NIST pracuje obecnie nad instrumentem do pomiaru SoS przy wyższych ciśnieniach i temperaturach. Instrument SoS jest częścią stażu podoktorskiego dr Elizabeth Rasmussena National Research Council (NRC) w dziedzinie wytwarzania przyrostowego metali. W październiku 2022 r. zgłoszono amerykański patent na konstrukcję i działanie instrumentu. Nowy metalowy instrument SoS stanowi rozszerzenie istniejącego instrumentu NIST, który działa w niższych ekstremalnych temperaturach i ciśnieniach. Nowy przyrząd jest obecnie w fazie rozwoju i wymaga dodatkowych, dedykowanych zasobów do pomiarów cyny.

Dodatkowo należy podać dane dotyczące właściwości transportowych (napięcie powierzchniowe, lepkość itp.) stopionej cyny w ekstremalnych warunkach. Spełnienie tej potrzeby wymaga nowego, dostosowanego do indywidualnych potrzeb instrumentu metrologicznego i powiązanych zasobów. Zarówno SoS, jak i instrumenty własności transportu będą miały światowej klasy możliwości metrologiczne, wymagające specjalistycznych umiejętności w zakresie projektowania, produkcji i obsługi.

Po zebraniu danych warto je skorelować w EoS. Przykładem takiego upowszechnienia są korelacje transportowe czy termodynamiczne EoS. Obecnie istnieją korelacje referencyjne dla właściwości transportowych cyny, ale nie ma odniesienia EoS. Korelacje właściwości transportowych cyny różnią się od danych eksperymentalnych o 5-10% i są ważne tylko pod ciśnieniem atmosferycznym. Stwarza to szansę dla zaawansowanej metrologii. NIST specjalizuje się w tworzeniu korelacji referencyjnych, EoS i SRD dla czynników chłodniczych i materiałów na gaz ziemny w ramach projektu Refrigerant (Reference Fluid Performance), którego początki sięgają lat 1990-tych. Dlatego podobne pomiary można przeprowadzić dla metali, zwłaszcza cyny, i opracować EoS dla SRD, aby ulepszyć symulacje o wysokiej wierności i osiągnąć rozwój EUVL oparty na danych. Rozwój ten może obejmować zwiększenie emisji EUV i utworzenie cyfrowych bliźniaków, a właściwości materiału odniesienia, korelacje i EoS pozwolą je osiągnąć. Rozpowszechnianie SRD lub modeli w przemyśle amerykańskim może być prowadzone w sposób kontrolowany poprzez ustanowiony przez NIST program SRD, jak pokazano na rysunku 6.

Obecnie nie ma komercyjnego systemu oprogramowania, który zapewniałby dokładne lub predykcyjne wytyczne dotyczące symulacji metali w fazie ciekłej powyżej ciśnienia atmosferycznego. Prace związane z metrologią spotkały się z entuzjastycznym przyjęciem ze strony członków grupy roboczej z branży z punktu widzenia użytkowników danych i potoków danych symulacyjnych.

Oprócz braku właściwości termodynamicznych i transportowych w ekstremalnych temperaturach i ciśnieniach, struktura i dane piezoelektryczne komponentów są również ograniczone. Ogranicza to możliwość przewidywania potencjalnych niezgodności materiałów, ograniczając w ten sposób projektowanie generatorów kropel. Zastosowanie nowych, wysokotemperaturowych (>300°C) materiałów piezoelektrycznych jest uważane za zaletę w obecnej konfiguracji. Jeden z członków wspomniał i udostępnił niedawną publikację Tittmanna na ten temat. Takie materiały istnieją, ale są trudne do zdobycia i drogie. Dlatego należy dokonać kompromisów.

Generatory kropelek metali są stosowane od dziesięcioleci w lutowaniu i produkcji proszków, w tym stopów ołowiu, cyny, indu, miedzi, srebra i złota, oprócz czystej cyny. Co zaskakujące, istnieje znaczna luka w wiedzy na temat podstawowych właściwości materiałów. Chociaż stosowanie generatorów kropel poza litografią EUV wykracza poza zakres grupy roboczej, warto zauważyć, że postęp w tej dziedzinie może również mieć wpływ na inne krytyczne obszary technologiczne.

Podsumowując, podkreśla się optymalizację generatorów kropel w komponentach skanera EUVL. Wyraźnie pożądana jest ciągła, niezawodna i precyzyjna praca generatorów kropel, a także postęp w ich projektowaniu w celu usprawnienia produkcji chipów EUV. Postępy w pomiarach podstawowych właściwości termodynamicznych i transportowych stopionej cyny pod wysokim ciśnieniem mogą pozwolić na ustalenie korelacji referencyjnych dla właściwości materiału i rozpowszechnienie ich w postaci standardowych danych referencyjnych (SRD). Integracja SRD z oprogramowaniem symulacyjnym umożliwia cyfrowe symulacje bliźniaczych generatorów kropel. Zatem symulowanie środowiska generatorów kropel może wspomóc działanie obecnego sprzętu i wprowadzić innowacje w przyszłych projektach, umożliwiając powstanie systemów skanerów o wysokim NAEUV.

2.2 Pomiar promieniowania dla generacji EUV

Przemysłowe narzędzia EUVL wykorzystują głównie dwa rodzaje światła: impulsowe lasery podczerwone (IR) o dużej mocy do jonizacji stopionej cyny (Sn) oraz światło o długości fali 13.5 nm do fotolitografii. Pierwszy rodzaj światła jest wytwarzany przez specjalnie wyprodukowany laser na dwutlenku węgla (λ = 10.6 μm), emitujący około 30 kW (średnia moc) z częstotliwością powtarzania 50 kHz. Proces jonizacji cyny obejmuje dwa szybkie, następujące po sobie impulsy lasera podczerwonego: impuls wstępny, który spłaszcza kroplę z kuli do postaci dysku, oraz impuls główny o wysokiej energii, który jonizuje. Moc wyjściowa lasera podczerwonego ma kluczowe znaczenie dla rozwoju przyszłych narzędzi do fotolitografii, ponieważ „skalowanie mocy EUV wymaga wyższej mocy laserów na dwutlenku węgla”. „W obecnych komercyjnych narzędziach litograficznych maksymalna moc wyjściowa niespójnego światła EUV o długości fali 13.5 nm wynosi około 250 W, a w demonstracjach laboratoryjnych sięga 600 W”. System dwuimpulsowy zilustrowano na rysunku 7.

NIST obecnie obsługuje kalibrację w podczerwieni, ale nie obsługuje warunków mocy i impulsów wymaganych dla komercyjnej litografii EUV. Chociaż NIST obecnie zapewnia kalibrację dla przemysłu mikrowytwarzania z wykorzystaniem długości fal 193 nm i 248 nm, kalibracja w zakresie długości fal EUV jest możliwa, ale tylko przy znacznie niższych mocach niż te stosowane w narzędziach EUVL. Przy tych obniżonych mocach NIST oferuje fotodiody krzemowe utwardzone radiacyjnie i detektory fotoemisyjne z tlenku glinu lub odpowiednie detektory dostarczone przez klienta do kalibracji jako wzorce transferowe. Przeprowadzane są również inne charakterystyki optyczne w zakresie EUV, w tym testy transmisji filtrów i jednorodności przestrzennej. Możliwości badań metrologicznych obejmowałyby rozszerzenie możliwości kalibracyjnych NIST o wejściowe lasery podczerwone do wnioskowania o mocach średnich źródeł EUV i bezpośredniej końcowej mocy wyjściowej EUV, a wszystko to w warunkach istotnych dla przemysłowej litografii EUVL. Zapewniając identyfikowalną metrologię dla kluczowych parametrów procesu, miałoby to bezpośredni wpływ na rozwój procesów produkcji półprzewodników. Ponadto długoterminowe efekty będą widoczne w przypadku opracowania przyszłych instrumentów EUV, które dostarczą danych o wysokiej dokładności w celu weryfikacji symulacji generowanych przez EUV.

Ciąg dalszy nastąpi...