精密蝕刻/腐蝕加工是一種通過化學或物理方法選擇性去除材料，實現高精度微細結構制造的工藝，廣泛應用于半導體、MEMS、微流控等領域。以下是典型流程及關鍵控制點：
**1. 材料選擇與預處理**
**適用材料**
- **金屬**：不銹鋼、銅、鋁、鎳、鈦合金（光刻膠掩膜+化學/電解蝕刻）
- **硅/化合物半導體**：單晶硅、GaAs、SiC（濕法/干法蝕刻）
- **玻璃/石英**：Pyrex、熔融石英（HF基溶液或等離子蝕刻）
- **聚合物**：PI、PMMA、PDMS（激光或反應離子蝕刻）
**預處理步驟**
- **清洗**：
- 金屬：丙酮/乙醇超聲 → 堿性除油 → 酸洗（如5% HNO?去氧化層）
- 硅片：RCA標準清洗（SC-1去除有機物，SC-2去除金屬污染）
- 玻璃：Piranha溶液（H?SO?:H?O?=3:1）處理
- **表面活化**：
- 硅基材：HF溶液（1%）去除原生氧化層
- 金屬：等離子體處理（Ar/O?）增強光刻膠附著力
**2. 掩模制備（圖形轉移）**
**光刻工藝**
1. **涂膠**：
- 正膠（AZ系列）：分辨率高（可達0.5μm），適合精細圖形
- 負膠（SU-8）：高深寬比結構（厚度可達500μm）
- 旋涂參數：轉速1000-6000rpm（厚度1-50μm），前烘溫度90-120℃
2. **曝光**：
- 接觸式/步進式光刻機（紫外365/405nm），曝光能量50-200mJ/cm2
- 高精度需求：電子束光刻（EBL，分辨率＜10nm）
3. **顯影**：
- 正膠：堿性顯影液（如0.4% KOH）
- 負膠：有機溶劑（如PGMEA）
**替代掩模方案**
- **金屬硬掩模**：Cr/Au薄膜（干法蝕刻時耐腐蝕性更強）
- **激光直寫**：無需掩模，直接加工（精度±2μm）
**3. 精密蝕刻/腐蝕工藝**
**濕法蝕刻（化學腐蝕）**
- **金屬蝕刻**：
- 不銹鋼：FeCl?溶液（30-40%濃度，40-50℃），蝕刻速率0.5-2μm/min
- 銅：酸性CuCl?或H?SO?+H?O?體系（控制Cl?濃度防側蝕）
- **硅蝕刻**：
- 各向異性：KOH（20-40%，70-80℃），{100}面與{111}面蝕刻比100:1
- 各向同性：HNA（HF:HNO?:CH?COOH=1:3:8），速率1-10μm/min
- **玻璃蝕刻**：
- BHF（HF:NH?F=1:6），需控制溫度（23±1℃）防過度鉆蝕
**干法蝕刻（等離子體工藝）**
| 工藝類型 | 適用材料 | 氣體組合 | 特點 |
|----------------|---------------|-------------------|-------------------------------|
| RIE | Si/SiO? | CF?/O?或SF? | 各向異性，側壁角度70-85° |
| DRIE（Bosch） | 硅深槽 | SF?/C?F?交替 | 深寬比＞50:1， scallop側壁 |
| ICP-RIE | 化合物半導體 | Cl?/BCl?（GaAs） | 高蝕刻速率（＞5μm/min） |
| 離子束蝕刻 | 多材料 | Ar+/反應氣體 | 納米級精度，低損傷 |
**特殊工藝**
- **電化學蝕刻**：
- 適用于鈦/鋁合金，NaCl電解液（電壓5-20V），可制備多孔結構
- **光助電化學蝕刻**：
- 用于Si、GaN，紫外光激發提升蝕刻均勻性
**4. 工藝控制關鍵參數**
- **各向異性控制**：
- 濕法：添加劑（如IPA抑制KOH蝕刻的氫氣泡）
- 干法：偏置電壓/氣壓調節（高偏壓增強垂直方向轟擊）
- **蝕刻終止**：
- 硅：自停止于SOI埋氧層或高摻雜層（p++ Si在KOH中蝕刻速率極低）
- 金屬：定時控制或終點檢測（如激光干涉儀）
- **粗糙度控制**：
- 干法蝕刻后O?等離子體處理可降低側壁粗糙度（Ra＜10nm）
**5. 掩模去除與后處理**
- **去膠**：
- 濕法：NMP剝離液（60℃浸泡）+超聲輔助
- 干法：O?等離子體灰化（功率300W，時間5-10min）
- **結構釋放**：
- MEMS器件：臨界點干燥（CO?超臨界法防結構黏附）
- **表面改性**：
- 親水處理：O?等離子體活化（接觸角＜10°）
- 疏水涂層：FDTS氣相沉積（接觸角＞110°）
**6. 質量檢測與表征**
| 檢測項目 | 儀器與方法 | 標準 |
|----------------|-----------------------------|--------------------|
| 尺寸精度 | SEM/3D光學輪廓儀 | ±1%設計值 |
| 側壁角度 | 截面FIB-SEM | 各向異性＞85° |
| 表面粗糙度 | AFM/白光干涉儀 | Ra＜50nm（光學級） |
| 功能測試 | 微流控壓力/流速測試儀 | 符合理論流量曲線 |
**7. 典型應用案例**
- **MEMS加速度計**：DRIE加工硅質量塊（深寬比20:1）
- **微流控芯片**：玻璃濕法蝕刻+陽極鍵合（通道寬度50±2μm）
- **PCB高精度引線**：銅化學蝕刻（線寬/間距10μm）
**常見問題解決方案**
- **側蝕（Undercut）**：
- 濕法：降低蝕刻液濃度或溫度
- 干法：增加鈍化氣體（如C?F?）比例
- **殘留物**：
- 硅蝕刻后采用H?SO?:H?O?=4:1去除有機殘留
- **均勻性差**：
- 干法蝕刻中優化載片臺溫度控制（±1℃）
通過精確控制材料、掩模、蝕刻參數及后處理工藝，可實現亞微米級精度的復雜結構加工。對于關鍵器件（如生物傳感器），建議進行DOE（實驗設計）優化工藝窗口。
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