紫外LED光刻光源系统的研究进展

第 44 卷第 10 期2023年 10 月Vol.44 No.10Oct., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE高气密性的深紫外LED半无机封装技术万垂铭1，2，曾照明2，肖国伟2，蓝义安2，谢子敬3，王洪1，3*（1. 华南理工大学电子与信息学院，广东广州　510640；2. 广东晶科电子股份有限公司，广东广州　511458；3. 中山市华南理工大学现代产业技术研究院，广东中山　528437）摘要：深紫外LED可通过物理方式破坏病毒和细菌的结构，从而获得高效消毒的效果。

相比于工艺成熟的蓝光LED，如何提高深紫外LED的封装可靠性和出光率仍是关键问题。

本文采用基底预热方式微固化封装胶，结合阵列点胶方式将石英玻璃固定在镀铜围坝，制备了半无机封装的深紫外LED。

该器件的输出波长为275 nm，半峰宽约为11 nm。

对比传统类透明材料封装的器件，石英封装的深紫外LED有更高的出光率。

在真空红墨水和氦气漏率实验中，采用本文提出的半无机封装技术的深紫外LED器件表现出高密封性。

此外，在加速老化测试中，该封装器件的光衰速率在20%以内。

实验结果表明，对比有机封装的深紫外LED器件，在基底预热条件下，采用阵列点胶固定石英玻璃是现阶段提高深紫外LED可靠性的一种封装方法。

关键词：深紫外LED；可靠性；出光率；基底预热；阵列点胶中图分类号：TN383.1 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20230156Semi-inorganic Packaging Technology ofDUV-LEDs with High-vapor TightnessWAN Chuiming1，2， ZENG Zhaoming2， XIAO Guowei2， LAN Yian2， XIE Zijing3， WANG Hong1，3*（1. School of Electronics and Information Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China；2. APt Electronics Co. Ltd.， Guangzhou 511458， China；3. Zhongshan Institute of Modern Industrial Technology, South China University of Technology, Zhongshan 528437，China）* Corresponding Author， E-mail： pphwang@Abstract：Deep ultraviolet light-emitting diodes （DUV-LEDs） can physically destroy the structure of viruses and bacteria，thus achieving efficient pared with the mature blue LED process，how to improve the packaging reliability and light output efficiency of DUV-LEDs is still a key problem. In this paper， a semi-inorganic packaging DUV-LED was prepared by using substrate preheating method of micro-cured encapsulation adhesive and combining with array dispensation method to bond quartz glass in plated dam copper. The output wavelength of the device is 275 nm and its half-peak width is approximately 11 nm. Quartz-packaged DUV-LEDs have higher light out⁃put than traditional devices packaged with transparent materials. DUV-LED devices using the packaging technique presented herein exhibit high air hermeticity in vacuum red ink and helium environments. Moreover， in the accelerat⁃ed aging test， the light decay rate of this packaged device is less than 20%. Experimental results show that using ar⁃ray dispensing to bond quartz glass under substrate preheating is a packaging method to improve the reliability of DUV-LEDs compared with organic packaging.Key words：DUV-LEDs； reliability； light output efficiency； substrate preheating； array dispensing文章编号： 1000-7032（2023）10-1842-07收稿日期：2023⁃06⁃29；修订日期：2023⁃07⁃17基金项目：广州市科技计划项目（202103030002）；广州南沙区重点领域科技项目（2021ZD001）；广东省科技计划项目（2020B010171001）Guangzhou Municipal Science and Technology Plan Project（202103030002）； Nansha District Science and Technology Develop⁃ment Project of Guangzhou（2021ZD001）； Science and Technology Plan Project of Guangdong Province(2020B010171001)第 10 期万垂铭，等：高气密性的深紫外LED半无机封装技术1　引 言基于Ⅲ族氮化物材料的深紫外LED（200～280 nm）具有体积小、功耗低和绿色环保等优点，在光通信、生物检测、杀菌消毒等领域具有重要的应用价值[1-5]。

光刻机中光源技术的研究与应用光刻技术是现代微电子制造过程中不可或缺的重要工艺，它被广泛应用于半导体芯片制造、平板显示器、光纤通信等领域。

而在光刻技术中，光源作为光刻机的核心组成部分，扮演着非常重要的角色。

本文将对光刻机中光源技术的研究与应用进行探讨。

光刻机中的光源主要是紫外(UV)光源，因其具有高能量、高光强和窄半高宽等特点，能够产生高质量的光刻胶图案。

在光源的选择方面，主要有激光器、汞弧灯、氙灯等不同类型的光源可供选择。

其中，激光器是光刻机中较为常用的光源。

在光刻机中使用的激光器一般采用准分子激光器或者固体激光器。

准分子激光器包括氩离子激光器、氩氙激光器等，它们具有较高的能量密度和较好的单色性，能够提供稳定的光源。

而固体激光器则通常选择Nd:YAG激光器作为光源，其波长与光刻胶的敏化剂所吸收的波长相匹配，能够实现优良的刻蚀、增透等效果。

另外，光刻机中光源的输出功率和光强也是关注的重点。

较高的功率和光强可以提高光刻胶的曝光速率，从而提高生产效率和产品质量。

目前，激光器的输出功率可以达到几十瓦甚至上百瓦，满足了大部分应用的需求。

除了光源的选择和功率要求外，光刻机中还应注意光源的稳定性和寿命。

稳定性主要指光源的输出稳定性，即光强的波动范围。

在光刻过程中，稳定的光源能够保证相同位置的芯片图案曝光效果一致，提高产品的一致性和稳定性，减少不合格品率。

而光源的寿命则是指光源的使用寿命，一般来说，寿命较长的光源能够减少设备的停机维修时间，提高生产效率和设备的经济性。

光刻机中的光源技术在微电子制造中具有广泛的应用。

首先，在半导体芯片制造中，光刻机是非常关键的设备，其使用的光源直接影响到芯片的制造质量和性能。

通过优化光源的选择和调整，可以提高芯片的分辨率和线宽控制能力，从而提高芯片的集成度和性能。

其次，在平板显示器的制造过程中，光刻技术同样起到了重要的作用。

通过光刻机中光源的技术改进和优化，可以提高平板显示器的像素尺寸和亮度，实现更高的显示质量。

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦引用本文:宗楠, 胡蔚敏, 王志敏, 王小军, 张申金, 薄勇, 彭钦军, 许祖彦. 激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展[J]. 中国光学, 2020, 13(1): 28-42. doi: 10.3788/CO.20201301.0028ZONG Nan, HU Wei-min, WANG Zhi-min, WANG Xiao-jun, ZHANG Shen-jin, BO Yong, PENG Qin-Jun, XU Zu-yan. Research progress on laser-produced plasma light source for 13.5 nm extreme ultraviolet lithography[J]. Chinese Optics, 2020, 13(1): 28-42. doi: 10.3788/CO.20201301.0028在线阅读 View online: https:///10.3788/CO.20201301.0028您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in深紫外光刻光学薄膜Optical coatings for DUV Lithography中国光学. 2015(2): 169 https:///10.3788/CO.20150802.0169高功率皮秒紫外激光器新进展New progress in high-power picosecond ultraviolet laser中国光学. 2015(2): 182 https:///10.3788/CO.20150802.018210kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析10 kW CW diode laser cladding source and thermal effect中国光学. 2019, 12(4): 820 https:///10.3788/CO.20191204.0820大功率半导体激光合束进展Advance on high power diode laser coupling中国光学. 2015(4): 517 https:///10.3788/CO.20150804.0517陶瓷表面放电光泵浦源放电特性研究Discharge characteristics of optical pumping source by ceramic surface discharge中国光学. 2019, 12(6): 1321 https:///10.3788/CO.20191206.1321第１３卷㊀第１期２０２０年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国光学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.１３㊀Ｎｏ.１㊀Ｆｅｂ.２０２０㊀㊀收稿日期:２０１９￣０４￣１１ꎻ修订日期:２０１９￣０５￣１４㊀㊀基金项目:国家重点研发项目(Ｎｏ.２０１６ＹＦＢ０４０２１０３)ꎻ中科院关键技术团队项目(Ｎｏ.ＧＪＪＳＴＤ２０１８０００４)ꎻ国家重大科研装备研制项目(Ｎｏ.ＺＤＹＺ２０１２￣２)ꎻ国家重大科学仪器设备开发专项(Ｎｏ.２０１２ＹＱ１２００４８)ꎻ国家自然科学重点基金项目(Ｎｏ.６１５３５０１３)ꎻ中科院理化所所长基金(Ｎｏ.Ｙ８Ａ９０２１Ｈ１１)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１６ＹＦＢ０４０２１０３)ꎻＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏ￣ｇｙＴｅａｍＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ(Ｎｏ.ＧＪＪＳＴＤ２０１８０００４)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌ￣ｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.ＺＤＹＺ２０１２￣２)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.２０１２ＹＱ１２００４８)ꎻＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.６１５３５０１３)ꎻＦｕｎｄｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ(Ｎｏ.Ｙ８Ａ９０２１Ｈ１１)文章编号㊀２０９５￣１５３１(２０２０)０１￣００２８￣１５激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展宗㊀楠１ꎬ２∗ꎬ†ꎬ胡蔚敏１ꎬ３ꎬ†ꎬ王志敏１ꎬ王小军１ꎬ张申金２ꎬ薄㊀勇１ꎬ彭钦军１ꎬ２∗ꎬ许祖彦１ꎬ２(１.中国科学院固体激光重点实验室ꎬ中国科学院理化技术研究所ꎬ北京１００１９０ꎻ２.中国科学院功能晶体与激光技术重点实验室ꎬ中国科学院理化技术研究所ꎬ北京１００１９０ꎻ３.中国科学院大学ꎬ北京１０００４９)†共同贡献作者摘要:半导体产业是高科技㊁信息化时代的支柱ꎮ光刻技术ꎬ作为半导体产业的核心技术之一ꎬ已成为世界各国科研人员的重点研究对象ꎮ本文综述了激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况ꎬ重点介绍了其激光源㊁辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分ꎮ同时ꎬ指出了在提高激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题ꎬ包括提高转换效率和减少光源碎屑ꎮ特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司和荷兰的ＡＳＭＬ公司的极紫外光源装置ꎮ最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望ꎮ关㊀键㊀词:１３.５ｎｍ极紫外光刻技术ꎻ激光等离子体ꎻ极紫外光源ꎻ转换效率ꎻ光源碎屑ꎻ预脉冲激光中图分类号:Ｏ４３２.１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀ｄｏｉ:１０.３７８８/ＣＯ.２０２０１３０１.００２８Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｆｏｒ１３.５ｎｍｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＺＯＮＧＮａｎ１ꎬ２∗ꎬ†ꎬＨＵＷｅｉ￣ｍｉｎ１ꎬ３ꎬ†ꎬＷＡＮＧＺｈｉ￣ｍｉｎ１ꎬＷＡＮＧＸｉａｏ￣ｊｕｎ１ꎬＺＨＡＮＧＳｈｅｎ￣ｊｉｎ２ꎬＢＯＹｏｎｇ１ꎬＰＥＮＧＱｉｎ￣Ｊｕｎ１ꎬ２∗ꎬＸＵＺｕ￣ｙａｎ１ꎬ２(１.ＫｅｙＬａｂｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＬａｓｅｒｓꎬＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９０ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４９ꎬＣｈｉｎａ)†Ｔｈｅｓｅａｕｔｈｏｒｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｅｑｕａｌｌｙ∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｏｎｇｎａｎ＠ｍａｉｌ.ｉｐｃ.ａｃ.ｃｎꎬｐｅｎｇｑｉｎｊｕｎ＠１６３.ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｔｈｅｂａｃｋｂｏｎｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈ￣ｔｅｃｈａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｇｅ.Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙꎬｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｈａｓｂｅｃｏｍｅａｋｅｙｒｅｓｅａｒｃｈｓｕｂｊｅｃｔａｌｌａ￣ｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄ.Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｏｆ１３.５ｎｍＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(ＥＵＶＬ)ｂｙｕｓｉｎｇＬａｓｅｒ￣ＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ(ＬＰＰ).Ｉｔｍａｋｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｂｅｈｉｎｄｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｉｓｆｉｅｌｄａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ.Ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｍａｔｅｒｉ￣ａｌｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｍｉｒｒｏｒꎬａｎｄｒａｔｉｏｎａｌｅｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓꎬｔｈｅｓｈａｐｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｏｆｌａｓｅｒ.ＡｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｔｈｅＥＵＶＬａｒｅｌｉｇｈｔｄｅｂｒｉｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＥＵＶｌｉｇｈｔ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｇｉｖｅｓｓｐｅｃｉａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｏｕｔｐｕｔｄｅｖｉｃｅｓｏｆ１３.５ｎｍＥＵＶＬｍａｃｈｉｎｅｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｆａｍｏｕｓｃｏｍｐａ￣ｎｉｅｓ ＧｉｇａｐｈｏｔｏｎｏｆＪａｐａｎａｎｄＡＳＭＬｏｆｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓꎬｗｈｉｃｈｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅｍｏｒｅｔｈａｎ１００ＷｌｅｖｅｌＥＵＶｐｏｗｅｒ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｓａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｓｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:１３.５ｎｍＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(１３.５ｎｍ￣ＥＵＶＬ)ꎻＬａｓｅｒ￣ＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ(ＬＰＰ)ꎻｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｓｏｕｒｃｅꎻＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ(ＣＥ)ꎻｌｉｇｈｔｄｅｂｒｉｓꎻｐｒｅ￣ｐｕｌｓｅｌａｓｅｒ１㊀引㊀言㊀㊀自２０世纪５０年代末起ꎬ半导体行业因集成电路(ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓꎬＩＣｓ)等相关技术的兴起开始突飞猛进地发展[１]ꎮ到目前为止ꎬ该行业俨然已成为当今世界各行各业都不可或缺的 支柱 ꎮ１９６５年ꎬ高登 摩尔(ＧｏｌｄｏｎＭｏｏｒｅ)曾提出ꎬ在半导体行业的发展史上将会出现一条不变的规律 摩尔定律(Ｍｏｏｒｅᶄｓｌａｗ)[２]ꎮ该定律的内容为:每隔约１年半至两年左右ꎬ在价格不变的前提下ꎬ单个芯片上晶体管的数目和性能均会增长１倍[３]ꎮ在过去的几十年中ꎬ半导体行业一直遵循着这条规律高速发展ꎬＩＣｓ中每个硅晶片上的晶体管数目有近乎千万倍的增长ꎮ光刻技术ꎬ作为半导体产业的核心技术之一ꎬ是一种用于ＩＣｓ制造的图案形成技术ꎮ通常ꎬ光刻技术所用到的部件有光刻光源ꎬ掩模版ꎬ光刻胶等ꎮ而其工艺流程一般包括涂胶(光刻胶)ꎬ前烘ꎬ曝光ꎬ显影ꎬ坚膜ꎬ刻蚀和去胶等ꎮ光刻技术的原理是通过改变ＩＣｓ中每个晶圆上节点的最小特征尺寸(最小分辨率)ꎬ来决定每个芯片内晶体管的数目ꎮ电路节点的最小特征尺寸可通过瑞利公式得出[４]ꎮ通过瑞利公式可知ꎬ减小工艺因子常数ｋꎬ增大光学系统的数值孔径ＮＡ以及减小曝光光源的波长λ均可以使最小线宽(节点)ｄ变小ꎮ然而ꎬ前两种方案的技术难度越来越大ꎬ人们几乎已经将其做到了极限ꎮ所以ꎬ通过缩短曝光波长λ来减小线宽已成为目前光刻技术的主要研究方向ꎮ在光刻技术的发展历程中ꎬ科研人员们不断地在探索更短曝光波长的可能性ꎮ上世纪８０年代至９０年代初期ꎬ光刻主要采用高压放电汞灯产生的波长４３６ｎｍ(Ｇ线)和３６５ｎｍ(Ｉ线)作为光源ꎮ汞灯普遍应用于步进曝光机ꎬ从而实现０.３５μｍ的特征尺寸[５]ꎮ自上世纪９０年代中期后ꎬ深紫外光刻技术(ＤｅｅｐＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙꎬＤＵＶＬ)开始逐渐占据光刻技术的主导地位ꎮ工业上开始使用深紫外波段(ＤＵＶＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔꎬＤＵＶ)２４８ｎｍ的ＫｒＦ和１９３ｎｍ的ＡｒＦ准分子激光器作为曝光光源[６]ꎮ随后ꎬ当光源发展为１５７ｎｍ的Ｆ２准分子激光器时ꎬ由于光刻胶和掩模材料的局限ꎬ使得１５７ｎｍ光刻技术受到了很大的限制ꎮ研究人员们发现充入浸没液后ꎬ１９３ｎｍ光源等效波长小于１５７ｎｍꎮ另外１９３ｎｍ光刻机技术相对成熟ꎬ开发者只需重点解决浸没技术相关的问题ꎬ因而采用浸没技术的１９３ｎｍ光源逐渐取代１５７ｎｍ光源继续成为主流技术[５]ꎮ目前ꎬ荷兰ＡｄｖａｎｃｅｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ(ＡＳＭＬ)公司于２０１８年生产的ＮＸＴ:２０００ｉ(采用１９３ｎｍ光源)产品为现有最高水平的ＤＵＶ光刻机ꎬ其分辨率为３８ｎｍꎮＮＸＴ:２０００ｉ结合多次曝光套刻技术可将线宽缩小至７~５ｎｍꎮ此外ꎬＮＸＴ:２０００ｉ是ＡＳＭＬ旗下套刻精度(Ｏｖｅｒｌａｙ)最高的ＤＵＶ光刻机产品ꎬ其数值可达１.９ｎｍ(５ｎｍ节点要求Ｏｖｅｒｌａｙ至少为２.４ｎｍꎬ７ｎｍ节点要求Ｏｖｅｒｌａｙ至少为９２第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展３.５ｎｍ)[７]ꎮ但是由于多次曝光套刻技术过于复杂ꎬ使得生产成本大幅增加ꎬ而器件的产量却大幅降低[８]ꎮ可以看出ꎬＤＵＶＬ技术已经达到极限ꎬ研究人员们很难再将其所得到的线宽缩至更小的范围ꎮＥＵＶＬ采用极紫外波段(ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔꎬＥＵＶ)光源进行光刻ꎬ是最有潜力实现大规模工业化和商业化生产的光刻技术[９]ꎮＥＵＶＬ通过将曝光波长大幅减小(一个量级以上)来实现更小节点光刻ꎬ其一次曝光线宽的数值可达１０ｎｍ以内[１０]ꎮ在ＥＵＶ波段中ꎬ１３.５ｎｍ的ＥＵＶ(１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ)光源的可行性已被理论和实验研究所验证ꎬ并已成功运用到现有的商业光刻机中ꎮ２㊀ＥＵＶＬ技术的历史与现状㊀㊀ＥＵＶＬ技术于上世纪８０年代末由美国和日本的相关研究人员提出ꎬ他们指出用波长为１０~３０ｎｍ的ＥＵＶ光作为光刻机的光源可以大幅缩小ＩＣｓ的最小特征尺寸ꎮ随后ꎬ一些国家的公司和研究机构对ＥＵＶＬ的发光原理ꎬ实现过程以及工业化生产等方面进行了大量研究ꎮ如:国际著名公司(如:ＩｎｔｅｌꎬＧｉｇａｐｈｏｔｏｎꎬＡＳＭＬ等)ꎬ著名研究机构(如:美国ＳａｎｄｉａＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＳＮＬ)ꎬＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＬＬＮＬ)ꎬＬａｗｒｅｎｃｅＢｅｒｋｌｅｙＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ(ＬＢＮＬ)ꎻ日本产业技术综合研究所等)以及许多知名大学(如:美国普渡大学ꎬ加利福尼亚大学ꎻ日本九州大学ꎻ瑞士苏黎世联邦理工学院等)ꎮ经过近３０多年的研究ꎬＥＵＶＬ技术获得巨大进展ꎬＡＳＭＬ㊁Ｉｎｔｅｌ及Ｎｉｋｏｎ等公司均有ＥＵＶＬ演示样机的报道[３ꎬ１１ꎬ１２]ꎬ但目前仅ＡＳＭＬ有在售产品ꎮ国内对ＥＵＶＬ技术的研究起步较晚ꎬ主要是由中国科学院和部分高校的一些团队在进行相关研究工作ꎮ中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(简称长春光机所)对ＥＵＶＬ的研究较早ꎬ自上世纪９０年代末就对ＥＵＶ光和Ｘ射线成像技术进行了相关研究ꎮ国内第一套ＥＵＶ光刻原理装置是于２００２年由长春光机所研制出来的ꎬ该款装置的出现标志着我国实现了对ＥＵＶＬ原理性的贯通ꎮ２００８年ꎬ国家科技重大专项(０２专项)将ＥＵＶＬ技术列为 ３２~２２ｎｍ装备技术前瞻性研究 重要攻关任务ꎬ长春光机所为 极紫外光刻关键技术研究 项目的牵头单位ꎮ该项目研究团队经过８年的研究ꎬ最终研制出线宽为３２ｎｍ的ＥＵＶ光刻投影曝光装置ꎮ２０１７年ꎬ 极紫外光刻关键技术研究 项目通过验收[１３]ꎮ此外ꎬ中国科学院上海光学精密机械研究所的蔡懿等人[１４]ꎬ长春理工大学林景全课题组[９]ꎬ哈尔滨工业大学李小强等人[１]以及华中科技大学㊁同济大学等相关课题组[１５￣１６]均对ＥＵＶＬ的靶材选取㊁驱动光源设计㊁碎屑处理系统等装置进行了理论和实验研究ꎮＥＵＶＬ技术是每年国际光学工程学会会议(ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｈｏｔｏ￣ＯｐｔｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ(ＳＰＩＥ)Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ)所讨论的主要议题之一ꎮＥＵＶＬ光刻机主要由３部分组成:ＥＵＶ光源系统㊁ＥＵＶ光反射收集系统以及照明曝光刻蚀系统组成ꎮ由于ＥＵＶ光波长较短ꎬ能量较高ꎬ其在介质中存在较为强烈的吸收ꎮ研究人员通过不断地优化和改进ＥＵＶ光的收集装置ꎬ最终采用多个多层膜反射镜组合成ＥＵＶ光学反射收集系统ꎮ照明曝光刻蚀系统是将收集到的ＥＵＶ光通过多层膜反射镜系统传送到光刻掩模版(掩模版上含有所需要的电路信息)上ꎮＥＵＶ光再同样通过多层膜反射镜系统最终聚焦到硅晶片上进行曝光刻蚀ꎮＥＵＶ光源的产生方案有很多ꎬ是下文所要介绍的重点内容ꎮ３㊀极紫外光刻的核心 光源技术㊀㊀为满足极紫外光刻需求ꎬ其光源应具有如下性能:(１)输出功率达百瓦量级ꎬ且功率波动小ꎻ(２)较窄的激光线宽ꎻ(３)较高的系统效率ꎻ(４)可接受的体积和重量ꎻ(５)可长时间㊁高可靠性运转ꎻ(６)维修㊁维护成本低ꎻ(７)低污染ꎮ目前ꎬ主要有４种方案可以获得ＥＵＶ光源ꎬ分别是:同步辐射源㊁激光等离子体(ＬａｓｅｒＰｒｏ￣ｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａꎬＬＰＰ)㊁放电等离子体(ＤｉｓｃｈａｒｇｅｄＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａꎬＤＰＰ)和激光辅助放电等离子体(Ｌａｓｅｒ￣ａｓｓｉｓｔｅｄＤｉｓｃｈａｒｇｅＰｌａｓｍａꎬＬＤＰ)ꎮ选取哪一种方案ꎬ并如何运用该方案以大幅提高ＥＵＶＬ０３光刻机光源的功率来满足大规模工业生产(ＨｉｇｈＶｏｌｕｍｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬＨＶＭ)的需要成为世界各国所必须攻克的主要难题之一ꎮ３.１㊀同步辐射源㊁ＬＰＰ㊁ＤＰＰ㊁ＬＤＰ原理和比较同步辐射源的优点是可以产生高功率的ＥＵＶ光ꎬ而且它对光学原件无碎屑污染ꎬ故可以长时间稳定地输出ＥＵＶ光ꎮ但是ꎬ过于复杂和庞大的装置构造以及极其高昂的造价等都表明同步辐射源并不适用于ＨＶＭ生产[９]ꎮＬＰＰ㊁ＤＰＰ和ＬＤＰ都是通过高能量束使靶材产生较高的温升ꎬ从而产生高温㊁高密度的等离子体并发射ＥＵＶ光ꎮ虽然它们的形成方法有所差异ꎬ但却可以使用相同靶材ꎮＬＰＰ是以高强度的脉冲激光为驱动能源照射靶材ꎬ使靶材产生高温等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ图１是激光等离子体产生ＥＵＶ光的示意图[１７]ꎮ其中ꎬ采用数十千瓦功率的激光从一圆孔进入打在液滴Ｓｎ靶上ꎬ产生的极紫外光通过多层介质膜反射镜反射汇聚在中心焦点(ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｏｃｕｓꎬＩＦ)处ꎮ图１㊀ＬＰＰ￣ＥＵＶ光源示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｆｏｒＥＵＶｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅＤＰＰ是将靶材涂覆在阳极和阴极之间ꎬ两个电极在高压下产生强烈的放电使靶材产生等离子体ꎮ由于Ｚ箍缩效应ꎬ当洛伦兹力收缩等离子体时ꎬ等离子体被加热ꎬ产生ＥＵＶ光ꎮ图２是放电等离子体产生ＥＵＶ光的示意图[１７]ꎮ其中ꎬ靶材也为Ｓｎ靶ꎮＳｎ靶后面为一组叶片ꎬ即所谓的 箔片陷阱 ꎬ可防止Ｓｎ碎屑到达叶片后面的收集器(即反射镜)而使其被污染ꎮ最后ꎬＥＵＶ光汇聚于ＩＦ点ꎮＬＤＰ是将ＬＰＰ与ＤＰＰ结合起来ꎬ先用脉冲激光照射靶材ꎬ使靶材细化ꎬ再运用ＤＰＰ技术放电使靶材产生ＥＵＶ光ꎮ对比上述４种方案ꎬ由于同步辐射源的缺点极难被克服ꎬ目前可以实现工业化ＥＵＶ光刻机生产的方案为后３种ꎮＤＰＰ和ＬＤＰ具有很多相似之处ꎬ它们均可以通过增大放电电流的功率来提高ＥＵＶ光的输出功率ꎮ但是ꎬ在靶材产生等离子体的过程中ꎬ一定会对电极产生热负荷和腐蚀ꎬ造成关键元件的损坏ꎬ所以需要经常清理和更换电极ꎮ此外ꎬＤＰＰ的产生过程中伴随着大量的光学碎屑ꎬ严重地损坏了光学收集系统ꎮ上述问题尚未找到较好的解决办法ꎬ因而ꎬＤＰＰ和ＬＤＰ方案都很难维持长时间的稳定工作状态ꎻ而ＬＰＰ是以高功率激光辐射靶材ꎬ这相较于ＤＰＰ和ＬＤＰ方案ꎬ因没有损伤电极的困扰而较大地消减了装置的热负荷ꎬ产生的光源也较为稳定ꎮ而且ꎬＬＰＰ所产生的碎屑量低于ＤＰＰꎮ从长远的发展趋势上看ꎬ鉴于ＬＰＰ的诸多优点ꎬ现用于ＨＶＭ的方案多以ＬＰＰ为主ꎮ荷兰的ＡＳＭＬ公司和日本的Ｇｉｇａ￣ｐｈｏｔｏｎ公司都已经做出了性能良好的基于ＬＰＰ的ＥＵＶ光源ꎮ下文将主要介绍如何提高ＬＰＰ光源的转换效率(ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬＣＥ)以及如何减少ＬＰＰ光源碎屑等关键技术ꎮ图２㊀ＤＰＰ￣ＥＵＶ光源示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｆｏｒＥＵＶｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ３.２㊀多层膜反射镜由于光子能量极高的ＥＵＶ光几乎可被所有介质所吸收ꎬＥＵＶ多层膜反射镜作为光学系统的重要元件成为了ＥＵＶ光源的一项关键技术ꎬ需实现ＥＵＶ波段的高反射率[１８]ꎮ近年来ꎬ科研人员们通过研究发现ꎬ采用Ｍｏ/Ｓｉ多层膜制备出的反射镜对中心波长为１３.５ｎｍ㊁光谱带宽(Ｂａｎｄ￣１３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展ｗｉｄｔｈꎬＢＷ)在２％以内ＥＵＶ光的反射率可达７０％[１９]ꎮ通过将Ｍｏ原子和Ｓｉ原子交替排列ꎬ可使１３.５ｎｍ的ＥＵＶ光在其中发生干涉ꎬ从而得到较高的反射效率[２０]ꎮ３.３㊀ＥＵＶ光源ＣＥ(ＥＵＶ￣ＣＥ)的提高对于商业化大规模生产的ＥＵＶ光刻机ꎬ如何在降低成本的情况下提高晶圆的生产率是一个极为重要的问题ꎮ到目前为止ꎬ根据ＡＳＭＬ公司２０１７年所生产的最新ＥＵＶ光刻机设备ＮＸＥ:３４００Ｂ的参数可得ꎬ在实际光刻生产中ꎬ该款设备每小时操作的晶圆数目可以达到１２５片以上ꎮ这就要求ＥＵＶ光源在进入光刻系统以前ꎬＩＦ点的输出功率必须在２０５Ｗ以上ꎮ目前为止ꎬＡＳＭＬ公司和Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司的ＥＵＶ光源设备均可输出２５０Ｗ较为稳定的ＥＵＶ光ꎬ最大值甚至可以达到３７５Ｗ[２１￣２２]ꎮ然而ꎬ相较于ＥＵＶ光刻机高昂的成本而言ꎬ这样的生产效率和输出功率仍然有较大的提升空间ꎮ因而ꎬ找到如何能够有效提高ＥＵＶ光源ＣＥ的方案已成为了ＥＵＶＬ的一个重点研究方向ꎮ光源的ＣＥ值是指ＥＵＶ输出能量除以输入激光能量并换算成百分数后所得到的数值ꎮ目前ꎬ提高ＣＥ的途径主要有以下几种:(１)优选靶材组份及形态ꎻ(２)优选激光源ꎻ(３)采取双脉冲的方案ꎮ３.３.１㊀靶材的选取选择中心波长为１３.５ｎｍ㊁２％带宽内的ＥＵＶ光作为光刻光源是由Ｍｏ/Ｓｉ多层膜反射镜的特性所决定的ꎬ而能在此波段发出ＥＵＶ光的靶材有很多种ꎮ研究人员通过相关的理论和实验研究发现ꎬ氙(Ｘｅ)㊁锂(Ｌｉ)㊁锡(Ｓｎ)等为该波段范围内的主要靶材ꎮ通过仿真计算的方法可以得到１１镜系统在不同靶材(ＳｎꎬＬｉꎬＸｅ)中近垂直入射方向的反射率[２３￣２４]ꎮ其中Ｓｎ在１３.５ｎｍ波长处的反射率占比最大ꎮ最初ꎬ人们比较关注Ｌｉ靶[２５]ꎮ锂的类氢离子Ｌｉ２＋的Ｌｙα跃迁恰好与波长为１３.５ｎｍ的ＥＵＶ光谱相对应ꎮ可是当稳态Ｌｉ等离子体处在高温的环境下时ꎬ会有极少量的Ｌｉ２＋离子处于电离平衡态[２６]ꎬ也就是说ꎬ等离子体仅由剩余的原子核和自由电子组成ꎬ并且无任何谱线发出ꎮＴ.Ｈｉ￣ｇａｓｈｉｇｕｃｈｉ和Ａ.Ｎａｇａｎｏ等人的研究表明ꎬ基于ＬＰＰ的Ｌｉ靶产生的１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光的ＣＥ只有１％~２％左右ꎮ较低的ＣＥ表明ꎬＬｉ靶并不能作为ＥＵＶＬ光源中的最佳靶材[２７￣２８]ꎮ随后ꎬ人们又对Ｘｅ靶做了相关研究ꎮ因为Ｘｅ靶是清洁能源ꎬ所以它具有不产生碎屑ꎬ对光学系统损伤小ꎬ可以长期工作而无需更换光学元件等优点[２９]ꎮ然而通过实验可以发现ꎬ基于ＬＰＰ的Ｘｅ靶产生１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光的ＣＥ仅有１％左右ꎬ主要由Ｘｅ元素的一种离子Ｘｅ１０＋在４ｄ８ң４ｄ７５ｐ的跃迁产生ꎬ除了较为低下的ＣＥ外ꎬＸｅ的光谱纯度也较差[３０]ꎮ最后ꎬ基于ＬＰＰ的Ｓｎ靶在１３.５ｎｍꎬ２％带宽内的ＥＵＶ来源极为广泛ꎬ主要由Ｓｎ等离子体中的高价态离子Ｓｎ８＋￣Ｓｎ１２＋跃迁形成[３１]ꎬ相关文献给出了Ｓｎ８＋㊁Ｓｎ９＋㊁Ｓｎ１０＋㊁Ｓｎ１１＋离子的ＥＵＶ谱线跃迁图[３２]ꎮ目前ꎬＳｎ的ＥＵＶ￣ＣＥ值可达５％~６％[２１]ꎮ研究人员发现固体Ｓｎ靶几何形状的差异对ＥＵＶ辐射也有很大影响ꎮ因此ꎬ人们对包括平板形靶㊁限腔形靶㊁球形靶㊁空腔形靶㊁纳米结构靶㊁液滴形靶在内的固体Ｓｎ靶进行了相关研究[２６]ꎮ早期ꎬ人们以平面Ｓｎ作为靶材ꎮ然而ꎬ用激光照射平板Ｓｎ靶ꎬ会造成被激光光束聚焦中心照射部分靶材的温度远高于周围其他部分ꎮ而由于存在较大的温度梯度ꎬ中心部分的等离子体膨胀速度快ꎬ周围部分的等离子体膨胀速度慢ꎮ速度较慢的等离子体会对速度较快的等离子体所在的区域ꎬ也就是ＥＵＶ发射主导区域(ＥｍｉｓｓｉｏｎＤｏｍｉ￣ｎａｎｔＲｅｇｉｏｎꎬＥＤＲ)所发出的ＥＵＶ光存在较为强烈的吸收ꎬ进而影响ＥＵＶ￣ＣＥ[９]ꎮ针对平面靶材的这一缺点ꎬ２００３年ꎬＴ.Ｔｏｍｉｅ等人通过使用双脉冲照射Ｓｎ的限腔形靶并在入射激光相反的方向收集ＥＵＶ光ꎮ该方案证明了限腔形Ｓｎ靶相较于平板Ｓｎ靶具有更高的ＥＵＶ￣ＣＥ[３３]ꎻ２００５年ꎬＹ.Ｔａｏ等人也为克服平板靶材的缺点ꎬ在Ｓｎ条靶材的底部放置了具有一定厚度和宽度的碳氢薄膜ꎮ然后ꎬ用激光光束照射Ｓｎ条靶材和碳氢薄膜ꎬ使Ｓｎ条为被脉冲激光束聚焦中心照射的部分ꎬ而碳氢薄膜则为激光光斑边缘的照射部分ꎮ因为碳氢等离子体质量小ꎬ其膨胀速度较快ꎬ该方案成功地消减了由于温度分布不均匀性对ＥＤＲ区所产生的影响ꎬ使得ＥＵＶ￣ＣＥ提高了１.４２３倍[３４]ꎻ同年ꎬＹ Ｓｈｉｍａｄａ等人尝试将Ｓｎ靶材的形状由平板换为了球形ꎮ他们将直径为几微米的球形塑料靶材表面涂满厚度为微米量级的Ｓｎꎬ最终得到了最大值为３％的ＣＥ[３５]ꎻ２００８年ꎬＳ.Ｙｕｓｐｅｈ等人同样研究了球形Ｓｎ靶对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ结果与Ｙ Ｓｈｉｍａｄａ等人的结论一致ꎬ球形Ｓｎ靶具有较高的ＣＥꎬ而且ＣＥ会随着Ｓｎ靶直径与焦斑大小比值的减小而逐渐增加[３６]ꎻ２０１０年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人研究了凹槽形靶对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ他们发现当脉冲激光打在平板Ｓｎ靶上的同一点的脉冲数量逐渐增多时ꎬ等离子体ＥＵＶ￣ＣＥ从２.７％增加到了５％ꎬ而辐射ＥＵＶ的等离子体区域也较之前拉长了近一倍[３７]ꎻ２０１４年ꎬＴ.Ｃｕｍ￣ｍｉｎｓ等人对楔形结构的Ｓｎ靶做了相关研究ꎬ并最终发现楔形Ｓｎ靶的ＥＵＶ￣ＣＥ约为３.６％[３８]ꎻ后来ꎬ为降低离子碎屑㊁提高ＥＵＶ￣ＣＥꎬ人们开始逐渐减小Ｓｎ靶的尺寸ꎬ并最终将液滴Ｓｎ靶作为主要研究对象ꎮ这是因为液滴Ｓｎ靶好操控且碎屑较少ꎬ故其ＣＥ较高ꎮ一些光源供应公司对液滴Ｓｎ靶进行了相关研究ꎬ最终确定将其作为ＥＵＶ光刻机光源的辐射靶材[３９￣４０]ꎮ世界知名高校九州大学(日本)㊁大阪大学(日本)ꎬ苏黎世联邦理工学院(瑞士)等大学也较早开展了对液滴Ｓｎ靶的研究[４１]ꎮ目前ꎬ用于ＨＶＭ的ＥＵＶ光刻机光源均是采用液滴Ｓｎ靶ꎮ虽然液滴Ｓｎ靶能达到较为理想的ＥＵＶ￣ＣＥꎬ但其时间和空间的不稳定性为光刻机光源的设计和制造增加了难度[２６]ꎮ３.３.２㊀驱动光源的选择选择ＬＰＰ作为ＥＵＶ驱动光源时ꎬ激光波长㊁激光脉宽以及入射激光光束聚焦情况的改变均可以影响ＥＵＶ￣ＣＥ[４２￣４５]ꎮＣＯ２激光器与Ｎｄ:ＹＡＧ激光器是较为合适的ＥＵＶＬ激光器ꎮ因为这两种激光器的输出功率较大ꎬ能量转换效率高ꎬ可以实现高功率的ＥＵＶ光输出ꎮ２００７年ꎬＪ.Ｗｈｉｔｅ等人分别通过将上述两种类型的激光器照射Ｓｎ靶ꎬ分析了不同激光波长对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响ꎮ当能量等条件相同时ꎬ用波长分别为１０.６μｍ㊁１０６４ｎｍ㊁３５５ｎｍ的激光照射Ｓｎ靶产生ＥＵＶ光ꎮ他们发现相较于使用Ｎｄ:ＹＡＧ激光脉冲ꎬ使用ＣＯ２激光脉冲能获得较高的ＣＥ(两者比值为２.２)ꎬ而且辐射出的ＥＵＶ光功率也较高[４２]ꎮ图３为ＣＯ２激光与Ｎｄ:ＹＡＧ激光诱发激光等离子体ＥＵＶ辐射区域与激光能量沉积区域的比较[４５]ꎮ由图３可以看出ꎬＣＯ２激光之所以具有更高的ＣＥ是因为脉冲激光能量沉积区与ＥＵＶ辐射区相距不远ꎬ这样便于激光能量快速转移到等离子体中辐射ＥＵＶ光ꎮ同年ꎬ日本ＥＵＶＬ系统发展协会的ＡｋｉｒａＥｎｄｏ等人进行了类似的实验ꎮ他们发现用ＣＯ２激光作为驱动光源产生碎屑数量少ꎬ光谱纯度高[４６￣４７]ꎮ图３㊀Ｎｄ:ＹＡＧ激光(ａ)与ＣＯ２激光(ｂ)等离子体激光能量吸收区域和极紫外辐射区域Ｆｉｇ.３㊀Ｌａｓｅｒｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒ￣ｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａ.(ａ)Ｎｄ:ＹＡＧｌａｓｅｒａｎｄ(ｂ)ＣＯ２ｌａｓｅｒ㊀㊀２００９年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人研究入射激光光束聚焦情况对ＥＵＶ￣ＣＥ的影响时发现ꎬ当激光正３３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展好聚焦到Ｓｎ靶上时并不能获得最理想的ＣＥ值ꎮ为此ꎬ他们通过相关实验找出了获得最佳ＣＥ时激光在靶材上的光斑尺寸ꎬ并发现最佳聚焦条件时的ＣＥ值比聚焦到靶材上时的ＣＥ值高了近２５％[４４]ꎻ同年ꎬ基于上述现象ꎬＫａｓｐｅｒｃｚｕｋ等人解释了激光聚焦条件影响ＥＵＶ￣ＣＥ的原因ꎮ实际上ꎬ聚焦会使靶材初始等离子状态受到极大影响ꎬ因而后续的激光脉冲会与受影响的初始等离子体相互作用而影响实验结果ꎮ３.３.３㊀双脉冲作用效果有学者研究发现ꎬ可以先用预脉冲照射液滴Ｓｎ靶ꎬ产生初始等离子体碎片ꎮ设计好延迟时间后ꎬ再用高功率密度的主脉冲照射初始等离子体碎片ꎬ产生高温㊁高密度的等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ这种方案的优势在于预脉冲使液滴体积变大ꎬ易于后面的主脉冲与其发生作用ꎬ提高了主脉冲激光的利用率以及最终的ＣＥ值ꎮ在双脉冲照射实验中ꎬ常使用Ｎｄ:ＹＡＧ激光作为预脉冲激光源ꎬ可有效地提高ＥＵＶ￣ＣＥꎮ这是因为Ｎｄ:ＹＡＧ激光具有更深的穿透深度㊁更高的等离子体临界密度ꎬ可气化更多的靶材等优点[２６]ꎮ２００８年ꎬＳｈｉｎｓｕｋｅＦｕｊｉｏｋａ等人采用Ｎｄ:ＹＡＧ激光(预脉冲)和ＣＯ２激光(主脉冲)照射液滴Ｓｎ靶[４８]ꎮ他们的实验结果表明双脉冲激光辐射液滴Ｓｎ靶产生的ＥＵＶ￣ＣＥ基本都高于单脉冲激光所产生的ＥＵＶ￣ＣＥꎻ２０１２年ꎬＦｒｅｅｍａｎ等人将预脉冲激光波长分别设置为２６６ｎｍ(４倍频的Ｎｄ:ＹＡＧ激光)和１０６４ｎｍꎬ研究了不同预脉冲波长对ＣＯ２激光辐射Ｓｎ靶产生ＥＵＶ光的影响[４９]ꎮ他们发现ꎬ１０６４ｎｍ预脉冲激光相较于２６６ｎｍ预脉冲激光所产生的离子碎屑少ꎬ这间接证明了用１０６４ｎｍ的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器作为预脉冲激光时ꎬ碎屑粒子具有更低的动能ꎮ３.４㊀碎屑问题ＬＰＰ通过激光辐射靶材产生高温㊁高密度的等离子体并辐射ＥＵＶ光ꎮ在此过程中ꎬ必然会产生一定数量的碎屑ꎮ这些碎屑主要由熔融液滴㊁微粒团簇㊁中性碎屑原子和高能离子组成[３３]ꎮ其中ꎬ速度最慢的微粒团簇ꎬ直径大约在微米量级以上ꎬ运动速度约为１０３ｃｍ/ｓ左右ꎻ高能离子因具有较高能量而运动最快ꎬ速度可达１０６~１０７ｃｍ/ｓ[５０]ꎻ中性粒子碎屑的速度介于上述两者之间ꎮ碎屑问题作为ＥＵＶ光刻机大规模工业化生产过程中不可忽视的问题之一ꎬ其影响具体表现在:(１)碎屑会损伤光源的收集系统ꎬ碎屑中的高能离子会撞击多层膜反射镜ꎬ造成多层膜反射镜结构被破坏ꎮ同时ꎬ能量较低㊁速度较慢的中性碎屑粒子有一定的概率会附着在多层膜反射镜上ꎬ吸收生成的ＥＵＶ光并加热多层膜反射镜ꎬ进一步破坏其结构ꎮ无论是高能粒子还是中性原子ꎬ都会使多层膜反射镜的反射率降低ꎬ导致ＥＵＶ光刻机设备中的一些反射镜需要时常更换ꎬ从而影响光源长时间的稳定工作ꎻ(２)中性粒子等碎屑会吸收ＥＵＶ辐射ꎬ而且亚微米级的微粒团簇和熔融液滴因不能完全被运用到产生ＥＵＶ辐射的过程中而被浪费ꎬ这些均可能限制ＥＵＶ￣ＣＥꎮ综上所述ꎬ减少ＬＰＰ￣ＥＵＶ过程中所产生的碎屑是极为重要的ꎮ对于微米量级以上的碎屑ꎬ可以通过上一小节中所提到的双脉冲激光辐射方案除去[５１]ꎮ对于其他种类的碎屑问题ꎬ科研人员们也分别做了大量实验研究ꎮ２００３年ꎬＧ.Ｎｉｉｍｉ等人通过在光源的收集装置中添加磁场研究了ＬＰＰ离子碎屑的特性ꎮ结果发现ꎬ在磁场的作用下ꎬ离子信号有明显的下降ꎬ而且距离磁场越近ꎬ下降比例越明显[５２]ꎻ２００７年ꎬＳ.Ｓ.Ｈａｒｉｌａｌ等人又在有磁场的光源收集系统中加入了缓冲气体ꎬ实验发现缓冲气体不仅可以减缓高能碎屑离子ꎬ同时也能抑制中性碎屑粒子[５３]ꎻ２０１２年ꎬ孙英博等人在光源系统中充入氩气㊁氦气等缓冲气体ꎬ研究了不同种类的缓冲气体对Ｓｎ离子碎屑缓解效果的影响[５４]ꎮ目前市售ＥＵＶ光刻机产品均采用将充入惰性气体或氢气和外加磁场相结合的方案除去碎屑[２１ꎬ５５]ꎮ充入惰性气体的好处在于:(１)充入气体的分子与碎屑离子相撞ꎬ降低了其运动速度ꎬ流动的气体还可将碎屑离子吹到远离多层膜反射镜的区域ꎬ减少其对光学收集系统的损害ꎻ(２)当充入的气体是氢气时ꎬ靠近器壁的氢气通过放电的方式形成电容耦合的氢气等离子体ꎬ其中的Ｈ自由基可以与Ｓｎ粒子发生化学反应ꎬ反应的化学方程式为Ｓｎ(ｓ)＋４Ｈ(ｇ) ＳｎＨ４(ｇ)ꎬ产生了热蒸汽ＳｎＨ４ꎬ通过真空抽吸的容器可以去除热气体和４３Ｓｎ蒸气ꎮ加入磁场的优点在于:(１)因为ＥＵＶ光为主要由Ｓｎ离子和电子组成的Ｓｎ等离子体发射ꎬ所以几乎所有的Ｓｎ离子都可以通过拉莫尔运动而被强磁场捕获ꎻ(２)一些中性原子可以通过与离子碰撞的方式ꎬ发生电荷交换成为离子而被磁场捕获ꎮ最终这些碎屑粒子均可被碎屑收集装置所收集ꎮ４㊀目前１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光刻机光源产品㊀㊀目前ꎬ已经收购Ｃｙｍｅｒ公司(世界领先的激光源供应商)的荷兰光刻机巨头ＡＳＭＬ公司和日本Ｇｉｇｐｈｏｔｏｎ公司几乎垄断了全球激光光刻机光源产业ꎬ他们都可以独立地制造出基于ＬＰＰ的ＥＵＶ光刻机光源ꎮＡＳＭＬ公司于１９８４年成立ꎬ公司的总部现位于荷兰费尔德霍芬ꎬ是一家半导体设备制造和销售公司ꎮ目前ꎬ英特尔ꎬ三星ꎬ中芯国际等国际知名公司都从ＡＳＭＬ公司采购光刻机ꎬ其市场份额已达到７０％ꎮ售价１亿美元一台的ＥＵＶ光刻机ꎬ全世界仅ＡＳＭＬ公司可以生产ꎮ２０１７年ꎬ全世界出货的光刻机中有１９８台由ＡＳＭＬ所制造ꎬ其中ＥＵＶ光刻机为１１台[１３]ꎻ２０１８年全世界出货的光刻机中有２２４台为ＡＳＭＬ公司制造ꎬ较２０１７增长１３.１３％ꎬ其中１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光刻机销售量为１８台ꎬ较２０１７年增加了６３.６４％[５６]ꎮ２０１９年ꎬＡＳＭＬ公司ＥＵＶ光刻机的年销量将达到３０台ꎮ图４将ＡＳＭＬ公司近年来所生产的几款ＥＵＶ光刻机设备参数进行了对比(ＮＸＥ:３４００Ｃ为即将发售的产品)[２１]ꎮ由图４可以看出ꎬＮＸＥ系列产品每小时操作的晶圆数目从最初的６０片(光源ＩＦ点聚焦功率为１００Ｗ)增长到１２５片(光源ＩＦ点聚焦功率为２４５Ｗ)ꎮ２０１８年年末至２０１９年年初ꎬＡＳＭＬ公司改良后的ＮＸＥ:３４００Ｂ(光源ＩＦ点聚焦功率为２５０Ｗ)产品ꎬ每小时的晶圆操作数可达１４５个ꎬ分辨率可达１３ｎｍ以下ꎬＯｖｅｒｌａｙ为１.７ｎｍ(满足５ｎｍ节点的工艺需求)ꎮＡＳＭＬ公司在２０１９年下半年推出的新款产品ＮＸＥ:３４００Ｃ每小时操作的晶圆数为１５５~１７０片ꎬ其ｏｖｅｒｌａｙ预计可达１.５ｎｍ[５７]ꎮ到２０２０年后ꎬＡＳＭＬ公司还预计将新版本产品光源ＩＦ点聚焦功率提升到３５０Ｗ以上[２]ꎮ图４㊀ＡＳＭＬ￣ＥＵＶＬ￣ＮＸＥ系列产品Ｆｉｇ.４㊀ＡＳＭＬ￣ＥＵＶＬ￣ＮＸＥｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓ㊀㊀Ｇｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司于２０００年在日本栃木县小山市成立ꎮ不同于ＡＳＭＬ等光刻机公司ꎬＧｉｇａｐｈｏ￣ｔｏｎ是一家激光器光源供应商ꎮ它自成立以来一直为全球包括ＡＳＭＬꎬＮｉｋｏｎꎬＣａｎｏｎ等半导体行业巨头提供激光光源ꎬ其光源技术一直处于世界领先水平ꎮＧｉｇａｐｈｏｔｏｎ于２００２展开了对ＥＵＶ光源的研究ꎮ到目前为止ꎬＧｉｇａｐｈｏｔｏｎ公司共设计了３款１３.５ｎｍ￣ＥＵＶ光源产品ꎬ它们分别是Ｐｒｏｔｏ＃１ꎬＰｒｏｔｏ＃２和Ｐｉｌｏｔ＃１ꎮＰｒｏｔｏ＃１的设计重点是碎片减缓技术ꎻＰｒｏｔｏ＃２作为优化ＣＥ的设备ꎻＰｉｌｏｔ＃１的设５３第１期㊀㊀㊀㊀㊀宗㊀楠ꎬ等:激光等离子体１３.５ｎｍ极紫外光刻光源进展。

紫外线LED灯技术研究一、引言随着现代科技的不断进步，LED灯技术得到了越来越广泛的应用。

紫外线LED灯技术就是其中的一个分支。

随着其在生产、医疗、科研等领域得到的广泛应用，对其技术的研究也越来越广泛。

本文将围绕紫外线LED灯技术进行探讨，并对其技术研究进行分析。

二、紫外线LED灯的种类紫外线LED灯一般按照波长的不同，分为UVA、UVB、UVC三种类型。

常用的紫外线LED灯波长区间及其特点如下：1、UVA波长为320nm～400nm，通常用于消毒、杀菌、紫外线照相等领域。

2、UVB波长为280nm～320nm，通常用于美容、血液净化、医学等领域。

3、UVC波长为200nm～280nm，通常用于空气净化、水处理、医疗消毒等领域。

其中，UVC的杀菌效果最强，但其波长较短，穿透能力较差，因此应用范围较窄。

三、技术研究现状1、紫外线LED灯的制备技术：随着半导体工艺的不断进步，紫外线LED灯的制备技术也在不断完善。

目前，制备紫外线LED灯的技术主要包括气相外延法、分子束外延法、金属有机化合物气相外延法等。

2、紫外线LED灯的性能研究：紫外线LED灯的性能研究主要包括光电性能、光效率、稳定性、发光机制等方面的研究。

一方面，紫外线LED灯的光电性能直接影响其在不同领域的应用效果。

因此，对其光电性能的研究成为紫外线LED灯技术中的重要部分；另一方面，紫外线LED灯的光效率及其使用寿命也是研究重点，这会影响其在实际应用中的使用效果。

四、应用领域1、生产应用：紫外线LED灯在生产应用方面广泛应用于电子、半导体、光学等领域。

其主要应用于UV光刻、紫外线硅化、表面处理等环节。

特别是在半导体制造领域，紫外线LED灯更是有着广泛应用。

2、医疗应用：在医疗领域，紫外线LED灯主要应用于血液净化、水处理、空气净化、医疗消毒等。

在血液净化领域，紫外线LED灯通过去除血液中的病原体，起到了制止感染症状的作用；在空气净化及水处理方面，紫外线LED灯也被广泛应用于农业、食品加工等领域。

中国紫外线LED行业市场环境分析1. 引言紫外线（UV）LED是一种能够发出紫外线光辐射的半导体器件。

随着人们对紫外线应用的认识逐渐加深，紫外线LED市场也呈现出高速增长的态势。

本文将对紫外线LED市场的环境进行详细分析，包括市场规模、市场趋势、竞争格局等方面。

2. 市场规模紫外线LED市场规模呈现快速增长的趋势。

根据市场研究机构的数据显示，2019年全球紫外线LED市场规模达到XX亿美元，预计到2025年将增长至XX亿美元。

主要推动市场增长的因素包括医疗、消毒、杀菌、造纸等行业对紫外线应用的广泛需求。

3. 市场趋势3.1 技术进步随着技术的不断升级，紫外线LED的性能得到了显著提升。

目前，紫外线LED的光效已经超过了传统紫外线灯，且寿命更长。

此外，随着新的材料和制造工艺的应用，紫外线LED的制造成本也在逐渐降低，这将进一步推动市场的发展。

3.2 应用拓展紫外线LED在医疗、消毒、杀菌领域有着广泛的应用前景。

特别是在疫情爆发后，人们对于空气净化和消毒的需求进一步增加。

紫外线LED作为一种高效、绿色、安全的消毒方式，受到了越来越多的关注和应用。

3.3 政策支持各国政府对于紫外线LED市场的发展给予了支持和鼓励。

例如，加大对紫外线LED技术研发的投入、提供相关的政策扶持、制定标准和规范等。

这些政策措施将为紫外线LED市场的快速发展提供有力支撑。

4. 竞争格局当前，紫外线LED市场竞争激烈，主要存在着以下几个竞争因素：4.1 技术竞争在紫外线LED市场，各企业之间的技术竞争日益激烈。

技术创新能力和研发实力成为企业竞争的关键。

目前，一些国内外公司已经取得了一系列紫外线LED核心技术的突破，占据了市场的一定份额。

4.2 产品多样化和附加值随着市场的发展，消费者对于产品的多样性和附加值的要求日益增加。

具备不同波段和功率的紫外线LED产品将成为市场竞争的关键所在。

4.3 渠道和品牌竞争紫外线LED市场的销售渠道和品牌影响着产品的市场份额。

光刻机的新型光源技术确保芯片制造的稳定性与可靠性光刻技术在芯片制造中起到举足轻重的作用，而光刻机作为光刻技术的核心设备，光源技术更是其中的关键因素之一。

随着芯片制造工艺的不断进步，光刻机的光源技术也在不断创新与发展。

本文将介绍光刻机的新型光源技术，旨在确保芯片制造的稳定性与可靠性。

一、背景介绍光刻技术是一种利用光线照射光刻胶，并通过模板的影像形成所需图案的技术。

在芯片制造中，光刻技术广泛应用于制造微细线路和微结构。

而光刻机的光源则是提供光刻光线的重要组成部分，影响着芯片制造的质量和效率。

二、传统光源技术存在的问题传统光刻机的光源技术主要采用汞灯、氙灯等气体放电光源，虽然在一定程度上满足了芯片制造的需求，但同时也存在一些问题。

首先，传统光源技术光谱较为窄，难以满足不同材料的光刻需求；其次，传统光源技术发光强度不稳定，存在光源功率波动问题；最后，传统光源技术的能量利用率较低，无法满足节能减排的要求。

三、新型光源技术的发展与应用为了解决传统光源技术存在的问题，研究人员不断探索和创新，提出了新型光源技术。

目前，新型光源技术主要有固态激光器、LED光源等。

1. 固态激光器固态激光器是目前光刻机中最常用的新型光源技术之一。

相比传统光源技术，固态激光器具有光谱宽、发光强度稳定、能量利用率高等优点。

此外，固态激光器还可以实现脉冲宽度调节和重复频率控制，满足不同芯片制造工艺的需求。

因此，固态激光器在光刻机中得到了广泛的应用。

2. LED光源LED作为一种新型的固态光源，也在光刻机中得到了广泛的研究和应用。

与传统的气体放电光源相比，LED光源具有发光强度稳定、长寿命、能量利用率高等优点。

此外，LED光源的光谱范围广，可以满足不同材料的光刻需求。

尽管目前LED光源的功率还有待提高，但随着技术的不断进步，LED光源在芯片制造中的应用前景广阔。

四、新型光源技术的优势新型光源技术相比传统光源技术具有许多优势。

首先，新型光源技术光谱范围更广，可以满足不同材料的光刻需求。

1 紫外LED的分类与应用紫外LED一般指发光中心波长在405 nm以下的LED， LED业界通常将发光波长位于355～405 n m时称为近紫外LED，而短于300 n m时称为深紫外LED。

目前在LED的研究和生产中用到最多的材料GaN的禁带宽度为3.4 eV，对应的发光波长为365 nm，刚好处于近紫外波段范围，因此，近紫外L ED中一般采用GaN作为基材。

而深紫外L ED通过在基材Ga N中添加A l扩大带隙，获得更短的发光波长。

按照更详细的波段与用途，紫外L E D可以分为以下三类：(1)UVA：波长在315～405 n m之间，主要用于固化，医疗，印刷，光刻，验钞和光催化等；(2)UV B：波长在280～315 n m 之间，主要用于医疗，生物分析(如DNA)等；(3)UVC：波长小于280 nm，主要用于杀菌(水、空气净化)和成分分析等。

与传统的紫外汞灯相比紫外L E D 光源具有：节能省电不含汞，光束角小所需要透镜少，体积小不易碎，响应速度快，使用寿命长，发热少使用安全等优点。

某业界权威机构预估紫外LED在未来3年内市场需求将持续保持高速增长，其中以紫外固化为最大应用，其他包含PCB曝光与半导体黄光曝光，以及生技医疗领域的杀菌应用，市场将逐年扩大。

其中紫外固化方面的有两个较大的市场需求增长点：一是紫外LED美甲固化灯，凭借节能环保，安全便携，响应速度快，固化时间短等优势正在大范围取代传统汞灯美甲固化灯。

而爱美之心人皆有之，女性消费者对美甲的需求量日益剧增，近年来全国的美甲店数量一致保持快速增长的势头，美甲行业的持续火爆也给紫外L E D美甲固化灯带了更广泛的市场。

二是UV胶在制作业中的广泛应用，给紫外LED固化光源带来了市场，例如手机巨头苹果公司(Apple)使用UV胶涂布保护感测元件避免紫外线侵害，并采用紫外 LED取代传统紫外汞灯作为固化光源，在苹果领头带动之下促使紫外 LED市场应用快速成长。

波长短于250纳米的algan基深紫外led、紫外激光材料与器件关键技术AlGaN基深紫外LED（Light Emitting Diode）以及紫外激光器材料与器件的关键技术一直是研究领域中的热点问题之一。

这些技术对于发展光电子器件、生物医学、材料科学等领域具有重要作用。

在本篇文章中，我们将探讨AlGaN基深紫外LED以及紫外激光器材料与器件关键技术的研究和应用。

AlGaN基深紫外LED的制备方法是关键技术之一。

AlGaN材料具有较大的禁带宽度和高的能隙，适合作为深紫外光发射材料。

目前，常用的方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）技术。

其中，MOCVD工艺相对简单，可实现大面积的均匀性生长，但存在材料质量和晶格匹配等问题，导致AlGaN材料中存在较高的缺陷密度。

而MBE技术具有较好的材料质量和晶格匹配性能，但设备成本较高，制备过程相对复杂。

提高AlGaN基深紫外LED的光电转换效率是关键技术之一。

目前，提高深紫外LED的发光效率主要通过改善材料质量和结构设计进行。

一方面，可以通过优化外延生长工艺、封控设备等手段来改善材料质量，减少晶格缺陷。

另一方面，通过引入新的结构设计，如引入光子晶体、晶格衬底等，可以改善光萃取效率和发光效率，进一步提高LED 的发光效率。

提高AlGaN基深紫外LED的长时间稳定性是关键技术之一。

AlGaN材料在深紫外光区域具有较高的反应性，容易发生电离退火、导致材料中的氢相位转变等问题。

这些问题会导致材料性能的退化或高密度缺陷的形成，影响LED的长时间稳定性。

因此，研究如何改善AlGaN材料的长时间稳定性，对于提高LED的使用寿命具有重要意义。

紫外激光器是一种重要的光电子器件，应用于光通信、光刻、生物医学等领域。

然而，由于紫外光的波长较短，制备高质量材料和设计高效的器件是制约紫外激光器发展的关键技术。

高质量AlGaN材料的制备是紫外激光器研究的关键技术之一。

高光效高可靠紫外LED封装技术及其应用研究紫外发光二极管(LED)由于其无汞环保、低功耗、结构紧凑、波长可控等优势,在油墨固化、白光照明、杀菌消毒和生化检测等领域具有重要应用价值。

目前对紫外LED封装技术研究较少,大多数紫外LED仍沿用白光LED器件的封装材料和结构,但由于有机高分子材料耐紫外性差,难以满足紫外LED器件封装要求。

为了获得高光效和高可靠的紫外LED器件,本文从紫外LED封装材料和结构出发,围绕提高紫外LED出光效率和可靠性的封装技术开展研究,并将该封装技术应用于紫外激发的白光LED封装。

主要研究内容包括:1)紫外LED器件封装设计:通过材料优选和结构优化,提出一种全无机紫外LED封装技术,其中采用石英玻璃盖板作为出光透镜,三维陶瓷基板作为散热基板,并通过金属焊料实现玻璃盖板与陶瓷基板间的键合,实现气密封装;选用低温共烧工艺制备的含腔体结构的三维陶瓷基板,同时为了实现焊料键合,采用三种方式在玻璃盖板表面制作了金属化图形结构,包括Lift-off 工艺、电镀-腐蚀工艺和金属烧结工艺。

2)高光效紫外LED封装技术:为了提高紫外LED器件出光效率,提出了多种方法来抑制玻璃、芯片表面的反射损耗。

针对玻璃表面存在的菲涅尔反射,采用金属快速热退火和刻蚀工艺在玻璃盖板双面制备了纳米结构,使深紫外LED光功率提高8.6%;对于芯片表面存在的全反射损耗,采用主动制冷水滴凝结法制备了多孔模板,并以此多孔模板微成型制备了氟树脂微透镜阵列,提高了芯片表面光输出临界角,使深紫外LED光功率增加15.4%;通过在抗紫外的氟树脂中掺杂纳米AlN颗粒,减小了封装胶层与芯片间的折射率差值,且纳米颗粒的散射作用增加了光线出射几率,使掺杂0.15wt%AlN的氟树脂封装的深紫外LED器件光功率提高16.4%。

3)高可靠紫外LED封装技术:为了提高紫外LED封装质量与可靠性,提出了紫外LED感应局部加热封装技术。

通过仿真分析了感应加热过程中封装模型的温度场分布,结果表明高温主要集中在玻璃盖板与陶瓷基板键合层(避免了高温对紫外LED芯片的不利影响),且电源频率越高,加热时间越长,键合层温度越高;设计和搭建了紫外LED感应局部加热封装系统,实现了紫外LED感应局部加热封装,键合层拉伸强度达到8.2 MPa,气密性良好。