Vers une résolution <100 nm

6.7.1. Des sources de rayons X innovantes

Les e p ie es et si ulatio s e pos es p de e t o t o t u’il tait essai e de diminuer la taille de la source de rayons X pour améliorer la résolution du système. Des couches minces métalliques, déposées sur un substrat de silicium, ont alors été utilisées en ta t ue i le talli ue. L’utilisatio de es i les duit epe da t l’i te sit du flux de rayons X émis.

Lorsque de telles cibles sont utilisées, la seule façon de réduire la taille de source consiste à a aisse l’i te sit du fais eau le t o i ue is pa la olo e MEB – voir figure 6.40. Di i ue l’i te sit du fais eau le t o i ue i pli ue gale e t la du tio de l’i te sit du a o e e t is pa la sou e. De e fait, le te ps de s a essai e afi d’o te i des radiographies avec un rapport signal/bruit acceptable augmente. Le gain en résolution se fait alors au d t i e t du te ps d’a al se.

Figure 6.40: Lorsque des cibles minces sont utilisées, réduire la taille de source implique d’att ue l’i te sit du fais eau le t o i ue.

U e faço judi ieuse d’a lio e la solutio du s st e sa s pou auta t d g ader l’i te sit du a o e e t is o siste à utilise des i les dites « patternées ». Il s’agit d’u e so te de a o-fils : ils consistent en des piliers de silicium de taille contrôlée, avec une extrémité en tungstène – voir figure 6.41a. Ces cibles, brevetées par le CEA, ont été réalisées au FIB à Hills o o e O ego , da s le ad e d’u partenariat a e l’ uipe e tie FEI. U e vingtaine de cibles ont été élaborées sur un même substrat de silicium (voir figure 6.41b); leur taille L varie entre 1µm et 50nm.

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Figure 6.41: Sources de rayons X patternées a) Schéma de principe; b) Clichés MEB des cibles réalisées.

Il a t e pli u p de e t ue l’i te sit du fais eau le t o i ue tait proportionnelle à la taille de sonde du faisceau électronique. Lorsque des cibles minces sont utilis es, aug e te l’i te sit du fais eau le t o i ue e ui e ie t à aug e te la taille de sonde électronique) dégrade clairement la résolution du système.

Lo s ue des i les patte es so t e plo es, la taille de la so de le t o i ue ’a e théorie aucune influence sur la taille de la source. En effet, comme le montre la figure 6.42, quelle que soit la taille de la sonde électronique, la source de rayons X est limitée au volume de tungstène.

Figure 6.42: La taille de sou e est la e uelle ue soit l’i te sit du fais eau électronique.

De telles cibles peuvent donc permettre :

 d’a lio e la solutio de l’i st u e t, à flu de a o s X o sta t.  d’augmenter le flux de rayons X, à résolution constante.

Da s les deu as, il suffit d’illu i e l’e t it d’u a o-fil, avec un faisceau électronique très intense.

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Une campagne de mesures 2D a alors été réalisée afin d’esti e l’effi a it de es ouvelles cibles. Deux échantillons ont été analysés :

 U e i e de solutio D, do t l’ paisseu des otifs, e o , est de .  Le pilier de cuivre de 10 µm de diamètre présenté dans la partie précédente.

Tests sur la mire de résolution 2D :

La radiographie présentée en figure 6.43a a été obtenue avec une cible patternée de taille L= , illu i e pa u fais eau le t o i ue d’i te sit A. Elle a t alis e e minutes. Des oscillations au niveau des motifs de 120 nm ont été détectées.

A titre de comparaison, la radiographie présentée par la figure 6.43b a été obtenue avec une i le i e de tu gst e de , illu i e pa u fais eau d’i te sit A. Elle a t alis e e i ute. Cette i age o t e u’il est i possi le d’utilise u tel ou a t électronique avec des cibles minces pour réaliser des études tomographiques, la résolution de l’i st u e t se ait t op affe t e.

Figure 6.43: Projection de la Siemens star a) avec une cible patternée de tungstène (L = 214 nm) et un courant de 280 nA; b) avec une cible mince de 200 nm de tungstène et un courant de 280 nA.

Tests sur une interconnexion :

La figure 6.44 p se te deu adiog aphies d’u e e i te o e io . Le g a disse e t géométrique est identique dans les deux cas, il a été fixé à 480. La te sio d’a l atio a été fixée dans les deux cas à 30 kV.

La figure 6.44a a t alis e à l’aide d’u e i le patte e de taille L=374 nm, illuminée par u fais eau le t o i ue d’i te sit A. Elle a t alis e e inutes. La figure 6.44b a t o te ue à l’aide de la i le i e de tu gst e de , illu i e pa u fais eau

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le t o i ue d’i te sit A. Elle a gale e t t alis e e i utes. O peut o se e que les bords de la figure 6.44a sont bien plus francs que les bords de la figure 6.44b, les détails apparaissent bien mieux. Cependant, avec la diminution de la taille de la source de rayonnement X, on peut remarquer que le contraste de phase est plus marqué sur la radiographie obtenue avec la cible patternée (Wilkins et al., 1996).

Figure 6.44: Radiog aphie d’u pilie de ui e a) avec une cible patternée de tungstène (L = 374 nm); b) avec une cible mince de 200 nm de tungstène.

Ces premiers essais encourageants montrent que de telles cibles sont efficaces dans des cas o ets. Elles pe ette t d’a lio e la solutio du s st e sa s pour autant réduire l’i te sit du flu de a o s X. Ces i les i o a tes p se te t toutefois des limitations majeures qui nécessitent un développement supplémentaire pour rendre les analyses 3D possibles:

 La première limitation concerne les cibles patternées de taille L inférieure à 200 nm. Il est i possi le d’i age des i les aussi fi es a e u fais eau le t o i ue d’i te sit sup ieu e à A. Il ’est do pas possi le de se fo alise dessus a e les courants habituellement utilis s. L’ issio d’u rayonnement à partir de cibles aussi fines est donc impossible. Une source électronique de type FEG devient alors nécessaire.

 La se o de li itatio o e e la d i e du fais eau le t o i ue. “i l’a uisitio d’u e adiog aphie de i utes est possi le, des analyses plus longues sont toutefois impossibles à réaliser. En effet, le faisceau focalisé sur la cible métallique dérive systématiquement après 20 à 30 minutes d’utilisatio . L’e t it e tu gst e ’ ta t plus illu i e, l’ issio du a o e e t X est stoppée – voir figure 6.47. Cette dérive peut être liée à la stabilité du faisceau électronique mais aussi au phénomène de charge présenté précédemment.

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