3.6
Vérification de la justesse de la mesure par dif-
fraction
La mire pour la mesure d’overlay par diffraction a été sélectionnée selon des critères de précision. Pour vérifier la justesse de la mesure réalisée par la recette choisie grâce à la simulation, un protocole a été défini. Il consiste à provoquer volontairement un overlay en induisant des erreurs de rotation et de grandissement par le système d’exposition. Cet overlay induit par le scanner est ensuite mesuré sur l’ensemble des mires disponibles sur le wafer. La mesure est réalisée par diffraction avec la recette optimisée. Afin de comparer avec les autres méthodes disponibles, une mesure d’overlay par imagerie est aussi effectuée. Les mires des deux méthodes sont très proches l’une de l’autre : une cinquantaine de microns les séparent. Cette promiscuité est primordiale car elle facilite la corrélation entre les deux méthodes.
La vérification de la justesse d’une recette de mesure par la programmation volontaire d’un overlay dans les réglages du scanner est une méthode nécessaire à sa validation [62]. Pourtant, elle n’est pas suffisante car on ne peut savoir si l’overlay programmé au niveau du scanner est bien l’overlay réellement présent au niveau du wafer.
C’est pourquoi j’ai réalisé la mesure de cet overlay programmé par le scanner avec les deux méthodes de mesure, dans le but de voir si les deux sortes de mires permettent de retrouver les valeurs entrées dans les paramètres du scanner. L’objectif est surtout de réaliser une corrélation directe entre les deux méthodes, ce qui nécessite donc une promiscuité entre deux mires comparées.
3.6.1
Réalisation d’un overlay induit par le scanner
La mire de diffraction est conçue pour mesurer une valeur absolue d’overlay inférieure à 20 nm à cause de son décalage volontaire qui est de même valeur. L’overlay induit doit donc être au maximum de 20 nm. En combinant rotation et grandissement sur l’ensemble du wafer, il est possible de créer un overlay minimal au centre et maximal sur les bords. Les paramètres entrés lors de l’exposition par le scanner sont regroupés dans le tableau 3.3. Inter-champ Tx (nm) Ty (nm) Mx (ppm) My (ppm) Rx (µrad) Ry (µrad) Scanner 0 0 0.08 0.08 0.08 0.08 Intra-champ mx (ppm) my (ppm) rx (µrad) ry (µrad) Scanner 0 0 0.08 0.08
TABLEAU 3.3 – Paramètres d’overlay induit programmé dans les réglages du scanner (cf. figures 1.6 et 1.7 du premier chapitre pour la définition des paramètres)
Figure 3.24 – Réponse de la mire µDBO sélectionnée à un overlay volontairement induit par le scanner
La figure 3.24 permet de visualiser les vecteurs d’overlay mesurés par la méthode de diffraction. Ainsi, on voit clairement la rotation et le grandissement induits grâce à la direction, le sens et à la norme des vecteurs.
3.6.2
Corrélation avec la mesure d’overlay par imagerie
Les données brutes des mesures overlay ont été extraites pour les mires par diffraction et par imagerie dans les deux directions. Les résultats pour le wafer à overlay induit conviennent bien à cette étude car la gamme de variation est significative et permet de comparer plus clairement les résultats issus des deux méthodes.
Pour chaque direction, l’overlay mesuré par diffraction a été tracé en fonction de celui qui a été mesuré par imagerie.
3.6. VÉRIFICATION DE LA JUSTESSE DE LA MESURE PAR DIFFRACTION 87
Figure 3.25 – Corrélation des mesures par diffraction et par imagerie pour l’overlay induit en X
Figure 3.26 – Corrélation des mesures par diffraction et par imagerie pour l’overlay induit en Y
comme l’attestent les deux coefficients de linéarité qui s’avèrent très proches de 1. De plus, le R2 est supérieur à 0.99, ce qui indique une faible dispersion. Quant aux constantes des deux régressions linéaires, elles sont de +0.54 nm en X et de -0.24 nm en Y. Elles peuvent s’expliquer par un overlay local existant réellement entre les deux mires. Plus vraisemblablement, c’est la précision de la mesure qui doit jouer sur l’obtention des ces termes constants, qui restent tout de même faibles.
3.6.3
Analyse des termes modélisés et résiduels
L’overlay mesuré selon les deux méthodes peut être modélisé, ce qui permet de comparer la réponse fournie par les deux méthodes en fonction des paramètres entrés volontairement dans la configuration du scanner lors de l’exposition du wafer.
Inter-champ Tx (nm) Ty (nm) Mx (ppm) My (ppm) Rx (µrad) Ry (µrad) Scanner 0 0 0.08 0.08 0.08 0.08 Mesure par imagerie -1.4 0.7 0.080 0.073 0.079 0.081 Mesure par diffraction -0.9 0.5 0.084 0.079 0.082 0.080 Intra-champ mx (ppm) my (ppm) rx (µrad) ry (µrad) Scanner 0 0 0.08 0.08 Mesure par imagerie -0.014 0.010 0.089 0.082 Mesure par diffraction -0.009 0.008 0.084 0.081
TABLEAU 3.4 – Termes d’overlay modélisés issus des mesures et comparaison avec les paramètres d’overlay induit
On remarque que les différences entre les paramètres obtenus pour les mesures par diffraction et par imagerie ne sont pas significatives. En effet, un écart de 0.005 ppm représente un écart de 0.75 nm en bord d’un wafer de diamètre de 300 mm.
Données résiduelles Moyenne en X (nm) Moyenne en Y (nm) 3σ en X (nm) 3σ en Y (nm) Mesure par imagerie 0 0 2.33 2.41 Mesure par diffraction -0.02 -0.01 2.03 2.26
TABLEAU 3.5 – Comparaison des erreurs résiduelles d’overlay pour les mesures par imagerie et par diffraction
3.6. VÉRIFICATION DE LA JUSTESSE DE LA MESURE PAR DIFFRACTION 89
Les données résiduelles sont les valeurs d’overlay qui ne se conforment pas au modèle. Elles peuvent être provoquées lors de l’exposition par une distorsion plastique du wafer ou un échauffement des lentilles de projection. Elles peuvent aussi provenir de mires de mesure défectueuses. Cela peut se produire lorsque les dimensions des mires ne correspondent pas aux dimensions pour lesquelles le procédé est optimisé. Cette situation doit être évitée en amont par la conception de mires conformes aux spécifications régissant le produit technologique.
En outre, un défaut généralisé du procédé peut aussi engendrer des mires défectueuses. C’est pourquoi il est essentiel de faire un suivi de ces données résiduelles afin d’identifier ce problème.
Dans cette étude, les erreurs résiduelles d’overlay sont similaires pour les deux méthodes de mesure et inférieures à 3 nm. Cela permet de comparer les paramètres modélisés entre les deux méthodes. Ces paramètres sont proches des paramètres induits par le scanner pour les deux méthodes, ce qui implique une bonne sensibilité à l’overlay.
La combinaison de la corrélation entre les deux méthodes de mesure et de l’analyse des termes modélisés permet de valider la justesse de la mesure par diffraction, qui est réalisée sur une mire de taille bien inférieure à celle de la mesure par imagerie : 100 µm2 contre 900 µm2.