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製程設備主機介紹課程目的與大綱•AMATSystem–Mainframe+ProcessChamber+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/LOCKOUTTAGOUT)–概說(Introduction)–主機平台(MAINFRAME)–廠務設施設計(SystemFacilities)課程目的與大綱•電力系統(ACPOWERBOX/POWERDISTRIBUTION)•傳送反應室(TransferChamber)•傳送機制(WaferHandling)•晶舟承載(LoadlockChamber)•輔助反應室(AuxiliaryChamber)•系統控制器(SYSTEMCONTROLLER)•高週波(射頻)產生器(GENERATORRACK)•熱交換系統(HEATEREXCHANGER)•氣體傳送系統(GASDELIVERYSYSTEM)•真空系統(VACUUMSYSTEM)Safetyisalwaysimportant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–Singlewafer,multi-chamberdesign–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•Forexample,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–ProcessChambers–P5000interface概說•Centura–應用材料公司1990年代推出的機台設計–Singlewafer,multi-chamberdesign–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–ProcessChambers–Auxiliarychambers—cooldown,orienter概說•Endura–應用材料公司1980年代末期推出的機台設計–Singlewafer,multi-chamberdesign–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–ProcessChambers–Auxiliarychambers—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(singlewafer,multichamber)。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。Precision5000ProcessChamberCassetteIndexerRobotProcessChamberProcessChamberWaferCassettesPrecision5000®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，AppliedMaterials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。Precision5000WaferCassetteLoadlocksIntegratedProcessChambersOrienter/DegasIntegratedProcessChambersOrienter/DegasCVD/PVDProcessChambersCVD/PVDProcessChambersEnduraEnduraHP/VHP•Endrua系統是根據P-5000系統的基本理念而設計的；它增加了dualloadlock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-highvacuum)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。EnduraPVD5500System•單片•多反應室•製程整合•良好真空能力•製程控制centura89809-CO.18ProcessChambersWaferCassetteLoadlocksCenterfind/CoolDownChamberCenterfind/CoolDownChamberCentura®Centura•Centura是AppliedMaterials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。•AppliedMaterials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。CenturaCVDDxZ89809-CO.19TransferChamberLoadlockTwinChambersProducer™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LowK材料製程如BD,BLOkAl-1Al-2Al-5STIPMDIMD-1IMD-2n+n+p+p+P-WellN-WellAl-4Al-3IMD-3IMD-4EPIPassivationPassivationInterMetalDielectricMetalEtchPadEtchPlanarizedAluminumViaEtchContactEtchAluminumStackPremetalDielectric&CMPTungstenPlug&CMPShallowTrenchIsolationSpacerEtchGateEtchImplantEpiPolyGateSilicideSpacerGeneric5LMLogicDeviceCVD化學氣相沉積•CVD(ChemicalVaporDeposition)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Centuraplatform的設計=mainframe+chamberSystem=platform+週邊設備Precision5000®Endura®Centura®Producer™系統大小比較CenturaMainframe類型•Standard5200•HTFCentura•RTPCentura•其他–CenturaII–Centura300mm•可以加掛多種反應室LoadlockCooldownchamberProcesschambersOrienterchamberTransferchamberCentura系統的主要構成•Mainframe–Platform•GasPanel•機構設計–ProcessChambers•Systemfacilities–冷卻水,電力,氣體輸送•RFgeneratorrack–RFgenerator–Microwavesystem•控制器與電力箱(Systemcontroller/ACpowerbox)•熱交換器系統(HeatExchanger)•真空系統(VacuumSystems)Centura•主機架構(Mainframe)–operatormonitors,loadlocks,transferchamber,auxiliarychambers,processchambers,pneumaticspanels,氣體盤(gaspanel),mainframefacilitiespanel•SystemController/ACPowerBox–powerdistributionpointtoallsystemcomponents•高週波產生器(RFGeneratorrack)–RFgenerator–微波microwavepowersupplies(RPS)–Turbocontrollers–cryocontrollers(當系統有cryopump才會有)Centura•熱交換系統(Heatexchangers)–providetemperaturecontroltoprocesschamber•真空幫浦(Drypumps)–producereducedpressureenvironmentnecessaryformostwaferprocessing•廠務設施(Systemfacilities)–電氣(electricalpower)–processandpurge/ventgas–compresseddryair–chilledwater–exhaustsystemwithscrubbers相關手冊•SSPS(siteandsystempreparationspecification)•Operationmanual•Schematics•FunctionalDescription–Mainframe–Chamber•SECS/GEM•Safetymanual•StartupManual•SeriplexGasPanel•MSDS主機平台組成•OperatorMonitor(CRT)–提供人與機器之間控制命命的介面•LoadlockChambers(晶舟承載室)–CassetteLoader•TransferChamber(傳送)–WaferHandler•AuxiliaryChambers(輔助反應室)•ProcessChambers(製程反應室)•PneumaticPanels/ChamberTrays•GasPanel•MainframeFacilitiespanelSignalTowerMAINFRAMECLEANROOMWALLOPERATORCRTSIGNALTOWER(OPTIONAL)1一目了然threecolor(red,green,yellow)fourcolor(red,green,yellow,blue)晶舟承載系統Loadlockchamber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narrowbody兩