Brevet FR3146208A1 — publié le 20240830

Procédé de mesure par T-SAXS d’un défaut de recouvrement affectant un motif de contrôle porté par un composant microélectronique ; système instrumental et produit programme d’ordinateur associés. Ce procédé (100) mesure, par une technique de diffusion des rayons X aux petits angles par transmission, un défaut affectant un motif résultant de la superposition de deux réseaux de lignes portés par un composant microélectronique, un repère xyz étant associé au composant, les lignes étant orientées selon la direction y et les réseaux étant superposés selon la direction z. Ce procédé consiste à : acquérir (110) des mesures d’intensité pour une pluralité d’angles d’incidence du faisceau de rayons X ; reconstruire (120), à partir des mesures d’intensité, deux tiges de Bragg ; déterminer (130) un angle de translation à partir d’un écart entre les positions selon la fréquence spatiale qz des maximums principaux des deux tiges de Bragg ; et déterminer (140) un angle de déformation à partir d’un écart entre les positions selon la fréquence spatiale qz des ième maximums secondaires des deux tiges de Bragg. Figure pour l'abrégé : Figure 7 Procédé de mesure par T-SAXS d’un défaut de recouvrement affectant un motif de contrôle porté par un composant microélectronique ; système instrumental et produit programme d’ordinateur associés. La présente invention concerne un procédé de mesure d’un défaut affectant la réalisation d’un motif résultant de la superposition de deux réseaux de lignes portés par un composant microélectronique. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de mesure par diffusion des rayons X aux petits angles - CD-SAXS (selon l’anglais « Critical-Dimension Small Angle X-ray Scattering ») par transmission (dénommée T-SAXS pour « transmission - Small Angle X-ray Scattering »). La fabrication par empilement d’un composant microélectronique nécessite que les différents niveaux le constituant soient superposés avec précision, de manière à ce que les éléments portés par ces différents niveaux soient correctement positionnés les uns par rapport aux autres pour garantir le bon fonctionnement du composant final. Il est connu de contrôler la précision de fabrication en utilisant un motif de contrôle résultant de la superposition d’un second réseau de lignes réalisé sur un second niveau du composant, au-dessus d’un premier réseau de lignes réalisé sur un premier niveau du composant. Le premier réseau de lignes, respectivement le second réseau de lignes, est par exemple gravé au cours de la réalisation des éléments du premier niveau, respectivement du second niveau. Ce contrôle s’effectue en mesurant un défaut de recouvrement, ou « overlay » (en reprenant abusivement le terme anglais comme le ferait l’homme du métier), affectant ce motif de contrôle. Sur ce sujet, la demanderesse a déposé la demande de brevet FR 22 02371, dans laquelle il s’agissait de mesurer l’overlay en mettant en œuvre une technique T-SAXS. Dans ce document, l’overlay est défini comme une translation du second réseau de lignes par rapport au premier réseau de lignes. Cette translation est caractérisée par un angle α entre des première et seconde directions : la première direction étant la direction normale aux lignes d’un réseau, dans le plan de ce réseau ; et la seconde direction passant par les centres géométriques des sections transversales d’une ligne du premier réseau et d’une ligne du second réseau, les lignes considérées devant être parfaitement superposées lorsque l’angle α est égal à 90°. Cependant, le motif de contrôle peut être altéré d’autres façons qu’une simple translation décalant un réseau de lignes par rapport à l’autre. Le but de la présente invention est ainsi de proposer un procédé de mesure permettant l’extraction d’une autre information sur la géométrie du motif de contrôle. Pour cela l’invention a pour objet un procédé de mesure d’un défaut de recouvrement affectant un motif résultant de la superposition d’un premier réseau de lignes porté par un premier niveau d’un composant microélectronique et d’un second réseau de lignes porté par un second niveau du composant microélectronique, un repère orthonormé xyz étant associé au composant microélectronique, les lignes des premier et second réseaux de lignes étant orientées selon la direction y, et les premier et second réseaux de lignes étant superposés selon la direction z, le procédé de mesure mettant en œuvre une technique de diffusion des rayons X aux petits angles par transmission, le procédé comporte les étapes de : - acquérir, en éclairant le motif, une pluralité de mesures d’intensité d’un faisceau de rayons X transmis pour une pluralité d’angles d’incidence du faisceau de rayons X, l’angle d’incidence étant défini comme l’angle, évalué dans le plan défini par les directions x et z, entre la direction z et la direction d’incidence du faisceau de rayons X ; - reconstruire, à partir de la pluralité de mesures d’intensité, au moins deux tiges de Bragg d’intérêt d’une figure de diffraction selon des fréquences spatiales et , associées respectivement aux directions x et z ; - déterminer un angle de translation à partir d’un écart entre les positions selon la direction des maximums principaux des deux tiges de Bragg ; et/ou, - déterminer un angle de déformation à partir d’un écart entre les positions selon la direction des i ème maximums secondaires des deux tiges de Bragg. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’angle de translation est l’angle α défini entre la direction x et la direction reliant les centres géométriques des sections transversales d’une ligne du premier réseau de lignes et d’une ligne correspondante du second réseau de lignes. - l’étape de détermination de l’ange de translation utilise la relation : où et , m et n étant les ordres respectifs des deux tiges de Bragg reconstruites. - l’angle de déformation est l’angle défini comme la moyenne entre un premier angle de bord et un second angle de bord, le premier angle de bord étant l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur droit d’une ligne du premier réseau de lignes et le coin supérieur droit de la ligne correspondante du second réseau de lignes et le second angle de bord étant l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur gauche d’une ligne du premier réseau de lignes et le coin supérieur gauche de la ligne correspondant du second réseau de lignes. - l’étape de détermination de l’ange de déformation utilise la relation : où et , m et n étant les ordres respectifs des deux tiges de Bragg reconstruites. L’invention a également pour objet un système instrumental du type T-SAXS, comportant un détecteur, une électronique d’acquisition et un calculateur, caractérisé en ce que le calculateur est convenablement programmé pour que ledit système instrumental mette en œuvre le procédé de mesure précédent. De préférence, le système instrumental comporte un détecteur adapté pour mesurer l’intensité du faisceau transmis sur une plage d’angle de diffraction réduite permettant de suivre les aux moins deux tiges de Bragg d’intérêt au cours de l’étape d’acquisition. L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un calculateur du système instrumental précédent permettent à ce dernier de mettre en œuvre le procédé de mesure précédent. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d’exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : La est une représentation schématique d’un système instrumental de mesure de l’overlay par mise en œuvre d’une technique T-SAXS ; La est une représentation de la transformée de Fourier d’un motif pour lequel l’overlay est nul ; La est une représentation schématique de deux géométries associant déformation des lignes des deux réseaux superposées et translation des deux réseaux superposés; La figure 4B est une simulation des facteurs de forme selon qz pour les deux formes représentées sur la figure 4A, permettant d’illustrer l’impact de la variation de l’angle α sur le facteur de forme, les angles β1 et β2 étant similaires pour ces deux formes ; La figure 5B est une simulation des facteurs de forme selon qz pour les deux formes représentées sur la figure 5A, permettant d’illustrer l’impact de la variation des angles β1 et β2 sur le facteur de forme, l’angle α étant similaire pour ces deux formes ; La est une illustration de l’extraction des angles α et β moy respectivement à partir de la position du maximum principal et du premier maximum ; et, La est une représentation sous forme de blocs d’un mode de réalisation du procédé de mesure de l’overlay selon l’invention. La représente un système instrumental 1 de mesure de l’overlay. Une source S de rayon X émet un faisceau de rayon X selon une direction z 0 , perpendiculairement à un plan d’observation P. Le faisceau incident tombe en un point origine O du plan d’observation P. Des directions x 0 et y 0 définissent un repère orthonormal du plan P. Un composant microélectronique C est interposé entre la source S et le plan d’observation P. Le composant C est muni d’un motif de contrôle Z permettant la détermination de l’overlay. Le motif de contrôle Z est constitué d’un premier niveau comportant un premier réseau de lignes et, superposé au premier niveau, un second niveau comportant un second réseau de lignes. De préférence, la surface du motif de contrôle Z affleure le reste de la surface du composant C. Le centre A du motif de contrôle Z est placé sur l’axe d’incidence du faisceau de rayons X. Un repère orthonormal xyz est associé au composant C. Ce repère est attaché au centre A du motif de contrôle Z de sorte que la direction y corresponde à la direction y 0 , et que la direction z soit normale à la surface du motif de contrôle Z. Comme précisé ci-après, les lignes des réseaux de lignes qui permettent de mesurer l’overlay sont disposées parallèlement à l’axe y 0 , de façon à obtenir des pics de Bragg selon l’axe x 0 . Le composant C est placé sur un support 30 permettant de faire tourner le composant C autour de la direction y de manière à modifier l’angle d’incidence du faisceau de rayons X sur le motif de contrôle Z, c’est-à-dire l’angle entre la direction z et la direction z 0 , qui est également l’angle entre la direction x et la direction x 0 . Un détecteur 10 est placé dans le plan d’observation P. Il est par exemple composé d’une barrette de capteurs disposés selon la direction x 0 . L’intensité au point B de l’axe x 0 , mesurée par le capteur localisé au point B, dépend de l’angle entre la direction AO et la direction AB. Cette intensité est notée . Comme connu en soi, l’image dans le plan d’observation P est en relation avec la transformée de Fourier spatiale du motif de contrôle Z éclairé par le faisceau incident. Dans l’espace réciproque, la coordonnée associée à la direction x 0 est la fréquence spatiale définie par : (1) Soit, toujours dans l’espace réciproque, mais en considérant les fréquences spatiales et , respectivement associées aux directions x et z du repère lié au motif de contrôle Z : (2) (3) Le détecteur 10 est connecté à un dispositif électronique, représenté de manière schématique sur la par un cube portant la référence 20. Le dispositif 20 comporte une électronique de contrôle permettant de commander le support 30 pour qu’il positionne le composant C selon une valeur de consigne de l’angle d’incidence . Le dispositif 20 comporte également une électronique d’acquisition permettant d’effectuer des prétraitements adaptés sur les signaux délivrés par chacun des capteurs du détecteur 10 et à les numériser. Le dispositif 10 comporte en outre un calculateur pour le traitement des signaux prétraités et numérisés. Le calculateur est un ordinateur comportant des moyens de calcul, tels qu’un processeur, et des moyens de mémorisation, tels qu’une mémoire. La mémoire stocke notamment les instructions de programmes d’ordinateur, en particulier un programme dont l’exécution permet la mise en œuvre du procédé de mesure de l’overlay, c’est-à-dire d’un défaut affectant le motif de contrôle. D’un point de vue théorique, il est possible de calculer exactement la transformée de Fourier spatiale du motif de contrôle. Ainsi, la partie A de représente, dans l’espace direct des coordonnées x et z (le plan xz étant le plan transversal aux premier et second réseaux de lignes), une fraction du motif de contrôle Z porté par le composant C. Sont par exemple représentées les sections transversales de deux lignes 41 et 42 du premier réseau de lignes 40 et deux lignes 51 et 52 du second réseau de lignes 50. Les lignes de chacun de ces réseaux s’étendent selon la direction y. Dans le cas d’un overlay nul, c’est-à-dire lorsque le motif de contrôle Z respecte une géométrie idéale, une ligne d’un réseau présente une section transversale rectangulaire, les parois latérales d’une ligne étant perpendiculaire au fond de cette ligne. Une ligne présente une largeur l et une profondeur p. Deux lignes d’un même réseau sont espacées d’un pas d. Le pas entre une ligne du premier réseau et une ligne du second réseau est noté D. Ce pas selon l’épaisseur du composant est considéré comme égal à p dans la suite de la présente description (les deux réseaux étant superposés directement l’un au-dessus de l’autre), car ce pas selon l’épaisseur n’a pas d’effets mesurables sur la figure de diffraction. Toujours selon la géométrie idéale, les premier et second réseaux de lignes sont parfaitement superposés en x, c’est-à-dire selon une direction normale aux lignes d’un réseau, dans le plan de ce réseau. Le calcul exact de la transformée de Fourier spatiale de ce motif conduit à la partie B de la figure 2. Il s’agit d’une représentation dans l’espace réciproque des fréquences spatiales et , qui sont respectivement conjuguées des coordonnées x et z. Pour une valeur nulle de , la transformée de Fourier présente, selon la direction , une succession de maximums principaux, ou pic de Bragg. Chaque pic de Bragg est identifié par un entier n, dénommé ordre de Bragg. Le pic de Bragg d’ordre n est positionné en . Pour une valeur donnée, c’est-à-dire pour le pic de Bragg d’ordre n, l’intensité selon la direction forme ce que l’on dénomme la tige de Bragg d’ordre n. Une tige de Bragg présente une alternance de maximums et de minimums locaux. Pour i entier supérieur à l’unité, le i ème maximum secondaire de la partie supérieure de la tige de Bragg d’ordre n est situé en ( positif) et le i ème maximum secondaire de la partie inférieure de la tige de Bragg d’ordre n est situé en ( négatif). On peut noter la position du maximum principal de la tige de Bragg d’ordre n. Sur la partie B de la figure 2, la tige de Bragg d’ordre n est symétrique par rapport à l’axe . Ainsi, la position du i ème maximum secondaire de la partie supérieure de la tige de Bragg d’ordre n correspond à la position du i ème maximum secondaire de la partie inférieure de la tige de Bragg d’ordre n : . Sur la partie B de la figure 2, on constate que, lorsqu’il n’y a pas d’overlay, la position selon l’axe du i ème maximum secondaire d’une tige de Bragg est constante, quel que soit l’ordre de Bragg n considéré ( ). La présente invention permet de mesurer les paramètres d’un overlay résultant de la combinaison de deux types de défaut pouvant affecter le motif de contrôle Z de sorte qu’il s’écarte de la géométrie idéale de la : - une translation d’un réseau de lignes par rapport à l’autre réseau de lignes, décrit par un angle de translation α ; et - une déformation des lignes des deux réseaux, décrit par un angle de déformation . Le motif de contrôle Z peut présenter un défaut résultant de la translation d’un réseau de lignes par rapport à l’autre selon une direction normale aux lignes d’un réseau, dans le plan de ce réseau. Par exemple, sur la partie 1 de la , la ligne supérieure 51 est translatée selon la direction x d’une distance e par rapport à la ligne inférieure 41. Cet premier type de défaut (ou d’overlay) est décrit par l’angle α, ou angle de translation, entre la direction normale x et la direction reliant les centres géométriques G 1 et G 2 d’une paire de lignes. Le motif de contrôle peut également présenter un défaut résultant de la déformation des lignes des réseaux de lignes, chaque ligne ayant alors une section en losange (dit autrement, les parois latérales d’une ligne ne sont plus à angle droit par rapport au fond de cette ligne). Par exemple, sur la partie B de la , les bords entre les coins 44 et 46, d’une part, et 43 et 44, d’autre part, de la ligne inférieure 41 sont inclinés, et les bords entre les coins 54 et 56, d’une part, et 53 et 54, d’autre part, de la ligne supérieure 51 sont inclinés. On définit un premier angle de bord comme l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur droit 43 de la première ligne 41 et le coin supérieur droit 57 de la seconde ligne 51. On définit un second angle de bord comme l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur gauche 44 de la première ligne 41 et le coin supérieur gauche 56 la seconde ligne 51. L’angle de déformation caractérisant ce second type de défaut (ou d’overlay) est alors défini comme la moyenne des premier et second angles de bord : . Dans le cas où le motif est affecté par un défaut de translation mais pas par un défaut de déformation (partie A de la Figure 3), on montre que , de sorte que ces deux paramètres permettent alors d’extraire la même information sur la géométrie du motif. En revanche, lorsque le motif est affecté par un défaut de translation et par un défaut de déformation (partie B de la Figure 3), on perd l’égalité , et les deux paramètres et permettent alors d’extraire une information différente sur l’overlay. Les figures 4 et 5 permettent de montrer que les deux paramètres et sont indépendants l’un de l’autre et peuvent être extraits d’une figure de diffraction indépendamment l’un de l’autre. Sur la partie A de la , deux motifs sont superposés avec des overlays différents. Le motif a, représenté en traits pleins, correspond à un overlay causé uniquement par une translation. Le motif b, représenté en traits pointillés, correspond à un overlay causé, non seulement par une translation, mais également par une déformation des lignes. Ces deux motifs présentent des valeurs différentes de l’angle (respectivement et ), mais des valeurs identiques de l’angle . Sur la partie B de la , sont représentées les tiges de Bragg d’un même ordre n pour chacun des deux motifs a et b de la partie A de la . On constate que la position du maximum principal de l’intensité n’est plus identique pour les deux motifs ( , et que les positions des maximums secondaires de l’intensité sont identiques ( pour le second maximum secondaire par exemple). Sur la partie A de la , deux motifs sont superposés. Le motif a, représenté en traits pleins, correspond à un overlay causé uniquement par une translation. Le motif b, représenté en traits pointillés, correspond à un overlay causé non seulement par une translation, mais également par une déformation des bords des lignes. Ces deux motifs présentent des valeurs identiques de l’angle , mais des valeurs différentes de l’angle (respectivement et ) Sur la partie B de la , sont représentées les tiges de Bragg d’un même ordre n pour chacun de ces deux motifs. On constate que si la position du maximum principal de l’intensité est identique pour les deux motifs a et b ( , il existe maintenant un décalage entre les positions des maximums secondaires de l’intensité . La partie 1A de la représente, pour un même motif affecté par un défaut de translation et un défaut de déformation, différentes tiges de Bragg, en l’occurrence les tiges d’ordre -1, 1 et 2. Les mesures effectuées sur les positions des maximums principaux des différentes tiges de Bragg permettent d’établir une relation linéaire entre la position de ces maximums dans le plan et (partie B de la ). Ainsi, l’angle peut s’exprimer de la façon suivante : Avec et , où n et m sont les ordres des tiges de Bragg utilisées pour l’extraction d’information sur l’overlay. Les mesures effectuées sur les positions des maximums secondaires des différentes tiges de Bragg permettent d’établir une relation linéaire entre la position de ces maximums dans le plan et (partie C de la ). Ainsi, l’angle peut s’exprimer de la façon suivante : Avec et , où n et m sont les ordres des tiges de Bragg utilisées pour l’extraction et i le ième maximum secondaire considéré. Des vérifications montrent une très bonne adéquation de ces relations avec les angles réels. Par conséquent, en mesurant deux ordres de diffraction n et m, quel qu’ils soient, le décalage observé sur le maximum principal, ainsi que sur un maximum secondaire permet l’extraction à la fois de l’angle et de l’angle , ces deux paramètres permettant une description de la forme des lignes et donc de l’overlay. Compte tenu de ces considérations, un mode de réalisation du procédé de mesure de l’overlay selon l’invention va maintenant être présenté en référence à la . Le procédé 100 consiste d’abord à reconstruire au moins deux tiges de Bragg d’intérêt, par exemple les ordres n et m. Pour cela, dans une première étape 110 d’acquisition, au moyen du détecteur 10, on itère la mesure de l’intensité pour différents angles d’incidence φ. Par exemple, on fait varier l’angle d’incidence par pas de 1° dans la plage de +60° à -60° et pour chaque valeur de l’angle d’incidence on mesure l’intensité en fonction de la position le long de l’axe x 0 du plan d’observation P, c’est-à-dire en fonction de l’angle de diffraction θ. Puis, dans une étape 120, on reconstruit la figure de diffraction dans l’espace réciproque décrit par les coordonnées et . Une fois les tiges de Bragg d’intérêt reconstruites, le procédé 100 se poursuit par une étape 130 de détermination de l’angle : - on calcule d’abord : ; - on calcule ensuite : - et finalement on détermine l’angle de translation : Le procédé 100 se poursuit par une étape 140 de détermination de l’angle : - on reprend la valeur de calculée précédemment ; - on calcule ensuite : ; - et finalement on détermine l’angle de déformation: . La présente invention permet de mesurer les paramètres caractéristiques des défauts de translation et de déformation affectant potentiellement un motif. Dans la présente description, on s’est attaché à un motif de contrôle, réalisé spécifiquement sur le composant pour effectuer des mesures de la qualité de la fabrication. Cependant, en variante, le motif peut être élaboré à partir d’éléments fonctionnels du composant, comme par exemple des lignes de transistors appartenant à des niveaux différents du composant. Procédé (100) de mesure d’un défaut de recouvrement affectant un motif résultant de la superposition d’un premier réseau de lignes (40) porté par un premier niveau d’un composant microélectronique (C) et d’un second réseau de lignes (50) porté par un second niveau du composant microélectronique, un repère orthonormé xyz étant associé au composant microélectronique, les lignes des premier et second réseaux de lignes étant orientées selon la direction y, et les premier et second réseaux de lignes étant superposés selon la direction z, le procédé de mesure mettant en œuvre une technique de diffusion des rayons X aux petits angles par transmission (T-SAXS), caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : acquérir (110), en éclairant le motif, une pluralité de mesures d’intensité d’un faisceau de rayons X transmis pour une pluralité d’angles d’incidence du faisceau de rayons X, l’angle d’incidence étant défini comme l’angle, évalué dans le plan défini par les directions x et z, entre la direction z et la direction d’incidence du faisceau de rayons X ; reconstruire (120), à partir de la pluralité de mesures d’intensité, au moins deux tiges de Bragg d’intérêt d’une figure de diffraction selon des fréquences spatiales et , associées respectivement aux directions x et z ; déterminer (130) un angle de translation à partir d’un écart entre les positions selon la direction des maximums principaux des deux tiges de Bragg ; et/ou, déterminer (140) un angle de déformation à partir d’un écart entre les positions selon la direction des i ème maximums secondaires des deux tiges de Bragg. Procédé de mesure selon la revendication 1, dans lequel l’angle de translation est l’angle α défini entre la direction x et la direction reliant les centres géométriques des sections transversales d’une ligne du premier réseau de lignes et d’une ligne correspondante du second réseau de lignes. Procédé de mesure selon la revendication 2, dans lequel l’étape de détermination de l’ange de translation utilise la relation : où et , m et n étant les ordres respectifs des deux tiges de Bragg reconstruites. Procédé de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’angle de déformation est l’angle défini comme la moyenne entre un premier angle de bord et un second angle de bord, le premier angle de bord étant l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur droit d’une ligne du premier réseau de lignes et le coin supérieur droit de la ligne correspondante du second réseau de lignes et le second angle de bord étant l’angle entre la direction x et la direction joignant le coin inférieur gauche d’une ligne du premier réseau de lignes et le coin supérieur gauche de la ligne correspondant du second réseau de lignes. Procédé de mesure selon la revendication 4, dans lequel l’étape de détermination de l’ange de déformation utilise la relation : où et , m et n étant les ordres respectifs des deux tiges de Bragg reconstruites. Système instrumental (1) du type par diffusion des rayons X aux petits angles par transmission (T-SAXS), comportant un détecteur, une électronique d’acquisition et un calculateur, caractérisé en ce que le calculateur est convenablement programmé pour que ledit système instrumental mette en œuvre un procédé de mesure d’un défaut de recouvrement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Système instrumental selon la revendication 6, comportant un détecteur adapté pour mesurer l’intensité du faisceau transmis sur une plage d’angle de diffraction réduite permettant de suivre les aux moins deux tiges de Bragg d’intérêt au cours de l’étape d’acquisition. Produit programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un calculateur d’un système instrumental conforme à l’une quelconque des revendication 6 et 7 permet à ce dernier de mettre en œuvre un procédé de mesure d’un défaut de recouvrement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.