特許ウォッチ

公開番号2025168660
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-11
出願番号2025072165
出願日2025-04-24
発明の名称高電圧DC電源における負荷のキャパシタンス又はインピーダンスの測定
出願人スペルマンハイボルテージエレクトロニクスコーポレーション,Spellman High-Voltage Electronics Corporation
代理人弁理士法人岡田国際特許事務所
主分類G01R 27/02 20060101AFI20251104BHJP(測定;試験)
要約【課題】接続された負荷のインピーダンス又はキャパシタンスをモニタリングできる電源を提供する。
【解決手段】電源であって、電源に接続された負荷を流れる振動電流を測定する電流センサと、負荷の両端の振動電圧を測定する電圧センサと、正弦波発振器によって発生させられた正弦波電圧を出力するソースコンダクタと、を含んでいる。マイクロコントローラが、電流センサ、電圧センサ及びソースコンダクタと結合されている。マイクロコントローラは、3つのセンサから導出されたデジタルデータを用いて負荷のインピーダンス又はキャパシタンスを計算する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電源であって、
前記電源に接続された負荷のインピーダンス又はキャパシタンスをモニタリングすることが可能であり、
前記電源は、
前記負荷と接続可能な第１端子と、
第１端子と第２端子との間に直流（ＤＣ）高電圧を発生するように適合された発電機であって、前記発電機の第１端子が前記電源の第１端子と接続され、前記発電機の第２端子がアースに接続された、発電機と、
モニタリング部と、
を有し、
前記モニタリング部は、
第１端子と第２端子との間に振動電流を流すように適合されたインジェクト回路であって、前記インジェクト回路の第１端子が前記電源の第１端子に接続され、前記インジェクト回路の第２端子がアースに接続され或いは前記電源の第２端子に接続された、インジェクト回路と、
第１端子と第２端子との間に振動電圧を発生させるように適合されたブースト回路であって、前記ブースト回路の第１端子が前記発電機の第１端子に接続され、前記ブースト回路の第２端子が前記電源の第１端子に接続された、ブースト回路と、
所定周波数にて正弦波電圧を発生させるように適合された正弦波発振器であって、前記インジェクト回路及び前記ブースト回路の一方に結合された端子を有する、正弦波発振器と、
前記振動電流を示す第１交流信号を発生させるように適合された電流センサであって、前記ブースト回路と前記電源の第１端子との間に直列に接続された一次コイル、及び反転又は非反転オペアンプの入力に接続された二次コイルを備える変圧器を有する、電流センサと、
前記振動電圧を示す第２交流信号を発生させるように適合された電圧センサと、
前記正弦波電圧を示す第３交流信号を出力するように適合されたソースコンダクタと、
前記第１交流信号、前記第２交流信号及び前記第３交流信号と結合されたマイクロコントローラであって、前記第１交流信号、前記第２交流信号及び前記第３交流信号から導出されたデジタルデータを用いて前記負荷のインピーダンス又はキャパシタンスを演算するように適合されたマイクロコントローラと、を有する、
電源。
続きを表示（約 2,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電源であって、
前記インジェクト回路は、
前記電源の第１端子と接続された１つのリード線を有するカップリングキャパシタを含み、
前記正弦波発振器は、
前記カップリングキャパシタの他のリード線と接続された第１端子と、アースに接続され或いは前記電源の第２端子と接続された第２端子と、を有し、
前記ブースト回路は、
ブロッキングインダクタを含み、
前記ブロッキングインダクタは、前記発電機の第１端子と前記カップリングキャパシタとの間に接続された、
電源。
【請求項３】
請求項１に記載の電源であって、
前記電流センサ、前記電圧センサ及び前記ソースコンダクタと結合された入力を有するアナログ復調器を更に有し、
前記アナログ復調器は、
前記マイクロコントローラと結合された出力を備え、
前記第１交流信号及び前記第２交流信号を前記第３交流信号に対してアナログ的に復調するように構成された、
電源。
【請求項４】
請求項３に記載の電源であって、
前記アナログ復調器は、
４つの出力信号を発生させるように構成された直交復調器を含み、
前記４つの出力信号は、
前記第１交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第１交流信号の位相の余弦を乗じたものと、
前記第１交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第１交流信号の位相の正弦を乗じたものと、
前記第２交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第２交流信号の位相の余弦を乗じたものと、
前記第２交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第２交流信号の位相の正弦を乗じたものと、である、
電源。
【請求項５】
請求項１に記載の電源であって、
前記電圧センサは、
前記電源の第１端子及びアースに接続されたローパス又はバンドパスフィルタと、
前記ローパス又はバンドパスフィルタと接続された入力を有する反転又は非反転オペアンプと、を含む、
電源。
【請求項６】
電源に接続された負荷のインピーダンス又はキャパシタンスをモニタリングする方法であって、
前記電源は、
前記負荷に接続可能な第１端子と、第１端子と第２端子とのとの間に直流（ＤＣ）高電圧を発生させるように適合された発電機と、を含み、前記発電機の第１端子が前記電源の第１端子に接続され、前記発電機の第２端子がアースに接続され、
前記方法は、
前記電源にモニタリング部を提供することと、
前記モニタリング部に、前記負荷のインピーダンス又はキャパシタンスを示すデジタルデータを表示させ或いは記憶させることと、
を含み、
前記モニタリング部は、
第１端子と第２端子との間に振動電流を流すように適合されたインジェクト回路であって、前記インジェクト回路の第１端子は、前記電源の第１端子に接続され、且つ、前記インジェクト回路の第２端子は、アースに接続され、或いは前記電源の第２端子に接続された、インジェクト回路と、
第１端子と第２端子との間に振動電圧を発生させるように適合されたブースト回路であって、前記ブースト回路の第１端子は、前記発電機の第１端子に接続され、且つ、前記ブースト回路の第２端子は、前記電源の第１端子に接続された、ブースト回路と、
所定周波数にて正弦波電圧を発生させるように適合された正弦波発振器であって、前記インジェクト回路及び前記ブースト回路の１つと結合された端子を有する、正弦波発振器と、
前記振動電流を示す第１交流信号を発生させるように適合された電流センサであって、前記ブースト回路と前記電源の第１端子との間に直列に接続された一次コイルと、反転又は非反転オペアンプの入力に接続された二次コイルと、を有する変圧器を有する、電流センサと、
前記振動電圧を示す第２交流信号を発生させるように適合された電圧センサと、
と、
前記正弦波電圧を示す第３交流信号を出力するように適合されたソースコンダクタと、
前記第１交流信号、前記第２交流信号及び前記第３交流信号と結合されたマイクロコントローラであって、前記第１交流信号、前記第２交流信号及び前記第３交流信号から導出されたデジタルデータを用いて前記負荷のインピーダンス又はキャパシタンスを演算するように適合されたマイクロコントローラと、を含む、
方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記インジェクト回路は、
前記電源の第１端子と接続された１つのリード線を有するカップリングキャパシタを含み、
前記正弦波発振器は、
前記カップリングキャパシタの他のリード線と接続された第１端子と、アースに接続され或いは前記電源の第２端子と接続された第２端子と、を有し、
前記ブースト回路は、
ブロッキングインダクタを含み、
前記ブロッキングインダクタは、前記発電機の第１端子と前記カップリングキャパシタとの間に接続された、
方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記電流センサ、前記電圧センサ及び前記ソースコンダクタと結合された入力を有するアナログ復調器を更に有し、
前記アナログ復調器は、
前記マイクロコントローラと結合された出力を備え、
前記第１交流信号及び前記第２交流信号を前記第３交流信号に対してアナログ的に復調するように構成された、
方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記アナログ復調器は、
４つの出力信号を発生させるように構成された直交復調器を含み、
前記４つの出力信号は、
前記第１交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第１交流信号の位相の余弦を乗じたものと、
前記第１交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第１交流信号の位相の正弦を乗じたものと、
前記第２交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第２交流信号の位相の余弦を乗じたものと、
前記第２交流信号の大きさに、前記第３交流信号に対する前記第２交流信号の位相の正弦を乗じたものと、である、
方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、
前記電圧センサは、
前記電源の第１端子及びアースに接続されたローパス又はバンドパスフィルタと、
前記ローパス又はバンドパスフィルタと接続された入力を有する反転又は非反転オペアンプと、を含む、
方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、直流（ＤＣ）高電圧を発生させるように適合され、接続された負荷（load）のインピーダンス又はキャパシタンスをモニタリング可能な電源（power supply）に関する。本開示は、より具体的には、静電チャックとの使用に適した電源に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体及び液晶パネルの製造工程において、従来、基板を固定して取り扱うために真空チャック及び機械式チャックシステムが用いられてきた。しかしながら、吸着、歪み、及び信頼性向上の要求の効果に起因して、これらの制約を克服するため、今日の半導体製造装置では、静電気力を用いるチャックが広く採用されている。
【０００３】
静電チャック（「ｅチャック」）は、プラテン及びウェハーの間に静電気力を発生させるために高電圧でバイアスされた表面電極を備えるプラテンで構成されている。２つの種類の静電チャックが利用可能であり、即ち、クーロン型、及びジョンセン－ラーベック（「Ｊ－Ｒ」）型である。これらは誘電特性により区別され、従って、クランプ力の発生方法によって区別される。クーロンチャックは、従来の誘電体キャパシタと同様に機能する。Ｊ－Ｒ型は、抵抗が大きく、しかし有限であるため、表面どうしが密着し且つ電圧が印加されると、Ｊ－Ｒ型及び基板に電流が流れる。基板と誘電体との間の界面に、クランプ力を発生させる電荷が蓄積される。
【０００４】
加えて、チャック上の電極（又は、極）の異なる構成が、異なる特性を得るために利用される。用途に応じて、モノポーラ、バイポーラ（２つの極）及びマルチポーラのチャック（６フェーズの６極型を含む）が利用可能である。
【０００５】
既知の電源がｅチャックの全範囲に提供される。既知の電源は、以下の特徴を有する。即ち、
高電圧バイポーラ出力（正／負）、
ウェハーのチャック開始／チャック解除を容易にする出力極性反転機能
キャパシタンス測定（クーロンチャック）又は電流測定（Ｊ－Ｒチャック）によるウェハーの状態を検知する能力、及び／又は、
種々のシステムに容易に統合するためのアナログ及びデジタルインタフェース、である。
【０００６】
例えば、クーロンチャックの使用に適した既知の電源が図１に示される。この例では、電源はバイポーラであり、２つの端子２６ａ～２６ｂを有している。負荷１０（例えば、クーロン型静電チャック）が示され、２つの端子２６ａ、２６ｂの間に接続されている。使用時には、発電機１２ａ～１２ｂのそれぞれが、負荷１０に適用される直流（ＤＣ）高電力を発生させる。
【０００７】
図１に示される電源は、正弦波発振器１６を有している。使用時には、正弦波発振器１６は、所定周波数にて正弦波電圧を発生させる。正弦波発振器１６は、キャパシタ１８の第１リード線と接続されていて、キャパシタ１８の第２リード線は、端子２６ａに接続されている。キャパシタ１８の第１リード線に印加される正弦波電圧は、アースから流れる振動電流を生じさせる。振動電流の第１部分は、ブロッキングインダクタ１４ａ及び発電機１２ａを介してアースへ逆流する可能性がある。振動電流の第２部分は、負荷１０、キャパシタ２２及び電流－電圧変換器２０を介してアースへ逆流する可能性がある。振動電流の第３部分は、負荷１０、ブロッキングインダクタ１４ｂ及び発電機１２ｂを介してアースへ逆流する可能性がある。
【０００８】
振動電流の第１部分は、振動電流の第２部分と比較して、理想的には無視できるほど小さい。他方、振動電流の第２部分は、負荷１０を流れる交流電流（ＡＣ）と殆ど等しい。第１部分と同様に、振動電流の第３部分は、振動電流の第２部分と比較して、理想的には無視できるほど小さい。
【０００９】
負荷１０、ブロッキングインダクタ１４ａ及びカップリングキャパシタ１８が並列に配置されているので、負荷１０のリード線の１つに振動電位が生じる。同様に、負荷１０、ブロッキングインダクタ１４ｂ及びカップリングキャパシタ２２が並列に配置されているので、負荷１０の他のリード線に振動電位が生じる。
【００１０】
図１に示される電源は、振動電流の第２部分の大きさを測定する第１センサを有していて、これは上述のように負荷１０を流れるＡＣと殆ど等しい。第１センサは、電流－電圧変換器２０、全波整流器（full wave rectifier）、ローパスフィルタ（lowpass filter）及びアナログ－デジタル変換器ＡＤＣ２４ａを含んでいる。第１センサは、位相を測定できない。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許