La medición radiométrica absoluta es importante no sólo para el desarrollo de procesos de litografía y pruebas de aceptación de instrumentos, sino también para la comprensión cuantitativa de los procesos de generación de luz EUV. El modelado predictivo de este proceso se ha quedado atrás con respecto al desarrollo de las propias herramientas EUV. Mejorar la precisión del modelo requiere datos experimentales precisos tanto para las entradas como para las salidas del modelo. En el contexto de la generación industrial de luz EUV, el desarrollo de nuevas herramientas de metrología de radiación específicas para láseres infrarrojos y luz de 13.5 nm proporcionaría dichos datos.

Falta colaboración industrial porque las herramientas de litografía industrial que se analizan aquí son las únicas capaces de generar las cantidades de luz para las que estos detectores están diseñados. Dada la cantidad de propiedades intelectuales asociadas con estas herramientas, será importante que los representantes del gobierno y la industria colaboren. Las discusiones preliminares en las reuniones del grupo de trabajo indican que la industria no está dispuesta a discutir detalles relevantes sin la protección de un acuerdo de confidencialidad.

2.3 Física y modelado del plasma: interacciones luz-materia

EUVL utiliza fotones de 13.5 nm para producir circuitos integrados. La fuente principal de esta luz es un plasma de estaño muy caliente generado por potentes láseres. Los parámetros del láser se ajustan para producir iones de estaño que emiten predominantemente cerca de 13.5 nm (por ejemplo, Sn10+-Sn15+). Si bien la mayoría de las propiedades del plasma se han explorado en numerosos experimentos, un respaldo teórico confiable y eficiente es crucial para desarrollar mejores fuentes de plasma de estaño. Los debates sobre la física del plasma, incluidas varias presentaciones a lo largo de las reuniones del grupo de trabajo, se han consolidado en una sección del informe. Esta sección se centra en la física del plasma, el estado tecnológico actual y las necesidades de la industria estadounidense y de los investigadores del NIST para avanzar en este campo.

Los cálculos avanzados de la emisión de luz de los plasmas de estaño producidos con láser generalmente se realizan utilizando códigos de radiación de colisión (CR) a gran escala que intentan explicar los procesos físicos más importantes que conducen a la emisión de fotones. Estos incluyen excitación por colisión de electrones, desexcitación e ionización, recombinación radiativa, de dos electrones y tres cuerpos y autoionización, entre otros. Además, puede resultar necesario modelar el transporte y la opacidad de la radiación, así como la hidrodinámica de la radiación.

El modelado de plasma también está limitado por la escasez de información sobre los mecanismos físicos fundamentales que sustentan las interacciones materiales. Esto puede resultar en un progreso incremental, en lugar de transformador, en la ingeniería del plasma para respaldar la fabricación de alto volumen. Las asociaciones de laboratorios entre la industria y el gobierno han estado tratando de comprender y controlar los procesos del plasma y han informado de sus éxitos. Los expertos en simulación de la industria también señalan cómo las simulaciones complejas abarcan múltiples dominios físicos en diferentes escalas de tiempo.

El modelado de plasma existe en un estado de preguntas sin resolver con respecto a su viabilidad para guiar los esfuerzos de ingeniería para mejorar la generación y eficiencia de la luz EUV. Por ejemplo, el modelado de fotones fuera de banda, así como la emisión de iones y electrones, puede proporcionar conocimientos predictivos que mejorarían en gran medida la eficiencia de la producción de chips. Otra área de interés son las interacciones de fotones, electrones y sustancias químicas en la resistencia EUV, que es un interés de investigación en curso en la industria EUVL. Por lo tanto, el modelado de la física del plasma también es relevante para los componentes ópticos EUV. Los dispositivos y materiales ópticos EUV se tratan en la siguiente sección (2.4).

En los últimos tres años, la comunidad de modelado EUVL ha iniciado un programa de validación y evaluación comparativa a largo plazo para códigos CR mediante la organización de talleres de comparación de códigos EUVL. Este enfoque sigue el modelo de la serie de talleres de comparación de códigos no LTE organizados por el Grupo de Espectroscopía Atómica (ASG) del NIST durante más de 25 años. Como tal, al Grupo de Espectroscopía Atómica (ASG) del NIST se le ha encomendado la tarea de desarrollar una nueva base de datos EUVL y una herramienta de comparación moderna para la comparación inteligente de códigos CR para EUVL. Hasta ahora, el trabajo descrito se ha realizado con éxito sin apoyo financiero directo, y los participantes de los dos talleres EUVL más recientes han utilizado la base de datos y la interfaz de usuario para comparar sus paquetes de software. Sin embargo, futuros talleres están destinados a analizar nuevos parámetros físicos que requieren modificaciones extensas en la base de datos y la interfaz de usuario. Por lo tanto, se necesita una financiación estable para indicar un compromiso a largo plazo durante varios años para apoyar el desarrollo de este campo de investigación.

Una de las direcciones futuras informadas por los investigadores del NIST es estudiar esquemas de longitudes de onda más cortas basados ​​en la disponibilidad de reflectores principalmente multicapa. Esto producirá fotones con longitudes de onda más cortas que los generados por elementos más pesados ​​más allá del estaño en estados de ionización más altos (los llamados "más allá de EUV"). Lamentablemente, la comunidad investigadora en general carece de conocimientos suficientes sobre los espectros de elementos de alto Z con una ionización superior a 20 veces. El Grupo de Espectroscopía Atómica (ASG) del NIST tiene capacidades tanto experimentales como teóricas para proporcionar a la comunidad EUVL la información más precisa sobre datos espectroscópicos para futuras fuentes de plasma. Con este fin, la trampa de iones de haz de electrones (EBIT) del NIST no solo puede generar iones con cargas de hasta 70+, sino que también puede registrar los espectros más precisos y detallados en EUV y espectros suaves dentro de este rango. El equipo NIST ASG también utiliza códigos y métodos atómicos de última generación para cálculos espectrales de alta precisión a gran escala. Las capacidades probadas deberían satisfacer la demanda de datos precisos sobre futuras fuentes de plasma para EUVL. Cabe señalar que cuando los representantes de la industria fueron informados sobre los recursos futuros para EUV, afirmaron que no hay planes públicos para utilizar materiales distintos del estaño como fuente en el corto plazo.

En resumen, las partes interesadas de la industria quieren modelar el plasma de estaño y el trabajo que está realizando el NIST puede respaldar más esfuerzos, pero requerirá inversión. Además, a los ingenieros y científicos de diseño les resultaría valioso integrar dichos códigos en el software comercial para optimizar la capacidad de producción de chips EUV. Las discusiones en la reunión del grupo de trabajo fueron técnicas, pero también se discutió cómo integrar dicho código con socios comerciales para garantizar los intereses de las empresas estadounidenses. Finalmente, modelar el plasma y las interacciones puede ayudar a reducir el impacto negativo de los desechos en los componentes EUVL, lo que se discutirá en la sección 2.4.2. 

2.4 Caracterización de componentes que interactúan con EUV

Esta sección cubre dos componentes de los escáneres EUVL que interactúan con la luz EUV: (1) fotoprotector y (2) espejos colectores. Los participantes de la industria del grupo de trabajo plantearon un tema general relacionado con los requisitos de fabricación de alto volumen (HVM). Específicamente, el interés de HVM se centra principalmente en aumentar el rendimiento y el rendimiento de los chips producidos utilizando EUVL. Las posibles soluciones de metrología actualmente disponibles para el NIST se analizarán en la Sección 2.

2.4.1 Fotorresistente: Descripción de la propiedad del polímero

El procesamiento de fotoprotectores es fundamental para la industria de los semiconductores. Se requieren patrones a nanoescala fabricados mediante fotolitografía para todos los componentes del dispositivo y estructuras relacionadas (desde canales en transistores de efecto de campo (FET) hasta interconexiones eléctricas entre dispositivos). La regla de Renta establece que la cantidad de terminales o interconexiones aumenta con la cantidad de bloques lógicos o puertas. Esto está relacionado con el nivel de la unidad, mientras que las unidades estándar se reducen, también lo hacen las conexiones a las unidades. Este concepto se ha demostrado en la Figura 8.

Los participantes de la industria enfatizan la necesidad de reducir activamente el espacio mediante la utilización de una nueva arquitectura de batería y nuevos materiales para dispositivos. En la conferencia también se discutió la dificultad de lograr la fabricación en gran volumen (HVM) de nuevas estructuras y materiales unitarios, siendo el rendimiento un tema importante. Por ejemplo, dados 10^10 puntos de contacto por chip y un rendimiento del molde de Yd = matriz buena/matriz total, se debe lograr al menos el 99 %. En un sistema, un procesador Intel Core de tercera generación (quad-core) contiene 1.48 mil millones de transistores. Si hay un rendimiento del 99%, 1.48 millones de transistores estarán defectuosos; el objetivo es un rendimiento del 99.99996% o 6 Sigma (6A). El rendimiento debe ser muy bueno y depende del control del proceso y de los defectos. Si el rendimiento es suficiente, el coste de producir chips EUV está determinado por la productividad (rendimiento). En otras palabras, una mejor resolución de tono es necesaria pero no suficiente para HVM.

Continuará...