臺灣博碩士論文加值系統

我們採用光學微影成功製作出在248nm波長光源下，零階繞射< 5 %的相位光罩，藉此使相位光罩製程時間大幅縮短。並利用相位光罩曝光具有週期減半特性，應用於製作光纖光柵(FBG)，DBR雷射…等等光學元件。
首先我們藉由簡化振幅穿透理論計算出各階繞射光場強度分佈，以了解要使零階繞射光強度最小所須滿足條件。根據此條件、在製作方壘型相位光罩必須控制蝕刻深度，峰谷比(duty cycle)及方壘外觀形狀(包括側壁垂直度、外觀平整度…等)，另外由Fresnel-Kirchhoff理論了解平行光經相位光罩，在不同距離下其光場的分佈情形。
製作上，我們使用傳統光學干涉微影方式產生週期性光阻圖案並以離子濺鍍Ni-Cr金屬層當作蝕刻之硬遮罩並配合乾式蝕刻對不同材料具有不同蝕刻速率的特性來研製相位光罩，以此我們已達到波長248nm的相位光罩所須蝕刻深度244.1nm。
應用上，則藉自製週期約1.08mm之相位光罩曝光製作布拉格光纖光柵，並測得穿透頻譜的共振波長為1548.1nm且穿透衰減-6.8dB，此外隨著轉動相位光罩的光柵角度，測得其共振波長向長波長飄移且穿透衰減變小。另外，我們亦利用相位光罩曝光出週期減半之光阻圖案，其週期約230nm，預期可用於製作DFB…等半導體雷射。最後利用相位光罩並配合PDMS具有不沾粘特性以層疊法嘗試製作面心結構的光子晶體。

第一章 緒論
1.1 微影製程進展 3
1.2 相位光罩的製作與技術回顧 5
1.3 研究動機與目的 7
1.4 相位光罩的應用 9
第二章 製作與量測儀器分析
2.1 掃描式電子顯微鏡 13
2.2 蝕刻機 14
2.3 準分子雷射 16
2.4 分光光譜儀 18
2.5 濺鍍設備 20
第三章 相位光罩的設計與製作
3.1 緒論 32
3.2 光罩的設計 33
3.2.1 簡化之振幅穿透理論 33
3.2.2 Fresnel — kirchhoff理論 36
3.2.3 光罩的最佳條件 41
3.3 相位光罩的製作
3.3.1 微影製程 42
3.3.2 光阻曝光 45
3.3.3 光阻圖案轉移至NiCr膜上 47
3.3.4 圖案轉移至石英 47
3.4 結果與討論
3.4.1 光阻圖案缺陷分析 49
3.4.2 Ni-Cr層圖案缺陷分析 53
第四章 相位光罩的應用
4.1 緒論 77
4.2 布拉格光纖光柵
4.2.1 布拉格條件 78
4.2.2 光纖光柵的製作 80
4.2.3 結果與討論 81
4.3 相位光罩其它光學元件應用 82
第五章 結論
參考文獻

[1] H. Satoh , Proc. SPIE , vol. 2254 , p.127~128(1994)
[2] J. A. Liddle , L. K. Harriott and W. K. Waskiewcz , Micrclithography World , Spring , p.15 , 1999
[3] SolidState Technology June-July/2000
[4] I. Bennio , J. A. R. Williams , L. Zhang , et al. , “UV-written in-fiber Bragg gratings” , Opt. & Quant. Electr. , vol. 28 , 1996 , pp. 93~135
[5] W. W. Money et al. , “Bragg grating temperature ans strain sensors” , OFS6(Paris-France) , Springer Proc. 44 , 1989 , pp. 526-531
[6] J. L. Arce et al. , “Fiber Bragg grating as an optical filter tuned by magnetic field” , Opt. Lett , vol. 22 , No. 9 , 1997
[7] J. L. Cruz et al. ,”Fiber Bragg Grating tuned and chirped using magnetic fields” , Elect. Lett. ,vol. 33 , N3 , 1977 , pp.235~236
[8] 掃描式電子顯微鏡，型號：S-3500N 中文使用手冊。
[9] Ning Chang , “Submiron Defect Detection by SEMSpec , an E—Beam Wafer Inspection System” ,SPIE3652 ,January1999
[10] 積體電路製程及設備技術手冊，張俊彥教授，鄭昱忠。
[11] 傅立葉光學導論 , J. W. Goodman著。
[12] J. w. Goodman “Introduction to Fourier Optics” , 2nd edition , Mc Graw-Hill international editions
[13] P. E. Dyer , R. J. Farley , and R. Giedl , “Analysis of grating formation with excimer laser irradiation phase masks” , Optics Communications 115(1995) pp. 327~334
[14] 葉彥均，清華大學碩士論文(2000)
[15] S. R. J. Brueck and X. Chen , “Experimental comparison or off-axis illumination and imaging inferometric lithography” , J. Vac. Sci. Tech. B17(3) , pp.921 , 1999
[16] M. I. Sanchez , W. D. Hinsberg , F. A. Houle , J. A. Hoffnable , etc. , “Effect of aerial image contrast on resist line-edge roughness” , microlithography world summer 1999 , p.19~21
[17] X. Chen and S. R. J. Brueck , “Image Interferometric Lithography , A wavelength Multiplex Approach to Extending Optical Lithography”
[18] J. R. Sheats , B. W. Smith , “microlithography science and technology” , New York Basel , Hong Kong : Marcel Dekker , Inc
[19] G. Dahm , I. W. Rangelow , P. Hudec , H. W. P. Koops , “Quartz etching for phase shifting mask” , microelectronic Engineering 27(1995) p.263~266
[20] Joubert , G. S. Oehrlein , Y. Zhang , “Fluorocarbon high density phasma V. Influence of aspect ratio on the each rate of silicon dioxide in an electron resonance plasma” , J. Vac. Sci. Technol. A12(3) , may/june 1994 pp.658~664
[21] E. Gogolides , P. Vauvert , Y. Couttin , etc. , “SiO2 and Si etching in fluorocarbon plasma : a details suface model coupled with a complete plasma and profile simulator” , Microelectronic Engineering 46(1999) p311~314
[22] R. Dammel , “Diazonaphthoquinone-based Resists” , D. C. O’shea , Series Editor , p.93 , SPIE Press , Washington , DC , USA ,1993
[23] J. Vac. Sci. Technol. B17(6) , Nov/Dec 1999
[24] hinichi Tachi et al., ”Low-temperature reactive ion etching and micro-wave plasma etching of silicon”, Appl. Phys. Lett. 52(8),22 February 1988
[25] Hideo Namatsu et al. ”Supercritical Drying for Nanostructure Fabrica-tion without Pattern Collapse”, Microelectric Engineering 46 129-132 1999
[26] S. Okazaki, "lithographic technology for future ULSI," Solid State Technology 11, 77 (1991).
[27] M. D. Levonson, "Wavefront engineering for photolithography," Physics Today, July, 28 (1993).
[28] T. Erdogan, “Filber Grating Spectra”,J. Lightwave Tech.,Vol. 15, No. 8, pp 1277-1294,August, 1997.
[29] G. P. Agrawal and Niloy K. Dutta, “Semiconductor Lasers”, Ch.7,2nd Ed.,New York,Van Nostrand Reinhold, 1993.
[30] E. Yabionovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987)
[31] S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2468 (1987)
[32] K. W. K. Shung and Y. C. Tsai, Phys. Rev. B 48, 11265(1993)
[33] K. W. K. Shung and G. D. Mahan, Phys. Rev. Lett. 57, 1076(1986)
[34]For example see J. D. Jaonnopoulos, P. R. Villeneuve and S. Fan, Nature 386, 143 (1997), or J. D. Jaonnopoulos, R. D. Meade, and J. N. Winn, Photonic Crystals (Princent, New York, 1995).
[35] E. Yablonovitch and T. J. Gmitter, Phys. Rev, Lett. 63, 1950(1989).
[36] E. Yablonovitch, T. J. Gmitter, and K. M. Ho, Phys, Rev. Lett. 67,2295(1991)
[37] K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswae, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413(1994)