量子デバイス

コンタクト

発見から製造まで量子革命を支える

量子デバイスは、従来のマイクロファブリケーションをはるかに超える精度と再現性を要求します。
コヒーレンス時間やデバイス性能は、微細構造や界面、アライメントによって決定されるため、リソグラフィーでは高い均一性と真のオーバーレイ精度を実現することが、信頼性の高い多層デバイス製作に不可欠です。
Heidelberg Instrumentsは、量子デバイスのライフサイクル全体にわたる製作課題を解決するために設計された、マスクレスおよびダイレクト・ライト・リソグラフィーソリューションの包括的なラインアップを提供しています。

量子デバイスにおいてリソグラフィーが不可欠である理由

コヒーレンスの保護：リソグラフィー工程で生じる微小欠陥、エッジの粗さ、またはアライメント不良は、ノイズやデコヒーレンスを直接引き起こし、量子ビットの性能を制限する可能性があります。
高忠実度2.5Dパターニング：多くの量子アーキテクチャでは、垂直方向／トポグラフィ制御だけでなく、横方向の解像度も求められます。
多層整合：多層配線、接合部、フォトニックスタックの製作には、正確なオーバーレイが不可欠です。
妥協のないスケーリング：単一量子ビット実験から数千～数百万の量子ビットへ拡張するには、厳密な公差と高スループットを備えた製造可能なプロセスが求められます。

開発プロセスに対応したソリューション

発見と基礎研究：NanoFrazor

新しいデバイスコンセプトで最高の忠実度が求められる場合、NanoFrazorの熱走査プローブリソグラフィー（t-SPL）は、ナノスケールおよび2.5D構造に対して比類なき制御を提供します。

クローズドループリソグラフィー（インサイチュイメージング＋フィードバック）による2 nm未満の垂直精度 – グレースケールトポグラフィや精密トンネルバリアに最適です。
ダイレクトライトとインスペクション：書き込みとイメージングを同時に行い、製作中に構造を検証できます。
ターゲットデバイスの製作：量子ドット、ジョセフソン接合、パターン化された1D/2D材料。
ウェットケミストリーによる不確実性を排除し、敏感な材料へのプロセス損傷を最小化します。

迅速なプロトタイピングとマルチユーザーR&D：DWL 66⁺およびMLA 150

スピードと柔軟性により、反復サイクルが加速され、創造的なアーキテクチャを迅速に検討できます。マスクレスワークフローにより、ターンアラウンドタイムとマスクコストが削減されます。

DWL 66⁺

最小フィーチャーサイズ約200 nmの高解像度ダイレクトライト – 高速なCADから基板へのワークフロー。
DWLを使用して大きなフィーチャーやプロトタイプを作成し、電子ビームは最小かつ時間のかかるタスクに限定することで、電子ビームの負荷を軽減します。

MLA 150

インタラクティブな「ドローモード」により、ユニークなフレークやヘテロ構造上に電極を正確に配置できます。
オフセット、回転、スケールに対するデジタル補正を備えた高度なアライメント – 多層量子スタックに不可欠です。
マルチユーザー施設向けに設計されており、高い稼働率、迅速なオンボーディング（<1時間）、操作の容易さを実現しています。

スケールと生産性：ULTRA、VPG⁺、および MLA 300

デバイス設計が確立された場合、製造には信頼性が高く、再現性があり、高スループットのリソグラフィーが求められます。

生産対応のナノスケール精度と高いオーバーレイ精度 – 多層超伝導回路、フォトニック量子チップ、量子ドットアレイの製作に最適です。
堅牢な機械プラットフォーム（エアベアリングステージ、差動干渉計）により、優れた整合性と再現性を実現します。
完全自動化およびマスクハンドリングにより、サイクルタイムを短縮し、大規模でも一貫した歩留まりを確保します。
MLA 300は量子チップの高度なパッケージングを可能にします。

技術的差別化：他社と異なる点

ポートフォリオの連続性：単一量子ビット実験から量産まで、プロセスの連続性を損なわずに統合できるツール。
クローズドループ計測：インサイチュイメージングとフィードバック（NanoFrazor）によりプロセスの不確実性を低減します。
高いオーバーレイおよびアライメント精度：多層量子回路向けに設計された機器構成（エアベアリングステージ、干渉計、アクティブ熱補償）。
マスクレスの機敏性：迅速な反復、ツーリングのボトルネック低減、プロトタイピングの開発コスト削減。
アプリケーションの専門知識：超伝導、フォトニック、2D材料プラットフォーム向けにプロセスフローを適応させるため、研究所やメーカーと協力しています。

ご利用のプラットフォーム（超伝導、フォトニック、スピン／半導体、2D）をお知らせいただければ、最適なツールチェーンとプロセスアプローチを推奨いたします。
デバイス要件の相談や詳細仕様のリクエストは、当社の専門家までお問い合わせください。

トンネルギャップやプラズモニックキャビティなど、明確な構造の超高解像度パターニング

量子材料（トポロジカル絶縁体など）に悪影響を与えないダメージフリーリソグラフィー

位置が不明な低次元材料（2D材料フレーク、分散ナノワイヤーなど）上に電極を高速かつ正確に配置。

グレースケール環境とトポグラフィーは、量子デバイスにおける光子相互作用の微調整に極めて重要である可能性がある

ラピッドプロトタイピングは、ダイナミックな研究分野において大きなアドバンテージとなる。

超高解像度

エッジラフネスが低く、輪郭のはっきりしたフィーチャーやギャップに適しています。

ダメージフリーナノリソグラフィー（NanoFrazor）

高エネルギーの荷電ビームを使用しない非破壊技術により、デリケートな材料の取り扱いが可能

正確なオーバーレイ

トポグラフィや光学像上に電極を描画するだけで可能（NanoFrazor & MLAシリーズ）

正確なグレースケールリソグラフィー

グレースケールのトポグラフィーをシングル・ナノメーターまで制御するために使用される。

アプリケーションイメージ

量子デバイスの例：ポジ型レジストに構図された導波路 — DWL 66⁺（WM HiRes @ 405 nm）を用いて、ポジ型レジスト AZ 1512 HS に構図された幅 2 µm の導波路

量子デバイスの例：厚いポジ型レジスト内の2 µmのラインとサークル — DWL 66⁺ レーザーリソグラフィシステムで得られた結果。画像は厚さ1.5 µmのポジ型レジスト内に形成された2 µmのラインと円（間隔500 nm）を示す。

量子デバイスの例：MLA 150 で露光されたリング — MLA 150（WM I @ 375 nm）を使用して、ネガ型レジスト ma-N1405 に露光されたリング。直径：12 µm、幅：800 nm、厚さ：800 nm

量子デバイスの例：DWL 66+ による露光で示された 2 µm のライン — DWL 66⁺ レーザーリソグラフィシステムでの露光結果。2 µmの線が示され、線と円の間隔は500 nmです。

SQUID（超伝導量子干渉装置）のアレイ — MLA 150：低温動作の高分解能粒子検出器である金属磁気マイクロカロリメーターの読み出しに使用される SQUID（超伝導量子干渉装置）のアレイ。（提供：ハイデルベルク大学キルヒホッフ物理研究所）

量子デバイスの例：原子メモリスタ — NanoFrazor のチップで作製された鋭い垂直方向の銀電極。（提供：チューリッヒ工科大学 Leuthold 教授グループ、2019年発表）

量子デバイスの例：MBE成長GeナノリボンのAFM画像 — MBE成長したGeナノリボンのAFM画像（挿入図の青い線）。NanoFrazorでトップゲートをパターン化。このデバイスはリボン内のトポロジカル状態を研究するために作製。

量子デバイスの例：シリコン量子ドット単一電子トランジスタ — NanoFrazor：シリコン量子ドット単一電子トランジスタ

量子デバイスの例：フォトニック分子 — 異なる間隔 ∆x のガウス形状を PPA リソグラフィーで作製し、SiO₂ 基板に転写後、分布ブラッグ反射器に積層して光子分子構造を形成。NanoFrazor とクローズドループ・リソグラフィーにより精密なガウスプロファイルをパターン化。（提供：IBMリサーチチューリッヒ、2018年発表）

適切なシステム

µMLA マスクレスアライナー

マスクレスアライナー

ラスタースキャンとベクター露光モジュールを搭載した、設定可能でコンパクトな卓上型マスクレスアライナー。

DWL 66⁺ レーザー描画装置

直接描画レーザーリソグラフィ装置

研究およびプロトタイピング用の最も汎用性の高いシステムで、解像度が可変であり、幅広いオプションを選択できます。

DWL 2000 GS / DWL 4000 GS レーザー描画装置

直接描画レーザーリソグラフィ装置

市場で最も先進的な産業用グレースケール・リソグラフィ・ツール。

MLA 150 マスクレスアライナー

マスクレスアライナー

マスクアライナーに代わるラピッドプロトタイピング用最速マスクレスツール。標準的なバイナリリソグラフィに最適。

NanoFrazor ナノリソグラフィーツール

熱走査プローブ露光装置

熱走査プローブリソグラフィー、直接レーザー昇華、先進的な自動化技術を組み合わせた、多用途でモジュール式の最先端 R&D ツール。

VPG⁺ 200、VPG⁺ 400、VPG⁺ 800 ボリュームパターン生成器

ボリューム・パターン・ジェネレーター

i-line レジストにおける標準フォトマスクおよび微細構造用の強力な生産ツール。

ULTRA 半導体マスク描画装置

レーザーマスク・ライター

成熟した半導体フォトマスクを製造するために特別に設計されたツール。