CN113811987A - 自动化处理模块环定位及替换 - Google Patents

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lift
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乔安娜·吴
韩慧玲
克里斯托弗·金博尔
吉姆·塔潘
格里夫·奥尼尔
约翰·德鲁厄里
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Abstract

处理模块内所采用的升降销机构包括多个升降销，其沿着定义于处理模块中的下电极的周缘均匀分布。每一升降销包括顶部构件，其通过倒角所定义的轴环而与底部构件隔开。套件定义于下电极(其上容纳衬底以进行处理)的主体内的壳体中。壳体设置于定义在下电极中的中间环下方。升降销的轴环用于与套件的底侧接合，且套件的顶部配置成在升降销被启动时与中间环接合。耦合至多个升降销中的每一者的致动器及连接至致动器的致动器驱动器被用于驱动多个升降销。控制器耦合至致动器驱动器以控制多个升降销的移动。

Description

自动化处理模块环定位及替换
技术领域
本实施方案涉及用于制造半导体衬底的衬底处理***，尤其是用于替换衬底处理***的处理模块中所使用的顶部环和中间环的升降销机构。
背景技术
用于处理半导体衬底的典型衬底处理***包括衬底存储盒(或称为“衬底存储站”或前开式晶片传送盒(FOUP))，其用于传送及存储衬底；设备前端模块(EFEM)，其接合于FOUP与一或更多装载锁室(或称为“气锁”)的第一侧之间；真空转移模块，其耦合至一或更多气锁的第二侧；以及一或更多处理模块，其耦合至真空转移模块。每一处理模块被用于执行特定的制造操作，例如清洁操作、沉积、蚀刻操作、清洗操作、干燥操作等。用于执行这些操作的化学物和/或处理条件对处理模块的一些硬件部件(其不断地暴露于处理模块内的苛刻条件下)造成损害。这些损坏或磨损的硬件部件需定期且迅速地进行替换，以确保这些损坏的部件不会在半导体衬底处理期间使处理模块中的其他底下硬件部件暴露于苛刻条件下。硬件部件可为例如顶部环(如边缘环)，其设置为紧邻于处理模块内的半导体衬底。在蚀刻操作期间，基于其位置的顶部环可能因其连续暴露于离子轰击(源自于蚀刻操作所使用的处理模块内所产生的等离子体)而遭到损害。受损的顶部环需立即替换，以确保受损的顶部环不会使其他底下硬件部件(例如静电卡盘或基座的其余部件)暴露于苛刻的处理条件下。可替换的硬件部件在本文中称为消耗件。
替换受损消耗件的当前处理要求消耗件(例如顶部环)沿着水平坐标平面(例如，环转移平面)准确地定位，以传递至处理模块内的升降销。由于处理模块内极有限的空间，故消耗件的精确传递尤其重要，以确保可靠地进行传递。
将于本文中提出本发明的实施方案。
发明内容
本发明的实施方案定义了衬底处理***的处理模块内所采用的升降销机构，其设计成用于移除并替换设置于衬底处理***内的处理模块的受损硬件部件，例如顶部环(例如，边缘环)及中间环，而无需破坏真空(即，暴露衬底处理***于大气条件下)。可替换的受损硬件部件在本文中也称为消耗件(a consumable part)。衬底处理***包括一或更多处理模块，每一处理模块配置成执行半导体衬底处理操作。由于处理模块中的消耗件暴露于苛刻化学物及内部处理条件，故消耗件遭到损害而需实时地被更换。受损的消耗件必须立即更换，以防止损及处理模块的底下硬件部件。
通过将可拆式环存储站安装至衬底处理***上，可在不打开衬底处理***下替换受损的消耗件(例如，顶部/边缘环或中间环)。环存储站类似于提供用于处理的衬底的衬底存储站。环存储站包括多个水平叠置的隔室，以用于容纳并且存储消耗件(即，新的以及使用过的消耗件两者)。环存储站以及处理模块耦合至控制器，以使控制器能够协调进入环存储站以及多种处理模块，并且保持处理模块于真空状态，从而允许替换各个处理模块中的消耗件。
为了提供易于接近受损的消耗件，衬底处理***的处理模块被设计成包括升降销机构。当接合时，升降销机构配置成允许消耗件从安装位置移动到替换位置，使得衬底处理***内可用的机械手的末端执行器可用于从处理模块接近并取出被升高的消耗件。替换的消耗件(即新的消耗件)被从环存储站取出，并传送到处理模块，而升降销机构被用于接收新的消耗件并将其下降到处理模块中的位置。
环存储站和衬底处理***的设计使衬底处理***不需要为了接近受损的消耗件而开放至大气条件。例如，衬底处理***可包括保持在大气条件下的设备前端模块(EFEM)。EFEM的第一侧可耦合至一或更多衬底存储站(例如，FOUP)，以用于转移衬底进出衬底处理***。除了衬底存储站外，EFEM的第一侧或不同侧可耦合至一或更多环存储站。EFEM的第二侧可通过一或更多装载室(例如气锁)而与真空转移模块接合。一或更多处理模块可以耦合至真空转移模块。
EFEM的机械手可用于在环存储站与气锁之间运送消耗件。在这样的实施方案中，该气锁通过允许从EFEM接收消耗件而作为接合部，且气锁保持于大气条件下。在接收到消耗件后，将气锁泵抽至真空，且真空转移模块的机械手用于将消耗件移动到处理模块。真空转移模块的机械手用于将消耗件移动到处理模块中。处理模块内的升降销机构通过升高以及下降消耗件来提供接近消耗件，使得消耗件的替换可在真空条件下通过真空转移模块的机械手来执行。
真空转移模块的机械手及处理模块的升降销机构一起允许消耗件的精确输送及取出，因而消除替换消耗件期间对处理模块的任何硬件部件造成损害的风险。由于消耗件正以受控方式被移入处理模块，故替换受损消耗件后重新调节处理模块以使其处于活动操作状态所需的时间大幅减少。
在可替代实施方案中，环存储站可保持于真空下并直接或通过衬底处理***的真空转移模块耦合到处理模块。真空转移模块的机械手可用于在环存储站与处理模块之间移动消耗件而不破坏真空，使得消耗件可在无污染风险下被替换。因此，替换受损消耗件后重新调节处理模块至活动状态所需的时间大幅减少。
在一实施方案中，公开了一种升降销机构。升降销机构被用于衬底处理***的处理模块内，并用于交换处理模块的消耗件(例如，顶部环或中间环)。升降销机构包括多个升降销，其沿定义于处理模块中的下电极(例如，基座或静电卡盘)的周缘均匀分布。每一升降销包括顶部构件和底部构件。顶部构件通过倒角所定义的轴环而与底部构件隔开。顶部构件被配置成延伸穿过套件(定义于设置在处理模块中的下电极的主体内的壳体中)，并且与处理模块中所使用的顶部环的下侧表面接合。提升销的轴环配置成与套件的底面接合。当该多个提升销被启动时，套件的顶面被配置成与中间环的底侧接合。致动器耦合至该多个升降销中的每一者。致动器连接至提供功率以驱动致动器的致动器驱动器。控制器耦合到致动器驱动器并且被配置成提供控制信号以控制该多个升降销的移动。
在另一实施方案中，公开衬底处理***内所使用的处理模块。处理模块包括顶电极，其具有沿水平面均匀分布的多个出口。该多个出口连接至处理化学物源，并且被配置成提供处理化学物至处理模块以产生等离子体。顶电极电接地。下电极被设置为相对于顶电极，并且被配置成支撑被接纳以进行处理的衬底。下电极连接到功率源，以提供功率产生等离子体。下电极包括底部环，其设置于主体内靠近外边缘。壳体从该底部环的顶面向下延伸进底部环的主体中。该壳体配置成容纳套件。中间环设置于该底部环正上方并对准该底部环。该中间环包括从中间环的顶面垂直延伸至底面的通道。顶部环设置于中间环正上方并对准中间环，使得当衬底容纳于下电极上时，顶部环的顶面与衬底的顶面共平面。升降销机构定义于下电极的主体中。升降销机构包括多个升降销。每一升降销包括顶部构件和底部构件。顶部构件通过倒角所定义的轴环而与底部构件隔开。该多个升降销沿该下电极的周缘均匀分布，以对准于该底部环、该中间环以及该顶部环。该多个升降销的致动器连接至提供功率以驱动致动器的致动器驱动器。
本发明的其他方面将通过结合附图以示例方式示出本发明原理的以下详细描述而变得显而易见。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述，可最好地理解本发明。
图1示出了一实施方案中衬底处理***的简化方块图，其包括具有升降销机构的处理模块，该升降销机构用于提供对消耗件的接近。
图2示出了一实施方案中具有升降销机构的衬底处理***中所包含的处理模块的简化方块图。
图3示出了一实施方案中具有升降销机构的处理模块的一部分的简化方块图，该升降销机构用于替换消耗件。
图3A示出了处理模块中所使用的顶部环的一实施方案的简化方块图。
图3B示出处理模块中所使用的中间环的一实施方案的简化方块图。
图3C及3D示出不同实施方案中使用于处理模块中以升高顶部环和中间环的示例升降销的简化方块图。
图4A-4F示出了根据一实施方案分开移除/替换处理模块中所使用的消耗件(例如顶部环和中间环)的操作流程序列。
图5A-5F示出了一实施方案中消耗件(例如，顶部环和中间环)在使用处理模块内所采用的升降销机构分开移除消耗件时的移动的多个阶段。
图5G-5K示出了可替代实施方案中消耗件(例如，顶部环和中间环)在使用处理模块内所采用的升降销机构分开移除消耗件时的移动的多个阶段。
图6A-6G示出了根据一实施方案分开移除/替换处理模块中所使用的消耗件(例如顶部环和中间环)的操作流程序列。
图7A示出了根据一实施方案使用于处理模块中可替换的顶部环的第一实施方案的立体图。
图7B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的顶面俯视图。
图7C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的底面俯视图。
图7D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的侧视图。
图7E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的截面图。
图7F示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的边缘放大图。
图8A示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的截面图。
图8B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的边缘放大图。
图8C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的底面俯视图。
图8D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的侧视图。
图8E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的截面图。
图8F示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的顶部中间表面放大图。
图8G示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的底面边缘放大图。
图8H示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的底面俯视图。
图9A示出了根据一实施方案使用于处理模块中可替换的顶部环的第二实施方案的立体图。
图9B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第二实施方案的顶面俯视图。
图9C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第二实施方案的底面俯视图。
图9D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第二实施方案的侧视图。
图9E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第二实施方案的截面图。
图9F示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第二实施方案的边缘放大图。
图10A示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的立体图。
图10B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的顶面俯视图。
图10C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的底面俯视图。
图10D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的侧视图。
图10E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的截面图。
图10F示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第二实施方案的边缘放大图。
图11A示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的立体图。
图11B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的顶面俯视图。
图11C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的底面俯视图。
图11D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的侧视图。
图11E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的截面图。
图12A示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的立体图。
图12B示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的顶面俯视图。
图12C示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的底面俯视图。
图12D示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的侧视图。
图12E示出了根据一实施方案使用于处理模块中的中间环的第一实施方案的截面图。
图13示出了根据一实施方案用于控制多个方面的丛集工具的控制模块(即，控制器)。
具体实施方案
本公开内容的实施方案在用于处理半导体衬底的衬底处理***的处理模块内定义出升降销机构。升降销机构用于替换被设置为邻近于处理模块内半导体衬底的消耗件，例如顶部环(即，边缘环)、中间环。衬底处理***包括用于在半导体衬底上执行处理操作的一或更多个处理模块。可以在不同处理模块中执行的一些处理操作包括清洁操作、沉积、蚀刻操作、清洗操作、干燥操作等。环存储站被安装至衬底处理***，并用于在替换一或更多处理模块中的消耗件期间传送消耗件，例如顶部环。消耗件(设置为紧邻容纳于处理模块中的衬底)暴露于处理模块中的苛刻化学物。因此，消耗件因持续的暴露而受损，并使用衬底处理***中所实施的升降销机构迅速地替换。消耗件的替换以受控方式执行，以避免对处理模块或衬底处理***的部件造成污染的任何风险。
处理模块中所采用的升降销机构被用于提供对使用过且受损的消耗件的接近，而衬底处理***内可用的机械手被用于从处理模块中取出使用过的消耗件并替换为新的消耗件。在一些实施方案中，除了替换消耗件(例如顶部环)外，还可使用用于替换顶部环的升降销机构来替换额外的消耗件(例如中间环)。中间环(设置于顶部环正下方)可能会暴露于处理室中苛刻化学物所产生的一些污染物。这样的污染物可能在处理模块的操作期间(例如，顶部环的调整期间)来到中间环的顶面上。污染物可能会损害中间环的顶面，或可能沉积在顶面上，而使顶面不平坦。不平坦的顶面可能会导致顶部环与中间环的配合不佳，其可能因额外污染物来到中间环的表面而导致进一步的损害。因此，中间环可能必须随时替换，以对顶部环提供可靠的支撑并防止对底下的硬件部件造成损害。由于其位于顶部环下方，因此相比于顶部环，中间环可能需要替换得较不频繁。例如，在暴露顶部环约150至约300个射频(RF)小时之后，可能需替换顶部环，而在约750至约1500RF/小时后可能必须替换中间环。无论中间环需要多久被替换，本文所述的处理模块的升降销机构的多种实施方案以类似于替换顶部环的方式来提供替换中间环的方式。
衬底处理***的传统设计要求衬底处理***被打开，以接近并替换处理模块内的消耗件，例如顶部环。打开衬底处理***需要使衬底处理***脱机并冲洗衬底处理***至大气条件以允许进入处理模块。一旦衬底处理***打开，经训练的技术员将手动地从处理模块中移除并替换消耗件。在替换消耗件后，衬底处理***即必须进行调节，使半导体衬底可被处理。由于半导体衬底是有价值的产品，因此在调节衬底处理***时必须格外小心。调节将需要清洗衬底处理***、将衬底处理***泵抽至真空、调节衬底处理***并使用测试运作使衬底处理***合格。这些步骤中的每一者需要相当多的时间及精力。除了每一步骤调节衬底处理***所需的时间外，当衬底处理***的调节期间在一或更多步骤遇到问题时，可能会受到额外的延迟。
衬底处理***的调节期间一般遇到的一些问题可能包括替换期间消耗件的未对准、替换受损或使用过的消耗件时对新消耗件的损害、消耗件的取出或替换期间对处理模块中的其他硬件部件的损害、泵抽后衬底处理***未达真空、衬底处理***未达处理效能等。基于每一问题的严重性，可能必须耗费额外的时间及精力，其进而导致衬底处理***上线的延迟，直接影响制造商的净利率。
另外，传统处理中的大多数焦点是替换顶部环(即，边缘环)，而不是着重于替换中间环。由于中间环设置于顶部环下方，因此被认为替换顶部便足以提供最佳的处理条件，而不必替换中间环。然而，由于新的顶部环设计允许顶部环被调整(即通过升高顶部环)，故中间环的顶面因来自处理模块的污染来到中间环的顶面而受损。因此，需随时替换中间环，以使顶部环在容纳于处理模块中时有可靠的表面得以留置于上。在该申请整篇所述的多种实施方案中，中间环是可替换的部件，而顶部环是可调且可替换的部件。
处理模块的升降销机构提供替换顶部环以及中间环的能力。升降销机构配置成升高顶部环和中间环两者，使得衬底处理***内机械手的末端执行器可到达并取出顶部环和中间环。在一些实施方案中，顶部环和中间环分开地移动，使得机械手的末端执行器可一次一个地取出并替换顶部环和中间环。可替代地，升降销机构允许顶部环和中间环同时移动，其方式为允许顶部环先被移除并随后中间环再被移除。在还有的其他实施方案中，升降销机构可一起移动顶部环与中间环两者，且机械手的末端执行器(即，臂)被设计成一起移除两个环。
在一些实现方案中，顶部环被设计成在下侧表面上包括一组凹槽(例如，v形或u形凹槽)，以允许顶部环正确地对准处理模块的升降销。这些凹槽提供“防走动”特征，因为凹槽与升降销接合，且顶部环保持于位置中，因而防止顶部环“走动”或滑动。顶部环的下侧凹槽特征及机械手的使用可确保在顶部环替换期间对处理模块的硬件部件及对顶部环造成最低损害。此外，以受控方式实时替换消耗件降低了调节衬底处理***所需的时间量，因而提高定义在半导体衬底上的半导体部件的质量和良率。
以对发明实施方案的一般理解，具体实现方案的细节将参考多种图进行讨论。
图1示出了用于处理半导体衬底的样品衬底处理***100的简化示意图，其中实施本文所述的升降销机构。衬底处理***100包括多个模块，以允许半导体衬底在受控环境中被处理。例如，图中所示的衬底处理***100包括设备前端模块(EFEM)102、共同真空转移模块(VTM)104以及一或更多处理模块112-120。EFEM102的第一侧包括一或更多装载端口(例如101a至101c)，其上容纳一或更多晶片站(即衬底存储站)。EFEM102在环境(即，大气)条件下操作，因而允许将半导体衬底从晶片站引入整合衬底处理***100中以进行处理，并且用于在处理之后将半导体衬底返回。EFEM102可以包括机械手(未显示)，以将半导体衬底从晶片站移动至VTM104。当EFEM102保持在大气条件下时，该机械手可能是干燥机械手的一部分。
在一些实现方案中，除了用于容纳晶片站的装载端口101a-101c外，可定义一或更多额外装载端口以容纳环存储站(未显示)。环存储站配置成容纳并存储消耗件，例如顶部环(由于其设置为邻近于处理模块内衬底的外边缘，故在此也称为“边缘环”)及中间环。用于容纳环存储站的装载端口可定义在与装载端口101a-101c相同的EFEM的同一侧上或在EFEM102的不同侧上。在替代的实现方案中，装载端口101a-101c的一或更多者可配置成容纳环存储站，而其余装载端口可用于容纳晶片站。
VTM104在真空下操作，以在半导体衬底从一处理模块移动至另一者时，使半导体衬底表面暴露于大气中的情形降至最低。由于VTM104在真空下操作，而EFEM102在大气条件下操作，故一或更多装载室110接合于EFEM102与VTM104之间。装载室110提供受控对接口，以允许半导体衬底通过EFEM102从晶片存储装置转移至VTM104。在该实施方案中，EFEM102内的机械手用于将半导体衬底放置于装载室110中。VTM104内所提供的一独立机械手被用于从装载室110取出半导体衬底，并且转移半导体衬底进出处理模块(112-120)。由于其位置，装载室在一些实施方案中也称为“对接室”或“气锁”。装载室(即，气锁)110可选择性地保持在环境条件或真空中。例如，当衬底通过EFEM102正被移动于晶片站与气锁110之间时，气锁被保持于环境条件下，而当晶片正被移动于气锁110与VTM104之间时，气锁110则保持在真空中。当在环存储站与处理模块之间运送消耗件时，可使用类似的处理。
在一些实施方案中，用于容纳环存储站的装载端口可定义于EFEM定义有气锁110的一侧上。在这样的实现方案中，用于容纳环存储站的装载端口可定义于气锁上方。气锁的位置不限于本文所述的这些侧或位置，而是可位于EFEM的不同侧上或气锁下方等。
一或更多处理模块112-120与VTM104整合，以允许半导体衬底在VTM104所维持的受控环境中(即，不破坏真空)从一处理模块移动至另一处理模块。在一些实施方案中，处理模块112-120可围绕VTM104均匀地分布并用于执行不同处理操作。可以使用处理模块112-120来执行的一些处理操作包括蚀刻操作、清洗、清洁、干燥操作、等离子体操作、沉积操作、镀覆操作等。举例来说，处理模块112可用于执行沉积操作，处理模块114可用于执行清洁操作，处理模块116可用于执行第二沉积操作，处理模块118可用于执行蚀刻或去除操作等等。具有受控环境的VTM104允许半导体衬底转移进出处理模块112-120中而不会有污染风险，且VTM104内的机械手协助将半导体衬底转移进出与VTM104整合的诸多处理模块112-120。
图1的整合衬底处理***也可用于替换消耗件，例如处理模块内所使用的顶部环和中间环。消耗件的替换也在受控环境中进行，因而使替换消耗件之后调节衬底处理***以开始处理衬底所需的时间量降至最小，并确保处理环境不会在替换消耗件期间遭到污染。在图1所示的实施方案中，环存储站(未显示)被安装至定义于EFEM102的一侧上的装载端口。
在可替代的实现方案中，环存储站可安装至处理模块112-120中的任一者或至衬底处理***的VTM104。在环存储站耦合至处理模块112-120中的一者或VTM104的实现方案中，环存储站108包括例如泵机构(未显示)之类的机构，以泵抽环存储站，从而保持其处于真空。
当环存储站耦合至EFEM的一侧时，可提供隔离阀作为环存储站与EFEM之间的对接部。隔离阀被用于隔离环存储站。环存储站的隔离在消耗件装载至环存储站上期间可能是有用的。类似地，当环存储站直接耦合至处理模块或VTM104时，隔离阀可用于对接在环存储站与处理模块或VTM104之间。控制隔离阀的操作，以允许接近处理模块及环存储站中的消耗件。
环存储站是可移动的模块式单元，其被设计成暂时安装至衬底处理***的模块上，以完成替换消耗件(例如顶部环(即边缘环)或中间环)的所需操作，一旦完成处理模块处所需操作，即可卸下。卸下的环存储站被收回或移动至不同模块，以在第二个处理模块处进行替换消耗件的所需操作。
环存储站包括部件缓冲件，其具有用于接纳并容纳消耗件的多个隔室。分开的隔室组可定义于环存储站中，以存储从处理模块中取出的使用过的消耗件以及要传送至处理模块的新的消耗件。在一实现方案中，环存储站中的开口及定义于一或每一模块(例如，EFEM、气锁或处理模块)处的隔离阀的尺寸被设计成允许消耗件移入和移出环存储站。
由于消耗件靠近处理模块中的半导体衬底，且其连续暴露于半导体衬底的处理期间所使用的苛刻处理条件，故消耗件需被严密监测并在对消耗件的损害超过预定阀值时立即替换。在一些实现方案中，本文所讨论用于处理模块中的消耗件为可调和/或可替换的顶部环(在本文中也称为边缘环)。除了顶部环为可替换的消耗件外，在一些实现方案中，在处理模块内定义于顶部环下方的中间环也需要被替换。中间环在这些实现方案中为可替换的硬件部件。
例如，在蚀刻处理模块中，顶部环被设置为邻近于安装在卡盘组件上的半导体衬底，以延伸半导体衬底的处理区域。在蚀刻操作期间，顶部环暴露于来自等离子体的离子轰击，该等离子体被用于在半导体衬底的表面上形成特征。例如，在蚀刻操作期间，来自等离子体的离子以与形成在处理区域(定义于处理模块中所容纳的半导体衬底上方)中的等离子体鞘层呈垂直的角度撞击半导体衬底表面。长时间下，由于连续暴露于等离子体，因此顶部环的顶面遭到损害。当顶部环的层因离子轰击而磨损时，半导体衬底的边缘暴露在外，导致等离子体鞘层沿着半导体衬底边缘的轮廓滚动。因此，撞击半导体衬底表面的离子沿等离子体鞘层的轮廓行进，因而导致倾斜特征朝半导体衬底表面的边缘形成。这些倾斜特征将影响形成在半导体衬底上的半导体部件的总良率。
为改善良率，减小边缘排除区域，并避免对任何底下部件的损害，当接收表面以进行处理时，通过向上移动顶部环来调整顶部环，以使顶部环的顶面与衬底的顶面呈共平面。顶部环的调整量基于顶部环的厚度及顶部环的顶面处所遭受的损坏量。当顶部环的调整超过阀值时，顶部环需立即替换。此外，当对中间环的损坏(例如，由于顶部环的调整、由于处理模块内所产生的污染物等)超过阀值时，中间环也需要替换，以改善良率并以防止对底下硬件部件的损害。相比于顶部环，中间环的替换进行得较不频繁。
在从处理模块中移除损坏或使用过的顶部环和中间环之后，EFEM102的机械手被用于将新的顶部环及新的中间环从环存储站运送至气锁110，且VTM的专用机械手被用于将新的顶部环及新的中间环从气锁110运送至处理模块。虽然一些实现方案在此是参考耦合至EFEM102的一侧的环存储站进行讨论，但这些教导可扩展至环存储站耦合至衬底处理***100的不同模块(处理模块112-120或VTM104)的其他实现方案。
顶部环和中间环可各自存储在分开的环存储站中，并且在顶部环和中间环需替换时提供。处理模块118内的升降销机构(未显示)提供接近消耗件。升降销机构的不同部件以及功能将参照图3进行更详细的讨论。
对环存储站及处理模块的接近是使用设置于不同模块之间以及EFEM与环存储站之间的不同隔离阀和/或门来协调的。例如，在一实现方案中，设置在EFEM与环存储站之间以及VTM104与一或更多处理处理模块112-120之间的隔离阀和/或门、EFEM102与VTM104的机械手以及一或更多处理模块的升降销机构可全部可操作地连接至控制器122。控制器122可以是计算机，或可通信地连接至计算机124，该计算机124可用于提供输入以在消耗件取出并替换期间协调隔离阀和/或门的操作、气锁、EFEM与VTM的机械手的移动、以及处理模块的升降销机构。
定义于环存储站与EFEM102之间的隔离阀可用于隔离环存储站，使得消耗件可装载至环存储站上而不影响衬底处理***内衬底的处理。类似地，定义于衬底处理***100的VTM104与需替换消耗件的处理模块(112-120)之间的第二隔离阀被用于将处理模块与衬底处理***的其余者隔离，使得处理模块内的消耗件的替换可易于进行，而不影响衬底处理***100的其他处理模块的操作。提供第二隔离阀允许处理模块中的特定一者(112-120中的任一者)而非整个衬底处理***100脱机，而衬底处理***100内的处理模块(112-120)中的其余可被允许继续处理半导体衬底。此外，由于只有特定处理模块(例如112-120中的任一者)脱机以替换消耗件，因此恢复处理模块(112-120)及衬底处理***100至完全操作状态将耗费相当短的时间。因此，用于调节并使衬底处理***100的操作合格所耗费的时间短许多。
在一些实现方案中，当消耗件(例如顶部环和/或中间环)需在超过一个处理模块中替换时，可协调衬底处理***100内机械手及对应隔离阀的操作，使得消耗件可依序地进行替换。在这种实现方案中，由于环存储站和处理模块被选择性地隔离，因而允许其余模块得以继续进行衬底处理操作，故替换多个模块中的消耗件所耗费的时间可短许多。
参考图1所讨论的多种实现方案允许环存储站在处理模块(112-120)中的消耗件需替换时得以暂时安装至EFEM102，并在完成消耗件的替换时收回。环存储站包括具有多个隔室的部件缓冲件，用于容纳并存储新的及使用过的消耗件。在第一实施方案中，环存储站的隔室被用于一起存储新的及使用过的顶部环和中间环。可替代地，在第二实施方案中，环存储站的部件缓冲件包括两个不同的容纳区域，其具有被配置为用于容纳使用过的消耗件(即，顶部环和中间环)的第一容纳区域以及用于容纳新的消耗件(顶部环和中间环两者)的第二容纳区域。在第三实现方案中，第一环存储站可用于仅容纳新的消耗件，其用不同容纳区域以分开地容纳新的顶部环与新的中间环，而第二环存储站可以用于仅保持使用过的消耗件，其用不同保持区域以分开地保持使用过的顶部环与使用过的中间环。在又一实现方案中，第一区别容纳区域可用于存储新的顶部环，第二区别容纳区域可用于存储新的中间环，第三区别容纳区域可用于存储使用过的顶部环，且第四区别容纳区域可用于存储使用过的中间环，其使用隔板将存储新的环的区域与存储使用过的环的区域分开。基于环存储站的配置方式，当中间环和/或顶部环需替换时，可将适当的环存储站耦合至EFEM。
图2示出了一实现方案中处理模块的简化方块图，其中使用升降销机构提供对需替换的消耗件的接近。处理模块118例如可以是处理蚀刻模块，其中提供处理化学物(即，气体化学物)以产生等离子体。处理模块118包括上电极131，其可用于提供处理化学物至定义于处理模块118中的等离子体区域132。在图2所示的示例实现方案中，上电极131电接地。上电极131可以是喷头，其具有沿着水平平面分布的多个出口，并且被配置成供应处理化学物至等离子体区域132。
处理模块118还包括下电极133。下电极133配置成容纳用于处理的半导体衬底150。在一实现方案中，下电极133为静电卡盘(ESC)。在另一实现方案中，下电极为基座。在图2的实现方案中，下电极133耦合至功率源，以提供功率以在等离子体区域132中产生等离子体。在一些实现方案中，电源可以是通过匹配网络137连接至下电极133的RF电源138。在可替代实现方案中，上电极131通过匹配网络连接至功率源(未示出)，而下电极133电接地。
处理模块118包括升降销机构141，以使消耗件(即，顶部环200和中间环300)能够从安装位置移动至升高位置。升降销机构141包括多个升降销142和致动器143，其在启动时接触并将消耗件提升至升高位置。在一实现方案中，致动器驱动器(未显示)连接至致动器143，并提供功率来驱动致动器143。在另一实现方案中，致动器驱动器可与致动器整合。致动器驱动器可耦合至控制器122，以在替换消耗件期间控制升降销机构141的操作。控制器122继而可以是计算机124的一部分，或可通信地连接至计算机124。当消耗件需替换时，计算机124被用于提供输入以控制升降销机构的操作。升降销机构141将参考图3进行更详细地讨论。
在一些实现方案中，消耗件已被替换后，处理模块118可以在使处理模块118回到活动操作之前进行调节。由于消耗件(例如，顶部环200和中间环300)的替换以受控方式进行，故调节操作将耗费较短时间。
图3示出了使用于设有升降销机构141的衬底处理***100的一或更多处理模块(112-120)中的下电极的不同部件的示例性实现方案。升降销机构141在替换操作期间通过将消耗件移出至替换位置来提供接近消耗件。下电极包括多个部件，虽然在半导体衬底的处理期间可以使用其他部件，但将参考图3仅对环绕升降销机构141的特定部件进行讨论。如图所示，顶部环200被设置为紧邻下电极的晶片容纳部件，使得顶部环200的顶面在衬底150被容纳于下电极133上时得以与衬底150的顶面共平面。下电极133如前所述可为静电卡盘(ESC)或基座，而晶片容纳部件可为ESC或基座的顶面。在一些实现方案中，顶部环200由石英材料制成。然而，顶部环200不限于石英材料，而是可使用其他材料，只要保有顶部环200的功能即可。中间环300被设置于顶部环200正下方，并对准顶部环200。在一些实现方案中，中间环300由石英材料制成。在其他实现方案中，中间环300由硅碳化物材料制成。应注意，用于中间环300的材料不限于石英或硅碳化物，而是可包括其他材料，只要保有中间环的功能即可。
顶部环200和中间环300被定义为邻近于ESC/基座的晶片容纳部件的外侧壁。在一些实现方案中，ESC的晶片容纳表面例如被设计成使得容纳于顶面上的衬底延伸超过ESC的外边缘。在这些实现方案中，中间环300的一部分被设置为邻近于该外侧壁并且在衬底从ESC的外边缘延伸出的该部分下方。在图3的示例实现方案中，中间环的顶面与顶部环的底面形成轮廓且非平坦。顶部环200和中间环300的细节现将分别参考图3A及3B进行描述。
图3A示出了一实现方案中处理模块中所使用的顶部环的第一实施方案的简化方块图。顶部环200包括呈平坦的顶面202。顶部环200被设置于下电极中，使得顶部环200的顶面202与衬底(当容纳于下电极133上时)的顶面呈共平面。顶部环200的底面204包括底部内表面204a，其在顶部环200处于安装位置时邻近于下电极133的侧壁；底部外表面204b，其邻近于盖环232；以及通道206，其设置于底部内表面204a与底部外表面204b之间并平行于顶部环200的周缘。凹槽210被定义于邻近通道206。凹槽210在一些实现方案中为v形凹槽。在可替代实现方案中，凹槽210为u形凹槽。凹槽210定义为使得凹槽210的开口端通至通道206，且凹槽210的闭合端邻近于底部外表面204b。凹槽210对升降销142的顶部构件142a提供可靠的接触位置212，以在顶部环200在安装位置与替换位置之间移动期间接触顶部环200。
图3B示出了一实现方案中处理模块中所使用的中间环的第一实施方案的简化方块图。本文所指的中间环300为设置在顶部环200与下电极的其他部件(例如底部环234等)之间的中间环。中间环包括顶面302与底面304。底面304是平坦的。中间环被设置在底部环234正上方，使得底面304可靠地支撑在底部环的顶面上。中间环300的顶面302包括顶部中间表面302a，其设置于中间环的外边缘306a与内边缘306b之间，其中中间环300的内边缘306b被设置为邻近下电极的侧壁。顶部中间表面302a形成轮廓以与顶部环200中的通道206的轮廓匹配。配合通道308被定义于内边缘306b与顶部中间表面302a之间，并形成轮廓以与顶部环200的底部内表面204a的轮廓互补。销通道定义于中间环300中，且将尺寸设计成允许升降销142的顶部构件142a延伸穿过。顶部环200的底面上的轮廓被设计成与中间环300的顶面上的轮廓互补，使得顶部环200处于安装位置时，顶部环200沿着轮廓可靠地与中间环300配合。
图3C和3D示出了不同实现方案中当顶部环200及中间环300必须在处理模块内升高及下降时用于支撑顶部环200及中间环300的升降销142的不同部件。图3C示出了升降销142的第一实施方案。升降销142为单一单元，且包括顶部构件142a及底部构件142b。顶部构件142a通过轴环145与底部构件142b隔开。在一些实现方案中，升降销142的顶部构件142a的直径小于中间环300的通道的直径，顶部构件142a平顺地延伸穿过中间环300的通道，且该通道小于升降销142的底部构件142b及定义在底部环234中的套件236的直径。顶部构件142a的长度“L1”根据顶部构件必须移动顶部环200以将顶部环200放置在替换位置处的距离来定义。底部构件142b的长度“L2”根据底部构件142b必须移动中间环300以将中间环300放置在替换位置处的距离来定义。
图3D示出了升降销的可替代实现方案，其中顶部构件的长度L1’大于图3C所示的顶部构件的L1，且底部构件的长度L2’小于图3C所示的底部构件的L2。
在一实现方案中，每一升降销的顶部构件的长度被定义为小于ESC的顶面与环转移平面(RTP)所定义的替换位置之间的距离。在一些其他实现方案中，顶部构件的长度被定义为等于ESC的顶面与RTP之间的距离。在不同实现方案中，顶部构件的长度等于或大于或小于底部构件的长度。在一些实现方案中，升降销由蓝宝石制成。然而，用于升降销的材料不限于蓝宝石，而是可使用不妨害升降销的功能的其他材料。
升降销机构141的多个升降销142配置成使消耗件(顶部环200及中间环300两者)在安装位置与升高位置之间移动，使得消耗件可在消耗件需替换时通过机械手的臂被接近。轴环145由倒角(即，顶部与底部构件之间对称设置的倾斜过渡边缘)来定义。在一些实现方案中，倒角以约45°角定义。然而，倒角的角度仅提供作为示例，不应视为限制性。也可考虑其他角度来定义倒角。例如，在一些实现方案中，倒角的角度可定义为30°或25°或50°或任何其他角度值，只要其对称地设置在顶部与底部构件142a、142b之间即可。
顶部构件的直径小于底部构件的直径。升降销的顶部及底部构件将尺寸设计成使其可轻易穿过ESC中所定义的通道和壳体。在一实现方案中，顶部构件的直径约40mm，而底部构件的直径约60mm，其有倒角定义于两构件之间。在该实现方案中，底部环234和中间环300中所定义的通道将尺寸设计成以容纳升降销。例如，底部环中的通道的尺寸可定义成以容纳升降销的顶部及底部构件，而中间环中所定义的通道的尺寸可定义成容纳升降销的顶部构件。在上述升降销的顶部及底部构件的示例尺寸中，底部环中所定义的通道的尺寸可大于60mm，而中间环中的通道的尺寸可介于约42mm至约58mm之间或在两者间的任一点。对升降销的顶部与底部构件以及对底部与中间环中的通道所提供的尺寸仅提供作为示例，不应视为限制性。也可对顶部与底部构件设想为其他尺寸，且多种环(例如，底部及中间环)中所定义的通道可据此设计尺寸。在此应注，底部环及中间环中的通道对准升降销，使得升降销可轻易地延伸穿过底部环及中间环中的相应通道。
返回参考图3，盖环232沿着顶部环200及中间环300的外缘来定义，使得盖环232设置于下电极中所定义的升降销机构14与处理模块的室侧壁(未显示)之间。在一些实现方案中，盖环232由绝缘材料制成，例如石英。在其他实现方案中，用于盖环232的材料不限于石英，而是可包括其他绝缘材料。在一些实现方案中，底部环234被定义于中间环300正下方，并设置于升降销机构141的一部分与盖环232之间。底部环234对准中间环300及顶部环200。在一些实现方案中，底部环234由陶瓷材料制成。底部环234的材料不限于陶瓷材料，且也可使用其他材料，只要保有底部环的功能即可。通道被定义于底部环234中，以竖直定向并从底部环234的底面延伸至顶面，以在接合升降销142时允许升降销142的顶部构件142a和底部构件142b延伸穿过。底部环234的通道被定义成对准中间环300中所定义的竖直通道。壳体被定义于底部环234内以容纳套件236。该壳体环绕底部环234的通道，并从底部环234的顶面向下延伸至主体中。壳体的尺寸(即，长度、宽度)被定义成容纳套件236，该套件236被设置为邻近并环绕升降销142。在一些实现方案中，套件236由陶瓷材料制成。套件236为可移动的部件，并设计成通过升降销142从壳体升高。如此，当升降销收回时，壳体的底面被定义成留置套件，且壳体的顶面包括开口，该开口足够宽以允许套件236及升降销的底部构件142b延伸穿过。
在一些实现方案中，陶瓷材料所制成的带235可定义于底部环234正下方，使得该带235设置于底部环234的外边缘部分下方，使其设置于升降销机构141的第二部分与盖环232之间。在一些实现方案中，该带235由弹性体材料(例如全氟弹性体)制成。在一些实现方案中，额外绝缘材料可定义于升降销机构141与该带235之间。环/带被提供于升降销机构141与处理模块室的室侧壁(未显示)之间，以绝缘升降销机构141。
当升降销机构被接合以替换顶部环时，升降销中的每一者从ESC中所定义的升降销壳体延伸出，接触顶部环200的下侧中所限定的凹槽，并移动顶部环至第一高度。第一高度被定义为将顶部环定位在RTP处的高度。在一实现方案中，第一高度被定义为ESC的顶面与RTP之间的距离减去顶部环的最薄部分的厚度。在其他实现方案中，第一高度被定义为在处于安装位置时的顶部环的顶面与RTP之间的距离。在一些其他实现方案中，第一高度被定义为小于ESC的顶面与RTP之间的距离。RTP被定义为定义于处理模块内的高度，例如顶部环必须升高至该高度，以对机械手的臂提供足够空间以将其末端执行器延伸至处理模块中，滑动至顶部环下方以支撑顶部环，并将顶部环移出处理模块，且顶部环或机械手的臂不碰到室壁或处理模块的任何其他硬件部件。
当中间环要替换时，升降销进一步延伸，使得升降销的底部构件与顶部构件之间的轴环与底部环234中所定义的套件236接合，并将套件236移出壳体。套件236与中间环300接合，且升降销的底部构件(带有套件236)与中间环300继续向上移动，直到底部构件延伸至第二高度。第二高度被定义为升降销的第二构件必须向上移动以将中间环升高到RTP的高度。第二高度在一些实现方案中定义为当中间环处于安装位置时，RTP与中间环留置其上的表面之间的距离。在一些实现方案中，第二高度大于第一高度。因此，底部构件的长度在这种实现方案中可大于顶部构件的长度。
基于升降销142的顶部及底部构件分别移动到的第一高度及第二高度，顶部构件的长度可等于或大于或小于底部构件的长度。致动器对升降销提供足够的功率，以使顶部及底部构件能够将顶部环和中间环移动至为处理模块所定义的RTP位置，从而使得机械手能替换消耗件-即，中间环和/或顶部环。一旦顶部环已移动至RTP(即顶部环替换位置)，则机械手的臂移入并从处理模块118移除使用过的顶部环，并用新的顶部环替换使用过的顶部环。在机械手的臂伸入处理模块以支撑顶部环之后，且在臂将顶部环从处理模块移除之前，升降销至少部分收回，使得升降销不挡到臂及顶部环。使用过的中间环以类似方式替换为新的中间环。
接合升降销的过程也可用于顶部环的调整期间。为了调整顶部环，使升降销142递增地移动，使得升降销将顶部环带至不同高度，从而使顶部环的顶面与ESC的顶面共平面。
多个升降销142可沿水平面分布在整个ESC上，以允许升降销142在不同点接触消耗件，并在竖直移动消耗件到处理模块中不同高度时提供运动学支撑。在某些实现方案中，多个升降销可包括一组三个升降销，其可沿径向轴均匀地分布，使得其彼此等距并各自与中心相距一定距离，其至少为顶部环的半径。升降销的数量不限于三个，而是可包括超过三个，只要升降销在处理模块内竖直移动时能够对顶部环提供运动学支撑即可。
在一些实现方案中，分布于水平面中的多个升降销可分组为不同组，每组升降销是独立可操作的，以提供不同的功能。例如，升降销用于调整及替换消耗件，例如顶部环、中间环。顶部环在此示例中为衬底处理***的处理模块中所使用的可调且可替换的边缘环，而中间环(即中间的环)为设置于顶部环与底部环之间的可替换部件。因此，在一实现方案中，第一组升降销可用于调整顶部环，第二组升降销可用于替换顶部环和中间环。在此实现方案中，第一组升降销可比第二组升降销短，因为第一组升降销被用于将顶部环升高至调整范围所定义的高度，其比定义出环转移平面的高度短。每一升降销连接到致动器，且多个升降销的致动器连接到致动器驱动器，该致动器驱动器提供功率以启动升降销。
在可替代的实现方案中，第一组升降销被用于调整并替换顶部环，而第二组升降销被用于替换中间环。在此可替代实施中，第一组升降销的高度可能与第二组升降销的高度相同，因为该两组升降销需要将顶部环和中间环从安装位置提升到RTP的高度。可替代地，用于移动顶部环的第一组升降销的高度可小于用于移动中间环的第二组升降销的高度，且高度差可由顶部环与中间环的厚度差来定义。
在一示例中，第一组和第二组升降销各自包括3个升降销，来自第一组和第二组的每一升降销连接至对应致动器。因此，可存在总共6个致动器，前3个致动器连接至第一组的3个升降销，而后3个致动器连接至第二组的3个升降销。第一组及第二组的升降销及对应致动器均匀地分布在下电极的外边缘附近，并且彼此等距地设置，使得第一组的每一致动器和对应升降销被设置为与来自第二组的相邻升降销以及致动器相距60°。第一组升降销可用于调整并且移除顶部环，一旦顶部环被移除，则第一组升降销被收回，且第二组升降销被启动以移除中间环。
顶部环的调整包括使用第一组升降销将顶部环每次递增地移动至处理模块内的不同垂直高度，使得顶部环的顶面在每次递增调整之后与容纳于处理模块中的衬底的顶面共平面。该调整可在处理模块中执行某些蚀刻操作数量之后进行，或者可基于在顶部环的顶面处所引起的损耗量来进行。
顶部环在每次递增调整期间可移动到的高度是由剩余的顶部环的厚度、顶部环的顶面处所遭受的耗损量以及调整的预定最大阀值高度所定义。在此应注意的是，用于调整顶部环的最大阀值高度可定义为小于对处理模块所定义的升高位置(或替换位置)的高度。升高位置为可移动升降销142以将顶部环放置在RTP上的最大高度，使得机械手的臂可进入处理模块中，接近顶部环并将其移出处理模块。在此应注意，顶部环移动到的RTP小于处理模块的顶电极所设置的高度。类似地，可通过在每次调整之前所余下的顶部环的厚度来决定可对顶部环执行的最大调整量。如果顶部环已进行预定次数的调整，或者如果顶部环的厚度认为进一步调整会损害顶部环，则可视为已达到最大调整，此时顶部环必须替换。
第二组升降销用于替换顶部环，并因而配置成在启动时将顶部环提升到升高位置或替换位置。升高位置或替换位置被定义为环转移平面，因为该位置对机械手的臂(即末端执行器)提供足够的空出空间，以使其得以延伸到处理模块、接近顶部环并将顶部环转移出处理模块，而不损害处理模块的任何硬件部件或顶部环本身。
用于移动顶部环的升降销也用于替换设置在顶部环200下方的中间环300。在替换中间环的情况下，可仅接合一组升降销。例如，用于替换顶部环的第二组升降销也可用于替换中间环。
在一实现方案中，升降销可用于同时移动顶部环与中间环(200、300)两者。在这样的实现方案中，可完成顶部环和中间环的移动，使得顶部环和中间环之间存在分开距离，从而允许机械手的臂伸入并先将处于升高位置的顶部环移出处理模块，接着将中间环300移动至升高位置(即RTP)，使得机械手的臂可回伸至移动中间环。在可替代实现方案中，升降销可用于分别移动顶部环和中间环。在还有的其他实现方案中，第一组升降销可用于执行顶部环200的调整及替换，而第二组升降销可用于替换中间环300。
顶部环可包括针对升降销而定义于下侧表面上的凹槽，以允许升降销与其接合，使得顶部环可被移动而不滑动或移出位置。凹槽可以为v形或可替代地为u形。在使用两不同组的销来调整及替换顶部环的实现方案中，第一组升降销可稍微偏离第二组升降销，使得第一组及第二组升降销中的每一者可以与凹槽接合以提供可靠的提升。第一组升降销与第二组升降销之间的偏离量由凹槽的尺寸决定，使得当升降销被启动时，第一及第二组升降销易于对准v凹槽。在一些实现方案中，凹槽形成有在一端处相交的倾斜侧壁。对准凹槽在这样的实现方案中可包括对准每组中的升降销，使得升降销接触v凹槽的第一侧壁或第二侧壁的某些部分，并易于滑动至v凹槽内的位置。
在一些实现方案中，凹槽的倾斜侧壁在一端处相交，以形成尖锐尖端，其构成v形凹槽。在可替代的实现方案中，v凹槽的倾斜侧壁在呈圆形的尖端处相交(即，形成u形尖端而不是v形尖端)，使得当升降销与侧壁接触时，其沿倾斜的侧壁及呈圆形尖端滑动至u形凹槽内侧的末端。为了提供与顶部环的下侧表面上v形或u形凹槽的可靠接触，偏离量被定义为小于v形或u形凹槽的倾斜壁的最宽部分的宽度。由于第一组与第二组升降销相互偏离，故来自第一组的升降销可接触防走动凹槽的第一倾斜侧壁的一部分，而来自第二组的升降销可接触防走动凹槽的第二倾斜侧壁的一部分，每组升降销滑入放置于V凹槽中。每组升降销在不同时间被启动，且顶部环的该设计特征对两组升降销提供顶部环的可靠接触表面。
升降销机构141的升降销142连接至多个致动器143。例如，每一升降销142可连接至不同致动器143。在一些实现方案中，致动器143为真空密封致动器，其配有对应的升降销142。致动器143连接至一或更多致动器驱动器(未显示)，通过致动器驱动器来提供功率以驱动升降销的致动器。致动器驱动器继而连接至提供控制信号以启动升降销142的控制器122。控制器122通信地连接至计算机124，通过计算机124来提供输入以接合升降销机构141。
在脱离模式下，升降销142保持收回在定义于下电极的升降销壳体内，使其不与消耗件(即，顶部环200或中间环300)接触。当顶部环200需替换时，致动器143通过致动器驱动器被供给动力。每一被供给动力的致动器143使相应的升降销142通过底部环234和中间环300中所定义的各种通道而延伸出升降销壳体，从而与顶部环200接触，并移动顶部环200至升高位置。顶部环200通过升降销与顶部环的v凹槽接合来升高。由于处理模块(例如，处理模块118)保持在真空状态，故当顶部环200被升高时，顶部环200被升高到下电极(例如，ESC)与顶电极之间所定义的真空空间中。耦合至处理模块118的VTM104的机械手将带有末端执行器的臂延伸进入处理模块118中，并允许其滑至升高的顶部环200下方。可对计算机124提供输入，以从控制器122产生信号至机械手，以使机械手延伸其臂，并至设置于处理模块118与VTM104之间的阀/闸，以协调进入处理模块118。在一些实现方案中，附接至机械手的末端执行器成形如抹刀，其允许末端执行器支撑升高的顶部环。一旦末端执行器已滑至支撑顶部环的位置，致动器143即将升降销142收回至升降销壳体中，从而使顶部环200留置于末端执行器上。接着，机械手的臂被收回到VTM104中，随之带动顶部环200。VTM的机械手的末端执行器随后将所取出的使用过的顶部环200放置于气锁110内的隔室中，使得EFEM102的机械手可将使用过的顶部环200从气锁110的隔室取回到环存储站中所定义的隔室。当新的顶部环200要提供至处理模块(例如118)时，则发生相反顺序的过程。
处理模块(例如118)的升降销机构被用于将顶部环正确地安装在定义于处理模块(118)中的位置中，使得处理模块(118)及衬底处理***100在替换顶部环后即是可操作的。为了将顶部环正确地安装在其位置中，在顶部环通过EFEM及气锁移动至处理模块之前，顶部环在环存储站内被预对准。EFEM及VTM的机械手保持预对准，使得当顶部环容纳于处理模块118升高位置处时，预对准的顶部环得以对准升降销，从而使升降销能够接合v凹槽，并将顶部环从升高位置移动至安装位置。
在一些实现方案中，除了与定义于顶部环的下侧表面上的v凹槽接合外，升降销机构141可用于提供静电夹持，以将顶部环夹持在处理模块(例如118)内的位置，进一步确保顶部环200在升起或下降期间不移动。在这些实现方案中，升降销机构141可连接至直流(DC)功率源，以允许将直流功率提供至升降销142，以夹持顶部环于处理模块(例如118)内的位置中。在可替代实现方案中，升降销机构可连接至空气压缩机或其他压缩压力源而不是电功率源，以允许升降销机构被气动地而不是电动地操作。
控制器122可包括真空状态控制器(未显示)及传送逻辑(未显示)，以促进协调连接至控制器122的多种模块及部件的操作。在一实现方案中，当要在处理模块118中替换顶部环时，环存储站被耦合至EFEM102。响应于检测到环存储站耦合于EFEM102处，信号可从设置于EFEM与环存储站之间的隔离阀(未显示)发送至控制器122。响应于来自隔离阀的信号，控制器122协调EFEM102的机械手的操作、气锁的泵抽、VTM104的机械手、设置于VTM104与处理模块118之间的隔离阀/闸、以及处理模块118中的升降销机构141。
例如，响应于来自EFEM102处的隔离阀的信号，控制器122可将控制信号发送至升降销机构141以启动致动器143。被启动的致动器143对升降销142供给动力，使得升降销从升降销壳体延伸出以穿过下电极的底部环及中间环300中所定义的通道，并且接触顶部环200的底面。顶部环如前所述可包括定义于下侧表面上的一组v凹槽。在一些实现方案中，顶部环可包括定义于顶部环200的底面中的通道，其平行于底面的周缘。通道可定义于底面的中间。v凹槽可沿径向平面均匀地分布在底面中，并位于顶部环的外周缘与通道的外边缘之间，并通向定义于顶部环的下侧的通道。这些v凹槽对准升降销，使得升降销与v凹槽得以接合。
在一些实现方案中，一组三个升降销提供于升降销机构中，以对准定义于顶部环200的底面上的一组三个v凹槽。升降销及对应v凹槽的数量不限于三个，而是可包括额外升降销/v凹槽，只要其可对顶部环提供可靠的运动学支撑即可。
控制信号执行传送逻辑，以协调顶部环从处理模块118到环存储站中隔室的移动。例如，传送逻辑配置成发送必要的信号，以操作分离VTM104与处理模块118的隔离阀或门，并启动VTM104的机械手，以从处理模块118取出顶部环。被启动的机械手将其带有末端执行器的臂(未显示)延伸到处理模块中，以取出已通过升降销机构141提升到升高位置的顶部环。另外，控制器122的传送逻辑可将真空状态信号发送至真空控制模块，以开始将接合于VTM104与EFEM102之间的气锁110泵抽至真空的处理。响应于从传送逻辑接收到的真空状态信号，真空控制模块可启动气锁110内的泵，以允许该泵将气锁110带至真空状态。一旦气锁110已达到真空状态，第二信号即从真空控制模块发送至传送逻辑。传送逻辑接着发送第三信号至VTM104的机械手，以从处理模块中取出使用过的顶部环，并将其存储在气锁110内的隔室中。一旦检测到气锁110中已有使用过的消耗件存在，第四信号可通过传送逻辑发送，以泵送气锁110至大气条件。一旦在气锁110中已达到大气条件，第五信号则可通过控制器122发送至EFEM102的机械手，以从气锁110取出使用过的消耗件，并将其移动至环存储站内的隔室中。新的消耗件接着从环存储站中被取出，并以相反顺序执行将新的消耗件移动到处理模块118的过程。
图4A-4F示出了一实现方案中接合升降销机构以替换处理模块118中使用过的消耗件的过程。本文所述的升降销机构被用于替换顶部环和中间环，其中顶部环为可调且可替换的边缘环，而中间环为可替换的中间环。顶部环和中间环可使用升降销机构分别替换。
图4A示出了顶部环和中间环300两者的安装位置。顶部环的轮廓与中间环的轮廓互补，以在安装位置时提供可靠的配合。另外，辨识替换期间顶部环将被定位的转移点(即，环转移平面或RTP410)。启动升降销机构，使升降销142延伸穿过定义于底部环234、中间环300中的通道，并接触顶部环的下侧表面。例如，对准定义于顶部环的下侧表面上的v凹槽，使得升降销与v凹槽接合以提供可靠的支撑。图4A中所示的处理模块的截面图示出升降销接合于v凹槽。
图4B示出了顶部环至替换位置的移动。如图所示，升降销142处于将顶部环200从安装位置移动至RTP410所定义的升高位置(即，替换位置)的过程中。在图4B中，顶部构件142a已完全延伸，且底部构件142b正延伸出壳体，以升高顶部环。图4C示出了顶部环200已通过升降销142移动到的替换位置。响应于检测到顶部环200在RTP410处，VTM104的机械手将其带有末端执行器的臂伸入处理模块并在RTP410处支撑顶部环。升降销接着至少部分地收回(未显示)。部分收回确保升降销不会在机械手正将顶部环从处理模块中取出时阻挡到机械手。收回升降销后，即完成顶部环从处理模块转移出。
图4D示出了替换中间环300的过程。在顶部环已移出处理模块118之后，当中间环300需要替换时，将升降销142向上移动，以使倒角所定义的轴环145与底部环234中所定义的壳体中的套件236接合(即，销-套件接合)。轴环145已与套件236的底面接合的销-套件接合如图4D中的矩形方块所示。
图4E示出了套件-中间环接合。随着升降销继续向上移动，接合的套件向上移动并移出壳体。在向上移动期间，套件236与中间环300的底面接合，以形成套件-中间环接合，如图4E中的矩形方块所示。应注意，用于套件236的壳体的底部中所定义的开口将尺寸制成仅允许升降销的顶部及底部构件得以自由进出，而壳体的顶部则包括尺寸制成允许升降销的顶部及底部构件以及套件236能移入及移出的开口。因此，当套件236与升降销142的轴环接合时，升降销的底部构件带动所接合的套件236而向上移动，且当升降销被收回时，套件被留置于壳体中，而底部构件收回至升降销壳体中。
当带有接合套件236的升降销向上移动时，套件236使中间环300平衡并随其移动。带有接合套件236的升降销的底部构件将中间环300移动至RTP410所定义的高度，如图4F所示，如此一来，一旦升降销已部分地或全部地收回至升降销壳体中，VTM的机械手即可延伸出臂，平衡其上的中间环，并移动中间环。
在一实现方案中，顶部环与中间环一起移动但一次一个地分开移除。图5A-5F将参考该实现方案进行描述。在可替代实现方案中，顶部环与中间环可利用升降销机构分开移动及分开移除。图5G-5K将参考该实现方案进行描述。
图5A-5F示出了一起移动顶部环和中间环但分开移除它们的逐步过程。在图5A中，升降销机构141被启动。此时，位于邻近ESC侧壁的安装位置中的顶部环例如通过将升降销的顶部构件从壳体延伸出而向上移动。延伸的升降销142的顶部构件接触顶部环的下侧，并且开始使顶部环从安装位置移动。在图5A中，顶部环已从与ESC的顶面(以ESC Cer表示)共平面的安装位置移动至第一高度。升降销的顶部构件继续将顶部环垂直移动至第二高度，在图5B中以“A”表示。在一实现方案中，第二高度代表调整范围，即，在顶部环需替换之前顶部环于调整期间可移动到的最大高度。在此实现方案中，由调整范围A表示的高度示为小于定义于处理模块中的“排除区”所在高度。该排除区被定义为处理模块的顶电极与底电极之间供机械手的末端执行器进入处理模块以接近顶部环的区域或部位。第二高度示为靠近该排除区。
图5C示出顶部环已通过升降销142移动到的第三高度“C”。第三高度C示为大于排除区的高度，并小于处理模块中所定义的RTP的高度。如图5C可见，升降销需移动顶部环额外高度，以使顶部环得以到达定义RTP的高度。在图5C所示的示例中，第三高度C定义为底部构件与中间环接合之前升降销的顶部构件可延伸到的最大高度。图5D示出了该概念。如图5D所示，当升降销的顶部构件将顶部环移动到高度C时，升降销的底部构件与套件236接合，并与接合的套件开始向上移动。带有接合套件的升降销142将中间环300从其安装位置提升到高度“D”所定义的位置。高度D定义为中间环必须被移动到的高度，使得顶部环可定位于RTP410处(即，顶部环替换位置)。此外，如图5D所示，中间环移动到的高度使得顶部环与中间环之间的分开距离由高度“C”所定义。分开距离C定义为使得顶部环与中间环两者均位于排除区外，以允许机械手的臂得以延伸于处理模块内并从RTP移除顶部环。在移除顶部环的过程中，升降销至少部分地收回，且收回的量至少足以使升降销保持在排除区外，从而可不受阻碍地进行顶部环的移除。
一旦顶部环被移动且机械手的臂已从处理室撤回，则升降销继续延伸，使得中间环可移动至高度“E”，如图5E所示。这使得能将中间环从排除区下方移动并定位在RTP处(即中间环替换位置)。图5F示出升降销移动到的高度E，以将中间环定位在RTP处。如图5D及5F所示，中间环移动到的高度E大于中间环与顶部环之间的分开距离C。一旦中间环已定位在RTP上，则机械手的末端执行器延伸进入处理模块中，以支撑中间环。升降销接着至少部分地收回，以允许机械手的末端执行器将中间环移出处理模块。图5A-5F的实现方案允许顶部环与中间环一起移动但分开移除。在该实现方案中，顶部构件与底部构件可以是相等长度。可替代地，顶部构件的长度可不同于底部构件的长度，并且可以由顶部环和中间环必须升高到达RTP的高度所决定。
图5G-5K示出了可替代的实现方案，其中顶部环与中间环分开移动并分开移除。如图5G所示，升降销机构被启动。据此，顶部构件与顶部环的底面接合并将顶部环从安装位置(其中顶部环的顶表面与ESC的顶表面共平面)移动到高于安装位置的第一高度。升降销142继续将顶部环从第一高度移动到排除区与RTP之间的第二高度“A”。由于第二高度在RTP下方，故升降销继续将顶部环升高到允许顶部环定位于RTP(即顶部环替换位置)的第三高度“F”。升降销延伸到的高度是由第三高度F所定义。第三高度是在升降销的底部构件与套件接合之前。一旦顶部环已移动第三高度F到RTP，带有末端执行器的VTM机械手的臂就延伸进入处理模块中，以支撑RTP处的顶部环。升降销接着至少部分地收回，使得排除区自由地允许末端执行器将顶部环移出处理模块。
在顶部环已移出处理模块之后，升降销继续将中间环从安装位置移动到替换位置。图5J示出移动中间环的开始阶段。如图所示，中间环处于安装位置，例如，其留置在被定义为邻近于ESC侧壁的ESC的一部分上。中间环必须移动高度“G”以到达RTP，使机械手得以将中间环从处理模块移除。图5K示出了带有套件的升降销的底部构件移动高度“G”，且中间环移动到定义中间环替换位置的RTP的结果。一旦中间环定位在RTP处，即利用机械手的末端执行器来支撑中间环。升降销至少部分地收回到升降销壳体中，且机械手的末端执行器将中间环移出处理模块。新的中间环及新的顶部环通过下述与移除顶部环和中间环中所使用的过程相反的顺序，返回到处理模块。具体而言，新的中间环安装到处理模块中，随后安装新的顶部环。
图6A-6G示出了可替代实现方案，其中顶部环与中间环一起移动并移除。在该实现方案中，升降销机构被启动，使得升降销可用于将顶部环和中间环移出处理模块，并且用新的顶部环以及新的中间环替换。图6A示出了将顶部环必须移动到的点辨识为环转移平面的第一步。升降销接着被接合，以使顶部环平衡于升降销上，并移动到第一高度，如图6B所示。第一高度位于RTP下方，并且可以是代表调整范围的外极限的高度，此时不能进行进一步调整且顶部环需替换。在此阶段，升降销被接合，使得其移出升降销壳体，并穿过底部环及中间环中所定义的通道，从而使顶部构件可接触并接合于顶部环的底面中所定义的v凹槽。在此阶段，套件保留于底部环的壳体中。
图6C呈现了升降销向上移动时升降销的底部构件与定义于底部环中的套件接合的下一步。图6D呈现套件与中间环的底面接合的下一步。套件与中间环的底面的接合是通过向上移动升降销来完成的，使得定义于顶部构件与底部构件之间的轴环得以接合并移动套件。图6E呈现了带有接合套件的底部构件用于将中间环从安装位置移动到RTP的步骤。当中间环移动到RTP时，顶部环继续保持在分开高度，其中分开高度在一示例中例如可由调整范围来定义。
一旦中间环已到达RTP，升降销即部分地收回，因而允许顶部环在RTP平面处与中间环配合。图6F示出顶部环与中间环的配合，以形成组合单元。响应于将中间环及顶部环定位在RTP处，VTM104的机械手被启动。被启动的机械手将带有末端执行器的臂延伸进处理模块，并支撑顶部与中间环组合单元。如图6G所示，响应于顶部及中间环被支撑在末端执行器上，升降销及套件收回而交给末端执行器支撑顶部及中间环单元并将该单元移出处理模块。套件收回到底部环中的壳体中，而升降销收回到下电极中所定义的升降销壳体中。用新的顶部环及新的中间环替换使用过的顶部环及使用过的中间环将采取用于移除本文辨识的使用过的顶部环及使用过的中间环的相反过程。在图6A-6G所示的实现方案中，末端执行器被设计成使得其能够同时支撑并移动顶部环和中间环两者而不会过度拉紧末端执行器或引起不必要的弯曲。末端执行器的设计可以包括使用不同材料或提供额外加固件，以防止末端执行器弯曲或折断。
本文描述的多种实现方案提供以有效方式替换顶部环和中间环的方法，而不破坏处理模块的真空，使得处理模块可被更快地调节并在短时间内恢复至活动处理。有凹槽定义于下侧表面上的顶部环的几何形状以及升降销的特征使顶部环在替换期间顶部环正被升高及下降时以及顶部环正被移入或移出时能够可靠地移动。定义于升降销中的轴环允许升降销的顶部构件得以穿过中间环以升高/下降顶部环(例如，边缘环)。轴环的存在还允许中间环升高及下降，因而允许中间环被替换。定义于轴环部分中的倒角允许套件与轴环接合，使得套件可与中间环接合并移动中间环。
图7A-7F示出了一实现方案中用于处理模块中的顶部环的第一实施方案的几何形状。在一实现方案中，顶部环为可调且可替换的边缘环。图7A所示的顶部环的第一实施方案包括一组三个凹槽，其沿径向平面定义并彼此等距地定位。例如，凹槽设置为彼此相距120°。图7B示出图7A中所标示的顶部环的第一实施方案的截面c的放大图。截面c的放大图为定义于顶部环中的凹槽的截面图。该凹槽定义为邻近于通道并通向该通道。凹槽包括销接触位置212，在此处升降销的顶部构件接触顶部环。该实现方案中的凹槽呈现为具有在尖端处相交的侧壁，该尖端呈圆形以形成u形凹槽。图7B中所标示的凹槽的竖直剖视图D-D呈现于图7C中。图7D示出图7B中所标示的凹槽的水平剖视图E-E。在图7D所示的实现方案中，凹槽的侧壁呈现为彼此呈角度β地设置。在一些实现方案中，角度β被设置为90°。在可替代实现方案中，凹槽的倾斜侧壁定义为小于90°。在该实现方案中，倾斜侧壁相交且升降销接触凹槽(即，销接触位置212)的凹槽的尖端呈圆形。图7E示出了图7A中所标示的顶部环的第一实施方案的水平截面图A-A。顶部环的外径为“OD1.1”，而顶部环的内径为“ID1.1”。在一实现方案中，顶部环的高度为“D1.1”。
图7F示出了定义于顶部环的底面上的通道的放大剖视图，在图7E中标示为细节B。在一实现方案中，顶部环的第一实施方案的高度为“D1.1”，且凹槽的高度为“D1.2”。凹槽的宽度为“D1.3”，顶部环的宽度为“D1.4”。凹槽定义有侧壁208。虽然图7F中的图示呈现了凹槽的竖直侧壁208，但凹槽的侧壁208为倾斜以允许升降销滑动至凹槽的底部并停留在销接触位置212(未显示出)。在一实现方案中，凹槽的高度呈现为介于约2mm至约2.3mm之间。在一实现方案中，顶部环的厚度或高度介于约4mm至约5mm之间。在一实现方案中，顶部环的内径可介于约298mm至约303mm之间。顶部环的外径可介于约325mm至约330mm之间。顶部环的外边缘可以以一定角度倾斜。顶部环的不同部件的几何形状仅提供作为示例，不应视为限制性的。还可设想顶部环的多种部件的其他范围与大小以及顶部环的尺寸。顶部环的第一实施方案的不同部件的几何形状仅提供作为示例，而不应视为限制性的。还可设想顶部环的诸多部件的其他范围与大小以及顶部环的尺寸。
图8A-8I示出了用于处理模块中可被替换的中间环的第一实施方案的几何形状。中间环的第一实施方案的内径等于或小于内电极的表面容纳部的外径。在一实现方案中，中间环的内径呈现为介于约295mm至约298mm之间。由于衬底呈现为延伸至ESC表面外且标准衬底尺寸约300mm，故中间环的内径小于衬底的外径，使其可覆盖衬底延伸至ESC表面外的边缘下方的区域。
图8B示出了一实现方案中图8A中所标示的截面图A-A，其呈现中间环的第一实施方案的表面尺寸。如图8B所示，中间环的内径为“D1.5”，外径为“D1.6”。在一实现方案中，中间环的第一实施方案的内径介于约294mm至约298mm之间，且中间环的外径介于约348mm至约353mm之间。前述尺寸被提供作为示例，而不应视为限制性的。当然，尺寸基于衬底的尺寸、ESC的尺寸以及通道、凹槽的尺寸而变化。
图8C示出了中间环的第一实施方案的边缘放大图，其在图8B中标示为截面D，其呈现定义于中间环的第一实施方案的顶面上的不同轮廓。图8D示出了图8A中标示为细节E的中间环的一部分的放大图。图8E示出了图8B中标示为截面B的中间环的第一实施方案的边缘放大图。图8F示出了图8E所示的中间环的第一实施方案的截面C的放大图。图8G示出图8E所示的中间环的截面G的放大图。应注意，顶部及中间环的第一实施方案的几何形状以及顶部与中间环的诸多部件的尺寸被提供作为示例，而不应视为限制性或穷举性。图8H示出中间环的第一实施方案的底面的俯视图。
图9A-9F示出了处理模块中所使用的顶部环的第二实施方案的几何形状。在一实现方案中，顶部环为可调且可替换的边缘环。图9A所示的顶部环的第二实施方案包括一组三个凹槽，其沿径向平面彼此等距定义。例如，凹槽设置为彼此相距120°。图9B示出了图9A中所标示的顶部环的第二实施方案的截面C的放大图。截面C的放大图为定义于顶部环的下侧表面上的凹槽的剖视图。该凹槽被定义为邻近于通道并通向该通道。凹槽包括销接触位置212’，在此处升降销的顶部构件接触顶部环。在顶部环的第二实施方案中，定义于下侧表面上的凹槽为v形凹槽。图9B中所示的凹槽的竖直剖视图D-D示于图9C中。在一实现方案中，凹槽的侧壁呈现为倾斜角度θ。在一实现方案中，侧壁倾斜的角度θ介于约20°至约30°之间。在可替代实现方案中，侧壁的角度θ可以为小于90°的任何角度。图9D示出了图9B中所示的凹槽的水平截面图E-E。V凹槽的角度呈现为β。在一些实现方案中，角度β被设置为90°。在可替代实现方案中，凹槽的角度定义为小于90°。在此实现方案中，倾斜侧壁相交处的凹槽的尖端是尖锐的。图9E示出了顶部环的第二实施方案的图9A中所示的水平截面图A-A。该截面图未呈现出定义于顶部环中的凹槽。顶部环的外径为“OD2.1”，顶部环的内径为“ID2.1”。在一实现方案中，顶部环的高度为“D2.1”。
图9F示出了定义于顶部环的第二实施方案的底面上的通道放大截面图。在一实现方案中，顶部环的高度为“D2.1”，凹槽的高度为“D2.2”。凹槽的宽度为“D2.3”，顶部环的宽度为“D2.4”。凹槽定义有侧壁208。虽然图9F中的图示呈现凹槽的竖直侧壁，但凹槽的侧壁倾斜以允许与凹槽的侧壁接触的升降销滑动至凹槽的底部，并接触销接触位置212’(未示出)。在一实现方案中，凹槽的高度介于约2mm至约2.3mm之间。在一实现方案中，顶部环的厚度介于约4mm至约5mm之间。在一实现方案中，顶部环的第二实施方案的内径(ID2.1)介于约298mm至大约303mm之间。顶部环的第二实施方案的外径(OD2.1)可介于约325mm至约330mm之间。顶部环的第二实施方案的诸多部件的几何形状仅给出作为示例，而不应视为限制性。亦可设想顶部环的第二实施方案的多种部件的其他范围及大小以及顶部环的第二实施方案的尺寸。
图10A-10F示出了一实现方案中处理模块中所使用的可被替换的中间环的第二实施方案的几何形状。图10A呈现中间环的第二实施方案的顶面的俯视图。图10B示出了图10A中所示的中间环的第二实施方案的截面图A-A。中间环的第二实施方案具有内径D2.5及外径D2.6，其等于或小于内电极的表面容纳表面的外径。在一实现方案中，中间环的第二实施方案的内径呈现为介于约294mm至约298mm之间，且中间环的外径介于约348mm至约353mm之间。由于衬底呈现为延伸至ESC表面外且标准衬底尺寸约300mm，故中间环的第二实施方案的内径小于衬底的外径，使其可覆盖衬底延伸至ESC表面外的边缘下方的区域。前述尺寸仅提供作为示例，而不应视为限制性。当然，尺寸是基于衬底的尺寸、ESC的尺寸以及通道、凹槽的尺寸而变化。
图10C示出了图10B中所示的中间环的第二实施方案的边缘的细节B放大图。图10D示出了图10A中所标示的中间环的第二实施方案的截面C-C放大图。图10E示出了图10A中所标示的细节E的放大图以及标示于细节E内的截面F-F。图10F示出了图10C中所标示的细节D放大图。应注意，顶部与中间环的第二实施方案的几何形状以及顶部与中间环的第二实施方案的多种部件的尺寸仅提供作为示例，而不应视为限制性或穷举性的。
图11A示出了处理模块中所使用的顶部环的第一实施方案的立体图。图11B示出了顶部环的第一实施方案的顶面的俯视图。图11C示出了顶部环的第一实施方案的底面的俯视图。图11D示出了顶部环的第一实施方案的侧视图。图11E示出了顶部的第一实施方案的侧视截面图。
图12A示出了处理模块中所使用的中间环的第一实施方案的立体图。图12B示出了中间环的第一实施方案的顶面的俯视图。图12C示出了中间环的第一实施方案的底面的俯视图。图12D示出了中间环的第一实施方案的侧视图。图12E示出了中间环的第一实施方案的侧视截面图。
图13呈现了用于控制上述衬底处理***的实例控制模块(亦称为“控制器”)220。在一实现方案中，控制器122可包括一些示例性部件，例如处理器、存储器以及一或更多接口。控制器122可以是通信地连接至计算机124的独立运算装置，或可为计算机124的一部分。控制器122可被用于部分地基于感测值来控制衬底处理***100中的装置。仅作为示例，控制器122可基于感测值及其他控制参数来控制阀602(包括隔离阀/闸)、滤波加热器604、泵606及其他装置608中的一或更多者。控制器122仅从例如压力计610、流量计612、温度传感器614和/或其他传感器616接收感测值。控制器122也可以用于在膜的前体输送及沉积期间控制处理条件。控制器122通常将包括一或更多个存储器装置和一或更多个处理器。
控制器122可控制前体传送***和沉积装置的活动。控制器122执行计算机程序，计算机程序包括用于控制处理时序、输送***温度、以及跨过滤器的压差、阀位、机械手和末端执行器、气体的混合物、室压力、室温度、晶片温度、RF功率电平、晶片卡盘或基座位置以及特定处理的其它参数的成组的指令。控制器122还可以监测压力差，并自动将气相前体传送从一个或多个路径切换到一个或多个其它的路径。在一些实施方案中，可以使用存储在与控制器122相关联的存储器装置的其它计算机程序。
典型地，将存在与控制器122相关联的用户接口。用户接口可以包括显示器618(例如，设备和/或处理条件的显示屏和/或图形软件显示)，以及用户输入装置620，如定点装置、键盘、触摸屏、麦克风等。
用于控制前体的传送、沉积和处理序列中的其它处理的计算机程序可以用例如任何以下常规的计算机可读编程语言写入：汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它。编译的对象代码或脚本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。
控制模块(即控制器)参数涉及处理条件，诸如例如，过滤器的压力差、处理气体组成和流速、温度、压力、等离子体条件(如RF功率电平和低频RF频率)、冷却气体压力、以及室壁温度。
***软件可以以许多不同的方式设计或配置。例如，各种室部件子程序或控制对象可以被写入以控制进行本发明的沉积处理所必需的室部件或处理模块的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括衬底定位代码、处理气体控制代码、压力控制代码、加热器控制代码和等离子体控制代码、升降销机构控制代码、机械手位置控制代码、末端执行器控制代码以及阀位置控制代码。
衬底定位程序可包括用于控制室部件的程序代码，室部件用于将衬底加载到基座或卡盘上并控制衬底和室的其他部件(例如气体入口和/或靶)之间的间距。处理气体控制程序可包括用于控制气体组成和流速以及任选地用于在沉积之前使气体流入室以稳定室中的压力的代码。过滤器监控程序包括比较测得的一个或多个差值与预定的一个或多个值的代码和/或用于切换路径的代码。压力控制程序可以包括用于通过调节例如在室的排气***中的节流阀来控制室中的压力的代码。加热器控制程序可包括用于控制通向加热单元的电流的代码，加热单元用于加热前体传送***内的部件、衬底和/或***的其它部分。替代地，加热器控制程序可控制传热气体(例如氦)到晶片卡盘的传送。阀位置控制代码可以包括例如通过控制隔离阀(提供进入处理模块或丛集工具)来控制进入处理模块或衬底处理***的代码。升降销机构控制代码可包括例如启动致动器驱动器以使致动器移动升降销的代码。机械手位置代码可包括例如操控机械手的位置的代码，其包括操控机械手以沿着侧向、竖直或径向轴移动。末端执行器位置代码可包括例如用于操控末端执行器的位置的代码，其包括操控机械手以沿着侧向、竖直或径向轴延伸、缩回或移动。
在沉积期间可被监测的传感器的示例包括，但不限于，质量流量控制模块，诸如压力计610之类的压力传感器，位于传送***、基座或卡盘内的热电偶(例如温度传感器614)。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用来维持所需的处理条件。前述内容描述了本发明的实施方案在单室或多室半导体处理工具中的实现。
本文所述的多种实施方案允许以快速且有效方式替换消耗件，而不必开放衬底处理***至大气条件。因此，大幅减少替换消耗件的时间，以及替换消耗件期间污染室的任何风险，因而使衬底处理***能更快上线。此外，大幅降低对处理模块、消耗件以及处理模块中其他硬件部件造成意外损害的风险。
先前对实施方案的描述是为了说明和描述目的而提供。其不旨在穷举或限制本发明。特定实施方案的单个的元件或特征一般并不受限于该特定实施方案，而是即使未具体示出或描述，其在适用情况下也可互换且可用于选定的实施方案中。这同样可以以各种方式变化。这样的变化不被视为背离本发明，并且所有这样的修改也旨在包括在本发明的范围内。
虽然前述实施方案已为了清楚理解的目的而相当详细地进行了描述，但将显而易见的是，某些改变与修改可在随附的权利要求的范围内实施。因此，本发明实施方案应视为说明性的而非限制性的，且这些实施方案不应受限于本文中所提供的细节，而是可在其权利要求的范围及等同方案内进行修改。

Claims (25)

1.一种升降销机构，其在衬底处理***的处理模块内使用，以替换所述处理模块中所使用的顶部环和中间环，所述升降销机构包括：
多个升降销，其用于在接合时支撑所述顶部环和所述中间环，所述多个升降销中的每一升降销包括顶部构件和底部构件，所述顶部构件通过由倒角所定义的轴环而与所述底部构件隔开，
其中所述顶部构件被配置成延伸穿过套件并且与所述顶部环的下侧表面接合，所述套件被定义于下电极的主体内的壳体中，所述下电极设置于所述处理模块中，而所述衬底被容纳于所述处理模块中以进行处理，以及
其中当所述多个升降销被启动时，所述升降销的所述轴环被配置成与所述套件的底面接合，所述套件的顶面被配置成与所述中间环的底侧接合；
致动器，其耦合至所述多个升降销中的每一升降销，所述多个升降销的所述致动器连接至提供功率以驱动所述致动器的致动器驱动器；以及
控制器，其连接至所述致动器驱动器，以控制所述多个升降销的移动。
2.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述多个升降销沿着定义于所述处理模块中的所述下电极的周缘均匀分布。
3.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述升降销的所述顶部构件配置成延伸穿过定义于所述中间环中的通道，所述通道的尺寸小于所述升降销的所述底部构件的尺寸。
4.根据权利要求3所述的升降销机构，其中所述升降销的所述底部构件的直径大于所述顶部构件的直径，且其中所述中间环中的所述通道的直径被定义成小于所述底部构件的所述直径，并且大于所述顶部构件的所述直径。
5.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述顶部构件被用于支撑并移动所述顶部环至针对所述处理模块所定义的环转移平面，所述环转移平面代表替换位置，在从所述处理模块移除所述顶部环期间，所述衬底处理***的机械手的臂从所述替换位置接近所述顶部环，以及
其中所述底部构件被用于将正支撑所述中间环的所述套件向上移动至所述环转移平面，以供所述机械手的所述臂移除所述中间环。
6.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述升降销的所述顶部构件和所述底部构件被配置成分开移动所述顶部环及所述中间环。
7.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述多个升降销的所述顶部构件和所述底部构件被配置成同时移动所述顶部环和所述中间环。
8.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述顶部构件的长度被定义成允许所述升降销将所述顶部环移动至所述处理模块中的替换位置。
9.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述底部构件的长度被定义成允许所述升降销将所述中间环移动至所述处理模块中的替换位置。
10.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述顶部环是使用于所述处理模块中的可调且可替换的边缘环，且所述中间环是所述处理模块的可替换部件。
11.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述多个升降销包括一组3个升降销，其沿所述下电极的所述周缘分布，使得所述3个升降销离所述下电极的中心的距离等于至少所述顶部环的半径。
12.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述顶部环包括定义于下侧表面上的多个凹槽，所述多个凹槽沿所述底面均匀分布，其中当所述升降销机构被启动时，所述升降销中的每一者的所述顶部构件与对应的凹槽对准并接合。
13.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述多个升降销包括用于调整所述顶部环的第一组升降销以及用于替换所述顶部环和所述中间环的第二组升降销，所述第一组升降销偏离所述第二组升降销，偏离量基于定义于所述顶部环的下侧表面上的凹槽的尺寸，使得所述第一组和所述第二组升降销中的每一者接触对应凹槽的倾斜侧壁的一部分。
14.根据权利要求13所述的升降销机构，其中所述第一组升降销和所述第二组升降销中的每一者包括至少3个升降销，其彼此等距径向分布并以等于至少所述顶部环的半径的距离设置。
15.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述升降销由蓝宝石制成，其中所述中间环由石英或硅碳化物制成，且其中所述顶部环由石英制成。
16.根据权利要求1所述的升降销机构，其中所述升降销的所述顶部构件直径为约40mm，且所述底部构件直径为约60mm。
17.一种位于用于处理衬底的衬底处理***内的处理模块，其包括：
顶电极，其具有沿水平面均匀分布的多个出口，所述多个出口耦合至处理化学物源并且被配置成提供处理化学物至所述处理模块以产生等离子体，所述顶电极为电接地；
下电极，其被设置为与所述顶电极相对并且被配置成支撑被容纳进行处理的所述衬底，所述下电极连接至功率源，以提供功率而产生所述等离子体，所述下电极包括：
底部环，其设置于所述下电极的主体中而靠近外边缘，壳体从所述底部环的顶面向下延伸进入所述底部环的主体中，所述壳体被配置成容纳套件；
中间环，其被设置于所述底部环正上方并且对准所述底部环，所述中间环具有定义为穿过其中的通道；
顶部环，其设置于所述中间环正上方并对准所述中间环，使得所述顶部环的顶面与容纳于所述下电极上的所述衬底的顶面共平面；以及
升降销机构，其包括：
多个升降销，所述多个升降销中的每一升降销包括顶部构件和底部构件，所述顶部构件通过倒角所定义的轴环而与所述底部构件隔开，所述多个升降销沿所述下电极的周缘均匀分布，以对准于所述底部环、所述中间环和所述顶部环；
致动器，其耦合至所述多个升降销的每一升降销，所述多个升降销的所述致动器连接至提供功率以驱动所述致动器的致动器驱动器。
18.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述致动器驱动器连接至控制器，以控制所述多个升降销的移动，且其中所述控制器是运算装置或耦合至运算装置，所述运算装置用于提供输入以控制所述多个升降销的移动。
19.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述中间环的顶面形成轮廓以定义配合表面，而所述顶部环的底面形成轮廓以与所述中间环的所述配合表面的所述轮廓互补。
20.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述升降销机构的所述升降销被定义于所述下电极的所述主体中，以对准定义于所述中间环中的所述通道以及对准定义于所述底部环中的所述壳体，所述升降销的所述对准使得所述顶部构件能延伸穿过所述通道和所述壳体，且所述底部构件能与所述套件接合并且带着所述套件延伸穿过所述底部环至所述中间环的底面。
21.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述功率源为射频(RF)功率源，且所述下电极通过匹配网络连接至所述RF功率源。
22.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述中间环中的所述通道将尺寸制成使得所述升降销的所述顶部构件能延伸穿过。
23.根据权利要求17所述的处理模块，其中所述升降销的所述底部构件的直径大于所述顶部构件的直径，且其中所述中间环中的所述通道的直径被定义成小于所述底部构件的所述直径，并且大于所述顶部构件的所述直径。
24.一种环单元，其设置于用于处理衬底的衬底处理***内的处理模块的下电极中，所述环单元包括：
顶部环，其设置于所述下电极中，所述顶部环包括：
顶面，其是平坦的，所述顶面定义成与被接纳于所述下电极上时的所述衬底的顶面是共平面的；
所述顶部环的底面包括沿所述底面的中心部分行进的通道，所述顶部环的所述通道将底部外表面与底部内表面隔开，多个凹槽沿所述底部外表面定义并邻近于所述通道，使得所述多个凹槽中的每一者的开口通向所述通道，当所述顶部环要移动时，所述多个凹槽被升降销机构的升降销所接合；以及中间环，其设置于所述顶部环正下方，使得所述中间环对准所述顶部环，所述中间环包括在竖直方位上定义于主体内的通道，以使得升降销的一部分能延伸穿过，所述中间环的底面是平坦的，且所述中间环的顶面具有与定义于所述顶部环的所述底面上的轮廓匹配的轮廓，以在所述顶部环和所述中间环处于安装位置时，提供可靠配合表面。
25.根据权利要求24所述的环单元，其中所述中间环的所述通道将尺寸设计成使得所述升降销的顶部构件能滑动穿过并且防止所述升降销的底部构件滑动穿过。
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