(57)【要約】  例えば赤外域又はこれよりも短い波長の光に対して比透磁率が１と異なり、かつ構造的に安定な光学材料、並びにこれを用いた液体及び固体（光学素子）を提供することを目的とする。照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される粉末（１２）であって、粉末（１２）を構成する多数の共振素子（１４）は、それぞれその照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する導電体よりなる分割リング共振器（１６）の全面を円板状の絶縁体よりなる保護層（１８）で覆ったものである。
2010117047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、
前記照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する導電体よりなる複数の微小共振器を、それぞれ絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んだことを特徴とする光学材料。
【請求項２】
前記微小共振器は、環状部材の一部を切り欠いたものを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学材料。
【請求項３】
前記微小共振器の前記照明光に対する透磁率の実数部は負であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学材料。
【請求項４】
前記微小共振器を包む前記保護膜の前記照明光に対する誘電率の実数部が負であることを特徴とする請求項３に記載の光学材料。
【請求項５】
前記微小共振器の前記照明光に対する透磁率の実数部は正であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学材料。
【請求項６】
前記保護膜内に前記微小共振器に近接して導電体よりなる線状部材が配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学材料。
【請求項７】
照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、
前記照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する導電体よりなり、互いに離れて配置された複数の微小共振器と、
絶縁体又は半導体よりなり前記複数の微小共振器を包む保護膜と、
を含む複数の共振素子を有することを特徴とする光学材料。
【請求項８】
前記複数の微小共振器は、前記保護膜中に、互いに直交する第１軸、第２軸、及び第３軸に沿ってそれぞれ所定周期でＫ×Ｌ×Ｍ個（Ｋ，Ｍは１以上の整数、Ｌは２以上の整数）配列されていることを特徴とする請求項７に記載の光学材料。
【請求項９】
前記微小共振器は、環状部材の一部を切り欠いたものを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学材料。
【請求項１０】
前記微小共振器の前記照明光に対する透磁率の実数部は負であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の光学材料。
【請求項１１】
前記微小共振器を包む前記保護膜の前記照明光に対する誘電率の実数部が負であることを特徴とする請求項１０に記載の光学材料。
【請求項１２】
前記共振素子は、前記保護膜内に前記複数の微小共振器に近接して配置された導電体よりなる複数の線状部材を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学材料。
【請求項１３】
前記微小共振器の前記照明光に対する透磁率の実数部は正であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の光学材料。
【請求項１４】
液体に請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学材料を混入したことを特徴とする光学液体。
【請求項１５】
前記液体の前記照明光に対する誘電率の実数部が負であることを特徴とする請求項１４に記載の光学液体。
【請求項１６】
前記液体は色素を含むことを特徴とする請求項１５に記載の光学液体。
【請求項１７】
前記液体の前記照明光に対する誘電率の実数部が正であることを特徴とする請求項１４に記載の光学液体。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学材料を固めたことを特徴とする光学素子。
【請求項１９】
前記光学材料の間に充填剤を混入したことを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記充填剤は、ゾル状の液体をゾルゲル法で固めたものであることを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記充填剤の前記照明光に対する誘電率の実数部が負であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記充填剤の前記照明光に対する誘電率の実数部が正であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光学素子。
【請求項２３】
導電体よりなる複数の微小共振器を、それぞれ絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んで形成される光学材料の製造方法であって、
基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記絶縁体又は半導体よりなる第１保護層を形成する工程と、
前記第１保護層上に前記導電体よりなる導電層を形成する工程と、
前記導電層に前記複数の微小共振器をパターニングする工程と、
前記パターニングされた前記複数の微小共振器を覆うように前記絶縁体又は半導体よりなる第２保護層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする光学材料の製造方法。
【請求項２４】
前記第２保護層を形成する工程は、前記複数の微小共振器の間の前記第２保護層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の光学材料の製造方法。
【請求項２５】
前記微小共振器をパターニングする工程は、
前記導電層にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層に前記複数の微小共振器の像を露光する工程と、前記レジスト層を現像する工程と、前記導電層をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする請求項２３又は２４に記載の光学材料の製造方法。
【請求項２６】
前記犠牲層はフッ酸で溶解し、前記第１及び第２保護層はフッ酸では溶解されない層であり、
前記犠牲層を除去する工程は、前記基板をフッ酸液に浸すことを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の光学材料の製造方法。
【請求項２７】
前記レジスト層に前記複数の微小共振器の像を露光する工程は、前記複数の微小共振器の第１部分の像と、前記複数の微小共振器の第２部分の像とを二重露光することを特徴とする請求項２５に記載の光学材料の製造方法。
【請求項２８】
導電体よりなり互いに離れて配置された複数の微小共振器を、絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んで形成される複数の光学素子を有する光学材料の製造方法であって、
基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記絶縁体又は半導体よりなる第１保護層を形成する工程と、
前記第１保護層上に前記導電体よりなる第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層に複数の前記微小共振器をパターニングする工程と、
前記パターニングされた複数の前記微小共振器を覆うように前記絶縁体又は半導体よりなる第２保護層を形成する工程と、
前記光学素子内の前記微小共振器の配置に応じて、前記第１保護層及び第２保護層の一部を除去する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする光学材料の製造方法。
【請求項２９】
前記第２保護層を形成する工程と、前記第１保護層及び第２保護層の一部を除去する工程との間に、
前記第２保護層の表面を平坦化する工程と、
前記第２保護層上に前記導電体よりなる第２導電層を形成する工程と、
前記第２導電層に複数の前記微小共振器をパターニングする工程と、
前記パターニングされた複数の前記微小共振器を覆うように前記絶縁体又は半導体よりなる第３保護層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２８に記載の光学材料の製造方法。
【請求項３０】
前記第１導電層に前記微小共振器をパターニングする工程は、
複数の前記微小共振器とともに複数の線状パターンをパターニングすることを特徴とする請求項２８又は２９に記載の光学材料の製造方法。
【請求項３１】
前記犠牲層はフッ酸で溶解し、前記第１及び第２保護層はフッ酸では溶解されない層であり、
前記犠牲層を除去する工程は、前記基板をフッ酸液に浸すことを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の光学材料の製造方法。
【請求項３２】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学材料を混入した光学液体の製造方法であって、
液体に前記光学材料を混入し、
前記光学材料が混入された前記液体を攪拌することを特徴とする光学液体の製造方法。
【請求項３３】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学材料を含む光学素子の製造方法であって、
前記光学材料を焼結する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３４】
前記光学材料を焼結する前に、前記光学材料と充填剤とを混合する工程を含むことを特徴とする請求項３３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学材料を含む光学素子の製造方法であって、
前記光学材料と熱硬化性樹脂とを混合し、
前記光学材料と前記熱硬化性樹脂との混合物を加熱して固める
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料、この光学材料を含む光学的な液体及び光学素子、その光学材料の製造方法、並びにその光学的な液体及び光学素子の製造方法に関する。さらに詳しくは本発明は、例えば比透磁率が１と異なる光学材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学ガラス等の光学材料はすべて比透磁率がほぼ１であり、かつ比誘電率が１より大きいため、その屈折率は１より大きい正の値であった。これに関して、対象とする光の波長よりも小さく、かつ原子又は分子よりは大きい構造を備え、自然界の物質ではありえない比透磁率及び／又は比誘電率の値を示す物質であるいわゆるメタマテリアル(Metamaterials)が研究されている。そして、例えば波長６ｃｍ（周波数５ＧＨｚ）のマイクロ波に対しては、比透磁率が負の多数の小さい分割リング共振器と比誘電率が負の多数の平行に配置された金属細線とを組み合わせて負の屈折率を有する物質（構造）が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
最近では、赤外域から可視域の光に対して屈折率が負になる物質を実現するために、例えば複数の微小な分割リング共振器を有し、波長が１０００〜４００ｎｍ程度の光に対して比透磁率が１と大きく異なる（負の値を含む）物質が理論的に提案されている（例えば、非特許文献２参照）。その微小な分割リング共振器（比透磁率が負の範囲）と、比誘電率が負の別の物質とを組み合わせることで、赤外域から可視域の光に対して屈折率が負になる物質を実現可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】D. R. Smith et al.: "Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity," Phys. Rev. Lett.（米国）, 84, pp. 4184-4187 (2000).
【非特許文献２】A. Ishikawa, T. Tanaka and S. Kawata: "Frequency dependence of the magnetic response of split-ring resonators," J. Opt. Soc. Am. B（米国）, Vol. 24, No. 3, pp. 510-515 (2007).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の微小な分割リング共振器を用いることで、赤外域から可視域の光に対して比透磁率が１と大きく異なるか、さらには負の値になる物質が理論的には実現できる。しかしながら、その物質を例えば可視光に対して適用するには、その分割リング共振器の半径は１００ｎｍ程度以下になるため、各分割リング共振器をどのように高精度に、かつ大量に製造するかが問題である。さらに、単に多数の分割リング共振器を製造すると、これらの分割リング共振器が接触し、さらには構造が破壊されて、対象とする光に対して所望の比透磁率の特性を示さない恐れもある。【０００６】
また、微小な分割リング共振器を単にリソグラフィー技術を用いて作製すると、各共振器が２次元平面内に並んで形成されることになり、そのままでは３次元の体積をもった光学材料として用いることができない、という問題がある。さらに、仮に多数の共振器が並んだ２次元平面を堆積させて３次元の体積を持たせたとしても、各共振器の方向が一方向にそろってしまい、光学材料として異方性をもち、等方的な光学材料にならない、という問題がある。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、例えば赤外域又はこれよりも短い波長の光に対して比透磁率が１と異なることが可能で、かつ構造的に安定な光学材料（一種のメタマテリアル）、並びにこの光学材料を用いた液体及び固体（光学素子）を提供することを目的とする。
さらに本発明は、そのような光学材料を高精度に量産できる光学材料の製造方法、及びその光学材料を用いた液体及び固体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、その照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する導電体よりなる複数の微小共振器を、それぞれ絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んだ光学材料が提供される。
本発明の第２の態様によれば、照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、その照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する導電体よりなり、互いに離れて配置された複数の微小共振器と、絶縁体又は半導体よりなりその複数の微小共振器を包む保護膜と、を含む複数の共振素子を有する光学材料が提供される。【０００９】
また、本発明の第３の態様によれば、液体に本発明の第１又は第２の態様による光学材料を混入した光学液体が提供される。
また、本発明の第４の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による光学材料を固めた光学素子が提供される。
また、本発明の第５の態様によれば、導電体よりなる複数の微小共振器を、それぞれ絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んで形成される光学材料の製造方法であって、基板上に犠牲層を形成する工程と、その犠牲層上にその絶縁体又は半導体よりなる第１保護層を形成する工程と、その第１保護層上にその導電体よりなる導電層を形成する工程と、その導電層にその複数の微小共振器をパターニングする工程と、そのパターニングされたその複数の微小共振器を覆うようにその絶縁体又は半導体よりなる第２保護層を形成する工程と、その犠牲層を除去する工程と、を含む光学材料の製造方法が提供される。【００１０】
また、本発明の第６の態様によれば、導電体よりなり互いに離れて配置された複数の微小共振器を、絶縁体又は半導体よりなる保護膜で包んで形成される複数の光学素子を有する光学材料の製造方法であって、基板上に犠牲層を形成する工程と、その犠牲層の上にその絶縁体又は半導体よりなる第１保護層を形成する工程と、その第１保護層上にその導電体よりなる第１導電層を形成する工程と、その第１導電層に複数のその微小共振器をパターニングする工程と、そのパターニングされた複数のその微小共振器を覆うようにその絶縁体又は半導体よりなる第２保護層を形成する工程と、その光学素子内のその微小共振器の配置に応じて、その第１保護層及び第２保護層の一部を除去する工程と、その犠牲層を除去する工程と、を含む光学材料の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学材料によれば、微小共振器を例えば可視光の波長程度以下の大きさにすることで、赤外域又はこれよりも短い波長の光に対して比透磁率が１と異なることが可能である。さらに、各微小共振器が保護膜で包まれているため、複数の微小共振器が直接互いに接触することがなく、構造的に安定である。
本発明の第５又は第６の光学材料の製造方法によれば、それぞれ本発明の第１又は第２の態様の光学材料を例えばフォトリソグラフィー工程を用いて高精度に量産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、第１の実施形態の光学材料の粉末を示す斜視図、（Ｂ）はその粉末を構成する複数の共振素子１４（保護層で覆われた分割リング共振器（ＳＲＲ））の一部を示す拡大斜視図、（Ｃ）は一つのＳＲＲを示す拡大斜視図である。
【図２】ＳＲＲの比透磁率の一例を示す図である。
【図３】多数の共振素子１４の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は露光工程で使用される露光装置を示す図、（Ｂ）は第１のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｃ）は第２のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図５】多数の共振素子１４が製造されるまでの過程中の複数の段階におけるウエハの一部の構造を示す拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は多数の共振素子１４が混入された液体を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ部の拡大図、（Ｃ）は多数の共振素子１４を含む光学レンズを示す図、（Ｄ）は図６（Ｃ）のＤ部の拡大図である。
【図７】（Ａ）は第１変形例の共振素子１４Ａを示す拡大斜視図、（Ｂ）は図７（Ａ）中の分割リング共振器１７を示す拡大斜視図である。
【図８】（Ａ）は第２変形例で使用されるレチクルＲ１Ａのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｂ）はレチクルＲ１Ｂのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図９】（Ａ）は第３変形例の共振素子１４Ｂを示す拡大斜視図、（Ｂ）は共振素子１４Ｂを製造するためのレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図１０】（Ａ）は第２の実施形態の共振素子１４Ｃを示す拡大斜視図、（Ｂ）は図１０（Ａ）の共振素子１４Ｃを示す側面図、（Ｃ）は第２の実施形態の光学材料の粉末を示す斜視図である。
【図１１】（Ａ）は第２の実施形態の別の共振素子１４Ｄを示す拡大斜視図、（Ｂ）は図１１（Ａ）の共振素子１４Ｄを示す側面図である。
【図１２】（Ａ）は、共振素子１４Ｄ中の複数の分割リング共振器（ＳＲＲ）を示す拡大斜視図、（Ｂ）は一つのＳＲＲを示す拡大斜視図である。
【図１３】共振素子１４Ｃ，１４Ｄの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】（Ａ）はＳＲＲ用のパターンを示す拡大図、（Ｂ）は第１のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図、（Ｃ）は第２のレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【図１５】共振素子１４Ｄの製造工程中の前半の複数の段階におけるウエハの上面の一部の構造を示す拡大断面図である。
【図１６】共振素子１４Ｄの製造工程中の後半の複数の段階におけるウエハの上面の一部の構造を示す拡大断面図である。
【図１７】（Ａ）は変形例の共振素子１４Ｅを示す拡大斜視図、（Ｂ）は共振素子１４Ｅを製造するためのレチクルのパターンの一部を示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
図１（Ａ）は本実施形態の光学材料の粉末１２を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の粉末１２を構成する一部のそれぞれ保護層で覆われた分割リング共振器である複数の共振素子１４を示す拡大斜視図である。なお、以下では分割リング共振器(Split-Ring Resonator)をＳＲＲとも呼ぶ。図１（Ｂ）において、複数の共振素子１４は、それぞれ例えば銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）などの金属製の分割されたリング状のＳＲＲ（分割リング共振器）１６の全面を、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）又は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁体からなる円板状の保護層１８で覆ったものである。なお、保護層１８は例えば正方形の平板状等でもよい。
【００１４】
図１（Ｂ）では、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｘ方向及びｙ方向に隣接する２つの共振素子１４の配列の周期はａであり、ｚ方向に隣接する２つの共振素子１４の配列の周期はｂである。なお、図１（Ｂ）の複数の共振素子１４の配列状態は後述の比透磁率を計算するための仮想的な配列であり、図１（Ａ）の粉末１２中の多数の共振素子１４の配列はランダムである。この実施形態では、ＳＲＲ１６が保護層１８で覆われているため、複数のＳＲＲ１６の横方向及び厚さ方向の平均的な間隔（配列周期）は、それぞれ保護層１８の外形によってほぼ規定される。
【００１５】
図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の一つの共振素子１４中のＳＲＲ（分割リング共振器）１６を示す。図１（Ｃ）において、ＳＲＲ１６は、一つのｚ軸に平行な軸を中心とするリングを円周方向に間隔ｇで分割した４個の扇形の部材１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄから構成されている。なお、ＳＲＲの分割数Ｎ（Ｎ＝２，３，４，５，…）は任意であり、ＳＲＲ１６は、任意の複数の個数の扇形の部材から構成することができる。
【００１６】
また、ＳＲＲ１６の内径はｒ（直径は２ｒ）、その半径方向の幅はｗ、その厚さはＴである。この場合、文献「A. Ishikawa, T. Tanaka and S. Kawata: "Frequency dependence of the magnetic response of split-ring resonators," J. Opt. Soc. Am. B（米国）, Vol. 24, No. 3, pp. 510-515 (2007)」（以下、参考文献Ａという）によれば、図１（Ｂ）の配列の複数のＳＲＲ１６による所定の波長λ（角周波数をωとする）の照明光に対する有効な比透磁率μeffは次のようになる。その比透磁率の実数部がμRe、虚数部がμImであり、ｉは虚数単位である。
【００１７】
2010117047.tif 000003
また、真空の透磁率をμ0、その誘電率をε0、ＳＲＲ１６の比誘電率をεｒとすると、式（１）におけるパラメータＦ，Ｃ，Ｌ及びインピーダンスＺ（ω）は以下のように表される。
【００１８】
2010117047.tif 000004
なお、この実施形態では式（４）のパラメータｔは使用されていない。また、式（３）における分割数ＮはＳＲＲ１６に関しては４であり、式（７）中のＲｓ（ω）はＳＲＲ１６の表面抵抗、Ｘｓ（ω）はＳＲＲ１６の内部リアクタンスであり、参考文献Ａに開示されているように、例えば波長λが可視域になるとＲｓ（ω）はＳＲＲ１６の材料に応じて０．２〜１．７程度の範囲内の値となり、Ｘｓ（ω）は材料に関わらず負の大きい値になる。
【００１９】
また、式（１）によれば、ＳＲＲ１６の形状及び配列に応じて、有効な比透磁率μeffの実数部μReは、図２に示すように照明光の周波数ｆ［ＴＨｚ］が所定の共振周波数（ｆ１〜ｆ３等）よりも小さい所定範囲で１よりもかなり大きくなり、周波数ｆがその共振周波数よりも大きい所定範囲で負の値になる。また、その共振周波数がｆ１からｆ３と高くなるにつれて、実数部μReの絶対値は小さくなっている。なお、共振周波数は、ＳＲＲ１６の形状のパラメータ（ｒ，ｗ，Ｔ等）でほぼ規定され、ＳＲＲ１６の配列の周期ａ，ｂの寄与は比較的小さいと考えられる。
【００２０】
参考文献Ａによれば、ＳＲＲ１６の半径ｒが幅ｗと等しく、周期ｂが３５０ｎｍで、間隔ｇが３３ｎｍで、厚さＴが侵入深さ(penetration depth)の２．５倍で、比誘電率εｒが２．２５である場合に、その共振周波数ｆ１は３００ＴＨｚ（対応する波長λ１は１０００ｎｍ（１μｍ））、共振周波数ｆ２は５００ＴＨｚ（波長λ２は６００ｎｍ）、共振周波数ｆ３は７００ＴＨｚ（波長λ３は４２０ｎｍ）である。即ち、共振周波数ｆ１に対応する波長λ１は赤外域であり、共振周波数ｆ２，ｆ３に対応する波長λ２及びλ３は可視域である。
【００２１】
また、共振周波数ｆ１（波長λ１：１０００ｎｍ）が得られるときの式（１）〜式（５）中の周期ａ、半径ｒ、及びＳＲＲ１６の外径（外径の幅）である４ｒ（＝２（ｒ＋ｗ））はそれぞれ８７５ｎｍ、１２５ｎｍ、及び６００ｎｍである。また、共振周波数ｆ２（波長λ２：６００ｎｍ）が得られるときの周期ａ、半径ｒ、及び外径４ｒはそれぞれ５２５ｎｍ、７５ｎｍ、及び３００ｎｍであり、共振周波数ｆ３（波長λ３：４２０ｎｍ）が得られるときの周期ａ、半径ｒ、及び外径４ｒはそれぞれ３５０ｎｍ、５０ｎｍ、及び２００ｎｍである。この場合、ＳＲＲ１６の厚さＴは半径ｒ程度か又はこれより薄いため、ＳＲＲ１６の外形の最大の幅は４ｒであり、ＳＲＲ１６の外形の大きさ（最大の幅（４ｒ））は、対応する波長λ１〜λ３のほぼ１／２である。
【００２２】
さらに、本実施形態では、保護層１８の比透磁率をほぼ１であるとして、共振素子１４を比透磁率の実数部μReが１よりもかなり大きい（例えば２より大きい）物質として使用する場合には、その照明光の波長を例えばλ１，λ２（λ３についても同様）より僅かに長い範囲内のλ１ｂ，λ２ｂ（対応する周波数ｆ１ｂ，ｆ２ｂは共振周波数ｆ１，ｆ２より低い）等に設定すればよい。一方、共振素子１４を比透磁率の実数部μReが負の物質として使用する場合には、その照明光の波長をλ１，λ２等より僅かに短い範囲内のλ１ａ，λ２ａ（対応する周波数ｆ１ａ，ｆ２ａは共振周波数ｆ１，ｆ２より高い）等に設定すればよい。これによって、共振素子１４を比透磁率の実数部μReが１と大きく異なる物質（メタマテリアル）として使用できる。
【００２３】
また、一例として図６（Ａ）に示すように、多数の共振素子１４を所定の溶媒中に混合（又は溶解）して光学的な液体３０を製造することができる。液体３０は、図６（Ｂ）の拡大図に示すように、例えば純水等の溶媒(solvent)３０ａ中に多数の共振素子１４を混合（溶解）したものである。そして、溶媒３０ａが水（比誘電率が正）である場合には、共振素子１４は例えば図２の波長λ１ｂ又はλ２ｂ等の比透磁率の実数部μReが１よりかなり大きい条件で使用する。この条件では、液体３０の屈折率が例えば２より大きい値になるため、液体３０を高屈折率液体として使用できる。このような高屈折率の液体は、例えば液浸型の顕微鏡の液浸液、又は後述の液浸型の露光装置の液浸用の液体等として使用可能である。液体中に混合された各共振器の方向はランダムになるため、液体は等方的な光学性質を持つことができる。
【００２４】
さらに、溶媒３０ａが例えば比誘電率が負の液体である場合には、共振素子１４は例えば図２の波長λ１ａ又はλ２ａ等の比透磁率の実数部μReが負の条件で使用する。この条件では、液体３０の屈折率が負の値になる。このような負の屈折率の液体は、例えばセルに封入することによって、後述の負の屈折率の光学素子のようなスーパーレンズとして使用可能である。
【００２５】
また、別の例として図６（Ｃ）に示すように、多数の共振素子１４を固めて平板状の光学素子３２を製造することができる。光学素子３２は、図６（Ｄ）の拡大図に示すように、例えば粉末状の媒体３２ａ（充填剤）と共振素子１４の粉末とを均等に混ぜ合わせたものを焼結等で固めたものである。そして、例えば媒体３２ａがない状態で、かつ共振素子１４の保護層１８が二酸化ケイ素（比誘電率が正）である場合には、共振素子１４は例えば図２の波長λ１ｂ又はλ２ｂ等の比透磁率の実数部μReが１よりかなり大きい条件で使用する。この条件では、光学素子３２の屈折率が例えば２より大きい値になるため、光学素子３２を球面又は非球面のレンズに加工することによって、屈折率が例えば２より大きい光学レンズを製造できる。
【００２６】
一方、媒体３２ａが例えば比誘電率が負の物質（例えば多数の微細な金属細線、あるいはバンドギャップの小さい誘電体）である場合には、共振素子１４は例えば図２の波長λ１ａ又はλ２ａ等の比透磁率の実数部μReが負の条件で使用する。この条件では、光学素子３２の屈折率が負の値になる。このような負の屈折率の光学素子３２に、図６（Ｃ）に示すように、外部の物点３４から照明光ＩＬが入射すると、その照明光ＩＬは外部の像点３６に正確に結像される。従って、光学素子３２はいわゆるスーパーレンズとして使用可能である。
【００２７】
次に、図１（Ａ）の多数の共振素子１４からなる粉末１２の製造方法の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。この製造方法はフォトリソグラフィー工程を使用するものであり、そのフォトリソグラフィー工程では図４（Ａ）に示す露光装置５０が使用される。
図４（Ａ）において、スキャニングステッパーよりなる走査露光型で、かつ液浸型の露光装置５０は、例えばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）等の照明光（露光光）ＩＬを発生する露光光源（不図示）と、照明光ＩＬでレチクルＲ１（又はＲ２等）を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲ１等を移動（走査）するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲ１等のパターンを所定の投影倍率β（例えば１／４等の縮小倍率）でウエハＰ上に投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内でウエハＰを移動（走査及びステップ移動）するウエハステージＷＳＴとを備えている。ウエハＰは、例えば直径が２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍ等のシリコン等からなる円板状の基材であり、この上に所定の複数層の薄膜及びフォトレジスト（感光材料）が形成されている。
【００２８】
さらに、露光装置５０は、投影光学系ＰＬの下端の光学部材の先端部を囲むように配置されたノズルヘッド５１と、ノズルヘッド５１内の光学部材とウエハＰとの間の局所空間に、照明光ＩＬを透過する純水等の液体Ｌｑを供給する液体供給装置５２と、その局所空間内の液体Ｌｑを回収する液体回収装置５３とを含む局所液浸機構を備えている。なお、局所液浸機構としては、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている機構を使用してもよい。さらに、液体Ｌｑとして、図６（Ａ）の液体３０（高屈折率となる波長域で使用される場合）を使用することも可能である。
【００２９】
このように露光装置５０は、液浸型であるため、図１（Ｃ）において半径ｒが５０ｎｍ程度のＳＲＲ（分割リング共振器）１６は容易に高精度に製造できる。
また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のレチクルＲ１のパターン領域内に形成されているパターンの一部を示す拡大平面図である。図４（Ｂ）において、レチクルＲ１のパターン領域には、図１（Ｃ）のＳＲＲ１６を投影倍率βの逆数比で拡大した遮光膜よりなる第１パターン５５が、直交する２方向に所定周期で形成されている。
【００３０】
図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のレチクルＲ２のパターン領域内に形成されているパターンの一部を示す拡大平面図である。図４（Ｃ）において、レチクルＲ２のパターン領域には、図１（Ｂ）の共振素子１４の保護層１８の外形を投影倍率βの逆数比で拡大した遮光膜よりなる第２パターン５７が、直交する２方向に第１パターン５５の配列周期と同じ周期で形成されている。露光時には、レチクルＲ１上の第１パターン５５が配置される位置５５Ａと同じ位置にレチクルＲ２上の第２パターン５７が位置決めされる。また、レチクルＲ２上の第２パターン５７の間の領域５８は、複数の共振素子１４を分離するための分離帯に対応している。
【００３１】
そして、図３のステップ１０１において、例えば直径が３００ｍｍのシリコンの円板状の１ロット分のウエハを用意する。以下の処理は１ロットのウエハについて順次実行されるが、以下では１枚のウエハＰの処理につき説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｇ）は、それぞれウエハＰ上に形成される複数層の薄膜の構造の一部を示す拡大断面図である。先ず、薄膜形成装置（不図示）において、図５（Ａ）に示すように、ウエハＰの全面に第１のフォトレジスト層２２Ａを形成する。この第１のフォトレジスト層２２Ａは、レジストパターンを形成するための感光層としてではなく、最後に多数の共振素子１４をウエハＰから分離するための犠牲層として使用される。
【００３２】
次のステップ１０２において、ウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａ上に第１の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の層２４Ａを形成する。次のステップ１０３において、第１の二酸化ケイ素の層２４Ａ上に金属（ここでは例えば銀又はアルミニウム等）の薄膜２６を形成する。次のステップ１０４において、金属の薄膜２６上に第２のポジ型のフォトレジスト層２２Ｂを形成する。この第２のフォトレジスト層２２Ｂと第１のフォトレジスト層２２Ａとは異なるタイプであり、フォトレジスト層２２Ａはフォトレジスト層２２Ｂ（及び後述の２２Ｃ）用の現像液及び溶解液によっては溶解しない。次のステップ１０５において、ウエハＰを図４（Ａ）の露光装置５０にロードし、露光装置５０でウエハＰ上の全部のショット領域の第２のフォトレジスト層２２Ｂに、レチクルＲ１の多数の第１パターン５５の像５５Ｐよりなる微小なＳＲＲ（分割リング共振器）のパターンを露光する。なお、この例では、図５（Ａ）において多数の像５５Ｐの間の領域が照明光で感光される。
【００３３】
次のステップ１０６において、ウエハＰをコータ・デベロッパ（不図示）に搬送し、ウエハＰ上の第２のフォトレジスト層２２Ｂを現像する。これによって、図５（Ｂ）に示すように、ＳＲＲのパターンに対応するレジストパターン２２ＢＰが形成される。次のステップ１０７において、ウエハＰをエッチング装置（不図示）に搬送し、レジストパターン２２ＢＰをマスクとしてウエハＰ上の金属の薄膜２６をエッチングし、図５（Ｃ）に示すように、多数の微小なＳＲＲ１６を形成する。その後、レジストパターン２２ＢＰを除去する。
【００３４】
次のステップ１０８において、薄膜形成装置（不図示）において、図５（Ｄ）に示すように、ウエハＰ上の多数の微小なＳＲＲ１６を覆うように、第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂを形成する。次のステップ１０９において、コータ・デベロッパ（不図示）において、ウエハＰの第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂ上に第３のポジ型のフォトレジスト層２２Ｃを形成する。次のステップ１１０において、ウエハＰを図４（Ａ）の露光装置５０にロードし、露光装置５０で、ウエハＰの第３のフォトレジスト層２２ＣにレチクルＲ２の第２パターン５７の像５７Ｐを露光する。これによって、ウエハＰ上の多数のＳＲＲ１６の間の領域（分離帯）が露光される。その後、コータ・デベロッパ（不図示）において、ウエハＰ上の第３のフォトレジスト層２２Ｃを現像する。これによって、図５（Ｅ）に示すように、ウエハＰ上の多数のＳＲＲ１６を覆うように、図１（Ｂ）の保護層１８が形成される領域にレジストパターン２２ＣＰが形成される。
【００３５】
次のステップ１１１において、エッチング装置（不図示）において、図５（Ｆ）に示すように、ウエハＰ上のレジストパターン２２ＣＰをマスクとして第１及び第２の二酸化ケイ素の層２４Ａ，２４Ｂをエッチングする。これによって、多数のＳＲＲ１６は、それぞれ全面が二酸化ケイ素の膜２４ＡＰ及び２４ＢＰによって覆われる。次のステップ１１２において、ウエハＰをコータ・デベロッパ（不図示）に搬送し、ウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａ（犠牲層）を溶解して除去する。第１のフォトレジスト層２２Ａを除去するためには、プラズマによるアッシング（灰化）処理をしても良い。これによって、図５（Ｇ）に示すように、それぞれ二酸化ケイ素の膜２４ＡＰ及び２４ＢＰよりなる保護層１８で覆われたＳＲＲ１６よりなる多数の共振素子１４が、ウエハＰから分離した状態で製造される。１ロット分のウエハ上から製造された多数の共振素子１４を集めたものが図１（Ａ）の粉末１２である。
【００３６】
なお、さらに多くの共振素子１４を製造する場合には、上記の製造工程で使用された１ロットのウエハを再利用できるため、ウエハは製造コスト上の負担にはならない。
その後、図６（Ａ）の液体３０（光学液体）を製造する場合には、ステップ１２１において、所定の容器内の水等の溶媒３０ａに多数の共振素子１４よりなる粉末を溶かし、必要に応じて攪拌機（不図示）で攪拌する。
【００３７】
一方、図６（Ｃ）の光学素子３２を製造する場合には、ステップ１３１において、多数の共振素子１４よりなる粉末を所定の型に入れて焼結する。この際に、予め共振素子１４の粉末と、粉末状の媒体３２ａ（充填剤）とを均一に混入しておいてもよい。
【００３８】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の粉末１２は、照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、多数の共振素子１４を含み、各共振素子１４は、それぞれその照明光の波長より小さい幅を有する金属（導電体）よりなる微小なＳＲＲ（分割リング共振器）１６を、二酸化ケイ素等（絶縁体）よりなる保護層１８で包んたものである。
本実施形態の光学材料によれば、ＳＲＲ１６を可視光の波長程度以下の大きさにすることで、赤外域又はこれよりも短い波長の光に対して比透磁率の実数部が１と異なることが可能である。さらに、各ＳＲＲ１６が保護層１８で包まれているため、複数のＳＲＲ１６が直接互いに接触することがなく、構造的に安定である。
【００３９】
なお、保護層１８の材料としては、絶縁体の他に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の半導体も使用可能である。
（２）また、粉末１２を構成する多数の共振素子１４において、ＳＲＲ１６の照明光に対する比透磁率（ひいては透磁率）の実数部が負であり、かつそれを包む保護層１８のその照明光に対する比誘電率（ひいては誘電率）の実数部が負であってもよい。これによって、共振素子１４又はこれを含む液体若しくは固体は、その照明光に対して負の屈折率を持つ光学材料となる。
【００４０】
（３）また、粉末１２を溶媒３０ａに溶かして作成した液体３０は、屈折率が例えば２より大きいか又は屈折率が負の光学液体として使用可能である。
（４）また、粉末１２を固めた光学素子３２は、屈折率が例えば２より大きいか又は屈折率が負の光学材料として使用可能である。
（５）また、本実施形態の多数の共振素子１４の製造方法は、ウエハＰ上に第１のフォトレジスト層２２Ａ（犠牲層）を形成するステップ１０１と、第１のフォトレジスト層２２Ａ上に第１の二酸化ケイ素の層２４Ａを形成するステップ１０２と、この上に金属の薄膜２６を形成するステップ１０３と、この薄膜２６に複数のＳＲＲ１６をパターニングするステップ１０４〜１０７と、複数のＳＲＲ１６を覆うように第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂを形成するステップ１０８〜１１１と、第１のフォトレジスト層２２Ａを除去するステップ１１２と、を含んでいる。
【００４１】
従って、本実施形態の多数の共振素子１４よりなる粉末１２をフォトリソグラフィー工程を用いて高精度に量産できる。
（６）また、第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂを形成する工程は、複数のＳＲＲ１６の間の二酸化ケイ素の層２４Ａ，２４Ｂを除去するステップ１０９〜１１１を含む。従って、次に第１のフォトレジスト層２２Ａを除去することで、複数の共振素子１４を互いに容易に分離できる。
【００４２】
（７）また、図６（Ａ）の光学的な液体３０は、溶媒３０ａ（水等の液体）に多数の共振素子１４よりなる粉末１２を混入するステップと、粉末１２が混入された溶媒３０ａを攪拌するステップとを含んで製造できる。従って、液体を容易に製造できる。
（８）また、図６（Ｃ）の光学素子３２は、多数の共振素子１４よりなる粉末１２を焼結するステップを含んで製造できる。従って、光学素子３２を容易に製造できる。
【００４３】
なお、上記の実施形態については以下のような変形が可能である。
（１）上記の実施形態の共振素子１４の代わりに、図７（Ａ）の第１変形例に示すように、二重の分割リング共振器１７を保護層１８で覆った構成の共振素子（保護膜付きの分割リング共振器）１４Ａを使用してもよい。分割リング共振器１７は、図７（Ｂ）に示すように、半径ｒで半径方向の幅ｗの第１の分割リング１７Ａを間隔ｇで幅ｗの第２の分割リング１７Ｂで囲んだものである。また、分割リング１７Ａ，１７Ｂの厚さはＴである。この共振素子１４Ａも、図３の製造方法と同様の製造方法で容易に製造可能である。従って、ＳＲＲ（分割リング共振器）の構成は任意である。
【００４４】
（２）また、上記の実施形態の液浸型の露光装置５０よりも解像度が低い例えばドライ露光型の露光装置を使用して、図３のステップ１０５において、図４（Ｂ）の第１のレチクルＲ１のパターンの像を露光する場合には、解像度が十分でない恐れがある。この場合には、レチクルＲ１の多数の第１パターン５５をより単純な形状の２つのパターンに分割し、これらのパターンを二重露光してもよい。これによって、低い解像度の露光装置を用いて、微細なＳＲＲ１６を含む多数の共振素子１４を高精度に製造できる。レチクルＲ１の多数の第１パターン５５は、一例として、図８（Ａ）のレチクルＲ１Ａに形成された多数の遮光膜よりなる円形パターン５５１（第１部分）と、図８（Ｂ）のレチクルＲ１Ｂの遮光膜中に形成され、縦方向の複数のラインパターン５５３、横方向の複数のラインパターン５５４、及びラインパターン５５３，５５４の交点に配置される多数の小さい円形パターン５５２が重なった領域を透過部とするパターン（第２部分）とに分割できる。この第２変形例のレチクルＲ１Ａ，Ｒ１Ｂのパターンはレチクル１のパターンに比べて単純であり、パターンの周期が広いため、それぞれ露光装置５０よりも低解像度の露光装置によって必要な解像度でウエハ上に露光できる。
【００４５】
なお、レチクルＲ１の多数の第１パターン５５をより単純な形状の２つ以上のパターンに分割し、これらのパターンを多重露光してもよい。
（３）また、図６（Ｃ）の光学素子３２を製造する場合に、多数の共振素子１４と混合する媒体３２ａとして、ゾル状の液体をゾルゲル(Sol-Gel）法で固めた固体を使用してもよい。ゾルゲル法とは、ゾルを加熱等によってゲル状態にした後に、セラミックス等を合成する化学反応である。この場合にも、多数の共振素子１４（粉末１２）と媒体３２ａとを混合する段階では、媒体３２ａはゾル状の液体であるため、多数の共振素子１４と媒体３２ａとを均一に混合できる。
媒体３２ａ用のゾル状の液体としては、一例としてテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＲ）4）を使用できる。ここで、−ＯＲはエトキシ基（−ＯＣ2Ｈ5）であり、−Ｒはエチル基（−Ｃ2Ｈ5）である。この場合の反応は、一例として以下のようになる。
【００４６】
まず、テトラエトキシシランの純水の水溶液（ゾル）に共振素子１４の粉末１２を混入して加熱すると、加水分解によってテトラエトキシシランの水溶液は、以下のように水酸化トリエトキシシランとエタノールとのコロイドになる。加熱温度は例えば６００℃〜１１００℃であり、エタノールは揮発して回収される。
Ｓｉ(ＯＲ)4＋Ｈ2Ｏ＋粉末  →Ｓｉ(ＯＲ)3(ＯＨ)＋ＲＯＨ＋粉末  …（１１Ａ）
【００４７】
さらに加水分解を継続すると、以下のような重合反応によって、粉末（共振素子１４）と均一に混合している水酸化トリエトキシシランは、二酸化ケイ素のような構造になる。
２×Ｓｉ(ＯＲ)3(ＯＨ)＋粉末
→(ＯＲ)3Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ(ＯＲ)3 ＋Ｈ2Ｏ＋粉末  …（１１Ｂ）
【００４８】
従って、最終的に形成される光学素子３２は、共振素子１４と媒体３２ａとが均一に混合しているとともに、媒体３２ａの屈折率は共振素子１４の保護層１８（二酸化ケイ素であるとする）の屈折率とほぼ同じになるため、界面での反射が低減し、照明光に対する透過率が高くなる。
なお、この反応において、純水が多すぎて媒体３２ａ中の固体の濃度が薄いときには、純水を蒸発させてもよい。
【００４９】
（４）また、上記の実施形態の共振素子１４は、誘電率の実数部は正であり、比誘電率の実数部も正（例えば１より大きい実数）であるため、単に共振素子１４のみを多数集めても屈折率は正のままである。
これに対して、図９（Ａ）の第３変形例の共振素子１４Ｂで示すように、保護層１８内にＳＲＲ（分割リング共振器）１６をそれぞれｘ方向及びｙ方向に挟むようにｙ方向に細長い１対の線状パターン８１Ｘ及びｘ方向に細長い１対の線状パターン８１Ｙを形成してもよい。線状パターン８１Ｘ，８１ＹはＳＲＲ１６と同じ導電体（金属等）から形成された微小細線である。
【００５０】
この変形例では、電場ベクトルの振動方向ＥＶＹがｘ軸に平行で（ｘ方向に直線偏光した）、磁場ベクトルの振動方向がｚ軸に平行な光ＩＬＹが共振素子１４Ｂに対してｙ方向に入射するものとして、光ＩＬＹの波長が図２の比透磁率の実数部μＲｅが負の値になる範囲（例えば波長λ３よりも僅かに小さい値）であると仮定する。この場合、線状パターン８１Ｙの線幅（断面積）及びｘ方向の長さ、並びに多数の線状パターン８１Ｙのｘ方向、ｙ方向の周期等の配列は、共振素子１４Ｂの光ＩＬＹに対する誘電率の実数部が負（比誘電率の実数部も負）になるように設定されている。
この結果、共振素子１４Ｂ（又はこれを集めたもの）は、光ＩＬＹに対する屈折率が負の値になるメタマテリアルとなる。
【００５１】
なお、マイクロ波に対して誘電率の実数部が負になる複数の金属細線の構成例は、文献「D. R. Smith et al.: "Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity," Phys. Rev. Lett.（米国）, 84, pp. 4184-4187 (2000)」（以下、参考文献Ｂという。）に開示されている。図９（Ａ）の変形例の線状パターン８１Ｙは、可視光に対して誘電率の実数部が負になるように、形状及び配列が微細化されている。
【００５２】
また、共振素子１４Ｂ内のｙ方向に細長い多数の線状パターン８１Ｘの形状及び配列は、線状パターン８１Ｙと同じであるとする。このとき、電場ベクトルの振動方向ＥＶＸがｙ軸に平行で（ｙ方向に直線偏光した）、磁場ベクトルの振動方向がｚ軸に平行な光ＩＬＸ（光ＩＬＹと同じ波長であるとする）が共振素子１４Ｂに対してｘ方向に入射すると、線状パターン８１Ｘによって、共振素子１４Ｂの光ＩＬＸに対する誘電率の実数部も負になる。従って、光ＩＬＸに対しても共振素子１４Ｂの屈折率は負の値になる。そのため、多数の共振素子１４Ｂを液体に混入するか、又は多数の共振素子１４Ｂを固めて光学素子を形成することによって、所定の波長の光に対して屈折率が負の光学液体又は光学素子を製造できる。
【００５３】
次に、図９（Ａ）の共振素子１４Ｂを製造する場合、図３のステップ１０５において、図４（Ｂ）のレチクルＲ１の代わりに、図９（Ｂ）に示すように、第１パターン５５の周囲に線状パターン８１Ｘ，８１Ｙに対応する遮光膜よりなるラインパターン５８Ｘ，５８Ｙが形成されたレチクルＲ３を使用すればよい。
これによって、ウエハＰの金属の薄膜２６に、多数のＳＲＲ１６とともに線状パターン８１Ｘ，８１Ｙを同時にパターニングできる。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図１０〜図１６を参照して説明する。以下、図１０（Ａ）〜図１２（Ｂ）及び図１４（Ａ）〜図１６において、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）及び図４（Ｂ）〜図１３に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
【００５５】
図１０（Ｃ）は本実施形態の光学材料の粉末１２Ａを示す。粉末１２Ａは、多数の微小な共振素子１４Ｃ又は１４Ｄを集めたものである。図１０（Ａ）は粉末１２Ａを構成する一つの共振素子１４Ｃを示す拡大斜視図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の共振素子１４Ｃを示す側面図である。図１０（Ａ）において、一つの平面内の直交座標をｘ軸及びｙ軸として、その平面に垂直な軸をｚ軸とする。共振素子１４Ｃは、ｘ方向及びｙ方向に周期（ピッチ）ａでＫ行×Ｌ列に配列された複数の微小な分割リング共振器(Split-Ring Resonator)１６（又はＳＲＲ１６）を、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）又は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁体からなる矩形の平板状の保護層１８Ａで覆ったものである。
【００５６】
Ｋは１以上の任意の整数、Ｌは２以上の任意の整数である。なお、Ｋ及びＬは同一の２以上の整数であることが好ましい。本実施形態では、一例としてＫ＝Ｌ＝１０である。この場合、共振素子１４Ｃ内にＳＲＲ１６は１０行×１０列で１００個配列される。なお、保護層１８Ａは例えば４隅の部分を丸く形成してもよい。ＳＲＲ１６は、それぞれ例えば銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）などの金属製で、ｚ軸に平行な軸に関して軸対称なリングを４つの部分に分割した形状である（図１２（Ｂ）参照）。図１０（Ｂ）に示すように、ＳＲＲ１６の厚さ（ｚ方向の幅）Ｔは、ピッチａよりも小さく、かつ保護層１８Ａの厚さＴｐは厚さＴの３倍程度である。
【００５７】
なお、図１０（Ａ）の１層の複数のＳＲＲ１６が形成された共振素子１４Ｃの代わりに、図１１（Ａ）に示す、複数層の複数のＳＲＲ１６が形成された共振素子１４Ｄを図１０（Ｃ）の粉末１２Ａの光学材料として使用してもよい。図１１（Ａ）において、共振素子１４Ｄは、ｘ方向及びｙ方向に周期（ピッチ）ａでＫ行×Ｌ列に配列された複数のＳＲＲ１６を、ｚ方向に周期（ピッチ）ｂで第１層１５Ａ、第２層１５Ｂ、及び第３層１５Ｃ等のＭ層に配列したものを保護層１８Ａで覆ったものである。この場合、Ｋは１以上の任意の整数、Ｌ及びＭは２以上の任意の整数である。なお、Ｋ及びＬは同一の２以上の整数であることが好ましい。また、図１０（Ａ）の共振素子１４Ｃは、Ｍ＝１の配列に対応している。
【００５８】
図１０（Ｂ）の側面図で示すように、共振素子１４Ｄの保護層１８Ａの厚さＴｐ３は、ほぼ（３×Ｔ＋（Ｍ−１）ｂ）である。なお、図１１（Ａ）では、共振素子１４Ｄは３層構造（Ｌ＝３）である。その他に、一例として、Ｋ＝Ｌ＝Ｍ＝１０としてもよい。この場合、共振素子１４Ｄ内にＳＲＲ１６は１０行×１０列×１０層で１０００個配列される。
図１２（Ａ）は、共振素子１４Ｄ（ただし、２層構造である）の一部を示す拡大図である。なお、共振素子１４Ｄは、複数個の共振素子１４Ｃをｚ方向に重ねたものとみなすことも可能である。なお、図１０（Ｃ）の粉末１２Ａ中の多数の共振素子１４Ｄの配列はランダムであるが、粉末１２Ａ中にはほぼ図１２（Ａ）の配列となる共振素子１４Ｄが或る割合で含まれている。
【００５９】
図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の一つのＳＲＲ（分割リング共振器）１６を示す。ＳＲＲ１６の形状及び材料は、第１の実施形態の図１（Ｂ）のＳＲＲ１６と同じである。即ち、図１２（Ｂ）において、ＳＲＲ１６は、内側の半径ｒ、半径方向の幅ｗ、及び厚さＴの一つのリングを円周方向に間隔ｇで分割した４個の扇形の部材１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄから構成されている。なお、ＳＲＲの分割数Ｎ（Ｎ＝２，３，４，５，…）は任意である。
【００６０】
また、図１２（Ａ）の共振素子１４Ｄ中の複数のＳＲＲ１６の直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）上の配列は、第１の実施形態の図１（Ｂ）の共振素子１４中の複数のＳＲＲ１６と同じである。従って、第１の実施形態と同様に、図１２（Ａ）の配列の複数のＳＲＲ１６による所定の波長λ（角周波数をωとする）の照明光に対する有効な比透磁率μeffは式（１）で表される。
【００６１】
式（１）によれば、ＳＲＲ１６の形状及び配列に応じて、有効な比透磁率μeffの実数部μReは、図２に示すように照明光の周波数ｆ［ＴＨｚ］が所定の共振周波数（ｆ１〜ｆ３等）よりも小さい所定範囲で１よりもかなり大きくなり、周波数ｆがその共振周波数よりも大きい所定範囲で負の値になる。また、その共振周波数がｆ１からｆ３と高くなるにつれて、実数部μReの絶対値は小さくなっている。なお、共振周波数は、ＳＲＲ１６の形状のパラメータ（ｒ，ｗ，Ｔ等）でほぼ規定され、ＳＲＲ１６の配列の周期ａ，ｂの寄与は比較的小さいと考えられる。
【００６２】
第１の実施形態と同様に、参考文献Ａによれば、ＳＲＲ１６の半径ｒが幅ｗと等しく、周期ｂが３５０ｎｍで、間隔ｇが３３ｎｍで、厚さＴが侵入深さ(penetration depth)の２．５倍で、比誘電率εｒが２．２５である場合に、その共振周波数ｆ１は３００ＴＨｚ（対応する波長λ１は１０００ｎｍ（１μｍ））、共振周波数ｆ２は５００ＴＨｚ（波長λ２は６００ｎｍ）、共振周波数ｆ３は７００ＴＨｚ（波長λ３は４２０ｎｍ）である。
【００６３】
また、共振周波数ｆ３（波長λ３：４２０ｎｍ）が得られるときの式（１）〜式（５）中の周期ａ、半径ｒ、及び外径４ｒはそれぞれ３５０ｎｍ、５０ｎｍ、及び２００ｎｍである。この場合、ＳＲＲ１６の厚さＴは半径ｒ程度か又はこれより薄いため、ＳＲＲ１６の外形の最大の幅は４ｒであり、ＳＲＲ１６の外形の大きさ（最大の幅（４ｒ））は、対応する波長λ１〜λ３のほぼ１／２である。
このように周期ａ，ｂが３５０ｎｍである場合、共振素子１４Ｄ中のＳＲＲ１６の配列が１００行×１００列×１００層であるとすると、共振素子１４Ｄの大きさは、ほぼ３５×３５×３５μｍ3である。従って、共振素子１４Ｃ，１４Ｄの大きさはμｍのオーダーであるため、取り扱いが容易であり、複数の素子が意図せずして凝集すること等を抑制できる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、保護層１８Ａの比透磁率をほぼ１であるとして、共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）を比透磁率の実数部μReが１よりもかなり大きい（例えば２より大きい）物質として使用する場合には、その照明光の波長を例えばλ１，λ２（λ３について
も同様）より僅かに長い範囲内のλ１ｂ，λ２ｂ（対応する周波数ｆ１ｂ，ｆ２ｂは共振周波数ｆ１，ｆ２より低い）等に設定すればよい。一方、共振素子１４Ｄ（又は１４Ｃ）を比透磁率の実数部μReが負の物質として使用する場合には、その照明光の波長をλ１，λ２等より僅かに短い範囲内のλ１ａ，λ２ａ（対応する周波数ｆ１ａ，ｆ２ａは共振周波数ｆ１，ｆ２より高い）等に設定すればよい。これによって、共振素子１４Ｄ（又は１４Ｃ）を比透磁率の実数部μReが１と大きく異なる物質（メタマテリアル）として使用できる。
【００６５】
また、一例として図６（Ａ）に示すように、多数の共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）を所定の溶媒中に混合（又は溶解）して光学的な液体３０を製造することができる。液体３０は、例えば純水等の溶媒(solvent)中に多数の共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）を混合（溶解）したものである。そして、溶媒が水（比誘電率が正）である場合には、共振素子１４Ｃは例えば図２の波長λ１ｂ又はλ２ｂ等の比透磁率の実数部μReが１よりかなり大きい条件で使用する。この条件では、液体３０の屈折率が例えば２より大きい値になるため、液体３０を高屈折率液体として使用できる。このような高屈折率の液体は、例えば液浸型の顕微鏡の液浸液、又は後述の液浸型の露光装置の液浸用の液体等として使用可能である。液体中に混合された各共振器の方向はランダムになるため、液体は等方的な光学性質を持つことができる。
【００６６】
さらに、溶媒が例えば比誘電率が負の液体である場合には、共振素子１４Ｃ（又は１４Ｓ）は例えば図２の波長λ１ａ又はλ２ａ等の比透磁率の実数部μReが負の条件で使用する。この条件では、液体３０の屈折率が負の値になる。このような負の屈折率の液体は、例えばセルに封入することによって、後述の負の屈折率の光学素子のようなスーパーレンズとして使用可能である。
【００６７】
また、別の例として図６（Ｃ）に示すように、多数の共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）を固めて平板状の光学素子３２を製造することができる。光学素子３２は、例えば粉末状の媒体（充填剤）と共振素子１４Ｃ，１４Ｄの粉末とを均等に混ぜ合わせたものを焼結等で固めたものである。そして、例えば媒体がない状態で、かつ共振素子１４Ｃ，１４Ｄの保護層１８Ａが二酸化ケイ素（比誘電率が正）である場合には、共振素子１４Ｃ，１４Ｄは例えば図２の波長λ１ｂ又はλ２ｂ等の比透磁率の実数部μReが１よりかなり大きい条件で使用する。この条件では、光学素子３２の屈折率が例えば２より大きい値になるため、光学素子３２を球面又は非球面のレンズに加工することによって、屈折率が例えば２より大きい光学レンズを製造できる。
【００６８】
一方、媒体が例えば比誘電率が負の物質（例えば多数の微細な金属細線、あるいはバンドギャップの小さい誘電体）である場合には、共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）は例えば図２の波長λ１ａ又はλ２ａ等の比透磁率の実数部μReが負の条件で使用する。この条件では、光学素子３２の屈折率が負の値になる。このような負の屈折率の光学素子３２に、図６（Ｃ）に示すように、外部の物点３４から照明光ＩＬが入射すると、その照明光ＩＬは外部の像点３６に正確に結像される。従って、光学素子３２はいわゆるスーパーレンズとして使用可能である。
【００６９】
次に、多数の図１０（Ａ）の単層の共振素子１４Ｃ、又は多数の図１１（Ａ）の複数層の共振素子１４Ｄからなる粉末１２Ａの製造方法の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。この製造方法はフォトリソグラフィー工程を使用するものであり、そのフォトリソグラフィー工程では図４（Ａ）に示す液浸型の露光装置５０が使用される。このように露光装置５０は、液浸型であるため、図１２（Ｂ）において半径ｒが５０ｎｍ程度のＳＲＲ（分割リング共振器）１６は容易に高精度に製造できる。
また、図１４（Ｂ）は、図４（Ａ）の露光装置５０で使用される第１のレチクルＲ４のパターン領域内に形成されているパターンの一部を示す拡大平面図である。図１４（Ｂ）において、レチクルＲ４のパターン領域には、図１０（Ａ）の共振素子１４Ｃ内の例えば１０行×１０列に配置された複数のＳＲＲ１６を投影倍率βの逆数比で拡大した遮光膜よりなる第１パターン５６が、直交する２方向に所定間隔で形成されている。第１パターン５６は、図１４（Ａ）に拡大して示すように、一つのＳＲＲ１６に対応する分割リング状の遮光膜よりなるリング状パターン５５を例えば１０行×１０列に配列したものである。
【００７０】
図１４（Ｃ）は、露光装置５０で使用される第２のレチクルＲ５のパターン領域内に形成されているパターンの一部を示す拡大平面図である。図１４（Ｃ）において、レチクルＲ５のパターン領域には、共振素子１４Ｃ，１４Ｄのｘｙ平面上の保護層１８Ａの外形を投影倍率βの逆数比で拡大した遮光膜よりなる第２パターン５７Ａが、直交する２方向に第１パターン５６の配列周期と同じ周期で形成されている。露光時には、レチクルＲ４上の第１パターン５６が配置される位置５６Ａ（多数のリング状パターン５５が配置される位置５５Ａを含む）と同じ位置にレチクルＲ５上の第２パターン５７Ａが位置決めされる。また、レチクルＲ５上の第２パターン５７Ａの間の領域は、複数の共振素子１４Ｃ，１４Ｄを分離するための分離帯に対応している。
【００７１】
そして、図１３のステップ１４１において、例えば直径が３００ｍｍのシリコンの円板状の１ロット分のウエハを用意する。以下の処理は１ロットのウエハについて順次実行されるが、以下では１枚のウエハＰの処理につき説明する。図１５（Ａ）〜図１５（Ｇ）及び図１６（Ａ）〜図１６（Ｇ）は、それぞれウエハＰ上に形成される複数層の薄膜の構造の一部を示す拡大断面図である。先ず、薄膜形成装置（不図示）において、図１５（Ａ）に示すように、ウエハＰの全面に第１のフォトレジスト層２２Ａを形成する。この第１のフォトレジスト層２２Ａは、レジストパターンを形成するための感光層としてではなく、最後に多数の共振素子１４Ｃ，１４ＤをウエハＰから分離するための犠牲層として使用される。
【００７２】
次のステップ１４２において、ウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａ上に第１の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の層２４Ａを形成する。次のステップ１４３において、二酸化ケイ素の層２４Ａ上に第１の金属（ここでは例えば銀又はアルミニウム等）の薄膜２６Ａを形成する。次のステップ１４４において、金属の薄膜２６Ａ上に第２のポジ型のフォトレジスト層２２Ｂを形成する。この第２のフォトレジスト層２２Ｂと第１のフォトレジスト層２２Ａとは異なるタイプであり、フォトレジスト層２２Ａはフォトレジスト層２２Ｂ（及び後述の２２Ｃ等）用の現像液及び溶解液によっては溶解しない。次のステップ１４５において、ウエハＰを図４（Ａ）の露光装置５０にロードし、露光装置５０でウエハＰ上の全部のショット領域の第２のフォトレジスト層２２Ｂに、レチクルＲ４の多数の第１パターン５６の像（ＳＲＲ１６用の多数のリング状パターン５５の像５５Ｐ）を露光する。なお、この例では、図１５（Ａ）において多数の像５５Ｐの間の領域が照明光で感光される。
【００７３】
次のステップ１４６において、ウエハＰをコータ・デベロッパ（不図示）に搬送し、ウエハＰ上の第２のフォトレジスト層２２Ｂを現像する。これによって、図１５（Ｂ）に示すように、ＳＲＲ１６（像５５Ｐ）に対応するレジストパターン２２ＢＰが形成される。次のステップ１４７において、ウエハＰをエッチング装置（不図示）に搬送し、レジストパターン２２ＢＰをマスクとしてウエハＰ上の金属の薄膜２６Ａをエッチングし、図１５（Ｃ）に示すように、第１層１５Ａの多数の微小なＳＲＲ１６を形成する。その後、レジストパターン２２ＢＰを除去する。
【００７４】
次のステップ１４８において、薄膜形成装置（不図示）において、図１５（Ｄ）に示すように、ウエハＰ上の多数の微小なＳＲＲ１６を覆うように、第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂを形成する。次のステップ１４９において、化学機械的研磨(Chemical-Mechanical Polishing: CMP)によって、図１５（Ｅ）に示すように、二酸化ケイ素の層２４Ｂの表面を平坦化する。次のステップ１５０において、第１層１５Ａ上にさらにＳＲＲ１６の層（ここでは第２層）を形成するかどうかを確認する。第２層を形成しない場合、即ち図１０（Ａ）の単層の共振素子１４Ｃを製造する場合には、ステップ１５１に移行する。ここでは、第２層を形成するものとすると、動作はステップ１４３に戻り、図１５（Ｆ）に示すように、二酸化ケイ素の層２４Ｂ上に薄膜２６Ａと同じ金属の薄膜２６Ｂを形成し、この上に第３のフォトレジスト層２２Ｃを形成する（ステップ１４４）。次に、露光装置５０によって、ウエハＰ上の各ショット領域のフォトレジスト層２２Ｃに、レチクルＲ４の多数の第１パターン５６の像（リング状パターン５５の像５５Ｐ）を露光する。
【００７５】
次に、ウエハＰのフォトレジスト層２２Ｃを現像し（ステップ１４６）、図１５（Ｇ）に示すように、ＳＲＲ１６（像５５Ｐ）に対応するレジストパターン２２ＣＰを形成する。次に、レジストパターン２２ＣＰをマスクとしてウエハＰ上の金属の薄膜２６Ｂをエッチングし（ステップ１４７）、図１６（Ａ）に示すように、第２層１５Ｂの多数の微小なＳＲＲ１６を形成する。その後、レジストパターン２２ＣＰを除去する。
【００７６】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、第２層１５Ｂの多数のＳＲＲ１６を覆うように、第３の二酸化ケイ素の層２４Ｃを形成する（ステップ１４８）。次に、図１６（Ｃ）に示すように、二酸化ケイ素の層２４Ｃの表面を平坦化する。次のステップ１５０において、ここでは第２層１５Ｂ上に第３層を形成しないものとして、動作はステップ１５１に移行し、図１６（Ｄ）に示すように、コータ・デベロッパ（不図示）において、ウエハＰの二酸化ケイ素の層２４Ｃ上に第４のポジ型のフォトレジスト層２２Ｄを形成する。次のステップ１５２において、ウエハＰを図４（Ａ）の露光装置５０にロードし、露光装置５０で、ウエハＰのフォトレジスト層２２ＤにレチクルＲ５の第２パターン５７の像５７Ｐを露光する。これによって、ウエハＰ上の多数の共振素子１４Ｄ（又は１４Ｃ、以下同様）の間の領域（分離帯）が露光される。その後、コータ・デベロッパ（不図示）において、ウエハＰのフォトレジスト層２２Ｄを現像する。これによって、図１６（Ｅ）に示すように、ウエハＰ上の各共振素子１４Ｄの多数のＳＲＲ１６を覆うように、図１１（Ａ）又は図１（Ａ）の保護層１８Ａが形成される領域にレジストパターン２２ＤＰが形成される。
【００７７】
次のステップ１５３において、エッチング装置（不図示）において、図１６（Ｆ）に示すように、ウエハＰ上のレジストパターン２２ＤＰをマスクとして複数の二酸化ケイ素の層２４Ａ〜２４Ｃをエッチングする。これによって、共振素子１４Ｄ内の多数のＳＲＲ１６は、それぞれ全面が二酸化ケイ素の膜２４ＡＰ，２４ＢＰ，２４ＣＰによって覆われる。次のステップ１５４において、ウエハＰをコータ・デベロッパ（不図示）に搬送し、ウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａ（犠牲層）を溶解して除去する。第１のフォトレジスト層２２Ａを除去するためには、プラズマによるアッシング（灰化）処理をしても良い。これによって、図１６（Ｇ）に示すように、それぞれ二酸化ケイ素の膜２４ＡＰ，２４ＢＰ，２４ＣＰよりなる保護層１８Ａで覆われた第１層１５Ａ及び第２層１５Ｂの多数のＳＲＲ１６よりなる多数の共振素子１４Ｄが、ウエハＰから分離した状態で製造される。また、第２層１５Ｂを形成しなかった場合には、多数の共振素子１４Ｃが製造される。１ロット分のウエハ上から製造された多数の共振素子１４Ｄ（又は１４Ｃ）を集めたものが図１０（Ｃ）の粉末１２Ａである。
【００７８】
なお、３層以上の多数のＳＲＲ１６を含む共振素子１４Ｄを製造する場合には、ステップ１４３〜１４９の動作をその層の回数だけ繰り返せばよい。また、さらに多くの共振素子１４Ｃ，１４Ｄを製造する場合には、上記の製造工程で使用された１ロットのウエハを再利用できるため、ウエハは製造コスト上の負担にはならない。
その後、図６（Ａ）の液体３０（光学液体）を製造する場合には、ステップ１６１において、所定の容器内の水等の溶媒３０ａに多数の共振素子１４Ｃ又は１４Ｄよりなる粉末を溶かし、必要に応じて攪拌機（不図示）で攪拌する。
【００７９】
一方、図６（Ｃ）の光学素子３２を製造する場合には、ステップ１７１において、多数の共振素子１４Ｃ又は１４Ｄよりなる粉末を所定の型に入れて焼結する。この際に、予め共振素子１４Ｃ，１４Ｄの粉末と、粉末状の媒体３２ａ（充填剤）とを均一に混入しておいてもよい。なお、粉末１２Ａ、液体３０、及び光学素子３２においては、多数の単層の共振素子１４Ｃと、多数の複数層の共振素子１４Ｄとを混合して使用してもよい。
【００８０】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の粉末１２Ａは、照明光が照射される液体又は固体の一成分として使用される光学材料であって、複数の微小な共振素子１４Ｃ，１４Ｄを含み、共振素子１４Ｃ，１４Ｄは、それぞれその照明光の波長と同じ程度か又はこれより小さい幅を有する金属（導電体）よりなり、互いに離れて配置された複数のＳＲＲ（分割リング共振器）１６と、二酸化ケイ素等（絶縁体）よりなり複数のＳＲＲ１６を包む保護層１８Ａと、を含む。
【００８１】
本実施形態の光学材料によれば、ＳＲＲ１６を可視光の波長程度以下の大きさにすることで、赤外域又はこれよりも短い波長の光に対して比透磁率の実数部が１と異なることが可能である。さらに、各ＳＲＲ１６が保護層１８Ａで包まれているため、複数のＳＲＲ１６が直接互いに接触することがなく、構造的に安定である。さらに、複数のＳＲＲ１６の相対位置がほぼ固定されるため、その相対位置を制御することで、共振周波数ｆ１〜ｆ３等の特性を容易に制御できる。
【００８２】
なお、保護層１８Ａの材料としては、絶縁体の他に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の半導体も使用可能である。
（２）また、共振素子１４Ｃ内の複数のＳＲＲ１６は、直交するｘ軸及びｙ軸に沿って周期ａで配列され、共振素子１４Ｄ内の複数のＳＲＲ１６は、直交するｘ軸及びｙ軸に沿って周期ａで配列されるとともに、ｚ軸に沿って周期ｂで配列されている。従って、共振素子１４Ｃ又は１４Ｄによれば、ＳＲＲ１６の２次元的又は３次元的な配列が固定されているため、共振周波数等の特性をさらに容易に正確に制御できる。
【００８３】
（３）また、粉末１２Ａを構成する多数の共振素子１４Ｃ，１４Ｄにおいて、ＳＲＲ１６の照明光に対する比透磁率（ひいては透磁率）の実数部が負であり、かつそれを包む保護層１８Ａのその照明光に対する比誘電率（ひいては誘電率）の実数部が負であってもよい。これによって、共振素子１４Ｃ，１４Ｄ又はこれを含む液体若しくは固体は、その照明光に対して負の屈折率を持つ光学材料となる。
【００８４】
（４）また、また、粉末１２Ａを溶媒に溶かして作成した液体３０は、屈折率が例えば２より大きいか又は屈折率が負の光学液体として使用可能である。
（５）また、粉末１２Ａを固めた光学素子３２は、屈折率が例えば２より大きいか又は屈折率が負の光学材料として使用可能である。
【００８５】
（６）また、本実施形態の多数の共振素子１４Ｃの製造方法は、ウエハＰ上に第１のフォトレジスト層２２Ａ（犠牲層）を形成するステップ１４１と、第１のフォトレジスト層２２Ａ上に第１の二酸化ケイ素の層２４Ａを形成するステップ１４２と、この上に金属の薄膜２６Ａを形成するステップ１４３と、この薄膜２６Ａに複数のＳＲＲ１６をパターニングするステップ１４４〜１４７と、複数のＳＲＲ１６を覆うように第２の二酸化ケイ素の層２４Ｂを形成するステップ１４８，１４９と、ＳＲＲ１６の配置に応じて、二酸化ケイ素の層２４Ａ，２４Ｂの一部を除去するステップ１５１〜１５３と、第１のフォトレジスト層２２Ａを除去するステップ１５４と、を含んでいる。
この製造方法によれば、本実施形態の多数の共振素子１４Ｃよりなる粉末１２Ａをフォトリソグラフィー工程を用いて高精度に量産できる。
【００８６】
（７）また、その製造方法は、最初のステップ１４８の動作と、ステップ１５１〜１５３の動作との間で、二酸化ケイ素の層２４Ｂの表面を平坦化するステップ１４９と、平坦化された二酸化ケイ素の層２４Ｂ上に第２の金属の薄膜２６Ｂを形成するステップ１４３と、薄膜２６Ｂに複数のＳＲＲ１６をパターニングするステップ１４４〜１４７と、そのパターニングされた複数のＳＲＲ１６を覆うように二酸化ケイ素の層２４Ｃを形成するステップ１４８とを実行することができる。
このようにステップ１４３〜１４８の動作を繰り返すことで、多数の複数層のＳＲＲ１６を含む共振素子１４Ｄを製造できる。
【００８７】
なお、上記の各実施形態については以下のような変形が可能である。
（１）先ず、上記の各実施形態の各共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄの保護層１８，１８Ａの表面に界面活性剤を塗布してもよい。これによって、複数の共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄが粉末状態のときに互いに固着することを防止できる。
（２）次に、第１の実施形態の図５（Ａ）のウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａ、又は第２の実施形態の図１５（Ａ）のウエハＰ上の第１のフォトレジスト層２２Ａの代わりに、犠牲層として例えば二酸化ケイ素の層を形成してもよい。この場合には、ステップ１１２又はステップ１５４で犠牲層を溶解する際の溶解液としては例えばフッ酸が使用できる。即ち、ウエハＰをフッ酸に漬ければよい。この際の保護層１８，１８Ａの材料（二酸化ケイ素の層２４Ａ〜２４Ｃの代わりの材料）としては、フッ酸に溶解しない材料、例えば窒化ケイ素、酸化アルミニウム、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を使用すればよい。
【００８８】
（３）また、第２の実施形態の共振素子１４Ｃ，１４Ｄ内のＳＲＲ１６の代わりに、第１の実施形態と同様に、図７（Ｂ）の二重の分割リング共振器１７を使用してもよい。この複数の分割リング共振器１７を保護膜１８Ａ等で覆った共振素子も、図１３の製造方法と同様の製造方法で容易に製造可能である。従って、分割リング共振器の構成は任意である。
【００８９】
（４）また、第２の実施形態において、液浸型の露光装置５０よりも解像度が低い例えばドライ露光型の露光装置を使用して、図１３のステップ１４５において、図１４（Ｂ）の第１のレチクルＲ４のパターンの像を露光する場合には、解像度が十分でない恐れがある。この場合には、第１の実施形態と同様に、レチクルＲ４の多数のリング状パターン５５をより単純な形状の２つのパターンに分割し、これらのパターンを二重露光してもよい。これによって、低い解像度の露光装置を用いて、微細なＳＲＲ１６を含む多数の共振素子１４Ｃ，１４Ｄを高精度に製造できる。
なお、レチクルＲ４の多数のリング状パターン５５をより単純な形状の２つ以上のパターンに分割し、これらのパターンを多重露光してもよい。
【００９０】
（５）また、第１の実施形態において、図６（Ｂ）のように、多数の共振素子１４，１４Ａ，１４Ｂを溶媒３０ａに混入して液体３０を製造する場合、又は第２の実施形態において、多数の共振素子１４Ｃ，１４Ｄ等を溶媒３０ａに混入して液体３０を製造する場合、溶媒３０ａの照明光に対する誘電率の実数部を負にするために、溶媒３０ａとして、例えば純水に照明光を吸収する色素を混入した溶媒を使用してもよい。色素は、誘電率が負の物質として作用するため、その照明光に対する共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄ等の比透磁率の実数部が負であれば、その照明光に対する液体３０の屈折率は負になる。
【００９１】
（６）また、多数の共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄ等を溶媒３０ａに混入して液体３０を製造する場合、溶媒３０ａの屈折率を共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄの保護層１８，１８Ａの屈折率に近づけてもよい。保護層１８，１８Ａが二酸化ケイ素である場合には、屈折率が二酸化ケイ素に近い溶媒として、例えばデカリン(Decalin）又はジシクロヘキシル(Dicyclohexyl)等の炭化水素系の液体（高屈折率液体）を使用してもよい。これによって、溶媒３０ａと保護層１８，１８Ａとの屈折率差が小さくなり、照明光の保護層１８，１８Ａとの間の界面での反射による光量損失が低減される。
【００９２】
（７）また、第１の実施形態において、多数の共振素子１４，１４Ａ，１４Ｂと図６（Ｄ）の媒体３２ａ（充填剤）とを混合し固めて光学素子３２を製造する際、又は第２の実施形態において、多数の共振素子１４Ｃ，１４Ｄと媒体３２ａ（充填剤）とを混合し固めて光学素子３２を製造する際に、媒体３２ａとしてシリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、液体状の熱硬化性樹脂と多数の共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄとを混合して均一に攪拌する工程と、その混合物を加熱してその熱硬化性樹脂を固める工程とによって、多数の共振素子１４，１４Ａ〜１４Ｄと固体の媒体３２ａとが均一に混じった光学素子３２を容易に製造できる。
【００９３】
（８）また、第２の実施形態において多数の共振素子１４Ｃ（又は１４Ｄ）と混合する媒体３２ａとして、第１の実施形態と同様にゾル状の液体をゾルゲル(Sol-Gel）法で固めた固体を使用してもよい。
（９）また、第２の実施形態の共振素子１４Ｃ，１４Ｄは、誘電率の実数部は正であり、比誘電率の実数部も正（例えば１より大きい実数）であるため、単に共振素子１４Ｃ，１４Ｄのみを多数集めても屈折率は正のままである。
これに対して、第１の実施形態と同様に、図１７（Ａ）の変形例の共振素子１４Ｅで示すように、保護層１８Ａ内にｘ軸及びｙ軸に沿って周期ａで配置された多数のＳＲＲ（分割リング共振器）１６をそれぞれｘ方向及びｙ方向に挟むようにｙ方向に細長い線状パターン８１Ｘ及びｘ方向に細長い線状パターン８１Ｙを形成してもよい。線状パターン８１Ｘ，８１ＹはＳＲＲ１６と同じ導電体（金属等）から形成された微小細線である。
【００９４】
この変形例では、電場ベクトルの振動方向ＥＶＹがｘ軸に平行で（ｘ方向に直線偏光した）、磁場ベクトルの振動方向がｚ軸に平行な光ＩＬＹが共振素子１４Ｅに対してｙ方向に入射するものとして、光ＩＬＹの波長が図２の比透磁率の実数部μＲｅが負の値になる範囲（例えば波長λ３よりも僅かに小さい値）であると仮定する。この場合、線状パターン８１Ｙの線幅（断面積）及びｘ方向の長さ、並びに多数の線状パターン８１Ｙのｘ方向、ｙ方向の周期等の配列は、共振素子１４Ｅの光ＩＬＹに対する誘電率の実数部が負（比誘電率の実数部も負）になるように設定されている。
この結果、共振素子１４Ｅ（又はこれをｚ方向に積み重ねたもの）は、光ＩＬＹに対する屈折率が負の値になるメタマテリアルとなる。なお、マイクロ波に対して誘電率の実数部が負になる複数の金属細線の構成例は、上述の参考文献Ｂに開示されている。図１７（Ａ）の変形例の線状パターン８１Ｙは、可視光に対して誘電率の実数部が負になるように、形状及び配列が微細化されている。
【００９５】
また、共振素子１４Ｅ内のｙ方向に細長い多数の線状パターン８１Ｘの形状及び配列は、線状パターン８１Ｙと同じであるとする。このとき、電場ベクトルの振動方向ＥＶＸがｙ軸に平行で（ｙ方向に直線偏光した）、磁場ベクトルの振動方向がｚ軸に平行な光ＩＬＸ（光ＩＬＹと同じ波長であるとする）が共振素子１４Ｅに対してｘ方向に入射すると、線状パターン８１Ｘによって、共振素子１４Ｅの光ＩＬＸに対する誘電率の実数部も負になる。従って、光ＩＬＸに対しても共振素子１４Ｅの屈折率は負の値になる。そのため、多数の共振素子１４Ｅを液体に混入するか、又は多数の共振素子１４Ｅを固めて光学素子を形成することによって、所定の波長の光に対して屈折率が負の光学液体又は光学素子を製造できる。
【００９６】
また、図１１（Ａ）の共振素子１４Ｄにおいても、ＳＲＲ１６の近傍にそれぞれ複数の導電体の線状パターンを設けることで、共振素子１４Ｄの所定の光に対する誘電率の実数部を負にできる。その結果、その光に対する共振素子１４Ｄの屈折率が負になる。
次に、図１７（Ａ）の共振素子１４Ｅを製造する場合、図１３のステップ１４５において、図１４（Ｂ）のレチクルＲ４の代わりに、図１７（Ｂ）に示すように、リング状パターン５５の周囲に線状パターン８１Ｘ，８１Ｙに対応する遮光膜よりなるラインパターン５８Ｘ，５８Ｙが形成されたレチクルＲ３を使用すればよい。
これによって、金属の薄膜２６Ａ，２６Ｂ等に、多数のＳＲＲ１６とともに線状パターン８１Ｘ，８１Ｙをパターニングできる。
【００９７】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約をそれぞれ含む２００９年４月１０日付け提出の米国特許出願第６１／２０２，８４５号、２００９年１０月２２日付け提出の日本国特許出願第２００９−２４３４３８号、並びに２００９年１０月２２日付け提出の日本国特許出願第２００９−２４３４３９号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
【符号の説明】
【００９８】
１２…多数の共振素子１４の粉末、１４…共振素子（保護層で覆われた分割リング共振器）、１６…分割リング共振器（ＳＲＲ）、１８…保護層、Ｐ…ウエハ、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…フォトレジスト層、２４Ａ，２４Ｂ…二酸化ケイ素の層、２６…金属の薄膜、３０…液体、３２…光学素子
【図１】
2010117047.tif 000005
【図２】
2010117047.tif 000006
【図３】
2010117047.tif 000007
【図４】
2010117047.tif 000008
【図５】
2010117047.tif 000009
【図６】
2010117047.tif 000010
【図７】
2010117047.tif 000011
【図８】
2010117047.tif 000012
【図９】
2010117047.tif 000013
【図１０】
2010117047.tif 000014
【図１１】
2010117047.tif 000015
【図１２】
2010117047.tif 000016
【図１３】
2010117047.tif 000017
【図１４】
2010117047.tif 000018
【図１５】
2010117047.tif 000019
【図１６】
2010117047.tif 000020
【図１７】
2010117047.tif 000021
【国際調査報告】
2010117047.tif 000022
2010117047.tif 000023