El NIST está desarrollando actualmente un instrumento para medir SoS a presiones y temperaturas más altas. El instrumento SoS es parte de la beca postdoctoral del Consejo Nacional de Investigación (NRC) de la Dra. Elizabeth Rasmussen en fabricación de aditivos metálicos. En octubre de 2022 se presentó una patente estadounidense sobre el diseño y funcionamiento del instrumento. El nuevo instrumento metálico SoS es una extensión del instrumento existente del NIST, que funciona a temperaturas y presiones extremas más bajas. El nuevo instrumento está actualmente en desarrollo y requiere recursos adicionales dedicados para mediciones de estaño.

Además, es necesario proporcionar datos sobre las propiedades de transporte (tensión superficial, viscosidad, etc.) del estaño fundido en condiciones extremas. Satisfacer esta necesidad requiere un nuevo instrumento de metrología personalizado y recursos asociados. Tanto el SoS como los instrumentos de propiedad del transporte tendrán capacidades de metrología de clase mundial, lo que requerirá habilidades especializadas para el diseño, la fabricación y la operación.

Una vez recopilados los datos, resulta útil correlacionarlos en EoS. Un ejemplo de dicha difusión son las correlaciones de transporte o EoS termodinámicas. Actualmente, existen correlaciones de referencia para las propiedades de transporte del estaño, pero no hay EoS de referencia. Las correlaciones de las propiedades de transporte del estaño difieren de los datos experimentales en un 5-10% y sólo son válidas bajo presión atmosférica. Esto presenta una oportunidad para la metrología avanzada. NIST se destaca en la creación de correlaciones de referencia, EoS y SRD para refrigerantes y materiales de gas natural a través del proyecto Refrigerant (Reference Fluid Performance), que se remonta a la década de 1990. Por lo tanto, se pueden realizar mediciones similares para metales, especialmente estaño, y desarrollar EoS para SRD para mejorar las simulaciones de alta fidelidad y lograr un desarrollo EUVL basado en datos. Este desarrollo puede implicar un aumento de las emisiones EUV y la creación de gemelos digitales, y las propiedades, correlaciones y EoS del material de referencia los lograrán. La difusión de SRD o modelos a la industria estadounidense se puede realizar de manera controlada a través del programa SRD establecido por el NIST, como se muestra en la Figura 6.

Actualmente, no existe ningún sistema de software comercial que pueda proporcionar una guía de simulación precisa o predictiva para metales en fase líquida por encima de la presión atmosférica. Este trabajo de metrología ha recibido un entusiasmo entusiasta por parte de los miembros de la industria del grupo de trabajo desde la perspectiva de los usuarios de datos y los canales de datos de simulación.

Además de carecer de propiedades termodinámicas y de transporte bajo temperaturas y presiones extremas, la estructura y los datos piezoeléctricos de los componentes también son limitados. Esto restringe la capacidad de predecir posibles incompatibilidades de materiales, lo que limita el diseño de generadores de gotas. El uso de nuevos materiales piezoeléctricos de alta temperatura (>300°C) se considera una ventaja en la configuración actual. Un miembro mencionó y compartió una publicación reciente de Tittmann sobre este tema. Estos materiales existen, pero son difíciles de obtener y caros. Por lo tanto, es necesario hacer concesiones.

Los generadores de gotas de metal se han utilizado durante décadas en soldadura y fabricación de polvos, incluidas aleaciones de plomo, estaño, indio, cobre, plata y oro, además del estaño puro. Sorprendentemente, existe un importante vacío de conocimiento sobre las propiedades fundamentales de los materiales. Si bien el uso de generadores de gotas fuera de la litografía EUV queda fuera del alcance del grupo de trabajo, es beneficioso reconocer que los avances en este campo también pueden afectar otras áreas tecnológicas críticas.

En resumen, se enfatiza la optimización de los generadores de gotas en los componentes del escáner EUVL. Se desea explícitamente el funcionamiento continuo, confiable y preciso de los generadores de gotas, junto con el progreso en su diseño para mejorar la producción de chips EUV. Los avances en la medición de las propiedades termodinámicas y de transporte básicas del estaño fundido a alta presión pueden establecer correlaciones de referencia para las características del material y difundirse en forma de datos de referencia estándar (SRD). La integración de SRD en el software de simulación permite simulaciones de gemelos digitales de generadores de gotas. Por lo tanto, la simulación del entorno de los generadores de gotas puede ayudar al funcionamiento del equipo actual y a la innovación en diseños futuros, haciendo posibles los sistemas de escáner de alto NAEUV.

2.2 Medición de radiación para la generación EUV

Las herramientas industriales de EUVL utilizan principalmente dos tipos de luz: láseres infrarrojos (IR) pulsados ​​de alta potencia para ionizar estaño fundido (Sn) y luz de 13.5 nm para fotolitografía. El primero se obtiene mediante un láser de dióxido de carbono (λ=10.6 μm) especialmente fabricado, que emite aproximadamente 30 kW (potencia media) con una frecuencia de repetición de 50 kHz. El proceso de ionización del estaño implica dos pulsos láser infrarrojos rápidos y consecutivos: un prepulso para aplanar la gota, transformándola en un disco, y un pulso principal de alta energía para la ionización. La salida del láser infrarrojo es crucial para el desarrollo de futuras herramientas de fotolitografía, ya que «la escala de potencia de EUV requiere mayores potencias de láser de dióxido de carbono». «En las herramientas de litografía comerciales actuales, la potencia máxima de salida de la luz EUV incoherente de 13.5 nm ronda los 250 W, con demostraciones de laboratorio que alcanzan los 600 W». El sistema de doble pulso se ilustra en la Figura 7.

Actualmente, el NIST admite la calibración infrarroja, pero no las condiciones de potencia y pulso necesarias para la litografía EUV comercial. Si bien el NIST actualmente proporciona calibración para la industria de la microfabricación utilizando longitudes de onda de 193 nm y 248 nm, la calibración dentro del rango de longitud de onda EUV es posible, pero solo a potencias significativamente más bajas que las utilizadas en las herramientas EUVL. Bajo estas potencias reducidas, NIST ofrece fotodiodos de silicio endurecidos por radiación y detectores de fotoemisión de óxido de aluminio, o detectores adecuados proporcionados por el cliente, para calibración como estándares de transferencia. También se realizan otras caracterizaciones ópticas dentro de EUV, incluida la transmisión de filtros y pruebas de uniformidad espacial. Las oportunidades para la investigación metrológica implicarían ampliar las capacidades de calibración del NIST para cubrir los láseres infrarrojos de entrada para inferir potencias de rango medio de fuentes EUV y la salida EUV final directa, todo bajo condiciones relevantes para EUVL industrial. Al proporcionar metrología trazable para parámetros clave del proceso, esto tendría un impacto directo en el desarrollo de procesos de fabricación de semiconductores. Además, los impactos a largo plazo provendrían del desarrollo de futuros instrumentos EUV al proporcionar datos de alta fidelidad para validar las simulaciones generadas por EUV.

Continuará...