Il NIST sta attualmente sviluppando uno strumento per misurare il SoS a pressioni e temperature più elevate. Lo strumento SoS fa parte della borsa di studio post-dottorato del Consiglio nazionale delle ricerche (NRC) della Dott.ssa Elizabeth Rasmussen nella produzione additiva di metalli. Un brevetto statunitense sulla progettazione e il funzionamento dello strumento è stato presentato nell'ottobre 2022. Il nuovo strumento SoS in metallo è un'estensione dello strumento esistente del NIST, che funziona a temperature e pressioni estreme inferiori. Il nuovo strumento è attualmente in fase di sviluppo e richiede ulteriori risorse dedicate per le misurazioni dello stagno.

Inoltre, devono essere forniti i dati sulle proprietà di trasporto (tensione superficiale, viscosità, ecc.) dello stagno fuso in condizioni estreme. Soddisfare questa esigenza richiede un nuovo strumento metrologico personalizzato e risorse associate. Sia il SoS che gli strumenti per le proprietà dei trasporti avranno capacità metrologiche di livello mondiale, che richiederanno competenze specializzate per la progettazione, la produzione e il funzionamento.

Una volta raccolti i dati, è utile correlarli in EoS. Un esempio di tale diffusione sono le correlazioni di trasporto o EoS termodinamiche. Attualmente esistono correlazioni di riferimento per le proprietà di trasporto dello stagno ma nessuna EoS di riferimento. Le correlazioni sulle proprietà di trasporto dello stagno differiscono dai dati sperimentali del 5-10% e sono valide solo a pressione atmosferica. Ciò rappresenta un’opportunità per la metrologia avanzata. Il NIST eccelle nella creazione di correlazioni di riferimento, EoS e SRD per refrigeranti e materiali a base di gas naturale attraverso il progetto Refrigerant (Reference Fluid Performance), che risale agli anni '1990. Pertanto, misurazioni simili possono essere eseguite per i metalli, in particolare lo stagno, e sviluppare EoS per SRD per migliorare le simulazioni ad alta fedeltà e ottenere uno sviluppo EUVL basato sui dati. Questo sviluppo potrebbe comportare l’aumento delle emissioni EUV e la creazione di gemelli digitali, e le proprietà dei materiali di riferimento, le correlazioni e l’EoS raggiungeranno questi obiettivi. La diffusione di SRD o modelli all'industria statunitense può essere condotta in modo controllato attraverso il programma SRD stabilito dal NIST, come mostrato nella Figura 6.

Attualmente non esiste un sistema software commerciale in grado di fornire una guida di simulazione accurata o predittiva per i metalli in fase liquida al di sopra della pressione atmosferica. Questo lavoro metrologico ha ricevuto un incoraggiamento entusiasta da parte dei membri del settore del gruppo di lavoro dal punto di vista degli utenti dei dati e delle pipeline di dati di simulazione.

Oltre a mancare di proprietà termodinamiche e di trasporto a temperature e pressioni estreme, anche la struttura e i dati piezoelettrici dei componenti sono limitati. Ciò limita la capacità di prevedere potenziali incompatibilità dei materiali, limitando così la progettazione dei generatori di goccioline. L'uso di nuovi materiali piezoelettrici ad alta temperatura (>300°C) è considerato un vantaggio nell'attuale configurazione. Un membro ha menzionato e condiviso una recente pubblicazione di Tittmann su questo argomento. Tali materiali esistono, ma sono difficili da ottenere e costosi. Pertanto è necessario fare dei compromessi.

I generatori di goccioline metalliche sono stati utilizzati per decenni nella saldatura e nella produzione di polveri, comprese le leghe di piombo, stagno, indio, rame, argento e oro, oltre allo stagno puro. Sorprendentemente, esiste una significativa lacuna nella conoscenza riguardo alle proprietà fondamentali dei materiali. Sebbene l’uso di generatori di goccioline al di fuori della litografia EUV esuli dall’ambito del gruppo di lavoro, è utile riconoscere che i progressi in questo campo possono avere un impatto anche su altre aree tecnologiche critiche.

In sintesi, viene sottolineata l'ottimizzazione dei generatori di goccioline nei componenti dello scanner EUVL. Il funzionamento continuo, affidabile e preciso dei generatori di goccioline è esplicitamente auspicato, insieme ai progressi nella loro progettazione per migliorare la produzione di chip EUV. I progressi nella misurazione delle proprietà termodinamiche di base e di trasporto dello stagno fuso ad alta pressione possono stabilire correlazioni di riferimento per le caratteristiche dei materiali ed essere diffusi sotto forma di dati di riferimento standard (SRD). L'integrazione di SRD nel software di simulazione consente simulazioni di gemelli digitali di generatori di goccioline. Pertanto, la simulazione dell'ambiente dei generatori di goccioline può aiutare il funzionamento dell'attuale attrezzatura e l'innovazione nei progetti futuri, rendendo possibili sistemi di scanner ad alto NAEUV.

2.2 Misurazione delle radiazioni per la generazione EUV

Gli strumenti industriali EUVL utilizzano principalmente due tipi di luce: laser a infrarossi (IR) pulsati ad alta potenza per la ionizzazione dello stagno fuso (Sn) e luce a 13.5 nm per la fotolitografia. La prima è fornita da un laser ad anidride carbonica (λ=10.6 μm) appositamente prodotto, che emette circa 30 kW (potenza media) con una frequenza di ripetizione di 50 kHz. Il processo di ionizzazione dello stagno prevede due rapidi impulsi laser a infrarossi consecutivi: un pre-impulso per appiattire la goccia da una sfera a un disco e un impulso principale ad alta energia per la ionizzazione. L'uscita del laser a infrarossi è fondamentale per lo sviluppo di futuri strumenti di fotolitografia perché "la scala di potenza EUV richiede potenze laser ad anidride carbonica più elevate". "Negli attuali strumenti di litografia commerciali, la potenza massima di uscita della luce EUV incoerente a 13.5 nm è di circa 250 W, con dimostrazioni di laboratorio che raggiungono i 600 W". Il sistema a doppio impulso è illustrato nella Figura 7.

Il NIST attualmente supporta la calibrazione a infrarossi, ma non supporta le condizioni di potenza e impulso richieste per la litografia EUV commerciale. Sebbene il NIST fornisca attualmente servizi di calibrazione per l'industria della microfabbricazione utilizzando lunghezze d'onda di 193 nm e 248 nm, la calibrazione nell'intervallo di lunghezze d'onda EUV è possibile, ma solo a potenze significativamente inferiori a quelle utilizzate negli strumenti EUVL. A queste potenze ridotte, il NIST offre fotodiodi al silicio resistenti alle radiazioni e rivelatori a fotoemissione in ossido di alluminio, oppure rivelatori forniti dal cliente, per la calibrazione come standard di trasferimento. Vengono eseguite anche altre caratterizzazioni ottiche nell'ambito EUV, tra cui test di trasmissione del filtro e di uniformità spaziale. Le opportunità per la ricerca metrologica implicherebbero l'espansione delle capacità di calibrazione del NIST per includere laser a infrarossi in ingresso per la deduzione delle potenze medie delle sorgenti EUV e l'uscita EUV finale diretta, il tutto in condizioni rilevanti per l'EUVL industriale. Fornendo una metrologia tracciabile per i parametri di processo chiave, ciò avrebbe un impatto diretto sullo sviluppo dei processi di produzione di semiconduttori. Inoltre, gli impatti a lungo termine deriverebbero dallo sviluppo di futuri strumenti EUV, fornendo dati ad alta fedeltà per convalidare le simulazioni generate da EUV.

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