La tecnología de microfabricación para MEMS se creó sobre la base de los circuitos integrados, con mecanizado de ultraprecisión, grabado iónico reactivo profundo, tecnología LIGA y cuasi-LIGA, tecnología de ensamblaje molecular, etcétera. Los métodos de procesamiento incluyen haz de electrones, haz de iones, haz de fotones (UV, rayos X y haz láser), haz atómico, haz molecular, plasma, ultrasonidos, microondas, química y electroquímica, etc.

1.1 Tecnología de mecanizado de ultraprecisión

La tecnología de mecanizado de ultraprecisión consiste en utilizar herramientas para cambiar la forma del material o destruir la capa superficial del material y eliminarla en forma de virutas para conseguir la forma deseada. Entre ellas se encuentran las herramientas de diamante monocristalino para torneado y fresado, la tecnología de microperforación para microtaladros helicoidales y la tecnología de rectificado fino. El mecanizado de ultraprecisión se caracteriza por la posibilidad de procesar formas tridimensionales complejas, y ha producido con éxito componentes tridimensionales diminutos con dimensiones de 10 a 100 μm. El diámetro más pequeño del extremo del eje es de 10μm.

1.2 Tecnología de microfabricación de silicio

El silicio es el material más básico para el micromecanizado y la tecnología de microfabricación suele implicar materiales de silicio. Como extensión de la tecnología de fabricación de circuitos integrados de silicio, la tecnología de microfabricación de silicio se refiere a la producción de diversos componentes micromecanizados basados en materiales de silicio.

(1) Litografía de circuitos integrados

El proceso de fotolitografía para circuitos integrados es el siguiente: en primer lugar, se oxida el sustrato (principalmente silicio) para formar una película protectora de SiO2; a continuación, se aplica un fotopolímero a la película protectora; se expone la máscara bajo una fuente de luz prescrita; se realiza el revelado; se graba la parte de la ventana de la película protectora con un agente grabador; por último, se retira el fotopolímero para obtener el mismo patrón microscópico que el de la máscara.

Los factores que afectan al tamaño mínimo de las características (resolución) de un gráfico son: las características de exposición de la película fotográfica, el grosor y la uniformidad de la capa de la película, las características de exposición del haz de la fuente de luz a la capa de la película fotográfica (difracción, dispersión), el proceso de revelado y grabado y el método de exposición. Los métodos de exposición incluyen contacto, proximidad y proyección. La exposición por contacto permite obtener una precisión inferior a μm, pero no es apta para la producción en serie, ya que la máscara en el proceso de exposición para soportar la carga mecánica, la superficie de contacto es fácil de rayar por las partículas; la exposición por proximidad, en la máscara y el sustrato entre la brecha de 20 a 50μm, lo que reduce el desgaste de la máscara, pero debido al efecto de difracción, la precisión se limita a 2μm; la exposición por proyección se puede obtener alrededor de 0,5μm de precisión estructural.

(2) Micromecanizado corporal

El micromecanizado in vivo permite fabricar microestructuras de silicio en tres dimensiones, lo que permite obtener piezas micromecánicas con elevadas relaciones de aspecto directamente en la oblea de silicio. Las obleas de silicio se someten primero a un pretratamiento de grabado óptico y, a continuación, se elimina el material de resistencia expuesto. Mediante el uso selectivo de una solución de grabado anisótropo en la resistencia, se pueden obtener ranuras profundas en el sustrato y utilizar la resistencia restante como máscara, con la forma final determinada únicamente por la orientación de la red del sustrato.

Con esta tecnología se pueden fabricar diferentes estructuras, como puentes, vigas, láminas, etc.

Las obleas fabricadas mediante micromecanizado a granel pueden unirse mediante pegado u otras técnicas de interconexión para formar complejas estructuras tridimensionales.

Dado que la orientación de la red de silicio es constante, no se pueden formar círculos simples, agujeros cilíndricos o volúmenes con esta técnica. Para construir la oblea con precisión, es necesario controlar con exactitud cuándo interrumpir el proceso de grabado.

(3) Micromecanizado de superficies

Mediante técnicas de micromecanizado superficial, se pueden producir estructuras o películas en voladizo que sobresalen de la superficie del sustrato. El proceso es el siguiente:

(i) formación de una denominada capa de sacrificio mediante fotolitografía; (ii) eliminación selectiva del material superficial; (iii) deposición de una capa estructural de silicio policristalino; (iv) grabado fotolitográfico; y (v) erosión del material de la capa de sacrificio para obtener la microestructura deseada.

Para obtener microestructuras tridimensionales más complejas, pueden añadirse sucesivamente capas de sacrificio y estructurales, utilizando técnicas adecuadas de litografía y grabado, respectivamente.

Con este método es posible formar complejas microestructuras tridimensionales de muchas capas finas de hasta 20 μm de altura.

(4) Litografía de tonos grises

Para obtener microestructuras mejoradas mediante fotolitografía, se ha desarrollado una técnica conocida como litografía de tonos grises. Esto puede lograrse variando el grosor de la capa de cromo o colocando agujeros muy pequeños y dispuestos con precisión en la capa, de modo que distintas zonas de la resistencia reciban distintas intensidades de luz, lo que da lugar a distintos niveles de corrosión y, por tanto, a estructuras grabadas especiales.

(5) Tecnología Lift-Off

Una vez depositado el material estructural por pulverización catódica, se retira la capa de laca en solución para que el material estructural depositado sobre ella se desprenda con la laca, de ahí el término tecnología Lift-Off. Esta técnica es especialmente adecuada para la fabricación de metales difíciles de grabar y también puede utilizarse para la fabricación de condensadores integrados. Los metales suelen depositarse mediante técnicas de deposición química en fase vapor, principalmente platino, titanio u oro.