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長期以來 ,微加工研究主要是針對微電子工業(yè)的應(yīng)用而開展的 ,其加工對象大都是半導(dǎo)體材料 ,如對 Si、Ge、GaAs 及各種金屬氧化物膜等材料的刻蝕 ,而關(guān)于金屬及其合金的刻蝕研究則相對較少。最近幾年 ,隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 研究和應(yīng)用的深入 ,金屬和合金的刻蝕研究顯得越來越重要. 金屬材料既具有良好的強(qiáng)度和韌性 ,又有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱 ,以及磁學(xué)性能 ,在微機(jī)電系統(tǒng)中自然也是主要的材料之一。

目前 ,金屬材料在微系統(tǒng)中已有多種多樣的應(yīng)用 ,如微傳感器和微執(zhí)行器、微熱交換器、壓電陶瓷材料微加工、微 MEMS 器件 、用作微圖形或微結(jié)構(gòu)加工的掩膜 、昆蟲神經(jīng)記錄儀等等 ,有些微系統(tǒng)或微電子器件必須依賴于金屬微制造和半導(dǎo)體微制造組合加工才能獲得 . 與半導(dǎo)體材料進(jìn)行微加工的方法相似 ,對金屬材料的微加工也可分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩種 ,干法刻蝕包括等離子體刻蝕、電子束加工、激光束加工和氣態(tài)反應(yīng)性離子刻蝕等等,濕法刻蝕包括化學(xué)刻蝕和電化學(xué)刻蝕。

干法刻蝕的最大優(yōu)點(diǎn)是加工速度快 ,但設(shè)備成本高 ,缺乏選擇性 ,無法加工出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)(如球體、錐體等) ,其中的三束(激光束、電子束和離子束) 加工 ,屬于逐點(diǎn)加工 ,無法在一次加工中獲得批量微結(jié)構(gòu) ,還存在被除去的物質(zhì)在工件上再沉積的問題 ,并且過高的能量束可能會改變微結(jié)構(gòu)底部被加工材料的原有特性. 化學(xué)刻蝕歷史悠久 ,最早出現(xiàn)在宏觀尺度的機(jī)械加工工業(yè) ,即所謂的化學(xué)銑切 , 彌補(bǔ)了機(jī)床加工的一些缺點(diǎn) 。

但當(dāng)用于微觀尺度的加工時 ,由于它是各向同性的刻蝕 ,當(dāng)刻蝕過程在掩膜下不斷往深處發(fā)展時 ,則難于嚴(yán)格限制在所要求的方向上進(jìn)行加工 ,即出現(xiàn)所謂鉆蝕現(xiàn)象. 并且 ,如果要進(jìn)行復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的加工 ,必須采用復(fù)雜的套刻工藝 ,其影響因素很多 ,故加工精度很難控制. 另外 ,化學(xué)刻蝕使用的都是腐蝕性很強(qiáng)的溶液體系[11 ],大量廢液的產(chǎn)生無疑會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。

對比之下 ,電化學(xué)刻蝕可使用腐蝕性小的電解質(zhì)溶液 ,且溶液使用周期長 ,容易處理 ,被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的加工工藝 ,而且刻蝕速度比化學(xué)刻蝕快得多 ,可加工出更高深寬比的微結(jié)構(gòu) ,有些電化學(xué)刻蝕方法還可方便地加工出復(fù)雜三維立體結(jié)構(gòu). 與 MEMS 相關(guān)聯(lián)的電化學(xué)加工方法有電化學(xué)沉積與電化學(xué)刻蝕兩種 ,如近幾年出現(xiàn)的 L IGA 技術(shù)和 EFAB 技術(shù)即屬于電化學(xué)沉積(或電鑄) 類. 本文將就當(dāng)前所出現(xiàn)的幾種電化學(xué)刻蝕方法進(jìn)行綜合評述 ,這里所定義的電化學(xué)刻蝕是指在刻蝕加工過程中牽涉到溶液體系中電極反應(yīng)的刻蝕技術(shù)。
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