虹科定制的高穩(wěn)定UV-LED采用了超高穩(wěn)定度光源驅(qū)動技術具有≥99.92%的穩(wěn)定性與》96%的光均勻性在流體力學飛行器PSP測試系統(tǒng)中大放異彩
虹科案例|高穩(wěn)定紫外LED光源助力流體力學PSP技術
在半導體芯片行業(yè)虹科提供定制的大功率UV-LED平行光源它是如何替代傳統(tǒng)汞燈成為光刻機設備的核心光源的呢?一起來了解虹科核心的定制技術基于面光源的自由曲面光學技術
01光刻機光源
背景提要
隨著社會信息數(shù)字化的不斷發(fā)展,從小到智能電子產(chǎn)品,大到軍事智能設備,任何行業(yè)都少不了半導體芯片行業(yè)的發(fā)展。
半導體芯片生產(chǎn)的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉(zhuǎn)移至硅片上,這一過程通過光刻來實現(xiàn),光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平。因此,作為芯片生產(chǎn)流程中最復雜、最關鍵的步驟,光刻工藝難度最大、耗時最長, 芯片在生產(chǎn)過程中一般需要進行20~30次光刻,耗費時間約占整個硅片工藝 的40~60%,成本極高,約為整個硅片制造工藝的?。光刻機涉及系統(tǒng)集成、 精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環(huán)境控制等多項先進技術,是所有半導體制造設備中技術含量最高的設備,因此也具備極高的單臺價值量,目前世界上最先進的 ASML EUV 光刻機單價達到近一億歐元,可滿足 7nm 制程芯片的生產(chǎn)。光刻的原理是在硅片表面覆蓋一層具有高度光敏感性光刻膠,再用光線(一般是紫外光、深紫外光、極紫外光)透過掩模照射在硅片表面,被光線照射到的光刻膠會發(fā)生反應。此后用特定溶劑洗去被照射/未被照射的光刻膠,就實現(xiàn)了電路圖從掩模到硅片的轉(zhuǎn)移。光刻完成后對沒有光刻膠保護的硅片部分進行刻蝕,最后洗去剩余光刻膠,就實現(xiàn)了半導體器件在硅片表面的構(gòu)建過程。
光刻機原理圖
光源是光刻機的核心部件之一,其波長可以決定光刻機的最小分辨率,進而影響芯片的大小。因此,目前光刻機采用的光源都處于紫外波段,并向極紫外光發(fā)展。傳統(tǒng)光刻機采用汞燈產(chǎn)生的 436nm g-line 和 365nm i-line 作為光刻光源,可以滿足 0.8-0.35 um制程芯片的生產(chǎn)。汞燈雖然能夠提供紫外波段的光,但是壽命只有1000小時,耗電高,且汞燈在工作過程中會揮發(fā),從而對環(huán)境造成污染。隨著光源技術的發(fā)展,采用InGaAs半導體材料的UV-LED成為了光刻機的光源選擇之一,它能夠?qū)崿F(xiàn)紫外波段的高效率發(fā)光。最為突出的是,UV-LED的壽命可達汞燈的3萬小時,耗電量減少80%,大幅降低企業(yè)生產(chǎn)成本,環(huán)保無污染,使其成為光刻機中傳統(tǒng)汞燈光源的絕佳替代者。
傳統(tǒng)汞燈紫外光刻設備光路圖
除了波段的要求,為達到平行光束與功率控制需求,光刻機內(nèi)部會設置一系列的光源控制手段,如利用光束矯正器矯正光束入射方向,讓激光束盡量平行;光束形狀設置器可以設置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀,具有不同的光學特性;能量控制器控制最終照射到硅片上的能量,曝光不足或過足都會嚴重影響成像質(zhì)量。這些復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都反映了光刻機光源對功率、輻照度、均勻性的較高要求。因此,對于應用于光刻機的LED光源研制,需要較高的知識水平與高端的設計制作技術,才能夠滿足光刻曝光的苛刻要求。
02自由曲面光學設計技術
核心技術
隨著時代的發(fā)展,光學應用場景發(fā)生變遷,由人眼照明往機器視覺、能量傳輸及智能光學發(fā)展,因此對光束傳輸通道精準分配的需求越來越高。全球?qū)Ψ浅上窆鈱W設計進行了廣泛的研究,試錯法創(chuàng)新力不足,直接法與數(shù)值優(yōu)化法的方程復雜度遠超算力,只能解決接近點光源的光線傳播模型,沒有提出一種針對LED面光源的可行解決方案。
現(xiàn)有研究方法
虹科進行了針對面光源的技術研究,開發(fā)了基于面光源的自由曲面光學設計技術,針對宏觀光學應用領域,利用幾何光學理論,解決光束的傳輸及分配問題,關注光能量的傳輸效率,極致追求光束的精準分配及駕馭,實現(xiàn)相關應用領域的最佳光解決方案。
在此解決方案中引入了相空間,建立了特征變量少、精準的面光源模型及其傳播方程,跳出現(xiàn)有方程求解思路,結(jié)合能量守恒定律,采用巧妙、新穎的能量映射方式進行了自由曲面離散點的數(shù)值迭代求解,在精度、及智能優(yōu)化方面比蒙特卡洛光線追跡算有很大提升。
基于面光源的自由曲面光學設計技術
目前,虹科已經(jīng)具備基于全光譜面光源的2個以上復雜自由曲面序列光線追跡的曲面求解能力;具備高速試錯智能仿真算法,可以脫離現(xiàn)有PW方法進行光學透鏡組的初始結(jié)構(gòu)求解,大大提升了光學透鏡的設計效率及精度。
03大功率UV-LED平行光源
定制產(chǎn)品
虹科在多自由曲面精確配光方面做了突破,開發(fā)出大功率紫外LED平行光源,其技術指標十分優(yōu)異:平行半角<3°,曝光面均勻度≥95%,工作距離達 300 mm,照射面積大于200 mm × 200 mm,照明強度高達 60 mW/cm2。
在光源測試階段采用了9點測量,每個點的測量位置見測試紙的打孔位置。測試紙為測試點定位用紙,如下圖所示。長度L,寬度W。紅點為測試點,在離導氣槽長度L1為15mm ,寬度W1 為15mm 區(qū)域內(nèi)均勻排布。
測試結(jié)果
在工作距離 300 mm 處,該平行光曝光系統(tǒng)
光斑面積達 200 mm x 200 mm,
均勻度>95% ,
平行出光角< 2°,
曝光面輻照度 60 mW/cm2。
經(jīng)驗證,該大功率紫外LED平行光可以在軟/硬/真空接觸以及近距離曝光應用中可以產(chǎn)生很好的結(jié)果;在4英寸、6英寸和8英寸的基板上可以保證光源的均勻性和準直性能(《2°)而且其分辨率可達0.7μm。此大功率UV-LED解決方案使用壽命長、輸出穩(wěn)定性高、無需預熱或冷卻,具備低成本、高性能的優(yōu)點。
產(chǎn)品特點小結(jié)
應用于光刻機的定制UV-LED平行光源
基于面光源的自由曲面設計技術
具有以下特點:高準直性能(《2°)
高輻射照度(60mW/cm2)
高光均勻度(>95%)
使用壽命長輸出穩(wěn)定性高無需預熱或冷卻
-
大功率
+關注
關注
4文章
471瀏覽量
32728 -
光刻機
+關注
關注
31文章
1141瀏覽量
47065
發(fā)布評論請先 登錄
相關推薦
評論