2.5.2. سنکروترون: NIST SURF III

علاوه بر نور EUV در مقیاس آزمایشگاهی که توسط NIST برای تجزیه و تحلیل اجزای نیمه هادی استفاده می شود، دکتر استیو گرانتهام همچنین منابع فراوانی را در مرکز تابش اشعه ماوراء بنفش سنکروترون NIST (SURF III) در جلسه کارگروه ارائه کرد.

هنگامی که ذرات باردار در امتداد یک مسیر منحنی حرکت می کنند، تابش سنکروترون ساطع می کنند. از آنجایی که بیشتر شتاب دهنده ها از میدان های مغناطیسی برای خم کردن مسیر ذرات استفاده می کنند، تابش سنکروترون به عنوان magnetobremsstrahlung نیز شناخته می شود. طیف ساطع شده از مایکروویو (هارمونیک های میدان RF محرک) تا مناطق طیفی اشعه ایکس و تابش به صورت عمودی همسو و قطبی شده است. اگر انرژی الکترون E، شعاع خمشی ρ، جریان الکترون IB، زاویه Ψ0 نسبت به صفحه مداری، فاصله d تا نقطه مماس، زاویه عمودی Δψ، و زاویه افقی Δθ شناخته شوند، خروجی تابش سنکروترون را می توان محاسبه کرد. توان خروجی SURF در شکل نشان داده شده است.

شکل 17 طیف تابش سنکروترون ساطع شده توسط SURF را در 416MeV، 380MeV، 331MeV، 284MeV، 234MeV، 183MeV، 134MeV و 78MeV با طیف یک جسم سیاه 3000K و lamp deuter مقایسه می کند.
برعکس، گروه تابش فرابنفش NIST از SURF III به عنوان منبع نور پایدار برای اندازه‌گیری و تحقیقات تشعشع استفاده می‌کند. SURF محدوده طول موجی از مادون قرمز دور تا اشعه ایکس نرم را پوشش می دهد. جدول 1 نمای کلی از قابلیت های فعلی و برنامه های آتی NIST SURF III را ارائه می دهد. منابع نور سنکروترون برای منابع ماوراء بنفش شدید (EUV) در محیط های تولیدی با حجم بالا (HVM) مناسب نیستند. با این وجود، تسهیلات سنکروترون می‌توانند سودمند باشند زیرا انعطاف‌پذیری را برای آزمایش پارامترهای مختلف برای کمک به صنعت EUVL در دستیابی به اهداف HVM، همانطور که قبلاً در این گزارش مورد بحث قرار گرفت، ارائه می‌دهند (بخش‌های 2.2 و 2.4.2). توجه به این نکته ضروری است که ممکن است تعاریف و اصطلاحات متناقض و همپوشانی برای سیستم های طول موج خاصی وجود داشته باشد، بنابراین استاندارد ISO21348 باید به عنوان یک دستورالعمل کلی ارجاع شود.

در طول جلسه کارگروه، نمونه‌های تحقیقاتی در مورد آلودگی آینه‌ای در هنگام روشنایی تابش EUV در حضور آلاینده‌ها و/یا مواد تمیزکننده ارائه شد. از سال 2000، NIST یک مرکز پیشرو برای مطالعه آلودگی نوری EUVL بوده است و تخریب فیلترهای رایج در ماهواره ها را بررسی کرده است. اخیراً بخش علوم حسگر NIST مطالعات مشابهی را برای کاربردهای تولید نیمه هادی انجام داده است. NIST در حال حاضر دارای سه امکانات است که به جنبه های مختلف آلودگی نوری در دو خط پرتو اختصاص داده شده است (Beamline 1 و Beamline 8). توانایی مطالعه آلودگی مستقیماً به بحث در مورد اهمیت افزایش طول عمر آینه های جمع کننده که قبلاً در این گزارش ذکر شد مربوط می شود (به بخش 2.4.2 مراجعه کنید). توصیه می شود از توسعه مستمر امکانات فعلی برای حمایت از نسل بعدی تولید EUVL در صنعت نیمه هادی حمایت شود.

2.5.3: توموگرافی کاوشگر اتمی (APT)

توموگرافی کاوشگر اتمی (APT) تنها تکنیکی است که قادر به ارائه نگاشت عنصری در مقیاس اتمی با وضوح ایزوتوپی زیر نانومتری به صورت سه بعدی در سراسر جدول تناوبی برای هر عنصر است. شکل 3 عملکرد APT را نشان می دهد. برای اطلاعات بیشتر در زمینه APT، خوانندگان می توانند به بررسی های اخیر در مورد این موضوع مراجعه کنند.

شکل 18. عکس توموگرافی کاوشگر اتمی (APT) در NIST در بولدر، کلرادو (بالا) و شماتیک عملکرد APT (پایین). منبع: NIST.

ابزارهای تجاری APT از تابش لیزر نزدیک به فرابنفش (NUV: 3.5 eV) یا فرابنفش عمیق (DUV: 4.8 eV) استفاده می کنند که کمتر از عملکرد کار بسیاری از مواد و انرژی یونیزاسیون بیشتر عناصر است. بنابراین، این ابزار ممکن است با قرار دادن نمونه های مورد مطالعه در معرض حرارت قابل توجهی عمل کنند. در واقع، داده‌های ابزار NUV برای تجزیه و تحلیل مواد آلی اغلب الگوهای قطعه پیچیده و مشکل‌ساز را نشان می‌دهند، که شواهدی از تجمع در طول فرآیند تبخیر درجا نشان می‌دهند، و نمی‌توان آنها را مستقیماً به عنوان نتایج در مقیاس اتمی تفسیر کرد. در مقابل، تابش EUV (20-90 eV) دارای انرژی کافی برای یونیزه کردن اتم‌ها و مولکول‌ها در سطح نمونه است و به طور بالقوه الگوهای قطعه کوچک‌تر و قابل تفسیر مستقیم‌تری را ایجاد می‌کند. رویکرد NIST شامل استفاده از EUVAPT برای مطالعه مقاوم‌کننده‌های نوری لایه نازک برای جستجوی نوسانات ترکیبی در مقیاس نانو است که ممکن است به ماهیت تصادفی بی‌نظمی‌های لیتوگرافی، از جمله زبری لبه خط (LER) کمک کند. بنابراین، EUVAPT یک پیشرفت مهم اندازه‌شناختی را در بررسی رویدادهای تصادفی مربوط به پردازش و ترکیب شیمیایی مقاوم‌کننده‌های نوری نشان می‌دهد (به بخش 2.4.1 مراجعه کنید). قابل توجه است که این روش، و همچنین مقایسه نتایج بین EUVAPT و ابزارهای سنتی NUV و DUVAPT، در بخش 2.3 قبل مورد بحث قرار گرفته است.

نتایج نظرسنجی و پیشنهادات

نتیجه گیری فنی جلسات گروه کاری در بخش 2 هر زیر پروژه گنجانده شده است. ویژگی‌های کلیدی استخراج‌شده از آزمایش‌ها، توسعه تکنیک‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی، افزایش حجم، توان و مقیاس بالا را برای صنعت نیمه‌رساناها تسهیل می‌کند. NIST دارای قابلیت‌های اندازه‌شناسی تجربی EUVL و برنامه‌های شبیه‌سازی نظری است. بنابراین، شرکت کنندگان صنعت در جلسات گروه کاری، تأمین مالی ایجاد ابزار پیشنهادی NIST یا استفاده از ابزارهای موجود را برای ارائه داده های فوق دقیق به صنعت ایالات متحده تشویق کردند. دانشمندان NIST نه تنها باید مهندسان طراحی صنعتی باشند، بلکه باید دانش میدانی خود را با بینش در EUVL از طریق همکاری برای دستیابی به نتایج سودمند متقابل ترکیب کنند. انتقال دانش باید با ماموریت بودجه مطابقت داشته باشد. صنعت راهی برای حمایت از منافع داخلی دارد، اما رهبران علمی و مدیریتی NIST باید بدانند که چگونه مزیت رقابتی جدید ایجاد شده را بر این اساس تنظیم کنند. روش های انتشار کنترل شده ایجاد شده مانند CRADA، SRD و SRM باید در نظر گرفته شود.

از منظر پروژه، جلسات گروه کاری تاکید کردند که چگونه چشم انداز رقابت بین المللی برای EUVL منجر به نیاز به توافق نامه های عدم افشا (NDAs) برای گفتگوهای فنی عمیق با محققان NIST می شود. بنابراین، همه شرکت‌کنندگان در جلسه گروه کاری، ساده‌سازی فرآیند NDA بین محققان NIST و صنعت را پیشنهاد کردند، با زمان چرخش کمتر از دو ماه از زمان شروع پروژه. کارکنان و مدیریت NIST باید در مورد فرآیند NDA آموزش ببینند تا مراحل را به درستی اجرا کنند.

در نهایت، از این جلسه کارگروه مشهود است که تعامل چهره به چهره باعث ایجاد بحث های پربار و گام های بعدی قابل اجرا می شود. تعاملات آتی بین ذینفعان می تواند از جلسات گروه کاری به سمپوزیوم ها و کنسرسیوم ها تبدیل شود. با افزایش پیچیدگی رویه، هزینه ها (بیش از 10,000 تا 100,000 دلار) و ساعات کار (بیش از 40-200 ساعت) افزایش می یابد. بنابراین، برنامه‌ریزی فعالیت‌های آتی در کنفرانس‌های حرفه‌ای که اغلب در آن شرکت می‌کنند، مانند SPIE یا انجمن نوری آمریکا (OSA) می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و تلاش‌ها کمک کند.