光源技术突破，EUV量产指日可待

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在日前于美国举行的西部光电展(Photonics West)上，业界多家厂商探讨了极紫外光(EUV)微影所需的250W光源、具有发展前景的红外线与近红外线摄影机，以及利用雷射发光二极体(LED)光源进行资料通讯等议题。

这场年度盛会提供了展示光学技术进展的舞台，深入探讨横跨新兴技术与新科学，包括今年观测宇宙的天文学新技术以及大脑成像新方法。

日本业者Gigaphoton描述其用于EUV微影的250W光源最新进展。该公司最近发布其118W光源规格资料，并与三菱电机(Mitsubishi Electric)合作开发更高平均功率的二氧化碳(CO2)雷射放大器。

图1：Gigaphoton的雷射驱动电浆(LPP)光源原型

工程师早就认定，250W光源是使EUV系统可用于量产晶片的关键要素。到目前为止，业界唯一的EUV系统开发商ASML已经推出多种采用80W光源的原型，预计将在年底使用收购Cymer取得的技术，推出其首款125W系统。

ASML展示一款实验中的250W光源，但要确保其长期可靠运作仍是一项挑战。该光源有助于提高系统的输送量，从而可用于印制先进晶片所需的细微导线。

Gigaphoton是2002至2010年间一家早期EUV工业组织的创始成员。它从2004年开始为现有的氟化氩(ArF)气体准分子微影系统提供雷射光源，目前据称占据50%的市占率，大部份销往韩国和台湾。

「Gigaphoton的EUV研发成果是一种有趣的分支技术——他们正尝试涉足该领域。」市场观察机构VLSI Research总裁G.Han Hutcheson说，「如果他们提出了比Cymer更好的产品，我相信ASML将会接受——他们可不想因为缺少一种好的光源而在EUV领域败北。」

然而，他补充说，Gigaphoton「还必须使其EUV光源更可靠地运作，并将其完全整合至ASML的系统中。目前该公司的光源和ASML的系统配合得很好。」

图2：Gigaphoton LPP光源原型据称达到了4.0%的发光功率与250W输出，可望投入高阶半导体量产

ASML的发言人说，该公司与Gigaphoton之间定期举行技术和管理评估会议，并对于两家公司过去取得的成果发表看法。

该发言人指出：「Gigaphoton在2016年宣布，可在4%的转换效率下实现250W光源输出，同时在测试时，也能以超过130W的功率连续运作119小时。三年前，ASML在类似条件下可实现170W光源。」

此外，「在去年底，ASML以12%的剂量裕度展示了210W的光源功率，同时在不增加保护氢流量的条件下，证明了250W的可行性。ASML还在其位于荷兰费尔德霍芬(Veldhoven)的总部基地以符合规格的剂量展示200W的光源功率，并在一年内使性能指标提高了2倍。」

她并补充说，「客户已经承诺嵌入EUV，而我们也正进入下一阶段的工业化。」

欧洲微电子研究中心Imec展示一款带有新型混合影像感测器的原型摄影机，该感测器整合了彩色和窄频的近红外线(NIR)滤波器。RGB-NIR感测器支援晶片上微镜头，以创造成小至5um的画素。NIR导通滤波器可经调节，以符合诸如特定雷射或LED光的波长等要求。

Imec专案经理Andy Lambrechts说：「这种整合彩色视图与一个或多个近红外线窄频的能力，将是实现下一代3D、虚拟实境(VR)和扩增实境(AR)平台以及机器视觉、医疗、汽车和安全监控等应用的关键推手。」

Imec以晶圆级制作光学滤波器，将其沉积在CMOS影像感测器画素的顶部。目前，这款新的感测器已可提供早期样片。

另外，M-Squared Lasers公司展示其所谓的单画素摄影机，在可携式装置中结合了红外线影像和化学检测。M-Squared与英国一家成像实验室合作开发了可以产生甲烷气体即时视讯的低成本成像器。

这款所谓的GasSight感测器使用雷射二极体，以1.65μm波长(可吸收甲烷的波长)照射场景。红色甲烷云影像覆盖在整个场景的彩色影像上。该系统已经实验室验证，工程师目前正在研究灵敏度范围达3公尺的版本。

单画素途径的目的在于降低数百万美元的红外线画素阵列成本。近20亿美元的气体感测市场范围包括石油和天然气、建设与建筑、食品加工以及工厂和水处理厂的检测等产业。

图3：Imec展示原型相机中的多光谱成像仪（来源：Imec）

无线光通讯技术(Light Fidelity；Li-Fi)发明人Harald Haas也在会中发布技术新进展。该技术使用可视LED实现无线光通讯，Haas预计，Li-Fi总有一天也会像当今的Wi-Fi、蜂巢式或广播网路一样得到应用。

Haas并发表打造小型Attocell网路的Li-Fi元件新进展，并展示这些网路的建模结果。他还重点展示现成的商用太阳能电池板如何同时作为能量采集器与Li-Fi资料检测器。

此外，Haas并描述该技术商业化所面临的挑战，例如当有多个光源发送独立资料串流时如何处理共用通道的干扰。

Haas是PureLiFi公司创办人和首席科学家，该公司在去年12月宣布计画在新加坡进行首次Li-Fi现场试验。该公司并与法国LED照明供应商Lucibel合作，于去年9月推出首款Li-Fi产品。另外，美国海军研究实验室(US Naval Research Lab)的Alberto Pique描述了一种用于制造3D印刷电子的雷射直写技术。具体来说，该技术称为雷射诱导前向转换，用于协助先驱者实现对各种尺度和材料的精确控制。

在理论科学领域，马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)的研究人员讨论从2015年9月以来在天文学中使用引力波观察宇宙的情况。关于神经光子学的专题研讨会则讨论以更高解析度对人类大脑中越来越大的部份实施成像的进展。

图4：Haas在爱丁堡大学研究Li-Fi技术（来源：PureLiFi）

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