2.5 EUV 作為分析工具

在工作小組會議上，NIST 的研究人員討論了與使用 EUV 作為分析工具來協助半導體製造業相關的三個主題。利用 EUV 光作為分析技術的三種方法是：(1) 高次諧波發生 (HHG)、(2) 同步加速器輻射和 (3) 原子探針斷層掃描。高次諧波發生佔地面積緊湊，允許在研究和製造設施中部署，並持續獲取深亞奈米級微電子裝置的尺寸、材料和動態特性，這些裝置通常使用同步加速器輻射源進行研究。同步輻射源可以研究 EUVL 的各個方面，並提供研究收集鏡退化的附加功能。原子探針斷層掃描是唯一能夠在原子層級提供週期表上任何元素的 3D 化學圖譜和亞奈米同位素分辨率的技術，可用於 EUV 光致抗蝕劑的研究。

業界就這些工具在協助 EUVL 製造方面的潛在用途提供了寶貴的回饋。 NIST 法律委員會必須採取積極主動的行動，制定解決方案，以滿足潛在合作者對保密協議(NDA) 的要求，同時滿足因聯邦就業而產生的獨特法律和行政要求，明確禁止其自身或其組織遵守任何外部合約。

2.5.1 高次諧波產生（HHG）

隨著 EUVL 將光刻技術進一步推向深亞奈米尺度，微電子產業正在呼喚新的測量和計量技術。 NIST 正在進行一個項目，利用 EUV 的短波長來探測深亞奈米級微電子裝置的尺寸、材料和動態特性。 NIST 的高諧波發生 (HHG) 光源是寬頻（跨越 20-100 eV 光子能量）、超快（20 飛秒脈衝）和相干（類雷射）光源。寬光譜覆蓋範圍可存取許多相關材料中的核心級躍遷，以測量微電子元件和特定層，如圖 13 所示。然而，HHG 來源佔地面積緊湊，允許在研究和製造設施中部署並連續存取。圖 14 顯示了在 NIST 物理測量實驗室 (PML) 運行的當前系統的照片，該系統適合典型的實驗室空間。

圖13顯示了NIST高次諧波發生（HHG）源的光子能量輸出譜以及相關材料中幾個原子核心能階躍遷的位置。

圖 14. 位於 NIST 的 HHG 來源及隨附儀器的照片。

短脈衝寬度能夠動態測量自旋和熱傳輸。最近的一項成功是開發了一種與 EUV 脈衝同步的頻率梳發生器，其抖動優於 15 皮秒。圖 40 演示了與 XNUMX GHz 訊號的同步。與同步加速器加速器相比，這大約提高了一個數量級，使我們能夠在微電子設備的工作頻率下進行測量。這使得能夠即時測量功能元件內部和外部的熱流和自旋傳輸。

圖 15. 取樣示波器上的 40 GHz 訊號。觸發脈衝（紅色）源自於高次諧波發生系統中使用的脈衝，直接展示了高次諧波與 40 GHz 訊號之間的同步。

最後，光的相干性使得無透鏡成像技術成為可能，例如相干衍射成像、疊層照相術和全像術，這些技術可以在 EUV 波長下提供空間解析度。此功能允許 NIST 直接對功能設備進行成像，儘管 NIST 尚未完成這項工作。圖 16 顯示了將疊層照相術與反射測量法相結合來測量矽中摻雜劑的橫向空間分佈的結果。這種方法可以對微電子學中的界面和摻雜劑分佈進行無損評估。

圖 16. 結合使用反射測量法和疊層描記法對摻雜劑分佈進行 3D 奈米級表徵的範例。資料來源：Tanksalvala。

在工作小組會議上，產業代表提到了分析晶圓上的半導體元件來識別缺陷的作用。具體來說，Golani 等人。示範如何在系統模擬中將光-結構相互作用的模擬與光學模擬分開，以便在後處理過程中在相對較短的時間內測試許多光學配置。戈拉尼等人。模擬是使用 Ansys 商業求解器進行的，並具有強大的數位孿生功能。

未完待續...