单片工艺腔的晶圆检测装置和方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种单片工艺腔的晶圆检测装置。本发明还涉及一种单片工艺腔的晶圆检测方法。

背景技术：

cmos制程后段工艺(beol)普遍采用cu互连技术，cu互连技术中需要采用大马士革工艺，大马士革工艺是在层间膜中刻蚀凹槽，之后再在凹槽中填充铜，是一种镶嵌工艺。cu互连工艺中包括了cu互连线和通孔(via)，cu互连线是通过填充于沟槽(trench)中的铜组成，通孔是通过填充在通孔的开口中的铜组成。

在双大马士革工艺中，会在形成层间膜之后，同时形成沟槽和通孔开口，这是通过干法刻蚀形成，这种干法刻蚀也称为

其中干法刻蚀采用的大马士革工艺具有同时形成trench和via开口的工艺特点，即所谓多合一(allinone，aio)刻蚀。在aio刻蚀后会在trench和via开口的侧面(sidewall)形成较重的聚合物残留物(polymerresidue)。因此在aio刻蚀之后，必须进行一道湿法清洗也即湿法刻蚀去除这些polymerresidue。在湿法清洗之后，trench和via开口底部的cu直接暴露，在外界因素的作用下会形成一种铜扩散缺陷(cudiffusedefect)，这会严重影响芯片的可靠性。

如图1所示，是现有双大马士革工艺中沟槽和通孔开口刻蚀后去除聚合物残留物的湿法刻蚀后形成的铜扩散缺陷结构示意图；通孔开口105和沟槽106是通过对层间膜101进行干法刻蚀形成。

在层间膜101的底部还形成有底层层间膜101a以及底层铜线102。

通常，层间膜101的底部的底层层间膜101a和底层铜线102的表面还形成有扩散阻挡层103，扩散阻挡层103用于阻挡铜线102的铜向层间膜101中扩散。扩散阻挡层103通常采用氮掺杂的碳化硅(ndc)，也可表示为sicn。

层间膜101和101a通常都采用低介电常数层，如采用的材料为sicoh。

在双大马士革工艺中，还会在层间膜101表面形成金属硬质掩膜层104，金属硬质掩膜层104用于定义出沟槽106的图形，金属硬质掩膜层104的材料包括tin。在层间膜101和金属硬质掩膜层104之间还能形成氧化层如teos氧化层。

由图1所示可知，通孔开口105和沟槽106的干法刻蚀后会进行湿法清洗工艺，在湿法清洗过程中，在通孔开口105的底部的底层铜线102会暴露出来，并最后会沿通孔开口105和沟槽106的侧面扩散形成如标记107所示的铜扩散缺陷。

如图2所示，是图1中铜扩散缺陷照片。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种单片工艺腔的晶圆检测装置，能防止晶圆检测装置的光信号对晶圆的膜层产生光化学反应并从而能避免由此产生的缺陷。为此，本发明还提供一种单片工艺腔的晶圆检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的单片工艺腔的晶圆检测装置包括：光信号发射端、光信号接收端和模式控制部件。

所述模式控制部件在晶圆作业过程中关闭所述光信号发射端，以防止所述光信号发射端发射的光信号和作业过程中的所述晶圆的膜层产生光化学反应。

进一步的改进是，所述模式控制部件在所述晶圆作业之前打开所述光信号发射端。

进一步的改进是，所述晶圆作业之前包括将所述晶圆传送到单片工艺腔中并放置在所述单片工艺腔的载片台上的放片过程，所述光信号发射端和所述光信号接收端对放片过程中的所述晶圆进行检测，放片完成后，所述光信号发射端发射的光信号被所述晶圆阻挡而不被所述光信号接收端接收。

进一步的改进是，所述模式控制部件在所述晶圆作业结束之后打开所述光信号发射端。

进一步的改进是，所述晶圆作业结束之后包括将所述晶圆从单片工艺腔的载片台上取出的取片过程，取片完成后，所述光信号发射端发射的光信号被所述光信号接收端接收。

进一步的改进是，所述模式控制部件包括设置在所述光信号接收端的光电继电器。

在所述晶圆作业之前，所述晶圆放置在单片工艺腔的载片台上后，所述光信号发射端发射的光信号被所述晶圆阻挡而不被所述光电继电器接收，从而触发所述光电继电器断开所述光信号发射端的供电路径。

在所述载片台上未放置所述晶圆或所述晶圆被取走时，所述光信号发射端发射的光信号被所述光电继电器接收，从而触发所述光电继电器导通所述光信号发射端的供电路径。

进一步的改进是，所述单片工艺腔包括单片湿法刻蚀工艺腔。

进一步的改进是，所述晶圆上形成有铜层，所述晶圆的作业过程为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀中会使所述晶圆上的铜层表面暴露，在晶圆作业过程中关闭所述光信号发射端能防止在光化学反应催化下产生铜扩散。

进一步的改进是，所述湿法刻蚀为对所述晶圆上采用大马士革工艺形成的通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀；或者，所述湿法刻蚀为对所述晶圆上采用双大马士革工艺形成的沟槽和通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀。

为解决上述技术问题，本发明提供的单片工艺腔的晶圆检测方法包括如下步骤：

步骤一、在晶圆作业之前，模式控制部件控制光信号发射端和光信号接收端工作，以实现对所述晶圆的放片进行检测。

步骤二、在所述晶圆作业开始时所述模式控制部件关闭所述光信号发射端并在所述作业过程中使所述光信号发射端保持为关闭状态，以防止所述光信号发射端发射的光信号和作业过程中的所述晶圆的膜层产生光化学反应。

步骤三、在所述晶圆的作业完成后，模式控制部件控制光信号发射端和光信号接收端工作，以实现对所述晶圆的取片进行检测。

进一步的改进是，所述放片为将所述晶圆传送到单片工艺腔上并放置在所述单片工艺腔的载片台上；所述放片完成后，所述光信号发射端发射的光信号被所述晶圆阻挡而不被所述光信号接收端接收。

进一步的改进是，所述取片为将所述晶圆从单片工艺腔的载片台上取出；取片完成后，所述光信号发射端发射的光信号被所述光信号接收端接收。

进一步的改进是，所述模式控制部件包括设置在所述光信号接收端的光电继电器。

在所述晶圆作业之前，所述晶圆放置在单片工艺腔的载片台上后，所述光信号发射端发射的光信号被所述晶圆阻挡而不被所述光电继电器接收，从而触发所述光电继电器断开所述光信号发射端的供电路径。

在所述载片台上未放置所述晶圆或所述晶圆被取走时，所述光信号发射端发射的光信号被所述光电继电器接收，从而触发所述光电继电器导通所述光信号发射端的供电路径。

进一步的改进是，所述单片工艺腔包括单片湿法刻蚀工艺腔。

进一步的改进是，所述晶圆上形成有铜层，所述晶圆的作业过程为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀中会使所述晶圆上的铜层表面暴露，在晶圆作业过程中关闭所述光信号发射端能防止在光化学反应催化下产生铜扩散。

进一步的改进是，所述湿法刻蚀为对所述晶圆上采用大马士革工艺形成的通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀；或者，所述湿法刻蚀为对所述晶圆上采用双大马士革工艺形成的沟槽和通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀。

本发明通过在晶圆检测装置中设置模式控制部件，能在晶圆作业过程中关闭光信号发射端从而能防止光信号发射端发射的光信号和作业过程中的晶圆的膜层产生光化学反应，特别是当铜层从晶圆表面露出时，本发明能很好的防止铜在光的催化作业下产生扩散，从而能防止产生铜扩散缺陷，提高产品良率。

本发明的模式控制部件通过在光信号接收端设置一个光电继电器即可实现，结构简单，容易实现，具有较低的成本。

本发明的晶圆检测装置能很好的应用于单片湿法刻蚀工艺腔中，能大马士革工艺或双大马士革工艺的干法刻蚀后的去除聚合物残留物的湿法刻蚀中防止发生铜扩散缺陷。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有双大马士革工艺中沟槽和通孔开口刻蚀后去除聚合物残留物的湿法刻蚀后形成的铜扩散缺陷结构示意图；

图2是图1中铜扩散缺陷照片；

图3是现有单片工艺腔的湿法刻蚀时的结构示意图；

图4a是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在放片时的工作状态示意图；

图4b是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在晶圆作业时的工作状态示意图；

图4c是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在取片时的工作状态示意图；

图5a是本发明较佳实施例单片工艺腔的晶圆检测装置载片台上未放片时的工作状态示意图；

图5b是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在晶圆作业时的工作状态示意图。

具体实施方式

本发明是在对现有技术问题进行分析的基础上形成的，具有意向不到的技术效果，在详细介绍本发明实施例之前，先介绍一下出现图1中所示的铜扩散缺陷的主要机理：

在沟槽和通孔开口的干法刻蚀后的湿法刻蚀工艺中，光容易进入到通孔开口底部并和铜线102发生光电化学反应，在光的催化作用下容易产生铜扩散。所以，如何减少湿法刻蚀工艺腔中的光源显得格外重要。

如图3所示，是现有单片工艺腔的湿法刻蚀时的结构示意图；现有单片工艺腔中需要采用晶圆检测装置来检测晶圆204是否放置在载片台205。

晶圆检测装置主要是由光信号发射端201和光信号接收端202组成，光信号发射端201发射光信号203供光信号接收端202接收，如果载片台205没有放置晶圆204，则光信号203会直接到达光信号接收端202，从而形成未放置晶圆204的信号。

如果放置了晶圆204，则光信号203会被晶圆204阻挡，从而判断在载片台205上放置了晶圆204；这样就能开始晶圆204的作业即进行湿法刻蚀。

但是，由图3所示可知，在类似于晶圆204的表面铜层露出时，光信号203容易和铜层产生如标记208所示的光电化学反应，这会形成催化作用，使得铜层容易产生扩散。

本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置：

如图4a所示，是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在放片时的工作状态示意图；如图4b所示，是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在晶圆5作业时的工作状态示意图；如图4c所示，是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在取片时的工作状态示意图；本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置：

本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置包括：光信号发射端1、光信号接收端2和模式控制部件。

如图4b所示，所述模式控制部件在晶圆5作业过程中关闭所述光信号发射端1，以防止所述光信号发射端1发射的光信号3和作业过程中的所述晶圆5的膜层产生光化学反应。

本发明实施例中，所述单片工艺腔包括单片湿法刻蚀工艺腔。所述晶圆5做作业时会固定在载片台4上。所述载片台4能为一个卡盘(chuck)，如真空卡盘或静电卡盘。在湿法工艺中，所述载片台4会旋转，从而带动所述晶圆5旋转，这样能使湿法刻蚀液在所述晶圆5的表面上均匀分布。

所述晶圆5上形成有铜层，所述晶圆5的作业过程为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀中会使所述晶圆5上的铜层表面暴露，在晶圆5作业过程中关闭所述光信号发射端1能防止在光化学反应催化下产生铜扩散。例如，所述湿法刻蚀为对所述晶圆5上采用大马士革工艺形成的通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀；或者，所述湿法刻蚀为对所述晶圆5上采用双大马士革工艺形成的沟槽和通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀。

本发明实施例中，如图4a所示，所述模式控制部件在所述晶圆5作业之前打开所述光信号发射端1。

所述晶圆5作业之前包括将所述晶圆5传送到单片工艺腔中并放置在所述单片工艺腔的载片台4上的放片过程，所述光信号发射端1和所述光信号接收端2对放片过程中的所述晶圆5进行检测，放片完成后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述晶圆5阻挡而不被所述光信号接收端2接收。

如图4c所示，所述模式控制部件在所述晶圆5作业结束之后打开所述光信号发射端1。

所述晶圆5作业结束之后包括将所述晶圆5从单片工艺腔的载片台4上取出的取片过程，取片完成后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述光信号接收端2接收。

本发明实施例通过在晶圆检测装置中设置模式控制部件，能在晶圆5作业过程中关闭光信号发射端1从而能防止光信号发射端1发射的光信号3和作业过程中的晶圆5的膜层产生光化学反应，特别是当铜层从晶圆5表面露出时，本发明实施例能很好的防止铜在光的催化作业下产生扩散，从而能防止产生铜扩散缺陷，提高产品良率。

本发明实施例的模式控制部件通过在光信号接收端2设置一个光电继电器6即可实现，结构简单，容易实现，具有较低的成本。

本发明实施例的晶圆检测装置能很好的应用于单片湿法刻蚀工艺腔中，能大马士革工艺或双大马士革工艺的干法刻蚀后的去除聚合物残留物的湿法刻蚀中防止发生铜扩散缺陷。

本发明较佳实施例单片工艺腔的晶圆检测装置：

如图5a所示，是本发明较佳实施例单片工艺腔的晶圆检测装置载片台上未放片时的工作状态示意图；如图5b所示，是本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测装置在晶圆作业时的工作状态示意图；本发明较佳实施例中：

所述模式控制部件包括设置在所述光信号接收端2的光电继电器6。

如图5b所示，在所述晶圆5作业之前，所述晶圆5放置在单片工艺腔的载片台4上后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述晶圆5阻挡而不被所述光电继电器6接收，从而触发所述光电继电器6断开所述光信号发射端1的供电路径。图5b中显示了所述光电继电器6控制的开关303为断开状态。

如图5a所示，在所述载片台4上未放置所述晶圆5或所述晶圆5被取走时，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述光电继电器6接收，从而触发所述光电继电器6导通所述光信号发射端1的供电路径。图5b中显示了所述光电继电器6控制的开关为导通状态如标记302对应的连线所示。

本发明实施例单片工艺腔的晶圆检测方法包括如下步骤：

步骤一、如图4a所示，在晶圆5作业之前，模式控制部件控制光信号发射端1和光信号接收端2工作，以实现对所述晶圆5的放片进行检测。

所述放片为将所述晶圆5传送到单片工艺腔上并放置在所述单片工艺腔的载片台4上；所述放片完成后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述晶圆5阻挡而不被所述光信号接收端2接收。

步骤二、如图4b所示，在所述晶圆5作业开始时所述模式控制部件关闭所述光信号发射端1并在所述作业过程中使所述光信号发射端1保持为关闭状态，以防止所述光信号发射端1发射的光信号3和作业过程中的所述晶圆5的膜层产生光化学反应。

所述单片工艺腔包括单片湿法刻蚀工艺腔。

所述晶圆5上形成有铜层，所述晶圆5的作业过程为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀中会使所述晶圆5上的铜层表面暴露，在晶圆5作业过程中关闭所述光信号发射端1能防止在光化学反应催化下产生铜扩散。例如，所述湿法刻蚀为对所述晶圆5上采用大马士革工艺形成的通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀；或者，所述湿法刻蚀为对所述晶圆5上采用双大马士革工艺形成的沟槽和通孔开口内侧表面的聚合物残留物的刻蚀。

步骤三、如图4c所示，在所述晶圆5的作业完成后，模式控制部件控制光信号发射端1和光信号接收端2工作，以实现对所述晶圆5的取片进行检测。

所述取片为将所述晶圆5从单片工艺腔的载片台4上取出；取片完成后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述光信号接收端2接收。

较佳为，所述模式控制部件包括设置在所述光信号接收端2的光电继电器6。

在所述晶圆5作业之前，所述晶圆5放置在单片工艺腔的载片台4上后，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述晶圆5阻挡而不被所述光电继电器6接收，从而触发所述光电继电器6断开所述光信号发射端1的供电路径。

在所述载片台4上未放置所述晶圆5或所述晶圆5被取走时，所述光信号发射端1发射的光信号3被所述光电继电器6接收，从而触发所述光电继电器6导通所述光信号发射端1的供电路径。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。