超构表面涂层的制作方法

超构表面涂层


背景技术：

1.超构表面(metasurface)是具有分布式纳米结构的表面，可以布置成以特定方式与光相互作用。在某些情况下，超构表面覆盖有涂层。具有特定特征的涂层可以提供有益的效果。


技术实现要素：

2.在一方面中，本公开描述了一种方法，包括：在衬底的第一表面上和在衬底的第一表面上的超构表面上设置涂层；并且压印涂层以使涂层的表面具有预定特征。
3.该方法的实施可以包括以下中的一项或多项。压印涂层包括将印模的面压向涂层的表面，其中该面包括将预定特征赋予涂层的表面的结构。预定特征包括小于预定最大粗糙度的粗糙度。
4.在一些实施方式中，预定特征包括由涂层的表面限定的光学结构。光学结构包括衍射光学结构。光学结构包括透镜。光学结构包括抗反射结构。光学结构包括尺寸在10nm和100nm之间的特征。预定特征包括疏水性或亲水性。压印涂层使涂层具有预定厚度。
5.在一些实施方式中，压印涂层包括将印模的面压向涂层的表面，其中该面包括间隔物，其中该面被压向涂层的表面直到间隔物的一端接触衬底的第一表面，其中间隔物的高度等于预定厚度。压印涂层包括将印模的面压向涂层的表面，其中间隔物位于衬底的第一表面上，其中该面被压向涂层的表面直到间隔物的一端接触印模的面，其中间隔物的高度等于预定厚度。
6.在一些实施方式中，涂层包含聚合物。超构表面包括可操作而与光波相互作用以改变光波的幅度或相位中的至少一个的纳米结构。压印涂层使涂层的表面平行于衬底的第一表面。该方法包括在衬底的第二表面上设置第二涂层，衬底的第二表面位于该衬底的与衬底的第一表面相对的一侧；并且压印第二涂层以使第二涂层的表面具有第二预定特征。
7.本公开还描述了一种装置，包括：衬底；在衬底的第一表面上的超构表面；以及在超构表面和衬底的第一表面上的涂层，涂层的表面限定功能结构。
8.在一些实施方式中，涂层的表面限定光学功能结构。光学功能结构包括衍射光学结构。光学功能结构包括光学透镜。光学功能结构包括抗反射结构。功能结构包括疏水结构或亲水结构。功能结构包括尺寸在10nm和100nm之间的特征。涂层包含聚合物。
9.在一些实施方式中，超构表面包括可操作而与光波相互作用以改变光波的幅度或相位中的至少一个的纳米结构。涂层的表面具有小于预定最大粗糙度的粗糙度。该装置包括在衬底的第二表面上的第二涂层，衬底的第二表面位于衬底的与衬底的第一表面相对的一侧，其中第二涂层的表面限定第二功能结构。该涂层具有大于10微米的厚度。
10.本公开还描述了一种系统，包括：涂层沉积装置；印模对准器；与印模对准器和涂层沉积装置通信联接的控制器，其中将系统构造为执行包括以下的操作：在衬底的第一表面上和在衬底的第一表面上的超构表面上设置涂层；以及压印涂层以使涂层的表面具有预定特征。
11.本公开还描述了模块。例如，模块可以包括发光装置；和超构表面装置，其中该超构表面装置包括衬底、在衬底的第一表面上的超构表面、以及在超构表面和衬底的第一表面上的涂层，涂层的表面限定功能结构，并且其中将超构表面装置构造为与由发光装置产生的光相互作用。
12.本发明还描述了一种模块，包括：光敏装置；和超构表面装置，其中该超构表面装置包括衬底、在衬底的第一表面上的超构表面、以及在超构表面和衬底的第一表面上的涂层，涂层的表面限定功能结构，并且其中将超构表面装置构造为与入射在模块上的光相互作用，并将改变后的光传输到光敏装置。
13.可以实施本公开中描述的主题的特定实施方式以实现一个或多个优点。例如，在一些实施方式中，涂层可以保护超构表面的底层纳米结构免受机械损伤。在一些实施方式中，涂层可以由具有成本效益的材料组成。在一些实施方式中，压印涂层是比备选制造方法更具成本效益的表面改性手段。在一些实施方式中，涂层可以保护超构表面免于发生化学反应。在一些实施方式中，涂层的表面可以引入光学功能性、非光学功能性或光学和非光学功能性两者。在一些实施方式中，更均匀的涂层厚度可以遍及衬底表面地保持。在一些实施方式中，可以使涂层表面具有较低的粗糙度和/或较高的平整度。在一些实施方式中，当在超构表面上设置多个涂层时，可以使涂层表面具有特定特征。在一些实施方式中，可以在衬底的多个表面上设置涂层。
14.在附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。从描述和附图以及从权利要求中，其他方面、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
15.图1a-图1d是显示在涂层上的压印工艺的一个实例的示意图。
16.图2a-图2b是显示在涂层上的压印工艺的另一个实例的示意图。
17.图3a-图3b是显示在两个涂层上的压印工艺的实例的示意图。
18.图4是显示在超构表面上的两个涂层的一个实例的示意图。
19.图5a-图5b是显示使用间隔物的压印工艺的一个实例的示意图。
20.图6a-图6b是显示使用间隔物的压印工艺的另一个实例的示意图。
21.图7是用于执行压印工艺的系统的一个实例的框图。
22.图8是显示模块的一个实例的示意图。
具体实施方式
23.本公开涉及在超构表面上形成的涂层。在特定实施方式中，本公开描述了压印在超构表面上形成的涂层以使涂层表面具有预定特征。
24.超构表面是具有分布式纳米结构阵列的表面。纳米结构可以单独地或共同地与光波相互作用。例如，纳米结构可以改变入射光波的局部幅度、局部相位或两者。
25.当纳米结构以特定图案排列时，超构表面可以充当光学元件，例如透镜、透镜阵列、分束器、漫射器、偏振器或其他光学元件。在某些情况下，超构表面可以执行传统上由折射和/或衍射光学元件执行的光学功能。然而，超构表面也可以执行其他功能，包括偏振控制、负折射率传输(negative refractive index transmission)、光束偏转、涡流产生、偏
振转换、光学滤波和等离子体光学功能。
26.纳米结构可能是机械上脆弱的。例如，衬底表面上的纳米结构可能由于机械应力(例如，沿表面的刮擦，或施加在纳米结构上朝向衬底的压力)而与衬底变得分离。在某些情况下，纳米结构也可能是化学不稳定的，使得纳米结构以不期望的方式与其周围环境发生反应(例如，当与水或大气氧接触时氧化)。
27.此外，纳米结构上的污染物可能会机械和/或化学地损坏纳米结构，或可能损害纳米结构的适当的光学功能。不可操作的纳米结构除了导致装置无法工作外，还可能危及安全性。例如，激光束可能会被超构表面上的水滴偏转到用户的眼睛中。作为其他实例，湿润的超构表面具有围绕超构表面的改变的折射率，改变的折射率更改超构表面的光学特性并导致准直光穿透超构表面并进入用户的眼睛。
28.因此，在某些情况下，在超构表面上施加保护涂层，并且进一步对涂层执行处理步骤以赋予涂层预定特征可以是有益的。
29.如图1a所示，某些实施方式包括在衬底104的表面102上的超构表面100。超构表面100包括多个单独的纳米结构106。
30.例如，每个纳米结构106可以是突出的柱或具有限定形状的其他结构。在一些实施方式中，纳米结构106是l形、v形和/或u形的。在一些实施方式中，纳米结构106以二维(2d)阵列排列在衬底表面102上。在一些实施方式中，纳米结构106是在衬底表面102上以一维(1d)阵列排列的条带。在一些实施方式中，纳米结构106以其他图案排列，例如以同心环排列。在某些情况下，每个纳米结构106可以用作例如天线。
31.每个纳米结构106可以具有例如数十纳米(nm)或数百nm的尺寸。在一些实施方式中，每个纳米结构106具有在10nm和100nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个纳米结构106具有在100nm和500nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个纳米结构106具有小于1μm的尺寸。在一些实施方式中，每个纳米结构106具有小于10μm的尺寸。对于其他实施方式，纳米结构的尺寸可以不同。
32.例如，可以使用加法光刻法(additive lithography)、减法光刻法(subtractive lithography)或两者来制造超构表面100。超构表面100可以包括例如等离子体材料(例如，掺杂铝的氧化锌)、半导体(例如，硅)和电介质(例如，氧化硅)中的一种或多种。
33.衬底104可以是例如半导体衬底，例如硅晶片。在一些实施方式中，衬底104是柔性衬底，例如塑料。
34.在一些实施方式中，衬底104包括图1a中未示出的其他特征和结构。例如，衬底104可以包括产生与超构表面100相互作用的光的激光器。作为其他实例，衬底104可以包括将光引导到超构表面100的片上波导(on-chip waveguide)。
35.如图1b所示，在衬底表面102和超构表面100上设置涂层108。
36.在一些实施方式中，涂层108是通过旋涂沉积的聚合物。在一些实施方式中，使用喷涂沉积、浸涂、印刷或气相沉积工艺(例如，化学或物理气相沉积)来沉积涂层108。涂层108可以包括例如聚合物、旋涂玻璃、分散在溶剂中的纳米颗粒、其他可旋涂材料或通过旋涂以外的手段沉积的材料中的一种或多种。
37.除了聚合物之外的材料也可以用于涂层108。如果要压印涂层108，则该材料可以是沉积较软并随后硬化(或可以硬化)的材料。如果不使用压印处理涂层108，则涂层108可
以是具有充分的抗物理性和抗化学性、具有不干扰超构表面100的适当操作的光学特性、并且具有可以被功能化的表面的任何材料，如下面所描述的。
38.涂层108可以由具有特定特征的材料组成。例如，涂层108可以是在适合特定功能的宽带或窄带中光学透明的(例如，在其中下面的超构表面100可光学操作的光学带中是透明的)。涂层108可以是抗化学性和/或抗物理性和耐用的，以保护下面的超构表面100。涂层108可以是相对化学不可渗透的，以防止环境化学物质(例如，大气中的氧气)穿透涂层108并且与超构表面100化学相互作用。涂层108可以是电绝缘的。涂层108可以是绝热的或导热的(例如，如果涂层108是导热的，则涂层可以增强装置冷却)。
39.在设置涂层108之后，涂层108可以由一个或多个参数来表征。例如，涂层的表面110可以通过描述在遍及涂层表面110上的典型粗糙度的粗糙度(例如，均方根粗糙度)来表征。表面粗糙度在制造过程中在这一点上可能很大程度上是不可避免的，例如，所使用的涂层沉积方法或涂层材料的选择所固有的。具有太高粗糙度的涂层表面110可能导致不期望的光学效应，例如偏转或反射。例如，涂层表面110可以具有高于期望的最大粗糙度的粗糙度。
40.在设置涂层108之后，涂层108还可以由一个或多个厚度112表征。涂层108可以具有在整个涂层108上基本上相同的厚度112，或者厚度112可以变化。例如，在涂层108通过旋涂沉积的实施方式中，厚度112可以沿着旋转半径变化。在一些实施方式中，沉积态的涂层108可以具有难以精确控制的均匀厚度112。具有不期望的厚度112、或具有不均匀的厚度112的涂层108可导致不期望的光学效应，例如反射。
41.涂层108下面的结构可以使涂层108具有变化的厚度112和/或高粗糙度。例如，如果使用气相沉积来沉积涂层108，则涂层108可以保形地涂覆在涂层108下面的粗糙或不平坦表面，使得涂层108本身是粗糙的、或具有不均匀的厚度。
42.在一些实施方式中，至少为了控制涂层108的粗糙度和/或厚度，使用印模114来压印涂层108，如图1c所示。使印模114的面116与涂层表面110接触，并且将印模114压向衬底表面102。压印可以赋予涂层表面110预定或指定的特征。
43.在一些实施方式中，印模114以预定压力或预定空间幅度压向衬底表面102。在一些实施方式中，印模114在压印之前或压印期间被加热，使得印模114在压印期间处于升高的温度。这可以导致涂层108软化并且更容易被印模114赋形。在一些实施方式中，涂层108在压印期间处于升高的温度。在一些实施方式中，将印模压靠在涂层108上一段预定的时间。在一些实施方式中，例如，可以使用紫外线(uv)压印，作为热压印的备选项。uv压印通常涉及将印模压入涂层108中，同时涂层处于可变形状态，然后施加uv辐射以固化涂层。
44.如图1d所示，当压印后移除印模114时，涂层108具有相对光滑的涂层表面111。光滑的涂层表面111由印模114的对应的光滑面116赋予，即面116的结构赋予对应于涂层108的结构。在压印之后，涂层表面111可以足够光滑，使得压印后涂层表面111具有例如小于期望的指定最大粗糙度的粗糙度。在一些实施方式中，粗糙度足够小，从而不会使装置的期望光学功能例如由于不期望的光散射而劣化。在一些实施方式中，粗糙度小于rms、小于rms、小于rms、小于rms、小于rms或小于rms。
45.可以对涂层表面111的不包括由涂层表面有意限定的结构的部分表征粗糙度，如下面关于图2a-图2b所描述的。
46.在一些实施方式中，压印赋予光学平坦表面。例如，当λ是构造为与超构表面相互作用的光的波长时，涂层表面111可以具有小于λ、小于λ/2、小于λ/4、小于λ/20或小于λ/100的平坦度。
47.在压印之后，涂层108还可以具有限定的厚度113，例如，其对应于印模114被压向衬底表面102的距离。在一些实施方式中，限定的厚度113对应于在压印期间在印模114的面116和衬底表面102之间的最小距离。
48.在一些实施方式中，厚度113大于1微米。例如，在一些实施方式中，涂层108具有在1微米和10微米之间的厚度113。在一些实施方式中，厚度113大于10微米。例如，在一些实施方式中，厚度113在10微米和50微米之间。在一些实施方式中，厚度113大于50微米。在一些实施方式中，厚度113是光学上厚的，例如，比与超构表面100相互作用的光的数个波长厚。
49.在一些实施方式中，涂层108小于1微米。在一些实施方式中，涂层108是抗反射涂层，例如，四分之一波长的抗反射涂层。
50.在一些实施方式中，涂层108提供可以改变超构表面100的光学功能的光学效应。例如，涂层108可以具有更改光和超构表面100之间的相互作用的折射率。超构表面100可以被设计成考虑由涂层108引起的光学效应。
51.在一些实施方式中，在压印之后，涂层表面111基本上平行于衬底表面102。与涂层表面111不平行于衬底表面102的情况相比，这可以导致入射在涂层表面111上的光相对于超构表面110偏转较少。
52.在一些实施方式中，涂层108在压印之前、在压印之后或在压印之前和之后都被固化或以其他方式硬化。固化可以包括例如热固化或光学固化(例如紫外线(uv)固化)。
53.在一些实施方式中，与备选材料和/或制造技术相比，沉积聚合物涂层和压印聚合物涂层可以更快和/或更具成本效益。例如，聚合物涂层可以沉积在整个晶片上，并且印模可以在单个压印步骤中将涂层压印在整个晶片上，以在晶片范围(scale)上产生均匀的涂层厚度。然后可以将晶片切割成单独的装置。相比之下，一些其他制造技术(例如，在聚合物涂层上执行的光刻，或在非聚合物涂层上执行的光刻)可以更慢和/或更昂贵。结合本公开中描述的压印工艺，聚合物涂层可以是特别有利的，至少因为聚合物涂层可以以有助于压印的延展性(例如，柔软的)状态沉积。
54.在一些实施方式中，仅在衬底104的一部分上设置涂层108。在一些实施方式中，从衬底104的部分去除涂层108的部分。
55.图2a-图2b显示了用于在超构表面上设置功能化涂层的工艺。在图2a中，超构表面200位于衬底204的衬底表面202上。涂层208位于超构表面200和衬底表面202上，并且可以使用例如上述用于涂层108的方法来设置。
56.印模214用于压印涂层208以制造图2b所示的装置。印模的面216具有引入特征218的结构，并且压印导致对应的特征220被赋予图2b所示的涂层表面222。由印模的面216限定的每个特征218可以具有数十nm或数百nm的尺寸(例如，深度或横向宽度)。在一些实施方式中，每个特征218具有在10nm和100nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个特征218具有在100nm和500nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个特征218具有小于1μm的尺寸。在一些实施方式中，每个特征218具有小于10μm的尺寸。对于其他实施方式，前述尺寸可以不同。
57.特征220限定了具有一种或多种功能的图案化结构224。在一些实施方式中，该功
能是光学功能。例如，图案化结构224可以包括衍射光学元件。图案化结构224可包括分束器、衍射透镜、微透镜、光学漫射器或其他光学装置中的一种或多种(或等效地执行一个或多个的功能)。例如，在衍射透镜的情况下，图案化结构224可以包括构造为最小化像差和/或直接聚焦光的特征220的同心环，其具有不同的高度和宽度。
58.图案化结构224本身可以是超构表面。例如，每个特征220可以是纳米结构，并且特征220可以单独地或共同地与光波相互作用。在某些情况下，特征220可以改变入射光波的局部幅度、局部相位或两者。每个特征220可以具有数十nm或数百nm的尺寸。在一些实施方式中，每个特征220具有在10nm和100nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个特征220具有在100nm和500nm之间的尺寸。在一些实施方式中，每个特征220具有小于1μm的尺寸。在一些实施方式中，每个特征220具有小于10μm的尺寸。对于一些其他实施方式，前述尺寸可以不同。
59.此外，在某些情况下，每个特征220可以具有小于与超构表面200相互作用的光的波长的尺寸。此外，在某些情况下，每个特征220可以具有与超构表面200的纳米结构206的尺寸类似的尺寸。
60.图案化结构224的功能可以包括衍射和抗反射。例如，图案化结构224可以包括衍射光栅。图案化结构224可以包括产生抗反射特性的表面纹理。例如，每个特征220可以是棱锥体，使得涂层208在压印之后是基于棱锥体反射光的抗反射涂层。
61.在一些实施方式中，涂层208比构造为提供涂层208的光学功能的常规光学器件更薄。例如，图案化结构224可以包括透镜，并且涂层208可以比作为图案化结构224的透镜的具有相同光学效应的分立透镜更薄。通过降低包括涂层208的装置的必要高度，涂层208可以提供节省空间的优点。
62.在一些实施方式中，图案化结构224具有非光学功能。例如，图案化结构224可以是疏水的(例如，包括减小涂层表面222上液体的接触面积的柱阵列)。图案化结构224可以是亲水的。图案化结构224可以是自清洁的(例如，包括纳米结构以产生疏水表面)。
63.压印后涂层208除了包括图案化结构224之外，还可以具有由压印工艺定义的设定厚度213，如参考图1a-图1d所描述的。
64.虽然图2b显示了由涂层表面222限定的相同特征220，但是在一些实施方式中，存在由涂层表面限定的多种不同特征，这些特征单独或共同执行多个功能。
65.如在本公开中使用的“压印”应当被理解为包括可导致超构表面和衬底表面上的涂层的表面具有预定特征的其他工艺，如图1d和图2b所示。例如，“压印”可以包括压花、沈花制法(debossing)和纳米压印中的一种或多种。虽然本公开显示了印模朝向衬底移动的实例，但在一些实施方式中，衬底朝向印模移动。
66.此外，尽管图1d、图2b中和遍及本公开中所示的装置描述为使用压印工艺制造，但装置本身是本公开的主题。装置包括衬底、衬底表面上的超构表面以及超构表面上和衬底表面上的涂层，可以提供优点并具有本公开中其他地方描述的特征，而与装置的制造方法无关。例如，涂层的表面可以限定功能结构，如本公开的其他地方所述。该涂层可以使用非压印方法制造，同时仍在本公开中描述的装置的范围内。
67.在一些实施方式中，印模214由硅和/或玻璃组成。在一些实施方式中，印模214是具有由主印模建立的结构的工作印模(例如，镍垫片)。
68.在一些实施方式中，装置包括在衬底的相对侧的每一个上的相应涂层。如图3a的实例所示，超构表面300位于衬底304的第一衬底表面302上。第一涂层308位于超构表面300和第一衬底表面302上，第二涂层326位于第二相对的衬底表面328上。涂层308和326可使用例如上述用于涂层108的方法来沉积。在一些实施方式中，涂层308和326使用例如浸涂方法同时沉积。
69.如上所述，具有相应的印模面316、334的印模314、315用于压印涂层308和326。在一些实施方式中，印模314、315使用相同的印模来实施，并且连续执行相应的衬底表面302、328的压印。在一些实施方式中，印模314、315是不同的印模。在一些实施方式中，同时执行相应的衬底表面302、328的压印。
70.图3b显示了在两个衬底表面302、328上包括涂层308和326的装置，其中涂层308、326具有相应的涂层表面322、330，每个涂层表面具有相应的预定特征。涂层表面322、330限定相应的图案化结构324、332。图案化结构324、332分别包括特征325、333。在一些实施方式中，印模面316、334彼此基本上相同，使得特征325、333和图案化结构324、332彼此基本上相同并且具有彼此基本相同的功能。在一些实施方式中，如图3a-图3b所示，印模面316、334是不同的，并且所得的图案化结构324、332包括不同的特征。
71.每个图案化结构324、332可以具有功能，如上面参考图2b所述。相应的功能可以彼此相同或不同。
72.在一些实施方式中，涂层308、326具有分别定义的厚度313、317，它们可以彼此相同或不同。
73.在两个衬底表面上设置涂层以使具有预定特征的表面的涂层可以改进装置的功能。上面描述了超构表面300上的涂层的潜在益处。第二衬底表面328上的第二涂层326也可以提供益处。例如，涂层表面可以包括抗反射功能。涂层表面可以包括疏水功能，和/或第二涂层326可以是抗化学性和/或抗物理性，以保护衬底304，进而延伸至保护超构表面300。如上所述，涂层表面333可以具有其他光学功能。
74.虽然图3a-图3b显示了仅在第一衬底表面302上的超构表面，在一些实施方式中，超构表面可以位于两个衬底表面上302、328上。
75.在一些实施方式中，如图4所示，装置包括衬底表面上的多个涂层。超构表面400位于衬底404的衬底表面402上。第一涂层408位于超构表面400上和衬底表面402上，第二不同涂层436位于第一涂层408上。
76.在一些实施方式中，如上所述设置和处理每个涂层408、436。例如，可以旋涂第一涂层408然后压印，随后可以旋涂第二涂层436然后压印。涂层408、436中的一者或两者可包括具有预定特征的表面。
77.然而，在一些实施方式中，涂层408、436以不同的方式设置和/或处理。例如，在一些实施方式中，第一涂层408是薄的抗反射涂层。例如，第一涂层408可以包括氧化硅或氮化硅，并且例如是四分之一波长的抗反射涂层。在一些实施方式中，第一涂层408包括多个层。
78.在一些实施方式中，涂层408、436由彼此不同的材料组成。在一些实施方式中，涂层408、436具有相似的折射率。在一些实施方式中，涂层408、436具有不同的折射率并且可以例如一起形成多层抗反射涂层。在一些实施方式中，涂层408、436一起形成带通滤光器、高或低滤光器、陷波滤光器或线滤光器。
79.在一些实施方式中，第一涂层408通过气相沉积技术例如化学气相沉积或原子层沉积来沉积。至少因为气相沉积可导致参照下层结构具有大致恒定的厚度的保形膜，所以第一涂层408的表面410会相对粗糙，例如，具有高于期望的最大粗糙度的粗糙度，或具有厚度变化。如上所述，这会损害装置的可操作性和/或安全性。即使当第一涂层408不是通过气相沉积技术沉积时，第一涂层408也可以具有相对高的粗糙度或厚度变化。
80.可以设置第二涂层436(例如，聚合物)并且例如通过压印第二涂层436制成包括具有预定特征的表面。如上所述，预定特征可以是小于期望的最大粗糙度的粗糙度、具有光学功能的结构、具有非光学功能的结构和具有特定特征尺寸的结构中的一种或多种。因此，在某些情况下，无论第一涂层408的可能的厚度变化和粗糙度如何，第二涂层436都可以改善装置的光学功能。
81.在一些实施方式中，多个涂层可以位于衬底的一个或多个表面上，该衬底在多个表面上具有至少一个涂层，和/或多于两个涂层可以位于衬底表面上。例如，一个或多个附加涂层在图3b中可以位于涂层308和326上。
82.在一些实施方式中，设置间隔物以限定涂层厚度。如图5a-图5b所示，超构表面500位于衬底504的衬底表面502上。涂层508位于超构表面500上和衬底表面502上。印模540包括具有高度544的间隔物542。
83.在一些实施方式中，间隔物542由与印模540的其余部分相同的材料组成。在一些实施方式中，间隔物542由不同的材料组成。间隔物542可以设计成在间隔物于压印期间可能经受的压力下不会变形或破裂。
84.当印模540用于压印涂层508时，使间隔物542的远端546与衬底表面502接触。因此，在压印之后，涂层508的厚度513基本上等于间隔物542的高度544。使用一个或多个间隔物可以帮助增加整个衬底504上的涂层厚度均匀性。
85.在一些实施方式中，衬底表面502的接触间隔物542的部分548在压印之后留下非常少的涂层508或没有留下涂层508。该特征可以光学隔离超构表面500的与部分548的不同侧面上的部分。
86.在一些实施方式中，印模540包括例如以一定间隔位于印模540上的多个间隔物542。多个间隔物542的存在可以例如允许在大衬底上的涂层以在整个衬底上实现的共同的涂层厚度压印。在一些实施方式中，如图5a-图5b所示，印模540与衬底504对准，使得衬底表面502的接触间隔物542的部分548没有超构表面500。
87.在一些实施方式中，部分548定义了分开装置之间的线，例如，纳米结构550可以是第一装置的一部分，并且纳米结构552可以是第二装置的一部分。在一些实施方式中，部分548可以与切割轨道对准。
88.在一些实施方式中，印模540包括在间隔物542附近的沟槽。在压印期间，沟槽可以提供可以将过量涂层材料引导到其中的空间。因为沟槽可以位于装置之间(例如，在部分548中)，所以涂层材料在沟槽处的积聚不会损害装置功能。
89.在一些实施方式中，如图6a-图6b所示，在衬底604上设置间隔物654。超构表面600位于衬底表面602上，并且涂层608位于超构表面600上和衬底表面602上。间隔物654可以作为也形成超构表面600的制造工艺的一部分来形成。在一些实施方式中，间隔物654在与超构表面600分开的加工期间形成。
90.印模656用于压印涂层608，使得间隔物654的远端658与印模656的面660接触。压印后，涂层608的厚度613基本上等于间隔物654的高度。使用一个或多个间隔物可以帮助增加整个衬底604上的涂层厚度均匀性。
91.在一些实施方式中，衬底604包括例如以一定间隔位于衬底604上的多个间隔物654。在一些实施方式中，间隔物654限定了分开装置之间的线，例如，纳米结构662可以是第一装置的一部分，并且纳米结构664可以是第二装置的一部分。在一些实施方式中，间隔物654可以与切割轨道对准。
92.在一些实施方式中，印模656包括构造成定位在间隔物654附近的沟槽。在压印期间，沟槽可以提供可以将过量涂层材料引导到其中的空间。因为沟槽可位于装置之间，所以涂层材料在沟槽处的积聚不会损害装置功能。
93.图5a-图6b中所示的方法和装置包括间隔物，可以与先前所示的方法和装置组合。例如，带有间隔物的压印可能导致涂层表面具有特定的粗糙度。可以在衬底的两个相应的相对表面上的两个涂层中的一个或两个上执行带有间隔物的压印，所述衬底在其至少一个表面上具有超构表面。衬底的两个相对表面中的一个或两个可以包括一个或多个相应的间隔物。可以在多涂层堆叠体中的一个或多个涂层上执行带有间隔物的压印。
94.本公开中描述的方法和装置可以在系统中实施。图7显示了系统701的一个实例，系统701包括在衬底704的衬底表面702上的超构表面700。涂层沉积装置766可操作以在衬底上沉积涂层。印模对准器768可操作以将印模与衬底704对准并在涂层上执行压印。将涂层沉积装置766和印模对准器768构造为至少执行上述方法。控制器770可操作以与涂层沉积装置766和印模对准器768中的一者或两者通信并且传输指令772以执行沉积和/或压印工艺。
95.在一些实施方式中，参照超构表面700执行对准。在一些实施方式中，参照衬底上的间隔物(图7中未示出)执行对准。在一些实施方式中，参照衬底上的其他特征来执行对准，这可以例如通过光刻法形成。在一些实施方式中，对准和/或压印是自动化的(例如，由印模对准器768执行)。控制器770可以用工艺参数编程，例如用于在涂层上旋转的旋转频率，或在压印工艺期间施加的压力。在一些实施方式中，手动执行一个或多个步骤。
96.在一些实施方式中，沿着装配线移动在第一晶片表面上具有超构表面的硅晶片。将晶片浸入含有液体聚合物的桶中，结果在第一晶片表面和第二相对的晶片表面的每一个上形成涂层。晶片保持在适当位置，同时印模对准器扫描对准特征用的第一晶片表面，基于对准特征对准热的第一印模，并以预定压力将第一印模朝向第一晶片表面降低。第一印模上的间隔物设置第一晶片表面上涂层的最终高度，并且第一印模的面上的特征使第一晶片表面上的涂层表面包括减少入射光的反射的纹理化棱锥体。
97.在示例工艺中，晶片随后被旋转(例如，通过机械臂)，并且印模对准器或不同的印模对准器在第二晶片表面上的涂层上执行第二压印工艺。第二印模和第二压印工艺的参数可以与第一印模和第一印刷工艺的参数相同或不同。
98.在示例工艺中，完成两个压印工艺后，晶片通过紫外线室以固化两个涂层。下面的超构表面现在受到涂层保护，此外，涂层还提供了额外的功能。然后可以将晶片切割成单独的器件。
99.在一些实施方式中，如上所述，引入一个或多个超构表面和在超构表面上的一个
或多个涂层的装置可以集成到模块中。如图8所示，模块874包括衬底876和联接到衬底876或集成到衬底876中的发光部件878。发光部件878可以包括例如激光器(例如，垂直腔面发射激光器)或发光二极管。
100.由发光部件878产生的光880传输通过外壳，然后传输到涂覆的超构表面装置884。如上所述，涂覆的超构表面装置884可操作以改变光880，使得改变后的光886传输到模块874外。例如，模块874使用涂覆的超构表面装置884，可以产生结构光、漫射光和图案化光中的一种或多种。外壳可以包括例如将发光部件878和/或衬底876与涂覆的超构表面装置分开的间隔物882。
101.当集成到模块874中时，涂覆的超构表面装置884可以提供优于没有涂覆的超构表面的装置的优点。例如，超构表面上的涂层可以通过减少污染物对装置884表面的影响来增强眼睛安全性。涂层可以通过具有抗反射功能使模块874更有效，使得产生的光880更不可能被反射并且更可能作为改变后的光886传输。涂层可以通过在不利环境中保护装置884而使模块874更稳定。涂层可具有用于改变光880以产生改变后的光886的光学功能。与取代涂层的分立光学部件相比，涂层可允许装置884更薄，节省模块874中的空间和/或减少模块874的总的必要尺寸。
102.在一些实施方式中，图8的模块874为光敏模块(例如环境光传感器)，部件878为光敏部件(例如光电二极管、像素或图像传感器)，光886为入射到模块874上的光，并且光880为被涂覆的超构表面装置884改变后的光。例如，涂覆的超构表面装置884可以将图案化的光聚焦到光敏部件878上。如上所述，涂覆的超构表面装置884上的涂层与常规光学器件相比，可以减小模块874的尺寸，可以在不利环境中保护装置884，并且可以通过减少反射光的量来增加模块874的检测效率。
103.在一些实施方式中，模块874可以包括发光部件和光敏部件。例如，模块874可以发射与模块874的环境相互作用的光，然后被模块874接收回来，允许模块874充当例如近距离传感器或三维映射装置。当集成到这样的模块中时，涂覆的超构表面装置可以提供上述模块所描述的优点。
104.上述模块可以是例如飞行时间相机和主动立体相机的一部分。这些模块可以集成到系统中，例如移动手机、笔记本电脑、可穿戴装置和汽车。
105.根据本公开的实施方式，描述了用于在超构表面上沉积涂层并压印涂层以使涂层表面具有预定特征的改进方法和装置。
106.本说明书中描述的主题的各个方面和功能操作可以在数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实施，包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物，或它们的一种或多种的组合。因此，本说明书中描述的主题的各方面可以作为一个或多个计算机程序产品，即，一个或多个在计算机可读介质上编码以用于由数据处理设备执行或控制的计算机程序指令的模块来实施。计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储衬底、存储器装置、影响机器可读传播信号的物质组合物，或者它们中的一种或多种的组合。除了硬件之外，该设备还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件的代码。
107.计算机程序(也已知为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译型或解释型语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立运行
的程序或作为模块、部件、子程序或其他适合在计算环境中使用的单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在容纳其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、专用于所讨论程序的单个文件或多个协调文件(coordinated file)中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。可以部署计算机程序以在一台计算机或位于一个站点或分布在多个站点之间并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
108.本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路执行，并且设备也可以作为专用逻辑电路实施，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。
109.适合于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储装置。适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储装置，包括例如半导体存储装置，例如eprom、eeprom和闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及cd rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或引入到专用逻辑电路中。
110.虽然已经详细描述了特定的实施方式，但是可以进行各种修改。作为一个示例，图中描绘的工艺不一定需要所示的特定顺序或先后顺序来实现希望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可能是有利的。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。