2.5.2. Sincrotrone: NIST SURF III

Oltre alla luce EUV su scala di laboratorio utilizzata dal NIST per analizzare i componenti dei semiconduttori, il dottor Steve Grantham ha anche presentato una vasta gamma di risorse presso il Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) del NIST durante la riunione del gruppo di lavoro.

Quando le particelle cariche si muovono lungo un percorso curvo, emettono radiazione di sincrotrone. Poiché la maggior parte degli acceleratori utilizza campi magnetici per piegare le traiettorie delle particelle, la radiazione di sincrotrone è anche nota come magnetobremsstrahlung. Lo spettro emesso spazia dalle microonde (armoniche del campo RF conduttore) alle regioni spettrali dei raggi X e la radiazione è collimata e polarizzata verticalmente. Se si conoscono l'energia dell'elettrone E, il raggio di curvatura ρ, la corrente dell'elettrone IB, l'angolo Ψ0 rispetto al piano orbitale, la distanza d dal punto di tangente, l'angolo verticale Δψ e l'angolo orizzontale Δθ, è possibile calcolare l'emissione della radiazione di sincrotrone. La potenza in uscita di SURF è mostrata in figura.

La Figura 17 confronta gli spettri della radiazione di sincrotrone emessa da SURF a 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV e 78MeV con gli spettri di un corpo nero da 3000K e una lampada al deuterio.
Al contrario, l'Ultraviolet Radiation Group del NIST utilizza SURF III come fonte di luce stabile per le misurazioni e la ricerca sulle radiazioni. SURF copre una gamma di lunghezze d'onda che va dall'infrarosso lontano ai raggi X molli. La tabella 1 fornisce una panoramica delle capacità attuali e dei piani futuri per NIST SURF III. Le sorgenti luminose di sincrotrone non sono adatte per sorgenti ultraviolette estreme (EUV) in ambienti di produzione ad alto volume (HVM). Tuttavia, gli impianti di sincrotrone possono essere vantaggiosi in quanto offrono flessibilità per testare vari parametri per aiutare l’industria EUVL a raggiungere gli obiettivi HVM, come discusso in precedenza in questo rapporto (Sezioni 2.2 e 2.4.2). È importante notare che potrebbero esserci definizioni e terminologie sovrapposte e incoerenti per determinati sistemi di lunghezze d'onda, pertanto è necessario fare riferimento allo standard ISO21348 come linea guida generale.

Durante la riunione del gruppo di lavoro sono stati presentati esempi di ricerca sulla contaminazione degli specchi durante l'illuminazione con radiazioni EUV in presenza di contaminanti e/o materiali di pulizia. Dal 2000, il NIST è stato un centro leader per lo studio della contaminazione ottica EUVL e ha studiato il degrado dei filtri comunemente usati nei satelliti. Recentemente, la Divisione Sensor Science del NIST ha condotto studi simili per applicazioni nella produzione di semiconduttori. Il NIST dispone attualmente di tre strutture dedicate a vari aspetti della contaminazione ottica su due linee di luce (Beamline 1 e Beamline 8). La capacità di studiare la contaminazione è direttamente collegata alla discussione sull’importanza di prolungare la durata degli specchi collettori menzionata in precedenza in questo rapporto (vedere Sezione 2.4.2). Si raccomanda di sostenere lo sviluppo continuo delle strutture attuali per supportare la prossima generazione di produzione EUVL nel settore dei semiconduttori.

2.5.3: Tomografia con sonda atomica (APT)

La tomografia con sonda atomica (APT) è l'unica tecnica in grado di fornire una mappatura elementare su scala atomica con risoluzione isotopica sub-nanometrica in 3D attraverso la tavola periodica per qualsiasi elemento. La Figura 18 illustra il funzionamento di APT. Per ulteriori informazioni di base su APT, i lettori possono fare riferimento alle recenti recensioni su questo argomento.

Figura 18. Fotografia della tomografia con sonda atomica (APT) presso il NIST a Boulder, Colorado (in alto) e schema del funzionamento dell'APT (in basso). Fonte: NIST.

Gli strumenti APT commerciali utilizzano radiazioni laser nel vicino ultravioletto (NUV: 3.5 eV) o nell'ultravioletto profondo (DUV: 4.8 eV), che è inferiore alla funzione di lavoro di molti materiali e all'energia di ionizzazione della maggior parte degli elementi. Pertanto, questi strumenti possono operare sottoponendo i campioni studiati a un riscaldamento significativo. Infatti, i dati provenienti dagli strumenti NUV per l’analisi dei materiali organici spesso mostrano modelli di frammenti complessi e problematici, mostrando prove di aggregazione durante il processo di evaporazione in situ, e non possono essere interpretati direttamente come risultati su scala atomica. Al contrario, la radiazione EUV (20-90 eV) possiede energia sufficiente per ionizzare atomi e molecole sulla superficie del campione, generando potenzialmente modelli di frammenti più piccoli e direttamente interpretabili. L'approccio del NIST prevede l'applicazione di EUVAPT allo studio dei fotoresist a film sottile per cercare fluttuazioni compositive su scala nanometrica che potrebbero contribuire alla natura stocastica delle irregolarità litografiche, inclusa la rugosità dei bordi delle linee (LER). Pertanto, EUVAPT rappresenta un progresso metrologico cruciale nello studio degli eventi stocastici legati al trattamento e alla composizione chimica dei fotoresist (vedere Sezione 2.4.1). È interessante notare che questo metodo, così come il confronto dei risultati tra EUVAPT e gli strumenti tradizionali NUV e DUVAPT, è discusso nella precedente Sezione 2.3.

Risultati e raccomandazioni del sondaggio

Le conclusioni tecniche delle riunioni del gruppo di lavoro sono incluse nella Sezione 2 di ciascun sottoprogetto. Le proprietà chiave estratte dagli esperimenti faciliteranno lo sviluppo di tecniche di modellazione e simulazione, determinando volumi elevati, produttività e scala per l’industria dei semiconduttori. Il NIST possiede capacità metrologiche sperimentali EUVL uniche e programmi di simulazione teorica. Pertanto, i partecipanti del settore alle riunioni del gruppo di lavoro hanno incoraggiato a finanziare la creazione degli strumenti proposti dal NIST o a utilizzare strumenti esistenti per fornire dati estremamente accurati all’industria statunitense. Gli scienziati del NIST non dovrebbero essere solo ingegneri di progettazione industriale, ma dovrebbero combinare le loro conoscenze sul campo con approfondimenti sull'EUVL attraverso la collaborazione per ottenere risultati reciprocamente vantaggiosi; il trasferimento delle conoscenze deve essere in linea con la missione del finanziamento. L'industria ha un modo per sostenere gli interessi nazionali, ma i leader scientifici e gestionali del NIST devono capire come adattare di conseguenza qualsiasi vantaggio competitivo appena creato. Dovrebbero essere presi in considerazione metodi consolidati di diffusione controllata come CRADA, SRD e SRM.

Dal punto di vista del progetto, le riunioni del gruppo di lavoro hanno sottolineato come il panorama competitivo internazionale per EUVL porti alla necessità di accordi di non divulgazione (NDA) per conversazioni tecniche approfondite con i ricercatori del NIST. Pertanto, tutti i partecipanti alla riunione del gruppo di lavoro hanno suggerito di semplificare il processo di NDA tra i ricercatori del NIST e l’industria, con tempi di consegna inferiori a due mesi a partire dall’avvio del progetto. Il personale e la direzione del NIST dovrebbero essere istruiti sul processo NDA per eseguire correttamente le fasi.

Infine, è evidente da questa riunione del gruppo di lavoro che l’interazione faccia a faccia produce discussioni fruttuose e passi successivi attuabili. Le future interazioni tra le parti interessate possono passare dalle riunioni dei gruppi di lavoro ai simposi ai consorzi. Con l’aumento della complessità procedurale, aumentano anche i costi (oltre $ 10,000-$ 100,000) e le ore di lavoro (oltre 40-200 ore). Pertanto, programmare le attività future in occasione di conferenze professionali a cui partecipa frequentemente come SPIE o Optical Society of America (OSA) può aiutare ad alleggerire costi e sforzi.