2.5.2. ซินโครตรอน: NIST SURF III

นอกจากแสง EUV ระดับห้องปฏิบัติการที่ NIST ใช้ในการวิเคราะห์ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์แล้ว ดร. สตีฟ แกรนแธมยังนำเสนอทรัพยากรมากมายที่ Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) ของ NIST ในระหว่างการประชุมคณะทำงาน

เมื่ออนุภาคมีประจุเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้ง พวกมันจะปล่อยรังสีซินโครตรอน เนื่องจากเครื่องเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ใช้สนามแม่เหล็กในการโค้งงอวิถีของอนุภาค การแผ่รังสีซินโครตรอนจึงเป็นที่รู้จักในชื่อแม็กนีโอเบรมส์สตราห์ลุง สเปกตรัมที่ปล่อยออกมามีตั้งแต่ไมโครเวฟ (ฮาร์โมนิกของสนาม RF ที่กำลังขับเคลื่อน) ไปจนถึงบริเวณสเปกตรัมรังสีเอกซ์ และการแผ่รังสีจะถูกจัดแนวและโพลาไรซ์ในแนวตั้ง หากทราบพลังงานอิเล็กตรอน E, รัศมีการโค้งงอ ρ, กระแสอิเล็กตรอน IB, มุม Ψ0 สัมพันธ์กับระนาบการโคจร, ระยะทาง d ถึงจุดสัมผัส, มุมแนวตั้ง Δψ และมุมแนวนอน Δθ ก็สามารถคำนวณเอาท์พุตรังสีซินโครตรอนได้ กำลังขับของ SURF แสดงในรูป

รูปที่ 17 เปรียบเทียบสเปกตรัมรังสีซินโครตรอนที่ปล่อยออกมาโดย SURF ที่ 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV และ 78MeV กับสเปกตรัมของวัตถุสีดำ 3000K และหลอดดิวทีเรียม
ในทางกลับกัน กลุ่มรังสีอัลตราไวโอเลตของ NIST ใช้ SURF III เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเสถียรสำหรับการวัดและการวิจัยรังสี SURF ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรดไกลไปจนถึงรังสีเอกซ์อ่อน ตารางที่ 1 แสดงภาพรวมของความสามารถในปัจจุบันและแผนการในอนาคตของ NIST SURF III แหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนไม่เหมาะสำหรับแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลตระดับรุนแรง (EUV) ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณมาก (HVM) อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ซินโครตรอนมีข้อได้เปรียบเนื่องจากให้ความยืดหยุ่นในการทดสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เพื่อช่วยให้อุตสาหกรรม EUVL ในการบรรลุเป้าหมาย HVM ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้าในรายงานนี้ (ส่วนที่ 2.2 และ 2.4.2) สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าอาจมีคำจำกัดความและคำศัพท์เฉพาะทางที่ทับซ้อนกันและไม่สอดคล้องกันสำหรับระบบความยาวคลื่นบางระบบ ดังนั้นควรอ้างอิงมาตรฐาน ISO21348 เพื่อเป็นแนวทางทั่วไป

ในระหว่างการประชุมคณะทำงาน มีการนำเสนอตัวอย่างการวิจัยเกี่ยวกับการปนเปื้อนของกระจกในระหว่างการส่องสว่างด้วยรังสี EUV เมื่อมีสารปนเปื้อนและ/หรือวัสดุทำความสะอาด ตั้งแต่ปี 2000 NIST เป็นศูนย์ชั้นนำในการศึกษาการปนเปื้อนทางแสงของ EUVL และได้ตรวจสอบการเสื่อมสภาพของตัวกรองที่ใช้กันทั่วไปในดาวเทียม เมื่อเร็วๆ นี้ แผนกวิทยาศาสตร์เซ็นเซอร์ของ NIST ได้ทำการศึกษาที่คล้ายกันสำหรับการใช้งานด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ปัจจุบัน NIST มีโรงงาน 1 แห่งที่รับผิดชอบด้านต่างๆ ของการปนเปื้อนทางแสงบนลำแสงสองเส้น (ลำแสง 8 และลำแสง 2.4.2) ความสามารถในการศึกษาการปนเปื้อนเกี่ยวข้องโดยตรงกับการอภิปรายเกี่ยวกับความสำคัญของการยืดอายุการใช้งานของกระจกสะสมที่กล่าวถึงก่อนหน้าในรายงานนี้ (ดูหัวข้อ XNUMX) ขอแนะนำให้สนับสนุนการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของโรงงานในปัจจุบันเพื่อรองรับการผลิต EUVL รุ่นต่อไปในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

2.5.3: การตรวจเอกซเรย์โพรบอะตอม (APT)

Atom Probe Tomography (APT) เป็นเทคนิคเดียวที่สามารถให้การทำแผนที่องค์ประกอบระดับอะตอมที่มีความละเอียดต่ำกว่านาโนเมตรในแบบ 3 มิติทั่วทั้งตารางธาตุสำหรับองค์ประกอบใดๆ รูปที่ 18 แสดงการทำงานของ APT สำหรับข้อมูลความเป็นมาเพิ่มเติมเกี่ยวกับ APT ผู้อ่านสามารถดูบทวิจารณ์ล่าสุดในหัวข้อนี้ได้

รูปที่ 18 ภาพถ่ายของ Atom Probe Tomography (APT) ที่ NIST ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด (ด้านบน) และแผนผังการทำงานของ APT (ด้านล่าง) ที่มา: สวท.

เครื่องมือ APT เชิงพาณิชย์ใช้รังสีเลเซอร์ใกล้อัลตราไวโอเลต (NUV: 3.5 eV) หรือรังสีอัลตราไวโอเลตลึก (DUV: 4.8 eV) ซึ่งต่ำกว่าฟังก์ชันการทำงานของวัสดุหลายชนิดและพลังงานไอออไนเซชันขององค์ประกอบส่วนใหญ่ ดังนั้นเครื่องมือเหล่านี้อาจทำงานโดยให้ตัวอย่างที่ศึกษาได้รับความร้อนอย่างมาก ในความเป็นจริง ข้อมูลจากเครื่องมือ NUV สำหรับการวิเคราะห์วัสดุอินทรีย์มักจะแสดงรูปแบบชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและเป็นปัญหา โดยแสดงหลักฐานการรวมตัวในระหว่างกระบวนการระเหยในแหล่งกำเนิด และไม่สามารถตีความได้โดยตรงว่าเป็นผลลัพธ์ระดับอะตอม ในทางตรงกันข้าม การแผ่รังสี EUV (20-90 eV) มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้อะตอมและโมเลกุลแตกตัวเป็นไอออนบนพื้นผิวตัวอย่าง ซึ่งอาจสร้างรูปแบบชิ้นส่วนที่เล็กลงและสามารถตีความได้โดยตรง วิธีการของ NIST เกี่ยวข้องกับการใช้ EUVAPT ในการศึกษาสารต้านทานแสงแบบฟิล์มบางเพื่อค้นหาความผันผวนขององค์ประกอบระดับนาโนที่อาจส่งผลต่อลักษณะสุ่มของความผิดปกติของการพิมพ์หิน รวมถึงความหยาบของขอบเส้น (LER) ดังนั้น EUVAPT จึงแสดงถึงความก้าวหน้าทางมาตรวิทยาที่สำคัญในการตรวจสอบเหตุการณ์สุ่มที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลและองค์ประกอบทางเคมีของตัวต้านทานแสง (ดูหัวข้อ 2.4.1) เป็นที่น่าสังเกตว่าวิธีการนี้ เช่นเดียวกับการเปรียบเทียบผลลัพธ์ระหว่าง EUVAPT กับเครื่องมือ NUV และ DUVAPT แบบดั้งเดิม จะถูกกล่าวถึงในส่วนที่ 2.3 ก่อนหน้านี้

ผลการสำรวจและข้อเสนอแนะ

ข้อสรุปทางเทคนิคของการประชุมคณะทำงานรวมอยู่ในส่วนที่ 2 ของแต่ละโครงการย่อย คุณสมบัติหลักที่สกัดจากการทดลองจะช่วยในการพัฒนาเทคนิคการสร้างแบบจำลองและการจำลอง ขับเคลื่อนปริมาณ ปริมาณงาน และขนาดที่สูงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ NIST มีความสามารถด้านมาตรวิทยาเชิงทดลอง EUVL และโปรแกรมจำลองเชิงทฤษฎีที่เป็นเอกลักษณ์ ดังนั้น ผู้เข้าร่วมในอุตสาหกรรมในการประชุมคณะทำงานจึงสนับสนุนเงินทุนในการสร้างเครื่องมือที่ NIST เสนอ หรือการใช้เครื่องมือที่มีอยู่เพื่อให้ข้อมูลที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษแก่อุตสาหกรรมของสหรัฐอเมริกา นักวิทยาศาสตร์ของ NIST ไม่เพียงแต่ควรเป็นวิศวกรด้านการออกแบบอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังควรรวมความรู้ภาคสนามเข้ากับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับ EUVL ผ่านการทำงานร่วมกันเพื่อให้บรรลุผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ร่วมกัน การถ่ายทอดความรู้จะต้องสอดคล้องกับพันธกิจของทุน อุตสาหกรรมมีวิธีในการสนับสนุนผลประโยชน์ภายในประเทศ แต่ผู้นำด้านวิทยาศาสตร์และการจัดการของ NIST จะต้องเข้าใจวิธีการปรับความได้เปรียบทางการแข่งขันที่สร้างขึ้นใหม่ให้สอดคล้องกัน ควรพิจารณาวิธีการเผยแพร่ที่มีการควบคุม เช่น CRADA, SRD และ SRM

จากมุมมองของโครงการ การประชุมคณะทำงานเน้นย้ำว่าภูมิทัศน์การแข่งขันระดับนานาชาติสำหรับ EUVL นำไปสู่ความจำเป็นสำหรับข้อตกลงไม่เปิดเผยข้อมูล (NDA) สำหรับการสนทนาทางเทคนิคในเชิงลึกกับนักวิจัยของ NIST อย่างไร ดังนั้น ผู้เข้าร่วมประชุมคณะทำงานทุกคนจึงแนะนำให้ปรับปรุงกระบวนการ NDA ระหว่างนักวิจัยของ NIST และภาคอุตสาหกรรม โดยใช้เวลาดำเนินการไม่เกินสองเดือนนับตั้งแต่เริ่มโครงการ เจ้าหน้าที่และผู้บริหารของ NIST ควรได้รับความรู้เกี่ยวกับกระบวนการ NDA เพื่อดำเนินการตามขั้นตอนอย่างถูกต้อง

ท้ายที่สุด เป็นที่ประจักษ์ชัดจากการประชุมคณะทำงานว่าปฏิสัมพันธ์แบบเผชิญหน้ากันก่อให้เกิดการอภิปรายที่ประสบผลสำเร็จและสามารถดำเนินการขั้นตอนต่อไปได้ ปฏิสัมพันธ์ในอนาคตระหว่างผู้มีส่วนได้ส่วนเสียสามารถเปลี่ยนจากการประชุมคณะทำงานไปเป็นการประชุมสัมมนาไปจนถึงการรวมกลุ่มกัน เมื่อความซับซ้อนของขั้นตอนเพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่าย (มากกว่า 10,000-100,000 เหรียญสหรัฐ) และชั่วโมงแรงงาน (มากกว่า 40-200 ชั่วโมง) ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น การจัดกำหนดการกิจกรรมในอนาคตในการประชุมระดับมืออาชีพที่เข้าร่วมบ่อยครั้ง เช่น SPIE หรือ Optical Society of America (OSA) สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายและความพยายามได้