CN1376927A - 探测分析系统的宽带设计 - Google Patents

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Abstract

一种射频(RF)探测分析系统具有宽带设计。此分析系统包括一个用于根据多个模拟信号产生数字功率信号的取样单元。这些模拟信号表征由一个RF功率供给系统供给一个等离子体室的功率。此分析系统还包括一个用于根据数字功率信号产生一个数字频谱信号的数字处理单元。取样单元从模拟信号中同时取样第一多个频率使得数字频谱信号规定第一多个频率的信号电平。取样单元还可从模拟信号中同时取样第二多个频率使得数字频谱信号还规定第二多个频率的信号电平。取样单元的宽带设计使供给室的功率的闭环控制能达到通过常规方法达不到的容差。

Description

探测分析系统的宽带设计
技术领域
本发明一般涉及半导体等离子体刻蚀。本发明尤其涉及一种具有宽带设计的射频(RF)探测分析系统。
背景技术
在半导体工业中，等离子体刻蚀已成为制造半导体电路的一个组成部分。事实上，当要求一个较直的垂直边缘时在半导体处理中频繁地使用刻蚀器。例如，当刻蚀MOS晶体管的多晶硅控制极时，底切多晶硅会对晶体管的工作产生有害的影响。当使用液体刻蚀法时经常遇到底切情况。结果，研究出例如等离子体刻蚀等其它刻蚀技术。使用由电场加速的离子的等离子体刻蚀趋向于只刻蚀水平的暴露表面从而避免底切。
为了有效地进行等离子体刻蚀处理(以及其它的等离子体处理)，已经确定了非常需要控制供给等离子体室功率的系统。事实上，随着刻蚀处理复杂性的增高，已发展到控制功率至精度高达±1％的精密要求。因此，除功率供给系统之外，还典型地使用一个闭合回路控制系统以监控实际供应到该室的功率。
为此图7表示一个常规的配置，其中为进行例如刻蚀的等离子体处理一个功率供给系统11向一个等离子体室13供应RF功率。通常，一个闭环控制系统15监控RF功率，并向功率供给系统11提供各种控制信号。
由于许多原因控制系统15的常规方法已不能满足现代等离子体处理的日益精确的容差要求。一个特别的原因是RF功率典型地有多个基频以及相应的谐波频率。例如，施加到室13的电压可有2MHz与27MHz的基频。对电流也同样如此。2MHz信号将有4MHz、6MHz、8MHz等谐波。27MHz信号将有25MHz、23MHz等的交调产物。这是重要的，因为为了严密控制供应到室13的功率，必须了解在所有这些频率下出现的能量值。例如，一个代表在每个这些频率下的瞬时功率量的数字频谱信号将使功率供给系统11能在特定频率基础上调节各个内部参数。其它的有用信号包括数字幅值信号与数字相位信号。
然而，常规的闭环控制系统15有一个通过混合特定信号同一个交调信号(例如一个比关心的信号的频率高10KHz的信号)分别处理每个关心的频率的取样单元。此混合导致一个10KHz的二阶交调产物，并使用一个音频等级数字转换器取样此产物。因此，结果有许多数字功率信号(由许多数字转换器产生)，其中每个数字功率信号对应于一个混合频率的信号。容易理解在上述实例中，其中存在许多基频以及谐波频率，因而取样单元可能变得十分复杂与昂贵。而且，根据此方法不可能完全满足同时跟踪各谐波的要求。
与常规控制系统15有关的另一困难涉及在半导体工业中频率调谐(为改善阻抗匹配)正变得更加普及的事实。因此，即使事先了解基频也经常难以预测。此外，据展望，向室供给脉冲功率将变为更加流行，从而要求一个依靠常规方法不可能得到的取样电路响应时间。
注意在RF信号数字化为数字功率信号之后，对每个单独频率由取样电压信号与取样电流信号形成的复杂合成信号典型地进行快速傅里叶变换(FFT)，这一点是重要的。再有，由于分别处理各频率使得与此方法有关的处理费用很高。此外，此常规方法典型地使用模拟电路，它固有地会带有具有非线性相位响应的滤波器，而缺少容许老化与漂移的回弹能力。尤其就沟道对沟道匹配而论，已经遇到过常规设计不提供一个有回弹力以容许老化、漂移或校准的系统。
发明内容
通过根据本发明的射频(RF)探测分析系统达到以上与其它目的。此探测分析系统(在或者宽带频谱分析模式下或者宽带数字混合模式下工作)包括一个用于根据多个模拟信号产生数字功率信号的取样单元。这些摸拟信号表征由一个RF功率供给系统供给等离子体室的功率。此探测分析系统还包括一个用于根据数字功率信号产生一个数字频谱信号的数字处理单元。取样单元从模拟信号中同时取样第一多个频率(即带宽)使得数字频谱信号规定第一多个频率的信号电平。因此取样单元有一个宽带设计从而改善闭环控制供给等离子体室的常规方法的容差。
根据本发明还提供一个RF探测分析系统的取样单元。此取样单元具有一个第一滤波组件与一个初级模拟数字(A/D)转换器。第一滤波组件把模拟电压信号与模拟电流信号频带限制在第一预定带宽内。模拟电压信号与模拟电流信号具有第一多个频率，此处第一预定带宽包括第一多个频率。初级A/D转换器同滤波组件耦连并根据模拟电压信号产生第一数字电压信号。初级A/D转换器还根据模拟电流信号产生第一数字电流信号。初级A/D变换器具有双信道能力使得第一数字电压信号与第一数字电流信号同步。
根据本发明的另一方面，提供一种分析供给等离子体室的RF功率的方法。从多个模拟信号中同时取样第一多个频率。这些模拟信号表征供给室的RF功率，此方法还考虑到根据模拟信号产生数字功率信号，与产生一个具有预定混合频率的数字混合信号。根据数字混合信号向下变换数字功率信号使得根据预定混合频率降低第一多个频率。此方法还考虑到减少数字功率信号的数据量，并根据第一许多频率的一个基频频带限制数字功率信号。根据数字功率信号与要求的取样速度产生同相(I)与正交(Q)信号。此方法还考虑到根据I与Q信号产生数字幅值信号与数字相位信号。然后根据数字相位信号产生数字频谱信号。因此数字频谱信号规定第一多个信号的信号电平。
应了解以上一般描述与下面详细描述只是本发明的范例，并打算提供一个概述或框架用于理解如同权利要求的本发明的性质与特征。为进一步了解本发明而将附图包括在内，并引入作为本说明书的组成部分。这些附图示出本发明的各种特征与各实施方案，并同说明书一起用于说明本发明的原理与工作。
附图说明
通过阅读下面的说明书与附加的权利要求书及参考下列附图，对本领域内的技术人员来说本发明的各个优点将变得显而易见，这些附图中：
图1示出了根据本发明原理的一个闭环控制系统的框图；
图2示出了根据本发明原理的一个宽带取样单元的框图；
图3示出了根据本发明原理的一个基带数字处理单元的框图；
图4示出了根据本发明原理的一个宽度数字处理单元的框图；
图5示出了根据本发明原理的一个鉴频器的框图；
图6示出了根据本发明原理的跟踪频率至一个更有限精度的曲线；
图7示出了有助于理解本发明的一个常规的功率供给配置的框图。
具体实施方式
如图1表示，闭合回路控制系统10具有一个探头12与一个探测分析系统20。通常，探头12根据由功率供给系统(未示出)供给等离子体室(未示出)的射频(RF)功率产生一个模拟电压信号28与一个模拟电流信号30。对于探头12提出了许多方法，其中一个解决办法包括使用一个电压检测板16以监视RF电压与一个电流检测板18以监视RF电流。探测分析系统20按闭环控制的功率供给系统的需要产生数字频谱信号、数字幅值信号与数字相位信号。注意将由分析系统20产生的数字信号的选择取决于应用，这一点是重要的。因此，可产生这些信号的任何组合而不违背本发明的精神与范围。
现在看图2，更详细地示出了探测分析系统20。尽管相对于等离子体刻蚀处理首先描述本发明，但是注意本发明不受此限制，这一点是重要的。事实上，其中要求同时分析与模拟信号有关的多个频率的任何应用都可以受益于本发明。因此专门的例子只用于讨论目的。尽管如此，由等离子体刻蚀特别适合的本发明提供了很多的特殊利益。
通常，可看到分析系统20有一个宽带取样单元22与一个数字处理单元24。取样单元22根据多个模拟信号28、30产生数字功率信号26。这些模拟信号28、30表征由RF功率供给系统(未示出)供给等离子体室(未示出)的功率。如同下面将更详细地描述的情况，数字处理单元24根据数字功率信号26产生一个数字频谱信号。还可产生数字幅值信号与数字相位信号。取样单元22从模拟信号28、30中同时取样第一多个频率使得数字频谱信号规定第一多个频率的信号电平。因此，通过同时取样宽带设计中的频率，可实现对功率供给的显著控制。
取样单元
具体地说，模拟信号28、30包括一个模拟电压信号28与一个模拟电流信号30。优选地，取样单元22包括一个用于把模拟电压信号28与模拟电流信号30频带限制在第一预定带宽内的第一滤波组件32。第一预定带宽包括第一多个频率。因此，例如，第一预定带宽可包括2MHz的基频与范围高达10MHz的基频的谐波。一个初级模拟数字(A/D)转换器34同滤波组件32耦连，其中初级A/D转换器34根据模拟电压信号28产生一个第一数字电压信号26a(VLF)。初级A/D转换器34还根据模拟电流信号30产生一个第一数字电流信号26b(ILF)。因此第一数字电压信号26a与第一数字电流信号26b规定数字功率信号。
注意初级A/D转换器34具有双信道能力使得第一数字电压信号26a与第一数字电流信号26b同步，这一点是重要的。如同下面将更加详细地讨论的情况，同步对于宽带取样方案以及对系统的全面工作是关键性的。例如，同步能够比较各模式得到的相位与幅值输出。还应注意虽然图示的初级S/D转换器34在包括两个A/D转换器的单个IC中实现，但本发明不受此限制。例如，通过使用在单独IC组件中的两个单独的A/D转换器可达到成本节约。在这种情况下，紧密耦合两个A/D转换器(同步取样)以模拟包括两个A/D转换器的单个组件。
在这方面，可看到可在初级A/D转换器34与数字处理单元24之间布置一个例如先进先出的(FIFO)40的存储元件，用于临时存储第一数字电压信号26a与第一数字电流信号26b。因而，如果转换器34的取样速率超过数字处理单元24的处理速率，则转换器数据可临时存储以便输送数据。这对于将在下面描述的数字处理单元24的基带设计特别有用。然而，如果转换器34的取样速率不超过数字处理单元24的硬件处理时钟频率，则不需要FIFO40。
滤波组件32优选地包括一个用于频带限制模拟电压信号28的第一带通滤波器36与一个用于频率限制模拟电流信号30的第二带通滤波器38。而且，探测分析系统20可包括一个用于根据模拟信号28、30的信号电平选择调节模拟信号28、30的衰减的开关组件42。因此一个开关控制器44与RF开关位于滤波组件32与转换器34之间以选择一个取决于模拟信号幅值的衰减路径。可看到如果需要将提供一个信号以禁止选择一条衰减路径的开关。于是，开关控制器44根据来自数字处理单元24的禁止信号选择性地禁止开关组件42。
应了解取样方案可进一步划分为多个取样部分。上述以LF下标标记的取样方案是此设计的基本范例。然而，当高于取样速率1/2的频率存在于信号带宽内时，将发生频谱折叠。这通常称为取样不足或产生伪信号。取样不足信号将出现在DC至1/2取样速率的数字化带宽内。取样不足探测信号是Keane在美国专利号5565737中讨论的一个方法，在此作为参考。当一个基频或一个基频的谐波的频谱折叠同另一基频或此基频的谐波的带宽一致时，需要第二取样模式。此第二取样模式以HF下标标记指示。
因此，取样单元22还从模拟信号中同时取样第二多个频率使得数字频谱信号还规定第二多个频率的信号电平。因而取样单元22还包括一个第二滤波组件46与一个次级A/D转换器48。第二滤波组件46把模拟电压28与模拟电流信号30频带限制在第二预定带宽内，此处第二预定带宽包括第二多个频率。注意第二预定带宽取决于应用可以或不可以同第一预定带宽重叠是重要的。次级A/D转换器48根据模拟电压信号28产生一个第二数字电压信号50a并根据模拟电流信号30产生一个第二数字电流信号50b。因此第二数字电压信号50a与第二数字电流信号50b进一步规定已由信号26a和26b规定的数字功率信号。如同已讨论过的情况，次级A/D转换器48具有双信道能力使得第二数字电压信号50a与第二数字电流信号50b同步。
还可看到优选的探测分析系统20还包括一个布置在次级A/D转换器48与数字处理单元24之间，诸如FIFO52的第二存储器用于临时存储第二数字电压信号50a与第二数字电流信号50b。
因此，第二预定带宽可包括27MHz的基频与范围下至22MHz的此基频的谐波。如已经指出的，取决于应用，频率范围可重叠。
数字处理单元(基带)
现在看图3-6，将了解本发明考虑到数字处理单元的或者基带或者宽带设计。具体地，图3说明具有一个第一基带处理器54与一个第二基带处理器56的数字处理单元24’。第一基带处理器54处理在第一多个频率下的数字电压信号26a。第二基带处理器56处理在第一多个频率下的数字电流信号26b使得每个基带处理器54、56有一个相应的数字功率信号。注意可使用相似的布置以处理在第二多个频率下的信号是重要的。
可看到一个数字频率合成器58产生一个具有预定混合频率的数字混合信号。数字混合信号如图示有一个余弦与一个正弦分量(或函数)。在第一基带处理器54内，一个数字合成混频器60通常根据数字混合信号下降转换电压信号26a(即相应的功率信号)。因此，第一多个频率的中心频率根据预定混合频率降低。将了解数字合成混频器60在时域内倍增以产生频域内的总和项与差分项。为执行此功能，合成混频器60包括两个数字倍增器62、64。倍增器62、64都接收来自取样单元的数据。第一倍增器64接收来自合成器58的数字混合信号的正弦分量，而第二倍增器62接收余弦分量。
倍增器62、64的输出代表一个数字波形，它包括1)合成频率与由A/D波形试样代表的频率的总和，与2)合成频率与由A/D波形试样代表的频率之间的差分。因而在数字合成混频器60的输出处的差分项是A/D波形的一个频率转换型式。通过调节合成器58的频率，可使包括在输入频谱内的任何信号的频率向下偏移至一个较低的频率或DC。至DC的混合或至一个偏移频率的混合都是容许的，而至一个偏移频率的混合更合乎需要。这是因为由于2的补数与变换器性能，DC分量将理论上存在。因而混合至一个偏移频率避免DC分量的任何干扰。而且，混合至一个偏移频率能够使用一个自然包括基本RF频率的谐波的可调带通滤波器。
合成混频器60的输出进入一个抽样组件(decimation module))66。得到的相对于比电压与电流信号频谱中包括的频率低的频率的偏移要求较少的试样以满足抽样处理之后的滤波级的Nyguist准则。因此，抽样组件66同数字合成混频器60耦连，在此抽样组件66减少数字功率信号的数据量。抽样数据量降低处理内务操作(processing overhead)并通过引入一个多比率滤波器提供了增强滤波器性能的能力。级联积分器梳状滤波器实现抽样是优选的。
还可看到一个低通滤波器68同抽样组件66耦连以形成抽样组件66输出的频率响应。低通滤波器68根据第一多个频率的一个基频频带限制数字功率信号。因此，此级包括一个用于频带限制下降混合信号的可编程滤波器。此滤波器的带宽被约束在等离子体室处理中使用的RF基频的带宽范围内。例如，如果室处理使用一个在flow至fhigh范围内的频率调谐方案，则低通滤波器提供一个BW＝fhigh-flow的带宽。因此，在此实施方案中选择低通滤波器68的带宽至少为BW。
当RF基频的带宽变得过大时，可依据输入信号的频率范围选择低通滤波器68的系数。例如，如果室处理使用一个在flow’至fhigh’范围内的频率调谐方案，低通滤波器68提供一个BW’＝fhigh’-flow’的带宽。此带宽明显偏大因而可能影响基带方案的精度。在此情况下，低通滤波器68设计成带有产生n个频率响应的n套系数，n个频率响应均匀分配通带区域和在BW’上的每个邻近滤波器的过渡区域内的重叠。当调谐频率移出低通滤波器68的带宽响应时，以一组新系数编程滤波器68。频率由基带方案的频率输出跟踪。再次指出，以上频率调谐范围与滤波器带宽只用于讨论目的。
一个多相内插滤波器70同低通滤波器68耦连。内插滤波器70根据数字功率信号与要求的取样速率产生一个同相(I)信号与一个正交(Q)信号。因此，内插滤波器70用于符号提取并按因子K变换数据流的取样速率。然后对一个感兴趣的频率重新取样数据。此处理可看作一个直接形成FIR结构的有效执行方式。内插滤波器70的执行方式有一个十分平坦的通带(尽管可能存在某些波动)与一个线性的相位响应。线性的相位响应提供导出相应的I与Q值所必需的变换。
还可看到一个直角坐标至极坐标变换器72根据I与Q信号产生一个数字幅值信号与一个数字相位信号。由此把I与Q值从直角坐标变换至极坐标。得到的相位值通到一个频率鉴别组件74。频率鉴别组件导出信号的频率，并根据数字相位信号产生一个数字频谱信号。从而为RF基频以及任何数量的谐波导出幅值、相位与频率。已经确定了第一五个谐波典型地包括大部分关心的能量。因此优选的实施方案包括取样基本信号与第一五个相应的谐波。
将了解第二基带处理器56的部件相对于数字电流信号26b在功能与用途方面相似。注意数字处理器24’的数字形式可以大规模集成(LSI)与/或可编程数字信号处理(DSP)芯片的任何组合完成，这一点同样是重要的。由于对于每个基频和各个谐波频率将有I与Q多信道，优选用LSI执行方式以便实现与并行处理有关的速度快的优点。
数据处理单元(宽带)
现在看图4，可看到数字处理单元另一方面可包括用于同时处理在第一多个频率与第二多个频率下的数字功率信号的宽带处理24”。因此，对于图2标记的每对变换器34、38重复图4示出的处理框图。应注意本发明不受把时域顺序转换为频率数据的任何方法的限制。因此，虽然这里描述的FFT提供在导出多个频率的幅值与相位方面的功效，也可使用其它转换例如子波(wavelet)与Hartley。
继续参看图4，可看到处理框图中的第一步是对输入数据施加一个窗函数。因此，一个开窗组件76对数字功率信号施加一个窗函数。窗函数在经典的信号处理技术的应用中已被充分了解。一些流行的窗函数是矩形、Hamming，Blackman，Hanning与最小4项Blackman-Harris。窗函数的选择主要是主波瓣散布与边波瓣滑离之间的折衷。虽然这里描述一个最小4项Blackman-Harris窗函数(为得到高的处理增益)，使用者可配置窗函数的选择。
窗函数的结果传输至快速傅里叶变换(FFT)组件78。FFT组件78根据开窗的数字功率信号计算离散傅里叶变换(DFT)数据。N-点FFT计算提供一个能在一个大带宽范围内进行频谱分析的结果。一个直角坐标至极坐极变换器80根据DFT数据产生数字幅值信号与一个数字相位信号。具体地，可计算RF基波与相关谐波的各双态(bin)的能量的幅值与相位。N点计算也可由使用者配置，但此设计容许至少4096点的设置。为得到最佳处理增益优选选用4096点。
将了解频率跟踪在一个鉴频器82内完成。通常，鉴频器82根据DFT数据产生数字频谱信号。鉴频器82优选包括一个内插滤波器。图5较详细地示出了优选的鉴频器82。将了解Xn[k]代表由宽带处理方法的FFT级产生的离散傅里叶变换系数。一个频率内插器84按因子M向上取样DFT数据。向上取样结果(GNM[K])供给一个线性内插滤波器86以提高数字频谱信号的频谱分辩率。
现在看图6，可看到内插滤波器产生一个跨越处于离散傅里叶变换系数之间的向上取样数据点的拟合函数88。此信号处理技术产生一个等效的NM-点DFT序列。应用此技术使系统能跟踪RF基频至一个比N-点DFT更加有限的精度，而不需要NM-点DFT要求的附加处理内务操作。例如，给定一个输入信号的频谱响应，假定目标是利用一个高于fs/N的精度从N-点DFT中确定一个特定频率wc。将了解fs是取样速率而fs/N是FFT计算的频率分辨率。鉴频器通过在wc-dw与wc+dw的FFT系数范围内应用图5的框图允许提高频率分辩率。
现在本领域内的技术人员可从前面的描述了解本发明的广泛讲授可以各种形式实现。因此，虽然本文中联系特定的实施例描述本发明，而本发明的真实范围不应受此限制，因为对于熟练的专业人员来说依据对附图、说明书及后面的权利要求书的研究其它的修改将变得显而易见。

Claims (25)

1.一种射频(RF)探测分析系统，包括：
一个取样单元，用于根据多个模拟信号产生数字功率信号，这些模拟信号表征由一个RF功率供给系统供给一个等离子体室的功率；以及
一个数字处理单元，用于根据数字功率信号产生一个数字频谱信号；
所述取样单元从模拟信号中同时取样第一多个频率使得数字频谱信号规定第一多个频率的信号电平。
2.如权利要求1的探测分析系统，其中模拟信号包括一个模拟电压信号与一个模拟电流信号，取样单元包括：
第一滤波组件，用于把模拟电压信号与模拟电流信号频带限制在一个第一预定带宽内，此第一预定带宽包括第一多个频率；以及
初级A/D转换器，同滤波组件耦连，此初级A/D转换器根据模拟电压信号产生第一数字电压信号并根据模拟电流信号产生第一数字电流信号，第一数字电压信号与第一数字电流信号规定数字功率信号；
所述初级A/D转换器具有双信道能力使得第一数字电压信号与第一数字电流信号同步。
3.如权利要求2的探测分析系统，其中滤波组件包括：
一个用于频带限制模拟电压信号的第一带通滤波器；以及
一个用于频带限制模拟电流信号的第二带通滤波器。
4.如权利要求2的探测分析系统，还包括一个布置在初级A/D转换器与数字处理单元之间用于临时存储第一数字电压信号与第一数字电流信号的第一存储器。
5.如权利要求2的探测分析系统，其中取样单元还从模拟信号中同时取样第二多个频率使得数字频谱信号还规定第二多个频率的信号电平。
6.如权利要求5的探测分析系统，其中取样单元还包括：
第二滤波组件，把模拟电压信号与模拟电流信号频带限制在一个第二预定带宽内，此第二预定带宽包括第二多个频率；以及
次级A/D转换器，同第二滤波组件耦连，此次级A/D转换器根据模拟电压信号产生第二数字电压信号并根据模拟电流信号产生第二数字电流信号，第二数字电压信号与第二数字电流信号规定数字功率信号；
所述次级A/D转换器具有双信道能力使得第二数字电压信号与第二数字电流信号同步。
7.如权利要求6的探测分析系统，还包括一个布置在次级A/D转换器与数字处理单元之间用于临时存储第二数字电压信号与第二数字电流信号的第二存储器。
8.如权利要求5的探测分析系统，其中第二多个频率包括一个第二基频与对应于第二基频的第二多个谐波频率。
9.如权利要求5的探测分析系统，其中数字处理单元包括一个用于同时处理在第一多个频率下与第二多个频率下的数字功率信号的宽带处理器。
10.如权利要求9的探测分析系统，其中宽带处理器包括：
开窗组件，用于对数字功率信号施加一个窗口函数；
快速傅里叶变换(FFT)组件，用于根据经开窗的数字功率信号计算离散傅里叶变换(DFT)数据；
直角坐标至极坐标变换器，用于根据DFT数据产生数字幅值信号与一个数字相位信号；以及
鉴频器，用于根据DFT数据产生数字频谱信号。
11.如权利要求10的探测分析系统，其中鉴频器包括：
一个用于向上取样DFT数据的频率内插器；以及
一个用于根据向上取样的DFT数据提高数字频谱信号的频谱分辨率的线性内插滤波器。
12.如权利要求1的探测分析系统，还包括一个用于根据模拟信号的信号电平选择性地调节模拟信号衰减的开关组件。
13.如权利要求12的探测分析系统，还包括一个用于根据一个来自数字处理单元的禁止信号选择性地禁止开关组件的开关控制器。
14.如权利要求1的探测分析系统，其中数字功率信号包括一个数字电压信号与一个数字电流信号，数字处理单元包括：
第一基带处理器，用于处理在第一多个频率下的数字电压信号；以及
第二基带处理器，用于处理在第一多个频率下的数字电流信号使得每个基带处理器具有一个相应的数字功率信号。
15.如权利要求14的探测分析系统，其中每个基带处理器包括：
数字频率合成器，用于产生一个有预定混合频率的数字混合信号；
数字复合混合器，用于根据数字混合信号下降变换相应的数字功率信号使得根据预定混合频率降低第一多个频率；
抽样组件，同数字复合混合器耦连，此抽样组件减少数字功率信号的数据量；
低通滤波器，同抽样组件耦连，此低通滤波器根据第一多个频率的一个基频而频带限制数字功率信号；
多相内插滤波器，同低通滤波器耦连，此内插滤波器根据数字功率信号与要求的取样速率产生一个同相信号与一个正交信号；
直角坐标至极坐标变换器，同内插滤波器耦连，此直角坐标至板坐标变换器根据同相信号与正交信号产生一个数字幅值信号与一个数字相位信号；以及
频率鉴别组件，同直角坐标至极坐标变换器耦连，此频率鉴别组件根据数字相位信号产生数字频谱信号。
16.如权利要求1的探测分析系统，其中第一多个频率包括一个第一基频与对应于第一基频的第一多个谐波频率。
17.一个用于射频(RF)探测分析系统的取样单元，此取样单元包括：
第一滤波组件，用于把模拟电压信号与模拟电流信号频带限制在一个第一预定带宽内，模拟电压信号与模拟电流信号有第一多个频率，第一预定带宽包括第一多个频率；以及
初级A/D转换器，同滤波组件耦连，此初级A/D转换器根据模拟电压信号产生一个第一数字电压信号并根据模拟电流号产生一个第一数字电流信号；
所述初级A/D转换器具有双信道能力使得第一数字电压信号与第一数字电流信号同步。
18.如权利要求17的取样单元，其中第一多个频率包括一个第一基频与对应于第一基频的第一多个谐波频率。
19.如权利要求17的取样单元，其中滤波组件包括：
一个用于频带限制模拟电压信号的第一带通滤波器；以及
一个用于频带限制模拟电流信号的第二带通滤波器。
20.如权利要求17的取样单元，还包括一个布置在初级A/D转换器与一个数字处理器之间用于临时存储第一数字电压信号与第一数字电流信号的第一存储器。
21.如权利要求17的取样单元，还包括：
第二滤波组件，用于把模拟电压信号与模拟电流信号频带限制在一个第二预定带宽内，模拟电压信号与模拟电流信号有第二多个频率，第二预定带宽包括第二多个频率；以及
次级A/D转换器，同第二滤波组件耦连，此次级A/D转换器根据模拟电压信号产生一个第二数字电压信号并根据模拟电流信号产生一个第二数字电流信号；
所述次级A/D转换器具有双信道能力使得第二数字电压信号与第二数字电流信号同步。
22.如权利要求21的取样单元，还包括一个布置在次级A/D转换器与一个数字处理器之间用于临时存储第二数字电压信号与第二数字电流信号的第二存储器。
23.如权利要求21的取样单元，其中第二多个频率包括一个第二基频与对应于第二基频的第二多个谐波频率。
24.一种用于分析供给等离子体室的射频(RF)功率的方法，此方法包括步骤：
从多个模拟信号中同时取样第一多个频率，这些模拟信号表征供给此室的RF功率；
根据模似信号产生数字功率信号；
产生具有预定混合频率的数字混合信号；
根据数字混合信号向下取样数字功率信号使得按照预定混合频率降低第一多个频率；
减少数字功率信号的数据量；
根据第一多个频率的一个基频而频带限制数字功率信号；
根据数字功率信号与要求的取样速率产生同相信号与正交信号；
根据同相信号与正交信号产生数字幅值信号与数字相位信号；
根据数字相位信号产生数字频谱信号；
所述数字频谱信号规定第一多个频率的信号电平。
25.如权利要求24的方法，还包括从模拟信号中同时取样第二多个频率使得数字频谱信号还规定第二多个频率的信号电平的步骤。
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