製程設備主機介紹
課程目的與大綱
• AMAT System
– Mainframe+Process Chamber+Remote
– Subsystem
• 了解次系統觀念與次系統工作原理與應用
– 廠務設計(facility)
– 主機系統輔助設備
– 反應室輔助設備
• 大綱
– 安全(SAFETY/LOCKOUT TAGOUT)
– 概說(Introduction)
– 主機平台(MAINFRAME)
– 廠務設施設計(System Facilities)
課程目的與大綱
• 電力系統(AC POWER BOX/POWER DISTRIBUTION)
• 傳送反應室(Transfer Chamber)
• 傳送機制(Wafer Handling)
• 晶舟承載(Loadlock Chamber)
• 輔助反應室(Auxiliary Chamber)
• 系統控制器(SYSTEM CONTROLLER)
• 高週波(射頻)產生器(GENERATOR RACK)
• 熱交換系統(HEATER EXCHANGER)
• 氣體傳送系統(GAS DELIVERY SYSTEM)
• 真空系統(VACUUM SYSTEM)
Safety is always important
安全第一
安全至上
概說
• P5000
– 應用材料公司1980年代中期推出的機台設計
– Single wafer,multi-chamber design
– 6吋8吋設備共用相同的主機架構
– 提高再現性,可靠度
– 共用次系統模組化
• For example, ROBOT
– 統一的操作介面
– 減少機台所佔空間
• 配合各種不同之反應室因應不同製程反應之需求
– Process Chambers
– P5000 interface
概說
• Centura
– 應用材料公司1990年代推出的機台設計
– Single wafer,multi-chamber design
– 6吋8吋設備共用相同的主機架構
– 提高再現性,可靠度
– 兩個獨立的 loadlock 反應室-可規劃生產流程
– 共用次系統模組化
– 統一的操作介面
– 減少機台所佔空間
• 配合各種不同之反應室因應不同製程反應之需求
– Process Chambers
– Auxiliary chambers—cooldown, orienter
概說
• Endura
– 應用材料公司1980年代末期推出的機台設計
– Single wafer,multi-chamber design
– Multi-stage 階梯式減壓
– 6吋8吋設備共用相同的主機架構
– 提高再現性,可靠度
– 兩個獨立的 loadlock 反應室-可規劃生產流程
– 共用次系統模組化
– 統一的操作介面
– 減少機台所佔空間
• 配合各種不同之反應室因應不同製程反應之需求
– Process Chambers
– Auxiliary chambers—cooldown, orienter/de-gas, pre-clean
批次式與單片式
• 1987年以前，製程都是使用批次式( “batch”)製程技術，一個製程步
驟同時進行多片製程處理，所以使用一個大型反應室，例如爐管.
• 1987年後，半導體製程設備傾向於單片多反應室設計(single
wafer,multi chamber)。其好處為可以解決晶圓尺寸愈來愈大趨勢，
因為批次式反應室所能處理的晶圓片數愈來愈少，而製程條件的控制
也愈來愈複雜，於是採用單片式的設計。
• 單片多反應室設計的優點為共用的製程平台(mainframe，platform)只
須加掛不同的製程反應室就可以應用不同的製程。
Precision 5000
Process Chamber
Cassette Indexer
Robot
Process
Chamber
Process
Chamber
Wafer
Cassettes
Precision 5000®
P-5000
• P-5000 系統是世界上第一台成功地以單晶片、多反應室
理念而設計成的量產與研發均適用的半導體製程設備。
• 自1987年P-5000系統問世以來，Applied Materials發展
了許多以P-5000為主體而加掛於其上的製程反應室，包
括蝕刻製程及薄膜製程。
• P-5000系統具有絕佳的製程整合、量產製造等優點，並
在不破真空的狀況下最多可有四個相同或不相同的製程
反應室同時進行生產，更富彈性與整合能力。
Precision 5000
Wafer Cassette Loadlocks
Integrated
Process
Chambers
Orienter / Degas
Integrated
Process
Chambers
Orienter / Degas
CVD / PVD
Process
Chambers
CVD / PVD
Process
Chambers
Endura
Endura HP/VHP
• Endrua系統是根據P-5000系統的基本理念而設計的；
它增加了dual loadlock以及階梯式抽真空的架構設計，
如此一來，Endura就可以提供物理氣相沉積技術所需
的超高真空(ultra-high vacuum)條件。
• Endura同時提供半導體元件製造時所需最先進的物理
氣相沉積製程能力。
Endura PVD 5500 System
..%5C..%5C%E6%96%B0%E8%AA%B2%E7%A8%8B%5C3.%E8%A3%BD%E7%A8%8B%E6%8A%80%E8%A1%93II%E5%AF%A6%E5%8B%99%20%E8%96%84%E8%86%9C%E6%B2%89%E7%A9%8D%E4%B9%8B%E9%87%91%E5%B1%AC%E6%B2%88%E7%A9%
• 單片
• 多反應室
• 製程整合
• 良好真空能力
• 製程控制
centura
Process Chambers
Wafer Cassette Loadlocks
Centerfind /
Cool Down Chamber
Centerfind /
Cool Down Chamber
Centura®
Centura
• Centura是 Applied Materials 繼P-5000及Endura之後，又一單晶片
--多反應室設計的半導體製程設備。
• Centura於1992年問世。設計的理念為應用Endura的優異真空架構
及創新的晶圓傳輸設計，結合P5000的彈性製程整合能力以大幅提
高生產力。
• Applied Materials推出Centura 之後更致力於擴大研發應用在蝕刻
(Etch)、化學氣相沉積(CVD)、高溫(HT)化學氣相沉積以及物理氣
相沉積(PVD)技術各方面的反應室設計，以提供Centura更寬廣的製
程整合能力及更先進的製程技術，因應下一世代的元件。
Centura CVD DxZ
Transfer
Chamber
Loadlock
Twin
Chambers
Producer™
Producer
• Producer平台於1998年推出，使用創新的設備平台，結合
雙晶圓製程的產能優勢與單晶圓製程技術的優點。
• Producer包含了多種元件世代的製程能力，能在同一平台
上處理8吋及12吋晶圓，算是半導體設備業界的創舉。
Producer平台最多可掛三組雙CVD反應室，一次可同時處
理6片晶圓
• Producer所執行的阻障層製程包括：SACVD, PECVD 及
先進的Low K材料製程如BD, BLOk
Al-1
Al-2
Al-5
STI
PMD
IMD-1
IMD-2
n+ n+ p+
p+P-Well N-Well
Al-4
Al-3
IMD-3
IMD-4
EPI
Passivation
Passivation
InterMetal
DielectricMetal Etch
Pad Etch
Planarized
AluminumVia Etch
Contact Etch
Aluminum
Stack
Premetal
Dielectric & CMP
Tungsten
Plug & CMP
Shallow Trench
Isolation
Spacer Etch
Gate Etch
Implant
Epi
Poly GateSilicide
Spacer
Generic 5LM Logic Device
CVD 化學氣相沉積
• CVD (Chemical Vapor Deposition)
利用氣態的化學物質, 在晶圓表面藉由化學反應,
沉積固體薄膜於晶圓上沉積技術. 一般所生成的薄
膜有:
– 半導體: 如Si(單晶矽), Poly-Si(多晶矽)
– 導體: 如W(鎢), WSi2
– 介電質(絕緣體): 如SiO2, Si3N4, BPSG, USG,
PSG, FSG,…等等
薄膜形成的方式
• 成長
–熱製程
–氧化層
–擴散
• 沉積
–化學
–物理
Centura 主機平台
輔助反應室
晶舟承載反應室
Loadlock
製程反應室 Centura platform的設
計=mainframe+chamber
System=platform+
週邊設備
Precision 5000® Endura® Centura® Producer™
系統大小比較
Centura Mainframe 類型
• Standard 5200
• HTF Centura
• RTP Centura
• 其他
– Centura II
– Centura 300mm
• 可以加掛多種反應室
Loadlock
Cooldown chamber
Process
chambers
Orienter chamber Transfer chamber
Centura
系統的主要構成
• Mainframe
– Platform
• Gas Panel
• 機構設計
– Process Chambers
• System facilities
– 冷卻水,電力,氣體輸送
• RF generator rack
– RF generator
– Microwave system
• 控制器與電力箱(System controller /AC power box)
• 熱交換器系統 (Heat Exchanger)
• 真空系統 (Vacuum Systems)
Centura
• 主機架構(Mainframe)
– operator monitors ,loadlocks,transfer chamber,
auxiliary chambers,process chambers,pneumatics
panels,氣體盤(gas panel),mainframe facilities panel
• System Controller/AC Power Box
– power distribution point to all system components
• 高週波產生器(RF Generator rack)
– RF generator
– 微波microwave power supplies (RPS)
– Turbo controllers
– cryo controllers(當系統有cryo pump才會有)
Centura
• 熱交換系統(Heat exchangers)
– provide temperature control to process chamber
• 真空幫浦(Dry pumps)
– produce reduced pressure environment necessary
for most wafer processing
• 廠務設施(System facilities)
– 電氣(electrical power)
– process and purge/vent gas
– compressed dry air
– chilled water
– exhaust system with scrubbers
相關手冊
• SSPS (site and system preparation specification)
• Operation manual
• Schematics
• Functional Description
– Mainframe
– Chamber
• SECS/GEM
• Safety manual
• Startup Manual
• Seriplex Gas Panel
• MSDS
主機平台組成
• Operator Monitor (CRT)
– 提供人與機器之間控制命命的介面
• Loadlock Chambers(晶舟承載室)
– Cassette Loader
• Transfer Chamber(傳送)
– Wafer Handler
• Auxiliary Chambers(輔助反應室)
• Process Chambers(製程反應室)
• Pneumatic Panels/Chamber Trays
• Gas Panel
• Mainframe Facilities panel
Signal Tower
一目了然
three color (red,green,yellow)
four color (red,green,yellow ,blue)
晶舟承載系統
Loadlock chamber
位於主機的正面
在常壓下提供晶舟(cassette) 的Load
與 unload
兩個晶舟承載室可透過軟體控制獨立
作業
共用真空幫浦,但不同真空管件連接
有wide 與narrow body兩種
各有一組indexer作為晶舟承載,供晶
圓精確定位
Fast/Slow Pump,Fast/slow Vent
Narrow body
Wide Body Loadlock
圖示為WB
Narrow Body Loadlock
Transfer chamber
在Centura上也稱 Buffer chamber,但
某些系統要區分
在主機平台的中央位置
• 跟其他反應室相接—2個 loadlock
chambers, 輔助反應室(orienter or
cooldown),以及最多四個製程反應室
• 傳送機制與路線規劃
• 傳送晶圓的機械手臂位於反應室中間
• 步進式馬達機械手臂
• 伺服式馬達機械手臂
Cooldown chamber Orienter chamber
Multi-slot cooldown
輔助反應室
輔助反應室 (auxiliary chamber)
輔助反應室
orienter chambers
cooldown chambers
Multi-Slot cooldown chamber
orienter chambers
找平邊,找圓心
定位用
cooldown chamber
提供製程後晶圓表面溫度下降
Orienter chamber
Pneumatic control 的目的在將動作透
過訊號轉為可控制之開關
Pneumatic Interconnect boards
(pneumatic panel)
pneumatic mainfold:
透過 mainfold 來控制氣動開關所
需要氣的供給
電磁閥(electrovalves):
每一個 EV 的訊號控制來自於系統控
制器的 +24 VDC Digital Output 訊號
Regulator:
Regulates CDA incoming pressure
to 80 psi~100psi
氣動控制
Chamber pneumatic panel
Mainframe pneumatic panel
Gas panel pneumatic panel
