Etude d'une méthode de micro-fabrication 3D pour des applications microlentilles d'imageurs

Study of a 3D micro-fabrication method for microlenses imaging application

• Auteur / Autrice : Pierre Chevalier
• Direction : Jérôme Vaillant, Patrick Quéméré, Charlotte Beylier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
• Date : Soutenance le 23/03/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Segonds
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jürgen Brugger, Isabelle Schanen Duport
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Jourlin, Antoine Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photolithographie

Micro-fabrication

Matériaux optiques

Capteurs d'images CMOS

Mots clés libres

Lithographie

Python

Optimisation

Grayscale

Model

Grayscale

Python

Optimisation

Lithography

Model

Résumé

Les capteurs d'images font désormais partie de notre quotidien à travers les smartphones et autres appareils mobiles. La qualité croissante des images délivrées est liée au progrès importants des technologies mises en oeuvre. Les technologies Imageur permettent d'associer des modules de capture d'image avec des circuits intégrés. Ces modules sont construits avec des matrices de pixels photosensibles qui réagissent à certaines longueurs d'onde en fonction du type d'application visé. Ces matrices nécessitent la fabrication de microlentilles qui permettent de capturer et de focaliser les rayons lumineux vers chaque pixel. Dans un premier temps l'étudiant(e) aura comme but de caractériser les résines propres à la fabrication des microlentilles et de créer un modèle pour simuler la réponse de la résine. Une méthodologie de design et de préparation de données spécifique aux masques de type Grayscale devra également être établie. Pour ce faire, plusieurs itérations de fabrication de masque couplées à des caractérisations 3D seront nécessaires pour vérifier la performance et la précision des outils de modélisation composant ce processus de fabrication. Une fois cette méthodologie établie, elle sera utilisée afin de proposer des formes 3D de microlentilles performantes et innovantes, en investiguant tous les paramètres clefs tels que la forme et le type de masque, une optimisation fine du ou des procédé(s) de lithographie, l'optimisation des matériaux utilisés (réflectivité, empilement, épaisseurs des couches...). Dans une vision à plus long terme, ce projet permettra de faire un comparatif de performance des microlentilles réalisées durant la thèse avec le procédé de référence industriel pour démontrer le gain d'une telle méthodologie.

Image sensors are now part of our daily life through smartphones and other mobile devices. The increasing quality of images is linked to the important progress of technologies. Imaging technologies allow the association of imaging capture modules and integrated circuits. Those modules are built with photosensibles matrix that react to specific wavelength according to the application. The matrix need the fabrication of microlenses that make possible the capture and focalisation of light toward each pixel. Firstly, the student will characterise the resin used in microlenses fabrication in order to create a model that can simulate the resin's response. A methodology of design and preparation specific to grayscale masks also need to be established. In order to do that, several iterations of mask fabrication alongside 3D caracterisations will be needed. Their purpose is to check the performance and precision of modelling tools composing this fabrication process. Once the methodoly established, it will be used to propose 3D shapes of effective and innovating microlenses while investigating the key parameters such as shape, mask type, the fine optimization of lithography process, optimisation of materials (reflectivity, piling, films thickness...). In a long term vision, this project will be used to create a comparison of microlenses prformances during the thesis with the industrial reference process to show the benefit of such model.