CN105683816A - 在肋上方具有线对的偏振器 - Google Patents

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CN105683816A CN201480058227.XA CN201480058227A CN105683816A CN 105683816 A CN105683816 A CN 105683816A CN 201480058227 A CN201480058227 A CN 201480058227A CN 105683816 A CN105683816 A CN 105683816A
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Abstract

本发明涉及线栅偏振器(10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110)和制造线栅偏振器的方法，所述线栅偏振器包括设置在基底(11)的表面上的平行、细长的纳米结构(15)的阵列。各纳米结构可包括设置在基底的表面上方的第一肋(14)和一对平行、细长的线(12)，每根线都关于彼此横向地取向并且设置在第一肋上方。所述线栅偏振器可以是耐用的，具有光的一种偏振的高透射率、高对比度和/或小节距。所述线栅偏振器也可具有光的相反偏振的高吸收或高反射。

Description

在肋上方具有线对的偏振器
技术领域
本申请大体上涉及线栅偏振器。
背景技术
线栅偏振器可用于通过允许光的一种偏振从偏振器通过并反射或吸收光的相反偏振来使光偏振。为简单起见，主要从偏振器通过的偏振在下文中将被称为p-偏振光且主要被反射或吸收的偏振在下文中将被称为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、减少s-偏振光的透射以及增加s-偏振光的反射或吸收。不同应用具有不同需求。
增加p-偏振光的透射和减少s-偏振光的透射的目标是大部分或全部应用所共有的。这两者之间会存在取舍。换言之，某些可增加p-偏振光的透射的设计也可能非期望地增加了s-偏振光的透射。另一些减少s-偏振光的透射的设计也可能非期望地减少了p-偏振光的透射。
对于一些应用而言，希望反射尽可能多的s-偏振光，使得能有效地利用两种偏振光束。在这些设计中可能会重要的是增加s-偏振光的反射而不减少p-偏振光的透射。在特定设计中，有时在增加p-偏振光的透射与增加s-偏振光的反射之间存在取舍。
对于另一些应用而言，s-偏振光的吸收可能是优选的，比方说，例如在光的反射会破坏图像或其它预期用途的情况下。在透射性的面板图像投影系统中，反射光可能回到LCD成像仪中而导致图像劣化，或杂散光可能到达屏幕，从而降低对比度。理想的选择性地吸收的线栅偏振器将透射全部p-偏振光并选择性地吸收全部s-偏振光。事实上，一部分s-偏振光被透射并且部分反射和部分p-偏振光被吸收且部分被反射。在特定设计中，有时在增加p-偏振光的透射与增加s-偏振光的吸收之间存在取舍。
线栅偏振器的效力因而可通过(1)p-偏振光的高透射率；(2)高对比度；和(3)取决于设计，s-偏振光的高吸收或反射来量化。对比度等于p-偏振光的透射百分比(Tp)除以s-偏振光的透射百分比(Ts)：对比度＝Tp/Ts。
在用于红外光、可见光和紫外光的线栅偏振器中可能会重要的是具有宽度和节距小——例如纳米或微米宽度和节距——的线以实现有效偏振。典型地，需要在待偏振的光的波长的一半以下的节距以实现有效偏振。较小的节距可提高对比度。因而，小节距会是线栅偏振器的一个重要特征。节距足够小的线栅偏振器的制造具有挑战性并且是本领域中的一个研究目标。
细线会由于操纵和环境条件而损坏。在线栅偏振器中，线的保护会是重要的。线栅偏振器的耐久性因而是另一个重要特征。
例如，参见美国专利号US5,991,075、US6,288,840、US6,665,119、US7,630,133、US7,692,860、US7,800,823、US7,961,393和US8,426,121；美国专利公开号US2008/0055723、US2009/0041971和US2009/0053655；2011年12月15日提交的美国专利申请号13/326,566；D.C.Flanders在J.Vac.Sci.Technol.(19(4)，1981年11月/12月)中发表的“Applicationof linewidthstructuresfabricatedbyshadowingtechniques”；以及DaleC.Flander在Appl.Phys.Lett.(42(6)，1983年3月15日，第492-494页)中发表的“Submicronperiodicitygratingsasartificialanisotropicdielectrics”。
发明内容
已认识到，提供一种具有p-偏振光的高透射、高对比度和/或小节距的耐用光栅偏振器将会是有利的。取决于设计，s-偏振光的高吸收或高反射也会是重要的。本发明针对于在第一肋上方具有线对的线栅偏振器的各种实施例及制造方法。各种实施例或方法中的每一者都可满足这些需求中的一个或多个需求。
线栅偏振器可包括设置在基底的表面上方的平行、细长纳米结构的阵列。各纳米结构可包括：(1)设置在基底的表面上方的第一肋；(2)一对平行、细长的线，各线关于彼此横向地取向，并且设置在第一肋上方；和(3)该对线之间的第一间隙。可存在多个第二间隙，包括设置在相邻的第一肋之间的第二间隙。基底可透射入射光。
一种制造线栅偏振器的方法可包括以下步骤：
1.提供基底，该基底具有设置在透射性的基底上方的平行、细长的支承肋的阵列，支承肋之间具有无固体材料的支承肋间隙；
2.在维持支承肋之间的支承肋间隙的同时以一层材料保形涂覆基底和支承肋；
3.蚀刻该材料层以除去水平部段并沿着支承肋的侧面留下平行、细长的线的阵列，包括用于每个支承肋的一对线，其中沿着支承肋的每个侧面设置有一根线；以及
4.使用线作为掩模并蚀刻一对线的两根线之间的支承肋和蚀刻相邻的一对线之间的基底，从而形成平行、细长第一肋的阵列，其中每对线都设置在单个第一肋上方。
附图说明
图1-11是根据本发明的实施例的线栅偏振器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100和110的示意性的截面侧视图。这些线栅偏振器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100和110可包括设置在基底11的表面11s上方的平行、细长的纳米结构15的阵列。各纳米结构15可包括：(1)设置在基底11的表面11s上方的第一肋14；(2)一对平行、细长的线12，各线关于彼此横向地取向，并且设置在第一肋14上方；和该对线12之间的第一间隙G1。可存在多个第二间隙G2，包括设置在相邻的第一肋14之间的第二间隙G2。
图1示出包括设置在一对线12之间的第一肋14上方并部分地伸入第一间隙G1内的支承肋13的线栅偏振器10。
图2示出线栅偏振器20，其中第一间隙G1是从线12的顶部12t到线12的基部12b的无固体材料的间隙。
图3示出包括在第一肋14的外缘14o处设置在第一肋14上方的一对平行、细长的第二肋34的线栅偏振器30，其中一对线12的每根线12都设置在不同的第二肋34上方，并且其中第一间隙G1从一对线12之间向下延伸到一对第二肋34之间。
图4-6示出线栅偏振器40、50和60，其分别与线栅偏振器10、20和30相似，但增加了一对平行、细长的侧柱42，各侧柱关于彼此横向地取向，包括沿着各线12的各侧面12s设置并与其邻接的侧柱42。
图7示出与图1-6中的线栅偏振器10、20、30、40、50或60中的一个相似的线栅偏振器70，但增加了设置在间隙G中和线12的顶部12t上方的填充材料41。
图8-11示出与图1-6中的线栅偏振器相似的线栅偏振器80、90、100和110，但也示出了线12、支承肋13、第一肋14、第二肋34、填充材料41和基底11可以是单独的区域且每个区域都可由与一个、一些或全部其它区域不同的材料制成。
图11示出与图7中的线栅偏振器70相似的线栅偏振器110，但进一步示出了填充材料41可被至少向下蚀刻到线12的顶部12t，从而将一个间隙G1中的填充材料41a与相邻间隙G2中的填充材料41b分离。
图1-17是示出了根据本发明的实施例的线栅偏振器的制造方法的示意性的截面侧视图。
图12示出提供具有设置在基底11上方的平行、细长的支承肋13的阵列的基底11的步骤，其中支承肋13之间存在无固体材料的支承肋间隙Gs。
图13示出基底11可被分隔成不同区域101b、101c和101d(每个区域都可以是与其它区域中的一个或两个区域不同的材料)且支承肋13可以是与其它区域101b、101c和101d中的一个、一些或全部区域不同的材料101a。
图14示出在维持支承肋13之间的支承肋间隙Gs的同时以一层材料112保形涂覆基底11和支承肋13的步骤。
图14-15示出蚀刻材料层112以除去水平部段112h并沿着支承肋13的侧面留下平行、细长的线12的阵列的步骤，线12包括用于每个支承肋13的一对线12，其中沿着支承肋13的每个侧面设置有一根线12。
图16示出蚀刻131a一对线12的两根线12之间的支承肋13和蚀刻131b相邻的线对12之间的基底11而形成如图1-11所示的第一肋14的步骤。
图17示出在维持一对线12之间的第一间隙G1和相邻的第一肋14之间的第二间隙G2的同时以第二材料层172保形涂覆线12、第一肋14、第二肋34(如果使用的话)和基底11的露出部分的步骤。
图4-6和17示出蚀刻第二材料层172以除去水平部段172h并留下平行、细长的的侧柱42的步骤。
图7示出以填充材料41回填间隙G1和G2以及线12的顶部12t上方的步骤。
图11示出将填充材料41至少向下蚀刻至线12的顶部12t以使得间隙G1中的填充材料41a与相邻间隙G2中的填充材料41b分离的步骤。
附图标记
10线栅偏振器
11基底
11s基底表面
12线
12b线基部
12t线顶部
13支承肋
13t支承肋顶部
14第一肋
14o第一肋外缘
14t第一肋顶部
15纳米结构
20线栅偏振器
30线栅偏振器
34第二肋
70线栅偏振器
41填充材料
41a第一间隙中的填充材料
41b第二间隙中的填充材料
42侧柱
80线栅偏振器
90线栅偏振器
100线栅偏振器
110线栅偏振器
112材料层
112h材料层的水平部段
112v材料层的竖直部段
172第二材料层
172h第二材料层的水平部段
172v第二材料层的竖直部段
G间隙-第一间隙和/或第二间隙
G1第一间隙
G2第二间隙
Gs支承肋间隙
T12线厚度
T13支承肋厚度
T14第一肋厚度
T34第二肋厚度
W1第一间隙宽度
W2第二间隙宽度
W12线宽度
W13支承肋宽度
W112材料层宽度
WGs支承肋间隙宽度
具体实施方式
定义
许多用于光学结构中的材料吸收一部分光，反射一部分光，并且透射一部分光。以下定义旨在在主要为吸收性的、主要为反射性的或主要为透射性的材料或结构之间进行区分。
1.如文中所用的，用语“吸收性的”指基本上吸收相关波长的光。
a.材料是否为“吸收性的”是相对于用于偏振器中的其它材料而言的。因而，吸收性的结构将显著比反射性的或透射性的结构多地吸收。
b.材料是否为“吸收性的”取决于相关的波长。材料在一个波长范围内可以是吸收性的，而在另一个波长范围内不是。
c.在一个方案中，吸收性的结构可吸收40％以上且反射60％以下相关波长的光(假设吸收性的结构是光学厚膜-即大于皮膜厚度)。
d.吸收性的肋可用于选择性地吸收光的一种偏振。
2.如文中所用的，用语“反射性的”指基本上反射相关波长的光。
a.材料是否为“反射性的”是相对于用于偏振器中的其它材料而言的。因而，反射性的结构将显著比吸收性或透射性的结构多地反射。
b.材料是否为“反射性的”取决于相关的波长。材料在一个波长范围内可以是反射性的，而在另一个波长范围内不是。一些波长范围可以有效地利用高反射性的材料。在其它波长范围，尤其是更容易发生材料劣化的较低波长，材料的选择可能会更受限制并且光学设计师可能需要接受反射率低于期望值的材料。
c.在一个方案中，反射性的结构可反射80％以上且吸收20％以下相关波长的光(假设反射性的结构是光学厚膜-即大于皮膜厚度)。
d.反射性的线可用于将光的一种偏振与光的相反偏振分离。
e.通常使用金属作为反射性的材料。
3.如文中所用的，用语“透射性的”指基本上透射相关波长的光。
a.材料是否为“透射性的”是相对于用于偏振器中的其它材料而言的。因而，透射性的结构将显著比吸收性的或反射性的结构多地反射。
b.材料是否为“透射性的”取决于相关的波长。材料在一个波长范围内可以是透射性的，而在另一个波长范围内不是。
c.在一个方案中，透射性的结构可透射90％以上并吸收10％相关波长的光。
4.如在这些定义中所用的，用语“材料”指的是特定结构的整体材料。因而，“吸收性”的结构由整体上主要为吸收性的材料制成，即使该材料可能包含某种反射性的或透射性的成分。因而，例如，由足量吸收性的材料制成以使得其主要吸收光的肋是吸收性的肋，即使该肋可能包含一些包埋在其中的反射性的或透射性的材料。
5.如文中所用的，用语“光”可指x射线、紫外区域、可见区域和/或红外区域或电磁光谱的其它区域中的光或电磁辐射。
6.如文中所用的，用语“基底”包含基材，比方说，例如玻璃晶片。用语“基底”包含单一材料，并且也包含多种材料，比方说，例如玻璃晶片与基片的表面上的至少一个薄膜一起被用作基材。
详细描述
如1-11所示，线栅偏振器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100和110被示出为包括设置在基底11的表面11s上方的平行、细长的纳米结构15的阵列。各纳米结构15可包括：(1)设置在基底11的表面11s上方的第一肋14；(2)一对平行、细长的线12，各线关于彼此横向地取向，并且设置在第一肋14上方；和(3)该对线12之间的第一间隙G1。线12可设置在第一肋14的横向外缘14o处。可存在多个第二间隙G2，包括设置在相邻的第一肋14之间的第二间隙G2。
如图4-6所示，线栅偏振器40、50和60分别与线栅偏振器10、20和30相似，但增加了一对平行、细长的侧柱42，各侧柱关于彼此横向地取向，包括沿着各线12的各侧面12s设置并与其邻接的侧柱42。这些增加的侧柱42可有益于提高对比度和p-偏振光的透射。侧柱42也可有益于提高的耐腐蚀性。也可图7-11所示的偏振器增加侧柱42。
第一肋14、一对线12和侧柱42可由相同或不同的材料制成。在一个实施例中，第一肋14、一对线12和侧柱42中的至少一者可以是吸收性的且第一肋14、一对线12和侧柱42中的至少一者可以是反射性的。第一肋14、一对线12和侧柱42中的至少一者可以是透射性的。这些设计可以是有效的选择性地吸收的线栅偏振器。
如图1、4和8所示，线栅偏振器10和80还可包括设置在一对线12之间的第一肋14上方并部分地伸入第一间隙G1内的支承肋13。支承肋13可为线12提供结构支承。模拟表明，支承肋的存在会不利地影响对比度和p-偏振光的透射率(Tp)。因而，对用于线12的额外支承的需求与性能的下降之间存在设计的取舍。更小的线(例如宽度＜50nm)可能需要额外的支承，因而支承肋13可能需要用于更低波长如紫外光的偏振器。
更短或更薄的支承肋13的使用在一些设计中可提供性能退化最小的充分支承。本发明的线栅偏振器可包括在一方案中介于线厚度T12的5％到35％之间、在另一方案中介于线厚度T12的5％到25％之间、或在另一方案中介于线厚度T12的15％到35％之间的支承肋厚度T13。这些厚度可以在支承与性能之间平衡。
支承肋13、第一肋14和基底11全都可由一种材料制成。支承肋13和第一肋14可通过蚀刻基底11而形成。支承肋13、第一肋14和基底11全都可以是透射性的。线12可以是反射性的以使入射光偏振。
如图8中通过将支承肋13、第一肋14和基底11分离的线在偏振器80上所示，这些不同区域可包含不同材料。这些区域中的两个区域可具有与另一区域相同的材料或全部三个区域都可具有不同材料。支承肋13、第一肋14和线12中的至少一者可以是吸收性的。支承肋13、第一肋14和线12中的至少一者可以是透射性的。支承肋13、第一肋14和线12中的至少一者可以是反射性的。
可通过首先选择包括多个薄膜层的基底11然后如图13所示蚀刻顶层以形成支承肋13来制造其中支承肋13、第一肋14和基底11包括具有不同材料的不同区域的偏振器。如图13所示，材料101a是支承肋材料13且材料101b和可能还有101c可以是第一肋材料14。
如图2、5和9在线栅偏振器20、50和90上所示，支承肋13可被完全向下蚀刻至第一肋14的顶部14t。第一间隙G1可以是从线12的顶部12t到线12的基部12b的无固体材料的间隙。如图2中在线栅偏振器20上所示，第一肋14可包含与基底11相同的材料，并且两者都可透射入射光。或者，如图9中在线栅偏振器90上所示，第一肋14可包含与基底11不同的材料。在一个实施例中，第一肋14或线12中的一者可以是吸收性的且第一肋14或线12中的另一者可以是反射性的。
如图3、6、7、10和11所示，线栅偏振器30、60、70、100和110还可包括在第一肋14的外缘14o处设置在第一肋14上方的一对平行、细长的的第二肋34。一对线12的每根线12都可设置在不同的第二肋34上方。第一间隙G1可从一对线12之间向下延伸到一对第二肋34之间。第二间隙G2可从线的顶部12t、相邻对的线12之间、相邻对的第二肋34之间、相邻的第一肋14之间向下延伸到第一肋14的基部14b/基底11的表面11s。
第二肋厚度T34可影响线栅偏振器性能。这种对性能的影响取决于波长并且还可取决于第一肋厚度T14，尤其对于对比度的影响，但对p-偏振的透射率(Tp)的影响没有那么大。因而，线栅偏振器设计者在分析对于给定设计而言最佳的第二肋厚度T34时可能需要考虑预期的波长使用范围和第一肋厚度T14。第二肋厚度T34也可涉及线栅偏振器耐久性。因而，在确定最佳的第二肋厚度T34时性能和耐久性要求两者都可能需要考虑。
如在线栅偏振器30上所示，第一肋14、第二肋34和基底11全都可由一种材料形成并且全都可透射入射光。线12可以是反射性的。第一肋14和第二肋34可通过蚀刻在基底11中而形成并且可与基底11一体地形成。
如在线栅偏振器100上所示，第一肋14、第二肋34和基底11可以是不同和分开的区域。全部三个区域都可以是不同材料或其中两个区域可以是相同材料且第三个区域可以是不同材料。第二肋34、第一肋14或线12中的至少一者可以是吸收性的。第二肋34、第一肋14或线12中的至少一者可以是透射性的。第二肋34、第一肋14或线12中的至少一者可以是反射性的。在一个实施例中，线12或第二肋34可以是吸收性的且线12和第二肋34中的另一者可以是反射性的。
如图7和11所示，线栅偏振器70和110还可包含设置在第一间隙G1和第二间隙G2中的填充材料41。因而，第一间隙G1和第二间隙G2可以是无固体材料的间隙。填充材料41可基本上或完全填充第一间隙G1和第二间隙G2。间隙G可被填充以填充材料41，比方说，例如旋涂式玻璃或ALD。
该填充或回填过程也可在线12的顶部12t上方增加填充材料41，如图7所示。此设计可为纳米结构提供结构强度和腐蚀防护两者。如果使用透明材料作为填充材料41，比方说，例如用于可见光偏振的玻璃，则此设计可能是优选的。在一些设计中，填充材料41会使偏振器性能显著下降，因此仅在对结构强度和/或腐蚀防护的需求比性能下降重要的情况下可在这些设计中选择填充材料。
如图11所示，间隙G中的填充材料41可与相邻间隙G中的填充材料是分开的。第一间隙G1中的填充材料41a可与相邻的第二间隙G2中的填充材料41b是分开的。换言之，填充材料41不会在线12的顶部12t上方延伸。这可通过从线栅偏振器70开始然后将填充材料41至少向下蚀刻至线12的顶部12t来完成。通过将一个间隙G中的填充材料41与相邻间隙G中的填充材料41分离，填充材料41可以是反射性的以用于光的偏振或可以是吸收性的。
与线栅偏振器30、60和100相似，以具有第二肋34的线栅偏振器设计示出了间隙G中具有填充材料41的线栅偏振器70和110；但填充材料41的使用不限于这些设计并且也可对在其它图中示出的线栅偏振器设计——比方说，例如偏振器10、20、40、50、80和90——增加填充材料41。
其中一个间隙G中的填充材料41与相邻间隙G中的填充材料分离的偏振器的各个区域可具有不同用途。以下涉及具有这种分离的填充材料41，如图11所示。支承肋13(如果使用的话)、第二肋34(如果使用的话)、第一肋14、线12或填充材料41中的至少一者可以是吸收性的。支承肋13(如果使用的话)、第二肋34(如果使用的话)、第一肋14、线12或填充材料41中的至少一者可以是透射性的。支承肋13(如果使用的话)、第二肋34(如果使用的话)、第一肋14、线12或填充材料41中的至少一者可以是反射性的。
如图11中在线栅偏振器110上所示，第二肋34可被分隔成两个区域34a和34b，其中各区域中具有不同材料。此分隔可适用于如图7和11所示具有填充材料41或如图3所示不具有填充材料41的线栅偏振器。上部区域34a可由一种材料101b形成，而下部区域34b可由不同材料101c形成(参见图13)。下部区域34b可以是与第一肋14相同或不同的材料。
制造方法
以下是线栅偏振器的制造方法的步骤。此方法可按所示次序执行。该方法不需要包括所有以下步骤，取决于线栅偏振器设计。
1.提供基底11，该基底具有设置在基底11上方的平行、细长的支承肋13的阵列，支承肋13之间具有无固体材料的支承肋间隙Gs。参见图12和13。
a.此步骤可通过形成基底11的图案并蚀刻基底11来完成。
b.基底可以是均质的并由一种材料——比方说，例如玻璃晶片——制成。支承肋13可通过在基底11中蚀刻而形成，因而可与基底11一体地形成并由与其相同的材料制成。
c.或者，基底11和支承肋13可包括多个区域101a-d，其中不同区域包含不同材料，以允许例如在图8-11中示出的不同区域的不同功能。
d.材料101a可以是支承肋材料13并且可与基底材料101b、101c和/或101d相同或不同的材料。
e.材料101b可变成第二肋34材料和可能地第一肋14材料的部分或全部并且可与材料101a、101c和/或101d相同或不同。
f.材料101c可以是第一肋14，也可以是用于第二肋34的一部分的材料并可与材料101a、101b和/或101d相同或不同。
g.材料101d可以是最终基底的材料并且可与材料101a、101b和/或101c相同或不同。
2.在维持支承肋13之间的支承肋间隙Gs的同时以材料层112保形涂覆基底11和支承肋13(使用如图12所示的由一种材料制成的基底11和支承肋13或如图13所示的由多层材料制成的基底和支承肋13)。保形涂覆可通过各种方法完成，比方说，例如原子层沉积(ALD)或溅镀。参见图14。材料层112可以是将在下一个步骤中形成的线12的材料。
3.蚀刻材料层112以除去水平部段112h并沿着支承肋13的侧面留下平行、细长的线12的阵列，该阵列包括用于每个支承肋13的一对线12，其中沿着支承肋13的每个侧面设置有一根线12。各向异性蚀刻可蚀刻掉水平部段112h，但由于该蚀刻的单向性质而留下大部分竖直部段112v。参见图14-15。
4.使用线12作为掩模以蚀刻131a支承肋13而在各对线12的两根线12之间形成第一间隙G1并蚀刻131b相邻对的线12之间的基底11(参见图16)而形成平行、细长的第一肋14的阵列，其中每对线12设置在单个第一肋14上方并且多个第二间隙G2包括设置在相邻的第一肋14之间的第二间隙G2。
a.蚀刻131a支承肋13以在线12之间形成第一间隙G1可提高线栅偏振器性能。
b.蚀刻化学物质和设置可被选择成使得支承肋13和基底11以线12的最低限度的蚀刻而被蚀刻。
c.使用线12作为掩模以蚀刻131a支承肋13可包括蚀刻支承肋13的仅一部分以使得支承肋13的一部分保持在线之间的第一间隙G1中。参见图1、4和8。这对于用于线12的增加的结构支承件而言可能是优选的。
d.使用线12作为掩模以蚀刻131a支承肋13可包括蚀刻掉131a整个支承肋13并大致在线12的基部12b处和第一肋14的顶部14t处停止该对线12之间的蚀刻。参见图2、5和9。
e.使用线12作为掩模来蚀刻131a支承肋13可包括蚀刻掉基本上整个支承肋13并且还可包括在每对线12的两根线12之间蚀刻131a第一肋14而形成设置在各第一肋14的外缘14o上和外缘14o处的一对平行、细长的第二肋34，其中线12设置在各第二肋34上。参见图3、6、7、10和11。这对于改善线栅偏振器性能而言可能是优选的，但在线12的长宽比过高和/或线宽度过小的情况下可能会造成线栅偏振器耐久性担忧。
5.以填充材料41回填间隙G。可通过旋涂可在所包含的溶剂蒸发时硬化的液体来形成填充材料41。例如，将液态玻璃旋涂在溶剂中，然后烘干溶剂。另一种方法是利用原子层沉积(ALD)来施加多层。参见图7。回填作为用于提高线栅偏振器耐久性的另一步骤可能是优选的，但会不利地影响线栅偏振器性能，且因而可能需要将耐久性要求与性能要求进行平衡。
6.将填充材料41至少向下蚀刻到线12的顶部12t并且将一个间隙G中的填充材料41(例如G1中的41a)与相邻间隙G中的填充材料41(例如G2中的41b)分离。参见图11。这在间隙G中的填充材料是吸收性的材料以吸收一种偏振或者是反射性的材料以分离偏振状态的情况下可能是优选的。
7.在维持一对线之间的第一间隙G1和相邻的第一肋14之间的第二间隙G2的同时以第二材料层172保形涂覆线12、第一肋14、第二肋34(如果使用的话)和基底11的露出部分；
8.蚀刻第二材料层172以除去水平部段172h并留下平行、细长的侧柱42的阵列。各向异性蚀刻可蚀刻掉水平部段172h，但由于该蚀刻的单向性质而留下大部分竖直部段172v。参见图4-6和17。
间隙宽度(W1和W2)关系
如图1和3所示，第一间隙G1可具有第一间隙宽度W1且第二间隙G2可具有第二间隙宽度W2。第一间隙宽度W1可与支承肋宽度相同。第二间隙宽度W2可等于支承肋间隙宽度WGs减线宽度W12的两倍(W2＝WGs–2*W12)。可通过用于制造支承肋13的光刻技术(掩模、干涉光刻等)来控制支承肋间隙宽度WGs和支承肋宽度W13。可通过材料层宽度W112来控制线宽度W12，其可由所使用的沉积技术(例如ALD或溅镀)和该材料层112的施加持续时间决定。分别控制第一间隙宽度W1和第二间隙宽度W2的能力可为线栅偏振器设计者提供相当大的优化线栅偏振器设计的自由度。
在一些应用中，为了提高性能、耐久性或出于制造考虑，可有益地使间隙G相等。因而，第一间隙宽度W1可大致等于第二间隙宽度W2。
在其它应用中，为了提高性能、耐久性或出于设计考虑，可有益地具有不相等的间隙G。第一间隙宽度W1和第二间隙宽度W2中较大的一者除以第一间隙宽度W1和第二间隙宽度W2中较小的一者可以大于1.0并小于或等于1.1(或)。第一间隙宽度W1和第二间隙宽度W2中较大的一者除以第一间隙宽度W1和第二间隙宽度W2中较小的一者可大于或等于1.1且小于或等于1.5(或)。第一间隙宽度W1与第二间隙宽度W2之差在一个方案中可在0纳米到30纳米之间，在另一方案中可在25纳米到50纳米之间，或在另一方案中小于60纳米。
实际的线栅偏振器上的间隙宽度的测量可能没有图上的测量精确，这是因为线或肋会向一侧倾斜并且从顶部到底部的宽度可能会变化。因而，如果存在在何处测量以判断间隙宽度是否处于这些要求内的问题，则在线12的基部12b处测量。
所有实施例的一般信息
通过引用全文并入本文中的在2011年12月15日提交的美国专利申请号13/326,566以及美国专利号US7,570,424和US7,961,393提供了可能的基底材料、包括吸收性的介电材料和透射性的介电材料的介电材料以及用于将光分离为两种相反的偏振状态的反射性的材料的示例。反射性的材料也可由为了实现期望的导电水平而掺杂的半导体材料或其它类型的导体如某些形式的碳制成。
文中描述的线栅偏振器可被制造成具有比较大的线12和/或侧柱42长宽比(线厚度除以线宽度-Th12/W12或侧柱厚度除以侧柱宽度)。可通过形成关于材料层112的宽度W112(其可约等于最终的线宽度W12)而言相对高的支承肋13来实现大的线12长宽比。模拟表明，一个方案中在8到60之间、在另一方案中在4到7之间或在另一方案中在3到8之间的线12和/或侧柱长宽比具有良好的偏振特性，取决于用于期望的偏振的波长和整体线栅偏振器设计。模拟表明，5nm到20nm之间的线宽度W12对于一些紫外线波长的偏振而言具有良好的偏振特性。模拟表明，在一个方案中在50nm到100nm之间、在另一方案中在90nm到160nm之间或在另一方案中在150nm到300nm之间的线厚度Th12具有良好的偏振特性，取决于用于所需偏振的波长。模拟表明，最佳的第一肋厚度T14取决于波长。
光刻技术可限制可能的最小节距。光刻技术可提供支承肋13的节距，但可对每个支承肋形成两根线，从而有效地将节距削减一半。这种小节距可允许更有效的偏振并且可允许更低波长下的偏振。

Claims (20)

1.一种线栅偏振器，包括：
a.设置在基底的表面上方的平行、细长的纳米结构的阵列，每个所述纳米结构都包括：
i.设置在所述基底的表面上方的第一肋；
ii.一对平行、细长的线，每根线都关于彼此横向地取向并且设置在所述第一肋上方；
iii.所述一对线之间的第一间隙；和
iv.所述一对线的每根线都具有大致正交于所述基底的表面的两个相对的侧面；
b.多个第二间隙，其包括设置在相邻的第一肋之间的第二间隙；以及c.所述基底是透射性的。
2.根据权利要求1所述的线栅偏振器，还包括一对平行、细长的侧柱，每个所述侧柱都关于彼此横向地取向，一对侧柱包括沿每根线的每个侧面设置并与每根线的每个侧面邻接的侧柱。
3.根据权利要求2所述的线栅偏振器，其中：
a.所述第一肋、所述一对线和所述一对侧柱中的至少一者是吸收性的；并且
b.所述第一肋、所述一对线和所述一对侧柱中的至少一者是反射性的。
4.根据权利要求1所述的线栅偏振器，还包括在所述一对线之间设置在所述第一肋上方并且部分地伸入所述第一间隙内的支承肋。
5.根据权利要求4所述的线栅偏振器，其中，支承肋的厚度在线的厚度的5％到35％之间。
6.根据权利要求1所述的线栅偏振器，还包括在所述第一肋的外缘处设置在所述第一肋上方的一对平行、细长的第二肋，其中所述一对线中的每根线都设置在不同的第二肋上方，并且所述第一间隙从所述一对线之间向下延伸到一对第二肋之间。
7.根据权利要求6所述的线栅偏振器，还包括一对平行、细长的侧柱，每个侧柱都关于彼此横向地取向，一对侧柱包括沿着每根线的每个侧面设置并与每根线的每个侧面邻接并且沿着每个第二肋的相对的两个侧面中的每一个侧面设置并与每个第二肋的相对的两个侧面中的每一个侧面连接的侧柱。
8.根据权利要求7所述的线栅偏振器，其中：
a.所述一对第二肋、所述第一肋、所述一对线和所述一对侧柱中的至少一者是吸收性的；并且
b.所述一对第二肋、所述第一肋、所述一对线和所述一对侧柱中的至少一者是反射性的。
9.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中，所述第一间隙和所述第二间隙是无固体材料的间隙。
10.根据权利要求1所述的线栅偏振器，还包括设置在所述第一间隙和所述第二间隙中的填充材料。
11.根据权利要求10所述的线栅偏振器，其中，一个间隙中的填充材料与相邻间隙中的填充材料是分开的。
12.根据权利要求11所述的线栅偏振器，其中，所述填充材料是吸收性的。
13.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中，第一间隙的宽度大致等于第二间隙的宽度。
14.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中，第一间隙的宽度和第二间隙的宽度中较大的一者除以所述第一间隙的宽度和所述第二间隙的宽度中较小的一者的值大于1.0且小于或等于1.1。
15.根据权利要求1所述的线栅偏振器，其中，第一间隙的宽度和第二间隙的宽度中较大的一者除以所述第一间隙的宽度和所述第二间隙的宽度中较小的一者的值大于或等于1.1且小于或等于1.5。
16.一种制造线栅偏振器的方法，所述方法依次包括以下步骤：
a.提供基底，所述基底具有设置在基底上方的平行、细长的支承肋的阵列，所述支承肋之间具有无固体材料的支承肋间隙，所述基底基本上透射入射光；
b.在维持所述支承肋之间的所述支承肋间隙的同时以一材料层保形涂覆所述基底和所述支承肋；
c.蚀刻所述材料层以除去水平部段并沿着支承肋的侧面留下平行、细长的线的阵列，其包括用于每个支承肋的一对线，其中沿着所述支承肋的每个侧面设置有一根线；以及
d.使用线作为掩模，在所述一对线中的两根线之间蚀刻所述支承肋并在相邻的两对线之间蚀刻所述基底，从而形成：
i.平行、细长的第一肋的阵列，每对线都设置在单个第一肋上方；
ii.一对线之间的第一间隙；和
iii.多个第二间隙，其包括设置在相邻的第一肋之间的第二间隙。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，蚀刻所述支承肋包括仅部分地蚀刻所述支承肋以使得所述支承肋的一部分保持在一对线之间的所述第一间隙中。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，蚀刻所述支承肋包括蚀刻掉整个所述支承肋并大致在线的基部处和所述第一肋的顶部处停止所述一对线之间的蚀刻。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，蚀刻所述支承肋包括基本上蚀刻掉整个所述支承肋且然后在每对线的两根线之间蚀刻到所述第一肋中，从而形成设置在每个所述第一肋的外缘上方和所述外缘处的一对平行、细长的第二肋，其中每个第二肋上方设置有一根线。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
a.在维持一对线之间的第一间隙以及相邻的第一肋之间的第二间隙的同时以第二材料层保形涂覆所述线、所述第一肋和所述基底的露出部分；
b.蚀刻第二材料层以除去水平部段并留下平行、细长的侧柱的阵列。
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