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這份報(bào)告詳細(xì)介紹了在工作組會(huì)議上討論的EUVL技術(shù)方面。首先，我們分成三個(gè)部分討論了EUV光源模塊，討論了與EUV光互動(dòng)的組件的現(xiàn)狀和需求，介紹了如何利用EUV光作為計(jì)量工具來分析半導(dǎo)體制造過程中的組件。這個(gè)計(jì)量工具方面與討論的輻射度有直接關(guān)聯(lián)。
這些部分深入探討了計(jì)量學(xué)、光源生成和半導(dǎo)體材料在EUVL生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的相互關(guān)系，這些技術(shù)細(xì)節(jié)已經(jīng)公開發(fā)布。將行業(yè)和NIST研究的技術(shù)專業(yè)知識(shí)和狀態(tài)整合到一份報(bào)告中有助于更好地理解技術(shù)領(lǐng)域，報(bào)告中還包含了參考文獻(xiàn)，以補(bǔ)充提供的技術(shù)細(xì)節(jié)。
● 滴液生成器
滴液生成器是歐洲極紫外光刻（EUVL）技術(shù)中的一個(gè)核心組件，對(duì)于半導(dǎo)體制造至關(guān)重要，在EUVL掃描儀的裝配中擔(dān)當(dāng)重要角色，負(fù)責(zé)控制進(jìn)入EUV光源室的材料的大小、速度和重復(fù)頻率。
這些材料經(jīng)過CO2激光的離子化過程后，將生成高度精密的13.5納米EUV光，用于半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)。滴液生成器的作用非常關(guān)鍵，性能問題會(huì)直接影響到整個(gè)EUVL系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如果滴液生成器出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致所有下游組件受到影響，從而導(dǎo)致整個(gè)制造過程中斷。為了確保EUV光的可靠生成，滴液生成器必須能夠可靠地交付微小的液滴，這些液滴通常具有27微米的直徑，以每秒80米的速度運(yùn)行，并且以每秒50千赫茲的頻率重復(fù)生成。
可以說滴液生成器是整個(gè)EUVL系統(tǒng)的"心臟"，運(yùn)行狀況直接影響到半導(dǎo)體制造的連續(xù)性和效率。在EUVL應(yīng)用中，滴液生成器使用高純度錫（>99.999 wt.%）作為工作流體，因?yàn)殄a在離子化成等離子體后，能夠產(chǎn)生所需的13.5納米波長(zhǎng)的光。
盡管近幾十年來研究人員也研究過其他材料，如氙和鋰，但從安全性、成本和性能等方面考慮，錫被證明是EUVL制造應(yīng)用中最優(yōu)選擇的材料。目前，還沒有公開的技術(shù)路線圖指出除了錫以外的其他材料可以用于半導(dǎo)體制造中的EUV光源。對(duì)錫的基礎(chǔ)科學(xué)水平進(jìn)行深入研究將在近期和長(zhǎng)期內(nèi)產(chǎn)生重要影響。滴液生成器的操作原理是將高純度固態(tài)錫裝入一個(gè)容器中，然后加熱到熔點(diǎn)以上（約232°C）。通過一個(gè)高純度氣體（通常是氮?dú)猓?duì)容器中液體施加壓力，使熔融錫通過過濾器流向另一端的噴嘴。通常情況下，錫滴液由一個(gè)壓電晶體（PZT）調(diào)制，通過機(jī)械振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。這種滴液生成器的位置穩(wěn)定性非常高，誤差僅為1微米。?
2021年，滴液生成器取得了新的進(jìn)展，具備了在線補(bǔ)充功能，這可以降低系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，而不會(huì)影響下游EUV掃描儀的性能。這個(gè)新設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過3000小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行。?
目前的挑戰(zhàn)之一是缺乏在高于大氣壓的高壓條件下的熔融錫的可靠材料性質(zhì)數(shù)據(jù)，這阻礙了對(duì)滴液生成器的數(shù)值模擬?？茖W(xué)家和工程師們目前的實(shí)踐是從已發(fā)布的文獻(xiàn)中獲取最接近的材料性質(zhì)數(shù)據(jù)，然后推導(dǎo)出粗略的估算。接著，他們依賴于在操作條件下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)觀察，來調(diào)整材料性質(zhì)和操作參數(shù)之間的關(guān)系。
這種情況下，NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）的金屬材料性質(zhì)測(cè)量資源對(duì)于提供準(zhǔn)確的材料性質(zhì)數(shù)據(jù)至關(guān)重要。NIST的合金數(shù)據(jù)庫是一個(gè)精選的數(shù)據(jù)庫，包含金屬的實(shí)驗(yàn)熱物理性質(zhì)數(shù)據(jù)，包括錫。
通過將這些數(shù)據(jù)整合到模擬軟件中，可以實(shí)現(xiàn)高精度的滴液生成器模擬，從而提高EUVL技術(shù)的性能并推動(dòng)創(chuàng)新。NIST還可以為錫等材料開發(fā)參考相關(guān)性和狀態(tài)方程（EoS），進(jìn)一步支持高保真度的模擬，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的EUVL技術(shù)發(fā)展。除了熱物理和傳輸性質(zhì)外，還需要在高壓和高溫條件下測(cè)量錫的結(jié)構(gòu)和壓電性質(zhì)等數(shù)據(jù)，以幫助滴液生成器的設(shè)計(jì)和操作。這需要特殊的儀器和資源來開發(fā)和執(zhí)行。?
滴液生成器在EUVL技術(shù)中扮演著不可或缺的角色，而其性能的優(yōu)化對(duì)于提高EUV芯片的生產(chǎn)效率至關(guān)重要。通過測(cè)量和理解錫在極端條件下的性質(zhì)，可以為EUVL技術(shù)的發(fā)展提供有力支持，并推動(dòng)模擬和創(chuàng)新，從而使當(dāng)前設(shè)備更加高效，并為未來的設(shè)計(jì)創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
●?EUV 生成的輻射測(cè)量
極紫外光刻（EUVL）的輻射度用于EUV光的產(chǎn)生，而工業(yè)級(jí)EUVL工具主要涉及兩種類型的光：脈沖的、高功率的紅外（IR）激光用于離子化熔融錫（Sn），以及用于光刻的波長(zhǎng)為13.5納米的光。前者由專門設(shè)計(jì)的CO2激光器（波長(zhǎng)λ = 10.6微米）提供，其平均功率約為30千瓦，重復(fù)頻率為50千赫茲。錫離子化過程包括兩個(gè)快速連續(xù)的IR激光脈沖：一個(gè)預(yù)脈沖將液滴從球形變成圓盤狀，第二個(gè)更高能量的主脈沖用于離子化過程。
IR激光的輸出對(duì)于開發(fā)未來的光刻工具至關(guān)重要。目前商用的光刻工具中，13.5納米EUV光的最大不相干輸出功率約為250瓦，實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)演示出了600瓦的功率，這兩個(gè)脈沖系統(tǒng)的示意圖如圖所示。
在EUV范圍內(nèi)還進(jìn)行了其他光學(xué)特性的測(cè)試，包括濾波器透射和空間均勻性測(cè)試。一個(gè)計(jì)量學(xué)研究機(jī)會(huì)是擴(kuò)展NIST的校準(zhǔn)能力，以涵蓋輸入的IR激光光線、用于推斷中段功率的EUV閃爍體以及直接的最終輸出EUV光，所有這些都在與工業(yè)EUVL相關(guān)的條件下進(jìn)行。這將立即影響半導(dǎo)體制造工藝開發(fā)，為關(guān)鍵工藝參數(shù)提供可追溯的計(jì)量學(xué)。長(zhǎng)期的影響將來自于未來EUV儀器的發(fā)展，為驗(yàn)證EUV生成模擬提供高保真度的數(shù)據(jù)。絕對(duì)輻射度不僅對(duì)于光刻工藝開發(fā)和儀器驗(yàn)收測(cè)試非常重要，還對(duì)EUV光生成過程的準(zhǔn)確量化至關(guān)重要。
●?EUVL光譜計(jì)算
歐洲極紫外光刻（EUVL）技術(shù)利用波長(zhǎng)為13.5納米的光子來制造集成電路。產(chǎn)生這種光的主要來源是使用強(qiáng)大激光器產(chǎn)生的熱錫等離子體。激光參數(shù)被調(diào)整以產(chǎn)生大多數(shù)在13.5納米附近發(fā)射的錫離子（例如Sn10+-Sn15+）。
大多數(shù)等離子體特性已經(jīng)在許多實(shí)驗(yàn)中得到了探索，但可靠且經(jīng)過驗(yàn)證的理論支持對(duì)于開發(fā)更好的錫等離子體源至關(guān)重要。針對(duì)錫的激光產(chǎn)生等離子體的光發(fā)射的高級(jí)計(jì)算通常使用大規(guī)模碰撞輻射（CR）代碼來進(jìn)行，試圖考慮導(dǎo)致光子輻射的最重要的物理過程。這些過程包括電子碰撞激發(fā)、去激發(fā)和電離、輻射、雙電子和三體復(fù)合，以及自發(fā)電離等。此外，輻射傳輸和不透明度也可能是必要的，以及輻射流體動(dòng)力學(xué)建模。等離子體建模也存在局限，因?yàn)閷?duì)支撐物質(zhì)相互作用的基本物理機(jī)制了解不足。這可能導(dǎo)致等離子體工程努力只能在支持高產(chǎn)量制造方面進(jìn)行漸進(jìn)式改進(jìn)，而不是革命性的。
工業(yè)與政府實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴關(guān)系曾試圖理解并控制等離子體過程，復(fù)雜的模擬涵蓋了跨越不同時(shí)間尺度的多個(gè)物理領(lǐng)域。對(duì)于使用等離子體建模來指導(dǎo)提高EUV光的產(chǎn)生和效率的工程存在一些問題。例如，對(duì)于建模帶外光子和離子和電子的發(fā)射，可以提供有益的預(yù)測(cè)性見解，極大地有益于芯片生產(chǎn)的效率。另一個(gè)關(guān)注領(lǐng)域是EUV光刻光刻膠的光子、電子和化學(xué)相互作用，這是EUVL行業(yè)持續(xù)關(guān)注的研究興趣。因此，建模等離子體物理也適用于EUV光學(xué)組件。EUV光學(xué)和材料將在第2篇中進(jìn)行討論。?
在過去的三年里，EUVL建模社區(qū)開始了一個(gè)長(zhǎng)期的CR代碼驗(yàn)證計(jì)劃，通過組織EUVL代碼比較研討會(huì)來進(jìn)行。這種方法是根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）原子光譜學(xué)組組織的超過25年的非局部熱力學(xué)平衡（NLTE）代碼比較研討會(huì)系列而建立的。因此，NIST原子光譜學(xué)組（ASG）被要求開發(fā)一個(gè)新的EUVL數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)代比較工具，用于智能比較EUVL的CR代碼。到目前為止，已經(jīng)成功完成了所描述的工作，沒有直接的財(cái)政支持，而且參加了最后兩次EUVL研討會(huì)的參與者使用了數(shù)據(jù)庫和用戶界面來比較他們的軟件包。
NIST研究人員報(bào)告的一個(gè)未來方向是基于多層反射鏡的可用性而進(jìn)行更短波長(zhǎng)方案的研究。這將產(chǎn)生比錫重元素更重的元素產(chǎn)生的更短波長(zhǎng)的光子（所謂的“超越EUV”）。研究社區(qū)對(duì)20多次電離的高Z元素的光譜知識(shí)不足。NIST ASG具有完全的實(shí)驗(yàn)和理論能力，為未來等離子體源提供了EUVL社區(qū)最精確的光譜數(shù)據(jù)。
NIST電子束離子陷阱（EBIT）不僅可以生成帶電高達(dá)70+的離子，還可以在EUV和軟X射線區(qū)域內(nèi)記錄最精確和詳細(xì)的光譜，因?yàn)樵谶@個(gè)光譜范圍內(nèi)有精密光譜儀可用。NIST ASG團(tuán)隊(duì)還使用最先進(jìn)的原子方法和代碼進(jìn)行高精度大規(guī)模光譜計(jì)算。這種已經(jīng)被證明的能力應(yīng)該滿足EUVL對(duì)未來等離子體源精確數(shù)據(jù)的需求。值得注意的是，當(dāng)詢問工業(yè)代表關(guān)于EUV的未來來源時(shí)，他們表示在不久的將來沒有使用錫以外的源材料的公開計(jì)劃。
編輯：黃飛
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