專利名稱：對質(zhì)量流控制器和質(zhì)量流量計的輸出濾波的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及質(zhì)量流量控制器和質(zhì)量流量計，并更具體涉及用于質(zhì)量流量控制器和質(zhì)量流量計的輸出濾波器。
本發(fā)明的背景由于半導(dǎo)體制造商使用的硅晶片尺寸增加，氣體通過制造設(shè)備更精確的流量控制對于在晶片上精確制造電路變得更為嚴(yán)格。質(zhì)量流量控制器和質(zhì)量流量計一般用來控制和監(jiān)視通過半導(dǎo)體制造工具的氣體流量。在制造過程中，如果控制器或監(jiān)視器檢測到在對于特定制造工具預(yù)定的操作參數(shù)之外的氣體壓力波動，則通常要觸發(fā)一警告，以便使該工具停機。這常常使制造商付出代價，因為這降低了產(chǎn)量，并因為當(dāng)工具停機時正在處理的晶片批次常常受到損壞。然而即使批次沒有被破壞或損壞，但直到使工具返回在線之前，另外的晶片批次不能被處理。當(dāng)制造工具的停機是由于誤警告(即非嚴(yán)重事件)時，這更令人煩惱并降低效率。
就此來說，傳統(tǒng)的質(zhì)量流量控制器和質(zhì)量流量計是不完善的，因為它們常常由于以超過制造容許沖擊制造過程的噪聲或瞬時壓力尖峰，產(chǎn)生誤警告。例如，在質(zhì)量流量控制器中，熱流量傳感器讀取到制造工具的氣體流量。然而傳統(tǒng)的熱流量傳感器有幾種限制，這些限制之一在于由熱流量傳感器讀取通過系統(tǒng)的氣體流量的時間常數(shù)，比控制流量所需的時間長得多。換言之，按熱流量傳感器讀取一事件的時間，對通過控制氣體流量或使系統(tǒng)停機的事件作出反應(yīng)太晚。比傳統(tǒng)熱流量傳感器提供的更快加速或預(yù)測氣體流量一個方法是，推導(dǎo)通過熱流量傳感器產(chǎn)生的信號的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)，并向信號添加該加權(quán)導(dǎo)數(shù)，產(chǎn)生一指示的流量。然后指示的流量與對制造工具設(shè)置的點比較。如果有誤差(例如，如果指示流量不匹配設(shè)置點)，一般將調(diào)節(jié)一氣體流量閥，使得指示流量匹配該設(shè)置點，產(chǎn)生零誤差，或如果大于預(yù)定水平，工具被停機。


圖1是表示由于調(diào)節(jié)氣體流量的先有技術(shù)系統(tǒng)100的示意圖表示。系統(tǒng)100中，實際的氣體流量105由熱流量傳感器110監(jiān)視。熱流量傳感器110對實際的流量105采樣，并輸出表示實際氣體流量105的信號115。為了較快地加速或預(yù)測流量，導(dǎo)數(shù)控制器120(“D-控制器”120)，通過使預(yù)定的增益乘以信號115的一階導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)信號117加權(quán)的一階導(dǎo)數(shù)，以產(chǎn)生導(dǎo)數(shù)信號117。然后導(dǎo)數(shù)信號117通過加法器119加到信號115以產(chǎn)生指示流量125。
指示流量125能夠與所涉及的制造工具設(shè)置點比較(例如，在比較器127)。如果指示流量與設(shè)置點不匹配(例如如果檢測到誤差)，則產(chǎn)生氣體流量閥電流或激勵器電流(信號137)以便縮減閥130，從而調(diào)節(jié)實際的流量105，并產(chǎn)生零誤差。閥門130的縮減是通過一比例和積分控制器135(“P & I控制器”135)實現(xiàn)的。這樣，當(dāng)熱流量傳感器110工作在比實際流量105的控制所需的更長的時間尺度時，控制熱流量傳感器115的輸出實現(xiàn)較快速的響應(yīng)，這樣提供了控制氣體流量的一種裝置，如果遇到緊急事件，可及時避免對當(dāng)前工件的的損害。
雖然在監(jiān)視和控制氣體流量中有改進(jìn)，但這些先有技術(shù)系統(tǒng)仍然有若干缺陷。熱流量傳感器110只位于實際流量通路105中的一個位置，并只能檢測局部的流量。熱流量傳感器110可檢測實際流量105局部不穩(wěn)定性，這不是整體流量的表示。例如，如果流量傳感器110位于局部紊流區(qū)域(例如在氣體流量通路中的彎曲處)，它可獲得局部不穩(wěn)定性，這不是在震動腔體處實際下游發(fā)生的情形的表示。此外，傳感器本身可在其入口處引起旋渦電流，因而引起熱流量傳感器110產(chǎn)生不精確的或噪聲信號115。先有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)一步的不足在于，導(dǎo)數(shù)信號117一般要加強在信號115中存在的任何噪聲。這樣，指示流量125包括常常不表示實際流量105的加強的噪聲。
當(dāng)指示流量125與對工具的設(shè)置點比較時(一般是在指示流量125達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后)，如果指示流量125與設(shè)置點中間的不匹配大于閾值，則產(chǎn)生警告觸發(fā)工具停機，一般要破壞當(dāng)前正在對其進(jìn)行加工的晶片批次。這種不匹配常常不是由于實際流量105中的噪聲水平，而可能是由當(dāng)時信號117中存在的加強的噪聲所引起。為了補償指示流量125中的噪聲，P & I控制器135包含濾波能力。然而，傳統(tǒng)質(zhì)量流量計的濾波能力是有限的，因為它們不能充分濾除跨越廣泛的頻率范圍的噪聲。
此外，這些先有技術(shù)系統(tǒng)受到限制，因為它們一般不能很好處理壓力峰值。如果在實際流量105中有簡短的壓力峰值，即使峰值不影響產(chǎn)生過程超過其容限，但表示在指示流量125中的峰值可能引起警告狀態(tài)(例如能夠引起工具停機)。這樣，先有技術(shù)系統(tǒng)引起由于噪聲或瞬間壓力差所至的不必要的停機時間。
因而，需要一種濾波器，這種濾波器與噪聲頻率無關(guān)，受瞬間峰值的影響較小，并且不會涉及它所施加的工具的響應(yīng)時間。
本發(fā)明的概述本發(fā)明是鑒于以上的情形作出的，并且其特征可以為輸出濾波器的一種方式，該輸出濾波器基本上消除或減少了與傳統(tǒng)的濾波器相關(guān)聯(lián)的缺陷和問題。更具體來說，本發(fā)明的實施例提供了用于對指示流量濾波的一種方法。本發(fā)明的附加方式和優(yōu)點部分地將在以下的說明的闡述，部分地從說明明顯可見，或可通過本發(fā)明的實施可認(rèn)識到。借助于所附權(quán)利要求中具體指出元件和組合將可理解并獲得本發(fā)明各方式和優(yōu)點。
為了實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點，并根據(jù)所實施和廣泛描述的本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一種方式，本發(fā)明的特征可包括以下步驟(i)確定指示流量是否在基線的允許偏差內(nèi)，(ii)如果指示流量在允許的偏差內(nèi)，輸出指示流量作為濾波的指示流量，以及(iii)如果指示流量不在允許的偏差內(nèi)，輸出濾波器可輸出在允許偏差內(nèi)的值作為濾波指示流量。例如，輸出濾波器可輸出曾經(jīng)在允許偏差內(nèi)的指示流量最近的樣本。本發(fā)明的實施例還可包括確定指示流量是否超過一緩沖器。如果指示流量不超過緩沖器，則本發(fā)明的一實施例能夠繼續(xù)輸出允許偏差內(nèi)的值。然而如果指示流量已超過緩沖器，輸出濾波器能夠接合具有時鐘限制的定時器。如果指示流量在定時器達(dá)到時鐘限制之前沒有返回允許偏差內(nèi)，本發(fā)明的實施例能夠輸出保持在緩沖器之外的指示流量，作為濾波的指示流量。
本發(fā)明的另一方式的特征可包括以下步驟(i)對指示流量濾波推導(dǎo)中間濾波指示流量，(ii)推導(dǎo)中間濾波的指示流量的加權(quán)第一導(dǎo)數(shù)，以及(iii)輸出包含中間濾波指示流量與中間濾波的指示流量加權(quán)的第一導(dǎo)數(shù)之和的濾波指示流量。
相對于先前的濾波技術(shù)，本發(fā)明的實施例通過消除整個頻率范圍的噪聲，同時輸出指示流量中持久的變化，提供了重要的技術(shù)優(yōu)點。
本發(fā)明的實施例通過從濾波指示流量去除瞬間峰值，提供了另一重要的技術(shù)優(yōu)點。
本發(fā)明的實施例通過顯著降低指示流量中由于噪聲或瞬間峰值而出現(xiàn)誤警告狀態(tài)的可能性，提供了另一重要技術(shù)優(yōu)點。
本發(fā)明的實施例通過從指示流量消除噪聲和瞬間峰值，而不降低本發(fā)明所用于的系統(tǒng)的響應(yīng)時間，提供了另一重要技術(shù)優(yōu)點。
應(yīng)當(dāng)理解，上述一般的描述和以下詳細(xì)說明只是示例性的，而不是對如權(quán)利要求的本發(fā)明的限制。
附圖的簡要說明其中所結(jié)合并構(gòu)成這一說明書一部分的附圖，與說明書一同展示了本發(fā)明的幾個實施例，用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是表示用于調(diào)節(jié)氣體流量的先有技術(shù)系統(tǒng)的一示意表示；圖2是能夠采用根據(jù)本發(fā)明輸出濾波器實施例的質(zhì)量流控制器的一個實施例的示意表示；圖3是根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器一實施例中對指示流量濾波的過程的一實施例的圖示；圖4示出根據(jù)本發(fā)明以質(zhì)量流量控制器實現(xiàn)的輸出濾波器的同一實施例的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)輸出濾波器的一實施例的的質(zhì)量流量計的示意表示；以及圖6對于出現(xiàn)在質(zhì)量流量計輸出濾波器的同一實施例出現(xiàn)的濾波過程的一實施例，提供了流量對時間的曲線圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的示例性實施例，這些例子伴隨附圖示出。在任何相關(guān)的地方，相同的標(biāo)號將在所有的附圖中用來指相同或類似的部件。
本發(fā)明的一個實施例可包括一個質(zhì)量流量控制器，該控制器能夠比較指示流量與基線(例如設(shè)置點)，并確定指示流量是否處于基線的允許偏差內(nèi)。如果指示流量處于基線的允許偏差內(nèi)，則質(zhì)量流量控制器能夠輸出指示流量作為濾波指示流量。否則，質(zhì)量流量控制器能夠輸出處于基線允許偏差內(nèi)的一個值作為濾波指示流量。
本發(fā)明的另一實施例可包括一質(zhì)量流量計，該流量計能夠通過以下產(chǎn)生濾波的指示流量(i)濾波指示流量以推導(dǎo)中間濾波指示流量；(ii)推導(dǎo)中間濾波指示流量的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)；以及(iii)輸出一種濾波指示流量，其包含中間濾波指示流量和中間濾波指示流量的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)之和。
本發(fā)明的實施例提供了一種輸出濾波器，該濾波器能夠在整個頻率范圍對指示流量中的噪聲濾波，且本發(fā)明的實施例提供了濾除指示流量中瞬間尖峰的能力。這樣，出現(xiàn)在指示流量中的噪聲和壓力尖峰能夠被濾除，使得它們不會產(chǎn)生誤警告和/或不必要的氣體流量操作。為了這一應(yīng)用的目的，“指示流量”將通過各種流量測量和/或調(diào)節(jié)裝置參照實際流量輸出的表示。指示流量能夠包括流量傳感器的直接輸出或生成的輸出。例如，指示流量能夠包含熱流量傳感器的輸出與熱流量傳感器輸出加權(quán)導(dǎo)數(shù)之和。雖然指示流量一般包含流量傳感器輸出的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)，它還包含二階，三階等導(dǎo)數(shù)，或其它整體或部分的數(shù)學(xué)處理。此外，指示流量能夠包含用來監(jiān)視、調(diào)節(jié)或控制實際流量的任何實際流量的表示。
圖2是質(zhì)量流量控制器200的一實施例的示意表示，該控制器能夠使用根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器的實施例。質(zhì)量流量控制器包括數(shù)字和/或模擬部件，并通過熱流量傳感器210測量實際流量205。熱流量傳感器210輸出表示實際流量205的電信號215。業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員可理解，由于熱流量傳感器210使用的時間常數(shù)可能比控制時間流量205所需的時間標(biāo)度長，信號215被處理(例如通過導(dǎo)數(shù)控制器和加法器)，以達(dá)到快速響應(yīng)時間。于是，在質(zhì)量流量控制器200的一實施例中的D-控制器220，產(chǎn)生一階導(dǎo)數(shù)質(zhì)量流量信號，并通過一增益對其處理以產(chǎn)生導(dǎo)數(shù)信號217。加法器219能夠把可能包括由D-控制器220引入的加強的噪聲的導(dǎo)數(shù)信號217加到信號215，以產(chǎn)生指示流量225。應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明的一實施例中，指示流量225基本上與由先有技術(shù)質(zhì)量流量控制器產(chǎn)生的指示流量125相同。
如業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員所理解，D-控制器220能夠質(zhì)量流量控制器220的響應(yīng)時間。然而，這是以增加熱流量傳感器210輸出中的噪聲為代價。于是，導(dǎo)數(shù)信號217因而指示流量225每一個能夠包含噪聲，這些噪聲通常在實際流量205中不表現(xiàn)出來(即能夠包含由D-控制器220添加的噪聲)。指示流量225中(由于壓力尖峰突然的流量變化所至)的噪聲，能夠引起工具產(chǎn)生誤警告，從而引起生產(chǎn)線不必要的停機。然而輸出濾波器230能夠?qū)χ甘玖髁?25濾波，以便從指示流量225去除噪聲或尖峰，從而產(chǎn)生造成較少誤警告和停機的濾波的指示流量235。應(yīng)當(dāng)注意，為了這一申請的目的，術(shù)語“濾波指示流量”意思是輸出濾波器230的輸出，而不論該輸出是否已由輸出濾波器230處理。
除了由輸出濾波器230濾波之外，指示流量225能夠(在比較器227)與設(shè)置點比較(例如制造工具或制造設(shè)備的部件所希望的點)，以確定實際的流量205是否應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)(例如，降低或增加)。正如業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員所理解的，調(diào)節(jié)實際流量205的一個考慮是其中數(shù)學(xué)本發(fā)明的特定制造過程所要求的允差。如果根據(jù)指示流量225與設(shè)置點的比較，實際的流量205應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)，則P & I控制器240打開或關(guān)閉氣體流量閥245以便降低或增加實際的流量205。此外，濾波的指示流量235能夠與與對制造工具的設(shè)置點進(jìn)行比較，以便確定狀態(tài)是否從設(shè)置點適當(dāng)偏移達(dá)保證使工具停機足夠的時間周期。例如，如果濾波的指示流量235落在規(guī)定的操作范圍之外，則產(chǎn)生關(guān)閉閥門245的一警告信號。然而，因為輸出濾波器230能夠從指示流量225去除噪聲和瞬間尖峰，制造工具不大可能由于這些類型的誤警告狀態(tài)而停機。
應(yīng)當(dāng)注意，在采用根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器的一實施例的質(zhì)量流量控制器中，輸出濾波器不在反饋回路中。進(jìn)而應(yīng)當(dāng)注意，圖2中所示的質(zhì)量流量控制器的配置只是示例性的，并可采用其它配置的質(zhì)量流量控制器，且并不偏離本發(fā)明的技術(shù)?？砂鶕?jù)本發(fā)明的輸出濾波器實施例的質(zhì)量流量控制器的一例，能夠在United States PatentApplication No.09/350,744，“System and Method of Operation ofDigital Mass Flow Controller，”，中找到，該文獻(xiàn)在此完全結(jié)合以資對比。此外，本發(fā)明的實施例能夠以基于微處理器質(zhì)量流量控制器和基于模擬的質(zhì)量流量控制器實現(xiàn)。特別是數(shù)字信號處理器(“DSP”)平臺的使用，能夠其更為有效的實現(xiàn)。
圖3是用來處理和濾波根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器的指示流量的一實施例的圖示。流量對時間的曲線圖300表示根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器230一實施例的指示流量225的濾波。在曲線圖300中，用戶定義的設(shè)置點(“SP”)由線310表示。如業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員所理解的，例如當(dāng)制造工具被加電并當(dāng)用戶希望重新定義設(shè)置點以考慮新的操作狀態(tài)時，設(shè)置點能夠由用戶定義。設(shè)置點建立了基線值，就此輸出濾波器230能夠比較從指示流量225取得的數(shù)據(jù)點。輸出濾波器可配置為，在特定事件(例如加電或設(shè)置點的變化)之后等待預(yù)定的時間量(例如由線315表示的t秒)，以使指示流量225達(dá)到接近穩(wěn)定的狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解到，t是可被調(diào)節(jié)的值，并可以是用戶定義的。在這延遲時間“t”期間，指示流量225能夠作為濾波的指示流量235通過。通過在延遲時間期間不濾波指示流量，輸出濾波器230的整個響應(yīng)能夠增加，且用戶能夠贏得對設(shè)置點的任何過量，或其它在指示流量225達(dá)到接近穩(wěn)定狀態(tài)之前可能出現(xiàn)的趨勢的洞察。
在圖3所示的實施例中，在t秒鐘之后(線315)，輸出濾波器230能夠開始監(jiān)視指示流量225，以確定指示流量何時處于基線的允許偏差內(nèi)(例如，在這一實施例中，分別由線320和325表示的正負(fù)百分之一SP)。在t秒之后(即延遲時間過后)，并一旦確定指示流量225處于由點330表示的允許偏差內(nèi)(例如這種情形下是正負(fù)百分之一)，則輸出濾波器230從事對噪聲和/或瞬間尖峰濾波。指示流量225的濾波能夠?qū)崟r發(fā)生(即按計算機和通信技術(shù)允許的那樣快進(jìn)行)。在本發(fā)明的一實施例中，輸出濾波器230可能不能在指示流量225跨入正負(fù)百分?jǐn)?shù)之一范圍準(zhǔn)確的時間開始濾波。而是輸出濾波器可能對指示流量225進(jìn)行采樣，并當(dāng)指示流量225的第一采樣落入正負(fù)百分?jǐn)?shù)之一頻帶內(nèi)時開始對指示流量濾波(假設(shè)t秒已經(jīng)過去)。
一旦接合了輸出濾波器230，輸出濾波器230就能夠?qū)χ甘玖髁坎蓸?，以確定指示流量225是否落到允許偏差之外。又在圖3所示的情形下，輸出濾波器230對指示流量225采樣，以確定指示流量225是否偏離設(shè)置點大于正負(fù)百分之一(即由線320和325分別描繪的允許偏差)。當(dāng)由輸出濾波器230提取的樣本指示，指示流量225處于正負(fù)百分之一頻帶時(在圖3的例子中)，輸出濾波器230能夠作為濾波指示流量235輸出該樣本。換言之，輸出濾波器230能夠使指示流量225作為濾波指示流量235通過。在DSP質(zhì)量流量控制器中，這能夠包含使最近指示流量的樣本傳送到DSP的輸出端口。另外，如果指示流量225的樣本落到允許偏差之外，則輸出濾波器230能夠輸出來自允許偏差內(nèi)的一個值作為濾波指示流量225。例如，當(dāng)輸出濾波器230在點343確定，指示流量225已經(jīng)跨出230的正負(fù)百分之一頻帶時(即在這一例子中線320之上)，輸出濾波器230能夠輸出落入由點324指示的允許偏差內(nèi)的最后的樣本，作為濾波的指示流量235(由線355表示)。這樣，當(dāng)指示流量225落到對設(shè)置點允許偏差之外時，輸出濾波器230至少能夠暫時輸出落入允許偏差內(nèi)的至少流量235。在本發(fā)明的一實施例中，輸出濾波器230能夠輸出落在允許偏差內(nèi)的指示流量225最后的樣本值，作為濾波指示流量。
在本發(fā)明的一實施例中，只要指示流量225不超過一緩沖器，輸出濾波器能夠輸出允許偏差內(nèi)的一值(例如正負(fù)1％)。然而當(dāng)樣本(例如在點345所取得)指出指示流量225超過緩沖器時，這種情形下正負(fù)百分之三(分別由線335和340表示)，輸出濾波器230能夠接合一定時器(未示出)。該定時器運行直到以下兩種情形任何之一首先出現(xiàn)，即該定時器已達(dá)到其時鐘限制(例如預(yù)定的運行時間)或指示流量225返回到緩沖器內(nèi)(例如，正負(fù)百分之三或其它某個預(yù)定范圍)。
一旦定時器被啟動，至少三個事件能夠影響輸出濾波器230作為濾波指示流量傳送的值在定時器到時之前指示流量225能夠返回允許偏差內(nèi)，在指示流量225返回緩沖器或允許偏差內(nèi)之前定時器可能到時，或在定時器達(dá)到其時鐘限制之前指示流量225能夠返回緩沖器但非允許偏差內(nèi)。進(jìn)一步討論每一個這些情形，如果在定時器達(dá)到時鐘限制之前，指示流量225返回允許偏差內(nèi)，則輸出濾波器230能夠恢復(fù)輸出指示流量225作為濾波的指示流量235。然而如果達(dá)到時鐘限制之前，指示流量225返回緩沖器內(nèi)，但非允許偏差，如點346所示，則輸出濾波器230能夠復(fù)位定時器，并能夠繼續(xù)傳送一良好值(例如，允許偏差內(nèi)的一值)作為濾波指示流量235。否則，如果指示流量225返回緩沖器或允許偏差內(nèi)之前定時器到時，則輸出濾波器230能夠輸出指示流量225作為濾波的指示流量235。然而在這最后情形下，濾波的指示流量將超過緩沖器。
通過定標(biāo)定時器使之具有充分長的時鐘限制，能夠有效濾除濾波指示流量235的瞬間尖峰和噪聲，并通過定義足夠短的時鐘限制，指示流量中的持久變化能夠包含在濾波指示流量中。例如在本發(fā)明的一實施例中，時鐘限制可以在100毫秒量級。這樣，用戶能夠定義濾除出現(xiàn)在較高頻率的噪聲和瞬間尖峰的運行時間，但不濾除指示流量225中一般出現(xiàn)在較低頻率的重要的變化。
作為進(jìn)一步的例子，圖3示出在其通過正負(fù)百分之一頻帶外部前夕，輸出濾波器230對指示流量225采樣。因而，輸出濾波器輸出最后良好的樣本值(例如點360)作為濾波指示流量235。同時，在這例子中，正在指示流量225返回正負(fù)百分之一頻帶時(在點365)，輸出濾波器230對指示流量225采樣，并于是作為濾波指示流量返回輸出指示流量225。一旦注意，在點360和點365之間的尖峰中，指示流量225沒有超出緩沖器，并因而定時器不會開始測量尖峰的瞬時性。
在點370，輸出濾波器230再次取得例在正負(fù)百分之一頻帶之外(例如線320與325)的指示流量225的樣本，因而輸出濾波器230開始傳送最后良好樣本值(例如在點375取得的)作為濾波指示流量(由線380表示)。當(dāng)在點385的樣本指出指示流量225已經(jīng)返回正負(fù)百分之一頻帶內(nèi)時，輸出濾波器230恢復(fù)輸出指示流量225作為濾波指示流量(例如線320和325)。濾波指示流量225再次沒有跨出點375和385之間的正負(fù)百分之三緩沖器之外(例如線335和340)，于是輸出濾波器230不啟動定時器。
在點390，指示流量225的一個樣本落在允許偏差之外(例如線320和325)，且輸出濾波器230再次輸出最后良好樣本(在點392所取)作為濾波指示流量235(由線394表示)。在點395，輸出濾波器230取得一樣本，指出指示流量225已跨出正負(fù)百分三緩沖器。因而，輸出濾波器230啟動定時器，同時繼續(xù)輸出最后良好樣本(在點392取得)作為濾波的指示流量235。當(dāng)定時器已經(jīng)運行達(dá)到預(yù)定的時間量時(點396)，而指示流量305的樣本沒有返回正負(fù)百分之三緩沖器，則輸出濾波器230能夠恢復(fù)輸出指示流量225作為濾波指示流量(在線398表示)。從圖3可注意到，指示流量225現(xiàn)在保持在緩沖器之外。因為指示流量225在點395和396之間保持在正負(fù)百分之三緩沖器之外(例如線335和340)達(dá)明顯的時間量(例如長于時鐘限制)，輸出濾波器230能夠確定指示濾波器225不表示實際流量中的噪聲或瞬間尖峰，而是指出實際流量中材料的變化。進(jìn)而，因為濾波指示流量235在點396之后將顯現(xiàn)偏離設(shè)置點，落在第二預(yù)定范圍之外，因而能夠產(chǎn)生一警告信號或?qū)崿F(xiàn)其它響應(yīng)。
在本發(fā)明的另一實施例中，不是從由線390流量表示的濾波指示流量的輸出，突然切換到指示流量225的輸出作為濾波指示流量，輸出濾波器230能夠逐漸使濾波指示流量匹配指示流量225。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖3描繪了本發(fā)明具有正負(fù)百分之一允許偏差和正負(fù)百分三緩沖器的特定實施例，但圖3不是在作限制，本發(fā)明的其它實施例也可用。例如，對基線和緩沖器的允許偏差可用是用戶可定義的，并可包括對基線的百分比偏差，絕對值偏差或其它業(yè)內(nèi)所知的統(tǒng)計偏差。此外，在本發(fā)明的一實施例中，可只定義可允許偏差，而不定義緩沖器偏差。這樣，例如本發(fā)明的輸出濾波器的實施例能夠配置為，當(dāng)指示流量的樣本落在正負(fù)百分之一(或另外定義)允許偏差之外時啟動定時器。然而，能夠提供緩沖器使得非常小的偏移(例如剛好在正負(fù)百分之一范圍之外)不啟動時鐘，且不在濾波指示流量中表示。此外，應(yīng)當(dāng)理解，允許偏差和緩沖器可以是關(guān)于基線非對稱的。只作為一例子，允許偏差可以是正百分之一和負(fù)百分之二等。
在以上例子中，輸出濾波器230比較指示流量與由設(shè)置點定義的基線。然而，在本發(fā)明的其它實施例中，用戶可任意定義基線。此外，用戶能夠定義延遲時間“t”及定時器的時鐘限制。應(yīng)當(dāng)注意到，曲線圖300不是要定標(biāo)，而t秒鐘可以是其它多種秒鐘，同時定時器時鐘限制(例如點395和396之間的時間差)可以是毫秒量級的。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明以質(zhì)量流量控制器實現(xiàn)的輸出濾波器的一實施例。在步驟410，輸出濾波器啟動是否已經(jīng)過預(yù)定的時間延遲(例如圖3中的t秒鐘)。還沒有經(jīng)過預(yù)定的時間延遲，則輸出濾波器能夠使指示流量225作為濾波的指示流量235通過(例如步驟415)，否則控制過度到步驟430，其中輸出濾波器能夠確定指示流量225是否已經(jīng)來到基線的允許偏差之內(nèi)。在圖4的例子中，輸出濾波器230在步驟430將確定，指示流量是否在設(shè)置點的正負(fù)百分之一之內(nèi)。如果在步驟430，指示流量信號在允許偏差之內(nèi)，則輸出濾波器將在步驟435開始對指示流量225濾波。否則，指示流量將作為濾波的指示流量通過，直到指示流量進(jìn)入允許的偏差之內(nèi)(步驟415)。通過在濾波之前允許延遲t秒并確定指示流量是否在基線的允許偏差之內(nèi)，指示流量225在濾波之前能夠達(dá)到近似穩(wěn)定狀態(tài)。
如果已經(jīng)過t秒鐘(步驟410)，且指示流量225已進(jìn)入允許偏差(步驟435)，則輸出濾波器230在步驟440能夠確定指示流量是否已經(jīng)超過基線的允許偏差。如果不是，則輸出濾波器繼續(xù)使指示流量作為濾波的指示流量通過(步驟415)。另一方面，如指示流量在允許偏差之外，則輸出濾波器230能夠使指示流量的良好值作為濾波的指示流量通過(步驟450)，且控制步驟過度到步驟455。在本發(fā)明的一個實施例中，輸出濾波器230在步驟450能夠使指示流量最后的良好樣本作為濾波的指示流量通過。在本發(fā)明的另一實施例中，如果確定指示流量超過允許偏差，輸出濾波器230能夠使允許偏差內(nèi)的任何值作為濾波的指示流量通過。
如果在步驟440指示流量已超過允許偏差，輸出濾波器230在步驟455能夠確定指示流量是否也超過緩沖器。在圖4的例子中，輸出濾波器230在步驟455將確定指示流量是否以大于百分之三超過基線。如果指示流量不超過緩沖器，輸出濾波器230能夠返回步驟440，并確定指示流量是否(或指示流量的下一個樣本)超過允許偏差(例如設(shè)置點的正負(fù)百分之一)。反之如果在步驟455，輸出濾波器230確定指示流量超過緩沖器，輸出濾波器230能夠接合定時器(步驟457)。然后在指示流量返回緩沖器之前，輸出濾波器230能夠確定定時器是否達(dá)到其時鐘限制(即預(yù)定的運行時間)(步驟460)。如果在定時器達(dá)到其時鐘限制之前，指示流量返回緩沖器，則輸出濾波器230能夠返回步驟440。另外，輸出濾波器能夠使已保持在緩沖器之外達(dá)至少時鐘運行時間的指示流量(指示實際流量中繼續(xù)或持久的變化)，作為濾波指示流量通過。又在本發(fā)明的一實施例中，輸出濾波器230能夠使濾波的指示流量逐漸靠近指示流量的值，從而避免了使濾波指示流量值中尖銳的過度通過。結(jié)合圖4所描繪的該過程在本發(fā)明的一實施例中，能夠作為質(zhì)量流量控制器已采用的現(xiàn)有程序(例如主程序)的循環(huán)子程序?qū)崿F(xiàn)，雖然該過程能夠以業(yè)內(nèi)人員所知任何其它方式實現(xiàn)(例如作為獨立的程序)。
總之，當(dāng)指示流量處于關(guān)于設(shè)置點的預(yù)定范圍內(nèi)時(例如當(dāng)指示流量處于基線的運行偏差以內(nèi)時)，本發(fā)明的實施例能夠輸出指示流量作為濾波指示流量。然而，如果指示流量超出該預(yù)定范圍，則曾經(jīng)在預(yù)定范圍內(nèi)的指示流量的最后的值能夠作為濾波指示流量輸出。而且，如果指示流量偏離設(shè)置點足夠大的量(例如緩沖器之外)達(dá)足夠長的時間(例如大于時鐘限制)，則指示流量能夠作為濾波指示流量輸出。因而，指示流量中高頻噪聲或短時間持續(xù)尖峰能夠由指示流量的良好值表示，同時指示流量中對設(shè)置點的持久偏離也將在濾波指示流量中表示。由于噪聲和瞬間尖峰從指示了中被去除，而指示流量中持久的偏離在濾波指示流量中表示，因而濾波指示流量提供了對實際流量中，對系統(tǒng)可能有本質(zhì)影響而不會影響質(zhì)量流量計響應(yīng)時間的變化的較好的理解。因為能夠從指示流量中去除噪聲和瞬間尖峰，同時能夠表示出持久的偏離，因而根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器的實施例能夠輸出不會引起誤警告的濾波的指示流量。此外，因為制造工具不會由于誤警告而停機，因而本發(fā)明能夠減少停機時間并防止損失的晶片批次，導(dǎo)致明顯的成本節(jié)省。
在另一實施例中，本發(fā)明的輸出濾波器不必實際產(chǎn)生濾波指示流量。在這一實施例中，在指示流量返回緩沖器內(nèi)之前，直到輸出濾波器確定定時器已經(jīng)達(dá)到其時鐘限制，本發(fā)明將不使任何信號通過。如果輸出濾波器確定，在定時器達(dá)到其時鐘限制之前，指示流量沒有返回緩沖器內(nèi)，則輸出濾波器能夠開始使原來的指示流量作為濾波的指示流量通過。換言之，濾波的指示流量可以與指示流量相同。
除了與質(zhì)量流量控制器一同使用之外，根據(jù)本發(fā)明的輸出濾波器的實施例能夠以質(zhì)量流量計實。圖5是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)輸出濾波器的一實施例的質(zhì)量流量計500的一示意表示。在質(zhì)量流量計500處，熱流量傳感器510能夠測量通過系統(tǒng)的流體的實際流量515，并輸出電信號520以表示實際的流量515。D-控制器525能夠通過使增益乘以信號520的一階導(dǎo)數(shù)而確定信號520的一階導(dǎo)數(shù)的加權(quán)量。D-控制器525能夠作為導(dǎo)數(shù)信號527輸出信號520的一階導(dǎo)數(shù)加權(quán)量，然后該信號能夠添加到信號520以建立指示流量530。又D-控制器525，能夠確定信號520的一階導(dǎo)數(shù)的加權(quán)量，以便增加系統(tǒng)的響應(yīng)時間，可能增強在信號520中發(fā)現(xiàn)的噪聲。如以下更為詳細(xì)所述，輸出濾波器540這時能夠(i)通過移動平均，F(xiàn)IR，IIR或業(yè)內(nèi)以便專業(yè)人員所能理解的其它濾波方案，對指示流量530濾波，以推導(dǎo)中間濾波指示流量，(ii)推導(dǎo)中間濾波指示流量的導(dǎo)數(shù)，(iii)使該導(dǎo)數(shù)乘以一增益，該增益可以與由D-控制器525施加的增益相同或不同，以及(iv)向乘以該增益的中間濾波指示流量的導(dǎo)數(shù)添加中間濾波指示流量，以推導(dǎo)濾波的指示流量620。在本發(fā)明的一實施例中，輸出濾波器540能夠使用DSP平臺實現(xiàn)。
圖6對于本發(fā)明質(zhì)量流量計的輸出濾波器的實施例的濾波過程的一實施例，提供了流量對時間的曲線圖。又在本發(fā)明的一實施例中，這一過程能夠?qū)崟r執(zhí)行。該輸出濾波器能夠接收由線530表示的指示流量。如前所述，指示流量530能夠包含由D-控制器525產(chǎn)生的增強的噪聲。為了補償噪聲的增強及可能出現(xiàn)在指示流量530中的任何瞬間尖峰，輸出濾波器能夠?qū)χ甘玖髁?30濾波以產(chǎn)生濾波的指示流量620。為了推導(dǎo)濾波的指示流量620，輸出濾波器540的一實施例能夠首先向指示流量530施以標(biāo)準(zhǔn)的濾波技術(shù)，諸如移動平均，IIR，F(xiàn)IR或業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員能夠理解的其它技術(shù)，以便產(chǎn)生中間濾波的指示流量630。然后輸出濾波器能夠確定中間濾波的指示流量530的導(dǎo)數(shù)(例如一階導(dǎo)數(shù))，并使該導(dǎo)數(shù)乘以增益(“K”)，其結(jié)果由加權(quán)的導(dǎo)數(shù)線640表示。然后輸出濾波器540能夠使中間濾波指示流量630和中間濾波指示流量640的加權(quán)的導(dǎo)數(shù)相加，以產(chǎn)生濾波的指示流量信號620。如果使用DSP(或其它微處理器)實現(xiàn)，輸出濾波器230能夠使濾波指示流量620傳送到DSP的輸出端口(或其它微處理器)。
從圖6中的例子可注意到，輸出濾波器540去除噪聲和瞬間尖峰指示流量530。因為噪聲能夠從指示流量被去除或至少減少，本發(fā)明的實施例能夠生成不會引起制造工具誤警告狀態(tài)的濾波指示流量，因而減少了停機時間和晶片批次損失。此外，這能夠不降低質(zhì)量流量計的響應(yīng)時間而實現(xiàn)。
本發(fā)明的實施例提供了能夠從指示流量去除噪聲和瞬間尖峰的輸出濾波器，同時繼續(xù)顯示指示流量中的持久壓力變化。濾波的指示流量能夠與設(shè)置點比較，并如果濾波指示流量偏離設(shè)置點達(dá)足夠大的程度，則可產(chǎn)生警告，與制造工具相關(guān)的停機。因為濾波的指示流量包含較少的噪聲和較少的瞬間壓力尖峰，因而很少會引起誤警告，因而減少了制造工具停機并節(jié)省了可觀的損失。此外，本發(fā)明的實施例不會降低質(zhì)量流量控制器和質(zhì)量流量計的響應(yīng)時間。
雖然這里參照示例性實施例已詳細(xì)說明了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，該說明只是示例的方式，而不應(yīng)以限制的意義解釋。于是進(jìn)而應(yīng)當(dāng)理解，，本發(fā)明實施例及本發(fā)明附加實施例細(xì)節(jié)的各種變化，對于業(yè)內(nèi)一般專業(yè)人員是顯而易見的，并參照這一說明及這里所公開的本發(fā)明的實踐可作出這些變化。要注意，所有這些變化和附加的實施例都屬于如以下權(quán)利要求的本發(fā)明的意向和有效范圍。
權(quán)利要求
1.對于質(zhì)量流量裝置中的指示流量進(jìn)行濾波的一種方法，其中所述指示流量是實際氣體流量的一個函數(shù)，該方法包括確定所述指示流量是否在基線的允許偏差內(nèi)；如果所述指示流量在所述基線的所述允許偏差內(nèi)，輸出所述指示流量作為濾波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述基線的所述允許偏差內(nèi)，輸出在所述基線的所述允許偏差內(nèi)的值作為所述濾波的指示流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1濾波指示流量的方法，還包括以下步驟如果所述流量不在所述基線的所述允許偏差內(nèi)；啟動具有時鐘限制的一定時器；確定所述指示流量在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前是否已經(jīng)返回所述允許偏差內(nèi)；如果在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前所述指示流量已經(jīng)返回所述允許偏差內(nèi)，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量；以及否則，輸出在所述允許偏差內(nèi)的值，直到所述定時器達(dá)到所述時鐘限制，并在定時器達(dá)到所述時鐘限制之后，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2濾波指示流量的方法，還包括輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)不濾波輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波指示流量達(dá)到近似穩(wěn)定的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1濾波指示流量的方法，還包括確定所述指示流量是否超過一緩沖器；如果所述指示流量已超過所述緩沖器，接合具有時鐘限制的定時器；確定所述指示流量是否在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前已經(jīng)返回所述緩沖器內(nèi)；如果所述指示流量在所述定時器達(dá)到時鐘限制之前已經(jīng)返回所述緩沖器內(nèi)如果所述指示流量在所述允許的偏差內(nèi)，返回所述指示流量作為所述濾波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允許的偏差內(nèi)但在所述緩沖器內(nèi)，返回所述允許偏差內(nèi)的值作為所述指示流量，并復(fù)位所述定時器；以及如果在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前，所述指示流量沒有返回所述緩沖器內(nèi)，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4濾波指示流量的方法，還包括輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波指示流量不濾波達(dá)到近似穩(wěn)定的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1濾波指示流量的方法，還包括輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波指示流量不濾波達(dá)到近似穩(wěn)定的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1濾波指示流量的方法，其中所述允許偏差至少是設(shè)置點的正負(fù)百分之一。
8.用于對質(zhì)量流控制器中指示流量濾波的一種方法，包括(A)輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；(B)當(dāng)確定所述指示流量達(dá)到近似穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出所述指示流量作為濾波指示流量；(C)確定所述指示流量是否已保持在基線允許偏差內(nèi)；(D)如果所述指示流量已保持在允許偏差內(nèi)，繼續(xù)輸出所述指示流量作為所述濾波指示流量；以及(E)如果所述指示流量沒有保持在所述允許偏差內(nèi)(1)輸出來自所述允許偏差內(nèi)的一個值作為所述濾波指示流量；(2)確定所述指示流量是否已超過緩沖器；(3)如果所述指示流量已經(jīng)超過所述緩沖器a)接合具有時鐘限制的定時器；b)確定在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前，所述指示流量是否已返回所述緩沖器內(nèi)；以及c)如果在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前，所述指示流量沒有返回所述緩沖器內(nèi)，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量；以及d)如果在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前，所述指示流量已返回所述緩沖器內(nèi)，i)如果所述指示流量在所述允許的偏差內(nèi)，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量；以及ii)如果所述指示流量不在所述允許偏差內(nèi)但在所述緩沖器內(nèi)，繼續(xù)輸出來自所述允許偏差內(nèi)的所述值作為所述濾波的指示流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8濾波指示流量的方法，其中所述基線包括一設(shè)置點。
10.根據(jù)權(quán)利要求8濾波指示流量的方法，其中來自所述允許偏差內(nèi)的所述值包括曾經(jīng)在所述允許偏差內(nèi)所述指示流量的先前采樣值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8濾波指示流量的方法，其中所述允許偏差至少是設(shè)置點的正負(fù)百分之一。
12.用于對質(zhì)量流計中指示流量濾波的一種方法，包括對所述指示流量濾波以推導(dǎo)出中間濾波指示流量；推導(dǎo)所述中間濾波指示流量的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)；以及對所述中間濾波指示流量和所述中間濾波指示流量的所述加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)求和，以推導(dǎo)濾波指示流量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的濾波指示流量的方法，其中使用移動平均推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的濾波指示流量的方法，其中使用IIR推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的濾波指示流量的方法，其中使用FIR推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
16.一種質(zhì)量流量控制器，可操作以便確定指示流量是否在基線允許偏差內(nèi)；如果所述指示流量在所述允許偏差內(nèi)，輸出所述指示流量作為濾波指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允許偏差內(nèi)，輸出處于所述允許偏差內(nèi)的一個值作為所述濾波的指示流量。
17.權(quán)利要求16用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流量控制器還可操作，以便如果所述指示流量不在所述第一預(yù)定范圍內(nèi)接合具有時鐘限制的一定時器；以及確定在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前，所述指示流量是否已經(jīng)返回所述允許偏差內(nèi)。
18.權(quán)利要求17用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中所述計算機可讀指令還可執(zhí)行以便輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)不濾波輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波的指示流量進(jìn)入所述第一預(yù)定范圍內(nèi)。
19.權(quán)利要求16用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流量控制器還可操作以便確定所述指示流量是否已經(jīng)超過一緩沖器；如果所述指示流量已經(jīng)超過緩沖器，啟動具有時鐘限制的一定時器；確定在所述定時器達(dá)到所述時鐘限制之前所述指示流量是否已返回所述緩沖器內(nèi)；如果在所述定時器達(dá)到所述預(yù)定時間限制之前所述指示流量已返回所述緩沖器內(nèi)如果所述指示流量在所述允許偏差內(nèi)，返回所述指示流量作為所述濾波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允許偏差內(nèi)，返回在所述允許偏差內(nèi)的所述值作為所述指示流量；以及否則，輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量。
20.權(quán)利要求19用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流量控制器還可操作以便輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)不濾波輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波的指示流量進(jìn)入所述允許偏差。
21.權(quán)利要求20用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流量控制器還可操作以便輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量達(dá)延遲的周期；以及繼續(xù)輸出所述指示流量作為所述濾波的指示流量，直到所述濾波的指示流量進(jìn)入所述允許偏差。
22.用于濾波指示流量的一種系統(tǒng)，包括一質(zhì)量流量計，其可操作以便濾波指示流量以便推導(dǎo)一中間濾波的指示流量；推導(dǎo)所述濾波的指示流量的一個加權(quán)的一階導(dǎo)數(shù)；以及從所述中間濾波指示流量與所述中間濾波指示流量的所述加權(quán)的一階導(dǎo)數(shù)的所述和，推導(dǎo)一指示流量。
23.權(quán)利要求22用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中使用移動平均推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
24.權(quán)利要求22用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中使用IIR推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
25.權(quán)利要求22用于濾波指示流量的系統(tǒng)，其中使用FIR推導(dǎo)所述中間濾波指示流量。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于對指示流量濾波的一種方法和系統(tǒng)，包括具有一濾波器(230)的可對指示流量操作的質(zhì)量流量計，以推導(dǎo)中間濾波的指示(235)，推導(dǎo)濾波的指示流量(235)的加權(quán)一階導(dǎo)數(shù)，并從中間濾波的指示流量(235)及中間濾波的指示流量(235)加權(quán)的一階導(dǎo)數(shù)之和推導(dǎo)指示流量(235)。
文檔編號G01F1/696GK1714277SQ02808833
公開日2005年12月28日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者塔立克·費薩爾 申請人:米克羅利斯公司