KR20230002746A - 높은 신호 대 잡음비 및 전기적 잡음 내성을 위한 전자기장 신호 획득 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센싱 유닛을 포함하고 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치 및 방법으로서, 상기 센싱 유닛은, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 제1 센서; 주변 전자기 복사선이 상기 제1 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 제1 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽; 전자기 복사선이 통과할 수 있는 제1 포트로서, 상기 혈장으로부터 방출되는 전자기 복사선 또는 신호가 상기 제1 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 포트에 결합되도록 구성된 상기 제1 포트; 및 발룬 및 이중 동축 시스템과 결합되어, 감지된 신호를 접지시키고 상기 신호의 위상 반전 버전을 접지시키는 제1 출력을 포함하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선을 검출하기 위한 신호 검출 시스템(SAS)이 설명된다.

Description

높은 신호 대 잡음비 및 전기적 잡음 내성을 위한 전자기장 신호 획득 시스템

본 발명은 혈장의 제어 및 측정을 개선하는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 혈장으로부터 획득된 측정 신호의 신호 대 잡음비를 개선하고, 이러한 측정을 획득하는 데 사용되는 시스템의 전기적 잡음 내성을 증가시키는 것에 관한 것이다.

혈장은 매우 일반적이며 많은 제조 및 산업 처리 설비에서 사용된다. 예를 들어, 저압 시스템은 예를 들어 반도체 또는 의료 산업 분야에 재료 증착 및/또는 에칭 공정을 포함하여 진보된 재료 처리에 사용된다. 추가 예로서, 대기압 혈장 처리 시스템은 또한, 예를 들어, 항공, 자동차 산업 및 기타 분야를 위한, 예를 들어, 재료 세정, 접합, 증착 또는 에칭과 같은 산업적 응용을 가지고 있다.

공정 자동화 추세가 증가함에 따라 산업용 반도체 공정 장비에서 혈장 특성에 대한 개선된 제어가 중요하다. 혈장 특성의 제어를 개선할 때 하나의 고려 사항은 혈장 특성을 측정하는 것이다. 현재 침습적 혈장 측정 기술은 혈장의 특성을 측정하기 위해 가장 오래되고 가장 일반적으로 사용되는 절차이다. 이러한 기술은 하나 이상의 프로브를 연구 대상인 혈장에 담그는 것을 포함한다.

그러나, 침습적 혈장 측정 기술은 대부분의 산업 환경에서 바람직하지 않다. 특히, 혈장은 측정하는 데 사용되는 많은 프로브에 종종 가혹한 조건을 생성한다. 그 결과, 침습성 혈장 측정 기술에 사용되는 프로브는 비싸고/하거나 실패하기 쉽다. 또한, 프로브 자체가 혈장과 상호 작용할 수 있고, 이 상호 작용은 때때로 예측할 수 없게 혈장 특성을 변경시킨다. 이러한 문제는 측정 정확도를 감소시키고 혈장 제어를 감소시킨다.

또한, 침습성 혈장 측정 기술에 사용되는 장비는 기존 제조 장비 및 인프라에 개장되는 것이 어렵다. 이러한 어려움에 더하여, 침습성 혈장 측정 장비를 장착하는 파괴적인 영향은 잠재적으로 제조 라인에 추가적인 복잡성을 초래할 수 있다. 이는 차례로 대량 생산에 필수적인 공정 복제에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 제조 라인에 복잡성과 비용을 추가하는 위험이 혈장의 측정 및 제어를 개선하는 것을 늦추었다.

따라서, 비침습적 혈장 측정 기술은 혈장 제어에 큰 개선을 제공할 가능성이 있다. 예를 들어, 비침습적 혈장 측정 장비는 기존 혈장 장비에 쉽게 결합될 수 있다. 또 다른 장점은 기존 혈장 장비가 비침습적 혈장 측정 장비에 결합될 때 제자리에 유지될 수 있어 제조 라인에 복잡성과 비용을 추가할 위험을 줄일 수 있다는 것이다. 비침습적 혈장 측정은 또한 침습적 혈장 측정보다 훨씬 더 정확하다. 기존의 많은 프로브 시스템과 달리 비침습적 혈장 측정은 프로브가 혈장 내에 위치될 것을 요구하지 않는다. 그 결과, 비침습적 혈장 측정은 혈장 자체를 방해하지 않는다(이는 프로브가 얻고자 하는 측정값을 변경할 위험을 제거한다). 예시적인 시스템은 논문[저자: K Suzuki and M Sato, 제목: 'Advanced technology for monitoring plasma sparking ESD damage using high frequency magnetic field sensors', 2003 Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium]에 설명되어 있다. 다양한 특허 간행물(예를 들어 US2005/0183821; JP H05188151; JP H1167732 및 EP 1394835)은 높은 신호 대 잡음비 및 전기적 잡음 내성을 위한 전자기장 신호 획득 시스템을 설명한다.

본 발명은 PCT/EP2018/057556 및 무선 방출 분광(RES) 시스템을 설명하는 논문[저자: S. Kelly and P.J. McNally, Appl . Phys. Express 10 (2017) 096101]에 제공된 기여에 기초하여 구축된다. 일반적인 실시예에서, 혈장 공정 챔버에서 혈장 특성을 측정하고 제어하기 위해, RES 시스템은 근접장(NF) 전기장(E-장) 안테나, 및/또는 혈장 공정 챔버의 내부에 매우 근접한(예를 들어, 바람직하게는 40mm 이하) NF 자기장(B-장) 안테나를 배치하는 것을 포함한다. 결정적으로, 안테나(들)는 혈장의 외부에 위치되는데, 즉 본 발명에 따르면 안테나(들)는 사용되는 혈장에 잠기지 않고 혈장과 물리적으로 접촉하지 않는다.

그러나, 예를 들어, 적어도 하나의 혈장 챔버를 각각 포함하는 다수의 혈장 처리 시스템을 일반적으로 포함하는 일반적인 반도체 제조 공장에서, 이러한 혈장 처리 시스템은 서로 전자기(무선 주파수 - RF) 격리에 개별적으로 배치되지 않는다. 실제로, 제조 공장은 모두 동시에 작동하고 모두 RF 전자기 방출을 생성할 수 있는 이러한 시스템을 수십 개 포함할 수 있다. 그 결과 이러한 처리 시스템은 서로 간섭하고 RES 시스템과 간섭할 수 있다.

또한, 다른 로컬 RF 소스가 있을 수 있다. 또 다른 예로서, 고속 전기 장비는 전자기 잡음을 생성할 수 있다. 따라서, 목표로 하는 개별 혈장 공정 챔버로부터 전자기 신호만을 수신할 수 있는 RES 시스템을 고안하는 것이 중요하다. 결정적으로, RES 시스템은 잡음 신호, 예를 들어, 다른 전자 시스템(예를 들어, 다른 혈장 공정 챔버, 보조 전기 장비 등 포함)으로부터 나오는 신호 및 일반 광대역 로컬 RF 배경 방출에 내성이 있어야 한다. 안테나 헤드로부터의 신호는 케이블로부터의 '표피(skin)' 유도된 잡음에 취약하다. 혈장 챔버의 동작 환경은 제어 기계/컴퓨터와, 인접한 혈장 챔버 모두로부터 RF 잡음이 밀집되어 있고, 예를 들어, 산업 환경에서 기계는 '추격(chase)' 상태로 긴 줄로 배열된다. 그 결과 RF 간섭이 발생한다. 더욱이 안테나 또는 안테나들로부터 나오는 신호 레벨은 극도로 낮고, 임의의 국부 증폭은 광대역 잡음을 유발하는 경향이 있어서 임의의 측정값에 영향을 미친다. RES 시스템의 또 다른 문제는 센서 헤드와 모니터링되는 챔버 사이에 공통 모드 전류가 발생하여 간섭이 발생한다는 것이다.

따라서, 종래 기술과 관련된 이러한 문제 및 다른 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 i) 높은 신호 대 잡음 내성을 갖고; ii) 측정에 사용되는 혈장 소스(예를 들어, 혈장 공정 챔버)로부터 RES 신호를 수신하도록 구성되고; iii) 주위 환경으로부터의 무선 주파수 신호, 예를 들어, 동일한 처리 도구의 다른 인접한 챔버로부터의 RES 신호를 수신하는 데 내성이 있는 RES 시스템을 위한 신호 획득 시스템(signal acquisition system: SAS)에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 청구범위에 제시된 특징을 갖는 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 센싱 유닛을 포함하고 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치로서, 센싱 유닛은, 전자기 복사선을 검출하기 위한 제1 센서; 주변 전자기 복사선이 제1 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 제1 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽; 전자기 복사선이 통과할 수 있는 제1 포트로서, 혈장으로부터 방출되는 전자기 복사선이 제1 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 포트에 결합되도록 구성된 제1 포트; 및 센서에 결합된 제1 출력으로서, 출력은 케이블에 결합되도록 구성되어, 제1 센서에 의해 검출된 신호가 별도의 수신기, 트랜시버 또는 송신기 유닛에 제공될 수 있는, 제1 출력을 포함하는, 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.

일 실시예에서, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치로서, 센싱 유닛을 포함하고 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치로서, 센싱 유닛은, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 제1 센서; 주변 전자기 복사선이 제1 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 제1 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽; 전자기 복사선이 통과할 수 있는 제1 포트로서, 혈장으로부터 방출되는 전자기 복사선 또는 신호가 제1 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 포트에 결합되도록 구성된 제1 포트; 및 발룬(balun) 및 이중 동축 시스템과 결합되어, 감지된 신호를 접지시키고 신호의 위상 반전 버전을 접지시키는 제1 출력을 포함하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치가 제공된다.

패러데이 케이지 유형 구현은 전자기 장벽을 제공할 수 있지만, 혈장 신호 측정 분야의 기존 선행 기술 시스템은 발생하는 공통 모드 전류로 인한 잡음과 같은 많은 문제를 겪고 있다. 본 발명은 시스템의 양단에서 결합 및 분리 발룬과 결합된 이중 동축 구성을 제공함으로써 이러한 문제를 극복한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 발룬/이중-동축/발룬 시스템은 센서 헤드에 매우 근접하여 위치된다. 사실상, 본 발명의 발룬/이중-동축/발룬 접근 방식(여기서 신호 라인의 신호 및 위상 반전 버전 모두는 2개의 상이한 케이블에서 별도로 잡음 격리되어 있음)은 혈장 소스로부터 방출되는 신호를 측정할 때 신호 획득과 연관된 잡음 및 공통 모드 전류 문제를 극복한다.

신호 획득 시스템은 환경과 전기적으로 격리되도록 설계되고, 신호 획득 시스템에 연결된 NF E-장 및 NF B-장 센서(예를 들어, 안테나)만이 RF 신호를 수신할 수 있다.

제1 센서를 별도의 유닛으로 제공하고, 수신기, 송신기 또는 트랜시버로부터 원격 설치를 허용하고, 제1 센서의 판독과 간섭할 수 있는 제1 센서에 로컬인 구성요소의 수를 줄인다.

제1 센서를 별도의 유닛으로 제공하고, 수신기, 송신기 또는 트랜시버로부터 원격 설치를 허용하고, 공간이 제한된 혈장 시스템의 제1 포트에 가장 효율적으로 부착될 수 있도록 제1 센서의 크기를 줄인다. 또한, 복수의 챔버가 있는 시스템에서 원격 제1 포트는 별도의 수신기, 트랜시버 또는 송신기 유닛 또는 유닛들에 결합될 수 있다.

바람직하게는, 제1 센서는 근접장 안테나이지만, 원하는 경우 시스템은 중간장 또는 원거리장 동작을 위해 구성될 수도 있다.

바람직하게는, 제1 출력은 차동 신호를 제공하기 위해 하나 이상의 케이블에 결합되도록 구성된 평형 출력이다. 이를 통해 제1 출력을 쉽게 이용 가능한 구성요소인 평형 차동 케이블에 결합시킬 수 있다. 유리하게는, 평형 케이블을 사용한다는 것은 결과적인 시스템이 외부 소스로부터 공통 모드 간섭을 제거한다는 것을 의미한다.

바람직하게는, 센싱 유닛은 제1 센서에 의해 제공되는 불평형 신호를 제1 출력에 제공되는 평형 신호로 변환하도록 구성된 발룬을 포함한다.

일 실시예에서, 센싱 유닛은 제2 센싱 유닛을 포함하고, 제2 센싱 유닛은, 전자기 복사선을 검출하기 위한 제2 센서; 주변 전자기 복사선이 제2 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 제2 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽; 전자기 복사선이 통과할 수 있는 제2 포트로서, 정합 유닛으로부터 방출되는 전자기 복사선이 제2 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 정합 유닛에 부착되도록 구성된 제2 포트; 및 제2 센서에 결합되어 케이블에 결합되도록 구성된 제2 출력을 포함한다.

이러한 배열은 혈장에 의해 동작되는 기판/작업물에 걸친 전류 및/또는 전압 위상차의 측정값인 차동 신호를 생성한다.

추가적으로, 안테나와의 커넥터가 수신 또는 전송 모드에 있는 상황에서 반사/전송 측정을 구현할 수 있도록 구성된 지향성 커플러가 부착될 수 있다. 예를 들어 이것은 안테나, 부착된 발룬 및 케이블로 구성된 전송 라인에 대한 기본 임피던스 측정값을 획득하는 데 사용될 수 있다.

바람직하게는, 제1 출력과 제2 출력은 평형 출력이다.

바람직하게는, 제1 출력과 제2 출력은 제3 출력을 생성하기 위해 발룬에 교차 결합되고, 제3 출력은 제1 센서에 의해 수신된 신호와 제2 센서에 의해 수신된 신호 사이의 전류 및/또는 전압 위상차의 함수인 평형 출력이다.

또 다른 실시예에서, 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 방법으로서,

전자기 복사선 또는 신호를 검출하는 단계;

주변 전자기 복사선이 제1 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 제1 센서를 둘러싸도록 전자기 장벽을 구성하는 단계;

혈장으로부터 방출되는 전자기 복사선 또는 신호가 제1 센서에 도달할 수 있도록 전자기 복사선이 통과할 수 있는, 센서와 연관된 제1 포트를 혈장 챔버의 포트와 결합시키는 단계; 및

제1 출력을 발룬 및 이중 동축 시스템과 결합시켜 감지된 신호를 접지시키고 신호의 위상 반전 버전을 접지시키는 단계를 포함하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명은 또한 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선을 검출하기 위한 신호 획득 시스템(SAS)으로서, 임의의 전술된 설명에 따른 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치; 수신기, 송신기, 또는 장치에 의해 획득된 신호를 제어 유닛에 제공하기 위한 트랜시버; 및 주변 전자기 복사선이 송신기 또는 트랜시버에 도달하는 것을 방지하기 위해 송신기 또는 트랜시버를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽을 포함하는 추가의 인클로저; 및 장치에 의해 수신된 신호를 송신기 또는 트랜시버에 제공하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 신호 획득 시스템(SAS)에 관한 것이지만 이로 제한되지 않는다.

바람직하게는, 케이블은 평형 케이블이다. 보다 바람직하게는, 케이블은 한 쌍의 동축 케이블이며, 여기서 케이블은 장치로부터 추가 엔클로저로 접지 연결을 연결하도록 구성된다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 주어진 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 불평형 배선의 일례를 보여준다.
도 2는 평형 배선의 일례를 보여준다.
도 3은 안테나로부터 평형 라인을 위한 예시적인 회로를 도시한다.
도 4는 안테나 헤드와 원격 트랜시버의 일례를 도시한다.
도 5는 안테나 헤드와 원격 트랜시버의 다른 예를 도시한다.
도 6은 불평형 안테나를 평형 라인에 연결하기 위한 회로를 보여준다.
도 7은 센서가 수신한 신호를 제어 유닛으로 송신하기 위해 안테나에 연결된 트랜시버를 도시한다.

일반적인 RES는 센서로부터 얻어진 측정치를 제어 시스템에 제공하고 선택적으로 제어 시스템으로부터 제어 신호를 수신하기 위해 수신기 또는 트랜시버에 결합된 혈장을 측정하는 센서(예를 들어, 안테나)를 포함한다. 수신기 또는 트랜시버의 예는 예시적이며 선택적으로 대신 송신기가 사용될 수 있다.

RES 시스템에서는 센서가 수신한 신호는 관찰 또는 테스트받는 혈장 시스템(예를 들어, 혈장 챔버)으로부터 나오는 것임을 보장하는 것이 중요하다. 따라서, RES 시스템의 센서(예를 들어, E-장 및/또는 B-장 안테나 또는 유사한 센서)는 종종 테스트받는 혈장 시스템의 액세스 포트에 근접하여 배치된다. 이 액세스 포트는 일반적으로 혈장을 직접 시각적으로 관찰할 수 있고 관찰하지 못할 수도 있는 유리/석영/유전체 창으로 구성된다. 직접 시각적으로 접근하는 것에 관계없이, 혈장의 RF 방출은 여전히 이 접근 포트를 통과할 수 있다. 본 발명은 혈장이 직접 보이거나 보이지 않는 두 가지 상황 모두에서 작동할 수 있다. 기성품 NF, B-장, E-장 또는 유사한 안테나를 사용하는 것에 더하여 맞춤형 센서를 구축하거나 제조할 수 있다. 이것은 RES 시스템의 요구 사항에 적합한 센서 또는 안테나를 맞춤 제작하기 위해 유리, 유전체, 목재 또는 유사한 기판에 유전체 및/또는 전도성 구성 요소를 수동 또는 자동 증착하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 PCT 특허 출원 번호 PCT/EP2018/057556(Dublin City University에 양도됨, 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 상세히 설명되어 있다.

센서가 수신하는 신호의 진폭이나 강도의 작은 변화를 검출하려면 매우 높은 정밀도와 정확도가 필요하다. 이것을 수행하려면 잡음을 최소화해야 하는 데, 즉 RES에서 수신한 신호의 신호 대 잡음비를 최대화해야 한다.

그러나, 센서를 혈장 시스템의 액세스 포트에 근접하여 배치한다고 해서 수신된 신호가 테스트받는 혈장 시스템으로부터만 온 것임을 보장하는 것은 아니다. 센서에 의해 검출된 일반적인 RF 신호는 진폭이 매우 낮고(예를 들어, -60 내지 -100dBm 정도) 수신된 신호는 일반적으로 또는 종종 전자기장의 근거리 영역에 있다(문헌[S. Kelly 및 P.J. McNally, Appl. Phys. Express 10 (2017) 096101] 참조).

많은 다른 혈장 시스템이 실제로 테스트받는 혈장 시스템에 매우 근접해 있을 수 있고, 실제로는 일반적으로 근접해 있다. 많은 상황에서 혈장 시스템은 RES 시스템에 의해 측정되는 것과 함께 혈장 시스템을 포함하여 이웃과 유사하거나 거의 동일하도록 설계된다. 또 다른 문제는 RES의 수신기 또는 트랜시버가 잠재적으로 센서와 간섭할 수 있다는 것이다.

센서(예를 들어, 하나 이상의 RF 안테나)는 일반적으로 근거리에서 동작하며, 테스트받는 개별 혈장 시스템의 실제 구성에 의해 크기가 제한된다. 사용될 수 있는 적절한 센서는 광대역 EM 센서이다. 그 결과, RES 시스템용 RF 센서는 매우 작은 경향이 있다. 일반적인 RF 센서 치수는 1cm² 정도일 수 있다. 이러한 소형 트랜시버 센서는 원치 않는 RF 신호에 의해 휩쓸려서는(swamped) 안 된다. 또한, 환경 내 다른 소스로부터 제어되지 않은 RF 방출로 인한 강한 E-장 및 B-장으로 인한 간섭 수준이 상당히 높을 수 있다. 본 발명은 이러한 간섭으로부터 매우 양호한 격리를 보장하는 RES용 SAS를 설명한다.

본 발명은 수신기 또는 트랜시버로부터 센서를 분리하는 것을 통해 센서를 분리함으로써 이러한 목적을 달성한다. 특히, 센서는 수신기 또는 트랜시버와 별도의 인클로저에 제공된다. 일 실시예에서 SAS는 SAS의 감지 구성요소를 포함하는 안테나 헤드 인클로저(AHE)를 포함한다. 감지 구성요소는 바람직하게는 단일 종단 NF E-장 및/또는 NF B-장 안테나(들) 중 하나 이상이다. AHE는 AHE가 혈장 시스템의 혈장에 의해 생성된 전자기 근접장 내에 있도록 혈장 시스템(예를 들어, 혈장 공정 챔버)에 매우 근접하게 배치된다. AHE의 센서가 수신한 신호는 그런 다음 전기 케이블을 통해 별도의 원격 트랜시버 헤드(Remote Transceiver Head: RTH)로 전송된다. RTH는 신호 트랜시버 하위 시스템을 포함한다.

케이블의 일례는 동축 케이블 또는 "동축"이다. 동축은 관형 전도성 차폐물로 둘러싸인 관형 절연 층으로 둘러싸인 내부 전도체가 있는 전기 케이블 유형이다.

케이블의 또 다른 예는 쌍축(Twinaxial) 케이블 또는 "쌍축(Twinax)"이다. 쌍축은 동축 케이블과 유사하지만 하나가 아닌 두 개의 내부 전도체가 있는 케이블 유형이다. 비용 효율성으로 인해 현대의 초단거리 고속 차동 신호 응용에서 보편화되고 있다.

케이블의 또 다른 예는 종종 "삼축(Triax)"이라고 하는 삼축 케이블이다. 삼축은 동축 케이블과 유사하지만 추가 절연층과 제2 전도성 피복이 추가된 전기 케이블 유형이다. 이는 동축 또는 쌍축 케이블보다 더 큰 대역폭과 간섭 제거를 제공한다.

전자기 센서는 바람직하게는 안테나를 포함한다. 안테나에는 두 개의 연결 포트가 있다. 하나의 포트는 일반적으로 신호 배선에 연결되고, 다른 포트는 접지 배선에 연결된다. 따라서, 안테나를 케이블에 결합할 때 쌍축 또는 삼축 케이블이 이 기술 분야에서 일반적으로 사용된다. 도 1에 도시된 케이블을 참조하면, 케이블은 케이블 내부의 2개의 배선(101), 즉 신호 배선(102)과 접지 배선/피복(103)으로 구성된다. 케이블 자체 내에서 신호 배선(102)은 일반적으로 케이블의 중심에 있고 접지 배선/피복(103)은 이 중심을 둘러싼다. 외부 접지 피복은 RF 신호의 일부를 전달하고, 외부 RF 간섭으로부터 어느 정도 주 신호 배선을 차폐하는 역할을 한다. 이러한 유형의 케이블 배열은 불평형 케이블이라고 한다.

그러나, 임의의 길이의 케이블은 안테나처럼 거동할 수 있다. 그 결과, 내부 배선(102)은 안테나처럼 거동할 수 있고, 공통 모드 전류 신호와 같은 원치 않는 RF 잡음(105)을 포착하여 신호를 열화시킬 수 있다.

이 문제를 피하기 위해, 차동 발룬이 사용된다. 차동 발룬("평형-불평형"의 줄임말)은 단일 종단 소스(즉, 단일 신호 포트와 접지 참조 포트가 있는 안테나와 같은 소스)와 차동 부하(즉, 2개의 신호를 각각 수신하는 2개의 포트가 있는 부하, 여기서 부하가 두 신호 간의 전기적 차이에 응답함) 사이에 배치된 2-포트 구성요소이고 또는 그 반대도 가능하다. 다시 말해, 발룬은 단일 종단 신호(불평형 신호라고도 함)를 차동 신호(평형 신호라고도 함)로 변환하거나 또는 차동 신호를 단일 종단 신호로 변환하는 데 사용된다. 발룬은 일반적으로 한쪽이 접지되고 다른 쪽이 부동(차동)인 2-권선 변환기를 사용한다. 발룬에는 식별된 "입력" 및 "출력" 포트가 없는 데, 즉, 일반적으로 상호 교환 가능 디바이스(reciprocal device)이다.

차동 발룬을 사용하는 것을 통해 안테나와 같은 단일 종단 소스를 차동 케이블(들)에 결합할 수 있다.

도 2는 3개의 배선(201), 즉 2개의 신호 배선(202a 및 202b)과 별도의 접지 피복(203)을 포함하는 평형 케이블을 도시한다. 불평형 케이블에서와 같이 접지 피복(203)은 여전히 신호 배선을 둘러싸고 간섭에 대한 차폐물로 사용된다. 평형 케이블은 각각 신호(205)의 사본, 양의 사본(202a) 및 음의 사본(202b)을 전달하기 (즉, 두 사본은 극성이 반전된 상태로 전송됨) 위해 2개의 신호 배선(202a 및 202b)을 사용한다. 도 2는 혈장 챔버(208)로부터 안테나(206)로의 RF 격리 채널 또는 '파이프'를 형성하기 위해 혈장 챔버(208)와 협력하는 전자기 RF 격리 장벽(207)을 포함하는 안테나(206)를 도시한다. 신호의 두 사본이 케이블을 따라 이동함에 따라 두 사본은 동일한 RF 잡음 신호에 노출된다. 그 결과, 음의 사본을 반전시켜 양의 신호에 추가하면 RF 잡음 신호를 제거하는 효과가 있다. 이는 향상된 잡음 내성으로 이어진다. 바람직하게는 RF 장벽(207) 인클로저 내의 안테나로부터의 신호는 안테나(207)로부터 수신기 헤드(209)까지 RF 밀봉 유닛을 유지하면서 케이블 내에서 원격 수신기 헤드(209) 인클로저로 운반된다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차동 발룬(410)을 사용하는 것을 통해, 안테나와 같은 단일 종단 소스(411)로부터의 출력은 평형 신호로서 제공될 수 있다. 이것은 안테나 헤드 인클로저(AHE)(400)로부터 별도의 원격 수신기 헤드(RTH)(450)로 수신된 신호를 전송하기 위해 평형 차동 케이블(412)을 사용할 수 있게 한다. 차동 발룬(410)을 사용하기 때문에, 2개의 동축 케이블을 사용하여 차동/평형 신호를 RTH(450)로 전송할 수 있다. 바람직하게는 안테나 헤드 인클로저(400)로부터 수신기 헤드(RTH)(450)까지 채널 또는 파이프를 형성하기 위해 별도의 원격 수신기 헤드(RTH)(450)까지 이어지는 안테나 헤드 인클로저(AHE)(400)는 RF 밀봉 유닛 내에 있다.

RTH(450) 내 다른 차동 발룬(451)은 수신기 또는 트랜시버(452)에 연결되기 위해 평형 차동 신호를 다시 단일 종단 불평형 신호로 변환하는 데 사용된다. 다시 말해, 이 신호는 트랜시버 시스템에 직접 연결되는 단일 동축 BNC(Bayonet Neill-Concelman) 또는 SMA(SubMiniature Version A) 플러그 커넥터와 같은 신호 구성으로 다시 변환된다.

이중 동축 케이블을 통해 전달되는 차동 신호와 발룬의 조합이 헤드 유닛과 원격 수신기 사이의 RF 격리 파이프를 완성한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 사실상 본 발명은 혈장 챔버(208)에서 측정된 것의 신호와 수신기(209)로 전송된 신호를 RF 격납하는 것을 제공한다.

선택적으로, RTH로부터 AHE로 전력 및/또는 제어 신호를 제공하기 위해 제어 라인(425)이 제공될 수 있다.

도 3은 전기적으로 격리된 안테나 인클로저 내에서 RF 센서(안테나)와 함께 차동 발룬을 사용하는 예시적인 실시예의 회로도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(310)(바람직하게는 B-장 루프 안테나)는, 발룬으로서 기능하고 수신된 임의의 불평형 신호를 평형 차동 전송 라인으로 전송하는 고주파수 변환기(320)에 연결된다. 전송 라인은 신호로부터 원치 않는 갈바닉 전류를 제거하기 위해 커패시터(330)를 사용하여 커넥터(X1 및 X2)에 AC 결합된다. 전송 라인은 저항기(340)의 조합으로 종료된다. 라인의 평형점은 예를 들어 저항기와 같은 전기 부하(350)를 사용하여 종료될 수 있다.

본 발명은 또한 차동 발룬을 또한 이용하는 RTH를 위한 시스템 및 구성요소 레이아웃에 관한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, AHE로부터 단일 종단 트랜시버로 이중 동축 평형 입력을 결합시키기 위한 하나의 예시적인 회로. 특히, 포트(X8 및 X13)는 이중 동축 평형 입력에 결합되도록 구성되고, 신호로부터 원치 않는 갈바닉 전류를 제거하기 위해 커패시터(610)를 사용하여 전송 라인에 AC 결합된다. 전송 라인은 저항기(620)의 조합으로 종료된다. 라인의 평형점은 예를 들어 저항기와 같은 전기 부하(650)를 사용하여 종료될 수 있다. 전송 라인은 수신된 차동 신호를 고주파수 변환기(630)에 제공하고, 고주파수 변환기는 차동 신호를 단일 종단 신호로 변환하는 발룬으로서 기능한다. 단일 종단 신호는 단일 종단 트랜시버에 연결하기 위해 포트(X1)에 제공된다. 당업자라면 다른 구성에서는 상이한 회로 구성요소(예를 들어, 상이한 값의 저항기, 커패시터 등)와 토폴로지를 사용할 수 있고, 위에 도시된 실시예가 예시적인 것임을 이해할 수 있을 것이다.

도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 라인은 접지된 동축 케이블로 운반되며, 또한 위상 반전 신호는 별도의 동축 케이블로 운반된다. 이들 케이블 각각은 자체적으로 차폐되어 있으며, 신호가 두 개의 동축 라인을 통해 분석 챔버로 전송되면 이 공정이 역전된다. 이 발룬/이중-동축/발룬 구성은 센싱 유닛으로부터 신호 처리 유닛까지 이어지는 공통 접지가 있음을 보장한다.

이것은 동축 공통 접지가 RF 라이브 시스템의 접지이고 평형 차동 신호가 내부에 포함되는, 이중 동축 시스템의 적용으로 구성된다. 동축이 (예를 들어, 조사받는 혈장 챔버와 또한 인접한 동작 챔버로부터) 주변 도구 잡음으로 인한 RF 유도 전류를 줄이는 이 고유한 시스템뿐만 아니라 이 시스템에 포함된 평형 차동 시스템을 사용하면 유도 잡음을 크게 줄이는 데 기여할 수 있다. 이 구성을 사용하면 처리해야 하는 저강도 신호의 무결성을 여전히 유지하면서도 능동 처리 구성요소를 챔버 자체로부터 멀리 배치할 수 있다. 이 구성을 사용하면 시스템은 챔버 벽에 인접하여 센서 헤드를 배치할 수 있지만 챔버 간 잡음 및 기타 외부 잡음을 방지하면서 매우 낮은 수준의 광대역 신호를 처리를 위해 원격 검출 시스템으로 멀리 운반할 수 있다.

일 실시예에서, 혈장 자체 내부의 전류 및 전압 변동 사이의 위상차를 측정하는 것이 달성될 수 있다. 전압 변동은 안테나와의 용량성 결합을 통해 전기장(E-장) 센서/안테나에 의해 효율적으로 검출되고; 전류 변동은 혈장 내부의 전도 및 변위 전류에 유도적으로 결합된 자기장(B-장) 센서/안테나에 의해 가장 효과적으로 검출된다.

혈장 내에는 상이한 속성을 가진 '층'들이 있고 이러한 층에서 상이한 영역에는 상이한 주파수가 이동한다. 이것은 혈장의 상이한 동작 지점에서 상이한 주파수의 위상을 변경하는 효과가 있다. 이러한 상이한 주파수 위상차를 측정함으로써 혈장의 물리적 동작 속성에 관해 많은 데이터를 얻을 수 있다. 신호를 데이터 처리하여 얻어진 위상 스펙트럼을 조사하면 혈장의 현재 상태에 관해 많은 정보를 얻을 수 있다.

추가 센서가 본 발명과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어 혈장 포트 주위의 다른 위치에 배치된, 예를 들어, 스펙트럼의 마이크로파 영역의 RF 센서는 혈장 자체가 공간적으로 균질하지 않은 혈장 챔버의 다른 영역으로부터의 마이크로파 방출에 민감하다. 유도 결합된 혈장의 혈장 수역과 유도 전력 코일 사이의 도파 효과는 혈장 벌크에서 나오는 마이크로파 방출 성분과 근본적으로 다른 마이크로파 방출을 생성한다.

도 5는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 특히, 이 대안적인 실시예는 AHE(1000) 내에 2개의 안테나를 사용하는 것을 포함한다. 도 5를 참조하면, 제1 안테나(1011a)는 이전에 설명된 바와 같이 혈장 챔버(1001)의 포트에 장착되기 위한 제1 RF 차폐물(예를 들어, 차폐된 케이스)에 위치된다. 제1 안테나(1011a)는 제1 안테나에 의해 수신된 신호를 제1 차동 신호(1013a)로 변환하기 위해 제1 발룬(1010a)에 연결된다. 선택적으로, 이 실시예(및 이전 실시예)에서 발룬은 금속(예를 들어, 구리)으로 추가로 차폐될 수 있다. 제2 안테나(1011b)는 출력 측에서 혈장 챔버의 정합 유닛(1002) 내에 장착되기 위한 제2 RF 차폐물(예를 들어, 차폐된 케이스)에 위치된다. 제1 안테나(1011a)와 유사하게, 제2 안테나(1011b)는 제2 안테나(1011b)에 의해 수신된 신호를 제2 차동 신호(1013b)로 변환하기 위해 제2 발룬(1010b)에 연결된다.

제1 차동 신호(1013a)와 제2 차동 신호(1013b)는 출력 차동 신호(1012)를 생성하기 위해 제3 발룬(1020a)과 제4 발룬(1020b)에 교차 결합된다. 출력 차동 신호는 도 4를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 RTH(450)에 제공된다. 선택적인 제어 및/또는 전력선(425)은 RTH(450)로부터 AHE(1000)로 제공될 수 있다.

이러한 배열의 장점은 AHE(1000)에 의해 제공되는 출력 차동 신호가 제1 안테나(1011a)와 제2 안테나(1011b) 사이의 위상 이동의 함수라는 점이다. 다시 말해, 출력 차동 신호(1012)는 혈장 챔버(1001)에서 처리되는 기판/작업물에 걸친 위상차를 측정한 것이다.

도 7은 도 2와 유사한 본 발명의 예시적인 블록도로서, 센서에 의해 수신된 신호를 수신기(209)로 전송하기 위해 안테나(206)에 연결된 트랜시버를 도시한다. 안테나(206)는 도 2 내지 도 6과 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 혈장 챔버(208)로부터 안테나(206)로의 RF 격리 채널 또는 '파이프'를 형성하기 위해 혈장 챔버(208)와 협력하는 RF 격리 장벽(207)을 포함한다. 이중 동축 케이블(700)을 통과하는 차동 신호와 발룬의 조합은 제어 유닛을 수용할 수 있는 원격 수신기(209)와 안테나(206) 사이의 RF 격리 파이프를 완성한다. 케이블(700)은 병렬로 배열되고 신호가 열화되거나 손상되지 않도록 꼬임 등이 없도록 배열될 수 있다.

물론, 위의 예는 단지 예시일 뿐이며, 당업자라면 본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 구현될 수 있는 많은 대안적인 방식이 있음을 인식할 수 있을 것이다.

예를 들어, RTH의 발룬으로부터 단일 종단 출력에서 수행되는 대신 RTH의 발룬 입력에서 차동 증폭을 수행할 수 있다.

도면과 관련하여 본 명세서에 설명된 접근 방식은 2개 초과의 안테나에 동시에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 여러 뷰-포트에서 여러 안테나를 구현할 수 있는 것으로 이해된다. 다시 말해, "발룬-이중 동축-발룬" 토폴로지의 여러 버전은 AHE에 연결된 여러 안테나로부터 신호를 가져온 다음, AHE에서 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 안테나로부터 오는 신호를 자체적으로 처리할 수 없는 SAS로 보내는 데 사용될 수 있다.

도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 컴퓨터 장치 및/또는 컴퓨터 장치에서 수행되는 공정을 포함한다. 그러나, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램, 특히 본 발명을 실행하도록 구성된 캐리어 상에 또는 캐리어에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 확장된다. 프로그램은 소스 코드, 목적 코드 또는 코드 중간 소스 및 목적 코드의 형태, 예를 들어, 부분적으로 컴파일된 형태 또는 본 발명에 따른 방법을 구현하는 데 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다. 캐리어는 ROM과 같은 저장 매체, 예를 들어, 메모리 스틱 또는 하드 디스크를 포함할 수 있다. 캐리어는 전기 또는 광 케이블을 통해 또는 무선 또는 기타 수단에 의해 전송될 수 있는 전기 또는 광 신호일 수 있다.

본 명세서에서 "포함하고, 포함하며, 포함된, 포함하는"이라는 용어 또는 이의 임의의 변형어와, "구비하고, 구비하며, 구비된 및 구비하는"이라는 용어 또는 이의 임의의 변형어는 완전히 상호 교환 가능한 것으로 간주되며, 모두 가능한 한 가장 넓은 해석이 제공되어야 하며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

본 발명은 전술한 실시예로 제한되지 않고 구성 및 세부 사항 모두에 있어서 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (9)

1. 센싱 유닛을 포함하고 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치로서,
   상기 센싱 유닛은,
   전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 제1 센서;
   주변 전자기 복사선이 상기 제1 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 제1 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽;
   전자기 복사선이 통과할 수 있는 제1 포트로서, 상기 혈장으로부터 방출되는 전자기 복사선 또는 신호가 상기 제1 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 포트에 결합되도록 구성된 상기 제1 포트; 및
   발룬(balun) 및 이중 동축 시스템과 결합되어, 감지된 신호를 접지시키고 상기 신호의 위상 반전 버전을 접지시키는 제1 출력
   을 포함하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 출력은 차동 신호를 제공하기 위해 하나 이상의 케이블에 결합되도록 구성된 평형 출력인, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발룬은 상기 제1 센서에 의해 제공되는 불평형 신호를 상기 제1 출력에 제공되는 평형 신호로 변환하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 센싱 유닛은 제2 센싱 유닛을 포함하되, 상기 제2 센싱 유닛은,
   전자기 복사선을 검출하기 위한 제2 센서;
   주변 전자기 복사선이 상기 제2 센서에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 제2 센서를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽;
   전자기 복사선이 통과할 수 있는 제2 포트로서, 정합 유닛으로부터 방출되는 전자기 복사선이 상기 제2 센서에 도달할 수 있도록 혈장 챔버의 정합 유닛에 부착되도록 구성된 상기 제2 포트; 및
   상기 제2 센서에 결합되어 케이블에 결합되도록 구성된 제2 출력
   을 포함하는, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 출력과 상기 제2 출력은 평형 출력인, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 출력 및/또는 상기 제2 출력은 제3 출력을 생성하기 위해 상기 발룬에 교차 결합되고, 상기 제3 출력은 상기 제1 센서에 의해 수신된 신호와 상기 제2 센서에 의해 수신된 신호 사이의 위상차의 함수인 평형 출력인, 전자기 복사선 또는 신호를 검출하기 위한 장치.
7. 혈장에 의해 방출되는 전자기 복사선을 검출하기 위한 신호 획득 시스템(SAS)으로서,
   제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치;
   수신기, 송신기, 또는 상기 장치에 의해 획득된 신호를 제어 유닛에 제공하기 위한 트랜시버; 및 주변 전자기 복사선이 상기 송신기 또는 상기 트랜시버에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 송신기 또는 트랜시버를 둘러싸도록 구성된 전자기 장벽을 포함하는 추가의 인클로저; 및
   상기 장치에 의해 수신된 신호를 상기 송신기 또는 트랜시버에 제공하기 위한 적어도 하나의 케이블
   을 포함하는, 신호 획득 시스템(SAS).
8. 제7항에 있어서, 상기 케이블은 평형 케이블인, 신호 획득 시스템(SAS).
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 케이블은 한 쌍의 동축 케이블이고, 상기 케이블은 상기 장치로부터 상기 추가의 인클로저로 접지 연결을 연결하도록 구성된, 신호 획득 시스템(SAS).

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