブルの底部の支持点との間に実装することができる。本発明の代替的実施形態によれば、第1の保持システム21は固定状態ではなく、少なくとも1つの定められた方向、すなわち、X方向、Y方向および/もしくはZ方向、ならびに/または回転方向に駆動することができる。
【００６５】
ダイ1、2の方向付けは、硬化性流体15を第2のダイ2に適用する前に行うこともできる。
【００６６】
硬化性流体15の硬化は、特にUV放射および/または熱硬化によって行われる。
【００６７】
ダイ1、2の方向付け(アライメント)に対して、本発明によるマイクロレンズをエンボス加工する方法は、厚層のプロセスに対応付けられる。モノリシックなレンズウェハ10の厚さが0.2mmから2mmの間であり、光学的な検出器システムの焦点深度の範囲が限られているため、検出器システムは、方向付けのプロセスの間、ダイ1、2の方位マーク4a、4i、5a、5iを検出器システムの焦点深度の範囲内で正確に撮像することができるように、Z方向に位置決めされる。これに対する別法として、本発明に従って、検出器システムをZ方向に静止するように固定し、Z方向においてダイに関する同期的な方法を実施することが考えられる。
【００６８】
この点において、図2bによる実施形態は、方位マーク4aおよび5aが互いから実施可能な最小距離のところに位置するため、特に有利である。
【００６９】
本発明の好ましい実施形態によれば、ダイの正確な方向付けは、X方向およびY方向、ならびに回転方向において、3μm未満、特に1μm未満、好ましくは0.5μm未満、より好ましくは0.1μm未満のずれである再現可能な精度で、連続的なエンボス加工プロセスの間のみ、特にエンボス加工プロセスの最後に対して、好ましくはエンボス加工位置の最終的な距離Rに本質的に達するとき、またはレンズウェハ10が成形されているが、まだ硬化していないときに行われる。
【００７０】
本発明の他の実施形態では、互いに向かうダイの移動の制御が省かれる、すなわち、特にダイ工具の周縁上の少なくとも1つの位置で連続的に測定される、距離Rを検出するための測定デバイスによって省かれる。
【００７１】
均質なレンズウェハ10の表面を得るために、好ましい実施形態に従って、エンボス加工空間19を硬化性流体15で満たすとき、気泡または空洞の空間の形成が回避されるように、少なくともエンボス加工位置までの互いに対する移動は真空中で行われる。
【００７２】
本発明の有利な実施形態によれば、硬化性流体15として気体透過性のポリマーを使用することが定められる。
【００７３】
本発明の他の有利な実施形態によれば、ダイ1、2の少なくとも1つが、開放気孔率を有する材料から作製され、そのため、気孔率は、硬化性流体15は孔に入り込めないが、気体分子は妨げられずに多孔性のダイを通って流出できるような形で測定される。
【００７４】
エンボス加工プロセスおよび硬化プロセスに続く、レンズウェハ10が取り出される取り出しプロセスは、レンズウェハ10の向かい側の多孔性のダイの面に過圧を加えることによって行われる。
【００７５】
図5aから図5cに示される実施形態では、図2bに示される実施形態に加えて、プラットフォーム39として設計された少なくとも1つの突出部(ここで示される実施形態では、多数のプラットフォーム39)が設けられる。プラットフォーム39の高さは、バンク3の高さH、H1またはH2の少なくとも半分、特に少なくとも3/4の高さ、およびほとんど等しい高さである。プラットフォーム39の幅は、バンク3の幅Bの少なくとも半分、特に少なくとも3/4の広さ、およびほとんど等しい広さである。
【００７６】
プラットフォーム39は、それぞれの場合に、第2のダイ2の2つの隣接する第2のエンボス加工構造9に対して常に等距離である(図6参照)。
【００７７】
プラットフォーム39は、第2のダイ2と共にモノリシックであることが好ましい。
【００７８】
プラットフォーム39は、第2のダイ2のエンボス加工面から突出し、特に円錐形にテーパを付けることができる。
【００７９】
内側の方位マーク5iを、プラットフォーム39に、特に第2の保持システム22と反対の方向を向いたその面に埋め込むと特に有利である。こうして、検出器システム、およびダイ1、2のいっそう正確な方向付けによって、より正確な検出が可能になるように、対応する方位マーク4i間の距離が最小限に抑えられる。
【００８０】
プラットフォーム39は、図2aおよび図2bによる2つの実施形態でも考えられる。
【００８１】
さらに、本発明による一実施形態では、面37および38の接触によるエンボス加工の間、エンボス加工空間19の密閉を行うように、バンク3および/またはバンク3'を弾性変形可能な形で設計することが定められる。
【００８２】
第1のダイ1は、例えばガラスで作製することが可能であり、第2のダイ2はポリマーで作製され、そのため、バンク3および/またはバンク3'のポリマーは、第2のダイ2のポリマーより柔らかいポリマーからなることができる。
【００８３】
図6には、第2のダイ2の上面図が示され、そこには、バンク3および/またはバンク3'からエンボス加工空間19の方向に内側を向いた突出部40が設けられているが、それは、レンズウェハ10上の陥凹部の設計によるものである。この陥凹部は、好ましくはウェハの場合に知られている陥凹部(ノッチ)に相当する。結果として、レンズウェハ10に関する他の操作が、明らかに簡易化される。
【００８４】
方位マーク4a、5aがバンク3および/または3'に組み込まれて設計されるという点において、方位マークが互いにより近くに集められ、検出器システムでより正確に検出することが可能になるため、バンク3、3'は、エンボス加工空間19の境界を定める機能を果たすだけではなく、方向付けの精度も改善する。
【００８５】
このことは、方位マーク4i、5iがプラットフォーム39に組み込まれて設計される場合には、方位マーク4i、5iにもあてはまる。
【符号の説明】
【００８６】
1  第1のダイ
2  第2のダイ
3、3'  バンク
3w、3w'  壁
4a、4i  第1の方位マーク
5a、5i  第2の方位マーク
6  第1のエンボス加工面
7  第2のエンボス加工面
8  第1のエンボス加工構造
9  第2のエンボス加工構造
10  レンズウェハ
11  頂部
12  底部
13  第1の光学活性表面
14  第2の光学活性表面
15  硬化性流体
18  縁部
19  エンボス加工空間
20  マイクロレンズ
21  第1の保持システム
22  第2の保持システム
23  第1の保持面
24  第2の保持面
25  真空ストリップ
26  真空ストリップ
27  保持デバイス
28  回転システム
29  X駆動装置
30  Y駆動装置
31  リフト駆動装置
32  顕微鏡
33  顕微鏡
34  アクタ
35  アクタ
36  アクタ
37  面
38  面
39  プラットフォーム
40  突出部
Di  内径
H、H1、H2  高さ
B  環状部の幅
R  距離
【図１】
2013536955.tif 000003
【図２ａ】
2013536955.tif 000004
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月20日(2012.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のマイクロレンズ(20)を有するモノリシックなレンズウェハ(10)を製造するためのデバイスであって、
ダイ工具であって、
a)第1のエンボス加工面(6)を有する第1のエンボス加工構造(8)を備えた第1のダイ(1)と、
b)第2のエンボス加工面(7)を有する第2のエンボス加工構造(9)を備えた第2のダイ(2)と、を備え、そのエンボス加工面(6、7)上の前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の少なくとも1つが、周縁に少なくとも部分的にエンボス加工空間(19)の境界を定める突出部を有するダイ工具と、
前記第1のダイ(1)を、前記第1のエンボス加工面(6)と反対の方向を向いた第1の保持面(23)に保持するための第1の保持システム(21)と、
前記第2のダイ(2)を、前記第2のエンボス加工面(7)と反対の方向を向いたその第2の保持面(24)の上で保持するための第2の保持システム(22)と
を備え、前記第1のダイ(1)を前記第2のダイ(2)に方向付けるための、前記第2のダイ(2)のXY平面およびそれに直交して延びるZ方向における制御された移動、ならびに前記Z方向に平行に延びる回転軸のまわりの制御された回転を行うことが可能であり、前記方向付けを、エンボス加工中の前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間の接触を伴わずに、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の位置に基づいて制御することができるデバイス。
【請求項２】
前記突出部が、特に環状の、好ましくは円形の、特に200mm、300mmまたは450mmの内径Diを有するバンク(3)として設計される請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
エンボス加工の間、前記エンボス加工空間(19)が、前記第2のエンボス加工面(7)によって、特に上方に、部分的に境界を定められる請求項1または2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の少なくとも1つ、特に前記第1のダイ(1)が、電磁放射に透過性がある請求項1から3の一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第1のダイ(1)が、前記第1のダイ(1)を前記第2のダイ(2)の第2の方位マーク(5a、5i)に対して方向付けるための第1の方位マーク(4a、4i)を有する請求項1から4の一項に記載のデバイス。
【請求項６】
リフト駆動装置(31)が設けられ、それによって、前記Z方向における前記第2の保持システム(22)の移動を行うことができる請求項1に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間のウェッジエラーを補償することができる、ウェッジエラーの補償手段(34、35、36)を備える請求項1または6に記載のデバイス。
【請求項８】
X方向、Y方向および前記Z方向における前記方位マーク(4a、4i、5a、5i)の位置を検出するために、特に前記Z方向に移動可能な光学系(32、33)が設けられる請求項1から7の一項に記載のデバイス。
【請求項９】
請求項1から8の一項に記載のデバイスを用いて、多数のマイクロレンズ(20)を有するモノリシックなレンズウェハ(10)を製造するための方法であって、特に以下の順序で、以下のステップ、すなわち、
前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)を前記保持システム(21、22)に向かい合わせて配置し、固定するステップと、
X方向およびY方向において、ならびに回転軸のまわりで、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の互いに対する少なくとも粗い方向付けを行うステップと、
硬化性流体(15)、特にポリマーを、流体の形で、前記エンボス加工面(6、7)の1つ、特に前記第2のエンボス加工面(7)に適用するステップと、
ウェッジエラーの補償をウェッジエラーの補償手段(34、35、36)によって行い、前記エンボス加工面(6、7)を平行に方向付けるステップと、
前記レンズウェハ(10)をエンボス加工して、前記硬化性流体(15)を成形し、続いて硬化するステップであって、成形が、エンボス加工中の前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間の接触を伴わずに、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)を互いに移動させることによって行われるステップと
を用いる方法。
【請求項１０】
前記エンボス加工が、前記第1のダイ(1)及び前記第2のダイ(2)の間の接触を伴わずに行われる請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記エンボス加工が、力および/または位置に基づいて行われる請求項9または10に記載の方法。
【国際調査報告】
2013536955.tif 000017
2013536955.tif 000018
2013536955.tif 000019
2013536955.tif 000020