Pengukuran radiometrik absolut penting tidak hanya untuk pengembangan proses litografi dan uji penerimaan instrumen tetapi juga untuk pemahaman kuantitatif proses pembangkitan cahaya EUV. Pemodelan prediktif dari proses ini tertinggal dibandingkan pengembangan alat EUV itu sendiri. Meningkatkan akurasi model memerlukan data eksperimen yang akurat untuk masukan dan keluaran model. Dalam konteks pembangkitan cahaya EUV industri, pengembangan alat metrologi radiasi baru yang khusus untuk laser inframerah dan cahaya 13.5nm akan menyediakan data tersebut.

Kolaborasi industri masih kurang karena alat litografi industri yang dibahas di sini adalah satu-satunya alat yang mampu menghasilkan jumlah cahaya yang dirancang untuk diukur oleh detektor ini. Mengingat banyaknya kekayaan intelektual yang terkait dengan alat-alat ini, penting bagi pemerintah dan perwakilan industri untuk berkolaborasi. Diskusi awal pada pertemuan kelompok kerja menunjukkan bahwa industri tidak bersedia membahas rincian yang relevan tanpa perlindungan perjanjian kerahasiaan.

2.3 Fisika dan Pemodelan Plasma: Interaksi Materi Cahaya

EUVL menggunakan foton 13.5nm untuk menghasilkan sirkuit terpadu. Sumber utama cahaya ini adalah plasma timah yang sangat panas yang dihasilkan oleh laser yang kuat. Parameter laser disesuaikan untuk menghasilkan ion timah yang sebagian besar memancarkan radiasi mendekati 13.5nm (misalnya, Sn10+-Sn15+). Meskipun sebagian besar sifat plasma telah dieksplorasi dalam berbagai eksperimen, dukungan teoretis yang andal dan efisien sangat penting untuk mengembangkan sumber plasma timah yang lebih baik. Diskusi mengenai fisika plasma, termasuk beberapa presentasi selama pertemuan kelompok kerja, telah dikonsolidasikan ke dalam satu bagian laporan. Bagian ini berfokus pada fisika plasma, status teknologi saat ini, dan kebutuhan industri AS dan peneliti NIST untuk maju dalam bidang ini.

Perhitungan tingkat lanjut emisi cahaya dari plasma timah yang diproduksi dengan laser biasanya dilakukan menggunakan kode radiasi tabrakan (CR) skala besar yang berupaya menjelaskan proses fisik paling penting yang mengarah pada emisi foton. Ini termasuk eksitasi tumbukan elektron, deeksitasi dan ionisasi, radiasi, rekombinasi dua elektron dan tiga benda, dan autoionisasi, antara lain. Selain itu, transportasi radiasi dan opasitas serta pemodelan hidrodinamika radiasi mungkin diperlukan.

Pemodelan plasma juga dibatasi oleh kelangkaan informasi mengenai mekanisme fisik mendasar yang mendukung interaksi material. Hal ini dapat menghasilkan kemajuan yang bersifat inkremental, bukan transformatif, dalam rekayasa plasma untuk mendukung produksi dalam jumlah besar. Kemitraan laboratorium antara industri dan pemerintah telah mencoba memahami dan mengendalikan proses plasma dan telah melaporkan keberhasilannya. Pakar simulasi industri juga menunjukkan bagaimana simulasi kompleks mencakup banyak domain fisik dalam skala waktu yang berbeda.

Pemodelan plasma masih menjadi pertanyaan yang belum terselesaikan mengenai kepraktisannya dalam memandu upaya rekayasa untuk meningkatkan pembangkitan dan efisiensi cahaya EUV. Misalnya, pemodelan foton out-of-band serta emisi ion dan elektron dapat memberikan wawasan prediktif yang akan sangat meningkatkan efisiensi produksi chip. Bidang minat lainnya adalah interaksi foton, elektron, dan kimia dalam resistensi EUV, yang merupakan penelitian berkelanjutan dalam industri EUVL. Oleh karena itu, pemodelan fisika plasma juga relevan dengan komponen optik EUV. Perangkat dan material optik EUV dibahas pada bagian berikut (2.4).

Dalam tiga tahun terakhir, komunitas pemodelan EUVL telah memulai program validasi dan benchmarking jangka panjang untuk kode CR dengan menyelenggarakan lokakarya perbandingan kode EUVL. Pendekatan ini dimodelkan setelah serangkaian lokakarya perbandingan kode Non-LTE yang diselenggarakan oleh NIST Atomic Spectrcopy Group (ASG) selama lebih dari 25 tahun. Oleh karena itu, Grup Spektroskopi Atom NIST (ASG) telah ditugaskan untuk mengembangkan database EUVL baru dan alat perbandingan modern untuk perbandingan cerdas kode CR untuk EUVL. Sejauh ini, pekerjaan yang dijelaskan telah berhasil diselesaikan tanpa dukungan keuangan langsung, dan peserta dari dua lokakarya EUVL terbaru telah menggunakan database dan antarmuka pengguna untuk membandingkan paket perangkat lunak mereka. Namun demikian, lokakarya di masa depan dimaksudkan untuk menganalisis parameter fisik baru yang memerlukan modifikasi ekstensif pada database dan antarmuka pengguna. Oleh karena itu, pendanaan yang stabil diperlukan untuk menunjukkan komitmen jangka panjang selama beberapa tahun untuk mendukung pengembangan bidang penelitian ini.

Salah satu arah masa depan yang dilaporkan oleh para peneliti NIST adalah mempelajari skema panjang gelombang yang lebih pendek berdasarkan ketersediaan reflektor multi-lapisan. Hal ini akan menghasilkan foton dengan panjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh unsur-unsur yang lebih berat di luar timah dalam keadaan ionisasi yang lebih tinggi (disebut "di luar EUV"). Sayangnya, komunitas riset yang lebih luas kurang memiliki pengetahuan yang memadai tentang spektrum unsur Z tinggi dengan ionisasi 20+ kali. Grup Spektroskopi Atom NIST (ASG) memiliki kemampuan eksperimental dan teoritis untuk memberikan komunitas EUVL informasi paling akurat mengenai data spektroskopi untuk sumber plasma masa depan. Untuk mencapai tujuan ini, Perangkap Ion Berkas Elektron (EBIT) NIST tidak hanya dapat menghasilkan ion dengan muatan hingga 70+, namun juga dapat merekam spektrum paling tepat dan terperinci dalam EUV dan spektrum lunak dalam rentang ini. Tim NIST ASG juga menggunakan metode dan kode atom canggih untuk penghitungan spektral skala besar dengan presisi tinggi. Kemampuan yang telah terbukti harus memenuhi permintaan akan data akurat tentang sumber plasma EUVL di masa depan. Perlu dicatat bahwa ketika perwakilan industri diberi tahu tentang sumber daya EUV di masa depan, mereka menyatakan bahwa tidak ada rencana publik untuk menggunakan bahan selain timah sebagai sumber dalam waktu dekat.

Ringkasnya, para pemangku kepentingan industri ingin membuat model plasma timah, dan upaya yang dilakukan oleh NIST dapat mendukung lebih banyak upaya, namun hal ini memerlukan investasi. Selain itu, para insinyur desain dan ilmuwan akan merasakan manfaatnya jika mengintegrasikan kode tersebut ke dalam perangkat lunak komersial untuk mengoptimalkan kapasitas produksi chip EUV. Diskusi pada pertemuan kelompok kerja bersifat teknis, namun bagaimana mengintegrasikan kode tersebut dengan mitra komersial untuk memastikan kepentingan perusahaan-perusahaan AS juga dibahas. Terakhir, pemodelan plasma dan interaksinya dapat membantu mengurangi dampak negatif sampah terhadap komponen EUVL, yang akan dibahas di bagian 2.4.2. 

2.4 Karakterisasi Komponen yang Berinteraksi dengan EUV

Bagian ini mencakup dua komponen pemindai EUVL yang berinteraksi dengan cahaya EUV: (1) photoresist dan (2) cermin koleksi. Para peserta kelompok kerja industri mengangkat tema keseluruhan mengenai persyaratan manufaktur volume tinggi (HVM). Secara khusus, minat HVM terutama difokuskan pada peningkatan hasil dan keluaran chip yang diproduksi menggunakan EUVL. Solusi metrologi potensial yang saat ini tersedia untuk NIST akan dibahas di Bagian 2.

2.4.1 Photoresist: Deskripsi Properti Polimer

Pemrosesan photoresist sangat penting bagi industri semikonduktor. Pola skala nano yang dihasilkan oleh fotolitografi diperlukan untuk semua komponen perangkat dan struktur terkait (mulai dari saluran dalam transistor efek medan (FET) hingga interkoneksi listrik antar perangkat). Aturan Sewa menyatakan bahwa jumlah terminal atau interkoneksi bertambah seiring dengan jumlah blok atau gerbang logis. Hal ini terkait dengan tingkat unit, sedangkan unit standar menyusut, begitu pula koneksi ke unit tersebut. Konsep ini telah ditunjukkan pada Gambar 8.

Pelaku industri menekankan perlunya mengurangi jarak secara aktif dengan memanfaatkan arsitektur baterai baru dan material perangkat baru. Konferensi ini juga membahas kesulitan mencapai manufaktur volume tinggi (HVM) pada struktur unit dan material baru, dengan hasil yang menjadi masalah utama. Misalnya, dengan 10^10 titik kontak per chip dan hasil cetakan Yd=cetakan bagus/cetakan total, setidaknya 99% harus dicapai. Dalam sebuah sistem, prosesor Intel Core generasi ketiga (quad-core) memuat 1.48 miliar transistor. Jika ada hasil 99%, maka 1.48 juta transistor akan rusak - tujuannya adalah hasil 99.99996% atau 6 Sigma (6A). Hasil harus sangat baik, dan itu tergantung pada pengendalian proses dan cacat. Jika rendemen mencukupi, maka biaya produksi chip EUV ditentukan oleh produktivitas (throughput). Dengan kata lain, resolusi nada yang lebih baik diperlukan tetapi tidak cukup untuk HVM.

Bersambung...