Nouvelles perspectives de métrologie dimensionnelle par imagerie de microscope électronique pour le contrôle de la variabilité des procédés de fabrication des circuits intégrés

par Amine Lakcher

Thèse de doctorat en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Cécile Gourgon.

Le président du jury était Patrick Schiavone.

Le jury était composé de Jérôme Hazart, Maxime Besacier, Bertrand Le Gratiet.

Les rapporteurs étaient Régis Orobtchouk, Yves Jourlin.


  • Résumé

    Dans les noeuds technologiques avancés ainsi que les technologies dérivées, des règles de dessin de plus en plus aggressives sont nécessaires. Cela conduit à une complexification des structures dans les circuits intégrés actuels. De telles structures posent un défi important aux procédés de fabrication, notamment les étapes dites de patterning que sont la lithographie et la gravure. Afin d'améliorer et d'optimiser ces structures, les designers se basent sur les règles et connaissances qu’ont les ingénieurs de leurs procédés. Ces règles ont besoin d'être alimentées par des informations dimensionnelles et structurelles de plus en plus complexes : configurations de type bord arrondi, distance entre deux bouts de lignes, rétrecissement de ligne, etc. La métrologie doit évoluer afin que les ingénieurs soient capables de mesurer et quantifier les dimensions des structures les plus complexes dans le but d'estimer la variabilité de leur procédé. Actuellement la variabilité est principalement estimée à partir de données issues du suivi en ligne de structures simples car elles sont les seules à garantir une mesure robuste et reproductible. Mais, elles peuvent difficilement être considérées comme représentatives du procédé ou du circuit. Utiliser la métrologie par CD-SEM pour mesurer des structures complexes de manière robuste est un défi technique. La création de recettes de mesures est complexe, nécessite un temps non négligeable et ne garantit pas une mesure stable. Cependant, une quantité importante d'informations est contenue dans l'image SEM. Les outils d'analyses fournis par les équipementiers permettent aujourd'hui d'extraire les contours SEM d'une structure présente dans l’image. Ainsi, le CD-SEM prend des images et la partie métrologie est réalisée hors ligne afin d'estimer la variabilité. Cette thèse vise à proposer aux ingénieurs de nouvelles possibilités de métrologie dimensionnelle afin de l’appliquer pour le contrôle des structures les plus complexes. Les contours SEM sont utilisés comme source d’information et exploités pour générer de nouvelles métriques.

  • Titre traduit

    New perspectives of dimensional metrology using electron microscope imaging for process variability control in integrated circuit manufacturing


  • Résumé

    In advanced technological nodes as well as derived technologies, aggressive design rules are needed. This leads to a complexity of structures in the current integrated circuits. Such structures pose a significant challenge to chip manufacturing processes, in particular patterning steps of lithography and etching. In order to improve and optimize these structures, designers need to rely on the rules and knowledge that engineers have about their processes. These rules need to be fed by complex dimensional and structural information: corner rounding, tip to tip distances, line end shortening, etc. Metrology must evolve so that engineers are able to measure and quantify the dimensions of the most complex structures in order to assess the process variability. Currently the variability is mainly quantified using data from the inline monitoring of simple structures as they are the only ones to guarantee a robust and reproducible measurement. But, they can hardly be considered as representative of the process or the circuit. Using CD-SEM metrology to measure complex structures in a robust way is a technical challenge. The creation of measurement recipes is complex, time consuming and does not guarantee a stable measurement. However, a significant amount of information is contained in the SEM image. The analysis tools provided by the equipment manufacturers allow to extract the SEM contours of a structure present in the image. Thus, the CD-SEM takes images and the metrology part is performed offline to estimate the variability.This thesis offers engineers new possibilities of dimensional metrology in order to apply it for process control of complex structures. SEM contours are used as a source of information and used to generate new metrics.


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