Практически во всех современных интеллектуальных системах не обойтись без МЭМС – микроэлектромеханических систем, миниатюрных устройств, которые объединяют в себе механические и элект­рические компоненты. Они используются в датчиках, переключателях и многих других приборах. В вашем мобильном телефоне, ноутбуке и автомобиле они тоже есть. Российская компания «Маппер» уже 10 лет успешно работает над выпуском отечественных МЭМС. Производство здесь непростое: уникальное оборудование, особые технологические условия, опасные этапы работы. Но выпуск «чувствительной» продукции продолжает расти.

Литография с использованием травления восходит еще ко временам Альбрехта Дюрера, который вошел в историю искусства именно своими гравюрами. Металлическую пластину покрывали лаком, в котором содержалось баранье или свиное сало, затем по лаку выцарапывали рисунок и помещали пластину в кислоту. На непокрытых лаком участках металл вытравливался. Когда затем на пластину наносили краску и протирали поверхность, краска оставалась только в протравленных углублениях.

По такому же принципу работает метод фотолитографии. Кремниевую пластину покрывают светочувствительным материалом – фоторезистом. Затем эта пленка засвечивается ультрафиолетом сквозь фотошаблон (маску) с определенным рисунком. После этого разрушенные участки удаляют с использованием проявителя. Сохранившийся на пластине рисунок используется для дальнейших технологических этапов, таких как травление или напыление тонких слоев металлов или диэлектриков, и затем оставшуюся пленку резиста тоже удаляют. При таком методе производства для каждого нового элемента нужна уникальная маска.

«Маппер» не выпускает конечного продукта в традиционном смысле этого слова (микротранзисторы или микросхемы), а делает чувствительные элементы по технологии микроэлектромеханических систем на заказ. МЭМС – это устройства, в которые входят механические и электрические микрокомпоненты. Это могут быть датчики интегрального гироскопа или акселерометра. Каждый заказ требует индивидуального подхода.

Татьяна рассказывает, что в «Маппере» выполняют плазмохимическое травление, реактивное ионное травление, глубокое травление кремния, в зависимости от задачи. И на всех установках ей удалось поработать. Иногда пластину нужно протравить насквозь. Для этого, чтобы не сломать тонкие перемычки, снизу приклеивается подложка. Еще будучи младшим инженером, Татьяна сама выбирала и заказывала установку бондер для склеивания и сращивания пластин – это была очень ответственная задача. Склеиваются кремниевые поверхности иногда временно, их потом разъединяют с помощью химии, иногда – капитально, можно склеить со стеклом, в этом случае идет сращивание на молекулярном уровне. «Бывают задачи, при которых нужно создать более сложную кремниевую конструкцию, – ­объясняет ­Татьяна. – Например, какая-­то структура – на одной пластине, какая-то – на другой, их сращивают, а между ними остается вакуумная полость».

Мы беседуем в зоне разработок. Я интересуюсь: если элементы, которые выпускает компания, не являются самостоятельным продуктом, а всегда во что-то еще устанавливаются, как можно проверить качество, если нет возможности их «запустить»? ­Татьяна рассказывает, что для этого существуют системы, которые на определенных этапах позволяют измерять электронно-оптические свойства продукта, его вольт-амперные характеристики, чистоту и геометрию. По этим значениям можно определить, будет ли деталь соответствовать требованиям заказчика.

При современных размерах элементов (фотолитография в экстремальном ультрафиолете делает возможной печать линий шириной до 12 нм) чистота очень важна. Все процессы происходят в чистой комнате, куда можно попасть только в специальном синтетическом костюме, не генерирующем частиц пыли. Но даже в этих стерильных условиях пластины проходят очистку, в том числе и от биоматериала. Одним из наиболее сложных решений на своей нынешней должности Татьяна называет использование такого химического соединения, как «Пиранья». Это смесь серной кислоты и перекиси водорода: во время смешивания этих двух компонентов происходит сильная экзотермическая реакция и возникает вероятность взрыва. «У нас на производстве было все необходимое для приготовления смеси, но все боялись ее приготовить. Мы собрали совещание, оговорили все пункты, связанные с техникой безопасности, что делать, если что-то пойдет не так. Место, где производился процесс, модифицировали. Серная кислота комнатной температуры смешивается с перекисью водорода комнатной температуры, смесь самостоятельно нагревается, и в нее нужно положить элемент, который мы хотим отмыть. Если на нем много органики, то возможен взрыв».

На этих словах мы решили покинуть зону разработок и отправились в чистую комнату. В холле перед ней переодеваемся в специальные костю­мы, надеваем очки, маски, перчатки, в послед­нюю очередь – наботинники: стоять в них в ­холле уже нельзя, по одной ноге переступаем за ­черту. Далее воздушный шлюз.

Чистая комната разделена на зоны: травления и нанесения тонких пленок, фотолитографии, метрологии, обработки и резки пластин. Один из самых важных приборов тут – степпер компании ASML. Он и проводит фотолитографию, перенося рисунок с маски на небольшие участки пластины, многократно, шаг за шагом, перемещая ее.

Чрезвычайно трудно эффективно протравить тончайшие дорожки после обработки пластины. При таком размере элементов возникают сложности с равномерной заливкой реагента в предельно узкие канавки. ­Татьяна показывает установку для сращивания пластин, которую она выбирала несколько лет назад; вакуумную камеру для напыления тонких пленок металлов; печь, которая выращивает оксиды на поверхности кремния; сканирующий электронный микроскоп, исследующий материал образца.

Отдельная закрытая зона отведена фотолитографии. Здесь всегда горит желтый свет, он не разрушает фоторезист. В этом же «желтом» секторе находится установка для обработки пластин и элементов. Одна часть установки предназначена для работы с органической ­химией, вторая – с неорганикой. С неорганической химией взаимодействует робот-рука, он опускает кассеты с пластинами в ванночки с кислотами и щелочами и потом ополаскивает водой. Одна из обязанностей ­Татьяны – ответственность за химическую безопасность. Она обращает мое внимание, что рядом с эвакуационным выходом есть уголок помощи в случае возникновения угрозы здоровью и жизни сотрудников. Тут можно промыть направленной струей глаза, смыть попавшие на костюм реагенты, воспользоваться огнетушителем.

В должности инженера по контролю качества Татьяна находит свои преимущества: «Эта должность позволяет все модернизировать так, чтобы улучшить процесс, ведь нет предела совершенству. Основополагающий принцип в менеджменте качества – plan-do-check-act, он зациклен и никогда не останавливается. У нас в «Маппере» нет такого понятия как человеческий фактор: если мы получили неудовлетворительный результат, значит, в процедуре что-то не было прописано, надо ее поменять, задокументировать верный ход процессов и научить этому сотрудников». И я понимаю, что рядом с таким человеком никакой огнетушитель мне не понадобится и взрыв «Пираньи» не ­страшен.