Le NIST développe actuellement un instrument permettant de mesurer le SoS à des pressions et des températures plus élevées. L'instrument SoS fait partie de la bourse postdoctorale du Dr Elizabeth Rasmussen du Conseil national de recherches (CNRC) en fabrication additive métallique. Un brevet américain sur la conception et le fonctionnement de l'instrument a été déposé en octobre 2022. Le nouvel instrument SoS métallique est une extension de l'instrument existant du NIST, qui fonctionne à des températures et pressions extrêmes plus basses. Le nouvel instrument est actuellement en cours de développement et nécessite des ressources dédiées supplémentaires pour les mesures de l'étain.

De plus, des données sur les propriétés de transport (tension superficielle, viscosité, etc.) de l'étain fondu dans des conditions extrêmes doivent être fournies. Répondre à ce besoin nécessite un nouvel instrument de métrologie personnalisé et les ressources associées. Les instruments SoS et relatifs aux propriétés de transport disposeront de capacités métrologiques de classe mondiale, nécessitant des compétences spécialisées pour la conception, la fabrication et l’exploitation.

Une fois les données collectées, il est utile de les corréler dans EoS. Un exemple d’une telle diffusion est celui des corrélations de transport ou EoS thermodynamiques. Actuellement, il existe des corrélations de référence pour les propriétés de transport de l'étain, mais aucune EoS de référence. Les corrélations des propriétés de transport de l'étain diffèrent des données expérimentales de 5 à 10 % et ne sont valables que sous pression atmosphérique. Cela présente une opportunité pour une métrologie avancée. Le NIST excelle dans la création de corrélations de référence, EoS et SRD pour les réfrigérants et les matériaux à base de gaz naturel grâce au projet Refrigerant (Reference Fluid Performance), qui remonte aux années 1990. Par conséquent, des mesures similaires peuvent être effectuées pour les métaux, en particulier l’étain, et développer l’EoS pour le SRD afin d’améliorer les simulations haute fidélité et de réaliser un développement EUVL basé sur les données. Ce développement peut impliquer une augmentation des émissions EUV et la création de jumeaux numériques, et les propriétés des matériaux de référence, les corrélations et l'EoS permettront d'y parvenir. La diffusion de SRD ou de modèles auprès de l'industrie américaine peut être effectuée de manière contrôlée par le biais du programme SRD établi par le NIST, comme le montre la figure 6.

Actuellement, il n’existe aucun système logiciel commercial capable de fournir des conseils de simulation précis ou prédictifs pour les métaux en phase liquide au-dessus de la pression atmosphérique. Ce travail de métrologie a reçu des encouragements enthousiastes de la part des membres industriels du groupe de travail du point de vue des utilisateurs de données et des pipelines de données de simulation.

Outre le manque de propriétés thermodynamiques et de transport sous des températures et pressions extrêmes, la structure et les données piézoélectriques des composants sont également limitées. Cela restreint la capacité de prédire les incompatibilités potentielles des matériaux, limitant ainsi la conception des générateurs de gouttelettes. L’utilisation de nouveaux matériaux piézoélectriques à haute température (>300°C) est considérée comme un avantage dans la configuration actuelle. Un membre mentionne et partage une publication récente de Tittmann sur ce sujet. De tels matériaux existent, mais ils sont difficiles à obtenir et coûteux. Des compromis doivent donc être faits.

Les générateurs de gouttelettes métalliques sont utilisés depuis des décennies dans la fabrication de soudures et de poudres, notamment d'alliages de plomb, d'étain, d'indium, de cuivre, d'argent et d'or, en plus de l'étain pur. Étonnamment, il existe un manque important de connaissances concernant les propriétés fondamentales des matériaux. Bien que l’utilisation de générateurs de gouttelettes en dehors de la lithographie EUV dépasse le cadre du groupe de travail, il est utile de reconnaître que les progrès dans ce domaine peuvent également avoir un impact sur d’autres domaines technologiques critiques.

En résumé, l'accent est mis sur l'optimisation des générateurs de gouttelettes dans les composants du scanner EUVL. Le fonctionnement continu, fiable et précis des générateurs de gouttelettes est explicitement souhaité, ainsi que des progrès dans leur conception pour améliorer la production de puces EUV. Les progrès en matière de mesure des propriétés thermodynamiques et de transport de base de l'étain fondu sous haute pression peuvent établir des corrélations de référence pour les caractéristiques des matériaux et être diffusés sous la forme de données de référence standard (SRD). L’intégration de SRD dans un logiciel de simulation permet des simulations de jumeaux numériques de générateurs de gouttelettes. Ainsi, la simulation de l'environnement des générateurs de gouttelettes peut faciliter le fonctionnement des équipements actuels et l'innovation dans les conceptions futures, rendant ainsi possibles les systèmes de scanner à NEUUV élevé.

2.2 Mesure du rayonnement pour la génération EUV

Les outils industriels EUVL utilisent principalement deux types de lumière : des lasers infrarouges (IR) pulsés de haute puissance pour l'ionisation de l'étain fondu (Sn), et une lumière de 13.5 nm pour la photolithographie. La première est fournie par un laser au dioxyde de carbone (λ = 10.6 μm) spécialement conçu, émettant environ 30 kW (puissance moyenne) avec une fréquence de répétition de 50 kHz. Le processus d'ionisation de l'étain implique deux impulsions laser infrarouge consécutives rapides : une pré-impulsion pour aplatir la gouttelette d'une sphère en un disque, et une impulsion principale de haute énergie pour l'ionisation. La puissance du laser infrarouge est cruciale pour le développement des futurs outils de photolithographie, car « l'échelle de puissance EUV nécessite des puissances laser au dioxyde de carbone plus élevées ». « Dans les outils de lithographie commerciaux actuels, la puissance de sortie maximale de la lumière EUV incohérente de 13.5 nm est d'environ 250 W, les démonstrations en laboratoire atteignant 600 W. » Le système à double impulsion est illustré à la figure 7.

Le NIST prend actuellement en charge l'étalonnage infrarouge, mais pas les conditions de puissance et d'impulsion requises pour la lithographie EUV commerciale. Bien que le NIST fournisse actuellement des services d'étalonnage pour l'industrie de la microfabrication aux longueurs d'onde de 193 nm et 248 nm, l'étalonnage dans la gamme de longueurs d'onde EUV est possible, mais uniquement à des puissances nettement inférieures à celles utilisées dans les outils EUVL. Avec ces puissances réduites, le NIST propose des photodiodes en silicium durci aux radiations et des détecteurs de photoémission à oxyde d'aluminium, ou des détecteurs adaptés fournis par le client, pour l'étalonnage comme étalons de transfert. D'autres caractérisations optiques dans l'EUV, notamment la transmission des filtres et les tests d'uniformité spatiale, sont également réalisées. Les opportunités de recherche métrologique impliqueraient d'étendre les capacités d'étalonnage du NIST aux lasers infrarouges d'entrée pour déduire les puissances moyennes des sources EUV et diriger la sortie EUV finale, le tout dans des conditions adaptées à l'EUVL industriel. En fournissant une métrologie traçable pour les paramètres clés des procédés, cela aurait un impact direct sur le développement des procédés de fabrication des semi-conducteurs. De plus, les impacts à long terme proviendraient du développement de futurs instruments EUV en fournissant des données de haute fidélité pour valider les simulations générées par EUV.

À suivre...