Les installations du laboratoire de microfabrication (LMF) offrent, à la fois pour le milieu académique et industriel, un environnement de travail en salle propre de classe 100, permettant le prototypage et la recherche de pointe. La majorité des installations et des instruments permettent l’utilisation de petites pièces de semi-conducteurs, verre, ou autres matériaux, jusqu’à des gaufres complètes de 150 mm (wafer de 6 pouces). Toutes les étapes de fabrication microélectronique peuvent être réalisées dans le laboratoire; photolithographie uv, par écriture directe au laser et lithographie par faisceau d’électrons, dépôt de métaux et matériaux, gravure par par plasma réactif, inspection et métrologie, bonding, chimie aqueuse, découpe…
Vous pouvez avoir une idée de nos installations en visitant notre VISITE VIRTUELLE
PHOTOLITHOGRAPHIE
La photolithographie est un procédé central en microfabrication. Il permet, grâce à l’utilisation de résine photosensible, de transférer les motifs à réaliser sur les surfaces des substrats. Plusieurs étapes de photolithographie peuvent être nécessaires pour mettre en forme les différentes couches d’un dispositif, on utilisera alors les fonctions d’alignement des motifs.
Aligneur MA6
L’aligneuse MA-6 de Karl Suss est un aligneur de masque par contact bien adapté aux besoins changeants du laboratoire, alliant précision et souplesse. Doté de double objectifs d’alignement, la précision d’alignement est facilitée. Sa caméra face arrière permet aussi l’alignement dos-face. Il s’adapte aussi bien aux petits échantillons qu’au tranches complètes.
Manufacturier: Karl Suss
Modèle : MA-6/BA-6
Alignement de masque ≤ 7″
Dimension d’échantillons: de 1cm2 à 6 po diamètre
5 modes de contact (hard vacuum à proximité)
Lampe 350W Hg
Optique UV 400 (raies 436 – 405 – 365 – 335 – 313 nm)
Insolation en puissance ou intensité constante
Alignement FAV/FAR (optique)
PHOTORÉSINES - Procédés DISPONIBLES
OIR 674-11 positive; épaisseur de 1 micron
AZ5214-EIR résine réversible; utilisée en lift off ; épaisseur 1.5 microns
LOR5A non photosensibles pour les procédés de lift-off; 5 microns
KMPR 1005 résine négative dédiée à la gravure DRIE, 5 microns
Résine SU8 résine négative, utilisée pour la microfluidique, différentes épaisseurs
AZ MiR 900
PMMA 950 A2 pour la lithographie e-beam
La lithographie par faisceau d’électrons est une technique qui permet de dessiner des motifs jusqu’à des résolutions de l’ordre de quelques nanomètres dans une résine mince prééatalée sur l’échantillon.
Le système fonctionne en écriture directe, utilisant des motifs CAD ou préétablis dans le logiciel. Divers modes permettent de dessiner à très haute résolution ou sur les plan continus.
DESCRIPTION TECHNIQUE
Modèle : Raith e-line
Dimensions du faisceau: moins de 2 nm à 20 kV
Energie du faisceau: 100eV à 30 KeV
Courants de faisceau: 20 pA à 20 nA
Largeur mininum de lignes: 20nm (résine PMMA950)
Accessoire : mode FBMS (fixed beam moving stage) pour la réalisation de longues structures sans coupures.
Dimension maximale des échantillons : 10cm
Épaisseur maximale des échantillons : 2mm
Résines disponibles:
PMMA 495 A4
PMMA 950 A2
Copolymer PMMA EL 9
Ma-N 2403
Le Picomaster 150 est un systeme d'écriture directe laser UV polyvalent doté de composants de très haute précision, spécialement conçu pour donner à l'utilisateur le plus haut degré de liberté possible pour créer des micro-structures dans le domaine de la photographie.
La lithographie par écriture directe évite l'utilisation de masque de lithographie, rendant le prototypage rapide possible.
L'alignement sur différents niveaux est possible.
Il est aussi possible de dessiner directement des structures sur l'image de la caméra optique intégrée.
Longueur d'onde du laser: 375 nm
Résolution ultime d'écriture: 300 nm
taille des échantillons 5X5 mm jusqu'à plaque de 6 po
autofocus continu en temps réel.
Écriture avec 4095 niveaux de gris possible
4 modes d'écriture disponibles: 300, 500, 900 nm et 5 microns
FOUR DE PRÉPARATION DE SURFACE (YES)
Le four de prétraitement permet la déshydratation et le traitement de surface par HMDS des échantillons. La déshydratation du silicium permet d’obtenir des surfaces propres et stables pour les procédés subséquents. La silanisation de la surface offre une adhérence maximale de la photorésine.
Le four est préprogrammé, et plusieurs recettes de préparation sont disponibles aux usagers plus la possibilité d’effectuer une déshydratation simple sous vide ou en atmosphère d’azote.
Manufacturier: Yield Engineering Systems
Modèle: YES-310TA
Nombre de programmes disponibles: 12
Matériau de traitement de surface: HMDS
Étalement de résine : TOURNETTE BREWER
La salle de photolithographie dispose de deux postes d’étalement de résine.
La tournette Brewer est une station combinée d’étalement de résine et de recuit.
La tournette peut accommoder des tranches (gaufres) jusqu’à 200mm de diamètre, l’utilisation de parcelles d’échantillon est aussi possible. Le système intègre un dispenseur automatique pour le « edge bead removal » et la photorésine. Les vitesses et l’accélération sont programmables.
La plaque chauffante est entièrement programmable et assure l’uniformité de chauffage sur toute la surface.
Manufacturier: Brewer Sciencce
Modèle: 200cbx
HOTTE DE DÉVELOPPEMENT
Une hotte salle blanche, munie d’un flux laminaire vertical, d’eau DI 18 megohms, et d’une variété d’accessoires est aussi disponible pour les opérations manuelles de développement et de séchage.
Le GCM dispose de plusieurs appareils qui permettent de déposer des couches métalliques ou non-métalliques d’épaisseur allant de quelques atomes à plusieurs centaines de nanomètres. Ces revêtements sont particulièrement utiles pour l’industrie électronique, mais peuvent aussi servir de barrière contre l’usure ou la corrosion. Les éléments les plus souvent utilisés incluent l’or, le chrome, le titane, l’aluminium et l’argent, mais la plupart des métaux peuvent être déposés.
Les équipement décrits ici font partie des ressources disponbles dans la salle blanche du LMMF. Par ailleurs, le GCM est partenaire du Laboratoire des Revêtements Fonctionnels et Ingénierie des Surfaces (LARFIS) un des plus important laboratoire spécialisé en traitement des surface en Amérique du nord.
Le pulvérisateur à magnétron est utilisé pour déposer un grand éventail de métaux et de diélectriques. Les particules qui arrivent à la surface du substrat ont une énergie supérieure (1 eV) à celle obtenue par évaporation (0.1 eV), ce qui permet d’obtenir des couches présentant une plus grande densité et une meilleure adhérence. La pulvérisation réactive est aussi possible avec ce système pour le dépôt d’oxydes ou de nitrures. Un sas permet le transfert rapide des échantillons dans la chambre de dépôt.
UTILISATION
Dépôt de couches minces métalliques et diélectriques
SPÉCIFICATIONS TECHNIQUES
| Gros pulvérisateur | Petit pulvérisateur | Pulvérisateur Denton |
|---|---|---|
| Substrats: Semiconducteurs, métaux, polymères | Substrats: Semiconducteurs, métaux, polymères | Substrats: Semiconducteurs, métaux, polymères |
| Porte-échantillon : 4 po de diamètre rotatif | Porte-échantillon : 4 po de diamètre | Porte-échantillon : 6.5 po de diamètre rotatif |
| Pression de base : 5×10-7 torr | Pression de base : 5×10-7 torr | Pression de base : 5×10-7 torr |
| Distance cible porte-substrat : 5 po | ||
| Dimension des magnétrons : 4 po | Dimension des magnétrons : 2 po | Dimension des magnétrons : 2 po |
| type de pulvérisation: DC et RF | source: RF | source: DC |
| gaz disponbles: Ar, O2, N2 | gaz disponbles: Ar, O2, N2 | gaz disponbles: Ar |
| Nombre de cathodes: 2 | Nombre de cathodes: 3 | Nombre de cathodes: 2 |
|
Matériaux: métaux - pulvérisation réactive possible |
Matériaux : métaux et diélectriques - autres matériaux sur demande -pulvérisation réactive possible |
Matériaux disponibles: Al, Au, Cu, Ni, Cr, NiV (autres métaux sur demandes) |
ÉVAPORATEUR PAR FAISCEAU D’ÉLECTRONS
L’évaporateur par faisceau d’électrons (e-beam evaporator) est utilisé pour le dépôt de métaux et diélectriques. Il permet de déposer jusqu’à 4 différents matériaux consécutivement. Le contrôle de l’épaisseur est effectué par une microbalance calibrée. Il est également possible de remplacer les matériaux après chaque dépôt pour un maximum de flexibilité. La courte distance creuset/porte-substrat permet d’obtenir un taux de dépôt élevé ainsi qu’une uniformité supérieur à 98% sur un substrat de 4 pouces.
UTILISATION
Dépôt de métaux et diélectriques sur de petits échantillons
Spécifications techniques
Substrats permis : Tous sauf plastiques et photorésines
Porte-échantillon : 5 po de diamètre
Pression de base : 6×10-8 torr
Temps de pompage : 1h
Distance cible porte-substrat : 10 po
Nombre de creusets : 4
Volume des creusets : 2.2 cm3
Taux de dépôt : 1 – 10 Angströms / s
Manufacturier : Thermionics
Nouvel équipement à venir en 2025
Le nouvel évaporateur Plasmionique pourra accommoder des substrats jusqu’à 150 mm de diamètre. Deux modes d’évaporation seront disponibles, l’évaporation par faisceau d’électrons ( 6 creusets) et l’évaporation thermique. Le système sera muni d’un sas d’entrée (load-lock) permettant le transfert rapide des plaques et le maintien des meilleures conditions de chambre. Le porte échantillon chauffant permettra un contrôle accru de certains procédés de dépôt. Une source ionique (Ar) sera disponible pour le dépôt assisté.
Nouvel équipement à venir en 2025
Le nouveau pulvérisateur de la compagnie Plasmionique permettra la pulvérisation sur des plaques de 150 mm. Un magnétron de 4 po de diamètre faisant face au substrat permettra le développement de procédés de lift-off utilisant le dépôt plasma. L’équipement sera muni de deux autres magnétrons de 3 pouces montés dans une géométrie confocale. Le porte échantillon rotatif permettra d’obtenir des dépôts de grande uniformité. Le système permettra le dépôt en mode DC et RF d’une grande variété de matériaux. Les gaz de procédés seront N2, O2 et Ar.
Le ICP-RIE de Corial 210 de PlasmaTherm sera livré au printemps 2025.
Cet appareil sera dédié à la gravure profonde en ions réactifs du Silicium.
L’appareil pourra accommoder des plaques de 100 et 150mm de diamètre. Les gaz installés seront : O2, Ar, CHF3, C4F8. La sélectivié sur un masque de résine est de 50 :1 alors que celle sur un masque de SiO2 atteint 100 :1. Le profil de gravure approche 90 degrés avec une uniformité sur la surface de la plaque meilleure que 5%.
GRAVURE PROFONDE PAR IONS RÉACTIFS (DRIE-ICP)
La gravure profonde par ions réactifs, est un procédé de gravure fortement anisotropique qui permet de créer des motifs tridimensionnels dans une plaquette (wafer) ou d’autres matériaux. Sa force réside dans le grand rapport de forme réalisable soit jusqu’à 30:1. Le DRIE se caractérise par une haute densité de plasma, une faible pression lors du procédé, une vitesse de gravure élevée et une bonne uniformité de gravure. La DRIE est très utilisée pour la fabrication de MEMS.
UTILISATION
- Gravure profonde du silicium
Spécifications techniques
Échantillons : plaquettes jusqu’à 6 pouces de diamètre
Manufacturier : Oxford Instruments
Modèle : Plasmalab System 100
| Procédé : | Cryo | Bosch |
| Matériau : | Si | Si |
| Masques : | PR, SiO2, Cr | PR, SiO2, Cr |
| Gaz : | SF6, O2 | SF6, O2, C4F8 |
| Taux de gravure: | > 2.5 µm/min | > 2 µm/min |
| Sélectivité : | > 75 :1 pour résinepositive, > 150 :1 pour SiO2, ~infini pour Cr | |
| Uniformité : | <±5% on 4 in. wafers | N/A |
| Reproductibilité: | <±4% | <±5% |
| Profil : | 90° ± 1° | 90° ± 1° |
| Rapport de forme : | Up to 30 :1 | Up to 30 :1 |
La gravure par ions réactifs (ou RIE reactive ion etching) est utilisée pour décaper une couche de surface sur un échantillon ou pour graver un matériau protégé par des étapes préalable de lithographie pour sa mise en forme. Le choix des gaz utilisés, ainsi que les pression et la puissance du plasma, permettent le contrôle des paramètres de gravure des matériaux.
Spécifications techniques
Type de plasma: RF
Puissance maximale du plasma: 300W
Gaz de gravure disponibles: SF6, O2, N2, Ar, He, CF4, C4F8, CHF3
Type de matériaux pouvant être gravés: Si, SiO2, SiN, matériaux organiques (résine, parylène...)
Dimensions des échantillons: quelques mm jusqu’à gaufre de 200 mm
Le graveur RIE de Oxford sera entièrement remis à jour au printemps 2025.
Les gravures à partir de Chlore (BCL3 et CL2) seront ajoutées au catalogue des procédés disponibles
Le nettoyage et la préparation des surfaces sont primordiales pour le succès de tout procédé de microfabrication. Le laboratoire offre différentes techniques à cet effet, le nettoyage en phase liquide, le nettoyage par l’ozone et le nettoyage par plasma.
SYSTÈME PLASMA
Modèle: GIGAbatch 310
Manufacturier: PVA Tepla
Taille d’échantillon: (mm) parcelles jusqu’à gaufre 150mm
Gaz utilisés : O2, Ar, CF4
Puissance plasma : jusqu’à 600W
Type de plasma : microondes
pressions de 0,2 à 2 mbar
utilisations : décapage de résine, nettoyage de surface, activation de surface, PDMS
Ozoniseur
Le four à ozonisation par ultraviolet libère une grande quantité d’ozone dans le but d’éliminer les restes organiques de la surface d’un substrat.
Il permet l’obtention de surfaces ultra-propres sur les matières inorganiques : Si, quartz, verre, AsGa, SiC, métaux (Au, Ni, Fe,…)
Manufacturier : UVOCS
Modèle : T10x10 OES
Procédés liquides
Deux hottes de salle blanche à flux laminaire sont disponibles aux usagers du laboratoire de microfabrication pour les procédés en phase liquide.
Parmi les procédés disponibles :
- Diverses solutions acides et base pour la gravure des métaux et des diélectriques HNO3, HCl, H3PO4, HF , Cr etch , etc.)
- Bain de TMAH pour la gravure anisotrope du silicium
Graveur HF vapeur
Le système de gravure HF en phase vapeur permet la gravure des couches d’oxyde de silicium sacrificiel des dispositifs MEMS, en évitant de passer par des étapes en phase liquide suivies de séchages, souvent très dommageables pour les délicats systèmes suspendus.
Modèle: HF VPE-100 / 150
Manufacturier: Idonus
Taille d’échantillon: de pièces à gaufres entières de 100mm
La scie de découpe permet le découpage de précision des dispositifs à partir des plaques de substrat, en minimisant les pertes.
Spécifications techniques
manufacturier: Advanced Dicing Technology
Modèle: ADT 7100 Provectus
Dimensions minimales des échantillons: Morceaux de quelques milimètres
dimensions maximales des échantillons: Gaufres de 8 pouces
Profondeur maximale de coupe: 2,1 mm réalisé
Vitesse de découpe: de 0 à 600 mm/s
Caractéristiques du spindle: 60 KRPM max, 1,2 KW, roulement par air comprimé
Lames: Lames résinoides , hubbed nickel bond…etc
Taille des lames: 2 et 3 pouces
Précision de profondeur de coupe: Résolution de 0,2 microns, précision de 2 microns.
Types de matériaux pouvant être découpés: Si, Verre, Pyrex, LiNBO3, SiO2, Ceramique, Si sur Verre, Quartz, Aluminium, Ferrite…
Le bonder SB6 est un outil de collage de substrats polyvalent pour les applications en MEMS. Il permet la réalisation de différents types de collage après alignement et positionnement des substrats grâce à l’aligneur MA6. Plusieurs methodologies de collages sont disponibles dont le collage par fusion, par diffusion, le collage direct, par eutectique métallique, polymérique… La présence d’un système de pompage secondaire permet une plus grande efficacité de collage.
DESCRIPTION TECHNIQUE
Manufacturier: Suss Microtech
Taille d’échantillon (mm): de morceaux de 2,5*2,5 cm à gaufre 150mm (6 po)
Précision d’alignement après collage: 1 micron
Température (°C): ambiante à 500 Degré Celcius
Force maximale appliquée: de 300 N à 20 KN
Pression atteignable: 5.10-5 mBar
Types de collage possibles: fusion bonding, Glass frit bonding, direct bonding, polymer adhesive bonding, metal eutectique bonding, anodic bonding, diffusion bonding
Méthode d’alignement : Optique-déporté sur un aligneur de masque (Équipement MA6 de Suss Microtec).
RODAGE/MEULAGE
La polisseuse MetPrep vous permet de polir vos échantillons dans le but de les amincir ou de les préparer pour faciliter par exemple une analyse de surface. Le choix du degré de rugosité est possible grâce au changement aisé du plateau abrasif. L’opération de l’appareil peut être faite en mode manuel ou automatique. Des solution de polissage (slurry) de différent calibres sont disponibles pour compléter le lissage.
Marque/Model: Allied High Tech MetPrep4
Taille d’échantillon: Gaufre 2’’, 4’’ ou 6’’
CMP
Le polissage mécano-chimique (en anglais, Chemical mechanical polishing ou CMP) est un processus de lissage des surfaces utilisant l’action combinée de forces mécaniques et chimiques. Il peut être considéré comme un hybride de la gravure chimique et du polissage par abrasion libre. L’usager a le contrôle sur la vitesse de rotation et la pression pour influer la qualité et la vitesse de polissage. Les solutions colloidales de polissage à base de silice sont (slurry) utilisées de façon standard mais d’autres formulations sont possibles.
Marque/Model: Strasbaugh 6EC
Taille d’échantillon: Gaufre 4’’ ou 6’’
Le séchage de microstructures suspendues, particulièrement lors de la réalisation de MEMS, peut être complexifié par des phénomènes de stiction. En effet, les structures très rapprochées (moins de quelques microns) du substrat et pièces mobiles peuvent être amenées à adhérer ensemble lors du séchage. Le CPD, utilise le CO2 amené à son point super-critique du diagramme de phase, et évite ainsi le passage par les transitions liquide-gaz où les tensions de surfaces attirent les surfaces l’une sur l’autre, et provoquent le collage.
UTILISATION
- Éliminer la phase liquide dans un système.
Spécifications techniques
Manufacturier: Tousimis
Modèle: Autosamdri 815B
Échantillons: parcelles jusqu’à 100mm de diamètre ( 4po)
Méthode de séchage: CO2 supercritique
Le parylène est un matériau de revêtement alliant de nombreux avantages pour des applications multiples dont les circuits imprimés, les senseurs électroniques, les composants médicaux et les dispositifs de pointe.
Les principales utilisations sont liés à ses propriétés diélectriques, d’hermétisation et de biocompatibilité. La méthodologie de dépôt par évaporation simple produit des couches très uniformes quelle que soit la topographie du substrat. Il est aussi possible de réaliser des couches allant de quelques nanomètres d’épaisseur à plusieurs microns.
Spécifications techniques
Manufacturier : Specialty Coating Systems
Modèle : PDS 2010
FOUR À RECUIT RAPIDE (RTA)
Le recuit rapide, ou Rapid thermal anneal en anglais, est un procédé utilisé en fabrication de semiconducteurs qui consiste à chauffer une plaquette (wafer) pour en modifier les propriétés structurelles. Les traitements thermiques peuvent servir à activer des dopants, relaxer des contraintes, diffuser des matériaux à l’interface, cristalliser une couche amorphe, etc.
UTILISATION
- Activer des dopants
- Diffuser des matériaux à l’interface
- Relaxer des contraintes
- Modifier la microstructure des couches minces (cristallisation, densification, élimination des défauts, etc.)
Spécifications techniques
Manufacturier : AG Associates
Modèle : Heatpulse 410
Substrats permis: Semiconducteurs, métaux, diélectriques inorganiques
Porte-échantillon: 4 po de diamètre
Gamme de température en régime stable: 400-1150 °C (max 1350 °C)
Temps de cycle en régime stable: 1-300 s
Gaz UHP pour la purge: O2, N2, Ar
Stabilité de la température: +/- 7 °C
Contrôle de la température:
– Au dessus de 800 °C : Pyromètre optique
– Au dessous de 800 °C : Thermocouple
Vitesse de chauffage: 10 à 300 °C/s
Vitesse de refroidissement: < 80 °C/s
La station de sonde analytique permet d’effectuer des mesures électriques sur tout dispositif électronique avant l’encapsulation. Les sondes sur cables triax sont déplacées individuellement et permettent une précision de positionnement d’un micron et la mesure a très faible voltage.
Le sytème est installé sur une table anti-vibration et est entouré d’une cage de faraday qui assurent une prise de mesure RF et un environnement sans luminosité ni vibrations. Des sources et des multimètres sont mis à la disposition des usagers.
Nous remercions grandement
EverBeing International Corporation (http://www.probestation.tw) pour le don de cet appareil.
DESCRIPTION TECHNIQUE
Modèle : EB-6
Platine : 6″-6″
Mouvement : 2″-2″
Grossissement du microscope : 20X à 100X
Accessoires : Cage métallique, table anti-vibration, câbles RF à faible courant
Le montage de mesure 4 pointes est un système facile à utiliser pour évaluer la résistivité de surface de films minces ou de volume dans des substrats de silicium ou autres matériaux conducteurs minces. La technique de mesure fait appel à deux paires d’électrodes, une paire injectant le courant et la seconde paire mesurant le voltage. Cette méthode permet de réduire l’erreur due aux résistances de contact entre les électrodes et le matériau, erreur présente dans la méthode traditionnelle à deux terminaux. Le montage de GCM Lab permet d’effectuer les mesures à différentes températures.
- Mesurer la résistivité de surface de couches minces conductrices.
- Calculer la résistivité de volume de matériaux semiconducteurs.
- Mesurer la résistivité de matériaux conducteurs minces en fonction de la température.
Spécifications techniques
Espacement des pointes : 1 mm
Rayons des pointes : 100 µm
Matériau des pointes : Carbure de tungstène
Température de mesure : de -30 °C à 150 °C
Modèle : pointes de Bridgetech, source de courant Keithley 220, voltmètre Agilent 34401A, base thermique pour le contrôle de la température Temptronic TP3000
