Stempelwerkzeug, Vorrichtung und Verfahren zum

Herstellen eines Linsenwafers

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stempelwerkzeug, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen, insbesondere Prägen, eines eine Vielzahl von Mikrolinsen aufweisenden monolithischen Linsenwafers gemäß den Patentansprüchen 1, 6 und 10.

Mikrolinsen finden in erster Linie Anwendung für Geräte, die eine optische Fokusiereinrichtung benötigen, wie beispielsweise für Kameras von

Mobiltelefonen. Auf Grund des Miniaturisierungsdrucks sollen die

funktionalen Bereiche immer kleiner werden. Je weiter die Mikrolinsen miniaturisiert werden sollen, desto schwieriger wird deren optisch korrekte Herstellung, weil gleichzeitig ein enormer Kostendruck für die idealerweise in Massenfertigung herzustellenden Mikrolinsen besteht. Im Stand der Technik werden Mikrolinsen auf einem Trägersubstrat durch unterschiedliche Herstellverfahren erzeugt, wie beispielsweise in der US 6,846,137 Bl, US 5,324,623, US 5,853,960 und US 5,871,888 gezeigt. Allen vorgenannten

BESTÄTIGUNGSKOPIE Verfahren ist gemein, dass prinzipbedingt eine gewisse Dicke notwendig ist und das durch die Mikrol inse durchtretende Licht nicht nur die Linse, sondern das Trägersubstrat passieren muss. Auf Grund der gleichzeitig geforderten hohen Qual ität und der Anforderungen an höhere Auflösung bei gleichzeitig höherer Brillanz, die unter anderem von der Dicke und der Anzahl der Optiken entlang der optischen Achse, also des Strahlengangs, abhängt, ist eine weitere Optimierung der Mikrolinsen gemäß dem Stand der Technik wünschenswert.

Darüber hinaus besteht die Forderung nach einer mögl ichst hohen

Lichtausbeute, die insbesondere für Mikrooptiksysteme entscheidend i st, da der Bildsensor eine meist sehr kleine Fläche einnimmt, auf die Licht auftreten kann.

In der EP 2 1 68 746 A I ist ein Herstellverfahren für ein trägerloses

Mikrol insenfeld offenbart.

Problematisch bei der Herstellung von trägerlosen Mikrolinsenfeldern ist die Schrumpfung des Linsenfeldmaterials beim Herstellen des Linsenfeldes, insbesondere beim Prägen und Aushärten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Stempelwerkzeug beziehungsweise eine gattungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit welchen, insbesondere in Massenfertigung, Linsenwafer mit Mikroli nsen hoher Lichtausbeute sowie hoher Bri l lanz und gleichzeiti g hoher

Fertigungsgenauigkeit herstell bar sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 6 und 1 0 gelöst. Vortei lhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fal len auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen

Wertebereichen sol len auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Stempelwerkzeug zum

Herstellen des Linsenwafers derart auszugestalten, dass der Stempel einen Prägeraum für die Aufnahme des aushärtbaren Fluids zur Herstel lung des Linsenfeldes derart begrenzend ausgebildet ist, dass beim Prägen

beziehungsweise Herstellen des Linsenfeldes automatisch ein seitlicher Umfangsrand des Linsenfeldes ausgebildet wird. Auf diese Art und Wei se wird die Weiterverarbeitung des Linsenfeldes deutlich vereinfacht, da hierfür bereits vorhandene Trägersysteme und Handhabungsvorrichtungen verwendet werden können. Gleichzeitig wird es ermöglicht, ein sehr homogenes, opti mal aushärtendes Linsenfeld mit hoher Genaui gkeit herzustellen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es außerdem möglich praktisch beliebige Linsenformen mit einem einzigen Prägeschritt als monolithischer

Linsenwafer mit einer Vielzahl von Mikrolinsen herzustel len, insbesondere sphärische und/oder asphäri sche, konvexe und/oder konkave sowie

Fresnellinsen.

Erfindungsgemäß ist durch die Ausgestaltung des Stempelwerkzeugs ein trägerloses Mikrolinsenfeld herstellbar, bei dem die Mikrolinsen auf Grund des Verzichts auf einen Träger eine geringere Dicke als Mikrolinsen mit Träger haben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Stempelwerkzeugs ist es erfindungsgemäß vorgesehen , dass der Vorsprung als, insbesondere

ringförmiger, vorzugsweise kreisförmiger, Damm ausgebi ldet ist,

insbesondere mit einem Innendurchmesser Di von 200mm, 300mm oder 450mm. Hierdurch wird die Handhabung des Linsenwafers weiter vereinfacht.

Mit Vorteil ist weiterhin vorgesehen, dass der Prägeraum beim Prägen teilweise, insbesondere oben, von der zweiten Prägeseite begrenzt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens einer der Stempel, insbesondere der erste

Stempel, für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Auf diese Weise kann nicht nur das Aushärten durch Bestrahlung durch den Stempel hindurch erfolgen, sondern auch die Erfassung von etwaigen Ausrichtungsmarken zur Ausrichtung und Keilfehlerkompensation bei der Herstellung des

Linsenwafers.

Die Erfindung wird dadurch weitergebi ldet, dass der erste Stempel erste Ausrichtungsmarken zur Ausrichtung des ersten Stempels gegenüber zweiten Ausrichtungsmarken des zweiten Stempels aufweist. Hierdurch und

insbesondere durch Integration der Ausrichtungsmarken in den Stempel, vorzugsweise in den Vorsprung, wird ein hochgenaues Ausrichten der

Stempel ermöglicht und durch d ie erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stempelwerkzeuges mit einem Vorsprung werden Folgefehler bei der

Weiterverarbeitung und weiteren Handhabung minimiert beziehungsweise ganz ausgeschlossen. Vom Rand des mit dem erfindungsgemäßen

Stempel Werkzeug hergestellten Linsenwafers lässt sich genau auf die Position jeder einzelnen, in Linsenwafer vorgesehenen Mikrolinse zurückschließen, selbst wenn eine Schrumpfung des Linsenwafermaterials stattgefunden hat.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Ausrichtungsgenauigkeit in X- und Y-Richtung mit einer reproduzierbaren Genauigkeit von weniger als 3 μπι, insbesondere weniger als Ι μπι, vorzugsweise weniger als 0,5 pm, noch bevorzugter weniger als Ο, ΐ μπι, Abweichung in der Ausrichtungsgenauigkeit möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist neben dem vorbeschriebenen

Stempelwerkzeug folgende Merkmale auf: eine erste Aufnahmeeinrichtung zur, insbesondere statisch fixierten, Aufnahme des ersten Stempels an einer von der ersten Prägeseite abgewandten Aufnahmeseite. Die Aufnahmeeinrichtung kann ein Chuck sein, der an einem fixen beziehungsweise statischen Gestell montiert ist. Die Fixierung des ersten Stempels kann beispielsweise über

Vakuumrillen erfolgen. eine zweite Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des zweiten Stempels an dessen von der zweiten Trägersei te abgewandten Aufnahmeseite. Die Aufnahmeeinrichtung kann insbesondere ebenfal l s als Chuck, vorzugswei se mit einer Fixierung durch Vakuumrillen, ausgebi ldet sein.

Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie eine gesteuerte Bewegung des zweiten Stempel s in ei ner X-Y-Ebene und einer dazu orthogonal verlaufenden Z-Richtung sowie eine gesteuerte Rotation um eine paral lel zur Z-Richtung verlaufende Rotationsachse zur Ausrichtung des ersten Stempels mit dem zweiten Stempel ausführen kann. Die X-Y-Ebene ist im wesentlichen paral lel zu den Prägeseiten der Stempel beim Prägen.

Weiterhin ist die Vorrichtung so steuerbar, dass die Ausrichtung anhand der Position der Stempel, insbesondere der Position der Ausrichtungsmarken erfolgt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung ist ein Hubantrieb vorgesehen, durch welchen die Bewegung der zweiten Aufnahmeeinrichtung in Z-Richtung ausführbar ist. Der Hubantrieb besteht insbesondere aus drei motorisierten, voneinander unabhängi gen, bevorzugt rotationssymmetrisch am Umfang in einem Winkelabstand von 1 20 Grad zueinander in Axialrichtung parallel positionierten Spindeltrieben.

Hierdurch wird einerseits die parallele Bewegung des zweiten Stempels auf der Aufnahmeeinrichtung in Z-Richtung ermöglicht. Andererseits kann der Hubantrieb gleichzeitig ein Verkippen des zweiten Stempels bewirken.

Soweit die erfindungsgemäße Vorrichtung Keil fehlerausgleichsmittel umfasst, mit welchen ein Keilfehler zwischen den Stempeln ausgleichbar ist, sind die Stempel exakt zueinander parallel ausrichtbar, wodurch eine homogene Linse mit optimaler optischer Achse herstellbar ist. Dies ist insbesondere dann wichti g, wenn mehrere Linsen später gestapelt werden.

Die Keilfehlerausgleichsmittel sind mit Vorteil als Ausrichtetisch oder - chuck vorgesehen, der auf den Hubantrieb fixiert ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine, insbesondere in Z-Richtung bewegbare, Optik zur Erfassung der Position jeder der Ausrichtungsmarken in X-Y- und Z-Richtung vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter Verwendung des vorbeschriebenen Stempelwerkzeugs und/oder der vorbeschriebenen Vorrichtung durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: die Stempel werden auf den korrespondierenden

Aufnahmeeinrichtungen gegenüberliegend angeordnet und fixiert, soweit erforderlich erfolgt ei ne zumindest grobe Ausrichtung (sogenanntes Pre-alignment) der Stempel zueinander in X- und Y- Richtung sowie in Rotationsrichtung um die Rotationsachse,

insbesondere mit einer Genauigkeit von weniger als Ι ΟΟμπι,

vorzugsweise weniger als 50μπι, noch bevorzugter weni ger als Ι Ομπι, ein Keilfehlerausgleich erfol gt durch Keilfehlerausgleichsmittel , um die Prägeseiten paral lel auszurichten, insbesondere mit einer

Genauigkeit von weniger als 5 μηι, vorzugsweise weniger als 3 μπι, noch bevorzugter weniger als Ι μηι, anschl ießend erfol gt die Aufbringung eines aushärtbaren F luids, insbesondere eines Polymers, in fluider Form auf eine der flächigen Prägeseiten, insbesondere die zweite Prägeseite, die vorzugsweise unten angeordnet ist und durch den Vorsprung einen Prägeraum bildet, dessen Boden die zwei Prägeseite bildet,

Prägen des Linsenwafers durch Formung und anschließende Aushärtung des aushärtbaren Fluids, wobei die Formung durch Aufeinander-zu- Bewegung der Stempel erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Prägen ohne Kontakt zwischen den Stempeln erfolgt. Hierdurch wird ein offener Ringspalt am Seitenrand des Prägeraums gebi ldet, der ein seitliches Austreten des aushärtbaren Fluids beim Formen des Linsenwafers beziehungsweise beim Prägen des Linsenwafers zulassend ausgebildet ist.

Soweit das Prägen in Z-Richtung kraft- und/oder positionsgeregelt erfolgt, ist eine genaue Definition und homogene Herstellung des Linsenwafers mit einer reproduzierbaren Genauigkeit von weniger als Ι Ομπι, insbesondere weniger als 5 μη , vorzugsweise weniger als 3 μηι, noch bevorzugter weniger als Ι μηι Abweichung in der Ausrichtungsgenauigkeit möglich.

Der erste und der zweite Stempel sind als Linsenstempel mit den die

Mikrolinsen ausbildenden Negativen, also konkave/konvexe Prägestrukturen, ausgestaltet, wobei auch spärische/asphärische und/oder Fresnel linsen denkbar sind. Bei einem Durchmesser eines Linsenstempels von circa 200mm können beispielsweise etwa 2000 Mikrolinsen in einem Prägeschritt geprägt werden .

Das aushärtbare Fluid kann erfindungsgemäß aus einem UV-härtbaren oder thermisch härtbaren Material gebildet sein, wobei das Linsenmaterial erfindungsgemäß zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig

lösungsmittelfrei und zur vollständigen Vernetzung geeignet ist.

Durch die erfindungsgemäße monolithische Herstel lung des Linsenwafers weist dieser einen homogenen thermi schen Ausdehnungskoeffi zienten auf, so dass j ede aus dem Linsenwafer hergestellte Mikrolinse bei unterschiedlichen Temperaturzuständen selbstähnlich ist und ihre optischen Eigenschaften quasi nicht ändert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zei chnungen . Diese zei gen in:

Figur 1 : eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines eine Vielzahl von Mikrolinsen aufweisenden Linsenwafers,

Figur 2a: eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines

erfindungsgemäßen Stempelwerkzeuges zur Herstellung eines eine Vielzahl von Mikrolinsen aufweisenden

Linsenwafers in einer ersten Ausführungsform,

Figur 2b : eine schematische, geschnittene Seitenansicht des

erfindungsgemäßen Stempelwerkzeuges in einer zweiten Ausführungsform,

Figur 2c: eine schematische, geschnittene Seitenansicht des mit

einem Stempelwerkzeug gemäß Figur 2a oder Figur 2b beziehungsweise einer Vorrichtung gemäß Figur 1 hergestellten Linsenwafers,

Figuren 3 a bis 3 c: eine schematische Darstellung von dem Verfahrensablauf des Prägens eines Linsenwafers mit dem Stempelwerkzeug gemäß Figur 2a,

Figuren 4a bis 4c : eine schematische Darstellung von dem Verfahrensablauf des Prägens eines Linsenwafers mit dem Stempelwerkzeug gemäß Figur 2b, uren 5a bis 5c: eine schematische, geschnittene Seitenansicht des

erfindungsgemäßen Stempelwerkzeuges in einer dritten Ausführungsform und den entsprechenden

Verfahrensablauf des Prägens des Linsenwafers und

Figur 6 : eine schematische Aufsicht auf einen zweiten Stempel des

Stempelwerkzeugs gemäß Figur 5.

In den Figuren sind Vortei le und Merkmale der Erfindung mit diese j eweil s identifizierenden Bezugszeichen gemäß Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet, wobei Bautei le beziehungsweise Merkmale m it gleicher oder gleich wirkender Funktion mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

In Figur 1 ist ein System aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Stempelwerkzeug gezeigt. Das Stempelwerkzeug besteht aus einem ersten Stempel 1 und einem zweiten Stempel 2 und das

Stempelwerkzeug ist in einer ersten und zweiten Ausführungsform gemäß Fi guren 2a und 2b detailliert dargestellt und weiter unten beschrieben. In Figur 1 ist das Stempelwerkzeug gemäß der in Figur 2a gezeigten

Ausführungsform in der Vorrichtung eingesetzt.

Der erste Stempel 1 wird an seiner ersten Aufnahmeseite 23 , insbesondere waagerecht, durch mindestens eine Vakuumbahn 25 an einer ersten

Aufnahmeeinrichtung 2 1 fixiert. Die erste Aufnahmeeinrichtung 2 1 ist durch eine, insbesondere ringförmige, vorzugsweise kreisringförmige, Halterung 27 starr und möglichst erschütterungsfrei fixiert, i nsbesondere an einem in den Figuren nicht dargestellten massiven Gestel l .

Die erste Aufnahmeeinrichtung 21 ist als, insbesondere für

elektromagnetische Strahlung zumindest tei lweise durchlässiger, Chuck ausgebildet. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich

insbesondere um sichtbares oder UV-Licht. Auch der erste Stempel 1 ist für elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, durchl ässi g.

Der erste Stempel 1 weist, insbesondere an seiner zur ersten Aufnahmeseite 23 gegenüberliegenden ersten Prägeseite 6, insbesondere eingebettete erste Ausrichtungsmarken 4a, 4i auf. Die Position der ersten Ausrichtungsmarken 4a, 4i in einer in Figur 1 waagerecht liegenden X- und zur X-Richtung orthogonalen Y-Richtung sowie in einer senkrecht dazu verlaufenden Z- Richtung ist durch eine hier aus Mikroskopen 32, 33 bestehenden,

insbesondere opti schen, Detektoreinrichtung erfassbar. Die Detektoreinrichtung, insbesondere die Mikroskope 32, 33 , sind in X-, Y- und/oder Z-Richtung verfahrbar und j eweils fixierbar, um die Positionen der Ausrichtungsmarken 4a, 4i erfassen zu können. Die Detektoreinrichtung funktioniert derart, dass sie elektromagnetische Strahlung in Richtung der Ausrichtungsmarken 4a, 4i aussendet und dadurch die Position der

Ausrichtungsmarken 4a, 4i detektiert. Die Detektoreinrichtung ist an der von der ersten Aufnahmeseite 23 abgewandten Seite der ersten

Aufnahmeeinrichtung 21 , also oberhalb des ersten Stempel s 1 und der ersten Aufnahmeeinrichtung 21 angeordnet, und an dem Gestell gel agert.

Unterhalb der ersten Aufnahmeeinrichtung 21 und des ersten Stempels 1 ist eine zweite Aufnahmeeinrichtung 22 angeordnet und gegenüber der ersten Aufnahmeeinrichtung in der X-, Y- und/oder Z-Richtung ausrichtbar.

Weiterhin ist die zweite Aufnahmeeinrichtung 22 durch eine

Rotationseinrichtung 28 um eine in Z-Richtung verlaufende Rotationsachse rotierbar. Die Bewegung in X-Richtung wird durch einen X-Antrieb 29 ausgeführt, der von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Bewegung in Y-Richtung wird durch einen benachbart zum X- Antrieb 29 angeordneten Y-Antrieb 30 ausgeführt, der ebenfall s von der Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Steuereinrichtung steuert darüber hinaus die Rotationseinrichtung 28 und das Verfahren der

Detektoreinrichtung beziehungsweise der einzelnen Mikroskope 32, 33.

Die Bewegung der zweiten Aufnahmeeinrichtung 22 in Z-Richtung erfolgt durch einen Hubantrieb 3 1 , insbesondere bestehend aus Aktoren 34, 35 , 36. Die Aktoren 34, 35, 36 sind insbesondere in Z-Richtung wirkend

ausgerichtet. Al s Aktoren 34, 35 , 36 kommen beispielsweise Spindeln in Frage. Die Aktoren 34, 35 , 36 sind j eweils einzeln durch die

Steuereinrichtung steuerbar. Die Aktoren 34, 35, 36 si nd vorzugsweise an einem Seitenumfang unterhal b des X-Antriebes 29, des Y-Antriebes 30 oder der Rotationseinrichtung 28 vertei lt angeordnet, damit die auf dem Hubantrieb 3 1 angeordneten Bauteile sicher auf dem Hubantrieb aufliegen und eine genau steuerbare Bewegung der zweiten Aufnahmeeinrichtung 22 , insbesondere ein Kei l fehlerausgleich, durch die unabhängig voneinander steuerbare Ein- und Ausfahrbewegung der Aktoren 34, 35 , 36 erfolgen kann.

Auf der zweiten Aufnahmeeinrichtung 22 ist an einer zur ersten

Aufnahmeseite 23 gegenüberliegenden zweiten Aufnahmeseite 24 der zweite Stempel 2 aufnehmbar. Die Fixierung erfolgt durch mindestens eine

Vakuumbahn 26, die vorzugsweise am Seitenumfang des zweiten Stempels 2 angeordnet ist.

Der zweite Stempel 2 weist, insbesondere ein an sei ner zur ersten

Aufnahmeseite 23 abgewandten zweiten Prägeseite 7, insbesondere

eingebettete, zweite Ausrichtungsmarken 5a, 5 i auf. Die Positionen der zweiten Ausrichtungsmarken 5a, 5 i sind durch di e oberhalb der ersten

Aufnahmeeinrichtung 2 1 angeordnete Detektoreinrichtung erfassbar, so dass durch die Erfassung der Positionen der j eweils gegenüberliegend

angeordneten, korrespondierenden Ausrichtungsmarken 4a, 4i, 5a, 5i eine genaue Steuerung der Bewegung des ersten Stempels 1 relativ zu dem zweiten Stempel 2 ermöglicht wird .

Die erste Prägeseite 6 ist somit paral lel und gegenüberliegend zur zweiten Prägeseite 7 anordenbar und ausrichtbar, und zwar während des gesamten Prägevorganges .

Die erste Prägeseite 6 weist erste Prägestrukturen 8 und die zweite Prägeseite 7 weist zweite Prägestrukturen 9 auf. Die Prägestrukturen 8 , 9 entsprechen dem Negativ einer Oberseite 1 1 und einer Unterseite 1 2 eines mit dem

Stempelwerkzeug beziehungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Linsenwafers 1 0 j ede korrespondierende, gegenüberliegende Einzel struktur der ersten und zweiten Prägestrukturen 8, 9 entspricht damit dem Negativ einer ersten optisch aktiven Fläche 1 3 und einer zweiten optisch aktiven Fläche 1 4 der korrespondierenden Mikrolinse 20. Die Mikrolinsen 20 können nach Herstellung des Linsenwafers 1 0 vereinzelt werden,

beispielsweise durch Schneiden.

Außerhalb der von den Prägestrukturen 8, 9 gebildeten Fläche ist

erfindungsgemäß zumindest an einem der beiden Stempel 1 , 2, insbesondere zumindest am zweiten Stempel 2 , ein, insbesondere ringförmiger,

vorzugsweise kreisringförmiger, Vorsprung vorgesehen. Der Vorsprung ist insbesondere als Damm 3 , 3 ' ausgebildet.

Bei der in Figur 2a gezeigten Ausführungsform der Erfindung wei st ausschließlich der zweite Stempel 2 einen Damm 3 auf, der von der zweiten Prägeseite 7 hervorsteht und die zweiten Prägestrukturen 9 überragt. Mit seiner in Richtung der zweiten Prägestrukturen 9 weisenden Wand 3w bildet der Vorsprung gemeinsam mit der zweiten Prägeseite 7 einen

wannenförmigen Raum, der Teil eines Prägeraumes 1 9 i st.

Der Prägeraum 19 wird weiterhin in der Prägeposition gemäß Figuren 3 c und 4c von der ersten Prägesei te 6 gebi ldet.

Der Prägeraum 19 weist an seiner, insbesondere kreisringförmigen, Wand 3 w einen Innendurchmesser Di auf, der dem Durchmesser des herzustel lenden Linsenwafers 1 0 gemäß Figur 2d im Wesentlichen entspricht. Im

Wesentlichen bedeutet dabei, dass eine etwaige Schrumpfung des

Linsenwafers 1 0 bei m Prägen beziehungsweise Aushärten zu Berücksichtigen ist. In der in Figur 2b gezeigten Ausführungsform weist der erste Stempel 1 ebenfalls einen als Damm 3 ' ausgebildeten Vorsprung auf, der mit seiner Wand 3 w' entsprechend der Wand 3w den Prägeraum 19 begrenzt.

In der in Figur 2a gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind als erste Ausrichtungsmarken 4a, 4i mindestens zwei im Bereich der ersten

Prägestrukturen 8 angeordnete innere Ausrichtungsmarken 4i vorgesehen . Zusätzlich sind mindestens zwei äußere Ausrichtungsmarken 4a außerhalb der ersten Prägestrukturen 8 , insbesondere außerhalb des Vorsprungs vorgesehen.

In der in Figur 2b gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die äußeren Ausrichtungsmarken 4a im Vorsprung, insbesondere im Damm 3 , vorgesehen . Der Damm 3 ist dem Damm 3 ' gegenüberliegend angeordnet und

korrespondierend zu diesem ausgebildet.

Der Damm 3 , 3 ' weist eine Ringbreite B und eine Höhe H auf, wobei die Höhe H beziehungsweise bei der Ausführungsform gemäß Figur 2b die Höhen H l , H2 der mit 3 , 3 ' in etwa mit den Höhen der ersten und zweiten

Prägestrukturen 8 , 9 korrespondieren.

Durch die Integration der äußeren Ausrichtungsmarken 4a, 5a in die Dämme 3 , 3 ' ist nicht nur die Position der Ausrichtungsmarken 4a, 5a, sondern gleichzeitig auch die Position der Dämme 3 , 3 ' in Z-Richtung erfassbar, wohingegen bei der Ausführungsform gemäß Figur 2a die Höhe H gespeichert ist.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind die Stempel 1 , 2 so steuerbar, dass in der Prägeposition zumindest zwischen einer Stirnseite 37 des Damms 3 und einer gegenüberliegend anordenbaren Stirnseite 38 der ersten

Prägeseite 6 beziehungsweise des Damms 3 ' ein Abstand R vorgesehen ist, der kleiner oder gleich der Höhe H, H l oder H2 des Damms 3

beziehungsweise der Dämme 3 , 3 ' ist.

In den Figuren 3 a und 4a sind die Stempel 1 , 2 so weit beabstandet, dass ein aushärtbares Fluid 1 5 insbesondere als Pfütze, auf die zweite Prägeseite 7 aufgebracht wird. Die Pfütze entsteht auf Grund der Oberflächenspannung des aushärtbaren Fluids 1 5. Das aushärtbare Fluid 1 5 wird vorzugsweise zentriert also etwa äquidistant oder konzentrisch zu der Wand 3w

aufgebracht.

Gemäß Figuren 3b und 4b wird der zweite Stempel 2 durch den Hubantrieb 3 1 in Z-Richtung auf den ersten Stempel 1 zu bewegt, so dass das noch in fluider Form vorliegende aushärtbare Fluid 1 5 allmählich in Richtung der Wand 3w vordringt, bis die in Figuren 3 c und 4c gezeigte Prägeposition erreicht i st.

Die Menge des aushärtbaren Fluids 1 5 ist genau so dosiert, dass der

Prägeraum 1 9 in der Prägeposition nahezu vollständig von dem aushärtbaren Fluid 1 5 ausgefüllt wird. Mit Vorteil ist die Menge so bemessen, dass an der seitlichen oberen Umfangskante 1 8 des Linsenwafers 1 0 eine runde

Umfangskante entsteht, so dass die Ausrichtung des Linsenwafers 1 0 ohne weiteres feststellbar ist. An der gegenüberliegenden seitlichen Umfangskante weist der Linsenwafer 1 0 herstellungsbedingt eine ecki ge Kante auf.

Während der durch die Steuerungseinrichtung gesteuerten Bewegung der Stempel 1 , 2 aufeinander zu, werden laufend die Positionen der

Ausrichtungsmarken 4a, 4i , 5a, 5i von der Detektoreinrichtung erfasst und an die Steuereinrichtung weitergegeben, die aus den Relativpositionen der korrespondierenden Ausrichtungsmarken 4a, 4i , 5 a, 5 i die erforderl ichen Steuerbefehle für die Rotationseinrichtung 28 , den X-Antrieb 29, den Y- Antrieb 30 und den Hubantrieb 3 1 beziehungsweise die einzelnen Aktoren 34, 35 und 36 weitergibt. Durch die Aktoren 34, 35 und 36 kann gleichzeitig eine Keilfehlerkompensation erfolgen.

In dem in der Prägeposition ein Mindestabstand R zwischen dem ersten Stempel 1 und dem zweiten Stempel 2 vorgesehen ist, kann eine homogene und perfekte Form des Linsenwafers 10 gewährleistet werden, wobei auch eine Schrumpfung des aushärtbaren Fluids beim Prägen beziehungsweise Aushärten zum ferti gen Linsenwafer berücksichtigt werden kann.

Der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise das

erfindungsgemäße Verfahren oder das erfindungsgemäße Stempelwerkzeug hergestellte Linsenwafer 1 0 ist unmittelbar und ohne weitere

Bearbeitungsschritte nach dem Prägen auf Grund seiner vorgegebenen

Außenkontur durch standardisierte Waferbearbeitungswerkzeuge handhabbar.

Ein weiterer besonderer Vortei l der Erfindung besteht dari n, dass

erfindungsgemäß ein monolitischer Linsenwafer 10 herstellbar ist, bei dem auf ein Trägersubstrat verzichtet werden kann, so dass der Formfaktor von aus solchen Linsenwafern 1 0 beziehungsweise den daraus gewonnenen Mikrolinsen 20 hergestellte Wafer-Levelkameras verkleinert werden kann und gleichzeitig die Fertigungskosten sinken, da eine Massenproduktion ohne weiteres mögl ich ist.

Der Einsatz eines Polymers als aushärtbares Fluid wirkt sich weiter positiv auf die Kosten der Mikrolinsen 20 aus.

Die Schrumpfung des aushärtbaren Fluids beim Prägen beziehungsweise Aushärten kann dadurch optimiert werden, dass der Hubantrieb 3 1

kraftgeregelt ist. Für die weitere Bearbeitung des monolithischen Linsenwafers können durch das Stempelwerkzeug und die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichzeitig folgende Eigenschaften des Linsenwafers berücksichtigt werden, nämlich der Außendurchmesser, die Dicke und das automatische Einprägen von

Alignmentpassmarken in den Linsenwafer 1 0 für spätere

Bearbeitungsprozesse beispielsweise das Schneiden des Linsenwafers 1 0 zum Vereinzeln der einzelnen Mikrolinsen 20.

Die Aktoren 34, 35 , 36 sind insbesondere als drei motorisierte, voneinander unabhängig betriebene, insbesondere rotationssymmetrisch in einem Abstand von 120° zueinander parallel positionierte Spindeln ausgebildet. Hierdurch wird die parallele Bewegung des aus dem X-Antrieb 29 und Y-Antrieb 30 und der Rotationseinrichtung 28 bestehenden Ausrichtetisch mitsamt der

Werkzeughalterung, also der zweiten Aufnahmeeinrichtung 22 in Z-Richtung sowie gleichzeitig die Kippung in beliebige Richtung, die für den

Kei lfehlerausgleich notwendig ist, ermögl icht. Hierin sind die

erfindungsgemäßen Keilfehlerausgleichsmittel zu sehen.

Während des Prägevorganges kann die Prägekraft durch in den Hubantrieb 3 1 , insbesondere j eden Aktor 34, 35 , 36, integrierte Druckmesszellen kontinuierlich gemessen und gleichzeitig geregelt werden. Die

Druckmesszellen können beispielsweise zwischen den Spindeln und dem Auflagepunkt auf der Unterseite des Ausrichtetisches implementiert sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die erste

Aufnahmeeinrichtung 21 nicht statisch, sondern in mindestens einer vorgeschriebenen Richtungen, also X-, Y- und/oder Z-Richtung und/oder i n Rotationsrichtung antreibbar.

Die Ausrichtung der Stempel 1 , 2 kann auch erfolgen, bevor das aushärtbare Fluid 1 5 auf den zweiten Stempel 2 aufgebracht wird. Die Aushärtung des aushärtbaren Fluids 1 5 erfolgt insbesondere durch UV- Strahlung und/oder thermische Aushärtung.

In Bezug auf die Ausrichtung der Stempel 1 , 2 (Al ignment) ist das

erfindungsgemäße Verfahren des Mikro linsenprägens den

Dickschichtprozessen zugeordnet. Auf Grund der Dicken der monolithischen Linsenwafer 10 zwischen 0,2mm und 2mm und des begrenzten

Tiefenschärfebereichs der optischen Detektoreinrichtung wirde die

Detektoreinrichtung in Z-Richtung so positioniert, dass die

Ausrichtungsmarken 4a, 4i , 5a, 5 i der Stempel l , 2 während des

Ausrichtevorganges innerhalb der Tiefenschärfe der Detektoreinrichtung scharf abbi ldbar sind. Alternativ hierzu ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Detektoreinrichtung in Z-Richtung statisch fixiert ist und ein synchrones Verfahren der Stempel in Z-Richtung erfolgt.

Insofern i st die Ausführungsform gemäß Figur 2b besonders vortei lhaft, da die Ausrichtungsmarken 4a und 5 a einen geringstmöglichen Abstand voneinander haben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das genaue Ausrichten der Stempel in X- und Y-Richtung sowie in Rotationsrichtung mit einer reproduzierbaren Genauigkeit von weniger als 3 μιη, insbesondere weniger als Ι μη , vorzugsweise weniger als 0,5 μπι, noch bevorzugter weniger als Ο, ΐ μπι, Abwei chung erst während des laufenden Prägeprozesses, insbesondere gegen Ende des Prägeprozesses, vorzugsweise wenn der endgülti ge Abstand R der Prägeposition im Wesentl ichen erreicht ist beziehungsweise wenn der Linsenwafer 10 geformt, aber noch nicht ausgehärtet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Steuerung der Bewegung der Stempel aufeinander zu weggesteuert, also i nsbesondere über Messgeräte zur Erfassung des Abstands R, der kontinuierlich mindestens an einer Position am Umfang des Stempelwerkzeugs gemessen wird.

Zur Erzi elung einer homogenen Oberfläche des Li nsenwafers 1 0 erfol gt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest das Aufeinander-zu- Bewegen bis zur Prägeposition im Vakuum, damit das Bilden von Gasblasen oder Hohlräumen beim Ausfüllen des Prägeraumes 1 9 durch das aushärtbare Fluid 1 5 vermieden wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein gastransparentes Polymer als aushärtbares Fluid 1 5 verwendet wird .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens einer der Stempel 1 , 2 aus einem Material mit offener Porosität geferti gt wird, wobei die Porosität derart bemessen ist, dass das aushärtbare Fluid 1 5 ni cht in die Poren eindringen kann, Gasmoleküle aber ungehindert durch den porösen Stempel entweichen können.

Der sich an den Prägeprozess und Aushärteprozess anschließende

Ausstoßprozess, bei welchem das bei der Linsenwafer 10 ausgestoßen wird, dann durch Anlegen eines Überdrucks an der den Linsenwafer 1 0

gegenüberliegenden Seite des porösen Stempels erfolgen.

In der i n Figuren 5a bis 5c gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich zu der in Fi gur 2b gezeigten Ausführungsform mindestens ein als Podest 39 ausgebi ldeter Vorsprung, bei der hier gezeigten Ausführungsform eine

Vielzahl von Podesten 39, vorgesehen. Die Höhe der Podeste 39 ist

mindestens halb so hoch, insbesondere mindestens V«, und maximal genauso hoch wie die Höhe H, H l oder H2 des Damms 3. Die Breite der Podeste 39 ist mindestens halb so breit, insbesondere mindestens V*, und maximal genauso breit wie die Breite B des Damms 3 . Die Podeste 39 sind immer jeweils äquidistant zu zwei benachbarten zweiten Prägestrukturen 9 des zweiten Stempel s 2 (siehe Figur 6).

Die Podeste 39 sind vorzugsweise monolithisch mit dem zweiten Stempel 2.

Die Podeste 39 können, insbesondere konisch, verjüngend aus der Prägeseite des zweiten Stempels 2 hervorragen.

Besonders vorteilhaft ist es, die inneren Ausrichtungsmarken 5 i in die

Podeste 39, insbesondere an deren von der zweiten Aufnahmeeinrichtung 22 abgewandten Seite, einzubetten. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den korrespondierenden Ausrichtungsmarken 4i minimiert, so dass eine genauere Erfassung durch die Detektoreinrichtung und um so genauere

Ausrichtung der Stempel 1 , 2 ermöglicht wird.

Die Podeste 39 sind bei beiden Ausführungsformen gemäß Figur 2a und 2b denkbar.

Weiterhin ist erfindungsgemäß in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Damm 3 und/oder der Damm 3 ' derart elastisch verformbar ausgebildet sind, dass beim Prägen durch Kontakt der Stirnflächen 37 und 38 eine

Abdichtung des Prägeraums 1 9 erfolgt.

Der erste Stempel 1 könnte beispielsweise aus Glas sein, während der zweite Stempel 2 aus Polymer ist, wobei das Polymer des Damms 3 und/oder des Damms 3 ' aus weicherem Polymer bestehen kann al s das Polymer des zweiten Stempels 2.

In Figur 6 ist eine Aufsicht auf den zweiten Stempel 2 gezeigt und dort ist ein vom Damm 3 und/oder Damm3 ' nach innen in Richtung des Prägeraums 1 9 weisender Vorsprung 40 vorgesehen, der für die Ausbi ldung einer Ausnehmung am Linsenwafer 10 verantwortlich ist. Diese Ausnehmung entspricht vorzugsweise einer bei Wafern bekannten Ausnehmung (notch). Dadurch wird die weitere Handhabung des Linsenwafers 1 0 deutlich vereinfacht.

Soweit die Ausrichtungsmarken 4a, 5a im Damm 3 und/oder 3 ' integriert ausgebildet sind, erfüllen die Dämme 3 , 3 ' nicht nur die Funktion der Begrenzung des Prägeraums 1 9, sondern bringen auch eine verbesserte Ausrichtungsgenauigkeit mit sich, da die Ausrichtungsmarken näher aneinander rücken und schärfer in der Detektoreinrichtung erfassbar sind.

Dies gi lt auch für die Ausrichtungsmarken 4i, 5 i, soweit diese in den Podesten 39 integriert ausgebildet sind.

Stempelwerkzeug, Vorrichtung und Verfahren

Herstellen eines Linsenwafers

B e z u g s z e i c h e n l i s t e

erster Stempel

zweiter Stempel

, 3' Damm

w, 3 w' Wand

a, 4i erste Ausrichtungsmarken

a, 5i zweite Ausrichtungsmarken

erste Prägeseite

zweite Prägeseite

erste Prägestrukturen

zweite Prägestrukturen

0 Linsenwafer

1 Oberseite

2 Unterseite

3 erste optisch aktive Fläche

4 zweite optisch aktive Fläche

5 aushärtbares Fluid

8 Kante

9 Prägeraum

0 Mikrolinse

1 erste Aufnahmeeinrichtung

2 zweite Aufnahmeeinrichtung

3 erste Aufnahmeseite

4 zweite Aufnahmeseite W

- 23 - 5 Vakuumbahn

6 Vakuumbahn

7 Halterung

8 Rotationsei nrichtung

9 X-Antrieb

0 Y-Antrieb

1 Hubantrieb

2 Mikroskop

3 Mikroskop

4 Aktor

5 Aktor

36 Aktor

37 Stirnfläche

38 Stirnfläche

39 Podeste

40 Vorsprung

Di Innendurchmesser

H, H l , H2 Höhe

B Ringbreite

R Abstand