2.5.2. Synchrotron: NIST SURF III

Naast het EUV-licht op laboratoriumschaal dat door NIST wordt gebruikt om halfgeleidercomponenten te analyseren, presenteerde Dr. Steve Grantham tijdens de werkgroepbijeenkomst ook een schat aan hulpmiddelen bij de Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) van NIST.

Wanneer geladen deeltjes langs een gebogen pad bewegen, zenden ze synchrotronstraling uit. Omdat de meeste versnellers magnetische velden gebruiken om de banen van deeltjes te buigen, wordt synchrotronstraling ook wel magnetobremsstrahlung genoemd. Het uitgezonden spectrum varieert van microgolven (harmonischen van het aandrijvende RF-veld) tot spectrale röntgengebieden en de straling is verticaal gecollimeerd en gepolariseerd. Als de elektronenenergie E, buigstraal ρ, elektronenstroom IB, hoek Ψ0 ten opzichte van het baanvlak, afstand d tot het raakpunt, verticale hoek Δψ en horizontale hoek Δθ bekend zijn, kan de synchrotronstraling worden berekend. Het uitgangsvermogen van SURF is weergegeven in de figuur.

Figuur 17 vergelijkt de door SURF uitgezonden synchrotronstralingsspectra bij 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV en 78MeV met de spectra van een 3000K blackbody en een deuteriumlamp.
Omgekeerd gebruikt de Ultraviolet Radiation Group van NIST SURF III als een stabiele lichtbron voor stralingsmetingen en onderzoek. SURF bestrijkt een golflengtebereik van ver-infrarood tot zachte röntgenstraling. Tabel 1 geeft een overzicht van de huidige mogelijkheden en toekomstplannen voor NIST SURF III. Synchrotron-lichtbronnen zijn niet geschikt voor bronnen van extreem ultraviolet (EUV) in omgevingen met grote productievolumes (HVM). Niettemin kunnen synchrotronfaciliteiten voordelig zijn omdat ze flexibiliteit bieden om verschillende parameters te testen om de EUVL-industrie te helpen bij het bereiken van HVM-doelstellingen, zoals eerder in dit rapport besproken (paragrafen 2.2 en 2.4.2). Het is belangrijk op te merken dat er voor bepaalde golflengtesystemen overlappende en inconsistente definities en terminologie kunnen bestaan. Daarom moet als algemene richtlijn naar de ISO21348-norm worden verwezen.

Tijdens de werkgroepbijeenkomst werden onderzoeksvoorbeelden gepresenteerd over spiegelverontreiniging tijdens EUV-stralingsbelichting in aanwezigheid van verontreinigingen en/of reinigingsmaterialen. Sinds 2000 is NIST een toonaangevend centrum voor het bestuderen van optische EUVL-verontreiniging en heeft het de degradatie van veelgebruikte filters in satellieten onderzocht. Onlangs heeft de NIST Sensor Science Division soortgelijke onderzoeken uitgevoerd voor toepassingen in de productie van halfgeleiders. NIST beschikt momenteel over drie faciliteiten die zich bezighouden met verschillende aspecten van optische besmetting op twee bundellijnen (Beamline 1 en Beamline 8). De mogelijkheid om contaminatie te bestuderen houdt rechtstreeks verband met de discussie over het belang van het verlengen van de levensduur van collectorspiegels die eerder in dit rapport werd genoemd (zie paragraaf 2.4.2). Het wordt aanbevolen om de voortdurende ontwikkeling van de huidige faciliteiten te ondersteunen ter ondersteuning van de volgende generatie EUVL-productie in de halfgeleiderindustrie.

2.5.3: Atoomsondetomografie (APT)

Atom Probe Tomography (APT) is de enige techniek die in staat is om elementaire mapping op atomaire schaal in sub-nanometer isotopische resolutie in 3D over het periodiek systeem voor elk element te verschaffen. Figuur 18 illustreert de werking van APT. Voor meer achtergrondinformatie over APT kunnen lezers recente recensies over dit onderwerp raadplegen.

Figuur 18. Foto van de Atom Probe Tomography (APT) bij NIST in Boulder, Colorado (boven) en schema van de werking van APT (onder). Bron: NIST.

Commerciële APT-instrumenten maken gebruik van bijna-ultraviolette (NUV: 3.5 eV) of diep-ultraviolette (DUV: 4.8 eV) laserstraling, wat lager is dan de werkfunctie van veel materialen en de ionisatie-energie van de meeste elementen. Daarom kunnen deze instrumenten werken door de bestudeerde monsters aan aanzienlijke verhitting te onderwerpen. Gegevens van NUV-instrumenten voor de analyse van organische materialen vertonen vaak complexe en problematische fragmentpatronen, die bewijs tonen van aggregatie tijdens het in situ verdampingsproces, en kunnen niet direct worden geïnterpreteerd als resultaten op atomaire schaal. Daarentegen bezit EUV (20-90 eV) straling voldoende energie om atomen en moleculen op het monsteroppervlak te ioniseren, waardoor mogelijk kleinere en direct interpreteerbare fragmentpatronen worden gegenereerd. De NIST-aanpak omvat het toepassen van EUVAPT op de studie van dunne-film fotoresisten om te zoeken naar samenstellingsfluctuaties op nanoschaal die kunnen bijdragen aan de stochastische aard van lithografische onregelmatigheden, waaronder lijnrandruwheid (LER). EUVAPT vertegenwoordigt dus een cruciale metrologische vooruitgang bij het onderzoeken van stochastische gebeurtenissen die verband houden met de verwerking en chemische samenstelling van fotoresists (zie paragraaf 2.4.1). Het is opmerkelijk dat deze methode, evenals de vergelijking van de resultaten tussen EUVAPT en traditionele NUV- en DUVAPT-instrumenten, wordt besproken in de voorgaande paragraaf 2.3.

Enquêteresultaten en aanbevelingen

De technische conclusies van de werkgroepbijeenkomsten zijn opgenomen in hoofdstuk 2 van elk deelproject. De belangrijkste eigenschappen die uit experimenten worden gehaald, zullen de ontwikkeling van modellerings- en simulatietechnieken vergemakkelijken, waardoor grote volumes, doorvoer en schaalgrootte voor de halfgeleiderindustrie worden gestimuleerd. NIST beschikt over unieke EUVL experimentele metrologiemogelijkheden en theoretische simulatieprogramma's. Daarom moedigden deelnemers uit de industrie aan de werkgroepbijeenkomsten de financiering aan van de door NIST voorgestelde instrumentcreatie of het gebruik van bestaande instrumenten om uiterst nauwkeurige gegevens aan de Amerikaanse industrie te verstrekken. NIST-wetenschappers moeten niet alleen industrieel ontwerpingenieurs zijn, maar moeten hun veldkennis combineren met inzichten in EUVL door middel van samenwerking om wederzijds voordelige resultaten te bereiken; kennisoverdracht moet aansluiten bij de missie van de financiering. De industrie heeft een manier om binnenlandse belangen te ondersteunen, maar de wetenschappelijke en managementleiders van NIST moeten begrijpen hoe ze elk nieuw gecreëerd concurrentievoordeel dienovereenkomstig kunnen aanpassen. Gevestigde gecontroleerde verspreidingsmethoden zoals CRADA, SRD en SRM moeten worden overwogen.

Vanuit een projectperspectief benadrukten de werkgroepbijeenkomsten hoe het internationale concurrentielandschap voor EUVL leidt tot de behoefte aan geheimhoudingsovereenkomsten (NDA's) voor diepgaande technische gesprekken met NIST-onderzoekers. Daarom stelden alle deelnemers aan de werkgroepvergadering voor om het NDA-proces tussen NIST-onderzoekers en de industrie te stroomlijnen, met een doorlooptijd van minder dan twee maanden vanaf de start van het project. NIST-personeel en -management moeten worden opgeleid in het NDA-proces om de stappen correct uit te voeren.

Ten slotte blijkt uit deze werkgroepbijeenkomst dat face-to-face interactie vruchtbare discussies en bruikbare vervolgstappen oplevert. Toekomstige interacties tussen belanghebbenden kunnen overgaan van werkgroepbijeenkomsten naar symposia en consortia. Naarmate de procedurele complexiteit toeneemt, nemen ook de kosten (meer dan $10,000-$100,000) en arbeidsuren (meer dan 40-200 uur) toe. Daarom kan het plannen van toekomstige activiteiten op vaak bezochte professionele conferenties zoals SPIE of de Optical Society of America (OSA) de kosten en inspanningen helpen verlichten.