TWI809558B - 建置3d功能性光學材料堆疊結構的方法 - Google Patents

建置3d功能性光學材料堆疊結構的方法 Download PDF

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Abstract

本案實施例描述一種亞微米3D繞射光學元件及用於形成該亞微米3D繞射光學元件之方法。在一第一實施例中，提供一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D繞射光學元件的方法。該方法包括在基板上沉積待經圖案化之材料堆疊，在材料堆疊之一部分上沉積及圖案化厚遮罩材料，將該材料堆疊蝕刻掉一個位準，修整厚遮罩材料之側面部分，將該材料堆疊再蝕刻掉一個位準，反覆修整及蝕刻操作步驟達「n」次以上，及從材料堆疊上剝脫厚遮罩材料。

Description

建置3D功能性光學材料堆疊結構的方法
本案實施例大體係關於用於形成3D光學可堆疊結構的製程。
3D光學結構用以生產複雜的光學元件。例如，3D光學結構可用以利用光生成3D全息圖。然而，3D光學裝置之品質高度依賴增大用於3D光學裝置之可堆疊層結構上的3D圖案的密度，及減少其尺寸。產生一習用3D光學結構涉及於基板上方形成具有抗蝕劑的三維(3-dimensional; 3D)可圖案化及可堆疊層結構。基板具有沉積在其上的第一層材料，且針對第一層圖案化抗蝕劑。隨後，在利用化學機械拋光器平坦化之前，結構先充填金屬。針對每一層不斷反覆該等操作，以在結構中生產複數個不同垂直高度。然而，當前結構仍產出大於微米尺度之結構，此導致不合乎諸如全息圖之一些3D光學應用之需要的解析度。
儘管理解多圖案化在解析度、焦深，及微影術缺陷敏感度方面之問題及益處，但額外希望控制製程預算，及增大並維持良率。此外，此種結構不易產生，因為後續材料位準之應用可能溶解或毀壞先前圖案化之材料。
因此，需要改良方法，以用於在基板上產生高密度3D多圖案化結構。
本案實施例描述亞微米3D光學材料結構及用於形成該亞微米3D光學材料結構之方法。在一第一實施例中，提供一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構的方法，該方法始於沉積一材料堆疊，該材料堆疊將在基板上經圖案化；沉積及圖案化材料堆疊之一部分上的厚遮罩材料，將該材料堆疊蝕刻掉一個位準；修整厚遮罩材料之側面部分；將該材料堆疊再蝕刻掉一個位準，反覆修整及蝕刻操作達「n」次以上，及從材料堆疊上剝脫厚遮罩材料。
在一第二實施例中，提供一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構的方法，該方法始於利用第一層材料塗佈基板，利用微影術方法曝露指定材料以產生第一圖案，如若需要則固化該曝露之指定材料，利用第二層材料塗佈基板，利用微影術方法曝露指定材料以產生第二圖案，如若需要則固化該曝露之指定材料，反覆該等操作以用於塗佈、曝露及固化達「n」次以上以獲得n層材料，該等層中曝露有n個圖案，及在n層上同時顯影n個圖案中經曝露及固化的區域。
在一第三實施例中，提供一種亞微米不對稱3D光學材料結構。不對稱3D光學材料結構具有含頂表面之一基板、形成於該基板頂表面上之第一功能性材料位準。第一功能材料位準進一步具有複數個第一單片材料，每一第一單片材料具有一高度、一寬度及一長度，所有維度小於約一微米。不對稱3D光學材料結構進一步具有形成於第一功能性材料位準之第一頂表面上的第二功能性材料位準。第二功能性材料位準進一步具有複數個第二單片材料，其中每一第二單片材料安置在第一單片材料上及每一第二單片材料中具有大體上類似於第一單片材料之高度、寬度及長度之高度、寬度及長度。不對稱3D光學材料結構進一步具有形成於第二功能性材料位準之第二頂表面上的第三功能性材料位準，其中第三功能性材料位準進一步具有複數個第三單片材料，其中每一第三單片材料安置在第二單片材料之一者上及每一第三單片材料具有大體上類似於第二單片材料之高度、寬度及長度之第三高度、第三寬度及長度。
在第四實施例中，提供一種亞微米對稱3D光學材料結構。亞微米對稱3D光學材料結構具有一基板，該基板具有頂表面、安置在基板頂表面上且具有上表面之膜堆疊，形成於該膜堆疊上表面上的具有第一寬度及第一上表面的第一功能性材料位準、形成於第一功能性材料位準之第一上表面上的具有第二寬度的第二功能性材料位準，及形成於第二功能性材料位準之第二上表面上的具有第三寬度的第三功能性材料位準，其中第一寬度大於第二寬度，第二寬度大於第三寬度，及第一寬度、第二寬度及第三寬度形成圍繞3D光學材料結構中心對稱的輪廓。
在第五實施例中，提供一種用於製造亞微米3D繞射光學元件的方法。該方法始於在基板上沉積光學材料堆疊，該堆疊待經圖案化為繞射光學元件。該方法隨後在材料堆疊之一部分上沉積及圖案化一遮罩材料。該方法繼續將該材料堆疊蝕刻掉一個位準。該方法隨後橫向地定向蝕刻遮罩材料的一或更多個側面部分達一所需距離，及垂直地將材料堆疊垂直蝕刻掉第二個位準。該方法最終以剝脫遮罩材料為結束。
從十九世紀起就使用繞射光學元件。近年來，光學裝置研究進展實現了在模擬及低容量製造方面藉由使用亞波長及亞微米繞射光學裝置的光操縱。該等奈米天線可變更光的相位、波幅及極化。基於Pancharatnam-Berry效應或其他支柱的元表面是一種實施例，由高深寬比介電柱製成。由奈米圓盤製成的米氏或惠更斯共振器是另一實施例，及電漿體共振可為另一實施例。然而，共振器所需特徵維度難以按比例實現，無論是經由嚴格之沉積、圖案化、蝕刻，還是其他基於半導體的方法。此外，電漿體光學元件之效率受限，因此只能符合一些應用的需求。
多位準繞射光學元件受益於操縱穿過可能大於波長之特徵之光的純量特性。如若該等特徵涉及大於1 um之維度，則該等特徵可能藉由使用灰階微影術，利用直接或間接之寫入工具製造而成。然而，灰階微影術受限於其解析度，且縮小x、y，及z特徵可賦能更高視場、更大數值孔徑，等等。
製造亞微米多位準繞射光學裝置之一方法是採取多次圖案化，其中每一層經單獨沉積、圖案化及蝕刻。另一方法針對多個位準的製造採取金屬鑲嵌路徑。多次圖案化之此方法證實在解析度、焦深及微影術缺陷敏感度方面之益處及挑戰。此方法亦額外有益於控制製程預算及增大並維持良率。本文描述用於在基板上產生一高密度亞微米多位準圖案化結構之方法。
功能層修改使先前層更強健，能夠經受後續層處理，此賦能3D層堆疊光學結構。本案實施例意欲在處理多圖案化層以形成用於工程光學裝置應用的3D圖案化光學結構時，減少材料處理相互作用。下文圖示實施例以圖示3D層堆疊光學結構之製造技術。在一個實施例中，一或更多個輻射可固化功能性殘留材料位準形成該3D圖案化結構。在另一實施例中，一或更多個輻射可固化功能性有機聚合物、無機或有機/無機混合材料位準形成3D圖案化結構。在又一實施例中，提供針對一先前材料位準的輻射硬化（額外的聚合物交聯）以改良先前材料的強健性及提供抵禦後續材料位準處理及圖案化的「表層」防護。在又一實施例中，在圖案化層之間使用諸如原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)之表面處理製程，以提供阻障層以將後續層與先前層之相互作用減至最少。在又一實施例中，浸漬技術（可為乾式、濕式或蒸汽處理）用以改良先前材料位準的強健性。在又一實施例中，摻雜技術，或離子佈植技術用以改良先前材料位準的強健性。在又一實施例中，交替材料位準對（材料A層及材料B層）用以減少處理期間的材料相互作用。例如，材料A可為基於溶膠-凝膠之材料及材料B可為基於聚合物之材料。在又一實施例中，溶膠-凝膠材料位準用以建置3D結構，以使得形成SiOx 之固化溶膠-凝膠層足夠強健，足以經受材料與後續溶膠-凝膠層處理之相互作用。有利地，先前的圖案化層得以保護，及能夠承受後續層處理及圖案化。
額外實施例係針對對稱3D光學堆疊結構之形成。對稱3D光學堆疊結構利用抗蝕劑修整製程以生成亞微米尺度之特徵。更多實施例採取對稱方法及增添硬質遮罩以製造單側對稱特徵，如菲涅耳透鏡。在又一些實施例中，定向蝕刻用以形成完全客製及/或不對稱的亞微米3D光學結構。
上文簡述之實施例有利地在賦能亞微米尺度3D光學結構之構建同時提供用於生成結構的減少的操作。下文揭示之該方法賦能以具有成本效益的方式以亞微米尺度快速形成非常精巧之客製3D光學結構。例如，該3D特徵可以具有一高度之尺度而形成，該高度如在約20奈米至約1微米之間，如約500奈米或200奈米。3D光學結構可形成於繞射光學元件結構上，亦即，在水平維度具有亞波長尺度圖案的具有亞波長厚度的材料片。繞射光學元件結構可具有光柵及其他單位準結構、對稱台階結構，及具有一或更多個無台階側面的台階結構。
本案揭示結構完全可客製以用於將以下特徵形成為任何可能的3D特徵：可以奈米尺度呈現，以顯示圍繞中軸、台階結構，或前述兩者中一部分的對稱性或非對稱性。應理解，儘管是奈米尺度的3D，但所述特徵之尺度可用以形成裸眼可見尺度的平面透鏡。此外，儘管下文論述之圖式全部圖示方形結構，應理解，本案揭示的方法可用以製造具有不同長軸及短軸之橢圓形橫剖面柱體、圓形柱體，或用於在3D光學堆疊結構中形成具有不同高度的柱體的任何其他多邊形狀。
第1圖圖示一組半導體處理設備100，該組設備適合於在基板上建置3D光學材料堆疊結構。該組半導體處理設備100具有塗覆工具110或旋塗、曝光工具120、烘焙/固化工具130及顯影工具140中之一或更多者。
塗覆工具110經配置以在基板上塗覆一材料層。塗覆工具110可使用噴塗技術以用於塗覆大體上均勻的材料層。或者，塗覆工具110可使用旋塗技術以用於塗覆大體上均勻的材料層。在其他備選實施例中，塗覆工具110可為化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)腔室或電漿氣相沉積腔室、原子層沉積腔室，或其他適於向基板塗覆諸如幾微米或奈米的材料薄膜之適合元件。
曝光工具120可為微影術工具，該工具提供光能以改變抗蝕劑以在抗蝕劑中形成圖案。曝光工具120可使用數位遮罩以在抗蝕劑上形成圖案以用於在抗蝕劑上形成特徵。
烘焙/固化工具130可使用溫度或其他能以改變沉積在基板上的材料外表面或整個材料層之材料組成。烘焙/固化工具130可移除濕氣或揮發物（亦即，溶劑），或催化反應以改變材料，以獲得隨後塗覆至烘焙（亦即，固化）材料層上的隨後材料的適用性或相容性。
顯影工具140溶解基板上的抗蝕劑層以揭露抗蝕劑層上產生的圖案的結構。顯影之後，基板含有3D光學材料堆疊結構以用於在基板上產生元件。3D光學材料堆疊結構可藉由使用下文論述的數個方法之一者而形成。
第2A圖至第2F圖圖示一第一方法200，該方法用於藉由使用表面處理技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。該實施例繪示光學材料位準之3D堆疊，該堆疊在基板201上產生具有多個高度之柱體。第一方法200提供比習用操作減少數目的操作，及額外消除反覆平坦化步驟。
在第2A圖中圖示的方塊210中，一或更多個第一功能性材料位準(functional material level; FML) 211形成於基板201之頂表面202上。第一功能性材料位準211及本案所述每一功能性材料位準具有約20奈米至約1微米之間的厚度，或高度，如約200奈米。第一功能性材料位準211具有第一外表面213、第一頂表面212，及第一底表面215。提供與第一底表面215相對之第一功能性材料位準211之第一頂表面212。第一底表面215安置在基板201之頂表面202上。
在第2B圖中圖示的方塊220中，在第一功能性材料位準211之第一外表面213上實施第一表面處理(surface treatment；ST) 221。第一表面處理221在第一頂表面212而非第一底表面215上延伸。第一表面處理221可為原子沉積層、摻雜或離子佈植、輻射硬化、輻射可固化（如烘焙或紫外線(ultra violet；UV)固化）或改變第一功能性材料位準211之第一外表面213之組成的其他處理。
在第2C圖中圖示的方塊230中，一或更多個第二功能性材料位準(functional material level; FML) 231形成於第一功能性材料位準211之第一頂表面212中之一或更多者上，其中第一頂表面212具有第一表面處理221。第二功能性材料位準231與第一表面處理221相容，以使得溶劑或其他化學品將不侵蝕位於下方的先前層，亦即第一功能性材料位準211。每一第二功能性材料位準231沉積在第一功能性材料位準211中之一者而未必全部上。例如，第二功能性材料位準231將不形成於基板201上。然而，應理解每一第一功能性材料位準211上可能未必其上形成有第二功能性材料位準231中之一者，如具有項目編號239之第一功能性材料位準211。第二功能性材料位準231具有第二外表面233、第二頂表面232，及第二底表面235。第二底表面235安置在第一表面處理221之第一頂表面212上。
在第2D圖中圖示的方塊240中，在第二功能性材料位準231之第二外表面233上實施第二表面處理(surface treatment; ST) 241。第二表面處理241在第二頂表面232而非第二底表面235上延伸。第二表面處理241大體上類似於第一表面處理221。或者，第一表面處理221及第二表面處理241可利用不同的技術改變第一外表面213及第二外表面223的組成。
在第2E圖中圖示的方塊250中，一或更多個第三功能性材料位準(functional material level; FML）251形成於第二功能性材料位準231之第二頂表面232中之一或更多者上，其中第二頂表面232具有第二表面處理241。每一第三功能性材料位準251始終安置在第二功能性材料位準231中之一者而未必全部上。例如，第三功能性材料位準251將不直接形成於基板201或者第一功能性材料位準211上。此外，應理解，每一第二功能性材料位準231上可能未必在其上形成有第三功能性材料位準251中之一者。第三功能性材料位準251具有第三外表面253、第三頂表面252，及第三底表面255。第三頂表面255安置在第二表面處理241之第二頂表面232上。
在第2F圖中圖示的方塊260中，在第三功能性材料位準251之第三外表面253上實施第三表面處理(surface treatment; ST) 261。第三表面處理261在第三頂表面252而非第三頂表面255上方延伸。第三表面處理261大體上類似於第一表面處理221及第二表面處理241。或者，第三表面處理261可利用不同於第一表面處理221或者第二表面處理241的技術。
應理解，該等層可繼續堆疊至超過三層。每一層僅需要與下層處提供的表面處理化學相容。上述操作可反覆任何次數，以生產複雜及非常精巧的3D光學結構，如第8A圖至第8E圖中圖示，該等圖式將在下文進一步論述。然而，如將相對於第3A圖至第3F圖所揭示的第二方法300之實施例所揭示的，非常精巧的3D光學結構可藉由又一技術而產生。
第3A圖至第3F圖圖示第二方法300，該方法用於藉由使用材料浸漬技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。該實施例繪示光學材料位準之3D堆疊，該堆疊在基板301上產生具有多個高度之柱體。
在第3A圖中圖示的方塊310中，一或更多個第一功能性材料位準(functional material level; FML) 311形成於基板301之頂表面302上。第一功能性材料位準311及針對第3A圖至第3F圖進一步所述的每一功能性材料位準均具有約20奈米至約1微米之間的一厚度或高度，如約200奈米。第一功能性材料位準311有一外表面313、第一頂表面312，及第一底表面315。提供與第一底表面315相對之第一功能性材料位準311之第一頂表面312。第一底表面315安置在基板301之頂表面302上。
在第3B圖中圖示之方塊320中，在第一功能性材料位準311上實施一處理以形成第一處理功能性材料位準321。第一處理功能性材料位準321是針對第一功能性材料位準311材料而改變的組成。例如，處理可藉由烘焙或電子伏特佈植而實施，以改變第一功能性材料位準311之結構以產生第一處理功能性材料位準321，此為適合於堆疊的更強健的材料，且此材料對可安置其上的後續層大體上呈化學惰性。
在第3C圖中圖示的方塊330中，一或更多個第二功能性材料位準(functional material level; FML) 331形成於第一處理功能性材料位準321之第一頂表面312中之一或更多者上。第二功能性材料位準331與第一處理功能性材料位準321相容，以使得溶劑或其他化學品將不侵蝕下方的層，亦即第一處理功能性材料位準321。每一第二功能性材料位準331安置在第一處理功能性材料位準321中之一者而未必全部上。例如，第二功能性材料位準331將不形成於基板301上。然而，應理解每一第一處理功能性材料位準321上可能未必形成有第二功能性材料位準331中之一者，如具有項目編號339之第一處理功能性材料位準321。第二功能性材料位準331具有第二外表面333、第二頂表面332及第二底表面335。第二底表面335安置在第一處理功能性材料位準321之第一頂表面312上。
在第3D圖中圖示之方塊340中，在第二功能性材料位準331上實施一處理以形成第二處理功能性材料位準341。第二處理功能性材料位準341是針對第二功能性材料位準331之材料而改變的組成。例如，該處理改變第二功能性材料位準331之結構以產生第二處理功能性材料位準341，第二處理功能性材料位準341為適合於堆疊的更強健的材料，第二處理功能性材料位準341類似但未必相同於第一處理功能性材料位準321。
在第3E圖中圖示的方塊350中，一或更多個第三功能性材料位準(functional material level; FML) 351形成於第二處理功能性材料位準341之第二頂表面332中之一或更多者上。第三功能性材料位準351與第二處理功能性材料位準341相容，以使得溶劑或其他化學品將不侵蝕先前層，亦即第二處理功能性材料位準341。每一第三功能性材料位準351安置在第二處理功能性材料位準341中之一者而未必全部上。例如，第三功能性材料位準351將不形成於基板301上，或甚至第一處理功能性材料位準321上。然而，應理解，每一第二處理功能性材料位準341上可能未必形成有第三功能性材料位準351中之一者。
在第3F圖中圖示方塊360中，在第三功能性材料位準351上實施一處理以形成第三處理功能性材料位準361。第三處理功能性材料位準361是針對第三功能性材料位準351之材料而改變的組成。該處理改變第三功能性材料位準351之結構以產生第三處理功能性材料位準361，此第三處理功能性材料位準361為適合於堆疊的更強健的材料，且對可能安置在其上的後續層大體上呈現化學惰性。第三處理功能性材料位準361大體上類似於第一處理功能性材料位準321及第二處理功能性材料位準341。或者，第三處理功能性材料位準361可利用不同於第一處理功能性材料位準321或者第二處理功能性材料位準341的處理技術。
應理解，該等層可繼續堆疊至超過三層。每一層僅需要利用改變材料組成以促進相容性之處理而與相鄰層化學相容。上述操作可反覆任何次數，以生產複雜及非常精巧的3D光學結構，如第8A圖至第8E圖中圖示。然而，如將相對於第4A圖至第4C圖所揭示的第三方法400之實施例所揭示的，非常精巧的3D光學結構可藉由又一技術而產生。
第4A圖至第4C圖圖示第三方法400，該方法用於藉由使用交替材料對技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。例如，第一位準可能利用材料A而形成，及第二位準可能利用材料B而形成，其中材料A在形成之後與形成於其上的材料B相容。例如，材料A可為基於溶膠-凝膠之材料及材料B可為基於聚合物之材料。因而，材料B溶劑將不溶解或與材料A發生不利相互作用。本案在第4A圖至第4C圖中進一步所述的每一3D功能性光學材料位準結構具有約20奈米至約1微米之間的厚度，或高度，如約200奈米。
在第4A圖中圖示的方塊410中，一或更多個第一功能性材料位準(functional material level; FML) 411形成於基板401之頂表面402上。第一功能性材料位準411有一外表面413、第一頂表面412，及第一底表面415。提供與第一底表面415相對之第一功能性材料位準411之第一頂表面412。第一底表面415安置在基板401之頂表面402上。第一功能性材料位準411由第一材料A形成。
在第4B圖中圖示的方塊420中，一或更多個第二功能性材料位準(functional material level; FML) 421形成於第一功能性材料位準411之第一頂表面412中之一或更多者上。每一第二功能性材料位準421安置在第一功能性材料位準411中之一者而未必全部上。第二功能性材料位準421有外表面423、第二頂表面422，及第二底表面425。第二功能性材料位準421由第二材料B形成。第二功能性材料位準421之材料B與第一功能性材料位準411之材料A相容，以使得第二功能性材料位準421不化學侵蝕或以其他方式侵蝕第一功能性材料位準411。
在第4C圖中圖示的方塊430中，一或更多個第三功能性材料位準(functional material level; FML) 431形成於第二功能性材料位準421之第二頂表面422之一或更多者之頂部上。每一第三功能性材料位準431安置在第二功能性材料位準421中之一者而未必全部上。第三功能性材料位準431由材料A形成。第三功能性材料位準431具有的材料A與第一功能性材料位準411之材料相同。第三功能性材料位準431之材料A與第二功能性材料位準421之材料B相容，以使得第三功能性材料位準431不化學侵蝕或以其他方式侵蝕第二功能性材料位準421。
應理解，藉由交替材料A及材料B，位準數目可繼續堆疊至超過三個位準。每一位準與相鄰層化學相容，以促進利用最少操作數目來快速建置3D結構。例如，無需在每一位準反覆沉積、蝕刻，及平坦化之循環。上述操作可反覆任何次數，以生產複雜及非常精巧的3D光學結構，如第8A圖至第8E圖中圖示。然而，如將相對於第5A圖至第5C圖所揭示的第四方法500之實施例所揭示的，非常精巧的3D光學結構可藉由又一技術而產生。
第5A圖至第5C圖圖示第四方法500，該方法用於藉由使用溶膠-凝膠技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。溶膠-凝膠技術可用於製造金屬氧化物，尤其是矽及鈦之氧化物。該製程涉及單體向膠狀溶液（溶膠）之轉化，該膠狀溶液充當用於離散顆粒或網路聚合物之整合網路（或凝膠）之前驅物。溶液（溶膠）逐漸演變向形成凝膠狀二相系統，該系統含有液相及固相，該兩相之形態範圍從離散顆粒到連續聚合物網路。下層位準因而經固化以形成相容性聚合物，該相容性聚合物足夠強健以允許後續位準之膠狀溶液置於其上。本案進一步所述的每一位準具有約20奈米至約1微米之間的成品厚度，或高度，如約200奈米。
在如第5A圖中圖示的方塊510中，一或更多個第一功能性材料位準(functional material level; FML) 511形成於基板501之頂表面502上。每一第一功能性材料位準511有一外表面513、第一頂表面512，及第一底表面515。提供與第一底表面515相對之第一功能性材料位準511之第一頂表面512。第一底表面515安置在基板501之頂表面502上。第一功能性材料位準511是一溶膠-凝膠材料，該材料藉由旋塗或其他適合之技術沉積在基板501上作為溶液，且經稠化以將材料之聚合物網路形成至SiOx 中。第一功能性材料位準511經固化以準備額外位準之堆疊。
在如第5B圖中圖示的方塊330中，一或更多個第二功能性材料位準(functional material level; FML) 521形成於第一功能性材料位準511之第一頂表面512中之一或更多者上。每一第二功能性材料位準521安置在第一功能性材料位準511中之一者而未必全部上。每一第二功能性材料位準521有外表面523、第二頂表面522及第二底表面525。第二功能性材料位準521由溶膠-凝膠材料形成，該材料類似於形成第一功能性材料位準511時使用之溶液。第二功能性材料位準521之溶液與第一功能性材料位準511之聚合物材料相容，以使得第二功能性材料位準521不化學侵蝕或以其他方式侵蝕第一功能性材料位準511，且第二功能性材料位準521可堆疊在第一功能性材料位準511上。第二功能性材料位準521隨後經固化以準備額外位準之堆疊。
在如第5C圖中圖示的方塊530中，一或更多個第三功能性材料位準(functional material level; FML) 531形成於第二功能性材料位準521之第二頂表面522之一或更多者之頂部上。每一第三功能性材料位準531安置在第二功能性材料位準521中之一者而未必每一者上。第三功能性材料位準531由溶膠-凝膠材料形成，該材料類似於形成第一功能性材料位準511及第二功能性材料位準521時使用之溶液。第三功能性材料位準531之溶液與第二功能性材料位準521之聚合物材料相容，以使得第三功能性材料位準531不化學侵蝕或以其他方式侵蝕第二功能性材料位準521，且第三功能性材料位準531可堆疊在第二功能性材料位準521上。第三功能性材料位準531隨後經固化以準備額外位準之堆疊。
應理解，可繼續堆疊氧化矽材料之額外溶膠-凝膠位準至超過上文論述之三個位準。溶膠-凝膠材料位準用以建置3D結構，以使得（形成SiOx 之）固化溶膠-凝膠位準足夠強健，足以經受材料與後續溶膠-凝膠位準之相互作用。每一位準與下層位準化學相容，以促進利用最少操作數目來快速建置用於3D結構之位準。上述操作可反覆任何次數，以生產複雜及非常精巧的3D光學結構，如第8A圖至第8E圖中圖示。然而，如將相對於第6圖中揭示及第7A圖至第7J圖中圖示的第五方法600之實施例所揭示的，非常精巧的3D光學結構可藉由又一技術而產生。
現將同時論述第6圖及第7A圖至第7J圖。第6圖圖示一第五方法600，該方法用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構。第7A圖至第7J圖可用以圖示第6圖之該第五方法600，該方法用於在基板上藉由使用反覆塗覆及曝露技術建置3D功能性光學材料位準結構。
第五方法600始於方塊610，藉由利用材料之第一抗蝕劑層711塗覆基板701。該材料可為抗蝕劑層。獲得基板701，並在該基板上生長SiO2 層，以準備在第7A圖中圖示的步驟705中之第一層材料。SiO2 可藉由熱氧化生長而形成。該技術迫使氧化劑在高溫下擴散至基板內，並與基板反應。SiO2 層生長至約100奈米。
在第7B圖的方塊710中，第一層材料，亦即第一抗蝕劑層711，被塗覆於基板701。第一抗蝕劑層711可藉由任何適合之技術沉積、旋塗或置於基板701上。在一個實施例中，第一抗蝕劑層711旋塗至基板701上。第一抗蝕劑層711及下文針對第7A圖至第7J圖進一步所述的每一抗蝕劑層均具有約20奈米至約1微米之間的一厚度或高度，如約200奈米。
在方塊620中，第一抗蝕劑層711利用微影術方法而經曝露以產生第一圖案。在方塊630中，如若需要，可固化曝露之第一抗蝕劑層711。第7C圖中圖示的方塊715說明性地圖示第一抗蝕劑層711經由遮罩而曝露，由此形成第一圖案，且烘焙，亦即固化第一層。曝露及焙烘製程719使得第一抗蝕劑層711在經由遮罩而曝露及隨後經烘焙的位置中形成複數個第一固化材料位準716。曝露及焙烘製程719可為毯覆式電磁輻射曝露操作。遮罩可為純金屬遮罩、數位遮罩（無遮罩）或用於在第一抗蝕劑層711上藉由穿過第一抗蝕劑層而投射能量來形成影像之其他技術。應理解，表示曝露及焙烘製程719之箭頭僅穿過遮罩作用於之第一固化材料位準716，而非未曝露之第一抗蝕劑層711。
在方塊640中，利用材料之第二抗蝕劑層721塗覆基板。第7D圖中之方塊720圖示第二抗蝕劑層721，該第二抗蝕劑層721形成於第一層上，該第一層含有第一抗蝕劑層711及第一固化材料位準716。第二抗蝕劑層721可利用旋塗技術以用於將第二抗蝕劑層721塗覆至下層，亦即第一固化材料位準716及第一抗蝕劑層711。第二抗蝕劑層721可塗覆至下層，而不使下層平坦化。第二抗蝕劑層721之材料大體上與第一抗蝕劑層711之材料相同。
在方塊650中，第二抗蝕劑層721利用微影術方法而經曝露以生產第二圖案。在方塊660中，如若需要，可固化曝露之第二抗蝕劑層721。曝露及焙烘製程729在第7E圖中圖示的方塊725中圖示。曝露及焙烘製程729使得第二抗蝕劑層721在穿過遮罩而曝露的位置中形成複數個第二固化材料位準726。第二固化材料位準726形成於第一固化材料位準716上。然而，並非全部第一固化材料位準716上形成有第二固化材料位準726。第二固化材料位準726之材料可大體上類似於第一固化材料位準716的材料。
在方塊670中，方塊640至方塊660可反覆「n」次，以獲得n層抗蝕劑材料，該等抗蝕劑材料層中曝露有n個圖案。N是一整數，該整數對應於用於亞微米3D光學結構的位準數目。例如，亞微米3D光學結構可具有等於4、8、16、32層/位準之N，或N可為更多。
在一個純說明性實例中，N可等於4，此對應於4層抗蝕劑。此在第7F圖的方塊730中圖示，其中第三抗蝕劑層731形成於具有第二抗蝕劑層721及第二固化材料位準726之第二層上。第三抗蝕劑層731可利用旋塗技術以用於將第三抗蝕劑層731塗覆至下層，亦即第二固化材料位準726及第二抗蝕劑層721。第三抗蝕劑層731可塗覆至下層，而不使下層平坦化。第三抗蝕劑層731之材料大體上與第一抗蝕劑層711及第二抗蝕劑層721之材料相同。
在第7G圖中圖示的方塊735中，第三抗蝕劑層731經由遮罩而經曝露及烘焙。曝露及焙烘製程739使得第三抗蝕劑層731在經由遮罩而曝露的位置中形成複數個第三固化材料736。第三固化材料736可大體上類似於第一固化材料位準716及第二固化材料位準726。然而，應理解，第三固化材料736僅形成在第二固化材料位準726上，但並非全部第二固化材料位準726上皆形成有第三固化材料736。例如，遮罩可圖案化第三抗蝕劑層731，以使得在曝露及烘焙製程之後，第二固化材料位準726中之一者上可形成有第三抗蝕劑層731。
在第7H圖中圖示的方塊740中，第四抗蝕劑層741形成於第三層上，第三層具有第三抗蝕劑層731及第三固化材料736。第四抗蝕劑層741可利用旋塗技術以用於將第四抗蝕劑層741塗覆至下層，亦即第三固化材料736及第三抗蝕劑層731。第四抗蝕劑層741可塗覆至下層，而不使下層平坦化。第四抗蝕劑層741之材料大體上與第一抗蝕劑層711、第二抗蝕劑層721及第三抗蝕劑層731之材料相同。
在第7I圖中圖示的方塊745中，第四抗蝕劑層741經由遮罩而經曝露及烘焙。曝露及焙烘製程749使得第四抗蝕劑層741在經由遮罩而曝露的位置中形成複數個第四固化材料746。第四固化材料746可大體上類似於第一固化材料位準716、第二固化材料位準726，及第三固化材料736。然而，應理解，第四固化材料746僅形成在第三固化材料736上，但並非全部第三固化材料736上皆形成有第四固化材料746。或者，中間步驟可摒除固化，及僅在顯影之前具有一個最終固化步驟。
應理解，旋塗抗蝕劑，及經由遮罩曝露抗蝕劑，及形成背襯以形成固化材料的前述步驟可反覆執行以形成多個層及複雜的3D結構。
在方塊680中，同時顯影n層上的具有n個圖案之曝露及固化區域。第7J圖中圖示的方塊750圖示已顯影之3D結構。第四抗蝕劑層741、第三抗蝕劑層731、第二抗蝕劑層721及第一抗蝕劑層711全部藉由顯影製程而移除，在抗蝕劑材料先前佔據之處留下孔隙751，或不留材料。結果僅為由第四固化材料746、第三固化材料736、第二固化材料位準726及第一固化材料位準716形成之3D結構留在基板701上。
用於在基板上建置3D功能性光學材料結構之習用方法可涉及大量操作，該等操作可包括用於SiO2 熱氧化生長、Cu物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)沉積、Cu電化學鍍層(electrochemical plating; ECP)，及微影術之操作。每一層反覆實施用於Cu電化學鍍層、化學機械研磨(Chemical Mechanical polishing; CMP)、抗蝕劑停止，及在移除抗蝕劑之前的微影術之步驟。第五方法600可在少至十個製程步驟中建置相同3D功能性光學材料位準結構。因此，上文圖示之第五方法600提供在建置適合於生成3D功能性光學結構的3D圖案時對時間及資源之節約，從而顯著節約了時間、材料，及製造廠資源。
第8A圖至第8E圖提供針對在基板801上構建3D功能性光學材料位準結構（3D結構）800的說明。3D結構800可為不對稱或對稱。提供柵格，柵格具有單元為「位準」之Y軸891及單元為「單片」之X軸892。沿Y軸之單位具有約20奈米至約1微米之間的厚度，或高度，如約200奈米。此外，沿X軸之單元具有約20奈米至約1微米之間的厚度，或長度，如約200奈米。上文在第2A圖至第7J圖中論述之先前方法賦能以亞微米尺度製造3D結構。儘管圖示逐位準建置3D結構800，但此是為了明晰起見，及應理解，在3D結構800之全部位準皆到位後，3D結構中可形成孔隙及空腔。例如，顯影之最終步驟可移除某些區域內的全部材料（抗蝕劑）直至第一位準，同時保留其他位置處的材料以用於建置3D結構800。或者，用於建置3D結構800位準之製程可為積層式，且當材料放置到位時構建3D結構800之每一位準時，3D結構中形成孔隙和空腔。
在第8A圖中圖示的方塊810中，在基板801上提供材料808之第一層811。第一層811可由複數個單片形成，如單片893。單片893中每一者可具有約20奈米至約1微米之間的長度、高度及寬度，如約200奈米。單片893之材料808可由與上文利用之方法相容的一材料形成。例如，相對於方法600，單片893由抗蝕劑材料形成。第一層811中具有複數個通孔或孔隙802，亦即不存在單片893，且可在複雜且客製化3D結構中形成層。
在第8B圖中圖示的方塊820中，在第一層811之材料808頂部上提供材料828之第二層821。材料828僅處於第一層811之材料808頂部，而非提供於孔隙802中。此外，一或更多個新孔隙822形成於第二層821中。
在第8C圖中圖示的方塊830中，在第二層821之材料828頂部上提供材料838之第三層831。材料838僅處於第二層821之材料828頂部上，而非提供於孔隙802中，或第一層811之材料808上。此外，一或更多個新孔隙832形成於第三層831中。
在第8D圖中圖示的方塊840中，在第三層831之材料838頂部上提供材料848之第四層841。材料838僅處於第三層831之材料838頂部上，如上文類似的論述。此外，一或更多個新孔隙842形成於第四層841中。
如上所示，大量層可堆疊以形成3D結構800，該3D結構具有四(4)、八(8)、十六(16)、三十二(32)或更多層材料。每一層具有亞微米尺度結構。在第8E圖中圖示的步驟850中，在基板801上提供材料之第七層871以形成3D結構800。3D結構800可由約20奈米至約1微米之間之尺度的單片893形成，如約200奈米。因而，上述方法可有利地在適合於形成3D光學操作（如全息圖）的亞微米位準形成完全客製3D光學結構。
除以上揭示的用於在亞微米位準形成完全客製3D光學結構的方法外，以下方法描述用於形成尺寸類似之對稱3D結構的替代方法。第9圖圖示方法900，該方法用於在未平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構。第10A圖至第10G圖圖示第9圖之方法900，該方法用於製造對稱3D光學結構。對稱3D光學結構1000圍繞對稱3D光學結構1000之中心而對稱。
方法900始於方塊910，其中待經圖案化為繞射光學元件的光學材料堆疊（亦即薄膜堆疊1008）沉積在基板1001上。基板1001可為單種光學材料。沉積材料可用以製造一主材料以用於形成3D光學結構，其中該主材料從最終3D光學結構轉置。薄膜堆疊1008可為用於在下方基板中形成特徵之抗蝕劑材料，或薄膜堆疊1008可為適用於形成最終3D光學特徵的複數個材料。
在方塊915中，諸如第11A圖中硬質遮罩1171之對另一材料蝕刻有抗性之「阻隔層」可選地經沉積及利用微影術而經圖案化。阻隔層之形成可在一系列步驟中實施，該等步驟中沉積、曝露、顯影，及移除無用之阻隔材料。下文將相對於第11A圖中圖示的步驟1110而進一步描述此步驟。
返回參看方塊920，遮罩材料1080沉積及經圖案化在薄膜堆疊1008之一部分上。在第10A圖中，步驟1010圖示置於薄膜堆疊1008之頂表面1011上的遮罩材料1080。遮罩材料1080有上表面1088、底表面1089，及側表面1081。遮罩材料1080可為光抗蝕劑或其他適合的遮罩材料。遮罩材料1080之形成可在一系列步驟中實施，該等步驟中沉積、曝露，及移除無用之遮罩材料1080。
在方塊930中，薄膜堆疊1008被蝕刻掉一個位準。薄膜堆疊1008在第10B圖中圖示為在步驟1020中被蝕刻掉一層。應理解，該層及隨後針對方法1000所述的每一層均具有約20奈米至約1微米之間的一厚度或高度，如約200奈米。遮罩材料1080阻止薄膜堆疊1008之第一層部分1026被蝕刻。薄膜堆疊1008之頂表面1011在遮罩材料1080下保存，而薄膜堆疊1008之區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第二頂表面1021。
在方塊940中，遮罩材料1080之側面部分經側向修整蝕刻達所需距離。此修整蝕刻之所需距離可對應於側向台階尺寸，例如，第一層頂部部分1027。第10C圖圖示遮罩材料1080，該遮罩材料在步驟1030中，在側面1081上經修整以揭露複數個新側面，亦即第二側面1082。遮罩材料1080之修整使得遮罩材料之寬度較小，亦即第二側面1082之間的距離小於修整之前側表面1081到遮罩材料1080之間的原始距離。第二側面1082曝露第一層頂部部分1027，該部分不再被遮罩材料1080覆蓋。遮罩材料1080沿每一側面經修整達約20奈米至約1微米之間，如約200奈米。因而，使得第一層頂部部分1027處於約20奈米至約1微米之間，如約200奈米。或者，遮罩材料1080經選擇性修整蝕刻，例如進行定向蝕刻。
在方塊950中，在遮罩材料1080及光學材料（亦即薄膜堆疊1008）上實施第二垂直蝕刻，垂直蝕刻掉第二位準。第10D圖圖示在步驟1040中，薄膜堆疊1008再被蝕刻掉一層，以曝露第二層部分1036。遮罩材料1080阻止直接位於其下方的薄膜堆疊1008（亦即，被遮罩材料1080覆蓋的第一層部分1026及被第一層部分1026覆蓋的第二層部分1036）被蝕刻。薄膜堆疊1008之頂表面1011在遮罩材料1080下保存，而薄膜堆疊1008之區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第三頂表面1031，及第二層部分1036。此外，在經由第一層頂部部分1027蝕刻之同時，曝露第二層頂部部分1037。
在方塊955中，第二修整蝕刻經實施以形成所需第二側向台階尺寸。台階序列可反覆。在方塊960中，修整操作（方塊940）及蝕刻操作（方塊950）經反覆「N」次，以形成所需的台階結構，該結構在方塊915中未可選地由阻隔層阻隔。N是一整數，該整數對應於用於亞微米3D光學結構的位準數目。例如，亞微米3D光學結構可具有等於亞微米3D光學結構的位準數目的N。亞微米3D光學結構可具有4、8、16、32或更多位準。
在一個純說明性實例中，N等於3，對應於蝕刻及修整3個位準。在第10E圖中圖示的方塊1050中，遮罩材料1080在第二側面1082上經修整以揭露複數個新的層，亦即第三側面1083，進一步縮小遮罩材料1080之寬度。第三側面1083再次曝露第一層頂部部分1027，該部分不再被遮罩材料1080覆蓋。
在第10F圖中圖示的方塊1060中，薄膜堆疊1008進一步被蝕刻掉一層，以曝露第三層部分1046。遮罩材料1080阻止直接位於其下方的薄膜堆疊1008被蝕刻。薄膜堆疊1008之頂表面1011在遮罩材料1080下保存，而薄膜堆疊1008之區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第四頂表面1041及第三層部分1046之第三層頂部部分1047。
在方塊970中，遮罩材料1080從薄膜堆疊1008剝脫。若存在則亦剝脫該可選阻擋材料。在第10G圖中圖示的步驟1070中，遮罩材料1080經剝脫以揭露3D光學結構1099。第三層部分1046、第二層部分1036，及第一層部分1026之輪廓圍繞3D光學結構1099之中心而對稱。應理解，先前蝕刻及修整步驟可反覆任何次數，以在剝脫遮罩材料1080之前產生具有大量層之對稱3D結構，其中每一層具有約20奈米至約1微米之間的厚度或高度，如約200奈米。亦應理解，在台階壁上方需要垂直直壁時，可對一或更多個層跳過遮罩材料1080的側面修整。
在方塊980中，可選地增添遮罩材料以覆蓋已選台階區域，及將原始的阻隔區域蝕刻至較低台階位準。此操作針對下文第11D圖中圖示的方塊1140而描述。
返回參考方塊990，3D光學結構1099可選地用作一主材料以用於在光學材料或堆疊中壓印反轉形狀。3D光學結構1000經圖示為對稱，但可經由使用可選阻隔材料而包括台階結構。應理解，該等台階可為不規則的，如下文將相對於第12A圖至第13C圖而進一步論述。
如現將針對方法1100所揭示，第10A圖至第10G圖中揭示的方法1000之實施例可經進一步修改以產生一側、兩側或三側台階3D光學結構。第11A圖至第11E圖圖示一方法1100，該方法用於製造具有一或更多個台階側面的D光學結構1199。方法1100提供安置在基板1101上的薄膜堆疊1108。
在第11A圖中圖示的方塊1110中，硬質遮罩1171安置在薄膜堆疊1108之頂表面1102之一部分上。遮罩材料1180置於硬質遮罩1171之一部分及薄膜堆疊1108之頂表面1102上。在一個實施例中，硬質遮罩1171從半途起沿遮罩材料1180之底表面延伸。在另一實施例中，硬質遮罩1171僅在遮罩材料1180下方延伸。對於相對於上文第10A圖至第10G圖所揭示的遮罩材料1080而言，遮罩材料1180可為光阻劑及以類似方式操作。
在第11B圖中圖示的方塊1120中，遮罩材料1180經剝脫以揭露3D台階結構1181。在方塊1120之前，在第10A圖至第10G圖中圖示的一系列步驟中，蝕刻薄膜堆疊1120及修整遮罩材料1180。硬質遮罩1171阻止對下層薄膜堆疊1108的任何蝕刻。頂表面1102被蝕刻掉3層至第四頂表面1105。由於遮罩材料1180部分地安置於硬質遮罩1171上方，因此方法1000中圖示步驟僅生產一部分，亦即，3D台階結構1181，其中蝕刻製程被該硬質遮罩1171阻隔或阻止。3D台階結構1181具有第一台階1126、第二台階1136及第三台階1146。第一台階1126、第二台階1136及第三台階1146中之每一者具有約20奈米至約1微米之間的厚度，或高度，如約200奈米。此外，第一台階1126可從第二台階1136延伸，及第二台階1136可從第三台階1146延伸達一距離，該距離為約20奈米至約1微米之間，如約200奈米。
在第11C圖中圖示的方塊1130中，硬質遮罩1171從薄膜堆疊1108剝脫。硬質遮罩1171可被選擇性移除，留下頂表面1102、3D台階結構1181及第四頂表面1105，亦即，薄膜堆疊1108。
在第11D圖中圖示的方塊1140中，第二遮罩材料1190安置在3D台階結構1181及第四頂表面1105上。第二遮罩材料覆蓋3D台階結構1181之頂部。頂部可具有任何適合長度。在一個實施例中，頂部具有一個單位長度，此長度在約20奈米至約1微米之間，如約200奈米。
在第11E圖中圖示的方塊1150中，被第二遮罩材料1190曝露的頂表面1102經蝕刻至第四頂表面1105。第二遮罩材料1190經剝脫以揭露一側台階3D光學結構1199。一側台階3D光學結構1199可為菲涅耳透鏡或用於投射光之其他光學元件。或者，台階3D光學結構1199可在兩個或三個側面上具有3D台階結構1181。
第12A圖至第12C圖提供對於第10A圖至第10G圖之方法中形成之對稱3D光學結構之說明。例如，3D光學結構可具有側面，每一側面中形成有台階。3D光學結構台階之側面對應於遮罩寬度尺寸，及可藉由調整遮罩寬度而經調整。儘管第12A圖至第12C圖中僅圖示三個形狀，但應理解，3D結構的形狀可為具有任何數目之側面的多邊形。此外，應理解，側面斜率可藉由調整形成於側面上的台階的尺寸而變更。例如，高度（位準高度）比長度（寬度）更大之台階將與側壁形成更陡峭傾角。3D光學結構表示可形成於繞射光學元件上之光學結構中之一或更多者。
第12A圖圖示梯形稜柱1210。梯形稜柱1210是三維實體，該實體在前側1212及遠側（不可見）具有兩個相等梯形。梯形稜柱1210具有頂部1214、底部（不可見）、第一側面1211及第二側面1213，每一矩形形狀連接前側1212與遠側之對應側面。第一側面1211、第二側面1213、前側1212及遠側中之每一者可從底部傾斜至頂部1214，以使得底部平面面積大於頂部1214的平面面積。第一側面1211、第二側面1213、前側1212及遠側中之每一者的表面上可具有柵格，亦即，其表面上具有大量等距平行線或凹槽，該等柵格對應於每一側面之形成中的亞微米台階。例如，標註1218圖示前側1212上之第一表面1216上之柵格1217，及第一側面1211之表面1215上之柵格1217。
第12B圖圖示具有台階側面之正方形截錐體1220。方形截錐體1220是三維實體，該實體在前側1222、遠側（不可見）、第一側面1221及第二側面1223具有四個全等梯形。方形截錐體1220具有大體上平坦的頂部1224及底部（不可見），該頂部1224及底部中每一者連接前側1222、遠側、第一側面1211及第二側面1219之對應側面。第一側面1211、第二側面1223、前側1222及遠側中之每一者可從底部傾斜至頂部1224，以使得底部平面面積大於頂部1224的平面面積。第一側面1221、第二側面1223、前側1222及遠側中之每一者的表面上可具有柵格，亦即，大量等距平行線或凹槽，該等柵格對應於每一側面之形成中的亞微米台階。例如，標註1228圖示前側1222上之第一表面1226上之柵格1227，及第一側面1221之表面1225上之柵格1227。
第12C圖圖示具有台階側面的三角錐1230。三角錐1230是三維實體，該實體在其前側1232、遠側1233，及第一側面1231具有三個全等三角形。三角錐1220在頂部1281具有一頂點，及大體上平坦的底部（不可見），該頂部1281及底部中每一者連接前側1232、遠側1233，及第一側面1231之對應側面。第一側面1231、遠側1233及前側1232中之每一者可從底部傾斜至頂部1234，從而在頂部1234處形成頂點。第一側面1231、前側1232及遠側1233中之每一者的表面上可具有柵格，亦即，大量等距平行線或凹槽，該等柵格對應於每一側面之形成中的亞微米台階。例如，標註1238圖示前側1232上之第一表面1236上之柵格1237，及第一側面1231之表面上之柵格1237。
第13A圖至第13C圖提供對於第11A圖至第11E圖之方法中形成之具有一或更多個台階側面之3D光學結構之說明。例如，3D光學結構可僅有一側具有台階。或者，3D光學結構可具有兩個或甚至三個具有台階的側面。3D光學結構表示可形成於元表面上之光學結構中之一或更多者。3D光學結構之不存在該等台階之側面基本上可為平面及垂直的。儘管第3A圖至第3C圖中僅圖示三個形狀，但應理解，3D結構的形狀可為具有任何數目之側面的多邊形。
第13A圖圖示具有至少一個大體上平面的側面的梯形稜柱1310。梯形稜柱1310是三維實體，該實體在前側1312及遠側（未圖示）具有兩個全等梯形。梯形稜柱1310具有頂部1314、底部（未圖示）、第一側面1311及第二側面1319，每一者具有矩形形狀且連接前側1312與遠側之對應側面。第一側面1311、第二側面1319、前側1312及遠側中之一或更多者可從底部傾斜至頂部1314，以使得底部平面面積大於頂部1314的平面面積。第一側面1311、第二側面1319、前側1312及遠側中之一、二，或三者可具有對應於其形成中之亞微米台階的柵格。此外，第一側面1311、第二側面1319、前側1312及遠側中之一、二，或三者可大體上為平面且無柵格的，亦即其中並未形成結構。例如，標註1318圖示第一側面1311上之柵格1317，而前側1312及第二側面1319大體上為垂直且無柵格的。前側1312及第二側面1319可形成有阻隔材料，從而阻止蝕刻及柵格（亦即，台階）之形成。
第13B圖圖示具有至少一個大體上平面的側面的方形截錐體1320。方形截錐體1320是三維實體，該實體在前側1322、遠側（不可見）、第一側面1321及第二側面1323具有四個全等梯形。方形截錐體1320具有大體上平坦的頂部1324及底部（不可見），該頂部1324及底部中每一者連接前側1322、遠側、第一側面1321及第二側面1323之對應側面。第一側面1321、第二側面1323、前側1322及遠側中之每一者可從底部傾斜至頂部1324，以使得底部平面面積大於頂部1324的平面面積。第一側面1321、第二側面1323、前側1322及遠側中之一、二，或三者可具有對應於其形成中之亞微米台階的柵格。此外，第一側面1321、第二側面1323、前側1322及遠側中之一、二，或三者可大體上為平面且無柵格的，亦即其中並未形成結構。例如，標註部分1328圖示第一側面及遠側上之柵格1327，而前側1322及第二側面1323大體上為垂直且無柵格的。前側1322及第二側面1323可形成有阻隔材料，從而阻止蝕刻及柵格（亦即，台階）之形成。
第13C圖圖示具有至少一個大體上平面的側面的三角錐1330。三角錐1330是三維實體，該實體在其前側1332、遠側1333，及第一側面1331具有三個全等三角形。三角錐1330在頂部1381具有一頂點，及大體上平坦的底部（不可見），該頂部1381及底部中每一者連接前側1232、遠側1333，及第一側面1331之對應側面。第一側面1331、遠側1333，及前側1332中之每一者可從底部傾斜至頂部1334，從而在頂部1334處形成頂點。第一側面1331、遠側1333及前側1332中之一或兩者可具有對應於其形成中之亞微米台階的柵格。此外，第一側面1331、遠側1333及前側1332中一或兩者可大體上為平面且無柵格的，亦即其中並未形成結構。例如，標註1338圖示第一側面1311及遠側1333上之柵格1337，而前側1332大體上為垂直且無柵格的。前側1332可形成有阻隔材料，從而阻止蝕刻及柵格（亦即，台階）之形成。
第14圖圖示形成於繞射光學元件中之3D光學材料位準結構1400的另一實施例，該繞射光學元件藉由使用反覆塗覆及曝露技術而形成，3D光學材料位準結構1400中具有一間隙。3D功能性光學材料位準結構1400可具有安置在基板1401上之第一位準1410。可在微影術操作中圖案化及曝露第一位準1410。複數個第二位準特徵1420可形成於第一位準特徵1410之頂表面1411上。例如，抗蝕劑材料可旋塗至第一位準特徵1410上。可在微影術操作中曝露第二位準特徵1420，以形成第一曝露部分1422、未曝露抗蝕劑部分1423及第二曝露部分1422。第三位準1430可旋塗至第二位準特徵1420頂部。第三位準特徵可經圖案化及曝露以在其中形成曝露特徵1431。隨後，3D功能性光學材料位準結構1400可能經顯影以移除在微影術操作中未經圖案化及曝露的全部抗蝕劑，例如，未曝露抗蝕劑部分1423。所得結構可生成具有不同寬度之特徵，且該等特徵之間具有孔隙。例如，在未曝露抗蝕劑部分1423及第三位準特徵1431安置在第一曝露部分1422之第一上表面1426上及第二曝露部分1422之第二上表面1425上，或藉由該兩個上表面而懸掛之處，現存在孔隙（無材料）。該顯影製程生產一相干材料質量，及儘管本案已完成針對材料位準之論述，但個別位準不存在於最終的3D功能性光學材料位準結構1408中。此外，應理解，形成最終3D功能性光學材料位準結構1400之每一部分之尺寸（寬度、長度及高度）是完全可客製化的，及僅為旋塗在較低位準上之材料厚度及用於一或更多個微影術操作中之圖案中之特徵尺寸之函數。因而，可完全客製化之3D功能性光學材料位準結構1400可以亞微米尺度形成於繞射光學元件上。
第15A圖至第15I圖圖示用於藉由使用上文論述之修整蝕刻技術在基板1501上建置可完全客製之3D功能性光學材料位準結構1500的方法。該方法始於方塊1510，如第15A圖所示，其中待經圖案化為繞射光學元件的光學材料堆疊（亦即薄膜堆疊1508）沉積在基板1501上。基板1501可為單個光學材料或繞射光學元件。沉積材料可用以製造一主材料以用於形成3D光學結構，其中該主材料從最終3D光學結構轉置。薄膜堆疊1508可為用於在下方基板中形成特徵之抗蝕劑材料，或薄膜堆疊1508可為適用於形成3D功能性光學材料位準結構1500之複數個光學材料。
方塊1510額外包括遮罩材料1509，該遮罩材料1509經沉積在薄膜堆疊1508之頂表面1511上，並經圖案化。遮罩材料1509具有上表面1588、底表面1589、右側表面1581及左側表面1582。應理解，遮罩材料1509可為具有任何數目之側表面的任何形狀，且下文中之操作可在單個側表面中之一或更多者上實施。為簡便起見，以下論述將相對於右側表面1581及左側表面1582。此外，該論述應利用3D功能性光學材料位準結構1500之右側面1591及左側面1592。遮罩材料1509可為光抗蝕劑或其他適合的遮罩材料。遮罩材料1509之形成可在一系列步驟中實施，該等步驟中沉積、曝露，及移除無用之遮罩材料1509。
在第15B圖中圖示的方塊1520中，薄膜堆疊1508被蝕刻掉一個位準。應理解，該層及隨後針對上述方法所述的每一層均可具有約20奈米至約1微米之間的一厚度或高度，如約200奈米。遮罩材料1509阻止薄膜堆疊1508之第一層部分1526被蝕刻。薄膜堆疊1508之頂表面1511在遮罩材料1509下保存，而薄膜堆疊1508之其他區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第二頂表面1521。
在第15C圖中圖示的方塊1530中，遮罩材料1509之右側表面1581及左側表面1582經修整達一所需距離，亦即經側向蝕刻。此修整之所需距離可對應於側向台階尺寸，例如，第一層頂部部分1527。右側表面1581及左側表面1582被修整掉以揭露複數個新的側面，亦即第二左側面1584及第二右側面1583。遮罩材料1509的修整使得遮罩材料寬度變小，亦即，右側表面1581與左側表面1582之間距離大於遮罩材料1509在修整之前的第二右側表面1583與第二左側表面1584之間距離。第二右側表面1583與第二左側表面1584曝露第一層頂部部分1527，該部分不再被遮罩材料1509覆蓋。遮罩材料1509可沿每一側面經修整達約20奈米至約1微米之間，如約200奈米。此使得第一層頂部部分1527與遮罩材料1509之相應側面之間相距約20奈米至約1微米之間。或者，遮罩材料1509經選擇性修整蝕刻，例如進行定向蝕刻。
在第15D圖中圖示的方塊1540中，在光學材料（亦即，薄膜堆疊1508）上實施第二垂直蝕刻，垂直蝕刻掉第二位準。薄膜堆疊1508被蝕刻掉又一層，以在蝕刻穿過第一層頂部部分1527時曝露第二層部分1536及第二層頂部部分1537。遮罩材料1509阻止直接位於其下方的薄膜堆疊1508（亦即，被遮罩材料1509覆蓋的第一層部分1526及被第一層部分1526覆蓋的第二層部分1536）被蝕刻。薄膜堆疊1508之頂表面1511在遮罩材料1509下保存，而薄膜堆疊1508之其他的區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第三頂表面1031、第二層頂部部分1537，及第二層部分1536。
上述台階序列可反覆任何次數，以生產所需結構。例如，方塊1530中的修整操作及方塊1540中的蝕刻操作經反覆「N」次，以形成所需台階結構，該結構整體上安置有可選的平面剖面。N是一整數，該整數對應於用於亞微米3D光學結構的位準數目。例如，亞微米3D光學結構可具有等於亞微米3D光學結構的位準數目的N。亞微米3D光學結構可具有4、8、16、32或更多位準。
在一個純說明性實例中，N等於3，3對應於蝕刻及修整的3個位準。在第15E圖中圖示的方塊1550中，實施第三修整蝕刻以形成所需的第三側向台階尺寸。第三修整操作可為定向蝕刻操作，操作目標是遮罩材料1509之一或更多個特定側面。例如，定向蝕刻可修整第二右側面1583以揭露第三右側面1585，同時保留第二左側面1584完整。修整操作可再一次在右側面1591上揭露第一層頂部部分1527，同時保留左側面1592上的遮罩材料1509覆蓋第一層1526。
在第15F圖中圖示的方塊1560中，薄膜堆疊1508被蝕刻掉又一層以曝露第三層部分1546。遮罩材料1509阻止直接位於其下方的薄膜堆疊1508被蝕刻。薄膜堆疊1508之頂表面1511在遮罩材料1509下保存，而薄膜堆疊1508之區域被蝕刻掉以曝露新的一層，亦即第四頂表面1541及第三層部分1546之第三層頂部部分1547。左側面1592大體上從第三頂層部分1547起垂直向上，而右側面1591具有對應於第三層部分1546、第二層部分1536及第一層部分1526的一系列台階。
在第15G圖中圖示的方塊1570中，實施第四修整操作以形成所需的第四側向台階尺寸。第四修整操作是定向蝕刻操作，目標是第二左側面1584。遮罩材料1509的第二左側面1584經修整至新的第三左側面1586，同時第三右側面1585保留完整。修整操作可再一次在右側面1591上揭露第一層頂部部分1527，同時保留左側面1592上的遮罩材料1509覆蓋第一層1526。
在第15H圖中圖示的方塊1580中，薄膜堆疊1508又被蝕刻掉一層，以曝露第四層部分1556。遮罩材料1509阻止直接位於其下方的薄膜堆疊1508被蝕刻。薄膜堆疊1508之頂表面1511在遮罩材料1509下保存，而薄膜堆疊1508之區域被蝕刻掉以曝露新的第五頂表面1551及第四層部分1556之第四層頂部部分1557。左側面1592現在具有從第二頂層部分1537起的單個台階，而右側面1591具有對應於第四層部分1556、第三層部分1546、第二層部分1536及第一層部分1526的一系列台階。
在第15I圖中圖示的方塊1590中，遮罩材料1509從薄膜堆疊1508剝脫以揭露3D光學結構1500。第四層部分1556、第三層部分1546、第二層部分1536，及第一層部分1526之輪廓圍繞3D光學結構1500之中心為非對稱的。應理解，先前蝕刻及修整步驟可反覆任何次數，以在剝脫遮罩材料1509之前產生具有大量層之非對稱3D結構，其中每一層具有約20奈米至約1微米之間的厚度或高度，如約200奈米。亦應理解，在台階壁上方需要筆直垂直壁時，一或更多個層可視情況跳過遮罩材料1509之側面修整。
現將同時論述第16圖及第7A圖至第7J圖。第16圖圖示用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構的方法1600。第7A圖至第7J圖可用以圖示第16圖之用於在基板上藉由使用反覆塗覆及曝露技術的第二實施例來建置3D功能性光學材料位準結構的該方法1600。
在第7A圖中圖示的方塊1605中，準備一光學基板以用於在基板上藉由使用反覆的塗覆及曝露技術的第二實施例來建置3D功能性光學材料位準結構。基板701上可生長有SiO2 層，例如藉由熱氧化生長而形成。該技術迫使氧化劑在高溫下擴散至基板內，並與基板反應。SiO2 層可生長至約100奈米。
在第7B圖中圖示的方塊1610中，可堆疊光學材料711或主材料是對光學或其他輻射較敏感之抗蝕劑材料，該光學材料經沉積在基板701上。可堆疊光學材料711可藉由任何適合之技術沉積、旋塗或置於基板701上。在一個實施例中，可堆疊光學材料711旋塗至基板701上。可堆疊光學材料711及下文針對第7A圖至第7J圖所述的每一層均可具有約20奈米至約1微米之間的一厚度或高度，如約200奈米。
在第7C圖中圖示的方塊1615中，可堆疊光學材料711經曝露以在該材料中形成圖案。該圖案經設計以生產經設計的多位準光學結構之第一位準，或者該圖案在壓印之情況下，為將用於多個光學結構的製造的主材料提供反轉圖案。
在第7C圖中圖示的方塊1620中，可選地烘焙可堆疊光學材料711。曝露及焙烘製程719使得可堆疊光學材料711在經由遮罩而曝露及隨後經烘焙的位置中形成複數個第一固化材料716。
在第7D圖中圖示的方塊1625中，第二層光學材料721經沉積在可堆疊光學材料711上，包括第一固化材料716。第二層光學材料721可旋塗至可堆疊光學材料711上，或藉由其他適合之技術而形成。
在第7E圖中圖示的方塊1630中，第二層光學材料721經曝露以在該材料中形成圖案。該圖案經設計以生產多位準光學結構之第二位準，或者該圖案在壓印之情況下，為將用於多個光學結構的製造的主材料提供第二位準以構建反轉圖案。
在第7E圖中圖示的方塊1635中，可選地烘焙第二層光學材料721。曝露及焙烘製程729使得第二層光學材料721在經由遮罩而曝露及隨後經烘焙的位置中形成複數個第二固化材料726。
在方塊1640中，步驟1625用於在下層上沉積光學材料，步驟1630用於曝露光學材料以在材料中形成圖案，及步驟1635用於可選地烘焙圖案化光學材料，針對N個位準反覆上述步驟，以生產多位準3D功能性光學材料位準結構。3D功能性光學材料位準結構具有N個位準，如4個位準、8個位準、16個位準、32個位準，或更多位準。
在第7J圖中圖示的方塊1645中，同時顯影N層上的具有N個圖案之曝露及固化區域。顯影從3D功能性光學材料位準結構或主材料上移除未圖案化材料。顯影之3D結構，或主材料，是由留在基板701上的固化材料層形成的。
在方塊1650中，在上述顯影步驟中留下的主材料用於在光學材料或堆疊中壓印反轉形狀。因而，光學材料可反覆地及精確地用以形成複數個3D功能性光學材料位準結構。
有利地，上述方法提供減少了用於建置亞微米元件的步驟的技術。該等技術需要更少操作（如平坦化），從而節約原材料、機器運行成本及時間。3D光學元件可為對稱或不對稱的，且由某種單元形成，該等單元在諸如X、Y，及Z向之每一坐標方向上具有約20奈米至約1微米之間的尺寸，如約200奈米。因此，製造小3D光學元件，小到足以用於自小元件產生高解析度全息影像。
除上述實例之外，一些額外非限制性實例可描述如下： 實例1.1 一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米不對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在基板之頂表面上形成複數個深度小於1微米的第一功能性材料位準； 處理第一功能性材料位準之第一第一外表面，該第一外表面具有第一頂表面； 僅在第一功能性材料位準中之一或更多者的第一頂表面上形成複數個深度小於1微米的第二功能性材料位準； 處理第二功能性材料位準之第二外表面，該第二外表面具有第二頂表面；及 僅在第二功能性材料位準中之一或更多者的第二頂表面上形成複數個深度小於1微米的第三功能性材料位準。 實例1.2 實例1.1中之方法，其中形成第一功能性材料位準可能未在第一功能性材料位準上形成有第二第三功能性材料位準。 實例1.3 實例1.2中之方法，其中第一、第二及第三功能性材料位準在基板上產生具有各種高度的柱體。 實例1.4 實例1.2中之方法，其中第二第三功能性材料位準及第三功能性材料並非直接形成在基板頂表面上。 實例1.5 實例1.1中之方法，其中第一、第二及第三功能性材料位準中每一者的深度為約200奈米。 實例1.6 實例1.1中之方法，其中處理第一及第二功能性材料位準進一步包含以下各者中至少一者： 形成原子沉積層； 摻雜或離子佈植；及 輻射硬化。 實例1.7 實例1.6中之方法，其中處理第一及第二功能性材料位準分別改變第一外表面及第二外表面之組成，以使得覆蓋在第一外表面及第二外表面上的功能性材料位準之溶劑或其他化學品不會侵蝕第一及第二功能性材料位準。 實例1.8 實例1.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該亞微米不對稱3D光學材料結構的反轉形狀。 實例2.1 一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米不對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在基板之頂表面上形成深度小於1微米的第一功能性材料位準； 浸漬該第一功能性材料位準以形成第一處理功能性材料位準，該第一處理功能性材料位準具有第一頂表面； 僅在第一處理功能性材料位準中之一或更多者的第一頂表面上形成深度小於1微米的第二功能性材料位準； 浸漬第二功能性材料位準以形成第二處理功能性材料位準，該第二處理功能性材料位準具有第二頂表面；及 僅在第二處理功能性材料位準中之一或更多者的第二頂表面上形成深度小於1微米的第三功能性材料位準。 實例2.2 實例2.1中之方法，其中第一功能性材料位準上可能未形成有第二第三功能性材料位準。 實例2.3 實例2.2中之方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料位準在基板上產生具有各種高度的柱體。 實例2.4 實例2.2中之方法，其中第二第三功能性材料位準及第三功能性材料並非直接形成在基板頂表面上。 實例2.5 實例2.1中之方法，其中浸漬第一及第二功能性材料位準進一步包含： 烘焙或電子伏特佈植以改變第一、第二及第三功能性材料位準之結構。 實例2.6 實例2.5中之方法，其中浸漬第一及第二功能性材料位準的處理將第一及第二功能性材料位準之結構改變至更強健的材料，該材料對可安置在其上的後續層大體上呈化學惰性。 實例2.7 實例2.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該亞微米不對稱3D光學材料結構的反轉形狀。 實例3.1 一種用於在未經平坦化之基板上形成亞微米不對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在基板之頂表面上形成深度小於1微米的第一功能性材料位準，該第一功能性材料位準具有第一頂表面且具有第一材料； 在第一功能性材料位準之第一頂表面上形成深度小於1微米的第二功能性材料位準，該第二功能性材料位準具有第二頂表面及具有第二材料，該第二材料具有可相容性以用於堆疊在第一材料上；及 在第二功能性材料位準之第二頂表面上形成深度小於1微米的第三功能性材料位準，該第三功能性材料位準具有第一材料，該第一材料具有相容性以用於堆疊在第二材料上。 實例3.2 實例3.1中之方法，其中第一功能性材料位準上可能未形成有第二第三功能性材料位準。 實例3.3 實例3.2中之方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料位準在基板上產生具有各種高度的柱體。 實例3.4 實例3.2中之方法，其中第二第三功能性材料位準及第三功能性材料並非直接形成在基板頂表面上。 實例3.5 實例3.1中之方法，其中第一功能性材料位準可為基於溶膠-凝膠之材料及第二功能性材料位準可為基於聚合物之材料。 實例3.6 實例3.5中之方法，其中該第三功能性材料基於溶膠-凝膠之材料。 實例3.7 實例3.1中之方法，其中第一功能性材料、第二功能性材料及第三功能性材料具有約20奈米至約1微米之間的高度。 實例3.8 實例3.7中之方法，其中高度為約200奈米。 實例3.9 實例3.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該亞微米不對稱3D光學材料結構的反轉形狀。 實例4.1 一種用於在未經平坦化之基板上利用溶膠-凝膠形成亞微米不對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在基板之頂表面上形成深度小於1微米的第一功能性材料位準，該第一功能性材料位準具有第一頂表面且具有溶膠-凝膠材料； 在第一功能性材料位準之第一頂表面上形成深度小於1微米的第二功能性材料位準，該第二功能性材料位準具有第二頂表面及具有溶膠-凝膠材料；及 在第二功能性材料位準之第二頂表面上形成深度小於1微米的第三功能性材料位準，該第三功能性材料位準具有溶膠-凝膠材料。 實例4.2 實例4.1中之方法，進一步包含： 固化第一功能性材料位準之溶膠-凝膠材料以形成相容性聚合物，該相容性聚合物十分強健，足以允許第二功能性材料位準之膠狀溶液置於其上。 實例4.3 實例4.2中之方法，其中相容性聚合物是SiOx 。 實例4.4 實例4.1中之方法，其中形成第一功能性材料位準包含： 藉由旋塗沉積溶膠-凝膠材料。 實例4.4 實例4.1中之方法，其中第一功能性材料、第二功能性材料及第三功能性材料具有約20奈米至約1微米之間的高度。 實例4.5 實例4.4中之方法，其中高度為約200奈米。 實例4.6 實例4.1中之方法，其中第一功能性材料位準上可能未形成有第二第三功能性材料位準。 實例4.7 實例4.6中之方法，其中形成第一、第二及第三功能性材料位準在基板上產生具有各種高度的柱體。 實例4.8 實例4.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該亞微米不對稱3D光學材料結構的反轉形狀。 實例5.1 一種用於在未經平坦化之基板上安置的薄膜堆疊內形成亞微米對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在薄膜堆疊之頂表面上形成遮罩材料，該遮罩材料具有複數個側面； 蝕刻薄膜堆疊之頂表面達小於1微米之深度，從而揭露第二頂表面，及在遮罩材料下形成第一材料位準； 修整遮罩材料之側面達小於1微米，以揭露遮罩材料之第二側表面及第一材料位準之第一上表面； 蝕刻薄膜堆疊之第二頂表面及第一材料位準之第一上表面達小於1微米之深度，從而在第一材料位準下形成第二材料位準及揭露薄膜堆疊之第三頂表面及第二材料位準之第二上表面； 修整遮罩材料之第二側面達小於1微米，以揭露遮罩材料之第三側表面及第一材料位準之第一上表面； 蝕刻薄膜堆疊之第三頂表面，第一材料位準之第一上表面，及第二材料位準之第二上表面全部達小於1微米之深度，從而在第二材料位準下形成第三材料位準及揭露薄膜堆疊之第四頂表面及第三材料位準之第三上表面；及 從薄膜堆疊剝脫遮罩材料以揭露台階3D光學材料結構。 實例5.2 實例5.1中之方法，其中蝕刻深度為約200奈米。 實例5.3 實例5.1中之方法，其中修整遮罩材料的第二側面達所需距離，該距離對應於側向台階尺寸。 實例5.4 實例5.3中之方法，其中側向台階尺寸大體上類似於深度。 實例5.5 實例5.3中之方法，進一步包含：定向蝕刻遮罩材料。 實例5.6 實例5.1中之方法，其中第二頂表面比第三頂表面更靠近遮罩材料。 實例5.7 實例5.1中之方法，進一步包含： 沉積阻隔層，該阻隔層對另一材料之蝕刻具有抗性；及 利用微影術圖案化該阻隔層。 實例5.8 實例5.7中之方法，其中，回應於對阻隔材料之圖案化，該方法進一步包含： 阻隔層顯影，及移除未圖案化材料。 實例5.9 實例5.7中之方法，進一步包含：剝脫阻隔層。 實例5.10 實例5.1中之方法，進一步包含： 在一或更多個蝕刻操作中跳過對遮罩材料之側面的修整。 實例5.11 實例5.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該台階3D光學材料結構的反轉形狀。 實例6.1 一種用於在未經平坦化之基板上安置的薄膜堆疊內形成亞微米單側對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含： 在薄膜堆疊之頂表面上形成硬質遮罩； 在薄膜堆疊之頂表面的一部分上及硬質遮罩的一部分上形成遮罩材料，該遮罩材料具有複數個側面； 蝕刻薄膜堆疊之頂表面達小於1微米之深度，從而揭露第二頂表面，及在遮罩材料下形成第一材料位準； 修整遮罩材料之側面達小於1微米，以揭露遮罩材料之第二側表面及第一材料位準之第一上表面； 蝕刻薄膜堆疊之第二頂表面及第一材料位準之第一上表面達小於1微米之深度，從而在第一材料位準下形成第二材料位準及揭露薄膜堆疊之第三頂表面及第二材料位準之第二上表面； 修整遮罩材料之第二側面達小於1微米，以揭露遮罩材料之第三側表面及第一材料位準之第一上表面； 蝕刻薄膜堆疊之第三頂表面，第一材料位準之第一上表面，及第二材料位準之第二上表面全部達小於1微米之深度，從而在第二材料位準下形成第三材料位準及揭露薄膜堆疊之第四頂表面及第三材料位準之第三上表面；及 從薄膜堆疊剝脫遮罩材料以揭露亞微米對稱3D光學材料結構。 實例6.2 實例6.1中之方法，進一步包含： 移除硬質遮罩； 形成第二遮罩材料、台階3D光學材料結構，及薄膜堆疊之第四頂表面； 蝕刻薄膜堆疊之頂表面至第四頂表面之深度；及 從薄膜堆疊剝脫第二遮罩材料以揭露一亞微米單側對稱3D光學材料結構。 實例6.3 實例6.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該單側對稱3D光學材料結構的反轉形狀。 實例6.4 實例6.1中之方法，其中蝕刻深度為約200奈米。 實例6.5 實例6.1中之方法，其中修整遮罩材料之第二側面達所需距離，該距離對應於側向台階尺寸。 實例6.6 實例6.5中之方法，其中側向台階尺寸大體上類似於深度。 實例6.7 實例6.5中之方法，進一步包含： 定向蝕刻遮罩材料。 實例6.8 實例6.1中之方法，其中第二頂表面比第三頂表面更靠近遮罩材料。 實例6.9 實例6.1中之方法，進一步包含： 在一或更多個蝕刻操作中跳過對遮罩材料之側面的修整。 實例6.10 實例6.1中之方法，進一步包含： 在光學材料或堆疊中壓印該3D光學材料結構的反轉形狀。 實例7.1 一種在繞射光學元件上之亞微米3D光學材料結構，該3D光學材料結構包含： 具有頂表面之基板； 形成於基板頂表面的第一材料位準，其中該第一材料位準具有第一頂表面及包含： 複數個第一單片材料，每一第一單片材料具有全部小於約1微米的高度、寬度及長度； 形成於第一材料位準之第一頂表面上的第二材料位準，其中該第二材料位準具有第二頂表面及包含： 複數個第二單片材料，其中每一第二單片材料安置在第一單片材料中之一者上，及每一第二單片材料具有第二高度、第二寬度及第二長度，上述高度、寬度及長度大體上類似於第一單片材料之高度、寬度及長度；及 形成於第二材料位準之第二頂表面上的第三材料位準，其中該第三材料位準包含： 複數個第三單片材料，其中每一第三單片材料安置在第二單片材料中之一者上，及每一第三單片材料具有第三高度、第三寬度及第三長度，上述高度、寬度及長度大體上類似於第二單片材料之高度、寬度及長度。 實例7.2 實例7.1中之3D光學材料結構，其中第一材料位準進一步包含： 複數個第一通孔，其中第一通孔不含複數個第一單片中任一者。 實例7.3 實例7.2中之3D光學材料結構，其中複數個第一通孔中之每一通孔的尺寸大體上類似於第一單片的尺寸。 實例7.4 實例7.2中之3D光學材料結構，其中每一第二單片安置在第一單片上，而非複數個第一通孔中任一者上或任一者中。 實例7.5 實例7.2中之3D光學材料結構，其中第二材料位準進一步包含： 複數個第二通孔，其中第二通孔不含第二複數個單片中任一者，及安置在複數個第一通孔上。 實例7.6 實例7.5中之3D光學材料結構，其中複數個第二通孔之一或更多者額外安置在第一單片之一或更多者上。 實例7.7 實例7.6中之3D光學材料結構，其中大量層經堆疊以形成3D光學材料結構，該結構具有四(4)、八(8)、十六(16)、三十二(32)或更多層材料。 實例8.1 一種在繞射光學元件上之亞微米3D光學材料結構，該3D光學材料結構包含： 具有頂表面之基板； 薄膜堆疊，安置在具有上表面的基板頂表面上； 形成於薄膜堆疊上表面上的第一材料位準，該第一材料位準具有第一寬度及第一上表面； 形成於第一材料位準的第一上表面上的第二材料位準，該第二材料位準具有第二寬度及第二上表面；及 形成於第二材料位準之第二上表面上的第三材料位準，該第三材料位準具有第三寬度，其中第一寬度大於第二寬度，該第二寬度大於第三寬度，及其中第一寬度、第二寬度及第三寬度形成圍繞3D光學材料結構之中心為對稱的輪廓。 實例8.2 實例8.1中之3D光學材料結構，其中第一材料位準、第二材料位準及第三材料位準之深度在約20奈米至約1微米之間。 實例8.3 實例8.1中之3D光學材料結構，其中第一材料位準、第二材料位準及第三材料位準之深度為約200奈米。 實例8.3 實例8.1中之3D光學材料結構，進一步包含： 第二材料位準中不含材料之孔隙，該第二材料位準安置在第一材料位準上，及其中當第三材料位準安置在孔隙頂部時，該第三材料位準跨過該孔隙。 實例8.4 實例8.1中之3D光學材料結構，其中形成3D光學材料結構之每一材料位準的寬度、長度及高度之尺寸是旋塗在第一、第二及第三材料位準上的材料厚度及一或更多個微影術操作中所用圖案中的特徵尺寸的函數。 實例8.5 實例8.1中之3D光學材料結構，進一步包含： 一阻隔層，安置在第一、第二及第三材料位準中之一或更多者上，該阻隔層經配置以阻止後續材料位準在阻隔層上方的形成。 實例9.1 一種製造亞微米3D光學繞射光學元件之方法，該方法包含： A)在基板上沉積光學材料堆疊，該堆疊將經圖案化為繞射光學元件； B)在材料堆疊之一部分上沉積及圖案化遮罩材料； C)將材料堆疊蝕刻掉一個位準； D)側向及定向蝕刻遮罩材料的一或更多個側面部分達一所需距離； E)垂直地蝕刻材料堆疊至第二位準； F)反覆D及E；及 G)剝脫遮罩材料。 實例9.2 實例9.1之方法，進一步包含： 沉積阻隔層，該阻隔層對另一材料之蝕刻有抗性，並利用微影術圖案化至一阻隔區域；及 增添遮罩材料，該遮罩材料覆蓋已選台階區域，及將原始的阻隔區域蝕刻至較低台階位準。
儘管前述內容係針對本發明實施例，但可在不違背本發明實施例的基本範疇的情況下設想本發明的其他及更多實施例，請求項16所述之實施例如第16圖中所圖示，本發明範疇由以下申請專利範圍決定。
100:半導體處理設備 110:塗覆工具 120:曝光工具 130:烘焙/固化工具 140:顯影工具 201:基板 202:頂表面 210:第一功能性材料位準 211:第一功能性材料位準 212:第一頂表面 213:第一外表面 215:第一底表面 220:方塊 221:第一表面處理 230:方塊 231:第二功能性材料位準 232:第二頂表面 233:第二外表面 235:第二底表面 240:方塊 241:第二表面處理 250:方塊 251:第三功能性材料位準 252:第三頂表面 253:第三外表面 255:第三底表面 260:方塊 261:第三表面處理 301:基板 302:頂表面 310:方塊 311:第一功能性材料位準 312:第一頂表面 313:外表面 315:第一底表面 320:方塊 321:第一處理功能性材料位準 330:方塊 331:第二功能性材料位準 333:第二外表面 335:第二底表面 340:方塊 341:第二處理功能性材料位準 350:方塊 351:第三功能性材料位準 360:方塊 361:第三處理功能性材料位準 400:第三方法 401:基板 402:頂表面 410:方塊 411:第一功能性材料位準 412:第一頂表面 413:外表面 415:第一底表面 420:方塊 421:第二功能性材料位準 422:第二頂表面 423:外表面 425:第二底表面 430:方塊 431:第三功能性材料位準 501:基板 502:頂表面 510:方塊 511:第一功能性材料位準 512:第一頂表面 513:外表面 515:第一底表面 520:方塊 521:第二功能性材料位準 523:外表面 525:第二底表面 530:方塊 531:第三功能性材料位準 600:第五方法 610,620,630,640,650,660,670,680:方塊 701:基板 705:步驟 710:方塊 711:第一抗蝕劑層 715:方塊 716:第一固化材料位準 719:曝露及焙烘製程 720:方塊 721:第二抗蝕劑層 725:方塊 726:第二固化材料位準 729:曝露及焙烘製程 730:方塊 731:第三抗蝕劑層 735:方塊 736:第三固化材料 739:曝露及焙烘製程 740:方塊 741:第四抗蝕劑層 745:方塊 746:第四固化材料 750:方塊 751:孔隙 800:3D功能性光學材料位準結構 801:基板 802:孔隙 808:材料 810:方塊 811:第一層 820:方塊 821:第二層 822:孔隙 828:材料 830:方塊 831:第三層 832:孔隙 838:材料 840:方塊 841:第四層 850:步驟 860:方塊 871:第七層 891:Y轴 892:X軸 893:單片 900:方法 910,915,920,930,940,950,955,960,970,980,990:方塊 1000:3D光學結構 1001:基板 1008:薄膜堆疊 1010:步驟 1011:頂表面 1020:步驟 1021:第二頂表面 1026:第一層部分 1027:第一層頂部部分 1030:步驟 1031:第三頂表面 1036:第二層部分 1037:第二層頂部部分 1040:步驟 1041:第四頂表面 1046:第三層部分 1047:第三層頂部部分 1050,1060,1070:方塊 1080:遮罩材料 1081:側表面 1082:第二側面 1083:第三側面 1088:上表面 1089:底表面 1100:方法 1101:基板 1102:頂表面 1105:第四頂表面 1108:薄膜堆疊 1110:方塊 1120:方塊 1126:第一階級 1130:方塊 1136:第二階級 1140:方塊 1146:第三階級 1150:方塊 1171:硬質遮罩 1180:遮罩材料 1181:3D階級結構 1190:第二遮罩材料 1199:階級3D光學結構 1210:梯形稜柱 1211:第一側面 1212:前側 1213:第二側面 1214:頂部 1215:表面 1216:第一表面 1217:柵格 1218:表示法 1220:方形截錐體 1221:第一側面 1222:前側 1223:第二側面 1224:頂部 1226:第一表面 1227:柵格 1228:表示法 1230:三稜錐體 1231:第一側面 1232:前側 1233:遠側 1236:第一表面 1237:柵格 1238:表示法/頂部 1281:頂部 1310:梯形稜柱 1311:第一側面 1312:前側 1314:頂部 1317:柵格 1318:表示法 1319:第二側面 1320:方形截錐體 1321:第一側面 1322:前側 1323:第二側面 1324:頂部 1327:柵格 1328:表示法部分 1330:三稜錐體 1331:第一側面 1332:前側 1333:遠側 1337:柵格 1338:表示法 1381:頂部 1400:3D光學材料位準結構 1401:基板 1410:第一位準 1411:頂表面 1420:第二位準特徵 1422:第一曝露部分 1423:非曝露抗蝕劑部分 1425:第二上表面 1426:第一上表面 1430:第三位準 1431:第三位準特徵 1500:3D功能性光學材料位準結構 1501:基板 1508:薄膜堆疊 1509:遮罩材料 1510:方塊 1511:頂表面 1520:方塊 1521:第二頂表面 1526:第一層部分 1527:第一層頂部部分 1530:方塊 1536:第二層部分部分 1537:第二層頂部部分 1540:方塊 1541:第四頂表面 1546:第三層部分 1547:第三頂層部分 1551:第五頂表面 1556:第四層部分 1557:第四層頂部部分 1560,1570,1580:方塊 1581:右側表面 1582:左側表面 1583:第二右側表面 1584:第二左側表面 1585:第三右側面 1586:第三左側面 1588:上表面 1589:底表面 1590:方塊 1591:右側面 1592:左側面 1600:方法 1605,1610,1615,1620,1625,1630,1635,1640,1645,1650:方塊
為可實現及可詳細理解本案實施例之上述特徵，可藉由參考本案實施例對上文簡述的本發明進行更特定的描述，該等實施例在附圖中圖示。
第1圖圖示一組半導體處理設備，該設備適合於在基板上建置3D功能性光學材料堆疊結構。
第2A圖至第2F圖圖示一第一方法，該方法用於藉由使用表面處理技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。
第3A圖至第3F圖圖示一第二方法，該方法用於藉由使用材料浸漬技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。
第4A圖至第4C圖圖示一第三方法，該方法用於藉由使用交替材料對技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。
第5A圖至第5C圖圖示一第四方法，該方法用於藉由使用溶膠-凝膠技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。
第6圖圖示一第五方法，該方法用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構。
第7A圖至第7J圖圖示第6圖之該第五方法，該方法用於藉由使用反覆塗覆及曝露技術在基板上建置3D功能性光學材料位準結構。
第8A圖至第8E圖提供針對在基板上構建3D功能性光學材料位準結構的說明。
第9圖圖示用於在未經平坦化之基板上形成亞微米3D光學材料結構的方法。
第10A圖至第10G圖圖示第9圖之方法，該方法用於製造對稱3D光學結構。
第11A圖至第11E圖圖示用於製造具有一或更多個側面的台階3D光學結構的方法。
第12A圖至第12C圖提供對於第10A圖至第10G圖之方法中形成之對稱3D光學結構之說明。
第13A圖至第13C圖提供對於第11A圖至第11E圖之方法中形成的具有一或更多個台階側面之3D光學結構之說明。
第14圖圖示形成於繞射光學元件中之3D光學材料位準結構的另一實施例，該繞射光學元件藉由使用反覆塗覆及曝露技術而形成，3D光學材料位準結構中具有一間隙。
第15A圖至第15I圖圖示用於藉由使用修整蝕刻技術在基板上建置可完全客製之3D功能性光學材料位準結構的方法。
第16圖圖示用於在基板上藉由使用如第7A圖至第7J圖中所示的反覆塗覆及曝露技術而形成亞微米3D光學材料結構的方法。
為利於理解該等實施例，已儘可能使用相同元件符號來指定圖式共用的相同元件。設想一個實施例的元件及特徵可以有利方式併入其他實施例，無需進一步詳述。
然而，應注意，附圖僅圖示示例性實施例，因此不視為限制本發明範疇，因為本發明可認可其他同等有效的實施例。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
900:方法
910,915,920,930,940,950,955,960,970,980,990:方塊

Claims (26)

  1. 一種用於在一未經平坦化之基板上利用溶膠-凝膠形成一亞微米不對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含以下步驟： 在一基板之一頂表面上形成一深度小於1微米的一第一功能性材料位準，該第一功能性材料位準具有一第一頂表面且具有一溶膠-凝膠材料； 在該第一功能性材料位準之該第一頂表面上形成一深度小於1微米的一第二功能性材料位準，該第二功能性材料位準具有一第二頂表面且具有該溶膠-凝膠材料；及 在該第二功能性材料位準之該第二頂表面上形成一深度小於1微米的一第三功能性材料位準，該第三功能性材料位準具有該溶膠-凝膠材料。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含： 固化該第一功能性材料位準之該溶膠-凝膠材料以形成一相容性聚合物，該相容性聚合物強健至足以允許該第二功能性材料位準之膠狀溶液置於該相容性聚合物上。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該相容性聚合物是SiOx 。
  4. 如請求項1所述之方法，其中形成一第一功能性材料位準包含： 藉由旋塗沉積該溶膠-凝膠材料。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該第一功能性材料、該第二功能性材料及該第三功能性材料具有約20奈米至約1微米之間的一高度。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該高度為約200奈米。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一功能性材料位準上可能未形成有一第二第三功能性材料位準。
  8. 如請求項7所述之方法，其中形成該第一、第二及第三功能性材料位準在該基板上產生具有各種高度的多個柱體。
  9. 如請求項1所述之方法，進一步包含： 在一光學材料或堆疊中壓印該亞微米不對稱3D光學材料結構的反轉形狀。
  10. 一種用於在一未經平坦化之基板上安置的一薄膜堆疊內形成一亞微米對稱3D光學材料結構的方法，該方法包含以下步驟： 在該薄膜堆疊之一頂表面上形成一遮罩材料，該遮罩材料具有複數個側面； 蝕刻該薄膜堆疊之該頂表面達小於1微米之一深度，從而揭露一第二頂表面，及在該遮罩材料下形成一第一材料位準： 修整該遮罩材料之該等側面達小於1微米，以揭露該遮罩材料之一第二側表面及該第一材料位準之一第一上表面； 蝕刻該薄膜堆疊之該第二頂表面及該第一材料位準之該第一上表面達小於1微米之一深度，從而在該第一材料位準下形成一第二材料位準及揭露該薄膜堆疊之一第三頂表面及該第二材料位準之一第二上表面； 修整該遮罩材料之該第二側面達小於1微米，以揭露該遮罩材料之一第三側表面及該第一材料位準之該第一上表面； 蝕刻該薄膜堆疊之該第三頂表面、該第一材料位準之該第一上表面、及該第二材料位準之該第二上表面全部達小於1微米之一深度，從而在該第二材料位準下形成一第三材料位準及揭露該薄膜堆疊之一第四頂表面及該第三材料位準之一第三上表面；及 從該薄膜堆疊剝脫該遮罩材料以揭露一台階3D光學材料結構。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該蝕刻深度為約200奈米。
  12. 如請求項10所述之方法，其中修整該遮罩材料的該第二側面達一所需距離，該所需距離對應於一側向台階尺寸。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該側向台階尺寸大體上類似於該深度。
  14. 如請求項12所述之方法，進一步包含： 定向蝕刻該遮罩材料。
  15. 如請求項10所述之方法，其中該第二頂表面比該第三頂表面更靠近該遮罩材料。
  16. 如請求項10所述之方法，進一步包含： 沉積一阻隔層，該阻隔層對另一材料之蝕刻具有抗性；及 利用微影術圖案化該阻隔層。
  17. 如請求項16所述之方法，其中回應於對該阻隔材料之圖案化，該方法進一步包含： 顯影該阻隔層，及移除未圖案化材料。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包含： 剝脫該阻隔層。
  19. 如請求項10所述之方法，進一步包含： 在一或更多個蝕刻操作中跳過對該遮罩材料之該等側面的修整。
  20. 如請求項10所述之方法，進一步包含： 在一光學材料或堆疊中壓印該台階3D光學材料結構的反轉形狀。
  21. 一種在一繞射光學元件上之亞微米3D光學材料結構，該3D光學材料結構包含： 一基板，具有一頂表面； 一薄膜堆疊，安置在該基板的該頂表面上，該薄膜堆疊具有一上表面； 一第一材料位準，形成於該薄膜堆疊的該上表面上，該第一材料位準具有一第一寬度及一第一上表面； 一第二材料位準，形成於該第一材料位準的該第一上表面上，該第二材料位準具有一第二寬度及一第二上表面；及 一第三材料位準，形成於該第二材料位準之該第二上表面上，該第三材料位準具有一第三寬度，其中該第一寬度大於該第二寬度，該第二寬度大於該第三寬度，及其中該第一寬度、該第二寬度及該第三寬度形成圍繞該3D光學材料結構之一中心為對稱的一輪廓。
  22. 如請求項21所述之3D光學材料結構，其中該第一材料位準、該第二材料位準及該第三材料位準之一深度在約20奈米至約1微米之間。
  23. 如請求項21所述之3D光學材料結構，其中該第一材料位準、該第二材料位準及該第三材料位準之一深度為約200奈米。
  24. 如請求項21所述之3D光學材料結構，進一步包含： 在該第二材料位準中不含材料之一孔隙，該孔隙安置在第一材料位準上，及其中當第三材料位準安置在該孔隙的頂部時，該第三材料位準跨過該孔隙。
  25. 如請求項21所述之3D光學材料結構，其中形成該3D光學材料結構之每一材料位準的一寬度、長度及高度之一尺寸是旋塗在該第一、第二及第三材料位準上的材料厚度及一或更多個微影術操作中所用圖案中的一特徵尺寸的一函數。
  26. 如請求項21所述之3D光學材料結構，進一步包含： 一阻隔層，安置在該第一、第二及第三材料位準中之一或更多者上，該阻隔層經配置以阻止後續材料位準在該阻隔層上方的形成。
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