PNANO - Nanosciences et Nanotechnologies

Caractérisation optique de structures périodiques par polarimétrie de Mueller dans le plan de Fourier – MuellerFourier

Résumé de soumission

Dans ce projet de recherche industrielle, nous nous proposons de réaliser un appareil de métrologie des structures périodiques (réseaux 1D, 2D, cristaux photoniques, structures autoorganisées) par des mesures optiques polarimétriques dans une configuration originale de polarimétrie de Mueller dans le plan focal d'un objectif de microscope. Les applications visées se situent essentiellement, mais pas uniquement, dans le domaine de la R&D en microélectronique, où la miniaturisation croissante des motifs pose sans cesse de nouveaux défis, liés à des specifications toujours plus serrées, aussi bien pour réaliser que pour caractériser les structures. Ces spécifications concernent non seulement la taille moyenne (couramment appelée CD pour Critical Dimension) mais aussi l'angle des talus ou SWA (pour SideWall Angle) et enfin le recouvrement de couches superposées, ou Overlay. Etant non destructives, rapides et peu coûteuses à mettre en oeuvre, les techniques optiques prennent une importance croissante dans la métrologie des semiconducteurs; Cependant, contrairement à al microscopie électronique ou l'AFM elles ne fournissent pas d'image à proprement parler : la forme des structures est déterminée en résolvant le problème de diffraction inverse par ajustement aux mesures des simulations effectuées à partir d'un modèle multiparamètres. La question se pose alors de la pertinence du modèle et de la précision, notamment la précision absolue (au sens du mot anglais accuracy) des résultats. Ceux-ci seront d'autant plus fiables et robustes que les données expérimentales seront variées et, en prinicipe, redondantes, afin de permettre des tests significatifs de cohérence interne. L'approche que nous proposons est fondée sur la polarimétrie de Mueller, la plus complète des techniques polarimétriques, qui fournit beaucoup plus de données que l'ellipsométrie classique ou la reflectométrie (résolues spectralement ou angulairement) utilisées habituellement dans ce contexte. Deux des partenaires (LPICM et HJY) ont une solide expérience de développement instrumental dans ce domaine. L'idée centrale du projet consiste à mettre en oeuvre cette technique dans une configuration d'imagerie dans le plan de Fourier (le plan focal arrière) d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique, afin de mesurer la matrice de Mueller de l'échantillon étudié simultanément, dans un large domaine de variation des angles polaire et azimutal. Des résultats préliminaires obtenus sur un premier montage réalisé au LPICM et très largement perfectible ont montré la faisabilité et la pertinence de ce type de mesures. Par ailleurs, de premières simulations ont également montré que cette approche peut être particulièrement performante pour la mesure de l'overlay, et ce dans des cibles beaucoup plus petites et susceptibles d'être distribuées sur le wafer de manière beaucoup plus dense que celles utilisées actuellement, répondant ainsi à un réel besoin en métrologie des semiconducteurs. Le projet comporte donc trois aspects essentiels : l'identification des facteurs limitatifs des performances du montage actuel du LPICM, la réalisation par le partenaire industriel (HJY) d'un appareil beaucoup plus abouti, susceptible de fonctionner en salle blanche, sans toutefois atteindre le niveau de maturité (notamment pour le software) du prototype d'un appareil commercial, et enfin la validation de l'approche proposée sur des échantillons réalisés et caractérisés au LETI par des techniques de référence (CD-SEM, AFM et mires optiques pour l'overlay).

Coordination du projet

Tatiana NOVIKOVA (Autre établissement d’enseignement supérieur)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 793 316 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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