vitesse des transistors. La Figure 80 présente ces différents types de rugosité.
LER = 3σ
Variation du
bord des lignes
LWR = 3σ
Variation de la
largeur des lignes
Periode
CD
Figure 80. Présentation des différents types de rugosité. Il faut distinguer deux types de rugosité dont les conséquences sur les propriétés électriques des transistors sont très différentes. La variation de la largeur des lignes (LWR) à des conséquences beaucoup plus importantes sur la vitesse des transistors
Il est donc important de pouvoir, si cela est possible séparer ces deux types de rugosités. Partant du principe que toutes les rugosités peuvent se décomposer en une somme de rugosités périodiques, nous allons travailler sur des variations périodiques contrôlées des flancs des réseaux. Cette approche a déjà été utilisée pour des études similaires [91]. Nous avons travaillé avec des réseaux de résine sur silicium réalisés par E‐Beam. Cet instrument nous permet en effet de réaliser des réseaux à rugosité périodique contrôlée. Les travaux réalisés à ce sujet ont été présentés lors d’une conférence SPIE [92].
4.4.2 Présentation des réseaux à rugosité contrôlée
Pour simuler la rugosité nous avons travaillé avec des réseaux dont les flancs ont été modulés périodiquement. Les réseaux sont définis comme le montre la Figure 81, Les caractéristiques des réseaux sont choisies de telles sortes que les mesures puissent se faire dans les meilleures conditions.
4 – Résultats obtenus sur les réseaux
PHA A/P
DEP A/P
UNI A/P
CD = 125 nm CD = 125 nm CD = 125 nm CDligne= 125 nm Pitch = 500 nm Taille mire : 300 µm x 300 µm
A= [10,25,50] et P= [50,100,250,500,1000]
A
P
Figure 81. Présentation des différents réseaux utilisés lors des expérimentations. A est l’amplitude des rugosités, P est la période des rugosités. 3 types de réseaux sont utilisés, des réseaux présentant deux modulations qui peuvent être soit en phase (PHA) soit déphasé (DEP) ainsi que des réseaux avec une seule modulation (UNI). Les lignes ont une largeur nominale de 125 nm pour 500 nm de période (pitch). Les mires font 300 par 300 μm.
Les réseaux ont été réalisés grâce à la collaboration entre le CEA, STMicroelectronics et ELDIM pour le compte d’un projet européen. Ils ont été réalisés par lithographie E‐Beam, la Figure 82 montre les photos prises au MEB des structures.
PHASE
AMPL 25nm-FRQ 250nm AMPL 25nm-FRQ 250nmDEPHASE
COTE AMPL 25nm-FRQ 250nm
Figure 82. Photographie MEB des différents types de réseaux réalisés. Les réseaux ont une période de 500 nm, pour 125 nm de large. Les rugosités ont une période de 250 nm pour une amplitude de 25 nm.
Les réseaux ont ensuite été caractérisés à l’AFM 3D Veeco par Johann Foucher (Cf. Etat de l’art 1.3.2). Le résultat des mesures est résumé sur le graphique de la Figure 83. Pour chaque réseau nous avons tracé le point représentatif de l’amplitude de la rugosité de flanc et de largeur de ligne. Sur la Figure 83, nous avons séparé les deux types de variation mesurées, les variation des flancs et la variation du CD. L’amplitude de la rugosité mesurée et un peu supérieure à celle visée.
0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Amplitude de la rugosité - LER (nm)
Variation de l a large u r d e lignes - LWR (nm) DEP PHA UNI Figure 83. Graphique représentant pour chaque réseau, l’amplitude de la rugosité latérale et de la variation du CD. Chaque point représente un réseau dont les caractéristiques ont été mesurées à l’AFM.
4.4.3 Etude des ordres de diffraction de la rugosité
L’étude des réseaux présentant une modulation latérale est un problème de réseau bipériodique plus qu’un problème de rugosité mais cette étude nous permet de faire des conclusions intéressantes sur le comportement des réseaux décalés. Pour étudier ces réseaux nous avons utilisé deux types de masques : le masque définissant des angles polaires variables (
ϕ
=0) et le masque définissant des angles azimutaux variables (θ=70°). Cette étude ne peut se faire que si il existe des ordres de diffraction de la rugosité, c’est pourquoi nous avons mené l’étude sur la rugosité de 1 μm de période. L’hypothèse sous‐jacente est que si nous comprenons les effets de la rugosité sur les ordres diffractés nous pourrons avoir des pistes sur son comportement pour la lumière diffusée. Nous utiliserons le calcul de la position des ordres de diffraction pour traiter séparément les ordres et ainsi cibler notre étude. Chaque ordre est caractérisé par le couple (n,m) avec n, l’ordre de diffraction du réseau et m l’ordre de diffraction de la rugosité. Cette étude réalisée avec la collaboration de Yohann Desières est une étude qualitative4.4.3.1 Etude de la diffraction pour un azimut variable
Nous avons pu observer que la configuration dite « en phi » était intéressante pour sa sensibilité lors de l’étude d’un réseau de 500 nm de période. Nous verrons dans le prochain chapitre que cette configuration est aussi sensible à la symétrie des motifs. Cette configuration nous a donc semblée intéressante pour cette étude. La figure suivante présente le masque ainsi que le calcul de la position des ordres de diffraction.
4 – Résultats obtenus sur les réseaux
Incidence Fixe 70°
Azimut Variable Ordre -1,0 Ordre 0,-1 Ordre 0,0 Ordre -1,-1
Figure 84. Configuration du masque par rapport au réseau et position des ordres de diffraction calculée avec l’utilisation du masque.
Nous allons nous intéresser au résultat de l’éclairage d’un tel masque sur la rugosité. Les ordres diffractés de la rugosité sont faibles en intensité, c’est pourquoi nous avons saturé les mesures pour dégager ces ordres du bruit de fond. La Figure 85 montre les cartes obtenues. Nous y apercevons les ordres +1 et ‐1 de la diffraction de la rugosité. L’intérêt de ces cartes est d’observer le comportement de la lumière diffracté lorsque l’incidence sur le réseau est parallèle aux lignes.
Ordre de diffraction 0,-1
Figure 85. Mesure des échantillons de réseau rugueux déphasé (DEP) et en phase (PHA). Les rugosités ont une période de 1 μm et une amplitude de 50 nm. Nous allons nous intéresser à l’intensité diffractée encadrée en vert.
Pour chaque amplitude de rugosité et pour chaque type de réseau nous avons intégré l’intensité diffractée dans le rectangle vert. Le résultat de ces mesures se trouve sur le graphique de la Figure 86. Il semble que la lumière diffractée ne dépende pas alors du déphasage entre les rugosités des flancs. Lorsque les deux cotés sont rugueux, l’intensité diffractée est deux fois plus importante que si un seul coté est rugueux. Cela laisse supposer que malgré une distance de seulement 125 nm entre les rugosités d’une même ligne, elles se comportent indépendamment l’une de l’autre.