Brevet FR2849181A1 — publié le 20040625

PROCEDE D'ETUDE DES RELIEFS D'UNE STRUCTURE PAR VOIE OPTIQUE DESCRIPTION La présente invention a trait à un procédé d'étude d'une structure par voie optique pour un contrôle dimensionnel de ses reliefs De tels procédés trouvent application dans la caractérisation 10 géométrique de motifs espacés régulièrement, mais que leurs dimensions microscopiques rendent peu accessibles aux procédés de mesure directe, comme les lignes de relief en microélectronique. Le terme anglais de "scatterometry" est 15 souvent utilisé dans l'art pour désigner des procédés o la surface à étudier reçoit un rayonnement qu'elle réfléchit en donnant un spectre diffracté en fonction des reliefs Le spectre de mesure est recueilli et affiché sur un support graphique On ne peut 20 l'exploiter pour en déduire directement les caractéristiques des reliefs, et c'est pourquoi on procède à des comparaisons du spectre à des spectres de référence obtenus pour des surfaces aux reliefs connus: si le spectre de mesure est proche d'un des 25 spectres de référence, son relief ressemblera à celui qui a donné naissance à ce spectre de référence Les spectres de référence peuvent être tirés d'une bibliothèque ou d'essais de simulations de la diffraction de modèles aux reliefs paramétrés de la 30 surface Ce deuxième genre de procédés est itératif en faisant varier les paramètres pour converger vers la B 14247 3/JCI solution Les brevets US 5 739 909 et 5 867 276 sont relatifs à des procédés d'étude d'une surface par réflectométrie. Certaines difficultés doivent être affrontées dans ce genre de procédés Il est manifeste qu'une bibliothèque assez fournie est nécessaire pour donner une estimation précise des reliefs Les procédés itératifs sont sujets à des imprécisions de modélisation et à des difficultés de converger vers la 10 solution correcte Il en résulte des temps de calculs excessifs. L'invention offre un perfectionnement aux mesures de reliefs d'une surface par réflectométrie, et plus précisément à la seconde famille de procédés 15 mentionnée Elle permet d'obtenir de meilleures corrélations entre le spectre mesuré et les spectres d'essai successifs. Elle peut être définie, sous sa forme la plus générale, par un procédé d'étude d'une surface par 20 réflectrométrie, comprenant des étapes de projection d'un rayonnement sur la surface, de recueil d'un spectre de mesure du rayonnement après une réflexion d'un rayonnement sur la surface et d'affichage du spectre sur un support graphique, caractérisé en ce 25 qu'il comprend encore des étapes de sélection de points du spectre, les points pouvant être joints par des lignes approchant le spectre, et de recherche de reliefs de la surface par des comparaisons des points sélectionnés du spectre de mesure à des points 30 homologues d'un spectre d'essai, le spectre d'essai provenant d'une réflexion simulée du rayonnement sur B 14247 3/JCI une surface d'essai résultant d'une modélisation de relief exprimés par des paramètres, et comprenant des ajustements des comparaisons et du spectre d'essai par des modifications des paramètres, les paramètres étant modifiés successivement dans un ordre déterminé. L'invention sera maintenant décrite plus complètement en liaison aux figures La figure 1 illustre un dispositif d'étude, la figure 2 un organigramme du procédé, la figure 3 un spectre de 10 mesure et les figures 4 et 5 certaines techniques d'étude. Une source lumineuse 1 pouvant consister en un laser prolongé par une fibre optique projette un rayon lumineux incident 2 vers un échantillon 3 15 consistant en un substrat 4 strié et dont des reliefs en saillie forment des arêtes 5 linéaires sur la face supérieure qu'on étudie Le rayon lumineux incident 2 est réfléchi sur l'échantillon 3 en un rayon lumineux réfléchi 6 dont la direction est symétrique par rapport 20 à la normale au substrat 4 au point d'illumination et qui aboutit à un spectromètre 7 En pratique, plusieurs dizaines des arêtes 5 sont atteintes à la fois pour le rayon lumineux et contribuent à la fois à la mesure. L'installation comprend encore schématiquement un 25 système de commande 8 dont une des fonctions est de recueillir les mesures par le spectromètre 7, et aussi de les retransmettre à une interface graphique 9 que consulte l'utilisateur Certaines autres possibilités de l'installation ne sont qu'esquissées C'est ainsi 30 qu'il est possible d'incliner l'échantillon 3 en faisant tourner un plateau 10 sur lequel le substrat 4 B 14247 3/JCI est collé en commandant une rotation d'un axe 11 de support du plateau 10 On commande alors aussi une rotation du spectromètre 7 d'un angle double pour continuer de recevoir des mesures, en déplaçant un bras 5 coudé 12 sur lesquels il est monté autour d'un axe 13 coaxial ou précédent Ces mouvements sont assurés par le système de commande 8 L'opérateur dispose aussi d'un clavier ou d'éléments équivalents pour agir sur l'installation par l'intermédiaire du système de 10 commande 8 On désigne par O l'angle d'incidence du rayon lumineux d'incident 2 sur l'échantillon 3, par X la longueur d'onde de la lumière et par p l'angle de polarisation de celle-ci Les mesures par réflétrométrie peuvent prendre des aspects différents 15 selon le paramètre qu'on fait varier pour avoir non un point de mesure unique mais un spectre complet On décrira ici plus complètement une mesure dite spectroscopique, o le spectre est obtenu en faisant varier la longueur d'onde X dans une plage assez large, 20 mais les mesures dites goniométriques, o varie l'angle d'incidence 0, sont aussi très courantes pour donner un autre spectre L'application de l'invention n'est pas affectée par la catégorie du spectre. On se reporte maintenant à la figure 2 pour 25 la description générale du procédé utilisé L'étape A consiste à obtenir un spectre de mesure de la façon qu'on vient d'indiquer L'étape suivante B consiste à obtenir un spectre d'essai qui est comparé au précédent à l'étape suivante C Un paramètre de l'échantillon 3 30 sera alors ajusté à l'étape suivante D avec l'espoir d'améliorer la comparaison, et on reviendra à l'étape B B 14247 3/JCI et aux suivantes jusqu'à être parvenu à une comparaison optimale L'étape C sera suivie alors d'une étape E d'addition de paramètres qui seront ajustés, et on recommencera une série de cycles des étapes D, B et C 5 jusqu'à ce que les nouveaux paramètres soient optimisés eux aussi On procédera de même jusqu'à avoir considéré tous les paramètres, après quoi une solution du système sera atteinte et les valeurs des paramètres seront fournies à l'utilisateur selon l'étape F Après un 10 ajustement (D), il sera aussi possible occasionnellement de commander une nouvelle définition du modèle à l'étape G avant de revenir à l'étape B. Nous nous intéressons maintenant à l'étape A du procédé Il s'agit d'un aspect essentiel de 15 l'invention puisqu'il permet de réduire énormément les temps de calcul nécessaires à la corrélation par itérations successives Le spectre ici représenté est une intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde k On ne considèrera que quelques points de ce 20 spectre, notamment ceux, notés par 16, qui sont situés aux sommets de pics du spectre, d'autres points notés 17 situés à la base de ces pics, le cas échéant des points 18 situés dans des vallées du spectre si cellesci sont accusées; des points intermédiaires aux 25 précédents, notés 19, peuvent aussi sélectionnés On cherche à obtenir une très bonne adéquation entre le spectre réel de mesure et un spectre fictif défini par des lignes joignant les points sélectionnés successifs. La représentation de la figure 3 montre qu'on peut y 30 parvenir avec un nombre de points réduit; des vérifications peuvent être entreprises en calculant B 14247 3/JCI l'écart général entre le spectre de mesure et le spectre défini par les points sélectionnés Une autre possibilité, à laquelle il est facile de recourir bien qu'on ne le fasse pas avec l'exemple de la figure 3, 5 est de ne considérer qu'une partie jugée intéressante du spectre et de négliger complètement le reste dans les corrélations Des points appartenant à des régions différentes, comme les sommets et les bases de pics, devraient pourtant être conservés pour offrir une base 10 de comparaison sure. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, des approximations différentes mais satisfaisantes du spectre sont atteintes par un échantillonnage régulier du spectre sur la plage des 15 longueurs d'onde ou en énergie. Nous passons maintenant à une description de l'obtention des spectres d'essai et de leur ajustement. D'après la figure 4, les arêtes 5 peuvent 20 être assimilées à un empilement de tranches 22 superposées et de largeurs différentes que traverse la lumière selon un mode de propagation determiné dépendant de l'angle d'incidence Cette décomposition en tranches 22 sert de modèle pour obtenir les spectres 25 d'essai par une simulation Dans la méthode la plus courante, les tranches 22 sont supposées être de largeur uniforme, donc de section rectangulaire et leur épaisseur est choisie arbitrairement Chacune des tranches 22 possède alors une constante de propagation 30 de la lumière uniforme notée pk, OU k est l'indice de la tranche 22 considérée Cette constante de B 14247 3/JCI propagation exprime la vitesse de propagation de la lumière à travers la tranche 22 selon le mode de propagation qui prévaut Une erreur systématique est toutefois commise puisque le relief a en réalité une 5 largeur variable dans les tranches 22 Cette erreur peut être exprimée par les formules: ek = C Yki |k P(yldy Yak k |-JY"' P(y)dy Yk+l Yk Yk O Yk et Yk+l sont les hauteurs extrêmes de la tranche 22, et R(y) la constante réelle de propagation de la lumière à toute hauteur y et k la constante réelle moyenne dans la tranche 22. L'article " Formulation for stable and 15 efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings " paru dans le Journal of Optical Society of America, vol 12, n 5, mai 1995, p.1068 à 1076, par Moharam et d'autres, donne des précisions sur la propagation de la lumière dans les 20 arêtes 5 ou d'autres reliefs. Selon l'invention, les épaisseurs (Yk+l-Yk) des tranches 22 ne sont plus choisies arbitrairement, mais de façon que l'erreur d'obtention totale des spectres d'essai sur tout le relief modélisé, E = Zek, 25 devienne égale à un maximum admissible Ema L'étape G du procédé consistera donc à ajuster la hauteur des tranches 22 composant l'arête 5 et à appliquer les formules précédentes de manière que E = Emax L'arête 5 sera alors découpée de la meilleure façon, en 30 conciliant une erreur réduite et un nombre de tranches B 14247 3/JCI 22 modéré qui aura l'avantage de ne pas accroître excessivement les temps de calcul. Nous explicitons cet ajustement et abordons d'autres étapes du procédé de corrélation au moyen de 5 la figure 5 L'arête 5 pourra être assimilée à un relief de forme simple, tel qu'un trapèze aux coins supérieurs arrondis, dans bien des cas pratiques Cette forme peut être décrite au moyen de quatre paramètres, à savoir la hauteur h l'angle des côtés t, la courbure 10 r des coins supérieurs et la largeur f, par exemple à mi- hauteur D'autres formes sont concevables. Ces paramètres régissent la décomposition de l'arête 5 par laquelle les spectres d'essai sont obtenus, ainsi que la partie du procédé explicitée par 15 la figure 4 Leurs valeurs sont inconnues à l'origine, puisqu'elles sont l'objet de l'étude, et doivent donc être déduites par des corrélations entre le spectre de mesure et les spectres d'essai les faisant varier de façon itérative pour améliorer la corrélation Un 20 spectre d'essai est calculé par groupe de valeurs que prennent les paramètres dans la progression du procédé. Unee première étape, qui peut être accomplie pour chaque jeu de paramètres ou pour certains d'eux seulement, est l'étape 6, qui donne le nombre des 25 tranches 22 optimal pour les valeurs courantes, ou des valeurs précédentes qu'on juge peu différentes, des paramètres Conformément à un autre aspect de l'invention, on détermine des classes des paramètres. En effet, un ajustement anarchique de ceux-ci pourrait 30 échouer à donner la solution exacte du problème en ne convergeant que vers une solution locale C'est B 14247 3/JCI pourquoi on se décide à faire varier les paramètres les uns après les autres pour réaliser l'ajustement, en commençant par les plus significatifs, c'est-à-dire ceux qui ont le plus d'influence sur le spectre d'essai. Chacune des classes de paramètres peut comprendre un ou plusieurs paramètres L'ajustement se fait d'abord en utilisant seulement les paramètres de la première classe On peut ici juger que la hauteur et 10 la largeur auront des importances comparables, de sorte que la première classe les comprendra toutes deux Un cycle d'étape B, C et D est alors entrepris en ajustant les valeurs de f et h jusqu'à obtenir un minimum de différence entre le spectre de mesure et le dernier 15 spectre d'essai Un nouveau cycle d'étape B, C et D est alors entrepris en considérant aussi la deuxième classe de paramètres, qui comprend l'angle t: on fait varier cette fois à la fois les paramètres h, f et t Enfin, un dernier cycle d'étapes B, C et D est entrepris en 20 incorporant la troisième classe de paramètre, comprenant la courbure r, et en faisant donc varier tous les paramètres à la fois Quand l'erreur minimale entre le spectre de mesure et le spectre d'essai a été trouvé, on considère que l'arête 5 a été trouvée. Il est clair que l'invention pourrait être appliquée à d'autres formes d'arêtes. B 14247 3/JCI REVENDICATIONS 1) Procédé d'étude d'une surface par 5 réflectrométrie, comprenant des étapes de projection d'un rayonnement ( 2) sur la surface, de recueil d'un spectre de mesure du rayonnement après une réflexion ( 6) du rayonnement sur la surface et d'affichage du spectre sur un support graphique ( 9), caractérisé en ce 10 qu'il comprend encore des étapes de sélection de points du spectre ( 16, 17, 18, 19), les points pouvant être joints par des lignes approchant le spectre, et de recherche de reliefs ( 5) de la surface par des comparaisons des points sélectionnés du spectre de 15 mesure à des points homologues d'un spectre d'essai, le spectre d'essai provenant d'une réflexion simulée du rayonnement sur une surface d'essai ( 5; 22) résultant d'une modélisation du relief exprimée par des paramètres, et comprenant des ajustements des 20 comparaisons et du spectre d'essai par des ajustements des paramètres, les paramètres étant ajustés successivement dans un ordre déterminé. 2) Procédé d'étude d'une surface par réflectométrie suivant la revendication 1, caractérisé 25 en ce que les paramètres comprennent une hauteur et une largeur des reliefs, qui sont modifiés d'abord dans les ajustements. 3) Procédé d'étude d'une surface par réflectométrie suivant la revendication 2, caractérisé 30 en ce que les paramètres comprennent une pente et un arrondi des reliefs, qui sont modifiés dans cet ordre B 14247 3/JCI dans les ajustements, et après la hauteur et la largeur. 4) Procédé d'étude d'une structure par réflectométrie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des ajustements de nombre d'étages ( 22) des reliefs utilisés pour obtenir le spectre d'essai. B 14247 3/JCI