[發明專利]在原位從半導體處理模塊移除和更換消耗部件的系統

在審

• 申請號: 201610196076.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN106611727A
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 戴維·D·塞爾;艾倫·J·米列爾;約翰·多爾蒂;亞歷克斯·帕特森
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 李獻忠,張華

技術領域

本發明的實施方式涉及在制造半導體晶片中使用的群集工具組件，更具體地涉及使設置在群集工具組件中的處理模塊中的消耗部件實現移除和更換的群集工具組件。

背景技術

在制造工藝中使用以產生半導體晶片的典型的群集工具組件包括一個或多個處理模塊，其中每個處理模塊用于執行如清潔操作、沉積、蝕刻操作、漂洗操作、干燥操作等特定制造操作。用于執行這些操作的化學過程和/或處理條件導致經常暴露到處理模塊內的惡劣條件下的處理模塊的硬件組件中的一些損壞。這些受損的硬件組件需要及時更換，以確保受損的硬件組件不使處理模塊中的其它硬件組件暴露在惡劣條件下，并確保半導體晶片的質量。例如，設置在處理模塊中的半導體晶片附近的邊緣環可能會受到頻繁地損壞，這是由于該邊緣環的位置和它持續暴露于來自在蝕刻操作中使用的處理模塊內產生的等離子體的離子轟擊。受損的邊緣環需要及時更換，以確保受損的邊緣環不使底層的硬件組件(如卡盤)暴露于惡劣的工藝條件。可更換的硬件組件在本文中被稱作消耗部件。

當前更換受損的消耗部件的方法需要經過培訓的技術服務人員來執行一系列步驟。技術人員需要使群集工具組件脫機，抽運/清掃群集工具組件以避免暴露于有毒殘留物，打開群集工具，移除受損的消耗部件，并用新的消耗部件更換受損的消耗部件。一旦受損部件被更換，技術人員必須然后清潔群集工具，抽運群集工具組件至真空并調節群集工具組件以用于晶片處理。在一些情況下，調節可以包括通過在半導體晶片上運行測試處理，采用半導體晶片的橫截面并分析橫截面，以確保該處理操作的質量，從而使群集工具組件合格。更換受損的消耗部件是復雜且費時的過程，需要群集工具組件脫機相當長的時間，從而影響了半導體制造商的利潤率。

在這樣的背景下產生本發明的實施方式。

發明內容

本發明的實施方式定義被設計為在不需要破壞真空(即，將群集工具組件暴露到大氣條件)的情況下移除和更換布置在群集工具組件內的處理模塊的受損的硬件組件的群集工具組件。可以更換的受損的硬件組件本文還可以被稱為消耗部件。群集工具組件包括一個或多個處理模塊，其中每個處理模塊配置成執行半導體晶片處理操作。由于處理模塊中的消耗部件被暴露于化學品和工藝條件，所以消耗部件受到損壞并需要及時地進行更換。通過安裝更換站到群集工具組件，受損的消耗部件可以在不打開群集工具組件的情況下進行更換。更換站和處理模塊耦接到控制器，以使控制器在處理模塊被保持在真空狀態下時能協調更換站與處理模塊之間的訪問(access)，以便允許更換消耗部件。

為了提供對受損的消耗部件的訪問，處理模塊可以被設計為包括升降機構。當接合時，升降機構被配置為允許消耗部件被移動到升高位置，使得群集工具組件內可用的機械手可以用于從處理模塊訪問和取回升高的消耗部件。消耗部件的更換件被提供給處理模塊，升降機構用于接收消耗部件的更換件并下降到處理模塊中的位置。

通過提供更換站來訪問消耗部件，消除了為了訪問受損的消耗部件而將群集工具組件對大氣條件開放的需要。在一些實施方式中，更換站被保持在真空下，從而消除了在消耗部件的更換過程中受污染的風險。其結果是，在更換受損的消耗部件之后重新調節處理模塊以使它處于激活操作狀態所需的時間顯著減少。此外，機械手和升降機構允許在取回和更換消耗部件的過程中沒有不經意地損傷處理模塊中的任何硬件的風險的情況下消耗部件能進行更換。

本公開的實施方式提供了可用于從處理模塊移除和更換消耗部件而不需要將群集工具組件對大氣條件開放的群集工具組件。更換站降低了在安裝和移除消耗部件的過程中群集工具組件受污染的風險和處理模塊的硬件部件受損的風險。由于群集工具組件不開放，因而群集工具組件不需要被清掃或抽排。其結果是，調節和使群集工具組件合格所需的時間大大減少。

更換站可以被布置在三個不同的位置。在一個位置上，輥式更換站被暫時安裝到群集工具組件內的處理模塊，具有抽運至真空以及直接從處理 模塊收回消耗部件的能力。新的消耗部件被直接放置到處理模塊。在這個位置上，更換站將包括機械手和用于容納使用過的消耗部件和新的消耗部件的部件緩沖區。隔離閥將保持在處理模塊上。由于針對這個維護操作僅處理模塊而不是整個群集工具組件必須脫機(offline)，因此此配置是合乎期望的。

在第二位置，更換站被固定地安裝到真空傳送模塊(VTM)，VTM內的機械手被用于從處理模塊移除并更換消耗部件。在這個位置上，更換站不需要專用機械手，但VTM機械手的端部執行器將操作以移動半導體晶片和消耗部件兩者。