[发明专利]在原位从半导体处理模块移除和更换消耗部件的系统

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及在制造半导体晶片中使用的群集工具组件，更具体地涉及使设置在群集工具组件中的处理模块中的消耗部件实现移除和更换的群集工具组件。

背景技术

在制造工艺中使用以产生半导体晶片的典型的群集工具组件包括一个或多个处理模块，其中每个处理模块用于执行如清洁操作、沉积、蚀刻操作、漂洗操作、干燥操作等特定制造操作。用于执行这些操作的化学过程和/或处理条件导致经常暴露到处理模块内的恶劣条件下的处理模块的硬件组件中的一些损坏。这些受损的硬件组件需要及时更换，以确保受损的硬件组件不使处理模块中的其它硬件组件暴露在恶劣条件下，并确保半导体晶片的质量。例如，设置在处理模块中的半导体晶片附近的边缘环可能会受到频繁地损坏，这是由于该边缘环的位置和它持续暴露于来自在蚀刻操作中使用的处理模块内产生的等离子体的离子轰击。受损的边缘环需要及时更换，以确保受损的边缘环不使底层的硬件组件(如卡盘)暴露于恶劣的工艺条件。可更换的硬件组件在本文中被称作消耗部件。

当前更换受损的消耗部件的方法需要经过培训的技术服务人员来执行一系列步骤。技术人员需要使群集工具组件脱机，抽运/清扫群集工具组件以避免暴露于有毒残留物，打开群集工具，移除受损的消耗部件，并用新的消耗部件更换受损的消耗部件。一旦受损部件被更换，技术人员必须然后清洁群集工具，抽运群集工具组件至真空并调节群集工具组件以用于晶片处理。在一些情况下，调节可以包括通过在半导体晶片上运行测试处理，采用半导体晶片的横截面并分析横截面，以确保该处理操作的质量，从而使群集工具组件合格。更换受损的消耗部件是复杂且费时的过程，需要群集工具组件脱机相当长的时间，从而影响了半导体制造商的利润率。

在这样的背景下产生本发明的实施方式。

发明内容

本发明的实施方式定义被设计为在不需要破坏真空(即，将群集工具组件暴露到大气条件)的情况下移除和更换布置在群集工具组件内的处理模块的受损的硬件组件的群集工具组件。可以更换的受损的硬件组件本文还可以被称为消耗部件。群集工具组件包括一个或多个处理模块，其中每个处理模块配置成执行半导体晶片处理操作。由于处理模块中的消耗部件被暴露于化学品和工艺条件，所以消耗部件受到损坏并需要及时地进行更换。通过安装更换站到群集工具组件，受损的消耗部件可以在不打开群集工具组件的情况下进行更换。更换站和处理模块耦接到控制器，以使控制器在处理模块被保持在真空状态下时能协调更换站与处理模块之间的访问(access)，以便允许更换消耗部件。

为了提供对受损的消耗部件的访问，处理模块可以被设计为包括升降机构。当接合时，升降机构被配置为允许消耗部件被移动到升高位置，使得群集工具组件内可用的机械手可以用于从处理模块访问和取回升高的消耗部件。消耗部件的更换件被提供给处理模块，升降机构用于接收消耗部件的更换件并下降到处理模块中的位置。

通过提供更换站来访问消耗部件，消除了为了访问受损的消耗部件而将群集工具组件对大气条件开放的需要。在一些实施方式中，更换站被保持在真空下，从而消除了在消耗部件的更换过程中受污染的风险。其结果是，在更换受损的消耗部件之后重新调节处理模块以使它处于激活操作状态所需的时间显着减少。此外，机械手和升降机构允许在取回和更换消耗部件的过程中没有不经意地损伤处理模块中的任何硬件的风险的情况下消耗部件能进行更换。

本公开的实施方式提供了可用于从处理模块移除和更换消耗部件而不需要将群集工具组件对大气条件开放的群集工具组件。更换站降低了在安装和移除消耗部件的过程中群集工具组件受污染的风险和处理模块的硬件部件受损的风险。由于群集工具组件不开放，因而群集工具组件不需要被清扫或抽排。其结果是，调节和使群集工具组件合格所需的时间大大减少。

更换站可以被布置在三个不同的位置。在一个位置上，辊式更换站被暂时安装到群集工具组件内的处理模块，具有抽运至真空以及直接从处理 模块收回消耗部件的能力。新的消耗部件被直接放置到处理模块。在这个位置上，更换站将包括机械手和用于容纳使用过的消耗部件和新的消耗部件的部件缓冲区。隔离阀将保持在处理模块上。由于针对这个维护操作仅处理模块而不是整个群集工具组件必须脱机(offline)，因此此配置是合乎期望的。

在第二位置，更换站被固定地安装到真空传送模块(VTM)，VTM内的机械手被用于从处理模块移除并更换消耗部件。在这个位置上，更换站不需要专用机械手，但VTM机械手的端部执行器将操作以移动半导体晶片和消耗部件两者。