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 1995 : Ingénieur sciences et génie des matériaux, mention bien
École polytechnique de l’université de Grenoble
 2000 ...
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 Métrologie dimensionnelle (UNC, IMEC, Veeco, LTM):
MEB, CD-SEM, AFM, CD-AFM, ellipsométrie
Mesure et traitement mathém...
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Compétences non techniques
 Gestion
 Gestion des clients et des équipements de métrologie chez Veeco
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Lacune Structure DS
Trou d’attaque
Thèse - Étude de la gravure chimique du silicium
Image STM de Si(111) exposé à Br2 à ...
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Thèse (UNC-CH) - Développement d’un STM
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LTM - Fabrication d’un spectromètre VUV
Absorption des plasmas de gravure
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Amélioration de la transmission optique de
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 A- Rugosité de bord de ligne
 Réduire la rugosité
 Accroître sa longu...
Méthodes possibles de structuration
et de lissage de guides de type strip
Gravure humide
anisotropique
La gravure s’arrête...
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Présentation Fouchier 2016-LinkedIn

  1. 1. 1  1995 : Ingénieur sciences et génie des matériaux, mention bien École polytechnique de l’université de Grenoble  2000 : PhD (Master et doctorat) en physico-chimie Université de Caroline du Nord à Chapel Hill - États-Unis  2000 - 2005 : Ingénieur de recherche IMEC (Belgique) - Groupes de caractérisation / microfabrication Groupe d’industrialisation en Flandres  2006 - 2009 : Ingénieur applications, service, coordinateur compte clé Veeco Instruments (Equipementier) - Division des AFM automatisés  2009 – 2015 - Ingénieur de recherche Laboratoire des technologies de la microélectronique - CNRS Marc Fouchier
  2. 2. 2  Métrologie dimensionnelle (UNC, IMEC, Veeco, LTM): MEB, CD-SEM, AFM, CD-AFM, ellipsométrie Mesure et traitement mathématique de la rugosité de bord de ligne  Microfabrication / microélectronique (IMEC, LTM) Procédés, intégration, dessin de masques  Lithographie et gravure (LTM)  Instrumentation et programmation (UNC-CH, LTM) Labview, Matlab Electronique, acquisition de données, mécanique, vide, optique  Caractérisation : Spectrométries IR, VUV et de masse, diffraction X et e-  Matériaux et physico-chimie (Formation) Compétences techniques
  3. 3. 3 Compétences non techniques  Gestion  Gestion des clients et des équipements de métrologie chez Veeco  Projet de développement de pointes à l’IMEC  Projets d’instrumentation  Encadrement  Quatre stages de master pendant ma thèse et au LTM  Enseignement de travaux pratiques de chimie à l’Université de Caroline du Nord
  4. 4. 4 Lacune Structure DS Trou d’attaque Thèse - Étude de la gravure chimique du silicium Image STM de Si(111) exposé à Br2 à 925K  “Novel adatom-terminated step structure on the Ge(111)-(1x1):Br surface” Marc Fouchier, Marcus T. McEllistrem, et John J. Boland, Surface Science 385, L905  “Energy of Si(111) dimer-stacking-fault structures” Marc Fouchier et John J. Boland, Physical Review B, 57, p. 8997 Défauts d’empilementLacune Marche Coin Adatome Structure DS Trou de gravure
  5. 5. 5 Thèse (UNC-CH) - Développement d’un STM Système d’ultra-vide Isolation vibratoire Mécanique Électronique Programme de contrôle  Budget $150 000 Mass Spectrometer LEED window
  6. 6. 6 Dessin d’ensemble du Système Preparation & Analysis Chamber Load Lock Wobble Stick OMBEChamber STM Manipulator Magnetic Transfer Rod Gate valves Gate valve Linear transfer rod Sample & Tip Carousel LEED Electronique
  7. 7. 7 Formation des leviers Libération Si Masquedegravure <100> Diamant S ilic iu m L e v ie r Te th e r P o in te IMEC - Développement de sondes AFM en diamant Gravure humide Déposition du matériau de la pointe  “A method for making probes for AFM”, M. Fouchier, Brevet EP 1 548 748 A1, US 2005 0146046, 2003  “Dual tip atomic force microscopy probe and method for producing such a probe”, M. Fouchier, Brevet US 7 500 387 B2, 2005 10mm 200nm Masque de gravure Diamant Si Quatre générations de procédés :  Leviers usinés en volume ou déposés en surface  Support soudé ou électrodéposé  Libération arrière ou avant Dépôt effectué au CSEM (Suisse)
  8. 8. 8 Mesure de concentration de dopants en 2D 55nm 40 nm NMOS SOI Diffusion latérale des dopants pendant l’activation : 13 nm 40 nm  Les sondes en diamant sont essentielles pour obtenir des images haute résolution  Elles sont toujours fabriquées pour le service SSRM interne et externe (IMEC-CAMS)  Cette activité a contribué à la signature d’importants contrats industriels Système Cross section Probe Piezo V Current Grille 14nm “Sub-5nm resolution in scanning spreading resistance microscopy using full diamond tips” D. Álvarez, J. Hartwich, M. Fouchier, P. Eyben et W. Vandervorst, Appl. Phys. Lett. 82, 1724 (2003) Source Drain
  9. 9. 9 Veeco - Support applications et service ST Léti SOITEC Altis Numonyx Micron Intel Tower Infineon Quimonda AMD AFM automatisé de métrologie Veeco instruments  Support à la vente (démonstrations à l’usine, présentations)  Installation et tests d’équipements sur site jusqu’à réception  Support après-vente  Développement d’applications spécifiques  Maintenance préventive et curative  Remontée des demandes et besoins des clients au services engineering, marketing et R&D
  10. 10. AFM de métrologie Veeco (maintenant Bruker)  AFM 2D o Hauteur : résine … o Profondeur de gravure o Rugosité de surface  CD-AFM (3D) Balayage 3D adaptatif ~ 50 nm Pointe évaséee Image 3D 193 nm Resist line 100 150 200 250 Average CD (nm) Litho 140°C 160°C 180°C 200°C Profil moyen Structure  Méthode concurrencée par la scatterométrie
  11. 11. 11 LTM - Fabrication d’un spectromètre VUV Emission des plasmas de gravure Absorption des résines photosensibles  Ensembles optiques sous vide  Programme de contrôle (labView) “Vacuum Ultra Violet Absorption Spectroscopy of 193 nm Photoresists” M. Fouchier, E. Pargon, L. Azarnouche, K. Menguelti, O. Joubert, T. Cardolaccia et Y. C. Bae, Appl. Phys. A 105, 399 (2011) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 0 2 4 6 8 10 12 Intensity Wavelength (nm) Br atomique H atomique 121.5nm ~157nm 163.3nm Spectre du plasma HBr Exposition des résines
  12. 12. 12 LTM - Fabrication d’un spectromètre VUV Absorption des plasmas de gravure D2 Lamp P.M . M1 M2 Plasma Turbo pump VUV monochromator Lock-in amplifierPC 106 V/A 120 130 140 150 160 170 180 190 200 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 136 138 140 142 144 146 148 150 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 A()=Ln(I0 /IT ) Wavelength (nm) 20 mTorr 10 mTorr 5 mTorr “Vacuum UV Broad-Band absorption spectroscopy: a powerful diagnostic tool for reactive plasma monitoring” G. Cunge, M.Fouchier, M. Brihoum, P.Bodart, M.Touzeau and N.Sadeghi, J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) Spectre d’absorption de HBr à 5, 10 and 20mTorrMontage
  13. 13. CO2 Réorganisation des chaines (facilité par une baisse de la Tg) LER = 4.9 nm LER = 2.6 nm Produits de Photolyse Réduction de la rugosité de flanc de résine par traitement plasma - Rôle des VUVs Silicium Plasma (HBr ou H2) VUV Résine 0 20 40 60 800 20 40 60 80 100 120 Height(nm) Width(nm) Reference 10s 20s 30s 60s 200s Dégradation du profil (CD-AFM) Lissage (AFM et SEM) “HBr/O2 plasma treatment followed by a bake for photoresist linewidth roughness smoothing” M. Fouchier et E. Pargon, J. Appl. Phys. 115, 074901 (2014)
  14. 14. 14 120 140 160 180 200 220 240 260 280 1E-3 0,01 Absorptioncoefficient(nm -1 ) Wavelength (nm) EPIC Reference After 79 mJ / cm 2 at 160 nm C=C C-H C-C Ester Lactone PAG Etudes des modifications chimiques de résine 193 nm soumise à des VUVs Spectre d’absorption VUV OH O O x O O OOOO y z Modifications de la résine 193 nm  Modifications chimiques  Profondeur de pénétration (1 / absorption) 1650 1700 1750 1800 1850 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 C=O ester C=O lactone 200s VUV 60s VUV 10s VUV Absorbance Wavenumber cm -1 0s VUV FTIR (plage des liaisons carbonyles)
  15. 15. Condition : espace entre les motifs suffisamment important (> 2× hauteur à 45°) La pointe peut imager le flanc gauche du motif sur toute sa hauteur Support d’échantillon Balayage des motifs Pointe AFM dans un réseau de motifs 14mm 45° Flanc du motif Z Y X Direction de balayage Motif Angle variable Axe de rotation Echantillon Plateau de l’AFM (Dimension Icon) Développement d’une technique de mesure de la rugosité de flanc par AFM Méthodologie “An atomic force microscopy-based method for line edge roughness measurement” M. Fouchier, E. Pargon et B. Bardet, J. Appl. Phys. 113, 104903 (2013)
  16. 16. Mesure de la rugosité de flanc par AFM Traitement des données  Approximation de la surface par la méthode des moindres carrés  Rotation par une multiplication matricielle I - Rotation de l’image II- Interpolation  Interpolation des points sur les flancs sur une grille à des hauteurs espacées régulièrement III- Calcul du demi-profil moyen et du LER en fonction de la hauteur  Programme de traitement de données écrit sous Matlab
  17. 17. Image 3D LER(h) Très bonne résolution Demi-profil Motif de résine après lithographie Gravure latérale du masque de carbone Mesure d’un profil rentrant (et très étroit) Mesure sur toute la hauteur du motif et jusqu’à son pied  Excellente résolution verticale  mesure de structures multi-couches  Pas de dommage à la résine  Pas de biais de matériau - Vraie topographie des motifs.  Potentiel pour être la méthode de référence pour la mesure du LER Autres avantages Mesure de la rugosité de flanc par AFM Avantages
  18. 18. -240 -200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 LER (nm) Height(nm) 18 Transfert dans une grille par gravure plasma Images AFMProfils moyens Résine SiARC SoC Si Empilement MEB Lithographie Gravure SiARC Gravure SoC Gravure Si SoC strip PR SiARC PR SiARC SOC SiARC SOC Si SOC Si Si 0 40 80 -240 -200 -160 -120 -80 -40 0 40 80Height(nm) Width (nm) LER “Atomic force microscopy study of photoresist sidewall smoothing and line edge roughness transfer during gate patterning” M. Fouchier et E. Pargon, J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 12(4), 041308 (2013)
  19. 19. 19 Développement d’un programme convivial d’analyse des données CD-SEM 0.01 0.1 1 10 100 PSD(nm 3 ) Wavenumber (nm -1 ) Measured Fit LWR2 noise x 2 )(CDFTPSD  150 motifs × 300 000 ┴ ×49 000 ‖ “Unbiased line width roughness measurements with critical dimension scanning electron microscopy and critical dimension atomic force microscopy” L. Azarnouche, E. Pargon, K. Menguelti, M. Fouchier, D. Fuard, P. Gouraud, C. Verove et O. Joubert, J. Appl. Phys. 111, 084318 (2012)  Rugosité sans bruit: LWRréelle  Longueur de corrélation : x  Exposant fractal : a + Distribution en fréquence CD N CD i CD 1 Images CD-SEM PSD expérimentale moyenne Paramètres de rugosité  Programme écrit sous Matlab 1 N i CDi Line 150 fichiers de N CDs Ajustement par une fonction fractale auto-affine
  20. 20. 20 Amélioration de la transmission optique de guides d’onde en silicium Guide d’ondes Rib Si/SiO2 CD Bord rugueux  = 1.31 mm ~365 nm Substrat Si gaineSiO2 - n = 1.53 Cœur Si n = 3.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Width (um) a(dB/cm) LWR, x = cste CD Calculé à partir de F. P. Payne, J. P. R. Lacey, Optical and Quantum Electronics 26, 977 (1994)  La perte optique en transmission d’un guide d’onde augmente lorsque sa largeur est réduite  Ceci est dû à l’augmentation de l’interaction de la lumière avec les bords rugueux Perte optique en transmission
  21. 21. Théorie de Payne & Lacey (1990) 2d j j(d) : Champ normalisé sur la surface rugueuse du guide d’onde x s n2 n1 n2 q Terme du champ = S (terme de la rugosité) 0 d Onde de lumière se propageant dans un guide d’onde plan Champ rayonné Plage de période de la rugosité affectant la transmission optique :
  22. 22. Stratégies pour réduire la perte en transmission  A- Rugosité de bord de ligne  Réduire la rugosité  Accroître sa longueur de corrélation  B- Interaction du champ avec les bords rugueux  Augmenter la largeur du guide  Modifier le profile du guide SiO2 Si SiO2 Si Strip Rib Formes courantes Bord rugueux Surfaces inférieures et supérieures du Si (lisses) Fond de gravure (moins rugueux) Fibre optique circulaire Moins d’interaction Vision naïve du champ Interaction avec les bords
  23. 23. Méthodes possibles de structuration et de lissage de guides de type strip Gravure humide anisotropique La gravure s’arrête sur les plans <111> Gravure plasma Oxydation thermique SiO2 Br+ F. Si SiO2 Oxyde thermique Si SiO2 <111> 54.74° Si SiO2 SiSi Epitaxie sélective <111> ou <311> selon la température SiO2 Si Traitement thermique sous H2 SiO2 Diffusion atomique de surface Si Epitaxie Oxydation thermique StructurationLissage Gravure humide anisotropique SiO2 <111> SiO2 Couche épitaxiée Si (ou gravure humide anisotrotique) Profiles variés Profiles variés

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