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CN116449646A - 在压印光刻工艺中配置光学层 - Google Patents

在压印光刻工艺中配置光学层 Download PDF

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CN116449646A
CN116449646A CN202310432964.2A CN202310432964A CN116449646A CN 116449646 A CN116449646 A CN 116449646A CN 202310432964 A CN202310432964 A CN 202310432964A CN 116449646 A CN116449646 A CN 116449646A
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CN
China
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droplets
substrate
imprint lithography
spacer layer
lithography method
Prior art date
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CN202310432964.2A
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V·辛格
M·N·米勒
F·Y·徐
C·弗莱肯斯坦
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Canon Nanotechnologies Inc
Original Assignee
Molecular Imprints Inc
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Abstract

本发明涉及在压印光刻工艺中配置光学层。一种配置光学层的压印光刻方法，包括以这样的方式在衬底的一面的顶部上沉积一组液滴，即该组液滴不接触形成在衬底上的功能图案。该压印光刻方法还包括固化该组液滴以形成间隔层，该间隔层与衬底的所述一面相关联且具有选择为使得该间隔层可以支承与衬底相邻并且在与功能图案间隔开的位置处跨越该组液滴的表面的高度。

Description

在压印光刻工艺中配置光学层
本申请是申请号为201880015078.7的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2018年1月31日，发明名称为“在压印光刻工艺中配置光学层”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年2月1日提交的美国临时申请No.62/453,249的申请日的权益。美国申请No.62/453,249的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及在压印光刻工艺中配置光学层，更具体地涉及通过按需滴落分配技术在衬底上形成间隔物。
背景技术
纳米制造(例如，纳米压印光刻)可以包括制造具有约100纳米或更小的特征的非常小的结构。纳米制造产生重大影响的一个应用是集成电路的处理。半导体加工行业持续争取更大的产量，同时增加衬底的每单位面积在衬底上形成的电路数量。为此，纳米制造对于在半导体加工行业中实现期望结果变得越来越重要。纳米制造提供了更好的工艺控制，同时允许持续减小在衬底上形成的结构的最小特征尺寸。已经采用纳米制造的其它开发领域包括生物技术、光学技术、机械系统等。在一些示例中，纳米制造包括在衬底上制造被组装以形成光学器件的结构。
发明内容
本发明涉及以下认识：在衬底上形成间隔层的改进可以提高准确度和精度并改善这种间隔层的机械完整性，同时降低与制造用于堆叠光学功能层的这种间隔层相关的成本和复杂性，以便清楚地看到周围物体而不影响包括堆叠层的装置的光学清晰度。在这方面，与通过其它技术生产的间隔层相比，所公开的压印光刻方法的各个方面可以以更准确地定位间隔物的方式产生在衬底上形成的间隔层，更精确地确定具有期望平台面积的间隔物的尺寸，改善透过包括堆叠层的装置的光能见度，并且改善间隔物的机械完整性。例如，可聚合的高透射率物质(例如，在空气中可见光的透射率大于90％)可以根据编程的按需滴落映射方案沿着衬底的外围边缘作为液滴准确地分配在与压印功能图案相同的一面上而不接触功能图案且因此不干涉功能图案的光学完整性。在其它示例中，可聚合的高透射率物质(例如，在空气中可见光的透射率大于90％)可以作为液滴准确地分配在衬底的与压印功能图案的一面相对的整个面上，以产生所需的光学效应或提供结构支承。这种分配的液滴在固化(即聚合)时是高度透射的。另外，部分由于它们的小尺寸，当按预期观察该装置时(例如，装置位于眼睛的近点(例如，25mm)附近)，肉眼看不到液滴。此外，可聚合物质的性质以及可聚合物质的精确分配体积可以产生精确形成的间隔物，其在衬底区域上的高度变化小至5％。另外，这种间隔物在固化状态下的弹性为间隔物提供了机械完整性，该机械完整性足以以防止沿着衬底内部区域弯曲或翘曲的方式支承邻接和相邻的衬底。
本发明的一个方面的特征在于一种配置光学层的压印光刻方法。该压印光刻方法包括以一定方式在衬底的一面上沉积一组液滴，使得该组液滴不接触形成在衬底上的功能图案。该压印光刻方法还包括固化该组液滴以形成间隔层，该间隔层与衬底的所述一面相关联并且具有选择为使得间隔层可以支承邻近衬底且在与功能图案间隔开的位置处跨越该组液滴的表面的高度。
在一些实施例中，该组液滴的每个液滴具有约1pL至约100pL的体积。
在一些实施例中，该组液滴的每个液滴都是透明的。
在某些实施例中，该压印光刻方法还包括生成按需滴落编程方案。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括提供印刷丝网。
在某些实施例中，该压印光刻方法还包括在衬底上压印功能图案。
在一些实施例中，将一组液滴沉积在衬底的一面上包括在衬底的该面上分配可聚合物质的液滴体积。
在某些实施例中，该组液滴是第一组液滴，并且该压印光刻方法还包括将第一组液滴中的每一滴直接沉积在衬底的所述一面上并直接在衬底的所述一面上固化第一组液滴。
在一些实施例中，第一组液滴中的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
在某些实施例中，该压印光刻方法还包括，在第一组液滴固化之后，在衬底的所述一面上沉积第二组液滴，使得第二组液滴中的每个液滴分别直接分配在第一组液滴的液滴的顶部上，并将第二组液滴直接固化在第一组液滴的顶部上以增加间隔层的高度。
在一些实施例中，第一组液滴中的液滴的第一数量等于第二组液滴中的液滴的第二数量，使得间隔层具有均匀的高度。
在某些实施例中，第一组液滴中的液滴的第一数量不等于第二组液滴中的液滴的第二数量，使得间隔层具有可变的高度。
在一些实施例中，间隔层具有楔形形状。
在某些实施例中，将功能图案压印在衬底的所述一面上。
在一些实施例中，沿着衬底的所述一面的内部区域压印功能图案，并且该压印光刻方法还包括沿着衬底的所述一面的外围边缘沉积该组液滴。
在某些实施例中，衬底的所述一面是衬底的第一面，并且在衬底的与衬底的第一面相对的第二面上压印功能图案。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在衬底的整个第一面上沉积所述一组液滴。
在某些实施例中，该压印光刻方法还包括在该组液滴处将衬底附着到与衬底相邻的表面上，使得间隔层在衬底与表面之间形成间隙。
在一些实施例中，间隙提供低折射率区域。
在某些实施例中，低折射率区域包括折射率为1的空气。
在一些实施例中，该方法还包括用可聚合材料填充间隙，该可聚合材料的折射率在1.3-1.6的范围内。
在某些实施例中，可聚合材料的折射率等于形成间隔层的固化的一组液滴的折射率。
本发明的另一方面的特征在于一种光学层，该光学层包括衬底、形成在衬底上的功能图案、和设置在衬底一面上并与功能图案间隔开的固化的一组液滴。固化的一组液滴形成间隔层，该间隔层与衬底的所述一面相关联且具有选择为使得该间隔层可以支承一表面的高度，该表面与衬底相邻并且在与功能图案间隔开的位置处跨越该固化的一组液滴。
在一些实施例中，通过形成具有预定的、变化的高度的液滴的间隔层，可以对堆叠的光学层赋予限定的曲率半径。可以通过分配具有不同体积的相同材料的液滴、分配不同材料的液滴以使得各个液滴的体积和表面张力限定液滴的最终端部高度并且彼此上下分配相同或不同材料的液滴以实现所需的高度变化来形成这种具有不同高度的液滴。这种具有不同高度的液滴也可以使用包括但不限于传导、对流和/或辐射液滴体积蒸发方案的技术形成，以选择性地改变所分配液滴的体积、表面张力和表面能量，从而影响液滴在固化时的高度。
根据本发明的第一方面，提供一种配置光学层的压印光刻方法，所述压印光刻方法包括：
以这样的方式沿衬底的一面将一组液滴沉积在所述衬底上，即所述一组液滴接触所述衬底但是不接触形成在所述衬底上的功能图案；以及
固化所述一组液滴以形成间隔层，所述间隔层与所述衬底的所述一面相关联且具有选择为使得所述间隔层能够支承一表面的高度，所述表面与所述衬底相邻并且在与所述功能图案间隔开的位置处跨越所述一组液滴，
其中，所述一组液滴是第一组液滴，所述压印光刻方法还包括：
将所述第一组液滴中的每个液滴直接沉积在所述衬底的所述一面上，
将所述第一组液滴直接固化在所述衬底的所述一面上，
在衬底的所述一面的顶部上沉积第二组液滴，使得所述第二组液滴中的每个液滴分别直接被分配在所述第一组液滴中的液滴的顶部上，以及
将所述第二组液滴直接固化在所述第一组液滴的顶部上，以增加所述间隔层的高度，
其中，所述第一组液滴中的液滴的第一数量不等于所述第二组液滴中的液滴的第二数量，使得所述间隔层具有可变的高度。
在一些实施例中，所述一组液滴中的每个液滴具有约1pL至约100pL的体积。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括生成按需滴落编程方案。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括提供印刷丝网。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述衬底上压印所述功能图案。
在一些实施例中，将所述一组液滴沉积在所述衬底上包括在所述衬底的所述一面的顶部上将可聚合物质的液滴体积直接分配在所述衬底上。
在一些实施例中，所述第一组液滴中的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
在一些实施例中，所述间隔层具有楔形形状。
在一些实施例中，将所述功能图案压印在所述衬底的所述一面上。
在一些实施例中，沿着所述衬底的所述一面的内部区域压印所述功能图案，所述压印光刻方法还包括沿着所述衬底的所述一面的外围边缘沉积所述一组液滴。
在一些实施例中，所述衬底的所述一面是所述衬底的第一面，并且其中将所述功能图案压印在所述衬底的与所述衬底的所述第一面相对的第二面上。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述衬底的整个第一面上沉积所述一组液滴。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述一组液滴处将所述衬底附着到与所述衬底相邻的表面上，使得所述间隔层在所述衬底与所述表面之间形成间隙。
在一些实施例中，所述间隙提供具有在约1.0至约1.2的范围内的折射率的低折射率区域。
在一些实施例中，所述低折射率区域包括空气。
在一些实施例中，所述低折射率区域的折射率为1。
根据本发明的第二方面，提供一种光学层，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的功能图案；
固化的第一组液滴，其沿所述衬底的一面设置在所述衬底上，使得所述固化的第一组液滴与所述衬底接触并与所述功能图案间隔开，所述固化的第一组液滴形成间隔层，所述间隔层与所述衬底的所述一面相关联且具有选择为使得所述间隔层能够支承一表面的高度，所述表面与所述衬底相邻并且在与所述功能图案间隔开的位置处跨越所述固化的第一组液滴；和
在所述衬底的所述一面的顶部上的固化的第二组液滴，所述固化的第二组液滴中的每个液滴直接位于所述固化的第一组液滴中的固化的液滴的顶部上，由此相对于所述固化的第一组液滴增加所述间隔层的高度，
其中，所述固化的第一组液滴中的液滴的数量不等于所述固化的第二组液滴中的液滴的数量，使得所述间隔层具有可变的高度。
在一些实施例中，所述固化的第一组液滴中的每个固化的液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
在一些实施例中，所述间隔层具有大于1GPa且小于5GPa的弹性模量。
在一些实施例中，所述间隔层的可变高度具有在1微米和40微米之间的值。
根据本发明的第三方面，提供一种器件，包括：
根据本发明的第二方面所述的光学层；和
附加层，所述附加层附着到所述衬底，使得所述间隔层在所述衬底和所述附加层之间形成间隙。
在一些实施例中，所述间隙提供具有在约1.0至约1.2的范围内的折射率的低折射率区域。
在一些实施例中，所述低折射率区域包括空气。
根据本发明的第四方面，提供一种配置光学层的压印光刻方法，所述压印光刻方法包括：
将第一组液滴沉积在包括功能图案的衬底上；
固化所述第一组液滴以形成间隔层，所述间隔层与所述衬底相关联且具有选择为使得所述间隔层能够支承一表面的高度，所述表面与所述衬底相邻并且跨越所述第一组液滴；
在所述衬底的顶部上沉积第二组液滴，使得所述第二组液滴中的每个液滴分别被分配在所述第一组液滴中的液滴的顶部上；以及
固化所述第二组液滴以增加所述间隔层的高度，
其中，所述第一组液滴中的液滴的第一数量不等于所述第二组液滴中的液滴的第二数量，使得所述间隔层具有可变的高度。
在一些实施例中，所述第一组液滴中的每个液滴具有约1pL至约100pL的体积。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括生成按需滴落编程方案。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括提供印刷丝网。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述衬底上压印所述功能图案。
在一些实施例中，将所述第一组液滴沉积在所述衬底上包括将可聚合物质的液滴体积分配在所述衬底上。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括：
将所述第一组液滴中的每个液滴直接沉积在所述衬底上；以及
将所述第一组液滴直接固化在所述衬底上。
在一些实施例中，所述第一组液滴中的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述第一组液滴固化之后：
将所述第二组液滴中的每个液滴直接沉积在所述第一组液滴中的液滴的顶部上；以及
将所述第二组液滴直接固化在所述第一组液滴的顶部上，以增加所述间隔层的高度。
在一些实施例中，所述间隔层具有楔形形状。
在一些实施例中，将所述功能图案压印在所述衬底上。
在一些实施例中，沿着所述衬底的内部区域压印所述功能图案，所述压印光刻方法还包括沿着所述衬底的外围边缘沉积所述第一组液滴。
在一些实施例中，将所述功能图案压印在所述衬底的与所述第一组液滴相对的面上。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述衬底的一部分的整体上沉积所述第一组液滴。
在一些实施例中，该压印光刻方法还包括在所述第一组液滴处将所述衬底附着到与所述衬底相邻的表面上，使得所述间隔层在所述衬底与所述表面之间形成间隙。
在一些实施例中，所述间隙提供具有在约1.0至约1.2的范围内的折射率的低折射率区域。
在一些实施例中，所述低折射率区域包括空气。
在一些实施例中，所述低折射率区域的折射率为1。
根据本发明的第五方面，提供一种光学层，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的功能图案；
设置在所述衬底上的固化的第一组液滴，所述固化的第一组液滴形成间隔层，所述间隔层与所述衬底相关联且具有选择为使得所述间隔层能够支承一表面的高度，所述表面与所述衬底相邻并且跨越所述固化的第一组液滴；和
固化的第二组液滴，所述固化的第二组液滴中的每个液滴位于所述固化的第一组液滴中的固化的液滴的顶部上，由此相对于所述固化的第一组液滴增加所述间隔层的高度，
其中，所述固化的第一组液滴中的液滴的数量不等于所述固化的第二组液滴中的液滴的数量，使得所述间隔层具有可变的高度。
在一些实施例中，所述固化的第一组液滴中的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
在一些实施例中，所述间隔层具有大于1GPa且小于5GPa的弹性模量。
在一些实施例中，所述间隔层的可变高度具有在1微米和40微米之间的值。
根据本发明的第六方面，提供一种器件，包括：
根据本发明的第五方面所述的光学层；和
附加层，所述附加层附着到所述衬底，使得所述间隔层在所述衬底和所述附加层之间形成间隙。
在一些实施例中，所述间隙提供具有在约1.0至约1.2的范围内的折射率的低折射率区域。
在一些实施例中，所述低折射率区域包括空气。
在附图和以下描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求，本发明的其它特征、方面和优点将显而易见。
附图说明
图1是压印光刻系统的图。
图2是由图1的压印光刻系统形成的图案化层的图。
图3是光学层的顶视图。
图4是图3的光学层的侧视图。
图5是间隔物的侧视图的SEM图像。
图6是间隔物的侧视图的SEM图像。
图7是包括图3的光学层的光学器件的一部分的侧视图。
图8是具有与图3所示的光学层的构型不同的构型的光学层的底视图。
图9是图8的光学层的侧视图。
图10是包括图8的光学层的光学器件的一部分的侧视图。
图11是示出通过按需滴落编程方案产生可变厚度的间隔层的一系列步骤的图。
图12是示出用于通过丝网印刷工艺制造厚度均匀的间隔层的一系列步骤的图。
图13是通过丝网印刷工艺生产的可变厚度的间隔层的顶视图和侧面剖视图。
图14是用于在压印光刻工艺中配置光学层的示例性工艺的流程图。
各图中相同的附图标记表示相同的元件。
在一些示例中，附图中示出的图示可能未按比例绘制。
具体实施方式
下面描述用于配置光学层的压印光刻工艺。该压印光刻工艺包括在衬底上形成间隔层。这种工艺可以提高准确度和精度并改善这种间隔层的机械完整性，同时降低与制造这种间隔层以产生多层光学器件相关的成本和复杂性。
图1示出了压印光刻系统100，其可操作以在衬底101(例如，晶片)的顶面103上形成浮凸图案。压印光刻系统100包括支承和输送衬底101的支承组件102、在衬底101的顶面103上形成浮凸图案的压印组件104、在衬底101的顶面103上沉积可聚合物质的流体分配器106、以及将衬底101放置在支承组件102上的机器人108。压印光刻系统100还包括一个或多个处理器128，其可以依靠存储在存储器中的计算机可读程序操作，并且与支承组件102、压印组件104、流体分配器106和机器人108通信并被编程为控制这些部件。
衬底101是大致平坦的薄片，其通常由一种或多种材料制成，包括硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓(GaAs)、硅和锗的合金、磷化铟(InP)或其它示例性材料。衬底101通常具有大致圆形或矩形的形状。衬底101通常具有在约50mm至约200mm的范围内(例如，约65mm、约150mm或约200mm)的直径，或者在约50mm至约200mm的范围内(例如，约65mm、约150mm或约200mm)的长度和宽度。衬底101通常具有在约0.2mm至约1.0mm的范围内的厚度。衬底101的厚度跨衬底101大致是均匀的(例如，恒定的)。浮凸图案由可聚合物质作为一组结构特征(例如，凸部和凹部)形成在衬底101的顶面103上，如下面将更详细地讨论的。
支承组件102包括支承和固定衬底101的卡盘110、支承卡盘110的空气轴承112、和支承空气轴承112的基座114。基座114位于固定位置，而空气轴承112可以在多达三个方向(例如，x，y和z方向)上移动，以往来于机器人108、流体分配器106和压印组件104输送卡盘110(例如，在一些情况下，承载衬底101)。在一些实施例中，卡盘110是真空卡盘、销型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘或另一类型的卡盘。
仍参照图1，压印组件104包括柔性模板116，其具有限定原始图案的图案化表面，由该原始图案在衬底101的顶面103上互补地形成浮凸图案。因此，柔性模板116的图案化表面包括结构特征，例如凸部和凹部。压印组件104还包括各种直径的多个辊118、120、122，其旋转以允许柔性模板116的一个或多个部分在压印光刻系统100的加工区域130内沿x方向移动，以引起柔性模板116的选定部分沿着加工区域130与衬底101对准(例如，重叠)。辊118、120、122中的一个或多个辊可在竖直方向(例如，z方向)上单独地或一起移动，以改变柔性模板116在压印组件104的加工区域130中的竖直位置。因此，柔性模板116可以在加工区域130中向下推压衬底101，以在衬底101的顶部上形成印记。取决于压印光刻系统100的各种设计参数，辊118、120、122的布置和数量可以变化。在一些实施例中，柔性模板116联接到真空吸盘、销型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘或另一类型的卡盘(例如，由其支承或固定)。
在压印光刻系统100的操作中，柔性模板116和衬底101分别通过辊118、120、122和空气轴承112在期望的竖直和横向位置对准。这种定位限定了柔性模板116与衬底101之间的加工区域130内的容积。一旦可聚合物质通过流体分配器106沉积在衬底101的顶面103上，便可以用可聚合物质填充该容积，随后通过空气轴承112将卡盘110(例如，承载衬底101)移动到加工区域130。因此，柔性模板116和衬底101的顶面103两者都可以与压印光刻系统100的加工区域130中的可聚合物质接触。示例性可聚合物质可以由一种或多种物质配制而成，例如丙烯酸异冰片酯、丙烯酸正己酯、二丙烯酸乙二醇酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮、丙烯酸(2-甲基-2-乙基-1,3-二氧戊环-4-基)甲酯、己二醇二丙烯酸酯、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和各种表面活性剂。可用以通过流体分配器106将可聚合物质沉积在衬底101的顶部上的示例性技术包括液滴分配、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积和其它技术。在一些示例中，可聚合物质以多个液滴沉积在衬底101的顶部上。
印刷系统104包括能量源126，其将能量(例如，宽带紫外线辐射)引向加工区域130内的衬底101的顶部上的可聚合物质。从能量源126发射的能量使可聚合物质固化和/或交联，从而产生符合柔性模板116的与加工区域130中的可聚合物质接触的部分的形状的图案化层。
图2示出了通过压印光刻系统100在衬底101上形成的示例性图案化层105。图案化层105包括残留层107和多个特征结构，包括从残留层107延伸的凸部109以及由相邻凸部109和残留层107形成的凹陷111。
虽然压印光刻系统100被描述和示出为辊对板或板对辊系统，但也可使用具有不同构型的压印光刻系统来产生示例性图案化层105和下面讨论的示例性图案。这种压印光刻系统可以具有辊对辊或板对板构型。
在一些实施例中，衬底(例如，压印光刻系统100的衬底101)被加工(例如，在一面或两面上压印，被供给以附加特征结构(例如，间隔部件)，和/或切割成形)以形成多层光学器件(例如，可穿戴目镜、光学传感器或光学薄膜，例如显示器中使用的光学薄膜)的光学层。例如，图3和图4分别示出了光学层200的顶视图和侧视图，光学层200包括衬底202、在衬底202顶部上压印的功能图案204和在衬底202顶部上沉积的间隔层206。衬底202可以从较大的衬底(例如，衬底101)激光切割而成并且根据上面关于衬底101描述的各种材料配方被提供为由一种或多种有机或无机材料制成的透明或半透明塑料(例如，柔性材料)或玻璃(例如，刚性材料)的层。衬底202可具有约10mm至约150mm(例如，约50mm)的长度、约10mm至约150mm(例如，约50mm)的宽度和约0.1mm至约10.0mm(例如，约0.5mm)的厚度。衬底202具有在约1.6至约1.9的范围内的相对高的折射率和在约80％至约95％的范围内的透射率。
功能图案204被压印在衬底202的上面208的顶部上，并且相对于衬底202的外围边缘216沿着内部区域218定位。功能图案204是由提供光学层200的基本工作功能的多个衍射光栅形成的波导图案。衍射光栅具有在约10nm至约500nm范围内的尺寸。衍射光栅构造成投射特定范围内的波长的光并将虚像聚焦在特定的深度平面处。聚焦光——与经近侧光学层投射的聚焦光一起——在一个或多个深度平面上形成多色虚像。投射光可以是波长在约560nm至约640nm范围内的红光、波长在约490nm至约570nm范围内的绿光或波长在约390nm至约470nm范围内的蓝光。衍射光栅可以包括凸部和凹陷的多种组合和布置(例如，诸如凸部109和凹陷111)，它们一起提供期望的光学效果。衍射光栅包括入耦合光栅并形成正交光瞳扩展区和出射光瞳扩展区。功能图案204可具有约10mm至约150mm的总长度和约10mm至约150mm的总宽度。
间隔层206是在功能图案204已被压印在衬底202的上面/上侧208上之后根据按需滴落映射方案分配在衬底202的上面208的顶部上的层。例如，间隔层206可以用流体分配器106沉积在衬底202的顶部上，由压印光刻系统100的处理器128根据存储在存储器中的按需滴落映射方案控制。在一些实施方案中，通过这种技术分配间隔物212对于肉眼几乎是不可见的。间隔层206沿着衬底的外围边缘216设置并围绕功能图案204，以便不干涉功能图案204的光学性能。间隔层206包括多个间隔物212，间隔物212尺寸(例如，高度)确定为在光学层200与相邻光学层之间产生间隙(例如，空气层)，当两个光学层彼此粘附时，这两个光学层一起形成多层堆叠光学器件的一部分，如下面将参考图7和图10更详细地讨论的。间隔物212沿着外围边缘216布置，以便为衬底202并为与间隔物212接触的相邻光学层提供结构支承。
间隔物212作为可聚合物质的液滴或一系列多个液滴(例如，多达约5个液滴)分配，所述可聚合物质扩散以在衬底202的顶部上实现大致半球形状(例如，圆顶形状)。因此，间隔物212具有xy横截面形状，其通常为圆形或椭圆形。除了上面关于压印光刻系统100讨论的各种可聚合物质之外，用于制造间隔物212的示例性可聚合物质包括丙烯酸酯和环氧树脂。这些可聚合物质在暴露于溶剂时在热存在下可再加工，或者使用其它技术再加工，使得间隔物212可以从衬底202剥离，从而如果需要的话可以移除、更换或重新对准光学层200。
间隔物212是透明的或半透明的并且占据衬底202上的非常小的区域。例如，间隔物212可以具有在约5μm至约1000μm的范围内的最大直径或宽度(例如，在间隔物212的与衬底202接触的基部处)和在约0.5μm至约100.0μm的范围内的高度。在一些示例中，间隔物212可以根据本文公开的实施方案以良好的精度制造，使得位于衬底202上的间隔物212的高度的变化低至5％。每个间隔物212可以位于距另一相邻间隔物212或功能图案204约5μm至约50,000μm处。在一些实施例中，间隔物212(例如，处于固化状态)具有大于1GPa(例如，在约0.1GPa至约5.0GPa的范围内)的弹性模量。
如上所述，间隔物212可以由彼此上下分配的一系列多个液滴形成。例如，图5是示例性间隔物300的侧视图的扫描电子显微镜(SEM)图像，该间隔物300由先后固化的两个分配液滴形成。每个液滴的分配体积为约1pL至约100pL(例如约5pL)。形成液滴的可聚合物质可具有在约0.5cP至约500.0cP的范围内的粘度。具有相对低粘度的物质将导致在接触衬底202时倾向于扩散以形成具有所需接触角度的椭圆半球形(例如，宽度大于高度)的液滴，如图5所示。例如，间隔物300具有约35.1°的接触角度。另外，触变性或剪切稀化的较高粘度流体可用于生产本文所述的间隔物。当向其施加力(例如，通过流体分配器中的压电元件)时，这种流体的粘度降低，但是一旦与衬底接触就不会移动。在其它示例中，具有相对高表面张力的物质在接触具有相对低表面能量的衬底202时将仅最小程度地扩散，并因此在衬底202的顶部上形成液滴，其通常呈具有相对高的接触角度的半球形。另一方面，具有相对低表面张力的物质在接触具有相对高表面能量的衬底202时将更广泛地扩散，从而在衬底202的顶部上形成液滴，其通常呈具有相对低的接触角度的更偏向椭圆形的半球形状。
为了形成间隔物300，可以分配第一液滴并允许其固化。固化循环可持续约1秒至约100秒，取决于辐照能量和材料的光反应性或稳定性。第一单个分配液滴扩散而形成半球形状并且具有约0.5μm至约20.0μm(例如，约3.0μm)的高度(例如，固化高度)和约0.5μm至约200μm(例如，约50μm)的宽度(例如，固化宽度)，取决于可聚合物质的粘度(例如，取决于液滴在接触衬底202时扩散的程度)。一旦第一液滴已经固化，可以在第一液滴的顶部上分配第二液滴并允许其固化。在接触第一液滴时，第二液滴在第一液滴的表面上扩散，从而将间隔物300的高度增加至约1.0μm至约40.0μm(例如，约16.7μm)并且将间隔物300的宽度增加至约10.0μm至约400.0μm(例如，约90.6μm)。一般而言，每个顺次沉积的液滴可以将半球形间隔物的高度增加约0.5μm至约20.0μm，并且将半球形间隔物的宽度增加约5μm至约200μm。通常，随着液滴被分配在衬底的顶部上的接触角度增大，间隔物的形状变得更多呈球形且更少呈半球形。相反，随着液滴被分配在衬底的顶部上的接触角度减小，间隔物的形状变得更多呈半球形且更少呈球形。
图6是由先后固化的五个分配液滴形成的示例性间隔物400的侧视图的SEM图像。间隔物400可以如上面关于间隔物300所述制造。较大数量的液滴为间隔物400的椭圆半球形轮廓提供了与间隔物300不同的曲率半径。例如，在一些情形中，间隔物400包括上部，该上部的曲率半径低于间隔物400的下部的曲率半径。
间隔物400具有约1μm至约100μm(例如，约28μm)的高度和约10μm至约1000μm(例如，约125μm)的宽度。
图7示出了光学器件500(例如，可佩戴目镜)的一部分的侧视图，该光学器件包括多个光学层，包括两个示例性光学层200，以及包括衬底202和功能图案204的示例性光学层540。光学器件500还包括未示出的附加光学层。光学器件500通过使光学层200、540彼此对齐并且利用分配在间隔层206的间隔物212的顶部上的粘合剂液滴将光学层200、540彼此粘合而形成。在一些实施例中，相邻的光学层200、540替代地或附加地利用分配在固化的间隔物212的顶部上的未固化或部分固化的液滴彼此粘合。这些未固化或部分固化的液滴可以充当粘合剂，一旦固化，就可以牢固地结合相邻的光学层200、540。未固化或部分固化的液滴可以是形成间隔物212的相同物质。除了粘合剂和/或未固化或部分固化的液滴之外，光学层200、540随后利用密封件(例如，外围或边缘密封件)进一步彼此附着，所述密封件用作与光学层200、540的所有外围边缘216结合的附接机构。光学器件500可以包括多个光学层200和其它光学层，并且总共可以包括3至20个光学层。
光学器件500的每个间隔层206产生限定相邻光学层200、540之间的空气层的间隙530。由间隔层206限定的空气层具有在约1.0至约1.2的范围内的低折射率。与高折射率光学层200、540交替的低折射率空气层增强了3D可视化并减少或消除了相邻光学层200、540之间的光耦合。由间隔层206的间隔物212的布置形成的支承结构以防止或减少衬底202的翘曲的方式支承间隔物212所附着的衬底202和相邻的衬底202，如果光学层200、540将通过不同的技术(例如在衬底202的内部部分内或沿着衬底202的外围边缘216分配胶滴)粘合，则可能会发生所述翘曲。
间隔层和/或功能图案的其它布置是可能的。例如，图8和9分别示出了光学层600的底视图和侧视图，光学层600包括光学层200的衬底202和功能图案204以及间隔层606。功能图案204被压印在衬底202的上层208上，如在光学层200中那样。间隔层606在结构和功能上与间隔层206基本相似，间隔层606沉积在衬底202的下面214上除外，并且间隔层606的间隔物212的布置结构沿着衬底202的外围边缘216并跨越衬底202的内部区域218延伸。间隔层606在功能图案204已被压印在衬底的上面208的顶部上之后被分配在衬底的下面214的顶部上。由于间隔层606和功能图案204设置在衬底202的不同(例如，相对)面上，所以间隔层606不会干涉功能图案204的光学性能。
虽然光学层200、600已经被描述和示出为在衬底202的一面上包括间隔层206、606，但是在一些示例中，间隔层可以形成在衬底的两面上。例如，光学层可以包括衬底202、分配在衬底202的上面208上的间隔层206和分配在衬底202的下面214上的间隔层306。
虽然光学层200、600已经被描述和示出为包括不与功能图案204接触的间隔层，但是在一些示例中，间隔层可以直接形成在功能图案的顶部上以产生特定光学效应，例如以便增强衍射光的相长干涉并减轻相消干涉。
图10示出了光学器件700(例如，可佩戴目镜)的一部分的侧视图，该光学器件包括多个光学层，包括两个示例性光学层600，以及光学器件500的示例性光学层540。光学器件700还包括未示出的附加光学层。光学器件700是通过将光学层600、540彼此对准、用分配在间隔层606的间隔物212的顶部上的粘合剂液滴或者替代地或附加地用分配在固化的间隔物212的顶部上的未固化或部分固化的液滴将光学层600、540彼此粘合、并进一步将光学层附着到外围或边缘密封件上而形成的，如上面关于光学器件500所述。光学器件700可以包括多个光学层600和其它光学层，并且可以包括共计3至20个光学层。
光学器件700的每个间隔层606形成间隙730，间隙730限定相邻光学层600、540之间的空气层。由间隔层606限定的空气层具有在约1.0至约1.2的范围内的低折射率。与高折射率光学层600、540交替的低折射率空气层增强了3D可视化并且减少或消除了相邻光学层600、540之间的光耦合。由间隔层606的间隔物212的布置结构形成的支承结构以防止或减少衬底202的翘曲的方式支承间隔物212被压印在其上的衬底202和相邻的衬底202，如果要通过不同技术(例如在衬底202的内部部分内或沿着衬底202的外围边缘216分配胶滴)粘合光学层600、540，则可能发生所述翘曲。
在图10的示例中，布置在第一衬底202的一面上的间隔物212(例如，处于固化状态的间隔层606)可以接触压印在相邻衬底540的一面上的功能图案204，而不会干涉相邻的衬底540的光学性能。在一些示例中，选择这样的构型用于附近功能图案204的一个或多个有意的期望光学效应，例如以便增强衍射光的相长干涉并减轻相消干涉。相对于压印在相邻衬底上并与间隔层606接触的功能图案204或者相对于压印在衬底202的其上设置有间隔层606的相对面上的功能图案204，可以产生或增强这种光学效应。
在一些实施例中，通过形成具有预定的、变化的高度的液滴的间隔层，可以向堆叠的光学层赋予限定的曲率半径。可以通过分配具有不同体积的相同材料的液滴、分配不同材料的液滴以使得各个液滴的体积和表面张力限定液滴的最终端部高度并且将相同材料或不同材料的液滴彼此上下分配以实现所需的高度变化来形成这种具有变化高度的液滴。这种具有不同高度的液滴也可以使用包括但不限于传导、对流和/或辐射液滴体积蒸发方案的技术形成，以选择性地改变所分配液滴的体积、表面张力和表面能量，从而影响液滴在固化时的高度。
在一些实施例中，可以在衬底上形成可变高度的间隔物，以改变由间隔物跨越衬底的一面限定的间隙的厚度，使得间隔层具有非对称形状(例如，楔形、新月形等)。在光学堆叠中的附近层充当外部光反射器的情况下，可能需要这种可变间隙厚度。为了减少用户视野中不需要的反射图像，可能需要改变间隙厚度，并因此改变这种反射层的反射平面。例如，图11示出了顶视图和相应的侧剖视图，其描绘了用于产生可变厚度的间隔层800(例如，具有楔形的间隔层)的一系列步骤。
在用于制造间隔层800的第一步骤(a)中，根据按需滴落映射方案将第一组液滴850分配在衬底802的顶部上并允许其固化。第一组液滴850成三个单液滴850的三排852、854、856布置，并且在相邻衬底802之间限定均匀厚度的间隙858。间隙858可具有约0.5μm至约100.0μm(例如，约20.0μm)的厚度。在用于制造间隔层800的下一步骤(b)中，将第二组液滴860分配在衬底802的顶部上并允许其固化。将第二组液滴860分别沉积在成排854、856布置的液滴850的顶部上。因此，与液滴850相比，间隔物862(由液滴850和液滴860形成)具有更大的高度和更大的宽度。在用于制造间隔层800的下一步骤(c)中，将第三组液滴870分配在衬底802的顶部上并允许其固化。将第三组液滴870分别沉积在成一排856布置的液滴860的顶部上，以在相邻的衬底802之间产生可变厚度的间隙878(例如，形成具有显著楔形的间隙)。因此，与液滴860相比，间隔物872(由液滴850、液滴860和液滴870)具有更大的高度和更大的宽度。间隙878可以具有与间隙858的厚度相等的最小厚度(例如，由液滴850限定)。间隙878可具有约1μm至约100μm(例如，约40μm)的最大厚度(例如，由液滴860和液滴850的顶部上的液滴870限定)。
在一些实施例中，间隔层可以通过按需滴落分配之外的技术形成。例如，图12示出了顶视图和相应的侧面剖视图，其描绘了用于通过丝网印刷技术制造间隔层900的一系列步骤。在用于制造间隔层900的第一步骤(a)中，丝网940定位在衬底902之上并与衬底902对齐(例如，居中对齐或以其它方式对齐)。丝网940限定四个切口，其形成具有四种不同形状的图案(例如，一个圆圈和三个不同的四边形)。丝网940可以定位在衬底940之上约0.05mm至约10.00mm(例如，约0.50mm)处。在用于制造间隔层900的下一步骤(b)中，将可聚合物质沉积在丝网940的顶面上，使得可聚合物质穿过切口并根据丝网940的图案沉积在衬底902的顶部上以形成间隔物912。在用于制造间隔层900的下一步骤(c)中，丝网940从衬底902移开以将沉积的物质暴露于能量源(例如，能量源126)，从而使间隔物912固化。固化的间隔物912形成间隔层900，其限定两个相邻衬底902之间的间隙930。可以定位丝网940中的切口，并且丝网940可以以这样的方式与衬底902对齐，即可聚合物质不直接沉积在设置于衬底902上的功能图案的顶部上。
在另一示例中，图13示出了通过丝网印刷工艺生产的可变厚度(例如，具有楔形)的间隔层1000的顶视图和相应的侧面剖视图。间隔层1000由穿过筛网(未示出)的第一组物质沉积物1050和第二组物质沉积物1060形成在衬底1002的顶部上。第一组物质沉积物1050布置在每排两个物质沉积物1050的第一排1052和第二排1054中。在将第二组物质沉积物1060施加到衬底1002之前，允许第一组物质沉积物1050固化。将第二组物质沉积物1060布置在第二排1054中、物质沉积物1050的顶部上，从而形成各自包括物质沉积物1050和物质沉积物1060的间隔物1082。间隔物1082高于布置在第一排1052中的第一组物质沉积物1050，使得间隔物层1000限定可变厚度的间隙1078。沉积物1050和间隔物1082可以不覆盖设置在衬底1002上的功能图案。
图14显示了用于在压印光刻工艺中配置光学层(例如，光学层200、600)的示例性方法1100的流程图。以一定方式将一组液滴(例如，处于未固化状态的间隔物或液滴212、300、400、850、860、870、912、1012、1082)沉积在衬底(例如，衬底202、802、902、1002)的一面(例如，上面208或下面214)的顶部上，使得该组液滴不接触形成在衬底(1102)上的功能图案(例如，功能图案204)。在一些示例中，该组液滴的每个液滴具有约1pL至约100pL的体积。在一些实施例中，该方法还包括生成按需滴落编程方案。在一些示例中，该方法还包括提供印刷丝网(例如，丝网940或用于制造间隔层1000的丝网)。在一些实施例中，该方法还包括在衬底上压印功能图案。
该组液滴被固化以形成间隔层(例如，间隔层206、606、800、900、1000)，该间隔层与衬底的一面相关联，并且具有选择为使得该间隔层可以支承与衬底相邻并在与功能图案间隔开的位置处跨越该组液滴的表面(例如，衬底202、802、902、1002或光学层540的表面)的高度。在一些实施例中，将一组液滴沉积在衬底的一面上包括在衬底的一面的顶部上分配可聚合物质的液滴体积。在一些示例中，该组液滴具有第一数量级(例如，微米级)的固化高度。在一些示例中，功能图案具有第二数量级(例如，纳米级)的高度。
在一些示例中，该组液滴是第一组液滴(例如，液滴或沉积物850、1050)，并且该方法还包括将第一组液滴中的每个液滴直接沉积在衬底的一面上，并且将第一组液滴直接固化在衬底的一面上。在一些示例中，第一组液滴的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。在一些实施例中，在第一组液滴固化之后，该方法还包括在衬底的一面的顶部上沉积第二组液滴(例如，液滴或沉积物860、870、1060)，使得第二组液滴的每个液滴被分别直接分配在第一组液滴的液滴的顶部上，并将第二组液滴直接固化在第一组液滴的顶部上，以增加间隔层(例如，间隔层800、1000)的高度。在一些示例中，第一组液滴中的液滴的第一数量等于第二组液滴中的液滴的第二数量，使得间隔层(例如，间隔层206、606、900)具有均匀的高度(例如，厚度)。在一些示例中，第一组液滴中的液滴的第一数量不等于第二组液滴中的液滴的第二数量，使得间隔层(例如，间隔层800、1000)具有可变的高度(例如，厚度)。例如，可变厚度的间隔层可以具有楔形。
在一些实施例中，功能图案被压印在衬底的一面(例如，上面208)上。在一些实施例中，功能图案沿着衬底的该面的内部区域(例如，内部区域218)被压印，并且该方法还包括沿着衬底的该面的外围边缘(例如，外围边缘216)沉积该组液滴。在一些实施例中，衬底的一面(例如，下面214)是衬底的第一面，并且功能图案被压印在衬底的与衬底的第一面相对的第二面上。在一些实施例中，该方法还包括将该组液滴沉积在衬底的整个第一面上。
在一些实施例中，该方法还包括将衬底在该组液滴处附着到与衬底相邻的表面上，使得间隔层在衬底与该表面之间形成间隙(例如，间隙530、730、858、878、930、1030)。在一些示例中，该间隙提供低折射率区域。在一些示例中，低折射率区域是折射率为1的空气。
有利地，与通过其它技术(例如使用管或喷嘴来施加聚合物材料的连续糊状物)生产的间隔层相比，方法1100可以用于以更准确地定位间隔物、更精确地确定间隔物的尺寸并且改善间隔物的机械完整性的方式在衬底上产生间隔层。例如，可聚合物质可以根据编程的按需滴落映射方案沿着衬底的外围边缘作为液滴准确地分配在与压印功能图案的一面相同的面上，而不接触功能图案且因此不会干涉功能图案的光学完整性。在其它示例中，可聚合物质可以作为液滴准确地分配在衬底的与压印功能图案的面相对的整个面上以产生所需的光学效应或提供结构支承。此外，可聚合物质的性质以及可聚合物质的精确分配体积可以产生精确形成的间隔物，其在衬底区域上的高度变化小至5％。这允许精确控制间隙厚度。此外，由于滴落式堆叠，可以根据需要改变间隙厚度或者定制间隙厚度以产生不均匀厚度的间隙。另外，这种间隔物在固化状态下的弹性为间隔物提供了机械完整性，该机械完整性足以以防止沿着衬底内部区域弯曲或翘曲的方式支承邻接和相邻的衬底。
虽然上面讨论的间隔层和光学器件已经被描述和图示为限定充满空气的间隙，但在一些实施例中，在结构和功能的其它方面与上面讨论的任何间隔层或光学器件相似的间隔层或光学器件可以限定填充有可聚合材料的间隙。在一些实施例中，可聚合材料的折射率在1.3-1.6的范围内。在一些实施例中，可聚合材料的折射率等于形成间隔层的固化的一组液滴的折射率。
虽然已经出于说明目的描述了许多实施例，但前面的描述并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围通过所附权利要求的范围来限定。在以下权利要求的范围内存在并将有其它示例、修改和组合。

Claims (10)

1.一种配置光学层的压印光刻方法，所述压印光刻方法包括：
以这样的方式沿衬底的一面将一组液滴沉积在所述衬底上，即所述一组液滴接触所述衬底但是不接触形成在所述衬底上的功能图案；以及
固化所述一组液滴以形成间隔层，所述间隔层与所述衬底的所述一面相关联且具有选择为使得所述间隔层能够支承一表面的高度，所述表面与所述衬底相邻并且在与所述功能图案间隔开的位置处跨越所述一组液滴，
其中，所述一组液滴是第一组液滴，所述压印光刻方法还包括：
将所述第一组液滴中的每个液滴直接沉积在所述衬底的所述一面上，
将所述第一组液滴直接固化在所述衬底的所述一面上，
在衬底的所述一面的顶部上沉积第二组液滴，使得所述第二组液滴中的每个液滴分别直接被分配在所述第一组液滴中的液滴的顶部上，以及
将所述第二组液滴直接固化在所述第一组液滴的顶部上，以增加所述间隔层的高度，
其中，所述第一组液滴中的液滴的第一数量不等于所述第二组液滴中的液滴的第二数量，使得所述间隔层具有可变的高度。
2.根据权利要求1所述的压印光刻方法，其中，所述一组液滴中的每个液滴具有约1pL至约100pL的体积。
3.根据权利要求1所述的压印光刻方法，还包括生成按需滴落编程方案。
4.根据权利要求1所述的压印光刻方法，还包括提供印刷丝网。
5.根据权利要求1所述的压印光刻方法，还包括在所述衬底上压印所述功能图案。
6.根据权利要求1所述的压印光刻方法，其中，将所述一组液滴沉积在所述衬底上包括在所述衬底的所述一面的顶部上将可聚合物质的液滴体积直接分配在所述衬底上。
7.根据权利要求1所述的压印光刻方法，其中，所述第一组液滴中的每个液滴具有约0.5μm至约20.0μm的固化高度。
8.根据权利要求1所述的压印光刻方法，其中，所述间隔层具有楔形形状。
9.根据权利要求1所述的压印光刻方法，其中，将所述功能图案压印在所述衬底的所述一面上。
10.根据权利要求9所述的压印光刻方法，其中，沿着所述衬底的所述一面的内部区域压印所述功能图案，所述压印光刻方法还包括沿着所述衬底的所述一面的外围边缘沉积所述一组液滴。
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