CN111819497A - 构建3d功能性光学材料堆叠结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本文实施方式描述一种亚微米3D光学材料结构及用于形成该亚微米3D光学材料结构的方法。在第一实施方式中，提供一种在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法。该方法包括在基板上沉积待被图案化的材料堆叠，在材料堆叠的一部分上沉积并图案化厚掩模材料，将该材料堆叠向下蚀刻一个水平，修整厚掩模材料的侧面部分，将该材料堆叠再向下蚀刻一个水平，重复修整和蚀刻步骤“n”次以上，及从材料堆叠上剥离厚掩模材料。

Description

构建3D功能性光学材料堆叠结构的方法
技术领域
本案实施方式大体关于用于形成3D光学可堆叠结构的工艺。
背景技术
3D光学结构用以产生复杂的光学元件。例如，3D光学结构可用以利用光生成3D全息图。然而，3D光学装置的品质高度依赖与用于3D光学装置的可堆叠层结构上的3D图案的密度的增大和尺寸的减少。创建常规3D光学结构涉及在基板上方使用抗蚀剂形成三维(3D)可图案化和可堆叠层结构。基板具有沉积在其上的第一层材料，且针对该第一层图案化抗蚀剂。随后，在利用化学机械抛光器平坦化之前，用金属先充填该结构。针对每一层不断重复这些操作，以在结构中产生多个不同垂直高度。然而，当前结构仍产出大于微米尺度的结构，这导致对于诸如全息图的一些3D光学应用的不期望的分辨率。
尽管理解了多图案化在分辨率、聚焦深度，及光刻缺陷敏感度方面的问题及益处，但额外希望控制工艺预算并增大和维持良率。此外，此种结构不易创建，因为(多个)后续材料水平的施加可能溶解或破坏先前图案化的材料。
因此，需要用于在基板上产生高密度3D多图案化结构的改良方法。
发明内容
本文实施方式描述亚微米3D光学材料结构及用于形成该亚微米3D光学材料结构的方法。在第一实施方式中，提供一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法始于在基板上沉积待被图案化的材料堆叠；在材料堆叠的一部分上沉积并图案化厚掩模材料，将材料堆叠向下蚀刻一个水平；修整厚掩模材料的侧面部分；将材料堆叠再向下蚀刻一个水平，重复修整和蚀刻操作“n”次以上，及从材料堆叠上剥离厚掩模材料。
在第二实施方式中，提供一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法始于利用材料的第一层涂覆基板，利用光刻方法暴露指定材料以产生第一图案，如若需要则固化暴露的指定材料，利用材料的第二层涂覆基板，利用光刻方法暴露指定材料以产生第二图案，如若需要则固化暴露的指定材料，重复用于涂覆、暴露及固化操作“n”次以上，以获得其中暴露有n个图案的n层材料，及同时对n层上的n个图案的暴露及固化的区域进行显影。
在第三实施方式中，提供一种亚微米不对称3D光学材料结构。不对称3D光学材料结构具有含顶表面的基板、形成于基板顶表面上的第一功能性材料水平。第一功能材料水平进一步具有多个第一单元件材料，每个第一单元件材料具有高度、宽度及长度，所有这些尺寸小于约一微米。不对称3D光学材料结构进一步具有形成在第一功能性材料水平的第一顶表面上的第二功能性材料水平。第二功能性材料水平进一步具有多个第二单元件材料，其中每个第二单元件材料设置在第一单元件材料上并且每个第二单元件材料中具有大体上类似于材料第一单元件的高度、宽度及长度的高度、宽度及长度。不对称3D光学材料结构进一步具有形成在第二功能性材料水平的第二顶表面上的第三功能性材料水平，其中第三功能性材料水平进一步具有多个第三单元件材料，其中每个第三单元件材料设置在第二单元件材料的一者上并且每个第三单元件材料具有大体上类似于第二单元件材料的高度、宽度及长度的第三高度、第三宽度及长度。
在第四实施方式中，提供一种亚微米对称3D光学材料结构。亚微米对称3D光学材料结构具有含顶表面的基板、设置在基板顶表面上并具有上表面的膜堆叠，形成于膜堆叠的上表面上的具有第一宽度和第一上表面的第一功能性材料水平、形成于第一功能性材料水平的第一上表面上的具有第二宽度的第二功能性材料水平，和形成于第二功能性材料水平的第二上表面上的具有第三宽度的第三功能性材料水平，其中第一宽度大于第二宽度，第二宽度大于第三宽度，并且第一宽度、第二宽度及第三宽度形成围绕3D光学材料结构中心对称的轮廓。
在第五实施方式中，提供一种用于制造亚微米3D衍射光学元件的方法。该方法始于在基板上沉积待被图案化为衍射光学元件的光学材料堆叠。该方法随后在材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料。该方法继续将该材料堆叠向下蚀刻一个水平。该方法随后横向地对掩模材料的一个或多个侧面部分定向蚀刻所需距离，并垂直地将材料堆叠向下垂直蚀刻第二水平。该方法最终结束于剥离掩模材料。
附图说明
为了为可获得及可详细理解本文实施方式的上述特征的方式，可通过参考本文实施方式来获得对上文简述的本发明的更特定的描述，这些实施方式在附图中示出。
图1图示一组半导体处理设备，该设备适合于在基板上构建3D功能性光学材料堆叠结构。
图2A至图2F图示第一方法，该方法用于通过使用表面处理技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。
图3A至图3F图示第二方法，该方法用于通过使用材料浸渍技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。
图4A至图4C图示第三方法，该方法用于通过使用交替材料对的技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。
图5A至图5C图示第四方法，该方法用于通过使用溶胶-凝胶技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。
图6图示第五方法，该方法用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构。
图7A至图7J图示图6的第五方法，用于通过使用重复涂覆和暴露的技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。
图8A至图8E提供在基板上构建3D功能性光学材料水平结构的说明。
图9图示用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法。
图10A至图10G图示图9的方法，用于制造对称3D光学结构。
图11A至图11E图示用于制作具有一个或多个侧面阶梯式3D光学结构的方法。
图12A至图12C提供在图10A至图10G的方法中形成的对称3D光学结构的说明。
图13A至图13C提供图11A至图11E的方法中形成的具有一个或多个阶梯式侧面的3D光学结构的说明。
图14图示形成在衍射光学元件上的3D光学材料水平结构的另一实施方式，该衍射光学元件通过使用重复涂覆和暴露的技术而形成，该3D光学材料水平结构中具有间隙。
图15A至图15I图示用于通过使用修整蚀刻技术在基板上构建可完全定制的3D功能性光学材料水平结构的方法。
图16图示用于在基板上通过使用如图7A至图7J中所示的重复涂覆和暴露的技术来形成亚微米3D光学材料结构的方法。
为利于理解上述实施方式，已尽可能使用相同附图标记来指示附中共用的相同元件。设想一个实施方式的元件及特征可以有利方式并入其他实施方式，无需进一步详述。
然而，应注意，附图仅图示了示例性实施方式，因此不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施方式。
具体实施方式
从十九世纪起就使用衍射光学元件。近年来，光学装置研究进展实现了在仿真及小批量制造方面都可以使用亚波长及亚微米衍射光学装置的光操纵。这些纳米天线可改变光的相位、振幅及极化。基于Pancharatnam-Berry效应或其他支柱的元表面(Meta-surface)是一种实施方式，由高深宽比介电柱制成。由纳米圆盘制成的米氏或惠更斯共振器是另一实施方式，并且等离子体共振可为另一实施方式。然而，无论是经由严格的沉积、图案化、蚀刻，还是其他基于半导体的方法，共振器所需特征尺寸都难以大规模实现。此外，等离子体光学元件的效率受限，因此只能符合一些应用的需求。
多水平衍射光学元件受益于通过可能大于波长的特征来操纵光的标量特性。若特征涉及大于1um的尺寸，则该特征可通过使用灰阶光刻并借助直接或间接的写入工具来制造。然而，灰阶光刻受限于其分辨率，且缩小x、y和z特征可实现更高视场、更大数值孔径等等。
制造亚微米多水平衍射光学装置的一个方法是使用多重图案化，其中每一层被单独沉积、图案化及蚀刻。另一方法使用金属镶嵌路径来用于多水平的制造。多重图案化的该方法在分辨率、焦距深度及光刻缺陷敏感度方面既展示出了优势，也展示出了挑战。此方法也额外有益于控制工艺预算及增大并维持良率。本文描述用于在基板上产生高密度亚微米多水平图案化结构的方法。
(多个)功能层修改使(多个)先前层更稳健以经受实现3D层堆叠光学结构的后续层处理。本文实施方式意欲在处理多图案化层以形成用于工程光学装置应用的3D图案化光学结构时，减少材料处理相互作用。下文图示了实施方式以图示3D层堆叠光学结构的制造技术。在一个实施方式中，一个或多个辐射可固化功能性残留型(leave-on)材料水平形成3D图案化结构。在另一实施方式中，一个或多个辐射可固化功能性有机聚合物、无机或有机/无机混合材料水平形成3D图案化结构。在又一实施方式中，为先前材料水平提供辐射硬化(额外的聚合物交联)以改良先前材料的稳健性并提供抵抗后续材料水平处理和图案化的“表层”防护。在又一实施方式中，在图案化层之间使用诸如原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)的表面处理工艺，以提供阻障层以最小化后续层与(多个)先前层的相互作用。在又一实施方式中，浸渍技术(可为干式、湿式或蒸汽处理)用以改良(多个)先前材料水平的稳健性。在又一实施方式中，使用掺杂技术或离子注入技术来改良(多个)先前材料水平的稳健性。在又一实施方式中，使用交替材料水平对(材料A的层及材料B的层)来减少处理期间的材料相互作用。例如，材料A可为基于溶胶-凝胶的材料并且材料B可为基于聚合物的材料。在又一实施方式中，溶胶-凝胶材料水平用以构建3D结构，以使得形成SiOx的固化溶胶-凝胶层足够稳健，以经受材料与后续溶胶-凝胶层处理的相互作用。有利地，先前的图案化层得以保护，并且能够承受后续层处理和图案化。
额外实施方式涉及对称3D光学堆叠结构的形成。对称3D光学堆叠结构利用抗蚀剂修整工艺以生成亚微米尺度的特征。更多实施方式使用对称方法并添加硬质掩模以制造单侧对称特征，如菲涅耳透镜。在又一些实施方式中，利用定向蚀刻来形成完全定制和/或不对称的亚微米3D光学结构。
上文简述的实施方式有利地在实现亚微米尺度3D光学结构的构建的同时提供用于生成结构的减少的操作。下文公开的方法使得能够以经济高效的方式以亚微米尺度快速形成非常精巧的定制3D光学结构。例如，该3D特征可以以如下的尺度形成：该尺度的高度例如在约20纳米至约1微米之间，如约500纳米或200纳米。3D光学结构可形成于衍射光学元件结构上，即，具有亚波长厚度并在水平尺寸具有亚波长尺度图案的材料片。衍射光学元件结构可具有光栅和其他单水平结构、对称台阶结构具有一个或多个无台阶侧面的台阶结构。
本文公开的结构完全可定制以用于形成可以纳米尺度呈现的特征，以显示围绕中轴、台阶结构，或上述中一部分的对称性或非对称性的任何可能的3D特征。应理解，，所述特征的尺度(尽管是纳米尺度的3D)可用以形成裸眼可见尺度的平面透镜。此外，尽管下文讨论的附图全部图示方形结构，应理解，本文公开的方法可用以制造具有不同长轴及短轴的椭圆形横剖面柱体、圆形柱体，或用于在3D光学堆叠结构中形成具有不同高度的柱体的任何其他多边形状。
图1图示一组半导体处理设备100，该组设备适合于在基板上构建3D光学材料堆叠结构。该组半导体处理设备100具有涂覆工具110或旋涂、曝光工具120、烘烤/固化工具130及显影工具140中的一者或多者。
涂覆工具110经构造以在基板上施加材料层。涂覆工具110可使用喷涂技术以用于施加大体上均匀的材料层。或者，涂覆工具110可使用旋涂技术以用于施加大体上均匀的材料层。在其他备选实施方式中，涂覆工具110可为化学气相沉积(chemical vapordeposition；CVD)腔室或等离子体气相沉积腔室、原子层沉积腔室，或其他适于向基板施加诸如几微米或纳米的材料薄膜的适合器件。
曝光工具120可为光刻工具，该工具提供光能以改变抗蚀剂以在抗蚀剂中形成图案。曝光工具120可使用数字掩模以在抗蚀剂上形成图案，以用于在抗蚀剂上形成特征。
烘烤/固化工具130可使用温度或其他能量以改变沉积在基板上的材料外表面或整个材料层的材料组成。烘烤/固化工具130可移除湿气、或挥发物(即，溶剂)、或催化反应以改变材料，以获得随后涂覆至烘烤(即，固化)材料层上的随后材料的适用性或相容性。
显影工具140溶解基板上的抗蚀剂层以露出抗蚀剂层上创建的图案的结构。显影之后，基板含有3D光学材料堆叠结构以用于在基板上创建器件。3D光学材料堆叠结构可通过使用下文讨论的数个方法之一来形成。
图2A至图2F图示第一方法200，该方法用于通过使用表面处理技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。该实施方式绘示在基板201上产生具有各种高度的柱体的光学材料水平的3D堆叠。第一方法200提供比常规操作减少数目的操作，并额外消除重复平坦化的步骤。
在图2A中图示的方块210中，一个或多个第一功能性材料水平(functionalmaterial level；FML)211形成于基板201的顶表面202上。第一FML 211和本文描述的每个FML具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。第一FML 211具有第一外表面213、第一顶表面212和第一底表面215。第一FML 211的第一顶表面212被提供为与第一底表面215相对。第一底表面215设置在基板201的顶表面202上。
在图2B中图示的方块220中，在第一FML 211的第一外表面213上执行第一表面处理(surface treatment；ST)221。第一ST 221在第一顶表面212而非第一底表面215上延伸。第一ST 221可为原子沉积层、掺杂或离子注入、辐射硬化、辐射可固化(如烘烤或紫外线(ultra violet；UV)固化)或改变第一FML 211的第一外表面213的组成的其他处理。
在图2C中图示的方块230中，一个或多个第二能性材料水平(FML)231形成于第一FML 211的第一顶表面212中的一者或多者上，其中第一顶表面212具有第一ST 221。第二FML 231与第一ST 221相容，使得溶剂或其他化学品将不侵蚀位于下方的先前层(即，第一FML 211)。每个第二FML 231沉积在第一FML 211中的一者而未必全部上。例如，第二FML231将不形成于基板201上。然而，应理解每个第一FML 211上可能未必其上形成有第二FML231中的一者，例如具有项目编号239的第一FML 211。第二FML 231具有第二外表面233、第二顶表面232和第二底表面235。第二底表面235设置在第一ST 221的第一顶表面212上。
在图2D中图示的方块240中，在第二FML 231的第二外表面233上执行第二表面处理(ST)241。第二ST 241在第二顶表面232而非第二底表面235上延伸。第二ST 241大体上类似于第一ST 221。或者，第一ST 221和第二ST 241可利用不同的技术来改变第一外表面213和第二外表面223的组成。
在图2E中图示的方块250中，一个或多个第三功能性材料水平(FML)251形成于第二FML 231的第二顶表面232中的一者或多者上，其中第二顶表面232具有第二ST 241。每个第三FML 251始终设置在第二FML 231中的一者而未必全部上。例如，第三FML 251将不直接形成于基板201或者第一FML211上。同样，应理解，每个第二FML 231上可能未必在其上形成有第三FML251中的一者。第三FML 251具有第三外表面253、第三顶表面252和第三底表面255。第三顶表面255设置在第二ST 241的第二顶表面232上。
在图2F中图示的方块260中，在第三FML 251的第三外表面253上执行第三表面处理(ST)261。第三ST 261在第三顶表面252而非第三顶表面255上方延伸。第三ST 261大体上类似于第一ST 221和第二ST 241。或者，第三ST 261可利用不同于第一ST 221或者第二ST241的技术。
应理解，层可继续堆叠至超过三层。每层仅需要与下层处提供的表面处理化学相容。上述操作可重复任意次数，以产生复杂及非常精巧的3D光学结构，如将在下文进一步讨论的图8A至图8E中图示。然而，如将相对于在图3A至图3F中公开的第二方法300的实施方式所公开的，非常精巧的3D光学结构可通过另一技术而创建。
图3A至图3F图示第二方法300，该方法用于通过使用材料浸渍技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。该实施方式绘示在基板301上产生具有各种高度的柱体的光学材料水平的3D堆叠。
在图3A中图示的方块310中，一个或多个第一功能性材料水平(FML)311形成于基板301的顶表面302上。第一FML 311和针对图3A至图3F进一步描述的每个FML均具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。第一FML 311具有外表面313、第一顶表面312和第一底表面315。第一FML 311的第一顶表面312被提供为与第一底表面315相对。第一底表面315设置在基板301的顶表面302上。
在图3B中图示的方块320中，在第一FML 311上执行处理以形成第一处理FML 321。第一处理FML 321是针对第一FML 311材料的改变组成。例如，处理可通过烘烤或电子伏特注入而执行，以改变第一FML 311的结构以产生第一处理FML 321，第一处理FML 321为适合于堆叠的更稳健的材料并且对可设置在其上的后续层大体上呈化学惰性。
在图3C中图示的方块330中，一个或多个第二功能性材料水平(FML)331形成于第一处理FML 321的第一顶表面312中的一者或多者上。第二FML331与第一处理FML 321相容，使得溶剂或其他化学品将不侵蚀下方的层(即，第一处理FML 321)。每个第二FML 331设置在第一处理FML 321中的一者而未必全部上。例如，第二FML 331将不形成于基板301上。然而，应理解每个第一处理FML 321上可能未必形成有第二FML 331中的一者，如具有项目编号339的第一处理FML 321。第二FML 331具有第二外表面333、第二顶表面332和第二底表面335。第二底表面335设置在第一处理FML 321的第一顶表面312上。
在图3D中图示的方块340中，在第二FML 331上执行处理以形成第二处理FML 341。第二处理FML 341是针对第二FML 331的材料的改变组成。例如，该处理改变第二FML 331的结构以产生第二处理FML 341，第二处理FML341为适合于堆叠的更稳健的材料，第二处理FML 341类似但未必相同于第一处理FML 321。
在图3E中图示的方块350中，一个或多个第三功能性材料水平(FML)351形成于第二处理FML 341的第二顶表面332中的一个或多者上。第三FML351与第二处理FML 341相容，使得溶剂或其他化学品将不侵蚀先前层(即，第二处理FML 341)。每个第三FML 351设置在第二处理FML 341中的一者而未必全部上。例如，第三FML 351将不形成于基板301上，或甚至第一处理FML 321上。然而，应理解，每个第二处理FML 341上可能未必形成有第三FML351中的一者。
在图3F中图示方块360中，在第三FML 351上执行处理以形成第三处理FML 361。第三处理FML 361是针对第三FML 351的材料改变组成。该处理改变第三FML 351的结构以产生第三处理FML 361，第三处理FML 361为适合于堆叠的更稳健的材料，且对可能设置在其上的后续层大体上呈现化学惰性。第三处理FML 361大体上类似于第一处理FML 321和第二处理341。或者，第三处理FML 361可利用不同于第一处理FML 321或者第二处理FML 341的处理技术。
应理解，层可继续堆叠至超过三层。每层仅需要利用改变材料组成以促进相容性的处理而与相邻层化学相容。上述操作可重复任意次数，以产生复杂及非常精巧的3D光学结构，如图8A至图8E中图示。然而，如将相对于在图4A至图4C中公开的第三方法400的实施方式所公开的，非常精巧的3D光学结构可通过另一技术而创建。
图4A至图4C图示第三方法400，该方法用于通过使用交替材料对的技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。例如，第一水平可由材料A形成，并且第二水平可由材料B而形成，其中材料A在形成之后与形成于其上的材料B相容。例如，材料A可为基于溶胶-凝胶的材料并且材料B可为基于聚合物的材料。因而，材料B的溶剂将不会溶解或与材料A发生不利相互作用。本文在图4A至图4C中进一步描述的每个3D功能性光学材料水平结构具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。
在图4A中图示的方块410中，一个或多个第一功能性材料水平(FML)411形成于基板401的顶表面402上。第一FML 411具有外表面413、第一顶表面412和第一底表面415。第一FML 411的第一顶表面412被提供为与第一底表面415相对。第一底表面415设置在基板401的顶表面402上。第一FML411由第一材料A形成。
在图4B中图示的方块420中，一个或多个第二功能性材料水平(FML)421形成于第一FML 411的第一顶表面412中的一者或多者上。每个第二FML421设置在第一FML 411中的一者而未必全部上。第二FML 421具有外表面423、第二顶表面422和第二底表面425。第二FML 421由第二材料B形成。第二FML 421的材料B与第一FML 411的材料A相容，使得第二FML421不化学侵蚀或以其他方式侵蚀第一FML 411。
在图4C中图示的方块430中，一个或多个第三功能性材料水平(FML)431形成于第二FML 421的第二顶表面422的一者或多者的顶部上。每个第三FML 431设置在第二FML 421中的一者而未必全部上。第三FML 431由材料A形成。第三FML 431具有与第一FML 411相同的材料A。第三FML 431的材料A与第二FML 421的材料B相容，使得第三FML 431不化学侵蚀或以其他方式侵蚀第二FML 421。
应理解，通过交替材料A和材料B，水平的数目可继续堆叠至超过三个水平。每个水平与相邻层化学相容，以促进利用最少的操作数目来快速构建3D结构。例如，无需在每个水平重复沉积、蚀刻和平坦化的循环。上述操作可重复任意次数，以产生复杂及非常精巧的3D光学结构，如图8A至图8E中图示。然而，如将相对于图5A至图5C中公开的第四方法500的实施方式所公开的，非常精巧的3D光学结构可通过另一技术而创建。
图5A至图5C图示第四方法500，该方法用于通过使用溶胶-凝胶技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。溶胶-凝胶技术可用于制造金属氧化物，尤其是硅和钛的氧化物。该工艺涉及单体向胶状溶液(溶胶)的转化，该胶状溶液充当用于离散颗粒或网络聚合物的整合网络(或凝胶)的前体。溶液(溶胶)逐渐演变成凝胶状的双相体系，该双相体系含有液相及固相，这两相的形态范围是从离散颗粒到连续聚合物网络。下层水平因此经固化以形成相容性聚合物，该相容性聚合物足够稳健以允许后续水平的胶状溶液置于其上。本文进一步描述的每个水平具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的成品厚度或高度。
在如图5A中图示的方块510中，一个或多个第一功能性材料水平(FML)511形成于基板501的顶表面502上。每个第一FML 511具有外表面513、第一顶表面512和第一底表面515。第一FML 511的第一顶表面512被提供为与第一底表面515相对。第一底表面515设置在基板501的顶表面502上。第一FML 511是溶胶-凝胶材料，该材料通过旋涂或其他适合的技术沉积在基板501上以作为溶液，并且经稠化以将材料的聚合物网络形成至SiOx中。第一FML511经固化以准备额外水平的堆叠。
在如图5B中图示的方块330中，一个或多个第二功能性材料水平(FML)521形成于第一FML 511的第一顶表面512中的一者或多者上。每个第二FML521设置在第一FML 511中的一者而未必全部上。每个第二FML 521具有外表面523、第二顶表面522和第二底表面525。第二FML 521由溶胶-凝胶材料形成，该材料类似于形成第一FML 511时使用的溶液。第二FML 521的溶液与第一FML 511的聚合物材料相容，使得第二FML 521不化学侵蚀或以其他方式侵蚀第一FML 511，且第二FML 521可堆叠在第一FML 511上。第二FML521随后经固化以准备额外水平的堆叠。
在如图5C中图示的方块530中，一个或多个第三功能性材料水平(ML)531形成于第二FML 521的第二顶表面522的一者或多者的顶部上。每个第三FML 531设置在第二FML 521中的一者而未必每个者上。第三FML 531由溶胶-凝胶材料形成，该材料类似于形成第一FML511及第二FML 521时使用的溶液。第三FML 531的溶液与第二FML 521的聚合物材料相容，使得第三FML531不化学侵蚀或以其他方式侵蚀第二FML 521，且第三FML 531可堆叠在第二FML 521上。第三FML 531随后经固化以准备额外水平的堆叠。
应理解，可继续堆叠氧化硅材料的额外溶胶-凝胶水平至超过上文讨论的三个水平。溶胶-凝胶材料水平用以构建3D结构，使得(形成SiOx的)固化溶胶-凝胶水平足够稳健以足以经受材料与后续溶胶-凝胶水平的相互作用。每个水平与下层水平化学相容，以促进利用最少的操作数目来快速构建用于3D结构的水平。上述操作可重复任意次数，以产生复杂及非常精巧的3D光学结构，如图8A至图8E中图示。然而，如将相对于图6中公开并在图7A至图7J中图示的第五方法600的实施方式所公开的，非常精巧的3D光学结构可通过另一技术而创建。
现将一起讨论图6及图7A至图7J。图6图示第五方法600，该方法用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构。图7A至图7J可用以图示图6的第五方法600，用于在基板上通过使用重复涂覆和暴露的技术构建3D功能性光学材料水平结构。
第五方法600始于方块610，通过利用材料的第一抗蚀剂层711涂覆基板701。该材料可为抗蚀剂层。在图7A中图示的步骤705中的准备第一层材料中，获得基板701并在该基板上生长SiO2层。SiO2可通过热氧化生长而形成。该技术迫使氧化剂在高温下扩散至基板内并与基板反应。SiO2层生长至约100纳米。
在图7B的方块710中，第一层材料(即，第一抗蚀剂层711)被涂覆于基板701。第一抗蚀剂层711可通过任何适合的技术沉积、旋涂或置于基板701上。在一个实施方式中，第一抗蚀剂层711旋涂至基板701上。第一抗蚀剂层711及下文针对图7A至图7J进一步描述的每个抗蚀剂层均具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。
在方块620中，第一抗蚀剂层711利用光刻方法而被暴露，以产生第一图案。在方块630中，如若需要，可固化暴露的第一抗蚀剂层711。图7C中图示的方块715说明性地图示经由形成第一图案的掩模而暴露的第一抗蚀剂层711，并烘烤(即，固化)第一层。暴露和烘烤工艺719导致第一抗蚀剂层711在经由掩模而暴露并随后被烘烤的位置中形成多个第一固化材料水平716。暴露和烘烤工艺719可为毯覆式电磁辐射暴露操作。掩模可为精细金属掩模、数字掩模(无掩模)或用于通过将能量投射穿过第一抗蚀剂层711而在在第一抗蚀剂层711上形成图像的其他技术。应理解，表示暴露和烘烤工艺719的箭头仅穿过掩模作用在第一固化材料水平716上，而不作用在未暴露的第一抗蚀剂层711。
在方块640中，利用材料的第二抗蚀剂层721涂覆基板。图7D中的方块720图示第二抗蚀剂层721，第二抗蚀剂层721形成于含有第一抗蚀剂层711及第一固化材料水平716的第一层上。第二抗蚀剂层721可利用旋涂技术以用于将第二抗蚀剂层721涂覆至下层(即，第一固化材料水平716及第一抗蚀剂层711)。第二抗蚀剂层721可涂覆至下层，而无需使下层平坦化。第二抗蚀剂层721的材料大体上与第一抗蚀剂层711的材料相同。
在方块650中，第二抗蚀剂层721利用光刻方法而被暴露以产生第二图案。在方块660中，如若需要，可固化暴露的第二抗蚀剂层721。暴露和烘烤工艺729在图7E中图示的方块725中图示。暴露和烘烤工艺729使得第二抗蚀剂层721在穿过掩模而暴露的位置中形成多个第二固化材料水平726。第二固化材料水平726形成于第一固化材料水平716上。然而，并非全部第一固化材料水平716上形成有第二固化材料水平726。第二固化材料水平726的材料可大体上类似于第一固化材料水平716的材料。
在方块670中，方块640至方块660可重复“n”次，以获得n层抗蚀剂材料，这n层抗蚀剂材料中暴露有n个图案。N是对应于用于亚微米3D光学结构的水平数目的整数。例如，亚微米3D光学结构可具有等于4、8、16、32层/水平的N，或可能更多的N。
在一个纯说明性示例中，N可等于4，对应于4层抗蚀剂。这图示在图7F的方块730，其中第三抗蚀剂层731形成于具有第二抗蚀剂层721及第二固化材料水平726的第二层上。第三抗蚀剂层731可利用旋涂技术以用于将第三抗蚀剂层731涂覆至下层，(即，第二固化材料水平726及第二抗蚀剂层721)。第三抗蚀剂层731可涂覆至下层，而无需使下层平坦化。第三抗蚀剂层731的材料大体上与第一抗蚀剂层711及第二抗蚀剂层721的材料相同。
在图7G中图示的方块735中，第三抗蚀剂层731经由掩模而被暴露和烘烤。暴露和烘烤工艺739使得第三抗蚀剂层731在经由掩模而暴露的位置中形成多个第三固化材料736。第三固化材料736可大体上类似于第一固化材料水平716及第二固化材料水平726。然而，应理解，第三固化材料736仅形成在第二固化材料水平726上，但并非全部第二固化材料水平726上皆形成有第三固化材料736。例如，掩模可图案化第三抗蚀剂层731，使得在暴露和烘烤工艺之后，第二固化材料水平726中的一者上可形成有第三抗蚀剂层731。
在图7H中图示的方块740中，第四抗蚀剂层741形成于具有第三抗蚀剂层731及第三固化材料736的第三层上。第四抗蚀剂层741可利用旋涂技术以用于将第四抗蚀剂层741涂覆至下层，(即，第三固化材料736及第三抗蚀剂层731)。第四抗蚀剂层741可涂覆至下层，而无需使下层平坦化。第四抗蚀剂层741的材料大体上与第一抗蚀剂层711、第二抗蚀剂层721及第三抗蚀剂层731的材料相同。
在图7I中图示的方块745中，第四抗蚀剂层741经由掩模而被暴露和烘烤。暴露和烘烤工艺749使得第四抗蚀剂层741在经由掩模而暴露的位置中形成多个第四固化材料746。第四固化材料746可大体上类似于第一固化材料水平716、第二固化材料水平726和第三固化材料736。然而，应理解，第四固化材料746仅形成在第三固化材料736上，但并非全部第三固化材料736上皆形成有第四固化材料746。或者，中间步骤可放弃固化并仅在显影之前具有一个最终固化步骤。
应理解，旋涂抗蚀剂和经由掩模暴露抗蚀剂并烘烤以形成固化材料的前述步骤可重复执行以形成多层和复杂的3D结构。
在方块680中，同时对n层上的n个图案的暴露及固化区域进行显影。图7J中图示的方块750图示已显影的3D结构。第四抗蚀剂层741、第三抗蚀剂层731、第二抗蚀剂层721及第一抗蚀剂层711全部通过显影工艺而移除，而在抗蚀剂材料先前占据的位置处留下孔隙751或不留材料。效果仅是由第四固化材料746、第三固化材料736、第二固化材料水平726及第一固化材料水平716形成的3D结构留在基板701上。
用于在基板上构建3D功能性光学材料结构的常规方法可涉及大量操作，这些操作可包括用于SiO2热氧化生长、Cu物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)沉积、Cu电化学镀层(electrochemical plating；ECP)和光刻的操作。移除抗蚀剂之前，每个层重复执行用于Cu电化学镀层、化学机械研磨(Chemical Mechanical polishing；CMP)、抗蚀剂停止和光刻的步骤。第五方法600可在少至十个工艺步骤中构建相同的3D功能性光学材料水平结构。因此，上文说明的第五方法600为构建适合于生成3D功能性光学结构的3D图案提供时间及资源的节约，从而显著节约了时间、材料，及工厂资源。
图8A至图8E提供在基板801上构建3D功能性光学材料水平结构(3D结构)800的说明。3D结构800可以是不对称或对称的。提供网格，网格具有以“水平”为单元的Y轴891和以“单元件”为单元的X轴892。沿Y轴的单元具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。此外，沿X轴的单元具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或长度，。上文在图2A至图7J中讨论的先前方法使得能够以亚微米尺度制造3D结构。尽管3D结构800被图示为以逐水平的方式构建的，但这是为了清楚起见，并且应理解，3D结构中的孔隙和空腔可在3D结构800的全部水平均已就位后形成。例如，最终的显影步骤可移除某些区域内的全部材料(抗蚀剂)直至第一水平，同时保留其他位置处的材料以用于构建3D结构800。或者，用于构建3D结构800水平的工艺可为增材式的，且当用于3D结构800的构造的每个水平作为材料放置就位时，形成3D结构800中的孔隙和空腔。
在图8A中图示的方块810中，在基板801上设置材料808的第一层811。第一层811可由多个单元件形成，例如单元件893。单元件893中每一者可具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的长度、高度和宽度。单元件893的材料808可由与上文利用的方法相容的材料形成。例如，相对于方法600，单元件893由抗蚀剂材料形成。第一层811中具有多个通孔或孔隙802(即，不存在单元件893)，且可在复杂且定制化3D结构中形成层。
在图8B中图示的方块820中，在第一层811的材料808顶部上设置材料828的第二层821。材料828仅处于第一层811的材料808的顶部上，而不设置于孔隙802中。此外，一个或多个新的孔隙822形成于第二层821中。
在图8C中图示的方块830中，在第二层821的材料828顶部上设置材料838的第三层831。材料838仅处于第二层821的材料828的顶部上，而不设置于孔隙802中或第一层811的材料808上。此外，一个或多个新的孔隙832形成于第三层831中。
在图8D中图示的方块840中，在第三层831的材料838顶部上设置材料848的第四层841。材料838仅处于第三层831的材料838的顶部上，类似于上文所讨论的。此外，一个或多个新的孔隙842形成于第四层841中。
如上所示，可堆叠大量的层以形成3D结构800，该3D结构800具有四(4)、八(8)、十六(16)、三十二(32)或更多层的材料。每层具有亚微米尺度结构。在图8E中图示的步骤850中，在基板801上设置材料的第七层871以形成3D结构800。3D结构800可由约20纳米至约1微米(例如约200纳米)之间的尺度的单元件893形成。因此，上述方法可有利地以适于形成3D光学操作(如全息图)的亚微米水平来形成完全定制3D光学结构。
除了以上公开的用于在亚微米水平形成完全定制3D光学结构的方法外，以下方法描述用于形成尺寸类似的对称3D结构的替代方法。图9图示方法900，该方法用于在未平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构。图10A至图10G图示图9的方法900，以用于制造对称3D光学结构。对称3D光学结构1000围绕对称3D光学结构1000的中心而对称。
方法900始于方块910，其中待被图案化为衍射光学元件的光学材料堆叠(即，膜堆叠1008)沉积在基板1001上。基板1001可为单一光学材料。沉积材料可用以制作用于形成3D光学结构的母版，其中该母版从最终3D光学结构转置。膜堆叠1008可以是用于在下方基板中形成特征的抗蚀剂材料，或膜堆叠1008可以是适用于形成最终3D光学特征的多个材料。
在方块915中，能够抵抗其他材料蚀刻的“阻挡层”(诸如图11A中的硬质掩模1171)可选地经沉积并利用光刻进行图案化。阻挡层的形成可在一系列步骤中执行，在这些步骤中沉积、暴露、显影和移除无用的阻挡材料。下文将相对于图11A中图示的步骤1110而进一步描述此步骤。
返回方块920，在薄膜堆叠1008的一部分上沉积并图案化掩模材料1080。在图10A中，步骤1010图示置于膜堆叠1008的顶表面1011上的掩模材料1080。掩模材料1080具有上表面1088、底表面1089和侧表面1081。掩模材料1080可为光刻胶或其他适合的掩模材料。掩模材料1080的形成可在一系列步骤中执行，在这些步骤中沉积、暴露和移除无用的掩模材料1080。
在方块930中，膜堆叠1008被向下蚀刻掉一个水平。膜堆叠1008在图10B图示的步骤1020中被向下蚀刻掉一层。应理解，该层及随后针对方法1000描述的每层均具有约20纳米至约1微米(例如约200纳米)之间的厚度或高度。掩模材料1080阻止膜堆叠1008的第一层部分1026被蚀刻。在掩模材料1080下的膜堆叠1008的顶表面1011得以保留，而膜堆叠1008的区域被蚀刻以暴露新的一层(即，第二顶表面1021)。
在方块940中，掩模材料1080的侧面部分被侧向地修整蚀刻所需距离。修整蚀刻的所需距离可对应于侧向台阶尺寸，例如，第一层顶部部分1027。图10C图示了在步骤1030中掩模材料1080在侧面1081上被修整以露出多个新侧面(即，第二侧面1082)。掩模材料1080的修整使得掩模材料的宽度更小(即，第二侧面1082之间的距离小于修整之前掩模材料1080原始的侧表面1081之间的距离。第二侧面1082暴露第一层顶部部分1027，该部分不再被掩模材料1080覆盖。掩模材料1080沿每个侧面修整约20纳米至约1微米(例如约200纳米)之间的距离。因此，使得第一层顶部部分1027介于约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)。或者，掩模材料1080被选择性修整蚀刻，例如定向蚀刻。
在方块950中，在掩模材料1080和光学材料(即，膜堆叠1008)上执行第二垂直蚀刻，以垂直蚀刻掉第二水平。图10D图示了在步骤1040中膜堆叠1008再被蚀刻掉一层，以暴露第二层部分1036。掩模材料1080阻止直接位于其下方的膜堆叠1008(即，被掩模材料1080覆盖的第一层部分1026和被第一层部分1026覆盖的第二层部分1036)被蚀刻。在掩模材料1080下的膜堆叠1008的顶表面1011得以保留，而膜堆叠1008的区域被蚀刻掉以暴露新的一层(即，第三顶表面1031和第二层部分1036)。此外，在蚀刻穿过第一层顶部部分1027的同时暴露第二层顶部部分1037。
在方块955中，执行第二修整蚀刻以形成所需的第二侧向台阶尺寸。步骤序列可重复。在方块960中，修整操作(方块940)和蚀刻操作(方块950)被重复“N”次，以形成所需的台阶结构，该结构没有在方块915中可选地由阻挡层阻挡。N是对应于用于亚微米3D光学结构的水平数目的整数。例如，亚微米3D光学结构可具有等于亚微米3D光学结构的水平数目的N。亚微米3D光学结构可具有4、8、16、32或更多水平。
在一个纯说明性实例中，N等于3，对应于蚀刻并修整3个水平。在图10E中图示的方块1050中，掩模材料1080在第二侧面1082上被修整以露出多个新的层(即，第三侧面1083)，进一步缩小掩模材料1080的宽度。第三侧面1083再次暴露第一层顶部部分1027，该部分不再被掩模材料1080覆盖。
在图10F中图示的方块1060中，膜堆叠1008进一步被蚀刻掉一层，以暴露第三层部分1046。掩模材料1080阻止直接位于其下方的膜堆叠1008被蚀刻。在掩模材料1080下的膜堆叠1008的顶表面1011得以保留，而膜堆叠1008的区域被蚀刻掉以暴露新的一层(即，第四顶表面1041和第三层部分1046的第三层顶部部分1047)。
在方块970中，掩模材料1080从膜堆叠1008剥离。若存在可选的阻挡材料，则也剥离可选的阻挡材料。在图10G中图示的步骤1070中，掩模材料1080被剥离以露出3D光学结构1099。第三层部分1046、第二层部分1036和第一层部分1026的轮廓围绕3D光学结构1099的中心而对称。应理解，先前蚀刻和修整的步骤可重复任意次数，以在剥离掩模材料1080之前产生具有大量层的对称3D结构，其中每层具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。同样应理解，在台阶壁上方需要笔直的垂直壁时，可对一层或多个层可选地跳过掩模材料1080的侧面修整。
在方块980中，可选地添加掩模材料以覆盖选定台阶区域，并将原始的阻挡区域向下蚀刻至更低的台阶水平。此操作针对下文图11D中图示的方块1140而描述。
返回参考方块990，3D光学结构1099可选地用作母版以用于在光学材料或堆叠中压印相反形状。3D光学结构1000被图示为对称，但可经由使用可选阻挡材料来引入台阶结构。应理解，这些台阶可为不规则的，如下文将相对于图12A至图13C进一步讨论的。
如将针对方法1100所公开的，图10A至图10G中公开的方法1000的实施方式可被进一步修改以产生一侧、两侧或三侧台阶3D光学结构。图11A至图11E图示方法1100，该方法用于制造具有一个或多个台阶侧面的3D光学结构1199。方法1100提供设置在基板1101上的膜堆叠1108。
在图11A中图示的方块1110中，硬质掩模1171设置在膜堆叠1108的顶表面1102的一部分上。掩模材料1180置于硬质掩模1171的一部分和膜堆叠1108的顶表面1102上。在一个实施方式中，硬质掩模1171沿掩模材料1180的底表面延伸一半。在另一实施方式中，硬质掩模1171仅在掩模材料1180下方延伸。对于相对于上文图10A至图10G所公开的掩模材料1080而言，掩模材料1180可为光刻胶并以类似方式操作。
在图11B中图示的方块1120中，掩模材料1180经剥离以露出3D台阶结构1181。在方块1120之前，通过图10A至图10G中图示的一系列步骤蚀刻膜堆叠1120并修整掩模材料1180。硬质掩模1171阻止对下层膜堆叠1108的任何蚀刻。顶表面1102被蚀刻掉3层至第四顶表面1105。由于掩模材料1180部分地设置于硬质掩模1171上方，因此方法1000中图示的台阶仅产生一部分(即，3D台阶结构1181)，其中蚀刻工艺被该硬质掩模1171阻挡或阻止。3D台阶结构1181具有第一台阶1126、第二台阶1136及第三台阶1146。第一台阶1126、第二台阶1136及第三台阶1146中的每一者具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。此外，第一台阶1126可从第二台阶1136延伸，并且第二台阶1136可从第三台阶1146延伸一定距离，该距离为约20纳米至约1微米之间，例如约200纳米。
在图11C中图示的方块1130中，硬质掩模1171从膜堆叠1108剥离。硬质掩模1171可被选择性移除以留下顶表面1102、3D台阶结构1181和第四顶表面1105(即，膜堆叠1108)。
在图11D中图示的方块1140中，第二掩模材料1190设置在3D台阶结构1181和第四顶表面1105上。第二掩模材料覆盖3D台阶结构1181的顶部。该顶部可具有任何适合长度。在一个实施方式中，该顶部具有介于约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的单位长度。
在图11E中图示的方块1150中，被第二掩模材料1190暴露的顶表面1102被向下蚀刻至第四顶表面1105。第二掩模材料1190被剥离以露出一侧台阶3D光学结构1199。一侧台阶3D光学结构1199可为菲涅耳透镜或用于投射光的其他光学元件。或者，台阶3D光学结构1199可在两个或三个侧面上具有3D台阶结构1181。
图12A至图12C提供图10A至图10G的方法中形成的对称3D光学结构的说明。例如，3D光学结构可具有侧面，每个侧面中形成有台阶。3D光学结构台阶的侧面对应于掩模宽度尺寸，并且可通过调整掩模宽度而被调整。尽管图12A至图12C中仅图示了三个形状，但应理解，3D结构的形状可以是具有任何数目的侧面的多边形。此外，应理解，侧面斜率可通过调整形成于侧面上的台阶的尺寸而变更。例如，具有比步宽(宽度)更大的高度(水平的高度)的台阶将与侧壁形成更陡峭倾角。3D光学结构表示可形成于衍射光学元件上的光学结构中的一者或多者。
图12A图示梯形棱柱1210。梯形棱柱1210是三维实体，该实体在前侧1212和远侧(不可见)具有两个相等梯形。梯形棱柱1210具有顶部1214、底部(不可见)、第一侧面1211和第二侧面1213，每个矩形形状连接前侧1212与远侧的相应侧面。第一侧面1211、第二侧面1213、前侧1212和远侧中的每一者可从底部至顶部1214倾斜，使得底部的平面面积大于顶部1214的平面面积。第一侧面1211、第二侧面1213、前侧1212和远侧中的每一者的表面上可具有格栅(即，大量等距平行线或凹槽)，这些格栅对应于每个侧面形成过程中的亚微米台阶。例如，标注1218图示前侧1212上的第一表面1216上的格栅1217和第一侧面1211的表面1215上的格栅1217。
图12B图示具有台阶侧面的方形截锥体1220。方形截锥体1220是三维实体，该实体在前侧1222、远侧(不可见)、第一侧面1221和第二侧面1223具有四个全等梯形。方形截锥体1220具有大体上平坦的顶部1224及底部(不可见)，顶部1224和底部中的每一者连接前侧1222、远侧、第一侧面1211和第二侧面1219的相应侧面。第一侧面1211、第二侧面1223、前侧1222和远侧中的每一者可从底部至顶部1224倾斜，使得底部的平面面积大于顶部1224的平面面积。第一侧面1221、第二侧面1223、前侧1222和远侧中的每一者的表面上可具有格栅(即，大量等距平行线或凹槽)，这些格栅对应于每个侧面的形成过程中的亚微米台阶。例如，标注1228图示前侧1222上的第一表面1226上的格栅1227和第一侧面1221的表面1225上的格栅1227。
图12C图示具有台阶侧面的三角锥1230。三角锥1230是三维实体，该实体在其前侧1232、远侧1233和第一侧面1231具有三个全等三角形。三角锥1220具有在顶部1281的顶点和大体上平坦的底部(不可见)，顶部1281和底部中每一者连接前侧1232、远侧1233和第一侧面1231的相应侧面。第一侧面1231、远侧1233和前侧1232中的每一者可从底部至顶部1234倾斜，从而在顶部1234处形成顶点。第一侧面1231、前侧1232和远侧1233中的每一者的表面上可具有格栅(即，大量等距平行线或凹槽)，这些格栅对应于每个侧面的形成过程中的亚微米台阶。例如，标注1238图示前侧1232上的第一表面1236上的格栅1237和第一侧面1231的表面上的格栅1237。
图13A至图13C提供图11A至图11E的方法中形成的具有一个或多个台阶侧面的3D光学结构的说明。例如，3D光学结构可仅有一侧具有台阶。或者，3D光学结构可具有两个或甚至三个具有台阶的侧面。3D光学结构表示可形成于元表面上的光学结构中的一者或多者。3D光学结构的不存在这些台阶的侧面基本上可以是平坦并垂直的。尽管图3A至图3C中仅图示三个形状，但应理解，3D结构的形状可为具有任何数目的侧面的多边形。
图13A图示具有至少一个大体上平面的侧面的梯形棱柱1310。梯形棱柱1310是三维实体，该实体在前侧1312及远侧(未图示)具有两个全等梯形。梯形棱柱1310具有顶部1314、底部(未图示)、第一侧面1311及第二侧面1319，每一者具有矩形形状且连接前侧1312与远侧的相应侧面。第一侧面1311、第二侧面1319、前侧1312及远侧中的一者或多者可从底部至顶部1314倾斜，使得底部的平面面积大于顶部1314的平面面积。第一侧面1311、第二侧面1319、前侧1312及远侧中的一者、两者或三者可具有对应于其形成过程中的亚微米台阶的格栅。此外，第一侧面1311、第二侧面1319、前侧1312及远侧中的一者、两者或三者可大体上是平坦的且不存在格栅(即，其中并未形成结构)。例如，标注1318图示第一侧面1311上的格栅1317，而前侧1312及第二侧面1319大体上是垂直的且不存在格栅。前侧1312及第二侧面1319可以是利用阻止蚀刻和格栅(即，台阶)的阻挡材料形成的。
图13B图示具有至少一个大体上平坦侧面的方形截锥体1320。方形截锥体1320是三维实体，该实体在前侧1322、远侧(不可见)、第一侧面1321及第二侧面1323具有四个全等梯形。方形截锥体1320具有大体上平坦的顶部1324及底部(不可见)，顶部1324及底部中每一者连接前侧1322、远侧、第一侧面1321及第二侧面1323的相应侧面。第一侧面1321、第二侧面1323、前侧1322及远侧中的每一者可从底部至顶部1324倾斜，使得底部的平面面积大于顶部1324的平面面积。第一侧面1321、第二侧面1323、前侧1322及远侧中的一者、两者或三者可具有对应于其形成过程中的亚微米台阶的格栅。此外，第一侧面1321、第二侧面1323、前侧1322及远侧中的一者、两者或三者可大体上是平坦的且不存在格栅(即，其中并未形成结构)。例如，标注部分1328图示第一侧面及远侧上的网格1327，而前侧1322及第二侧面1323大体上为垂直的且不存在格栅。前侧1322及第二侧面1323可以是利用阻止蚀刻和格栅(即，台阶)的阻挡材料形成的。
图13C图示具有至少一个大体上平面的侧面的三角锥1330。三角锥1330是三维实体，该实体在其前侧1332、远侧1333和第一侧面1331具有三个全等三角形。三角锥1330具有在顶部1381的顶点和大体上平坦的底部(不可见)，顶部1381及底部中每一者连接前侧1232、远侧1333和第一侧面1331的相应侧面。第一侧面1331、远侧1333和前侧1332中的每一者可从底部至顶部1334倾斜，从而在顶部1334处形成顶点。第一侧面1331、远侧1333及前侧1332中的一者或两者可具有对应于其形成过程中的亚微米台阶的格栅。此外，第一侧面1331、远侧1333及前侧1332中的一者或两者可大体上是平坦的且不存在格栅(即，其中并未形成结构)。例如，标注1338图示第一侧面1311及远侧1333上的网格1337，而前侧1332大体上是垂直的且不存在格栅。前侧1332可以是利用阻止蚀刻和网格(即，台阶)的阻挡材料形成的。
图14图示通过使用重复涂覆和暴露的技术而形成于衍射光学元件中的3D光学材料水平结构1400的另一实施方式，3D光学材料水平结构1400中具有间隙。3D功能性光学材料水平结构1400可具有设置在基板1401上的第一水平1410。可在光刻操作中图案化并暴露第一水平1410。多个第二水平特征1420可形成于第一水平特征1410的顶表面1411上。例如，抗蚀剂材料可旋涂至第一水平特征1410上。可在光刻操作中暴露第二水平特征1420以形成第一暴露部分1422、未暴露抗蚀剂部分1423及第二暴露部分1422。第三水平1430可旋涂至第二水平特征1420顶部。第三水平特征可被图案化和暴露以在其中形成暴露特征1431。3D功能性光学材料水平结构1400可接着被显影以移除在光刻操作中未被图案化和暴露的全部抗蚀剂，例如，未暴露抗蚀剂部分1423。所得结构可生成具有不同宽度的特征和这些特征之间的孔隙。例如，孔隙(无材料)现存在于未暴露抗蚀剂部分1423的位置，并且第三水平特征1431通过第一暴露部分1422的第一上表面1426和第二暴露部分1422的第二上表面1425而设置在顶部上，或被第一暴露部分1422的第一上表面1426和第二暴露部分1422的第二上表面1425悬挂。显影工艺产生材料的粘接块，并且，尽管此处所讨论的是针对材料水平完成的，但个别水平不存在于最终的3D功能性光学材料水平结构1408中。此外，应理解，形成最终3D功能性光学材料水平结构1400的每个部分的尺寸(宽度、长度及高度)是完全可定制化的，并且仅是旋涂在较低水平上的材料厚度和用于一个或多个光刻操作中的图案中的特征尺寸的函数。因此，可完全定制化的3D功能性光学材料水平结构1400可以亚微米尺度形成于衍射光学元件上。
图15A至图15I图示用于通过使用上文讨论的修整蚀刻技术在基板1501上构建可完全定制的3D功能性光学材料水平结构1500的方法。该方法始于方块1510，如图15A所示，其中待被图案化为衍射光学元件的光学材料堆叠(即，膜堆叠1508)沉积在基板1501上。基板1501可为单一光学材料或衍射光学元件。沉积材料可用以制造用于形成3D光学结构的母版，其中该母版从最终3D光学结构转置。膜堆叠1508可为用于在下方基板中形成特征的抗蚀剂材料，或者膜堆叠1508可为适用于形成3D功能性光学材料水平结构1500的多个光学材料。
方块1510额外包括在膜堆叠1508的顶表面1511上沉积并图案化掩模材料1509。掩模材料1509具有上表面1588、底表面1589、右侧表面1581及左侧表面1582。应理解，掩模材料1509可为具有任何数目的侧表面的任何形状，且下文中的操作可在各个侧表面中的一者或多者上执行。为简便起见，将相对于右侧表面1581及左侧表面1582进行以下讨论。此外，该讨论应利用3D功能性光学材料水平结构1500的右侧面1591及左侧面1592。掩模材料1509可为光刻胶或其他适合的掩模材料。掩模材料1509的形成可在一系列步骤中执行，在这些步骤中沉积、暴露和移除无用的掩模材料1509。
在图15B中图示的方块1520中，膜堆叠1508被向下蚀刻掉一个水平。应理解，该层及随后针对上述方法描述的每层均可具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。掩模材料1509阻止膜堆叠1508的第一层部分1526被蚀刻。在掩模材料1509下的膜堆叠1508的顶表面1511得以保留，而膜堆叠1508的其他区域被蚀刻掉以暴露新的一层(即，第二顶表面1521)。
在图15C中图示的方块1530中，掩模材料1509的右侧表面1581及左侧表面1582被修整所需距离(即，被侧向蚀刻)。用于该修整的所需距离可对应于侧向台阶尺寸，例如，第一层顶部部分1527。右侧表面1581及左侧表面1582被修整掉以露出多个新的侧面(即，第二左侧面1584及第二右侧面1583)。掩模材料1509的修整使得掩模材料宽度变小(即，右侧表面1581与左侧表面1582之间距离大于在修整之前的掩模材料1509第二右侧表面1583与第二左侧表面1584之间的距离)。第二右侧表面1583与第二左侧表面1584暴露第一层顶部部分1527，该部分不再被掩模材料1509覆盖。掩模材料1509可沿每个侧面被修整约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的距离。因此使得第一层顶部部分1527与掩模材料1509的相应侧面之间相距约20纳米至约1微米之间的距离。或者，掩模材料1509被选择性修整蚀刻，例如定向蚀刻。
在图15D中图示的方块1540中，在光学材料(即，膜堆叠1508)上执行第二垂直蚀刻，以垂直蚀刻掉第二水平。膜堆叠1508又被向下蚀刻掉一层，以在蚀刻穿过第一层顶部部分1527的同时暴露第二层部分1536及第二层顶部部分1537。掩模材料1509阻止直接位于其下方的膜堆叠1508(即，被掩模材料1509覆盖的第一层部分1526及被第一层部分1526覆盖的第二层部分1536)被蚀刻。在掩模材料1509下的膜堆叠1508的顶表面1511得以保留，而膜堆叠1508的其他的区域被蚀刻掉以暴露新的一层(即，第三顶表面1031、第二层顶部部分1537和第二层部分1536)。
上述步骤序列可重复任意次数，以产生所需结构。例如，方块1530中的修整操作及方块1540中的蚀刻操作被重复“N”次，以形成所需台阶结构，该结构整体上设置有可选的平坦截面。N是对应于用于亚微米3D光学结构的水平数目的整数。例如，亚微米3D光学结构可具有等于亚微米3D光学结构的水平数目的N。亚微米3D光学结构可具有4、8、16、32或更多水平。
在一个纯说明性实例中，N等于3，其对应于蚀刻及修整的3个水平。在图15E中图示的方块1550中，执行第三修整蚀刻以形成所需的第三侧向台阶尺寸。第三修整操作可以是以掩模材料1509的一个或多个特定侧面为目标的定向蚀刻操作。例如，定向蚀刻可修整第二右侧面1583以露出第三右侧面1585，同时完整保留第二左侧面1584。修整操作可在右侧面1591上再一次露出第一层顶部部分1527，同时保留左侧面1592上覆盖第一层1526的掩模材料1509。
在图15F中图示的方块1560中，膜堆叠1508又被向下蚀刻掉一层以暴露第三层部分1546。掩模材料1509阻止直接位于其下方的膜堆叠1508被蚀刻。在掩模材料1509下的膜堆叠1508的顶表面1511得以保留，而膜堆叠1508的区域被蚀刻掉以暴露新的一层(即，第四顶表面1541及第三层部分1546的第三层顶部部分1547)。左侧面1592大体上从第三顶层部分1547垂直向上，而右侧面1591具有对应于第三层部分1546、第二层部分1536及第一层部分1526的一系列台阶。
在图15G中图示的方块1570中，执行第四修整操作以形成所需的第四侧向台阶尺寸。第二修整操作是以第二左侧面1584为目标的定向蚀刻操作。掩模材料1509的第二左侧面1584被修整至新的第三左侧面1586，同时第三右侧面1585完整保留。修整操作可再一次在右侧面1591上露出第一层顶部部分1527，同时保留左侧面1592上的掩模材料1509覆盖第一层1526。
在图15H中图示的方块1580中，膜堆叠1508又被向下蚀刻掉一层，以暴露第四层部分1556。掩模材料1509阻止直接位于其下方的膜堆叠1508被蚀刻。在掩模材料1509下的膜堆叠1508的顶表面1511得以保存，而膜堆叠1508的区域被蚀刻掉以暴露新的第五顶表面1551及第四层部分1556的第四层顶部部分1557。左侧面1592现在具有从第二顶层部分1537起的单个台阶，而右侧面1591具有对应于第四层部分1556、第三层部分1546、第二层部分1536及第一层部分1526的一系列台阶。
在图15I中图示的方块1590中，掩模材料1509从膜堆叠1508剥离以露出3D光学结构1500。第四层部分1556、第三层部分1546、第二层部分1536和第一层部分1526的轮廓围绕3D光学结构1500的中心是非对称的。应理解，先前的蚀刻和修整步骤可重复任意次数，以在剥离掩模材料1509之前产生具有大量层的对称3D结构，其中每层具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。同样应理解，在台阶壁上方需要笔直的垂直壁时，针对一个或多个层可以可选地跳过掩模材料1509的侧面修整。
现将同时讨论图16及图7A至图7J。图16图示用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法1600。图7A至图7J可用以图示图16的用于在基板上通过使用重复涂覆和暴露的技术的第二实施方式来构建3D功能性光学材料水平结构的方法1600。
在图7A中图示的方块1605中，准备光学基板以用于在基板上通过使用重复的涂覆和暴露的技术的第二实施方式来构建3D功能性光学材料水平结构。基板701上可生长有SiO2层，例如通过热氧化生长而形成。该技术迫使氧化剂在高温下扩散至基板内，并与基板反应。SiO2层可生长至约100纳米。
在图7B中图示的方块1610中，在基板701上沉积可堆叠光学材料711或母版材料，其是对光学或其他辐射较敏感的抗蚀剂材料。可堆叠光学材料711可通过任何适合的技术沉积、旋涂或置于基板701上。在一个实施方式中，可堆叠光学材料711旋涂至基板701上。可堆叠光学材料711及下文针对图7A至图7J描述的每层均可具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的厚度或高度。
在图7C中图示的方块1615中，可堆叠光学材料711经暴露以在该材料中形成图案。该图案经设计以产生经设计的多水平光学结构的第一水平，或在压印的情况下，该图案经设计以为将用于多个光学结构的制造的母版提供相反图案。
在图7C中图示的方块1620中，可选地烘烤可堆叠光学材料711。暴露和烘烤工艺719使得可堆叠光学材料711在经由掩模而暴露并随后被烘烤的位置中形成多个第一固化材料716。
在图7D中图示的方块1625中，第二层光学材料721被沉积在可堆叠光学材料711上，包括第一固化材料716。第二层光学材料721可旋涂至可堆叠光学材料711上，或通过其他适合的技术而形成。
在图7E中图示的方块1630中，第二层光学材料721经暴露以在该材料中形成图案。该图案经设计以产生多水平光学结构的第二水平，或者在压印的情况下，该图案经设计以为将用于多个光学结构的制造的母版提供相反图案构造中的第二水平。
在图7E中图示的方块1635中，可选地烘烤可堆叠光学材料711。暴露和烘烤工艺719使得可堆叠光学材料711在经由掩模而暴露并随后被烘烤的位置中形成多个第一固化材料716。
在方块1640中，针对N个水平重复用于在下层上沉积光学材料的步骤1625、用于暴露光学材料以在材料中形成图案的步骤1630和用于可选地烘烤图案化光学材料的步骤1635，以产生多水平3D功能性光学材料水平结构。3D功能性光学材料水平结构具有N个水平，如4个水平、8个水平、16个水平、32个水平，或更多水平。
在图7J中图示的方块1645中，同时对N层上的N个图案的暴露及固化区域进行显影。显影从3D功能性光学材料水平结构或母版上移除未图案化的材料。被显影的3D结构或母版是由留在基板701上的固化材料层形成的。
在方块1650中，在上述显影步骤中留下的母版用于在光学材料或堆叠中压印相反形状。因此，光学材料可重复并精确地用以形成多个3D功能性光学材料水平结构。
有利地，上述方法提供了具有减少步骤的用于构建亚微米元件的技术。这些技术需要更少的操作(如平坦化)，从而节约原材料、机器运行成本及时间。3D光学元件可以是对称或不对称的，且由具有如下尺寸的单元形成，在每个坐标方向(诸如X、Y和Z方向)上具有约20纳米至约1微米之间(例如约200纳米)的尺寸。因此，3D光学元件可被制造得足够小以用于从小器件产生高分辨率的全息影像。
除上述实例的外，一些额外非限制性实例可描述如下：
示例1.1一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米不对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在基板的顶表面上形成多个深度小于1微米的第一功能性材料水平；
处理第一功能性材料水平的第一外表面，该第一外表面具有第一顶表面；
仅在第一功能性材料水平中的一者或多者的第一顶表面上形成多个深度小于1微米的第二功能性材料水平；
处理第二功能性材料水平的第二外表面，该第二外表面具有第二顶表面；及
仅在第二功能性材料水平中的一者或多者的第二顶表面上形成多个深度小于1微米的第三功能性材料水平。
示例1.2示例1.1中的方法，其中形成第一功能性材料水平可以不在第一功能性材料水平上形成有第二第三功能性材料水平。
示例1.3示例1.2中的方法，其中第一、第二及第三功能性材料水平在基板上产生具有各种高度的柱体。
示例1.4示例1.2中的方法，其中第二第三功能性材料水平和第三功能性材料并非直接形成在基板的顶表面上。
示例1.5示例1.1中的方法，其中第一、第二及第三功能性材料水平中每一者的深度为约200纳米。
示例1.6示例1.1中的方法，其中处理第一及第二功能性材料水平的步骤进一步包含以下步骤中的至少一者：
形成原子沉积层；
掺杂或离子注入；及
辐射硬化。
示例1.7示例1.6中的方法，其中处理第一及第二功能性材料水平分别改变第一外表面及第二外表面的组成，使得覆盖在第一外表面及第二外表面上的功能性材料水平的溶剂或其他化学品不会侵蚀第一及第二功能性材料水平。
示例1.8示例1.1中的方法，进一步包含：
在光学材料或堆叠中压印该亚微米不对称3D光学材料结构的相反形状。
示例2.1一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米不对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在基板的顶表面上形成深度小于1微米的第一功能性材料水平；
浸渍该第一功能性材料水平以形成第一处理功能性材料水平，该第一处理功能性材料水平具有第一顶表面；
仅在第一处理功能性材料水平中的一者或多者的第一顶表面上形成深度小于1微米的第二功能性材料水平；
浸渍第二功能性材料水平以形成第二处理功能性材料水平，该第二处理功能性材料水平具有第二顶表面；及
仅在第二处理功能性材料水平中的一者或多者的第二顶表面上形成深度小于1微米的第三功能性材料水平。
示例2.2示例2.1中的方法，其中第一功能性材料水平上可以不形成有第二第三功能性材料水平。
示例2.3示例2.2中的方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料水平在基板上产生具有各种高度的柱体。
示例2.4示例2.2中的方法，其中第二第三功能性材料水平及第三功能性材料并非直接形成在基板的顶表面上。
示例2.5示例2.1中的方法，其中浸渍第一及第二功能性材料水平的步骤进一步包含以下步骤：
进行烘烤或电子伏特注入以改变第一、第二及第三功能性材料水平的结构。
示例2.6示例2.5中的方法，其中浸渍第一及第二功能性材料水平的处理将第一及第二功能性材料水平的结构改变为对可设置在其上的后续层大体上呈化学惰性的更稳健的材料。
示例2.7示例2.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该亚微米不对称3D光学材料结构的相反形状。
示例3.1一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米不对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在基板的顶表面上形成深度小于1微米的第一功能性材料水平，该第一功能性材料水平具有第一顶表面并且是第一材料；
在第一功能性材料水平的第一顶表面上形成深度小于1微米的第二功能性材料水平，该第二功能性材料水平具有第二顶表面并且是第二材料，该第二材料可相容地堆叠在第一材料上；及
在第二功能性材料水平的第二顶表面上形成深度小于1微米的第三功能性材料水平，该第三功能性材料水平具有第一材料，该第一材料可相容性地堆叠在第二材料上。
示例3.2示例3.1中的方法，其中第一功能性材料水平上可以不形成有第二第三功能性材料水平。
示例3.3示例3.2中的方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料水平在基板上产生具有各种高度的柱体。
示例3.4示例3.2中的方法，其中第二第三功能性材料水平及第三功能性材料并非直接形成在基板的顶表面上。
示例3.5示例3.1中的方法，其中第一功能性材料水平可以是基于溶胶-凝胶的材料并且第一功能性材料水平可以是基于聚合物的材料。
示例3.6示例3.5中的方法，其中该第三功能性材料是基于溶胶-凝胶的材料。
示例3.7示例3.1中的方法，其中第一功能性材料、第二功能性材料及第三功能性材料具有约20纳米至约1微米之间的高度。
示例3.8示例3.7中的方法，其中该高度为约200纳米。
示例3.9示例3.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该亚微米不对称3D光学材料结构的相反形状。
示例4.1一种用于在无需平坦化的情况下在基板上利用溶胶-凝胶形成亚微米不对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在基板的顶表面上形成深度小于1微米的第一功能性材料水平，该第一功能性材料水平具有第一顶表面并且是溶胶-凝胶材料；
在第一功能性材料水平的第一顶表面上形成深度小于1微米的第二功能性材料水平，该第二功能性材料水平具有第二顶表面并且是溶胶-凝胶材料；及
在第二功能性材料水平的第二顶表面上形成深度小于1微米的第三功能性材料水平，该第三功能性材料水平是溶胶-凝胶材料。
示例4.2示例4.1中的方法，进一步包含以下步骤：
固化第一功能性材料水平的溶胶-凝胶材料以形成相容性聚合物，该相容性聚合物足够稳健以允许第二功能性材料水平的胶状溶液置于其上。
示例4.3示例4.2中的方法，其中该相容性聚合物是SiOx。
示例4.4示例4.1中的方法，其中形成第一功能性材料水平包含以下步骤：
通过旋涂来沉积溶胶-凝胶材料。
示例4.4示例4.1中的方法，其中第一功能性材料、第二功能性材料及第三功能性材料具有约20纳米至约1微米之间的高度。
示例4.5示例4.4中的方法，其中该高度为约200纳米。
示例4.6示例4.1中的方法，其中第一功能性材料水平上可能不形成有第二第三功能性材料水平。
示例4.7示例4.6中的方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料水平在基板上产生具有各种高度的柱体。
示例4.8示例4.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该亚微米不对称3D光学材料结构的相反形状。
示例5.1一种用于在无需平坦化的情况下在设置在基板上的膜堆叠内形成亚微米对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在膜堆叠的顶表面上形成掩模材料，该掩模材料具有多个侧面；
对膜堆叠的顶表面蚀刻小于1微米的深度，从而露出第二顶表面，并在掩模材料下形成第一材料水平；
对掩模材料的侧面修整小于1微米，以露出掩模材料的第二侧表面和第一材料水平的第一上表面；
对膜堆叠的第二顶表面和第一材料水平的第一上表面蚀刻小于1微米的深度，从而在第一材料水平下形成第二材料水平并露出膜堆叠的第三顶表面和第二材料水平的第二上表面；
对掩模材料的第二侧面修整小于1微米，以露出掩模材料的第三侧表面和第一材料水平的第一上表面；
对膜堆叠的第三顶表面、第一材料水平的第一上表面和第二材料水平的第二上表面全部蚀刻小于1微米的深度，从而在第二材料水平下形成第三材料水平并露出膜堆叠的第四顶表面和第三材料水平的第三上表面；及
从膜堆叠剥离掩模材料以露出台阶3D光学材料结构。
示例5.2示例5.1中的方法，其中蚀刻深度为约200纳米。
示例5.3示例5.1中的方法，其中对掩模材料的第二侧面修整所需距离，该所需距离对应于侧向台阶尺寸。
示例5.4示例5.3中的方法，其中侧向台阶尺寸大体上类似于深度。
示例5.5示例5.3中的方法，进一步包含以下步骤：
定向蚀刻掩模材料。
示例5.6示例5.1中的方法，其中第二顶表面比第三顶表面更靠近掩模材料。
示例5.7示例5.1中的方法，进一步包含以下步骤：
沉积对其他材料的蚀刻具有抗性的阻挡层；及
利用光刻来图案化该阻挡层。
示例5.8示例5.7中的方法，其中，响应于对阻挡材料的图案化，该方法进一步包含以下步骤：
对阻挡层进行显影，并移除未图案化材料。
示例5.9示例5.7中的方法，进一步包含以下步骤：
剥离阻挡层。
示例5.10示例5.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在一个或多个蚀刻操作中跳过对掩模材料的侧面的修整。
示例5.11示例5.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该台阶3D光学材料结构的相反形状。
示例6.1一种用于在无需平坦化的情况下在设置在基板上的膜堆叠内形成亚微米单侧面对称3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
在膜堆叠的顶表面上形成硬质掩模；
在膜堆叠的顶表面的一部分上和硬质掩模的一部分上形成掩模材料，该掩模材料具有多个侧面；
对膜堆叠的顶表面蚀刻小于1微米的深度，从而露出第二顶表面，并在掩模材料下形成第一材料水平；
对掩模材料的侧面修整小于1微米，以露出掩模材料的第二侧表面和第一材料水平的第一上表面；
对膜堆叠的第二顶表面和第一材料水平的第一上表面蚀刻小于1微米的深度，从而在第一材料水平下形成第二材料水平，并露出膜堆叠的第三顶表面和第二材料水平的第二上表面；
对掩模材料的第二侧面修整小于1微米，以露出掩模材料的第三侧表面和第一材料水平的第一上表面；
对膜堆叠的第三顶表面，第一材料水平的第一上表面，及第二材料水平的第二上表面全部蚀刻小于1微米的深度，从而在第二材料水平下形成第三材料水平，并露出膜堆叠的第四顶表面和第三材料水平的第三上表面；及
从膜堆叠剥离掩模材料以露出亚微米对称3D光学材料结构。
示例6.2示例6.1中的方法，进一步包含以下步骤：
移除硬质掩模；
形成第二掩模材料、台阶3D光学材料结构，及膜堆叠的第四顶表面；
将膜堆叠的顶表面蚀刻至第四顶表面的深度；及
从膜堆叠剥离第二掩模材料以露出亚微米单侧面对称3D光学材料结构。
示例6.3示例6.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该单侧面对称3D光学材料结构的相反形状。
示例6.4示例6.1中的方法，其中蚀刻深度为约200纳米。
示例6.5示例6.1中的方法，其中对掩模材料的第二侧面修整所需距离，该所需距离对应于侧向台阶尺寸。
示例6.6示例6.5中的方法，其中侧向台阶尺寸大体上类似于深度。
示例6.7示例6.5中的方法，进一步包含以下步骤：
定向蚀刻掩模材料。
示例6.8示例6.1中的方法，其中第二顶表面比第三顶表面更靠近掩模材料。
示例6.9示例6.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在一个或多个蚀刻操作中跳过对掩模材料的侧面的修整。
示例6.10示例6.1中的方法，进一步包含以下步骤：
在光学材料或堆叠中压印该3D光学材料结构的相反形状。
示例7.1一种衍射光学元件上的亚微米3D光学材料结构，该3D光学材料结构包含：
具有顶表面的基板；
形成于基板的顶表面的第一材料水平，其中该第一材料水平具有第一顶表面并包含：
多个第一单元件材料，每个第一单元件材料具有全部小于约1微米的高度、宽度及长度；
形成于第一材料水平的第一顶表面上的第二材料水平，其中该第二材料水平具有第二顶表面并包含：
多个单元件材料，其中每个第二单元件材料设置在第一单元件材料中的一者上，并且每个第二单元件材料具有第二高度、第二宽度及第二长度，上述第二高度、第二宽度及第二长度大体上类似于第一单元件材料的高度、宽度及长度；及
形成于第二材料水平的第二顶表面上的第三材料水平，其中该第三材料水平包含：
多个第三单元件材料，其中每个第三单元件材料设置在第二单元件材料中的一者上，并且每个第三单元件材料具有第三高度、第三宽度及第三长度，上述第三高度、第三宽度及第三长度大体上类似于第二单元件材料的高度、宽度及长度。
示例7.2示例7.1中的3D光学材料结构，其中第一材料水平进一步包含：
多个第一通孔，其中第一通孔不含多个第一单元件中的任一者。
示例7.3示例7.2中的3D光学材料结构，其中多个第一通孔中的每个通孔的尺寸大体上类似于第一单元件的尺寸。
示例7.4示例7.2中的3D光学材料结构，其中每个第二单元件设置在第一单元件上，而不设置在多个第一通孔中的任一者上或任一者中。
示例7.5示例7.2中的3D光学材料结构，其中第二材料水平进一步包含：
多个第二通孔，其中第二通孔不含第二多个单元件中的任一者，并设置在多个第一通孔上。
示例7.6示例7.5中的3D光学材料结构，其中多个第二通孔的一者或多者额外设置在第一单元件的一者或多者上。
示例7.7示例7.6中的3D光学材料结构，其中大量层经堆叠以形成3D光学材料结构，该结构具有四(4)、八(8)、十六(16)、三十二(32)或更多层材料。
示例8.1一种衍射光学元件上的亚微米3D光学材料结构，该3D光学材料结构包含：
具有顶表面的基板；
膜堆叠，设置在基板的顶表面上并具有上表面；
形成于膜堆叠的上表面上的第一材料水平，该第一材料水平具有第一宽度及第一上表面：
形成于第一材料水平的第一上表面上的第二材料水平，该第二材料水平具有第二宽度及第二上表面：及
形成于第二材料水平的第二上表面上的第三材料水平，该第三材料水平具有第三宽度，其中第一宽度大于第二宽度，第二宽度大于第三宽度，并且其中第一宽度、第二宽度及第三宽度形成围绕3D光学材料结构的中心的对称轮廓。
示例8.2示例8.1中的3D光学材料结构，其中第一材料水平、第二材料水平及第三材料水平的深度在约20纳米至约1微米之间。
示例8.3示例8.1中的3D光学材料结构，其中第一材料水平、第二材料水平及第三材料水平的深度为约200纳米。
示例8.3示例8.1中的3D光学材料结构，进一步包含：
设置在第一材料水平上并在第二材料水平中的孔隙，该孔隙中不含材料，并且其中当第三材料水平设置在该孔隙的顶部时，该第三材料水平跨过该孔隙。
示例8.4示例8.1中的3D光学材料结构，其中形成3D光学材料结构的每个材料水平的宽度、长度及高度的尺寸是旋涂在第一、第二及第三材料水平上的材料厚度和一个或多个光刻操作中所用图案中的特征尺寸的函数。
示例8.5示例8.1中的3D光学材料结构，进一步包含：
阻挡层，设置在第一、第二及第三材料水平中的一者或多者上，该阻挡层经构造以阻止后续材料水平在阻挡层上方的形成。
示例9.1一种制造亚微米3D光学衍射光学元件的方法，该方法包含以下步骤：
A)在基板上沉积光学材料堆叠，该堆叠待被图案化为衍射光学元件；
B)在材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料；
C)将材料堆叠向下蚀刻掉一个水平；
D)侧向地对掩模材料的一个或多个侧面部分定向蚀刻所需距离；
E)垂直地将材料堆叠垂直向下蚀刻至第二水平；
F)重复步骤D及步骤E；及
G)剥离掩模材料。
示例9.2示例9.1的方法，进一步包含以下步骤：
沉积对其他材料的蚀刻具有抗性的阻挡层，并利用光刻将阻挡层图案化为阻挡区域；及
添加覆盖选定台阶区域的掩模材料，并将原始的阻挡区域蚀刻至更低的台阶水平。
尽管前述内容针对本发明的实施方式，但可在不脱离本发明实施方式的基本范围的情况下设想本发明的其他及更多的实施方式，权利要求16所述的实施方式如图16中所示，本发明的范围由随附的权利要求书所确定。

Claims (15)

1.一种用于在无需平坦化的情况下在衍射光学元件上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
A)在基板上沉积材料堆叠，该材料堆叠待被图案化；
B)在该材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料；
C)将该材料堆叠向下蚀刻一个水平；
D)修整该掩模材料的侧面部分；
E)将该材料堆叠再向下蚀刻一个水平；
F)重复步骤D和步骤E“N”次；及
G)从该材料堆叠剥离该掩模材料。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
沉积并利用光刻图案化阻挡层，该阻挡层经构造以抵抗该材料堆叠的蚀刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于该阻挡材料的该图案化，该方法进一步包含以下步骤：
对该阻挡层进行显影，并移除未图案化的材料。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
剥离该阻挡层。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将被蚀刻的该材料堆叠用作母版，以用于在光学材料或堆叠中压印被蚀刻的该材料堆叠的相反形状。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
在一个或多个蚀刻操作中跳过该掩模材料的该侧面的该修整。
7.一种用于在无需平坦化的情况下在衍射光学元件上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
A)利用材料的第一层涂覆基板；
B)利用光刻技术暴露该材料以产生第一图案；
C)固化暴露的该材料；
D)利用该材料的第二层涂覆该基板；
E)利用该光刻技术暴露该材料以产生第二图案；
F)按需固化暴露的该材料；
G)针对该材料的“N”层重复步骤D至步骤F“N”次，该材料的“N”层中暴露有“N”个图案；及
H)同时对n层上的“N”个图案的该暴露和固化的区域进行显影。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：
在制备该第一层时，在该基板上生长SiO2层，。
9.根据权利要求7所述的方法，其中该“N”层中的每一者具有约20纳米至约1微米之间的厚度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中对暴露的该材料进行固化的步骤包含以下步骤：暴露并烘烤暴露的该材料。
11.根据权利要求7所述的方法，其中利用该材料的第二层涂覆该基板的步骤包含以下步骤：
在该第一层未被平坦化的情况下将该第二层施加至该第一层。
12.根据权利要求7所述的方法，其中并非全部来自该第一层的该第一固化材料上都形成有该第二层中的第二固化材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该第一层中的该第一固化材料可大体上类似于该第二层中的该第二固化材料。
14.一种制造亚微米3D衍射光学元件的方法，该方法包含以下步骤：
A)在基板上沉积光学材料堆叠，该光学材料堆叠待被图案化为衍射光学元件；
B)利用光刻技术暴露该材料以产生第一图案；
C)对暴露的该材料进行固化；
D)针对该材料的“N”层重复步骤A至步骤C“N”次，该材料的“N”层中暴露有“N”个图案；
E)同时对n层上的“N”个图案的该暴露和固化区域进行显影，以形成母版，其中该母版是该亚微米3D衍射光学元件的相反物；及
F)通过使用该母版以形成多个该亚微米3D衍射光学元件。
15.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：
在准备该光学材料堆叠的沉积中，在高温下迫使氧化剂扩散中至该基板，并使该氧化剂与该基板反应。
同时对N层上的该N个图案的该暴露和固化区域进行显影。
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