2.5 EUV als analytisch hulpmiddel

Tijdens de werkgroepbijeenkomst bespraken onderzoekers van NIST drie hoofdthema's die verband houden met het gebruik van EUV als analytisch hulpmiddel om de halfgeleiderproductie-industrie te ondersteunen. De drie methoden voor het gebruik van EUV-licht als analytische techniek zijn: (1) hoge harmonische generatie (HHG), (2) synchrotronstraling en (3) atomaire sondetomografie. Hoge harmonische generatie biedt een compacte footprint, waardoor implementatie in onderzoeks- en productiefaciliteiten mogelijk is met continue toegang tot afmetingen, materialen en dynamische kenmerken van micro-elektronische apparaten op diep sub-nanometerniveau, die doorgaans worden bestudeerd met behulp van synchrotronstralingsbronnen. Synchrotronstralingsbronnen maken het mogelijk verschillende aspecten van EUVL te bestuderen en bieden extra mogelijkheden om de degradatie van collectorspiegels te bestuderen. Atomaire sondetomografie is de enige techniek die 3D-chemische mapping op atomair niveau kan opleveren met een isotopische resolutie van minder dan nanometer voor elk element op het periodiek systeem, die kan worden gebruikt voor de studie van EUV-fotoresisten.

De industrie heeft waardevolle feedback gegeven over het mogelijke gebruik van deze hulpmiddelen bij het ondersteunen van de EUVL-productie. De juridische commissie van NIST moet proactief actie ondernemen om oplossingen te ontwikkelen om tegemoet te komen aan de verzoeken van potentiële samenwerkingspartners om geheimhoudingsovereenkomsten (NDA's) en tegelijkertijd te voldoen aan de unieke wettelijke en administratieve vereisten die voortvloeien uit federale tewerkstelling, waarbij zij zichzelf of hun organisatie expliciet verbieden om externe contracten na te leven. .

2.5.1 Hoge harmonische generatie (HHG)

Terwijl EUVL de lithografie verder in het diepe sub-nanometerschaalregime duwt, roept de micro-elektronica-industrie op tot nieuwe meet- en metrologietechnieken. Bij NIST loopt een project dat de korte golflengte van EUV gebruikt om afmetingen, materialen en dynamische kenmerken van micro-elektronische apparaten op een diepe sub-nanometerschaal te onderzoeken. De hoge harmonische generatie (HHG) lichtbron van NIST is een breedbandige (met een bereik van 20-100 eV fotonenergieën), een ultrasnelle (20 femtosecondepulsen) en coherente (laserachtige) bron. De brede spectrale dekking maakt toegang mogelijk tot overgangen op kernniveau in veel relevante materialen voor metingen van micro-elektronische apparaten en specifieke lagen, zoals weergegeven in figuur 13. Dergelijke metingen worden doorgaans uitgevoerd met behulp van synchrotronstralingsbronnen. De compacte footprint van HHG-bronnen maakt echter inzet mogelijk in onderzoeks- en productiefaciliteiten met continue toegang. Figuur 14 toont een foto van het huidige systeem dat werkt in het NIST Physical Measurement Laboratory (PML), dat past in een typische laboratoriumruimte.

Figuur 13 toont het fotonenergie-outputspectrum van de NIST-bron voor hoge harmonische generatie (HHG) en de posities van verschillende atoomkernniveau-overgangen in relevante materialen.

Figuur 14. Foto van de HHG-bron bij NIST en de bijbehorende instrumentatie.

De korte pulsbreedte maakt dynamische metingen van spin en thermisch transport mogelijk. Een recent succes is de ontwikkeling van een frequentiekamgenerator die is gesynchroniseerd met EUV-pulsen, met jitter beter dan twee picoseconden. Figuur 15 demonstreert deze synchronisatie met een 40 GHz-signaal. Dit is een verbetering van ongeveer één orde van grootte vergeleken met wat kan worden bereikt met een synchrotronversneller, waardoor we metingen kunnen uitvoeren op de werkfrequenties van micro-elektronische apparaten. Dit maakt realtime metingen van de warmtestroom en spintransport binnen en buiten functionele apparaten mogelijk.

Figuur 15. 40 GHz-signaal op de bemonsteringsoscilloscoop. De triggerpuls (in rood) is afgeleid van de pulsen die worden gebruikt in het systeem voor het genereren van hoge harmonischen, wat direct de synchronisatie aantoont tussen de hoge harmonischen en het 40 GHz-signaal.

Ten slotte maakt de coherentie van licht lensloze beeldvormingstechnieken mogelijk, zoals coherente diffractiebeeldvorming, ptychografie en holografie, die ruimtelijke resolutie bij EUV-golflengten kunnen bieden. Dankzij deze mogelijkheid kan NIST functionele apparaten direct in beeld brengen, hoewel dit werk bij NIST nog niet is voltooid. Figuur 16 toont het resultaat van het combineren van ptychografie met reflectometrie om de laterale ruimtelijke verdeling van doteerstoffen in silicium te meten. Deze aanpak maakt een niet-destructieve evaluatie van interfaces en doteringsdistributies in de micro-elektronica mogelijk.

Figuur 16. Voorbeeld van 3D-karakterisering op nanoschaal van de distributie van doteermiddelen met behulp van een combinatie van reflectometrie en ptychografie. Bron: Tanksalvala.

Tijdens de werkgroepbijeenkomst vertelden vertegenwoordigers van de industrie hoe het analyseren van halfgeleidercomponenten op wafers om defecten te identificeren nuttig kan zijn. In het bijzonder hebben Golani et al. demonstreerde hoe het scheiden van simulatie van lichtstructuurinteracties en optische simulatie in een systematische simulatie het testen van veel optische configuraties in relatief korte tijd tijdens de nabewerking mogelijk maakte. De Golani et al. De simulatie werd uitgevoerd met behulp van de commerciële oplosser van Ansys en bevatte een krachtige digitale tweeling.

Wordt vervolgd...