2.5 EUV comme outil analytique

Lors de la réunion du groupe de travail, les chercheurs du NIST ont discuté de trois thèmes principaux liés à l'utilisation de l'EUV comme outil analytique pour aider l'industrie de fabrication de semi-conducteurs. Les trois méthodes d'utilisation de la lumière EUV comme technique analytique sont : (1) la génération d'harmoniques élevées (HHG), (2) le rayonnement synchrotron et (3) la tomographie par sonde atomique. La génération d'harmoniques élevées offre un encombrement compact, permettant un déploiement dans des installations de recherche et de fabrication avec un accès continu aux dimensions, aux matériaux et aux caractéristiques dynamiques des dispositifs microélectroniques profonds de l'ordre du nanomètre, qui sont généralement étudiés à l'aide de sources de rayonnement synchrotron. Les sources de rayonnement synchrotron permettent d’étudier divers aspects de l’EUVL et offrent des capacités supplémentaires pour étudier la dégradation des miroirs collecteurs. La tomographie par sonde atomique est la seule technique capable de fournir une cartographie chimique 3D au niveau atomique avec une résolution isotopique inférieure au nanomètre pour tout élément du tableau périodique, qui peut être utilisée pour l'étude des photorésists EUV.

L'industrie a fourni de précieux commentaires sur les utilisations potentielles de ces outils pour aider à la fabrication des EUVL. Le comité juridique du NIST doit prendre des mesures proactives pour développer des solutions permettant de répondre aux demandes d'accords de non-divulgation (NDA) des collaborateurs potentiels tout en respectant les exigences juridiques et administratives uniques découlant de l'emploi fédéral, en s'interdisant explicitement à eux-mêmes ou à leur organisation de se conformer à tout contrat externe. .

2.5.1 Génération d'harmoniques élevées (HHG)

Alors que l'EUVL pousse la lithographie plus loin dans le régime des échelles inférieures au nanomètre, l'industrie microélectronique réclame de nouvelles techniques de mesure et de métrologie. Au NIST, un projet est en cours utilisant la courte longueur d'onde de l'EUV pour sonder les dimensions, les matériaux et les caractéristiques dynamiques des dispositifs microélectroniques à l'échelle inférieure au nanomètre. La source lumineuse à génération d'harmoniques élevés (HHG) du NIST est une source à large bande (couvrant des énergies de photons de 20 à 100 eV), ultrarapide (impulsions de 20 femtosecondes) et cohérente (de type laser). La large couverture spectrale permet d'accéder aux transitions au niveau du cœur dans de nombreux matériaux pertinents pour les mesures de dispositifs microélectroniques et de couches spécifiques, comme le montre la figure 13. De telles mesures sont généralement effectuées à l'aide de sources de rayonnement synchrotron. Cependant, l’empreinte compacte des sources HHG permet un déploiement dans des installations de recherche et de fabrication avec un accès continu. La figure 14 montre une photographie du système actuel fonctionnant au laboratoire de mesure physique (PML) du NIST, qui s'inscrit dans un espace de laboratoire typique.

La figure 13 montre le spectre de production d'énergie photonique de la source de génération d'harmoniques élevés (HHG) du NIST et les positions de plusieurs transitions de niveau de noyau atomique dans les matériaux concernés.

Figure 14. Photographie de la source HHG située au NIST et de l'instrumentation qui l'accompagne.

La courte largeur d'impulsion permet des mesures dynamiques du spin et du transport thermique. Un succès récent est le développement d'un générateur de peigne de fréquence synchronisé avec des impulsions EUV, avec une gigue supérieure à deux picosecondes. La figure 15 démontre cette synchronisation avec un signal de 40 GHz. Il s'agit d'une amélioration d'environ un ordre de grandeur par rapport à ce qui peut être réalisé sur un accélérateur synchrotron, permettant d'effectuer des mesures aux fréquences de fonctionnement des dispositifs microélectroniques. Cela permet des mesures en temps réel du flux de chaleur et du transport de rotation à l’intérieur et à l’extérieur des dispositifs fonctionnels.

Figure 15. Signal 40 GHz sur l'oscilloscope d'échantillonnage. L'impulsion de déclenchement (en rouge) est dérivée des impulsions utilisées dans le système de génération d'harmoniques hautes, démontrant directement la synchronisation entre les harmoniques hautes et le signal 40 GHz.

Enfin, la cohérence de la lumière permet des techniques d’imagerie sans lentille telles que l’imagerie par diffraction cohérente, la ptychographie et l’holographie, qui peuvent fournir une résolution spatiale aux longueurs d’onde EUV. Cette capacité permet au NIST d'imager directement des dispositifs fonctionnels, bien que ce travail n'ait pas été terminé au NIST. La figure 16 montre le résultat de la combinaison de la ptychographie et de la réflectométrie pour mesurer la distribution spatiale latérale des dopants dans le silicium. Cette approche permet une évaluation non destructive des interfaces et des distributions de dopants en microélectronique.

Figure 16. Exemple de caractérisation 3D à l’échelle nanométrique de la distribution des dopants en utilisant une combinaison de réflectométrie et de ptychographie. Source : Tanksalvala.

Lors de la réunion du groupe de travail, les représentants de l'industrie ont mentionné à quel point l'analyse des composants semi-conducteurs sur des tranches pour identifier les défauts peut être utile. Plus précisément, Golani et al. ont démontré comment séparer la simulation des interactions lumière-structure de la simulation optique dans une simulation systématique permettait de tester de nombreuses configurations optiques dans un laps de temps relativement court pendant le post-traitement. Le Golani et al. la simulation a été réalisée à l’aide du solveur commercial Ansys et comportait un puissant jumeau numérique.

À suivre...