2.5 EUV als Analysetool

Bei der Arbeitsgruppensitzung diskutierten Forscher des NIST drei Hauptthemen im Zusammenhang mit der Verwendung von EUV als Analysewerkzeug zur Unterstützung der Halbleiterfertigungsindustrie. Die drei Methoden zur Nutzung von EUV-Licht als Analysetechnik sind: (1) Erzeugung hoher Harmonischer (HHG), (2) Synchrotronstrahlung und (3) Atomsondentomographie. Die Erzeugung hoher Harmonischer bietet eine kompakte Grundfläche und ermöglicht den Einsatz in Forschungs- und Produktionsanlagen mit kontinuierlichem Zugriff auf Abmessungen, Materialien und dynamische Eigenschaften von mikroelektronischen Geräten im Subnanometerbereich, die typischerweise mit Synchrotronstrahlungsquellen untersucht werden. Synchrotronstrahlungsquellen ermöglichen die Untersuchung verschiedener Aspekte der EUVL und bieten zusätzliche Möglichkeiten zur Untersuchung der Verschlechterung von Kollektorspiegeln. Die Atomsondentomographie ist die einzige Technik, die für jedes Element im Periodensystem eine 3D-chemische Kartierung auf atomarer Ebene mit einer Isotopenauflösung im Subnanometerbereich liefern kann, die für die Untersuchung von EUV-Fotolacken verwendet werden kann.

Die Industrie hat wertvolles Feedback zu den potenziellen Einsatzmöglichkeiten dieser Werkzeuge zur Unterstützung der EUVL-Herstellung gegeben. Der NIST-Rechtsausschuss muss proaktive Maßnahmen ergreifen, um Lösungen zu entwickeln, um den Anforderungen potenzieller Mitarbeiter nach Geheimhaltungsvereinbarungen (NDAs) nachzukommen und gleichzeitig die besonderen rechtlichen und administrativen Anforderungen zu erfüllen, die sich aus der Beschäftigung beim Bundesdienst ergeben, und sich selbst oder ihrer Organisation ausdrücklich die Einhaltung externer Verträge zu verbieten .

2.5.1 Erzeugung hoher Harmonischer (HHG)

Während EUVL die Lithographie weiter in den tiefen Sub-Nanometerbereich vordringt, fordert die Mikroelektronikindustrie neue Mess- und Messtechniken. Am NIST gibt es ein laufendes Projekt, das die kurze Wellenlänge von EUV nutzt, um Abmessungen, Materialien und dynamische Eigenschaften mikroelektronischer Geräte im tiefen Sub-Nanometer-Bereich zu untersuchen. Die High Harmonic Generation (HHG)-Lichtquelle des NIST ist eine breitbandige (20–100 eV Photonenenergie), ultraschnelle (20 Femtosekunden-Pulse) und kohärente (laserähnliche) Quelle. Die breite spektrale Abdeckung ermöglicht den Zugang zu Kernebenenübergängen in vielen relevanten Materialien für Messungen mikroelektronischer Geräte und spezifischer Schichten, wie in Abbildung 13 dargestellt. Solche Messungen werden typischerweise mit Synchrotronstrahlungsquellen durchgeführt. Die kompakte Grundfläche von HHG-Quellen ermöglicht jedoch den Einsatz in Forschungs- und Produktionsanlagen mit kontinuierlichem Zugang. Abbildung 14 zeigt ein Foto des aktuellen Systems im NIST Physical Measurement Laboratory (PML), das in einen typischen Laborraum passt.

Abbildung 13 zeigt das Photonenenergie-Ausgangsspektrum der NIST-Quelle zur Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) und die Positionen mehrerer Atomkernniveauübergänge in relevanten Materialien.

Abbildung 14. Foto der HHG-Quelle am NIST und der dazugehörigen Instrumentierung.

Die kurze Pulsbreite ermöglicht dynamische Messungen des Spin- und Wärmetransports. Ein aktueller Erfolg ist die Entwicklung eines Frequenzkammgenerators, der mit EUV-Pulsen synchronisiert ist und einen Jitter von weniger als zwei Pikosekunden aufweist. Abbildung 15 zeigt diese Synchronisierung mit einem 40-GHz-Signal. Dies ist eine Verbesserung um etwa eine Größenordnung im Vergleich zu dem, was mit einem Synchrotronbeschleuniger erreicht werden kann, und ermöglicht uns die Durchführung von Messungen bei den Betriebsfrequenzen mikroelektronischer Geräte. Dies ermöglicht Echtzeitmessungen des Wärmeflusses und Spintransports innerhalb und außerhalb funktionsfähiger Geräte.

Abbildung 15. 40-GHz-Signal auf dem Sampling-Oszilloskop. Der Auslöseimpuls (in Rot) wird von den Impulsen abgeleitet, die im System zur Erzeugung hoher Harmonischer verwendet werden, und demonstriert direkt die Synchronisation zwischen den hohen Harmonischen und dem 40-GHz-Signal.

Schließlich ermöglicht die Kohärenz des Lichts linsenlose Bildgebungstechniken wie kohärente Beugungsbildgebung, Ptychographie und Holographie, die eine räumliche Auflösung bei EUV-Wellenlängen ermöglichen können. Diese Fähigkeit ermöglicht es NIST, funktionsfähige Geräte direkt abzubilden, obwohl diese Arbeit am NIST noch nicht abgeschlossen ist. Abbildung 16 zeigt das Ergebnis der Kombination von Ptychographie und Reflektometrie zur Messung der lateralen räumlichen Verteilung von Dotierstoffen in Silizium. Dieser Ansatz ermöglicht die zerstörungsfreie Bewertung von Grenzflächen und Dotierstoffverteilungen in der Mikroelektronik.

Abbildung 16. Beispiel einer dreidimensionalen nanoskaligen Charakterisierung der Dotierstoffverteilung mithilfe einer Kombination aus Reflektometrie und Ptychographie. Quelle: Tanksalvala.

Bei der Arbeitsgruppensitzung erwähnten Branchenvertreter, wie hilfreich die Analyse von Halbleiterbauteilen auf Wafern zur Identifizierung von Defekten sein kann. Insbesondere Golani et al. zeigte, wie die Trennung der Simulation von Licht-Struktur-Wechselwirkungen von der optischen Simulation in einer systematischen Simulation das Testen vieler optischer Konfigurationen in relativ kurzer Zeit während der Nachbearbeitung ermöglichte. Die Golani et al. Die Simulation wurde mit dem kommerziellen Ansys-Solver durchgeführt und enthielt einen leistungsstarken digitalen Zwilling.

Fortsetzung folgt...