يقوم NIST حاليًا بتطوير أداة لقياس SoS عند ضغوط ودرجات حرارة أعلى. تعد أداة SoS جزءًا من زمالة ما بعد الدكتوراه التابعة للمجلس الوطني للبحوث (NRC) للدكتورة إليزابيث راسموسن في مجال تصنيع الإضافات المعدنية. تم تقديم براءة اختراع أمريكية لتصميم وتشغيل الأداة في أكتوبر 2022. تعد أداة SoS المعدنية الجديدة امتدادًا لأداة NIST الحالية، والتي تعمل في درجات حرارة وضغوط منخفضة للغاية. الأداة الجديدة قيد التطوير حاليًا وتتطلب موارد إضافية مخصصة لقياسات القصدير.

بالإضافة إلى ذلك، يجب توفير بيانات خصائص النقل (التوتر السطحي، واللزوجة، وما إلى ذلك) للقصدير المنصهر في ظل الظروف القاسية. وتتطلب تلبية هذه الحاجة أداة قياس مخصصة جديدة والموارد المرتبطة بها. ستتمتع كل من أنظمة SoS وأدوات ملكية النقل بقدرات قياس عالمية المستوى، مما يتطلب مهارات متخصصة في التصميم والتصنيع والتشغيل.

بمجرد جمع البيانات، من المفيد ربطها في EoS. مثال على هذا النشر هو ارتباطات النقل أو EoS الديناميكي الحراري. توجد حاليًا ارتباطات مرجعية لخصائص نقل القصدير ولكن لا توجد ارتباطات مرجعية لـ EoS. تختلف ارتباطات خاصية النقل للقصدير عن البيانات التجريبية بنسبة 5-10% وهي صالحة فقط تحت الضغط الجوي. وهذا يمثل فرصة للقياس المتقدم. تتفوق NIST في إنشاء الارتباطات المرجعية وEoS وSRD لغازات التبريد ومواد الغاز الطبيعي من خلال مشروع المبرد (الأداء المرجعي للسوائل)، والذي يعود تاريخه إلى التسعينيات. ولذلك، يمكن إجراء قياسات مماثلة للمعادن، وخاصة القصدير، وتطوير EoS لأجهزة SRD لتعزيز عمليات المحاكاة عالية الدقة وتحقيق تطوير EUVL المستند إلى البيانات. قد يتضمن هذا التطوير زيادة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية وإنشاء التوأم الرقمي، وستحقق خصائص المواد المرجعية والارتباطات وEoS ذلك. يمكن نشر أجهزة SRD أو النماذج في الصناعة الأمريكية بطريقة خاضعة للرقابة من خلال برنامج SRD الذي أنشأه NIST، كما هو موضح في الشكل 1990.

حاليًا، لا يوجد نظام برمجي تجاري يمكنه توفير توجيهات محاكاة دقيقة أو تنبؤية للمعادن ذات الطور السائل فوق الضغط الجوي. وقد حظي هذا العمل في علم القياس بتشجيع حماسي من أعضاء الصناعة في مجموعة العمل من وجهة نظر مستخدمي البيانات وخطوط أنابيب بيانات المحاكاة.

وبصرف النظر عن الافتقار إلى خصائص الديناميكا الحرارية والنقل تحت درجات الحرارة والضغوط القصوى، فإن البيانات الهيكلية والكهرضغطية للمكونات محدودة أيضًا. وهذا يحد من القدرة على التنبؤ بعدم توافق المواد المحتملة، مما يحد من تصميم مولدات القطيرات. يعتبر استخدام مواد كهرضغطية جديدة ذات درجة حرارة عالية (> 300 درجة مئوية) ميزة في الإعداد الحالي. ذكر أحد الأعضاء وشارك منشورًا صدر مؤخرًا عن تيتمان حول هذا الموضوع. مثل هذه المواد موجودة بالفعل، لكن الحصول عليها صعب ومكلف. ولذلك، يجب إجراء المقايضات.

تم استخدام مولدات القطيرات المعدنية لعقود من الزمن في صناعة اللحام والمساحيق، بما في ذلك سبائك الرصاص والقصدير والإنديوم والنحاس والفضة والذهب، إلى جانب القصدير النقي. ومن المثير للدهشة أن هناك فجوة معرفية كبيرة فيما يتعلق بخصائص المواد الأساسية. في حين أن استخدام مولدات القطرات خارج الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية يقع خارج نطاق مجموعة العمل، فمن المفيد أن ندرك أن التقدم في هذا المجال قد يؤثر أيضًا على المجالات التكنولوجية الهامة الأخرى.

وباختصار، يتم التأكيد على تحسين مولدات الحبرية في مكونات الماسح الضوئي EUVL. إن التشغيل المستمر والموثوق والدقيق لمولدات القطرات أمر مرغوب فيه بشكل واضح، إلى جانب التقدم في تصميمها لتحسين إنتاج شرائح الأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن يؤدي التقدم في القياس في الخصائص الديناميكية الحرارية الأساسية وخصائص النقل للقصدير المنصهر تحت ضغط عالٍ إلى إنشاء ارتباطات مرجعية لخصائص المواد ونشرها في شكل بيانات مرجعية قياسية (SRD). يؤدي دمج SRD في برنامج المحاكاة إلى تمكين عمليات المحاكاة الرقمية المزدوجة لمولدات القطيرات. وبالتالي، فإن محاكاة بيئة مولدات القطرات يمكن أن تساعد في تشغيل المعدات الحالية والابتكار في التصاميم المستقبلية، مما يجعل أنظمة الماسح الضوئي عالية NAEUV ممكنة.

2.2 قياس الإشعاع لتوليد الأشعة فوق البنفسجية

تعتمد أدوات EUVL الصناعية بشكل أساسي على نوعين من الضوء: ليزر الأشعة تحت الحمراء النبضي عالي الطاقة لتأين القصدير المنصهر (Sn)، وضوء 13.5 نانومتر للطباعة الضوئية. يُنتج النوع الأول بواسطة ليزر ثاني أكسيد الكربون المُصنّع خصيصًا (λ=10.6 ميكرومتر)، والذي يُصدر حوالي 30 كيلوواط (متوسط ​​الطاقة) بتردد تكرار 50 كيلوهرتز. تتضمن عملية تأين القصدير نبضتين متتاليتين سريعتين من ليزر الأشعة تحت الحمراء: نبضة أولية لتسطيح القطرة من كرة إلى قرص، ونبضة رئيسية عالية الطاقة للتأين. يُعدّ خرج ليزر الأشعة تحت الحمراء بالغ الأهمية لتطوير أدوات الطباعة الضوئية المستقبلية، لأن "مقياس طاقة EUV يتطلب طاقات ليزر ثاني أكسيد الكربون أعلى". "في أدوات الطباعة الضوئية التجارية الحالية، تبلغ الطاقة القصوى لخرج ضوء EUV غير المتماسك بطول موجة 13.5 نانومتر حوالي 250 واط، مع وصول التجارب المعملية إلى 600 واط." يوضح الشكل 7 نظام النبضة المزدوجة.

يدعم المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) حاليًا معايرة الأشعة تحت الحمراء، ولكنه لا يدعم شروط الطاقة والنبضة المطلوبة للطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) التجارية. وبينما يوفر المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) حاليًا معايرةً لصناعة التصنيع الدقيق باستخدام أطوال موجية 193 نانومتر و248 نانومتر، فإن المعايرة ضمن نطاق أطوال موجات EUV ممكنة، ولكن فقط عند قوى أقل بكثير من تلك المستخدمة في أدوات EUVL. وفي ظل هذه القوى المنخفضة، يوفر المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ثنائيات ضوئية من السيليكون المُصلَّد بالإشعاع، وكواشف انبعاث ضوئي من أكسيد الألومنيوم، أو كواشف مناسبة يوفرها العميل، للمعايرة كمعايير نقل. كما تُجرى توصيفات بصرية أخرى ضمن EUV، بما في ذلك اختبار انتقال المرشحات والتجانس المكاني. وتشمل فرص البحث المتري توسيع قدرات المعهد الوطني للمعايرة لتشمل ليزرات الأشعة تحت الحمراء المدخلة لاستنتاج قوى المدى المتوسط ​​لمصادر EUV، والإخراج النهائي المباشر للأشعة فوق البنفسجية القصوى، كل ذلك في ظل ظروف مناسبة لـ EUVL الصناعي. ومن خلال توفير قياسات قابلة للتتبع لمعلمات العمليات الرئيسية، سيكون لذلك تأثير مباشر على تطوير عمليات تصنيع أشباه الموصلات. بالإضافة إلى ذلك، فإن التأثيرات طويلة الأمد ستأتي من تطوير أدوات EUV المستقبلية من خلال توفير بيانات عالية الدقة للتحقق من صحة عمليات المحاكاة التي يتم إنشاؤها بواسطة EUV.

يتبع...