Phép đo phóng xạ tuyệt đối không chỉ quan trọng đối với việc phát triển các quy trình in thạch bản và kiểm tra nghiệm thu thiết bị mà còn đối với sự hiểu biết định lượng về các quá trình tạo ra ánh sáng EUV. Mô hình dự đoán của quá trình này đã tụt hậu so với sự phát triển của các công cụ EUV. Việc cải thiện độ chính xác của mô hình đòi hỏi dữ liệu thử nghiệm chính xác cho cả đầu vào và đầu ra của mô hình. Trong bối cảnh sản xuất ánh sáng EUV công nghiệp, việc phát triển các công cụ đo bức xạ mới dành riêng cho laser hồng ngoại và ánh sáng 13.5nm sẽ cung cấp những dữ liệu đó.

Thiếu sự hợp tác công nghiệp vì các công cụ in thạch bản công nghiệp đang được thảo luận ở đây là những công cụ duy nhất có khả năng tạo ra lượng ánh sáng mà các máy dò này được thiết kế để đo. Với số lượng tài sản trí tuệ liên quan đến các công cụ này, điều quan trọng là các đại diện chính phủ và ngành phải hợp tác. Các cuộc thảo luận sơ bộ tại các cuộc họp nhóm công tác chỉ ra rằng ngành không sẵn lòng thảo luận các chi tiết liên quan nếu không có thỏa thuận bảo mật.

2.3 Vật lý và mô hình hóa plasma: Tương tác vật chất-ánh sáng

EUVL sử dụng photon 13.5nm để sản xuất mạch tích hợp. Nguồn chính của ánh sáng này là plasma thiếc rất nóng được tạo ra bởi các tia laser mạnh. Các thông số laser được điều chỉnh để tạo ra các ion thiếc chủ yếu phát ra gần 13.5nm (ví dụ: Sn10+-Sn15+). Trong khi hầu hết các đặc tính của plasma đã được khám phá trong nhiều thí nghiệm, thì sự hỗ trợ về mặt lý thuyết đáng tin cậy và hiệu quả là rất quan trọng để phát triển các nguồn plasma thiếc tốt hơn. Các cuộc thảo luận về vật lý plasma, bao gồm một số bài thuyết trình trong suốt các cuộc họp của nhóm làm việc, đã được hợp nhất thành một phần của báo cáo. Phần này tập trung vào vật lý plasma, tình trạng công nghệ hiện tại và nhu cầu của ngành công nghiệp Hoa Kỳ và các nhà nghiên cứu của NIST để phát triển trong lĩnh vực này.

Các tính toán nâng cao về sự phát xạ ánh sáng từ plasma thiếc được tạo ra bằng laser thường được thực hiện bằng cách sử dụng mã bức xạ va chạm (CR) quy mô lớn nhằm cố gắng giải thích các quá trình vật lý quan trọng nhất dẫn đến phát xạ photon. Chúng bao gồm kích thích va chạm electron, khử kích thích và ion hóa, tái hợp bức xạ, hai electron và ba hạt, và tự động hóa, cùng nhiều thứ khác. Ngoài ra, sự vận chuyển bức xạ và độ mờ cũng như mô hình thủy động lực học bức xạ có thể trở nên cần thiết.

Mô hình plasma cũng bị hạn chế do thiếu thông tin về các cơ chế vật lý cơ bản hỗ trợ các tương tác vật chất. Điều này có thể dẫn đến sự tiến bộ gia tăng, thay vì mang tính biến đổi, trong kỹ thuật plasma để hỗ trợ sản xuất khối lượng lớn. Quan hệ đối tác phòng thí nghiệm giữa ngành và chính phủ đã cố gắng tìm hiểu và kiểm soát các quy trình plasma và đã báo cáo những thành công của họ. Các chuyên gia mô phỏng trong ngành cũng chỉ ra cách các mô phỏng phức tạp bao gồm nhiều miền vật lý theo các thang thời gian khác nhau.

Mô hình plasma tồn tại trong tình trạng tồn tại những câu hỏi chưa được giải quyết liên quan đến tính thực tiễn của nó trong việc hướng dẫn các nỗ lực kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu suất và khả năng tạo ra ánh sáng EUV. Ví dụ, mô hình hóa các photon ngoài dải cũng như sự phát xạ của các ion và electron có thể cung cấp những hiểu biết mang tính dự đoán giúp nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất chip. Một lĩnh vực được quan tâm khác là các tương tác photon, electron và hóa học trong điện trở EUV, đây là một lĩnh vực nghiên cứu đang được quan tâm trong ngành công nghiệp EUVL. Do đó, mô hình vật lý plasma cũng liên quan đến các thành phần quang học EUV. Các thiết bị và vật liệu quang học EUV được đề cập trong phần sau (2.4).

Trong ba năm qua, cộng đồng lập mô hình EUVL đã khởi xướng chương trình xác nhận và đo điểm chuẩn dài hạn cho mã CR bằng cách tổ chức các hội thảo so sánh mã EUVL. Cách tiếp cận này được mô phỏng theo chuỗi hội thảo so sánh mã không phải LTE do Nhóm Quang phổ Nguyên tử NIST (ASG) tổ chức trong hơn 25 năm. Do đó, Nhóm Quang phổ Nguyên tử NIST (ASG) đã được giao nhiệm vụ phát triển cơ sở dữ liệu EUVL mới và một công cụ so sánh hiện đại để so sánh thông minh các mã CR cho EUVL. Cho đến nay, công việc được mô tả đã được thực hiện thành công mà không cần hỗ trợ tài chính trực tiếp và những người tham gia hai hội thảo EUVL gần đây nhất đã sử dụng cơ sở dữ liệu và giao diện người dùng để so sánh các gói phần mềm của họ. Tuy nhiên, các hội thảo trong tương lai nhằm mục đích phân tích các thông số vật lý mới đòi hỏi phải sửa đổi rộng rãi cơ sở dữ liệu và giao diện người dùng. Do đó, cần có nguồn tài trợ ổn định để thể hiện cam kết lâu dài trong nhiều năm nhằm hỗ trợ sự phát triển của lĩnh vực nghiên cứu này.

Một trong những hướng đi trong tương lai được các nhà nghiên cứu của NIST báo cáo là nghiên cứu các sơ đồ bước sóng ngắn hơn dựa trên sự sẵn có của các vật phản xạ chủ yếu nhiều lớp. Điều này sẽ tạo ra các photon có bước sóng ngắn hơn so với các photon được tạo ra bởi các nguyên tố nặng hơn thiếc ở trạng thái ion hóa cao hơn (còn gọi là "ngoài EUV"). Thật không may, cộng đồng nghiên cứu rộng hơn thiếu kiến ​​thức đầy đủ về quang phổ của các nguyên tố Z cao với độ ion hóa hơn 20 lần. Nhóm Quang phổ Nguyên tử NIST (ASG) có cả khả năng thực nghiệm và lý thuyết để cung cấp cho cộng đồng EUVL thông tin chính xác nhất về dữ liệu quang phổ cho các nguồn plasma trong tương lai. Để đạt được mục tiêu này, Bẫy ion chùm tia điện tử (EBIT) của NIST không chỉ có thể tạo ra các ion có điện tích lên tới 70+ mà còn có thể ghi lại quang phổ chính xác và chi tiết nhất trong EUV và quang phổ mềm trong phạm vi này. Nhóm NIST ASG cũng sử dụng các phương pháp và mã nguyên tử tiên tiến nhất để tính toán quang phổ quy mô lớn có độ chính xác cao. Các khả năng đã được chứng minh sẽ đáp ứng nhu cầu về dữ liệu chính xác về các nguồn plasma tương lai cho EUVL. Cần lưu ý rằng khi đại diện ngành được thông báo về nguồn tài nguyên tương lai cho EUV, họ tuyên bố rằng không có kế hoạch công khai nào về việc sử dụng các vật liệu khác ngoài thiếc làm nguồn trong thời gian tới.

Tóm lại, các bên liên quan trong ngành muốn tạo mô hình plasma thiếc và công việc đang được NIST thực hiện có thể hỗ trợ nhiều nỗ lực hơn nhưng sẽ cần đầu tư. Ngoài ra, các kỹ sư thiết kế và nhà khoa học sẽ thấy việc tích hợp bất kỳ mã nào như vậy vào phần mềm thương mại để tối ưu hóa năng lực sản xuất chip EUV sẽ rất có giá trị. Các cuộc thảo luận tại cuộc họp nhóm công tác đều mang tính kỹ thuật, nhưng làm thế nào để tích hợp bất kỳ quy tắc nào như vậy với các đối tác thương mại để đảm bảo lợi ích của các công ty Mỹ cũng đã được thảo luận. Cuối cùng, mô hình hóa plasma và các tương tác có thể giúp giảm tác động tiêu cực của mảnh vụn lên các thành phần EUVL, điều này sẽ được thảo luận trong phần 2.4.2. 

2.4 Đặc tính của các thành phần tương tác với EUV

Phần này đề cập đến hai thành phần của máy quét EUVL tương tác với ánh sáng EUV: (1) chất quang dẫn và (2) gương thu thập. Những người tham gia trong ngành của nhóm công tác đã nêu ra một chủ đề tổng thể liên quan đến các yêu cầu về sản xuất số lượng lớn (HVM). Cụ thể, mối quan tâm của HVM chủ yếu tập trung vào việc tăng năng suất và sản lượng chip được sản xuất bằng EUVL. Các giải pháp đo lường tiềm năng hiện có tại NIST sẽ được thảo luận trong Phần 2.

2.4.1 Chất quang dẫn: Mô tả đặc tính của polyme

Quá trình xử lý chất cản quang rất quan trọng đối với ngành công nghiệp bán dẫn. Các mẫu có kích thước nano được tạo ra bằng phương pháp quang khắc là bắt buộc đối với tất cả các thành phần thiết bị và các cấu trúc liên quan (từ các kênh trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) đến các kết nối điện giữa các thiết bị). Quy tắc Rent nêu rõ rằng số lượng thiết bị đầu cuối hoặc kết nối tăng theo số lượng khối hoặc cổng logic. Điều này liên quan đến cấp độ đơn vị, trong khi các đơn vị tiêu chuẩn co lại, các kết nối với các đơn vị cũng vậy. Khái niệm này đã được thể hiện trong Hình 8.

Những người tham gia trong ngành nhấn mạnh sự cần thiết phải tích cực giảm khoảng cách bằng cách sử dụng kiến ​​trúc pin mới và vật liệu thiết bị mới. Hội nghị cũng thảo luận về khó khăn trong việc đạt được sản xuất khối lượng lớn (HVM) của các cấu trúc và vật liệu đơn vị mới, trong đó năng suất là một vấn đề lớn. Ví dụ: với 10^10 điểm tiếp xúc trên mỗi chip và hiệu suất khuôn là Yd=khuôn tốt/tổng ​​khuôn thì phải đạt được ít nhất 99%. Trong một hệ thống, bộ xử lý Intel Core thế hệ thứ ba (lõi tứ) chứa 1.48 tỷ bóng bán dẫn. Nếu có hiệu suất 99% thì 1.48 triệu bóng bán dẫn sẽ bị lỗi - mục tiêu là hiệu suất 99.99996% hoặc 6 Sigma (6A). Năng suất phải rất tốt và nó phụ thuộc vào việc kiểm soát quy trình và các khuyết tật. Nếu sản lượng đủ thì chi phí sản xuất chip EUV được xác định bằng năng suất (thông lượng). Nói cách khác, độ phân giải cao độ tốt hơn là cần thiết nhưng chưa đủ đối với HVM.

Còn tiếp...