NIST ontwikkelt momenteel een instrument voor het meten van SoS bij hogere drukken en temperaturen. Het SoS-instrument maakt deel uit van de postdoctorale fellowship van Dr. Elizabeth Rasmussen van de National Research Council (NRC) op het gebied van metaaladditieve productie. In oktober 2022 werd een Amerikaans patent op het ontwerp en de werking van het instrument ingediend. Het nieuwe metalen SoS-instrument is een uitbreiding van het bestaande instrument van NIST, dat werkt bij lagere extreme temperaturen en drukken. Het nieuwe instrument is momenteel in ontwikkeling en vereist aanvullende specifieke middelen voor tinmetingen.

Bovendien moeten gegevens over de transporteigenschappen (oppervlaktespanning, viscositeit, enz.) voor gesmolten tin onder extreme omstandigheden worden verstrekt. Om aan deze behoefte te voldoen zijn een nieuw, op maat gemaakt metrologie-instrument en bijbehorende middelen nodig. Zowel de SoS- als de transporteigendomsinstrumenten zullen metrologische capaciteiten van wereldklasse hebben, waarvoor gespecialiseerde vaardigheden nodig zijn op het gebied van ontwerp, productie en bediening.

Zodra de gegevens zijn verzameld, is het nuttig om deze in EoS te correleren. Een voorbeeld van een dergelijke verspreiding zijn transportcorrelaties of thermodynamische EoS. Momenteel zijn er referentiecorrelaties voor de transporteigenschappen van tin, maar geen referentie-EoS. De transporteigenschapcorrelaties voor tin verschillen 5-10% van experimentele gegevens en zijn alleen geldig onder atmosferische druk. Dit biedt kansen voor geavanceerde metrologie. NIST blinkt uit in het creëren van referentiecorrelaties, EoS en SRD voor koudemiddelen en aardgasmaterialen via het Refrigerant (Reference Fluid Performance)-project, dat dateert uit de jaren negentig. Daarom kunnen soortgelijke metingen worden uitgevoerd voor metalen, vooral tin, en EoS voor SRD ontwikkelen om hifi-simulaties te verbeteren en datagestuurde EUVL-ontwikkeling te bereiken. Deze ontwikkeling kan een toename van de EUV-emissie en de creatie van digitale tweelingen met zich meebrengen, en de referentiemateriaaleigenschappen, correlaties en EoS zullen deze bereiken. De verspreiding van SRD of modellen naar de Amerikaanse industrie kan op een gecontroleerde manier worden uitgevoerd via het gevestigde SRD-programma van NIST, zoals weergegeven in Figuur 1990.

Momenteel is er geen commercieel softwaresysteem dat nauwkeurige of voorspellende simulatiebegeleiding kan bieden voor metalen in de vloeistoffase boven atmosferische druk. Dit metrologiewerk heeft enthousiaste aanmoediging gekregen van de brancheleden van de werkgroep vanuit het perspectief van datagebruikers en simulatiedatapijplijnen.

Naast het ontbreken van thermodynamische en transporteigenschappen onder extreme temperaturen en drukken, zijn ook de structuur en piëzo-elektrische gegevens van de componenten beperkt. Dit beperkt het vermogen om potentiële materiaalincompatibiliteiten te voorspellen, waardoor het ontwerp van druppelgeneratoren wordt beperkt. Het gebruik van nieuwe, hoge temperatuur (>300°C) piëzo-elektrische materialen wordt in de huidige opzet als een voordeel beschouwd. Een lid noemde en deelde een recente publicatie van Tittmann over dit onderwerp. Dergelijke materialen bestaan ​​wel, maar zijn moeilijk verkrijgbaar en duur. Daarom moeten er afwegingen worden gemaakt.

Metaaldruppelgeneratoren worden al tientallen jaren gebruikt bij de soldeer- en poederproductie, waaronder legeringen van lood, tin, indium, koper, zilver en goud, naast puur tin. Verrassend genoeg bestaat er een aanzienlijke kenniskloof met betrekking tot de fundamentele materiaaleigenschappen. Hoewel het gebruik van druppelgeneratoren buiten de EUV-lithografie buiten de reikwijdte van de werkgroep valt, is het nuttig om te erkennen dat vooruitgang op dit gebied ook van invloed kan zijn op andere kritische technologische gebieden.

Samenvattend wordt de nadruk gelegd op de optimalisatie van druppelgeneratoren in EUVL-scannercomponenten. De continue, betrouwbare en nauwkeurige werking van druppelgeneratoren is expliciet gewenst, samen met vooruitgang in hun ontwerp om de productie van EUV-chips te verbeteren. Verbeteringen in metingen in de fundamentele thermodynamische en transporteigenschappen van gesmolten tin onder hoge druk kunnen referentiecorrelaties voor materiaaleigenschappen tot stand brengen en worden verspreid in de vorm van standaardreferentiegegevens (SRD). Door SRD te integreren in simulatiesoftware zijn digitale tweelingsimulaties van druppelgeneratoren mogelijk. Het simuleren van de omgeving van druppelgeneratoren kan dus de werking van de huidige apparatuur en innovatie in toekomstige ontwerpen ondersteunen, waardoor scannersystemen met een hoge NAEUV mogelijk worden.

2.2 Stralingsmeting voor EUV-opwekking

Industriële EUVL-tools maken voornamelijk gebruik van twee soorten licht: gepulste, krachtige infrarood (IR) lasers voor het ioniseren van gesmolten tin (Sn), en 13.5 nm licht voor fotolithografie. De eerste wordt geleverd door een speciaal vervaardigde koolstofdioxidelaser (λ=10.6 μm), die ongeveer 30 kW (gemiddeld vermogen) uitzendt met een herhalingsfrequentie van 50 kHz. Het tinionisatieproces omvat twee snelle, opeenvolgende infraroodlaserpulsen: een prepuls om de druppel van een bol tot een schijf te verpletteren, en een hoogenergetische hoofdpuls voor ionisatie. De output van de infraroodlaser is cruciaal voor de ontwikkeling van toekomstige fotolithografietools, omdat "de EUV-vermogensschaal hogere koolstofdioxidelaservermogens vereist". "In huidige commerciële lithografietools ligt het maximale uitgangsvermogen van incoherent 13.5 nm EUV-licht rond de 250 W, met laboratoriumdemonstraties tot 600 W." Het systeem met dubbele puls is geïllustreerd in figuur 7.

NIST ondersteunt momenteel infraroodkalibratie, maar niet de vermogens- en pulscondities die vereist zijn voor commerciële EUV-lithografie. Hoewel NIST momenteel kalibratie biedt voor de microfabricage-industrie met golflengten van 193 nm en 248 nm, is kalibratie binnen het EUV-golflengtebereik mogelijk, maar alleen bij aanzienlijk lagere vermogens dan die gebruikt in EUVL-tools. Bij deze beperkte vermogens biedt NIST stralingsbestendige siliciumfotodiodes en aluminiumoxide-fotemissiedetectoren, of geschikte door de klant aangeleverde detectoren, voor kalibratie als overdrachtsstandaarden. Andere optische karakteriseringen binnen EUV, waaronder filtertransmissie en ruimtelijke uniformiteitstesten, worden ook uitgevoerd. Mogelijkheden voor metrologisch onderzoek zouden bestaan ​​uit het uitbreiden van de kalibratiecapaciteiten van NIST naar infraroodlasers voor invoer voor het afleiden van midrange-vermogens van EUV-bronnen en directe uiteindelijke EUV-uitvoer, allemaal onder omstandigheden die relevant zijn voor industriële EUVL. Door traceerbare metrologie te bieden voor belangrijke procesparameters, zou dit een directe impact hebben op de ontwikkeling van halfgeleiderproductieprocessen. Daarnaast zullen de ontwikkelingen van toekomstige EUV-instrumenten op de lange termijn gevolgen hebben door het leveren van zeer betrouwbare gegevens om door EUV gegenereerde simulaties te valideren.

Wordt vervolgd...