CN103907173B - 细间距线栅偏振器 - Google Patents

Abstract

一种多台阶线栅偏振器（120）可以包括基体（121），在该基体上设置有多个平行的多台阶肋（122）。沿着所述台阶的垂直表面（V）设置涂层（C）。

Description

细间距线栅偏振器

背景技术

纳米尺寸的器件（例如线栅偏振器）的性能会受到相邻特征之间的距离或者一个特征到另一特征的间距（pitch）的限制。例如，为了电磁辐射有效偏振，线栅偏振器中的间距应小于电磁辐射的波长的一半。具有小于可见光波长的一半的线栅偏振器已被证实。参见例如美国专利号6,208,463;6,122,103和6,243,199。为了更高的偏振对比度并允许更小波长的偏振，例如为了紫外光和x射线的偏振，需要更小的间距。已经提出了各种方法来解决该问题。参见例如美国专利号7,692,860和美国公开号2009/0041971和2009/0053655。

线栅偏振器的一个所需特征是用单个偏振器来偏振广谱电磁辐射。线栅偏振器典型地形成有相同高度的线（wire）。形成具有可变线高度的线栅偏振器以允许针对多个波长对线栅偏振器的调谐（tuning）并允许更平滑的Ts曲线，这将是有益的。已经提出了用于具有不同高度线的线栅偏振器的方法。参见例如美国公开号20080037101和20080038467。

线栅偏振器典型地被形成有沿着单个平面设置的线。形成具有位于多个平面的线的线栅偏振器将是有益的。具有沿着多个平面设置的线的线栅偏振器可被调谐到多个波长并允许更光滑的Ts曲线。参见例如美国公开号20080037101和20080038467。

线栅偏振器典型地被形成有全部由单种材料构成的线。某些线包含一种材料且其他线由不同材料构成的线栅偏振器将会有利于将线栅偏振器调谐到多个波长。

发明内容

还已经认识到，开发一种在相邻特征之间具有非常小的间隔（即小间距）的纳米尺寸器件（例如线栅偏振器）将是有利的。已经认识到，开发这样一种纳米尺寸器件（例如线栅偏振器）将是有利的：其中，存在可变线高度，具有位于不同平面的线、并且/或者具有线阵列，在该线阵列中，线可以由与邻近的线不同的材料构成。

这里描述的发明可以具有多种用途，但基本用途是作为线栅偏振器。为简单起见，将主要使用术语“线栅偏振器”或“偏振器”，但本发明可被用于其他目的。

在一个实施例中，本发明涉及一种线栅偏振器，其包含在基板上设置的平行细长线（elongated wire）的阵列，所述线具有小于80纳米的间距。具有该小间距的该线栅偏振器可以用这里描述的各种方法来制造。

在另一实施例中，本发明涉及一种通过获得具有在基板上设置的平行细长线的阵列的线栅偏振器来制造具有细间距的线栅偏振器的方法，所述线具有在线表面处设置的保护层，然后对所述线栅偏振器进行各向异性蚀刻来形成两个平行细长棒（rod），所述棒基本上位于线所述接触所述基板的拐角处。所述棒可以是偏振元件。注意，术语“棒”被用于与原始线进行区分。在另一实施例中，区段的（segmented）膜可被沉积在所述棒上。所述区段的膜可被用于偏振或吸收入射的电磁辐射。该方法允许从每个抗蚀剂特征形成至少两个偏振棒，由此允许形成更细间距的线栅偏振器。该方法具有使用每条原始线形成两个偏振棒的优点。所述原始线的间距可受到构图能力（patterning ability）的限制，但可以为每条原始线制造两条棒。该过程可被再次重复，为每条原始棒制造两条轨道（rail）。术语“轨道”被用于与原始线和棒进行区分。

在另一实施例中，本发明涉及一种偏振器，其具有在基板之上设置的平行细长线的组的重复图案。每组细长线包括至少三条线。在每组内部的至少一条线比每组最外侧的线高出大于3纳米（“nm”）。每组中最外侧的线之间的距离小于约1微米。该实施例具有可变高度线的优点，从而一条线高于另一条。所述线也可以具有非常细的间距。

在另一实施例中，本发明涉及一种偏振器，其具有在基板上设置的平行细长线的组的阵列，并包含作为蚀刻反应的副产品的材料。每组中的最外侧线之间的距离小于约1微米。该实施例具有通过蚀刻反应制造的线的优点。所述线也可以具有非常细的间距。

在另一实施例中，本发明还涉及一种用于制造偏振器的方法。该方法包括在基体（base）之上施加抗蚀剂，然后对所述抗蚀剂进行构图并产生抗蚀剂宽度。然后可以进行对所述基体的各向同性蚀刻，在所述抗蚀剂横向外侧垂直地蚀刻到所述基体中且同时在所述抗蚀剂下方水平地蚀刻，在所述抗蚀剂下方留下芯柱（stem）。在所述芯柱的垂直侧壁上允许蚀刻再沉积（etch redeposition），由此产生蚀刻再沉积线。所述抗蚀剂外侧的所述基体也可被垂直蚀刻，在所述基体中留下底部台阶（step）。允许蚀刻再沉积以在所述基体的所述底部台阶的所述垂直侧壁上形成，由此产生另外的蚀刻再沉积线。该实施例具有通过蚀刻反应制造的线的优点。所述线也可以具有非常细的间距。

在另一实施例中，本发明涉及一种多台阶线栅偏振器器件，其包含基体，在该基体上设置有多个平行多台阶肋（rib）。每个肋包括多个相邻的台阶。沿着所述台阶的垂直表面设置涂层。沿着任何台阶的垂直表面的所述涂层可以与沿着邻近的台阶的垂直表面的所述涂层分隔开。每个多台阶肋可以在单个抗蚀剂特征下方形成。该实施例具有可以有非常细的间距的线和/或位于多个平面处的线的优点，由此允许线栅偏振器被调谐到多个波长。

在另一实施例中，本发明还涉及一种用于制造上述器件的方法，该方法包括：（1）形成多台阶肋，所述肋被附到基体；（2）涂敷所述基体和台阶的表面；以及（3）去除水平表面上的涂层的较薄部分，同时在垂直表面上留下大部分涂层。该实施例具有能制造这样的线栅偏振器的能力：该偏振器具有可以有非常细的间距的线和/或位于多个平面处的线，由此允许线栅偏振器被调谐到多个波长。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图2是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图3是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图4是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图5是根据本发明的实施例的线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图6是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图7是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图8是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图9是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图10是根据本发明的实施例示出制造线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图11是根据本发明的实施例的线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图12是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图13是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图14是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图15是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图16是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图17是根据本发明的实施例的多台阶线栅偏振器的示意性截面侧视图；

图18是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图19是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图20是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图21是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图22是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图23是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图24是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

图25是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；以及

图26是根据本发明的实施例示出制造多台阶线栅偏振器时的一个步骤的示意性截面侧视图；

定义

·如本说明书中以及所附权利要求中所使用的，词语“电磁辐射”包括电磁波谱的红外、可见、紫外和x-射线区域。

·如这里所使用的，术语“线”、“棒”、“轨道”和“肋”被用于描述长度比宽度或高度明显要长的各种细长结构。线、棒、轨道和肋可以具有各种截面形状。线、棒和轨道可以指线栅偏振器中的偏振结构，而肋可以表示线的细长支撑结构。

·如这里所使用的，术语“基本上”是指动作、特征、特性、状态、结构、项目或结果的完全或几乎完全的范围或程度。例如，某物体被“基本上”包围将意味着该物体被完全包围或几乎被完全包围。从绝对完全偏离的精确的可允许程度可以在某些情形下依赖于特定的上下文。但是，一般来说，完全的接近度将使得具有好像获得绝对和全部完全的相同整体结果。在负面含义中使用时，“基本上”同样适用，以表示动作、特征、特性、状态、结构、项目或结果的完全或接近完全缺失。

具体实施方式

现在将参考图中所示例的示例性实施例，并且这里将使用特定的语言来描述它们。但是应该理解，并非由此旨在限制本发明的范围。相关领域中拥有本公开的技术人员所能想到的这里示例的发明特征的调整和进一步修改以及这里所示例的发明的原理的其他应用将被认为在本发明的范围内。

细间距线栅偏振器

如图1所示，偏振器10包括在基板11上设置的平行细长线12的阵列。基板11可以透射所使用的电磁辐射的波长。所述线可以具有小于80纳米的间距。在一个实施例中，所述线可以具有60-80纳米的间距。在另一实施例中，所述线可以具有8-85纳米的间距。在另一实施例中，所述线可以具有20-85纳米的间距。在一个实施例中，所述线可以具有小于55纳米的宽度w。在另一实施例中，所述线可以具有小于35纳米的宽度w。在另一实施例中，所述线可以具有小于15纳米的宽度w。具有8-85纳米间距的偏振器可被用于具有约16-170纳米波长的电磁辐射的偏振。为了偏振这样的电磁辐射，钒和铪可以是线12的良好选择材料。

线12可以由氧化铝、硅酸铝、三氧化锑、硫化锑、氧化铍、氧化铋、三氟化铋、氮化硼、氧化硼、硫化镉、碲化镉、氟化钙、二氧化铈、锥冰晶石、冰晶石、氧化铜、氯化铜、氯化亚铜、硫化亚铜、锗、二氧化铪、氟化镧、氧化镧、氯化铅、氟化铅、碲化铅、氟化锂、氟化镁、氧化镁、氟化钕、氧化钕、氧化铌、氧化镨、氧化钪、硅、氧化硅、三氧化二硅、碳化硅、二氧化硅、氟化钠、氮化硅、氧化钽、五氧化钽、碲、钛、二氧化钛、氮化钛、碳化钛、氯化铊、钨、氧化钇、硒化锌、硫化锌、二氧化锆及其组合形成。

第一线栅偏振器制造方法

图1-4示出了制造细间距线栅偏振器的一种方法。如图1所示，线栅偏振器10具有在基板11上设置的平行细长线12的阵列，可以具有在线12的表面设置的保护层21-22，如图2所示。保护层21-22可以被设置在线12的顶部表面22，且也可以设置在线12的侧面21。保护层21-22可以通过对线12的钝化而形成，并由此可以被嵌入在线12中。保护层21-22的目的是使线的表面比线的中心部分更抗腐蚀。

如图3所示，第二步骤30是各向异性蚀刻线栅偏振器，从而形成基本上位于所述线与基板11接触的拐角（corner）24a-b处的两条平行细长棒32。各向异性蚀刻可优先地去除线12的中心部分25的线，由此在线12的之前的中心25的位置中暴露基板34，而在拐角24a-b处留下线材料。中心部分25被优先去除，因为保护层21-22可以比线12本身更能抵抗各向异性蚀刻，且由此在蚀刻穿过线顶部的保护层22之后，各向异性蚀刻快速地穿过线的中心部分25向下到达基板34，而线的侧面部分26由于抗蚀保护层21而蚀刻地较慢。由此，原始线实质上被切成两半，形成两个棒32来代替原始线12。注意，在各向异性蚀刻之前替代添加的步骤是离子铣削所述线12的顶部，由此在各向异性蚀刻之前部分或全部去除保护层22。

两个棒32中的每一个可以是偏振元件。由此，所述线栅偏振器现在具有的偏振元件是该步骤30之前的两倍。例如，在图3中，棒组32a由一条原始线12a形成，棒组32b由另一原始线12b形成。在线组内部可以有间距P1，且在组之间有间距P2。这两个间距可以相同或可以不同，取决于原始线宽度w、原始线间距P、线材料、保护层21-22的类型、以及蚀刻的性质。

在不用上述细间距方法30的情况下，通过标准光刻和蚀刻方法以约100-150纳米的间距和约50-75纳米的线宽度已经制造出线栅偏振器。由此，本方法基本上将该间距切成两半，即使使用目前的光刻和蚀刻方法，也允许通过本方法形成间距为约50-75纳米且线宽度为约25-38纳米的线栅偏振器。

如图4所示，对于某些线栅偏振器应用来说有用的添加的步骤40是在棒32顶部施加区段涂层（segmented coating）42。区段涂层42可以与棒32对准，并且可以在棒32的两侧43继续部分向下，而不覆盖在棒32之间暴露的基板44。可以通过在序列号为12/507,570、于2009年7月22日提交的美国专利申请和序列号为13/075,470、于2011年3月30日提交的美国专利申请中描述的方法来施加区段涂层。

通过蚀刻再沉积的线栅偏振器

如图5所示，偏振器50包括基板11，基板11可以透射所使用的电磁辐射的波长。例如，锗可用于红外光，硅可用于可见光，且石英可用于紫外光。可在基板上设置平行细长线52的组53的重复图形。线52可以包括能偏振入射的电磁辐射的材料。细长线52的每个组53可以包括至少三条线。每个组可以包括一条或多条内部线52c（例如一条或多条中心线）以及最外侧线52o。内部或中心线52c可以高于最外侧线52o，例如在一方面高出超过3nm，在另一方面高出超过约10nm，在另一方面高出超过约20nm，或者在另一方面高出超过50nm。最外侧线52o之间的距离以及由此每个组53的宽度d3在一方面可以小于1微米，在另一方面小于约150nm，在另一方面小于约100nm，或在另一方面小于约50nm。线52可以是蚀刻反应的副产品，该材料对于某些应用有益。每个组53的宽度d3可以是将在下面描述的抗蚀剂宽度，由此可以针对单个抗蚀剂宽度形成多条线，由此允许制造具有非常细间距的线栅偏振器。

图5所示的是两组线53a和53b，每个组具有四条线。在每个组53中心的两条线52c在高度上可以近似相等，并且二者都可以比每个组的最外侧线52o高，从而h1<h2。线组53中的中心线52c的高度h2可以比组中的外部线52o的高度h1高，这是因为中心线52c可以在初始的各向同性蚀刻期间首先形成。使线具有不同高度h可以允许将偏振器调谐用于不同波长，并允许使在电磁辐射的入射光谱内透射的电磁辐射的s-偏振取向或Ts曲线变平滑。使某些线较高可以增加偏振器对比度，而使其他线较短可以改善透射比（transmission）。

在一个实施例中，通过诸如化学机械抛光、填充和抛光、旋涂回蚀刻或其他已知的偏振方法，可以使中心线52c和外部线52o具有相同的高度h，从而h2=h1。由此，中心线52c和外部线52o之间的高度差可以在约0nm到约150nm之间，在一方面大于约3nm，在另一方面大于约20nm，或者在另一方面大于约50nm，这取决于蚀刻的强度、持续时间和类型、所产生的线的高度、以及线是否被偏振。

图5中示出了线宽度w。可以通过该线52的产生期间的蚀刻的类型、薄膜材料和/或基板材料以及相邻线是否组合形成如下在对图11的说明中描述的单条线，来确定线宽度。偏振器10中的所有线52的最大线宽度可以在一方面小于约150nm，在另一方面小于约50nm，在另一方面小于约20nm，或在另一方面小于约10nm。一条线的线宽度w与邻近的线的线宽度在一方面可以相差超过5nm，在另一方面超过10nm，在另一方面超过20nm，或在另一方面超过50nm。

线组53中的线之间的距离d可以依赖于抗蚀剂的宽度以及蚀刻的性质和长度而变化。例如，更为侧向或更强的初始各向同性蚀刻可以导致组53中的中心线52c之间的较小的距离d2，如图5所示。中心线52c和外部线52o之间的距离d1依赖于如图6所示的抗蚀剂宽度R、中心线52c之间的距离d2、以及线宽度w。由此，通过调整以上参数，中心线52c之间的距离d2与最外侧线和邻近的中心线之间的距离d1在一方面可以相差超过约3nm，在另一方面相差超过约10nm，或者在另一方面相差超过约20nm。换言之，d2减d1的绝对值可以在一方面大于约3nm，在另一方面大于约10nm，或者在另一方面大于约20nm。相邻线之间的最小距离d在一方面可以小于约150nm，在另一方面小于约50nm，或在另一方面小于约20nm。

如图5所示，间距P是一条线的边缘与邻近的线的相应边缘之间的距离。相邻线的最小间距在一方面可以小于约300nm，在另一方面小于约100nm，在另一方面小于约50nm，在另一方面小于约30nm，或在另一方面小于约20nm。线的间距由此可以远小于、甚至约为抗蚀剂间距的四分之一。

相邻组53之间的距离d4可以被确定为相邻抗蚀剂61之间的距离d5（见图6）和组中的最外侧线52o的宽度w。距离d4可被调整以针对想要的波长来对偏振器进行调谐。

如图6所示，可以通过将抗蚀剂61设置在基体63上来制作本发明的偏振器。基体63可以包括单种材料或者可以是多种材料的叠层。例如，在一个实施例中，基体63可以包括设置在基板11上的薄膜层62。通过诸如化学气相沉积或物理气相沉积的方法，薄膜62可以被施加在基板11上。该薄膜可以是单层的一种材料或多层的不同材料。基板11可以是刚性材料，例如石英、硅或锗。基板11也可以是柔性材料，例如聚合物。

抗蚀剂61可以被构图，提供抗蚀剂宽度R。抗蚀剂宽度R在一方面可以小于约1微米，在另一方面小于约100纳米，在另一方小于约75纳米，或在另一方面小于约55纳米。抗蚀剂宽度R可以是组中的最外侧线52c之间的近似距离d3。

如图7所示，然后可以进行各向同性蚀刻，在抗蚀剂侧向外侧垂直地蚀刻71到基体63中且同时在蚀刻剂下方水平地蚀刻72，在抗蚀剂61下方留下具有垂直侧壁的芯柱73。可以通过蚀刻化学品针对蚀刻再沉积来优化上述各向同性蚀刻或后续的各向同性蚀刻，由此允许沿着芯柱73的垂直侧壁进行蚀刻再沉积，从而产生蚀刻再沉积线74。蚀刻再沉积线74可以是偏振线，且由此可以作为蚀刻反应的副产品来形成偏振线。

如图8所示，然后可以进行各向异性蚀刻，在抗蚀剂外部垂直地蚀刻到基体63中，在基体63中留下具有垂直侧壁的底部台阶83。可以针对蚀刻再沉积来优化上述各向异性蚀刻或后续的各向异性蚀刻，由此允许沿着底部台阶的垂直侧壁发生蚀刻再沉积并产生另外的蚀刻再沉积线84。

取决于基体和/或薄膜的材料以及蚀刻类型，蚀刻再沉积线74和84可以由诸如金属氧化物、金属合金、金属卤化物、金属碳化物、有机金属化合物或其组合的材料构成。各向异性蚀刻之前的多次各向同性蚀刻——其中每次后续的各向同性蚀刻本质上比前一次各向同性蚀刻的各向同性程度低——可以为每个抗蚀剂宽度R产生多于四条线。

如图9-10所示，各向异性蚀刻可以继续，去除抗蚀剂，蚀刻所述线之间91的基体63并且基本上或全部去除蚀刻再沉积线74和84之间101的基体63，并且为每个原始抗蚀剂宽度R留下至少四条单独的蚀刻再沉积线74和84。

如图11所示，一组线可以具有三条线，这三条线包括中心线112c和外部线112o。除了芯柱73可以比需要两条中心线时小之外，制造该结构的方法与上述（方法）类似。由此，在芯柱73的两侧开始蚀刻再沉积时，芯柱73可以基本上或完全被蚀刻，留下单条中心线112c而不是如图5所示的两条中心线52c。单条中心线112c可以比外部线112o高或者可以具有与以上针对具有至少四条线的结构来描述的外部线近似相同的高度。如果中心线会聚（converge），并且在各向异性蚀刻之前进行多次各向同性蚀刻，则每个组中可以存在具有奇数数量的至少五条线的结构。

如果需要在组中的线的宽度之间具有大的差异，则在每个组的中心处具有单条线的结构是有益的。如图11所示，中心线72c的宽度w1可以比组中的外部线72o的宽度w2显著更宽。

多台阶线栅偏振器

如图12所示，多台阶纳米尺寸器件或偏振器120包括基体121，在该基体121上设置有多个平行多台阶肋122。以下将使用术语偏振器来代替纳米尺寸器件，因为偏振器是最典型的应用，但是器件120可被用于其他应用。每个肋122包括不同高度h的、或在不同高程高度（elevationalheight）处设置的多个相邻台阶S。每个肋122包括上部台阶S1，该上部台阶S1的顶部水平表面H1的两侧是（flanked by）上部垂直表面V1。将理解，术语水平和垂直是相对于图中所示的器件的取向的，并且器件可以以各种不同的角度取向。每个肋还包括至少一个下部肋或具有两个水平表面的台阶对（其中一个台阶在上部台阶的任一侧），每个水平表面的两侧是该台阶的垂直表面以及邻近的台阶的垂直表面。由此，在上部台阶的两侧形成台阶或台阶对，形成截面台阶式金字塔形状。

例如，图12中的器件示出了两个下部台阶S2和S3。中间台阶S2包括中间水平表面H2和中间垂直表面V2。中间垂直表面H2的两侧是上部垂直表面V1和中间垂直表面V2。下部台阶S3包括下部水平表面H3和下部垂直表面V3。下部水平表面H3的两侧是中间垂直表面H2和下部垂直表面V3。

所述肋可以具有多于或小于两个下部台阶。每个台阶S包括沿着台阶S的垂直表面V的涂层C。沿着任何台阶S的垂直表面V的涂层C可以与沿着邻近的（上部或下部）台阶S的垂直表面V的涂层分隔，例如通过居间的水平表面H。由此，其水平表面H的宽度或长度HL可以大于涂层C的厚度。例如，在图12中，在台阶之间的涂层没有连续性，从而上部台阶S1的涂层C1与中间台阶S2的涂层C2物理分隔，并且中间台阶S2的涂层C2与下部台阶S3的涂层C3物理分隔。涂层C可以在不同的高程高度处形成成对的涂层或涂层对，例如上部涂层对C1和至少一个下部涂层对，例如中间涂层对C2和下部涂层对C3。如果器件被用作偏振器，并且选择会使感兴趣的波长偏振的涂层C，则涂层C可被认为是偏振涂层肋。由此，涂层可以是导电涂层且可以界定（define）线。

上部和下部台阶可以位于不同的高程高度h，这界定出截面台阶式金字塔形状。例如，在图12中，高程高度不相等，从而h1≠h2≠h3并且h1>h2>h3。可以通过蚀刻深度来确定台阶的高度。本发明的某些实施例所具有的上部台阶的高程高度在一方面可以小于约200nm或在另一方面小于约100nm。肋、台阶或台阶对可以从上部台阶增加宽度，从而所述肋具有截面台阶式金字塔形状。

涂层材料C可以是或可以包含金属，例如铝、铜、锗、氧化钛、钽或金属合金。涂层材料C也可以是电介质，例如硅、碳化硅、Fe2Si或铪。如果器件被用作线栅偏振器，则涂层材料C可以是使感兴趣的波长最优地偏振的材料。例如，锗可被用于红外光，铝用于可见光，或者氧化钛用于紫外光。

如图13所示，偏振器120b的基体121可以包括基板131和至少一个薄膜层132。基板131可以包括对进入的电磁辐射透明的材料。基板131可以是刚性材料，例如石英、硅或锗。基板131也可以是柔性材料，例如铸膜、聚合物或压花基板。膜层132可以是抗反射涂层、透射膜、吸收膜或具有所需光学特性的其他膜。

器件中的肋122可以包括与基体121相同的材料，并且可以在基体121中整体地形成（例如通过蚀刻），如图12所示。或者，所述肋可以从基体物理分隔，如图13所示。此外，肋122可以包括与基体121不同的材料。肋122可以包括至少两个不同的材料层。每个台阶可以包括多个不同的材料层。台阶S可以由与另一台阶S不同的材料制成。每个台阶S可以由不同的材料制成。多个层可被用于所需的偏振特征，例如优化Tp、Ts、对比度或吸收度。

涂层C可以具有非常小的宽度CW。涂层的宽度在一方面可以小于约30nm，在另一方面小于约10nm，或在另一方面小于约5nm。可以基于预期的电磁辐射波长和/或所需的性能特征来选择或调整涂层宽度。可以通过肋或其台阶的结构性支撑来维持非常窄的涂层宽度。

如图14所示，偏振器的肋122可以具有垂直高度或垂直表面的长度VL。在一个实施例中，一个台阶S的垂直长度VL可以与另一台阶S或所有其他台阶S的垂直长度VL相同。在另一实施例中，一个台阶S的垂直长度VL可以与另一台阶S或所有其他台阶S的垂直长度VL不同。例如，台阶S可以具有基本相同的垂直长度，VL1=VL2=VL3。或者，台阶S可以具有不相等的垂直长度，VL1≠VL2≠VL3。在不同台阶上具有不同垂直长度的垂直表面的偏振器可以具有不同高度的涂层。可以针对感兴趣的波长的最优偏振来调整每个涂层高度。一个台阶与任意其他台阶相比的垂直长度VL的差异在一方面可以大于10纳米，在另一方面为10到50纳米，在另一方面为50到100纳米，或者在另一方面为100-200纳米。例如，VL1-VL2和VL1-VL3可以在50到100纳米之间。

台阶S的垂直长度VL可以是纳米尺寸的。例如，任何垂直表面的垂直长度在一方面可以小于约100nm，在另一方面小于约50nm，或者在另一方面小于约20nm。可以基于预期的电磁辐射波长和/或所需的性能特征来选择或调整垂直长度VL。

如图14中的SL1所示，最宽台阶的水平长度或者最下面的台阶对的外侧宽度可以近似于用于形成台阶S的抗蚀剂特征的宽度（见图18中的RW）。目前针对可见光制造的线栅偏振器的抗蚀剂特征典型地具有约50-100nm的宽度。因此，外侧宽度SL1、以及由此台阶上的最外侧涂层之间的距离在一方面可以小于约100nm，在另一方面小于约75nm，在另一方面小于约50nm，或者在另一方面为50-100nm。再次地，可以基于预期的光波长和/或所需的性能特征来选择或调整最下面的台阶对。

如图15所示，肋122可以具有台阶的水平表面的这样的深度或水平长度HL：其近似于相邻涂层之间的间距。台阶的水平长度HL在一方面可以小于约50nm，在另一方面小于约25nm，或者在另一方面小于约10nm。相邻涂层之间的最大距离可以小于约50nm，且相邻涂层之间的最小距离可以小于约20nm。所有台阶的水平长度HL可以近似相同。（HL1=HL2=HL3）。某个台阶的水平长度HL可以不同于其他台阶的水平长度HL（HL1≠HL2，或者HL1≠HL2，或者HL1≠HL2≠HL3）。台阶的水平长度可被调整，以优化所需的波长的偏振。

图12和13中所示的实施例具有有着最长台阶长度SL的台阶作为最下面的台阶或者最靠近基体的台阶。如图16所示，器件120c或肋122c的具有最长台阶长度SL3的台阶可以是中间的台阶，并且具有较短台阶长度SL5的台阶可以是最下面的台阶或最靠近基体的台阶。

还如图16所示，台阶不需要形成金字塔形状，而所述肋中的台阶可以从最外侧肋朝着基体移动变宽或变窄。上部台阶可以具有最短的台阶长度，或者另一台阶可以具有最短的台阶长度，这取决于如下描述的每次相继蚀刻（successive etch）的各向同性性质。该实施例可用于优化特定的所选波长的偏振。

如图17所示，偏振器120d的线173可被设置在基体121上，与多台阶肋122物理分隔，与多台阶肋122基本上平行，并且位于相邻的多台阶肋122之间。涂层C可以是电介质或金属。线173可以是电介质或金属。线173可以是与涂层C不同的材料。这允许使用由不同材料制成的偏振肋。这可以有益于将偏振器调谐到电磁辐射的多个不同波长。

多台阶线栅偏振器——如何制造

可以用单种材料或者多层不同材料来制备基体121。例如，图13示出了由基板131和薄膜132组成的基体121。肋122可以是与基体121相同的材料、与基板131相同的材料、与薄膜132相同的材料，或者是与基体、基板或薄膜不同的材料。如图14和15所示，肋122可以由多层制成。每个层可以是与另一层相同的材料或者可以是另外的一层或多层不同的材料。每个台阶S可以是与另一台阶S不同的材料。单个台阶S可以由多层不同材料制成。可以通过诸如化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）的工艺在基板上施加薄膜来形成多层不同材料。

可以通过在基体121上沉积材料或者通过离子铣削至基体121中来形成肋122。也可以如图18-21所示通过蚀刻基体来在基体121中形成肋122。为了描述图18-21，术语“基体”可以包括单种材料或多种材料的叠层。抗蚀剂181可以被施加到基体121，且抗蚀剂181可以被构图以产生抗蚀剂宽度RW，如图18所示。如图19所示，各向同性蚀刻可以在抗蚀剂192的横向外侧垂直地蚀刻到基体中，同时在抗蚀剂191下方水平地蚀刻。可以进行至少一次另外的各向同性蚀刻，所述至少一次另外的各向同性蚀刻比之前的各向同性蚀刻的各向同性程度更高或更低。例如，如图20所示，进行比图19所示的各向同性程度低的第二各向同性蚀刻，以在抗蚀剂192横向外侧垂直地蚀刻到基体中，同时在抗蚀剂191下方水平地蚀刻。比之前的蚀刻的各向同性程度更高或更低的每次相继的蚀刻可导致形成另外的台阶。如图21所示，可向异性蚀刻可被用于在抗蚀剂192横向外侧蚀刻到基体中，并去除抗蚀剂181。各向异性蚀刻可被用于产生这样的台阶：该台阶的台阶长度SL与抗蚀剂RW的宽度大致相同。

在通过所进行的各向同性蚀刻的性质形成台阶期间，可以控制台阶水平长度HL和台阶垂直长度VL。更高程度各向同性的蚀刻可以为台阶产生更长的水平长度HL。更长的蚀刻时间可以产生更长的垂直台阶长度VL。

在已经产生肋之后，抗蚀剂可被去除，并且结构表面可以被涂敷有涂层C，如图22所示。该涂层可以是保形的（conformal）、非保形的、区段的、原子层沉积、旋涂（spin on）或蚀刻再沉积。涂层可以被各向异性蚀刻，以从水平表面基本上去除涂层而在垂直表面上留下大部分涂层。在各向异性蚀刻中从水平表面去除涂层，而在垂直表面上留下相当一部分涂层，因为如虚线箭头P所示的在水平表面上沿与基体主平面垂直的方向的涂层222的厚度小于在垂直表面上沿着该同一方向P的涂层221的厚度。

为了形成如图16所示的结构，在上述各向异性蚀刻步骤以在抗蚀剂192的宽度以外的区域中主要（primarily）蚀刻之后，可以进行另外的各向同性蚀刻161和162。可以进行各向同性和各向异性蚀刻的各种组合来产生不同形状的肋。在形成肋之后，如上所述来施加并蚀刻涂层。对涂层的蚀刻也可以通过使用高偏置蚀刻（bias etch）沿着位于多台阶肋122c与基体121之间的水平表面163来去除涂层。

图23-26示出了如何来制造图17的偏振器120d，除了多台阶肋122上的涂层之外，该偏振器还包括另外的线173。如图23所示，可以在基体121上设置薄的第一层171。该第一层171的材料可以是最终线173的所需材料，例如金属。可以在第一层171之上施加第二层。第二层可以是多台阶肋122的所需材料，例如氧化物或电介质。然后可以如上所述形成多台阶肋结构122。第二层的厚度和各向同性蚀刻的持续时间可被安排为使得形成多台阶肋122的蚀刻步骤完成（end）第一层171的表面。最终的各向异性蚀刻步骤的时间可被缩短，以形成小的最终台阶。例如，上部两个台阶的垂直表面的长度VL1和VL2显著长于最下面的台阶的垂直表面的长度VL3。作为最下面的台阶的垂直表面的受限长度VL3的结果，与沿着上部台阶的垂直表面相比，涂层的在与基体垂直的方向P上的厚度沿着最下面的台阶的垂直表面要小的多。

然后可以如上所述施加涂层C。如图24所示，涂层C沿着上部台阶241的垂直表面的厚度可以比沿着最下面的台阶242的垂直表面的涂层厚度要大得多。沿着最下面的台阶242的涂层厚度并非远大于沿着结构243的水平部分的厚度。

可以进行各向异性蚀刻以从水平表面以及从最下面的台阶垂直表面252去除涂层。由于涂层242的沿着最下面台阶的垂直表面的相对较小的厚度，如图25所示，可以在涂层的该各向异性蚀刻期间从该台阶252的垂直表面基本上去除基础涂层，同时在上部台阶251的垂直表面上留下涂层。

然后可以进行针对蚀刻再沉积来优化的各向异性蚀刻。涂层C、第二层或肋122材料、以及蚀刻必须被选择为使得基本上可以以对涂层C或肋122的最小蚀刻来蚀刻第一层171。可以通过蚀刻化学品针对蚀刻再沉积来优化蚀刻。各向异性蚀刻将蚀刻到第一层171中并可以导致形成蚀刻再沉积线173。各向异性蚀刻可以继续且由此去除蚀刻再沉积线173和多台阶肋122之间175的第一层171，如图17所示。各向异性蚀刻可以继续以蚀刻到肋174之间的基体中。由此可以在线173和多台阶肋122之间174将基体121蚀刻至至少1nm的深度。

应该理解，上述设置对于本发明的原则的应用仅是示例性的。可以设计多种修改或替代的设置，而不偏离本发明的精神和范围。尽管在图中已经示出并且以与目前被认为是本发明的最实际和优选的实施例相结合的特殊性和细节来在上面完全地描述了本发明，对于本领域普通技术人员来说很明显，可以进行多种修改而不偏离在此阐述的本发明的原理和构思。

Claims (3)

1.一种用于制造线栅偏振器的方法，该方法包括：

a.获得具有在基板上设置的平行细长偏振线的阵列的线栅偏振器；

b.在所述线的顶面和侧面形成保护层；

c.在每条线的中心部分中将所述线栅偏振器各向异性蚀刻到所述基板，并且在每条线的所述中心部分中暴露所述基板而形成延伸一高度的间隙，所述线形成两条平行细长偏振棒，所述偏振棒基本上位于所述线接触所述基板的拐角处。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述保护层是通过对所述线的钝化而形成的。

3.如权利要求1所述的方法，其中，形成所述保护层包括对所述线的钝化。