يعد القياس الإشعاعي المطلق مهمًا ليس فقط لتطوير عمليات الطباعة الحجرية واختبارات قبول الأجهزة ولكن أيضًا للفهم الكمي لعمليات توليد الضوء بالأشعة فوق البنفسجية. لقد تخلفت النمذجة التنبؤية لهذه العملية عن تطوير أدوات الأشعة فوق البنفسجية نفسها. يتطلب تحسين دقة النموذج بيانات تجريبية دقيقة لكل من مدخلات ومخرجات النموذج. وفي سياق توليد ضوء الأشعة فوق البنفسجية الصناعية، فإن تطوير أدوات قياس الإشعاع الجديدة الخاصة بأشعة الليزر تحت الحمراء وضوء 13.5 نانومتر من شأنه أن يوفر مثل هذه البيانات.

التعاون الصناعي غير موجود لأن أدوات الطباعة الحجرية الصناعية التي نناقشها هنا هي الأدوات الوحيدة القادرة على توليد كميات الضوء التي صممت هذه الكواشف لقياسها. ونظراً لعدد الملكية الفكرية المرتبطة بهذه الأدوات، سيكون من المهم أن يتعاون ممثلو الحكومة والصناعة. تشير المناقشات الأولية في اجتماعات مجموعة العمل إلى أن الصناعة غير راغبة في مناقشة التفاصيل ذات الصلة دون حماية اتفاقية السرية.

2.3 فيزياء البلازما والنمذجة: تفاعلات المادة الخفيفة

يستخدم EUVL فوتونات 13.5 نانومتر لإنتاج دوائر متكاملة. المصدر الأساسي لهذا الضوء هو بلازما القصدير شديدة الحرارة الناتجة عن أشعة الليزر القوية. يتم ضبط معلمات الليزر لإنتاج أيونات القصدير التي تنبعث في الغالب بالقرب من 13.5 نانومتر (على سبيل المثال، Sn10+-Sn15+). في حين تم استكشاف معظم خصائص البلازما في العديد من التجارب، فإن الدعم النظري الموثوق والفعال أمر بالغ الأهمية لتطوير مصادر أفضل لبلازما القصدير. وقد تم دمج المناقشات حول فيزياء البلازما، بما في ذلك العديد من العروض خلال اجتماعات فريق العمل، في قسم واحد من التقرير. يركز هذا القسم على فيزياء البلازما، والوضع التكنولوجي الحالي، واحتياجات الصناعة الأمريكية وباحثي NIST للتقدم في هذا المجال.

عادةً ما يتم إجراء الحسابات المتقدمة لانبعاث الضوء من بلازما القصدير المنتجة بالليزر باستخدام رموز تصادمية إشعاعية واسعة النطاق (CR) تحاول شرح أهم العمليات الفيزيائية التي تؤدي إلى انبعاث الفوتون. وتشمل هذه الإثارة الاصطدامية للإلكترون، وإزالة الإثارة والتأين، وإعادة التركيب الإشعاعي، وإلكترونين وثلاثة أجسام، والتأين الذاتي، من بين أمور أخرى. بالإضافة إلى ذلك، قد يصبح من الضروري نقل الإشعاع والتعتيم وكذلك نمذجة الهيدروديناميكية الإشعاعية.

كما أن نمذجة البلازما محدودة أيضًا بسبب ندرة المعلومات حول الآليات الفيزيائية الأساسية التي تدعم التفاعلات المادية. يمكن أن يؤدي هذا إلى تقدم تدريجي، وليس تحويلي، في هندسة البلازما لدعم التصنيع بكميات كبيرة. تحاول شراكات المختبرات الحكومية والصناعية فهم عمليات البلازما والتحكم فيها وقد أبلغت عن نجاحاتها. يشير خبراء محاكاة الصناعة أيضًا إلى مدى احتواء عمليات المحاكاة المعقدة على مجالات مادية متعددة على فترات زمنية مختلفة.

توجد نمذجة البلازما في حالة من الأسئلة التي لم يتم حلها فيما يتعلق بتطبيقها العملي في توجيه الجهود الهندسية لتحسين توليد ضوء الأشعة فوق البنفسجية وكفاءته. على سبيل المثال، يمكن لنمذجة الفوتونات خارج النطاق وكذلك انبعاث الأيونات والإلكترونات أن توفر رؤى تنبؤية من شأنها أن تعزز بشكل كبير كفاءة إنتاج الرقائق. هناك مجال آخر للاهتمام وهو تفاعلات الفوتون والإلكترون والتفاعلات الكيميائية في مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، وهو اهتمام بحثي مستمر في صناعة الأشعة فوق البنفسجية. ولذلك، فإن نمذجة فيزياء البلازما لها صلة أيضًا بالمكونات الضوئية ذات الأشعة فوق البنفسجية. يتم تناول الأجهزة والمواد الضوئية ذات الأشعة فوق البنفسجية في القسم التالي (2.4).

في السنوات الثلاث الماضية، بدأ مجتمع نمذجة EUVL برنامجًا طويل المدى للتحقق من الصحة وقياس الأداء لرموز CR من خلال تنظيم ورش عمل لمقارنة رموز EUVL. تم تصميم هذا النهج على غرار سلسلة ورش عمل مقارنة رموز Non-LTE التي نظمتها مجموعة NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) لأكثر من 25 عامًا. على هذا النحو، تم تكليف مجموعة NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) بتطوير قاعدة بيانات EUVL جديدة وأداة مقارنة حديثة للمقارنة الذكية لرموز CR لـ EUVL. حتى الآن، تم إنجاز العمل الموصوف بنجاح دون دعم مالي مباشر، واستخدم المشاركون في ورشتي عمل EUVL الأخيرتين قاعدة البيانات وواجهة المستخدم لمقارنة حزم البرامج الخاصة بهم. ومع ذلك، تهدف ورش العمل المستقبلية إلى تحليل المعلمات المادية الجديدة التي تتطلب تعديلات واسعة النطاق على قاعدة البيانات وواجهة المستخدم. ولذلك هناك حاجة إلى تمويل مستقر للإشارة إلى التزام طويل الأجل على مدى عدة سنوات لدعم تطوير هذا المجال البحثي.

أحد الاتجاهات المستقبلية التي أبلغ عنها باحثو NIST هو دراسة مخططات الطول الموجي الأقصر بناءً على توفر عاكسات متعددة الطبقات في المقام الأول. سيؤدي ذلك إلى إنتاج فوتونات ذات أطوال موجية أقصر من تلك التي تولدها عناصر أثقل من القصدير في حالات التأين الأعلى (ما يسمى "ما وراء EUV"). لسوء الحظ، يفتقر مجتمع البحث الأوسع إلى المعرفة الكافية بأطياف العناصر عالية Z مع التأين أكثر من 20 مرة. تتمتع مجموعة NIST Atomic Spectroscopy (ASG) بقدرات تجريبية ونظرية لتزويد مجتمع EUVL بالمعلومات الأكثر دقة حول البيانات الطيفية لمصادر البلازما المستقبلية. ولتحقيق هذه الغاية، لا تستطيع مصيدة الشعاع الأيوني NIST (EBIT) توليد أيونات بشحنات تصل إلى 70+ فحسب، بل يمكنها أيضًا تسجيل الأطياف الأكثر دقة وتفصيلاً في الأشعة فوق البنفسجية والأطياف الناعمة ضمن هذا النطاق. يستخدم فريق NIST ASG أيضًا أحدث الأساليب والرموز الذرية لإجراء حسابات طيفية عالية الدقة وواسعة النطاق. يجب أن تلبي القدرات المؤكدة الطلب على البيانات الدقيقة حول مصادر البلازما المستقبلية لـ EUVL. تجدر الإشارة إلى أنه عندما تم إبلاغ ممثلي الصناعة بالموارد المستقبلية للأشعة فوق البنفسجية، ذكروا أنه لا توجد خطط عامة لاستخدام مواد أخرى غير القصدير كمصدر على المدى القريب.

باختصار، يرغب أصحاب المصلحة في الصناعة في تصميم نموذج لبلازما القصدير، ويمكن للعمل الذي تقوم به NIST أن يدعم المزيد من الجهود، ولكنه سيتطلب الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك، سيجد مهندسو التصميم والعلماء أنه من المفيد دمج أي من هذه الرموز في البرامج التجارية لتحسين القدرة على إنتاج شرائح الأشعة فوق البنفسجية. وكانت المناقشات التي جرت في اجتماع مجموعة العمل تقنية، ولكن تمت أيضًا مناقشة كيفية دمج أي مدونة من هذا القبيل مع الشركاء التجاريين لضمان مصالح الشركات الأمريكية. وأخيرا، يمكن أن تساعد نمذجة البلازما والتفاعلات في تقليل التأثير السلبي للحطام على مكونات EUVL، والتي سيتم مناقشتها في القسم 2.4.2. 

2.4 توصيف المكونات المتفاعلة مع EUV

يغطي هذا القسم مكونين من ماسحات EUVL التي تتفاعل مع ضوء EUV: (1) مقاوم الضوء و(2) مرايا التجميع. أثار المشاركون في الصناعة في مجموعة العمل موضوعًا عامًا يتعلق بمتطلبات التصنيع بكميات كبيرة (HVM). على وجه التحديد، يركز اهتمام HVM بشكل أساسي على زيادة إنتاجية وإنتاجية الرقائق المنتجة باستخدام EUVL. ستتم مناقشة حلول القياس المحتملة المتاحة حاليًا لـ NIST في القسم 2.

2.4.1 مقاوم الضوء: وصف خاصية البوليمر

تعد المعالجة الضوئية أمرًا بالغ الأهمية لصناعة أشباه الموصلات. تعد أنماط النانو المصنعة بواسطة الطباعة الحجرية الضوئية مطلوبة لجميع مكونات الجهاز والهياكل ذات الصلة (من القنوات في الترانزستورات ذات التأثير الميداني (FETs) إلى الوصلات الكهربائية بين الأجهزة). تنص قاعدة الإيجار على أن عدد المحطات الطرفية أو الوصلات البينية يزيد مع عدد الكتل أو البوابات المنطقية. ويرتبط ذلك بمستوى الوحدة، فبينما تتقلص الوحدات القياسية، تتقلص أيضًا الاتصالات بالوحدات. وقد تم توضيح هذا المفهوم في الشكل 8.

يؤكد المشاركون في الصناعة على الحاجة إلى تقليل المسافات بشكل فعال من خلال استخدام بنية البطارية الجديدة ومواد الأجهزة الجديدة. ناقش المؤتمر أيضًا صعوبة تحقيق تصنيع بكميات كبيرة (HVM) لهياكل ومواد الوحدات الجديدة، مع كون العائد قضية رئيسية. على سبيل المثال، بالنظر إلى 10^10 نقاط اتصال لكل شريحة وإنتاجية قالب Yd = قالب جيد/القالب الإجمالي، يجب تحقيق 99% على الأقل. في النظام، يحتوي معالج Intel Core من الجيل الثالث (رباعي النواة) على 1.48 مليار ترانزستور. إذا كان هناك عائد 99%، فسيكون 1.48 مليون ترانزستور معيبًا - الهدف هو عائد 99.99996% أو 6 سيجما (6A). يجب أن يكون العائد جيدًا جدًا، ويعتمد ذلك على التحكم في العملية والعيوب. إذا كان العائد كافيا، يتم تحديد تكلفة إنتاج رقائق EUV حسب الإنتاجية (الإنتاجية). بمعنى آخر، يعد دقة عرض الملعب الأفضل أمرًا ضروريًا ولكنه ليس كافيًا لـ HVM.

يتبع...