DE112021003497T5

DE112021003497T5 - Herstellung einer optischen struktur

Info

Publication number: DE112021003497T5
Application number: DE112021003497.9T
Authority: DE
Inventors: Sebastiano Lazzi Gazzini; Nicola Spring
Original assignee: Ams Sensors Asia Pte Ltd
Current assignee: FOCUSLIGHT SINGAPORE PTE. LTD., SG
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2023-06-01
Also published as: GB202009877D0; CN115023631A; US20230241848A1; WO2022005396A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer optischen Struktur, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Basisstruktur, wobei die Basisstruktur ein Substrat mit einem optischen Element aufweist, das sich von einer ersten Seite des Substrats aus erstreckt, Auftragen von flüssigem Fotoresist auf die Basisstruktur; Verwenden eines Werkzeugs, um eine Schicht des flüssigen Fotoresists zu bilden, wobei die Höhe der Schicht durch Absenken des Werkzeugs auf eine Höhe über dem Substrat gesteuert wird; und Bilden eines Abstandshalters aus dem flüssigen Fotoresist durch Belichten eines Teils des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht, wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung über dem optischen Element aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung einer optischen Struktur.
HINTERGRUND
Optische Vorrichtungen, die einen oder mehrere optische Lichtemitter und einen oder mehrere optische Sensoren aufweisen, können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie z.B. Abstandsmessung, Näherungssensorik, Gestensensorik und Bildgebung. Kleine optoelektronische Module wie Bildgebungsgeräte und Lichtprojektoren verwenden optische Baugruppen, die Linsen oder andere optische Elemente enthalten, die entlang der optischen Achse der Vorrichtung gestapelt sind, um die gewünschte optische Leistung zu erzielen. Zu den replizierten optischen Elementen gehören transparente diffraktive und/oder refraktive optische Elemente zur Beeinflussung eines optischen Strahls. In einigen Anwendungen können solche optoelektronischen Module in verschiedene Unterhaltungselektronikgeräte integriert werden, z.B. in tragbaren Computern (z.B. Smartphones, Tablets, Wearables und Laptops).
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung einer optischen Struktur, die mit anderen optischen Strukturen gestapelt werden kann, um ein optoelektronisches Modul zu bilden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Struktur bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Basisstruktur, wobei die Basisstruktur ein Substrat mit einem optischen Element aufweist, das sich von einer ersten Seite des Substrats aus erstreckt, Auftragen von flüssigem Fotoresist auf die Basisstruktur; Verwenden eines Werkzeugs, um eine Schicht des flüssigen Fotoresists zu bilden, wobei die Höhe der Schicht durch Absenken des Werkzeugs auf eine Höhe über dem Substrat gesteuert wird; und Bilden eines Abstandshalters aus dem flüssigen Fotoresist durch Belichten eines Teils des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht, wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung über dem optischen Element aufweist.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen vorteilhafterweise eine größere Freiheit bei der Steuerung der Dicke (Höhe) der Abstandshalter, indem die Abgabe des flüssigen Fotoresists und das Absenken des Werkzeugs gesteuert werden können. Dies gewährleistet eine genaue Kontrolle der Abstandshalterhöhe und vermeidet den kostspieligen und zeitaufwändigen Prozess des Abschleifens eines Abstandshalters von der Stange, der sonst erforderlich wäre.
Darüber hinaus wird das Herstellungsverfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren vereinfacht, da bei den hier vorgestellten Ausführungsformen der Schritt des Auftragens einer Klebstoffschicht entfällt, der andernfalls erforderlich wäre, wenn ein „Abstandshalter von der Stange“ auf ein darunter liegendes Substrat geklebt wird.
Der Abstandshalter wird während der Herstellung der optischen Struktur geformt, ohne dass es zu einer mechanischen Beeinträchtigung zwischen dem optischen Element und dem Abstandshalter kommt (wie dies beispielsweise bei einem Abstandshalter aus strukturiertem Glas von der Stange der Fall wäre), so dass der Konstrukteur bei der Dimensionierung der zentralen Öffnung des Abstandshalters keine potenziellen Ausrichtungstoleranzen zwischen dem Abstandshalter und dem optischen Element berücksichtigen muss, sofern die optische Funktion des optischen Elements durch eine solche Fehlausrichtung nicht beeinträchtigt wird. Bei Anwendung des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens wird die Größe der optischen Struktur in radialer Richtung (Breite der optischen Struktur) vorteilhaft reduziert. Folglich kann die Größe des endgültigen optoelektronischen Moduls verringert werden.
Außerdem ermöglicht der Abstandshalter die Definition der numerischen Apertur des optischen Systems, in das die optische Struktur integriert werden soll. Insbesondere kann der ausgewählte flüssige Fotoresist aus einem Material (z.B. einem infrarotsperrenden Material) hergestellt werden, das für einen interessierenden Wellenlängenbereich eines optischen Strahls, der auf das optische Element auftreffen soll, undurchsichtig ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Basisstruktur eine Vorstruktur auf, die das optische Element umgibt, und das Verfahren weist das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf die Vorstruktur auf. In diesen Ausführungsformen kann der Abstandshalter so gebildet sein, dass er die Vorstruktur abdeckt. Das Verfahren kann zusätzlich das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf einen Teil des optischen Elements aufweisen, und der Abstandshalter wird so geformt, dass er diesen Teil des optischen Elements abdeckt. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf das Substrat aufweisen, wobei der Abstandshalter so ausgebildet wird, dass er das Substrat abdeckt.
In einigen Ausführungsformen ist keine Vorstruktur vorhanden. In diesen Ausführungsformen kann das Verfahren das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf einen Teil des optischen Elements aufweisen, und der Abstandshalter ist so ausgebildet, dass er den genannten Teil des optischen Elements abdeckt. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren darin bestehen, den flüssigen Fotoresist auf das Substrat aufzutragen und den Abstandshalter so auszubilden, dass er das Substrat abdeckt, wenn die optische Struktur mit anderen optischen Strukturen gestapelt werden soll, um ein optoelektronisches Modul zu bilden. Die verringerte Größe der einzelnen optischen Strukturen in radialer Richtung führt zu einer geringeren radialen Größe des resultierenden optoelektronischen Moduls. Dadurch kann das Endgerät, in das das optoelektronische Modul eingebaut wird, kleiner gestaltet werden.
Das Substrat kann ein „Wafer“ sein und das Herstellungsverfahren der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Herstellung mehrerer optischer Strukturen auf einem solchen Wafer aufweisen. Die geringere Größe jeder der optischen Strukturen in radialer Richtung führt zu einer größeren Anzahldichte optischer Strukturen auf jedem Wafer, was die Effizienz der Herstellung verbessert.
Der flüssige Fotoresist kann ein negativer Fotoresist sein und die Bildung des Abstandshalters kann Folgendes aufweisen: Belichten nur des genannten Teils des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht, um den Fotoresist zu härten, wobei ein Bereich oberhalb des optischen Elements nicht mit ultraviolettem Licht belichtet wird, um die zentrale Öffnung zu bilden; und Entfernen des verbleibenden nicht belichteten negativen Fotoresists.
Alternativ ist der flüssige Fotoresist ein positiver Fotoresist und die Bildung des Abstandshalters kann aufweisen: Belichten mit ultraviolettem Licht in mindestens einem Bereich über dem optischen Element, um die zentrale Öffnung des Abstandshalters zu definieren.
In einigen Ausführungsformen hat das Werkzeug eine flache Unterseite, die mit dem flüssigen Fotoresist in Berührung kommt. Dies hat den Vorteil, dass eine gleichmäßig flache Fotoresistschicht entsteht.
Alternativ weist das Werkzeug eine untere Fläche auf, die mit dem flüssigen Fotoresist in Berührung kommt, wobei die untere Fläche mindestens einen Replikationsabschnitt zur Definition mindestens einer Oberflächenstruktur des Abstandshalters aufweist. Durch eine komplexe Form des Werkzeugs ist es insbesondere möglich, den Abstandshalter und das optische Element gleichzeitig zu prägen oder Abstandshalter mit Stufen herzustellen, die das Zentrieren von übereinander zu stapelnden optischen Strukturen ermöglichen, oder für andere mechanische Zwecke im Zusammenhang mit dem Zusammenbau der optischen Struktur in einem größeren System.
Vorzugsweise wird das Werkzeug aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt.
Die erste Seite des Substrats kann mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sein.
Die zentrale Öffnung kann kreisförmig sein. In diesen Ausführungsformen kann die zentrale Öffnung einen Durchmesser von 1-2 mm haben. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optische Struktur bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine Basisstruktur, wobei die Basisstruktur ein Substrat mit einem optischen Element aufweist, das sich von einer ersten Seite des Substrats aus erstreckt; und einen auf der Basisstruktur ausgebildeten Abstandshalter, wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung über dem optischen Element aufweist.
Der Abstandshalter wird durch das hier beschriebene Herstellungsverfahren auf der Basisstruktur gebildet. Daher ist zwischen der Basisstruktur und dem Abstandshalter keine Klebeschicht vorhanden.
Die Basisstruktur kann eine Vorstruktur aufweisen, die das optische Element umgibt, und der Abstandshalter kann so geformt sein, dass er die Vorstruktur abdeckt.
In einigen Ausführungsformen ist der Abstandshalter so geformt, dass er das Substrat abdeckt.
In einigen Ausführungsformen ist der Abstandshalter so geformt, dass er einen Teil des optischen Elements abdeckt.
Diese und andere Aspekte werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung soll durch diese Zusammenfassung nicht beschränkt sein, auch nicht auf Ausführungsformen, die notwendigerweise einige oder alle der genannten Nachteile beseitigen.
Figurenliste
Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden jetzt nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1a ein bekanntes Replikationsverfahren zur Herstellung eines optischen Elements veranschaulicht;
1b einen bekannten Abstandshalter veranschaulicht;
2 und 3 ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Struktur gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen;
4a-d Abstandshaltervarianten für Ausführungsformen veranschaulichen, bei denen die optische Struktur eine Vorstruktur aufweist; und
5a-c veranschaulichen Abstandshaltervarianten für Ausführungsformen, bei denen die optische Struktur keine Vorstruktur aufweist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Ausführungsformen werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1a zeigt ein bekanntes Replikationsverfahren zum Herstellen eines optischen Elements mit einem Querschnitt durch ein Werkzeug 102 und ein Substrat 106. Ein bevorzugtes Material des Werkzeugs 102 ist Polydimethylsiloxan (PDMS), es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Das Werkzeug 102 weist eine Replikationsfläche mit einem oder mehreren Replikationsabschnitten auf, deren Oberfläche jeweils eine (negative) Kopie einer Oberflächenform eines herzustellenden optischen Elements ist. Der/die Replikationsabschnitt(e) kann/können konvex sein und somit eine konkave Oberfläche des optischen Elements definieren, oder konvex sein und eine konkave Oberfläche des optischen Elements definieren.
Das Substrat 106 hat eine erste Oberseite und eine zweite Unterseite und kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein, zum Beispiel aus Glas. 1a zeigt die Ausbildung eines optischen Elements 110, das sich von der ersten Oberseite des Substrats 106 erstreckt. Wie in 1a dargestellt ist, weist das Substrat 106 ein optisches Element 108 auf, das sich von der zweiten Unterseite des Substrats 106 aus erstreckt.
Zur Replikation der Replikationsoberfläche des Werkzeugs 102 wird ein Replikationsmaterial 104 (z.B. Epoxid) auf das Substrat 106 oder das Werkzeug 102 oder auf das Werkzeug 102 und das Substrat 106 aufgebracht.
Nach dem Auftragen des Replikationsmaterials 104 werden das Substrat 106 und das Werkzeug 102 zueinander ausgerichtet. Im Anschluss an die Ausrichtung werden das Substrat 106 und das Werkzeug 102 zusammengeführt. Sobald das Replikationsmaterial 104 ausgehärtet ist, wird das Werkzeug 102 entfernt.
Während der Replikation fließt überschüssiges Replikationsmaterial oder Epoxidharz, das während des Aufspritzens aufgetragen wird, normalerweise über den interessierenden Bereich hinaus und bildet eine Vorstruktur 112, wenn das Werkzeug 102 und das Substrat 106 (z.B. Glas) in Kontakt gebracht werden. Die Vorstruktur 112 hat in der Regel eine kreisförmige Form. Diese kreisförmige Vorstruktur 112 hat keine optische Funktion, sondern resultiert daraus, dass während des Replikationsprozesses mehr Epoxidharz 104 aufgetragen wird als für die jeweilige Struktur erforderlich ist, wodurch ein Überlauf entsteht. Das zusätzliche Epoxidharz 104 stellt sicher, dass das gesamte für eine bestimmte Struktur benötigte Volumen an Replikationsmaterial zur Verfügung steht (da die Toleranz des Epoxidharzvolumens nicht null ist), und die zusätzliche Flüssigkeit sammelt sich, um die Vorstruktur 112 zu bilden. Wie in 1a veranschaulicht, weist die Vorstruktur 112 einen Epoxidmeniskus 114 auf. Typischerweise hat die Vorstruktur 112 eine Höhe h_y von 30 -300 µm und eine Breite w_y von 200-400 µm.
Wie in 1b veranschaulicht ist, ist es bekannt, einen vorgefertigten Glasabstandshalter 116 auf der Oberseite des Substrats 106 anzubringen. Der Glasabstandshalter 116 hat eine zentrale Öffnung, durch die sich das optische Element erstrecken kann. Die auf dem Abstandshalter 116 dargestellten vertikalen Linien illustrieren die Unterscheidung zwischen der kreisförmigen Öffnung des Abstandshalters 116 und seinen Wänden. In der Konstruktionspraxis wird in der Regel ein gewisser Spielraum zwischen dem inneren Rand der zentralen Öffnung des Abstandshalters und der Vorstruktur benötigt, um Interferenzen im Falle einer Fehlausrichtung zu vermeiden. Daher abdeckt der Abstandshalter die Oberseite der Vorstruktur 112 weder im Normalfall noch im schlimmsten Fall einer Fehlausrichtung. Der Glasabstandshalter 116 wird mit einer Klebeschicht (z.B. Klebstoff) auf dem Substrat befestigt. Wie in 1b veranschaulicht ist, kann das Substrat 106 eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Wenn das Substrat 106 in ein optoelektronisches Modul mit einem optischen Sensor eingebaut wird, dienen die Öffnungen 118 dazu, Licht durchzulassen, das nicht auf den optischen Sensor fällt, um zu verhindern, dass Streulicht auf den optischen Sensor fällt.
2 und 3 veranschaulichen ein Verfahren 200 zum Herstellen einer optischen Struktur 300 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 2 veranschaulicht ist, wird in einem ersten Schritt S202 eine Basisstruktur bereitgestellt, die ein Substrat 306 mit einem optischen Element 308 aufweist, das sich von einer ersten Oberseite des Substrats 306 erstreckt. Das Substrat 306 hat eine erste Oberseite und eine zweite Unterseite und kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein, zum Beispiel aus Glas. Die Basisstruktur kann durch einen Replikationsprozess, wie oben beschrieben, gebildet worden sein. Die erste Oberseite des Substrats 306 ist vorzugsweise mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen.
Bei den optischen Elementen, auf die hier Bezug genommen wird, kann es sich um eine Linse handeln. Es ist ersichtlich, dass dies nur ein Beispiel ist und das optische Element jedes Element sein kann, das das einfallende Licht beeinflusst, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Linse, einen Kollimator, einen Mustergenerator, einen Deflektor, einen Spiegel, einen Strahlteiler, ein Beugungsprisma, einen Diffusor, ein Mikrolinsenarray, ein Elemente zur Zerlegung der Strahlung in ihre spektrale Zusammensetzung usw. sowie Kombinationen davon.
Zwar werden hier Ausführungsformen unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die ein optisches Element 308 zeigt, das sich von der ersten Oberseite des Substrats 306 aus erstreckt, und ein weiteres optisches Element 310, das sich von der zweiten Unterseite des Substrats 306 aus erstreckt, doch ist dies lediglich ein Beispiel. Das hier beschriebene Herstellungsverfahren für eine optische Struktur gilt sowohl für eine Basisstruktur mit einem einzelnen optischen Element 308, das sich von der ersten Oberseite des Substrats 306 erstreckt als auch für eine Basisstruktur mit zwei optischen Elementen, die sich von der ersten Oberseite bzw. der zweiten Unterseite des Substrats 306 erstrecken.
Während die Ausführungsformen hier unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden, die eine Vorstruktur 312 auf dem Substrat 306 zeigt, gelten die Ausführungsformen auch für das Herstellen einer optischen Struktur aus einem Substrat 306, auf dem eine Vorstruktur 312 nicht vorhanden ist. In Schritt S204 wird flüssiger Fotoresist auf die Basisstruktur aufgetragen. Insbesondere wird der flüssige Fotoresist zumindest auf das Substrat 306 und das optische Element 308 aufgetragen. Wenn eine Vorstruktur 312 vorhanden ist, wird der flüssige Fotoresist auch auf die Vorstruktur 312 aufgetragen.
In Schritt S206 wird ein Werkzeug 302 verwendet, um eine Schicht aus dem flüssigen Fotoresist zu bilden. Insbesondere wird das Werkzeug auf eine Höhe über dem Substrat 306 abgesenkt, die einer gewünschten Höhe für einen Abstandshalter 318 (der aus dem flüssigen Fotoresist gebildet werden soll) entspricht. Dies gewährleistet eine genaue Kontrolle der Höhe des Abstandshalters 318 (der aus dem flüssigen Fotoresist gebildet werden soll).
Das Werkzeug 302 kann Kontaktabstandshalterabschnitte aufweisen (in 3 nicht veranschaulicht). Die Kontaktabstandshalterabschnitte sind die Strukturen des Werkzeugs 302, die am weitesten in z-Richtung abstehen. Die Kontaktabstandshalterabschnitte sind im Wesentlichen flach und können daher während des Schritts S206 an dem Substrat 306 anliegen, wobei sich kein Material zwischen den Kontaktabstandshalterabschnitten und dem Substrat 306 befindet. Die Kontaktabstandshalterabschnitte können beispielsweise einen Ring um den Umfang der unteren Oberfläche des Werkzeugs 302 bilden, können eine Vielzahl von einzelnen Abschnitten um den Umfang herum aufweisen oder können eine Vielzahl von einzelnen Abschnitten über einen großen Teil des Umfangs und/oder einen Innenraum der unteren Oberfläche des Werkzeugs 302 aufweisen.
Ein bevorzugtes Material des Werkzeugs 302 ist Polydimethylsiloxan (PDMS), es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Das Werkzeug 302 kann neben einer starren Rückplatte auch einen Teil aus weicherem Material, z.B. PDMS, aufweisen, wobei dieser Teil aus weicherem Material mit dem flüssigen Fotoresist in Kontakt kommen soll. Das in 3 gezeigte Werkzeug 302 hat eine ebene Unterseite (z.B. aus PDMS), die mit dem flüssigen Fotoresist in Kontakt kommt. Dies ist von Vorteil, wenn eine gleichmäßig flache Fotoresistschicht erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen ist das Werkzeug 302 nicht über die gesamte untere Oberfläche, die den flüssigen Fotoresist berührt, flach. Beispielsweise kann die untere Fläche des Werkzeugs 302, die mit dem flüssigen Fotoresist in Berührung kommt, mindestens einen Replikationsabschnitt zur Definition mindestens einer Oberflächenstruktur des Abstandshalters aufweisen.
In Schritt S208 wird ein Abstandshalter 318 aus dem flüssigen Fotoresist gebildet, indem ein Teil des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht 314 bestrahlt wird. Das Werkzeug 302 ist für ultraviolettes Licht transparent. Sobald der Abstandshalter 318 geformt ist, ist die Herstellung der optischen Struktur 300 abgeschlossen und das Werkzeug 302 wird dann entfernt. Die in 3 gezeigte optische Struktur 300 ist lediglich ein Beispiel, und es wird im Folgenden deutlich, dass Alternativen der in 3 veranschaulichten optischen Struktur 300 möglich sind.
In einem Beispiel ist der flüssige Fotoresist, der in Schritt S204 auf die Basisstruktur aufgetragen wird, ein negativer Fotoresist. Bei der Verwendung von negativem Fotoresist führt die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht 314 dazu, dass die chemische Struktur des flüssigen Fotoresists polymerisiert (aushärtet) und einen Abstandshalter 318 bildet, wie in 3 veranschaulicht ist. Das heißt, die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht 314 ist auf bestimmte Bereiche des Fotoresists, die den Abstandshalter 318 bilden sollen, beschränkt. 3 zeigt einen Abstandshalter 318, der das Substrat 306, die Vorstruktur 312 und einen Teil des optischen Elements 308 abdeckt; dies ist nur ein Beispiel, und andere Alternativen sind möglich.
Bei Verwendung von negativem Fotoresist wird ein Bereich oberhalb des optischen Elements 308 nicht mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um eine zentrale Öffnung zu bilden. Der verbleibende unbelichtete negative Fotoresist 316 wird dann entfernt, z.B. durch Spülen mit Entwickler, um den unbelichteten negativen Fotoresist zu entfernen, wobei die Abstandshalterstruktur intakt bleibt.
In anderen Beispielen ist der flüssige Fotoresist, der in Schritt S204 auf die Basisstruktur aufgetragen wird, ein positiver Fotoresist. Bei der Verwendung von positivem Fotoresist trifft das ultraviolette Licht 314 gezielt auf die Bereiche des positiven Fotoresists, die entfernt werden sollen. Das ultraviolette Licht 314 trifft auf mindestens einen Bereich des positiven Fotoresists, der sich über dem optischen Element befindet, um die zentrale Öffnung des Abstandshalters zu definieren. Wie aus den unten beschriebenen Abstandshaltervarianten ersichtlich wird, können auch andere Bereiche des positiven Fotoresists durch das ultraviolette Licht 314 entfernt werden.
Die oben erwähnte zentrale Öffnung des Abstandshalters 318 kann kreisförmig sein, aber auch andere Formen sind möglich. In Ausführungsformen, bei denen die zentrale Öffnung kreisförmig ist, kann die zentrale Öffnung einen Durchmesser von 1-2 mm haben.
Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass bei dem Verfahren 200 keine Klebeschicht benötigt wird, was den Herstellungsprozess vereinfacht.
Bei dem Verfahren 200 kann es möglich sein, elektrische Kontakte durch den Fotoresist hindurch herzustellen.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, mehrere Wafer übereinander zu stapeln und dann den Wafer in einzelne Baugruppen (die aus mehreren gestapelten Wafern gebildet sind) zu vereinzeln. In diesen Fällen sollte sichergestellt sein, dass nach der UV-Bestrahlung und dem Spülen kein Fotoresist in den Vereinzelungslinien zurückbleibt.
Es wird nun auf mögliche Varianten von Abstandshaltern Bezug genommen, die mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden können. Bei all diesen Beispielen beeinträchtigt der Abstandshalter einen aktiven Bereich des optischen Elements (z.B. eine Linse) nicht. In den 4a-d sind Abstandshaltervarianten für Ausführungsformen dargestellt, bei denen die optische Struktur eine Vorstruktur 312 aufweist. In den 4a-d ist der Abstandshalter 318 durch durchgezogene Linien dargestellt.
4a zeigt eine erste Abstandshaltervariante. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 4a gezeigt, ist der Abstandshalter in diesem Beispiel so ausgebildet, dass er die Vorstruktur 312 nur durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abdeckt (z.B. umhüllt). Es wird deutlich, dass der in 4a gezeigte Abstandshalter 318 aufgrund der kreisförmigen Form der Vorstruktur 312 ringförmig ist, jedoch sind auch andere Formen der Vorstruktur (und damit der Abstandshalter) möglich.
4b zeigt eine zweite Abstandshaltervariante. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 4b gezeigt, ist der Abstandshalter in diesem Beispiel so ausgebildet, dass er einen Teil des optischen Elements 308 zusätzlich zu der Vorstruktur 312 durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abdeckt (z.B. umhüllt). Der Teil des optischen Elements 308, der von dem Abstandshalter 318 abgedeckt ist, ist ein äußerer Umfangsabschnitt des optischen Elements 308. Es wird deutlich, dass der in 4a gezeigte Abstandshalter 318 aufgrund der kreisförmigen Form der Vorstruktur 312 ringförmig ist, jedoch sind auch andere Formen von Vorstrukturen (und damit Abstandshaltern) möglich.
4c veranschaulicht eine dritte Abstandshaltervariante. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 4c gezeigt, ist der Abstandshalter in diesem Beispiel so ausgebildet, dass er das Substrat 306 und die Vorstruktur 312 durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abdeckt (z.B. umhüllt).
4d veranschaulicht eine vierte Abstandshaltervariante. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 4d gezeigt, ist in diesem Beispiel der Abstandshalter so ausgebildet, dass er das Substrat 306, die Vorstruktur 312 und zusätzlich einen Teil des optischen Elements 308 durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abdeckt (z.B. umhüllt). Der Teil des optischen Elements 308, der von dem Abstandshalter 318 abgedeckt ist, ist ein äußerer Umfangsabschnitt des optischen Elements 308. Die vierte Abstandshaltervariante entspricht der in 3 gezeigten.
In den oben beschriebenen Abstandshaltervarianten abdeckt der Abstandshalter 318 eine obere Fläche von mindestens der Vorstruktur 312 und kann daher als „Vorstruktur -einehmender Abstandshalter“ betrachtet werden, da die Abstandshalterstruktur die Vorstruktur 312 umhüllt. In Ausführungsformen, bei denen der Abstandshalter so geformt ist, dass er zumindest die Vorstruktur abdeckt, wird die Größe der optischen Struktur 300 in radialer Richtung vorteilhaft reduziert. Insbesondere wenn die oben beschriebenen Techniken zur Herstellung mehrerer optischer Strukturen auf einem Wafer (einem Substrat) verwendet wurden, hat die verringerte radiale Größe jeder der optischen Strukturen zu einer 58%igen Erhöhung der Besetzungsdichte optischer Strukturen auf einem Wafer geführt, was die Herstellungseffizienz verbessert.
In den 5a-c sind Abstandshaltervarianten für Ausführungsformen dargestellt, bei denen die optische Struktur keine Vorstruktur 312 aufweist. In den 5a-c ist der Abstandshalter 318 durch durchgezogene Linien dargestellt.
In 5a ist eine fünfte Abstandshaltervariante dargestellt. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 5a gezeigt, wird in diesem Beispiel der Abstandshalter so ausgebildet, dass er das Substrat 306 nur durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abgedeckt (z.B. umhüllt). In diesem Beispiel ist der Abstandshalter 318 mit einer zentralen Öffnung versehen, durch die sich das optische Element 308 erstrecken kann. Ein innerer Rand der zentralen Öffnung des Abstandshalters 318 kann an das optische Element 308 anstoßen, wenn der Abstandshalter 318 gebildet wird.
5b zeigt eine sechste Abstandshaltervariante, die sich von der fünften Abstandshaltervariante dadurch unterscheidet, dass zwischen dem inneren Rand der zentralen Öffnung des Abstandshalters 318 und dem optischen Element 308 ein Spalt vorgesehen ist, wenn der Abstandshalter 318 geformt wird.
5c zeigt eine siebte Abstandshaltervariante. Insbesondere ist eine Draufsicht auf das Substrat 306 zusätzlich zu einer Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter 318 gezeigt, der mit dem oben beschriebenen Verfahren 200 hergestellt werden kann. Wie in 5c gezeigt, wird in diesem Beispiel der Abstandshalter so ausgebildet, dass er einen Teil des optischen Elements 308 zusätzlich zum Substrat 306 durch geeignete Ausrichtung des ultravioletten Lichts 314 abdeckt (z.B. umhüllt). Der Teil des optischen Elements 308, der von dem Abstandshalter 318 abgedeckt ist, ist ein äußerer Umfangsabschnitt des optischen Elements 308. In solchen Ausführungsformen, bei denen der Abstandshalter so ausgebildet ist, dass er zumindest das optische Element 308 abdeckt, wird die Größe der optischen Struktur in radialer Richtung vorteilhaft reduziert.
Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese Ausführungsformen nur illustrativ sind und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Der Fachmann wird in der Lage sein, im Hinblick auf die Offenbarung Änderungen und Alternativen vorzunehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes in der vorliegenden Beschreibung offenbarte oder abgebildete Merkmal kann in jede beliebige Ausführungsform eingebaut sein, sei es allein oder in geeigneter Kombination mit jedem anderen hier offenbarten oder abgebildeten Merkmal.
Bezugszeichenliste

102: Werkzeug
104: Replikationsmaterial
106: Substrat
108: Optisches Element
110: Optisches Element
112: Vorstruktur
114: Epoxidmeniskus
116: Abstandshalter
118: Apertur
300: Optische Struktur
302: Werkzeug
306: Substrat
308: Optisches Element
310: Optisches Element
312: Vorstruktur
314: Ultraviolettes Licht
316: Unbelichteter negativer Fotoresist
318: Abstandshalter

Claims

Verfahren zur Herstellung einer optischen Struktur (300), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Basisstruktur (S204), wobei die Basisstruktur ein Substrat (306) mit einem optischen Element (308) aufweist, das sich von einer ersten Seite des Substrats aus erstreckt, Auftragen von flüssigem Fotoresist auf die Basisstruktur (S204); Verwenden eines Werkzeugs (302), um eine Schicht des flüssigen Fotoresists (S206) zu bilden, wobei die Höhe der Schicht durch Absenken des Werkzeugs auf eine Höhe über dem Substrat gesteuert wird; und Bilden eines Abstandshalters (318) aus dem flüssigen Fotoresist (S204) durch Belichten eines Teils des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht (314), wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung oberhalb des optischen Elements aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Basisstruktur eine Vorstruktur (312) aufweist, die das optische Element umgibt, und das Verfahren das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf die Vorstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Abstandshalter so geformt ist, dass er die Vorstruktur abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf einen Teil des optischen Elements aufweist und der Abstandshalter so geformt ist, dass er den Teil des optischen Elements abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Auftragen des flüssigen Fotoresists auf das Substrat aufweist und der Abstandshalter so ausgebildet ist, dass er das Substrat abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Fotoresist ein negativer Fotoresist ist und das Ausbilden des Abstandshalters Folgendes aufweist: Bestrahlen nur des Teils des flüssigen Fotoresists mit ultraviolettem Licht, um den Fotoresist zu härten, wobei ein Bereich oberhalb des optischen Elements nicht mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, um die zentrale Öffnung zu bilden; und Entfernen des verbleibenden unbelichteten negativen Fotoresists.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Fotoresist ein positiver Fotoresist ist und die Bildung des Abstandshalters das Belichten mit ultraviolettem Licht mit mindestens einem Bereich über dem optischen Element aufweist, um die zentrale Öffnung des Abstandshalters zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug eine flache Unterseite aufweist, die mit dem flüssigen Fotoresist in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug eine untere Oberfläche aufweist, die mit dem flüssigen Fotoresist in Kontakt steht, wobei die untere Oberfläche mindestens einen Replikationsabschnitt zur Definition mindestens einer Oberflächenstruktur des Abstandshalters aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Seite des Substrats eine antireflektierende Beschichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zentrale Öffnung kreisförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zentrale Öffnung einen Durchmesser von 1-2 mm hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flüssige Fotoresist aus einem Material gebildet ist, das für eine interessierende Wellenlänge eines optischen Strahls, der auf das optische Element einfallen soll, undurchsichtig ist.
Optische Struktur (300), aufweisend: eine Basisstruktur, wobei die Basisstruktur ein Substrat (306) mit einem optischen Element (308) aufweist, das sich von einer ersten Seite des Substrats aus erstreckt; und einen Abstandshalter (318), der auf der Basisstruktur ausgebildet ist, wobei der Abstandshalter eine zentrale Öffnung oberhalb des optischen Elements aufweist.
Optische Struktur nach Anspruch 15, wobei die Basisstruktur eine Vorstruktur (312) aufweist, die das optische Element umgibt, und der Abstandshalter so ausgebildet ist, dass er die Vorstruktur abdeckt.
Optische Struktur nach Anspruch 15, wobei der Abstandshalter so ausgebildet ist, dass er das Substrat abdeckt.
Optische Struktur nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Abstandshalter so ausgebildet ist, dass er einen Teil des optischen Elements abdeckt.