2.5 EUV كأداة تحليلية

في اجتماع مجموعة العمل، ناقش الباحثون من NIST ثلاثة مواضيع رئيسية تتعلق باستخدام الأشعة فوق البنفسجية كأداة تحليلية لمساعدة صناعة تصنيع أشباه الموصلات. الطرق الثلاث لاستخدام ضوء EUV كتقنية تحليلية هي: (1) الجيل التوافقي العالي (HHG)، (2) إشعاع السنكروترون، و(3) التصوير المقطعي بالمسبار الذري. يوفر الجيل التوافقي العالي بصمة مدمجة، مما يسمح بالنشر في مرافق البحث والتصنيع مع الوصول المستمر إلى الأبعاد والمواد والخصائص الديناميكية للأجهزة الإلكترونية الدقيقة العميقة على مستوى النانومتر، والتي تتم دراستها عادةً باستخدام مصادر إشعاع السنكروترون. تسمح مصادر إشعاع السنكروترون بدراسة جوانب مختلفة من EUVL وتوفر إمكانات إضافية لدراسة تدهور المرايا المجمعة. التصوير المقطعي بالمسبار الذري هو التقنية الوحيدة التي يمكنها توفير رسم خرائط كيميائية ثلاثية الأبعاد على المستوى الذري بدقة نظائرية أقل من نانومتر لأي عنصر في الجدول الدوري، والتي يمكن استخدامها لدراسة مقاومات الضوء بالأشعة فوق البنفسجية.

قدمت الصناعة تعليقات قيمة حول الاستخدامات المحتملة لهذه الأدوات في مساعدة تصنيع EUVL. يجب على اللجنة القانونية في NIST اتخاذ إجراءات استباقية لتطوير حلول لتلبية طلبات المتعاونين المحتملين لاتفاقيات عدم الإفصاح (NDAs) مع استيفاء المتطلبات القانونية والإدارية الفريدة الناشئة عن التوظيف الفيدرالي، مع منع أنفسهم أو مؤسساتهم صراحةً من الامتثال لأي عقود خارجية .

2.5.1 الجيل التوافقي العالي (HHG)

مع قيام EUVL بدفع الطباعة الحجرية إلى نظام المقياس العميق دون النانومتر، فإن صناعة الإلكترونيات الدقيقة تدعو إلى تقنيات قياس وقياس جديدة. في NIST، هناك مشروع مستمر يستخدم الطول الموجي القصير لـ EUV لسبر الأبعاد والمواد والخصائص الديناميكية للأجهزة الإلكترونية الدقيقة على نطاق عميق دون النانومتر. مصدر ضوء الجيل التوافقي العالي (HHG) الخاص بـ NIST هو نطاق عريض (يمتد من 20 إلى 100 طاقات فوتون)، فائق السرعة (20 نبضة فيمتوثانية)، ومصدر متماسك (يشبه الليزر). تسمح التغطية الطيفية الواسعة بالوصول إلى التحولات على المستوى الأساسي في العديد من المواد ذات الصلة لقياسات الأجهزة الإلكترونية الدقيقة وطبقات محددة، كما هو مبين في الشكل 13. وعادة ما يتم إجراء هذه القياسات باستخدام مصادر إشعاع السنكروترون. ومع ذلك، فإن البصمة المدمجة لمصادر HHG تسمح بالنشر في مرافق البحث والتصنيع مع إمكانية الوصول المستمر. ويبين الشكل 14 صورة للنظام الحالي الذي يعمل في مختبر القياس الفيزيائي التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (PML)، والذي يتناسب مع مساحة المختبر النموذجية.

يوضح الشكل 13 طيف إخراج طاقة الفوتون لمصدر الجيل التوافقي العالي (HHG) الخاص بـ NIST ومواقع العديد من التحولات على مستوى النواة الذرية في المواد ذات الصلة.

الشكل 14. صورة لمصدر HHG الموجود في NIST والأجهزة المصاحبة له.

يتيح عرض النبض القصير إجراء قياسات ديناميكية للدوران والنقل الحراري. أحد النجاحات الأخيرة هو تطوير مولد مشط التردد المتزامن مع نبضات الأشعة فوق البنفسجية، مع ارتعاش أفضل من اثنين بيكو ثانية. ويبين الشكل 15 هذا التزامن مع إشارة بتردد 40 جيجاهرتز. يعد هذا تحسنًا بمقدار درجة واحدة تقريبًا مقارنة بما يمكن تحقيقه باستخدام مسرع السنكروترون، مما يسمح لنا بإجراء قياسات عند ترددات تشغيل الأجهزة الإلكترونية الدقيقة. يتيح ذلك إجراء قياسات في الوقت الفعلي لتدفق الحرارة ونقل الدوران داخل الأجهزة الوظيفية وخارجها.

الشكل 15. إشارة 40 جيجا هرتز على راسم ذبذبات أخذ العينات. نبضة التشغيل (باللون الأحمر) مشتقة من النبضات المستخدمة في نظام توليد التوافقيات العالية، مما يدل مباشرة على التزامن بين التوافقيات العالية وإشارة 40 جيجا هرتز.

أخيرًا، يتيح تماسك الضوء تقنيات التصوير بدون عدسات مثل تصوير الحيود المتماسك، والتيكوغرافيا، والتصوير المجسم، والتي يمكن أن توفر دقة مكانية عند الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية. تسمح هذه الإمكانية لـ NIST بتصوير الأجهزة الوظيفية مباشرة، على الرغم من أن هذا العمل لم يكتمل في NIST. ويبين الشكل 16 نتيجة الجمع بين التيكوغرافيا وقياس الانعكاسات لقياس التوزيع المكاني الجانبي للمنشطات في السيليكون. يتيح هذا النهج إجراء تقييم غير مدمر للواجهات والتوزيعات النشطة في الإلكترونيات الدقيقة.

الشكل 16. مثال على التوصيف النانوي ثلاثي الأبعاد لتوزيع المنشطات باستخدام مزيج من قياس الانعكاسات والتيكوغرافيا. المصدر: تانكسلفالا.

وفي اجتماع مجموعة العمل، ذكر ممثلو الصناعة كيف يمكن أن يكون تحليل مكونات أشباه الموصلات على الرقائق لتحديد العيوب مفيدًا. على وجه التحديد، الجولاني وآخرون. أظهر كيف أن فصل محاكاة تفاعلات البنية الضوئية عن المحاكاة البصرية في محاكاة منهجية يسمح باختبار العديد من التكوينات البصرية في فترة زمنية قصيرة نسبيًا أثناء مرحلة ما بعد المعالجة. الجولاني وآخرون. تم إجراء المحاكاة باستخدام الحل التجاري Ansys وتضمنت توأمًا رقميًا قويًا.

يتبع...