EP2795578A1 - Procédé de caractérisation d'un motif - Google Patents

Procédé de caractérisation d'un motif

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EP2795578A1
EP2795578A1 EP12821258.6A EP12821258A EP2795578A1 EP 2795578 A1 EP2795578 A1 EP 2795578A1 EP 12821258 A EP12821258 A EP 12821258A EP 2795578 A1 EP2795578 A1 EP 2795578A1
Authority
EP
European Patent Office
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contour
pattern
point
coefficient
determining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12821258.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Johann Foucher
Romain FEILLEUX
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2795578A1 publication Critical patent/EP2795578A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image
    • G06T2207/10061—Microscopic image from scanning electron microscope
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30148—Semiconductor; IC; Wafer

Definitions

  • the present invention relates to the field of metrology and relates to a method for characterizing a pattern.
  • the method according to the invention is more particularly adapted to the characterization of the patterns used in microelectronic integrated circuits obtained in the microelectronics industry.
  • the semiconductor industry defines and tracks the dimensions of products manufactured using what is known as the "Critical Dimension” CD or Dimension Critique.
  • the permanent decrease of the critical dimension of the circuits involves the corresponding adaptation of the measurement methods.
  • increasing the size of the wafers (or wafer) and the costs represented by each of them involve the control and detection of defects, as soon as possible and, in fact, at each stage of the manufacturing process, both during the research and development process and in production.
  • CD Dimension Critique CD
  • the vertical position of its measurement varies according to the reasons to be characterized.
  • the CD of a transistor gate will be rather measured as low as possible while the CDs of a gate contact or an interconnection line will rather be measured as high as possible.
  • the measurement of the CD remains very local; however, the localization, especially vertical, is not very well controlled according to the techniques used in production, for example scanning atomic force electron microscopy (or CD-SEM for "Critical Dimension - Scanning Electron Microscope”). Scatterometry or atomic force microscopy in three dimensions (or CD-AFM for "Critical Dimension - Atomic Force Microscopy”).
  • CD-SEM scanning atomic force electron microscopy
  • CD-AFM for "Critical Dimension - Atomic Force Microscopy”
  • Each technique Scalerometry, CD-SEM, CD-AFM
  • CD-AFM independently measures the critical dimensions and / or the angles of the patterns and / or the height.
  • the son of the technological steps there is no binder between the different measurements made at each level of manufacture of an integrated circuit.
  • the value of the CD depends on the calibration of the machine used and can therefore vary not only from one measurement technology to another but also on the same technology.
  • FIG. 2 illustrates this phenomenon and represents a real pattern MR represented in a solid line (for example a nitride spacer obtained by multiple exposure techniques) superimposed on an ideal pattern M 1 represented by dashes having the shape of the expected perfect pattern.
  • the shape of the expected M1 pattern is that of a line made by optical lithography, close to a perfect rectangle.
  • the problems inherent in the conformal deposition of the nitride lead to the formation of a substantially different geometry.
  • the real pattern MR thus has a flank F1 close to that of the ideal pattern M1 and a second flank F2 very rounded away from the corresponding flank of the pattern M1. It is understandable that an approach based solely on the CD at half height (and even further down the pattern) would be insufficient to account for the gap to reality.
  • the object of the present invention is to provide a method of characterization that can be used in production (in order to bring out manufacturing problems) or in research and development (for the development or optimization of technological processes), allowing to give an accurate image of the pattern independently of the calibration of the metrology machines used and relevant regardless of the level of manufacture to be characterized (for example level lithography or etching level).
  • the invention proposes a method of characterizing a model comprising the steps of:
  • processing of said image including the determination of a plurality of points located along said contour and sampled according to a given sampling interval;
  • the invention it is advantageous to use, from an image of the pattern, a measurement parameter without a unit making it possible to give an accurate image of said pattern.
  • This parameter being without unit, it is decorrelated from the calibration of the measurement instrumentation.
  • the method according to the invention proposes to determine a parameter which is a deviation estimator with respect to an ideal contour; contrary to the current CD metrology (possibly supplemented by obtaining other angular or height measurements), this estimator gives an overall image of the contour and thus makes it possible to overcome the problems related to the presence of undetected defects by the single measure of the CD and / or the complex geometry of the patterns. It should be noted that the method according to the invention will be more accurate as the sampling step will be small, it being understood that the latter will be dependent on the technological node corresponding to the pattern.
  • the method according to the invention makes it possible to determine the conformity of the pattern with respect to the reference pattern.
  • the method according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • the number of points determined along the contour is greater than or equal to the ratio between the length of the contour and a predetermined resolution value
  • each sampled point is identified by a pair of coordinates in a two-dimensional coordinate system, Xi representing the abscissa of the point and Yi representing the ordinate of the point with i varying from 1 to N where N is the number of points of d sampling, said determination of the intermediate coefficient of the abscissa point Xi being carried out by comparing its ordinate Yi with the ordinate Ymi of the reference contour having the same abscissa Xi; said intermediate coefficient Ci of the abscissa point Xi is given by one of the following two formulas:
  • the method according to the invention comprises a step of determining the part of the contour on which the sampling is carried out;
  • FIG. 3 represents the various steps of the method according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates the principle of the step of determining the points of the contour according to the method of FIG. 3;
  • FIG. 5 illustrates the principle of the step of determining the intermediate coefficients according to the method of FIG. 3;
  • FIG. 6 illustrates the principle of the step of determining a reference point according to the method of FIG. 3;
  • FIGS. 7 and 8 each represent an image of a pattern obtained by scanning electron microscopy.
  • FIG. 3 schematically illustrates the different steps of the method 100 according to the invention.
  • the characterization method 100 aims to characterize any pattern (holes, pads, line, trench, ..) belonging to a microelectronic circuit.
  • the pattern material may also be any.
  • This pattern may be for example an isolated pattern or belonging to a pattern network repeated periodically. It can be a pattern obtained after any step (lithography, engraving, ...) of a manufacturing process.
  • This method 100 comprises:
  • step 102 of determining a plurality of points situated along the contour imaged in step 101;
  • step 103 of determining a reference point according to whether or not the pattern has an axis of symmetry; note that this step is optional;
  • Step 101 consists of making an image of the contour of the MR pattern.
  • This image can be obtained by any type of imaging techniques, for example AFM-3D (or Critical Dimension - Atomic Force Microscopy) three-dimensional atomic force microscopy, scanning electron microscopy (or CD-SEM for "Critical Dimension - Scanning Electron Microscope” in English) or transmission electron microscopy (or TEM for "Transmission Electron Microscopy” in English).
  • This step 101 will make it possible to provide a sectional image of the pattern to be characterized.
  • Step 102 is a step of image processing as performed in step 101 and consists of sampling N points belonging to the contour of the pattern to be characterized.
  • FIG. 4 illustrates the principle of this step 102 during the processing of the MR pattern as represented in FIG. 2. It is firstly necessary to determine the number N of points necessary for the processing. This number N of points depends on the desired resolution which itself depends on the technological node. For example, for a 45 nm technology node with an acceptable measurement error of 10%, the resolution R of the method according to the invention must be less than or equal to 4.5 nm. By designating by L the length of the contour connecting the flanks F1 and F2, it is necessary to have a number of points N at least equal to the ratio L / R.
  • the method according to the invention can thus be implemented according to different modes: a first standard mode in which the number N is substantially equal to L / R, a second finer mode in which N is strictly greater than L / R and a third very fine mode in which N is much greater than L / R.
  • a first standard mode in which the number N is substantially equal to L / R
  • a second finer mode in which N is strictly greater than L / R
  • a third very fine mode in which N is much greater than L / R.
  • N 5; in other words, we will assume that 5 points are sufficient to characterize the MR pattern with sufficient resolution.
  • the origin O is here placed at the foot of the first vertical flank F1 so that we will be able to cover, from O, the whole length contour L connecting the two flanks F1 and F2 (we will see later that the situation may be different in the case of a pattern having an axis of symmetry).
  • the MR pattern having no axis of symmetry the point O is considered as the reference point so that it covers the entire contour to be characterized. It should be noted that the sampled first point (X1, Y1) corresponds to the point O in the case of FIG.
  • the step 104 of determining a plurality of coefficients is illustrated with reference to FIG.
  • step 104 will consist in comparing each of these points (Xi, Yi) of abscissa Xi with a corresponding point (Xi, Ymi) of abscissa Xi belonging to the contour reference pattern Ml.
  • the shape of the expected reference pattern M1 is that of a line made by optical lithography, close to a perfect rectangle.
  • the ordinates of the points (Xi, Ymi) are all equal to each other (and equal to the ordinate Y1 of the first point (X1, Y1) of the contour of the MR pattern).
  • the difference in ideality between the contours of the MR and M1 motifs is represented by the hatched Z zone.
  • step 104 will consist in calculating an intermediate coefficient Ci (with i varying from 1 to N where N is the number of points determined during the step 102); this coefficient is a dimensionless correlation coefficient representative of the difference between the two points; the coefficient Ci may for example be given by the following formula:
  • This intermediate coefficient Ci is here expressed in%. The closer Ci is to 0%, the more the point (Xi, Yi) is close to the ideal point (Xi, Ymi). It will be noted that it would also be possible to consider a complementary coefficient (in this case, the more the coefficient Ci is close to 100% the more the point (Xi, Yi) is close to the ideal point (Xi, Ymi)):
  • a final coefficient Cfmai without dimension is determined from the set of intermediate coefficients Ci determined during step 104.
  • This final coefficient may for example be the average of the coefficients Ci given by the following formula:
  • This parameter Cfmai without dimension is representative of the deviation of the overall contour of the MR pattern from the overall contour of the reference pattern M1.
  • This new parameter has two major advantages over the dimensions usually used in CD metrology. It is first of all a coefficient representative of the global contour (it is not local contrary to the CD measurements): it allows to give a precise and global image of the manufactured pattern whatever the measured level. . It is also a dimensionless coefficient (i.e. without unit) which is therefore decorated with the calibration of the measuring machines.
  • this coefficient Cfmai can also be normalized by dividing it by 100.
  • the calculation of the mean of the coefficients Ci for the determination of Cfinal is only an example; the method according to the invention also applies to other types of dimensionless parameters, for example the median of the samples Ci; it is easy to understand that, depending on whether the ordinates Yi of the points (Xi, Yi) are more or less close, we will choose the method of calculation of the coefficient C fin ai the most suitable (typically the mean when the Yi are close and the median for a Gaussian type distribution for example).
  • Step 106 then consists in comparing the value of the final coefficient C f -nai with a predetermined threshold value in order to determine whether the pattern MR is acceptable (ie sufficiently close) to the reference pattern.
  • the criteria for determining this threshold value may of course vary according to the type of pattern and the manufacturing requirements (production or R & D for example).
  • step 103 consists of setting a reference point from which the points of the profile to be characterized will start sampling.
  • FIG. 6 represents a pattern MR 'whose contour has an axis of symmetry YY' so that the contour has two half-edges MR1 and MR2 symmetrical with respect to the axis YY '.
  • the two half-edges MR1 and MR2 being substantially identical, it is not useful to sample the entire image: it is sufficient to sample one half of a contour, for example MR2 (the sampling points M1 to M5 are shown in Figure 6).
  • the reference point which constitutes both the origin of the orthonormal reference (0, i, j) and the starting point of the sampling is chosen so that the sampling is carried out only on one half of the contour.
  • Advantageously using the symmetry of the contour makes it possible either to save computing time for the same resolution or to obtain a better resolution for the same calculation time.
  • FIGS. 7 and 8 each represent an image of a pattern obtained by scanning electron microscopy with a resolution of 1 nm, the images of FIGS. 7 and 8 being images of different patterns: the contours obtained after sampling the respective patterns of the figures 7 and 8 are represented in solid lines.
  • the ideal pattern (identical for the two images of Figures 7 and 8) is shown in dotted lines. It can be seen that the pattern of FIG. 8 has reentrant flanks which differ substantially from the ideal pattern, the pattern of FIG. 7 being on the other hand much closer to the ideal pattern.
  • the method according to the invention makes it possible, by determining tion of the final coefficient for each of the patterns ( Figures 7 and 8), to give an accurate picture of the deviation from the ideal pattern.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de caractérisation d'un motif comportant les étapes de : - détermination d'une image du contour du motif à caractériser au moyen d'une instrumentation d'imagerie; - traitement de ladite image incluant la détermination d'une pluralité de points localisés le long dudit contour et échantillonnés selon un pas d'échantillonnage donné; - pour chaque point, identification d'un point localisé sur un contour de référence et correspondant au même numéro de pas d'échantillonnage et détermination d'un coefficient intermédiaire sans dimension représentatif de l'écart entre ledit point et le point correspondant sur ledit contour de référence; - détermination d'un coefficient final sans dimension à partir de l'ensemble des coefficients intermédiaires correspondant à ladite pluralité de points, ledit coefficient final étant représentatif de l'écart entre le contour du motif à caractériser et le contour de référence.

Description

Procédé de caractérisation d'un motif
La présente invention concerne le domaine de la métrologie et a pour objet un procédé de caractérisation d'un motif. Le procédé selon l'invention est plus particulièrement adapté à la caractérisation des motifs utilisés dans les circuits intégrés microélectroniques obtenus dans l'industrie de la mi- croélectronique.
En microélectronique, les progrès de la technologie s'accompagnent de besoins en instruments de caractérisation. Pour chaque nœud technologique, les outils de métrologie doivent être de plus en plus performants en étant capables d'assurer le contrôle dimensionnel des dispositifs fabriqués.
Pour ce faire, l'industrie des semi-conducteurs définit et suit les dimensions des produits fabriqués à l'aide de ce que l'on appelle le CD (« Cri- tical Dimension » en anglais) ou Dimension Critique. La diminution permanente de la dimension critique des circuits implique l'adaptation correspondante des méthodes de mesure. Simultanément, l'augmentation de la taille des galettes (ou wafer en anglais) et les coûts représentés par chacune d'elles impliquent le contrôle et la détection des défauts, dès que possible et, en fait, à chaque étape du processus de fabrication, tant pendant le processus de recherche et développement qu'en production.
L'un des problèmes de cette notion de Dimension Critique CD réside dans sa définition même qui peut varier selon le type de motifs étudiés ; ainsi, dans le cas de trous ou de plots, le CD sera le diamètre ; s'il s'agit d'une ligne ou d'une tranchée, le CD sera la largeur de la ligne ou de la tranchée.
Outre la définition même du CD, la position verticale de sa mesure varie selon les motifs à caractériser. Ainsi, le CD d'une grille de transistor sera plutôt mesuré le plus bas possible tandis que les CD d'un contact de grille ou d'une ligne d'interconnexion seront plutôt mesurés le plus haut possible.
De surcroit, l'exigence de précision sur la caractérisation des motifs oblige les industriels à utiliser d'autres paramètres dimensionnels que le CD. Ainsi, comme l'illustre la figure 1 , il peut s'avérer utile d'avoir accès non seulement au CD du motif M mais également à l'angle Θ formé entre les flancs du motif M et le substrat S ou à la hauteur h du motif M. Ainsi, on s'oriente progressivement vers une maîtrise dimensionnelle la plus globale possible du motif.
Par ailleurs, la mesure du CD reste très locale ; or la localisation, no- tamment verticale, n'est pas très bien contrôlée selon les techniques utilisées en production, par exemple la microscopie électronique à force atomique à balayage (ou CD-SEM pour « Critical Dimension - Scanning Electron Microscope » en anglais), la scattérométrie ou la microscopie à force atomique en trois dimensions (ou CD-AFM pour « Critical Dimension - Ato- mic Force Microscopy » en anglais). Chaque technique (Scattérométrie, CD- SEM, CD-AFM) mesure indépendamment les dimensions critiques et/ou les angles des motifs et/ou la hauteur. Ainsi, au fils des étapes technologiques il n'y a pas de liant entre les différentes mesures effectuées à chaque niveau de fabrication d'un circuit intégré. On comprend également que la valeur du CD dépend du calibrage de la machine utilisée et peut donc varier non seulement d'une technologie de mesure à l'autre mais aussi sur une même technologie.
On assiste enfin à une diminution constante des nœuds technologiques de sorte que les défauts de gravure sont de plus en plus critiques. Ainsi, dans des procédés à exposition multiple, par exemple pour la réalisation d'espaceurs en nitrure selon la technique de « double patterning », on utilise des étapes de gravure plasma isotrope sur des dépôts conformes de nitrure entraînant la présence de motifs qui ne sont plus parfaitement rectangulaires comme pourraient l'être les motifs obtenus par une lithographie optique. La figure 2 illustre ce phénomène et représente un motif réel MR représenté en trait plein (par exemple un espaceur en nitrure obtenu par des techniques d'expositions multiples) superposé sur un motif idéal Ml représenté par des tirets ayant la forme du motif parfait attendu. Dans le cas idéal, la forme du motif Ml attendue est celle d'une ligne faite par lithogra- phie optique, proche d'un rectangle parfait. Or les problèmes inhérents au dépôt conforme du nitrure conduisent à la formation d'une géométrie sensiblement différente. Dans ce cas précis, on voit clairement qu'il y a un écart non négligeable entre le résultat et l'idéalité définie par un rectangle parfait : le motif réel MR présente ainsi un flanc F1 proche de celui du motif idéal Ml et un second flanc F2 très arrondi éloigné du flanc correspondant du motif Ml. On comprend aisément qu'une approche basée uniquement sur le CD à mi-hauteur (et encore davantage en bas du motif) serait insuffisante pour rendre compte de l'écart à la réalité. La connaissance de cet écart est pourtant importante dans la mesure où ce dernier peut avoir une influence sur les résultats obtenus en métrologie CD classique. On notera également que les différences entre le motif réel et le motif idéal ne se retrouvent pas nécessairement de façon symétrique de part et d'autre de l'axe XX' de symé- trie du motif idéal ; ainsi, dans le cas illustré en figure 2, seul le flanc F2 est impacté tandis que le flanc F1 reste quasi identique au flanc du motif idéal.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un procédé de caractérisation utilisable en production (afin de faire ressortir des problèmes de fabrication) ou en recherche et développement (pour le déve- loppement ou l'optimisation de procédés technologiques), permettant de donner une image précise du motif indépendamment du calibrage des machines de métrologie utilisées et pertinent quel que soit le niveau de fabrication à caractériser (par exemple niveau lithographie ou niveau gravure).
A cette fin, l'invention propose un procédé de caractérisation d'un mo- tif comportant les étapes de :
- détermination d'une image du contour du motif à caractériser au moyen d'une instrumentation d'imagerie ;
- traitement de ladite image incluant la détermination d'une pluralité de points localisés le long dudit contour et échantillonnés selon un pas d'échantillonnage donné ;
- pour chaque point, identification d'un point localisé sur un contour de référence et correspondant au même numéro de pas d'échantillonnage et détermination d'un coefficient intermédiaire sans dimension représentatif de l'écart entre ledit point et le point corres- pondant sur ledit contour de référence ;
- détermination d'un coefficient final sans dimension à partir de l'ensemble des coefficients intermédiaires correspondant à ladite plu- ralité de points, ledit coefficient final étant représentatif de l'écart entre le contour du motif à caractériser et le contour de référence.
Grâce à l'invention, on utilise avantageusement, à partir d'une image du motif, un paramètre de mesure sans unité permettant de donner une image précise dudit motif. Ce paramètre étant sans unité, il est décorrélé du calibrage des instrumentations de mesure.
Le procédé selon l'invention propose de déterminer un paramètre qui soit un estimateur d'écart par rapport à un contour idéal ; contrairement à la métrologie CD actuelle (éventuellement complétée par l'obtention d'autres mesures angulaires ou de hauteurs), cet estimateur donne une image globale du contour et permet donc de palier les problèmes liés à la présence de défauts non détectés par la seule mesure du CD et/ou à la géométrie complexe des motifs. Il convient de noter que le procédé selon l'invention sera d'autant plus précis que le pas d'échantillonnage sera faible, étant entendu que ce dernier sera dépendant du nœud technologique correspondant au motif.
Selon que l'estimateur sans dimension est plus ou moins éloigné d'une valeur seuil, le procédé selon l'invention permet de déterminer la conformité du motif par rapport au motif de référence.
Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le nombre de points déterminés le long du contour est supérieur ou égal au ratio entre la longueur du contour et une valeur de résolution prédéterminée ;
- chaque point échantillonné est identifié par un couple de coordonnées dans un système de coordonnées à deux dimensions, Xi représentant l'abscisse du point et Yi représentant l'ordonnée du point avec i variant de 1 à N où N est le nombre de points d'échantillonnage, ladite détermination du coefficient intermédiaire du point d'abscisse Xi étant réalisée en comparant son ordonnée Yi avec l'ordonnée Ymi du contour de référence ayant la même abscisse Xi ; - ledit coefficient intermédiaire Ci du point d'abscisse Xi est donné par l'une des deux formules suivantes :
Ci(%) = (Ym i 10%u Ci(o/o) = ^ ;
Ymi Ymi
- ledit coefficient final sans dimension Cfmai est donné par la formule suivante :
Cfinal(%) = ^J-^ ;
- ladite étape de détermination d'une image du contour du motif à caractériser est réalisée au moyen d'une instrumentation d'imagerie mettant en œuvre l'une des techniques suivantes :
o microscopie à force atomique en trois dimensions ; o microscopie à force atomique à balayage ;
o microscopie électronique en transmission ;
- le procédé selon l'invention comporte une étape de détermination de la partie du contour sur laquelle l'échantillonnage est réalisé ;
- seule une moitié dudit contour est échantillonnée lorsque ledit contour présente un axe de symétrie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre différents paramètres dimensionnels connus de l'état de la technique ;
- la figure 2 illustre schématiquement les différences entre un motif réel et un motif idéal ;
- la figure 3 représente les différentes étapes du procédé selon l'invention ;
- la figure 4 illustre le principe de l'étape de détermination des points du contour selon le procédé de la figure 3 ;
- la figure 5 illustre le principe de l'étape de détermination des coefficients intermédiaires selon le procédé de la figure 3 ;
- la figure 6 illustre le principe de l'étape de détermination d'un point de référence selon le procédé de la figure 3 ; - Les figures 7 et 8 représentent chacune une image d'un motif obtenue par microscopie électronique à balayage.
La figure 3 illustre schématiquement les différentes étapes du procédé 100 selon l'invention.
Le procédé de caractérisation 100 selon l'invention vise à caractériser un motif quelconque (trous, plots, ligne, tranchée,..) appartenant à un circuit microélectronique. Le matériau du motif peut également être quelconque. Ce motif peut être par exemple un motif isolé ou appartenant à un réseau de motifs répétés périodiquement. Il peut s'agir d'un motif obtenu après n'importe quelle étape (lithographie, gravure, ...) d'un procédé de fabrication.
Nous illustrerons la mise en œuvre du procédé 100 dans le cas d'un motif tel que le motif MR représenté en figure 1 .
Ce procédé 100 comporte :
- une étape 101 de réalisation d'une image du contour du motif MR à caractériser ;
- une étape 102 de détermination d'une pluralité de points situés le long du contour imagé à l'étape 101 ;
- une étape 103 de détermination d'un point de référence selon que le motif présente ou non un axe de symétrie ; on notera que cette étape est facultative ;
- une étape 104 de détermination d'une pluralité de coefficients, dits coefficients intermédiaires Ci avec i variant de 1 à N où N est le nombre de points déterminés lors de l'étape 102 ; chaque coefficient intermédiaire est un coefficient sans dimension correspondant à un point déterminé lors de l'étape 102 et représente l'écart entre ce point et le point correspondant d'un contour idéal, dit contour de référence, tel que le contour Ml de la figure 2 ;
- une étape 105 de détermination d'un coefficient final Cfinai sans dimension à partir de l'ensemble des coefficients intermédiaires Ci dé- terminés lors de l'étape 104 ;
- une étape 106 de comparaison du coefficient final Cfinai avec une valeur seuil de façon à déterminer si le motif à caractériser MR est suffisamment proche du motif de référence Ml. L'étape 101 consiste à réaliser une image du contour du motif MR. Cette image peut être obtenue par tout type de techniques d'imagerie, par exemple la microscopie à force atomique en trois dimensions AFM-3D (ou CD-AFM pour « Critical Dimension - Atomic Force Microscopy » en anglais), la microscopie électronique à balayage (ou CD-SEM pour « Critical Dimension - Scanning Electron Microscope » en anglais) ou la microscopie électronique en transmission (ou TEM pour «Transmission Electron Microscopy » en anglais). Cette étape 101 va permettre de fournir une image en coupe du motif à caractériser.
L'étape 102 est une étape de traitement de l'image telle que réalisée lors de l'étape 101 et consiste à échantillonner N points appartenant au contour du motif à caractériser. La figure 4 illustre le principe de cette étape 102 lors du traitement du motif MR tel que représenté en figure 2. Il convient tout d'abord de déterminer le nombre N de points nécessaires au traitement. Ce nombre N de points dépend de la résolution recherchée qui dépend elle- même du nœud technologique. Par exemple, pour un nœud technologique de 45 nm avec une erreur de mesure acceptable de 10%, la résolution R du procédé selon l'invention doit être inférieure ou égale à 4,5 nm. En désignant par L la longueur du contour reliant les flancs F1 et F2, il convient d'avoir un nombre de points N au moins égal au ratio L/R. Le procédé selon l'invention peut ainsi être mis en œuvre selon différents modes : un premier mode standard dans lequel le nombre N est sensiblement égal à L/R, un deuxième mode plus fin dans lequel N est strictement supérieur à L/R et un troisième mode très fin dans lequel N est très supérieur à L/R. Plus on des- cend dans les nœuds technologiques, plus le nombre de points traités sera important.
A titre purement illustratif et pour simplifier la figure 4, nous allons considérer dans ce qui suit que N=5 ; en d'autres termes, nous supposerons que 5 points suffisent à permettre de caractériser le motif MR avec une réso- lution suffisante.
Le motif MR est représenté dans un système de coordonnées à deux dimensions, ici un repère orthonormé formé par deux axes, (OX) et (OY), gradués avec la même unité (01 = OJ = 1 unité), perpendiculaires et ayant la même origine O.
L'origine O est ici placée au pied du premier flanc vertical F1 de sorte que l'on va pouvoir couvrir, à partir de O, l'ensemble du contour de longueur L reliant les deux flancs F1 et F2 (nous verrons par la suite que la situation pourra être différente dans le cas d'un motif présentant un axe de symétrie).
On va alors échantillonner le contour situé entre les flancs, en définissant des points échantillonnés (Xi, Yi) localisés sur le contour avec i variant de 1 à N, Xi et Yi étant respectivement l'abscisse et l'ordonnée du point. La résolution est donnée par le pas d'échantillonnage correspondant à l'écart entre les abscisses de deux points consécutifs (Xi+1 - Xi).
Selon l'étape 103, le motif MR ne présentant pas d'axe de symétrie, le point O est considéré comme le point de référence de sorte que l'on couvre l'ensemble du contour à caractériser. On notera que le premier point (X1 , Y1 ) échantillonné correspond au point O dans le cas de la figure 4.
L'étape 104 de détermination d'une pluralité de coefficients est illustrée en référence à la figure 5.
Une fois les points (Xi, Yi) déterminés, l'étape 104 va consister à comparer chacun de ces points (Xi, Yi) d'abscisse Xi avec un point corres- pondant (Xi, Ymi) d'abscisse Xi appartenant au contour du motif de référence Ml. Comme évoqué précédemment, dans le cas idéal, la forme du motif de référence Ml attendue est celle d'une ligne faite par lithographie optique, proche d'un rectangle parfait. Ainsi, dans le cas illustré en figure 5, les ordonnées des points (Xi, Ymi) sont tous égaux entre eux (et égaux à l'ordonnée Y1 du premier point (X1 , Y1 ) du contour du motif MR).
L'écart à l'idéalité entre les contours des motifs MR et Ml est représenté par la zone Z hachurée.
Pour chaque couple de points (Xi, Yi) et (Xi, Ymi), l'étape 104 va consister à calculer un coefficient intermédiaire Ci (avec i variant de 1 à N où N est le nombre de points déterminés lors de l'étape 102) ; ce coefficient est un coefficient de corrélation sans dimension représentatif de l'écart entre les deux points ; le coefficient Ci peut par exemple être donné par la formule suivante : Ce coefficient intermédiaire Ci est ici exprimé en %. Plus Ci est proche de 0%, plus le point (Xi, Yi) est proche du point idéal (Xi, Ymi). On notera qu'il serait également possible de considérer un coefficient complémentaire (dans ce cas, plus le coefficient Ci est proche de 100% plus le point (Xi, Yi) est proche du point idéal (Xi, Ymi)):
Yi * 100
C'i(%) =
Ymi
Selon l'étape 105, on détermine un coefficient final Cfmai sans dimension à partir de l'ensemble des coefficients intermédiaires Ci déterminés lors de l'étape 104.
Ce coefficient final peut par exemple être la moyenne des coefficients Ci donnée par la formule suivante :
Cfinal(%) =
N
Ce paramètre Cfmai sans dimension est représentatif de l'écart du contour global du motif MR par rapport au contour global du motif de référence Ml. Ce nouveau paramètre présente deux avantages majeurs par rapport aux dimensions habituellement utilisées en métrologie CD. Il s'agit tout d'abord d'un coefficient représentatif du contour global (il n'est donc pas local contrairement aux mesures de CD) : il permet donc de donner une image précise et globale du motif fabriqué quel que soit le niveau mesuré. Il s'agit en outre d'un coefficient sans dimension (i.e. sans unité) qui est donc décor- rélé du calibrage des machines de mesure.
On notera que ce coefficient Cfmai peut également être normalisé en le divisant par 100.
Le calcul de la moyenne des coefficients Ci pour la détermination de Cfinai n'est qu'un exemple ; le procédé selon l'invention s'applique également à d'autres types de paramètres sans dimension, par exemple la médiane des échantillons Ci ; on conçoit aisément que, selon que les ordonnées Yi des points (Xi, Yi) sont plus ou moins proches, on choisira la méthode de calcul du coefficient Cfinai la plus adaptée (typiquement la moyenne lorsque les Yi sont proches et la médiane pour une répartition de type gaussienne par exemple).
L'étape 106 consiste alors à comparer la valeur du coefficient final Cfi- nai à une valeur seuil prédéterminée de façon à déterminer si le motif MR est acceptable (i.e. suffisamment proche) du motif de référence. Les critères de détermination de cette valeur seuil peuvent bien entendu varier selon le type de motif et les exigences de fabrication (production ou R&D par exemple).
Comme nous l'avons expliqué précédemment, l'étape 103 consiste à fixer un point de référence à partir duquel va débuter l'échantillonnage des points du profil à caractériser.
Si le motif MR ne présente pas d'axe de symétrie (cas des figures 4 et 5), le point O est choisi de sorte que l'on couvre l'ensemble du contour à caractériser. La figure 6 représente un motif MR' dont le contour présente un axe de symétrie YY' de sorte que le contour présente deux demi-contours MR1 et MR2 symétrique par rapport à l'axe YY'. Les deux demi-contours MR1 et MR2 étant sensiblement identiques, il n'est pas utile d'échantillonner l'ensemble de l'image : il suffit d'échantillonner une moitié de contour, par exemple MR2 (les points d'échantillonnage M1 à M5 sont représentés en figure 6). Dès lors, le point de référence qui constitue à la fois l'origine du repère orthonormé (0,i,j) et le point de départ de l'échantillonnage est choisi de sorte que l'échantillonnage ne soit réalisé que sur une moitié du contour. Le fait d'utiliser avantageusement la symétrie du contour permet soit de gagner du temps de calcul pour une même résolution soit d'obtenir une meilleure résolution pour un même temps de calcul.
Les figures 7 et 8 représentent chacune une image d'un motif obtenue par microscopie électronique à balayage avec une résolution de 1 nm, les images des figures 7 et 8 étant des images de motifs différents: les contours obtenus après échantillonnage des motifs respectifs des figures 7 et 8 sont représentés en traits plein. Le motif idéal (identique pour les deux images des figures 7 et 8) est représenté en pointillés. On constate que le motif de la figure 8 présente des flancs rentrant qui s'écartent sensiblement du motif idéal, le motif de la figure 7 étant en revanche beaucoup plus proche du motif idéal. Le procédé selon l'invention permet, par la détermina- tion du coefficient final pour chacun des motifs (figures 7 et 8), de donner une image précise de l'écart par rapport au motif idéal.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit.
Ainsi, même si l'invention a été plus spécifiquement décrite dans le cas d'un repérage des points échantillonnés dans un repère orthonormé, il est entendu que le procédé selon l'invention s'applique tout autant à d'autres types de repères (orthogonaux ou non, normés ou non, repères à coordonnées polaires, ...).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé (100) de caractérisation d'un motif comportant les étapes de :
détermination (101 ) d'une image du contour du motif à caractériser au moyen d'une instrumentation d'imagerie ;
traitement (102) de ladite image incluant la détermination d'une pluralité de points localisés le long dudit contour et échantillonnés selon un pas d'échantillonnage donné ;
pour chaque point, identification (104) d'un point localisé sur un contour de référence et correspondant au même numéro de pas d'échantillonnage et détermination (104) d'un coefficient intermédiaire sans dimension représentatif de l'écart entre ledit point et le point correspondant sur ledit contour de référence ;
détermination (105) d'un coefficient final sans dimension à partir de l'ensemble des coefficients intermédiaires correspondant à ladite pluralité de points, ledit coefficient final étant représentatif de l'écart entre le contour du motif à caractériser et le contour de référence.
2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que le nombre de points déterminés le long du contour est supérieur ou égal au ratio entre la longueur du contour et une valeur de résolution prédéterminée.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque point échantillonné est identifié par un couple de coordonnées dans un système de coordonnées à deux dimensions, Xi représentant l'abscisse du point et Yi représentant l'ordonnée du point avec i variant de 1 à N où N est le nombre de points d'échantillonnage, ladite détermination du coefficient intermédiaire du point d'abscisse Xi étant réalisée en comparant son ordonnée Yi avec l'ordonnée Ymi du contour de référence ayant la même abscisse Xi.
4. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit coefficient intermédiaire Ci du point d'abscisse Xi est donné par l'une des deux formules suivantes :
= Crmi-Yi>ioo Qu C I (%) = Y^IOO
Ymi Ymi
5. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit coefficient final sans dimension Cfinai est donné par la formule suivante :
Cfinal(%) =
N
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite étape de détermination d'une image du contour du motif à caractériser est réalisée au moyen d'une instrumentation d'imagerie mettant en œuvre l'une des techniques suivantes :
- microscopie à force atomique en trois dimensions ;
- microscopie à force atomique à balayage ;
- microscopie électronique en transmission.
7. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la partie du contour sur laquelle l'échantillonnage est réalisé.
8. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que seule une moitié dudit contour est échantillonnée lorsque ledit contour présente un axe de symétrie.
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