KR20170031661A - 복제에 의한 광학 부재의 제조 및 관련 복제 공구와 광학 소자 - Google Patents

Abstract

광학 부재를 포함하는 광학 구조체를 제조하기 위한 복제 공구(10)가 기재되어 있다. 상기 복제 공구는
- 광학 구조체의 일부의 음형을 한정하는 형상과 수직 정렬된 중심축(A)을 가진 중앙 영역(c);
- 중앙 영역(c)을 측면 방향으로 둘러싸고 있는 주변 영역(s); 및
- 접촉면(5a)으로서 지칭되는 면을 한정하는 하나 이상의 접촉 분리부(15)를 포함한다.
제1 방위각 범위 내 주변부는 중심축(A)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 제1 보상 표면(f1)을 제공하고 제2 방위각 내 주변부는 중심축(A)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 제2 보상 표면(f1)을 제공한다. 제2 방위각 범위 내 중심축(A)을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면(f2)의 경사도는 제1 방위각 범위 내 중심축(A)을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면(f1)의 경사도보다 크다. 관련 광학 소자 및 복제 공구(10)를 사용하여 광학 구조체를 제조하기 위한 관련 방법 또한 기재되어 있다. 본 발명을 이용하면 웨이퍼 수준의 양산에 있어서 기판(5) 위 광학 구조체가 차지하는 공간을 국소적으로 줄일 수 있다.

Description

복제에 의한 광학 부재의 제조 및 관련 복제 공구와 광학 소자{MANUFACTURE OF OPTICAL ELEMENTS BY REPLICATION AND CORRESPONDING REPLICATION TOOLS AND OPTICAL DEVICES}

본 발명은 광학 분야, 특히 미소광학(micro-optics) 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 부품의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 복제 공구와 광학 소자와 이들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 청구항의 첫 절에 따른 방법과 장치에 관한 것이다.

용어 정의

"능동 광학 부품": 감광 또는 발광 부품. 예컨대 포토다이오드, 포토다이오드 어레이, 이미지 센서, LED, OLED, 레이저 칩. 능동 광학 부품은 미가공 다이(bare die)로서 또는 패키지로, 즉 패키징된 부품으로서 존재할 수 있다.

"수동 광학 부품": 렌즈, 프리즘, 또 다른 회절 또는 굴절 구조체, 거울 또는 광학 시스템과 같은 굴절 및/또는 회절 및/또는 (내부 및/또는 외부) 반사에 의해 광의 방향을 전환시키는 광학 부품으로서, 이때 광학 시스템은 경우에 따라 개구 조리개, 이미지 스크린, 홀더와 같은 기계 소자를 포함할 수도 있는 이러한 광학 부품들의 집합체이다.

"광전자 모듈": 적어도 하나의 능동 및 적어도 하나의 수동 광학 부품이 포함되어 있는 부품.

"복제(Replication)": 소정의 구조체 또는 이의 음형(negative)을 재현하는 기술. 예컨대 에칭, 엠보싱(임프린팅), 주조, 성형.

"웨이퍼": 실질적으로 디스크 또는 판 형상의 물품으로, 그의 한 방향(z-방향 또는 수직 방향 또는 적층 방향)의 연장길이가 다른 두 방향(x- 및 y-방향 또는 측면 방향)의 연장길이에 비해 작다. 보통 (비-블랭크) 웨이퍼 상에는 복수 개의 유사한 구조체 또는 물품들이 배치되거나 그 내부에, 전형적으로는 장방형 그리드 위에 제공된다. 웨이퍼는 개구부 또는 홀을 가질 수 있고 나아가 웨이퍼는 측면 영역의 주요 부분에 재료가 없을 수도 있다. 웨이퍼는 임의의 측면 형상을 가질 수 있되 둥근 형상과 장방형 형상이 매우 보편적이다. 많은 분야에서 웨이퍼는 주로 반도체 재료로 제조되는 것으로 이해되고 있지만 본원에서는 이를 명시적으로 제한하지 않는다. 따라서 웨이퍼는 예를 들면 반도체 재료, 폴리머 재료, 금속과 폴리머 또는 폴리머와 유리 재료를 포함하는 복합 재료로 주로 제조될 수 있다. 특히 열경화성 또는 UV 경화성 폴리머와 같은 경화성 재료는 본 발명과 관련하여 흥미로운 웨이퍼 재료이다.

"측면 방향": "웨이퍼" 참조(기판은 웨이퍼이거나 웨이퍼의 일부일 수 있음에 유의)

"수직": "웨이퍼" 참조(기판은 웨이퍼이거나 웨이퍼의 일부일 수 있음에 유의)

"광": 가장 일반적으로 전자기 방사선; 더 구체적으로는 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시광선 또는 자외선 부분의 전자기 방사선.

EP 1 837 165 A1에는 오버플로우 용적부를 가진 공구를 사용하여 광학 부재를 성형하기 위한 방법이 공지되어 있다. 상기 문헌에는 이러한 공구의 다양한 종류들이 기재되어 있다.

본 발명은 공간 제약이 큰 상태에서 기판상에 광학 부재를 제조할 수 있다는 의도로부터 도출되었다. 미소광학에서 소형화와 기판 면적당 더욱더 많은 기능성을 제공할 필요성은 중요한 문제이다. 또한 광학 부재를 대량으로 제조하고자 할 때에는 적절한 수율과 이에 따른 효율적인 제조 공정을 달성하기 위해서 높은 공정 안정성에 이르러야 한다.

특히 이는 광학 부재, 예를 들어 렌즈 부재는 또 다른 광학 부재 또는 2개의 웨이퍼 또는 기판을 명확히 특정된 상호 거리로 유지하기 위한 스페이서의 일부와 같은 또 다른 물품에 가까이 존재하여야 이루어질 수 있다. 그리고 이때 몇몇 방향, 예를 들어 다른 물품으로부터 멀어지는 방향으로 더 많은 공간을 이용할 수 있도록 제공될 수 있다.

비대칭 공간 제약이 있는 이러한 경우, 광학 부재 또는 상기 광학 부재를 포함하는 광학 소자의 제조를 광학 부재를 포함하는 광학 구조체가 차지하는 공간 역시 비대칭이고 특히 상기 차지 공간을 비대칭 공간 제약에 맞춰 조정하는 방식으로 실시하는 것이 유용할 수 있다.

특히 광학 구조체는 복제 공구를 사용하여 기판상에 광학 부재를 제조하는 엠보싱형 공정을 이용하여 제조할 수 있다. 그리고 보다 구체적으로 광학 부재 자체 내 최종적으로 존재하는 것보다 이러한 엠보싱형 공정에서 더 많은 복제 재료가 사용되도록 제공할 수 있다. 특히 이러한 엠보싱형 공정으로 광학 부재와 또한 상기 광학 부재 주위에 존재하는 주변부를 포함하는 광학 구조체를 제조할 수 있다. 추가량의 복제 재료(여분의 복제 재료)와 그 주변부를 각각 제공하는 하나의 이유는 복제 공구와 기판 사이에 (전형적으로 이들 중 하나 또는 2개 모두의 위에) 복제 재료를 도포하는 분배 공정은 정밀도가 제한적이기 때문이다. 그리고 또한 주변부는 엠보싱 공정 중에 복제 재료의 유동 제어를 가능하게 할 수 있다. 그리고 여분의 복제 재료를 제공하면 광학 부재에 공극(void)이 형성되는 것을 막는데 기여할 수 있다.

본 발명자들은 복제 공구의 특정 구성이 우수한 공정 안정성뿐만 아니라 동시에 기판상에 엠보싱형 복제 공정으로 제조한 광학 구조체가 차지하는 공간의 비대칭성을 크게 할 수 있다는 점에 착안하였다. 반대로, 본 발명자들은 광학 부재와 주변부를 포함하는 특정 유형 또는 구성의 광학 구조체 또는 광학 소자가 비대칭 공간 제약 상태에서 양산에 특히 적합하다는 점에 착안하였다.

엠보싱 공정에 사용되는 복제 공구를 (복제 공구의 제조 중에) 복제 공구의 구조화를 가능하게 하는 제한된 수직 범위만을 갖는 공정을 이용하여 제조하는 경우에는 추가 제약이 존재할 수 있다. 이에 따라 복제 공구는 제한된(전형적으로는 소정의) 최대 수직 범위 내에서만 구조화되어 주변부(및 광학 부재)가 차지할 수 있는 (최대) 높이(최대 수직 연장길이)를 제한하도록 제공될 수 있다.

따라서 본 발명의 하나의 목적은 비대칭 공간 제약과 조합하여 양산에 특히 적합한 광학 부재 또는 광학 부재 각각을 포함하는 광학 구조체 또는 광학 부재 또는 광학 구조체 각각을 포함하는 광학 소자를 제조하는 방법을 구현하는 것이다. 상기 제조 방법 외에도 관련 복제 공구와 관련 광학 소자를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판 위 광학 구조체가 차지하는 공간을 적절히 조정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적어도 하나의 방향에 광학 부재를 포함하는 광학 구조체가 차지하는 공간을 최소화하는 방법으로서, 특히 공구 제조 공정을 이용하여 제조되는 복제 공구를 사용하되 복제 공구를 구조화할 수 있는 수직 범위를 제한하는 방법을 제공하는 것이다.

다른 목적들은 아래의 설명과 구현예들에 나타나 있다.

이들 목적 중 적어도 하나는 특허청구범위에 따른 장치와 방법에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.

본 발명자들이 얻은 중요한 이해는 서로 다른 방향으로 서로 다른 경사도를 가진 복제 공구를 제공하면 복제 재료의 유동을 잘 제어하도록 하여 양호한 공정 안정성과 고수율을 가능하게 하면서 비대칭성이 큰 공간을 차지하는 광학 구조체를 제조할 수 있다는 것이다.

좀 더 구체적으로, 복제 공구는 중앙 영역을 측면 방향으로 둘러싸는 주변 영역을 갖고 주변 영역에는 다른 방향(즉, 광학 구조체에 대한 공간 제약이 덜 심한 방향)보다 몇몇 측면 방향(즉, 광학 구조체가 작은 공간만을 차지할 수 있는 방향)으로 높이(기판이 위치할 장소로부터 떨어져 있는 수직 방향)가 더 크게 증가하는 표면("보상 표면(compensation surface)", 아래 참조)이 존재한다.

관련 복제 공구는

- 광학 구조체의 일부의 음형을 한정하는 형상을 갖는 중앙 영역으로서, (예를 들어 광학 구조체의 광학축과 일치할 수 있는) 수직 정렬된 중심축을 갖는 중앙 영역;

- 중앙 영역을 측면 방향으로 둘러싸고 있는 주변 영역;

- 접촉면으로서 지칭되는 면을 한정하는 하나 이상의 접촉 분리부(contact standoff)를 포함하는 광학 부재를 포함하는 광학 구조체를 제조하기 위한 복제 공구로서 더 정확하게 기재될 수 있는데, 이때 복제 공구의 모든 부분은 접촉면의 하나의 그리고 동일한 측면에 배치되어 있다. 접촉면에 대해 수직으로 정렬된 방향을 따라 접촉면으로부터 상기 측면으로 향하는 방향을 수직 방향으로서 지칭하고 측면 방향은 수직 방향에 수직인 방향으로서 정의한다.

또한 제1 방위각 범위 내 주변부는 제1 보상 표면으로서 지칭되는 중심축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 표면을 제공하고; 제2 방위각 범위(통상적으로 제1 방위각 범위와 겹침이 없는 것을 의미함) 내 주변부는 제2 보상 표면으로서 지칭되는 중심축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 표면을 제공한다. 방위각 범위란 중심축을 중심으로 하는 측면에서 각도 범위로서 정의된다.

그리고 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면의 경사도는 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면의 경사도보다 크고, 이때 상기 경사도는 모두 각각의 표면의 중심축으로부터 거리가 증가할 때마다 각각의 표면의 수직 좌표가 증가하는 것으로서 정의된다. 경사도가 중심축까지의 거리에 따라 일정하지 않고 변하는 경우에 경사도는 평균 경사도는 평균 경사도로서, 이 경우 더 구체적으로 경사도는 경사도를 평균하여 얻어지는 값일 것이다.

경사도는 반경 방향 좌표(중심축으로부터 앞서 언급한 거리를 표기한)에 따른 각각의 단면에 있는 각각의 보상 표면의 형태를 상기 반경 좌표에 대해 나타내는 도함수로서 (좀 더 수학적인 방법으로) 생각할 수도 있다. 이때 반경 좌표는 중심축에서 0이고 주변부 방향으로 증가하며 수직 좌표는 접촉면에서 0이고 복제 공구(및 각각의 보상 표면)가 있는 방향으로 증가한다. 수직 좌표는 수직 방향과 평행한(그리고 역평행하지 않은) 좌표이다.

상기 보상 표면에 상기 경사도를 제공하면 광학 구조체가 차지하는 공간을 제2 방위각 범위에서는 상대적으로 작고 제1 방위각 범위에서는 비교적 크게 유지할 수 있다. 특히 제1 방위각 범위 내 광학 구조체의 반경 방향 연장길이에서 광학 부재의 반경 방향 연장길이를 뺀 값은 제2 방위각 범위 내 광학 구조체의 반경 방향 연장길이에서 광학 부재의 반경 방향 연장길이(측면 방향 연장길이를 구성하는 반경 방향 연장길이)를 뺀 값의 적어도 3배, 더 구체적으로는 적어도 5배, 훨씬 더 구체적으로는 적어도 8배가 되게 할 수 있다. 광학 구조체가 실질적으로 중앙 영역에 의해 주로 형상이 결정되는 광학 부재와 주변 영역에 의해 주로 형상이 결정되는 주변부로 구성되는 경우 및/또는 광학 구조체가 차지하는 공간의 경계가 주변 영역의 복제 재료와 광학 구조체가 그 위에서 제조되는 기판(또는 기판의 표면) 간 계면의 외부 윤곽과 실질적으로 동일한 경우에, 제1 방위각 범위 내 주변부의 반경 방향(측면 방향) 연장길이는 제2 방위각 범위 내 주변부의 반경 방향(측면 방향) 연장길이의 적어도 3배, 더 구체적으로는 적어도 5배, 훨씬 더 구체적으로는 적어도 8배가 되도록 제공될 수 있다.

위의 문단에 기재 및 비교하고 있는 크기는 제1 및 제2 방위각 범위에서 광학 부재보다 큰 광학 구조체의 반경 방향 연장길이(제1 기판 표면에서)로서 더 간단하지만 덜 정확하게 기술할 수도 있다.

측면 방향 연장길이의 이러한 큰 비대칭성은 인근의 다른 물품에 매우 근접하여 광학 부재를 제조할 수 있게 한다.

위에서 언급한 증가는(특히 좌표에서) 음일 수도 있는데, 즉 실제로는 감소하는 경우이다. 후술하는 바와 같이, 관련 제2 보상 표면을 제공할 수도 있다.

중심축은 광학 부재의 중심축에 해당하고, 예를 들면 기판 위 광학 부재가 차지하는 공간의 질량중심을 지나는 수직 정렬 축으로서 정의될 수 있다. 특히 상기 차지 공간의 경계는 기판 및 광학 부재를 구성하는 복제 재료의 상기 일부 간 계면의 외부 윤곽으로서 이해될 수 있다. 원형 개구 형상을 가진 광학 부재, 예를 들어 구면 렌즈 부재의 경우에 중심축은 광학 부재의 광축과 일치한다.

중심축은 단면의 위치 및 광학 구조체에 관한 방향과 거리를 명확하게 정의할 수 있게 하기 위해 위에서 주로 언급되어 있다. 따라서 중심축의 다른 정의들을 선택적으로 사용할 수 있다.

통상적으로 주변 영역은 중앙 영역과 서로 경계를 이룬다(인접한다).

하나 이상의 접촉 분리부는 접촉면과 이에 따라 광학 구조체에 관한 방향과 거리를 명확하게 정의할 수 있게 하기 위해 위에서 주로 언급되어 있다. 그러나 하나 이상의 접촉 분리부를 제공하면 그 위에 광학 구조체가 제조될 기판(보다 정확하게는 상기 기판의 표면)과 중앙 영역에 있는 복제 공구 간 수직 거리를 매우 정확하게 정의할 수 있게 한다. 이에 따라 접촉 분리부에 의해 광학 부재의 수직 치수를 매우 정확하게 정의할 수 있다.

통상적으로 제1 방위각 범위는 연속적이다. 그리고 제2 방위각 범위는 통상적으로 연속적이다. 그리고 방위각 범위들은 일반적으로 임의의 크기를 가질 수 있다.

특히 그러나 제2 방위각 범위는 예를 들어 적어도 30° 또는 적어도 45°, 특히 적어도 60°일 수 있지만, 적어도 90° 또는 적어도 130°의 제2 방위각 범위가 제공될 수도 있다.

제1 방위각 범위는 예를 들어 적어도 30° 또는 적어도 45°, 특히 적어도 60°일 수 있지만, 적어도 90° 또는 적어도 130°의 제1 방위각 범위가 제공될 수도 있다.

보상 표면은 여분의 복제 재료가 부착될 수 있는 표면을 제공하는 것을 의미한다. 이러한 의미에서 보상 표면은 엠보싱 공정 중에 복제 공구와 기판 사이에 (많은) 너무 많은 복제 재료가 존재하는 경우를 보상한다. 보상 표면은 하나의 그리고 동일한 (연속적인) 표면의 서로 다른 영역일 수 있는데, 특히 이때 상기 하나의 (연속적인) 표면은 중앙 영역을 측면 방향으로 완전히 둘러쌀 수 있다. 그리고 더 구체적으로는 보상 표면들이 함께 하나의 (연속적인) 표면을 구성하도록 하고 게다가 하나의 (연속적인) 표면이 중앙 영역을 측면 방향으로 완전히 둘러쌀 수 있도록 제공될 수 있다.

상기 경사도들 중 하나 또는 2개 모두는 (중심축을 안에 포함하는 각각의 단면에서 측면 방향(반경 방향) 좌표를 따라) 일정하지 않도록 제공될 수 있다. 이 경우에 특히 (제1 방위각 범위 내) 각각의 단면에서 제2 보상 표면의 임의의 경사도는 (제1 방위각 범위 내) 각각의 단면에서 제1 보상 표면의 임의의 경사도보다 높도록 제공될 수 있다.

게다가 특히 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면의 임의의 경사도는 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면의 임의의 경사도보다 높도록 제공될 수 있다.

특히 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면이 중심축으로부터 거리가 증가할수록 경사도가 감소한다는 점에서 비-직선(곡선형)이고 특히 오목한 제1 보상 표면을 제공하는 것은 특히 중요할 수 있음이 밝혀졌다.

이를 제공하면 여분의 복제 재료가 상대적으로 소량인 경우에는 충분한 양의 여분의 복제 재료가 제2 방위각 범위에 남아 있을 수 있어 제2 방위각 범위에는 공극이 생성되지 않도록 할 수 있는 반면에 여분의 복제 재료가 상대적으로 다량인 경우에는 비교적 다량의 여분의 복제 재료가 제1 방위각 범위에 존재하여 상대적으로 매우 적은 양의 여분의 복제 재료가 제2 방위각 범위에 존재하도록 하여 제2 방위각 범위에서 차지하는 공간이 바람직하지 않게 커지지 않게 할 수 있다.

또한 평활한 보상 표면, 특히 평활한 제1 보상 표면, 보다 구체적으로 (적어도 중심축을 내부에 포함하는 단면 내) 에지를 갖지 않는 (제1) 보상 표면을 제공하는 것이 유리할 수 있음이 밝혀졌다. 좀 더 수학적인 방법으로 표현하면, (제1) 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 (제1) 보상 표면은 연속적으로 미분 가능하도록 제공될 수 있다. 이러한 에지 또는 미분할 수 없는 지점이 존재하면 복제 공정 중에 각각의 방위각 범위에서 복제 재료의 연속 유동을 방해할 수 있고 공정 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러나 다른 위치에 에지를 제공하는 것이 유리할 수 있는바, 이에 대해서는 아래를 참조할 것.

특히 제1 보상 표면은 적어도 중심축으로부터 거리가 증가함에 따라 접촉면으로부터 제1 보상 표면의 거리가 증가를 멈추는, 예를 들어 복제 공구가 기판 표면에 평행하게 되는 지점까지 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 단면(특히 임의의 단면)에서 평활하도록(또는 연속적으로 미분 가능하도록) 제공될 수 있다.

선택적으로 또는 추가로, 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면의 측면 방향(반경 방향) 연장부 전체를 통해 중심축으로부터 거리가 증가함에 따라 접촉면으로부터 제1 보상 표면의 거리가 증가하고 제1 보상 표면은 중심축으로부터 거리가 증가함에 따라 접촉면으로부터 제1 보상 표면의 거리가 증가를 멈추는 중심축으로부터의 거리에서 끝나도록 제공될 수 있다.

비슷하게 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면은 제2 보상 표면의 경사도가 0이 되거나 부호가 바뀌는 곳에서 끝난다.

또한 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면이 중심축으로부터 거리가 증가할수록 일정한 경사도 또는 증가하는 경사도를 갖는다는 점에서 직선 또는 나아가 볼록 형상의 제2 보상 표면을 제공하는 것이 특히 유리할 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 방법으로 여분의 복제 재료의 양이 증가할수록 차지 공간의 증가가 오목한 형상에 비해 줄어든다.

복제 공구에서 오목한 제1 보상 표면(상술한 의미에서)과 직선 또는 경우에 따라 나아가 볼록한 제2 보상 표면(상술한 의미에서) 모두를 제공하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로 높은 공정 안정성을 제공하면서 여분의 복제 재료의 양이 증가함에 따라 제2 방위각 범위에서 반경 방향 연장길이를 특히 적게 증가시킬 수 있다.

또한 복제 공구(보다 구체적으로는 주변 영역)는 중앙 영역과 보상 표면 중 하나 또는 2개 사이에서 유지부(retaining portion)로서 지칭되는 부분을 가지며, 상기 유지부에서는 접촉 분리부가 그렇듯이 복제 공구가 특히 접촉면 가까이 연장되지만 접촉하지 않도록 제공될 수 있다. 더 구체적으로 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면 및/또는 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 주변 영역은 각각의 단면에서 복제 공구가 접촉면까지 가장 작지만 0이 아닌 거리를 가진 유지부로서 지칭되는 부분을 포함하고 유지부는 중앙 영역과 각각의 보상 표면 사이에 위치하도록 제공될 수 있다.

이러한 방식으로 복제 재료에 작용하여 유지부 또는 이와 가까이에서 복제 공구와 기판 사이에 복제 재료를 강하게 고정하는 표면력(또는 모세관력)을 갖는 것이 가능하게 될 수 있다. 따라서 유지부로부터 또는 더욱 중요하게는 중앙 영역으로부터 복제 재료(또는 적어도 그의 실질적인 일부)가 제거되는 것을 좀 더 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 유지부는 그 밖의 다른 방위각 범위에서도 상술한 특성을 가지면서 중앙부 주위에서 측면 방향으로 완전히 연장될 수 있다.

유지부는 특히 복제 공구가 접촉면에 실질적으로 평행하게 정렬되는 유지 영역으로서 지칭되는 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 유지부는 특히 효율적으로 복제 재료(또는 적어도 그의 실질적인 일부)가 유지부로부터 또는 더욱 중요하게는 중앙 영역으로부터 제거되게 할 수 있다. 유지부는 특히 유지 영역과 동일할 수 있다.

유지부와 접촉면 사이의 수직 거리는 제1 및 제2 방향각 범위에서 일정할 수 있고 제1 및 제2 방향각 범위에서 동일할 수 있으며, 특히 상기 거리는 모든 방위각에 대해서 동일할 수 있다. 그러나 상기 거리는 방위각에 따라 변할 수도 있다. 따라서 유지 영역에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

또한 상기 제1 및 제2 방위각 범위 중 하나 또는 둘 모두에서, 특히 적어도 제2 방위각 범위에서 유지부가 각각의 보상 표면과 서로 경계를 이루고(인접하고), 더 구체적으로는 상기 유지부가 각각의 보상 표면과 서로 경계를 이루는(인접하는) 곳에 에지가 존재하도록 제공될 수 있다. 유지부는 실질적으로 상기 에지와 동일하거나; 또는 에지는 (임의의 방위각에서 위에서 특징으로 하는 특성이 있는) 유지 영역을 (반경 방향 바깥측에서) 한정하는 에지를 구성할 수 있다.

상술한 위치에 에지가 존재하면 복제 재료를 유지부에 가깝게 유지하여 중앙부 내 공극을 방지하는 상술한 효과를 일으키거나 향상시킬 수 있다.

유지부가 중앙 영역을 측면 방향으로 완전히 둘러싸도록 제공하면 공정 안정성과 중앙 영역(및 이에 따라 광학 부재)에서 공극 방지에 통상적으로 기여할 수 있다.

선택적으로 또는 추가로 각도, 특히 한편으로 표면에 (국소) 접선 또는 표면에 (국소적으로) 수직인 선과 다른 한편으로 중심축 또는 이보다는 수직 방향 또는 접촉면 사이의 각도에 의해 (단면에서) 표면의 경사도를 나타낼 수 있다. 이는 광학 소자의 형상과 표면에도 유사하게 적용되는바, 이에 대해서는 아래를 참조할 것.

상술한 종류의 복제 공구를 사용하면 특정 광학 소자를 제조할 수 있다.

특히 본 발명은 또한

- 제1 기판 표면을 가진 기판; 및

- 상기 제1 기판 표면상에 존재하는 광학 구조체를 포함하는 광학 소자에 관한 것일 수 있다.

제1 기판 표면은 또한 광학 구조체에 관한 방향과 거리에 대한 기준을 갖기 위해서 언급된다. 그러나 또 다른 기준도 사용할 수 있다.

상기 광학 구조체는 광학 부재와 상기 광학 부재를 측면 방향으로 둘러싸고 있는 주변부를 포함하되 상기 주변부는 메니스커스(meniscus)부로서 지칭되는 부분 및 광학 부재와 메니스커스부 사이에 중간부로서 지칭되는 부분을 포함한다.

상기 주변부는 메니스커스부 내 오목한 메니스커스를 제공한다.

그리고 메니스커스부와 중간부가 서로 경계를 이루는(인접해 있는) 곳에 에지선(edge line)이 존재한다.

제1 방위각 범위에서 중간부는 제1 인상(pull-up) 표면으로서 지칭되는 광학 부재의 수직 정렬된 중심축에 대면하는 표면을 제공한다.

그리고 제2 방위각 범위(통상적으로 제1 방위각 범위와 겹침이 없는 것을 의미함)에서

(I) 중간부는 제1 인상 표면보다 중심축에 대해 더 급경사로 정렬되어 있는 제2 인상 표면으로서 지칭되는 광학 부재의 상기 중심축에 대면하는 표면을 제공; 및/또는

(II) 중간부는 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 기판 표면에 실질적으로 평행하게 정렬되고 상기 에지선에 의해 한정되는 단부를 갖는 유지 표면으로서 지칭되는 표면을 제공하되;

측면 방향은 제1 기판 표면에 평행한 방향으로서 정의되고, 수직 방향은 제1 기판 표면으로부터 멀리 향하는 방향으로서 정의되며, 방위각 범위는 중심축을 중심으로 하는 측면에서 각도 범위로서 정의된다.

상술한 특성을 가진 광학 구조체는 특히 차지하는 공간이 큰 비대칭성을 가질 수 있으며 동시에 양산에 있어서 우수한 제조성을 갖는다.

(I)의 경우와 관련하여, 특히 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 인상 표면의 상기 경사도는 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 상기 경사도보다 높도록 제공될 수 있다.

광학 구조체는 복제 재료, 예를 들어 에폭시와 같은 폴리머, 특히 UV 경화성 및/또는 열경화성 폴리머와 같은 경화성 폴리머로 제조된다.

광학 구조체는 통상적으로 일체로 형성된 (단일) 부품이다. 더 구체적으로는, 통상적으로 광학 부재와 주변부는 하나의 그리고 동일한 공정으로 제조되고 이들은 동일한 (복제) 재료로 제조되며 이들은 단일 부품을 형성한다.

기판은 웨이퍼 또는 웨이퍼의 일부일 수 있다. 예를 들어 유리 또는 이보다는 주로 또는 실질적으로 폴리머 재료로 제조될 수 있다.

제1 기판 표면은 특히 광학 구조체가 존재하는 영역에서는 실질적으로 평면일 수 있다.

광학 부재는 전형적으로 수동 광학 부품, 예를 들어 렌즈 또는 렌즈 부재 또는 몇몇 다른 수동 광학 부품으로서 추가 예에 대해서는 위를 참조할 것. 예를 들어 회절 부재 또는 굴절 부재 또는 조합형 회절 및 굴절 부재일 수 있다.

전형적으로 주변부는 광학 부재를 측면 방향으로 완전히 둘러싸도록 제공된다. 그러나 적어도 제1 및 제2 방위각 범위에서 그렇게 하는 것이 통상적이다.

전형적으로 메니스커스부가 광학 부재를 측면 방향으로 완전히 둘러싸도록 제공된다. 그러나 적어도 제1 및 제2 방위각 범위에서 그렇게 하는 것이 통상적이다.

전형적으로 중간부는 광학 부재와 서로 경계를 이룬다(인접한다).

게다가 통상적으로 중간부는 메니스커스부와 광학 부재를 상호 연결하고/또는 주변부는 실질적으로 중간부와 메니스커스부로 이루어진다.

오목한 메니스커스가 통상적으로 끝나는 일단부에서(그의 바깥쪽 단부에서) 메니스커스는 제1 기판 표면과 접촉해 있다.

또한 에지선은 광학 부재의 중심축을 측면 방향으로 완전히 둘러싸거나, 보다 구체적으로는 광학 부재를 완전히 둘러싸도록 제공되는 것이 전형적이다.

광학 소자는 예를 들면: 광모듈, 특히 광전자 모듈, 카메라(사진 및/또는 비디오), 휴대용 장치 또는 휴대용 모바일 장치, 연산 장치, 특히 휴대용 연산 장치, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 중 적어도 하나일 수 있다.

또한 (I)의 경우에도 상기 유지 표면이 존재하도록 제공될 수 있다. 이는 유지 영역이 있는 복제 공구의 사용 가능성에 해당한다. 특히 광학 구조체는 주변부가 제1 기판 표면에 평행하게 정렬되어 있는 광학 부재를 측면 방향으로 완전히 둘러싸는 유지 표면을 가질 수 있다.

일 구현예에 있어서, 광학 부재는 에지와 상기 에지에 인접해 있는 에지 표면을 갖지 않되 특히

- 상기 에지는 측면 정렬된 직선을 따라 연장 형성될 수 있거나; 또는

- 상기 에지 표면은 실질적으로 평평한 표면일 수 있거나; 또는

- 상기 에지 표면은 측면 방향에 실질적으로 (적어도 국소적으로) 수직인 표면일 것이다.

일 구현예에 있어서, 광학 부재는 직선을 구성하는 세그먼트를 전혀, 적어도 제2 방위각 범위에 포함하지 않는 제1 기판 표면(광학 부재의 개구 형상에 상응함) 상의 경계선 또는 윤곽을 가진 공간을 차지한다.

일 구현예에 있어서, 광학 부재는 타원을 나타내는, 보다 구체적으로는 원을 나타내는 제1 기판 표면(광학 부재의 개구 형상에 상응함) 상의 경계선 또는 윤곽을 가진 공간을 차지한다.

일 구현예에 있어서, 광학 부재의 형상은 실질적으로 복제 (엠보싱) 공정의 결과에 의해 결정된다. 이에 따라 광학 부재의 재료를 추후 제거할 필요가 없다. 특히 이는 하우징 내 봉입한 후의 광학 부재의 형상에 대해 적용된다.

명백한 바와 같이, 광학 소자의 특성 중 여러 특성은 광학 구조체를 제조하는 복제 공구에 기인한 것일 수 있다. 그러나 광학 구조체의 정확한 형상은 또한 제조를 위해 사용되는 복제 재료의 양에 의존한다. 본 발명의 범위를 부당하게 한정하지 않기 위해서 상기 (I)과 (II)의 경우를 구별한다. 전형적으로 (I)의 경우에서 복제 재료의 양은 그 외의 일정한 조건에서 (II)의 경우보다 물론 더 많다. 비교적 소량의 여분의 복제 재료가 도포되는 경우에 복제 재료는 복제 공구의 제2 보상 표면에 부착되지 않고 따라서 메니스커스부가 에지선에서 끝나기 때문에 제2 인상 표면이 생기지 않는다.

이미 상술한 바와 같이, 광학 구조체와 광학 부재의 측면 방향 연장길이는 제1 방위각 범위 전체에 걸쳐, 즉 제1 방위각 범위 내 임의의 반경 방향(중심축 기준)으로 중심축으로부터 광학 구조체가 차지하는 공간의 외부 윤곽까지의 거리에서 중심축으로부터 광학 부재가 차지하는 공간의 외부 윤곽까지의 거리를 뺀 값은 제2 방위각 범위 전체에 걸쳐, 즉 제2 방위각 범위 내 임의의 반경 방향(중심축 기준)으로 거리의 동일한 차이보다 적어도 3배, 이보다는 적어도 5배 또는 나아가 적어도 8배가 되는 것일 수 있다. 광학 구조체와 제1 기판 표면 간 접촉각이 매우 낮은 경우, 예를 들어 접촉각이 5° 미만인 경우에는 광학 구조체가 차지하는 공간(및 따라서 이에 관련된 거리)을 결정하기 어려울 수 있고, 이러한 경우에 차지하는 공간의 윤곽은 광학 구조체의 두께(즉, 제1 기판 표면 위 높이)가 에지선에서(항상 물론 적절한 방위각에서, 즉 적절한 반경 방향으로) 그 두께의 1/10로 감소한 곳에 위치하는 것으로 간주될 것이다.

통상적으로 복제 재료와 복제 공구 간 접촉각은 제1 및 제2 방위각 범위에서 동일하도록 제공된다.

그리고 통상적으로 복제 재료와 기판(보다 구체적으로: 제1 기판 표면) 간의 접촉각은 제1 및 제2 방위각 범위에서 동일하도록 제공된다.

복제 재료(및 이에 따라 광학 구조체)와 제1 기판 표면 간 접촉각이 40° 미만, 특히 30° 미만, 보다 구체적으로 특히 22° 미만이 되도록 재료를 선택할 때 특히 안정한 공정 조건과 양호한 비대칭성을 달성할 수 있음이 밝혀졌다. 또한 특히 작은 접촉각을 달성하는 효과와 함께 제1 기판 표면에 코팅을 도포할 수 있다. 이러한 코팅은 예를 들면 (코팅된) 제1 기판 표면에 복제 재료의 접착력을 증가시키기 위한 접착 촉진제일 수 있다. 이 방법으로 10° 미만, 더 구체적으로 5° 미만의 접촉각을 달성할 수 있다.

또한 복제 재료(및 이에 따라 광학 구조체)와 복제 공구 사이의 접촉각이 35° 내지 75°, 보다 구체적으로 45° 내지 65° 또는 더욱더 구체적으로 55°±7°가 되도록 재료를 선택할 때 특히 안정한 공정 조건과 양호한 비대칭성을 달성할 수 있음이 밝혀졌다. 따라서 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 단면에서 광학 구조체는 에지선에서 또한 이 각도를 나타내고; 따라서 제1 방위각 범위 내 단면의 에지선에서 광학 구조체의 바깥에서 측정 가능한 각도는 360°에서 접촉각을 뺀, 즉 285° 내지 305°의 각도에 이른다.

광학 구조체와 광학 부재의 전형적인 치수는 각각 다음과 같다:

제1 기판 표면 위 최대 높이: 5㎛ 내지 300㎛, 보다 구체적으로 15㎛ 내지 150㎛;

광학 부재가 차지하는 공간의 최대 측면 방향 연장길이: 50㎛ 내지 3000㎛, 보다 구체적으로는 100㎛ 내지 1500㎛;

광학 부재가 차지하는 공간의 최소 측면 방향 연장길이: 20㎛ 내지 2500㎛, 보다 구체적으로는 50㎛ 내지 1000㎛;

제1 방위각 범위에서 광학 부재보다 큰 광학 구조체의 최대 반경 방향 연장길이(제1 기판 표면에서): 3㎛ 내지 1000㎛, 보다 구체적으로 10㎛ 내지 500㎛;

제2 방위각 범위에서 광학 부재보다 큰 광학 구조체의 최소 반경 방향 연장길이(제1 기판 표면에서): 1㎛ 내지 400㎛, 더 구체적으로 5㎛ 내지 100㎛.

광학 소자를 제조하기 위한 방법은

(a) 제1 기판 표면을 가진 기판을 제공하고;

(b) 상술한 종류의 복제 공구를 제공하고;

(c) 일정량의 복제 재료를 제공하고;

(d) 기판과 복제 공구 사이의 복제 재료의 양과 함께 기판과 복제 공구를 서로 가까이 이동시키고;

(e) 복제 재료를 경화시키는 것을 포함한다.

(c) 및/또는 (d) 단계, 전형적으로는 상기 2개의 단계 도중에 복제 재료는 액체 또는 소성 변형이 가능한 상태에 있다. 그리고 (e) 단계 후에는 통상적으로 더 이상 그렇지 않다. 단계 (e) 이후에 복제 재료는 적어도 치수 안정적이다.

전형적으로 상기 기판 및 복제 공구는 (e) 단계 중에 제 위치에서 유지되지만, 이들은 조기에, 즉 초기 또는 부분 경화가 이루어진 후에 (또한 경화 공정 완료 전에) 서로 분리되도록 제공될 수도 있다.

(d) 단계는 통상적으로 하나 이상의 접촉 분리부가 제1 기판 표면과 접촉할 때까지 수행한다. 그리고 상기 상태에서 경화((e) 단계)가 통상적으로 시작된다.

(c) 단계는 기판 또는 복제 공구, 특히 복제 공구의 중앙 영역에 미리 선택된 양의 복제 재료를 분배하는 것을 포함할 수 있다. (c) 단계는 특히 분배기를 사용하여 이루어질 수 있다.

상기 방법은 통상 웨이퍼 수준으로 수행한다. 상기 경우에 복제 공구는 단일 엠보싱 단계에서 복수 개의 광학 구조체, 예를 들어 적어도 10개 또는 적어도 30개 또는 적어도 50개 또는 나아가 100개가 넘는 광학 구조체를 제조하기 위해 구조화 및 구성된다. 이러한 이유로 광학 구조체는 통상적으로 복수 개의 중앙 영역과 관련 주변 영역을 포함한다. 따라서 복수 개의 광학 구조체가 위에 존재하는 웨이퍼가 얻어진다. 웨이퍼를 별도의 광학 소자로 분리하기 전에 하나 이상의 추가 웨이퍼와 상호 연결할 수 있다.

상술한 복제 공구와 상술한 광학 소자로부터 추가 방법들이 유래된다.

추가 구현예들과 이점들이 종속항과 도면으로부터 명백해진다.

이하, 실시예와 첨부도면에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 도면은 개략적으로 다음을 도시하고 있는바:
도 1은 광학 소자의 단면도이고;
도 2는 도 1의 광학 소자의 단면도이고;
도 3은 광학 구조체와 방위각 범위를 도시하고 있고;
도 4는 광학 구조체와 방위각 범위를 도시하고 있고;
도 5는 기판 위 복제 공구의 단면도이고;
도 6은 도 5의 복제 공구를 사용하여 제조된 광학 소자의 단면도이고;
도 7은 기판 위 복제 공구의 단면도이고;
도 8은 기판 위 복제 공구의 단면도이다.

상술한 구현예는 예로서 의도된 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은 광학 소자(1), 보다 구체적으로는 광전자 모듈의 개략 단면도이다. 도 2는 도 1의 광학 소자(1)의 또 다른 개략 단면도이다. 도 2에서, 도 1의 단면의 대략적인 위치는 파선으로 표시되어 있다.

광학 소자(1)는 기판(5)과 또 다른 기판(50)을 포함하고 기판(5 및 50)과 별개의 부품이거나 예를 들면 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 기판(50)과 일체로 형성되는 부품을 구성할 수 있는 스페이서(20)가 기판 사이에 존재한다.

광학 부재(3 및 3')를 각각 포함하는 2개의 광학 구조체(2, 2')가 기판(5)의 제1 기판 표면(5a) 위에 존재한다. 또한 기판(5)의 타측 위에는 또 다른 광학 부재가 존재한다.

기판(50) 위에는 2개의 능동 광학 부품(4, 4')이 존재한다.

광학 부재(3, 3')는 예를 들어 도 2에서 3'로 도시되어 있는 바와 같이 굴절 렌즈 부재와 같은 굴절 광학 부재이거나 도 2에서 3으로 도시되어 있는 바와 같이 회절 렌즈 부재와 같은 회절 광학 부재이거나 다른 광학 부재, 특히 다른 수동 광학 부품일 수 있다.

스페이서(20)는 기판(5 및 50) 사이에 존재하고 2개의 별도, 특히 광학적으로 분리된 구획부를 제공하는데, 이중 하나에는 광학 구조체(2)와 능동 광학 부품(4)이 들어있고 다른 하나에는 광학 구조체(2')와 능동 광학 부품(4')이 들어있다. 예를 들면 상기 구획부들은 광학 소자(1)의 서로 다른 광학 채널을 제공한다. 능동 광학 부품(4)과 광학 부재(3)는 상호 연동하고 상호작용하도록 의도된 것으로 상호 연동하고 또한 상호작용하도록 의도된 능동 광학 부품(4')과 광학 부재(3')와는 광학적으로 별개이다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학 부재(3, 3')는 소정 영역 또는 소정 방향에서(각각의 광학 부재에서 보았을 때) 스페이서(20)에 매우 가까이 (측면 방향으로) 위치되어 있는바, 예를 들면 도 1의 광학 부재(3')에서 점선으로 이루어진 삼각형을 참조할 것. 그러나 다른 영역(또는 방향)에서는 각각의 광학 부재(3)와 스페이서(20) 또는 광학 소자(1)의 또 다른 부품 사이 (측면 방향으로) 많은 공간이 이용 가능하다.

광학 부재(3) 또는 광학 부재(3')와 같은 광학 부재를 엠보싱형 복제 방법을 이용하여 기판(5)과 같은 기판상에 제조하면, 광학 부재와 연속해 있지만 광학 부재 자체에는 기여하지 않는 추가(여분의) 복제 재료의 존재를 수용하는 것이 필요할 수 있다. 도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 공간 제약이 있는 경우에는 상기 여분의 복제 재료를 비대칭적으로 분배하는 것이 가능하고 권장될 수 있다. 복제 공정에 사용되는 복제 공구를 적절히 구성하면 기판 위에서 광학 구조체가 차지하는 공간을 국소적으로 줄일 수 있게 된다.

도 3은 광학 구조체(2) 및 여분의 복제 재료가 차지하는 측면 방향의 공간을 비대칭 공간 조건에 따라 조정한 서로 다른 방위각 범위(φ1, φ2)의 개략도이다. 측면 방향은 광학 구조체가 놓여 있는 기판 표면에 평행한 방향을 의미하는바, 이에 대해서는 도 2에서 부호 5a를 참조할 것. 그리고 방위각 범위란 예를 들어 표준 원형 구형 렌즈의 경우에 광학 부재의 광축과 일치할 수 있는 광학 부재의 수직 정렬 축(즉, 기판 표면에 수직 정렬된 축)인 중심축을 중심으로 하는 각도 범위를 지칭한다. 보다 일반적으로 중심축은 기판 위 광학 부재가 차지하는 공간의 질량중심을 지나는 수직축으로서 정의될 수 있다.

광학 구조체(2)는 광학 부재(3) 및 반경 방향 연장길이, 즉 방향에 따라, 즉 중심축을 중심으로 하는 방위각에 따라 변하는 중심축으로부터 측정한 측면 방향 연장길이를 갖는 주변부(S)를 포함하고 있다. 방위각 범위(φ1)보다 방위각 범위(φ2)에서 반경 방향 연장길이가 작다.

광학 부재(3) 자체 및 광학 구조체(2)가 차지하는 공간의 외부 윤곽 사이에는 에지선(E)이 존재할 수 있고(점선으로 도시됨), 에지선에서는 광학 구조체가 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 또한 광학 부재(3)를 통상적으로 측면 방향으로 완전히 둘러싸는 (중심축을 포함하는 단면에서) 에지를 갖고 있다.

도 4는 또 다른 광학 구조체(2) 및 여분의 복제 재료가 차지하는 측면 방향의 공간을 비대칭 공간 조건에 따라 조정한 서로 다른 방위각 범위(φ1, φ2)의 개략도이다. 도시된 상황은 원칙적으로 도 3과 같지만 도 4에서는 광학 부재(3)와 광학 구조체(2)가 모두 도 3에서와 다른 형상을 갖고 있다. 그리고 도 4에서 방위각 범위(φ1, φ2)는 도 3과 상이한 방식으로 상호 배치되어 있다.

도 5는 기판(5) 위, 보다 구체적으로는 기판(5)의 표면(5a) 위 복제 공구(10)의 개략적인 단면도이다. 복제 공구(10)는 엠보싱 공정으로 제조되는 광학 부재의 형상을 주로 결정하는 중앙 영역(c)을 갖고 있다. 중앙 영역(c)은 광학 부재의 중심축과 일치하는 중심축을 갖고 있다(2개의 축이 정렬시, 예를 들면 경화가 시작하는 엠보싱 공정 중에). 중심축은 참조부호 A로 표시되어 있다. 축(A)은 지향 크기인 수직 방향을 나타내는 화살표로 제공되어 있다.

축(A)의 좌측에는 제1 방위각 범위(φ1) 내 단면이 도시되어 있고, 축(A)의 우측에는 제2 방위각 범위(φ2) 내 단면이 도시되어있다. 따라서 광학 구조체와 복제 공구의 공간 제약과 구성에 따라 도 5의 전체 단면은 단일 평면의 단면일 수 있지만, 각을 형성하는 2개의 반평면, 예를 들어 대략 직각의 사이각을 가진 반평면들의 단면일 수도 있다. 후술하는 복제 공구 또는 광학 구조체의 유사한 단면도에도 동일하게 적용된다.

하나 이상의 접촉 분리부(15)는 주변부(s) 바깥쪽에 존재한다. 이들은 광학 부재의 높이를 정확하게 한정할 수 있다. 복제 공구(10)가 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 기판 표면(5a)과 접촉하면 기판 표면(5a)과 일치하는 접촉면이 접촉 분리부(15)에 의해 한정된다.

중앙 영역(c)은 주변 영역(s)에 의해 측면 방향으로 둘러싸여 있고, 보다 구체적으로는 주변 영역(s)은 중앙 영역(c)과 서로 경계를 이루고(인접해) 있다. 주변 영역(s)에서 복제 공구(10)는 서로 다른 경사도를 가진 보상 표면(f1, f2)을 포함하고 있다. 2개의 보상 표면(f1, f2)은 중심축(A)으로부터 멀어지는 쪽을 향하지만, 보상 표면(f2)은 보상 표면(f1)보다 경사도가 훨씬 더 크다. 보상 표면(f1)과 기판 표면(5a) 간의 수직 거리는 축(A)으로부터 거리가 증가할수록 (기판 표면(5a)에 대해 심지어 수직으로 상승하는) 경사도가 증가하는 보상 표면(f2)에 비해 상대적으로 서서히 증가한다. 이 효과는 표면 장력 효과(즉, 모세관력)에 의해 제어되어 상대적으로 다량인 여분의 복제 재료는 광학 구조체가 (반경 방향으로) 차지하는 넓은 공간을 수용할 수 있는 제1 방위각 범위에 축적되는 반면에 적은 여분의 복제 재료는 광학 구조체가 (반경 방향으로) 차지하는 상대적으로 작은 공간만을 수용할 수 있는 제2 방위각 범위에 축적될 것이다.

또한 보상 표면(f1)의 오목한 단면 형상은 이러한 효과에 기여한다. 또는 보다 일반적으로 이러한 효과에 기여하는 것은 제1 보상 표면(f1)의 오목 형태가 제2 보상 표면(f2)의 오목 형태보다 더 뚜렷하다는 사실로 - 이는 제2 보상 표면(f2)이 오목하지 않고 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 평면이거나 나아가 볼록하더라도 여전히 적용됨을 의미한다.

보상 표면(f1, f2)은 복제 공구의 (단면) 형상이 표면(5a)에 평행하게 정렬되는 곳에서 끝난다.

보상 표면(f1 및 f2)을 각각 표면(5a)과 상호 연결하는 얇은 선은 복제 공구(10)에 의해 형성되는 복제 재료의 윤곽을 개략적으로 도시하고 있다.

보상 표면(f1)의 단면 형상은 연속 미분 가능하다. 따라서 경우에 따라 내부 단부 외에서는 에지를 갖지 않는다.

또한 (단면에서) 복제 공구(10)가 접촉 분리부와 중앙 영역을 제외하고 표면(5a)에 가장 가까운 장소는 복제 공구(10)의 유지부(r')인 것으로 여겨지는데, 도 5의 예에서는 복제 공구(10)가 표면(5a)에 대해 평행하게 정렬되어 있는 유지 영역(r)으로서 구현되어 있다. 이를 제공함으로써 공정 안정화 및 엠보싱 공정 중에 중앙 영역과 이에 따라 특히 유지부(r')와 유지 영역(r)이 각각 중앙 영역(c)을 부분적으로뿐만 아니라 완전히 측면 방향으로 둘러싸는 경우에 광학 부재에서 공극 형성을 방지하는데 매우 효과적으로 기여할 수 있다.

도 6은 도 5의 복제 공구(10)를 사용하여 제조되는 광학 소자(1)의 개략적 인 단면도이다. 광학 구조체(2)는 (경화된 상태의) 경화성 에폭시와 같은 복제 재료(8)로 제조된다. 광학 구조체(2)는 중앙부(C)와 주변부(S)를 포함하거나 나아가 이들로 구성되는 일체형 부품이다.

중앙부(C)는 광학 부재(3)를 구성한다. 주변부(S)는 오목 메니스커스를 제공하는 메니스커스부(M) 및 에지선(E)에서 메니스커스부(M)에 인접해 있는 중간부(I)를 포함한다. 메니스커스부(M)와 중간부(I)는 공동의 에지선(E)을 갖고 있다. 관련 재료, 보다 구체적으로는 엠보싱 공정 중에 오목 메니스커스를 형성하도록 이들 각각의 표면장력의 선택은 공정 안정성과 주변부의 바람직한 비대칭성을 형성하는데 긍정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 에지선(E)을 따라 광학 구조체(2)는 돌출부를 형성하고 있다.

중간부(I)와 인접 에지선(E)에는 기본적으로 각각의 보상 표면(f1 및 f2)에 의해 각각 결정되는 형상을 가진 인상 표면(P1 및 P2)이 각각 존재한다. 하나 또는 2개의 인상 표면(P1, P2)의 내부 단부에 에지가 존재함으로써 공정 안정성과 공극 형성 방지를 강화할 수 있다. 상기 에지는 복제 공구가 각각의 보상 표면과 중앙 영역(c) 사이의 표면(5a)에 가장 가까운 장소일 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 그러나 만약 그렇다면 특히 공정 안정성이 양호해지고 공극 형성이 방지될 수 있음이 밝혀졌다. 도 6에서, 복제 공구(10)의 (단면) 형상이 둥근형(보다 구체적으로는: 볼록형과 만곡형)인 인상 표면(P1)의 내측 단부가 아닌 인상 표면(P2)의 내부 단부에 에지가 존재한다.

또한 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 에지에는 광학 구조체의 두께가 (단면에서) 일정한 유지 표면(R)이 존재할 수 있다. 이 또한 공정 안정성과 공극 형성 방지를 강화할 수 있다.

보상 표면(f1, f2)의 서로 다른 경사도의 선택으로 인해 주변부(S)의 (반경 방향) 폭은 크게 비대칭인바, 이에 대해서는 도 6에서 거리(d1, d2)를 참조할 것. 표시된 거리(d1, d2)에 대해 적용되는 다음과 같은 관계식: d1/d2 > 5와 나아가 d1/d2 > 10이 쉽게 성립할 수 있다. 참조부호 d0는 단순히 단면을 잘라내는 특정 방향의 측면 연장길이를 의미하는 표시일 뿐 단면의 양쪽 절반은 직선을 따라 연속된다.

도 7은 기판(5) 위 또 다른 복제 공구(10)의 개략 단면도이다. 도 7에서 사용되고 있는 참조부호는 이미 상술한바, 이에 대해서는 예를 들면 도 5를 참조할 것. 도 7은 주로 도 5의 구현예에 존재하는 특징부에 대한 대체부를 나타내고자 하는 것이다. 따라서 상기 대체 특징부들은 도 5와 개별적으로 또는 임의의 군으로 조합할 수 있다.

도 5의 구현예와는 달리, 도 7에서는 방위각 범위(φ1 및 φ2)에 존재하고 방위각 단면에 존재할 수 있는 에지에 의해 양측(내측 및 외측 경계)에서 유지 영역(r)의 범위가 한정된다. 또한 보상 표면(f2)은 도 5에서보다 더 낮은 경사도로 정렬되어 있다. 그러나 여전히 보상 표면(f1)의 임의의 경사도는 보상 표면(f2)의 임의의 경사도보다 작다.

도 8은 기판(5) 위 또 다른 복제 공구(10)의 단면도이다. 도 8에서 사용되고 있는 참조부호는 이미 상술한바, 이에 대해서는 예를 들면 도 5와 도 7을 참조할 것. 도 8은 주로 도 5 및/또는 7의 구현예에 존재하는 특징부에 대한 대체부를 나타내고자 하는 것이다. 따라서 상기 대체 특징부들은 도 5 또는 7과 개별적으로 또는 임의의 군으로 조합할 수 있다.

도 5와 도 7의 구현예와는 달리, 도 8에서 보상 표면(f1)은 오목하지 않고 직선 형태를 갖고 있다. 그러나 상술한 이유로 많은 경우에 있어서 오목 형태가 바람직할 것이다. 또한 보상 표면(f2)은 특히 급경사로 정렬되어 있다. 나아가 부분적으로는 위를 향해 있다. 직선형 대신에 곡선형일 수도 있는데 - 이는 예를 들면 도 5와 도 7에서와 같이 더 낮은 경사도로 정렬된 보상 표면(f2)에도 적용된다.

도 8에 예시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 특히 복제 공구(10)의 적어도 일부가 복원성 재료로 제조되도록 제공하는 것과 조합하여 보상 표면(f2)의 경사도 또는 기울기 또는 이보다는 배향을 구현할 수 있다. 복제 공구(10)가 유지 영역(r) 내 및 가까이에서 경성인 경우, 복제 재료를 (적어도 부분적으로) 경화시킨 후 복제 공구를 제거할 때 복제 구조의 박리 또는 균열이 일어날 수 있다. 반면에, (완전히 또는 부분적으로) 경화, 예를 들면 큐어링(curing) 후에 복제 공구를 제거할 때 (어느 정도) 복원성이 있는 복제 재료를 사용할 수도 있다.

주로 복제 재료의 도포량에 따라 예를 들어 도 5와 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 복제 재료는 보상 표면(f2)의 일부를 코팅할 수 있다. 그러나 더 적은 양의 복제 재료가 도포되는 경우에는 복제 재료는 보상 표면(f2)을 인상하지 않고 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같이 보상 표면(f2)과 유지부(r')와 유지 영역(r)을 각각 서로 연결하는 에지에서 끝날 수 있다. 이 현상은 상기 에지의 존재와 연관이 있지만 보상 표면(f2)의 경사도와는 연관성이 없고(또는 연관성이 약할 뿐) 따라서 다른 복제 공구, 예를 들어 도 5와 7에 기재되어 있는 복제 공구에 의해서도 일어날 수 있다.

이 현상의 결과로서, 제조되는 광학 구조체는 제2 인상 표면(P2)을 갖지 않게 된다(그러나 표면(P2)이 존재하는 도 8과 도 6에서 점선을 비교할 것). 보다 구체적으로는 제2 방위각 범위(φ2)에서 메니스커스부(M)는 중간부(I) 또는 특히 유지 표면(R)에 인접해 있다(그러나 메니스커스부(M)와 중간부(I) 사이에 표면(P2)이 존재하는 도 6을 비교할 것).

특히 경사가 큰 보상 표면(f2)의 경우에서도(도 8에 도시된 바와 같이), 이에 따라 제조된 광학 구조체의 주변부(S)는 상술한 다른 경우에서와 같이 메니스커스부(M)에서 오목 메니스커스의 형상을 나타내는 표면을 형성한다.

경사도는 반경 방향으로(축(A)으로부터의 거리) 증가에 따른 수직 방향에서의 변화 관점에서 기술할 수 있다. 그러나 경사도는 기울기 관점에서 또는 이에 따라 각도에 의해 기술할 수도 있다. 예를 들어 이는 (각각의 단면에서) 보상 표면(f1 및 f2)에 대한 (국소) 수직면과 수직 방향 간 형성되는 각도와 관련이 있을 수 있는바, 이에 대해서는 축(A)으로 나타낸 화살표를 참조할 것. 상기 각도는 (국소) 수직면에 대한 수직 방향으로부터 측정될 것이고 (항상 양의 값)일 것이다.

일반적으로 상기 각도는 제1 방위각 범위에서 90° 내지 180°이며 제2 방위각 범위에서는 50°(또는 이보다는 60°) 내지 135°이다.

도 5, 도 7과 도 8에서는 몇몇 국소 수직면(각각의 표면으로부터 멀어지는 쪽을 향하는)을 의미하는 보상 표면(f1, f2)에 작은 화살표들이 그려져 있다.

도 8에서, 각도는 제1 방위각 범위에서 약 90°이고 제2 방위각 범위에서 각도는 약 78°이다. 도 5에서, 각도는 제1 방위각 범위에서 약 90° 내지 180°까지 다양하고(반경 방향 좌표가 증가함에 따라 증가함) 제2 방위각 범위에서 각도는 90°이다. 그리고 도 7에서, 각도는 제1 방위각 범위에서 약 130° 내지 180°로 다양하고(반경 방향 좌표가 증가함에 따라 증가함) 제2 방위각 범위에서 각도는 약 98°이다.

상기 각도들을 이용하면 복제 공구에 대한 국소 수직면이 기판 표면(5a)에 대해 수직으로 향하는 지점(및 이에 따라 복제 공구에 대한 국소 수직면이 수직 방향에 역평행한 지점)에서 제2 보상 표면(f2)(및 또한 제1 보상 표면(f1))이 끝나도록 제공될 수 있게 만들 수 있다.

광학 구조체의 인상 표면의 경사도 또는 형상 또는 정렬을 기술하기 위해서 180°로부터 보상 표면에 대해 얻어진 전술한 각도를 뺀 값으로서 얻어질 수 있는 각도와 완전히 비슷하게 관련이 있을 수 있다.

도 8에는 기판 표면(5a)과 광학 구조체의 복제 재료 사이의 접촉각(θ)이 표시되어 있다. 복제 재료와 기판 표면(5a) 사이와 복제 재료와 복제 공구 사이의 적절한 접촉각은 예를 들어 다음과 같은 재료 선택에 의해 달성될 수 있다:

- 복제 재료로서 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 우레탄 아크릴레이트, 실리콘, 시아노아크릴레이트, 유기-무기 복합재료(예를 들어 상표명 "Ormocer"로 공지된 것 또는 졸-겔), 폴리카르바민산 유도체 중 하나 이상;

- 폴리디메틸실록산(PDMS), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), PFPE-(메트)아크릴레이트, 시아노아크릴레이트와 같은 실리콘 고무, 유기-무기 복합재료(예를 들어 상표명 "Ormocer"로 공지된 것 또는 졸-겔), 폴리에스테르, 고무, 폴리카르민산 유도체;

- (기판 표면(5a)에서) 기판용 재료로서, 유리, 사파이어, 경우에 따라 복제 재료로서 위에 열거한 유형의 재료로 채워진 통공을 포함하는 FR4 또는 G10과 같은 유리 강화 에폭시 중 하나 이상, 이때 무기 (유전성 및/또는 부분적으로 금속성인) 광학 필터 재료, 폴리머계 광학 필터 재료 또는 포토레지스트 재료를 기재로 하는 코팅과 같은 기판 표면(5a) 상의 코팅을 사용할 수 있고; 이때 상기 코팅은 연속형이거나 패턴이 형성된 것일 수 있다.

통상적으로 복제 공구는 예를 들어 장방형 그리드를 따라 웨이퍼 상에 분포된 많은 광학 구조체에 대한 규정을 가진 웨이퍼 수준의 복제 공구이다. 도 7에는 복제 공구(10)가 어떻게 좌측으로 연속될 수 있는지 도시되어 있다. 이 경우, 다수 개, 예를 들면 한 번에 수십, 수백 또는 나아가 수천 개의 광학 구조체를 1회 복제 공정으로 제조할 수 있다. 추후, 이와 같이 제조한 다수의 광학 구조체를 가진 웨이퍼를 예를 들면 광학 모듈, 예를 들면 도 1과 도 2에 도시되어 있는 것들과 같은 다수 개의 광학 소자로 단품화한다.

Claims (10)

1. 광학 부재를 포함하는 광학 구조체를 제조하기 위한 복제 공구로서,
   - 광학 구조체의 일부의 음형을 한정하는 형상과 수직 정렬된 중심축을 가진 중앙 영역;
   - 상기 중앙 영역을 측면 방향으로 둘러싸고 있는 주변 영역;
   - 접촉면으로서 지칭되는 면을 한정하는 하나 이상의 접촉 분리부를 포함하되,
   상기 복제 공구의 모든 부분은 접촉면의 하나의 그리고 동일한 측면에 배치되어 있고, 상기 접촉면에 대해 수직으로 정렬된 방향을 따라 접촉면으로부터 상기 측면으로 향하는 방향을 수직 방향으로서 지칭하고 측면 방향은 수직 방향에 수직인 방향으로서 정의하고,
   제1 방위각 범위에서 주변부는 제1 보상 표면으로서 지칭되는 중심축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 표면을 제공하고,
   제2 방위각 범위에서 주변부는 제2 보상 표면으로서 지칭되는 중심축으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 표면을 제공하고,
   방위각 범위는 중심축을 중심으로 하는 측면에서 각도 범위로서 정의되고,
   상기 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면의 경사도는 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면의 경사도보다 더 크고, 이때 상기 경사도는 모두 각각의 표면의 중심축으로부터 거리가 증가할 때마다 각각의 표면의 수직 좌표가 증가하는 것으로서 정의되는 복제 공구.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면이 중심축으로부터 거리가 증가할수록 감소하는 경사도를 갖는 복제 공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제2 보상 표면이 중심축으로부터 거리가 증가할수록 일정한 경사도 또는 증가하는 경사도를 갖는 복제 공구.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 보상 표면이 연속적으로 미분 가능한 복제 공구.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면 및/또는 상기 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 주변 영역이 각각의 단면에서 복제 공구가 접촉면까지 가장 작지만 0이 아닌 거리를 갖는 유지부로서 지칭되는 부분을 포함하고 상기 유지부는 중앙 영역과 각각의 보상 표면 사이에 위치해 있는 복제 공구.
6. 제5항에 있어서, 상기 유지부는 복제 공구가 접촉면에 실질적으로 평행하게 정렬되는 유지 영역으로서 지칭되는 영역을 포함하는 복제 공구.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유지부가 상기 중앙 영역을 측면 방향으로 완전히 둘러싸고 있는 복제 공구.
8. (a) 제1 기판 표면을 가진 기판을 제공하고;
   (b) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 복제 공구를 제공하고;
   (c) 일정량의 복제 재료를 제공하고;
   (d) 기판과 복제 공구 사이의 복제 재료의 양과 함께 기판과 복제 공구를 서로 가까이 이동시키고;
   (e) 복제 재료를 경화시키는 것을 포함하는, 광학 소자를 제조하기 위한 방법.
9. - 제1 기판 표면을 가진 기판;
   - 제1 기판 표면상에 존재하는 광학 구조체를 포함하되,
   상기 광학 구조체가 광학 부재와 상기 광학 부재를 측면 방향으로 둘러싸고 있는 주변부를 포함하고,
   상기 주변부가 메니스커스부로서 지칭되는 부분 및 광학 부재와 메니스커스부 사이에 중간부로서 지칭되는 부분을 포함하고, 상기 주변부가 메니스커스부 내 오목한 메니스커스를 제공하고, 상기 메니스커스부와 중간부가 경계를 이루는 곳에 에지선이 존재하고,
   제1 방위각 범위에서, 상기 중간부가 제1 인상 표면으로서 지칭되는 광학 부재의 수직 정렬된 중심축에 대면하는 표면을 제공하고,
   제2 방위각 범위에서,
   (I) 상기 중간부가 제1 인상 표면보다 중심축에 대해 더 급경사로 정렬되어 있는 제2 인상 표면으로서 지칭되는 광학 부재의 상기 중심축에 대면하는 표면을 제공; 및/또는
   (II) 상기 중간부가 제2 방위각 범위 내 중심축을 포함하는 임의의 단면에서 제1 기판 표면에 실질적으로 평행하게 정렬되고 상기 에지선에 의해 한정되는 단부를 갖는 유지 표면으로서 지칭되는 표면을 제공하고;
   측면 방향은 제1 기판 표면에 평행한 방향으로서 정의되고, 수직 방향은 제1 기판 표면으로부터 멀리 향하는 방향으로서 정의되며, 방위각 범위는 중심축을 중심으로 하는 측면에서 각도 범위로서 정의되는 광학 소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 광학 구조체와 제1 기판 표면 간 접촉각이 40° 미만, 특히 30° 미만, 보다 구체적으로 22° 미만인 광학 소자.

Images