2.5.2. Senkrotron: NIST SURF III

NIST tarafından yarı iletken bileşenleri analiz etmek için kullanılan laboratuvar ölçekli EUV ışığına ek olarak Dr. Steve Grantham, çalışma grubu toplantısı sırasında NIST'in Synchrotron Ultraviyole Radyasyon Tesisi'nde (SURF III) zengin kaynaklar da sundu.

Yüklü parçacıklar kavisli bir yol boyunca hareket ettiklerinde sinkrotron radyasyonu yayarlar. Çoğu hızlandırıcı, parçacıkların yörüngelerini bükmek için manyetik alanlar kullandığından, sinkrotron radyasyonu aynı zamanda manyetobremsstrahlung olarak da bilinir. Yayılan spektrum mikrodalgadan (sürücü RF alanının harmonikleri) X-ışını spektral bölgelerine kadar değişir ve radyasyon dikey olarak koşutlanır ve polarize edilir. Elektron enerjisi E, bükülme yarıçapı ρ, elektron akımı IB, yörünge düzlemine göre açı Ψ0, teğet noktaya olan mesafe d, dikey açı Δψ ve yatay açı Δθ biliniyorsa, sinkrotron radyasyon çıkışı hesaplanabilir. SURF'un çıkış gücü şekilde gösterilmiştir.

Şekil 17, SURF tarafından 416MeV, 380MeV, 331MeV, 284MeV, 234MeV, 183MeV, 134MeV ve 78MeV'de yayılan senkrotron radyasyon spektrumlarını, 3000K kara cisim ve döteryum lambasının spektrumlarıyla karşılaştırmaktadır.
Bunun tersine, NIST'in Ultraviyole Radyasyon Grubu, SURF III'ü radyasyon ölçümleri ve araştırmaları için sabit bir ışık kaynağı olarak kullanıyor. SURF, uzak kızılötesinden yumuşak X-ışınına kadar bir dalga boyu aralığını kapsar. Tablo 1, NIST SURF III'ün mevcut yeteneklerine ve gelecek planlarına genel bir bakış sunmaktadır. Synchrotron ışık kaynakları, yüksek hacimli üretim (HVM) ortamlarındaki aşırı ultraviyole (EUV) kaynaklar için uygun değildir. Bununla birlikte, senkrotron tesisleri, bu raporda daha önce tartışıldığı gibi (Bölüm 2.2 ve 2.4.2) EUVL endüstrisinin HVM hedeflerine ulaşmasında yardımcı olmak amacıyla çeşitli parametreleri test etme esnekliği sunması nedeniyle avantajlı olabilir. Belirli dalga boyu sistemleri için örtüşen ve tutarsız tanımlar ve terminoloji olabileceğini unutmamak önemlidir; dolayısıyla genel bir kılavuz olarak ISO21348 standardına başvurulmalıdır.

Çalışma grubu toplantısında kirleticilerin ve/veya temizlik malzemelerinin varlığında EUV radyasyon aydınlatması sırasında ayna kirliliğine ilişkin araştırma örnekleri sunuldu. 2000 yılından bu yana NIST, EUVL optik kirliliğini incelemek için önde gelen bir merkez olmuştur ve uydularda yaygın olarak kullanılan filtrelerin bozulmasını araştırmaktadır. Son zamanlarda NIST Sensör Bilimi Bölümü yarı iletken üretim uygulamaları için benzer çalışmalar yürüttü. NIST'in şu anda iki ışın hattında (Beamline 1 ve Beamline 8) optik kirliliğin çeşitli yönlerine ayrılmış üç tesisi bulunmaktadır. Kirlenmeyi inceleyebilme yeteneği, bu raporda daha önce bahsedilen kolektör aynalarının ömrünün uzatılmasının önemine ilişkin tartışmayla doğrudan ilgilidir (bkz. Bölüm 2.4.2). Yarı iletken endüstrisinde yeni nesil EUVL üretimini desteklemek için mevcut tesislerin sürekli gelişiminin desteklenmesi tavsiye edilir.

2.5.3: Atom Prob Tomografisi (APT)

Atom Prob Tomografisi (APT), herhangi bir element için periyodik tablo boyunca nanometre altı izotopik çözünürlükte atomik ölçekte element haritalamasını 3 boyutlu olarak sağlayabilen tek tekniktir. Şekil 18 APT'nin çalışmasını göstermektedir. APT hakkında daha fazla arka plan bilgisi için okuyucular bu konuyla ilgili en son incelemelere başvurabilirler.

Şekil 18. Boulder, Colorado'daki NIST'teki Atom Prob Tomografisinin (APT) fotoğrafı (üstte) ve APT operasyonunun şeması (altta). Kaynak: NIST.

Ticari APT cihazları, birçok malzemenin iş fonksiyonunun ve çoğu elementin iyonizasyon enerjisinin altında olan, ultraviyole yakın (NUV: 3.5 eV) veya derin ultraviyole (DUV: 4.8 eV) lazer radyasyonunu kullanır. Bu nedenle bu cihazlar, üzerinde çalışılan numunelerin önemli derecede ısınmasına tabi tutularak çalışabilir. Aslında, organik malzeme analizi için NUV cihazlarından elde edilen veriler sıklıkla karmaşık ve sorunlu parça modelleri sergiler, yerinde buharlaşma süreci sırasında toplanmanın kanıtlarını gösterir ve doğrudan atomik ölçekte sonuçlar olarak yorumlanamaz. Buna karşılık, EUV (20-90 eV) radyasyonu, numune yüzeyindeki atomları ve molekülleri iyonize etmek için yeterli enerjiye sahiptir ve potansiyel olarak daha küçük ve doğrudan yorumlanabilir parça modelleri oluşturur. NIST yaklaşımı, çizgi kenar pürüzlülüğü (LER) dahil olmak üzere litografik düzensizliklerin stokastik doğasına katkıda bulunabilecek nano ölçekli bileşimsel dalgalanmaları araştırmak için EUVAPT'nin ince film fotorezistlerin çalışmasına uygulanmasını içerir. Dolayısıyla EUVAPT, fotorezistlerin işlenmesi ve kimyasal bileşimi ile ilgili stokastik olayların araştırılmasında önemli bir metrolojik ilerlemeyi temsil etmektedir (bkz. Bölüm 2.4.1). EUVAPT ile geleneksel NUV ve DUVAPT cihazları arasındaki sonuçların karşılaştırılması kadar bu yöntemin de önceki Bölüm 2.3'te tartışılması dikkat çekicidir.

Anket Sonuçları ve Öneriler

Çalışma grubu toplantılarının teknik sonuçları her alt projenin 2. Bölümünde yer almaktadır. Deneylerden elde edilen temel özellikler, yarı iletken endüstrisi için yüksek hacim, verim ve ölçek sağlayacak şekilde modelleme ve simülasyon tekniklerinin geliştirilmesini kolaylaştıracaktır. NIST, benzersiz EUVL deneysel metroloji yeteneklerine ve teorik simülasyon programlarına sahiptir. Bu nedenle, çalışma grubu toplantılarına katılan sektör katılımcıları, NIST tarafından önerilen enstrümanların oluşturulmasına fon sağlanmasını veya ABD endüstrisine son derece doğru veriler sağlamak için mevcut enstrümanların kullanılmasını teşvik etti. NIST bilim insanları yalnızca endüstriyel tasarım mühendisleri olmamalı, aynı zamanda karşılıklı yarar sağlayan sonuçlara ulaşmak için saha bilgilerini EUVL'ye ilişkin içgörülerle işbirliği yoluyla birleştirmelidir; Bilgi aktarımı finansmanın misyonuyla uyumlu olmalıdır. Endüstrinin yerel çıkarları desteklemenin bir yolu var, ancak NIST'in bilim ve yönetim liderlerinin yeni yaratılan rekabet avantajını buna göre nasıl ayarlayacaklarını anlamaları gerekiyor. CRADA, SRD ve SRM gibi yerleşik kontrollü dağıtım yöntemleri dikkate alınmalıdır.

Proje perspektifinden bakıldığında, çalışma grubu toplantıları, EUVL'ye yönelik uluslararası rekabet ortamının, NIST araştırmacılarıyla derinlemesine teknik görüşmeler için gizlilik anlaşmalarına (NDA'lar) ihtiyaç duyulmasına nasıl yol açtığını vurguladı. Bu nedenle, çalışma grubu toplantısına katılanların tümü, NIST araştırmacıları ile endüstri arasındaki NDA sürecinin, proje başlangıcından itibaren iki aydan kısa bir geri dönüş süresiyle düzenlenmesini önerdi. NIST personeli ve yönetimi, adımları doğru bir şekilde yürütmek için NDA süreci konusunda eğitilmelidir.

Son olarak, bu çalışma grubu toplantısından, yüz yüze etkileşimin verimli tartışmalara ve eyleme dönüştürülebilir sonraki adımlara yol açtığı açıkça görülmektedir. Paydaşlar arasındaki gelecekteki etkileşimler, çalışma grubu toplantılarından sempozyumlara ve konsorsiyumlara geçiş yapabilir. Prosedür karmaşıklığı arttıkça maliyetler de (10,000-100,000 $'ın üzerinde) ve çalışma saatleri (40-200 saatin üzerinde) artar. Bu nedenle, SPIE veya Amerika Optik Topluluğu (OSA) gibi sıklıkla katılım sağlanan profesyonel konferanslarda gelecekteki etkinliklerin planlanması, maliyetlerin ve çabaların hafifletilmesine yardımcı olabilir.