一种微纳结构固化方法与流程

本发明涉及半导体微纳结构制造技术领域，特别涉及一种微纳结构固化方法。

背景技术：

现代集成电路工艺不断向着更小特征尺寸和更大晶圆尺寸方向发展，例如特征尺寸进入10纳米以及晶圆直径大于12寸，这对微电子器件制作工艺提出了更大的挑战。因为在微电子器件的制造过程中，随着特征尺寸的进一步减小和结构复杂程度的进一步提高，晶圆上的微纳结构的塌陷已成为日益严重的问题。结构塌陷的原因有很多，例如受到外界力的作用、结构自身的应力、较弱的结构材料以及干燥过程中的表面张力等。

半导体微纳结构的一般制造过程通常是先在晶圆上生长薄膜，然后旋涂光刻胶(或称为抗蚀剂)，接着进行光刻曝光，要想获得质量高的微纳结构图形，高分辨率的光刻技术是其必要条件。采用高分辨率光刻技术加工处理后的抗蚀剂微纳图形结构，其后续处理工艺也直接影响着微纳结构图形的质量，尤其是抗蚀剂图形的处理，由于显影过程是湿法工艺，所以晶圆上的微纳图形结构内可能存留少量的水分，特别是深沟深槽内，这些水分在干燥过程往往会因表面张力作用而造成微纳图形结构的塌陷，因此，如何快速有效地彻底去除这些水分是避免上述塌陷的关键。

传统的干燥方法，例如离心甩干，它是利用离心力将水分从晶圆内甩出从而实现干燥，这样方式对宏观结构是有效的，然而对微纳图形结构很难彻底清除其内附着的水分。

又如氮气吹扫，它是利用喷出的氮气吹扫晶圆上的微纳结构进行，这样方式对宽浅槽结构是有效的，但是对于高深宽比的光刻胶深槽基本无效，甚至还有可能因吹扫力过大而将这些结构吹塌。

此外，还有一些复合干燥方法，即增加高温干燥过程，利用烘烤的方式来干燥，然而由于甩干或吹扫均无法彻底清除水分，在烘烤过程中，会因附着在微纳图形结构内的水分的表面张力作用，不可避免地会使得微纳图形从内部塌陷，造成整个晶圆报废，损失很大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种微纳固化方法，能够有效彻底地清除晶圆上的水分，进而干燥固化微纳结构，并且固化过程不会导致这些微纳结构塌陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微纳固化方法，包括如下步骤：

将经显影后具有微纳图形结构的晶圆放置于去离子水溶液中，用所述去离子水溶液置换出所述晶圆上的显影液；

将置换完成的所述晶圆放置在微波干燥腔室内的载片台上，开启真空吸附装置，将所述晶圆固定在所述载片台上；

启动微波功率源，通过微波耦合匹配器将微波功率完全施加至所述微波干燥腔室内，对所述晶圆上的微纳图形结构进行微波干燥固化；

微波功率源预干燥一段时间后，启动与微波干燥腔室连接的真空泵组，将所述微波干燥腔室内的水汽排除至所述微波干燥腔室外，直至所述晶圆上的微纳图形结构内的水分完全去除，关闭所述微波功率源和所述真空泵组，取出所述晶圆。

进一步地，所述关闭所述微波功率源和所述真空泵组，对所述晶圆进行进一步干燥固化，包括：开启所述微波干燥腔室内的紫外固化灯，通过对所述晶圆上的微纳图形结构进行辐照，对所述晶圆进行进一步干燥固化。

进一步地，所述微波功率源预干燥的时间长度为5分钟至100分钟；所述辐照的时间长度为5分钟至30分钟。

进一步地，所述微波功率源通过所述微波耦合匹配器施加至所述微波干燥腔室内的微波功率为100w至5000w。

进一步地，所述微波功率源施加至所述微波干燥腔室的微波频率为900mhz至13ghz。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

a、本发明微纳固化方法，利用微波使得晶圆上的微纳图形结构内存留的水分进入一种旋转的超临界状态，从而打破水分子团簇结构，消除水的表面张力，所以解决了微纳图形结构在干燥过程中发生的断裂、倒伏或粘连等问题，能够有效彻底地清除晶圆上的水分，实现对微纳图形结构的快速固化。

b、本发明微纳固化方法还利用紫外固化灯对微纳图形结构进行辅助固化，有助于增强干燥固化效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微纳结构固化方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先，简要描述利用电磁波进行干燥的基本物理原理，由于水属于极性分子，极性分子在没有外加电磁场时不显示极性。在外加交变电磁场的条件下，水分子会迅速极化，外加交变电磁场越强，极化作用也越强。此时，分子热运动的动能增大，也就是热量增加，水的温度也随之升高，实现了电磁能向热能的转换。因此，水分子能够吸收电磁波，将电磁波能量转换成为热量而吸收。随着外加交变电磁场方向不断改变，水分子的极性也随之不断翻转，最终在交变电场中，快速旋转，动能增加，从液态快速升温汽化，避免气液界面的产生，达到良好的干燥效果，实现无损伤干燥。

参见图1，本发明实施例提供的一种微纳结构固化方法，包括如下步骤：

步骤110，将经显影后具有微纳图形结构的晶圆放置于去离子水溶液中，用去离子水溶液置换出晶圆上的显影液，得到含有一定水分的晶圆，进入步骤120。其中，去离子水的电阻率范围可为5兆欧〃厘米至18兆欧〃厘米，放置时间可为5分钟至30分钟。

步骤120，将置换完成的晶圆放置在微波干燥腔室内的载片台上，开启真空吸附装置，将晶圆固定在载片台上以避免在微波干燥固化过程中晶圆发生移动，进入步骤130。其中，真空吸附装置设置在载片台内，通过载片台顶部的开孔将晶圆牢固吸附。

步骤130，启动微波功率源，通过微波耦合匹配器将微波功率完全施加至微波干燥腔室内，对晶圆上的微纳图形结构进行微波干燥固化，这一步骤中的微波干燥固化在整个固化过程中属于预干燥，这一过程是从晶圆上的水分子受到电磁场作用开始极化到水分升温汽化，预干燥的时间范围可为5分钟至100分钟，根据晶圆的尺寸、微纳图形结构的复杂程度以及晶圆的湿润程度来设定，也可以在腔室内设置温度湿度传感器，当温度和湿度达到预定值时，进入步骤140。

微波功率源与微波耦合匹配器通过微波传输导线相连接，微波耦合匹配器设置在腔室的侧壁上，包括有微波天线、阻抗匹配网络和微波检测器。微波功率源通过微波传输导线将一定功率的微波能量输送至微波耦合匹配器，微波耦合匹配器借助于微波天线将微波能量施加至腔室内部，同时启动阻抗匹配网络和微波检测器，实时检测和进行阻抗匹配，使得微波功率源的输出功率能够完全施加至腔体内部，从而使得晶圆上的微纳图形结构内部附着的水分能够吸收相应的微波能量，实现水分子的极化，进入一种旋转的超临界状态，由此打破水分子团簇结构，消除水的表面张力，并且将电磁波能量转换为热量，从液态快速升温汽化。

其中，微波功率源施加至微波干燥腔室的微波频率范围为900mhz至13ghz，优选915mhz至10ghz，特别是915mhz至3ghz；微波功率源通过微波耦合匹配器施加至微波干燥腔室内的微波功率范围为100w至5000w，优选200w至3500w，特别是200w至2000w。微波传输导线可采用波导带或同轴电缆。

步骤140，微波功率源预干燥一段时间后，例如20分钟后，同时启动真空泵组，将腔室内的水汽排除至腔室外，直到微波干燥固化过程结束，进入步骤150。其中，这一步骤的干燥固化时间可设置为10分钟至200分钟，根据晶圆的尺寸、微纳图形结构的复杂程度以及晶圆的湿润程度来设定，也可以在腔室内设置温度湿度传感器，当温度和湿度达到预定值时，进入步骤150。

步骤150，关闭微波功率源和真空泵组，开启微波干燥腔室内的紫外固化灯，对纳米图形结构进行辐照，从而对晶圆进一步干燥固化，这一步骤的干燥固化时间可设置为5分钟至30分钟，最后固化完毕，取出晶圆。

因此，采用本发明微纳结构固化方法，解决了微纳图形结构在干燥过程中发生的断裂、倒伏或粘连等问题，能够有效彻底地清除晶圆上的水分，从而达到快速固化微纳图形的目的。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。