JP2021516367A - ３ｄ機能光学材料積層構造を構築する方法 - Google Patents

Abstract

本明細書の実施形態は、サブミクロンの３Ｄ回折光学素子、およびサブミクロンの３Ｄ回折光学素子を形成する方法について記載する。第１の実施形態において、平坦化を行わずにサブミクロンの３Ｄ回折光学素子を基板上に形成する方法が提供される。本方法は、パターニングされる材料積層体を基板上に堆積させることと、材料積層体の一部分の上に厚いマスク材料を堆積させてパターニングすることと、材料積層体を１レベル下方にエッチングすることと、厚いマスク材料の側部をトリミングすることと、材料積層体をもう１レベル下方にエッチングすることと、「ｎ」回上記のトリミングステップおよびエッチングステップを繰り返すことと、材料積層体から厚いマスク材料を剥離することとを含む。【選択図】図９

Description

本明細書の実施形態は、概して、３Ｄ光学積層可能構造を形成するプロセスに関する。

３Ｄ光学構造が、複雑な光学素子を製造するために使用される。例えば、３Ｄ光学構造が、光により３Ｄホログラムを生成するために使用されうる。しかしながら、３Ｄ光学系の品質は、３Ｄ光学系のために使用される積層可能な層構造上での３Ｄパターンの密度を上げ、当該３Ｄパターンのサイズを縮小することに大きく依存している。従来の３Ｄ光学構造を生成することには、レジストを含む３次元（３Ｄ：３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）のパターニング可能で積層可能な層構造を、基板に亘って形成することが含まれる。基板は、その上に堆積された材料の第１の層を有し、レジストが第１の層のためにパターニングされる。次に、上記構造に金属が充填され、その後、化学機械研磨器で平坦化される。これらの操作が各層について何度も繰り返されて、上記構造において複数の様々な垂直方向の高さが生じる。しかしながら、現在の構造では依然として、ミクロンスケールよりも大きな構造を生じ、その結果、ホログラムといった幾つかの３Ｄ光学的用途には望ましくない解像度がもたらされる。

解像度、焦点深度、およびリソグラフィ欠陥感度に関するマルチプルパターニングの問題および利点は理解されているが、プロセスバジェットを制御し、歩留まりを上げて維持することがさらに望まれている。さらに、この種の構造を生成することは容易ではない。というのは、後続の材料レベルの塗布により、先にパターニングされている材料が溶解または破壊しうるからである。

したがって、基板上に高密度の３Ｄマルチパターン構造を生成するための改良された方法が必要とされている。

本明細書の実施形態は、サブミクロンの３Ｄ光学材料構造、およびサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成する方法について記載する。第１の実施形態において、平坦化を行わずにサブミクロンの３Ｄ光学材料を基板上に形成する方法が提供される。本方法は、パターニングされる材料積層体を基板上に堆積させることにより開始され、材料積層体の一部分の上に厚いマスク材料を堆積させてパターニングすることと、材料積層体を１レベル下方にエッチングすることと、厚いマスク材料の側部をトリミングすることと、材料積層体をもう１レベル下方にエッチングすることと、「ｎ」回上記のトリミング操作およびエッチング操作を繰り返すことと、材料積層体から厚いマスク材料を剥離することをさらに含む。

第２の実施形態において、平坦化を行わずにサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を基板上に形成する方法が提供される。本方法は、材料の第１の層で基板をコーティングすることにより開始され、リソグラフィ法により特定の材料を露光して第１のパターンを生成することと、必要に応じて、露光された特定の材料を硬化させることと、材料の第２の層で基板をコーティングすることと、リソグラフィ法により特定の材料を露光して第２のパターンを生成することと、必要に応じて、露光された特定の材料を硬化させることと、ｎ個のパターンが露光されるｎ個の層について、コーティング、露光、及び硬化のための上記操作を「ｎ」回繰り返すことと、ｎ個の層上のｎ個のパターンの上記露光されて硬化させられた領域を、同時に現像することをさらに含む。

第３の実施形態において、サブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造が提供される。非対称的な３Ｄ光学材料構造は基板を有し、基板は、上面と、当該基板の上面上に形成された第１の機能材料レベルと、を有する。第１の機能材料レベルは、複数の第１の単位材料片をさらに有し、各第１の単位材料片は高さ、幅、および長さを有し、これらのすべてが約１ミクロン未満である。非対称的な３Ｄ光学材料構造は、第１の機能材料レベルの第１の上面上に形成された第２の機能材料レベルをさらに有する。第２の機能材料レベルは、複数の第２の単位材料片をさらに有し、各第２の単位材料片は、第１の単位材料片のうちの１つに載置され、各第２の単位材料片は、第１の単位材料片と実質的に同様の高さ、幅および長さを有する。非対称的な３Ｄ光学材料構造は、第２の機能材料レベルの第２の上面上に形成された第３の機能材料レベルをさらに有し、第３の機能材料レベルは、複数の第３の単位材料片をさらに有し、各第３の単位材料片は、第２の単位材料片のうちの１つに載置され、各第３の単位材料片は、第２の単位材料片と実質的に同様の第３の高さ、第３の幅および長さを有する。

第４の実施形態において、サブミクロンの対称的な３Ｄ光学材料構造が提供される。サブミクロンの対称３Ｄ光学材料構造は、上面を有する基板と、基板の上面に載置された、上表面を有する膜積層体と、膜積層体の上表面上に形成された、第１の幅及び第１の上表面を有する第１の機能材料レベルと、第１の機能材料レベルの第１の上表面上に形成された、第２の幅を有する第２の機能材料レベルと、第２の機能材料レベルの第２の上表面上に形成された、第３の幅を有する第３の機能材料レベルと、を有し、第１の幅は第２の幅よりも大きく、第２の幅は第３の幅よりも大きく、第１の幅、第２の幅、及び第３の幅は、３Ｄ光学材料構造の中央の周りに対称的なプロファイルを形成する。

第５の実施形態において、サブミクロンの３Ｄ回折光学素子を作製する方法が提供される。本方法は、回折光学素子へとパターニングされる光学材料積層体を基板上に堆積させることにより開始される。次いで、本方法は、材料積層体の一部分の上にマスク材料を堆積させて、パターニングする。この後に本方法では、材料積層体を１レベル下方にエッチングすることが続く。次いで、本方法は、マスク材料の１つ以上の側部に、所望の距離だけ横方向に方向性エッチングを施し、材料積層体を垂直方向に下方に２つ目のレベルまでエッチングする。本方法は、マスク材料を剥離することにより終了する。

本明細書の実施形態の上述の特徴が実現され細部にわたり理解されるように、上で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明が、添付の図面に示されている本発明の実施形態を参照することによって得られよう。

基板上に３Ｄ機能光学材料積層構造を構築するために適した一群の半導体処理装置を示す。 表面処理技術を用いて基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第１の方法を示す。 材料含浸技術を用いて基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第２の方法を示す。 材料の対を交互に配置する技法を用いて、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第３の方法を示す。 ゾル・ゲル技術を用いて基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第４の方法を示す。 平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成するための第５の方法を示す。 コーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための図６の第５の方法を示す。 基板上での３Ｄ機能光学材料レベル構造の構築についての図を提供する。 平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成する方法を示す。 対称的な３Ｄ光学構造を作るための図９の方法を示す。 １つ以上の側面に階段状３Ｄ光学構造を作る方法を示す。 図１０Ａ〜図１０Ｇの方法において形成された対称的な３Ｄ光学構造の図を提供する。 図１１Ａ〜図１１Ｅの方法で１つ以上の階段状側面が形成された３Ｄ光学構造の図を提供する。 コーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて形成された回折光学素子上に形成された３Ｄ光学材料レベル構造の他の実施形態を示し、３Ｄ光学材料レベル構造はその中に間隙を有する。 トリミング・エッチング技術を用いて、完全にカスタマイズ可能な３Ｄ機能光学材料レベル構造を基板上に構築する方法を示す。 図７Ａ〜図７Ｊに示すようなコーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて、基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成する方法を示す。

実施形態の理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。

しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面は、本発明の例示的な実施形態のみを例示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

回折光学素子は、１９世紀から使用されてきた。近年、光学研究の進歩により、シミュレーションと少量製造との両方において、サブ波長とサブミクロンの回折光学系を用いた光操作が可能になった。上記ナノアンテナは、光の位相、振幅、偏光を変えることが可能である。Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ−Ｂｅｒｒｙ効果または他のポストに基づくメタ表面は、高アスペクト比誘電体ピラーで作られた一実施形態である。ナノディスクにより作られるＭｉｅ共鳴器またはＨｕｙｇｅｎｓ共振器は、他の実施形態であり、プラズモン共鳴は他の実施形態でありうる。しかしながら、共振器によって必要とされるフィーチャ寸法を、厳格な堆積、パターニング、エッチング、または他の半導体ベースの方法を介するかどうかにかかわらず、規模を拡大して実現することは困難である。さらに、プラズモニクス光学素子の有効性は限られており、従って、幾つかの用途を満たすに過ぎないであろう。

マルチレベル回折光学素子は、波長よりも大きくありうるフィーチャを通じて光のスカラー特性を操作することから利益を得る。上記フィーチャが１ｕｍを超える寸法を含む場合に、当該フィーチャは、直接または間接書込みツールを用いて、グレースケールリソグラフィを用いて作製されうる。しかしながら、グレースケールリソグラフィはその解像度に制限があり、ｘ、ｙ、およびｚフィーチャを縮小することによって、より大きな視野、より大きな開口数、およびその他が可能となるであろう。

サブミクロンのマルチレベル回折光学系の作製への１のアプローチは、マルチプルパターニングを行うことであり、ここでは、全ての層が別々に堆積され、パターニングされ、エッチングされる。他のアプローチでは、マルチレベル作製のための金属ダマシンルートをとる。マルチプルパターニングのこのアプローチは、解像度、焦点深度、及びリソグラフィ欠陥感度の点での利点及び課題の両方を実証する。また、プロセスバジェットを制御し、歩留まりを上げて維持することも有益である。本稿では、基板上に高密度なサブミクロンのマルチレベルパターン構造を生成する方法について説明する。

機能層の変更によって、先行する層が、３Ｄ積層光学構造を可能とする後続層の処理に耐えるようよりロバストになる。本明細書の実施形態は、工学的な光学系適用のための３Ｄパターン光学構造を形成するために複数のパターニングされた層を処理するときに、材料処理の相互作用を低減することを目的とする。実施形態が以下では、３Ｄ積層光学構造のための作製技術を示すために図示される。一実施形態において、１つ以上の放射線硬化性機能リーブオン（ｌｅａｖｅ−ｏｎ）材料レベルが、３Ｄパターン構造を形成する。他の実施形態において、１つ以上の放射線硬化性機能有機ポリマー、無機材料レベル、または有機／無機ハイブリッド材料レベルが、３Ｄパターン構造を形成する。さらに別の実施形態において、放射線硬化が、先行する材料レベル（追加のポリマー架橋）のために提供され、先行する材料のロバスト性を改善し、後続の材料レベルの処理およびパターニングに対する「スキン（ｓｋｉｎ）」保護をもたらす。さらに別の実施形態において、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）といった表面処理プロセスが、パターニングされた層の間で、後続の層と先行する層との相互作用を最小に抑えるためのバリア層を提供するために使用される。さらに別の実施形態において、含浸技術（乾式、湿式、または蒸着処理であり得る）が、先行する材料レベルのロバスト性を改善するために利用される。さらに別の実施形態において、ドーピング技術、またはイオン注入技術が、先行する材料レベル（複数可）のロバスト性を改善するために利用される。さらに別の実施形態において、材料レベルの対（材料Ａの層および材料Ｂの層）を交互に配置することが、処理中の材料の相互作用を低減するために利用される。例えば、材料Ａはゾル・ゲル基材であってよく、材料Ｂはポリマー系材料でありうる。さらに別の実施形態において、ゾル・ゲル材料レベルが３Ｄ構造を構築するために使用され、これにより、ＳｉＯ_ｘを形成する硬化されたゾル・ゲル層は、後続のゾル・ゲル層処理との材料相互作用に耐えるのに十分にロバストである。有利に、先行してパターニングされた層が保護され、後続の層処理およびパターニングに耐えることが可能である。

追加の実施形態は、対称的な３Ｄ光学積層構造の形成を対象とする。対称的な３Ｄ光学積層構造は、サブミクロンスケールのフィーチャを生成するためにレジスト・トリミングプロセスを利用する。さらなる実施形態が、上記対称的なアプローチを取り、フレネルレンズといった対称的なフィーチャを片側に施すためにハードマスクを追加する。さらに別の実施形態において、完全にカスタマイズ可能および／または非対称的なサブミクロンの３Ｄ光学構造を形成するために、方向性エッチングが利用される。

先に簡潔に述べた実施形態は、有利に、サブミクロンスケールの３Ｄ光学構造の構築を可能にしながら、上記構造を生成するための削減された操作を提供する。以下に開示される方法によって、高度に洗練されたカスタマイズ可能な３Ｄ光学構造を、サブミクロンスケールで費用対効果の高いやり方で迅速に形成することが可能となる。例えば、３Ｄフィーチャが、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約５００ｎｍと２００ｎｍとの間の高さによるスケールで形成されうる。３Ｄ光学構造は、回折光学素子構造上に形成され、すなわち、水平方向の次元においてサブ波長スケールのパターンが施された、サブ波長の厚さを有する材料シート上に形成されうる。回折光学素子構造は、回折格子、及び、他の単一レベル構造、対称的な階段状構造、及び、階段部が付けられていない１つ以上の側面を有する階段状構造を有しうる。

本明細書に開示される構造は、中心軸の周りの対称性もしくは非対称性、階段状構造、または、任意の恐らくは３Ｄのフィーチャの一部を示すためにナノスケールで現れうるフィーチャを形成するために完全にカスタマイズ可能である。上記フィーチャのスケールは、ナノスケールで３Ｄであるが、人間の肉眼で認められるスケールで平坦なレンズを形成するために使用されうると理解されたい。更に、以下の検討について図面は全て方形の構造を示しているが、本明細書で開示される方法は、３Ｄ光学積層構造において様々な高さのピラーを形成するための、様々な長軸及び短軸を有する楕円断面ピラー、円形ピラー、又は任意の他の多角形の形状を作るために利用されうると理解されたい。

図１は、基板上に３Ｄ光学材料積層構造を構築するために適した半導体処理装置１００の一群を示している。半導体処理装置１００の一群は、コーティングツール１１０又はスピンコーティング、露光ツール１２０、ベーキング／硬化ツール１３０、及び現像ツール１４０のうちの１つ以上を有する。

コーティングツール１１０は、基板上に材料の層を塗布するよう構成される。コーティングツール１１０は、実質的に均一な材料層を塗布するためにスプレーコーティング技術を使用しうる。代替的に、コーティングツール１１０は、実質的に均一な材料層を塗布するためにスピンコーティング技術を使用してよい。さらに別の代替例において、コーティングツール１１０は、化学蒸着チャンバもしくはプラズマ蒸着チャンバ、原子層堆積チャンバ、または、数マイクロメートルもしくはナノメートルといった、材料の薄膜を基板上に塗布するために適した他の適切な装置であってよい。

露光ツール１２０は、パターンをそこに形成するためにレジストを変更するための光エネルギーを供給するリソグラフィツールであってよい。露光ツール１２０は、デジタルマスクを使用して、レジスト上にパターンを形成し、そこにフィーチャを形成しうる。

ベーキング／硬化ツール１３０は、基板上に堆積された材料の外表面または層全体の材料組成を変えるために、温度または他のエネルギーを使用しうる。ベーキング／硬化ツール１３０は、水分、もしくは、揮発性物質、すなわち溶媒を除去しまたは反応を促進して、ベークされ、すなわち硬化される材料層上に後に塗布される後続の材料の適格性または適合性について材料を変えうる。

現像ツール１４０は、基板上のレジスト層を溶解させて、基板上に形成されたパターンの構造を露出させる。現像後に、基板は、基板上にデバイスを作成するための３Ｄ光学材料積層構造を含む。３Ｄ光学材料積層構造は、後述するいくつかの方法のうちの１つを使用して形成されうる。

図２Ａ〜図２Ｆは、表面処理技術を使用して、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第１の方法２００を示している。本実施形態は、基板２０１上に様々な高さのピラーをもたらす光学材料レベルの３Ｄ積層を示している。第１の方法２００により、従来の操作と比べて操作の数が少なくなり、さらに、繰り返される平坦化ステップが無くされる。

図２Ａに示すブロック２１０において、１つ以上の第１の機能材料レベル（ＦＭＬ：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ）２１１が、基板２０１の上面２０２上に形成される。第１のＦＭ２１１、および、ここでさらに記載する各ＦＭＬは、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。第１のＦＭＬ２１１は、第１の外表面２１３と、第１の上面２１２と、第１の底面２１５とを有する。第１のＦＭＬ２１１の第１の上面２１２は、第１の底面２１５の反対側に設けられている。第１の底面２１５は、基板２０１の上面２０２に載置されている。

図２Ｂに示すブロック２２０において、第１の表面処理（ＳＴ：ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）２２１が、第１のＦＭＬ２１１の第１の外表面２１３上で実行される。第１のＳＴ２２１は、第１の上面２１２上に延在するが、第１の底面２１５上には延在しない。第１のＳＴ２２１は、原子堆積層であってよく、ドープされてよく、または、イオン注入、放射線硬化、（ベーキング、もしくは、紫外線（ＵＶ）硬化といった）放射線硬化性処理、または、第１のＦＭＬ２１１の第１の外表面２１３の組成を変える他の処理であってよい。

図２Ｃに示すブロック２３０において、１つ以上の第２の機能材料レベル（ＦＭＬ）２３１が、第１のＦＭＬ２１１の第１の上面２１２の１つ以上に形成され、ここで、第１の上面２１２は第１のＳＴ２２１を有する。第２のＦＭＬ２３１は、溶媒または他の化学物質がその下にある先行する層、すなわち第１のＦＭＬ２１１をアタックしないように、第１のＳＴ２２１と適合性がある。各第２のＦＭＬ２３１は、第１のＦＭＬ２１１のうちの１つ（必ずしも、第１のＦＭＬ２１１の全てではない）に堆積される。例えば、第２のＦＭＬ２３１は基板２０１の上には形成されないであろう。しかしながら、項目番号２３９が付された第１のＦＭＬ２１１のように、各第１のＦＭＬ２１１には、第２のＦＭＬ２３１のうちの１つが必ずしも形成される必要はないと理解されたい。第２のＦＭＬ２３１は、第２の外表面２３３と、第２の上面２３２と、第２の底面２３５とを有する。第２底面２３５は、第１のＳＴ２２１の第１の上面２１２に載置されている。

図２Ｄに示すブロック２４０において、第２の表面処理（ＳＴ）２４１が、第２のＦＭＬ２３１の第２の外表面２３３上で実行される。第２のＳＴ２４１は、第２の上面２３２上に延在するが、第２の底面２３５上には延在しない。第２のＳＴ２４１は、第１のＦＭＬ２２１と実質的に同様である。代替的に、第１のＳＴ２２１および第２のＳＴ２４１は、第１の外表面２１３の組成、および第２の外表面２２３の組成を変えるために、異なる技術を利用してよい。

図２Ｅに示すブロック２５０において、１つ以上の第３の機能材料レベル（ＦＭＬ）２５１が、第２のＦＭＬ２３１の第２の上面２３２の１つ以上に形成され、ここで、第２の上面２３２は第２のＳＴ２４１を有する。各第３のＦＭＬ２５１は、第２のＦＭＬ２３１のうちの１つ（必ずしも、第２のＦＭＬ２３１の全てではない）に常に載置される。例えば、第３のＦＭＬ２５１は、基板２０１または第１のＦＭＬ２１１のいずれにも直接的には形成されないであろう。繰り返すが、各第２のＦＭＬ２３１には、第３のＦＭＬ２５１のうちの１つが必ずしも形成される必要はないと理解されたい。第３のＦＭＬ２５１は、第３の外表面２５３と、第３の上面２５２と、第３の底面２５５とを有する。第３の底面２５５は、第２のＳＴ２４１の第２の上面２３２に載置されている。

図２Ｆに示すブロック２６０において、第３の表面処理（ＳＴ）２６１が、第３のＦＭＬ２５１の第３の外表面２５３上で実行される。第３のＳＴ２６１は、第３の上面２５２上に延在するが、第３の底面２５５上には延在しない。第３のＳＴ２６１は、第１のＳＴ２２１及び第２のＳＴ２４１と実質的に同様である。代替的に、第３のＳＴ２６１は、第１のＳＴ２２１または第２のＳＴ２４１と異なる技術を利用してよい。

上記層は、３個の層をはるかに越えて積み重ねられ続けられうると理解されたい。各層は、その下層に設けられる表面処理と化学的に適合性があるだけでよい。先に概説した操作が、任意の回数繰り返されて、図８Ａ〜図８Ｅに示すような複雑で高度に洗練された３Ｄ光学構造が生成されうるが、これについては、以下でさらに検討する。しかしながら、図３Ａ〜図３Ｆで開示される第２の方法３００の実施形態に関して開示するように、高度に洗練された３Ｄ光学構造は、更に別の技術によって生成されうる。

図３Ａ〜図３Ｆは、材料含浸技術を用いて基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第２の方法３００を示している。本実施形態は、基板３０１上に様々な高さのピラーをもたらす光学材料レベルの３Ｄ積層を示している。

図３Ａに示すブロック３１０において、１つ以上の第１の機能材料レベル（ＦＭＬ：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ）３１１が、基板３０１の上面３０２上に形成される。第１のＦＭ３１１、および、図３Ａ〜図３Ｆに関してさらに記載される各ＦＭＬは、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。第１のＦＭＬ３１１は、第１の外面３１３と、第１の上面３１２と、第１の底面３１５とを有する。第１のＦＭＬ３１１の第１の上面３１２は、第１の底面３１５の反対側に設けられる。第１の底面３１５は、基板３０１の上面３０２に載置されている。

図３Ｂに示すブロック３２０において、処理が第１のＦＭＬ３１１で実行されて、第１の処理されたＦＭＬ３２１が形成される。第１の処理されたＦＭＬ３２１は、第１のＦＭＬ３１１の材料のための変更された組成である。例えば、上記処理は、第１のＦＭＬ３１１の構造を変えるために、ベーキングまたは電子ボルト注入により実行されてよく、第１の処理されたＦＭＬ３２１、すなわち、積層のために適しており、その上に載置されうる後続の層に対して実質的に化学的に不活性なよりロバストな材料が生成される。

図３Ｃに示すブロック３３０において、１つ以上の第２の機能材料レベル（ＦＭＬ）３３１が、第１の処理されたＦＭＬ３２１の第１の上面３１２の１つ以上に形成される。第２のＦＭＬ３３１は、溶媒または他の化学物質がその下の層、すなわち第１の処理されたＦＭＬ３２１をアタックしないように、第１の処理されたＦＭＬ３２１とは適合性がある。各第２のＦＭＬ３３１は、第１の処理されたＦＭＬ３２１の１つ（必ずしも、第１の処理されたＦＭＬ３２１の全てではない）に載置される。例えば、第２のＦＭＬ３３１は、基板３０１上には形成されないであろう。しかしながら、項目番号３３９が付された第１の処理されたＦＭＬ３２１のように、各第１の処理されたＦＭＬ３２１の上には必ずしも第２のＦＭＬ３３１のうちの１つが形成されえないと理解されたい。第２のＦＭＬ３３１は、第２の外表面３３３と、第２の上面３３２と、第２の底面３３５とを有する。第２の底面３３５は、第１の処理されたＦＭＬ３２１の第１の上面３１２上に載置されている。

図３Ｄに示すブロック３４０において、処理が第２のＦＭＬ３３１で実行されて、第２の処理されたＦＭＬ３４１が形成される。第２の処理されたＦＭＬ３４１は、第２のＦＭＬ３３１の材料のための変更された組成である。例えば、上記処理は、第２のＦＭＬ３３１の構造を変え、第２の処理されたＦＭＬ３４１、即ち、第１の処理されたＦＭＬ３２１と同様であるが、当該ＦＭＬ３２１と必ずしも同じではない積層に適したよりロバストな材料が生成される。

図３Ｅに示すブロック３５０において、１つ以上の第３の機能材料レベル（ＦＭＬ）３５１が、第２の処理されたＦＭＬ３４１の第２の上面３３２の１つ以上に形成される。第３のＦＭＬ３５１は、溶媒または他の化学物質が先行する層、すなわち第２の処理されたＦＭＬ３４１をアタックしないように、第２の処理されたＦＭＬ３４１と適合性がある。各第３のＦＭＬ３５１は、第２の処理されたＦＭＬ３４１の１つ（必ずしも、第２の処理されたＦＭＬ３４１の全てではない）に載置される。例えば、第３のＦＭＬ３５１は、基板３０１または第１のＦＭＬ３２１にも直接的には形成されないであろう。しかしながら、各第２のＦＭＬ３４１には必ずしも第３のＦＭＬ３５１のうちの１つが形成されえないと理解されたい。

図３Ｆに示すブロック３６０において、処理が第３のＦＭＬ３５１で実行されて、第３の処理されたＦＭＬ３６１が形成される。第３の処理されたＦＭＬ３６１は、第３のＦＭＬ３５１の材料のための変更された組成である。上記処理は、第３のＦＭＬ３５１の構造を変え、第３の処理されたＦＭＬ３６１、即ち、積層に適しており、その上に載置されうる後続の層に対して実質的に化学的に不活性なよりロバストな材料が生成される。第３の処理されたＦＭＬ３６１は、第１の処理されたＦＭＬ３２１および第２の処理されたＦＭＬ３４１と実質的に同様である。代替的に、第３の処理されたＦＭＬ３６１は、第１の処理されたＦＭＬ３２１または第２の処理されたＦＭＬ３４１のいずれかとも異なる処理技術を利用してよい。

上記層は、３個の層をはるかに越えて積層し続けうると理解されたい。各層は、適合性を促進するために材料組成を変える処理が行われる隣接する層と化学的に適合性があるだけでよい。先に概説した操作が、図８Ａ〜図８Ｅに示すような複雑で高度に洗練された３Ｄ光学構造を生成するために、任意の回数繰り返されうる。しかしながら、図４Ａ〜図４Ｃに開示する第３の方法４００の実施形態に関して開示するように、高度に洗練された３Ｄ光学構造は、さらに別の技術によって生成されうる。

図４Ａ〜図４Ｃは、材料の対を交互に配置する技術を使用して、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第３の方法４００を示している。例えば、第１のレベルは、材料Ａから形成されてもよく、第２のレベルは、材料Ｂから形成されてもよく、ここで、形成後の材料Ａは、材料Ｂ上に形成されたときには材料Ｂと適合性がある。例えば、材料Ａはゾル・ゲル基材であってよく、材料Ｂはポリマー系材料でありうる。したがって、材料Ｂの溶媒は、材料Ａを溶解させず、または、材料Ａとマイナスに相互作用しない。ここで図４Ａ〜図４Ｃでさらに記載する各３Ｄ機能光学材料レベル構造は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。

図４Ａに示すブロック４１０において、１つ以上の第１の機能材料レベル（ＦＭＬ：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ）４１１が、基板４０１の上面４０２上に形成される。第１のＦＭＬ４１１は、外表面４１３と、第１の上面４１２と、第１の底面４１５とを有する。第１のＦＭＬ４１１の第１の上面４１２は、第１の底面４１５の反対側に設けられる。第１の底面４１５は、基板４０１の上面４０２に載置されている。第１のＦＭＬ４１１は、第１の材料Ａから形成されている。

図４Ｂに示すブロック４２０において、１つ以上の第２の機能材料レベル（ＦＭＬ）４２１が、第１のＦＭＬ４１１の第１の上面４１２の１つ以上に形成されている。各第２のＦＭＬ４２１は、第１のＦＭＬ４１１の１つ（必ずしも、第１のＦＭＬ４１１の全てではない）に載置される。第２のＦＭＬ４２１は、第２の外表面４２３と、第２の上面４２２と、第２の底面４２５とを有する。第２のＦＭＬ４２１は、第２の材料Ｂから形成される。第２のＦＭＬ４２１の材料Ｂは、第２のＦＭＬ４２１が第１のＦＭＬ４１１を化学的にまたは別様にアタックしないように、第１のＦＭＬ４１１の材料Ａと適合性がある。

図４Ｃに示すブロック４３０において、１つ以上の第３の機能材料レベル（ＦＭＬ）４３１が、第２のＦＭＬ４２１の第２の上面４２２の１つ以上に形成されている。各第３のＦＭＬ４３１は、第２のＦＭＬ４２１の１つ（必ずしも、第２のＦＭＬ４２１の全てではない）に載置されている。第３のＦＭＬ４３１は、材料Ａから形成される。第３のＦＭＬ４３１は、第１のＦＭＬ４１１と同じ材料Ａである。第３のＦＭＬ４３１の材料Ａは、第３のＦＭＬ４３１が第２のＦＭＬ４２１を化学的に又は別様にアタックしないように、第２のＦＭＬ４２１の材料Ｂと適合性がある。

材料Ａと材料Ｂとを交互に配置することによって、複数のレベルを、３個のレベルをはるかに超えて積層し続けうると理解されたい。各レベルは、最小数の操作による３Ｄ構造の迅速な構築を容易にするために、隣接する層と化学的に適合性がある。例えば、各レベルでの堆積、エッチング、および平坦化の反復サイクルが不要である。先に概説した操作が、図８Ａ〜図８Ｅに示すような複雑で高度に洗練された３Ｄ光学構造を生成するために、任意の回数繰り返されうる。しかしながら、図５Ａ〜図５Ｃに開示する第４の方法５００の実施形態に関して開示するように、高度に洗練された３Ｄ光学構造は、さらに別の技術によって生成されうる。

図５Ａ〜図５Ｃは、ゾル・ゲル技術を使用して基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための第４の方法５００を示している。ゾル・ゲル技術は、金属酸化物、特にケイ素およびチタンの酸化物を作るために使用されうる。プロセスは、モノマーをコロイド溶液（ゾル）に変換することを含み、コロイド溶液（ゾル）は、ばらばらの粒子またはネットワークポリマーのいずれかの統合されたネットワーク（またはゲル）のための前駆体として作用する。溶液（ゾル）は、液相および固相の両方を含むゲル状の二相系の形成に向かって徐々に発展し、その形態は、ばらばらの粒子から連続的なポリマーネットワークにまで及ぶ。したがって、下層のレベルが硬化されて、その上に後続のレベルのコロイド溶液が配されることを可能とするのに十分にロバストな相溶性ポリマーを形成する。ここにさらに記載する各レベルは、約２０ｎｍと約１ミクロンの間、例えば約２００ｎｍの最終的な厚さ、または高さを有する。

図５Ａに示すブロック５１０において、１つ以上の第１の機能材料レベル（ＦＭＬ：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅｌ）５１１が、基板５０１の上面５０２上に形成されている。各第１のＦＭＬ５１１は、外表面５１３と、第１の上面５１２と、第１の底面５１５とを有する。第１のＦＭＬ５１１の第１の上面５１２は、第１の底面５１５の反対側に設けられている。第１の底面５１５は、基板５０１の上面５０２に載置されている。第１のＦＭＬ５１１は、スピンコーティングまたは他の適切な技術によって、溶液として基板５０１上に堆積させられるゾル・ゲル材料であり、高密度化されて材料のポリマーネットワークをＳｉＯ_ｘへと形成する。第１のＦＭＬ５１１は、追加のレベルの積層に備えて硬化される。

図５Ｂに示すブロック５２０において、１つ以上の第２の機能材料レベル（ＦＭＬ）５２１が、第１のＦＭＬ５１１の第１の上面５１２の１つ以上に形成される。各第２のＦＭＬ５２１は、第１のＦＭＬ５１１の１つ（必ずしも、第１のＦＭＬ５１１の全てではない）に載置される。各第２のＦＭＬ５２１は、外表面５２３、第２の上面５２２、および第２の底面５２５を有する。第２のＦＭＬ５２１は、第１のＦＭＬ５１１の形成時に使用される溶液と同様のゾル・ゲル材料から形成される。第２のＦＭＬ５２１の溶液は、第２のＦＭＬ５２１が第１のＦＭＬ５１１を化学的にまたは別様にアタックせず第２のＦＭＬ５２１をその上に積層出来るように、第１のＦＭＬ５１１のポリマー材料とは適合性がある。次いで、第２のＦＭＬ５２１が、追加のレベルの積層に備えて硬化される。

図５Ｃに示すブロック５３０において、１つ以上の第３の機能材料レベル（ＦＭＬ）５３１が、第２のＦＭＬ５２１の第２の上面５２２の１つ以上に形成される。各第３のＦＭＬ５３１は、第２のＦＭＬ５２１の１つの上に配置されるが、必ずしも各第２のＦＭＬ５２１上に配置されるわけではない。第３のＦＭＬ５３１は、第１のＦＭＬ５１１及び第２のＦＭＬ５２１の形成時に使用される溶液と同様のゾル・ゲル材料から形成される。第３のＦＭＬ５３１の溶液は、第３のＦＭＬ５３１が第２のＦＭＬ５２１を化学的にまたは別様にアタックせず第３のＦＭＬ５３１をその上に積層出来るように、第２のＦＭＬ５２１のポリマー材料とは適合性がある。次いで、第３のＦＭＬ５３１が、追加のレベルの積層に備えて硬化される。

酸化ケイ素材料の追加のゾル・ゲルレベルは、上述のように３個のレベルをはるかに超えて積層し続けられると理解されたい。ゾル・ゲル材料レベルは、（ＳｉＯ_ｘを形成する）硬化されたゾル・ゲルレベルが後続のゾル・ゲルレベルとの材料相互作用に耐えるのに十分にロバストであるように、３Ｄ構造を構築するために用いられる。各レベルは、最小数の操作による、３Ｄ構造のレベルの迅速な構築を容易にするために、その下層レベルと化学的に適合性がある。先に概説した操作は、図８Ａ〜図８Ｅに示すような複雑で高度に洗練された３Ｄ光学構造を生成するために、任意の回数繰り返えされうる。しかしながら、図６に開示され図７Ａ〜図７Ｊに示される第５の方法６００の実施形態に関して開示されるように、高度に洗練された３Ｄ光学構造は、さらに別の技術によって生成されうる。

ここで、図６および図７Ａ〜図７Ｊを一緒に検討する。図６は、平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成するための第５の方法６００を示している。図７Ａ〜図７Ｊは、コーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための、図６の第５の方法６００を図示するために使用されうる。

第５の方法６００が、ブロック６１０において、材料の第１のレジスト層７１１で基板７０１をコーティングすることにより開始される。材料はレジスト層でありうる。基板７０１が獲得され、図７Ａに示すステップ７０５において、ＳｉＯ_２層が基板上で、材料の第１の層に備えて成長させられる。ＳｉＯ_２は、熱酸化物成長によって形成されうる。上記技術は、酸化剤を高温で基板中に拡散させて、基板と反応させる。ＳｉＯ_２層は約１００ｎｍに成長する。

材料の第１の層である第１のレジスト層７１１が、図７Ｂのブロック７１０において、基板７０１に塗布される。第１のレジスト層７１１は、任意の適切な技術によって基板７０１上に堆積され、スピンコーティングされ、または配されうる。一実施形態において、第１のレジスト層７１１は、基板７０１上にスピンコーティングされる。第１のレジスト層７１１、および図７Ａ〜図７Ｊに関して以下で説明する各レジスト層は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。

ブロック６２０では、第１のレジスト層７１１がリソグラフィ法により露光され、第１のパターンが生成される。ブロック６３０では、必要に応じて、露光された第１のレジスト層７１１が硬化されうる。図７Ｃに示すブロック７１５は、第１のパターンを形成するマスクを介して露光された第１のレジスト層７１１と、ベークされ、すなわち硬化された第１の層と、を例示的に示している。露光およびベーキングプロセス７１９の結果、第１のレジスト層７１１は、マスクを介して露光されその後ベークされた位置に、複数の第１の硬化された材料レベル７１６を形成する。露光およびベーキングプロセス７１９は、ブランケット電磁放射線露光操作であってよい。マスクは、微細なメタルマスク、デジタルマスク（マスクレス）、または、それを介してエネルギーを加えることにより第１のレジスト層７１１上に画像を形成するための他の技術であってよい。露光およびベーキングプロセス７１９を表す矢印は、マスクを介して第１の硬化材料レベル７１６にのみに作用しており、露光されていない第１のレジスト層７１１には作用しないと理解されたい。

ブロック６４０において、基板が、材料の第２のレジスト層７２１でコーティングされる。図７Ｄのブロック７２０では、第２のレジスト層７２１が、第１のレジスト層７１１および第１の硬化された材料レベル７１６を含む第１の層上に形成されているのが示されている。第２のレジスト層７２１は、その下にある層、すなわち第１の硬化された材料レベル７１６および第１のレジスト層７１１に第２のレジスト層７２１を塗布するためのスピンコーティング技術を利用しうる。第２のレジスト層７２１は、下層の平坦化が行われることなく下層に塗布されうる。第２のレジスト層７２１の材料は、第１のレジスト層７１１の材料と実質的に同じである。

ブロック６５０において、第２のレジスト層７２１がリソグラフィ法により露光されて、第２のパターンが生成される。ブロック６６０では、必要に応じて、露光された第２のレジスト層７２１が硬化されうる。露光およびベーキングプロセス７２９が、図７Ｅに示すブロック７２５で示されている。露光およびベーキングプロセス７２９の結果、第２のレジスト層７２１は、マスクを介して露光された位置に、複数の第２の硬化された材料レベル７２６を形成する。第２の硬化された材料レベル７２６は、第１の硬化された材料レベル７１６上に形成されている。しかしながら、全ての第１の硬化された材料レベル７１６に、第２の硬化された材料レベル７２６が形成されるわけではない。第２の硬化された材料レベル７２６の材料は、第１の硬化された材料レベル７１６の材料と実質的に同様でありうる。

ブロック６７０において、ブロック６４０〜ブロック６６０が、ｎ個のパターンが露光されるレジスト材料のｎ個の層について、「ｎ」回繰り返されうる。Ｎは、サブミクロン３Ｄ光学構造のレベルの数に対応する整数である。例えば、サブミクロン３Ｄ光学構造は、４個、８個、１６個、３２個の層／レベルと等しく又はそれ以上である可能性があるＮを有しうる。

純粋に例示的な一例において、Ｎは、４個のレジスト層に対応する４と等しくてよい。このことが図７Ｆのブロック７３０で示されており、ここでは、第３のレジスト層７３１が、第２のレジスト層７２１および第２の硬化された材料レベル７２６を有する第２の層上に形成されている。第３のレジスト層７３１は、その下にある層、すなわち第２の硬化された材料レベル７２６および第２のレジスト層７２１に第３のレジスト層７３１を塗布するためのスピンコーティング技術を利用しうる。第３のレジスト層７３１は、下層の平坦化が行われることなく下層に塗布されうる。第３のレジスト層７３１の材料は、第１のレジスト層７１１および第２のレジスト層７２１の材料と実質的に同じである。

図７Ｇに示すブロック７３５において、第３のレジスト層７３１が、マスクを介して露光され、ベークされる。露光およびベーキングプロセス７３９の結果、第３のレジスト層７３１は、マスクを介して露光された位置に、複数の第３の硬化された材料レベル７３６を形成する。第３の硬化された材料７３６は、第１の硬化された材料レベル７１６および第２の硬化された材料レベル７２６と実質的に同様でありうる。しかしながら、第３の硬化材料７３６は、第２の硬化された材料レベル７２６上にのみ形成されており、さらに、全ての第２の硬化された材料レベル７２６に、第３の硬化材料７３６が形成されるわけではないと理解されたい。例えば、露光およびベーキングプロセスの後に、第２の硬化された材料レベル７２６の１つがその上に第３のレジスト層７３１を有するように、マスクによって、第３のレジスト層７３１がパターニングされうる。

図７Ｈに示すブロック７４０では、第４のレジスト層７４１が、第３のレジスト層７３１および第３の硬化された材料７３６を有する第３の層上に形成される。第４のレジスト層７４１は、その下にある層、すなわち第３の硬化された材料レベル７３６および第３のレジスト層７３１に第４のレジスト層７４１を塗布するためのスピンコーティング技術を利用しうる。第４のレジスト層７４１は、下層の平坦化が行われることなく下層に塗布されうる。第４のレジスト層７４１の材料は、第１のレジスト層７１１、第２のレジスト層７２１および第３のレジスト層７３１の材料と実質的に同じである。

図７Ｉに示すブロック７４５において、第４のレジスト層７４１が、マスクを介して露光され、ベークされる。露光およびベーキングプロセス７４９の結果、第４のレジスト層７４１は、マスクを介して露光された位置に、複数の第４の硬化された材料レベル７４６を形成する。第４の硬化された材料７４６は、第１の硬化された材料レベル７１６、第２の硬化された材料レベル７２６、および第３の硬化された材料７３６と実質的に同様でありうる。しかしながら、第４の硬化された材料７４６は、第３の硬化された材料７３６上にのみ形成され、さらに、全ての第３の硬化材料７３６に第４の硬化材料７４６が形成されるわけではないと理解されたい。代替的に、中間的なステップでは硬化を行わず、現像前にただ１回の最終硬化ステップを有してもよい。

レジストをスピンコーティングし、マスクおよびベーキングを通してレジストを露光して、硬化された材料を形成する前述のステップを、複数の層および複雑な３Ｄ構造を形成するために繰り返すことが可能であると理解されたい。

ブロック６８０において、ｎ個の層上のｎ個のパターンの、露光されて硬化された領域が同時に現像される。図７Ｊに示すブロック７５０は、現像された３Ｄ構造を図示している。第４のレジスト層７４１、第３のレジスト層７３１、第２のレジスト層７２１、および第１のレジスト層７１１は全て現像プロセスによって除去されて、ボイド７５１が残っており、または、レジスト材料が以前に占めていたところに材料が残っていない。その結果が、第４の硬化された材料７４６から形成された３Ｄ構造のみであり、第３の硬化された材料７３６、第２の硬化された材料レベル７２６、および第１の硬化された材料レベル７１６が基板７０１上に残っている。

基板上に３Ｄ機能光学材料構造を構築するための従来のアプローチは、ＳｉＯ２熱酸化物成長、Ｃｕ物理蒸着（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、Ｃｕ電気化学めっき（ＥＣＰ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｌａｔｉｎｇ）、およびリソグラフィのための操作を含みうる数多くの操作を含みうる。各層では、レジストを除去する前に、Ｃｕ ＥＣＰ、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、レジスト上で停止、およびリソグラフィのためのステップが繰り返し実施される。第５の方法６００は、たった１０個のプロセスステップで、同じ３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築することが可能である。したがって、上述の第５の方法６００によって、３Ｄ機能光学構造を生成するために適した３Ｄパターンを構築するための時間および資源の節約がもたらされ、結果敵に、時間、材料および工場資源が大幅な節約される。

図８Ａ〜図８Ｅは、基板８０１上の３Ｄ機能光学材料レベル構造（３Ｄ構造）８００の構築についての図を提供する。３Ｄ構造８００は、非対称的又は対称的でありうる。「レベル」という単位によるＹ軸８９１と、「単位片」という単位によるＸ軸８９２と、を有するグリッドが提供される。Ｙ軸に沿った単位は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。さらに、Ｘ軸に沿った単位は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの幅または長さを有する。図２Ａ〜図７Ｊにおいて先に検討した先行する方法によって、サブミクロンスケールでの３Ｄ構造の作製が可能となる。３Ｄ構造８００が、レベルごとに構築されて示されているが、これは明確にするために行われており、上記構造内のボイドおよびキャビティが、３Ｄ構造８００のすべてのレベルが適所に配置された後で形成されうると理解されたい。例えば、現像する最終ステップは、３Ｄ構造８００を構築するために、或る特定の領域における材料（レジスト）を全て下方に第１のレベルまで除去し、一方で、他の位置での材料を残しうる。代替的に、３Ｄ構造８００のレベルを構築するためのプロセスは、付加的であってよく、上記構造内のボイドおよびキャビティは、材料としての３Ｄ構造８００の各レベルが所定の位置に配置されているときに形成される。

図８Ａに示すブロック８１０では、材料８０８の第１の層８１１が基板８０１上に設けられている。第１の層８１１は、単位片８９３といった複数の単位片から形成されうる。単位片８９３は、約２０ｎｍ〜約１ミクロン、例えば約２００ｎｍの長さ、高さ、及び幅を有しうる。単位片８９３の材料８０８は、上記から利用される方法に対応する材料から形成されうる。例えば、方法６００に関して、単位片８９３は、レジスト材料から形成される。第１の層８１１は、その内部に複数のビアまたはボイド８０２を有し、すなわち単位片８９３が無く、複雑でカスタマイズされた３Ｄ構造において層を形成しうる。

図８Ｂに示すブロック８２０では、材料８２８の第２の層８２１が、材料８０８の第１の層８１１の上面上に設けられる。材料８２８は、材料８０８の第１の層８１１の上面上でのみ利用可能であり、ボイド８０２内では供給されない。さらに、１つ以上の新しいボイド８２２が第２の層８２１に形成されている。

図８Ｃに示すブロック８３０では、材料８３８の第３の層８３１が、材料８２８の第２の層８２１の上面上に設けられる。材料８３８は、材料８２８の第２の層８２１の上面上でのみ利用可能であり、ボイド８０２、または材料８０８の第１の層８１１では供給されない。さらに、１つ以上の新しいボイド８３２が第３の層８３１内に形成される。

図８Ｄに示すブロック８４０では、材料８４８の第４の層８４１が、材料８３８の第３の層８３１の上面上に設けられる。材料８３８は、先に述べたのと同様に、材料８３８の第３の層８３１の上面上でのみ利用可能である。さらに、１つ以上の新しいボイド８４２が第４の層８４１内に形成される。

先に示したように、数多くの層を積重ねて、４個、８個、１６個、３２個、またはそれ以上の材料層を有する３Ｄ構造８００を形成しうる。各層はサブミクロンスケールの構造を有する。図８Ｅに示すステップ８５０では、第７の材料層８７１が基板８０１上に設けられ３Ｄ構造８００が形成される。３Ｄ構造８００は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍのスケールの単位片８９３を用いて形成されうる。したがって、上述の方法によって有利に、ホログラムといった３Ｄ光学的操作を形成するために適したサブミクロンレベルにおいて、完全にカスタマイズ可能な３Ｄ光学構造が形成されうる。

完全にカスタマイズ可能な３Ｄ光学構造をサブミクロンレベルで形成するための先に開示した方法に加えて、以下の方法では、同様のサイズの対称的な３Ｄ構造を形成するための代替的な方法について説明する。図９は、平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成するための方法９００を示している。図１０Ａ〜図１０Ｇは、対称的な３Ｄ光学構造を作るための図９の方法９００を図示している。対称的な３Ｄ光学構造１０００は、当該対称的な３Ｄ光学構造１０００の中央の周りで対称的である。

方法９００は、ブロック９１０から始まり、回折光学素子へとパターニングされる光学材料積層体、すなわち膜積層体１００８が基板１００１上に堆積される。基板１００１は、単一の光学材料でありうる。材料を堆積させることは、３Ｄ光学構造を形成するためのマスタを作るために用いられてよく、ここで、マスタは、最終的な３Ｄ光学構造から写し取られる。膜積層体１００８は、下方の基板内にフィーチャを形成するためのレジスト材料であってもよく、または、膜積層体１００８は、最終的な３Ｄ光学フィーチャを形成するのに適した複数の材料であってよい。

ブロック９１５では、他の材料のエッチングに抗する、図１１Ａのハードマスク１１７１といった「ブロック層」が任意選択的に堆積され、リソグラフィによりパターニングされうる。ブロック層の形成は、ブロック材料を堆積させ、露光し、現像し、望まぬブロック材料を除去するという一連のステップで行われうる。上記ステップは、図１１Ａに示すステップ１１１０に関して以下でさらに説明する。

ブロック９２０から再び説明するが、マスク材料１０８０が、膜積層体１００８の一部分の上に堆積され、パターニングされる。図１０Ａにおいて、ステップ１０１０は、膜積層体１００８の上面１０１１に載置されたマスク材料１０８０を示している。マスク材料１０８０は、上表面１０８８、底面１０８９、および側面１０８１を有する。マスク材料１０８０は、フォトレジストまたは他の適切なマスク材料であってよい。マスク材料１０８０の形成は、マスク材料１０８０を堆積させ、露光し、不要なマスク材料１０８０を除去するという一連のステップで行われうる。

ブロック９３０では、膜積層体１００８が、１レベル下方にエッチングされる。膜積層体１００８が、図１０Ｂのステップ１０２０において、一層分下方にエッチングされた状態で示されている。上記層、および方法１０００に関して後述する各層は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有すると理解されたい。マスク材料１０８０によって、膜積層体１００８の第１の層部分１０２６がエッチングされることが防止される。膜積層体１００８の上面１０１１が、マスク材料１０８０の下で保護され、膜積層体１００８の領域が一層分下方にエッチングされて、新しい、すなわち第２の上面１０２１が露光される。

ブロック９４０では、マスク材料１０８０の側部が、所望の距離だけ横方向にトリムエッチングされる。トリムエッチングについての所望の距離は、横方向の階段部サイズ、例えば、第１の層上部１０２７に対応しうる。図１０Ｃは、ステップ１０３０において、側面１０８１がトリミングされ、複数の新しい、すなわち第２の側面１０８２を見せているマスク材料１０８０を示している。マスク材料１０８０のトリミングによって、マスク材料１０８０の幅がより狭くなり、すなわち、第２の側面１０８２間の距離が、トリミング前のマスク材料１０８０の元の側面１０８１間の距離よりも小さい。第２の側面１０８２によって、マスク材料１０８０によってもはや覆われていない第１の層上部１０２７が露光される。マスク材料１０８０は、各側面に沿って約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍ分トリミングされる。このようにして、第１の層上部１０２７は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍにされる。代替的に、マスク材料１０８０が、例えば方向性エッチングによって、選択的にトリムエッチングされる。

ブロック９５０では、第２の垂直エッチングが、マスク材料１０８０上、および光学材料上、すなわち膜積層体１００８上で、垂直方向に下方に第２のレベルまで実施される。図１０Ｄは、ステップ１０４０において、下方にさらに一層分エッチングされ第２の層部分１０３６が露出した膜積層体１００８を示している。マスク材料１０８０によって、その直下の膜積層体１００８、すなわち、マスク材料１０８０によって覆われた第１の層部分１０２６、および第１の層部分１０２６によって覆われた第２の層部分１０３６がエッチングされることが防止される。膜積層体１００８の上面１０１１は、マスク材料１０８０の下で保護されるが、膜積層体１００８の領域が下方にエッチングされ、新しい、すなわち第３の上面１０３１、および第２の層部分１０３６が露出する。加えて、第１の層上部１０２７を貫いてエッチングされて、第２の層上部１０３７が露出している。

ブロック９５５では、第２のトリムエッチングが、所望の第２の横方向階段部サイズを形成するために行われる。一連のステップが繰り返されうる。ブロック９６０において、トリム操作（ブロック９４０）およびエッチング操作（ブロック９５０）が、所望の階段状構造を形成するために「Ｎ」回繰り返され、ここでは、ブロック９１５において、ブロック層によって任意選択的に阻止されない。Ｎは、サブミクロンの３Ｄ光学構造のレベルの数に対応する整数である。例えば、サブミクロン３Ｄ光学構造は、サブミクロン３Ｄ光学構造のレベルの数と等しいＮを有しうる。サブミクロン３Ｄ光学構造は、４個、８個、１６個、３２個、または以上のレベルを有しうる。

純粋に例示的な一例において、Ｎは、３レベルのエッチング及びトリミングに対応する３と等しい。図１０Ｅに示すブロック１０５０において、マスク材料１０８０は第２の側面１０８２がトリミングされ、複数の新しい、すなわち第３の側面１０８３を見せており、マスク材料１０８０の幅がさらに縮小している。第３の側面１０８３によって、マスク材料１０８０によってもはや覆われていない第１の層上部１０２７が再び露出する。

図１０Ｆに示すブロック１０６０において、膜積層体１００８はさらに一層分下方にエッチングされ、第３の層部分１０４６が露出する。マスク材料１０８０によって、その直下の膜積層体１００８がエッチングされることが防止される。膜積層体１００８の上面１０１１は、マスク材料１０８０の下で保護されるが、膜積層体１００８の領域が下方にエッチングされ、新しい、すなわち第４の上面１０４１、および、第３の層部分１０４６の第３の層上部１０４７が露出する。

ブロック９７０では、マスク材料１０８０が膜積層体１００８から剥離される。存在する場合には任意のブロック材料も同様に剥離される。図１０Ｇに示すステップ１０７０において、マスク材料１０８０が剥離されて、３Ｄ光学構造１０９９が現れる。第３の層部分１０４６、第２の層部分１０３６、および第１の層部分１０２６のプロファイルは、３Ｄ光学構造１０９９の中央の周りで対称的である。前述のエッチングおよびトリミングのステップは、マスク材料１０８０を剥離する前に、数多くの層を有する対称的な３Ｄ構造を生成するために任意の回数繰り返すことが可能であり、ここで、各層は、約２０ｎｍと約１ミクロンの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有すると理解されたい。さらに、マスク材料１０８０の側面のトリミングは、階段状壁部と比べて真っ直ぐな垂直壁が望まれる１つ以上の層について、任意選択的に省略されうると理解されたい。

ブロック９８０において、マスク材料が、選択された階段状領域を覆うために任意選択的に追加され、元々ブロックされていた領域をより低い階段レベルまで下方にエッチングされうる。この操作については、以下に図１１Ｄに示されるブロック１１４０に関して記載する。

ブロック９９０から再び説明すると、３Ｄ光学構造１０９９は任意選択的に、光学材料または積層体に反転形状を転写するためのマスタとして使用されうる。３Ｄ光学構造１０００は対称的な状態で示されているが、任意のブロック材料の利用を通じて、階段状構造を組み込むことが可能である。上記ステップは、図１２Ａ〜図１３Ｃに関して以下でさらに検討するように、変則的でありうると理解されたい。

ここで方法１１００に関して開示するように、図１０Ａ〜図１０Ｇで開示した方法１０００の実施形態は、１面、２面、または３面に階段状３Ｄ光学構造を生成するようさらに変更することが可能である。図１１Ａ〜図１１Ｅは、１つ以上の側面に階段状３Ｄ光学構造１１９９を作るための方法１１００を示している。基板１１０１に載置された膜積層体１１０８が、方法１１００のために提供される。

図１１Ａに示すブロック１１１０において、ハードマスク１１７１が、膜積層体１１０８の上面１１０２の一部分の上に配置される。マスク材料１１８０が、ハードマスク１１７１の一部分および膜積層体１１０８の上面１１０２の上に配置される。一実施形態において、ハードマスク１１７１は、マスク材料１１８０の底面に沿って中間地点まで延在する。他の実施形態において、ハードマスク１１７１は、マスク材料１１８０の下をわずかに延在する。マスク材料１１８０はフォトレジストであってよく、先に図１０Ａ〜図１０Ｇにおいて方法１０００に関して開示したマスク材料１０８０と同様に機能しうる。

図１１Ｂに示すブロック１１２０において、マスク材料１１８０が剥離されて、３Ｄ段差構造１１８１が現れる。図１０Ａ〜図１０Ｇで図示した一連のステップと比較して、ブロック１１２０の前に、膜積層体１１０８がエッチングされ、マスク材料１１８０がトリミングされている。ハードマスク１１７１によって、その下にある膜積層体１１０８のいかなるエッチングも防止される。上面１１０２が、第４の上面１１０５まで３層分下方にエッチングされている。マスク材料１１８０がハードマスク１１７１上に部分的に配置されるため、方法１０００で示したステップは、一部分のみ生成し、すなわち、エッチングプロセスがハードマスク１１７１によりブロックまたは防止された３Ｄ階段構造１１８１を生成する。３Ｄ階段構造１１８１は、第１の階段部１１２６と、第２の階段部１１３６と、第３の階段部１１４６と、を有する。第１の階段部１１２６、第２の階段部１１３６、および第３の階段部１１４６のそれぞれは、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有する。さらに、第１の階段部１１２６は第２のステップ１１３６から、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの距離だけ延在し、第２の階段部１１３６は第３の階段部１１４６から、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの距離だけ延在しうる。

図１１Ｃに示すブロック１１３０において、ハードマスク１１７１が膜積層体１１０８から剥離される。上面１１０２、３Ｄ階段構造１１８１、および第４の上面１１０５、すなわち膜積層体１１０８を残して、ハードマスク１１７１が選択的に除去されうる。

図１１Ｄに示すブロック１１４０において、第２のマスク材料１１９０が、３Ｄ階段構造１１８１および第４の上面１１０５の上に配置される。第２のマスク材料は、３Ｄ階段構造１１８１の上部を覆っている。上部は、任意の適切な長さであってよい。一実施形態において、上部は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの単一の単位長を有する。

図１１Ｅに示すブロック１１５０において、第２のマスク材料１１９０により露出させられた上面１１０２が、第４の上面１１０５まで下方にエッチングされる。第２のマスク材料１１９０が剥離され、片側階段状３Ｄ光学構造１１９９が現れる。片側階段状３Ｄ光学構造１１９９は、光を投射するためのフレネルレンズまたは他の光学素子でありうる。代替的に、階段状３Ｄ光学構造１１９９は、２つ又は３つの側面上に３Ｄ階段構造１１８１を有してよい。

図１２Ａ〜図１２Ｃは、図１０Ａ〜図１０Ｇの方法で形成された対称的な３Ｄ光学構造の図を提供する。例えば、３Ｄ光学構造は、階段部がそれぞれに形成された側面を有しうる。３Ｄ光学構造階段部の側面は、マスク幅のサイズに対応しており、マスク幅を調整することによって調整されうる。図１２Ａ〜図１２Ｃには３つの形状のみ示されているが、３Ｄ構造の形状は、任意の数の側面を有する多角形でありうると理解されたい。加えて、側面の傾斜は、そこに形成される階段部のサイズを調整することにより変えられると理解されたい。例えば、奥行（幅）よりも大きな蹴上げ（レベルの高さ）を有する階段部は、側壁のより急峻な傾斜角度をもたらす。３Ｄ光学構造は、回折光学素子上に形成されうる１つ以上の光学構造を表している。

図１２Ａは、台形状プリズム１２１０を示している。台形状プリズム１２１０は、その前方側１２１２と（見えない）遠方側について２つの合同な台形を有する３次元固体である。この台形状プリズム１２１０は、上部１２１４、（見えない）底部、第１の側１２１１、および第２の側１２１３と、を有し、これらはそれぞれが、前方側１２１２および遠方側の対応する辺を接続する形状において矩形を成している。第１の側１２１１、第２の側１２１３、前方側１２１２、および、遠方側のそれぞれは、底部の平面積が上部１２１４の平面積よりも大きくなるように、底部から上部１２１４まで角度が付けられうる。第１の側１２１１、第２の側１２１３、前方側１２１２、および、遠方側のそれぞれは表面上に、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有し、すなわち、多数の等距離の平行線または溝を有しうる。例えば、コールアウト１２１８は、前方側１２１２の第１の表面１２１６上及び第１の側１２１１の表面１２１５上の回折格子１２１７を示している。

図１２Ｂは、階段状側面を有する方形錐台１２２０を示している。方形錐台１２２０は、その前方側１２２２、（見えない）遠方側、第１の側１２２１、および第２の側１２２３についての４つの合同な台形を有する３次元固体である。方形錐台１２２０は実質的に平面状の上部１２２４と（見えない）底部とを有し、上部１２２４と底部のそれぞれが前方側１２２２、遠方側、第１の側１２１１、および第２の側１２１９の対応する辺を接続する。第１の側１２１１、第２の側１２２３、前方側１２２２、および、遠方側のそれぞれは、底部の平面積が上部１２２４の平面積よりも大きくなるように、底部から上部１２２４まで角度が付けられうる。第１の側１２２１、第２の側１２２３、前方側１２２２、および、遠方側のそれぞれは表面上に、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有し、すなわち、多数の等距離の平行線または溝を有しうる。例えば、コールアウト１２２８は、前方側１２２２の第１の表面１２２６上及び第１の側１２２１の表面１２２５上の回折格子１２２７を示している。

図１２Ｃは、階段状側面を有する三角錐１２３０を示している。三角錐１２３０は、その前方側１２３２、遠方側１２３３、および第１の側１２３１について３つの合同な三角形を有する３次元固体である。三角錐１２３０は、上部１２８１の頂点と、実質的に平面状の（見えない）底部と、を有し、上記頂点と底部のそれぞれが前方側１２３２、遠方側１２３３、および第１の側１２３１の対応する辺を接続する。第１の側１２３１、遠方側１２３３、および前方側１２３２のそれぞれは、底部から上部１２３４まで角度が付けられ、上部１２３４の頂点を形成しうる。第１の側１２３１、前方側１２３２、および遠方側１２３３のそれぞれは表面上に、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有し、すなわち、多数の等距離の平行線または溝を有しうる。例えば、コールアウト１２３８は、前方側１２３２の第１の表面１２３６上及び第１の側１２３１の表面上の回折格子１２３７を示している。

図１３Ａ〜図１３Ｃは、図１１Ａ〜図１１Ｅの方法で形成された１つ以上の階段状側面を有する３Ｄ光学構造の図を提供する。例えば、３Ｄ光学構造は、片側のみに階段部が付けられうる。代替的に、３Ｄ光学構造は、段差が付けられた２つ又はさらに３つの側面に階段部が付けられうる。３Ｄ光学構造は、メタ表面上に形成されうる１つ以上の光学構造を表している。階段部が無い３Ｄ光学構造の側面は、基本的に平坦で垂直でありうる。図３Ａ〜図３Ｃには３つの形状のみ示されているが、３Ｄ構造の形状は、任意の数の側面を有する多角形でありうると理解されたい。

図１３Ａは、少なくとも１つの実質的に平坦な側面を有する台形状プリズム１３１０を示している。台形状プリズム１３１０は、その前方側１３１２および遠方側（図示せず）について２つの合同な台形を有する３次元固体である。この台形状プリズム１３１０は、上部１３１４、（見えない）底部、第１の側１３１１、および第２の側１３１９と、を有し、これらはそれぞれが、前方側１３１２および遠方側の対応する辺を接続する形状において矩形を成している。第１の側１３１１、第２の側１３１９、前方側１３１２、および、遠方側の内の１つ以上には、底部の平面積が上部１３１４の平面積よりも大きくなるように、底部から上部１３１４まで角度が付けられうる。第１の側１３１１、第２の側１３１９、前方側１３１２、および、遠方側のうちの１つ、２つ、または３つが、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有しうる。追加的に、第１の側１３１１、第２の側１３１９、前方側１３１２、および遠方側のうちの１つ、２つ、または３つには、回折格子、すなわち構造が形成されておらず、実質的に平坦でありうる。例えば、コールアウト１３１８は、回折格子１３１７が設けられた第１の側１３１１に示しているが、前方側１３１２および第２の側１３１９は、実質的に垂直であり、回折格子が無い。前方側１３１２および第２の側１３１９は、エッチングと、回折格子、すなわち階段部の形成と、を阻止するブロック材料により形成されうる。

図１３Ｂは、少なくとも１つの実質的に平坦な側面を有する方形錐台１３２０を示している。方形錐台１３２０は、その前方側１３２２、（見えない）遠方側、第１の側１３２１、および第２の側１３２３についての４つの合同な台形を有する３次元固体である。方形錐台１３２０は、実質的に平面的な上部１３２４と（見えない）底部とを有し、上部１３２４と底部のそれぞれは、前方側１３２２、遠方側、第１の側１３２１、および第２の側１３２３の対応する辺を接続する。第１の側１３２１、第２の側１３２３、前方側１３２２、および、遠方側のそれぞれは、底部の平面積が上部１３２４の平面積よりも大きくなるように、底部から上部１３２４まで角度が付けられうる。第１の側１３２１、第２の側１３２３、前方側１３２２、および、遠方側のうちの１つ、２つ、または３つが、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有しうる。追加的に、第１の側１３２１、第２の側１３２３、前方側１３２２、および遠方側のうちの１つ、２つ、または３つには、回折格子、すなわち構造が形成されておらず、実質的に平坦でありうる。例えば、コールアウト１３２８は、回折格子１３２７が設けられた第１の側を示しているが、その一方、前方側１３２２および第２の側１３２３は、実質的に垂直であり、回折格子が無い。前方側１３２２および第２の側１３２３は、エッチングと、回折格子、すなわち階段部の形成と、を阻止するブロック材料により形成されうる。

図１３Ｃは、少なくとも１つの実質的に平坦な側面を有する三角錐１３３０を示している。三角錐１３３０は、その前方側１３３２、遠方側１３３３、および第１の側１３３１について３つの合同な三角形を有する３次元固体である。三角錐１３３０は、上部１３８１の頂点と、実質的に平面状の（見えない）底部と、を有し、上記頂点と底部のそれぞれが前方側１３３２、遠方側１３３３、および第１の側１３３１の対応する辺を接続する。第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のそれぞれは、底部から上部１３３４まで角度が付けられ、上部１３３４の頂点を形成しうる。第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のうちの１つまたは２つがその表面上に、サブミクロンの階段部に相当する回折格子を有しうる。さらに、第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のうちの１つまたは２つは回折格子、すなわち構造が形成されておらず、実質的に平坦でありうる。例えば、コールアウト１３３８は、回折格子１３３７が設けられた第１の側１３１２及び遠方側１３３３を示しているが、前方側１３３２は、実質的に垂直であり、回折格子が無い。前方側１３３２は、エッチングと、回折格子、すなわち階段部の形成と、を阻止するブロック材料により形成されうる。

図１４は、コーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて形成された、回折光学素子上に形成された３Ｄ光学材料レベル構造１４００の他の実施形態を示し、３Ｄ光学材料レベル構造１４００はその内部に間隙を有する。３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００は、基板１４０１上に配置された第１のレベル１４１０を有しうる。第１のレベル１４１０は、リソグラフィ操作においてパターニングされ露光されうる。複数の第２のレベルのフィーチャ１４２０が、第１のレベルのフィーチャ１４１０の上面１４１１上に形成されうる。例えば、レジスト材料が、第１のレベルのフィーチャ１４１０上にスピンコーティングされる。第２のレベルのフィーチャ１４２０が、リソグラフィ操作で露光されて、第１の露光された部分１４２２、露光されていないレジスト部分１４２３、および第２の露光された部分１４２２が形成される。第３のレベル１４３０が、第２のレベルのフィーチャ１４２０上にスピンコーティングされうる。第３のレベルのフィーチャがパターニングされ露光されて、露光されたフィーチャ１４３１が第３のレベルに形成される。次いで、３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００が現像されて、リソグラフィ操作においてパターニングされず露光されなかった全てのレジスト、例えば、露光されなかったレジスト部分１４２３が除去されうる。結果的に得られた構造は、フィーチャ間の幅およびボイドを変更するフィーチャを生成しうる。例えば、露光されていないレジスト部分１４２３および第３のレベルのフィーチャ１４３１が配置されているところ、又は、第１の露光された部分１４２２の第１の上表面１４２６および第２の露光された部分１４２２の第２の上表面１４２５で引っ掛かっているところに、ボイド（材料ではない）が存在する。現像プロセスによって、材料の凝集したまとまりが生成され、ここでの検討は材料のレベルを用いて行ったが、個々のレベルは、最終的な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４０８においては存在しない。さらに、最終的な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００を形成する各部分のサイズ（幅、長さ、および高さ）は、完全にカスタマイズ可能であり、より低いレベルにスピンコーティングされる材料の厚さと、１つ以上のリソグラフィ操作において使用されるパターンにおけるフィーチャサイズと、の関数にすぎないと理解されたい。したがって、完全にカスタマイズ可能な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００を、サブミクロンスケールで回折光学素子上に形成することが可能である。

図１５Ａ〜図１５Ｉは、トリムエッチング技術を用いて、完全にカスタマイズ可能な３Ｄ機能光学材料レベル構造１５００を基板上に構築する方法を示している。本方法は、図１５Ａに示すように、回折光学素子へとパターニングされる光学材料積層体、すなわち膜積層体１５０８が基板１５０１上に堆積されるブロック１５１０から開始する。基板１５０１は、単一の光学材料または回折光学素子でありうる。堆積する材料は、３Ｄ光学構造を形成するためのマスタを作るために使用されてよく、ここで、マスタは最終的な３Ｄ光学構造から写し取られる。膜積層体１５０８は、その下の基板にフィーチャを形成するためのレジスト材料であってもよく、または、膜積層体１５０８は、３Ｄ機能光学材料レベル構造１５００を形成するために適した複数の光学材料であってよい。

ブロック１５１０は追加的にマスク材料１５０９を含み、マスク材料１５０９は、膜積層体１５０８の上面１５１１上に堆積され、パターニングされる。マスク材料１５０９は、上表面１５８８と、底面１５８９と、右側面１５８１と、左側面１５８２と、を有する。マスク材料１５０９は、任意の数の側面を有する任意の形状であってよく、以下の操作は、個々の側面のうちの１つ以上に対して実施されうると理解されたい。分かり易くするために、以下の説明は、右側面１５８１及び左側面１５８２に関して行われる。さらに、説明では、３Ｄ機能光学材料レベル構造１５００の右側１５９１および左側１５９２を利用する。マスク材料１５０９は、フォトレジストまたは他の適切なマスク材料であってよい。マスク材料１５０９の形成は、マスク材料１５０９を堆積させ、露光し、不要なマスク材料１５０９を除去するという一連のステップで行われうる。

図１５Ｂに示すブロック１５２０において、膜積層体１５０８は、１レベル分下方にエッチングされる。上記層、先に記載した方法に関して後述する各層は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有すると理解されたい。マスク材料１５０９によって、膜積層体１５０８の第１の層部分１５２６がエッチングされることが防止される。膜積層体１５０８の上面１５１１は、マスク材料１５０９の下で保護されるが、膜積層体１５０８の他の領域が一層分下方にエッチされて、新しい、すなわち第２の上面１５２１が露出する。

図１５Ｃに示すブロック１５３０において、マスク材料１５０９の右側面１５８１および左側面１５８２が、所望の距離だけトリミングされ、すなわち、横方向にエッチングされる。トリミングについての所望の距離は、横方向の階段部サイズ、例えば、第１の層上部１５２７に対応してよい。右側面１５８１および左側面１５８２は、複数の新しい側面、すなわち、第２の左側面１５８４および第２の右側面１５８３を露出するようトリミング除去される。マスク材料１５０９のトリミングによって、マスク材料１５０９の幅がより狭くなり、すなわち、右側面１５８１と左側面１５８２との間の距離は、トリミング前において、マスク材料１５０９の第２の右側面１５８３と第２の左側面１５８４との間の距離よりも大きい。第２の右側面１５８３および第２の左側面１５８４は、マスク材料１５０９によってもはや覆われていない第１の層上部１５２７を露出させる。マスク材料１５０９は各側面に沿って、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍ分トリミングされてよい。したがって、第１の層上部１５２７は、マスク材料１５０９から、約２０ｎｍと約１ミクロンの間とされる。代替的に、マスク材料１５０９は、例えば方向性エッチングによって、選択的にトリミングされエッチングされる。

図１５Ｄに示すブロック１５４０において、第２の垂直エッチングが、光学材料上、すなわち膜積層体１５０８上で、第２のレベルまで垂直方向に下方に行われる。膜積層体１５０８が、第１の層上部１５２７を貫いてエッチングされて、一層分さらに下方にエッチングされて、第２の層部分１５３６および第２の層上部１５３７が露出する。マスク材料１５０９によって、その直下の膜積層体１５０８、すなわち、マスク材料１５０９によって覆われた第１の層部分１５２６、および第１の層部分１５２６によって覆われた第２の層部分１５３６がエッチングされることが防止される。膜積層体１５０８の上面１５１１は、マスク材料１５０９の下で保護されるが、膜積層体１５０８の他の領域が下方にエッチングされ、新しい、すなわち第３の上面１５３１、第２の層部分１５３７、および、第２の層部分１５３６が露出する。

上記の一連のステップは、所望の構造を生成するために、任意の回数繰り返されてよい。例えば、ブロック１５３０でのトリミング操作およびブロック１５４０でのエッチング操作が、構造全体に任意の平坦部が配置された所望の階段状構造を形成するために、「Ｎ」回繰り返される。Ｎは、サブミクロンの３Ｄ光学構造のレベルの数に対応する整数である。例えば、サブミクロン３Ｄ光学構造は、サブミクロンの３Ｄ光学構造のレベルの数と等しいＮを有しうる。サブミクロンの３Ｄ光学構造は、４個、８個、１６個、３２個、または以上のレベルを有しうる。

純粋に例示的な一例において、Ｎは、３レベルでのエッチング及びトリムに対応する３と等しい。図１５Ｅに示すブロック１５５０において、所望の第３の横方向階段部サイズを形成するために、第３のトリムエッチングが行われる。第３のトリム操作は、マスク材料１５０９の１つ以上の特定の側面を対象とする方向性エッチング操作であってよい。例えば、方向性エッチングは、第２の左側面１５８４に手を付けずに、第３の右側面１５８５を見せるよう第２の右側面１５８３をトリミングしうる。トリミング操作は、左側面１５９２の第１の層１５２６を覆うマスク材料１５０９を残しながら、右側面１５９１の第１の層上部１５２７をさらに露わにしうる。

図１５Ｆに示すブロック１５６０において、膜積層体１５０８は一層分さらに下方にエッチングされ、第３の層部分１５４６が露出する。マスク材料１５０９によって、その直下の膜積層体１５０８がエッチングされることが防止される。膜積層体１５０８の上面１５１１は、マスク材料１５０９の下で保護されるが、膜積層体１５０８の領域が下方にエッチングされ、新しい、すなわち第４の上面１５４１、および、第３の層部分１５４６の第３の層部分１５４７が露出する。左側面１５９２は、第３の最上層部分１５４７から上方は実質的に垂直であるが、右側面１５９１は、第３の層部分１５４６、第２の層部分１５３６、および第１の層部分１５２６に対応する一連の階段部を有する。

図１５Ｇに示すブロック１５７０において、所望の第４の横方向階段部サイズを形成するために、第４のトリムエッチングが行われる。第２のトリミング操作は、第２の左側面１５８４を対象とする方向性エッチング操作である。マスク材料１５０９の第２の左側面１５８４はトリミングされて新しい第３の左側面１５８６となり、一方、第３の右側面１５８５には手が付けられない。トリミング操作は、右側面１５９１で再びさらに、第１の層上部１５２７を露出させ、その一方で、左側面１５９２で、第１の層１５２６を覆うマスク材料１５０９を残しうる。

図１５Ｈに示すブロック１５８０において、膜積層体１５０８は一層分さらに下方にエッチングされ、第４の層部分１５５６が露出する。マスク材料１５０９によって、その直下の膜積層体１５０８がエッチングされることが防止される。膜積層体１５０８の上面１５１１は、マスク材料１５０９の下で保護されるが、膜積層体１５０８の領域が下方にエッチングされ、新しい、すなわち第５の上面１５５１、および、第４の層部分１５５６の第４の層部分１５５７が露出する。ここで、左側面１５９２は、第２の最上層部分１５３７から実質的に単一の階段部を有するが、右側面１５９１は、第４の層部分１５５６、第３の層部分１５４６、および、第２の層部分１５３６、第１の層部分１５２６に対応する一連の階段部を有する。

図１５Ｉに示すブロック１５９０において、マスク材料１５０９が膜積層体１５０８から剥離されて、３Ｄ光学構造１５００が現れる。第４の層部分１５５６、第３の層部分１５４６、第２の層部分１５３６、および第１の層部分１５２６のプロファイルは、３Ｄ光学構造１５００の中央を中心として非対称的である。前述のエッチングおよびトリミングのステップは、マスク材料１５０９を剥離する前に、数多くの層を有する対称的な３Ｄ構造を生成するために任意の回数繰り返すことが可能であり、ここで、各層は、約２０ｎｍと約１ミクロンの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有すると理解されたい。さらに、マスク材料１５０９の側面のトリミングは、階段状壁部と比べて真っ直ぐな垂直壁が望まれる１つ以上の層について、任意選択的に省略されうると理解されたい。

ここで、図１６および図７Ａ〜図７Ｊを共に検討する。図１６は、平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成するための方法１６００を示している。図７Ａ〜図７Ｊは、コーティングおよび露光を繰り返す第２の実施形態を用いて、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するための図１６の方法１６００を図示するために用いられうる。

図７Ａに示すブロック１６０５において、光学的基板が、コーティングおよび露光を繰り返す第２の実施形態を用いて、基板上に３Ｄ機能光学材料レベル構造を構築するために準備される。基板７０１は、そこで成長させられた、例えば熱酸化物成長により形成されたＳｉＯ２層を有しうる。上記技術によって、酸化剤が高温で基板中に拡散されて、基板と反応させられる。ＳｉＯ２層は約１００ｎｍまで成長させられうる。

図７Ｂに示すブロック１６１０において、光学的放射または他の放射に感応するレジスト材料である積層可能な光学材料７１１またはマスタ材料が、基板７０１上に堆積させられる。積層可能な光学材料７１１は、任意の適切な技術によって基板７０１上に堆積され、スピンコーティングされ、または配置されうる。一実施形態において、積層可能な光学材料７１１は、基板７０１上にスピンコーティングされる。積層可能な光学材料７１１、および図７Ａ〜図７Ｊに関して以下に記載される各層は、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの厚さまたは高さを有しうる。

図７Ｃに示すブロック１６１５では、積層可能な光学材料７１１が露光されて、そこにパターンが形成される。パターンは、設計されたマルチレベル光学構造の第１のレベルを生成するように設計され、または、転写の場合には、複数の光学構造の製造に使用されるマスタのための反転パターンを提供する。

図７Ｃに示すブロック１６２０において、積層可能な光学材料７１１が、任意選択的にベークされる。露光およびベーキングプロセス７１９の結果、積層可能な材料７１１は、マスクを通して露光されその後ベークされた位置に、複数の第１の硬化された材料レベル７１６を形成する。

図７Ｄに示すブロック１６２５において、光学材料７２１の第２の層が、第１の硬化された材料７１６を含む積層可能な光学材料７１１上に堆積される。光学材料７２１の第２の層は、積層可能な光学材料７１１上にスピンコーティングされてよく、または他の適切な技術によって形成されてよい。

図７Ｅに示すブロック１６３０において、光学材料７２１の第２の層が露光されて、そこにパターンが形成される。パターンは、マルチレベル光学構造の第２のレベルを生成するように設計され、または、転写の場合には、複数の光学構造の製造に使用されるマスタのための反転パターンの構築において第２のレベルを提供する。

図７Ｅに示すブロック１６３５において、積層可能な光学材料７１１は、任意選択的にベークされる。露光およびベーキングプロセス７１９の結果、積層可能な材料７１１は、マスクを通して露光されその後ベークされた位置に、複数の第１の硬化された材料レベル７１６を形成する。

ブロック１６４０では、下層上に光学材料を堆積させるステップ１６２５、光学材料を露光してそこにパターンを形成するステップ１６３０、および、パターニングされた光学材料を任意選択的にベークするステップ１６３５が、Ｎ個のレベルについて繰り返され、マルチレベル３Ｄ機能光学材料レベル構造が生成される。３Ｄ機能光学材料レベル構造は、４レベル、８レベル、１６レベル、３２レベル、またはそれ以上といったＮ個のレベルを有する。

図７Ｊに示すブロック１６４５において、Ｎ個の層上のＮ個のパターンの露光されて硬化された領域が同時に現像される。現像によって、３Ｄ機能光学材料レベル構造、すなわちマスタから、パターニングされていない材料が除去される。現像された３Ｄ構造、すなわちマスタは、基板７０１上に残された硬化させられた材料層から形成される。

ブロック１６５０において、上述の現像ステップから残されたマスタが、光学材料または積層体に反転形状を転写するために使用される。したがって、光学材料が、複数の３Ｄ機能光学材料レベル構造を形成するために繰り返して、正確に使用されうる。

有利に、上述の方法によって、サブミクロンデバイスを構築するための削減されたステップを有する技術が提供される。上記技術では、必要となる操作（平坦化など）がより少なく、原材料、機械の操作コスト、および時間が節約される。３Ｄ光学素子は、対称的または非対称であってよく、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向といった各座標方向において、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間、例えば約２００ｎｍの寸法を有する単位片から形成される。したがって、３Ｄ光学デバイスが、小さなデバイスから高解像度のホログラフィック画像を生成するために利用するのに十分なほど小型にされうる。

上述の実施例に加えて、いくつかの追加の非限定的な実施例が以下のように記載されうる。

実施例１．１
平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
１ミクロン未満の深さで、基板の上面上に複数の第１の機能材料レベルを形成することと、
第１の機能材料レベルの第１の外表面を処理することであって、第１の外表面は第１の上面を有する、第１の機能材料レベルの第１の外表面を処理することと、
１つ以上の第１の機能材料レベルについてのみ、１ミクロン未満の深さで、第１の上面上に複数の第２の機能材料レベルを形成することと、
第２の機能材料レベルの第２の外表面を処理することであって、第２の外表面は第２の上面を有する、第２の機能材料レベルの第２の外表面を処理することと、
１つ以上の第２の機能材料レベルについてのみ、１ミクロン未満の深さで、第２の上面上に複数の第３の機能材料レベルを形成することと
を含む、方法。

実施例１．２
第１の機能材料レベルを形成することは、当該第１の機能材料レベル上に形成された第２の機能材料レベル、第３の機能材料レベルを有さないこともある、実施例１．１に記載の方法。

実施例１．３
第１の機能材料レベル、第２の機能材料レベル、および第３の機能材料レベルが結果的に、基板上の様々な高さのピラーとなる、実施例１．２に記載の方法。

実施例１．４
第２の機能材料レベルおよび第３の機能材料が、基板の上面上に直接的に形成されない、実施例１．２に記載の方法。

実施例１．５
第１、第２、および第３の機能材料レベルのそれぞれの深さが約２００ｎｍである、実施例１．１に記載の方法。

実施例１．６
第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルを処理することは、
原子堆積層を形成すること、
ドーピングまたはイオン注入、および
放射線硬化
のうちの少なくとも１つを含む、実施例１．１に記載の方法。

実施例１．７
第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルを処理することは、第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベル上に塗布された機能材料レベルの溶媒または他の化学物質が第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルをアタックしないように、第１の外表面および第２の外表面の組成をそれぞれ変える、実施例１．６に記載の方法。

実施例１．８
サブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造の反転形状を、光学材料又は積層体に転写することをさらに含む、実施例１．１に記載の方法。

実施例２．１
平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
１ミクロン未満の深さで、基板の上面上に第１の機能材料レベルを形成することと、
第１の機能材料レベルを含浸処理して、第１の処理された機能材料レベルを形成することであって、第１の処理された機能材料レベルは第１の上面を有する、第１の処理された機能材料レベルを形成することと、
１つ以上の第１の処理された機能材料レベルについてのみ、１ミクロン未満の深さで、第１の上面上に第２の機能材料レベルを形成することと、
第２の機能材料レベルを含浸処理して、第２の処理された機能材料レベルを形成することであって、第２の処理された機能材料レベルは第２の上面を有する、第２の処理された機能材料レベルを形成することと、
１つ以上の第２の処理された機能材料レベルについてのみ、１ミクロン未満の深さで、第２の上面上に第３の機能材料レベルを形成することと
を含む、方法。

実施例２．２
第１の機能材料レベルは、当該第１の機能材料レベルに形成された第２の機能材料レベル、第３の機能材料レベルを有さないこともある、実施例２．１に記載の方法。

実施例２．３
第１の機能材料レベル、第２の機能材料レベル、および第３の機能材料レベルが結果的に、基板上の様々な高さのピラーとなる、実施例２．２に記載の方法。

実施例２．４
第２の機能材料レベルおよび第３の機能材料が、基板の上面上に直接的に形成されない、実施例２．２に記載の方法。

実施例２．５
第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルを含浸処理することは、
第１の機能材料レベル、第２の機能材料レベル、および第３の機能材料レベルの構造を変えるためのベーキングまたは電子ボルト注入をさらに含む、実施例２．１に記載の方法。

実施例２．６
第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルを含浸処理することは、第１の機能材料レベルおよび第２の機能材料レベルの構造を、その上に堆積されうる後続の層に対して実質的に化学的に不活性な、よりロバストな材料に変える、実施例２．５に記載の方法。

実施例２．７
サブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造の反転形状を、光学材料又は積層体に転写することさらに含む、実施例２．１に記載の方法。

実施例３．１
平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
１ミクロン未満の深さで、基板の上面上に第１の機能材料レベルを形成することであって、第１の機能材料レベルは第１の上面を有し、かつ第１の材料である、第１の機能材料レベルを形成することと、
１ミクロン未満の深さで、第１の機能材料レベルの第１の上面上に第２の機能材料レベルを形成することであって、第２の機能材料レベルは第２の上面を有し、かつ、第１の材料上に積層するために適合性がある第２の材料である、第２の機能材料レベルを形成することと、
１ミクロン未満の深さで、第２の機能材料レベルの第２の上面上に第３の機能材料レベルを形成することであって、第３の機能材料レベルは、第２の材料上に積層するために適合性がある第１の材料レベルである、第３の機能材料レベルを形成することと
を含む、方法。

実施例３．２
第１の機能材料レベルは、当該第１の機能材料レベルに形成された第２の機能材料レベル、第３の機能材料レベルを有さないこともある、実施例３．１に記載の方法。

実施例３．３
第１の機能材料レベル、第２の機能材料レベル、および第３の機能材料レベルが結果的に、基板上の様々な高さのピラーとなる、実施例３．２に記載の方法。

実施例３．４
第２の機能材料レベルおよび第３の機能材料が、基板の上面上に直接的に形成されない、実施例３．２に記載の方法。

実施例３．５
第１の機能材料レベルがゾル・ゲル基材であってよく、第１の機能材料レベルがポリマー系材料であってよい、実施例３．１に記載の方法。

実施例３．６
第３の機能材料がゾル・ゲル基材である、実施例３．５に記載の方法。

実施例３．７
第１の機能材料、第２の機能材料、および第３の機能材料が、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間の高さを有する、実施例３．１に記載の方法。

実施例３．８
高さが約２００ｎｍである、実施例３．７に記載の方法。

実施例３．９
サブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造の反転形状を、光学材料又は積層体に転写することをさらに含む、実施例３．１に記載の方法。

実施例４．１
平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
１ミクロン未満の深さで、基板の上面上に第１の機能材料レベルを形成することであって、第１の機能材料レベルは第１の上面を有し、かつゾル・ゲル材料である、第１の機能材料レベルを形成することと、
１ミクロン未満の深さで、第１の機能材料レベルの第１の上面上に第２の機能材料レベルを形成することであって、第２の機能材料レベルは、第２の上面を有し、かつゾル・ゲル材料である、第２の機能材料レベルを形成することと、
１ミクロン未満の深さで、第２の機能材料レベルの第２の上面上に第３の機能材料レベルを形成することであって、第３の機能材料レベルはゾル・ゲル材料である、第３の機能材料レベルを形成することと
を含む、方法。

実施例４．２
第１の機能材料レベルのゾル・ゲル材料を硬化させて、その上に第２の機能材料レベルのコロイド溶液を配することを可能にするのに十分にロバストな相溶性ポリマーを形成することをさらに含む、実施例４．１に記載の方法。

実施例４．３
相溶性ポリマーがＳｉＯ_ｘである、実施例４．２に記載の方法。

実施例４．４
第１の機能材料レベルを形成することは、スピンコーティングによりゾル・ゲル材料を堆積させることを含む、実施例４．１に記載の方法。

実施例４．４
第１の機能材料、第２の機能材料、および第３の機能材料が、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間の高さを有する、実施例４．１に記載の方法。

実施例４．５
高さが約２００ｎｍである、実施例４．４に記載の方法。

実施例４．６
第１の機能材料レベルは、当該第１の機能材料レベルに形成された第２の機能材料レベル、第３の機能材料レベルを有さないこともある、実施例４．１に記載の方法。

実施例４．７
第１の機能材料レベル、第２の機能材料レベル、および第３の機能材料レベルが結果的に、基板上の様々な高さのピラーとなる、実施例４．６に記載の方法。

実施例４．８
サブミクロンの非対称的な３Ｄ光学材料構造の反転形状を、光学材料又は積層体に転写することさらに含む、実施例４．１に記載の方法。

実施例５．１
平坦化を行わずに基板上にサブミクロンの対称的な３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
複数の側面を有するマスク材料を膜積層体の上面上に形成することと、
１ミクロン未満の深さで膜積層体の上面をエッチングして、第２の上表面を露出させ、マスク材料の下に第１の材料レベルを形成することと
マスク材料の側面を１ミクロン未満だけトリミングして、マスク材料の第２の側面および第１の材料レベルの第１の上面を露出させることと、
膜積層体の第２の上面および第１の材料レベルの第１の上表面を、１ミクロン未満の深さだけエッチングし、第１の材料レベルの下に第２の材料レベルを形成し、膜積層体の第３の上面および第２の材料レベルの第２の上表面を露出させることと、
マスク材料の第２の側面を１ミクロン未満だけトリミングして、マスク材料の第３の側面および第１の材料レベルの第１の上表面を露出させることと、
膜積層体の第３の上面と、第１の材料レベルの第１の上表面と、第２の材料レベルの第２の上表面との全てを、１ミクロン未満の深さだけエッチングし、第２の材料レベルの下に第３の材料レベルを形成し、膜積層体の第４の上面、および第３の材料レベルの第３の上表面を露出させることと、
マスク材料を膜積層体から剥離して、階段状３Ｄ光学材料構造を露出させることと
を含む、方法。

実施例５．２
エッチングの深さが約２００ｎｍである、実施例５．１に記載の方法。

実施例５．３
マスク材料の第２の側面を、横方向の階段部サイズに対応する所望の距離だけトリミングする、実施例５．１に記載の方法。

実施例５．４
横方向の階段部サイズは実質的に深さと同様である、実施例５．３に記載の方法。

実施例５．５
マスク材料に方向性エッチングを施すことをさらに含む、実施例５．３に記載の方法。

実施例５．６
第２の上面が、第３の上面よりもマスク材料に近い、実施例５．１に記載の方法。

実施例５．７
他の材料のエッチングに対して抗するブロック層を堆積させることと、
リソグラフィによりブロック層をパターニングすること
をさらに含む、実施例５．１に記載の方法。

実施例５．８
ブロック材料のパターニングに対応して、方法は、
ブロック層を現像し、パターニングされていない材料を除去すること
をさらに含む、実施例５．７に記載の方法。

実施例５．９
ブロック層を剥離することをさらに含む、実施例５．７に記載の方法。

実施例５．１０
１つ以上のエッチング操作についてマスク材料の側面のトリミングを省略することをさらに含む、実施例５．１に記載の方法。

実施例５．１１
階段状３Ｄ光学材料構造の反転形状を光学材料又は積層体に転写することをさらに含む、実施例５．１に記載の方法。

実施例６．１
平坦化を行わずに、サブミクロンの対称的な片側３Ｄ光学材料構造を形成して、基板に載置された膜積層体とする方法であって、
膜積層体の上面にハードマスクを形成することと、
膜積層体の上面の一部及びハードマスクの一部の上にマスク材料を形成することと、
１ミクロン未満の深さで膜積層体の上面をエッチングし、第２の上面を露出させ、マスク材料の下に第１の材料レベルを形成することと
マスク材料の側面を１ミクロン未満だけトリミングして、マスク材料の第２の側面および第１の材料レベルの第１の上表面を露出させることと、
膜積層体の第２の上面および第１の材料レベルの第１の上表面を、１ミクロン未満の深さだけエッチングし、第１の材料レベルの下に第２の材料レベルを形成し、膜積層体の第３の上面および第２の材料レベルの第２の上表面を露出させることと、
マスク材料の第２の側面を１ミクロン未満だけトリミングして、マスク材料の第３の側面および第１の材料レベルの第１の上面を露出させることと、
膜積層体の第３の上面と、第１の材料レベルの第１の上表面と、第２の材料レベルの第２の上表面との全てを、１ミクロン未満の深さだけエッチングして、第２の材料レベルの下に第３の材料レベルを形成し、膜積層体の第４の上表面、および第３の材料レベルの第３の上表面を露出させることと、
マスク材料を膜積層体から剥離して、サブミクロンの対称的な３Ｄ光学材料構造を露出させることと
を含む、方法。

実施例６．２
ハードマスクを除去することと、
第２のマスク材料、階段状３Ｄ光学材料構造、および、膜積層体の第４の上面を形成することと、
膜積層体の上面を第４の上面の深さまでエッチングすることと、
膜積層体から第２のマスク材料を剥離して、サブミクロンの対称的な片側３Ｄ光学材料構造を露出させることと
をさらに含む、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．３
対称的な片側３Ｄ光学材料構造の反転形状を光学材料又は積層体に転写することをさらに含む、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．４
エッチングの深さが約２００ｎｍである、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．５
マスク材料の第２の側面を、横方向の階段部サイズに対応する所望の距離だけトリミングする、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．６
横方向の階段部サイズは実質的に深さと同様である、実施例６．５に記載の方法。

実施例６．７
マスク材料に方向性エッチングを施すことをさらに含む、実施例６．５に記載の方法。

実施例６．８
第２の上面が、第３の上面よりもマスク材料に近い、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．９
１回以上のエッチング操作についてマスク材料の側面のトリミングを省略することをさらに含む、実施例６．１に記載の方法。

実施例６．１０
３Ｄ光学材料構造の反転形状を光学材料又は積層体に転写することをさらに含む、実施例６．１に記載の方法。

実施例７．１
回折光学素子上のサブミクロンの３Ｄ光学材料構造であって、
上面を有する基板と、
基板の上面に形成された第１の材料レベルであって、
第１の材料レベルは、第１の上面を有し、かつ、
高さ、幅、及び長さの全てが約１ミクロン未満である複数の第１の単位材料片を含む、基板の上面に形成された第１の材料レベルと、
第１の材料レベルの第１の上面に形成された第２の材料レベルであって、
第２の材料レベルは、第２の上面を有し、かつ、
複数の第２の単位材料片であって、各第２の単位材料片は、第１の単位材料片のうちの１つに載置され、各第２の単位材料片は、第１の単位材料片の高さ、幅、および長さと実質的に同様の第２の高さ、第２の幅、および第２の長さを有する、複数の第２の単位材料片を含む、
第１の材料レベルの第１の上面に形成された第２の材料レベルと、
第２の材料レベルの第２の上面に形成された第３の材料レベルであって、
複数の第３の単位材料片であって、各第３の単位材料片は、第２の単位材料片のうちの１つに載置され、各第３の単位材料片は、第２の単位材料片と実質的に同様の第３の高さ、第３の幅、及び第３の長さを有する、複数の第３の単位材料片を含む、
第２の材料レベルの第２の上面に形成された第３の材料レベルと
を含む、回折光学素子上のサブミクロン３Ｄ光学材料構造。

実施例７．２
第１の材料レベルが、
複数の第１のビアをさらに含み、複数の第１のビアは、複数の第１の単位片のうちのいずれかのボイドである、実施例７．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例７．３
複数の第１のビアの各ビアが、第１の単位片と実質的に同様の大きさである、実施例７．２に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例７．４
各第２の単位片が、第１の単位片に載置され、複数の第１のビアのいずれの中にも配置されない、実施例７．２に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例７．５
第２の材料レベルが、複数の第２のビアをさらに含み、
第２のビアは、複数の第２の単位片のうちのいずれかのボイドであり、複数の第１のビアの上に配置される、実施例７．２に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例７．６
複数の第２のビアのうちの１つ以上が、追加的に、１つ以上の第１の単位片の上に配置される、実施例７．５に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例７．７
複数の層が積層されて、４個、８個、１６個、３２個またはそれ以上の材料層を有する３Ｄ光学材料構造を形成する、実施例７．６に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例８．１
回折光学素子上のサブミクロンの３Ｄ光学材料構造であって、
上面を有する基板と、
基板の上面に載置された、上表面を有する膜積層体と、
膜積層体の上表面上に形成された、第１の幅及び第１の上表面を有する第１の材料レベルと、
第１の材料レベルの第１の上表面上に形成された、第２の幅及び第２の上表面を有する第２の材料レベルと、
第２の材料レベルの第２の上表面上に形成された、第３の幅を有する第３の材料レベルであって、第１の幅は第２の幅よりも大きく、第２の幅は第３の幅よりも大きく、第１の幅、第２の幅、及び前記第３の幅は、３Ｄ光学材料構造の中央の周りに対称的なプロファイルを形成する、第３の材料レベルと
を含む、回折光学素子上のサブミクロン３Ｄ光学材料構造。

実施例８．２
第１の材料レベル、第２の材料レベル、および第３の材料レベルの深さが約２０ｎｍと約１ミクロンとの間である、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例８．３
第１の材料レベル、第２の材料レベル、および第３の材料レベルの深さが約２００ｎｍである、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例８．３
第１の材料レベル上に配置された、材料がその中にない第２の材料レベル内のボイドをさらに含み、
第３の材料レベルが、第２の材料レベルの上面上に配置されるときに、ボイドを跨ぐ、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例８．４
３Ｄ光学材料構造を形成する各材料レベルについての幅、長さ、および高さのサイズは、第１、第２、および第３の材料レベルにスピンコーティングされる材料の厚さと、１回以上のリソグラフィ操作で使用されるパターンにおける特徴サイズと、の関数である、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例８．５
第１、第２、および第３の材料レベルの１つ以上に載置されたブロック層であって、ブロック層の上に後続の材料レベルが形成されることを防止するよう構成されたブロック層をさらに含む、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

実施例９．１
サブミクロンの３Ｄ光回折光学素子を作製する方法であって、
Ａ）回折光学素子へとパターニングされる光学材料積層体を基板上に堆積させることと、
Ｂ）材料積層体の一部分の上にマスク材料を堆積させ、パターニングすることと、
Ｃ）材料積層体を１レベル下方にエッチングすることと、
Ｄ）マスク材料の１つ以上の側面に、所望の距離だけ横方向に方向性エッチングを施すことと、
Ｅ）材料積層体を２つ目のレベルまで垂直方向に下方にエッチングすることと、
Ｆ）ＤおよびＥのことを繰り返すことと、
Ｇ）マスク材料を剥離することと
を含む、方法。

実施例９．２
他の材料のエッチングに抗するブロック層を堆積させ、リソグラフィによりパターニングして、ブロックされた領域へとすることと、
選択された階段状領域を被覆するマスク材料を追加することと、
元々ブロックされていた領域を、より低い階段部レベルまで下方にエッチングすること
をさらに含む、実施例９．１に記載の方法。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲、図１６に示した請求項１６に記載の実施形態を逸脱することなく、本発明のその他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよく、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

図２Ｄに示すブロック２４０において、第２の表面処理（ＳＴ）２４１が、第２のＦＭＬ２３１の第２の外表面２３３上で実行される。第２のＳＴ２４１は、第２の上面２３２上に延在するが、第２の底面２３５上には延在しない。第２のＳＴ２４１は、第１のＦＭＬ２２１と実質的に同様である。代替的に、第１のＳＴ２２１および第２のＳＴ２４１は、第１の外表面２１３の組成、および第２の外表面２３３の組成を変えるために、異なる技術を利用してよい。

図８Ｄに示すブロック８４０では、材料８４８の第４の層８４１が、材料８３８の第３の層８３１の上面上に設けられる。材料８４８は、先に述べたのと同様に、材料８３８の第３の層８３１の上面上でのみ利用可能である。さらに、１つ以上の新しいボイド８４２が第４の層８４１内に形成される。

図１２Ｂは、階段状側面を有する方形錐台１２２０を示している。方形錐台１２２０は、その前方側１２２２、（見えない）遠方側、第１の側１２２１、および第２の側１２２３についての４つの合同な台形を有する３次元固体である。方形錐台１２２０は実質的に平面状の上部１２２４と（見えない）底部とを有し、上部１２２４と底部のそれぞれが前方側１２２２、遠方側、第１の側１２１１、および第２の側１２１９の対応する辺を接続する。第１の側１２１１、第２の側１２２３、前方側１２２２、および、遠方側のそれぞれは、底部の平面積が上部１２２４の平面積よりも大きくなるように、底部から上部１２２４まで角度が付けられうる。第１の側１２２１、第２の側１２２３、前方側１２２２、および、遠方側のそれぞれは表面上に、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有し、すなわち、多数の等距離の平行線または溝を有しうる。例えば、コールアウト１２２８は、前方側１２２２の第１の表面１２２６上及び第１の側１２２１の表面１２１５上の回折格子１２２７を示している。

図１２Ｃは、階段状側面を有する三角錐１２３０を示している。三角錐１２３０は、その前方側１２３２、遠方側１２３３、および第１の側１２３１について３つの合同な三角形を有する３次元固体である。三角錐１２３０は、上部１２８１の頂点と、実質的に平面状の（見えない）底部と、を有し、上記頂点と底部のそれぞれが前方側１２３２、遠方側１２３３、および第１の側１２３１の対応する辺を接続する。第１の側１２３１、遠方側１２３３、および前方側１２３２のそれぞれは、底部から上部１２３４まで角度が付けられ、上部１２８１の頂点を形成しうる。第１の側１２３１、前方側１２３２、および遠方側１２３３のそれぞれは表面上に、その形成においてサブミクロンの階段部に相当する回折格子を有し、すなわち、多数の等距離の平行線または溝を有しうる。例えば、コールアウト１２３８は、前方側１２３２の第１の表面１２３６上及び第１の側１２３１の表面上の回折格子１２３７を示している。

図１３Ｃは、少なくとも１つの実質的に平坦な側面を有する三角錐１３３０を示している。三角錐１３３０は、その前方側１３３２、遠方側１３３３、および第１の側１３３１について３つの合同な三角形を有する３次元固体である。三角錐１３３０は、上部１３８１の頂点と、実質的に平面状の（見えない）底部と、を有し、上記頂点と底部のそれぞれが前方側１３３２、遠方側１３３３、および第１の側１３３１の対応する辺を接続する。第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のそれぞれは、底部から上部１３３４まで角度が付けられ、上部１３３４の頂点を形成しうる。第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のうちの１つまたは２つがその表面上に、サブミクロンの階段部に相当する回折格子を有しうる。さらに、第１の側１３３１、遠方側１３３３、および前方側１３３２のうちの１つまたは２つは回折格子、すなわち構造が形成されておらず、実質的に平坦でありうる。例えば、コールアウト１３３８は、回折格子１３３７が設けられた第１の側１３３１及び遠方側１３３３を示しているが、前方側１３３２は、実質的に垂直であり、回折格子が無い。前方側１３３２は、エッチングと、回折格子、すなわち階段部の形成と、を阻止するブロック材料により形成されうる。

図１４は、コーティングおよび露光を繰り返す技術を用いて形成された、回折光学素子上に形成された３Ｄ光学材料レベル構造１４００の他の実施形態を示し、３Ｄ光学材料レベル構造１４００はその内部に間隙を有する。３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００は、基板１４０１上に配置された第１のレベル１４１０を有しうる。第１のレベル１４１０は、リソグラフィ操作においてパターニングされ露光されうる。複数の第２のレベルのフィーチャ１４２０が、第１のレベルのフィーチャ１４１０の上面１４１１上に形成されうる。例えば、レジスト材料が、第１のレベルのフィーチャ１４１０上にスピンコーティングされる。第２のレベルのフィーチャ１４２０が、リソグラフィ操作で露光されて、第１の露光された部分１４２２、露光されていないレジスト部分１４２３、および第２の露光された部分１４２４が形成される。第３のレベル１４３０が、第２のレベルのフィーチャ１４２０上にスピンコーティングされうる。第３のレベルのフィーチャがパターニングされ露光されて、露光されたフィーチャ１４３１が第３のレベルに形成される。次いで、３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００が現像されて、リソグラフィ操作においてパターニングされず露光されなかった全てのレジスト、例えば、露光されなかったレジスト部分１４２３が除去されうる。結果的に得られた構造は、フィーチャ間の幅およびボイドを変更するフィーチャを生成しうる。例えば、露光されていないレジスト部分１４２３および第３のレベルのフィーチャ１４３１が配置されているところ、又は、第１の露光された部分１４２２の第１の上表面１４２６および第２の露光された部分１４２４の第２の上表面１４２５で引っ掛かっているところに、ボイド（材料ではない）が存在する。現像プロセスによって、材料の凝集したまとまりが生成され、ここでの検討は材料のレベルを用いて行ったが、個々のレベルは、最終的な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４０８においては存在しない。さらに、最終的な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００を形成する各部分のサイズ（幅、長さ、および高さ）は、完全にカスタマイズ可能であり、より低いレベルにスピンコーティングされる材料の厚さと、１つ以上のリソグラフィ操作において使用されるパターンにおけるフィーチャサイズと、の関数にすぎないと理解されたい。したがって、完全にカスタマイズ可能な３Ｄ機能光学材料レベル構造１４００を、サブミクロンスケールで回折光学素子上に形成することが可能である。

図１５Ｇに示すブロック１５７０において、所望の第４の横方向階段部サイズを形成するために、第４のトリムエッチングが行われる。第４のトリミング操作は、第２の左側面１５８４を対象とする方向性エッチング操作である。マスク材料１５０９の第２の左側面１５８４はトリミングされて新しい第３の左側面１５８６となり、一方、第３の右側面１５８５には手が付けられない。トリミング操作は、左側面１５９２で再びさらに、第１の層上部１５２７を露出させ、その一方で、右側面１５９１で、第１の層１５２６を覆うマスク材料１５０９を残しうる。

図７Ｅに示すブロック１６３５において、積層可能な光学材料７１１は、任意選択的にベークされる。露光およびベーキングプロセス７２９の結果、積層可能な材料７１１は、マスクを通して露光されその後ベークされた位置に、複数の第１の硬化された材料レベル７１６を形成する。

実施例４．４−２
第１の機能材料、第２の機能材料、および第３の機能材料が、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間の高さを有する、実施例４．１に記載の方法。

実施例８．３−２
第１の材料レベル上に配置された、材料がその中にない第２の材料レベル内のボイドをさらに含み、
第３の材料レベルが、第２の材料レベルの上面上に配置されるときに、ボイドを跨ぐ、実施例８．１に記載の３Ｄ光学材料構造。

Claims (15)

1. 平坦化を行わずに回折光学素子上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
   Ａ）パターニングされる材料積層体を基板上に堆積させることと、
   Ｂ）前記材料積層体の一部分の上にマスク材料を堆積させ、パターニングすることと、
   Ｃ）前記材料積層体を１レベル下方にエッチングすることと、
   Ｄ）前記マスク材料の側部をトリミングすることと、
   Ｅ）前記材料積層体をもう一レベル下方にエッチングすることと、
   Ｆ）ＤおよびＥのことを「Ｎ」回繰り返すことと、
   Ｇ）前記材料積層体から前記マスク材料を剥離することと
   を含む、方法。
2. 前記材料積層体へのエッチングに抗するよう構成されたブロック層を堆積させて、リソグラフィによりパターニングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ブロック材料の前記パターニングに応じて、
   前記方法は、
   前記ブロック層を現像し、パターニングされていない材料を除去すること
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記ブロック層を剥離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. エッチングされた前記材料積層体を、当該エッチングされた材料積層体の反転形状を光学材料又は積層体に転写するためのマスタとして使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. １回以上のエッチング操作について前記マスク材料の前記側面の前記トリミングを省略することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 平坦化を行わずに回折光学素子上にサブミクロンの３Ｄ光学材料構造を形成する方法であって、
   Ａ）材料の第１の層で基板をコーティングすることと、
   Ｂ）リソグラフィ技術により前記材料を露光して第１のパターンを生成することと、
   Ｃ）露光された前記材料を硬化させることと、
   Ｄ）前記材料の第２の層で前記基板をコーティングすることと、
   Ｅ）前記リソグラフィ技術により前記材料を露光して第２のパターンを生成することと、
   Ｆ）必要に応じて、前記露光された材料を硬化させることと、
   Ｇ）「Ｎ」個のパターンが露光される前記材料の「Ｎ」個の層について、ステップＤからステップＦを「Ｎ」回を繰り返すことと、
   Ｈ）ｎ個の層上の「Ｎ」個のパターンの前記露光されて硬化させられた領域を同時に現像することと
   を含む、方法。
8. 前記第１の層の準備の際に、前記基板上でＳｉＯ_２層を成長させることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記Ｎ個の層のそれぞれは、約２０ｎｍと約１ミクロンとの間の厚さを有する、請求項７に記載の方法。
10. 前記露光された材料を硬化させることは、当該露光された材料を露光して、ベークすることを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記材料の第２の層で前記基板をコーティングすることは、
    前記第１の層を平坦化することなく、前記第１の層に前記第２の層を塗布することを含む、請求項７に記載の方法。
12. 前記第１の層からの前記第１の硬化された材料のすべての上に、前記第２の層における第２の硬化された材料が形成されるわけではない、請求項７に記載の方法。
13. 前記第１の層における前記第１の硬化された材料は、前記第２の層における前記第２の硬化された材料と実質的に同様でありうる、請求項１２に記載の方法。
14. サブミクロンの３Ｄ回折光学素子を作製する方法であって、
    Ａ）回折光学素子へとパターニングされる光学材料積層体を基板上に堆積させることと、
    Ｂ）リソグラフィ技術により前記材料を露光して第１のパターンを生成することと、
    Ｃ）露光された前記材料を硬化させることと、
    Ｄ）「Ｎ」個のパターンが露光される前記材料の「Ｎ」個の層について、ステップＡからステップＣを「Ｎ」回繰り返すことと、
    Ｅ）ｎ個の層上の「Ｎ」個のパターンの前記露光されて硬化させられた領域を同時に現像して、マスタを形成することであって、前記マスタは、前記サブミクロンの３Ｄ回折光学素子を反転させたものである、マスタを形成することと、
    Ｆ）前記マスタを用いて、複数の前記サブミクロンの３Ｄ回折光学素子を形成すること
    を含む、方法。
15. 前記光学材料積層体の堆積に備えて、酸化剤を高温で前記基板内に拡散させて、前記基板と反応させることと、
    Ｎ個の層上の前記Ｎ個のパターンの前記露光されて硬化させられた領域を同時に現像すること
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。

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