KR102585150B1 - 3d 기능성 광학 물질 적층 구조를 구축하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본원에서의 실시예들은, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조, 및 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법을 설명한다. 제1 실시예에서, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에, 패터닝될 물질 적층체를 증착하는 단계, 물질 적층체의 일부분 상에 두꺼운 마스크 물질을 증착하고 패터닝하는 단계, 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계, 두꺼운 마스크 물질의 측부 부분을 트리밍하는 단계, 물질 적층체를 한 수준 더 아래로 식각하는 단계, 위의 트리밍 및 식각 단계들을 'N'회 반복하는 단계, 및 물질 적층체로부터 두꺼운 마스크 물질을 박리하는 단계를 포함한다.

Description

3D 기능성 광학 물질 적층 구조를 구축하는 방법
본원에서의 실시예들은 일반적으로, 3D 광학 적층가능 구조들을 형성하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
3D 광학 구조들은 복잡한 광학 디바이스들을 생성하는 데 사용된다. 예컨대, 3D 광학 구조들은 광을 이용한 3D 홀로그램들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 3D 광학기기의 품질은, 3D 광학기기에 사용되는 적층가능 층 구조 상의 3D 패턴들의 밀도를 증가시키고 그 크기를 감소시키는 것에 고도로 의존한다. 종래의 3D 광학 구조를 생성하는 것은, 기판 위에 레지스트를 이용하여 3차원(3D) 패터닝가능 및 적층가능 층 구조를 형성하는 것을 수반한다. 기판은 상부에 증착된 물질의 제1 층을 갖고, 레지스트는 제1 층에 대해 패터닝된다. 이어서, 구조는, 화학적 기계적 연마로 평탄화하기 전에 금속으로 채워진다. 이러한 동작들은, 구조에서 복수의 상이한 수직 높이들을 생성하기 위해 각각의 층에 대해 거듭하여 반복된다. 그러나, 현재의 구조들은 여전히, 홀로그램들과 같은 일부 3D 광학 응용들에 바람직하지 않은 분해능을 초래하는 미크론 규모보다 큰 구조들을 산출한다.
분해능, 초점 심도, 및 리소그래피 결함 민감도의 관점에서의 다중 패터닝의 문제들 및 이점들이 이해되는 한편, 프로세스 예산을 제어하고 수율을 증가시키고 유지하기 위한 부가적인 요구가 존재한다. 부가적으로, 후속 물질 수준(들)의 적용은 이전에 패터닝된 물질을 용해시키거나 파괴할 수 있으므로 이러한 종류의 구조를 생성하는 것은 쉽지 않다.
따라서, 기판 상에 고밀도 3D 다중-패터닝된 구조를 생성하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본원에서의 실시예들은, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조, 및 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법을 설명한다. 제1 실시예에서, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법이 제공되며, 방법은, 기판 상에, 패터닝될 물질 적층체를 증착하는 단계; 물질 적층체의 일부분 상에 두꺼운 마스크 물질을 증착하고 패터닝하는 단계; 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계; 두꺼운 마스크 물질의 측부 부분을 트리밍하는 단계; 물질 적층체를 한 수준 더 아래로 식각하는 단계; 위의 트리밍 및 식각 동작들을 'N'회 반복하는 단계; 및 물질 적층체로부터 두꺼운 마스크 물질을 박리하는 단계로 시작된다.
제2 실시예에서, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법이 제공되며, 방법은, 물질의 제1 층으로 기판을 코팅하는 단계; 제1 패턴을 생성하기 위해 리소그래피 방법으로 특정 물질을 노출시키는 단계; 필요한 경우, 노출된 특정 물질을 경화시키는 단계; 물질의 제2 층으로 기판을 코팅하는 단계; 제2 패턴을 생성하기 위해 리소그래피 방법으로 특정 물질을 노출시키는 단계; 필요한 경우, 노출된 특정 물질을 경화시키는 단계; 노출된 N개의 패턴을 내부에 갖는 물질의 N개의 층에 대해, 위의 코팅하는 단계, 노출시키는 단계, 및 경화시키는 단계에 대한 동작들을 'N'회 반복하는 단계; 및 N개의 층 상의 N개의 패턴의 노출되고 경화된 구역들을 동시에 현상하는 단계로 시작된다.
제3 실시예에서, 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조가 제공된다. 비대칭적 3D 광학 물질 구조는, 최상부 표면을 갖는 기판, 기판의 최상부 표면 상에 형성되는 제1 기능성 물질 수준을 갖는다. 제1 기능성 물질 수준은 물질의 복수의 제1 단위 조각들을 더 가지며, 물질의 각각의 제1 단위 조각은 높이, 폭, 및 길이를 갖고, 이들 전부가 약 1 미크론 미만이다. 비대칭적 3D 광학 물질 구조는, 제1 기능성 물질 수준의 제1 최상부 표면 상에 형성되는 제2 기능성 물질 수준을 더 갖는다. 제2 기능성 물질 수준은 물질의 복수의 제2 단위 조각들을 더 가지며, 물질의 각각의 제2 단위 조각은 제1 단위 조각들 중 하나 상에 배치되고, 물질의 각각의 제2 단위 조각은, 물질의 제1 단위 조각의 높이, 폭, 및 길이와 실질적으로 유사한 높이, 폭, 및 길이를 갖는다. 비대칭적 3D 광학 물질 구조는 제2 기능성 물질 수준의 제2 최상부 표면 상에 형성되는 제3 기능성 물질 수준을 더 가지며, 제3 기능성 물질 수준은 물질의 복수의 제3 단위 조각을 더 갖고, 물질의 각각의 제3 단위 조각은 물질의 제2 단위 조각 중 하나 상에 배치되고, 물질의 각각의 제3 단위 조각은, 물질의 제2 단위 조각의 높이, 폭, 길이와 실질적으로 유사한 제3 높이, 제3 폭 및 길이를 갖는다.
제4 실시예에서, 미크론-미만 대칭적 3D 광학 물질 구조가 제공된다. 미크론-미만 대칭적 3D 광학 물질 구조는, 최상부 표면을 갖는 기판; 상부 표면을 갖는, 기판의 최상부 표면 상에 배치되는 막 적층체; 제1 폭 및 제1 상부 표면을 갖는, 막 적층체의 상부 표면 상에 형성되는 제1 기능성 물질 수준; 제2 폭을 갖는, 제1 기능성 물질 수준의 제1 상부 표면 상에 형성되는 제2 기능성 물질 수준; 및 제3 폭을 갖는, 제2 기능성 물질 수준의 제2 상부 표면 상에 형성되는 제3 기능성 물질 수준을 가지며, 제1 폭은 제3 폭보다 큰 제2 폭보다 크고, 제1 폭, 제2 폭 및 제3 폭은 3D 광학 물질 구조의 중심에 관해 대칭적인 프로파일을 형성한다.
제5 실시예에서, 미크론-미만 3D 회절 광학기기 요소를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에 회절 광학기기 요소로 패터닝될 광학 물질 적층체를 증착하는 단계로 시작된다. 이어서, 방법은, 물질 적층체의 일부분 상에 마스크 물질을 증착하고 패터닝한다. 방법은, 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계로 계속된다. 이어서, 방법은, 요망되는 거리만큼 측방향으로 마스크 물질의 하나 이상의 측부 부분을 방향성으로 식각하고, 물질 적층체를 수직 아래의 제2 수준으로 수직으로 식각한다. 방법은, 마스크 물질을 박리함으로써 종료된다.
본원에서의 실시예들의 상기 인용된 특징들이 달성되고 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 본 발명의 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들은 첨부된 도면들에 예시되어 있다.
도 1은, 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 적층 구조를 구축하기에 적합한 반도체 처리 장비의 그룹을 예시한다.
도 2a 내지 도 2f는, 표면 처리 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제1 방법을 예시한다.
도 3a 내지 도 3f는, 물질 함침 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제2 방법을 예시한다.
도 4a 내지 도 4c는, 교번하는 물질 쌍들의 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제3 방법을 예시한다.
도 5a 내지 도 5c는, 졸-겔 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제4 방법을 예시한다.
도 6은, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 제5 방법을 도시한다.
도 7a 내지 도 7j는, 반복적인 코팅 및 노출 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 도 6의 제5 방법을 예시한다.
도 8a 내지 도 8e는, 기판 상의 3D 기능성 광학 물질 수준 구조에 대한 구성에 대한 예시를 제공한다.
도 9는, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법을 도시한다.
도 10a 내지 도 10g는, 대칭적 3D 광학 구조를 만들기 위한 도 9의 방법을 예시한다.
도 11a 내지 도 11e는, 하나 이상의 측부 계단형 3D 광학 구조를 만들기 위한 방법을 예시한다.
도 12a 내지 도 12c는, 도 10a 내지 도 10g의 방법에서 형성되는 대칭적 3D 광학 구조의 예시를 제공한다.
도 13a 내지 도 13c는, 도 11a 내지 도 11e의 방법에서 형성되는 하나 이상의 계단형 측부를 갖는 3D 광학 구조의 예시를 제공한다.
도 14는, 반복적인 코팅 및 노출 기법을 사용하여 형성되는 회절 광학기기 요소 상에 형성되는 3D 광학 물질 수준 구조에 대한 다른 실시예를 예시하며, 3D 광학 물질 수준 구조는 내부에 갭을 갖는다.
도 15a 내지 도 15i는, 트리밍 식각 기법을 사용하여 기판 상에 완전히 맞춤화가능한 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 방법을 예시한다.
도 16은, 도 7a 내지 도 7j에 도시된 바와 같은 반복적인 코팅 및 노출 기법을 사용하여 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법을 도시한다.
실시예들의 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 열거가 없이도 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있는 것으로 고려된다.
그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
회절 광학 요소들은 19세기 이래로 줄곧 사용되어 왔다. 최근, 광학기기 연구에서의 발전은 모의 및 낮은 체적 제조 둘 모두에서 서브파장 및 미크론-미만 회절 광학기기를 사용하는 광 조작을 가능하게 했다. 이러한 나노-안테나들은 광의 위상, 진폭, 및 편광을 변경할 수 있다. 판차라트남-베리(Pancharatnam-Berry) 효과 또는 다른 포스트들에 기반한 메타-표면들이 고종횡비 유전체 기둥들로 만들어진 일 실시예이다. 나노-디스크들로 만들어진 미에(Mie) 또는 호이겐스(Huygens) 공진기들이 다른 실시예이며, 플라즈모닉스 공진이 다른 실시예일 수 있다. 그러나, 공진기들에 의해 요구되는 피쳐 치수들은, 엄격한 증착, 패터닝, 식각, 또는 다른 반도체-기반 방법들 중 어느 것을 통해서든, 그 규모를 달성하는 것은 난제이다. 더욱이, 플라즈모닉스 광학 요소들의 효율이 제한되므로, 그 광학 요소들은 일부 응용들만을 충족시킬 수 있다.
다중 수준 회절 광학기기 요소들은, 파장보다 길 수 있는 피쳐들을 통한 광의 스칼라 특성들을 조작하는 것으로부터 이익을 얻는다. 피쳐들이 1 um 초과인 치수들을 수반하는 경우, 피쳐들은, 직접 또는 간접 기입 툴들로, 그레이 스케일 리소그래피를 사용하여 제조될 수 있다. 그렇지만, 그레이 스케일 리소그래피는 그 분해능이 제한되며, x, y, 및 z 피쳐들을 축소시키는 것은 더 높은 시야, 더 큰 개구수 및 다른 것들을 가능하게 할 수 있다.
미크론-미만 다중 수준 회절 광학기기의 제조를 위한 하나의 접근법은, 모든 각각의 층이 별개로 증착, 패터닝, 및 식각되는 다중 패터닝을 취하는 것이다. 다른 접근법은, 다중 수준 제조들을 위한 금속 다마신 루트를 취한다. 다중 패터닝의 이러한 접근법은, 분해능, 초점 심도, 및 리소그래피 결함 민감도의 관점에서 이점들 및 난제들 둘 모두를 나타낸다. 이는 또한, 프로세스 예산을 제어하고 수율을 증가시키고 유지하는 데 부가적으로 유익하다. 이러한 작업은, 기판 상에 고밀도의 미크론-미만 다중 수준 패터닝된 구조를 생성하기 위한 방법을 설명한다.
기능성 층(들) 개질은, 3D 층 적층 광학 구조들을 가능하게 하는 후속 층 처리를 견디도록 이전 층(들)을 더 강건하게 한다. 본원에서의 실시예들은, 공학처리 광학기기 응용을 위한 3D 패터닝된 광학 구조들을 형성하기 위해 다중 패터닝된 층들을 처리할 때 물질 처리 상호작용을 감소시키는 것을 목표로 한다. 3D 층 적층 광학 구조들을 위한 제조 기법들을 나타내기 위한 실시예들이 아래에 예시된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 방사선 경화가능 기능성 잔류성(leave-on) 물질 수준이 3D 패터닝된 구조를 형성한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 방사선 경화가능 기능성 유기 중합체, 무기 또는 유기/무기 혼성 물질 수준이 3D 패터닝된 구조들을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 이전 물질의 강건성을 개선하고 후속 물질 수준 처리 및 패터닝에 대한 "스킨" 보호를 제공하기 위해 이전 물질 수준을 위한(부가적인 중합체 가교를 위한) 방사선 경화가 제공된다. 또 다른 실시예에서, 표면 처리 프로세스, 이를테면 원자 층 증착(ALD)이 패터닝된 층들 사이에 사용되어 이전 층(들)과 후속 층들의 상호작용을 최소화하기 위한 방벽 층이 제공된다. 또 다른 실시예에서, 이전 물질 수준(들)의 강건성을 개선하기 위해 함침 기법(건식, 습식, 또는 증기 처리일 수 있음)이 사용된다. 또 다른 실시예에서, 이전 물질 수준(들)의 강건성을 개선하기 위해 도핑 기법 또는 이온 주입 기법이 사용된다. 또 다른 실시예에서, 처리 동안 물질 상호작용을 감소시키기 위해 교번하는 물질 수준 쌍들(물질 A의 층 및 물질 B의 층)이 사용된다. 예컨대, 물질 A는 졸-겔 기재 물질일 수 있고, 물질 B는 중합체 기재 물질일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 졸-겔 물질 수준들은, SiOx를 형성하는 경화된 졸-겔 층들이 후속 졸-겔 층 처리와의 물질 상호작용을 견디기에 충분히 강건하도록 3D 구조들을 구축하는 데 사용된다. 유리하게, 이전 패터닝된 층들은 보호되고 후속 층 처리 및 패터닝을 견딜 수 있다.
부가적인 실시예들은, 대칭적 3D 광학 적층 구조들의 형성에 관한 것이다. 대칭적 3D 광학 적층 구조들은, 미크론-미만 규모 피쳐들을 생성하기 위해 레지스트 트리밍 프로세스를 활용한다. 추가적인 실시예들은 대칭적 접근법을 취하고, 프레넬(Fresnel) 렌즈와 같은 대칭적 피쳐 단측(one sided)을 만들기 위해 하드마스크를 부가한다. 더 추가적인 실시예들에서, 완전히 맞춤화가능한 및/또는 비대칭적 미크론-미만 3D 광학 구조들을 형성하기 위해 방향성 식각이 활용된다.
위에 간략히 논의된 실시예들은 유리하게, 미크론-미만 규모 3D 광학 구조들의 구성을 가능하게 하면서 구조들을 생성하기 위한 감소된 동작들을 제공한다. 아래에 개시된 방법들은, 고도로 정교한 맞춤화가능한 3D 광학 구조들이, 미크론-미만 규모로, 비용 효과적인 방식으로 신속하게 형성될 수 있게 한다. 예컨대, 3D 피쳐들은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 500 nm 또는 200 nm와 같은 높이를 갖는 규모로 형성될 수 있다. 3D 광학 구조들은, 회절 광학기기 요소 구조, 즉, 수평 치수들에서 서브파장 규모 패턴들을 갖는 서브파장 두께를 가진 물질 시트 상에 형성될 수 있다. 회절 광학기기 요소 구조는, 격자들 및 다른 단일 수준 구조들, 대칭적으로 계단형인 구조들, 및 계단들이 없는 하나 이상의 측부를 갖는 계단형 구조들을 가질 수 있다.
본원에 개시된 구조들은, 중심 축에 관한 대칭성 또는 비대칭성, 계단 구조, 또는 임의의 가능한 3D 피쳐의 일부분을 나타내도록 나노 규모로 나타날 수 있는 피쳐들을 형성하는 데 완전히 맞춤화가능하다. 상기 피쳐들의 규모는, 나노 규모의 3D이지만, 도움 없이 인간의 눈에 가시적인 규모로 평평한 렌즈를 형성하는 데 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 아래의 논의를 위한 도면들이 모두 사각형 구조들을 예시하지만, 본원에 개시된 방법들은, 3D 광학 적층 구조들에서 상이한 높이들의 기둥들을 형성하기 위한, 상이한 장축 및 단축을 갖는 타원형 단면 기둥들, 원형 기둥들, 또는 임의의 다른 다면형 형상을 만드는 데 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
도 1은, 기판 상에 3D 광학 물질 적층 구조를 구축하기에 적합한 반도체 처리 장비(100)의 그룹을 예시한다. 반도체 처리 장비(100)의 그룹은, 코팅 툴(110) 또는 스핀 코팅, 광 노출 툴(120), 베이킹/경화 툴(130), 및 현상 툴(140) 중 하나 이상을 갖는다.
코팅 툴(110)은, 기판 상에 물질의 층을 도포하도록 구성된다. 코팅 툴(110)은, 실질적으로 균일한 물질 층을 도포하기 위해 분무 코팅 기법을 사용할 수 있다. 대안적으로, 코팅 툴(110)은, 실질적으로 균일한 물질 층을 도포하기 위해 스핀 코팅 기법을 사용할 수 있다. 또 다른 대안들에서, 코팅 툴(110)은, 화학 기상 증착 챔버 또는 플라즈마 기상 증착 챔버, 원자 층 증착 챔버, 또는 기판에 수 마이크로미터 또는 나노미터와 같은 물질의 박막을 도포하기 위한 다른 적합한 디바이스일 수 있다.
광 노출 툴(120)은, 레지스트를 변경하여 레지스트에 패턴을 형성하기 위한 광 에너지를 제공하는 리소그래피 툴일 수 있다. 광 노출 툴(120)은, 상부에 피쳐들을 형성하기 위해 디지털 마스크를 사용하여 레지스트 상에 패턴들을 형성할 수 있다.
베이킹/경화 툴(130)은, 기판 상에 증착되는 물질의 외측 표면 또는 전체 층의 물질 조성을 변경하기 위해 온도 또는 다른 에너지를 사용할 수 있다. 베이킹/경화 툴(130)은, 베이킹된, 즉, 경화된 물질의 층 상에 후속하여 도포될 후속 물질들의 적합성 또는 상용성을 위해서 물질을 변경하기 위해 반응을 촉진시키거나 수분 또는 휘발성 물질, 즉, 용매를 제거할 수 있다.
현상 툴(140)은, 상부에 생성된 패턴의 구조를 드러나게 하기 위해 기판 상의 레지스트의 층들을 용해시킨다. 현상 후에, 기판은, 기판 상에 디바이스들을 생성하기 위한 3D 광학 물질 적층 구조들을 포함한다. 3D 광학 물질 적층 구조는, 아래에 논의되는 몇몇 방법들 중 하나를 사용함으로써 형성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는, 표면 처리 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제1 방법(200)을 예시한다. 실시예는, 기판(201) 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래하는 광학 물질 수준들의 3D 적층을 도시한다. 제1 방법(200)은 종래의 동작들에 비해 감소된 수의 동작들을 제공하며, 부가적으로, 반복적인 평탄화 단계들을 제거한다.
도 2a에 도시된 블록(210)에서, 하나 이상의 제1 기능성 물질 수준(FML; functional material level)(211)이 기판(201)의 최상부 표면(202) 상에 형성된다. 제1 FML(211) 및 본원에서 추가로 설명되는 각각의 FML은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다. 제1 FML(211)은, 제1 외측 표면(213), 제1 최상부 표면(212), 및 제1 최하부 표면(215)을 갖는다. 제1 FML(211)의 제1 최상부 표면(212)은 제1 최하부 표면(215)에 대향하게 제공된다. 제1 최하부 표면(215)은 기판(201)의 최상부 표면(202) 상에 배치된다.
도 2b에 도시된 블록(220)에서, 제1 표면 처리(ST; surface treatment)(221)가 제1 FML(211)의 제1 외측 표면(213) 상에서 수행된다. 제1 ST(221)는 제1 최상부 표면(212) 위로 연장되지만 제1 최하부 표면(215)에 대해서는 그렇지 않다. 제1 ST(221)는, 원자 증착 층, 도핑 또는 이온 주입, 방사선 경화, 방사선 경화가능(이를테면, 베이킹 또는 자외선(UV) 경화) 처리이거나 또는 제1 FML(211)의 제1 외측 표면(213)의 조성을 변경하는 다른 처리일 수 있다.
도 2c에 도시된 블록(230)에서, 하나 이상의 제2 기능성 물질 수준(FML)(231)이 제1 FML(211)의 제1 최상부 표면(212) 중 하나 이상 상에 형성되며, 여기서, 제1 최상부 표면(212)은 제1 ST(221)를 갖는다. 제2 FML(231)은 제1 ST(221)와 상용가능하며, 이에 따라, 용매 또는 다른 화학물질이 하부의 이전 층, 즉, 제1 FML(211)을 공격하지 않을 것이다. 각각의 제2 FML(231)은, 제1 FML(211) 중 하나 상에 증착되지만 반드시 전부 상에 증착될 필요는 없다. 예컨대, 제2 FML(231)은 기판(201) 상에 형성되지 않을 것이다. 그러나, 항목 번호(239)가 제공된 제1 FML(211)과 같이, 각각의 제1 FML(211)이 자신 상에 형성된 제2 FML(231) 중 하나를 반드시 가질 필요는 없을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제2 FML(231)은, 제2 외측 표면(233), 제2 최상부 표면(232), 및 제2 최하부 표면(235)을 갖는다. 제2 최하부 표면(235)은, 제1 ST(221)의 제1 최상부 표면(212) 상에 배치된다.
도 2d에 도시된 블록(240)에서, 제2 표면 처리(ST)(241)가 제2 FML(231)의 제2 외측 표면(233) 상에서 수행된다. 제2 ST(241)는 제2 최상부 표면(232) 위로 연장되지만 제2 최하부 표면(235)에 대해서는 그렇지 않다. 제2 ST(241)는 제1 ST(221)와 실질적으로 유사하다. 대안적으로, 제1 ST(221) 및 제2 ST(241)는, 제1 외측 표면(213) 및 제2 외측 표면(223)의 조성을 변경하기 위해 상이한 기법들을 활용할 수 있다.
도 2e에 도시된 블록(250)에서, 하나 이상의 제3 기능성 물질 수준(FML)(251)이 제2 FML(231)의 제2 최상부 표면(232) 중 하나 이상 상에 형성되며, 여기서, 제2 최상부 표면(232)은 제2 ST(241)를 갖는다. 각각의 제3 FML(251)은, 제2 FML(231) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 예컨대, 제3 FML(251)은 기판(201) 또는 제1 FML(211) 상에 직접 형성되지는 않을 것이다. 또한, 각각의 제2 FML(231)이 자신 상에 형성된 제3 FML(251) 중 하나를 반드시 가질 필요는 없을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제3 FML(251)은, 제3 외측 표면(253), 제3 최상부 표면(252), 및 제3 최하부 표면(255)을 갖는다. 제3 최하부 표면(255)은, 제2 ST(241)의 제2 최상부 표면(232) 상에 배치된다.
도 2f에 도시된 블록(260)에서, 제3 표면 처리(ST)(261)가 제3 FML(251)의 제3 외측 표면(253) 상에서 수행된다. 제3 ST(261)는 제3 최상부 표면(252) 위로 연장되지만 제3 최하부 표면(255)에 대해서는 그렇지 않다. 제3 ST(261)는 제1 ST(221) 및 제2 ST(241)와 실질적으로 유사하다. 대안적으로, 제3 ST(261)는 제1 ST(221) 또는 제2 ST(241)와 상이한 기법을 활용할 수 있다.
층들은 3개의 층을 훨씬 넘어 계속 적층될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 각각의 층은 단지 하부 층에서 제공되는 표면 처리와 화학적으로 상용가능할 필요가 있다. 위의 동작 개요들은 임의의 횟수로 반복되어 아래에서 추가로 논의될 도 8a 내지 도 8e에 예시된 바와 같은 복잡하고 고도로 정교한 3D 광학 구조를 생성할 수 있다. 그러나, 도 3a 내지 도 3f에 개시된 제2 방법(300)의 실시예에 관하여 개시될 바와 같이, 고도로 정교한 3D 광학 구조들은 또 다른 기법에 의해 생성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는, 물질 함침 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제2 방법(300)을 예시한다. 실시예는, 기판(301) 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래하는 광학 물질 수준들의 3D 적층을 도시한다.
도 3a에 도시된 블록(310)에서, 하나 이상의 제1 기능성 물질 수준(FML)(311)이 기판(301)의 최상부 표면(302) 상에 형성된다. 제1 FML(311), 및 도 3a 내지 도 3f에 관하여 추가로 설명되는 각각의 FML은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다. 제1 FML(311)은, 외측 표면(313), 제1 최상부 표면(312), 및 제1 최하부 표면(315)을 갖는다. 제1 FML(311)의 제1 최상부 표면(312)은 제1 최하부 표면(315)에 대향하게 제공된다. 제1 최하부 표면(315)은 기판(301)의 최상부 표면(302) 상에 배치된다.
도 3b에 도시된 블록(320)에서, 제1 FML(311) 상에서 처리가 수행되어 제1 처리된 FML(321)을 형성한다. 제1 처리된 FML(321)은, 제1 FML(311)의 물질에 대한 변경된 조성물이다. 예컨대, 처리는, 상부에 배치될 수 있는 후속 층들의 적층에 적합하고 그 후속 층들에 대해 실질적으로 화학적으로 불활성인 더 강건한 물질로 제1 처리된 FML(321)을 산출하도록 제1 FML(311)의 구조를 변경하기 위해 베이킹 또는 전자 볼트 주입에 의해 수행될 수 있다.
도 3c에 도시된 블록(330)에서, 하나 이상의 제2 기능성 물질 수준(FML)(331)이 제1 처리된 FML(321)의 제1 최상부 표면(312) 중 하나 이상 상에 형성된다. 제2 FML(331)은 제1 처리된 FML(321)과 상용가능하며, 이에 따라, 용매 또는 다른 화학물질이 하부 층, 즉, 제1 처리된 FML(321)을 공격하지 않을 것이다. 각각의 제2 FML(331)은, 제1 처리된 FML(321) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 예컨대, 제2 FML(331)은 기판(301) 상에 형성되지 않을 것이다. 그러나, 항목 번호(339)가 제공된 제1 처리된 FML(321)과 같이, 각각의 제1 처리된 FML(321)이 자신 상에 형성된 제2 FML(331) 중 하나를 반드시 가질 필요는 없을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제2 FML(331)은, 제2 외측 표면(333), 제2 최상부 표면(332), 및 제2 최하부 표면(335)을 갖는다. 제2 최하부 표면(335)은, 제1 처리된 FML(321)의 제1 최상부 표면(312) 상에 배치된다.
도 3d에 도시된 블록(340)에서, 제2 FML(331) 상에서 처리가 수행되어 제2 처리된 FML(341)을 형성한다. 제2 처리된 FML(341)은, 제2 FML(331)의 물질에 대한 변경된 조성물이다. 예컨대, 처리는, 제1 처리된 FML(321)과 유사하지만 반드시 동일할 필요는 없는 적층에 적합한 더 강건한 물질로 제2 처리된 FML(341)을 산출하기 위해 제2 FML(331)의 구조를 변경한다.
도 3e에 도시된 블록(350)에서, 하나 이상의 제3 기능성 물질 수준(FML)(351)이 제2 처리된 FML(341)의 제2 최상부 표면(332) 중 하나 이상 상에 형성된다. 제3 FML(351)은 제2 처리된 FML(341)과 상용가능하며, 이에 따라, 용매 또는 다른 화학물질이 이전 층, 즉, 제2 처리된 FML(341)을 공격하지 않을 것이다. 각각의 제3 FML(351)은, 제2 처리된 FML(341) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 예컨대, 제3 FML(351)은 기판(301) 상에 또는 제1 처리된 FML(321) 상에도 형성되지 않을 것이다. 그러나, 각각의 제2 처리된 FML(341)이 자신 상에 형성된 제3 FML(351) 중 하나를 반드시 가질 필요는 없을 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
도 3f에 도시된 블록(360)에서, 제3 FML(351) 상에서 처리가 수행되어 제3 처리된 FML(361)을 형성한다. 제3 처리된 FML(361)은, 제3 FML(351)의 물질에 대한 변경된 조성물이다. 예컨대, 처리는, 상부에 배치될 수 있는 후속 층들의 적층에 적합하고 그 후속 층들에 대해 실질적으로 화학적으로 불활성인 더 강건한 물질로 제3 처리된 FML(361)을 산출하도록 제3 FML(351)의 구조를 변경한다. 제3 처리된 FML(361)은 제1 처리된 FML(321) 및 제2 처리된 FML(341)과 실질적으로 유사하다. 대안적으로, 제3 처리된 FML(361)은 제1 처리된 FML(321) 또는 제2 처리된 FML(341)과 상이한 처리 기법을 활용할 수 있다.
층들은 3개의 층을 훨씬 넘어 계속 적층될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 각각의 층은 단지, 상용성을 용이하게 하도록 물질 조성을 변경하는 처리를 이용하여 인접한 층과 화학적으로 상용가능할 필요가 있다. 위의 약술된 동작들은 임의의 횟수로 반복되어 도 8a 내지 도 8e에 예시된 바와 같은 복잡하고 고도로 정교한 3D 광학 구조를 생성할 수 있다. 그러나, 도 4a 내지 도 4c에 개시된 제3 방법(400)의 실시예에 관하여 개시될 바와 같이, 고도로 정교한 3D 광학 구조들은 또 다른 기법에 의해 생성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는, 교번하는 물질 쌍들의 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조들을 구축하기 위한 제3 방법(400)을 예시한다. 예컨대, 제1 수준은 물질 A로 형성될 수 있고, 제2 수준은 물질 B로 형성될 수 있으며, 형성 후의 물질 A는 그 상부에 형성되는 바와 같은 물질 B와 상용가능하다. 예컨대, 물질 A는 졸-겔 기재 물질일 수 있고, 물질 B는 중합체 기재 물질일 수 있다. 그러므로, 물질 B의 용매는 물질 A를 용해시키거나 그와 부정적으로 상호작용하지 않을 것이다. 도 4a 내지 도 4c에서 본원에 추가로 설명되는 각각의 3D 기능성 광학 물질 수준 구조는, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다.
도 4a에 도시된 블록(410)에서, 하나 이상의 제1 기능성 물질 수준(FML)(411)이 기판(401)의 최상부 표면(402) 상에 형성된다. 제1 FML(411)은, 외측 표면(413), 제1 최상부 표면(412), 및 제1 최하부 표면(415)을 갖는다. 제1 FML(411)의 제1 최상부 표면(412)은 제1 최하부 표면(415)에 대향하게 제공된다. 제1 최하부 표면(415)은 기판(401)의 최상부 표면(402) 상에 배치된다. 제1 FML(411)은 제1 물질(A)로 형성된다.
도 4b에 도시된 블록(420)에서, 하나 이상의 제2 기능성 물질 수준(FML)(421)이 제1 FML(411)의 제1 최상부 표면(412) 중 하나 이상 상에 형성된다. 각각의 제2 FML(421)은, 제1 FML(411) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 제2 FML(421)은, 외측 표면(423), 제2 최상부 표면(422), 및 제2 최하부 표면(425)을 갖는다. 제2 FML(421)은 제2 물질(B)로 형성된다. 제2 FML(421)의 물질 B는 제1 FML(411)의 물질 A와 상용가능하며, 이에 따라, 제2 FML(421)은 제1 FML(411)을 화학적으로 또는 다른 방식으로 공격하지 않는다.
도 4c에 도시된 블록(430)에서, 하나 이상의 제3 기능성 물질 수준(FML)(431)이 제2 FML(421)의 제2 최상부 표면(422) 중 하나 이상의 최상부 상에 형성된다. 각각의 제3 FML(431)은, 제2 FML(421) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 제3 FML(431)은 물질 A로 형성된다. 제3 FML(431)은 제1 FML(411)의 물질과 동일한 물질 A를 갖는다. 제3 FML(431)의 물질 A는 제2 FML(421)의 물질 B와 상용가능하며, 이에 따라, 제3 FML(431)은 제2 FML(421)을 화학적으로 또는 다른 방식으로 공격하지 않는다.
물질 A 및 물질 B를 교번시킴으로써, 다수의 수준들이 3개의 수준을 훨씬 넘어 계속 적층될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 인접한 층과 화학적으로 상용가능한 각각의 수준은 최소의 동작 수로 3D 구조의 신속한 구축을 가능하게 한다. 예컨대, 각각의 수준에서의 증착, 식각, 및 평탄화의 반복되는 사이클들이 불필요하다. 위의 약술된 동작들은 임의의 횟수로 반복되어 도 8a 내지 도 8e에 예시된 바와 같은 복잡하고 고도로 정교한 3D 광학 구조를 생성할 수 있다. 그러나, 도 5a 내지 도 5c에 개시된 제4 방법(500)의 실시예에 관하여 개시될 바와 같이, 고도로 정교한 3D 광학 구조들은 또 다른 기법에 의해 생성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는, 졸-겔 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 제4 방법(500)을 예시한다. 졸-겔 기법은, 금속 산화물들, 특히, 규소 및 티타늄의 산화물들을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 프로세스는, 개별 입자들 또는 망상 중합체들의 통합된 망상체(또는 겔)에 대한 전구체로서 작용하는 콜로이드성 용액(졸)으로의 단량체들의 변환을 수반한다. 용액(졸)은, 형태학적 구조들의 범위가 개별 입자들로부터 연속적인 중합체 망상체들에 이르는, 액체 상 및 고체 상 둘 모두를 함유하는 겔-형 이상계(diphasic system)의 형성을 향해 점진적으로 진화한다. 따라서, 하부 수준은 경화되어 후속 수준의 콜로이드성 용액이 상부에 배치될 수 있게 하기에 충분히 강건한 상용가능 중합체를 형성한다. 본원에서 추가로 설명되는 각각의 수준은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 완성된 두께 또는 높이를 갖는다.
도 5a에 도시된 바와 같은 블록(510)에서, 하나 이상의 제1 기능성 물질 수준(FML)(511)이 기판(501)의 최상부 표면(502) 상에 형성된다. 각각의 제1 FML(511)은, 외측 표면(513), 제1 최상부 표면(512), 및 제1 최하부 표면(515)을 갖는다. 제1 FML(511)의 제1 최상부 표면(512)은 제1 최하부 표면(515)에 대향하게 제공된다. 제1 최하부 표면(515)은 기판(501)의 최상부 표면(502) 상에 배치된다. 제1 FML(511)은, 용액으로서 스핀 코팅에 의해 또는 다른 적합한 기법들에 의해 기판(501) 상에 퇴적되고 치밀화되어 물질의 중합체 망상체를 SiOx로 형성하는 졸-겔 물질이다. 제1 FML(511)은 부가적인 수준들의 적층의 준비로 경화된다.
도 5b에 도시된 바와 같은 블록(520)에서, 하나 이상의 제2 기능성 물질 수준(FML)(521)이 제1 FML(511)의 제1 최상부 표면(512) 중 하나 이상 상에 형성된다. 각각의 제2 FML(521)은, 제1 FML(511) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 전부 상에 배치될 필요는 없다. 각각의 제2 FML(521)은, 외측 표면(523), 제2 최상부 표면(522), 및 제2 최하부 표면(525)을 갖는다. 제2 FML(521)은, 제1 FML(511)의 형성에 사용된 용액과 유사한 졸-겔 물질로 형성된다. 제2 FML(521)의 용액은 제1 FML(511)의 중합체 물질과 상용가능하며, 이에 따라, 제2 FML(521)은 제1 FML(511)을 화학적으로 또는 다른 방식으로 공격하지 않고, 제2 FML(521)이 그 상부에 적층될 수 있다. 이어서, 제2 FML(521)은 부가적인 수준들의 적층의 준비로 경화된다.
도 5c에 도시된 바와 같은 블록(530)에서, 하나 이상의 제3 기능성 물질 수준(FML)(531)이 제2 FML(521)의 제2 최상부 표면(522) 중 하나 이상의 최상부 상에 형성된다. 각각의 제3 FML(531)은, 제2 FML(521) 중 하나 상에 배치되지만 반드시 각각 상에 배치될 필요는 없다. 제3 FML(531)은, 제1 FML(511) 및 제2 FML(521)의 형성에 사용된 용액과 유사한 졸-겔 물질로 형성된다. 제3 FML(531)의 용액은 제2 FML(521)의 중합체 물질과 상용가능하며, 이에 따라, 제3 FML(531)은 제2 FML(521)을 화학적으로 또는 다른 방식으로 공격하지 않고, 제3 FML(531)이 그 상부에 적층될 수 있다. 이어서, 제3 FML(531)은 부가적인 수준들의 적층의 준비로 경화된다.
산화규소 물질의 부가적인 졸-겔 수준들이 위에 논의된 3개의 수준을 훨씬 넘어 계속 적층될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 졸-겔 물질 수준들은, (SiOx를 형성하는) 경화된 졸-겔 수준들이 후속 졸-겔 수준들과의 물질 상호작용을 견디기에 충분히 강건하도록 3D 구조들을 구축하는 데 사용된다. 각각의 수준은, 최소 동작 수로 3D 구조에 대한 수준들의 신속한 구축을 가능하게 하도록 하부 수준과 화학적으로 상용가능하다. 위의 약술된 동작들은 임의의 횟수로 반복되어 도 8a 내지 도 8e에 예시된 바와 같은 복잡하고 고도로 정교한 3D 광학 구조를 생성할 수 있다. 그러나, 도 6에 개시되고 도 7a 내지 도 7j에 도시된 제5 방법(600)의 실시예에 관하여 개시될 바와 같이, 고도로 정교한 3D 광학 구조들은 또 다른 기법에 의해 생성될 수 있다.
이제 도 6 및 도 7a 내지 도 7j가 함께 논의될 것이다. 도 6은, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 제5 방법(600)을 도시한다. 도 7a 내지 도 7j는, 반복적인 코팅 및 노출 기법을 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 도 6의 제5 방법(600)을 예시하기 위해 사용될 수 있다.
제5 방법(600)은, 블록(610)에서, 물질의 제1 레지스트 층(711)으로 기판(701)을 코팅함으로써 시작된다. 물질은 레지스트 층일 수 있다. 기판(701)이 취득되고, 도 7a에 도시된 단계(705)에서의 물질의 제1 층의 준비로 그 상부에 SiO2 층이 성장된다. SiO2는 열 산화물 성장에 의해 형성될 수 있다. 이 기법은, 산화제를, 고온들에서 기판으로 확산되고 그와 반응하도록 강제한다. SiO2 층은 약 100 nm까지 성장된다.
도 7b의 블록(710)에서, 물질의 제1 층인 제1 레지스트 층(711)이 기판(701)에 도포된다. 제1 레지스트 층(711)은, 임의의 적합한 기법에 의해 기판(701) 상에 증착되거나, 스핀 코팅되거나, 또는 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 레지스트 층(711)은 기판(701) 상에 스핀 코팅된다. 제1 레지스트 층(711), 및 도 7a 내지 도 7j에 관하여 아래에 설명되는 각각의 레지스트 층은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다.
블록(620)에서, 제1 레지스트 층(711)은 리소그래피 방법으로 노출되어 제1 패턴을 생성한다. 블록(630)에서, 필요한 경우, 노출된 제1 레지스트 층(711)이 경화될 수 있다. 도 7c에 도시된 블록(715)은, 제1 패턴을 형성하는 마스크를 통해 노출된 제1 레지스트 층(711), 및 제1 층이 베이킹, 즉 경화되는 것을 예시적으로 도시한다. 노출 및 베이킹 프로세스(719)는, 마스크를 통해 노출된 다음 베이킹된 위치들에서, 제1 레지스트 층(711)이 복수의 제1 경화된 물질 수준(716)을 형성하는 것을 초래한다. 노출 및 베이킹 프로세스(719)는, 블랭킷 전자기 방사선 노출 동작일 수 있다. 마스크는 미세 금속 마스크, 디지털 마스크(마스크리스(maskless)), 또는 제1 레지스트 층(711) 상에 그를 통해 에너지를 투사함으로써 이미지를 형성하기 위한 다른 기법일 수 있다. 노출 및 베이킹 프로세스(719)를 나타내는 화살표들은 마스크를 통해 제1 경화된 물질 수준(716) 상에만 작용하고 노출되지 않은 제1 레지스트 층(711)에는 작용하지 않는다는 것이 인식되어야 한다.
블록(640)에서, 기판은 물질의 제2 레지스트 층(721)으로 코팅된다. 제2 레지스트 층(721)은, 도 7d의 블록(720)에서, 제1 레지스트 층(711) 및 제1 경화된 물질 수준(716)을 포함하는 제1 층 상에 형성되는 것으로 도시된다. 제2 레지스트 층(721)은, 하부 층들, 즉, 제1 경화된 물질 수준(716) 및 제1 레지스트 층(711)에 제2 레지스트 층(721)을 도포하기 위해 스핀 코팅 기법을 활용할 수 있다. 제2 레지스트 층(721)은, 하부 층들의 평탄화 없이 하부 층들에 도포될 수 있다. 제2 레지스트 층(721)의 물질은 제1 레지스트 층(711)의 물질과 실질적으로 동일하다.
블록(650)에서, 제2 레지스트 층(721)은 리소그래피 방법으로 노출되어 제2 패턴을 생성한다. 블록(660)에서, 필요한 경우, 노출된 제2 레지스트 층(721)이 경화될 수 있다. 도 7e에 도시된 블록(725)에서 노출 및 베이킹 프로세스(729)가 도시된다. 노출 및 베이킹 프로세스(729)는, 마스크를 통해 노출된 위치들에서 제2 레지스트 층(721)이 복수의 제2 경화된 물질 수준(726)을 형성하는 것을 초래한다. 제2 경화된 물질 수준(726)은 제1 경화된 물질 수준(716) 상에 형성된다. 그러나, 제1 경화된 물질 수준(716) 전부가 자신 상에 형성된 제2 경화된 물질 수준(726)을 갖는 것은 아니다. 제2 경화된 물질 수준(726)의 물질은 제1 경화된 물질 수준(716)의 물질과 실질적으로 유사할 수 있다.
블록(670)에서, 블록들(640) 내지 블록들(660)은, 노출된 N개의 패턴을 내부에 갖는 레지스트 물질의 N개의 층에 대해 'N'회 반복될 수 있다. N은 미크론-미만 3D 광학 구조에 대한 수준들의 수에 대응하는 정수이다. 예컨대, 미크론-미만 3D 광학 구조는 4개, 8개, 16개, 32개와 동일하거나 더 많을 수 있는 N개의 층/수준을 가질 수 있다.
하나의 순수하게 예시적인 예에서, N은 레지스트의 4개의 층에 대응하는 4와 동일할 수 있다. 이는 도 7f의 블록(730)에서 도시되며, 여기서, 제2 레지스트 층(721) 및 제2 경화된 물질 수준(726)을 갖는 제2 층 상에 제3 레지스트 층(731)이 형성된다. 제3 레지스트 층(731)은, 하부 층들, 즉, 제2 경화된 물질 수준(726) 및 제2 레지스트 층(721)에 제3 레지스트 층(731)을 도포하기 위해 스핀 코팅 기법을 활용할 수 있다. 제3 레지스트 층(731)은, 하부 층들의 평탄화 없이 하부 층들에 도포될 수 있다. 제3 레지스트 층(731)의 물질은 제1 레지스트 층(711) 및 제2 레지스트 층(721)의 물질과 실질적으로 동일하다.
도 7g에 도시된 블록(735)에서, 제3 레지스트 층(731)이 마스크를 통해 노출되고 베이킹된다. 노출 및 베이킹 프로세스(739)는, 마스크를 통해 노출된 위치들에서 제3 레지스트 층(731)이 복수의 제3 경화된 물질들(736)을 형성하는 것을 초래한다. 제3 경화된 물질들(736)은, 제1 경화된 물질 수준(716) 및 제2 경화된 물질 수준(726)과 실질적으로 유사할 수 있다. 그러나, 제3 경화된 물질들(736)이 제2 경화된 물질 수준(726) 상에만 형성되지만 모든 제2 경화된 물질 수준(726)이 자신 상에 형성된 제3 경화된 물질들(736)을 갖는 것은 아니라는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 마스크는, 노출 및 베이킹 프로세스 후에 제2 경화된 물질 수준(726) 중 하나가 자신 상에 제3 레지스트 층(731)을 가질 수 있도록 제3 레지스트 층(731)을 패터닝할 수 있다.
도 7h에 도시된 블록(740)에서, 제3 레지스트 층(731) 및 제3 경화된 물질들(736)을 갖는 제3 층 상에 제4 레지스트 층(741)이 형성된다. 제4 레지스트 층(741)은, 하부 층들, 즉, 제3 경화된 물질들(736) 및 제3 레지스트 층(731)에 제4 레지스트 층(741)을 도포하기 위해 스핀 코팅 기법을 활용할 수 있다. 제4 레지스트 층(741)은, 하부 층들의 평탄화 없이 하부 층들에 도포될 수 있다. 제4 레지스트 층(741)의 물질은 제1 레지스트 층(711), 제2 레지스트 층(721), 및 제3 레지스트 층(731)의 물질과 실질적으로 동일하다.
도 7i에 도시된 블록(745)에서, 제4 레지스트 층(741)이 마스크를 통해 노출되고 베이킹된다. 노출 및 베이킹 프로세스(749)는, 마스크를 통해 노출된 위치들에서 제4 레지스트 층(741)이 복수의 제4 경화된 물질들(746)을 형성하는 것을 초래한다. 제4 경화된 물질들(746)은, 제1 경화된 물질 수준(716), 제2 경화된 물질 수준(726), 및 제3 경화된 물질들(736)과 실질적으로 유사할 수 있다. 그러나, 제4 경화된 물질들(746)이 제3 경화된 물질들(736) 상에만 형성되지만 모든 제3 경화된 물질들(736)이 자신 상에 형성된 제4 경화된 물질들(746)을 갖는 것은 아니라는 것이 인식되어야 한다. 대안적으로, 중간 단계들은 경화를 그만두고 현상 전에 단지 하나의 최종 경화 단계를 가질 수 있다.
레지스트를 스핀 코팅하고 마스크를 통해 레지스트를 노출시키고 베이킹하여 경화된 물질들을 형성하는 전술된 단계들은 다수의 층들 및 복잡한 3D 구조들을 형성하기 위해 반복될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
블록(680)에서, N개의 층 상의 N개의 패턴의 노출되고 경화된 구역들이 동시에 현상된다. 도 7j에 도시된 블록(750)은 현상된 3D 구조를 예시한다. 제4 레지스트 층(741), 제3 레지스트 층(731), 제2 레지스트 층(721), 및 제1 레지스트 층(711)이 현상 프로세스에 의해 모두 제거되어, 레지스트 물질이 이전에 점유하고 있던 곳에 공극(751)이 남겨지거나 어떠한 물질도 남지 않는다. 그 효과는, 그 뒤에 제4 경화된 물질들(746), 제3 경화된 물질들(736), 제2 경화된 물질 수준(726), 및 제1 경화된 물질 수준(716)으로 형성된 3D 구조만이 기판(701) 상에 남겨진다는 것이다.
기판 상에 3D 기능성 광학 물질 구조를 구축하기 위한 종래의 접근법은, SiO2 열 산화물 성장, Cu 물리 기상 증착(PVD) 증착, Cu 전기화학적 도금(ECP), 및 리소그래피를 위한 동작들을 포함할 수 있는 다수의 동작들을 수반할 수 있다. 각각의 층에는, 레지스트가 남아 있는 채로 Cu ECP, 화학적 기계적 연마(CMP)를 위한 단계들이 그리고 레지스트를 제거하기 전의 리소그래피를 위한 단계들이 반복적으로 수행된다. 제5 방법(600)은, 적게는 10개의 프로세스 단계로 동일한 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축할 수 있다. 따라서, 위에 예시된 제5 방법(600)은, 3D 기능성 광학 구조를 생성하기에 적합한 3D 패턴을 구축하기 위한 시간 및 자원들의 절약을 제공하여, 그 결과, 시간, 물질, 및 공장 자원들이 상당히 절약된다.
도 8a 내지 도 8e는, 기판(801) 상의 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(3D 구조)(800)에 대한 구성에 대한 예시를 제공한다. 3D 구조(800)는 비대칭적 또는 대칭적일 수 있다. '수준들'의 단위체들이 있는 Y-축(891) 및 '단위 조각'의 단위체들이 있는 X-축(892)을 갖는 그리드가 제공된다. Y-축을 따른 단위체들은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 완성된 두께 또는 높이를 갖는다. 부가적으로, X-축을 따른 단위체들은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 완성된 폭 또는 길이를 갖는다. 도 2a 내지 도 7j에서 위에 논의된 선행 방법들은 미크론-미만 규모들로의 3D 구조의 제조를 가능하게 한다. 3D 구조(800)가 수준별로 구축되는 것으로 도시되지만, 이는 명확성을 위해 이루어지며, 3D 구조(800)에 대한 모든 수준들이 제 위치에 있게 된 후에 내부에 공극들 및 공동들이 형성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 현상의 최종 단계는, 제1 수준에 이르기까지 특정 영역들에 있는 모든 물질(레지스트)을 제거하면서 3D 구조(800)를 구축하기 위한 다른 위치들에 있는 물질을 남길 수 있다. 또는 대안적으로, 3D 구조(800)의 수준들을 구축하기 위한 프로세스들은 가산적일 수 있고, 물질로서 3D 구조(800)에 대한 구성의 각각의 수준이 제 위치에 놓일 때 내부에 공극들 및 공동들이 형성된다.
도 8a에 도시된 블록(810)에서, 물질(808)의 제1 층(811)이 기판(801) 상에 제공된다. 제1 층(811)은, 단위 조각(893)과 같은 복수의 단위 조각들로 형성될 수 있다. 단위 조각(893)은 길이, 높이, 및 폭을 가질 수 있으며, 그 각각은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm이다. 단위 조각들(893)의 물질(808)은 위에서 활용되는 방법론과 상용가능한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 방법(600)에 관하여, 단위 조각들(893)은 레지스트 물질로 형성된다. 제1 층(811)은 내부에, 즉, 단위 조각들(893)이 없는 곳에 복수의 비아들 또는 공극들(802)을 갖고, 복잡하고 맞춤화된 3D 구조로 층을 형성할 수 있다.
도 8b에 도시된 블록(820)에서, 물질(828)의 제2 층(821)이 제1 층(811)의 물질(808)의 최상부 상에 제공된다. 물질(828)은 제1 층(811)의 물질(808)의 최상부 상에만 이용가능하며, 공극들(802)에는 제공되지 않는다. 부가적으로, 하나 이상의 새로운 공극(822)이 제2 층(821)에 형성된다.
도 8c에 도시된 블록(830)에서, 물질(838)의 제3 층(831)이 제2 층(821)의 물질(828)의 최상부 상에 제공된다. 물질(838)은 제2 층(821)의 물질(828)의 최상부 상에만 이용가능하며, 공극들(802) 또는 제1 층(811)의 물질(808)에는 제공되지 않는다. 부가적으로, 하나 이상의 새로운 공극(832)이 제3 층(831)에 형성된다.
도 8d에 도시된 블록(840)에서, 물질(848)의 제4 층(841)이 제3 층(831)의 물질(838)의 최상부 상에 제공된다. 물질(838)은, 위에 유사하게 논의된 바와 같이, 제3 층(831)의 물질(838)의 최상부 상에만 이용가능하다. 부가적으로, 하나 이상의 새로운 공극(842)이 제4 층(841)에 형성된다.
위에 나타낸 바와 같이, 다수의 층들이 적층되어 4개, 8개, 16개, 32개 이상의 물질 층을 갖는 3D 구조(800)를 형성할 수 있다. 각각의 층은 미크론-미만 규모의 구조들을 갖는다. 도 8e에 도시된 바와 같은 단계(850)에서, 물질의 제7 층(871)이 기판(801) 상에 제공되어 3D 구조(800)를 형성한다. 3D 구조(800)는, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm 규모의 단위 조각들(893)로 형성될 수 있다. 따라서, 위에 설명된 방법들은 유리하게, 홀로그램들과 같은 3D 광학 동작들을 형성하기에 적합한 미크론-미만 수준의 완전히 맞춤화가능한 3D 광학 구조를 형성할 수 있다.
미크론-미만 수준의 완전히 맞춤화가능한 3D 광학 구조를 형성하기 위한 위에 개시된 방법들에 부가하여, 아래의 방법들은 유사하게 크기가 정해진 대칭적 3D 구조들을 형성하기 위한 대안적인 방법들을 설명한다. 도 9는, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법(900)을 도시한다. 도 10a 내지 도 10g는, 대칭적 3D 광학 구조를 만들기 위한 도 9의 방법(900)을 예시한다. 대칭적 3D 광학 구조(1000)는, 대칭적 3D 광학 구조(1000)의 중심에 관해 대칭적이다.
방법(900)은 블록(910)에서 시작되며, 여기서, 회절 광학기기 요소로 패터닝될 광학 물질 적층체, 즉, 막 적층체(1008)가 기판(1001) 상에 증착된다. 기판(1001)은 단일 광학 물질일 수 있다. 증착 물질은, 3D 광학 구조를 형성하기 위한 마스터를 만들기 위해 사용될 수 있으며, 여기서, 마스터는 최종 3D 광학 구조로부터 순서가 역전된다. 막 적층체(1008)는 아래의 기판에 피쳐들을 형성하기 위한 레지스트 물질일 수 있거나, 또는 막 적층체(1008)는 최종 3D 광학 피쳐들을 형성하기에 적합한 복수의 물질들일 수 있다.
블록(915)에서, 다른 물질들의 식각에 대해 내성이 있는 "차단 층" 이를테면 도 11a의 하드마스크(1171)가 임의적으로 증착되고 리소그래피로 패터닝될 수 있다. 차단 층의 형성은, 증착, 노출, 현상, 및 원치 않는 차단 물질을 제거하는 일련의 단계들로 수행될 수 있다. 이러한 단계는 도 11a에 도시된 단계(1110)에 관하여 아래에서 추가로 설명될 것이다.
블록(920)으로 재개하면, 마스크 물질(1080)이 막 적층체(1008)의 일부분 상에 증착되고 패터닝된다. 도 10a에서, 단계(1010)는, 막 적층체(1008)의 최상부 표면(1011) 상에 배치된 마스크 물질(1080)을 도시한다. 마스크 물질(1080)은, 상부 표면(1088), 최하부 표면(1089), 및 측부 표면들(1081)을 갖는다. 마스크 물질(1080)은 포토레지스트 또는 다른 적합한 마스크 물질일 수 있다. 마스크 물질(1080)의 형성은, 증착, 노출, 및 원치 않는 마스크 물질(1080)을 제거하는 일련의 단계들로 수행될 수 있다.
블록(930)에서, 막 적층체(1008)가 한 수준 아래로 식각된다. 막 적층체(1008)는, 한 층 아래로 식각된 단계(1020)로 도 10b에 도시된다. 그 층, 및 방법(1000)에 관하여 후속하여 설명되는 각각의 층은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다는 것이 인식되어야 한다. 마스크 물질(1080)은, 막 적층체(1008)의 제1 층 부분(1026)이 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1008)의 최상부 표면(1011)은 마스크 물질(1080) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1008)의 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 한 층 아래의 제2 최상부 표면(1021)을 노출시킨다.
블록(940)에서, 마스크 물질(1080)의 측부 부분이 요망되는 거리만큼 측방향으로 트리밍 식각된다. 트리밍 식각에 대한 요망되는 거리는, 측방향 계단 크기, 예컨대, 제1 층 최상부 부분(1027)에 대응할 수 있다. 도 10c는, 단계(1030)에서, 복수의 새로운, 즉, 제2 측부들(1082)을 드러나게 하도록 측부 표면들(1081) 상에서 트리밍된 마스크 물질(1080)을 도시한다. 마스크 물질(1080)의 트리밍은 그의 폭을 더 작게 하는데, 즉, 제2 측부들(1082) 사이의 거리가 트리밍 전의 마스크 물질(1080)에 대한 원래의 측부 표면들(1081) 사이의 거리보다 작다. 제2 측부들(1082)은 제1 층 최상부 부분(1027)을 노출시키며, 이는 더 이상 마스크 물질(1080)로 덮이지 않는다. 마스크 물질(1080)은 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm로 측부들 각각을 따라 트리밍된다. 따라서, 제1 층 최상부 부분(1027)이 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm가 된다. 대안적으로, 마스크 물질(1080)은, 예컨대 방향성 식각에 의해 선택적으로 트리밍 식각된다.
블록(950)에서, 제2 수직 식각이 마스크 물질(1080) 및 광학 물질, 즉, 막 적층체(1008) 상에서 수직 아래의 제2 수준으로 수행된다. 도 10d는, 단계(1040)에서, 제2 층 부분(1036)을 노출시키도록 한 층 더 아래로 식각된 막 적층체(1008)를 예시한다. 마스크 물질(1080)은 자신 바로 아래의 막 적층체(1008), 즉, 마스크 물질(1080)로 덮인 제1 층 부분(1026) 및 제1 층 부분(1026)으로 덮인 제2 층 부분(1036)이 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1008)의 최상부 표면(1011)은 마스크 물질(1080) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1008)의 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 제3 최상부 표면(1031), 및 제2 층 부분(1036)을 노출시킨다. 부가적으로, 제2 층 최상부 부분(1037)은 제1 층 최상부 부분(1027)을 통해 식각하는 동안 노출된다.
블록(955)에서, 제2 트리밍 식각이 수행되어 요망되는 제2 측방향 계단 크기를 형성한다. 일련의 단계들이 반복될 수 있다. 블록(960)에서, 트리밍 동작(블록 940) 및 식각 동작(블록 950)이 'N'회 반복되어 블록(915)에서 차단 층에 의해 임의적으로 차단되지 않은 곳에서 요망되는 계단식 구조가 형성된다. N은 미크론-미만 3D 광학 구조에 대한 수준들의 수에 대응하는 정수이다. 예컨대, 미크론-미만 3D 광학 구조는 미크론-미만 3D 광학 구조에 대한 수준들의 수와 동일한 N을 가질 수 있다. 미크론-미만 3D 광학 구조는 4개, 8개, 16개, 32개 이상의 수준을 가질 수 있다.
하나의 순수하게 예시적인 예에서, N은 식각 및 트리밍의 3개의 수준에 대응하는 3과 동일할 수 있다. 도 10e에 도시된 블록(1050)에서, 마스크 물질(1080)은 제2 측부들(1082) 상에서 트리밍되어 복수의 새로운, 즉, 제3 측부들(1083)을 드러나게 하며, 마스크 물질(1080)의 폭이 추가로 축소된다. 제3 측부들(1083)은 다시 제1 층 최상부 부분(1027)을 노출시키며, 이는 더 이상 마스크 물질(1080)로 덮이지 않는다.
도 10f에 도시된 블록(1060)에서, 막 적층체(1008)가 한 층 더 아래로 식각되어 제3 층 부분(1046)을 노출시킨다. 마스크 물질(1080)은, 자신 바로 아래의 막 적층체(1008)가 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1008)의 최상부 표면(1011)은 마스크 물질(1080) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1008)의 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 제4 최상부 표면(1041), 및 제3 층 부분(1046)의 제3 층 최상부 부분(1047)을 노출시킨다.
블록(970)에서, 마스크 물질(1080)이 막 적층체(1008)로부터 박리된다. 임의적 차단 물질이 존재하는 경우 또한 박리된다. 도 10g에 도시된 단계(1070)에서, 마스크 물질(1080)이 박리되어 3D 광학 구조(1099)를 드러나게 한다. 제3 층 부분(1046), 제2 층 부분(1036), 및 제1 층 부분(1026)에 대한 프로파일은 3D 광학 구조(1099)의 중심에 관해 대칭적이다. 식각 및 트리밍의 선행 단계들이 임의의 횟수로 반복되어 마스크 물질(1080)을 박리하기 전에 다수의 층들을 갖는 대칭적 3D 구조들을 생성할 수 있으며, 각각의 층은 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 마스크 물질(1080)에 대한 측부들의 트리밍은, 계단형 벽보다 직선 수직 벽이 요망되는 하나 이상의 층에 대해 임의적으로 생략될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
블록(980)에서, 마스크 물질이 선택된 계단형 구역들을 덮도록 임의적으로 부가될 수 있고, 원래 차단된 영역을 하위 계단 수준까지 아래로 식각한다. 이러한 동작은, 아래에서 도 11d에 도시된 블록(1140)에 관하여 설명된다.
블록(990)으로 재개하면, 3D 광학 구조(1099)는 임의적으로, 광학 물질 또는 적층체에서 역 형상을 임프린팅하기 위한 마스터로서 사용될 수 있다. 3D 광학 구조(1000)는 대칭적으로 도시되지만, 임의적 차단 물질의 사용을 통해 계단형 구조를 포함할 수 있다. 계단들은 도 12a 내지 도 13c에 관하여 아래에 추가로 논의될 바와 같이 불규칙적일 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
방법(1100)에 관하여 이제 개시될 바와 같이, 도 10a 내지 도 10g에 개시된 방법(1000)의 실시예는 추가로 수정되어 단측, 양측(two sided), 또는 3측(three sided) 계단형 3D 광학 구조를 산출할 수 있다. 도 11a 내지 도 11e는, 하나 이상의 계단형 측부 3D 광학 구조(1199)를 만들기 위한 방법(1100)을 예시한다. 기판(1101) 상에 배치된 막 적층체(1108)가 방법(1100)을 위해 제공된다.
도 11a에 도시된 블록(1110)에서, 하드마스크(1171)가 막 적층체(1108)의 최상부 표면(1102)의 일부분 상에 배치된다. 마스크 물질(1180)은, 하드마스크(1171) 및 막 적층체(1108)의 최상부 표면(1102)의 일부분 상에 배치된다. 일 실시예에서, 하드마스크(1171)는 마스크 물질(1180)의 최하부 표면을 따라 중간지점까지 연장된다. 다른 실시예에서, 하드마스크(1171)는 마스크 물질(1180) 아래에서 거의 연장되지 않는다. 마스크 물질(1180)은 포토레지스트일 수 있고, 도 10a 내지 도 10g에서 위의 방법(1000)에 관하여 개시된 마스크 물질(1080)과 유사하게 동작할 수 있다.
도 11b에 도시된 블록(1120)에서, 마스크 물질(1180)이 박리되어 3D 계단 구조(1181)를 드러나게 한다. 도 10a 내지 도 10g에 예시된 바와 같은 일련의 단계들을 통해 블록(1120) 이전에 막 적층체(1108)는 식각되었고 마스크 물질(1180)이 트리밍되었다. 하드마스크(1171)는 하부 막 적층체(1108)의 임의의 식각을 방지한다. 최상부 표면(1102)은 3개의 층 아래로 제4 최상부 표면(1105)까지 식각된다. 마스크 물질(1180)이 하드마스크(1171) 위에 부분적으로 배치됨에 따라, 방법(1000)에 예시된 단계들은, 하드마스크(1171)에 의해 식각 프로세스가 차단 또는 방지된 일부분, 즉, 3D 계단 구조(1181)만을 생성한다. 3D 계단 구조(1181)는, 제1 계단(1126), 제2 계단(1136), 및 제3 계단(1146)을 갖는다. 제1 계단(1126), 제2 계단(1136), 및 제3 계단(1146) 각각은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다. 부가적으로, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 거리만큼, 제1 계단(1126)은 제2 계단(1136)으로부터 연장될 수 있고, 제2 계단(1136)은 제3 계단(1146)으로부터 연장될 수 있다.
도 11c에 도시된 블록(1130)에서, 하드마스크(1171)가 막 적층체(1108)로부터 박리된다. 하드마스크(1171)는 선택적으로 제거되어 최상부 표면(1102), 3D 계단 구조(1181), 및 제4 최상부 표면(1105), 즉, 막 적층체(1108)를 남길 수 있다.
도 11d에 도시된 블록(1140)에서, 제2 마스크 물질(1190)이 3D 계단 구조(1181) 및 제4 최상부 표면(1105) 상에 배치된다. 제2 마스크 물질은 3D 계단 구조(1181)의 최상부를 덮는다. 최상부는 임의의 적합한 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 최상부는 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 단일 단위 길이를 갖는다.
도 11e에 도시된 블록(1150)에서, 제2 마스크 물질(1190)에 의해 노출된 최상부 표면(1102)이 제4 최상부 표면(1105)까지 아래로 식각된다. 제2 마스크 물질(1190)이 박리되어 단측 계단형 3D 광학 구조(1199)를 드러낸다. 단측 계단형 3D 광학 구조(1199)는 프레넬 렌즈 또는 광을 투사하기 위한 다른 광학 디바이스일 수 있다. 대안적으로, 계단형 3D 광학 구조(1199)는 2개 또는 3개의 측부 상에 3D 계단 구조(1181)를 가질 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는, 도 10a 내지 도 10g의 방법에서 형성되는 대칭적 3D 광학 구조의 예시를 제공한다. 예컨대, 3D 광학 구조는 측부들을 가질 수 있으며, 측부들 각각은 내부에 형성된 계단들을 갖는다. 3D 광학 구조 계단들의 측부들은 마스크 폭의 크기에 대응하고, 마스크 폭을 조정함으로써 조정될 수 있다. 도 12a 내지 도 12c에 3개의 형상만이 예시되지만, 3D 구조의 형상은 임의의 수의 측부를 갖는 다면형일 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 부가적으로, 측부들의 경사는 상부에 형성된 계단 크기들을 조정함으로써 변경될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 좌우길이(run)(폭)보다 큰 상하길이(rise)(수준 높이)를 갖는 계단은 측벽들에 대해 더 가파른 경사각을 산출할 것이다. 3D 광학 구조는, 회절 광학기기 요소 상에 형성될 수 있는 광학 구조들 중 하나 이상을 나타낸다.
도 12a는 사다리꼴 프리즘(1210)을 예시한다. 사다리꼴 프리즘(1210)은, 자신의 전방 측부(1212) 및 먼 측부(보이지 않음)에 대해 2개의 합동 사다리꼴을 갖는 3차원 입체이다. 사다리꼴 프리즘(1210)은, 최상부(1214), 최하부(보이지 않음), 제1 측부(1211), 및 제2 측부(1213)를 가지며, 이들 각각은 전방 측부(1212) 및 먼 측부의 대응하는 측들을 연결하는 직사각형 형상이다. 제1 측부(1211), 제2 측부(1213), 전방 측부(1212), 및 먼 측부 각각은, 최하부의 평면 영역이 최상부(1214)의 평면 영역보다 크도록 최하부로부터 최상부(1214)로 각질 수 있다. 제1 측부(1211), 제2 측부(1213), 전방 측부(1212), 및 먼 측부 각각은, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자, 즉, 자신의 표면 상의 많은 수의 등거리 평행 선들 또는 홈들을 가질 수 있다. 예컨대, 콜아웃(1218)은, 전방 측부(1212) 상의 제1 표면(1216)과 제1 측부(1211)의 표면(1215) 상의 격자(1217)를 도시한다.
도 12b는, 계단 측부들을 갖는 사각뿔대(1220)를 예시한다. 사각뿔대(1220)는, 자신의 전방 측부(1222), 먼 측부(보이지 않음), 제1 측부(1221), 및 제2 측부(1223)에 대해 4개의 합동 사다리꼴을 갖는 3차원 입체이다. 사각뿔대(1220)는 실질적으로 평면인 최상부(1224) 및 최하부(보이지 않음)를 가지며, 이들 각각은, 전방 측부(1222), 먼 측부, 제1 측부(1211) 및 제2 측부(1219)의 대응하는 측들을 연결한다. 제1 측부(1211), 제2 측부(1223), 전방 측부(1222), 및 먼 측부 각각은, 최하부의 평면 영역이 최상부(1224)의 평면 영역보다 크도록 최하부로부터 최상부(1224)로 각질 수 있다. 제1 측부(1221), 제2 측부(1223), 전방 측부(1222), 및 먼 측부 각각은, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자, 즉, 자신의 표면 상의 많은 수의 등거리 평행 선들 또는 홈들을 가질 수 있다. 예컨대, 콜아웃(1228)은, 전방 측부(1222) 상의 제1 표면(1226)과 제1 측부(1221)의 표면(1225) 상의 격자(1227)를 도시한다.
도 12c는, 계단 측부들을 갖는 삼각뿔(1230)을 예시한다. 삼각뿔(1230)은, 자신의 전방 측부(1232), 먼 측부(1233), 및 제1 측부(1231)에 대해 3개의 합동 삼각형을 갖는 3차원 입체이다. 삼각뿔(1230)은, 최상부(1281)에 있는 정점, 및 실질적으로 평면인 최하부(보이지 않음)를 가지며, 이들 각각은, 전방 측부(1232), 먼 측부(1233), 및 제1 측부(1231)의 대응하는 측들을 연결한다. 제1 측부(1231), 먼 측부(1233), 및 전방 측부(1232) 각각은 최하부로부터 최상부(1234)로 각져 최상부(1234)에 있는 정점을 형성할 수 있다. 제1 측부(1231), 전방 측부(1232), 및 먼 측부(1233) 각각은, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자, 즉, 자신의 표면 상의 많은 수의 등거리 평행 선들 또는 홈들을 가질 수 있다. 예컨대, 콜아웃(1238)은, 전방 측부(1232) 상의 제1 표면(1236)과 제1 측부(1231)의 표면 상의 격자(1237)를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는, 도 11a 내지 도 11e의 방법에서 형성되는 하나 이상의 계단형 측부를 갖는 3D 광학 구조의 예시를 제공한다. 예컨대, 3D 광학 구조는 계단들을 갖는 하나의 측부만을 가질 수 있다. 대안적으로, 3D 광학 구조는 계단들을 갖는 2개 또는 심지어 3개의 측부를 가질 수 있다. 3D 광학 구조는, 금속 표면 상에 형성될 수 있는 광학 구조들 중 하나 이상을 나타낸다. 계단들이 없는 3D 광학 구조의 측부들은 본질적으로 평평하고 수직일 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 3개의 형상만이 예시되지만, 3D 구조의 형상은 임의의 수의 측부를 갖는 다면형일 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
도 13a는, 적어도 하나의 실질적으로 평평한 측부를 갖는 사다리꼴 프리즘(1310)을 예시한다. 사다리꼴 프리즘(1310)은, 자신의 전방 측부(1312) 및 먼 측부(도시되지 않음)에 대해 2개의 합동 사다리꼴을 갖는 3차원 입체이다. 사다리꼴 프리즘(1310)은, 최상부(1314), 최하부(도시되지 않음), 제1 측부(1311), 및 제2 측부(1319)를 가지며, 이들 각각은 형상이 직사각형이고 전방 측부(1312) 및 먼 측부의 대응하는 측들을 연결한다. 제1 측부(1311), 제2 측부(1319), 전방 측부(1312), 및 먼 측부 중 하나 이상은, 최하부의 평면 영역이 최상부(1314)의 평면 영역보다 크도록 최하부로부터 최상부(1314)로 각질 수 있다. 제1 측부(1311), 제2 측부(1319), 전방 측부(1312), 및 먼 측부 중 하나, 2개, 또는 3개는, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자를 가질 수 있다. 부가적으로, 제1 측부(1311), 제2 측부(1319), 전방 측부(1312), 및 먼 측부 중 하나, 2개, 또는 3개는, 격자 없이, 즉, 내부에 형성된 구조들 없이 실질적으로 평평할 수 있다. 예컨대, 콜아웃(1318)은, 제1 측부(1311) 상의 격자(1317)를 도시하는 한편, 전방 측부(1312) 및 제2 측부(1319)는 실질적으로 수직이고 격자가 없다. 전방 측부(1312) 및 제2 측부(1319)는 식각, 및 격자, 즉, 계단들의 형성을 방지하는 차단 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
도 13b는, 적어도 하나의 실질적으로 평평한 측부를 갖는 사각뿔대(1320)를 예시한다. 사각뿔대(1320)는, 자신의 전방 측부(1322), 먼 측부(보이지 않음), 제1 측부(1321), 및 제2 측부(1323)에 대해 4개의 합동 사다리꼴을 갖는 3차원 입체이다. 사각뿔대(1320)는 실질적으로 평면인 최상부(1324) 및 최하부(보이지 않음)를 가지며, 이들 각각은, 전방 측부(1322), 먼 측부, 제1 측부(1321) 및 제2 측부(1323)의 대응하는 측들을 연결한다. 제1 측부(1321), 제2 측부(1323), 전방 측부(1322), 및 먼 측부 각각은, 최하부의 평면 영역이 최상부(1324)의 평면 영역보다 크도록 최하부로부터 최상부(1324)로 각질 수 있다. 제1 측부(1321), 제2 측부(1323), 전방 측부(1322), 및 먼 측부 중 하나, 2개, 또는 3개는, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자를 가질 수 있다. 부가적으로, 제1 측부(1321), 제2 측부(1323), 전방 측부(1322), 및 먼 측부 중 하나, 2개, 또는 3개는, 격자 없이, 즉, 내부에 형성된 구조들 없이 실질적으로 평평할 수 있다. 예컨대, 콜아웃 부분(1328)은, 제1 측부 및 먼 측부 상의 격자(1327)를 도시하는 한편, 전방 측부(1322) 및 제2 측부(1323)는 실질적으로 수직이고 격자가 없다. 전방 측부(1322) 및 제2 측부(1323)는 식각, 및 격자, 즉, 계단들의 형성을 방지하는 차단 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
도 13c는, 적어도 하나의 실질적으로 평평한 측부를 갖는 삼각뿔(1330)을 예시한다. 삼각뿔(1330)은, 자신의 전방 측부(1332), 먼 측부(1333), 및 제1 측부(1331)에 대해 3개의 합동 삼각형을 갖는 3차원 입체이다. 삼각뿔(1330)은, 최상부(1381)에 있는 정점, 및 실질적으로 평면인 최하부(보이지 않음)를 가지며, 이들 각각은, 전방 측부(1332), 먼 측부(1333), 및 제1 측부(1331)의 대응하는 측들을 연결한다. 제1 측부(1331), 먼 측부(1333), 및 전방 측부(1332) 각각은 최하부로부터 최상부(1334)로 각져 최상부(1334)에 있는 정점을 형성할 수 있다. 제1 측부(1331), 먼 측부(1333), 및 전방 측부(1332) 중 하나 또는 2개는, 그들의 형성에서 미크론-미만 계단들에 대응하는 격자를 가질 수 있다. 부가적으로, 제1 측부(1331), 먼 측부(1333), 및 전방 측부(1332) 중 하나 또는 2개는, 격자 없이, 즉, 내부에 형성된 구조들 없이 실질적으로 평평할 수 있다. 예컨대, 콜아웃(1338)은, 제1 측부(1312) 및 먼 측부(1333) 상의 격자(1337)를 도시하는 한편, 전방 측부(1332)는 실질적으로 수직이고 격자가 없다. 전방 측부(1332)는 식각, 및 격자, 즉, 계단들의 형성을 방지하는 차단 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
도 14는, 반복적인 코팅 및 노출 기법을 사용하여 형성되는 회절 광학기기 요소 상에 형성되는 3D 광학 물질 수준 구조(1400)에 대한 다른 실시예를 예시하며, 3D 광학 물질 수준 구조(1400)는 내부에 갭을 갖는다. 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1400)는, 기판(1401) 상에 배치되는 제1 수준(1410)을 가질 수 있다. 제1 수준(1410)은 리소그래피 동작에서 패터닝 및 노출될 수 있다. 복수의 제2 수준 피쳐들(1420)이 제1 수준 피쳐(1410)의 최상부 표면(1411) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 레지스트 물질이 제1 수준 피쳐들(1410) 상에 스피닝될 수 있다. 제2 수준 피쳐들(1420)은 리소그래피 동작에서 노출되어 제1 노출된 부분(1422), 비-노출된 레지스트 부분(1423), 및 제2 노출된 부분(1422)을 형성할 수 있다. 제3 수준(1430)이 제2 수준 피쳐들(1420)의 최상부 상에 스피닝될 수 있다. 제3 수준 피쳐들은 패터닝 및 노출되어 노출된 피쳐들(1431)을 내부에 형성할 수 있다. 이어서, 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1400)이 현상되어, 리소그래피 동작에서 패터닝 및 노출되지 않은 모든 레지스트, 예컨대, 비-노출된 레지스트 부분(1423)이 제거될 수 있다. 결과적인 구조는, 가변 폭의 피쳐들 및 그들 사이의 공극을 생성할 수 있다. 예컨대, 공극(물질이 없음)은 이제 비-노출된 레지스트 부분(1423)에 존재하고, 제3 수준 피쳐(1431)는 최상부 상에 배치되거나 또는 제1 노출된 부분(1422)의 제1 상부 표면(1426) 및 제2 노출된 부분(1422)의 제2 상부 표면(1425)에 의해 매달린다. 현상 프로세스는 일관된 물질 덩어리를 생성하고, 본원에서의 논의가 물질들의 수준들에 대해 이루어지지만, 최종 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1408)에는 개별적인 수준들이 존재하지 않는다. 또한, 최종 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1400)를 형성하는 각각의 부분의 크기(폭, 길이, 및 높이)는 완전히 맞춤화가능하고, 단지, 하위 수준 상에 스피닝된 물질의 두께, 및 하나 이상의 리소그래피 동작에서 사용되는 패턴에서의 피쳐 크기의 함수라는 것이 인식되어야 한다. 따라서, 완전히 맞춤화가능한 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1400)가 미크론-미만 규모로 회절 광학기기 요소 상에 형성될 수 있다.
도 15a 내지 도 15i는, 위에 논의된 트리밍 식각 기법을 사용하여 기판(1501) 상에 완전히 맞춤화가능한 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1500)를 구축하기 위한 방법을 예시한다. 방법은 블록(1510)에서 시작되며, 여기서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 회절 광학기기 요소로 패터닝될 광학 물질 적층체, 즉, 막 적층체(1508)가 기판(1501) 상에 증착된다. 기판(1501)은 단일 광학 물질 또는 회절 광학기기 요소일 수 있다. 증착 물질은, 3D 광학 구조를 형성하기 위한 마스터를 만들기 위해 사용될 수 있으며, 여기서, 마스터는 최종 3D 광학 구조로부터 순서가 역전된다. 막 적층체(1508)는 아래의 기판에 피쳐들을 형성하기 위한 레지스트 물질일 수 있거나, 또는 막 적층체(1508)는 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1500)를 형성하기에 적합한 복수의 광학 물질들일 수 있다.
블록(1510)은 부가적으로, 막 적층체(1508)의 최상부 표면(1511) 상에 증착되고 패터닝되는 마스크 물질(1509)을 포함한다. 마스크 물질(1509)은, 상부 표면(1588), 최하부 표면(1589), 우측 측부 표면(1581), 좌측 측부 표면(1582)을 갖는다. 마스크 물질(1509)은 임의의 수의 측부 표면들을 갖는 임의의 형상일 수 있고, 다음의 동작들이 개별적인 측부 표면들 중 하나 이상 상에서 수행될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 간략화를 위해, 다음의 논의는 우측 측부 표면(1581) 및 좌측 측부 표면(1582)에 관하여 이루어질 것이다. 부가적으로, 논의는, 3D 기능성 광학 물질 수준 구조(1500)의 좌측 측부(1591) 및 우측 측부(1592)를 활용할 것이다. 마스크 물질(1509)은 포토레지스트 또는 다른 적합한 마스크 물질일 수 있다. 마스크 물질(1509)의 형성은, 증착, 노출, 및 원치 않는 마스크 물질(1509)을 제거하는 일련의 단계들로 수행될 수 있다.
도 15b에 도시된 블록(1520)에서, 막 적층체(1508)가 한 수준 아래로 식각된다. 그 층, 및 위에 설명된 방법에 관하여 후속하여 설명되는 각각의 층은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 마스크 물질(1509)은, 막 적층체(1508)의 제1 층 부분(1526)이 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1508)의 최상부 표면(1511)은 마스크 물질(1509) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1508)의 다른 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 한 층 아래의 제2 최상부 표면(1521)을 노출시킨다.
도 15c에 도시된 블록(1530)에서, 마스크 물질(1509)의 우측 측부 표면(1581) 및 좌측 측부 표면(1582)이 요망되는 거리만큼 트리밍, 즉, 측방향으로 식각된다. 트리밍에 대한 요망되는 거리는, 측방향 계단 크기, 예컨대, 제1 층 최상부 부분(1527)에 대응할 수 있다. 우측 측부 표면(1581) 및 좌측 측부 표면(1582)은 복수의 새로운, 즉, 제2 좌측 측부(1584) 및 제2 우측 측부(1583)를 드러나게 하도록 트리밍되어 제거된다. 마스크 물질(1509)의 트리밍은 그의 폭을 더 작게 하는데, 즉, 트리밍 전에는 우측 측부 표면(1581)과 좌측 측부 표면(1582) 사이의 거리가 마스크 물질(1509)의 제2 우측 측부 표면(1583)과 제2 좌측 측부 표면(1584) 사이의 거리보다 크다. 제2 우측 측부 표면(1583) 및 제2 좌측 측부 표면(1584)은 제1 층 최상부 부분(1527)을 노출시키고, 이는 더 이상 마스크 물질(1509)로 덮이지 않는다. 마스크 물질(1509)은 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm로 측부들 각각을 따라 트리밍될 수 있다. 따라서, 제1 층 최상부 부분(1527)이 마스크 물질(1509)의 개개의 측부로부터 약 20 nm 내지 약 1 미크론이 된다. 대안적으로, 마스크 물질(1509)은, 예컨대 방향성 식각에 의해 선택적으로 트리밍 식각된다.
도 15d에 도시된 블록(1540)에서, 광학 물질, 즉, 막 적층체(1508) 상에서 제2 수직 식각이 수직 아래로 제2 수준으로 수행된다. 막 적층체(1508)는, 제1 층 최상부 부분(1527)을 통해 식각하는 동안 한 층 더 아래로 식각되어 제2 층 부분(1536) 및 제2 층 최상부 부분(1537)을 노출시킨다. 마스크 물질(1509)은 자신 바로 아래의 막 적층체(1508), 즉, 마스크 물질(1509)로 덮인 제1 층 부분(1526) 및 제1 층 부분(1526)으로 덮인 제2 층 부분(1536)이 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1508)의 최상부 표면(1511)은 마스크 물질(1509) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1508)의 다른 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 제3 최상부 표면(1531), 제2 층 최상부 부분(1537), 및 제2 층 부분(1536)을 노출시킨다.
위의 일련의 단계들이 임의의 횟수로 반복되어 요망되는 구조를 생성할 수 있다. 예컨대, 블록(1530)에서의 트리밍 동작 및 블록(1540)에서의 식각 동작이 'N'회 반복되어 구조 전체에 걸쳐 배치된 임의적 평평한 구획들을 갖는 요망되는 계단식 구조가 형성된다. N은 미크론-미만 3D 광학 구조에 대한 수준들의 수에 대응하는 정수이다. 예컨대, 미크론-미만 3D 광학 구조는 미크론-미만 3D 광학 구조에 대한 수준들의 수와 동일한 N을 가질 수 있다. 미크론-미만 3D 광학 구조는 4개, 8개, 16개, 32개 이상의 수준을 가질 수 있다.
하나의 순수하게 예시적인 예에서, N은 식각 및 트리밍의 3개의 수준에 대응하는 3과 동일할 수 있다. 도 15e에 도시된 블록(1550)에서, 제3 트리밍 식각이 수행되어 요망되는 제3 측방향 계단 크기를 형성한다. 제3 트리밍 동작은, 마스크 물질(1509)의 하나 이상의 특정 측부를 표적으로 하는 방향성 식각 동작일 수 있다. 예컨대, 방향성 식각은, 제2 좌측 측부(1584)를 온전하게 남기면서 제2 우측 측부(1583)를 트리밍하여 제3 우측 측부(1585)를 드러나게 할 수 있다. 트리밍 동작은, 좌측 측부(1592) 상의 제1 층(1526)을 덮는 마스크 물질(1509)을 남기면서 우측 측부(1591) 상에 또 다시 제1 층 최상부 부분(1527)을 드러낼 수 있다.
도 15f에 도시된 블록(1560)에서, 막 적층체(1508)가 한 층 더 아래로 식각되어 제3 층 부분(1546)을 노출시킨다. 마스크 물질(1509)은, 자신 바로 아래의 막 적층체(1508)가 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1508)의 최상부 표면(1511)은 마스크 물질(1509) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1508)의 영역들은 아래로 식각되어 새로운, 즉, 제4 최상부 표면(1541), 및 제3 층 부분(1546)의 제3 층 최상부 부분(1547)을 노출시킨다. 좌측 측부(1592)는 제3 최상부 층 부분(1547)으로부터 위로 실질적으로 수직인 한편, 우측 측부(1591)는, 제3 층 부분(1546), 제2 층 부분(1536), 및 제1 층 부분(1526)에 대응하는 일련의 계단들을 갖는다.
도 15g에 도시된 블록(1570)에서, 제4 트리밍 동작이 수행되어 요망되는 제4 측방향 계단 크기를 형성한다. 제2 트리밍 동작은, 제2 좌측 측부(1584)를 표적으로 하는 방향성 식각 동작이다. 제3 우측 측부(1585)를 온전하게 남기면서 마스크 물질(1509)의 제2 좌측 측부(1584)가 새로운 제3 좌측 측부(1586)로 트리밍된다. 트리밍 동작은, 좌측 측부(1592) 상의 제1 층(1526)을 덮는 마스크 물질(1509)을 남기면서 우측 측부(1591) 상에 또 다시 제1 층 최상부 부분(1527)을 드러낼 수 있다.
도 15h에 도시된 블록(1580)에서, 막 적층체(1508)가 한 층 더 아래로 식각되어 제4 층 부분(1556)을 노출시킨다. 마스크 물질(1509)은, 자신 바로 아래의 막 적층체(1508)가 식각되는 것을 방지한다. 막 적층체(1508)의 최상부 표면(1511)은 마스크 물질(1509) 아래에서는 보존되는 한편, 막 적층체(1508)의 영역들은 아래로 식각되어 새로운 제5 최상부 표면(1551), 및 제4 층 부분(1556)의 제4 층 최상부 부분(1557)을 노출시킨다. 이제, 좌측 측부(1592)는 제2 최상부 층 부분(1537)으로부터의 단일 계단을 갖는 한편, 우측 측부(1591)는, 제4 층 부분(1556), 제3 층 부분(1546), 제2 층 부분(1536), 및 제1 층 부분(1526)에 대응하는 일련의 계단들을 갖는다.
도 15i에 도시된 블록(1590)에서, 마스크 물질(1509)이 막 적층체(1508)로부터 박리되어 3D 광학 구조(1500)를 드러나게 한다. 제4 층 부분(1556), 제3 층 부분(1546), 제2 층 부분(1536), 및 제1 층 부분(1526)에 대한 프로파일은 3D 광학 구조(1500)의 중심에 관해 비대칭적이다. 식각 및 트리밍의 선행 단계들이 임의의 횟수로 반복되어 마스크 물질(1509)을 박리하기 전에 다수의 층들을 갖는 대칭적 3D 구조들을 생성할 수 있으며, 각각의 층은 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 갖는다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 마스크 물질(1509)에 대한 측부들의 트리밍은, 계단형 벽보다 직선 수직 벽이 요망되는 하나 이상의 층에 대해 임의적으로 생략될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
이제 도 16 및 도 7a 내지 도 7j가 함께 논의될 것이다. 도 16은, 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법(1600)을 도시한다. 도 7a 내지 도 7j는, 반복적인 코팅 및 노출 기법의 제2 실시예를 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 도 16의 방법(1600)을 예시하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a에 도시된 블록(1605)에서, 반복적인 코팅 및 노출 기법의 제2 실시예를 사용하여 기판 상에 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 구축하기 위한 광학 기판이 준비된다. 기판(701)은, 예컨대 열 산화물 성장에 의해 형성되는 상부에 성장된 SiO2 층을 가질 수 있다. 이 기법은, 산화제를, 고온들에서 기판으로 확산되고 그와 반응하도록 강제한다. SiO2 층은 약 100 nm까지 성장될 수 있다.
도 7b에 도시된 블록(1610)에서, 광학 또는 다른 방사선에 민감한 레지스트 물질인 적층가능 광학 물질(711) 또는 마스터 물질이 기판(701) 상에 증착된다. 적층가능 광학 물질(711)은, 임의의 적합한 기법에 의해 기판(701) 상에 증착되거나, 스핀 코팅되거나, 또는 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 적층가능 광학 물질(711)은 기판(701) 상에 스핀 코팅된다. 적층가능 광학 물질(711), 및 도 7a 내지 도 7j에 관하여 아래에 설명되는 각각의 층은, 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 두께 또는 높이를 가질 수 있다.
도 7c에 도시된 블록(1615)에서, 내부에 패턴을 형성하기 위해 적층가능 광학 물질(711)이 노출된다. 패턴은, 설계된 다중 수준 광학 구조의 제1 수준을 생성하거나, 또는 임프린트의 경우에, 다수의 광학 구조들의 제조에서 사용될 마스터에 대한 역 패턴을 제공하도록 설계된다.
도 7c에 도시된 블록(1620)에서, 적층가능 광학 물질(711)이 임의적으로 베이킹된다. 노출 및 베이킹 프로세스(719)는, 마스크를 통해 노출된 다음 베이킹된 위치들에서, 적층가능 광학 물질(711)이 복수의 제1 경화된 물질들(716)을 형성하는 것을 초래한다.
도 7d에 도시된 블록(1625)에서, 제1 경화된 물질들(716)을 포함하여 적층가능 광학 물질(711) 상에 광학 물질의 제2 층(721)이 증착된다. 광학 물질의 제2 층(721)은 적층가능 광학 물질(711) 상에 스핀 코팅되거나 다른 적합한 기법들에 의해 형성될 수 있다.
도 7e에 도시된 블록(1630)에서, 내부에 패턴을 형성하기 위해 광학 물질의 제2 층(721)이 노출된다. 패턴은, 다중 수준 광학 구조의 제2 수준을 생성하거나, 또는 임프린트의 경우에, 다수의 광학 구조들의 제조에서 사용될 마스터에 대한 역 패턴의 구성에서의 제2 수준을 제공하도록 설계된다.
도 7e에 도시된 블록(1635)에서, 적층가능 광학 물질(711)이 임의적으로 베이킹된다. 노출 및 베이킹 프로세스(719)는, 마스크를 통해 노출된 다음 베이킹된 위치들에서, 적층가능 광학 물질(711)이 복수의 제1 경화된 물질들(716)을 형성하는 것을 초래한다.
블록(1640)에서, 하부 층 상에 광학 물질을 증착하기 위한 단계(1625), 내부에 패턴을 형성하기 위해 광학 물질을 노출시키기 위한 단계(1630), 및 패터닝된 광학 물질을 임의적으로 베이킹하기 위한 단계(1635)가 N개의 수준에 대해 반복되어 다중 수준 3D 기능성 광학 물질 수준 구조를 생성한다. 3D 기능성 광학 물질 수준 구조는, 이를테면, 4개 수준, 8개 수준, 16개 수준, 32개 수준, 또는 더 많을 수 있는 N개의 수준을 갖는다.
도 7j에 도시된 블록(1645)에서, N개의 층 상의 N개의 패턴의 노출되고 경화된 구역들이 동시에 현상된다. 현상은, 3D 기능성 광학 물질 수준 구조 또는 마스터로부터 패터닝되지 않은 물질을 제거한다. 현상된 3D 구조, 또는 마스터는, 그 뒤에 기판(701) 상에 남겨진 경화된 물질 층들로 형성된다.
블록(1650)에서, 위의 현상 단계 뒤에 남겨진 마스터는, 광학 물질 또는 적층체에서 역 형상을 임프린팅하기 위해 사용된다. 따라서, 광학 물질은 복수의 3D 기능성 광학 물질 수준 구조들을 형성하기 위해 반복적으로 정밀하게 사용될 수 있다.
유리하게, 위에 설명된 방법들은 미크론-미만 디바이스들을 구축하기 위한 감소된 단계들을 갖는 기법들을 제공한다. 기법들은, 더 적은 동작들(이를테면, 평탄화)을 요구하여 원자재들, 기계 동작 비용들, 및 시간을 절약한다. 3D 광학 디바이스들은 대칭적 또는 비대칭적일 수 있고, 좌표 방향들 각각에서, 이를테면, X, Y, 및 Z 방향에서 약 20 nm 내지 약 1 미크론, 이를테면 약 200 nm의 치수들을 갖는 단위체들로 형성된다. 따라서, 3D 광학 디바이스들은, 소형 디바이스들로부터 고분해능 홀로그램 이미지들을 생성하기 위해 활용될 정도로 충분히 작게 만들어질 수 있다.
위에 설명된 예들에 부가하여, 일부 부가적인 비-제한적인 예들이 다음과 같이 설명될 수 있다:
예 1.1 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
1 미크론 미만의 깊이로 기판의 최상부 표면 상에 복수의 제1 기능성 물질 수준들을 형성하는 단계;
제1 기능성 물질 수준들의 제1 외측 표면을 처리하는 단계 -- 제1 외측 표면은 제1 최상부 표면을 가짐 --;
제1 기능성 물질 수준들 중 하나 이상에 대해서만 1 미크론 미만의 깊이로 제1 최상부 표면 상에 복수의 제2 기능성 물질 수준들을 형성하는 단계;
제2 기능성 물질 수준들의 제2 외측 표면을 처리하는 단계 -- 제2 외측 표면은 제2 최상부 표면을 가짐 --; 및
제2 기능성 물질 수준들 중 하나 이상에 대해서만 1 미크론 미만의 깊이로 제2 최상부 표면 상에 복수의 제3 기능성 물질 수준들을 형성하는 단계를 포함한다.
예 1.2 예 1.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준을 형성하는 것은, 상부에 형성된 제2의 제3 기능성 물질 수준을 갖지 않을 수 있다.
예 1.3 예 1.2의 방법에서, 제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들은 기판 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래한다.
예 1.4 예 1.2의 방법에서, 제2의 제3 기능성 물질 수준 및 제3 기능성 물질은 기판의 최상부 표면 상에 직접 형성되지 않는다.
예 1.5 예 1.1의 방법에서, 제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들 각각에 대한 깊이는 약 200 nm이다.
예 1.6 예 1.1의 방법에서, 제1 및 제2 기능성 물질 수준들을 처리하는 것은:
원자 증착 층을 형성하는 것;
도핑 또는 이온 주입; 및
방사선 경화 중 적어도 하나를 더 포함한다.
예 1.7 예 1.6의 방법에서, 제1 및 제2 기능성 물질 수준을 처리하는 것은, 상부에 덮어씌어진 기능성 물질 수준의 용매 또는 다른 화학물질이 제1 및 제2 기능성 물질 수준을 공격하지 않을 것이도록, 제1 외측 표면 및 제2 외측 표면 각각의 조성을 변경한다.
예 1.8 예 1.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 2.1 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
1 미크론 미만의 깊이로 기판의 최상부 표면 상에 제1 기능성 물질 수준을 형성하는 단계;
제1 처리된 기능성 물질 수준을 형성하기 위해 제1 기능성 물질 수준을 함침하는 단계 -- 제1 처리된 기능성 물질 수준은 제1 최상부 표면을 가짐 --;
제1 처리된 기능성 물질 수준 중 하나 이상에 대해서만 1 미크론 미만의 깊이로 제1 최상부 표면 상에 제2 기능성 물질 수준을 형성하는 단계;
제2 처리된 기능성 물질 수준을 형성하기 위해 제2 기능성 물질 수준을 함침하는 단계 -- 제2 처리된 기능성 물질 수준은 제2 최상부 표면을 가짐 --; 및
제2 처리된 기능성 물질 수준 중 하나 이상에 대해서만 1 미크론 미만의 깊이로 제2 최상부 표면 상에 제3 기능성 물질 수준을 형성하는 단계를 포함한다.
예 2.2 예 2.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준은, 상부에 형성된 제2의 제3 기능성 물질 수준을 갖지 않을 수 있다.
예 2.3 예 2.2의 방법에서, 제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들을 형성하는 것은, 기판 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래한다.
예 2.4 예 2.2의 방법에서, 제2의 제3 기능성 물질 수준 및 제3 기능성 물질은 기판의 최상부 표면 상에 직접 형성되지 않는다.
예 2.5 예 2.1의 방법에서, 제1 및 제2 기능성 물질 수준들을 함침하는 것은,
제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들의 구조를 변경하기 위한 베이킹 또는 전자 볼트 주입을 더 포함한다.
예 2.6 예 2.5의 방법에서, 제1 및 제2 기능성 물질 수준들을 함침하는 처리는, 제1 및 제2 기능성 물질 수준들의 구조를, 상부에 배치될 수 있는 후속 층에 대해 실질적으로 화학적으로 불활성인 더 강건한 물질로 변경한다.
예 2.7 예 2.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 3.1 평탄화 없이 기판 상에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
1 미크론 미만의 깊이로 기판의 최상부 표면 상에 제1 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제1 기능성 물질 수준은 제1 최상부 표면을 갖고 제1 물질을 가짐 --;
1 미크론 미만의 깊이로 제1 기능성 물질 수준의 제1 최상부 표면 상에 제2 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제2 기능성 물질 수준은 제2 최상부 표면을 갖고, 제1 물질 상의 적층에 상용가능한 제2 물질을 가짐 --; 및
1 미크론 미만의 깊이로 제2 기능성 물질 수준의 제2 최상부 표면 상에 제3 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제3 기능성 물질 수준은 제2 물질 상의 적층에 상용가능한 제1 물질을 가짐 -- 를 포함한다.
예 3.2 예 3.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준은, 상부에 형성된 제2의 제3 기능성 물질 수준을 갖지 않을 수 있다.
예 3.3 예 3.2의 방법에서, 제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들을 형성하는 것은, 기판 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래한다.
예 3.4 예 3.2의 방법에서, 제2의 제3 기능성 물질 수준 및 제3 기능성 물질은 기판의 최상부 표면 상에 직접 형성되지 않는다.
예 3.5 예 3.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준은 졸-겔 기재 물질일 수 있고, 제1 기능성 물질 수준은 중합체 기재 물질일 수 있다.
예 3.6 예 3.5의 방법에서, 제3 기능성 물질 수준은 졸-겔 기재 물질이다.
예 3.7 예 3.1의 방법에서, 제1 기능성 물질, 제2 기능성 물질, 및 제3 기능성 물질은 약 20 nm 내지 약 1 미크론의 높이를 갖는다.
예 3.8 예 3.7의 방법에서, 높이는 약 200 nm이다.
예 3.9 예 3.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 4.1 평탄화 없이 기판 상에 졸-겔로 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
1 미크론 미만의 깊이로 기판의 최상부 표면 상에 제1 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제1 기능성 물질 수준은 제1 최상부 표면을 갖고 졸-겔 물질을 가짐 --;
1 미크론 미만의 깊이로 제1 기능성 물질 수준의 제1 최상부 표면 상에 제2 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제2 기능성 물질 수준은 제2 최상부 표면을 갖고 졸-겔 물질을 가짐 --; 및
1 미크론 미만의 깊이로 제2 기능성 물질 수준의 제2 최상부 표면 상에 제3 기능성 물질 수준을 형성하는 단계 -- 제3 기능성 물질 수준은 졸-겔 물질을 가짐 -- 를 포함한다.
예 4.2 예 4.1의 방법은:
제2 기능성 물질 수준의 콜로이드성 용액이 상부에 배치될 수 있게 하기에 충분히 강건한 상용가능 중합체를 형성하기 위해 제1 기능성 물질 수준의 졸-겔 물질을 경화시키는 단계를 더 포함한다.
예 4.3 예 4.2의 방법에서, 상용가능 중합체는 SiOx이다.
예 4.4 예 4.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준을 형성하는 단계는:
스핀 코팅에 의해 졸-겔 물질을 증착하는 단계를 포함한다.
예 4.4 예 4.1의 방법에서, 제1 기능성 물질, 제2 기능성 물질, 및 제3 기능성 물질은 약 20 nm 내지 약 1 미크론의 높이를 갖는다.
예 4.5 예 4.4의 방법에서, 높이는 약 200 nm이다.
예 4.6 예 4.1의 방법에서, 제1 기능성 물질 수준은, 상부에 형성된 제2의 제3 기능성 물질 수준을 갖지 않을 수 있다.
예 4.7 예 4.6의 방법에서, 제1, 제2, 및 제3 기능성 물질 수준들을 형성하는 것은, 기판 상에 다양한 높이들의 기둥들을 초래한다.
예 4.8 예 4.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 미크론-미만 비대칭적 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 5.1 평탄화 없이 기판 상에 배치되는 막 적층체에 미크론-미만 대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
막 적층체의 최상부 표면 상에 마스크 물질을 형성하는 단계 -- 마스크 물질은 복수의 측부들을 가짐 --;
1 미크론 미만의 깊이로 막 적층체의 최상부 표면을 식각하여 제2 최상부 표면을 드러나게 하고 마스크 물질 아래에 제1 물질 수준을 형성하는 단계;
마스크 물질의 제2 측부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 드러나게 하기 위해 1 미크론 미만만큼 마스크 물질의 측부들을 트리밍하는 단계;
막 적층체의 제2 최상부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 1 미크론 미만의 깊이만큼 식각하여 제1 물질 수준 아래에 제2 물질 수준을 형성하고 막 적층체에 대한 제3 최상부 표면 및 제2 물질 수준에 대한 제2 상부 표면을 드러나게 하는 단계;
마스크 물질의 제3 측부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 드러나게 하기 위해 1 미크론 미만만큼 마스크 물질의 제2 측부들을 트리밍하는 단계;
막 적층체의 제3 최상부 표면, 제1 물질 수준의 제1 상부 표면, 및 제2 물질 수준의 제2 상부 표면을 전부 1 미크론 미만의 깊이만큼 식각하여 제2 물질 수준 아래에 제3 물질 수준을 형성하고 막 적층체에 대한 제4 최상부 표면 및 제3 물질 수준에 대한 제3 상부 표면을 드러나게 하는 단계; 및
계단형 3D 광학 물질 구조를 드러나게 하기 위해 막 적층체로부터 마스크 물질을 박리하는 단계를 포함한다.
예 5.2 예 5.1의 방법에서, 식각의 깊이는 약 200 nm이다.
예 5.3 예 5.1의 방법에서, 측방향 계단 크기에 대응하는 요망되는 거리만큼 마스크 물질의 제2 측부들을 트리밍한다.
예 5.4 예 5.3의 방법에서, 측방향 계단 크기는 깊이와 실질적으로 유사하다.
예 5.5 예 5.3의 방법은:
마스크 물질을 방향성으로 식각하는 단계를 더 포함한다.
예 5.6 예 5.1의 방법에서, 제2 최상부 표면은 제3 최상부 표면보다 마스크 물질에 더 가깝다.
예 5.7 예 5.1의 방법은:
다른 물질들의 식각에 대해 내성이 있는 차단 층을 증착하는 단계; 및
리소그래피로 차단 층을 패터닝하는 단계를 더 포함한다.
예 5.8 예 5.7의 방법에서, 차단 물질의 패터닝에 대한 응답으로, 방법은:
차단 층을 현상하고 패터닝되지 않은 물질을 제거하는 단계를 더 포함한다.
예 5.9 예 5.7의 방법은:
차단 층을 박리하는 단계를 더 포함한다.
예 5.10 예 5.1의 방법은:
하나 이상의 식각 동작에 대해 마스크 물질의 측부들의 트리밍을 생략하는 단계를 더 포함한다.
예 5.11 예 5.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 계단형 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 6.1 평탄화 없이 기판 상에 배치되는 막 적층체에 미크론-미만 단측 대칭적 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서, 방법은:
막 적층체의 최상부 표면 상에 하드마스크를 형성하는 단계;
막 적층체의 최상부 표면의 일부분 및 하드마스크의 일부분 상에 마스크 물질을 형성하는 단계 -- 마스크 물질은 복수의 측부들을 가짐 --;
1 미크론 미만의 깊이로 막 적층체의 최상부 표면을 식각하여 제2 최상부 표면을 드러나게 하고 마스크 물질 아래에 제1 물질 수준을 형성하는 단계;
마스크 물질의 제2 측부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 드러나게 하기 위해 1 미크론 미만만큼 마스크 물질의 측부들을 트리밍하는 단계;
막 적층체의 제2 최상부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 1 미크론 미만의 깊이만큼 식각하여 제1 물질 수준 아래에 제2 물질 수준을 형성하고 막 적층체에 대한 제3 최상부 표면 및 제2 물질 수준에 대한 제2 상부 표면을 드러나게 하는 단계;
마스크 물질의 제3 측부 표면 및 제1 물질 수준의 제1 상부 표면을 드러나게 하기 위해 1 미크론 미만만큼 마스크 물질의 제2 측부들을 트리밍하는 단계;
막 적층체의 제3 최상부 표면, 제1 물질 수준의 제1 상부 표면, 및 제2 물질 수준의 제2 상부 표면을 전부 1 미크론 미만의 깊이만큼 식각하여 제2 물질 수준 아래에 제3 물질 수준을 형성하고 막 적층체에 대한 제4 최상부 표면 및 제3 물질 수준에 대한 제3 상부 표면을 드러나게 하는 단계; 및
미크론-미만 대칭적 3D 광학 물질 구조를 드러나게 하기 위해 막 적층체로부터 마스크 물질을 박리하는 단계를 포함한다.
예 6.2 예 6.1의 방법은:
하드마스크를 제거하는 단계;
계단형 3D 광학 물질 구조에 제2 마스크 물질을 그리고 막 적층체의 제4 최상부 표면을 형성하는 단계;
제4 최상부 표면의 깊이까지 막 적층체의 최상부 표면을 식각하는 단계; 및
미크론-미만 단측 대칭적 3D 광학 물질 구조를 드러나게 하기 위해 막 적층체로부터 제2 마스크 물질을 박리하는 단계를 더 포함한다.
예 6.3 예 6.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 단측 대칭적 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 6.4 예 6.1의 방법에서, 식각의 깊이는 약 200 nm이다.
예 6.5 예 6.1의 방법에서, 측방향 계단 크기에 대응하는 요망되는 거리만큼 마스크 물질의 제2 측부들이 트리밍된다.
예 6.6 예 6.5의 방법에서, 측방향 계단 크기는 깊이와 실질적으로 유사하다.
예 6.7 예 6.5의 방법은:
마스크 물질을 방향성으로 식각하는 단계를 더 포함한다.
예 6.8 예 6.1의 방법에서, 제2 최상부 표면은 제3 최상부 표면보다 마스크 물질에 더 가깝다.
예 6.9 예 6.1의 방법은:
하나 이상의 식각 동작에 대해 마스크 물질의 측부들의 트리밍을 생략하는 단계를 더 포함한다.
예 6.10 예 6.1의 방법은:
광학 물질 또는 적층체에 3D 광학 물질 구조의 역 형상을 임프린팅하는 단계를 더 포함한다.
예 7.1 회절 광학기기 요소 상의 미크론-미만 3D 광학 물질 구조로서, 3D 광학 물질 구조는,
최상부 표면을 갖는 기판;
기판의 최상부 표면 상에 형성되는 제1 물질 수준 -- 제1 물질 수준은 제1 최상부 표면을 갖고, 물질의 복수의 제1 단위 조각들을 포함하며, 물질의 각각의 제1 단위 조각은 높이, 폭, 및 길이를 갖고, 이들 전부가 약 1 미크론 미만임 --;
제1 물질 수준의 제1 최상부 표면 상에 형성되는 제2 물질 수준 -- 제2 물질 수준은 제2 최상부 표면을 갖고, 물질의 복수의 제2 단위 조각들을 포함하며, 물질의 각각의 제2 단위 조각은 물질의 제1 단위 조각들 중 하나 상에 배치되고, 물질의 각각의 제2 단위 조각은, 물질의 제1 단위 조각의 높이, 폭, 및 길이와 실질적으로 유사한 제2 높이, 제2 폭, 및 제2 길이를 가짐 --; 및
제2 물질 수준의 제2 최상부 표면 상에 형성되는 제3 물질 수준 -- 제3 물질 수준은 물질의 복수의 제3 단위 조각을 포함하며, 물질의 각각의 제3 단위 조각은 물질의 제2 단위 조각 중 하나 상에 배치되고, 물질의 각각의 제3 단위 조각은 물질의 제2 단위 조각의 높이, 폭, 및 길이와 실질적으로 유사한 제3 높이, 제3 폭, 및 제3 길이를 가짐 -- 을 포함한다.
예 7.2 예 7.1의 3D 광학 물질 구조에서, 제1 물질 수준은:
복수의 제1 비아들을 더 포함하며, 제1 비아들에는 복수의 제1 단위 조각들 중 어떠한 제1 단위 조각도 없다.
예 7.3 예 7.2의 3D 광학 물질 구조에서, 복수의 제1 비아들의 각각의 비아는 제1 단위 조각의 크기와 실질적으로 유사한 크기이다.
예 7.4 예 7.2의 3D 광학 물질 구조에서, 각각의 제2 단위 조각은 제1 단위 조각 상에 배치되고, 복수의 제1 비아들 중 임의의 비아에 또는 그 상부에 배치되지 않는다.
예 7.5 예 7.2의 3D 광학 물질 구조에서, 제2 물질 수준은:
복수의 제2 비아들을 더 포함하며, 제2 비아들에는 복수의 제2 단위 조각들 중 어떠한 제2 단위 조각도 없고, 제2 비아들은 복수의 제1 비아들 상에 배치된다.
예 7.6 예 7.5의 3D 광학 물질 구조에서, 복수의 제2 비아들 중 하나 이상이 제1 단위 조각들 중 하나 이상 상에 부가적으로 배치된다.
예 7.7 예 7.6의 3D 광학 물질 구조에서, 4개, 8개, 16개, 32개 이상의 물질 층을 갖는 3D 광학 물질 구조를 형성하도록 다수의 층들이 적층된다.
예 8.1 회절 광학기기 요소 상의 미크론-미만 3D 광학 물질 구조로서, 3D 광학 물질 구조는,
최상부 표면을 갖는 기판;
상부 표면을 갖는, 기판의 최상부 표면 상에 배치되는 막 적층체;
제1 폭 및 제1 상부 표면을 갖는, 막 적층체의 상부 표면 상에 형성되는 제1 물질 수준;
제2 폭 및 제2 상부 표면을 갖는, 제1 물질 수준의 제1 상부 표면 상에 형성되는 제2 물질 수준; 및
제3 폭을 갖는, 제2 물질 수준의 제2 상부 표면 상에 형성되는 제3 물질 수준을 포함하며, 제1 폭은 제3 폭보다 큰 제2 폭보다 크고, 제1 폭, 제2 폭, 및 제3 폭은 3D 광학 물질 구조의 중심에 관해 대칭적인 프로파일을 형성한다.
예 8.2 예 8.1의 3D 광학 물질 구조에서, 제1 물질 수준, 제2 물질 수준, 및 제3 물질 수준의 깊이는 약 20 nm 내지 약 1 미크론이다.
예 8.3 예 8.1의 3D 광학 물질 구조에서, 제1 물질 수준, 제2 물질 수준, 및 제3 물질 수준의 깊이는 약 200 nm이다.
예 8.3 예 8.1의 3D 광학 물질 구조는,
제1 물질 수준 상에 배치되는, 내부에 어떠한 물질도 갖지 않는 제2 물질 수준 내의 공극을 더 포함하며, 제3 물질 수준은 그의 최상부 상에 배치될 때 공극에 걸쳐 있다.
예 8.4 예 8.1의 3D 광학 물질 구조에서, 3D 광학 물질 구조를 형성하는 각각의 물질 수준에 대한 폭, 길이, 및 높이의 크기는, 제1, 제2, 및 제3 물질 수준 상에 스피닝되는 물질의 두께, 및 하나 이상의 리소그래피 동작에서 사용되는 패턴의 피쳐 크기의 함수이다.
예 8.5 예 8.1의 3D 광학 물질 구조는,
제1, 제2, 및 제3 물질 수준 중 하나 이상 상에 배치되는 차단 층을 더 포함하며, 차단 층은, 차단 층 위의 후속 물질 수준들의 형성을 방지하도록 구성된다.
예 9.1 미크론-미만 3D 광학 회절 광학기기 요소를 제조하는 방법으로서, 방법은,
A) 기판 상에 회절 광학기기 요소로 패터닝될 광학 물질 적층체를 증착하는 단계;
B) 물질 적층체의 일부분 상에 마스크 물질을 증착하고 패터닝하는 단계;
C) 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계;
D) 요망되는 거리만큼 측방향으로 마스크 물질의 하나 이상의 측부 부분을 방향성으로 식각하는 단계;
E) 물질 적층체를 수직 아래의 제2 수준으로 식각하는 단계;
F) D 및 E를 반복하는 단계; 및
G) 마스크 물질을 박리하는 단계를 포함한다.
예 9.2 예 9.1의 방법은:
다른 물질들의 식각에 내성이 있고 차단될 영역에 리소그래피로 패터닝될 수 있는 차단 층을 증착하는 단계; 및
선택된 계단형 구역들을 덮는 마스크 물질을 부가하고, 원래 차단된 영역을 하위 계단 수준까지 아래로 식각하는 단계를 더 포함한다.
전술한 내용이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 도 16에서 예시된 바와 같은 청구항 제16항에서 설명된 실시예들인 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 평탄화 없이 회절 광학기기 요소 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서,
    A) 기판 상에, 패터닝될 물질 적층체를 증착하는 단계;
    B) 상기 물질 적층체의 일부분 상에 마스크 물질을 증착하고 패터닝하는 단계;
    C) 상기 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계;
    D) 상기 마스크 물질의 복수의 측부 부분 중 적어도 하나의 측부 부분을 트리밍하는 단계;
    E) 상기 물질 적층체를 한 수준 더 아래로 식각하는 단계;
    F) 상기 D 단계 및 상기 E 단계를 'N'회 반복하는 단계; 및
    G) 상기 물질 적층체로부터 상기 마스크 물질을 박리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 D 단계를 'N'회 반복하는 동안 적어도 1회에 있어서, 상기 마스크 물질의 상기 복수의 측부 부분 중 한 부분만이 트리밍되는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물질 적층체의 식각에 내성이 있도록 구성되는 차단 층을 증착하고 리소그래피로 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단 층을 패터닝하는 것에 대한 응답으로, 상기 차단 층을 현상하고 패터닝되지 않은 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스크 물질을 박리하는 단계는 상기 차단 층을 박리하는 단계를 더 포함하는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    식각된 물질 적층체를, 광학 물질 또는 적층체에 상기 식각된 물질 적층체의 역 형상을 임프린팅하기 위한 마스터로서 사용하는 단계를 더 포함하는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 식각하는 단계의 동작들에 대해 상기 마스크 물질의 측부들을 트리밍하는 단계는 생략되는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 평탄화 없이 회절 광학기기 요소 상에 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법으로서,
    기판 상에, 패터닝될 물질 적층체를 증착하는 단계;
    상기 물질 적층체의 식각에 내성이 있도록 구성되는 차단 층을 증착하고 리소그래피로 패터닝하는 단계;
    상기 차단 층을 현상하고 패터닝되지 않은 물질을 제거하는 단계;
    A) 상기 물질 적층체의 일부분 상에 마스크 물질을 증착하고 패터닝하는 단계;
    B) 상기 물질 적층체를 한 수준 아래로 식각하는 단계;
    C) 상기 마스크 물질의 복수의 측부 부분 중 적어도 하나의 측부 부분을 트리밍하는 단계;
    D) 상기 물질 적층체를 한 수준 더 아래로 식각하는 단계;
    E) 상기 C 단계 및 상기 D 단계를 'N'회 반복하는 단계; 및
    F) 상기 물질 적층체로부터 상기 마스크 물질을 박리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 C 단계를 'N'회 반복하는 동안 적어도 1회에 있어서, 상기 마스크 물질의 상기 복수의 측부 부분 중 한 부분만이 트리밍되는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 마스크 물질을 박리하는 단계는 상기 차단 층을 박리하는 단계를 더 포함하는, 미크론-미만 3D 광학 물질 구조를 형성하기 위한 방법.
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