在原位從半導體處理模塊移除和更換消耗部件的系統的制作方法

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。

技術實現要素：

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。

在第三位置，更換站被固定地安裝到大氣傳送模塊(ATM)，并利用ATM的機械手和真空傳送模塊(VTM)的機械手以從處理模塊移除并更換消耗部件。在這個位置上，更換站將不需要專用的機械手，但VTM和ATM機械手端部執行器以及設置在ATM和VTM之間的裝載鎖室將搬運半導體晶片和消耗部件兩者。

處理模塊包括消耗部件升降機構。消耗部件通常是環，如邊緣環。消耗部件將必須升高，使得機械手可以取出它。在一個實施方式中，升降機構包括：配備有升降銷的真空密封致動器。在另一個實施方式中，致動器被保持在真空狀態下。在正常操作下，升降器保持縮回并且不與消耗部件接觸。當消耗部件需要被更換時，致動器延伸升降銷并升高消耗部件。機械手延伸端部執行器到處理模塊，使得端部執行器(例如，連接到機械手的抹刀形部分)在消耗部件的下方滑動。致動器然后收回升降銷，放置消耗部件在端部執行器上。消耗部件被拉回更換站。相反的順序用于將新的消耗部件放置在處理模塊中。

在一個實施方式中，公開了一種群集工具組件。群集工具組件包括真空傳送模塊、處理模塊和更換站。處理模塊包括第一側和第二側，所述第一側連接到所述真空傳送模塊。隔離閥的第一側耦接到處理模塊的第二側。更換站耦接到隔離閥的第二側。更換站包括更換操作器和部件緩沖區。部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室。處理模塊包括升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件放置到升高位置。所述升高位置使得所述更換操作器能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除 并存儲至所述部件緩沖區的隔室。所述更換操作器還使得能安裝來自所述部件緩沖區的用于所述消耗部件的更換件回到所述處理模塊。所述升降機構被配置為通過所述更換操作器接收被提供用于更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置。在所述處理模塊和所述更換站保持在真空狀態下時，通過所述更換操作器和所述處理模塊執行所述更換。

在另一個實施方式中，公開了一種群集工具組件。所述群集工具組件具有第一側和第二側的真空傳送模塊。真空傳送模塊包括機械手。在群集工具組件中包括具有第一側和第二側的第一隔離閥。第一隔離閥的第一側被耦接到真空傳送模塊的第一側。處理模塊被耦接到所述第一隔離閥的第二側。第二隔離閥被耦接到真空傳送模塊的第二側。更換站被耦接到所述第二隔離閥的第二側。更換站包括部件緩沖區。部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室。處理模塊包括升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件能移動到升高位置。升高位置使所述真空傳送模塊的所述機械手能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除并存儲在所述部件緩沖區中的隔室中。真空傳送模塊的機械手還被啟用以將用于所述消耗部件的更換件從所述部件緩沖區移動返回至所述處理模塊。升降機構被配置為接收被提供用于由所述機械手進行更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置。在所述更換站、所述真空傳送模塊和所述處理模塊被保持在真空狀態下時，由所述機械手和所述處理模塊的所述升降機構執行更換。

在另一個實施方式中，公開了一種群集工具組件。所述群集工具組件包括具有第一側和第二側的真空傳送模塊。真空傳送模塊包括機械手。在群集工具組件中包括具有第一側和第二側的第一隔離閥。第一隔離閥的第一側耦接到真空傳送模塊的第一側。處理模塊被耦接到所述第一隔離閥的第二側。第二隔離閥被耦接到真空傳送模塊的第二側。更換站被耦接到所述第二隔離閥的第二側。更換站包括部件緩沖區。部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室。處理模塊包括升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件能移動到升高位置。升高位置使所述真空傳送模塊的機械手能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除并存儲在所述部件緩沖區中的隔室中。所述真空傳送模塊的所述機械手還被啟用以將用于所述消 耗部件的更換件從所述部件緩沖區移動返回至所述處理模塊。升降機構被配置為通過機械手接收被提供用于更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置。在所述真空傳送模塊和所述處理模塊被保持在真空狀態下時，由所述機械手和所述處理模塊的所述升降機構執行所述更換。

具體而言，本發明的一些方面可以闡述如下：

1.一種群集工具組件，包括：

真空傳送模塊；

具有連接到所述真空傳送模塊的第一側的處理模塊；

具有耦接到所述處理模塊的第二側的第一側的隔離閥；和

耦接到所述隔離閥的第二側的更換站，所述更換站包括更換操作器和部件緩沖區，所述部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室；

所述處理模塊具有升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件能放置到升高位置，所述升高位置使所述更換操作器能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除并存儲至所述部件緩沖區的隔室，

啟用所述更換站的所述更換操作器以將用于所述消耗部件的更換件從所述部件緩沖區安裝回到所述處理模塊；

其中，所述升降機構被配置為通過所述更換操作器接收提供用于更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置；

其中，在所述處理模塊和所述更換站保持在真空狀態下時，通過所述更換操作器和所述處理模塊執行所述更換。

2.如條款1所述的群集工具組件，其中，所述隔離閥、所述更換站和所述處理模塊以接口方式連接控制器，所述控制器包括用于在所述處理模塊保持在所述真空狀態下時協調所述更換站與所述處理模塊之間的訪問的傳送邏輯器和真空狀態控制裝置。

3.如條款2所述的群集工具組件，其中，所述控制器包括用于在所述處理模塊保持在所述真空狀態下時協調所述更換站與所述處理模塊之間的訪問的傳送邏輯器和真空狀態控制裝置。

4.如條款2所述的群集工具組件，其中所述更換站包括耦接到泵的真空 控制裝置，所述真空控制裝置與所述控制器以接口方式連接，以協調所述泵的操作以在所述消耗部件的更換過程中將所述更換站保持在所述真空狀態下。

5.如條款1所述的群集工具組件，其中所述處理模塊被保持在真空狀態下使得在所述消耗部件的更換之后所述處理模塊返回到激活操作之前所述處理模塊的再調節能減少。

6.如條款1所述的群集工具組件，

其中所述消耗部件是被配置為當襯底被設置在所述處理模塊的靜電卡盤上時圍繞所述襯底的邊緣環；

其中所述升降機構包括多個升降銷和致動器，使得安裝在所述處理模塊中的所述邊緣環能放置到所述升高位置；

致動器驅動器連接到所述致動器；和

控制器以接口方式連接所述致動器驅動器和所述更換站，以使所述邊緣環的更換能協調。

7.如條款6所述的群集工具組件，其中所述致動器被連接到功率源，所述功率源用于通過所述升降銷將功率供應給所述消耗部件，其中所供應的功率用于提供熱量給所述消耗部件。

8.如條款7所述的群集工具組件，其中，所述致動器和所述升降銷是由導電材料制成的，所述升降銷被連接到轉換器，以便允許所述升降銷供應不同的功率給所述消耗部件。

9.如條款6所述的群集工具組件，其中，所述致動器驅動器被連接到空氣壓縮機，以允許所述致動器氣動地操作所述升降銷。

10.如條款1所述的群集工具組件，其中，所述更換站是當所述消耗部件要被更換時與所述隔離閥的所述第二側耦接并且當所述消耗部件的更換結束時脫開的可移動部件。

11.如條款1所述的群集工具組件，其中在所述處理模塊的所述第二側中限定的開口和在所述更換站的耦接到所述隔離閥的一側上的開口的尺寸被設定為允許所述消耗部件能移入和移出所述處理模塊。

12.如條款11所述的群集工具組件，其中所述消耗部件是具有兩個或多 個區段的分區段的消耗部件，所述兩個或多個區段的尺寸被設定為適合通過所述更換站和所述處理模塊中的所述開口。

13.如條款1所述的群集工具組件，其中，所述更換操作器包括被設計成在任何平面取回、拾取、升降、支撐、保持、移動或旋轉所述消耗部件的端部執行器。

14.如條款1所述的群集工具組件，其中，所述更換操作器被設計成從所述處理模塊取回不同的消耗部件，所述更換操作器具有用于取回不同類型的消耗部件的不同的端部執行器。

15.一種群集工具組件，包括：

具有第一側和第二側的真空傳送模塊，所述真空傳送模塊包括機械手；

具有第一側和第二側的第一隔離閥，所述第一隔離閥的所述第一側耦接到所述真空傳送模塊的所述第一側；

耦接到所述第一隔離閥的所述第二側的更換站，所述更換站具有部件緩沖區，所述部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室；

具有第一側和第二側的第二隔離閥，所述第二隔離閥的所述第二側耦接到所述真空傳送模塊的所述第二側；和

耦接到所述第二隔離閥的所述第一側的處理模塊；

所述處理模塊具有升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件能移動到升高位置，所述升高位置使得所述真空傳送模塊的所述機械手能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除并存儲在所述更換站的所述部件緩沖區中，

所述真空傳送模塊的所述機械手被啟用以安裝來自所述部件緩沖區的用于所述消耗部件的更換件至所述處理模塊，

其中，所述升降機構被配置為接收被提供用于由所述機械手進行更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置，

其中，在所述更換站、所述真空傳送模塊和所述處理模塊被保持在真空狀態下時，由所述機械手和所述處理模塊的所述升降機構執行更換。

16.如條款15所述的群集工具組件，其中所述第一隔離閥、所述第二隔離閥、所述真空傳送模塊、所述處理模塊和所述更換站以接口方式連接控制 器，所述控制器包括用于在所述處理模塊、所述更換站和所述真空傳送模塊保持在所述真空狀態下時協調所述更換站、真空傳送模塊和所述處理模塊之間的訪問的傳送邏輯器和真空狀態控制裝置。

17.如條款15所述的群集工具組件，其中所述真空傳送模塊、所述處理模塊和所述更換站以接口方式連接控制器，所述控制器包括用于在所述真空傳送模塊、所述更換站和所述處理模塊保持在所述真空狀態下時協調所述更換站和所述真空傳送模塊之間的訪問以及所述真空傳送模塊和所述處理模塊之間的訪問的傳送邏輯器和真空狀態控制裝置。

18.如條款16所述的群集工具組件，其中，所述更換站包括耦接到泵的真空控制裝置，所述真空控制裝置與所述控制器以接口方式連接，以協調所述泵的操作以在所述消耗部件的更換過程中保持所述更換站在所述真空狀態下。

19.如條款15所述的群集工具組件，其中所述更換站、所述真空傳送模塊和所述處理模塊保持在所述真空狀態下使得在所述消耗部件的更換之后在所述處理模塊返回到激活操作之前所述處理模塊的再調節能減少。

20.如條款15所述的群集工具組件，

其中所述升降機構包括多個升降銷和致動器，使得安裝在所述處理模塊中的所述消耗部件能放置到所述升高位置；

致動器驅動器連接到所述致動器；和

控制器以接口方式連接所述致動器驅動器、所述更換站和所述真空傳送模塊，以使所述消耗部件的更換能協調。

21.如條款15所述的群集工具組件，其中，所述機械手包括被設計成在任何平面取回、拾取、升降、支撐、保持、移動或旋轉所述消耗部件的端部執行器。

22.如條款21所述的群集工具組件，其中，所述機械手包括被設計成將半導體晶片移入和移出所述處理模塊的第二端部執行器。

23.如條款15所述的群集工具組件，其中開口被限定在所述真空傳送模塊的用于耦接所述更換站的所述第一側和用于耦接所述處理模塊的所述第二側中，以便保持所述群集工具組件中的均勻性和對稱性。

24.一種群集工具組件，包括：

具有第一側和第二側的大氣傳送模塊，所述大氣傳送模塊具有機械手；

具有第一側和第二側的真空傳送模塊，所述真空傳送模塊包括第二機械手；

耦接到所述大氣傳送模塊的所述第一側和所述真空傳送模塊的第一側的裝載鎖室，所述裝載鎖室提供所述大氣傳送模塊和所述真空傳送模塊之間的接口；

耦接到所述真空傳送模塊的所述第二側的處理模塊；和

耦接到所述大氣傳送模塊的所述第二側的更換站，所述更換站具有部件緩沖區，所述部件緩沖區包括用于容納新的或使用過的消耗部件的多個隔室；

所述處理模塊具有升降機構，以使安裝在所述處理模塊中的消耗部件能移動到升高位置，所述升高位置使所述真空傳送模塊的所述第二機械手能訪問，以使所述消耗部件能從所述處理模塊移除并傳送到所述裝載鎖室，所述大氣傳送模塊的所述機械手被啟用以將所述消耗部件從所述裝載鎖室移動到所述更換站的所述部件緩沖區，

所述大氣傳送模塊的所述機械手和所述真空傳送模塊的所述第二機械手被啟用以將所述消耗部件的更換件從所述部件緩沖區移動到所述處理模塊，

其中，所述升降機構被配置為通過所述第二機械手接收被提供用于更換的所述消耗部件并降低所述消耗部件至安裝位置，

其中，在所述真空傳送模塊和所述處理模塊被保持在真空狀態下時，由所述第二機械手和所述處理模塊的所述升降機構執行所述更換。

25.如條款24所述的群集工具組件，其中所述大氣傳送模塊、所述真空傳送模塊、所述處理模塊和所述更換站以接口方式連接控制器，所述控制器包括在所述處理模塊和所述真空傳送模塊保持在所述真空狀態時協調所述更換站、所述大氣傳送模塊、所述真空傳送模塊和所述處理模塊之間的訪問的傳送邏輯器和真空狀態控制裝置。

26.如條款24所述的群集工具組件，其中所述大氣傳送模塊和所述更換站保持在大氣條件下。

結合附圖根據以下的詳細描述本發明的其它方面將變得顯而易見，附圖通過舉例的方式示出本發明的原理。

附圖說明

本發明可以結合附圖通過參照以下描述來充分地理解。

圖1示出了在本發明的一個實施方式中的群集工具組件的簡化框圖，所述群集工具組件包括安裝到在處理半導體晶片中使用的處理模塊的更換站。

圖2示出了在本發明的一個替代實施方式中的群集工具組件的簡化框圖，所述群集工具組件包括安裝到所述群集工具的真空傳送模塊的更換站。

圖3示出了在本發明的一個替代實施方式中的群集工具組件的簡化框圖，所述群集工具組件包括安裝到所述群集工具的大氣傳送模塊的更換站。

圖4示出了在本發明的一個實施方式中的群集工具組件的處理模塊的一部分的簡化框圖，所述群集工具組件包括用于提供對消耗部件的訪問的示例性升降機構。

圖5A示出了在本發明的一個實施方式中的具有安裝用于移動消耗部件的更換站的處理模塊的簡化框圖，其中，升降機構處于脫開模式。

圖5B示出了在本發明的一個實施方式中的安裝有更換站的處理模塊的簡化框圖，其中，升降機構處于接合模式。

圖5C示出了在本發明的一個實施方式中的具有在更換處理模塊中的消耗部件中使用的安裝到真空傳送模塊的更換站的處理模塊以及處理模塊中的升降機構的簡化框圖。

圖6示出根據一個實施方式的用于控制群集工具的各個方面的控制模塊。

具體實施方式

本公開的實施方式定義用于處理半導體晶片的群集工具組件。群集工具組件包括用于處理半導體晶片的處理模塊。更換站被安裝到群集工具組 件。更換站保持在真空下，以便提供用于更換消耗部件的必要的工藝條件，而沒有污染處理模塊或群集工具組件的風險。更換站中的專用機械手或群集工具組件中可用的機械手用于從處理模塊取回已用過的消耗部件并用新的消耗部件更換。

在一些實施方式中，更換站可以被直接安裝到群集工具組件的其中消耗部件需要更換的處理模塊。在這種實施方式中，更換站直接耦接到處理模塊。在更換站中限定的機械手用于取回和更換消耗部件。

在一些其它實施方式中，更換站可以被直接安裝到群集工具組件內的真空傳送模塊(VTM)。更換站被安裝以便保持群集工具組件的均勻性和對稱性。用于將半導體晶片移入和移出處理模塊的VTM的機械手也用于取回和更換布置在處理模塊中的消耗部件。

在一些其它實施方式中，更換站可以被直接安裝到群集工具組件的大氣傳送模塊。在這樣的實施方式中，大氣傳送模塊的機械手與群集工具組件的真空傳送模塊的機械手一起工作以訪問和更換來自處理模塊的消耗部件。更換站被設計為安裝到群集工具組件的不同的模塊，使得在無需群集工具組件開放到大氣條件以訪問消耗部件的條件下能更換消耗部件。

群集工具組件的傳統設計需要打開群集工具組件以訪問并更換處理模塊內的消耗部件。群集工具組件的打開需要使群集工具組件脫機和吹掃群集工具組件至大氣條件，以允許訪問處理模塊。一旦群集工具組件被打開時，經過訓練的技術人員會從處理模塊手動移除和更換消耗部件。在更換消耗部件時，群集工具組件必須被調節，以使得半導體晶片能被處理。由于半導體晶片是貴重產品，因此當調節群集工具組件時必須特別小心。該調節需要清洗群集工具組件，抽運群集工具組件至真空，調節群集工具組件，并使用測試運行使群集工具組件合格。每一個步驟都需要大量的時間和精力。除了調節群集工具組件的每個步驟所需的時間以外，當在群集工具組件的調節過程中在一個或多個步驟遇到問題時還可能經歷其他延遲。在群集工具組件的調節過程中經常遇到的問題可以包括：更換期間消耗部件的未對準，在更換受損的或使用過的消耗部件時對新消耗部件的損壞，在消耗部件的取回和更換過程中對處理模塊中的其他硬件組件的損壞，群集工具組件在抽運后不 實現真空，群集工具組件不實現工藝性能等。基于每個問題的嚴重性，可能必須花費額外的時間和精力，進一步導致使群集工具組件聯機的延遲，從而直接影響了制造商的利潤空間。

將更換站安裝到群集工具組件和通過更換站訪問消耗部件節省相當多的用于維護群集工具組件所需要的時間和精力。消耗部件、處理模塊和/或群集工具組件的損壞風險通過使用群集工具組件內用于更換消耗部件的可用的機械手被最小化，并且通過保持更換站在真空下使受污染的風險最小化，從而避免將群集工具組件的內部暴露于外部大氣。使用機械手，可以實現在處理模塊中的消耗部件的更精確的對準，同時使處理模塊的其它硬件部件的損壞最小化。因此，調節群集工具組件所需的時間大大減少。及時更換消耗部件使半導體晶片中限定的半導體元件的質量和產率提高。

在一種實施方式中，圖1示出了用于處理半導體晶片的群集工具組件100的簡化示意圖。群集工具組件100包括多個模塊，以允許半導體晶片能在受控環境中處理，而半導體晶片最小程度地暴露于環境。在一種實施方式中，群集工具組件100包括大氣傳送模塊(ATM)102、共同的真空傳送模塊(VTM)104和一個或多個處理模塊112-120。ATM 102在外界環境(即，大氣壓)的條件下操作并與晶片裝載器(未示出)以接口方式連接，以將半導體晶片帶到集成群集工具組件100中用于處理，并在處理后返回半導體晶片。ATM 102可以包括機械手以將半導體晶片從晶片裝載器移動到VTM 104。由于ATM 102在大氣條件下，所以該機械手可以是干式機械手的一部分。

VTM 104在真空下操作以便當半導體晶片從一個處理模塊移動到另一個處理模塊時使半導體晶片表面最小程度地暴露于大氣。由于VTM 104在真空下操作并且ATM 102在大氣條件下操作，因此裝載鎖室110被放置在ATM 102和VTM 104之間。裝載鎖室110提供受控界面以允許半導體晶片從ATM 102傳送到VTM 104。在本實施方式中，ATM 102中的機械手可以被用來將半導體晶片存入裝載鎖室110。單獨的機械手可在VTM 104內設置以從裝載鎖室110取回半導體晶片和將半導體晶片傳送進出處理模塊(112-120)。

一個或多個處理模塊112-120與VTM 104集成，從而允許半導體晶片在由VTM 104保持的受控環境中從一個處理模塊移動到另一處理模塊。在一些實施方式中，處理模塊112-120可以均勻地圍繞VTM 104分布并用于執行不同的處理操作。一些可以使用處理模塊112-120進行的處理操作包括蝕刻操作、漂洗、清潔、干燥操作、等離子體操作、沉積操作、電鍍操作等。舉例而言，處理模塊112可用于執行沉積操作，處理模塊114可以用于執行清潔操作，處理模塊116可用于執行第二沉積操作，處理模塊118可用于執行蝕刻或去除操作，等。具有受控環境的VTM 104允許半導體晶片能傳送進出處理模塊112-120而沒有受污染的風險，VTM 104內的機械手有助于半導體晶片傳送進出與VTM 104一體化的各個處理模塊112-120。

在一個實施方式中，更換站108被安裝到群集工具組件100中的處理模塊(例如，處理模塊112-120中的任一個)。在圖1所示的示例性實施方式中，更換站108被安裝到處理模塊118。當在任何其它處理模塊112-120中的消耗部件需要被更換時，更換站可以被構造成安裝到相應的處理模塊112-120。例如，處理模塊118可被用來執行蝕刻操作。更換站108用于取回和更換在處理模塊118中使用過的消耗部件。更換站108包括機構，例如泵機構(未示出)，以便在將更換站108安裝到處理模塊時，抽運和維持更換站108在真空下。

在一個實施方式中，當在處理模塊(即，處理模塊112-120中的任何一個)的消耗部件需要被更換時，更換站108可以通過隔離閥耦接到該處理模塊(112-120)，并且當消耗部件已被成功地更換時可以將更換站108從處理模塊(112-120)分離。在本實施方式中，更換站108是被設計為暫時安裝到處理模塊以完成所需的操作(例如，消耗部件的更換)、在處理模塊所需的操作完成時拆下、并且或縮回或移動到執行更換消耗部件的所需操作的不同處理模塊的可移動模塊。例如，隔離閥使得更換站108能保持在真空狀態下。

更換站108包括部件緩沖區以接收和容納消耗部件。在一些實施方式中，部件緩沖區可包括多個隔室，用于接收從處理模塊取回的使用過的消耗部件和將被傳送到處理模塊的新的消耗部件。在一個實施方式中，更換站 108的開口(其中該更換站被安裝到隔離閥)被設定尺寸為允許消耗部件能移動進出更換站108。

消耗部件是處理模塊內的由于連續暴露于處理模塊中的工藝條件因而需要被更換的硬件部件。作為消耗部件連續暴露于半導體晶片的處理過程中使用的苛刻工藝條件的結果，消耗部件需要被密切監測，以確定何時損傷超過可接受的水平，以便它可以及時被更換。例如，在蝕刻處理模塊中，邊緣環被布置為鄰近安裝在卡盤組件上的半導體晶片，以延伸半導體晶片的處理區域。在蝕刻操作過程中，邊緣環暴露于來自用于在半導體晶片的表面上形成特征的等離子體的離子轟擊。經過一段時間，作為連續暴露的結果，邊緣環可能會損壞。當邊緣環的損壞超出可接受的程度時，邊緣環需要更換，以便邊緣環的損壞不暴露其它下層組件或以其它方式不利地影響半導體晶片處理。

在典型的蝕刻操作中，當半導體晶片被接納在處理模塊中時，來自等離子體的離子以垂直于在半導體晶片上方限定的處理區域中形成的等離子體鞘的角度沖擊半導體晶片表面。當邊緣環的層由于離子轟擊而磨損時，半導體晶片的邊緣被暴露，從而導致等離子體鞘沿半導體晶片邊緣的輪廓滾動。因此，沖擊半導體晶片表面上的離子遵循等離子體鞘的輪廓，從而朝向半導體晶片表面的邊緣形成傾斜特征。這些傾斜特征會影響形成在半導體晶片上的半導體元件的總產率。此外，由于邊緣環的層磨損，例如，下層部件(諸如卡盤)可能會暴露于離子，從而損傷卡盤表面。為了提高產率并避免對下層部件的任何損壞，邊緣環(即，消耗部件)需要定期被更換。

安裝到處理模塊118的更換站108將允許消耗部件(即，邊緣環)在不破壞處理模塊中的真空的條件下能容易地更換。在一個實施方式中，更換站108包括被構造成將端部執行器延伸進入處理模塊的專用機械手(例如，處理模塊118)，以取回需要更換的消耗部件，并傳送新的消耗部件。處理模塊內的升降機構提供對消耗部件的訪問。更換站108的機械手可運行以將新的消耗部件放置在升降機構的升降銷上，并且升降機構將安裝新的消耗部件在處理模塊內的合適位置上。

在一個實施方式中，為了協助更換消耗部件，更換站通過第一隔離 閥安裝到處理模塊(例如，處理模塊112-120的任何一個或每一個)。來自更換站的機械手用于從處理模塊訪問和取回消耗部件并移動到在更換站中限定的部件緩沖區，并提供來自部件緩沖區的該消耗部件的更換件。在一個實施方式中，第一隔離閥可以可操作地連接到控制器，以協調處理模塊中的消耗部件的取回和更換。

除了使用第一隔離閥以安裝更換站到處理模塊以外，可使用第二隔離閥將處理模塊耦接到群集工具組件100的真空傳送模塊(VTM)。當接合時，第二隔離閥被配置成將處理模塊(112-120)與群集工具組件100的其余部分隔離，使得在處理模塊中的消耗部件的更換可以在不影響群集工具組件100的其它處理模塊的操作的情況下容易地進行。提供第二隔離閥允許特定處理模塊(112-120中的任何一個)而不是整個群集工具組件100脫機，同時可以允許群集工具組件100內的處理模塊(112-120)的其余部分繼續處理半導體晶片。另外，由于使僅特定的處理模塊(例如，112-120中的任何一個)脫機用以更換消耗部件，這將需要相當少的時間來使處理模塊(112-120)和群集工具組件100恢復到完全工作狀態。結果是，調節群集工具組件100的操作并使操作合格花費的時間要短得多。在半導體晶片處理過程中可以使用VTM 104的機械手以將半導體晶片移進和移出處理模塊(112-120)。

為了允許更換站108的機械手能從處理模塊(112-120)取回消耗部件，所述消耗部件必須是容易訪問的。在一個實施方式中，處理模塊(112-120)包括提供對需要被更換的消耗部件的訪問的升降機構。在一些實施方式中，升降機構可以包括可延伸以將消耗部件移動到升高位置的升降銷。在更換站108中的機械手的端部執行器延伸到處理模塊(112-120)中并在消耗部件下方滑動。升降機構然后縮回升降銷以將消耗部件留置在機械手的端部執行器上。具有消耗部件的端部執行器然后從處理模塊(112-120)縮回到更換站108中。使用機械手的端部執行器將新的消耗部件移動到處理模塊(112-120)，升降機構的升降銷延伸以接收新的消耗部件。升降機構的升降銷一起運作以將新的消耗部件對準到處理模塊(112-120)中的位置。使用升降機構取回和更換消耗部件的過程將參考圖4更詳細地討論。

在一些實施方式中，可以使得整個群集工具組件100脫機以更換消 耗部件。例如，這種情況在一個以上的處理模塊(112-120)內的多個消耗部件需要更換時可能發生。即使在這樣的實施方式中，由于更換站和處理模塊被保持在真空下，使群集工具組件100脫機、安裝更換站到處理模塊(112-120)、移除并更換消耗部件、調節群集工具組件100和使群集工具組件100合格的時間可以短得多。其結果是，在更換消耗部件的過程中群集工具組件100的處理條件(即，真空)沒有受到不利影響。另外，由于使用機械手進行更換，因而可設計消耗部件的較精確的取回和放置，從而避免消耗部件和/或處理模塊(112-120)受損的風險。

在一些實施方式中，在處理模塊的安裝更換站的一側的開口可以設定尺寸使得消耗部件可以很容易地適合通過該開口。此外，處理模塊(112-120)中的開口可被設計成使在處理模塊(112-120)中以及在作為一個整體的群集工具組件100中可能發生的任何不對稱性的問題最小化。

參考圖1討論的多種實施方式和實現方式允許當處理模塊(112-120)中的消耗部件需要更換時更換站108被暫時安裝到處理模塊(112-120)，在消耗部件的更換完成時被縮回。更換站108可以包括具有兩個不同的保持區以接收并保持使用過的和新的消耗部件的單個部件緩沖區或替代地具有用于分別保持使用過的和新的消耗部件的不同的部件緩沖區。在更換站108和部件緩沖區中設置的機械手允許直接往來于處理模塊(112-120)傳送和取回消耗部件。在處理模塊(112-120)中的隔離閥允許僅處理模塊(112-120)而不是整個群集工具組件100脫機。

圖2示出了群集工具組件100的替代的實施方式，其中更換站108被配置成安裝到設置在群集工具組件100中的真空傳送模塊(VTM)104，而不是安裝到處理模塊(112-118)。VTM 104包括在半導體晶片的處理過程中使用的機械手，以將半導體晶片從裝載鎖室110移動到處理模塊112-118，以及移進和移出與VTM 104集成的一個或多個工藝模塊112-118。機械手包括用于接收、保持并移動不同處理模塊之間的半導體晶片的端部執行器。單獨的開口在VTM 104中限定，以允許更換站108被安裝成使得更換站108與VTM 104中限定的開口對準。如果對稱性是重要的，則在VTM 104中的開口被限定為保持VTM 104的均勻性和對稱性以及群集工具組件100的均勻性和 對稱性。例如，可以在VTM 104中相對于所述開口限定具有虛設門的虛設開口，以保持VTM 104的均勻性和對稱性。替代地，如果虛設開口已經存在于VTM 104中并且所述開口足夠大以移動消耗部件，那么更換站108可以被安裝到虛設開口，以便繼續保持群集工具組件100的均勻性和對稱性。

通常，在VTM 104中的開口的尺寸設定為適合于半導體晶片和用于移動半導體晶片進出VTM 104的運載器/機械手。然而，比半導體晶片大的消耗部件可能不適合通過。例如，設置成圍繞接納在處理模塊(112-118)中的半導體晶片的邊緣環比半導體晶片寬。在這種情況下，在沒有重新設計開口的情況下邊緣環作為整體未必能夠適合通過被設計以移動半導體晶片的開口。在某些情況下，重新設計VTM 104的開口可能不是一種可行的選擇，因為它可能會影響群集工具組件的對稱性。因此，代替重新設計VTM 104的開口并造成群集工具組件100的不對稱，分區段的消耗部件可以用于使得每個區段可以適合通過開口。例如，用于包圍處理模塊中的半導體晶片的邊緣環可以被設計成由兩個或更多個部件制成的分區段的邊緣環，每個部件設計為適合通過VTM 104和更換站108的開口。在本實施例中，分區段的邊緣環可以單獨取回和更換。

當更換消耗部件尤其是多部件分區段消耗部件時，消耗部件的每個區段必須在處理模塊中被正確地對準和固定，以便沒有限定在區段之間的間隙。應當注意的是，在如高深寬比蝕刻操作之類的處理操作中，蝕刻處理模塊的任何部件之間存在的間隙將導致離子流過并損壞任何下層部件。例如，在高深寬比的蝕刻器模塊中的邊緣環的間隙將導致高能量離子流過到達邊緣環可被布置在其上的底層卡盤，從而損壞卡盤的表面。為了防止形成間隙，分區段的消耗部件可被設計成確保當每個區段安裝在處理模塊中時每個區段與其它區段緊密地配合。因此，在一些實現方式中，分區段的或多部件的消耗部件可被設計為具有互鎖區段。替代地，消耗部件可被設計成具有重疊的區段，以防止離子或處理氣體/化學物找到通到下層部件的直接流動路徑。例如，在一些實現方式中，消耗部件可以由可以完全或分區段地配合通過VTM104和更換站之間所限定的開口的內部部件和外部部件組成，并且利用一個部件重疊在其它部件上的方式安裝在處理模塊中，從而防止形成間隙。消耗 部件的設計的其它變型可被實現為使消耗部件被移進和移出VTM 104，而不必重新設計被設計為保持在群集工具組件的對稱性的開口。

在一個實施方式中，代替在更換站108使用專用的機械手，在VTM104中使用的將半導體晶片移入和移出處理模塊的機械手也可以用于取回和更換消耗部件。在一些實現方式中，用于使半導體晶片在處理模塊之間移動的機械手的端部執行器用于在處理模塊112-118和更換站108之間接收、保持并移動消耗部件。在其他實現方式中，VTM 104的機械手被設計成具有用于移動消耗部件和半導體晶片的不同的端部執行器。端部執行器是在用于取回、支撐、保持、拾取、升降、移動或旋轉可動部件(諸如半導體晶片或消耗部件的一部分)的機械手中通常定義的部件。可移動部件可以保持在任何取向的平面上。可設置單獨的端部執行器以單獨移動消耗部件和半導體晶片，從而防止半導體晶片的污染。

在一個替代的實施方式中，更換站108中的專用機械手可以與VTM104的機械手一起運行以提取和更換處理模塊中的消耗部件。例如，VTM104的機械手可以被用來從處理模塊提取使用過的消耗部件并將其移動到在VTM 104和更換站108之間限定的中間儲備區域。更換站108的專用機械手可以用于將使用過的消耗部件從中間儲備區域移動到部件緩沖區。類似地，更換站108的專用機械手可被用于將新的消耗部件從更換站108的部件緩沖區移動到中間儲備區域，并且VTM 104的機械手可以被用于將新的消耗部件從中間儲備區域移動到處理模塊。在一個實施方式中，中間儲備區域可以具有用于接收使用過的消耗部件的第一區域和用于接收新的消耗部件的第二區域。處理模塊(112-118)中的升降機構用于安裝新的消耗部件在處理模塊(112-118)中。

在圖2所示的實施方式中更換站108的設計類似于參考圖1討論的更換站108的設計。例如，圖2的更換站108包括用以當更換站108被安裝到VTM 104時將更換站108保持在真空下的機構(如泵)。保持更換站108的工藝條件類似于VTM 104的工藝條件(即在真空下)，這將確保在更換消耗部件的過程中VTM 104內的處理條件不會受到不利影響。在更換站108定義一個或多個部件緩沖區以接收和容納使用過的和新的消耗部件。

在圖2中示出的處理模塊(118)的設計與在圖1中所定義的處理模塊(118)略有不同。不同之處在于圖2所示的處理模塊不包括第二開口。例如，當更換站108被直接安裝在VTM 104并且通過VTM 104從更換站108提供對處理模塊(118)的訪問時，處理模塊(118)不需要用于安裝更換站108的第二開口。另外，單獨的隔離閥被用于在更換消耗部件期間通過VTM104提供對處理模塊(118)的訪問并在半導體晶片的處理過程中用于隔離處理模塊。應當指出的是，更換站108被維持在真空，使得消耗部件可在沒有不利地影響群集工具組件100中的工藝條件的情況下容易地被更換。因此，調節群集工具組件100和使群集工具組件100有資格以處理半導體晶片可以在較短的時間實現，因為不需要吹掃/抽運處理，并在較短的時間內執行其他使群集工具組件有資格的步驟。在一些實現方式中，更換站108可以固定地安裝到VTM 104。

圖3示出了群集工具組件100的另一實施方式，其中更換站108被安裝到大氣傳送模塊(ATM)102。例如，群集工具組件100的ATM 102中的用于將半導體晶片從裝載機移動到裝載鎖室110的機械手也用于將消耗部件移動進出更換站108。在該實施方式中，安裝到ATM 102的更換站108被保持在與ATM 102的大氣條件相同的大氣條件下。因此，更換站108不需要泵或類似的機構來保持更換站108在真空下。在一些實現方式中，更換站108可被固定地安裝到ATM 102。

除了ATM 102以外，在圖3所示的群集工具組件100還包括真空傳送模塊(VTM)104，和與VTM 104集成的多個處理模塊112-120。裝載鎖室110在ATM 102和VTM 104之間限定，并充當接口以在維持ATM 102和VTM 104中的工藝條件的同時將半導體晶片從ATM 102移動到VTM 104。

群集工具組件100的裝載鎖室被設計成處理半導體晶片和消耗部件110兩者。也可以在裝載鎖室110中設置單獨的中間儲備區域(如隔室)，用于接收半導體晶片和消耗部件，以避免污染半導體晶片。在設計用于接收消耗部件的裝載鎖室110中的中間儲備區域還可以被配置以提供用于接收使用過的消耗部件和新的消耗部件的分隔的中間儲備區域。裝載鎖室110中限定的開口被設計為適合消耗部件和半導體晶片。替代地，當開口沒有被設計 以適合消耗部件時，分區段的消耗部件可用于使得可消耗部件的各區段可以適合通過裝載鎖室110所限定的開口。

在圖3所示的實施方式中，VTM 104中的機械手用于將半導體晶片從裝載鎖室110移動到集成在VTM 104中的處理模塊(112-120)或從一個處理模塊(112-120)移動到另一個處理模塊，也用于使消耗部件在裝載鎖室110和處理模塊(112-120)之間移動。

在一些實施方式中，除了ATM 102和VTM 104的機械手以外，更換站108也可以包括被配置為在更換站的部件緩沖區和ATM 102之間移動消耗部件的專用機械手。在這樣的實施方式中，ATM 102的機械手可以被用于在ATM 102和裝載鎖室110之間移動消耗部件和半導體晶片，VTM 104的機械手可被用于在裝載鎖室110和處理模塊(112-120)之間移動消耗部件和半導體晶片。在一個實現方式中，單個端部執行器可設置在可在不同的時間被接合以移動半導體晶片和消耗部件兩者的ATM 102和VTM 104的機械手中。在另一個實施方式中，分離的端部執行器可設置在ATM 102和VTM104的機械手中，一個機械手用于移動消耗部件而另一個用于移動半導體晶片。升降機構被用來將新的消耗部件正確地對準并安裝在處理模塊(112-120)內的適當位置。

更換在集成在群集工具組件內的處理模塊中的消耗部件需要訪問處理模塊和處理模塊中的消耗部件。對處理模塊的訪問已經參照圖1-3進行了討論，其中更換站108被直接安裝到處理模塊(112-120)、或真空傳送模塊104或大氣傳送模塊102，通過它們提供對處理模塊(112-118，120)的訪問。一旦處理模塊(112-118，120)被訪問時，需要提供對消耗部件的訪問，以使消耗部件可以安全地取回和更換而不損壞處理模塊(112-120)中的消耗部件或其它的硬件組件。

圖4示出了升降機構的一個示例性實施方式，該升降機構可以在群集工具組件100的處理模塊(112-120)中使用以提供對需要被更換的消耗部件208的訪問。在一些實現方式中，消耗部件208設置在底部邊緣環236上方，并鄰近于蓋環232。底部邊緣環236被布置在基座環240上方，并且在一些實施方式中，緊接套筒環238。升降機構被構造成移動消耗部件208到 升高位置，使得消耗部件208可被訪問。在一些實施方式中，消耗部件208是設置到在處理過程中在處理模塊中接收到的半導體晶片150的相鄰處的邊緣環。升降機構包括多個連接到多個致動器204的升降銷202。例如，升降銷可沿平面分布，以允許升降銷在不同的點與消耗部件接觸并移動消耗部件。在一些實施方式中，分布在一個平面上的升降銷可以被分組為不同的組，其中每個組被獨立地操作以訪問和升降不同的消耗部件。在一些實施方式中，致動器204是配備多個升降銷202的真空密封的致動器204。

致動器204由致動器驅動器206驅動。在脫離模式下，升降銷202在升降機構限定的殼體內保持縮回并且不與消耗部件208接觸。當消耗部件208需要被更換時候，致動器204通過致動器驅動器206驅動。驅動的致動器204使升降銷202延伸到殼體外，以便與所述消耗部件208接觸并移動消耗部件208到升高位置。由于處理模塊(例如，118)被保持在真空狀態下，當消耗部件被升高時，消耗部件升高到真空空間210。VTM 104或更換站108的機械手將端部執行器延伸到處理模塊118，并允許它在升高的消耗部件208下方滑動。在一些實施方式中，連接到機械手的端部執行器的形狀類似抹刀狀以使端部執行器支撐升高的消耗部件。一旦端部執行器已滑動就位時，致動器204使升降銷202縮回進入殼體內，使消耗部件208擱置在端部執行器上。然后，操控機械手以將端部執行器拉回VTM 104或更換站108，具體取決于哪個機械手用于取回消耗部件208，從而將消耗部件208與它一起帶回。當新的消耗部件208需要被放置在處理模塊(例如，118)中時，會進行相反的順序。處理模塊(例如，118)的升降機構用于在處理模塊(118)的適當的位置適當地安裝消耗部件，使得處理模塊(118)和群集工具組件100是可操作的。

在一些實現方式中，連接到升降機構的致動器驅動器206的功率源，除了提供功率到致動器以操作升降銷升高消耗部件208以外，可通過升降銷將功率供應給消耗部件。在這樣的實施方式中，致動器204和升降銷202可以由導電材料制成，以便將功率提供給消耗部件208。在一些實施方式中，升降銷的與消耗部件相接觸的表面區域可充當電觸頭，并且被用來從功率源提供功率至消耗部件。在一些實現方式中，功率源是射頻(RF)功率 源，以便允許升降銷202能供應RF功率至消耗部件208。在于2015年7月13日提交的名稱為“Extreme Edge Sheath and Wafer Profile Tuning Through Edge-Localized Ion Trajectory Control and Plasma Operation”的共同擁有和共同未決的美國臨時專利申請No.62/191817中描述了使用RF功率源給消耗部件供應功率的額外細節，該專利申請的全部內容通過引用并入本文。在一些實施方式中，升降銷202可被切換。轉換器可被用來控制供應給消耗部件208的功率量。在一些實施方式中，轉換器可被用于供應不同的功率至消耗部件208。在一些實現方式中，供給到消耗部件208的功率可以用于加熱消耗部件208。例如，當消耗部件208是邊緣環時，由功率源供應的功率可以用于提供溫度受控的邊緣環。在一些實現方式中，消耗部件208可通過其他方式供應功率，例如通過電容耦合。在2015年8月18日提交的名稱為“Edge Ring Assembly for Improving Feature Profile Tilting at Extreme Edge of Wafer”的共同擁有和共同未決的美國臨時專利申請No.62/206753中描述了使用替代裝置(例如電容耦合)對消耗部件208(如邊緣環)供應功率的附加細節，該專利申請通過引用并入本文。應當指出的是，在此討論的用于對消耗部件208供應功率的不同方式僅僅是示例性的，也可使用對邊緣環供應功率的其它形式。在一些實施方式中，消耗部件208(多部件的消耗部件的單個部件或不同部件)可以使用一個或多個磁體對準并安裝到處理模塊(例如，118)中的合適位置。例如，在處理模塊(例如，118)中設置的升降機構可以包括消耗部件208被支撐在其上的表面。一個或多個磁體可設置在消耗部件208被支撐在其上的升降機構的表面的下側。設置在升降機構中的磁體可以用于將消耗部件對準在處理模塊(例如，118)內的位置。

在一些實施方式中，升降機構可以被連接到空氣壓縮機或其他壓縮壓力源，以允許氣動操作所述升降機構。在一些實施方式中，升降機構可以被用于提供靜電夾持以夾持消耗部件208在處理模塊(例如，118)內的合適的位置。在這些實現方式中，升降機構可以被連接到直流(DC)功率源，以允許升降銷202能提供DC功率以夾持消耗部件208在處理模塊(例如，118)內的合適位置。

在一個實施方式中，圖5A示出了識別用于更換處理模塊118內的 消耗部件的各種部件的示例性群集工具組件。處理模塊118可以是蝕刻器模塊，該蝕刻器模塊能夠被用于產生用于執行導電蝕刻的變壓器耦合等離子體(TCP)或產生用于進行電介質蝕刻的電容耦合等離子體(CCP)，或用于執行等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或原子層沉積(ALD)，或任何其它類型的半導體晶片上的蝕刻。替代地，處理模塊118可以用于執行任何其它處理操作(例如，沉積、鍍敷等)，以在半導體晶片上定義不同的特征。

更換站108可以包括部件緩沖區224。在一個實施方式中，部件緩沖區224包括多個被配置成接收從處理模塊取回的使用過的消耗部件208和需要被傳送到處理模塊的新的消耗部件208的隔室207。替代地，可以使用分離的部件緩沖區224以不同地存儲使用過的消耗性部件208和新的消耗部件208。更換站108內的更換操作器214可被用于將新的消耗部件208從部件緩沖區224的隔室207移動到處理模塊118，并從處理模塊118取回使用過的消耗部件208并存儲在部件緩沖區224的隔室207中。更換操作器214包括機械手215，所述機械手215被配置為橫向、垂直和/或徑向地移動，以允許更換操作器214的端部執行器213訪問部件緩沖區224和處理模塊118中的消耗部件208。端部執行器可以被配置為訪問、取回和傳送消耗部件208到部件緩沖區224或處理模塊。在一些實現方式中，端部執行器可以是被設計成在任何平面上取回、拾取、升降、支撐、保持、移動或旋轉消耗部件的特殊的端部執行器。更換操作器214的端部執行器可以被操控以在操作過程中延伸和收縮，以使消耗部件可以從處理模塊被取回，并存儲在部件緩沖區224。在一些實現方式中，端部執行器可被配置為在徑向、橫向和/或垂直方向上移動以在取回操作過程中提供較大的靈活性。更換操作器214連接到控制器220以控制機械手215和更換操作器214的端部執行器213的移動。

更換站108還可以包括被連接到泵233以便控制在更換站108中的處理條件的真空控制模塊231。在一些實現方式中，更換站108被連接到控制器220，以在消耗部件的更換過程中通過真空控制模塊231能協調泵233的操作。

在更換站108和處理模塊118之間設置第一隔離閥216，以允許更 換站108被安裝到處理模塊118。在一些實施方式中，第一隔離閥216可以是閘閥。處理模塊118包括第一側和第二側，處理模塊118的第一側耦接到真空傳送模塊(VTM)104，處理模塊118的第二側耦接到第一隔離閥216的第一側。第一隔離閥216的第二側被耦接到更換站108。例如，所述耦接控制分別在更換站108和處理模塊118中定義的門217、219，以便允許在更換站108中的機械手215能訪問處理模塊118。第二隔離閥216'的第一側耦接到VTM 104，第二隔離閥216'的第二側耦接到處理模塊118的第一側。所述耦接允許操控門227、229分別覆蓋處理模塊118和VTM 104中定義的對應的開口，以便允許VTM 104中的機械手在處理過程中能訪問處理模塊118并移動半導體晶片進出處理模塊118。第一隔離閥216和第二隔離閥216'被連接到控制器220，以協調處理模塊118與VTM 104和更換站108的耦接。

處理模塊118包括可以用于提供處理化學物到處理模塊118中限定的處理區域的上電極218。例如，上電極218可連接到功率源(未示出)以提供功率至處理區域中的處理化學物，以便產生等離子體。在一些實施方式中，功率源可以是通過匹配網絡(未示出)連接到上電極218的RF功率源。替代地，上電極可以電接地。

處理模塊118還包括下電極230。在一些實現方式中，下部電極230被配置成接收用于處理的半導體晶片150。在一些實施方式中，下電極230是靜電卡盤。下電極230可耦接至功率源(未示出)以在處理過程提供功率到下電極230。替代地，下部電極230可以電接地。

處理模塊118包括升降機構221以使消耗部件208能被移動到升高位置。升降機構221是類似于參照圖4討論的升降機構，并包括多個升降銷202和致動器204以將消耗部件提升到升高位置，致動器驅動器206連接到致動器204，以提供功率以驅動致動器204。致動器206可以耦接到控制器220以在消耗部件的更換過程中控制升降機構221的操作。

控制器220包括真空狀態控制裝置223和傳送邏輯器225，以促進連接到控制器220的各種部件的協調操作。在一個實現方式中，當在處理模塊118中消耗部件要被更換時，使更換站108與第一隔離閥216接觸。響應于檢測到更換站108在第一隔離閥216，從隔離閥216發送信號到控制器 220。然后，控制器220協調更換站108與處理模塊118的耦接，并保持在更換站108的真空。例如，響應于從第一隔離閥216接收的檢測信號，控制器220的真空狀態控制裝置223可發送信號至真空控制裝置231，以開始更換站108與處理模塊118的耦接過程。響應于從真空狀態控制裝置223接收的信號，真空控制裝置231可以啟動泵233，以允許泵223能使更換站處于真空狀態。一旦更換站108已達到真空狀態時，從真空控制裝置231發送信號到真空狀態控制裝置223。然后真空狀態控制裝置223發送信號到第一隔離閥216以將更換站與處理模塊118耦接。作為響應，第一隔離閥216確保第一隔離閥216的在更換站108和處理模塊118之間的任何中間區域被維持在真空狀態下。一旦確保時，第一隔離閥216執行處理模塊118與第一隔離閥216的第一側的耦接和更換站108與第一隔離閥216的第二側的耦接。可以進行進一步的測試，以確保在操控門217、219以提供對處理模塊118的訪問之前，第一隔離閥216的中間區域和更換站108是在真空下。

作為耦接操作的一部分，真空狀態控制裝置223可以協調第二隔離閥216’的操作，以便保持門227、229覆蓋在處理模塊118和與處理模塊118一體化的、關閉并密封處理模塊118的VTM 104中限定的對應的開口。在耦接期間，處理模塊118中的升降機構221被保持在脫離模式，升降銷202縮回到升降機構221的殼體，消耗部件208擱置在其安裝位置上。例如，消耗部件208是邊緣環。當半導體晶片150存在于處理模塊118中時，在邊緣環的安裝位置，邊緣環被定位成鄰近并大致圍繞半導體晶片150。

一旦耦接的過程完成時，從第一隔離閥216發送信號至控制器220，并且在一些實施方式中，從第二隔離閥216'發送信號至控制器220。作為響應，控制器220激活傳送邏輯器225。傳送邏輯器225被配置成協調機械手215、更換站108中的更換操作器214的端部執行器213和處理模塊118中的升降機構221的致動器驅動器206的移動，以允許端部執行器213能從處理模塊118取回消耗部件并移動到在更換站108中限定的部件緩沖區224中的隔室207，并將該消耗部件的更換件從部件緩沖區224隔室207移動到處理模塊118用以安裝。升降機構221被操控以將消耗部件的更換件安裝到該處理模塊118中的適當位置。

在一個實施方式中，圖5B示出了隨后的工藝以從處理模塊118取回消耗部件208。消耗部件208通常在半導體晶片被接收到處理模塊118中以進行處理之前被更換。根據本實施方式，一旦更換站108通過第一隔離閥216耦接到處理模塊118并且第二隔離閥216'密封通往VTM 104的門227、229，控制器220的傳送邏輯器225用于將信號發送到更換操作器214和致動器驅動器206以從處理模塊取回消耗部件并用新的消耗部件進行更換。傳送邏輯器225發送信號以操控機械手215和端部執行器213，以允許端部執行器213能延伸進入處理模塊118以取回消耗部件。在同一時間，傳送邏輯器225操控致動器驅動器206以使致動器204移動升降銷202離開限定在升降機構221中的殼體，從而將消耗部件208從安裝位置移動到升高位置，如圖5B所示。端部執行器213在升高的消耗部件下方滑動從而基本上支承它。然后致動器驅動器206被操控，以使致動器204能將升降銷202縮回到升降機構221中的殼體，以允許升高的消耗部件208能放置在更換操作器214的端部執行器213上。然后更換操作器214的端部執行器213被操控以使消耗部件208與它一起縮回到更換站108。然后端部執行器213被操控以移動取回的消耗部件208到部件緩沖區224的隔室207。

新的消耗部件208以類似的方式從部件緩沖區224的不同隔室207移動到處理模塊118。當新的消耗部件208被移動到處理模塊118中時，操控致動器驅動器206以導致致動器204使升降銷202延伸離開殼體，以便接收新的消耗部件208。致動器204允許升降銷202被降低，使得消耗部件208固定在處理模塊118中的安裝位置。在消耗部件的更換過程中，真空狀態控制裝置223連續地與真空控制裝置231交互，以確保泵233繼續保持更換站處于真空狀態，以便匹配處理模塊118中保持的真空狀態。

一旦消耗部件208被更換，控制器220用于協調更換站108從處理模塊118的收回。根據這一點，控制器220將信號發送到第一隔離閥216以關閉在處理模塊118和更換站108之間的門217、219，并將信號發送到第二隔離閥216'以開啟門227、229，以便允許VTM 104能訪問處理模塊118。

在一些實施方式中，處理模塊118可在處理模塊返回到激活操作之前進行調節。由于消耗部件的更換是在真空中進行的，并且僅處理模塊118 需要被調節，因此該調節操作可花費較少的時間。然后可從真空狀態控制裝置223向真空控制裝置231發送信號，以允許泵233吹掃更換站108。然后可從處理模塊118卸除更換站108。

圖5C示出了之后的更換在圖2中所示的群集工具組件的一個實施方式中的消耗部件的工藝，其中，更換站108被安裝到VTM 104而不是處理模塊118。在本實施方式中，更換站108通過第一隔離閥216安裝到真空傳送模塊(VTM)104，使得第一隔離閥216的第一側耦接到VTM 104的第一側。更換站108被耦接到第一隔離閥216的第二側。第二隔離閥216'被布置成使得第二隔離閥216'的第一側耦接到處理模塊118而第二隔離閥216'的第二側被耦接到的VTM 104的第二側。第一隔離閥216被配置成操控分別覆蓋在更換站108和VTM 104中定義的相應的開口門237、239，而第二隔離閥216'被配置成操控分別覆蓋在VTM 104和處理模塊118中定義的對應的開口的門227、229，以便允許在VTM 104中的機械手能在處理模塊118和在更換站108中的部件緩沖區224的隔室207之間訪問、取回和移動消耗部件。在圖5C中示出的更換站108不包括具有機械手215和端部執行器213的專用更換操作器214。機械手235可操作地耦接到控制器220，以便允許控制器能協調機械手235的操作。而且，更換站、第一隔離閥216、VTM 104、第二隔離閥216'和處理模塊118被耦接到控制器220，以便在處理模塊118、VTM104和更換站108被保持在真空下時，在消耗部件的更換過程中同步在更換站和處理模塊之間的訪問。

將更換站108安裝到VTM 104的過程類似于參照圖5A討論的實施方式，不同的是更換站108被安裝到VTM 104而不是處理模塊118。更換消耗部件208的過程類似于參考圖5A討論的實施方式，不同的是控制器220協調VTM 104的機械手235，而不是協調圖5A中所討論的更換站108的端部執行器213、機械手215。

在一個替代的實施方式中，更換站108可包括具有機械手215和端部執行器213的更換操作器214(未示出)，其中，更換操作器214可操作地連接到控制器220。控制器220用于控制在消耗部件的更換過程中機械手215、端部執行器213和機械手235的協調。在本實施方式中，機械手215和 端部執行器213可被用于在部件緩沖區224和VTM 104之間取回和移動消耗部件，VTM 104的機械手235可以用于在VTM 104和處理模塊108之間移動消耗部件。

應當指出的是，在圖5C所示的實施方式中，在消耗部件的更換過程中，第二隔離閥216'不用于將處理模塊118與群集工具組件100的其余部分隔離。這是由于在本實施方式中對處理模塊的訪問是通過VTM 104提供的這一事實。其結果是，在半導體晶片的處理過程中使處理模塊118能選擇性隔離時，第二隔離閥216'被配置為當所述消耗部件需要更換時提供訪問。在本實施方式中，由于在消耗部件的更換過程中更換站、VTM 104和處理模塊118都保持在真空狀態下，因而在更換消耗部件后，群集工具組件100的調節將需要較短的時間。

圖6示出用于控制以上描述的群集工具組件的控制模塊(即，控制器)220。在一個實施方式中，控制模塊220可以包括一些示例性部件，諸如處理器、存儲器和一個或多個接口。控制模塊220可被用于部分基于所感測的值來控制在群集工具組件100中的裝置。僅作為示例，控制模塊220可基于所感測的值和其他控制參數來控制一個或多個閥602(包括圖5A、5B、5C的隔離閥216、216')、過濾器加熱器604、泵606(包括泵233)，以及其他設備608。控制模塊220僅從例如壓力計610，流量計612，溫度傳感器614，和/或其它傳感器616接收感測的值。控制模塊220也可以被用于控制在前體傳送和膜沉積過程中的工藝條件。控制模塊220典型地將包括一個或多個存儲器設備和一個或多個處理器。

控制模塊(即，控制器)220可控制前體傳送系統和沉積裝置的活動。控制模塊220執行包括用于控制工藝定時、輸送系統溫度、跨越過濾器的壓力差、閥位置、機械手和端部執行器、氣體混合物、室壓強、室溫度、晶片溫度、RF功率電平、晶片卡盤或基座的位置，和特定工藝的其它參數的成組的指令的計算機程序。控制模塊220還可以監測壓力差，并將蒸氣前體從一個或多個路徑自動切換至一個或多個其它的路徑。在某些實施方式中可采用存儲在與控制模塊220相關聯的存儲器設備上的其它計算機程序。

典型地，將存在與控制模塊220相關聯的用戶界面。用戶界面可以 包括顯示器618(例如，顯示屏和/或裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示)，以及用戶輸入設備620如指針設備、鍵盤、觸摸屏、麥克風，等。

用于控制前體的輸送、沉積和處理序列中的其他工藝的計算機程序可以用例如，匯編語言、C、C++、Pascal、Fortran或其它編程語言之類的任何常規的計算機可讀編程語言來編寫。編譯的對象編碼或腳本由處理器執行以執行在程序中識別的任務。

與處理條件相關的控制模塊參數，諸如，例如，過濾器的壓力差、工藝氣體的組成和流速、溫度、壓強、如RF功率電平和低頻RF頻率之類的等離子體條件、冷卻氣體的壓強、和室壁溫度。

系統軟件可以用許多不同的方式設計或配置。例如，多個室部件子程序或控制對象可以被寫入以控制要進行本發明的沉積工藝所必須的室或處理模塊組件的操作。用于此目的的程序或程序的部分的實例包括襯底定位編碼、工藝氣體控制編碼、壓力控制編碼、加熱器控制編碼、等離子體控制編碼、升降機構控制編碼、機械手位置編碼、端部執行器位置編碼和閥位置控制編碼。

襯底定位程序可以包括用于控制用于將襯底加載到基座或卡盤并控制襯底和室的其他部件(例如氣體入口和/或靶)之間的間隔的室組件的程序編碼。工藝氣體控制程序可包括用于控制氣體組成和流速的編碼以及任選用于使氣體在沉積之前流入室中以穩定室中的壓強的編碼。過濾器監控程序包括比較測量差值與預定值的編碼和/或用于切換路徑的編碼。壓強控制程序可包括用于通過調節例如室的排氣系統中的節流閥來控制室中的壓強的編碼。加熱器控制程序可包括用于控制流向用于加熱前體傳送系統中的部件、襯底和/或系統的其它部分的加熱單元的電流的編碼。可替代地，加熱器控制程序可控制傳熱氣體(如氦)到晶片ESC的傳送。閥位置控制編碼例如可包括通過控制提供對處理模塊或群集工具組件的訪問的隔離閥來控制對處理模塊或群集工具組件的訪問的編碼。升降機構控制編碼例如可包括激活致動器驅動器以使致動器移動升降銷的編碼。機械手位置編碼例如可包括操控機械手的位置的編碼，包括操控所述機械手沿橫向軸、垂直軸或徑向軸移動的編碼。端部執行器位置編碼例如可包括操控端部執行器的編碼，包括操控機械手以沿 橫向軸、垂直軸或徑向軸延伸、收縮、或移動的編碼。

在沉積期間可被監測的傳感器的示例包括，但不限于，質量流量控制模塊、如壓力計610之類的壓力傳感器、位于傳送系統、基座或卡盤中的熱電偶(例如溫度傳感器614)。經適當編程的反饋和控制算法可以與來自這些傳感器的數據一起使用以維持所需的工藝條件。先前描述了在單室或多室的半導體處理工具中來實現本發明的實施方式。

本文描述的多種實施方式允許消耗性部件以快速和有效的方式來更換，而不必將群集工具組件對大氣條件開放。其結果是，更換消耗部件的時間、以及在消耗部件的更換過程中污染室的任何風險大大減少，由此允許群集工具組件較快地聯機。另外，對處理模塊、消耗部件和處理模塊中的其他硬件組件的無意損壞的風險也大大減少。

該實施方式的前述描述是為了說明和描述的目的。它不旨在窮盡或限制本發明。特定實施方式的單個元件或特征通常并不限于該特定實施方式，而是在適用時可以互換，并且可以在所選擇的實施方式中使用，即使沒有具體示出或描述也是如此。特定實施方式的單個元件或特征也可以以許多方式變化。這樣的變化方案不應被認為是背離本發明的，并且所有這些修改旨在被包括在本發明的范圍之內。

雖然為了清楚理解的目的，已經在一定程度的細節對上述實施方式進行了描述，但顯而易見的是，某些變化和修改可在所附權利要求的范圍內實施。因此，所提供的實施方式應被認為是說明性的而不是限制性的，并且這些實施方式并不限于本文所給出的細節，而是可以在其范圍和權利要求的等同物內進行修改。