特表 2022-536936 ハイサイド電流モニタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-22

(54)【発明の名称】ハイサイド電流モニタ

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20220815BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20220815BHJP

【ＦＩ】

G01R19/00 A

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021574958

(86)(22)【出願日】2020-06-16

(85)【翻訳文提出日】2022-02-03

(86)【国際出願番号】 US2020037838

(87)【国際公開番号】W WO2020257136

(87)【国際公開日】2020-12-24

(31)【優先権主張番号】62/862,459

(32)【優先日】2019-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519027693

【氏名又は名称】エーイーエス グローバル ホールディングス， プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】エンジナ， ドナルド

【テーマコード（参考）】

2G035

5F131

【Ｆターム（参考）】

2G035AA22

2G035AC03

2G035AD10

2G035AD20

2G035AD26

2G035AD28

2G035AD55

5F131AA02

5F131BA01

5F131BA17

5F131CA70

5F131EB11

(57)【要約】

電流監視のためのシステム、方法、および装置が、開示される。電流モニタは、高電圧側を備え、高電圧側は、導体を流れる電流を示す信号を取得し、信号の異なる周波数帯に利得の異なるレベルを印加し、調整された信号を生成するように構成されている。電流モニタの低電圧側は、高電圧側から電気的に絶縁され、調整された信号を分割し、複数の出力信号を生成するように構成され、複数の出力信号の各々は、異なる周波数帯のうちの１つにおける電流のレベルを示す。絶縁増幅器は、高電圧側を低電圧側から電気的に絶縁しつつ、調整された信号を高電圧側から低電圧側に通信するように構成されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流モニタであって、該電流モニタは、
高電圧側であって、該高電圧側は、導体を流れる電流を示す信号を取得し、該信号の異なる周波数帯に異なる利得のレベルを印加し、調整された信号を生成するように構成されている、高電圧側と、
該高電圧側から電気的に絶縁された低電圧側であって、該低電圧側は、該調整された信号を分割し、複数の出力信号を生成するように構成され、該複数の出力信号の各々は、該異なる周波数帯のうちの１つにおける電流のレベルを示す、低電圧側と、
絶縁増幅器と
を備え、
該絶縁増幅器は、該高電圧側を該低電圧側から電気的に絶縁しつつ、該調整された信号を該高電圧側から該低電圧側に通信するように構成されている、電流モニタ。

【請求項2】

前記高電圧側は、前記導体の電流経路に位置付けられたシャントインピーダンスにまたがってリード線を結合することによって前記信号を取得するように構成されている、請求項１に記載の電流モニタ。

【請求項3】

前記高電圧側は、前記導体の電流経路に位置付けられたホールセンサから前記信号を取得するように構成されている、請求項１に記載の電流モニタ。

【請求項4】

前記高電圧側は、
第一の周波数より上の前記信号の周波数を通過させ、第一の周波数帯に関する第一の信号を取得するためのハイパスフィルタと、
第二の周波数より下の該信号の周波数を通過させ、第二の周波数帯に関する第二の信号を取得するためのローパスフィルタと
を備えている、請求項１に記載の電流モニタ。

【請求項5】

前記ハイパスフィルタは、５０Ｈｚより上の周波数を通過させるように構成され、前記ローパスフィルタは、２０Ｈｚより下の周波数を通過させるように構成されている、請求項４に記載の電流モニタ。

【請求項6】

前記ハイパスフィルタは、１００Ｈｚより上の周波数を通過させるように構成され、前記ローパスフィルタは、１０Ｈｚより下の周波数を通過させるように構成されている、請求項４に記載の電流モニタ。

【請求項7】

前記高電圧側は、
第一の利得レベルを前記第一の信号に印加するための第一の利得増幅器と、
第二の利得レベルを前記第二の信号に印加するための第二の利得増幅器と、
該第一の信号と該第二の信号とを合成し、前記調整された信号を生成するための合計器と
を備えている、請求項４に記載の電流モニタ。

【請求項8】

前記低電圧側は、
前記第一の周波数より上の前記調整された信号の周波数を通過させ、前記複数の出力信号のうちの第一の出力信号を取得するためのハイパスフィルタと、
前記第二の周波数より下の該調整された信号の周波数を通過させ、該複数の出力信号のうちの第二の出力信号を取得するためのローパスフィルタと
を備えている、請求項７に記載の電流モニタ。

【請求項9】

ワークピース位置モジュールを備え、該ワークピース位置モジュールは、前記複数の出力信号のうちの少なくとも１つを受信し、前記第一の周波数帯における電流によって所定の場所に保持されたワークピースの位置の指示を提供するように構成されている、請求項４に記載の電流モニタ。

【請求項10】

前記絶縁増幅器は、光結合、容量結合および磁気結合のうちの１つ以上を備え、前記調整された信号を前記高電圧側から前記低電圧側に通信する、請求項１に記載の電流モニタ。

【請求項11】

電流を監視する方法であって、該方法は、
導体を流れる電流を示す信号を取得することと、
該信号を少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの高電圧側信号を取得することと、
該少なくとも２つの高電圧側信号の各々に別個に利得を印加することと、
該少なくとも２つの高電圧側信号を合成し、調整された信号を生成することと、
該調整された信号をガルバニック絶縁された経路を介して低電圧側に通信することと、
該調整された信号を該低電圧側で少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの出力信号を取得することと、
該少なくとも２つの出力信号のうちの１つ以上を使用し、該導体中の該電流を監視することと
を含む、方法。

【請求項12】

前記調整された信号を通信することは、光結合、容量結合および磁気結合のうちの１つ以上を介して該調整された信号を通信することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記低電圧側の前記調整された信号を高周波数帯と低周波数帯とに分割することと、
該高周波数帯を監視し、静電チャックの静電容量を評価することと
を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記静電容量を評価し、ワークピースの位置を決定すること
を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

電流監視のためのシステムであって、該システムは、
静電チャックに電圧を印加するように構成された給電装置であって、該電圧は、直流（ＤＣ）成分と交流（ＡＣ）成分とを備えている、給電装置と、
電流モニタと
を備え、
該電流モニタは、
該給電装置を該静電チャックに結合している導体を流れる電流を示す信号を取得する手段と、
該信号を少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの高電圧側信号を取得する手段と、
該少なくとも２つの高電圧側信号の各々に別個に利得を印加する手段と、
該少なくとも２つの高電圧側信号を合成し、調整された信号を生成する手段と、
該調整された信号をガルバニック絶縁された経路を介して低電圧側に通信する手段と、
該調整された信号を該低電圧側で少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの出力信号を取得する手段と、
該少なくとも２つの出力信号のうちの１つ以上を使用し、該導体中の該電流を監視する手段と
を備えている、システム。

【請求項16】

前記調整された信号を通信する手段は、光結合、容量結合および磁気結合のうちの１つ以上を介して該調整された信号を通信する手段を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記低電圧側の前記調整された信号を高周波数帯と低周波数帯とに分割する手段と、
該高周波数帯を監視し、静電チャックの静電容量を評価する手段と
を備えている、請求項１５に記載のシステム。

【請求項18】

静電容量を評価し、ワークピースの位置を決定する手段を備えている、請求項１６に記載のシステム。

【請求項19】

電流を示す信号を取得する前記手段は、シャント抵抗器またはホールセンサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（米国特許法第１１９条のもとでの優先権の主張）
本特許出願は、２０１９年６月１７日に出願された“ＨＩＧＨ ＳＩＤＥ ＣＵＲＲＥＮＴ ＭＯＮＩＴＯＲ”と題する仮出願第６２／８６２，４５９号に対する優先権を主張し、仮出願第６２／８６２，４５９号は、本明細書の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に明示的に援用される。

【0002】

（背景）
（分野）
本発明は、概して電力を監視することに関連し、より特定すると、負荷に提供される電流を監視する方法および装置に関連する。

【背景技術】

【0003】

（背景）
電流を監視することは、多くの文脈において重要である。例えば、多様な処理システムにおいて、ワークピース（例えばウェハ）を支持するために、静電チャックが、使用される。例えばある堆積システムでは、静電チャックは、薄膜がウェハ上に堆積させられている間、ウェハを所定の場所にクランプ固定するために使用され得る。別の例として、エッチングシステムでは、静電チャックは、材料がウェハから化学エッチングされている間、ウェハを所定の場所にクランプ固定するために使用され得る。

【0004】

静電チャックは、ワークピースを所定の場所に保持するために静電力を使用する。静電チャックは、クランプ電圧を与えられた電極を有し、静電チャックの表面にワークピースを静電的にクランプ固定する。静電チャック内の電極は、静電給電装置および制御装置に結合されている。静電給電装置は、制御装置から制御信号を受信し、クランプ力で基板をクランプ固定するように適合されたクランプ電圧を発生させる。

【0005】

静電チャックに対するワークピースの適切な位置付けは、典型的なワークピース処理前、処理中、および処理後の様々な時点において重要である。例えば、ワークピースが静電チャックに適切に装填されていることを、クランプ電圧を印加する前に確実にすることが、重要である。別の例として、ワークピースがクランプ固定されているか、またはされていないかを、ある時点で決定することが、望ましくあり得る。

【0006】

静電給電装置は、直流（ＤＣ）電圧発生器および交流（ＡＣ）電圧発生器を含み得、ＤＣ電圧発生器は、静電チャックのクランプ電極アセンブリに関するＤＣクランプ電圧を発生させるように構成され、ＡＣ電圧発生器は、ＡＣ信号を発生させるように構成されている。ワークピースの位置は、ワークピースと静電チャックとの組み合わせの静電容量を監視することによって検出され得る。例えば、ワークピースが静電チャック上に適切に位置付けられているとき、検知される静電容量は、ワークピースが適切に位置付けられていないときより高くあり得る。

【0007】

（ＡＣ電圧の印加に応答して）静電チャックに提供されるさまざまなレベルの電流は、静電チャックの静電容量が監視されることを可能にし、その帰結として、静電チャックに提供された電流を監視することによって、ワークピースの位置が、監視され得る。

【0008】

電流を監視するための従来技術のアプローチは、出力側が数千ボルトの範囲で動作する必要があるので、典型的に、静電チャック給電装置のリターン側（静電チャックと接地との間）でシャント抵抗器を利用する。ローサイドセンシングは、測定値出力から高電圧を絶縁する問題を回避するが、しばしば、ノイズを犠牲にする。ハイサイド電流センシングは、ノイズの問題を回避するが、絶縁の手段を必要とする。測定された信号から静電チャック給電装置の高電圧出力を分離できる絶縁増幅器が利用可能であるが、残念なことに、絶縁増幅器は、典型的に、システムの可能な最低分解能を制限する多量の電気ノイズを有する。

【0009】

処理技術がより高い出力電流を伴うより高い電力増幅器に移行し続けているので、利得を低減させることによってより大きな信号に合うように電流測定システムをスケーリングする必要性が、存在する。電流モニタが静電容量センシングにも使用されるとき、利得を低減させることは、ノイズフロアより下の比較的小さな静電容量信号を駆動する。これは、静電容量測定能力の分解能の受け入れられない低減を引き起こす。その帰結として、電流を監視するための従来技術のアプローチは、望ましくなく、将来、ほぼ確実に受け入れられないであろう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

（概要）
ある態様は、高電圧側を含む電流モニタとして特徴付けられ得、高電圧側は、導体を流れる電流を示す信号を取得し、信号の異なる周波数帯に利得の異なるレベルを印加し、調整された信号を生成するように構成されている。低電圧側は、高電圧側から電気的に絶縁され、調整された信号を分割し、複数の出力信号を生成するように構成され、複数の出力信号の各々は、異なる周波数帯のうちの１つにおける電流のレベルを示す。絶縁増幅器は、高電圧側を低電圧側から電気的に絶縁しつつ、調整された信号を高電圧側から低電圧側に通信するように構成されている。

【0011】

別の態様は、電流を監視する方法であり、方法は、導体を流れる電流を示す信号を取得することと、信号を少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの高電圧側信号を取得することと、少なくとも２つの高電圧側信号の各々に別個に利得を印加することとを含む。少なくとも２つの高電圧側信号は、調整された信号を生成するために合成され、調整された信号は、ガルバニック絶縁された経路を介して低電圧側に通信される。調整された信号は、少なくとも２つの出力信号を取得するために低電圧側で少なくとも２つの周波数帯に分割され、少なくとも２つの出力信号のうちの１つ以上は、導体中の電流を監視するために使用される。

【0012】

さらなる別の態様は、静電チャックに電圧を印加するように構成された給電装置を備えた電力監視のためのシステムであり、電圧は、直流（ＤＣ）成分と交流（ＡＣ）成分とを含む。システムは、電流モニタも備え、電流モニタは、給電装置を静電チャックに結合している導体を流れる電流を示す信号を取得する手段を備えている。システムは、信号を少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの高電圧側信号を取得する手段と、少なくとも２つの高電圧側信号の各々に別個に利得を印加する手段と、少なくとも２つの高電圧側信号を合成し、調整された信号を生成する手段とを同様に備えている。加えて、システムは、調整された信号をガルバニック絶縁された経路を介して低電圧側に通信する手段を備え、低電圧側は、調整された信号を低電圧側で少なくとも２つの周波数帯に分割し、少なくとも２つの出力信号を取得する手段を備えている。システムは、少なくとも２つの出力信号のうちの１つ以上を使用し、導体中の電流を監視する手段も備えている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

（図面の簡単な説明）

【図1】図１は、ハイサイド電流モニタが利用され得る例示的環境を描写したブロック図を例示している。

【0014】

【図2】図２は、図１に描写されたハイサイド電流モニタの例示的実施形態を描写したブロック図である。

【0015】

【図3】図３は、本明細書に開示される実施形態に関連して詳しく検討され得る手段を描写したフローチャートである。

【0016】

【図4】図４は、本明細書に開示される実施形態に関連して利用され得る処理コンポーネントを描写したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（詳細な説明）
本明細書において、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、「例（ｅｘａｍｐｌｅ、ｉｎｓｔａｎｃｅ）または例示（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）として役立つ」を意味するように使用される。本明細書中で「例示的」と記載される任意の実施形態は、他の実施形態より好ましい、または有利であると必ずしも解釈されない。

【0018】

まず図１を参照すると、例示的静電チャッキングシステム１００が、示されており、静電チャッキングシステム１００は、本明細書に開示されるハイサイド電流モニタの実施形態が利用され得る一環境である。描写されているように、静電チャッキングシステム１００は、静電チャック給電装置１０２と、ハイサイド電流モニタ１０３と、静電チャック１０４とを含む。示されているように、静電チャック１０４は、プラズマ処理チャンバー１０６内に位置付けられており、ワークピース１１０が、静電チャック１０４にクランプ固定された状態で示されている。ワークピース位置モジュール１０７も、示されており、ワークピース位置モジュール１０７は、ハイサイド電流モニタ１０３によって測定された電流に基づいてワークピース１１０の位置の指示を提供するように構成されている。

【0019】

この例示的用途では、プラズマ処理チャンバー１０６は、（例えば、１つ以上のポンプ（示されていない）によって排出される真空エンクロージャを含む）実質的に従来の構造のチャンバーによって具体化され得る。そして、当業者が理解するように、プラズマ処理チャンバー１０６内でのプラズマ励起は、例えば（リアクター内のプラズマ１１４に点火し維持するための磁気コイルおよびアンテナを含む）ヘリコンタイプのプラズマ源を含む多様な源のうちの任意の１種類によって達成され得、プラズマ処理チャンバー１０６の中へのガスの導入のために、ガス入口が、提供され得る。

【0020】

描写されているように、処理されるべきワークピース１１０（例えば半導体ウェハ）は、少なくとも部分的に静電チャック１０４によって支持され、１つ以上の導体（例えばケーブル）を介して、電力が、静電チャック１０４に印加される。簡単のために、静電チャック１０４に結合された単一の導体１１６のみが示されているが、本明細書に記載の態様は単極式チャックおよび複極式チャックに適用可能であることが、認識されるべきである。例として、当業者は、六極式静電チャックに関連して６本の電力線および６つの対応するハイサイド電流モニタが採用され得ることを理解するであろう。

【0021】

静電チャック給電装置１０２は、ＤＣ成分およびＡＣ成分を含む電圧を印加する性能を有する多様な公知または未だ開発段階の給電装置のうちの任意のものによって具体化され得る。例えば、静電チャック給電装置１０２は、１０００ボルトＤＣおよび１ｋＨｚの１０～２０ボルトＡＣ（ピークツーピーク）を印加する性能を有し得るが、これらの電圧および周波数は、例示的であるにすぎず、多くの要因に依存して変動し得る。上で検討されたように、ＤＣ電圧は、ワークピース１１０を静電チャックに引き寄せるＤＣクランプ電圧を静電チャック１０４において実現し、一方、ＡＣ電圧は、静電チャック１０４に対するワークピース１１０の位置を検出するために利用され得る。

【0022】

次に図２を参照すると、例示的ハイサイド電流モニタ２０３が、示されており、ハイサイド電流モニタ２０３は、図１に示されたハイサイド電流モニタ１０３を具体化するために使用され得る。示されているように、シャントインピーダンスＺは、導電路に沿って配置され、導電路は、静電チャック給電装置１０２などの電源をシャントインピーダンスＺの片側のノードｖ１に結合している導体２１６を含む。導電路は、シャントインピーダンスＺも含み、ノードｖ２においてシャントインピーダンスＺの別の側を静電チャック１０４に結合している導体２１６の別の部分も含む。このように、シャントインピーダンスＺは、電源（例えば、静電チャック給電装置１０２）から負荷（例えば、静電チャック１０４）への電流経路に配置される。その帰結として、シャントインピーダンスＺにまたがる（ノードｖ１とｖ２との間の）電圧は、静電チャック１０４に提供された電流と共に変動し、従って、ノードｖ１とｖ２との間の電圧は、電気的負荷（例えば、静電チャック１０４）に提供された電流を示す信号として使用され得る。示されているように、第一のリード線２２０は、ノードｖ１に結合され、第二のリード線２２１は、ノードｖ２に結合されている。このように、図２の実施形態において、（電流を示す）信号は、導体２１６の電流経路に位置付けられたシャントインピーダンスＺにまたがってリード線２２０、２２１を結合することによって取得される。上で検討されたように、ｖ１に印加される電圧は、約１０００ＶＤＣであり得、ｖ２における電圧は、フローティング接地であり、フローティング接地は、（静電チャック給電装置１０２などの）電源の出力電圧と共に変動するローカル基準である。例えば、ｖ２におけるフローティング接地は、ノードｖ１に印加される電圧と約１ボルト異なり得る。

【0023】

一般に、シャントインピーダンスＺは、抵抗成分およびリアクタンス成分を含む複素量であるが、多くの実装形態では、シャントインピーダンスＺは、実質的にゼロであるリアクタンスを伴う抵抗器として実装され得る。例として（限定を伴わない）、シャントインピーダンスＺは、１００オームの抵抗器によって具体化され得、シャントインピーダンスＺを流れるフルスケール電流は、１０ミリアンペアであり得る。その帰結として、シャントインピーダンスＺにまたがる電圧は、約１ボルト以下であり得る。ｖ１とｖ２との間の電圧差は電流に起因するので、ｖ２に対して正であるｖ１における電圧は、電流が静電チャック１０４に流れ込んでいることを示している。

【0024】

シャントインピーダンスＺが導体２１６を流れる電流を示す信号を検知および取得する唯一の手段であることと、例えばホール効果センサ、フラックスゲートセンサおよびトランスなど、電流を検知するいくつかの他の手段が存在することとが、認識されるべきである。

【0025】

示されているように、ノードｖ１は、リード線２２０を介して高電圧側バンドスプリッタ２１８に結合され、高電圧側バンドスプリッタ２１８は、利得コンポーネント２２２に結合され、利得コンポーネント２２２は、合計器２２４に結合されている。合計器２２４の出力は、絶縁増幅器２２６の高電圧側に結合され、絶縁増幅器２２６の低電圧側は、低電圧側バンドスプリッタ２２８に結合され、低電圧側バンドスプリッタ２２８は、第一の出力信号２３０および第二の出力信号２３２を含む複数の出力信号を提供する。描写されたコンポーネントは論理機能を伝えることを意図されていることが、認識されるべきであり、それらの機能が共通の基礎的物理コンポーネントによって実装され得ること、または物理コンポーネントの分散によって実現され得ることが、認識されるべきである。例えば、フィルタおよび利得増幅器は、共通の演算増幅器（オペアンプ）によって実装され得るか、または別個の物理コンポーネントによって実装され得る。描写された機能がハードウェアによって、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実装され得ることも、認識されるべきである。

【0026】

一般に、絶縁増幅器２２６は、電流モニタ２０３の高電圧側を電流モニタ２０３の低電圧側からガルバニック絶縁しつつ、入力と出力との間にどのようなオーミック経路もなく信号情報がバリアを通過させられることを可能にするように機能する。

【0027】

絶縁は、オールアナログ絶縁増幅器を使用して実装されることができる。代替として、絶縁されていない増幅器と、それに続くアナログ－デジタル変換器および絶縁器（光、静電容量、磁気の原理を使用し得る）とからなるサブ回路が、利用され得る。絶縁増幅器のコンポーネントに電力を与えるために、静電チャック給電装置１０２と独立な絶縁型給電装置が、使用され得る。具体例として、絶縁増幅器２２６は、部品番号ＩＳＯ２２４ＡＤＷＶＲによって識別される絶縁増幅器（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｉｎｃによって販売されている）によって具体化され得、部品番号ＮＭＳ０５１５Ｃによって識別される絶縁型給電装置（村田製作所によって販売されている）によって電力を与えられ得るが、絶縁増幅器２２６を具体化しそれに電力を提供するために他の調達元からの他の部品が利用され得ることが、認識されるべきである。

【0028】

図２を参照しながら、図３の参照が同時になされ、図３は、図２に描写された実施形態に関連して詳しく検討され得る例示的方法を描写したフローチャートである。動作時、静電チャック給電装置１０２などの電源が静電チャック１０４などの負荷に電力を印加すると（ブロック３０２）、シャントインピーダンスＺを流れる電流は、ｖ１ノードにおいて、シャントインピーダンスＺを流れる電流のレベルを示す電圧信号を生み出す（ブロック３０４）。電圧信号（本明細書中では、より簡単に、信号とも称される）は、高電圧側バンドスプリッタ２１８に提供され、その後、少なくとも２つの高電圧側信号を取得するために高電圧側バンドスプリッタ２１８によって少なくとも２つの周波数帯に分割される（ブロック３０６）。描写されているように、高電圧側バンドスプリッタ２１８は、２つ以上のフィルタを含み得、利得コンポーネント２２２は、２つ以上の信号を生成するために同数の利得増幅器を含み得、２つ以上の信号は、調整された電圧信号を生成するために合計器２２４によって合計され、調整された電圧信号は、絶縁増幅器２２６の高電圧側において印加される。

【0029】

図２に描写された実施形態では、高電圧側バンドスプリッタ２１８は、２つのフィルタを含み、すなわち、第一の周波数より上の信号の周波数を通過させるための（そして、第一の周波数帯に関する第一の信号２３８を取得するための）ハイパスフィルタ２３４と、第二の周波数より下の信号の周波数を通過させ、第二の周波数帯に関する第二の信号２４０を取得するためのローパスフィルタ２３６とを含む。加えて、図２に描写された電流モニタ２０３は、第一の利得レベルを第一の信号２３８に印加する第一の利得増幅器２４２と、第二の利得レベルを第二の信号２４０に印加する第二の利得増幅器２４４とを含む。示されているように、合計器２２４は、利得調整された第一の信号と利得調整された第二の信号とを合成し、絶縁増幅器２２６に印加される調整された信号を生成するように位置付けられ、そのように構成されている。

【0030】

いくつかの実装形態では、ローパスフィルタ２３６は、１０Ｈｚより下のＤＣ情報を通過させ得、ハイパスフィルタ２３４は、１００Ｈｚより上のＡＣ情報を通過させ得る。多くの実装形態では、フィルタリングは、アナログドメインにおいて、サレンキー型フィルタリングなどの多様なアナログフィルタリング技術のうちの任意のものによって実施されるが、他のタイプのアクティブフィルタリングおよび／またはパッシブフィルタリングが、使用され得る。いくつかの実装形態では、ハイパスフィルタ２３４およびそれに関連付けられた第一の利得増幅器２４２（利得＝ｘの増幅器）は、単一のオペアンプ回路として実装され得、ローパスフィルタ２３６およびそれに関連付けられた第二の利得増幅器２４４（利得＝ｙの増幅器）は、別のオペアンプ回路として実装され得る。ｖ１における電圧信号がデジタル信号に変換され得、その後、デジタルドメインにおいてフィルタリングされ得、デジタル増幅され得、合計され得ることも、想定されている。言い換えれば、ハイパスフィルタ２３４、ローパスフィルタ２３６、第一の利得増幅器２４２、第二の利得増幅器２４４、および合計器２２４は、デジタルコンポーネントによって具体化され得る。

【0031】

再び図３を参照して、利得は、少なくとも２つの高電圧側信号に別個に印加される（ブロック３０８）。図２に描写された実装形態では、ｘに等しい利得を印加する第一の利得増幅器２４２は、ハイパスフィルタ２３４に結合され、ｙに等しい利得を伴う第二の利得増幅器２４４は、ローパスフィルタ２３６に結合され（ｘは、ｙに等しいことも、そうでないこともある）、それによって、ＤＣ情報（例えば、１０Ｈｚより下）およびＡＣ情報（例えば、１００Ｈｚより上）は、異なる利得値で別個に増幅され得る。

【0032】

静電チャッキングシステム１００の文脈では、別個の増幅は、ＡＣ電流の変化（ワークピース１１０および静電チャック１０４の静電容量の変化を示す）をより正確に検出するために高周波数帯情報（ＡＣ電流情報とも称される）がさらに高いレベルに増幅されることを有益に可能にする。さらに、電圧信号の構成成分の増幅は、絶縁増幅器２２６の前に有益に実施され、それによって、後続のステージにおける利得は、必要とされず、絶縁増幅器２２６によって生成されるどのようなノイズも、さらに増幅されることはない。

【0033】

示されているように、調整された信号を生成するために、少なくとも２つの高電圧側信号が、合計器２２４によって合成される（ブロック３１０）。当業者が理解するように、アナログドメインでは、合計器２２４は、オペアンプとしても実装され得る。その後、絶縁増幅器２２６が、高電圧側を低電圧側から電気的に絶縁しつつ、調整された信号を高電圧側から低電圧側に通信するために使用される（ブロック３１２）。絶縁増幅器２２６は、当該技術分野において公知のガルバニック絶縁を生み出すことによって低電圧側を高電圧側から分離するように動作する。有益には、絶縁増幅器２２６は、電流モニタ２０３の高電圧側（フローティング接地で動作する）を電流モニタ２０３の低電圧側（アース接地を基準として動作する）から分離し、それによって、低電圧側を損傷から保護する。

【0034】

示されているように、低電圧側の調整された電圧信号（低電圧側合成信号とも称される）は、少なくとも２つの低電圧側出力信号を取得するために低電圧側バンドスプリッタ２２８によって分割される（ブロック３１４）。低電圧側バンドスプリッタ２２８は、使用される周波数帯の数に関して高電圧側バンドスプリッタ２１８をミラーリングし得る。図２に示されているように、低電圧側バンドスプリッタ２２８は、ハイパスフィルタ２４６およびローパスフィルタ２４８を含み、それらは、それぞれ、高電圧側バンドスプリッタ２１８のハイパスフィルタ２３４およびローパスフィルタ２３６と同じ周波数応答を有し得る。加えて、低電圧側ハイパスフィルタ２４６およびローパスフィルタ２４８は、高電圧フィルタ側ハイパスフィルタ２３４およびローパスフィルタ２３６と同じ技術を使用して実装され得る（そうでないこともある）。再び図３を参照して、少なくとも２つの低電圧側出力信号のうちの１つ以上は、導体２１６を流れる電流を監視するために使用され得る（ブロック３１６）。そして、静電チャッキングシステム１００の文脈では、（第一の出力信号２３０によって示されるような）監視されている高い方の周波数の電流は、ワークピース１１０の位置を評価するためにワークピース位置モジュール１０７によって使用され得、（第二の出力信号によって示されるような）監視されている低い方の周波数の電流は、静電チャック１０４における漏洩電流を評価するために使用され得る。

【0035】

静電チャッキングシステム１００の全体方法の例として、シャントインピーダンスＺにまたがって１ボルトを生成するように、シャントインピーダンスＺを流れるＤＣ電流が１０ミリアンペアであり、シャントインピーダンスＺのインピーダンスが１００オームである（どのようなリアクタンス成分もない）と仮定する。さらに、ｙの利得が１．０に等しくあるように設定され、ｘの利得が５０．０に等しくあるように設定されていると仮定する。ローパスフィルタ２３６は、１ＶＤＣの電圧信号を生成し、対応する第二の利得増幅器２４４は、ユニティゲインを印加し、１ＶＤＣを生成する。その後、絶縁増幅器２２６は、出力として１ＶＤＣを示し、低電圧側ローパスフィルタ２４８は、アース接地に対して１ＶＤＣを生成する。

【0036】

（静電容量を計算するための）ＡＣ成分に関して、シャントインピーダンスＺにまたがって１ｋＨｚのＡＣ電流を生成するように（例えば、静電チャック給電装置１０２によって）１ｋＨｚの信号が挿入されると仮定する。１ミリアンペアのピークツーピーク電流が生成される場合、ハイパスフィルタ２３４は、１ＶＤＣの上に１００ミリボルトのＡＣを「認識」し、１００ミリボルトのＡＣを通過させ、１００ミリボルトのＡＣは、５ボルトのピークツーピーク信号を生成するために第二の利得増幅器２４４によって５０倍増幅される。絶縁増幅器２２６の出力が＋／－１０ボルトであるとすると、ＡＣ信号は、絶縁増幅器２２６のより大きな範囲を占めるように増幅され得る。１ボルトＤＣ信号および５ボルトＡＣピークツーピーク信号の２つの信号が、低電圧側の出力に存在し得る。有益には、ハイパスおよびローパスプロセッシングチェーンの利得は、最大のＤＣ電流で最大の容量性負荷が観察されるときに絶縁増幅器２２６のレールが絶縁増幅器２２６の仕様を超えない（従って、クリッピングが起こらない）ように設定され得る。この性能は、アンプごとの電圧の設定を単に可能にする従来技術のアプローチと対照的である。さらに、従来技術のシステムは、絶縁増幅器の後に利得増幅器を採用し、利得増幅器は、絶縁増幅器の内部雑音を増幅する。

【0037】

静電チャッキングシステム１００の文脈において、ワークピース１１０の位置を検出するために、静電容量とワークピースの位置との間の関係が、経験的に決定され得、例えばワークピース１１０が所定の場所にあること、またはワークピース１１０がクランプにあることを示す閾値静電容量が、設けられ得る。閾値静電容量の値とワークピースの位置との間の対応付けを可能にするために、閾値静電容量の値は、ワークピース位置データに関連して不揮発性メモリに格納され得る。ワークピース位置モジュール１０７は、電流測定値（例えば、第一の出力信号２３０から取得される高い方の周波数測定値）に関連する経験的に取得されたデータを使用し、静電チャック１０４において認識された静電容量を取得し得る。当業者が直ちに理解するように、負荷の静電容量は、時間変動するＡＣ電圧および電流に基づいて以下のように決定され得る。

【数1】

【0038】

負荷（例えば、静電チャック１０４とワークピース１１０との組み合わせ）の静電容量が取得されると、ワークピース１１０の位置が、不揮発性メモリから取得され得る。

【0039】

第二の出力信号２３２は、導体２１６を流れる低周波数電流の指示を有益に提供し、その指示は、典型的に、静電チャック１０４における低周波数（例えば１０Ｈｚより下の）漏洩電流のレベルの指示を提供する。多くの例では、低周波数電流（漏洩電流を示す）は、１Ｈｚより下であり得る。

【0040】

上に記載されたように、本明細書に開示される実施形態に関連して記載される機能および方法は、ハードウェアを利用して実現され得、非一時的機械読み取り可能な媒体においてエンコードされたプロセッサ実行可能な命令において実現され得、またはそれら２つの組み合わせとして実現され得る。例えば図４を参照すると、物理コンポーネントを描写したブロック図が、示されており、物理コンポーネントは、ハイサイド電流モニタ１０３の１つ以上の態様、およびその様々な実施形態（電流モニタ２０３など）を具体化するために利用され得る。さらに、図４に描写されたコンピューティングデバイスの複数の例は、本明細書に記載のシステムにおいて実装され得る。示されているように、この実施形態では、ディスプレイ１１１２および不揮発性メモリ１１２０は、バス１１２２に結合され、バス１１２２は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１１２４と、（Ｎ個の処理コンポーネントを含む）処理部分１１２６と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはマイクロコントローラ１１２７と、Ｎ個の送受信機を含む送受信機コンポーネント１１２８とにも結合されている。図４に描写されたコンポーネントは物理コンポーネントを表しているが、図４は、詳細なハードウェア図であることを意図されておらず、従って、図４に描写されたコンポーネントの多くは、共通の構成物によって具体化され得、または追加の物理コンポーネント間で分散され得る。さらに、図４を参照して記載される機能コンポーネントを実装するために、他の既存および未だ開発段階の物理コンポーネントおよびアーキテクチャが利用され得ることが、企図されている。

【0041】

一般に、ディスプレイ１１１２は、ユーザインターフェースをユーザに提供するように動作し、いくつかの実装形態では、ディスプレイ１１１２は、タッチスクリーンディスプレイによって具体化される。例えば、ディスプレイ１１１２は、ハイサイド電流モニタ１０３の一部として実装されることができ、第一の利得増幅器２４２および第二の利得増幅器２４４の利得設定、ならびに／または、ハイパスフィルタ２３４およびローパスフィルタ２３６の時定数をユーザが制御することを可能にする。ディスプレイ１１１２は、ワークピース１１０の位置についての情報を表示するためにワークピース位置モニタの一部として利用されることもある。

【0042】

一般に、不揮発性メモリ１１２０は、データと、機械読み取り可能な（例えば、プロセッサ実行可能な）コード（本明細書に記載の方法を実現することに関連付けられた実行可能なコードを含む）とを格納する（例えば、永続的に格納する）ように機能する非一時的メモリである。例えば、いくつかの実施形態では、不揮発性メモリ１１２０は、上に記載の図３を参照して記載される方法の実行を促進するためのブートローダコード、オペレーティングシステムコード、ファイルシステムコード、および非一時的プロセッサ実行可能なコードを含む。不揮発性メモリ１１２０は、ワークピースの位置を静電容量データに関連付ける経験的に取得されたデータを格納するために使用されることもある。

【0043】

多くの実装形態では、不揮発性メモリ１１２０はフラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）によって具体化されるが、他のメモリタイプも利用され得ることが、企図されている。不揮発性メモリ１１２０からのコードを実行することが可能であり得るが、不揮発性メモリにおける実行可能なコードは、典型的に、ＲＡＭ１１２４に読み込まれ、処理部分１１２６におけるＮ個の処理コンポーネントのうちの１つ以上によって実行される。

【0044】

一般に、動作時、ＲＡＭ１１２４に関連するＮ個の処理コンポーネントは、不揮発性メモリ１１２０に格納された命令を実行するように動作し得、ハイサイド電流モニタ１０３および／またはワークピース位置モジュール１０７の実施形態の１つ以上のコンポーネントの機能性を具体化し得る。当業者が理解するように、処理部分１１２６は、ビデオプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、および他の処理コンポーネントを含み得る。デジタルの実装形態では、図２に描写されたハイパスフィルタ２３４、ローパスフィルタ２３６、第一の利得増幅器２４２、および第二の利得増幅器２４４を実現するために、ＤＳＰが、使用され得る。

【0045】

加えて、または代替において、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１１２７は、本明細書に記載の機能および方法論の１つ以上の態様を実現するように構成され得る。例えば、非一時的ＦＰＧＡ構成命令が、不揮発性メモリ１１２０に永続的に格納され得、ＦＰＧＡ１１２７によって（例えば、起動中に）アクセスされ得、電流モニタ１０３の機能を実現するようにＦＰＧＡ１１２７を構成し得る。

【0046】

コンピューティングデバイス１１００が（ハイサイド電流モニタ１０３とは別個のコンポーネントとして）ワークピース位置モジュール１０７を具体化するように実装された場合、入力コンポーネントは、監視されている電流を示す信号を（例えば、ハイサイド電流モニタ１０３から）受信するように動作し得る。一般に、出力コンポーネントは、１つ以上のアナログまたはデジタル信号を提供するように動作し、本明細書に記載のコンポーネントの動作態様を実現する。例えば、コンピューティングデバイス１１００がハイサイド電流モニタ１０３の一部として実装された場合、出力部分は、ワークピース位置モジュール１０７に対する電流レベルを示す出力信号（単数または複数）（例えば、第一の出力信号２３０および第二の出力信号２３２）を送信し得る。

【0047】

描写された送受信機コンポーネント１１２８は、無線または有線ネットワークを介して外部デバイスと通信するために使用され得るＮ個の送受信機チェーンを含む。Ｎ個の送受信機チェーンの各々は、特定の通信方式（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓなど）に関連付けられた送受信機を表し得る。

【0048】

開示される実施形態の先の記載は、任意の当業者が本発明を作製または使用することを可能にするように提供されている。これらの実施形態に対する様々な修正が、当業者には直ちに明らかであり、本明細書中で画定される一般原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。従って、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されておらず、本明細書に開示される原理および新規特徴と整合する最も広い範囲を与えられるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】