[发明专利]制造多个光学设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用至少一个光学元件（例如，屈光和/或衍射透镜）以晶圆级上明确定义的空间布置制造集成光学设备的领域。举例来说，这样的集成光学设备是相机设备，尤其是用于拍照手机或用于相机设备的光学元件。具体而言，本发明涉及在晶圆级上制造多个集成光学设备的方法，该方法包括在轴向（或垂直）方向堆叠晶圆元件。本发明还涉及通过这种方法制成的光学设备。

背景技术

晶圆级上的主动或被动光学设备的制造正变得越来越重要。一个原因在于目前的趋势使得光学设备成为低成本批量产品。现在，诸如相机或集成相机光学元件的光学设备在很大比例上集成在任何制造的电子设备（包括移动电话、计算机，等）中。

特别令人感兴趣的是晶圆级制造方法，其中，大规模地制造光学元件的阵列，例如盘状（晶圆）结构，其在复制之后被分割（切成）独立元件。举例来说，在这样的晶圆级制造过程中，通过提供晶圆并在其上复制相应的屈光（和/或衍射）光学元件的阵列而生产光学透镜。该阵列随后被切成独立的透镜，然后这些透镜与其他透镜和/或光学活性元件（例如CMOS或CCD传感器阵列）组装在一起。

其一个缺点在于单个组装步骤仍然是一项耗时的任务。因此，举例来说，在美国专利7,457,490中或在WO 2009/076 786（通过引用将这两项专利的全文并入本文中）中提出了在晶圆级上组装不同的组件并且仅在圆晶级组装之后进行切割步骤。用于此目的的晶圆包括以明确定义的空间布置限定在晶圆上的光学元件。这样的晶圆级封装（晶圆堆叠）包括至少两个晶圆，这两个晶圆沿着与最小晶圆尺寸的方向（轴向）相对应的轴堆叠并彼此附着在一起。至少一个晶圆承载被动光学元件，另一个晶圆也包括被动光学元件或者可以用于接收其他功能性元件，例如主动光学元件（电光元件，例如CCD或CMOS传感器阵列）。因此，晶圆堆叠包括并排布置的多个大致相同的集成光学设备。在这种晶圆级组装过程中，必须以足够的精度对齐相应的单个元件。

随后被切割的这种堆叠的一个实例是两个或多个光学晶圆的堆叠。光学晶圆是透明的、晶圆状基板，该基板包括光学透镜和/或其他光学元件的阵列。光学元件的阵列相对于彼此对齐，从而每个晶圆的一个或多个光学元件与另一晶圆的一个或多个相应的光学元件形成光学子组装，其在切割之后成为可以形成功能性单元（例如相机光学元件）或子单元（例如相机光学元件的透镜子组件）的集成光学设备。

随后被切割的堆叠的另一个实例是至少一个光学晶圆以及另外的电光晶圆的堆叠，其中，举例来说，电光晶圆可包括与光学元件的相应阵列对齐的图像传感器区域阵列，从而在切割集成光学设备之后，光学晶圆的一个或多个光学元件与电光（半导体）晶圆的一个或多个相应的电光元件形成功能性单元（例如相机模块）或子单元（例如用于相机的传感器模块）。举例来说，在WO 2005/083 789中描述了这种堆叠的一些实例。

在这样的晶圆堆叠中，至少两个晶圆可以由间隔装置隔开，间隔装置例如：多个分隔的间隔物、互连的间隔物矩阵或如WO2009/076 786中公开的间隔晶圆，并且，光学元件也可以在朝向另一晶圆的晶圆表面上布置在晶圆之间。因此，间隔物夹在顶部晶圆和底部晶圆之间。可以利用其他晶圆和中间间隔物重复这种布置。

晶圆级组件的一个潜在问题在于切割过程，即，将堆叠分割成独立的光学设备的过程。可以通过机械手段（例如与切割半导体晶圆类似）进行这种切割过程，例如，通过锯齿状工具、铣削工具或者潜在地也可以通过其他手段（例如激光切割、水射流切割，等等）进行。

当集成相机模块或用于相机模块的光学模块被切割时，材料经常松弛并落入晶圆块之间的空间内，例如落在传感器模块上或落在透镜上。这导致许多不合格的相机或光学模块，由此增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服了现有技术的方法和光学设备中的缺陷的改进方法和改进光学设备。其中的光学设备可以是相机或用于相机的光学模块，其适于以适当聚焦的方式将入射辐射引导到相机的传感器设备上。

根据本发明的一个方面，该方法包括：提供具有多个以孔图案布置在相机模块处的孔的晶圆级间隔物，提供具有波长选择滤光片的晶圆级基板，例如红外（IR）滤光片，该滤光片以图案布置以包括多个滤光片部分，以滤光片图案布置滤光片部分，从而穿过基板并到达相机模块的辐射路径穿过滤光片部分，以及将基板和间隔物彼此堆叠，其中，孔和滤光片部分对齐。

一般而言，光学路径将穿过滤光片。其中，光学路径是所有穿过光学组件（一般穿过系统光阑）并到达传感器模块的射线路径的总和，因此也是用于生成的影像的所有射线路径的总和。