Kwantummechanische modellering van de interactie tussen extreem ultraviolet licht en materie

De vooruitgang in de elektronica-industrie wordt al decennia lang gedreven door de miniaturisering van geïntegreerde schakelingen (IC's). Behalve dat ze kleiner worden, worden de circuitontwerpen ook steeds complexer. Het creëren van de patronen om deze schakelingen op een chip te realiseren, wordt uitgevoerd met behulp van fotolithografie. Bij fotolithografie wordt een fotogevoelige laag, een fotoresist, bestraald met laserlicht in het gewenste patroon. Na het wegwassen van het niet-gereageerde residu, kan de laag onder de gebieden die niet worden beschermd door de gereageerde fotoresist worden geëtst om het gewenste patroon te vormen. De golflengte van het laserlicht beperkt uiteindelijk hoe klein de afmetingen van de geprinte patronen kunnen worden gemaakt. Om de patronen van de volgende generatie elektronica te produceren, hebben we 13 nm laserlicht nodig. Dit licht heeft een energie van 90 eV en heeft geen directe interactie met de valentie-elektronen, die deelnemen aan chemische binding, maar eerst met veel sterker gebonden kernelektronen. Werken met deze hoge energieën zorgt daarom voor een veel complexere chemie. Het ontwikkelen van een beter begrip van deze chemie is essentieel om de volgende generatie elektronische apparaten mogelijk te maken. Om de fotoresist chemie bij EUV energieën te onderzoeken, heeft imec een nieuw lab gebouwd, het AttoLab. In het AttoLab zijn de spectroscopische eigenschappen van de fotoresists te volgen vanaf slechts tientallen attoseconden na de interactie met een EUV-puls. Veranderingen in de verschillende spectra duiden op het optreden van een reactiestap of enige andere verandering in het materiaal. Het is echter verre van triviaal om uit de spectra te bepalen wat er op atomair niveau is gebeurd. Door de gemeten spectra te vergelijken met resultaten van kwantumchemische berekeningen, kunnen we bepaalde toestanden van het materiaal aan specifieke spectra toewijzen en zo begrijpen welke reacties plaatsvinden. Het uitvoeren van deze berekeningen, het maken van de vergelijkingen en het modelleren van het volledige proces zal uiteindelijk het broodnodige begrip ontwikkelen van wat er gebeurt in EUV-fotoresists en is het onderwerp van dit doctoraat. In dit project zullen theoretische methoden voor de studie van licht-materie-interacties op EUV-straling worden ontwikkeld en geïmplementeerd. Deze interacties omvatten zowel de excitatie door de initiële EUV-pomp als daaropvolgende IR- en optische UPS- en XPS-sondepulsen. De referentiematerialen zullen worden gekozen als systemen met toenemende complexiteit: enkelvoudige moleculen in de gasfase, moleculaire kristallen, zuivere referentiepolymeersystemen en gemengde referentiepolymeersystemen. De benchmarking zal plaatsvinden in nauwe samenwerking met het experimentele AttoLab-team. Ten slotte zal deze modellering worden gebruikt om het begrip van elektronenmigratie die de chemische afbraakprocessen bij EUV-bestraling veroorzaakt, te verbeteren. Uiteindelijk zullen deze verbeterde inzichten helpen bij het rationaliseren en beheersen van EUV-fotolithografieprocessen.