一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子器件表面处理技术领域，具体涉及一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器。
【背景技术】
[0002]随着微电子领域的迅速发展，表面粗糙度，线条粗糙度正在逐渐成为局限器件性能的主要因素之一。
[0003]传统的减小表面、线条粗糙度的方法是有两种:(I)从显影液，或者显影配方着手，这种方法只能针对某一种特定的光刻胶有效，使用面较窄，而且粗糙度减小的效果并不是很显著；(2)从衬底处加热，使表面融化、回流，减小粗糙度。这种方法对整体形貌有严重的破坏性，并不是可靠。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种兼容性好、系统简单、高效、快速、低成本、使用面广的利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器。
[0005]本发明提供的利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器，具体结构图1所示，它包括:
(1)强热源；
(2)恒温平台;
(3)调节轨道；
其它的辅助部件为箱体，微电子器样品固定台，微电子器样品快速进出通道等。
[0006]所述调节轨道用于支撑强热源，并调节强热源位置;所述恒温平台在强热源下方。
[0007]所述强热源，用于将微电子器样品表面的光刻胶在极短时间内(一般在一分钟以内，如15秒-1分钟)升温至样品玻璃化温度以上。
[0008]所述恒温平台，用以确保在样品表面光刻胶达到玻璃化温度的同时，使样品整体的温度仍然保持在较低的水平，从而实现整体形貌不改变的同时减小表面粗糙度。
[0009]本发明中，所述强热源可以采用电阻丝炉(2000-3000 W)、高热灯泡(250-350 W)、激光器(250-1000 mW)等，适用的样品大小依次变小。考虑到能量的集中和可控性，优选使用激光器。
[0010]本发明中，所述恒温平台可以使用恒温冷却片，例如半导体制冷片，设置一个固定温度，高于该温度制冷片启动，则可以确保样品背面始终低于设置温度。
[0011 ]本发明仪器的操作步骤如下:
(1)打开强热源(如激光器)、恒温平台电源；
(2)设置恒温平台固定温度；
(3)将微电子器样品放置在恒温平台上；
(4)将强热源调至低功率状态((如激光器为0-50mW)，对准样品图形位置，关闭激光器；
(5)将强热源调至高功率状态((如激光器为250-1000mW)，开启10-60 s后关闭激光器；
(6)冷却受辐照表面，取出样品。
[0012]本发明中，高功率热源可迅速提升样品表面温度，另一侧被恒温平台控制在室温，由于样品衬底位导热率极其高的硅片，温度梯度主要集中在几百纳米到几微米的光刻胶内，从而形成一个很大的温度梯度，使只有样品表面很薄的一层超过玻璃化温度，这一部分发生融化、回流现象，减小了粗糙度，而样品整体形貌则并没有发生改变。该仪器简便、有效，兼容性好，适用度广，对于在某一特定温度能够熔融的几乎所有材料都有很好的效果。
[0013]本仪器具有以下优点:
(1)适用范围广泛。进行几次初步的试验之后，对几乎所有的光刻胶都有显著的效果；
(2)效率高、重复性好。粗糙度减小的过程在I分钟以内，并且可以反复实验，持续高效地减小粗糙度；
(3)成本低廉、可大面积实现。需要的仅仅是一个足够强的大规模热源与适用的背部冷却台，根据实验的原理可实现大规模的粗糙度减小作业；
(4)兼容性好。与现有的所有微电子工艺步骤都可以很好的兼容，可以实现产业化。
【附图说明】
[0014]图1为本发明仪器整体结构图。
[0015]图2为热回流处理原理图。样品衬底为导热率极高的硅片，温度梯度主要集中在几百纳米到几微米的光刻胶内，从而形成一个很大的温度梯度，使只有样品表面很薄的一层超过玻璃化温度，这一部分发生融化、回流现象，减小了粗糙度，而样品整体形貌则并没有发生改变。
[0016]图3为实施例1中样品用原子力显微镜(AFM)表征整体形貌和每一层的粗糙度。
[0017]图4为经本发明方法处理的样品由原子力显微镜(AFM)表征的整体形貌和每一层粗糙度。
[0018]图5为经本发明方法处理的样品由原子力显微镜(AFM)表征的粗糙度。其中，从左向右分别为不同层的粗糙度，从上之下为多次热回流处理之后的粗糙度形貌。
[0019]图中标号:I为强热源(如激光器)，2为箱体，3为恒温平台(如半导体冷却片)，4为调节轨道(前后左右上下)，5为样品固定片，6为样品进出通道。
【具体实施方式】
[0020]1.利用三维电子书光刻技术制作一个台阶结构样品，结构大小为100 μπι2，用原子力显微镜(AFM)表征整体形貌和每一层的粗糙度，如图3中所示；
2.将样品放置在恒温平台(半导体冷却片)表面，固定，冷却平台温度设置在23°C;
3.功率调为50mW，打开激光器，利用调节轨道调节至图形处，关闭激光器；
4.功率调为250mW，打开激光器，直射30 s，取下样品，迅速冷却辐照表面；
5.重复2-4步骤四次；
6.再次利用原子力显微镜(AFM)表征整体形貌和每一层粗糙度，如图4中所示。图5中，从左向右分别为不同层的粗糙度，从上之下为多次热回流处理之后的粗糙度形貌，可以明显看到粗糙度的减小。
【主权项】
1.一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器，其特征在于，包括: (1)强热源； (2)恒温平台; (3)调节轨道； 所述调节轨道用于支撑强热源，并调节强热源位置;恒温平台在强热源下方； 所述强热源，用于将微电子器件样品表面的光刻胶在极短时间内升温至样品玻璃化温度以上； 所述恒温平台，用以确保在样品表面光刻胶达到玻璃化温度的同时，使样品整体的温度仍然保持在较低的水平，从而实现整体形貌不改变的同时减小表面粗糙度。2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述强热源采用功率为2000-3000W的电阻丝炉、250-350 W的高热灯泡或250-1000 mW的激光器，适用的样品大小依次变小。3.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述恒温平台使用恒温冷却片，设置一个固定温度，高于该温度制冷片启动，以确保样品背面始终低于设置温度。4.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于，所述恒温冷却片为半导体制冷片。
【专利摘要】本发明属于微电子器件表面处理技术领域，具体为一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器。本发明仪器的核心为两部分：高功率的热源和恒温平台。高功率热源将样品表面温度迅速提升，另一侧被恒温平台控制在室温，由于样品衬底位导热率极其高的硅片，温度梯度主要集中在几百纳米到几微米的光刻胶内，从而形成一个很大的温度梯度，使只有样品表面很薄的一层超过玻璃化温度，这一部分发生融化、回流现象，减小了粗糙度，而样品整体形貌则并没有发生改变。该仪器简便、有效，兼容性好，适用度广，对于在某一特定温度能够熔融的几乎所有材料都有很好的效果。
【IPC分类】H01L21/67
【公开号】CN105632981
【申请号】CN201610163375
【发明人】陈宜方, 徐晨, 陆冰睿
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月19日