针对大规模集成电路、现代光学精密系统等重大需求，研究人员提出了原创的约束刻蚀原理与方法，应用于大尺寸硅片铜互连表面平坦化与硬质光学材料的纳米加工等领域，建立了约束刻蚀纳米加工设备的基础理论与方法。
大连理工大学精密制造团队[198-202]针对特大规模集成电路制造中具有低强度Cu/Low-k结构的大尺寸硅片铜互连表面平坦化难题，提出了基于约束刻蚀加工原理的无应力平坦化加工新方法，发展了3种原创性的平坦化方法：基于扩散控制反应的电致化学抛光方法、基于聚合物的膜约束刻蚀抛光方法以及基于光诱导约束刻蚀的化学抛光方法，实现了大面积（毫米/厘米级）平坦化加工。
针对由电极和工件表面形成的微纳间隙造成的大面积一致性加工难题，创新性地发展了对间隙敏感的刻蚀加工方法，通过设计、调控大面积微纳米量级间隙内的反应过程，精确控制化学约束刻蚀中的扩散过程，发展了不依赖于约束剂的间隙敏感刻蚀加工方法，实现大面积的约束刻蚀平坦化；提出了基于扩散控制反应的电致化学抛光方法，以粗糙铜表面抛光为研究对象，在0.2~1.1 V三角波电压、0.5 μm加工间隙和24 min加工条件下，将粗糙度Ra由100.5 nm减小为3.6 nm。研制了大面积平滑电极制备和纳米精度的化学刻蚀平台，实现了50 mm区域铜表面的平坦化加工，PV值由260 nm下降到120 nm，粗糙度Ra值从82 nm下降到4 nm；创新性地提出了基于氧化还原聚合物纳米膜的电化学刻蚀平坦化方法，采用氧化还原水凝胶聚合物构建大面积工具电极表面和工件表面的微纳量级的间隙，利用氧化还原水凝胶聚合物独有的物理化学性质，控制这一特殊空间内的反应过程，实现了纳米精度的刻蚀加工，以表面粗糙度Ra为3.8 nm的玻碳电极为工具电极，实现了50 mm区域铜工件表面的平坦化加工，PV值由3.95 μm下降到1.93 μm，粗糙度Ra值从2.6 nm下降到2.2 nm。部分结果如图7.6。
图7.6 大面积铜互连层表面的约束刻蚀化学平坦化(www.xing528.com)
（a）电化学液层体系抛光；（b）电化学膜层体系抛光；（c）光化学液层体系抛光；（d）铜EGCP抛光原理图；（e） EGCP原型系统研制；（f）抛光后电极实物照片
上海交通大学研究团队[203-205]针对微纳光学元件制造中三维浅浮雕图形化过程中的硬质光学材料纳米加工需求，围绕约束刻蚀剂层技术、电化学纳米加工的基础理论与关键技术，开展纳米制造的相关研究，对GaAs、石英等光学材料的加工分辨率达到纳米级尺度，形成了一套工艺简单、适用于多种材料的浅浮雕阵列图形纳米精度复制加工的新工艺与新装备，推动了三维微纳米制造技术的进步。针对GaAs的Br2/L-cystine约束刻蚀体系，利用扫描电化学显微镜的反馈模式和产生收集模式实验，结合COMSOL Multiphysics仿真模拟确定了刻蚀反应与约束反应速率常数。由仿真和实验探明了影响加工精度和大面积加工均匀性的主要因素，通过优化刻蚀体系组分浓度和加工工艺参数，在研制的加工装置上实现了GaAs上微透镜阵列的纳米精度高成品率复制加工；此外，发展了电化学湿印章约束刻蚀剂层技术和金属辅助约束刻蚀剂层技术，在半导体和金属上加工出三维微纳结构，包括折射型、衍射型微透镜阵列和表面增强红外元件。部分结果如图7.7。
图7.7 CELT在 GaAs、镍、铝、硅基底通过电解方法复制的微纳米结构
（a） CELT 微纳加工系统；（b）硅模板图案；（c） GaAs图形；（d） 铝上图形；（e） 镍上图形
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