JPH118095A - プラズマに供給されるｒｆ電流を感知する装置及びこのような装置に使用する波形サンプリング回路 - Google Patents
プラズマに供給されるｒｆ電流を感知する装置及びこのような装置に使用する波形サンプリング回路Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 漂遊磁束による問題を解消又は軽減する。
【解決手段】 本装置はプラズマに電流を供給するＲＦ
導体３０を備え、導体は長さの一部分に沿って２つの部
分３０ａ，３０ｂに分割し、各部分に実質的に等しい電
流が流れるようにする。２つの部分間のギャップ３２に
はセンサデバイス４４を挿入し、ギャップの各側に１つ
づつ配置した第１、第２の誘導性ループＬ１、Ｌ２を備
え、ＲＦ導体にＲＦ電流が流れるときに発生する磁束
は、センサデバイスに対して各々逆方向にループに結合
する。電流方向に直角な漂遊磁束がセンサデバイスに対
して同じ方向にループに結合する場合には、ＲＦ電流に
より一方のループに誘起された電圧に加えられ、他方の
ループに誘起された電圧から差し引かれるような電圧を
ループに誘起する。ループを直列に接続することによ
り、漂遊磁束で誘起される電圧は、打ち消される傾向と
なる。
導体３０を備え、導体は長さの一部分に沿って２つの部
分３０ａ，３０ｂに分割し、各部分に実質的に等しい電
流が流れるようにする。２つの部分間のギャップ３２に
はセンサデバイス４４を挿入し、ギャップの各側に１つ
づつ配置した第１、第２の誘導性ループＬ１、Ｌ２を備
え、ＲＦ導体にＲＦ電流が流れるときに発生する磁束
は、センサデバイスに対して各々逆方向にループに結合
する。電流方向に直角な漂遊磁束がセンサデバイスに対
して同じ方向にループに結合する場合には、ＲＦ電流に
より一方のループに誘起された電圧に加えられ、他方の
ループに誘起された電圧から差し引かれるような電圧を
ループに誘起する。ループを直列に接続することによ
り、漂遊磁束で誘起される電圧は、打ち消される傾向と
なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、処理炉の
ようなプラズマチャンバにおいてプラズマに供給される
ＲＦ電流を感知する装置に係る。又、本発明は、とりわ
けこのような装置に使用するための波形サンプリング回
路にも係る。
ようなプラズマチャンバにおいてプラズマに供給される
ＲＦ電流を感知する装置に係る。又、本発明は、とりわ
けこのような装置に使用するための波形サンプリング回
路にも係る。
【０００２】
【従来の技術】処理炉においてプラズマに供給される電
力の電流−電圧特性を正確に測定することにより、プラ
ズマを監視して、プラズマプロセス（例えば、エッチン
グ又は付着）に関する有用な情報を与えると共に、その
プロセスを良好に制御することができる。
力の電流−電圧特性を正確に測定することにより、プラ
ズマを監視して、プラズマプロセス（例えば、エッチン
グ又は付着）に関する有用な情報を与えると共に、その
プロセスを良好に制御することができる。
【０００３】プラズマを特徴付けするために、チャンバ
内でプラズマに接触する表面における電流及び電圧波形
が必要とされる。チャンバ自体の固有のインピーダンス
のために、センサが配置されるチャンバ外部の点におけ
る電流及び電圧波形は、電極表面又はアンテナにおける
波形とは異なる。更に重要なことに、チャンバのインピ
ーダンスは、電流及び電圧波形の各周波数成分に異なっ
た影響を及ぼす。しかしながら、チャンバのインピーダ
ンスの値（Ｚ）は、１３．５６ＭＨｚの基本周波数（又
は他の通常の動作周波数）をもつ高調波に富んだ信号
を、放電を伴わずにチャンバに付与することにより確立
することができる。各高調波において、式Ｚ（ｗ）＝Ｖ
（ｗ）／Ｉ（ｗ）に従う。但し、Ｖ（ｗ）は、角周波数
ｗにおける複素電圧であり、そしてＩ（ｗ）は、複素電
流である。
内でプラズマに接触する表面における電流及び電圧波形
が必要とされる。チャンバ自体の固有のインピーダンス
のために、センサが配置されるチャンバ外部の点におけ
る電流及び電圧波形は、電極表面又はアンテナにおける
波形とは異なる。更に重要なことに、チャンバのインピ
ーダンスは、電流及び電圧波形の各周波数成分に異なっ
た影響を及ぼす。しかしながら、チャンバのインピーダ
ンスの値（Ｚ）は、１３．５６ＭＨｚの基本周波数（又
は他の通常の動作周波数）をもつ高調波に富んだ信号
を、放電を伴わずにチャンバに付与することにより確立
することができる。各高調波において、式Ｚ（ｗ）＝Ｖ
（ｗ）／Ｉ（ｗ）に従う。但し、Ｖ（ｗ）は、角周波数
ｗにおける複素電圧であり、そしてＩ（ｗ）は、複素電
流である。
【０００４】プラズマチャンバのインピーダンスネット
ワークを、図１に示すように、チャンバ抵抗、電極イン
ダクタンス、電極対接地点キャパシタンス、及び漂遊キ
ャパシタンスの４つの未知の値で表す場合には、最初の
５つの高調波Ｚ（ｗ１）、Ｚ（ｗ２）、Ｚ（ｗ３）、Ｚ
（ｗ４）及びＺ（ｗ５）の各々におけるチャンバのイン
ピーダンスの値を非直線的なサーチアルゴリズムに使用
して、プラズマが存在しないときのネットワークのイン
ピーダンスの最もあり得る値を確立することができる。
ネットワークインピーダンス値が確立されると、放電の
存在中に電極に存在する電流及び電圧波形を得ることが
できる。これらが分かると、真のプラズマインピーダン
スを得ることができる。この技術は、通常の動作中にプ
ラズマの状態を監視できるが、放電が存在しないときの
チャンバの電気的状態の尺度（チャンバネットワーク
値）も必要とする。これは、強力なプラズマ装置診断を
与えると共に、装置内のプラズマの診断も与える。
ワークを、図１に示すように、チャンバ抵抗、電極イン
ダクタンス、電極対接地点キャパシタンス、及び漂遊キ
ャパシタンスの４つの未知の値で表す場合には、最初の
５つの高調波Ｚ（ｗ１）、Ｚ（ｗ２）、Ｚ（ｗ３）、Ｚ
（ｗ４）及びＺ（ｗ５）の各々におけるチャンバのイン
ピーダンスの値を非直線的なサーチアルゴリズムに使用
して、プラズマが存在しないときのネットワークのイン
ピーダンスの最もあり得る値を確立することができる。
ネットワークインピーダンス値が確立されると、放電の
存在中に電極に存在する電流及び電圧波形を得ることが
できる。これらが分かると、真のプラズマインピーダン
スを得ることができる。この技術は、通常の動作中にプ
ラズマの状態を監視できるが、放電が存在しないときの
チャンバの電気的状態の尺度（チャンバネットワーク
値）も必要とする。これは、強力なプラズマ装置診断を
与えると共に、装置内のプラズマの診断も与える。
【０００５】ネットワークに流れる電流成分をプラズマ
に流れる電流成分から分離しそしてチャンバのインピー
ダンスの信頼し得る値を得るためには、チャンバ付近の
電流波形の非常に高い分解能の測定値を得ることが必要
である。又、両波形の複素値を得るためには、電流と電
圧との間の相対的な位相も必要である。
に流れる電流成分から分離しそしてチャンバのインピー
ダンスの信頼し得る値を得るためには、チャンバ付近の
電流波形の非常に高い分解能の測定値を得ることが必要
である。又、両波形の複素値を得るためには、電流と電
圧との間の相対的な位相も必要である。
【０００６】原理的には、電圧及び電流の測定は簡単で
ある。実際には、主な技術的な問題は、漂遊磁界からの
電流及び電圧センサのシールドが不充分なことによるも
のである。漂遊磁界から拾い上げる最重要な問題は、位
相への影響である。例えば、電流をＩ＝Ｉ0 Ｓｉｎ（ｗ
ｔ）で表し、そして電圧をＶ＝Ｖ0 Ｃｏｓ（ｗｔ）で表
すと、位相の測定に必要な精度が０．１°未満である場
合に、測定された電流及び電圧信号がほぼ等しいときに
は電流チャンネルと電圧チャンネルとの間のクロストー
クが−６０ｄＢ未満でなければならない。電圧チャンネ
ルの出力が電流信号を大巾に越える場合には、クロスト
ークの形成が更に甚だしくなる。クロストークによるこ
の位相ずれは、特に、プラズマに供給される真の電力の
計算において非常に重要となる。測定されている電流と
は異なる位相を有する漂遊磁束がセンサヘッドの外部か
ら電流ピックアップセンサを遮断する場合にも同様の問
題が生じる。位相ずれの他の原因は、原理的には、入念
な校正によって除去できるが、漂遊外部磁界の問題は除
去できない。
ある。実際には、主な技術的な問題は、漂遊磁界からの
電流及び電圧センサのシールドが不充分なことによるも
のである。漂遊磁界から拾い上げる最重要な問題は、位
相への影響である。例えば、電流をＩ＝Ｉ0 Ｓｉｎ（ｗ
ｔ）で表し、そして電圧をＶ＝Ｖ0 Ｃｏｓ（ｗｔ）で表
すと、位相の測定に必要な精度が０．１°未満である場
合に、測定された電流及び電圧信号がほぼ等しいときに
は電流チャンネルと電圧チャンネルとの間のクロストー
クが−６０ｄＢ未満でなければならない。電圧チャンネ
ルの出力が電流信号を大巾に越える場合には、クロスト
ークの形成が更に甚だしくなる。クロストークによるこ
の位相ずれは、特に、プラズマに供給される真の電力の
計算において非常に重要となる。測定されている電流と
は異なる位相を有する漂遊磁束がセンサヘッドの外部か
ら電流ピックアップセンサを遮断する場合にも同様の問
題が生じる。位相ずれの他の原因は、原理的には、入念
な校正によって除去できるが、漂遊外部磁界の問題は除
去できない。
【０００７】電流及び電圧信号を感知するための標準的
な解決策が図２に概略的に示されており、ここに示すよ
うに、導体１０に沿ってＲＦ電流がプラズマチャンバ
（図示せず）に流れる。導体１０は、接地された金属シ
ールド（ファラディシールド）１２で取り巻かれ、その
片側のみが図２に示されている。電流及び電圧信号は、
電流感知のための単一ループ１４と、電圧感知のための
キャパシタ１６とを用いて測定される。各センサ１４、
１６は、各々の従来型のＢＮＣコネクタ２０を経て各々
の５０Ω抵抗１８に直列に接続される。抵抗１８に発生
する電圧Ｖi 及びＶV は、次の式で与えられる。 Ｖi ＝ＭｄＩ／ｄｔ、及びＶV ＝ＲＣｄＶ／ｄｔ 但し、Ｍは、ループ１４と電流路１０との間の相互イン
ダクタンスであり、Ｃは電流路１０と５０Ω抵抗１８を
経ての接地点との間のキャパシタンスであり、そしてＩ
及びＶは、各々、ＲＦ導体１０に流れるＲＦ電流及び電
圧である。
な解決策が図２に概略的に示されており、ここに示すよ
うに、導体１０に沿ってＲＦ電流がプラズマチャンバ
（図示せず）に流れる。導体１０は、接地された金属シ
ールド（ファラディシールド）１２で取り巻かれ、その
片側のみが図２に示されている。電流及び電圧信号は、
電流感知のための単一ループ１４と、電圧感知のための
キャパシタ１６とを用いて測定される。各センサ１４、
１６は、各々の従来型のＢＮＣコネクタ２０を経て各々
の５０Ω抵抗１８に直列に接続される。抵抗１８に発生
する電圧Ｖi 及びＶV は、次の式で与えられる。 Ｖi ＝ＭｄＩ／ｄｔ、及びＶV ＝ＲＣｄＶ／ｄｔ 但し、Ｍは、ループ１４と電流路１０との間の相互イン
ダクタンスであり、Ｃは電流路１０と５０Ω抵抗１８を
経ての接地点との間のキャパシタンスであり、そしてＩ
及びＶは、各々、ＲＦ導体１０に流れるＲＦ電流及び電
圧である。
【０００８】Ｖi 及びＶV が得られると、波形サンプリ
ング回路を使用し、例えば、ｆ1 ＝１３．５６からｆs
＝６７．８ＭＨｚまでのフーリエ成分の振幅及び位相を
抽出する。これは、従来、サンプル周波数ｆs ≧ｆ
ny（ｆs は、ｆnyに等しいか又はそれより大きい）を用
いて高速サンプリングによって行われる。但し、ｆ
nyは、２ｘｆa に等しいナイキスト周波数であり、そし
てｆa は、アナログ帯域巾である。上記の例では、ｆa
≧６７．８ＭＨｚである。しかしながら、信号対雑音比
（ＳＮＲ）は、この高い変換速度ｆs で動作するために
現在入手できる高速フラッシュコンバータの低いビット
分解能により制限される。ＳＮＲの式は、次の通りであ
る。 ＳＮＲ＝６．０２ｎ＋１．６ｄＢ＋１０ｌｏｇ10（ｆs
／２ｆa ） 但し、ｎはコンバータのビット数であり、そして５０ｄ
Ｂの典型的なＳＮＲが考えられる。この解決策は、高い
サンプリング速度ｆs で変換された値を記憶するために
高速ＲＡＭを使用する必要があるので、経費がかかる。
１２ビットコンバータを使用して、米国特許第５，５６
５，７３７号に開示されたように、所要のサンプルレー
トを１３．５６ＭＨｚ以下に減少するためにエイリアシ
ングにより改善が得られる。アナログ帯域巾は、依然と
して非常に大きいので、ＳＮＲは約５０ｄＢに維持され
るが、安価な部品を使用することができ、そして１２ビ
ットコンバータの使用によりダイナミックレンジが増加
される。
ング回路を使用し、例えば、ｆ1 ＝１３．５６からｆs
＝６７．８ＭＨｚまでのフーリエ成分の振幅及び位相を
抽出する。これは、従来、サンプル周波数ｆs ≧ｆ
ny（ｆs は、ｆnyに等しいか又はそれより大きい）を用
いて高速サンプリングによって行われる。但し、ｆ
nyは、２ｘｆa に等しいナイキスト周波数であり、そし
てｆa は、アナログ帯域巾である。上記の例では、ｆa
≧６７．８ＭＨｚである。しかしながら、信号対雑音比
（ＳＮＲ）は、この高い変換速度ｆs で動作するために
現在入手できる高速フラッシュコンバータの低いビット
分解能により制限される。ＳＮＲの式は、次の通りであ
る。 ＳＮＲ＝６．０２ｎ＋１．６ｄＢ＋１０ｌｏｇ10（ｆs
／２ｆa ） 但し、ｎはコンバータのビット数であり、そして５０ｄ
Ｂの典型的なＳＮＲが考えられる。この解決策は、高い
サンプリング速度ｆs で変換された値を記憶するために
高速ＲＡＭを使用する必要があるので、経費がかかる。
１２ビットコンバータを使用して、米国特許第５，５６
５，７３７号に開示されたように、所要のサンプルレー
トを１３．５６ＭＨｚ以下に減少するためにエイリアシ
ングにより改善が得られる。アナログ帯域巾は、依然と
して非常に大きいので、ＳＮＲは約５０ｄＢに維持され
るが、安価な部品を使用することができ、そして１２ビ
ットコンバータの使用によりダイナミックレンジが増加
される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】Ｖi 及びＶv を得るた
めの図２に示す既知の装置に伴う問題は、ＲＦ導体の外
部のソースから発せられる漂遊磁束の存在によってルー
プ１４による電流測定の精度が減少されることである。
めの図２に示す既知の装置に伴う問題は、ＲＦ導体の外
部のソースから発せられる漂遊磁束の存在によってルー
プ１４による電流測定の精度が減少されることである。
【００１０】上記の既知の波形サンプリング技術に伴う
問題は、ＳＮＲ値が低いために真のプラズマ電流及び電
圧の計算が困難となる上に、非コヒレントなサンプリン
グを使用するために記録時間が厳密な整数サイクルを含
まないことである。それ故、フーリエ変換における周波
数サイドローブを減少するのにサンプルの時間重み付け
が必要となり、しかも、適度な値の位相分解能を得るた
めに大きなサンプルセットが必要になる。又、サンプリ
ングの周波数は、測定されるべき信号の基本周波数によ
り決定され、システムは、チャックをバイアスしそして
新規な診断装置及びセンサを開発するために現在使用さ
れる広範囲な周波数（１００ＫＨｚないし２７ＭＨｚ）
を取り扱うことができない。
問題は、ＳＮＲ値が低いために真のプラズマ電流及び電
圧の計算が困難となる上に、非コヒレントなサンプリン
グを使用するために記録時間が厳密な整数サイクルを含
まないことである。それ故、フーリエ変換における周波
数サイドローブを減少するのにサンプルの時間重み付け
が必要となり、しかも、適度な値の位相分解能を得るた
めに大きなサンプルセットが必要になる。又、サンプリ
ングの周波数は、測定されるべき信号の基本周波数によ
り決定され、システムは、チャックをバイアスしそして
新規な診断装置及びセンサを開発するために現在使用さ
れる広範囲な周波数（１００ＫＨｚないし２７ＭＨｚ）
を取り扱うことができない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、プラズマに供給されるＲＦ電流を感知する装置であ
って、漂遊磁束により生じる問題を排除又は軽減する改
良された装置を提供することである。本発明の第２の目
的は、比較的低コストの解決策を維持しながらサンプリ
ング電子回路の分解能を著しく高めることのできる改良
された波形サンプリング回路を提供することである。
は、プラズマに供給されるＲＦ電流を感知する装置であ
って、漂遊磁束により生じる問題を排除又は軽減する改
良された装置を提供することである。本発明の第２の目
的は、比較的低コストの解決策を維持しながらサンプリ
ング電子回路の分解能を著しく高めることのできる改良
された波形サンプリング回路を提供することである。
【００１２】従って、第１の目的に関し、本発明は、プ
ラズマに供給されるＲＦ電流を感知する装置において、
プラズマに電流を供給するＲＦ導体を備え、このＲＦ導
体は、その長さの一部分に沿って２つの部分に分割さ
れ、各部分には実質的に等しい電流が流れるようにさ
れ、更に、この導体の２つの部分間のギャップに挿入さ
れるセンサデバイスを備え、このセンサデバイスは、上
記ギャップの各側に１つづつ配置された第１及び第２の
誘導性ループを含み、ＲＦ導体に沿ってＲＦ電流が流れ
るときには、そのＲＦ電流により発生される導体の周り
の磁束がセンサデバイスに対して各々逆方向にループに
結合し、これにより、電流方向に直角で、センサデバイ
スに対して同じ方向にループに結合する漂遊磁束は、Ｒ
Ｆ電流により一方のループに誘起された電圧に加えられ
ると共に、ＲＦ電流により他方のループの誘起された電
圧から差し引かれる電圧を各々ループに誘起することを
特徴とする装置を提供する。
ラズマに供給されるＲＦ電流を感知する装置において、
プラズマに電流を供給するＲＦ導体を備え、このＲＦ導
体は、その長さの一部分に沿って２つの部分に分割さ
れ、各部分には実質的に等しい電流が流れるようにさ
れ、更に、この導体の２つの部分間のギャップに挿入さ
れるセンサデバイスを備え、このセンサデバイスは、上
記ギャップの各側に１つづつ配置された第１及び第２の
誘導性ループを含み、ＲＦ導体に沿ってＲＦ電流が流れ
るときには、そのＲＦ電流により発生される導体の周り
の磁束がセンサデバイスに対して各々逆方向にループに
結合し、これにより、電流方向に直角で、センサデバイ
スに対して同じ方向にループに結合する漂遊磁束は、Ｒ
Ｆ電流により一方のループに誘起された電圧に加えられ
ると共に、ＲＦ電流により他方のループの誘起された電
圧から差し引かれる電圧を各々ループに誘起することを
特徴とする装置を提供する。
【００１３】従って、ループに誘起された電圧を加える
ことにより、例えば、それらを直列に接続することによ
り、漂遊磁束により誘起される電圧が打ち消される傾向
となる。図２の既知のセンサ技術に伴う更に別の問題
は、ファラディシールドに流れるＲＦ電流によってシー
ルド作用が不充分となり、電流感知ループの付近に強力
な電界があってループに電圧及び電流を感知させ（クロ
ストーク）、そして電圧感知点と電流感知点との間に物
理的な分離があることである。これらの問題は、本発明
の実施形態では、第１及び第２ループの間でＲＦ導体の
ギャップに配置されたキャパシタと、第１及び第２ルー
プに整列してその両側に配置されたファラディシールド
を、センサヘッドと共に設けることにより、解消又は軽
減される。
ことにより、例えば、それらを直列に接続することによ
り、漂遊磁束により誘起される電圧が打ち消される傾向
となる。図２の既知のセンサ技術に伴う更に別の問題
は、ファラディシールドに流れるＲＦ電流によってシー
ルド作用が不充分となり、電流感知ループの付近に強力
な電界があってループに電圧及び電流を感知させ（クロ
ストーク）、そして電圧感知点と電流感知点との間に物
理的な分離があることである。これらの問題は、本発明
の実施形態では、第１及び第２ループの間でＲＦ導体の
ギャップに配置されたキャパシタと、第１及び第２ルー
プに整列してその両側に配置されたファラディシールド
を、センサヘッドと共に設けることにより、解消又は軽
減される。
【００１４】第２の目的に関して、本発明は、波形の基
本周波数をｆとしそして共通の因数をもたない整数をＭ
及びＮとすれば、サンプリング周波数ｆs ＝ｆ（Ｍ／
Ｎ）で波形をサンプリングする手段を備えた波形サンプ
リング回路を提供する。本発明による波形サンプリング
回路は、汎用のものであり、プラズマチャンバのＲＦ導
体に挿入されるセンサデバイスにより形成されるのも以
外の波形をサンプリングするのにも使用できることを理
解されたい。
本周波数をｆとしそして共通の因数をもたない整数をＭ
及びＮとすれば、サンプリング周波数ｆs ＝ｆ（Ｍ／
Ｎ）で波形をサンプリングする手段を備えた波形サンプ
リング回路を提供する。本発明による波形サンプリング
回路は、汎用のものであり、プラズマチャンバのＲＦ導
体に挿入されるセンサデバイスにより形成されるのも以
外の波形をサンプリングするのにも使用できることを理
解されたい。
【００１５】
【発明の実施の形態】図３を参照すれば、本発明の実施
形態による装置は、平らな導電性の銅ストリップ３０の
形態のＲＦ導体を含み、これに沿ってＲＦ電流がプラズ
マチャンバのプラズマ（図示せず）へ供給される。導電
性ストリップ３０の中心に沿って電流の方向にスロット
３２が延びている。このスロット３２は、導電性ストリ
ップ３０を長手方向に実質的に等しい巾の２つの部分３
０ａ、３０ｂに分割し、各部分には、使用中に、実質的
に等しい電流が流れる。
形態による装置は、平らな導電性の銅ストリップ３０の
形態のＲＦ導体を含み、これに沿ってＲＦ電流がプラズ
マチャンバのプラズマ（図示せず）へ供給される。導電
性ストリップ３０の中心に沿って電流の方向にスロット
３２が延びている。このスロット３２は、導電性ストリ
ップ３０を長手方向に実質的に等しい巾の２つの部分３
０ａ、３０ｂに分割し、各部分には、使用中に、実質的
に等しい電流が流れる。
【００１６】絶縁ハウジング３４は、上方部分３４ａ及
び下方部分３４ｂを含む（この説明において、「上
方」、「下方」、「水平」及び「垂直」のような向きの
用語は、添付図面で見たときの部品の向きに関するもの
で、使用中の特定の向きを意味するものではない）。ハ
ウジング３４の下方部分３４ｂは、導電性ストリップ３
０を受け入れるためにこのストリップと同じ巾のチャン
ネル３６ｂを有し、そして上方部分３４ａは、チャンネ
ル３６ｂに対して相補的な断面をした突起３６ａを有す
る。
び下方部分３４ｂを含む（この説明において、「上
方」、「下方」、「水平」及び「垂直」のような向きの
用語は、添付図面で見たときの部品の向きに関するもの
で、使用中の特定の向きを意味するものではない）。ハ
ウジング３４の下方部分３４ｂは、導電性ストリップ３
０を受け入れるためにこのストリップと同じ巾のチャン
ネル３６ｂを有し、そして上方部分３４ａは、チャンネ
ル３６ｂに対して相補的な断面をした突起３６ａを有す
る。
【００１７】２つのハウジング部分３４ａ、３４ｂは、
絶縁材料で作られたボルト３８により導電性ストリップ
３０にクランプされ、ボルト３８は、ハウジングの上方
部分３４ａ、導電性ストリップ３０及びハウジングの下
方部分３４ｂの各々の整列穴４０ａ、４０ｂ及び４０ｃ
に通される。従って、導電性ストリップ３０は、ハウジ
ング３４に対して良好に定められた位置においてチャン
ネル３６ｂのベースと突起３６ａの下面との間にクラン
プされる。ハウジングの下方部分３４ｂは、導電性スト
リップ３０のスロット３２の下に横たわるスロット４２
をチャンネル３６ｂに有している。
絶縁材料で作られたボルト３８により導電性ストリップ
３０にクランプされ、ボルト３８は、ハウジングの上方
部分３４ａ、導電性ストリップ３０及びハウジングの下
方部分３４ｂの各々の整列穴４０ａ、４０ｂ及び４０ｃ
に通される。従って、導電性ストリップ３０は、ハウジ
ング３４に対して良好に定められた位置においてチャン
ネル３６ｂのベースと突起３６ａの下面との間にクラン
プされる。ハウジングの下方部分３４ｂは、導電性スト
リップ３０のスロット３２の下に横たわるスロット４２
をチャンネル３６ｂに有している。
【００１８】ハウジング３４は、Ｔ字型のセンサヘッド
４４を含む。このセンサヘッド４４の水平上方クロスバ
ー４４ａは、ハウジングの上方部分３４ａに取り付けら
れ、センサヘッドの垂直の脚４４ｂは、導電性ストリッ
プ３０のスロット３２を通してチャンネル３６ｂのスロ
ット４２へと下方に延びる。
４４を含む。このセンサヘッド４４の水平上方クロスバ
ー４４ａは、ハウジングの上方部分３４ａに取り付けら
れ、センサヘッドの垂直の脚４４ｂは、導電性ストリッ
プ３０のスロット３２を通してチャンネル３６ｂのスロ
ット４２へと下方に延びる。
【００１９】センサヘッド４４の脚４４ｂには、第１及
び第２の直列接続された誘導性ループＬ１及びＬ２が埋
め込まれ、これらループは、ハウジング３４が上記のよ
うに導電性ストリップ３０にクランプされるときに、ス
トリップ３０に対して実質的に対称的にスロット３２の
上下に各々配置される。ループＬ１及びＬ２は、同じ面
積を有すると共に、以下に述べるように、導電性ストリ
ップ３０の長手方向軸に平行な各至近離間平面に配置さ
れる。従って、導電性ストリップ３０に沿ってＲＦ電流
が流れるときには、ＲＦ電流により発生される導電性ス
トリップ３０の周りの磁束が、センサヘッドに対して各
々逆方向にループＬ１及びＬ２に結合する。以下に説明
するように、ループＬ１及びＬ２による容量性のピック
アップを防止又は減少するために、これらループは、ヘ
ッド４４内に形成された接地されたファラディシールド
により遮蔽される。これらシールドは、ループの内部を
カバーせず、渦電流の発生を回避するために完全なもの
ではない。
び第２の直列接続された誘導性ループＬ１及びＬ２が埋
め込まれ、これらループは、ハウジング３４が上記のよ
うに導電性ストリップ３０にクランプされるときに、ス
トリップ３０に対して実質的に対称的にスロット３２の
上下に各々配置される。ループＬ１及びＬ２は、同じ面
積を有すると共に、以下に述べるように、導電性ストリ
ップ３０の長手方向軸に平行な各至近離間平面に配置さ
れる。従って、導電性ストリップ３０に沿ってＲＦ電流
が流れるときには、ＲＦ電流により発生される導電性ス
トリップ３０の周りの磁束が、センサヘッドに対して各
々逆方向にループＬ１及びＬ２に結合する。以下に説明
するように、ループＬ１及びＬ２による容量性のピック
アップを防止又は減少するために、これらループは、ヘ
ッド４４内に形成された接地されたファラディシールド
により遮蔽される。これらシールドは、ループの内部を
カバーせず、渦電流の発生を回避するために完全なもの
ではない。
【００２０】センサヘッド４４内において、ループＬ１
及びＬ２は、接地されたファラディシールドの１つと、
出力端子４６との間に直列に接続される。出力端子は、
ハウジング部分３４ａにおいて、図２について述べたも
のに等しい電圧Ｖi を発生するために５０Ω抵抗（図示
せず）を経て標準的なＢＮＣコネクタ４８に電気的に接
続される。この電圧Ｖi は、導電性ストリップ３０に流
れるＲＦ電流によって発生された磁束と、何らかの漂遊
磁束とによりループＬ１及びＬ２に誘起される個々の電
圧の和である。
及びＬ２は、接地されたファラディシールドの１つと、
出力端子４６との間に直列に接続される。出力端子は、
ハウジング部分３４ａにおいて、図２について述べたも
のに等しい電圧Ｖi を発生するために５０Ω抵抗（図示
せず）を経て標準的なＢＮＣコネクタ４８に電気的に接
続される。この電圧Ｖi は、導電性ストリップ３０に流
れるＲＦ電流によって発生された磁束と、何らかの漂遊
磁束とによりループＬ１及びＬ２に誘起される個々の電
圧の和である。
【００２１】漂遊磁束がない場合は、ループが実質的に
同じ面積であって且つ導電性ストリップ３０の上下に対
称的に配置されると仮定すれば、出力電圧は、導電性ス
トリップ３０に流れる電流により各ループに誘起される
電圧をＶとすれば、Ｖi ＝Ｖ＋Ｖ＝２Ｖとなる。
同じ面積であって且つ導電性ストリップ３０の上下に対
称的に配置されると仮定すれば、出力電圧は、導電性ス
トリップ３０に流れる電流により各ループに誘起される
電圧をＶとすれば、Ｖi ＝Ｖ＋Ｖ＝２Ｖとなる。
【００２２】しかしながら、電流方向に直角で、センサ
ヘッド４４に対して同じ方向にループＬ１、Ｌ２に結合
する漂遊磁束は、ＲＦ電流により一方のループに誘起さ
れる電圧に加えられると共に、ＲＦ電流により他方のル
ープに誘起される電圧から差し引かれるような電圧をル
ープＬ１、Ｌ２に各々誘起する。それ故、端子４６にお
ける全誘起電圧Ｖi は、この場合、漂遊磁束がヘッド４
４の領域において均一であると仮定し、漂遊磁束によっ
て各ループに誘起される電圧をＶS とすれば、Ｖi ＝
（Ｖ＋ＶS ）＋（Ｖ−ＶS ）＝２Ｖとなる。それ故、漂
遊磁束により誘起される電圧は、打ち消されるか、又は
漂遊磁束が仮定したように均一でない場合には少なくと
も一部分が打ち消される。
ヘッド４４に対して同じ方向にループＬ１、Ｌ２に結合
する漂遊磁束は、ＲＦ電流により一方のループに誘起さ
れる電圧に加えられると共に、ＲＦ電流により他方のル
ープに誘起される電圧から差し引かれるような電圧をル
ープＬ１、Ｌ２に各々誘起する。それ故、端子４６にお
ける全誘起電圧Ｖi は、この場合、漂遊磁束がヘッド４
４の領域において均一であると仮定し、漂遊磁束によっ
て各ループに誘起される電圧をＶS とすれば、Ｖi ＝
（Ｖ＋ＶS ）＋（Ｖ−ＶS ）＝２Ｖとなる。それ故、漂
遊磁束により誘起される電圧は、打ち消されるか、又は
漂遊磁束が仮定したように均一でない場合には少なくと
も一部分が打ち消される。
【００２３】ループＬ１、Ｌ２によりＲＦ電流が測定さ
れるのと同じＲＦ導体に沿った位置においてＲＦ電圧を
測定するために、センサヘッド４４は、ループＬ１とＬ
２との間に並列プレートキャパシタＣ１を備えている。
ヘッド４４が上記のように導電性ストリップ３０に組み
立てられるときには、キャパシタが導電性ストリップ３
０のスロット３２に配置される。キャパシタＣ１は、ヘ
ッド４４の両方の外面に配置された２つの電極（図３で
は一方しか見えない）より成り、その各々は、スロット
３２の隣接縁に直接半田付けされ、電流搬送ストリップ
３０にしっかりと機械的及び電気的に接続される。
れるのと同じＲＦ導体に沿った位置においてＲＦ電圧を
測定するために、センサヘッド４４は、ループＬ１とＬ
２との間に並列プレートキャパシタＣ１を備えている。
ヘッド４４が上記のように導電性ストリップ３０に組み
立てられるときには、キャパシタが導電性ストリップ３
０のスロット３２に配置される。キャパシタＣ１は、ヘ
ッド４４の両方の外面に配置された２つの電極（図３で
は一方しか見えない）より成り、その各々は、スロット
３２の隣接縁に直接半田付けされ、電流搬送ストリップ
３０にしっかりと機械的及び電気的に接続される。
【００２４】電流は、外側のキャパシタ電極から、ヘッ
ド４４に埋め込まれた図３では見えない内側のキャパシ
タ電極へと流れる。内側のキャパシタ電極から、電流
は、ヘッド４４の更に別の出力端子５０及び更に別の５
０Ω抵抗（図示せず）を経てハウジングの上方部分３４
ａの第２のＢＮＣコネクタ５２へ流れる。これは、潜在
的な分割器を形成し、５０Ω抵抗の電圧ＶV は、図２に
ついて述べたように電流搬送ストリップ３０の電圧に関
連したものとなる。ＢＮＣコネクタ４８及び５２に発生
する電圧Ｖi 及びＶV は、以下に述べる波形サンプリン
グ回路へと送られる。
ド４４に埋め込まれた図３では見えない内側のキャパシ
タ電極へと流れる。内側のキャパシタ電極から、電流
は、ヘッド４４の更に別の出力端子５０及び更に別の５
０Ω抵抗（図示せず）を経てハウジングの上方部分３４
ａの第２のＢＮＣコネクタ５２へ流れる。これは、潜在
的な分割器を形成し、５０Ω抵抗の電圧ＶV は、図２に
ついて述べたように電流搬送ストリップ３０の電圧に関
連したものとなる。ＢＮＣコネクタ４８及び５２に発生
する電圧Ｖi 及びＶV は、以下に述べる波形サンプリン
グ回路へと送られる。
【００２５】図４及び５に示すように、この実施形態で
は、センサヘッド４４は、ＲＦ導体３０における電流の
方向に平行に配置される絶縁材料の７つのＴ字型層Ｉ1
ないしＩ7 より成る積層構造体として製造され、各層
は、薄膜導電性材料の各パターンを支持する。図４に黒
く示されそして図５に斜線で示された導電性パターンは
標準的なプリント回路製造技術により層Ｉ1 ないしＩ7
に付着される。
は、センサヘッド４４は、ＲＦ導体３０における電流の
方向に平行に配置される絶縁材料の７つのＴ字型層Ｉ1
ないしＩ7 より成る積層構造体として製造され、各層
は、薄膜導電性材料の各パターンを支持する。図４に黒
く示されそして図５に斜線で示された導電性パターンは
標準的なプリント回路製造技術により層Ｉ1 ないしＩ7
に付着される。
【００２６】層Ｉ1 及びＩ6 は、厚みが１ｍｍないし２
ｍｍであり、ＰＴＦＥで作られる。層Ｉ2 ないしＩ5 及
びＩ7 は、厚みが０．３５６ｍｍであり、エポキシガラ
スの織物積層体で作られる。図５は、各導電性パターン
がどの表面に付着されるかを明確に示すために層Ｉ1 な
いしＩ7 を互いに若干離して示すが、実際には、それら
は、互いに上下に接合されて、一体的なヘッド４４を形
成する。これらの層はエポキシ樹脂を用いて接合され
る。
ｍｍであり、ＰＴＦＥで作られる。層Ｉ2 ないしＩ5 及
びＩ7 は、厚みが０．３５６ｍｍであり、エポキシガラ
スの織物積層体で作られる。図５は、各導電性パターン
がどの表面に付着されるかを明確に示すために層Ｉ1 な
いしＩ7 を互いに若干離して示すが、実際には、それら
は、互いに上下に接合されて、一体的なヘッド４４を形
成する。これらの層はエポキシ樹脂を用いて接合され
る。
【００２７】図４から明らかなように、誘導性ループＬ
１及びＬ２は、各々層Ｉ3 及びＩ4に薄膜導電性トラッ
クとして形成され、そして絶縁層Ｉ3 の導電性経路穴５
４、５６は、図６に概略的に示すように、ループＬ１及
びＬ２を直列に接続する。図６において明らかなよう
に、主として垂直トラック５８及び６０によって第３の
誘導性ループＬ３も形成され、これは、ループＬ１及び
Ｌ２に直角で且つそれらと直列である。ループＬ１及び
Ｌ２は、平行な平面に形成されるので、導電性ストリッ
プ３０に平行な漂遊磁束は二重ループ構造体に電圧を誘
起することが考えられる。第３のループＬ３は、ＲＦ導
体に平行な漂遊磁束に関してループＬ１、Ｌ２及びＬ３
に誘起された電圧が打ち消し合う傾向となるようにす
る。
１及びＬ２は、各々層Ｉ3 及びＩ4に薄膜導電性トラッ
クとして形成され、そして絶縁層Ｉ3 の導電性経路穴５
４、５６は、図６に概略的に示すように、ループＬ１及
びＬ２を直列に接続する。図６において明らかなよう
に、主として垂直トラック５８及び６０によって第３の
誘導性ループＬ３も形成され、これは、ループＬ１及び
Ｌ２に直角で且つそれらと直列である。ループＬ１及び
Ｌ２は、平行な平面に形成されるので、導電性ストリッ
プ３０に平行な漂遊磁束は二重ループ構造体に電圧を誘
起することが考えられる。第３のループＬ３は、ＲＦ導
体に平行な漂遊磁束に関してループＬ１、Ｌ２及びＬ３
に誘起された電圧が打ち消し合う傾向となるようにす
る。
【００２８】ループＬ１及びＬ２を含む平面に平行で且
つ電流方向に垂直な方向に漂遊磁束をピックアップする
ことはほとんどない。というのは、この方向のループの
面積が非常に小さいからである。しかしながら、この方
向の磁界成分を打ち消すために第４のループを追加する
こともできる。
つ電流方向に垂直な方向に漂遊磁束をピックアップする
ことはほとんどない。というのは、この方向のループの
面積が非常に小さいからである。しかしながら、この方
向の磁界成分を打ち消すために第４のループを追加する
こともできる。
【００２９】絶縁層Ｉ2 及びＩ5 は、上記のファラディ
フィールドを構成する導電性パターンＦ１及びＦ２を各
々有する。これらシールドは、ループＬ１及びＬ２の両
側でそれらに整列された各パターン化領域Ｆ１’、Ｆ
２’を有する。しかしながら、領域Ｆ１’、Ｆ２’は、
ループの内側をカバーせず、そして渦電流の発生を回避
するために完全なものではない。ファラディシールドＦ
１及びＦ２は、ハウジングの上方部分３４ａにおいて接
地される。
フィールドを構成する導電性パターンＦ１及びＦ２を各
々有する。これらシールドは、ループＬ１及びＬ２の両
側でそれらに整列された各パターン化領域Ｆ１’、Ｆ
２’を有する。しかしながら、領域Ｆ１’、Ｆ２’は、
ループの内側をカバーせず、そして渦電流の発生を回避
するために完全なものではない。ファラディシールドＦ
１及びＦ２は、ハウジングの上方部分３４ａにおいて接
地される。
【００３０】出力端子４６及び５０は、層Ｉ1 の露出外
面に形成される。直列接続されたループＬ１、Ｌ２及び
Ｌ３の一端は、層Ｉ1 及びＩ2 の整列された経路穴６２
を経て端子４６に接続され、そしてこれらループの他端
は、層Ｉ2 の経路穴６４を経てファラディシールドＦ１
に接続される。並列プレートキャパシタＣ１（図３）
は、層Ｉ1 及びＩ7 の外面に導電性パッドとして各々形
成された外部電極Ｐ１及びＰ２を有する。上記のよう
に、これらパッドは、導電性ストリップ３０のスロット
３２の両縁に直接半田付けされる。内側のキャパシタ電
極は、層Ｉ6 にパッドＰ３として形成され、そして層Ｉ
1 ないしＩ5 の整列した経路穴６６を経て層Ｉ1 の出力
端子５０に接続される。３つのパッドＰ１、Ｐ２及びＰ
３は、全て、各層Ｉ1 、Ｉ7 及びＩ6 において互いに整
列される。
面に形成される。直列接続されたループＬ１、Ｌ２及び
Ｌ３の一端は、層Ｉ1 及びＩ2 の整列された経路穴６２
を経て端子４６に接続され、そしてこれらループの他端
は、層Ｉ2 の経路穴６４を経てファラディシールドＦ１
に接続される。並列プレートキャパシタＣ１（図３）
は、層Ｉ1 及びＩ7 の外面に導電性パッドとして各々形
成された外部電極Ｐ１及びＰ２を有する。上記のよう
に、これらパッドは、導電性ストリップ３０のスロット
３２の両縁に直接半田付けされる。内側のキャパシタ電
極は、層Ｉ6 にパッドＰ３として形成され、そして層Ｉ
1 ないしＩ5 の整列した経路穴６６を経て層Ｉ1 の出力
端子５０に接続される。３つのパッドＰ１、Ｐ２及びＰ
３は、全て、各層Ｉ1 、Ｉ7 及びＩ6 において互いに整
列される。
【００３１】センサヘッド４４は、種々のものが考えら
れる。本発明の第２の実施形態においては、キャパシタ
パッドＰ１及びＰ２は、Ｌ字型の区分としてセンサとは
別に形成される。各パッドは、ヘッド４４がＲＦ導体内
にあるときにセンサヘッドの各外面に接合される（図１
０）。この際に、層Ｉ7 は、排除され、そして層Ｉ1及
びＩ6 は、もはや回路を組み込む必要がない。むしろ、
上記では層Ｉ1 に形成された端子５０及び４６と、上記
では層Ｉ6 に形成されたパッドＰ３は、ここでは、層Ｉ
1 とＩ2 との間に配置された余分な柔軟な層ＩX に形成
され、従って、センサヘッド４４内の全ての回路は、こ
こでは、より耐久性のある外層Ｉ1 及びＩ6 により保護
される。
れる。本発明の第２の実施形態においては、キャパシタ
パッドＰ１及びＰ２は、Ｌ字型の区分としてセンサとは
別に形成される。各パッドは、ヘッド４４がＲＦ導体内
にあるときにセンサヘッドの各外面に接合される（図１
０）。この際に、層Ｉ7 は、排除され、そして層Ｉ1及
びＩ6 は、もはや回路を組み込む必要がない。むしろ、
上記では層Ｉ1 に形成された端子５０及び４６と、上記
では層Ｉ6 に形成されたパッドＰ３は、ここでは、層Ｉ
1 とＩ2 との間に配置された余分な柔軟な層ＩX に形成
され、従って、センサヘッド４４内の全ての回路は、こ
こでは、より耐久性のある外層Ｉ1 及びＩ6 により保護
される。
【００３２】第２の実施形態では、層Ｉ1 は、その他の
層よりも巾が広く、この層にはチャンネル６３が形成さ
れ、ここに他の層が入れられる。第２の実施形態では、
センサヘッド４４に形成された穴６５及び６７を通るボ
ルト（図示せず）により層が互いに機械的に保持され
る。
層よりも巾が広く、この層にはチャンネル６３が形成さ
れ、ここに他の層が入れられる。第２の実施形態では、
センサヘッド４４に形成された穴６５及び６７を通るボ
ルト（図示せず）により層が互いに機械的に保持され
る。
【００３３】図９に示す波形サンプリング回路は、電流
及び電圧感知装置のＢＮＣ端子４８及び５２に生じたＶ
i 及びＶV 信号の波形をサンプリングするのに使用され
る。この回路は、フーリエ変換機能において重み付けの
必要性を排除しそしてスペクトル分解能及び位相検出能
力を大巾に増大するコヒレントなサンプリング技術を使
用する。しかしながら、図９について説明する前に、図
７及び８を参照して、回路の動作原理を最初に説明す
る。
及び電圧感知装置のＢＮＣ端子４８及び５２に生じたＶ
i 及びＶV 信号の波形をサンプリングするのに使用され
る。この回路は、フーリエ変換機能において重み付けの
必要性を排除しそしてスペクトル分解能及び位相検出能
力を大巾に増大するコヒレントなサンプリング技術を使
用する。しかしながら、図９について説明する前に、図
７及び８を参照して、回路の動作原理を最初に説明す
る。
【００３４】コヒレントなサンプリングにおいて、サン
プリング周波数ｆs は、次の式で表される。 ｆs ＝ｆ（Ｍ／Ｎ） 但し、ｆは、サンプリングされる波形の基本周波数であ
り、そしてＭ及びＮは、整数である。これは、波形の各
連続する全数Ｎ個のサイクルにおいて波形がＭ回サンプ
リングされることを意味する。
プリング周波数ｆs は、次の式で表される。 ｆs ＝ｆ（Ｍ／Ｎ） 但し、ｆは、サンプリングされる波形の基本周波数であ
り、そしてＭ及びＮは、整数である。これは、波形の各
連続する全数Ｎ個のサイクルにおいて波形がＭ回サンプ
リングされることを意味する。
【００３５】Ｍ及びＮが共通の因数をもたない場合に
は、各Ｎサイクル周期（ここでは記録周期と称する）中
に全てのサンプルが波形に対して独特の位相にある。例
えば、図７は、ｆ＝２ＭＨｚ、Ｎ＝３及びＭ＝１０の場
合を示し、従って、ｆs ＝ｆ．１０／３＝６．６７ＭＨ
ｚである。図７において、サンプル１は、位相０°にお
いて波形を記録し、サンプル２は、位相１０８°におい
て波形を記録し、サンプル３は、位相２１６°において
波形を記録し、サンプル４は、位相３２４°において波
形を記録し、サンプル５は、位相７２°において波形を
記録し、サンプル６は、位相１８０°において波形を記
録し、サンプル７は、位相２８８°において波形を記録
し、サンプル８は、位相３６°において波形を記録し、
サンプル９は、位相１４４°において波形を記録し、サ
ンプル１０は、位相２５２°において波形を記録し、サ
ンプル１１は、位相０°において波形を記録し、そして
サンプル１２は、位相１０８°において波形を記録す
る。
は、各Ｎサイクル周期（ここでは記録周期と称する）中
に全てのサンプルが波形に対して独特の位相にある。例
えば、図７は、ｆ＝２ＭＨｚ、Ｎ＝３及びＭ＝１０の場
合を示し、従って、ｆs ＝ｆ．１０／３＝６．６７ＭＨ
ｚである。図７において、サンプル１は、位相０°にお
いて波形を記録し、サンプル２は、位相１０８°におい
て波形を記録し、サンプル３は、位相２１６°において
波形を記録し、サンプル４は、位相３２４°において波
形を記録し、サンプル５は、位相７２°において波形を
記録し、サンプル６は、位相１８０°において波形を記
録し、サンプル７は、位相２８８°において波形を記録
し、サンプル８は、位相３６°において波形を記録し、
サンプル９は、位相１４４°において波形を記録し、サ
ンプル１０は、位相２５２°において波形を記録し、サ
ンプル１１は、位相０°において波形を記録し、そして
サンプル１２は、位相１０８°において波形を記録す
る。
【００３６】一般に、サンプルＳは、次の位相において
波形を記録する。 ｒｅｍ360 〔（Ｓ−１）＊１０８〕 但し、式ｒｅｍX 〔Ｙ〕は、ＹをＸで除算したときの残
余を意味する。各サンプルは、波形に沿って１０８°進
み、そしてＭ及びＮは、共通の因数をもたないので、各
サンプルは、サンプル１１（即ちＭ＋１）までは異なる
位相となり、そこで、パターンが次の３（＝Ｎ）サイク
ルの記録周期に対して繰り返されることに注意された
い。繰り返されるパターンの位相は、第１のパターンと
同じであり、従って、サンプル１１がサンプル１に加算
されそしてメモリ位置ｍ1に記憶された場合には、位相
０°における波形の平均値が、メモリ位置ｍ1 の値を２
で除算したものに等しくなる。同様に、サンプル１２が
サンプル２に加算されそしてメモリ位置ｍ2 に記憶され
た場合には、位相１０８°における波形の平均値が、メ
モリ位置ｍ2 の値を２で除算したものに等しくなり、そ
してサンプル１３についても同様となる。
波形を記録する。 ｒｅｍ360 〔（Ｓ−１）＊１０８〕 但し、式ｒｅｍX 〔Ｙ〕は、ＹをＸで除算したときの残
余を意味する。各サンプルは、波形に沿って１０８°進
み、そしてＭ及びＮは、共通の因数をもたないので、各
サンプルは、サンプル１１（即ちＭ＋１）までは異なる
位相となり、そこで、パターンが次の３（＝Ｎ）サイク
ルの記録周期に対して繰り返されることに注意された
い。繰り返されるパターンの位相は、第１のパターンと
同じであり、従って、サンプル１１がサンプル１に加算
されそしてメモリ位置ｍ1に記憶された場合には、位相
０°における波形の平均値が、メモリ位置ｍ1 の値を２
で除算したものに等しくなる。同様に、サンプル１２が
サンプル２に加算されそしてメモリ位置ｍ2 に記憶され
た場合には、位相１０８°における波形の平均値が、メ
モリ位置ｍ2 の値を２で除算したものに等しくなり、そ
してサンプル１３についても同様となる。
【００３７】一般に、Ｍ個のメモリ位置ｍ1 、ｍ2 ・・
・ｍM があり、そしてＳ番目のサンプル値がメモリ位置
ｍQ に入れられる。但し、Ｑ＝ｒｅｍM 〔Ｓ〕である。
これは、波形の同じ位相において得られたサンプルのみ
が同じメモリ位置に記憶されるよう保証する。記憶プロ
セスは、何千もの記録周期に対して累積的に継続するこ
とができ、従って、メモリ位置ｍ1 ないしｍM の各々
は、多数のサンプルの和を含むが、位相順ではない。次
いで、各々のサンプリングされた位相における波形の平
均値が、累積和をＮａで除算することにより与えられ
る。但し、Ｎａは、各メモリ位置に追加されるサンプル
の数の整数値である。
・ｍM があり、そしてＳ番目のサンプル値がメモリ位置
ｍQ に入れられる。但し、Ｑ＝ｒｅｍM 〔Ｓ〕である。
これは、波形の同じ位相において得られたサンプルのみ
が同じメモリ位置に記憶されるよう保証する。記憶プロ
セスは、何千もの記録周期に対して累積的に継続するこ
とができ、従って、メモリ位置ｍ1 ないしｍM の各々
は、多数のサンプルの和を含むが、位相順ではない。次
いで、各々のサンプリングされた位相における波形の平
均値が、累積和をＮａで除算することにより与えられ
る。但し、Ｎａは、各メモリ位置に追加されるサンプル
の数の整数値である。
【００３８】図７に示す特定の実施形態に戻ると、サン
プル周波数ｆs が、サンプリングされる波形の基本周波
数ｆ（＝２ＭＨｚ）の１０／３倍であるときには、サン
プリングにより発生される波形は、基本周波数を含む
が、０ないし３．３３ＭＨｚのナイキスト周波数帯域内
で高調波（４ＭＨｚ、６ＭＨｚ、８ＭＨｚ、１０ＭＨｚ
・・・）を再現するエイリアシングの影響により高調波
が悪化する。
プル周波数ｆs が、サンプリングされる波形の基本周波
数ｆ（＝２ＭＨｚ）の１０／３倍であるときには、サン
プリングにより発生される波形は、基本周波数を含む
が、０ないし３．３３ＭＨｚのナイキスト周波数帯域内
で高調波（４ＭＨｚ、６ＭＨｚ、８ＭＨｚ、１０ＭＨｚ
・・・）を再現するエイリアシングの影響により高調波
が悪化する。
【００３９】しかしながら、連続するメモリ位置に、位
相の増加するランクでサンプル値が含まれるように、図
７の連続するサンプル値が不連続のメモリ位置に記憶さ
れる場合は、基本周波数の１０倍の明らかなサンプリン
グレートで波形が再生され、そしてナイキスト限界は、
ここでは、Ｎ．ｆs ／２となる。これは１０ＭＨｚの有
効ナイキスト限界を与える。これが図８に示されてお
り、ｍ1 、ｍ8 、ｍ5 、ｍ2 、ｍ9 、ｍ6 、ｍ3 、
ｍ10、ｍ7 及びｍ4 が記憶装置における連続するメモリ
位置である。
相の増加するランクでサンプル値が含まれるように、図
７の連続するサンプル値が不連続のメモリ位置に記憶さ
れる場合は、基本周波数の１０倍の明らかなサンプリン
グレートで波形が再生され、そしてナイキスト限界は、
ここでは、Ｎ．ｆs ／２となる。これは１０ＭＨｚの有
効ナイキスト限界を与える。これが図８に示されてお
り、ｍ1 、ｍ8 、ｍ5 、ｍ2 、ｍ9 、ｍ6 、ｍ3 、
ｍ10、ｍ7 及びｍ4 が記憶装置における連続するメモリ
位置である。
【００４０】ここに示す実施形態におけるコヒレントな
サンプリングに関連した主たる改善は、Ｎ及びＭを適当
に選択することによりオペレータに適するように大きな
自由度でサンプリング周波数ｆs を選択できることであ
る。精度を確保するために、サンプリング周波数ｆ
s は、サンプリングされる波形の基本周波数から周波数
の乗算及び除算により導出されるのが好ましい。
サンプリングに関連した主たる改善は、Ｎ及びＭを適当
に選択することによりオペレータに適するように大きな
自由度でサンプリング周波数ｆs を選択できることであ
る。精度を確保するために、サンプリング周波数ｆ
s は、サンプリングされる波形の基本周波数から周波数
の乗算及び除算により導出されるのが好ましい。
【００４１】例えば、１３．５６ＭＨｚ又はそれに近い
周波数で波形をサンプリングしようとする場合に、Ｍ＝
３３及びＮ＝６７の値を選択することができる。このと
き、サンプリング周波数は、６．６７ＭＨｚとなる。こ
こで、波形の６７サイクルの各記録周期に３３個のサン
プルが３３個のサンプルが捕獲され、各サンプルは、独
特の位相にある。有効ナイキスト周波数は、ｆs ／２＊
Ｎ、即ち４４６．９ＭＨｚであり、これは、上記の６
７．８ＭＨｚの所要アナログ帯域巾より充分上である。
コヒレントなサンプリングの解決策は、ウインドウ化の
問題を被らないので、コンバータのＳＮＲ比のみにより
限定される精度に対して最初の５つの高調波を抽出する
のに３３個のサンプルで充分である。サンプル数が少な
いので高速フーリエ変換は不要であり、正確な積分（ル
ンゲ・クッタのような）を使用してフーリエサイン及び
コサイン積分を適当にプログラムされたＰＣ（パーソナ
ルコンピュータ）において得ることができ、そこから、
電圧及び電流信号の振幅及び位相を得ることができる。
周波数で波形をサンプリングしようとする場合に、Ｍ＝
３３及びＮ＝６７の値を選択することができる。このと
き、サンプリング周波数は、６．６７ＭＨｚとなる。こ
こで、波形の６７サイクルの各記録周期に３３個のサン
プルが３３個のサンプルが捕獲され、各サンプルは、独
特の位相にある。有効ナイキスト周波数は、ｆs ／２＊
Ｎ、即ち４４６．９ＭＨｚであり、これは、上記の６
７．８ＭＨｚの所要アナログ帯域巾より充分上である。
コヒレントなサンプリングの解決策は、ウインドウ化の
問題を被らないので、コンバータのＳＮＲ比のみにより
限定される精度に対して最初の５つの高調波を抽出する
のに３３個のサンプルで充分である。サンプル数が少な
いので高速フーリエ変換は不要であり、正確な積分（ル
ンゲ・クッタのような）を使用してフーリエサイン及び
コサイン積分を適当にプログラムされたＰＣ（パーソナ
ルコンピュータ）において得ることができ、そこから、
電圧及び電流信号の振幅及び位相を得ることができる。
【００４２】アナログ帯域巾が６７．８ＭＨｚに限定さ
れ、そして６．６７ＭＨｚのサンプリング周波数を使用
すると仮定すれば、ＳＮＲは、１０ビットＡ／Ｄコンバ
ータに対して約５０ｄＢであり、そして必要な全記録サ
ンプリング時間は、約５μｓに過ぎない。センサヘッド
４４のようなＩＶプローブに基づくプラズマ測定は、数
ミリ秒ないし数秒の時間スケールで更新することを必要
とする。それ故、ここに示す迅速なコヒレントなサンプ
リング技術は、平均化技術を使用してＳＮＲを改善する
機会を与えることができる。これは、必要なメモリ記憶
容量を低く維持し、且つデータをＰＣへ迅速にダウンロ
ードできるという効果を付加する。
れ、そして６．６７ＭＨｚのサンプリング周波数を使用
すると仮定すれば、ＳＮＲは、１０ビットＡ／Ｄコンバ
ータに対して約５０ｄＢであり、そして必要な全記録サ
ンプリング時間は、約５μｓに過ぎない。センサヘッド
４４のようなＩＶプローブに基づくプラズマ測定は、数
ミリ秒ないし数秒の時間スケールで更新することを必要
とする。それ故、ここに示す迅速なコヒレントなサンプ
リング技術は、平均化技術を使用してＳＮＲを改善する
機会を与えることができる。これは、必要なメモリ記憶
容量を低く維持し、且つデータをＰＣへ迅速にダウンロ
ードできるという効果を付加する。
【００４３】上記原理に基づいてＶi 及びＶV 波形をサ
ンプリングする回路の実施形態を図９を参照して以下に
説明する。処理は、電圧Ｖi 及びＶV の両方について本
質的に同じであるから、電圧ＶV の処理についてのみ説
明する。図９の説明では、Ｎ＝６７、Ｍ＝３３、及びＮ
ａ（各メモリ位置に累積的に記憶される同じ位相のサン
プルの数）＝６４と仮定する。
ンプリングする回路の実施形態を図９を参照して以下に
説明する。処理は、電圧Ｖi 及びＶV の両方について本
質的に同じであるから、電圧ＶV の処理についてのみ説
明する。図９の説明では、Ｎ＝６７、Ｍ＝３３、及びＮ
ａ（各メモリ位置に累積的に記憶される同じ位相のサン
プルの数）＝６４と仮定する。
【００４４】電圧ＶV は、プログラム可能な利得増幅器
７０を経て各サンプル／ホールド及びアナログ／デジタ
ルコンバータ（ＡＤＣ）７１に送られる。このコンバー
タにおいて、ＶV 波形は、サンプリング周波数ｆs で決
定されたレートでサンプリングされそしてアナログ／デ
ジタル変換される。以下に述べるように、サンプリング
周波数は、ＶV 波形の基本周波数から導出される。各々
のサンプリングされた値は、１０ビットワードとして、
２４ビット加算器７２の一方の入力へ送られ、この加算
器は、出力バッファ７３及び入力バッファ７４を有して
いる。回路の第１の実施形態においては、各バッファ７
３、７４は、少なくともＭワードのメモリを含み、各ワ
ードは、互いに加算されるＮａ個のサンプル値の累積結
果を記憶するのに充分な巾である。従って、Ｎａが６４
でありそして各サンプル値が１０ビットワードである場
合には、バッファ７３、７４は、２４ビット巾であるの
が好ましい。
７０を経て各サンプル／ホールド及びアナログ／デジタ
ルコンバータ（ＡＤＣ）７１に送られる。このコンバー
タにおいて、ＶV 波形は、サンプリング周波数ｆs で決
定されたレートでサンプリングされそしてアナログ／デ
ジタル変換される。以下に述べるように、サンプリング
周波数は、ＶV 波形の基本周波数から導出される。各々
のサンプリングされた値は、１０ビットワードとして、
２４ビット加算器７２の一方の入力へ送られ、この加算
器は、出力バッファ７３及び入力バッファ７４を有して
いる。回路の第１の実施形態においては、各バッファ７
３、７４は、少なくともＭワードのメモリを含み、各ワ
ードは、互いに加算されるＮａ個のサンプル値の累積結
果を記憶するのに充分な巾である。従って、Ｎａが６４
でありそして各サンプル値が１０ビットワードである場
合には、バッファ７３、７４は、２４ビット巾であるの
が好ましい。
【００４５】加算器／バッファ回路は、次のように機能
する。一連のＮａ個の記録周期の始めに、バッファ７３
及び７４がクリアされる。サンプル値は、周波数ｆs に
おいてＡＤＣにより出力される。各記録周期ごとに、入
力バッファ７３のアドレスＳの内容にサンプル値が加算
され、その結果が出力されて、出力バッファ７４の対応
アドレスＳに記憶される。次にサンプリングされる信号
値は、入力バッファ７３の次のアドレスＳ＋１に加算さ
れ、そして累積された結果が出力バッファ７４の対応ア
ドレスＳ＋１に記憶され、等々のように記録周期の終了
まで行われる。
する。一連のＮａ個の記録周期の始めに、バッファ７３
及び７４がクリアされる。サンプル値は、周波数ｆs に
おいてＡＤＣにより出力される。各記録周期ごとに、入
力バッファ７３のアドレスＳの内容にサンプル値が加算
され、その結果が出力されて、出力バッファ７４の対応
アドレスＳに記憶される。次にサンプリングされる信号
値は、入力バッファ７３の次のアドレスＳ＋１に加算さ
れ、そして累積された結果が出力バッファ７４の対応ア
ドレスＳ＋１に記憶され、等々のように記録周期の終了
まで行われる。
【００４６】各サンプル値ごとに、出力バッファ７４の
アドレスＳの内容は、入力バッファ７３の対応アドレス
Ｓへ転送される。次の記録周期の始めに、入力及び出力
バッファのアドレスＳは、０にリセットされ、従って、
記録周期における各サンプル値Ｓｎは、手前の記録周期
の対応するサンプル値に加算される。
アドレスＳの内容は、入力バッファ７３の対応アドレス
Ｓへ転送される。次の記録周期の始めに、入力及び出力
バッファのアドレスＳは、０にリセットされ、従って、
記録周期における各サンプル値Ｓｎは、手前の記録周期
の対応するサンプル値に加算される。
【００４７】又、各サンプル値に対し、出力バッファ７
４のアドレスの内容は、ルックアップテーブル７７の内
容により決定されたデュアルアクセスメモリの２つのバ
ンク７５、７６の一方の対応アドレスへと転送される。
ここに示す実施形態では、メモリ７５、７６の２つのバ
ンクが使用される。一方のバンクは、累積される情報を
収集しそして記憶するのに使用され、そして他方のバン
クは、読み取りに使用できる。これらバンクは、一方が
いっぱいになると切り換えられる。これは、システムが
データを連続的に収集し、そしてＳＮＲを最大にするこ
とができるようにする。デュアルアクセスメモリ７５、
７６へのアクセスが充分に高速の場合には、入力及び出
力バッファメモリ７３、７４を排除できることが明らか
である。この場合に、加算器７２への入力は、デュアル
アクセスメモリ７５、７６の出力から直接取り出すこと
ができ、そして加算器の出力は、その後、デュアルアク
セスメモリ７５、７６の同じアドレスにフィードバック
される。
４のアドレスの内容は、ルックアップテーブル７７の内
容により決定されたデュアルアクセスメモリの２つのバ
ンク７５、７６の一方の対応アドレスへと転送される。
ここに示す実施形態では、メモリ７５、７６の２つのバ
ンクが使用される。一方のバンクは、累積される情報を
収集しそして記憶するのに使用され、そして他方のバン
クは、読み取りに使用できる。これらバンクは、一方が
いっぱいになると切り換えられる。これは、システムが
データを連続的に収集し、そしてＳＮＲを最大にするこ
とができるようにする。デュアルアクセスメモリ７５、
７６へのアクセスが充分に高速の場合には、入力及び出
力バッファメモリ７３、７４を排除できることが明らか
である。この場合に、加算器７２への入力は、デュアル
アクセスメモリ７５、７６の出力から直接取り出すこと
ができ、そして加算器の出力は、その後、デュアルアク
セスメモリ７５、７６の同じアドレスにフィードバック
される。
【００４８】デュアルアクセスメモリ７５、７６を編成
する方法は多数ある。第１に、出力バッファ７４に記憶
されるある記録周期のサンプル値は、デュアルアクセス
メモリ７５、７６におけるサイズＭワードのバッファへ
転送される。デュアルアクセスメモリ７５、７６の１つ
のバッファは、１つおきの記録周期にオーバーライトさ
れ、従って、この場合、現在記録周期の累積値のみがメ
モリに記憶される。
する方法は多数ある。第１に、出力バッファ７４に記憶
されるある記録周期のサンプル値は、デュアルアクセス
メモリ７５、７６におけるサイズＭワードのバッファへ
転送される。デュアルアクセスメモリ７５、７６の１つ
のバッファは、１つおきの記録周期にオーバーライトさ
れ、従って、この場合、現在記録周期の累積値のみがメ
モリに記憶される。
【００４９】或いは又、デュアルアクセスメモリ７５、
７６を各々サイズＭワードの一連のバッファに分割する
こともできる。１つの記録周期から別の記録周期へと累
積されるサンプル値がデュアルアクセスメモリ７５、７
６の各バッファに記憶され、従って、現在記憶周期の累
積サンプル値が記憶されるだけでなく、記録周期Ａの累
積サンプル値と、その手前の記録周期Ａ−１の累積サン
プル値との差が記録周期Ａの実際のサンプル値を与え
る。
７６を各々サイズＭワードの一連のバッファに分割する
こともできる。１つの記録周期から別の記録周期へと累
積されるサンプル値がデュアルアクセスメモリ７５、７
６の各バッファに記憶され、従って、現在記憶周期の累
積サンプル値が記憶されるだけでなく、記録周期Ａの累
積サンプル値と、その手前の記録周期Ａ−１の累積サン
プル値との差が記録周期Ａの実際のサンプル値を与え
る。
【００５０】ある記録周期から別の記録周期へのサンプ
ル値の差は、あまり重要ではないことが明らかである。
しかしながら、多数の組の記録周期の累積信号値をデュ
アルアクセスメモリの各隣接バッファに記憶できること
も明らかである。ここに示す実施形態では、デュアルア
クセスメモリは、２５６ワードより成る。ここに示す例
では、各バッファは、６４の記録周期にわたって平均化
された１組の３３個のサンプルを含む。従って、６４の
記録周期の累積値を各々記憶する７つの個別の組の累積
記録周期の結果を含む７つのバッファ（７＊３３＝２３
１＜２５６）をデュアルアクセスメモリに記憶すること
ができる。
ル値の差は、あまり重要ではないことが明らかである。
しかしながら、多数の組の記録周期の累積信号値をデュ
アルアクセスメモリの各隣接バッファに記憶できること
も明らかである。ここに示す実施形態では、デュアルア
クセスメモリは、２５６ワードより成る。ここに示す例
では、各バッファは、６４の記録周期にわたって平均化
された１組の３３個のサンプルを含む。従って、６４の
記録周期の累積値を各々記憶する７つの個別の組の累積
記録周期の結果を含む７つのバッファ（７＊３３＝２３
１＜２５６）をデュアルアクセスメモリに記憶すること
ができる。
【００５１】これらの累積値をＰＣにおいて平均化する
と、ＳＮＲの改善された信号が与えられ、これは、次の
式を用いて計算される。 ＳＮＲNa＝５０＋２０＊Ｌｏｇ（Ｓｑｒ（Ｎａ）） 従って、Ｎａ＝６４個の平均では、ＳＮＲ64＝６８ｄＢ
である。これは、１３５．６ＭＨｚの全ナイキスト周波
数において動作する１２ビットコンバータに対し同様の
ＳＮＲを表す。平均の個数を６４＊２５６に増加するこ
とにより、必要なサンプルを読み取るのに要する時間
は、０．６秒となり、そしてＳＮＲは、ＳＮＲ64*256＝
９２ｄＢに改善される。
と、ＳＮＲの改善された信号が与えられ、これは、次の
式を用いて計算される。 ＳＮＲNa＝５０＋２０＊Ｌｏｇ（Ｓｑｒ（Ｎａ）） 従って、Ｎａ＝６４個の平均では、ＳＮＲ64＝６８ｄＢ
である。これは、１３５．６ＭＨｚの全ナイキスト周波
数において動作する１２ビットコンバータに対し同様の
ＳＮＲを表す。平均の個数を６４＊２５６に増加するこ
とにより、必要なサンプルを読み取るのに要する時間
は、０．６秒となり、そしてＳＮＲは、ＳＮＲ64*256＝
９２ｄＢに改善される。
【００５２】処理産業にとって重要なプラズマ処理環境
が変化するところの時間スケールは秒の程度であるの
で、現在、プロートタイプは、Ｎａ＝６４ないし１６３
８４の範囲で任意に平均化を行うことができ、これは、
１０ビットコンバータで６８ないし９２ｄＢの範囲のＳ
ＮＲを与える。これは、現状技術で考えられるＳＮＲの
著しい改善をもたらす。
が変化するところの時間スケールは秒の程度であるの
で、現在、プロートタイプは、Ｎａ＝６４ないし１６３
８４の範囲で任意に平均化を行うことができ、これは、
１０ビットコンバータで６８ないし９２ｄＢの範囲のＳ
ＮＲを与える。これは、現状技術で考えられるＳＮＲの
著しい改善をもたらす。
【００５３】ここに示す実施形態では、サンプル値は、
それらが出力バッファ７４に受け取られた順に記憶され
る。信号の正しい像を作り上げるためには、サンプルを
位相順に再編成することが必要である。サンプル値の再
編成は、ＰＣにおいてソフトウェアで達成できるが、こ
こに示す実施形態では、ルックアップテーブル７７を使
用して、サンプル値をデュアルアクセスメモリにおいて
位相順のシーケンスに向ける。ルックアップテーブル７
７の各ワードＣS の内容は、Ｓ番目のサンプル値が記憶
されたデュアルアクセスメモリ７５、７６内のバッファ
のオフセットアドレスに対応する。ルックアップテーブ
ルは、Ｎ又はＭが変化した場合にはＰＣにより更新され
る。あるアルゴリズムは、式φ（Ｓ）＝ｒｅｍ
360 〔（Ｓ−１）＊３６０＊Ｎ／Ｍ〕を用いて記録周期
における各サンプルＳの位相を含むアレーφを発生す
る。アレーφの内容は、次いで、それらの相対的な位相
順から減算される。従って、Ｍ＝１０及びＮ＝３の例を
用いると、φの内容は、１、８、５、２、９、６、３、
１０、７、４となる。次いで、アレーφは、ルックアッ
プテーブル７７に書き込まれ、該テーブルは、各サンプ
ル値をデュアルアクセスメモリ７５、７６の適当なオフ
セットアドレスへとベクトル処理する。
それらが出力バッファ７４に受け取られた順に記憶され
る。信号の正しい像を作り上げるためには、サンプルを
位相順に再編成することが必要である。サンプル値の再
編成は、ＰＣにおいてソフトウェアで達成できるが、こ
こに示す実施形態では、ルックアップテーブル７７を使
用して、サンプル値をデュアルアクセスメモリにおいて
位相順のシーケンスに向ける。ルックアップテーブル７
７の各ワードＣS の内容は、Ｓ番目のサンプル値が記憶
されたデュアルアクセスメモリ７５、７６内のバッファ
のオフセットアドレスに対応する。ルックアップテーブ
ルは、Ｎ又はＭが変化した場合にはＰＣにより更新され
る。あるアルゴリズムは、式φ（Ｓ）＝ｒｅｍ
360 〔（Ｓ−１）＊３６０＊Ｎ／Ｍ〕を用いて記録周期
における各サンプルＳの位相を含むアレーφを発生す
る。アレーφの内容は、次いで、それらの相対的な位相
順から減算される。従って、Ｍ＝１０及びＮ＝３の例を
用いると、φの内容は、１、８、５、２、９、６、３、
１０、７、４となる。次いで、アレーφは、ルックアッ
プテーブル７７に書き込まれ、該テーブルは、各サンプ
ル値をデュアルアクセスメモリ７５、７６の適当なオフ
セットアドレスへとベクトル処理する。
【００５４】信号ＶV 及びＶi がサンプリングされる周
波数ｆs は、波形の基本周波数にロックされる。ここに
示す実施形態では、これは、ローパスフィルタ７８を経
て信号ＶV をフィルタすることにより達成される。ここ
に示す実施形態では、フィルタ７８のカットオフ周波数
は、１５ＭＨｚに選択され、従って、７．５ないし１５
ＭＨｚの基本周波数の高調波が除去される。フィルタさ
れた信号は、弁別器７９、この場合には、マキシム・イ
ンテグレーテッド・プロダクトにより製造されたＭＡＸ
９６８６を経て送られ、デジタルパルス列が形成され
る。このパルス列は、位相固定ループ８０、この場合に
は、インテグレーテッド・サーキッツ・システムズ社に
より製造されたＡＶ９１１０を経て送られ、デジタルパ
ルス列におけるノイズ周波数変動がフィルタされる。位
相固定された信号は、シリアルにプログラムされた周波
数発生器８１、この場合もＡＶ９１１０を経て送られ、
これは、位相固定信号の周波数にＭを乗算しそしてその
周波数をＮで除算するようにＰＣによってプログラムさ
れる。これは、基本周波数の変動に関わりなく、Ｖi及
びＶV をコヒレントにサンプリングできるよう保証され
た周波数ｆs において出力クロックを与える。信号ｆs
は、次いで、サンプリングクロックを発生するＡＤＣに
送られると共に、ルックアップテーブル７７に送られ
て、その内容を通してステップし、そしてサンプル値を
デュアルアクセスメモリへと正しくベクトル処理する。
波数ｆs は、波形の基本周波数にロックされる。ここに
示す実施形態では、これは、ローパスフィルタ７８を経
て信号ＶV をフィルタすることにより達成される。ここ
に示す実施形態では、フィルタ７８のカットオフ周波数
は、１５ＭＨｚに選択され、従って、７．５ないし１５
ＭＨｚの基本周波数の高調波が除去される。フィルタさ
れた信号は、弁別器７９、この場合には、マキシム・イ
ンテグレーテッド・プロダクトにより製造されたＭＡＸ
９６８６を経て送られ、デジタルパルス列が形成され
る。このパルス列は、位相固定ループ８０、この場合に
は、インテグレーテッド・サーキッツ・システムズ社に
より製造されたＡＶ９１１０を経て送られ、デジタルパ
ルス列におけるノイズ周波数変動がフィルタされる。位
相固定された信号は、シリアルにプログラムされた周波
数発生器８１、この場合もＡＶ９１１０を経て送られ、
これは、位相固定信号の周波数にＭを乗算しそしてその
周波数をＮで除算するようにＰＣによってプログラムさ
れる。これは、基本周波数の変動に関わりなく、Ｖi及
びＶV をコヒレントにサンプリングできるよう保証され
た周波数ｆs において出力クロックを与える。信号ｆs
は、次いで、サンプリングクロックを発生するＡＤＣに
送られると共に、ルックアップテーブル７７に送られ
て、その内容を通してステップし、そしてサンプル値を
デュアルアクセスメモリへと正しくベクトル処理する。
【００５５】ここに示す実施形態では、波形Ｖi 及びＶ
V の基本周波数が未知であることが明らかである。これ
は、位相固定ループ８０の出力にカウンタを接続して、
所定時間周期におけるサイクル数をカウントし、ひいて
は、基本周波数の指示を与えることにより、容易に決定
することができる。以上、プラズマ環境におけるＲＦ電
流及び電圧を測定して、プラズマ又はプラズマプロセス
を監視し、診断し又は制御するための同期式の位相固定
サンプリングシステムの使用について説明した。このシ
ステムの効果は、広範囲な周波数にわたってサンプリン
グ周波数を選択する一方、振幅及び位相の正確な値を測
定できることである。又、このシステムは、少数のメモ
リ位置を使用して結果を記憶することができる。同期特
性により、信号を平均化して、非常に大きな値のＳＮＲ
を比較的安価な設計で得ることができる。同期検出は、
漏洩や、ウインドウ化機能の必要性を伴わずに、正確な
フーリエ成分を確立できるようにする。
V の基本周波数が未知であることが明らかである。これ
は、位相固定ループ８０の出力にカウンタを接続して、
所定時間周期におけるサイクル数をカウントし、ひいて
は、基本周波数の指示を与えることにより、容易に決定
することができる。以上、プラズマ環境におけるＲＦ電
流及び電圧を測定して、プラズマ又はプラズマプロセス
を監視し、診断し又は制御するための同期式の位相固定
サンプリングシステムの使用について説明した。このシ
ステムの効果は、広範囲な周波数にわたってサンプリン
グ周波数を選択する一方、振幅及び位相の正確な値を測
定できることである。又、このシステムは、少数のメモ
リ位置を使用して結果を記憶することができる。同期特
性により、信号を平均化して、非常に大きな値のＳＮＲ
を比較的安価な設計で得ることができる。同期検出は、
漏洩や、ウインドウ化機能の必要性を伴わずに、正確な
フーリエ成分を確立できるようにする。
【００５６】抵抗１８は、ＶV 信号の位相ずれを形成す
るが、これは、サンプル値の処理中にＰＣにより整流さ
れることに注意されたい。特許請求の範囲内で上記実施
形態の変更が考えられる。例えば、センサヘッドは、プ
リント回路技術により積層体又は誘導性ループとして製
造される必要がない。更に、誘導性ループＬ１及びＬ２
は、図示されたように各々単一ターンのみで構成される
必要がなく、マルチターンコイルでもよい。又、ループ
Ｌ１及びＬ２は、直列に接続される必要もない。例え
ば、それらの出力が適当な処理回路に個々に取り出され
る場合には、個々の誘起電圧（Ｖ＋ＶS ）及び（Ｖ＋Ｖ
S ）の加算をそこで行うことができる。
るが、これは、サンプル値の処理中にＰＣにより整流さ
れることに注意されたい。特許請求の範囲内で上記実施
形態の変更が考えられる。例えば、センサヘッドは、プ
リント回路技術により積層体又は誘導性ループとして製
造される必要がない。更に、誘導性ループＬ１及びＬ２
は、図示されたように各々単一ターンのみで構成される
必要がなく、マルチターンコイルでもよい。又、ループ
Ｌ１及びＬ２は、直列に接続される必要もない。例え
ば、それらの出力が適当な処理回路に個々に取り出され
る場合には、個々の誘起電圧（Ｖ＋ＶS ）及び（Ｖ＋Ｖ
S ）の加算をそこで行うことができる。
【００５７】更に、ループＬ１及びＬ２は、実質的に同
じアンペアターン数を有すると共にＲＦ導体の電流通流
方向に直角な実質的に平行な軸を有する（好ましい実施
形態のループＬ１及びＬ２と同様に）のが効果的である
が、これも絶対的に必要というのではない。というの
は、ループのアンバランスや対称性からのずれは、適当
に設計された処理回路において、少なくともある程度は
補償できるからである。この点について、ループの軸
は、ループを通過する変動する磁界の磁界線に平行に配
向したときに、その磁界に対してループに最大の誘起電
圧を発生するような方向をループに対してもつ。又、本
発明の第２の実施形態において、層Ｉ1 及びＩ6 は、一
体的に形成することができ、従って、電圧破壊からの保
護性を向上できることも明らかである。
じアンペアターン数を有すると共にＲＦ導体の電流通流
方向に直角な実質的に平行な軸を有する（好ましい実施
形態のループＬ１及びＬ２と同様に）のが効果的である
が、これも絶対的に必要というのではない。というの
は、ループのアンバランスや対称性からのずれは、適当
に設計された処理回路において、少なくともある程度は
補償できるからである。この点について、ループの軸
は、ループを通過する変動する磁界の磁界線に平行に配
向したときに、その磁界に対してループに最大の誘起電
圧を発生するような方向をループに対してもつ。又、本
発明の第２の実施形態において、層Ｉ1 及びＩ6 は、一
体的に形成することができ、従って、電圧破壊からの保
護性を向上できることも明らかである。
【図１】プラズマチャンバの典型的なインピーダンスネ
ットワークを示す図である。
ットワークを示す図である。
【図２】プラズマチャンバに供給されるＲＦ電流及び電
圧を感知する公知技術を示す図である。
圧を感知する公知技術を示す図である。
【図３】本発明による装置の第１の実施形態の分解斜視
図である。
図である。
【図４】図３のセンサヘッドの分解斜視図で、センサヘ
ッドを作り上げる種々のパターン化された層を示す図で
ある。
ッドを作り上げる種々のパターン化された層を示す図で
ある。
【図５】図４に示すパターン化された層の等寸ではない
概略側面図である。
概略側面図である。
【図６】センサヘッド内の誘導性ループが、センサヘッ
ドに配置された導電性パターンから作られて幾つかの層
を経て延びる状態を示す等寸ではない概略図である。
ドに配置された導電性パターンから作られて幾つかの層
を経て延びる状態を示す等寸ではない概略図である。
【図７】本発明の実施形態に使用される波形サンプリン
グの原理を示す波形図である。
グの原理を示す波形図である。
【図８】本発明の実施形態に使用される波形サンプリン
グの原理を示す波形図である。
グの原理を示す波形図である。
【図９】図７及び８の原理に基づいて動作する波形サン
プリング回路のブロック図である。
プリング回路のブロック図である。
【図１０】本発明による装置の第２の実施形態の分解斜
視図である。
視図である。
【図１１】図１０のセンサヘッドの分解斜視図で、セン
サヘッドを作り上げる種々のパターン化された層を示す
図である。
サヘッドを作り上げる種々のパターン化された層を示す
図である。
３０ 導電性ストリップ ３０ａ、３０ｂ 導電性ストリップの部分 ３２ スロット ３４ ハウジング ３４ａ ハウジングの上方部分 ３４ｂ ハウジングの下方部分 ３６ａ 突起 ３６ｂ チャンネル ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 整列穴 ４２ スロット ４４ センサヘッド ４４ａ 上方クロスバー ４４ｂ 垂直の脚 ４６、５０ 出力端子 ４８ ＢＮＣコネクタ Ｌ１、Ｌ２ ループ
Claims (15)
- 【請求項１】 プラズマに供給されるＲＦ電流を感知す
る装置において、プラズマに電流を供給するＲＦ導体を
備え、このＲＦ導体は、その長さの一部分に沿って２つ
の部分に分割され、各部分には実質的に等しい電流が流
れるようにされ、更に、この導体の２つの部分間のギャ
ップに挿入されるセンサデバイスを備え、このセンサデ
バイスは、上記ギャップの各側に１つづつ配置された第
１及び第２の誘導性ループを含み、ＲＦ導体に沿ってＲ
Ｆ電流が流れるときには、そのＲＦ電流により発生され
る導体の周りの磁束がセンサデバイスに対して各々逆方
向にループに結合し、これにより、電流方向に直角で、
センサデバイスに対して同じ方向にループに結合する漂
遊磁束は、ＲＦ電流により一方のループに誘起された電
圧に加えられると共に、ＲＦ電流により他方のループの
誘起された電圧から差し引かれる電圧を各々ループに誘
起することを特徴とする装置。 - 【請求項２】 上記第１及び第２のループは、実質的に
同じアンペアターン数で、ＲＦ導体の電流方向に直角な
実質的に平行な軸を有し、そして直列に接続され、これ
により、ＲＦ導体に沿った電流により発生される磁束に
よりループに誘起される電圧は加えられるが、センサデ
バイスに対して同じ方向にループに結合する漂遊磁束に
関してループに誘起された電圧は、打ち消される傾向と
なる請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 上記第１及び第２のループの各々は、絶
縁材料層の上に形成された導電性材料のパターンを含む
請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 上記センサデバイスは、ＲＦ導体におけ
る電流の方向に実質的に平行に配置された複数の絶縁材
料層の積層構造体より成り、第１及び第２ループの各々
は、絶縁層の各々の上に形成された導電性材料のパター
ンより成り、これにより、ループは、各々の実質的に平
行離間された平面に配置される請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 上記センサデバイスは、上記第１及び第
２のループに実質的に直角で且つそれに直列に接続され
た第３の誘導性ループを備え、ＲＦ導体に平行な漂遊磁
束に関して第１、第２及び第３のループに誘起された電
圧は、打ち消される傾向となる請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 上記センサデバイスは、更に、各々の絶
縁層上に互いに整列して導電性材料の各領域により形成
された対向離間された電極を有するキャパシタを含む請
求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 上記キャパシタは、第１ループと第２ル
ープとの間のＲＦ導体のギャップに配置される請求項６
に記載の装置。 - 【請求項８】 上記キャパシタの一方の電極は、外側の
絶縁層の１つの外面に形成され、そしてＲＦ導体のギャ
ップの縁にしっかりと機械的及び電気的に固定される請
求項６に記載の装置。 - 【請求項９】 上記センサ装置は、更に、第１及び第２
のループと整列してその両側において絶縁層の各々に形
成された導電性材料の各領域より成るファラディシール
ドを含む請求項４に記載の装置。 - 【請求項１０】 上記ＲＦ導体は、平らな導電性ストリ
ップであり、そしてこのストリップの中央に電流の方向
に延びるスロットを形成することにより分割され、セン
サデバイスは、このスロットに挿入される請求項１に記
載の装置。 - 【請求項１１】 波形の基本周波数をｆとし、そして共
通の因数をもたない整数をＭ及びＮとすれば、サンプリ
ング周波数ｆs ＝ｆ（Ｍ／Ｎ）で波形をサンプリングす
る手段を備えたことを特徴とする波形サンプリング回
路。 - 【請求項１２】 上記サンプリング周波数ｆs は、周波
数の乗算及び除算により基本周波数ｆから導出される請
求項１１に記載の波形サンプリング回路。 - 【請求項１３】 上記Ｍ及びＮの値は、調整可能である
請求項１２に記載の波形サンプリング回路。 - 【請求項１４】 Ｍ個のメモリ位置ｍ1 ないしｍM を有
する記憶手段と、Ｑ＝ｒｅｍM 〔Ｓ〕とすれば、複数Ｎ
ａのサンプル値が各メモリ位置に記憶されるまで、Ｓ番
目のサンプル値をメモリ位置ｍQ に累積的に記憶する手
段とを備え、これにより、各サンプルされた位相におけ
る波形の平均サンプル値は、各メモリ位置の累積和をＮ
ａで除算したもので与えられる請求項１１に記載の波形
サンプリング回路。 - 【請求項１５】 連続するメモリ位置がサンプル値を位
相順に含むように、連続するサンプル値が不連続のメモ
リ位置に記憶される請求項１４に記載の波形サンプリン
グ回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/820,914 US5808415A (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Apparatus for sensing RF current delivered to a plasma with two inductive loops |
| US08/820914 | 1997-03-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118095A true JPH118095A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=25232042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10068190A Pending JPH118095A (ja) | 1997-03-19 | 1998-03-18 | プラズマに供給されるｒｆ電流を感知する装置及びこのような装置に使用する波形サンプリング回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5808415A (ja) |
| JP (1) | JPH118095A (ja) |
| IE (1) | IES80660B2 (ja) |
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| KR100406464B1 (ko) * | 1999-12-21 | 2003-11-20 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 전자부품, 동축 커넥터 및 통신 장치 |
| JP2005123578A (ja) * | 2003-09-03 | 2005-05-12 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及び直流電位測定方法及び直流電位測定装置 |
| JP2005532668A (ja) * | 2002-07-10 | 2005-10-27 | イーエヌアイ テクノロジー， インコーポレイテッド | プラズマｒｆ源測定用マルチレート処理 |
| CN1314603C (zh) * | 2001-11-28 | 2007-05-09 | 三菱化学株式会社 | 从废水中除去金属的方法 |
| JP2008513940A (ja) * | 2004-09-16 | 2008-05-01 | エコール・ポリテクニク（イーピー） | プラズマの励起電流の特性を測定するためのプローブ、および関連するプラズマ反応器 |
| JP2008527378A (ja) * | 2005-01-11 | 2008-07-24 | イノベーション エンジニアリング、エルエルシー | 負荷に供給されたｒｆ電力およびその負荷の複素インピーダンスを検出する方法 |
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| JP2008544443A (ja) * | 2005-06-10 | 2008-12-04 | バード テクノロジーズ グループ インク． | 半導体プラズマ発生システムにおける電力潮流を解析するシステムと方法 |
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| JP2021073663A (ja) * | 2015-07-13 | 2021-05-13 | エムケーエス インストゥルメンツ，インコーポレイテッド | 連続的およびパルスモード動作のための一体化されたｒｆ電力供給単一入力複数出力制御 |
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- 1998-06-15 US US09/094,883 patent/US6061006A/en not_active Expired - Lifetime
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