מדידה רדיומטרית מוחלטת חשובה לא רק לפיתוח תהליכי ליטוגרפיה ובדיקות קבלת מכשירים אלא גם להבנה כמותית של תהליכי יצירת אור EUV. מודל חזוי של תהליך זה פיגר מאחורי הפיתוח של כלי EUV עצמם. שיפור דיוק המודל דורש נתונים ניסויים מדויקים הן עבור כניסות והן עבור פלטים של המודל. בהקשר של ייצור אור EUV תעשייתי, פיתוח כלי מטרולוגיה חדשים של קרינה ספציפיים ללייזרי אינפרא אדום ואור 13.5 ננומטר יספק נתונים כאלה.

שיתוף פעולה תעשייתי חסר מכיוון שכלי הליטוגרפיה התעשייתיים הנידונים כאן הם הכלים היחידים המסוגלים לייצר את כמויות האור שגלאים אלו נועדו למדוד. בהתחשב במספר המאפיינים הרוחניים הקשורים לכלים אלה, יהיה חשוב לנציגי הממשלה והתעשייה לשתף פעולה. דיונים מקדימים בישיבות קבוצת העבודה מצביעים על כך שהתעשייה לא מוכנה לדון בפרטים רלוונטיים ללא הגנה על הסכם סודיות.

2.3 פיזיקת פלזמה ומידול: אינטראקציות בין אור לחומר

EUVL משתמש בפוטונים של 13.5 ננומטר לייצור מעגלים משולבים. המקור העיקרי של האור הזה הוא פלזמת פח חמה מאוד שנוצרת על ידי לייזרים חזקים. פרמטרי לייזר מותאמים לייצור יוני פח שפולטים בעיקר ליד 13.5 ננומטר (למשל, Sn10+-Sn15+). בעוד שרוב תכונות הפלזמה נחקרו בניסויים רבים, תמיכה תיאורטית אמינה ויעילה היא חיונית לפיתוח מקורות פלזמה טובים יותר מפח. דיונים על פיזיקת פלזמה, כולל מספר מצגות לאורך ישיבות קבוצת העבודה, אוחדו לחלק אחד של הדו"ח. חלק זה מתמקד בפיזיקה של פלזמה, מצב טכנולוגי נוכחי וצרכי ​​התעשייה האמריקאית וחוקרי NIST להתקדם בתחום זה.

חישובים מתקדמים של פליטת האור מפלסמות בדיל המיוצרות בלייזר מבוצעים בדרך כלל באמצעות קודים בקנה מידה גדול של התנגשות-קרינה (CR) המנסים להסביר את התהליכים הפיזיקליים החשובים ביותר המובילים לפליטת פוטון. אלה כוללים עירור התנגשות אלקטרונים, דה-עירור ויינון, ריקומבינציה של קרינה, שני אלקטרונים ושלושה גופים, ואוטו-יינון, בין היתר. בנוסף, הובלת קרינה ואטימות, כמו גם מודלים הידרודינמיים של קרינה עשויים להיות נחוצים.

מודל פלזמה מוגבל גם על ידי מחסור במידע על המנגנונים הפיזיקליים הבסיסיים התומכים באינטראקציות חומריות. זה יכול לגרום להתקדמות מצטברת, ולא טרנספורמטיבית, בהנדסת פלזמה לתמיכה בייצור בנפח גבוה. שותפויות מעבדה בין התעשייה לממשלה ניסו להבין ולשלוט בתהליכי פלזמה ודיווחו על הצלחותיהן. מומחי סימולציה בתעשייה גם מציינים כיצד סימולציות מורכבות מקיפות תחומים פיזיים מרובים על פני טווחי זמן שונים.

מודל פלזמה קיים במצב של שאלות בלתי פתורות לגבי המעשיות שלו בהנחיית מאמצים הנדסיים לשיפור ייצור ויעילות האור של EUV. לדוגמה, מידול של פוטונים מחוץ לפס, כמו גם פליטת יונים ואלקטרונים יכולים לספק תובנות חיזוי שישפרו מאוד את יעילות ייצור השבבים. תחום עניין נוסף הוא האינטראקציות הפוטונים, האלקטרונים והכימיים ב-EUV resist, שהוא עניין מחקרי מתמשך בתעשיית ה-EUVL. לכן, מידול פיזיקת פלזמה רלוונטי גם לרכיבים אופטיים של EUV. התקנים וחומרים אופטיים של EUV מכוסים בסעיף הבא (2.4).

בשלוש השנים האחרונות, קהילת הדוגמנות של EUVL יזמה תוכנית אימות והשוואה ארוכת טווח עבור קודי CR על ידי ארגון סדנאות השוואת קודים של EUVL. גישה זו מעוצבת לאחר סדרת סדנאות השוואת קודים ללא LTE שאורגנה על ידי NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) במשך למעלה מ-25 שנים. ככזה, על קבוצת הספקטרוסקופיה האטומית של NIST (ASG) הוטל לפתח מסד נתונים חדש של EUVL וכלי השוואה מודרני להשוואה חכמה של קודי CR עבור EUVL. עד כה, העבודה המתוארת הושגה בהצלחה ללא תמיכה כספית ישירה, ומשתתפי שתי סדנאות EUVL האחרונות השתמשו במסד הנתונים ובממשק המשתמש כדי להשוות בין חבילות התוכנה שלהם. עם זאת, סדנאות עתידיות נועדו לנתח פרמטרים פיזיים חדשים הדורשים שינויים נרחבים במסד הנתונים ובממשק המשתמש. לכן יש צורך במימון יציב כדי להצביע על מחויבות ארוכת טווח לאורך מספר שנים לתמוך בפיתוח תחום מחקר זה.

אחד הכיוונים העתידיים שדווחו על ידי חוקרי NIST הוא לחקור סכימות של אורך גל קצר יותר בהתבסס על זמינותם של מחזירי אור רב-שכבתיים בעיקר. זה יפיק פוטונים עם אורכי גל קצרים יותר מאלה שנוצרו על ידי יסודות כבדים יותר מעבר לדיל במצבי יינון גבוהים יותר (מה שנקרא "מעבר ל-EUV"). לרוע המזל, לקהילת המחקר הרחבה יותר אין ידע מספק בספקטרום של אלמנטים גבוהים Z עם יינון פי 20+. לקבוצת הספקטרוסקופיה האטומית של NIST (ASG) יש יכולות ניסיוניות ותיאורטיות כדי לספק לקהילת EUVL את המידע המדויק ביותר על נתונים ספקטרוסקופיים עבור מקורות פלזמה עתידיים. לשם כך, מלכודת יונים מסוג NIST Electron Beam Ion (EBIT) לא רק יכולה ליצור יונים עם מטענים של עד 70+, אלא גם להקליט את הספקטרים ​​המדויקים והמפורטים ביותר ב-EUV ובספקטרים ​​רכים בטווח זה. צוות NIST ASG משתמש גם בשיטות אטומיות וקודים חדישים עבור חישובים ספקטרליים בקנה מידה גדול ברמת דיוק גבוהה. היכולות המוכחות אמורות לענות על הדרישה לנתונים מדויקים על מקורות פלזמה עתידיים עבור EUVL. יצוין כי כאשר נציגי התעשייה התבשרו על המשאבים העתידיים עבור EUV, הם הצהירו כי אין תוכניות ציבוריות להשתמש בחומרים מלבד בדיל כמקור בטווח הקרוב.

לסיכום, בעלי עניין בתעשייה רוצים לדגמן פלזמה מפח, והעבודה שנעשתה על ידי NIST יכולה לתמוך במאמצים נוספים, אך היא תדרוש השקעה. בנוסף, מהנדסי תכנון ומדענים ימצאו ערך לשילוב כל קוד כזה בתוכנה מסחרית כדי לייעל את יכולת ייצור שבבי EUV. הדיונים בישיבת קבוצת העבודה היו טכניים, אך נדון גם כיצד לשלב כל קוד כזה עם שותפים מסחריים כדי להבטיח את האינטרסים של חברות אמריקאיות. לבסוף, מודלים של פלזמה ואינטראקציות יכולים לעזור להפחית את ההשפעה השלילית של פסולת על רכיבי EUVL, אשר יידונו בסעיף 2.4.2. 

2.4 אפיון של רכיבים באינטראקציה עם EUV

סעיף זה מכסה שני מרכיבים של סורקי EUVL המקיימים אינטראקציה עם אור EUV: (1) photoresist ו-(2) מראות איסוף. משתתפי התעשייה של קבוצת העבודה העלו נושא כולל לגבי דרישות ייצור בנפח גבוה (HVM). באופן ספציפי, העניין של HVM מתמקד בעיקר בהגדלת התשואה והתפוקה של שבבים המיוצרים באמצעות EUVL. הפתרונות המטרולוגיים הפוטנציאליים הזמינים כעת ל-NIST יידונו בסעיף 2.

2.4.1 Photoresist: תיאור מאפיין פולימרי

עיבוד Photoresist הוא קריטי לתעשיית המוליכים למחצה. תבניות בקנה מידה ננו המיוצר על ידי פוטוליתוגרפיה נדרשות עבור כל רכיבי המכשיר והמבנים הקשורים (מתעלות בטרנזיסטורי אפקט שדה (FET) ועד לחיבורים חשמליים בין התקנים). כלל השכירות קובע שמספר המסופים או החיבורים גדל עם מספר הבלוקים או השערים הלוגיים. זה קשור לרמת היחידה, בעוד שיחידות סטנדרטיות מתכווצות, כך גם החיבורים ליחידות. מושג זה הוכח באיור 8.

משתתפי התעשייה מדגישים את הצורך לצמצם באופן אקטיבי את המרווחים על ידי שימוש בארכיטקטורת סוללה חדשה וחומרי מכשירים חדשים. הכנס דן גם בקושי להשיג ייצור בנפח גבוה (HVM) של מבנים וחומרים חדשים של יחידות, כאשר התשואה היא נושא מרכזי. לדוגמה, בהינתן 10^10 נקודות מגע לכל שבב ותפוקת עובש של Yd=diet good/total die, יש להשיג לפחות 99%. במערכת, מעבד Intel Core מהדור השלישי (ארבע ליבות) מכיל 1.48 מיליארד טרנזיסטורים. אם תהיה תשואה של 99%, 1.48 מיליון טרנזיסטורים יהיו פגומים - המטרה היא תשואה של 99.99996% או 6 סיגמא (6A). התשואה חייבת להיות טובה מאוד, והיא תלויה בבקרת התהליך ובפגמים. אם התשואה מספיקה, עלות ייצור שבבי EUV נקבעת לפי פרודוקטיביות (תפוקה). במילים אחרות, רזולוציית גובה טובה יותר נחוצה אך אינה מספקת עבור HVM.

המשך יבוא...