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    一種用以對齊一第一和一第二成像系統固定裝置之方法，包括下列步驟：在該第一成像系統固定裝置上形成一第一對齊結構；在該第二成像系統固定裝置上形成一第二對齊結構；以一光學精度配接該第一和第二對齊結構，使對齊該第一和第二成像系統固定裝置。
    公开号:TW201304126A
    申请号:TW100116949
    申请日:2011-05-13
    公开日:2013-01-16
    发明作者:George C Barnes Iv；Goran M Rauker；Mark Meloni
    申请人:Omnivision Tech Inc；
    IPC主号:H01L27-00
    专利说明:
    光學對齊結構和相關方法
    本發明係相關於光學對齊結構和相關方法。
    成像系統的晶圓級陣列提供垂直(即沿光軸)整合能力和平行組件的優點。人們知道傳統的晶圓級成像系統苦於缺乏精確的整合與平行組件。由於光學元件相對於一光軸的厚度不均勻或系統性偏差(包括位移和旋轉)，光學元件的偏移可能顯著降低整個陣列之一或多成像系統之完整性。在該共同基底之旋轉失調中，光學元件之偏移正比於從基板旋轉中心至光學元件的距離。例如，一毫弧度(0.0573度)的一旋轉錯位，對一個300毫米基板可導致基板周邊附近的光學元件產生150微米偏移，從而大幅降低成像系統的品質。傳統的晶圓級技術一般只能以幾微米的機械公差來對齊，而不能以光學公差來對齊(即，大約為相關電磁能量波長)，這是精密成像系統製造上需要的對齊精度。
    專利合作條約公開號第WO/2008/020899號(2007年4月17日申請)揭示一高精度晶圓級陣列系統是，亦納入此處以供參考。WO/2008/020899披露一些相關於具有一真空夾頭和/或一共同基底之一或多製造主體之對齊的實施例，以同步形成複數高品質成像系統。一製造主體可包括下列特徵：形成光學元件，和可以用來在該共同基底上形成一個陣列的光學元件。如WO/2008/020899所述，共同基底可以是一陣列的圖像探測器和/或共同基底可以支持其上一陣列的分層光學元件。因此製造主體和真空夾頭可用來形成一陣列的成像系統，其由共同基底所承托。
    圖1繪示一成像系統固定裝置(如，製造主體、夾頭、或共同基底)之精確對齊，或二或多這種成像系統固定裝置之對齊。圖1顯示以一斜角觀看一圓柱形物件100之視圖，其中物件100之對齊係根據一座標系統102定義。圓柱形物件100表示一個上述成像系統固定裝置。當貼附至空間中一點，或貼附至一第二物件(未顯示)，座標系統102相對於空間該點或第二物件定義物件100。物件100的位移係由三個正交的X、Y和Z軸所定義(X、Y和Z軸由方向性箭頭X、Y和Z所分別標示)，物件100的旋轉係由方向性箭頭A、B和C所分別標示(也稱為俯仰“pitch”、滾轉“roll”和平擺“yaw”)。物件100在所有六個方向(即A、B、C、X、Y和Z)的對齊被稱為全運動對齊，而物件在少於六個方向的對齊稱為擬運動對齊。
    為利於精確和準確的在物件100和第二物件之間對齊，每一物件可包括視覺和/或結構對齊的特徵。視覺對齊特徵(下稱「對齊標記」或「基準標記」)一般標記每一物件，以促進物件彼此間視覺對齊。在每一物件上的結構對齊特徵(下稱“結構對齊”)可以機械地協助物件彼此對齊，或當配接時允許物件本身進行自我對齊。在二物件上對應的對齊結構/標記統稱為一組對齊結構/標記。
    更具體地說，指示相對於座標系102之六個自由度(即沿X、Y、Z軸的位移並相對於X、Y、Z軸的旋轉)在二或更多物件間的位移之一組排列結構/標記將啟用全運動對齊。另一方面，指示相對於相同自由度但並非全部六個自由度(即沿X、Y、Z軸位移，但未相對於各軸旋轉)在二或更多物件間的位移之一組對齊結構/標記只能啟用擬運動對齊。
    當用於在共同基底上形成一成像系統之光學元件時，製造主體應該精確對齊共同基底和/或支撐共同基底的真空夾頭。例如，如果共同基底包括其上所支撐的一陣列的圖像探測器，則使用製造主體形成的光學裝置應準確和精確對齊它們對應的圖像探測器。在這個例子中，在製造主體、真空夾頭、和共同基底之每一者上的對齊結構，在形成光學元件期間，可有利於相對於真空夾頭和/或共同基底，對齊製造主體。
    圖2和圖3繪示一習知之對齊結構。圖2是用以支持一共同基底202之一真空夾頭200之俯視立體圖，而圖3是被設定為配接真空夾頭200和共同基底202之製造主體300之俯視立體圖。共同基底202包括一大致平坦表面204。在圖2和3、以及本文的其他圖式，個別元件之特定實施例使用在括號內的數字(如，突出對齊元件306(1))來標示，而不具有括號的數字(如，突出對齊元件306)則標示一般的元件。可配置共同基底202以支撐一陣列的圖像探測器，如，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像探測器。
    繼續參考圖2和3，製造主體300包括：複數特徵302，其經配置以形成其上的光學元件，為簡明起見，圖3僅標示三個這樣的特徵302。製造主體300可用於在一表面204上形成對應於特徵302之複數光學元件。例如，藉由在鄰近共同基底之表面204處，設置製造主體300之一表面304，運用設置於其間之一可塑性或可揉性材料，特徵302可用於在表面204上模塑光學元件。
    如圖2所示，真空夾頭200包括作為對齊結構之圓柱對齊元件206(1)、206(2)及206(3)。製造主體300包括突出對齊元件306(1)、306(2)及306(3)，以分別作為對應的對齊結構。當以一共同方式配接，圓柱元件206和突出對齊元件306定義，在真空夾頭200和製造主體300之間的位移和傾斜(即，在表面204或表面304上的平面上相對於兩軸的旋轉)。然而，在二成像系統固定裝置之間垂直於表面204或表面304之對軸的旋轉運動(如圖2之箭頭210所示)仍然可被作用的外力影響，比如，那些來自一操作者或一機器(未顯示)的外力。因此，由圓柱對齊元件206和突出對齊元件306所定義之該組對齊結構只允許如圖2和3所示之示例的擬運動對齊。
    然而，可藉由在兩物件上都包含基準標記，以提供製造主體300相對於真空夾頭200之的角對齊。當製造主體300相對於真空夾頭200在一適當的角度對齊時，這種基準標記可用於視覺上的指示。雖然基準標記可有利於這種角度對齊，它們一般不利於物件間的自我對齊(也稱為被動對齊)。一操作員和/或機器一般旋轉真空夾頭200和製造主體300之一或兩者，直到基準標記視覺上指示適當的角度對齊。在這個例子中，基準標記由一徑向線310(1)和310(2)來表示，其經配置以對齊在真空夾頭200上對應的徑向線(未顯示)。藉由對齊共同基底202之周長212，同心環312也可以作為一基準標記。真空夾頭200上的游標208(1)和208(2)，和製造主體300上對應的游標308(1)和308(2)繪示這種促進角對齊之共同的基準標記。
    圖4顯示一習知複製系統400之一截面視圖，包括：在一真空夾頭402上的對齊結構410和412；和在製造主體404上的對齊結構414。圖示之對齊結構410和412係與一對應的對齊結構414配接。一共同基底406被固定至真空夾頭402，並使用對齊結構410、412和414相對於製造主體404對齊。如圖4所示，製造主體404包括多個結構408，用以定義光學元件。一壓鈕416被用於複製系統400，以相對於共同基底402固持製造主體404。
    仍參照圖4，對齊結構410、412和414共同限制製造主體404相對於真空夾頭402之位移和傾斜的自由度。在這個例子中，製造主體404相對於真空夾頭402之旋轉主要還是由一作用的外部對齊力量(例如，壓鈕416)所定義。因此，複製系統400之該組對齊結構只能啟用製造主體404相對於真空夾頭402之擬運動對齊。
    圖5顯示一習知的對齊系統500之另一示例的立體圖，其包括一真空夾頭502、一製造主體504和一視覺系統506。在一控制配接的過程中，製造主體504和真空夾頭502係相對於彼此以θ方向對齊，之後才進行Z方向的配接。在圖5之例子中，在θ方向的對齊是藉由視覺系統506電子偵測，以在製造主體504的一索引標記508和真空夾頭502的一索引標記510之間決定相對位置的對齊。視覺系統506產生一信號，以傳送至一計算機處理系統(未顯示)，計算機處理系統解譯該信號，以提供真空夾頭502和製造主體504之一者或全部之彼此相對的位置控制。沿著Z和R方向的位移或移動是由機械對齊結構所控制，例如，通過圖2至圖4所示之對齊結構來控制。因此，如圖5所示之對齊結構和特徵之結合促成真空夾頭502相對於製造主體504在θ、R和Z方向之擬運動對齊。
    圖6顯示另一組示例性習知對齊結構的截面圖。在這個例子中，一製造主體602以固定至真空夾頭600之共同基底604配接並符合用真空夾頭600。真空夾頭600上的對齊結構是形成於真空夾頭600的表面608之上或之中的一V形槽。如圖6所示，V形槽606形成於一表面608上。更具體地說，當製造主體602和真空夾頭600配接時，一突出610共同對齊V形槽606。在配接時，V形槽606和突出610限制製造主體602和真空夾頭600之間的位移和傾斜，這種對齊結構一般只定義在製造主體602和真空夾頭600之間的擬運動對齊，而不是其本身或其中的全運動對齊。
    在一實施例中，一種用以使一第一和一第二成像系統固定裝置互相對齊之方法，包括下列步驟：在該第一成像系統固定裝置上形成一第一對齊結構；在該第二成像系統固定裝置上形成一第二對齊結構。該方法更包含：以一光學精度配接該第一和第二對齊結構，使該第一和第二成像系統固定裝置互相對齊。
    在一實施例中，一種在一成像系統固定裝置上用以加工具有一調制輪廓之一對齊結構的方法，包括下列步驟：提供用於一加工工具之參數，和該對齊結構的一輪廓。該方法更包含：產生該對齊結構之一二維模型；定義該加工工具之一光柵螺旋工具路徑；和使用一工具補償模型在該成像系統固定裝置上加工該對齊結構，該工具補償模式藉由一數學函數在至少一座標方向上調制。
    在一實施例中，一種用以重複配接複數成像系統固定裝置之高精密系統，包括：一共同基底；一夾頭，其能夠握持該其同基底；一製造主體。一第一對齊結構，其位在該夾頭和該共同基底之至少一者上，及一第二對齊結構，其位在該製造主體上當該第一和第二對齊結構配接時，在該製造主體和夾頭(或共同基底)之間係以光學精度進行對齊。該夾頭、該共同基底，和該製造主體可重複以光學精度配接。
    在一實施例中，一種成像系統固定裝置，包括：一基板，其具有至少一大致平坦表面；和一大致連續特徵，其形成於該大致平坦表面，其中該特徵之一輪廓是至少一座標方向之一函數。
    在一實施例中，一種用以對齊和形成具有一共同基底之光學元件之方法，包括下列步驟：在該共同基底上形成一基底對齊結構，該基底對齊結構具有一數學定義之輪廓，且該輪廓關聯於至少二座標方向。該方法更包含：在一第一製造主體上形成一第一對齊結構，該第一製造主體被配置為塑造一第一可塑性材料。該第一對齊結構被配置為包含一數學定義的輪廓，其關聯於至少二座標方向，且能配合該基底對齊結構。本方法更包含藉由使該基底對齊結構配合該第一對齊結構，使該共同基底配接該第一製造主體，據以塑形該第一可塑性材料，以對齊並形成該等光學元件之至少一者。
    圖7A及7B顯示按照一實施例，一第一物件700和一第二物件702之立體圖，分別包括一第一和第二對齊結構704和706。與此相關，圖7C和7D說明分別藉由配接和配合第一和第二對齊結構704和706，第一和第二物件700和702之配接和對齊。第一和第二物件700和702可能是成像系統固定裝置，例如，一製造主體，其經配置以形成成像系統之一陣列的光學元件；一真空夾頭，其經配置以保留一共同基底；一探測器陣列；一個別光學元件。物件700和702的對齊結構704和706分別被配置為促進在第一和第二物件700和702間的全運動自我對齊，詳述如下。因此，擬運動對齊和主動對齊也將由對齊結構704和706啟用。
    如圖7A所示，第一物件700上的第一對齊結構704包含一輪廓，其整合在一表面708形成之一突出截面(即，延著垂直Z軸之線705)。同樣地，如圖7B所示，一第二對齊結構706包括一輪廓，其整合形成於一表面710之上或之中的一突出截面(即，延著垂直於Z軸之線709)。輪廓被配置為使第一和第二對齊結構704和706合作以在第一和第二物件700和702之間進行全運動對齊。圖7C之立體圖繪示這種補償性配合和配接之示例，而圖7D則繪示一徑向截面圖。如圖7C，當使第一和第二物件700和702定向以配接，第一對齊結構704之一第一表面輪廓712對應第二對齊結構706之一第二表面輪廓714。如圖7D所示之第一和第二物件700和702之徑向截面圖所示，第一對齊結構704具有一突出半圓截面，而第二對齊結構706具有V形槽之形狀。
    在圖7A-7D所示的實施例中，第一和第二表面輪廓712和714之每一者在xy平面(即，垂直於Z軸的平面)是大致圓形的，在z方向有其各自的輪廓，其由一平順數學函數(如，正弦曲線)所調制。也就是說，輪廓的高度可表示為公式1：
    z=a 0+a 1 cos(nθ),　公式1
    其中參數a0、a1、和n均為常數。參數a0對應至一高度或一深度偏移，參數a1對應至調制之振幅，而參數n對應至週期函數之週期的數量。例如，如圖7E所示，在一示例性實施例中，a0=2.5毫米，a1=2.5毫米，和n=3。繼續參考圖7E，突出716之其他參數可包括半徑為5毫米、高度為2.27毫米、基底寬度為8.38毫米。V形槽718的其他參數可包括：開啟角度為105度、深度為2.27毫米、一開口寬度為7.04毫米。
    當如圖7D和7E所示般接合時，物件700相對於物件702移動，在物件700和702之間的對齊可控制在x、y和z方向，以及在所有三個旋轉軸(如圖1所示)。換句話說，第一和第二對齊結構704和706之正弦調制輪廓的配接促成物件700和702之間的全運動對齊。另外，應明白，對齊結構不需要靠近一特定物件之外邊緣，但可位於物件的其他地方(例如，朝向物件中心)。
    繼續參考圖7A-7E，當第一和第二對齊結構被導入配接時，第一和第二物件700和702可塗覆一堅固耐用且低摩擦的塗層，如，氮化鈦、類金剛石碳、或，以減少摩擦。然後，如果在垂直的配置中，如圖7C所示，一上物件的重量就可能導致第一和第二物件700和702藉由重力之助而不需要額外的控制(雖然不排除)，被動地自我對齊至最低勢能的一點。另外，如果第一和第二物件700和702係並列定向和配接(即，相對於重力，沒有物件位於其他者之上)，則第一和第二物件700和702仍可以最小負載用於對齊。自我對齊(或主動對齊)可有助於減少不必要的或潛在的物件變形，這種變形可能會導致對齊錯誤。可調整對齊結構的輪廓之尺寸，以彌補任何此類應用塗層的厚度，以保持物件700和702之間適當的對齊。
    第一和第二物件700和702的配接可能發生在複製一或多光學元件的情況下。在這種情況下，二物件對齊所需的負載量可能正比於欲配接物件的質量，以及正確塑造設置於該等物件之間的可塑性材料所需的任何力。例如，相較於一高粘度/模數的材料，一低粘度/模數的可塑性材料通常需要較少的作用力。在這種情況下，物件的被動和主動對齊能力可能都需要被使用。
    第一和第二物件700和702可在每個x、y和z方向以小於2微米及在相對名義方向之三旋轉方向之每一者上小於一度之準確度和精準度，以高度精確的尺寸製造，以使它們能使用被動地自我對齊方式來重複配接和脫離。此外，重複配接不需要如習知系統般，使用和/或標示任何額外的對齊標記或視覺系統。例如，在標準生命週期中，製造主體或真空夾頭可能會遇到成百上千的反覆配接；本實施例之對齊結構有利地使重複對齊小於光學公差，並達成大規模生產製造的條件。因此可達成被動對齊、具有一負載的主動對齊、或兩者結合之重複性。
    請參照圖7D，藉由限制物件之間可能的點，在第一和第二物件700和702之間的摩擦可進一步減少。舉例來說，在一特定例子中，第一對齊結構704是一突出，而第二對齊結構706是一V形槽，該第一和第二對齊結構後來接觸於二圓形線接觸點(如點716和718所示)。藉由在接觸點增加一減摩介質(未顯示)，物件700和702之間的摩擦力可進一步降低。例如，該減摩介質可以是已知可用來減少摩擦之液體(如，軸承油)或氣體(如氮氣或空氣)。此外，一或多介質通道720可被納入物件中的一者，以允許在物件配接時，減摩介質之流入和/或流出。用以供介質流入或流出通道720之的一開口722可設在V形槽的最低點，例如，或其他合適位置。可以根據用於製造這些輪廓之加工工具，選擇表面輪廓712和714之正弦調制之一振幅(如雙箭頭724指示)，詳如下述。
    圖7D顯示被配置為一V形槽和一突出之第一和第二對齊結構之配合和配接，第二對齊結構706可改成配置為對應第一對齊結構704之突出之一凹形。也就是說，雖然一V形槽減少對齊結構704和706間的接觸面積，然而這種特殊形狀不是必需的。換句話說，第二對齊結構706可以不具有突出形狀(相較於V形槽的形狀)，突出形狀會增加二排列結構間的接觸面積。因此，在這樣的例子中，一減摩介質可額外用於對齊結構之間，以減少其中的摩擦。
    對機械加工而言，圖7A及7B所示之對齊結構之表面被認為是「自由形式(free-form)」的表面，因為它們可由被編程為在X、Z和C座標方向上控制的加工工具來達成，其中X、Z和C座標方向常用來定義機械加工的軸。例如，一螺旋工具路徑柵格可以被定義為開始於欲加工之一對齊結構(例如，第一對齊結構704)之一外徑，並螺旋向內進入對齊結構的內徑。這種螺旋工具柵格路徑可由幾千萬或更多的三維座標(即(X，Z，C))來定義。座標方向X、Z和C可以分別等同於標準的圓柱座標R、Z和Θ。
    按照一實施例，本發明之對齊結構的三維正弦輪廓可有利地只用二維模型的參數，直接加工於成特定物件表面之上或之中，而不需要三維模型參數，通常形成這樣的結構，三維模型參數需要較多的勞力。這種使用二維模型參數之加工製程的一示例描述於圖8所示之流程800。根據流程800，在步驟810提供參數，用於一加工工具，和用於欲加工的對齊結構之輪廓。這些參數可能包括但不限於已知特性的刀具，如，欲使用之刀具的半徑，和描述欲製造的對齊結構的截面之物理參數。接下來，在步驟820，產生如上所述之欲加工的結構(如，對齊結構704和706)之二維模型。然後，在步驟830，依據在步驟810提供的參數，使用工具補償技術修改二維模型。舉一例子，當以小X軸進給率使用C軸加工，刀具僅在移動於垂直徑向的Θ方向時實質上有效率，因此，刀具補償將只需要在徑向方向(即X座標方向)執行。
    在步驟840中，定義一螺旋加工工具路徑柵格。然後藉由調制函數(例如，上述之公式1)，在步驟850採樣該工具補償模型。在步驟860，包含三維座標或其他參數(如G代碼或F代碼命令)之一數值控制(“NC”)檔案產生螺旋柵格路徑，並提供給加工工具。在步驟870中，加工模型和補償輪廓，從而形成對齊結構。
    在流程800之一示例中，用於步驟850之調制函數是應用於Z座標方向之一正弦函數。另外，其他函數可能被用作調制函數，以及調制函數可用於Z座標方向之外的座標方向(例如，在R座標方向)。
    在流程800中，可只使用二維建模技術實現三維形狀，從而大幅減少通常需要編寫一機床以形成一立體形狀之時間和複雜性。對齊結構的加工過程是可擴展的，從在一大物件之全域陣列的光學元件形成特徵至個別光學元件，其中這樣的可擴展性可能只被所使用的加工工具之特定能力所限制。
    依據在一物件上加工一對齊結構之流程800，可以依據用於形成輪廓之加工工具和其他相關於使用物件700和702之製造上的考慮，選擇在表面輪廓712和714之正弦調制的Z方向的振幅724。例如，增加正弦調制的振幅724可能因此提高物件700和702之間的精度和/或對齊精度。但是，振幅724可能會受限於加工工具的餘隙角及其他參數，而大多數傳統的加工工具可以成功地產生一傾斜特徵，其具有可達十五度的角度，一些具有改良的餘隙之現代化工具有能力達成高達32度或更高之斜坡。表面輪廓712和714的正弦調制之期間也可以根據工具和製造限制和所需的對齊精度來選擇。一般來說，一較長的調制週期(即，物件700和702每旋轉較小的正弦調制)可能更容易整合至一較大工具的設計。然而，一較短的奇數調制週期可能增加物件的對齊精度，因為可使用偶數週期達成之對稱性造成對齊物件彼此相位抵消的機會。例如，具有偶數期之一成像系統固定裝置可旋轉一百八十度，而由此形成的光學元件陣列可適當地空間對齊，但旋轉一百八十度是不適當的。如圖7A-7D的實施例所示，調制週期為3赫茲。儘管如上所述，熟知該項技藝者在閱讀並完整理解本說明書後將可明白，不限制於特定頻率，而所選擇的時間亦可長可短。
    圖9A和9B分別繪示對齊結構700和702之徑向截面之曲輪廓900和910。曲輪廓900和910都有一正規化的徑向座標(R或X)作為橫座標，和一正規化的Z座標作為縱座標。應該指出的是，由於加工工序移除材料，曲輪廓900和910顯示截面的Z座標為零或負值。具體來說，圖9A顯示在相對於物件中軸線之z方向與徑向距離，並對應於圖7A之徑向線705，一突出對齊結構(如對齊結構704)之一加工振幅(高)724之一曲輪廓900。圖9B顯示在相對於物件中軸線之z方向與徑向距離，並對應於圖7B之徑向線709，一V形槽對齊結構(如對齊結構706)之一加工振幅(深)724之一曲輪廓910。
    圖10-12說明可當作成像系統固定裝置之一不同對的物件1000和1002。圖10顯示具有一對齊結構之一成像系統固定裝置之立體圖。圖11顯示一組包括對齊結構之成像系統固定裝置的立體截面圖。圖12顯示圖11包括進一步細節之立體截面圖。在這些圖式中，在物件1000和1002分別的一組對齊結構1004和1006未繪示為補償結構，而是作為另一者在輪廓振幅的調制中的Θ座標具有額外一百八十度的相移的複製。具體而言，對齊結構1004和1006都是V形槽，其根據相關的位移物件1008相對於彼此對齊。位移物件1008可以用一選定的距離同時置於物件1000和1002，並相對於彼此，對齊物件1000和1002。
    例如，當垂直定向，物件1002就可以置於物件1000之上並接合物件1000，如圖11所示，其中放置有位移物件1008參考圖10，位移物件1008可先被放置於物件1000上的凹入對齊結構1004，其中物件1000可能成為圖11的較低物件，在等距離的地點，一般在輪廓的調制之最低區域。當位移物件1008是圓形或球形(例如，圓形實心球)時，在這例子中，不需要找到物件1008在V形槽1004的高度精確或準確位置，因為位移物件1008受到重力作用滾至最低勢能的等距離位置。如圖11所示，當較高物件1002被置於較低物件1000之上時，物件1000和1002可能藉由低摩擦位移物件1008被動地相對彼此自我對齊，其中低摩擦位移物件1008之每一者置於對齊結構1004和1006的相對V形槽。例如，位移物件1008可能包括一抗變形材料，如，可以從加州的洛杉磯之Bal-tec獲取的矽氮化物球。位移物件1008也可能塗有一堅固耐用且減摩的材料，如上所述之任何者，以允許位移物件1008相對於物件1000和1002之自由運動。
    圖12顯示如圖10和11所示物件、對齊結構、位移物件的一截面示圖，用以形成一陣列的成像系統1010、1012和1014。在這例子中，物件1000是一真空夾頭和物件1002是製造主體。個別堆疊的成像系統1010、1012和1014係繪示為形成於一共同基底1016上的光學元件。當堆疊的成像系統1010、1012和1014的每一新元件形成，物件1000和1002間的空間可能會相應增加。在這實施例中為提高物件1000和1002之間的距離，位移物件1008只需要選擇一適當的直徑。可因此為加至成像系統1010、1012和1014之連續層選擇連續增加直徑的位移物件1008。這實施例的一優點是，不管與物件1000配接的順序，製造主體1002之每一者可以在其中形成一相同於所有其他製造主體之對齊結構。在不同成像系統固定裝置之加工對齊結構之一致性可以因此有利地增加。
    可以由圖10-12觀察到的，雖然物件1000和1002係相關於三不同位移物件1008來繪示，物件可能相關於三以外之合適數量。例如，位移物件的數量等於關聯於對齊結構之輪廓的調制週期之數量。雖然對齊結構1004和1006被繪示為V形槽，對齊結構可選擇性地根據其他合適的形狀(例如，半圓形、凹入)來形成，只要能容納一或多位移物件1008。位移物件1008可能有一形狀，其補償相對的對齊結構，同時也使物件在自動裝載下被動的自我對齊下。在這例子裡，兩相對物件是垂直定向的，較高物件的質量本身可滿足最小負荷的要求。可以相對於一有限元件應力分析與建模偏斜和變形定義最小負載要求。一負載的可接受值可以被定義為以光學公差(例如，兩微米的偏差)等級不會引起偏斜或變形之負載。
    圖13A和13B顯示一對物件1300和1302的立體圖，其中分別包括對齊結構1304和1306。對齊結構1304被繪示為一V形槽，而對齊結構1306被繪示為一具有一半圓形截面之突出。不同於圖7A和7B所示之物件和對齊結構，對齊結構1304和1306是不連續的，而是包括至少一單一中斷。此外，不同於運動致能的對齊結構704和706，對齊結構1304和1306不是徑向座標R的常數函數。如上所述，對齊結構704和706之Z分量是調制正弦，而半徑R維持常數。如圖13A和13B所示，對齊結構1304和1306不是根據高度或深度進行調制的，以利於物件之間的被動自我對齊。相反地，半徑R是依據一螺旋形數學函數R=c*θ進行調制的，其中c是一常數，而θ是方位座標。
    作為一替代性實施例，圖14A和14B顯示運動致能對齊結構1404和1406之平面視圖，其由數學函數公式2定義：
    R=b 0+b 1cos(mθ),　公式2
    其中b0、b1和m是常數，而結構的Z分量保持不變。可以藉由比較定義對齊結構704、706、1304、1306、1404和1406之數學函數了解，可藉由選擇在座標方向之間適當的輪廓和關係，可在一對成像系統固定裝置之間啟用具有光學精度和準確度之被動式全運動對齊。根據上文，例如，根據公式1或2所作之對齊結構提供一數學定義的輪廓，其中該輪廓關聯於至少二座標方向。
    可以變化上述程序和系統而不偏離本發明之範疇。例如，雖然本文是利用正弦和螺旋數學函數來定義對齊結構，亦可利用正弦函數、三角函數、或其他類別的週期或平滑變化的函數之乘方。亦可明白，在上述說明或顯示在所附圖式中所包含的內容應解釋為例示性的，而非一限制。以下申請專利範圍亦涵蓋本文所述之外的通用和特定特徵，而本發明程序和系統的範疇的記述可落入其中。
    100．．．圓柱形物件
    102．．．座標系統
    200．．．真空夾頭
    202．．．共同基底
    204．．．表面
    206．．．圓柱對齊元件
    208．．．游標
    210．．．箭頭
    300．．．製造主體
    302．．．特徵
    304．．．表面
    306．．．突出對齊元件
    308．．．游標
    310．．．徑向線
    312．．．同心環
    400．．．複製系統
    402．．．真空夾頭
    404．．．製造主體
    406．．．共同基底
    408．．．結構
    410．．．對齊結構
    412．．．對齊結構
    414．．．對齊結構
    416．．．壓鈕
    500．．．對齊系統
    502．．．真空夾頭
    504．．．製造主體
    506．．．視覺系統
    600．．．真空夾頭
    602．．．製造主體
    604．．．共同基底
    606．．．V形槽
    608．．．表面
    610．．．突出
    700．．．第一物件
    702．．．第二物件
    704．．．第一對齊結構
    705．．．線
    706．．．第二對齊結構
    708．．．表面
    709．．．線
    710．．．表面
    712．．．第一表面輪廓
    714．．．第二表面輪廓
    716．．．突出
    718．．．V形槽
    720．．．介質通道
    722．．．開口
    724．．．雙箭頭
    1000．．．物件
    1002．．．物件
    1004．．．對齊結構
    1006．．．對齊結構
    1008．．．位移物件
    1010．．．成像系統
    1012．．．成像系統
    1014．．．成像系統
    1016．．．共同基底
    1300．．．物件
    1302．．．物件
    1304．．．對齊結構
    1306．．．對齊結構
    1400．．．物件
    1402．．．物件
    1404．．．對齊結構
    1406．．．對齊結構
    X．．．軸
    Y．．．軸
    Z．．．軸
    A．．．方向性箭頭
    B．．．方向性箭頭
    C．．．方向性箭頭
    R．．．圓柱座標
    θ．．．方位座標
    可藉由下文中參照附圖說明之實施方式了解本發明。應明白，為了清楚說明，在圖紙上的某些元件可能不會按比例繪製。
    圖1是一圓柱形物件的一座標系統的斜角立體圖。
    圖2是一包含一共同基底之習知真空夾頭之俯視立體圖。
    圖3是用來配接圖2之真空夾頭之習知製造主體之俯視立體圖。
    圖4是包含一製造主體、一真空夾頭、和一共同基底之一習知複製系統之截面圖。
    圖5是包含一製造主體、一真空夾頭、和一視覺系統之一習知對齊系統之一立體圖。
    圖6是習知對齊結構之截面圖。
    圖7A是根據一實施例具有一對齊結構之一成像系統固定裝置之立體圖。
    圖7B是按照一實施例，一成像系統固定裝置結構之一立體圖，其具有一對齊結構，能配合圖7A所示之對齊結構。
    圖7C是依據一實施例，在一垂直對齊和配接定向之如圖7A和7B所示之一成像系統固定裝置之立體圖。
    圖7D是按照一實施例，如圖7A及7B所示之成像系統固定裝置經過配合和配接後之截面圖。
    圖7E是按照一實施例，圖7D之成像系統固定裝置之局部放大之截面圖。
    圖8是根據一實施例，說明製造對齊結構之一程序的一流程圖。
    圖9A和9B是根據一實施例，對齊結構之徑向截面圖。
    圖10是根據一實施例，具有一對齊結構之一成像系統固定裝置之立體圖。
    圖11是根據一實施例，包括對齊結構之一組成像系統固定裝置之剖面立體圖。
    圖12是圖11之放大截面圖，用以進一步說明對齊結構之細節。
    圖13A和13B是根據一實施例，包括對齊結構之成像系統固定裝置之立體圖。
    圖14A和14B是根據一實施例，包括對齊結構之成像系統固定裝置之平面圖。
    权利要求:
    Claims (33)
    [1] 一種用以對齊一第一和一第二成像系統固定裝置之方法，包括下列步驟：在該第一成像系統固定裝置上形成一第一對齊結構；在該第二成像系統固定裝置上形成一第二對齊結構；以一光學精度配接該第一和第二對齊結構，使對齊該第一和第二成像系統固定裝置。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由該第一和第二對齊結構，可以重複上述配接步驟至該光學精度的範圍之內。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該光學精度定義相對於一名義位置之一小於2微米之轉換，和相對於一名義方向之一小於1度的旋轉。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一和第二成像系統固定裝置包括一大致平面表面，其中一成像系統之複數元件和用以形成一成像系統之元件之複數特徵之至少一者形成於該大致平面表面之上或之中。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一和第二成像系統固定裝置係一成像系統之可配接和可堆疊之個人光學裝置。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含一提供步驟，其在該第一和第二對齊結構之間提供一減摩介質。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述配接該第一和第二對齊結構之步驟更包括：在該第一和第二對齊結構間，設置一或多位移物件。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該位移物件包括至少三實體球形球。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一和第二成像系統固定裝置在上述配接步驟期間自我對齊。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一和第二成像系統固定裝置在上述配接步驟期間藉由一施加的負載力對齊。
    [11] 一種在一成像系統固定裝置上用以加工具有一調制輪廓之一對齊結構的方法，包括下列步驟：提供用於一加工工具之參數，和該對齊結構的一輪廓；產生該對齊結構之一二維模型；定義該加工工具之一光柵螺旋工具路徑；和使用一工具補償模型在該成像系統固定裝置上加工該對齊結構，該工具補償模式藉由一數學函數在至少一座標方向上調制。
    [12] 一種用以重複配接複數成像系統固定裝置之高精密系統，包括：一共同基底；一夾頭，其能夠握持該其同基底；一製造主體；及一第一對齊結構，其位在該夾頭和該共同基底之至少一者上，當該製造主體與該夾頭或該共同基底配接時，該第一對齊結構能夠與在該製造主體上的一第二對齊結構自我對齊，其中該夾頭、該共同基底，和該製造主體可重複以光學精度配接、對齊、脫離、重新配接、和重新對齊。
    [13] 一種以一共同基底對齊和形成光學元件之方法，包括下列步驟：在該共同基底上形成一基底對齊結構，該基底對齊結構具有一數學定義輪廓，其在至少二座標方向上相互關聯；在一第一製造主體上形成一第一對齊結構，該第一製造主體被配置為塑造一第一可塑性材料，該第一對準結構具有一數學定義輪廓，其與至少二座標方向相互關聯並可配合該基底對齊結構；及配接該共同基底和該第一製造主體，藉由配合該基底對齊結構與該第一對齊結構，從而塑造該第一可塑性材料，以對齊和形成該等光學元件之至少一者。
    [14] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該基底對齊結構之輪廓正弦於至少一座標方向。
    [15] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該基底對齊結構是一個凹槽。
    [16] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一對齊結構和該基底對齊結構之每一者包含對應的V形槽。
    [17] 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中當配接該共同基底和該第一製造主體時，該第一製造主體和該共同基底係藉由位於該對應的V形槽之球狀球相對設置。
    [18] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該基底對齊結構形成於該共同基底之一外圍附近。
    [19] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該基底對齊結構是連續的，而該基底對齊結構之輪廓是至少一座標方向之一週期性且平滑變化的函數。
    [20] 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該基底對齊結構和該第一對齊結構的輪廓表面分別形成第一和第二流體承載表面。
    [21] 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括下列步驟：在該第一可塑性材料已經形成為該等光學元件之至少一者後，脫離該第一製造主體和該共同基底；及在一第二製造主體上形成一第二對齊結構，該第二對齊結構具有一數學定義的輪廓，其與至少二座標方向相互關聯且能配合該基底結構，該第二製造主體經配置以塑造一第二可塑性材料，當該第二製造主體配接該共同基底時，該第二對齊結構被配置為該第一對齊結構之一實質上備份，其相對於由該第一製造主體所形成之該等光學元件之至少一者與該第二製造主體所形成該等光學元件之所欲對齊。
    [22] 一種成像系統固定裝置，包括：一基板，其具有至少一大致平坦表面；和一大致連續特徵，其形成於該大致平坦表面，其中該特徵之一輪廓是至少一座標方向之一函數。
    [23] 如申請專利範圍第22項所述之成像系統固定裝置，其中該特徵是一表面突起，一凹溝或一V形槽。
    [24] 如申請專利範圍第22項所述之成像系統固定裝置，其中根據一正弦函數定義該輪廓。
    [25] 如申請專利範圍第22項所述之成像系統固定裝置，其中該輪廓被定義為下列之至少一者的一函數：距離該基板之該中心的一徑向距離、正交於該大致平坦表面之一軸的一方位角、或沿著正交於該大致平坦表面之一軸的一距離。
    [26] 如申請專利範圍第22項所述之成像系統固定裝置，其中該特徵包括至少一不連續。
    [27] 如申請專利範圍第25項所述之成像系統固定裝置，其中該輪廓之一高度保持不變，而到該輪廓之該徑向距離因為該方位角而變。
    [28] 如申請專利範圍第25項所述之成像系統固定裝置，其中到該輪廓之該徑向距離保持不變，而到該輪廓之該高度因為該方位角而變。
    [29] 一種對齊結構，包括：一輪廓，其形成在一物件之上或之中，該物件在數學上關聯於至少二座標方向，且該物件以光學精度自我對齊於形成在一第二物件之中或之上的一第二對齊結構之一輪廓，且該第二物件在數學上關聯於至少二座標方向。
    [30] 如申請專利範圍第29項所述之對齊結構，其中該第一和第二物件包括成像系統固定裝置。
    [31] 如申請專利範圍第29項所述之對齊結構，其中該輪廓之一高度符合下列公式：z=a 0+a 1cos(nθ)其中a0、a1、和n均為常數，z是該輪廓的該高度，θ是該輪廓之一中心點的一方位座標，a0是一高度或深度偏移，a1是一調制振幅，及n是一週期函數之週期的一數目。
    [32] 如申請專利範圍第29項所述之對齊結構，其中從該物件之一中心點至該輪廓的一徑向距離符合下列公式：R=b 0+b 1cos(mθ)其中b0、b1、和m均為常數，R是該徑向距離，θ是該中心點的一方位座標，b0是一高度或深度偏移，b1是一調制振幅，及m是一週期函數之週期的一數目。
    [33] 如申請專利範圍第32項所述之對齊結構，其中該輪廓的該高度維特實質上不變。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US12/819,897|US8477195B2|2010-06-21|2010-06-21|Optical alignment structures and associated methods|
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