2.5.2. Synchrotron : NIST SURF III

En plus de la lumière EUV à l'échelle du laboratoire utilisée par le NIST pour analyser les composants semi-conducteurs, le Dr Steve Grantham a également présenté une multitude de ressources au Centre de rayonnement ultraviolet synchrotron (SURF III) du NIST lors de la réunion du groupe de travail.

Lorsque des particules chargées se déplacent le long d’une trajectoire courbe, elles émettent un rayonnement synchrotron. Étant donné que la plupart des accélérateurs utilisent des champs magnétiques pour courber la trajectoire des particules, le rayonnement synchrotron est également connu sous le nom de magnétobremsstrahlung. Le spectre émis va des micro-ondes (harmoniques du champ RF moteur) aux régions spectrales des rayons X et le rayonnement est collimaté et polarisé verticalement. Si l'énergie électronique E, le rayon de courbure ρ, le courant électronique IB, l'angle Ψ0 par rapport au plan orbital, la distance d au point tangent, l'angle vertical Δψ et l'angle horizontal Δθ sont connus, la sortie du rayonnement synchrotron peut être calculée. La puissance de sortie de SURF est indiquée sur la figure.

La figure 17 compare les spectres de rayonnement synchrotron émis par SURF à 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV et 78MeV avec les spectres d'un corps noir de 3000K et d'une lampe au deutérium.
À l'inverse, le groupe de rayonnement ultraviolet du NIST utilise SURF III comme source de lumière stable pour les mesures de rayonnement et la recherche. SURF couvre une gamme de longueurs d’onde allant de l’infrarouge lointain aux rayons X mous. Le tableau 1 donne un aperçu des capacités actuelles et des projets futurs du NIST SURF III. Les sources lumineuses synchrotron ne conviennent pas aux sources ultraviolettes extrêmes (EUV) dans les environnements de fabrication à grand volume (HVM). Néanmoins, les installations synchrotron peuvent être avantageuses car elles offrent la flexibilité de tester divers paramètres pour aider l'industrie EUVL à atteindre les objectifs HVM, comme indiqué plus haut dans ce rapport (sections 2.2 et 2.4.2). Il est important de noter qu'il peut y avoir des définitions et une terminologie qui se chevauchent et qui sont incohérentes pour certains systèmes de longueurs d'onde. C'est pourquoi la norme ISO21348 doit être référencée comme ligne directrice générale.

Au cours de la réunion du groupe de travail, des exemples de recherche sur la contamination des miroirs lors d'un éclairage par rayonnement EUV en présence de contaminants et/ou de produits de nettoyage ont été présentés. Depuis 2000, le NIST est l'un des principaux centres d'étude de la contamination optique EUVL et a étudié la dégradation des filtres couramment utilisés dans les satellites. Récemment, la division Sensor Science du NIST a mené des études similaires pour les applications de fabrication de semi-conducteurs. Le NIST dispose actuellement de trois installations dédiées à divers aspects de la contamination optique sur deux lignes de lumière (Beamline 1 et Beamline 8). La capacité d'étudier la contamination est directement liée à la discussion sur l'importance de prolonger la durée de vie des miroirs collecteurs mentionnée plus haut dans ce rapport (voir section 2.4.2). Il est recommandé de soutenir le développement continu des installations actuelles afin de soutenir la prochaine génération de fabrication EUVL dans l'industrie des semi-conducteurs.

2.5.3 : Tomographie par sonde atomique (APT)

La tomographie par sonde atomique (APT) est la seule technique capable de fournir une cartographie élémentaire à l'échelle atomique à une résolution isotopique inférieure au nanomètre en 3D à travers le tableau périodique pour n'importe quel élément. La figure 18 illustre le fonctionnement d'APT. Pour plus d’informations générales sur APT, les lecteurs peuvent se référer aux revues récentes sur ce sujet.

Figure 18. Photographie de l'Atom Probe Tomography (APT) au NIST à Boulder, Colorado (en haut) et schéma du fonctionnement de l'APT (en bas). Source : NIST.

Les instruments APT commerciaux utilisent un rayonnement laser proche de l'ultraviolet (NUV : 3.5 eV) ou ultraviolet profond (DUV : 4.8 eV), qui est inférieur au travail de travail de nombreux matériaux et à l'énergie d'ionisation de la plupart des éléments. Ces instruments peuvent donc fonctionner en soumettant les échantillons étudiés à un échauffement important. En fait, les données des instruments NUV pour l'analyse des matières organiques présentent souvent des modèles de fragments complexes et problématiques, montrant des preuves d'agrégation au cours du processus d'évaporation in situ, et ne peuvent pas être directement interprétées comme des résultats à l'échelle atomique. En revanche, le rayonnement EUV (20-90 eV) possède suffisamment d’énergie pour ioniser les atomes et les molécules à la surface de l’échantillon, générant potentiellement des modèles de fragments plus petits et directement interprétables. L'approche du NIST consiste à appliquer EUVAPT à l'étude des photorésists en couches minces afin de rechercher des fluctuations de composition à l'échelle nanométrique susceptibles de contribuer à la nature stochastique des irrégularités lithographiques, notamment la rugosité des bords de ligne (LER). Ainsi, EUVAPT représente une avancée métrologique cruciale dans l’étude des événements stochastiques liés au traitement et à la composition chimique des photorésists (voir section 2.4.1). Il est à noter que cette méthode, ainsi que la comparaison des résultats entre EUVAPT et les instruments traditionnels NUV et DUVAPT, sont discutées dans la section 2.3 précédente.

Résultats de l'enquête et recommandations

Les conclusions techniques des réunions des groupes de travail sont incluses dans la section 2 de chaque sous-projet. Les propriétés clés extraites des expériences faciliteront le développement de techniques de modélisation et de simulation, générant un volume, un débit et une échelle élevés pour l'industrie des semi-conducteurs. Le NIST possède des capacités de métrologie expérimentale EUVL uniques et des programmes de simulation théorique. Par conséquent, les participants de l’industrie aux réunions du groupe de travail ont encouragé le financement de la création d’instruments proposés par le NIST ou l’utilisation d’instruments existants pour fournir des données ultra-précises à l’industrie américaine. Les scientifiques du NIST ne devraient pas seulement être des ingénieurs en conception industrielle, mais devraient combiner leurs connaissances sur le terrain avec des connaissances sur l'EUVL grâce à une collaboration pour obtenir des résultats mutuellement bénéfiques ; le transfert de connaissances doit correspondre à la mission du financement. L'industrie a un moyen de soutenir les intérêts nationaux, mais les dirigeants scientifiques et gestionnaires du NIST doivent comprendre comment ajuster en conséquence tout avantage concurrentiel nouvellement créé. Les méthodes de diffusion contrôlée établies telles que CRADA, SRD et SRM doivent être envisagées.

Du point de vue du projet, les réunions du groupe de travail ont souligné comment le paysage de la concurrence internationale pour l'EUVL conduit à la nécessité d'accords de non-divulgation (NDA) pour des conversations techniques approfondies avec les chercheurs du NIST. Par conséquent, tous les participants à la réunion du groupe de travail ont suggéré de rationaliser le processus NDA entre les chercheurs du NIST et l'industrie, avec un délai d'exécution inférieur à deux mois à compter du lancement du projet. Le personnel et la direction du NIST doivent être formés au processus NDA pour exécuter correctement les étapes.

Enfin, il ressort clairement de cette réunion du groupe de travail que l’interaction en face-à-face produit des discussions fructueuses et des prochaines étapes concrètes. Les interactions futures entre les parties prenantes pourront passer des réunions de groupes de travail aux symposiums et aux consortiums. À mesure que la complexité des procédures augmente, les coûts (plus de 10,000 100,000 à 40 200 dollars) et les heures de travail (plus de XNUMX à XNUMX heures) augmentent également. Par conséquent, planifier des activités futures lors de conférences professionnelles fréquemment fréquentées telles que SPIE ou l’Optical Society of America (OSA) peut contribuer à réduire les coûts et les efforts.