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Développement d’une méthode de caractérisation large échelle de motifs photoniques courbes pour la préparation de données de masques avancées.

Défis technologiques Nano-caractérisation avancée Photonique, imageurs et écrans

Résumé du sujet

La photonique intégrée sur silicium, qui consiste à utiliser les procédés de fabrication de l’industrie microélectronique pour réaliser des composants photoniques, est considérée comme une technologie d’avenir critique pour les applications de communications et de calcul à très haute vitesse.

La réalisation de dispositifs Photonique sur silicium nécessite la manipulation de designs intégralement courbes (dits non-Manhattan). Ceci donne lieu à de nombreux challenges lors de leur fabrication, et tout particulièrement lors de l'étape de conception des masques avancés de photolithographie. Afin de déterminer les masques optimaux, des algorithmes de compensation d'effets optiques (OPC) sont systématiquement appliqués. Ces derniers sont particulièrement délicats à mettre en œuvre dans le cas particulier de motifs curvilinéaires.

La précision avec laquelle les modèles OPC sont capables d'anticiper les performances d'impression des motifs peut être évaluée à l'aide de CD-SEM sur des structures spécifiques simples, de taille réduite, selon une unique orientation. Or, les dispositifs Photoniques (par exemple, les guides d'ondes) sont continus, faisant jusqu'à quelques millimètres de long, et couvrent toutes les orientations de l'espace. Une métrologie élargie et précise de tels objets n'existe pas, rendant impossible pour les ingénieurs OPC le diagnostic sur produit de la qualité de réalisation des dispositifs.

L'objectif de la thèse est de mettre au point une méthode de mesure dimensionnelle précise, à large échelle, des structures Photonique. On cherchera notamment à mettre en œuvre des solutions d'aboutement (stitching) d'images SEM, d'extraction de contours, avec le développement de métriques dédiées. La thèse propose notamment :

- l'étude de solutions métrologiques et scriptées pour permettre la caractérisation par CD-SEM à large échelle, typiquement en combinant plusieurs images.

- la mise en place d'extraction de contours de motifs courbes sur des images recombinées.

- le développement et la mise en place de métriques 2D innovantes pour permettre la mesure d'objets courbes, puis leur comparaison entre eux (ou avec une référence).

- l'inclusion des contours réels large échelle dans les logiciels de simulations optiques (Lumerical, FDTD) pour caractériser les performances réelles des dispositifs.

La thèse se déroulera pour 3 ans entre le site de STMicroelectronics (Crolles) et celui du CEA-LETI (Grenoble), dans un contexte de forte collaboration entre les équipes des deux organismes.

Le doctorant aura accès aux salles blanches et à des équipements industriels et/ou de recherche à l'état de l'art mondial, ainsi qu'à des logiciels commerciaux de référence. Vous bénéficierez de toute l'expertise technique des équipes encadrantes à STMicroelectronics et au CEA-LETI à propos de la photolithographie, de la métrologie, du traitement d'images et du développement informatique appliqué (Python).

Laboratoire

Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service des procédés de Patterning
Laboratoire de Patterning Computationnel
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