预真空锁量计制造技术

一种预真空锁压力计，包括壳体，该壳体被配置成联接到预真空锁真空腔室。壳体支撑绝对真空压力传感器和差动隔膜压力传感器，该绝对真空压力传感器在高真空压力范围内提供瞬时高真空压力信号，该差动隔膜压力传感器提供预真空锁压力与环境压力之间的瞬时差压信号。壳体进一步支撑绝对环境压力传感器。低真空绝对压力系根据瞬时差压信号和瞬时环境压力信号来计算的。位于壳体中的控制器能够基于传感器的测量电压和在压力计的正常操作期间在预真空锁中的压力的常规循环的情况下测量的环境压力来重新校准差动隔膜压力传感器。压力来重新校准差动隔膜压力传感器。压力来重新校准差动隔膜压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预真空锁量计
[0001]相关申请
[0002]本申请是2021年1月21日提交的申请号为No.17/154,698的美国申请的延续。以上申请的全部教导通过引用并入本文中。

技术介绍

[0003]预真空锁系工业和实验真空处理腔室之标准特征。如图1所示，样品102通过预真空锁端口104装载到预真空锁106中，同时该预真空锁被排空到环境(大气)压力。大多数预真空锁在暴露于环境时预期将保持无颗粒。一旦样品进入并固定，预真空锁端口就关闭并且藉由真空泵108开始朝向高真空抽空。当预真空锁中的压力足够低时，传送端口110打开以将预真空锁腔室106连接到处理腔室112，该处理腔室具有其自己的真空泵112和压力计107。然后将样品通过传送端口传送到处理腔室中，在该处理腔室中对它们进行处理。当该过程完成时，将样品传送回仍然处于高真空的预真空锁中，关闭传送端口，并且将预真空锁排空，使得一旦预真空锁端口打开到环境或前开式统集盒(FOUP)，就可以取出经处理的样品。
[0004]在正确的预真空锁操作期间存在若干个重要的要求。
[0005]预真空锁必须始终保持无颗粒。这需要确保当预真空锁端口打开时，应当存在相对于环境压力略微正的压力。这保证了当预真空锁端口打开时任何空气流都会离开腔室，并且防止房间中的灰尘颗粒进入预真空锁腔室。在没有环境空气涌入之情况下，避免了灰尘颗粒侵入。需要在预真空锁腔室与环境之间进行准确的差压测量，以确保预真空锁端口仅在预真空锁腔室中的压力大于环境压力时打开。预真空锁压力计预期提供非常准确的差分测量。
[0006]在抽空期间还必须仔细监测预真空锁压力。传送端口仅在消除灰尘颗粒从预真空锁腔室到处理腔室的传送的足够低的压力时打开。通常，在预真空锁腔室中需要低于1托的压力，以排除在过渡期间将灰尘颗粒提升到高真空处理腔室。预真空锁操作员需要和要求在预真空锁腔室中的高真空下进行准确的绝对压力测量。
[0007]因此，预真空锁腔室需要装配有能够以高准确度执行两项最重要的测量的高准确度压力测量计：
[0008]a.在将预真空锁端口打开到环境条件之前，测量预真空锁腔室与环境之间的差压。
[0009]b.测量在预真空锁腔室内部的高真空下特别是在将传送端口打开到处理腔室之前的绝对压力。
[0010]用于预真空锁腔室中的压力监测和控制的量计通常称为预真空锁量计。
[0011]在美国专利6,672,171中揭露了一种满足以上要求之预真空锁量计。该量计既包括呈微机电系统(MEMS)皮拉尼传感器(Pirani sensor)形式的高真空绝对压力传感器(具体是MicroPirani
TM
量计)，又包括呈差动隔膜传感器形式的差压传感器，该差动隔膜传感器具有隔膜的暴露于预真空锁中的压力的一个面和隔膜的暴露于环境压力的相反面。尽管装
置满足以上要求，但是在控制传送端口所需的高真空压力时提供高准确度的MEMS皮拉尼量计在环境下的准确度仅为约+/
‑
25％。但是一些制程工程师期望在从环境到高真空的整个压力范围内，在预真空锁中进行准确的绝对压力测量。美国专利6,909,975解决了该附加要求。
[0012]在美国专利6,909,975的一个实施方式中，差压传感器被两个绝对压力传感器取代，该两个绝对压力传感器为在预真空锁中的低真空压力时准确的绝对压阻式隔膜压力传感器和在预真空锁外部的环境压力时准确的绝对压力传感器。然后藉由计算低真空压力传感器与环境压力传感器之间的差值来满足用于打开预真空锁端口的差压要求。藉由依赖在高真空下的皮拉尼传感器、在低真空下的绝对压阻式隔膜传感器以及在中等真空水平下的两种输出的混合，获得了全绝对压力范围。该实施方式的早期实现方式系MKS 390压力计。MKS 390量计包括MEMS皮拉尼传感器、绝对压阻式隔膜传感器和气压计。该量计另外包括如美国专利6,909,975中还建议的电离压力计，该电离压力计用于在比皮拉尼传感器可以支持的真空甚至更高的真空下提供非常高的真空绝对压力读数。
[0013]使用单独的绝对量计来计算感兴趣的差压的困难在于，感兴趣的差压不是直接感测的，并且基于不同传感器的所感测压力的计算容易出错。制程工程师更喜欢来自差动隔膜传感器的非常可靠的直接差分读数。
[0014]美国专利6,909,975提出了一种方法，藉由该方法可以使用差动隔膜压力传感器输出来在低真空压力时提供准确的绝对压力读数。为此，在可以准确地且可靠地测量腔室中的绝对压力的情况下获取绝对压力测量值与差压测量值之间的相关因子，并且存储该相关因子。此后，利用相关因子调整差压测量值以提供虚拟的绝对压力测量值。尽管当差压被测量为零时可以在大气压力时获取并存储该相关因子，但是较佳的方法系在等于负环境压力的高真空下测量差压传感器的输出，并且将绝对值作为相关因子存储。然后可以将该相关因子添加到差压传感器的差分输出，以藉由预真空锁中的全压力范围提供绝对压力读数。此后，皮拉尼传感器的输出提供了准确的高真空绝对压力读数，根据差压传感器输出计算的虚拟绝对压力提供了在低真空下的绝对压力，而两者的混合提供了在中等真空压力时的绝对压力。该方法已经用于非常成功的MKS 901P量计，该量计十多年来一直是行业中使用最广泛的预真空锁量计。
[0015]MKS 901P量计依赖用于绝对高真空(低压)输出的MEMS皮拉尼传感器和用于差分输出和低真空虚拟压力输出的差动压阻式隔膜(DPRD)传感器。每次将预真空锁泵送到低于约1托时，都会测量差压的绝对值并且将其作为固定量值正数存储在内存中。这基本上是利用DPRD本身对环境压力进行的高准确度的新测量。从那时起，DPRD的所有差分读数都可以从该恒定值减去，以提供预真空锁腔室中的绝对压力。由于DPRD用于生成环境压力的存储值(在抽空期间)，然后用于计算在排空期间的预真空锁腔室压力，因此在低真空下的读数比由皮拉尼传感器提供的读数更准确。

技术实现思路

[0016]MKS 901P量计从皮拉尼传感器提供了用于控制传送端口所需的非常高准确度的高真空压力、用于控制预真空锁端口的高准确度差压、以及还有即使在低真空下也使用美国专利6,909,975的虚拟压力方法的高准确度绝对压力。为了维持高准确度低真空绝对压
力，相关因子与实际环境压力相对应是很重要的。因此，每当预真空锁压力降低到高真空时，相关因子就会更新。然而，+/
‑
10托的环境压力的波动可能会在一天中发生。如果相关因子更新不够频繁，则环境压力的波动可能会导致低真空绝对压力读数不准确。尽管该等读数对传送端口或预真空锁端口的操作并不重要，但它们并不是最佳的。为了即使在低真空压力时也能提供甚至更高的准确度，可以将另一个绝对压力传感器(诸如在MKS 390产品中使用的绝对压阻式隔膜传感器)添加到量计。然而，这种传感器显著增加了整个量计之成本，并且其本身具有不期望滞后的缺点。
[0017]为了以合理之成本提高源自差动隔膜压力传感器的绝对低真空压力读数的准确度，将绝对环境压力传感器添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力计，包括：壳体，该壳体被配置成联接到真空腔室；位于该壳体中的绝对真空压力传感器，该绝对真空压力传感器被配置成暴露于该真空腔室并且能够在高真空下操作以提供准确的瞬时高真空压力信号；位于该壳体中的差动隔膜压力传感器，该差动隔膜压力传感器包括隔膜，该隔膜被配置成一个面暴露于该真空腔室并且相反面暴露于环境压力以提供瞬时差压信号；位于该壳体中的绝对环境压力传感器，该绝对环境压力传感器暴露于环境压力以提供瞬时环境压力信号；以及位于该壳体中的控制器，该控制器接收来自该绝对真空压力传感器的高真空压力信号、来自该差动隔膜压力传感器的差压信号、以及来自该环境压力传感器的环境压力信号，该控制器根据藉由一定范围的真空压力感测到的该瞬时差压信号和该瞬时环境压力信号来计算该真空腔室的计算的绝对压力，该控制器提供来自该差动隔膜压力传感器信号的差压输出、在高真空下从该绝对真空压力传感器信号获取的绝对真空压力输出、以及在低真空下来自该计算的绝对压力的绝对真空压力输出作为输出。2.如权利要求1所述之压力计，其中，该控制器进一步被配置成基于当该真空腔室处于环境压力时该差动隔膜压力传感器的环境压力电桥电压、当该真空腔室处于满量程高真空时该差动隔膜压力传感器的满量程电桥电压、以及利用该绝对环境压力传感器测量的满量程环境压力来校准该差动隔膜压力传感器。3.如权利要求1所述之压力计，其中，该控制器进一步被配置成藉由以下方式校准该差动隔膜压力传感器：测量当该真空腔室处于环境压力时该差动隔膜压力传感器的环境压力电桥电压；测量当该真空腔室处于满量程高真空时该差动隔膜压力传感器的满量程电桥电压；利用该绝对气压压力传感器测量满量程环境压力；并且根据该环境压力电桥电压、该满量程电桥电压和该满量程环境压力来确定该差动隔膜压力传感器的增益，此后根据瞬时电桥电压、该环境压力电桥电压和该增益来确定瞬时差压信号。4.如权利要求3所述之压力计，其中：从以下计算增益：其中，a系增益，V
b,0
系环境压力电桥电压，V
b,FS
系满量程电桥电压，并且P
amb,FS
系满量程环境压力；并且从以下计算压差：其中，P
D
系瞬时压差，并且V
b
系来自该差动隔膜压力传感器的瞬时电压。5.如权利要求1所述之压力计，其中，该控制器进一步从该绝对环境压力信号提供瞬时环境压力输出。
6.如权利要求1所述之压力计，其中，该绝对真空压力传感器在5托的高真空压力时具有7％或更高的准确度。7.如权利要求1所述之压力计，其中，从该瞬时差压读数计算的绝对压力在60托具有1％或更高的准确度。8.如权利要求1所述之压力计，其中，该控制器被配置成在中间真空压力时根据该瞬时高真空压力信号和该计算的绝对压力来计算混合压力，并且在高真空压力范围内输出该瞬时高真空压力信号作为腔室压力信号，在低真空压力范围内输出该计算的绝对压力作为该腔室压力信号，并且在该等中间真空压力时输出该混合压力作为该腔室压力信号。9.如权利要求1所述之...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：