Journée Jean-Pierre Noblanc

Pourquoi et comment mettre des chercheurs au sein de l’usine ?

Allocution de Monsieur Joël Monnier, Corporate Vice President, Directeur de la R&D Centrale STMicroelectronics

La trajectoire de Jean-Pierre Noblanc, des bancs d’expérimentation du laboratoire d’Issy-les- Moulineaux à la présidence du Conseil de Surveillance de STMicroelectronics, est en tout point remarquable. Mais elle pourrait faire penser que le jeune chercheur avait abandonné l’aventure scientifique pour l’aventure industrielle. Mon propos sera de vous démontrer, au contraire, que Jean-Pierre a, parmi les premiers, compris l’évolu- tion de la recherche scientifique dans le domaine des semi-conducteurs, et qu’il a su l’accompagner. C’est son attachement passionné, tout au long de sa carrière, à la recherche, qui l’a amené à mettre des chercheurs au sein de l’usine. Pourquoi et comment, telles sont les questions auxquelles je m’efforcerai de répondre dans cet exposé.

Issy-les-Moulineaux
La trajectoire professionnelle de Jean- Pierre commence dans cette ville même d’Issy-les- Moulineaux. Je m’imagine bien Jean-Pierre, dans les années 60, dans son laboratoire, « bricolant » les équipements qui lui permettaient d’explorer les caractéristiques optiques de ces drôles de matériaux qu’étaient alors les semi-conducteurs. De petites équipes riches en talents, et disposant d’équipements et de budgets somme toute limités, parvenaient à l’époque à faire jeu égal avec les laboratoires de référence qu’étaient les Bell Labs. Quelle différence avec les milliers de personnes et les milliards de dollars d’investissement nécessaires aujourd’hui pour continuer à faire la course en tête !

Mais ne brûlons pas les étapes. Cette évolution s’est faite par paliers, et l’immense mérite de Jean-Pierre Noblanc a été d’accompagner, mieux, de susciter le passage de la recherche française de palier en palier.

Les années 70 à 90
Maurice Bernard a retracé ce matin l’aven- ture scientifique des laboratoires de Bagneux, et les succès obtenus. Déjà la recherche dans ce domaine ne pouvait plus être le fait d’un seul individu, fût-il génial, ou d’une seule discipline. D’abord à la tête du groupe OPA (OPtique Appliquée), puis en tant que patron de l’ensemble des laboratoires de Bagneux, Jean-Pierre sut lancer le CNET dans la course technologique, et rassembler les équipes pluri-disciplinaires nécessaires au succès.

Le Centre Norbert Ségard
En 1989, l’aventure prend une nouvelle dimension : Jean-Pierre Noblanc est nommé à la tête du Centre Norbert Ségard, à Meylan. On ne parle pas encore d’industrie, mais l’outil de recherche est déjà de taille imposante : 1200 m2 de salle blanche, 50 équipements, 300 personnes, couvrant l’ensemble des disciplines nécessaires au développement d’une filière complète de fabrication de circuits intégrés. Il faut ici rendre hommage à Michel Camus, le prédécesseur de Jean-Pierre Noblanc à Meylan, qui a su mettre en œuvre la décision d’im- plantation du CNET sur ce site de la région grenobloise.
Et l’industrie pointe son nez : la venue de Jean-Pierre Noblanc à Grenoble sera le catalyseur du rapprochement de l’ensemble des acteurs de la microélectronique présents dans le bassin grenoblois : CNET, LETI, et STMicroelectronics (qui s’appelait encore, à l’époque, SGS-Thomson Microelectronics).
SGS-THOMSON qui venait de naître, en 1987, de la fusion de SGS et de la branche composants de THOMSON, et à qui, il faut bien le reconnaître, peu de gens prédisaient un avenir. Peu de gens, mais Jean-Pierre fut de ceux-là.

Grenoble 92
C’est en effet en 1989 que le CNET signe avec SGS-THOMSON l’accord « Grenoble 92 », qui se concrétisera par la construction de Crolles1. Cet accord symbolise la réalisation par les deux mondes, recherche et industrie, de la nécessité pour continuer la course technologique de mettre les chercheurs au sein de l’usine. Ce projet sera une étape fondamentale pour faire la jonction entre trois facteurs : l’aspect recherche physico-chimique (sur silicium), le développement des solutions de design, et l’aspect production.
Mais, comme on le voit sur l’illustration, Grenoble 92 a commencé par des terrassements, du béton, des pieux à 30m de profondeur. C’est l’un des paradoxes de notre industrie : plus on continue la course vers l’infiniment petit, plus les infrastructures nécessaires pour soutenir cet effort de recherche, à commencer par les bâtiments, deviennent gigantesques. C’est ainsi qu’à ce jour, l’inves- tissement cumulé du projet « Grenoble 92 » (rebaptisé depuis « Crolles1 ») s’élève à 1,7 milliards de dollars.
Avant même que les bâtiments de Crolles ne soient opérationnels, les accords Grenoble 92 et GRESSI, GIE entre le CNET et le CEA, prennent une forme tangible : Jean-Pierre lance en effet l’action d’anticipation sur HCMOS5, filière de 0.5mm, avec comme responsables notamment Michel Brillouët côté CNET, sous la direction de Daniel Bois, plus particulièrement centré sur la partie Front-End du process, et Joël Hartmann côté LETI, pour la partie Back-End (Figure 4).
Pour l’anecdote, Michel est maintenant au CEA- LETI. Quant à Joël, il est à STMicroelectronics, patron des Opérations de Crolles2. Le monde de la microélectronique est décidément bien petit !
Une fois les bâtiments de Crolles livrés, c’est encore Jean-Pierre Noblanc, solidement épaulé par Daniel Bois, qui sera un moteur essentiel du détachement des équipes du CNET qui ont, avec leurs collègues de ST et, déjà, Philips, lancé définitivement Crolles1.

Quelles sont donc les raisons qui ont poussé industriels et chercheurs à vouloir ainsi vivre en symbiose dans le même lieu ?

Il y a tout d’abord des considérations tout à fait pragmatiques : Il est impossible de payer au titre de la recherche seule les investissements nécessaires pour effectuer cette recherche, on doit donc être capable de les utiliser ensuite dans les phases plus industrielles. Ceci est vrai à la fois en matière d’équipements et en matière d’infrastructu- re de support.

Mais au-delà de cet aspect pragmatique, on découvre très vite un effet bénéfique mutuel d’apprentissage entre R&D et manufacturing.
Enfin développer une technologie sur les équipements qui serviront à la montée en volume permet la diminution du fameux « time-to-market » :
- en s’affranchissant des problèmes inhérents à tout transfert de technologie entre lignes de fabrication différentes,
- et en bénéficiant au niveau de la R&D des temps de cycle d’une ligne de production, ce qui permet de parcourir plus vite la courbe d’apprentissage .
Le diagramme de la figure 6 illustre la nécessité de partage des coûts entre R&D et production.
Comme vous le savez, notre industrie est tournée vers la poursuite de la fameuse « roadmap » qui décrit la succession des générations technologiques (0,18mm, puis 0,13mm, puis 90nm, puis 65nm, etc), et qui sert en fait de catalyseur volontariste pour tout un ensemble de disciplines. A leur tour ces disciplines ont leur propre roadmaps qui reflètent celle des dimensions critiques du semiconducteur. C’est ainsi que pour la lithographie, on retrouve une roadmap en termes de longueurs d’onde utilisées. Pour simplifier, une longueur d’onde de 248nm permettra de dessiner des dimensions critiques jusqu’à 90nm, il faudra passer à une longueur d’onde de 193nm pour fabriquer de la technologie 65nm.
Dans le schéma de la figure 6, les longueurs d’onde utilisées en photolithographie sont représentées en ordonnées, et en abscisse, vous avez les années et l’évolution des coûts des équipements unitaires. Pour l’anecdote, lorsque j’ai commencé ma carrière à Texas Instruments, le 1er équipement que j’ai acheté était une machine de lithographie, qui coutait 12000 dollars. Aujourd’hui un scanner de dernière génération vaut plus de 20 M€ ! Et compte-tenu de l’évolution des technologies, la fenêtre d’utilité de cet équipement pour effectuer de la recherche de pointe ne dépasse pas le temps de succession des générations technologiques, c'est-à-dire deux ans. Impossible dans ces conditions d’aligner, au sein du seul laboratoire, la durée d’amortissement économique de l’équipement sur la durée « d’utilité scientifique ». Si on n’a pas d’utilisation possible de l’équipement en production par la suite, les coûts de R&D explosent !
Réciproquement, le fait de pouvoir amortir partiellement le coût de l’équipement sur la R&D permet d’obtenir des coûts de manufacturing avancé très compétitifs.
Ce qui est vrai pour les équipements l’est également pour les infrastructures de support. On a représenté dans la figure 7 l’évolution des spécifications de qualité des fluides entre Crolles1 et Crolles2 : pour explorer les limites de la physique, les exigences de pureté des gaz, de stabilité des procédés sont telles que là encore seules des installations industrielles, traitant des volumes énormes, peuvent y répondre.
La figure 8 montre la continuité dans le déroulement de la roadmap : à chaque génération technologique, environ 30% des étapes font réellement appels à de nouveaux matériaux, de nouveaux phénomènes physiques. Les 70% restant sont une évolution. Bénéficier pour ces étapes « standards » de la « machinerie industrielle » permet au chercheur de se concentrer sur ce qui est véritablement innovant, différentiateur dans la technologie qu’il développe.
Il y a également un effet bénéfique de retour d’expérience du passage en volume : On ne peut réussir le 90nm que si on maîtrise parfaitement le 0,13µm. Et cette maîtrise s’acquiert en poussant aux limites la répétabilité, la fiabilité du procédé, ce qui ne peut se faire qu’avec des volumes industriels.
En parallèle, les progrès effectués sur les technologies les plus avancées ont des retombées positives sur la maîtrise des étapes faites sur les mêmes équipements pour les technologies plus matures, et donc se traduisent par une meilleure qualité des produits
Cet effet d’apprentissage mutuel se retrouve en terme de temps de développement et de mise sur le marché des nouvelles technologies :
- les plans d’expérience du chercheur bénéficient des temps de cycle de la production industrielle, ce qui permet de valider les hypothèses et de grimper le long de la courbe d’apprentissage en un temps plus court
- Les coûts et les temps de transfert de la technologie depuis la R&D vers le manufacturing avancé sont réduits à leur strict minimum, car on effectue le développement des nouvelles technologies sur les équipements qui seront plus tard utilisés pour la production en volume sur ces technologies Grouper R&D et production est donc une conséquence logique pour être plus efficace :
-vis-à-vis de la R&D
-vis-à-vis de la production
C’est aujourd’hui un concept qui se répand, mais reconnaissons qu’en 1992, il était révolutionnaire ! Une dernière photo de Crolles1. Celle-ci a été prise sur la passerelle qui entoure le bâtiment. Nous venions d’en faire le tour, et j’avais été frappé par la lividité du visage de Jean-Pierre. Comme je m’en inquiétais, il m’expliqua qu’il était impressionné par l’ampleur des investissements nécessaires.
Dérouler le raisonnement intellectuel qui l’avait poussé à amener les chercheurs à l’usine était une chose, mais toucher du doigt le caractère colossal de l’entreprise en était une autre, me suis-je dit.
Mais, de retour au pied du bâtiment, notre ami se tourna vers moi et me livra la vraie raison de sa pâleur : « Joël, il faut que je t’avoue quelque chose : je souffre du vertige ».
Lors des exposés de ce matin, nous avons vu que l’optoélectronique était issue des laboratoires. Je dirai à l’inverse, pour exagérer le propos, que la microélectronique est venue du terrain, des ingénieurs.
Et ce qui se passe aujourd’hui est la rencontre de ces deux mondes, du laboratoire et du terrain, pour faire de la microélectronique le lieu de convergence de multiples disciplines, ce qui accroît encore la complexité de cette industrie.
Cet accroissement de complexité de la recherche, depuis le petit labo de jusqu’à l’usine de Crolles1, ne s’est pas arrêté à la fin du XXème siècle, bien au contraire ! Avec le 300mm, on entre dans une nouvelle ère (Figure 11).
Deux phénomènes nouveaux accompagnent ce changement de dimension. Tout d’abord, les coûts de développement d’une nouvelle technologie augmentent de 30% à chaque génération.
Avec l’entrée dans l’ère du 300mm, aucun industriel, à l’exception, jusqu’à présent, d’Intel, ne peut assumer seul l’effort de R&D nécessaire pour rester compétitif (Figure 12).
D’autre part, à cette croissance des investissements, accompagnant la course vers des dimensions toujours plus réduites, la fameuse Loi de Moore, vient de plus se greffer une 2ème dimension de la complexité : la diversification (Figure 13).

Crolles2
C’est donc dans cet environnement de complexité croissante qu’à l’aube du XXIème siècle s’est posé le défi du 300mm pour STMicroelectronics, et la mise en place du projet Crolles2.
Quels sont les enjeux d’un tel projet ? Ils sont de 3 types.
Tout d'abord, des enjeux stratégiques :
- Pour éviter le décrochement définitif de l’Europe et de ses industriels, il y a nécessité impérieuse de développer et de maintenir sur le long terme une force technologique compétitive en Europe dans le domaine des micro et nanotechnologies
-Nécessité de s'organiser dans l'espace européen pour mieux combiner les efforts de Recherche entre secteur public et secteur privé, pour montrer notre excellence face à la compétition mondiale
- Installer un outil industriel de pointe en Europe, à proximité des équipes de Recherche, pour favoriser l'introduction rapide des nouveaux procédés sur le marché.
La réponse à ces enjeux stratégiques s'est traduite par l'alliance de 2 poids lourds européens (Philips Semiconducteurs et STMicroelectronics) avec l'américain Motorola, à Crolles pour bénéficier de l'environnement exceptionnel de la région de Grenoble : qualité des ressources humaines présentant des compétences très pointues en microélectronique, avec la présence d'acteurs majeurs tels que le CEA-LETI, de nombreuses PME spécialistes du domaine, en matière d'équipements par exemple, ainsi qu'un environnement universitaire et de Recherche de très haut niveau.
Monsieur Nicolas Sarkozy, visitant Crolles2, a d’ailleurs reconnu implicitement la justesse de cette réponse stratégique, en disant qu’il ne fallait pas un seul exemple de ce type en France, mais trois ou quatre, et en souhaitant l’ap- parition de projets similaires dans des domaines plus traditionnels.
Le 2ème type d'enjeux, ce sont des enjeux techniques et technologiques (Figure 14) :
- Savoir répondre à l'accélération du rythme de renouvellement des générations de semi-conducteurs (cf. feuille de route mondiale de l'ITRS)
- Savoir répondre aux besoins de miniaturisation des produits par un programme ambitieux de Recherche et Développement
- Savoir combiner développement de produits et développement de procédés, en associant une ligne pilote de fabrication aux laboratoires de Recherche et Développement.
Enfin, le 3ème type d'enjeux, ce sont des enjeux économiques et financiers
: - La réussite du programme 2002-2007 de Crolles 2 passe par un investissement global de près de 3,5 Milliards d'euros, incluant les programmes de Recherche et Développement et les programmes d’investissement en matériel de laboratoire et équipements de fabrication
- Cette réussite passe aussi par le recrutement de 600 chercheurs, docteurs et ingénieurs de R&D, sur le site de Crolles2 …
- Ainsi que 600 ingénieurs, techniciens et opérateurs de production pour servir la ligne pilote. Soit 1200 au total.
Là encore, Jean-Pierre Noblanc a su comprendre les enjeux, et a su y répondre. En tant que Président du Conseil de Surveillance de ST, il a été un soutien actif et précieux pour l’aventure de Crolles2 comme, 10 ans auparavant, il l’avait été pour l’aventure de Crolles1. Et cette photo, c’est l’aboutissement de cet engagement, et finalement de l’engagement de toute une vie, avec et au côté de l’Etat, de France Télécom, du CEA, qui ont cru à l’avenir de la microélectronique en France, au moment où beaucoup doutaient.
Ce que Jean-Pierre laisse derrière lui, c’est d’abord un immense rayonnement scientifique et technologique. La figure 17 est un peu Crollo- Crolloise, mais on peut bien de temps en temps se faire un peu plaisir. Et le résultat est là : des américains, mieux encore, des Texans, ont choisi Grenoble pour venir faire leur R&D. Sans Jean- Pierre, cela ne ce serait sans doute pas produit. Dans un environnement mondial de compétition effrénée, quand les zones concurrentes, notamment Asie et Amérique, apportent un soutien accru à leur industrie microélectronique, en particulier dans le domaine du semiconducteur, le « pôle de compétitivité » grenoblois est l’un des 4 ou 5 centres majeurs de développement de la microélectronique (Figure 18).
Ce que Jean-Pierre laisse derrière lui, c’est aussi une formidable réussite économique, avec une croissance exemplaire de l’emploi dans le bassin grenoblois (Figure 19).
Encore ne s’agit-il que des emplois directs. Une étude économique récente a montré que le ratio emploi indirect sur emplois directs était de l’ordre de 3 à 4 pour 1.
A partir des emplois de Crolles, près de 5000 personnes avec les sous-traitants, avec le site de Grenoble où ST emploie 2000 personnes, avec cet effet multiplicateur, cela signifie qu’au total la microélectronique grenobloise fait vivre de 20000 à 30000 personnes.
Ce que Jean-Pierre laisse derrière lui, c’est enfin une réussite technologique, comme en témoigne la figure 20 comparaison entre deux circuits sortant du « creuset grenoblois », à moins de 20 ans d’intervalle.
Mais, au-delà de ces aspects stratégiques, économiques, technologiques, ce sur quoi je voudrais insister, c’est que cette formidable aventure de la microélectronique française, très dynamique, très compétitive, et donc par nature instable, a été basée d’abord sur l’enthousiasme d’hommes.
Et je voudrais ici saluer la constance de la Direction de France Telecom à tous les niveaux, la constance du support de l’Etat, et bien sûr la foi du management de ST, représenté ici par Pasquale Pistorio. Vous l’avez vu, à travers son évolution professionnelle, Jean-Pierre Noblanc n’a pas changé de métier. Certes, la complexité de l’environnement l’a fait passer du GigaHertz des transistors de ses débuts, aux Giga dollars de Crolles2. Mais il est resté toute sa vie un chercheur dans l’âme, en France puis, avec MEDEA+, en Europe. C’est donc tout naturellement que Pasquale Pistorio et moi- même, lorsque nous cherchions comment perpétuer sa mémoire, et comment ancrer son action dans le temps, avons choisi de mettre en place un soutien aux jeunes doctorants.
C’est donc avec plaisir, mais également une émotion certaine, que je souhaite vous annoncer aujourd’hui, à l’occasion de cette Journée d’Etudes, la création par STMicroelectronics de deux bourses de thèse, dites bourses « Jean-Pierre Noblanc ». Les détails pratiques sont en cours de finalisation, mais je peux d’ores et déjà vous dire que ces bourses permettront de financer chaque année deux nouveaux étudiants, sur une durée de 3 ans, dans la préparation de thèses de Doctorat dans le domaine des semi-conducteurs. Et les jeunes chercheurs ainsi distingués auront à coeur, j’en suis sûr, d’être dignes de cet honneur.