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摘要
? ? ? 微光學(xué)是當(dāng)今許多產(chǎn)品和應(yīng)用不可或缺的關(guān)鍵使能技術(shù)。最著名的例子可能是用于高端DUV光刻步進(jìn)機(jī)的衍射光整形元件。高效的折射和衍射微光學(xué)元件用于精確的光束和光瞳整形。微光學(xué)對(duì)減少投影光刻中的像差和衍射效應(yīng)產(chǎn)生了重大影響，使得分辨率在過(guò)去十年中從250納米提高到45納米。微光學(xué)在醫(yī)療設(shè)備(內(nèi)窺鏡、眼科)、所有基于激光的設(shè)備和光纖通信網(wǎng)絡(luò)中也發(fā)揮著決定性的作用，為我們的家庭帶來(lái)了高速互聯(lián)網(wǎng)。本文概述了晶圓級(jí)微光學(xué)技術(shù)的主要步驟和發(fā)明，綜述了制造、測(cè)試和封裝技術(shù)的最新進(jìn)展。??
半導(dǎo)體工業(yè)
? ? ? 半導(dǎo)體工業(yè)從1969年的1英寸晶圓尺寸發(fā)展到2英寸，1972年發(fā)展到3英寸，1976年發(fā)展到4英寸，1983年發(fā)展到6英寸，1993年發(fā)展到8英寸(200毫米)，最后從1998年開(kāi)始發(fā)展到300毫米。制造技術(shù)取得了令人難以置信的進(jìn)步。
平面微光學(xué)
? ? ? ??在微光學(xué)中，波長(zhǎng)通常是對(duì)制造有意義的最小特征尺寸。投影光刻的一個(gè)顯著限制是焦深，將最大抗蝕劑厚度限制在通常< 1 μm。
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圖1一個(gè)用于光束整形的八級(jí)衍射光學(xué)元件，用工字晶片步進(jìn)器和反應(yīng)離子蝕刻在8英寸熔融石英晶片上制造。?
? ? ? 來(lái)自微光學(xué)元件的衍射、散射和干涉效應(yīng)可能相當(dāng)復(fù)雜:堆疊微透鏡陣列中的莫爾效應(yīng)、激光束整形器中的強(qiáng)度調(diào)制、衍射光學(xué)元件的重影、散射、散斑——只是模擬微光學(xué)的一些可能問(wèn)題。
? ? ? 微光學(xué)允許為成像和投影系統(tǒng)精確成形照明光。微光纖耦合器、波長(zhǎng)復(fù)用光柵和開(kāi)關(guān)是高速通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵部件。
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微光學(xué)的晶圓級(jí)制造
? ? ? 基于晶片的微光學(xué)制造的最佳選擇可能是8英寸(200毫米)技術(shù)(圖18)。這也與半導(dǎo)體制造趨勢(shì)有關(guān)。盡管大多數(shù)古老的4英寸和6英寸半導(dǎo)體晶圓廠已經(jīng)消失，但200毫米晶圓廠仍在1996年全面運(yùn)營(yíng)與較新的300毫米晶圓廠平行。晶圓加工從濕法清洗開(kāi)始。典型地，這通過(guò)預(yù)清洗、食人魚(yú)蝕刻、硫酸(H 2 SO 4)和過(guò)氧化氫(H 2 O 2)的混合物來(lái)完成，以去除有機(jī)污染物；和旋轉(zhuǎn)漂洗干燥?？梢允褂妙~外的超聲波或兆頻超聲波清洗、刷子清洗、高壓水射流或等離子清洗。
圖2用于產(chǎn)生焦點(diǎn)的密集排列的16級(jí)衍射光學(xué)元件陣列的相位圖，在白光干涉儀Wyko NT3300中測(cè)量。
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圖3上述衍射光學(xué)元件的x方向剖面掃描。320納米的總相位深度細(xì)分為16個(gè)相位水平。
圖4在配有鉬曝光光學(xué)器件的SUSS掩模對(duì)準(zhǔn)器中，用半色調(diào)接近光刻法印刷的一排微針的掃描電鏡圖像
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總結(jié)
? ? ? 晶圓級(jí)微光學(xué)的重要作用基于不同的動(dòng)機(jī):小型化、高功能性和封裝方面。特別是半導(dǎo)體工業(yè)的最新趨勢(shì)，例如薄晶片處理(TWH)、3D芯片集成(3D-IC)和硅通孔(TSV)、用于CMOS技術(shù)中濾色的亞波長(zhǎng)金屬光柵等。將對(duì)未來(lái)蓬勃發(fā)展的微光學(xué)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。典型地，微光學(xué)元件本身的成本小于系統(tǒng)集成和對(duì)準(zhǔn)的成本。因此，未來(lái)成功的關(guān)鍵將是處理、包裝和系統(tǒng)集成。半導(dǎo)體和微機(jī)電系統(tǒng)行業(yè)的策略將適應(yīng)晶圓級(jí)微光學(xué)。
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