2.5.2. Synchrotron: NIST SURF III

Oprócz światła EUV na skalę laboratoryjną wykorzystywanego przez NIST do analizy elementów półprzewodnikowych, dr Steve Grantham podczas spotkania grupy roboczej zaprezentował także bogactwo zasobów znajdujących się w Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) NIST.

Kiedy naładowane cząstki poruszają się po zakrzywionej ścieżce, emitują promieniowanie synchrotronowe. Ponieważ większość akceleratorów wykorzystuje pola magnetyczne do zaginania trajektorii cząstek, promieniowanie synchrotronowe jest również znane jako magnetobremsstrahlung. Emitowane widmo rozciąga się od mikrofal (harmonicznych sterującego pola RF) do obszarów widma rentgenowskiego, a promieniowanie jest kolimowane pionowo i spolaryzowane. Jeżeli znana jest energia elektronu E, promień zgięcia ρ, prąd elektronowy IB, kąt Ψ0 względem płaszczyzny orbity, odległość d do punktu stycznego, kąt pionowy Δψ i kąt poziomy Δθ, można obliczyć moc promieniowania synchrotronowego. Moc wyjściową SURF pokazano na rysunku.

Rysunek 17 porównuje widma promieniowania synchrotronowego emitowanego przez SURF przy 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV i 78MeV z widmami ciała czarnego o temperaturze 3000 K i lampy deuterowej.
Z drugiej strony Grupa Promieniowania Ultrafioletowego NIST wykorzystuje SURF III jako stabilne źródło światła do pomiarów i badań promieniowania. SURF obejmuje zakres długości fal od dalekiej podczerwieni po miękkie promieniowanie rentgenowskie. Tabela 1 przedstawia przegląd obecnych możliwości i planów na przyszłość NIST SURF III. Synchrotronowe źródła światła nie nadają się do źródeł ekstremalnego ultrafioletu (EUV) w środowiskach produkcyjnych na dużą skalę (HVM). Niemniej jednak urządzenia synchrotronowe mogą być korzystne, ponieważ oferują elastyczność w testowaniu różnych parametrów, aby pomóc branży EUVL w osiągnięciu celów HVM, jak omówiono wcześniej w tym raporcie (sekcje 2.2 i 2.4.2). Należy zauważyć, że definicje i terminologia w przypadku niektórych systemów długości fal mogą się pokrywać i być niespójne, dlatego też normę ISO21348 należy traktować jako ogólną wytyczną.

Podczas spotkania grupy roboczej zaprezentowano przykłady badań zanieczyszczeń lusterek podczas naświetlania promieniowaniem EUV w obecności zanieczyszczeń i/lub środków czyszczących. Od 2000 roku NIST jest wiodącym ośrodkiem badania skażeń optycznych EUVL i bada degradację powszechnie stosowanych filtrów w satelitach. Niedawno Dział Nauki o Czujnikach NIST przeprowadził podobne badania dotyczące zastosowań w produkcji półprzewodników. NIST ma obecnie trzy obiekty zajmujące się różnymi aspektami zanieczyszczeń optycznych na dwóch liniach wiązki (Beamline 1 i Beamline 8). Możliwość badania zanieczyszczeń bezpośrednio wiąże się z dyskusją na temat znaczenia wydłużania żywotności zwierciadeł kolektorów, o której mowa wcześniej w tym raporcie (patrz rozdział 2.4.2). Zaleca się wspieranie ciągłego rozwoju istniejących obiektów w celu wspierania produkcji EUVL nowej generacji w przemyśle półprzewodników.

2.5.3: Tomografia z sondą atomową (APT)

Tomografia z sondą atomową (APT) to jedyna technika zdolna do zapewnienia trójwymiarowego mapowania pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków w skali atomowej z rozdzielczością izotopową poniżej nanometra. Rysunek 3 ilustruje działanie APT. Dalsze informacje na temat APT można znaleźć w najnowszych recenzjach na ten temat.

Rysunek 18. Zdjęcie tomografii z sondą atomową (APT) w NIST w Boulder w stanie Kolorado (na górze) i schemat działania APT (na dole). Źródło: NIST.

Komercyjne instrumenty APT wykorzystują promieniowanie laserowe bliskiego ultrafioletu (NUV: 3.5 eV) lub głębokiego ultrafioletu (DUV: 4.8 eV), które jest poniżej funkcji pracy wielu materiałów i energii jonizacji większości pierwiastków. Dlatego też przyrządy te mogą działać poprzez poddawanie badanych próbek znacznemu ogrzewaniu. W rzeczywistości dane z instrumentów NUV do analizy materiałów organicznych często wykazują złożone i problematyczne wzory fragmentów, wykazujące dowody agregacji podczas procesu parowania in situ i nie można ich bezpośrednio interpretować jako wyników w skali atomowej. Natomiast promieniowanie EUV (20–90 eV) posiada energię wystarczającą do jonizacji atomów i cząsteczek na powierzchni próbki, potencjalnie generując mniejsze i bezpośrednio interpretowalne wzory fragmentów. Podejście NIST obejmuje zastosowanie EUVAPT do badania cienkowarstwowych fotomasek w celu poszukiwania fluktuacji składu w nanoskali, które mogą przyczyniać się do stochastycznego charakteru nieregularności litograficznych, w tym chropowatości krawędzi linii (LER). Zatem EUVAPT stanowi kluczowy postęp metrologiczny w badaniu zdarzeń stochastycznych związanych z przetwarzaniem i składem chemicznym fotomasek (patrz sekcja 2.4.1). Warto zauważyć, że tę metodę, a także porównanie wyników pomiędzy EUVAPT a tradycyjnymi instrumentami NUV i DUVAPT, omówiono w poprzedniej sekcji 2.3.

Wyniki ankiety i zalecenia

Wnioski techniczne ze spotkań grupy roboczej znajdują się w Części 2 każdego podprojektu. Kluczowe właściwości wyodrębnione z eksperymentów ułatwią rozwój technik modelowania i symulacji, zwiększając wolumen, przepustowość i skalę w przemyśle półprzewodników. NIST posiada unikalne możliwości w zakresie metrologii eksperymentalnej EUVL i programy do symulacji teoretycznej. Dlatego też przedstawiciele branży uczestniczący w spotkaniach grupy roboczej zachęcali do finansowania tworzenia instrumentów zaproponowanych przez NIST lub wykorzystywania istniejących instrumentów w celu dostarczania ultradokładnych danych przemysłowi amerykańskiemu. Naukowcy NIST powinni być nie tylko inżynierami zajmującymi się projektowaniem przemysłowym, ale powinni łączyć swoją wiedzę terenową ze spostrzeżeniami na temat EUVL poprzez współpracę w celu osiągnięcia wzajemnie korzystnych wyników; Transfer wiedzy musi być zgodny z misją finansowania. Przemysł ma sposób na wspieranie interesów krajowych, ale liderzy naukowi i zarządcy NIST muszą zrozumieć, jak odpowiednio dostosować każdą nowo utworzoną przewagę konkurencyjną. Należy wziąć pod uwagę ustalone metody kontrolowanego rozpowszechniania, takie jak CRADA, SRD i SRM.

Z perspektywy projektu spotkania grupy roboczej podkreśliły, w jaki sposób międzynarodowy krajobraz konkurencji dla EUVL prowadzi do konieczności zawierania umów o zachowaniu poufności (NDA) w celu przeprowadzenia pogłębionych rozmów technicznych z badaczami NIST. Dlatego też wszyscy uczestnicy spotkań grupy roboczej zasugerowali usprawnienie procesu NDA pomiędzy badaczami NIST a przemysłem, z czasem realizacji wynoszącym niecałe dwa miesiące, począwszy od inicjacji projektu. Personel i kierownictwo NIST powinni zostać przeszkoleni w zakresie procesu NDA, aby prawidłowo wykonywać poszczególne kroki.

I wreszcie, ze spotkania grupy roboczej jasno wynika, że ​​bezpośrednia interakcja owocuje owocnymi dyskusjami i możliwymi do podjęcia dalszymi krokami. Przyszłe interakcje między zainteresowanymi stronami mogą przejść od spotkań grup roboczych do sympozjów i konsorcjów. Wraz ze wzrostem złożoności procedur rosną koszty (ponad 10,000 100,000–40 200 USD) i godziny pracy (ponad XNUMX–XNUMX godzin). Dlatego zaplanowanie przyszłych działań na często uczęszczanych konferencjach zawodowych, takich jak SPIE lub Optical Society of America (OSA), może pomóc zmniejszyć koszty i wysiłki.