专利名称：对质量流控制器和质量流量计的输出滤波的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及质量流量控制器和质量流量计，并更具体涉及用于质量流量控制器和质量流量计的输出滤波器。
本发明的背景由于半导体制造商使用的硅晶片尺寸增加，气体通过制造设备更精确的流量控制对于在晶片上精确制造电路变得更为严格。质量流量控制器和质量流量计一般用来控制和监视通过半导体制造工具的气体流量。在制造过程中，如果控制器或监视器检测到在对于特定制造工具预定的操作参数之外的气体压力波动，则通常要触发一警告，以便使该工具停机。这常常使制造商付出代价，因为这降低了产量，并因为当工具停机时正在处理的晶片批次常常受到损坏。然而即使批次没有被破坏或损坏，但直到使工具返回在线之前，另外的晶片批次不能被处理。当制造工具的停机是由于误警告(即非严重事件)时，这更令人烦恼并降低效率。
就此来说，传统的质量流量控制器和质量流量计是不完善的，因为它们常常由于以超过制造容许冲击制造过程的噪声或瞬时压力尖峰，产生误警告。例如，在质量流量控制器中，热流量传感器读取到制造工具的气体流量。然而传统的热流量传感器有几种限制，这些限制之一在于由热流量传感器读取通过系统的气体流量的时间常数，比控制流量所需的时间长得多。换言之，按热流量传感器读取一事件的时间，对通过控制气体流量或使系统停机的事件作出反应太晚。比传统热流量传感器提供的更快加速或预测气体流量一个方法是，推导通过热流量传感器产生的信号的加权一阶导数，并向信号添加该加权导数，产生一指示的流量。然后指示的流量与对制造工具设置的点比较。如果有误差(例如，如果指示流量不匹配设置点)，一般将调节一气体流量阀，使得指示流量匹配该设置点，产生零误差，或如果大于预定水平，工具被停机。
图1是表示由于调节气体流量的先有技术系统100的示意图表示。系统100中，实际的气体流量105由热流量传感器110监视。热流量传感器110对实际的流量105采样，并输出表示实际气体流量105的信号115。为了较快地加速或预测流量，导数控制器120(“D-控制器”120)，通过使预定的增益乘以信号115的一阶导数推导信号117加权的一阶导数，以产生导数信号117。然后导数信号117通过加法器119加到信号115以产生指示流量125。
指示流量125能够与所涉及的制造工具设置点比较(例如，在比较器127)。如果指示流量与设置点不匹配(例如如果检测到误差)，则产生气体流量阀电流或激励器电流(信号137)以便缩减阀130，从而调节实际的流量105，并产生零误差。阀门130的缩减是通过一比例和积分控制器135(“P & I控制器”135)实现的。这样，当热流量传感器110工作在比实际流量105的控制所需的更长的时间尺度时，控制热流量传感器115的输出实现较快速的响应，这样提供了控制气体流量的一种装置，如果遇到紧急事件，可及时避免对当前工件的的损害。
虽然在监视和控制气体流量中有改进，但这些先有技术系统仍然有若干缺陷。热流量传感器110只位于实际流量通路105中的一个位置，并只能检测局部的流量。热流量传感器110可检测实际流量105局部不稳定性，这不是整体流量的表示。例如，如果流量传感器110位于局部紊流区域(例如在气体流量通路中的弯曲处)，它可获得局部不稳定性，这不是在震动腔体处实际下游发生的情形的表示。此外，传感器本身可在其入口处引起旋涡电流，因而引起热流量传感器110产生不精确的或噪声信号115。先有技术系统进一步的不足在于，导数信号117一般要加强在信号115中存在的任何噪声。这样，指示流量125包括常常不表示实际流量105的加强的噪声。
当指示流量125与对工具的设置点比较时(一般是在指示流量125达到稳定状态之后)，如果指示流量125与设置点中间的不匹配大于阈值，则产生警告触发工具停机，一般要破坏当前正在对其进行加工的晶片批次。这种不匹配常常不是由于实际流量105中的噪声水平，而可能是由当时信号117中存在的加强的噪声所引起。为了补偿指示流量125中的噪声，P & I控制器135包含滤波能力。然而，传统质量流量计的滤波能力是有限的，因为它们不能充分滤除跨越广泛的频率范围的噪声。
此外，这些先有技术系统受到限制，因为它们一般不能很好处理压力峰值。如果在实际流量105中有简短的压力峰值，即使峰值不影响产生过程超过其容限，但表示在指示流量125中的峰值可能引起警告状态(例如能够引起工具停机)。这样，先有技术系统引起由于噪声或瞬间压力差所至的不必要的停机时间。
因而，需要一种滤波器，这种滤波器与噪声频率无关，受瞬间峰值的影响较小，并且不会涉及它所施加的工具的响应时间。
本发明的概述本发明是鉴于以上的情形作出的，并且其特征可以为输出滤波器的一种方式，该输出滤波器基本上消除或减少了与传统的滤波器相关联的缺陷和问题。更具体来说，本发明的实施例提供了用于对指示流量滤波的一种方法。本发明的附加方式和优点部分地将在以下的说明的阐述，部分地从说明明显可见，或可通过本发明的实施可认识到。借助于所附权利要求中具体指出元件和组合将可理解并获得本发明各方式和优点。
为了实现这些和其它优点，并根据所实施和广泛描述的本发明的目的，根据本发明的一种方式，本发明的特征可包括以下步骤(i)确定指示流量是否在基线的允许偏差内，(ii)如果指示流量在允许的偏差内，输出指示流量作为滤波的指示流量，以及(iii)如果指示流量不在允许的偏差内，输出滤波器可输出在允许偏差内的值作为滤波指示流量。例如，输出滤波器可输出曾经在允许偏差内的指示流量最近的样本。本发明的实施例还可包括确定指示流量是否超过一缓冲器。如果指示流量不超过缓冲器，则本发明的一实施例能够继续输出允许偏差内的值。然而如果指示流量已超过缓冲器，输出滤波器能够接合具有时钟限制的定时器。如果指示流量在定时器达到时钟限制之前没有返回允许偏差内，本发明的实施例能够输出保持在缓冲器之外的指示流量，作为滤波的指示流量。
本发明的另一方式的特征可包括以下步骤(i)对指示流量滤波推导中间滤波指示流量，(ii)推导中间滤波的指示流量的加权第一导数，以及(iii)输出包含中间滤波指示流量与中间滤波的指示流量加权的第一导数之和的滤波指示流量。
相对于先前的滤波技术，本发明的实施例通过消除整个频率范围的噪声，同时输出指示流量中持久的变化，提供了重要的技术优点。
本发明的实施例通过从滤波指示流量去除瞬间峰值，提供了另一重要的技术优点。
本发明的实施例通过显著降低指示流量中由于噪声或瞬间峰值而出现误警告状态的可能性，提供了另一重要技术优点。
本发明的实施例通过从指示流量消除噪声和瞬间峰值，而不降低本发明所用于的系统的响应时间，提供了另一重要技术优点。
应当理解，上述一般的描述和以下详细说明只是示例性的，而不是对如权利要求的本发明的限制。
附图的简要说明其中所结合并构成这一说明书一部分的附图，与说明书一同展示了本发明的几个实施例，用来解释本发明的原理。
图1是表示用于调节气体流量的先有技术系统的一示意表示；图2是能够采用根据本发明输出滤波器实施例的质量流控制器的一个实施例的示意表示；图3是根据本发明的输出滤波器一实施例中对指示流量滤波的过程的一实施例的图示；图4示出根据本发明以质量流量控制器实现的输出滤波器的同一实施例的流程图；图5是根据本发明实现输出滤波器的一实施例的的质量流量计的示意表示；以及图6对于出现在质量流量计输出滤波器的同一实施例出现的滤波过程的一实施例，提供了流量对时间的曲线图。
本发明的详细说明现在将详细参考本发明的示例性实施例，这些例子伴随附图示出。在任何相关的地方，相同的标号将在所有的附图中用来指相同或类似的部件。
本发明的一个实施例可包括一个质量流量控制器，该控制器能够比较指示流量与基线(例如设置点)，并确定指示流量是否处于基线的允许偏差内。如果指示流量处于基线的允许偏差内，则质量流量控制器能够输出指示流量作为滤波指示流量。否则，质量流量控制器能够输出处于基线允许偏差内的一个值作为滤波指示流量。
本发明的另一实施例可包括一质量流量计，该流量计能够通过以下产生滤波的指示流量(i)滤波指示流量以推导中间滤波指示流量；(ii)推导中间滤波指示流量的加权一阶导数；以及(iii)输出一种滤波指示流量，其包含中间滤波指示流量和中间滤波指示流量的加权一阶导数之和。
本发明的实施例提供了一种输出滤波器，该滤波器能够在整个频率范围对指示流量中的噪声滤波，且本发明的实施例提供了滤除指示流量中瞬间尖峰的能力。这样，出现在指示流量中的噪声和压力尖峰能够被滤除，使得它们不会产生误警告和/或不必要的气体流量操作。为了这一应用的目的，“指示流量”将通过各种流量测量和/或调节装置参照实际流量输出的表示。指示流量能够包括流量传感器的直接输出或生成的输出。例如，指示流量能够包含热流量传感器的输出与热流量传感器输出加权导数之和。虽然指示流量一般包含流量传感器输出的加权一阶导数，它还包含二阶，三阶等导数，或其它整体或部分的数学处理。此外，指示流量能够包含用来监视、调节或控制实际流量的任何实际流量的表示。
图2是质量流量控制器200的一实施例的示意表示，该控制器能够使用根据本发明的输出滤波器的实施例。质量流量控制器包括数字和/或模拟部件，并通过热流量传感器210测量实际流量205。热流量传感器210输出表示实际流量205的电信号215。业内一般专业人员可理解，由于热流量传感器210使用的时间常数可能比控制时间流量205所需的时间标度长，信号215被处理(例如通过导数控制器和加法器)，以达到快速响应时间。于是，在质量流量控制器200的一实施例中的D-控制器220，产生一阶导数质量流量信号，并通过一增益对其处理以产生导数信号217。加法器219能够把可能包括由D-控制器220引入的加强的噪声的导数信号217加到信号215，以产生指示流量225。应当注意，在本发明的一实施例中，指示流量225基本上与由先有技术质量流量控制器产生的指示流量125相同。
如业内一般专业人员所理解，D-控制器220能够质量流量控制器220的响应时间。然而，这是以增加热流量传感器210输出中的噪声为代价。于是，导数信号217因而指示流量225每一个能够包含噪声，这些噪声通常在实际流量205中不表现出来(即能够包含由D-控制器220添加的噪声)。指示流量225中(由于压力尖峰突然的流量变化所至)的噪声，能够引起工具产生误警告，从而引起生产线不必要的停机。然而输出滤波器230能够对指示流量225滤波，以便从指示流量225去除噪声或尖峰，从而产生造成较少误警告和停机的滤波的指示流量235。应当注意，为了这一申请的目的，术语“滤波指示流量”意思是输出滤波器230的输出，而不论该输出是否已由输出滤波器230处理。
除了由输出滤波器230滤波之外，指示流量225能够(在比较器227)与设置点比较(例如制造工具或制造设备的部件所希望的点)，以确定实际的流量205是否应当被调节(例如，降低或增加)。正如业内一般专业人员所理解的，调节实际流量205的一个考虑是其中数学本发明的特定制造过程所要求的允差。如果根据指示流量225与设置点的比较，实际的流量205应当被调节，则P & I控制器240打开或关闭气体流量阀245以便降低或增加实际的流量205。此外，滤波的指示流量235能够与与对制造工具的设置点进行比较，以便确定状态是否从设置点适当偏移达保证使工具停机足够的时间周期。例如，如果滤波的指示流量235落在规定的操作范围之外，则产生关闭阀门245的一警告信号。然而，因为输出滤波器230能够从指示流量225去除噪声和瞬间尖峰，制造工具不大可能由于这些类型的误警告状态而停机。
应当注意，在采用根据本发明的输出滤波器的一实施例的质量流量控制器中，输出滤波器不在反馈回路中。进而应当注意，图2中所示的质量流量控制器的配置只是示例性的，并可采用其它配置的质量流量控制器，且并不偏离本发明的技术。可包含根据本发明的输出滤波器实施例的质量流量控制器的一例，能够在United States PatentApplication No.09/350,744，“System and Method of Operation ofDigital Mass Flow Controller，”，中找到，该文献在此完全结合以资对比。此外，本发明的实施例能够以基于微处理器质量流量控制器和基于模拟的质量流量控制器实现。特别是数字信号处理器(“DSP”)平台的使用，能够其更为有效的实现。
图3是用来处理和滤波根据本发明的输出滤波器的指示流量的一实施例的图示。流量对时间的曲线图300表示根据本发明的输出滤波器230一实施例的指示流量225的滤波。在曲线图300中，用户定义的设置点(“SP”)由线310表示。如业内一般专业人员所理解的，例如当制造工具被加电并当用户希望重新定义设置点以考虑新的操作状态时，设置点能够由用户定义。设置点建立了基线值，就此输出滤波器230能够比较从指示流量225取得的数据点。输出滤波器可配置为，在特定事件(例如加电或设置点的变化)之后等待预定的时间量(例如由线315表示的t秒)，以使指示流量225达到接近稳定的状态。应当理解到，t是可被调节的值，并可以是用户定义的。在这延迟时间“t”期间，指示流量225能够作为滤波的指示流量235通过。通过在延迟时间期间不滤波指示流量，输出滤波器230的整个响应能够增加，且用户能够赢得对设置点的任何过量，或其它在指示流量225达到接近稳定状态之前可能出现的趋势的洞察。
在图3所示的实施例中，在t秒钟之后(线315)，输出滤波器230能够开始监视指示流量225，以确定指示流量何时处于基线的允许偏差内(例如，在这一实施例中，分别由线320和325表示的正负百分之一SP)。在t秒之后(即延迟时间过后)，并一旦确定指示流量225处于由点330表示的允许偏差内(例如这种情形下是正负百分之一)，则输出滤波器230从事对噪声和/或瞬间尖峰滤波。指示流量225的滤波能够实时发生(即按计算机和通信技术允许的那样快进行)。在本发明的一实施例中，输出滤波器230可能不能在指示流量225跨入正负百分数之一范围准确的时间开始滤波。而是输出滤波器可能对指示流量225进行采样，并当指示流量225的第一采样落入正负百分数之一频带内时开始对指示流量滤波(假设t秒已经过去)。
一旦接合了输出滤波器230，输出滤波器230就能够对指示流量采样，以确定指示流量225是否落到允许偏差之外。又在图3所示的情形下，输出滤波器230对指示流量225采样，以确定指示流量225是否偏离设置点大于正负百分之一(即由线320和325分别描绘的允许偏差)。当由输出滤波器230提取的样本指示，指示流量225处于正负百分之一频带时(在图3的例子中)，输出滤波器230能够作为滤波指示流量235输出该样本。换言之，输出滤波器230能够使指示流量225作为滤波指示流量235通过。在DSP质量流量控制器中，这能够包含使最近指示流量的样本传送到DSP的输出端口。另外，如果指示流量225的样本落到允许偏差之外，则输出滤波器230能够输出来自允许偏差内的一个值作为滤波指示流量225。例如，当输出滤波器230在点343确定，指示流量225已经跨出230的正负百分之一频带时(即在这一例子中线320之上)，输出滤波器230能够输出落入由点324指示的允许偏差内的最后的样本，作为滤波的指示流量235(由线355表示)。这样，当指示流量225落到对设置点允许偏差之外时，输出滤波器230至少能够暂时输出落入允许偏差内的至少流量235。在本发明的一实施例中，输出滤波器230能够输出落在允许偏差内的指示流量225最后的样本值，作为滤波指示流量。
在本发明的一实施例中，只要指示流量225不超过一缓冲器，输出滤波器能够输出允许偏差内的一值(例如正负1％)。然而当样本(例如在点345所取得)指出指示流量225超过缓冲器时，这种情形下正负百分之三(分别由线335和340表示)，输出滤波器230能够接合一定时器(未示出)。该定时器运行直到以下两种情形任何之一首先出现，即该定时器已达到其时钟限制(例如预定的运行时间)或指示流量225返回到缓冲器内(例如，正负百分之三或其它某个预定范围)。
一旦定时器被启动，至少三个事件能够影响输出滤波器230作为滤波指示流量传送的值在定时器到时之前指示流量225能够返回允许偏差内，在指示流量225返回缓冲器或允许偏差内之前定时器可能到时，或在定时器达到其时钟限制之前指示流量225能够返回缓冲器但非允许偏差内。进一步讨论每一个这些情形，如果在定时器达到时钟限制之前，指示流量225返回允许偏差内，则输出滤波器230能够恢复输出指示流量225作为滤波的指示流量235。然而如果达到时钟限制之前，指示流量225返回缓冲器内，但非允许偏差，如点346所示，则输出滤波器230能够复位定时器，并能够继续传送一良好值(例如，允许偏差内的一值)作为滤波指示流量235。否则，如果指示流量225返回缓冲器或允许偏差内之前定时器到时，则输出滤波器230能够输出指示流量225作为滤波的指示流量235。然而在这最后情形下，滤波的指示流量将超过缓冲器。
通过定标定时器使之具有充分长的时钟限制，能够有效滤除滤波指示流量235的瞬间尖峰和噪声，并通过定义足够短的时钟限制，指示流量中的持久变化能够包含在滤波指示流量中。例如在本发明的一实施例中，时钟限制可以在100毫秒量级。这样，用户能够定义滤除出现在较高频率的噪声和瞬间尖峰的运行时间，但不滤除指示流量225中一般出现在较低频率的重要的变化。
作为进一步的例子，图3示出在其通过正负百分之一频带外部前夕，输出滤波器230对指示流量225采样。因而，输出滤波器输出最后良好的样本值(例如点360)作为滤波指示流量235。同时，在这例子中，正在指示流量225返回正负百分之一频带时(在点365)，输出滤波器230对指示流量225采样，并于是作为滤波指示流量返回输出指示流量225。一旦注意，在点360和点365之间的尖峰中，指示流量225没有超出缓冲器，并因而定时器不会开始测量尖峰的瞬时性。
在点370，输出滤波器230再次取得例在正负百分之一频带之外(例如线320与325)的指示流量225的样本，因而输出滤波器230开始传送最后良好样本值(例如在点375取得的)作为滤波指示流量(由线380表示)。当在点385的样本指出指示流量225已经返回正负百分之一频带内时，输出滤波器230恢复输出指示流量225作为滤波指示流量(例如线320和325)。滤波指示流量225再次没有跨出点375和385之间的正负百分之三缓冲器之外(例如线335和340)，于是输出滤波器230不启动定时器。
在点390，指示流量225的一个样本落在允许偏差之外(例如线320和325)，且输出滤波器230再次输出最后良好样本(在点392所取)作为滤波指示流量235(由线394表示)。在点395，输出滤波器230取得一样本，指出指示流量225已跨出正负百分三缓冲器。因而，输出滤波器230启动定时器，同时继续输出最后良好样本(在点392取得)作为滤波的指示流量235。当定时器已经运行达到预定的时间量时(点396)，而指示流量305的样本没有返回正负百分之三缓冲器，则输出滤波器230能够恢复输出指示流量225作为滤波指示流量(在线398表示)。从图3可注意到，指示流量225现在保持在缓冲器之外。因为指示流量225在点395和396之间保持在正负百分之三缓冲器之外(例如线335和340)达明显的时间量(例如长于时钟限制)，输出滤波器230能够确定指示滤波器225不表示实际流量中的噪声或瞬间尖峰，而是指出实际流量中材料的变化。进而，因为滤波指示流量235在点396之后将显现偏离设置点，落在第二预定范围之外，因而能够产生一警告信号或实现其它响应。
在本发明的另一实施例中，不是从由线390流量表示的滤波指示流量的输出，突然切换到指示流量225的输出作为滤波指示流量，输出滤波器230能够逐渐使滤波指示流量匹配指示流量225。
应当理解，虽然图3描绘了本发明具有正负百分之一允许偏差和正负百分三缓冲器的特定实施例，但图3不是在作限制，本发明的其它实施例也可用。例如，对基线和缓冲器的允许偏差可用是用户可定义的，并可包括对基线的百分比偏差，绝对值偏差或其它业内所知的统计偏差。此外，在本发明的一实施例中，可只定义可允许偏差，而不定义缓冲器偏差。这样，例如本发明的输出滤波器的实施例能够配置为，当指示流量的样本落在正负百分之一(或另外定义)允许偏差之外时启动定时器。然而，能够提供缓冲器使得非常小的偏移(例如刚好在正负百分之一范围之外)不启动时钟，且不在滤波指示流量中表示。此外，应当理解，允许偏差和缓冲器可以是关于基线非对称的。只作为一例子，允许偏差可以是正百分之一和负百分之二等。
在以上例子中，输出滤波器230比较指示流量与由设置点定义的基线。然而，在本发明的其它实施例中，用户可任意定义基线。此外，用户能够定义延迟时间“t”及定时器的时钟限制。应当注意到，曲线图300不是要定标，而t秒钟可以是其它多种秒钟，同时定时器时钟限制(例如点395和396之间的时间差)可以是毫秒量级的。
图4示出根据本发明以质量流量控制器实现的输出滤波器的一实施例。在步骤410，输出滤波器启动是否已经过预定的时间延迟(例如图3中的t秒钟)。还没有经过预定的时间延迟，则输出滤波器能够使指示流量225作为滤波的指示流量235通过(例如步骤415)，否则控制过度到步骤430，其中输出滤波器能够确定指示流量225是否已经来到基线的允许偏差之内。在图4的例子中，输出滤波器230在步骤430将确定，指示流量是否在设置点的正负百分之一之内。如果在步骤430，指示流量信号在允许偏差之内，则输出滤波器将在步骤435开始对指示流量225滤波。否则，指示流量将作为滤波的指示流量通过，直到指示流量进入允许的偏差之内(步骤415)。通过在滤波之前允许延迟t秒并确定指示流量是否在基线的允许偏差之内，指示流量225在滤波之前能够达到近似稳定状态。
如果已经过t秒钟(步骤410)，且指示流量225已进入允许偏差(步骤435)，则输出滤波器230在步骤440能够确定指示流量是否已经超过基线的允许偏差。如果不是，则输出滤波器继续使指示流量作为滤波的指示流量通过(步骤415)。另一方面，如指示流量在允许偏差之外，则输出滤波器230能够使指示流量的良好值作为滤波的指示流量通过(步骤450)，且控制步骤过度到步骤455。在本发明的一个实施例中，输出滤波器230在步骤450能够使指示流量最后的良好样本作为滤波的指示流量通过。在本发明的另一实施例中，如果确定指示流量超过允许偏差，输出滤波器230能够使允许偏差内的任何值作为滤波的指示流量通过。
如果在步骤440指示流量已超过允许偏差，输出滤波器230在步骤455能够确定指示流量是否也超过缓冲器。在图4的例子中，输出滤波器230在步骤455将确定指示流量是否以大于百分之三超过基线。如果指示流量不超过缓冲器，输出滤波器230能够返回步骤440，并确定指示流量是否(或指示流量的下一个样本)超过允许偏差(例如设置点的正负百分之一)。反之如果在步骤455，输出滤波器230确定指示流量超过缓冲器，输出滤波器230能够接合定时器(步骤457)。然后在指示流量返回缓冲器之前，输出滤波器230能够确定定时器是否达到其时钟限制(即预定的运行时间)(步骤460)。如果在定时器达到其时钟限制之前，指示流量返回缓冲器，则输出滤波器230能够返回步骤440。另外，输出滤波器能够使已保持在缓冲器之外达至少时钟运行时间的指示流量(指示实际流量中继续或持久的变化)，作为滤波指示流量通过。又在本发明的一实施例中，输出滤波器230能够使滤波的指示流量逐渐靠近指示流量的值，从而避免了使滤波指示流量值中尖锐的过度通过。结合图4所描绘的该过程在本发明的一实施例中，能够作为质量流量控制器已采用的现有程序(例如主程序)的循环子程序实现，虽然该过程能够以业内人员所知任何其它方式实现(例如作为独立的程序)。
总之，当指示流量处于关于设置点的预定范围内时(例如当指示流量处于基线的运行偏差以内时)，本发明的实施例能够输出指示流量作为滤波指示流量。然而，如果指示流量超出该预定范围，则曾经在预定范围内的指示流量的最后的值能够作为滤波指示流量输出。而且，如果指示流量偏离设置点足够大的量(例如缓冲器之外)达足够长的时间(例如大于时钟限制)，则指示流量能够作为滤波指示流量输出。因而，指示流量中高频噪声或短时间持续尖峰能够由指示流量的良好值表示，同时指示流量中对设置点的持久偏离也将在滤波指示流量中表示。由于噪声和瞬间尖峰从指示了中被去除，而指示流量中持久的偏离在滤波指示流量中表示，因而滤波指示流量提供了对实际流量中，对系统可能有本质影响而不会影响质量流量计响应时间的变化的较好的理解。因为能够从指示流量中去除噪声和瞬间尖峰，同时能够表示出持久的偏离，因而根据本发明的输出滤波器的实施例能够输出不会引起误警告的滤波的指示流量。此外，因为制造工具不会由于误警告而停机，因而本发明能够减少停机时间并防止损失的晶片批次，导致明显的成本节省。
在另一实施例中，本发明的输出滤波器不必实际产生滤波指示流量。在这一实施例中，在指示流量返回缓冲器内之前，直到输出滤波器确定定时器已经达到其时钟限制，本发明将不使任何信号通过。如果输出滤波器确定，在定时器达到其时钟限制之前，指示流量没有返回缓冲器内，则输出滤波器能够开始使原来的指示流量作为滤波的指示流量通过。换言之，滤波的指示流量可以与指示流量相同。
除了与质量流量控制器一同使用之外，根据本发明的输出滤波器的实施例能够以质量流量计实。图5是根据本发明实现输出滤波器的一实施例的质量流量计500的一示意表示。在质量流量计500处，热流量传感器510能够测量通过系统的流体的实际流量515，并输出电信号520以表示实际的流量515。D-控制器525能够通过使增益乘以信号520的一阶导数而确定信号520的一阶导数的加权量。D-控制器525能够作为导数信号527输出信号520的一阶导数加权量，然后该信号能够添加到信号520以建立指示流量530。又D-控制器525，能够确定信号520的一阶导数的加权量，以便增加系统的响应时间，可能增强在信号520中发现的噪声。如以下更为详细所述，输出滤波器540这时能够(i)通过移动平均，FIR，IIR或业内以便专业人员所能理解的其它滤波方案，对指示流量530滤波，以推导中间滤波指示流量，(ii)推导中间滤波指示流量的导数，(iii)使该导数乘以一增益，该增益可以与由D-控制器525施加的增益相同或不同，以及(iv)向乘以该增益的中间滤波指示流量的导数添加中间滤波指示流量，以推导滤波的指示流量620。在本发明的一实施例中，输出滤波器540能够使用DSP平台实现。
图6对于本发明质量流量计的输出滤波器的实施例的滤波过程的一实施例，提供了流量对时间的曲线图。又在本发明的一实施例中，这一过程能够实时执行。该输出滤波器能够接收由线530表示的指示流量。如前所述，指示流量530能够包含由D-控制器525产生的增强的噪声。为了补偿噪声的增强及可能出现在指示流量530中的任何瞬间尖峰，输出滤波器能够对指示流量530滤波以产生滤波的指示流量620。为了推导滤波的指示流量620，输出滤波器540的一实施例能够首先向指示流量530施以标准的滤波技术，诸如移动平均，IIR，FIR或业内一般专业人员能够理解的其它技术，以便产生中间滤波的指示流量630。然后输出滤波器能够确定中间滤波的指示流量530的导数(例如一阶导数)，并使该导数乘以增益(“K”)，其结果由加权的导数线640表示。然后输出滤波器540能够使中间滤波指示流量630和中间滤波指示流量640的加权的导数相加，以产生滤波的指示流量信号620。如果使用DSP(或其它微处理器)实现，输出滤波器230能够使滤波指示流量620传送到DSP的输出端口(或其它微处理器)。
从图6中的例子可注意到，输出滤波器540去除噪声和瞬间尖峰指示流量530。因为噪声能够从指示流量被去除或至少减少，本发明的实施例能够生成不会引起制造工具误警告状态的滤波指示流量，因而减少了停机时间和晶片批次损失。此外，这能够不降低质量流量计的响应时间而实现。
本发明的实施例提供了能够从指示流量去除噪声和瞬间尖峰的输出滤波器，同时继续显示指示流量中的持久压力变化。滤波的指示流量能够与设置点比较，并如果滤波指示流量偏离设置点达足够大的程度，则可产生警告，与制造工具相关的停机。因为滤波的指示流量包含较少的噪声和较少的瞬间压力尖峰，因而很少会引起误警告，因而减少了制造工具停机并节省了可观的损失。此外，本发明的实施例不会降低质量流量控制器和质量流量计的响应时间。
虽然这里参照示例性实施例已详细说明了本发明，但应当理解，该说明只是示例的方式，而不应以限制的意义解释。于是进而应当理解，，本发明实施例及本发明附加实施例细节的各种变化，对于业内一般专业人员是显而易见的，并参照这一说明及这里所公开的本发明的实践可作出这些变化。要注意，所有这些变化和附加的实施例都属于如以下权利要求的本发明的意向和有效范围。
权利要求
1.对于质量流量装置中的指示流量进行滤波的一种方法，其中所述指示流量是实际气体流量的一个函数，该方法包括确定所述指示流量是否在基线的允许偏差内；如果所述指示流量在所述基线的所述允许偏差内，输出所述指示流量作为滤波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述基线的所述允许偏差内，输出在所述基线的所述允许偏差内的值作为所述滤波的指示流量。
2.根据权利要求1滤波指示流量的方法，还包括以下步骤如果所述流量不在所述基线的所述允许偏差内；启动具有时钟限制的一定时器；确定所述指示流量在所述定时器达到所述时钟限制之前是否已经返回所述允许偏差内；如果在所述定时器达到所述时钟限制之前所述指示流量已经返回所述允许偏差内，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量；以及否则，输出在所述允许偏差内的值，直到所述定时器达到所述时钟限制，并在定时器达到所述时钟限制之后，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量。
3.根据权利要求2滤波指示流量的方法，还包括输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续不滤波输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波指示流量达到近似稳定的状态。
4.根据权利要求1滤波指示流量的方法，还包括确定所述指示流量是否超过一缓冲器；如果所述指示流量已超过所述缓冲器，接合具有时钟限制的定时器；确定所述指示流量是否在所述定时器达到所述时钟限制之前已经返回所述缓冲器内；如果所述指示流量在所述定时器达到时钟限制之前已经返回所述缓冲器内如果所述指示流量在所述允许的偏差内，返回所述指示流量作为所述滤波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允许的偏差内但在所述缓冲器内，返回所述允许偏差内的值作为所述指示流量，并复位所述定时器；以及如果在所述定时器达到所述时钟限制之前，所述指示流量没有返回所述缓冲器内，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量。
5.根据权利要求4滤波指示流量的方法，还包括输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波指示流量不滤波达到近似稳定的状态。
6.根据权利要求1滤波指示流量的方法，还包括输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波指示流量不滤波达到近似稳定的状态。
7.根据权利要求1滤波指示流量的方法，其中所述允许偏差至少是设置点的正负百分之一。
8.用于对质量流控制器中指示流量滤波的一种方法，包括(A)输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；(B)当确定所述指示流量达到近似稳定状态时，输出所述指示流量作为滤波指示流量；(C)确定所述指示流量是否已保持在基线允许偏差内；(D)如果所述指示流量已保持在允许偏差内，继续输出所述指示流量作为所述滤波指示流量；以及(E)如果所述指示流量没有保持在所述允许偏差内(1)输出来自所述允许偏差内的一个值作为所述滤波指示流量；(2)确定所述指示流量是否已超过缓冲器；(3)如果所述指示流量已经超过所述缓冲器a)接合具有时钟限制的定时器；b)确定在所述定时器达到所述时钟限制之前，所述指示流量是否已返回所述缓冲器内；以及c)如果在所述定时器达到所述时钟限制之前，所述指示流量没有返回所述缓冲器内，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量；以及d)如果在所述定时器达到所述时钟限制之前，所述指示流量已返回所述缓冲器内，i)如果所述指示流量在所述允许的偏差内，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量；以及ii)如果所述指示流量不在所述允许偏差内但在所述缓冲器内，继续输出来自所述允许偏差内的所述值作为所述滤波的指示流量。
9.根据权利要求8滤波指示流量的方法，其中所述基线包括一设置点。
10.根据权利要求8滤波指示流量的方法，其中来自所述允许偏差内的所述值包括曾经在所述允许偏差内所述指示流量的先前采样值。
11.根据权利要求8滤波指示流量的方法，其中所述允许偏差至少是设置点的正负百分之一。
12.用于对质量流计中指示流量滤波的一种方法，包括对所述指示流量滤波以推导出中间滤波指示流量；推导所述中间滤波指示流量的加权一阶导数；以及对所述中间滤波指示流量和所述中间滤波指示流量的所述加权一阶导数求和，以推导滤波指示流量。
13.根据权利要求12的滤波指示流量的方法，其中使用移动平均推导所述中间滤波指示流量。
14.根据权利要求12的滤波指示流量的方法，其中使用IIR推导所述中间滤波指示流量。
15.根据权利要求12的滤波指示流量的方法，其中使用FIR推导所述中间滤波指示流量。
16.一种质量流量控制器，可操作以便确定指示流量是否在基线允许偏差内；如果所述指示流量在所述允许偏差内，输出所述指示流量作为滤波指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允许偏差内，输出处于所述允许偏差内的一个值作为所述滤波的指示流量。
17.权利要求16用于滤波指示流量的系统，其中所述质量流量控制器还可操作，以便如果所述指示流量不在所述第一预定范围内接合具有时钟限制的一定时器；以及确定在所述定时器达到所述时钟限制之前，所述指示流量是否已经返回所述允许偏差内。
18.权利要求17用于滤波指示流量的系统，其中所述计算机可读指令还可执行以便输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续不滤波输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波的指示流量进入所述第一预定范围内。
19.权利要求16用于滤波指示流量的系统，其中所述质量流量控制器还可操作以便确定所述指示流量是否已经超过一缓冲器；如果所述指示流量已经超过缓冲器，启动具有时钟限制的一定时器；确定在所述定时器达到所述时钟限制之前所述指示流量是否已返回所述缓冲器内；如果在所述定时器达到所述预定时间限制之前所述指示流量已返回所述缓冲器内如果所述指示流量在所述允许偏差内，返回所述指示流量作为所述滤波的指示流量；以及如果所述指示流量不在所述允许偏差内，返回在所述允许偏差内的所述值作为所述指示流量；以及否则，输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量。
20.权利要求19用于滤波指示流量的系统，其中所述质量流量控制器还可操作以便输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续不滤波输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波的指示流量进入所述允许偏差。
21.权利要求20用于滤波指示流量的系统，其中所述质量流量控制器还可操作以便输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量达延迟的周期；以及继续输出所述指示流量作为所述滤波的指示流量，直到所述滤波的指示流量进入所述允许偏差。
22.用于滤波指示流量的一种系统，包括一质量流量计，其可操作以便滤波指示流量以便推导一中间滤波的指示流量；推导所述滤波的指示流量的一个加权的一阶导数；以及从所述中间滤波指示流量与所述中间滤波指示流量的所述加权的一阶导数的所述和，推导一指示流量。
23.权利要求22用于滤波指示流量的系统，其中使用移动平均推导所述中间滤波指示流量。
24.权利要求22用于滤波指示流量的系统，其中使用IIR推导所述中间滤波指示流量。
25.权利要求22用于滤波指示流量的系统，其中使用FIR推导所述中间滤波指示流量。
全文摘要
本发明提供了用于对指示流量滤波的一种方法和系统，包括具有一滤波器(230)的可对指示流量操作的质量流量计，以推导中间滤波的指示(235)，推导滤波的指示流量(235)的加权一阶导数，并从中间滤波的指示流量(235)及中间滤波的指示流量(235)加权的一阶导数之和推导指示流量(235)。
文档编号G01F1/696GK1714277SQ02808833
公开日2005年12月28日 申请日期2002年4月26日 优先权日2001年4月27日
发明者塔立克·费萨尔 申请人:米克罗利斯公司