2.5.2. 싱크로트론: NIST SURF III

NIST가 반도체 부품을 분석하기 위해 사용하는 실험실 규모의 EUV 조명 외에도 Steve Grantham 박사는 실무 그룹 회의에서 NIST의 SURF III(Synchrontron Ultraviolet Radiation Facility)에서 풍부한 리소스를 발표했습니다.

하전 입자가 곡선 경로를 따라 이동할 때 싱크로트론 방사선을 방출합니다. 대부분의 가속기는 자기장을 사용하여 입자의 궤적을 구부리기 때문에 싱크로트론 방사선은 자기저항축이라고도 알려져 있습니다. 방출된 스펙트럼의 범위는 마이크로파(구동 RF 장의 고조파)에서 X선 ​​스펙트럼 영역까지이며 방사선은 수직으로 시준되고 편광됩니다. 전자 에너지 E, 굽힘 반경 ρ, 전자 전류 IB, 궤도 평면에 대한 각도 Ψ0, 접선점까지의 거리 d, 수직 각도 Δψ 및 수평 각도 Δθ가 알려진 경우 싱크로트론 복사 출력을 계산할 수 있습니다. SURF의 출력 전력은 그림에 나와 있습니다.

그림 17은 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV, 78MeV에서 SURF가 방출하는 싱크로트론 방사 스펙트럼을 3000K 흑체 및 중수소 램프의 스펙트럼과 비교합니다.
반대로, NIST의 자외선 방사선 그룹은 SURF III를 방사선 측정 및 연구를 위한 안정적인 광원으로 활용합니다. SURF는 원적외선부터 연X선까지의 파장 범위를 포괄합니다. 표 1은 NIST SURF III의 현재 기능과 향후 계획에 대한 개요를 제공합니다. 싱크로트론 광원은 대량 제조(HVM) 환경의 극자외선(EUV) 광원에 적합하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 싱크로트론 시설은 이 보고서의 앞부분(섹션 2.2 및 2.4.2)에서 설명한 것처럼 EUVL 업계가 HVM 목표를 달성하는 데 도움이 되도록 다양한 매개변수를 테스트할 수 있는 유연성을 제공하므로 유리할 수 있습니다. 특정 파장 시스템에 대해서는 중복되고 일관되지 않은 정의와 용어가 있을 수 있으므로 ISO21348 표준을 일반적인 지침으로 참조해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

실무그룹 회의에서는 오염 물질 및/또는 세척 재료가 있는 상태에서 EUV 방사선 조사 중 거울 오염에 대한 연구 사례가 발표되었습니다. 2000년부터 NIST는 EUVL 광학 오염 연구를 선도하는 센터였으며 위성에서 일반적으로 사용되는 필터의 성능 저하를 조사해 왔습니다. 최근 NIST 센서 과학 부서에서는 반도체 제조 응용 분야에 대해 유사한 연구를 수행했습니다. NIST에는 현재 두 개의 빔라인(Beamline 1 및 Beamline 8)에 대한 광학 오염의 다양한 측면을 전담하는 세 개의 시설이 있습니다. 오염을 연구하는 능력은 이 보고서의 앞부분에서 언급한 집광 거울의 수명 연장의 중요성에 대한 논의와 직접적으로 관련됩니다(섹션 2.4.2 참조). 반도체 산업에서 차세대 EUVL 제조를 지원하려면 현재 시설의 지속적인 개발을 지원하는 것이 좋습니다.

2.5.3: 원자탐사 단층촬영(APT)

APT(Atom Probe Tomography)는 모든 원소에 대해 주기율표 전체에 걸쳐 나노미터 이하의 동위원소 분해능 원자 규모 원소 매핑을 3D로 제공할 수 있는 유일한 기술입니다. 그림 18은 APT의 동작을 보여준다. APT에 대한 추가 배경 정보를 보려면 독자는 이 주제에 대한 최근 리뷰를 참조할 수 있습니다.

그림 18. 콜로라도 볼더에 있는 NIST의 APT(Atom Probe Tomography) 사진(상단)과 APT 작동 개략도(하단). 출처: NIST.

상업용 APT 장비는 근자외선(NUV: 3.5eV) 또는 심자외선(DUV: 4.8eV) 레이저 방사선을 활용하는데, 이는 많은 물질의 일함수와 대부분의 원소의 이온화 에너지보다 낮습니다. 따라서 이러한 장비는 연구된 샘플에 상당한 가열을 가하여 작동할 수 있습니다. 실제로 유기 물질 분석을 위한 NUV 장비의 데이터는 복잡하고 문제가 있는 조각 패턴을 나타내는 경우가 많아 현장 증발 과정에서 응집의 증거를 보여주며 원자 규모 결과로 직접 해석할 수 없습니다. 대조적으로, EUV(20-90eV) 방사선은 샘플 표면의 원자와 분자를 이온화할 수 있는 충분한 에너지를 보유하여 잠재적으로 더 작고 직접 해석 가능한 조각 패턴을 생성합니다. NIST 접근 방식은 라인 에지 거칠기(LER)를 포함하여 리소그래피 불규칙성의 확률론적 특성에 기여할 수 있는 나노규모 조성 변동을 검색하기 위해 박막 포토레지스트 연구에 EUVAPT를 적용하는 것입니다. 따라서 EUVAPT는 포토레지스트의 처리 및 화학적 조성과 관련된 확률론적 사건을 조사하는 데 중요한 측정학적 발전을 나타냅니다(섹션 2.4.1 참조). 이 방법과 EUVAPT, 기존 NUV 및 DUVAPT 장비 간의 결과 비교가 이전 섹션 2.3에서 논의되었다는 점은 주목할 만합니다.

설문조사 결과 및 권장 사항

실무 그룹 회의의 기술적 결론은 각 하위 프로젝트의 섹션 2에 포함되어 있습니다. 실험에서 추출된 주요 특성은 모델링 및 시뮬레이션 기술의 개발을 촉진하여 반도체 산업의 대량 생산, 처리량 및 규모를 촉진할 것입니다. NIST는 고유한 EUVL 실험 계측 기능과 이론적 시뮬레이션 프로그램을 보유하고 있습니다. 따라서 실무 그룹 회의에 참석한 업계 참석자들은 NIST가 제안한 기기 제작에 자금을 지원하거나 기존 기기를 사용하여 미국 업계에 매우 정확한 데이터를 제공하도록 권장했습니다. NIST 과학자는 산업 디자인 엔지니어일 뿐만 아니라 상호 이익이 되는 결과를 얻기 위해 협력을 통해 현장 지식과 EUVL에 대한 통찰력을 결합해야 합니다. 지식 이전은 자금 조달의 사명과 일치해야 합니다. 업계에는 국내 이익을 지원할 방법이 있지만 NIST의 과학 및 경영 리더는 새로 창출된 경쟁 우위를 그에 따라 조정하는 방법을 이해해야 합니다. CRADA, SRD, SRM 등 확립된 통제된 배포 방법을 고려해야 합니다.

프로젝트 관점에서 실무 그룹 회의에서는 EUVL의 국제 경쟁 환경이 어떻게 NIST 연구원과의 심층적인 기술 대화를 위한 비공개 계약(NDA)의 필요성으로 이어지는지 강조했습니다. 따라서 모든 실무 그룹 회의 참석자들은 NIST 연구원과 업계 간의 NDA 프로세스를 간소화하고 프로젝트 시작부터 2개월 미만의 소요 시간을 제안했습니다. NIST 직원과 경영진은 단계를 올바르게 실행하기 위해 NDA 프로세스에 대해 교육을 받아야 합니다.

마지막으로, 이 실무 그룹 회의에서는 대면 상호 작용이 유익한 토론과 실행 가능한 다음 단계를 생성한다는 것이 분명해졌습니다. 이해관계자 간의 향후 상호 작용은 실무 그룹 회의에서 심포지엄, 컨소시엄으로 전환될 수 있습니다. 절차가 복잡해지면 비용($10,000~$100,000 이상)과 노동 시간(40~200시간 이상)도 늘어납니다. 따라서 SPIE나 OSA(Optical Society of America)와 같이 자주 참석하는 전문 컨퍼런스에서 향후 활동을 계획하면 비용과 노력을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.