CN113272735A - 利用成角度光刻制造光导元件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

这里描述的系统和方法涉及光学元件和光学系统的制造。示例系统可以包括光学部件，该光学部件配置为引导来自光源的光从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料并将光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光，其中光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分。光学部件包括容纳光耦合材料的容器，该光耦合材料部分地基于期望的角度来选择。光学部件还包括反射镜，该反射镜布置为反射光的至少一部分从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料。

Description

利用成角度光刻制造光导元件的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月7日提交的美国专利申请第16/183728号的权益，其内容通过引用结合于此。
背景技术
除非这里另外地指示，否则在本部分中描述的内容不是对于本申请中的权利要求的现有技术，并且不由于包括在本部分中而被承认是现有技术。
光导器件可以包括光纤、波导和其它光学元件(例如透镜、反射镜、棱镜等)。这样的光导器件可以通过全内反射或部分内反射将光从输入面传输到输出面。此外，光导器件可以包括有源和无源光学部件，诸如光开关、组合器和分光器。
光学系统可以使用光导器件以用于各种目的。例如，光纤可以被实现为将光信号从光源传输到期望的位置。在光探测和测距(LIDAR)装置的情况下，多个光源可以发射光，所述光可以被光学耦合到光导器件从而被引导到给定的环境中。发射到环境中的光可以由LIDAR装置的接收器检测从而提供到环境中的物体的估计距离。
发明内容
这里描述的系统和方法可用于光学系统的制造。例如，本公开描述了某些光学元件(例如光导器件)及其制造方法。光学元件可以包括一个或更多个结构，诸如垂直结构和/或成角度结构。
在第一方面中，提供一种系统。该系统可以包括光学部件，该光学部件配置为引导由光源发射的光从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料并将光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光，其中光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分。光学部件包括容纳光耦合材料的容器，该光耦合材料部分地基于期望的角度来选择。光学部件还包括反射镜，该反射镜布置为反射所述光的至少一部分从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料。
在第二方面中，提供一种方法。该方法包括将基板设置在光学部件的一端附近，其中光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分，并且其中光学部件包括：(i)容纳光耦合材料的容器，和(ii)反射镜。该方法还包括使光源将光发射到光学部件中，其中反射镜反射所述光的至少一部分从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料，因此将光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光。
在第三方面中，提供一种制造光学元件的方法，该方法包括以下步骤：将基板设置在光学元件的一端附近，其中光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分，并且其中光学元件包括：(i)容纳光耦合材料的容器，和(ii)反射镜；以及使光源将光发射到光学部件中，其中反射镜反射所发射光的至少一部分从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料，因此将光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光。
通过关于这里描述的量或测量值的术语“约”或“基本上”，这表示所记载的特征、参数或值不需要精确地实现，而是偏差或变化(包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其它因素)可以以不排除该特征想要提供的效果的量出现。
通过阅读以下详细描述并视情况参照附图，其它的方面、实施方式和实现方式对于本领域普通技术人员将变得明显。
附图说明
图1A示出根据一示例实施方式的光学元件。
图1B示出根据示例实施方式的图1A的反射光的光学元件。
图1C示出根据一示例实施方式的光学系统。
图2A示出根据一示例实施方式的光学部件的侧视图。
图2B示出根据一示例实施方式的孔眼掩模的俯视图。
图2C示出根据一示例实施方式的图2A的光学部件的俯视图。
图2D示出根据一示例实施方式的图2B的光学部件的仰视图。
图3A示出根据一示例实施方式的制造方法的块。
图3B示出根据一示例实施方式的制造方法的块。
图3C示出根据一示例实施方式的制造方法的块。
图4示出根据一示例实施方式的方法。
图5A示出根据一示例实施方式的制造系统。
图5B示出根据一示例实施方式的另一制造系统。
图5C示出根据一示例实施方式的另一制造系统。
图5D示出根据一示例实施方式的另一制造系统。
图5E示出根据一示例实施方式的另一制造系统。
具体实施方式
这里描述了示例方法、器件和系统。应当理解，词语“示例”和“示范性”在这里用于表示“用作一示例、实例或说明”。这里被描述为“示例”或“示范性”的任何实施方式或特征不一定被解释为比其它实施方式或特征更优选或更有利。在不脱离这里呈现的主题的范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。
因此，这里描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。如这里概括描述的和附图中示出的，本公开的各方面能够以多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在这里都被考虑到。
此外，除非上下文另外地提出，否则每个附图中示出的特征可以彼此结合地使用。因此，附图通常应当被视为一个或更多个总体实施方式的组成方面，应理解并非所有示出的特征对于每个实施方式都是必要的。
I.概述
光导可以包括光学元件，该光学元件可以配置为在光导内引导光。这些光学元件可以包括可反射光(全部或部分)的结构，以便将光从光导的输入面传输到输出面。例如，光学元件可以是可引导光的垂直和/或成角度结构。更具体地，垂直结构可以沿着该结构的长度引导光。成角度结构可以涂覆有光学反射性的金属，从而有效地用作可在特定方向反射入射光的反射镜。
在一示例实施方式中，光导可以由光致抗蚀剂材料形成，并可以配置为引导红外光。
在实践中，光导可以使用光刻来制造，光刻使用光源来曝光覆盖基板的光致抗蚀剂材料中的光学元件的结构。期望的结构可以通过用特定图案照射光致抗蚀剂的曝光用光(exposure light)来曝光。特别地，垂直结构通过垂直入射在光致抗蚀剂材料上从而以直角曝光光致抗蚀剂的曝光用光来曝光。
另一方面，成角度结构通过以非垂直角度入射在光致抗蚀剂材料上的曝光用光来曝光。例如，为了曝光成角度结构，光在光致抗蚀剂材料中的折射角必须与成角度结构成期望角度。然而，在光致抗蚀剂材料中实现一些折射角可能是有挑战性的。例如，当光源和光致抗蚀剂材料之间的介质是空气时，根据斯内尔定律，曝光一些成角度结构所需的在光致抗蚀剂材料中的折射角可能不能实现。
一种当前的解决方案是使用浸没光刻以在光致抗蚀剂材料中实现期望的折射角。在这种解决方案中，基板可以浸没在具有中等折射率的介质中。该材料被选择为具有足够高的折射率以透射根据斯内尔定律在光致抗蚀剂材料中折射到所设计的角度的光。为了曝光浸没的光致抗蚀剂材料中的成角度结构，机器人装置以相对于光致抗蚀剂材料的特定角度移动光源，从而以期望的角度将光致抗蚀剂材料曝光。尽管这种解决方案可以用于制造成角度结构，但是效率低且耗时。实际上，使用这种技术制造光学元件可能花费几个小时。
这里公开了用于有效率地制造光学元件的方法和系统。这里公开的方法和系统可以提供对当前制造方法和系统的改进。例如，这里公开的方法和系统可以比上述系统更快速且更有效地制造光学元件。
在一实施方式中，一种制造系统可以包括光源和位于光源附近的光学部件。该制造系统可以配置为对提供在光学部件附近的基板进行曝光。为了这样，制造系统可以使光源朝向光学部件发射光。光学部件可以操纵所发射的光，以便用具有特定图案和/或角度的曝光用光对光致抗蚀剂材料进行曝光。例如，曝光用光可以具有特定的图案和/或可以以可将光致抗蚀剂材料中的垂直结构和/或成角度结构曝光的角度入射。
在一实施方式中，光学部件可以包括容纳光耦合材料的容器，发射的光可以穿过该光耦合材料以曝光光致抗蚀剂材料。光耦合材料可以被选择为具有一折射率，该折射率使得曝光用光在光致抗蚀剂材料中以期望的折射角折射成为可能。
光学系统还可以包括一个或更多个反射镜，该一个或更多个反射镜可以被布置为以期望的角度朝向光致抗蚀剂材料反射光。由于反射光穿过光耦合材料，所以光致抗蚀剂材料上的入射光可以在光致抗蚀剂材料中以一角度折射，从而将光致抗蚀剂材料中的成角度结构曝光。因此，从光学部件中的一个或更多个反射镜反射的光可以对光致抗蚀剂材料中的成角度结构进行曝光。
在一实施方式中，制造系统可以使用具有一个或更多个开口的孔眼掩模，以便选择所发射光的一部分进入光学部件。特别地，孔眼掩模可以将所发射光的一部分朝向所述一个或更多个反射镜引导，该反射镜可以反射所发射光的所述部分，从而用成角度的曝光用光照射光致抗蚀剂。另外，孔眼掩模可以选择所发射光的一部分，使得该部分光以垂直角度穿过光耦合材料。这部分光可以以垂直角度入射在光致抗蚀剂材料上，从而将光致抗蚀剂材料中的垂直结构曝光。
II.示例光学元件和光学系统
图1A示出根据一示例实施方式的光学元件100。这里描述的光学系统和制造方法可以包括光学元件100。在一些情况下，光学元件100可以由聚合材料形成，诸如光致抗蚀剂。例如，聚合材料可以包括SU-8聚合物、Kloe K-CL负性光致抗蚀剂、Dow PHOTOPOSIT负性光致抗蚀剂、或JSR负性THB光致抗蚀剂。将理解，光学元件100可以由其它聚合的可光图案化材料形成。
在一些实施方式中，光学元件100可以包括伸长结构102。另外，光学元件100可以包括成角度部分104。成角度部分104可以是光学元件100的第一端面。光学元件100还可以包括第二端面106。尽管图1A将光学元件100示出为具有特定形状，但是其它形状也是可能的并在这里被考虑到。
在示例实施方式中，光学元件100可以配置为引导光。例如，光学元件100可以配置为经由第二端面106耦合来自光源的光。这样的光可以通过全内反射在光学元件100的至少一部分内引导。在一些实施方式中，所述光的至少一部分可以经由成角度部分104耦合出光学元件。
在一些实施方式中，光学元件100的成角度部分104可以包括反射材料，例如金属涂层。在一些实施方式中，金属涂层可以包括一种或更多种金属，诸如钛、铂、金、银、铝和/或另一种类型的金属。在另一些实施方式中，成角度部分104可以包括电介质涂层和/或电介质堆叠。
图1B示出根据一示例实施方式的反射光的光学元件100。在一示例实施方式中，光源112可以发射光，该光可以经由第二端面106耦合到光导部分102中作为耦合的发射光114。耦合的发射光114可以经由第一端面104向外耦合到环境。向外耦合的光可以包括透射光116，其可以与环境中的物体相互作用(例如，通过反射、吸收和/或折射)。
图1C示出光学系统140，其可以描述包含光学光导元件的紧凑LIDAR系统。这样的LIDAR系统可以配置为提供关于给定环境中的一个或更多个对象(例如位置、形状等)的信息(例如点云数据)。在一示例实施方式中，LIDAR系统可以向运载工具提供点云信息、对象信息、地图信息或其它信息。该运载工具可以是半自动或全自动运载工具。例如，运载工具可以是自动驾驶汽车、自主无人机、自主卡车或自主机器人。其它类型的运载工具和LIDAR系统在这里被考虑到。
光学系统140是各种不同的光学系统中的一种，其可以包括光导诸如光学元件100，如参照图1A示出和描述的。在一示例实施方式中，光学元件100可以联接到透明基板142。光学元件100可以通过光学粘合剂146联接到另一透明基板144。另外，透明基板144可以通过环氧材料148联接到透明基板142。
光学系统140可以包括激光组件，该激光组件包括透明基板144和一个或更多个激光棒150，每个激光棒150耦合到各自的伸长结构。将所述一个或更多个激光棒150固定到透明基板144的其它方式是可能的并在这里被考虑到，诸如使用环氧材料148。
所述一个或更多个激光棒150可以配置为朝向柱面透镜152发射光，柱面透镜152可以帮助聚焦、散焦、引导所发射的光和/或以其它方式将所发射的光耦合到光学元件100中。如图1C所示，激光棒150可以发射光156，光156可以通过第二端面106耦合到光学元件100中。耦合的发射光156可以经由成角度部分104向外耦合到环境。向外耦合的光可以包括透射光158，其可以与环境中的物体相互作用(例如，通过反射、吸收和/或折射)。
光学系统140可以附加地或替代地包括另一基板166。在一些实施方式中，控制器168和至少一个光电探测器167可以联接到该另一基板166。此外，该另一基板166可以经由一个或更多个光屏蔽件164联接到基板154。在一示例实施方式中，光屏蔽件164可以是“蜂窝”型光学挡板或另一种类型的不透明材料。在一些实施方式中，所述至少一个光电探测器167可以包括硅光电倍增器(SiPM)、雪崩光电二极管(APD)或另一种类型的光电传感器，其可以排列成线性阵列或面阵列。
此外，尽管图1C示出单个激光棒150、单个光学元件100和单个光电探测器167，但是将理解，多个这样的元件是可能的并在这里被考虑到。例如，一些实施方式可以包括256个激光棒、256个光学元件和相应数量的光电探测器。
在一些实施方式中，光电探测器167可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。附加地或替代地，光电探测器167可以包括硅光电倍增器(SiPM)、线性模式雪崩光电二极管(LMPAD)、PIN二极管、辐射热测量计和/或光电导体中的至少一种。将理解，其它类型的光电探测器(及其布置)是可能的并在这里被考虑到。
光学系统140的控制器168包括存储器和至少一个处理器。所述至少一个处理器可以包括例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。配置为执行软件指令的其它类型的处理器、计算机或装置在这里被考虑到。存储器可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如但不限于只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、非易失性随机存取存储器(例如闪存)、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、紧凑盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。
在一些实施方式中，光学系统140可以是配置为提供指示光学系统的环境内的物体的信息的LIDAR系统。这样，在一些情况下，光学系统140可以设置在运载工具上，诸如自动驾驶汽车、自动驾驶卡车、无人驾驶飞机和/或无人驾驶船。其它类型的运载工具也是可能的并在这里被考虑到。
III.制造光学元件的示例系统和方法
a.用于制造光学元件的示例系统
根据以上讨论，使用当前的光刻系统制造一些期望的结构可能是具有挑战性的。例如，当光源和光致抗蚀剂材料之间的介质是空气时，制造一些成角度结构可能是不可行的。具体地，根据斯内尔定律，当光源和光致抗蚀剂材料之间的介质是空气时，曝光成角度结构所需的在光致抗蚀剂材料中的折射角可能无法实现。
这里公开了用于制造光学元件(诸如光学元件100，如参照图1A所示和所述)的方法和系统。具体地，该方法和系统可以用于制造包括期望结构(例如，期望的成角度的和/或垂直结构)的光学元件。此外，这里公开的方法和系统可以比当前在实践中使用的制造系统更快速且更有效率地制造光学元件。
图2A示出根据一示例实施方式的用于制造光学元件的制造系统200的侧视图。如图2A所示，制造系统200可以包括光源202和光学部件204。这里，制造系统200可以是光刻系统，该光刻系统可以配置为通过曝光可光图案化材料中的期望结构来制造光学元件。如这里说明的，光学部件204可以配置为操纵由光源202发射的光，以便曝光覆盖在光学耦合到光学部件204的基板上的可光图案化材料中的期望结构。
举例来说，基板214可以光学耦合到光学部件204。基板214可以是透明基板，其可以包括玻璃和/或另一种透明材料。此外，基板214可以耦合到不透明材料216，不透明材料216可以包括光吸收材料。如图2A所示，可光图案化的材料212覆盖在基板214上。可光图案化材料212可以包括光致抗蚀剂或这里描述的任何其它可光图案化材料(例如SU-8聚合物、Kloe K-CL负性光致抗蚀剂、Dow PHOTOPOSIT负性光致抗蚀剂、或JSR负性THB光致抗蚀剂)。在这样的情况下，可光图案化材料212可以通过在基板214上沉积光致抗蚀剂、然后烘焙光致抗蚀剂来制备。
在一实施方式中，光源202可以配置为发射用于曝光可光图案化材料212的光。光源202可以配置为发射一种或更多种波长的光。例如，光源202可以配置为发射可见光和/或紫外(UV)光。此外，光源202可以包括使光源202能够发射准直或基本上准直的光的一个或更多个部件(例如准直器)。例如，可以使用各向异性准直来准直光。
在一些实施方式中，光源202可以发射p偏振光以便减少来自基板-抗蚀剂界面和来自基板214的背侧的反射。因此，光源202可以包括使光源202能够发射p偏振光的偏振器(例如偏振滤光器)。附加地和/或替代地，光源202可以包括集成的定时器，其可以允许制造系统200控制曝光时间。在一示例实现方式中，光源202可以是500W的UV灯源。在另一示例实现方式中，光源202可以是500W准直的UV灯源。
在一实施方式中，光学部件204可以配置为操纵所发射的光以便曝光可光图案化材料212。为了操纵所发射的光，光学部件204可以位于光源202附近并光学耦合到光源202。在一实现方式中，光学部件204可以位于光源202下方。
如图2A所示，光学部件204可以包括容器218。容器218可以由一种或更多种材料制成，诸如铝和/或其它类型的金属。容器218的一个表面的一部分可以是透明的，使得所发射的光可以进入容器218。该容器的另一表面的一部分也可以是透明的以便使光离开容器218从而将可光图案化材料212曝光。例如，容器218的顶表面224的部分和底表面226的部分可以是透明的以便使光进入/离开容器218。值得注意的是，透明部分可以对于所发射的光的类型是透明的。例如，当所发射的光是UV光时，透明部分可以对UV光是透明的。透明部分的示例材料可以包括玻璃和/或对所发射的光透明的任何其它材料。
如图2A还示出的，光学部件204可以包括布置在容器218的内部中的反射镜206a、206b。反射镜206a、206b可以布置为反射所发射的光的进入光学部件204的至少一部分。反射镜206a、206b可以每个以一角度朝向可光图案化材料212反射所发射的光的一部分，以便用成角度的曝光用光曝光可光图案化材料212。反射光可曝光该可光图案化材料212的特定角度可以取决于反射镜206a、206b可布置的取向角θa、θb。这样，反射镜取向角θa、θb可以基于以其曝光可光图案化材料212的期望曝光角度来确定。
在示例内，反射镜206a、206a可以是表面镜、凹面镜、凸面镜、棱镜和/或衍射镜。在一些示例中，反射镜206a、206b可以是相同的反射镜。此外，反射镜206a、206b可以刚性地联接到光学部件204的表面，因此角度θa、θb可以被固定。替代地，联接部件220a、220b可以是可调节的，其可以被调节以便调节反射镜取向角θa、θb。在示例内，可调节的联接部件220a、220b可以被手动调节和/或可以包括可自动调节的电动部件。
另外，容器218或其一部分可以填充有光耦合材料208。光耦合材料208可以是填充容器218的内部的至少一部分的固体(例如透明丙烯酸和固化的硅树脂或环氧树脂)、液体、粘合剂或凝胶。在一示例中，光耦合材料208可以是具有足以支持光线的透射的折射率的任何材料，该光线在折射之后在光致抗蚀剂中具有期望的角度。例如，光耦合材料208可以是纯净水(折射率～1.33)、乙二醇(折射率～1.43)和甘油(折射率～1.47)，以及其它示例。
在一实施方式中，制造系统200还可以包括孔眼掩模210，该孔眼掩模210可以用于选择所发射的光的一部分。在一实现方式中，孔眼掩模210可以光学耦合到所发射的光通过其进入光学部件204的表面。在此实现方式中，孔眼掩模210可以选择进入光学部件204的光的一部分。例如，如图2A所示，孔眼掩模210可以包括四个开口222a、222b、222c、222d，所发射的光的部分可以通过这四个开口222a、222b、222c、222d进入光学部件204。
在一实施方式中，孔眼掩模210的每个开口可以对应于用于可光图案化材料212中的曝光的相应期望特征。孔眼掩模210可以用于通过选择性地允许光穿过掩模的开口来限定曝光用光的不同角度的近似场。每个开口可以允许光的相应部分通过，进而可以(直接或间接地)用于曝光可光图案化材料212中的特定特征。
例如，孔眼掩模210可以包括四个开口，因此，可以用于曝光可光图案化材料212中的四个期望特征。在图2A中，这四个特征可以是两个垂直入射区域、一个+45度成角度区域和一个-45度成角度区域。如这里说明的，垂直入射区域可以通过垂直于可光图案化材料212的曝光用光来曝光，成角度区域可以通过相对于可光图案化材料212具有非垂直角度的曝光用光来曝光。因此，对应于成角度结构的区域的开口可以被定位为使得穿过该开口的光被导向容器218内的一个或更多个反射镜以便以一角度被朝向可光图案化材料212反射。
制造系统200还可以包括光掩模228。如图2A所示，在一实施方式中，光掩模228可以位于基板214附近，可能设置在可光图案化材料212上方。在一实施方式中，光掩模228可以用于在可光图案化材料212中限定单独的光导结构。具体地，光掩模228可以包括允许曝光用光穿过其照射的开口或透明物的图案。在一实施方式中，该图案可以对应于在基板214上的光导结构的期望布置。也就是，光掩模228可以包括对应于垂直结构和/或成角度结构的开口。当基板214用光曝光时，通过对应于垂直结构的开口照射的光在可光图案化材料212中产生垂直结构，并且通过对应于成角度结构的开口照射的光可以在可光图案化材料212中产生成角度结构。如这里说明的，从反射镜220a、220b反射的光可以通过光掩模228的对应于成角度结构的开口照射。
如在图2A中还示出的，光耦合材料230可以设置在容器的底表面226和光掩模228之间。在一实现方式中，光耦合材料230可以是注入在基板214之上的纯水。光耦合材料230可以允许穿过底表面226照射的光耦合到可光图案化材料212，而不是被反射回来。在示例中，制造系统200可以包括其它光耦合材料，可能在可光图案化材料212和基板214之间和/或在基板214和不透明材料216之间。
图2B示出根据一示例实施方式的孔眼掩模210的俯视图。孔眼掩模210可以包括允许光通过的不透明特征和透明特征。不透明特征和透明特征的组合可以限定孔眼掩模210中的各种开口，包括开口222a、222b、222c和222d。在一示例中，开口222a、222d可以对应于成角度结构，开口222c、222d可以对应于垂直结构。
图2C和图2D分别示出根据示例实施方式的光学部件204的俯视图和仰视图。如图2B所示，光学部件204的顶表面224可以包括透明部分，发射的光可以通过该透明部分进入光学部件204。进入光学部件204的光的至少一部分可以被反射镜206a朝向光学部件204的底表面226的透明部分反射。
在图2A、图2C和图2D中提供的示例制造系统以及这里的伴随描述仅是为了说明的目的，不应被认为是限制性的。作为一示例，光学部件204还可以包括用于去除杂散光的结构和/或器件。所述结构可以是布置在光学部件204中的暗挡板以便去除杂散光(例如，反射回光学部件204的光)。作为另一示例，容器218的外部可以包括用于填充光耦合材料208和从容器218排出光耦合材料208的管道配件。作为另一示例，容器218的外部可以包括用于去除气泡的部件的配件。作为另一示例，反射镜206a、206b中的每个的至少一部分可以被掩蔽以便改善从反射镜206a、206b反射的光的方向性。
在另一些实施方式中，制造系统200还可以包括用于将基板214对准光学部件204和/或光源202的机械和/或光学特征。在一示例中，制造系统200可以包括可用于对准基板214的平台、夹具、光学装置(例如放大装置)和/或图像捕获装置(例如相机)。在一实现方式中，制造系统200可以包括线性平台，该线性平台可以用于使基板214与出射表面(例如底表面226)接触，光耦合材料填充出射表面和基板214之间的间隙。另外，出射表面可以包括可用于对准基板214的基准点。例如，平面内和旋转对准可以通过将出射表面上的基准点与孔眼掩模210上的特征对准来实现。在一实现方式中，两对特征可以用数码相机同时观察，该数码相机透过光掩模228上的标记和盒子上的标记。
b.制造光学元件的示例方法
图3A示出根据一示例实施方式的制作或制造光学元件的方法300。在一实施方式中，方法300可以包括使用图2A-图2D中描述的制造系统200从而提供如参照图1A示出和描述的光学元件100。此外，图3A可以用作关于如图4示出和描述的方法400所述的块或步骤中的至少一些的示例说明。
在一实施方式中，方法300可以包括确定要制造的期望结构，诸如垂直结构和/或成角度结构。另外，方法300可以包括确定期望结构的参数。例如，方法300可以包括确定期望结构的尺寸。另外，对于期望的成角度结构，方法300可以包括确定期望的倾斜角。例如，期望的倾斜角可以是±45度。
如上所述，成角度结构的期望倾斜角可以确定反射镜取向角。因此，方法300还可以包括确定反射镜取向角θa、θb，其可以使用斯内尔定律来确定。斯内尔定律指出，入射角和折射角的正弦的比值等于折射率的比值的倒数，这由以下公式表示：
Figure BDA0003133371570000121
可光图案化材料212中的期望的折射角(θ2)、光耦合材料208的折射率(n1)和可光图案化材料212的折射率(n2)是已知的并可以用于计算期望的入射角。例如，入射角可以在与垂直入射成15度至45度之间(包括15度和45度)的角度范围内。将理解，其它角度是可能的，并且动态变化的入射角也是可能的。
基于入射角，可以计算反射镜取向角θa、θb。具体地，可以计算角度θa、θb，使得由反射镜206a、206b反射的光可以以期望的入射角入射在可光图案化材料212上。一旦角度θa、θb被计算，方法300还可以包括调节可调节耦合部件220a、220b，使得反射镜206a、206b以角度θa、θb定位。
方法300还可以包括提供晶片，该晶片包括覆盖有可光图案化材料212的基板214。在这样的情况下，提供基板214可以包括通过在基板214上沉积光致抗蚀剂、然后烘焙光致抗蚀剂来制备可光图案化材料212。另外，提供晶片可以包括将光耦合材料230设置在晶片上。另外，提供晶片可以包括将晶片与光学部件204对准。如这里说明的，对准晶片可以包括将在出射表面226上的基准点与在光掩模228上的特征对准。
方法300还可以包括使光源202发射指向光学部件204的光。例如，光源202可以通过在光学部件204的顶表面224上的基本上均匀的照射强度朝向光学部件204发射光。在光源202不位于光学部件204之上的示例系统中，来自光源202的光可以经由一个或更多个光学元件(例如反射镜、光导等)被朝向光学部件204重定向。
在一实现方式中，所发射的光可以是p偏振的高度准直的光，其可以用垂直于或基本上垂直于顶表面的光照射顶表面。在图3A中，所发射的光由光线表示，诸如光线302a、304a、306a、308a。如图3A所示，光线302a、304a、306a、308a可以垂直或基本上垂直于光学部件204的顶表面224。
所发射的光可以通过顶表面224的透明部分进入光学部件204。在这个示例中，孔眼掩模210可以耦合到顶表面224。因此，孔眼掩模210可以选择性地允许所发射的光的一部分进入光学部件204。例如，孔眼掩模210可以允许所发射的光的某些部分通过开口222a-222d进入。如图3A所示，光308a可以通过开口222a进入，光306a可以通过开口222b进入，光302a可以通过开口222c进入，光304a可以通过开口222d进入。
如以上说明的，开口222a-222d中的每个可以对应于可光图案化材料212中的用于曝光的相应期望结构。因此，穿过每个开口的相应光可以对应于与该开口相对应的相应期望结构。举例来说，开口222b和222c可以对应于用于在可光图案化材料212中制造的垂直结构。因此，穿过开口222b、222c的光的部分可以曝光可光图案化材料212中的垂直结构。
为了说明，考虑开口222b。如图3A所示，光306a可以穿过开口222b进入光学部件204。光306a可以穿过光耦合材料208并可以穿过底表面226离开光学部件204作为光306b。光306b可以经由光耦合材料230耦合以离开底部或出射表面226。光306b可以垂直地穿过光掩模228的开口。光306b可以垂直或基本上垂直于可光图案化材料212。因此，被光306b曝光的特征316是可光图案化材料212的垂直或基本上垂直的区域。
类似地，光302a可以穿过开口222c以曝光可光图案化材料212的垂直或基本上垂直的区域310。曝光特征310的光在图3A中被绘出为光302b。在示例中，特征310和316的尺寸可以取决于几个因素，包括曝光时间、灯的功率和/或开口222b、222c的尺寸以及其它因素。
另一方面，开口222a和222d可以对应于可光图案化材料212中的曝光的成角度结构。因此，穿过开口222a、222d的光可以曝光可光图案化材料212中的成角度结构。
为了说明这点，考虑开口222a。光308a可以穿过开口222a进入光学部件204。光308a可以穿过光耦合材料208以作为光308b照射反射镜206a。光308b的一部分308c可以被反射镜206a反射。反射光308c可以在作为光308d离开光学部件204之前穿过光耦合材料208。具体地，光308d可以通过耦合到光耦合材料230中而离开光学部件204。然后，光308d可以穿过光掩模228照射以便照射可光图案化材料212。
如图3A所示，光308d可以以一角度照射可光图案化材料212的一部分。如以上说明的，可以基于期望结构的期望倾斜角来计算入射角。因此，光308d可以在可光图案化材料212中以期望的折射角度折射。可光图案化材料212中的折射光可以曝光可光图案化材料212的成角度区域312。成角度区域的倾斜角可以是期望的倾斜角或者基本上是期望的倾斜角。
类似地，光304a可以穿过开口222c以曝光可光图案化材料212的成角度区域314。具体地，光304a的一部分304b可以入射在反射镜206b上，并且光304b的一部分304c可以从反射镜206b反射。光304c的一部分304d可以通过光掩模228照射从而以计算的入射角照射可光图案化材料212，因此曝光成角度区域314。在示例中，特征312和314的尺寸可以取决于几个因素，包括曝光时间、灯的功率和/或开口222a、222c的尺寸以及其它因素。
图3B示出根据一示例实施方式的方法300的斜视图。具体地，方法300可以包括曝光晶片320上的一个或更多个管芯。例如，方法300可以包括曝光晶片320上的两个管芯。具体地，垂直结构和成角度结构可以在每个管芯上被曝光。在一实施方式中，一个管芯可以包括垂直结构和第一角度(例如+45度)的成角度结构，另一个管芯可以包括垂直结构和第二角度(例如-45度)的成角度结构。在另一实施方式中，方法300可以包括曝光具有垂直结构的两个区域和成角度结构的两个区域的单个管芯。
如图3B所示，所发射光308a、306a、304a和302a可以进入光学部件204。如图3B中还示出的，光306a、302a的部分可以垂直地穿过光学部件204，并可以以相对于晶片的垂直角度曝光晶片320，从而曝光晶片320的两个管芯中的垂直结构。并且光308a、304a可以分别被反射镜206a、206b反射，以便以相对于晶片320的非垂直角度曝光晶片320，从而曝光晶片320的两个管芯中的成角度结构。更具体地，由于光308a和光304a以偏离90度的角度曝光晶片320，所以各个成角度结构的倾斜角也可以偏离90度。例如，一个管芯可以包括相对于晶片320的表面具有+45度的倾斜角的成角度结构，而另一个管芯可以包括相对于晶片320的表面具有-45度的倾斜角的成角度结构。其它角度也是可能的。
如图3B所示，从反射镜206a和206b反射的光可以重叠。为了避免在曝光晶片320时的光重叠(其可能产生锯齿状结构)，光学部件204可以包括位于光学部件204的中心附近的条，该条将阴影投射到晶片320的中心。将阴影投射到晶片320的中心有助于避免晶片320上的区域被两个不同的非垂直角度曝光。
图3C示出块340，块340示出在可光图案化材料212显影时的截面轮廓。具体地，在特征310、312、314、316的曝光和可光图案化材料212的显影之后，可以移除特征310、312、314、316以露出基板214的表面。此外，抗蚀剂特征242可以在抗蚀剂显影之后保留。
图4示出根据一示例实施方式的方法400。方法400可以至少部分地通过参照图3A-图3C示出和描述的制造步骤或块中的一些或所有来执行。将理解，方法400可以包括比这里明确公开的步骤或块更少或更多的步骤或块。此外，方法400的各个步骤或块可以以任何顺序执行，并且每个步骤或块可以被执行一次或更多次。
块402包括将基板设置在光学部件的一端附近，使光耦合材料(例如液体或凝胶)置于其间，其中光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分，并且其中光学部件包括：(i)容纳光耦合材料的容器，和(ii)反射镜。
块404包括使光源将光发射到光学部件中，其中反射镜反射所述光的至少一部分从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料，从而曝光光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分。在示例实施方式中，光源可以光耦合到准直透镜。此外，光源可以是紫外(UV)光源。此外，光源可以是光刻步进机或接触光刻系统的部分。其它类型的光刻系统被考虑到并是可能的。
另外，方法400可以包括在光学部件的表面上覆盖孔眼掩模，其中孔眼掩模包括一个或更多个开口，每个开口对应于光致抗蚀剂材料中的相应的期望结构。
另外，方法400可以包括在基板的表面附近覆盖光掩模。具体地，光掩模可以位于覆盖基板的顶表面的光致抗蚀剂材料之上。在一实施方式中，光掩模可以用于在光致抗蚀剂材料中限定期望的光导结构。
另外，方法400可以包括显影光致抗蚀剂材料从而将光致抗蚀剂材料的伸长部分保留在基板上，其中伸长部分的第一端包括成角度结构，并且其中成角度结构相对于基板的顶表面以一角度倾斜。
另外，方法400可以包括将基板浸入光耦合材料中，使基板的顶表面面对容器的底表面。这样的浴槽可以包括液体，诸如水或另一类型流体。在这样的情况下，使光源照射光致抗蚀剂材料可以包括使光源穿过该液体的至少一部分照射光致抗蚀剂材料。将理解，在本公开的上下文中，各种不同的浸没光刻技术是可能的。所有其它这样的浸没光刻技术在这里被考虑到。
尽管这里的实施方式参照通过大面积曝光的光刻来描述，但是将理解，这里的光学元件、成角度部分和其它结构的定义可以使用直接写入光刻技术(诸如激光直接写入和/或电子束光刻)以及其它技术来提供。所有这样的其它技术都是可能的并在这里被考虑到。
c.附加实施方式
图5A-图5E示出根据示例实施方式的用于制造光学元件的制造系统的附加示例实施方式。值得注意的是，每个实施方式可以配置为制造包括垂直结构和/或成角度结构的光学元件。
图5A示出根据一示例实施方式的制造系统500。制造系统500可以包括光源502、光学部件504和基板512。如图5A所示，基板512可以包括光掩模520。光掩模520可以是直接制造到基板512上的光掩模(例如铬光掩模)。可光图案化材料514可以沉积在基板512的顶表面上。另外，光耦合材料524可以设置在基板512和光学部件504的出射表面之间。光学部件504可以包括容纳光耦合材料544和反射镜506a、506b的容器。另外，制造系统500可以包括孔眼掩模518，孔眼掩模518设置在光学部件504的靠近光源502的表面附近。
在此实施方式中，为了制造期望的光导结构，基板512可以通过其后表面(即与可光图案化材料514覆盖的表面相对的表面)曝光。具体地，光源502可以发射穿过孔眼掩模518的光。孔眼掩模518可以通过选择性地允许光穿过掩模的开口来限定不同角度光的近似场。具体地，一些光可以被反射镜506a、506b反射从而以一角度穿过光耦合材料544，而其它光可以垂直地穿过光耦合材料544。
成角度和垂直的光可以通过光学部件504的出射表面出射以通过基板512的后表面进入基板512。光可以穿过基板512以通过基板512的顶表面(即可光图案化材料514覆盖的表面)出射。光掩模520可以选择性地允许光离开基板512。如以上说明的，光掩模520的开口可以对应于垂直结构或成角度结构。因此，穿过光掩模520照射的光可以曝光可光图案化材料514中的光导结构。
图5B示出根据一示例实施方式的用于制造光学元件的制造系统530。在此实施方式中，基板512浸没在光耦合材料544中。在示例中，光学部件504可以包括一个或更多个机械部件以浸没基板512。此外，基板被浸没，使得基板512的顶表面面对光学元件的光入射表面(即孔眼掩模518设置在其附近的表面)。如图5B所示，光掩模516可以设置在可光图案化材料514附近。另外，不透明材料519可以设置在基板512的后表面处。
在此实施方式中，可光图案化材料514可以被从光源502发射的光曝光。具体地，所发射的光可以通过穿过孔眼掩模518而进入光学部件504，孔眼掩模518通过引导一些光垂直地穿过光耦合材料544而引导另一些光被反射镜506a、506b反射而以一角度行进引导光来粗略地限定曝光用光的角度。曝光用光然后可以通过穿过光掩模516的开口照射而曝光可光图案化材料514，其在可光图案化材料514中限定各个光导结构。
图5C示出根据一示例实施方式的用于制造光学元件的制造系统571。类似于图5B中的实施方式，光源502设置在光学部件504下面。然而，这里，基板512设置在光学部件504之上，而不是被浸没在光耦合流体544中。在一实施方式中，基板512可以设置在填充有光耦合材料(例如纯水)的第二容器中。第二容器可以设置在光学部件504的容器上方。此外，孔眼掩模518可以设置在光学部件504的光入射表面处或附近。此实施方式可以有利于使用制造系统，而不将任何杂质引入到光学部件504。
图5D示出根据示范性实施方式的制造系统571的不同视图。如图5D所示，制造系统571可以包括布置在光学部件504的容器上方的第二容器582。第二容器582可以从顶侧敞开。相对侧可以直接设置在光学部件504上方。此外，在此实施方式中，基板512可以设置在光学部件504的光出射表面上方。此外，在一实施方式中，孔眼掩模518可以用作光学部件504的出射表面。
图5E示出根据一示例实施方式的制造系统560。在一实施方式中，制造系统560可以配置为曝光在单个晶片上的多个管芯。在一示例中，制造系统560可以配置为同时曝光200mm基板上的两个管芯。在另一示例中，制造系统560可以配置为同时曝光200mm基板上的四个管芯。
如图5E所示，制造系统560可以包括孔眼掩模578和光学元件，该光学元件包括(i)光耦合材料(未示出)和(ii)四个反射镜570、572、574、576。在一示例中，制造系统560可以配置为曝光在晶片562上的四个管芯中的每个中的垂直结构和成角度结构。因此，孔眼掩模578可以包括对于每个管芯上的垂直结构和成角度结构的相应开口。也就是，每个管芯可以通过垂直于晶片562的曝光用光来曝光。另外，每个管芯可以通过被反射镜570、572、574或576中的相应一个反射的光来曝光。
IV.结论
本公开不限于本申请中描述的特定实施方式，这些实施方式旨在作为各个方面的说明。如对于本领域技术人员将是明显的，在不脱离其精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。除了这里列举的那些之外，本公开的范围内的功能等同的方法和装置将从以上描述而对于本领域技术人员将是明显的。这样的修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。
以上详细描述参照附图描述了所公开的系统、装置和方法的各种特征和功能。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另外规定。这里描述和在附图中的示例实施方式并不意味着是限制性的。在不脱离这里呈现的主题的精神或范围的情况下，可以使用其它实施方式，并且可以进行其它改变。将容易理解，如这里一般描述的和在附图中示出的，本公开的各方面可以以多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在这里被明确考虑到。
代表信息的处理的块，例如上述方法的块，可以对应于能够配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或附加地，表示信息的处理的块可以对应于模块、段或程序代码(包括相关数据)的一部分。程序代码可以包括可由处理器执行的一个或更多个指令，用于实现在方法或技术中的特定逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如存储装置，包括盘或硬盘驱动器或其它存储介质。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短时间存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括更长时间段存储程序代码和/或数据的非暂时性计算机可读介质，诸如辅助或持久长期存储装置，例如，如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其它易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被认为是例如计算机可读存储介质或有形存储装置。
此外，表示一个或更多个信息传输的块可以对应于在同一物理装置中的软件和/或硬件模块之间的信息传输。然而，其它信息传输可以在不同物理装置中的软件模块和/或硬件模块之间进行。
附图所示的特定布置不应被认为是限制性的。应当理解，其它实施方式可以包括给定附图所示的更多或更少的每种元件。此外，示出的元件中的一些可以被组合或省略。此外，示例实施方式可以包括没有在附图中示出的元件。
尽管这里已经公开了各种方面和实施方式，但是其它方面和实施方式将对于本领域技术人员是明显的。这里公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的，而不旨在是限制性的，真正的范围由所附权利要求指示。

Claims (21)

1.一种系统，包括：
光学部件，配置为引导由光源发射的光从而以期望的角度照射光致抗蚀剂材料并将所述光致抗蚀剂材料中的成角度结构曝光，其中所述光致抗蚀剂材料覆盖基板的顶表面的至少一部分，并且其中所述光学部件包括：
容器，容纳光耦合材料，所述光耦合材料部分地基于所述期望的角度来选择；以及
反射镜，布置为反射所发射光的至少第一部分从而以所述期望的角度照射所述光致抗蚀剂材料。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括置于所述光源和所述基板之间的孔眼掩模，其中所述孔眼掩模包括一个或更多个开口，每个开口对应于所述光致抗蚀剂材料中的相应期望结构，其中通过每个开口照射的所发射光的至少一部分将所述开口与其对应的相应期望结构曝光。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述相应期望结构是垂直结构和成角度结构中的一种。
4.根据权利要求2所述的系统，其中对应于所述成角度结构的第一开口将所发射的光的所述第一部分引导到所述反射镜。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述光学部件进一步配置为引导来自所述光源的所发射光从而以基本上垂直的角度照射所述光致抗蚀剂材料并将所述光致抗蚀剂材料中的垂直结构曝光，其中对应于所述垂直结构的第一开口将所发射光的第二部分引导到所述光致抗蚀剂材料。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述容器的顶表面的至少一部分和底表面的至少一部分是透明的，其中所发射的光通过所述顶表面的透明部分进入所述容器，并且其中所发射的光通过所述底表面的透明部分照射所述光致抗蚀剂材料。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括布置在所述光致抗蚀剂附近的光掩模，其中所述光掩模配置为在所述光致抗蚀剂中定义单独的期望结构。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括制作在所述基板的所述顶表面上的光掩模，其中所述光致抗蚀剂覆盖所述光掩模，并且其中所发射的光通过所述基板的底表面照射所述光致抗蚀剂。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源包括偏振滤光器，其中所发射的光是p偏振光，并且其中所述p偏振光减少来自以下中的至少一个的光反射：(i)在所述基板和所述光致抗蚀剂之间的界面，和(ii)所述基板的底表面。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学部件还包括配置为去除所述光学部件内的杂散光的器件。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源是各向异性准直光源。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学部件还包括：
第二反射镜，布置为反射所述光的至少第二部分从而以第二期望角度照射所述光致抗蚀剂材料。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述光耦合材料包括水、乙二醇和甘油中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述基板浸没在所述光耦合材料中，使得所述光致抗蚀剂材料面对所述容器的底表面，其中所述容器的所述底表面的至少一部分是透明的，并且其中来自所述光源的所发射光通过所述容器的所述底表面的透明部分进入所述容器。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述光耦合材料是第一光耦合材料，其中所述容器是第一容器，其中所述基板被浸没在布置于所述第一容器上方的第二容器中的第二光耦合材料中，其中所述第一容器和所述第二容器的底表面的相应部分是透明的，并且其中所发射的光通过所述第一容器的所述底表面的透明部分进入所述第一容器，然后通过所述第二容器的所述底表面的透明部分进入所述第二容器。
16.一种方法，包括：
将基板设置在光学部件的一端附近，其中光致抗蚀剂材料覆盖所述基板的顶表面的至少一部分，并且其中所述光学部件包括：(i)容纳光耦合材料的容器，和(ii)反射镜；以及
使光源将光发射到所述光学部件中，其中所述反射镜反射所发射的光的至少一部分从而以期望的角度照射所述光致抗蚀剂材料，因此将所述光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于所述期望的角度，确定对于所述反射镜的取向角度；以及
使所述反射镜以所述取向角度取向。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法还包括：
在所述光学部件的表面上靠近所述光学部件的表面覆盖孔眼掩模，其中所述孔眼掩模包括一个或更多个开口，每个开口对应于所述光致抗蚀剂材料中的相应期望结构，其中通过每个开口照射的所发射光的至少一部分将所述开口与其对应的所述相应期望结构曝光。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法还包括：
在所述光致抗蚀剂附近覆盖光掩模，其中所述光掩模配置为在所述光致抗蚀剂中限定各个期望的结构。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
显影所述光致抗蚀剂材料从而使所述光致抗蚀剂材料的伸长部分保留在所述基板上，其中所述伸长部分的第一端包括所述成角度结构，并且其中所述成角度结构相对于所述基板的所述顶表面以一角度倾斜。
21.一种制造光学元件的方法，包括以下步骤：
将基板设置在光学部件的一端附近，其中光致抗蚀剂材料覆盖所述基板的顶表面的至少一部分，并且其中所述光学部件包括：(i)容纳光耦合材料的容器，和(ii)反射镜；以及
使光源将光发射到所述光学部件中，其中所述反射镜反射所发射的光的至少一部分从而以期望的角度照射所述光致抗蚀剂材料，因此将所述光致抗蚀剂材料中的成角度结构的至少一部分曝光。
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