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Timestamp: 2018-12-15 17:53:34+00:00

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Sistema láser para litografía submicrométrica | Facilities | Campus Moncloa: Campus of International Excellence
Sistema láser para litografía submicrométrica
Láser pulsado de 300 mW (Explorer 355) con emisión centrada en 355 nm de la firma Spectra-Physics
• Estructura principal de granito
• Sistema de atenuación de potencia automático
• Sistema de visión con reconocimiento de patrones y alineamiento automático
• 3 ejes automatizados de ultraprecisión
• Sistema de corrección de foco en tiempo real
• PC y software de control básico
• Cerramiento con desconexión automática de seguridad
• Sistema óptico para un segundo camino óptico
• Software avanzado de control con reconocimiento y programación
Cámara limpia del CEMDATIC, ETSIT (UPM)
El equipo que se adquirió es un sistema de litografía por escritura directa por láser. El principal elemento del sistema es un láser pulsado de 300 mW (Explorer 355) con emisión centrada en 355 nm de la firma Spectra-Physics (ver Figura 1). Se trata de un diodo láser de bombeo de estado sólido de emisión ultravioleta. La propiedad más destacable de este equipo reside en que permite escritura directa sobre ITO (Indium Tin Oxide), capa conductiva transparente utilizada frecuentemente como electrodo en diversas tecnologías (dispositivos basados en cristal líquido, células solares…). La resolución garantizada por este equipo está por debajo de la micra (en torno a 800 nm) lo que supone una considerable ventaja con respecto a los sistemas convencionales de fotolitografía (Figura 2).
Este equipo es idóneo para aplicaciones microelectrónicas como corte de circuitos flexibles, perforaciones, fabricación de pantallas planas, diseño de patrones sobre ITO, escritura en substratos LED y trazado en obleas de silicio. El área de procesado que ofrece este equipo es de 100mm ˣ 100mm.
Los láseres pulsados se utilizan habitualmente para la ablación directa de materiales (escritura directa). Para fotolitografía convencional (sustratos recubiertos con fotorresina que tras ser insulada con luz ultravioleta es revelada mediante ataque químico) se vienen utilizando láseres continuos. El sistema adquirido permite la escritura directa sobre sustratos recubiertos con películas finas de ITO u otros materiales, sin por ello renunciar a la fotolitografía convencional. Esto dota a la infraestructura de la versatilidad necesaria para utilizarla con materiales muy diferentes. Además de la ablación directa de los materiales utilizados puede ser utilizado para el grabado de máscaras tras el recubrimiento de las superficies con una capa de fotorresina.
Entre las ventajas presentadas por el equipo cabe destacar la versatilidad del mismo (ablación, corte, fotolitografía convencional, perforación…), la reducida anchura del pulso que implica una gran potencia de pico, la gran repetitibilidad que conllevan la reducción de efectos térmicos indeseables. El rendimiento por lo tanto es mayor y los daños en las piezas se ven minimizados. La vida media del dispositivo es larga, la calidad y estabilidad del haz vienen garantizadas por el fabricante, el diseño del sistema es compacto, y los componentes clave son reemplazables in situ (diodos, fibra, ventana de salida…). Además es un equipo de bajo consumo medido tanto en coste por vatio como en coste de operación durante la vida útil del aparato.
El sistema óptico incluido permite un ajuste perfecto de la potencia del pulso, mediante el uso del atenuador externo. Además el autoenfoque se realiza en tiempo real de forma automática. El sistema de visión permite reconocimiento de patrones y alineamiento automático. Los ejes automatizados dotan al equipo de una gran precisión permitiendo el grabado de motivos complejos sobre una superficie considerable (100 mm ˣ 100 mm) a una velocidad de 300 mm/s. La resolución final ofrecida por el equipo es de 800 nm (< 1µm) pudiéndose alternarse con resoluciones mayores (15 µm) sin perder precisión gracias al alineamiento automático. Estas características hacen a este equipo un elemento imprescindible para trabajar con resoluciones inferiores a 1 µm y desarrollar nanodispositivos, tecnología inabordable con los sistemas convencionales de fotolitografía de los que disponen los grupos solicitantes. Así mismo, la velocidad ofrecida por el sistema y la posibilidad de alternar la máxima resolución con otras superiores a mayor velocidad sin perder precisión, ofrecen la posibilidad de fabricación de prototipos con un coste razonable de tiempo para la verificación de la tecnología desarrollada.
El equipamiento disponible en CEMDATIC antes de su adquisición limita las resoluciones alcanzables en procesos de grabación a valores por encima de la micra (en torno a 1,5 μm estába situado el límite de las capacidades previas). Además, para alcanzar ese límite se requiere el uso de máscaras de cromo que se encargan la empresa belga Delta-Mask. El número de patrones que de esta forma pueden ser probados se ve considerablemente limitado por la dilación temporal que el proceso conlleva así como por el coste de las máscaras.
El equipo solicitado proporciona un beneficioso impacto en varias líneas de los grupos de investigación participantes. En concreto afecta a un buen número de protocolos de fabricación que contienen etapas fotolitográficas. Así mismo, permite el trabajo conjunto en nuevas líneas de investigación de varios de los grupos que apoyan la propuesta.
Cuando se solicitó no existían equipos disponibles dentro del Campus con características similares. El Instituto ISOM de la UPM dispone de un sistema de nanolitografía, con una resolución de 13 nm, cuyas áreas de aplicación son muy diferentes, y cuya ocupación actual hace inviable su uso en los proyectos mencionados. Además, el rango de superficies que cubre es muy pequeño, y el tiempo necesario para realizar las muestras previstas resulta inviable, ya que el gran tamaño de los motivos (varios centímetros) requiere técnicas de stitching que alargan el proceso.
El grupo solicitante (GFA), junto con los dos grupos UPM que apoyaron la propuesta (GMME y POEMMA) constituyen el Centro de I+D+i de Materiales y Dispositivos Avanzados para Tecnologías de la Información y Comunicaciones (CEMDATIC). Tanto esos tres grupos como el resto de grupos UCM y CSIC que apoyaron la solicitud se verán beneficiados por la adquisición del equipo.
• GFA (Fotónica Aplicada, grupo solicitante CEMDATIC UPM):
El grupo solicitante viene desarrollando su actividad investigadora en el campo de los materiales cristal líquido, concretamente en el diseño y fabricación de pantallas y dispositivos para aplicaciones aeroespaciales y redes de comunicaciones. La tendencia creciente en esta área hacia resoluciones por debajo de 1 µm (nanotecnología) hace muy conveniente el equipo concedido para dotar al grupo de las herramientas competitivas que requiere una experimentación de calidad. El equipo perme el diseño, grabación y comprobación de electrodos en sustratos tanto transparentes como reflexivos que serán empleados en pantallas y dispositivos para aplicaciones aeroespaciales y de comunicaciones (desviadores de haz, redes de fase…). Las resoluciones alcanzadas son muy superiores a las disponibles previamente, pudiendo cubrir el infrarrojo próximo y el espectro visible.
• GMME (Microsistemas y Materiales Electrónicos, CEMDATIC UPM):
El desarrollo de dispositivos microelectromecánicos (MEMS) requiere la realización de un gran número de estructuras test que permiten estudiar las diferentes opciones tecnológicas así como optimizar el diseño de las geometrías. Estas estructuras se basan en la fabricación de máscaras específicas de fotolitografía. Desde su concepción, hasta que se dispone de las máscaras para realizar las pruebas, suele transcurrir un tiempo relativamente largo, limitando la productividad. Tener acceso en el propio laboratorio a un sistema que permita bien la fabricación de una máscara, o bien la impresión directa de motivos sobre un sustrato de proceso, agiliza decisivamente el desarrollo de dispositivos con nuevos protocolos de fabricación.
• POEMMA (Propiedades Ópticas Eléctricas y Magnéticas de Materiales y sus Aplicaciones CEMDATIC UPM):
El equipamiento adquirido presenta una amplia capacidad de aplicaciones que pueden ir desde la sinterización local de materiales depositados sobre sustratos a la introducción de defectos localizados o la microfusión de metales y electrodos. De manera particular, dicho sistema de escritura directa por láser puede ser de utilidad para estudiar los efectos producidos en la estructura de diversos tipos de metales por la microfusión generada en los bordes de corte de láminas de pequeño espesor o en las superficies de muestras masivas tras la escritura sobre las mismas. En particular, se considera relevante el poder controlar la fluencia media a través de la frecuencia de pulso así como la resolución lateral de los microposicionadores, inferior a la micra, y la precisión de corte, por debajo de 1 micra, lo que en muchos casos podría permitir aislar granos cerámicos o regiones monocristalinas permitiendo el estudio separado de efectos cooperativos. Esto presenta múltiples aplicaciones tanto de ayuda al estudio y caracterización de materiales, como a crear núcleos de sinterización en elementos sintetizados o en la preparación de elementos activos para dispositivos y sensores.
• MMCC (Materiales Moleculares basados en Compuestos de Coordinación, Química Inorgánica UCM)
El equipo se emplea para litografía de sustratos de ITO y aluminio para la fabricación de OLEDs basados en materiales electroluminiscentes orientados (emisión polarizada) con fase cristal líquido. Se trata de una nueva línea de investigación que se ha puesto en marcha recientemente, en parte, gracias a la adquisición del sistema.
• MANOEQ (Grupo de Materiales Metálicos Procesados por Técnicas de No Equilibrio Departamento de Metalurgia Física CENIM-CSIC):
El equipo se emplea para estudiar los efectos producidos en la estructura de diversos tipos de materiales metálicos por la microfusión generada en los bordes de corte de láminas de pequeño espesor, o en las superficies de muestras masivas tras la escritura sobre las mismas.
• LAQUESO (Laboratorio de Química del Estado Sólido Química Inorgánica UCM):
Se pretende usar el equipo para la sinterización local de materiales depositados, introducción de defectos localizados o microfusión de metales y electrodos.
Los grupos solicitantes participan habitualmente en proyectos internacionales. Por ejemplo, y tal como se describe en el siguiente apartado, dos de los grupos solicitantes participan en un proyecto Europeo, en el que se emplea de forma intensa el equipo en varias de las tareas. Esta participación en proyectos Europeos se espera que tenga continuidad y que el equipo repercuta en la propuesta de solicitudes más ambiciosas tecnológicamente.
En la actualidad, los proyectos de I+D en curso se benefician de la adquisición de la citada infraestructura. Además de los proyectos en marcha, la nueva infraestructura permitirá abordar nuevas tareas más ambiciosas en los proyectos que se soliciten en un futuro, además de proporcionar soporte a otros grupos de investigación, tal y como se ha comentado previamente.
Proyecto Plan Nacional ALCOD (MICINN): Es un proyecto de carácter general que se ocupa del diseño y fabricación de dispositivos fotónicos de cristal líquido de alto rendimiento: redes de fase, filtros, dispositivos grabados en fibra óptica, materiales con gap fotónico, etc. Muchos de ellos requieren etapas (foto)litográficas de alta resolución que podrían abordarse con el equipo solicitado.
Proyecto euro-mexicano: Oxides for the spintronics (UE-FONCICYT). Se desarrollan materiales multiferroicos, piezoeléctricos y ferroeléctricos cuyas propiedades se alteran modificando las superficies e interaccionando con las fronteras de grano. El equipo podría emplearse para sinterizado superficial y microfusión.
Proyecto MICINN (MAT 2010-18933): Materiales multifuncionales en película delgada para dispositivos piezoeléctricos avanzados (resonadores acústicos y sensores MEMS) (MAREA). Desde 2011 hasta 2013.
Proyecto RAPTADIAG “RaptaDiag: Rapid Aptamer based diagnostics for bacterial meningitis” (Oct. 2012– Set. 2015) Call FP7-HEALTH-2012-INNOVATION-2. Se pretende realizar una nueva generación de sensores (microbalanzas y sensores de cristal líquido) de bajo coste para detección temprana de bacterias. En ambos desarrollos se emplea el equipo para el diseño de máscaras de evaporación y peines de electrodos de alta resolución.
José M. Otón J:M.; Otón E., Piecek W., Geday M.A., Quintana X. 2013. Beam Steering in Liquid Crystals. XX Conference on Liquid Crystals; 15-20 September 2013, Mikołajki, Polonia. Poudereux D.; Encinar J.A.; Barba M.; Pérez G.; Quintana X. 2013. Tunable Liquid Crystal Microwave Reflectarray Antenna. XX Conference on Liquid Crystals; 15-20 September 2013, Mikołajki, Polonia. García-García A., Geday M.A., Quintana X., Otón E., Otón J.M. 2013. Anisotropic conductivity of carbon nanotubes oriented in liquid crystal cells. XX Conference on Liquid Crystals; 15-20 September 2013, Mikołajki, Polonia.
Laboratorio B-08Escuela Técnica Superior de Ingenieros de TelecomunicaciónCentro de Materiales y Dispositivos Avanzados para las TIC (CEMDATIC)
Tel.: 915495700 ext. 8040cemdatic@upm.es

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