La mesure radiométrique absolue est importante non seulement pour le développement de processus de lithographie et de tests d'acceptation d'instruments, mais également pour la compréhension quantitative des processus de génération de lumière EUV. La modélisation prédictive de ce processus est en retard sur le développement des outils EUV eux-mêmes. L'amélioration de la précision du modèle nécessite des données expérimentales précises pour les entrées et les sorties du modèle. Dans le contexte de la génération industrielle de lumière EUV, le développement de nouveaux outils de métrologie des rayonnements spécifiques aux lasers infrarouges et à la lumière 13.5 nm fournirait de telles données.

La collaboration industrielle fait défaut car les outils de lithographie industrielle évoqués ici sont les seuls outils capables de générer les quantités de lumière que ces détecteurs sont conçus pour mesurer. Compte tenu du nombre de propriétés intellectuelles associées à ces outils, il sera important que les représentants du gouvernement et de l’industrie collaborent. Les discussions préliminaires lors des réunions du groupe de travail indiquent que l'industrie n'est pas disposée à discuter des détails pertinents sans la protection d'un accord de confidentialité.

2.3 Physique et modélisation des plasmas : interactions lumière-matière

EUVL utilise des photons de 13.5 nm pour produire des circuits intégrés. La principale source de cette lumière est un plasma d’étain très chaud généré par de puissants lasers. Les paramètres du laser sont ajustés pour produire des ions étain qui émettent principalement à proximité de 13.5 nm (par exemple Sn10+-Sn15+). Bien que la plupart des propriétés du plasma aient été explorées dans de nombreuses expériences, un support théorique fiable et efficace est crucial pour développer de meilleures sources de plasma d'étain. Les discussions sur la physique des plasmas, y compris plusieurs présentations au cours des réunions du groupe de travail, ont été regroupées dans une seule section du rapport. Cette section se concentre sur la physique des plasmas, l'état technologique actuel et les besoins de l'industrie américaine et des chercheurs du NIST pour progresser dans ce domaine.

Les calculs avancés de l'émission de lumière des plasmas d'étain produits par laser sont généralement effectués à l'aide de codes collisionnels-radiatifs (CR) à grande échelle qui tentent d'expliquer les processus physiques les plus importants conduisant à l'émission de photons. Il s’agit notamment de l’excitation collisionnelle électronique, de la désexcitation et de l’ionisation, de la recombinaison radiative, à deux et trois corps et de l’autoionisation, entre autres. De plus, le transport et l’opacité du rayonnement ainsi que la modélisation de l’hydrodynamique du rayonnement peuvent devenir nécessaires.

La modélisation du plasma est également limitée par le manque d'informations sur les mécanismes physiques fondamentaux qui sous-tendent les interactions entre les matériaux. Cela peut entraîner des progrès progressifs, plutôt que transformateurs, dans l’ingénierie des plasmas pour soutenir la fabrication en grand volume. Les partenariats entre l'industrie et les laboratoires gouvernementaux tentent de comprendre et de contrôler les processus plasmatiques et ont fait état de leurs succès. Les experts en simulation du secteur soulignent également à quel point les simulations complexes englobent plusieurs domaines physiques sur différentes échelles de temps.

La modélisation du plasma existe dans un état de questions non résolues concernant son caractère pratique pour guider les efforts d'ingénierie visant à améliorer la génération et l'efficacité de la lumière EUV. Par exemple, la modélisation des photons hors bande ainsi que de l'émission d'ions et d'électrons peut fournir des informations prédictives qui amélioreraient considérablement l'efficacité de la production de puces. Un autre domaine d’intérêt concerne les interactions photoniques, électroniques et chimiques dans la résine EUV, qui constituent un intérêt de recherche continu dans l’industrie EUVL. Par conséquent, la modélisation de la physique des plasmas est également pertinente pour les composants optiques EUV. Les dispositifs et matériaux optiques EUV sont traités dans la section suivante (2.4).

Au cours des trois dernières années, la communauté de modélisation EUVL a lancé un programme de validation et d'analyse comparative à long terme pour les codes CR en organisant des ateliers de comparaison de codes EUVL. Cette approche s'inspire de la série d'ateliers de comparaison de codes non LTE organisés par le NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) depuis plus de 25 ans. En tant que tel, le groupe de spectroscopie atomique (ASG) du NIST a été chargé de développer une nouvelle base de données EUVL et un outil de comparaison moderne pour une comparaison intelligente des codes CR pour EUVL. Jusqu'à présent, le travail décrit a été réalisé avec succès sans soutien financier direct, et les participants aux deux ateliers EUVL les plus récents ont utilisé la base de données et l'interface utilisateur pour comparer leurs progiciels. Néanmoins, les futurs ateliers visent à analyser de nouveaux paramètres physiques qui nécessitent des modifications importantes de la base de données et de l'interface utilisateur. Un financement stable est donc nécessaire pour indiquer un engagement à long terme sur plusieurs années pour soutenir le développement de ce domaine de recherche.

L'une des orientations futures signalées par les chercheurs du NIST consiste à étudier des schémas de longueurs d'onde plus courtes basés sur la disponibilité de réflecteurs principalement multicouches. Cela produira des photons avec des longueurs d'onde plus courtes que celles générées par des éléments plus lourds au-delà de l'étain dans des états d'ionisation plus élevés (appelés « au-delà de l'EUV »). Malheureusement, la communauté des chercheurs au sens large ne connaît pas suffisamment les spectres des éléments à Z élevé avec une ionisation plus de 20 fois supérieure. Le groupe de spectroscopie atomique (ASG) du NIST dispose de capacités à la fois expérimentales et théoriques pour fournir à la communauté EUVL les informations les plus précises sur les données spectroscopiques pour les futures sources de plasma. À cette fin, le piège à ions à faisceau d'électrons (EBIT) du NIST peut non seulement générer des ions avec des charges allant jusqu'à 70+, mais peut également enregistrer les spectres les plus précis et les plus détaillés en EUV et les spectres doux dans cette plage. L’équipe ASG du NIST utilise également des méthodes et des codes atomiques de pointe pour les calculs spectraux de haute précision à grande échelle. Les capacités éprouvées devraient répondre à la demande de données précises sur les futures sources de plasma pour l'EUVL. Il convient de noter que lorsque les représentants de l'industrie ont été informés des ressources futures pour l'EUV, ils ont déclaré qu'il n'existait aucun projet public d'utiliser des matériaux autres que l'étain comme source à court terme.

En résumé, les acteurs de l’industrie souhaitent modéliser le plasma d’étain, et les travaux effectués par le NIST peuvent soutenir davantage d’efforts, mais cela nécessitera des investissements. En outre, les ingénieurs concepteurs et les scientifiques trouveraient utile d’intégrer de tels codes dans des logiciels commerciaux afin d’optimiser la capacité de production de puces EUV. Les discussions lors de la réunion du groupe de travail étaient techniques, mais la manière d'intégrer un tel code avec des partenaires commerciaux pour garantir les intérêts des entreprises américaines a également été discutée. Enfin, la modélisation du plasma et des interactions peut contribuer à réduire l’impact négatif des débris sur les composants de l’EUVL, qui sera abordé dans la section 2.4.2. 

2.4 Caractérisation des composants interagissant avec EUV

Cette section couvre deux composants des scanners EUVL qui interagissent avec la lumière EUV : (1) la résine photosensible et (2) les miroirs de collection. Les participants de l'industrie au groupe de travail ont soulevé un thème général concernant les exigences de fabrication à haut volume (HVM). Plus précisément, l’intérêt de HVM se concentre principalement sur l’augmentation du rendement et du débit des puces produites à l’aide d’EUVL. Les solutions de métrologie potentielles actuellement disponibles au NIST seront discutées dans la section 2.

2.4.1 Photorésist : Description des propriétés du polymère

Le traitement des résines photosensibles est essentiel à l'industrie des semi-conducteurs. Des motifs à l'échelle nanométrique fabriqués par photolithographie sont nécessaires pour tous les composants des dispositifs et les structures associées (des canaux des transistors à effet de champ (FET) aux interconnexions électriques entre les dispositifs). La règle Rent stipule que le nombre de terminaux ou d'interconnexions augmente avec le nombre de blocs ou de portes logiques. Ceci est lié au niveau de l'unité, alors que les unités standard rétrécissent, les connexions aux unités aussi. Ce concept a été démontré dans la figure 8.

Les acteurs de l'industrie soulignent la nécessité de réduire activement l'espacement en utilisant une nouvelle architecture de batterie et de nouveaux matériaux pour les appareils. La conférence a également discuté de la difficulté de réaliser une fabrication en grand volume (HVM) de nouvelles structures et matériaux unitaires, le rendement étant un problème majeur. Par exemple, étant donné 10^10 points de contact par puce et un rendement de moule de Yd = bonne matrice/matrice totale, au moins 99 % doivent être atteints. Dans un système, un processeur Intel Core de troisième génération (quad-core) contient 1.48 milliard de transistors. S'il y a un rendement de 99 %, 1.48 millions de transistors seront défectueux - l'objectif est un rendement de 99.99996 % ou 6 Sigma (6A). Le rendement doit être très bon et dépend du contrôle du processus et des défauts. Si le rendement est suffisant, le coût de production des puces EUV est déterminé par la productivité (débit). En d’autres termes, une meilleure résolution de pitch est nécessaire mais pas suffisante pour le HVM.

À suivre...