CN101720427A - 电容压力计和涉及自动漂移校正的方法 - Google Patents

Abstract

披露了为压力计提供输出值漂移预测的系统、方法和设备，包括软件实现。可以根据与先前调零事件相关联的历史(例如时间戳)，为或相对于电容压力计提供信号或其他指示，表明何时预测有或判定需要保养、更换和/或调零事件。可以将先前记录的时间戳与适当函数进行曲线拟合，以为压力计计算或预测将来的维护、校准和/或更换事件。这种信号或指示可以作为屏幕上的指示来产生，也可以经由数字通信系统链路或系统对压力计进行查询得到。

Description

电容压力计和涉及自动漂移校正的方法

技术领域

本公开涉及压力换能器，更具体而言涉及拥有自动漂移校正的电容型压力计。

背景技术

在各种应用中已经采用了压力换能器。一种这样的换能器是电容压力计，其提供气体、蒸汽或其他流体准确而精确的压力测量。应用包括精确的压力测量和高精度气体和蒸汽输送系统，在很多工业应用中它们已变得非常重要，例如在用于晶片和芯片制造的半导体工业中，但其他应用也是已知的。这种流体输送系统通常还包括，但不限于诸如质量流量控制器(MFC)和质量流量检验机(MFV)的装置，以调节和/或监测气体和蒸汽流量。

电容压力计通常使用柔性膜片和与膜片间隔开的固定电极结构，柔性膜片形成或包括电极结构，从而在其间形成电容。膜片一侧压力相对于膜片对侧压力的变化导致膜片挠曲，使得膜片的电极结构和固定电极结构之间的电容根据该差动压力而变化。通常，膜片一侧的气体或蒸汽处于被测压力，而膜片对侧的气体或蒸汽处于已知基准值，或者是大气压，或者是一些固定的高或低(真空)压，从而可以将膜片测量侧上的压力作为电容测量值的函数加以确定。

在使用电容压力计测量压力且膜片挠曲以提供电容改变时，希望在膜片测量侧的压力返回到与基准侧相同的压力时(“零状态”)，仪表将显示“零”读数。然而，随着时间的过去，由于各种原因，当压力计返回到零状态时，读数将从零漂移开。因此，必需不时地对压力计读数进行调零和校准，以在零状态下使读数返回零。对于现有技术电容压力计而言，通常按照时间，例如每六个月，或例行地，例如每次预防性维护周期(PM)，或从不决定是否需要对压力计调零(例如对其零读数校准)。通常将选择如何频繁地对压力计调零的工作留给操作员或用户(例如半导体工艺工程师)判断。这种决定通常是基于人对先前漂移的检查。

通常通过在例行调零期间手工测量这种漂移来完成对现有技术电容压力计的累积漂移的任何记录。然后将需要用户对调零频率，或压力计是否到达其使用期限末尾做出判断。

在实践中，由于各种原因，包括缺少时间和/或所牵涉因素复杂，用户通常不做这种判断。相反，作为对相关处理工具或系统上的警报的反应，或在发现不再能对压力计调零(无法调节)时，用户通常会决定对压力计调零或更换压力计。无论是哪种情况，压力计的更换或调零都会导致意外设备故障问题(工具或系统停机)。这种不定期维护或更换是一些必需要在例行维护日程之外处理的事情，在有效使用整个工具或系统方面这是昂贵的。

于是，用户必需要对调零频率做出事先判断。一般不会对压力计是否需要诸如校准的例行维护做出决定。对压力计累积零点变化的任何记录通常也是手工进行的，这是一个不方便的过程。事实上，用户一般仅在工具或系统告警时知道存在问题了。因此，希望具有这样的系统、方法和设备，其通过预测和/或指出诸如高精度流体输送系统所用的电容压力计何时需要调零、维护和/或更换，并在可能时自动校准系统以校正漂移，从而解决针对现有技术指出的局限。

发明内容

本公开的实施例涉及到对压力换能器(例如电容压力计)有用的系统、方法和设备，包括软件实现，以提供信号或以其他方式表示何时应当执行调零事件、保养或更换。这种预测可以基于与特定压力计的先前调零事件的历史(例如记录的时间戳)。用于调零、维护或更换的信号/指示可以作为警报或屏幕上的指示来产生，也可以在经由诸如以太网连接的通信链路或系统对压力计进行查询得到。在一个实施例中，可以提供一种电容压力计，其被配置和设置，以根据压力计零点读数的本征漂移或与工艺相关的漂移预测压力计零输出读数的漂移值。这种电容压力计可以包括具有第一端口和第二端口的传感器外壳或传感器盒以及设置于传感器盒之中的膜片。膜片例如是柔性金属盘，具有两侧，可以被配置和设置成响应于膜片两侧上相应压力之间的压差在传感器盒之中移动。电极结构可以位于传感器盒之中与膜片一侧相邻；可以有电子电路，其被配置和设置成测量膜片和电极结构之间的电容并产生对应于所测零压力的零输出读数。还可以进一步配置和设置电子电路，以(i)记录两个或更多对应于所述压力计的零输出读数调节的时间戳，以及(ii)根据所述两个或更多零点偏移值预测所述压力计零输出读数的漂移值。可以配置和设置压力计以产生警报、数字输出和/或模拟输出。可以配置和设置压力计以通过外插所记录漂移数据根据两个或更多时间戳预测压力计零点读数超过指定漂移量。

在另一实施例中，提供了一种根据压力计本征漂移预测电容压力计零点读数漂移值的方法。这种方法可以包括对电容压力计进行两次或更多次调零并在每次对压力计调零时记录带时间戳的零点偏移值。可以记录两个或更多零点偏移值。可以根据两个或更多零点偏移值预测压力计零输出读数的漂移值。预测漂移值可以包括根据两个或更多零点偏移值确定要求对压力计调零。预测漂移值可以包括判定零输出读数将超过指定的阈值和/或确定需要更换或保养压力计。

在另一实施例中，提供了一种根据一个或多个与工艺相关的漂移值预测电容压力计零点读数漂移值的方法。这种方法可以包括利用电容压力计测量多个工艺压力。每个工艺压力可以与多个工艺之一相关联；针对所述多个工艺中的每一个确定用去的时间；计算多个漂移率，每个漂移率对应于多个工艺之一；以及根据所述多个漂移率预测所述压力计零点输出读数的漂移值。针对所述多个工艺中的每一个确定用去的时间可以包括记录多个时间戳。记录多个时间戳可以包括记录针对每种工艺的一对或更多时间戳。每一对时间戳可以包括工艺开始时间戳和工艺结束时间戳。预测压力计零输出读数的漂移值可以包括使数学函数与多个漂移率拟合。尽管这里描述了一些实施例，但本领域的技术人员将认识到，其他实施例和方面是所包括的说明书和本公开附图中所固有的并受到其支持。

附图说明

在结合附图阅读时，从以下说明书将可以更充分地理解公开的各方面，在本质上将说明书视为例示性的而非限制性的。附图未必是成比例的，相反重点放在公开的原理上。在附图中：

图1是根据本发明特定方面配置和设置的电容压力计实施例的简化截面图；

图2是根据本发明特定方面设计的典型电容压力计的电气部件的简化部分示意和部分方框图；

图3是根据本发明特定方面配置和设置的电容压力计另一实施例的简化截面图；

图4是流程图，示出了根据本公开示范性实施例基于两个或更多与压力计操作时间相关联的时间戳预测电容压力计本征零漂移的方法的一个优选实施例的步骤；以及

图5是流程图，示出了根据本公开另一实施例基于与压力计测量的一个或多个确定过程相关联的时间戳预测电容压力计与过程相关的零漂移的方法的一个优选实施例的步骤。

本领域的技术人员应当理解，附图中描绘的实施例是例示性的，可以在本公开的范围之内想到和实践图示那些实施例以及这里所述的其他实施例的变化。

具体实施方式

本公开的各方面涉及对确定或预测需要对电容压力计进行调零(例如零读数校准)、维护或更换有用的系统、方法和设备。示范性实施例可以包括根据本公开的具有计算机可执行代码，例如适当算法的软件或固件。

图1示出了可以适于包括自动漂移校正的一种电容压力计100。压力计100包括外壳102和设置于外壳之内的柔性膜片104。膜片分割外壳，从而提供测量室106和基准室108(具有图1中所示的两个部分108a-b)，使得两个室能够保存处于不同压力的流体。膜片104包括柔性膜、盘或板，在受到差动压力作用时，即在膜片相对侧施加不同压力时，膜片会挠曲，从而由差动压力施加的差动力导致膜片挠曲。外壳102还包括入口测量端口110，配置和设置入口测量端口以允许将流体引入测量室106中。配置和设置入口基准端口112以允许将流体或真空引入基准室108中，从而引入到膜片104相对于室106的相对侧上。通常，基准室中引入的流体/真空处于已知压力，例如一个大气压或高或低(真空)压力。膜片104两侧彼此相对地密封，从而能够精确地测量任何差动压力。如图所示，外壳102之内在测量侧可以存在挡板114，以对要测量流体的流动重新定向和/或针对异物加以保护。

参考图1和2，在外壳102之中提供至少一个电极结构116。无论测量和基准室106和108中压力如何，电极结构116都保持在固定位置。尽管已知有各种电极结构，在图示的实施例中，电极结构116包括绝缘材料的支撑118，用于支撑中心电极120以及环形电极122，后者优选与中心电极120同心。通常构造膜片104，以便界定或包括形成电容器装置一侧的结构，而电容器装置的另一侧是由电极结构形成的。可以将电极结构116固定地支撑于相对于膜片104预选距离处，使得电极结构和膜片之间的电容测量值提供对测量室之内压力相对于基准室中压力的测量结果。更确切地讲，在图1和2所示的实施例中，中心电极120和膜片104之间的电容(由电容器符号124表示)以及环形电极122和膜片104之间的电容(由电容器126表示)的差异提供了测量室106和基准室，例如108b之间压力差的非常准确测量结果。于是，外壳102之内的膜片104响应于差动压力的挠曲改变了膜片104和电极120和122中的每一个之间的电容。

压力计100还包括连接到线路142和144以及系统接地的电子电路板/电路140。线路142和144分别电连接到中心和环形电极120和122。优选构造和设置电子电路板/电路140以包括测量电路，所述测量电路用于提供测量信号输出以及下文要描述的其他输出信号。

参考图2，示出了电子电路板/电路140的范例。膜片104连接到如202所示的系统接地。图示的测量系统包括桥式电路204、驱动电路206、参考信号发生器208和信号调节电路210。分别将中心电极118和地之间的电压以及环形电极和地之间的电压通过线路142和144以及系统接地施加到桥式电路204的相对侧。在图示的实施例中，驱动电路206包括被配置和设置成驱动桥式电路204的正弦波振荡器。信号调节电路210(例如，包括缓冲器、信号缩小和信号放大部件)可用于调节来自桥式电路204的输出以及提供其他数据信号。图示的测量电路200还包括参考信号发生器208，构造和设置参考信号发生器以存储基准值并向信号调节电路210提供参考输出信号。传感器电极电容的不均衡(一方面是中心电极和膜片之间的电容，另一方面是环形电极和膜片之间的电容)产生测量电路204的差分输出，该差分输出被信号调节电路210调节和放大。后者产生对应于膜片挠曲量的输出信号212，这又是对施加到膜片的差动压力的测量结果。

此外，当测量室106和基准室108中的压力相等时，电子模块/电路140的输出212应当为对应于所测零差动压力的零输出读数。电子模块/电路140还被配置和设置成包括处理器214和存储器216。提供处理器214和存储器216允许提供与压力计100的调零事件相关联的记录时间戳(例如唯一的时间标识符)。压力计100还可以包括电源(未示出)，配置和设置电源以向电子电路140供电。还可以配置和设置显示器(例如图形用户接口[GUI]、LED或LCD读出器等)以显示与压力计工作相关联的信息，包括时间戳信息。此外，可以通过网络或通信链路218将输出212发送到控制或监测系统220。

电子模块/电路140优选包括所存储的用于期望的零读数值(例如等于基准室中的基准压力)的基准值(如参考信号发生器所提供的(图2中示为208))。电子模块/电路140还优选包括由调节螺丝150表示的量程电位器，用于调节压力计的校准曲线范围；以及由调节螺丝152表示的线性电位器，其被配置和设置成调节压力计的校准曲线线性度。此外，电子模块/电路140优选包括由调节螺丝154表示的一个或多个调零电位器，其被配置和设置成将压力计的零读数输出值调节到期望值。在示范性实施例中，可以用数字方式执行和存储这些调节功能。

压力计100还被提供，优选作为电子模块/电路140的一部分，一个或多个用于读取和采集带时间戳的零点偏移值的部件，该零点偏移值又可以在每次对压力计100调零时采集。零点偏移可以对应于自从上次调零事件或初始构造之后(由压力计指示的)零压读数移动或漂移的量。处理器214和软件代码和/或固件可用于实现这一目的。这种代码可以存储或加载到例如适当的存储器中，存储器例如是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或与电子模块/电路140相关联的与/或形成其一部分的“闪速”存储器。软件或固件可以使用连贯数据来通过使偏移数据与数学模型/函数拟合，例如线性外插或曲线拟合，对何时应进行下一次调零和/或更换事件做出预测。包括软件或固件代码的这种部件也可以运行或存储于远离压力计100的位置，以通过适当通信链路，例如以太网连接等用于压力计100。

通过记录两个或更多对应于压力计的零输出读数调节的时间戳，电子模块/电路140可以基于所记录的零点偏移值，例如通过使曲线/函数与所记录的偏移数据拟合，来预测压力计零输出读数的漂移值。在示范性实施例中，电子模块/电路140可以充当数字控制单元，其被配置和设置成从通信链路接收计算机可读指令以控制压力计外部的系统。

在示范性实施例中，可以使用仅一个读数，而不是一对读数。诸如零点偏移的事件可能在打开之前或期间发生，这表明压力计应当立即停止服务，无需等待下次读数。或者，如果压力计长时间处于一个压力(例如零)，则在这样的时间段内可以取/执行两个以上的时间戳。

参考图3，进一步绘示了根据本公开的温度控制的电容压力计300的示范性实施例。压力计300类似于图1所示的压力计，可使用相同的附图标记，还包括恒温炉或加热元体304，其被配置和设置成调节和/或控制外壳302之内的温度。压力计300的一部分被示为去除掉，以便露出调节螺丝150、152和154。可以使用调节工具310(例如螺丝刀)在需要时转动调节螺丝。这些调节也可以通过相关数字电子线路(未示出)来实现/执行。

如前所述，例行地对电容压力计调零(校准零读数)以确保它们正确工作可能是有用的，即，在工作期间中校准曲线可以不变，但对应于零输出(零压力)的读数值可能是错的，因为零(于是整个曲线)可能已经偏移。通常，压力计，尤其是为低压范围设计的压力计，会表现出本征零点漂移/偏移，例如沿着各设备均不相同的曲线(漂移率)的逆向。并非意在限制本公开，这种漂移率通常可以在0和-1E-4mT每天之间的范围内。此外，在一些半导体工艺中，特别是蚀刻和淀积工艺中，存在如下可能性，即工艺材料可能会淀积于传感器膜片上，导致除传感器的本征漂移之外的零点漂移或零点偏移。对于一些蚀刻工艺而言典型的高值在每天0.1mT-1mT之间的范围中，但这是代表(并且不是限制)性范围。

优选地，用户一般对本征零点漂移和与工艺相关的零点漂移都使用相同的例行调零方法：将装置抽至压力计分辨极限以下的压力，并调节装置输出，例如电压，以反映零压力，例如调节到0V。在影响更大的与工艺相关的漂移情况下，通常需要更经常地进行调零。根据本公开设计的压力计可用于根据各种方法预测任一种漂移，本征的或与过程相关的漂移值，在下文中参考图4和5描述优选方法。

图4示出了根据与压力计工作时间相关联的两个或更多时间戳预测电容压力计的零读数漂移，例如本征漂移的方法400。该方法可以包括步骤402和步骤404，步骤402是对电容压力计进行两次或更多次调零，步骤404是在每次对压力计调零时都记录带有时间戳的零点偏移值，以便记录两个或更多零点偏移值。可以在步骤406根据两个或更多零点偏移值预测压力计零输出读数的漂移值。

继续参考图4，预测漂移值可以包括步骤408，根据两个或更多零点偏移值确定或预测需要对压力计调零。预测漂移值可以包括步骤410，判定零输出读数将在预测的时间超过指定阈值。过程然后前进到步骤412，根据预测的漂移确定需要更换(或保养)压力计。

步骤414实现了对压力计输出调零的功能，可以包括使数学函数与两个或更多偏移值拟合，并根据数学函数外插将来的零点漂移。拟合数学函数可以包括拟合直线函数、多项式函数和/或指数函数或其他适当函数。可以将统计/回归分析用于步骤414的函数/曲线拟合。指定的阈值可以是预定值。此外，指定的阈值可以是用户编写的值，例如，用户通过以太网连接或其他适当通信链路提供的值。

方法400还可以包括响应于预测压力计零输出读数的漂移值对压力计进行调零、进行维护或更换。可以在零压或任何已知压力下进行调零。此外，也可以利用以上计算的漂移率在任何时候，在任何静态或动态压力下进行调零。方法400还可以包括通过通信链路，向诸如图2所示的控制系统220的控制系统发送压力计输出处的压力计零输出读数的漂移值。优选配置和设置控制系统以控制压力计的运行。预测压力计零输出读数的漂移值可以包括压力计电子控制器执行计算机可读指令。方法400可以包括使用图形用户接口来通过例如图2的显示器216来控制压力计的运行。

与对压力计输出调零以消除累积漂移相关的指令可能有所变化。例如，假设在两次或更多次相继测量中发现累积漂移等于每天D毫托(mT)的漂移率，并假设精确度指标为读数的A％，可能的判断点可以是，在零点漂移已达到已知阈值时则应当对压力计调零。另一种可能性是在零点漂移导致总标度的R％的输出偏移到要求精度指标之外并因此应当对压力计重新调零时，对压力计进行重新调零。

在至少一个示范性实施例中，预测或确定调零要求的步骤408可以包括根据以下方程确定直到下一次调零事件的时间：

$T=\frac{(R\×A\×F)}{(100\×D)}$ (方程1)

其中A是精确度指标(读数的％)；F是满刻度压力读数；D是记录的漂移(压强单位/时间)；R是工作压力与压力计满刻度压力的比例，T是直到下一调零事件之前的时间。尽管在以上方程1中使用线性外插作为范例，但如前所述，在漂移曲线相对于时间或压力是非线性时，其他示范性实施例可以利用适当的曲线拟合算法/技术。

计算值T可以用于触发压力计软件或电子线路向压力计GUI和/或工具软件发送信号作为预测日期(例如“工具/用户必需在日期X那天或之前执行调零例程”)。

类似地，可以导出与例行维护相关的判断点，例如压力计的总可接受/可允许漂移＝20％的满刻度。以上方程1连同记录的漂移数据可用于预测设备何时将用完零点可调性，从而应该返回到修理站进行例行维护。

范例1-本征漂移

对于特定应用而言，压力计可以用其零读数具有对应于压力计工作时间的本征漂移来表征。可以由根据本公开的实施例解决和预测这种“本征”零点漂移。

例如，使用精确度在读数的0.5％之内且本征漂移率为每天7E-4mT的MKS 628 100mT压力计(由本受让人销售)，根据方程1，在10mT处调零事件之间允许的漂移会是100mT的10％的0.5％＝5E-2mT。因此，预测的天数值将为5E-2/7E-4，或大约71天。

例如，如图4所示方法所提供的，确认压力计的本征漂移并利用观察到的本征漂移来预测将来从零点产生的漂移，作为补充或替代，区分在压力计工作的不同时段(例如工艺和非工艺时间)期间发生的漂移可能是有用的，以便与本征漂移相对地来单独计算与工艺相关的漂移。在很多情况下，仅仅利用测得的压力知识，在下载压力与工艺数据之后，通过换能器自身中的算法就能够识别出工艺。或者，可以从外部供应工艺标识。

在特定实施例或应用中，在通电时可能有一个本征漂移率(例如因为换能器是热的)，而在关闭电源时是另一个本征漂移率(例如在换能器闲置时)。为了有效应用本征漂移率，无论是否通电，可能都需要使用总时间。对此的一种解决方案是，无论何时为换能器通电，都让换能器查询系统时间，使其内部时间保持与真实时间同步，并将总用去时间与通电后已过时间分开。在通电时，无论是否已经关闭电源，都能够允许更好地计算两种本征漂移数据。实施例可以将实时时钟用于该目的，例如，压力计自身中且由适当电池供电的实时时钟。

图5示出了根据与压力计测量的多个过程中一个或多个确定过程相关联的时间戳预测电容压力计与工艺相关的零点漂移的方法(由500一般地表示)的步骤范例。通过确定压力计测量一种或多种已被确定为对导致零点漂移的状况做出全部、大部分或显著部分贡献的工艺的流体/气体压力所花的已用去时间，可以以高度的精确度做出零点漂移预测。可以使用方法500，从压力计暴露于工艺条件与非工艺条件的时间，例如对压力计零点校准较有害的状况与较为温和的状况的了解，预测要求或需要进行调零事件、例行维护事件和/或压力计更换。方法500可以包括根据多个测得的漂移率来确定需要调零、保养和/或更换压力计。预测漂移值可以包括判定零输出读数将超过指定的阈值，该阈值可以是预定的和/或用户编写的。

方法500可以包括步骤502，即利用电容压力计测量多个工艺压力，每个工艺压力与多个工艺或工艺步骤之一相关联。可以在步骤504记录多个时间戳。可以在步骤506，例如根据所记录的时间戳测量或确定多个工艺中的每一个所用去的时间。可以在步骤508计算多个漂移率，每个漂移率对应于多个工艺之一。可以在步骤510根据多个漂移率预测压力计零输出读数的漂移值。在步骤512，可以使数学模型或函数与与多个漂移率相关联的数据拟合。

如上所述，记录步骤504包括产生和记录多个时间戳，然后可以在步骤506将时间戳用于确定多个工艺中的每一个所用去的时间。记录多个时间戳可以包括记录针对每种工艺的一对时间戳。每一对时间戳可以包括工艺开始时间戳和工艺结束时间戳。预测压力计零输出读数的漂移值可以包括使数学函数(512)与多个漂移率拟合。拟合数学函数512可以包括拟合直线函数、多项式函数和/或指数函数或任何其他适当的函数。可以在步骤512使用统计/回归分析。

方法500的示范性实施例可以包括预测压力计零输出读数的漂移值。该方法还可以包括计算多个漂移率中的一个或多个的时间积分以生成一个或多个漂移值。也可以在514中使用预测的漂移率来校正换能器零点。

可以通过适当的网络或通信链路，例如链路218向诸如图2的控制系统220的控制系统发送根据方法500计算得到的压力计零输出读数的漂移值。可以配置和设置这种控制系统以控制压力计的运行。通过方法500预测压力计零输出读数的漂移值还可以包括操作执行计算机可读指令的压力计电子控制器。在示范性实施例中，可以使用图形用户接口，例如通过图2的显示器216，来控制压力计的运行。

对于诸如方法500的方法，优选确定用于工艺暴露用去的时间与用于非工艺暴露用去的时间。例如，用户/操作员会事先确定压力测量的一个或多个工艺窗口，压力计会记录带有日期的与不同操作模式相关的信息，例如可以将1-托满刻度(FS)压力计用于50mT(漂移为RP1的工艺1)以及300mT(漂移为RP2的工艺2)的工艺测量。在那些范围之外，压力计不会有任何显著漂移(例如，漂移为RP0的工艺3)。用户通过与压力计(例如经由个人计算机和屏幕上的GUI，例如通过显示器216)通信确认那些感兴趣的压力范围。

继续该范例，压力计然后可以通过带日期的信息记录在被确定为关键的那些压力范围之内(时间T1、T2…等的工艺暴露)以及那些压力范围之外(时间T0的非工艺暴露)使用压力计多长时间。可以由(T0×RP0)+(T1×RP1)×(T2×RP2)×等来给出总漂移D(mT)。通过汇集这种信息，可以针对不同工艺计算各漂移率系数，并加以反馈，以通过例如曲线拟合和外插而用于漂移预测的目的。

为简单起见，用户可以独立创建每个工艺并测量各个零点漂移系数。对于这种实施例，可以无需直接参考累积零点飘移，仅从对某些工艺特定的范围之内使用压力计多久的了解来预测漂移和(因此)调零周期。

以下范例例示了根据本公开示范性实施例的调零事件预测。

范例2-与工艺相关的漂移

对于特定应用而言，可以用针对一种或多种特定工艺而非其他工艺而言具有对应于压力计工作时间的零点漂移来表示压力计的特征。可以由根据本公开的实施例解决和预测这种“与工艺相关的”零点漂移。

对于精确度在读数的0.5％之内且本征漂移率为每天0.1mT的MKS 628100mT压力计(由本受让人销售)，根据方程1，在10mT处调零事件之间允许的漂移会是100mT的10％的0.5％＝5E-2mT。因此，预测的天数将为5E-2/0.1，或大约0.5天。

在根据本公开的示范性实施例中，可以使用具有修改/编程的具有以太网功能的

电容压力计，例如可以从本公开的本受让人买到的型号为627C(Baratron是本受让人的注册商标)的压力计，来跟踪和处理与调零事件相关联的时间戳数据。示范性实施例可能尤其希望使用启用了以太网功能的

压力计，因为它们能够提供与以太网集线器和其他装置组网的能力，以进行本地或网络诊断，而无需从主系统拆开或去除。

MKS装备了以太网的压力计包括内嵌的互联网浏览器软件，允许它们与任何基于

的PC通信。由于以太网端口与标准模拟通信并行工作，因此在处理期间可以实时地诊断装置，对于进行他们自己的系统分析和排除故障的用户而言这是巨大的益处。即使对于不使用以太网联网的用户，压力计也具有外部LED，以对装置状态给出快速直观引导。其他示范性实施例可以利用

数字电容压力计，这是由本公开的受让人出品的。对于这种压力计而言，可以通过符合OpenDeviceNet’s Vendor Association(ODVA)的DeviceNet^TM通信协议或其他适当协议提供接口。

这种和/或压力计提供的特征和优点包括：精确度和可重复性高；标准产品线包括用于现有和最新一代联网处理工具的模拟和以太网通信；以太网通信是实时的且可以与模拟通信并行运行，允许就地诊断装置和工艺，无需断开电缆连接；嵌入的因特网网络浏览器能够与任何基于Windows的PC通信；具有整套诊断例程的直观的图形用户接口(GUI)可用于装置或工艺；容易理解的外部指示器，用于立即提供装置状态信息；满刻度压力范围从1000Torr到0.02Torr；与其他加热模拟

电容压力计和一些竞争产品管脚到管脚兼容；符合CE标准，经测试适用于SEMI S2-93安全指导方针的规定。

因此，本公开的实施例能够提供电容压力计的用途，该电容压力计被配置和设置成在接下来应当对压力计调零和需要维护或更换时，通知用户和/或半导体工具/系统。可以将根据本公开的系统、方法和/或设备(可以包括含有计算机可执行指令的软件和/或固件)用于调零方法学的决策过程自动化。压力计指明用户应当执行调零流程的日期。本公开允许压力计预测何时应当退出服务，从而防止意外停机。

根据本公开的实施例能够允许电容压力计，例如安装于半导体处理工具上的电容压力计，自动调零而无需操作员干预。压力计提供的信号将允许工具软件安排自动调零事件而无需打扰用户。这能够有助于减小工具或系统上不必要/错误警告的数量，压力计零点读数漂移到允许的量和/或阈值之外就会导致以上情况。

尽管这里已经描述了特定实施例，但本领域的技术人员将理解，在不脱离其精神的情况下本公开的方法、系统和设备可以体现为其他具体形式。

例如，尽管针对气体输送系统一般性地描述了电容压力计的使用，但本领域技术人员将认识到，可以将这种压力计用于其他适当配置/应用中。例如，根据本公开的电容压力计可以是用于验证测量系统/部件精确度的上升速率(ROR)流量验证器，例如质量流量控制器(MFC)或质量流量验证器(MFV)的一部分。

因此，从所有方面来看这里所述的实施例都被视为例示性的而非对本公开的限制。

Claims (61)

1.一种电容压力计，包括：

具有第一端口和第二端口的传感器盒；

设置在所述传感器盒内的膜片，其中所述膜片具有两侧，且被配置和设置成响应于所述膜片两侧上的相应压力之间的压力差而在所述传感器盒内移动；

在所述传感器盒内与所述膜片的一侧相邻设置的电极结构；以及

电子电路，配置和设置所述电子电路以测量所述膜片和所述电极结构之间的电容，并产生与所测到的零压力相对应的零输出读数，其中，进一步配置和设置所述电子电路，以便(i)记录两个或更多个对应于所述压力计的零输出读数调节的时间戳，以及(ii)根据两个或更多个零点偏移值预测所述压力计零输出读数的漂移值。

2.根据权利要求1所述的压力计，其中，配置和设置所述压力计以产生数字输出。

3.根据权利要求1所述的压力计，其中，配置和设置所述压力计以产生模拟输出。

4.根据权利要求1所述的压力计，其中，配置和设置所述压力计以根据所述两个或更多个时间戳预测超过指定漂移量的压力计零读数。

5.根据权利要求1所述的压力计，其中，所述第一端口是用于流体耦合到处理工具的测量端口，并且所述第二端口是用于耦合到真空或其他压力源的基准端口。

6.根据权利要求5所述的压力计，其中，所述真空源包括连接到所述传感器盒的抽气泵。

7.根据权利要求1所述的压力计，其中，所述第一端口连接到半导体处理工具。

8.根据权利要求5所述的压力计，其中，所述电极结构包括外侧环形电极和设置于所述环形电极之内的内侧电极，其中第一电连接耦合到所述环形电极，第二电连接耦合到所述内侧电极。

9.根据权利要求8所述的压力计，其中，所述电子电路连接到所述第一和第二电连接。

10.根据权利要求9所述的压力计，其中，所述电子电路包括连接到所述第一和第二电连接的电桥电路和连接到所述电桥并被配置和设置成驱动所述电桥电路的振荡器。

11.根据权利要求9所述的压力计，其中，所述电子模块还包括用于期望的零读数值的所存储基准值以及被配置和设置成从所述桥式电路接收所述差分信号的缓冲器，其中所述缓冲器被配置和设置成缩小和放大由所述桥式电路产生的差分输出信号。

12.根据权利要求9所述的压力计，还包括数字控制单元，配置和设置所述数字控制单元以产生表示所述压力计需要在预测的时间调零或更换的输出信号。

13.根据权利要求9所述的压力计，还包括数字控制单元，配置和设置所述数字控制单元以根据两个或更多个零点偏移值校正用于预测的零点漂移的压力输出信号。

14.根据权利要求12所述的压力计，还包括计算机可读介质，所述计算机可读介质包括计算机可执行指令，用于(i)记录两个或更多个对应于所述压力计的零输出读数调节的时间戳，以及(ii)根据所述两个或更多个零点偏移值预测所述压力计零输出读数的漂移值。

15.根据权利要求12所述的压力计，其中，配置和设置所述数字控制单元以从至所述压力计之外的控制系统的通信链路接收计算机可读指令。

16.根据权利要求15所述的压力计，其中，所述控制系统是图形用户接口。

17.根据权利要求11所述的压力计，其中，所述电子模块包括量程电位器，配置和设置所述量程电位器以调节所述压力计的校准曲线范围。

18.根据权利要求9所述的压力计，其中，所述电子模块包括线性电位器，配置和设置所述线性电位器以调节所述压力计的校准曲线的线性度。

19.根据权利要求9所述的压力计，其中，所述电子模块包括一个或多个调零电位器，配置和设置所述调零电位器以将所述压力计的零读数输出值调节到期望值。

20.根据权利要求5所述的压力计，其中，所述传感器盒包括

或

21.根据权利要求9所述的压力计，还包括被配置和设置成向所述电子模块供电的电源。

22.根据权利要求1所述的压力计，还包括被配置和设置成显示与所述压力计的运行相关联的信息的显示器。

23.根据权利要求1所述的压力计，还包括所述传感器盒附近之内的调节温度的热源，用于将所述传感器盒内的温度维持在期望的温度。

24.根据权利要求5所述的压力计，其中，所述膜片中包括金属。

25.根据权利要求21所述的压力计，其中，所述金属包括

或

26.一种预测电容压力计的零输出读数的漂移值的方法，所述方法包括：

对电容压力计进行两次或更多次调零；

对每一次所述压力计被调零都记录带时间戳的零点偏移值，其中记录两个或更多个零点偏移值；以及

根据所述两个或更多个零点偏移值预测所述压力计零输出读数的漂移值。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，预测漂移值包括根据所述两个或更多个零点偏移值确定需要对所述压力计调零。

28.根据权利要求26所述的方法，其中，预测漂移值包括确定所述零输出读数将超过指定阈值。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括确定要求更换所述压力计。

30.根据权利要求26所述的方法，其中，预测调零要求包括使数学函数与所述两个或更多个偏移值拟合。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合直线函数。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合多项式函数。

33.根据权利要求30所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合指数函数。

34.根据权利要求28所述的方法，其中，所述指定阈值为预定值。

35.根据权利要求28所述的方法，其中，所述指定阈值是用户编写的值。

36.根据权利要求26所述的方法，其中，预测调零要求包括根据下式来确定直到下次调零事件的时间：

$T=\frac{(R\×A\×F)}{(100\×D)}$

其中，A是精确度指标(读数的％)；F是满刻度压力读数；D是记录的漂移(压强单位/时间)；R是工作压力与所述压力计满刻度压力的比例；T是直到下一调零事件的时间。

37.根据权利要求26所述的方法，还包括响应于预测所述压力计零输出读数的漂移值将所述压力计的零读数输出值调节到期望值。

38.根据权利要求26所述的方法，还包括响应于预测所述压力计零输出读数的漂移值将所述压力计更换到期望值。

39.根据权利要求26所述的方法，还包括通过通信链路向控制系统发送所述压力计零输出读数的漂移值，其中，所述控制系统被配置和设置成控制所述压力计的运行。

40.根据权利要求26所述的方法，其中，预测所述压力计零输出读数的漂移值包括压力计电子控制器执行计算机可读指令。

41.根据权利要求39所述的方法，还包括使用图形用户接口控制所述压力计的运行。

42.一种预测电容压力计的零输出读数的漂移值的方法，所述方法包括：

利用电容压力计测量多个工艺压力，每个工艺压力与多个工艺中的一个相关联；

针对所述多个工艺中的每一个确定已用去的时间；

计算多个漂移率，每个漂移率对应于所述多个工艺中的一个；以及

根据所述多个漂移率预测压力计零输出读数的漂移值。

43.根据权利要求42所述的方法，其中，针对所述多个工艺中的每一个确定已用去的时间包括记录多个时间戳。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，记录多个时间戳包括记录针对每一个工艺的一对时间戳。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，每一对时间戳包括工艺开始时间戳和工艺结束时间戳。

46.根据权利要求42所述的方法，其中，预测压力计零输出读数的漂移值包括使数学函数与所述多个漂移率拟合。

47.根据权利要求42所述的方法，其中，预测所述压力计零输出读数的漂移值包括计算所述多个漂移率的一个或多个的时间积分以产生一个或多个漂移值。

48.根据权利要求42所述的方法，还包括根据所述多个漂移率确定要求对所述压力计调零。

49.根据权利要求42所述的方法，其中，预测漂移值包括确定所述零输出读数将在预测的时间超过指定阈值。

50.根据权利要求42所述的方法，还包括确定要求更换所述压力计。

51.根据权利要求42所述的方法，其中，预测调零要求包括使学函数与所述一个或多个漂移值拟合。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合直线函数。

53.根据权利要求51所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合多项式函数。

54.根据权利要求51所述的方法，其中，拟合数学函数包括拟合指数函数。

55.根据权利要求49所述的方法，其中，所述指定阈值为预定值。

56.根据权利要求49所述的方法，其中，所述指定阈值是用户编写的值。

57.根据权利要求42所述的方法，还包括响应于预测所述压力计零输出读数的漂移值将所述压力计的零读数输出值调节到期望值。

58.根据权利要求42所述的方法，还包括响应于预测所述压力计零输出读数的漂移值将所述压力计更换到期望值。

59.根据权利要求42所述的方法，还包括通过通信链路向控制系统发送所述压力计零输出读数的漂移值，其中，所述控制系统被配置和设置成控制所述压力计的运行。

60.根据权利要求42所述的方法，其中，预测所述压力计零输出读数的漂移值包括压力计电子控制器执行计算机可读指令。

61.根据权利要求59所述的方法，还包括使用图形用户接口控制所述压力计的运行。

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