O NIST está atualmente desenvolvendo um instrumento para medir SoS em pressões e temperaturas mais altas. O instrumento SoS faz parte da bolsa de pós-doutorado do National Research Council (NRC) da Dra. Elizabeth Rasmussen em fabricação aditiva de metal. Uma patente dos EUA sobre o design e operação do instrumento foi submetida em outubro de 2022. O novo instrumento SoS de metal é uma extensão do instrumento existente do NIST, que opera em temperaturas e pressões extremas mais baixas. O novo instrumento está atualmente em desenvolvimento e requer recursos adicionais dedicados para medições de estanho.

Além disso, devem ser fornecidos dados de propriedades de transporte (tensão superficial, viscosidade, etc.) do estanho fundido sob condições extremas. Atender a esta necessidade requer um novo instrumento de metrologia personalizado e recursos associados. Tanto o SoS quanto os instrumentos de propriedade de transporte terão capacidades metrológicas de classe mundial, exigindo habilidades especializadas para projeto, fabricação e operação.

Uma vez coletados os dados, é útil correlacioná-los no EoS. Um exemplo dessa disseminação são as correlações de transporte ou EoS termodinâmica. Atualmente, existem correlações de referência para as propriedades de transporte do estanho, mas nenhuma EoS de referência. As correlações das propriedades de transporte do estanho diferem dos dados experimentais em 5-10% e são válidas apenas sob pressão atmosférica. Isto representa uma oportunidade para metrologia avançada. O NIST se destaca na criação de correlações de referência, EoS e SRD para refrigerantes e materiais de gás natural por meio do projeto Refrigerant (Reference Fluid Performance), que remonta à década de 1990. Portanto, medições semelhantes podem ser realizadas para metais, especialmente estanho, e desenvolver EoS para SRD para aprimorar simulações de alta fidelidade e alcançar o desenvolvimento de EUVL baseado em dados. Este desenvolvimento pode envolver o aumento da emissão de EUV e a criação de gêmeos digitais, e as propriedades dos materiais de referência, correlações e EoS irão alcançá-los. A disseminação de SRD ou modelos para a indústria dos EUA pode ser conduzida de forma controlada através do programa SRD estabelecido pelo NIST, conforme mostrado na Figura 6.

Atualmente, não existe nenhum sistema de software comercial que possa fornecer orientação de simulação precisa ou preditiva para metais em fase líquida acima da pressão atmosférica. Este trabalho de metrologia recebeu incentivo entusiástico dos membros do grupo de trabalho da indústria, do ponto de vista dos usuários de dados e dos pipelines de dados de simulação.

Além da falta de propriedades termodinâmicas e de transporte sob temperaturas e pressões extremas, a estrutura e os dados piezoelétricos dos componentes também são limitados. Isto restringe a capacidade de prever potenciais incompatibilidades de materiais, limitando assim o projeto de geradores de gotículas. O uso de novos materiais piezoelétricos de alta temperatura (>300°C) é considerado uma vantagem na configuração atual. Um membro mencionou e compartilhou uma publicação recente de Tittmann sobre este tópico. Esses materiais existem, mas são difíceis de obter e caros. Portanto, compensações devem ser feitas.

Geradores de gotas metálicas têm sido usados ​​há décadas na soldagem e na fabricação de pó, incluindo ligas de chumbo, estanho, índio, cobre, prata e ouro, além de estanho puro. Surpreendentemente, existe uma lacuna significativa de conhecimento em relação às propriedades fundamentais dos materiais. Embora o uso de geradores de gotículas fora da litografia EUV esteja além do escopo do grupo de trabalho, é benéfico reconhecer que os avanços neste campo também podem impactar outras áreas tecnológicas críticas.

Em resumo, é enfatizada a otimização dos geradores de gotas nos componentes do scanner EUVL. A operação contínua, confiável e precisa dos geradores de gotículas é explicitamente desejada, juntamente com o progresso em seu projeto para melhorar a produção de chips EUV. Avanços na medição das propriedades termodinâmicas e de transporte básicas do estanho fundido sob alta pressão podem estabelecer correlações de referência para características do material e ser disseminados na forma de Dados de Referência Padrão (SRD). A integração do SRD ao software de simulação permite simulações de gêmeos digitais de geradores de gotas. Assim, simular o ambiente de geradores de gotas pode auxiliar a operação dos equipamentos atuais e a inovação em projetos futuros, possibilitando sistemas de scanner com alto NAEUV.

2.2 Medição de Radiação para Geração de EUV

As ferramentas industriais de EUVL utilizam principalmente dois tipos de luz: lasers infravermelhos (IR) pulsados ​​de alta potência para ionizar estanho fundido (Sn) e luz de 13.5 nm para fotolitografia. A primeira é fornecida por um laser de dióxido de carbono especialmente fabricado (λ = 10.6 μm), que emite aproximadamente 30 kW (potência média) com uma frequência de repetição de 50 kHz. O processo de ionização do estanho envolve dois pulsos rápidos e consecutivos de laser infravermelho: um pré-pulso para achatar a gota de uma esfera em um disco e um pulso principal de alta energia para ionização. A saída do laser infravermelho é crucial para o desenvolvimento de futuras ferramentas de fotolitografia, pois "a escala de potência de EUV exige potências maiores de laser de dióxido de carbono". "Nas ferramentas litográficas comerciais atuais, a potência máxima de saída da luz EUV incoerente de 13.5 nm é de cerca de 250 W, com demonstrações em laboratório atingindo 600 W." O sistema de pulso duplo é ilustrado na Figura 7.

O NIST atualmente oferece suporte à calibração infravermelha, mas não às condições de potência e pulso necessárias para a litografia EUV comercial. Embora o NIST atualmente forneça calibração para a indústria de microfabricação usando comprimentos de onda de 193 nm e 248 nm, a calibração dentro da faixa de comprimento de onda EUV é possível, mas apenas em potências significativamente mais baixas do que aquelas usadas em ferramentas EUVL. Sob essas potências reduzidas, o NIST oferece fotodiodos de silício endurecidos contra radiação e detectores de fotoemissão de óxido de alumínio, ou detectores adequados fornecidos pelo cliente, para calibração como padrões de transferência. Outras caracterizações ópticas dentro do EUV, incluindo transmissão de filtros e testes de uniformidade espacial, também são realizadas. As oportunidades para pesquisa metrológica envolveriam a expansão das capacidades de calibração do NIST para cobrir lasers infravermelhos de entrada para inferir potências de médio porte de fontes EUV e saída final direta de EUV, tudo sob condições relevantes para EUVL industrial. Ao fornecer metrologia rastreável para parâmetros-chave do processo, isso teria um impacto direto no desenvolvimento de processos de fabricação de semicondutores. Além disso, os impactos a longo prazo viriam do desenvolvimento de futuros instrumentos EUV, fornecendo dados de alta fidelidade para validar simulações geradas por EUV.

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