Métrologie avancée pour la lithographie par multi-faisceaux d'électrons

par Guido Rademaker (Guido)

Thèse de doctorat en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Raluca Tiron.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) .


  • Résumé

    Afin d'accroître significativement la rapidité d'exposition de la lithographie par faisceau d'électrons, Mapper Lithography a conçu une machine permettant d'opérer avec 649 740 faisceaux d'électrons gaussiens en parallèle. Le champ d'exposition est alors divisé en 13 000 sous-champs d'une largeur de 2.2 µm, avec une zone de recouvrement de 200 nm entre eux. Plusieurs paramètres doivent être contrôlés pour atteindre les spécifications rencontrées dans les nanotechnologies : la dimension critique des motifs dans chaque sous-champs; le positionnement relatif des sous-champs (en anglais `stitching'); le positionnement des motifs par rapport à un motif déjà existant (`overlay'). Il en découle des besoins en métrologie spécifiques : très importante quantité de mesures et leur caractère innovant. Dans cette thèse, différentes techniques de métrologie optique ont été explorées afin de satisfaire ces besoins. Six nouvelles mires pour la métrologie par imagerie ont été conçues et évaluées avec des performances, en terme d'incertitude de mesure et de temps de mesure à l'état de l'art. La diffusiométrie par réflectométrie spectroscopique polarisante a été utilisée et adaptée pour la mesure de dimension critique des motifs dans chaque sous-champs. Une incertitude de mesure jusqu'à 0.4 nm a été obtenue. Des effets de résonances plasmoniques entre des nano-antennes de type papillons croisés ont été mis à profit pour mesurer le raccordement entre chaque sous-champs. Nous avons montré par simulations électromagnétiques que les désalignement DX et DY peuvent être reconstruits indépendamment.

  • Titre traduit

    Advanced metrology for multiple electron beam lithography


  • Résumé

    To overcome throughput limitations of electron beam lithography, Mapper Lithography designed a machine that can expose with up to 649,740 parallel Gaussian electron beams. In the exposure process, the substrate is divided into 2.2-µm-narrow stripes with a 200 nm overlap. Several parameters need to be controlled: the critical dimensions of the features in the individual stripes; the stitching between the stripes; and the overlay with respect to a previous layer. In this thesis, different optical metrology techniques are explored. Six novel targets for an image based overlay have been developed to measure in-stripe overlay and stripe-to-stripe stitching and are evaluated by total measurement uncertainty (TMU) and measurement time. Scatterometry by spectroscopic reflectometry allows for measurement of non-uniform gratings using an effective critical dimension concept, resulting in a total measurement uncertainty metric down to 0.41 nm (3σ). Stitching can be measured by cross-resonant bow-tie antennae, consisting of four triangles straddling the stitching boundary. Simulations for three different stacks show that the DX and DY stitching errors can be reconstructed independently.