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CN109937127A - 结构的显微光刻制造 - Google Patents

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CN109937127A CN201780063791.4A CN201780063791A CN109937127A CN 109937127 A CN109937127 A CN 109937127A CN 201780063791 A CN201780063791 A CN 201780063791A CN 109937127 A CN109937127 A CN 109937127A
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Abstract

在基底上形成的压印层中的微米和纳米图案和用于形成这样的层的光刻法。这些层包括多个结构，和具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中RLT根据预定图案在基底表面上变化。

Description

结构的显微光刻制造
对相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月18日提交的美国临时申请No.62/409,533的申请日的权益。美国申请No.62/409,533的内容全文经此引用并入本文。
本发明的技术领域
本发明涉及具有所需几何结构的微米和纳米结构，还涉及制造这样的结构的显微光刻方法。
发明背景
纳米制造包括具有大约100纳米或更小级别的构件(feature)的极小结构的制造。纳米制造具有巨大影响的一个用途是在集成电路的加工中。半导体加工工业继续追求更大产量，同时增加在基底上形成的每单位面积的电路，因此纳米制造变得越来越重要。纳米制造在允许继续降低形成的结构的最小构件尺寸的同时提供更高工艺控制。已经使用纳米制造的其它发展领域包括生物技术、光学技术、机械系统等等。
纳米制造可包括加工基底以在基底上形成包括微米和纳米结构的图案的材料层。形成此类结构的一种示例性方法是压印光刻。
发明概述
本说明书涉及在压印层中形成具有厚度不等的残留层和在基底中的蚀刻深度不等的构件的微米和纳米图案的方法。这样的微米和纳米图案例如可用于制造用于光学波导的更高效衍射图案。本公开的实施方案包括通过根据预定图案在基底表面上选择性施加压印流体来制造具有不等的残留层厚度的压印层的方法。例如，可以根据残留层厚度的所需变化的图案改变施加到基底表面上的压印流体的每单位面积的体积。本公开的实施方案还包括使用具有不等的残留层厚度的压印图案作为用于蚀刻基底的掩模来在基底中制造蚀刻深度不等的构件的方法。
一般而言，本说明书中描述的主题的创新方面可实现为包括根据预定图案在基底表面上分配压印流体的操作的方法。使压印流体与压印光刻模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件。将压印流体固化成图案化层，由此在图案化层中形成：与压印光刻模板的构件对应的结构，和具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中图案化层的第一部分的第一RLT不同于图案化层的第二部分的第二RLT。这种和其它实施方案可各自任选包括一个或多个下列特征。
在一些实施方案中，在第一部分和第二部分之间的区域中的RLT从第一RLT向第二RLT逐渐变化。在一些实施方案中，从第一RLT到第二RLT的RLT变化在第一部分和第二部分之间的区域中是阶梯变化(step change)。
在一些实施方案中，分配压印流体包括以滴的图案分配压印流体，其中在基底表面各处分配的滴的体积根据预定图案而变化。
在一些实施方案中，滴的图案在预定区域中对应于固定的滴密度。在一些实施方案中，滴的图案在预定区域中对应于变化的滴密度。
在一些实施方案中，分配压印流体包括用喷射分配系统分配压印流体。
在一些实施方案中，所述方法可包括蚀刻图案化层和基底，其中蚀刻到基底中的构件的深度根据RLT的变化而变化。
在一些实施方案中，压印光刻模板中的构件具有一致的构件深度。
在一些实施方案中，压印光刻模板是主模板(master template)和在蚀刻后，所述基底是光刻子主模板(sub-master lithography template)。此外，所述方法可包括在第二基底的表面上分配第二压印流体，其体积在基底表面上基本一致。并且，使第二压印流体与子主模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件，由此在第二压印流体中形成结构和具有根据蚀刻到子主模板中的构件尺寸的变化而变化的RLT的残留层。
在一些实施方案中，压印光刻模板中的构件具有不等的构件深度。在一些实施方案中，预定图案与衍射效率输出图对应。
在一些实施方案中，所述结构是纳米结构。在一些实施方案中，所述结构是微米结构。
在一些实施方案中，第一RLT和第二RLT之差在5nm至500nm之间。
本说明书中描述的主题的另一大致方面可实现为包括在基底表面上分配压印流体的操作的方法，压印流体的体积根据预定图案在基底表面上变化。使压印流体与压印光刻模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件，由此在压印流体中形成结构和具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中RLT根据每单位面积的压印流体体积在基底表面上变化。
在一些实施方案中，分配压印流体包括以与填充压印光刻模板中的构件所需的体积对应的预定图案分配压印流体。
另一大致方面可实现为一种光学器件，其包括基底和在基底表面上的聚合物压印抗蚀剂。聚合物压印抗蚀剂包括形成衍射图案的多个结构和具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中RLT根据预定图案在基底表面上变化。这种和其它实施方案可各自任选包括一个或多个下列特征。
在一些实施方案中，RLT的变化与具有一致RLT的不同衍射光栅的衍射效率图对应。
在一些实施方案中，聚合物压印抗蚀剂是紫外线可固化的纳米压印光刻(UV-NIL)抗蚀剂。
可以实施本说明书中描述的主题的特定实施方案以实现一个或多个下列优点。本公开的实施方案能够使用压印光刻法制造具有不等残留层厚度的微米或纳米图案化层。实施方案可允许在基底(例如硅片)的不同区域上制造具有不等RLT的图案。实施方案可允许制造更高效的波(例如光)衍射图案。实施方案可允许大面积制造在不等的构件形状轮廓、占空比(duty cycle)和节距(pitch)的图案下的一致(不变)RLT。实施方案可允许将构件图案化到基底中，其随后可用作用于批量生产的子主模板。
本文所用的术语“微米”、“微米结构”和“微米构件”代表具有至少一个小于或等于50微米的维度的结构或结构构件。
本文所用的术语“纳米”、“纳米结构”和“纳米构件”代表具有至少一个小于或等于500纳米的维度的结构或结构构件。
如本文所用，将体积、图案或尺寸描述为“相等”、“基本相等”、“相同”、“基本相同”或“一致”无意精确指示测量值的相等性。相反，这样的描述用于指示在考虑到特定情况中使用的制备或测量设备的质量和精确度的合理误差容许度和/或生产特别设计的器件或压印光刻图案所需的合理误差容许度内相等的体积、图案或尺寸的相似性。
在附图和下文的描述中阐述本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节。该主题的其它潜在特征、方面和优点从说明书、附图和权利要求书中显而易见。
附图描述
图1图解光刻系统的简化侧视图。
图2图解具有置于其上的图案化层的基底的简化侧视图。
图3图解具有残留层厚度(RLT)不等的图案化层的基底的简化侧视图。
图4A图解根据本公开的实施方案制造可变RLT图案和可变蚀刻深度图案的示例性方法。
图4B-4D图解图4A中所示的方法的几种示例性变动。
图5图解根据本公开的实施方案具有各种示例性压印流体图案的基底的顶视图。
图6图解可用于根据本公开的实施方案在压印流体中制造可变RLT图案的几种示例性压印光刻模板设计。
图7显示根据本公开的实施方案制造可变RLT图案和可变蚀刻深度图案的示例性方法的流程图。
图8A-8B显示可在其中使用具有可变RLT的图案或可变蚀刻深度构件的示例性器件。
详述
在压印层中制造具有厚度不等的残留层和在基底中的蚀刻深度不等的构件的微米和纳米图案的各种实例。这样的微米和纳米图案例如可用于制造用于光学波导的更高效衍射图案。这些实例通常包括根据预定图案在基底表面上选择性施加压印流体以制造在基底上具有厚度不等的残留层的压印层。例如，可以根据残留层厚度的所需变化的图案改变施加到基底表面上的压印流体的每单位面积的体积。本公开的实施方案还包括使用具有不等的残留层厚度的压印图案作为用于蚀刻基底的掩模来在基底中制造蚀刻深度不等的构件。
图1图解在基底102上形成浮雕图案(relief pattern)的压印光刻系统100。基底102可结合到基底卡盘104上。在一些实例中，基底卡盘104可包括真空卡盘、针型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘和/或类似物。在一些实例中，基底102和基底卡盘104可进一步安置在空气轴承106上。空气轴承106提供围绕x-、y-和/或z-轴的运动。在一些实例中，基底102和基底卡盘104安置在台架上。空气轴承106、基底102和基底卡盘104也可安置在底座108上。在一些实例中，机器人系统110将基底102安置在基底卡盘104上。
基底102可包括位于基底卡盘104反面的平面111。在一些实例中，基底102可具有横跨基底102基本一致(恒定)的厚度。
压印光刻系统100包括压印光刻柔性模板112，其根据设计考虑与一个或多个辊114耦合。辊114提供柔性模板112的至少一个部分的运动。这样的运动可选择性提供与基底102叠加的柔性模板112的不同部分。在一些实例中，柔性模板112包括图案化表面，其包括多个构件，例如间隔开的凹进和凸起。但是，在一些实例中，其它构件配置也有可能。图案化表面可界定形成要在基底102上形成的图案的基础的任何原始图案。在一些实例中，柔性模板112可耦合到模板卡盘，例如真空卡盘、针型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘和/或类似物上。
压印光刻系统100可进一步包括流体分配系统120。流体分配系统120可包括，但不限于，喷射分配系统、喷雾分配系统或狭缝口模涂布系统。流体分配系统120可用于在基底102上沉积可聚合材料(例如“压印流体”)。可使用如液滴分配、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/或类似技术将可聚合材料安置在基底102上。在一些实例中，可聚合材料作为许多微滴安置在基底102。例如，流体分配系统120可以是喷射分配系统，其配置为根据预定图案分配可聚合材料的微滴。
参照图1和2，压印光刻系统100包括耦合的能源122以将能量导向基底102。在一些实例中，辊114和空气轴承106配置为将柔性模板112的所需部分和基底102定位在所需位置。压印光刻系统100可通过与空气轴承106、辊114、流体分配系统120和/或能源122通讯的处理器调节，并可在存储在记忆体中的计算机可读程序上运行。
在一些实例中，辊114、空气轴承106或两者改变柔性模板112和基底102之间的距离以在它们之间界定被可聚合材料填充的所需体积。例如，柔性模板112接触可聚合材料。在该所需体积被可聚合材料填充后，能源122产生能量，例如宽带紫外线辐射，以使可聚合材料依循基底102的表面和柔性模板112的一部分图案化表面的形状固化和/或交联，以在基底102上界定图案化层150。在一些实例中，图案化层150可包含残留层152和显示为凸起154和凹进156的多个结构。残留层152具有从基底102的表面158延伸到结构底部160的残留层厚度(RLT)T1。RLT在整个基底上基本一致(考虑到自然变化)。
图3图解具有RLT不等(T1和T2)的图案化层180的基底102的简化侧视图。残留层182具有在基底各处根据预定图案变化的RLT。如所示，残留层在一个区域中具有厚度T1和在另一区域中具有不同厚度T2。此外，图案化层180中的结构的轮廓根据RLT横跨图案化层180的变化而变化。例如，RLT的变化创建浅凹进184a和深凹进184b，这相应地改变相邻凸起182a、182b的纵横比。
根据下文更详细描述的技术，横跨图案化层180的RLT的变化可在5nm至500nm之间。也就是说，T1和T2之差可为5nm至500nm。在一些实施方案中，残留层182被制造成具有如所示的RLT的突变或阶梯变化。在一些实施方案中，残留层182被制造成具有如虚线186所示的RLT的逐渐变化。
在一些实施方案中，残留层182被制造成具有一致的RLT(如图2中)，但具有形状、占空比和/或节距不等的凸起182a、182b。占空比(duty cycle)是指凸起182a与相邻凹进184a的宽度比。例如，使用本文中公开的技术，可将构件图案化以使凸起182a与凹进184a的占空比不同于其它凸起与凹进的占空比，同时仍保持一致的RLT。节距(pitch)是指凸起182a、182b的宽度加上相邻凹进184a、184b的宽度的总宽度。例如，使用本文中公开的技术，可将构件图案化以使一组凸起和凹进的节距不同于相邻组的凸起和凹进，同时仍保持一致的RLT。
图4A图解在压印流体中制造可变RLT图案和在基底中制造可变蚀刻深度图案的示例性方法400。在步骤(402)，分配系统将压印流体施加到基底102上。根据不均匀图案将压印流体施加到基底102的表面上。施加压印流体以使压印流体的每单位面积平均体积根据预定图案在基底各处变化。每单位面积的压印流体体积的变化部分决定在压印流体中制造的图案化层的RLT的变化。
例如，可通过施加体积不等的压印流体滴420、422来改变分配在基底102上的压印流体的体积。例如，分配系统可在基底的一个区域421中施加大滴420和在基底102的另一区域423中施加较小滴422。每单位面积较大的压印流体体积倾向于产生较大的RLT，而每单位面积较低的压印流体体积倾向于产生较小的RLT。但是，压印光刻模板中的构件的尺寸和深度也可影响RLT。下面参照图5更详细描述用于制造不同的压印流体分配图案的各种技术。
压印流体可包括但不限于，bulk压印抗蚀材料，如丙烯酸异冰片酯(IBOA)、Medol10、HDODA(己二醇二丙烯酸酯)、Irgacure 907、Darocur4265、MASURF FS-2000表面活性剂2、丙烯酸正己酯、乙二醇二丙烯酸酯或2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮。
可以通过计算机控制的分配系统，例如喷射分配系统、喷雾分配系统或狭缝口模涂布分配系统分配压印流体。例如，可以通过在喷射头在基底表面上方移动时控制微滴体积来控制喷射分配系统以根据预定图案在基底上分配压印流体微滴。可以通过在将压印流体分配到基底上的同时控制基底位于其上的台架的运动来控制喷雾分配系统以分配每单位面积的体积不等的压印流体。狭缝口模涂布系统可与模版一起使用以根据预定图案分配压印流体。
在步骤(404)，压印光刻系统将柔性模板112施加到压印流体420、422上。也就是说，使柔性模板112与压印流体420、422接触。柔性模板包括在模板112的表面426中由凹进424划定的构件。凹进424可具有不同形状和尺寸以在压印流体中形成相应形状和尺寸的结构。模板112与压印流体接触，以使压印流体滴420、422铺开，以在基底102上由压印流体生成毗连的图案化层180。例如，降低模板和基底之间的距离“d”以允许基底102上的压印流体进入模板112的表面426中的凹进424。
在模板112的所需体积被压印流体420、422填充后，例如当达到所需距离“d”时，将压印流体420、422固化成图案化层180。例如，可通过使压印流体420、422暴露于固化剂(curing agent)，例如紫外线(UV)能源来固化压印流体420、422。固化剂使压印流体聚合和交联。
在步骤(406)，从现在固化的图案化层180上移除模板112。图案化层180包括与模板112中的各凹进424对应的结构428，和残留层182。残留层的厚度与分配在基底102的各自区域上的每单位面积的压印流体体积相关地变化。由于压印流体的性质，压印流体倾向于优先填充模板112中的凹进424以致各区域中的残留层182由填满模板凹进424后不需要的过量体积的压印流体形成。因此，基底102的各区域中的RLT与在该区域中分配的每单位面积的压印流体体积相关。在所示实例中，区域421(在此分配大滴的压印流体420)具有比区域423(在此分配较小滴的压印流体422)厚的RLT。
在一些实施方案中，压印流体可以预定图案施加以制造在保持具有一致的RLT的残留层182的同时具有形状、占空比和/或节距不等的结构428的图案化层180(如上文参照图2和3论述)。例如，可以施加压印流体的体积以在仍保持一致的RLT的同时一组结构428的占空比不同于另一相邻组的结构428的占空比。例如，压印流体分配图案可能要求与要在其上制造占空比低的结构的区域相比将更多的压印流体施加到要在其上制造占空比高的结构(例如宽结构和窄凹进)的基底区域上以提供填充用于形成高占空比结构的模板112的相应部分所需的较大压印流体体积。类似地，在一些实施方案中，可以施加压印流体的体积以在仍保持一致的RLT的同时一组结构428的节距不同于另一相邻组的结构428的节距。
在一些实施方案中，方法400可在形成图案化层180后完成。例如，在一些用途中，压印流体的图案化层180可用于形成光学衍射图案。在另一些实施方案中，可以蚀刻图案化层180和基底102以在基底102本身中形成微米或纳米结构440(例如参见步骤(416))。图案化层180的不等的RLT可用于在以均一的蚀刻速率蚀刻图案化层180和基底102的同时在基底102中制造不等的蚀刻深度。
在步骤(408)-(416)，蚀刻图案化层180和基底102。可以使用蚀刻法，包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻/铣削法蚀刻图案化层180和基底102。该蚀刻法可以是均一蚀刻速率法。步骤(408)-(416)图解在蚀刻图案化层180和基底102时在基底102中形成蚀刻深度不等的凹进442。在步骤(408)，区域423中的残留层182被完全蚀刻掉，以在区域423中留下裸基底表面。在步骤(410)，在区域423中开始在基底102中形成凹进442，同时在区域421中仍留下一些残留层182。此外，区域423中的剩余图案化层180相当于结构428，在该区域保护基底102的下方部分不受蚀刻，因此在区域423中开始形成基底结构440。在步骤(412)，更深入蚀刻区域423中的凹进442并在区域421中暴露出基底102的表面。在步骤(414)，随着该区域中的基底102被蚀刻，在区域421中开始形成凹进442，同时区域421和423中的剩余图案化层180保护将形成基底结构440的基底102的部分。在步骤(416)，方法400完成。图案化层180可被完全蚀刻掉，或当达到所需蚀刻深度时，可从基底102上剥离任何剩余图案化层180。
在一些实施方案中，可以使用具有不一致的蚀刻速率的蚀刻法或蚀刻材料蚀刻图案化层180和基底102。例如，可以调节图案化抗蚀层和基底的蚀刻选择性以实现1:1至1:3的图案化层(例如抗蚀剂):基底的蚀刻选择性比率。换言之，基底的蚀刻可以比图案化层快最多三倍。
图4B-4D各自图解可用于在压印流体中制造各种不同的RLT图案的方法400的步骤(402)-(406)的示例性变动。图4B图解当使用在各区域422、423中具有类似尺寸的构件(例如凹进424)的模板112时可用于在基底102的区域421和423中制造不同RLT的示例性步骤(402b)-(406b)。换言之，图4B中所示的技术会导致在将具有尺寸一致的均一构件的模板112施加到这两个区域时在图案化层180的两个区域上的RLT差异。在步骤(402b)，分配系统以其中压印流体的每单位面积的体积在区域421中大于在区域423中的图案分配压印流体。例如，在基底的区域421中施加的压印流体滴420大于在基底102的区域423中施加的滴422。
在步骤(404b)，通过压印光刻系统将具有尺寸类似的凹进424的柔性模板112施加到压印流体420、422上。例如，模板112中的凹进424具有可供压印流体420、422流入的类似体积。当柔性模板112与压印流体420、422接触时，来自各区域421、423的流体填充模板112的各凹进424。由于区域423中的每单位面积的压印流体较少，一旦填充各自的模板凹进424，在区域423中留在基底上以形成残留层183的流体也较少。因此，在压印流体420、422固化后和在移除模板112时，在步骤(406b)，现在固化的图案化层180在区域423中具有比区域421中薄的RLT。
图4C图解当使用在各区域422、423中具有尺寸不同的构件(例如凹进424)的模板112时可用于在基底102的区域421和423中制造不同RLT的示例性步骤(402c)-(406c)。换言之，图4C中所示的技术会导致在将在区域421、423中具有尺寸不同的构件的模板112施加到基底102时在图案化层180的两个区域上的RLT差异。在步骤(402c)，分配系统以其中压印流体的每单位面积的体积在区域421和区域423上相对一致的图案分配压印流体。例如，在区域421和423中施加的压印流体滴420具有大致相同的体积。
在步骤(404c)，通过压印光刻系统施加到压印流体420上的柔性模板112在区域421中具有尺寸较小(例如较小的总体积)的凹进424并在区域423中具有尺寸较大(例如较大的总体积)的凹进424。当柔性模板112与压印流体420、422接触时，来自各区域421、423的流体填充模板112的各凹进424。由于在区域423中施加到压印流体上的凹进424的体积大于在区域421中施加到压印流体上的凹进424的体积，一旦填充各自的模板凹进424，在区域423中留在基底上以形成残留层183的流体也较少。因此，在压印流体420固化后和在移除模板112时，在步骤(406c)，现在固化的图案化层180在区域423中具有比区域421中薄的RLT。
图4C中所示的技术类似于图4A的步骤(402)-(406)中所示的技术，只是在区域421和423之间使用一致的每单位面积的压印流体体积。因此，区域421和423之间的RLT差异可能小于图4A中所示，在图4A中在施加较大体积的模板凹进424的区域423中施加较小的每单位面积的压印流体体积。
图4D图解当施加在各区域422、423中具有尺寸不同的构件(例如凹进424)的模板112时可用于在基底102的区域422和423中制造一致RLT的示例性步骤(402d)-(406d)。换言之，图4B中所示的技术会导致在将在各区域中具有尺寸不同的构件的模板112施加到基底102时在图案化层180的两个区域421、423上的一致RLT。在步骤(402d)，分配系统以其中压印流体的每单位面积的体积在区域423中大于在区域421中的图案分配压印流体。例如，在基底的区域423中施加的压印流体滴420大于在基底102的区域421中施加的滴422。
在步骤(404d)，通过压印光刻系统施加到压印流体420、422上的柔性模板112在区域421中具有尺寸较小(例如较小的总体积)的凹进424并在区域423中具有尺寸较大(例如较大的总体积)的凹进424。当柔性模板112与压印流体420、422接触时，来自各区域421、423的流体填充模板112的各凹进424。在各区域421、423中施加的压印流体420、422的体积可适应在各自的区域421、423中图案化的模板构件(例如凹进424)的尺寸以使各区域中有足够的压印流体填充相应的模板结构，同时在各区域中留下大致相同的RLT。例如，在区域421中施加的压印流体的体积等于预期RLT所需的体积加上填充施加到区域421上的模板112部分的狭窄凹进424所需的体积。同样地，在区域423中施加的压印流体的体积等于实现与区域421中相等的RLT所需的体积加上填充施加到区域423上的模板112部分的宽凹进424所需的体积。因此，在压印流体420、422固化后和在移除模板112时，在步骤(406d)，现在固化的图案化层180在区域421和423中具有一致的RLT，但结构428的尺寸不同。
尽管已经论述了压印流体图案和压印光刻模板图案(例如构件几何结构和尺寸)的几种变动，但压印流体和模板图案的许多另外的组合在本公开的范围内并可用于在压印流体的图案化层中制造结构和RLT的多种多样的其它图案。
图5图解具有各种示例性压印流体分配图案的基底的顶视图。首先参考基底500，可根据在基底的预定区域中固定的每单位面积的体积分配压印流体。例如，基底500包括三个区域502、504、506，各自显示不同的压印流体分配图案。各区域502、504、506包括多个压印流体滴508、510，各自具有相同的压印流体体积。但是，区域502和506中的滴508具有比区域504中的滴510小的压印流体体积。此外，各区域502、504、506具有压印流体滴的固定密度，但不同的每单位面积的压印流体体积。具体而言，在所示实例中，压印流体的每单位面积的体积取决于各区域中的滴密度和滴尺寸(或滴体积)。因此，可通过改变滴密度、滴体积或两者而在基底的区域之间改变每单位面积的压印流体体积。
例如，区域504具有每单位面积的最大压印流体体积，区域506具有每单位面积的最小压印流体体积，且区域506具有小于区域504但大于区域506的每单位面积的压印流体体积。区域502和504之间的每单位面积的压印流体体积差异是通过改变滴体积来改变压印流体图案的一个实例。也就是说，区域502和504之间的每单位面积的压印流体体积差异由各自区域中的压印流体滴508、510的体积决定。例如，区域502和504都含有相同的滴密度(例如每单位面积的滴数)，但区域504中的滴510的体积大于区域502中的滴508的体积。
区域502和506之间的每单位面积的压印流体体积差异是通过改变滴密度来改变压印流体图案的一个实例。也就是说，区域502和506之间的每单位面积的压印流体体积差异由各自区域中的压印流体滴508的密度决定。例如，区域502和506都含有具有相同滴体积的压印流体滴508，但区域506中的滴508的密度小于区域502中的滴508的密度。
区域504和506之间的每单位面积的压印流体体积差异是通过改变滴密度和滴体积来改变压印流体图案的一个实例。也就是说，区域504和506之间的每单位面积的压印流体体积差异由各自区域中的压印流体滴508、510的体积和滴508、510的密度决定。例如，区域504中的滴510具有比区域506中的滴508大的体积并以更密的图案施加。
参考基底525，可根据在基底的预定区域中不等的每单位面积的体积分配压印流体。例如，基底525包括两个区域530和532，各自显示不同的压印流体分配图案。各区域530、532包括多个压印流体滴534、536、538。区域530具有固定的每单位面积的压印流体体积(类似于区域502)，且区域532具有不等的每单位面积的压印流体体积。例如，区域532具有以箭头540的方向形成递减的体积梯度的每单位面积的压印流体体积。可通过改变该区域中的滴体积、该区域中的滴密度或两者来形成梯度。具体而言，区域532图解通过改变滴体积和滴密度来改变每单位面积的压印流体体积的一个实例。如所示，压印流体滴的相继的行在体积和密度上都朝箭头540的方向降低。这样的图案可用于在图案化层中创建连续或接近连续的RLT梯度。
基底575图解与衍射图案的衍射效率输出图550对应的压印流体分配图案的一个实例。基底575的较亮部分580代表较大体积的压印流体滴且较暗部分582代表较小体积的压印流体滴。分配在基底575上的每单位面积的压印流体体积根据衍射效率图550而变化。可以例如由具有均一RLT的压印光刻衍射图案生成衍射效率图550。可以生成基底575上的压印流体分配图案以使在由基底575上的分配图案产生的压印光刻衍射图案中产生的RLT变化补偿由均一RLT衍射图案产生的衍射图案中低效率。例如，可由相应的压印流体分配图案产生RLT变化，其补偿均一RLT衍射图案的颜色和/或亮度分布的不均匀性。
图6和7图解可用于在压印流体中制造可变RLT图案的几种示例性压印光刻模板设计。该模板可以是主模板或子主模板。主模板通常是在表面中以全新构件设计制成的最初模板(the first template)。主模板可以通过例如电子束光刻法制成。子主模板通常是主模板的复制品或近似复制品。子主模板可由压印光刻法和蚀刻法，如上述方法400制成。更具体地，在一些实施方案中，方法400可用于由具有均一蚀刻深度构件的主模板制造具有可变蚀刻深度构件的子主模板。
例如，参照图6，参照图4A和方法400描述的模板112可以是主模板。如所示，模板112包括多个具有均一深度的构件(凹进424)。模板112可用于方法400(上文论述)以创建具有RLT不等的残留层182的图案化层180。在一些实施方案中，方法400可用于由主模板112创建具有蚀刻深度不等的构件624a、624b的子主模板612。也就是说，当方法400完成时(例如在步骤(416))，图4A中所示的蚀刻基底102可以是完成的子主模板(作为模板612显示在图6中)。然后可以使用例如子主模板612重复方法400以在图案化层，如图案化层680中创建更复杂的结构几何结构和图案。
例如，压印光刻分配系统可用于将压印流体施加到新基底602上。可通过施加体积不等的压印流体滴620、622来改变分配在基底602上的压印流体的体积。例如，分配系统可在基底的一个区域621中施加小滴620和在基底602的另一区域623中施加较大滴622。可将模板612施加到压印流体上以形成图案化层680并对压印流体施加固化剂以固化图案化层680(例如参见步骤(404))。可以使用模板612中的不等蚀刻深度构件624a、624b和不等压印流体分配体积的组合制造既有RLT不等的残留层682又有高度不等的结构684、686、688的图案化层。如果需要，可以蚀刻图案化层680和基底602(例如如参照步骤(408)-(416)所述)以将图案化层680上的图案转移到基底602上。
在一些实施方案中，当使用具有不等蚀刻深度构件624a、624b的子主模板时，即使施加均一体积的压印流体，也可在图案化层中创建不等的RLT。例如，压印光刻系统可在新基底602上施加体积均一的压印流体。因此，滴620和622的体积和密度可在压印系统的容许度内均一。将模板612施加到压印流体上以形成图案化层680可产生具有根据模板中的构件尺寸而变化的RLT的残留层。例如，具有根据模板中的构件(如具有较深蚀刻深度的构件)的体积而变化的RLT的残留层。
在一些实施方案中，本文所述的技术可用于制造包括具有变化的构件形状轮廓，如阶梯形状轮廓的构件的子主模板。在一些实施方案中，使用本文所述的技术制成的子主模板可用作用于制造大体积的图案化基底的模板。
图7显示根据本公开的实施方案制造可变RLT图案和可变蚀刻深度图案的示例性方法700的流程图。方法700图示为以逻辑流程图排列的参考操作的集合。描述这些操作的顺序无意被解释为限制，并且任何数量的所述操作可以其它顺序和/或并行组合以实施该方法。
根据预定图案在基底上分配压印流体(702)。例如，压印光刻分配系统可用于将压印流体施加到基底上。可以根据不均匀图案将压印流体施加到基底的表面上。例如，可以施加压印流体以使压印流体的每单位面积平均体积根据预定图案在基底各处变化。此外，可以根据如上文论述的几种不同技术改变每单位面积的压印流体平均体积。
使压印光刻模板的表面与压印流体接触(704)。例如，压印光刻系统可通过将模板叠加在流体上方并降低模板与基底之间的距离以接触压印流体来将压印光刻模板压在压印流体上。可以进一步降低模板与基底之间的距离直至实现允许所需量的压印流体流入模板中的图案化凹进的所需距离。
将压印流体固化成图案化层(706)。压印光刻系统可通过使压印流体暴露于固化剂而将压印流体固化成图案化层。例如，在达到模板与基底之间的所需距离后，可通过使压印流体暴露于固化剂来固化压印流体。固化剂可以是能源，例如通过聚合和交联使压印流体固化的紫外线能源。
任选蚀刻图案化层和基底(708)。例如，在将图案化层固化并移除模板后，可以蚀刻该图案化层和基底。示例性的蚀刻方法包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法和离子束蚀刻/铣削法。该蚀刻法可以是均一蚀刻速率法，从而以相同速率(例如1:1蚀刻选择性比率)蚀刻图案化层和下方基底。在一些实施方案中，可以调节图案化抗蚀剂层和基底的蚀刻选择性以实现图案化层(例如抗蚀剂)和基底之间的不一致蚀刻速率。例如，可以调节图案化抗蚀剂层和基底的蚀刻选择性以实现1:1至1:3的图案化层(例如抗蚀剂):基底的蚀刻选择性比率。
可以使用具有厚度不等的残留层和在基底中的蚀刻深度不等的构件的在压印层中的微米和纳米图案建立用于光学器件的衍射图案。例如，包括这样的微米和纳米图案的衍射图案可为如光学波导中所用的衍射透镜或光耦合器之类的器件提供更高效的光学衍射图案。
图8A-8B显示在其中使用不对称结构的示例性器件。图8A显示示例性的光学系统800的透视图。光学系统800是例如显示为一副虚拟现实或增强现实眼镜的光学投影系统。示例性的光学系统可包括衍射透镜和耦合器以在系统800的透镜804上投影图像。系统800可接收代表图像的数据(例如来自处理器)并将图像投影到系统800的透镜804的区域802上。相应地，使用者可看见投影在区域802中的图像，其叠加在透过透镜804可见的场景上。其它示例性投影系统可包括但不限于视频投影仪、移动视频投影仪、平视显示器(例如车辆的平视显示器)、显微镜、望远镜和其它光学器件。在另一些示例性的光学系统900中，不对称结构可用于反射式偏振膜(例如GLAD线栅式偏振片)。例如，不对称结构可用在用于LCD显示系统的反射式偏振膜中，如用于智能手机、LCD监视器、LCD电视、平板电脑等的那些。
图8B显示用于在可置于使用者的眼睛前方的透镜852内投影图像的波导850的顶视图。例如，波导850可连接到一副眼镜854上以向使用者提供增强现实图像。波导850从处理器接收图像数据并将图像投影在波导850的透镜852内。
投影系统800和波导850中的衍射透镜和光耦合器可包括由具有不等RLT的压印流体的图案化层或具有不等构件蚀刻深度的图案化基底(如上文公开)制成的衍射图案。具有不等的RLT或蚀刻深度的衍射图案可用于改进此类透镜和光耦合器的衍射效率。例如，改进的衍射效率可为使用者带来更明亮更显眼的图像。改进的衍射效率还可节省增强现实和其它光学系统的能量。
尽管参照光学系统描述了衍射图案，但应该理解的是，本公开的实施方案不限于可见光衍射图案。相反，本文所述的图案化层和蚀刻基底及其制造方法可用于产生具有与制成的结构的构件对应的波长的各种电磁波的衍射图案。例如，本文所述的图案化层和蚀刻基底可用于从红外(IR)波长至紫外(UV)波长和可能至X-射线的电磁波长的衍射图案。
尽管已经为举例说明描述了许多实例，但上文的描述无意限制由所附权利要求书的范围界定的本发明的范围。在下列权利要求书的范围内存在其它实例和修改。

Claims (20)

1.一种制造可变深度图案的方法，所述方法包含：
根据预定图案在基底表面上分配压印流体；
使压印流体与压印光刻模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件；和
将压印流体固化成图案化层，由此在图案化层中形成：
与压印光刻模板的构件对应的结构，和
具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中图案化层的第一部分的第一RLT不同于图案化层的第二部分的第二RLT。
2.权利要求1的方法，其中在第一部分和第二部分之间的区域中的RLT从第一RLT向第二RLT逐渐变化。
3.权利要求1的方法，其中从第一RLT到第二RLT的RLT变化在第一部分和第二部分之间的区域中是阶梯变化。
4.权利要求1的方法，其中分配压印流体包含以滴的图案分配压印流体，其中在基底表面各处分配的滴的体积根据预定图案而变化。
5.权利要求4的方法，其中滴的图案在预定区域中对应于固定的滴密度。
6.权利要求4的方法，其中滴的图案在预定区域中对应于变化的滴密度。
7.权利要求1的方法，其中分配压印流体包含用喷射分配系统分配压印流体。
8.权利要求1的方法，其进一步包含蚀刻图案化层和基底，其中蚀刻到基底中的构件的深度根据RLT的变化而变化。
9.权利要求1的方法，其中压印光刻模板中的构件具有一致的构件深度。
10.权利要求9的方法，其中所述压印光刻模板是主模板并且在蚀刻后，所述基底是光刻子主模板，且
其中所述方法进一步包含：
在第二基底的表面上分配第二压印流体，其体积在基底表面上基本一致；和
使第二压印流体与子主模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件，由此在第二压印流体中形成结构和具有根据蚀刻到子主模板中的构件尺寸的变化而变化的RLT的残留层。
11.权利要求1的方法，其中压印光刻模板中的构件具有不等的构件深度。
12.权利要求1的方法，其中预定图案与衍射效率输出图对应。
13.权利要求1的方法，其中所述结构是纳米结构。
14.权利要求1的方法，其中所述结构是微米结构。
15.权利要求1的方法，其中第一RLT和第二RLT之差在5nm至500nm之间。
16.一种将压印流体图案化的方法，所述方法包含：
在基底表面上分配压印流体，其体积根据预定图案在基底表面上变化；使压印流体与压印光刻模板的表面接触以使压印流体填充压印光刻模板的表面中的构件，由此在压印流体中形成结构和具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中RLT根据每单位面积的压印流体体积在基底表面上变化。
17.权利要求16的方法，其中分配压印流体包含以与填充压印光刻模板中的构件所需的体积对应的预定图案分配压印流体。
18.一种光学器件，其包含：
基底；和
在基底表面上的聚合物压印抗蚀剂，所述聚合物压印抗蚀剂包含：
形成衍射图案的多个结构；和
具有从基底的表面延伸到结构底部的残留层厚度(RLT)的残留层，其中RLT根据预定图案在基底表面上变化。
19.权利要求18的装置，其中RLT的变化与具有一致RLT的不同衍射光栅的衍射效率图对应。
20.权利要求18的装置，其中所述聚合物压印抗蚀剂是紫外线可固化的纳米压印光刻(UV-NIL)抗蚀剂。
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Inventor before: S.Yang

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