高对比度逆偏振器的制作方法

本申请一般涉及线栅偏振器。

背景技术：

线栅偏振器(多个wgp或单个wgp)可用于将光分成两种不同的偏振状态。一种偏振状态大部分可以穿过wgp，而另一种可以大部分被吸收或反射。wgp的效能或性能基于一种偏振的高百分比透射和相反偏振的最小透射。主透射偏振的百分比透射除以相反偏振的百分比透射被称为对比度。可能难以制造提供足够高对比度的wgp。有时可以通过减少线/肋的节距(pitch)来获得高对比度，但这样做可能是一个困难的制造挑战，特别是对于较小的波长。找到通过某种方式提高wgp性能而不是减少节距的方法是有益的。

技术实现要素：

已经认识到，通过某种方式提高线栅偏振器(一个wgp或多个wgp)的性能而不是减少节距将是有利的。本发明涉及满足这些需求的嵌入式逆wgp、偏振光的方法以及设计嵌入式逆wgp的方法的各种实施例。每个实施例可以满足这些需求中的一个、一些或全部。对于以下wgp和方法，e||是具有平行于肋的长度l的电场振荡的光的偏振；以及e⊥是具有垂直于肋的长度l的电场振荡的光的偏振。

嵌入式逆wgp可以包括位于透明基板的表面上方的肋、肋之间的间隙、以及基本上填充间隙的填充层。肋可以是细长的并且可以形成阵列。在入射到wgp上的光的波长处，e||透射可以大于e⊥透射。填充层可以在光的该波长处具有大于1.4的折射率。

偏振光的方法可以包括提供逆的嵌入式wgp以及通过wgp透射比e⊥更多的e||。设计嵌入式逆wgp的方法可以包括：计算在所需波长处e||透射>e⊥透射的wgp的肋阵列的节距；以及对于在所需波长处的e||透射>e⊥透射，计算位于肋阵列上方并且基本上填充肋之间的间隙的填充层的折射率。

附图说明

图1a是根据本发明的实施例的嵌入式逆线栅偏振器(wgp)10的示意性横截面侧视图，该嵌入式逆线栅偏振器(wgp)10包括位于透明基板11的表面上方的肋13、肋13之间的间隙16以及基本上填充间隙16的填充层15。

图1b是根据本发明的实施例的嵌入式逆线栅偏振器(wgp)10的示意透视图，该嵌入式逆线栅偏振器(wgp)10包括位于透明基板11的表面上方的肋13、肋13之间的间隙16以及基本上填充间隙16的填充层15。

图2是根据本发明的实施例的与wgp10类似的wgp20的示意性横截面侧视图，例外的是wgp20的填充层15从间隙16延伸到肋13上方。

图3是根据本发明的实施例的与wgp10和20类似的wgp30的示意性横截面侧视图，例外的是wgp30的肋13包括下肋宽度wl和上肋宽度wh之间的显著差异。

图4是根据本发明实施例的使用至少一个wgp44来偏振光45的集成电路(ic)检查工具40的示意性透视图。

图5是根据本发明实施例的使用至少一个wgp54来偏振光55的平板显示器(fpd)制造工具50的示意性透视图。

定义

如在此所使用的，术语“细长”是指肋13的长度l(参见图1b)基本上大于肋宽度w或肋厚度th13(参见图1a、2和3)。例如，用于紫外或可见光的wgp可具有20至100纳米之间的肋宽度w和50至500纳米的肋厚度；以及约1毫米至20厘米或更大的肋长度，这取决于应用。因此，细长肋13可以具有比肋宽度w或肋厚度th13大许多倍的长度l(例如，在一方面至少10倍，在另一方面至少100倍，在另一方面至少1000倍，或在另一方面至少10000倍)。

如在此所使用的，术语“光”可以指x射线、紫外光、可见光和/或红外光或电磁波谱的其它区域中的光或电磁辐射。

如在此所使用的，术语“薄膜层”是指没有分成栅的连续层。

如在此所使用的，除非另有说明，术语肋的“宽度”是指肋的最大宽度。

光学结构中使用的许多材料吸收一些光，反射一些光，并透射一些光。以下定义旨在区分主要是吸收性的、主要是反射性的或主要是透明的材料或结构。每种材料可以在关注的特定波长(例如光的紫外、可见或红外光谱的全部或一部分)中主要是吸收性的、主要是反射性的、或者主要是透明的，并且可以在不同的关注波长中具有不同的性质。

1.如在此所使用的，术语“吸收性的”是指对在关注的波长内的光基本上吸收。

a.材料是否是“吸收性的”与偏振器中使用的其它材料相关。因此，吸收性结构将基本上比反射性或透明结构吸收更多。

b.材料是否是“吸收性的”取决于关注的波长。材料可以在一个波长范围内是吸收性的，但在另一个波长范围内不是吸收性的。

c.在一方面，吸收性结构可以吸收大于40％并且反射小于60％的关注波长中的光(假设吸收性结构是光学厚膜，即大于皮肤深度的厚度)。

d.在另一方面，吸收性材料相对于透明材料可以具有高消光系数(k)，诸如例如在一方面大于0.01或在另一方面大于1.0。

e.吸收性肋可用于选择性地吸收光的一种偏振。

2.如在此所使用的，术语“反射性的”是指对关注的波长内的光基本上反射。

a.材料是否是“反射性的”与偏振器中使用的其它材料相关。因此，反射性结构将基本上比吸收性或透明结构反射更多。

b.材料是否是“反射性的”取决于关注的波长。材料可以在一个波长范围中是反射性的，但在另一个波长范围中不是反射性的。一些波长范围可以有效地利用高反射性材料。在其它波长范围处，特别是材料降解更可能发生的较低波长，材料的选择可能更受限制，并且光学设计者可能需要接受具有比所需的更低反射率的材料。

c.在一方面，反射性结构可以反射大于80％并且吸收小于20％的关注波长中的光(假设反射结构是光学厚膜，即大于皮肤深度的厚度)。

d.金属通常用作反射性材料。

e.反射性线可用于将光的一种偏振与光的相反偏振分离。

3.如在此所使用的，术语“透明的”是指对关注的波长内的光基本上透明。

a.材料是否是“透明的”与偏振器中使用的其它材料相关。因此，透明结构将基本上比吸收性或反射性结构透射更多。

b.材料是否是“透明的”取决于关注的波长。材料在一个波长范围中可以是透明的，但在另一个波长范围中可以不是透明的。

c.在一方面，透明结构可以透射大于90％并吸收小于10％的在关注的波长或使用波长范围处的光，忽略菲涅耳反射损耗。

d.在另一方面，透明结构可以在关注的波长或使用波长范围处具有小于0.01、小于0.001或在另一方面小于0.0001的消光系数(k)。

4.如在这些定义中所使用的，术语“材料”是指特定结构的总体材料。因此，即使材料可以包括一些反射性或透明的成分，“吸收性”的结构由基本上是吸收性的材料作为整体制成。因此，例如，由足够量的吸收性材料制成以使得其基本上吸收光的肋是吸收性肋，即使肋可以包括嵌入其中的一些反射性或透明材料。

具体实施方式

如在图1a、1b、2和3中所示，示出了嵌入式逆线栅偏振器(多个wgp或单个wgp)10、20和30，其包括位于透明基板11的表面上方的肋13。肋13可以是细长的并且可以形成阵列。肋13可以是反射性的，或者可以包括反射性部分。肋13可以包括吸收性部分。肋13可以是金属或电介质，或者可以包括不同的区域，该不同的区域中的至少一个是金属，并且该不同的区域中的至少一个是电介质。

对于以下讨论，e||是具有平行于肋的长度l的电场振荡的光的偏振，并且e⊥是具有垂直于肋的长度l的电场振荡的光的偏振。在典型的wgp使用中，e⊥主要是透射的，并且e||主要是反射的或吸收的。wgp可以在光的波长范围中用作逆wgp，其中e||主要是透射的，并且e⊥主要是反射的或吸收的(e||透射>e⊥透射)。仅仅具有e||透射>e⊥透射对于许多应用是不够的，并且重要的是，优化逆wgp的性能，这意味着高e||透射和/或高对比度(e||透射/e⊥透射)。可以优化wgp结构用于提高的逆wgp性能。

wgp10、20和30可以在肋13之间具有间隙16。术语“间隙”是指将一个肋与另一个肋分开的空间、开口或界限。基本上填充间隙16的填充层15，特别是具有相对大的折射率的填充层15可以提高逆wgp性能。例如，在一方面，填充层15的折射率可以大于1.4，在另一方面大于1.5，在另一方面大于1.6，或者在另一方面大于1.8。上述折射率值是在预期使用的光波长处的折射率值，其中e||透射>e⊥透射。填充层15可以是固体材料或液体。填充层15可以是透明的。用于紫外光偏振的填充层材料的示例包括al2o3(在λ＝300nm处n＝1.81)，zro2(在λ＝361nm处n＝2.25)和hfo2(在λ＝365nm处n＝2.18)。

使用填充层15来提高wgp性能，并且特别是使用具有相对大的折射率的填充层，与传统的wgp设计理论相反。例如，参见美国专利6,288,840，第6栏第59行至第7栏第15行。传统的wgp(e⊥透射>e||透射)可以包括用于保护肋的填充层，其接受wgp性能的减少。例如，参见美国专利6,288,840，第1栏第18-54行。

图2-3中的wgp20和30的填充层15基本上填充间隙16并且从间隙16延伸到肋13的上方，使得每个间隙16中的填充层15在相邻的肋13上方连续延伸到每个相邻间隙16中的填充层15。填充层15延伸到肋13上方，并且在肋13上方使用填充层15的一定厚度th15可以提高逆wgp性能。填充层15可以在肋上方延伸厚度th15，以对使用的所需波长范围进行优化。例如，填充层15可以在一方面在肋上方延伸至少25纳米的厚度th15，在另一方面至少50纳米，或者在在另一方面至少60纳米，并且在一方面小于90纳米，在另一方面小于100纳米，或在另一方面小于150纳米。

使用折射率较大的基板11和/或肋13和基板11之间的薄膜层31(参见图3)可以提高逆wgp性能，并且可以偏移e||透射>e⊥透射的波长范围。例如，在一方面，基板11和/或薄膜层31的折射率可以大于1.4，在另一方面大于1.5，在另一方面大于1.6，或在另一方面大于1.8。上述折射率值是在预期使用的光波长处的折射率值，其中e||透射>e⊥透射。

可以选择肋13的节距p来提高逆wgp性能并偏移e||透射>e⊥透射的波长范围。在传统的wgp中，高性能偏振所需的节距可以小于所需偏振波长范围中的最小波长的一半。因此，小于150纳米的节距通常用于可见光的偏振(λ/p≈150/400＝2.67)，并且约100纳米或更小用于紫外光的偏振。由于该小的节距，这种偏振器的制造可能是困难和昂贵的。幸运的是，对于在此所述的逆wgp，最优节距p可以大于传统偏振器所需的节距，从而提高了这些逆wgp的可制造性。

例如，在一方面，所需的逆偏振的光的波长除以肋13的节距p可以小于2.5，在另一方面小于2.0，在另一方面小于1.9，在另一方面小于1.8，或在另一方面小于1.7。作为另一示例，对于具有小于400纳米的波长的光(例如紫外光)的逆偏振，肋13的节距p可以大于140纳米。肋13的节距p和填充材料15的折射率n可以通过以下等式来选择：p*(n-0.2)<λ<p*(n+0.2)，其中λ是所需的逆偏振的光的波长。

尽管用于逆偏振的节距p可以相对大，但是对于小波长的光的偏振，诸如在一方面小于260纳米的光或在另一方面小于200纳米的光，可能需要小的节距p，诸如例如在一方面小于100纳米，在另一方面小于80纳米，或者在另一方面甚至小于60纳米。

可以选择肋13的占空比(w/p)来提高逆wgp性能，并且偏移在e||透射>e⊥透射的波长范围。例如，以下占空比可提高对比度：在一方面大于0.45或在另一方面大于0.55，并且在一方面小于0.60，在另一方面小于0.65，在另一方面小于0.70或在另一方面小于0.80。

可以选择较低的占空比来提高e||的透射，并且可以加宽高e||透射的波长范围，但可能牺牲对比度。因此，可以选择占空比用于提高的e||的透射，诸如例如在一方面小于0.7，在另一方面小于0.6，在另一方面小于0.5，在另一方面小于0.4。例如，对于至少30纳米的光的波长范围，e||透射>e⊥透射并且e||透射可以大于80％。该光的波长范围可以在小于400纳米的电磁波谱的区域中，例如紫外光谱。

较小的肋厚度th13可以提高对比度。例如，肋厚度th13在一方面可以小于70纳米，在另一方面小于55纳米，或在另一方面小于45纳米。

可以选择肋13的形状以提高逆wgp性能并偏移e||透射>e⊥透射的波长范围。肋13的边缘e(即拐角)可以是大约90度，从而形成矩形肋13，如图1a和1b中所示。可替代地，肋13的边缘e可以是圆形化的，并且因此肋13的横截面轮廓可以包括圆形化形状，如图2-3中所示。每个肋13的边缘e中的一个、两个、三个或三个以上的边缘e可以是圆形化的。肋13的距基板更远的端部(即，肋13的顶部)可以具有圆形化形状，和/或肋13的最接近基板的端部(即，肋13的底部)可以是圆形化的。肋13可以通过在整个蚀刻过程中调节蚀刻的各向异性/各向同性特征以及其它蚀刻参数而形成为不同的形状。

如图3中的wgp30上所示出的，在每个肋13中具有多个宽度wl和wh的肋13可以加宽高对比度的波长范围。例如，在一方面，下肋宽度wl和上肋宽度wh之间的差可以大于10纳米，在另一方面大于20纳米，或者在另一方面大于30纳米。下肋宽度wl是指更靠近基板11的肋13的下半部中的肋13的最大宽度。上肋宽度wh是指远离基板的肋13的上半部中的肋13的最大宽度。发明人发现，对于紫外光谱中至少20纳米的光的波长范围，通过选择在下肋宽度wl和上肋宽度wh之间的差大于20纳米，e||透射除以e⊥透射可以至少为300。肋13可以通过在整个蚀刻过程中调节蚀刻的各向异性/各向同性特征以及其它蚀刻参数而形成不同的下肋宽度wl和上肋宽度wh。

在此描述的wgp可以被制作，其具有e||透射>e⊥透射、具有高对比度(e||透射/e⊥透射)并具有高e||透射，即使在电磁波谱的难以偏振的区域中。例如，在一定的波长或波长范围处，在此描述的wgp可以具有e||透射>e⊥透射和在一方面至少10的对比度，在另一方面至少100，在另一方面至少300，在另一方面至少400，在另一方面至少1000，在另一方面至少5000，或在另一方面至少10000。作为另一示例，在一定波长或波长范围处，在此描述的wgp可具有至少70％，至少80％或至少90％的e||透射。这些wgp性能数字甚至可以在一方面在小于400纳米(在另一方面小于300纳米，在另一方面小于270纳米，或另一方面在紫外光谱中或横跨紫外光谱的波长)的电磁波谱中的光的波长或波长范围处实现。

偏振光的方法可以包括以下的一个或多个：

1.提供如在此描述的逆嵌入式wgp；以及

2.采用如上所述的对比度(e||透射/e⊥透射)以及在如在此所述的波长或波长范围处通过wgp透射比e⊥更多的e||。

设计嵌入式逆wgp的方法可以包括以下的一个或多个，用于将逆wgp的性能(e||透射>e⊥透射)匹配或调整到所需的波长或波长范围和/或用于提高在该波长或波长范围处的wgp的性能(对比度和/或％e||透射)：

1.计算肋13的阵列的节距；

2.计算位于肋13阵列上方并基本上填充肋13之间的间隙16的填充层15的折射率；

3.选择肋13的材料；

4.选择肋厚度th13；

5.选择占空比(w/p)；

6.选择肋13的形状；

7.选择在肋13的阵列上方的填充层15的厚度th15；以及

8.选择基板材料。

集成电路(多个ic或一个ic)可以由半导体材料制成，并且可以包括纳米尺寸的特征。ic可用于各种电子装置(例如计算机、运动传感器等)中。ic中的缺陷可导致电子装置发生故障。因此，在由消费者使用时，ic的检查对于避免电子装置的故障是重要的。由于ic部件的小的特征尺寸，可能难以进行这种检查。具有小波长的光(例如紫外光)可用于检查小特征尺寸部件。这些小特征尺寸部件和缺陷或其周围环境之间可能难以具有足够的对比度。使用偏振光可以提高集成电路(ic)检测对比度。难以偏振用于ic检查的小波长的光(例如紫外光/uv)。需要可以偏振这种小的波长并且能够承受对高能量波长的光的曝露的偏振器。

在此所述的wgp可以偏振小波长的光(例如uv)，并且可以由足够耐用以承受对这种光的曝露的材料制成。填充材料15可以保护肋13免受uv光损坏。ic检查工具40在图4中示出，其包括光源41和用于保持ic晶片43的平台42。光源41可以被定位成将入射光束45(例如，可见光、紫外光或x射线)发射到ic晶片43上。入射光束45可以通过光学器件(例如反射镜)引导到晶片43。入射光束45可以具有与晶片43的面成锐角的入射角49。为了提高检查对比度，wgp44(根据在此所述的实施例)可以位于入射光束45中并且可以偏振入射光束45。

可将检测器47(例如ccd)定位以从ic晶片43接收输出光束46。电子电路48可以被配置为接收和分析来自检测器47的信号(基于由检测器47接收的输出光束46的信号)。为了提高检查对比度，wgp44(根据在此描述的实施例)可以位于输出光束46中并且可以偏振输出光束46。

在此描述的wgp可用于制造平板显示器(用于复数的fpd或用于单数的fpd)。fpd可以包括对准的聚合物膜和液晶。图5中示出了fpd制造工具50，包括光源51、用于保持fpd53的平台52以及wgp54(根据在此所述的实施例)。光源51可以发射紫外光55。wgp54可以位于光源51和平台52之间，并且可以偏振紫外光55。将fpd53曝露于偏振的紫外光55可以对准聚合物膜。参见美国专利8,797,643和8,654,289，二者均通过引用并入本文。将fpd53曝露于偏振的紫外光55可以帮助修复fpd53。参见美国专利7,697,108，其通过引用并入本文。