(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいてアナログ信号をそれぞれ発生する複数の高周波センサと、
前記アナログ信号に基づいて出力信号を発生する多重化モジュールであって、周波数領域での多重化によって前記アナログ信号を出力信号に多重化する多重化モジュールと、
前記出力信号を受信し、該出力信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールとを含み、
前記メッセージは、前記複数の高周波センサによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする計測システム。
【請求項２】
回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
周波数領域で多重化する多重化モジュールであって、
前記回路内の複数の位置の内の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルであって、各センサチャネルが、
高周波電力の電気的特性に基づいて第１の信号を発生する高周波センサと、
周期信号を発生する発振器と、
センサチャネルのための出力信号を発生するために、前記第１の信号と前記周期信号とを混合するミキサとを含む複数のセンサチャネルと、
センサチャネルからの複数の出力信号に基づいて第２の出力信号を発生する高周波結合器とを含む多重化モジュールを含むことを特徴とする計測システム。
【請求項３】
前記高周波結合器からの第２の出力信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールをさらに含み、
前記メッセージは、各センサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記高周波センサが方向性結合器であることを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項５】
前記高周波センサが電圧／電流プローブであることを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項６】
前記高周波センサからの第１の信号のそれぞれをろ波する複数の低域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項７】
複数の前記ミキサからの出力信号のそれぞれをろ波する複数の高域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項８】
前記高周波結合器からの第２の出力信号をろ波するフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項９】
前記周期信号のそれぞれが他の周期信号とは異なる周波数を有することを特徴とする請求項２に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする請求項９に記載の計測システム。
【請求項１１】
回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
周波数領域で多重化する多重化モジュールであって、
前記回路内の複数の位置の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて一対の出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルであって、各センサチャネルが、
高周波電力に基づいて一対のアナログ信号を発生する高周波センサと、
位相の異なる第１の周期信号および第２の周期信号を発生する発振器と、
センサチャネルの出力信号の内の一方を発生するために、第１の周期信号とアナログ信号の一方とを混合する第１のミキサと、
センサチャネルの出力信号の内の他方を発生するために、第２の周期信号とアナログ信号の他方とを混合する第２のミキサとを含む複数のセンサチャネルと、
第１のミキサからの複数の出力信号に基づいて第１の広帯域信号を発生する第１の高周波結合器と、
第２のミキサからの複数の出力信号に基づいて第２の広帯域信号を発生する第２の高周波結合器とを含む多重化モジュールを含むことを特徴とする計測システム。
【請求項１２】
前記第１の高周波結合器および前記第２の高周波結合器からの広帯域信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールをさらに含み、
前記メッセージは、複数のセンサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１３】
前記高周波センサが方向性結合器であることを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１４】
前記高周波センサが電圧／電流プローブであることを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１５】
前記高周波センサからのアナログ信号のそれぞれをろ波する低域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１６】
複数の前記ミキサからの出力信号のそれぞれをろ波する複数の高域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１７】
前記第１の広帯域信号および前記第２の広帯域信号のそれぞれをろ波する第１のフィルタおよび第２のフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１８】
前記周期信号のそれぞれが他の周期信号とは異なる周波数を有することを特徴とする請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１９】
前記周期信号の周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする請求項１８に記載の計測システム。
【請求項２０】
回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための方法において、
周波数領域で多重化する多重化工程であって、
前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号を発生する発生工程であって、各発生工程が、
高周波電力に基づいて第１の信号を発生する工程と、
周期信号を発生する工程と、
前記出力信号を発生するために前記第１の信号と前記周期信号とを混合する工程とを含む発生工程と、
各出力信号の周波数成分を含む広帯域信号を発生するために前記出力信号を結合する工程とを含む多重化工程を含むことを特徴とする監視方法。
【請求項２１】
前記広帯域信号に基づいてメッセージを発生する工程をさらに含み、
前記メッセージは電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２２】
前記電気的特性は、前進電力および反射電力のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２３】
前記電気的特性は、電圧および電流のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２４】
前記第１の信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２５】
前記出力信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２６】
高周波結合器からの広帯域信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２７】
前記周期信号のそれぞれが他の周期信号と異なる周波数を有することを特徴とする請求項２０に記載の監視方法。
【請求項２８】
前記周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする請求項２７に記載の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理システムにおける高周波電力を検出するための計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
この項における記述は、本発明の開示に関する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するものではない。
【０００３】
電子産業では、集積回路、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク等のような様々な要素を製造するために、高周波プラズマが利用されている。通常、高周波プラズマ処理は、閉ループ制御系によって監視および制御されている。
【０００４】
情報産業でもまた、異なる位置の間で装置および人間が無線によって情報を通信および伝達できるようにするために、高周波エネルギーが利用されている。無線通信施設は、無線の送信機、受信機、およびアンテナ等を含んでいてもよい。さらに、無線通信施設が適切にかつ政府の規制および／または工業規格に従って機能するように、検査装置および／または監視装置が含まれていてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高周波プラズマ制御システムでは、プラズマチャンバに印加されている高周波電力の１つまたはそれ以上のパラメータを測定する。プラズマ制御装置は、測定結果および制御アルゴリズムに基づいて、前記パラメータを繰り返し調整する。マルチポイントアプリケーションでは、高周波電力経路において１つまたはそれ以上の位置で測定結果が得られ、様々な位置からの測定結果を同期または時間相関させることが課題とされている。
【０００６】
検査装置および／または監視装置は、特定の局の高周波経路において１つまたはそれ以上の位置で、高周波システムパラメータを測定することができる。前記パラメータはシステムが適切に機能するように利用することができる一方、様々な位置からのパラメータの測定結果を同期または時間相関させることが課題とされている。
【０００７】
本発明の目的は、様々な位置からのパラメータの測定結果を同期または時間相関させることができる計測システムおよび監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいてアナログ信号をそれぞれ発生する複数の高周波センサと、
前記アナログ信号に基づいて出力信号を発生する多重化モジュールであって、周波数領域での多重化によって前記アナログ信号を出力信号に多重化する多重化モジュールと、
前記出力信号を受信し、該出力信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールとを含み、
前記メッセージは、前記複数の高周波センサによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする計測システムである。
また本発明は、回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
周波数領域で多重化する多重化モジュールであって、
前記回路内の複数の位置の内の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルであって、各センサチャネルが、
高周波電力の電気的特性に基づいて第１の信号を発生する高周波センサと、
周期信号を発生する発振器と、
センサチャネルのための出力信号を発生するために、前記第１の信号と前記周期信号とを混合するミキサとを含む複数のセンサチャネルと、
センサチャネルからの複数の出力信号に基づいて第２の出力信号を発生する高周波結合器とを含む多重化モジュールを含むことを特徴とする計測システムである。
【０００９】
本発明において、前記高周波結合器からの第２の出力信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールをさらに含み、
前記メッセージは、各センサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記高周波センサが方向性結合器であることを特徴とする。
本発明において、前記高周波センサが電圧／電流プローブであることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記高周波センサからの第１の信号のそれぞれをろ波する複数の低域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、複数の前記ミキサからの出力信号のそれぞれをろ波する複数の高域通過フィルタをさらに含む。
【００１３】
本発明において、前記高周波結合器からの第２の出力信号をろ波するフィルタをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記周期信号のそれぞれが他の周期信号とは異なる周波数を有することを特徴とする。
本発明において、前記周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
周波数領域で多重化する多重化モジュールであって、
前記回路内の複数の位置の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて一対の出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルであって、各センサチャネルが、
高周波電力に基づいて一対のアナログ信号を発生する高周波センサと、
位相の異なる第１の周期信号および第２の周期信号を発生する発振器と、
センサチャネルの出力信号の内の一方を発生するために、第１の周期信号とアナログ信号の一方とを混合する第１のミキサと、
センサチャネルの出力信号の内の他方を発生するために、第２の周期信号とアナログ信号の他方とを混合する第２のミキサとを含む複数のセンサチャネルと、
第１のミキサからの複数の出力信号に基づいて第１の広帯域信号を発生する第１の高周波結合器と、
第２のミキサからの複数の出力信号に基づいて第２の広帯域信号を発生する第２の高周波結合器とを含む多重化モジュールを含むことを特徴とする計測システムである。
【００１６】
本発明において、前記第１の高周波結合器および前記第２の高周波結合器からの広帯域信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールをさらに含み、
前記メッセージは、複数のセンサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、前記高周波センサが方向性結合器であることを特徴とする。
本発明において、前記高周波センサが電圧／電流プローブであることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記高周波センサからのアナログ信号のそれぞれをろ波する低域通過フィルタをさらに含む。
【００１９】
本発明において、複数の前記ミキサからの出力信号のそれぞれをろ波する複数の高域通過フィルタをさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記第１の広帯域信号および前記第２の広帯域信号のそれぞれをろ波する第１のフィルタおよび第２のフィルタをさらに含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明において、前記周期信号のそれぞれが他の周期信号とは異なる周波数を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明において、前記周期信号の周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための方法において、
周波数領域で多重化する多重化工程であって、
前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号を発生する発生工程であって、各発生工程が、
高周波電力に基づいて第１の信号を発生する工程と、
周期信号を発生する工程と、
前記出力信号を発生するために前記第１の信号と前記周期信号とを混合する工程とを含む発生工程と、
各出力信号の周波数成分を含む広帯域信号を発生するために前記出力信号を結合する工程とを含む多重化工程を含むことを特徴とする監視方法である。
【００２４】
本発明において、前記広帯域信号に基づいてメッセージを発生する工程をさらに含み、
前記メッセージは電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記電気的特性は、前進電力および反射電力のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明において、前記電気的特性は、電圧および電流のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明において、前記第１の信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明において、前記出力信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明において、高周波結合器からの広帯域信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明において、前記周期信号のそれぞれが他の周期信号と異なる周波数を有することを特徴とする。
本発明において、前記周波数が周波数領域において等間隔であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための計測システムが開示される。前記システムは、周波数領域で多重化する多重化モジュールを含む。前記多重化モジュールは、前記回路内の複数の位置の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルを含む。各センサチャネルは、高周波電力の電気的特性に基づいて第１の信号を発生する高周波センサと、周期信号を発生する発振器と、センサチャネルのための出力信号を発生するために、第１の信号と周期信号とを混合するミキサとを含む。高周波結合器は、センサチャネルからの複数の出力信号に基づいて第２の出力信号を発生する。
【００３１】
本発明によれば、回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための計測システムが開示される。前記システムは、周波数領域で多重化する多重化モジュールを含む。前記多重化モジュールは、前記回路内の複数の位置の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて一対の出力信号をそれぞれ発生する複数のセンサチャネルを含む。各センサチャネルは、高周波電力に基づいて一対のアナログ信号を発生する高周波センサと、位相の異なる第１の周期信号および第２の周期信号を発生する発振器と、センサチャネルの出力信号の一方を発生するために第１の周期信号とアナログ信号の一方とを混合する第１のミキサと、センサチャネルの出力信号の他方を発生するために第２の周期信号とアナログ信号の他方とを混合する第２のミキサとを含む。第１の高周波結合器は、第１のミキサからの複数の出力信号に基づいて第１の広帯域信号を発生し、第２の高周波結合器は、第２のミキサからの複数の出力信号に基づいて第２の広帯域信号を発生する。
【００３２】
本発明によれば、回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための方法が開示される。前記方法は、周波数領域で多重化する多重化工程を含む。前記多重化工程は、前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいて出力信号を発生する工程であって、各発生工程が高周波電力に基づいて第１の信号を発生する工程と、周期信号を発生する工程と、出力信号を発生するために第１の信号と周期信号とを混合する工程とを含む発生工程を含む。前記方法は、各出力信号の周波数成分を含む広帯域信号を発生するために、出力信号を結合する工程を含む。
【００３３】
本願明細書に記載された説明から、将来的にさらに多くの分野で利用可能であることは明らかである。明細書の記載および具体例は、例示目的で示したに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないと理解されるべきである。
【００３４】
本願明細書に記載されている図面は例示を目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】多点高周波センサを含む高周波プラズマ発生装置の機能ブロック図を示す。
【図２】複数の高周波源および多点高周波センサを含むプラズマ発生装置の機能ブロック図を示す。
【図３】多点高周波センサを含む無線高周波送信機の機能ブロック図を示す。
【図４】多点高周波センサ用の周波数多重化モジュールの機能ブロック図を示す。
【図５】複数の位置における測定結果の一次結合から導出された高周波信号の周波数成分のスペクトル図を示す。
【図６】低周波数混合後の図５の周波数成分のスペクトル図を示す。
【図７】高周波数混合後の図５の周波数成分のスペクトル図を示す。
【図８】時間多重化多点プローブの機能ブロック図を示す。
【図９】信号調節分割モジュールの機能ブロック図を示す。
【図１０Ａ】図９の分割モジュールにおける様々な信号のスペクトル図を示す。
【図１０Ｂ】図９の分割モジュールにおける様々な信号のスペクトル図を示す。
【図１０Ｃ】図９の分割モジュールにおける様々な信号のスペクトル図を示す。
【図１０Ｄ】図９の分割モジュールにおける様々な信号のスペクトル図を示す。
【図１１】分析モジュールの機能ブロック図を示す。
【図１２】図８の時間多重化多点プローブに用いられる変換モジュールの機能ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の説明は事実上典型的なものに過ぎず、決して本発明による開示、本出願、利用方法を限定することを意図するものではない。分かり易くするため、類似の要素を同一に扱うために同一の参照番号が図面内で用いられている。本願明細書において、Ａ、ＢおよびＣのうち少なくとも１つという言い回しは、非排他的論理和を用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味するものと解釈される。方法における工程は、本発明の原則を変えない限り、異なる順序で実行されてもよい。
【００３７】
本願明細書においては、モジュールという語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有、専用、または集合）、およびメモリに対応しており、これ
らは１またはそれ以上のソフトウエアプログラムもしくはファームウエアプログラム、組み合わせ論理回路、および／または記載された機能性を与える他の好適な要素を実行する。
【００３８】
図１を参照すると、実施形態の１つとして、高周波プラズマ発生装置１０が示されている。高周波プラズマ発生装置１０は、高周波プラズマ発生装置１０内の複数の位置における高周波電力の測定を容易にする多重化モジュール２２を含む。多重化モジュール２２については、以下でより詳細に記載する。
【００３９】
高周波プラズマ発生装置１０は、高周波発生装置１２−１および高周波発生装置１２−２を含み、これらをまとめて高周波発生装置１２と称する。制御モジュール１４は、高周波発生装置１２に対して制御信号を発生する。制御信号によって、高周波発生装置１２の出力部における高周波電力の、例えば電圧、電流、電力といった、電気パラメータが決定する。高周波発生装置１２の出力は、インピーダンス整合回路網１６の各入力部に伝達される。インピーダンス整合回路網１６は、プラズマチャンバ１８の入力インピーダンスと、高周波発生装置１２の出力インピーダンスを適合させ、それは典型的には５０オームである。
【００４０】
高周波プラズマ発生装置１０は、様々な位置における高周波電力の１またはそれ以上のパラメータを検出する複数のセンサまたはプローブ２０を含む。第１のプローブ２０−１および第２のプローブ２０−２は、高周波発生装置１２のそれぞれの出力部における高周波電力を検出する。第３のプローブ２０−３は、インピーダンス整合回路網１６の出力部とプラズマチャンバ１８の入力部との間の高周波電力を検出する。各プローブ２０は、目的とする電気パラメータを示す１またはそれ以上の信号を発生する。たとえば、目的とするパラメータが前進電力および／または反射電力であるときには、プローブ２０は方向性結合器であり得る。目的とするパラメータが電圧および／または電流であるときには、プローブ２０は電圧／電流（Ｖ／Ｉ）プローブであってもよい。
【００４１】
プローブ２０からの信号は、多重化モジュール２２の入力部に伝達される。多重化モジュール２２は、信号の周波数をシフトしおよび／または信号をサンプリングし、周波数シフトおよび／またはサンプリングの結果を分析モジュール２４に伝達する。分析モジュール２４は、その結果に基づいてデータを生成する。そのデータは、プローブ２０のそれぞれによって検出された目的とするパラメータを定量的に表す。分析モジュール２４は、そのデータおよび／または情報を制御モジュール１４に伝達される１またはそれ以上のデジタル信号および／またはアナログ信号を発生する。そして、制御モジュール１４は、そのデータおよび制御アルゴリズムに基づいて制御信号を調節する。
【００４２】
図２を参照すると、高周波プラズマ発生装置１０は、複数シャワーヘッドのプラズマチャンバ１８’を有することが示されている。インピーダンス整合回路網１６の出力部における高周波電力は、スプリッタ２６の入力部に伝達される。スプリッタ２６は、プラズマチャンバ１８’の複数の入力部のために高周波電力を分割する。プローブ２０−３，２０−４，２０−５は、プラズマチャンバ１８’の入力部のそれぞれに与えられている高周波電力を検出する。多重化モジュール２２は、増設プローブ２０−４，２０−５からの信号を受信および処理し、分析モジュール２４に伝達される信号の中にそれらの情報を含める。
【００４３】
図３を参照すると、実施形態の１つとして、無線高周波送信機５０が示されている。無線高周波送信機５０には、多重化モジュール２２および無線高周波送信機５０内の様々な位置における高周波電力を検出する複数のプローブ２０が使用されている。
【００４４】
無線高周波送信機５０は、高周波信号を発生する複数の高周波発生装置または送信機５２−１，５２−２，５２−３を含む。高周波信号は、高周波フィルタ／結合器５４の各入力部に伝達される。高周波フィルタ／結合器５４は、基本周波数である高周波信号を通過させ、これらを結合することによって、コンポジット出力高周波信号を形成する。コンポジット出力高周波信号は、アンテナ５６の入力部に伝達される。
【００４５】
プローブ２０−１〜２０−４は、それぞれの位置における高周波電力を検出する。多重化モジュール２２は、プローブ２０−１〜２０−４からの信号を受信し、処理する。多重化モジュール２２は、信号を結合しおよび／またはサンプリングし、その結合および／またはサンプリングの結果を分析モジュール２４に伝達する。分析モジュール２４は、その結果に基づいてデータを生成する。そのデータは、プローブ２０のそれぞれによって検出された目的とするパラメータを定量的に表す。分析モジュール２４は、そのデータを制御モジュール１４に伝達する。そして、制御モジュール１４は、そのデータおよび制御アルゴリズムに基づいて、制御信号を調節する。制御信号は、高周波送信機５２へフィードバックし、各高周波出力の１またはそれ以上のパラメータを変える。
【００４６】
図４を参照すると、実施形態の１つとして、周波数分割バージョンの多重化モジュール２２が示されている。図４は、各プローブにおける高周波電力の電圧および電流を示す信号を発生する電圧／電流プローブとしてプローブ２０を示している。プローブ２０は、いくつかの実施形態においては、各プローブにおける高周波電力の前進電力および反射電力を示す信号を発生する方向性結合器として実施されてもよいものと理解されるべきである。プローブ２０はまた、目的とする電気的特性に基づいて信号を発生する別の種類のプローブであってもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態においては、プローブ２０は、検出された信号の周波数を低い周波数に変換してもよい。そのようなプローブ２０の実施例が、米国特許第５７７０９２２号明細書において示されており、その全体が参照によって本願明細書に組み込まれる。
【００４８】
多重化モジュール２２は、プローブ２０のそれぞれからの信号を受信する複数の混合モジュール６０−２〜６０−Ｎを含む。各混合モジュール６０は、個別の局部発振器６２および一対のミキサ６４を含む。各対のミキサ６４は、対応の局部発振器６２から、それぞれ、正弦信号および余弦信号などの同相信号および異相信号を受信する。各局部発振器６２は、他の局部発振器と異なる周波数を有するものであってもよい。局部発振器６２の周波数は、プローブ２０からの信号の第１の信号の周波数よりも小さくも大きくもなり得る。プローブ２０からの信号の周波数が異なっている場合のようないくつかの実施形態においては、局部発振器６２は、共通の周波数を用いることができる。第１のプローブ２０−１からの信号は、基本周波数のままでもよく、混合モジュール６０を通過する必要はない。プローブ２０からの信号は、それぞれ低域通過フィルタ６６を通過してもよい。ミキサ６４−２からの信号は、それぞれ高域通過フィルタ６８を通過してもよい。
【００４９】
第１の高周波結合器７０は、各混合モジュール６０における第１のミキサ６４からの信号を受信する。第２の高周波結合器７２は、各混合モジュール６０における第２のミキサ６４からの信号を受信する。高周波結合器７０，７２の出力は、制御モジュール１４の入力部に伝達される。いくつかの実施形態においては、高周波結合器７０，７２の出力は、制御モジュール１４の入力部に伝達される前に、それぞれ低域通過フィルタ７４，７６を通過してもよい。
【００５０】
フィルタ６６，６８，７４，７６のうち１またはそれ以上のフィルタには、対応のスケーリングモジュールが含まれていてもよいものと理解されるべきである。目的とする信号の振幅が分析モジュール２４への入力のダイナミックレンジと適合するように、スケーリ
ングモジュールの増幅率が調節されてもよい。
【００５１】
混合モジュール６０は、プローブ２０のそれぞれからの信号について、その信号が分析モジュール２４に与えられる前に、周波数領域をシフトする。混合モジュール６０は、その結果、分析モジュール２４が全てのプローブ２０からの情報を同時に受信できるようにしている。分析モジュール２４の入力バンド幅は、信号がミキサ６４およびプローブ２０−１の出力部においてろ波されている、いないに拘らず、その周波数スペクトルのうち所望の一部に対応しているはずである。そのような分析モジュール２４が、現在エムケーエスインスツルメンツによって製造されており、品番はＶＩＰ２００１、ＶＩＰ２００７およびＶＩＰ２００９である。米国特許第６５２２１２１号明細書および米国特許第６７０７２５５号明細書は、その全体が参照によって本願明細書に組み込まれ、周波数分割バージョンの多重化モジュール２２と互換性のある分析モジュール２４の実施例を提供している。
【００５２】
図５を参照すると、スペクトル図１００は、これに限定されない実施例として、各混合モジュール６０に与えられる前の４つのプローブ２０からのアナログ信号の周波数成分を示している。スペクトル図１００によって、プローブ２０からの信号の周波数成分は、それぞれが重畳していることがわかる。もしこれらの信号が直接分析モジュール２４に与えられる（例えば、混合モジュール６０を通過しない）としたならば、分析モジュール２４は、どの信号がどのプローブ２０と結びついているものであるかを識別することができないであろう。
【００５３】
図６を参照すると、スペクトル図１２０は、４つの混合モジュール６０の出力における信号の周波数成分を示している。スペクトル図１２０は、局部発振器６２の周波数がプローブ２０からの信号の基本周波数よりも小さいと仮定している。特定の大きさにおける各信号セットは、プローブ２０のうちの１つと関連付けられている。スペクトル図１２０は、混合モジュール６０が、各信号の周波数成分の重複を処理するために、プローブ２０からの信号の基本周波数をシフトしていることを示している。混合モジュール６０は、その結果、どの周波数成分が特定のプローブ２０と結びついているものであるかを分析モジュール２４が識別できるようにしている。各プローブ２０からの信号の周波数シフトは、対応の局部発振器６２の周波数にしたがって変わり、いくつかの実施形態においては、対応の局部発振器６２のプラス／マイナス振動数に等しい。フィルタ６６，６８，７４，７６が用いられる場合には、前記フィルタはプローブ２０によって発生する信号からいくつかの周波数成分を除去するということは、当業者に理解されるはずである。
【００５４】
図７を参照すると、スペクトル図１３０は、４つの混合モジュール６０の出力における信号の周波数成分を示している。スペクトル図１３０は、局部発振器６２の周波数がプローブ２０からの信号の基本周波数よりも大きいと仮定している。特定の大きさにおける各信号セットは、プローブ２０のうちの１つと関連付けられている。スペクトル図１３０は、混合モジュール６０が、各信号の周波数成分の重複を処理するために、プローブ２０からの信号の基本周波数をシフトしていることを示している。各プローブ２０の周波数成分は、対応する周波数バンド内でグループ化される。グループ化された周波数は、どの周波数成分が特定のプローブ２０と結びついているものであるかを分析モジュール２４が識別できるようにしている。各プローブ２０からの信号の周波数シフトは、対応の局部発振器６２の周波数にしたがって変わり、いくつかに実施形態においては、対応の局部発振器６２のプラス／マイナス振動数に等しい。フィルタ６６，６８，７４および／または７６が用いられる場合には、前記フィルタはプローブ２０によって発生する信号からいくつかの周波数成分を除去するということは、当業者に理解されるはずである。
【００５５】
図８を参照すると、実施形態の１つとして、時間分割バージョンの多重化モジュール２
２が示されている。時間分割多重化モジュール２２は、プローブ２０の１つからの全周波数スペクトルが、選択された時間において分析モジュール２４に到達することを可能としている。第１のマルチプレクサ１５０は、プローブ２０のそれぞれからのアナログ信号の一方を受信する複数の入力部を含む。第２のマルチプレクサ１５２は、プローブ２０のそれぞれからのアナログ信号の他方を受信する複数の入力部を含む。マルチプレクサ１５０，１５２のそれぞれは、プローブ選択信号１５４を受信する入力部を含む。プローブ選択信号１５４によって、選択された時間においてどのプローブ２０がマルチプレクサ１５０，１５２の出力部へ信号を送ったかがわかる。
【００５６】
図９を参照すると、信号調節分割モジュール１６０が示されている。図１〜３に示すように、図８の多重化モジュール２２が複数の高周波発生装置１２に使用されている場合に、１またはそれ以上の信号調節分割モジュールは使用される。高周波発生装置１２は、異なる基本周波数を使用している。基本周波数は、インピーダンス整合回路網１６および高周波フィルタ／結合器５４の少なくとも１つにおいて結合され得る。信号調節分割モジュール１６０は、プローブ２０のそれぞれからの高周波信号のバンド幅および増幅率を分析モジュール２４のダイナミックレンジと適合させる。
【００５７】
各信号調節分割モジュール１６０は、プローブ２０のうちの１つのそれぞれの出力部からの信号を受信する。スケーリングモジュール１６２は、１〜Ｍに分岐するスプリッタ１６４の入力部に信号が到達する前に、その信号を増幅または減衰する。ここで、Ｍは周波数バンドの数を表している。１〜Ｍに分岐するスプリッタ１６４の各出力は、入力部に与えられている信号の複製を供給する。Ｍ個の出力のそれぞれは、Ｍ個のスケーリングモジュール１６６の１つにそれぞれ伝達される。各スケーリングモジュール１６６の増幅率は、単一のものと比べて小さくても、等しくても、または大きくてもよい。スケーリングモジュール１６６の出力は、フィルタ１６８の入力部にそれぞれ伝達される。フィルタ１６８の通過バンドは、ユーザが目的とする周波数に基づいて選択されてもよい。結合器１７０は、フィルタ１６８からの出力信号を結合する。結合器１７０の出力は、マルチプレクサ１５０またはマルチプレクサ１５２のそれぞれの入力部に伝達されるろ波された検出信号を供給する。スケーリングモジュール１６２および１６６の増幅率ならびにフィルタ１６８のカットオフ周波数およびバンド幅は、Ｍ個の異なる周波数バンドに基づいて、および分析モジュール２４によって高周波信号の定量化を最大化するために、選択されてもよい。各フィルタ１６８は、全域通過、低域通過、高域通過またはバンド通過のフィルタとして実装されてもよい。
【００５８】
図１０Ａ〜図１０Ｄを参照すると、スケール化されていないスペクトル図は、信号調節分割モジュール１６０内の様々なポイントにおける周波数成分の例を示している。スペクトル図は、高周波発生装置１２が、例えばＭ＝２である場合に、ｆ０およびｆ１に中心がある２つの基本周波数を供給しているものと仮定していると理解されるべきである。図１０Ａは、スケーリングモジュール１６２の入力部におけるスペクトル図を示している。ｆ０およびｆ１の振幅は等しいものではなく、必ずしも分析モジュール２４の入力特性または限界に適合しているとは限らないということが見てとれる。
【００５９】
図１０Ｂは、フィルタ１６８−１の出力におけるスペクトル図を示している。図１０Ｂは、フィルタ１６８−１がｆ０よりも大きくｆ１よりも小さいカットオフ周波数を有する低域通過フィルタとして実装されていることを仮定している。フィルタ１６８−１の通過バンドは１７２と示されている。
【００６０】
図１０Ｃは、フィルタ１６８−Ｍの出力におけるスペクトル図を示している。図１０Ｃは、フィルタ１６８−Ｍが、中心周波数がｆ１であり、かつ、ｆ０よりも大きな下位のカットオフ周波数を有するバンド通過フィルタとして実装されていることを仮定している。
フィルタ１６８−Ｍの通過バンドは１７４と示されている。図１０Ｃはまた、スケーリングモジュール１６６−Ｍの増幅率が単一のものよりも小さく、それによって、結合器１７０に入る前にｆ１の振幅を減じているものと仮定している。図１０Ｄは、結合器１７０の出力におけるスペクトル図を示している。
【００６１】
図１１を参照すると、機能ブロック図は、時間分割バージョンの多重化モジュール２２（図８）で使用可能な分析モジュール２４の様々なアーキテクチャのうちの１つを示している。入力である電圧および電流はそれぞれ、各信号調節分割モジュール１６０からの信号を受信する。各入力信号は、各低域通過フィルタ１８０および各高域通過フィルタ１８２に与えられる。いくつかの実施例においては、フィルタ１８０，１８２は省略されてもよく、そのフィルタ機能はフィルタ１６８によって充足されてもよい。
【００６２】
第１の対のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１８４は、フィルタ１８０からの電圧信号および電流信号のそれぞれの低周波数成分を変換する。第２の対のアナログデジタルコンバータ１８６は、フィルタ１８２からの電圧信号および電流信号のそれぞれの高周波数成分を変換する。アナログデジタルコンバータ対１８４は、変換された信号をフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１８８に伝達する。アナログデジタルコンバータ対１８６は、変換された信号をフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１９０に伝達する。ＦＰＧＡ１８８，１９０はそれぞれ、それぞれデジタル化された電圧データおよび電流データを同相（Ｉ）信号および直交（Ｑ）信号に変換する。デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１９２は、ＦＰＧＡ１８８，１９０からのＩ信号およびＱ信号に基づいて、目的とするパラメータを定量的に表す。
【００６３】
図１２を参照すると、ブロック図２００は、ＦＰＧＡ１８８およびＤＳＰ１９２によって与えられる機能性を示している。当業者は、ブロック図２００に示されている機能がユーザの自由な判断で別の手段によって与えられてもよいということを理解するはずである。
【００６４】
ブロック図２００は、Ｎ個の変換モジュール２０２−１〜２０２−Ｎを含んでおり、これらを変換モジュール２０２と総称する。各変換モジュール２０２はプローブ２０の１つと対応しており、アナログデジタルコンバータ対１８４，１８６のうちの１つから変換されたデータを受信する。プローブ選択信号１５４（図８において示されている）は、プローブ２０のうち選択されたものと対応している変換モジュール２０２を作動させる。
【００６５】
各変換モジュール２０２は、一対の混合モジュール２０４を含む。混合モジュール２０４は、アナログデジタルコンバータ対１８４，１８６のうちの対応する方から得られたデジタル信号を受信する。各混合モジュール２０４はまた、デジタル周波数合成器２０６からの２つの入力を受信する。一般に、デジタル周波数合成器２０６は、デジタル混合信号を発生する。具体的には、デジタル周波数合成器２０６は、対応の信号調節分割モジュール１６０からの目的とする１またはそれ以上の周波数に対応する正弦波形および余弦波形を作り出す。周波数定点信号２１４は、デジタル周波数合成器２０６の動作周波数を定める。各変換モジュール２０２に対し、周波数定点信号は、特定のプローブ２０が目的とする複数の周波数を処理するために、複数の定点を通ることによって切替えが可能である。１つの実施形態において、周波数定点は、高周波発生装置１２または送信機５２を駆動する周波数源から受信された周波数オフセットである。
【００６６】
各デジタル混合モジュール２０４は、デジタル周波数合成器２０６から受信したデジタル混合信号と、対応のアナログデジタルコンバータ対から受信した変換データとを結合する。そのようにするために、各デジタル混合モジュール２０４には、２つの乗算器が含まれている。さらに、デジタル混合モジュール２０４は、対応のアナログデジタルコンバー
タ対のサンプルレートで機能する。各デジタル混合モジュール２０４からの結果は、デジタル化されたデータに含まれる周波数とデジタル周波数合成器によって与えられる信号との和および差から構成されるスペクトルである。
【００６７】
混合モジュール２０４の出力は、それぞれのデシメーションモジュール２０８の入力部に伝達される。デシメーションモジュール２０８は、サンプルレートを低域のまたはベースバンドのデータレートに変換する。非限定的な例として、デシメーションは米国特許６７０７２５５号明細書に記載されており、その全体が参照によって本願明細書に組み込まれる。
【００６８】
いくつかの実施形態においては、混合モジュール２０４およびデシメーションモジュール２０８は、ＦＰＧＡ１８８，１９０で実装されている。
【００６９】
デシメーションモジュール２０８の出力は、低域通過フィルタモジュール２１０のそれぞれの入力部に伝達される。低域通過フィルタモジュール２１０は、デシメーションモジュール２０８のスペクトル出力を形成する。低域通過フィルタモジュール２１０の出力は、デカルト−極変換モジュール２１２のそれぞれに伝達される。変換モジュール２１２は、低域通過フィルタモジュール２１０からのろ波されたデータを極座標系に変換する。
【００７０】
いくつかの実施形態においては、低域通過フィルタモジュール２１０およびデカルト−極変換モジュール２１２はＤＳＰ１９２と共に実装される。
【００７１】
以上の説明から、本発明を開示した広範な教示内容を様々な形態で実施することができるということは、当業者であれば理解可能である。それゆえ、本発明による開示は特定の実施例を含んではいるが、図面、明細書および添付の特許請求の範囲を精査することによって、別の改良がされることは当業者にとって明らかであるので、本発明に係る開示の真の範囲は、実施例に限定されるべきではない。
【００７２】
本発明は、次の実施形態が可能である。
（１）回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
高周波電力の電気的特性に基づいてアナログ信号をそれぞれ発生する複数の高周波センサと、
前記アナログ信号に基づいて出力信号を発生する多重化モジュールと、
前記出力信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールとを含み、
前記メッセージは、前記複数の高周波センサによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする計測システム。
（２）前記多重化モジュールは、前記アナログ信号を出力信号に多重化するために時間領域多重を使用することを特徴とする計測システム。
（３）前記多重化モジュールは、前記アナログ信号を出力信号に多重化するために周波数領域多重を使用することを特徴する計測システム。
（４）回路内の複数の位置における高周波電力を監視する計測システムにおいて、
前記回路内の複数の位置の１つにおける高周波電力の電気的特性に基づいて一対のアナログ信号をそれぞれ発生する複数の高周波センサと、
各対のアナログ信号から一方のアナログ信号を受信し、受信した信号の１つを制御信号に従って第１のマルチプレクサの出力部へ送る第１のマルチプレクサと、
各対のアナログ信号から他方のアナログ信号を受信し、受信した信号の１つを制御信号に従って第２のマルチプレクサの出力部へ送る第２のマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサの出力部からの信号に基づいてメッセージを発生する分析モジュールとを含み、
前記メッセージは、複数のセンサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報
を包含していることを特徴とする計測システム。
（５）前記高周波センサが方向性結合器であることを特徴とする計測システム。
（６）前記高周波センサが電圧／電流プローブであることを特徴とする計測システム。
（７）前記高周波センサからのアナログ信号のそれぞれと直列に接続する複数の信号調節分割モジュールをさらに含み、
各信号調節分割モジュールが、
アナログ信号の内の対応信号の各周波数成分を通過させる複数のフィルタと、
少なくとも一部の周波数成分を増幅または減衰する複数のスケーリングモジュールと、
前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサの一方に伝達される信号を発生するために周波数成分を結合する結合器とを含むことを特徴とする計測システム。
（８）前記分析モジュールは、前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサの出力部からの各信号をろ波するフィルタをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（９）前記第１のマルチプレクサおよび前記第２のマルチプレクサからの各信号を変換する一対のアナログデジタルコンバータをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（１０）前記分析モジュールは、前記マルチプレクサからの信号を高周波電力の周波数よりも小さいベースバンド周波数に変換する複数の変換モジュールをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（１１）前記各変換モジュールは、前記一対のアナログデジタルコンバータからの変換信号を混合する混合モジュールをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（１２）前記混合モジュールのそれぞれからの出力信号をデシメートするデシメーションモジュールをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（１３）前記デシメーションモジュールのそれぞれからの出力信号をろ波する低域通過フィルタモジュールをさらに含むことを特徴とする計測システム。
（１４）回路内の複数の位置における高周波電力を監視するための方法において、
前記回路内の複数の位置の内の対応位置における高周波電力の電気的特性に基づいて一対のアナログ信号を発生する工程と、
前記一対のアナログ信号の一方の信号を第１の出力信号に多重化する工程と、
前記一対のアナログ信号の他方の信号を第２の出力信号に多重化する工程と、
前記多重化工程の第１の出力信号および第２の出力信号からの信号に基づいてメッセージを発生する工程とを含み、
前記メッセージは複数のセンサチャネルによって検出される電気的特性に関する情報を包含していることを特徴とする監視方法。
（１５）前記電気的特性は、前進電力および反射電力を含むことを特徴とする監視方法。
（１６）前記電気的特性は、電圧および電流を含むことを特徴とする監視方法。
（１７）前記各一対のアナログ信号をろ波して、複数の各周波数成分にする工程と、
少なくとも前記周波数成分の一部を増幅する工程と、
第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサの１つに伝達される一対の信号におけるそれぞれの信号を発生するために前記周波数成分を結合する工程とをさらに含むことを特徴とする監視方法。
（１８）第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサの出力部からのそれぞれの信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
（１９）第１のマルチプレクサおよび第２のマルチプレクサの出力部からのそれぞれの信号をデジタル化する工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
（２０）マルチプレクサからの信号を高周波電力の周波数よりも小さいベースバンド周波数に変換する工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
（２１）前記デジタル化された信号とデジタル信号とを混合する工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
（２２）ミキサモジュールのそれぞれからの出力信号をデシメートする工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
（２３）前記デシメートされた信号をろ波する工程をさらに含むことを特徴とする監視方法。
【符号の説明】
【００７３】
１０  高周波プラズマ発生装置
１２  高周波発生装置
１４  制御モジュール
１６  インピーダンス整合回路網
１８，１８’  プラズマチャンバ
２０  増設プローブ
２２  多重化モジュール
２４  分析モジュール
２６  スプリッタ
５０  無線高周波送信機
５２  高周波送信機
５４  高周波フィルタ／結合器
５６  アンテナ
６０  混合モジュール
６２  局部発振器
６４  ミキサ
６６，７４，７６  低域通過フィルタ
６８  高域通過フィルタ
７０  第１の高周波結合器
７２  第２の高周波結合器
１５０，１５２  マルチプレクサ
１５４  プローブ選択信号
１６０  信号調節分割モジュール
１６２，１６６  スケーリングモジュール
１６４  スプリッタ
１６８  フィルタ
１７０  結合器
１８０  低域通過フィルタ
１８２  高域通過フィルタ
１８４，１８６  アナログデジタルコンバータ対
１８８，１９０  フィールドプログラマブルゲートアレイ
１９２  デジタル信号処理装置
２０２  変換モジュール
２０４  混合モジュール
２０６  デジタル周波数合成器
２０８  デシメーションモジュール
２１０  低域通過フィルタモジュール
２１２  デカルト−極変換モジュール
２１４  周波数定点信号
【図１】
0005635059.tif 000002
【図２】
0005635059.tif 000003
【図３】
0005635059.tif 000004
【図４】
0005635059.tif 000005
【図５】
0005635059.tif 000006
【図６】
0005635059.tif 000007
【図７】
0005635059.tif 000008
【図８】
0005635059.tif 000009
【図９】
0005635059.tif 000010
【図１０Ａ】
0005635059.tif 000011
【図１０Ｂ】
0005635059.tif 000012
【図１０Ｃ】
0005635059.tif 000013
【図１０Ｄ】
0005635059.tif 000014
【図１１】
0005635059.tif 000015
【図１２】
0005635059.tif 000016