Développement de la scatterométrie dynamique pour le suivi en temps réel de procédés : application à la microélectronique

Development of dynamic scatterometry for real time process control : applications for microelectronics

• Auteur / Autrice : Sébastien Soulan
• Direction : Patrick Schiavone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Scatterométrie

Résumé

La métrologie in situ et le contrôle de procédés en temps réel sont pour l'industrie de la microélectronique des enjeux d'une importance cruciale. Une technique de caractérisation optique basée sur une analyse de la lumière diffractée par un objet, la scatterométrie, fait preuve pour cela d'un potentiel remarquable. Il s'agit d'une méthode non destructive qui permet de mesurer indirectement et avec excellente précision des grandeurs géométriques de motifs périodiques. Pour la résolution de ce problème inverse, il est coutume de comparer une signature relevée par ellipsométrie (par exemple) avec une bibliothèque de signatures optiques calculées au préalable. Dans cette thèse, ce principe appliqué couramment en situation statique (mesure en ligne d'un échantillon) a été étendu à une application dynamique (suivi de procédés en temps réel), pour laquelle les signatures sont acquises avec une faible résolution en longueurs d'onde mais avec une grande fréquence. Ces développements ont consisté d'une part en l'élaboration d'un algorithme de reconstruction de forme basé sur la régularisation de Tikhonov et d'autre part sur l'utilisation d'une architecture de calcul particulière, les processeurs graphiques (GPU). A des fins de mise au point et de validation, nous nous sommes appuyés sur des procédés de la microélectronique pour lesquels le suivi en temps réel est un défi majeur pour le futur : gravure de résine par plasma et fluage de résine pour la nano-impression.

In situ metrology and real time process control are fundamental challenges for the future of the microelectronics industry. For this purpose, scatterometry, which is an optical characterisation technique based on scattered light seems to have a great potential. It is a non destructive method that allows indirect measurements of periodic patterns. For solving this inverse problem, one use to compare an acquired optical signature (from an ellipsometer, for example) with a large set of pre-computed signatures: the library. In this thesis, this principle, which is commonly applied in static conditions (on line sample measurements), is expanded to dynamic applications (real time process control) for which acquired signatures have a low resolution but a high acquisition frequency. These developments are based, on the one hand, on a new shape reconstruction algorithm (inspired by the Tikhonov regularization) and on the other hand, on a innovative computing architecture: the graphics processing units (GPU). For adjustment and validation purpose, we have dealt with microelectronics processes for which real time monitoring is key for the future: plasma etch process (namely resist trimming) and resist reflow for nano-imprint.