2.5.2. السنكروترون: NIST SURF III

بالإضافة إلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية على نطاق المختبر الذي يستخدمه NIST لتحليل مكونات أشباه الموصلات، قدم الدكتور ستيف جرانثام أيضًا ثروة من الموارد في مرفق الإشعاع فوق البنفسجي السنكروتروني (SURF III) التابع لـ NIST خلال اجتماع مجموعة العمل.

عندما تتحرك الجسيمات المشحونة على طول مسار منحني، فإنها تنبعث منها إشعاع السنكروترون. نظرًا لأن معظم المسرعات تستخدم المجالات المغناطيسية لثني مسارات الجسيمات، فإن إشعاع السنكروترون يُعرف أيضًا باسم الbremsstrahlung. يتراوح الطيف المنبعث من الموجات الميكروية (توافقيات مجال التردد الراديوي الدافع) إلى المناطق الطيفية للأشعة السينية ويكون الإشعاع موازيًا ومستقطبًا رأسيًا. إذا كانت طاقة الإلكترون E، ونصف قطر الانحناء ρ، وتيار الإلكترون IB، والزاوية Ψ0 بالنسبة إلى المستوى المداري، والمسافة d إلى نقطة الظل، والزاوية الرأسية Δψ، والزاوية الأفقية Δθ معروفة، فيمكن حساب إخراج إشعاع السنكروترون. تظهر طاقة الخرج لـ SURF في الشكل.

يقارن الشكل 17 أطياف إشعاع السنكروترون المنبعث من SURF عند 416MeV، و380MeV، و331MeV، و284MeV، و234MeV، و183MeV، و134MeV، و78MeV مع أطياف الجسم الأسود 3000K ومصباح الديوتيريوم.
على العكس من ذلك، تستخدم مجموعة الأشعة فوق البنفسجية التابعة للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) SURF III كمصدر ضوء ثابت لقياسات الإشعاع والأبحاث. يغطي SURF نطاقًا من الطول الموجي من الأشعة تحت الحمراء البعيدة إلى الأشعة السينية الناعمة. يقدم الجدول 1 نظرة عامة على القدرات الحالية والخطط المستقبلية لـ NIST SURF III. مصادر ضوء السنكروترون غير مناسبة لمصادر الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة (EUV) في بيئات التصنيع كبيرة الحجم (HVM). ومع ذلك، يمكن أن تكون مرافق السنكروترون مفيدة لأنها توفر المرونة لاختبار المعلمات المختلفة لمساعدة صناعة EUVL في تحقيق أهداف HVM، كما تمت مناقشته سابقًا في هذا التقرير (الأقسام 2.2 و2.4.2). من المهم ملاحظة أنه قد يكون هناك تعريفات ومصطلحات متداخلة وغير متسقة لبعض أنظمة الطول الموجي، لذلك يجب الرجوع إلى معيار ISO21348 كمبدأ توجيهي عام.

خلال اجتماع فريق العمل، تم عرض أمثلة بحثية حول تلوث المرآة أثناء الإضاءة بالأشعة فوق البنفسجية في وجود الملوثات و/أو مواد التنظيف. منذ عام 2000، أصبح NIST مركزًا رائدًا لدراسة التلوث البصري EUVL وقام بالتحقيق في تدهور المرشحات شائعة الاستخدام في الأقمار الصناعية. في الآونة الأخيرة، أجرى قسم علوم الاستشعار NIST دراسات مماثلة لتطبيقات تصنيع أشباه الموصلات. لدى NIST حاليًا ثلاث مرافق مخصصة لمختلف جوانب التلوث البصري على خطي شعاع (Beamline 1 وBeamline 8). ترتبط القدرة على دراسة التلوث مباشرة بالمناقشة حول أهمية تمديد عمر المرايا المجمعة المذكورة سابقًا في هذا التقرير (انظر القسم 2.4.2). يوصى بدعم التطوير المستمر للمرافق الحالية لدعم الجيل القادم من تصنيع EUVL في صناعة أشباه الموصلات.

2.5.3: التصوير المقطعي للمسبار الذري (APT)

يعد التصوير المقطعي بمسبار الذرة (APT) هو التقنية الوحيدة القادرة على توفير رسم خرائط للعناصر على المستوى الذري بدقة نظائرية دون النانومترية بشكل ثلاثي الأبعاد عبر الجدول الدوري لأي عنصر. يوضح الشكل 3 تشغيل APT. لمزيد من المعلومات الأساسية حول APT، يمكن للقراء الرجوع إلى المراجعات الأخيرة حول هذا الموضوع.

الشكل 18. صورة للتصوير المقطعي لمسبار الذرة (APT) في NIST في بولدر، كولورادو (أعلى) وتخطيطي لعملية APT (أسفل). المصدر: نيست.

تستخدم أدوات APT التجارية إشعاع الليزر القريب من الأشعة فوق البنفسجية (NUV: 3.5 فولت) أو الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV: 4.8 فولت)، وهو أقل من وظيفة عمل العديد من المواد وطاقة التأين لمعظم العناصر. ولذلك، يمكن لهذه الأجهزة أن تعمل من خلال تعريض العينات المدروسة لتسخين كبير. في الواقع، غالبًا ما تظهر البيانات المستمدة من أدوات NUV لتحليل المواد العضوية أنماطًا معقدة وإشكالية، مما يظهر دليلاً على التجميع أثناء عملية التبخر في الموقع، ولا يمكن تفسيرها مباشرة على أنها نتائج على المستوى الذري. في المقابل، يمتلك الإشعاع الأيوني (20-90 فولت) طاقة كافية لتأين الذرات والجزيئات الموجودة على سطح العينة، مما قد يؤدي إلى توليد أنماط شظايا أصغر حجمًا وقابلة للتفسير بشكل مباشر. يتضمن نهج NIST تطبيق EUVAPT على دراسة مقاومات الضوء ذات الأغشية الرقيقة للبحث عن التقلبات التركيبية النانوية التي قد تساهم في الطبيعة العشوائية للمخالفات الحجرية، بما في ذلك خشونة حافة الخط (LER). وبالتالي، يمثل EUVAPT تقدمًا مترولوجيًا حاسمًا في التحقيق في الأحداث العشوائية المتعلقة بالمعالجة والتركيب الكيميائي لمقاومات الضوء (انظر القسم 2.4.1). من الجدير بالذكر أن هذه الطريقة، بالإضافة إلى مقارنة النتائج بين أدوات EUVAPT وأدوات NUV وDUVAPT التقليدية، تمت مناقشتها في القسم 2.3 السابق.

نتائج المسح والتوصيات

تم تضمين الاستنتاجات الفنية لاجتماعات مجموعة العمل في القسم 2 من كل مشروع فرعي. وستعمل الخصائص الرئيسية المستخرجة من التجارب على تسهيل تطوير تقنيات النمذجة والمحاكاة، مما يؤدي إلى زيادة الحجم والإنتاجية والحجم لصناعة أشباه الموصلات. تمتلك NIST قدرات القياس التجريبية EUVL الفريدة وبرامج المحاكاة النظرية. ولذلك، شجع المشاركون في الصناعة في اجتماعات مجموعة العمل على تمويل إنشاء الأدوات التي اقترحها NIST أو استخدام الأدوات الموجودة لتوفير بيانات فائقة الدقة للصناعة الأمريكية. لا ينبغي لعلماء NIST أن يكونوا مهندسين للتصميم الصناعي فحسب، بل يجب أن يجمعوا بين معرفتهم الميدانية ورؤيتهم حول EUVL من خلال التعاون لتحقيق نتائج مفيدة للطرفين؛ يجب أن يتوافق نقل المعرفة مع مهمة التمويل. إن الصناعة لديها وسيلة لدعم المصالح المحلية، ولكن يتعين على القادة العلميين والإداريين في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا أن يفهموا كيفية تعديل أي ميزة تنافسية يتم إنشاؤها حديثاً وفقاً لذلك. ينبغي النظر في طرق النشر الخاضعة للرقابة مثل CRADA وSRD وSRM.

من منظور المشروع، أكدت اجتماعات مجموعة العمل على كيف يؤدي مشهد المنافسة الدولية لـ EUVL إلى الحاجة إلى اتفاقيات عدم الإفصاح (NDAs) لإجراء محادثات فنية متعمقة مع باحثي NIST. لذلك، اقترح جميع الحاضرين في اجتماع مجموعة العمل تبسيط عملية NDA بين باحثي NIST والصناعة، مع فترة زمنية تقل عن شهرين بدءًا من بدء المشروع. ينبغي تثقيف موظفي وإدارة NIST حول عملية NDA لتنفيذ الخطوات بشكل صحيح.

وأخيرا، يتضح من اجتماع مجموعة العمل هذا أن التفاعل وجها لوجه ينتج عنه مناقشات مثمرة وخطوات تالية قابلة للتنفيذ. يمكن أن تنتقل التفاعلات المستقبلية بين أصحاب المصلحة من اجتماعات مجموعة العمل إلى الندوات إلى الاتحادات. ومع زيادة التعقيد الإجرائي، تزداد أيضًا التكاليف (أكثر من 10,000 دولار - 100,000 دولار) وساعات العمل (أكثر من 40 إلى 200 ساعة). ولذلك، فإن جدولة الأنشطة المستقبلية في المؤتمرات المهنية التي يتم حضورها بشكل متكرر مثل SPIE أو الجمعية البصرية الأمريكية (OSA) يمكن أن تساعد في تخفيف التكاليف والجهود.