2.5 EUV como herramienta analítica

En la reunión del grupo de trabajo, los investigadores del NIST discutieron tres temas principales relacionados con el uso de EUV como herramienta analítica para ayudar a la industria de fabricación de semiconductores. Los tres métodos para utilizar la luz EUV como técnica analítica son: (1) generación de altos armónicos (HHG), (2) radiación sincrotrón y (3) tomografía con sonda atómica. La alta generación de armónicos ofrece una huella compacta, lo que permite su implementación en instalaciones de investigación y fabricación con acceso continuo a dimensiones, materiales y características dinámicas de dispositivos microelectrónicos de nivel subnanómetro profundo, que normalmente se estudian utilizando fuentes de radiación de sincrotrón. Las fuentes de radiación sincrotrón permiten estudiar varios aspectos de EUVL y brindan capacidades adicionales para estudiar la degradación de los espejos colectores. La tomografía con sonda atómica es la única técnica que puede proporcionar mapeo químico 3D a nivel atómico con resolución isotópica subnanométrica para cualquier elemento de la tabla periódica, que puede usarse para el estudio de fotorresistentes EUV.

La industria ha proporcionado comentarios valiosos sobre los usos potenciales de estas herramientas para ayudar en la fabricación de EUVL. El comité legal del NIST debe tomar medidas proactivas para desarrollar soluciones que satisfagan las solicitudes de acuerdos de confidencialidad (NDA, por sus siglas en inglés) de los colaboradores potenciales, al mismo tiempo que cumplen con los requisitos legales y administrativos únicos que surgen del empleo federal, prohibiéndose explícitamente a ellos mismos o a su organización cumplir con cualquier contrato externo. .

2.5.1 Alta Generación de Armónicos (HHG)

A medida que EUVL lleva la litografía aún más al profundo régimen de escala subnanométrica, la industria de la microelectrónica exige nuevas técnicas de medición y metrología. En el NIST, hay un proyecto en curso que utiliza la longitud de onda corta de EUV para sondear dimensiones, materiales y características dinámicas de dispositivos microelectrónicos en una escala subnanométrica profunda. La fuente de luz de alta generación de armónicos (HHG) del NIST es una fuente de banda ancha (que abarca energías de fotones de 20 a 100 eV), ultrarrápida (pulsos de 20 femtosegundos) y coherente (similar a un láser). La amplia cobertura espectral permite el acceso a transiciones a nivel central en muchos materiales relevantes para mediciones de dispositivos microelectrónicos y capas específicas, como se muestra en la Figura 13. Estas mediciones generalmente se realizan utilizando fuentes de radiación sincrotrón. Sin embargo, la huella compacta de las fuentes de HHG permite su implementación en instalaciones de investigación y fabricación con acceso continuo. La Figura 14 muestra una fotografía del sistema actual funcionando en el Laboratorio de Medición Física (PML) del NIST, que cabe dentro del espacio típico de un laboratorio.

La Figura 13 muestra el espectro de salida de energía de fotones de la fuente de generación de altos armónicos (HHG) del NIST y las posiciones de varias transiciones de nivel del núcleo atómico en materiales relevantes.

Figura 14. Fotografía de la fuente de HHG ubicada en el NIST y la instrumentación que la acompaña.

El corto ancho de pulso permite mediciones dinámicas de espín y transporte térmico. Un éxito reciente es el desarrollo de un generador de peine de frecuencia sincronizado con pulsos EUV, con una fluctuación superior a dos picosegundos. La Figura 15 demuestra esta sincronización con una señal de 40 GHz. Se trata de una mejora de aproximadamente un orden de magnitud en comparación con lo que se puede lograr con un acelerador sincrotrón, lo que nos permite realizar mediciones en las frecuencias de funcionamiento de dispositivos microelectrónicos. Esto permite mediciones en tiempo real del flujo de calor y el transporte de espín dentro y fuera de los dispositivos funcionales.

Figura 15. Señal de 40 GHz en el osciloscopio de muestreo. El pulso de disparo (en rojo) se deriva de los pulsos utilizados en el sistema de generación de armónicos altos, lo que demuestra directamente la sincronización entre los armónicos altos y la señal de 40 GHz.

Finalmente, la coherencia de la luz permite técnicas de imágenes sin lentes, como las imágenes de difracción coherente, la pticografía y la holografía, que pueden proporcionar resolución espacial en longitudes de onda EUV. Esta capacidad permite al NIST obtener imágenes directamente de dispositivos funcionales, aunque este trabajo no se ha completado en el NIST. La Figura 16 muestra el resultado de combinar pticografía con reflectometría para medir la distribución espacial lateral de dopantes en silicio. Este enfoque permite la evaluación no destructiva de interfaces y distribuciones dopantes en microelectrónica.

Figura 16. Ejemplo de caracterización a nanoescala 3D de la distribución de dopantes utilizando una combinación de reflectometría y ptografía. Fuente: Tanksalvala.

En la reunión del grupo de trabajo, los representantes de la industria mencionaron cómo puede resultar útil analizar componentes semiconductores en obleas para identificar defectos. En concreto, Golani et al. demostró cómo separar la simulación de las interacciones luz-estructura de la simulación óptica en una simulación sistemática permitió probar muchas configuraciones ópticas en un período de tiempo relativamente corto durante el posprocesamiento. Golani et al. La simulación se realizó utilizando el solucionador comercial Ansys y contó con un potente gemelo digital.

Continuará...