NIST в настоящее время разрабатывает прибор для измерения SoS при более высоких давлениях и температурах. Инструмент SoS является частью постдокторской стипендии доктора Элизабет Расмуссен (NRC) в области аддитивного производства металлов. Патент США на конструкцию и работу прибора был подан в октябре 2022 года. Новый металлический прибор SoS является расширением существующего прибора NIST, который работает при более низких экстремальных температурах и давлениях. Новый прибор в настоящее время находится в стадии разработки и требует дополнительных выделенных ресурсов для измерения олова.

Кроме того, необходимо предоставить данные о свойствах транспортировки (поверхностное натяжение, вязкость и т. д.) расплавленного олова в экстремальных условиях. Для удовлетворения этой потребности требуется новый специализированный метрологический прибор и соответствующие ресурсы. И приборы SoS, и транспортные средства будут обладать метрологическими возможностями мирового класса, требующими специальных навыков для проектирования, производства и эксплуатации.

Как только данные собраны, полезно сопоставить их в EoS. Примером такого распространения являются транспортные корреляции или термодинамическое EoS. В настоящее время существуют эталонные корреляции транспортных свойств олова, но нет эталонного EoS. Корреляции транспортных свойств олова отличаются от экспериментальных данных на 5-10% и справедливы только при атмосферном давлении. Это открывает возможности для передовой метрологии. NIST преуспевает в создании эталонных корреляций, EoS и SRD для хладагентов и материалов природного газа в рамках проекта Refrigerant (Reference Fluid Performance), который берет свое начало в 1990-х годах. Таким образом, аналогичные измерения могут быть выполнены для металлов, особенно олова, и разработать EoS для SRD, чтобы повысить точность моделирования и добиться разработки EUVL на основе данных. Эта разработка может включать увеличение выбросов EUV и создание цифровых двойников, а свойства эталонного материала, корреляции и EoS позволят достичь этого. Распространение SRD или моделей в промышленности США может осуществляться контролируемым образом через установленную NIST программу SRD, как показано на рисунке 6.

В настоящее время не существует коммерческой системы программного обеспечения, которая могла бы обеспечить точное или прогнозирующее моделирование металлов в жидкой фазе при давлении выше атмосферного. Эта метрологическая работа получила восторженную поддержку со стороны отраслевых членов рабочей группы с точки зрения пользователей данных и конвейеров данных моделирования.

Помимо отсутствия термодинамических и транспортных свойств при экстремальных температурах и давлениях, структура и пьезоэлектрические данные компонентов также ограничены. Это ограничивает возможность прогнозирования потенциальной несовместимости материалов, тем самым ограничивая конструкцию генераторов капель. Использование новых, высокотемпературных (>300°C) пьезоэлектрических материалов считается преимуществом нынешней установки. Один из участников упомянул и поделился недавней публикацией Титтмана по этой теме. Такие материалы существуют, но они труднодоступны и дороги. Поэтому необходимо идти на компромиссы.

Генераторы металлических капель на протяжении десятилетий использовались при пайке и производстве порошков, включая сплавы свинца, олова, индия, меди, серебра и золота, помимо чистого олова. Удивительно, но существует значительный пробел в знаниях относительно фундаментальных свойств материалов. Хотя использование генераторов капель за пределами EUV-литографии выходит за рамки задач рабочей группы, полезно признать, что достижения в этой области могут также повлиять на другие важные технологические области.

Таким образом, особое внимание уделяется оптимизации генераторов капель в компонентах сканера EUVL. Явно желательна непрерывная, надежная и точная работа генераторов капель, а также прогресс в их разработке для улучшения производства чипов EUV. Достижения в области измерений основных термодинамических и транспортных свойств расплавленного олова под высоким давлением могут установить эталонные корреляции для характеристик материала и распространяться в форме стандартных справочных данных (SRD). Интеграция SRD в программное обеспечение для моделирования позволяет моделировать цифровые двойники генераторов капель. Таким образом, моделирование среды генераторов капель может помочь в работе текущего оборудования и инновациях в будущих конструкциях, делая возможными системы сканирования с высоким NAEUV.

2.2 Измерение радиации для генерации EUV

Промышленные приборы EUVL в основном используют два типа излучения: импульсные мощные инфракрасные (ИК) лазеры для ионизации расплавленного олова (Sn) и 13.5-нм лазеры для фотолитографии. Первый тип излучения обеспечивается специально изготовленным лазером на углекислом газе (λ = 10.6 мкм), излучающим около 30 кВт (средняя мощность) с частотой повторения 50 кГц. Процесс ионизации олова включает два быстрых последовательных инфракрасных лазерных импульса: предварительный импульс для превращения капли в диск и высокоэнергетический основной импульс для ионизации. Выходная мощность инфракрасного лазера критически важна для разработки будущих приборов для фотолитографии, поскольку «масштаб мощности EUV требует более высокой мощности CO-лазеров». «В современных коммерческих литографических приборах максимальная выходная мощность некогерентного EUV-излучения с длиной волны 13.5 нм составляет около 250 Вт, а в лабораторных условиях достигала 600 Вт». Система с двумя импульсами представлена ​​на рисунке 7.

NIST в настоящее время поддерживает инфракрасную калибровку, но не поддерживает параметры мощности и импульса, необходимые для коммерческой EUV-литографии. Хотя NIST в настоящее время обеспечивает калибровку для микропроизводства с использованием длин волн 193 и 248 нм, калибровка в диапазоне длин волн EUV возможна, но только при значительно более низких мощностях, чем те, которые используются в инструментах EUVL. При таких пониженных мощностях NIST предлагает радиационно-стойкие кремниевые фотодиоды и фотоэмиссионные детекторы на основе оксида алюминия или подходящие детекторы, предоставляемые заказчиком, для калибровки в качестве эталонов переноса. Также выполняются другие оптические характеристики в рамках EUV, включая тестирование пропускания фильтра и пространственную однородность. Возможности для метрологических исследований будут включать расширение возможностей калибровки NIST, чтобы охватить входные инфракрасные лазеры для определения мощности среднего диапазона источников EUV и прямого конечного выходного сигнала EUV, и все это в условиях, соответствующих промышленному EUVL. Обеспечивая отслеживаемую метрологию ключевых параметров процесса, это окажет прямое влияние на развитие процессов производства полупроводников. Кроме того, долгосрочное воздействие будет иметь разработка будущих инструментов EUV за счет предоставления высокоточных данных для проверки моделирования, созданного EUV.

Продолжение следует...