TWI547770B

TWI547770B - 全像曝光系統

Info

Publication number: TWI547770B
Application number: TW104103033A
Authority: TW
Inventors: 李三良; 洪勇智; 吳偉泓; 謝志華
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-09-01
Also published as: TW201627772A

Description

全像曝光系統

本發明是有關於一種全像曝光系統。

全像術曝光系統可以形成固定週期的光柵圖案於基板上，光柵圖案的面積與週期取決於入射光的角度與反射鏡的尺寸。此系統可以在矽基板上進行干涉圖紋曝光，並透過乾、濕式蝕刻技術產生二維週期性結構，而此結構在光電領域上有許多成功的應用。

目前的全像術曝光系統大多使用Lloyd-mirror方式進行干涉曝光。傳統式全像術曝光系統因反射鏡的尺寸限制等因素，通常只能在2吋以內的矽晶片上形成週期介於240奈米至700奈米間的奈米結構，而無法達成在6至8吋的矽晶片上進行大面積曝光與週期為1微米的圖案化目標。

本發明之一技術態樣是在提供一種全像曝光系統，使全像曝光系統便能在自由調整干涉條紋週期的同時，對於樣品進行大面積的曝光。

根據本發明一實施方式，一種全像曝光系統，包含光源模組、平台、光纖模組、L形置具以及反射鏡。光源模組用以提供至少一光源光線。平台用以放置樣品。光纖模組具有第一出光口與第二出光口，光纖模組用以與光源光線耦合，並以第一出光口與第二出光口分別提供偏振方向相同之第一偏振光線與第二偏振光線。L形置具具有第一端、第二端與連接第一端與第二端的轉角部。第二出光口相對固定於第一端且朝向平台。第二端具有內側面。轉角部可沿一轉軸旋轉。反射鏡設置於第二端的內側面上，用以反射第一偏振光線。在轉角部沿此轉軸旋轉時，平台沿此轉軸以相同方向旋轉，並使第一偏振光線與第二偏振光線入射於樣品的入射角相同。

於本發明之一或多個實施方式中，光源模組包含光源與分光鏡，光源光線包含第一分支光線與第二分支光線，光源用以提供起始光線，分光鏡用以將起始光線分為第一分支光線與第二分支光線，光纖模組包含第一光纖與第二光纖，第一出光口設置於第一光纖上，第二出光口設置於第二光纖上，第一光纖用以與第一分支光線耦合，第二光纖用以與第二分支光線耦合。

於本發明之一或多個實施方式中，光纖模組更包含第一偏振旋轉器與第二偏振旋轉器，第一偏振旋轉器與第二偏振旋轉器分別設置於第一出光口與第二出光口前方，第一偏振旋轉器與第二偏振旋轉器分別用以改變從第一出光口與第二出光口射出之光線的偏振方向，而分別形成偏振方向相同之第一偏振光線與第二偏振光線。

於本發明之一或多個實施方式中，第一光纖與第二光纖為偏振保持光纖(Polarization Maintaining Fiber)，光纖模組更包含第一偏振旋轉器與第二偏振旋轉器，第一偏振旋轉器設置於光源模組與第一光纖之間，第二偏振旋轉器設置於光源模組與第二光纖之間，第一偏振旋轉器與第二偏振旋轉器分別用以改變第一分支光線與第二分支光線的偏振方向，進而使第一偏振光線與第二偏振光線之偏振方向相同。

於本發明之一或多個實施方式中，光纖模組包含定向耦合光纖(Directional Coupling Fiber)，定向耦合光纖具有入光口，第一出光口與第二出光口設置於定向耦合光纖上，光源光線由入光口進入定向耦合光纖而與定向耦合光纖耦合。

於本發明之一或多個實施方式中，定向耦合光纖為偏振保持光纖，光纖模組更包含偏振旋轉器，偏振旋轉器設置於光源模組與定向耦合光纖之間，偏振旋轉器用以改變光源光線的偏振方向，進而使第一偏振光線與第二偏振光線之偏振方向相同。

於本發明之一或多個實施方式中，在轉角部沿轉軸旋轉一角度時，該平台沿轉軸旋轉此角度的1.5倍。

於本發明之一或多個實施方式中，光源光線為雷射。

於本發明之一或多個實施方式中，光源模組包含光源與快門。光源用以提供起始光線，快門設置於光源與光纖模組之間。

本發明上述實施方式藉由使第一出光口、第二出光口與樣品之間的光程(即第一偏振光線、第二偏振光線自第一出光口、第二出光口至樣品所走之距離)夠大，進而使第一偏振光線與第二偏振光線可以延展成所欲大小的光束，並且使第一偏振光線與第二偏振光線干涉而形成所欲面積的干涉曝光區域於平台上，同時干涉曝光區域的面積大小不會受限於第一偏振光線與第二偏振光線入射於樣品的入射角度。如此一來，全像曝光系統便能在自由調整干涉條紋週期的同時，對於樣品進行大面積的曝光。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依照本發明一實施方式之全像曝光系統100的立體示意圖。本發明不同實施方式提供一種全像曝光系統100，全像曝光系統100藉由提供兩個具相干性(Coherence)的偏振光線230、240，偏振光線230、240以不同方向但相同入射角度入射樣品300，因而形成固定週期的干涉條紋，並曝光樣品300而形成固定週期的光柵圖案於樣品300上。需要注意的是，全像曝光系統100在曝光樣品300時不需使用光罩。

全像曝光系統100包含光源模組110、光纖模組120、L形置具140、反射鏡150以及平台190。光源模組110用以提供至少一光源光線220。光纖模組120具有出光口121、 122，用以與光源光線220耦合，並以出光口121、122分別提供偏振方向相同之偏振光線230、240。平台190用以放置樣品300。具體而言，樣品300放置於偏振光線230、240所形成的干涉曝光區域400中。L形置具140具有第一端141、第二端143與連接第一端141與第二端143的轉角部145。出光口122相對固定於第一端141且朝向平台190。第二端143具有內側面144。轉角部145可沿轉軸500旋轉。反射鏡150設置於第二端143的內側面144上，用以反射偏振光線230。在轉角部145沿轉軸500旋轉時，平台190沿轉軸500以相同方向旋轉，並使偏振光線230、240入射於樣品300的入射角相同。具體而言，出光口121相對固定於地面，而不會在轉角部145沿轉軸500旋轉時移動或轉動。

偏振光線230、240自出光口121與出光口122射出後，偏振光線230、240會擴散而產生光束延展的現象。由於L形置具140與置於平台190上的樣品300的距離可以自由調整，因此出光口121、122與樣品300之間的光程(即偏振光線230、240自出光口121、122至樣品300所走之距離)可以調整至夠大，進而使偏振光線230、240延展成所欲大小的光束，並且使偏振光線230、240干涉而形成所欲面積的干涉曝光區域400於平台190上，同時干涉曝光區域400的面積大小不會受限於偏振光線230、240入射於樣品300的入射角度。如此一來，全像曝光系統100便能在自由調整干涉條紋的週期的同時，對於樣品300進行大面積的曝光。

具體而言，光源模組110包含光源111、快門112以及分光鏡113。光源111用以提供起始光線210。快門112設置於光源111與光纖模組120之間。在操作全像曝光系統100時，光源111通常一直是處於開啟的狀態，因此在光源111前方設置快門112，將能有效控制光線通過快門112的時間，因而控制曝光時間。更具體地說，快門112設置於光源111與分光鏡113之間。

分光鏡113用以將通過快門112的起始光線210分為分支光線221、222(分支光線221、222組成光源光線220)。分支光線221、222的強度基本上相同。

具體而言，起始光線210為雷射，因此起始光線210具有良好的相干特性。由於起始光線210通過分光鏡113後形成光源光線220，因此光源光線220亦為雷射。

具體而言，光纖模組120包含光纖123、124。出光口121設置於光纖123上，出光口122設置於光纖124上，光纖123用以與分支光線221耦合，光纖124用以與分支光線222耦合。

光纖123更具有入光口125，光纖124更具有入光口126。分支光線221由入光口125進入光纖123而與光纖123耦合。分支光線222由入光口126進入光纖124而與光纖124耦合。入光口125、126的開口大小可以設置較大，方便分支光線221、222對準進入入光口125、126。

具體而言，光纖模組120更包含偏振旋轉器127、128，偏振旋轉器127、128分別設置於出光口121、122的前方，偏振旋轉器127、128分別用以改變從出光口121、122射出之光線的偏振方向，而分別形成偏振方向相同之偏振光線230、240，以使偏振光線230、240具有良好相干性。具體而言，偏振旋轉器127、128將光線改變為具有線偏振的偏振光線230、240。

光纖模組120更可包含聚光模組127c、128c，聚光模組127c、128c分別設置於出光口121、122的前方。聚光模組127c、128c用以內聚由出光口121、122射出的光線，使這些光線的擴展角度不會太大，甚至使這些光線成為平行光，以使這些光線具有良好的相干性。更具體地說，聚光模組127c、128c為設置於偏振旋轉器127、128的前方，但並不限於此。在其他實施方式中，聚光模組127c可以設置於出光口121與偏振旋轉器127之間，聚光模組128c可以設置於出光口122與偏振旋轉器128之間。

出光口121、122與聚光模組127c、128c之間的距離可以調整，從而調整由出光口121、122射出的光線最終所形成的光束大小。需要注意的是，聚光模組127c、128c並非必要，即使沒有聚光模組127c、128c，偏振光線230、240仍然具有足夠的相干性以形成干涉條紋(雖然干涉條紋的週期可能會有誤差，然而這通常會在許可範圍之內)。

具體而言，第一端141與第二端143之間的夾角為直角，但此並不限制本發明。在本發明其他實施方式中，第一端141與第二端143之間的夾角可以為銳角或鈍角。

反射鏡150設置於第二端143的內側面144上，用以反射偏振光線230。在轉角部145沿轉軸500旋轉時，平台190沿轉軸500以相同方向旋轉，並使偏振光線230、240入射於樣品300的入射角相同。具體而言，出光口121相對固定於地面，而不會在轉角部145沿轉軸500旋轉時移動或轉動。

第2A圖與第2B圖繪示第1圖的L形置具140與平台190在旋轉時的示意圖。如第2A圖與第2B圖所繪示，出光口122設置並固定於第一端141之內側，因此在轉角部145沿轉軸500旋轉一角度時，出光口122沿轉軸500以相同方向旋轉相同角度。在此同時，即在轉角部145沿轉軸500旋轉一角度時，平台190沿轉軸500旋轉此角度的1.5倍。如此一來，偏振光線230、240入射於樣品300的入射角將會相同。平台190與L形置具140之間可以設置有例如齒輪組等連動機構，於是L形置具140會在平台190在轉動時進行相對應地轉動。

舉例來說，如第2A圖所繪示，當轉角部145沿轉軸500順時針旋轉θ角時，平台190則沿轉軸500順時針旋轉1.5θ角。在此同時，入射於反射鏡150的偏振光線230i與反射於反射鏡150的偏振光線230r之間的夾角將由原來的α角轉變為(α-2θ)角。於是，偏振光線230、240入射於樣品300的入射角將會同時增加0.5θ。

又舉例來說，如第2B圖所繪示，當轉角部145沿轉軸500逆時針旋轉θ角時，平台190則沿轉軸500逆時針旋轉1.5θ角。在此同時，入射於反射鏡150的偏振光線230i與反射於反射鏡150的偏振光線230r之間的夾角將由原來的α角轉變為(α+2θ)角。於是，偏振光線230、240入射於樣品300的入射角將會同時減少0.5θ。

如第1圖所繪示，平台190具有頂面191，平台190可以沿垂直於頂面191的一轉軸(未繪示)旋轉，並且全像曝光系統100可以在平台190旋轉特定角度(舉例來說，90度)後再次曝光樣品300，於是全像曝光系統100將能形成固定週期的二維光柵圖案於樣品300上。

第3圖繪示依照本發明另一實施方式之全像曝光系統100的立體示意圖。本實施方式的全像曝光系統100與前述之全像曝光系統100大致相同，以下主要描述其相異處。

如第3圖所繪示，光纖123、124為偏振保持光纖(Polarization Maintaining Fiber)，光纖模組120更包含偏振旋轉器127、128。偏振旋轉器127設置於光源模組110與光纖123之間，偏振旋轉器128設置於光源模組110與光纖124之間。偏振旋轉器127、128分別用以改變分支光線221、222的偏振方向，以使分支光線221、222的偏振方向相同。分支光線221、222進入光纖123、124後，因為偏振方向將會維持，於是由出光口121、122射出的光線(即偏振光線230、240)的偏振方向仍會相同。

第4圖繪示依照本發明又一實施方式之全像曝光系統100的立體示意圖。本實施方式的全像曝光系統100與第1圖的全像曝光系統100大致相同，以下主要描述其相異處。

光纖模組120包含定向耦合光纖(Directional Coupling Fiber)130，定向耦合光纖130具有入光口131，出光口121、122設置於定向耦合光纖130上，光源光線220由入光口131進入定向耦合光纖130而與定向耦合光纖130耦合。

光源模組110包含光源111與快門112。光源111用以提供光源光線220。快門112設置於光源111與光纖模組120之間。在光源光線220通過快門112之後，光源光線220由入光口131進入定向耦合光纖130而與定向耦合光纖130耦合。接著，耦合後之光源光線220在定向耦合光纖130中被分為兩道光，並從出光口121、122射出。

具體而言，光纖模組120更包含偏振旋轉器127、128，偏振旋轉器127、128分別設置於出光口121、122的前方，偏振旋轉器127、128分別用以改變從出光口121、122射出之光線的偏振方向，而分別形成偏振方向相同之偏振光線230、240。

第5圖繪示依照本發明再一實施方式之全像曝光系統100的立體示意圖。本實施方式的全像曝光系統100與第4圖的全像曝光系統100大致相同，以下主要描述其相異處。

定向耦合光纖130為偏振保持光纖。光纖模組120更包含偏振旋轉器129，偏振旋轉器129設置於光源模組110與定向耦合光纖130之間，偏振旋轉器129用以改變光源光線220的偏振方向，以使光源光線220的偏振方向成為所欲方向(舉例來說，光源光線220改變成為線偏振，且偏振方向為水平方向)。光源光線220進入定向耦合光纖130後，因為偏振方向將會維持，於是由出光口121、122射出的光線(即偏振光線230、240)的偏振方向仍會相同。

本發明上述實施方式藉由使出光口121、122與樣品300之間的光程(即偏振光線230、240自出光口121、122至樣品300所走之距離)夠大，進而使偏振光線230、240可以延展成所欲大小的光束，並且使偏振光線230、240干涉而形成所欲面積的干涉曝光區域400於平台190上，同時干涉曝光區域400的面積大小不會受限於偏振光線230、240入射於樣品300的入射角度。如此一來，全像曝光系統100便能在自由調整干涉條紋週期的同時，對於樣品300進行大面積的曝光。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100：全像曝光系統 110：光源模組 111：光源 112：快門 113：分光鏡 120：光纖模組 121、122：出光口 123、124：光纖 125、126：入光口 127、128、129：偏振旋轉器 130：定向耦合光纖 131：入光口 127c、128c：聚光模組 140：L形置具 141：第一端 143：第二端 144：內側面 145：轉角部 150：反射鏡 190：平台 191：頂面 210：起始光線 220：光源光線 221、222：分支光線 230、240：偏振光線 300：樣品 400：干涉曝光區域 500：轉軸

第1圖繪示依照本發明一實施方式之全像曝光系統的立體示意圖。第2A圖與第2B圖繪示第1圖的L形置具與平台在旋轉時的示意圖。第3圖繪示依照本發明另一實施方式之全像曝光系統的立體示意圖。第4圖繪示依照本發明又一實施方式之全像曝光系統的立體示意圖。第5圖繪示依照本發明再一實施方式之全像曝光系統的立體示意圖。

100：全像曝光系統 110：光源模組 111：光源 112：快門 113：分光鏡 120：光纖模組 121、122：出光口 123、124：光纖 125、126：入光口 127、128：偏振旋轉器 127c、128c：聚光模組 140：L形置具 141：第一端 143：第二端 144：內側面 145：轉角部 150：反射鏡 190：平台 191：頂面 210：起始光線 220：光源光線 221、222：分支光線 230、240：偏振光線 300：樣品 400：干涉曝光區域 500：轉軸

Claims

一種全像曝光系統，包含：一光源模組，用以提供至少一光源光線；一平台，用以放置一樣品；一光纖模組，具有一第一出光口與一第二出光口，該光纖模組用以與該光源光線耦合，並以該第一出光口與該第二出光口分別提供偏振方向相同之一第一偏振光線與一第二偏振光線；一L形置具，具有一第一端、一第二端與連接該第一端與該第二端的一轉角部，其中該第二出光口相對固定於該第一端且朝向該平台，該第二端具有一內側面，該轉角部可沿一轉軸旋轉；以及一反射鏡，設置於該第二端的該內側面上，用以反射該第一偏振光線，其中在該轉角部沿該轉軸旋轉時，該平台沿該轉軸以相同方向旋轉，使該第一偏振光線與該第二偏振光線入射於該樣品的入射角相同。
如請求項1所述之全像曝光系統，其中該光源模組包含一光源與一分光鏡，該光源光線包含一第一分支光線與一第二分支光線，該光源用以提供一起始光線，該分光鏡用以將該起始光線分為該第一分支光線與該第二分支光線，該光纖模組包含一第一光纖與一第二光纖，該第一出光口設置於該第一光纖上，該第二出光口設置於該第二光纖上，該第一光纖用以與該第一分支光線耦合，該第二光纖用以與該第二分支光線耦合。
如請求項2所述之全像曝光系統，其中該光纖模組更包含一第一偏振旋轉器與一第二偏振旋轉器，該第一偏振旋轉器與該第二偏振旋轉器分別設置於該第一出光口與該第二出光口前方，該第一偏振旋轉器與該第二偏振旋轉器分別用以改變從該第一出光口與該第二出光口射出之光線的偏振方向，而分別形成偏振方向相同之該第一偏振光線與該第二偏振光線。
如請求項2所述之全像曝光系統，其中該第一光纖與該第二光纖為偏振保持光纖(Polarization Maintaining Fiber)，該光纖模組更包含一第一偏振旋轉器與一第二偏振旋轉器，該第一偏振旋轉器設置於該光源模組與該第一光纖之間，該第二偏振旋轉器設置於該光源模組與該第二光纖之間，該第一偏振旋轉器與該第二偏振旋轉器分別用以改變該第一分支光線與該第二分支光線的偏振方向，進而使該第一偏振光線與該第二偏振光線之偏振方向相同。
如請求項1所述之全像曝光系統，其中該光纖模組包含一定向耦合光纖(Directional Coupling Fiber)，該定向耦合光纖具有一入光口，該第一出光口與該第二出光口設置於該定向耦合光纖上，該光源光線由該入光口進入該定向耦合光纖而與該定向耦合光纖耦合。
如請求項5所述之全像曝光系統，其中該光纖模組更包含一第一偏振旋轉器與一第二偏振旋轉器，該第一偏振旋轉器與該第二偏振旋轉器分別設置於該第一出光口與該第二出光口前方，該第一偏振旋轉器與該第二偏振旋轉器分別用以改變從該第一出光口與該第二出光口射出之光線的偏振方向，而分別形成偏振方向相同之該第一偏振光線與該第二偏振光線。
如請求項5所述之全像曝光系統，其中該定向耦合光纖為偏振保持光纖，該光纖模組更包含一偏振旋轉器，該偏振旋轉器設置於該光源模組與該定向耦合光纖之間，該偏振旋轉器用以改變該光源光線的偏振方向，進而使該第一偏振光線與該第二偏振光線之偏振方向相同。
如請求項1所述之全像曝光系統，其中在該轉角部沿該轉軸旋轉一角度時，該平台沿該轉軸旋轉該角度的1.5倍。
如請求項1所述之全像曝光系統，其中該光源光線為雷射。
如請求項1所述之全像曝光系統，其中該光源模組包含一光源與一快門，該光源用以提供一起始光線，該快門設置於該光源與該光纖模組之間。