KR20190111099A - 임프린트 리소그래피 프로세스로 광학 층들의 구성 - Google Patents

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Abstract

광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법은 한 세트의 액적들이 기판상에 형성된 기능 패턴과 접촉하지 않도록 하는 방식으로 기판의 일 면 최상부에 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 포함한다. 임프린트 리소그래피 방법은 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층을 형성하기 위해 한 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함하며, 스페이서 층은 기판에 인접하고 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 한 세트의 액적들에 걸쳐 있는 표면을 그 스페이서 층이 지지할 수 있도록 선택된 높이를 가진다.

Description

임프린트 리소그래피 프로세스로 광학 층들의 구성
본 출원은 2017년 2월 1일에 출원된 미국 가출원 제62/453,249호의 출원일을 우선권으로 주장한다. 미국 가출원 제62/453,249호의 내용들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 통합되다.
본 발명은 임프린트 리소그래피 프로세스들에서 광학 층들을 구성하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드롭-온-디맨드 디스펜싱 기술(drop-on-demand dispensing technique)을 통해 기판상에 스페이서들을 형성하는 것에 관한 것이다.
나노제조(예컨대, 나노임프린트 리소그래피)는 대략 100 나노미터 이하의 피처(feature)들을 갖는 매우 작은 구조물들의 제조를 포함할 수 있다. 나노제조가 중대한 영향을 미친 한가지 응용분야는 집적 회로들의 처리이다. 반도체 처리 산업은 기판의 단위 면적당 기판상에 형성되는 회로들의 수를 증가시키면서 보다 높은 생산 수율을 위해 계속 노력하고 있다. 이를 위해, 반도체 처리 산업에서 원하는 결과들을 달성하기 위해, 나노제조가 점차 중요해지고 있다. 나노제조는 기판들상에 형성되는 구조물들의 최소 피처 치수들을 계속 감소시키면서 더 우수한 프로세스 제어를 제공한다. 나노제조가 사용된 다른 개발 분야들은 생명 공학, 광학 기술, 기계 시스템들 등을 포함한다. 일부 예들에서, 나노제조는 광학 디바이스를 형성하도록 조립되는 구조물들을 기판들상에 제조하는 것을 포함한다.
본 발명은, 기판들상에 스페이서 층들을 형성하는데 있어서의 개선들로 인해, 적층된 층들을 포함하는 디바이스의 광학적 선명도에 영향을 미치지 않고 세상측 객체들을 명확하게 보기 위해 광학적 기능층들을 적층하기 위한 스페이서 층들을 생성하는 것과 연관된 비용 및 복잡성을 감소시키면서, 그러한 스페이서 층들의 정확성 및 정밀도를 증가시키고 그러한 스페이서 층들의 기계적 무결성을 개선시킬 수 있다는 인식을 수반한다. 이와 관련하여, 개시된 임프린트 리소그래피 방법들의 다양한 양상들은, 다른 기술들을 통해 생성된 스페이서 층들과 비교하여, 스페이서들을 더 정확하게 포지셔닝하고, 바람직한 플랫폼 영역들을 갖는 스페이서들을 더 정밀하게 사이징(sizing)하며, 적층된 층들을 포함하는 디바이스를 통해 광 가시성을 개선하며 그리고 스페이서들의 기계적 무결성을 개선하는 방식으로, 기판들상에 형성되는 스페이서 층들을 만들 수 있다. 예컨대, (예컨대, 공기중에서 가시 광선의 90% 초과를 투과시키는) 중합가능 고투과 물질은, 기능 패턴과 접촉하지 않아서 그 기능 패턴의 광학적 무결성을 방해하지 않고서, 기능 패턴이 임프린팅되는 면과 동일한 면상에서 기판의 주변 에지를 따라, 프로그래밍된 드롭-온-디맨드 매핑 방식에 의해 액적들로서 정확하게 디스펜싱(dispensing)될 수 있다. 다른 예들에서, (예컨대, 공기중에서 가시 광선의 90% 초과를 투과시키는) 중합가능 고투과 물질은 원하는 광학 효과들을 초래하기 위해 또는 구조적 지지부를 제공하기 위해 기능 패턴이 임프린팅되는 면과 대향하는, 기판의 전체 면에 걸쳐 액적들로서 정확하게 디스펜싱될 수 있다. 이러한 디스펜싱된 액적들은 경화(즉, 중합)시 매우 투과적이다. 부가적으로, 부분적으로 액적들의 작은 크기로 인해, 액적들은 (예컨대, 디바이스가 눈의 가까운 지점(예컨대, 25mm)에 근접하여 위치되면서) 그 디바이스가 의도된대로 보여질 때 육안으로 볼 수 없다. 더욱이, 중합가능 물질의 특성들 뿐만아니라 중합가능 물질의 정밀한 디스펜스 볼륨은 기판의 영역에 걸쳐 5%만큼 작게 높이가 변하는 정밀하게 형성된 스페이서들을 야기할 수 있다. 부가적으로, 경화된 상태에서 이러한 스페이서들의 탄성은 이웃하여 인접한 기판들의 내부 구역들을 따라 구부러지거나 휘어지는 것을 방지하는 방식으로, 그 기판들을 지지하기에 충분한 기계적 무결성을 스페이서들에 제공한다.
본 발명의 일 양상은 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법을 특징으로 한다. 임프린트 리소그래피 방법은 한 세트의 액적들이 기판상에 형성된 기능 패턴과 접촉하지 않도록 하는 방식으로 기판의 일 면의 최상부에 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 포함한다. 임프린트 리소그래피 방법은 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층을 형성하기 위해 한 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함하며, 스페이서 층은 기판에 인접하고 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 한 세트의 액적들에 걸쳐 있는 표면을 그 스페이서 층이 지지할 수 있도록 선택된 높이를 가진다.
일부 실시예들에서, 한 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 1pL 내지 약 100pL의 볼륨(volume)을 갖는다.
일부 실시예들에서, 한 세트의 액적들의 각각의 액적은 투명하다.
특정 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은 드롭-온-디맨드 프로그래밍 방식을 생성하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은 인쇄 스크린을 제공하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은 기판상에 기능 패턴을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 기판의 일 면의 최상부에 한 세트의 액적들을 증착하는 단계는 기판의 일 면의 최상부에 중합가능 물질의 액적 볼륨들을 디스펜싱하는 단계를 포함한다.
특정 실시예들에서, 한 세트의 액적들은 제1 세트의 액적들이며, 임프린트 리소그래피 방법은 제1 세트의 액적들의 각각의 방울(drop)을 기판의 일 면 상에 직접 증착하는 단계 및 기판의 일 면상에서 직접 증착된 제1 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 0.5㎛ 내지 약 20.0㎛의 경화된 높이를 갖는다.
특정 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은, 제1 세트의 액적들이 경화된 후, 제2 세트의 액적들의 각각의 액적이 각각 제1 세트의 액적들 중의 액적의 최상부에 직접 디스펜싱되도록 기판의 일 면의 최상부에 제2 세트의 액적들을 증착하는 단계 및 스페이서 층의 높이를 증가시키기 위해 제1 세트의 액적들의 최상부에 직접 증착된 제2 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 스페이서 층이 균일한 높이를 갖도록 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일하다.
특정 실시예들에서, 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 스페이서 층이 가변 높이를 갖도록 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일하지 않다.
일부 실시예들에서, 스페이서 층은 쐐기모양 형상을 갖는다.
특정 실시예들에서, 기능 패턴은 기판의 일 면상에 임프린팅된다.
일부 실시예들에서, 기능 패턴은 기판의 일 면의 내부 구역을 따라 임프린팅되고, 임프린트 리소그래피 방법은 기판의 일 면의 주변 에지를 따라 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 기판의 일 면은 기판의 제1 면이고, 기능 패턴은 기판의 제1 면에 대향하는, 기판의 제2 면상에 임프린팅된다.
일부 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은 기판의 제1 면의 전체에 걸쳐 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 임프린트 리소그래피 방법은 스페이서 층이 기판과 표면 사이에 갭을 형성하도록 한 세트의 액적들에서 기판에 인접한 표면에 기판을 부착하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 갭은 낮은 인덱스 구역을 제공한다.
특정 실시예들에서, 낮은 인덱스 구역은 1의 굴절률을 갖는 공기를 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은 1.3-1.6의 범위의 굴절률을 갖는 중합가능 재료로 갭을 충전하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 중합가능 재료는 스페이서 층을 형성하는 경화된 액적 세트의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는다.
본 발명의 다른 양상은 기판, 기판상에 형성된 기능 패턴, 및 기판의 일 면 상에 배치되고 기능 패턴으로부터 이격된 경화된 액적 세트를 포함하는 광학 층을 특징으로 한다. 경화된 액적 세트는 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층을 형성하며, 스페이서 층은 기판에 인접하고 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 경화된 액적 세트에 걸쳐 있는 표면을 그 스페이서 층이 지지할 수 있도록 선택된 높이를 가진다.
일부 실시예들에서, 미리 정의된 곡률 반경은 미리 정의된 가변 높이의 방울들로 스페이서 층들을 형성함으로써 적층된 광학 층들에 부여될 수 있다. 가변 높이들을 갖는 그러한 방울들은 상이한 볼륨들로 동일한 재료의 방울들을 디스펜싱하고, 개별 방울들의 볼륨들 및 표면 장력들이 방울들의 최종 단부 높이들을 정의하도록 상이한 재료의 방울들을 디스펜싱하며 그리고 원하는 높이의 변화를 달성하기 위해 동일한 재료 또는 상이한 재료들의 방울들을 서로 상단에 디스펜싱함으로써 형성될 수 있다. 가변 높이들을 갖는 그러한 방울들은 또한 경화시 방울들의 높이들에 영향을 미치도록 디스펜싱된 방울들의 볼륨들, 표면 장력들 및 표면 에너지들을 선택적으로 변경하기 위해 전도성, 대류성 및/또는 방사성 방울 볼륨 증발 방식들을 포함하는 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들의 세부 사항들은 이하의 설명 및 첨부 도면들에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 상세한 설명, 도면들 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 임프린트 리소그래피 시스템의 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 임프린트 리소그래피 시스템에 의해 형성된 패터닝된 층의 다이어그램이다.
도 3은 광학 층의 평면도이다.
도 4는 도 3의 광학 층의 측면도이다.
도 5는 스페이서의 측면도의 SEM 이미지이다.
도 6은 스페이서의 측면도의 SEM 이미지이다.
도 7은 도 3의 광학 층을 포함하는 광학 디바이스의 일부의 측면도이다.
도 8은 도 3에 도시된 광학 층의 구성과 상이한 구성을 갖는 광학 층의 저면도이다.
도 9는 도 8의 광학 층의 측면도이다.
도 10은 도 8의 광학 층을 포함하는 광학 디바이스의 일부의 측면도이다.
도 11은 드롭-온-디맨드 프로그래밍 방식을 통해 가변 두께의 스페이서 층을 생성하기 위한 일련의 단계들을 도시한 다이어그램이다.
도 12는 스크린 인쇄 프로세스를 통해 균일한 두께의 스페이서 층을 생성하기 위한 일련의 단계들을 도시한 다이어그램이다.
도 13은 스크린 인쇄 프로세스를 통해 생성된 가변 두께의 스페이서 층의 평면도 및 측단면도이다.
도 14는 임프린트 리소그래피 프로세스에서 광학 층을 구성하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
일부 예들에서, 도면들에 도시된 예시들은 실척대로 도시되지 않을 수 있다.
광학 층을 구성하기 위한 임프린트 리소그래피 프로세스가 아래에 설명된다. 임프린트 리소그래피 프로세스는 기판들상에 스페이서 층들을 형성하는 것을 수반한다. 이러한 프로세스는, 다층 광학 디바이스들을 생성하기 위한 스페이서 층들을 생성하는 것과 연관된 비용 및 복잡성을 감소시키면서, 그러한 스페이서 층들의 정확성 및 정밀도를 증가시키고 그러한 스페이서 층들의 기계적 무결성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 기판(101)(예컨대, 웨이퍼)의 최상부 표면(103)상에 릴리프 패턴(relief pattern)을 형성하도록 동작 가능한 임프린트 리소그래피 시스템(100)을 도시한다. 임프린트 리소그래피 시스템(100)은 기판(101)을 지지 및 이송하는 지지 어셈블리(102), 기판(101)의 최상부 표면(103)상에 릴리프 패턴을 형성하는 임프린팅 어셈블리(104), 기판(101)의 최상부 표면(103)상에 중합가능 물질을 증착하는 유체 디스펜서(106), 및 지지 어셈블리(102)상에 기판(101)을 놓는 로봇(108)을 포함한다. 임프린트 리소그래피 시스템(100)은 메모리에 저장된 컴퓨터 판독가능 프로그램으로 동작 가능할 수 있고 지지 어셈블리(102), 임프린팅 어셈블리(104), 유체 디스펜서(106) 및 로봇(108)과 통신하여 이들을 제어하도록 프로그래밍되는 하나 이상의 프로세서들(128)을 또한 포함한다.
기판(101)은 전형적으로 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 산화물, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 실리콘과 게르마늄의 합금, 인듐 인화물(InP) 또는 다른 예시적인 재료들을 포함하는 하나 이상의 재료들로 만들어진 실질적으로 평면인 얇은 슬라이스이다. 기판(101)은 전형적으로 실질적으로 원형 또는 직사각형 형상을 갖는다. 기판(101)은 전형적으로 약 50mm 내지 약 200mm의 범위(예컨대, 약 65mm, 약 150mm 또는 약 200mm)의 직경, 또는 약 50mm 내지 약 200mm범위(예컨대, 약 65mm, 약 150mm 또는 약 200mm)의 길이 및 폭을 갖는다. 기판(101)은 전형적으로 약 0.2mm 내지 약 1.0mm 범위의 두께를 갖는다. 기판(101)의 두께는 기판(101)에 걸쳐 실질적으로 균일하다(예컨대, 일정하다). 릴리프 패턴은, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 기판(101)의 최상부 표면(103)상에 중합가능 물질의 구조적 피처들(예컨대, 돌출부들 및 오목부들)의 세트로서 형성된다.
지지 어셈블리(102)는 기판(101)을 지지 및 고정하는 척(110), 척(110)을 지지하는 에어 베어링(112) 및 에어 베어링(112)을 지지하는 베이스(114)를 포함한다. 베이스(114)는 고정된 위치에 위치되는 반면, 에어 베어링(112)은 로봇(108), 유체 디스펜서(106), 및 임프린팅 어셈블리(104)로 그리고 이들로부터 (예컨대, 일부 경우들에서, 기판(101)을 운반하는) 척(110)을 이송하기 위해 최대 3개의 방향들(예컨대, x, y 및 z 방향들)로 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 척(110)은 진공 척, 핀-타입 척, 그루브-타입 척, 전자기 척 또는 다른 타입의 척이다.
도 1을 계속 참조하면, 임프린팅 어셈블리(104)는 원래의 패턴을 정의하는 패터닝 표면을 갖는 가요성 템플릿(116)을 포함하며, 릴리프 패턴은 가요성 템플릿(116)으로부터 기판(101)의 최상부 표면(103)상에 상호 보완적으로(complementarily) 형성된다. 따라서, 가요성 템플릿(116)의 패터닝 표면은 돌출부들 및 오목부들과 같은 구조적 피처들을 포함한다. 임프린팅 어셈블리(104)는 또한 다양한 직경들의 다수의 롤러들(118, 120, 122)을 포함하며, 다수의 롤러들(118, 120, 122)은 가요성 템플릿(116)의 하나 이상의 부분들이 임프린트 리소그래피 시스템(100)의 처리 구역(130) 내에서 x 방향으로 이동될 수 있도록 회전하여 가요성 템플릿(116)의 선택된 부분이 처리 영역(130)을 따라 기판(101)과 정렬(예컨대, 중첩)되게 한다. 롤러들(118, 120, 122) 중 하나 이상은 임프린팅 어셈블리(104)의 처리 구역(130)에서 가요성 템플릿(116)의 수직 위치를 변화시키기 위해 수직 방향(예컨대, z 방향)으로 개별적으로 또는 함께 이동가능하다. 따라서, 가요성 템플릿(116)은 기판(101)의 최상부에 임프린트를 형성하기 위해 처리 영역(130)에서 기판(101)상으로 밀어 내려질 수 있다. 롤러들(118, 120, 122)의 배열 및 수는 임프린트 리소그래피 시스템(100)의 다양한 설계 파라미터들에 따라 다양할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 템플릿(116)은 진공 척, 핀-타입 척, 그루브-타입 척, 전자기 척 또는 다른 타입의 척에 커플링된다(예컨대, 상기 척에 의해 지지 또는 고정된다).
임프린트 리소그래피 시스템(100)의 작동시에, 가요성 템플릿(116) 및 기판(101)은 각각 롤러들(118, 120, 122) 및 에어 베어링(112)에 의해 원하는 수직 및 측면 위치들로 정렬된다. 이러한 포지셔닝은 가요성 템플릿(116)과 기판(101) 사이의 처리 구역(130) 내의 볼륨을 정의한다. 일단 중합가능 물질이 유체 디스펜서(106)에 의해 기판(101)의 최상부 표면(103)상에 증착되고 (예컨대, 기판(101)을 운반하는) 척(110)이 후속하여 공기 베어링(112)에 의해 처리 구역(130)으로 이동되면, 볼륨은 중합가능 물질에 의해 충전될 수 있다. 따라서, 가요성 템플릿(116) 및 기판(101)의 최상부 표면(103) 둘 모두는 임프린트 리소그래피 시스템(100)의 처리 구역(130)에서 중합가능 물질과 접촉할 수 있다. 예시적인 중합가능 물질들은 하나 이상의 물질들, 이를테면 이소보르닐 아크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, (2-메틸-2-에틸-1,3-디옥솔란-4-일) 메틸 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 2-메틸-1-[4-(메틸티오) 페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로판온, 디페닐(2,4,6- 트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온 및 다양한 계면 활성제들로 공식화(formulate)될 수 있다. 중합가능 물질이 유체 디스펜서(106)에 의해 기판(101)의 최상부에 증착될 수 있게 하는 예시적인 기술들은 드롭 디스펜스(drop dispense), 스핀-코팅(spin-coating), 딥 코팅(dip coating), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 박막 증착(film deposition), 후막 증착(thick film deposition) 및 다른 기술들을 포함한다. 일부 예들에서, 중합가능 물질은 다수의 액적들로 기판(101)의 최상부에 증착된다.
인쇄 시스템(104)은 처리 구역(130) 내에서 기판(101)의 최상부의 중합가능 물질을 향하여 에너지(예컨대, 광대역 자외 복사)를 지향시키는 에너지 소스(126)를 포함한다. 에너지 소스(126)로부터 방출된 에너지는 중합가능 물질이 응고 및/또는 교차-결합되게 하여, 처리 영역(130)에서 중합가능 물질과 접촉하는 가요성 템플릿(116)의 일부의 형상을 따르는 패터닝된 층을 생성한다.
도 2는 임프린트 리소그래피 시스템(100)에 의해 기판(101)상에 형성된 예시적인 패터닝된 층(105)을 예시한다. 패터닝된 층(105)은 잔류 층(107) 및 다수의 피처들을 포함하며, 다수의 피처들은 잔류 층(107)으로부터 연장되는 돌출부들(109), 및 인접 돌출부들(109) 및 잔류 층(107)에 의해 형성된 오목부들(111)을 포함한다.
임프린트 리소그래피 시스템(100)이 롤-투-플레이트(roll-to-plate) 또는 플레이트-투-롤(plate-to-roll) 시스템으로서 설명되고 예시되어 있지만, 상이한 구성들의 임프린트 리소그래피 시스템들은 예시적인 패터닝된 층(105) 및 이하에서 논의되는 예시적인 패턴들을 생성하는데 또한 사용될 수 있다. 이러한 임프린트 리소그래피 시스템들은 롤-투-롤(roll-to-roll) 또는 플레이트-투-플레이트(plate-to-plate) 구성을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(예컨대, 임프린트 리소그래피 시스템(100)의 기판(101))은 다층 광학 디바이스(예컨대, 디스플레이에서 사용되는 것과 같은 웨어러블 아이피스, 광학 센서, 또는 광학 필름)의 광학 층을 형성하기 위해 처리된다(예컨대, 한쪽 또는 양쪽이 임프린팅되고, 추가 피처들(예컨대, 스페이서 컴포넌트들)이 제공되고 그리고/또는 형상에 맞게 절단된다). 예컨대, 도 3 및 도 4는 기판(202), 기판(202)의 최상부에 임프린팅된 기능 패턴(204), 및 기판(202)의 최상부에 증착된 스페이서 층(206)을 포함하는 광학 층(200)의 평면도 및 측면도를 각각 예시한다. 기판(202)은 더 큰 기판(예컨대, 기판(101))으로부터 레이저 절단될 수 있으며, 기판(101)과 관련하여 위에서 설명된 다양한 재료 포뮬레이션(formulation)들에 따라 하나 이상의 유기 또는 무기 재료들로 만들어진 투명 또는 반투명 플라스틱(예컨대, 가요성 재료) 또는 유리(예컨대, 강성 재료)의 층으로서 제공된다. 기판(202)은 약 10mm 내지 약 150mm (예컨대, 약 50mm)의 길이, 약 10mm 내지 약 150mm(예컨대, 약 50mm)의 폭, 및 약 0.1mm 내지 약 10.0mm(예컨대, 약 0.5mm)의 두께를 가질 수 있다. 기판(202)은 약 1.6 내지 약 1.9의 범위의 비교적 높은 굴절률 및 약 80% 내지 약 95%의 범위의 투과율을 갖는다.
기능 패턴(204)은 기판(202)의 상부면(208)의 최상부에 임프린팅되며, 기판(202)의 주변 에지(216)에 대하여 내부 구역(218)을 따라 위치된다. 기능 패턴(204)은 광학 층(200)의 기본 작업 기능성을 제공하는 다수의 회절 격자들로 형성된 도파관 패턴이다. 회절 격자들은 약 10nm 내지 약 500nm 범위의 치수들을 갖는다. 회절 격자들은 특정 범위 내의 파장들의 광을 투사하고 특정 깊이 평면에 가상 이미지를 포커싱하도록 구성된다. 포커싱된 광은, 근위 광학 층들을 통해 투사된 포커싱된 광과 함께, 하나 이상의 깊이 평면들에 걸쳐 다색 가상 이미지를 형성한다. 투사된 광은 약 560nm 내지 약 640nm의 범위의 파장들을 갖는 적색광, 약 490nm 내지 약 570nm의 범위의 파장들을 갖는 녹색광, 또는 약 390nm 내지 약 470nm의 범위의 파장들을 갖는 청색광일 수 있다. 회절 격자들은 원하는 광학 효과들을 함께 제공하는 (예컨대, 돌출부들(109) 및 오목부들(111)과 같은) 돌출부들 및 오목부들의 다수의 조합들 및 배열들을 포함할 수 있다. 회절 격자들은 인-커플링 격자들을 포함하고, 직교 동공 팽창 구역 및 출구 동공 팽창 구역을 형성한다. 기능 패턴(204)은 약 10mm 내지 약 150mm의 총 길이 및 약 10mm 내지 약 150mm의 총 폭을 가질 수 있다.
스페이서 층(206)은 기능 패턴(204)이 기판(202)의 상부면(208)의 최상부에 임프린팅된 후에 드롭-온-디맨드 매핑 방식에 따라 기판(202)의 상부면(208)의 최상부에 디스펜싱된 층이다. 예컨대, 스페이서 층(206)은 메모리에 저장된 드롭-온-디맨드 매핑 방식에 따라 임프린트 리소그래피 시스템(100)의 프로세서(128)에 의해 제어되는 바와 같이, 유체 디스펜서(106)로 기판(202)의 최상부에 증착될 수 있다. 일부 구현들에서, 그러한 기술들을 통한 스페이서들(212)의 디스펜싱은 육안으로 거의 보이지 않는다. 스페이서 층(206)은 기판의 주변 에지(216)를 따라 배치되고, 기능 패턴(204)의 광학 성능을 방해하지 않도록 기능 패턴(204)을 둘러싼다. 스페이서 층(206)은, 도 7 및 도 10과 관련하여 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 2개의 광학 층들이 서로 접착될 때 다층 적층된 광학 디바이스의 부분을 함께 형성하는 광학 층(200)과 인접한 광학 층 사이에 갭(예컨대, 공기층)을 생성하도록 (예컨대, 높이가) 사이징된 다수의 스페이서들(212)을 포함한다. 스페이서들(212)은 기판(202)에 대한 그리고 스페이서들(212)과 접촉하는 인접한 광학 층에 대한 구조적 지지부를 제공하기 위해 주변 에지(216)를 따라 배열된다.
스페이서들(212)은 기판(202)의 최상부의 일반적으로 반구형 형상(예컨대, 돔 형상)을 달성하기 위해 확산하는 중합가능 물질의 일련의 다수의 방울들(예컨대, 최대 약 5개의 방울들)로서 또는 하나의 방울로서 디스펜싱된다. 따라서, 스페이서들(212)은 일반적으로 원형 또는 타원형인 xy 단면 형상을 갖는다. 스페이서들(212)을 생성하는데 사용되는 예시적인 중합가능 물질들은 임프린트 리소그래피 시스템(100)과 관련하여 앞서 논의된 다양한 중합가능 물질들 외에도 아크릴레이트들 및 에폭시들을 포함한다. 이러한 중합가능 물질들은 열의 존재하에서, 용매에의 노출시, 또는 스페이서들(212)이 기판(202)으로부터 박리되어 원하는 경우 광학 층(200)이 제거, 교체 또는 재정렬될 수 있도록 하는 다른 기술들을 사용하여 재실행가능하다.
스페이서들(212)은 투명하거나 반투명하며, 기판(202)상에서 매우 작은 영역들을 점유한다. 예컨대, 스페이서들(212)은 (예컨대, 기판(202)과 접촉하는 스페이서(212)의 베이스에서) 약 5㎛ 내지 약 1000㎛의 범위의 최대 직경 또는 폭과 약 0.5㎛ 내지 약 100.0㎛의 범위의 높이를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 스페이서들(212)은 기판(202)에 걸쳐 위치된 스페이서들(212)의 높이들이 5% 만큼 작은 변동을 갖도록 양호한 정밀도로 본원에서 개시된 구현들에 따라 생성될 수 있다. 각각의 스페이서(212)는 다른 인접한 스페이서(212)로부터 또는 기능 패턴(204)으로부터 약 5㎛ 내지 약 50,000㎛에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, (예컨대, 경화된 상태의) 스페이서들(212)은 1GPa보다 큰 (예컨대, 약 0.1GPa 내지 약 5.0GPa의 범위의) 탄성 계수를 갖는다.
앞서 논의된 바와 같이, 스페이서(212)는 서로 상단에 디스펜싱된 일련의 다수의 방울들로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 5는 직렬로 경화된 2개의 디스펜싱된 방울들로 형성된 예시적인 스페이서(300)의 측면도의 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy: SEM) 이미지이다. 각각의 방울은 약 1pL 내지 약 100pL (예컨대, 약 5pL)의 디스펜스 볼륨을 갖는다. 중합가능 물질(이 물질로부터 방울이 형성됨)은 약 0.5cP 내지 약 500.0cP의 범위의 점도를 가질 수 있다. 비교적 낮은 점도를 갖는 물질은 도 5에 도시된 바와 같이 바람직한 접촉 각도를 갖는 (예컨대, 높이보다 폭이 더 큰) 타원체 반구형 형상을 형성하기 위해 기판(202)과 접촉할 때 확산하는 경향이 있는 방울들을 초래할 것이다. 예컨대, 스페이서(300)는 약 35.1°의 접촉 각도를 갖는다. 부가적으로, 요변성(thixotropic) 또는 전단-박화(shear-thinning) 성질을 갖는 높은 점도 유체들은 본원에서 설명된 스페이서들을 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 유체들은 힘이 그들에 가해질 때 (예컨대, 유체 디스펜서의 압전 엘리먼트를 통해) 점도가 감소하지만, 일단 기판과 접촉하면 이동하지 않는다. 다른 예들에서, 비교적 높은 표면 장력을 갖는 물질은 비교적 낮은 표면 에너지를 갖는 기판(202)과 접촉할 때 단지 최소로 확산하여, 비교적 높은 접촉 각도를 갖는, 형상이 일반적으로 더 반구형인 방울들을 기판(202)의 최상부에 형성할 것이다. 다른 한편으로, 비교적 낮은 표면 장력을 갖는 물질은 비교적 높은 표면 에너지를 갖는 기판(202)과 접촉할 때 더 광범위하게 확산하여, 비교적 낮은 접촉 각도를 갖는, 형상이 일반적으로 더 타원체 반구형인 방울들을 기판(202)의 최상부에 형성할 것이다.
스페이서(300)를 형성하기 위해, 제1 방울은 디스펜싱되어 경화될 수 있다. 경화 사이클은 재료의 광-반응성 또는 안정성 및 조사 에너지에 따라 약 1초 내지 약 100초 지속될 수 있다. 제1 단일의 디스펜싱된 방울은 반구형 형상을 형성하기 위해 확산되며, 중합가능 물질의 점도에 따라 (예컨대, 기판(202)과 접촉할 때 방울이 확산되는 정도에 따라) 약 0.5㎛ 내지 약20.0㎛ (예컨대, 약3.0 ㎛)의 높이 (예컨대, 경화된 높이) 및 약 5㎛ 내지 약 200㎛ (예컨대, 약 50㎛)의 폭 (예컨대, 경화된 폭)을 갖는다. 일단 첫 번째 방울이 경화되면, 두 번째 방울이 첫 번째 방울의 최상부에 디스펜싱되어 경화될 수 있다. 첫 번째 방울과 접촉할 때, 두 번째 방울은 첫 번째 방울의 표면에 걸쳐 확산되어, 스페이서(300)의 높이를 약 1.0㎛ 내지 약 40.0㎛ (예컨대, 약 16.7㎛)로 증가시키고 스페이서(300)의 폭을 약 10.0㎛ 내지 약 400.0㎛ (예컨대, 약 90.6㎛)로 증가시킨다. 일반적으로, 각각의 순차적으로 증착된 방울은 반구형 스페이서의 높이를 약 0.5㎛ 내지 약 20.0㎛만큼 증가시키고 반구형 스페이서의 폭을 약 5㎛ 내지 약 200㎛만큼 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 스페이서의 형상은 방울이 기판의 최상부에 디스펜싱되는 접촉 각도가 증가함에 따라 더 구형이 되고 덜 반구형이 된다. 역으로, 스페이서의 형상은 방울이 기판의 최상부에 디스펜싱되는 접촉 각도가 감소함에 따라 더 반구형이 되고 덜 구형이 된다.
도 6은 직렬로 경화된 5개의 디스펜싱된 방울들로 형성된 예시적인 스페이서(400)의 측면도의 SEM 이미지이다. 스페이서(400)는 스페이서(300)와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 생성될 수 있다. 더 많은 수의 방울들은 스페이서(300)의 곡률 반경과 비교하여 상이한 곡률 반경을 갖는 스페이서(400)의 타원체 반구형 형상 프로파일을 제공한다. 예컨대, 일부 경우들에서, 스페이서(400)는 스페이서(400)의 하부 부분의 곡률 반경보다 낮은 곡률 반경을 갖는 상부 부분을 포함한다.
스페이서(400)는 약 1㎛ 내지 약 100㎛ (예컨대, 약 28㎛)의 높이와 약 10㎛ 내지 약 1000㎛ (예컨대, 약 125㎛)의 폭을 갖는다.
도 7은 기판(202) 및 기능 패턴(204)을 포함하는 예시적인 광학 층(540)뿐만 아니라 예시적인 광학 층들(200) 중 2개의 광학 층들을 포함하는 다수의 광학 층들을 포함하는 광학 디바이스(500) (예컨대, 웨어러블 아이피스)의 일부의 측면도를 예시한다. 광학 디바이스(500)는 또한 도시되지 않은 추가의 광학 층들을 포함한다. 광학 디바이스(500)는 광학 층들(200, 540)을 서로 정렬시키고, 스페이서 층(206)의 스페이서들(212)의 최상부에 디스펜싱된 접착 방울들을 사용하여 광학 층들(200, 540)을 서로 접착시킴으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 인접한 광학 층들(200, 540)은 대안적으로 또는 부가적으로 경화된 스페이서들(212)의 최상부에 디스펜싱된 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 방울들로 서로 접착된다. 이러한 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 방울들은 일단 경화되면 인접한 광학 층들(200, 540)을 단단히 결합하는 바인더들로서 작용할 수 있다. 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 방울들은 스페이서들(212)을 형성하는 동일한 물질일 수 있다. 접착제 및/또는 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 방울들에 부가하여, 광학 층들(200, 540)은 이후에, 광학 층들(200, 540)의 주변 에지들(216)의 모두가 결합되는 부착 메커니즘의 역할을 하는 시일(예컨대, 주변 또는 에지 시일)에 의해 서로 추가로 접착된다. 광학 디바이스(500)는 광학 층들(200) 및 다른 광학 층들 중 다수를 포함할 수 있으며, 총 3개 내지 20개의 광학 층들을 포함할 수 있다.
광학 디바이스(500)의 각각의 스페이서 층(206)은 인접한 광학 층들(200, 540) 사이의 공기 층을 정의하는 갭(530)을 생성한다. 스페이서 층들(206)에 의해 정의된 공기 층들은 약 1.0 내지 약 1.2의 범위의 낮은 굴절률을 갖는다. 높은 인덱스 광학 층들(200, 540)과 교번하는 낮은 인덱스 공기층들은 3D 시각화를 향상시키고, 인접한 광학 층들(200, 540) 간의 광의 커플링을 감소 또는 제거한다. 스페이서 층(206)의 스페이서들(212)의 배열에 의해 형성된 지지 구조물은, 광학 층들(200, 540)이 기판들(202)의 주변 에지들(216)을 따라 또는 내부 부분들내에 접착제 방울들을 디스펜싱하는 것과 같은 상이한 기술을 통해 접착되었다면 달리 발생할 수 있는 기판들(202)의 휨을 방지하거나 감소시키는 방식으로, 스페이서들(212)이 부착된 기판(202) 및 인접하는 기판 (202)을 지지한다.
스페이서 층들 및/또는 기능 패턴들의 다른 배열들이 가능하다. 예컨대, 도 8 및 도 9는 스페이서 층(606)뿐만 아니라 기판(202) 및 광학 층(200)의 기능 패턴(204)을 포함하는 광학 층(600)의 저면도 및 측면도를 각각 예시한다. 기능 패턴(204)은 광학 층(200)에서와 같이 기판(202)의 상부 층(208)상에 임프린팅된다. 스페이서 층(606)은 스페이서 층(606)이 기판(202)의 하부면(214)상에 증착되고 스페이서 층(606)의 스페이서들(212)의 배열이 기판(202)의 주변 에지(216)를 따라 연장할 뿐만아니라 기판(202)의 내부 구역(218)에 걸쳐 연장하는 것을 제외하고, 구성 및 기능이 스페이서 층(206)과 실질적으로 유사하다. 스페이서 층(606)은 기능 패턴(204)이 기판의 상부면(208)의 최상부에 임프린팅된 후 기판의 하부면(214)의 최상부에 디스펜싱된다. 스페이서 층(606) 및 기능 패턴 (204)이 기판 (202)의 상이한 (예컨대, 대향) 면들상에 배치되기 때문에, 스페이서 층(606)은 기능 패턴 (204)의 광학 성능을 방해하지 않는다.
광학 층들(200, 600)이 기판(202)의 일 면상에서 스페이서 층(206, 606)을 포함하는 것으로 설명되고 예시되었지만, 일부 예들에서, 스페이서 층은 기판의 양면에 형성될 수 있다. 예컨대, 광학 층은 기판(202), 기판(202)의 상부면(208)상에 디스펜싱된 스페이서 층(206) 및 기판(202)의 하부면(214)상에 디스펜싱된 스페이서 층(306)을 포함할 수 있다.
광학 층들(200, 600)이 기능 패턴(204)과 접촉하지 않는 스페이서 층들을 포함하는 것으로 설명되고 예시되었지만, 일부 예들에서, 스페이서 층은 특정 광학 효과들을 초래하기 위해, 이를테면 회절된 광의 보강 간섭을 향상시키고 상쇄 간섭을 완화시키기 위해 기능 패턴의 최상부에 직접 형성될 수 있다.
도 10은 광학 디바이스(500)의 예시적인 광학 층(540)뿐만 아니라 예시적인 광학 층들(600) 중 2개의 광학 층들을 포함하는 다수의 광학 층들을 포함하는 광학 디바이스(700)(예컨대, 웨어러블 아이피스)의 일부의 측면도를 예시한다. 광학 디바이스(700)는 또한 도시되지 않은 추가의 광학 층들을 포함한다. 광학 디바이스(700)는, 광학 디바이스(500)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 광학 층들(600, 540)을 서로 정렬시킴으로써, 스페이서 층(606)의 스페이서들(212)의 최상부에 디스펜싱된 접착제 방울들을 사용하여 또는 대안적으로 또는 부가적으로 경화된 스페이서들(212) 최상부에 디스펜싱된 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 방울들을 사용하여 광학 층들(600, 540)을 서로 접착시킴으로써, 그리고 광학 층들을 주변 또는 에지 시일에 추가로 부착시킴으로써 형성된다. 광학 디바이스(700)는 광학 층들(600) 및 다른 광학 층들 중 다수를 포함할 수 있으며, 총 3개 내지 20개의 광학 층들을 포함할 수 있다.
광학 디바이스(700)의 각각의 스페이서 층(606)은 인접한 광학 층들(600, 540) 사이의 공기 층을 정의하는 갭(730)을 생성한다. 스페이서 층들(606)에 의해 정의된 공기 층들은 약 1.0 내지 약 1.2의 범위의 낮은 굴절률을 갖는다. 높은 굴절률 광학 층들(600, 540)과 교번하는 낮은 굴절률 공기층들은 3D 시각화를 향상시키고, 인접한 광학 층들(600, 540) 간의 광의 커플링을 감소 또는 제거한다. 스페이서 층(606)의 스페이서들(212)의 배열에 의해 형성된 지지 구조물은, 광학 층들(600, 540)이 기판들(202)의 주변 에지들(216)을 따라 또는 내부 부분들내에 접착제 방울들을 디스펜싱하는 것과 같은 상이한 기술을 통해 접착되었다면 달리 발생할 수 있는 기판들(202)의 휨을 방지하거나 감소시키는 방식으로, 스페이서들(212)이 임프린팅된 기판(202) 및 인접하는 기판(202)을 지지한다.
도 10의 예에서, 제1 기판(202)의 일 면에 배열된 스페이서들(212)(예컨대, 경화된 상태의 스페이서 층(606))은 인접한 기판(540)의 광학 성능을 방해하지 않고 인접한 기판(540)의 일 면상에 임프린팅된 기능 패턴(204)과 접촉할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 구성은, 인근 기능 패턴들(204)의 하나 이상의 의도적인 원하는 광학 효과들을 위해, 이를테면 회절된 광의 보강 간섭을 향상시키고 상쇄 간섭을 완화시키도록 선택된다. 이러한 광학 효과들은 인접 기판상에 임프린팅되고 스페이서 층(606)과 접촉하는 기능 패턴(204)에 대해 또는 스페이서 층(606)이 배치되는 기판(202)의 대향 면상에 임프린팅되는 기능 패턴(204)에 대해 초래되거나 또는 향상될 수 있다.
일부 실시예들에서, 미리 정의된 곡률 반경은 미리 정의된 가변 높이의 방울들로 스페이서 층들을 형성함으로써 적층된 광학 층들에 부여될 수 있다. 가변 높이들을 갖는 그러한 방울들은 상이한 볼륨들로 동일한 재료의 방울들을 디스펜싱하고, 개별 방울들의 볼륨들 및 표면 장력들이 방울들의 최종 단부 높이들을 정의하도록 상이한 재료의 방울들을 디스펜싱하며 그리고 원하는 높이의 변화를 달성하기 위해 동일한 재료 또는 상이한 재료들의 방울들을 서로 상단에 디스펜싱함으로써 형성될 수 있다. 가변 높이들을 갖는 그러한 방울들은 또한 경화시 방울들의 높이들에 영향을 미치도록 디스펜싱된 방울들의 볼륨들, 표면 장력들 및 표면 에너지들을 선택적으로 변경하기 위해 전도성, 대류성 및/또는 방사성 방울 볼륨 증발 방식들을 포함하는 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가변 높이의 스페이서들은 기판의 일 면에 걸쳐 스페이서들에 의해 정의된 갭의 두께를 변화시키기 위해 기판상에 형성될 수 있어서, 스페이서 층은 비대칭 형상(예컨대, 쐐기모양 형상, 초승달 모양 형상 등)을 갖는다. 이러한 가변 갭 두께는 광학 스택의 인근 층들이 외측 광 반사기들로서 작용하는 상황들에서 바람직할 수 있다. 사용자의 시야에서의 원치 않는 반사 이미지들을 감소시키기 위해, 갭 두께 및 결과적으로 그러한 반사 층들에 대한 반사 평면을 변경시킬 필요가 있을 수 있다. 예컨대, 도 11은 가변 두께의 스페이서 층(800)(예컨대, 쐐기모양 형상을 가진 스페이서 층)을 생성하기 위한 일련의 단계들을 묘사하는 평면도들 및 대응하는 측단면도들을 예시한다.
스페이서 층(800)을 생성하기 위한 제1 단계(a)에서, 제1 세트의 방울들(850)은 드롭-온-디맨드 매핑 방식에 따라 기판(802)의 최상부에 디스펜싱되고 경화될 수 있다. 제1 세트의 방울들(850)은 3개의 단일 방울들(850)의 3개의 열들(852, 854, 856)로 배열되고, 인접한 기판들(802) 사이의 균일한 두께의 갭(858)을 정의한다. 갭(858)은 약 0.5㎛ 내지 약 100.0㎛(예컨대, 약 20.0㎛)의 두께를 가질 수 있다. 스페이서 층(800)을 생성하기 위한 다음 단계(b)에서, 제2 세트의 방울들(860)은 기판(802)의 최상부에 디스펜싱되고 경화될 수 있다. 제2 세트의 방울들(860)은 열들(854, 856)로 배열된 방울들(850)의 최상부에 각각 증착된다. 따라서, 스페이서들(862)(방울들(850) 및 방울들(860)로 형성됨)은 방울들(850)과 비교하여 더 큰 높이 및 더 큰 폭을 갖는다. 스페이서 층(800)을 생성하기 위한 다음 단계(c)에서, 제3 세트의 방울들(870)은 기판(802)의 최상부에 디스펜싱되고 경화될 수 있다. 제3 세트의 방울들(870)은 인접한 기판들(802) 사이에 가변 두께의 갭(878)(예컨대, 상당한 쐐기모양 형상을 가진 갭을 형성함)을 생성하기 위해 열(856)로 배열된 방울들(860)의 최상부에 각각 증착된다. 따라서, 스페이서들(872)(방울들(850), 방울들(860) 및 방울들(870)로 형성됨)은 방울들(860)과 비교하여 더 큰 높이 및 더 큰 폭을 갖는다. 갭(878)은 갭(858)의 두께와 동일한 최소 두께(예컨대, 방울들(850)에 의해 정의됨)를 가질 수 있다. 갭(878)은 약 1㎛ 내지 약 100㎛ (예컨대, 약 40㎛)의 최대 두께(예컨대, 방울들(860) 및 방울들(850)의 최상부에 방울들(870)에 의해 정의됨)를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 스페이서 층들은 드롭-온-디맨드 디스펜싱과 다른 기술들을 통해 형성될 수 있다. 예컨대, 도 12은 스크린 인쇄 기술을 통해 스페이서 층(900)을 생성하기 위한 일련의 단계들을 묘사하는 평면도들 및 대응하는 측단면도들을 예시한다. 스페이서 층(900)을 생성하기 위한 제1 단계(a)에서, 스크린(940)은 기판(902) 위에 포지셔닝되고 기판(902)과 정렬된다(예컨대, 기판(902)과 중심이 정렬되거나 또는 다른 방식으로 정렬된다). 스크린(940)은 4개의 상이한 형상들(예컨대, 하나의 원과 3개의 상이한 사변형들)을 갖는 패턴을 형성하는 4개의 컷 아웃(cutout)들을 정의한다. 스크린(940)은 기판(940) 위에서 약 0.05mm 내지 약 10.00mm(예컨대, 약 0.50mm)에 포지셔닝될 수 있다. 스페이서 층(900)을 생성하기 위한 다음 단계(b)에서, 중합가능 물질은 스크린(940)의 최상부 표면에 걸쳐 증착되며, 이에 따라 중합가능 물질은 스페이서들(912)을 형성하기 위해 스크린(940)의 패턴에 따라 컷 아웃들을 통과하고 기판(902)의 최상부에 증착된다. 스페이서 층(900)을 생성하기 위한 다음 단계(c)에서, 스크린(940)은 증착된 물질을 에너지 소스(예컨대, 에너지 소스(126))에 노출시켜 스페이서들(912)을 경화시키기 위해 기판(902)으로부터 떨어진다. 경화된 스페이서들(912)은 스페이서 층(900)을 형성하며, 이 스페이서 층(900)은 2개의 인접한 기판들(902) 사이의 갭(930)을 정의한다. 스크린(940)에 컷 아웃들이 위치될 수 있고, 스크린(940)은 중합가능 물질이 기판(902)상에 배치된 기능 패턴의 최상부에 직접 증착되지 않는 방식으로 기판(902)과 정렬될 수 있다.
다른 예에서, 도 13은 스크린 인쇄 프로세스를 통해 생성된 가변 두께의 (예컨대, 쐐기모양 형상을 가진) 스페이서 층(1000)의 평면도 및 대응하는 측단면도를 예시한다. 스페이서 층(1000)은 스크린(미도시)을 관통하는 제1 세트의 물질 증착물들(1050) 및 제2 세트의 물질 증착물들(1060)로부터 기판(1002)의 최상부에 형성된다. 제1 세트의 물질 증착물들(1050)은 열당 2개의 물질 증착물들(1050)의 제1 열(1052) 및 제2 열(1054)로 배열된다. 제1 세트의 물질 증착물들(1050)은 제2 세트의 물질 증착물들(1060)이 기판(1002)에 적용되기 전에 경화될 수 있다. 제2 세트의 물질 증착물들(1060)은 물질 증착물들(1050)의 최상부에 제2 열(1054)로 배열되어, 각각이 물질 증착물(1050) 및 물질 증착물(1060)을 포함하는 스페이서들(1082)을 형성한다. 스페이서들(1082)은 제1 열(1052)로 배열된 제1 세트의 물질 증착물들(1050)보다 더 높으며, 이에 따라 스페이서 층(1000)은 가변 두께의 갭(1078)을 정의한다. 증착물들(1050) 및 스페이서들(1082)은 기판(1002)상에 배치된 기능 패턴을 오버레이(overlay)하지 않을 수 있다.
도 14는 임프린트 리소그래피 프로세스에서 광학 층(예컨대, 광학 층(200, 600))을 구성하기 위한 예시적인 프로세스(1100)의 흐름도를 도시한다. 한 세트의 액적들(예컨대, 경화되지 않은 상태의 스페이서들 또는 방울들(212, 300, 400, 850, 860, 870, 912, 1012, 1082))는 한 세트의 액적들이 기판상에 형성된 기능 패턴(예컨대, 기능 패턴(204))과 접촉하지 않는 방식으로 기판(예컨대, 기판(202, 802, 902, 1002))의 면(예컨대, 상부면(208) 또는 하부면(214))의 최상부에 증착된다(1102). 일부 예들에서, 한 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 1 pL 내지 약 100 pL의 볼륨을 갖는다. 일부 실시예들에서, 프로세스는 드롭-온-디맨드 프로그래밍 방식을 생성하는 것을 더 포함한다. 일부 예들에서, 프로세스는 인쇄 스크린(예컨대, 스크린(940) 또는 스페이서 층(1000)을 생성하기 위해 사용된 스크린)을 제공하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세스는 기판상에 기능 패턴을 임프린팅하는 것을 더 포함한다.
한 세트의 액적들은 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층(예컨대, 스페이서 층(206, 606, 800, 900, 1000))을 형성하도록 경화되며, 스페이서 층은 기판에 인접하고 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 한 세트의 액적들에 걸쳐 있는 표면(예컨대, 기판(202, 802, 902, 1002) 또는 광학 층(540)의 표면)을 그 스페이서 층이 지지할 수 있도록 선택된 높이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 기판의 일 면의 최상부에 한 세트의 액적들을 증착하는 것은 기판의 일 면의 최상부에 중합가능 물질의 액적 볼륨들을 디스펜싱하는 것을 포함한다. 일부 예들에서, 한 세트의 액적들은 제1 차수의 크기(first order of magnitude)(예컨대, 마이크로-스케일)의 경화된 높이를 갖는다. 일부 예들에서, 기능 패턴은 제2 차수의 크기(second order of magnitude)(예컨대, 나노-스케일)의 높이를 갖는다.
특정 예들에서, 한 세트의 액적들은 제1 세트의 액적들(예컨대, 방울들 또는 중착물들(850, 1050))이며, 그리고 프로세스는 제1 세트의 액적들의 각각의 방울을 기판의 일 면상에 직접 증착하는 것 및 기판의 일 면상에서 직접 증착된 제1 세트의 액적들을 경화하는 것을 더 포함한다. 일부 예들에서, 제1 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 0.5㎛ 내지 약 20.0㎛의 경화된 높이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 액적들이 경화된 이후에, 프로세스는 제2 세트의 액적들의 각각의 액적이 제1 세트의 액적들 중의 액적의 최상부에 직접 각각 디스펜싱되도록 기판의 일 면의 최상부에 제2 세트의 액적들(예컨대, 방울들 또는 증착물들(860, 870, 1060))을 증착하는 것 및 스페이서 층(예컨대, 스페이서 층(800, 1000))의 높이를 증가시키기 위해 제1 세트의 액적들의 최상부에 직접 증착된 제2 세트의 액적들을 경화하는 것을 더 포함한다. 일부 들에서, 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 스페이서 층(예컨대, 스페이서 층(206, 606, 900))이 균일한 높이(예컨대, 두께)를 갖도록 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일하다. 일부 예들에서, 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 스페이서 층(예컨대, 스페이서 층(800, 1000))이 가변 높이(예컨대, 두께)를 갖도록 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일하지 않다. 예컨대, 가변 두께의 스페이서 층은 쐐기모양 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 기능 패턴은 기판의 일 면(예컨대, 상부면(208))상에 임프린팅된다. 일부 실시예들에서, 기능 패턴은 기판의 일 면의 내부 구역(예컨대, 내부 구역(218))을 따라 임프린팅되고, 프로세스는 기판의 일 면의 주변 에지(예컨대, 주변 에지(216))를 따라 한 세트의 액적들을 증착하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판의 일 면(예컨대, 하부면(214))은 기판의 제1 면이고, 기능 패턴은 기판의 제1 면에 대향하는, 기판의 제2 면상에 임프린팅된다. 일부 실시예들에서, 프로세스는 기판의 제1 면의 전체에 걸쳐 한 세트의 액적들을 증착하는 것을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 프로세스는 스페이서 층이 기판과 표면 사이에 갭(예컨대, 갭(530, 730, 858, 878, 930, 1030))을 형성하도록 한 세트의 액적들에서 기판에 인접한 표면에 기판을 부착하는 것을 더 포함한다. 일부 예들에서, 갭은 낮은 인덱스 구역을 제공한다. 일부 예들에서, 낮은 인덱스 구역은 1의 굴절률을 갖는 공기이다.
유리하게, 프로세스(1100)는 중합체 재료의 연속 페이스트를 적용하기 위해 튜브 또는 노즐을 사용하는 것과 같은 다른 기술들을 통해 생성된 스페이서 층들과 비교하여, 스페이서들을 더 정확하게 포지셔닝하고, 스페이서들을 더 정밀하게 사이징하며, 그리고 스페이서들의 기계적 무결성을 개선하는 방식으로 기판상에 스페이서 층을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 중합가능 물질은 기능 패턴과 접촉하지 않아서 기능 패턴의 광학적 무결성을 방해하지 않고서 기능 패턴이 임프린팅되는 면과 동일한 면상에서 기판의 주변 에지를 따라, 프로그래밍된 드롭-온-디맨드 매핑 방식에 따라 액적들로서 정확하게 디스펜싱될 수 있다. 다른 예들에서, 중합가능 물질은 원하는 광학 효과들을 초래하기 위하여 또는 구조적 지지부를 제공하기 위해 기능 패턴이 임프린팅되는 면과 대향하는, 기판의 전체 면에 걸쳐 액적들로서 정확하게 디스펜싱될 수 있다. 더욱이, 중합가능 물질의 특성들 뿐만아니라 중합가능 물질의 정밀한 디스펜스 볼륨은 기판의 영역에 걸쳐 5%만큼 작게 높이가 변하는 정밀하게 형성된 스페이서들을 야기할 수 있다. 이는 갭 두께의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 더욱이, 드롭-온-드롭 적층(drop-on-drop stacking)으로 인해, 갭 두께는 원하는 대로 변경되거나 불균일한 두께의 갭을 생성하도록 커스터마이징(customizing)될 수 있다. 부가적으로, 경화된 상태에서 이러한 스페이서들의 탄성은 이웃하여 인접한 기판들의 내부 구역들을 따라 구부러지거나 휘어지는 것을 방지하는 방식으로, 그 기판들을 지지하기에 충분한 기계적 무결성을 스페이서들에 제공한다.
앞서 논의된 스페이서 층들 및 광학 디바이스들이 공기로 충전되는 갭을 정의하는 것으로 설명되고 예시되었지만, 일부 실시예들에서, 앞서 논의된 스페이서 층들 또는 광학 디바이스들 중 임의의 것과 구성 및 기능이 달리 유사한 스페이서 층 또는 광학 디바이스는 중합가능 재료로 충전된 갭을 정의할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중합가능 재료는 1.3-1.6의 범위의 굴절률을 갖는다. 일부 실시예들에서, 중합가능 재료는 스페이서 층을 형성하는 경화된 액적 세트의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는다.
다수의 실시예들이 예시의 목적으로 설명되었지만, 전술한 설명은 첨부된 청구항들의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 하기의 청구항들의 범위 내에서 다른 예들, 수정들 및 조합들이 현재와 미래에 존재할 것이다.

Claims (21)

  1. 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법으로서,
    한 세트의 액적(droplet)들이 기판상에 형성된 기능 패턴과 접촉하지 않도록 하는 방식으로 상기 기판의 일 면의 최상부에 상기 한 세트의 액적들을 증착하는 단계; 및
    상기 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층을 형성하기 위해 상기 한 세트의 액적들을 경화하는 단계를 포함하며, 상기 스페이서 층은 상기 스페이서 층이 상기 기판에 인접하고 상기 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 상기 한 세트의 액적들에 걸쳐 있는 표면을 지지할 수 있도록 선택된 높이를 가지는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 한 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 1pL 내지 약 100pL의 볼륨(volume)을 갖는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    드롭-온-디맨드 프로그래밍 방식(drop-on demand programming scheme)을 생성하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    인쇄 스크린을 제공하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기판상에 상기 기능 패턴을 임프린팅하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 일 면의 최상부에 상기 한 세트의 액적들을 증착하는 상기 단계는 상기 기판의 일 면의 최상부에 중합가능 물질의 액적 볼륨들을 디스펜싱(dispensing)하는 단계를 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 한 세트의 액적들은 제1 세트의 액적들이며,
    상기 임프린트 리소그래피 방법은,
    상기 기판의 일 면에 직접 상기 제1 세트의 액적들의 각각의 방울(drop)을 증착하는 단계; 및
    상기 기판의 일 면상에서 직접 상기 제1 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 액적들의 각각의 액적은 약 0.5㎛ 내지 약 20.0㎛의 경화된 높이를 갖는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 액적들이 경화된 후에,
    제2 세트의 액적들의 각각의 액적이 각각 상기 제1 세트의 액적들 중의 액적의 최상부에 직접 디스펜싱되도록 상기 기판의 일 면의 최상부에 상기 제2 세트의 액적들을 증착하는 단계; 및
    상기 스페이서 층의 높이를 증가시키기 위해 상기 제1 세트의 액적들의 최상부에서 직접 상기 제2 세트의 액적들을 경화하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 상기 스페이서 층이 균일한 높이를 갖도록 상기 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일한, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 액적들에서의 액적들의 제1 수는 상기 스페이서 층이 가변 높이를 갖도록 상기 제2 세트의 액적들에서의 액적들의 제2 수와 동일하지 않은, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 스페이서 층은 쐐기모양 형상을 갖는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 기능 패턴은 상기 기판의 일 면상에 임프린팅되는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 기능 패턴은 상기 기판의 일 면의 내부 구역을 따라 임프린팅되며, 상기 임프린트 리소그래피 방법은 상기 기판의 일 면의 주변 에지를 따라 상기 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 일 면은 상기 기판의 제1 면이고, 상기 기능 패턴은 상기 기판의 제1 면에 대향하는, 상기 기판의 제2 면상에 임프린팅되는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면의 전체에 걸쳐 상기 한 세트의 액적들을 증착하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 스페이서 층이 상기 기판과 상기 표면 사이에 갭(gap)을 형성하도록 상기 한 세트의 액적들에서 상기 기판에 인접한 상기 표면에 상기 기판을 부착하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 갭은 낮은 인덱스 구역(low index region)을 제공하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 낮은 인덱스 구역은 1의 굴절률을 갖는 공기를 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    1.3-1.6의 범위의 굴절률을 갖는 중합가능 재료로 상기 갭을 충전하는 단계를 더 포함하는, 광학 층을 구성하는 임프린트 리소그래피 방법.
  21. 광학 층으로서,
    기판;
    상기 기판상에 형성된 기능 패턴; 및
    상기 기판의 일 면상에 배치되고 상기 기능 패턴으로부터 이격된 경화된 세트의 액적들을 포함하며, 상기 경화된 세트의 액적들은 상기 기판의 일 면과 연관된 스페이서 층을 형성하며, 상기 스페이서 층은 상기 스페이서 층이 상기 기판에 인접하고 상기 기능 패턴으로부터 이격된 위치에서 상기 경화된 세트의 액적들에 걸쳐 있는 표면을 지지할 수 있도록 선택된 높이를 가지는, 광학 층.
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