Cas particulier de la résine à développement négatif

Problématique

Dans un premier temps, les indices de la résine ont été déterminés en suivant le protocole décrit ci-dessus par des mesures réalisées sur un dépôt de résine sur silicium. Or, la résine restante après développement a été exposée par le scanner et a subi des modifications chimiques. Il est donc essentiel de quantifier l’impact de ces modifications sur les indices optiques de la résine puisqu’il s’agit d’une résine à développement négatif.

4.3. DÉTERMINATION DES INDICES OPTIQUES DES MATÉRIAUX 107

Impact du procédé de lithographie sur les indices optiques de la résine

Un empilement de trois couches – résine sur couche antiréflective et couche de carbone amorphe – déposées sur silicium a été exposé puis développé selon une FEM qui est l’acronyme de Focus Exposure Matrix. Cette matrice d’exposition et de focus est obtenue en faisant varier simultanément la focalisation et la dose afin d’évaluer la profondeur de champ et la latitude d’exposition du procédé. Les courbes de Bössung permettent de représenter

la dim ension critique imprimée en fonction de la focalisation pour différentes

doses d’exposition [73]. On peut déduire de ces courbes la fenêtre de procédé ou process

window qui est la plage de focalisation pour laquelle les dimensions critiques obtenues

respectent les spécifications. Dans le contexte de la métrologie, il est intéressant de mesurer une FEM car on dispose d’une gamme de variation importante des dimensions critiques, ce qui facilite une étude de corrélation entre la scattérométrie et le MEB.

Dans un bloc spécifique de métrologie, se trouve un réseau à 128 nm de période, jouxtant une couche uniforme de résine exposée. Les indices de la résine ont été optimisés à partir du modèle de dispersion initial par une mesure ellipsométrique sur cette zone plane.

Dans la figure 4.5 est tracée la courbe de dispersion des indices N et K de la résine et il est visible que les indices sont modifiés par l’exposition et le développement.

Figure 4.5 – Modification des indices optiques de la résine par l’exposition et le dévelop- pement

Ce sont donc les indices caractérisés après développement qui doivent être utilisés. On peut alors se demander quel est l’impact sur les résultats de mesure des dimensions critiques par scattérométrie. Le prochain paragraphe est dédié à l’évaluation de l’incidence de cette nouvelle caractérisation sur les résultats de mesure de la FEM.

Validation de la caractérisation des indices optiques

Afin de valider la caractérisation optique de la résine, les spectres ellipsométriques N, S et C ont été acquis sur une mire par champ, pour tous les champs de la plaque. Ensuite, ces même mires ont été mesurées par MEB.

Les spectres ont été modélisés par l’empilement résine, couche antireflet et couche de carbone amorphe sur substrat de silicium. L’épaisseur de la couche antireflet – couche nommée SiARC – a été fixée à l’épaisseur nominale de dépôt, soit 35 nm, en raison d’une corrélation trop importante entre les épaisseurs de cette couche et de la résine.

L’épaisseur du carbone amorphe, que l’on nomme le SOC, la hauteur du réseau de résine, son BCD – Bottom CD ou CD à la base du motif – ainsi que la pente du motif – le

sidewal l angle ou SWA – ont été optimisés pour chaque mire.

Le schéma de la figure 4.6 représente le motif trapézoïdal que l’on considère généralement pour modéliser une ligne de résine : y apparaissent notamment le SWA et le BCD.

Figure 4.6 – Représentation trapézoïdale d’une ligne de résine

Le SWA et le BCD de la résine sont fortement corrélés mais, comme la plaque mesurée est une FEM, aucun des deux paramètres ne peut être fixé. En effet, lors de la réalisation d’une FEM, la dose d’exposition et le focus varient volontairement de façon indépendante pour chaque champ insolé. Le CD et le SWA de la résine sont alors liés à la dose et au focus. Ils peuvent donc varier tous les deux en fonction du champ mesuré.

Pour évaluer l’impact de la caractérisation optique de la résine, une corrélation a été tracée entre les mesures MEB et le CD à mi-hauteur optimisé par scattérométrie. Les graphes pour les indices de la résine avant ou après développement – figures 4.7 et 4.8 – montrent une amélioration de la pente et du coefficient de corrélation R2 _{en utilisant les}

indices de la résine caractérisée après développement. En revanche, l’ordonnée à l’origine de la régression linéaire indique qu’un biais de plus de 4 nm est présent pour les deux graphes.

Figure 4.7 – MCD du réseau de résine : mesures par MEB et scattérométrie en utilisant la caractérisation avant développement

4.3. DÉTERMINATION DES INDICES OPTIQUES DES MATÉRIAUX 109

Figure 4.8 – MCD du réseau de résine : mesures par MEB et scattérométrie en utilisant la caractérisation après développement

Pour tenter de réduire ce biais entre les résultats du MEB et de scattérométrie, la corrélation a été tracée en considérant le CD non plus à mi-hauteur mais à 70% de cette hauteur.

Les résultats sont tracés dans les figures 4.9 et 4.10, et l’on remarque une nette diminu- tion du biais pour les deux caractérisations. En outre, les résultats pour la caractérisation effectuée après développement de la résine sont bien plus proches des mesures MEB puisque le biais est inférieur à 1 nm avec une pente supérieure à 0.99 tout en ayant un R2 _proche

de 0.95.

Figure 4.9 – CD à 70% de la hauteur du réseau de résine : mesures par MEB et scattérométrie en utilisant la caractérisation avant développement

Figure 4.10 – CD à 70% de la hauteur du réseau de résine : mesures par MEB et scattérométrie en utilisant la caractérisation après développement

Deux conclusions peuvent être tirées de ces résultats. Ainsi, les indices optiques de la résine sont bien modifiés par l’insolation et le développement. De plus, les résultats de CD qui correspondent le mieux au mesures de MEB sont à 70% de la hauteur du motif de résine.