在工作组会议上介绍和讨论的EUVL的技术方面在这一章节将详细说明。以下三个部分专门讨论EUV光源模块（第2.1节至第2.3节）。然后，讨论了与EUV光相互作用的表征组件的现状和需求（第2.4节）。第2.4节中与EUV光相互作用的两个组件都与第2.1节到第2.3节有技术研究联系。最后，介绍了EUV光如何被用作半导体制造过程中分析组件的计量工具（第2.5节）。EUV光作为一种工具的计量方面与第2.2节中讨论的辐射测量有直接关系。这些章节在技术上很深入，展示了EUVL生态系统中运行的计量、光生成和半导体材料之间的相互关系。这里讨论的技术细节已经公开发布。尽管如此，将行业和NIST研究的技术专长和现状结合到一份报告中更有助于了解技术前景。报告中加入一部分参考资料，以补充提供相应的技术细节。

一、液滴发生器：极端条件下的热物理特性和建模

液滴发生器是EUVL扫描仪组件中的重要部件（图3）。液滴发生器控制进入EUV光源腔的材料的尺寸、速度和重复率，以通过产生13.5nm EUV光的CO2激光器进行电离。因此，必须可靠地输送液滴，才能产生EUV光，因为故障会影响所有下游组件，从而停止运行。液滴的典型直径为27μm，速度为80 m/s，重复频率为50 kHz。液滴发生器触发CO2激光脉冲的发射，使其被称为整个EUV扫描仪组件的“心跳”。

锡是EUVL应用中液滴发生器的工作流体，因为它在电离成等离子体时会产生特定的13.5nm波长的光。近几十年来，研究人员研究了锡以外材料的可能性，如氙和锂。安全性、成本和性能等因素已证明锡是EUVL制造应用中激光产生等离子体的最佳材料。在半导体制造中，除了锡之外，暂时没有其他材料能够进入EUV光源的公开路线图，因此在基础科学层面了解这种材料的投资将在近期和长期产生影响。该行业对单一材料源锡的定位，使其成为用于产生EUV光的复杂激光-物质相互作用所需的基本材料特性的理想选择。

液滴发生器的工作原理是将固体高纯度锡（>99.999wt.%）装入容器中，加热至其熔点（~232°C）以上。然后，通过高纯度气体（通常是氮气）将压力施加到容器中液体的一侧，使熔融锡通过过滤器流到另一侧的喷嘴。锡液滴的射流通常由产生机械振动的压电（PZT）晶体调制。第一代液滴发生器的示意图及其照片如图3所示。液滴位置稳定性? 约为1μm。

图3 锡液滴发生器的示意图（顶部）和照片（底部）。图片来源：ASML

液滴发生器在2021年取得了新的进展，具有同步再填充功能，如图4所示，在不中断下游EUV扫描仪性能的情况下减少了系统停机时间。这种新的液滴发生器设计，已经实现了超过3000小时的连续操作。

图4 带同步再填充的锡液滴发生器示意图。

提高生产率以获得更高的EUV功率需要增加驱动激光功率（见第2.2节）和每秒更多的液滴。为了增加液滴频率，液滴发生器的压力需要增加，这反过来又会产生更大的液滴间距。这在概念上如图5所示。

图5 液滴发生器的空间域示意图，具有不同的操作压力，以实现更高的EUV功率。

图片来源：ASML

目前，在高于大气压的压力下，熔融金属缺乏可靠的材料特性。标准数据的缺乏阻碍了对液滴发生器进行数值模拟的工作。科学家和工程师描述的当前做法包括从已发表的文献中寻找最接近的材料特性，并推断出粗略的估计值。然后，他们依靠在操作条件下对整个系统的经验观察来调整材料特性和操作参数之间的关系。一位行业发言人举了一个例子，说明设计如何需要平衡，确保工作流体（熔融金属）的温度足够高，可以处于液相，但也不能太高，无法熔化压电元件。

工作会上海介绍了目前NIST关于金属材料性能的计量资源，重点介绍了NIST合金数据库，该数据库是一个精心策划的数据库，包含金属（包括锡）的实验热物理性能。目前，由于材料基因组计划（MGI）的资助和热力学研究中心（TRC）的监督，整个数据库是免费的，并向公众开放。为了继续开发，可以将数据库转换为SRD，以便根据2017年通过的《美国标准参考数据法更新法》核算维护成本。能够为美国工业提供公正和专业验证的材料特性数据，可以为液滴发生器的操作提供富有成效的设计见解和创新。SRD在材料性能方面的优势已在国际上得到关注，韩国计量研究所最近的一份出版物证明了这一

图6 液态锡材料特性如何有助于数据驱动EUV光刻的液滴发生器操作的流程图。

除了在极端温度和压力下缺乏热力学和传输特性外，关于组件的结构和压电数据也很有限。这通过限制预测可能的材料不相容性的能力来限制液滴发生器的设计。学者们讨论了如何将新型高温（>300°C）压电材料作为当前设置的优势，一位成员提到并分享了Tittmann等人最近发表的一篇文章，即存在此类材料，但可用性较低，价格较高。因此，必须作出权衡。

金属液滴发生器存在于纯锡之外，几十年来一直用于焊接和制造金属增材制造粉末等应用，包括铅、锡、铟、铜、银和金合金。鉴于应用领域的成熟度，令人惊讶的是，在基本材料特性方面依然存在很大的知识差距。尽管EUVL以外的液滴发生器的使用不在工作组的范围内，但值得注意的是，该领域的发展也可能影响其他关键技术领域。

总之，重点对EUVL扫描仪组件内的液滴发生器进行了优化。明确了液滴发生器持续、可靠和精确操作的必要性，以及改进设计以提高EUV芯片生产的必要性。在测量高压下熔融锡的基本热力学和传输特性方面的计量进步，可以为材料特性创建参考相关性，并以SRD的形式传播。将SRD集成到模拟软件中可以实现液滴发生器的数字孪生模拟。因此，能够模拟液滴发生器的环境可以有助于当前设备的操作和未来设计的创新，从而实现High NA EUV扫描系统。

二、EUV生成的辐射测量

工业EUVL工具主要涉及两种类型的光：用于电离熔融锡（Sn）的脉冲高功率红外（IR）激光和用于光刻的13.5nm光。前者由专门制造的CO2激光器（λ=10.6µm）提供，以50 kHz的重复频率发射约30 kW（平均功率）。锡电离过程包括两个快速连续的红外激光脉冲：一个预脉冲将液滴从球体变平为圆盘，另一个主脉冲能量更高，用于电离。IR激光器的输出对于开发未来的光刻工具至关重要，因为“EUV功率缩放需要更高的CO2激光功率……”在实验室演示的600 W的当前商用光刻工具中，非相干13.5 nm EUV光的最大输出功率约为250 W。双脉冲系统如图7中的图表格式所示。

图7 展示了在半导体制造过程中产生EUV光的两脉冲系统的（顶部）空间视图和（底部）时间视图。图片来源：ASML

NIST目前支持IR校准，但不支持商业EUVL所需的功率和脉冲条件。尽管NIST目前为微制造行业提供针对光刻的校准，但其波长仅为193nm和248nm。EUV波长范围内的校准是可能的，但仅在比EUVL工具产生的功率（毫瓦）低得多的情况下进行。在这些降低的功率下，NIST可以提供辐射硬化硅光电二极管和氧化铝光电发射探测器。在EUV中进行了其他光学特性测试，包括滤波器传输和空间均匀性测试。计量研究的机会是扩展NIST的校准能力，以覆盖输入IR激光、用于推断功率中游的EUV闪烁体和直接最终输出的EUV光，所有这些都是在与工业EUVL相关的条件下进行的。这将通过为关键工艺参数提供可追溯的计量，对半导体制造工艺的发展产生直接影响。此外，通过提供高保真度数据来验证EUV生成的模拟，对未来的EUV仪器开发将产生长期影响。