Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques (QNFCF)

Université de Waterloo, Waterloo, Ontario
Que fait l'installation

La salle blanche de nanofabrication est outillée pour la caractérisation et soutenue par des techniciens et techniciennes professionnels permettant de concevoir et fabriquer une vaste gamme de dispositifs quantiques et à l’échelle nanométrique

Domaines d'expertise

L’infrastructure de l’installation comporte plusieurs modules de salle blanche de classe 10 à 1000 ainsi que divers laboratoires satellites dont l’ensemble abrite un vaste éventail d’équipements de laboratoire à la fine pointe de la nanofabrication, de l’emballage, de l’assemblage et de la caractérisation. Cette installation dotée d’un personnel compétent, et exploitée de façon professionnelle, offre une formation poussée et pratique dans le domaine du matériel de sécurité et des salles blanches, en plus de fournir des conseils sur les technologies de traitement évoluées qui vont du dépôt par couche atomique à la lithographie par faisceau d’électrons permettant de modéliser fidèlement des caractéristiques de l’ordre de 8 nm. Chacune des composantes du matériel est caractérisée par des restrictions bien documentées et communiquées quant aux matériaux, ce qui permet d’atténuer les risques de contamination croisée. Une plateforme centralisée de gestion logicielle des laboratoires assure l’interverrouillage physique de l’ensemble du matériel, qui est entièrement assujetti à des procédures opératoires normalisées de suivi des modifications. Cela assure que le matériel est invariablement exploité de façon appropriée et efficace. Une liste exhaustive et croissante de procédés caractérisés, qualifiés et bien documentés est mise à la disposition de tous les membres des laboratoires pour les soutenir davantage à mesure qu’ils perfectionnent leurs propres technologies de procédés de nanofabrication. Une expertise approfondie est mise à disposition sur place en fait d’ingénierie des procédés afin d’aider les membres à tirer le maximum de l’installation et de ses nombreuses capacités novatrices et bien contrôlées.

Services de recherche

L’installation est mise à la disposition de tous les chercheurs diplômés où qu‘ils soient au Canada, ainsi qu’aux laboratoires gouvernementaux et au secteur privé. Les parties intéressées obtiennent le statut de membre après avoir rempli les conditions d’admission obligatoires, qui comprennent les modules de formation en ligne sur la sécurité en laboratoire, le comportement en salle blanche et le contrôle de la contamination. Les membres potentiels doivent se prêter à un examen initial du procédé de fabrication du dispositif qu’ils proposent auprès du groupe d’ingénierie des procédés de l’installation dans le but de vérifier la faisabilité du plan de travail qu’ils proposent avant de poursuivre. Ce service initial est offert gratuitement. La formation à l’emploi de chacune des composantes du matériel est offerte selon les besoins, en fonction des exigences initiales et évolutives du nouveau membre. Les demandes concernant les services tarifiés sont traitées au cas par cas.

Secteurs d'application
  • Aérospatial et satellites
  • Technologies de l’information et des communications, et médias
  • Sciences de la vie, produits pharmaceutiques et équipement médical
  • Fabrication et transformation

Laboratoire spécialisé

Équipement

Fonction

Dépôt (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Groupe de dépôt par couche atomique (ALD) et dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD)

Dépôt de diverses pellicules minces par dépôt par couche atomique) et dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

 

Évaporateurs à faisceaux d’électrons et thermiques 

Dépôt physique en phase vapeur de pellicules minces par faisceaux d’électrons et évaporation thermique par chauffage ohmique (2 systèmes)

 

Four pour dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD) d’oxydes basse température

Four pour dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD) d’oxydes basse température (LTO) dopés et non dopés

 

Four pour dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD) de polysilicium

Dépôt de pellicules dopées et non dopées de polysilicium par dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD)

 

Four pour dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD) de nitrure de silicium

Dépôt de nitrure de silicium à faible niveau de stress par dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD)

 

Four atmosphérique

Oxydation thermique humide ou sèche de substrats de silicium

 

Processeurs thermiques rapides

Traitement à haute température de courte durée de tranches de 4 po ou de 6 po (2 systèmes)

 

 

Évaporateur UVH Al

Dépôt physique en phase vapeur de pellicules d’aluminium minces pour la fabrication de jonctions Josephson

 

Pulvérisateur à deux chambres

Dépôt physique en phase vapeur de pellicules par dépôt pulvérisé

 

Évaporateur thermique pour pellicules minces d’or (Au) et d’or-béryllium (AuBe)

 

Fabrication de contacts ohmiques de type P pour matériaux III-V

Lithographie (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Système de lithographie par faisceau d’électrons JBX-6300FS de 100 kV de JEOL 

Modélisation de caractéristiques à l’échelle nanométrique (jusqu’à 8 nm) au moyen de la lithographie par faisceau d’électrons

 

Suite logicielle Beamer/Tracer

Plateforme logicielle complète de préparation des données avant d’être employées dans le système de lithographie par faisceau d’électrons JBX-6300FS de JEOL

 

Système de lithographie par faisceau d’électrons de 30 kV de RAITH

Modélisation de caractéristiques à l’échelle nanométrique (jusqu’à 20 nm) au moyen de la lithographie par faisceau d’électrons

 

Système de lithographie à écriture directe par rayonnement ultraviolet (UV)

Alignement sans masque et exposition aux UV de substrats revêtus de résine (y compris la capacité d’alignement verso)

 

Aligneuse de masques

Alignement et exposition aux UV de substrats revêtus de résine (y compris la capacité d’alignement verso pour le préalignement et l’assemblement de deux piles de tranches avant la liaison de celles-ci)

 

Colleuse de tranches

Liaison permanente de tranches (vierges et modelées)

 

Four à convection

Cuisson de diverses pellicules de résine photosensible

 

Four à Hexaméthyldisilazane (HMDS) et à inversion d’images

Préparation des substrats par vapeur avec HMDS (promoteur d’adhésion) avant leur revêtement de résine photosensible et l’inversion des images

 

Tournette de dépôt : usage général double

Revêtement de diverses résines photosensibles et d’une sélection restreinte de pellicules à semiconducteur usuelles

 

Tournette de dépôt : poste de résine à faisceau d’électrons (e-beam resist station)

Revêtement de pellicules de résine photosensible par faisceau d’électrons

 

Tournette de dépôt : poste d’anti-UV (UV resist station)

Revêtement de pellicules avec protection au rayonnement UV

Gravure à sec (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Fraiseuse à usinage ionique

Gravure de pellicules minces par fraisage à faisceau ionique d’aArgon (Ar)

 

Décapant de résine photosensible

Décaper et récurer/nettoyer la résine photosensible

 

Système de gravure ionique réactive (RIE) profonde du silicium (Si) comprenant le procédé Bosch

Gravure sèche par plasma du silicium à rapport nominal d’aspect bas et élevé

 

Système de gravure ionique réactive (RIE) de métaux et III-V

Gravure sèche par plasma de pellicules métalliques minces et de substrats III-V (arsénure de gallium – GaAs – et phosphure d'indium – InP –)

Banc humides (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Banc humide pour gravure de silicium en vrac

Gravure humide de silicium en vrac au moyen de solutions d’hydroxyde de potassium (KOH)

 

Banc humide pour nettoyage prédiffusion

Nettoyage de tranches au moyen de procédés RCA

 

Banc humide pour mise au point de résine photosensible par faisceau d’électrons (e-beam resist develop)

Mise au point de substrats à revêtement de résine photosensible par faisceau d’électrons

 

Banc humide à hotte pour acides fluorhydriques

Gravure humide d’oxydes de silicium en vrac au moyen de solutions d’acide fluorhydrique (HF)

 

Banc humide pour bases et acides non fluorhydriques

Destiné aux procédés et nettoyages d’acides (non fluorhydriques) ou de bases

 

Banc humide pour décapant de résine et nettoyant de substances organiques grâce au mélange Piranha

Décapage de résine photosensible à l’aide de mélanges d’acide sulfurique et de peroxyde d’hydrogène

 

Banc humide pour traitement de solvants (2 hottes)

Mise au point de résine photosensible et application du procédé lift-off

 

Banc humide pour mise au point d’anti-UV

Mise au point de substrats à revêtement de protection au rayonnement UV

Caractérisation (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Microscope à balayage électronique (MEB)

Visualisation de substrats à l’échelle nanométrique adaptée à l’analyse matérielle par spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS)

 

Microscope à force atomique (AFM)

Microscope-sonde à balayage de mesure de la rugosité superficielle des substrats, etc.

 

Système MEB/FIB

Usinage par faisceau ionique focalisé (FIB) de substrats et préparation d’échantillons pour microscopie électronique en transmission (TEM)

 

Microscope électronique à balayage en transmission (S/TEM)

Visualisation et caractérisation à l’échelle atomique d’un vaste éventail de matériaux, adaptées à l’analyse par spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) et spectroscopie de pertes d’énergie d’électrons (EELS)

 

Sonde quadripolaire

Mesure de la résistivité des pellicules métalliques minces et des semiconducteurs dopés

 

Postes de sondage électronique (2 systèmes)

Mesure des caractéristiques électriques des dispositifs

 

Ellipsomètre

Caractérisation optique non destructive des pellicules minces

 

Microscopes à semiconducteurs (2 unités)

Microscope polyvalent pour l’inspection et la documentation d’échantillons et de dispositifs

 

Réflectomètre de cartographie de pellicules minces

Cartographie de l’épaisseur des pellicules minces transparentes contenues dans les tranches d’un diamètre pouvant faire jusqu’à 200 mm

 

Réflectomètre de mesure ponctuelle de pellicules minces

Mesure précise de l’épaisseur des pellicules minces transparentes

 

Profilomètres à stylet pour surfaces (2 unités)

Mesure de la topographie des surfaces et de la hauteur de palier des pellicules minces

 

Système de mesure des contraintes de pellicule mince

Mesure et cartographie des tensions appliquées aux tranches de pellicule mince

Laboratoire d’emballage des dispositifs (édifice de caractérisation nanométrique quantique)

Four de durcissement à convection

Cuisson de diverses résines  époxydes/emballages à air ambiant

 

Machine de découpage en dés

Outil servant à découper précisément des tranches en puces ou en matrices individuelles

 

Microsoudeuse de puces

Liaison de matrices ou puces aux emballages

 

Nettoyeur au plasma d’hydrogène (H2)

Nettoyage d’échantillons ou de puces avant les procédés de soudage de matrices, de report de puces nues ou d’encapsulation

 

Microscope de mesure

Inspection et mesure dimensionnelle des matrices ou puces complétées

 

Microsoudeuse manuelle de fissures (wedge/ball wire bonder)

Outil servant à établir le contact électrique entre les matrices de semiconducteurs et les emballages

 

Microsoudeuse semi-automatique de fissures (wedge wire bonder)

Outil servant à établir le contact électrique entre les matrices de semiconducteurs et les emballages

 

Testeur de résistance à la traction de fils

Testeur permettant la mise à épreuve destructrice et non destructrice des soudures des conducteurs par la méthode d’essai par traction

Laboratoire d’assemblage en salle blanche (édifice RAC1)

Postes de travail en salle blanche de classe 1000 (2 postes à réserver)

Assemblage en salle blanche d’instruments et d’ensembles scientifiques

 

Chambre d’essai sous atmosphère contrôlée

Chambre à convection pour la mise à l’essai de fatigue thermique de dispositifs et composantes

 

Hottes de laboratoire (3)

Traitement chimique sans danger par voie humide de solutions d’acides et de solvants

 

Soudeuse laser

Soudage manuel par fusion laser

 

Nettoyeur au plasma

Nettoyage à sec de substrats au moyen de plasmas d’argon et d’oxygène

 

Microscopes (3)

Inspection à des fins générales

 

Découpeuse d’échantillons

Coupe de précision à basse vitesse de substrats de divers types

 

Polisseuse d’échantillons

Polissage de précision de substrats de divers types

 

Microsoudeuse manuelle de fissures (wedge/ball wire bonder)

Outil servant à établir le contact électrique entre les matrices de semiconducteurs et les emballages

 

Système de métrologie optique

Caractérisation optique (sans contact) tridimensionnelle de substrats et dispositifs

Laboratoires spécialisés (édifice RAC2)

Four par dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite (LPCVD)

Croissance de nanotubes de carbone (NTC) et de pellicules minces de graphène

 

Dérouleur à fibre optique

Système automatisé de traitement du verre et de collage par fusion à base de filaments résistants

 

Système de dépôt PLD

Croissance précise d’un vaste éventail de pellicules minces par dépôt laser à impulsions (PLD)

Titre

Hyperlien

Record du monde établi par un drapeau du Canada à l’échelle nanométrique à la veille du 150e anniversaire du pays

https://phys.org/news/2016-09-nano-scale-canadian-flag-world-lead-up.html

Couplage ultrarésistant d’un atome artificiel simple avec un continuum électromagnétique dans le régime non perturbatif

http://www.nature.com/nphys/journal/v13/n1/full/nphys3905.html#acknowledgments

Demandes de services tarifiés d’ingénierie des procédés

https://qnfcf.uwaterloo.ca/contacts

Tutoriels de formation en ligne de l’Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques

https://www.youtube.com/channel/UC45cUNKyJLlRDqCsL1QZFPQ/videos

Nouveau système de lithographie par faisceau d’électrons de JEOL augmentant les capacités de l’installation

https://sst.semiconductor-digest.com/2015/05/new-jeol-e-beam-lithography-system-to-enhance-quantum-…

Service de lithographie par faisceau d’électrons offert à l’installation de nanofabrication de l’Université de l’Alberta

https://www.nanofab.ualberta.ca/services/electron-beam-lithography-service/

Rapport annuel 2019-2020 de l’Institut d’informatique quantique (IQC) – L’accès à l’Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques est important pour de multiples expérimentateurs

https://uwaterloo.ca/secretariat/sites/ca.secretariat/files/uploads/files/iqc_fy2019-20_annual_repo…