TWI809544B - 等離子體處理裝置及其末端執行器、邊緣環、晶圓處理方法、邊緣環更換方法及晶圓的取放方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種等離子體處理裝置及其末端執行器、邊緣環、晶圓處理方法、邊緣環更換方法及晶圓的取放方法。所述等離子體處理裝置的反應腔內設有用來承載晶圓的基座；環繞基座外側設置的邊緣環，設有容納部用來與末端執行器相配合；所述末端執行器包括運載晶圓的晶圓承載部和運載所述邊緣環的邊緣環承載部；所述末端執行器穿過反應腔腔壁的開口進出所述反應腔。本發明中所述等離子體處理裝置的末端執行器能夠同時運載晶圓和邊緣環進出反應腔，也能夠單獨運載晶圓進出反應腔進行傳片，或單獨運載邊緣環進出反應腔進行邊緣環更換。本發明實現了在不打開反應腔的情況下更換邊緣環，顯著地提高了設備工作效率，節省了大量的人力和時間，有效地降低了設備的使用成本。

Description

等離子體處理裝置及其末端執行器、邊緣環、晶圓處理方法、邊緣環更換方法及晶圓的取放方法

本發明屬於等離子蝕刻技術領域，具體涉及一種等離子體處理裝置及其末端執行器、邊緣環、晶圓處理方法、邊緣環更換方法及晶圓的取放方法。

等離子體處理裝置，通常將反應氣體引入到反應腔內生成等離子體，用來對反應腔內放置的晶圓進行等離子沉積、蝕刻等處理。

由於長期處於等離子蝕刻環境中，反應腔內環繞基座的邊緣環隨著蝕刻時間的增加也會被逐漸侵蝕，因而需要定期對邊緣環進行更換。現有的維護方法需要打開等離子體處理裝置的反應腔室、通過人工手動更換邊緣環，該過程消耗大量的人力和時間，降低了設備工作效率、提高了設備使用成本。

本發明提供了一種等離子體處理裝置及其末端執行器、邊緣環、晶圓處理方法、聚焦環更換方法及晶圓的取放方法，能夠通過末端執行器運載邊緣環進出反應腔，無需打開等離子體處理裝置的反應腔室，而能夠實現對邊緣環的更換。

為了實現上述目的，本發明的一個技術方案是提供一種等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包含： 反應腔，所述反應腔的腔壁設有開口； 基座，位於所述反應腔內，用於承載晶圓； 邊緣環，在所述反應腔內環繞所述基座設置；所述邊緣環設有容納部；以及 末端執行器，穿過所述反應腔腔壁的開口進出所述反應腔；所述末端執行器包括晶圓承載部和邊緣環承載部；所述晶圓承載部包含晶圓承載面，通過所述晶圓承載面運載晶圓進出所述反應腔；所述邊緣環承載部包含邊緣環承載面，通過所述邊緣環承載面與所述邊緣環的容納部配合，運載所述邊緣環進出所述反應腔。

較佳地，所述邊緣環承載部位於所述晶圓承載部的兩側。

較佳地，當所述末端執行器在水平方向進出反應腔時，所述晶圓承載面不低於所述邊緣環承載面。

較佳地，所述末端執行器同時運載所述晶圓和所述邊緣環進出所述反應腔。

較佳地，所述末端執行器運載所述晶圓或所述邊緣環進出所述反應腔。

較佳地，所述邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部，所述邊緣環承載面對所述邊緣環進行承載。

較佳地，所述邊緣環承載部與所述邊緣環上相應地設有定位機構，包含： 所述邊緣環承載面設有定位銷，所述容納部內壁上對應定位銷的位置開設有定位槽； 或者，所述容納部內壁設有定位銷，所述邊緣環承載面上對應定位銷的位置開設有定位槽； 或者，所述邊緣環和所述邊緣環承載部內部設有磁鐵，且至少所述邊緣環或所述邊緣環承載部內的磁鐵為電磁鐵，通過電流通斷控制電磁鐵的磁性有無，實現所述邊緣環的取放。

較佳地，所述末端執行器通過升高或降低在不同的高度進出所述反應腔。

較佳地，所述邊緣環為聚焦環。

本發明的另一個技術方案是提供了一種末端執行器，適用於上述任意一種實施態樣所述等離子體處理裝置；所述末端執行器包括執行器本體，所述執行器本體與外部的機械手臂配合，通過所述機械手臂驅動所述末端執行器，其中， 所述末端執行器還包括晶圓承載部和邊緣環承載部； 所述晶圓承載部包含晶圓承載面，通過所述晶圓承載面運載晶圓進出所述等離子體處理裝置的反應腔； 所述邊緣環承載部包含邊緣環承載面，通過所述邊緣環承載面與邊緣環的容納部配合，運載所述邊緣環進出所述等離子體處理裝置的反應腔。

較佳地，所述晶圓承載部設置於所述執行器本體遠離機械手臂的一端，所述晶圓承載部的兩側分別設置有所述邊緣環承載部。

較佳地，所述邊緣環承載部上設有第一定位機構，與所述邊緣環上相應的定位機構配合，在取放所述邊緣環時進行定位。

較佳地，所述第一定位機構包含：設置於所述邊緣環承載面的定位銷或定位槽，或設置於所述邊緣環承載部內的磁鐵。

本發明的另一個技術方案是提供了一種邊緣環，其在上述任意一種所述等離子體處理裝置的反應腔內，環繞基座設置；所述邊緣環設有容納部；所述等離子體處理裝置的末端執行器將邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部，通過邊緣環承載面與所述邊緣環的容納部配合，運載所述邊緣環進出所述等離子體處理裝置的反應腔。

較佳地，所述容納部為環形凹槽，或非連續凹槽或通孔。

較佳地，所述容納部開設在所述邊緣環的外壁上； 或者，所述容納部設置於第二凸台，所述第二凸台位於所述邊緣環的頂面； 或者，所述容納部位於一遮蓋環與第一凸台之間，所述遮蓋環在所述第一凸台下方、環繞所述邊緣環設置；所述第一凸台位於所述邊緣環外壁。

較佳地，所述邊緣環上設有第二定位機構，與所述邊緣環承載部上相應的定位機構配合，在取放所述邊緣環時進行定位。

較佳地，所述定位機構包含：設置於所述容納部內壁上的定位銷或定位槽，或設置於所述邊緣環內的磁鐵。

本發明的另一個技術方案是提供了一種晶圓處理方法，適用於上述任意一種所述等離子體處理裝置，包括如下步驟： 通過所述末端執行器將晶圓送入所述等離子體處理裝置的反應腔內，並在所述反應腔內對所述晶圓進行等離子體處理；通過監測所述反應腔內邊緣環對所述晶圓處理結果的影響，或監測邊緣環被侵蝕後的幾何尺寸變化程度，確定是否更換所述邊緣環； 所述末端執行器進入所述反應腔內，通過所述邊緣環承載部承載所述邊緣環和/或所述晶圓承載部承載所述晶圓； 所述末端執行器退出所述反應腔，將所述邊緣環與所述晶圓同時移出所述反應腔，或單獨將所述邊緣環或所述晶圓移出所述反應腔。

本發明的另一個技術方案是提供了一種邊緣環更換方法，適用於上述任意一種所述等離子體處理裝置， 將邊緣環從所述等離子體處理裝置的反應腔內取出的過程，包含： 外部的機械手臂驅動所述末端執行器，使所述邊緣環承載面位於第二高度、所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔壁上的開口、進入所述反應腔，所述邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部；所述末端執行器升高，所述邊緣環承載面升高到第一高度，使所述邊緣環承載面承載所述邊緣環以將所述邊緣環提起；所述末端執行器攜載所述邊緣環沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、退出所述反應腔； 將邊緣環放入從所述等離子體處理裝置的反應腔的過程，包含： 所述末端執行器攜載所述邊緣環、同時所述邊緣環承載面位於第一高度，所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、進入所述反應腔；所述末端執行器降低，所述邊緣環承載面降到第二高度將所述邊緣環放到環繞所述基座周邊的位置；所述末端執行器沿水平方向後退，所述邊緣環承載部退出所述邊緣環容納部、所述末端執行器退出所述反應腔。

較佳地，進一步包含將邊緣環和晶圓同時從所述等離子體處理裝置的反應腔內取出的過程： 所述邊緣環承載面位於第二高度、所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、進入所述反應腔，所述邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部、所述晶圓承載部位於被頂針頂起的晶圓下方，降下所述頂針、所述晶圓落在所述晶圓承載面上；所述末端執行器升高，所述邊緣環承載面升高到第一高度，使所述邊緣環承載面承載所述邊緣環、將所述邊緣環提起，所述末端執行器攜載所述邊緣環和所述晶圓沿水平方向退出所述反應腔。

較佳地， 進一步包含將邊緣環和晶圓同時放入從所述等離子體處理裝置的反應腔內的過程： 所述末端執行器攜載邊緣環和晶圓、同時所述邊緣環承載面位於第一高度，所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、進入所述反應腔；所述末端執行器降低，所述邊緣環承載面降到第二高度將所述邊緣環放到環繞基座周邊的位置；頂針升起、從所述晶圓承載面上頂起所述晶圓；所述末端執行器沿水平方向後退，所述邊緣環承載部退出所述邊緣環容納部，所述末端執行器退出所述反應腔；所述頂針下降，將所述晶圓放置到所述基座上。

本發明的另一個技術方案是提供了一種晶圓的取放方法，適用於上述任意一種所述等離子體處理裝置， 將晶圓從所述等離子體處理裝置的反應腔內取出的過程，包含： 所述邊緣環承載面位於第二高度、所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、進入所述反應腔，所述末端執行器的邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部，所述晶圓承載面位於被頂針頂起的晶圓下方，降下所述頂針、所述晶圓落在所述晶圓承載面上；所述末端執行器沿水平方向後退，所述邊緣環承載部退出所述邊緣環容納部，所述末端執行器攜載所述晶圓退出所述反應腔； 將晶圓放入所述等離子體處理裝置的反應腔的過程，包含： 所述末端執行器攜載晶圓、同時所述邊緣環承載面位於第二高度，所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔的腔壁上的開口、進入所述反應腔，所述邊緣環承載面穿入所述邊緣環的容納部，頂針升起、從所述晶圓承載面上頂起所述晶圓；所述末端執行器沿水平方向後退，所述邊緣環承載部退出所述邊緣環容納部，所述末端執行器退出所述反應腔；所述頂針下降，將所述晶圓放置到所述基座上。

與習知技術相比，本發明的有益效果為： 所述等離子體處理裝置中的末端執行器能夠同時運載晶圓和邊緣環進出反應腔，也能夠單獨運載晶圓進出反應腔進行傳片，或單獨運載邊緣環進出反應腔進行邊緣環更換；所述等離子體處理裝置中的邊緣環設有容納部，通過與所述末端執行器配合，實現在不打開反應腔的情況下更換所述邊緣環，顯著地提高了設備工作效率，節省了大量的人力和時間，有效地降低了設備的使用成本。

配合參見圖1所示，本發明提供的等離子體處理裝置，設有真空的反應腔100；該反應腔的腔壁150上開設有開口，末端執行器400在外部機械手臂（圖中未顯示）的驅動下穿過該開口進出反應腔100；在反應腔100內，腔底位置上設置有一基座200，用來支撐固定待處理的晶圓；環繞所述基座200設有至少一邊緣環，用於調節晶圓的邊緣區域的溫度、氣流或等離子體的分佈，具有提高等離子體處理裝置的晶圓處理性能的作用。邊緣環包括聚焦環、遮蓋環、隔離環中的至少一個。下文以聚焦環為例進行說明。

本發明提供的等離子體處理裝置可以是電感耦合型等離子體處理裝置（ICP裝置），也可以是電容耦合型等離子體處理裝置（CCP裝置），本文以ICP裝置為具體實施例，對本發明裝置進行詳細的說明介紹。具體的，如圖1所示，真空的反應腔100的腔壁150上開設有一開口，末端執行器400穿過該開口進出反應腔100；所述真空的反應腔100內，其底部位置上設置有一基座200，用來支撐固定待處理的晶圓；基座200的四周環繞設置有聚焦環300；反應腔100的腔壁150上端設置有一絕緣窗500，絕緣窗500上方設置有電感耦合線圈550；反應腔100的腔壁150上端或絕緣窗500中心位置開設有氣體注入口600，用以將反應氣體注入真空的反應腔100中。將射頻功率源的射頻電壓施加到電感耦合線圈550上，電感耦合線圈550在反應腔100內耦合產生交變電場，使反應氣體激發產生等離子體；所述反應腔100的腔壁150內側設有內襯650，用以保護反應腔100的腔壁150不被等離子體腐蝕。等離子體中的活性粒子在待處理晶圓表面發生物理和化學反應，改變晶圓表面的形貌、完成蝕刻過程。

圖2為聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖。如圖2所示，所述聚焦環300下方設置有下接地環700和遮罩環750；其中，所述下接地環700用於在反應腔100內形成射頻接地回路；所述遮罩環750用於將施加到基座200上的射頻訊號遮罩在基座200內；所述聚焦環300外側環繞設置有遮蓋環800。

為了實現在不打開反應腔的情況下、自動更換聚焦環300，提高設備工作效率，本發明提供的等離子體處理裝置中，所述末端執行器400包括晶圓承載部和聚焦環承載部；所述末端執行器400通過晶圓承載部攜載晶圓沿水平方向進出反應腔100，通過聚焦環承載部在垂直方向提起聚焦環300、並沿水平方向進入或退出反應腔100後卸下聚焦環300。所述聚焦環承載部設置於所述晶圓承載部的兩側；所述晶圓承載部進一步包含晶圓承載面，用來承載晶圓；所述聚焦環承載部進一步包含聚焦環承載面，用來承載所述聚焦環300；所述晶圓承載面不低於所述聚焦環承載面。所述聚焦環300設置有容納部，用來與所述聚焦環承載部配合，具體的，所述聚焦環承載部穿入容納部中，通過聚焦環承載面承載所述聚焦環300。所述容納部可以為環形凹槽結構，或非連續凹槽結構，或通孔結構，但不限於此，特此說明。

下文以本發明提供的等離子體處理裝置中的聚焦環為實施例，對其容納部的設置進行詳細說明介紹。

實施例一

圖3為實施例一中開設有凹槽的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖。如圖3所示，所述聚焦環310環繞基座200設置，所述聚焦環310下方設置有下接地環700和遮罩環750；其中，所述下接地環700用於在反應腔100內形成射頻接地回路；所述遮罩環750用於將施加到基座200上的射頻訊號遮罩在基座200內；所述聚焦環310外側環繞設置有遮蓋環800。

如圖3所示，本實施例中所述聚焦環310的外壁上開設有環形凹槽作為容納部311；所述末端執行器400包括邊緣環承載部，本實施例中為聚焦環承載部a，水平移動，並穿入環形凹槽中，所述聚焦環承載部a位於聚焦環310兩側，如圖4所示，在外部的機械手臂850的驅動下所述末端執行器400升高，從而將所述聚焦環310提起（如圖3中箭頭所示方向），使所述聚焦環310隨所述末端執行器400移動。圖4為實施例一中開設有凹槽的聚焦環310與末端執行器400配合的俯視圖。

或者，在所述聚焦環310兩側外壁上分別開設一段凹槽作為容納部311，該段凹槽沿聚焦環310的壁面圓周方向設置；所述聚焦環承載部a，水平移動，並穿入對應的凹槽段中，所述聚焦環承載部a位於聚焦環310兩側，實現所述聚焦環310與末端執行器400的配合。兩側開設凹槽段作為容納部311的聚焦環310，其與末端執行器400配合的俯視圖，亦如圖4所示。

本實施例中所述聚焦環310，還可以在其兩側腔壁上分別開設通孔作為容納部311，該通孔水平設置，與所述末端執行器400的水平移動方向相對應，所述聚焦環承載部a，水平移動，並穿入對應的通孔中，如圖5所示；所述聚焦環承載部a位於聚焦環310兩側，實現所述聚焦環310與末端執行器400的配合。圖5為實施例一中開設有通孔的聚焦環310在等離子體處理裝置中的局部放大圖。

實施例二

圖6為實施例二中設有第一凸台的聚焦環320在等離子體處理裝置中的局部放大圖。如圖6所示，本實施例中所述聚焦環320的環體外壁上設置環形的第一凸台322，第一凸台322伸出聚焦環320的環體外壁，且位於遮蓋環800上方，第一凸台322與所述遮蓋環800之間形成環形間隙作為容納部321；所述聚焦環承載部a水平移動，並穿入該環形間隙中；所述聚焦環承載部a位於聚焦環320兩側，在外部的機械手臂850的驅動下所述末端執行器400升高，從而將所述聚焦環320提起（如圖6中箭頭所示方向），使所述聚焦環320隨所述末端執行器400移動，實現所述聚焦環320與末端執行器400的配合。

或者，在所述聚焦環320的兩側外壁上分別設置一段第一凸台322，與所述遮蓋環800之間形成兩段間隙作為容納部321，所述聚焦環承載部a水平移動，並穿入對應的間隙中，實現所述聚焦環320與末端執行器400的配合，如圖6所示。

結合實施例一和實施例二，本發明中實施例一中，作為容納部的凹槽還可以開設在第一凸台的外壁上。

實施例三

圖7為實施例三中設有第二凸台的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖。如圖7所示，本實施例中所述聚焦環330的環體頂面設置有兩個第二凸台332，兩個第二凸台332分佈於聚焦環330兩側（圖7為其中一側結構放大圖），每個第二凸台332上開設有通孔，該通孔沿水平方向設置，對應於所述末端執行器400的水平移動方向；所述聚焦環承載部a，水平移動，並穿入對應的通孔中，在外部的機械手臂的驅動下所述末端執行器400升高，從而將所述聚焦環330提起（如圖中箭頭所示方向），使所述聚焦環330隨所述末端執行器400移動，實現所述聚焦環330與末端執行器400的配合。

下文以本發明提供的等離子體處理裝置中的末端執行器為實施例，對其聚焦環承載部結構進行詳細說明介紹。

實施例四

圖8為實施例四中所述末端執行器的結構示意圖。如圖8所示，本實施例中所述末端執行器410包含執行器本體411，所述執行器本體411一端與外部的機械手臂連接，通過所述機械手臂驅動所述末端執行器410。

所述末端執行器410還包含晶圓承載部412；所述晶圓承載部412設置於執行器本體411遠離機械手臂的一端，以其上表面作為晶圓承載面α1用來承載晶圓，如圖8所示。

所述末端執行器410還包含聚焦環承載部413，所述聚焦環承載部413設置於所述晶圓承載部412兩側。所述聚焦環承載部413進一步包含嵌入件4130和連接件4131；所述嵌入件4130用來穿入聚焦環的容納部中，本實施例中嵌入件4130的上表面為所述聚焦環承載面β1用來承載聚焦環；所述連接件4131用來連接嵌入件4130和所述晶圓承載部412。

本實施例的聚焦環承載部413中，所述連接件4131前部和嵌入件4130形成類似凹槽結構，兩側的聚焦環承載部413槽口相對設置；所述凹槽結構的上槽壁和側壁屬於所述連接件4131，且連接件4131的後部是上槽壁的延伸段，該延伸段連接晶圓承載部412的一端曲臂型設計，使聚焦環承載部413伸出晶圓承載部412、分佈在所述晶圓承載部412兩側；所述凹槽結構的下槽壁作為所述嵌入件4130，所述聚焦環承載面β1低於所述晶圓承載面α1，所述末端執行器410適用於電感耦合型等離子體處理裝置（ICP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環，或電容耦合型等離子體處理裝置（CCP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環。

在ICP裝置或CCP裝置中，本實施例中的末端執行器410用於更換實施例一中開設凹槽作為容納部的聚焦環310或實施例二中所述設置第一凸台與遮蓋環形成間隙作為容納部的聚焦環320；圖9為實施例四中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖，取放晶圓900時，晶圓900置於末端執行器410的上表面；圖10為圖9中A-A方向的剖視圖，即縱剖視圖，晶圓900通過頂針950的升起或降落完成在末端執行器410與基座200之間的轉移（下文詳述）；圖11為圖10的局部放大圖。

實施例五

本發明對連接件的具體結構不做限制，實際應用中可根據需要進行調整。

圖12為實施例五中所述末端執行器的結構示意圖。如圖12所示，本實施例中所述末端執行器420包含執行器本體421、晶圓承載部422以及聚焦環承載部423；所述晶圓承載部422以其上表面為晶圓承載面α2用來承載晶圓。

所述聚焦環承載部423包含嵌入件4230和連接件4231；所述嵌入件4230用來穿入聚焦環300的容納部中，所示嵌入件4230以其上表面為所述聚焦環承載面β2用來承載聚焦環300，如圖12所示。

所述連接件4231為L型，其上板與所述晶圓承載部422連接，側板向下，與所述嵌入件4230連接，所述聚焦環承載面β2低於所述晶圓承載面α1，所述末端執行器420適用於電感耦合型等離子體處理裝置（ICP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環，或電容耦合型等離子體處理裝置（CCP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環。

在ICP裝置或CCP裝置中，本實施例中的末端執行器420用於更換實施例一中開設凹槽作為容納部的聚焦環310或實施例二中所述設置第一凸台與遮蓋環形成間隙作為容納部的聚焦環320；圖13為實施例五中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖；圖14為圖13的縱剖視圖。

實施例六

圖15為實施例六中所述末端執行器的結構示意圖，相對應實施例四，本實施所述末端執行器對晶圓承載部和聚焦環承載部進行了調整。如圖15所示，本實施例中所述末端執行器430的執行器本體431，其一端與外部的機械手臂連接，通過所述機械手臂驅動所述末端執行器；所述執行器本體431的另一端與晶圓承載部432連接。

所述晶圓承載部432為L型，包含第一部分4320和第二部分4321。第一部分4320，其上表面為晶圓承載面α3，用來承載晶圓，如圖15所示。第一部分4320和所述執行器本體431通過第二部分4321連接。

聚焦環承載部433，其連接執行器本體431後部曲臂型設計，用來使聚焦環承載部433伸出執行器本體、分佈於所述晶圓承載部432兩側；其前部長條型設計，用來穿入聚焦環容納部；所述聚焦環承載部433前部，其上表面為聚焦環承載面β3，用來承載聚焦環。

本實施例中，第二部分4321可以垂直向上設置，也可以斜向上設置，第一部分4320連接於第二部分4321的上端，所述執行器本體431連接於第二部分4321的下端，第一部分4320高於所述執行器本體431，進而所述晶圓承載面α3高於所述聚焦環承載面β3，所述末端執行器430適用於電感耦合型等離子體處理裝置（ICP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環，或電容耦合型等離子體處理裝置（CCP裝置）中取放晶圓和/或聚焦環。

本實施例中，所述聚焦環承載部433，其前部長條型設計，提高了末端執行器與聚焦環的匹配能力，適用範圍廣。在ICP裝置或CCP裝置中，本實施例中的末端執行器410可用於更換實施例一、二、三中所述的任意一種聚焦環；圖16為實施例六中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖；圖17為圖16的縱剖視圖。

以上是對本發明提供的等離子體處理裝置中的聚焦環和末端執行器結構的具體介紹。本發明中，所述聚焦環300和末端執行器400還相應地設有定位機構，用來方便所述末端執行器定位，具體的，如圖18所示，在所述聚焦環承載面設有定位銷1000，所述容納部內壁上對應定位銷1000的位置開設有定位槽（圖中未顯示）；或者，所述容納部內壁設有定位銷1000，所述聚焦環承載面上對應定位銷1000的位置開設有定位槽；或者，所述邊緣環內部設有磁鐵，所述邊緣環承載部內部相應位置設有電磁鐵，電磁鐵通電時具有磁性，與磁鐵吸合，所述邊緣環承載部將所述邊緣環取起，電磁鐵斷電時磁性消失，與磁鐵分離，所述邊緣環承載部將所述邊緣環放下；同樣的，所述邊緣環內部設電磁鐵，所述邊緣環承載部內部相應位置設磁鐵也能實現上述效果。圖18為設有定位機構的末端執行器與聚焦環配合結構示意圖。

本發明提供的等離子體處理裝置處理晶圓過程中，其設置的末端執行器400對晶圓900的取放方法如下：

將晶圓900放入所述反應腔100的過程包含：通過外壁機械手臂調整所述末端執行器400的高度，使所述末端執行器400進入反應腔100時，晶圓承載部將位於基座200上方，且聚焦環承載部能夠水平穿入所述聚焦環的容納部；將晶圓900置於晶圓承載面上，所述末端執行器400攜載晶圓900，沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100；所述聚焦環承載部穿入所述聚焦環的容納部，頂針950升起、從所述晶圓承載面上頂起所述晶圓900；所述末端執行器400沿水平方向後退，使所述聚焦環承載部退出所述聚焦環容納部，所述末端執行器400退出所述反應腔100；所述頂針950下降，將所述晶圓900放置到所述基座200上，所述末端執行器400將晶圓900放入所述處理裝置。

將晶圓900取出所述反應腔100的過程包含：在所述反應腔100內，所述頂針950升起，從而將所述基座200上的晶圓900頂起；通過外壁機械手臂調整所述末端執行器400的高度，使所述末端執行器400進入反應腔100時，晶圓承載部將位於基座200與被頂起的晶圓900之間，聚焦環承載部能夠水平穿入所述聚焦環的容納部；所述末端執行器400沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100，所述末端執行器400的聚焦環承載部穿入所述聚焦環的容納部，所述晶圓承載面位於被頂針頂起的晶圓900下方，降下所述頂針950、所述晶圓900落在所述晶圓承載面上；所述末端執行器400沿水平方向後退，所述聚焦環承載部退出所述聚焦環容納部，所述末端執行器400攜載所述晶圓900退出所述反應腔100，所述末端執行器400將晶圓900取出所述處理裝置。

通過所述末端執行器400將晶圓900送入所述處理裝置的反應腔100內，並在所述反應腔100內對所述晶圓900進行等離子體處理；監測所述反應腔100內聚焦環300對所述晶圓900處理結果的影響，或監測聚焦環300被侵蝕後的幾何尺寸變化程度，判斷是否更換所述聚焦環300；如果所述晶圓900處理結果良好或聚焦環300的幾何尺寸變化微小，則暫不需要更換聚焦環300；如果所述晶圓900處理結果不符合要求或聚焦環300的幾何尺寸變化明顯，則需要及時更換聚焦環300。

本發明提供的等離子體處理裝置，其設置的末端執行器400與聚焦環300相匹配，能夠對聚焦環300進行更換，而無需打開反應腔100；其設置的末端執行器400對所述聚焦環300的更換方法如下：

將聚焦環300取出所述反應腔100的過程包含：外部機械手臂調整所述末端執行器400的高度，使所述末端執行器400進入反應腔100時，聚焦環承載部能夠水平穿入所述聚焦環300的容納部；所述末端執行器400水平穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100，所述聚焦環承載部穿入所述聚焦環300的容納部；所述末端執行器400升高，使所述聚焦環承載面承載所述聚焦環300、將所述聚焦環300提起，所述聚焦環300位於所述基座200的上表面上方；所述末端執行器400攜載所述聚焦環300沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、退出所述反應腔100，所述末端執行器400將所述聚焦環300取出所述處理裝置。

將聚焦環300放入所述反應腔100的過程包含：外壁機械手臂調整所述末端執行器400的高度，使所述末端執行器400進入反應腔100時，所攜載聚焦環300能夠位於所述基座200的上表面上方；所述聚焦環承載部穿入所述聚焦環300的容納部中，末端執行器400攜載所述聚焦環300沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100；所述末端執行器100降低，將所述聚焦環300放到環繞所述基座200周邊的位置；所述末端執行器400沿水平方向後退，所述聚焦環承載部退出所述聚焦環300的容納部、所述末端執行器400退出所述反應腔100，所述末端執行器400將所述聚焦環300放入所述處理裝置。

本發明提供的等離子體處理裝置，其設置的與聚焦環300相匹配的末端執行器400，可以單獨取放晶圓900或聚焦環300，且還能夠同時將聚焦環300和晶圓900取出或放入所述等離子體處理裝置，而無需打開反應腔100，其設置的末端執行器400將所述聚焦環300和晶圓900同時取出所述反應腔100的方法如下：

在所述反應腔100內，所述頂針950升起，從而將所述基座200上的晶圓900頂起；外壁機械手臂調整所述末端執行器400的高度，使所述末端執行器400進入反應腔100時，晶圓承載部將位於基座200與被頂起的晶圓900之間，聚焦環承載部能夠水平穿入所述聚焦環300的容納部；所述末端執行器400沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100，所述聚焦環承載部穿入所述聚焦環300的容納部、所述晶圓承載部位於被頂針950頂起的晶圓900下方，降下所述頂針950、所述晶圓900落在所述晶圓承載面上；所述末端執行器400升高，使所述聚焦環承載面承載所述聚焦環300、將所述聚焦環300提起，所述聚焦環300位於所述基座200的上表面上方；所述末端執行器400攜載所述聚焦環300和所述晶圓900沿水平方向退出所述反應腔100，所述末端執行器400將所述聚焦環300和所述晶圓900同時取出所述處理裝置。

本發明提供的等離子體處理裝置，其設置的末端執行器400將所述聚焦環300和晶圓900同時放入所述反應腔100的方法如下：

將晶圓900置於晶圓承載面上，所述聚焦環承載部穿入所述聚焦環300的容納部中；外部的機械手臂調整所述末端執行器400高度，使進入反應腔100時，所述聚焦環300位於所述基座200的上表面上方；所述末端執行器400攜載聚焦環300和晶圓900沿水平方向穿過所述反應腔100的腔壁150上的開口、進入所述反應腔100；所述末端執行器400降低，將所述聚焦環300放到環繞基座200周邊的位置；頂針950升起、從所述晶圓承載面上頂起所述晶圓900；所述末端執行器400沿水平方向後退，所述聚焦環承載部退出所述聚焦環300的容納部，所述末端執行器400退出所述反應腔100；所述頂針950下降，將所述晶圓900放置到所述基座200上，所述末端執行器400將所述聚焦環300和所述晶圓900同時放入所述等離子體處理裝置。

上文所述的聚焦環結構同樣適用於其他環繞基座設置的邊緣環，當某一邊緣環需要定期或不定期進行更換，可以在所述邊緣環上設置如上文所述的聚焦環的容納部，配合上文描述的末端執行器實現對邊緣環在不打開反應腔前提下的自動切換。

儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

100:反應腔 150:腔壁 1000:定位銷 200:基座 300, 310, 320, 330:聚焦環 311, 321:容納部 322:第一凸台 332:第二凸台 400, 410, 420, 430:末端執行器 411, 421, 431:執行器本體 412, 422, 432:晶圓承載部 4130:嵌入件 4131:連接件 4320:第一部分 4321:第二部分 500:絕緣窗 550:電感耦合線圈 600:氣體注入口 650:內襯 700:下接地環 750:遮罩環 800:遮蓋環 850:機械手臂 900:晶圓 950:頂針 a, 413, 423, 433:聚焦環承載部 α1, α2, α3:晶圓承載面 β1, β2, β3:聚焦環承載面

圖1為電感耦合型等離子體處理裝置的縱剖視圖； 圖2為聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖； 圖3為實施例一中開設有凹槽的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖； 圖4為實施例一中開設有凹槽的聚焦環與末端執行器配合的俯視圖； 圖5為實施例一中開設有通孔的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖； 圖6為實施例二中設有第一凸台的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖； 圖7為實施例三中設有第二凸台的聚焦環在等離子體處理裝置中的局部放大圖； 圖8為實施例四中所述末端執行器的結構示意圖； 圖9為實施例四中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖； 圖10為圖9的縱剖視圖； 圖11為圖10的局部放大圖； 圖12為實施例五中所述末端執行器的結構示意圖； 圖13為實施例五中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖； 圖14為圖13的縱剖視圖； 圖15為實施例六中所述末端執行器的結構示意圖； 圖16為實施例六中所述末端執行器在等離子體處理裝置中的俯視圖； 圖17為圖16的縱剖視圖；以及 圖18為設有定位機構的末端執行器與聚焦環配合結構示意圖。

100:反應腔

150:腔壁

200:基座

300:聚焦環

400:末端執行器

500:絕緣窗

550:電感耦合線圈

600:氣體注入口

650:內襯

Claims (23)

1. 一種等離子體處理裝置，其中，該等離子體處理裝置包括：一反應腔，該反應腔的腔壁設有一開口；一基座，位於該反應腔內，用於承載一晶圓；一邊緣環，在該反應腔內環繞該基座設置；該邊緣環設有一容納部；以及一末端執行器，穿過該反應腔的腔壁的該開口進出該反應腔；該末端執行器包括一晶圓承載部和一邊緣環承載部；該晶圓承載部包含一晶圓承載面，通過該晶圓承載面運載該晶圓進出該反應腔；該邊緣環承載部包含一邊緣環承載面，通過該邊緣環承載面與該邊緣環的該容納部配合，運載該邊緣環進出該反應腔。
2. 如請求項1所述的等離子體處理裝置，其中，該邊緣環承載部位於該晶圓承載部的兩側。
3. 如請求項2所述的等離子體處理裝置，其中，當該末端執行器在水平方向進出該反應腔時，該晶圓承載面不低於該邊緣環承載面。
4. 如請求項1所述的等離子體處理裝置，其中，該末端執行器同時運載該晶圓和該邊緣環進出該反應腔。
5. 如請求項1所述的等離子體處理裝置，其中，該末端執行器運載該晶圓或該邊緣環進出該反應腔。
6. 如請求項4或5所述的等離子體處理裝置，其中，該邊緣環承載部穿入該邊緣環的該容納部，該邊緣環承載面對該邊緣環進行承載。
7. 如請求項6所述的等離子體處理裝置，其中，該邊緣環承載部與該邊緣環上相應地設有一定位機構，包含：該邊緣環承載面設有一定位銷，該容納部內壁上對應該定位銷的位置開設有一定位槽；或者，該容納部內壁設有該定位銷，該邊緣環承載面上對應該定位銷的位置開設有該定位槽；或者，該邊緣環和該邊緣環承載部內部設有一磁鐵，且至少該邊緣環或該 邊緣環承載部內的該磁鐵為電磁鐵，通過電流通斷控制電磁鐵的磁性有無，實現該邊緣環的取放。
8. 如請求項1所述的等離子體處理裝置，其中，該末端執行器通過升高或降低在不同的高度進出該反應腔。
9. 如請求項1所述的等離子體處理裝置，其中，該邊緣環為聚焦環。
10. 一種末端執行器，用於請求項1~9中任意一項所述等離子體處理裝置，包括一執行器本體，該執行器本體與外部的一機械手臂配合，通過該機械手臂驅動該末端執行器，其中，該末端執行器還包括一晶圓承載部和一邊緣環承載部；該晶圓承載部包含一晶圓承載面，通過該晶圓承載面運載一晶圓進出該等離子體處理裝置的一反應腔；該邊緣環承載部包含一邊緣環承載面，通過該邊緣環承載面與一邊緣環的一容納部配合，運載該邊緣環進出該等離子體處理裝置的該反應腔。
11. 如請求項10所述末端執行器，其中，該晶圓承載部設置於該執行器本體遠離該機械手臂的一端，該晶圓承載部的兩側分別設置有該邊緣環承載部。
12. 如請求項10所述末端執行器，其中，該邊緣環承載部上設有一第一定位機構，與該邊緣環上相應的一定位機構配合，在取放該邊緣環時進行定位。
13. 如請求項12所述末端執行器，其中，該第一定位機構包含：設置於該邊緣環承載面的一定位銷或一定位槽，或設置於該邊緣環承載部內的磁鐵。
14. 一種邊緣環，其在請求項1~9中任意一項所述等離子體處理裝置的一反應腔內，環繞一基座設置，其中，該邊緣環設有一容納部；該等離子體處理裝置的一末端執行器將一邊緣環承載部穿入該邊緣環的該容納部，通過一邊緣環承載面與該邊緣環的該容納部配合，運載該邊緣環進 出該等離子體處理裝置的該反應腔。
15. 如請求項14所述邊緣環，其中，該容納部為環形凹槽，或非連續凹槽或通孔。
16. 如請求項14所述邊緣環，其中，該容納部開設在該邊緣環的外壁上；或者，該容納部設置於一第二凸台，該第二凸台位於該邊緣環的頂面；或者，該容納部位於一遮蓋環與一第一凸台之間，該遮蓋環在該第一凸台下方、環繞該邊緣環設置；該第一凸台位於該邊緣環的外壁。
17. 如請求項14所述邊緣環，其中，該邊緣環上設有一第二定位機構，與該邊緣環承載部上相應的一定位機構配合，在取放該邊緣環時進行定位。
18. 如請求項17所述邊緣環，其中，該定位機構包含：設置於該容納部的內壁上的一定位銷或一定位槽，或設置於該邊緣環內的磁鐵。
19. 一種晶圓處理方法，適用於請求項1~9中任意一項所述等離子體處理裝置，其中，包括如下步驟：通過一末端執行器將一晶圓送入該等離子體處理裝置的一反應腔內，並在該反應腔內對該晶圓進行等離子體處理；通過監測該反應腔內一邊緣環對該晶圓處理結果的影響，或監測該邊緣環被侵蝕後的幾何尺寸變化程度，確定是否更換該邊緣環；該末端執行器進入該反應腔內，通過一邊緣環承載部承載該邊緣環和/或一晶圓承載部承載該晶圓；以及該末端執行器退出該反應腔，將該邊緣環與該晶圓同時移出該反應腔，或單獨將該邊緣環或該晶圓移出該反應腔。
20. 一種邊緣環更換方法，適用於請求項1~9中任意一項所述等離子體處理裝置，其中，將一邊緣環從該等離子體處理裝置的一反應腔內取出的過程，包含下列步驟： 外部的一機械手臂驅動一末端執行器，使一邊緣環承載面位於一第二高度、該末端執行器沿水平方向穿過該反應腔的腔壁上的一開口、進入該反應腔，一邊緣環承載部穿入該邊緣環的一容納部；該末端執行器升高，該邊緣環承載面升高到一第一高度，使該邊緣環承載面承載該邊緣環以將該邊緣環提起；該末端執行器攜載該邊緣環沿水平方向穿過該反應腔的腔壁上的該開口、退出該反應腔；將該邊緣環放入從該等離子體處理裝置的該反應腔的過程，包含下列步驟：該末端執行器攜載該邊緣環、同時該邊緣環承載面位於一第一高度，該末端執行器沿水平方向穿過該反應腔的腔壁上的該開口、進入該反應腔；該末端執行器降低，該邊緣環承載面降到該第二高度將該邊緣環放到環繞一基座周邊的位置；該末端執行器沿水平方向後退，該邊緣環承載部退出該邊緣環的該容納部、該末端執行器退出該反應腔。
21. 如請求項20所述邊緣環更換方法，其中，進一步包含將邊緣環和晶圓同時從所述處理裝置的反應腔內取出的過程：所述邊緣環承載面位於第二高度、所述末端執行器沿水平方向穿過所述反應腔壁上的開口、進入所述反應腔，所述邊緣環承載部穿入所述邊緣環的容納部、所述晶圓承載部位於被頂針頂起的晶圓下方，降下所述頂針、所述晶圓落在所述晶圓承載面上；所述末端執行器升高，所述邊緣環承載面升高到第一高度，使所述邊緣環承載面承載所述邊緣環、將所述邊緣環提起，所述末端執行器攜載所述邊緣環和所述晶圓沿水平方向退出所述反應腔。
22. 如請求項20所述邊緣環更換方法，其中，進一步包含將該邊緣環和該晶圓同時放入從該等離子體處理裝置的該反應腔內的過程：該末端執行器攜載該邊緣環和該晶圓、同時該邊緣環承載面位於該第一高度，該末端執行器沿水平方向穿過該反應腔壁上的該開口、進入該反應腔；該末端執行器降低，該邊緣環承載面降到該第二高度將該邊緣環放到環繞該基座周邊的位置；一頂針升起、從該晶圓承載面上頂起該晶圓；該末端 執行器沿水平方向後退，該邊緣環承載部退出該邊緣環容納部，該末端執行器退出該反應腔；該頂針下降，將該晶圓放置到該基座上。
23. 一種晶圓的取放方法，適用於請求項1~9中任意一項所述等離子體處理裝置，其中，將一晶圓從該等離子體處理裝置的一反應腔內取出的過程，包含下列步驟：一邊緣環承載面位於一第二高度、一末端執行器沿水平方向穿過該反應腔的腔壁上的一開口、進入該反應腔，該末端執行器的一邊緣環承載部穿入一邊緣環的一容納部，該晶圓承載面位於被一頂針頂起的該晶圓的下方，降下該頂針、該晶圓落在一晶圓承載面上；該末端執行器沿水平方向後退，該邊緣環承載部退出該邊緣環的該容納部，該末端執行器攜載該晶圓退出該反應腔；將該晶圓放入該等離子體處理裝置的該反應腔的過程，包含下列步驟：該末端執行器攜載該晶圓、同時該邊緣環承載面位於該第二高度，該末端執行器沿水平方向穿過該反應腔的腔壁上的該開口、進入該反應腔，該邊緣環承載面穿入該邊緣環的該容納部，該頂針升起、從該晶圓承載面上頂起該晶圓；該末端執行器沿水平方向後退，該邊緣環承載部退出該邊緣環的該容納部，該末端執行器退出該反應腔；該頂針下降，將該晶圓放置到該基座上。