2.5 EUV jako narzędzie analityczne

Na spotkaniu grupy roboczej badacze z NIST omówili trzy główne tematy związane z wykorzystaniem EUV jako narzędzia analitycznego wspomagającego przemysł produkujący półprzewodniki. Trzy metody wykorzystania światła EUV jako techniki analitycznej to: (1) generowanie wysokich harmonicznych (HHG), (2) promieniowanie synchrotronowe i (3) tomografia z sondą atomową. Generowanie wysokich harmonicznych zapewnia niewielkie rozmiary, umożliwiając wdrożenie w placówkach badawczych i produkcyjnych z ciągłym dostępem do wymiarów, materiałów i charakterystyk dynamicznych urządzeń mikroelektronicznych o głębokości poniżej nanometra, które są zwykle badane przy użyciu źródeł promieniowania synchrotronowego. Źródła promieniowania synchrotronowego umożliwiają badanie różnych aspektów EUVL i zapewniają dodatkowe możliwości badania degradacji zwierciadeł kolektorów. Tomografia z sondą atomową to jedyna technika, która może zapewnić trójwymiarowe mapowanie chemiczne na poziomie atomowym z rozdzielczością izotopową poniżej nanometra dla dowolnego pierwiastka układu okresowego, co można wykorzystać do badania fotomasek EUV.

Branża dostarczyła cennych informacji zwrotnych na temat potencjalnego wykorzystania tych narzędzi we wspomaganiu produkcji EUVL. Komisja prawna NIST musi podjąć proaktywne działania w celu opracowania rozwiązań spełniających prośby potencjalnych współpracowników dotyczące umów o zachowaniu poufności (NDA), spełniając jednocześnie unikalne wymagania prawne i administracyjne wynikające z zatrudnienia na szczeblu federalnym, wyraźnie zabraniając sobie lub swojej organizacji przestrzegania jakichkolwiek umów zewnętrznych .

2.5.1 Generowanie wysokich harmonicznych (HHG)

W miarę jak EUVL przesuwa litografię w głąb skali subnanometrowej, przemysł mikroelektroniki wzywa do opracowania nowych technik pomiarowych i metrologicznych. W NIST trwa projekt wykorzystujący krótką długość fali EUV do badania wymiarów, materiałów i właściwości dynamicznych urządzeń mikroelektronicznych w głębokiej skali subnanometrowej. Źródło światła generujące wysokie harmoniczne (HHG) NIST to źródło szerokopasmowe (obejmujące energię fotonów 20–100 eV), ultraszybkie (20 impulsów femtosekundowych) i spójne (podobne do lasera). Szerokie pokrycie widmowe umożliwia dostęp do przejść na poziomie rdzenia w wielu materiałach odpowiednich do pomiarów urządzeń mikroelektronicznych i określonych warstw, jak pokazano na rysunku 13. Pomiary takie są zazwyczaj wykonywane przy użyciu źródeł promieniowania synchrotronowego. Jednak kompaktowe wymiary źródeł HHG pozwalają na wdrożenie w obiektach badawczych i produkcyjnych z ciągłym dostępem. Rysunek 14 przedstawia fotografię obecnego systemu działającego w Laboratorium Pomiarów Fizycznych NIST (PML), który mieści się w typowej przestrzeni laboratoryjnej.

Rysunek 13 przedstawia widmo wyjściowe energii fotonów źródła generacji wysokich harmonicznych (HHG) NIST oraz pozycje kilku przejść poziomów rdzenia atomowego w odpowiednich materiałach.

Rysunek 14. Zdjęcie źródła HHG zlokalizowanego w NIST i towarzyszącego mu oprzyrządowania.

Krótka szerokość impulsu umożliwia dynamiczne pomiary spinu i transportu ciepła. Jednym z ostatnich sukcesów jest opracowanie generatora grzebieniowego częstotliwości zsynchronizowanego z impulsami EUV, z jitterem większym niż dwie pikosekundy. Rysunek 15 przedstawia tę synchronizację z sygnałem 40 GHz. Jest to postęp o około jeden rząd wielkości w porównaniu do tego, co można osiągnąć na akceleratorze synchrotronowym, pozwalający na wykonywanie pomiarów na częstotliwościach roboczych urządzeń mikroelektronicznych. Umożliwia to pomiary w czasie rzeczywistym przepływu ciepła i transportu spinu wewnątrz i na zewnątrz urządzeń funkcjonalnych.

Rysunek 15. Sygnał 40 GHz na oscyloskopie próbkującym. Impuls wyzwalający (zaznaczony na czerwono) pochodzi z impulsów stosowanych w systemie generowania wysokich harmonicznych, co bezpośrednio demonstruje synchronizację pomiędzy wysokimi harmonicznymi a sygnałem 40 GHz.

Wreszcie spójność światła umożliwia stosowanie technik obrazowania bez soczewek, takich jak spójne obrazowanie dyfrakcyjne, ptychografia i holografia, które mogą zapewnić rozdzielczość przestrzenną przy długościach fal EUV. Ta możliwość umożliwia NIST bezpośrednie obrazowanie funkcjonalnych urządzeń, chociaż prace te nie zostały ukończone w NIST. Rysunek 16 przedstawia wynik połączenia ptychografii z reflektometrią w celu pomiaru bocznego przestrzennego rozkładu domieszek w krzemie. Takie podejście umożliwia nieniszczącą ocenę interfejsów i rozkładów domieszek w mikroelektronice.

Rysunek 16. Przykład charakterystyki 3D rozkładu domieszek w nanoskali przy użyciu kombinacji reflektometrii i ptychografii. Źródło: Tanksalvala.

Na spotkaniu grupy roboczej przedstawiciele branży wspomnieli, jak przydatna może być analiza elementów półprzewodnikowych na płytkach w celu identyfikacji defektów. W szczególności Golani i in. wykazali, jak oddzielenie symulacji interakcji lekka struktura od symulacji optycznej w symulacji systematycznej pozwoliło na przetestowanie wielu konfiguracji optycznych w stosunkowo krótkim czasie podczas przetwarzania końcowego. Golani i in. symulację przeprowadzono przy użyciu komercyjnego solwera Ansys i wykorzystano potężnego cyfrowego bliźniaka.

Ciąg dalszy nastąpi...