2.5.2. סינכרוטרון: NIST SURF III

בנוסף לאור EUV בקנה מידה מעבדתי המשמש את NIST לניתוח רכיבי מוליכים למחצה, ד"ר סטיב גרנתם גם הציג שפע של משאבים במתקן הקרינה האולטרה סגולה של סינכרוטרון (SURF III) של NIST במהלך פגישת קבוצת העבודה.

כאשר חלקיקים טעונים נעים בנתיב מעוקל, הם פולטים קרינת סינכרוטרון. מכיוון שרוב המאיצים משתמשים בשדות מגנטיים כדי לכופף מסלולים של חלקיקים, קרינת סינכרוטרון ידועה גם בשם magnetobremsstrahlung. הספקטרום הנפלט נע בין מיקרוגל (הרמוניה של שדה ה-RF המניע) לאזורים ספקטרליים של קרני רנטגן והקרינה מאוחדת ומקוטבת אנכית. אם ידועות אנרגיית האלקטרון E, רדיוס כיפוף ρ, זרם האלקטרון IB, זווית Ψ0 ביחס למישור המסלול, מרחק d לנקודת המשיק, הזווית האנכית Δψ והזווית האופקית Δθ, ניתן לחשב את פלט קרינת הסינכרוטרון. הספק המוצא של SURF מוצג באיור.

איור 17 משווה את ספקטרום קרינת הסינכרוטרון הנפלט על ידי SURF ב-416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV, ו-78MeV עם הספקטרום של מנורת 3000K דיוטריום שחורה.
לעומת זאת, קבוצת הקרינה האולטרה סגולה של NIST משתמשת ב-SURF III כמקור אור יציב למדידות קרינה ומחקר. SURF מכסה טווח אורכי גל מאינפרא אדום רחוק לקרני רנטגן רך. טבלה 1 מספקת סקירה כללית של היכולות הנוכחיות והתכניות העתידיות עבור NIST SURF III. מקורות אור סינכרוטרוניים אינם מתאימים למקורות אולטרה סגול קיצוניים (EUV) בסביבות ייצור בנפח גבוה (HVM). עם זאת, מתקני סינכרוטרון יכולים להיות יתרונות מכיוון שהם מציעים גמישות לבדיקת פרמטרים שונים כדי לסייע לתעשיית ה-EUVL בהשגת יעדי HVM, כפי שנדון קודם לכן בדוח זה (סעיפים 2.2 ו-2.4.2). חשוב לציין שייתכנו הגדרות ומינוח חופפים ולא עקביים עבור מערכות אורכי גל מסוימות, ולכן יש להתייחס לתקן ISO21348 כהנחיה כללית.

במהלך ישיבת קבוצת העבודה הוצגו דוגמאות מחקר על זיהום מראה במהלך הארת קרינת EUV בנוכחות מזהמים ו/או חומרי ניקוי. מאז שנת 2000, NIST מהווה מרכז מוביל לחקר זיהום אופטי EUVL וחקר את השפלה של מסננים נפוצים בלוויינים. לאחרונה, חטיבת מדעי החיישנים של NIST ערכה מחקרים דומים עבור יישומי ייצור מוליכים למחצה. ל-NIST יש כיום שלושה מתקנים המוקדשים להיבטים שונים של זיהום אופטי בשני קווי קרן (Beamline 1 ו- Beamline 8). היכולת לחקור זיהום קשורה ישירות לדיון בחשיבות הארכת אורך החיים של מראות קולטות שהוזכרו קודם לכן בדוח זה (ראה סעיף 2.4.2). מומלץ לתמוך בהמשך הפיתוח של מתקנים קיימים כדי לתמוך בדור הבא של ייצור EUVL בתעשיית המוליכים למחצה.

2.5.3: טומוגרפיה של בדיקת אטום (APT)

Atom Probe Tomography (APT) היא הטכניקה היחידה המסוגלת לספק מיפוי יסודות בקנה מידה אטומית ברזולוציה איזוטופית תת-ננומטרית בתלת-ממד על פני הטבלה המחזורית עבור כל יסוד. איור 3 ממחיש את פעולת APT. למידע רקע נוסף על APT, הקוראים יכולים לעיין בביקורות האחרונות בנושא זה.

איור 18. תצלום של טומוגרפיית בדיקת האטום (APT) ב-NIST בבולדר, קולורדו (למעלה) וסכמטי של פעולת APT (למטה). מקור: NIST.

מכשירי APT מסחריים משתמשים בקרינת לייזר כמעט אולטרה סגולה (NUV: 3.5 eV) או אולטרה סגול עמוקה (DUV: 4.8 eV), שהיא מתחת לתפקוד העבודה של חומרים רבים ולאנרגיית היינון של רוב היסודות. לכן, מכשירים אלה עשויים לפעול על ידי הכפפת הדגימות שנחקרו לחימום משמעותי. למעשה, נתונים ממכשירי NUV לניתוח חומרים אורגניים מראים לעתים קרובות דפוסי שברים מורכבים ובעייתיים, המראים עדות להצטברות במהלך תהליך האידוי באתרו, ולא ניתן לפרש אותם ישירות כתוצאות בקנה מידה אטומי. לעומת זאת, לקרינת EUV (20-90 eV) יש מספיק אנרגיה כדי ליינן אטומים ומולקולות על פני הדגימה, מה שעלול ליצור דפוסי שברים קטנים יותר וניתנים לפירוש ישירות. גישת ה-NIST כרוכה ביישום EUVAPT למחקר של פוטו-רזיסטים של סרט דק כדי לחפש תנודות קומפוזיציה בקנה מידה ננומטרי שעשויות לתרום לאופי הסטוכסטי של אי-סדירות ליטוגרפית, כולל חספוס קצה קו (LER). לפיכך, EUVAPT מייצג התקדמות מטרולוגית מכרעת בחקירת אירועים סטוכסטיים הקשורים לעיבוד ולהרכב הכימי של פוטו-רזיסטים (ראה סעיף 2.4.1). ראוי לציין ששיטה זו, כמו גם השוואת התוצאות בין EUVAPT למכשירי NUV ו-DUVAPT מסורתיים, נדונה בסעיף 2.3 הקודם.

תוצאות סקר והמלצות

המסקנות הטכניות של ישיבות קבוצת העבודה כלולות בסעיף 2 של כל תת-פרויקט. מאפייני המפתח המופקים מניסויים יאפשרו את הפיתוח של טכניקות דוגמנות וסימולציה, להניע נפח גבוה, תפוקה וקנה מידה עבור תעשיית המוליכים למחצה. ל-NIST יש יכולות מטרולוגיה ניסיוניות ייחודיות של EUVL ותוכניות סימולציה תיאורטיות. לכן, משתתפי התעשייה בפגישות קבוצת העבודה עודדו מימון יצירת מכשירים שהוצעו על ידי NIST או שימוש במכשירים קיימים כדי לספק נתונים מדויקים במיוחד לתעשייה האמריקאית. מדעני NIST לא צריכים להיות רק מהנדסי עיצוב תעשייתי אלא צריכים לשלב את הידע שלהם בתחום עם תובנות על EUVL באמצעות שיתוף פעולה כדי להשיג תוצאות מועילות הדדיות; העברת ידע חייבת להתאים למטרה של המימון. לתעשייה יש דרך לתמוך באינטרסים מקומיים, אבל המנהיגים המדעיים והניהוליים של NIST חייבים להבין כיצד להתאים כל יתרון תחרותי חדש שנוצר בהתאם. יש לשקול שיטות הפצה מבוקרות מבוססות כגון CRADA, SRD ו-SRM.

מנקודת מבט של פרויקט, פגישות קבוצת העבודה הדגישו כיצד נוף התחרות הבינלאומי עבור EUVL מוביל לצורך בהסכמי סודיות (NDAs) לשיחות טכניות מעמיקות עם חוקרי NIST. לכן, כל משתתפי מפגשי קבוצת העבודה הציעו לייעל את תהליך ה-NDA בין חוקרי NIST לתעשייה, עם זמן אספקה ​​של פחות מחודשיים החל מתחילת הפרויקט. יש לחנך את הצוות וההנהלה של NIST על תהליך ה-NDA כדי לבצע את השלבים בצורה נכונה.

לבסוף, ניכר מפגישת קבוצת העבודה הזו שאינטראקציה פנים אל פנים מייצרת דיונים פוריים וצעדים הבאים מעשיים. אינטראקציות עתידיות בין בעלי עניין יכולות לעבור מפגישות קבוצת עבודה לסימפוזיון לקונסורציונים. ככל שהמורכבות הפרוצדורלית עולה, כך גם העלויות (מעל 10,000-100,000 דולר) ושעות העבודה (מעל 40-200 שעות). לכן, תזמון פעילויות עתידיות בכנסים מקצועיים שבהם משתתפים לעתים קרובות כמו SPIE או האגודה האופטית של אמריקה (OSA) יכול לעזור להקל על עלויות ומאמצים.