La misurazione radiometrica assoluta è importante non solo per lo sviluppo di processi litografici e test di accettazione degli strumenti, ma anche per la comprensione quantitativa dei processi di generazione della luce EUV. La modellazione predittiva di questo processo è rimasta indietro rispetto allo sviluppo degli stessi strumenti EUV. Il miglioramento dell’accuratezza del modello richiede dati sperimentali accurati sia per gli input che per gli output del modello. Nel contesto della generazione di luce EUV industriale, lo sviluppo di nuovi strumenti di metrologia delle radiazioni specifici per i laser a infrarossi e la luce a 13.5 nm fornirebbe tali dati.

Manca la collaborazione industriale perché gli strumenti di litografia industriale di cui si parla qui sono gli unici strumenti in grado di generare le quantità di luce che questi rilevatori sono progettati per misurare. Dato il numero di proprietà intellettuali associate a questi strumenti, sarà importante che i rappresentanti del governo e dell’industria collaborino. Le discussioni preliminari durante le riunioni dei gruppi di lavoro indicano che l'industria non è disposta a discutere i dettagli rilevanti senza la protezione di un accordo di riservatezza.

2.3 Fisica e modellazione del plasma: interazioni luce-materia

EUVL utilizza fotoni da 13.5 nm per produrre circuiti integrati. La fonte primaria di questa luce è un plasma di stagno molto caldo generato da potenti laser. I parametri del laser vengono regolati per produrre ioni di stagno che emettono prevalentemente vicino a 13.5 nm (ad esempio, Sn10+-Sn15+). Sebbene la maggior parte delle proprietà del plasma siano state esplorate in numerosi esperimenti, un supporto teorico affidabile ed efficiente è fondamentale per sviluppare migliori fonti di plasma di stagno. Le discussioni sulla fisica del plasma, comprese numerose presentazioni durante le riunioni del gruppo di lavoro, sono state riunite in un'unica sezione del rapporto. Questa sezione si concentra sulla fisica del plasma, sullo stato tecnologico attuale e sulle esigenze dell'industria statunitense e dei ricercatori del NIST per avanzare in questo campo.

I calcoli avanzati dell'emissione di luce dai plasmi di stagno prodotti dal laser vengono generalmente eseguiti utilizzando codici collisionali-radiatori (CR) su larga scala che tentano di spiegare i processi fisici più importanti che portano all'emissione di fotoni. Questi includono, tra gli altri, l'eccitazione collisionale degli elettroni, la diseccitazione e la ionizzazione, la ricombinazione radiativa, a due elettroni e a tre corpi e l'autoionizzazione. Inoltre, potrebbero diventare necessari il trasporto e l'opacità della radiazione, nonché la modellazione dell'idrodinamica della radiazione.

La modellazione del plasma è inoltre limitata dalla scarsità di informazioni sui meccanismi fisici fondamentali che supportano le interazioni materiali. Ciò può comportare progressi incrementali, anziché trasformativi, nell’ingegneria del plasma per supportare la produzione in grandi volumi. I partenariati tra laboratori industriali e governativi hanno cercato di comprendere e controllare i processi del plasma e hanno riportato i loro successi. Gli esperti di simulazione del settore sottolineano inoltre come le simulazioni complesse comprendano più domini fisici su scale temporali diverse.

La modellazione del plasma esiste in uno stato di domande irrisolte riguardanti la sua praticità nel guidare gli sforzi ingegneristici per migliorare la generazione e l’efficienza della luce EUV. Ad esempio, la modellazione dei fotoni fuori banda e dell’emissione di ioni ed elettroni può fornire informazioni predittive che migliorerebbero notevolmente l’efficienza della produzione di chip. Un'altra area di interesse sono le interazioni fotone, elettrone e chimiche nella resistenza EUV, che rappresenta un interesse di ricerca in corso nel settore EUVL. Pertanto, la modellazione fisica del plasma è rilevante anche per i componenti ottici EUV. I dispositivi ottici e i materiali EUV sono trattati nella sezione seguente (2.4).

Negli ultimi tre anni, la comunità di modellazione EUVL ha avviato un programma di validazione e benchmarking a lungo termine per i codici CR organizzando seminari di confronto dei codici EUVL. Questo approccio è modellato sulla serie di workshop di confronto di codici non LTE organizzati dal NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) da oltre 25 anni. Pertanto, al NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) è stato assegnato il compito di sviluppare un nuovo database EUVL e un moderno strumento di confronto per il confronto intelligente dei codici CR per EUVL. Finora il lavoro descritto è stato portato a termine con successo senza un sostegno finanziario diretto e i partecipanti ai due workshop EUVL più recenti hanno utilizzato il database e l’interfaccia utente per confrontare i loro pacchetti software. Tuttavia, i futuri workshop intendono analizzare nuovi parametri fisici che richiedono ampie modifiche al database e all'interfaccia utente. Sono quindi necessari finanziamenti stabili che indichino un impegno a lungo termine su diversi anni per sostenere lo sviluppo di questo campo di ricerca.

Una delle direzioni future segnalate dai ricercatori del NIST è quella di studiare schemi di lunghezze d'onda più corte basati sulla disponibilità di riflettori principalmente multistrato. Ciò produrrà fotoni con lunghezze d'onda più corte di quelle generate da elementi più pesanti oltre lo stagno negli stati di ionizzazione più elevati (i cosiddetti "oltre EUV"). Sfortunatamente, la più ampia comunità di ricerca non dispone di una conoscenza sufficiente degli spettri degli elementi ad alto Z con ionizzazione oltre 20 volte. Il NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) ha capacità sia sperimentali che teoriche per fornire alla comunità EUVL le informazioni più accurate sui dati spettroscopici per le future fonti di plasma. A tal fine, la trappola ionica a fascio di elettroni (EBIT) del NIST non solo può generare ioni con cariche fino a 70+, ma può anche registrare gli spettri più precisi e dettagliati in EUV e spettri morbidi all'interno di questo intervallo. Il team ASG del NIST utilizza inoltre metodi e codici atomici all'avanguardia per calcoli spettrali su larga scala ad alta precisione. Le capacità comprovate dovrebbero soddisfare la domanda di dati accurati sulle future fonti di plasma per EUVL. Va notato che quando i rappresentanti dell'industria sono stati informati sulle risorse future per l'EUV, hanno affermato che non esistono piani pubblici per utilizzare materiali diversi dallo stagno come fonte nel breve termine.

In sintesi, le parti interessate del settore vogliono modellare il plasma di stagno e il lavoro svolto dal NIST può sostenere ulteriori sforzi, ma richiederà investimenti. Inoltre, gli ingegneri progettisti e gli scienziati troverebbero utile integrare tali codici nel software commerciale per ottimizzare la capacità di produzione dei chip EUV. Le discussioni durante la riunione del gruppo di lavoro sono state tecniche, ma si è discusso anche di come integrare tale codice con i partner commerciali per garantire gli interessi delle aziende statunitensi. Infine, la modellazione del plasma e delle interazioni può aiutare a ridurre l'impatto negativo dei detriti sui componenti EUVL, che sarà discusso nella sezione 2.4.2. 

2.4 Caratterizzazione dei componenti che interagiscono con EUV

Questa sezione copre due componenti degli scanner EUVL che interagiscono con la luce EUV: (1) fotoresist e (2) specchi di raccolta. I partecipanti del settore del gruppo di lavoro hanno sollevato un tema generale riguardante i requisiti di produzione ad alto volume (HVM). Nello specifico, l’interesse di HVM si concentra principalmente sull’aumento della resa e della produttività dei chip prodotti utilizzando EUVL. Le potenziali soluzioni metrologiche attualmente a disposizione del NIST saranno discusse nella Sezione 2.

2.4.1 Fotoresist: descrizione delle proprietà del polimero

L'elaborazione del fotoresist è fondamentale per l'industria dei semiconduttori. Sono necessari modelli su scala nanometrica prodotti mediante fotolitografia per tutti i componenti dei dispositivi e le strutture correlate (dai canali nei transistor ad effetto di campo (FET) alle interconnessioni elettriche tra i dispositivi). La regola dell'affitto afferma che il numero di terminali o interconnessioni aumenta con il numero di blocchi logici o porte. Ciò è correlato al livello dell'unità, mentre le unità standard si restringono, così come le connessioni alle unità. Questo concetto è stato dimostrato nella Figura 8.

I partecipanti del settore sottolineano la necessità di ridurre attivamente la spaziatura utilizzando una nuova architettura della batteria e nuovi materiali per i dispositivi. La conferenza ha inoltre discusso la difficoltà di realizzare una produzione ad alto volume (HVM) di nuove strutture e materiali unitari, dove la resa rappresenta un problema importante. Ad esempio, dati 10^10 punti di contatto per chip e una resa dello stampo pari a Yd=matrice buona/matrice totale, è necessario raggiungere almeno il 99%. In un sistema, un processore Intel Core di terza generazione (quad-core) contiene 1.48 miliardi di transistor. Se la resa è del 99%, 1.48 milioni di transistor saranno difettosi: l'obiettivo è una resa del 99.99996% o 6 Sigma (6A). La resa deve essere molto buona e dipende dal controllo del processo e dai difetti. Se la resa è sufficiente, il costo di produzione dei chip EUV è determinato dalla produttività (throughput). In altre parole, una migliore risoluzione del tono è necessaria ma non sufficiente per HVM.

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