光学要素の製造

专利摘要:
少なくとも１つの光学要素を複製する方法が提供され、方法は、２つの大きな側（１．１、１．２）を有する基板（１）および基板の両方の大きな側上の対応する場所にある貫通孔（２）または止まり孔によって規定される少なくとも１つの予め規定された複製部位を設けるステップと、複製により基板に複製された構造を付加するステップとを含み、複製された構造は、基板に接着し、当該複製部位において、当該貫通孔または当該２つの止まり孔それぞれの中の複製材料と第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている。
公开号:JP2011508253A
申请号:JP2010538309
申请日:2008-12-16
公开日:2011-03-10
发明作者:ルドマン，ハートムート；ロッシ，マルクス
申请人:ヘプタゴン・オサケ・ユキチュアＨｅｐｔａｇｏｎ Ｏｙ；
IPC主号:G02B3-00

专利说明:

[0001] 発明の分野
この発明は、エンボス工程を含む複製プロセスを用いて好ましくはウェハスケール上に、たとえば屈折光学レンズまたは回折微小光学レンズなどの複数の光学要素を製造する分野にある。より具体的には、これは、複数の光学要素を複製する方法を扱う。]
背景技術

[0002] 発明の背景
複製された光学要素は、レンズなどの屈折要素、潜在的には少なくとも部分的に反射する要素などの、いずれの予め規定された態様でも光線に影響を及ぼすための透明回折および／または屈折光学要素を含む。]
[0003] 複製によって光学要素を作製する場合、基板、複製ツール、ならびに基板および／または複製ツールと接して載置される複製材料に係る基本的構成がしばしば存在する。複製ツールは、複製すべき要素の表面構造と凹凸が反対の複製構造を備える。複製プロセスの過程で、複製材料が硬化され、その後複製ツールが除去され、複製材料が基板に接して残る。]
[0004] 特に関心があるのはウェハスケールでの作製プロセスであり、ここでは、たとえばＷＯ２００５／０８３７８９に記載のように、大規模な、たとえば円盤状（ウェハ）構造上に光学要素のアレイが作製され、これは複製後に個別の要素に分離（ダイシング）されるか、または他のウェハ状の要素の上に積層され、積層後に個別の要素に分離される。「ウェハスケール」とは、直径が２インチから１２インチの間のディスクなどの、半導体ウェハと同等の大きさの円盤状または板状の基板の大きさを指す。]
[0005] 以下の本文では、基板は「ウェハ」と称されることがある。これは、基板の大きさまたは形状の観点で限定を与えると解釈されるものではなく、むしろこの用語は、複製プロセスに続く何らかの段階で複数の構成要素にダイシングされる光学要素のアレイに好適ないずれの基板も示す。]
[0006] 複製プロセスで製造される光学要素は、ウェハの両側上の複製構造をしばしば含み、たとえば２つの側はともに２つの表面を有するレンズを構成する。そのようなレンズは、２つの凹面、２つの凸面、凹面および凸面、少なくとも１つの表面上の凹凸の混合した構造、少なくとも１つの表面上の回折構造などを有し得る。]
[0007] 多くの光学系では、軌道長さ（レンズを通って進む光の経路）はレンズの設計についての重要なパラメータである。しかしながら、ウェハスケールの基板の２つの側上にレンズを作製するにはいくつかの限定がある。すなわち、
・必要とされる機械的安定性を与えるには、基板の厚みは典型的には４００μ以上の最小厚みを有している必要があり、
・費用の理由により、基板はしばしば標準的な厚みを有する既製品であることが選択される。利用可能な標準的な厚みの範囲は制限されており、この制限は光学的設計の限定に繋がる。]
[0008] 現行技術に従う凸凹レンズの例が図１３に示される。このレンズは、たとえばガラス板の透明基板１の両側上の２つの複製された（部分的）要素１０１、１０２からなる。基板表面に対して法線方向ｚの厚みｄzは重要な設計パラメータであり、設計者はパラメータを変更可能であることを望む。示された現行技術の解決策によればそれは不可能であった。] 図１３
発明が解決しようとする課題

[0009] 発明の概要
この発明の目的は、先行技術の方策に関する設計上の制約なく複数の光学要素を複製するための方法（すなわちウェハスケール複製）を提供することである。この発明のさらなる目的は、基板が載せる少なくとも１つの光学要素を複製する方法であって、基板の物性による光学要素の光学特性に対する影響がより少ない方法を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0010] 発明の第１の局面に従うと、複数の光学要素を複製する方法が提供され、方法は、
・２つの大きな側を有する基板と基板の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔の対によって規定される複数の予め規定された複製部位とを設けるステップと、
・複製により、基板に複製された構造を付加するステップとを含み、複製された構造は、基板に接着し、かつ当該複製部位に、当該貫通孔または当該止まり孔の対それぞれの中の複製材料と第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている。]
[0011] この発明は、光学要素自体が機械的に安定していなければならないという要件から離れて、光学要素の設計に関する厚みの制約（これは強い制約ではない、というのもレンズ、特にレンズの潜在的に薄いセクションの横方向寸法は非常に小さいからである）がないという重要な利点を特徴とする。さらに、貫通孔の場合は、それを通過する光が存在しないので、基板は光学特性を有する必要がない。基板は材料および表面の品質（引っかき傷など）という観点で評価されることがなくなり、したがって先行技術の基板よりもはるかに安価であり得る。異なるウェハスケールアセンブリまたは異なる光学要素の積層体においても省スペース化を図り得、潜在的に構成要素の数を低減し得る。なぜなら、基板を互いの上に直接に積層可能であり、またはより厚みの薄いスペーサを用い得るからである。]
[0012] 複製部位が貫通孔が規定する部位を含む場合、複製により複製された構造を付加するステップは、第１のオプションに従うと、
・第１の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、第１の複製セクションを備える第１の複製ツールおよび基板の第１の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップを備え得、複製材料は当該孔の中にあり、かつ第１の複製セクションと接し、さらに
・複製材料を硬化させて、基板に接着する硬化した複製材料を与えるサブステップと、
・第２の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、第２の複製セクションを備える第２の複製ツールおよび基板の第２の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップとを備え得、さらなる複製材料は第２の複製セクションおよび硬化した複製材料と接し、さらに
・さらなる複製材料を硬化するサブステップを備え得る。]
[0013] 「予め規定された位置関係は、すべての寸法において正確に予め規定されている必要はない。むしろ好ましくは、ｚ位置（大きな表面に対して垂直方向の位置）は正確に規定される一方で、ｘ−ｙ位置は、オプションで、複製セクションが複製部位内の場所にある程度にだけ規定され得る。しかしながら、第１および第２のツールの相対的なｘ−ｙ位置またはそれらによって複製される構造は好ましくはより正確に規定され、たとえば数μｍまたはそれよりも高精度で規定される。]
[0014] 第２のオプションに従うと、複製により複製された構造を付加するステップは、
・第１の複製ツール、第２の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、第１の複製セクションを備える第１の複製ツールおよび第２の複製セクションを備える第２の複製ツールを第１の大きな側および第２の大きな側に向けてそれぞれ移動させるサブステップを含み得、複製材料は、当該孔の中にありかつ第１の複製セクションおよび第２の複製セクションと接し、さらに
・複製材料を硬化させて、基板に接着する硬化した複製材料を与えるサブステップを含み得る。]
[0015] 複製部位が基板の対向する大きな側上の止まり孔によって規定される（すなわち貫通孔が存在しない）場合、１工程でまたは２工程で複製を行なうことも可能である。上述の貫通孔の中への複製方法に対して、しかしながら、複製材料は、１工程複製の場合は、２つの別個の部分、すなわち第１の止まり孔について１つ、第２の止まり孔について他方の１つ、にも与えられなければならないであろう。]
[0016] 好ましくは、すべての実施例において、複数の光学要素は、並列プロセスステップを備えるプロセスでウェハスケールで製造される。この際、基板は複数の複製部位を備え、ツールは複数の複製セクションを備える。]
[0017] 以下、貫通孔または止まり孔は「孔」と称されることがあり、「孔」といういずれの参照も、発明の「貫通孔」実施例および「止まり孔」実施例の両者に属する。]
[0018] 発明の言及される実施例のいずれの１つにおいても、複製ツールは、
・スペーサ部よりも遠くへの複製材料の横方向の（径方向の）流れを防止するための複製セクション周りのシールを形成するように、複製セクションを少なくとも部分的に取囲むかまたは完全に取囲み、かつ複製の間に基板表面に支えられるのに好適なコンタクトスペーサ部、および
・複製セクションの周辺の端縁によって形成され、表面エネルギ効果によって複製材料の横方向の流れを閉じ込めるのに好適な１つまたは複数の流れストッパ
のうち少なくとも１つを備えるように選択され得る。]
[0019] いずれの場合も、コンタクトスペーサ部および／または流れストッパを備えるそのような複製ツールは、個別の複製部位において複製材料の供給と組合せて用いられ、したがって、複製部位あたり少なくとも１つの複製材料部分においては、異なる部位の複製材料部分は全プロセスの間別々に留まる。適用例に依存して、これは、複製材料が基板の大きな表面にわたって供給される方策に勝る実質的な利点を特徴とし得る。また、これは、基板の相対的ｚ位置および複製ツールが周辺に固定されている場合に複製ツール（および／または基板）が当該厚みを正確に規定するには寸法的に十分剛性（stiff）でない場合にも、最終的な複製された要素のｚ寸法を規定するのを助けることができる。]
[0020] コンタクトスペーサ部は、好ましくは、複製セクションを規定する複製表面と同じ材料からなり、したがって複製セクションと連続しかつそれらとともに製造される。]
[0021] コンタクトスペーサ部は、以上に従うと、複製の間の機械的安定性を与えかつｚ寸法を規定するのに加えて、横方向の流れを防止するシールを形成する機能も有し得る。これは、複製部位が貫通孔によって規定される場合に特に好ましくかつ有利である。次に、好ましくは、第１の複製は第１の側から基板と接するようにされ、複製材料（またはその第１の部分）は、複製ツールが基板に支えられておりかつコンタクトスペーサが貫通孔の第１の側の縁の周りのどこかでシールを形成している場合に生じる止まり孔の中に、第２の、すなわち反対側から供給される。]
[0022] これに対し、次に第２の複製ツールは好ましくは、異なる径方向位置に複数の流れストッパを含むので、複製材料の量はｚ寸法ほど正確に規定される必要はない。複製側が貫通孔によって規定されているのではなく対向する側上にある止まり孔の対によって規定されている場合は、（両方の）複製ツールについても同じことが言える。しかしながら、流れストッパを有する複製ツールもコンタクトスペーサ部を有してもよく、好ましくはこれを有するであろう。コンタクトスペーサ部は流れストッパよりさらに外側にある。]
[0023] 上述の実施例のうちいずれの１つにおいても、複製された要素の機械的安定性およびその基板への接着のために、複製された光学要素構造の一部として複製されたベース層が生成されてもよい。ベース層は孔の端縁から外向きに延在し、これにより基板の大きな側のセクションを覆う。]
[0024] この目的のため、複製された構造を基板に付加するステップは、当該ベース層を有する複製された構造を付加するステップを含む。]
[0025] これを行なうため、第１の複製ツールもしくは第２の複製ツールのいずれか、または好ましくは第１および第２の複製ツールの両方に、複製セクションの周辺の、およびたとえばそれらを取囲む、ベース層複製セクションを設けてもよい。ベース層複製セクションはベース層を規定する。ベース層の横方向の延在は複製ツールによって規定されてもよく、または、複製ツールは、複数の可能な横方向ベース層延長閉じ込め部を設ける複数の流れストップを備えてもよく、またはベース層延長部はツールによって開放されたままであってもよく、したがって供給される複製材料の量によって単に規定されてもよい。]
[0026] この発明は、たとえば記載のような方法で製造される光学要素のウェハスケールアセンブリにも関し、アセンブリは、複数の複製部位を有する基板を備え、各々の複製部位は基板の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔によって規定され、複製された構造は、基板に接着し、かつ当該複製部位に、当該貫通孔または当該２つの止まり孔それぞれの中の少なくとも部分的に透明な複製材料と第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている。]
[0027] さらに、発明は、たとえば記載のような方法によって製造され、および／またはウェハスケールアセンブリを個別の光学要素にダイシングすることによって製造される光学要素にも関し、光学要素は、基板部の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔によって規定される複製部位を有する基板部を備え、複製された構造は、基板部に接着し、当該複製部位に、当該貫通孔または当該２つの止まり孔それぞれの中の少なくとも部分的に透明な複製材料と第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている。]
[0028] この本文を通して、寸法、方向および向きは、以下の図のうちいくつかでも図示されるデカルト座標系を参照することがある。ここで、ｘ−ｙ平面は複製ツールおよび基板の大きな平らな側全体によって規定される。ｚ方向はそれに対して垂直の方向である。この座標系の定義はこの明細書を通じておよびすべての図について用いられる。たとえば、複製された構造のｚ寸法は常に基板の大きな表面に対して垂直に測定される複製構造の厚みを示す。「横方向」および「径方向」という用語は、ｘ−ｙ平面の方向を指す（かつ光学要素軸または光学要素中心線を指し得る）一方、「厚み」はｚ方向の延長を指す。]
[0029] 基板の「側」または「大きな側」は、通常はその表面の主要な部分を構成する基板の本質的に平行な表面部分である（円盤状の基板については頂面および底面であり、矩形の基板については最も大きな表面などである）。]
[0030] 発明に従う方法で製造される光学要素は好ましくはレンズであり、「レンズ」は、光（これは、ＩＲおよびおそらくはＵＶ光などの不可視電磁放射を含む）が通過する（平行な平面ではない）２つの表面を有する透明な物体と解釈されるべきであり、入射角に依存して方向が影響される。この意味では、レンズは、軸対称（座標系のｚ軸に対応する対称軸）な伝統的なレンズであり得るが、そのような軸対称から逸脱する他のレンズであってもよい。]
[0031] 発明の原則およびその実施例が添付の図面を参照して以下の本文でより詳細に説明される。図面中、同じ参照番号は同じまたは類似の要素を示す。図面はすべて模式的なものであり、縮尺どおりではない。]
図面の簡単な説明

[0032] 基板の図である。
基板の断面図である。
発明の方法に従って作製されるレンズの異なる実施例の断面図である。
発明の方法に従って作製されるレンズの異なる実施例の断面図である。
発明の方法に従って作製されるレンズの異なる実施例の断面図である。
発明の方法に従って作製されるレンズの異なる実施例の断面図である。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
図７ａ〜図７ｆの方法のステップの変形である。
発明に従う方法の別の実施例である。
発明に従う方法の別の実施例である。
発明に従う方法の別の実施例である。
基板が止まり孔を含む、発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
基板が止まり孔を含む、発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
基板が止まり孔を含む、発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
基板が止まり孔を含む、発明に従う方法の実施例の方法ステップである。
発明に従う方法の実施例のフローチャートである。
発明に従う方法の実施例のフローチャートである。
現行技術に従うレンズである。] 図７ａ 図７ｂ 図７ｃ 図７ｄ 図７ｅ 図７ｆ
実施例

[0033] 好ましい実施例の説明
図１に概略的に示される基板１は、基板中の孔２によって規定される複数の複製部位を有して本質的に平らである。好ましくは基板はウェハスケールである。大きな表面上の孔の配置は、ダイシング（複製後、および潜在的には他のウェハスケール要素との積層などのさらなる方法ステップ後の光学アセンブリの個別の要素への分割）などの後続のプロセスステップを容易にするように規則的なパターンであり得る。] 図１
[0034] 発明の異なる実施例に用いられる基板は透明であり得る。これは、ガラス、または有機もしくは無機プラスチック材料、または十分な寸法剛性を与えるいずれの好適な透明材料からなってもよい。]
[0035] 代替例に従う基板は不透明（nontransparent）であり得る。特に、複製部位が貫通孔によって規定される場合、基板は、製造される光学要素がレンズである場合は不透明であってもよい。不透明基板は、基板を不透明にする色素および／もしくはコーティングもしくは他の添加物を付加された上述の材料のうちいずれの１つからなってもよく、またはこれは、半導体材料（基板はたとえばスクラップシリコンウェハであり得る）、金属、非透明（intransparent）金属酸化物、セラミックなどのような本質的に不透明な材料からなってもよい。より一般的には、これは十分な寸法剛性を与えるいずれの材料からなってもよい。]
[0036] 孔（貫通孔または止まり孔）は、示されるように円形の断面を有してもよいが、それらは楕円形、矩形（たとえば角が丸い）などの他の形状も有してもよい。形状は好ましくは十分に規定されているが、必ずしもそうでなくてもよい。止まり孔の場合、孔の深さも十分に規定されることが好ましい。]
[0037] 図２は、貫通孔２を有する基板１の概略的な断面を示す。基板の第１の（大きな）側および基板の第２の（大きな）側も図示され、図２に図示される向きでは、第１の側が上側に対応し、第２の側が下側に対応する。以下の説明では、複製された光学要素の「第１の側の表面」または「上」面および「第２の側の表面」または「下面」という用語は、最終製品中で基板の上面および下面とそれぞれ物理的に連続する表面を示し、本質的にそれらと同じ方向に向いている。これらの用語は、いかなる態様でも表面の形状を指すように解釈されてはならない。] 図２
[0038] 図１および図２では座標系も示される。これは上記定義に対応し、以下の図にも関する。] 図１ 図２
[0039] 以下の図では、光学要素（レンズ）の変形および少なくとも１つの光学要素を製造する方法の変形が図示される。図は、１つのレンズ（の製造）のみを示すが、しかしながら、すべての図示される実施例に対する好ましい変形がウェハスケール作製であり、ここでは、基板は複数の複製部位を備え、複製ツールは複数の対応の複製セクションを備える。したがって、以下の図における基板およびツールの図示は基板／ツールのセクションのみを示すと考えられることが意味され、示される構造のみが複数の複製部位の１つずつについて繰返される。]
[0040] 図３から図５は、例として、発明に従う方法で製造可能なレンズ１１、すなわち両凸レンズ（図３）、凹凸レンズ（図４）、および両凹レンズ（図５）、の原則を示す。] 図３ 図４ 図５
[0041] 図示される光学要素は軸対称の屈折レンズである。レンズ軸付近の中央部２１において、第１および第２の表面は所望の光学機能性に従う屈折表面を形成する。図から明らかになるように、発明の概念により、光学要素の厚みに対する制約はない。特に、中央部はほぼ任意に薄い部分を備えることができるので、非常に薄いレンズが可能である。]
[0042] 図示される実施例では、周辺部２２は、機械的安定性という理由により、孔の全周面２．１に沿って延びるように選択される。しかしながら、（孔の周面の）基板材料への硬化した複製材料の接着によって与えられる機械的安定性が光学要素を保持するのに十分でない場合、スペーサ孔２の端縁にベース層２３を設けることができる。ベース層２３は、より詳細に以下にさらに説明されるように、複製材料の量を十分な精度で規定することができない場合に、複製プロセスにおいてオーバーフローチャネルとして好適であるというさらなる利点を与える。]
[0043] たとえば図４によく図示されるように、先行技術の解決策（図１３）と比較した厚みパラメータｄzは、レンズ設計に依存して、先行技術の大きさよりもはるかに小さいかまたはそれとほぼ等しいものであり得る。発明の方策による当該厚みはほぼ自由に選択可能な設計パラメータである。] 図１３ 図４
[0044] 発明の実施例のさらに別の特徴および利点が図５に示される。光学要素は、アパーチャまたはバッフルなどの構成要素を備えることが多い。図５にアパーチャ２４が示されるが、しかしながら、応じたアパーチャを発明の他の実施例で設けてもよい。発明の実施例のいずれの１つについても、他のスクリーニング構造も類似の態様で設けてもよい。たとえば、基板１の両側上の２つのアパーチャ状の層を備えるバッフルである。] 図５
[0045] アパーチャ２４（またはバッフルの層）は、上面１．１全体を実質的に覆う層として設けられてもよい。したがって、アパーチャ層に高度な整列プロセスは不要である。実際、アパーチャが平らな構造である基板の製造は、複製プロセスとはほぼ完全に切離され得る。]
[0046] さらなる利点は、アパーチャ層がｚ位置に関してレンズ表面に対してより良い位置関係にあることである（先行技術の方策のように、複製された材料部分のすぐ下にあるのではない）。]
[0047] 基板１（スペーサウェハ）が光吸収性である場合、アパーチャまたはバッフルは不要である。]
[0048] 発明に従う方法は、当然ながら図示される実施例に制限されるものではないが、少なくとも透明な光学要素のいずれの種類について用いられてもよい。変形は、
・屈折レンズを形成する曲面に加えてまたはその代替としての微小光学屈折および／または回折構造、
・一方の側または両方の側上の凸凹構造の組合せ、
・非対称配置、
・いずれのベース層２３も有しない、ベース層を１つだけ有する、および／または全周辺を取囲まない少なくとも１つのベース層を有する配置（しかし、たとえば規定された周方向位置に棒状の突起を備えるのみ、
・円形以外の形の孔、外側の縁は十分に規定されている必要すらない、
・貫通孔ではないが、図６に図示されるような対応の横方向の位置に、基板の各側の止まり孔を含む孔；この際、孔同士の間に残っているブリッジ部１．３の少なくとも位置において基板は透明である、
・上記の組合せ、
を含むが、それらに限定されるものではない。] 図６
[0049] 当業者は、以下に説明される方法が、複製ツールの適切な修正によりすべての変形にも属することを理解するであろう。図６の実施例およびその変形のみが複製の際の方法ステップの順序に関して幾分異なった方策を要件とする。これは以下に明示的に扱われる。] 図６
[0050] 以下の図で、少なくとも１つの光学要素を製造する方法の変形が図示される。これらの変形のすべては好ましくはウェハスケールで行なわれる。（複製材料が各々の複製部位に個別に供給される）図示される供給ステップは、ウェハスケールで、好ましくは連続的なプロセスであろう。ここでは、供給ユニットまたはいくつかの供給ユニットは、ツール／基板の表面上を導かれて、インクジェットプリンタのように小滴が所望の場所に供給される。複数の部分の適用およびそれに関する利点に関して、読者は、ここに引用により援用されるＷＯ２００７／１０７０２７を参照されたい。代替策として、供給ステップは並列ステップであってもよく、たとえば、複製材料の小滴がツールの部分に接着した状態で大規模なツールをレセプタクルの中に浸すステップを含んでもよい。並列供給ステップのさらなる例として、複製材料が基板および／またはツール全体の大きな部分にわたる大きな区域上に供給されてもよい。]
[0051] 硬化ステップを含むすべての他のステップは、好ましくはウェハスケールで並列で行なわれる。]
[0052] 通常、基板上の複製部位の数は複製ツール上の複製セクションの数と等しいが、しかしながら、たとえばすべての複製部位が用いられるわけではなく、結果的にすべての複製部位について対応の複製セクションがツール中に存在するわけではない特殊なケースが企図され得る。また、予め規定された複製部位のための複製セクションに加えて、ツールが、基板の平らな予め構造化されていない部分のためのさらなる複製セクションを備える場合も存在し得る。これらの特殊な場合は以下では扱わない。]
[0053] 図７ａから図７ｆは発明に従う方法の第１の実施例の方法ステップを図示し、方法は、貫通孔２を有する基板に好適である。第１のステップ（図７ａ）において、第１の複製ツール３１が基板１に対して十分に規定された位置に置かれる。] 図７ａ 図７ｆ
[0054] すべての実施例に属する複製ツール３１は、剛性バックプレート３４およびより軟らかい材料部分３５を備え得る。より軟らかい材料部分は複製セクション３６および潜在的なスペーサ部を形成する。]
[0055] すべての実施例についての好ましい特徴である図示される実施例において、ツール３１は、複製の際に基板１に支えられるように動作可能なコンタクトスペーサ部３８を備え、コンタクトスペーサ部と基板との間には材料は全く存在しない。コンタクトスペーサ部は連続していてもよく、または複製表面の周辺の周りに、またはその周辺の大きな部分にわたっておよび／もしくは内部にわたって分散されて複数の別々の部分を備えてもよい。好ましい実施例に従うと、両者ともここに引用により援用されるＷＯ２００４／０６８１９８およびＷＯ２００７／１０７０２６に教示されるように、コンタクトスペーサ部および（もしあれば）浮き上がったスペーサ部は、ツールが基板の上にある場合は、厚み（ｚ寸法、すなわち基板およびツールの平面に対して垂直の寸法）がスペーサ部によって規定されるように配置されかつ構成される。]
[0056] より軟らかい材料部分３５は比較的低剛性の材料からなり得るので、材料は、マイクロメートル以下のスケールの表面粗さなど、小さなスケールで変形可能であり、その形状は、対して支えられる対象物の表面構造に適合される。さらに、当該材料は、そのような適合をエネルギ的に引付けるものにするため、比較的低い表面エネルギを有し得る。これにより、突出するコンタクトスペーサ部３８は基板に接着し、このように複製材料の横方向の流れを防止するためのシールを形成しかつ横方向の流れストップを効果的に形成し得る。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。この材料は、ここに引用により援用される、図１４から図１６を参照してＷＯ２００４／０６８１９８に記載されるような複製ツール形成プロセスにも十分に適している。]
[0057] 横方向の流れストップを形成するコンタクトスペーサ３８の代わりにまたはこれに加えて、他の流れストップ手段を用いて複製材料の流れを横方向に閉じ込めてもよい。これは、複製材料に（たとえば高い表面張力を有する複製材料のために）狭いギャップのような場所を避けさせる適切な表面特性を有する材料を選ぶこと、およびこの本文でさらに以下に言及されるような端縁などによって形成される流れストップを含む。]
[0058] 図７ａはさらに、複製材料５１の個別の第１の部分を供給するための供給ツール４１を示す。複製材料は、硬化可能でかつ硬化後は光学要素を形成するように少なくとも部分的に透明であるいずれの好適な材料であってもよい。また、異なる複製材料の混合物および／または部分も用いてもよい。そのような材料の１つの種別はＵＶ硬化可能エポキシ樹脂である。] 図７ａ
[0059] 示される構成では、コンタクトスペーサ部３８は、複製セクションおよび周辺ベース層複製セクション３７を取囲むように、かつすべての方向に向けての複製材料の流れを横方向に閉じ込める（図７ｂ）ように選択される。] 図７ｂ
[0060] 図７ｂに図示される方法ステップは、複製材料をエネルギで照射するステップを含む。図７ｂでは、ＵＶランプなどの応じたエネルギ源４２が示される。] 図７ｂ
[0061] 図７ｂでは、ＵＶランプが第１の複製ツールとして基板の他方側上にあるように示されるが、そうである必要はない。むしろ、選択された（ＵＶ光などの）エネルギ放射に関しては透明な複製ツールについては、照明はツールを通してなされてもよい。] 図７ｂ
[0062] 硬化ステップは、複製材料を照射するサブステップおよび複製材料がその最終的な粘稠度に達するまで待機するさらなるサブステップなどの異なるサブステップを含んでもよい。ある状況のもとでは、硬化プロセスの第２またはそれ以降のサブステップは、第１の複製ツールの除去の後に行なってもよい。]
[0063] 複製材料の第１の部分５１が硬化した後、第１の複製ツールが除去され、複製材料のさらなる第２の部分５２が供給される。その後、第２の複製ツール３２および基板が十分に規定された位置関係になるまで、第２の複製ツールおよび基板１が互いに対して移動される。図示される実施例では、第２の複製ツール３２も、基板１の表面に支えられて位置関係を規定するコンタクトスペーサを備える。複製セクション３６とコンタクトスペーサ部との間の領域で、複製ツールは、たとえば、ここに引用により援用されるＷＯ２００７／１０７０２５に記載されるように、流れ閉じ込め特徴３９を複製セクションの周りにさらに備えてもよい。これらの流れ閉じ込め特徴は、複製材料の量を正確に規定することが困難であり、かつそうしなければ毛細管力が複製材料を中央領域から周辺およびコンタクトスペーサ部３８に向けて引っ張る傾向にある場合に有利である。]
[0064] 図７ｅは、第２の複製材料部分５２が硬化される構成を示す。図７ｅは、硬化後のレンズ１１を示す。少なくとも第１および第２の複製材料部分が同じ材料からなる場合、複製材料の第１および第２の部分の間の境界はもはや見ることができない。] 図７ｅ
[0065] 図７ｃは孔２の中への第２の複製材料部分５２の供給（または第１の複製材料部分５１の硬化後のその残余）を図示するが、これに加えてまたは代替策として、第２の部分のための複製材料を、図８に図示されるように第２の複製ツール３２上に供給することも可能である。特に凸レンズまたは凸部分を備えるレンズについては、ツールの中への供給（基板上への供給のみまたは基板上への供給に加えて）は、品質という観点で有利な結果をもたらすことがわかった。] 図７ｃ 図８
[0066] 図９ａから図９ｃを参照して、複製により、複製部位として貫通孔２を有する基板に少なくとも１つの光学要素を製造する代替的な実施例を説明する。この代替的な実施例は、２つのツールを用いて光学要素を複製するステップと、光学要素の第１の側の表面および第２の側の表面を規定するステップとを特徴とし、ここでは、２つのツールの間に、最初は液体のまたは粘性のまたは塑性変形可能な複製材料が同時に存在し、その後複製材料が硬化される。] 図９ａ 図９ｃ
[0067] 第１のステップ（図９ａ）は、図７ａを参照して説明されたステップと同様に実質的に行なわれ得る。その後、第１の複製材料部分５１は硬化されないが、第２の複製ツール３２および第２の複製材料部分５２が置かれる（図９ｂ）ので、第１および第２の複製材料部分は互いの中に流れ込み、共通光学要素複製部分５１、５２（図９ｃ）を形成する。このように、光学要素全体が１工程で複製される。] 図７ａ 図９ａ 図９ｂ 図９ｃ
[0068] 図９ａから図９ｃで、第１の複製ツール３１は、上述の実施例と同様に、複製セクション３６を取囲む配置中でコンタクトスペーサ部３８が比較的近くに図示される一方で、第２の複製ツール３２のコンタクトスペーサ部３８はさらに外側にあり、さらなる流れストップ手段３９は複製セクション３６とコンタクトスペーサ部との間に配置される。さらなる流れストップ手段が異なる量の材料を収容するための（複数の同心端縁などのような）複数の流れストップを含む場合、光学要素のすべての寸法は、複製材料の量が正確にわかっていなくても十分に規定され得る。] 図９ａ 図９ｃ
[0069] 図示される配置が唯一の可能な実施例であるわけではない。
代わりに、たとえば配置を逆にしてもよく、または複製ツール３１、３２が両者とも第２の複製ツールと同様の特徴を有することができる。供給ステップが正確であれば、複製ツールは両者とも第１の複製ツールのように形成可能であるか、またはツールのうち１つもしくは両方が他の流れストップ手段を有することができる。]
[0070] さらに別の代替策として、発明のすべての実施例に関して、一方の側にまたは両方の側にすら、基板は、ツールの代わりにまたはそれに加えて、流れストップ手段を備えてもよい。流れストップ手段も、たとえば基板上の孔を取囲むリング状のコーティングなどの異なる表面特性の領域によって構成されてもよい。最後に、発明のすべての実施例に関して、ならびに複製材料の材料特性および選択された基板および複製ツールの表面特性に依存して、ツールおよび／または基板上の物理的な流れストップ手段は全く必要とされなくてもよい。]
[0071] 図９ａから図９ｃを参照して説明された実施例の変形は、供給は、ツールが基板表面に支えられている間に第１のツールの上にもしくはおそらくは第２のツールの上に実質的に１工程で行なわれてもよく、または、外形的な境界の条件がそれを許すならば、表面に近づく前に第１のツール上にすら供給が行なわれてもよい。] 図９ａ 図９ｃ
[0072] 図１０ａから図１０ｄをここで参照して、基板のいずれかの（大きな）側上の止まり孔の対によって規定される複製部位を基板が備える場合について、複製により光学要素または複数の光学要素を製造する方法が示される。この方法は、図７ａから図７ｆおよび図８において説明された方法と類似しており、以下では相違点のみが言及される。] 図１０ａ 図１０ｄ 図７ａ 図７ｆ 図８
[0073] ・示される構成では、第１および第２の複製材料部分５１、５２の両方の供給は、第１および第２の複製ツール３１、３２に対してそれぞれ供給される。しかしながら、代わりに、止まり孔に１つの部分または両方の部分が供給されてもよく、１つが止まり孔の中におよび他方の１つがそれぞれのツールに、２つの副次的部分として供給されてもよい。任意の組合せが可能である。]
[0074] ・両方の複製材料部分５１、５２（および両方の量の合計のみではない）の量が複製された要素の広がりに対して影響を及ぼすので、第１および第２の複製ツール３１、３２の両方は以上で参照された種類のものであり、スペーサ部３８は遠く外側にあり、複数の流れストッパ３９は異なる位置にある。]
[0075] 第１の複製材料部分が硬化され、第１の複製ツール３１は第２の複製ツールが定位置に持ってこられる前に除去される、図示される２工程手順の代わりに、（図９ａから図９ｃに図示される方法ステップの順序に類似の）１工程手順も選択可能である。ここでは、複製ツールが両者とも定位置に持ってこられ、第１および第２の複製材料部分５１、５２が１度に硬化される。] 図９ａ 図９ｃ
[0076] 上述の実施例のすべてにおいて、第１の側の複製された構造は第２の側の複製された構造と整列されなければならない。複製部位を規定する基板中の孔の形状に依存して、基板に対しての整列も必要になるかもしれない（しかし、大部分の実施例では、だいたいの整列で十分であろう、というのも開口の壁は十分に周辺にあるので、複製された特徴に対する正確な位置関係は要素の所望の光学特性に対して影響を及ぼさないからである）。]
[0077] 整列のために、基板にウェハレベルの整列マークを設けてもよい。これらは、たとえば、リソグラフィ技術によって複製前にウェハ上に設けられ得る。代替策として、それらは、複製可能な特徴を有していなければならない第１の複製ツールからの複製によって設けられてもよい。次に、たとえば第２の複製ツールは、第１の複製ツールから複製された整列構造と整列されるべき、応じたマークを有する。さらに別の代替策として、複製の際に同時に２つの複製ツールが存在し、基板と十分に規定された位置関係にある実施例では、２つの複製ツールは、ウェハスケールの整列マークを用いて互いに対してのみ整列されてもよい。基板に対する位置関係は、複製セクションが複製部位と整列するように相対的なｚ位置および相対的なｘ−ｙ位置がほぼ規定されるという点で十分に規定されているものの、後者の整列は複製された表面の互いに対する整列と同程度に正確である必要はない。]
[0078] したがって、第２の複製ツールおよび基板を互いに対して移動させるステップは、好ましくは、すべての実施例において、コンタクトスペーサが基板に支えられる前に、第２の複製ツールを第１の複製ツールと、または第１の複製ツールから複製された構造と整列させるサブステップを含む。第２の複製ツールがコンタクトスペーサを備えない場合、たとえば第２の複製ツールが基板表面の大きな部分を覆い得る複製材料の薄い膜に支えられる非接触スペーサを備える場合などは、ｘ−ｙ整列のサブステップは、第２の複製ツールがそのｚ位置に到達した後に完了されてもよい。]
[0079] 整列のサブステップは、たとえば、基板および／またはツールの整列マークを用いてマスク整列器（または同様のツール）によって整列させるステップを含む、技術分野で公知のいずれの好適な態様で行なわれてもよい。また、機械的手段（自己整列構造）による整列または画像処理技術などを用いた整列が可能である。]
[0080] 最後に、図１１および図１２は、発明に従う方法のフローチャートを示す。図１１は、第２の部分が供給される前に複製材料の第１の部分が硬化される状況を指し、孔を有する基板および第１のツールを設けるステップ（７１）と、第１のツール上に複製材料をオプションで供給するステップ（７２；この供給ステップはたとえば各々の複製セクションの中に個別の部分を供給するステップを含む、たとえば複製セクションはコンタクトスペーサによって囲まれた空洞を規定する）と、複製位置に到達するまで第１のツールおよび基板をともに持ってくるステップ（存在する場合は、コンタクトスペーサ部は基板表面に支えられる；７３）と、結果的にできるアセンブリ上に複製を供給するステップ（孔が貫通孔である場合、供給は、好ましくは、第１のツールが基板の第１の側に接していればできる止まり孔の中に対してなされる）（７４）と、複製材料を硬化させるステップ（７５）とを備える。さらなるステップは、硬化後に第１のツールを除去するステップ（７６；このステップは原則的に後で行なわれてもよく、したがって図中オプションと示される）と、次に第２のツールを設けるステップ（７７）と、複製材料の第２の部分を残余の孔および／またはツール上に供給するステップ（７８）と、好ましくは第１の複製ツールによって複製された構造と整列した態様で第２のツールおよび基板をともに複製位置に持ってくるステップ（７９；ここでコンタクトスペーサは基板の第２の表面に支えられる）と、第２の複製材料部分を硬化させるステップ（８０）と、第２のツールを除去するステップ（８１）とを含む。] 図１１ 図１２
[0081] 図１２は、複製材料の部分が１つだけ供給されるかまたは両方の複製部分が同時に硬化される状況を指す。図１１で７５および７６で示されるステップが存在しないという点で図１２の状況と区別される。基板中の孔が貫通孔である場合、複製材料は、第１のツールが基板の第１の側と接していればできる止まり孔の中に単一のステップ（７４）でオプションで供給され得る。複製材料が２つのステップ（７４、７８）で供給される場合、基板および第２の複製ツールをともに持ってくるステップは、２つの複製材料部分を互いの中に流れ込ませる。] 図１１ 図１２
[0082] 基板が当初から２つの止まり孔を備える場合、２つの複製材料部分は別々のままである。]
[0083] すべての実施例において、各々の供給ステップは、オプションで、複製材料の小滴が供給されてともに複製材料部分を形成するいくつかのサブステップを含み得る。サブステップは互いの直後に行なわれてもよく、または他のステップはサブステップの間に行なわれてもよい。]

权利要求:

請求項1
複数の光学要素を複製する方法が提供され、方法は、・第１および第２の大きな側を有する基板と、基板の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔の対によって規定される複数の予め規定された複製部位とを設けるステップと、・複製により、基板に複製された構造を付加するステップとを含み、複製された構造は、基板に接着し、かつ前記複製部位に、前記貫通孔または２つの前記止まり孔それぞれの中の複製材料と第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている、方法。
請求項2
基板は複製部位を規定する貫通孔を備えるように選択され、複製により複製された構造を付加するステップは、・第１の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、第１の複製セクションを備える第１の複製ツールおよび第１の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップを備え、複製材料は、前記孔の中にあり、かつ第１の複製セクションと接し、さらに・複製材料を硬化させて、基板に接着する硬化した複製材料を与えるサブステップと、・第２の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、第２の複製セクションを備える第２の複製ツールおよび第２の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップとを備え、さらなる複製材料は第２の複製セクションおよび硬化した複製材料と接し、さらに・さらなる複製材料を硬化させるサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
請求項3
基板は複製部位を規定する貫通孔を備えるように選択され、複製により複製された構造を付加するステップは、・第１の複製ツール、第２の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、複数の第１の複製セクションを備える第１の複製ツールを第１の大きな側に向けてかつ複数の第２の複製セクションを備える第２の複製ツールを第２の大きな側に向けて移動させるサブステップを備え、複製材料は、前記孔の中にありかつ第１の複製セクションおよび第２の複製セクションと接し、さらに・複製材料を硬化させて、基板に接着する硬化した複製材料を与えるサブステップを備える、請求項１に記載の方法。
請求項4
基板は、基板の第１の大きな側上に複数の第１の止まり孔を、基板の第２の大きな側上に複数の第２の止まり孔を、対応の横方向の場所に備えるように選択され、第１および第２の止まり孔はともに複製部位を規定し、複製により複製された構造を付加するステップは、・第１の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、複数の第１の複製セクションを備える第１の複製ツールおよび第１の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップを備え、第１の複製材料部分は、第１の止まり孔の中にありかつ第１の複製セクションと接し、さらに・第２の複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になるまで、複数の第２の複製セクションを備える第２の複製ツールおよび第２の大きな側を互いに向けて移動させるサブステップを備え、第２の複製材料部分は、第２の止まり孔の中にありかつ第２の複製セクションと接し、さらに・複製材料を硬化させるサブステップを備え、・複製材料を硬化させるステップは１度にまたは２つのサブステップで行なわれてもよく、第１のサブステップは第１の複製材料部分を硬化させるためのものであり、第２の複製ツールおよび基板の第２の大きな側を互いに向けて移動させる前に行なわれる、請求項１に記載の方法。
請求項5
第１の複製ツールおよび第２の複製ツールのうち少なくとも１つはコンタクトスペーサ部を備え、前記コンタクトスペーサ部は、コンタクトスペーサ部を有する複製ツールおよび基板が予め規定された位置関係になった後に基板の表面部分に支えられるようにされる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
請求項6
複製材料の横方向の流れは前記コンタクトスペーサ部によってまたは前記コンタクトスペーサ部の１つによってそれぞれ止められる、請求項５に記載の方法。
請求項7
コンタクトスペーサ部は複製セクションの表面と同じ材料からなる、請求項５または６に記載の方法。
請求項8
コンタクトスペーサ部は複製セクションを取囲む、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
請求項9
第１および第２の複製ツールのうち少なくとも１つは流れ閉じ込め構造を備え、複製材料の横方向の流れは前記流れ閉じ込め構造によって止められる、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
請求項10
前記流れ閉じ込め構造は、異なる径方向位置で流れを止めるための複数の流れストッパを備える、請求項９に記載の方法。
請求項11
たとえば請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法によって製造される光学要素のウェハスケールアセンブリであって、複数の複製部位を有する基板を備え、各々の複製部位は、基板の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔によって規定され、複製された構造は、基板に接着し、かつ前記複製部位に、前記貫通孔または２つの前記止まり孔それぞれの中の少なくとも部分的に透明な複製材料と、第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている、ウェハスケールアセンブリ。
請求項12
光学要素のうち少なくともいくつかは、孔の端縁から外向きに延在し、これにより基板の大きな側のセクションを覆うベース層を備える、請求項１１に記載のウェハスケールアセンブリ。
請求項13
光学要素は屈折および／または回折レンズである、請求項１１または１２に記載のウェハスケールアセンブリ。
請求項14
たとえば請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法によって製造される、および／または請求項１１から１３のいずれか１項に記載のウェハスケールアセンブリを個別の光学要素にダイシングすることによって製造される光学要素であって、基板部の両方の大きな側上の対応の場所にある貫通孔または止まり孔によって規定される複製部位を有する基板部を備え、複製された構造は、基板部に接着し、かつ前記複製部位に、前記貫通孔または２つの前記止まり孔それぞれの中の少なくとも部分的に透明な複製材料と、第１の複製された表面および第２の複製された表面とを備え、第１および第２の複製表面は反対側に向いている、光学要素。
請求項15
孔または複数の孔のうち１つの端縁から外向きに延在し、これにより基板の大きな側のセクションを覆うベース層を備える、請求項１４に記載の光学要素。