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(dòng)技術(shù)具有≥99.92%的穩(wěn)定性與>96%的光均勻性在流體力學(xué)飛行器PSP測(cè)試系統(tǒng)中大放異彩。

在半導(dǎo)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***設(shè)備的核心光源的呢?一起來(lái)了解虹科核心的定制技術(shù)基于面光源的自由曲面光學(xué)技術(shù)。

01***光源

背景提要

隨著社會(huì)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(shè)備，任何行業(yè)都少不了半導(dǎo)體芯片行業(yè)的發(fā)展。半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)在于將電路圖從掩模上轉(zhuǎn)移至硅片上，這一過(guò)程通過(guò)光刻來(lái)實(shí)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(fù)雜、最關(guān)鍵的步驟，光刻工藝難度最大、耗時(shí)最長(zhǎng)， 芯片在生產(chǎn)過(guò)程中一般需要進(jìn)行20~30次光刻，耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)硅片工藝 的40～60%，成本極高，約為整個(gè)硅片制造工藝的1/3。

***涉及系統(tǒng)集成、 精密光學(xué)、精密運(yùn)動(dòng)、精密物料傳輸、高精度微環(huán)境控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是所有半導(dǎo)體制造設(shè)備中技術(shù)含量最高的設(shè)備，因此也具備極高的單臺(tái)價(jià)值量，目前世界上最先進(jìn)的 ASML EUV ***單價(jià)達(dá)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(guò)掩模照射在硅片表面，被光線照射到的光刻膠會(huì)發(fā)生反應(yīng)。此后用特定溶劑洗去被照射/未被照射的光刻膠，就實(shí)現(xiàn)了電路圖從掩模到硅片的轉(zhuǎn)移。光刻完成后對(duì)沒(méi)有光刻膠保護(hù)的硅片部分進(jìn)行刻蝕，最后洗去剩余光刻膠，就實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件在硅片表面的構(gòu)建過(guò)程。

***原理圖

光源是***的核心部件之一，其波長(zhǎng)可以決定***的最小分辨率，進(jìn)而影響芯片的大小。因此，目前***采用的光源都處于紫外波段，并向極紫外光發(fā)展。傳統(tǒng)***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(shí)，耗電高，且汞燈在工作過(guò)程中會(huì)揮發(fā)，從而對(duì)環(huán)境造成污染。隨著光源技術(shù)的發(fā)展，采用InGaAs半導(dǎo)體材料的UV-LED成為了***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(dá)汞燈的3萬(wàn)小時(shí)，耗電量減少80%，大幅降低企業(yè)生產(chǎn)成本，環(huán)保無(wú)污染，使其成為***中傳統(tǒng)汞燈光源的絕佳替代者。

傳統(tǒng)汞燈紫外光刻設(shè)備光路圖

除了波段的要求，為達(dá)到平行光束與功率控制需求，***內(nèi)部會(huì)設(shè)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(shè)置器可以設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀，具有不同的光學(xué)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(guò)足都會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。這些復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都反映了***光源對(duì)功率、輻照度、均勻性的較高要求。因此，對(duì)于應(yīng)用于***的LED光源研制，需要較高的知識(shí)水平與高端的設(shè)計(jì)制作技術(shù)，才能夠滿足光刻曝光的苛刻要求。

02自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)

核心技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，光學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生變遷，由人眼照明往機(jī)器視覺(jué)、能量傳輸及智能光學(xué)發(fā)展，因此對(duì)光束傳輸通道精準(zhǔn)分配的需求越來(lái)越高。全球?qū)Ψ浅上窆鈱W(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了廣泛的研究，試錯(cuò)法創(chuàng)新力不足，直接法與數(shù)值優(yōu)化法的方程復(fù)雜度遠(yuǎn)超算力，只能解決接近點(diǎn)光源的光線傳播模型，沒(méi)有提出一種針對(duì)LED面光源的可行解決方案。

現(xiàn)有研究方法

虹科進(jìn)行了針對(duì)面光源的技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)了基于面光源的自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)宏觀光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，利用幾何光學(xué)理論，解決光束的傳輸及分配問(wèn)題，關(guān)注光能量的傳輸效率，極致追求光束的精準(zhǔn)分配及駕馭，實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)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(zhǔn)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(jìn)行了自由曲面離散點(diǎn)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(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)

目前，虹科已經(jīng)具備基于全光譜面光源的2個(gè)以上復(fù)雜自由曲面序列光線追跡的曲面求解能力;具備高速試錯(cuò)智能仿真算法，可以脫離現(xiàn)有PW方法進(jìn)行光學(xué)透鏡組的初始結(jié)構(gòu)求解，大大提升了光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)出大功率紫外LED平行光源，其技術(shù)指標(biāo)十分優(yōu)異：平行半角<3°，曝光面均勻度≥95%，工作距離達(dá) 300 mm，照射面積大于200 mm × 200 mm，照明強(qiáng)度高達(dá) 60 mW/cm2。

在光源測(cè)試階段采用了9點(diǎn)測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量位置見(jiàn)測(cè)試紙的打孔位置。測(cè)試紙為測(cè)試點(diǎn)定位用紙，如下圖所示。長(zhǎng)度L，寬度W。紅點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)，在離導(dǎo)氣槽長(zhǎng)度L1為15mm ，寬度W1 為15mm 區(qū)域內(nèi)均勻排布。

測(cè)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(dá) 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(yàn)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(yīng)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(zhǔn)直性能(<2°)而且其分辨率可達(dá)0.7μm。此大功率UV-LED解決方案使用壽命長(zhǎng)、輸出穩(wěn)定性高、無(wú)需預(yù)熱或冷卻，具備低成本、高性能的優(yōu)點(diǎn)。

產(chǎn)品特點(diǎn)小結(jié)

應(yīng)用于***的定制UV-LED平行光源

基于面光源的自由曲面設(shè)計(jì)技術(shù)

具有以下特點(diǎn)：

高準(zhǔn)直性能(<2°)

高輻射照度(60mW/cm2)

高光均勻度(>95%)

使用壽命長(zhǎng)

輸出穩(wěn)定性高

無(wú)需預(yù)熱或冷卻

如果您對(duì)UV-LED光源定制方案感興趣，想要了解相關(guān)信息，歡迎來(lái)電或留言咨詢，我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)!

虹科光電團(tuán)隊(duì)

虹科是一家有近30年歷史的高科技公司，與世界領(lǐng)域頂級(jí)公司包括das-Nano、Lytid、NIT、Lumencor等合作，提供先進(jìn)的高端激光器、太赫茲光源、工業(yè)相機(jī)等，并提供前沿的太赫茲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)、專業(yè)的半導(dǎo)體照明光源定制方案和激光加工監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)解決方案。虹科光電事業(yè)部致力于為客戶提供專業(yè)的光電解決方案，我們有專業(yè)的光電技術(shù)工程師，為您的光電系統(tǒng)助力!

原文標(biāo)題：虹科案例|***汞燈替代者—虹科定制大功率UV-LED平行光源

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審核編輯：湯梓紅