DE112004002274B4

DE112004002274B4 - Integrierter Absolut- und Differenzdruck-Umsetzer

Info

Publication number: DE112004002274B4
Application number: DE112004002274T
Authority: DE
Inventors: Paul Hudson Dozoretz; Youfan Superior Gu; Garry Boulder Holcomb; Ole Wenzel
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: US7962294B2; GB2423823B; TWI343475B; WO2005052535A1; GB0610004D0; TW200526937A; JP5329757B2; US20090228219A1; US20070288179A1; GB2423823A; US20060004539A1; US6909975B2; US7477996B2; JP2007512535A; DE112004002274T5; US20050114070A1

Abstract

Verfahren zur Absolutdruckmessung eines Gases in einer Kammer (61, 161) in einem weiten Bereich, wobei das Verfahren umfasst:
Messen eines Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem Gas in der Kammer (61, 161) und der Atmosphäre, um einen gemessenen Differenzdruck (P30) zu erhalten,
Messen eines absoluten Drucks (PC) des Gases in der Kammer (61, 161), um einen gemessenen absoluten Kammerdruck (P20) zu erhalten,
Festlegen eines Übergangsdruckpegels (Px),
Bestimmen des absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161) als gemessener absoluter Kammerdruck (P20), wenn der gemessene absolute Kammerdruck (P20) kleiner als der Übergangsdruckpegel (Px) ist,
Bestimmen des absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161) als normierter Differenzdruck (PV), wenn der gemessene absolute Kammerdruck (P20) größer als der Übergangsdruck (Px) ist, einschließlich des Bestimmens des normierten Differenzdrucks (PV) durch das Addieren eines Korrelationsfaktors (F) zu dem gemessenen Differenzdruck (P30), wobei der Korrelationsfaktor (F) gleich dem gemessenen absoluten Kammerdruck (P20)...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Drucksensoren und insbesondere einen integrierten Absolut- und Differenzdrucksensor, der normalisierte, Absolut- und Differenzdruckmessungen über einen breiten Bereich von subatmosphärischen, atmosphärischen und superatmosphärischen Drücken durchführen und ausgeben kann.
In einigen Prozess-, Steuer- oder Überwachungsanwendungen wäre es vorteilhaft, wenn der Druck erfasst werden könnte und eine genaue und wiederholbare Druckmessung oder Steuerausgabe über einen breiten Druckbereich von etwa 10^–8 torr (133·10^–8 Pa) oder weniger bis 10³ torr (133·10³ Pa) oder höher durchgeführt werden könnte. Zum Beispiel kann in einer PVD-Vakuumverarbeitungskammer für die physikalische Aufdampfung oder in einer CVD-Vakuumverarbeitungskammer für die chemische Aufdampfung von Dünnfilmen aus Halbleitermaterialien auf Substraten oder Wafern zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen ein Aufdampfungsprozess mit etwa den folgenden Schritten verwendet werden: (i) Laden des Substrats bzw. Wafers in die Vakuumverarbeitungskammer bei atmosphärischem Druck (z. B. ungefähr 600–700 torr (79,8·10³ Pa–93,1·10³ Pa); (ii) Schließen und Dichten der Verarbeitungskammer und Evakuieren derselben auf 10^–7 torr (133·10^–7 Pa) oder weniger und Halten dieses Zustands für eine bestimmte Zeitdauer, um Luft, Wasserdampf und andere mögliche Verunreinigungen vollständig zu entfernen; (iii) Auffüllen der Kammer mit einem Edelgas oder einem Überdruckgas, um die Verarbeitungskammer zurück auf ungefähr 10^–3 torr (133·10^–3 Pa) zu bringen, und Halten dieses Zustands, während Prozess- und Trägergase in die Kammer geführt werden, um zu reagieren oder auf andere Weise einen Dünnfilm aus den gewünschten Halbleitermaterialien auf dem Substrat bzw. Wafer zu bilden, während Abgase mit gasförmigen Nebenprodukten, nicht reagierten/überschüssigen Prozessgasen und Trägergasen aus der Verarbeitungskammer gezogen werden; (iv) Stoppen der Prozessgase; und (v) Auffüllen der Verarbeitungskammer, um den Druck in der Kammer auf einen atmosphärischen Druck zu erhöhen, sodass die Kammer geöffnet und das verarbeitete Bauelement entfernt werden kann.
Ein anderer Ansatz wird verwendet, um die Verarbeitungskammer in dem sehr niedrigen Verarbeitungsdruckbereich (Vakuum) zu halten, der für die Aufdampfungsprozesse verwendet wird, während eine separate, häufig kleinere Ladesperrkammer verwendet wird, um die Wafer vor und nach der Verarbeitung zu handhaben, d. h. einen Zyklus zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Verarbeitungsdruck zu durchlaufen, um die Wafer in und aus der Verarbeitungskammer zu bewegen. Wenn eine Verarbeitungskammer mit einer derartigen Ladesperre verwendet wird, wird die Verarbeitungskammer nur dann dem atmosphärischen Druck ausgesetzt, wenn sie für die Wartung geöffnet wird.
Derartige Vakuumverarbeitungs- und Ladesperrsysteme erfordern eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten von einzelnen Drucksensoren zum Messen und/oder Steuern von Drücken über derartig große Bereiche. Zum Beispiel sind Heißkathoden-Drucksensoren genau und zuverlässig für absolute Druckmessungen in einem Bereich zwischen ungefähr 5 × 10^–10 bis 5 × 10^–2 torr (665·10^–10 Pa bis 655·10^–2 Pa) zu verwenden, während sie nicht nützlich für Drücke über 5 × 10^–2 torr (665·10^–5 Pa) sind und ausgeschaltet werden müssen, um ein Ausbrennen der Fäden in den Heißkathoden-Messeinrichtungen zu vermeiden. Andererseits weisen herkömmliche Konvektions-Pirani-Drucksensoren absolute Druckmessfähigkeiten in einem Bereich zwischen ungefähr 10^–3 torr und 1.000 torr (133·10^–3 Pa und 133·10³ Pa) auf, während sie nicht nützlich für Drücke unter 10^–3 (133·10^–3 Pa) sind und eine flache Zone im Bereich von ungefähr 10 bis 1.000 torr (133·10³ Pa bis 133·10³ Pa) aufweisen, in der die Genauigkeit niedrig ist. Ein Mikropirani-Drucksensor wie etwa der in der veröffentlichten US 2003/001 01 29 A1 beschriebene Mikropirani-Drucksensor kann den Bereich nach unten bis zu ungefähr 10^–5 torr (133·10^–5 Pa) erstrecken und die flache Zone kompensieren, wobei dieser Bereich jedoch für viele Prozesse immer noch nicht ausreicht.
Weiterhin sind die Absolutdrucksensoren problematisch in Anwendungen wie etwa der weiter oben beschriebenen Vakuumverarbeitungskammer, weil es zwar wünschenswert sein kann, die Verarbeitungskammertür bei oder nahe dem atmosphärischen Umgebungsdruck zu öffnen, jedoch der atmosphärische Umgebungsdruck in Abhängigkeit von der Höhe über dem Meeresspiegel, der Wetterlage und ähnlichem variiert, sodass der besondere Sollpunkt eines Absolutdrucksensors wahrscheinlich nicht konsistent dem atmosphärischen Druck entspricht. Es kann also ein Differenzdrucksensor zusätzlich zu dem einen oder den mehreren unterschiedlichen Absolutdrucksensoren erforderlich sein, wodurch jedoch die Probleme der flachen Zone nicht gelöst werden, insbesondere wenn kritische Verarbeitungsoperationen bei den diesen flachen Zonen entsprechenden Drücken erforderlich oder gewünscht sind.
Die in der US2003/0010129 A1 beschriebene Kombination aus Absolut- und Differenzdruck-Umsetzern bietet eine vorteilhafte Kombination aus einem Absolutdrucksensor und einem Differenzdrucksensor zum Steuern des Öffnens oder Schließens von inneren und äußeren Türen sowie anderer Funktionen von Ladesperren für Vakuumverarbeitungskammern oder Transferkammern. Die Absolutdruckmessungen und die Differenzdruckmessungen erfolgen jedoch separat zueinander, wobei keine Möglichkeit zum Erhalten oder Verfolgen von Absolutdrücken über der Absolutdruck-Messfähigkeit des Absolutdrucksensors und durch die Differenzdruck-Sensorbereiche gegeben ist. Natürlich können einer oder mehrere unterschiedliche Absolutdrucksensoren zu der Kombination hinzugefügt werden, um höhere Absolutdruckmessungen in den höheren Differenzdruck-Messbereichen vorzusehen, wobei derartige zusätzliche Druckumsetzer jedoch die Kosten für die Verarbeitungseinrichtungen erhöhen und trotzdem nicht wirklich in die entsprechenden Messungen integriert sind. Viele Betreiber von Verarbeitungskammern und Qualitätskontrolltechniker hätten gerne ein vollständiges Verarbeitungsdruckprofil auf einer einzelnen Absolutdruckskala von einem atmosphärischen Druck oder höher nach unten zu dem niedrigen Vakuumdruck und dann wieder nach oben durch diese Bereiche zu dem atmosphärischen Druck.
Die Druckschrift WO 01/71781 A2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des absoluten Kammerdrucks in einer Kammer. Diese Vorrichtung umfaßt einen Differenzdrucksensor zum Messen des Differenzdrucks zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Kammerdruck, einen Absolutdrucksensor zum Messen des absoluten Drucks in der Kammer. Die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor in Kammerdruckbereichen ausgegeben, in denen die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor genauer und zuverlässiger als die Absolutdruckmessungen aus den Differenzdruckmessungen sind. Die Absolutdruckmessungen aus den Differenzdruckmessungen werden in Kammerdruckbereichen ausgegeben, in denen die Differenzdruckmessungen genauer und zuverlässiger als die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor sind.
Es ist deshalb eine allgemein Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und/oder Steuern von Drücken über breite Druckbereiche mit Absolut- und/oder Differenzdruckausgaben anzugeben, die sich integriert über diese Bereiche erstrecken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Absolutdruckmessung eines Gases in einer Kammer in einem weiten Bereich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterhin wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen eines absoluten Kammerdruckprofils des Gasdrucks in einer Kammer mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13. Weiterhin wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen des absoluten Kammerdrucks in einer Kammer mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 23. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Dadurch ist es insbesondere möglich Echtzeit-Absolutdruckmessungen auf einer einzelnen Skala vorzusehen, die sich von über dem atmosphärischen Druck zu sehr niedrigen Vakuumdrücken erstreckt.
Es ist insbesondere weiter möglich integrierte Fähigkeiten zum Messen und Ausgeben von Absolut- und/oder Differenzdrücken über einen Druckbereich zwischen 10^–8 torr (133·10^–8 Pa) oder weniger und 10³ torr (133·10³ Pa) oder mehr unter Verwendung von nur einem oder zwei Absolutdrucksensoren und einem Differenzdrucksensor anzugeben.
Die beigefügten Zeichnungen, die Teil der vorliegenden Beschreibung bilden, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung und den Ansprüchen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Ladesperre für eine Vakuumverarbeitungskammer, die mit einem Absolutdrucksensor und einem Differenzdrucksensor zum Messen von Absolutdrücken in einer Kammer auf einer kontinuierlichen Skala über einen großen Druckbereich gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist,
2 ein Diagramm, das Absolutdrücke neben atmosphärischen Drücken auf Meeresspiegelebene und Hochebenen zeigt, um ein durch die Ausführungsformen gelöstes Problem und einige grundlegenden Prinzipien Ausführungsformen zu erläuten,
3 ein logisches Flussdiagramm, das einen Algorithmus zeigt, der in den Ausführungsformen verwendet wird, um den Absolutdruck-Messbereich in den Differenzdruck-Sensorbereich zu erweitern,
4 ein zweigeteiltes Balkendiagramm, das die effektiven Differenz- und Absolutdruckbereiche von zwei Drucksensoren (einem Differenz- und einem Absolutdrucksensor) zum Erzeugen von Absolutdruckmessungen über einen breiten Bereich von Drücken auf einer einzelnen Absolutdruckskala gemäß der Ausführungsformen zeigt,
5 ein Druckprofil eines herkömmlichen Ladesperr-Steuerzyklus und zeigt eine beispielhafte Anwendung der integrierten Kombination aus Absolut- und Differenzdruck-Umsetzern von 1–4,
6 ein 3 ähnliches logisches Flussdiagramm, das einen Algorithmus zeigt, der in den Ausführunsformen verwendet wird, um den Absolutdruck-Messbereich in den Differenzdruck-Sensorbereich zu erweitern, wobei aber ein zusätzlicher Niederbereich-Absolutdrucksensor verwendet wird, um den Absolutdruck-Messbereich zu noch niedrigeren Drücken zu erweitern,
7 ein 4 ähnliches zweigeteiltes Balkendiagramm, das jedoch den Druckmessbereich des zweiten niedrigeren Absolutdrucksensors zum Erzeugen von Absolutdruckmessungen über den breiteren Bereich zeigt.
8 ein Druckprofil eines herkömmlichen Vakuumdruckzyklus, der eine beispielhafte Anwendung der integrierten Kombination aus Absolut- und Differenzdruck-Umsetzern von 6–7 zeigt.
9 eine 1 ähnliche schematische Ansicht einer Vakuumverarbeitungskammer ohne Ladesperre, die jedoch mit zwei Absolutdrucksensoren für den mittleren Bereich und für den niedrigen Bereich und mit einem Differenzdrucksensor ausgestattet ist, um den Absolutdruck-Messbereich auf einer kontinuierlichen Skala gemäß der Ausführungsformen zu erweitern.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel wie in 1 gezeigt realisiert werden, wobei zwei Drucksensoren 20, 30 in einer Fluidflussbeziehung mit einer Kammer verbunden sind, die in diesem Beispiel der Innenraum 61 einer Ladesperrkammer 60 ist, wobei weiterhin ein Mikroprozessor 80 vorgesehen ist, der Signale von den Drucksensoren 20, 30 empfängt und verarbeitet, um Absolutdruckmessungen des Kammerdrucks P_C über eine erweiterte Skala auf einer Anzeige 90 auszugeben. Der erste Drucksensor 20 ist ein Absolutdrucksensor (P_ABS) zum Erfassen des Absolutdrucks P_C in der Kammer 60. Der zweite Drucksensor 30 ist ein Differenzdrucksensor (ΔP) zum Erfassen der Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck P_A außerhalb der Kammer 60 und dem Gasdruck P_C innerhalb der Kammer 60. Mit anderen Worten ist P_ABS = P_P, und ist ΔP = P_A – P_P.
Als Kontext für das Verständnis der vorliegenden technischen Lehre wird auf eine Ladesperre Bezug genommen, die häufig bei der Halbleiterherstellung verwendet wird, um einen oder mehrere Wafer 73 in und aus einer Vakuumverarbeitungskammer 70 zu bewegen, in der ein oder mehrere zugeführte Gase aus Zuführgasquellen 74, 75, 76 reagieren, um Dünnfilmmaterialien wie etwa das Halbleitermaterial 77 auf dem Wafer 73 aufzutragen. Eine mit dem Innenraum der Vakuumverarbeitungskammer 70 verbundene Vakuumpumpe 71 pumpt Gase aus der Vakuumverarbeitungskammer 70, um ein gewünschtes Vakuum, d. h. einen niedrigen Druck von gewöhnlich weniger als 1 torr (133 Pa) oder bis zu 10^–8 oder weniger torr (133·10^–8 Pa) je nach den Verarbeitungsanforderungen aufrechtzuerhalten. Eine Plattform 72 ist gewöhnlich in der Vakuumverarbeitungskammer 70 vorgesehen, um den Wafer 73 während der Verarbeitung zu halten.
Der Innenraum 61 der Ladesperre ist in diesem Beispiel über einen Durchgang 69 mit dem Innenraum der Vakuumverarbeitungskammer 70 verbunden. Die Ladesperre dient dazu, den Transfer der Wafer 73 von der umgebenden Atmosphäre in die Vakuumverarbeitungskammer 70 zu bewerkstelligen, ohne das Vakuum in der Vakuumverarbeitungskammer 70 zu verlieren oder Verunreinigungen in die Vakuumverarbeitungskammer 70 eindringen zu lassen. Deshalb öffnet eine in dem Durchgang 69 vorgesehene Innentür bzw. ein Ventil 62 den Durchgang 69, um den Transfer der Wafer 73 in und aus der Vakuumverarbeitungskammer 70 zu gestatten, und schließt den Durchgang 69, um die Vakuumverarbeitungskammer gegenüber der Ladesperrenkammer 60 zu schließen, wenn keine derartigen Transfers durchgeführt werden. In einigen Verarbeitungsmaschinen ist eine Zwischentransferkammer (nicht gezeigt) zwischen der Ladesperre und mehreren Verarbeitungskammern vorgesehen, um den Transfer von einer Verarbeitungskammer zu einer anderen zu unterstützen, ohne dazu durch die Ladesperre oder die Atmosphäre gehen zu müssen.
Eine Außentür 64 an der Ladesperre öffnet und schließt die Ladesperrenkammer 60 zu der Atmosphäre. Wenn ein Wafer 73, der durch Strichlinien dargestellt ist, um seine bewegliche Position wiederzugeben, von der äußeren Atmosphäre in die Ladesperrkammer 60 transferiert wird, ist die Innentür 62 geschlossen und ist die Außentür 64 geöffnet. Wenn die Außentür 64 geöffnet ist, ist der absolute Kammerdruck P_C in dem Innenraum 61 der Ladesperre im wesentlichen gleich dem absoluten atmosphärischen Druck P_A außerhalb der Kammer 60, wie durch das Bezugszeichen 91 in der Anzeige 90 angegeben, sodass der Differenzdruck ΔP gleich null ist. Währenddessen wird das Vakuum in der Vakuumverarbeitungskammer 70 hinter der geschlossenen Innentür 62 aufrechterhalten und ist deshalb bei einem viel niedrigeren Druck P_P als der äußere atmosphärische Druck P_A. Wenn sich der Wafer 73' dann innerhalb der Ladesperrkammer 60 befindet, wird die Außentür 64 geschlossen, wobei eine mit der Ladesperrkammer 60 verbundene Vakuumpumpe 65 eine ausreichende Menge an Luft und Gasen aus der Ladesperrkammer 60 pumpt, um mögliche Verunreinigungen zu entfernen und den absoluten Kammerdruck P_C wie durch die abfallende Linie 92 auf der Anzeige 90 angegeben zu einer gewünschten Höhe 93 zu reduzieren, die im wesentlichen dem niedrigen absoluten Druck P_P in der Vakuumverarbeitungskammer 70 entspricht, der mit einem absoluten Drucksensor 78 gemessen werden kann. Bei einem bestimmten Kammerdruck P_C wie etwa dem Druckpunkt 94 während der Herunterpumpphase 92, während welcher der größte Teil der Luft und der möglichen Verunreinigungen aus der Kammer 60 gepumpt wird, wird gewöhnlich ein Drosselventil 66 geöffnet, um die Herunterpumpgeschwindigkeit in dem Teil der Herunterpumpphase 92 für den niedrigeren absoluten Kammerdruck P_C zu dämpfen. Dieser Druckpunkt 94 wird häufig als Übergangspunkt bezeichnet, weil hier das Herunterpumpen der Kammer 60 von einer langsamen zu einer hohen Geschwindigkeit übergeht. Hier wird diese Bezeichnung jedoch nicht für einen derartigen Betrieb oder eine derartige Funktion verwendet, um eine Verwechslung mit einer weiter unten erläuterten Übergangsfunktion zu vermeiden, die ausschlaggebend für die vorliegende technische Lehre ist.
Wenn der absolute Kammerdruck P_C zu im wesentlichen derselben Höhe 93 wie der absolute Druck P_P in der Vakuumverarbeitungskammer 70 heruntergepumpt wird, kann die Innentür 62 geöffnet werden, damit der Wafer 73 in die Vakuumverarbeitungskammer 70 transferiert und auf der Plattform 72 platziert werden kann. Ein beweglicher Wagen (nicht gezeigt) in der Ladesperrkammer 60 wird auf dem Fachmann bekannte Weise verwendet, um den Wafer 72 in und aus der Vakuumverarbeitungskammer 70 zu bewegen.
Wenn der Wafer 73 auf der Plattform 72 platziert ist, kann die Innentür 62 für eine Zeitdauer geschlossen werden, während das Halbleitermaterial 77 auf dem Substrat 73 aufgedampft wird. Der absolute Kammerdruck P_C kann während des Aufdampfens des Halbleitermaterials 77 auf dem niedrigen Pegel 93 gehalten werden. Wenn das Halbleitermaterial 77 auf dem Wafer 73 aufgedampft wurde, wird die Innentür 62 erneut geöffnet, um den Wafer 73 zurück zu der Ladesperrkammer 60 zu transferieren. Dann wird die Innentür 62 erneut geschlossen, um den Innenraum der Vakuumverarbeitungskammer 70 von der Ladesperrkammer 60 zu isolieren, sodass der absolute Kammerdruck P_C wie bei 95 angegeben zurück zu dem atmosphärischen Druck P_A wie bei 96 angegeben erhöht werden kann, ohne dass dadurch der Verarbeitungsruck P_P in der Vakuumverarbeitungskammer 70 beeinflusst wird. Gewöhnlich wird ein Gas wie etwa Stickstoff oder ein Edelgas wie etwa Argon aus einer Quelle 63 verwendet, um die Ladesperrkammer 60 wieder zu füllen und den absoluten Kammerdruck P_C zurück zu dem atmosphärischen Druck P_A zu erhöhen, wobei aber auch Luft verwendet werden kann.
Es ist wichtig, über genaue und zuverlässige Absolutdruckmessungen des Kammerdrucks P_C bis hinunter zu dem Pegel des absoluten Kammerdrucks P_C zu verfügen, um den Verarbeitungsdruck P_P in der Vakuumverarbeitungskammer 70 wie oben beschrieben vor dem Öffnen der Innentür 62 anzupassen. Außerdem ist es wichtig, genau messen zu können, wann der Kammerdruck P_C dem atmosphärischen Druck P_A entspricht, bevor die Außentür 64 geöffnet wird. Leider gibt es jedoch keine Absolutdrucksensoren, die den absoluten Kammerdruck P_C genau und zuverlässig über den gesamten Druckbereich von dem Pegel 91 des atmosphärischen Drucks P_A zu dem Pegel 93 des niedrigen Drucks messen können, der für die Anpassung an den Verarbeitungsdruck P_P in der Vakuumverarbeitungskammer 70 erforderlich ist. Weiterhin variiert der atmosphärische Druck P_A wesentlich mit der Höhe über dem Meeresspiegel und mit den Umgebungswetterbedingungen, sodass kein fixierter Absolutdruck-Sollpunkt vorhanden ist, der für den Kammerdruck P_C zum Öffnen der Außentür 64 verwendet werden kann. Folglich muss ein Absolutdrucksensor 20 verwendet werden, der bei niedrigeren Druckhöhen genau und zuverlässig ist, um den absoluten Kammerdruck P_C zu messen und zu bestimmen, wann die Innentür 62 geöffnet werden soll, und muss weiterhin ein Differenzdrucksensor 30 verwendet werden, um zu bestimmen, wann der Kammerdruck P_C dem atmosphärischen Druck P_A entspricht, und um die Außentür 64 an oder nahe dem atmosphärischen Druck P_A wie durch 99 in der Anzeige 90 angegeben zu öffnen. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass natürlich auch zwei Absolutdrucksensoren (nicht gezeigt) für höhere Druckbereiche (einer zum Messen des absoluten atmosphärischen Drucks P_A und einer zum Messen des absoluten Kammerdrucks P_C) und eine analoge oder digitale Vergleichsschaltung (nicht gezeigt), ein Mikroprozessor oder eine andere Einrichtung zum Vergleichen der Messungen anstelle des Differenzdrucksensors 30 verwendet werden können. Deshalb ist hier unter einem „Differenzdrucksensor” nicht nur ein herkömmlicher direkt zu lesender Differenzdrucksensor oder eine entsprechende Messeinrichtung zu verstehen, sondern es können auch zwei Absolutdrucksensoren mit einem Schaltungsaufbau zum Subtrahieren der Messungen aus dem einem Absolutdrucksensor von den Messungen aus dem anderen Absolutdrucksensor für das Messen von Differenzdrücken oder eine andere Vorrichtung und ein anderes Verfahren zum Vorsehen von Differenzdruckmessungen verwendet werden.
Die Verwendung eines Absolutdrucksensor 20 zum Bestimmen, wann der absolute Kammerdruck P_C niedrig genug für das Öffnen der Innentür 62 ist, in Kombination mit einem Differenzdrucksensor 30 zum Bestimmen, wann die Außentür 64 einer Ladesperre geöffnet werden soll, ist wohlbekannt und wird in den veröffentlichten US-Patentanmeldungen US 2003/0010129 A1 und 09/815,376 erläutert. Wie weiter oben genannt, wünschen jedoch viele Betreiber von Vakuumverarbeitungskammern, Qualitätskontrollmitarbeiter und andere Personen ein vollständiges absolutes Druckprofil 98 auf einer einzigen Skala, die sich über den vollständigen Bereich des Kammerdrucks P_C von dem Pegel 91, 96 des absoluten atmosphärischen Drucks P_A oder höher nach unten bis zu dem niedrigsten absoluten Druckpegel 93 oder niedriger erstreckt, um Diagnose-, Qualitätskontroll-, Entwurfs-, Wartungs- und andere Arbeiten durchzuführen.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden technischen Lehre besteht deshalb darin, Druckmessungen aus wenigstens einem Absolutdrucksensor 20 für eine niedrigen oder mittleren Bereich mit Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor 30 zu integrieren, um genaue und zuverlässige Druckmessungen der Druckkammer P_C auf einer einzelnen Skala zu erzeugen, die sich über einen Bereich erstreckt, der niedrig genug für das Öffnen der Innentür 62 in einer Ladesperre oder in anderen Verarbeitungsanwendungen und hoch genug zum Vorsehen eines vollständigen Druckprofils 98 für den absoluten Kammer druck P_C ist und den absoluten atmosphärischen Druck P_A umfasst. Die vorliegende technische Lehre ist jedoch nicht auf eine Anwendung in Ladesperren beschränkt. Vielmehr kann sie für beliebige andere Anwendungen eingesetzt werden, in denen ein derartiger erweiterter Absolutdruck-Messbereich oberhalb und unterhalb des annehmbaren Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsbereichs eines Absolutdrucksensors für den niedrigen oder mittleren Bereich erforderlich oder gewünscht ist.
Gemäß dieser technischen Lehre werden wie in 2 gezeigt die durch den Absolutdrucksensor 20 vorgesehenen Messungen für die absoluten Kammerdrücke P_C unterhalb des Pegels oder Bereichs eines Übergangsdrucks P_X auf einer absoluten Druckskala 40 in der Anzeige 90 verwendet, wo der absolute Drucksensor 20 genaue und zuverlässige Absolutdruckmessungen vorsehen kann. Für Messungen des absoluten Kammerdrucks P_C oberhalb des Pegels oder Bereichs des Übergangsdrucks P_X, wo der Absolutdrucksensor 20 keine ausreichend genauen oder zuverlässigen Absolutdruckmessungen vorsieht, werden normierte virtuelle Differenzdruckmessungen, die auf Differenzdruckmessungen P₃₀ aus dem Differenzdrucksensor 30 basieren, für den absoluten Kammerdruck P_C auf der absoluten Druckskala 40 in der Anzeige 90 verwendet. Um derartige Differenzdruckmessungen P₃₀ aus dem Differenzdrucksensor 30 für diesen Zweck zu normieren, werden sie mit Messungen P₂₀ des absoluten Kammerdrucks P_C aus dem Absolutdrucksensor 20 an oder unterhalb einem Korrelationsdruck-Schwellwertpunkt P_t korreliert, der vorzugsweise an oder nahe einem Druck liegt, bei dem die praktische Genauigkeit des Differenzdrucksensors 30 effektiv ihre untere Grenze erreicht, d. h. wo weitere Dezimalstellen der Druckmessungen nicht mehr bedeutungsvoll für eine praktische Anwendung sind oder wo Beschränkungen der physikalischen Struktur oder der elektrischen Schaltung die Messungen eines niedrigeren Differenzdrucks ΔP durch den Differenzdrucksensor 30 praktisch bedeutungslos machen. Dieser Korrelationsdruck-Schwellwertpunkt P_t oder ein anderer Druck unterhalb von P_t, der weiterhin innerhalb eines genauen und zuverlässigen Absolutdruck-Messbereichs des Absolutdrucksensors 20 liegt, kann als Basislinie zum Anpassen oder Normalisieren der Messungen P₃₀ des Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30 verwendet werden, um diese mit den Messungen P₂₀ des absoluten Kammerdrucks P_C aus dem Absolutdrucksensor 20 mit einer gewünschten Genauigkeit zu korrelieren, was weiter unten ausführlicher erläutert wird. Deshalb kann ein derartiger Anpassungs- oder Normalisierungs-Korrelationsfaktor F verwendet werden, um alle Messungen P₃₀ eines höheren Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30 zu derselben Skala wie die Messungen P₂₀ des absoluten Kammer drucks P_C aus dem Absolutdrucksensor 20 wie in 3 gezeigt umzuwandeln oder zu normalisieren, was weiter unten ausführlicher erläutert wird. Wenn also der Kammerdruck P_C über den Korrelationsdruck-Schwellwert P_t steigt, kann der Korrelationsfaktor F zu allen Messungen des Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30 hinzugefügt werden, um diese zu virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C zu wandeln, die mit derselben Absolutdruckskala 40 wie die durch den Absolutdrucksensor 20 erzeugten Absolutdruckmessungen P₂₀ korreliert sind.
Wenn der Kammerdruck P_C weiterhin steigt, erreicht er einen Pegel, der weiterhin unter dem atmosphärischen Druck P_A ist, aber über den genauen und zuverlässigen Absolutdruck-Messfähigkeiten des Absolutdrucksensors 20 liegt. Deshalb werden die Messungen P₂₀ des absoluten Kammerdrucks P_C durch den Absolutdrucksensor 20 über dieser Genauigkeits- und Zuverlässigkeitshöhe unzuverlässig und nicht verwendbar. Der Differenzdrucksensor 30 sieht jedoch weiterhin genaue und zuverlässige Messungen des Differenzdrucks ΔP vor, wenn der Kammerdruck P_C bis zu dem atmosphärischen Druck P_A und darüber hinaus steigt. Deshalb können bei einem höheren Kammerdruck P_C, wo die Messungen P₂₀ des absoluten Drucks durch den Absolutdrucksensor P₂₀ unzuverlässig sind, genaue und zuverlässige virtuelle Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C auf derselben kontinuierlichen Skala 40 bis zu dem atmosphärischen Druck P_A und darüber hinaus vorgesehen werden indem der Korrelationsfaktor F zu den Messungen P₃₀ des Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30 addiert werden.
Vorzugsweise wird jedoch nicht gewartet, bis der Absolutdrucksensor 20 das Ende des Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsbereichs erreicht, bevor zu den virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C für die Ausgabe zu dem Mikroprozessor 80 und die Anzeige durch die Anzeigeeinrichtung 90 übergegangen wird. Statt dessen wird vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise ein Übergangs-Druckpegel P_X gewählt, der entweder ein distinkter Übergangsdruckpunkt oder ein Übergangsdruckbereich mit einer Glättungsfunktion (weiter unten ausführlicher erläutert) sein kann, bei dem das angezeigte Druckprofil 98 zu dem absoluten Kammerdruck aus den virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C und nicht aus den Messungen P₂₀ des Absolutdrucksensors 20 erhalten wird, was weiter unten ausführlicher erläutert wird.
Um eines der grundlegenden Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre weiter zu erläutern, werden in 2 die absoluten Drücke P_ABS in einem typischen Vakuumverarbeitungsbereich neben entsprechenden Differenzdrücken ΔP auf einer logarithmischen Skala 40 in Torr-Einheiten (1 torr = 133 Pa) angegeben, wobei jedoch auch andere Druckeinheiten verwendet werden könnten. In der ersten Spalte 42 von 2 ist eine Skala der absoluten Drücke P_ABS gezeigt, die sich von 1.000 torr (133·10³ Pa) am oberen Ende der Skala 40 nach unten bis zu 10^–5 torr (0,00001 torr (133·10^–5 Pa)) am unteren Ende der Skala 40 erstreckt. Einige Verarbeitungen werden bei Drücken von nur 10^–8 oder weniger durchgeführt, wobei es jedoch nicht erforderlich ist, die Skala 40 von 2 zu derartig niedrigen Drücken zu erweitern, um die Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre zu verdeutlichen.
In 2 werden zwei beispielhafte atmosphärische Drücke P_A – auf Meeresspiegelebene und auf einer Hochebene wie etwa in Boulder, Colorado, USA – zur Erläuterung der vorliegenden technischen Lehre verwendet, wobei jedoch auch andere beispielhafte atmosphärische Drücke verwendet werden könnten. Während weiterhin von einem atmosphärischer Druck P_A von 760 torr (101·10³ Pa) auf der Meeresspiegelebene ausgegangen wird, kann der tatsächliche atmosphärische Druck P_A aufgrund von verschiedenen Wetterlagen oberhalb und unterhalb des Pegels von 760 torr (101·10³ Pa) variieren. Entsprechend sind 630 torr (83,8·10³ Pa) ein üblicher atmosphärischer Druck P_A auf Hochebenen und im Vorgebirge wie etwa in Boulder, Colorado, USA, wobei der tatsächliche atmosphärische Druck P_A an einem derartigen Ort jedoch in Abhängigkeit von Änderungen der Wetterlage oberhalb und unterhalb dieses Pegels variiert. Derartige Variationen werden durch die vorliegende technische Lehre toleriert, um weiterhin sehr genaue und zuverlässige Messungen des absoluten Drucks P_ABS unabhängig von Änderungen des atmosphärischen Drucks P_A vorzunehmen, wie dem Fachmann im Verlauf der vorliegenden Beschreibung deutlich werden sollte. Tatsächlich besteht eine der Aufgaben der technischen Lehre darin, genaue und zuverlässige Messungen des Kammerdrucks P_C nach oben und über den bestehenden lokalen atmosphärischen Druck P_A hinaus vorzusehen, wobei sich der lokale atmosphärische Druck P_A von Tag zu Tag, von Stunde zu Stunde oder sogar in kleineren Zeitinkrementen verändern kann.
Wenn wie in 2 gezeigt der atmosphärische Druck P_A zum Beispiel 760 torr (101·10³ Pa) beträgt und der absolute Kammerdruck P_C (1) ebenfalls 760 torr (101·10³ Pa) beträgt, wenn etwa die Außentür 64 geöffnet ist, dann ist der Differenzdruck ΔP zwischen dem atmosphärischen Druck P_A und dem Kammerdruck P_C in der Kammer 60 (1) natürlich gleich null, wie in der Spalte 44 von 2 angegeben. Wenn die Kammer 60 durch die Vakuumpumpe 65 (1) evakuiert wird und der absolute Kammerdruck P_C um 660 torr (87,8·10³ Pa) auf den absoluten Kammerdruck P_C von zum Beispiel 100 torr (13,3·10³ Pa) gesenkt wird, fällt auch der Differenzdruck ΔP von null auf –660 torr (–87,8·10³ Pa) wie in 2 gezeigt.
Wenn der Prozess auf einer Hochebene mit einem atmosphärischen Druck P_A von zum Beispiel 630 torr (83,8·10³ Pa) anstatt des atmosphärischen Drucks von 760 torr (101·10³ Pa) auf Meeresspiegelebene durchgeführt wird, ist der Differenzdruck ΔP zwischen dem atmosphärischen Drucke P_A und dem Kammerdruck P_C bei geöffneter Außentür 64 wie in 2 gezeigt ebenfalls gleich null. Es besteht jedoch eine Differenz von 130 torr (17,3·10³ Pa) zwischen den 760 torr (101·10³ Pa) des atmosphärischen Drucks P_A auf Meeresspiegelebene und den 630 torr (83,8·10³ Pa) des atmosphärischen Drucks P_A auf der Hochebene. Wenn also die Kammer 60 auf einen absoluten Kammerdruck P_C von 100 torr (13,3·10³ Pa) evakuiert wird, ist der Differenzdruck ΔP auf der Hochebene gleich –530 torr (–70,5·10³ Pa) und nicht gleich –660 torr (–87,8·10³ Pa) wie auf der Meeresspiegelebene.
Der Unterschied von 130 torr (17,3·10³ Pa) zwischen dem Beispiel auf Meeresspiegelebene und dem Beispiel auf der Hochebene erscheint in allen Messungen des Differenzdrucks ΔP, wenn der Kammerdruck P_C gesenkt wird. Mit anderen Worten werden bei einer Senkung des absoluten Kammerdrucks P_C von 100 torr (13,3·10³ Pa) auf 10 torr (bei einer Senkung um 90 torr (11,97·10³ Pa)) der Differenzdruck ΔP auf Meeresspiegelebene und der Differenzdruck ΔP auf der Hochebene wie in 2 gezeigt jeweils um 90 torr (11,97·10³ Pa) von –660 torr (–87,8·10³ Pa) auf –750 torr (–99,75·10³ Pa) auf der Meeresspiegelebene bzw. auf –530 torr (–70,5·10³ Pa) auf der Hochebene gesenkt. Entsprechend werden bei einer Senkung des absoluten Kammerdrucks P_C um 9 torr (1,2·10³ Pa) auf 1 torr (0,133·10³ Pa) die Differenzdrücke ΔP auf der Meeresspiegelebene und auf der Hochebene auf jeweils –759 torr (–100,9·10³ Pa) und –629 torr (–83,7·10³ Pa) gesenkt. Ein absoluter Kammerdruck P_C von 0,1 torr (13,3 Pa) entspricht Differenzdrücken ΔP von –759,99 torr (–101,08·10³ Pa) auf Meeresspiegelebene und –629,9 torr (–83,78·10³ Pa) auf der Hochebene, und Absolutkammerdrücke P_C von 0,01 torr (1,33 Pa), 0,001 torr (0,133 Pa), 0,0001 torr (0,0133 Pa) und 0,00001 torr (0,00133 Pa) entsprechen jeweils –759,999 torr (–101,079·10³ Pa), –759,9999 torr (–101,0799·10³ Pa) und –759,99999 torr (–101,07999·10³ Pa) auf Meeresspiegelebene und –629,99 torr (–83,788·10³ Pa), –629,999 torr (–83,7898·10³ Pa), –629,9999 (–83,78998·10³ Pa) und –629,99999 torr (–83,789998·10³ Pa) auf der Hochebene.
Es sind Absolutdrucksensoren verfügbar, die Drücke bis auf 0,00001 torr (d. h. 10^–5 torr (133·10^–5 Pa)) und niedriger genau und zuverlässig messen können, wobei die verfügbaren Differenzdrucksensoren ihre Genauigkeit bei ungefähr einer Dezimalstelle erschöpfen, d. h. wenn der absolute Kammerdruck P_C bei ungefähr 0,1 torr (13,3 Pa) liegt. Dabei sind Messungen des Differenzdrucke ΔP zu weiteren Dezimalstellen wie etwa –759,99 torr (–101,08·10³ Pa) oder –759,999 torr (–101,079·10³ Pa) in dem Beispiel auf Meeresspiegelebene und –629,99 torr (–83,788·10³ Pa) oder –629,999 torr (–83,7898·10³ Pa) in dem Beispiel auf der Hochebene praktisch bedeutungslos, wie die Differenz zwischen der Messung P₃₀ des Differenzdrucks ΔP durch den Differenzdrucksensor 30 von –660,99 torr (–87,911·10³ Pa) und den –660,999 torr (–87,9128·10³ Pa) auf der Meeresspiegelebene praktisch bedeutungslos wäre, weil die verfügbaren Differenzdrucksensoren nicht über eine oder zwei Dezimalstellen der torr-Einheiten hinaus genau sind. In den höheren Druckbereichen wie zum Beispiel über 100 torr (13,3·10³ Pa) sind jedoch Messgenauigkeiten mit einer oder auch null Dezimalstellen gewöhnlich für die meisten Verarbeitungsoperationen ausreichend. Deshalb wird durch das Korrelieren der Messungen P₂₀ des absoluten Kammerdrucks P_C aus dem Absolutdrucksensor 20 mit den erschöpften Messungen P₃₀ des Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30, wenn sich der absolute Kammerdruck P_C unterhalb eines Schwellwertdrucks P_t von 1 torr (133 Pa) oder 0,1 torr (13,3 Pa) oder niedriger befindet, in Abhängigkeit von der bei Messungen von höheren Differenzdrücken ΔP erforderlichen Genauigkeit in Dezimalstellen eine effektive, genaue und wiederholbare Basislinie für das Normieren der Messungen des Differenzdrucksensors 30 zu den Messungen des Absolutdrucksensors 20 vorgesehen. Mit einer derartigen Basislinien-Normierung können die Messungen P₃₀ des Differenzdrucksensors 30 gemäß der vorliegenden technischen Lehre normiert oder mit einem Normierungs-Korrelationsfaktor zu virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C gewandelt werden, einschließlich der höheren Bereiche des Kammerdrucks P_C, wo der Differenzdrucksensor 30 am genauesten und zuverlässigsten ist und der Absolutdrucksensor 20 seine Genauigkeit und Zuverlässigkeit verliert. Wenn zum Beispiel die Messungen P₃₀ des Differenzdrucks ΔP aus dem Differenzdrucksensor 30 zu den genauen und zuverlässigen Messungen P₂₀ des Absolutdrucksensors 20 normalisiert werden, wenn der Kammerdruck P_C auf einem Basislinien-Schwellwertdruck P_t von 1 torr (133 Pa) oder weniger ist, dann steigt der absolute Kammerdruck P_C über den Übergangsdruckpegel P_X von etwa 100 torr (13,3·10³ Pa), wo der Differenzdrucksensor 30 genauer und zuverlässiger als der Absolutdrucksensor 20 ist, sodass die Messungen P₃₀ des Differenzdrucks aus dem Differenzdrucksensor 30 zu genauen und zuverlässigen virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C bis zu dem atmosphärischen Druck P_A und höher gewandelt werden können. Tatsächlich ist ein Piezo-Differenzdrucksensor von ungefähr 100 torr (13,3·10³ Pa) unter dem atmosphärischen Druck P_A bis zu ungefähr 1.500 torr (199,5·10³ Pa) über dem atmosphärischen Druck P_A genau, was einem Bereich von ungefähr 1.600 torr (212,8·10³ Pa) entspricht. Deshalb kann ein wie oben beschriebenes Normalisieren von derartigen Differenzdruckmessungen P₃₀ genaue und zuverlässige virtuelle Absolutdruckmessungen P_V über einen Bereich von 1.600 torr (212,8·10³ Pa) vorsehen. Die genauen oberen und unteren Grenzen 43, 45 eines derartigen virtuellen Absolutdruckmessbereichs P_V auf der Absolutdruckskala 40 hängen wie in 4 gezeigt von dem atmosphärischen Druck P_A zu dem bestimmten Zeitpunkt ab, was weiter unten ausführlicher beschreiben wird.
Ein beispielhaftes Normierungsverfahren zur Implementierung der vorliegenden technischen Lehre für das Erzeugen von virtuellen Messungen P_V des absoluten Kammerdrucks P_C ist in 3 und 4 gezeigt, wobei aber auch andere Verfahren oder Variationen durch den Fachmann auf der Basis der Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre realisiert werden können. Bei der Erläuterung des Verfahrens von 3 wird auf das Diagramm von 4 zu den effektiven Messbereichen der beispielhaften Absolut- und Differenzdrucksensoren 20, 30 und auf das Druckprofil von 5 zu einer beispielhaften Ladesperrkammer 60 sowie weiterhin auf die weiter oben erläuterten 1 und 2 Bezug genommen.
In diesem Beispiel weist der Absolutdrucksensor 20 von 4 einen effektiven Messbereich auf, der sich von ungefähr 100 torr (13,3·10³ Pa) zu ungefähr 10^– ⁵ torr (133· 10³ Pa) erstreckt, während die Absolutdruckmessungen durch den Absolutdrucksensor 20 der Einfachheit halber mit P₂₀ bezeichnet werden. Der in der US 2003/0010129 A1 beschriebene Mikropirani-Absolutdrucksensor weist einen derartigen Bereich auf, während herkömmliche Konvektions-Pirani-Absolutdrucksensoren einen etwas schmäleren Bereich zwischen ungefähr 100 torr (13,3·10³ Pa) und ungefähr 10^–3 torr (133·10^–3 Pa) aufweisen. Es können auch andere Absolutdrucksensoren des thermischen Leitungstyps sowie Absolutdrucksensoren auf einer Membranenbasis wie etwa Niederbreich-Kapazitätsmanometer, Niederbereichs-Piezoeinrichtungen, Spannungsmesseinrichtungen und andere Einrichtungen effektiv in der oberen Teilen dieses beispielhaften Absolutdrucksensorbereichs verwendet werden.
Der Differenzdrucksensor 30 für die vorliegende beispielhafte Beschreibung weist wie in 4 gezeigt einen effektiven Messbereich von über dem atmosphärischen Druck (z. B. von ungefähr 1.599 torr (212,7·10³ Pa) über P_A) bis zu ungefähr –99,9 Prozent des atmosphärischen Drucks (–99,9% Atm), d. h. bis zu ungefähr 10^–1 torr (133·10^–1 Pa) auf, wobei er jedoch über ungefähr 1 torr (133 Pa) genauer und zuverlässiger ist. Die Differenzdruckmessungen durch den Differenzdrucksensor 30 werden der Einfachheit halber mit P₃₀ bezeichnet, während die Absolutdruckmessungen durch den Absolutdrucksensor 20 wie weiter oben genannt mit P₂₀ bezeichnet werden.
Das Balkendiagramm von 4 ist in eine Differenzdruckdomäne 42 oben und eine Absolutdruckdomäne 44 unten unterteilt, um zu zeigen, wie sich die aus dem Differenzdrucksensor 30 ausgegebenen Messungen P₃₀ seitlich in Bezug auf die Absolutdruckskala 40 und auf die absoluten Messungen P₂₀ wie durch den Pfeil 41 und die Strichlinien 43, 45 in 4 angegeben verschieben, wobei die Verschiebungsgröße von Änderungen in dem atmosphärischen Druck abhängt. Wenn der atmosphärische Druck P_A höher ist, verschieben sich die Differenzdruckmessungen P₃₀ nach rechts in Bezug auf die Absolutdruckskala 40 von 4, und wenn der atmosphärische Druck P_A sinkt, verschieben sich die Differenzdruckmessungen nach links in Bezug auf die Absolutdruckskala 40.
Das Absolutdruckprofil 98 in 5 ist eine Vergrößerung des Absolutdruckprofils 98 für einen typischen Ladesperrzyklus in der Anzeige 90 von 1. Die Skala 40 auf der linken Seite gibt den Absolutdruck in torr (1 torr = 133 Pa) an, die Skala 140 auf der rechten Seite gibt den Differenzdruck in torr an und die Skala 142 auf der unteren Seite gibt die Zeit in Minuten an, wobei jedoch auch andere geeignete Druck- und Zeiteinheiten verwendet werden können. Der Zyklus startet wie durch 91 angegeben bei atmosphärischem Druck P_A und sinkt während der Evakuierung der Ladesperrkammer 60 wie durch 92 angegeben zu einem Basisdruckpegel 93, auf dem er für eine bestimmte Zeitdauer während des Transfers eines Wafers 73 in und ggf. wieder aus der Reaktionskammer 70 (1) gehalten wird. Wenn dann die Ladesperrkammer 60 (1) wieder gefüllt wird, steigt der absolute Kammerdruck P_C wie durch 95 angegeben zu dem durch 96 angegebenen atmosphärischen Druck P_A.
Die absoluten Kammerdrücke P_C für das Absolutdruckprofil 98 und für bestimmte Schaltfunktionen für die Ladesperroperation (z. B. zum Öffnen des Drosselventils 66 bei einem Druckpunkt 94 und zum Öffnen der Innentüre 62 bei einem Druckpunkt 97) können zum Beispiel durch das Verfahren 10 von 3 vorgesehen werden. Am Beginn des Verfahrens 10 kann unter Umständen ein anfänglicher Korrelationsfaktor F₀ 46 zum Umwandeln von Differenzdruckmessungen P₃₀ zu normalisierten virtuellen Absolutdruckmessungen P_V gewählt werden. Zum Beispiel kann der anfängliche Korrelationsfaktor F₀ bei 760 torr (101,1·10³ Pa) auf Meeresspiegelebene oder bei 630 torr (83,79·10³ Pa) auf einer Hochebene liegen, wodurch eine Annäherung vorgesehen wird, die für den ersten Teil des Absolutdruckprofils 98 nach unten zu dem Übergangsdruck P_X für den ersten Ladesperrzyklus ausreicht. Deshalb wird der Korrelationsfaktor F bei 47 in 3 gleich dem anfänglichen Korrelationsfaktor F₀ gesetzt. Die Absolutdruckmessung P₂₀ und die Differenzdruckmessung P₃₀ werden bei 48 aus dem Absolutdrucksensor 20 und dem Differenzdrucksensor 30 gemessen.
Der Differenzdruck ΔP wird bei 49 auf den Wert der Messung P₃₀ gesetzt und bei 50 für eine Anzeige oder zu Steuerfunktionen etwa zum Öffnen der Außentür 64 der Ladesperre 60 (1) ausgegeben, wenn ΔP = 0 ist, was bei 99 in dem beispielhaften Verarbeitungsdruckprofil von 5 angegeben wird. Dann wird die virtuellen Messung P_V des absoluten Kammerdrucks bei 51 berechnet, indem der Korrelationsfaktor F zu der Differenzdruckmessung P₃₀ addiert wird. Wenn der Korrelationsfaktor F zum Beispiel 760 torr (101,1·10³ Pa) beträgt, dann entspricht die virtuelle Messung P_V des absoluten Kammerdrucks der Differenzdruckmessung P₃₀ plus 760 torr (101,1·10³ Pa).
Wenn dann wie in 3 gezeigt die Messung P₂₀ des absoluten Kammerdrucks nicht größer als der Übergangsdruckpegel P_X bei 52 ist, dann wird der absolute Kammerdruck P_C bei 53 gleich der absoluten Druckmessung P₂₀ gesetzt. Wenn P₂₀ bei 52 größer als der Übergangsdruckpegel P_X ist, dann wird der absolute Kammerdruck P_C bei 54 gleich der virtuellen Messung P_V des absoluten Kammerdrucks gesetzt. Dann wird der bei 53 auf P₂₀ oder bei 54 auf P_V gesetzte absolute Kammerdruck bei 55 für gewünschte Steuer- oder Anzeigefunktionen ausgegeben. Alternativ hierzu kann bei 52 auf P_V > P_X anstatt von P₂₀ > P_X getestet werden, um einen gleichwertigen Effekt zu erhalten.
Wenn schließlich die Messung P₂₀ des absoluten Kammerdrucks bei 56 nicht kleiner als der Korrelations-Schwellwertdruck P_t ist, dann geht das Verfahren 10 über 57 zurück, um eine andere Lesung der Messung P₂₀ des absoluten Kammerdrucks und der Differenzdruckmessung P₃₀ für eine weitere Wiederholung der Logik zu erhalten und damit neue ΔP- und P_C-Werte zu erhalten, wenn der Kammerdruck P_C sinkt. Wenn jedoch die Messung P₂₀ des absoluten Kammerdrucks bei 56 kleiner als der Korrelations-Schwellwertdruck P_t ist, dann wird der Korrelationsfaktor F bei 58 neu berechnet, bevor das Verfahren 10 über 59 zu einer erneuten Wiederholung zurückkehrt. Wie oben erläutert, ist der Korrelations-Schwellwertdruck P_t vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ausreichend niedrig, um an oder nahe der Grenze der Differenzdruck-Messfähigkeit des Differenzdrucksensors 30 bei der minimalen Dezimalstelle zu sein, die für die gewünschte Präzision der virtuellen Druckmessungen P_V erforderlich ist. P_t sollte jedoch nicht so niedrig sein, dass der absolute Kammerdruck P_C niemals oder selten so niedrig wird, weil der Korrelationsfaktor F in dem Verfahren 10 nur aktualisiert wird, um Änderungen des atmosphärischen Drucks P_A aufgrund von Wetteränderungen oder anderer Urwachen zu kompensieren, wenn der absolute Kammerdruck P_C unter P_t fällt. Wenn also der Kammerdruck P_C beispielsweise in einem Zyklus ein Mal pro Stunde unter P_t fällt, wird der Korrelationsfaktor F jede Stunde aktualisiert, um Änderungen des atmosphärischen Drucks P_A aufgrund des Wetters oder aufgrund anderer Ursachen zu kompensieren. Derartige Aktualisierungen halten die P_C-Ausgaben bei 55 auch über P_X genau, unabhängig von Änderungen des atmosphärischen Drucks P_A.
Das Halten des Korrelations-Druckschwellwerts P_t bei oder nahe einem Pegel, wo sich die Messfähigkeiten des Differenzdrucksensors 30 im wesentlichen erschöpfen, ist praktisch und effektiv, insbesondere bei Prozessen, die relativ häufig unter diesen Pegel gehen. Es kann jedoch ein beliebiger Druckpegel, bei dem die Beziehung zwischen einer genauen, zuverlässigen, absoluten Druckmessung und einem Differenzdruck bekannt ist, zur Bestimmung des Korrelationsfaktors verwendet werden. Wenn zum Beispiel der absolute atmosphärische Druck P_A zu einem bestimmten Zeitpunkt, zu dem der Differenzdrucksensor eine Differenz von null misst, aus einer anderen Quelle bekannt ist, kann dieser Wert P_A des absoluten atmosphärischen Drucks zum Setzen des Korrelationsfaktors F verwendet werden. Die andere Quelle kann zum Beispiel ein anderer absoluter Drucksensor sein, der bei diesem Pegel genau und zuverlässig ist.
Wie oben genannt und wie in 4 gezeigt, umfasst der bei 55 in dem Verfahren von 3 ausgegebene absolute Kammerdruck P_C eine kontinuierliche Zusammensetzung von Absolutdruckmessungen P₂₀ und virtuellen Absolutdruckmessungen P_V, die effektiv den Bereich der genauen und zuverlässigen Messfähigkeiten des absoluten Kammerdrucks P_C über die Fähigkeiten des Absolutdrucksensors 20 alleine hinaus bis zu dem atmosphärischen Druck P_A und höher erweitert. Der Übergangsdruck P_X wird vorzugsweise auf einem Pegel gewählt, bei dem virtuelle Absolutdruckmessungen P_V genauer und zuverlässiger als Absolutdruckmessungen P₂₀ aus dem Absolutdrucksensor 20 und umgekehrt erhalten werden können. Dieser einfache Übergang an dem einzelnen Druckpunkt P_X ist für viele Anwendungen annehmbar. Es kann aber auch eine dem Fachmann bekannte Glättungsfunktion verwendet werden, um den Übergangspegel auf einen Bereich 130 zu spreizen und dadurch sicherzustellen, dass das Druckprofil 98 von 5 an dem Übergang keinen scharfen Knick erfährt. Eine Glättungsfunktion startet, indem sie den P_C-Wert an einem Ende des Bereichs 103 stärker mit P₂₀ gewichtet und dann den P_C-Wert zum anderen Ende des Bereichs 103 hin graduell mehr mit P_V gewichtet, sodass die P_C-Ausgabe in dem Bereich 103 ein gemischter Wert aus P₂₀ und P_V ist.
Weil der Korrelationsfaktor F bei 58 in 3 aktualisiert wird, nachdem die Messung P₂₀ des absoluten Kammerwerts wie oben erläutert unter den Korrelations-Schwellwertdruck P_t gefallen ist, ist die Ausgabe P_C bei 55 eine genaue Messung des absoluten Kammerdrucks P_C bis zu dem Anstiegsteil 95 des Kammerdruckprofils 98 zu dem atmosphärischen Druck 96 und höher. Der bei 50 ausgegebene Differenzdruck ΔP kann jedoch weiterhin verwendet werden, um ggf. die Außentür 64 (1) zu öffnen. Derselbe aktualisierte Korrelationsfaktor F wird weiterhin für die Korrelation der Differenzdruckmessungen P₃₀ zu virtuellen Absolutdruckmessungen P_V bei 49 in 3 für den absteigenden Teil 93 (5) des nächsten Ladesperr-Bewertungszyklus verwendet, weil es der Korrelationsfaktor F ist, der zuletzt mit dem tatsächlichen atmosphärischen Druck P_A in Bezug gesetzt wurde, sodass er gewöhnlich genauer ist als der anfängliche Korrelationsfaktor F₀.
Die Logik in dem oben erläuterten und in 3–5 gezeigten Prozess kann auf beliebige Weise wie etwa durch einen Mikroprozessor 80 wie in 1 gezeigt auf andere dem Fachmann bekannte Weise implementiert werden. Signale aus den Absolut- und Differenzdrucksensoren 20, 30 können über geeignete Kommunikationsverbindungen 21, 31 zu dem Mikroprozessor 80 kommuniziert werden, und Signale aus dem Mikroprozessor 80 für das Betätigen der Türen 62, 64, des Drosselventils 66 und der Anzeige 90 können jeweils über geeignete Kommunikationsverbindungen 84, 83, 68, 86 kommuniziert werden. Diese Kommunikationsverbindungen können Draht-, Funk-, Infrarot-, Schall- oder andere Signalkommunikationstechniken verwenden. Weiterhin können die Signale und die verarbeiteten Informationen in beliebigen Puffern, Filtern, Verstärkern, Analog-Digital-Wandlern, Speichereinrichtungen und anderen herkömmlichen Signalverarbeitungskomponenten (nicht gezeigt) auf dem Fachmann bekannte Weise gehandhabt oder gespeichert werden. Die Anzeige 90 kann eine visuelle, gedrückte, projizierte oder andere Komponente zum Empfangen, Nutzen, Speichern oder Anzeigen der Druckausgaben ΔP und/oder P_C aus dem mit Bezug auf 3 beschriebenen Prozess gemäß der Erfindung sein. Der Drucksensor 78 kann mit dem Mikroprozessor 80 über eine Kommunikationsverbindung 85 verbunden sein, um Überwachungs-, Vergleichs-, Anzeige- oder ähnliche Funktionen durchzuführen.
Wie oben erläutert und mit Bezug auf 4 gezeigt, kann der Absolutdrucksensor 20 mit den gegenwärtigen Technologien keine sehr niedrigen Absolutdrücke zum Beispiel unter 10^–4 torr (133·10^–4 Pa) oder 10^–5 torr (133·10^–5 Pa) messen und sich trotzdem ausreichend hoch bis zu 1 bis 100 torr (133 bis 13,3·10³ Pa) erstrecken, um den nutzbaren Korrelationsbereich von etwa 10^–2 bis 1 torr (133·10^–2 Pa bis 133 Pa) abzudecken. Die Absolutdrucksensoren 20 in diesen Bereichen können als Absolutdrucksensoren des mittleren Bereichs betrachtet werden. Wenn der Kammerdruck P_C zu noch niedrigeren Druckpegeln wie etwa dem Prozessbasisdruckpegel 113 von 10^–7 torr (133·10^–7 Pa) in dem beispielhaften Verarbeitungsdruckprofil 98 von 5 reduziert wird, kann ein zweiter Nieder-Absolutdrucksensor 25 wie in 8 und 9 gezeigt hinzugefügt werden. Der Nieder-Absolutdrucksensor 25 ist zum Beispiel eine Ionenmesseinrichtung, ein Heißkathoden-Drucksensor oder ein Kaltkathoden-Drucksensor und kann den Bereich der genauen und zuverlässigen Ausgabe zu dem absoluten Kammerdruck P_C auf 10^–8 torr (133·10^–8 Pa) oder niedriger wie in 7 gezeigt erweitern. Eine Ionenmesseinrichtung, eine Heißkathoden-Messeinrichtung und eine Kaltkathoden-Messeinrichtung sind Beispiele für Absolutdrucksensoren, die genaue und zuverlässige Absolutdruckmessungen P₂₅ bei diesen niedrigen absoluten Druckpegeln vorsehen können.
Um den Betrieb dieses zweiten Absolutdrucksensors 25 für den niedrigeren Bereich in Kombination mit dem Absolutdrucksensor 20 für den mittleren Bereich und dem Differenzdrucksensor 30 gemäß der vorliegenden technischen Lehre zu erläutern, wird im Folgenden hauptsächlich auf 6–9 Bezug genommen. In diesem Beispiel ist die Verarbeitungskammer 70 von 9 nicht mit einer Ladesperre ausgestattet, wobei die Außentür 164 positioniert ist, um den Durchgang 69 zu der Verarbeitungskammer 70 zu öffnen und zu schließen. Die zwei Absolutdrucksensoren 20, 25 und der Differenzdrucksensor 70 sind alle direkt in einer Fluidflussbeziehung mit dem Innenraum 161 der Kammer 70 verbunden. Der Kammerdruck P_C in diesem Beispiel ist deshalb der Druck in dem Innenraum 161 der Verarbeitungskammer 70. Die Druckskalen 40, 140 und die Zeitskala 142 in 8 sind denjenigen von 5 ähnlich.
Der Absolutdrucksensor 20 für den mittleren Bereich und der Differenzdrucksensor sind im wesentlichen in gleicher Weise wie oben mit Bezug auf das Beispiel von 1–5 beschrieben verbunden. Die Initialisierung des Korrelationsfaktors F mit einem anfänglichen Korrelationsfaktor F₀ kann wie in 6 gezeigt erfolgen. Alle drei Sensoren 20, 25, 30 werden bei 48 in 6 für zwei Absolutdruckmessungen P₂₀, P₂₅ und die Differenzdruckmessung P₃₀ ausgelesen. Wenn ein Prozess wie etwa der durch das Druckprofil 110 in 8 gezeigte startet, während der Kammerdruck P_C gleich dem atmosphärischen Druck P_A ist und die Tür 164 geschlossen ist, ist der Differenzdrucksensor 30 der einzige Sensor, der genaue und zuverlässige Messungen bei diesem Druckpegel 112 und in dem anfänglichen Teil 114 der Senkung des Kammerdrucks P_C ausgibt. Deshalb ist der Differenzdruck ΔP derselbe wie die bei 49 gezeigte Differenzdruckmessung P₃₀ und wird bei 50 für beliebige Funktionen wie etwa die Anzeige des Differenzdrucks ΔP auf einer Differenzdruckskala 140 oder das Öffnen der Tür 132 nach Abschluss der Verarbeitung ausgegeben. Wie oben erläutert erzeugt das Anpassen der Differenzdruckmessung P₃₀ mit dem Korrelationsfaktor F bei 51 in 6 auch eine virtuelle Messung P_V des absoluten Kammerdrucks, die so genau wie der Korrelationsfaktor F ist und bei 55 als absoluter Kammerdruck P_C für den anfängli chen Teil 114 bis zu dem Übergangsdruck P_X ausgegeben wird. Wenn dann zum Beispiel der Kammerdruck P_C zu einem Bereich gesenkt wird, in dem der Absolutdrucksensor 20 für den mittleren Bereich genauere und zuverlässigere Druckmessungen P₂₀ vorsieht, ist in dem Bereich 116 unter dem ersten Übergangsdruck P_X in 8 der bei 55 in 6 ausgegebene Kammerdruck P_C gleich den Absolutdruckmessungen P₂₀. Ein Druckpunkt 94 in diesem mittleren Bereich 116 kann verwendet werden, um das Drosselventil 66 in 9 zum Dämpfen der Herunterpumpgeschwindigkeit wie weiter oben mit Bezug auf 1–5 erläutert zu öffnen. Wenn der Kammerdruck P_C weiterhin unter den Korrelations-Druckschwellwert P_t fällt, wird der Korrelationsfaktor F bei 58 in 6 aktualisiert, um eine Änderung in dem atmosphärischen Druck P_A zu kompensieren, der seit der letzten Aktualisierung des Korrelationsfaktors F aufgetreten sein kann. Die Verbindungen, die Signalkommunikationsverbindungen, der Mikroprozessor 80 und die anderen Signalverarbeitungs- und Handhabungskomponenten in dem Beispiel von 9 können denjenigen ähnlich sein, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurden, was dem Fachmann deutlich sein sollte, nachdem er die Prinzipien der Erfindung verstanden hat, sodass diese Komponenten hier nicht näher beschrieben werden.
Im Gegensatz zu dem beispielhaften Verarbeitungsdruckprofil 98 von 5 fährt das beispielhafte Verarbeitungsdruckprofil 110 von 8 unterhalb der Druckmessfähigkeiten des Drucksensors 20 für den mittleren Bereich fort. Deshalb ist von einem zweiten Übergangsdruckpegel P_XX oder Bereich 118, in dem die Druckmessungen P₂₀, P₂₅ beide genau und zuverlässig sind, durch einen unteren Teil 120 des Verarbeitungsdruckprofils 110 unter P_XX zu dem Basisdruck 122 hin der bei 55 in 6 ausgegebene absolute Kammerdruck P_C gleich der absoluten Druckmessung P₂₆ aus dem Drucksensor 25 für den niedrigen Bereich. Dieser zweite Übergang bei P_XX wird bei 124 und 126 von 6 implementiert.
Der Basisdruckpegel 122 wird gewöhnlich verwendet, um möglichst viele Verunreinigungen aus der Verarbeitungskammer 161 zu ziehen, bevor die Verarbeitungskammer 161 mit einem Edelgas oder Überdruckgas 63 aufgefüllt wird, um den Verarbeitungskammerdruck P_C zu einem mittleren Druckpegel 126 zu erhöhen, in dem die Verarbeitungszuführgase 74, 75, 76 in die Verarbeitungskammer 161 strömen, um zu reagieren und Halbleitermaterial 77 auf dem Substrat 73 aufzutragen. Der Verarbeitungsdruckpegel 126 kann über, unter oder gleich dem zweiten Übergangsdruck P_XX gemäß dem Wunsch eines Bedieners liegen.
Bei Abschluss des beispielhaften Prozesses zum Auftragen von Halbleitermaterial 77 von 6–9 werden die Zuführgase 74, 75, 76 ausgeschaltet und wird das Auffüllgas 63 oder ein anderes Auffüllgas (nicht gezeigt) verwendet, um den Verarbeitungskammerdruck P_C wider zu dem atmosphärischen Druck P_A zu erhöhen. Durch den mittleren Bereich 128 zwischen dem zweiten Übergangsdruck P_XX und dem ersten Übergangsdruck P_X wird der absolute Druck des Profils 110 durch die Absolutdruckmessungen P₂₀ vorgesehen. Schließlich werden in dem Druckbereich 130 über dem ersten Übergangsdruck P_X die Messungen des absoluten Drucks P_C für das Verarbeitungsdruckprofil 110 wiederum durch die virtuellen Absolutdruckmessungen P_V vorgesehen, die berechnet werden, indem der aktualisierte Korrelationsfaktor F zu der Differenzdruckmessung P₃₀ wie oben erläutert und bei 52, 54, 55 von 6 angegeben addiert werden. Wenn schließlich der Kammerdruck P_C den atmosphärischen Druck P_A erreicht, erfasst der Differenzdrucksensor 30 einen Differenzdruck ΔP gleich null, wobei die ΔP-Ausgabe bei 53 verwendet werden kann, um die Tür 164 bei 132 wie weiter oben erläutert zu öffnen.
Wie weiter oben erläutert, kann ein beliebiger Druckpegel, bei dem eine genaue Beziehung zwischen dem Absolutdruck und dem Differenzdruck bekannt ist oder gemessen bzw. auf andere Weise bestimmt werden kann, zur Bestimmung eines Korrelationsfaktors verwendet werden, um in Verbindung mit den Differenzdruckmessungen die Absolutdruckmessungen über die genauen und zuverlässigen Absolutdruck-Messfähigkeiten eines absoluten Drucksensors hinus zu erweitern. Die oben beschriebenen Beispiele zeigen, wie die vorliegende Erfindung den Bereich der Absolutdruckmessungen über die genauen und zuverlässigen Absolutdruck-Messfähigkeiten eines Absolutdrucksensors erweitert, indem sie den Korrelationsfaktor F zu den Differenzdruckmessungen P₃₀ addiert. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können auch verwendet werden, um einen Korrelationsfaktor zu bestimmen und in Verbindung mit Differenzdruckmessungen zu verwenden, um die Absolutdruckmessungen unterhalb der genauen und zuverlässigen Druckmessfähigkeiten eines Absolutdrucksensors für den hohen Bereich zu erweitern. Wenn zum Beispiel ein Absolutdrucksensor (nicht gezeigt) hohe Absolutdrücke wie etwa zwischen 500 und 3.000 torr (66,5·10³ Pa und 399,0·10³ Pa) genau und zuverlässig messen kann, aber keine Absolutdrücke unter 1.000 torr (133,0·10³ Pa) messen kann, kann ein Differenzdrucksensor, der von +200% Atm bis zu –99,9% Atm (von ungefähr 1.200 bis 1.509 torr (159,6·10³ Pa bis 200,7·10³ Pa) bis ungefähr –760 bis –600 torr (–101,1·10³ Pa bis 79,8·10³ Pa) je nach dem spezifischen atmosphärischen Druck zu diesem Zeitpunkt) genau und zuverlässig ist, zusammen mit einem entsprechenden Korrelationsfaktor verwendet werden, um den Abstolutdruck-Messbereich unter der unteren Bereichsbegrenzung von 1.000 torr (133,0·10³ Pa) des Absolutdrucksensors bis beispielsweise 0,1 torr (13,3 Pa) zu erweitern. Der Korrelationsfaktor kann zum Beispiel bei atmosphärischem Druck bestimmt werden, wo der Differenzdruck gleich null ist. Wenn gewünscht, können die Absolutdruckmessungen dann nach unten zu noch niedrigeren Drücken wie zum Beispiel unterhalb von 1 torr (133 Pa) auf 10^–8 torr (133,0·10^–8 Pa) erweitert werden, indem ein Absolutdrucksensor für den mittleren Bereich mit einem Absolutdrucksensor für den niedrigen Bereich wie weiter oben erläutert kombiniert wird.
Folglich kann ein Differenzdrucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um virtuelle Absolutdruckmessungen P_V innerhalb des genauen und zuverlässigen Differenzdruckmessbereichs auf einer gemeinsamen Absolutdruckskala mit Absolutdruckmessungen aus einem oder mehreren Absolutdrucksensoren oberhalb und/oder unterhalb des Differenzdrucksensorbereichs vorzusehen. Diese Fähigkeit ist unter Umständen auch dann vorteilhaft, wenn Absolutdrucksensoren mit genauen und zuverlässigen Druckmessfähigkeiten für denselben Bereich wie der Differenzdrucksensor verfügbar sind. Zum Beispiel kann in dem oben erläuteten Beispiel von 4 der Absolutdrucksensor 20 ein Mikropirani-Sensor sein, der wie eine Anzahl anderer Absolutdrucksensoren ein Drucksensor des Thermoleitungstyps ist. Die Drucklesungen aus den Drucksensoren des Thermoleitungstyps ändern sich mit verschiedenen Gasarten, d. h. mit verschiedenen Molekularinhalten bei höheren Drücken wie etwa über ungefähr 1 torr (133 Pa). Mit anderen Worten gibt zum Beispiel ein Absolutdrucksensor des Thermoleitungstyps unerschiedliche Drucklesungen P₂₀ aus, wenn das Gas in der Kammer geändert oder mit einem anderen Gas gemischt wird, auch wenn sich der tatsächliche Absolutdruck P_C in der Kammer nicht ändert. Direkt lesende Differenzdrucksensoren wie etwa Piezo- und Kapazitätsmembran-Messeinrichtungen sind nicht vom Gastyp abhängig und sehen gleiche Drucklesungen unabhängig davon vor, welche Gase in die Kammer eingeführt werden. Deshalb ist für vom Gas unabhängige Absolutdruckmessungen die Verwendung der Differenzdruckmessungen P₃₀ mit einem Korrelationsfaktor F gemäß der vorliegenden technischen Lehre gegenüber einem Thermoleitungs-Absolutdrucksensor für denselben Bereich vorteilhaft. Der Absolutdrucksensor führt also gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur gleichzeitig zwei Funktionen, nämlich das Messen und ds Überwachen der Differenz- und Absolutdrücke in einem Bereich von ungefähr 10 torr (1,33·10³ Pa) und 1.500 torr (199,5·10³ Pa) oder höher durch, sondern kann auch bessere Absolutdrucklesungen in diesem Bereich vorsehen als wenigstens einige vom Gastyp abhängige Absolutdrucksensoren.
Die vorstehende Beschreibung erläutert die Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre beispielhaft. Der Fachmann kann zahlreiche Modifikationen und Änderungen vornehmen, wobei die vorliegede technische Lehre nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt ist. Es können verschiedenste Modifikationen und Äquivalente vorgesehen werden, die innerhalb der Erfindungsumfangs enthalten sind. Zum Beispiel werden die Vergleiche in den Kästen 50, 56 von 3 und 6 als „größer als” und „kleiner als” angegeben, wobei sie aber auch „größer oder gleich” und „kleiner oder gleich” ausgedrückt werden könnten, weil diese Druckpegel PX und Pt in der vorliegenden technischen Lehre nicht exakt sein müssen, um die beabsichtigte Funktion zu erfüllen. Deshalb ist in den Erläuterungen zu den Verfahren von 3 und 6 unter „größer als” (>) auch „größer oder gleich” (≥) zu verstehen und ist unter „kleiner als” (<) auch „kleiner oder gleich” (≤) zu verstehen. Weiterhin kann in 3 und 6 der Vergleich bei 52 auch „Ist P_V > P_X?” anstelle von „Ist P₂₀ > P_X?” lauten. Wie weiter oben genannt, sind für die Verwendung in der vorliegenden technischen Lehre geeignete Absolutdrucksensoren aus dem Stand der Technik zum Beispiel Sensoren des Thermoleitungstyps, Mikropirani-Sensoren, herkömmliche Konvektions-Pirani-Sensoren, Heißkathoden-Sensoren, Kaltkathoden-Sensoren, Ionenmesseinrichtungen oder Niederbereich-Membranensensoren wie etwa kapazitive Sensoren, Piezosensoren, Spannungsmesseinrichtungen und ähnliches. Ein beliebiger Membranen-Differenzdrucksensor und beliebige Kombinationen aus Absolutdrucksensoren sind wie oben genannt für die Verwendung in der vorliegenden technischen Lehre geeignet. Natürlich funktioniert die vorliegende technische Lehre auch mit einer zukünftigen Technologie für Absolut- oder Differenzdrucksensoren. Wenn hier die Wörter „umfassen” oder „enthalten” verwendet werden, bedeutet dies, dass bestimmte Merkmale, Werte, Komponenten oder Schritte vorgesehen sind, wobei dies aber nicht das Vorhandensein von anderen Merkmalen, Werten, Komponenten, Schritten oder Gruppen derselben ausschließt.

Claims

Verfahren zur Absolutdruckmessung eines Gases in einer Kammer (61, 161) in einem weiten Bereich, wobei das Verfahren umfasst: Messen eines Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem Gas in der Kammer (61, 161) und der Atmosphäre, um einen gemessenen Differenzdruck (P30) zu erhalten, Messen eines absoluten Drucks (PC) des Gases in der Kammer (61, 161), um einen gemessenen absoluten Kammerdruck (P20) zu erhalten, Festlegen eines Übergangsdruckpegels (Px), Bestimmen des absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161) als gemessener absoluter Kammerdruck (P20), wenn der gemessene absolute Kammerdruck (P20) kleiner als der Übergangsdruckpegel (Px) ist, Bestimmen des absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161) als normierter Differenzdruck (PV), wenn der gemessene absolute Kammerdruck (P20) größer als der Übergangsdruck (Px) ist, einschließlich des Bestimmens des normierten Differenzdrucks (PV) durch das Addieren eines Korrelationsfaktors (F) zu dem gemessenen Differenzdruck (P30), wobei der Korrelationsfaktor (F) gleich dem gemessenen absoluten Kammerdruck (P20) minus dem gemessenen Differenzdruck (P30) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, mit: Bestimmen des Korrelationsfaktors (F), wenn der gemessene absolute Kammerdruck (P20) unter einem Korrelations-Druckschwellwert (Pt) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, mit: Erhalten des Korrelations-Druckschwellwerts (Pt) in einem Druckbereich, in dem Instrumente zum Messen des Differenzdrucks und des absoluten Drucks den gemessenen Differenzkammerdruck und den gemessenen absoluten Kammerdruck mit einer Genauigkeit und Zuverlässigkeit vorsehen, die für den erweiterten Bereich der Absolutdruckmessungen erforderlich sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, mit: Messen des Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem Gas in der Kammer (61, 161) und der Atmosphäre unter Verwendung eines Differenzdrucksensors (30).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Differenzdrucksensor ein Drucksensor des Membranentyps ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Differenzdrucksensor ein Piezo-Differenzdrucksensor ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Differenzdrucksensor ein Kapazitätsmanometer-Differenzdrucksensor ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Differenzdrucksensor ein Thermokopplungs-Differenzdrucksensor ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, mit: Messen des absoluten Drucks (PC) des Gases in der Kammer (61, 161) mit einem absoluten Drucksensor (20).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Absolutdrucksensor ein Drucksensor des thermischen Leitungstyps ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Absolutdrucksensor ein Drucksensor des Piranityps ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Absolutdrucksensor ein Kapazitätsmanometer-Drucksensor ist.
Verfahren zum Bestimmen eines absoluten Kammerdruckprofils des Gasdrucks in einer Kammer (61, 161), wenn sich der Druck in der Kammer (61, 161) über die Zeit ändert, wobei das Verfahren umfasst: Messen eines absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161) mit einem Absolutdrucksensor (20, 25), der einen genauen und zuverlässigen Bereich von Absolutdruck-Messfähigkeiten aufweist, Messen eines Differenzdrucks (ΔP) zwischen der Kammer (61, 161) und dem atmosphärischen Druck mit einem Differenzdrucksensor (30), der einen genauen und zuverlässigen Bereich von Differenzdruck-Messfähigkeiten aufweist, der wenigstens einem Teil des genauen und zuverlässigen Bereichs des Absolutdrucksensors (20, 25) entspricht, Bestimmen eines Korrelationsfaktors (F) zwischen einer Absolutdruckmessung aus dem Absolutdrucksensor (20, 25), die als genau und zuverlässig betrachtet wird, und einer Differenzdruckmessung aus dem Differenzdrucksensor (30), die gleichzeitig zu der Absolutdruckmessung durchgeführt wird, Verwenden der Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor (20, 25) für das absolute Kammerdruckprofil in den Druckbereichen, in denen die Absolutdruckmessungen aus den Absolutdrucksensoren (20, 25) genauer und zuverlässiger sind als die Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor (30), und Verwenden der Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor (30), die durch den Korrelationsfaktor (F) angepasst sind, um virtuelle Absolutdruckmessungen für das absolute Kammerdruckprofil dort zu erhalten, wo die Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor (30) genauer und zuverlässiger als die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor (20, 25) sind.
Verfahren nach Anspruch 13, mit: Bestimmen des Korrelationsfaktors (F) durch das Subtrahieren einer Differenzdruckmessung von einer Absolutdruckmessung, die gleichzeitig zu der Differenzdruckmessung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, mit: Subtrahieren einer Differenzdruckmessung von einer Absolutdruckmessung, die zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem der absolute Kammerdruck derart niedrig ist, dass er sich an der unteren Grenze des genauen und zuverlässigen Bereichs der Differenzdruck-Messfähigkeiten befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, mit: Subtrahieren einer Differenzdruckmessung von einer absoluten Druckmessung, die zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem der Kammerdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist.
Verfahren nach Anspruch 13, mit: Messen des absoluten Drucks in der Kammer (61, 161) mit einem Absolutdrucksensor, der einen genauen und zuverlässigen Bereich von Absolutdruck-Messfähigkeiten aufweist, der sich unterhalb des genauen und zuverlässigen Bereichs der Differenzdruck-Messfähigkeiten erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 17, das umfasst: Auswählen eines Übergangspegels (Px) in dem Teil des genauen und zuverlässigen Bereichs der Differenzdruck-Messfähigkeiten, der dem Teil des genauen und zuverlässigen Bereichs des Absolutdrucksensors (20) entspricht, Verwenden der Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor (20) für das absolute Kammerdruckprofil, wenn die Absolutdruckmessungen des Kammerdrucks aus dem Absolutdrucksensor (20) unterhalb des Übergangsdruckpegels (Px) liegen, und Verwenden der virtuellen Absolutdruckmessungen für das absolute Kammerdruckprofil, wenn die Absolutdruckmessungen des Kammerdrucks aus dem Absolutdrucksensor (20) über dem Übergangsdruckpegel (Px) liegen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Übergangsdruckpegel (Px) ein einzelner Druckwert ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Übergangsdruckpegel einen Übergangsdruckbereich umfasst und wobei das Verfahren das Verwenden von gemischten absoluten Druckwerten mit gewichteten Durchschnitten von Absolutdruckmessungen und virtuellen Absolutdruckmessungen in dem Übergangsdruckbereich für das absolute Kammerdruckprofil umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die untere Grenze des genauen und zuverlässigen Bereichs der Differenzdruck-Messfähigkeiten ein Korrelations-Druckschwellwert ist und wobei das Verfahren das Durchlaufen eines Zyklus des Kammerdrucks nach oben und nach unten umfasst, sodass die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor wiederholt unter den Korrelations-Druckschwellwert fallen, sowie das Bestimmen des Korrelationsfaktors jedes Mal, wenn die Absolutdruckmessungen unter den Korrelations-Druckschwellwert fallen, um den Korrelationsfaktor für während des Zyklus auftretende Änderungen in dem atmosphärischen Druck anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Absolutdrucksensor ein erster Absolutdrucksensor (20) ist und das Verfahren umfasst: Messen des absoluten Drucks in der Kammer (61, 161) mit einem zweiten Absolutdrucksensor (25), der einen genauen und zuverlässigen Bereich der Absolutdruck-Messfähigkeiten aufweist, wobei ein erster Teil desselben mit einem Teil des genauen und zuverlässigen Bereichs des ersten Absolutdrucksensors (20) übereinstimmt und sich ein zweiter Teil zu absoluten Drücken unterhalb des genauen und zuverlässigen Bereichs des ersten Absolutdrucksensors (20) erstreckt, und Verwenden der Absolutdruckmessungen aus dem zweiten Absolutdrucksensor (25) für das absolute Kammerdruckprofil in den Druckbereichen, in denen die Absolutdruckmessungen aus dem zweiten Absolutdrucksensor (25) genauer und zuverlässiger als die Absolutdruckmessungen aus dem ersten Absolutdrucksensor (20) sind.
Vorrichtung zum Messen des absoluten Kammerdrucks in einer Kammer (61, 161), d. h. des Kammerdrucks über die Zeit, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Differenzdrucksensor (30) zum Messen des Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem atmosphärischen Druck (PA) und dem Kammerdruck (PC), einen Absolutdrucksensor (20, 25) zum Messen des absoluten Drucks (PC) in der Kammer (61, 161), eine Einrichtung, die mit dem Differenzdrucksensor (30) und dem Absolutdrucksensor (20, 25) verbunden ist, um einen Korrelationsfaktor (F) zwischen den Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor (20, 25) und den Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor (30) zu bestimmen, eine Einrichtung zum Anpassen der Differenzdruckmessungen aus dem Differenzdrucksensor (30) mit dem Korrelationsfaktor (F), um virtuelle Absolutdruckmessungen (PV) zu erzeugen, und eine Einrichtung (90) zum Ausgeben der Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor in Kammerdruckbereichen, in denen die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor genauer und zuverlässiger als die virtuellen Absolutdruckmessungen sind, und zum Ausgeben der virtuellen Absolutdruckmessungen in Kammerdruckbereichen, in denen die virtuellen Druckmessungen genauer und zuverlässiger als die Absolutdruckmessungen aus dem Absolutdrucksensor (20, 25) sind.