Method Article

Een geïntegreerd multimethode-simulatieframework voor tinafvalbeheer in extreme ultraviolette lithografie

DOI:

10.3791/69818

⸱

March 27th, 2026

 ,  ,  ,  , 
1School of Nuclear Science and Technology, Lanzhou University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol heeft als doel gebruikers te begeleiden door een geïntegreerd simulatiekader om tinafvalcontrole te bereiken in extreme ultraviolet (EUV) en opkomende Blue-X-lithografie, waarbij kinetische modellering, de Boltzmann-transportvergelijking (BTE) en dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT)-gebaseerde methoden worden geïntegreerd om ioneninteracties en waterstofondersteunde reiniging te evalueren.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol is een conceptueel, geïntegreerd modelleringsraamwerk geïllustreerd met representatieve resultaten en instrueert gebruikers in het combineren van de Boltzmann-transportvergelijking (BTE), deeltje-in-cel (PIC) en kinetische simulaties om tin- (Sn) puinmitigatie in extreme ultraviolet (EUV) lithografie te onderzoeken. Het protocol omvat de reflectiviteit van Mo/Si-multilayer mirrors (MLM), sputtering yield, implantatiediepte, kinetische modellering en BTE-berekening. BTE- en PIC-simulaties worden gebruikt om de elektronenenergiedistributiefunctie (EEDF) van waterstofplasma's op te lossen en de generatie en versnelling van energierijke Sn-ionen onder verschillende plasmacondities te analyseren. De invloed van waterstofstroom op ionenvertraging en stralingsefficiëntie wordt ook gekwantificeerd. Op basis van de ionisatiedoorsneden en dissociatiekanalen van SnxHy soorten worden de interactiepotentiaal voor Sn-H botsingen berekend met behulp van de dichtheidsfunctionele theorie (DFT) methode, die wordt gebruikt om de implantatiediepte te berekenen. Daarnaast worden de reflectiviteit en sputteropbrengst van de MLM door de interactie tussen Sn-afval en de Ru-coating op de MLM berekend met behulp van een semi-empirische formule. Door dit protocol te volgen, kunnen gebruikers belangrijke fysieke parameters verkrijgen die relevant zijn voor de controle van Sn-afval, waaronder sputterende opbrengsten, implantatiedieptes, MLM-reflectiviteit en SH4-vorming onder verschillende waterstofplasma EEDF's. Deze resultaten maken systematische evaluatie van verontreinigings-, reinigings- en detectieprocessen in EUV-lithografiesystemen mogelijk.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Extreme-ultraviolet lithografie (EUVL) is de meest geavanceerde technologie voor het bevorderen van miniaturisatie van geïntegreerde schakelingen, waardoor patronen van kenmerken kleiner dan 2 nm kunnen worden gepatroneerd. In een typische EUV-bron wordt een tin-(Sn) microdruppel eerst verdampt en geïoniseerd door een voorpuls van een Nd:YAG-laser, waarna de resulterende plasmawolk wordt opnieuw verhit door eenCO-2-laser die werkt op 10,6 μm, waardoor EUV-straling wordt gegenereerd, die wordt opgevangen door Mo/Si-multilayer mirrors (MLM)1,2. Voor commerciële systemen zoals die ontwikkeld door ASML is de bronstroom voldoende voor massaproductie. Desalniettemin blijft het lopende onderzoek—vooral in China—zich richten op het verbeteren van de efficiëntie van CO2-laser-geproduceerde Sn-plasma's.

Een grote uitdaging bij EUV-lichtbronnen is de productie van energetische Sn-ionen. Bestraling van Sn-druppels met hoogintensieve CO2-laserpulsen genereert ionen met energieën in het keV-bereik, wat meerlaagse spiegels (MLM's) kan beschadigen en de systeemlevensduurmet 3,4,5 kan verkorten. Om ionenschade te verminderen, wordt waterstof (H2) veel gebruikt als buffergas. Door botsingsvertraging vermindert H2 het Sn-iontransport en vermindert het het puin dat optische componenten bereikt. Betrouwbare stopvermogengegevens en nauwkeurige modellen van Sn–H-interacties zijn daarom cruciaal voor het optimaliseren van zowel bronefficiëntie als duurzaamheid 5,6,7.

Een ander belangrijk probleem hangt samen met de afzetting van Sn-fragmenten op oppervlakken binnen de vacuümkamer, met name de collectorspiegels die dicht bij het plasma zijn geplaatst. Zelfs een dunne Sn-coating vermindert de EUV-reflectiviteit en verslechtert de optische prestaties en operationele stabiliteit 8,9,10. Een praktische industriële oplossing is de continue injectie van H2 als achtergrondgas11. Bij deze benadering etsen waterstofradicalen Sn-coatings via de volgende exotherme reactie, waarbij vluchtige stannane (SnH4) ontstaat, die wordt verwijderd door pompen.

Sn(s) + 4H(g) → SnH4(g),

Hoewel effectief in het verbeteren van het verwijderen van Sn, brengt deze methode nieuwe complicaties met zich mee. Waterstofradicalen die worden geproduceerd door de dissociatie van H2-plasma kunnen ketenontbinding van SnH4 induceren, waardoor Sn wordt regenereren en secundaire besmetting9 veroorzaakt. Dergelijke processen verminderen de reinigingsefficiëntie en kunnen de spiegelstabiliteit en optische prestaties aantasten. Een gedetailleerd begrip van tinhydridevorming, afbraak en oppervlakteinteracties is daarom essentieel voor het verbeteren van waterstofgebaseerde reinigingsmethoden. Recente oppervlaktestudies benadrukken het belang van het karakteriseren van tinhydriden en hun tussenliggende materialen om verontreinigingsroutes correct te identificeren en Sn-herafzetting12 te onderdrukken.

Ondanks deze inspanningen blijven belangrijke aspecten van de Sn–H-plasmachemie onvoldoende gekarakteriseerd. In het bijzonder ontbreken de structuur, reactiviteit, fragmentaties en vormings-/dissociatiesnelheden van Sn-H-soorten (bijv. Sn2H2 en SnHx) onder EUV-relevante plasmacondities directe experimentele validatie13. Bovendien zijn zijreactieroutes in Sn-H-plasma's, de factoren die hun ontstaanskans bepalen, kritieke drempels voor bijwerkingen en langetermijn operationele stabiliteit niet systematisch onderzocht14.

Gezamenlijk onderstrepen deze kwesties de noodzaak van fundamenteel onderzoek naar plasma-oppervlakteinteracties vanuit het perspectief van de atomaire en moleculaire fysica, plasmafysica en kwantumchemie. Bestaande modelleringsmethoden richten zich doorgaans alleen op geïsoleerde aspecten van de Sn-debris control, zoals de generatie van Sn-ionen, het stopvermogen van H2 naar hoogenergetische Sn-ionen, of ion-oppervlak interactie, en kunnen daarom de volledige verontreiniging-reinigings-detectiecyclus niet vastleggen. Om deze beperkingen aan te pakken, wilden we een geïntegreerd simulatieprotocol ontwikkelen dat deeltje-in-cel (PIC) simulaties, Boltzmann transportvergelijking (BTE) analyse, dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) en kinetische modellering combineert. Studies naar extreme ultraviolette (EUV) lichtbronnen omvatten meerdere gekoppelde processen, waaronder laser–druppel, laser–plasma, plasma–plasma en plasma–gas interacties. Dit protocol beschrijft een geïntegreerd simulatiekader dat stromingsdynamica, particle-in-cell (PIC) en density functional theory (DFT) methoden combineert om tin- (Sn) puinmitigatie en waterstofreiniging te modelleren. Dit protocol biedt een uniforme, reproduceerbare workflow voor het onderzoeken van Sn-afvalgeneratie, transport, oppervlakteinteracties en waterstofondersteunde mitigatie. De volgende sectie beschrijft de stapsgewijze implementatie van deze methodologie.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

OPMERKING: De algehele workflow, inclusief de integratie van vloeistof-, kinetische en kwantumchemische benaderingen. De workflow wordt geïllustreerd in Figuur 1 (gemarkeerd in het rode vak).

figure-protocol-1
Figuur 1. Schema van het geïntegreerde simulatiekader voor extreme ultraviolet lithografie. Afkortingen : MLM = meerlagige spiegels; PIC = deeltje-in-cel; BTE = Boltzmann transportvergelijking; EEDF = Elektronenenergiedistributiefunctie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

1. MLM-reflectiviteitssimulatie

  1. Stel multilayer parameters in. Gebruik Mo/Si MLM's als verzamelaars in EUV-bronnen. Definieer de Mo/Si multilayer mirror (MLM) structuur met de volgende laagdiktes: Mo (1,950 nm), Mo-on-Si (0,806 nm), Si (3,843 nm) en Si-on-Mo (0,386 nm)15.
  2. Evalueer oppervlaktebeschermingsmaterialen. Omdat het Mo/Si-oppervlak gevoelig is voor oxidatie en carbidevorming, wat de optische prestaties na verloop van tijd vermindert, zijn Ru-, RuO2-, ZrO-2- en TiO2-coatings opgenomen om oxidatie- en carbidweerstand16 te beoordelen.
  3. Bereken de reflectiviteit van MLM. Evalueer de reflectiviteit van een Mo/Si-multilaag met een Ru-cappinglaag met behulp van brekingsindexgegevens, zodat een kwantitatieve beoordeling van afwegingen tussen bescherming en optische efficiëntie mogelijk is.
    figure-protocol-2
    figure-protocol-3
    figure-protocol-4
    OPMERKING: δ en β waarden voor verschillende materialen zijn beschikbaar bij het Center for X-Ray Optics van het Lawrence Berkeley National Laboratory17.
  4. MLM-reflectiviteit tegen Ru-cappinglaag: Bereken reflectiviteitsveranderingen als functie van de dikte van de capping-laag met behulp van brekingsindices. Vergelijk de resultaten om de afweging tussen optische efficiëntie en duurzaamheid te bepalen (Figuur 2).
  5. Output- en reproduceerbaarheidscontrolepunt: Bevestig de succesvolle uitvoering van deze sectie door een reflectiviteit–dikte-curve te genereren bij 13,5 nm zoals Figuur 2 of de referentiewaarden gerapporteerd door Liu et al.15.

figure-protocol-5
Figuur 2. Reflectiviteit van een Mo/Si-multilaag met verschillende diktes van de Ru-afdekkingslaag. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Sputterende rendementberekening

  1. Pas de Yamamura-formule toe. Bereken het sputterende opbrengst (Y) met behulp van de formule voorgesteld door Yamamura et al.18figure-protocol-6
  2. Bereken stopdwarsdoorsneden. Evalueer nucleaire (Sn) en elektronische (Se) stopdoorsneden met behulp van gelijkingen. (3)–(4).
    figure-protocol-7
    enfigure-protocol-8
  3. Bepaal constanten. Bereken de empirische constante K met behulp van vergelijking (5)
    figure-protocol-9
    Waar Z1 en Z2 respectievelijk het atoomnummer van het invallende projectiel en het doelmateriaal vertegenwoordigen; M1 en M2 vertegenwoordigen respectievelijk de massa van het invallende projectiel en het doelmateriaal. Er en Eth zijn respectievelijk de gereduceerde energie en drempelenergie, Es is de oppervlaktebindingsenergie van doelmateriaal18.
  4. Uitvoeringsstappen: Bereken de sputtering yield door het Python-script uit te voeren dat in Figuur 3 wordt getoond. Implementeer de Yamamura-formule met het Python-script dat in Figuur 4 wordt getoond. Zorg ervoor dat de computer is uitgerust met Python 3 en de NumPy-bibliotheek. Het uitvoeren van het Python-script dat in Figuur 3 wordt getoond, genereert een tekstbestand met twee kolommen genaamd yield.dat dat de berekende sputteropbrengsten bevat, zoals weergegeven in Figuur 5.
  5. Reproduceerbaarheidscontrolepunt: Bevestig de succesvolle uitvoering van deze sectie door een sputtering-yield–versus-incident-energiecurve te genereren voor Sn-ionen die Ru beïnvloeden (Figuur 5). Controleer of de berekende sputteropbrengst voor Ar op Ru overeenkomt met gepubliceerde experimentele gegevens binnen ±30%, die als kalibratiecontrole dienen.

figure-protocol-10
Figuur 3. Python-script voor het berekenen van sputterende opbrengst. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-11
Figuur 4. Python-script voor de Yamamura-formule. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-12
Figuur 5. Berekende sputterende opbrengsten van Ar in Ru en Sn in Ru. Links: Ru; rechts: Sn in Ru. Yamamura et al.'s formule beschreven in Stap 2.1 werd gebruikt. De vergelijking tussen de huidige simulaties en die van Wu et al.26 en Laegreid et al.27 wordt uitgevoerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Implantatiediepte-simulatie

  1. Kies het potentiële model. Gebruik het KrC-potentiaal in de RustBCA-code19 voor ion-vaste interacties:figure-protocol-13
  2. Definieer de screeningsfunctie. Implementeer Φ(r/a) als een som van exponentiële termen:
    figure-protocol-14
    1. Druk de waarde van a uit voor het KrC-potentiaal zoals in de volgende vergelijking met andere parameters c,i en di uit Tabel 1.figure-protocol-15
  3. Uitvoeringsstappen: Bereken de implantatiediepte door het Python-script uit te voeren dat in Figuur 6 wordt getoond, waarbij het RustBCA-uitvoeringscommando in het script is geïntegreerd:
    1. Typ het commando = "cargo run --release 1D "+ InputFile
    2. Typ vervolgens os.system(command)
  4. Open het Python-script dat in Figuur 6 wordt getoond, stel de parameters in volgens het script en voer het uit om een tekstbestand met twee kolommen genaamd depth.dat te verkrijgen, dat de berekende implantatiediepte bevat.
  5. Reproduceerbaarheidscontrolepunt: Bevestig de succesvolle uitvoering van deze sectie door een gemiddelde implantatiediepte van Sn te genereren (Figuur 7).
c1c2c3d1d2d3
0.190950.473670.335380.278540.637171.91925

Tabel 1: De parameter ci en di die betrokken zijn bij het KrC-potentiaal.

figure-protocol-16
Figuur 6. Python-script voor het berekenen van implantatiediepte. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-17
Figuur 7. Berekende implantatiediepte van Sn-ionen in Ru-Mo-Si meerlaagse spiegels. Links: De implantatiediepteverdeling van 10.000 invallende Sn-ionen bij twee invallende energie, 2,0 keV (geel) en 3,0 keV (blauw); Rechts: De gemiddelde implantatiediepte van Sn. Berekend door KrC-potentiaal geïmplementeerd in RustBCA beschreven in protocol stap 3.1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Berekening van stopvermogen

  1. Modelleer waterstof als buffergas. Om de schade van keV Sn-ionen aan MLM te beperken, introduceer waterstof als buffergas.
    OPMERKING: Daarom blijven de stopkracht en het sputteren van keV Sn-ionen in aanwezigheid van waterstof- en MLM-oppervlakken kritieke kwesties.
  2. Gebruik DFT-gebaseerde potentialen. Pas de berekende interatomaire potentialen voor waterstof-metaalsystemen af op zowel de Ziegler–Biersack–Littmark (ZBL) als Morse-potentiaalvormen.
    OPMERKING: In een recent werk20 is een interatomair potentiaal voor waterstof-metaal systemen ontwikkeld op basis van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT)-berekeningen.
  3. Reproduceerbaarheidscontrolepunt: Valideer de berekende stopkracht van Sn-ionen in waterstof door de energieafhankelijke stopcurves te vergelijken met referentiegegevens verkregen uit SRIM-simulaties en gepubliceerde experimentele datasets.
    OPMERKING: Deze gegevens moeten worden vergeleken met Figuur 6 van Feng et al.20.
  4. Combineer de output van secties 1–4 (MLM-reflectiviteit, sputterende opbrengst, implantatiediepte en stopvermogen) om de relatieve levensduur van Mo/Si-multilaagspiegels onder Sn-ionblootstelling te schatten.
    OPMERKING: Effecten zoals de evolutie van oppervlakteruwheid, spiegelgeometrie en ray tracing zijn niet opgenomen in het huidige protocol en moeten in toekomstige uitbreidingen worden opgenomen.
  5. Pas dezelfde workflow toe op alternatieve golflengteregimes, zoals Blue-X lithografie, door optische constanten en ionenenergieverdelingen dienovereenkomstig aan te passen.

5. Vorming en ontbinding van SnH4

OPMERKING: Gedetailleerde kinetische studie van de vorming en ontbinding van SnH4 vereist meerdere dwarsdoorsneden en reactiesnelheden tussen Sn-H. Eerder zijn enige elektronenimponisatie en fragmentatie van stannane21, reactiesnelheden van XH4+H→XH3+H2 en SnH4+SnH→Sn2H3+H2, SnH4+SnH→Sn2H5 22,23 gerapporteerd. De plasmafasevorming van SnH4, evenals de interacties en reactiemechanismen met verschillende materialen, zijn echter nog niet volledig gekarakteriseerd of begrepen. Experimentele studies naar stannanechemie en gerelateerde ontbindingsroutes blijven daarom schaars.12,24, wat de noodzaak van verder onderzoek benadrukt.

  1. DFT- en TST-berekeningen: Gebruik dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) in combinatie met overgangstoestandtheorie (TST) geïmplementeerd in Gaussian 16 om gemiste reactiesnelheden te berekenen.
    OPMERKING: Deze computationele benaderingen maken het mogelijk om reactie-energetica, overgangstoestanden en snelheidsconstanten te berekenen, wat een gedetailleerd mechanistisch begrip van stannanevorming onder plasmacondities biedt.
  2. Definieer reactiepaden. Twee opeenvolgende reactiepaden die leiden tot de vorming van SnH4 zijn hier opgenomen.
    (1) Sn+H2→SnH2
    (2) SnH2+H2→SnH4
  3. Voer DFT- en TST-berekeningen uit. Bereken reactie-energieën, overgangstoestanden en snelheidsconstanten (k) voor de twee reacties, met de resultaten weergegeven in Figuur 8 en Figuur 9. Vat de thermodynamica van reacties samen in Tabel 2 en Tabel 4 en Arrhenius-parameters in Tabel 3 en Tabel 5.
  4. Output- en reproduceerbaarheidscontrolepunt: Valideer de berekende reactiesnelheidsconstanten door de temperatuurafhankelijke snelheidscurves te reproduceren zoals weergegeven in Figuur 8 en Figuur 9, of met gerapporteerde waarden22,23.
  5. Exporteer de gevalideerde snelheidsconstanten in een tabulatie of machineleesbaar formaat (bijv. CSV of TXT) voor direct gebruik als invoerparameters in latere kinetische modellering van Sn–H plasmachemie.

figure-protocol-18
Figuur 8. De reactiesnelheid en energiebarrière voor Sn+H2→SnH2. Links: Reactiesnelheidsconstanten van Sn+H2→SnH2; Rechts: energiebarrière voor de reactieroutes (alle grijze atomen vertegenwoordigen H, en blauwe atomen Sn). De berekeningen worden uitgevoerd door Gaussian 16. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

ReactieProductΔHΔGΔE
Sn+H2→SnH2SnH2-24.71-19.1317.87

Tabel 2: Reactie-enthalpieën (H), Gibbs-vrije energie (G) en potentiaalbarrières (E) (kcal/mol) voor de drie reactiekanalen bij 298,15 K en 1 atm.

Arrhenius-parametersMethodenReacties
Sn+H2→SnH2
ATST2.50×10-13
TST/Wigner1.13×10-13
TST/Eckart1.45×10-29
nTST0.85
TST/Wigner0.93
TST/Eckart5.56
Ea(kJ/mol)TST68.99
TST/Wigner65.3
TST/Eckart30.4
k(298K)(cm3 mol-1 sec-1)TST2.72×10-23
TST/Wigner8.94×10-23
TST/Eckart1.03×10-21

Tabel 3: Arrhenius-parameters van de Sn+H2→SnH 2-reactie binnen het temperatuurbereik van 180 tot 2000 K.

figure-protocol-19
Figuur 9. De reactiesnelheid en energiebarrière voor SnH2+H2→SnH4. Links: Reactiesnelheidsconstanten van SnH2+H2→SnH4; Rechts: energiebarrière voor de reactieroutes (alle grijze atomen vertegenwoordigen H, en blauwe atomen Sn). De berekeningen worden uitgevoerd door Gaussian 16. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

ReactieProductΔHΔGΔE
SnH2+H2→SnH4SnH4-26.5-32.8126.26

Tabel 4: Reactie-enthalpieën (H), Gibbs vrije energie (G) en potentiële barrières (E) (kcal/mol) voor de drie reactiekanalen bij 298,15 K en 1 atm.

Arrhenius-parametersMethodenReacties
SnH2+H2→SnH4
ATST3.73×10-17
TST/Wigner1.23×10-17
TST/Eckart1.29×10-37
nTST1.55
TST/Wigner1.67
TST/Eckart7.5
Ea(kJ/mol)TST136.39
TST/Wigner132.94
TST/Eckart90.83
k(298K)(cm3 mol-1 sec-1)TST3.39×10-37
TST/Wigner9.33×10-37
TST/Eckart6.56×10-36

Tabel 5: Arrhenius-parameters van de SnH2+H2→SnH 4-reactie binnen het temperatuurbereik van 180 tot 2.000 K.

6. Berekening van de elektronenenergiedistributiefunctie (EEDF)

OPMERKING: Boltzmann-transportvergelijking

De Boltzmann-vergelijking voor een ensemble van elektronen in een geïoniseerd gas is

figure-protocol-20

Waarbij f de elektronenverdeling is in de zesdimensionale faseruimte, v de snelheidscoördinaten, e de elementaire lading, m de elektronenmassa (9,10956 × 10-31 kg), E het elektrische veld is, figure-protocol-21 de snelheidsgradiëntoperator is, en C de veranderingssnelheid in f door botsingen vertegenwoordigt.

  1. Voer de BOLSIG+-oplosser uit met behulp van de tweetermbenadering om de Boltzmann-transportvergelijking voor waterstofplasma25 op te lossen.
  2. Uitvoeringsstappen: BOLSIG+ is een grafisch venster.
    1. Klik op de knop 'Aanrakingen lezen' zoals weergegeven in Figuur 10A om de dwarsdoorsnedegegevens van H2 te lezen.
    2. Selecteer de berekeningsparameters in het bestand "conditions" zoals weergegeven in Figuur 10B.
    3. Tot slot, zoals weergegeven in Figuur 10C, klik op de plot EEDF-knop om het EEDF-beeld te tekenen.
  3. Output- en reproduceerbaarheidscontrolepunt: Bevestig succesvolle uitvoering van de BOLSIG+-oplosser door de elektronenenergiedistributiefunctie (EEDF) voor waterstofplasma te genereren over het gespecificeerde verminderde elektrische veld (E/N) bereik. Controleer dat de EEDF is met Figuur 11.
  4. Exporteer de definitieve EEDF-gegevens in tabelvorm (bijvoorbeeld ASCII- of CSV-formaat) voor direct gebruik als invoer in kinetische modellering van Sn–H plasmachemie.

figure-protocol-22
Figuur 10. De grafische interface van de BOLSIG+-software. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

7. Kinetische modellering van Sn–H plasmachemie

  1. Importeer plasmaparameters uit PIC-simulaties. Extraheren plasmaparameters, waaronder elektronendichtheid en plasmatemperatuur, uit vloeistofsimulaties. Gebruik deze parameters als beginvoorwaarden voor PIC-simulaties om de ruimtelijke temporele verdelingen en energiespectra van Sn-ionen te verkrijgen.
  2. Voer kinetische simulaties uit. Los de gekoppelde snelheidsvergelijkingen op voor Sn, SnHx en gerelateerde tussenproducten met behulp van de PIC-afgeleide ionenenergieverdelingen en DFT/TST-afgeleide reactiesnelheden als input. Volg de temporele evolutie van soortdichtheden onder waterstofplasmaomstandigheden die relevant zijn voor de werking van EUV-bronnen.
  3. Koppel kinetische uitgangen aan oppervlakte-interactiemodellen. Combineer kinetische resultaten met stopvermogen, sputterende opbrengst en implantatiediepteverdelingen verkregen in secties 2–4. Gebruik deze gekoppelde uitgangen om degradatiemechanismen te evalueren en de effectieve levensduur van Mo/Si MLM te schatten.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sputterrend vloei-kalibratie en validatie
Bereken de sputterende opbrengst van Ar-atomen in Ru als kalibratiestap. Deze sputterende opbrengsten vertegenwoordigen de output van protocol stap 2.1 (Yamamura-model). De resultaten zijn te zien in Figuur 5 (links). Experimentele gegevens gerapporteerd door Wu et al.26 en Laegreid et al.27 zijn grotendeels consistent. De theoretische resultaten van...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De geïntegreerde methodologie die de Boltzmann transportvergelijking (BTE), deeltje-in-cel (PIC) en kinetische simulaties combineert, creëert een uniform kader voor het onderzoeken van tin- (Sn) puinmitigatie in extreme ultraviolet (EUV) lithografie. Specifiek levert de vloeistofsimulatie de plasmaparameters op—dichtheid en temperatuur—die kunnen worden geïntegreerd in een PIC-programma om de ruimtelijke tijdverdeling van SnxHy moleculen te verkrijgen. Door deze PIC...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten om te melden.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij erkennen steun van de National Natural Science Foundation of China Grant nr. 12374231.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
BOLSIG+Laboratory Plasma et Conversion d'Energie, University Paul SabatierDe versie bijgewerkt op 24 april 2025
GaussianGaussian Inc.Gaussian 16
RustBCADepartment of Nuclear, Plasma, and Radiological Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign1.2.0

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. O’Sullivan, G., et al. Spectroscopy of highly charged ions and its relevance to EUV and soft X-ray source development. J Phys B At Mol Opt Phys. 48, 144025(2015).
  2. Versolato, O. O. Physics of laser-driven tin plasma sources of EUV radiation for nanolithography. Plasma Sources Sci Technol. 28, 083001(2019).
  3. Bayerle, A., et al. Sn ion energy distributions of ns- and ps-laser produced plasmas. Plasma Sources Sci Technol. 27 (4), 045001(2018).
  4. Rai, S., et al. Evidence of production of keV Sn+ ions in the H2 buffer gas surrounding an Sn-plasma EUV source. Plasma Sources Sci Technol. 32 (3), 035006(2023).
  5. Spatial separation of EUV emission and energetic ions by use of double-laser-pulse irradiation. Sugiura, T., et al. Proc SPIE 13177 Photomask Japan XXX Symposium on Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology, , 1317715(2024).
  6. Fleur, V. Energy loss and scattering of energetic Sn ions interacting with H2: prospects of time-of-flight investigations. [PhD thesis]. , University of Groningen. (2021).
  7. Rai, S. Ionic interactions around EUV generating tin plasma. [PhD thesis]. , University of Groningen. (2023).
  8. Mertens, B., et al. Progress in EUV optics lifetime expectations. Microelectron Eng. 73-74, 16-22 (2004).
  9. Ugur, D., Storm, A. J., Verberk, R., Brouwer, J. C., Sloof, W. G. Decomposition of SnH4 molecules on metal and metal–oxide surfaces. Appl Surf Sci. 288, 673-676 (2014).
  10. Elg, D. T., et al. Removal of tin from extreme ultraviolet collector optics by in-situ hydrogen plasma etching. Plasma Chem Plasma Process. 38, 223-245 (2018).
  11. van Herpen, M. M. J. W., Klunder, D. J. W., Soer, W. A., Moors, R., Banine, V. Sn etching with hydrogen radicals to clean EUV optics. Chem Phys Lett. 484 (4-6), 197-199 (2010).
  12. Garza, R., et al. Stannane in extreme ultraviolet lithography and vacuum technology: synthesis and characterization. J Vac Sci Technol A. 41 (6), 063209(2023).
  13. Biggerstaff, S., et al. Comparative study of neutral and cationic Sn2H2: toward laboratory detection of the cation. J Phys Chem A. 128, 7090-7104 (2024).
  14. Xiao, Z., et al. Multiple states and roles of hydrogen in p-type SnS semiconductors. Phys Chem Chem Phys. 20, 20952-20960 (2018).
  15. Liu, X., et al. Comparative study on microstructure of Mo/Si multilayers deposited on large curved mirror with and without the shadow mask. Micromachines (Basel). 14 (3), 526(2023).
  16. Yao, D., et al. Fabrication and characterization of TiO2 and SiO2 as protective coating for Mo/Si multilayer by ion beam sputtering. Vacuum. 238, 114287(2025).
  17. Henke, B. L., Gullikson, E. M., Davis, J. C. X-ray interactions: photoabsorption, scattering, transmission, and reflection at E = 50-30000 eV, Z = 1-92. At Data Nucl Data Tables. 54, 181-342 (1993).
  18. Yamamura, Y., Tawara, H. Energy dependence of ion-induced sputtering yields from monatomic solids at normal incidence. At Data Nucl Data Tables. 62, 149-253 (1996).
  19. Drobny, J. T., Curreli, D. RustBCA: a high-performance binary-collision-approximation code for ion-material interactions. J Open Source Softw. 6, 3298(2021).
  20. Feng, X., Song, Y., Ma, Y., Li, B. DFT-based interatomic potentials for hydrogen-metal systems: improved stopping power modeling. Nucl Instrum Methods Phys Res B. 572, 165999(2026).
  21. Song, Y., Ma, Y., Li, B., Chen, X. Decomposition of electron ionization mass spectra and calculation of electron ionization cross sections of SnxHy for extreme ultraviolet lithography. Phys Scr. 100, 045405(2025).
  22. Ma, Y., Li, B. A comparative study of kinetic and thermodynamic mechanisms of XH4 + H → XH3 + H2 reaction (X = Si, Ge, and Sn). AIP Adv. 15, 075138(2025).
  23. Ma, Y., Li, B. Reaction pathways between SnH4 and SnH relevant to EUV lithography: a DFT and TST study. Plasma Chem Plasma Process. 46, 40(2026).
  24. Rieger, J., Benter, T., Kersten, H. High-resolution electron ionization mass spectrometry of stannane: deconvolution of superimposed fragmentation patterns. J Am Soc Mass Spectrom. 35, 1523-1532 (2024).
  25. Hagelaar, G. J. M., Pitchford, L. C. Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models. Plasma Sources Sci Technol. 14, 722-733 (2005).
  26. Wu, S. Sputtering yields of Ru, Mo, and Si under low energy. J Appl Phys. 106, 054902(2009).
  27. Laegreid, N., Wehner, G. K. Sputtering yields of metals for Ar+ and Ne+ ions with energies from 50 to 600 eV. J Appl Phys. 32, 365-369 (1961).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

EUV LithographyTin Debris ControlBoltzmann Transport EquationParticle In Cell SimulationKinetic ModelingHydrogen PlasmaSputtering YieldImplantation DepthMLM ReflectivityDensity Functional Theory

Related Articles