300mm 集束型半導體製程設備在十二吋晶圓廠的興建趨勢中已是未來的主流，如 圖 3.1 所示，其相關的研究發展對未來的應用是相當重要的一環。
圖 3.1 集束型製程設備
實驗室內現有的集束型製程設備主要可分為兩個部份：由傳輸模組與製程模組所組 成的集束型製程設備模組(Cluster Tool Module)，LAM Research(科林研發)所開發的 Alliance 4.1；以及前端處理模組(Front-End Module, FEM)，我們以 PST 公司所開發 的 Lot Sortors 來模擬 FEM 的功能，接下來將討論集束型製程設備的硬體與軟體架構。
3.1.1 集束型製程設備之硬體架構
集束型製程設備硬體包含集束型製程設備模組以及前端處理模組，如圖 3.2 所示。
而 集 束 型 製 程 設 備 模 組 又 分 為 傳 輸 模 組 (Transfer Module) 與 製 程 模 組 (Process Module)，以下為各個硬體模組的介紹：
圖 3.2 300mm 集束型製程設備硬體示意圖
前端模組(Front End Module, FEM)：前端模組內包含卡匣模組(FOUP)、大氣輸 送模組(Atmospheric Robot)、晶圓定位處理模組(Aligner)。其主要的功能為接收 無人搬運車上的晶圓盒，在接收到晶圓盒後將晶圓盒開啟，以大氣機械手臂將晶 圓運送到前置定位器中做晶圓的方向定位，在晶圓完成定位後，將晶圓送至傳輸 模組的靜態承載室中，等待晶圓在集束型製程設備中完成各項製程加工後，再將 晶圓由靜態承載室中取出，然後放置到晶圓盒中，並由無人搬運車帶走。
傳輸模組(Transfer Module, TM)：可分為兩個部份，一為靜態承載室(Static Load Lock)，主要功能為暫時存放晶圓，作為前端模組與集束型製程設備模組間的緩 衝區，如圖 3.3 所示。承載室內為固定式之儲存槽(Slots)，接受大氣機械手臂 (Atmospheric Robot)與真空機械手臂(Vacuum Robot)抓取或置放晶圓。另一部 份為由真空機械手臂與抽真空系統所組成的真空輸送腔體，如圖 3.4 所示，其主 要功能是負責晶圓於靜態承載室與製程腔體間的傳輸。為了使晶圓不受污染，製 程中傳輸腔體內必須保持在真空的狀態。
圖 3.3 傳輸腔體晶圓承載系統
圖 3.4 傳輸腔體真空機械手臂系統
製程模組(Process Module, PM)：掛載於真空輸送腔體上，如圖 3.5 所示，以 隔離閘門和傳輸腔體之真空環境隔離，主要功能為執行晶圓製程處理，例如：化 學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition, CVD)、快速熱處理(Rapid Thermal Processing, RTP)、化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)…等製 程處理。由於製程模組和真空輸送模組間是以標準化介面做連結，因此對集束型 製程設備而言，可針對不同的製程需求選用不同的製程模組，使得製程處理功能 有很大的彈性空間。而集束型製程模組主要在接收前端模組送達的晶圓，並將這 些晶圓做各項製程處理，完成處理後放到輸出靜態承載室中等待前端模組將晶圓 從晶圓盒中取出。
圖 3.5 製程模組系統(RTP)
3.1.2 集束型製程設備之軟體架構
3.1.1 小節所介紹的各個硬體模組皆有相對應的控制器在操作，而這些控制器又由 集束型製程設備控制器(Cluster Tools Controller, CTC)所管理與控制。由圖 3.6 可看出 整個集束型製程設備的軟體架構，由最上層HOST端的Intra-bay Controller透過上層主 機通訊介面(GEM)[7]與CTC做溝通，CTC透過HSMS、SECS-II通訊介面指揮傳輸模組 控制器(Transfer Module Controller, TMC)、製程模組控制器(Process Module Controller, PMC)與前端模組控制器(Front-End Module Controller, FEMC)完成晶圓的搬運與製程 工作。為了能夠彈性的更換或附加製程控制器，因此統一了通訊的介面使得整合上更加 方便，並利用TCP/IP(Ethernet)方式來傳遞訊息，增加傳輸的效率。同時將各模組控制 器安裝在不同的電腦上，避免系統因為個別模組控制器的錯誤而當機，可以減輕CTC運 算和執行上的負擔，進而增加整體的效能。
圖 3.6 300mm 集束型製程設備控制器軟體架構圖