Absolute radiometrische Messungen sind nicht nur für die Entwicklung von Lithographieprozessen und Instrumentenabnahmetests wichtig, sondern auch für das quantitative Verständnis von EUV-Lichterzeugungsprozessen. Die prädiktive Modellierung dieses Prozesses ist hinter der Entwicklung der EUV-Tools selbst zurückgeblieben. Zur Verbesserung der Modellgenauigkeit sind genaue experimentelle Daten sowohl für die Modelleingaben als auch für die Modellausgaben erforderlich. Im Zusammenhang mit der industriellen EUV-Lichterzeugung würde die Entwicklung neuer Strahlungsmessinstrumente speziell für Infrarotlaser und 13.5-nm-Licht solche Daten liefern.

Es mangelt an industrieller Zusammenarbeit, da die hier diskutierten industriellen Lithographiegeräte die einzigen sind, die in der Lage sind, die Lichtmengen zu erzeugen, für deren Messung diese Detektoren konzipiert sind. Angesichts der Vielzahl an geistigem Eigentum, das mit diesen Tools verbunden ist, wird es für Regierungs- und Industrievertreter wichtig sein, zusammenzuarbeiten. Vorbesprechungen bei Arbeitsgruppensitzungen deuten darauf hin, dass die Branche nicht bereit ist, relevante Details ohne den Schutz einer Vertraulichkeitsvereinbarung zu besprechen.

2.3 Plasmaphysik und Modellierung: Licht-Materie-Wechselwirkungen

EUVL verwendet 13.5-nm-Photonen zur Herstellung integrierter Schaltkreise. Die Hauptquelle dieses Lichts ist ein sehr heißes Zinnplasma, das von leistungsstarken Lasern erzeugt wird. Die Laserparameter werden so angepasst, dass Zinnionen erzeugt werden, die überwiegend in der Nähe von 13.5 nm emittieren (z. B. Sn10+-Sn15+). Während die meisten Plasmaeigenschaften in zahlreichen Experimenten untersucht wurden, ist eine zuverlässige und effiziente theoretische Unterstützung für die Entwicklung besserer Zinnplasmaquellen von entscheidender Bedeutung. Diskussionen zur Plasmaphysik, einschließlich mehrerer Präsentationen während der Arbeitsgruppensitzungen, wurden in einem Abschnitt des Berichts zusammengefasst. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die Plasmaphysik, den aktuellen technologischen Stand und die Bedürfnisse der US-amerikanischen Industrie und NIST-Forscher, um in diesem Bereich voranzukommen.

Fortgeschrittene Berechnungen der Lichtemission von lasererzeugten Zinnplasmen werden typischerweise mithilfe groß angelegter CR-Codes (Collisional-Radiative) durchgeführt, die versuchen, die wichtigsten physikalischen Prozesse zu erklären, die zur Photonenemission führen. Dazu gehören unter anderem Elektronenstoßanregung, Abregung und Ionisierung, Strahlung, Zwei-Elektronen- und Dreikörper-Rekombination sowie Autoionisierung. Darüber hinaus können Strahlungstransport und -opazität sowie die Modellierung der Strahlungshydrodynamik erforderlich sein.

Die Plasmamodellierung ist auch durch den Mangel an Informationen über die grundlegenden physikalischen Mechanismen, die Materialwechselwirkungen unterstützen, begrenzt. Dies kann eher zu inkrementellen als zu transformativen Fortschritten in der Plasmatechnik führen, um die Massenfertigung zu unterstützen. Laborpartnerschaften zwischen Industrie und Regierung haben versucht, Plasmaprozesse zu verstehen und zu kontrollieren und haben über ihre Erfolge berichtet. Branchensimulationsexperten weisen außerdem darauf hin, dass komplexe Simulationen mehrere physikalische Bereiche über verschiedene Zeitskalen hinweg umfassen.

Bei der Plasmamodellierung gibt es noch ungelöste Fragen hinsichtlich ihrer Praktikabilität bei der Steuerung technischer Bemühungen zur Verbesserung der EUV-Lichterzeugung und -effizienz. Beispielsweise kann die Modellierung von Out-of-Band-Photonen sowie der Emission von Ionen und Elektronen prädiktive Erkenntnisse liefern, die die Effizienz der Chipproduktion erheblich steigern würden. Ein weiteres Interessengebiet sind die Photonen-, Elektronen- und chemischen Wechselwirkungen in EUV-Resistenzen, die ein anhaltendes Forschungsinteresse in der EUVL-Industrie darstellen. Daher ist die Modellierung der Plasmaphysik auch für optische EUV-Komponenten relevant. Optische EUV-Geräte und Materialien werden im folgenden Abschnitt (2.4) behandelt.

In den letzten drei Jahren hat die EUVL-Modellierungsgemeinschaft ein langfristiges Validierungs- und Benchmarking-Programm für CR-Codes initiiert, indem sie EUVL-Code-Vergleichsworkshops organisiert hat. Dieser Ansatz basiert auf der Reihe von Workshops zum Vergleich von Nicht-LTE-Codes, die seit über 25 Jahren von der NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) organisiert werden. Daher wurde die NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) damit beauftragt, eine neue EUVL-Datenbank und ein modernes Vergleichstool für den intelligenten Vergleich von CR-Codes für EUVL zu entwickeln. Bisher konnten die beschriebenen Arbeiten ohne direkte finanzielle Unterstützung erfolgreich durchgeführt werden und Teilnehmer der beiden jüngsten EUVL-Workshops nutzten die Datenbank und die Benutzeroberfläche zum Vergleich ihrer Softwarepakete. Dennoch sollen in zukünftigen Workshops neue physikalische Parameter analysiert werden, die umfangreiche Modifikationen an der Datenbank und der Benutzeroberfläche erfordern. Daher ist eine stabile Finanzierung erforderlich, um ein langfristiges Engagement über mehrere Jahre hinweg zur Unterstützung der Entwicklung dieses Forschungsgebiets anzuzeigen.

Eine der von NIST-Forschern gemeldeten zukünftigen Richtungen besteht darin, Systeme mit kürzeren Wellenlängen zu untersuchen, die auf der Verfügbarkeit hauptsächlich mehrschichtiger Reflektoren basieren. Dadurch werden Photonen mit kürzeren Wellenlängen erzeugt als diejenigen, die von schwereren Elementen jenseits von Zinn in höheren Ionisierungszuständen (sogenannte „jenseits von EUV“) erzeugt werden. Leider mangelt es der breiteren Forschungsgemeinschaft an ausreichenden Kenntnissen über die Spektren von Elementen mit hohem Z und mehr als 20-facher Ionisierung. Die NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) verfügt sowohl über experimentelle als auch über theoretische Fähigkeiten, um der EUVL-Gemeinschaft die genauesten Informationen zu spektroskopischen Daten für zukünftige Plasmaquellen bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann die NIST-Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) nicht nur Ionen mit Ladungen bis zu 70+ erzeugen, sondern auch präziseste und detaillierteste Spektren im EUV und weiche Spektren in diesem Bereich aufzeichnen. Das NIST ASG-Team nutzt außerdem modernste atomare Methoden und Codes für hochpräzise groß angelegte Spektralberechnungen. Die bewährten Fähigkeiten sollten den Bedarf an genauen Daten über zukünftige Plasmaquellen für EUVL decken. Es sei darauf hingewiesen, dass Industrievertreter bei der Information über die künftigen Ressourcen für EUV erklärten, dass es keine öffentlichen Pläne gibt, in naher Zukunft andere Materialien als Zinn als Quelle zu verwenden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Interessengruppen aus der Industrie Zinnplasma modellieren möchten, und die Arbeit des NIST kann weitere Bemühungen unterstützen, erfordert jedoch Investitionen. Darüber hinaus wäre es für Designingenieure und Wissenschaftler wertvoll, solche Codes in kommerzielle Software zu integrieren, um die Produktionskapazität von EUV-Chips zu optimieren. Die Diskussionen bei der Sitzung der Arbeitsgruppe waren technischer Natur, aber es wurde auch darüber diskutiert, wie ein solcher Code bei kommerziellen Partnern integriert werden kann, um die Interessen von US-Unternehmen zu wahren. Schließlich kann die Modellierung von Plasma und Wechselwirkungen dazu beitragen, die negativen Auswirkungen von Trümmern auf EUVL-Komponenten zu reduzieren, was in Abschnitt 2.4.2 erörtert wird. 

2.4 Charakterisierung von Komponenten, die mit EUV interagieren

In diesem Abschnitt werden zwei Komponenten von EUVL-Scannern behandelt, die mit EUV-Licht interagieren: (1) Fotolack und (2) Sammelspiegel. Die Branchenteilnehmer der Arbeitsgruppe brachten ein allgemeines Thema zu den Anforderungen der Großserienfertigung (High-Volume Manufacturing, HVM) zur Sprache. Konkret konzentriert sich das HVM-Interesse hauptsächlich auf die Steigerung der Ausbeute und des Durchsatzes von Chips, die mit EUVL hergestellt werden. Die potenziellen Messlösungen, die NIST derzeit zur Verfügung stehen, werden in Abschnitt 2 besprochen.

2.4.1 Photoresist: Beschreibung der Polymereigenschaften

Die Fotolackverarbeitung ist für die Halbleiterindustrie von entscheidender Bedeutung. Für alle Gerätekomponenten und zugehörigen Strukturen (von Kanälen in Feldeffekttransistoren (FETs) bis hin zu elektrischen Verbindungen zwischen Geräten) sind durch Fotolithographie hergestellte nanoskalige Muster erforderlich. Die Rent-Regel besagt, dass die Anzahl der Terminals oder Interconnects mit der Anzahl der logischen Blöcke oder Gates zunimmt. Dies hängt mit der Einheitenebene zusammen, während Standardeinheiten schrumpfen, ebenso wie die Verbindungen zu den Einheiten. Dieses Konzept wurde in Abbildung 8 demonstriert.

Branchenteilnehmer betonen die Notwendigkeit, die Abstände durch den Einsatz neuer Batteriearchitekturen und neuartiger Gerätematerialien aktiv zu reduzieren. Auf der Konferenz wurde auch die Schwierigkeit erörtert, eine Großserienfertigung (HVM) neuer Einheitsstrukturen und Materialien zu erreichen, wobei die Ausbeute ein großes Problem darstellt. Bei beispielsweise 10^10 Kontaktpunkten pro Chip und einer Formausbeute von Yd=guter Chip/Gesamtchip müssen mindestens 99 % erreicht werden. In einem System enthält ein Intel Core-Prozessor der dritten Generation (Quad-Core) 1.48 Milliarden Transistoren. Bei einer Ausbeute von 99 % sind 1.48 Millionen Transistoren defekt – Ziel ist eine Ausbeute von 99.99996 % bzw. 6 Sigma (6A). Die Ausbeute muss sehr gut sein und hängt von der Prozesskontrolle und Fehlern ab. Bei ausreichender Ausbeute werden die Kosten für die Herstellung von EUV-Chips durch die Produktivität (Durchsatz) bestimmt. Mit anderen Worten: Eine bessere Tonhöhenauflösung ist für HVM notwendig, aber nicht ausreichend.

Fortsetzung folgt...