一种双腔体式晶圆全自动加工用除胶系统的制作方法

本技术涉及半导体制造设备，尤其涉及一种双腔体式晶圆全自动加工用除胶系统。

背景技术：

1、在半导体制造工艺中，光刻胶的去胶处理是关键工序之一。等离子体去胶技术因其高效、清洁的特点，已成为主流的除胶手段。在等离子体去胶过程中，光刻胶与等离子体发生反应，产生光刻胶残留颗粒和聚合物碎屑，这些悬浮颗粒物若沉积于晶圆表面，将直接影响后续工艺的良率。

2、为提高产能，现有技术中已出现双腔体去胶设备，采用双腔体并行运行以提高产能，两腔体分别独立运行各自的去胶工艺配方。由于两腔体的工艺阶段通常并不同步，一腔体可能处于去胶稳定阶段而另一腔体处于抽真空恢复阶段，这种不同步运行自然导致两腔体之间形成压力差。然而，在现有技术中，该压力差被视为工艺干扰因素，需要通过各腔体独立的真空系统进行调节以维持工艺稳定性，而并未被认识到可作为颗粒清除的驱动力加以利用。

3、现有技术中，腔体内的颗粒清除主要依赖各腔体自身的排气系统，对于悬浮于工艺空间中的微细颗粒（尤其是0.1μm以上的颗粒），单纯依靠腔体排气系统的抽除效率有限。当腔体内颗粒浓度超标时，传统方法需要中断当前去胶工艺、开启腔体进行人工清洁，或引入外部吹扫气源进行强制清除，前者导致工艺中断和产能损失，后者需要增设额外的气源设备和管路，增加设备复杂度和改造成本。

4、此外，在晶圆传递过程中，若腔体与传输腔体之间存在较大压差，直接开启密封门可能导致密封件损坏或颗粒飞溅，而依靠单一腔体自身的真空系统或气路系统进行压力调节，调节时间长且易造成系统过载。

5、因此，亟需一种能够在不中断工艺、不增设额外设备的条件下实现连续颗粒清除，同时兼顾传片前压力预调的双腔体式晶圆除胶系统。

技术实现思路

1、本技术提供一种双腔体式晶圆全自动加工用除胶系统，旨在解决现有双腔体去胶设备中因工艺不同步运行产生的压差被视为干扰因素、颗粒清除需中断工艺或增设额外设备、以及传片前压力调节效率低的技术问题。

2、本技术中颗粒浓度的计量单位"个/立方英尺"为半导体洁净室环境监测通用单位。

3、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

4、一种双腔体式晶圆全自动加工用除胶系统，包括第一工艺腔体和第二工艺腔体，两个腔体彼此密封隔离，各腔体分别独立设置有真空系统、等离子发生系统、温控系统及气路系统，以支持两个腔体独立执行各自的去胶工艺配方；以及控制系统，与所述第一工艺腔体和第二工艺腔体通信连接。

5、所述控制系统设置为：控制所述第一工艺腔体执行第一去胶工艺，并控制所述第二工艺腔体执行第二去胶工艺，其中所述第一去胶工艺与所述第二去胶工艺的工艺阶段不同步，且通过控制两腔体的真空抽速和/或进气流量，使所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体之间形成压差，所述压差的范围为5pa至500pa；以及，基于所述压差，控制所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体之间通过预设的气压平衡通道进行气体交换，利用所述压差驱动气流从高压侧腔体向低压侧腔体定向流动，将所述高压侧腔体内悬浮的颗粒物携带至所述低压侧腔体并随低压侧腔体的排气系统排出；其中，在所述气压平衡通道关闭时，所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体的工艺空间彼此密封隔离；在所述气压平衡通道开启时，所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体通过所述气压平衡通道选择性连通。

6、可选地，所述气压平衡通道包括连接所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体的旁通管路，所述旁通管路的两端分别与两腔体的工艺空间连通，以及设置于所述旁通管路上的控制阀门；所述控制阀门与所述控制系统通信连接，所述控制系统通过控制所述控制阀门的开度，调节所述气压平衡通道的气体导通量。

7、可选地，所述控制系统设置为：获取所述第一工艺腔体的第一当前压力值和所述第二工艺腔体的第二当前压力值，计算所述第一当前压力值与所述第二当前压力值之间的压力差值；当所述压力差值大于预设的压差阈值时，开启所述控制阀门，使气体由压力较高一侧的腔体经所述旁通管路流向压力较低一侧的腔体；所述压差阈值根据所述压差范围设定，一般取所述压差范围下限的20%至50%，即1pa至25pa，优选5pa至10pa。

8、可选地，所述系统还包括设置于所述第一工艺腔体和/或所述第二工艺腔体内的颗粒检测传感器，所述颗粒检测传感器与所述控制系统通信连接；所述控制系统还设置为：根据所述颗粒检测传感器的检测信号，分别判断所述第一工艺腔体和所述第二工艺腔体内的颗粒浓度是否超过预设的颗粒浓度阈值；若任一腔体的颗粒浓度超过，则执行所述控制阀门的开启操作。

9、可选地，所述系统还包括自动传输单元，用于将晶圆传送至所述第一工艺腔体或所述第二工艺腔体；所述控制系统还设置为：在所述自动传输单元执行晶圆传入或传出操作之前，根据所述颗粒检测传感器的检测信号获取待操作腔体的当前颗粒浓度值；若所述当前颗粒浓度值超过预设的传片颗粒浓度阈值，则延迟所述晶圆传入或传出操作，直至所述控制系统执行所述控制阀门的开启操作后所述当前颗粒浓度值降至所述传片颗粒浓度阈值以下；其中，所述传片颗粒浓度阈值低于所述颗粒浓度阈值。

10、可选地，所述控制阀门为常闭型阀门；所述控制系统设置为：在所述第一工艺腔体和所述第二工艺腔体均处于去胶工艺执行状态时，保持所述控制阀门处于关闭状态，使所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体彼此密封隔离；当所述压力差值大于所述压差阈值且当前腔体颗粒浓度超过所述颗粒浓度阈值时，所述控制系统向所述控制阀门发送开启指令，执行常规清除模式；当所述压力差值大于所述压差阈值、当前腔体颗粒浓度未超过所述颗粒浓度阈值但处于所述颗粒浓度阈值的30%至80%范围内时，所述控制系统根据预设的低浓度清除策略向所述控制阀门发送开启指令；当所述压力差值大于所述压差阈值但当前腔体颗粒浓度低于所述颗粒浓度阈值的30%时，所述控制系统保持所述控制阀门处于关闭状态。

11、所述30%和80%分界点基于以下实验统计确定：在多次工艺运行中记录颗粒浓度从背景水平上升至超过工艺阈值的全过程数据，分析表明，当颗粒浓度低于阈值30%时，自然沉降和腔体自身排气系统的被动清除速率已足以维持浓度稳定，主动清除的收益不显著；当颗粒浓度超过阈值80%时，其增长速率显著加快，接近常规清除条件的触发边界，低浓度清除策略的时效窗口收窄。因此，30%至80%区间被定义为预防性清除的有效操作窗口。

12、可选地，所述控制系统还设置为：在执行所述第一去胶工艺与所述第二去胶工艺的工艺配方编制时，根据预设的颗粒清除周期，在所述第一去胶工艺与所述第二去胶工艺的工艺步骤中设置压差形成阶段；在所述压差形成阶段，控制所述第一工艺腔体与所述第二工艺腔体分别运行至不同的目标压力值，使两腔体之间的目标压差在5pa至500pa范围内，优选20pa至100pa，以主动建立所述压差。

13、可选地，所述控制系统还设置为：在所述第一工艺腔体或所述第二工艺腔体完成一批次晶圆去胶工艺后、执行下一批次晶圆装载之前，自动执行腔体自清洁程序；所述腔体自清洁程序包括：控制待清洁腔体进入第一压力状态，同时控制另一腔体进入第二压力状态，使两腔体之间形成第一压差；开启所述气压平衡通道，利用所述第一压差驱动气流将待清洁腔体内沉积的颗粒物携带至另一腔体；关闭所述气压平衡通道，控制另一腔体通过其独立排气系统将携带颗粒物的气体排出；重复上述步骤至少一次，其中在每次重复前，控制所述另一腔体通过其独立排气系统进行排气清洁；或者，交替切换所述待清洁腔体与所述另一腔体的角色，使两腔体互为待清洁腔体；所述自清洁程序仅在所述另一腔体未承载晶圆且未执行去胶工艺时执行。

14、可选地，所述系统还包括传输腔体，通过可开启的密封门分别与所述第一工艺腔体和所述第二工艺腔体连接，用于在所述第一工艺腔体、所述第二工艺腔体与外部之间传递晶圆；所述控制系统还设置为：在执行任一工艺腔体与所述传输腔体之间的晶圆传递操作之前：获取待开启腔体的当前颗粒浓度值，并判断所述当前颗粒浓度值是否低于预设的传片阈值；当所述当前颗粒浓度值低于所述传片阈值时，获取待开启腔体的当前腔体压力值与所述传输腔体的当前传输腔压力值；当所述当前腔体压力值高于所述当前传输腔压力值时，在开启所述密封门之前，当所述另一工艺腔体未执行去胶工艺且处于低压状态时，开启所述气压平衡通道使所述待开启腔体与所述另一工艺腔体连通，利用另一工艺腔体的低压环境将待开启腔体压力预降至与所述传输腔体压力差值小于预设门开启阈值；当所述当前腔体压力值低于所述当前传输腔压力值时，在开启所述密封门之前，通过所述待开启腔体的独立气路系统向其内充入工艺气体，同时开启所述气压平衡通道使过量气体通过另一工艺腔体的排气系统分流排出，所述过量气体的流量不超过另一工艺腔体排气系统额定处理流量的30%，将待开启腔体压力预升至与所述传输腔体压力差值小于所述预设门开启阈值；仅在所述待开启腔体与所述传输腔体的压力差值小于所述预设门开启阈值时，开启所述密封门执行晶圆传递。

15、可选地，所述控制系统还设置为：获取所述颗粒检测传感器检测到的颗粒物的粒径分布信息；根据所述粒径分布信息，将颗粒物划分为至少两个粒径等级；根据各粒径等级的沉降特性参数和气流携带难度参数，从预设的清除策略规则表中调用对应粒径等级的预设清除策略参数执行自清洁；其中，当实际工艺压差与所述清除策略规则表的标定压差不同时，按最小压差驱动力的比例调整开启时长；所述清除策略规则表包含各粒径等级对应的预设气压平衡通道开启时长、开启频次和/或所述控制阀门的开启开度，所述清除策略规则表在标准工况下标定，所述标准工况为压差100pa、氧气环境、温度25℃；所述沉降特性参数包括颗粒在工艺气体中的沉降速度，所述气流携带难度参数包括使颗粒悬浮所需的最小压差驱动力，所述最小压差驱动力是指在该压差条件下旁通管路内产生的平均气流速度所对应的拖曳力足以克服颗粒有效重力与壁面附着力之和的最小压差值。

16、本技术的核心发明构思在于：将双腔体去胶设备中因工艺不同步运行而产生的、传统上被视为干扰因素的压力差，重新定义为颗粒清除的有益驱动力，并通过选择性连通的气压平衡通道实现该驱动力的可控利用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本技术利用双腔体工艺不同步运行自然形成的压差，通过气压平衡通道实现两腔体之间的定向气体交换，将高压侧腔体内的悬浮颗粒物携带至低压侧并随排气系统排出，从而在不中断工艺、不增设额外气源或抽气装置的条件下实现颗粒的连续清除，避免了因停机清洁导致的产能损失，也无需增设外部吹扫气源及其配套管路，降低了设备复杂度和改造成本。

19、本技术通过在工艺配方中预设压差形成阶段，使得系统不仅能够在两腔体工艺阶段不同步时被动利用自然形成的压差，还能够在工艺阶段同步或压差不足的情况下主动创造清除条件，从而突破了传统技术对工艺时序的依赖性，扩展了颗粒清除策略的适用场景和灵活性。

20、本技术将气压平衡通道复用于传片前的压力预调，使得系统能够在不增加额外压力调节设备的情况下，借助另一腔体的低压环境或排气系统快速完成压力平衡，从而缩短了压力调节时间，提高了传片效率，同时避免了单一系统过载运行，实现了气压平衡通道的一物多用和功能复用。

21、本技术通过建立基于粒径分级的清除策略规则表，使得系统能够针对不同类型颗粒采取差异化清除策略，从而克服了传统固定参数清除方式对不同粒径颗粒清除效率不一致的缺陷，实现了颗粒清除的精细化和标准化。