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絕緣體上鈮酸鋰薄膜光電元件製程開發與應用 - 電光調製器

為了解決stepper曝光機原理的問題，作者楊博智 這樣論述：

薄膜鈮酸鋰 (TFLN) 調製器有望成為實現下一代光通信系統所需的超寬調製帶寬的理想元件，自從光纖通信出現以來，鈮酸鋰（LN）一直是電光調製器最好的材料。然而，傳統的 LN 調製器體積龐大、價格昂貴且耗電，無法滿足需求。製作在晶片上的 TFLN 調製器可以解決這個問題，但在 TFLN 中製造低損耗元件不是一件簡單的事。在這裡，我們成功製作了 LN 電光調製器，該調製器比傳統的塊狀 LN 元件小很多且效率更高，同時保留了 LN 的優異材料特性。在量子領域，我們可以透過鈮酸鋰優異的電光效應，減少製程誤差對量子邏輯閘造成的影響，甚至可以搭配其他 LN 製程，製造量子光源，並將光源與邏輯閘整合至單晶

片上，實現 System On Chip 的理想。 本實驗根據不同的鈮酸鋰波導備置方法進行系統性測試，並嘗試將其改良成本實驗室製程設備允許的條件，以利本實驗室自行製作低損耗的 LNOI 波導。在元件方面，我們以 I-line 曝光機、PECVD、ICP-RIE、離子佈植機、PVD 等半導體相關技術，製造直波導以及帶有電極的 Mach–Zehnder Modulator (MZM)，製作不同寬度之直波導，分別對其進行量測，在直波導的製作基礎下，利用鈮酸鋰的優異電光效應製作電光調製器，並將其應用在 MZM 上。 波導製程方面，分為兩部份，第一部份是利用 ICP-RIE，以 Argon 離子進行物理

性蝕刻的 Ion Etching，第二部份是利用離子佈植的 IBEE(Ion-beam enhancedetching)。其中，我們以 IBEE 製程成功在鈮酸鋰薄膜上製作出寬度 1~3um，蝕刻深度 380nm，蝕刻側壁接近 90°，總長 0.5cm 的脊型波導，搭配端面拋光的技術，並以側邊耦光的方式，測量其模態及損耗，在 TM 偏振下，3、2、1.5um 波導的傳波損耗分別為 7.16dB/cm、6.76dB/cm、5.65dB/cm；在 TE 偏振下，3、2、1.5um波導的傳波損耗分別為 3.6dB/cm、7.87dB/cm、3.96dB/cm。 另一方面，我們製作帶有電極的 MZM

結構，並對其單臂進行電光調製，調製臂長為 1mm 的調製器，測得其 Vπ 為 50V，對應的電壓長度乘積為 5V·cm。ii 在未來，能夠將傳統的塊狀 LN 調製器以 TFLN 製作的電光調製器取代，能夠有效縮小元件尺寸，若搭配 CMOS 晶片驅動電壓，可作為光纖通訊裡的重要元件，因其優於矽基材料的特性，TFLN 具有更多優勢，有機會在 TFLN 上實現光量子邏輯閘及量子光源。

微機電技術應用於鎳電鍍製程開發

為了解決stepper曝光機原理的問題，作者康晉瑋 這樣論述：

摘要 iABSTRACT ii致謝 iv目錄 v表目錄 ix圖目錄 x1. 第一章 前言 11.1 研究背景 11.2 研究動機與目的 21.3 論文架構 22. 第二章 基礎理論文獻回顧 42.1 微影製程 42.1.1 微影製程簡介 42.1.2 光阻 62.1.3 光罩與曝光機 72.2 蝕刻製程 92.2.1 蝕刻技術(Etching Technology) 92.2.2 乾式蝕刻(Dry etching) 92.2.3 濕式蝕刻(Wet etching) 102.3 薄膜製程 132.3.1 濺鍍(Sputtering) 132.3.2 濺鍍原理(Prin

ciple) 142.3.3 電化學沉積 (Electrochemical Deposition) 142.3.4 電鍍理論 162.3.5 電化學結晶成長過程 192.3.6 影響金屬鍍層結構與分布之因素 222.3.7 微結構對電沉積之影響 242.4 超臨界相 252.4.1 超臨界流體 252.4.2 超臨界二氧化碳 262.4.3 乳化理論 262.5 化學機械研磨 (Chemical Mechanical Planarization) 272.6 擴散接合 292.6.1 擴散接合簡介(Diffusion Bonding) 292.6.2 銅-銅擴

散接合 293. 第三章 實驗方法 313.1 微結構製作 313.1.1 晶片清洗(Cleaning) 323.1.2 旋塗光阻(Spin Coating) 343.1.3 軟烤(Soft-Bake) 353.1.4 曝光(Exposure) 363.1.5 曝後烤(Post Exposure bake, PEB) 363.1.6 顯影(Development) 373.1.7 硬烤(Hard bake) 383.2 微結構模穴製作 -蝕刻製程 383.2.1 反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etching, RIE) 383.2.2 氫氧化鉀濕式蝕刻

(KOH Wet Etching) 403.3 高硬度複合式鎳電鍍製程 433.3.1 濺鍍-導電層製作 433.3.2 微影製程-電鍍圖形定義 443.3.3 電鍍流程 443.3.4 電鍍前處理 453.3.5 電鍍液調配 473.3.6 電鍍設備 483.3.7 電鍍實驗參數 513.4 化學機械研磨平坦化製程 533.5 銅電鍍製程 553.5.1 銅電鍍液配製 553.5.2 電鍍微結構元件準備 563.5.3 銅電鍍液正式電鍍 593.6 銅對銅擴散接合製程 (Cu-Cu Diffusion Bonding) 603.6.1 接合前處理

603.6.2 接合過程 613.6.3 接合完成與取出結構 624. 第四章 結果與討論 634.1 微影製程相關影響 634.1.1 軟烤溫度不均勻問題 634.1.2 曝光能量過度與不足 644.2 蝕刻製程相關影響 654.2.1 KOH蝕刻平面粗糙度問題 654.2.2 蝕刻製作對位點 674.3 電鍍製程問題相關討論 684.3.1 濺鍍銅表面氧化處理 684.3.2 電鍍硬度測試 694.4 化學機械平坦化製程問題相關討論 704.4.1 轉速與平坦化之關係 704.4.2 平坦化結果 714.5 微元件微影製程與電鍍之研究與結果 71第五

章 結論 74參考文獻 75