2.5.2. Synchrotron: NIST SURF III

Sebagai tambahan kepada lampu EUV skala makmal yang digunakan oleh NIST untuk menganalisis komponen semikonduktor, Dr. Steve Grantham juga menyampaikan banyak sumber di Kemudahan Sinaran Ultraviolet Synchrotron (SURF III) NIST semasa mesyuarat kumpulan kerja.

Apabila zarah bercas bergerak di sepanjang laluan melengkung, ia mengeluarkan sinaran synchrotron. Oleh kerana kebanyakan pemecut menggunakan medan magnet untuk membengkokkan trajektori zarah, sinaran synchrotron juga dikenali sebagai magnetobremsstrahlung. Spektrum yang dipancarkan terdiri daripada gelombang mikro (harmonik medan RF pemacu) ke kawasan spektrum sinar-X dan sinaran dikolimasikan secara menegak dan terkutub. Jika tenaga elektron E, jejari lentur ρ, arus elektron IB, sudut Ψ0 berbanding satah orbit, jarak d ke titik tangen, sudut menegak Δψ, dan sudut mendatar Δθ diketahui, keluaran sinaran synchrotron boleh dikira. Kuasa keluaran SURF ditunjukkan dalam rajah.

Rajah 17 membandingkan spektrum sinaran synchrotron yang dipancarkan oleh SURF pada 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV dan 78MeV dengan spektrum badan hitam 3000K dan lampu deuterium.
Sebaliknya, Kumpulan Sinaran Ultraviolet NIST menggunakan SURF III sebagai sumber cahaya yang stabil untuk pengukuran dan penyelidikan sinaran. SURF meliputi julat panjang gelombang daripada inframerah jauh kepada sinar-X lembut. Jadual 1 memberikan gambaran keseluruhan keupayaan semasa dan rancangan masa depan untuk NIST SURF III. Sumber cahaya synchrotron tidak sesuai untuk sumber ultraviolet (EUV) melampau dalam persekitaran pembuatan volum tinggi (HVM). Namun begitu, kemudahan synchrotron boleh memberi kelebihan kerana ia menawarkan fleksibiliti untuk menguji pelbagai parameter untuk membantu industri EUVL dalam mencapai matlamat HVM, seperti yang dibincangkan sebelum ini dalam laporan ini (Bahagian 2.2 dan 2.4.2). Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa mungkin terdapat takrifan dan istilah yang bertindih dan tidak konsisten untuk sistem panjang gelombang tertentu, jadi piawaian ISO21348 harus dirujuk sebagai garis panduan umum.

Semasa mesyuarat kumpulan kerja, contoh penyelidikan mengenai pencemaran cermin semasa pencahayaan sinaran EUV dengan kehadiran bahan cemar dan/atau bahan pembersih telah dibentangkan. Sejak tahun 2000, NIST telah menjadi pusat terkemuka untuk mengkaji pencemaran optik EUVL dan telah menyiasat kemerosotan penapis yang biasa digunakan dalam satelit. Baru-baru ini, Bahagian Sains Penderia NIST menjalankan kajian serupa untuk aplikasi pembuatan semikonduktor. NIST kini mempunyai tiga kemudahan khusus untuk pelbagai aspek pencemaran optik pada dua garis pancaran (Beamline 1 dan Beamline 8). Keupayaan untuk mengkaji pencemaran secara langsung berkaitan dengan perbincangan tentang kepentingan memanjangkan hayat cermin pengumpul yang dinyatakan sebelum ini dalam laporan ini (lihat Bahagian 2.4.2). Adalah disyorkan untuk menyokong pembangunan berterusan kemudahan semasa untuk menyokong generasi seterusnya pembuatan EUVL dalam industri semikonduktor.

2.5.3: Tomografi Probe Atom (APT)

Atom Probe Tomography (APT) ialah satu-satunya teknik yang mampu menyediakan pemetaan unsur skala atom resolusi isotop sub-nanometer dalam 3D merentas jadual berkala untuk sebarang unsur. Rajah 18 menggambarkan operasi APT. Untuk maklumat latar belakang lanjut tentang APT, pembaca boleh merujuk ulasan terbaru mengenai topik ini.

Rajah 18. Gambar Atom Probe Tomography (APT) di NIST di Boulder, Colorado (atas) dan skema operasi APT (bawah). Sumber: NIST.

Instrumen APT komersial menggunakan sinaran laser berhampiran ultraungu (NUV: 3.5 eV) atau ultraungu dalam (DUV: 4.8 eV), yang berada di bawah fungsi kerja banyak bahan dan tenaga pengionan kebanyakan unsur. Oleh itu, instrumen ini boleh beroperasi dengan menundukkan sampel yang dikaji kepada pemanasan yang ketara. Malah, data daripada instrumen NUV untuk analisis bahan organik sering mempamerkan corak serpihan yang kompleks dan bermasalah, menunjukkan bukti pengagregatan semasa proses penyejatan in situ, dan tidak boleh ditafsirkan secara langsung sebagai hasil skala atom. Sebaliknya, sinaran EUV (20-90 eV) mempunyai tenaga yang mencukupi untuk mengionkan atom dan molekul pada permukaan sampel, yang berpotensi menghasilkan corak serpihan yang lebih kecil dan boleh ditafsir secara langsung. Pendekatan NIST melibatkan penggunaan EUVAPT kepada kajian fotoresist filem nipis untuk mencari turun naik komposisi skala nano yang mungkin menyumbang kepada sifat stokastik ketidakteraturan litografi, termasuk kekasaran tepi garisan (LER). Oleh itu, EUVAPT mewakili kemajuan metrologi yang penting dalam menyiasat peristiwa stokastik yang berkaitan dengan pemprosesan dan komposisi kimia fotoresist (lihat Bahagian 2.4.1). Perlu diperhatikan bahawa kaedah ini, serta perbandingan keputusan antara EUVAPT dan instrumen NUV dan DUVAPT tradisional, dibincangkan dalam Bahagian 2.3 sebelumnya.

Keputusan Tinjauan dan Syor

Kesimpulan teknikal mesyuarat kumpulan kerja disertakan dalam Bahagian 2 setiap subprojek. Sifat utama yang diekstrak daripada eksperimen akan memudahkan pembangunan teknik pemodelan dan simulasi, memacu volum tinggi, daya pemprosesan dan skala untuk industri semikonduktor. NIST mempunyai keupayaan metrologi eksperimen EUVL yang unik dan program simulasi teori. Oleh itu, peserta industri pada mesyuarat kumpulan kerja menggalakkan pembiayaan penciptaan instrumen yang dicadangkan oleh NIST atau menggunakan instrumen sedia ada untuk menyediakan data ultra-tepat kepada industri AS. Para saintis NIST bukan sahaja harus menjadi jurutera reka bentuk perindustrian tetapi harus menggabungkan pengetahuan bidang mereka dengan pandangan tentang EUVL melalui kerjasama untuk mencapai hasil yang saling menguntungkan; pemindahan pengetahuan mesti sejajar dengan misi pembiayaan. Industri mempunyai cara untuk menyokong kepentingan domestik, tetapi pemimpin saintifik dan pengurusan NIST mesti memahami cara untuk menyesuaikan mana-mana kelebihan daya saing yang baru dicipta dengan sewajarnya. Kaedah penyebaran terkawal seperti CRADA, SRD dan SRM perlu dipertimbangkan.

Dari perspektif projek, mesyuarat kumpulan kerja menekankan bagaimana landskap persaingan antarabangsa untuk EUVL membawa kepada keperluan untuk perjanjian tanpa pendedahan (NDA) untuk perbualan teknikal yang mendalam dengan penyelidik NIST. Oleh itu, semua peserta mesyuarat kumpulan kerja mencadangkan memperkemas proses NDA antara penyelidik NIST dan industri, dengan masa pemulihan di bawah dua bulan bermula dari permulaan projek. Kakitangan dan pengurusan NIST harus dididik tentang proses NDA untuk melaksanakan langkah dengan betul.

Akhirnya, terbukti daripada mesyuarat kumpulan kerja ini bahawa interaksi bersemuka menghasilkan perbincangan yang bermanfaat dan langkah seterusnya yang boleh diambil tindakan. Interaksi masa depan di kalangan pihak berkepentingan boleh beralih daripada mesyuarat kumpulan kerja kepada simposium kepada konsortia. Apabila kerumitan prosedur meningkat, begitu juga kos (melebihi $10,000-$100,000) dan waktu buruh (melebihi 40-200 jam). Oleh itu, menjadualkan aktiviti masa depan di persidangan profesional yang kerap dihadiri seperti SPIE atau Persatuan Optik Amerika (OSA) boleh membantu mengurangkan kos dan usaha.