NIST saat ini sedang mengembangkan instrumen untuk mengukur SoS pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi. Instrumen SoS adalah bagian dari beasiswa pascadoktoral Dewan Riset Nasional (NRC) Dr. Elizabeth Rasmussen di bidang manufaktur aditif logam. Paten AS atas desain dan pengoperasian instrumen tersebut diserahkan pada Oktober 2022. Instrumen SoS logam baru ini merupakan perpanjangan dari instrumen NIST yang sudah ada, yang beroperasi pada suhu dan tekanan ekstrem yang lebih rendah. Instrumen baru ini sedang dalam pengembangan dan memerlukan sumber daya tambahan khusus untuk pengukuran timah.

Selain itu, data sifat pengangkutan (tegangan permukaan, viskositas, dll.) untuk timah cair dalam kondisi ekstrim perlu disediakan. Pemenuhan kebutuhan ini memerlukan instrumen metrologi baru yang disesuaikan dan sumber daya terkait. Baik SoS maupun instrumen properti transportasi akan memiliki kemampuan metrologi kelas dunia, yang memerlukan keterampilan khusus untuk desain, manufaktur, dan pengoperasian.

Setelah data dikumpulkan, ada baiknya untuk mengkorelasikannya dalam EoS. Contoh penyebarannya adalah korelasi transportasi atau EoS termodinamika. Saat ini, terdapat referensi korelasi untuk sifat transportasi timah tetapi tidak ada referensi EoS. Korelasi sifat pengangkutan timah berbeda dengan data eksperimen sebesar 5-10% dan hanya berlaku pada tekanan atmosfer. Hal ini memberikan peluang bagi metrologi tingkat lanjut. NIST unggul dalam menciptakan korelasi referensi, EoS, dan SRD untuk bahan pendingin dan gas alam melalui proyek Refrigerant (Reference Fluid Performance), yang dimulai pada tahun 1990an. Oleh karena itu, pengukuran serupa dapat dilakukan untuk logam, terutama timah, dan mengembangkan EoS untuk SRD guna meningkatkan simulasi fidelitas tinggi dan mencapai pengembangan EUVL berbasis data. Perkembangan ini mungkin melibatkan peningkatan emisi EUV dan penciptaan digital twin, dan sifat material referensi, korelasi, dan EoS akan mencapai hal ini. Diseminasi SRD atau modelnya ke industri AS dapat dilakukan secara terkendali melalui program SRD yang telah ditetapkan NIST, seperti ditunjukkan pada Gambar 6.

Saat ini, tidak ada sistem perangkat lunak komersial yang dapat memberikan panduan simulasi yang akurat atau prediktif untuk logam fase cair di atas tekanan atmosfer. Pekerjaan metrologi ini mendapat dorongan antusias dari anggota kelompok kerja industri dari sudut pandang pengguna data dan saluran data simulasi.

Selain kurangnya sifat termodinamika dan transportasi pada suhu dan tekanan ekstrim, data struktur dan piezoelektrik komponen juga terbatas. Hal ini membatasi kemampuan untuk memprediksi potensi ketidaksesuaian material, sehingga membatasi desain generator tetesan. Penggunaan bahan piezoelektrik baru bersuhu tinggi (>300°C) dianggap sebagai keuntungan dalam pengaturan saat ini. Seorang anggota menyebutkan dan membagikan publikasi terbaru oleh Tittmann tentang topik ini. Bahan-bahan tersebut memang ada, namun sulit didapat dan mahal. Oleh karena itu, trade-off harus dilakukan.

Generator tetesan logam telah digunakan selama beberapa dekade dalam pembuatan solder dan bubuk, termasuk paduan timbal, timah, indium, tembaga, perak, dan emas, selain timah murni. Anehnya, terdapat kesenjangan pengetahuan yang signifikan mengenai sifat dasar material. Meskipun penggunaan generator tetesan di luar litografi EUV berada di luar cakupan kelompok kerja, perlu diketahui bahwa kemajuan di bidang ini juga dapat berdampak pada bidang teknologi penting lainnya.

Singkatnya, optimalisasi generator tetesan pada komponen pemindai EUVL ditekankan. Pengoperasian generator tetesan yang berkesinambungan, andal, dan presisi sangat diinginkan, seiring dengan kemajuan dalam desainnya untuk meningkatkan produksi chip EUV. Kemajuan pengukuran sifat dasar termodinamika dan pengangkutan timah cair di bawah tekanan tinggi dapat menetapkan korelasi referensi untuk karakteristik material dan disebarluaskan dalam bentuk Data Referensi Standar (SRD). Mengintegrasikan SRD ke dalam perangkat lunak simulasi memungkinkan simulasi kembar digital dari generator tetesan. Oleh karena itu, simulasi lingkungan generator tetesan dapat membantu pengoperasian peralatan saat ini dan inovasi dalam desain masa depan, sehingga memungkinkan sistem pemindai NAEUV tinggi.

2.2 Pengukuran Radiasi untuk Pembangkitan EUV

Alat EUVL industri terutama menggunakan dua jenis cahaya: laser inframerah (IR) berdenyut berdaya tinggi untuk mengionisasi timah cair (Sn), dan cahaya 13.5 nm untuk fotolitografi. Laser pertama dihasilkan oleh laser karbon dioksida yang diproduksi khusus (λ=10.6 μm), yang memancarkan sekitar 30 kW (daya rata-rata) dengan frekuensi pengulangan 50 kHz. Proses ionisasi timah melibatkan dua pulsa laser inframerah berurutan yang cepat: pulsa awal untuk meratakan tetesan dari bola menjadi cakram, dan pulsa utama berenergi tinggi untuk ionisasi. Keluaran laser inframerah sangat penting untuk pengembangan alat fotolitografi di masa depan karena "skala daya EUV membutuhkan daya laser karbon dioksida yang lebih tinggi". "Pada alat litografi komersial saat ini, daya keluaran maksimum cahaya EUV 13.5 nm yang tidak koheren adalah sekitar 250 W, dengan demonstrasi laboratorium mencapai 600 W." Sistem pulsa ganda diilustrasikan pada Gambar 7.

NIST saat ini mendukung kalibrasi inframerah tetapi tidak mendukung kondisi daya dan pulsa yang diperlukan untuk litografi EUV komersial. Meskipun NIST saat ini menyediakan kalibrasi untuk industri mikrofabrikasi menggunakan panjang gelombang 193nm dan 248nm, kalibrasi dalam rentang panjang gelombang EUV dapat dilakukan, namun hanya dengan kekuatan yang jauh lebih rendah dibandingkan yang digunakan pada alat EUVL. Dengan pengurangan daya ini, NIST menawarkan fotodioda silikon yang diperkeras radiasi dan detektor fotomisi aluminium oksida, atau detektor sesuai yang disediakan pelanggan, untuk kalibrasi sebagai standar transfer. Karakterisasi optik lainnya dalam EUV, termasuk transmisi filter dan pengujian keseragaman spasial, juga dilakukan. Peluang untuk penelitian metrologi akan melibatkan perluasan kemampuan kalibrasi NIST untuk mencakup masukan laser inframerah untuk menyimpulkan kekuatan jarak menengah dari sumber EUV dan keluaran akhir EUV langsung, semuanya dalam kondisi yang relevan dengan EUVL industri. Dengan menyediakan metrologi yang dapat dilacak untuk parameter proses utama, hal ini akan berdampak langsung pada pengembangan proses manufaktur semikonduktor. Selain itu, dampak jangka panjang akan datang dari pengembangan instrumen EUV di masa depan dengan menyediakan data dengan ketelitian tinggi untuk memvalidasi simulasi yang dihasilkan EUV.

Bersambung...