JP7008157B2 - インプリントリソグラフィプロセスにおける光学層の構成 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／４２９，２１４号（２０１６年１２月２日出願）の出願日の利益を主張する。米国仮出願第６２／４２９，２１４号の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本発明は、インプリントリソグラフィプロセスにおいて光学層を構成することに関し、より具体的には、１加工ステップで基板上に異なる規模のサイズの特徴を形成することに関する。

（背景）
ナノ加工（例えば、ナノインプリントリソグラフィ）は、約１００ナノメートルまたはより小さい特徴を有する非常に小さい構造の加工を含み得る。ナノ加工が有意な影響を及ぼしている１つの用途は、集積回路の処理におけるものである。半導体処理産業は、より大きい生成収率を求めて努力しながら、基板の単位面積あたりの基板上に形成される回路数を増加させ続けている。この目標を達成するために、ナノ加工は、半導体処理産業において所望される結果を達成することにとってさらに重要になりつつある。ナノ加工は、より大きいプロセス制御を提供しながら、基板上に形成される構造の最小特徴寸法の継続した低減を可能にする。ナノ加工が採用されている開発の他の領域は、バイオテクノロジー、光学技術、機械システム等を含む。いくつかの例では、ナノ加工は、光学デバイスを形成するために組み立てられる基板上の構造を加工することを含む。

（要約）
本発明は、基板上の３次元（３Ｄ）パターンのインプリントにおける改良が、正確度および精度を向上させながら、そのようなパターンの生成に関連付けられたコストならびに複雑性を低減させ得る実現を伴う。従来のインプリントリソグラフィプロセスは、第１のステップにおいて基板上にナノスケールパターンをインプリントし、その後、第２の後続のステップにおいて基板上により大きい規模の特徴をインプリントすることを含み得る。そのようなプロセスに対して、ナノスケールパターンの清掃および処置が、より大きい特徴の形成に先立って要求され得、それは、追加のコストならびに追加の時間に関連付けられる。さらに、後続のステップにおけるより大きい特徴の形成の側面は、時として、ナノパターン化される基板の機械的完全性および／または機能的完全性を危うくさせ得る。この点について、開示されるインプリントリソグラフィ方法の種々の側面が、単一のインプリントステップにおける複数の機能（例えば、光学機能、反射防止、および間隔のうちの任意のもの）を伴う、異なる規模を有する特徴を伴う３Ｄ構造のインプリントを可能にすることができる。そのような方法は、代替方法と比較して低減させられたコストおよび持続時間で、精密かつ正確な構造をもたらす。

本発明のある側面は、光学層を構成するインプリントリソグラフィ方法を特徴とする。インプリントリソグラフィ方法は、パターン化テンプレートを用いて、基板の側面上に第１の規模のサイズの第１の特徴をインプリントしながら、パターン化テンプレートを用いて、基板の側面上に第２の規模のサイズの第２の特徴をインプリントすることであって、第２の特徴は、基板と隣接する表面との間に間隙を画定するようにサイズを決定され、配置されている、ことを含む。

いくつかの実施形態では、第１の特徴をインプリントすることは、基板の側面上に回折格子および反射防止特徴の一方または両方を形成することを含む。

ある実施形態では、第２の特徴をインプリントすることは、基板の側面上にスペーサを形成することを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、基板の側面の周辺縁に沿ってスペーサおよび反射防止特徴の一方または両方をインプリントすることをさらに含む。

ある実施形態では、方法は、基板の側面の内部領域内にスペーサおよび反射防止特徴の一方または両方をインプリントすることをさらに含む。

いくつかの実施形態では、基板の側面は、基板の第１の側面であり、インプリントリソグラフィ方法は、基板の第２の側面上に第１の規模のサイズの第３の特徴をインプリントすることをさらに含む。

ある実施形態では、第３の特徴をインプリントすることは、基板の第２の側面上に回折格子または反射防止特徴を形成することを含む。

いくつかの実施形態では、第２の規模のサイズは、第１の規模のサイズより大きい。

ある実施形態では、第１の規模のサイズは、ナノスケールであり、第２の規模のサイズは、マイクロスケールである。

いくつかの実施形態では、方法は、第１の特徴の両側上に第２の特徴をインプリントすることをさらに含む。

ある実施形態では、方法は、先の金型からパターン化テンプレートを作成することをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、先の金型において第２の規模のサイズの深い特徴を形成することをさらに含む。

ある実施形態では、方法は、先の金型において第１の規模のサイズの浅い特徴を形成することをさらに含む。

いくつかの実施形態では、基板は、第１の基板であり、隣接する表面は、第２の基板によって画定されている。

ある実施形態では、方法はさらに、第１および第２の基板を互いに整列させることを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、第１の基板の側面上にインプリントされた第２の特徴の上に接着性物質を分注することをさらに含む。

ある実施形態では、方法は、第１の基板の側面上にインプリントされた第２の特徴の上の接着性物質において、第１および第２の基板を互いに取り付け、第１の基板と第２の基板によって画定された隣接する表面との間に間隙を形成することをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、第１の基板の側面上にインプリントされた第２の特徴の上の接着性物質において、第１および第２の基板を互いに取り付け、多層光学デバイスを形成することをさらに含む。

ある実施形態では、方法は、第２の特徴の高さによって決定される厚さを伴う第１および第２の基板の間に空気の層を画定することをさらに含む。

いくつかの実施形態では、間隙は、低屈折率領域を提供する。

ある実施形態では、低屈折率領域は、１の屈折率を伴う空気である。

いくつかの実施形態では、インプリントリソグラフィ方法は、交互する屈折率によって特徴付けられる層を伴う、多層光学デバイスを提供することをさらに含む。

本発明の別の特徴は、基板と、パターン化テンプレートを用いて基板の側面上にインプリントされたパターンとを含む光学層を特徴とする。パターンは、第１の規模のサイズの第１の特徴と、第２の規模のサイズの第２の特徴とを含む。第２の特徴は、基板と隣接する表面との間に間隙を画定するようにサイズを決定され、配置される。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、添付図面および下記の説明内に記載される。本発明の他の特徴、側面、および利点も、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
光学層を構成するインプリントリソグラフィ方法であって、前記インプリントリソグラフィ方法は、
パターン化テンプレートを用いて、基板の側面上に第１の規模のサイズの第１の特徴をインプリントすることと、その間に、
前記パターン化テンプレートを用いて、前記基板の前記側面上に第２の規模のサイズの第２の特徴をインプリントすることと
含み、
前記第２の特徴は、前記基板と隣接する表面との間に間隙を画定するようにサイズを決定され、配置されている、インプリントリソグラフィ方法。
（項目２）
前記第１の特徴をインプリントすることは、前記基板の前記側面上に回折格子および反射防止特徴の一方または両方を形成することを含む、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目３）
前記第２の特徴をインプリントすることは、前記基板の前記側面上にスペーサを形成することを含む、項目２に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目４）
前記基板の前記側面の周辺縁に沿って前記スペーサおよび前記反射防止特徴の一方または両方をインプリントすることをさらに含む、項目３に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目５）
前記基板の前記側面の内部領域内に前記スペーサおよび前記反射防止特徴の一方または両方をインプリントすることをさらに含む、項目３に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目６）
前記基板の前記側面は、前記基板の第１の側面であり、前記インプリントリソグラフィ方法は、前記基板の第２の側面上に前記第１の規模のサイズの第３の特徴をインプリントすることをさらに含む、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目７）
前記第３の特徴をインプリントすることは、前記基板の前記第２の側面上に回折格子または反射防止特徴を形成することを含む、項目６に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目８）
前記第２の規模のサイズは、前記第１の規模のサイズより大きい、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目９）
前記第１の規模のサイズは、ナノスケールであり、前記第２の規模のサイズは、マイクロスケールである、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１０）
前記第１の特徴の両側上に前記第２の特徴をインプリントすることをさらに含む、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１１）
先の金型から前記パターン化テンプレートを作成することをさらに含む、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１２）
前記先の金型において前記第２の規模のサイズの深い特徴を形成することをさらに含む、項目１１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１３）
前記先の金型において前記第１の規模のサイズの浅い特徴を形成することをさらに含む、項目１１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１４）
前記基板は、第１の基板であり、前記隣接する表面は、第２の基板によって画定されている、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１５）
前記第１および第２の基板を互いに整列させることをさらに含む、項目１４に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１６）
前記第１の基板の前記側面上にインプリントされた前記第２の特徴の上に接着性物質を分注することをさらに含む、項目１４に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１７）
前記第１の基板の前記側面上にインプリントされた前記第２の特徴の上の前記接着性物質において、前記第１および第２の基板を互いに取り付け、前記第１の基板と、前記第２の基板によって画定された前記隣接する表面との間に前記間隙を形成することをさらに含む、項目１６に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１８）
前記間隙は、低屈折率領域を提供する、項目１に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目１９）
前記低屈折率領域は、１の屈折率を伴う空気を備えている、項目１８に記載のインプリントリソグラフィ方法。
（項目２０）
光学層であって、前記光学層は、
基板と、
パターン化テンプレートを用いて前記基板の側面上にインプリントされたパターンと
を備え、
前記パターンは、第１の規模のサイズの第１の特徴と、第２の規模のサイズの第２の特徴とを備え、
前記第２の特徴は、前記基板と隣接する表面との間に間隙を画定するようにサイズを決定され、配置されている、光学層。

図１は、インプリントリソグラフィシステムの略図である。 図２は、図１のインプリントリソグラフィシステムによって形成されるパターン化された層の略図である。 図３は、光学層の上面図である。 図４は、図３の光学層の側面図である。 図５は、図３に示される光学層の構成と異なる構成を伴う光学層の上面図である。 図６は、図３および５に示される光学層の構成と異なる構成を伴う光学層の上面図である。 図７は、図３の光学層を含む光学デバイスの一部の分解斜視図である。 図８は、図７の光学デバイスの一部の側面図である。 図９は、図３の光学層を生成するために使用され得るパターン化金型を作成するための一連のステップを図示する略図である。 図１０は、図９のパターン化金型を用いて形成されるスペーサの側面図である。 図１１は、図１０のスペーサの斜視図である。 図１２は、図３および４に示される光学層の構成と異なる構成を伴う光学層の側面図である。 図１３は、図３、４、および１２に示される光学層の構成と異なる構成を伴う光学層の側面図である。 図１４は、インプリントリソグラフィプロセスにおいて光学層を構成するための例示的プロセスのフローチャートである。

種々の図における同様の参照記号は、同様の要素を示す。

いくつかの例では、図面に示される図は、縮尺通りに描かれていないこともある。

（詳細な説明）
光学層を構成するためのインプリントリソグラフィプロセスが、下で説明される。インプリントリソグラフィプロセスは、単一のテンプレートから異なる規模の特徴を含む多機能構造をインプリントすることを伴う。そのようなプロセスは、精度および正確度を改善し、多層光学デバイスを作成するためのそのような構造の生成に関連付けられているコストおよび複雑性を低減させることができる。

図１は、基板１０１（例えば、ウエハ）の上面１０３上にレリーフパターンを形成するために動作可能であるインプリントリソグラフィシステム１００を図示する。インプリントリソグラフィシステム１００は、基板１０１を支持し、運搬する支持アセンブリ１０２と、基板１０１の上面１０３上にレリーフパターンを形成するインプリントアセンブリ１０４と、基板１０１の上面１０３上に重合性物質を堆積させる流体ディスペンサ１０６と、支持アセンブリ１０２上に基板１０１を設置するロボット１０８とを含む。インプリントリソグラフィシステム１００は、１つ以上のプロセッサ１２８も含み、プロセッサ１２８は、メモリ内に記憶されるコンピュータ読み取り可能なプログラムに基づいて動作し得、支持アセンブリ１０２、インプリントアセンブリ１０４、流体ディスペンサ１０６、およびロボット１０８と通信し、それらを制御するようにプログラムされる。

基板１０１は、典型的には、シリコン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイア、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、シリコンおよびゲルマニウムの合金、リン化インジウム（ＩｎＰ）、または他の例示的材料を含む１つ以上の材料から作製される実質的に平面状の薄いスライスである。基板１０１は、典型的には、実質的に円形または長方形の形状を有する。基板１０１は、典型的には、約５０ｍｍ～約２００ｍｍ（例えば、約６５ｍｍ、約１５０ｍｍ、または約２００ｍｍ）の範囲内の直径、もしくは約５０ｍｍ～約２００ｍｍ（例えば、約６５ｍｍ、約１５０ｍｍ、または約２００ｍｍ）の範囲内の長さおよび幅を有する。基板１０１は、典型的には、約０．２ｍｍ～約１．０ｍｍの範囲内の厚さを有する。基板１０１の厚さは、基板１０１にわたってほぼ均一（例えば、一定）である。レリーフパターンが、下でより詳細に議論されるであろうように、基板１０１の上面１０３上の重合性物質において構造的特徴（例えば、突出部および吸引構造）の組として形成される。

支持アセンブリ１０２は、基板１０１を支持し、固定するチャック１１０と、チャック１１０を支持する空気ベアリング１１２と、空気ベアリング１１２を支持する基部１１４とを含む。基部１１４が、固定された位置に位置する一方、空気ベアリング１１２は、最大３つの方向（例えば、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向）に移動し、チャック１１０をロボット１０８、流体ディスペンサ１０６、およびインプリントアセンブリ１０４から、およびそれらまで運搬する（例えば、いくつかの事例では、基板１０１を搬送する）ことができる。いくつかの実施形態では、チャック１１０は、真空チャック、ピンタイプチャック、溝タイプチャック、電磁チャック、または別のタイプのチャックである。

依然として図１を参照すると、インプリントアセンブリ１０４は、原パターンを画定するパターン化表面を伴う可撓なテンプレート１１６を含み、レリーフパターンが、原パターンから基板１０１の上面１０３上に相補的に形成される。故に、可撓なテンプレート１１６のパターン化表面は、突出部および陥凹部等の構造的特徴を含む。インプリントアセンブリ１０４は、種々の直径の複数のローラ１１８、１２０、１２２も含み、それらは、可撓なテンプレート１１６の１つ以上の部分がインプリントリソグラフィシステム１００の加工領域１３０内でｘ方向に移動させられることを可能にするように回転し、可撓なテンプレート１１６の選択される部分が加工領域１３０に沿って基板１０１に整列させられる（例えば、重ね合わせられる）ようにする。ローラ１１８、１２０、１２２のうちの１つ以上のものは、インプリントアセンブリ１０４の加工領域１３０における可撓なテンプレート１１６の垂直位置を変動させるように、個々に、または一緒に垂直方向（例えば、ｚ方向）に移動可能である。故に、可撓なテンプレート１１６は、加工領域１３０内の基板１０１を下方に押し、基板１０１上にインプリントを形成することができる。ローラ１１８、１２０、１２２の配置および数は、インプリントリソグラフィシステム１００の種々の設計パラメータに応じて変動することができる。いくつかの実施形態では、可撓なテンプレート１１６は、真空チャック、ピンタイプチャック、溝タイプチャック、電磁チャック、または別のタイプのチャックに結合される（例えば、それらによって支持、または固定される）。

インプリントリソグラフィシステム１００の動作時、可撓なテンプレート１１６および基板１０１は、それぞれ、ローラ１１８、１２０、１２２および空気ベアリング１１２によって、所望される垂直および横の位置に整列させられる。そのような位置付けが、可撓なテンプレート１１６と基板１０１との間の加工領域１３０内に容積を画定する。容積は、重合性物質が、流体ディスペンサ１０６によって基板１０１の上面１０３上に堆積させられると、重合性物質によって充填されることができ、（例えば、基板１０１を搬送する）チャック１１０は、その後、空気ベアリング１１２によって加工領域１３０に移動させられる。故に、可撓なテンプレート１１６および基板１０１の上面１０３の両方は、インプリントリソグラフィシステム１００の加工領域１３０内の重合性物質と接触することができる。例示的重合性物質は、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ｎ－ヘキシル、ジアクリル酸エチレングリコール、２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－プロパン－１－オン、（２－メチル－２－エチル－１，３－ジオキソラン－４－イル）メチルアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、２－メチル－１－［４－（メチルチオ）フェニル］－２－（４－モルホリニル）－１－プロパノン、ジフェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－プロパノン、および種々の界面活性剤等の１つ以上の物質から調合され得る。重合性物質が流体ディスペンサ１０６によって基板１０１上に堆積させられ得る例示的技法は、ドロップ分注、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜蒸着、厚膜蒸着、および他の技法を含む。いくつかの例では、重合性物質は、複数の液滴で基板１０１上に堆積させられる。

プリントシステム１０４は、エネルギー（例えば、広帯域の紫外線照射）を加工領域１３０内の基板１０１上の重合性物質に向かわせるエネルギー源１２６を含む。エネルギー源１２６から放射されるエネルギーは、重合性物質を凝固し、および／または架橋結合させ、それによって、加工領域１３０内の重合性物質と接触している可撓なテンプレート１１６の一部の形状に適合するパターン化された層をもたらす。

図２は、インプリントリソグラフィシステム１００によって基板１０１上に形成される例示的なパターン化された層１０５を図示する。パターン化された層１０５は、残留層１０７と複数の特徴とを含み、複数の特徴は、残留層１０７から延びている突出部１０９と、隣接する突出部１０９と残留層１０７とによって形成される陥凹部１１１とを含む。

インプリントリソグラフィシステム１００は、ロールツープレートまたはプレートツーロールシステムとして説明かつ図示されるが、異なる構成のインプリントリソグラフィシステムも、例示的なパターン化された層１０５および下で議論される例示的パターンを生成するために使用されることができる。そのようなインプリントリソグラフィシステムは、ロールツーロールまたはプレートツープレート構成を有し得る。

いくつかの実施形態では、基板（例えば、インプリントリソグラフィシステム１００の基板１０１）は、多層光学デバイス（例えば、ディスプレイにおいて使用されるもの等の、ウェアラブル接眼レンズ、光学センサ、または光学フィルム）の光学層を形成するために加工される（例えば、片側もしくは両側にインプリントされ、ある形状に裁断される）。例えば、図３および４は、それぞれ、光学層２００の上面図および側面図を図示し、光学層２００は、基板２０２と、基板２０２上にインプリントされた機能性パターン２０４と、基板２０２上にインプリントされた補助パターン２０６とを含む。基板２０２は、より大きい基板（例えば、基板１０１）からレーザ切断され得、基板１０１に関して上で説明される種々の材料調合に従って１つ以上の有機もしくは無機金属から作製される透明または半透明のプラスチック（例えば、可撓な）もしくはガラス（例えば、堅性）の層として提供される。基板２０２は、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの最大長と、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの最大幅とを有する。基板２０２は、約１．６～約１．９の範囲内の比較的に高い屈折率と、約８０％～約９５％の範囲内の透過率とを有する。

機能性パターン２０４が、基板２０２の上側面２０８上にインプリントされ、機能性パターン２０４は、基板２０２の周辺縁２１６に対して内部領域２１８に沿って位置する。機能性パターン２０４は、光学層２００の基本的作業機能性を提供する複数の回折格子から形成される導波管パターンである。回折格子は、約１０ｎｍ～約５００ｎｍの範囲内の寸法を有する。回折格子は、特定の範囲内の波長の光を投影し、特定の深度平面に仮想画像を集束させるように構成される。集束光は、近位光学層を通して投影される集束光とともに、１つ以上の深度平面にわたって多色の仮想画像を形成する。伝送される光は、約５６０ｎｍ～約６４０ｎｍの範囲内の波長を伴う赤色光、約４９０ｎｍ～約５７０ｎｍの範囲内の波長を伴う緑色光、または約３９０ｎｍ～約４７０ｎｍの範囲内の波長を伴う青色光であり得る。回折格子は、所望される光学的効果を一緒に提供する突出部と陥凹部（例えば、突出部１０９および陥凹部１１１等）との複数の組み合わせおよび配置を含むことができる。回折格子は、内部結合格子２２０を含み、直交瞳拡大器領域２２２および射出瞳拡大器領域２２４を形成する。機能性パターン２０４は、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの全長と、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの全幅とを有する。

補助パターン２０６が、基板２０２の上側面２０８上にインプリントされ、機能性パターン２０４を包囲する。補助パターン２０６は、ナノスケールの反射防止特徴２１０と、マイクロスケールのスペーサ２１２との両方を含み、それらは、基板２０２の内部領域２１８と同じ場所にも位置する。補助パターン２０６は、補助パターン２０６を横断して種々の数量および配置で分散され得る。補助パターン２０６は、基板２０２の内部領域２１８と一致し、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの全長と、約１０ｍｍ～約５００ｍｍの全幅とを有する。

反射防止特徴２１０は、補助パターン２０６内のどこにでも配置され得る。反射防止特徴２１０は、反射防止特徴２１０がインプリントされる基板２０２の側面（例えば、上側面２０８）における表面反射を低減させるように、サイズを決定され（例えば、約３００ｎｍ未満またはそれに等しい高さと、約５０ｎｍ～約１５０ｎｍのピッチとを有する）、成形される。例えば、反射防止特徴２１０は、基板２０２の表面反射を約１．０％～約４．５％低減させ得る。反射防止特徴２１０は、基板２０２の透過率を、約９８．５％を上回る値（例えば、プラスチック基板２０２に関して）に、かつ最高９９．５％（例えば、ガラス基板２０２に対して）まで増加させるようにさらにサイズを決定され、成形される。反射防止特徴２１０は、基板に約１．２～約１．４の範囲内の新しい有効屈折率を提供するようにもサイズを決定され、成形される。加えて、反射防止特徴２１０は、複屈折をもたらし、基板２０２を通して伝送されるある光の波長の屈折率を減少または向上させることができる。

スペーサ２１２は、図７および８に関して下でより詳細に議論されるであろうように、光学層２００と隣接する光学層との間に間隙（例えば、空気の層）を生成するようにサイズを決定され、２つの光学層は、互いに接着されると、多積層光学デバイスの一部を一緒に形成する。スペーサ２１２は、スペーサ２１２と接触している基板２０２おと、隣接する光学層とのための十分な構造的支持を提供するための必要性に応じて、補助パターン２０６内の任意の場所に配置され得る。いくつかの実施形態では、スペーサ２１２（例えば、硬化された状態）は、１ＧＰａを上回る弾性率を有する。スペーサ２１２は、所定の幾何学形状（例えば、四面体、円筒形、円錐形等）にインプリントされ得、したがって、円形、長方形等である断面形状を有し得る。スペーサ２１２は、約１μｍ～約１００μｍの範囲内の横寸法（例えば、幅または直径）と、約１μｍ～約５０μｍの縦寸法（例えば、高さ）を有し得る。各スペーサ２１２は、別の隣接するスペーサ２１２から、反射防止特徴２１０から、または機能性パターン２０４の回折格子から、約５μｍ～約１００μｍのあたりに位置し得る。

機能性パターンおよび補助パターンの他の配置も、可能である。例えば、図５は、光学層２００の基板２０２および機能性パターン２０４、ならびに補助パターン３０６を含む光学層３００の上面図を図示する。機能性パターン２０４は、光学層２００におけるように、基板２０２の上側層２０８上にインプリントされる。補助パターン３０６も、基板２０２の上側層２０８上にインプリントされ、補助パターン３０６が内部領域２１８を横断して基板２０２の周辺縁２１６まで延びている点を除いて、構成および機能において、補助パターン２０６にほぼ類似する。

別の例示的実施形態では、図６は、光学層２００の基板２０２および機能性パターン２０４、ならびに補助パターン４０６を含む光学層４００の上面図を図示する。機能性パターン２０４は、光学層２００におけるように、基板２０２の上側層２０８上にインプリントされる。補助パターン４０６も、基板２０２の上側層２０８上にインプリントされ、補助パターン４０６が、基板２０２の内部領域２１８がパターン化されていないままであり、かつそれが機能性パターン２０４を包囲するように、基板２０２の周辺縁２１６に沿ってインプリントされる点を除いて、構成および機能において、補助パターン２０６にほぼ類似する。他の実施形態では、光学層は、例示的光学層２００、３００、４００に示されていない、異なる形状および／または配置を伴う機能性パターンおよび補助パターンを含み得る。

図７は、例示的光学層２００の３つを含む複数の光学層を含む光学デバイス５００（例えば、ウェアラブル接眼レンズ）の一部の分解斜視図を図示する。図８は、光学デバイス５００の同じ部分の（分解されていない）側面図を図示する。光学デバイス５００は、図示されていない追加の光学層を含む。図７および８を参照すると、光学デバイス５００は、光学層２００を互いに整列させ、スペーサ２１２の上に分注される接着性液滴を用いて光学層２００を互いに接着させることによって形成される。光学層２００は、その後、シールを用いて互いにさらに接着され、シールは、光学層２００の周辺縁２１６の全てが接合される付着機構としての役割を果たす。光学デバイス５００は、光学層２００、３００、４００、および他の光学層のうちの複数の任意のものを含むことができ、合計で３～２０個の光学層を含むことができる。

光学デバイス５００における各光学層２００に対して、図８に示されるように、スペーサ２１２は、隣接する光学層２００間に空気の層を画定する間隙５３０を作成するスペーサ層を一緒に形成する。スペーサ２１２によって画定される空気の層は、約１．０～約１．２の範囲内の低屈折率を有する。高屈折率層２００と交互する空気の低屈折率層は、３Ｄの可視化を向上させ、隣接する光学層２００間の光の結合を低減または排除する。スペーサ２１２の配置によって形成される支持構造は、光学層２００が、異なる技法（内部の中または基板２０２の周辺縁２１６に沿った接着剤の液滴の分注等）を介して接着され得る場合、そうでなければ生じ得る基板２０２の歪みを防止もしくは低減する方法で、スペーサ２１２がインプリントされる基板２０２および隣接する基板２０２を支持する。

図９は、先の金型６４２（例えば、非加工金型）からパターン化金型６００（例えば、可撓なテンプレート１１６によって提供されるパターン化表面等）を作成するための一連のステップを図示する。パターン化金型６００は、ナノスケールの浅い特徴６４４と、マイクロスケールの深い特徴６４６との両方を画定する。故に、図１４に関して下でより詳細に議論されるであろうように、浅い特徴６４４が、基板２０２上に機能性パターン２０４の回折格子と補助パターン２０６の反射防止特徴２１０とを形成するために使用されることができる一方、深い特徴６４６は、単一のインプリントステップで、基板２０２上にスペーサ２１２を形成するために使用されることができる。

パターン化金型６００を作成するための第１のステップ（ａ）では、マイクロ加工金型６４８を作成するための過程方法を介して、深い特徴６４６が、先の金型６４２の中で形成される。例示的過程方法は、リソグラフィおよび反応性イオンエッチングを含む。次のステップ（ｂ）では、重合性物質６５０が、マイクロ加工金型６４８の上に堆積させられ、図１および２に関して上で説明されるような様式で、残留層６５４から突出するナノスケールの細かい特徴６５２でパターン化される。次のステップ（Ｃ）では、残留層６５４が、除去され、細かい特徴６５２が、プラズマベースの乾式エッチング、反応性イオンエッチング、またはシリコンの湿式ＫＯＨエッチングを介してマイクロ加工金型６４８内に浅い特徴６４４を形成し、パターン化金型６００を形成するように加工される。パターン化金型６００の深い特徴６４６は、隣接する光学層を接着するためのスペーサ特徴を形成するように物質を分注することを伴う、他の技法を用いて生成され得るスペーサ特徴と比較して、改善された精度および正確度を伴って生成される。この点について、深い特徴６４６から生成されるスペーサ２１２の高さは、良好な同一平面性（例えば、約５０ｍｍの径間を横断して＋／－１００ｎｍの公差内である）を示し、スペーサ２１２の幅または直径は、＋／－１００ｎｍの公差内で一貫している。結果として、パターン化金型６００の深い特徴６４６によって基板２０２上に形成されるスペーサ２１２は、隣接する基板２０２が、正確にかつ低減または排除された歪みを伴って整列させられ、向けられ得るように、単一のスペーサ層にわたって改善された厚さの均一性を伴うスペーサ層を提供する。加えて、深い特徴６４６の幅の正確度は、有利には、基板の歪み、時として、十分な接着性の欠如をもたらす傾向にあり、基板上にインプリントされた機能性パターンの中に発散する傾向にある接着剤の分注液滴の使用と比較して、スペーサ２１２の使用による、基板２０２の内部領域２１８に沿った、改善された構造的完全性および機能完全性を可能にする。さらに、分注される接着剤の液滴は、約２５μｍのスペーサ高を伴う基板を横断して、比較的に大きい面積（例えば、直径約５００μｍ）に及び得るのに対し、スペーサ２１２は、約２５μｍのスペーサ高を伴う基板を横断して、限定された面積（例えば、直径約１０μｍ～約２０μｍ）に及び得る。

図１０および１１は、それぞれ、パターン化金型６００の深い特徴６４６によって形成される補助パターン２０６のスペーサ２１２の側面図および斜視図を図示する。図１０および１１の例では、スペーサ２１２は、実質的に円筒の形状を有し、約５μｍ～約１００μｍの範囲内の特徴（例えば、高さならびに有効直径）を有する。

光学層２００は、基板２０２の単一の側面（例えば、上側面２０８）上にインプリントされる機能性パターン２０４および補助パターン２０６を有するものとして説明かつ図示されているが、他の構成も、可能である。例えば、図１２は、基板２０２、基板２０２の上側面２０８上にインプリントされた光学層２００の機能性パターン２０４、および基板２０２の下側面２１４上にインプリントされた補助パターン７０６を含む光学層７００の側面図を図示する。補助パターン７０６が、補助パターン２０６のサイズおよび形状と異なるサイズおよび形状を有する点を除いて、補助パターン７０６は、構成および機能において、補助パターン２０６にほぼ類似する。例えば、補助パターン７０６は、機能性パターン２０４の反対側に位置し、補助パターン２０６の反射防止特徴２１０の径間の全幅より大きい幅に及ぶ反射防止特徴７１０を含む。補助パターン７０６は、反射防止特徴７１０の両側上に位置するスペーサ７１２をさらに含む。基板２０２の両側上に位置している機能性パターン２０４および補助パターン７０６のために、機能性パターン２０４ならびに補助パターン７０６は、光学層２００に当てはまるような単一のインプリントステップでパターン化されることとは対照的に、別個のインプリントステップで基板２０２上にパターン化される。故に、補助パターン７０６の構成に対応する細かい特徴および深い特徴を伴うパターン化金型は、パターン化金型６００に関して上で説明されるものと類似する様式で、補助パターン７０６を形成するために作成されることができる。機能性パターン２０４の構成に対応する細かい特徴を伴う別個のパターン化金型は、機能性パターン２０４を形成するために作成されることができる。

別の例では、図１３は、基板２０２と、基板２０２の上側面２０８上にインプリントされた光学層２００の機能性パターン２０４と、基板２０２の上側面２０８上にインプリントされた第１の補助パターン８０６と、基板２０２の下側面２１４上にインプリントされた第２の補助パターン８６０とを含む光学層８００の側面図を図示する。例えば、第１の補助パターン８０６は、機能性パターン２０４の両側上に位置するスペーサ８１２を含む。第２の補助パターン８６０は、機能性パターン２０４の反対側に位置する反射防止特徴８１０を含む。故に、機能性パターン２０４および第１の補助パターン８０６の構成に対応する細かい特徴および深い特徴を伴うパターン化金型は、パターン化金型６００に関して上で説明されるものに類似する様式で、機能性パターン２０４および第１の補助パターン８０６を単一のインプリントステップで形成するために作成されることができる。第２の補助パターン８６０の構成に対応する細かい特徴を伴う別個のパターン化金型は、第２の補助パターン８６０を形成するために作成されることができる。第２の補助パターン８６０が位置する基板２０２の反対側の側面である基板の側面上に位置している機能性パターン２０４および第１の補助パターン７０６のために、機能性パターン２０４および第１の補助パターン８０６は、１つのインプリントステップで基板２０２上にともにパターン化され、第２の補助パターン８６０は、別のインプリントステップで基板２０２上にパターン化される。

図１４は、インプリントリソグラフィプロセスにおいて光学層（例えば、光学層２００、３００、４００）を構成するための例示的プロセス９００のフローチャートを表示する。第１の規模のサイズの第１の特徴が、パターン化テンプレート（例えば、パターン化金型６００）を用いて基板（例えば、基板２０２）の第１の側面（例えば、上側面２０８または下側面２１４）上にインプリントされる（９０２）。第１の特徴は、回折格子（例えば、機能性パターン２０４によって提供される回折格子）および反射防止特徴（例えば、補助パターン２０６、３０６、４０６によって提供される反射防止特徴）の一方または両方を含み得る。第２の規模のサイズの第２の特徴が、パターン化テンプレートを用いて基板の第１の側面上にインプリントされる一方、第１の特徴が、パターン化テンプレートを用いて基板の第１の側面上にインプリントされ、第２の特徴は、基板と隣接する表面（例えば、隣接する基板の側面）との間に間隙（例えば、間隙５３０）を画定するようにサイズを決定され、配置される（９０４）。第２の特徴は、スペーサ（例えば、補助パターン２０６、３０６、４０６によって提供されるスペーサ）を含み得る。いくつかの例では、スペーサおよび反射防止特徴の一方または両方が、基板の第１の側面の周辺縁（例えば、周辺縁２１６）に沿ってインプリントされる。いくつかの例では、スペーサおよび反射防止特徴の一方または両方が、基板の第１の側面の内部領域（例えば、内部領域２１８）に沿ってインプリントされる。いくつかの例では、第２の特徴が、第１の特徴の両側（例えば、その周囲）上にインプリントされる。

第２の規模のサイズは、第１の規模のサイズより大きい。いくつかの例では、第１の規模のサイズは、ナノスケールであり、第２の規模のサイズは、マイクロスケールである。いくつかの実施形態では、このプロセスは、第１の規模のサイズの第３の特徴を、基板の第２の側面（例えば、上側面２０８または下側面２１４）上にインプリントすることをさらに含む。第３の特徴は、回折格子または反射防止特徴を含み得る。

いくつかの実施形態では、このプロセスは、先の金型（例えば、先の金型６４２）からパターン化テンプレートを作成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、先の金型において第２の規模のサイズの深い特徴（例えば、深い特徴６４６）を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、先の金型において第１の規模のサイズの浅い特徴（例えば、浅い特徴６４４）を形成することをさらに含む。

いくつかの例では、基板は、第１の基板であり、隣接する表面は、第２の基板によって画定される。いくつかの実施形態では、このプロセスは、第１および第２の基板を互いに整列させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、このプロセスはさらに、第１の基板の第１の側面上にインプリントされた第２の特徴の上に接着性物質（例えば、接着剤の液滴）を分注することを含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、第１の基板の第１の側面上にインプリントされた第２の特徴上の接着性物質において、第１および第２の基板を互いに取り付け、多層光学デバイス（例えば、光学デバイス５００）を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、第１の基板の第１の側面上にインプリントされた第２の特徴上の接着性物質において、第１および第２の基板を互いに取り付け、第１の基板と第２の基板によって画定される隣接する表面との間に間隙を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、このプロセスは、多層光学デバイスが交互する屈折率を有するように、第２の特徴の高さによって決定される厚さを伴う第１および第２の基板の間に、空気の層を画定することをさらに含む。

有利には、プロセス６００は、他のプロセスに従って３Ｄ構造を生成することと比較して、そのような３Ｄ構造をインプリントすることに関連付けられた複雑性、持続時間、およびコストを低減させる周囲条件（例えば、周囲温度ならびに周囲気圧）において、単一のステップで（例えば、単一のパターン化金型を介して）、多機能性（例えば、光学機能、反射防止、および間隔のうちの任意のもの）の３Ｄ構造をインプリントするために使用されることができる。例えば、従来の方法で形成される反射防止パターンは、真空下に堆積させられ、スペーサ構成要素が、大きいスペーサ構造のインプリント、微小球の分注、または硬化性レジスト材料の分注を含み得る別個の後続のプロセスに追加され、比較的に高価になり得る。追加の時間および複雑性が、そのような第２の加工ステップの実施に先立った反射防止パターンの清掃ならびに処置に関連付けられる。

いくつかの実施形態が、例証の目的のために説明されているが、前述の説明は、添付の請求項の範囲によって定義される本発明の範囲を限定することを意図していない。以下の請求項の範囲内の他の例、修正、および組み合わせも、存在し、かつ存在するであろう。

Claims (20)

1. 多層ウェアラブル接眼レンズであって、
   基板と、
   前記基板の側面上の第１の導波管と
   第２の導波管と
   を備え、
   前記第１の導波管は、
   機能性パターンであって、前記機能性パターンは、第１の場所に第１のサイズ範囲の第１の特徴を備え、前記第１の特徴は、第１の回折格子を備え、前記第１の回折格子は、第１の波長範囲の光を投影し、かつ、第１の深度平面に仮想画像を集束させるように構成されており、前記第１の回折格子は、第１の内部結合格子を備え、前記第１の回折格子は、第１の直交瞳拡大器領域と第１の射出瞳拡大器領域とを形成する、機能性パターンと、
   前記機能性パターンを包囲する補助パターンと
   を備え、
   前記補助パターンは、
   前記第１のサイズ範囲の追加の第１の特徴であって、前記追加の第１の特徴は、反射防止特徴を備える、追加の第１の特徴と、
   前記基板の前記側面上の前記第１の場所から横方向に離間されている第２の場所のそれぞれにおける第２のサイズ範囲の第２の特徴であって、前記第２のサイズ範囲は、前記第１のサイズ範囲よりもサイズが少なくとも１桁大きい、第２の特徴と
   を備え、
   前記第２の導波管は、前記第１の導波管と前記第２の導波管との間に前記第２のサイズ範囲の間隙を画定するように前記第２の特徴に沿って前記第１の導波管に取り付けられており、前記第２の導波管は、第２の回折格子を備え、前記第２の回折格子は、第２の波長範囲の光を投影し、かつ、第２の深度平面に前記仮想画像を集束させるように構成されており、前記第２の回折格子は、第２の内部結合格子を備え、前記第２の回折格子は、第２の直交瞳拡大器領域と第２の射出瞳拡大器領域とを形成する、多層ウェアラブル接眼レンズ。
2. 前記第２の特徴は、前記基板の前記側面上にスペーサを備える、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
3. 前記スペーサまたは前記反射防止特徴またはその両方は、前記基板の前記側面の周辺縁上に配置されている、請求項２に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
4. 前記スペーサまたは前記反射防止特徴またはその両方は、前記基板の前記側面の内部領域上に配置されている、請求項２に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
5. 前記基板の前記側面は、前記基板の第１の側面であり、前記第１のサイズ範囲の第３の特徴は、前記基板の第２の側面上に配置されている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
6. 前記第３の特徴は、前記基板の前記第２の側面上に配置されている回折格子または反射防止特徴を備える、請求項５に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
7. 前記第２のサイズ範囲は、１μｍ～５０μｍの範囲の高さ、または、１μｍ～１００μｍの範囲の幅、または、その両方を備える、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
8. 前記第１のサイズ範囲は、最大３００ｎｍまでの範囲の高さを備える、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
9. 前記第２の特徴は、前記第１の特徴の両側の横方向側面上に配置されている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
10. 前記多層ウェアラブル接眼レンズは、前記基板の前記側面上の前記第２の特徴の上に接着性物質をさらに備える、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
11. 前記第１の導波管および前記第２の導波管は、前記基板の前記側面上の前記第２の特徴の上の前記接着性物質において互いに取り付けられていることにより、前記第１の導波管と前記第２の導波管との間に間隙を形成する、請求項１０に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
12. 前記第１の導波管および前記第２の導波管は、互いに整列されている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
13. 前記間隙は、低屈折率領域を提供する、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
14. 前記低屈折率領域は、１の屈折率を伴う空気を備えている、請求項１３に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
15. 前記第２の特徴のそれぞれは、前記第１の特徴のそれぞれから少なくとも５μｍ～１００μｍ横方向に離間されている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
16. 前記第１の導波管および前記第２の導波管は、前記第１の導波管および前記第２の導波管の第１の周辺縁および第２の周辺縁に沿ってシールを用いて互いに取り付けられている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
17. 前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲のうちの少なくとも１つは、５６０ｎｍ～６４０ｎｍの範囲内の波長を伴う赤色光、または、４９０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内の波長を伴う緑色光、または、３９０ｎｍ～４７０ｎｍの範囲内の波長を伴う青色光に対応する、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
18. 前記第１の深度平面および前記第２の深度平面は、同一である、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
19. 前記第２の特徴は、前記基板の前記側面上に前記追加の第１の特徴から横方向に離間されている、請求項１に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。
20. 前記第２の特徴は、前記追加の第１の特徴から５μｍ～１００μｍに配置されている、請求項１９に記載の多層ウェアラブル接眼レンズ。

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