(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を備え、前記基板は、第１および第２の側を有し、
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を備え、前記ツールは、さらに、複製材料の余剰の量を受入れるために前記複製側に設けられた排出孔を備え、
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前記第１の側を互いに近づけて、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、それにより前記接触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をさらに備え、
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さらに備える、複数の光学素子を製造する方法。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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前記第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。
【請求項４】
前記硬化した複製材料構造体は、位置合わせフィーチャとしてのフィーチャを有し、
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位置合わせフィーチャに位置合わせすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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、前記ツールを前記基板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、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
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、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
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、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
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、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の材料は、ＰＤＭＳである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
複数の光学素子を製造する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の前記方法であって、
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を備え、前記ベース素子は第１および第２の側を有し、
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前記第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前記第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さらに備える、方法。
【請求項１６】
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、
前記装置は、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、
前記ツールは、さらに、少なくとも１つの接触スペーサ部を備え、前記接触スペーサ部は、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、
前記ツールは、さらに、複製材料の余剰の量を受入れるために前記複製側に設けられた排出孔を備え、
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に近づけるように動作可能であり、
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。
【請求項１７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者：ハートムート・ルドマン、スザンネ・ベステンホーファー、シュテファン・ハイムガルトナー、ディアーネ・モルガン、マルクス・ロッシ
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。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
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。
【０００３】
光学素子が複製によって製作される場合、大抵は基板および複製ツールを含む基本構成があり、複製材料は基板および／または複製ツールと接触して配置される。複製ツールは、複製されるべき素子の表面構造のネガとなる複製構造を備える。複製プロセスの過程において、複製材料は硬化され、そしてその後に複製ツールが取除かれ、複製材料が基板に接触したままとなる。
【０００４】
ウェハスケール製造プロセスは特に関心があり、たとえば、ＷＯ２００５／０８３  ７８９に記載されているように、このプロセスでは、光学素子のアレイが大規模な、たとえばディスク状の（「ウェハ」）構造体上に製造され、複製に続いて個々の素子に分離される（「ダイシングされる」）か、または他のウェハ状の素子に積み重ねられて、積み重ねられた後に個々の素子に分離される。「ウェハスケール」は、たとえば直径が２インチと１２インチとの間であるディスクなど、半導体ウェハと同等のサイズのディスク状またはプレート状の基板のサイズを指す。
【０００５】
以下の本文において、基板は「ウェハ」と称されることもある。これは基板のサイズまたは形状に関して制限するものと解釈されるものではなく、むしろ、その用語は、複製プロセスに続くある段階において、複数の要素にダイシングされる光学素子のアレイに適した任意の基板を指す。
【０００６】
しばしば、複製プロセスによって製造された光学素子は、複製構造体をウェハの両側に含み、その２つの側は一緒に、たとえば単一レンズ（lens singlet）を構成する。そのようなプロセスにおいて、第２の側の構造体は、第１の側の複製構造体と位置合わせされなければならない。これは典型的にはいわゆるマスクアライナにおいて行なわれ、マスクアライナでは、ツールがウェハ上のある構造と位置合わせされる。いくつかの機械的フィーチャ（features）によって適切な位置に保持されたツールとともに、たとえばある活性化エネルギの照射、たとえばＵＶ放射の形によって、複製材料はそして硬化される。硬化プロセスは、通常では同等の時間を費やすので、大量生産のためには多数のマスクアライナが使用されなければならないであろう、そこで、いくつもの複製プロセスが並行して実行可能である。また、位置合わせステップに関して、マスクアライナは手動で操作されなければならず、多くの人員または多くの調整が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の説明
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらのおよび他の目的は、
−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。
【０００９】
このアプローチはしたがって、ツールおよび基板の互いの位置合わせの後に、複製表面から突出して、基板表面と本質的に平行な平坦な頂上を有するフィーチャ、すなわち接触スペーサにより固定することを含んでもよい。この固定は、位置合わせステーションから他のステーションへの基板ツールアセンブリの移送を、先行エネルギの入力なしに可能にする。最先端の解決法に従う、そのような先行エネルギの入力は、位置合わせステーション（および同等の最新式の位置合わせステーションを必要としてもよい）の構造の自由度を制限するとともに時間を消費する。先行エネルギの入力なしでの移送は、たとえ複製材料が液体または高い粘性またはほとんど抵抗力なく可塑的に変形可能であり、硬化に先立っていかなる寸法的な剛性を与えなくても、可能である。しかしながら、本発明に従うアプローチによれば、接触スペーサ部は吸引ベースのように働き、したがって必要な機械的安定性を提供する。そのうえ、接触スペーサはまた、複製される素子のｚ−寸法の定義に寄与する。
【００１０】
基板はいわゆる「ウェハスケール」基板、またはこれ以前に述べられた種類の「ウェハ」、または、基板に付加された付加構造、たとえば複数の光学素子の表面を定義する、リソグラフィによって追加または削除されたフィーチャ（たとえばアパーチャなど）を有する、基板に固着した硬化された複製材料構造体、または他の構造を有する他のベース素子であってもよい。基板はいかなる材料または材料の組合わせを備えてもよい。ここでの基板との用語は、文脈によるが、ガラスの単純なプレートまたは他の適した材料（「ベース素子」とも呼ばれる）の両方、またはその上および／またはその中に与えられた構造体を有するベース素子、たとえばその一方の側に硬化したレプリカを有するガラスプレートでもよい。
【００１１】
位置合わせされた複製のための上記の方法ステップに続くある段階において、基板に固着したレプリカを有する基板は、個々の光学素子に分離（「ダイシング」）される。ダイシングに先立って、方法は、任意選択的に、そのウェハを、光学素子を有するさらなる基板、異なる基板間のスペースを定義するスペーサ基板、および／または、最終製品がカメラであればたとえばＣＭＯＳまたはＣＣＤウェハのような複数の他の素子を有する基板、最終製品が平行光光源であれば光源のアレイを有するウェハなどとともに組立てるステップを含んでもよい。
【００１２】
光学素子は、それらを照射する光に影響を与えるいかなる素子であってもよく、レンズ／コリメータ、パターン発生器、偏向器、鏡、ビームスプリッタ、放射をスペクトル成分に分解するための素子など、および、それらの組合わせを含むがこれに限定されない。本文において、基板の一方の側の複製構造体、および、基板の２つの側の、２つの位置合わせされた複製光学素子の集合体は「光学素子」と呼ばれる。「光学」素子は、本文ではスペクトルの可視領域だけでなく電磁放射に影響を与えることができる素子を含む。特に、光学素子は可視光、赤外放射、および潜在的にまたＵＶ放射に影響を与える素子を含む。
【００１３】
ツール（または「複製ツール」）は、第１の、硬い背面プレートを形成する硬い材料と、第２の、接触スペーサ部および複製区画の両方を形成する、より軟らかい材料部（複製部）を備えてもよい。より一般的には、接触スペーサ部は、複製区画を形成するツールの部分と同じ材料からなってもよく、単にツールの構造的フィーチャ（付加された素子ではない）であってもよい。その代わりに、接触スペーサ部は付加された材料、たとえば最外部表面上の軟らかい、および／または固着した材料のコーティング、を備えていてもよい。
【００１４】
第２の材料部−または、少なくとも、接触スペーサ部の最外部の表面部の材料−は、同等の低い剛性を有する材料からなり、その材料は、その形状を、それが置かれている物体の表面構造、たとえばサブミクロンスケールでの表面粗さに適合するために、小さなスケールで変形可能である。前記材料はさらに、そのような適合をエネルギ的に優れたものとするために、同等の低い表面エネルギを有していてもよい。これにより、接触スペーサは基板の表面に固着し、そしてこのようにして、ツールおよび基板の相対的な位置が固定される。この固定が解除されることが可能なのは、あるステーションから別のステーションへの移送の際に生じる通常のせん断力よりも実質的に強い力のみ、または、ｚ−方向の強い成分を有する力のいずれかによる。
【００１５】
ＰＤＭＳのような−好ましい−低剛性材料に代わり、接触スペーサは固着剤、たとえば固着層を備えていてもよい。ツールの複製部全体−それはまた、複製されるべき素子の表面構造を定義する複製区画を含む−のための低剛性材料を使用するアプローチは、しかしながら、その製造に関して同等に有利な利点を与える、というのも接触スペーサまたはそのコーティングを追加するための別のステップを必要としないためである。複製部全体は、接触スペーサ部も含むマスタまたはサブマスタからの複製（成形加工、エンボス加工など）によって、単一の形状で製造されてもよい。
【００１６】
接触スペーサ部は、複製の間、接触スペーサ部と基板との間に何の材料もなく、基板に置かれてもよい。接触スペーサ部は接触していてもよいし、または、周辺部辺りまたは周辺の大部分および／または複製表面の内部に分布する複数の離散的部分を備えていてもよい。言い換えれば、接触スペーサ部は、ＷＯ２００７／１０７０２６に記載されているような、任意選択的な浮遊スペーサ部と一緒に、複製ツールが基板表面に置かれるためのいかなる構成であってもよい。たとえば、接触スペーサ部の分布は、ツールの質量中心を通るあらゆる平面内の直線の両側に位置するようなものでもよい。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、接触スペーサ部および浮遊スペーサ部（もしあれば）は、参照によってともにここに取入れられるＷＯ２００４／０６８１９８およびＷＯ２００７／１０７０２６に教示されるように、もしツールが基板上に置かれているならば、厚み（ｚ−寸法、すなわち基板およびツール平面に垂直な寸法）がスペーサ部によって定義されるように配置されるとともに構成される。
【００１８】
複製材料は、原理的には、第１の状態において液体または粘性または可塑的に変形可能な任意の適した材料でもよく、製造サイクルの間に硬化されるものであればよい。製造されるべき光学素子の性質に依存して、たとえばもし光学素子がレンズである場合には、複製材料は、さらに、硬化の後に確実な透明性を示さなければならない。複製材料にとって好ましい材料の種類は、ＵＶ硬化可能なエポキシである。硬化ステップは、複製ツールがまだ置かれている間に行なわれるが、そしてＵＶ硬化ステップであってもよい。ＵＶ光硬化は、硬化プロセスの良好な制御を可能にする同等な素早いプロセスである。当業者は、他の材料および他の硬化プロセスを知っているであろう。
【００１９】
ツールおよび基板を位置合わせするために、両方（または、もしたとえばツールが位置合わせステーションにおいて明確に定義された位置を有しているならば、それらの一方のみ）に、適切なマーキングが与えられてもよい。基板上のそのようなマーキングは、ベース素子（元の基板、たとえばウェハ）に既に存在してもよく、たとえばガラスベース素子表面にマーク付けされた十字マーキング（cross marking）であってもよい。
【００２０】
しかしながら、本発明の特別な局面によれば、位置合わせのためのマーキングは複製によって追加される。これは特に両側複製の場合に有利であり、両側複製では少なくとも部分的に透明な基板の両側に、互いに位置合わせされなければならない複製構造体が与えられる。本発明のこの特別な局面によれば、複数の光学素子を製造する方法は、したがって、
−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。
【００２１】
本発明のこの特別な局面は、第１の複製ステップにおいて、第１の複製ツールおよびベース素子の相対的位置が臨界的でなく、それにも拘らず第２の複製ステップにおいて、とても正確な位置合わせが可能であるという、実質的な利点を特徴付ける。
【００２２】
この第１の複製ツールは、好ましくは、たとえば正反対の位置のような周辺の異なる位置に配置された、２つの位置合わせマーク複製区画を備える。その２つの結果的な位置合わせマークは、そして、第２の複製ツールの２つの対応するフィーチャに位置合わせされる。
【００２３】
この方法は、また、本発明の主たる局面に従う構成以外の他の構成においても有用であり、その構成においては、基板ツールアセンブリが硬化の前に位置合わせステーションから取除かれる。しかしながら、好ましくは、少なくとも第２のツール、および、たとえば第１のツールにも、上述のような固定手段として機能する接触スペーサが与えられる。
【００２４】
位置合わせマーク−複製によるかまたは他で提供されるか−は、たとえば、十字形状でもよい、または表面上の点を正確に定義できる他の形状、たとえば隅に合う２つの端を有する形状でもよい。自動化された位置合わせの場合にとって、位置合わせマークは、マークの認識および正確な検査の両方を可能な、任意の特徴的な形状を有していてもよい。
【００２５】
位置合わせステーションにとって、市場で利用できるマスクアライナが用いられてもよい。その代わりに、光学的情報に基づいて２つの物体を正確に位置合わせするための手段を有する他の装置が用いられてもよく、たとえば顕微鏡を含む他の装置が用いられてもよい。また、画像処理技術、レーザトラッキングまたは、たとえば磁気マーカのような非光学的マーカでさえも基づくことができる自動アライナなどが実現可能である。
【００２６】
いずれの場合の位置合わせステーションも、
−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。
【００２７】
基板ツールアセンブリを硬化ステーションへと位置を変えるステップは、本発明の主たる局面に従うが、そのアセンブリをあるステーションから別のステーションへと位置を変えることを含む。したがって好ましくは、たとえばｚ方向のある移動による、わずかな移動だけでなく、移動は、アセンブリを位置合わせステーションの範囲から退けるとともに、それを硬化ステーション、したがって照明装置（アセンブリが位置合わせステーションに届かないように照明装置が配置される）の範囲に導入することを含む。たとえば、移動させるステップは、少なくともアセンブリの直径と一致する距離だけｘ−ｙ平面に沿って、アセンブリを動かすことを含む。
【００２８】
本発明の主題は、以下の本文において、添付した図面に示された好ましい例示的な実施形態を参照してより詳細に説明される。図は概略的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ツールおよび基板の断面図である。
【図２】代替的なツールの断面図である。
【図３】代替的なツールの断面図である。
【図４】基板ツールアセンブリの断面図である。
【図５ａ】複数の光学素子を複製するプロセスにおける方法ステップの図である。
【図５ｂ】複数の光学素子を複製するプロセスにおける方法ステップの図である。
【図５ｃ】複数の光学素子を複製するプロセスにおける方法ステップの図である。
【図６】複数の光学素子を製造するための設備の図である。
【図７】複数の光学素子を製造する方法の方法ステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
同一または類似の部分は、図において同じ参照符号が与えられる。
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。
【００３１】
図１において、カーテシアン座標系もまた示されており、ｘ−ｙ平面は、複製ツールおよび基板の平坦な側によって定義され、ｚ方向はそれらと垂直な方向である。座標系のこの定義は、この明細書を通じて、そしてすべての図に対して用いられる。たとえば、複製構造体のｚ−寸法は、複製構造体が固着する表面に垂直に測定された複製構造体の厚みを常に指している。
【００３２】
図１に示された構造において、複製表面は、さらに、複製区画を囲むとともに複製プロセスの間、複製材料の薄膜に置かれるようにされた浮遊スペーサ部５を備える。（任意選択的な）浮遊スペーサ部およびその機能に関し、読者は、ＷＯ２００７／１０７０２６公報を参照され、その教示は、参照によってここに取入れられる。
【００３３】
さらに、複製表面は、複製材料の量が正確に定義されていないのであれば、複製材料の余剰の量を受入れるための排出孔６を備える。
【００３４】
さらに、複製表面は、接触スペーサ部７を備え、接触スペーサ部７は周辺に配置されるように示される。接触スペーサ部は、ｚ方向に最も遠く突出した複製ツールの構造である（ここでは、ｚ方向および−ｚ方向の区別はされていない）。接触スペーサ部は、本質的に平坦であり、したがって、複製の間、接触スペーサ部と基板との間に材料を有さずに基板に置くことができる。接触スペーサ部は、たとえば、複製表面の周辺を囲むリングを形成してもよく、そのリングは、その周辺部を囲む複数の離散的部分を備えていてもよい。または、そのリングは周辺部の大部分および／または複製表面の内部に分布する複数の離散的部分を備えていてもよい。
【００３５】
基板１０は、第１の側１０．１および第２の側１０．２を有するとともに、任意の適切な材料、たとえばガラスのディスク状のベース素子１１を備えることができる。基板は、さらに、レプリカがそれに位置合わせされるべき、基板に付加された構造体を備える。その構造体は、たとえば、図示されるように、開口を有するスクリーンのような、ｘ−ｙ平面に構造化されたコーティング１１、または、構造化されたＩＲフィルタなどを備えていてもよい。構造体は、さらにまたは代わりに、マーキングのようなさらなるフィーチャ１２を備えていてもよい。さらに、または、さらなる代わりとして、構造体は、さらに、以下に記載された他の図に示されるように、光学素子の表面を構成する、硬化した複製材料構造体を備えていてもよい。
【００３６】
ツールの複製表面を複製するために、複製材料は、基板もしくはツール、または、ツールおよび基板の両方に塗布される。複製材料のそのような塗布は、ツールおよび／または基板への、複製材料の複数の部分への塗布を含んでもよく、複製区画の各々は１つの部分に対応する。各部分は、たとえばインクジェット方式で動作可能な分配ツールによって、１滴または数滴を噴出することにより塗布されてもよい。各部分は、任意選択的に、複製の間のみ、互いに接触する複数の副部分からなってもよい。複数の部分の塗布およびその利点に関し、読者は、参照によってここに取入れられるＷＯ２００７／１０７０２７が参照される。
【００３７】
図１において、２つの複製材料部２１のみが示される。
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。
【００３８】
位置合わせに続いて、基板およびツールは、接触スペーサ部と一体となって一緒に運ばれ、接触スペーサ部は、基板表面に置かれるとともに（もし存在するならば、浮遊スペーサとともに）ｚ−寸法を定義し、さらにツールをｘ−ｙ方向の動きから固定する。その後、さらに以下においてより詳細に説明されるように、基板ツールアセンブリは位置合わせステーションから取除かれるとともに硬化ステーションに移送される。
【００３９】
ツールの複製部３、または、少なくとも接触スペーサ部の表面は、同等の低い剛性を有する材料からなり、たとえば、基板の上に置かれたツールあるいはまたその逆の場合の重力によって生じる圧力よりも大きな圧力が生じない、「通常の」条件のもとでは、ミクロンおよび／またはサブミクロンスケールの粗さに適合することができ、したがって基板表面への直接的な接続を形成することができる。さらに、ツールの複製部または少なくとも接触スペーサ部の表面は、ミクロンおよび／またはサブミクロンスケールの粗さへのそのような適合を有利にするために、同等の低い表面エネルギを有していてもよい。
【００４０】
そのような材料の好ましい例は、ポリジメチルシロキサン、ＰＤＭＳである。参照によってここに取入れられるＷＯ２００４／０６８１９８に記載されるように、そこでは図１４−１６を参照しているが、この材料はまた複製ツールの形成プロセスに十分に適している。
【００４１】
図２および図３は、ツールの代替的な設計の原理を示す。それ自身であってもよい特性、または、任意の組合わせによって付け加えられてもよい特性は、
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。
【００４２】
図２の実施形態は特に有利である、というのも、この実施形態は、ツール表面に分布する位置規定吸引ベースのように、複製ツールと大きな表面に分布する基板表面との間の固着した接触を与えるためである。
【００４３】
さらなる変形例は、材料の組成、ツール形状全体、スペーサ形状、排出体積の原理（排出チャネルなどを含む）、そして言うまでもなく、異なる機能によって定義される複製区画の異なる形状に関連する、異なるツールの設定によって与えられることができる。
【００４４】
これらすべての変形例は、もし適用できるならば、先行する複製ステップを含むこの明細書に記載された方法ステップの任意の１つの組合わせによって実現することができる（すなわち、さらなる複製ツールは、上述の特性のいずれか１つまたは任意の組合わせを備えることができる）。
【００４５】
以上の記載は、複製区画の単一の部分に複製材料を分配することに依存するが、こうである必要はない。図４は、複製材料２１が１つの斑点として、基板の実質的部分および／または複製ツール表面に分配される例を示す。たとえばある領域またはサブユニットなどに単一の部分の分配を組合わせることが可能である。
【００４６】
図５ａから図５ｃは、ツール１を、複製によって追加された位置合わせマークに位置合わせする可能性を示す。この可能性は、しばしば遭遇するが、少なくとも部分的に透明な基板１０／ベース素子１１の両側に、光学素子をともに形成する複製構造体が与えられる、両側複製の場合に関係する。このため、両側の構造体は、互いに位置合わせされなければならない。
【００４７】
そのような両側複製を含むプロセスにおいて、位置合わせを含む複製ステップの前に、基板の第２の側１０．２に複製構造体を付加するための先行する複製ステップが実行される。
【００４８】
この目的のため、上述のツール１と同様の原理に基づくことができ、複数の複製区画を含み、そして同様に接触スペーサを含むことができる、さらなる複製ツール１’が提供される。複製区画に加えて、さらなる複製ツール１’は、位置合わせマーク３２を複製するための位置合わせマーク複製区画を備える。図５ａは、さらなる複製ツール１’およびベース素子１１がともに運ばれる前の構成を示す。複製区画における複製材料部２１の隣に、位置合わせマーク複製区画に複製材料部３１もまたある。もしウェッジエラーが臨界的であるならば、先行する複製ステップは、任意選択的に、ある平行化を含んでもよいが、通常はいかなるｘ−ｙ位置合わせを必要としない。
【００４９】
知られているように、先行する複製ステップは、さらなる複製ツール１’およびベース素子１１が、それらの間に複製材料を有して互いのほうに動いた後に複製材料を硬化すること、および続いて複製ツールを除去することを含む。
【００５０】
図５ｂは、先行する複製ステップの完了後および（第２の）複製ステップのための複製材料の部分２１が分配された後の構成を示す。基板１０の第２の側１０．２は、複製された位置合わせマーク３２（好ましくは、明確に定義されたｘ−ｙ位置合わせを提供するために、２つの位置合わせマークが存在する。基板およびツールの第２の位置合わせマークは図には示されていない）を含む、硬化した複製材料の構造体４１を備える。ツール１は、位置合わせマーク３２と位置合わせされる、位置合わせフィーチャ３３を備える。
【００５１】
図５ｃは、接触スペーサ部７が基板の第１の表面に置かれている、複製ステップの間の構成を示す。
【００５２】
図６は、光学素子を製作するための設備５０または装置を概略的に示す。ここでは、第１の複製材料分配ステーション５１は、複製材料を（さらなる）複製ツールに、個々の部分に、分配するために示されている。それは、また、ベース素子／基板に複製材料を分配するためのもの、および／または、図４に示されるように大規模に複製材料を分配するものであってもよい。複製材料分配ステーションから、ツールは、ツール設置ステーション５２に移送され、そこでツールはベース素子と接触される。ここで示される構成において、（さらなる）複製ツールは、接触スペーサを有する種類のものであるとともに、複製ツールベース素子アセンブリを、もし複製材料がＵＶ硬化可能なエポキシ樹脂であるならば、たとえばＵＶ放射のような電磁放射によって、アセンブリが照射される第１の硬化ステーション５３に移送することができる。この硬化プロセスは約１−２０分行なわれてもよい。その後、アセンブリは、任意選択的に、ポスト硬化ステーション５４にさらに移送され、ポスト硬化ステーション５４で、アセンブリは、複製材料の硬化が完了できる、ある期間休められる。その後、（さらなる）複製ツールが取除かれ、そしてその結果の基板が位置合わせステーション５６に移送され、位置合わせステーション５６では、基板は位置合わせの前に準備された複製ツールと位置合わせされ、第２の分配ステーション５５において、分配された複製材料と位置合わせされる。位置合わせステーション５６から、複製ツール基板アセンブリは第２の硬化ステーション５７に移送され、そしてそこから任意選択的に、ポスト硬化ステーション５８に移送され、その後複製ツールが取除かれる。
【００５３】
この構成はいくつかの点において変更することができる。
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。
【００５４】
ｂ．第１および第２の分配ステーション５１，５５は分離される必要はなく、むしろ、両方の分配プロセスが同じステーションで実行されてもよい。
【００５５】
ｃ．ツール設置ステーション５２は位置合わせステーションの機能を備えていてもよい。
【００５６】
ｄ．位置合わせステーション５６はまた、ツール設置ステーション５２として使用されてもよい。
【００５７】
ｅ．第１および第２の硬化ステーション５３，５７は分離される必要はなく、むしろ、両方の硬化プロセスは、同一のステーション、たとえば、複数の硬化場所を有する大規模な硬化ステーション、または、予め決められた時間の間に、硬化されるべき材料が光源に沿って搬送され、硬化されるべき異なる素子が、ＦＩＦＯ原則に従って硬化ステーションを横断するコンベアベースの硬化ステーションで実行されてもよい。
【００５８】
ｆ．第１および第２のポスト硬化ステーション５４，５８は、もし存在するならば、たとえば共通の、温度管理が可能な保存場所によって結合されてもよい。
【００５９】
ｇ．ポスト硬化ステーションは硬化ステーションと物理的に分離される必要はない。むしろ、もし硬化ステーションが十分高い容量を有するならば、ポスト硬化ステーションは、放射源がスイッチオフされた硬化ステーションによって構成されてもよい。
【００６０】
ｈ．分配ステーション（５１，）５５は、ツール設置ステーションおよび／または位置合わせステーションと、それぞれ物理的に分離される必要はない。
【００６１】
ｉ．特別な環境のもとでは、ツール設置ステーション５２および第１の硬化ステーション５３は物理的に分離される必要はないが、ツール設置ステーションは放射源を備えるとともにまた第１の硬化ステーション５３を構成してもよい。
【００６２】
上記の変形例は、言うまでもなく、先行する複製ステップを必要としない変形例とのみ代替可能な変形例ａを除き、ほぼ任意に、互いに組合わせることができる。変形例ｂ，ｄ，ｅ，ｆの組合わせは、両側複製の間に２回横断する１つのライン５５−５８を有する設備を製作することができる。
【００６３】
図７は、本発明に従う方法の例の方法ステップを示すフローチャートである。図は、（任意選択的な）先行する複製ステップを示していない。
【００６４】
図示された方法は、基板および複製ツールを準備するステップ（７１）と、複製ツールおよび／または基板に複製材料を配置するステップ（７２）と、ツールのフィーチャを基板のフィーチャに位置合わせするステップ（７３）と、接触スペーサ部が基板に接するまでツールおよび基板を一緒に運ぶステップ（７４）と、結果的なアセンブリを位置合わせステーションから硬化ステーションへと位置を変えるステップ（７６）と、複製材料を硬化させるステップ（７７）と、ポスト硬化ステーションへと任意選択的に移送するステップ（７８）と、任意選択的なポスト硬化ステップ（７９）と、基板からツールを分離するステップ（８０）とを含む。
【００６５】
ポスト硬化ステップ７９は、温度管理が可能な、複製材料の硬化を終了することを含んでもよい。大抵は、エネルギ（たとえばＵＶ放射）の作用の後に、複製材料は完全に硬くなる前の状態にあるが、まだ全体的に硬くなっていない。むしろ、材料が十分に硬くなるまでには、さらなる時間（たとえば１−６０分）を要する。ポスト硬化ステップは、したがって、場合によっては、アセンブリの温度管理を有する、単に待機するステップを含んでもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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