近日，美國NIST發(fā)布了一個(gè)有關(guān)EUV光刻機(jī)的重磅報(bào)告。在其中，他們對(duì)EUV光刻的發(fā)展現(xiàn)狀和未來進(jìn)行了總結(jié)和展望。

　　以下為文章正文：

　　引言

　　2022年，半導(dǎo)體市場規(guī)模約為0.6萬億美元，商業(yè)分析師預(yù)計(jì)到2030年將翻一番，達(dá)到1.0萬億至1.3萬億美元。半導(dǎo)體制造業(yè)的大幅增長可以在光刻工藝中體現(xiàn)出。光刻是一種圖案化工藝，將平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到晶圓基板的表面，形成晶體管和布線互連等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這是通過一個(gè)復(fù)雜的多步驟過程，選擇性地將光敏聚合物或光刻膠暴露在特定波長的光下完成的。最近，光刻技術(shù)的進(jìn)步在生產(chǎn)最先進(jìn)的半導(dǎo)體方面創(chuàng)造了競爭優(yōu)勢，使人工智能（AI）、5G通信和超級(jí)計(jì)算等最先進(jìn)的技術(shù)成為可能。因此，先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)很大程度上影響國家安全和經(jīng)濟(jì)繁榮。

　　當(dāng)今最先進(jìn)的半導(dǎo)體光刻工藝使用EUV光源，特別是13.5nm的光。EUV光允許在半導(dǎo)體中構(gòu)建更小的單位特征。據(jù)報(bào)道，EUVL系統(tǒng)目前耗資1.5億美元，由ASML于2019年首次部署，該公司一直保持著100%的市場份額。迄今為止，ASML已經(jīng)交付了三種不同型號(hào)的EUVL系統(tǒng)，即Twinscan NXE:3400 B/C和NXE:3600D，NXE系統(tǒng)的總出貨量從2019年第一季度的31臺(tái)增長到2022年最后一季度的181臺(tái)。

　　本報(bào)告的組織結(jié)構(gòu)如下。引言的其余部分包括EUVL的技術(shù)背景、EUVL國際和國內(nèi)狀況的背景以及NIST和CHIPS研發(fā)計(jì)量計(jì)劃的概述。其中，第2節(jié)包含工作組會(huì)議中討論的EUVL技術(shù)狀況和需求。第3節(jié)概述了工作組會(huì)議的調(diào)查結(jié)果和關(guān)于前進(jìn)道路的建議，以此作為報(bào)告的結(jié)尾。

　　EUV光刻技術(shù)背景

　　EUVL是制造下一代半導(dǎo)體芯片的關(guān)鍵步驟。EUV光是由高純度錫產(chǎn)生的高溫等離子體產(chǎn)生的。固體錫在液滴發(fā)生器內(nèi)熔化，該儀器在真空室中每分鐘連續(xù)產(chǎn)生超過300萬個(gè)27?m的液滴。平均功率為25kW的二氧化碳（CO2）激光器用兩個(gè)連續(xù)脈沖照射錫液滴，分別使液滴成形并電離。最初，產(chǎn)生了數(shù)千瓦的EUV光，但由于沿著光路的吸收和散射損失，只有一小部分光到達(dá)光刻掩模。13.5nm光的輸出功率和光束質(zhì)量是從間接閃爍體相機(jī)的測量中推斷出來的。多層聚光鏡系統(tǒng)將光引導(dǎo)到光敏聚合物或光刻膠上，從而將圖案轉(zhuǎn)移到硅片上。反光鏡通過H2氣體的恒定流動(dòng)保護(hù)從而免受錫碎片的破壞。自動(dòng)晶圓臺(tái)在每次曝光后以≤0.25 nm的分辨率定位晶圓，每秒進(jìn)行20000次循環(huán)檢查調(diào)整過程?？偟膩碚f，這個(gè)過程需要在許多不同的工程系統(tǒng)之間進(jìn)行精確的協(xié)調(diào)。圖1顯示了ASML-EUVL組件的照片。

　　EUV光刻技術(shù)的現(xiàn)狀與未來

　　先進(jìn)半導(dǎo)體制造業(yè)的增長來自美國以及歐洲和亞洲地區(qū)的新EUV制造設(shè)備。如前所述，目前唯一生產(chǎn)EUVL掃描儀組件的公司是總部位于荷蘭的ASML。ASML向英特爾、總部位于中國臺(tái)灣的臺(tái)積電（TSMC）和總部位于韓國的三星等公司銷售EUV掃描儀組件。然后，這些公司在其半導(dǎo)體制造設(shè)備中使用EUV掃描儀。EUVL系統(tǒng)并非僅在荷蘭制造，而是由全球開發(fā)的許多模塊組成，這些模塊在交付給客戶之前，將被運(yùn)送到荷蘭的ASML總部進(jìn)行最終組裝和測試。讀者可以參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告，了解微電子制造生態(tài)系統(tǒng)中供應(yīng)鏈的更多細(xì)節(jié)。

　　從美國的角度來看，ASML的EUV光源的研發(fā)和制造基地位于加利福尼亞州圣地亞哥。EUVL掃描儀組件的光源組件如圖2所示。應(yīng)注意的是，光源組件包括位于EUVL掃描儀組件中的源容器以及其它許多組件，包括激光計(jì)量、光束傳輸系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)激光器及其輔助設(shè)備。駐扎在圣地亞哥的Cymer是要負(fù)EUV光源相關(guān)工作，由ASML于2012年收購。此外，鑒于EUVL在半導(dǎo)體制造方面的優(yōu)勢，出口管制保護(hù)了這項(xiàng)技術(shù)。具體而言，2022年10月，美國工業(yè)和安全局（BIS）發(fā)布了一項(xiàng)規(guī)則——87 FR 62186，對(duì)包括極紫外光刻在內(nèi)的技術(shù)進(jìn)行出口管制。

　　ASML表示，EUV光刻的未來發(fā)展包括將數(shù)值孔徑（NA）從0.33增加到0.55（“High NA”）。High NA可用于減少目前0.33NA所需的多重圖案化步驟的數(shù)量，并能夠解決更精細(xì)的幾何尺寸。這與公開發(fā)布的2022年IEEE國際器件和系統(tǒng)路線圖（IRDS）一致，是到2037年繼續(xù)將晶體管規(guī)模擴(kuò)大到0.5納米所必需的。新NA平臺(tái)的目標(biāo)是提高晶圓和掩模狀態(tài)的變化速度，以實(shí)現(xiàn)幾何芯片縮放。High NA系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2023年交付給客戶，用于大批量制造的全平臺(tái)工藝預(yù)計(jì)將于2025年投入運(yùn)營。2023年初，ASML宣布，他們創(chuàng)造了兩項(xiàng)新的EUV功率記錄，即一小時(shí)運(yùn)行600 W EUV的High NA 的光刻機(jī)型號(hào)EXE：5200符合劑量穩(wěn)定性規(guī)范并且能夠進(jìn)行700 W開環(huán)運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)EUV大批量制造之前，600 W的演示比五年前交付的250 W有所增加。第2.1節(jié)和第2.2節(jié)包含了關(guān)于液滴發(fā)生器和激光功率的600 W功率演示的詳細(xì)信息。關(guān)于High NA的其他詳細(xì)信息不在本報(bào)告的范圍內(nèi)。盡管如此，讀者還是可以參考Levinson 2022年的一篇論文，了解關(guān)于High NA EUVL的現(xiàn)狀和前景的更多信息。

　　了解EUVL的國際和國內(nèi)形勢有助于了解研發(fā)合作機(jī)會(huì)，并且強(qiáng)調(diào)了技術(shù)領(lǐng)域的競爭格局和科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的必要性。最后，鑒于《芯片法案》的資助是為了提高美國半導(dǎo)體制造業(yè)的彈性，人們必須意識(shí)到通過一流的計(jì)量實(shí)踐來幫助生產(chǎn)這一關(guān)鍵制造工藝的重要性。

　　NIST和CHIPS研發(fā)計(jì)量計(jì)劃概述

　　CHIPS研發(fā)計(jì)量項(xiàng)目和NIST博爾德實(shí)驗(yàn)室主任Marla Dowell博士在工作組會(huì)議上發(fā)表了受歡迎的演講。主題演講首先提醒與會(huì)者NIST的使命：

　　通過推進(jìn)測量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，以增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)安全和提高我們的生活質(zhì)量，促進(jìn)美國的創(chuàng)新和工業(yè)競爭力。

　　它強(qiáng)調(diào)了NIST的核心能力：（1）測量科學(xué)，（2）嚴(yán)格的可追溯性，以及（3）標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)和使用。Dowell博士提供了更多關(guān)于芯片研發(fā)計(jì)量計(jì)劃細(xì)節(jié)、組織關(guān)系和NIST國家研究機(jī)構(gòu)的背景信息。Dowell博士強(qiáng)調(diào)了工業(yè)界和NIST之間聯(lián)合研究的必要性，以合作解決對(duì)芯片至關(guān)重要的緊迫微電子挑戰(zhàn)。他提醒聽眾，NIST是一個(gè)非監(jiān)管實(shí)驗(yàn)室。因此，NIST一直是專有信息的可靠合作伙伴，保持中立、客觀，并通過傳播支持美國創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競爭力的高質(zhì)量測量、數(shù)據(jù)和研究來促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。具體而言，在博爾德，NIST有大約900名員工和超過500000平方英尺的實(shí)驗(yàn)室空間，涵蓋六個(gè)領(lǐng)域，包括（1）先進(jìn)通信技術(shù)，（2）量子科學(xué)與工程，（3）時(shí)間與頻率計(jì)量，（4）先進(jìn)材料表征，（5）精密成像，（6）激光和光電子。Dowell博士隨后強(qiáng)調(diào)，NIST在微電子領(lǐng)域有著悠久的歷史和廣泛的目標(biāo)投資組合，涵蓋了許多領(lǐng)域。

　　Dowell博士后來轉(zhuǎn)而針對(duì)《美國芯片法案》發(fā)表演講。對(duì)美國芯片基金的戰(zhàn)略進(jìn)行了概述，包括它將如何支持三項(xiàng)不同的舉措：（1）對(duì)尖端制造業(yè)的大規(guī)模投資；（2）成熟和當(dāng)前一代芯片、新技術(shù)和專業(yè)技術(shù)以及半導(dǎo)體行業(yè)供應(yīng)商的新制造能力；（3）加強(qiáng)美國研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)地位的舉措。對(duì)390億美元的制造業(yè)激勵(lì)和110億美元的研發(fā)激勵(lì)進(jìn)行了區(qū)分，重點(diǎn)是研發(fā)資金和NIST計(jì)量科學(xué)部分的撥款。Dowell博士討論了如何通過七個(gè)已確定的美國半導(dǎo)體制造業(yè)戰(zhàn)略機(jī)遇，以多種形式尋求行業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府利益相關(guān)者的廣泛反饋，其中包括EUVL工作組會(huì)議等活動(dòng)。

　　通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CTL）提供了一個(gè)材料計(jì)量的例子，在成為芯片研發(fā)計(jì)量項(xiàng)目主任之前，她曾擔(dān)任運(yùn)營部門主任，主要負(fù)責(zé)5G材料的標(biāo)準(zhǔn)參考材料（SRM）。作為計(jì)量學(xué)增強(qiáng)微電子元件和產(chǎn)品安全性的能力的一個(gè)例子，演講強(qiáng)調(diào)了她與人合著的NIST SP1278文件。

　　在結(jié)束主題演講時(shí)，Dowell博士向與會(huì)者介紹了2022年8月發(fā)布的NIST出版物，該出版物介紹了芯片相關(guān)的計(jì)量機(jī)會(huì)。此外，她的部門于2023年4月25日上午發(fā)布的一份文件概述了國家半導(dǎo)體技術(shù)中心的愿景和戰(zhàn)略，描述了行業(yè)與NIST之間未來的互動(dòng)方式。

　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院材料計(jì)量實(shí)驗(yàn)室（MML）代理主任Stephanie Hooker博士在工作組會(huì)議上發(fā)表主旨演講，歡迎與會(huì)者在下午會(huì)議前發(fā)言。Hooker博士重申了NIST的使命，并強(qiáng)調(diào)NIST最大的優(yōu)勢是其世界級(jí)領(lǐng)先的工程師和科學(xué)家的聲譽(yù)。除了分享NIST的規(guī)模和能力外，還將重點(diǎn)放在NIST提供的測量服務(wù)上。測量服務(wù)包括1100多種標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)（SRM）、約100種標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)（SRD）產(chǎn)品、五個(gè)質(zhì)量保證計(jì)劃以及眾多數(shù)據(jù)工具和登記冊。還強(qiáng)調(diào)了文件標(biāo)準(zhǔn)，以及400多名NIST技術(shù)人員如何參與100多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，并在許多國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)。因此，參與標(biāo)準(zhǔn)化提高了美國在全球范圍內(nèi)的競爭力。她的演講強(qiáng)調(diào)了NIST參與并正在擴(kuò)展的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，包括人工智能（AI）、量子科學(xué)、先進(jìn)通信、先進(jìn)制造和生物經(jīng)濟(jì)。Hooker博士最后介紹了一些既定的參與領(lǐng)域和與NIST合作的方式，包括本報(bào)告重點(diǎn)討論的工作組會(huì)議、財(cái)團(tuán)、CRADA和MTA。

　　這兩篇主題演講展示了工作組成員和NIST領(lǐng)導(dǎo)層之間的凝聚力和參與度，從而激發(fā)了當(dāng)天活動(dòng)中的討論。

　　EUVL的技術(shù)方面

　　在工作組會(huì)議上介紹和討論的EUVL的技術(shù)方面在這一章節(jié)將詳細(xì)說明。以下三個(gè)部分專門討論EUV光源模塊（第2.1節(jié)至第2.3節(jié)）。然后，討論了與EUV光相互作用的表征組件的現(xiàn)狀和需求（第2.4節(jié)）。第2.4節(jié)中與EUV光相互作用的兩個(gè)組件都與第2.1節(jié)到第2.3節(jié)有技術(shù)研究聯(lián)系。最后，介紹了EUV光如何被用作半導(dǎo)體制造過程中分析組件的計(jì)量工具（第2.5節(jié)）。EUV光作為一種工具的計(jì)量方面與第2.2節(jié)中討論的輻射測量有直接關(guān)系。這些章節(jié)在技術(shù)上很深入，展示了EUVL生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)行的計(jì)量、光生成和半導(dǎo)體材料之間的相互關(guān)系。這里討論的技術(shù)細(xì)節(jié)已經(jīng)公開發(fā)布。盡管如此，將行業(yè)和NIST研究的技術(shù)專長和現(xiàn)狀結(jié)合到一份報(bào)告中更有助于了解技術(shù)前景。報(bào)告中加入一部分參考資料，以補(bǔ)充提供相應(yīng)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

　　一、液滴發(fā)生器：極端條件下的熱物理特性和建模

　　液滴發(fā)生器是EUVL掃描儀組件中的重要部件（圖3）。液滴發(fā)生器控制進(jìn)入EUV光源腔的材料的尺寸、速度和重復(fù)率，以通過產(chǎn)生13.5nm EUV光的CO2激光器進(jìn)行電離。因此，必須可靠地輸送液滴，才能產(chǎn)生EUV光，因?yàn)楣收蠒?huì)影響所有下游組件，從而停止運(yùn)行。液滴的典型直徑為27μm，速度為80 m/s，重復(fù)頻率為50 kHz。液滴發(fā)生器觸發(fā)CO2激光脈沖的發(fā)射，使其被稱為整個(gè)EUV掃描儀組件的“心跳”。

　　錫是EUVL應(yīng)用中液滴發(fā)生器的工作流體，因?yàn)樗陔婋x成等離子體時(shí)會(huì)產(chǎn)生特定的13.5nm波長的光。近幾十年來，研究人員研究了錫以外材料的可能性，如氙和鋰。安全性、成本和性能等因素已證明錫是EUVL制造應(yīng)用中激光產(chǎn)生等離子體的最佳材料。在半導(dǎo)體制造中，除了錫之外，暫時(shí)沒有其他材料能夠進(jìn)入EUV光源的公開路線圖，因此在基礎(chǔ)科學(xué)層面了解這種材料的投資將在近期和長期產(chǎn)生影響。該行業(yè)對(duì)單一材料源錫的定位，使其成為用于產(chǎn)生EUV光的復(fù)雜激光-物質(zhì)相互作用所需的基本材料特性的理想選擇。

　　液滴發(fā)生器的工作原理是將固體高純度錫（>99.999wt.%）裝入容器中，加熱至其熔點(diǎn)（~232°C）以上。然后，通過高純度氣體（通常是氮?dú)猓毫κ┘拥饺萜髦幸后w的一側(cè)，使熔融錫通過過濾器流到另一側(cè)的噴嘴。錫液滴的射流通常由產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的壓電（PZT）晶體調(diào)制。第一代液滴發(fā)生器的示意圖及其照片如圖3所示。液滴位置穩(wěn)定性?? 約為1μm。

　　液滴發(fā)生器在2021年取得了新的進(jìn)展，具有同步再填充功能，如圖4所示，在不中斷下游EUV掃描儀性能的情況下減少了系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。這種新的液滴發(fā)生器設(shè)計(jì)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過3000小時(shí)的連續(xù)操作。

　　提高生產(chǎn)率以獲得更高的EUV功率需要增加驅(qū)動(dòng)激光功率（見第2.2節(jié)）和每秒更多的液滴。為了增加液滴頻率，液滴發(fā)生器的壓力需要增加，這反過來又會(huì)產(chǎn)生更大的液滴間距。這在概念上如圖5所示。

　　目前，在高于大氣壓的壓力下，熔融金屬缺乏可靠的材料特性。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的缺乏阻礙了對(duì)液滴發(fā)生器進(jìn)行數(shù)值模擬的工作?？茖W(xué)家和工程師描述的當(dāng)前做法包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中尋找最接近的材料特性，并推斷出粗略的估計(jì)值。然后，他們依靠在操作條件下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)觀察來調(diào)整材料特性和操作參數(shù)之間的關(guān)系。一位行業(yè)發(fā)言人舉了一個(gè)例子，說明設(shè)計(jì)如何需要平衡，確保工作流體（熔融金屬）的溫度足夠高，可以處于液相，但也不能太高，無法熔化壓電元件。

　　工作會(huì)上海介紹了目前NIST關(guān)于金屬材料性能的計(jì)量資源，重點(diǎn)介紹了NIST合金數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是一個(gè)精心策劃的數(shù)據(jù)庫，包含金屬（包括錫）的實(shí)驗(yàn)熱物理性能。目前，由于材料基因組計(jì)劃（MGI）的資助和熱力學(xué)研究中心（TRC）的監(jiān)督，整個(gè)數(shù)據(jù)庫是免費(fèi)的，并向公眾開放。為了繼續(xù)開發(fā)，可以將數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為SRD，以便根據(jù)2017年通過的《美國標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)法更新法》核算維護(hù)成本。能夠?yàn)槊绹I(yè)提供公正和專業(yè)驗(yàn)證的材料特性數(shù)據(jù)，可以為液滴發(fā)生器的操作提供富有成效的設(shè)計(jì)見解和創(chuàng)新。SRD在材料性能方面的優(yōu)勢已在國際上得到關(guān)注，韓國計(jì)量研究所最近的一份出版物證明了這一點(diǎn)。

　　NIST計(jì)量能力有用性的一個(gè)限制因素是適用于EUVL液滴發(fā)生器的高壓下熔融錫的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在差距。液滴發(fā)生器中工作流體的材料特性決定了一種稱為瑞利破裂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致液滴形成并發(fā)生聚結(jié)。在過去的40年里，人們對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究。2011年，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Rollinger等人的研究證明了熔錫液滴直徑和速度的壓力高達(dá)4MPa和頻率高達(dá)100kHz之間的關(guān)系。中國研究人員于2023年發(fā)表的一份出版物顯示了他們在研究領(lǐng)域的積極追求。

　　考慮到熔融錫的參考數(shù)據(jù)缺失，可以測量參考質(zhì)量數(shù)據(jù)以填充數(shù)據(jù)庫的新儀器將是有價(jià)值的。聲速（SoS）是一種特別有用的材料性質(zhì)，因?yàn)樗梢耘c單個(gè)（T，p）點(diǎn)的密度和等壓熱容數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而可以導(dǎo)出任何溫度、T和壓力下的密度、等壓膨脹率和等壓熱容量的附加熱物理性質(zhì)。NIST的研究人員已經(jīng)展示了制冷劑材料的SoS測量值。準(zhǔn)確的SoS測量對(duì)于實(shí)現(xiàn)使用狀態(tài)方程（EoS）對(duì)材料熱力學(xué)特性建模的最終目標(biāo)至關(guān)重要。在模擬精度上使用不同的EoS已被證明對(duì)即使是最簡單的幾何形狀的精度也有顯著影響。NIST目前正在開發(fā)一種儀器，用于在升高的壓力和溫度下測量SoS。SoS儀器是Elizabeth Rasmussen博士的國家研究委員會(huì)（NRC）金屬增材制造博士后研究基金的一部分。該儀器的設(shè)計(jì)和操作已于2022年10月提交美國專利。新的金屬SoS儀器是NIST現(xiàn)有儀器的擴(kuò)展，該儀器在不太極端的溫度和壓力下運(yùn)行。新儀器目前正在開發(fā)中，需要額外的專用資源來進(jìn)行錫測量。

　　EUV對(duì)極端條件下熔融錫的傳輸特性數(shù)據(jù)（表面張力、粘度等）有額外的需求。滿足這一需求將需要一種新的定制計(jì)量儀器和相關(guān)資源。SoS將具有世界級(jí)的計(jì)量能力，因此需要專業(yè)技能來執(zhí)行設(shè)計(jì)、制造和操作。

　　一旦收集到數(shù)據(jù)，就可以在EoS中對(duì)其進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這種傳播的一個(gè)例子是熱力學(xué)EoS。錫的傳輸特性目前有一個(gè)參考相關(guān)性，但沒有參考EoS。錫傳輸特性的相關(guān)性與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差5-10%，并且僅在大氣壓下有效。這為先進(jìn)計(jì)量帶來了機(jī)遇。NIST在通過REFPROP（REFerential fluid PROPerties）計(jì)劃創(chuàng)建制冷劑和天然氣材料的參考相關(guān)性、EoS和SRD方面擁有專業(yè)知識(shí)，可追溯到20世紀(jì)90年代。因此，可以對(duì)金屬進(jìn)行類似的測量，特別是對(duì)錫，并將EoS開發(fā)為SRD，以實(shí)現(xiàn)高保真度模擬和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的EUVL開發(fā)。這種發(fā)展可能包括增加EUV發(fā)射和數(shù)字孿生創(chuàng)建，這將使參考材料特性、參考相關(guān)性和EoS成為可能。SRD或模型在美國工業(yè)中的傳播可以通過NIST制定的SRD計(jì)劃以可控的方式進(jìn)行，如圖6所示。目前，沒有任何商業(yè)軟件系統(tǒng)能夠提供關(guān)于高于大氣壓的液相金屬的精確或預(yù)測性模擬指導(dǎo)。從數(shù)據(jù)用戶和模擬數(shù)據(jù)通道的角度來看，工作組的行業(yè)成員正在積極推進(jìn)這項(xiàng)計(jì)量工作。

　　圖6 液態(tài)錫材料特性如何有助于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)EUV光刻的液滴發(fā)生器操作的流程圖。

　　除了在極端溫度和壓力下缺乏熱力學(xué)和傳輸特性外，關(guān)于組件的結(jié)構(gòu)和壓電數(shù)據(jù)也很有限。這通過限制預(yù)測可能的材料不相容性的能力來限制液滴發(fā)生器的設(shè)計(jì)。學(xué)者們討論了如何將新型高溫（>300°C）壓電材料作為當(dāng)前設(shè)置的優(yōu)勢，一位成員提到并分享了Tittmann等人最近發(fā)表的一篇文章，即存在此類材料，但可用性較低，價(jià)格較高。因此，必須作出權(quán)衡。

　　金屬液滴發(fā)生器存在于純錫之外，幾十年來一直用于焊接和制造金屬增材制造粉末等應(yīng)用，包括鉛、錫、銦、銅、銀和金合金。鑒于應(yīng)用領(lǐng)域的成熟度，令人驚訝的是，在基本材料特性方面依然存在很大的知識(shí)差距。盡管EUVL以外的液滴發(fā)生器的使用不在工作組的范圍內(nèi)，但值得注意的是，該領(lǐng)域的發(fā)展也可能影響其他關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

　　總之，重點(diǎn)對(duì)EUVL掃描儀組件內(nèi)的液滴發(fā)生器進(jìn)行了優(yōu)化。明確了液滴發(fā)生器持續(xù)、可靠和精確操作的必要性，以及改進(jìn)設(shè)計(jì)以提高EUV芯片生產(chǎn)的必要性。在測量高壓下熔融錫的基本熱力學(xué)和傳輸特性方面的計(jì)量進(jìn)步，可以為材料特性創(chuàng)建參考相關(guān)性，并以SRD的形式傳播。將SRD集成到模擬軟件中可以實(shí)現(xiàn)液滴發(fā)生器的數(shù)字孿生模擬。因此，能夠模擬液滴發(fā)生器的環(huán)境可以有助于當(dāng)前設(shè)備的操作和未來設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)High NA EUV掃描系統(tǒng)。

　　二、EUV生成的輻射測量

　　工業(yè)EUVL工具主要涉及兩種類型的光：用于電離熔融錫（Sn）的脈沖高功率紅外（IR）激光和用于光刻的13.5nm光。前者由專門制造的CO2激光器（λ=10.6?m）提供，以50 kHz的重復(fù)頻率發(fā)射約30 kW（平均功率）。錫電離過程包括兩個(gè)快速連續(xù)的紅外激光脈沖：一個(gè)預(yù)脈沖將液滴從球體變平為圓盤，另一個(gè)主脈沖能量更高，用于電離。IR激光器的輸出對(duì)于開發(fā)未來的光刻工具至關(guān)重要，因?yàn)椤癊UV功率縮放需要更高的CO2激光功率……”在實(shí)驗(yàn)室演示的600 W的當(dāng)前商用光刻工具中，非相干13.5 nm EUV光的最大輸出功率約為250 W。雙脈沖系統(tǒng)如圖7中的圖表格式所示。

　　NIST目前支持IR校準(zhǔn)，但不支持商業(yè)EUVL所需的功率和脈沖條件。盡管NIST目前為微制造行業(yè)提供針對(duì)光刻的校準(zhǔn)，但其波長僅為193nm和248nm。EUV波長范圍內(nèi)的校準(zhǔn)是可能的，但僅在比EUVL工具產(chǎn)生的功率（毫瓦）低得多的情況下進(jìn)行。在這些降低的功率下，NIST可以提供輻射硬化硅光電二極管和氧化鋁光電發(fā)射探測器。在EUV中進(jìn)行了其他光學(xué)特性測試，包括濾波器傳輸和空間均勻性測試。計(jì)量研究的機(jī)會(huì)是擴(kuò)展NIST的校準(zhǔn)能力，以覆蓋輸入IR激光、用于推斷功率中游的EUV閃爍體和直接最終輸出的EUV光，所有這些都是在與工業(yè)EUVL相關(guān)的條件下進(jìn)行的。這將通過為關(guān)鍵工藝參數(shù)提供可追溯的計(jì)量，對(duì)半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展產(chǎn)生直接影響。此外，通過提供高保真度數(shù)據(jù)來驗(yàn)證EUV生成的模擬，對(duì)未來的EUV儀器開發(fā)將產(chǎn)生長期影響。

　　絕對(duì)輻射測量不僅對(duì)光刻工藝開發(fā)和儀器驗(yàn)收測試很重要，而且對(duì)EUV光生成過程的精確量化也很重要。這一過程的預(yù)測模擬滯后于EUV工具本身的開發(fā)。提高模型精度需要模型輸入和輸出的精確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在與工業(yè)EUV光產(chǎn)生相關(guān)的條件下開發(fā)特定于IR激光器和13.5nm光的新的輻射測量工具將提供這樣的數(shù)據(jù)。

　　如果沒有行業(yè)合作，就無法開發(fā)這些探測器，因?yàn)檫@里討論的工業(yè)光刻工具是唯一能夠產(chǎn)生這些探測器將要測量的光量的工具?？紤]到與這些工具相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)量，政府和行業(yè)代表的合作將非常重要。工作組會(huì)議上的初步討論表明，如果沒有保密協(xié)議的保護(hù)，行業(yè)不愿意討論相關(guān)細(xì)節(jié)。由于這有時(shí)會(huì)給聯(lián)邦雇員帶來問題，因此應(yīng)尋求雙方都同意的解決方案，以便及時(shí)進(jìn)行有意義的互動(dòng)。

　　三、等離子體物理與建模：光與物質(zhì)的相互作用

　　EUVL利用13.5nm的光子來生產(chǎn)集成電路。這種光的主要來源是用強(qiáng)大的激光產(chǎn)生的非常熱的錫等離子體。調(diào)整激光參數(shù)以產(chǎn)生主要在13.5nm附近發(fā)射的錫離子（例如Sn 10+-Sn 15+）。雖然大多數(shù)等離子體特性都在大量實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了探索，但可靠和有效的理論支持對(duì)于開發(fā)更好的錫等離子體源至關(guān)重要。在整個(gè)工作組會(huì)議期間，幾次專題介紹涵蓋了等離子體物理學(xué)的討論，并將其合并為報(bào)告的一個(gè)領(lǐng)域。本節(jié)重點(diǎn)討論等離子體物理學(xué)、當(dāng)前技術(shù)計(jì)量狀態(tài)以及美國工業(yè)界和NIST研究人員推進(jìn)該領(lǐng)域的需求。

　　激光產(chǎn)生的錫等離子體的光發(fā)射的高級(jí)計(jì)算通常使用大規(guī)模碰撞輻射（CR）代碼進(jìn)行，該代碼試圖解釋導(dǎo)致光子輻射的最重要物理過程。其中包括電子碰撞激發(fā)、去激發(fā)和電離、輻射、介電和三體復(fù)合以及自電離等等。此外，輻射傳輸和不透明度以及輻射流體動(dòng)力學(xué)建模也變得非常必要。

　　等離子體建模也受到諸多限制，因?yàn)殛P(guān)于支撐物質(zhì)相互作用的基本物理機(jī)制的信息有限。這可能導(dǎo)致支持更大批量制造的等離子體工程的進(jìn)展是漸進(jìn)的，而不是變革性的。過去，業(yè)界與政府的實(shí)驗(yàn)室合作伙伴一直試圖了解并控制等離子體過程，并報(bào)告了他們的進(jìn)展。來自業(yè)界的模擬專家還指出，復(fù)雜的模擬如何在不同的時(shí)間尺度上覆蓋多個(gè)物理領(lǐng)域。等離子體建模在指導(dǎo)工程提高EUV光生成和效率方面的實(shí)用性存在懸而未決的問題。例如，對(duì)帶外光子以及離子和電子的發(fā)射進(jìn)行建?？梢蕴峁╊A(yù)測性見解，這將極大地提高芯片生產(chǎn)的效率。另一個(gè)感興趣的領(lǐng)域是EUV光刻膠的光子、電子和化學(xué)相互作用，這是EUVL行業(yè)非常感興趣的研究之一。因此，等離子體物理建模也適用于EUV光學(xué)元件。EUV光學(xué)器件和材料見下節(jié)（第2.4節(jié)）。

　　在過去的三年里，EUVL建模社區(qū)通過組織EUVL代碼研討會(huì)，啟動(dòng)了CR代碼的長期驗(yàn)證計(jì)劃。該方法是根據(jù)NIST原子光譜小組組織的一系列非局部熱力學(xué)平衡（NLTE）代碼比較研討會(huì)建模的，該研討會(huì)持續(xù)了25年多。因此，NIST的原子光譜小組（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。迄今為止，所述工作已在沒有直接財(cái)政支持的情況下成功完成，最近兩次歐盟虛擬實(shí)驗(yàn)室講習(xí)班的參與者使用數(shù)據(jù)庫和用戶界面對(duì)其軟件包進(jìn)行了比較。盡管如此，未來的研討會(huì)旨在分析需要對(duì)數(shù)據(jù)庫和用戶界面進(jìn)行大量修改的新物理參數(shù)。因此，需要穩(wěn)定的資金來支持這一研究領(lǐng)域的長期發(fā)展。

　　NIST研究人員報(bào)告的一個(gè)未來方向是研究更短的波長方案，主要基于多層反射鏡的可用性。這將產(chǎn)生比錫更重的元素在更高電離態(tài)（所謂的“超EUV”）下產(chǎn)生的更短的光子波長。不幸的是，更廣泛的研究界對(duì)20多次電離的高Z元素的光譜的了解是不夠的。NIST ASG具有充分的實(shí)驗(yàn)和理論能力，可以為EUVL社區(qū)提供未來等離子體源最準(zhǔn)確的光譜數(shù)據(jù)。為此，NIST電子束離子阱（EBIT）不僅可以產(chǎn)生電荷高達(dá)70+的離子，而且由于在該光譜范圍內(nèi)可以使用精密光譜儀，因此可以在EUV和軟X射線范圍內(nèi)記錄最準(zhǔn)確和詳細(xì)的光譜。NIST ASG團(tuán)隊(duì)還使用最先進(jìn)的原子方法和代碼進(jìn)行高精度的大規(guī)模光譜計(jì)算。經(jīng)證實(shí)的能力應(yīng)滿足EUVL對(duì)未來等離子體源準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的需求。應(yīng)該注意的是，當(dāng)行業(yè)代表被問及EUV的未來來源時(shí)，他們表示，在不久的將來，沒有使用錫以外的原料的公開計(jì)劃。

　　總之，行業(yè)利益相關(guān)者希望對(duì)錫等離子體進(jìn)行建模，NIST正在進(jìn)行的工作可能加大支持力度，但需要額外投資。此外，將任何代碼集成到設(shè)計(jì)工程師和科學(xué)家的商業(yè)軟件中，對(duì)于優(yōu)化EUV芯片生產(chǎn)能力都很有價(jià)值。工作組會(huì)議上的討論是技術(shù)性的，但應(yīng)考慮如何將任何此類代碼與商業(yè)合作伙伴整合，以確保美國公司的利益。最后，對(duì)等離子體和相互作用進(jìn)行建?？梢詭椭鷾p少碎片對(duì)EUVL組件的負(fù)面影響，這將在第2.4.2節(jié)中進(jìn)行討論。

　　四、與 EUV 相互作用的元件的表征

　　本節(jié)介紹 EUVL 掃描儀組件中與 EUV 光相互作用的兩個(gè)組件：(1) 光刻膠和 (2) 收集鏡。工作組的行業(yè)參與者提出了大批量制造 (HVM) 需求的總體主題。具體來說，HVM 的興趣集中在提高使用 EUVL 制造的芯片的產(chǎn)量和良率上。NIST目前擁有的一些可能的計(jì)量解決方案將在第 2.5 節(jié)中介紹。

　?。?）光刻膠：聚合物表征

　　光刻膠加工對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)至關(guān)重要。所有器件元件和相關(guān)結(jié)構(gòu)（從場效應(yīng)晶體管 (FET) 中的通道到器件之間的電氣互連）都需要光刻制造的納米級(jí)圖案。Rent規(guī)則指出，端子或互連的數(shù)量隨著邏輯塊或門的數(shù)量的增加而增加。這與單元級(jí)別有關(guān)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)單元縮小時(shí)，與單元的連接也需要縮小。這個(gè)概念如圖 8 所示。

　　業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)，為利用新的電池架構(gòu)和新穎的器件材料，需要積極地縮小間距。會(huì)議還討論了實(shí)現(xiàn)新型細(xì)胞結(jié)構(gòu)和材料的 HVM 的困難程度，其中產(chǎn)量是一個(gè)主要問題。例如，給定每個(gè)芯片 1010個(gè)觸點(diǎn)，芯片良率（Yd =良品數(shù)/總數(shù)）至少為99%。就上下文而言，第三代英特爾酷睿處理器（四核）包含 14.8 億個(gè)晶體管。在 99% 的良率下，148 萬個(gè)晶體管將有缺陷——目標(biāo)是 99.99996% 的良率或 6 Sigma (6 ?? )。良率必須非常好——良率完全取決于過程控制和缺陷。如果良率足夠，制造 EUV 芯片的成本由生產(chǎn)率（吞吐量）決定。換句話說，更好的Pitch分辨率是必要的，但對(duì)于 HVM 來說還不夠。

　　影響良率的主要工藝變化是邊緣貼裝誤差 (EPE)。當(dāng)光刻膠線條圖案的邊緣和側(cè)壁顯示出意外的納米級(jí)不規(guī)則性時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。這些不規(guī)則性是隨機(jī)的，通俗地稱為線邊緣粗糙度 (LER) 偽影。隨著器件尺寸持續(xù)縮小，LER 偽影可能會(huì)嚴(yán)重影響尺寸控制，并且隨機(jī) LER 波動(dòng)的幅度開始與線路圖案公差競爭。LER 的控制對(duì)于提高器件性能和制造產(chǎn)量至關(guān)重要。LER 可能是由加工流程中的許多因素引起的，包括光刻和蝕刻步驟中的錯(cuò)誤以及光刻膠化學(xué)中的納米級(jí)變化。因此，EUVL 行業(yè)需要更好地了解 LER 的原因，以及緩解這些問題的新工具。

　　減少線/空間抗蝕劑校正誤差的策略之一是通過定向自組裝（DSA），因?yàn)樗梢孕迯?fù)小于Pitch的缺陷。EUV + DSA 工作原理的示例如圖 9 所示。一位行業(yè)成員在工作組會(huì)議上介紹了EUV、DSA 和自對(duì)準(zhǔn)雙圖案化 (SADP)在 18 nm 和 21 nm 金屬Pitch的協(xié)同組合的案例研究。

　　總而言之，圍繞 EUV 光刻膠的關(guān)鍵點(diǎn)是，單元尺寸縮小需要新穎的工藝架構(gòu)、新穎的器件材料以及將互連間距縮小到 12 nm 的Pitch間距。如果芯片良率足夠高，EUVL 半導(dǎo)體芯片成本主要受到生產(chǎn)率（吞吐量）的限制。成品率主要由導(dǎo)致邊緣放置誤差的隨機(jī)工藝變化決定。金屬氧化物抗蝕劑平臺(tái)在緊密間距下顯示出令人印象深刻的分辨率和缺陷性能，并且 DSA 從根本上改善了光刻膠的系統(tǒng)和隨機(jī)變化。

　　最后，業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前的每一個(gè)過程變化都需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，NIST 計(jì)量能力和專業(yè)知識(shí)在這些活動(dòng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。具體來說，工藝變化實(shí)驗(yàn)探測的四個(gè)主要小節(jié)：

　　(1) 需要評(píng)估數(shù)千億個(gè)特征之間的工藝變化，因此需要實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的高通量方法，可能像高諧波發(fā)生 (HHG) 設(shè)備，這將在第 2.5.1 節(jié)中討論。

　　(2) 抗蝕劑中隨機(jī)缺陷的化學(xué)形態(tài)是一個(gè)不可或缺的工具——可以在同步加速器源中進(jìn)行分析，這將在第 2.5.2 節(jié)中討論。

　　(3) 需要在每個(gè)長度尺度上探測工藝變化，并且越來越多地在三維中探測。注意，這可以使用原子探針斷層掃描（APT）技術(shù)來完成，這將在第 2.5.3 節(jié)中討論。

　　(4) 在這些小長度尺度上，表面和界面占主導(dǎo)地位，因此不存在尖銳的界面。

　　當(dāng)問及前景以及行業(yè)向研究界傳達(dá)的信息時(shí)，一份需求清單被給了出來。對(duì)于光刻膠：(a) 具有更高量子數(shù)的新型光刻膠 (b) 光刻膠/底層特征和缺陷形成的起源 (c) MOx 光刻膠中隨機(jī)缺陷的化學(xué)形態(tài) (d) 有機(jī)光刻膠的光刻膠浮渣緩解策略 (e) 有機(jī)光刻膠的干式顯影技術(shù)。隨著 EUVL 制造從低 NA 過渡到高 NA 及以上，這種需求尤其重要，如圖 10 所示。

　　對(duì)于Rectification校正，行業(yè)需求是（a）對(duì)粗糙度和缺陷進(jìn)行與節(jié)距無關(guān)的校正，以保留目標(biāo)布局，如圖11所示，（b）具有高chi材料的新DSA分子，具有高選擇性干法蝕刻和選擇性滲透， (c) 3 噸 ABC 嵌段共聚物，以及 (d) 功能性嵌段共聚物和刷子（可光圖案化、可交聯(lián)等）。

　　（2）EUV 收集鏡：錫離子、蒸氣和顆粒表征

　　大多數(shù)材料強(qiáng)烈吸收 13.5 nm 輻射，因此使用 EUV 光進(jìn)行圖案化帶來了許多新的挑戰(zhàn)。由于強(qiáng)烈的材料相互作用，這需要在真空中使用鏡子而不是透鏡來產(chǎn)生和引導(dǎo)光。初始等離子集光鏡是凹形和橢球形的，等離子體在第一個(gè)焦點(diǎn)處產(chǎn)生。在第二個(gè)或中間焦點(diǎn)處，等離子光被引導(dǎo)至曝光工具（圖 12）。整個(gè)收集區(qū)域的波長匹配和紅外光譜過濾是多層收集鏡的關(guān)鍵特性。

　　此外，產(chǎn)生足夠數(shù)量的 EUV 輻射極其困難，因此必須努力確保鏡子具有盡可能高的反射率和空間均勻性。此外，多層反射鏡的反射率在光刻工具的操作期間必須保持高。光刻工藝涉及將圖案暴露于光刻膠，光刻膠存儲(chǔ)圖案以供進(jìn)一步處理（第 2.4.1 節(jié)）。EUV 輻射會(huì)導(dǎo)致光刻膠發(fā)生化學(xué)變化，從而產(chǎn)生揮發(fā)性化合物，這些化合物可能會(huì)通過真空系統(tǒng)遷移并吸附到表面上。盡管光刻膠會(huì)影響鏡面，但這對(duì)于收集鏡來說并不是主要問題。業(yè)內(nèi)人士表示，影響收集鏡的兩種主要碎片類型是（1）直接來自等離子體的碎片，其中熱量和動(dòng)量傳遞到周圍的緩沖H2氣體中；(2) 在與任何表面碰撞之前，進(jìn)入收集器的錫助熔劑，該助溶劑由 (i) 停止的離子的擴(kuò)散、(ii) 錫蒸氣和 (iii) 錫微粒組成。

　　目前用于保護(hù)收集鏡免受碎片影響的方法是通過氫氣流。約 100 Pa 的氫氣緩沖氣體會(huì)導(dǎo)致離子減速。氫氣從收集器流出，這降低了原子錫在收集器上的沉積速率。H自由基與錫反應(yīng)形成錫烷(SnH 4 )，可以根據(jù)方程式(1)所示的反應(yīng)將其抽走。

　　在帶有真空泵以去除熱氣體和錫蒸汽的容器中發(fā)生的抽氣動(dòng)作也有助于保護(hù)收集鏡。此外，內(nèi)部硬件會(huì)收集微粒。業(yè)界已對(duì)鏡子的清潔進(jìn)行了研究以解決污染問題。業(yè)界為提高收集器反射鏡的使用壽命所做的努力已經(jīng)取得了進(jìn)展，特別是 2021 年的使用壽命超過 6 個(gè)月。

　　即使在保護(hù) EUV 收集鏡方面有了這些重大改進(jìn)，業(yè)內(nèi)人士仍表達(dá)了兩個(gè)需求。首先，了解“光子和等離子體物質(zhì)如何與 EUV 光源中的背景氣體、光學(xué)和等離子體表面相互作用？”有限的知識(shí)差距包括次級(jí)等離子體及其相互作用、傳輸和光譜、等離子體輻射壁物理化學(xué)和等離子體診斷。其次，了解“錫會(huì)發(fā)生什么以及如何對(duì)其進(jìn)行管理？”這里的知識(shí)差距包括錫污染、錫的氫自由基清潔、錫烷形成過程以及相關(guān)的熱和質(zhì)量傳輸和化學(xué)、小顆粒檢測。

　　五、EUV 光作為分析工具

　　在工作組會(huì)議上，NIST研究人員討論了關(guān)于使用EUV作為分析工具來協(xié)助半導(dǎo)體制造行業(yè)的三個(gè)主題。使用 EUV 光作為分析技術(shù)的三種方法是 (1) 高次諧波發(fā)生 (2) 同步加速器 (3) 原子探針斷層掃描。高次諧波產(chǎn)生具有緊湊的占地面積，可以部署在研發(fā)和制造設(shè)施中，并可以連續(xù)獲得在同步加速器光源上常規(guī)進(jìn)行的深納米級(jí)微電子器件的尺寸、材料和動(dòng)態(tài)特性。同步加速器光源允許研究 EUVL 的許多方面，并具有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提供周期表中任何元素的亞納米同位素分辨原子級(jí)元素圖的 3D 化學(xué)測繪技術(shù)，這對(duì)于研究 EUV 光刻膠可能很有用。

　　業(yè)界就這些工具在協(xié)助 EUVL 制造方面的潛在用途提供了寶貴的反饋。NIST 法律委員會(huì)必須積積極主動(dòng)地制定 NDA 請求的解決方案，以滿足潛在合作者的需求，同時(shí)滿足聯(lián)邦工作人員提出的獨(dú)特法律和行政要求，這些聯(lián)邦工作人員被明確禁止讓自己或組織承擔(dān)任何外部合同的義務(wù)。

　?。?）高次諧波發(fā)生（HHG）

　　隨著 EUVL 將光刻特征進(jìn)一步推向深納米級(jí)層次，微電子行業(yè)正在呼吁新的測量和計(jì)量技術(shù)。NIST 正在進(jìn)行一項(xiàng)計(jì)劃，利用 EUV 的短波長來探測深納米級(jí)微電子器件的尺寸、材料和動(dòng)態(tài)特性。NIST 的高諧波發(fā)生 (HHG) 光源是寬帶（跨越 20-100 eV 光子能量）、超快（20 飛秒脈沖）和相干（類激光）光源。寬帶光譜可以實(shí)現(xiàn)許多微電子相關(guān)材料中的原子核躍遷，從而揭示元素和層的特定測量。圖 13 展示了這一點(diǎn)。這種測量通常在同步加速器光源下進(jìn)行。然而，HHG 源的緊湊占地面積允許在研發(fā)和制造設(shè)施中部署并連續(xù)訪問。圖 14 顯示了 NIST 物理材料實(shí)驗(yàn)室 (PML) 當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的照片，適合典型的實(shí)驗(yàn)室空間。

　　短脈沖寬度能夠動(dòng)態(tài)測量自旋和熱傳輸。最近的一項(xiàng)成功實(shí)驗(yàn)是開發(fā)了與 EUV 脈沖同步的頻率梳發(fā)生器，其抖動(dòng)優(yōu)于兩皮秒。圖 15 演示了這種與 40 GHz 信號(hào)的同步。這比同步加速器所能達(dá)到的效果大約好一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且允許我們在微電子設(shè)備的工作頻率下進(jìn)行測量。這使得能夠?qū)崟r(shí)測量功能器件內(nèi)部和外部的熱流和自旋傳輸。

　　最后，光的相干性使得無透鏡成像技術(shù)成為可能，例如相干衍射成像、疊層照相技術(shù)和全息術(shù)，可在 EUV 波長下提供空間分辨率。此功能將使 NIST 能夠直接對(duì)功能設(shè)備進(jìn)行成像。盡管這項(xiàng)工作不是NIST 完成的，但圖 16 顯示了將疊層記錄術(shù)與反射測量法相結(jié)合，以橫向空間分辨率測量硅中的摻雜劑分布的結(jié)果。這種方法可以對(duì)微電子中的界面和摻雜劑分布進(jìn)行無損評(píng)估。

　　在工作組會(huì)議上，業(yè)界提到分析晶圓中的半導(dǎo)體元件來識(shí)別缺陷是多么有用。具體來說，Golani 等人最近展示了如何使用將光-結(jié)構(gòu)相互作用模擬與光學(xué)系統(tǒng)模擬分離的模擬，并在后處理中執(zhí)行后者，從而使許多光學(xué)配置能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)測試。Golani 等人的模擬使使用 Ansys 商業(yè)求解器完成，并展示了強(qiáng)大的數(shù)字孿生的使用。

　?。?）同步加速器：NIST 的 SURF III

　　除了 NIST 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的EUV光用于分析半導(dǎo)體元件的之外，Steve Grantham 博士在工作組會(huì)議上還介紹了 NIST 同步加速器紫外線輻射設(shè)施 (SURF III) 的大量資源。

　　當(dāng)帶電粒子沿彎曲路徑行進(jìn)時(shí)，會(huì)發(fā)射同步輻射。由于大多數(shù)加速器使用磁場來彎曲粒子軌跡，因此同步加速器輻射也稱為磁軔致輻射。發(fā)射的光譜是從微波（驅(qū)動(dòng)射頻場的諧波）到 X 射線光譜區(qū)域的寬帶。輻射是垂直準(zhǔn)直和偏振的。如果電子能量 E、彎曲半徑 ρ、電子電流 IB 、相對(duì)于軌道平面的角度 Ψ0 、到切點(diǎn)的距離 d 、垂直方向 Δψ 和水平方向接受度 Δθ 為已知，則可以計(jì)算同步輻射輸出。SURF的輸出功率如圖17所示。

　　反過來，NIST 的紫外線輻射小組將 SURF III 作為輻射測量和研究的穩(wěn)定光源。SURF 涵蓋從遠(yuǎn)紅外到軟 X 射線的波長范圍。表 1 概述了 NIST SURF III 的當(dāng)前功能和光束線的未來計(jì)劃。業(yè)界指出，同步加速器光源不適用于大批量制造 (HVM) 環(huán)境中的 EUV 光源。盡管如此，同步加速器設(shè)施可能是有利的，因?yàn)樗梢造`活地測試許多參數(shù)，以協(xié)助 EUVL 行業(yè)實(shí)現(xiàn) HVM 目標(biāo)，如本報(bào)告前面部分（2.2 和 2.4.2）所述。應(yīng)該注意的是，某些波長系統(tǒng)的定義和術(shù)語會(huì)重疊并且可能不一致，因此應(yīng)參考 ISO 21348 標(biāo)準(zhǔn)作為一般指南。

　　工作組會(huì)議上給出了一個(gè)研究在存在污染和/或清潔物質(zhì)的情況下用 EUV 輻射照明時(shí)鏡子污染的例子。自 2000 年以來，NIST 一直是研究 EUVL 光學(xué)污染的領(lǐng)先中心，并研究了衛(wèi)星常用濾光片的退化情況。最近，NIST 傳感器科學(xué)部門對(duì)半導(dǎo)體制造應(yīng)用進(jìn)行了類似的研究。NIST 目前在兩條光束線（光束線 1 和光束線 8）上擁有三個(gè)設(shè)施，專門用于光學(xué)污染的各個(gè)方面。研究污染的能力直接與本報(bào)告前面關(guān)于延長收集鏡壽命的重要性的討論相關(guān)（第 2.4.2 節(jié)）。需要支持來繼續(xù)和發(fā)展現(xiàn)有設(shè)施，以支持半導(dǎo)體行業(yè)的下一代 EUVL 制造。

　?。?）原子探針斷層掃描 (APT)

　　原子探針斷層掃描 (APT) 是唯一能夠提供周期表上任何元素的亞納米同位素分辨原子級(jí)元素圖的 3D 化學(xué)測繪技術(shù)。在圖 18 中，給出了 APT 操作的圖表，有關(guān)APT 的更多背景信息，請讀者參閱該主題的最新綜述。

　　商用 APT 儀器采用近紫外（NUV：3.5 eV）或深紫外（DUV：4.8 eV）激光輻射，其低于許多材料的功函數(shù)和大多數(shù)元素的電離能。因此，這些儀器很可能通過對(duì)所研究的樣本進(jìn)行大量加熱來運(yùn)行。事實(shí)上，對(duì)于有機(jī)材料的分析，來自 NUV 儀器的數(shù)據(jù)通常很復(fù)雜，顯示出有問題的碎片模式、場蒸發(fā)過程中聚合的證據(jù)，以及無法直接解釋為原子尺度圖的結(jié)果。相比之下，EUV (20-90 eV) 輻射的能量足以電離樣品表面的原子和分子，可能產(chǎn)生更小的、可直接解釋的 碎片模式。NIST 的方法是將 EUV APT 應(yīng)用于薄膜光刻膠的研究，以尋找可能導(dǎo)致光刻不規(guī)則性隨機(jī)性質(zhì)的納米級(jí)成分波動(dòng)，包括 LER。因此，EUV APT 代表了研究與光刻膠加工和成分化學(xué)相關(guān)的隨機(jī)事件的關(guān)鍵計(jì)量學(xué)進(jìn)步（第 2.4.1 節(jié)）。值得注意的是，這種方法以及前面第 2.3節(jié)中討論的工作將比較 EUV APT 與傳統(tǒng) NUV 和 DUV APT 儀器之間的結(jié)果。

　　研究結(jié)果和建議

　　工作組會(huì)議的技術(shù)結(jié)果包含在第 2 節(jié)每個(gè)小節(jié)的末尾。提取關(guān)鍵特性的實(shí)驗(yàn)將促進(jìn)建模和模擬技術(shù)的發(fā)展，從而推動(dòng)半導(dǎo)體的高產(chǎn)量、吞吐量和規(guī)?；IST 擁有獨(dú)特的 EUVL 實(shí)驗(yàn)計(jì)量技能和理論模擬程序。因此，工作組會(huì)議的行業(yè)與會(huì)者鼓勵(lì)資助 NIST 提議的創(chuàng)建儀器或使用現(xiàn)有儀器向美國行業(yè)提供超準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的工作。在可能的情況下， NIST 科學(xué)家不應(yīng)該只成為行業(yè)的設(shè)計(jì)工程師，而應(yīng)該通過合作，將他們的領(lǐng)域知識(shí)與對(duì) EUVL 的見解相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)互惠互利的結(jié)果。反過來，知識(shí)轉(zhuǎn)讓必須與資助的使命保持一致。工業(yè)界有方法支持國內(nèi)利益，但 NIST 科學(xué)和管理領(lǐng)導(dǎo)人必須了解如何相應(yīng)地調(diào)整任何新創(chuàng)造的競爭優(yōu)勢。應(yīng)考慮已建立的受控傳播方法，例如 CRADA、SRD 和 SRM。

　　從項(xiàng)目角度來看，工作組會(huì)議強(qiáng)調(diào)了 EUVL 的國際競爭格局如何導(dǎo)致需要保密協(xié)議 (NDAs) 才能與 NIST 研究人員進(jìn)行深入的技術(shù)對(duì)話。因此，所有工作組會(huì)議參與者都建議簡化 NIST 研究人員和行業(yè)之間的 NDA 流程，使項(xiàng)目啟動(dòng)后的周轉(zhuǎn)時(shí)間少于 2 個(gè)月。應(yīng)向 NIST 工作人員和管理層提供有關(guān) NDA 流程的教育，以正確執(zhí)行步驟。

　　最后，從這次工作組會(huì)議中，面對(duì)面互動(dòng)的價(jià)值帶來了富有成效的對(duì)話和可行的后續(xù)步驟。未來的利益相關(guān)者互動(dòng)可以從工作組會(huì)議過渡到為研討會(huì)再到聯(lián)合會(huì)。隨著手續(xù)的增加，成本（10,000 美元 - 100,000 美元以上）和工作量（40 - 200 小時(shí)以上）也會(huì)增加。因此，將未來的活動(dòng)安排在經(jīng)常參加的專業(yè)會(huì)議上，例如 SPIE 或美國光學(xué)協(xié)會(huì) (OSA) 的會(huì)議，可以幫助減輕成本和工作量。　

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