在日前於美國舉行的西部光電展(Photonics West)上,業界多家廠商探討了極紫外光(EUV)微影所需的250W光源、具有發展前景的紅外線與近紅外線攝影機,以及利用雷射發光二極體(LED)光源進行資料通訊等議題。

這場年度盛會提供了展示光學技術進展的舞台,深入探討橫跨新興技術與新科學,包括今年觀測宇宙的天文學新技術以及大腦成像新方法。

日本業者Gigaphoton描述其用於EUV微影的250W光源最新進展。該公司最近發佈其118W光源規格資料,並與三菱電機(Mitsubishi Electric)合作開發更高平均功率的二氧化碳(CO2)雷射放大器。

20170308 EUV NT31P1 圖1:Gigaphoton的雷射驅動電漿(LPP)光源原型

工程師早就認定,250W光源是使EUV系統可用於量產晶片的關鍵要素。到目前為止,業界唯一的EUV系統開發商ASML已經推出多種採用80W光源的原型,預計將在年底使用收購Cymer取得的技術,推出其首款125W系統。

ASML展示一款實驗中的250W光源,但要確保其長期可靠運作仍是一項挑戰。該光源有助於提高系統的輸送量,從而可用於印製先進晶片所需的細微導線。

Gigaphoton是2002至2010年間一家早期EUV工業組織的創始成員。它從2004年開始為現有的氟化氬(ArF)氣體準分子微影系統提供雷射光源,目前據稱佔據50%的市佔率,大部份銷往韓國和台灣。

「Gigaphoton的EUV研發成果是一種有趣的分支技術——他們正嘗試涉足該領域。」市場觀察機構VLSI Research總裁G.Han Hutcheson說,「如果他們提出了比Cymer更好的產品,我相信ASML將會接受——他們可不想因為缺少一種好的光源而在EUV領域敗北。」

然而,他補充說,Gigaphoton「還必須使其EUV光源更可靠地運作,並將其完全整合至ASML的系統中。目前該公司的光源和ASML的系統配合得很好。」

20170308 EUV NT31P2 圖2:Gigaphoton LPP光源原型據稱達到了4.0%的發光功率與250W輸出,可望投入高階半導體量產

ASML的發言人說,該公司與Gigaphoton之間定期舉行技術和管理評估會議,並對於兩家公司過去取得的成果發表看法。

該發言人指出:「Gigaphoton在2016年宣佈,可在4%的轉換效率下實現250W光源輸出,同時在測試時,也能以超過130W的功率連續運作119小時。三年前,ASML在類似條件下可實現170W光源。」

此外,「在去年底,ASML以12%的劑量裕度展示了210W的光源功率,同時在不增加保護氫流量的條件下,證明了250W的可行性。ASML還在其位於荷蘭費爾德霍芬(Veldhoven)的總部基地以符合規格的劑量展示200W的光源功率,並在一年內使性能指標提高了2倍。」

她並補充說,「客戶已經承諾嵌入EUV,而我們也正進入下一階段的工業化。」

歐洲微電子研究中心Imec展示一款帶有新型混合影像感測器的原型攝影機,該感測器整合了彩色和窄頻的近紅外線(NIR)濾波器。RGB-NIR感測器支援晶片上微鏡頭,以創造成小至5um的畫素。NIR導通濾波器可經調節,以符合諸如特定雷射或LED光的波長等要求。

Imec專案經理Andy Lambrechts說:「這種整合彩色視圖與一個或多個近紅外線窄頻的能力,將是實現下一代3D、虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)平台以及機器視覺、醫療、汽車和安全監控等應用的關鍵推手。」

Imec以晶圓級製作光學濾波器,將其沉積在CMOS影像感測器畫素的頂部。目前,這款新的感測器已可提供早期樣片。

另外,M-Squared Lasers公司展示其所謂的單畫素攝影機,在可攜式裝置中結合了紅外線影像和化學檢測。M-Squared與英國一家成像實驗室合作開發了可以產生甲烷氣體即時視訊的低成本成像器。

這款所謂的GasSight感測器使用雷射二極體,以1.65μm波長(可吸收甲烷的波長)照射場景。紅色甲烷雲影像覆蓋在整個場景的彩色影像上。該系統已經實驗室驗證,工程師目前正在研究靈敏度範圍達3公尺的版本。

單畫素途徑的目的在於降低數百萬美元的紅外線畫素陣列成本。近20億美元的氣體感測市場範圍包括石油和天然氣、建設與建築、食品加工以及工廠和水處理廠的檢測等產業。

20170308 EUV NT31P3 圖3:Imec展示原型相機中的多光譜成像儀(來源:Imec)

無線光通訊技術(Light Fidelity;Li-Fi)發明人Harald Haas也在會中發佈技術新進展。該技術使用可視LED實現無線光通訊,Haas預計,Li-Fi總有一天也會像當今的Wi-Fi、蜂巢式或廣播網路一樣得到應用。

Haas並發表打造小型Attocell網路的Li-Fi元件新進展,並展示這些網路的建模結果。他還重點展示現成的商用太陽能電池板如何同時作為能量採集器與Li-Fi資料檢測器。

此外,Haas並描述該技術商業化所面臨的挑戰,例如當有多個光源發送獨立資料串流時如何處理共用通道的干擾。

Haas是PureLiFi公司創辦人和首席科學家,該公司在去年12月宣佈計畫在新加坡進行首次Li-Fi現場試驗。該公司並與法國LED照明供應商Lucibel合作,於去年9月推出首款Li-Fi產品。另外,美國海軍研究實驗室(U.S. Naval Research Lab)的Alberto Pique描述了一種用於製造3D印刷電子的雷射直寫技術。具體來說,該技術稱為雷射誘導前向轉換,用於協助先驅者實現對各種尺度和材料的精確控制。

在理論科學領域,馬克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)的研究人員討論從2015年9月以來在天文學中使用引力波觀察宇宙的情況。關於神經光子學的專題研討會則討論以更高解析度對人類大腦中越來越大的部份實施成像的進展。

20170308 EUV NT31P4 圖4:Haas在愛丁堡大學研究Li-Fi技術(來源:PureLiFi)

(參考原文:EUV in Focus at Photonics West,by Rick Merritt)