Développement des techniques de scatterométrie en temps réel pour le suivi des procédés de gravure plasma

Development of dynamic scatterometry for real time etching process control

• Auteur / Autrice : Mohamed El Kodadi
• Direction : Patrick Schiavone, Maxime Besacier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Antonello De Martino
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dezauzier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antonello De Martino, Christophe Cardinaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés

Problème inverse de diffusion

Mots clés libres

Scatterométrie

Problème inverse

Gravure

Ellipsométrie

Porosimétrie

Métrologie optique

Scatterometry

Inverse problem

Etching

Ellipsometry

Porosimetry

Optical metrology

Résumé

La miniaturisation progressive de la taille des composantes est rendue possible grâce aux progrès technologique des étapes de fabrication (lithographie, gravure, etc. ). Ce progrès technologique crée un besoin de technique de caractérisation fiable rapide et si possible à moindre coût. La technique de caractérisation optique basée sur l'analyse de la lumière diffractée par un objet périodique, la scatterométrie, se positionne comme étant une technique très prometteuse pour le suivi in situ et en temps réel des étapes de fabrication dans l'industrie de la microélectronique. Au cours de cette thèse, nous avons validé l'utilisation de la scatterométrie en temps réel pour le suivi d'une étape de fabrication, il s'agit du procédé de réduction de cote résine. La technique a d'abord été validée avec succès sur des résines 248nm dans différentes conditions expérimentales. Puis sur des résines 193nm. Le cas de ces résines est plus intéressant d'un point de vue industriel, mais il est plus délicat à mettre en œuvre puisque les indices des matériaux mis en jeu changent sous l'effet du plasma. Ces indices doivent donc être considérés comme des paramètres variables dans le modèle utilisé pour la résolution du problème inverse. Les travaux de cette thèse ont également permis l'extension de la technique à des applications originales telles que la porosimétrie. Cette technique appelée scatterométrie porosimétrique permet à la fois de déterminer la porosité, la perméation de la surface et l'épaisseur de la couche hydrophile sur les flancs

The miniaturization of the semiconductor devices is made possible by the improvemen of technological processing steps (such as lithography, etching, etc. ). This progress goes with the need of fast reliable characterization techniques. Optical metrology based on the analysis of light diffracted by a periodic pattern, namely scatterometry, positions itself as a very promising technique for monitoring in situ and real-time manufacturing processes. In this work, we validated scatterometry for the real-time monitoring of manufacturing processes; such as the resist trimming. First, the technique was successfully validated on 248nm photo resist, under various experimental conditions, then on 193nm photo resist. The latter case is more interesting for semiconductor manufacturing application, but it is more difficult to address because the optical properties of the materials used change during the course of the process as a result of the plasma impact. These optical properties must be considered as variable parameters in the model used for solving the inverse problem. We have also contributed to the extension of the method to innovative applications such as porosimetry. This technique known as scatterometric porosimetry allows determining porosity as well as permeability of the surface and the thickness of the hydrophilic layer on pattern sidewalls