Academic literature on the topic 'Microélectronique – Mesure'

Ce papier présente les expériences de sensibilisation à la microélectronique et aux nanotechnologies de lycéens menées dans le cadre du programme Nano@school à Grenoble. A l’origine de ce programme, qui fête ses dix années d’existence en 2019, se trouvent trois partenaires : le CEA de Grenoble, le pôle CNFM de Grenoble (CIME Nanotech), et le Rectorat de Grenoble. Depuis 2012, ce programme est inclus dans une des actions du projet piloté par le réseau national de formation à la microélectronique (CNFM) et dont le CIME Nanotech est un membre majeur. Il est en effet très important de pouvoir attirer les jeunes dans ces domaines scientifiques qui sont souvent mal connus et où cependant la demande de main d’oeuvre qualifiée est importante. Les sessions se déroulant sur une journée proposent aux lycéens de véritables mini-projets scientifiques, à travers des expérimentations encadrées par des enseignants et/ou chercheurs sur des plateformes technologiques ayant des équipements de pointe. La sensibilisation est donc basée essentiellement sur un travail pratique dans un environnement de formation universitaire et de recherche. Le retour d’expérience indique que l’approche est globalement très bien perçue par les lycéens et par leurs professeurs, très motivante pour les organisateurs et encadrants sur les plateformes, mais son impact sur l’attractivité reste néanmoins difficile à mesurer à court terme.

RÉSUMÉ Au Québec nordique, les relevés géophysiques pour l'étude du pergélisol ont débuté en 1953, lors de la construction du chemin de fer reliant Schefferville à Sept-Îles. Une entente entre le Conseil national de la recherche du Canada et la Compagnie Iron Ore du Canada a ensuite favorisé l'emploi de mesures géothermiques. Dès 1962, les sondages de résistivité électrique ont servi à déterminer la répartition et l'épaisseur du pergélisol. La Compagnie Iron Ore et les chercheurs de l'université McGiII ont ensuite employé d'autres méthodes: polarisation spontanée et provoquée, électromagnétisme, infrarouge thermique et diagraphies. D'autres groupes, actifs ailleurs au Québec au cours des années 70. ont mis à profit différentes méthodes: mesures et modèles thermiques, géoradar, géocaméra. La géophysique au Centre d'études nordiques a débuté en 1973. en Hudsonie, et s'est poursuivie dans une dizaine d'autres sites. On a surtout employé la résistivité électrique accompagnée de contrôles thermiques dans le mollisol et de forages superficiels. Les développements techniques les plus importants réalisés au Centre d'études nordiques, liés aux composantes microélectroniques et aux systèmes d'acquisition de données, ont eu lieu au site expérimental de Kangiqsualujjuaq où les résultats de plusieurs méthodes sont comparés et où de nouvelles approches sont évaluées.

En microélectronique, le contrôle des procédés classique n'est plus suffisant pour les nouvelles technologies. Ainsi, un contrôle plus fin du procédé est réalisé à l'aide de boucles de régulation. Cette thèse propose la création et la mise en pratique d'une méthodologie statistique pour la mise en place de boucles de régulation en microélectronique. Cette méthodologie reste générale et peut se transposer aisément à d'autres domaines industriels. Les boucles de régulation nous ont tout d'abord amené à nous interroger sur la fiabilité de la mesure. Nous avons ainsi crée un nouvel indicateur de variabilité de la mesure, appelé capabilité globale, qui s'applique lorsqu'un paramètre est mesuré par plusieurs équipements de métrologie. Une solution opérationnelle a également été proposée par la création et de la mise en production d'un logiciel de calcul de capabilité. Une fois définie la méthodologie de mise en œuvre d'une boucle de régulation, celle-ci est appliquée à un atelier de polissage. Ceci a nécessité une modélisation originale du procédé de fabrication à l'aide du modèle linéaire mixte. Nous avons également comparé et optimisé différents algorithmes de régulation (EWMA, double EWMA, filtre de Kalman. . . ). Pour des raisons évidentes de coût, les différents algorithmes de régulation ne peuvent pas être testés et comparés en production. Nous avons ainsi proposé une simulation du procédé sur la base de données mesurées en production et d'un modèle du procédé. Celle-ci permet de prédire et comparer ce que serait le comportement des algorithmes de régulation en production. Un algorithme optimal a alors été choisi pour l'atelier de polissage
In semiconductor manufacturing, classical process control is no sufficient anymore for new technologies. A more accurate control can be achieved with closed-loop control (run-to-run). This thesis designs a statistical methodology aimed at deploying closed-loop control in semiconductor manufacturing. This methodology remains general and can be easily transposed to other industries. Studying closed-loop control, we have come to the issue of measurement reliability. Thus we have created a new indicator of measurement variability, called global capability, which can be applied when one parameter is measured by several metrology tools. An operational solution has been proposed through a software creation. It has been implemented and put into production to compute this new indicator. After its definition, the methodology for closed-loop control design has been applied to a polishing process. It has conducted us to an original process modeling thanks to a linear mixed model. We have also compared and optimized several regulation algorithms (EWMA, double EWMA, Kalman filter. . . ). For cost reasons, the considered regulation algorithms could not be all tested and compared in production. As a result, we have designed a process simulation based on production data and on a process modeling. This simulation can predict and compare what will be the regulation algorithm behavior in production. For the polishing process, an optimal algorithm has been chosen

Avec la diminution constante de la taille des transistors dans la microélectronique, les outils de caractérisation doivent être de plus en plus précis et doivent fournir un débit de plus en plus élevé. La fabrication de semi-conducteurs étant un processus couche par couche, le positionnement précis de la pile est crucial. Le mauvais alignement de la pile est appelé overlay, et nous proposons ici un nouvel instrument et une nouvelle méthode pour caractériser avec précision l'overlay en mesurant une cible unique construite dans les lignes de découpe. La méthode utilise les propriétés fondamentales de symétrie de la matrice de Mueller mesurée dans le plan focal arrière d'un objectif de microscope à grande ouverture numérique et permet une caractérisation de l'overlay avec une incertitude de mesure totale de 2nm. Après une brève introduction à la polarisation et la matrice de Mueller, nous décrivons la nouvelle conception de l'instrument et son étalonnage complet. Le corps principal de ce manuscrit est dédié à la caractérisation de l'overlay, mais les applications de cet instrument sont très diverses aussi détaillerons nous comment notre instrument peut apporter des pistes pour la caractérisation et la compréhension de l'auto-organisation de l'exosquelette des scarabées. Ces coléoptères présentent un très fort dichroïsme circulaire et de nombreux groupes de recherche dans le monde entier essaient d'imiter leur exosquelette. Nous concluons ce manuscrit par un bref aperçu des principales perspectives pour notre instrument
With the constant decrease of the size of the transistors in microelectronics, the characterization tools have to be more and more accurate and have to provide higher and higher throughput. Semiconductor manufacturing being a layer-by-layer process, the fine positioning of the stack is crucial. The misalignment of the stack is called overlay and we here propose a new tool and method to accurately characterize overlay by measuring a single target built in the scribe lines. The method uses the fundamental symmetry properties of the Mueller matrix acquired in the back focal plane of a high-aperture microscope objective and enables a characterization of the overlay with a total measurement uncertainty of 2nm. After a brief introduction to polarization and the Mueller matrix, we describe the new design of the instrument and its complete calibration. The main body of this manuscript is dedicated to the overlay characterization but the applications of this instrument are very diverse so we also detail how our instrument can shed some light on the characterization and the understanding of the auto-organization of some scarab beetles' exoskeleton. These beetles exhibit a very strong circular dichroism and many research groups around theworld try to mimic their exoskeleton. We conclude this manuscript with a brief overview of the main perspectives from our instrument

Les interférences dues au réseau d'énergie électrique sur les mesures de biopotentiel constituent un problème très commun à traiter pour obtenir des résultats de haute qualité et faciliter ainsi le diagnostique médical. Les circuits mixtes reconfigurables pour la mesure permettent la mise en œuvre de nouvelles configurations après fabrication, afin d'obtenir la meilleure adéquation avec une application donnée. Ces circuits sont intéressants pour les applications où les spécifications changent selon les capteurs utilisés et les caractéristiques des signaux en mesure. Dans cette thèse, un circuit mixte reprogrammable est proposé. Il a été étudié pour être utilisé dans les systèmes de mesure de biopotentiels, en particulier électrocardiogramme, électroencéphalogramme, électromyogramme et électro rétinogramme. Le circuit incorpore un bloc qui effectue, de forme dynamique, la compensation du déséquilibre des impédances des électrodes, de manière à minimiser l'interférence de mode commun due au couplage entre patient et réseau électrique. Un prototype de circuit a été intégré
Power line interference during biopotential signal measurements is a quite common problem. It must be carrefully dealed with when high quality results are required for more exact diagnosis concerning a certain physiological function behaviour. Particularly if these signals interpretation is performed by digital systems, it becomes essential that power line interference be mitigated in a way that the critical points of the biopotential signal waveform are precisely obtained. Measuring resetable mixed circuits allow a new configuration after the manufacturing process, in the direction of tuning themseleves to a specific use. Therefore, such circuits are suitable for projects in which their specifications must be changed according to the sensors in use and to the measured signal properties. In this work, it is proposed a resetable mixed circuit for biopotential signal measurements, in particular for electrocardiogram, electroencephalogram, electromyogram and electroretinogram signals acquisition. In the circuit, is included a block which dynamically performs the compensations instability that exist in between the electrodes impedances, reducing the common mode interference due to the power network-patient coupling

L'objet de ce travail est l'etude de nouveaux systemes destines a la spectrometrie et a la dosimetrie personnelle en temps reel de champs de neutrons. Les techniques de l'electronique integree ont ete utilisees pour orienter les recherches vers la conception d'un dispositif electronique (microsysteme) visant a integrer capteur et traitement des donnees en temps reel. Le capteur est de type multiplage pour gerer les divers domaines d'energie des champs de neutrons. La structure de base du capteur est la meme pour toutes les plages (thermiques, epithermiques, intermediaires et rapides). Elle se compose de deux diodes semiconductrices placees en regard l'un de l'autre et a la surface desquelles est depose du fluorure de lithium. La detection des produits de recul de la reaction des neutrons sur le lithium 6 conduit a mesurer leur energie. Le capteur a ete concu, son comportement simule ; il a ete fabrique en collaboration avec le laas ; enfin son fonctionnement dans des champs de neutrons de reference a ete analyse. Il a ete montre que la sensibilite lorsqu'on utilise les neutrons d'albedo est compatible avec des objectifs de dosimetrie et que ses proprietes spectrometriques permettent la caracterisation en energie de la plage intermediaire et rapide indispensable a la dosimetrie.

La détermination de la rugosité sub-nanométrique sur les flancs des motifs, dont les dimensions critiques atteignent une taille inférieure à 10nm, devient une étape primordiale. Mais à ce jour aucune technique de métrologie n'est suffisamment robuste pour garantir un résultat juste et précis. Une voie actuellement en cours d'exploration pour la mesure dimensionnelle consiste à hybrider différentes techniques de métrologie. Pour ce faire, des algorithmes de fusion de données sont développés afin de traiter les informations issues de multiples équipements de métrologie. Le but étant donc d’utiliser ce même type de méthode pour la mesure de rugosité de ligne. Ces travaux de thèse explicitent tout d’abord les progrès de méthodologie de mesure de rugosité de ligne au travers de la décomposition fréquentielle et des modèles associés. Les différentes techniques utilisées pour la mesure de rugosité de lignes sont présentées avec une nouveauté importante concernant le développement et l’utilisation de la technique SAXS pour ce type de mesure. Cette technique possède un potentiel élevé pour la détermination de motifs sub nanométriques. Des étalons de rugosités de ligne sont fabriqués, sur la base de l’état de l’art comportant des rugosités périodiques, mais aussi, des rugosités plus complexes déterminées par un modèle statistique utilisé normalement pour la mesure. Ces travaux se focalisent finalement sur les méthodes d’hybridation et plus particulièrement sur l’utilisation de réseaux de neurones. Ainsi, la mise en place d’un réseau de neurones est détaillée au travers de la multitude de paramètres qu’il comporte. Le choix d’un apprentissage du réseau de neurones sur simulation mène à la nécessité de savoir générer les différentes métrologies en présence
Roughness at Sub-nanometric scale determination becomes a critical issue, especially for patterns with critical dimensions below 10nm. Currently, there is no metrology technique able to provide a result with high precision and accuracy. A way, based on hybrid metrology, is currently explored and dedicated to dimensional measurements. This hybrid metrology uses data fusion algorithms in order to address data coming from different tools. This thesis presents some improvements on line roughness analysis thanks to frequency decomposition and associated model. The current techniques used for roughness determination are explained and a new one SAXS (Small Angle X-rays Scattering) is used to push again limits of extraction of roughness. This technique has a high potential to determine sub nanometrics patterns. Moreover, the design and manufacturing of reference line roughness samples is made, following the state of art with periodic roughness, but also more complex roughness determined by a statistical model usually used for measurement. Finally, this work focus on hybridization methods and more especially on neural network utilization. Thus, the establishment of a neural network is detailed through the multitude of parameters which must be set. In addition, training of the neural network on simulation leads to the capability to generate different metrology

Dans un contexte économique fortement concurrentiel, les sociétés productrices de systèmes surveillent les évolutions technologiques susceptibles de diminuer leurs coûts. En particulier, les récents progrès des techniques en microélectronique, permettent aujourd'hui la fabrication à faible coût de systèmes évolués qui associent sur une seule et même puce, des composants électromécaniques sensoriels et des composants électroniques de traitement. La technique de gravure du substrat par la face avant (FSBM) a été récemment ouverte aux concepteurs pour la fabrication de microstructures en compatibilité avec le procédé microélectronique CMOS. A ce jour, peu d'applications utilisant la déformation de structures réalisées à l'aide cette technologie ont été identifiées.
L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement de méthodologies qui conduisent à la caractérisation de la technologie FSBM et à la conception de microsystèmes électromécaniques.
L'étude expérimentale d'une structure de test appelée "cantilever U-Shape" est présentée. Cette étude permet l'extraction des paramètres mécaniques qui ne sont pas caractérisés dans la cadre d'une utilisation traditionnelle de la technologie en microélectronique.
Afin de proposer aux concepteurs de MEMS des outils de simulation, le cantilever FSBM fait l'objet d'une modélisation qui s'appuie sur une étude théorique de poutres composites. Le codage de ces modèles dans le langage VHDL Analogique montre alors comment il est possible d'intégrer les composants mécaniques dans le flot de conception microélectronique.
L'utilisation conjointe des résultats de caractérisation et des modèles théoriques conduit finalement à l'évaluation de la structure "U-Shape" excitée par la force de Laplace en tant que capteur de champ magnétique.
En perspective à ces travaux, des solutions alternatives pour la mesure du champ magnétique à l'aide de microstructures sont proposées.

Ce travail s'articule autour de trois essais mécaniques mis en place sur un appareil de nanoindentation pour caractériser des couches minces de cuivre, de SiN et de SiCN pour des applications microélectroniques (interconnexion), et des couches minces polymères pour des applications biomédicales (revêtement de stent actif). L'essai de nanoindentation normale a été utilisé pour la mesure des propriétés mécaniques des couches de cuivre (500 nm d'épaisseur) déposées sur un substrat Ta/TaN/SiO2/Si. Les résultats expérimentaux, appuyés par une simulation numérique 2D, ont démontré l'inadéquation du modèle d'Oliver et Pharr pour ces couches minces métalliques du fait de la croissance d'un bourrelet autour de la zone de contact. Un effet d'écrouissage des couches de cuivre, augmentant avec leur température de recuit, a également été mis en évidence par une croissance drastique des valeurs de dureté au cours de la pénétration de l'indenteur. L'essai de nanoindentation sur coupe ou « Cross Sectional Nanoindentation » a été employé pour mesurer l'adhérence de ces mêmes couches de cuivre. Les travaux expérimentaux ont permis d'améliorer le protocole expérimental et l'interprétation mécanique de cet essai récent. Les résultats ont mis en évidence la forte influence de la température de recuit et de la présence, ou non, de gravures sur l'adhérence des couches. Une approche numérique 3D a été développée pour la quantification énergétique de l'essai.L'essai de micro-rayure a permis, dans un premier temps, d'évaluer l'adhérence des couches dures SiN et SiCN (40 à 120 nm) déposées sur un substrat Cu/Ta/TaN/SiO2/Si. L'accent a été mis sur l'influence de l'épaisseur de la couche et de l'usure de la pointe sur la force critique d'endommagement. Une modélisation par éléments finis a montré que le délaminage de la couche mince est provoqué par d'importantes contraintes à l'interface SiCN/Cu et dans le revêtement. L'essai de micro-rayure a ensuite été appliqué à des couches polymères (500 à 1000 nm) déposées sur acier inoxydable. Ces échantillons présentent un comportement radicalement différent de celui des couches SiN ou SiCN. Les résultats montrent l'avantage procuré par une couche électro-greffée utilisée en tant que primaire d'adhésion.

Ce travail s’articule autour de trois essais mécaniques mis en place sur un appareil de nanoindentation pour caractériser des couches minces de cuivre, de SiN et de SiCN pour des applications microélectroniques (interconnexion), et des couches minces polymères pour des applications biomédicales (revêtement de stent actif). L’essai de nanoindentation normale a été utilisé pour la mesure des propriétés mécaniques des couches de cuivre (500 nm d’épaisseur) déposées sur un substrat Ta/TaN/SiO2/Si. Les résultats expérimentaux, appuyés par une simulation numérique 2D, ont démontré l’inadéquation du modèle d’Oliver et Pharr pour ces couches minces métalliques du fait de la croissance d’un bourrelet autour de la zone de contact. Un effet d’écrouissage des couches de cuivre, augmentant avec leur température de recuit, a également été mis en évidence par une croissance drastique des valeurs de dureté au cours de la pénétration de l’indenteur. L’essai de nanoindentation sur coupe ou « Cross Sectional Nanoindentation » a été employé pour mesurer l’adhérence de ces mêmes couches de cuivre. Les travaux expérimentaux ont permis d’améliorer le protocole expérimental et l’interprétation mécanique de cet essai récent. Les résultats ont mis en évidence la forte influence de la température de recuit et de la présence, ou non, de gravures sur l’adhérence des couches. Une approche numérique 3D a été développée pour la quantification énergétique de l’essai. L’essai de micro-rayure a permis, dans un premier temps, d’évaluer l’adhérence des couches dures SiN et SiCN (40 à 120 nm) déposées sur un substrat Cu/Ta/TaN/SiO2/Si. L’accent a été mis sur l’influence de l’épaisseur de la couche et de l’usure de la pointe sur la force critique d’endommagement. Une modélisation par éléments finis a montré que le délaminage de la couche mince est provoqué par d’importantes contraintes à l’interface SiCN/Cu et dans le revêtement. L’essai de micro-rayure a ensuite été appliqué à des couches polymères (500 à 1000 nm) déposées sur acier inoxydable. Ces échantillons présentent un comportement radicalement différent de celui des couches SiN ou SiCN. Les résultats montrent l’avantage procuré par une couche électro-greffée utilisée en tant que primaire d’adhésion
Three different tests, developed on a nanoindentation apparatus, are used for the mechanical characterization of various thin films: Cu, SiN and SiCN films for microelectronics (interconnection) and polymer films for biomedicals (drug eluting stent). Basic nanoindentation test is used for the measurement of mechanical properties of 500 nm Cu thin films deposited on Ta/TaN/SiO2/Si substrate. The experimental results and the 2D finite element calculations show the inadequacy of the Oliver and Pharr analysis for this kind of materials, because of the growth of a pile-up around the contact area. A work-hardening effect also induces a huge increase of the hardness values during penetration. This work-hardening effect is influenced by annealing temperature of the Cu films. Mechanical adhesion of Cu films was then measured by Cross Sectional Nanoindentation (CSN). The experimental procedure and the mechanical interpretation of this test were strongly improved. Results show the influence of annealing temperature and substrate patterning on Cu adhesion. A 3D numerical simulation is developed to calculate deformation energy spent during film delamination. A micro-scratch test was employed for adhesion measurement of SiN and SiCN thin films (40 to 120 nm) deposited on Cu/Ta/TaN/SiO2/Si substrate. The influence of the film thickness and the wear of the indenter tip on the critical force are studied. Finite element calculations show that the delamination at critical force is due to high stress in the SiCN film and at SiCN/Cu interface. Micro-scratch test was then applied to polymer films (500 to 1000 nm) deposited on stainless steel. The results show the enhancement of the adhesion when an electro-grafted sub-layer is used to promote steel/polymer interface

Le corrélateur cinq-port en technologie micro ruban composé d'un anneau à cinq branches et de trois détecteurs de puissance permet de calculer précisément le rapport complexe entre deux signaux hyperfréquences à partir des tensions mesurées aux trois sorties et d'un traitement numérique associé. Le cinq-port a un faible coût de réalisation et s'avère être moins sensible aux désappariements de phase et d'amplitude. De plus, il peut fonctionner dans une bande de fréquence large. Nous proposons dans ce travail un sondeur de canal multi-capteur utilisant les corrélateurs cinq-ports pour la mesure de propagation à l'intérieur des bâtiments. Ce sondeur; composé d'un réseau de 8 antennes quasi-Yagi et d'un réseau de 8 cinq-ports en réception; permet de mesurer à la fois les retards de propagation et les directions d'arrivée (DDAs) en azimut et en élévation des trajets multiples. La différence de phase des signaux captés par les antennes permet de calculer les DDAs et les retards de propagation sont estimés à partir de la différence de phase des signaux mesurés à deux fréquences consécutives dans chaque cinq-port dans la bande 2. 3 GHz à 2. 5 GHz avec un pas de 4 MHz. L'algorithme MUSIC (Multiple Signal Classification) associé à un lissage spatial est utilisé pour l'estimation des directions d'arrivée et des retards de propagation. Les résultats de simulation et de mesure montrent que nous pouvons estimer un nombre de sources supérieur au nombre d'antennes. Ce sondeur de canal a un faible coût de réalisation et permet d'effectuer l'acquisition à un instant donné et en une seule fois de l'ensemble des mesures dans un plan donné
The five-port correlator in microstrip technology consists of a ring with 5 arms and three diode power detectors. The ratio of two waves (Radio Frequency and Local Oscillator) is determined as a linear combination of the power levels measured at the five -port's outputs. Advantages of using five-port are its low-cost, its less sensibility to phase and amplitude imbalances and its operation in a wide frequency band. We propose a spatio-temporal channel sounder that consists of an 8 quasi-Yagi antenna elements and of 8 five-ports at reception The channel sounder designed for indoor propagation measurements follows us to measure time delay (TOA: Time Of Arrival) and Direction Of Arrival (DOA) in azimuth and in elevation of multi-path signals simultaneously. The DOA is estimated by measuring the phase difference of signals picked up by an antenna array and the estimation of TOA is based on the phase difference measured at two successive frequencies in the band from 2. 3 GHz to 2. 5 GHz with frequency step of 4 MHz at one five-port. The high resolution algorithm MUSIC (Multiple Signal Classification) associated with spatial smoothing pre-processing is used for TOA and DOA estimation. The simulation and measurement results show that we can estimate a number of signals bigger than the number of antenna elements. The proposed channel sounder has a low-cost and the measurement is performed simultaneously

Les isolants et les semi-conducteurs sont les principaux constituants des circuits intégrés, dont les performances croissantes sont notamment dus à la miniaturisation des composants, mais au prix d’une plus grande vulnérabilité : un champ électrique élevé favorise l’accumulation de charges, modifiant les caractéristiques du composant. Au contraire, les charges introduites par dopage contribuent à son bon fonctionnement. Pour une connaissance précise du profil de charges dans les isolants et les semi-conducteurs, un instrument de mesure directe et non destructive à l’échelle nanométrique est alors étudié dans ce mémoire. Une implémentation fondée sur une méthode pompe-sonde utilisant un laser femtoseconde permet d’obtenir une résolution spatiale inférieure à 50 nm. Une détection interférométrique ou électro-optique et l’accumulation d’un grand nombre de mesures sont nécessaires pour améliorer les signaux. Des mesures valident les premières étapes de la réalisation expérimentale.