2.5 EUV 作为分析工具

在工作组会议上，NIST 的研究人员讨论了与使用 EUV 作为分析工具来协助半导体制造行业相关的三个主题。利用 EUV 光作为分析技术的三种方法是：(1) 高次谐波发生 (HHG)、(2) 同步加速器辐射和 (3) 原子探针断层扫描。高次谐波发生占地面积紧凑，允许在研究和制造设施中部署，并持续获取深亚纳米级微电子器件的尺寸、材料和动态特性，这些器件通常使用同步加速器辐射源进行研究。同步辐射源可以研究 EUVL 的各个方面，并提供研究收集镜退化的附加功能。原子探针断层扫描是唯一能够在原子水平上提供周期表上任何元素的 3D 化学图谱和亚纳米同位素分辨率的技术，可用于 EUV 光致抗蚀剂的研究。

业界就这些工具在协助 EUVL 制造方面的潜在用途提供了宝贵的反馈。 NIST 法律委员会必须采取积极主动的行动，制定解决方案，以满足潜在合作者对保密协议 (NDA) 的要求，同时满足因联邦就业而产生的独特法律和行政要求，明确禁止其自身或其组织遵守任何外部合同。

2.5.1 高次谐波产生（HHG）

随着 EUVL 将光刻技术进一步推向深亚纳米尺度，微电子行业正在呼唤新的测量和计量技术。 NIST 正在开展一个项目，利用 EUV 的短波长来探测深亚纳米级微电子器件的尺寸、材料和动态特性。 NIST 的高谐波发生 (HHG) 光源是宽带（跨越 20-100 eV 光子能量）、超快（20 飞秒脉冲）和相干（类激光）光源。宽光谱覆盖范围允许访问许多相关材料中的核心级跃迁，以测量微电子器件和特定层，如图 13 所示。此类测量通常使用同步加速器辐射源进行。然而，HHG 源占地面积紧凑，允许在研究和制造设施中部署并连续访问。图 14 显示了在 NIST 物理测量实验室 (PML) 运行的当前系统的照片，该系统适合典型的实验室空间。

图13显示了NIST高次谐波发生（HHG）源的光子能量输出谱以及相关材料中几个原子核心能级跃迁的位置。

图 14. 位于 NIST 的 HHG 源和随附仪器的照片。

短脉冲宽度能够动态测量自旋和热传输。最近的一项成功是开发了一种与 EUV 脉冲同步的频率梳发生器，其抖动优于 15 皮秒。图 40 演示了与 XNUMX GHz 信号的同步。与同步加速器加速器相比，这大约提高了一个数量级，使我们能够在微电子设备的工作频率下进行测量。这使得能够实时测量功能器件内部和外部的热流和自旋传输。

图 15. 采样示波器上的 40 GHz 信号。触发脉冲（红色）源自高次谐波发生系统中使用的脉冲，直接演示了高次谐波与 40 GHz 信号之间的同步。

最后，光的相干性使得无透镜成像技术成为可能，例如相干衍射成像、叠层照相术和全息术，这些技术可以在 EUV 波长下提供空间分辨率。此功能允许 NIST 直接对功能设备进行成像，尽管 NIST 尚未完成这项工作。图 16 显示了将叠层照相术与反射测量法相结合来测量硅中掺杂剂的横向空间分布的结果。这种方法可以对微电子学中的界面和掺杂剂分布进行无损评估。

图 16. 结合使用反射测量法和叠层描记法对掺杂剂分布进行 3D 纳米级表征的示例。资料来源：Tanksalvala。

在工作组会议上，行业代表提到了分析晶圆上的半导体元件来识别缺陷的作用。具体来说，Golani 等人。演示了如何在系统模拟中将光-结构相互作用的模拟与光学模拟分开，以便在后处理过程中在相对较短的时间内测试许多光学配置。戈拉尼等人。仿真是使用 Ansys 商业求解器进行的，并具有强大的数字孪生功能。

继续......