绝缘涂层缺陷检测与原位修复一体化装置及方法与流程

本公开涉及半导体零部件表面处理，特别是绝缘涂层缺陷检测与原位修复一体化装置及方法。

背景技术：

1、半导体集成电路芯片制造依托硅晶圆多层薄膜图形化工序，刻蚀是其中核心工序。刻蚀反应腔多采用铝合金基材，腔内通入刻蚀气体并施加高频电场，气体解离形成含高活性自由基的等离子体；同时高压偏置加速离子，不仅会持续轰击晶圆，还会轰击腔体及腔内零部件。

2、刻蚀反应腔在受到高活性自由基的腐蚀以及离子轰击后，会产生疏松的化合物并容易从表层剥落，进而产生大量粉尘颗粒。腔体基材离子与各类剥落杂质附着于晶圆表面，易造成器件漏电、短路，降低产品可靠性。随着先进制程线宽降至纳米级别，工艺对粉尘颗粒的容忍度进一步降低，对腔体防护能力提出了更高要求。

3、目前行业普遍在刻蚀腔体内壁及零部件表面喷涂钇基陶瓷防护涂层，隔绝金属基材对硅片的污染，同时大幅延长设备保养周期。该类特殊涂层主要采用大气等离子喷涂工艺制备，该工艺操作简便、工件适配性强、喷涂效率高，涂层结合强度优异，已得到广泛应用。但大气等离子喷涂涂层为层状堆积结构，熔融颗粒快速凝固易形成非平衡晶相，不可避免产生通孔等缺陷。此类缺陷会形成等离子腐蚀通道，极易引发涂层局部剥落，侵蚀金属基底，持续产生颗粒污染物，严重影响芯片生产良率与器件长期可靠性。

4、针对该类特殊涂层的缺陷检测需求，本技术人在先专利zl202411718953.1公开了一种基于汤逊放电原理的绝缘涂层缺陷无损定位方法，能够精准识别涂层微小缺陷。但该方案仅具备检测功能，工件完成检测后需转运下线修复，不仅返工成本高，还存在二次定位精度差、工件二次污染等问题。

5、现有技术中也可采用物理气相沉积（pvd）、气溶胶沉积（ad）、原子层沉积（ald）等工艺制备致密镀层，但该类工艺设备投入高、生产效率远低于大气等离子喷涂，难以实现大规模替代。因此，行业亟需一种可实现特殊涂层缺陷在线检测与原位修复的一体化装置及方法，在保留大气等离子喷涂高效、低成本优势的前提下，精准检出并消除特殊涂层的微缺陷，满足先进制程下半导体刻蚀设备的使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述技术问题，为此，本公开提出了一种绝缘涂层缺陷检测与原位修复一体化装置及方法，可实现汤逊放电检测与脉冲激光修复同轴集成、原位实时修复，在封闭通孔的同时避免修复可能衍生的微裂纹，显著提升涂层致密度与服役寿命。

2、一方面，本公开提出了一种绝缘涂层缺陷检测与原位修复一体化装置，包括真空腔1、真空泵组2以及控制部3，真空泵组2与真空腔1相连通，所述真空腔1内包括与控制部3电连接的多轴运动机构4、同轴检测修复探头5以及工件夹持组件15；同轴检测修复探头5安装于多轴运动机构4的执行端，多轴运动机构4驱动同轴检测修复探头5实现空间位姿调整；同轴检测修复探头5作为汤逊放电的第一电极；工件夹持组件15与工件基体侧导电接触，作为汤逊放电的第二电极；第一电极与第二电极相对布设以形成缺陷检测电场；所述同轴检测修复探头5为圆柱形多层同轴结构，由内至外设置有可伸缩的脉冲激光部51与放电电极53，放电电极53基部呈圆桶状，其顶部设有花瓣开合件531；常态下花瓣开合件531向内收拢闭合形成单点尖端，当脉冲激光部51向外伸出时，可顶开花瓣开合件531；控制部3依据汤逊放电反馈的缺陷信号控制脉冲激光部51轴向伸出并先后对同一缺陷执行至少两次激光原位修复。

3、优选的，所述多轴运动机构4设置于真空腔1下部，真空腔1上部的密封盖12贯穿装配有驱动机构13，驱动机构13的输出轴上固定连接有绝缘安装座14，绝缘安装座14底部固定安装有工件夹持组件15，绝缘安装座14可避免高压放电信号窜入驱动机构13。

4、优选的，所述同轴检测修复探头5由内至外依次同轴布设可伸缩的脉冲激光部51、陶瓷绝缘套管52、放电电极53和屏蔽外壳54；陶瓷绝缘套管52壁厚为2～3mm，其整体包裹内层脉冲激光部51；放电电极53基部的圆桶状结构包裹陶瓷绝缘套管52，屏蔽外壳54接地。

5、优选的，所述脉冲激光部51包含脉冲激光光纤511以及由准直透镜、聚焦透镜组成的透镜组512；脉冲激光部51的激光工艺参数范围：离焦量40～80mm，光斑直径4～8mm，激光功率100～300w，占空比30%～50%，脉冲频率50～300hz，单点照射时长1～5s。

6、优选的，所述控制部3预存两级激光工艺参数，第一次激光修复采用区间内偏高参数封堵涂层通孔，第二次激光修复采用低于第一次的工艺参数。

7、另一方面，本公开还提出了一种绝缘涂层缺陷检测与原位修复方法，采用如上所述的一体化装置实施，包含如下步骤：s1、工件装夹：将涂覆有绝缘涂层的工件6固定于工件夹持组件15，工件夹持组件15与工件基体接触形成第二电极，闭合真空腔1；s2、腔体建氛：真空泵组2抽取真空腔1内空气并通入惰性气体，使真空腔1维持低压惰性气氛；s3、全域扫描检测：多轴运动机构4带动同轴检测修复探头5沿绝缘涂层表面扫描，同轴检测修复探头5内置的放电电极53作为第一电极，第一电极、第二电极形成检测电场，通孔缺陷位置产生汤逊放电信号，控制部3采集放电信号；s4、两次激光修复封孔：控制部3控制脉冲激光部51轴向伸出，脉冲激光部51顶开花瓣开合件531，控制部3调取第一组激光参数，同轴激光原位照射缺陷区域，绝缘涂层自熔流平封堵通孔缺陷，切换第二组偏低激光参数实施第二次修复，修复完成后，脉冲激光部51回缩至初始位置，花瓣开合件531向内收拢复位；s5、原位复检：同一点位再次行汤逊放电检测，合格后移动探头直至下一缺陷点位，循环完成全域检测修复。

8、优选的，所述步骤s2中通入氩气并维持0.1～10 torr的低压惰性气氛。

9、优选的，所述第一次激光修复采用：离焦量60mm、光斑直径5mm、功率200w、占空比40%、脉冲频率100hz、单点照射3s；第二次激光修复采用：离焦量70mm、光斑直径7mm、功率100w、占空比20%、脉冲频率80hz、单点照射1s。

10、优选的，所述两次激光修复全程在同一密闭真空腔1内原位完成，不开腔、不取出工件6、不外加修补粉末，复检不合格时，控制部3微调激光参数，重复两次激光修复工序直至复检合格。

11、优选的，所述多轴运动机构4实时调整同轴检测修复探头5位姿，始终保持探头与工件6涂层表面垂直且间距恒定。

12、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本公开各优选实例。

13、上述技术方案具有如下优点或有益效果：1、同轴共焦集成，实现汤逊放电检测与脉冲激光修复，即检即修、零偏移，全自动闭环“检测-定位-修复-复检”，质量可追溯；2、真空共用气氛，激光修复抑制修复区域氧化及微裂纹、洁净度高，无需送粉，仅靠涂层自熔封闭通孔，二次激光修复在封孔的同时又能避免修复可能衍生的微裂纹，解决激光修复易开裂的行业痛点；3、保留大气等离子喷涂高效低成本优势，并将涂层提升至先进制程等级。当然，本公开的任一技术方案并不一定同时达到以上所述的所有优点。