2.5.2. Синхротрон: NIST SURF III

В дополнение к лабораторному EUV-излучению, используемому NIST для анализа полупроводниковых компонентов, доктор Стив Грэнтэм также представил множество ресурсов в Центре синхротронного ультрафиолетового излучения NIST (SURF III) во время заседания рабочей группы.

Когда заряженные частицы движутся по искривленной траектории, они излучают синхротронное излучение. Поскольку большинство ускорителей используют магнитные поля для изменения траекторий частиц, синхротронное излучение также известно как магнитотормозное излучение. Спектр излучения варьируется от микроволнового (гармоники ведущего радиочастотного поля) до рентгеновского диапазона спектра, а излучение вертикально коллимировано и поляризовано. Если известны энергия электрона E, радиус изгиба ρ, ток электронов IB, угол Ψ0 относительно плоскости орбиты, расстояние d до точки касания, вертикальный угол Δψ и горизонтальный угол Δθ, можно рассчитать выход синхротронного излучения. Выходная мощность SURF показана на рисунке.

На рисунке 17 сравниваются спектры синхротронного излучения, испускаемого SURF при энергиях 416 МэВ, 380 МэВ, 331 МэВ, 284 МэВ, 234 МэВ, 183 МэВ, 134 МэВ и 78 МэВ, со спектрами черного тела с температурой 3000 К и дейтериевой лампы.
И наоборот, группа по ультрафиолетовому излучению NIST использует SURF III в качестве стабильного источника света для измерений и исследований радиации. SURF охватывает диапазон длин волн от дальнего инфракрасного до мягкого рентгеновского излучения. В Таблице 1 представлен обзор текущих возможностей и планов на будущее NIST SURF III. Источники синхротронного света не подходят для источников крайнего ультрафиолета (EUV) в условиях крупносерийного производства (HVM). Тем не менее, синхротронные установки могут быть выгодными, поскольку они предлагают гибкость для тестирования различных параметров, чтобы помочь отрасли EUVL в достижении целей HVM, как обсуждалось ранее в этом отчете (разделы 2.2 и 2.4.2). Важно отметить, что для некоторых систем длин волн могут существовать дублирующиеся и противоречивые определения и терминология, поэтому стандарт ISO21348 следует использовать в качестве общего руководства.

В ходе заседания рабочей группы были представлены примеры исследований по загрязнению зеркал при освещении EUV-излучением в присутствии загрязняющих веществ и/или чистящих материалов. С 2000 года NIST является ведущим центром по изучению оптического загрязнения EUVL и исследует деградацию широко используемых фильтров на спутниках. Недавно отдел исследований датчиков NIST провел аналогичные исследования для применения в производстве полупроводников. В настоящее время NIST располагает тремя лабораториями, занимающимися различными аспектами оптического загрязнения на двух каналах (линия 1 и линия 8). Возможность изучения загрязнения напрямую связана с дискуссией о важности продления срока службы коллекторных зеркал, упомянутой ранее в этом отчете (см. раздел 2.4.2). Рекомендуется поддерживать дальнейшее развитие существующих мощностей для поддержки производства EUVL следующего поколения в полупроводниковой промышленности.

2.5.3: Атомно-зондовая томография (APT)

Атомно-зондовая томография (APT) - единственный метод, способный обеспечить трехмерное картирование элементов атомного масштаба с субнанометровым изотопным разрешением по всей таблице Менделеева для любого элемента. Рисунок 3 иллюстрирует работу APT. Для получения дополнительной информации об APT читатели могут обратиться к недавним обзорам по этой теме.

Рисунок 18. Фотография атомно-зондовой томографии (APT) в НИСТ в Боулдере, штат Колорадо (вверху) и схема работы APT (внизу). Источник: НИСТ.

Коммерческие приборы APT используют лазерное излучение ближнего ультрафиолета (NUV: 3.5 эВ) или глубокого ультрафиолета (DUV: 4.8 эВ), значение которого ниже работы выхода многих материалов и энергии ионизации большинства элементов. Следовательно, эти приборы могут работать, подвергая исследуемые образцы значительному нагреву. Фактически, данные приборов NUV для анализа органических материалов часто демонстрируют сложные и проблематичные структуры фрагментов, свидетельствующие об агрегации во время процесса испарения на месте, и не могут быть напрямую интерпретированы как результаты атомного масштаба. Напротив, EUV-излучение (20–90 эВ) обладает достаточной энергией для ионизации атомов и молекул на поверхности образца, потенциально создавая более мелкие и непосредственно интерпретируемые структуры фрагментов. Подход NIST предполагает применение EUVAPT к исследованию тонкопленочных фоторезистов для поиска наномасштабных флуктуаций состава, которые могут способствовать стохастической природе литографических неровностей, включая шероховатость края линии (LER). Таким образом, EUVAPT представляет собой важнейший метрологический прогресс в исследовании стохастических событий, связанных с обработкой и химическим составом фоторезистов (см. раздел 2.4.1). Примечательно, что этот метод, а также сравнение результатов EUVAPT и традиционных инструментов NUV и DUVAPT обсуждаются в предыдущем разделе 2.3.

Результаты опроса и рекомендации

Технические заключения встреч рабочих групп включены в Раздел 2 каждого подпроекта. Ключевые свойства, полученные в результате экспериментов, будут способствовать разработке методов моделирования и симуляции, что обеспечит большие объемы, производительность и масштабирование полупроводниковой промышленности. NIST обладает уникальными возможностями EUVL в области экспериментальной метрологии и программами теоретического моделирования. Таким образом, представители промышленности, присутствовавшие на заседаниях рабочей группы, призвали финансировать создание предлагаемых NIST инструментов или использовать существующие инструменты для предоставления сверхточных данных промышленности США. Ученые NIST должны быть не только инженерами по промышленному проектированию, но и должны сочетать свои полевые знания с пониманием EUVL посредством сотрудничества для достижения взаимовыгодных результатов; Передача знаний должна соответствовать миссии финансирования. У промышленности есть способ поддержать внутренние интересы, но научные и управленческие лидеры NIST должны понимать, как соответствующим образом корректировать любое вновь создаваемое конкурентное преимущество. Следует рассмотреть возможность использования установленных методов контролируемого распространения, таких как CRADA, SRD и SRM.

С точки зрения проекта, встречи рабочей группы подчеркнули, как международная конкурентная среда для EUVL приводит к необходимости заключения соглашений о неразглашении (NDA) для углубленных технических переговоров с исследователями NIST. Поэтому все участники встречи рабочей группы предложили упростить процесс NDA между исследователями NIST и промышленностью, установив время выполнения менее двух месяцев с момента инициации проекта. Сотрудники и руководство NIST должны быть обучены процессу NDA, чтобы правильно выполнять шаги.

Наконец, из этой встречи рабочей группы становится очевидным, что личное взаимодействие приводит к плодотворным дискуссиям и практическим следующим шагам. Будущее взаимодействие между заинтересованными сторонами может перейти от встреч рабочих групп к симпозиумам и консорциумам. По мере увеличения процедурной сложности растут затраты (более 10,000 100,000–40 200 долларов США) и рабочее время (более XNUMX–XNUMX часов). Таким образом, планирование будущих мероприятий на часто посещаемых профессиональных конференциях, таких как SPIE или Оптическое общество Америки (OSA), может помочь снизить затраты и усилия.