CN105659150A - 具有侧区域的线栅偏振器 - Google Patents

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CN105659150A CN201480057978.XA CN201480057978A CN105659150A CN 105659150 A CN105659150 A CN 105659150A CN 201480057978 A CN201480057978 A CN 201480057978A CN 105659150 A CN105659150 A CN 105659150A
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E·加德纳
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Abstract

一种线栅偏振器(10、20、30、40、160、170、180、190)的结构和制作方法，该线栅偏振器具有多个区域，其包括沿着中央区域的侧面的侧条(15)、带(161)和/或侧肋状物(24)。中央区域可包括单个区域或多个区域。每个区域可具有用于改进偏振器性能的不同的功能。各种区域可彼此支撑以用于改进的线栅偏振器的耐久性。

Description

具有侧区域的线栅偏振器
技术领域
本申请一般地涉及线栅偏振器。
背景技术
通过允许光的一个偏振穿过偏振器，并且反射或吸收光的相对的偏振，线栅偏振器可被用于将光偏振。为了简化，主要穿过偏振器的偏振将被称为p-偏振光，并且主要被反射或吸收的偏振将被称为s-偏振光。线栅偏振器设计的目标包括增加p偏振光的透射，减小s偏振光的透射，并且增加s偏振光的反射或吸收。不同的应用具有不同的要求。
对于大部分或全部的应用，增加p偏振光的透射和减小s偏振光的透射的目标是共同的。在这两个之间可存在权衡。换句话说，可增加p偏振光的透射的某些设计也可不期望地增加s偏振光的透射。减小s偏振光的透射的其它设计也可不期望地减小p偏振光的透射。
对于一些应用，期望反射尽可能多的s偏振光。例如，如果主要反射s偏振光，则光学系统可有效地利用透射的p偏振光和反射的s偏振光二者。在这种设计中增加s偏振光的反射而不减少p偏振光的透射可能是重要的。有时，在增加p偏振光的透射和增加s偏振光的反射之间的特定设计中存在权衡。
对于其它应用，s偏振光的吸收可能是优选的。如果光的反射可扰乱图像或其它预期的使用，s偏振光的吸收可能是优选的。例如，在透射式面板图像投影系统中，反射的光可回到LCD成像仪中以导致图像退化，或者杂散光可达到屏幕以降低对比度。理想的选择性吸收式线栅偏振器将透射p偏振光并且选择性地吸收所有的s偏振光。在现实中，一些s偏振光是透射的而一些是反射的，并且一些p偏振光是吸收的而一些是反射的。有时，在增加p偏振光的透射和增加s偏振光的吸收之间的特定设计中存在权衡。
线栅偏振器的效果可因此通过如下项来量化：(1)p-偏振光的高透射；(2)s-偏振光的高吸收和反射，其取决于设计；以及(3)高对比度。对比度等于p-偏振光透射的百分数(Tp)除以s-偏振光透射的百分数(Ts)：对比度＝Tp/Ts。
用于红外线、可见光以及紫外线的线栅偏振器具有带有小栅距(pitch)(诸如纳米或微米尺寸和栅距)的细线对于有效偏振可能是重要的。典型地，小于被偏振的光的波长的一半的栅距对于有效偏振需要的。较小栅距可提高对比度。因此，小栅距可以是线栅偏振器的重要特征。具有充分地小栅距的线栅偏振器的制造具有挑战性，并且在该领域中是研究的目标。
小布线可以通过处理和环境条件而损坏。在线栅偏振器中的线的保护是重要的。因此，线栅偏振器的耐久性是另一重要特征。
例如，参见U.S.专利号US5,991,075、US6,288,840、US6,665,119、US7,630,133、US7,692,860、US7,800,823、US7,961,393以及US8,426,121；U.S.专利公开号US2008/0055723、US2009/0041971以及US2009/0053655；2011年12月15日提交的U.S.专利申请号13/326,566；D.C.Flanders在J.Vac.Sci.Technol.,19(4),Nov./Dec.1981中的“Applicationoflinewidthstructuresfabricatedbyshadowingtechniques”；以及DaleC.Flanders在Appl,Phys.Lett.42(6),15March1983,pp.492-494中的“Submicronperiodicitygratingsasartificialanisotropicdielectrics”。
发明内容
已经认识到，提供具有p偏振光的高透射、高对比度和小栅距的耐久线栅偏振器将是有利的。取决于设计的s偏振光的高吸收或高反射也可是重要的。本发明指向满足这些需要的具有可包括中央区域和侧区域的多个区域的线栅偏振器以及制作线栅偏振器的方法的各种实施例。各种实施例中的每个可满足这些需要中的一个或多个。
在一个实施例中，线栅偏振器可包括对入射光是基本上透射式的衬底，以及设置在衬底之上的平行的、伸长的第一下肋状物的阵列。第一下肋状物可具有附接到衬底的底部、与底部相对的顶部表面以及两个相对的侧面。平行的、伸长的第一上肋状物的阵列可以被设置在第一下肋状物的顶部表面之上，以使得每个第一下肋状物与对应的第一上肋状物成对，以限定中心肋状物或中心区域的阵列。线栅偏振器还可包括伸长的侧条的阵列，其包括沿着中心肋状物中的每个的每个侧面而设置的侧条。侧区域可包括侧条。在侧条和对应的中心肋状物与相邻的侧条和对应的中心肋状物之间可存在间隙。第一下肋状物、第一上肋状物以及侧条中的至少一个对入射光可以是基本上反射式的。
一种制作线栅偏振器的第一方法可包括：
1.提供衬底：
a.其对于入射光是基本上透射式的；以及
b.其在所述衬底表面之上具有材料的连续的薄膜；
2.蚀刻所述衬底和所述薄膜以形成：
a.设置在所述衬底之上的平行的、伸长的中心肋状物的阵列，所述中心肋状物包括下第一下肋状物和第一上肋状物；以及
b.在所述肋状物之间的固体-材料-自由(solid-material-free)间隙；
3.采用材料层保形涂覆所述衬底和所述中心肋状物，同时维持在所述肋状物之间的固体-材料-自由间隙；以及
4.蚀刻材料层以除去水平段，并且留下沿着所述中心肋状物的侧面的垂直侧条。
一种制作线栅偏振器的第二方法可包括：
1.提供对于入射光是基本上透射式的衬底，以及设置在所述衬底之上的平行的、伸长的第一下肋状物的阵列；
2.采用材料层保形涂覆所述衬底和所述第一下肋状物，同时维持在所述第一下肋状物之间的固体-材料-自由间隙；
3.蚀刻材料层以除去水平段，并且留下沿着所述第一下肋状物的侧面的垂直侧条；
4.采用填充材料回填所述第一间隙并且在所述第一下肋状物和所述侧条之上继续填充，所述填充材料具有与所述第一下肋状物类似的蚀刻属性；
5.蚀刻填充材料以及在所述侧条的顶部下面的所述第一下肋状物，在所述侧条的顶部之间形成固体-材料-自由第二间隙，并且在与所述第一下肋状物相同的平面上在所述侧条之间形成第二下肋状物；以及
6.采用上材料回填所述第二间隙并且在所述侧条之上继续填充。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的线栅偏振器10的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器10包括(1)包括第一下肋状物12和第一上肋状物13的中心肋状物14，以及(2)沿着中心肋状物14中的每个的每侧而设置的侧条15；
图2是根据本发明的实施例的与图1的线栅偏振器10相类似的线栅偏振器20的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器20具有基本上填充在组合的中心肋状物14-侧条15结构之间的间隙16的侧肋状物24，并且该图还图示在用于制作线栅偏振器的第一方法中的步骤；
图3是根据本发明的实施例的与图2的线栅偏振器20相类似的线栅偏振器30的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器30而且还包括从间隙16之上和中心肋状物14和侧条15的顶部上面延伸的介电材料32，该图还图示在用于制作线栅偏振器的第一方法的步骤；
图4是根据本发明的实施例的与图2的线栅偏振器20相类似的线栅偏振器40的示意性横截面侧视图，其中侧肋状物24包括第二下肋状物42和第二上肋状物43，并且侧条15将第一下肋状物12与第二下肋状物42分离，以及将第一上肋状物13与第二上肋状物43分离；
图5是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第一方法中的步骤的示意性横截面侧视图——提供对于入射光是基本上透射式的衬底11，并且将材料53的连续薄膜施加在衬底11的表面之上；
图6是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第一方法中的步骤的示意性横截面侧视图——蚀刻衬底11以及薄膜53以形成(a)在衬底11之上设置的平行的、伸长的中心肋状物14的阵列，以及(b)在中心肋状物14之间的固体-材料-自由间隙16；
图7是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第一方法中的步骤3的示意性横截面侧视图——采用材料层75保形涂覆衬底11和中心肋状物14，同时维持在中心肋状物14之间的固体-材料-自由间隙16；
图8是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第一方法中的步骤的示意性横截面侧视图——蚀刻材料层75以除去水平段71，并且留下沿着中心肋状物14的侧面14s的垂直侧条15；
图9是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——提供具有在衬底11之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列的衬底11；
图10是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——采用材料层75保形涂覆衬底11和第一下肋状物12，同时维持在第一下肋状物12之间的固体-材料-自由第一间隙96；
图11是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——蚀刻材料层75以除去水平段71，并且留下沿着第一下肋状物12的侧面12s的垂直侧条15；
图12是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——采用填充材料122回填第一间隙96并且在第一下肋状物12和侧条15之上继续填充，填充材料122具有与第一下肋状物12类似的蚀刻属性；
图13是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——蚀刻填充材料122以及在侧条15的顶部15t下面的第一下肋状物12，以在侧条15的顶部区域15tr处形成固体-材料-自由第二间隙136，并且在与第一下肋状物12相同的平面上(在侧条15的底部区域15br)在侧条15之间形成第二下肋状物42；
图14是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——采用上材料143回填第二间隙136并且在侧条15的顶部15t之上继续填充；
图15是根据本发明的实施例的用于制作线栅偏振器的第二方法中的步骤的示意性横截面侧视图——蚀刻上材料143至少向下到侧条15的顶部15t，以在第一下肋状物12和42之上形成平行的、伸长的上肋状物13和43的阵列，其中第一上肋状物13在第一下肋状物12之上并且第二上肋状物43在第二下肋状物42之上，并且侧条15可将第一下肋状物12与第二下肋状物42分离，并且将第一上肋状物13与第二上肋状物43分离；
图16是根据本发明的实施例的线栅偏振器160的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器160包括沿着第一下肋状物12的每个侧面12s而设置的伸长的带161，带161包括下线163和上线165；
图17是根据本发明的实施例的与图16的线栅偏振器160类似的线栅偏振器170的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器170具有基本上填充在第一下肋状物12-带161结构之间的间隙166的侧肋状物24；
图18是根据本发明的实施例的与图17的线栅偏振器170类似的线栅偏振器180的示意性横截面侧视图，但还包括从间隙16之上和在第一下肋状物12的顶部12t和带161的上面而延伸的介电材料32；以及
图19是根据本发明的实施例的线栅偏振器190的示意性横截面侧视图，该线栅偏振器190包括并排的第一下肋状物12、侧条15，以及侧肋状物24，且侧条15在每个第一下肋状物12与侧肋状物24之间。
附图中的参考符号
10线栅偏振器
11衬底
12第一下肋状物
12b第一下肋状物12的底部
12t第一下肋状物12的顶部表面
12s第一下肋状物12的侧面
13第一上肋状物13
13t第一上肋状物13的顶部
14中心肋状物
14s中心肋状物14的侧面14s
15侧条
15br侧条15的底部区域
15t侧条15的顶部
15tr侧条15的顶部区域
16在每个侧条15和对应的中心肋状物14与相邻的侧条15和对应的中心肋状物15之间的间隙
20线栅偏振器
24侧肋状物
30线栅偏振器
32介电材料
40线栅偏振器
42第二下肋状物
43第二上肋状物
53薄膜
71水平段
75材料的层
96第一间隙
122填充材料
136第二间隙
143上材料
160线栅偏振器
161带
161t带161的顶部
163下线
165上线
166带161之间的间隙
170线栅偏振器
180线栅偏振器
190线栅偏振器
194中央组
d在侧条15的顶部15t下面的蚀刻深度
H高度
Th13上肋状物13和43的厚度
Th15侧条15的厚度
Th161带161的厚度
W15侧条15的宽度
W75材料层75的宽度
W161带161的宽度
定义
在光学结构中使用的许多材料吸收一些量的光，反射一些量的光以及透射一些量的光。以下定义旨在在主要地吸收式、主要地反射式或主要地透射式的材料或结构之间区分。
1.如在本文中所使用，术语“吸收式(absorptive)”意指对在感兴趣波长中的光基本上是吸收式。
a.材料是否是“吸收式”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。因此，相比反射式或透射式结构，吸收式结构将基本上吸收更多。
b.材料是否是“吸收式”依赖于感兴趣波长。在一种波长范围中材料可以是吸收式而在另一种波长范围中则不是。
c.在一方面，吸收式结构可吸收大于40％并且反射少于60％的感兴趣波长中的光(假设吸收式结构是光学厚膜——即，大于皮肤(skin)深度厚度)。
d.吸收式肋状物可被用于选择性地吸收光的一个偏振。
2.如本文中所使用，术语“反射式(reflective)”意指对在感兴趣波长中的光基本上是反射式。
a.材料是否是“反射式”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。因此，相比吸收式或透射式结构，反射式结构将基本上反射更多。
b.材料是否是“反射式”依赖于感兴趣波长。在一种波长范围中材料可以是反射式而在另一种波长范围中则不是。一些波长范围可有效地利用高反射式材料。在其它波长范围，尤其是在材料劣化更易于发生的较低波长，材料的选择可能更有限，并且光学设计者可能需要接受具有比预期更低的反射式材料。
c.在一方面，反射式结构可反射大于80％并且吸收少于20％的感兴趣波长中的光(假设反射式结构是光学厚膜——即，大于皮肤深度厚度)。
d.金属常常被用于反射式材料。
e.反射式线可被用于将光的一个偏振与光的相对的偏振相分离。
3.如在本文中所使用，术语“透射式”意指对在感兴趣波长中的光基本上是透射式。
a.材料是否是“透射式”是相对于在偏振器中使用的其它材料而言。因此，相比吸收式或反射式结构，透射式结构将基本上透射更多。
b.材料是否是“透射式”，其依赖于感兴趣波长。在一种波长范围中材料可以是透射式而在另一种波长范围中则不是。
c.在一方面，透射式结构可透射大于90％并且吸收少于10％的感兴趣波长中的光。
4.如在这些定义中所使用，术语“材料”是指特定结构的总体材料。因此，“吸收式”的结构是由整体上基本上为吸收式的材料来制成，即使材料可能包括一些反射或透射成分。因此，例如，由足够量的吸收式材料制成以致它基本上吸收光的肋状物是吸收式肋状物，即使肋状物可能包括在其中嵌入的一些反射式或透射式材料。
5.如本文中所使用，术语“光”可意指在x-射线、紫外线、可见光和/或红外线，或电磁频谱的其它区域中的光或电磁辐射。
6.如在本文中所使用，术语“衬底”包括基材，例如玻璃晶片。术语“衬底”包括单个材料，并且也包括多种材料，例如玻璃晶片与在晶片表面上的至少一个薄膜一起用作基材。
具体实施方式
第一结构组(图1-4)
如图1所示，示出线栅偏振器10，其包括在衬底11之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列。第一下肋状物12可具有附接于衬底12的底部12b、与底部12b相对的顶部表面12t，以及两个相对的侧面12s。第一下肋状物12可与衬底11成一体，并且可由与衬底11相同的材料来形成。可替代地，第一下肋状物12可由与衬底11不同的材料来形成。衬底11对于入射光可以是基本上透射式。
第一下肋状物12可以是基本上对入射光吸收式、基本上对入射光反射式，或者基本上对入射光透射式或期望波长范围的光。第一下肋状物12可包括或可由如下项组成：介电材料、金属，或其它材料。第一下肋状物12是否是基本上吸收式、基本上透射式，或基本上反射式，其可取决于总体偏振结构和预期的使用。
平行的、伸长的第一上肋状物13的阵列可设置在第一下肋状物12的顶部表面12t之上。第一上肋状物13可具有与第一下肋状物12的侧面12s基本上平行的侧面13s。第一下肋状物12和/或第一上肋状物13可被称为或可以是中心区域的部分。每个第一下肋状物12可以与对应的第一上肋状物13成对以限定中心肋状物14。
第一上肋状物13可包括或可由如下项组成：介电材料、金属，或其它材料。第一上肋状物13对入射光或期望波长范围的光可以是基本上吸收式、基本上反射式，或基本上透射式。第一上肋状物13是否是基本上吸收式、基本上透射式，或基本上反射式，其可取决于总体偏振结构和预期的使用。
线栅偏振器10可进一步包括伸长的侧条15的阵列，其包括沿着中心肋状物14中的每个的每个侧面14s而设置的侧条15。因此，侧条15的对可夹着并且可邻接在该对之间设置的中心肋状物。侧条15可基本上从第一下肋状物12的底部12b到第一上肋状物13的顶部13t，沿着中心肋状物14的每个侧面14s而延伸。侧条15对于入射光可以是基本上吸收式、基本上透射式，或基本上反射式。侧条15可包括或可由如下项组成：介电材料、金属，或其它材料。侧条15是否是基本上吸收式、基本上透射式，或基本上反射式，其可取决于总体偏振结构和预期的使用。
在每个侧条15和对应的中心肋状物14与相邻的侧条15和对应的中心肋状物14之间可存在间隙16。间隙16可允许每个侧条15单独作用，并且因而影响不同于另一个光偏振(例如p偏振)的一个光偏振(例如s偏振)。在某些设计中，具有固体-材料-自由间隙可改进p偏振光的透射(增加Tp)。
第一下肋状物12、第一上肋状物13以及侧条15中的至少一个对入射光可以是基本上反射式。第一下肋状物12、第一上肋状物13以及侧条15中的至少一个对于入射光可以是基本上吸收式。第一下肋状物12、第一上肋状物13以及侧条15中的至少一个对入射光可以是基本上透射式。
如在图2中的线栅偏振器20上所示，侧肋状物24可设置在间隙16中。侧肋状物24可基本上填充间隙16。侧区域可包括侧肋状物24和/或侧条15。
侧肋状物24可通过旋涂一种液体来形成，该液体经过被包括的溶剂蒸发可硬化。例如，旋涂在溶剂中的液体玻璃，然后烘焙出溶剂。另一种方法是通过原子层沉积(ALD)的使用来施加多层。然后，例如通过ALD或旋涂来添加的材料可被向下蚀刻以在每个间隙16中形成分离的侧肋状物24。
第一下肋状物12、第一上肋状物13、侧条15以及侧肋状物24中的至少一个对入射光可以是基本上反射式。第一下肋状物12、第一上肋状物13、侧条15以及侧肋状物24中的至少一个对于入射光可以是基本上吸收式。第一下肋状物12、第一上肋状物13、侧条15以及侧肋状物24中的至少一个对入射光可以是基本上透射式。
如在图3中的线栅偏振器30上所示，介电材料32可在中心肋状物14的顶部14t上面和之上以及在侧条15的顶部15t之上延伸。介电材料32可以是与侧肋状物24的材料相同的材料，并且因此可从间隙16延伸到中心肋状物14的顶部14t之上以及侧条15的顶部15t之上。在与侧肋状物24的形成的制造步骤相同的制造步骤期间可形成介电材料32，或者可在侧肋状物24的形成之后，在侧肋状物24之上添加介电材料32，例如通过化学或物理气相沉积。如果介电材料32是与侧肋状物24的材料相同的材料，则可例如通过旋涂或ALD来添加该介电材料32，但不向下蚀刻该介电材料32以形成分离的侧肋状物24。
如在图4中的线栅偏振器40上所示，侧肋状物24可包括在第二下肋状物42之上设置的第二上肋状物43。第二下肋状物42可与衬底11相邻而设置。侧条15可将第一下肋状物12与第二下肋状物42分离，并且将第一上肋状物13与第二上肋状物43分离。
第二上肋状物43对于入射光可以是基本上吸收式、基本上反射式，或基本上透射式。第二上肋状物43可包括或可由如下项组成：介电材料、金属，或其它材料。第二上肋状物43是否是基本上吸收式、基本上透射式，或基本上反射式，其可取决于总体偏振结构和预期的使用。
在一个实施例中，第二下肋状物42或第二上肋状物43中的一个对于入射光可以是基本上透射式，并且另一个对入射光可以是基本上吸收式。在另一个实施例中，第二下肋状物42或第二上肋状物43中的一个可以是基本上反射式，并且另一个对入射光可以是基本上透射式或基本上吸收式。
第一方法—适用于第一结构组(图1-4)：
在图1-4中示出的线栅偏振器10、20、30和40可通过在该第一方法中的以下步骤中的某些或全部来制成：
1.提供衬底11(参见图5)：
a.衬底对于入射光可以是基本上透射式。在本文中描述的制作的方法中，术语“衬底”可以是单个材料或可以是多层的材料，例如在晶片表面上具有至少一个薄膜的玻璃晶片。
b.衬底可在其表面之上具有材料的连续的薄膜53。通过包括化学气相沉积或物理气相沉积的各种方法可施加膜。薄膜53可以是介电材料、金属或其它材料。取决于偏振器的期望的使用、偏振器结构的其它材料和总体偏振器设计，薄膜53对入射光可以是基本上透射式、基本上反射式，或基本上吸收式。
2.蚀刻衬底11和薄膜53以形成(参见图6)：
a.设置在衬底11之上的平行的、伸长的中心肋状物14的阵列，该中心肋状物14包括设置在第一下肋状物12之上的第一上肋状物13；以及
b.在肋状物14之间的固体-材料-自由间隙16。
如果在图5中示出的最初衬底是在顶部具有材料的层的衬底并且第一下肋状物12被蚀刻到该顶部层上，在图6中的第一下肋状物12可以是与在图6中的衬底11不同的材料。例如，如果衬底11最初是具有二氧化钛层的二氧化硅，并且蚀刻经过二氧化钛层，则剩余的衬底11可能是二氧化硅，并且第一下肋状物12可以仅仅是二氧化钛或上二氧化钛区域和下二氧化硅区域。
3.采用材料层75保形涂覆(例如原子层沉积)衬底11和中心肋状物14，同时维持在肋状物14之间的固体-材料-自由间隙16(参见图7)。应注意，“维持固体-材料-自由间隙16”意指在第一下肋状物12之间可保持有固体-材料-自由区域，但当然，通过添加的材料层75，间隙16将在尺寸上减小。材料层75可以是在步骤4中描述的最终的侧条15的期望的材料。
4.蚀刻材料层75以除去水平段71，并且留下沿着中心肋状物14的侧面的垂直侧条15(参见图7-8)。蚀刻可以是各向异性蚀刻以便除去水平段71，同时留下垂直侧条15。
可进行以下步骤5-6以用于改进的线栅偏振器的耐久性，或者否则影响偏振器性能。
5.回填间隙16以形成侧肋状物24(参见图2)。
a.回填可通过旋涂一种液体来进行，该液体经过被包括的溶剂蒸发可硬化。例如，旋涂在溶剂中的液体玻璃，然后烘焙出溶剂。可使用其它的回填方法，例如通过原子层沉积(ALD)的使用来施加多层。
b.图2的结构可通过如下方式来形成：采用侧肋状物24的期望材料回填在中心肋状物14和侧条15之上，然后向下蚀刻到中心肋状物14和侧条15的顶部，因此形成分离的侧肋状物24。
6.采用介电材料32回填在中心肋状物14和侧条15之上(参见图3)。
a.介电材料32可以是与侧肋状物24的材料相同或不同的材料。
b.如果介电材料32是与侧肋状物24的材料相同的材料，然后它可被应用在与填充间隙16相同的制造步骤中。例如，液体材料既可填充间隙16，也可填充在中心肋状物14之上，然后可将液体加热以固化和硬化。
c.如果介电材料32是与侧肋状物24不同的材料，则化学气相沉积或物理气相沉积可被用于将这层介电材料32施加在中心肋状物14和侧肋状物24之上。
d.如果介电材料32将是最终偏振器的部分，则使用透射式介电材料可能是优选的，因为吸收式介电材料的连续层可不期望地增加p偏振光的吸收。
在一个方面，可以以示出的次序执行上面的步骤。可能不需要所有的步骤。例如，如果侧肋状物24和介电材料32是不期望的，工艺可在步骤4的结束处结束。
第二方法—适用于第一结构组(图1-4)：
在图1-4中示出的线栅偏振器10、20、30和40可通过在该第二方法中的以下步骤中的某些或全部来制成：
1.提供具有在衬底11之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列的衬底11(参见图9)。在第一下肋状物12之间可存在固体-材料-自由第一间隙96。衬底11和第一下肋状物12可具有如在本文中其它段中描述的属性。衬底11本身或者在衬底11的顶部的材料层可被图案化并且蚀刻以形成第一下肋状物12。
2.采用材料层75保形涂覆衬底和第一下肋状物12，同时维持在第一下肋状物12之间第一间隙96(参见图10)。应注意，“维持第一间隙96”意指在第一下肋状物12之间可保持有固体-材料-自由区域，但当然，通过添加的材料层75，第一间隙96将在尺寸上减小。材料层75可以是在步骤3中描述的最终的侧条15的期望的材料。
3.蚀刻材料层75以除去水平段71，并且留下沿着第一下肋状物12的侧面的垂直侧条15(参见图11)。蚀刻可以是各向异性蚀刻以便除去水平段71，同时留下垂直侧条15。
在这点上，线栅偏振器可能是可用的。可添加以下步骤以创建选择性吸收式线栅偏振器，以嵌入偏振器，以及/或者修改偏振器的其它特性。
4.采用填充材料122回填第一间隙96并且在第一下肋状物12和侧条15之上继续填充(参见图12)。填充材料122可具有与第一下肋状物12类似的蚀刻属性。采用填充材料122回填可通过旋涂一种液体来进行，该液体经过被包括的溶剂的蒸发而可硬化。例如，旋涂在溶剂中的液体玻璃，然后烘焙出溶剂。可使用其它的回填方法，例如通过原子层沉积(ALD)的使用来施加多层。
5.蚀刻填充材料122以及在侧条15的顶部15t下面的第一下肋状物12，以在侧条15的顶部区域15tr处形成固体-材料-自由第二间隙136，并且在与第一下肋状物12相同的平面上(在侧条15的底部区域15br)在侧条15和第一下肋状物12之间形成第二下肋状物42(参见图13)。
a.可选择蚀刻以优先蚀刻填充材料122和第一下肋状物12，且对侧条15采用最小蚀刻。
b.可在先前的固体-材料-自由第一间隙96的位置中形成第二下肋状物42。
c.由于填充材料122与第一下肋状物12相比的类似的蚀刻特性，第一下肋状物12和第二下肋状物42可被蚀刻到大致相同的高度H。
d.在侧条15的顶部15t下面的蚀刻的深度d可大致相等于在接下来的步骤中描述的上肋状物13和43的厚度Th13。例如，在侧条15的顶部15t下面的蚀刻的深度d、第一上肋状物13的厚度Th13，和/或第二上肋状物43的厚度Th13可以是在一方面至少5nm，在另一方面至少10nm，在另一方面至少25nm，或者在另一方面至少75nm。
e.填充材料122和第二下肋状物42可以是对入射光基本上透射式、基本上反射式，或基本上吸收式的材料。
6.采用上材料143回填第二间隙136并且在侧条15的顶部15t之上继续填充(参见图14)。可通过与上面在步骤4中描述的类似的方法进行回填。
7.蚀刻上材料143至少向下到侧条15的顶部15t，以在第一下肋状物12之上并且在第二下肋状物42之上形成平行的、伸长的上肋状物13和43的阵列(参见图15)。第一上肋状物13可设置在第一下肋状物12之上，并且第二上肋状物43可设置在第二下肋状物42之上。侧条15可将第一下肋状物12与第二下肋状物42分离，并且可将第一上肋状物13与第二上肋状物43分离。
在第二方法中，第一下肋状物12、第二下肋状物42、第一上肋状物13、第二上肋状物43以及侧条15中的至少一个对入射光可以是基本上透射式、基本上吸收式，或基本上反射式。
在一个方面，可以以示出的次序执行上面的步骤。可能不需要所有的步骤。例如，如果上材料143无需被分离成第一上肋状物13和第二上肋状物43，工艺可在步骤6的结束处结束。
第一和第二方法的比较：
方法1或方法2的选择可取决于期望的最终结构、可用的制造工具、制造的复杂性以及制造成本。
方法1可提供部分嵌入的线栅偏振器，如图8所示，且没有任何回填步骤。在方法1下回填可能仅对于全部嵌入该结构是需要的。方法1可导致在侧条15的上区域15tr中具有交替的透射式和吸收式的上肋状物的结构(如果侧肋状物24或第一上肋状物13中的一个是透射式并且另一个是吸收式，如图2所示)。
在方法2中可使用两个回填步骤。方法2可导致在侧条15的上区域15tr中具有均由单个材料制成的上肋状物13和43的结构。
第二结构组(图16-18)：
如在图16中图示，示出包括在衬底11之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列的线栅偏振器160。第一下肋状物12可具有附接到衬底12的底部12b、与底部12b相对的顶部表面12t以及两个相对的侧面12s。第一下肋状物12可与衬底11成一体，并且可由与衬底11相同的材料来形成。可替代地，第一下肋状物12可由与衬底11不同的材料来形成。衬底11对入射光可以是基本上透射式。
伸长的带161可沿着第一下肋状物12的每个侧面12s来设置。因此，带161的对可夹着并且可邻接在对之间设置的第一下肋状物12。在每个带161和对应的第一下肋状物12与相邻的带161和对应的第一下肋状物12之间可存在间隙166。带161可包括下线163和上线165。
如在图17的线栅偏振器170上所示，侧肋状物24可基本上填充间隙16。如在图18的线栅偏振器180上所示，介电材料32可以是与侧肋状物24的材料相同的材料，并且可从间隙166之上和第一下肋状物12的顶部12t顶上以及带161的顶部161t顶上而延伸。可替代地，介电材料32可以是与侧肋状物24不同的材料，并且可被沉积在侧肋状物24、第一下肋状物12以及带161之上。介电材料32可具有如在上面参考图2和3所描述的属性。
上线165、下线163、侧肋状物24、第一下肋状物12以及介电材料32中的至少一个可包括一种材料或可由这种材料组成，这种材料对入射光是基本上吸收式、基本上反射式，或基本上透射式。例如，在用于可见光的偏振器的一个实施例中，下线163可以是用于入射光的偏振的铝，上线165可以是用于入射光的吸收的硅，并且第一下肋状物12和侧肋状物24可以是二氧化硅并且对入射光是基本上透射式。
第一下肋状物12可限定中央区域。带161和/或侧肋状物24可限定侧区域。
第一结构组(图1-4)与第二结构组(图16-18)的比较：
基于不同区域的期望宽度或厚度(侧条15或带161的厚度)以及制造性考虑，可作出对在图1-4中示出的线栅偏振器或者在图16-18中示出的线栅偏振器的选择。应注意，在图1-4中的侧条15比在图1-4中的第一下肋状物12高。在比较中，在图16-18中的带161可以是与在图16-18中的第一下肋状物12大约相同的高度，并且因此上线165和下线163均可比第一下肋状物12短。不同的应用可发现这些设计中的一个或其它是最优的。每个设计具有不同的制造要求，并且因此由于制造性考虑，一个设计可能更优于另一个。
第三方法—适用于第二结构组(图16-18)：
在图16-18中示出的线栅偏振器160、170和180可通过以下步骤中的某些或全部来制成：
1.提供具有在衬底11之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列的衬底11。参见图9。
2.采用第一材料保形涂覆(例如采用原子层沉积)衬底11和第一下肋状物12，同时维持在第一下肋状物12之间的固体-材料-自由第一间隙96。该步骤类似于在图10中示出的制造步骤。
3.蚀刻第一材料以除去水平段，并且留下沿着中心肋状物14的侧面的下线163。继续蚀刻在第一下肋状物12的顶部12t下面的下线163。
4.施加抗蚀剂。进行构图以在下线163之上提供开口。
5.施加第二材料。
6.蚀刻第二材料以除去水平段，并且留下沿着第一下肋状物12的侧面并且在下线163之上的上线165。
7.除去抗蚀剂。
上面的七个步骤可被用于制作在图16中示出的线栅偏振器。可如上所述在第一方法段下施加侧肋状物24和介电材料32，以制作在图17-18中示出的偏振器170或180中的一个。
第三结构(图19)：
如图19所示，线栅偏振器190可包括并排的第一下肋状物12、侧条15以及侧肋状物24，且侧条15在每个第一下肋状物12与侧肋状物24之间，并且全部设置在对于入射光为基本上透射式的衬底11之上。换句话说，平行的、伸长的第一下肋状物12的阵列可设置在衬底11之上。第一下肋状物12可具有两个相对的侧面12s。伸长的侧条15的阵列可设置在衬底11之上，并且可包括沿着并且邻接第一下肋状物12中的每个的每个侧面12s而设置的侧条15。每个第一下肋状物12以及伴随的侧条15的对可限定或可被称为中央组194。伸长的侧肋状物24的阵列可设置在衬底11之上，且侧肋状物24设置在相邻的中央组194之间并且邻接到相邻的中央组194。
第一下肋状物12、侧条15以及侧肋状物24中的至少一个对于入射光可以是基本上反射式、基本上吸收式，或基本上透射式。
线栅偏振器190可通过上述第二方法中的步骤1-4来制作，然后蚀刻填充材料122向下到侧条15的顶部15t，使得侧条15将第一下肋状物12与相邻的侧肋状物24分离。
相比于先前描述的其它设计中的某些，该线栅偏振器190的优点可能是简化的制造工艺。缺点可能是较少的区域。在某些设计中，附加的区域对于线栅偏振器功能可能是重要的。
用于所有实施例和方法的一般信息：
以其整体通过引用并入本文的在2011年12月15日提交的美国专利申请号13/326,566和美国专利申请号US7,570,424和US7,961,393提供如下项的示例：可能的衬底材料、包括吸收式介电材料和透射式介电材料以及反射式材料的介电材料。反射式材料也可由如下项制成：被掺杂以实现期望的导电性水平的半导体材料、诸如某些形式的碳的其它类型的半导体，或其它适合的材料。
材料对入射光是基本上吸收式、基本上反射式或基本上透射式的意思是指材料可相应地吸收、反射，或透射指定的、期望的波长或期望的波长范围。材料可对一个波长范围是吸收式而对另一个波长范围是透射式。实际的吸收、反射，或透射可依赖于材料的离子、晶体和化学计量的状态，以及依赖于总体线栅偏振器结构。
建模已示出，在本文中描述的线栅偏振器设计可具有p偏振光的相对高的透射以及具有高对比度，并且还可具有s偏振光的高吸收或反射。即使目前的制造技术有局限，将侧条15或带161设置在第一下肋状物12的两侧12s上可提供相对小的栅距(pitch)。在本文中描述的线栅偏振器设计还可具有如下优点：至少部分地嵌入侧条15或带161(例如线栅偏振器10和160)或基本上或全部地嵌入侧条15或带161(例如线栅偏振器20、30、40、170、180和190)。
部分地嵌入侧条15或带161意指侧条15或带161被支撑在一侧(例如通过中心肋状物14或第一下肋状物12)，但不是在两侧。因此，在部分地嵌入的结构中，侧条15或带161中的一侧可附接到中心肋状物14或第一下肋状物12并且由中心肋状物14或第一下肋状物12来支撑，并且另一侧可面对空气并且不被支撑。嵌入侧条15和带161(无论全部地或部分地)可增加线栅偏振器的耐久性。全部地或部分地嵌入的线栅偏振器的选择可取决于偏振器的总体性能要求、偏振器耐久性要求(包括耐化学性和对手动损伤的抵抗性)以及使用的材料。
虽然线栅偏振器的嵌入的反射式线可增加线栅偏振器的耐久性，但嵌入的反射式线也可不利地影响线栅偏振器的性能，尤其是通过减小p偏振光的透射(减小Tp)。因此，嵌入的线栅偏振器没有经常被实施于用于要求高偏振器性能的应用(例如在计算机投影仪或半导体分析设备中的应用)的实践中。建模已示出，在本文中描述的特定设计，虽然被部分地或完全地嵌入，尤其是与侧条15或带161纵横比的适当选择相组合，尽管嵌入的、受保护的侧条15或带161，但可提供好的线栅偏振器性能。
例如，在本文中描述的偏振器的某些实施例可透射至少90％的p偏振光，或者透射至少95％的p偏振光；并且可吸收至少90％的s偏振光，或可吸收至少95％的处于选定的光波长的s偏振光(如果存在具有光吸收属性的至少一个区域的话)。在另一个示例中，在本文中描述的偏振器的某些实施例可透射至少85％的p偏振光，或者透射至少90％的p偏振光；并且可吸收至少80％的s偏振光，或可吸收至少85％的处于从400nm直到700nm的所有光波长的s偏振光(如果存在具有光吸收属性的至少一个区域的话)。
可采用相对高的侧条15或带161纵横比(Th15/W15或Th161/W161)来制作在本文中描述的线栅偏振器。这可通过相对于保形材料层75的宽度W75(其可近似于最终的侧条宽度W15或带宽度W161)的相对高的中心肋状物14或第一下肋状物12的形成来进行。建模已示出采用在8与60之间的侧条15或带161纵横比的好的偏振特性。建模已经示出采用具有分别在5nm与20nm之间的宽度W15或W161以及在150nm与300nm之间的厚度Th15的侧条15或带161的在可见谱中的好的偏振特性。

Claims (20)

1.一种线栅偏振器，所述线栅偏振器包括：
a.衬底，其对于入射光是基本上透射式的；
b.平行的、伸长的第一下肋状物的阵列，其设置在所述衬底之上，所述第一下肋状物具有附接于所述衬底的底部、与所述底部相对的顶部表面以及两个相对的侧面；
c.平行的、伸长的第一上肋状物的阵列，其设置在所述第一下肋状物的所述顶部表面之上，以使得每个第一下肋状物与对应的第一上肋状物成对，以限定中心肋状物的阵列；
d.伸长的侧条的阵列，其包括沿着所述中心肋状物中的每个的每个侧面而设置的侧条；
e.间隙，其在每个侧条和对应的中心肋状物与相邻的侧条和对应的中心肋状物之间；以及
f.所述第一下肋状物、所述第一上肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上反射式的。
2.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
3.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上透射式的。
4.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述侧条基本上从所述第一下肋状物的所述底部到所述第一上肋状物的所述顶部来沿着所述中心肋状物的每个侧面而延伸。
5.根据权利要求1所述的偏振器，所述偏振器进一步包括基本上填充所述间隙的侧肋状物。
6.根据权利要求5所述的偏振器，其中所述侧肋状物包括介电材料，并且所述介电材料从间隙之上和所述中心肋状物和所述侧条的顶部上面而延伸。
7.根据权利要求5所述的偏振器，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物、所述侧条以及所述侧肋状物中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
8.根据权利要求5所述的偏振器，其中：
a.所述侧肋状物包括在第二下肋状物之上设置的第二上肋状物；
b.所述第二下肋状物或所述第二上肋状物中的一个对入射光是基本上透射式的，并且所述第二下肋状物或所述第二上肋状物中的另一个对入射光是基本上吸收式的；以及
c.所述侧条将所述第一下肋状物与所述第二下肋状物分离，并且将所述第一上肋状物与所述第二上肋状物分离。
9.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述偏振器透射光的一个偏振的90％，并且吸收在从400nm直到700nm的光波长的光的相对的偏振的80％。
10.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述侧条的纵横比是在8与60之间。
11.根据权利要求1所述的偏振器，其中所述侧条具有在5nm与20nm之间的宽度以及在150nm与300nm之间的厚度。
12.一种线栅偏振器，所述线栅偏振器包括：
a.衬底，其对于入射光是基本上透射式的；
b.设置在所述衬底之上的平行的、伸长的第一下肋状物的阵列，所述第一下肋状物具有两个相对的侧面；
c.设置在所述衬底之上的伸长的侧条的阵列，其包括沿着并且邻接所述第一下肋状物中的每个侧面而设置的侧条；
d.限定中央组的每个第一下肋状物以及侧条对；
e.设置在所述衬底之上的伸长的侧条的阵列，其包括在所述中央组之间并且邻接所述中央组而设置的侧条；
f.所述第一下肋状物、所述侧条以及所述侧肋状物中的至少一个对入射光是基本上反射式的；以及
g.所述第一下肋状物、所述侧条以及所述侧肋状物中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
13.一种制作线栅偏振器的第一方法，所述第一方法包括按次序的以下步骤：
a.提供衬底：
i.其对于入射光是基本上透射式的；以及
ii.其在所述衬底表面之上具有材料的连续的薄膜；
b.蚀刻所述衬底和材料的所述薄膜以形成：
i.设置在所述衬底之上的平行的、伸长的中心肋状物的阵列，所述中心肋状物包括设置在第一下肋状物之上的第一上肋状物；以及
ii.在肋状物之间的固体-材料-自由间隙；
c.采用材料层保形涂覆所述衬底和所述中心肋状物，同时维持在所述肋状物之间的所述固体-材料-自由间隙；以及
d.蚀刻所述材料层以除去水平段，并且留下沿着所述中心肋状物的侧面的垂直侧条，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上反射式的。
14.根据权利要求13所述的第一方法，所述第一方法进一步包括在蚀刻所述材料层的步骤之后的以下步骤：采用介电材料回填所述间隙，在所述间隙中形成侧肋状物。
15.根据权利要求14所述的第一方法，其中采用介电材料回填所述间隙进一步包括采用所述介电材料在所述中心肋状物和侧条之上回填，并且其中所述介电材料对入射光是基本上透射式的。
16.根据权利要求13所述的第一方法，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物以及所述垂直侧条中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
17.一种制作线栅偏振器的第二方法，所述第二方法包括按次序的以下步骤：
a.提供衬底，其具有在所述衬底之上设置的平行的、伸长的第一下肋状物的阵列，且在所述肋状物之间具有固体-材料-自由第一间隙，所述衬底和所述第一下肋状物对入射光是基本上透射式的；
b.采用材料层保形涂覆所述衬底和所述第一下肋状物，同时维持在所述第一下肋状物之间的所述第一间隙；
c.蚀刻所述材料层以除去水平段，并且留下沿着所述第一下肋状物的侧面的垂直侧条；
d.采用填充材料回填所述第一间隙并且在所述第一下肋状物和所述侧条之上继续填充，所述填充材料具有与所述第一下肋状物类似的蚀刻属性；
e.蚀刻所述填充材料以及在所述侧条的顶部下面的所述第一下肋状物，在所述侧条的顶部区域处形成固体-材料-自由第二间隙，并且在与所述第一下肋状物相同的平面上在所述侧条和所述第一下肋状物之间形成第二下肋状物，其中所述第一下肋状物、所述第二下肋状物以及侧条中的至少一个对入射光是基本上反射式的；以及
f.采用上材料回填所述第二间隙并且在所述侧条的所述顶部之上继续填充。
18.根据权利要求17所述的第二方法，其中所述第一下肋状物、所述第二下肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
19.根据权利要求17所述的第二方法，所述第二方法进一步包括在回填所述第二间隙之后的以下步骤：蚀刻所述上材料至少向下到所述侧条的所述顶部，在所述第一下肋状物之上以及在所述第二下肋状物之上形成平行的、伸长的上肋状物阵列，所述上肋状物阵列包括在所述第一下肋状物之上的第一上肋状物以及在所述第二下肋状物之上的第二上肋状物，所述侧条将所述第一下肋状物与所述第二下肋状物分离，并且将所述第一上肋状物与所述第二上肋状物分离。
20.根据权利要求19所述的第二方法，其中所述第一下肋状物、所述第一上肋状物、所述第二下肋状物、所述第二上肋状物以及所述侧条中的至少一个对入射光是基本上吸收式的。
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