2.5 EUV como ferramenta analítica

Na reunião do grupo de trabalho, pesquisadores do NIST discutiram três temas principais relacionados ao uso do EUV como ferramenta analítica para auxiliar a indústria de fabricação de semicondutores. Os três métodos para utilizar a luz EUV como técnica analítica são: (1) alta geração de harmônicos (HHG), (2) radiação síncrotron e (3) tomografia por sonda atômica. A geração de alta harmônica oferece uma área compacta, permitindo a implantação em instalações de pesquisa e fabricação com acesso contínuo a dimensões, materiais e características dinâmicas de dispositivos microeletrônicos profundos de nível subnanômetro, que normalmente são estudados usando fontes de radiação síncrotron. As fontes de radiação síncrotron permitem estudar vários aspectos da EUVL e fornecem capacidades adicionais para estudar a degradação dos espelhos coletores. A tomografia por sonda atômica é a única técnica que pode fornecer mapeamento químico 3D em nível atômico com resolução isotópica subnanométrica para qualquer elemento da tabela periódica, que pode ser usada para o estudo de fotorresistentes EUV.

A indústria forneceu feedback valioso sobre os usos potenciais dessas ferramentas no auxílio à fabricação de EUVL. O comitê jurídico do NIST deve tomar medidas proativas para desenvolver soluções que atendam às solicitações de potenciais colaboradores para Acordos de Não Divulgação (NDAs), ao mesmo tempo em que cumpre os requisitos legais e administrativos exclusivos decorrentes do emprego federal, proibindo explicitamente a si mesmo ou à sua organização de cumprir quaisquer contratos externos. .

2.5.1 Geração de Altos Harmônicos (HHG)

À medida que a EUVL empurra a litografia ainda mais para o regime de escala subnanométrica profunda, a indústria microeletrônica exige novas técnicas de medição e metrologia. No NIST, há um projeto em andamento que utiliza o comprimento de onda curto do EUV para sondar dimensões, materiais e características dinâmicas de dispositivos microeletrônicos em escala subnanométrica profunda. A fonte de luz de alta geração de harmônicos (HHG) do NIST é uma fonte de banda larga (abrangendo energias de fótons de 20-100 eV), ultrarrápida (pulsos de 20 femtossegundos) e coerente (semelhante a um laser). A ampla cobertura espectral permite acesso a transições de nível central em muitos materiais relevantes para medições de dispositivos microeletrônicos e camadas específicas, como mostrado na Figura 13. Tais medições são normalmente realizadas usando fontes de radiação síncrotron. No entanto, o tamanho compacto das fontes de HHG permite a implantação em instalações de pesquisa e fabricação com acesso contínuo. A Figura 14 mostra uma fotografia do sistema atual operando no Laboratório de Medição Física do NIST (PML), que se enquadra no espaço típico de um laboratório.

A Figura 13 mostra o espectro de saída de energia de fótons da fonte de geração de alto harmônicos (HHG) do NIST e as posições de várias transições de nível de núcleo atômico em materiais relevantes.

Figura 14. Fotografia da fonte HHG localizada no NIST e a instrumentação que a acompanha.

A curta largura de pulso permite medições dinâmicas de rotação e transporte térmico. Um sucesso recente é o desenvolvimento de um gerador combinado de frequência sincronizado com pulsos EUV, com jitter melhor que dois picossegundos. A Figura 15 demonstra essa sincronização com um sinal de 40 GHz. Esta é uma melhoria de aproximadamente uma ordem de grandeza em comparação com o que pode ser alcançado em um acelerador síncrotron, permitindo-nos realizar medições nas frequências de operação de dispositivos microeletrônicos. Isso permite medições em tempo real do fluxo de calor e do transporte de rotação dentro e fora dos dispositivos funcionais.

Figura 15. Sinal de 40 GHz no osciloscópio de amostragem. O pulso de disparo (em vermelho) é derivado dos pulsos utilizados no sistema de geração de altas harmônicas, demonstrando diretamente a sincronização entre as altas harmônicas e o sinal de 40 GHz.

Finalmente, a coerência da luz permite técnicas de imagem sem lente, como imagem de difração coerente, pticografia e holografia, que podem fornecer resolução espacial em comprimentos de onda EUV. Esta capacidade permite ao NIST criar imagens diretamente de dispositivos funcionais, embora este trabalho não tenha sido concluído no NIST. A Figura 16 mostra o resultado da combinação da pticografia com a reflectometria para medir a distribuição espacial lateral dos dopantes no silício. Esta abordagem permite a avaliação não destrutiva de interfaces e distribuições de dopantes em microeletrônica.

Figura 16. Exemplo de caracterização em nanoescala 3D da distribuição de dopantes usando uma combinação de reflectometria e pticografia. Fonte: Tanksalvala.

Na reunião do grupo de trabalho, representantes da indústria mencionaram como a análise de componentes semicondutores em wafers para identificar defeitos pode ser útil. Especificamente, Golani et al. demonstraram como separar a simulação de interações luz-estrutura da simulação óptica em uma simulação sistemática permitiu o teste de muitas configurações ópticas em um período de tempo relativamente curto durante o pós-processamento. O Golani et al. a simulação foi realizada usando o solucionador comercial Ansys e contou com um poderoso gêmeo digital.

Para continuar ...