精密蚀刻/腐蚀加工是一种通过化学或物理方法选择性去除材料，实现高精度微细结构制造的工艺，广泛应用于半导体、MEMS、微流控等领域。以下是典型流程及关键控制点：

 **1. 材料选择与预处理**

**适用材料**

- **金属**：不锈钢、铜、铝、镍、钛合金（光刻胶掩膜+化学/电解蚀刻）

- **硅/化合物半导体**：单晶硅、GaAs、SiC（湿法/干法蚀刻）

- **玻璃/石英**：Pyrex、熔融石英（HF基溶液或等离子蚀刻）

- **聚合物**：PI、PMMA、PDMS（激光或反应离子蚀刻）

 **预处理步骤**

- **清洗**：

  - 金属：丙酮/乙醇超声 → 碱性除油 → 酸洗（如5% HNO₃去氧化层）

  - 硅片：RCA标准清洗（SC-1去除有机物，SC-2去除金属污染）

  - 玻璃：Piranha溶液（H₂SO₄:H₂O₂=3:1）处理

- **表面活化**：

  - 硅基材：HF溶液（1%）去除原生氧化层

  - 金属：等离子体处理（Ar/O₂）增强光刻胶附着力

 **2. 掩模制备（图形转移）**

**光刻工艺**

1. **涂胶**：

   - 正胶（AZ系列）：分辨率高（可达0.5μm），适合精细图形

   - 负胶（SU-8）：高深宽比结构（厚度可达500μm）

   - 旋涂参数：转速1000-6000rpm（厚度1-50μm），前烘温度90-120℃

2. **曝光**：

   - 接触式/步进式光刻机（紫外365/405nm），曝光能量50-200mJ/cm²

   - 高精度需求：电子束光刻（EBL，分辨率＜10nm）

3. **显影**：

   - 正胶：碱性显影液（如0.4% KOH）

   - 负胶：有机溶剂（如PGMEA）

 **替代掩模方案**

- **金属硬掩模**：Cr/Au薄膜（干法蚀刻时耐腐蚀性更强）

- **激光直写**：无需掩模，直接加工（精度±2μm）

 **3. 精密蚀刻/腐蚀工艺**

**湿法蚀刻（化学腐蚀）**

- **金属蚀刻**：

  - 不锈钢：FeCl₃溶液（30-40%浓度，40-50℃），蚀刻速率0.5-2μm/min

  - 铜：酸性CuCl₂或H₂SO₄+H₂O₂体系（控制Cl⁻浓度防侧蚀）

- **硅蚀刻**：

  - 各向异性：KOH（20-40%，70-80℃），{100}面与{111}面蚀刻比100:1

  - 各向同性：HNA（HF:HNO₃:CH₃COOH=1:3:8），速率1-10μm/min

- **玻璃蚀刻**：

  - BHF（HF:NH₄F=1:6），需控制温度（23±1℃）防过度钻蚀

 **干法蚀刻（等离子体工艺）**

| 工艺类型       | 适用材料      | 气体组合          | 特点                          |

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| RIE            | Si/SiO₂       | CF₄/O₂或SF₆       | 各向异性，侧壁角度70-85°      |

| DRIE（Bosch）  | 硅深槽        | SF₆/C₄F₆交替      | 深宽比＞50:1， scallop侧壁    |

| ICP-RIE        | 化合物半导体  | Cl₂/BCl₃（GaAs）  | 高蚀刻速率（＞5μm/min）       |

| 离子束蚀刻     | 多材料        | Ar+/反应气体      | 纳米级精度，低损伤            |

 **特殊工艺**

- **电化学蚀刻**：

  - 适用于钛/铝合金，NaCl电解液（电压5-20V），可制备多孔结构

- **光助电化学蚀刻**：

  - 用于Si、GaN，紫外光激发提升蚀刻均匀性

 **4. 工艺控制关键参数**

- **各向异性控制**：

  - 湿法：添加剂（如IPA抑制KOH蚀刻的氢气泡）

  - 干法：偏置电压/气压调节（高偏压增强垂直方向轰击）

- **蚀刻终止**：

  - 硅：自停止于SOI埋氧层或高掺杂层（p++ Si在KOH中蚀刻速率极低）

  - 金属：定时控制或终点检测（如激光干涉仪）

- **粗糙度控制**：

  - 干法蚀刻后O₂等离子体处理可降低侧壁粗糙度（Ra＜10nm）

 **5. 掩模去除与后处理**

- **去胶**：

  - 湿法：NMP剥离液（60℃浸泡）+超声辅助

  - 干法：O₂等离子体灰化（功率300W，时间5-10min）

- **结构释放**：

  - MEMS器件：临界点干燥（CO₂超临界法防结构黏附）

- **表面改性**：

  - 亲水处理：O₂等离子体活化（接触角＜10°）

  - 疏水涂层：FDTS气相沉积（接触角＞110°）

 **6. 质量检测与表征**

| 检测项目       | 仪器与方法                  | 标准               |

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| 尺寸精度       | SEM/3D光学轮廓仪            | ±1%设计值          |

| 侧壁角度       | 截面FIB-SEM                 | 各向异性＞85°      |

| 表面粗糙度     | AFM/白光干涉仪              | Ra＜50nm（光学级） |

| 功能测试       | 微流控压力/流速测试仪       | 符合理论流量曲线   |

 **7. 典型应用案例**

- **MEMS加速度计**：DRIE加工硅质量块（深宽比20:1）

- **微流控芯片**：玻璃湿法蚀刻+阳极键合（通道宽度50±2μm）

- **PCB高精度引线**：铜化学蚀刻（线宽/间距10μm）

 **常见问题解决方案**

- **侧蚀（Undercut）**：

  - 湿法：降低蚀刻液浓度或温度

  - 干法：增加钝化气体（如C₄F₆）比例

- **残留物**：

  - 硅蚀刻后采用H₂SO₄:H₂O₂=4:1去除有机残留

- **均匀性差**：

  - 干法蚀刻中优化载片台温度控制（±1℃）

通过精确控制材料、掩模、蚀刻参数及后处理工艺，可实现亚微米级精度的复杂结构加工。对于关键器件（如生物传感器），建议进行DOE（实验设计）优化工艺窗口。