KR20230158074A - 커패시턴스 감지 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들. 장치는, 접지 커넥터, 부하에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터, 및 접지 커넥터와 출력 커넥터 사이의 전도 경로 상에 시변 전압 신호를 주입하도록 구성된 시변 신호 소스를 포함한다. DC 전력 소스는 시변 전압 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성되고, 전류 모니터는 전도 경로에서 시변 전류를 측정하도록 구성된다. 커패시턴스 모듈은 시변 전압 신호의 주파수 및 시변 전류 중 적어도 하나에 기초하여 커패시턴스를 결정하도록 구성된다.

Description

커패시턴스 감지 시스템들 및 방법들
35 U.S.C.§119 하의 우선권 주장
본 특허출원은, "CAPACITANCE SENSING SYSTEMS AND METHODS" 의 명칭으로 2021년 3월 17일자로 출원되고 그리고 본원의 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조에 의해 명백히 통합되는 가출원 제63/162,107호를 우선권 주장한다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 전기 엘리먼트들을 모니터링하는 것에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 커패시턴스를 모니터링하는 것에 관한 것이다.
커패시턴스를 모니터링하는 것은 많은 컨텍스트들에서 중요하다. 다른 컨텍스트들 중에서, 커패시턴스를 모니터링하는 것은 워크피스를 척에 정전기적으로 홀딩할 때 중요하다. 정전 척들은 다양한 프로세싱 시스템들에서 워크피스들 (예컨대, 웨이퍼들) 을 지지하는데 사용된다. 퇴적 시스템에서, 예를 들어, 정전 척은, 박막이 웨이퍼 상에 퇴적되는 동안 웨이퍼를 제자리에 클램핑하는데 사용될 수도 있다. 에칭 시스템에서, 다른 예로서, 정전 척은, 재료가 웨이퍼로부터 화학적으로 에칭되는 동안 웨이퍼를 제자리에 클램핑하는데 사용될 수도 있다.
정전 척들은 워크피스를 제자리에 홀딩하기 위해 정전기력을 사용한다. 정전 척은, 정전 척의 표면에 워크피스를 정전기적으로 클램핑하는, 클램핑 전압으로 에너자이징되는 전극들을 갖는다. 정전 척에서의 전극들은 정전 전력 공급부 및 제어기에 커플링된다. 정전 전력 공급부는 제어기로부터 제어 신호를 수신하고, 기판을 클램핑력으로 클램핑하도록 적응된 클램핑 전압을 생성한다.
정전 척에 대한 워크피스의 적절한 포지셔닝은 통상적인 워크피스 프로세스들 이전, 그 동안, 및 그 이후 다양한 시간들에서 중요하다. 예를 들어, 클램핑 전압을 인가하기 전에 워크피스가 정전 척 상으로 적절히 로딩되는 것을 보장하는 것이 중요하다. 다른 예로서, 특정 시간들에서 워크피스가 클램핑되는지 또는 클램핑해제되는지를 결정하는 것이 바람직할 수도 있다.
정전 전력 공급부는 정전 척의 클램핑 전극 어셈블리에 대한 직류 (DC) 클램핑 전압을 생성하도록 구성된 DC 전압 생성기 및 교류 (AC) 신호를 생성하도록 구성된 AC 전압 생성기를 포함할 수도 있다. 워크피스의 포지션은 워크피스와 정전 척의 조합의 커패시턴스를 모니터링함으로써 검출될 수도 있다. 예를 들어, 워크피스가 정전 척 상에 적절하게 포지셔닝될 때, 감지된 커패시턴스는 워크피스가 적절하게 포지셔닝되지 않을 때보다 높을 수도 있다.
(AC 전압의 인가에 응답하여) 정전 척에 제공된 전류의 가변 레벨은 정전 척의 커패시턴스가 모니터링될 수 있게 하고, 결과적으로, 워크피스의 포지션은 정전 척에 제공된 전류를 모니터링함으로써 모니터링될 수도 있다.
프로세싱 기법들은 더 높은 출력 전류들을 갖는 더 높은 전력 증폭기들로 계속 이동하고 있고, 이들 타입들의 증폭기들은 부피가 크고 손실이 있을 수 있다. DC 전력 공급부들은 비교적 작은 폼 팩터에서 높은 전류를 전달할 수 있지만, DC 전력 공급부들은 부하 커패시턴스를 감지하는 능력이 부족하다.
다음은 본 명세서에서 개시된 하나 이상의 양태들 및/또는 실시형태들에 관한 간략화된 개요를 제시한다. 그에 따라, 다음의 개요는 모든 고려된 양태들 및/또는 실시형태들에 관한 광범위한 개관으로 고려되지 않아야 하며, 또한 다음의 개요는 모든 고려된 양태들 및/또는 실시형태들에 관한 핵심적인 또는 결정적인 엘리먼트들을 식별하거나 또는 임의의 특정 양태 및/또는 실시형태와 연관된 범위를 구획하도록 간주되지 않아야 한다. 이에 따라, 다음의 개요는, 하기에서 제시되는 상세한 설명에 선행하기 위해 간략화된 형태로 본 명세서에 개시된 메커니즘들에 관한 하나 이상의 양태들 및/또는 실시형태들에 관련된 특정 개념들을 제시하기 위한 유일한 목적을 갖는다.
본 개시의 일부 양태들은, 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터, 부하에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터, 시변 신호 소스, 및 DC 전력 소스를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치로서 특징지어질 수도 있다. DC 전력 소스 및 시변 신호 소스는 접지 커넥터와 출력 커넥터 사이의 직렬 전도 경로에 배열될 수도 있다. DC 전력 소스는 전도 경로 상에 DC 전압을 인가하도록 구성될 수도 있고, 시변 신호 소스는 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하도록 구성될 수도 있다. 그 장치는 전도 경로에서 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터 및 전류 모니터에 커플링된 커패시턴스 모듈을 더 포함할 수도 있고, 커패시턴스 모듈은 측정된 전류에 기초하여 커패시턴스를 결정하도록 구성된다.
본 개시의 다른 양태들은, 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터, 부하에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터, 및 접지 커넥터와 출력 커넥터 사이의 전도 경로 상에 시변 전압 신호를 주입하도록 구성된 시변 신호 소스를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치로서 특징지어질 수도 있다. 그 장치는 시변 전압 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성된 DC 전력 소스, 전도 경로에서 시변 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터, 및 시변 전압 신호의 주파수 및 시변 전류 중 적어도 하나에 기초하여 커패시턴스를 결정하도록 구성된 커패시턴스 모듈을 더 포함할 수도 있다.
본 개시의 또 다른 양태들은, 시변 신호 소스로 시변 전압 신호를 부하에 인가하는 단계, DC 전력 소스로 DC 오프셋을 부하에 인가하는 단계, 및 시변 전압 신호의 진폭을 고정하는 단계를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 방법으로서 특징지어질 수도 있다. 그 방법은 부하에 제공되는 시변 전류를 측정하는 단계, 및 부하에 제공된 시변 전류의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 시변 전압 신호의 주파수를 변경하도록 시변 신호 소스를 제어하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 그 방법은 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 커패시턴스를 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
도 1 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 플로팅 (floating) 시변 소스를 가진 예시적인 정전 전력 공급부를 갖는 예시적인 정전 척킹 시스템을 예시한다.
도 2 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, DC 전력 소스의 하부측 (low side) 상에 커플링된 시변 소스를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 3 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 오토레인징 (autoranging) 모듈 및 플로팅 시변 소스를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 4 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, DC 전력 소스의 하부측 상에 커플링된 시변 소스 및 오토레인징 모듈을 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 5 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, 정전 전력 공급부의 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 6 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 정전 전력 공급부의 시변 전류에 기초하여 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 7 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 공진 감지 모듈을 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 8 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 공진이 달성될 때 정전 전력 공급부의 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 9 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, 전압 모니터를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 10 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 시변 전압에 대한 시변 전류의 비율에 기초하여 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 11 은 온도 및 신호 주파수로 인한 소결된 알루미늄 나이트라이드의 변하는 유전 상수를 도시하는 그래프이다.
도 12 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, 커패시턴스 보상을 위해 구성된 예시적인 정전 전력 공급부를 갖는 예시적인 정전 척킹 시스템을 예시한다.
도 13 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 정전 전력 공급부의 시변 신호에 대한 부하의 응답 및 유전 상수에 기초하여 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 14 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, 예시적인 웨이퍼, 정전 척, 및 레퍼런스 전극의 단면도를 예시한다.
도 15 는 하나 이상의 실시형태들에 따른, 주입된 시변 신호를 제공하고 측정 장치에 전력공급하도록 구성된 AC 소스를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 16 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 시변 신호 소스를 포함하는 측정 장치에 전력공급하도록 구성된 AC 소스를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 17 은 하나 이상의 실시형태들에 따른, 시변 신호 소스를 포함하는 측정 장치에 전력공급하도록 구성된 DC-DC 변환기를 갖는 예시적인 정전 전력 공급부를 예시한다.
도 18 은 본 명세서에서 설명된 양태들을 실현하는데 사용될 수도 있는 물리 프로세싱 관련 컴포넌트들을 도시한 예시적인 블록 다이어그램이다.
단어 "예시적인" 은 "예, 사례, 또는 예시로서 기능함" 을 의미하도록 본 명세서에서 사용된다. "예시적인" 것으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 실시형태가 다른 실시형태들에 비해 반드시 선호되거나 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다.
커패시턴스를 모니터링하는 것에 대한 다중의 접근법들이 본 명세서에서 개시된다. 본 명세서에서 개시된 수개의 양태들이 개별적으로 설명되지만, 이들은 상호 배타적이지 않으며, 대신, 이들 양태들은 개선된 커패시턴스 감지를 제공하기 위해 다수의 변형들로 조합될 수도 있다. 커패시턴스 감지 기법들이 정전 척킹 시스템들의 컨텍스트에서 본 명세서 전반에 걸쳐 설명되지만, 본 명세서에서 개시된 커패시턴스 감지 접근법들 중 다수는 커패시턴스 감지가 유용한 다른 컨텍스트들에서 적용가능함이 인식되어야 한다.
먼저, 도 1 을 참조하면, 커패시턴스 감지 기법들의 실시형태들이 활용될 수도 있는 하나의 환경인 예시적인 정전 척킹 시스템 (100) 이 도시된다. 도시된 바와 같이, 정전 척킹 시스템 (100) 은 정전 전력 공급부 (101) 및 정전 척 (104) 을 포함한다. 도시된 바와 같이, 정전 척 (104) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (106) 내에 포지셔닝되고, 워크피스 (110) 가 정전 척 (104) 에 클램핑된 것으로 도시된다.
이러한 예시적인 어플리케이션에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (106) 는 (예컨대, 펌프 또는 펌프들 (도시 안됨) 에 의해 배기되는 진공 인클로저를 포함하는) 실질적으로 종래 구성의 챔버들에 의해 실현될 수도 있다. 그리고, 당업자가 인식할 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 챔버 (106) 에서의 플라즈마 여기는, 예를 들어, 반응기에서 플라즈마 (114) 를 점화 및 유지하기 위한 자기 코일 및 안테나를 포함하는 헬리콘 타입 플라즈마 소스를 포함하는 다양한 소스들 중 임의의 하나에 의해 달성될 수도 있고, 가스 유입구가 플라즈마 프로세싱 챔버 (106) 내로의 가스의 도입을 위해 제공될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 처리될 워크피스 (110) (예컨대, 반도체 웨이퍼) 는 정전 척 (104) 에 의해 적어도 부분적으로 지지되고, 하나 이상의 전도체들 (예컨대, 케이블들) 을 통해 정전 척 (104) 에 전력이 인가된다. 단순화를 위해, 오직 단일의 전도체만이 정전 척 (104) 에 커플링된 것으로 도시되지만, 본 명세서에서 설명된 양태들은 모노폴라 척 및 멀티폴라 척에 적용가능함이 인식되어야 한다. 일 예로서, 당업자는, 6개의 전력 라인들 및 6개의 대응하는 커패시턴스 모니터들이 헥사폴라 정전 척과 관련하여 채용될 수도 있음을 인식할 것이다.
일반적으로, 정전 전력 공급부 (101) 은, DC 및 AC 컴포넌트들과 같은 정상 상태 및 시변 컴포넌트들을 포함하는 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, DC 전압은, 워크피스 (110) 를 정전 척 (104) 으로 끌어당기는 정전 척 (104) 에서의 DC 클램핑 전압을 발생시킬 수도 있는 한편, AC 전압은, 예컨대, 커패시턴스 모듈 (107) 을 통해 척 커패시턴스를 모니터링하도록 (예컨대, 정전 척 (104) 에 대한 워크피스 (110) 의 포지션을 검출하도록) 활용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 정전 전력 공급부 (101) 는 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (108), 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (109), DC 전력 소스 (102), 및 DC 전력 소스 (102) 와 출력 커넥터 (109) 사이에 커플링된 플로팅 시변 소스 (105) (플로팅 시변 신호 소스 또는 플로팅 시변 전력 소스로서도 또한 지칭됨) 를 포함할 수도 있다. 플로팅 시변 소스 (105) 와 같은 본 명세서에 개시된 시변 소스들은, 예를 들어, 예컨대 램프 및 스텝 함수들을 활용하는 것을 통해, 시변 DC 신호를 제공하도록 구성된 시변 DC 소스 또는 AC 신호를 제공하도록 구성된 AC 소스에 의해 실현될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 플로팅 시변 소스 (105) 및 DC 전력 소스 (102) 는 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 전도 경로에 직렬로 배열된다. DC 전력 소스 (102) 는 전도 경로 상에 DC 전압을 인가하도록 구성되고, 시변 소스 (105) 는 AC 신호와 같은 시변 신호 (시변 전압 신호로서도 또한 지칭됨) 를 전도 경로 상에 주입하도록 구성된다. 또한, 전도 경로에서 전류를 측정하도록 구성되는 전류 모니터 (103) 가 도시되며, 커패시턴스 모듈 (107) 이 전류 모니터에 커플링된다. 커패시턴스 모듈 (107) 은 측정된 전류에 기초하여 커패시턴스를 결정하도록 구성된다.
동작에 있어서, 도 1 에 (및 본 개시의 도면들 전반에 걸쳐) 도시된 DC 전력 소스 (102) 에 의해 인가된 DC 전압은, 정전 전력 공급부 (101) 가 정전 척 (104) 에 커플링될 때 DC 클램핑 전압을 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 도 1 에 (및 본 개시의 도면들 전반에 걸쳐) 도시된 DC 전력 소스 (102) 는 1000 볼트 DC 를 인가할 수도 있지만, 이 전압은 오직 예시적인 것일 뿐이고 많은 팩터들에 의존하여 변할 수도 있다. 많은 구현들에서, DC 전력 소스 (102) 는 스위치 모드 전력 공급부에 의해 실현되며, 이는 작은 폼 팩터로 고 효율로; 따라서, 선형 증폭기에 비해 더 적은 열로, 높은 전류들을 전달할 수 있다. 플로팅 시변 소스 (105) 에 의해 주입되는 시변 전압은 1kHz 에서 10 내지 20 볼트 AC (피크-투-피크) 일 수도 있지만, 이들 전압들 및 주파수는 오직 예시적일 뿐이며 많은 팩터들에 의존하여 변할 수도 있다.
도시된 바와 같이, 플로팅 시변 소스 (105) 는 전력 소스 (111) 및 신호 주입 컴포넌트 (112) 를 포함하며, 이들은 아이솔레이션 컴포넌트 (113) 에 의해 분리된다. 신호 주입 컴포넌트 (112) 는 정전 전력 공급부 (101) 의 다른 컴포넌트들로부터 갈바닉 아이솔레이팅된 단자들로 전도 경로에 커플링된다.
일 구현에서, 전력 소스 (111) 는 AC 전력 소스와 같은 시변 전력 소스에 의해 구현되고, 변압기는 아이솔레이션 컴포넌트 (113) 및 신호 주입 컴포넌트 (112) 를 실현하는데 사용된다. 예를 들어, 변압기의 1차측은 전력 소스 (111) 에 커플링될 수도 있고, 변압기의 2차측은 전도 경로를 따라 배치될 수도 있다. 플로팅 시변 전력 소스 (105) (예컨대, AC 전력 소스) 는, 예를 들어 제한 없이, 선형 증폭기 또는 스위치 모드 (예컨대, 클래스 D) 증폭기에 의해 실현될 수도 있다.
다른 구현에서, 플로팅 시변 소스 (105) 는 전도 경로 상에 AC 신호를 주입하도록 구성된 플로팅 AC 소스일 수도 있다. 플로팅 AC 소스는 AC 신호의 DC 표현을 생성하기 위한 직접 디지털 합성기를 포함하고, 디지털-아날로그 변환기가 DC 표현을 AC 신호로 변환하는데 사용된다. 이 구현에서, 직접 디지털 합성기 및 디지털-아날로그 변환기는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신한다.
또다른 구현에서, 플로팅 시변 소스 (105) 는 시변 신호 (예컨대, AC 신호) 를 생성하기 위한 오실레이터를 포함하고, 여기서, 오실레이터는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신한다.
도 1 에 (및 본 개시의 도면들 전반에 걸쳐) 도시된 전류 모니터 (103) 는 플럭스 게이트 센서, 홀 효과 센서, 저항성 션트 센서, 또는 전류 미러 회로에 의해 실현될 수도 있다.
일부 구현들에서, 커패시턴스 모니터링 양태들은 정전 전력 공급부 (101) 의 DC 전력 소스 (102) 와는 별도의 하우징에서 구현된다. 예를 들어, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치는 DC 전력 소스 (102) 없이 구현될 수도 있고, 커패시턴스를 측정하기 위한 장치는 워크피스 (110) 를 척 (104) 에 클램핑하기 위한 기능성을 갖지 않을 수도 있다.
일부 구현들에서, 전류 측정 또는 커패시턴스 모니터링 양태들은, 측정된 전류의 아날로그 표현을 측정된 전류의 디지털 신호 표현으로 변환하는데 사용되는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수도 있다. 커패시턴스 모니터링 양태들 (예컨대, 커패시턴스 모듈 (107)) 은 (예컨대, 측정된 전류의 디지털 신호 표현으로부터 추출된 주파수 및 위상 데이터를 통해) 커패시턴스를 결정하기 위해, 필터링 및 동기식 검출을 통해서와 같이, 측정된 전류의 디지털 신호 표현을 프로세싱할 수도 있다. 유사한 방식으로, 본 개시의 측정된 전압 신호들은, 디지털 신호 표현으로 변환되고 그리고 커패시턴스를 결정하는 것을 돕기 위해 커패시턴스 모니터링 양태들에 의해 프로세싱될 수도 있다.
정전 척킹 시스템 (100) 의 컨텍스트에서 워크피스 (110) 의 포지션을 검출하기 위해, 워크피스의 포지션들과 커패시턴스 사이의 관계가 경험적으로 결정될 수도 있고, 예를 들어, 워크피스 (110) 가 "제자리에" 또는 워크피스 (110) 가 "클램프에" 있음을 나타내는 임계 커패시턴스들이 확립될 수도 있다. 임계 커패시턴스 값들은, 커패시턴스 값들과 워크피스 포지션 사이의 맵핑을 가능케 하기 위해 워크피스 포지션 데이터와 관련하여 비휘발성 메모리에 저장될 수도 있다. 워크피스 포지션은, 정전 척 (104) 에서 보여지는 커패시턴스를 획득하기 위해 전류 측정치들과 관련하여 경험적으로 획득된 데이터를 사용하여 결정될 수도 있다. 당업자가 용이하게 인식하는 바와 같이, 부하의 커패시턴스는, 다음과 같이 시변 (예컨대, AC) 전압 및 전류에 기초하여 결정될 수도 있다:
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일단 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 의 커패시턴스가 획득되면, 워크피스 (110) 의 포지션은, 비휘발성 메모리에의 저장된 데이터를 참조하여 획득될 수도 있다.
다음으로, 도 2 를 참조하면, 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (201) (예컨대, 정전 척 전력 공급부) 가 도시된다. 이 구현에서, 정전 전력 공급부 (201) 는 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (108), 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (109), 시변 소스 (205), 및 시변 소스 (205) 와 출력 커넥터 (109) 사이에 커플링된 DC 전력 소스 (102) 를 포함한다. 도시된 바와 같이, DC 전력 소스 (102) 및 시변 소스 (205) 는 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 전도 경로에 직렬로 배열되고, DC 전력 소스 (102) 는 전도 경로 상에 DC 전압을 인가하도록 구성되고, 시변 소스 (205) 는 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하도록 구성된다. 전류 모니터 (103) 가 전도 경로에서 전류를 측정하도록 구성되고, 커패시턴스 모듈 (107) 이 전류 모니터 (103) 에 커플링된다. 커패시턴스 모듈 (107) 은 측정된 전류에 기초하여 커패시턴스를 결정하도록 구성된다.
도 2 에 도시된 구현은, 각각의 구현에서, 시변 소스 및 DC 전력 소스 (102) 가 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 직렬 전도 경로에 배열된다는 점에 있어서, 도 1 에서의 구현과 유사하다. 하지만, 도 2 의 구현에서, 시변 소스 (205) 는, 시변 소스 (205) 가 DC 전력 소스 (102) 의 하부측에 커플링되기 때문에, 도 1 에 도시된 바와 같이 플로팅일 필요가 없다. 시변 소스 (205) (및 본 명세서에 도시되고 설명된 다른 시변 소스들) 는, 예를 들어, 선형 증폭기 또는 스위치 모드 증폭기에 의해 실현된 AC 소스일 수도 있다. 시변 소스 (205) 에 의해 전도 경로 상에 주입되는 시변 전압은 1kHz 에서 10 내지 20 볼트 AC (피크-투-피크) 일 수도 있지만, 이들 전압들 및 주파수는 오직 예시적일 뿐이며 많은 팩터들에 의존하여 변할 수도 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4 를 참조하면, 정전 전력 공급부들의 다른 변형들이 도시된다. 도시된 바와 같이, 도 3 및 도 4 에서의 정전 전력 공급부들 (301 및 401) 은 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (108), 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (109), 및 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 전도 경로 상에 시변 전압 신호를 주입하도록 구성된 시변 소스 (예컨대, 플로팅 시변 소스 (305) 및 시변 소스 (405)) 를 포함한다. 또한, 시변 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성된 DC 전력 소스 (102) 및 전도 경로에서 시변 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터 (103) 가 도시된다.
도 3 에 도시된 변형에서, 시변 소스는 전도 경로에서 DC 전력 소스 (102) 와 직렬로 배열된 플로팅 시변 소스 (305) 에 의해 실현되고, 플로팅 시변 소스 (305) 는 도 1 을 참조하여 설명된 플로팅 시변 소스 (105) 와 매우 동일한 방식으로 실현될 수도 있다. 예를 들어, 플로팅 시변 소스 (305) 는 시변 신호를 변압기를 통해 전도 경로에 커플링할 수도 있다. 또는, 플로팅 시변 소스 (305) 는 전도 경로 상에 AC 신호를 주입하도록 구성된 플로팅 AC 소스일 수도 있고, 플로팅 AC 소스는 AC 신호의 DC 표현을 생성하기 위한 직접 디지털 합성기 및 DC 표현을 AC 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수도 있으며, 여기서, 직접 디지털 합성기 및 디지털-아날로그 변환기는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신한다. 다른 대안으로서, 플로팅 시변 소스 (305) 는 시변 신호 (예컨대, AC 신호) 를 생성하기 위한 오실레이터를 포함하고, 여기서, 오실레이터는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신한다.
도 4 에 도시된 변형에서, 시변 소스 (405) 는 DC 전력 소스 (102) 의 하부측 (예컨대, 접지 측) 상에 포지셔닝되며, 이 토폴로지에서, 시변 소스 (405) 는, 도 2 에서의 시변 소스 (205) 가 전도 경로에 포지셔닝되는 것과 동일한 방식으로 (예컨대, 갈바닉 아이솔레이션 없이) 전도 경로에 직접 연결될 수도 있다.
도 3 및 도 4 에 도시된 변형들 양자 모두에서, 오토레인징 모듈 (316) 이 적어도 2개의 동작 모드에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 제 1 동작 모드에서, 시변 소스 (예컨대, 플로팅 시변 소스 (305) 및 시변 소스 (405)) 의 주파수는 (시변 소스에 의해 제공된) 시변 전류의 진폭을 고정된 레벨로 유지하도록 제어 및 조정될 수도 있다. 그 다음, 커패시턴스 모듈 (107) 은 시변 소스의 주파수에 기초하여 커패시턴스를 측정하는데 사용될 수도 있다. 제 2 동작 모드에서, 시변 소스의 전류는 시변 소스의 주파수를 고정된 레벨로 유지하도록 제어 및 조정될 수도 있다. 이러한 제 2 동작 모드에서, 커패시턴스 모듈 (107) 은, 시변 소스에 의해 제공된 시변 전류에 기초하여 커패시턴스를 측정하는데 사용될 수도 있다.
도 3 및 도 4 를 참조하면서, 제 1 동작 모드는 도 5 를 동시에 참조하여 설명되며, 도 5 는 도 3 및 도 4 에 각각 도시된 정전 전력 공급부들 (301 및 401) 과 관련하여 고찰될 수도 있는 방법을 도시한 플로우차트이다. 동작에 있어서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 시변 전압 신호 (예컨대, AC 전압 신호) 가 시변 소스 (예컨대, 플로팅 시변 소스 (305) 및 시변 소스 (405), 이들은 각각이 AC 소스에 의해 실현될 수도 있음) 로 부하에 인가되고 (블록 502), DC 오프셋이 DC 전력 소스 (102) 로 인가된다 (블록 504). 예를 들어, 시변 소스는 (예컨대, 플로팅 시변 소스로서) 접지로부터 갈바닉 아이솔레이팅될 수도 있다. 시변 전압 신호의 진폭은 고정되고 (블록 506), 부하에 제공되는 시변 전류 (예컨대, AC 전류) 가 측정되고 (블록 508), 시변 소스는, 부하에 제공된 시변 전류의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 시변 전압 신호의 주파수를 변경하도록 제어된다 (블록 510). 그 다음, 커패시턴스가 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 결정된다 (블록 512). 시변 신호의 전압, 전류, 주파수, 및 커패시턴스는 다음과 같이 관련된다:
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그리고, 시변 전압 및 시변 전류는 고정되기 때문에, 척-워크피스 조합의 커패시턴스가 다음의 관계로부터 결정될 수도 있다:
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이러한 기법을 사용하여, 고해상도 커패시턴스 측정치들이 시간 도메인에서 획득될 수도 있다. 측정된 시변 전류의 진폭을 일정하게 유지함으로써, 전류 측정 회로에서의 비선형성들이 회피되어, 잠재적으로, 정확도를 증가시킨다. 더욱이, 이전 구현들에서 통상적으로 사용된 커패시턴스-범위 기능이 제거될 수도 있으며 그리고 제한된 측정 범위와 연관된 문제들이 제거될 수도 있다는 것이 예상된다. 종래 기술 구현들에 있어서, 예를 들어, 커패시턴스 측정 범위가 초과될 경우, 데이터가 손실되고, 시스템 범위는 증가되어야 하며, 시스템은 재-제로화될 필요가 있다. 이들 종래 기술 시스템들에서의 생산성은, 프로세싱 (예컨대, 플라즈마 프로세싱) 이 중단되어야 하기 때문에, 감소된다. 부가적으로, 종래 기술 시스템들에서 커패시턴스 측정 범위가 너무 크면, 해상도가 손실되고, 작은 변화들에 대한 감도가 손상된다.
오토레인징 모듈 (316) 을 동작시키는 제 2 모드는 도 3, 도 4 및 도 6 을 동시에 참조하여 설명되며, 도 6 은, 도 3 및 도 4 에 각각 도시된 정전 전력 공급부들 (301 및 401) 과 관련하여 고찰될 수도 있는 방법을 도시한 플로우차트이다. 제 2 동작 모드에 있어서, 도 6 에 도시된 바와 같이, 시변 전압 신호 (예컨대, AC 전압 신호) 가 시변 소스 (예컨대, 플로팅 시변 소스 (305) 및 시변 소스 (405), 이들은 각각이 AC 소스에 의해 실현될 수도 있음) 로 부하에 인가되고 (블록 602), DC 오프셋이 DC 전력 소스 (102) 로 인가된다 (블록 604). 시변 전압 신호의 주파수가 고정되고 (블록 606), 부하에 제공되는 시변 전류 (예컨대, AC 전류) 가 측정되며 (블록 608), 시변 소스는, 부하에 대해 실질적으로 일정한 진폭 및 주파수를 유지하도록 제어된다 (블록 610). 그 다음, 커패시턴스가 시변 전압 신호의 전류에 기초하여 결정된다 (블록 612). 시변 전압 및 시변 주파수가 고정되기 때문에, 척-워크피스 조합의 커패시턴스가 다음의 관계로부터 결정될 수도 있다:
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시변 전류를 측정하기 위해, 피크-투-피크 검출기, 평균 제곱근 (root-mean-square) 검출기, 또는 동기식 검출기가, AC 전류와 같은 전도 경로에서 시변 전류를 측정하기 위해, 예컨대, 전류 모니터에서, 사용될 수도 있다.
다음으로, 도 7 를 참조하면, 부하의 커패시턴스를 결정하기 위해 주파수 조정이 활용되는 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (701) 를 도시한 블록 다이어그램이 도시된다. 도시된 바와 같이, 도 7 에서의 정전 전력 공급부 (701) 는 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (108), 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (109), 및 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 전도 경로 상에 시변 전압 신호를 주입하도록 구성된 시변 소스 (705) 를 포함한다.
또한, 시변 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성된 DC 전력 소스 (102) (기지의 (known) 출력 커패시턴스를 가짐) 및 전도 경로에서 시변 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터 (103) 가 도시된다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 시변 소스 (705) 는, 기지의 인덕턴스를 갖는 변압기 (715) 를 통해 전도 경로에 커플링된다. 또한, 전류 모니터 (103) 및 시변 소스 (705) 에 커플링되는 공진 감지 모듈 (718) 이 도 7 에 도시된다. 부가적으로, 커패시턴스 모듈 (107) 이 공진 감지 모듈 (718) 에 커플링된다.
도 7 을 참조하면서, 도 8 을 동시에 참조하며, 도 8 은 도 7 의 정전 전력 공급부 (701) 와 관련하여 수행될 수도 있는 방법을 도시한 플로우차트이다. 도시된 바와 같이, 시변 신호 (예컨대, AC 신호) 가 변압기 (715) 를 통해 전도 경로에 인가되고 (블록 802), DC 오프셋이 DC 전력 소스 (102) 로 인가된다 (블록 804). 시변 신호의 주파수는, 공진 감지 모듈 (718) 이 공진을 검출할 때까지 변경된다 (블록 806). 예를 들어, 공진 감지 모듈 (718) 은 시변 전류의 레벨 및 시변 전류의 주파수에 관한 정보 양자 모두를 수신할 수도 있고, 시변 전류가 최소화되고 위상 리드 (lead) 로부터 위상 래그 (lag) 로 변할 때 공진이 검출된다. 일단 공진이 달성되면, 부하의 커패시턴스가, 커패시턴스 모듈 (107) 에서와 같이, 시변 신호의 공진 주파수 (fr) 에 기초하여 결정될 수도 있다 (블록 808). 더 구체적으로, 이고, 여기서, L 은 변압기 (715) 의 기지의 인덕턴스이고, C 는 DC 전력 소스 (102) 의 기지의 커패시턴스와 미지의 부하 커패시턴스의 직렬 조합의 커패시턴스이다.
다음으로, 도 9 를 참조하면, 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (901) 를 도시한 블록 다이어그램이 도시된다. 이 구현에서, 정전 전력 공급부 (901) 는 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (108), 부하 (예컨대, 정전 척 (104) 과 워크피스 (110) 의 조합) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (109), 및 접지 커넥터 (108) 와 출력 커넥터 (109) 사이의 전도 경로에 커플링된 증폭기 (902) 를 포함한다. 전류 모니터 (103) 가 전도 경로에서 전류를 측정하도록 포지셔닝 및 구성되며, 전압 모니터 (920) 는 증폭기 (902) 를 가로질러 전압을 측정하기 위해 증폭기 (902) 를 가로질러 커플링된다. 커패시턴스 모듈 (107) 은 전류 모니터 (103) 및 전압 모니터 (920) 양자 모두에 커플링된다.
이러한 변형에서, 증폭기 (902) 는 커패시턴스 측정을 위해 낮은 시변 전압 (예컨대, 10V AC) 및 클램핑 전압으로서 높은 DC (예컨대, 1000V) 양자 모두를 인가할 수도 있다. 증폭기 (902) 는 클래스 A, B, C, D, 또는 E 증폭기 중 임의의 것에 의해 실현될 수도 있다. 출원인은, 커패시턴스 측정이 증폭기 이득 및 충실도에 의해 영향을 받는다는 것, 및 증폭기 이득 및 충실도의 변경들을 보상함으로써 커패시턴스 측정 정확도를 개선하기 위한 접근법이 필요하다는 것을 인식하였다. 더 구체적으로, 시변 신호가 변하는 용량성 부하로 진폭을 변경하여 커패시턴스 감지에서의 비선형성들을 초래하는 것이 일반적이라는 것이 발견되었다. 진폭은 단기적으로 교정될 수 있지만, 문제는 장기적이다. 시간 및 변하는 환경 조건들에 걸쳐, 시변 진폭은 변하거나 또는 왜곡되어 교정 드리프트를 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 도 9 의 정전 전력 공급부 (901) 는 도 10 에 도시된 방법을 사용하여 동작될 수도 있다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 시변 신호 컴포넌트 (예컨대, AC 신호 컴포넌트) 가, 예컨대, 증폭기 (902) 에 의해 DC 전압 위에 주입되고 (블록 1002), 부하에 제공되는 시변 전류 (예컨대, AC 전류) 가 전류 모니터 (103) 에 의해 측정된다 (블록 1004). 부가적으로, 증폭기 (902) 에 의해 인가된 시변 전압 (예컨대, AC 전압) 이 전압 모니터 (920) 에 의해 측정되고, 시변 전압은 레퍼런스로서 사용된다 (블록 1006). 시변 전압에 대한 시변 전류의 비율은 부하 임피던스를 나타내며, 더 구체적으로, 부하의 커패시턴스는 시변 전류를 시변 전압으로 나눈 것에 비례한다. 따라서, 부하의 커패시턴스는, 예컨대, 커패시턴스 모듈 (107) 에 의해 시변 전압에 대한 시변 전류의 비율에 기초하여 결정될 수도 있다 (블록 1008). 이러한 방식으로 커패시턴스를 결정하는 것은, 고 레벨의 정확도를 제공하면서 시변 신호의 진폭이 부하 임피던스에 따라 변하게 한다.
상기에서 논의된 바와 같이, 정전 척에서 커패시턴스를 측정함으로써, 웨이퍼 포지션이 결정될 수도 있고, 웨이퍼에 대한 홀딩력들의 품질이 평가될 수도 있다. 하지만, 더 새로운 척 재료들은, 웨이퍼 포지션 이외의 팩터들로 인해 극적으로 변하는 커패시턴스 값들을 나타낸다. 예를 들어, 많은 척 재료들은, 온도에 따라 실질적으로 변할 수 있는 불안정한 커패시턴스를 갖는다. 이는, 온도에 따라 변하는 척 재료(들)의 유전 상수에 기인한다. 특히, 유전 상수는, 특별히 저 주파수들에서, 열적으로 매우 불안정할 수도 있다.
예를 들어, 도 11 을 참조하면, 1 kHz 내지 5 MHz 범위의 주파수들에 대해 그리고 15 MHz 에 대한 무선 판독을 사용하여, 섭씨 600 도까지의 핫-척 프로브 스테이션에서 측정된 소결된 알루미늄 나이트라이드의 유전 상수를 도시한 그래프가 도시된다. 도시된 바와 같이, 유전 상수의 온도 안정성은, 주입된 신호의 주파수에 따라 증가하는 것으로 보인다.
도 12 에 도시된 (그리고 또한, 도 13 을 참조하여 설명된) 시스템 (1200) 은 환경적 팩터들 (예컨대, 온도) 로 인한 변경들을 반영하도록 웨이퍼 포지션과 독립적인 척의 커패시턴스를 측정하기 위한 간단한 수단을 추가한다. 이러한 척-커패시턴스-측정은 웨이퍼 커패시턴스의 해석을 조정하는데 사용될 수도 있다. 더 구체적으로, 고 레벨에서, 2개의 커패시턴스 측정치들이 활용되고, 2개의 커패시턴스 측정치들 중 하나는 다른 커패시턴스 측정치에 기초하여 조정된다. 특히, 감지된 커패시턴스 (Csense) 는, 부분적으로 웨이퍼 (예컨대, 웨이퍼의 포지션을 포함함) 로 인한 척 커패시턴스를 나타내고, 레퍼런스 커패시턴스 (Cref) 는 온도에 따라 변하는, 웨이퍼가 없는 척 커패시턴스를 나타낸다.
도 12 에 도시된 바와 같이, 정전 전력 공급부 (1201) 는 제 1 전류 모니터 (103a) 에 의해 모니터링되는 제 1 전류 경로 (전도 경로로서도 또한 지칭됨) 를 통해 제 1 출력부 (109a) 에 커플링된 DC 전력 소스 (102) 를 포함하고, 제 1 시변 신호는 (예컨대, 시변 신호 소스에 의해) 전류 경로에 주입된다. 또한, 제 2 출력부 (109b) 에 커플링되는 제 2 전류 경로가 도시되며, 제 2 시변 신호가 또한 제 2 전류 경로에 주입된다. 제 2 전류 모니터 (103b) 는 제 2 전류 경로에서 시변 전류를 모니터링하도록 포지셔닝되고, 제 2 전류 모니터 (103b) 는 온도 보상 모듈 (1222) 에 커플링된다. 또한, 제 1 전류 모니터 (103a) 및 온도 보상 모듈 (1222) 에 커플링된 커패시턴스 모듈 (107) 이 도시된다.
정전 전력 공급부 (1201) 의 제 1 출력부 (109a) 는 정전 척 (1204) 에 커플링되며, 그 정전 척은 본 명세서에서 추가로 설명된 바와 같이 하나 이상의 클램핑 전극들을 포함할 수도 있다. 그리고, 제 2 출력부 (109b) 는, 정전 척 (1204) 에 매우 근접하게 포지셔닝되는 레퍼런스 전극 (1224) 에 커플링된다. 예를 들어, 레퍼런스 전극 (1224) 은 정전 척 (1204) 에 충분히 가깝게 포지셔닝되어, 레퍼런스 전극 (1224) 이 정전 척 (1204) 의 열적 환경에 근사한 열적 환경에 있게 한다. 일부 구현들에서, 예를 들어, 레퍼런스 전극 (1224) 은 척 (1204) 내에 매립된다.
도 12 를 참조하면서, 도 13 을 동시에 참조하며, 도 13 은 도 12 에 도시된 시스템 (1200) 과 관련하여 고찰될 수도 있는 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 제 1 시변 신호 (예컨대, 제 1 AC 신호) 는 시변 신호 소스로 부하 (예컨대, 정전 척 (1204)) 에 인가되고 (블록 1302), DC 오프셋이 DC 전력 소스 (102) 로 부하에 인가된다 (블록 1304). 도 12 에서, 제 1 시변 신호는 DC 전력 소스 (102) 의 상부측 상에 (예컨대, 플로팅 시변 소스에 의해) 주입되는 것으로 도시되지만, 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 시변 소스는 시변 신호를 주입하기 위해 DC 전력 소스 (102) 의 하부측 상에 (갈바닉 아이솔레이션 없이) 커플링될 수도 있다. DC 전력 소스 (102) 는 워크피스 (110) 를 척 (1204) 에 홀딩하기 위한 클램핑 전압으로서 DC 오프셋을 인가하도록 활용되며, 제 1 시변 신호는 척 커패시턴스의 초기 측정치를 획득하는데 사용된다. 더 구체적으로, 제 1 전류 모니터 (103a) 는 제 1 전류 경로에서 시변 전류 (예컨대, AC 전류) 의 측정치를 획득하고, 커패시턴스 모듈 (107) 은 시변 전류 측정치 (예컨대, 시변 전류를 나타내는 디지털 또는 아날로그 신호) 를 수신한다.
부가적으로, 제 2 시변 신호 (예컨대, 제 2 AC 신호) 가, 온도로 인한 유전체의 유전 상수에서의 변동들을 모니터링하기 위해 레퍼런스 부하 (예컨대, 레퍼런스 전극 (1224)) 에 인가된다 (블록 1306). 예를 들어, 제 2 전류 모니터 (103b) 는 (제 2 출력부 (109b) 를 통한 전류 경로를 포함하는) 제 2 전류 경로에서 시변 전류의 측정치를 획득한다. 도시된 바와 같이, 온도 보상 모듈 (1222) 은 (예컨대, 디지털 또는 아날로그 신호로서) 제 2 전류 경로에서 전류의 측정치를 수신한다. 그리고 이에 응답하여, 온도 보상 모듈 (1222) 은 척 재료의 비유전율 (유전 상수) (ε) 을 결정할 수도 있는데, 왜냐하면 ε=Crdr/Ar 이기 때문이며, 여기서, 레퍼런스 전극 커패시턴스 (Cr) 는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 계산되고; dr 은 척 (1204) 에서의 클램핑 전극과 레퍼런스 전극 (1224) 사이의 기지의 거리이고; Ar 은 레퍼런스 전극 (1224) 의 기지의 면적이다. 도시된 바와 같이, 온도 보상 모듈 (1222) 은 커패시턴스 모듈 (107) 에 비유전율 (유전 상수) (ε) 을 제공할 수도 있고, 커패시턴스 모듈 (107) 은, 제 1 전류 경로에서의 시변 전류 및 시변 전압 신호의 주파수 중 적어도 하나와 같은, 시변 신호에 대한 부하의 응답을 나타내는 제 1 시변 전류 모니터 (103a) 로부터의 정보 및 유전 상수에 기초하여 척-웨이퍼 조합의 부하의 커패시턴스를 결정할 수도 있다 (블록 1308). 더 구체적으로, 커패시턴스 모듈 (107) 은, 본 명세서에서 더 논의된 바와 같이, 척 (1204) 의 유전 상수, 기지의 치수들 및 포지셔닝, 그리고 수학식: Cref = ε(A/d) 을 사용하여, 레퍼런스 척 커패시턴스 (Cref) 를 계산할 수도 있다. 커패시턴스 모듈 (107) 은, 예컨대, 환경적 팩터들 (예컨대, 온도) 로 인한 커패시턴스에서의 변경들을 보상하고 그리고 웨이퍼 포지션에서의 변경들로 인한 커패시턴스에서의 변경들을 식별하기 위해, 감지된 커패시턴스 (Csense) 를 계산된 레퍼런스 척 커패시턴스 (Cref) 와 비교할 수도 있다.
도 14 를 참조하면, 도 12 에 도시된 시스템 (1200) 에서 사용될 수도 있는 예시적인 웨이퍼 (1410), 정전 척 (1404), 및 레퍼런스 전극 (1424) 의 단면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 구현에서, 정전 척 (1404) 은, 정전 척 (1404) 내에 포지셔닝된 2개의 클램핑 전극들 (1425a 및 1425b) 을 포함하고, 웨이퍼 (1410) 는 정전 척 (1404) 의 표면과 평행하게 포지셔닝된다. 또한, 레퍼런스 전극 (1424) 이 정전 척 (1404) 과 실질적으로 동일한 열적 환경을 경험하도록 정전 척 (1404) 에 매우 근접하게 포지셔닝되는 레퍼런스 전극 (1424) 이 도시된다.
또한, 도 14 에는 커패시턴스들 (Ca, Cb 및 Cr) 이 도시되며, 여기서, Ca 는 웨이퍼 (1410) 의 일부분과 클램핑 전극 (1425a) 사이의 커패시턴스이고, Cb 는 웨이퍼 (1410) 의 다른 부분과 클램핑 전극 (1425b) 사이의 커패시턴스이며, Cr 은 클램핑 전극 (1425a) 과 레퍼런스 전극 (1424) 사이의 커패시턴스이다.
Ca, Cb 및 Cr 의 커패시턴스는 Cx = εΑ/d 로서 계산될 수도 있으며, 여기서, A = 면적, d = 거리, 및 ε = 유전 상수로서 또한 알려지고 가변이며 미지인 비유전율이다.
도 12 의 커패시턴스 모듈 (107) 과 같은 커패시턴스 모듈은 Cb = ε(Aa/da)*(Ab/db)/(Aa/da + Ab/db) 와 직렬인 Cref = Ca 로서 척 (1404) 과 웨이퍼 (1410) 의 조합된 커패시턴스를 계산할 수도 있다. 하지만, 상기에서 논의된 바와 같이, ε 은 온도에 따라 변하여, 도 12 의 온도 보상 모듈 (1222) 과 같은 온도 보상 모듈은, dr 및 Ar 이 고정되고 웨이퍼 (1410) 에 의해 영향을 받지 않기 때문에, ε = (Cr)(dr)/Ar 로서 레퍼런스 전극 (1424) 의 커패시턴스에 기초하여 ε 를 계산하도록 구성된다. 상기에서 논의된 바와 같이, 레퍼런스 전극 (1424) 의 커패시턴스는 I = Cr*(dv/dt) 에 의해 결정될 수도 있다. 따라서, 동작에 있어서, 도 12 의 온도 보상 모듈 (1222) 은 제 2 전류 모니터 (103b) 로부터 제 2 전류 경로에서 시변 전류의 측정치를 수신하고, Cr 을 계산한다. 그러면, ε = (Cr)(dr)/Ar 이 온도 보상 모듈 (1222) 에 의해 계산된다. 따라서, Cref 는 매우 다양한 온도들 및 주파수들에 걸쳐 결정될 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 정전 전력 공급부들 및 정전 척 시스템들 (커패시턴스를 감지함) 은 아이솔레이팅된 설계들이 아님이 인식되어야 한다. 더 구체적으로, 일부 설계들의 양태들은 다른 설계들의 양태들과 조합될 수도 있고; 따라서, 본 개시는 도면들에 도시되지 않은 많은 변경들을 고려한다. 즉, 다양한 구현들의 양태들 사이에 많은 시너지들이 존재한다.
예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 시변 신호를 주입하기 위한 기법들은, 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명된 오토레인징 양태들 및 도 9 및 도 10 을 참조하여 설명된 비율측정 (ratiometric) 양태들과 관련하여 활용될 수도 있다.
다른 예로서, 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명된 오토레인징 양태들은, 도 11 내지 도 14 를 참조하여 설명된 커패시턴스 보상 접근법들과 관련하여 사용될 수도 있다.
더욱이, 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명된 양태들은 가변 주파수를 사용하여 커패시턴스의 넓은 범위들의 측정을 가능케 하며, 이는 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 구현들과 관련하여 활용될 수도 있다. 그리고, 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명된 일부 양태들은, 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명된 공진 관련 토폴로지들 및 방법들의 기능적 서브컴포넌트들로 고려될 수도 있다. 더 구체적으로, 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명된 공진 관련 토폴로지들 및 방법들은, 커패시턴스를 측정하기 위해 주파수를 사용하는 다른 방식으로서 특징지어질 수도 있다. 이들 주파수 관련 구현들에서, 커패시턴스는, 시변 전류의 진폭에서의 변경과 대조적으로 시변 전류 (예컨대, AC 전류) 의 위상에서의 변경에 의해 감지된다.
본 명세서에서 개시된 상호관련된 시너지들의 다른 예로서, 도 9 및 도 10 을 참조하여 설명된 비율측정 기법들은, 더 안정적인 레퍼런스를 제공함으로써 커패시턴스 측정치들의 정확도를 개선한다. 이들 기법들은 도 1 및 도 2 의 시변 주입 양태들; 도 3 내지 도 5 의 가변 주파수 및 오토레인징 양태들; 및 도 11 내지 도 14 를 참조하여 설명된 커패시턴스 보상 양태들과 관련하여 사용될 수도 있다.
이제, 도 15 를 참조하면, 부하 (1528) 에 커플링된 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (1501) 를 도시한 시스템 (1500) 의 블록 다이어그램이 도시된다. 도시된 바와 같이, 정전 전력 공급부 (1501) 는, 정전 전력 공급부 (1501) 를 부하 (1528) 에 연결하는 전도 경로 상에 시변 신호 (예컨대, AC 신호) 를 주입하고 그리고 정전 전력 공급부 (1501) 의 측정 장치 (1530) 에 전력을 제공하도록 구성된 AC 소스 (1526) 를 포함한다. 더 구체적으로, AC 소스 (1526) 는 제 1 의 2차 변압기 (1527) 를 통해 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하고 그리고 변압기 (1527) 의 제 2 의 2차 변압기를 통해 측정 장치 (1530) 에 전력을 제공할 수도 있다. 정전 전력 공급부 (1501) 는 접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터 (1508), 부하 (1528) 에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터 (1509), 및 연결 경로에 커플링하고 그리고 접지 커넥터 (1508) 와 출력 커넥터 (1509) 사이의 전도 경로 상의 주입된 시변 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성된 증폭기 (1502) 를 더 포함한다. 증폭기 (1502) 는, 예를 들어, 극성 반전을 허용하기 위해 브리지 내의 고정 전압 전력 공급부 또는 고정 전압 전력 공급부에 의해 실현될 수도 있다.
도 15 에 도시된 바와 같이, 측정 장치 (1530) 는 제 2 의 2차 변압기 (1527) 를 통해 AC 소스 (1526) 로부터 전력을 수신하고 그리고 전력을 측정 장치 (1530) 컴포넌트들에 분배하도록 구성된 전력 공급부 (1532) 를 포함한다. 측정 장치 (1530) 는 전도 경로에서 전류 (예컨대, 시변 전류) 를 측정하도록 포지셔닝 및 구성된 전류 모니터 (103) 를 더 포함하고, 전압 모니터 (1520) 는 제 1 의 2차 변압기를 가로지르는 전압 (예컨대, AC 소스 (1526) 에 의해 주입된 시변 신호의 시변 전압) 을 측정하기 위해 변압기 (1527) 의 제 1 의 2차 변압기를 가로질러 커플링된다. 다른 실시형태들에서, 정전 전력 공급부 (1501) 는 전압 모니터 (1520) 및 전압 측정 양태들 없이 동작할 수도 있고, 대신, 오로지 측정된 전류에만 기초하여 커패시턴스를 결정할 수도 있음이 고려된다.
측정 장치 (1530) 는 아날로그 신호 프로세싱 모듈 (1534), 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 및 아이솔레이션 모듈 (1538) 을 더 포함하며, 이들은 모두, 예를 들어, 도 9 의 커패시턴스 모듈 (107) 과 같은 커패시턴스 모듈을 실현하는데 사용되는 컴포넌트들일 수도 있다. 아날로그 신호 프로세싱 모듈 (1534) 은 전류 모니터 (103) 및 전압 모니터 (1520) 에 커플링되고, 전류 모니터 (103) 로부터의 측정된 전류를 나타내는 아날로그 전류 신호를 수신하고 그리고 전압 모니터 (1520) 로부터의 측정된 전압을 나타내는 아날로그 전압 신호를 수신하도록 구성된다. 아날로그 신호 프로세싱 모듈 (1534) 은, 아날로그 전류 신호 및 아날로그 전압 신호를 각각 디지털 전류 신호 및 디지털 전압 신호로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 아날로그 프로세싱 모듈 (1534) 은 아날로그-디지털 신호 변환 전에, 예컨대, 필터링을 통해, 아날로그 전류 신호 및 아날로그 전압 신호를 프로세싱할 수도 있음이 고려된다.
디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 은 아날로그 신호 프로세싱 모듈 (1534) 에 커플링되고, 아날로그 신호 프로세싱 모듈 (1534) 로부터 디지털 전류 신호 및 디지털 전압 신호를 수신하도록 구성된다. 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 은 (예컨대, 디지털 전류 신호 및 디지털 전압 신호로부터 추출된 주파수 및 위상 데이터를 통해) 부하의 커패시턴스를 결정하기 위해, 예컨대, 필터링, 비동기식 검출, 또는 당업계에 공지된 다른 디지털 신호 프로세싱 기법들을 통해, 디지털 전류 신호 및 디지털 전압 신호 양자 모두를 프로세싱할 수도 있다. 더 구체적으로, 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 은 디지털 전압 신호의 시변 컴포넌트에 대한 디지털 전류 신호의 시변 컴포넌트의 비율을 사용하여, 도 10 에 도시된 방법과 유사한 방식으로, 커패시턴스를 비율측정론적으로 결정할 수도 있지만; 본 명세서에서 개시된 것들과 같은, 커패시턴스를 결정하는 다른 방법들이 디지털 프로세싱 모듈 (1536) 에 의해 구현될 수도 있음이 고려된다.
아이솔레이션 모듈 (1538) 은 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 에 커플링되고, 예컨대, 디지털 프로세싱 구성 데이터를 송신하기 위해 또는 커패시턴스, 전도 경로 내의 전류 및 전압의 특성들 (예컨대, 주파수, 진폭, 위상 등), 및 레퍼런스 전극의 유전 상수 중 적어도 하나에 관한 정보를 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 로부터 수신하기 위해, 디지털 신호 프로세싱 모듈 (1536) 과 통신하도록 구성된다. 아이솔레이션 모듈 (1538) 은 추가로, 커패시턴스와 같은 측정 장치 (1530) 에 의해 결정된 정보의 수신 뿐 아니라 측정 장치 (1530) 의 디지털 신호 프로세싱 양태들의 외부 제어를 가능케 하는, 측정 장치 (1530) 의 외부에서의 신호들을 전송 및 수신하도록 구성된다.
이제, 도 16 을 참조하면, 부하 (1528) 에 커플링된 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (1601) 를 도시한 시스템 (1600) 의 블록 다이어그램이 도시된다. 정전 전력 공급부 (1601) 는, AC 소스 (1526) 가 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하지 않고 변압기 (1627) 를 통해 정전 전력 공급부 (1601) 의 측정 장치 (1630) 에 전력을 제공하도록 구성되고 그리고 측정 장치 (1630) 가, 전도 경로에 커플링되고 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하도록 구성된 시변 신호 소스 (1605) 를 포함하는 것을 제외하고는, 도 15 의 정전 전력 공급부 (1501) 와 실질적으로 동일하다. 더 구체적으로, 변압기 (1627) 는 측정 장치 (1630) 의 전력 공급부 (1632) (예컨대, 플로팅 전력 공급부) 에 커플링된 단일 2차 변압기를 포함하고, 전력 공급부 (1632) 는 단일 2차 변압기를 통해 AC 소스 (1526) 로부터 전력을 수신하고 전력을 측정 장치 (1630) 컴포넌트들에 분배하도록 구성된다. 결과적으로, 변압기 (1627) 는, 접지 커넥터 (1508) 와 출력 커넥터 (1509) 사이의 전도 경로에 직접 커플링되지 않는다. 부가적으로, 전압 모니터 (1520) 는, 도 15 에서와 같이 변압기 2차 변압기를 가로질러 커플링되는 것과 반대로, 시변 신호 소스 (1605) 를 가로질러 커플링되고, 시변 신호 소스 (1605) 를 가로지르는 전압 (예컨대, 시변 신호 소스 (1605) 에 의해 주입된 시변 신호의 시변 전압) 을 측정하도록 구성된다.
이제, 도 17 을 참조하면, 부하 (1528) 에 커플링된 다른 예시적인 정전 전력 공급부 (1701) 를 도시한 시스템 (1700) 의 블록 다이어그램이 도시된다. 정전 전력 공급부 (1701) 는, AC 소스 (1526), 변압기 (1627), 및 전력 공급부 (1632) 가 측정 장치 (1730) 에 전력을 제공하도록 구성된 DC-DC 변환기 (1740) 로 대체되는 것을 제외하고는, 도 16 의 정전 전력 공급부 (1601) 와 실질적으로 동일하다. DC-DC 변환기 (1740) 는, 접지에 커플링되도록 구성된 1차 전력 컴포넌트 (1726), 아이솔레이션 컴포넌트 (1741), 및 측정 장치 (1730) 의 플로팅 전력 공급부 (1732) 를 포함한다. 1차 전력 컴포넌트 (1726) 는 전력을 플로팅 전력 공급부 (1732) 에 전달하도록 구성되고, 아이솔레이션 컴포넌트 (1741) 는 1차 전력 컴포넌트 (1726) 를 플로팅 전력 공급부 (1732) 로부터 갈바닉 아이솔레이팅하도록 구성된다. 플로팅 전력 공급부 (1732) 는 아이솔레이션 컴포넌트 (1741) 에 의해 제공된 갈바닉 아이솔레이션을 통해 1차 전력 컴포넌트 (1725) 로부터 전력을 수신하고, 측정 장치 (1730) 컴포넌트들에 전력을 분배하도록 구성된다.
도 15 내지 도 17 은 본 개시의 다양한 양태들 (예컨대, 시변 신호 주입 양태들, 커패시턴스 모듈 양태들, 및 신호 프로세싱 양태들) 을 실현하는데 사용될 수도 있는 예시적인 토폴로지들을 도시한다. 더욱이, 도 15 내지 도 17 은, 예컨대, 도 1 및 도 3 의 시변 주입 양태들 (예컨대, 플로팅 시변 소스 양태들) 과 도 9 및 도 10 의 개시된 비율측정 양태들의 통합을 통해, 본 명세서에서 개시된 상호관련된 시너지들을 예시한다.
상기에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 기능들 및 방법들은 하드웨어를 활용하여, 비일시적 머신 판독가능 매체에서 인코딩된 프로세서 실행가능 명령들에서, 또는 이들 양자의 조합으로서 실시될 수도 있다. 도 18 을 참조하면, 예를 들어, 본 명세서에서 개시된 커패시턴스 감지 기술들의 하나 이상의 양태들을 실현하기 위해 활용될 수도 있는 물리 컴포넌트들을 도시한 블록 다이어그램이 도시된다. 더욱이, 도 18 에 도시된 컴퓨팅 디바이스의 다중의 인스턴스들은 본 명세서에서 설명된 시스템들에서 구현될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 이 실시형태에 있어서, 디스플레이 (1812) 및 비휘발성 메모리 (1820) 는 버스 (1822) 에 커플링되고, 이 버스 (1322) 는 또한 랜덤 액세스 메모리 ("RAM") (1824), 프로세싱부 (N개의 프로세싱 컴포넌트들을 포함) (1826), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) (1827), 및 N개의 트랜시버들을 포함하는 트랜시버 컴포넌트 (1828) 에 커플링된다. 비록 도 18 에 도시된 컴포넌트들이 물리 컴포넌트들을 나타내지만, 도 18 은 상세 하드웨어 다이어그램인 것으로 의도되지 않고; 따라서, 도 18 에 도시된 컴포넌트들의 다수는 공통 구성물들에 의해 실현되거나 추가적인 물리 컴포넌트들 사이에 분산될 수도 있다. 더욱이, 다른 기존의 또는 아직 개발예정 물리 컴포넌트들 및 아키텍처들이 도 18 을 참조하여 설명된 기능 컴포넌트들을 구현하기 위해 활용될 수도 있음이 고려된다.
디스플레이 (1812) 는 일반적으로, 사용자에게 사용자 인터페이스를 제공하도록 동작하고, 수개의 구현들에 있어서, 디스플레이 (1812) 는 터치스크린 디스플레이에 의해 실현된다. 예를 들어, 디스플레이 (1812) 는 사용자로 하여금 본 명세서에서 개시된 시스템들의 설정들을 변경할 수 있게 하고/하거나 워크피스 (예컨대, 웨이퍼) 포지션 정보 및 커패시턴스 정보를 포함하는 시스템들에 관한 동작 피드백을 수신할 수 있게 하기 위해 전류 모니터들 및 커패시턴스 모듈들의 부분으로서 구현될 수 있다.
일반적으로, 비휘발성 메모리 (1820) 는 데이터 및 머신 판독가능 (예컨대, 프로세서 실행가능) 코드 (본 명세서에서 설명된 방법들을 실시하는 것과 연관되는 실행가능 코드를 포함) 를 저장 (예컨대, 지속적으로 저장) 하도록 기능하는 비일시적 메모리이다. 일부 실시형태들에 있어서, 예를 들어, 비휘발성 메모리 (1820) 는 부트로더 코드, 오퍼레이팅 시스템 코드, 파일 시스템 코드, 및 본 명세서에서 설명된 방법들의 실행을 용이하게 하는 비일시적 프로세서 실행가능 코드를 포함한다. 비휘발성 메모리 (1820) 는 또한, 워크피스 포지션을 커패시턴스 데이터와 관련시키는 경험적으로 획득된 데이터를 저장하는데 사용될 수도 있다.
다수의 구현들에 있어서, 비휘발성 메모리 (1820) 는 플래시 메모리 (예컨대, NAND 또는 ONENAND 메모리) 에 의해 실현되지만, 다른 메모리 타입들이 또한 활용될 수도 있음이 고려된다. 비록 비휘발성 메모리 (1820) 로부터 코드를 실행하는 것이 가능할 수도 있지만, 비휘발성 메모리 내의 실행가능 코드는 통상적으로, RAM (1824) 에 로딩되고, 프로세싱부 (1826) 에서의 N개의 프로세싱 컴포넌트들 중 하나 이상에 의해 실행된다.
동작에 있어서, RAM (1824) 과 관련된 N개의 프로세싱 컴포넌트들은 일반적으로, 비휘발성 메모리 (1820) 에 저장된 명령들을 실행하여, 본 명세서에서 개시된 하나 이상의 컴포넌트들 및 모듈들의 기능성을 실현하도록 동작할 수도 있다. 당업자가 인식할 바와 같이, 프로세싱부 (1826) 는 비디오 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 그래픽스 프로세싱 유닛 (GPU), 및 다른 프로세싱 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 디지털 구현들에서, DSP 는 시변 신호 주입의 양태들을 실시하는데 사용될 수도 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) (1827) 는 본 명세서에서 설명된 기능들 및 방법들의 하나 이상의 양태들을 실시하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 비일시적 FPGA 구성 명령들은 비휘발성 메모리 (1820) 에 지속적으로 저장되고 (예컨대, 부팅-업 동안) FPGA (1827) 에 의해 액세스되어, 본 명세서에서 설명된 기능들을 실시하도록 FPGA (1827) 를 구성할 수도 있다.
입력 컴포넌트는, 모니터링된 시변 전류를 나타내는 신호들을 (예컨대, 전류 센서들로부터) 수신하도록 동작할 수도 있다. 그리고, 출력 컴포넌트는 일반적으로, 본 명세서에서 설명된 컴포넌트들의 동작 양태를 실시하기 위해 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 신호들을 제공하도록 동작한다. 예를 들어, 출력부는 전류 레벨들을 나타내는 출력 신호(들)를 워크피스 포지션 모듈들로 송신할 수도 있다.
도시된 트랜시버 컴포넌트 (1828) 는, 무선 또는 유선 네트워크들을 통해 외부 디바이스들과 통신하기 위해 사용될 수도 있는 N개의 트랜시버 체인들을 포함한다. N개의 트랜시버 체인들의 각각은 특정 통신 방식 (예컨대, WiFi, 이더넷, Profibus 등) 과 연관된 트랜시버를 나타낼 수도 있다.
개시된 실시형태들의 상기 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조 또는 사용하게 할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 용이하게 자명할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 일탈함없이 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 실시형태들로 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다.

Claims (22)

  1. 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치로서,
    접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터;
    상기 부하에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터;
    시변 신호 소스;
    DC 전력 소스로서,
    상기 DC 전력 소스 및 상기 시변 신호 소스는 상기 접지 커넥터와 상기 출력 커넥터 사이의 직렬 전도 경로에 배열되고;
    상기 DC 전력 소스는 상기 전도 경로 상에 DC 전압을 인가하도록 구성되고; 그리고
    상기 시변 신호 소스는 상기 전도 경로 상에 시변 신호를 주입하도록 구성되는, 상기 DC 전력 소스;
    상기 전도 경로에서 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터; 및
    상기 전류 모니터에 커플링된 커패시턴스 모듈로서, 상기 커패시턴스 모듈은 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 상기 커패시턴스 모듈을 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스는 상기 DC 전력 소스와 상기 출력 커넥터 사이에 커플링된 플로팅 시변 신호 소스인, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플로팅 시변 신호 소스는 상기 시변 신호를 변압기를 통해 상기 전도 경로에 커플링시키는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 플로팅 시변 신호 소스는, 상기 전도 경로 상에 AC 신호를 주입하도록 구성된 플로팅 AC 신호 소스이고;
    상기 플로팅 AC 신호 소스는 상기 AC 신호의 DC 표현을 생성하기 위한 직접 디지털 합성기 및 상기 DC 표현을 상기 AC 신호로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환기를 포함하고, 상기 직접 디지털 합성기 및 상기 디지털-아날로그 변환기는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 플로팅 시변 신호 소스는 상기 시변 신호를 생성하기 위한 오실레이터를 포함하고, 상기 오실레이터는 갈바닉-아이솔레이팅 커플링을 통해 전력 및 제어 신호들을 수신하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 전력 소스는 상기 시변 신호 소스와 상기 출력 커넥터 사이에 커플링되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 전력 소스는 스위치 모드 전력 공급부인, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스는 선형 증폭기를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 모니터는 플럭스 게이트 센서, 저항성 션트 센서, 홀 효과 센서, 또는 전류 미러 회로 중 하나 이상을 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 모니터는 상기 전도 경로에서 AC 전류를 측정하기 위해 피크-투-피크 검출기, 평균 제곱근 검출기, 또는 동기식 검출기 중 하나 이상을 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시턴스 모듈은 측정된 상기 전류의 디지털 신호 표현을 프로세싱함으로써 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  12. 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치로서,
    접지에 커플링하도록 구성된 접지 커넥터;
    상기 부하에 커플링하도록 구성된 출력 커넥터;
    상기 접지 커넥터와 상기 출력 커넥터 사이의 전도 경로 상에 시변 전압 신호를 주입하도록 구성된 시변 신호 소스;
    상기 시변 전압 신호에 DC 오프셋을 인가하도록 구성된 DC 전력 소스;
    상기 전도 경로에서 시변 전류를 측정하도록 구성된 전류 모니터; 및
    상기 시변 전압 신호의 주파수 및 상기 시변 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성된 커패시턴스 모듈을 포함하는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 DC 전력 소스 및 상기 시변 신호 소스는 상기 접지 커넥터와 상기 출력 커넥터 사이의 상기 전도 경로 상에 직렬로 배열되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스는, 상기 시변 전압 신호를 변압기를 통해 상기 전도 경로에 커플링시키는, 상기 DC 전력 소스와 상기 출력 커넥터 사이에 커플링된 플로팅 시변 신호 소스인, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스는 상기 접지 커넥터와 상기 DC 전력 소스 사이에 커플링되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    오토레인징 모듈을 더 포함하고,
    상기 오토레인징 모듈은,
    상기 시변 전압 신호의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 상기 시변 신호 소스를 제어하고; 그리고
    상기 전도 경로에서 상기 시변 전류의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 상기 시변 전압 신호의 주파수를 변경하도록 상기 시변 신호 소스를 제어하도록
    구성되고,
    상기 커패시턴스 모듈은 상기 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    오토레인징 모듈을 더 포함하고,
    상기 오토레인징 모듈은,
    상기 시변 전압 신호의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 상기 시변 신호 소스를 제어하고; 그리고
    상기 전도 경로에서 상기 시변 전압 신호의 실질적으로 일정한 주파수를 유지하기 위해 상기 시변 전류를 변경하도록 상기 시변 신호 소스를 제어하도록
    구성되고,
    상기 커패시턴스 모듈은 상기 시변 전류에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    공진을 달성하기 위해 상기 시변 전압 신호의 주파수를 변경하도록 구성된 공진 감지 모듈을 더 포함하고,
    상기 커패시턴스 모듈은, 공진이 달성될 때 상기 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스에 의해 인가되는 전압을 측정하도록 구성된 전압 모니터를 더 포함하고,
    상기 커패시턴스 모듈은 상기 시변 신호 소스에 의해 인가된 상기 전압에 대한 상기 시변 전류의 비율에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    온도로 인한 상기 부하의 유전체의 유전 상수에서의 변동들을 모니터링하기 위해 레퍼런스 부하에 제 2 시변 전압 신호를 인가하도록 구성된 제 2 시변 신호 소스를 더 포함하고,
    상기 커패시턴스 모듈은 상기 시변 전압 신호의 주파수 및 상기 시변 전류 중 적어도 하나 및 상기 유전 상수에 기초하여 상기 부하의 상기 커패시턴스를 결정하도록 구성되는, 부하의 커패시턴스를 측정하기 위한 장치.
  21. 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 방법으로서,
    시변 신호 소스로 시변 전압 신호를 부하에 인가하는 단계;
    DC 전력 소스로 DC 오프셋을 상기 부하에 인가하는 단계;
    상기 시변 전압 신호의 진폭을 고정하는 단계;
    상기 부하에 제공되는 시변 전류를 측정하는 단계;
    상기 부하에 제공된 상기 시변 전류의 실질적으로 일정한 진폭을 유지하기 위해 상기 시변 전압 신호의 주파수를 변경하도록 상기 시변 신호 소스를 제어하는 단계; 및
    상기 시변 전압 신호의 주파수에 기초하여 상기 커패시턴스를 결정하는 단계를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 시변 신호 소스를 접지로부터 갈바닉 아이솔레이팅하는 단계를 포함하는, 부하의 커패시턴스를 결정하기 위한 방법.
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