2. Технологии микромеханики

В отличие от микроэлектронных чипов, микромеханические изделия, как правило, содержат движущиеся или деформируемые элементы. Толщина микромеханических элементов может превосходить их минимальные размеры в плоскости и микромеханические системы (МЭМС) представляют собой трехмерные структуры (3D структуры).
В рамках технологии микросистем развиваются следующие направления (Рис. 3).
1. Групповая технология поверхностной микромеханики на основе процессов тотального (послойного) напыления и избирательного удаления слоев.
2. Групповые технологии объемной микромеханики, реализуемые в виде:
    - технологий глубинного объемного травления;
    - LIGA-технологии (матричного копирования);
    - волоконно-капилярные технологии;

3. Технологии индивидуального формообразования.

    - лазерной полимеризации (стереолитография);
    - корпускулярно-лучевого формообразования;
    - алмазного фрезерования.

Технология поверхностной микромеханики ориентируется на базовые кремниевые микротехнологии. Одна из доминирующих в настоящее время. В ее основе лежат два процесса: нанесение жертвенного, а затем и рабочего слоев и удаление через отверстие в рабочем слое жертвенного для формирования объемных полостей между рабочим слоем и подложкой (Рис. 4).
Последовательность технологических операций при реализации поверхностной микромеханики практически сводится к известным последовательностям, используемым в планарной технологии. При этом может требоваться нанесения более толстых пленок и значительно большая глубина травления. Конструкция может содержать значительное число слоев и технологический процесс имеет значительно больше этапов.
Основные достоинства – близость к базовым технологиям микроэлектроники и связанная с этим возможность создавать электронные узлы на одном чипе с микромеханическими структурами. Высота выполняемых структур определяется толщиной наносимых слоев. Ограничения по высоте выполняемых структур (единицы микрометров) сужают возможности разработчика.
Технологии объемной микромеханики по технологическим приемам и оборудованию существенно отличаются от базовых технологий микроэлектроники.
Технологии глубинного объемного травления наряду с технологией поверхностной микромеханики имеют самое широкое распространение. Это групповые технологии, целый ряд операций выполняется на основе стандартных планарных процессов. Позволяют реализовать реальные 3D – структуры, используя жидкостное (в щелочных или кислотных травителях) (Рис. 5) и сухое (плазменное) травление (Рис.6). Недостатком является невозможность создания достаточно сложных электронных схем на том же чипе.
LIGA-технология: сущность процесса формирования объемных структур заключается в использовании рентгеновского излучения от синхротрона для получения топологических картин с глубокими стенками в полимерном материале (рентгенорезисте) (Рис. 7). После формирования осуществляется электрохимическое осаждение металла в образовавшуюся в полимере полость. Удаление полимера обеспечивает получение металлической матрицы заданной формы, с помощью которой конфигурация многократно воспроизводится литьем или штамповкой пластика, или формовкой сырой керамической массы с последующим отжигом.
Основным недостатком и причиной ограниченного распространения данной технологии является необходимость использования синхротрона, уникального оборудования некоторых ядерных исследовательских центров.
Волоконно-капилярные технологии еще только выходят за рамки лабораторной практики и представляют интерес в отдаленной перспективе.
Технологии индивидуального формообразования основаны на прецизионном программно – управляемом позиционировании лазерного или механического рабочего органа. На ряду с рядом возможностей уникальных по разрешающей способности и сложности воспроизводимой топологии эти технологии имеют невысокую производительность и высокую стоимость.

 

Рис. 3. Классификация технологий микросистем

 

Рис. 4. Поверхностная микрообработка

 

Рис. 5. Анизотропное жидкостное травление кремния

 

Рис. 6. Глубокое реактивное ионно - плазменное травление

 

Рис. 7. LIGA технология