LIGA. Техногенезис микромашин

Электромеханические микросистемы (Micro ElectroMechanical Systems - MEMS) уже не одно десятилетие пользуются непререкаемым приоритетом в технологической политике США.

Электромеханические микросистемы (Micro ElectroMechanical Systems - MEMS) уже не одно десятилетие пользуются непререкаемым приоритетом в технологической политике США. Вот и на днях стало известно, что администрация Буша намерена не отстать от технологически продвинутого правительства Клинтона, доведя государственное финансирование исследований и разработок микро- и наносистем до прежнего полумиллиарда долларов в год. Но что представляют собой эти технологии? Как изготовляются невидимые нашему глазу механические детали «интеллектуальных микробов»?

В начале 1980-х годов в Центре ядерных исследований Карлсруэ (тогда еще Западная Германия) была разработана технология LIGA (акроним, составленный из начальных букв немецких слов LItographie, Galvanoformung и Abformung - литография, гальваностегия, формовка).

Согласно изначальному методу, поток высокопараллельных рентгеновских лучей, генерируемый синхротроном ¹, падает на маску из материала, обладающего повышенной способностью к поглощению рентгеновского излучения ². Проникая сквозь открытые области в маске, рентгеновские лучи засвечивают резист (X-ray resist) из вещества PMMA (polymethylmethacrylat, слой толщиной от 100 до 1000 мкм), нанесенный на электропроводящий субстрат из металла либо металлических сплавов. Засвеченные участки PMMA вырабатываются (извлекаются вплоть до субстрата), и в образовавшихся пустотах методом гальваностегии, процесса электролитического осаждения, образуются объемные металлические детали. После этого нужно лишь удалить остатки резиста, и трехмерные микродетали из металла освобождаются. При необходимости можно гибко извлекать отдельные, конкретные, образования.

Гальваностегия может быть конечной фазой - если нужны рабочие детали из металла. В других случаях формы, полученные в результате гальваностегии, станут матрицами для дальнейшей формовки частей из металлов, пластиков или керамик.

В чем принципиальная разница между результатами, достигающимися методами синтеза полупроводниковых чипов, и технологией LIGA, в основе которых один и тот же принцип литографии? Элементы на кремниевых подложках, при литографии в ультрафиолете, выполняются с технологической нормой от сотни нанометров до одного миллиметра. LIGA работает в диапазоне от 10 мкм до единиц миллиметров. Глубина вертикальной проходки фоторезиста при производстве чипов находится в пределах от 10 нм до 50 мкм, а в процессе LIGA резист может углубляться - от 10 мкм до единиц миллиметров. Наклонная выработка в процессах создания электронных чипов составляет почти 45°, а при технологии LIGA не превышает микрона на миллиметр! Все эти данные говорят о том, что LIGA позволяет создавать трехмерные микродетали.

Главной задачей развития технологии LIGA были и остаются поиск и синтез лучших материалов: в первую очередь для резиста, как главного фактора, влияющего на свойства первичных деталей или матриц. Кроме того, ведутся поиски комбинаций веществ для резистов и металлических субстратов, обеспечивающих повышенное сцепление; возможностей проработки посредством гальваностегии более глубоких каналов в резистах; наконец, возможностей тонко влиять на механические и химические свойства получающихся деталей.

Надо заметить, что, благодаря известному сходству с технологиями синтеза электронных чипов, LIGA привлекла внимание во многих странах. Ею занимаются не только в Германии и США, но и на Тайване, во Франции, в Японии и Китае, в Объединенном королевстве, в Израиле… Общей проблемой является стоимость исследований процесса, во многом зависящая от доступности инструментов и производственного оборудования.

Для разметки масок LIGA можно использовать множество разных программ класса CAD (Computer Aided Design). Например, в лабораториях Сандиа (Ливермор, Калифорния) используют распространенный пакет AutoCAD 2000 производства AutoDesk. Сами же маски представляют проблему: безусловно, они доступны в коммерческих масштабах, но весьма дороги. Поэтому в Сандиа, далеко не бедной организации, работают над изменением химической формулы резиста - нужно искать нечто более эффективное и менее дорогое, нежели PMMA.

Следующим поводом для разработок остаются сами синхротроны. Это пока еще уникальные и дорогостоящие технические комплексы, из которых очень немногие отвечают целям LIGA. Наибольшие успехи в создании специализированных синхротронов LIGA достигнуты на родине технологии, в Германии.

Посмотрите на картинки, на удивительные творения, недоступные или же едва доступные невооруженному глазу. То, что зародилось в материальном микрокосме, непременно изменит окружающее нас пространство. Всем вскоре придется в этом убедиться. С восторгом, или же с ужасом?

[i39318]