JP2011507727A - 光学素子の製造 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の分野
本発明は、複数の光学素子、たとえば屈折光学素子または回折マイクロ光学素子を、エンボス加工するステップまたは成形加工するステップを含む複製プロセスによってウェハスケールで製造する分野にある。より具体的には、本発明は、光学素子を複製する方法を扱う。
複製された光学素子は、任意の所定の方法で光学ビームを作用させるための透明な回折および/または屈折光学素子、レンズなどの屈折素子、潜在的に少なくとも部分的な反射素子などを含む。
それゆえに、本発明の目的は、従来技術の方法の欠点を克服する、複数の光学素子を製造する方法を作成することである。本発明のさらなる目的は、複数の光学素子を製造する方法を作成することであり、その方法は素早くそして光学素子の大量生産のために用いられるのに適したものである。さらに他の目的は、大量の複製素子のための方法および設備を提供することである。
−基板を準備するステップと;
−複製側において、各複製区画が1つの光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備えるともに、接触スペーサ部が複製側において、複製区画の最外部のフィーチャよりもさらに突出した、少なくとも1つの接触スペーサ部をさらに備えるツールを準備するステップと;
−ツールを基板のフィーチャと位置合わせして、ツールおよび基板の間に複製材料を有してツールおよび基板の第1の側を一緒に運び、接触スペーサ部が基板の第1の側に接触して、それによりスペーサ部を基板の第1の側に固着させ、それにより基板ツールアセンブリを作製するステップと、
−基板ツールアセンブリを硬化ステーションへと位置変えをするステップと;
−複製材料を硬化ステーションにおいて硬化させるステップと;
−基板に固着した、硬化した複製材料と一体となった基板から、ツールを分離するステップと、
を含む方法によって達成される。
−少なくとも部分的に透明なベース素子を準備するステップと;
−各複製区画が1つの光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備えるとともに、位置合わせマーク複製区画をさらに備える第1の複製ツールを準備するステップと;
−第1の複製ツールおよびベース素子を、ベース素子の第2の表面および複製ツールの両方に複製材料が接触するまでそれらの間に複製材料を有して、第1の複製ツールおよびベース素子を互いに反対側に動かすステップと;
−複製構造体が複数の光学素子および少なくとも1つの位置合わせマークを含み、位置合わせマークが位置合わせマーク複製区画のレプリカである、ベース素子の第2の表面に固着した複製構造体を作製するために複製材料を硬化するステップと;
−第1の複製ツールを取除くステップと;
−第2の複製ツールを準備するとともに、位置合わせマークを有する第2の複製ツールのフィーチャを、第2の複製ツールおよびベース素子の第1の表面の間の、さらなる複製材料と位置合わせするステップと;
−複製材料がベース素子の表面および複製材料の両方に接触するまで、それらの間にさらなる複製材料を有して、第2の複製ツールおよびベース素子を互いに逆向きに動かすステップと;
−ベース素子の第1の表面に固着するさらなる複製構造体を作製するために、さらなる複製材料を硬化するステップと;
−第2の複製ツールを取除くステップと、
を備える。
−基板の表面およびツールパネルの表面を平行にするサブステップと;
−基板上のフィーチャとツールとを互いに位置合わせし、そして、基板およびツールの表面によって定義される平面内でのそれらの位置が互いに明確な関係、たとえば互いに一致する関係にあるサブステップと;
−ツールの最外部が基板と接触するように、その後に基板およびツールをともに運ぶサブステップと、
を含んでもよい、位置合わせおよび接触ステップを実行するように装備されてもよい。第1のサブステップにおいて平行とされる基板およびツールの表面は、連続的で平坦な平面である必要はないが、接触スペーサの平坦な最外部の表面のような、異なる部分によって定義されてもよい。接触スペーサの最外部の平坦な表面の代わりとして、ツールの硬い背面プレートまたはツールの他の基準プレートが平行にするサブステップのために用いられてもよい。
好適な実施形態の詳細な説明
図1は、ツール1および基板10の断面を概略的に示す。示された実施形態におけるツール1は、第1の材料、たとえばガラスの硬い背面プレート2と、第2のより軟らかな材料、たとえばPDMSの複製部3とを備える。複製部は、複数の複製区画4を備える複製表面を形成し、各々の複製区画の表面は、製造されるべき光学素子の表面形状の(ネガ)コピーである。図において、複製区画は、凹部で示されており、したがって、複製区画は、凸状の光学素子の表面、たとえば屈折レンズの表面を定義するように示される。しかしながら、この文書の教示は、複製されるべき光学素子の形状に依存せず、回折素子の凹状の形状および微小構造形状を含む、あらゆる可能な光学素子の形状と関連する。
複製材料の塗布後、基板およびツールが互いに位置合わせされる。この目的のため、いわゆるマスクアライナで用いられるプロセスと同様のプロセスを用いることができる。マスクアライナはもともと露光マスクを半導体ウェハに位置合わせするために設計されたものである。位置合わせプロセスは、ツールおよび/または基板の少なくとも1つの特定的なフィーチャ(好ましくは2つのフィーチャが使用される)を、基板またはツールの1つの特定的なフィーチャにそれぞれ位置合わせする、または、位置合わせ装置の基準点に位置合わせすることを含んでもよい。このための適したフィーチャは、構造そのものの明確に定義された素子(たとえば構造化されたコーティングの明確な隅、またはレンズの頂点など)、特にベース素子などの、付加された位置合わせマーク、または、場合によっては端部もまた含む。位置合わせはまた、当該技術において知られているように、ウェッジエラー(wedge error)を避けるために、ツールおよび基板の表面を正確に平行にすることを含み、そのような平行化はx−y位置合わせに先立って行なわれる。
a.複製表面の本質的部分、たとえば複製区画の間および/または複製区画4を囲む(図2のように)複製表面の本質的部分に分布する接触スペーサ、
b.たとえば参照によってここに取入れられるWO2007/107025に記載されるように(図2および3のように)、複製区画の周りの外観8を閉じ込める複製材料の流れ、
c.浮遊スペーサが存在しないこと(図2および3のように)
を含む。
a.もしプロセスが両側複製に関係しないならば、第1の4つのステーション51−54は存在する必要がない。
Claims (18)
- 複数の光学素子を製造する方法であって、
基板を準備するステップと、
複製側において、各複製区画が1つの前記光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備えるともに、接触スペーサ部が、前記複製側において、前記複製区画の最外部のフィーチャよりもさらに突出した、少なくとも1つの接触スペーサ部をさらに備えるツールを準備するステップと、
前記ツールおよび前記基板を互いに位置合わせして、前記ツールおよび前記基板の間に複製材料を有して前記ツールおよび前記基板の第1の側を一緒に運び、前記接触スペーサ部が前記基板の前記第1の側に接触して、それにより前記スペーサ部を前記基板の前記第1の側に固着させ、それにより基板ツールアセンブリを作製するステップと、
前記基板ツールアセンブリを硬化ステーションへと位置変えをするステップと、
前記複製材料を前記硬化ステーションにおいて硬化させるステップと、
前記基板に固着した、前記硬化した複製材料と一体になった前記基板から、前記ツールを分離するステップとを備える、複数の光学素子を製造する方法。 - 前記複製材料を硬化させるステップは、
前記複製材料への電磁放射の照射および、それによる前記複製材料の架橋を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記基板が、少なくとも部分的に透明であるように選ばれ、前記ツールおよび前記基板を位置合わせするステップに先立って、硬化した複製材料構造体が前記基板の第2の側に固着して、前記硬化した複製材料構造体が複数の光学レンズ構造体を定義する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ツールおよび前記基板を位置合わせするステップは、前記ツールのフィーチャを前記基板のフィーチャに位置合わせすることを含み、前記フィーチャは、前記硬化した複製材料構造体のフィーチャに選ばれる、請求項3に記載の方法。
- 前記基板を準備するステップは、
ベース素子を準備するサブステップと、
複製側において、各複製区画が1つの前記光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備える、さらなるツールを準備するサブステップと、
前記さらなるツールおよび前記ベース素子を、前記ツールと前記ベース素子との間の複製材料を有して、前記ベース素子と前記さらなるツールとの両方に前記複製材料が接触するまで、互いに向けて動かすサブステップと、
前記複製材料を硬化させて、それにより前記硬化した複製材料構造体を作製するサブステップと、
前記ベース素子に固着した、前記硬化した複製材料と一体になった前記ベース素子から、前記さらなるツールを分離するサブステップと、
によって、前記硬化した複製材料を前記基板に付加することを含む、請求項3または4に記載の方法。 - 前記さらなるツールは、少なくとも1つの接触スペーサ部を備え、前記さらなるツールの前記接触スペーサ部は、前記複製側において、前記複製区画の最外部のフィーチャよりもさらに突出し、前記さらなるツールおよび前記ベース素子を互いに向けて動かすステップの後であり、前記複製材料が硬化される前において、ベース素子−さらなるツール−アセンブリは、さらなるツールの設置ステーションから、硬化ステーションへと位置を変える、請求項5に記載の方法。
- 前記複製材料を硬化させるステップは、
前記複製材料への電磁放射の照射および、それによる前記複製材料の架橋を含む、請求項6に記載の方法。 - 前記さらなるツールは、前記ベース素子上の複製材料位置合わせマークを与えるための、位置合わせマーク複製区画を備える、請求項5から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ツールを基板のフィーチャに位置合わせするステップに先立って、前記ツールと前記基板とは位置合わせステーションに設置され、前記ツールをフィーチャに位置合わせするステップは、前記位置合わせステーションにより実行される、先行する請求項のいずれか1つに記載の方法。
- 前記ツールを前記基板から分離するステップの後に、前記基板を、複数の断片に分割するステップをさらに備え、断片に固着した複製材料と一緒になった各断片が、光学材料を定義する、先行する請求項のいずれか1つに記載の方法。
- 前記ツールを前記基板から分離するステップの後、かつ、前記基板を複数の断片に分割するに先立って、基板のスタックを形成するために基板が他の基板と組み立てられ、前記基板を複数の断片に分割するステップは、前記基板のスタックを、複数の基板スタック断片に分割することを含み、各々の基板スタック断片が、光学アセンブリを構成する、先行する請求項のいずれか1つに記載の方法。
- 前記ツールは、第1の材料の背面プレートと、第2の材料の複製部とを備え、前記第2の材料は、前記第1の材料よりも柔らかい、先行する請求項のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の材料は、PDMSである、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の材料は、ガラスである、請求項12または13に記載の方法。
- 複数の光学素子を製造する方法、たとえば、先行する請求項のいずれか1つに記載の方法であって、
少なくとも部分的に透明なベース素子を準備するステップと、
各複製区画が1つの光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備えるとともに、位置合わせ複製区画をさらに備える第1の複製ツールを準備するステップと、
前記第1の複製ツールおよび前記ベース素子を、前記複製材料が前記ベース素子の第2の表面と前記複製ツールとの両方に接触するまで、それらの間の複製材料を有して、互いに逆向きに動かすステップと、
複製構造体が複数の光学素子および少なくとも1つの位置合わせマークを含み、位置合わせマークが位置合わせマーク複製区画のレプリカである、前記ベース素子の第2の表面に固着した複製構造体を作製するために前記複製材料を硬化するステップと、
前記第1の複製ツールを取除くステップと、
前記第2の複製ツールを準備するとともに、前記位置合わせマークを有する第2の複製ツールのフィーチャを、前記第2の複製ツールおよび前記ベース素子の第1の表面の間の、さらなる複製材料と位置合わせするステップと、
複製材料が前記ベース素子の表面と前記複製ツールとの両方に接触するまで、それらの間にさらなる複製材料を有して、前記第2の複製ツールおよび前記ベース素子を互いに逆向きに動かすステップと、
前記ベース素子の前記第1の表面に固着するさらなる複製構造体を作製するために、前記さらなる複製材料を硬化するステップと、
前記第2の複製ツールを除去するステップとを備える、方法。 - 複数の光学素子の製造装置であって、基板と複製ツールとを互いに位置合わせする位置合わせステーションを備え、前記位置合わせステーションは、前記基板の表面および前記複製ツールを平行にし、前記基板と前記複製ツールとを位置合わし、前記基板と前記複製ツールとをそれらの間の複製材料と一緒に運ぶよう動作可能であり、前記装置は、さらに、前記複製材料を硬化させるためのエネルギ源を有する硬化ステーションを備え、前記硬化ステーションは、前記位置合わせステーションと分離される、装置。
- 前記位置合わせステーションは、前記複製材料に作用する任意のエネルギ源を有していない、請求項16に記載の装置。
- さらに前記複製ツールを備え、前記複製ツールは、複製側に、各複製区画が1つの光学素子の表面構造を定義する複数の複製区画を備えるとともに、接触スペーサ部が複製側において複製区画の最外部のフィーチャよりもさらに突出した少なくとも1つの接触スペーサ部をさらに備えるツールを備える、請求項16または17に記載の装置。
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