Ключевая роль оптических систем в производстве полупроводников

Зависимость производства полупроводников от оптических систем сосредоточена в двух основных этапах: литографии и контроля. В процессе литографии луч, излучаемый источником света, должен пройти через сложную систему оптической коррекции и равномерного распределения света, а затем с помощью проекционного объектива точно масштабировать рисунок маски и экспонировать его на поверхности подложки. Числовое апертурное число оптической системы, уровень коррекции аберраций и коэффициент пропускания напрямую определяют разрешение фотолитографической системы и точность наложения слоев. В процессе контроля — от измерения критических размеров до обнаружения дефектов на поверхности пластины — характеристики микроскопического объектива определяют, насколько мелкие дефекты и насколько тонкие структуры способно «увидеть» оборудование.

Возьмём в качестве примера измерение ключевых размеров маски в диапазоне глубокого ультрафиолета (DUV): микроскопический объектив с водяным охлаждением на длине волны 248 нм и числовым апертурным числом до 1,25. Этот объектив состоит из 19 моноблочных линз из плавленого кварца и фторида кальция, его общая длина составляет всего около 72 миллиметров, но при этом он должен обеспечивать качество изображения, близкое к дифракционному пределу, в полосе пропускания 248±8 нм, а также быть совместимым с объективами видимого света и модулем автофокусировки с лазером 903 нм, установленными на одной револьверной головке. Такая оптическая конструкция с множеством ограничивающих условий ставит на испытание способности всей цепочки процессов — от выбора материалов до технологий сборки.

Техническая глубина: от материалов до нанесения покрытий

Пределы характеристик полупроводниковых оптических элементов в первую очередь определяются материалами. Плавленый кварц и фторид кальция благодаря высокой пропускаемости и низкому поглощению в диапазоне глубокого ультрафиолета стали материалами первого выбора для оптических систем DUV. В то же время при применении в системах детектирования с более широким спектральным диапазоном — от ближнего ультрафиолета до ближнего инфракрасного — проектирование микроскопических объективов с широким спектральным охватом требует подбора стеклянных материалов на основе анализа вектора дисперсии для обеспечения плоскополевой ахроматической коррекции.

Технология нанесения покрытий является ещё одним ключевым фактором, определяющим характеристики оптических элементов. Антибликовые покрытия, высокоотражающие покрытия, полосовые фильтры, режекторные фильтры — эти функциональные плёнки напрямую определяют отношение сигнал/шум и точность измерений в оптической системе. Возьмём, к примеру, режекторный фильтр: он должен отражать определенный диапазон волн (например, линию лазерного возбуждения) и при этом эффективно пропускать все остальные длины волн, при этом оптическая плотность может достигать OD 4 и выше, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к контролю количества слоёв и точности толщины плёнки. Полосовые фильтры, в свою очередь, выполняют роль селекторов длины волны в флуоресцентной микроскопии, спектрометрии и системах машинного зрения; в узкополосных моделях полоса пропускания может быть сжата до 2–5 нм.

Точность обработки: инженерный вызов на нанометровом уровне

Точность обработки оптических элементов в полупроводниковых приложениях практически достигает физических пределов. Точность формы поверхности измеряется в единицах λ (633 нм); для продукции высокого класса плоскостность должна достигать λ/10, а качество поверхности — соответствовать стандарту 20/10 по шрамам и вмятинам. Для линзовых элементов это означает, что каждый этап обработки — от чернового и чистового шлифования до полировки — должен быть точно контролируемым.

Еще большую сложность представляет этап сборки. При изготовлении микроскопических объективов DUV, поскольку глубокий ультрафиолет разрушает традиционные оптические клеи, в конструкции необходимо использовать технологию «воздушного зазора», то есть не применять никаких клеящихся линз. Это требует, чтобы допуски при сборке воздушных зазоров удерживались в пределах примерно ±2 мкм. Для этого исследователи отказались от традиционного метода фиксации с помощью загнутых краев оправы и перешли к использованию упругих прокладок в сочетании с прижимными кольцами для фиксации линз, чтобы избежать искажений волнового фронта, вызванных асимметричными механическими напряжениями. Такой уровень точности сборки уже превосходит обычные возможности большинства процессов прецизионной механической обработки.

Компания с многолетним опытом в области оптического производства

Компания «Чанчунь Ютай Оптические Компоненты», основанная в 2015 году, специализируется на производстве полупроводниковых оптических компонентов и сосредоточена на разработке и изготовлении высокопроизводительных оптических узлов, которые широко применяются в таких областях, как изображение, оборона, медицина и лазерная техника.

Основная компетенция «Ютай Оптикс» заключается в производстве оптических элементов, при этом компания особенно специализируется на обработке изделий сверхбольших и микроразмеров, а также изделий сверхвысокой точности. Ассортимент продукции охватывает шесть основных категорий оптических элементов: линзы, зеркала, спектральные разделители, фильтры, призмы и окна; выбор материалов включает BK7, плавленый кварц, синтетический кварц, термостойкое стекло B270 и оптическое стекло ведущих мировых брендов.

Для пользователей полупроводникового оборудования «возможность индивидуальной настройки» оптических элементов зачастую имеет большее значение, чем технические характеристики стандартных изделий. Структура оптического тракта, рабочее расстояние, требования к полю зрения и диапазон длин волн у различных контрольно-измерительных приборов различаются, поэтому стандартизированные оптические элементы редко могут полностью соответствовать требованиям системы по всем параметрам. Прогресс в производстве полупроводников по сути заключается в том, чтобы еще на один шаг повысить точность каждого луча, каждого элемента и каждого этапа технологического процесса. Если вас интересуют оптические элементы, пожалуйста, свяжитесь с нами в любое время.