2.5.2. Síncrotron: NIST SURF III

Além da luz EUV em escala de laboratório usada pelo NIST para analisar componentes semicondutores, o Dr. Steve Grantham também apresentou uma riqueza de recursos no Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) do NIST durante a reunião do grupo de trabalho.

Quando partículas carregadas se movem ao longo de uma trajetória curva, elas emitem radiação síncrotron. Como a maioria dos aceleradores usa campos magnéticos para curvar as trajetórias das partículas, a radiação síncrotron também é conhecida como magnetobremsstrahlung. O espectro emitido varia de microondas (harmônicos do campo de RF acionador) até regiões espectrais de raios X e a radiação é colimada e polarizada verticalmente. Se a energia do elétron E, o raio de curvatura ρ, a corrente do elétron IB, o ângulo Ψ0 em relação ao plano orbital, a distância d ao ponto tangente, o ângulo vertical Δψ e o ângulo horizontal Δθ forem conhecidos, a saída de radiação síncrotron pode ser calculada. A potência de saída do SURF é mostrada na figura.

A Figura 17 compara os espectros de radiação síncrotron emitidos pelo SURF em 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV e 78MeV com os espectros de um corpo negro de 3000K e uma lâmpada de deutério.
Por outro lado, o Grupo de Radiação Ultravioleta do NIST utiliza SURF III como uma fonte de luz estável para medições e pesquisas de radiação. SURF cobre uma faixa de comprimento de onda do infravermelho distante até raios X suaves. A Tabela 1 fornece uma visão geral das capacidades atuais e dos planos futuros para o NIST SURF III. As fontes de luz síncrotron não são adequadas para fontes de ultravioleta extremo (EUV) em ambientes de fabricação de alto volume (HVM). No entanto, as instalações síncrotron podem ser vantajosas, pois oferecem flexibilidade para testar vários parâmetros para ajudar a indústria EUVL a atingir os objetivos de HVM, conforme discutido anteriormente neste relatório (Seções 2.2 e 2.4.2). É importante notar que pode haver definições e terminologia sobrepostas e inconsistentes para determinados sistemas de comprimento de onda, portanto a norma ISO21348 deve ser referenciada como orientação geral.

Durante a reunião do grupo de trabalho foram apresentados exemplos de pesquisas sobre contaminação de espelhos durante a iluminação por radiação EUV na presença de contaminantes e/ou materiais de limpeza. Desde 2000, o NIST tem sido um centro líder no estudo da contaminação óptica EUVL e investigou a degradação de filtros comumente usados ​​em satélites. Recentemente, a Divisão de Ciência de Sensores do NIST conduziu estudos semelhantes para aplicações de fabricação de semicondutores. O NIST possui atualmente três instalações dedicadas a vários aspectos da contaminação óptica em duas linhas de luz (Linha de Luz 1 e Linha de Luz 8). A capacidade de estudar a contaminação está diretamente relacionada com a discussão sobre a importância de prolongar a vida útil dos espelhos coletores mencionada anteriormente neste relatório (ver Seção 2.4.2). Recomenda-se apoiar o desenvolvimento contínuo das instalações atuais para apoiar a próxima geração de produção de EUVL na indústria de semicondutores.

2.5.3: Tomografia por Sonda Atômica (APT)

A tomografia por sonda atômica (APT) é a única técnica capaz de fornecer mapeamento elementar em escala atômica com resolução isotópica subnanométrica em 3D na tabela periódica para qualquer elemento. A Figura 18 ilustra o funcionamento do APT. Para obter mais informações básicas sobre o APT, os leitores podem consultar análises recentes sobre este tópico.

Figura 18. Fotografia da tomografia por sonda atômica (APT) no NIST em Boulder, Colorado (acima) e esquema da operação do APT (abaixo). Fonte: NIST.

Os instrumentos comerciais APT utilizam radiação laser quase ultravioleta (NUV: 3.5 eV) ou ultravioleta profunda (DUV: 4.8 eV), que está abaixo da função de trabalho de muitos materiais e da energia de ionização da maioria dos elementos. Portanto, estes instrumentos podem operar submetendo as amostras estudadas a um aquecimento significativo. Na verdade, os dados dos instrumentos NUV para análise de materiais orgânicos exibem frequentemente padrões de fragmentos complexos e problemáticos, mostrando evidências de agregação durante o processo de evaporação in situ, e não podem ser interpretados diretamente como resultados em escala atômica. Em contraste, a radiação EUV (20-90 eV) possui energia suficiente para ionizar átomos e moléculas na superfície da amostra, gerando potencialmente padrões de fragmentos menores e diretamente interpretáveis. A abordagem do NIST envolve a aplicação do EUVAPT ao estudo de fotorresistentes de filmes finos para procurar flutuações composicionais em nanoescala que possam contribuir para a natureza estocástica das irregularidades litográficas, incluindo a rugosidade das bordas das linhas (LER). Assim, o EUVAPT representa um avanço metrológico crucial na investigação de eventos estocásticos relacionados ao processamento e composição química de fotorresistentes (ver Seção 2.4.1). Vale ressaltar que este método, bem como a comparação dos resultados entre o EUVAPT e os instrumentos tradicionais NUV e DUVAPT, é discutido na Seção 2.3 anterior.

Resultados e recomendações da pesquisa

As conclusões técnicas das reuniões do grupo de trabalho estão incluídas na Seção 2 de cada subprojeto. As principais propriedades extraídas dos experimentos facilitarão o desenvolvimento de técnicas de modelagem e simulação, gerando alto volume, rendimento e escala para a indústria de semicondutores. O NIST possui capacidades únicas de metrologia experimental EUVL e programas de simulação teórica. Portanto, os participantes da indústria nas reuniões do grupo de trabalho incentivaram o financiamento da criação de instrumentos propostos pelo NIST ou a utilização de instrumentos existentes para fornecer dados ultraprecisos à indústria dos EUA. Os cientistas do NIST não devem ser apenas engenheiros de design industrial, mas devem combinar o seu conhecimento de campo com conhecimentos sobre EUVL através da colaboração para alcançar resultados mutuamente benéficos; a transferência de conhecimento deve estar alinhada com a missão do financiamento. A indústria tem uma forma de apoiar os interesses nacionais, mas os líderes científicos e de gestão do NIST devem compreender como ajustar adequadamente qualquer vantagem competitiva recém-criada. Devem ser considerados métodos de disseminação controlada estabelecidos, como CRADA, SRD e SRM.

Do ponto de vista do projeto, as reuniões do grupo de trabalho enfatizaram como o cenário de concorrência internacional para EUVL leva à necessidade de acordos de não divulgação (NDAs) para conversas técnicas aprofundadas com investigadores do NIST. Portanto, todos os participantes da reunião do grupo de trabalho sugeriram a simplificação do processo de NDA entre os investigadores do NIST e a indústria, com um tempo de resposta inferior a dois meses a partir do início do projeto. A equipe e a administração do NIST devem ser instruídas sobre o processo de NDA para executar as etapas corretamente.

Finalmente, fica evidente nesta reunião do grupo de trabalho que a interação presencial produz discussões frutíferas e próximos passos viáveis. As futuras interações entre as partes interessadas podem passar de reuniões de grupos de trabalho para simpósios e consórcios. À medida que a complexidade processual aumenta, também aumentam os custos (mais de 10,000 a 100,000 dólares) e as horas de trabalho (mais de 40-200 horas). Portanto, agendar atividades futuras em conferências profissionais frequentemente frequentadas, como a SPIE ou a Optical Society of America (OSA), pode ajudar a aliviar custos e esforços.