TECNOLOGÍA DE CUARTO LIMPIO & APLICACIONES EN EL CIO

Fecha: 30 de Junio de 2022

Edición: Junio 2022 No. 31

NATIELY HERNÁNDEZ

En la última década el desarrollo de dispositivos micro y nanométricos ha sido una de las tendencias más notables en una gran variedad de áreas de la investigación, principalmente en los campos de la electrónica, las comunicaciones, la óptica, la medicina y la industria automotriz. El impulso hacia la fabricación de dispositivos pequeños y compactos, está impulsado por la capacidad de ofrecer características como son: alta precisión, bajo consumo de potencia, disipación de energía reducida, bajo peso y velocidad mejorada en comparación con sus contrapartes macroscópicas.

El desarrollo de estos dispositivos requiere tecnologías de fabricación apropiadas que permitan la definición de geometrías pequeñas, control de dimensiones precisas, flexibilidad de diseño, repetibilidad, confiabilidad y alto rendimiento. La tecnología de microelectrónica basada en salas limpias cumple con todos estos criterios. De hecho, la microelectrónica ha sido la principal tecnología de fabricación habilitadora para el desarrollo de dispositivos micro y nanométricos, lo que, proporciona una poderosa herramienta para el procesamiento por lotes y la miniaturización de dispositivos.

Tomando en cuenta las capacidades tecnológicas y científicas que ofrecen estos laboratorios, en el año 2018 el Centro de Investigaciones en Óptica, A. C. (CIO) comenzó con la construcción de un Cuarto Limpio ISO 7 de 120 m2, para el desarrollo de dispositivos fotónicos, sistemas microelectromecánicos (MEMS), fluídicos y electrónica flexible; la cual, concluyó a finales del año 2019. La figura 1, muestra un esquema representativo del Cuarto Limpio.

La puesta en marcha del Laboratorio de Micro y Nanoelectrónica (Cuarto Limpio) fue finalizada recientemente por un grupo de ingenieros e investigadores del CIO y liderada por la Dra. Natiely Hernández Sebastián.

Actualmente, todas las áreas del Cuarto Limpio se encuentran funcionando al 100% y, además, cuenta con dos laboratorios auxiliares de ambiente controlado para realizar procesos complementarios de caracterización eléctrica, manufactura aditiva y producción de sistemas de almacenamiento de energía. Con más de 200 m2, este laboratorio proporciona una amplia plataforma de herramientas para respaldar la mayoría de los requisitos de fabricación y procesamiento en nano y micro electrónica, incluyendo: fotolitografía, depósito de películas delgadas, grabado químico húmedo y seco, oxidación térmica, limpieza de substratos y posprocesamiento, junto con una amplia gama de capacidades de caracterización e inspección, ver figura 2.


Con esta infraestructura, las instalaciones del laboratorio dan soporte a una gran variedad de actividades de investigación y desarrollo tecnológico de vanguardia que incluyen, por ejemplo: (i) la fabricación de dispositivos médicos, entre ellos: un arreglo de microelectrodos para la estimulación eléctrica de cerebros de rata y un sensor de presión inalámbrico implantable para el monitoreo continuo de la presión ventricular; (ii) dispositivos industriales, incluyendo: un sensor de flujo de aire y un sensor de CO2; (iii) sistemas de almacenamiento y generación de energía, como son: baterías de litio de tipo botón y paneles solares; (iv) dispositivos ópticos, entre los cuales destacan: retículas de rifle, miras ópticas, gonioscopios y hologramas, así como (v) servicios de impresión 3D, ver figura 3.


El laboratorio, se encuentra divido en 8 áreas, cada una dedicada a un conjunto de proceso de fabricación relacionados:

  1. Área de fotolitografía: incluye un escritor de mascarillas, una alineadora semiautomática y dos sistemas crosslinkers ultravioleta.
  2. Área de depósito: está formada por un sistema de pulverización catódica, un equipo de depósito de capa atómica (ALD) y un sistema Spin-coater.
  3. Área de grabado seco: consiste de un sistema de plasma de grabado de iones reactivos (RIE).
  4. Área de hornos: incluye dos hornos tubulares, un hot-plate y un horno de secado al vacío.
  5. Área de limpieza: consiste de dos campanas de extracción, un limpiador ultrasónico, tres hot-plate, un limpiador UV-Ozono y un sistema de limpieza por aspersión.
  6. Área de inspección: está formada por un microscopio trinocular y un microscopio digital de alta resolución.
  7. Área de posprocesamiento: incluye una sierra de hilo de diamante, una alambradora semiautomática de chips y dos glove-box.
  8. Área de caracterización: está formada por un elipsómetro espectroscópico,una estación de pruebas y un analizador de parámetros.


Las actividades del laboratorio están respaldadas por la combinación única de experiencia en nano y microfabricación, proporcionada por nuestro equipo de trabajo, el cual está compuesto por personal experto en las áreas de microelectrónica, ciencia de los materiales, semiconductores y manufactura aditiva. A partir de esta experiencia y el entorno de trabajo en equipo, el laboratorio no solo apoya la investigación multidisciplinaria en los diferentes departamentos académicos dentro del CIO, sino, además, ofrece servicios a otras instituciones y a la industria.