2.5.2. Sincrotrón: NIST SURF III

Además de la luz EUV a escala de laboratorio utilizada por el NIST para analizar componentes semiconductores, el Dr. Steve Grantham también presentó una gran cantidad de recursos en la Instalación de Radiación Ultravioleta Sincrotrón (SURF III) del NIST durante la reunión del grupo de trabajo.

Cuando las partículas cargadas se mueven a lo largo de una trayectoria curva, emiten radiación sincrotrón. Dado que la mayoría de los aceleradores utilizan campos magnéticos para desviar las trayectorias de las partículas, la radiación sincrotrón también se conoce como magnetobremsstrahlung. El espectro emitido abarca desde microondas (armónicos del campo de RF impulsor) hasta regiones espectrales de rayos X y la radiación está colimada y polarizada verticalmente. Si se conocen la energía del electrón E, el radio de curvatura ρ, la corriente del electrón IB, el ángulo Ψ0 con respecto al plano orbital, la distancia d al punto tangente, el ángulo vertical Δψ y el ángulo horizontal Δθ, se puede calcular la salida de radiación de sincrotrón. La potencia de salida de SURF se muestra en la figura.

La Figura 17 compara los espectros de radiación de sincrotrón emitidos por SURF a 416 MeV, 380 MeV, 331 MeV, 284 MeV, 234 MeV, 183 MeV, 134 MeV y 78 MeV con los espectros de un cuerpo negro de 3000 K y una lámpara de deuterio.
Por el contrario, el Grupo de Radiación Ultravioleta del NIST utiliza SURF III como fuente de luz estable para mediciones e investigaciones de radiación. SURF cubre un rango de longitudes de onda desde el infrarrojo lejano hasta los rayos X suaves. La Tabla 1 proporciona una descripción general de las capacidades actuales y los planes futuros de NIST SURF III. Las fuentes de luz de sincrotrón no son adecuadas para fuentes ultravioleta extremas (EUV) en entornos de fabricación de gran volumen (HVM). Sin embargo, las instalaciones de sincrotrón pueden ser ventajosas ya que ofrecen flexibilidad para probar varios parámetros para ayudar a la industria EUVL a lograr los objetivos de HVM, como se analizó anteriormente en este informe (Secciones 2.2 y 2.4.2). Es importante tener en cuenta que puede haber definiciones y terminología superpuestas e inconsistentes para ciertos sistemas de longitud de onda, por lo que se debe hacer referencia a la norma ISO21348 como guía general.

Durante la reunión del grupo de trabajo, se presentaron ejemplos de investigación sobre la contaminación de espejos durante la iluminación con radiación EUV en presencia de contaminantes y/o materiales de limpieza. Desde 2000, el NIST ha sido un centro líder en el estudio de la contaminación óptica EUVL y ha investigado la degradación de los filtros comúnmente utilizados en los satélites. Recientemente, la División de Ciencias de Sensores del NIST realizó estudios similares para aplicaciones de fabricación de semiconductores. Actualmente, el NIST tiene tres instalaciones dedicadas a diversos aspectos de la contaminación óptica en dos líneas de luz (Beamline 1 y Beamline 8). La capacidad de estudiar la contaminación se relaciona directamente con la discusión sobre la importancia de extender la vida útil de los espejos colectores mencionada anteriormente en este informe (consulte la Sección 2.4.2). Se recomienda apoyar el desarrollo continuo de las instalaciones actuales para respaldar la próxima generación de fabricación EUVL en la industria de semiconductores.

2.5.3: Tomografía con sonda atómica (APT)

La tomografía con sonda atómica (APT) es la única técnica capaz de proporcionar un mapeo elemental a escala atómica con resolución isotópica subnanométrica en 3D en la tabla periódica para cualquier elemento. La Figura 18 ilustra el funcionamiento de APT. Para obtener más información general sobre APT, los lectores pueden consultar revisiones recientes sobre este tema.

Figura 18. Fotografía de la tomografía con sonda atómica (APT) del NIST en Boulder, Colorado (arriba) y esquema del funcionamiento de la APT (abajo). Fuente: NIST.

Los instrumentos APT comerciales utilizan radiación láser casi ultravioleta (NUV: 3.5 eV) o ultravioleta profunda (DUV: 4.8 eV), que está por debajo de la función de trabajo de muchos materiales y de la energía de ionización de la mayoría de los elementos. Por tanto, estos instrumentos pueden funcionar sometiendo las muestras estudiadas a un calentamiento significativo. De hecho, los datos de los instrumentos NUV para el análisis de materiales orgánicos a menudo exhiben patrones de fragmentos complejos y problemáticos, que muestran evidencia de agregación durante el proceso de evaporación in situ, y no pueden interpretarse directamente como resultados a escala atómica. Por el contrario, la radiación EUV (20-90 eV) posee suficiente energía para ionizar átomos y moléculas en la superficie de la muestra, generando potencialmente patrones de fragmentos más pequeños y directamente interpretables. El enfoque del NIST implica aplicar EUVAPT al estudio de fotorresistentes de película delgada para buscar fluctuaciones de composición a nanoescala que puedan contribuir a la naturaleza estocástica de las irregularidades litográficas, incluida la rugosidad del borde de la línea (LER). Por lo tanto, EUVAPT representa un avance metrológico crucial en la investigación de eventos estocásticos relacionados con el procesamiento y la composición química de fotoprotectores (ver Sección 2.4.1). Es de destacar que este método, así como la comparación de resultados entre EUVAPT y los instrumentos tradicionales NUV y DUVAPT, se analiza en la Sección 2.3 anterior.

Resultados de la encuesta y recomendaciones

Las conclusiones técnicas de las reuniones del grupo de trabajo se incluyen en la Sección 2 de cada subproyecto. Las propiedades clave extraídas de los experimentos facilitarán el desarrollo de técnicas de modelado y simulación, impulsando un alto volumen, rendimiento y escala para la industria de los semiconductores. NIST posee capacidades únicas de metrología experimental EUVL y programas de simulación teórica. Por lo tanto, los asistentes de la industria a las reuniones del grupo de trabajo alentaron a financiar la creación de instrumentos propuestos por el NIST o utilizar instrumentos existentes para proporcionar datos ultraprecisos a la industria estadounidense. Los científicos del NIST no sólo deberían ser ingenieros de diseño industrial, sino que también deberían combinar su conocimiento de campo con conocimientos sobre EUVL a través de la colaboración para lograr resultados mutuamente beneficiosos; La transferencia de conocimientos debe alinearse con la misión de la financiación. La industria tiene una manera de apoyar los intereses nacionales, pero los líderes científicos y administrativos del NIST deben entender cómo ajustar en consecuencia cualquier ventaja competitiva recién creada. Se deben considerar métodos de difusión controlada establecidos como CRADA, SRD y SRM.

Desde la perspectiva del proyecto, las reuniones del grupo de trabajo enfatizaron cómo el panorama de competencia internacional para EUVL conduce a la necesidad de acuerdos de confidencialidad (NDA) para conversaciones técnicas en profundidad con los investigadores del NIST. Por lo tanto, todos los asistentes a la reunión del grupo de trabajo sugirieron simplificar el proceso de NDA entre los investigadores del NIST y la industria, con un tiempo de respuesta de menos de dos meses a partir del inicio del proyecto. El personal y la gerencia del NIST deben recibir educación sobre el proceso de NDA para ejecutar los pasos correctamente.

Finalmente, de esta reunión del grupo de trabajo se desprende claramente que la interacción cara a cara produce debates fructíferos y próximos pasos viables. Las interacciones futuras entre las partes interesadas pueden pasar de reuniones de grupos de trabajo a simposios y consorcios. A medida que aumenta la complejidad de los procedimientos, también aumentan los costos (entre 10,000 100,000 y 40 200 dólares) y las horas de mano de obra (entre XNUMX y XNUMX horas). Por lo tanto, programar actividades futuras en conferencias profesionales a las que asisten con frecuencia, como SPIE o la Optical Society of America (OSA), puede ayudar a aliviar costos y esfuerzos.