2.5 EUV как аналитический инструмент

На заседании рабочей группы исследователи из NIST обсудили три основные темы, связанные с использованием EUV в качестве аналитического инструмента для помощи промышленности по производству полупроводников. Три метода использования EUV-света в качестве аналитического метода: (1) генерация высоких гармоник (HHG), (2) синхротронное излучение и (3) атомно-зондовая томография. Генерация высоких гармоник занимает мало места, что позволяет использовать ее в исследовательских и производственных учреждениях с постоянным доступом к размерам, материалам и динамическим характеристикам микроэлектронных устройств субнанометрового уровня, которые обычно изучаются с использованием источников синхротронного излучения. Источники синхротронного излучения позволяют изучать различные аспекты ЭУФЛ и предоставляют дополнительные возможности для изучения деградации коллекторных зеркал. Атомно-зондовая томография - единственный метод, который может обеспечить трехмерное химическое картирование на атомном уровне с субнанометровым изотопным разрешением для любого элемента таблицы Менделеева, что можно использовать для изучения EUV-фоторезистов.

Представители отрасли предоставили ценные отзывы о потенциальном использовании этих инструментов в производстве EUVL. Юридический комитет NIST должен предпринять активные действия по разработке решений для удовлетворения запросов потенциальных сотрудников о соглашениях о неразглашении (NDA), одновременно выполняя уникальные юридические и административные требования, вытекающие из федерального трудоустройства, явно запрещая себе или своей организации соблюдать любые внешние контракты. .

2.5.1 Генерация высоких гармоник (HHG)

Поскольку EUVL продвигает литографию дальше в субнанометровый режим, индустрия микроэлектроники требует новых методов измерения и метрологии. В NIST реализуется проект, использующий короткую длину волны EUV для исследования размеров, материалов и динамических характеристик микроэлектронных устройств на субнанометровом уровне. Источник света с генерацией высоких гармоник (HHG) NIST представляет собой широкополосный (охватывающий энергию фотонов 20–100 эВ), сверхбыстрый (20 фемтосекундных импульсов) и когерентный (лазерный) источник. Широкий спектральный охват позволяет получить доступ к переходам на уровне ядра во многих соответствующих материалах для измерений микроэлектронных устройств и конкретных слоев, как показано на рисунке 13. Такие измерения обычно выполняются с использованием источников синхротронного излучения. Однако компактность источников HHG позволяет их развертывать в исследовательских и производственных объектах с постоянным доступом. На рисунке 14 показана фотография существующей системы, работающей в Лаборатории физических измерений (PML) NIST, которая помещается в типичное лабораторное пространство.

На рисунке 13 показан выходной спектр энергии фотонов источника генерации высоких гармоник (HHG) NIST и положения нескольких переходов на уровне ядра атома в соответствующих материалах.

Рисунок 14. Фотография источника ГТВ, расположенного в НИСТ, и сопутствующего оборудования.

Короткая ширина импульса позволяет проводить динамические измерения спинового и теплового переноса. Одним из недавних успехов является разработка генератора гребенчатых частот, синхронизированного с импульсами EUV, с джиттером менее двух пикосекунд. Рисунок 15 демонстрирует эту синхронизацию с сигналом 40 ГГц. Это улучшение примерно на порядок по сравнению с тем, чего можно добиться на синхротронном ускорителе, позволяющее проводить измерения на рабочих частотах микроэлектронных устройств. Это позволяет в режиме реального времени измерять тепловой поток и спиновый транспорт внутри и снаружи функциональных устройств.

Рисунок 15. Сигнал 40 ГГц на стробоскопическом осциллографе. Запускающий импульс (красный) получается из импульсов, используемых в системе генерации высших гармоник, что непосредственно демонстрирует синхронизацию между высшими гармониками и сигналом 40 ГГц.

Наконец, когерентность света позволяет использовать безлинзовые методы визуализации, такие как когерентная дифракционная визуализация, птихография и голография, которые могут обеспечить пространственное разрешение на длинах волн EUV. Эта возможность позволяет NIST напрямую отображать функциональные устройства, хотя эта работа в NIST еще не завершена. На рисунке 16 показан результат сочетания птихографии с рефлектометрией для измерения латерального пространственного распределения легирующих примесей в кремнии. Этот подход позволяет проводить неразрушающую оценку интерфейсов и распределения легирующих примесей в микроэлектронике.

Рисунок 16. Пример трехмерной наномасштабной характеристики распределения легирующей примеси с использованием комбинации рефлектометрии и птихографии. Источник: Танксалвала.

На заседании рабочей группы представители отрасли упомянули, какую пользу может принести анализ полупроводниковых компонентов на пластинах для выявления дефектов. В частности, Голани и др. продемонстрировал, как отделение моделирования взаимодействия света со структурой от оптического моделирования в систематическом моделировании позволило протестировать множество оптических конфигураций за относительно короткий промежуток времени во время постобработки. Голани и др. Моделирование было выполнено с использованием коммерческого решателя Ansys и оснащено мощным цифровым двойником.

Продолжение следует...