TWI712047B - 電源供應裝置、半導體製程系統與電源管理方法 - Google Patents

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江政鴻
劉志慶
林威庭
張耀明
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本發明實施例提供一種電源供應裝置，包括電源單元、電源感測器以及控制單元。電源單元包括並聯配置之第一電源供應器以及第二電源供應器，分別提供第一輸出電源以及第二輸出電源至半導體製程設備。電源感測器感測第一輸出電源以及第二輸出電源是否小於預設值。當第一輸出電源及第二輸出電源中之一者小於預設值時，電源供應裝置進入一緊急備援模式。控制單元致使第一及第二電源供應器之另外一者提供一備用電源至半導體製程設備。備用電源係大於第一輸出電源以及第二輸出電源。

Description

電源供應裝置、半導體製程系統與電源管理方法
本發明實施例係關於一種電源供應裝置、半導體製程系統與電源管理方法。更詳細地說，本發明實施例係為一種用於半導體製程設備與機台之電源供應裝置、半導體製程系統與電源管理方法。
對於半導體製程設備而言，穩定的電源供應至關重要。如果發生電源供應器失效的情況，無法進行偵錯及晶圓救援功能，只能被動的由機台發報的錯誤訊息或依經驗推斷是哪顆電源供應器失效，而錯失寶貴的晶圓救援時間，造成產品報廢及大量金錢損失。此外，要等到電源供應器回復供電後，半導體製程設備才能繼續正常運作，造成產能損失。因此，目前高度自動化、人力精簡的趨勢下，需要一種用於半導體製程設備的全自動化及電源供應裝置與半導體製程系統。
本發明實施例提供一種電源供應裝置，包括電源單元、電源感測器以及控制單元。電源單元包括並聯配置之第一電源供應器以及第二電源供應器，分別提供第一輸出電源以及第二輸出電源至半導體製程設備。電源感測器感測第一輸出電源以及第二輸出電源是否小於預設值。控制單元，依據電源感測器之電源感測結果，判斷電源單元是否正常供電給半導體製程設備。當第一輸出電源或第二輸出電源中之一者小於預設值時，電源供應裝置進入一緊急備援模式。控制單元致使第一及第二電源供應器之另外一者提供一備用電源至半導體製程設備。備用電源係大於第一輸出電源以及第二輸出電源。
本發明實施例提供一種半導體製程系統，包括一半導體製程設備以及上述之電源供應裝置。第一電源供應器所輸出之第一輸出電源及/或第二電源供應器所輸出之第二輸出電源係用以對半導體製程設備之一鍍件進行偏壓，以執行一化學電鍍沉積製程。
本發明實施例提供一種半導體製程系統，包括一半導體製程設備以及上述之電源供應裝置。第一電源供應器或第二電源供應器所輸出之第一輸出電源以及第二輸出電源係用以激發該半導體製程設備之一電磁輻射，使得電磁輻射穿越一光罩以執行一曝光製程。
本發明實施例提供一種電源管理方法，應用於一半導體製程系統之一電源供應裝置。上述電源管理方法包括：並聯配置電源供應裝置之一第一電源供應器以及一第二電源供應器，分別提供一第一輸出電源以及一第二輸出電源至半導體製程系統之一半導體製程設備；感測第一輸出電源以及第二輸出電源是否大於或等於一預設值；當電源感測器感測第一輸出電源以及第二輸出電源皆大於或等於預設值時，則電源供應裝置進入一正常操作模式；以及當電源感測器感測第一輸出電源或第二輸出電源小於預設值時，則電源供應裝置進入一緊急備援模式，並且調整第一輸出電源或第二輸出電源大於或等於該預設值所對應之第一電源供應器或第二電源供應器，使第一電源供應器或第二電源供應器提供一備用電源至半導體製程設備。備用電源係大於第一輸出電源以及第二輸出電源。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的” 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1A圖係根據本發明一實施例所述之電源供應裝置100以及半導體製程設備200之示意圖。半導體製程系統10包括電源供應裝置100以及半導體製程設備200，並且電源供應裝置100提供穩定電源給半導體製程設備200。電源供應裝置100包括電源單元120、電源感測器130、控制單元140、整流器160以及警示單元180。在一實施例中，電源單元120包括並聯配置之複數個電源供應器，互相作為備援之用。如第1A圖所示，電源單元120包括並聯配置之電源供應器122(第一電源供應器)以及電源供應器124(第二電源供應器)，分別提供第一輸出電源以及第二輸出電源至一半導體製程設備200。在某些實施例中，電源單元120包括並聯配置之N個電源供應器，分別提供對應之輸出電源半導體製程設備200，其中N為大於2的正整數。在本發明實施例中，並聯配置之電源供應器係用以提供5V、12V或24V之直流輸出電源給半導體製程設備200，但不限定於此。
電源感測器130耦接電源單元120，感測第一輸出電源以及第二輸出電源是否小於一預設值或是在預設範圍內，並且將代表該感測結果之一信號傳送給控制單元140。詳細而言，電源感測器130係包括電阻、電容、電感等單一或複數個被動元件以及電晶體等主動元件，用以測量電源單元120所輸出之第一輸出電源與第二輸出電源之電流、電壓、溫度及/或功率。舉例而言，電源感測器130之電組係串聯所欲量測之第一輸出電源與第二輸出電源，並量測電阻兩端的電位差，藉由歐姆定律關係式可求得第一輸出電源與第二輸出電源之電流值。
控制單元140依據電源感測器130之電源感測結果，判斷電源單元120是否正常供電給半導體製程設備200。詳細而言，控制單元140可包含數位訊號處理器(digital signal processing, DSP)、微處理器(microcontroller, MCU)、一單一中央處理單元(central-processing unit, CPU)或者是關連於平行運算環境(parallel processing environment)之複數平行處理單元，用以執行作業系統、模組以及應用程式。
在一實施例中，當電源感測器130感測第一輸出電源以及第二輸出電源都大於或等於預設值時，表示第一輸出電源以及第二輸出電源都能正常供電，則電源供應裝置100進入正常操作模式。當電源感測器130感測第一輸出電源及/或第二輸出電源小於上述預設值時，表示第一輸出電源以及第二輸出電源中的至少一者無法正常供電，則電源供應裝置100進入緊急備援模式。
當電源供應裝置100為緊急備援模式時，控制單元140調整第一輸出電源或第二輸出電源大於該預設值所對應之該第一電源供應器或第二電源供應器(亦即調整能正常供電之第一輸出電源或第二輸出電源)，使所對應之該第一電源供應器或第二電源供應器提供一備用電源至半導體製程設備200。舉例而言，當第一輸出電源無法正常供電使得電源供應裝置100為緊急備援模式時，控制單元140調整第二電源供應器，使第二電源供應器提供一備用電源至半導體製程設備200。相反地，當第二輸出電源無法正常供電使得電源供應裝置100為緊急備援模式時，控制單元140調整第一電源供應器，使第一電源供應器提供一備用電源至半導體製程設備200。詳細而言，上述備用電源係屬於直流電源。要注意的是，備用電源係大於第一輸出電源以及第二輸出電源。在另一實施例中，備用電源係為上述第一輸出電源以及第二輸出電源之總和。由此可知，當電源供應裝置100為緊急備援模式時，仍能提供相當於正常操作模式時的電源給半導體製程設備200，防止因供電不穩定所造成的產品損失。
此外，電源供應裝置100更包括一整流器160，配置於電源單元120以及半導體製程設備200之間。詳細而言，整流器160係包括至少一個二極體，例如橋式整流器。因此，整流器160能夠調節第一輸出電源以及第二輸出電源之方向為從電源單元120輸送至半導體製程設備200。
在一實施例中，電源供應裝置100包括耦接控制單元140之一警示單元180。當電源供應裝置100進入緊急備援模式時，控制單元140傳送警示信號至警示單元180，使得警示單元180發出一警示聲音或一警示圖案。舉例而言，警示單元180可包括警報器、蜂鳴器、警示燈、閃光器、或聲光喇叭等。
在另一實施例中，電源供應裝置100包括一失效偵測與分類(Fault Detection and Classification, FDC)系統。當電源供應裝置100進入緊急備援模式時，FDC系統會接收到控制單元140所傳送之警示信號、並且停止晶圓派貨並發報異警訊號通知值班或相關人員。
第1B圖係根據本發明一實施例所述之電源供應器122與124之示意圖。電源供應器122包括電源供應單元122A、轉換單元122B以及功率平衡單元122C，而電源供應器124包括電源供應單元124A、轉換單元124B以及功率平衡單元124C。如第1B圖所示，轉換單元122B/124B耦接電源供應單元122A/124A，用以將電源供應單元122A/124A所提供之一外部電源(例如為一交流電源)轉換為一直流電源。
此外，功率平衡單元122C/124C耦接轉換單元122B/124B，以負載平衡模式檢測該直流電源。詳細而言，功率平衡單元122C/124C對轉換單元122B/124B進行反饋控制，根據電源供應器122/124之負載比率，分別產生第一輸出電源以及第二輸出電源。詳細而言，第一輸出電源以及第二輸出電源係屬於直流電源，並且第一輸出電源以及第二輸出電源之大小係與負載比率呈反比。因此，控制單元140可藉由調整電源供應器122/124之負載比率來增加或減少第一輸出電源以及第二輸出電源，以達成負載電流平衡運作。
第2圖係根據本發明一實施例所述之半導體製程系統10之示意圖。半導體製程系統10包括電源供應裝置100、隔離器190、以及半導體製程設備200。在此實施例中，電源供應裝置100包括整流器160A與160B，其包括至少2個實行操作(ORing)二極體或是2組ORing FET整流器，以防止來自電源供應器122與124之電流的電源遠離共用輸出。於是，可有效隔離電源供應器122與124，以達到平衡和均流效果並且提供穩定的電源輸出。此外，整流器160A與160B調控第一輸出電源與第二輸出電源的方向(如箭頭所示)為指向半導體製程設備200。因此，電源供應器122與124可單獨或是一起提供電源給半導體製程設備200。
隔離器190係配置於整流器160A/160B以及半導體製程設備200之間。隔離器190係包括至少一個實行操作(ORing)二極體，防止來自電源供應器122與124的電流的電源遠離共用輸出，有效隔離2個電源供應器122與124，以達到平衡和均流效果並且提供穩定的電源輸出。
由此可知，本實施例所述之電源供應裝置100可應用於熱插拔備援式電源系統或是不斷電系統，在不影響晶圓生產的情況下提供穩定的電源輸出。當其中一個電源供應器無法正常供電時，可以即時調整其他電源供應器作為備援而持續提供半導體製程設備200所需的電源，大幅降低對產品及產能所造成的影響。
舉例而言，為因應半導體製程之所需電壓(例如24V)，電源供應器122與124分別提供5安培(A)電流之電源輸出至半導體製程設備200，使得半導體製程設備200能接收到10A電流之電源輸出。同時，電源感測器130會檢測電源供應器122與124之輸出電壓是否在預設範圍內(例如24V正/負1V，即23-25V)。如果電源供應器122與124之輸出電壓都正常，則代表正常供電，電源供應裝置100操作在正常操作模式。
然而，如果電源供應器122或124之輸出電壓不在預設範圍內，則電源供應裝置100進入緊急備援模式。舉例而言，電源感測器130檢測出電源供應器124的輸出電壓為20V(亦即低於23-25V之安全電壓)，則控制單元140調整電源供應器122，使電源供應器122提供10A的電源輸出。詳細而言，控制單元140可調控電源供應器122之功率平衡單元122C(如第1B圖所示)之負載比率。例如，當電源供應器124突然故障時(例如當負載比率降低一半時)，電源供應器122之電源輸出會增加一倍，亦即由原本的5A增加為10A。
在另一實施例中，電源供應器122與124在正常模式時所提供的電源輸出是不相同的。例如，電源供應器122提供6A之電源輸出，電源供應器124提供4A之電源輸出。當電源感測器130檢測出電源供應器122或124的電源輸出小於4A時，則電源供應裝置100進入緊急備援模式。在另一實施例中，電源供應器122之電源輸出小於6A，或是電源供應器124之電源輸出之電源輸出小於4A，則電源供應裝置100進入緊急備援模式。換言之，本發明所述之電源管理方法可依據複數個電源供應器的不同電源輸出，而提供複數個不同的預設值。
在另一實施例中，當控制單元140並未在一預設時間內接收到來自電源感測器130之電源感測結果時，則控制單元140判斷電源供應裝置100進入緊急備援模式。此時，控制單元140可調控電源供應器122及/或124之負載比率，以產生穩定之電源輸出。
要注意的是，電源供應裝置100可適用於各種半導體製程之半導體製程設備200，例如研磨、沉積、曝光、微影、蝕刻等各種製程。以下特舉出兩種實施例加以說明。
第3圖係根據本發明一實施例所述之用於曝光製程之半導體製程設備200之示意圖。在此實施例中，半導體製程設備200係對半導體裝置300進行曝光製程。半導體裝置300包括基材305、特徵320與325、形成層310與315、以及光阻層330。光罩340包括透明部分340a以及不透明部分340b所定義的圖案，隨後用於圖案化光阻層330。舉例而言，可用於特徵320與325、形成層310與315的示範性的生產製程包括，壓印微影、沉浸微影、無遮罩微影、化學氣相沉積(CVD)、電漿加強式CVD(PECVD)、常壓CVD(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、物理氣相沉積(PVD)、電鍍及原子層沉積。形成層310與315還可為圖案化元件或層，例如可以通過選擇性生長、選擇性沉積或全面式沉積，接著進行一圖案化製程以形成。
在此實施例中，電源供應器122與124所產生之輸出電源係用以激發半導體製程設備200之一電磁輻射345，使得電磁輻射345穿越光罩340之透明部分340a以執行曝光製程。然後，光罩圖案350以微影方式轉移到光阻層330上。電源供應裝置100所激發之電磁輻射345包括可見光、紫外(UV)光源、深紫外(DUV)光源和/或極紫外(EUV)光源，還可以附加或選擇其他曝光方式來曝光(例如電子束)。
第4圖係根據本發明另一實施例所述之用於化學電鍍沉積製程之半導體製程設備200之示意圖。在此實施例中，半導體製程設備200係對半導體裝置400進行化學電鍍沉積製程。於化學電鍍過程中，鍍件402鑲於基座403上，然後浸入包括電鍍液的電鍍池422中。整個電鍍液的循環方向如箭頭符號410至414所示，藉由一幫浦440提供連續性的循環電鍍液。一般而論，電鍍液向上流向鍍件(陽極)402然向外擴張橫向流過鍍件402，如箭頭符號414所示。
在此實施例中，電源供應器122與124所產生之輸出電源係用以對半導體製程設備200之鍍件402進行偏壓，以執行一化學電鍍沉積製程。如第4圖所示，電源供應裝置100提供負極輸出以及正極輸出。負極輸出藉由一或多個接觸環(slip ring)、電梳(brush)及接觸電性連接至鍍件402。正極輸出電性連接至電鍍池422中的陽極401。於電鍍過程中，電源供應裝置100施一偏壓於鍍件402產生相對陽極401為負的電位降，致使一電荷流動自陽極401流向鍍件402。上述電荷流動導致電化學反應於鍍件402表面，因而沉積一金屬層(例如銅)於鍍件402上。
第5圖係根據本發明一實施例所述之電源管理方法之流程圖。在步驟S500，於電源供應裝置100的電源單元120之中並聯配置第一電源供應器以及第二電源供應器。在步驟S502，第一電源供應器以及第二電源供應器分別提供第一輸出電源以及第二輸出電源至半導體製程設備200。在步驟S504，電源感測器130感測第一輸出電源以及第二輸出電源是否都大於或等於一預設值。
如果第一輸出電源以及第二輸出電源都大於或等於預設值，則執行步驟S506，電源供應裝置100進入正常操作模式。如果第一輸出電源以及第二輸出電源之中的至少一者並未大於或等於預設值，則執行步驟S508，電源供應裝置100進入緊急備援模式。然後，在步驟S510，電源感測器感測130該第一輸出電源與該第二輸出電源中之一者小於預設值時，控制單元140致使第一電源供應器與第二電源供應器中之另一者提供一備用電源至半導體製程設備200。換言之，控制單元140調整第一輸出電源或第二輸出電源大於或等於該預設值所對應之第一電源供應器或第二電源供應器，使該第一電源供應器或第二電源供應器提供一備用電源至半導體製程設備200。上述備用電源係大於第一輸出電源以及第二輸出電源。在另一實施例中，備用電源係為上述第一輸出電源以及第二輸出電源之總和。控制單元140調整第一輸出電源或第二輸出電源之詳細步驟與方法如前所述，故此處不再贅述。
雖然本發明已以較佳實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:半導體製程系統 100:電源供應裝置 120:電源單元 122、124:電源供應器 122A、124A:電源供應單元 122B、124B:轉換單元 122C、124C:功率平衡單元 130:電源感測器 140:控制單元 160、160A、160B:整流器 180:警示單元 190:隔離器 200:半導體製程設備 300、400:半導體裝置 305:基材 310、315:形成層 320、325:特徵 330:光阻層 340a:透明部分 340b:不透明部分 345:電磁輻射 350:光罩圖案 400:半導體裝置 401:陽極 402:鍍件 403:基座 410、411、414:箭頭符號 422:電鍍池 440:幫浦
第1A圖係根據本發明一實施例所述之電源供應裝置以及半導體製程設備之示意圖； 第1B圖係根據本發明一實施例所述之電源供應器之示意圖； 第2圖係根據本發明一實施例所述之半導體製程系統之示意圖； 第3圖係根據本發明一實施例所述之半導體製程設備之示意圖； 第4圖係根據本發明另一實施例所述之半導體製程設備之示意圖； 第5圖係根據本發明一實施例所述之電源管理方法之流程圖。
10:半導體製程系統
100:電源供應裝置
122、124:電源供應器
130:電源感測器
140:控制單元
160A、160B:整流器
180:警示單元
190:隔離器
200:半導體製程設備

Claims (9)

  1. 一種電源供應裝置，包括：一電源單元，包括並聯配置之一第一電源供應器以及一第二電源供應器，分別提供一第一輸出電源以及一第二輸出電源至一半導體製程設備；一電源感測器，用以感測該第一輸出電源以及該第二輸出電源是否小於一預設電壓值；一控制單元，當該電源感測器感測該第一輸出電源與該第二輸出電源中之一者小於該預設電壓值時，則該電源供應裝置進入一緊急備援模式，並且該控制單元致使該第一電源供應器與該第二電源供應器中之另一者提供一備用電源至該半導體製程設備，其中該備用電源係大於該第一輸出電源以及該第二輸出電源；以及至少一整流器，配置於該電源單元以及該半導體製程設備之間，用以調節該第一輸出電源以及該第二輸出電源之方向為從該電源單元輸送至該半導體製程設備。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該第一電源供應器以及該第二電源供應器之每一者更包括一電源供應單元以及一轉換單元，該轉換單元耦接該電源供應單元，用以將該電源供應單元所提供之一外部電源轉換為一直流電源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應裝置，其中該第一電源供應器以及該第二電源供應器之每一者更包括一功率平衡單元，該功率平衡單元耦接該轉換單元，以負載平衡模式檢測該直流電源並且對該轉換單元進行反饋控制以產生該第一輸出電源或該第二輸出電源。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中當該控制單元並未在一預設時間內接收到來自該電源感測器之感測結果時，則該控制單元判斷該電源供應裝置進入該緊急備援模式。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該電源供應裝置更包括一警示單元，當該電源供應裝置進入該緊急備援模式時，該控制單元傳送一警示信號至該警示單元，使得該警示單元發出一警示聲音或一警示圖案。
  6. 一種半導體製程系統，包括：一半導體製程設備；以及如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該半導體製程設備係使用該第一電源供應器所輸出之該第一輸出電源及/或該第二電源供應器所輸出之該第二輸出電源執行一半導體製程。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體製程系統，其中該半導體製程為一化學電鍍沉積製程，並且該第一輸出電源及/或該第二輸出電源係用以對該半導體製程設備中之一鍍件進行偏壓。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體製程系統，其中該半導體製程為曝光製程，並且該第一輸出電源及/或該第二輸出電源係用以激發該半導體製程設備之一電磁輻射，使得該電磁輻射穿越一光罩。
  9. 一種電源管理方法，應用於一半導體製程系統之一電源供應裝置，該電源管理方法包括：並聯配置該電源供應裝置之一第一電源供應器以及一第二電源供應器，分別提供一第一輸出電源以及一第二輸出電源至該半導體製程系統之一半導體製程設備； 感測該第一輸出電源以及該第二輸出電源是否小於一預設電壓值；當該電源供應裝置的一電源感測器感測該第一輸出電源以及該第二輸出電源皆大於該預設電壓值時，則該電源供應裝置進入一正常操作模式；當該電源感測器感測該第一輸出電源與該第二輸出電源中之一者小於該預設電壓值時，則該電源供應裝置進入一緊急備援模式，並且使該第一電源供應器與第二電源供應器中之另一者提供一備用電源至該半導體製程設備，其中該備用電源係大於該第一輸出電源以及該第二輸出電源；以及經由一整流器，調節該第一輸出電源以及該第二輸出電源之方向為從該電源供應裝置輸送至該半導體製程設備。
TW108139024A 2019-10-29 2019-10-29 電源供應裝置、半導體製程系統與電源管理方法 TWI712047B (zh)

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