一种边缘环组件、边缘环更换方法以及静电卡盘与流程

1.本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种边缘环组件、边缘环更换方法以及静电卡盘。


背景技术：

2.在当前的晶圆制造工艺过程中，晶圆通常放置于静电卡盘上，静电卡盘的顶部设有边缘环。
3.现有的边缘环采用单一结构，参见图1，边缘环的数量仅为一个。当原有边缘环损坏或达到使用寿命后，需要打开反应室，将原有边缘环取出，并安装新的边缘环，显然地，上述边缘环的维修和养护的操作复杂，耗时长。


技术实现要素：

4.鉴于以上分析，本发明旨在提供一种边缘环组件、边缘环更换方法以及静电卡盘，用以解决现有技术中边缘环的维修和养护的操作复杂、耗时长的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供一种边缘环组件，包括多个沿轴向堆叠的边缘环、驱动边缘环沿轴向运动的升降组件以及用于移动顶部的边缘环的机械手。
7.进一步地，上述边缘环包括基环以及设于基环上方和/或下方的多个支撑件，机械手插入多个支撑件之间。
8.进一步地，上述基环沿径向的厚度为5.0～7.0mm。
9.进一步地，上述基环沿径向的厚度为5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm。
10.进一步地，上述机械手沿基环径向的厚度为3.0～4.0mm。
11.进一步地，上述机械手沿基环径向的厚度为3.0mm、3.2mm、3.5mm或4mm。
12.进一步地，上述支撑件的数量为两个，两个支撑件相对于基环的径向对称设置。
13.进一步地，支撑件沿基环径向的截面形状为圆形、正方形、矩形、菱形、梯形或扇环。
14.进一步地，相邻两个边缘环的间隙为5.0～7.0mm。
15.进一步地，相邻两个边缘环的间隙为5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm。
16.进一步地，当支撑件设于基环的上方或下方，支撑件沿基环径向的厚度为5.0～7.0mm。
17.进一步地，当支撑件设于基环的上方或下方，支撑件沿基环径向的厚度为5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm。
18.进一步地，当支撑件设于基环的上方和下方，相邻两个基环之间的两个支撑件沿基环径向的总厚度为5.0～7.0mm。
19.进一步地，当支撑件设于基环的上方和下方，相邻两个基环之间的两个支撑件沿基环径向的总厚度为5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm。
20.进一步地，升降组件包括支撑筒、电机和电机控制器，位于底部的边缘环设于支撑筒的顶端，电机的输出轴与支撑筒的顶端连接，电机控制器控制电机的输出轴伸缩并驱动支撑筒的顶端沿边缘环径向运动。
21.进一步地，升降组件的数量为多个，多个升降沿边缘环的轴向均匀布置。
22.进一步地，电机的输出轴外套设波纹管套，该波纹管套位于支撑筒与电机的输出轴之间。
23.进一步地，为了进一步保护电机的输出轴，上述波纹管套包括多层套设的波纹管。
24.进一步地，波纹管的层数为两层。
25.进一步地，上述边缘环组件还包括总控制器、多组信号发射端和一组信号接收端，每个边缘环的内壁设置一组信号发射端，信号接收端设于静电卡盘的外壁，每组信号发射端包括多个处于边缘环同一径向平面的发射端子，发射端子与电机输出轴一一对应且位于电机输出轴的正上方，信号接收端包括多个处于静电卡盘同一径向平面的接收端子，发射端子与接收端子位置相对应。在边缘环向上运动过程中，接收端子接收其中一个边缘环上的多个发射端子发射的信号并发送至总控制器，总控制器记录接收信号的多个时间数据并计算多个时间数据的平均值，若某一时间数据等于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环位置无需调整；若某一时间数据早于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环一侧向上倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器、电机和电机输出轴驱动向上倾斜的边缘环一侧的向下移动；若某一时间数据晚于平均值，则说明该时间数据对应的边缘环一侧向下倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器、电机和电机输出轴驱动向下倾斜的边缘环一侧的向上移动。
26.本发明还提供了一种边缘环更换方法，采用上述边缘环组件，该更换方法包括如下步骤：
27.开启升降组件，升降组件驱动多个边缘环向上运动，顶部的边缘环移出晶圆制造区域，机械手将顶部的边缘环移至反应室外，位于顶部的边缘环下方且与顶部边缘环相邻的边缘环进入晶圆制造区域，作为新的边缘环，从而完成边缘环的更换。
28.进一步地，当上述边缘环组件储存的多个边缘环均使用完后，上述更换方法还包括如下步骤：
29.重新在升降组件上安装多个边缘环，开启升降组件，升降组件驱动多个边缘环向下运动，使得顶部的边缘环进入晶圆制造区域。
30.进一步地，上述边缘环组件还包括总控制器、多组信号发射端和一组信号接收端。上述边缘环更换方法还包括如下步骤：在边缘环向上运动过程中，接收端子接收其中一个边缘环上的多个发射端子发射的信号并发送至总控制器，总控制器记录接收信号的多个时间数据并计算多个时间数据的平均值；
31.若某一时间数据等于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环位置无需调整；
32.若某一时间数据早于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环一侧向上倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器、电机和电机输出轴驱动向上倾斜的边缘环一侧的向下移动；
33.若某一时间数据晚于平均值，则说明该时间数据对应的边缘环一侧向下倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器、电机和电机输出轴驱动向下倾斜的边缘环一侧的向上
移动。
34.本发明提供了一种静电卡盘，包括上述边缘环组件。
35.进一步地，上述静电卡盘还包括基座以及设于基座上的卡盘，多个边缘环设于卡盘的边缘或者卡盘和基座的边缘。
36.进一步地，多个边缘环可以全部设于卡盘的边缘，或者，多个边缘环中的一部分设于卡盘的边缘，另一部分设于基座的边缘。
37.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
38.a)本发明提供的边缘环组件采用复合结构，在反应室内同时储存多个边缘环，通过升降组件能够驱动多个边缘环向上运动，使得损坏或达到使用寿命的边缘环移出晶圆制造区域，并且，能够在不打开反应室的情况下，通过机械手将损坏或达到使用寿命的边缘环移至反应室外，位于损坏或达到使用寿命的边缘环下方且与该边缘环相邻的新边缘环进入晶圆制造区域，操作简单，省时省力。
39.b)本发明提供的边缘环组件，由于上述边缘环组件中设有多个边缘环，这样还能够延长边缘环组件整体的维修和养护周期。
40.c)本发明提供的边缘环组件，由于多个边缘环同轴设置，升降组件仅沿边缘环的轴向驱动多个边缘环向上运动，边缘环的水平位置不会发生变化，因此，更换边缘环后无需对边缘环进行重新校准，从而能够进一步简化边缘环的维修和养护，进而能够简化反应室的维修和养护。
41.d)本发明提供的边缘环组件，支撑件的设置，能够在相邻两个基环之间形成用于容纳机械手的间隙，使得机械手能够方便地插入工作边缘环的基环和储存边缘环的基环之间，从而将损坏或达到使用寿命的边缘环移至反应室外。
42.e)本发明提供的边缘环组件，对称设置的两个支撑件能够稳定地支撑基环，保证基环的受力均匀，从而能够保证多个沿轴线堆叠的边缘环整体稳定性；此外，采用对称布置的支撑件，当工作边缘环被机械手抬起时，保证基环和支撑件相对于机械手的重量分布均匀，基本上能够避免工作边缘环在移动过程中发生倾斜或掉落的情况发生。
43.f)本发明提供的边缘环组件，波纹管套的设置能够有效地隔绝电机的输出轴与外界环境，避免外界环境的灰尘杂质对电机输出轴的运动造成影响，还能够电机的输出轴与其他部件发生干涉，从而进一步确保边缘环维修和保养的正常进行。
44.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
45.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
46.图1为现有技术中更换边缘环的过程示意图；
47.图2为本发明实施例一提供的边缘环组件的结构示意图；
48.图3为本发明实施例一提供的边缘环组件更换边缘环的过程示意图；
49.图4为本发明实施例一提供的边缘环组件中边缘环的结构示意图；机械手插入两
个支撑件之间；
50.图5为本发明实施例三提供的静电卡盘的结构示意图；
51.图6为本发明实施例三提供的静电卡盘更换边缘环的过程示意图。
52.附图标记：
53.1-边缘环；11-基环；12-支撑件；2-机械手；3-支撑筒；4-电机；5-电机输出轴；6-电机控制器；7-波纹管套；8-卡盘；9-基座。
具体实施方式
54.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
55.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，
56.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
57.本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。
58.实施例一
59.本实施例提供了一种边缘环组件，参见图1至图4，包括多个沿轴向堆叠的边缘环1、驱动边缘环1沿轴向运动的升降组件以及用于移动顶部的边缘环1的机械手2。
60.为了便于说明，将边缘环1分为位于顶部的工作边缘环和位于工作边缘环下方的储存边缘环。在晶圆制造过程中，工作边缘环处于晶圆制造区域内，对晶圆起固定作用，当工作边缘环损坏或者达到使用寿命后，开启升降组件，升降组件驱动多个边缘环1向上运动，工作边缘环移出晶圆制造区域，机械手2将该工作边缘环移走，位于工作边缘环下方且与工作边缘环相邻的储存边缘环进入晶圆制造区域，作为新的工作边缘环，从而完成边缘环1的维修和保养。当上述边缘环组件内储存的工作边缘环和储存边缘环均使用完后，可以重新在升降组件上安装多个边缘环1，升降组件驱动多个边缘环1向下运动，使得位于顶部的边缘环1进入晶圆制造区域，作为新的工作边缘环。
61.与现有技术相比，本实施例提供的边缘环组件采用复合结构，在反应室内同时储存多个边缘环1，通过升降组件能够驱动多个边缘环1向上运动，使得损坏或达到使用寿命的边缘环1移出晶圆制造区域，并且，能够在不打开反应室的情况下，通过机械手2将损坏或达到使用寿命的边缘环1移至反应室外，位于损坏或达到使用寿命的边缘环1下方且与该边缘环1相邻的新边缘环1进入晶圆制造区域，操作简单，省时省力；同时，由于上述边缘环组件中设有多个边缘环1，这样还能够延长边缘环组件整体的维修和养护周期。
62.此外，由于多个边缘环1同轴设置，升降组件仅沿边缘环1的轴向驱动多个边缘环1向上运动，边缘环1的水平位置不会发生变化，因此，更换边缘环1后无需对边缘环1进行重新校准，从而能够进一步简化边缘环1的维修和养护，进而能够简化反应室的维修和养护。
63.为了便于机械手2将损坏或达到使用寿命的边缘环1移至反应室外，上述边缘环1包括基环11以及设于基环11上方和/或下方的多个支撑件12，机械手2插入多个支撑件12之间。支撑件12的设置，能够在相邻两个基环11之间形成用于容纳机械手2的间隙，使得机械手2能够方便地插入工作边缘环的基环11和储存边缘环的基环11之间，从而将损坏或达到使用寿命的边缘环1移至反应室外。
64.为了保证基环11具有足够的力学强度和使用寿命，上述基环11沿径向的厚度为5.0～7.0mm(例如，5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm)。
65.同样地，为了保证机械手2具有足够的力学强度和使用寿命，上述机械手2沿基环11径向的厚度为3.0～4.0mm(例如，3.0mm、3.2mm、3.5mm或4mm)。
66.示例性地，上述支撑件12的数量为两个，两个支撑件12相对于基环11的径向对称设置。对称设置的两个支撑件12能够稳定地支撑基环11，保证基环11的受力均匀，从而能够保证多个沿轴线堆叠的边缘环1整体稳定性；此外，采用对称布置的支撑件12，当工作边缘环被机械手2抬起时，保证基环11和支撑件12相对于机械手2的重量分布均匀，基本上能够避免工作边缘环在移动过程中发生倾斜或掉落的情况发生。
67.对于支撑件12的形状，其沿基环11径向的截面形状为圆形、正方形、矩形、菱形、梯形、扇环或其他形状均可，实际应用中，可以根据实际情况进行选择即可，在此不一一列举。
68.为了保证机械手2的顺畅插入，相邻两个边缘环1的间隙为5.0～7.0mm(例如，5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm)。也就是说，当支撑件12设于基环11的上方或下方，支撑件12沿基环11径向的厚度为5.0～7.0mm(例如，5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm)；当支撑件12设于基环11的上方和下方，相邻两个基环11之间的两个支撑件12沿基环11径向的总厚度为5.0～7.0mm(例如，5.0mm、5.7mm、6.0mm、6.3mm或7.0mm)。
69.对于升降组件的结构，具体来说，其包括支撑筒3、电机4和电机控制器6，位于底部的边缘环1设于支撑筒3的顶端，电机输出轴5与支撑筒3的顶端连接，电机控制器6控制电机输出轴5伸缩从而驱动支撑筒3的顶端沿边缘环1径向运动。
70.为了提高升降组件的支撑稳定性，升降组件的数量为多个，多个升降沿边缘环1的轴向均匀布置。也就是说，多个支撑筒3沿边缘环1的轴向共同对边缘环1进行支撑，相应地，电机4和电机控制器6的数量也为多个，且支撑筒3、电机4和电机控制器6一一对应。
71.为了保护电机输出轴5，电机输出轴5外套设波纹管套7，该波纹管套7位于支撑筒3与电机输出轴5之间。波纹管套7的设置能够有效地隔绝电机输出轴5与外界环境，避免外界环境的灰尘杂质对电机输出轴5的运动造成影响，还能够电机输出轴5与其他部件发生干涉，从而进一步确保边缘环1维修和保养的正常进行。
72.为了进一步保护电机输出轴5，上述波纹管套7包括多层套设的波纹管，示例性地，波纹管的层数为两层，分为内层波纹管和外层波纹管，两层波纹管各自具有密封功能，在其中一层波纹管破损时，另一层波纹管仍能起到保护作用，避免外界环境的灰尘杂质对电机输出轴5的运动造成影响，从而进一步确保边缘环1维修和保养的正常进行。
73.考虑到边缘环1由多个升降组件驱动，不同的电机4和电机控制器6存在一定的误差，为了保证边缘环1不发生倾斜，上述边缘环组件还包括总控制器、多组信号发射端和一组信号接收端，每个边缘环1的内壁设置一组信号发射端，信号接收端设于静电卡盘的外壁，每组信号发射端包括多个处于边缘环1同一径向平面的发射端子，发射端子与电机输出
轴5一一对应且位于电机输出轴5的正上方，信号接收端包括多个处于静电卡盘同一径向平面的接收端子，发射端子与接收端子位置相对应。在边缘环1向上运动过程中，接收端子接收其中一个边缘环1上的多个发射端子发射的信号并发送至总控制器，总控制器记录接收信号的多个时间数据并计算多个时间数据的平均值，若某一时间数据等于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环1位置无需调整；若某一时间数据早于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环1一侧向上倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器6、电机4和电机输出轴5驱动向上倾斜的边缘环1一侧的向下移动；若某一时间数据晚于平均值，则说明该时间数据对应的边缘环1一侧向下倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器6、电机4和电机输出轴5驱动向下倾斜的边缘环1一侧的向上移动，从而完成边缘环1的调平。
74.实施例二
75.本实施例提供了一种边缘环更换方法，采用实施例一提供的边缘环组件，该更换方法包括如下步骤：
76.开启升降组件，升降组件驱动多个边缘环1向上运动，顶部的边缘环1移出晶圆制造区域，机械手2将顶部的边缘环1移至反应室外，位于顶部的边缘环1下方且与顶部边缘环1相邻的边缘环1进入晶圆制造区域，作为新的边缘环1，从而完成边缘环1的更换。
77.与现有技术相比，本实施例提供的边缘环更换方法的有益效果与实施例一提供的边缘环组件的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
78.当上述边缘环组件储存的多个边缘环1均使用完后，上述更换方法还包括如下步骤：
79.重新在升降组件上安装多个边缘环1，开启升降组件，升降组件驱动多个边缘环1向下运动，使得顶部的边缘环1进入晶圆制造区域。
80.考虑到边缘环1由多个升降组件驱动，不同的电机4和电机控制器6存在一定的误差，为了保证边缘环1不发生倾斜，上述边缘环组件还包括总控制器、多组信号发射端和一组信号接收端，每个边缘环1的内壁设置一组信号发射端，信号接收端设于静电卡盘的外壁，每组信号发射端包括多个处于边缘环1同一径向平面的发射端子，发射端子与电机输出轴5一一对应且位于电机输出轴5的正上方，信号接收端包括多个处于静电卡盘同一径向平面的接收端子，发射端子与接收端子位置相对应。上述边缘环更换方法还包括如下步骤：在边缘环1向上运动过程中，接收端子接收其中一个边缘环1上的多个发射端子发射的信号并发送至总控制器，总控制器记录接收信号的多个时间数据并计算多个时间数据的平均值，若某一时间数据等于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环1位置无需调整；若某一时间数据早于平均值，则说明与该时间数据对应的边缘环1一侧向上倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器6、电机4和电机输出轴5驱动向上倾斜的边缘环1一侧向下移动；若某一时间数据晚于平均值，则说明该时间数据对应的边缘环1一侧向下倾斜，主控制器依次通过对应的电机控制器6、电机4和电机输出轴5驱动向下倾斜的边缘环1一侧向上移动，从而完成边缘环1的调平。
81.实施例三
82.本实施例提供了一种静电卡盘，参见图5至图6包括实施例一提供的边缘环组件。
83.与现有技术相比，本实施例提供的静电卡盘的有益效果与实施例一提供的边缘环组件的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
84.可以理解的是，上述静电卡盘还包括基座9以及设于基座9上的卡盘8，多个边缘环1设于卡盘8的边缘或者卡盘8和基座9的边缘。也就是说，多个边缘环1可以全部设于卡盘8的边缘，或者，多个边缘环1中的一部分设于卡盘8的边缘，另一部分设于基座9的边缘。
85.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。