Modélisation, étude, réalisation d'un interféromètre in-situ, temps réel destiné aux mesures dimensionnelles des puces électroniques submicroniques pendant un procédé de gravure ou de dépot

Study, modeling and realisation of a real-time interferometer for two-dimensional measurement of submicron electronic circuits during a plasma etch process

• Auteur / Autrice : Bruno Augé
• Direction : Roland Kleim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés optiques

Silicium

Couches minces

Interférométrie

Semiconducteurs

Résumé

Les progrès permanents de l'industrie des semi-conducteurs sont liés pour l'essentiel à l'accroissement continu des capacités d'intégration, à la plus petite taille des circuits de base et à un plus grand diamètre des tranches de silicium. Pour rester en compétition, il faut absolument optimiser les performances des lignes de production des circuits submicroniques avec des procédés complexes qui sont difficiles à maitriser. On comprend dans ces conditions, que le contrôle in-situ et en temps réel, des épaisseurs des circuits pendant des opérations de gravure ou de dépôt donne une sérieuse avance sur les concurrents. Parmi les méthodes optiques in situ, non intrusives, non destructives, l'interférométrie spectroscopique, sous incidence normale, permet la mesure de l'épaisseur des couches présentes sur les tranches de silicium au cours de la fabrication. Cette étude s'est déroulée en deux parties : le principe de la mesure et le contrôle de la fabrication. Pour le principe de la mesure, nous avons étudié les propriétés optiques des systèmes multicouches à l'aide du formalisme d'Abélès. Pour le contrôle de la fabrication, nous avons étudié et réalisé un instrument permettant de positionner la tête interférométrique sur des sites de mesures relativement restreints présents sur les tranches de silicium. Pour cela, il faut d'abord reconnaitre le site, puis positionner la caméra avec une précision en rapport avec la dimension du site. Un module imagerie, comprenant en particulier la recherche d'un motif, et la gestion d'une table xy motorisée ont été étudiés et intégrés au module de calcul d'épaisseur

Permanent progress in the semiconductor industry is essentially linked to a continous rise in integration capacity, to smaller circuit dimensions and larger silicon wafer diameters. In order to remain competitive, the performance of submicron device manufacturing lines employing complex process which are difficult to master has to be optimised. It is understandable under these conditions that in-situ and real time control of circuit thickness during the etch or deposition operation gives a serious advantage over competitors. Among the optical in-situ non intrusive and non destructive methods, spectroscopic interferometry at normal incidence allows the measurement of the thickness of layers present on the silicon wafer during manufacturing. This study has been performed in two parts : the measurement principle and manufacturing control. For the measurement principle, the optical properties of multi-layer system have been studied using the Abeles formalism. For the manufacturing control, we conceived and built an instrument allowing to position the interferometric head relativity limited measurement sites located on the silicon wafer. To do this, the site has to be recognized and the camera be positioned with a precision adapted to the site dimensions. An imaging module including in particular a pattern recognition routine and the steering of a motorized xy table, have been studied and integrated into the unit of layer thickness calculation