Développement d'une méthodologie adaptée à l'industrie microélectronique pour la reconstruction topographique par imagerie SEM à faisceau inclinable

Development of a methodology adapted to the microelectronics industry for topographic reconstruction by tilt beam SEM imaging

• Auteur / Autrice : Charles Valade
• Direction : Cécile Gourgon, Maxime Besacier, Elodie Sungauer, Jérôme Hazart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 13/03/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des technologies de la microélectronique (Grenoble, Isère, France ; 1999-....) - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Schiavone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandra Delvallée
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tatiana Novikova, Frédéric Truchetet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Estimation de paramètres

Microscopes électroniques à balayage

Modèles linéaires (statistique)

Machines à mesurer tridimensionnelles

Mots clés libres

Métrologie

Cd-Sem 3d

Reconstruction 3D

Modèle linéaire

Simulation

Metrology

Cd-Sem 3d

3D reconstruction

Linear model

Simulation

Résumé

Avec l’avancée des technologies de la microélectronique, l’architecture des composants électroniques devient de plus en plus compliquée. Or, la connaissance des caractéristiques dimensionnelles des structures réalisées est importante pour pouvoir comprendre et optimiser le comportement de ces composants. C’est pourquoi il existe un besoin de développer des méthodes de mesure tridimensionnelles rapides et non destructives.Le microscope électronique à balayage (SEM) est largement utilisé pour réaliser des mesures dimensionnelles car il répond aux problématiques de rapidité et de non-destructivité. Cependant l’obtention d’informations tridimensionnelles quantitatives et précises est un challenge.Grâce à un microscope électronique dont le faisceau électronique peut être incliné, il est possible d’obtenir des images à différents angles de vue. A partir de l’analyse de ces images, la hauteur et l’angle des flancs du motif observé peuvent être déterminés géométriquement.Cependant, l’imagerie électronique étant le résultat des interactions électrons-matière, il est important de comprendre l’origine de la formation des images SEM, pour pouvoir les analyser correctement. C’est pourquoi une étude a été menée grâce à un logiciel de simulation physique pour observer et comprendre l’impact de la topographie d’un motif sur l’image SEM résultante.A partir de ces observations, des métriques ont été créées sur les images SEM pour les analyser quantitativement. Un modèle linéaire a ensuite été créé grâce aux simulations physiques pour estimer les grandeurs topographiques à partir de ces métriques. Il a ensuite été calibré sur des mesures SEM réelles, en les comparant à des mesures tridimensionnelles de référence par microscopie à force atomique (AFM). Ce modèle a été créé pour la reconstruction de motifs de type ''ligne'' en silicium gravé. Grâce à ce modèle, des reconstructions de motifs réelles ont été réalisées. Enfin un travail sur la création d’un modèle pour les motifs de type ''tranchée'' et ''dense'' en silicium gravé a été initié.

With the advancement of microelectronics technologies, the architecture of electronic components is becoming increasingly complicated. However, knowledge of the dimensional characteristics of the structures is important in order to be able to understand and optimize the behavior of these components. This is why there is a need to develop rapid, non-destructive three-dimensional measurement methods.The scanning electron microscope (SEM) is widely used to carry out dimensional measurements because it responds to the problems of speed and non-destructivity. However, obtaining quantitative and precise three-dimensional information is a challenge.Thanks to an electron microscope whose electron beam can be tilted, it is possible to obtain images at different viewing angles. From the analysis of these images, the height and the sidewall angles of the observed pattern can be determined geometrically.However, since electronic imaging is the result of electron-matter interactions, it is important to understand the origin of the formation of SEM images, in order to be able to analyze them correctly. This is why a study was carried out using physical simulation software to observe and understand the impact of the topography of a pattern on the resulting SEM image.From these observations, metrics were created on the SEM images to analyze them quantitatively.A linear model was then created using physical simulations to estimate the topographic quantities from these metrics. It was then calibrated on real SEM measurements, by comparing them to three-dimensional reference measurements by atomic force microscopy (AFM). This model was created for the reconstruction of “line” type patterns in etched silicon. Thanks to this model, reconstructions of real patterns were made. Finally, work was started on the creation of a model for ''trench'' and ''dense'' type patterns in etched silicon.