這份報告詳細介紹了在工作組會議上討論的EUVL技術方面。首先，我們分成三個部分討論了EUV光源模塊，討論了與EUV光互動的組件的現(xiàn)狀和需求，介紹了如何利用EUV光作為計量工具來分析半導體制造過程中的組件。這個計量工具方面與討論的輻射度有直接關聯(lián)。

這些部分深入探討了計量學、光源生成和半導體材料在EUVL生態(tài)系統(tǒng)內的相互關系，這些技術細節(jié)已經(jīng)公開發(fā)布。將行業(yè)和NIST研究的技術專業(yè)知識和狀態(tài)整合到一份報告中有助于更好地理解技術領域，報告中還包含了參考文獻，以補充提供的技術細節(jié)。

● 滴液生成器

滴液生成器是歐洲極紫外光刻（EUVL）技術中的一個核心組件，對于半導體制造至關重要，在EUVL掃描儀的裝配中擔當重要角色，負責控制進入EUV光源室的材料的大小、速度和重復頻率。

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，用于半導體芯片的生產(chǎn)。滴液生成器的作用非常關鍵，性能問題會直接影響到整個EUVL系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。如果滴液生成器出現(xiàn)故障，將會導致所有下游組件受到影響，從而導致整個制造過程中斷。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米的速度運行，并且以每秒50千赫茲的頻率重復生成。

可以說滴液生成器是整個EUVL系統(tǒng)的"心臟"，運行狀況直接影響到半導體制造的連續(xù)性和效率。在EUVL應用中，滴液生成器使用高純度錫（>99.999 wt.%）作為工作流體，因為錫在離子化成等離子體后，能夠產(chǎn)生所需的13.5納米波長的光。

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制造應用中最優(yōu)選擇的材料。目前，還沒有公開的技術路線圖指出除了錫以外的其他材料可以用于半導體制造中的EUV光源。對錫的基礎科學水平進行深入研究將在近期和長期內產(chǎn)生重要影響。滴液生成器的操作原理是將高純度固態(tài)錫裝入一個容器中，然后加熱到熔點以上（約232°C）。通過一個高純度氣體（通常是氮氣）對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，錫滴液由一個壓電晶體（PZT）調制，通過機械振動來實現(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展，具備了在線補充功能，這可以降低系統(tǒng)停機時間，而不會影響下游EUV掃描儀的性能。這個新設計已經(jīng)實現(xiàn)了超過3000小時的連續(xù)運行。?

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數(shù)據(jù)，這阻礙了對滴液生成器的數(shù)值模擬。科學家和工程師們目前的實踐是從已發(fā)布的文獻中獲取最接近的材料性質數(shù)據(jù)，然后推導出粗略的估算。接著，他們依賴于在操作條件下對整個系統(tǒng)的經(jīng)驗觀察，來調整材料性質和操作參數(shù)之間的關系。

這種情況下，NIST（美國國家標準與技術研究院）的金屬材料性質測量資源對于提供準確的材料性質數(shù)據(jù)至關重要。NIST的合金數(shù)據(jù)庫是一個精選的數(shù)據(jù)庫，包含金屬的實驗熱物理性質數(shù)據(jù)，包括錫。

通過將這些數(shù)據(jù)整合到模擬軟件中，可以實現(xiàn)高精度的滴液生成器模擬，從而提高EUVL技術的性能并推動創(chuàng)新。NIST還可以為錫等材料開發(fā)參考相關性和狀態(tài)方程（EoS），進一步支持高保真度的模擬，以及數(shù)據(jù)驅動的EUVL技術發(fā)展。除了熱物理和傳輸性質外，還需要在高壓和高溫條件下測量錫的結構和壓電性質等數(shù)據(jù)，以幫助滴液生成器的設計和操作。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技術中扮演著不可或缺的角色，而其性能的優(yōu)化對于提高EUV芯片的生產(chǎn)效率至關重要。通過測量和理解錫在極端條件下的性質，可以為EUVL技術的發(fā)展提供有力支持，并推動模擬和創(chuàng)新，從而使當前設備更加高效，并為未來的設計創(chuàng)新打下堅實的基礎。

●?EUV 生成的輻射測量

極紫外光刻（EUVL）的輻射度用于EUV光的產(chǎn)生，而工業(yè)級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為13.5納米的光。前者由專門設計的CO2激光器（波長λ = 10.6微米）提供，其平均功率約為30千瓦，重復頻率為50千赫茲。錫離子化過程包括兩個快速連續(xù)的IR激光脈沖：一個預脈沖將液滴從球形變成圓盤狀，第二個更高能量的主脈沖用于離子化過程。

IR激光的輸出對于開發(fā)未來的光刻工具至關重要。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，實驗室中已經(jīng)演示出了600瓦的功率，這兩個脈沖系統(tǒng)的示意圖如圖所示。

在EUV范圍內還進行了其他光學特性的測試，包括濾波器透射和空間均勻性測試。一個計量學研究機會是擴展NIST的校準能力，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相關的條件下進行。這將立即影響半導體制造工藝開發(fā)，為關鍵工藝參數(shù)提供可追溯的計量學。長期的影響將來自于未來EUV儀器的發(fā)展，為驗證EUV生成模擬提供高保真度的數(shù)據(jù)。絕對輻射度不僅對于光刻工藝開發(fā)和儀器驗收測試非常重要，還對EUV光生成過程的準確量化至關重要。

●?EUVL光譜計算

歐洲極紫外光刻（EUVL）技術利用波長為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大激光器產(chǎn)生的熱錫等離子體。激光參數(shù)被調整以產(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)在許多實驗中得到了探索，但可靠且經(jīng)過驗證的理論支持對于開發(fā)更好的錫等離子體源至關重要。針對錫的激光產(chǎn)生等離子體的光發(fā)射的高級計算通常使用大規(guī)模碰撞輻射（CR）代碼來進行，試圖考慮導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，以及輻射流體動力學建模。等離子體建模也存在局限，因為對支撐物質相互作用的基本物理機制了解不足。這可能導致等離子體工程努力只能在支持高產(chǎn)量制造方面進行漸進式改進，而不是革命性的。

工業(yè)與政府實驗室的合作伙伴關系曾試圖理解并控制等離子體過程，復雜的模擬涵蓋了跨越不同時間尺度的多個物理領域。對于使用等離子體建模來指導提高EUV光的產(chǎn)生和效率的工程存在一些問題。例如，對于建模帶外光子和離子和電子的發(fā)射，可以提供有益的預測性見解，極大地有益于芯片生產(chǎn)的效率。另一個關注領域是EUV光刻光刻膠的光子、電子和化學相互作用，這是EUVL行業(yè)持續(xù)關注的研究興趣。因此，建模等離子體物理也適用于EUV光學組件。EUV光學和材料將在第2篇中進行討論。?

在過去的三年里，EUVL建模社區(qū)開始了一個長期的CR代碼驗證計劃，通過組織EUVL代碼比較研討會來進行。這種方法是根據(jù)美國國家標準與技術研究院（NIST）原子光譜學組組織的超過25年的非局部熱力學平衡（NLTE）代碼比較研討會系列而建立的。因此，NIST原子光譜學組（ASG）被要求開發(fā)一個新的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，沒有直接的財政支持，而且參加了最后兩次EUVL研討會的參與者使用了數(shù)據(jù)庫和用戶界面來比較他們的軟件包。

NIST研究人員報告的一個未來方向是基于多層反射鏡的可用性而進行更短波長方案的研究。這將產(chǎn)生比錫重元素更重的元素產(chǎn)生的更短波長的光子（所謂的“超越EUV”）。研究社區(qū)對20多次電離的高Z元素的光譜知識不足。NIST ASG具有完全的實驗和理論能力，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70+的離子，還可以在EUV和軟X射線區(qū)域內記錄最精確和詳細的光譜，因為在這個光譜范圍內有精密光譜儀可用。NIST ASG團隊還使用最先進的原子方法和代碼進行高精度大規(guī)模光譜計算。這種已經(jīng)被證明的能力應該滿足EUVL對未來等離子體源精確數(shù)據(jù)的需求。值得注意的是，當詢問工業(yè)代表關于EUV的未來來源時，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劃。

編輯：黃飛

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