Bezwzględny pomiar radiometryczny jest ważny nie tylko dla rozwoju procesów litograficznych i testów akceptacyjnych przyrządów, ale także dla ilościowego zrozumienia procesów wytwarzania światła EUV. Modelowanie predykcyjne tego procesu pozostaje w tyle za rozwojem samych narzędzi EUV. Poprawa dokładności modelu wymaga dokładnych danych eksperymentalnych zarówno dla danych wejściowych, jak i wyjściowych modelu. W kontekście przemysłowego wytwarzania światła EUV takich danych dostarczyłby rozwój nowych narzędzi metrologii radiacyjnej, specyficznych dla laserów podczerwonych i światła o długości fali 13.5 nm.

Brakuje współpracy przemysłowej, ponieważ omawiane tutaj narzędzia do litografii przemysłowej to jedyne narzędzia zdolne do generowania ilości światła, do pomiaru których zaprojektowano te detektory. Biorąc pod uwagę liczbę własności intelektualnych powiązanych z tymi narzędziami, ważna będzie współpraca przedstawicieli rządu i przemysłu. Wstępne dyskusje na spotkaniach grupy roboczej wskazują, że branża nie chce omawiać istotnych szczegółów bez ochrony umowy o zachowaniu poufności.

2.3 Fizyka i modelowanie plazmy: interakcje światła z materią

EUVL wykorzystuje fotony 13.5 nm do produkcji układów scalonych. Głównym źródłem tego światła jest bardzo gorąca plazma cyny wytwarzana przez potężne lasery. Parametry lasera są dostosowywane tak, aby wytwarzać jony cyny, które emitują głównie w pobliżu 13.5 nm (np. Sn10+-Sn15+). Chociaż większość właściwości plazmy zbadano w licznych eksperymentach, niezawodne i wydajne wsparcie teoretyczne ma kluczowe znaczenie dla opracowania lepszych źródeł plazmy cynowej. Dyskusje na temat fizyki plazmy, w tym kilka prezentacji podczas posiedzeń grupy roboczej, zostały zebrane w jedną część raportu. Ta sekcja koncentruje się na fizyce plazmy, obecnym stanie technologicznym oraz potrzebach amerykańskiego przemysłu i badaczy NIST w zakresie postępu w tej dziedzinie.

Zaawansowane obliczenia emisji światła z plazmy cynowej wytwarzanej laserowo są zwykle przeprowadzane przy użyciu wielkoskalowych kodów promieniowania kolizyjnego (CR), które mają na celu wyjaśnienie najważniejszych procesów fizycznych prowadzących do emisji fotonów. Należą do nich między innymi wzbudzenie kolizyjne elektronów, odwzbudzenie i jonizacja, radiacyjna, rekombinacja dwuelektronowa i trójciałowa oraz autojonizacja. Dodatkowo konieczne może okazać się transport i nieprzezroczystość promieniowania, a także modelowanie hydrodynamiki promieniowania.

Modelowanie plazmowe jest również ograniczone przez niedostatek informacji na temat podstawowych mechanizmów fizycznych wspierających interakcje materiałowe. Może to skutkować raczej stopniowym, a nie transformacyjnym postępem w inżynierii plazmowej w celu wspierania produkcji na dużą skalę. Partnerstwa laboratoriów branżowo-rządowych próbują zrozumieć i kontrolować procesy plazmowe i donoszą o swoich sukcesach. Branżowi eksperci ds. symulacji wskazują również, że złożone symulacje obejmują wiele dziedzin fizycznych w różnych skalach czasowych.

Modelowanie plazmowe pozostaje w obliczu nierozwiązanych kwestii dotyczących jego praktyczności w kierowaniu wysiłkami inżynieryjnymi mającymi na celu poprawę wytwarzania i wydajności światła EUV. Na przykład modelowanie fotonów poza pasmem, a także emisja jonów i elektronów może zapewnić przewidywania, które znacznie poprawią wydajność produkcji chipów. Innym obszarem zainteresowań są interakcje fotonów, elektronów i chemicznych w oporze EUV, co stanowi ciągłe zainteresowanie badawcze w branży EUVL. Dlatego modelowanie fizyki plazmy jest również istotne w przypadku komponentów optycznych EUV. Urządzenia i materiały optyczne EUV opisano w poniższej sekcji (2.4).

W ciągu ostatnich trzech lat społeczność zajmująca się modelowaniem EUVL zainicjowała długoterminowy program walidacji i analizy porównawczej kodów CR, organizując warsztaty porównujące kody EUVL. Podejście to wzorowane jest na serii warsztatów porównujących kody inne niż LTE organizowanych przez Grupę Spektroskopii Atomowej NIST (ASG) od ponad 25 lat. W związku z tym Grupie Spektroskopii Atomowej NIST (ASG) powierzono zadanie opracowania nowej bazy danych EUVL i nowoczesnego narzędzia porównawczego do inteligentnego porównywania kodów CR dla EUVL. Jak dotąd opisane prace udało się zrealizować bez bezpośredniego wsparcia finansowego, a uczestnicy dwóch ostatnich warsztatów EUVL wykorzystali bazę danych i interfejs użytkownika do porównania swoich pakietów oprogramowania. Niemniej jednak przyszłe warsztaty mają na celu analizę nowych parametrów fizycznych, które wymagają szerokich modyfikacji bazy danych i interfejsu użytkownika. Dlatego też potrzebne jest stabilne finansowanie, które będzie stanowić wyraz długoterminowego, kilkuletniego zaangażowania na rzecz wspierania rozwoju tej dziedziny badań.

Jednym z przyszłych kierunków zgłoszonych przez badaczy NIST jest zbadanie schematów krótszych fal w oparciu o dostępność głównie reflektorów wielowarstwowych. Spowoduje to wytworzenie fotonów o krótszych długościach fal niż te generowane przez cięższe pierwiastki poza cyną w wyższych stanach jonizacji (tzw. „Poza EUV”). Niestety szerszej społeczności badawczej brakuje wystarczającej wiedzy na temat widm pierwiastków o wysokim Z z ponad 20-krotną jonizacją. Grupa Spektroskopii Atomowej NIST (ASG) ma możliwości zarówno eksperymentalne, jak i teoretyczne, aby zapewnić społeczności EUVL najdokładniejsze informacje na temat danych spektroskopowych dla przyszłych źródeł plazmy. W tym celu pułapka jonowa wiązki elektronów (EBIT) NIST może nie tylko generować jony o ładunkach do 70+, ale może także rejestrować najbardziej precyzyjne i szczegółowe widma w widmach EUV i miękkich w tym zakresie. Zespół NIST ASG wykorzystuje również najnowocześniejsze metody i kody atomowe do wysoce precyzyjnych obliczeń spektralnych na dużą skalę. Sprawdzone możliwości powinny zaspokoić zapotrzebowanie na dokładne dane na temat przyszłych źródeł plazmy dla EUVL. Należy zauważyć, że kiedy przedstawiciele przemysłu zostali poinformowani o przyszłych zasobach dla EUV, oświadczyli, że w najbliższej przyszłości nie ma publicznych planów wykorzystania materiałów innych niż cyna jako źródła.

Podsumowując, zainteresowane strony z branży chcą modelować plazmę cyny, a prace wykonywane przez NIST mogą wesprzeć dalsze wysiłki, ale będą wymagały inwestycji. Ponadto inżynierowie projektujący i naukowcy uznaliby za wartościowe zintegrowanie takich kodów z oprogramowaniem komercyjnym w celu optymalizacji wydajności produkcji chipów EUV. Dyskusje na posiedzeniu grupy roboczej miały charakter techniczny, ale omawiano także sposób integracji takiego kodeksu z partnerami handlowymi, aby zapewnić interesy amerykańskich firm. Wreszcie modelowanie plazmy i interakcji może pomóc w ograniczeniu negatywnego wpływu zanieczyszczeń na komponenty EUVL, co zostanie omówione w sekcji 2.4.2. 

2.4 Charakterystyka komponentów oddziałujących z EUV

W tej sekcji omówiono dwa elementy skanerów EUVL, które oddziałują ze światłem EUV: (1) fotorezyst i (2) lustra zbierające. Uczestnicy branżowi grupy roboczej poruszyli ogólny temat dotyczący wymagań związanych z produkcją na dużą skalę (HVM). W szczególności zainteresowanie HVM koncentruje się głównie na zwiększaniu wydajności i przepustowości chipów produkowanych przy użyciu EUVL. Potencjalne rozwiązania metrologiczne dostępne obecnie dla NIST zostaną omówione w Części 2.

2.4.1 Fotomaska: Opis właściwości polimeru

Przetwarzanie fotomaski ma kluczowe znaczenie w przemyśle półprzewodników. Wzory w skali nano wytwarzane metodą fotolitografii są wymagane w przypadku wszystkich komponentów urządzeń i powiązanych struktur (od kanałów w tranzystorach polowych (FET) po elektryczne połączenia między urządzeniami). Reguła Rent stwierdza, że ​​liczba terminali lub połączeń wzajemnych wzrasta wraz z liczbą bloków logicznych lub bramek. Jest to związane z poziomem jednostki, podczas gdy standardowe jednostki kurczą się, podobnie jak połączenia z jednostkami. Koncepcja ta została przedstawiona na rysunku 8.

Uczestnicy branży podkreślają potrzebę aktywnego zmniejszania odległości poprzez wykorzystanie nowej architektury akumulatorów i nowatorskich materiałów, z których wykonane są urządzenia. Na konferencji omówiono także trudności w realizacji produkcji wielkoseryjnej (HVM) nowych konstrukcji jednostkowych i materiałów, przy czym głównym problemem jest wydajność. Na przykład, biorąc pod uwagę 10^10 punktów styku na chip i wydajność formy Yd = dobra matryca/całkowita matryca, należy osiągnąć co najmniej 99%. W systemie procesor Intel Core trzeciej generacji (czterordzeniowy) zawiera 1.48 miliarda tranzystorów. Jeśli wydajność wynosi 99%, uszkodzonych będzie 1.48 miliona tranzystorów - celem jest wydajność na poziomie 99.99996% lub 6 Sigma (6A). Wydajność musi być bardzo dobra i zależy od kontroli procesu i defektów. Jeśli wydajność jest wystarczająca, koszt produkcji chipów EUV zależy od wydajności (przepustowości). Innymi słowy, lepsza rozdzielczość wysokości dźwięku jest konieczna, ale niewystarczająca dla HVM.

Ciąg dalszy nastąpi...