NIST מפתחת כעת מכשיר למדידת SoS בלחצים וטמפרטורות גבוהות יותר. מכשיר ה-SoS הוא חלק ממלגת הפוסט-דוקטורט (NRC) של ד"ר אליזבת רסמוסן (National Research Council) בייצור תוספי מתכת. פטנט אמריקאי על עיצוב ותפעול המכשיר הוגש באוקטובר 2022. מכשיר ה-SoS המתכתי החדש הוא הרחבה של המכשיר הקיים של NIST, הפועל בטמפרטורות ולחצים קיצוניים נמוכים יותר. המכשיר החדש נמצא כעת בפיתוח ודורש משאבים ייעודיים נוספים למדידת פח.

בנוסף, יש לספק נתוני נכסי תחבורה (מתח פני השטח, צמיגות וכו') עבור פח מותך בתנאים קיצוניים. מתן מענה לצורך זה דורש מכשיר מטרולוגי חדש מותאם אישית ומשאבים נלווים. גם למכשירי ה-SoS וגם למכשירי התחבורה יהיו יכולות מטרולוגיה ברמה עולמית, הדורשות מיומנויות מיוחדות לתכנון, ייצור ותפעול.

לאחר איסוף הנתונים, כדאי לקשר אותם ב-EoS. דוגמה להפצה כזו היא מתאמי תחבורה או EoS תרמודינמי. נכון לעכשיו, ישנם מתאמי התייחסות לתכונות התחבורה של פח אך אין התייחסות EoS. מתאמי תכונת התחבורה עבור פח שונים מנתוני ניסוי ב-5-10% והם תקפים רק בלחץ אטמוספרי. זה מהווה הזדמנות למטרולוגיה מתקדמת. NIST מצטיינת ביצירת קורלציות ייחוס, EoS ו-SRD עבור חומרי קירור וחומרי גז טבעי באמצעות פרויקט קירור (Reference Fluid Performance), שראשיתו בשנות ה-1990. לכן, ניתן לבצע מדידות דומות עבור מתכות, במיוחד בדיל, ולפתח EoS עבור SRD כדי לשפר סימולציות של נאמנות גבוהה ולהשיג פיתוח EUVL מונחה נתונים. פיתוח זה עשוי לכלול הגדלת פליטת EUV ויצירת תאומים דיגיטליים, ומאפייני חומרי הייחוס, המתאמים וה-EoS ישיגו את אלה. הפצת SRD או מודלים לתעשיית ארה"ב יכולה להתבצע בצורה מבוקרת באמצעות תוכנית SRD שהוקמה של NIST, כפי שמוצג באיור 6.

נכון לעכשיו, אין מערכת תוכנה מסחרית שיכולה לספק הנחיית סימולציה מדויקת או חזויה עבור מתכות בשלב נוזלי מעל לחץ אטמוספרי. עבודת מטרולוגיה זו זכתה לעידוד נלהב מחברי התעשייה של קבוצת העבודה מנקודת המבט של משתמשי הנתונים וצינורות הנתונים של הדמיה.

מלבד היעדר תכונות תרמודינמיות והובלה תחת טמפרטורות ולחצים קיצוניים, המבנה והנתונים הפייזואלקטריים של הרכיבים מוגבלים גם הם. זה מגביל את היכולת לחזות אי-תאימות חומרים פוטנציאליים, ובכך מגביל את העיצוב של מחוללי טיפות. השימוש בחומרים פיזואלקטריים חדשים בטמפרטורה גבוהה (מעל 300 מעלות צלזיוס) נחשב ליתרון במערך הנוכחי. חבר הזכיר ושיתף פרסום עדכני של Tittmann בנושא זה. חומרים כאלה אמנם קיימים, אך קשים להשגה ויקרים. לכן יש לבצע פשרות.

מחוללי טיפות מתכת שימשו במשך עשרות שנים בייצור הלחמה וייצור אבקות, כולל סגסוגות של עופרת, בדיל, אינדיום, נחושת, כסף וזהב, מלבד בדיל טהור. באופן מפתיע, קיים פער ידע משמעותי לגבי תכונות החומר הבסיסיות. בעוד שהשימוש במחוללי טיפות מחוץ לליטוגרפיה EUV נופל מעבר לתחום קבוצת העבודה, מועיל להכיר בכך שההתקדמות בתחום זה עשויה להשפיע גם על תחומים טכנולוגיים קריטיים אחרים.

לסיכום, מודגשת האופטימיזציה של מחוללי טיפות ברכיבי סורק EUVL. הפעולה הרציפה, האמינה והמדויקת של מחוללי טיפות רצויה במפורש, יחד עם התקדמות בתכנון שלהם לשיפור ייצור שבבי EUV. התקדמות המדידה בתכונות התרמודינמיות וההובלה הבסיסיות של פח מותך בלחץ גבוה יכולה לבסס מתאמי התייחסות למאפייני החומר ולהפיץ אותם בצורה של נתוני התייחסות סטנדרטיים (SRD). שילוב SRD בתוכנת סימולציה מאפשר הדמיות תאומות דיגיטליות של מחוללי טיפות. לפיכך, הדמיית הסביבה של מחוללי טיפות יכולה לסייע לתפעול הציוד הנוכחי ולחדשנות בעיצובים עתידיים, ולאפשר מערכות סורקים גבוהות NAEUV.

2.2 מדידת קרינה ליצירת EUV

כלי EUVL תעשייתיים כוללים בעיקר שני סוגי אור: לייזרים אינפרא אדום (IR) בעלי עוצמה גבוהה פעומים ליינון בדיל מותך (Sn), ואור 13.5 ננומטר לפוטוליתוגרפיה. הראשון מסופק על ידי לייזר פחמן דו-חמצני (λ=10.6μm) המיוצר במיוחד, הפולט כ-30 קילוואט (הספק ממוצע) עם תדר חזרות של 50 קילו-הרץ. תהליך יינון הבדיל כולל שני פולסי לייזר אינפרא-אדומים עוקבים ומהירים: פולס מקדים לעיצוב הטיפה מכדור לדיסק, ופולס ראשי בעל אנרגיה גבוהה ליינון. תפוקת לייזר האינפרא-אדום חיונית לפיתוח כלי פוטוליתוגרפיה עתידיים מכיוון ש"סולם ההספק של EUV דורש הספקי לייזר פחמן דו-חמצני גבוהים יותר". "בכלי ליתוגרפיה מסחריים נוכחיים, הספק המוצא המרבי של אור EUV לא קוהרנטי של 13.5 ננומטר הוא כ-250 וואט, כאשר הדגמות מעבדה מגיעות ל-600 וואט". מערכת הפולסים הכפולים מתוארת באיור 7.

NIST תומך כיום בכיול אינפרא אדום אך אינו תומך בתנאי ההספק והפולס הנדרשים לליתוגרפיה מסחרית של EUV. בעוד ש-NIST מספק כיום כיול לתעשיית המיקרו-ייצור באמצעות אורכי גל של 193 ננומטר ו-248 ננומטר, כיול בטווח אורכי הגל של EUV אפשרי, אך רק בהספקים נמוכים משמעותית מאלה המשמשים בכלי EUVL. תחת הספקים מופחתים אלה, NIST מציעה פוטודיודות סיליקון מוקשחות בקרינה וגלאי פוטומיציית אלומיניום, או גלאים מתאימים המסופקים על ידי הלקוח, לכיול כתקני העברה. אפיון אופטי אחר בתוך EUV, כולל בדיקת העברת מסנן ואחידות מרחבית, מבוצעים גם כן. הזדמנויות למחקר מטרולוגי יכללו הרחבת יכולות הכיול של NIST כך שיכסו לייזרים אינפרא אדום קלט להסקת הספקים בטווח הביניים של מקורות EUV ופלט EUV סופי ישיר, הכל בתנאים הרלוונטיים ל-EUVL תעשייתי. על ידי מתן מטרולוגיה ניתנת למעקב עבור פרמטרי תהליך מרכזיים, תהיה לכך השפעה ישירה על פיתוח תהליכי ייצור מוליכים למחצה. בנוסף, השפעות ארוכות טווח יגיעו מפיתוח מכשירי EUV עתידיים על ידי מתן נתונים באיכות גבוהה לאימות סימולציות שנוצרו על ידי EUV.

המשך יבוא...