Absolute radiometrische metingen zijn niet alleen belangrijk voor de ontwikkeling van lithografische processen en instrumentacceptatietests, maar ook voor het kwantitatieve begrip van EUV-lichtopwekkingsprocessen. Voorspellende modellering van dit proces is achtergebleven bij de ontwikkeling van EUV-instrumenten zelf. Het verbeteren van de modelnauwkeurigheid vereist nauwkeurige experimentele gegevens voor zowel modelinvoer als -uitvoer. In de context van industriële EUV-lichtopwekking zou de ontwikkeling van nieuwe stralingsmetrologie-instrumenten die specifiek zijn voor infraroodlasers en 13.5 nm-licht dergelijke gegevens opleveren.

Industriële samenwerking ontbreekt omdat de industriële lithografie-instrumenten die hier worden besproken de enige instrumenten zijn die in staat zijn de hoeveelheden licht te genereren waarvoor deze detectoren zijn ontworpen. Gezien het aantal intellectuele eigendommen dat aan deze instrumenten verbonden is, zal het belangrijk zijn dat vertegenwoordigers van de overheid en het bedrijfsleven samenwerken. Uit voorbereidende discussies tijdens werkgroepbijeenkomsten blijkt dat de sector niet bereid is relevante details te bespreken zonder bescherming van een vertrouwelijkheidsovereenkomst.

2.3 Plasmafysica en modellering: licht-materie-interacties

EUVL gebruikt 13.5 nm fotonen om geïntegreerde schakelingen te produceren. De primaire bron van dit licht is een zeer heet tinplasma dat wordt gegenereerd door krachtige lasers. Laserparameters worden aangepast om tinionen te produceren die voornamelijk rond de 13.5 nm uitzenden (bijvoorbeeld Sn10+-Sn15+). Hoewel de meeste plasma-eigenschappen in talloze experimenten zijn onderzocht, is betrouwbare en efficiënte theoretische ondersteuning cruciaal voor het ontwikkelen van betere tinplasmabronnen. Discussies over plasmafysica, waaronder verschillende presentaties tijdens de werkgroepvergaderingen, zijn samengevoegd in één deel van het rapport. Deze sectie richt zich op plasmafysica, de huidige technologische status en de behoeften van de Amerikaanse industrie en NIST-onderzoekers om vooruitgang te boeken op dit gebied.

Geavanceerde berekeningen van de lichtemissie van door laser geproduceerde tinplasma's worden doorgaans uitgevoerd met behulp van grootschalige botsingsstralingscodes (CR) die proberen de belangrijkste fysieke processen te verklaren die tot fotonenemissie leiden. Deze omvatten onder meer elektronenbotsingsexcitatie, de-excitatie en ionisatie, stralingsrecombinatie, recombinatie met twee elektronen en drie lichamen, en auto-ionisatie. Bovendien kunnen stralingstransport en opaciteit, evenals modellering van de stralingshydrodynamica noodzakelijk worden.

Plasmamodellering wordt ook beperkt door de schaarste aan informatie over de fundamentele fysieke mechanismen die materiële interacties ondersteunen. Dit kan resulteren in stapsgewijze, in plaats van transformatieve, vooruitgang op het gebied van plasma-engineering ter ondersteuning van de productie van grote volumes. Laboratoriumpartnerschappen tussen industrie en overheid hebben geprobeerd plasmaprocessen te begrijpen en te controleren en hebben hun successen gerapporteerd. Simulatie-experts uit de industrie wijzen er ook op hoe complexe simulaties meerdere fysieke domeinen over verschillende tijdschalen omvatten.

Plasmamodellering bestaat in een staat van onopgeloste vragen met betrekking tot de bruikbaarheid ervan bij het begeleiden van technische inspanningen om de opwekking en efficiëntie van EUV-licht te verbeteren. Het modelleren van fotonen buiten de band en de emissie van ionen en elektronen kunnen bijvoorbeeld voorspellende inzichten opleveren die de efficiëntie van de chipproductie aanzienlijk zouden verbeteren. Een ander interessegebied zijn de fotonen-, elektronen- en chemische interacties in EUV-resist, een voortdurend onderzoeksinteresse in de EUVL-industrie. Daarom is plasmafysica-modellering ook relevant voor optische EUV-componenten. Optische EUV-apparaten en -materialen worden behandeld in de volgende sectie (2.4).

In de afgelopen drie jaar heeft de EUVL-modelgemeenschap een langetermijnvalidatie- en benchmarkingprogramma voor CR-codes geïnitieerd door het organiseren van EUVL-codevergelijkingsworkshops. Deze aanpak is gemodelleerd naar de reeks niet-LTE-codevergelijkingsworkshops die al meer dan 25 jaar worden georganiseerd door de NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG). Als zodanig heeft de NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) de taak gekregen om een ​​nieuwe EUVL-database en een modern vergelijkingsinstrument te ontwikkelen voor intelligente vergelijking van CR-codes voor EUVL. Tot nu toe is het beschreven werk met succes volbracht zonder directe financiële steun, en deelnemers aan de twee meest recente EUVL-workshops hebben de database en de gebruikersinterface gebruikt om hun softwarepakketten te vergelijken. Niettemin zijn toekomstige workshops bedoeld om nieuwe fysieke parameters te analyseren die uitgebreide aanpassingen aan de database en de gebruikersinterface vereisen. Stabiele financiering is daarom nodig om blijk te geven van een langetermijnengagement over meerdere jaren om de ontwikkeling van dit onderzoeksgebied te ondersteunen.

Een van de door NIST-onderzoekers gerapporteerde toekomstige richtingen is het bestuderen van schema's met kortere golflengten, gebaseerd op de beschikbaarheid van voornamelijk meerlaagse reflectoren. Dit zal fotonen produceren met kortere golflengten dan die gegenereerd door zwaardere elementen voorbij tin in hogere ionisatietoestanden (zogenaamd "voorbij EUV"). Helaas ontbreekt het de bredere onderzoeksgemeenschap aan voldoende kennis van de spectra van hoge-Z-elementen met meer dan 20 keer ionisatie. De NIST Atomic Spectroscopy Group (ASG) beschikt over zowel experimentele als theoretische capaciteiten om de EUVL-gemeenschap te voorzien van de meest nauwkeurige informatie over spectroscopische gegevens voor toekomstige plasmabronnen. Daartoe kan de NIST Electron Beam Ion Trap (EBIT) niet alleen ionen genereren met ladingen tot 70+, maar kan hij ook de meest nauwkeurige en gedetailleerde spectra in EUV en zachte spectra binnen dit bereik registreren. Het NIST ASG-team maakt ook gebruik van de modernste atomaire methoden en codes voor uiterst nauwkeurige grootschalige spectrale berekeningen. De bewezen mogelijkheden moeten voldoen aan de vraag naar nauwkeurige gegevens over toekomstige plasmabronnen voor EUVL. Opgemerkt moet worden dat toen vertegenwoordigers van de industrie werden geïnformeerd over de toekomstige hulpbronnen voor EUV, zij verklaarden dat er geen publieke plannen zijn om op korte termijn andere materialen dan tin als bron te gebruiken.

Samenvattend willen belanghebbenden uit de industrie tinplasma modelleren, en het werk dat door NIST wordt gedaan kan meer inspanningen ondersteunen, maar het zal investeringen vergen. Bovendien zouden ontwerpingenieurs en wetenschappers het waardevol vinden om dergelijke codes in commerciële software te integreren om de productiecapaciteit van EUV-chips te optimaliseren. De discussies tijdens de werkgroepbijeenkomst waren van technische aard, maar er werd ook besproken hoe een dergelijke code met commerciële partners geïntegreerd kon worden om de belangen van Amerikaanse bedrijven veilig te stellen. Ten slotte kan het modelleren van plasma en interacties de negatieve impact van afval op EUVL-componenten helpen verminderen, wat in paragraaf 2.4.2 zal worden besproken. 

2.4 Karakterisering van componenten die interactie hebben met EUV

In dit gedeelte worden twee componenten van EUVL-scanners behandeld die interageren met EUV-licht: (1) fotoresist en (2) verzamelspiegels. De deelnemers uit de industrie aan de werkgroep brachten een algemeen thema aan de orde met betrekking tot de vereisten voor hoogvolumeproductie (HVM). Concreet is de belangstelling van HVM vooral gericht op het verhogen van de opbrengst en doorvoer van chips die met behulp van EUVL zijn geproduceerd. De potentiële metrologische oplossingen die momenteel beschikbaar zijn voor NIST zullen worden besproken in Hoofdstuk 2.

2.4.1 Fotoresist: Beschrijving van polymeereigenschappen

Fotoresistverwerking is van cruciaal belang voor de halfgeleiderindustrie. Patronen op nanoschaal vervaardigd door fotolithografie zijn vereist voor alle apparaatcomponenten en gerelateerde structuren (van kanalen in veldeffecttransistors (FET's) tot elektrische verbindingen tussen apparaten). De huurregel stelt dat het aantal terminals of interconnects toeneemt met het aantal logische blokken of poorten. Dit heeft te maken met het unitniveau, terwijl standaardunits krimpen, evenals de verbindingen met de units. Dit concept is gedemonstreerd in Figuur 8.

Deelnemers uit de industrie benadrukken de noodzaak om de afstand actief te verkleinen door gebruik te maken van nieuwe batterijarchitectuur en nieuwe apparaatmaterialen. De conferentie besprak ook de moeilijkheid van het realiseren van grootschalige productie (HVM) van nieuwe eenheidsstructuren en materialen, waarbij de opbrengst een groot probleem is. Gegeven bijvoorbeeld 10^10 contactpunten per chip en een matrijsopbrengst van Yd=goede matrijs/totale matrijs, moet minimaal 99% worden bereikt. In een systeem bevat een Intel Core-processor van de derde generatie (quad-core) 1.48 miljard transistors. Als er een rendement van 99% is, zullen 1.48 miljoen transistors defect zijn - het doel is een rendement van 99.99996% of 6 Sigma (6A). De opbrengst moet zeer goed zijn en is afhankelijk van procesbeheersing en defecten. Als de opbrengst voldoende is, worden de productiekosten van EUV-chips bepaald door de productiviteit (throughput). Met andere woorden: een betere toonhoogteresolutie is noodzakelijk, maar niet voldoende voor HVM.

Wordt vervolgd...