[发明专利]一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的仪器

说明书

技术领域

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

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。

传统的减小表面、线条粗糙度的方法是有两种：（1）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

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。

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。

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。

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。

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。

本发明中，所述强热源可以采用电阻丝炉（2000-3000W）、高热灯泡（250-350W）、激光器（250-1000mW）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。

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。

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10-60s后关闭激光器；

（6）冷却受辐照表面，取出样品。

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。

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1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

图1为本发明仪器整体结构图。

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。

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。

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。

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。

图中标号：1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。