CN100510794C - 光学膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于光学用途的膜、包括这样的膜的物品、制造这样的膜的方法、以及利用这样的膜的系统。

Description

光学膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及光学膜以及相关物品、系统和方法。
背景技术
光学器件和光学系统通常用于需要光处理的情况。光学器件的例子包括透镜、偏振器、滤光器、抗反射膜、延迟器(例如，四分之一波片)和分束器(例如偏振和非偏振分束器)。
发明内容
本发明涉及用于光学应用的膜、包括这种膜的物品、用于制造这种膜的方法以及利用这种膜的系统。
一般地，在第一方面，本发明的特征在于方法，其包括通过在沟槽内依次形成不同于第一材料的第二材料的多个单层来填充物品的第一材料层的表面中的沟槽的容积的至少约10％，其中该层透射沿一路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的约50％或更多，该层阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的约80％或更多，该第一和第二偏振状态直交，且λ在约150nm和约5000nm之间。
该方法的实施可包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，该沟槽可以通过蚀刻该第一材料的连续层来形成。蚀刻该第一层可以包括反应离子蚀刻。
在一些实施例中，该沟槽被光刻地形成。例如，该沟槽可以利用纳米压印光刻(lithography)来形成。纳米压印光刻可以包括在热塑性材料中形成图形。替代地，或者另外地，纳米压印光刻可以包括在UV可固化材料中形成图形。作为另一示例，该沟槽可以利用全息光刻形成。全息光刻可以包括将第一材料的层浸在具有比空气折射率高的折射率的流体中。全息光刻可以包括将抗蚀剂材料层曝光到由具有约400nm或更小(例如约351nm、约266nm)波长的辐射形成的干涉图案。
该沟槽可以具有约1000nm或更小的宽度(例如约750nm或更小，约500nm或更小，约300nm或更小，约200nm或更小，约100nm或更小，约80nm或更小，约70nm或更小，约60nm或更小，约50nm或更小，约40nm或更小)。该沟槽可以具有约10nm或更大的深度(例如约20nm或更大，约30nm或更大，约50nm或更大，约80nm或更大，约100nm或更大，约130nm或更大，约150nm或更大，约200nm或更大，约250nm或更大，约300nm或更大)。
该第一材料可以包括金属。在一些实施例中，该第一材料包括选自由Al、Au、Ag和Cu构成的组中的至少一种金属。
该方法还可包括在该沟槽中形成一个或更多第三材料的单层，其中该第三材料不同于该第一和第二材料。该第二和第三材料的单层可以形成纳米叠层材料。至少约50％的沟槽容积通过依次在沟槽中形成多个单层而被填充。例如，至少约80％，例如90％或更多的沟槽容积可以通过在沟槽中依次形成多个单层来填充。在一些实施例中，至少约99％的沟槽容积通过在沟槽中依次形成多个单层来填充。
该第一材料和第二材料的层可以形成连续层。形成多个第二材料的单层可以包括沉积前体的单层并将该前体的单层曝露到反应剂以提供第二材料的单层。该反应剂可以与该前体化学反应从而形成该第二材料。例如，该反应剂可以氧化该前体以形成第二材料。沉积该前体的单层可包括将包括该前体的第一气体引入容纳所述物品的室内。在沉积该前体的单层时室内该第一气体的压强可以是约0.01至约100托。将该前体的单层曝露到反应剂可以包括将包括反应剂的第二气体引入到该室内。将该前体的单层曝露到反应剂时室内第二气体的压强可以是约0.01至约100托。在引入第一气体后且在引入第二气体前，第三气体可以被引入到该室内。第三气体相对于该前体可以是不活泼的。该第三气体可以包括选自由氦、氩、氮、氖、氪和氙构成的组中的至少一种气体。该前体可以包括选自三(叔-丁氧基)硅烷醇(tris(tert-butoxy)silanol)、(CH3)3Al、TiCl4、SiCl4、SiH2Cl2、TaCl3、AlCl3、乙氧基Hf(Hf-ethaoxide)和乙氧基Ta(Ta-ethaoxide)构成的组中的至少一种前体。
该第二材料可以包括选自SiO2、SiNx、Si、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、HfO2、Nb2O5、MgF2构成的组中的至少一种材料。
该第一材料的层可以包括形成在该层表面中的额外的沟槽。该方法可以包括通过在所述额外沟槽中依次形成多个第二材料的单层来填充所述额外沟槽的每个的容积的至少约10％(例如至少约50％，至少约80％，至少约90％，至少约99％)。该沟槽可以通过第一材料的行来分隔开。
该第一材料的层可以形成表面凸纹(relief)光栅。表面凸纹光栅可以具有约500nm或更小的光栅周期(例如约300nm或更小，约200nm或更小，约180nm或更小，约160nm或更小，约150nm或更小，约140nm或更小，约130nm或更小，约120nm或更小，约110nm或更小，约100nm或更小)。
该层可以传输沿所述路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的约80％或更多(例如约90％或更多，约95％或更多，约98％或更多，约99％或更多)。替代地，或另外地，该层可以阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的约90％或更多(例如约95％或更多，约97％或更多，约98％或更多，约99％或更多)。
该第一和第二偏振状态可以是线性偏振状态。该第一和第二偏振状态可以分别是TM和TE偏振状态。
在一些实施例中，λ在约400nm和约700nm之间。在一些实施例中，λ在约400nm和约1100nm之间。在实施例中，λ在约1250nm和约1700nm之间。在一些实施例中，λ在约150nm和约300nm之间。
该层可以透射沿一路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ’的光的约50％或更多，且该层可以阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ’的光的约80％或更多，其中|λ-λ’|为约50nm或更多(例如约100nm或更多，约150nm或更多，约200nm或更多，约250nm或更多，约300nm或更多，约350nm或更多，约400nm或更多，约500nm或更多)。
该方法可以包括在通过在所述沟槽之上依次形成第二材料的单层来在该填充的沟槽之上形成第二材料的层。该第二材料的层可以具有约100nm或更小(例如约50nm更小，约40nm更小，约30nm更小，约20nm更小)的算术平均粗糙度的表面。
该方法可以包括在所述物品的表面上形成抗反射膜。所述物品可以包括支承第一材料的层的衬底。该衬底可以包括无机玻璃材料(例如BK7玻璃)的层。
通常，在另一方面，本发明的特征在于方法，其包括利用原子层沉积形成偏振层。
该方法的实施可以包括以下特征和/或其他方面特征的一个或更多。例如，形成偏振层可以包括形成包括第一材料的光栅层。该偏振层可以传输沿一路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的约50％或更多。该偏振层可以阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的约80％或更多，该第一和第二偏振状态直交(orthogonal)，其中λ在约150nm和约5000nm之间。
该第一材料可以包括金属。该第一材料可以包括选自Al、Au、Ag、Cu和Cr构成的组中的至少一种金属。
该偏振层可以通过利用原子层沉积在包括不同于第一材料的第二材料的多个伸长部分的光栅上形成一个或更多第一材料的单层来形成。
通常，在又一方面，本发明的特征在于物品(article)，其包括连续层，该连续层包括与纳米叠层材料交替的第一材料的行，其中该连续层透射沿一路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的约50％或更多，且该层阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的约80％或更多，其中该第一和第二偏振状态是直交的且λ在约150nm和约5000nm之间。该物品的实施例可以包括一个或多个其他方面的特征。该物品可以利用其他方面的方法形成。
通常，在再一方面，本发明的特征在于物品，其包括具有纳米叠层材料的偏振层。该物品的实施例可以包括一个或多个其他方面的特征。该物品可以利用其他方面的方法形成。
在其他优点中，本发明可以用于形成在宽波长带上操作的纳米结构的偏振器。例如，该方法可以用于形成用于电磁频谱的可见和近红外部分(例如从约400nm至约2000nm)的宽带偏振器。
在一些实施例中，所述方法可以用于形成具有较大高宽比(aspect ratio)和较短周期的周期性纳米结构层。例如，可以形成具有基本小于可见波长(例如约200nm或更小)的周期的周期性纳米结构，并且这些结构可以具有约2:1或更大的高宽比。
该方法还包括用于在纳米结构层的表面上沉积共形涂层的技术。共形涂层技术可以用于在纳米结构层中的结构内均质地沉积材料，形成连续的纳米结构层。作为示例，原子层沉积可以用于填充纳米结构层中的沟槽。通过原子层沉积所沉积的材料与包括纳米结构层的材料光学不同时，结果是物理连续的层是光学纳米结构。
连续纳米结构层可以形成为具有基本平坦的曝露表面。由此，其他平坦层(例如光学薄膜诸如抗反射膜)可以容易地沉积在纳米结构层上，提供混合单片平面器件。此外，包括这些层的器件可以比包括不连续纳米结构层的器件相对坚固(例如机械上坚固)。
填充纳米结构层还可以有效地密封该纳米结构层，降低环境因素例如湿气和/或大气中的氧引起的纳米结构层的劣化。
诸如纳米结构偏振器的纳米结构物品可以由无机材料形成，当暴露于延长周期的强辐射源时该无机材料不会退化到有机材料退化的程度。
在一些实施例中，纳米结构层可以用于形成在关注波长处具有较高穿过状态透射率的偏振器。例如，偏振器可以由具有较高透射率的材料形成并且可以包括在一个或更多界面上减小关注波长的光的反射的一个或更多抗反射膜。
所述方法可以用于形成偏振器阵列。
本发明的其他特征和优点将通过描述和附图以及权利要求而变得明显。
附图说明
图1是偏振器实施例的透视图；
图2A-2J示出制造图1所示的偏振器的步骤；
图3是示意图，示出浸没全息光刻中物品的曝光；
图4是原子层沉积系统的示意图；
图5是流程图，示出利用原子层沉积形成纳米叠层的步骤；
图6是引入线性偏振器的圆偏振器的剖视图；
图7是偏振分束器的剖视图；
图8是液晶投影显示器的示意图；
图9A是包括光栅阵列的偏振器的图；
图9B是包括光栅阵列的检测器组件的图。
在各图中相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
参考图1，线性偏振器100包括光栅层110以及两个抗反射膜150和160。线性偏振器100还包括衬底140、蚀刻停止层130和盖层120。光栅层110包括具有第一成分的伸长部分111和具有不同成分的部分112。不同成分对波长λ的光具有不同光学属性。
光栅层110线性偏振沿轴101传播的波长λ的入射光，轴101平行于图1所示的直角坐标系的z轴。换言之，对于平行于z轴传播的入射到线性偏振器100上的波长λ的光，线性偏振器100传输入射光在x方向上平面偏振的分量的较大量(称为“穿过(pass)”状态偏振)而阻挡在y方向上平面偏振的分量的较大量(称为“阻挡(block)”状态偏振)。如果层传输入射分量的约60％或更多(例如约80％或更多，约90％或更多，约95％或更多，约98％或更多，约99％或更多)，则该层传输入射光分量的较大量。如果层阻挡入射分量的约80％或更多(例如约90％或更多，约95％或更多，约98％或更多，约99％或更多)，则该层阻挡入射光分量的较大量。通常，λ在约150nm和约5000nm之间。在一些实施例中，λ对应于电磁频谱的可见部分内的波长(例如从约400nm到约700nm)。
在一些实施例中，线性偏振器100在超过一个波长偏振辐射，例如波长的连续带。例如，线性偏振器100可以偏振约50nm宽或更宽(例如约100nm宽或更宽，约200nm宽或更宽，约300nm宽或更宽)的波长带的辐射。在一些实施例中，线性偏振器100偏振基本上电磁频谱的整个可见部分的辐射(例如λ从约400nm到约700nm)。供选地，线性偏振器100可以偏振基本上电磁频谱的整个近红外部分的辐射(例如从约1200nm到2000nm)。在一些实施例中，线性偏振器100偏振基本上电磁频谱的整个可见和近红外部分的辐射(例如从约400nm到约2000nm)。
此外，在偏振器100偏振平行于z轴传播的入射辐射的同时，在一些实施例中，对于非垂直入射角的辐射(即相对于z轴以角度θ传播的入射到线性偏振器100上的辐射，其中θ是非零)，偏振器100可以偏振在λ的辐射。在一些实施例中，线性偏振器100可以偏振以超过一个入射角例如一定范围的入射角入射的辐射。例如，在一些实施例中，线性偏振器100偏振θ为约10°或更大的锥形入射角(例如约15°或更大，约20°或更大)内入射的辐射。注意，对于非垂直入射，穿过状态对应于平行于x-z平面偏振的光，而阻挡状态对应于与x-z平面直交地偏振的光。
通常，线性偏振器100通过反射和/或吸收较大量的阻挡状态辐射来阻挡在λ具有阻挡状态偏振的较大量的入射辐射。例如，线性偏振器100可以反射约80％或更多的在λ具有阻挡偏振状态的入射辐射(例如约90％或更多，约95％或更多)。当线性偏振器100反射较大量的阻挡状态辐射时，阻挡状态辐射的吸收较低。例如，阻挡状态吸收可以是约10％或更少(例如约5％或更少)。
供选地，在一些实施例中，线性偏振器100吸收在λ具有阻挡偏振状态的较大量的入射辐射。例如，线性偏振器100可以吸收约30％或更多的阻挡状态偏振(例如约40％或更多，约50％或更多)。
线性偏振器100可以对在λ的透射光具有较高的消光系数ET。对于透射光，消光系数是指在λ的穿过状态强度与通过线性偏振器100传输的阻挡状态强度的比值。例如，ET在λ可以是约30或更大(例如约50或更大，约100或更大，约150或更大)。在阻挡态透射较低的一些实施例中，ET可以很高，例如约1000或更大。
在一些实施例中，线性偏振器可以对在λ的反射光具有较高消光系数ER。ER是在λ处阻挡状态辐射的反射强度与穿过状态辐射的反射强度的比值。例如，ER可以是约30或更大(例如约50或更大，约100或更大，约150或更大)。
在一些实施例中，ET和ER都较高。
现在转到光栅层110的结构，伸长部分111和112沿y方向延伸，形成包括一系列交替行的周期结构，其中相邻行具有不同的光学属性。对应于部分111的行在x方向上具有宽度Λ111，对应于部分112的行在x方向上具有宽度Λ112。等于Λ111+Λ112的光栅周期Λ小于λ，结果，当波长λ的光与光栅层110相互作用而没有遇到光与周期性结构相互作用时会发生的显著的高阶衍射。光栅层110是纳米结构层的示例。
通常，Λ111可以是约0.2λ或更小(例如约0.1λ或更小，约0.05λ或更小，约0.04λ或更小，约0.03λ或更小，约0.02λ或更小，约0.01λ或更小)。例如，在一些实施例中，Λ111是约200nm或更小(例如约150nm或更小，约100nm或更小，约80nm或更小，约70nm或更小，约60nm或更小，约50nm或更小，约40nm或更小，约30nm或更小)。类似地，Λ112可以是约0.2λ或更小(例如约0.1λ或更小，约0.05λ或更小，约0.04λ或更小，约0.03λ或更小，约0.02λ或更小，约0.01λ或更小)。例如，在—些实施例中，Λ112是约200nm或更小(例如约150nm或更小，约100nm或更小，约80nm或更小，约70nm或更小，约60nm或更小，约50nm或更小，约40nm或更小，约30nm或更小)。Λ111和Λ112可以彼此相同或不同。
通常，Λ小于λ，例如约0.5λ或更小(例如约0.3λ或更小，约0.2λ或更小，约0.1λ或更小，约0.08λ或更小，约0.05λ或更小，约0.04λ或更小，约0.03λ或更小，约0.02λ或更小，约0.01λ或更小)。在一些实施例中，Λ约为500nm或更小(例如约300nm或更小，约200nm或更小，约150nm或更小，约130nm或更小，约100nm或更小，约80nm或更小，约60nm或更小，约50nm或更小，约40nm或更小)。
由比值Λ112：Λ给出的光栅层的占空因数(duty cycle)可以根据需要改变。在一些实施例中，占空因数小于约50％(例如约40％或更小，约30％或更小，约20％或更小)。供选的，在一些实施例中，占空因数大于约50％(例如约60％或更大，约70％或更大，约80％或更大)。
虽然示出光栅层110具有19个部分，但是，通常，光栅层中的部分的数量可以根据需要改变。部分的数量取决于周期，Λ，以及线性偏振器的最终应用所需的面积。在一些实施例中，光栅层110可具有约50或更多部分(例如约100或更多部分，约500或更多部分，约1000或更多部分，约5000或更多部分，约10000或更多部分，约50000或更多部分，约100000或更多部分，约500000或更多部分)。
沿z轴测量的光栅层110的厚度d可以根据需要改变。通常，层110的厚度根据部分111和112的折射率以及在λ处光栅层110所需的光学属性来选择。在一些实施例中，d可以是约50nm或更大(例如约75nm或更大，约100nm或更大，约125nm或更大，约150nm或更大，约200nm或更大，约250nm或更大，约300nm或更大，约400nm或更大，约500nm或更大，约1000nm或更大，例如约2000nm)。
光栅层厚度d与Λ111和/或d与Λ112的高宽比可以较高。例如，d:Λ111和/或d:Λ112可以是约2:1或更大(例如约3:1或更大，约4:1或更大，约5:1或更大，约8:1或更大，约10:1更大)。
通常，选择部分111和112的成分使得偏振器100具有需要的偏振属性。部分111和/或112可以包括无机和/或有机材料。无机材料的例子包括金属、半导体和无机电介质材料(例如玻璃)。有机材料的例子包括聚合物。在—些实施例中，部分111和/或部分112包括一种或更多电介质材料，例如电介质氧化物(例如金属氧化物)、氟化物(例如金属氟化物)、硫化物和/或氮化物(例如金属氮化物)。氧化物的例子包括SiO2、Al2O3、Nb2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、SnO2、ZnO、ErO2、Sc2O3和Ta2O5。氟化物的例子包括MgF2。其他例子包括ZnS、SiNx、SiOyNx、AlN、TiN和HfN。
在一些实施例中，部分111和/或部分112包括金属，例如Au、Ag、Al、Cr和Cu。部分111和/或部分112可以由一种以上金属形成(例如部分111和/或部分112可以由金属合金形成)。
部分111和112的成分通常根据它们的光学属性和它们与用于制造偏振器100的工艺的兼容性以及它们与用于形成偏振器100的其他层的材料的兼容性来选择。通常，部分111包括在λ处透射性的材料，而部分112包括在λ处非透射性的材料。
一毫米厚的透射性材料的样品透射垂直入射到其上的在λ的辐射的约80％或更多(例如约90％或更多，约95％或更多，约98％或更多，约99％或更多)。对于可见和红外波长透射性材料的例子包括各种电介质材料，例如SiO2。
一毫米厚的非透射性材料的样品透射垂直入射到其上的在λ的辐射的约1％或更少(例如约0.5％或更少，约0.1％或更少，约0.01％或更少，约0.001％或更少)。非透射性材料包括反射和/或吸收在λ的较大量辐射的材料。对可见和红外波长非透射性材料的例子包括各种金属，例如Al、Au、Ag、Cr和Cu。Al和Ag是对电磁频谱的可见部分具有高反射率的材料的例子，Au和Cu对频谱的黄和红部分具有高反射率，而吸收相对更多的较短可见波长(例如绿和蓝波长)。
在一些实施例中，部分111和部分112的成分在λ处具有较低的吸收，从而光栅层110在λ处具有较低的吸收。例如，光栅层110可以吸收沿轴101传播的在λ处的辐射的约10％或更少(例如约5％或更少，约3％或更少，约2％或更少，约1％或更少)。
部分111和/或部分112可以由单种材料或者由多种不同材料形成。在一些实施例中，部分111和112的一个或两个由纳米叠层材料形成，其是指由至少两种不同材料的层构成的材料且所述材料的至少一种的层非常薄(例如在一和约10个单层厚之间)。光学上，纳米叠层材料具有取决于其组成材料的折射率的局部均质折射率。改变每种组成材料的量可以改变纳米叠层的折射率。纳米叠层部分的例子包括由SiO2单层和TiO2单层，SiO2单层和Ta2O5单层，或者Al2O3单层和TiO2单层构成的部分。
通常，部分111和/或部分112可以包括结晶、半结晶和/或非晶部分。通常，非晶材料是光学各向同性的且可以比部分或全部结晶的部分更好地透射辐射。作为例子，在一些实施例中，部分111和112二者都由非晶材料形成，例如非晶电介质材料(例如非晶TiO2或SiO2)。供选的，在一些实施例中，部分111由晶体或半晶体材料形成(例如晶体或半晶体Si)，而部分112由非晶材料形成(例如非晶电介质材料，诸如TiO2或SiO2)。
光栅层110的结构和成分根据线性偏振器100的所需光学属性来选择。影响线性偏振器100的光学属性的结构参数例如包括d、Λ、Λ111和Λ112。通常，改变单个参数影响多个不同的属性参数。例如，偏振器在λ的总体透射性可以通过改变相对于由非透射性材料形成的部分的厚度Λ112的由透射性材料形成的部分的相对厚度Λ111来改变。然而，虽然较高比值Λ111/Λ112可以提供穿过状态偏振的较高透射性，但是这也导致阻挡状态偏振的较高透射性，其减小了ET。结果，优化偏振器的性能包括不同性能参数之间的折中(trade off)且偏振器的结构和成分根据偏振器的最终应用所需的性能而改变。
通常，为了有效地偏振波长λ的光，光栅层的周期Λ应短于λ，例如约λ/4或更小(例如约λ/6或更小，约λ/10或更小)。此外，为了有效的宽带性能(broadband performance)，Λ应当短于波长带中的最短波长。对于可见谱中的宽带偏振器来说，例如，Λ应当小于约300nm，诸如约200nm或更小(例如约150nm或更小，约130nm或更小，约110nm或更小，约100nm或更小，约90nm或更小，约80nm或更小)。
通常，光栅层110的反射率可以通过由在λ处具有较高反射率的材料形成至少一些部分来提高。偏振器的反射率也可以通过增大反射材料部分相对于透射材料部分的相对尺寸来增加。换言之，较大的占空因数可以提供在λ处增大的反射率。然而，这会减小穿过状态透射。相反，光栅层110的透射可以通过减小占空因数来增大。通常，占空因数在约20％至约80％范围。
在一些实施例中，ET可以通过增大光栅层110的深度d来增大。增大d可以提供增大的ET而基本不减小穿过状态透射的量。
如所述，包括部分111和112的材料的光学性能也影响偏振器100的光学性能。例如，偏振器透射可以通过由在λ处具有相对高透射率的材料形成部分111来增大。
此外，由在λ处具有相对低的折射率的材料形成部分111可以降低穿过状态辐射的反射。例如，部分111可以由在λ处具有约1.6或更小(例如约1.55或更小，约1.5或更小，约1.45或更小)的折射率的材料形成。SiO2是在电磁频谱的可见部分中具有相对低折射率的材料的例子。由于光栅层110的有效折射率相对于由具有相对高折射率的材料形成部分111的光栅层减小，因此反射会减少。
选择在λ处具有较低折射率的材料或多种材料用于偏振器100的接触部分112的任何部分可以改善光栅层的光学特性，例如ET。
此外，在需要阻挡状态偏振的高反射率时，部分112应当由在λ处具有高反射率的材料形成。此外，在对于宽的波长带需要阻挡状态偏振的高反射率时，材料应当对带内所有波长具有相对高的反射率。例如，相较于对较短可见波长具有较高吸收的Au或Cu，Al对可见波长提供较高的宽带反射率。
现在回到偏振器100的其他层，通常，衬底140对偏振器100提供机械支承。在一些实施例中，衬底140对λ波长处的光是透明的，基本上透射以λ波长入射到其上的所有光(例如约90％或更多，约95％或更多，约97％或更多，约99％或更多，约99.5％或更多)。
通常，衬底140可以由能支承其他层的、与用于制造延迟器100的制造工艺兼容的任何材料构成。在一些实施例中，衬底140由玻璃形成，例如BK7(可从Abrisa Corporation得到)、硼硅酸盐玻璃(例如可从Corning得到的耐热玻璃(pyrex))、铝硅酸盐玻璃(例如可从Corning得到的C1737)、或石英/熔融硅石。在一些实施例中，衬底140可以由晶体材料形成，例如非线性光学晶体(例如LiNbO3或磁光旋转体，例如石榴石(garnett))或晶体(半晶体)半导体(例如Si、InP或GaAs)。衬底140还可以由无机材料形成，例如聚合物(例如塑料)。
蚀刻停止层130由对用于蚀刻形成部分112的材料(或多种材料)的蚀刻工艺有耐受性的材料形成(参见下面的描述)。形成蚀刻停止层130的材料(或多种材料)也应当与衬底140和形成光栅层110的材料兼容。可以形成蚀刻停止层130的材料的示例包括HfO2、SiO2、Ta2O5、TiO2、SiNx或金属(例如Cr、Ti、Ni)。
蚀刻停止层130的厚度可以根据需要而改变。通常，蚀刻停止层130足够厚以防止衬底140的显著蚀刻，但不应当太厚而负面影响偏振器100的光学性能。在一些实施例中，蚀刻停止层为约500nm或更小(例如约250nm或更小，约100nm或更小，约75nm或更小，约50nm或更小，约40nm或更小，约30nm或更小，约20nm或更小)。
盖层120通常由与光栅层110的部分111相同的材料形成并提供其上可沉积其他层例如形成抗反射膜150的层的表面121。表面121可以基本上是平坦的。
抗反射膜150和160可以降低入射到偏振器100并离开偏振器100的波长λ的穿过状态光的反射率。抗反射膜150和160通常包括不同折射率的一层或多层。作为示例，抗反射膜150和160之一或二者可以由四个交替的高和低折射率层构成。高折射率层可以由TiO2或Ta2O5构成，低折射率层可以由SiO2或MgF2构成。抗反射膜可以是宽带抗反射膜或窄带抗反射膜。
在一些实施例中，偏振器100对穿过状态偏振的以波长λ入射到其上的光具有约5％或更小的反射率(例如约3％或更小，约2％或更小，约1％或更小，约0.5％或更小，约0.2％或更小)。
通常，可以根据需要准备偏振器100。图2A-2J示出了准备工艺的示例的不同阶段。首先，提供衬底140，如图2A所示。衬底140的表面141可以被抛光和/或清洁(例如通过将衬底曝露到一种或多种溶剂、酸和/或烘焙衬底)。
参考图2B，蚀刻停止层130沉积在衬底140的表面141上。形成蚀刻停止层130的材料可以使用各种技术之一来形成，包括溅射(例如射频溅射)、蒸镀(例如电子束蒸发、离子辅助沉积(IAD)电子束蒸镀)、或诸如等离子体增强CVD(PECVD)的化学气相沉积(CVD)、ALD、或通过氧化。作为示例，HfO2的层可以通过IAD电子束蒸镀沉积在衬底140上。
参考图2C，然后中间层210沉积在蚀刻停止层130的表面131上。部分112从中间层210被蚀刻，因此中间层210由用于部分112的材料构成。形成中间层210的材料可以使用各种技术中的一种来沉积，包括溅射(例如射频溅射)、蒸镀(例如电子束蒸镀)、或化学气相沉积(CVD)(例如等离子体增强CVD)。
在一些实施例中，中间层210由金属构成，例如铝。例如，金属层可以通过蒸镀(例如热蒸发)形成。在实施例中，例如，金属层通过将金属以较快速率蒸镀到表面131上来形成，例如约5埃每秒或更多(例如约10埃每秒或更多，约12埃每秒或更多，约15埃每秒或更多)。快沉积速率可以通过减小沉积时引入到膜中的杂质(例如氧)的量来提高金属层的纯度。
在一些实施例中，衬底可以在金属沉积前和/或期间被冷却。例如，衬底可以冷却到0℃或更低(例如约-20℃或更低，约-50℃或更低)。冷却衬底可以增大沉积期间形成在衬底上的金属晶粒(grain)的尺寸。相信较低的衬底温度可以降低金属团簇的动能，其趋向于防止团簇形成较大晶粒。较大的金属晶粒尺寸通过提供改善的光学特性而是有利的，例如与较小晶粒构成的金属层相比更高的反射率。此外，由具有较大晶粒尺寸的金属层更容易形成具有短周期的光栅层。
蒸镀也可以在相对高的真空下进行，例如约10-6托或更低的真空(例如约5×10-7托或更低，约2×10-7托或更低)。高真空沉积还可以通过减小形成时存在于沉积层附近的杂质(例如氧)的量从而降低引入到膜中的杂质量来提高金属层的纯度。
在一些实施例中，衬底140定位地距沉积室中的沉积金属源较远(例如约12英寸或更大，约15英寸或更大，约20英寸或更大，约24英寸或更大)。相对于其中源定位地靠近衬底的系统，这可以增大表面131上所沉积的材料的均匀性。
通常，中间层210的厚度根据光栅层110的所需厚度来选择。
使用光刻技术处理中间层210以提供光栅层110的部分112。例如，部分112可以使用电子束光刻或光学光刻(例如使用光掩模或使用全息技术)由中间层210形成。
在一些实施例中，部分112使用纳米压印光刻形成。参考图2D，纳米压印光刻包括在中间层210的表面211上形成抗蚀剂层220。例如，抗蚀剂可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯乙烯(PS)。参考图2E，使用模具将图案压到抗蚀剂层220中。被构图的抗蚀剂层220包括薄部分221和厚部分222。然后蚀刻被构图的抗蚀剂层220(例如通过氧反应离子蚀刻(RIE))，去除薄部分221以露出中间层210的表面211的部分224，如图2F所示。厚部分222也被蚀刻，但未完全去除。因此，抗蚀剂的部分223在蚀刻后保留在表面211上。
参考图2G，中间层210的暴露部分随后被蚀刻，在中间层210中形成沟槽212。中间层210的未蚀刻部分对应于光栅层110的部分112。例如，可以使用反应离子蚀刻、离子束蚀刻、溅射蚀刻、化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)或湿法蚀刻来蚀刻中间层210。中间层210的暴露部分被向下蚀刻到由对蚀刻方法有耐受性的材料形成的蚀刻停止层130。因此，通过蚀刻形成的沟槽212的深度与部分112的厚度相同。在蚀刻沟槽212后，将残余抗蚀剂223从部分112去除。抗蚀剂可以通过在溶剂(例如诸如丙酮或酒精的有机溶剂)中漂洗该物品或通过O2等离子体灰化、O2RIE或臭氧清洁来去除。
在一些实施例中，蚀刻掩模在沉积抗蚀剂层220之前形成在中间层210的表面上。提供蚀刻掩模以防止用于去除部分抗蚀剂层的蚀刻剂蚀刻层210。某些氧化物材料(例如SiO2)是适于将中间层210从某些蚀刻剂(例如反应离子蚀刻剂)掩蔽的材料的示例。例如，SiO2的层可以用于将金属层从氯基反应离子蚀刻剂掩蔽。蚀刻掩模层可以较薄(例如约100nm或更薄，50nm或更薄，例如在约20nm至约25nm的范围)。
蚀刻可以使用商业可得的设备来进行，例如
Figure C200580027237D0019132255QIETU
 9600DFM(可从LamResearch，Fremont，CA得到)。
可以使用超过一个蚀刻步骤。例如，在一些实施例中，使用两步蚀刻。用于A1的两步蚀刻工艺的例子如下。使用包括BCL3(例如以约90sccm)、Cl2(例如以约30sccm)、N2(例如以约10sccm)、用于背面冷却的He(例如以约10托)的混合气体进行第一蚀刻。射频(RF)功率为约500W且室内压强为约5mToor。使用Cl2(例如以约56sccm)、HCl(例如以约14sccm)、N2(例如以约35sccm)、用于背面冷却的H2(例如以约10托)进行第二蚀刻。RF功率为约300W且室内压强为约7mToor。对于一般的150nm深的铝蚀刻来说，第一蚀刻时间可以是约4秒且第二蚀刻时间可以是约15秒。
在一些实施例中，可以利用蚀刻后钝化步骤在被蚀刻层的表面上提供钝化层。例如，蚀刻后钝化可以通过将被蚀刻层曝露到氧化剂以在被蚀刻层的表面制造氧化层来完成。例如，被蚀刻的Al层的蚀刻后钝化可以通过将被蚀刻层在升高的温度下(例如约200℃或更高，约250℃或更高，约300℃或更高)曝露到水蒸气来进行。
参考图2I，在去除剩余抗蚀剂后，将材料沉积在物品上，填充沟槽212并形成盖层120。被填充的沟槽对应于光栅层110的部分111。材料可以以各种方式沉积到物品上，包括溅射、电子束蒸镀、CVD(例如高密度CVD)或原子层沉积(ALD)。注意，在相同的沉积步骤期间形成盖层120并填充沟槽212时，部分111和盖层120由材料的连续部分形成。
最后，抗反射膜150和160分别沉积到盖层120的表面121和衬底140的表面142上。例如，形成抗反射膜的材料可以通过溅射、电子束蒸镀或ALD沉积在物品上。
在一些实施例中，通过在单个衬底上形成较大光栅层，然后将其分成单独单元，可以同时准备多个偏振器。例如，光栅层可以形成在具有约10平方英寸或更大(例如四英寸、六英寸、或八英寸直径的衬底)的单面表面积的衬底上。在形成光栅层之后，可以将衬底分成较小尺寸(例如具有约一平方英寸或更小的单面表面积)的多个单元。
如前所述，在一些实施例中，全息光刻技术可以用于在中间层210上的抗蚀剂材料层中形成图案。在这些技术中，光敏抗蚀剂层曝露到通过交迭两个或更多相干辐射束形成的干涉图案，所述辐射束通常来自激光源。不同光强度的干涉图案转移到抗蚀剂材料，其可以在曝光后显影从而提供图案化的抗蚀剂层。
全息光刻可以用于通过使两种相似强度的相干束干涉来产生周期性强度图案。由于强度图案的周期可以通过改变两个束干涉的角度来改变，因此此技术是特别多用途的。
理论上，强度图案的周期Γ由等式给出：
Figure C200580027237D00201
其中，λb是干涉辐射的波长，n是束在其中干涉的介质的折射率，
Figure C200580027237D0020132330QIETU
是干涉束对着的角度的一半。由于Γ与λb成比例，因此具有较短周期(例如约300nm或更小)的干涉图案可以通过选择具有较短波长(例如具有在351nm的输出的氩激光)的光源来形成。此外，干涉图案周期可以通过以较大角度(例如
Figure C200580027237D0020132330QIETU
约为45度或更大)干涉两个束来减小。例如，抗蚀剂可以曝露到具有约61度的
Figure C200580027237D0020132330QIETU
的两个351nm的束，以提供具有约200nm周期的光栅。
在一些实施例中，全息光刻可以在将衬底和抗蚀剂浸在具有比空气的折射率高的折射率的介质中时进行。例如，抗蚀剂表面可以浸在诸如水(其具有约1.33的折射率)或有机液体(例如甘油，其具有约1.5的折射率)的液体中。
例如，参考图3，浸式全息光刻可以通过将物品601浸在填充有诸如水或甘油的液体611的容器610中并将物品在浸没时曝露到干涉图案来进行。干涉图案通过以角度
Figure C200580027237D0020132330QIETU
干涉相干束620和630来形成。
容器610的壁可以被定向从而束620和630基本垂直地入射。替代地，或另外地，容器610的某些壁可以包括抗反射涂层以降低束620和630的反射。
通常，扩展这些束以提供足够大的干涉图案以在单次曝光中曝光物品601。在一些实施例中，束可以扩展至具有数英寸的直径(例如约4英寸或更大，约6英寸或更大，约8英寸或更大)。
在图3所示的实施例中，物品601包括衬底层640、设置在衬底层640上的中间层642和设置在中间层642上的光致抗蚀剂层644。光致抗蚀剂层644的表面645曝露到干涉图案。
如前所述，在一些实施例中，光栅层110的部分111、盖层120和/或抗反射膜150和160之一或两者使用原子层沉积(ALD)来制备。例如，参考图4，ALD系统300用于用纳米层叠多层膜填充中间物品301(包括衬底140、盖层130、以及部分112)的沟槽212，形成部分111和盖层120。纳米层叠多层膜的沉积单层接单层地进行，提供对膜的成分和厚度的基本控制。在单层的沉积期间，将前体的气体引入到室内并吸附到部分112、蚀刻停止层表面131或与这些表面相邻的预先沉积的单层的曝露表面上。随后，反应剂引入到室内与所吸附的前体化学反应，形成所需材料的单层。表面上化学反应的自限制(self-limiting)性质可以提供膜厚的精确控制和所沉积层的大面积均匀性。此外，在每个曝露表面上前体的非定向吸附提供了材料到曝露表面上的均匀沉积，而与表面相对于室110的取向无关。因此，纳米层叠膜的层与中间物品301的沟槽的形状一致。
ALD系统300包括反应室310，其通过歧管(manifold)330连接到源350、360、370、380和390。源350、360、370、380和390分别通过供应线351、361、371、381和391连接到歧管330。阀352、362、372、382和392分别调节来自源350、360、370、380和390的气流。源350和380分别含有第一和第二前体，源360和390分别包括第一反应剂和第二反应剂。源370包括载气，其在沉积工艺期间以恒量流过室310，将前体和反应剂输运到物品301，同时将反应副产物输运离开衬底。前体和反应剂通过在歧管330中与载气混合而被引入到室310中。气体通过出口345从室310抽出。泵340将气体经出口345抽离室310。泵340通过管346连接到出口345。
ALD系统300包括温度控制器395，其控制室310的温度。在沉积期间，温度控制器395将物品301的温度提升到室温以上。通常，温度应当足够高从而促进前体和反应剂之间的快速反应，但不应损坏衬底。在一些实施例中，物品301的温度约为500℃或更低(例如约400℃或更低，约300℃或更低，约200℃或更低，约150℃或更低，约125℃或更低，约100℃或更低)。
通常，温度不应当在物品301的不同部分之间显著改变。大的温度变化会引起在衬底的不同部分处前体和反应剂之间反应速率的改变，这会引起所沉积的层的厚度和/或形态(morphology)的改变。在一些实施例中，沉积表面的不同部分之间的温度可以改变约40℃或更低(例如约30℃或更低，约20℃或更低，约10℃或更低，约5℃或更低)。
沉积工艺参数通过电子控制器399被控制和同步。电子控制器399与温度控制器395、泵340、以及阀352、362、372、382和392通讯。电子控制器399还包括用户界面，操作者可以通过用户界面设置沉积工艺参数，监视沉积工艺，以及以其他方式影响系统300。
参考图5，当系统300通过将来自源350的第一前体与来自源370的载气混合而将第一前体引入到室310中时(420)，开始ALD工艺(410)。单层第一前体吸附到物品301的暴露表面上，剩余前体通过载气连续流过室而从室310清除(430)。接着，系统把来自源360的第一反应剂通过歧管330引入到室310中(440)。第一反应剂与单层第一前体反应，形成单层第一材料。至于第一前体，载气的流动将剩余反应剂从室中清除(450)。重复步骤420至460直到第一材料的层达到所需厚度(460)。
在膜为单层材料的实施例中，一旦第一材料层达到所需厚度，工艺就停止(470)。然而，对于纳米层叠膜，系统将第二前体通过歧管330引入到室310中(380)。单层第二前体吸附到所沉积的第一材料层的暴露表面上且载气将其余前体从室中清除(490)。然后系统将第二反应剂通过歧管330从源380引入到室310中。第二反应剂与单层第二前体反应，形成单层第二材料(500)。载气流过室清除了剩余反应剂(510)。重复步骤580至510直到第二材料的层达到所需厚度(520)。
第一和第二材料的其他层通过重复步骤520至530来沉积。一旦形成了所需的层数(例如填充了沟槽和/或盖层具有所需厚度)，工艺终止(540)，并将被涂覆的物品从室310移出。
虽然在上述工艺中的每个循环期间在反应剂之前将前体引入到室中，但在其他示例中反应剂可以在前体之前被引入。引入前体和反应剂的顺序可以根据它们与曝露表面的相互作用来选择。例如，当前体和表面之间的结合能(bonding energy)高于反应剂和表面之间的结合能时，前体可以在反应剂之前被引入。供选的，如果反应剂的结合能更高，则反应剂可以在前体之前被引入。
每个单层的厚度一般取决于诸多因素。例如，每个单层的厚度可以取决于所沉积材料的类型。由较大分子构成的材料与由较小分子构成的材料相比可以产生更厚的单层。
物品的温度也可以影响单层的厚度。例如，对于一些前体，在沉积循环期间较高的温度可以降低前体到表面上的吸收，导致与衬底温度低时形成的相比更薄的单层。
前体的类型和反应剂的类型，以及前体和反应剂的剂量也可以影响单层厚度。在一些实施例中，单层材料可以用特定前体但不同的反应剂来沉积，产生对各组合来说不同的单层厚度。类似地，由不同前体形成的单层材料可以产生对不同前体来说不同的单层厚度。
可以影响单层厚度的其他因素的例子包括清除时间、前体在被涂覆表面的驻留时间、反应器中的压强、反应器的物理几何形状、以及副产物对所沉积材料的可能影响。副产物影响膜厚的例子有副产物蚀刻所沉积的材料。例如，当使用TiCl4前体和水反应剂沉积TiO2时，HCl是副产物。HCl会在其被抽出之前蚀刻所沉积的TiO2。蚀刻将减小所沉积的单层的厚度，且如果衬底的某些部分比其他部分更长时间地曝露于HCl(例如靠近抽气装置的衬底部分会比远离抽气装置的衬底部分更长时间地曝露于副产物)，则会导致在衬底上改变单层厚度。
通常，单层厚度在约0.1nm和约5nm之间。例如，一个或更多所沉积单层的厚度可以是约0.2nm或更大(例如约0.3nm或更大，约0.5nm或更大)。在一些实施例中，一个或更多所沉积单层的厚度可以约为3nm或更小(例如约2nm，约1nm或更小，约0.8nm或更小，约0.5nm或更小)。
平均所沉积单层厚度可以通过在衬底上沉积预定数目的单层以提供材料层来确定。随后，测量所沉积层的厚度(例如通过椭圆光度法、电子显微镜或某一其他方法)。然后平均所沉积单层厚度可以确定为所测量的层厚除以沉积循环次数。平均所沉积单层厚度可对应于理论单层厚度。理论单层厚度是指构成单层的分子的特征尺寸，其可以由材料的体密度和分子的分子量来计算。例如，SiO2的估计单层厚度为～0.37nm。厚度估计为具有每立方厘米2.0克的密度的非晶SiO2化学式单位(formula unit)的立方根。
在一些实施例中，平均沉积单层厚度可对应于理论单层厚度的分数(例如约理论单层厚度的0.2，约理论单层厚度的0.3，约理论单层厚度的0.4，约理论单层厚度的0.5，约理论单层厚度的0.6，约理论单层厚度的0.7，约理论单层厚度的0.8，约理论单层厚度的0.9)。供选地，平均沉积单层厚度可对应于超过一个理论单层厚度直至理论单层厚度的约30倍(例如约理论单层厚度的两倍或以上，约理论单层厚度的三倍或以上，约理论单层厚度的五倍或以上，约理论单层厚度的八倍或以上，约理论单层厚度的10倍或以上，约理论单层厚度的20倍或以上)。
在沉积工艺期间，室310中的压强可以基本保持恒压，或者可以变化。控制载气通过室的流速通常控制所述压强。通常，压强应当足够高，以允许前体以化学吸附物质(chemisorbed species)充满所述表面，允许反应剂与前体留下的表面物质完全反应并留下用于前体的下一循环的反应位(reactivesite)。如果室压太低，其在前体和/或反应剂的剂量太低，和/或泵速太高时会发生，则表面不会被前体充满且反应不会受到自限制。这会导致所沉积的层厚度不均匀。此外，室压不应太高以致阻碍前体和反应剂反应所产生的反应产物的去除。当下一剂量的前体引入到室中时，剩余副产物会干扰表面的饱和。在一些实施例中，室压保持在约0.01托和约100托之间(例如在约0.1托和约20托之间，约0.5托和10托之间，例如约1托)。
通常，在每个循环期间引入的前体和/或反应剂的量可以根据室的尺寸、暴露的衬底表面的面积、和/或室压来选择。在每个循环期间引入的前体和/或反应剂的量可根据经验来确定。
在每个循环期间引入的前体和/或反应剂的量可以通过打开和关闭阀352、362、382和392的定时来控制。所引入的前体或反应剂的量对应于每个循环中每个阀打开的时间量。阀应当打开足够长时间，以引入足够的前体来提供衬底表面的适当单层覆盖。类似地，每个循环期间引入的反应剂的量应当足够与沉积在暴露表面上的基本全部前体反应。引入多于所需的前体和/或反应剂会延长循环时间和/或浪费前体和/或反应剂。在一些实施例中，前体剂量对应于每个循环将适当的阀打开约0.1秒和约5秒之间(例如，约0.2秒或更长，约0.3秒或更长，约0.4秒或更长，约0.5秒或更长，约0.6秒或更长，约0.8秒或更长，约1秒或更长)。类似地，反应剂剂量可对应于每个循环将适当的阀打开约0.1秒和约5秒之间(例如约0.2秒或更长，约0.3秒或更长，约0.4秒或更长，约0.5秒或更长，约0.6秒或更长，约0.8秒或更长，约1秒或更长)。
前体和反应剂剂量之间的时间对应于清除时间。每个清除的时间应当足够长从而从室中去除剩余的前体或反应剂，但是如果比这个时间更长，则会增加循环时间而没有益处。每个循环中不同清除的时间可以相同或改变。在一些实施例中，清除的时间约为0.1秒或更长(例如约0.2秒或更长，约0.3秒或更长，约0.4秒或更长，约0.5秒或更长，约0.6秒或更长，约0.8秒或更长，约1秒或更长，约1.5秒或更长，约2秒或更长)。通常，清除时间约为10秒或更短(例如约8秒或更短，约5秒或更短，约4秒或更短，约3秒或更短)。
接连地引入前体剂量之间的时间对应于循环时间。对于沉积不同材料单层的循环，循环时间可以相同或不同。此外，对于沉积相同材料单层但是利用不同前体和/或不同反应剂的循环，循环时间可以相同或不同。在一些实施例中，循环时间可以为约20秒或更短(例如约15秒或更短，约12秒或更短，约10秒或更短，约8秒或更短，约7秒或更短，约6秒或更短，约5秒或更短，约4秒或更短，约3秒或更短)。缩短循环时间可以缩短沉积工艺的时间。
通常选择前体以与ALD工艺兼容，并通过与反应剂反应提供所需的沉积材料。此外，前体和材料应当与它们要沉积在其上的材料兼容(例如与衬底材料或形成先前沉积的层的材料)。前体的例子包括氯化物(例如金属氯化物)，例如TiCl4、SiCl4、SiH2Cl2、TaCl3、HfCl4、InCl3和AlCl3。在一些实施例中，有机化合物可以用作前体(例如乙氧基Ti(Ti-ethaOixde)、乙氧基Ta(Ta-ethaOixde)、乙氧基Nb(Nb-ethaOixde))。有机化合物前体的其他例子有(CH3)3Al。例如，对于SiO2沉积来说，合适的前体包括三(叔-丁氧基)、三(叔-戊氧基)硅烷醇(tris(tert-pentoxy)silanol)、或四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)。
通常也选择反应剂与ALD工艺兼容，并根据前体和材料的化学性质来选择。例如，当材料为氧化物时，反应剂可以是氧化剂。合适的氧化剂的例子包括水、过氧化氢、氧、臭氧、(CH3)3Al、以及各种醇(例如乙醇CH3OH)。例如，水是用于氧化诸如TiCl4的前体以获得TiO2、诸如AlCl3的前体以获得Al2O3、以及诸如乙氧基Ta的前体以获得Ta2O5、诸如乙氧基Nb的前体以获得Nb2O5、诸如HfCl4的前体以获得HfO2、诸如ZrCl4的前体以获得ZrO2、以及诸如InCl3的前体以获得In2O3的合适的反应剂。在每种情况中，HCl作为副产物产生。在一些实施例中，(CH3)3Al可以用于氧化硅烷醇以提供SiO2。
虽然已经描述了一些实施例，但是，通常，其他线性偏振器结构也是可行的。例如，虽然线性偏振器100(参见图1)示出了不同层的特定配置，但是其他实施例可以包括另外的或更少的层。例如，在一些实施例中，偏振器不需要包括抗反射膜150和160中的一个或两个。在一些实施例中，偏振器可以包括另外的抗反射膜(例如在衬底层140和蚀刻停止层130之间)。实施例还可以包括保护层，例如抗反射膜150和160之一或二者上的硬涂层(例如硬涂层聚合物)。在一些实施例中，偏振器不需要包括盖层。例如，一旦形成部分111，就可以去除在填充部分112之间的沟槽时形成的盖层。盖层例如可以通过化学机械抛光或蚀刻来去除。
虽然已经描述了包括具有矩形光栅轮廓(profile)的光栅层的偏振器实施例，但是其他实施例也是可行的。例如，在一些实施例中，光栅层具有弯曲轮廓，例如正弦曲线轮廓。供选地，光栅层可以具有三角形、锯齿形轮廓或梯形轮廓。
此外，虽然已经描述了偏振器光栅层中的光栅周期为恒定的，但是在一些实施例中光栅周期可以改变。在一些实施例中，部分光栅层可以被非周期性布置。
光栅层110中的部分111和112全部沿相同方向延伸，但是，在一些实施例中，线性偏振器可以包括部分光栅层与其他区域相比沿不同方向取向的区域。例如，参考图9A，偏振器900包括具有四个不同光栅区域910、920、930和940的光栅层，其中光栅部分沿不同方向排列，形成光栅阵列。
由于对于每个区域穿过和阻挡状态的取向取决于该区域中光栅部分的取向，因此对于具有不同取向的区域来说穿过和阻挡态是不同的。
通常，光栅阵列可包括所需数量的区域。例如，在一些实施例中，光栅阵列可以包括几百或几千个区域(例如约500或更多区域，约1000或更多区域，约5000或更多区域，约10000或更多区域)。在一些实施例中，光栅阵列可以包括与标准图像阵列(GA)分辨率(例如VGA 640×480，XGA 1024×768，SXGA 1280×1024，UXGA 1600×1200，WXGA 1366×768)对应的区域。
光栅阵列中的两个或更多区域可以具有有相同取向的光栅层。在一些实施例中，光栅取向形成重复图案。此外，光栅阵列中每个区域的周期和/或占空因数可以相同或不同。
包括超过一个光栅区域的偏振器可以通过前述技术来准备。例如，单或多次曝光的光学光刻方法可以被使用。光栅阵列可以通过利用具有与光栅阵列对应的图案的光刻掩模使用单步曝光来形成。多曝光法包括全息光刻，其中对每次曝光改变衬底取向和干涉图案。
压印光刻也可以用于通过使用具有对应的光栅阵列图案的模具来形成光栅阵列。
偏振器诸如这里描述的那些可以引入到光学器件中，包括无源光学器件(例如偏振器件)和有源光学器件(例如液晶显示器)。偏振器可以集成到器件中，提供单片器件，或者可以与器件的其他部件分开地布置。
参考图6，包括线性偏振器诸如线性偏振器100的无源光学器件的例子是圆偏振器660。圆偏振器660包括线性偏振器670和四分之一波片680。
线性偏振器670线性地偏振具有波长λ的沿轴661传播的入射到圆偏振器660上的辐射。然后四分之一波片延迟被线性偏振的光，提供射出偏振器660的被圆偏振的光。在一些实施例中，通过选择具有变化延迟量的波片替代四分之一波片680来提供所需的延迟量，射出光的椭圆率可以根据需要而改变。
参考图7，在一些实施例中，线性偏振器可以用作偏振分束器(polarizingbeam splitter)700。偏振分束器(PBS)通常反射(例如镜面反射)较大量的入射的阻挡状态辐射，而透射较大量的入射的穿过状态辐射。如图7所示，PBS700相对于平行于轴710传播的辐射定位，使得辐射非垂直入射到PBS的表面上。PBS 700镜面反射入射的阻挡状态辐射，其沿方向722传播离开PBS。PBS 700透射较大量的入射的穿过状态辐射，其沿方向720传播。因此，PBS 700提供了两束直交地偏振的辐射。
偏振分束器可以用在投影显示器中。例如，参考图8，在一些实施例中包括线性偏振器的PBS 810包括在液晶投影显示器800中。显示器800还包括宽带光源830、束成形光学器件860、反射型液晶显示面板820和投影光学器件840。配置显示器800以将面板820产生的图像投射到投影屏幕850上。
显示器800操作如下。宽带光源830发射辐射801，其被束成形光学器件860校准并作为基本校准的束802引向偏振分束器810。通常，束成形光学器件860包括一个或多个透镜以及一个或多个孔(aperture)，其聚集来自源830的发散辐射以提供基本校准的束802。在一些实施例中，束成形光学器件860可以包括线性地偏振辐射的偏振元件，使得束802主要包括阻挡状态辐射。
PBS 810将束802的阻挡状态分量反射向面板820。面板820空间地调制入射束803的偏振，转变一些入射辐射的偏振状态，同时留下一些入射辐射的偏振状态基本不变。结果，反射束803的某些部分具有穿过状态偏振。反射束803返回到PBS 810，在该处具有穿过状态偏振的部分束被透射，而其余的被PBS阻挡。
如束804所示的透射辐射传播到投影光学器件804，其将805表示的辐射向外投影到形成图像的屏幕850上。投影光学器件840通常包括将面板820成像到屏幕850的一个或多个透镜元件和/或其他无源光学部件。图像通常被显著放大，使得较小的面板可以用于提供可以被处于适当位置的观察者看到的较大图像。
参考图9B，在一些实施例中，光栅阵列例如偏振器900可以用作具有探测器阵列950的偏振分析器，以提供能够同时取样入射束的不同偏振分量的探测器组件999。探测器阵列950包括元件951、952、953和954，其对应于偏振器900的区域910、920、930和940。由于偏振器900的每个区域具有与其他区域不同地取向的穿过状态，因此探测器阵列950中的每个探测器元件测量不同偏振分量的强度。
在一些实施例中，光栅阵列可以直接形成在探测器元件上。供选地，偏振器900可以固定到探测器950上(例如利用粘合剂)。
在一些实施例中，探测器组件999可以用在偏振器中从而在每个探测器元件处通过单次测量来测量入射光的偏振状态(例如Stokes参数)。其他部件例如延迟器(例如延迟器阵列)，例如四分之一波片或四分之一波片阵列，和/或偏振器(例如另一偏振器阵列)可以与偏振器900集成，以提供紧凑的偏光计(polarimeter)组件。延迟器和/或偏振器可以使用这里公开的技术和2004年6月11日提交的标题为“OPTICAL FILMS AND METHODS OFMAKING THE SAME”的美国专利申请序列No.10/866416中公开的技术与偏振器900集成。
这样的偏光计被称为波前划分偏光计(wavefront division polarimeter)，因为它将入射波前划分成不同分量并对每个分量取样不同偏振分量。
偏光计阵列也可以使用多个探测器组件形成。探测器组件可以集成到单个部件中。例如，相应于每个探测器组件的探测器阵列可以形成在相同衬底上。偏光计阵列可以用在成像应用中。
F.Gori在“Measuring Stokes parameters by means of a polarizationgrating”，Opt.Lett.，Vol.24，No.9,584(1999)中描述了利用光栅测量偏振的技术的示例。
偏振器的其他应用包括用在光学隔离器中。在一些实施例中，光学隔离器可以包括使用上述技术直接形成在磁光部件或电光部件(例如石榴石(garnet)晶体)上的偏振器。
已经描述了多个实施例。其他实施例在所附权利要求中。

Claims (62)

1、一种方法，包括：
通过在沟槽内依次形成与第一材料不同的第二材料的多个单层来填充物品的该第一材料的层的表面中的所述沟槽的容积的至少10％，其中：
该第一材料的层与该第二材料的所述多个单层形成光栅层；
该光栅层透射沿一路径入射到该光栅层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的50％或更多；
该光栅层阻挡沿该路径入射到该光栅层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的80％或更多，该第一和第二偏振状态直交；且
λ为150nm和5000nm之间。
2、根据权利要求1的方法，其中该沟槽通过蚀刻该第一材料的连续层而形成。
3、根据权利要求2的方法，其中蚀刻该第一材料的连续层包括反应离子蚀刻。
4、根据权利要求1的方法，其中该沟槽光刻地形成。
5、根据权利要求4的方法，其中该沟槽利用纳米压印光刻形成。
6、根据权利要求5的方法，其中该纳米压印光刻包括在热塑性材料中形成图案。
7、根据权利要求5的方法，其中该纳米压印光刻包括在可UV固化的材料中形成图案。
8、根据权利要求4的方法，其中该沟槽使用全息光刻形成。
9、根据权利要求8的方法，其中该全息光刻包括将该第一材料的层浸在具有比空气的折射率高的折射率的流体中。
10、根据权利要求8的方法，其中该全息光刻包括将抗蚀剂材料的层曝露到由具有400nm或更小波长的辐射形成的干涉图案。
11、根据权利要求1的方法，其中该沟槽具有1000nm或更小的宽度。
12、根据权利要求1的方法，其中该沟槽具有100nm或更小的宽度。
13、根据权利要求1的方法，其中该沟槽具有10nm或更大的深度。
14、根据权利要求1的方法，其中该沟槽具有100nm或更大的深度。
15、根据权利要求1的方法，其中该沟槽具有130nm或更大的深度。
16、根据权利要求1的方法，其中该第一材料包括金属。
17、根据权利要求1的方法，其中该第一材料包括选自Al、Au、Ag和Cu构成的组中的至少一种金属。
18、根据权利要求1的方法，还包括在该沟槽内形成一个或更多第三材料的单层，其中该第三材料不同于该第一和第二材料。
19、根据权利要求18的方法，其中该第二和第三材料的单层形成纳米层叠材料。
20、根据权利要求1的方法，其中该沟槽的容积的至少80％通过在该沟槽内依次形成多个单层而被填充。
21、根据权利要求1的方法，其中该沟槽的容积的至少90％通过在该沟槽内依次形成多个单层而被填充。
22、根据权利要求1的方法，其中该沟槽的容积的至少99％通过在该沟槽内依次形成多个单层而被填充。
23、根据权利要求1的方法，其中该第一材料和该第二材料的层形成连续层。
24、根据权利要求1的方法，其中形成所述第二材料的多个单层包括沉积前体的单层和将该前体的单层曝露到反应剂以提供第二材料的单层。
25、根据权利要求24的方法，其中该反应剂与该前体化学反应从而形成该第二材料。
26、根据权利要求25的方法，其中该反应剂氧化该前体从而形成该第二材料。
27、根据权利要求24的方法，其中沉积该前体的单层包括将包括该前体的第一气体引入到容纳所述物品的室中。
28、根据权利要求27的方法，其中在沉积该前体的单层时，该室中所述第一气体的压强为0.01至100托。
29、根据权利要求27的方法，其中将该前体的单层曝露到所述反应剂包括将包括所述反应剂的第二气体引入到该室中。
30、根据权利要求29的方法，其中在将该前体的单层曝露到所述反应剂时，该室内所述第二气体的压强为0.01至100托。
31、根据权利要求29的方法，其中在该第一气体被引入后且在引入该第二气体前将第三气体引入到该室中。
32、根据权利要求31的方法，其中该第三气体相对于所述前体是不活泼的。
33、根据权利要求31的方法，其中该第三气体包括选自氦、氩、氮、氖、氪和氙构成的组中的至少一种气体。
34、根据权利要求24的方法，其中该前体包括选自三(叔丁氧基)硅烷醇、(CH3)3Al、TiCl4、SiCl4、SiH2Cl2、TaCl3、AlCl3、乙氧基Hf和乙氧基Ta构成的组中的至少一种前体。
35、根据权利要求1的方法，其中该第二材料包括选自SiO2、SiNx、Si、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、HfO2、Nb2O5、MgF2构成的组中的至少一种材料。
36、根据权利要求1的方法，其中该第一材料的层包括形成在该第一材料的层的所述表面中的其他沟槽。
37、根据权利要求36的方法，还包括通过在所述其他沟槽内依次形成所述第二材料的多个单层来填充所述其他沟槽的每个的容积的至少50％。
38、根据权利要求36的方法，还包括通过在所述其他沟槽内依次形成所述多个单层来填充所述其他沟槽的每个的容积的至少80％。
39、根据权利要求36的方法，还包括通过在所述其他沟槽内依次形成所述多个单层来填充所述其他沟槽的每个的容积的至少90％。
40、根据权利要求36的方法，还包括通过在所述其他沟槽内依次形成所述多个单层来填充所述其他沟槽的每个的容积的至少99％。
41、根据权利要求36的方法，其中该沟槽和所述其他沟槽被该第一材料的行分隔开。
42、根据权利要求1的方法，其中该第一材料的层形成表面凸纹光栅。
43、根据权利要求42的方法，其中该表面凸纹光栅具有500nm或更小的光栅周期。
44、根据权利要求42的方法，其中该表面凸纹光栅具有200nm或更小的光栅周期。
45、根据权利要求1的方法，其中该光栅层透射沿该路径入射到该光栅层上的具有该第一偏振状态的波长λ的光的80％或更多。
46、根据权利要求1的方法，其中该光栅层透射沿该路径入射到该光栅层上的具有该第一偏振状态的波长λ的光的90％或更多。
47、根据权利要求1的方法，其中该光栅层阻挡沿该路径入射到该光栅层上的具有该第二偏振状态的波长λ的光的90％或更多。
48、根据权利要求1的方法，其中该光栅层阻挡沿该路径入射到该光栅层上的具有该第二偏振状态的波长λ的光的95％或更多。
49、根据权利要求1的方法，其中该光栅层阻挡沿该路径入射到该光栅层上的具有该第二偏振状态的波长λ的光的99％或更多。
50、根据权利要求1的方法，其中该第一和第二偏振状态是线性偏振状态。
51、根据权利要求1的方法，其中该第一和第二偏振状态分别是TM和TE偏振状态。
52、根据权利要求1的方法，其中λ在400nm和700nm之间。
53、根据权利要求1的方法，其中λ在400nm和1100nm之间。
54、根据权利要求1的方法，其中λ在1250nm和1700nm之间。
55、根据权利要求1的方法，其中λ在150nm和300nm之间。
56、根据权利要求1的方法，该光栅层透射沿该路径入射到该光栅层上的具有第一偏振状态的波长λ′的光的50％或更多，且该光栅层阻挡沿该路径入射到该光栅层上的具有第二偏振状态的波长λ′的光的80％或更多，其中|λ-λ′|为50nm或更多。
57、根据权利要求1的方法，还包括在以所述第二材料的所述多个单层填充所述沟槽后，在所述被填充的沟槽之上再形成所述第二材料的层。
58、根据权利要求57的方法，其中该第二材料的层具有一表面，该第二材料的层的该表面具有50nm或更小的算术平均粗糙度。
59、根据权利要求1的方法，还包括在该物品的表面上形成抗反射膜。
60、根据权利要求1的方法，其中该物品还包括支承该第一材料的层的衬底。
61、根据权利要求60的方法，其中该衬底包括无机玻璃材料的层。
62、一种物品，包括：
连续层，包括与纳米叠层材料的行交替的第一材料的行，
其中该连续层透射沿一路径入射到该层上的具有第一偏振状态的波长λ的光的50％或更多且阻挡沿该路径入射到该层上的具有第二偏振状态的波长λ的光的80％或更多，其中该第一和第二偏振状态直交且λ在150nm和5000nm之间，
其中，所述纳米叠层材料包括两种或更多种不同的电介质材料。
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