(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの湾曲したパターンを有する構造体を製造するための方法に関し、この方法は、前面を有する基板２を準備するステップであって、前面の一部が、少なくとも、１つの複数のレリーフによって構造化されており、複数のレリーフのそれぞれが、それらの間に少なくとも１つのスペースを画定し、前面の他の部分にはレリーフがない、ステップと、少なくともレリーフに沿って、基板の前面にポリマー、ガラス等の材料のベース層５を堆積するステップと、ベース層の材料が変形によってスペースの少なくとも１つを少なくとも部分的に充填するステップと、を含む。したがって、ベース層５は、その自由表面５０が少なくとも１つの湾曲したパターン６を有するように変形される。
2021532407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば、ナノインプリント型用のマスター（１）を製造するために、少なくとも１つの湾曲したパターンを有する構造体を製造するための方法（１００）であって、
前記方法が、
前面（２０）を有する基板（２）を準備するステップ（１１０）であって、
前記前面の一部が、少なくとも、１つの複数のレリーフ（３）によって構造化され（２１）、前記複数のレリーフのそれぞれが、それらの間に少なくとも１つのスペース（４）を画定し、
前記前面の他の部分（２２）にはレリーフがない、ステップ（１１０）と、
少なくとも前記レリーフ（３）に沿って、前記基板（２）の前記前面（２０）全体にわたって、ポリマーおよびガラスのうちの１つに基づく材料のベース層（５）を堆積するステップ（１２０）であって、前記ベース層（５）が、前記基板（２）の前記前面（２０）に面する第１の面と、前記第１の面の反対側にある第２の面（５０）とを有する、ステップ（１２０）と、
前記ベース層（５）の変形によって、前記同一の複数のレリーフ（３）の間に画定された前記少なくとも１つのスペース（４）を少なくとも部分的に前記ベース層（５）の材料で充填するステップ（１３０）と、を含み、
その第２の面（５０）が前記基板（２）の前面（２０）全体にわたって連続したままであり、少なくとも部分的に前記ベース層の材料で充填された少なくとも１つのスペース（４）に沿って、少なくとも１つの湾曲したパターン（６）を有する構造体を形成するように、前記ベース層（５）がこのように形成される、方法（１００）。
【請求項２】
前記ベース層（５）の堆積１２０を真空下で行い、前記同一の複数のレリーフの間に画定された前記少なくとも１つのスペースを少なくとも部分的に充填する前記ステップ（１３０）が、大気圧で行われ、好ましくは圧縮空気または窒素の流れの下で行われる、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記複数のレリーフ（３）のそれぞれにおいて、前記レリーフ（３）の数、形状、および空間分布が、少なくとも、前記ベース層（５）の粘弾性パラメータまたは塑性パラメータと前記ベース層（５）の堆積パラメータに応じて構成される、請求項１又は２に記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記同一の複数のレリーフ（３）の間に画定された前記少なくとも１つのスペース（４）を少なくとも部分的に充填する前記ステップ（１３０）が、パターン（６）が生成されるまでそれぞれのスペースを完全に充填するステップであって、前記パターンの曲率が、関係する表面張力のバランスをとることによって決定されるステップを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記同一の複数の前記レリーフ（３）の間に画定された前記少なくとも１つのスペース（４）を少なくとも部分的に充填する前記ステップ（１３０）が、前記ベース層（５）が作られる材料のガラス転移温度Ｔｇより少なくとも１０°、好ましくは１０〜４０℃の温度の上昇を含んでもよい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、前記基板（２）の前記前面（２０）に形成された少なくとも１つのスペース（４１）を画定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、前記基板（２）の前記前面（２０）上に形成されたメサを含み、前記少なくとも１つのスペース（４）が、前記メサに形成された少なくとも１つのキャビティ（４１）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、前記基板（２）の前記前面（２０）から突出するレリーフ（３１）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのパターン（６）を形成した後に、少なくとも前記表面では、前記ベース層（５）を硬化させるステップを含み、
前記硬化させるステップが、さらに必要に応じて、
少なくとも前記ベース層（５）の表面上に、ガラス状、固体状またはゴム状の状態でポリマーを提供するステップ、及び、
少なくとも前記ベース層（５）の表面上にガラス状態のガラスを提供するステップのうちの対応する１つを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのパターン（６）を形成した後に、
形成された前記パターン（６）のそれぞれの周りの前記ベース層（５）を除去（１４０）して、レリーフのない前記基板（２）の前記前面（２０）の一部を露出させるステップ（１４０）と、
各パターンおよび前記基板（２）の前記前面（２０）の前記露出した部分の上に仕上げ層（７）を堆積するステップ（１５０）と、
をさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、キャビティ（４、４１、４２）を画定し、および／または、前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、
１０μｍを超える、好ましくは１００μｍを超える深さまたは高さ、及び、
２０から２００μｍの間に含まれる、好ましくは５０から１００μｍの間に含まれる、少なくとも１つの横方向の寸法
の少なくとも一方を有する少なくとも１つのレリーフ（３１）を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１２】
前記基板（２）の前面（２０）のそれぞれの構造化された部分（２１）のレリーフ（３）の間に画定された前記少なくとも１つのスペース（４、４１、４２）が、この構造化された部分（２１）の表面の少なくとも半分を占める、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１３】
前記ベース層（５）が、好ましくは変形される前に、２０〜２００μｍの厚さを有するように、前記ベース層（５）を堆積する前記ステップ（１２０）が、構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１４】
前記ベース層（５）を堆積する前記ステップ（１２０）が、
ラミネート加工によってドライフィルムを堆積するステップ、および、
遠心コーティングによって、前記ベース層（５）の材料を含む溶液を堆積させるステップ
のうちのいずれか１つのステップを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの複数のレリーフ（３）が、前記基板（２）前記前面（２０）のレリーフがない部分（２２）によって離間された、いくつかの複数のレリーフ（３）を含み、複数の各レリーフ（３）が、パターン（６）の形成を目的としている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１６】
前記基板（２）の前面（２０）のレリーフのない部分（２２）の少なくとも１つ、および前記ベース層（５）を堆積するステップが、複数の各レリーフ（３）での前記ベース層（５）の変形が、他の複数のレリーフ（３）での前記ベース層（５）の変形に影響を及ぼさないように構成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１７】
前記構造体がナノインプリント型を形成するためのマスターである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１８】
前記構造体がナノインプリント型の一部である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１９】
前記構造体がレンズである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項２０】
請求項１〜１６および請求項１７のいずれか一項に記載の方法（１００）を実施することにより製造されるマスター（１）を使用して少なくとも１つのナノインプリント型を製造する方法。
【請求項２１】
マスター（１）から少なくとも１つのパターン（６）を転写することによって製造されたナノインプリント型を使用してナノインプリントによって少なくとも１つのマイクロレンズ（１０）を製造する方法であって、前記マスターが、請求項１〜１６および請求項１７のいずれか一項に記載の方法を実施することにより製造される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、マイクロエレクトロニクス、光学、またはオプトエレクトロニクスデバイス、ならびにマイクロメカニカルまたは電気機械デバイスを形成するための、マイクロメートルまたはナノメートルサイズの構造体の製造に関する。本発明の有効な用途は、ナノインプリント型の少なくとも一部を製造するためのマスターを製造するための方法の分野に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、非球面マイクロレンズを有利に低い、または非常に低い曲率で成形するために、型または型の部品を形成するためのマスターの製造において特に有効な用途を見出す。これらのマイクロレンズは、例えば、透過または反射における、集光、画像化、および光誘導の用途を意図することができる。
【０００３】
本発明の有効な用途は、ナノインプリント型の少なくとも一部を製造するための方法の分野に関する。
【０００４】
本発明の別の用途は、任意選択で型の部品およびマスターのいずれか１つを実施することなく、マイクロレンズを直接製造することである。
【背景技術】
【０００５】
マイクロレンズを製造するための多くの技術がある。
【０００６】
これらの技術の中で、マイクロジェットインプリンティングとサーマルクリープは現在、高光学品質のマイクロレンズを製造するために業界で使用されている非常に高度な技術である。これらの手法は、正確な表面プロファイルを実現することに関しては、定量的よりも定性的である。たとえば、フォトレジンの熱クリープ（たとえば、Ｎ．Ｔ．ＧｏｒｄｏｎらによるＩｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｙｓ．，３０，６，５９９−６０４，１９９１の“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ  ｔｏ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ａｒｒａｙｓ”というタイトルの記事を参照。）およびマイクロジェットによるインプリンティングは、関与する表面張力のバランスを伴う繊細な物理化学的現象に基づいており、これらの技術によって得られる可能性のある表面プロファイルの選択を大幅に制限する。
【０００７】
それどころか、レーザーアブレーション（たとえば、Ｆ．ＣｈｅｎらによるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ａ，（２０１５）  １２１：１５７−１６２の「フェムト秒レーザーウェットエッチングによるシリコン上の最密充填ＩＲマイクロレンズアレイの簡単な製造」というタイトルの記事を参照。）、２光子重合および直接レーザー書き込み技術により、非常に多くの表面プロファイルを選択できる。ただし、これらの手法はシーケンシャルであるため、コストと効率の点で産業規模に適応させることはできない。
【０００８】
ＲＩＥ（「反応性イオンエッチング」用）エッチングの使用（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｊａｐａｎ，９６，２，２０１３の「非冷却赤外線アレイセンサー用マイクロレンズ」と題されたＲ．山崎らの記事を参照。）とプロトンリソグラフィーの使用は、特にポリマーマイクロレンズの製造に使用される場合、高価な技術と見なされる。
【０００９】
最近では、一般に「ホットエンボス加工」、「インプリンティング」、「射出成形」という名前で呼ばれる成形およびインプリンティング技術が、マイクロレンズの製造にますます使用されている。製造の原則は、金型に材料（通常はポリマー）を充填し、金型から材料を切り離すことである。この方法で得られる可能性のあるマイクロレンズは、例えば半球形または球形である。成形が行われる基板のタイプがシリコンかガラス（または石英）基板かによって、本出願はそれぞれ、赤外線（ＩＲ）または可視光の波長範囲に関係する場合がある。
【００１０】
インプリンティングによる製造方法は、例えば次の出版物に記載されている技術を使用して製造できる金型の入手可能性を必要とする：「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ８」、第７号、４０７〜４２９ページ。原則として、マイクロエレクトロニクス業界で実装されている標準的な技術が最も好まれる。これは、マイクロレンズの信頼性が非常に高く、最終コンポーネント、通常はトランジスタタイプの電子コンポーネントへのマイクロレンズの統合が容易になるためである。
【００１１】
マイクロエレクトロニクス技術によって金型を製造するための既知の方法は、その方法のいくつかのステップを示す断面図を示す図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃを参照して以下に説明される。マイクロエレクトロニクス産業で一般的に使用されているタイプのシリコンシート１０００、すなわち、大径、例えば直径８インチのシリコンウェーハ上に熱シリコン（ＳｉＯ２）またはシリカ酸化物層１００１を堆積させた後、例えば３５０ナノメートルの厚さの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層１００２が、熱酸化物層１００１上に堆積される。パターン１００３は、従来のリソグラフィーステップによって窒化物層１００２にエッチングされる。窒化物層１００２はハードマスクとして機能するので、シートはウェットエッチング溶液に浸漬される。ここでは、フッ化水素酸（ＨＦ）の溶液が特に適している。図１Ｂに示されるように、窒化物マスク１００２は、エッチング溶液が熱酸化物１００１を攻撃してはならないシートの領域を保護する。熱酸化物層１００１のエッチングは等方性であり、したがってパターン１００３に中心が位置する球部分の形状のキャビティを形成する。次のステップでは、その結果が図１Ｃに示され、窒化物マスク１００２が除去され、付着防止処理の後、得られたシート１００４は、インプリント用の型として使用することができる。
【００１２】
任意選択で、型のレリーフパターンは、中間シリカ層１０２に頼ることなく、シリコン１０３内に直接作成することができる。この場合、エッチング溶液は、２００９年のｊｏｕｒｎａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  １７，  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ８，  ６２８３から６２９２頁  （２００９）の記事で報告されるように、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）の混合物である。
【００１３】
先に簡単に説明した型の製造方法が、示されているように球面または半球パターンを得るのに適している場合、他方、これらの方法で所望の形状の非球面レンズまたは大きな曲率半径（スイープと比べ、直径が非常に大きい）を有するレンズと呼ばれるレンズを得るのは難しい。ただし、非球面マイクロレンズのマスターの作成は、多くの応用で一般的に必要である。これらの非球面レンズは、実際、通常、際立って優れた光学特性を備えている。特に、球面レンズは、非球面レンズとは異なり、光学収差を誘発する。レンズの中心を通過する光線は、端を通過する光線とまったく同じ点に収束しない。これにより、ほとんどの応用では無視できない、大口径でのぼやけやフォーカススポットの拡大が発生する。
【００１４】
次に、すでに前述した「レーザー加工」またはレーザーアブレーションと呼ばれるレーザーと技術を使用する必要がある。これらだけで必要な複雑なプロファイルを作成できる可能性があるが、各マイクロレンズを個別に成形する必要があるという大きな欠点がある。これらの技術は、例えば、２００６年に「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、１２９巻１２６−１３４頁に掲載された、Ｙｕｎｇ−Ｃｈｕｎ  Ｌｅｅらによる「エキシマレーザーＬＩＧＡのようなプロセスによって製造された球面および非球面マイクロレンズ」の記事に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｎ．Ｔ．Ｇｏｒｄｏｎらによる、“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ  ｔｏ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ａｒｒａｙｓ”、Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｙｓ．，３０，６，５９９−６０４，１９９１
【非特許文献２】Ｆ．Ｃｈｅｎらによる、“Ｓｉｍｐｌｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｌｏｓｅｄ−ｐａｃｋｅｄ  ＩＲ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  ａｒｒａｙｓ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂｙ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｌａｓｅｒ  ｗｅｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ａ，（２０１５）  １２１：１５７−１６２
【非特許文献３】Ｒ．Ｙａｍａｚａｋｉらによる、“Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  ｆｏｒ  ｕｎｃｏｏｌｅｄ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ａｒｒａｙ  ｓｅｎｓｏｒ”、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｊａｐａｎ，  ９６，  ２，  ２０１３
【非特許文献４】“Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ８”，  第７巻、  ４０７−４２９頁，  ２００６年発行
【非特許文献５】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  第１７巻，  第８版，  ６２８３から６２９２頁、２００９年
【非特許文献６】Ｙｕｎｇ−Ｃｈｕｎ  Ｌｅｅらによる、“Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ａｓｐｈｅｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  ＬＩＧＡ−ｌｉｋｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”，２００６年発行、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  １２９，  １２６−１３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の目的は、上記の問題の少なくともいくつかを制限するか、または排除することさえ可能にする、少なくとも１つの湾曲したパターンを有する構造体を製造するための方法を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の説明および添付の図面を検討することで明らかになるであろう。他の利点を組み込むことができることが理解される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するために、一実施形態によれば、本発明は、例えば、ナノインプリント型用のマスターを製造するために、少なくとも１つのパターンを有する構造体を製造するための方法を提供し、この方法は、
前面を有する基板を準備するステップであって、
前面の一部が、少なくとも、１つの複数のレリーフによって構造化されており、複数のレリーフのそれぞれが、それらの間に少なくとも１つのスペース、好ましくは少なくとも２つのスペースを画定し、
前面の他の部分にはレリーフがない、ステップと、
少なくとも前記レリーフに沿って、前記基板の前記前面全体に、ポリマーおよびガラスのうちの１つに基づく材料の、好ましくは均一な厚さのベース層を堆積するステップであって、前記ベース層が、前記基板の前記前面に面する第１の面と、前記第１の面の反対側にある第２の面とを有するステップと、
ベース層の変形によって、前記同一の複数のレリーフの間に画定された前記少なくとも１つのスペース、好ましくはすべてのスペースを少なくとも部分的に充填する。
【００１９】
したがって、ベース層は、その第２の面が、ベース層の材料で少なくとも部分的に充填された少なくとも１つのスペースに沿った少なくとも１つの湾曲したパターンを有する構造体を形成するように変形される。
【００２０】
したがって、ベース層の自由表面は、各複数のレリーフ間のスペースの少なくとも部分的な充填のために変形する。ベース層の変形中に特にレリーフに沿って変位する材料の体積は、レリーフ間に画定されたスペースの体積に最大で等しい。従来の超小型電子技術を適用することにより、これらのスペースの体積を完全に制御することが可能である。その結果、変位した材料の量も十分に制御される。ただし、形成されたパターンの形状、曲率、およびスイープは、特に変位した材料の体積に依存する。したがって、形成されたパターンの形状、曲率、およびスイープは完全に制御可能である。
【００２１】
このように形成されたパターンは、好ましくは低い（＜１０−２μｍ−１）、または非常に低い（＜１０−６μｍ−１）非球面湾曲を有利に有することができる。
【００２２】
本発明による方法によれば、ナノインプリント型を製造することが可能である。次に、この型は、非球面曲率を有するマイクロレンズを成形するために使用することができ、これは、好ましくは低い（＜１０−２μｍ−１）、または非常に低い（＜１０−６μｍ−１）ことさえある。
【００２３】
さらに、上で紹介した製造方法は、単純で、迅速である点で有効で、ウェーハのスケールで単一の一連のステップで操作可能であり、マイクロエレクトロニクスの標準的な技術と互換性がある。
【００２４】
本発明の別の態様は、上記で紹介した方法を実施することによって製造されたマスターを使用して、少なくとも１つのナノインプリント型を製造するための方法に関する。したがって、本発明は、少なくとも１つのナノインプリント型の製造のために、上述した方法を実施することによって製造されたマスターの使用を提供する。
【００２５】
本発明の別の態様は、上述した方法を実施することによって製造されたマスターから少なくとも１つのパターンを転写することによって製造されたナノインプリント型を使用して、ナノインプリントによって少なくとも１つのマイクロレンズを製造する方法に関する。したがって、本発明は、ナノインプリントごとに少なくとも１つのマイクロレンズを製造するために、上記で紹介した方法を実施することによって製造されたマスターから少なくとも１つのパターンを転写することによって製造されたナノインプリント型の使用を提供する。
【００２６】
本発明の別の態様は、上記で紹介した方法を実施することによって製造された少なくとも１つのナノインプリント型用部品を製造するための方法に関する。本発明は、上記で紹介した方法を実施することによって製造されたナノインプリントモールド部品を、前記部品からのナノインプリントによって少なくとも１つのマイクロレンズを製造するために使用することを提供する。
【００２７】
本発明の別の態様は、上記で紹介した方法を実施することによって、レンズまたはマイクロレンズを製造するための方法に関する。本発明の他の態様は、反射光学用途にとって特に有利である。この目的のために、反射を最適化するために、ベース層が作られるポリマーを、低温で、金属または誘電体の薄層をポリマー上に堆積させることによって反射させるための準備を実際に行うことができる。
【００２８】
本発明の目的、対象、ならびに特徴および利点は、以下の添付の図面によって示されるその実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、従来技術に従ってマイクロレンズをインプリントするための型を製造するための方法のいくつかのステップを概略的に示している。
【図２】図２は、本発明が製造を可能にすることを意図しているマイクロレンズの断面図を概略的に示している。
【図３】図３Ａ〜３Ｉは、本発明の一実施形態による凹状パターンを製造するための方法のステップを示す様々な断面図を概略的に示す。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、本発明の一実施形態による凸状パターンを製造するための方法の様々なステップのいくつかを概略的に示している。
【図５】図５Ａおよび５Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態による、構造化された基板の少なくとも一部の斜視図を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の構造体を製造するための方法のフローチャートである。
【図７】図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、本発明による構造体を製造するための方法の第１の例示的な実施形態を概略的に示す。
【図８】図８Ａは、２つのパターンを含む本発明による構造を生成するための方法の第２の例示的な実施形態を概略的に示し、図８Ｂは、第２の例示的な実施形態から得られ、スタイラスによって測定された２つのパターンのプロファイルを示すグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面は例として与えられており、本発明を限定するものではない。それらは、本発明の理解を容易にすることを意図した概略原理表現を構成し、必ずしも実際の適用の規模ではない。特に、さまざまな層とレリーフの相対的な寸法は、実際のものを表すものではありない。図６において、破線で囲まれた方法のステップは、ただのオプションである場合がある。
【００３１】
本発明の実施形態の詳細な説明を開始する前に、組み合わせて、または代替的に使用できる可能性のあるオプションの特徴を以下に記載する。
【００３２】
変形は粘弾性であり、特にポリマーを含むベース層５の場合、可塑性でもあり得る。ベース層のポリマーの塑性変形は、例えば、アセンブリを加圧することによって効果的に得ることができ、それにより、応力を誘発し、ポリマーの塑性閾値を超える。
【００３３】
ベース層の堆積は真空下で実施することができ、同一の複数のレリーフの間に画定された少なくとも１つのスペースを少なくとも部分的に充填するステップは、大気圧で、好ましくは圧縮空気または窒素の流れの下で、実施される。
【００３４】
ベース層はさらに変形され、ベース層の第２の面から各複数のレリーフの底部までの距離は、変形前のこの距離より常に短くなる。
【００３５】
複数のレリーフごとに、レリーフの数、形状、および空間分布は、少なくともベース層の粘弾性または塑性パラメータおよびベース層の堆積パラメータに応じて構成される。したがって、パターンの所定の曲率が得られる。したがって、本発明による方法によって、完全にと言っても良いほど十分に、パラメータを制御し、変化させることによって、ほぼ無限の多様な曲線パターンを得ることができる。
【００３６】
同一の複数のレリーフの間に画定された少なくとも１つのスペースを少なくとも部分的に充填するステップは、以下のステップを含むことができる：関与する表面張力のバランスをとることによって決定される曲率のパターンが生成されるまで、各スペースを完全に充填する。パターンの進化が比較的予測可能であり、この比較的よく制御された進化を自発的に停止する場合でも、これは方法を複雑にする。湾曲したパターンのバランス形状が得られるまで、ベース層を流すことが簡便にできる。
【００３７】
同一の複数のレリーフの間に画定された少なくとも１つのスペースを少なくとも部分的に充填するステップは、ベース層が作られる材料のガラス転移温度Ｔｇより、少なくとも１０°、好ましくは１０から４０℃の間の温度の上昇を含み得る。
【００３８】
少なくとも１つの複数のレリーフは、基板の前面に形成された少なくとも１つのキャビティを画定することができる。このように形成された湾曲したパターンは凹状であり得る。
【００３９】
少なくとも１つの複数のレリーフは、基板の前面上に形成されたメサを含むことができ、少なくとも１つのスペースが、メサに形成された少なくとも１つのキャビティを含むことができる。
【００４０】
少なくとも１つの複数のレリーフは、基板の前面から突出する少なくとも１つのレリーフを含むことができる。このように形成されたパターンは凸状であり得る。
【００４１】
この方法は、必要に応じて、以下のステップを含み得る：基板の前面のレリーフのない部分に沿って配置されたベース層の材料が、基板の前面の少なくとも一部と接触することを可能にする。加えて、或いは、代わりに、基板の前面を構成し、それらの間に第２のスペースを画定する少なくとも２つの複数のレリーフを用いて、この方法は、以下のステップをさらに含む：基板の前面のレリーフのない部分に沿って配置された前記ベース層の材料が、少なくとも１つの第２のスペース、好ましくは各第２のスペースを少なくとも部分的に充填することを可能にするステップであって、各第２のスペースは、例えば、同一の複数のレリーフの間に画定された少なくとも１つのスペースよりも少なくとも１０倍大きいステップ。
【００４２】
少なくとも１つの複数のレリーフは、基板の前面の少なくとも１度のエッチングステップによって、例えば、フォトリソグラフィによって形成することができる。
【００４３】
この方法は、少なくとも１つのパターンを形成した後に、次のステップの１つをさらに含み得る。
少なくとも表面でベース層を硬化させるステップであって、
さらに必要に応じて、以下の対応するステップを含む硬化させるステップ：
少なくともベース層の表面に、ガラス状、固体またはゴム状の状態でポリマーを提供するステップ、及び
ガラスを、少なくともベース層の表面に、ガラス状態で提供するステップ。
【００４４】
この方法は、少なくとも１つのパターンを形成した後に、以下のステップをさらに含み得る：
形成された各パターンの周りのベース層を、例えばフォトリソグラフィによって除去して、レリーフのない基板の前面の一部を露出させるステップ、
次に、各パターンと基板の前面の露出した部分の上に仕上げ層を堆積するステップ。
【００４５】
したがって、マスターは、特に非粘着層の仕上げ層へのグラフト化、および一般に有機元素から構成され、中間型を形成することを意図した転写層へのパターンの転写を含むステップによって、型を得るために有効に使用する準備ができている。
【００４６】
少なくとも１つの複数のレリーフは、キャビティを画定することができ、および／または、
１０μｍを超える、好ましくは１００μｍを超える、例えば１８０μｍに等しい深さまたは高さ、および
２０から２００μｍの間に含まれ、好ましくは５０から１００μｍの間の少なくとも１つの横方向の寸法
のうちの少なくとも一方を有するレリーフを含むことができる。
【００４７】
各複数のレリーフの少なくとも１つは、好ましくは、１ｍｍ未満の少なくとも１つのサイズ寸法を有する。
【００４８】
基板の前面の各構造化された部分のレリーフ間に画定された少なくとも１つのスペースは、
円形または長方形の断面の、貫通またはブラインドの穴の形状、および
円形または線形の溝の形状
のいずれかを取ることができる。
【００４９】
マイクロエレクトロニクスの技術により、さまざまなサイズと形状のパターンを検討することができ、ほぼ無限の種類の湾曲したパターンを得ることができる。
【００５０】
基板の前面の各構造化された部分のレリーフの間に画定された少なくとも１つのスペースは、この構造化された部分の表面の少なくとも半分を占める。あるいは、またはさらに、同一の複数のレリーフについて、互いに隣接する２つのレリーフの間、または互いに隣接するレリーフの各対の間の距離が提供され、これは、複数のレリーフの少なくとも１つのより小さな横方向寸法以下である。
【００５１】
ベース層を堆積するステップは、ベース層が、好ましくはその変形前に、２０から２００μｍの間からなる厚さを有するように構成することができる。
【００５２】
ベース層を堆積するステップは、以下のステップのうちの１つを含み得る：
ラミネート加工によってドライフィルムを堆積するステップ、および
遠心コーティングによってベース層材料を含む溶液を堆積するステップ。
【００５３】
これらのベース層堆積技術は、単純で、迅速である点で有効であり、ウェーハのスケールで単一のステップまたは一連のステップで操作可能である。
【００５４】
少なくとも１つの複数のレリーフは、レリーフのない基板の前面の部分によって離間された、いくつかの複数のレリーフを含み、各複数のレリーフは、パターンの形成、好ましくは単一のパターンの形成を目的としている。
【００５５】
基板の前面のレリーフのない部分の少なくとも１つ、およびベース層を堆積するステップは、複数の各レリーフでのベース層の変形が、他の複数のレリーフでのベース層の変形に影響を及ぼさないように構成することができる。
【００５６】
構造体は、ナノインプリント型の製造用のマスターになることができる。最初の選択肢として、構造体はナノインプリント型の一部にすることができる。２番目の選択肢として、構造体はレンズにすることができる。
【００５７】
本発明の文脈において、「上」、「乗り越え」、「覆い」または「下にある」という用語またはそれらの同等物は、必ずしも「接触している」ことを意味しない。したがって、例えば、第２の層への第１の層の堆積は、必ずしも２つの層が互いに直接接触していることを意味するわけではないが、これは、第１の層が、それと接触するか、またはそれから、例えば、少なくとも１つの他の層または少なくとも１つの他の要素によって分離されることを意味する。
【００５８】
本発明の文脈において、層の厚さ、ならびにキャビティまたはレリーフの深さまたは高さは、層が置かれる、又は、キャビティまたはレリーフが形成される基板の前面に垂直な方向に取られる。したがって、厚さ、高さ、および深さは、基板および層が延びる主平面に垂直な方向に取られる。図では、図３に示すように、厚さ、高さ、および深さはＺ方向に取られている。そして、任意の横方向の寸法、例えば、パターン、キャビティ、またはレリーフの寸法は、図３に示されるように、方向Ｚに垂直な方向Ｘで取られる。
【００５９】
同様に、材料が基板の少なくとも一部に沿って堆積されることが示される場合、これは、この材料および基板の少なくともこの部分が両方とも、基板の主平面に垂直な同じ線上に、言い換えれば、図で垂直に向けられた同じ線上に位置することを意味する。
【００６０】
本発明の文脈において、「パターン」という用語は、アナログプロファイルを有するベース層の自由表面の局所的変化を意味し、すなわち、例えば図２、３Ｃ、３Ｄ、３Ｉ、４Ｃ、４Ｄ、７Ａ、７Ｃ、および８Ｂに図示されるように、プロファイル形状の接線の連続的変化を伴う。
【００６１】
「ナノインプリント」とは、樹脂または同等にポリマー中に、マイクロメートルまたはナノメートルサイズの構造のインプリントを残すために、ハードモールドが材料の表面に適用される任意のリソグラフィ技術を意味する。
【００６２】
「マスター」とは、マスターの直接コピーによって得られた型の中でネガティブである刻印またはパターンを有する要素を意味する。したがって、マスターには、型内でネガに再現されるパターンが少なくとも１つある。次に、型を使用して、このネガを別の層に転写し、たとえばマイクロレンズを形成する。この他の層で形成されたパターンは、型によって運ばれるパターンのネガに対応する。有効なことに、同じ型によって運ばれるパターンは、非常に多数の層に転写される。
【００６３】
材料Ａに基づくフィルムまたは層は、この材料Ａおよび場合によっては他の材料を含むフィルムまたは層を意味する。
【００６４】
「均一な」厚さの層とは、その２つの主面の１つの各点で接線に垂直な方向に一定の厚さを持つ層を意味する。
【００６５】
「コンフォーマル」とは、たとえばパターンの側壁での層の方向の変化にもかかわらず、製造公差の範囲内で同じ厚さを持つ層の形状を意味する。
【００６６】
「マイクロレンズ」とは、一般に直径が５ｍｍ未満、または２ｍｍ以下で、約１０μｍに達する可能性があり、寸法（直径またはスイープ）の１つが１ｍｍ以下の小さなレンズを意味する。
【００６７】
本発明は、図２に示されるようなマイクロレンズ１０を直接的または間接的に製造することを可能にすることができる。こうして製造される各マイクロレンズ１０は、有利には、非球面曲率１１、特に低い（＜１０−２μｍ−１）曲率を有することができ、または非常に低い（＜１０−６μｍ−１）曲率ですら有することができる。より具体的には、それは、１μｍより大きく３００μｍ未満、例えば１００μｍに等しいスイープｆに対して、１０μｍより大きく５ｍｍ未満、例えば２ｍｍに等しい横方向寸法Ｄを有する。スイープｆは、マイクロレンズの横方向の寸法に垂直な方向で測定される。通常、ｆとＤは、それぞれ軸ＺとＸに沿って測定される。各マイクロレンズ１０は、曲率１１のいずれかの側または周囲に配置された延長部１２をさらに含むことができる。これらの延長部１２は、必要に応じて、位置合わせマーキング領域として機能することができる。後に現れるように、これらの延長部１２は、有利には、本発明による方法の実施から自然に導き出され、したがって、実行される特定の追加の処理を必要としない。
【００６８】
本発明の第１の実施形態は、図３Ａから３Ｉおよび図６を参照して以下に説明される。  
【００６９】
この第１の実施形態は、特に、ナノインプリント型のマスター１を製造するための方法１００を説明するが、以下に与える説明は、必要な変更を加えて、ナノインプリント型の一部を製造するための方法１００および／またはレンズを製造するための方法１００に適用できる。少なくとも１つの湾曲したパターン６を有する構造体１を製造するための方法のこれらの３つの変形は、実際、第１のものについては、構造体１としてのナノインプリント型のマスターの製造を提供し、第２のものについては、構造体１としてのナノインプリント型の一部であり、第３のものについては、構造体１としてのレンズの製造用のものである。
【００７０】
前述の図を参照すると、ナノインプリント型用のマスター１を製造するための方法１００は、最初に、構造化された基板２を提供するステップを含む。
【００７１】
基板２は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガラス、窒化ケイ素などから選択される材料に基づく。より一般的には、基板２は、一方で、以下に説明するように構造化することができ、他方、本発明による方法の実施中に受ける温度および他の応力に耐える。この最後の応力は、本発明による方法１００の間に基板２がさらされる温度が一般に必ずしも高くないことを考えると、強く制限するものではない。通常、樹脂などのポリマーの層から作成されたパターンの場合、基板がさらされる温度は４００℃を超えない。
【００７２】
以下に説明する例示的な実施形態では、基板は、８インチまたはそれ以上の直径を有し得るシリコンウェーハを含む。以下に見られるように、そのようなウェーハは、本発明による方法の単一の実施においていくつかのマスターを製造するのに十分な作業面を有利に提供する。
【００７３】
より具体的には、基板２は、部分的に、好ましくは部分的にのみ構造化された前面２０を備える。したがって、基板の前面２０は、少なくとも１つの構造化された部分２１および別の非構造化された部分２２を含むか、またはそれらからなる。
【００７４】
各構造化された部分２１は、それらの間のスペース４を画定する複数のレリーフ３を含む。同じ基板２上に、それぞれがそれに固有の複数のレリーフ３を含むいくつかの構造化された部分２１を提供することができる。基板２の前面２０の他の部分２２は、レリーフがない。それは、実質的に平坦であることが好ましい。複数のレリーフ３が提供され、それぞれが基板２の前面２０の構造化された部分２１を占める場合、前面２０の他の部分２２は、各構造化された部分２１の周りおよび複数の構造化された部分によって形成されたアセンブリの周りに一体的に延びることができる。したがって、各構造化された部分は、基板２の前面２０のレリーフのない部分２２によってすべての側面を取り囲むことができる。その結果、基板の前面を構成する少なくとも２つの複数のレリーフ３が、それらの間の第２のスペースを画定する。各第２のスペースは、同一の複数のレリーフ３の間に画定されたスペースよりも大きく、例えば、少なくとも１０倍大きい。一般に、基板２の前面２０の構造化は、好ましくは、フォトリソグラフィなどのマイクロエレクトロニクスにおける既知の方法、より具体的には、ディープレリーフマイクロエレクトロニクス製造方法（例えば、ハードマスクおよび方法Ｂｏｓｃｈ（登録商標））を使用して実行される。
【００７５】
図３Ａに示されるように、基板２の前面２０の構造化は、基板の前面２０内の間にキャビティ４１を形成する複数のレリーフ３、３１の形成を含む。以下に示されるように、本発明は、基板の前面を構造化するためのこの方法に限定されない。
【００７６】
各キャビティ４１は、１０μｍを超える、好ましくは１００μｍを超える高さ、より具体的にはここでは深さを有し得る。各キャビティ４１はまた、２０から２００μｍの間に含まれる、好ましくは５０から１００μｍの間に含まれる、少なくとも１つの横方向寸法を有することができる。各キャビティ４１は、例えば円形断面のような穴の形状にすることができ、その場合、キャビティ４１の横方向の寸法は、その直径に対応する。キャビティ４１が穴を形成するとき、後者は貫通しているか、または出口がなくてもよい。あるいは、またはさらに、各キャビティ４１は、長方形または多角形の穴の形状、例えば、長方形または正方形の断面、それ自体が閉じているかまたは閉じておらず、交差するか少なくとも１つではない他の溝の形状などの他の形状であり得る。
【００７７】
図３Ａに示されるような複数のレリーフ３は、概念的に、複数のレリーフ３１、ならびに複数のレリーフ３１のいずれかの側に、基板２の縁まで、または別の複数のレリーフまで延びるレリーフ３２を含むことができる。
【００７８】
図３Ａに示されるようなレリーフ３１は、上記のキャビティ４１の寸法と実質的に等しい寸法を有する。本発明はこの例示的な実施形態に限定されないが、他方では、レリーフ３１は、少なくともそれらに十分な機械的強度を保証するサイズであることが好ましい。したがって、レリーフ３１は、好ましくは、２０から２００μｍの間、好ましくは５０から１００μｍの間からなる横方向の寸法を有する。さらに、それらの高さは、基板２の厚さによってのみ制限することができる。
【００７９】
一般に、基板２の前面２０の構造化は、各複数のレリーフ３１の間に画定されたスペース４、４１（および４２、図４Ａを参照）が対応する構造化部分２１の表面の半分に及ばないように構成されることが好ましい場合がある。この応力は、同一の複数のレリーフ３について、基板２の前面の構造化が、互いに隣接する２つのレリーフの間、又は、互いに隣接するレリーフの各対の間での距離の提供を含む場合、一般に評判が良く、前記距離が、複数のレリーフの少なくとも１つのより小さな横方向の寸法に少なくとも等しいようになる。
【００８０】
したがって、基板２の前面２０の構造化は、基板２の前面２０全体を一度に処理することができるので、周知の制御されたマイクロエレクトロニクス技術によって、工業効率で有利に実行することができる。
【００８１】
構造化された基板２が提供されると（１１０）、本発明による製造方法１００は、基板２の前面２０上にベース層５を堆積するステップ１２０を含む。
【００８２】
好ましくは、このベース層５は、樹脂などのポリマーのうちの１つとガラスとを基にした材料から形成される。ここで、ポリマーとガラスは、特にガラス転移温度Ｔｇを超えると、粘弾性変形する可能性があるという共通点があることに注意すべきである。一般にポリマーよりも剛性の高いガラスが、曲率の低いパターン６の製造に好ましいであろう。このように変形可能であり、基板２の完全性を維持するのと互換性のある温度範囲内であることが知られている他の材料を検討することができる。
【００８３】
ベース層５は、より具体的には、少なくとも各複数のレリーフ３に沿って堆積される。メッシュサイズの概念が導入されたときに以下で説明される理由のために、それは好ましくは前記レリーフを超えて拡張する。したがって、非限定的な方法で、ベース層５は、基板２の前面２０全体に沿って延びることができる。ベース層５の堆積１２０は、少なくともその変形の前に、ベース層が、例えば、２０から２００μｍの厚さを有するように実行される。
【００８４】
堆積されたままのベース層５は、その変形前に、均一であることが好ましい。その厚さは、製造許容範囲内で、その範囲全体にわたって一定である。このようにして、形成されたパターン６の形状は、本発明による方法に統合する必要がない限り、より良く、またはより容易に制御することができ、その影響の管理は、特に堆積（１２０）されたままのベース層５の不均一性、特に厚さの変化に影響を与える。
【００８５】
ベース層５を堆積するステップ１２０は、以下のステップのいずれかを含むことができる：
ラミネート加工によってドライフィルムを堆積するステップ、および
遠心コーティングによってベース層５の材料を含む溶液を堆積するステップ。
【００８６】
したがって、ベース層５の堆積１２０は、周知の制御された堆積技術によって、工業効率で有利に実行することができ、特に、基板の前面２０全体を一度に処理することを可能にする。
【００８７】
ラミネート加工による乾燥膜の堆積によるベース層５の堆積１２０は、好ましくは真空下で実施される。
【００８８】
本発明の製造方法１００に従って使用することができる様々なポリマーに基づく様々な乾燥フィルムが、今日販売されている。たとえば、ＤｕＰｏｎｔ（商標）のＭＸ５０００（商標）シリーズやＮａｇａｓｅＧｍｂｈのＡ２０２３フィルムなどが挙げられる。そのようなフィルムの製造業者は、一般に、粘弾性パラメータ、堆積パラメータ、および厚さなど、本発明による方法の実施に関わるパラメータを特徴付けうる。
【００８９】
前述の堆積技術は、それらの唯一の実施形態によって、ベース層５を温度または圧力条件にさえもたらし、堆積（１２０）後、または堆積（１２０）中を含めて、それを特に粘弾性的に変形させることができる。
【００９０】
あるいは、またはさらに、少なくともベース層５を十分な温度にさらすか、または制御された周囲圧力にさらして、その粘弾性変形、あるいはその塑性変形を誘発すると考えられる。
【００９１】
より具体的には、ベース層５は、加熱される前に固体に堆積されるか、または「高温」に堆積されるかのいずれかである。ベース層５の［温度Ｔ、時間ｔ］の組合せに対する変形は、必要に応じて部分的にスペース４を充填できるように選択される。この時間は、１分から数時間、さらには１日または数日の範囲で変更でき、温度が高いほど、充填時間は短くなる。ガラス転移温度Ｔｇより少なくとも１０°高い温度が選択される（粘弾性変形を誘発するため）。有利には、ガラス転移温度Ｔｇより１０から４０℃高い温度Ｔが選択されるが、ベース層５および／または基板の材料の劣化がない限り、この範囲を超えてもよい。最高温度では、むしろ粘性流が得られる（ただし、粘性流は粘弾性変形に含まれたままである）。
【００９２】
さらに、上に示したように、ベース層５を堆積するステップ１２０と、ベース層５の材料が、スペース４の少なくとも１つ、好ましくは、同一の複数のレリーフの間に画定されるすべてのスペースを、少なくともベース層５の粘弾性変形によって、少なくとも部分的に充填することができるようにするステップ１３０は、異なる圧力条件下で実行することができる。より具体的には、堆積ステップ１２０は、好ましくは真空下で実行されるが、次に、ステップ１３０は、より高い圧力で、特に大気圧で実行され得る。このステップ１３０は、圧縮空気または窒素の流れの下で実行することができる。したがって、ベース層５の第２の面５０と、ベース層５の自由表面を画定するこの第２の面５０と、基板２の前面２０に面して配置されたベース層５の第１の面との間の空気圧差が生じる。この差は、ベース層５の自由表面５０の粘弾性変形を支援する。
【００９３】
したがって、ベース層５の材料が、少なくともベース層５の粘弾性変形によって同一の複数のレリーフ３の間に画定されるスペース４の少なくとも１つ、好ましくはすべてのスペースを少なくとも部分的に充填することができるようにするステップ１３０は、積極的な作用（特に温度の上昇）を必要とする場合と必要としない場合がある。この必要性または不必要性は、少なくとも粘弾性パラメータ、堆積パラメータ、およびベース層５の厚さに依存して決められる。積極的な作用が必要とされない場合、堆積（１２０）されたままのベース層５を一定時間自由に自然に進化させるのに十分である。
【００９４】
通常、考慮される温度は、ポリマーの場合、−２０℃から４００℃の間に含まれ、より具体的には、２０℃から２００℃の間に含まれる。ガラスの場合、３００℃から７００℃の範囲で構成される（組成によって異なる）。パターン６の形状は、関与する表面張力のバランスに達する前に、ベース層５がさらされる温度に非常に依存して時間とともに変化することにも留意されたい。一般に、温度が高いほど、パターン６の形状の変化が速い。
【００９５】
上記のように、基板２の前面２０を構成する複数のレリーフ３のレリーフの間に画定されたスペース４の充填は、レリーフ３の間で空いているスペース４に流入するベース層５の変形、特に粘弾性に関連している。
【００９６】
図３Ｃは、ベース層５が流れて、各キャビティ４１を部分的に充填する状況を示している。この充填の直接の結果は、基板２と反対のベース層５の面（または自由表面）５０の連続的な変形であることがこの図に示されている。ベース層５の自由表面５０のこの連続的な変形は、少なくともレリーフ３１に沿って湾曲したパターン６を含む。これは、このパターン６であり、その形状は、その有利なことに、非球形、低い、または非常に低い曲率を有する。図２に示されるようなマイクロレンズ１０の形状および曲率１１を最終的に画定するのもこのパターン６である。
【００９７】
層５の自由表面５０の変形に関して、いくつかの観察が即座に現れる。
【００９８】
第一に、自由表面５０は連続したままでなければならない。その変形がその破裂につながってはならない。これを確実にするために、層５の厚さ、それが変形されるようになる温度、および／またはベース層５が変形されるために残される時間は、すべて考慮されるべきパラメータである。
【００９９】
また、特に図３Ｃおよび３Ｄを比較することにより、形成されたパターン６の形状、特にスイープｆ（または深さ）は、スペース４の充填の程度に依存することが分かる。ベース層５の自由表面５０の変形は、この変形が所望の形状のパターン６の生成をもたらしたときにそれを中断するようにする。ベース層５の材料を流動させて、スペース４を完全に充填することも可能である。この場合、堆積されたままのベース層５の厚さは、スペース４によって表される体積に対して十分でなければならない。層５の自由表面５０は、特定の安定した形状を取り、その曲率は、関与する表面張力によって決定される。
【０１００】
関与する表面張力のバランスをとることによって進行するか、安定化の前に選択した瞬間に変形を中断することによって進行するかにかかわらず、形成されるパターン６の曲率は、少なくともベース層５の粘弾性または塑性パラメータに依存する。ある程度、パラメータは順に、ベース層５の堆積パラメータに依存する。
【０１０１】
これらの考察から、複数のレリーフ３ごとに、レリーフ３の数、形状、および空間分布は、少なくとも粘弾性または塑性パラメータ、およびベース層の堆積パラメータに従って構成されるべきであるということになる。形成されたパターン６が安定しているかどうかの曲率を決定するのは、これらのパラメータのセットである。
【０１０２】
ベース層５の組成で変更することも可能である：したがって、ベース層５は、単一の層ではなく、ガラスおよびポリマーから選択された異なる材料の２つ以上の層のスタックからなり得、その特性は、それらの厚さとそれらのガラス転移温度Ｔｇの少なくとも１つは異なる。したがって、特にパターンの曲率および／またはサイズに関して、各ニーズおよび各目的に適応するために、方法を実施するためのかなり多くの可能性が得られる。実際、シミュレーションまたは経験的に、変形を誘発するために、材料の選択、層の厚さ、温度および圧力などのさまざまな方法パラメータを最適化することが可能である。有効な方法としては、最も流動性の低い（粘弾性、均一な粘性）層は、スタックの最下部（すなわち、基板２の前面２０の側）に配置され、より弾性のある層は、積層体の一番上に配置される。
【０１０３】
表面張力のバランスをとることによって進行するか、または選択された瞬間に変形を中断することによって進行するかにかかわらず、ベース層５の自由表面５０は、その形状を維持するのに十分に剛性または強固にされていることが好ましい。マスターの製造のために、ベース層５の自由表面５０は、その後の型の製造を可能にするのに十分に剛性であるかまたは強固にされていることが好ましい。
【０１０４】
ベース層５の堆積パラメータ１２０、ならびに温度、またはスペース４の充填中にベース層５が維持される圧力パラメータ（後者のパラメータは時間とともに変化することができる）は、表面張力のバランスに達したとき、または変形が中断されたとき、ベース層５の自由表面５０の堅い状態に多かれ少なかれ影響を与える。この剛性は、形成されたパターン６の形状が維持されることを確実にするのに十分であり得る。そうでなければ、方法１００は、パターン６が形成されると、少なくとも表面上で、ベース層を硬化させるステップをさらに含み得る。
【０１０５】
ベース層５の材料がポリマーである場合、硬化ステップは、少なくともベース層５の表面上に、ガラス状、固体またはゴム状の状態でポリマーを提供することを含むことができる。ポリマーの架橋は、光束の適用、例えば、ＵＶ（紫外線）処理、または熱処理のいずれかによって得ることができる。粘弾性材料がガラスである場合、硬化ステップは、ガラスを、少なくともベース層の表面に、ガラス状態にすることを含むことができる。硬化ステップが必要でない場合、それは、ベース層５の材料が、積極的な作用を必要とせずに、すでに前述の状態の１つにあることを意味する。
【０１０６】
図３Ａから３Ｄを参照して説明したばかりの実施形態による方法１００を実施することによって製造されたマスター１のパターン６は、形状が凹状である。
【０１０７】
本発明による製造方法１００の他の任意のステップは、特に図３Ｅから３Ｉおよび６を参照して、以下に説明される。
【０１０８】
図３Ｅから３Ｇに示されるように、本発明による製造方法１００は、形成されたパターン６の周りのベース層５を除去するステップ１４０をさらに含み、基板２の前面２０のうちレリーフのない部分２２を露出させることができる。図３Ｅから３Ｇに示されるように、この除去ステップは、フォトリソグラフィによって実行することができ、パターン６は１００μｍを超える、または１ｍｍをさらに超える横方向サイズを有するので、そのコストはここでは非常に低く、有利である。図３Ｈに示すように、酸化物タイプのマスクの有無にかかわらず、エッチングによって残留物を除去することにより、除去ステップを完了することができる。
【０１０９】
図３Ｉに示されるように、本発明による製造方法１００は、潜在的に基板２の前面２０全体と一致して、各パターン６および基板２の前面２０の露出部分上に仕上げ層７を堆積するステップ１５０をさらに含み得る。仕上げ層７は、特に最終的に製造されることが望まれる対象物の機能性に関して、パターン６の形状を変更しないように、またはパターン６の寸法を大幅に変更しないようにさえ、好ましくはコンフォーマルである。仕上げ層７は、例えば、酸化物、特に酸化ケイ素に基づいており、特に、基板自体がシリコンまたは窒化ケイ素に基づいている場合はそうである。
【０１１０】
より具体的には、マスター１は、このように、特に非粘着層の仕上げ層７へのグラフト化および／または一般に有機元素を含み、中間型を形成することを意図した転写層におけるパターン６の転写を含む追加のステップで用意される。パターン６の転写層がマスター１から剥離されるときに不要な引き裂きを防ぐために、非粘着層が提供される。
【０１１１】
さらに、仕上げ層７が酸化ケイ素または窒化ケイ素に基づくことは有利である。なぜなら、そのような層は、転写層を構成する有機元素に対して不浸透性であるからである。これにより、これらの有機元素の構造体１への移動が防止される。このタイプの材料では非粘着層のグラフト化が容易になるため、これも有利である。
【０１１２】
この段階で、例えば図２に示すようなマイクロレンズの製造を目的としたナノインプリント型を製造するために、本発明の第１の変形例に従って製造方法１００を実施することによって製造されたマスター１が準備される。あるいは、本発明の第２の変形例による製造方法１００を実施することによって製造された型の部品は、図２に示されるようなレンズをナノインプリントによって製造するために準備される。
【０１１３】
図７Ａから７Ｃは、上記のような製造方法１００の実施例を示している。
【０１１４】
図７Ａは、それらの間にキャビティ４１を形成する複数のレリーフに対して横方向に取られた基板２の断面図を示す。図７Ｂに示されるように、キャビティ４１は、実際には、基板の前面２０に形成された円形断面の穴を規則的に敷き詰める。ベース層５は、レリーフに沿って、一般にレリーフを超えて湾曲したパターン６を有するように変形される。図７Ａに示されているパターン６は、図７Ｂに示されている矢印に沿って配置されている。このパターン６は、より具体的には、１２０℃に維持され、１気圧の圧力下で、ラミネート加工による堆積後８分間、ポリマーの乾燥フィルムを堆積することによって得られた。図７Ａ、さらには図７Ａの縦座標を拡大した図７Ｃで、パターン６の曲率が横座標０および４５００μｍで消滅することがわかる。したがって、パターン６のメッシュサイズは、その曲率が消滅する前にパターン６が延びる横方向の範囲として画定される。したがって、図示の例では、メッシュサイズは約４５００μｍである。
【０１１５】
メッシュサイズは、ベース層５の変形中の望ましくないエッジ効果を回避するために、レリーフ３に沿って、およびレリーフ３を超えて、中心に層５を堆積しなければならない範囲を画定することができる。いくつかの複数のレリーフ３が基板２の前面２０を構造化する場合、メッシュサイズは、これらの複数の間に配置される距離をさらに画定して、複数でのベース層５の変形が他の任意の複数でのベース層５の変形に影響を与えるのを防ぐことができる。したがって、複数のレリーフが基板の前面を構造化する場合、各複数のレリーフが他の影響なしに生成するパターン６の曲率を画定することが望ましければ、各複数のレリーフは、自己管理として、他の複数のレリーフから十分に離間されるべきである。
【０１１６】
図８Ａおよび８Ｂは、ここでは２つの複数のレリーフ３が明示的に示されていることを除いて、図７Ａから７Ｃを参照して今説明したものに対応する例を示しているが、これらは互いに同一ではなく、スタイラスによって測定され、図８Ｂに再現されたプロファイルによって示されているように、一方によって形成されたパターン６が２つの複数のレリーフ３の他方によって形成されたパターン６に影響を及ぼさないように十分に間隔が空けられていない。実際に、図８Ｂにおいて、２つの複数のレリーフのうちの一方によって形成されたパターン６は、２つの複数のレリーフのうちの他方によって形成されたパターン６とは、深さ、湾曲、およびサイズが異なることが分かる。これは、形成されたパターン６に対するレリーフの数、形状、および空間分布の影響を示している。図８Ｂから、２つのパターン６間のプロファイルの高さが、２つのパターンの側面のいずれかのプロファイルの高さよりも低いことも分かる。したがって、プロファイルは、２つのパターンのいずれかの側のプロファイルの高さに実質的に等しい高さの方位を形成せず、これは、２つのパターン６が互いに独立して形成されるように十分に離間されている場合である。
【０１１７】
複数のレリーフおよびそれらの表面密度を調整することによってパターンの形状を制御することができる場合でも、基板のスケールで方法の起こり得る影響を補償することが可能であることに留意されたい。この影響は、例えば、熱膨張効果またはポリマーの架橋に関連する体積収縮に関連している可能性がある。この影響の補償は、たとえば、トライ／エラーから最適解への収束からなる実証的研究から形成されたパターン６の局所的な修正によって達成できる。
【０１１８】
次に、本発明による方法の他の２つの実施形態を、それらを上記の実施形態と区別するものに関して、図４Ａから４Ｄ、５Ａおよび５Ｂを参照して説明する。一般に、これらの２つの他の実施形態は、凸形状の構造体１（マスター、モールド部品またはレンズ）を得ることができる。
【０１１９】
図４Ａから４Ｄは、２つの実施形態のそれぞれを説明するために有効である。基板２の前面２０上の突起形状の複数のレリーフ３がその中に現れる。
【０１２０】
図４Ａに示されるレリーフ３は、図５Ａに示されるように、基板２の前面２０上に形成されたメサ４３に複数のキャビティ４２を形成することによって得ることができる。キャビティ４２は、上記のキャビティ４１のものと同一の形状および寸法をとることができる。
【０１２１】
図５Ｂに示される実施形態によれば、図４Ａに示されるレリーフ３は、基板２の前面２０上に複数のレリーフ３１を形成することによって得ることができる。レリーフ３１は、上記のキャビティ４１と実質的に同一である相補的な形状および寸法をとることができる。
【０１２２】
構造化基板２が提供（１１０）されると、前と同様に、ベース層５は、少なくとも複数のレリーフ３に沿って堆積される。
【０１２３】
図５Ｂに示される実施形態とは異なり、複数のレリーフ３を超えて延びるベース層５の部分は、基板２の前面２０上に載っていなくてもよい。これは、特に粘弾性、あるいは塑性パラメータ、およびベース層５の堆積パラメータに依存する。
【０１２４】
したがって、ベース層５の材料がスペース４を充填することを可能にするステップは、ベース層５の材料が、基板２の前面２０の少なくとも一部と接触するレリーフのない基板の前面２０の部分２２に沿って配置することを可能にするステップをさらに含むことができる。また、少なくとも２つの複数のレリーフ３が、それらの間に第２のスペースを画定することによって、基板２の前面２０を構造化する場合、層５の材料でスペース４を充填することを可能にするステップ１３０は、第２のスペースに沿って配置されたベース層５の材料がこれらの第２のスペースを少なくとも部分的に充填するステップをさらに含んでいてもよい。
【０１２５】
上記の実施形態による方法１００によって、型の部品、ナノインプリンティングマイクロレンズ用の型の部品、最終的には図２に示されるような、非球面曲率、特に低い（＜１０−２μｍ−１）、または非常に低い（＜１０−６μｍ−１）曲率レンズを製造するためのマスターを製造することが可能である。
【０１２６】
本発明は、ベース層５が堆積（１２０）されるレリーフ３１の間に画定されたキャビティ４１、４２またはスペースを充填することにより、ポリマーまたはガラスに基づくベース層５の自由表面５０の粘弾性、および潜在的には塑性変形を利用する。形成された各パターン６の形状、湾曲およびスイープは、キャビティ４１、４２および／またはレリーフ３１の密度、ベース層５の粘弾性、およびベース層５の堆積パラメータに依存する。変形した材料の体積は、キャビティ４１、４２、またはレリーフ３１の間に画定されたスペースの体積に比例するが、パターン６の形状は、順に、キャビティ４１、４２および／または特定のメッシュサイズのレリーフ３１の密度により関連している。メッシュサイズは、材料および方法１００が実施される条件に依存する。生成されたままのパターン６が非球面形状であり、曲率が低い、または非常に低い場合、その形状比は、新しい基板上でのインプリントエッチングステップによってさらに強調することができる。その場合、形状係数は、エッチング方法と関連する材料にさらに依存する。特に、ベース層５の樹脂と基板との間のエッチング選択性が厳密に１より大きい場合、曲率は減少する。逆に、ベース層５の樹脂と基板との間のエッチング選択性が厳密に１未満である場合、曲率は増加する。
【０１２７】
本発明による製造方法１００は、直径８インチ、またはそれ以上のウェーハの形状の基板２上に、潜在的にわずか数分で複数のパターン６を並行して製造することを可能にする。得られた構造体１が複数のパターン６を有する場合、後者は、互いに対して所定の相対位置を有するように形成されている可能性がある。この場合、いくつかのパターン６を含む構造体１は、例えば、構造体１がマスターである場合、互いに対して所定の相対位置を有する複数のマイクロレンズの同時ナノインプリントを可能にする型を製造するために、それ自体で使用することができる。あるいは、いくつかのパターン６を含む構造体１は、例えば、構造体１がマスターである場合、パターン６を互いに分離することを目的として切断を行い、その結果、マイクロレンズの製造においてそれらのそれぞれを型の部品の製造に使用することができる。
【０１２８】
本発明の別の態様は、実際、少なくとも１つのナノインプリント型の製造のために、上記の実施形態の１つに従って方法１００を実施することによって製造されたマスター１の使用に関する。
【０１２９】
別の態様によれば、本発明は、上記の実施形態の１つによる方法１００を実施することによって製造されたマスター１から成形することによって少なくとも１つのナノインプリント型を製造する方法に関する。
【０１３０】
別の態様によれば、本発明は、上記の実施形態の１つによる方法１００を実施することによって製造されたマスター１から成形することによって少なくとも１つのナノインプリント型を製造する方法に従って製造されたナノインプリント型を使用してナノインプリントによる少なくとも１つのマイクロレンズ１０を製造する方法に関する。
【０１３１】
本発明の方法１００に従って製造された構造体１は、実際に、曲率が低い、または非常に低いマイクロレンズまたは三次元形状の製造に応用されている。構造体１は、実際、本発明による方法１００によって形成されたパターン６を含む型として使用することができる。このような型を使用して製造されるマイクロレンズまたは三次元形状は、可視イメージング用の可視波長を透過する永久ポリマー、または赤外線イメージングに関連する用途のシリコンからレンズを製造するためのエッチングマスクとして使用されるポリマーから作製することができる。
【０１３２】
本発明による方法１００によれば、反射基板上に堆積されたポリマーの層に三次元形状を製造して、反射光学系を作製することが依然として可能である。反射光学系を作るための非反射性基板の使用は、それを薄い反射層（例えば、可視の波長に対しては通常金属である）で覆うことによっても考慮される。
【０１３３】
本発明による方法１００によれば、最適なまたは改善された動作を有するために、その上に特定の曲率を必要とする可撓性構成要素を移送するためのハンドルとして使用できる湾曲した基板を製造することも可能である。これは、例えば、ＣＣＤ（「電荷結合デバイス」の場合）センサーなどのイメージャーまたはビデオセンサーの場合であり、したがって、湾曲した検出器を持つことができる。次に、曲率は、本発明による方法１００で製造された支持基板によって誘発される。さらに、センサーの製造は平らな基板上で行うことができ、センサーは次に支持基板上に移される。これにより、センサーの製造におけるいくつかの応力、特にセンサーに関連する光学部品の製造におけるいくつかの応力を軽減することができ、これはもはや必ずしも湾曲させる必要がない。
【０１３４】
本発明は、前述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態に及ぶ。
【０１３５】
例えば、図が、すべて同一であるレリーフ３１およびキャビティ４１、４２を示す場合、レリーフ３１およびキャビティ４１、４２が同じ複数または異なる複数の場合であろうと、また同じ複数内であろうと、ある複数から別のものであろうと、レリーフ３１およびキャビティ４１、４２は、様々な形状およびサイズを取り得る。
【０１３６】
例えば、同一の複数のレリーフ３１およびキャビティ４１、４２は、異なる高さまたは深さを有し得る。これにより、最終的に得られるパターン６の形状に大きな自由度が与えられる。
【０１３７】
例えば、キャビティ４１、４２および／またはレリーフ３１は、互いに異なる直径の同心円状のリングを形成することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  マスター、構造体
２  基板
３  レリーフ
４  スペース
５  ベース層
６  パターン
７  仕上げ層
８  直径
１０  マイクロレンズ
１１  非球面曲率
１１  曲率
１２  延長部
２０  前面
２１  構造化部分
３１  レリーフ
４１  スペース
５０  自由表面
１０２  中間シリカ層
１０３  シリコン
１００１  熱酸化物層
１００２  窒化物層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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