微流道蝕刻加工流程通常涉及材料選擇、圖形轉移、蝕刻工藝及后處理等關鍵步驟，具體流程會根據材料（硅、玻璃、聚合物或金屬）和精度要求而有所不同。以下是典型微流道蝕刻的詳細流程：
**1. 設計與掩模制備**
- **CAD設計**：使用設計軟件（如AutoCAD、L-Edit）繪制微流道結構，需考慮流道寬度（μm級）、深度比（縱橫比）、分支結構等。
- **掩模制作**：將設計轉化為光刻掩模（鉻板或石英玻璃掩模），高精度需求需電子束光刻（EBL）或激光直寫制備。
**2. 基板清洗**
- **去除污染物**：
- **硅/玻璃**：Piranha溶液（H?SO?:H?O?=3:1）或RCA標準清洗。
- **聚合物/金屬**：等離子清洗（O?/Ar氣體）或溶劑超聲處理。
- **表面活化**：增強光刻膠或鍵合附著力（如硅片HF酸漂洗）。
**3. 光刻圖形轉移**
- **涂膠**：旋涂光刻膠（正膠如AZ1500或負膠如SU-8），厚度由旋速控制（通常1–10μm）。
- **前烘**：熱板烘烤（如95°C/2min）去除溶劑。
- **曝光**：紫外光刻（接觸式/投影式）或激光直寫，掩模對準精度需≤1μm。
- **顯影**：使用專用顯影液（如AZ400K）溶解未曝光區域，形成微流道圖案模板。
**4. 蝕刻工藝**
**濕法蝕刻**（各向同性/異性）
- **硅蝕刻**：
- **各向異性**：KOH溶液（30wt%, 70–80°C）或TMAH，形成V型或梯形流道，側壁角度54.7°（單晶硅）。
- **各向同性**：HNA（HF:HNO?:CH?COOH）混合液，用于復雜三維結構。
- **玻璃蝕刻**：
- HF緩沖液（BHF, HF:NH?F=1:6），蝕刻速率約1μm/min（需控制溫度）。
- **金屬蝕刻**：
- **銅/不銹鋼**：FeCl?或酸性蝕刻液（H?SO?:H?O?）。
**干法蝕刻**（高精度需求）
- **反應離子刻蝕（RIE）**：
- 硅/玻璃：CF?/O?等離子體，各向異性刻蝕，側壁垂直度＞85°。
- **深反應離子刻蝕（DRIE）**：
- Bosch工藝（SF?/C?F?交替），實現高深寬比（＞10:1）硅微流道。
- **激光蝕刻**（聚合物/玻璃）：
- 飛秒激光直寫，適用于任意三維結構（精度±2μm）。
**5. 光刻膠去除與清洗**
- **去膠**：
- 濕法：丙酮或專用剝離液（Remover PG）。
- 干法：O?等離子灰化（避免損傷微流道結構）。
- **二次清洗**：去除蝕刻殘留物（如硅片用SC-1溶液）。
**6. 鍵合與封裝**
- **硅/玻璃鍵合**：
- **陽極鍵合**（玻璃-硅）：400°C，電壓1000V，形成密封微流道。
- **熱鍵合**：高溫加壓（＞600°C）實現無膠鍵合。
- **聚合物鍵合**：
- PDMS-玻璃氧等離子處理鍵合（室溫，30秒處理）。
- **金屬封裝**：激光焊接或環氧樹脂密封。
**7. 質量檢測**
- **尺寸測量**：
- 光學輪廓儀（臺階高度）、SEM（側壁形貌）。
- **功能測試**：
- 流體實驗（流速/壓力檢測）、泄漏測試（染料或氣壓法）。
**8. 后處理（可選）**
- **表面改性**：
- 親水處理（O?等離子體）、疏水涂層（FDTS自組裝膜）。
- **生物相容性處理**：
- 蛋白質鈍化（BSA涂層）或抗吸附處理（PEG修飾）。
**關鍵工藝控制點**
1. **光刻對齊**：多層結構需套刻精度＜±1μm。
2. **蝕刻均勻性**：濕法蝕刻需攪拌控制，干法蝕刻需等離子體參數優化。
3. **側壁粗糙度**：DRIE工藝中C?F?鈍化時間影響側壁光滑度（目標Ra＜50nm）。
**不同材料工藝對比**
| 材料 | 適用蝕刻方法 | 典型深寬比 | 成本 |
|--------|-----------------------|------------|---------|
| 硅 | DRIE/KOH濕法 | 10:1–50:1 | 高 |
| 玻璃 | HF濕法/激光 | 1:1–5:1 | 中 |
| PDMS | 模鑄法（非蝕刻） | - | 低 |
| 金屬 | 電解蝕刻/激光 | 1:1–3:1 | 中–高 |
**常見問題與解決**
- **側壁傾斜**：調整濕法蝕刻濃度/溫度或干法蝕刻氣體比例。
- **底切（Undercut）**：光刻膠附著力不足，改用HMDS增粘劑。
- **顆粒污染**：加強清洗或升級潔凈室等級。
通過嚴格流程控制，可實現高精度、高一致性的微流道加工。對于復雜需求（如生物芯片），建議與具備MEMS工藝經驗的供應商（如上海微技術工業研究院）合作。
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