Développement d’algorithmes et d’outils de modélisation pour des mesures de CD-SAXS à basse énergie // Development of algorithms and modeling tools of Low-Energy Critical Dimension Small Angle X-ray Scattering

Contexte:
Le CEA–LETI est un des acteurs Européen principaux de l’industrie des semi-conducteurs. Avec sa plateforme de nano-caractérisation (PFNC) à Grenoble, il dispose d'un environnement de pointe avec un vaste éventail d'équipements à l'état de l'art. Nos équipes ont pour vocation d’accompagner le développement de nouveaux outils de caractérisation pour anticiper les besoins industriels (notamment autour des futurs nœuds technologiques). Ainsi, des travaux pionniers ont été réalisés autour du CD-SAXS sur la PFNC ces dernières années. Cette technique de diffusion/diffraction des rayons X permet de mesurer avec une précision sub-nanométrique les dimensions des nano-structures gravées dans les salles blanches du LETI. Dans le cadre de ce projet, nous proposons d’étendre l’approche CD-SAXS en utilisant les récents développements autour des sources basse-énergie de laboratoire (A. Lhuillier et al. 1988, prix Nobel 2023) appelées High Harmonics Generation (HHG) sources. Votre rôle sera de mettre en place les outils d'analyse spécifiques au développement de l’approche CD-SAXS à basse énergie. La première preuve de concept a été réalisée en Novembre 2023.

Mission:
Afin de prendre en compte dans la réduction de données les spécificités de cette nouvelle approche (multi longueur d'onde, basse énergie…), votre mission se concentrera sur plusieurs tâches:
- Développer différents outils numériques pour le traitement de données :
o Simulations éléments finis avec solver Maxwell
o Transformée de Fourier analytique (similaire au CD-SAXS)vs théorie dynamique
o Comparaison des différentes approches de simulations
- Construire et tester des modèles dédiés aux problématiques en lithographie(CD, overlay, rugosité)
- Définir les limitations de la technique par des simulations (notamment la résolution spatiale, les incertitudes de mesures);
Ce travail viendra compléter le développement expérimental de mesures de CD-SAXS avec une source de laboratoire HHG réalisée en parallèle par un postdoctorant.

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Context:
This PhD will take place at the CEA–LETI, a major European actor in the semiconductor industry, and more precisely, at the Nanocharacterization platform of the CEA–LETI witch offer world-class analytical techniques and state-of-the-art instruments. Our team aims to accompany the industry in the development of new characterization tools and so to meet the metrological needs of future technological nodes. Over the past few years, pioneer developments on a new metrology technique based on hard x-ray scattering called CD-SAXS were done at the PFNC. This technique is used to reconstruct the in-plane and out-of-plane structure of nanostructured thin-films with a sub-nm resolution. In this project, we are looking to extend the CD-SAXS approach leveraging the recent breakthrough in the development of low-energy x-ray sources (A. Lhuillier et al. 1988, Nobel prize 2023) called High Harmonics Generation (HHG) sources. Therefore, you will participate in the development of a new and promising characterization methods called Low-energy critical dimension small angle x-ray scattering. The very first proof of concept of this new measurement was conducted in November 2023.

Mission:
In order to include in the data reduction the measurement specificities of this new approach (multi-wavelength, low energy, …) your mission will focus on several aspects to explore in parallel:
- Develop new modeling tools to analyze the data:
o Finite element simulations with Maxwell solver
o Analytical Fourier Transform (similar to standard CD-SAXS) vs dynamical theory
o Comparison between the two approaches
- Build new models dedicated to lithography problematic (CD, overlay, roughness)
- Define the limitations of the technique through the simulation (in term of resolution (nm), uncertainty)
This work will support the development of CD-SAXS measurements with a laboratory HHG (High Harmonic Generation) source lead by a Postdoctoral fellow.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service de Métrologie et de Caractérisation Physique
Laboratoire : Laboratoire Propriétés des Matériaux et Structures
Date de début souhaitée : 01-09-2025
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : GERGAUD Patrice
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DPFT//LPMS

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service de Métrologie et de Caractérisation Physique

Master 2 en physique numérique / mathématique appliqué