NIST sedang membangunkan instrumen untuk mengukur SoS pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi. Instrumen SoS adalah sebahagian daripada persekutuan pasca doktoral Majlis Penyelidikan Kebangsaan (NRC) Dr. Elizabeth Rasmussen dalam pembuatan bahan tambahan logam. Paten AS mengenai reka bentuk dan pengendalian instrumen telah diserahkan pada Oktober 2022. Instrumen SoS logam baharu ialah lanjutan daripada instrumen sedia ada NIST, yang beroperasi pada suhu dan tekanan melampau yang lebih rendah. Instrumen baharu kini sedang dibangunkan dan memerlukan sumber khusus tambahan untuk pengukuran timah.

Selain itu, data harta pengangkutan (ketegangan permukaan, kelikatan, dll.) untuk timah cair dalam keadaan yang melampau perlu disediakan. Memenuhi keperluan ini memerlukan instrumen metrologi tersuai baharu dan sumber yang berkaitan. Kedua-dua SoS dan instrumen harta pengangkutan akan mempunyai keupayaan metrologi bertaraf dunia, yang memerlukan kemahiran khusus untuk reka bentuk, pembuatan dan operasi.

Setelah data dikumpul, adalah berguna untuk mengaitkannya dalam EoS. Contoh penyebaran sedemikian ialah korelasi pengangkutan atau EoS termodinamik. Pada masa ini, terdapat korelasi rujukan untuk sifat pengangkutan bijih timah tetapi tiada rujukan EoS. Korelasi sifat pengangkutan untuk timah berbeza daripada data eksperimen sebanyak 5-10% dan hanya sah di bawah tekanan atmosfera. Ini memberikan peluang untuk metrologi lanjutan. NIST cemerlang dalam mencipta korelasi rujukan, EoS dan SRD untuk bahan penyejuk dan gas asli melalui projek Refrigerant (Reference Fluid Performance), yang bermula sejak tahun 1990-an. Oleh itu, pengukuran yang serupa boleh dilakukan untuk logam, terutamanya timah, dan membangunkan EoS untuk SRD untuk meningkatkan simulasi kesetiaan tinggi dan mencapai pembangunan EUVL dipacu data. Perkembangan ini mungkin melibatkan peningkatan pelepasan EUV dan penciptaan kembar digital, dan sifat bahan rujukan, korelasi dan EoS akan mencapainya. Penyebaran SRD atau model kepada industri AS boleh dijalankan secara terkawal melalui program SRD yang ditubuhkan NIST, seperti ditunjukkan dalam Rajah 6.

Pada masa ini, tiada sistem perisian komersial yang boleh memberikan panduan simulasi yang tepat atau ramalan untuk logam fasa cecair di atas tekanan atmosfera. Kerja metrologi ini telah menerima galakan bersemangat daripada ahli industri kumpulan kerja dari perspektif pengguna data dan saluran paip data simulasi.

Selain daripada kekurangan sifat termodinamik dan pengangkutan di bawah suhu dan tekanan yang melampau, struktur dan data piezoelektrik komponen juga terhad. Ini mengehadkan keupayaan untuk meramalkan ketidakserasian bahan yang berpotensi, dengan itu mengehadkan reka bentuk penjana titisan. Penggunaan bahan piezoelektrik baharu bersuhu tinggi (>300°C) dianggap sebagai kelebihan dalam persediaan semasa. Seorang ahli menyebut dan berkongsi penerbitan terbaru oleh Tittmann mengenai topik ini. Bahan sedemikian memang wujud, tetapi ia sukar diperoleh dan mahal. Oleh itu, pertukaran mesti dibuat.

Penjana titisan logam telah digunakan selama beberapa dekad dalam pematerian dan pembuatan serbuk, termasuk aloi plumbum, timah, indium, tembaga, perak, dan emas, selain timah tulen. Anehnya, terdapat jurang pengetahuan yang ketara mengenai sifat bahan asas. Walaupun penggunaan penjana titisan di luar litografi EUV berada di luar skop kumpulan kerja, adalah berfaedah untuk menyedari bahawa kemajuan dalam bidang ini juga boleh memberi kesan kepada bidang teknologi kritikal yang lain.

Secara ringkasnya, pengoptimuman penjana titisan dalam komponen pengimbas EUVL ditekankan. Operasi penjana titisan yang berterusan, boleh dipercayai dan tepat dikehendaki dengan jelas, bersama-sama dengan kemajuan dalam reka bentuk mereka untuk meningkatkan pengeluaran cip EUV. Kemajuan pengukuran dalam sifat termodinamik dan pengangkutan asas timah cair di bawah tekanan tinggi boleh mewujudkan korelasi rujukan untuk ciri bahan dan disebarkan dalam bentuk Data Rujukan Standard (SRD). Mengintegrasikan SRD ke dalam perisian simulasi membolehkan simulasi kembar digital penjana titisan. Oleh itu, simulasi persekitaran penjana titisan boleh membantu operasi dan inovasi peralatan semasa dalam reka bentuk masa hadapan, menjadikan sistem pengimbas NAEUV tinggi mungkin.

2.2 Pengukuran Sinaran untuk Penjanaan EUV

Alat EUVL industri terutamanya melibatkan dua jenis cahaya: laser inframerah (IR) berkuasa tinggi berdenyut untuk timah cair (Sn) mengion dan cahaya 13.5nm untuk fotolitografi. Yang pertama disediakan oleh laser karbon dioksida yang dihasilkan khas (λ=10.6μm), memancarkan kira-kira 30kW (purata kuasa) dengan kekerapan ulangan 50kHz. Proses pengionan timah melibatkan dua denyutan laser inframerah berturut-turut yang pantas: pra-nadi untuk meratakan titisan dari sfera ke dalam cakera, dan nadi utama bertenaga tinggi untuk pengionan. Output laser inframerah adalah penting untuk pembangunan alat fotolitografi masa depan kerana "skala kuasa EUV memerlukan kuasa laser karbon dioksida yang lebih tinggi". "Dalam alat litografi komersial semasa, kuasa keluaran maksimum lampu EUV 13.5nm yang tidak koheren adalah sekitar 250W, dengan demonstrasi makmal mencecah 600W." Sistem dwi-nadi digambarkan dalam Rajah 7.

NIST pada masa ini menyokong penentukuran inframerah tetapi tidak menyokong keadaan kuasa dan nadi yang diperlukan untuk litografi EUV komersial. Walaupun pada masa ini NIST menyediakan penentukuran untuk industri mikrofabrikasi menggunakan panjang gelombang 193nm dan 248nm, penentukuran dalam julat panjang gelombang EUV adalah mungkin, tetapi hanya pada kuasa yang jauh lebih rendah daripada yang digunakan dalam alat EUVL. Di bawah kuasa yang dikurangkan ini, NIST menawarkan fotodiod silikon yang dikeraskan sinaran dan pengesan photemission aluminium oksida, atau pengesan yang disediakan pelanggan yang sesuai, untuk penentukuran sebagai piawaian pemindahan. Pencirian optik lain dalam EUV, termasuk penghantaran penapis dan ujian keseragaman spatial, juga dilakukan. Peluang untuk penyelidikan metrologi akan melibatkan pengembangan keupayaan penentukuran NIST untuk meliputi input laser inframerah untuk membuat kesimpulan kuasa julat pertengahan sumber EUV dan mengarahkan keluaran EUV akhir, semuanya di bawah syarat yang berkaitan dengan industri EUVL. Dengan menyediakan metrologi yang boleh dikesan untuk parameter proses utama, ini akan memberi kesan langsung kepada pembangunan proses pembuatan semikonduktor. Selain itu, kesan jangka panjang akan datang daripada pembangunan instrumen EUV masa hadapan dengan menyediakan data kesetiaan tinggi untuk mengesahkan simulasi yang dijana EUV.

Akan bersambung...