2.5 EUV là công cụ phân tích

Tại cuộc họp nhóm làm việc, các nhà nghiên cứu từ NIST đã thảo luận ba chủ đề chính liên quan đến việc sử dụng EUV làm công cụ phân tích để hỗ trợ ngành sản xuất chất bán dẫn. Ba phương pháp sử dụng ánh sáng EUV làm kỹ thuật phân tích là: (1) tạo sóng hài cao (HHG), (2) bức xạ synchrotron và (3) chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử. Việc tạo sóng hài cao mang lại dấu ấn nhỏ gọn, cho phép triển khai tại các cơ sở nghiên cứu và sản xuất với khả năng truy cập liên tục vào kích thước, vật liệu và đặc tính động của các thiết bị vi điện tử cấp dưới nanomet sâu, thường được nghiên cứu bằng cách sử dụng nguồn bức xạ synchrotron. Các nguồn bức xạ synchrotron cho phép nghiên cứu các khía cạnh khác nhau của EUVL và cung cấp các khả năng bổ sung để nghiên cứu sự xuống cấp của gương thu. Chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử là kỹ thuật duy nhất có thể cung cấp ánh xạ hóa học 3D ở cấp độ nguyên tử với độ phân giải đồng vị dưới nanomet cho bất kỳ nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn, có thể được sử dụng để nghiên cứu các chất quang dẫn EUV.

Ngành công nghiệp đã cung cấp những phản hồi có giá trị về tiềm năng sử dụng các công cụ này trong việc hỗ trợ sản xuất EUVL. Ủy ban pháp lý của NIST phải chủ động hành động để phát triển các giải pháp nhằm đáp ứng yêu cầu của các cộng tác viên tiềm năng về Thỏa thuận không tiết lộ (NDA) đồng thời đáp ứng các yêu cầu hành chính và pháp lý riêng phát sinh từ việc làm của liên bang, nghiêm cấm họ hoặc tổ chức của họ tuân thủ bất kỳ hợp đồng bên ngoài nào .

2.5.1 Tạo sóng hài cao (HHG)

Khi EUVL đẩy kỹ thuật in thạch bản đi xa hơn vào chế độ quy mô sâu dưới nanomet, ngành công nghiệp vi điện tử đang kêu gọi các kỹ thuật đo lường và đo lường mới. Tại NIST, có một dự án đang triển khai sử dụng bước sóng ngắn của EUV để thăm dò kích thước, vật liệu và đặc tính động của các thiết bị vi điện tử ở quy mô sâu dưới nanomet. Nguồn sáng tạo sóng hài cao (HHG) của NIST là nguồn sáng băng thông rộng (có năng lượng photon trải rộng 20-100 eV), cực nhanh (xung 20 femto giây) và nguồn kết hợp (giống như tia laser). Phạm vi bao phủ phổ rộng cho phép truy cập vào các chuyển đổi cấp độ lõi trong nhiều vật liệu có liên quan để đo các thiết bị vi điện tử và các lớp cụ thể, như trong Hình 13. Các phép đo như vậy thường được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn bức xạ synchrotron. Tuy nhiên, kích thước nhỏ gọn của các nguồn HHG cho phép triển khai tại các cơ sở nghiên cứu và sản xuất với khả năng truy cập liên tục. Hình 14 hiển thị ảnh chụp hệ thống hiện tại đang vận hành tại Phòng thí nghiệm Đo lường Vật lý (PML) của NIST, phù hợp với không gian phòng thí nghiệm điển hình.

Hình 13 thể hiện phổ phát ra năng lượng photon của nguồn tạo sóng hài cao (HHG) của NIST và vị trí của một số chuyển đổi mức lõi nguyên tử trong các vật liệu liên quan.

Hình 14. Ảnh chụp nguồn HHG đặt tại NIST và thiết bị đi kèm.

Độ rộng xung ngắn cho phép đo động lực truyền spin và nhiệt. Một thành công gần đây là sự phát triển của máy tạo lược tần số được đồng bộ hóa với các xung EUV, với độ biến động tốt hơn hai picos giây. Hình 15 thể hiện sự đồng bộ hóa này với tín hiệu 40 GHz. Đây là một cải tiến xấp xỉ một bậc so với những gì có thể đạt được trên máy gia tốc synchrotron, cho phép chúng tôi thực hiện các phép đo ở tần số hoạt động của các thiết bị vi điện tử. Điều này cho phép đo lưu lượng nhiệt và vận chuyển spin theo thời gian thực bên trong và bên ngoài các thiết bị chức năng.

Hình 15. Tín hiệu 40 GHz trên máy hiện sóng lấy mẫu. Xung kích hoạt (màu đỏ) được lấy từ các xung được sử dụng trong hệ thống tạo sóng hài cao, thể hiện trực tiếp sự đồng bộ giữa sóng hài cao và tín hiệu 40 GHz.

Cuối cùng, sự kết hợp của ánh sáng cho phép các kỹ thuật chụp ảnh không cần thấu kính như chụp ảnh nhiễu xạ kết hợp, chụp ảnh ptychography và chụp ảnh ba chiều, có thể cung cấp độ phân giải không gian ở bước sóng EUV. Khả năng này cho phép NIST chụp ảnh trực tiếp các thiết bị chức năng, mặc dù công việc này chưa được hoàn thành tại NIST. Hình 16 cho thấy kết quả của việc kết hợp phép đo ptychography với phép đo phản xạ để đo sự phân bố không gian theo chiều ngang của các chất tạp chất trong silicon. Cách tiếp cận này cho phép đánh giá không phá hủy các giao diện và phân phối tạp chất trong vi điện tử.

Hình 16. Ví dụ về đặc tính phân bố tạp chất ở cấp độ nano 3D bằng cách sử dụng kết hợp phép đo phản xạ và phép đo ptychography. Nguồn: Tanksalvala.

Tại cuộc họp nhóm làm việc, các đại diện của ngành đã đề cập đến cách phân tích các thành phần bán dẫn trên tấm bán dẫn để xác định khuyết tật có thể hữu ích như thế nào. Cụ thể, Golani và cộng sự. đã chứng minh cách tách mô phỏng tương tác cấu trúc ánh sáng khỏi mô phỏng quang học trong mô phỏng hệ thống cho phép thử nghiệm nhiều cấu hình quang học trong một khoảng thời gian tương đối ngắn trong quá trình xử lý hậu kỳ. Golani và cộng sự. mô phỏng được thực hiện bằng bộ giải thương mại ANSYS và có bộ đôi kỹ thuật số mạnh mẽ.

Còn tiếp...