测量仪器和方法

摘要

测量仪器具有处理器、第一传感器和第二传感器。处理器适于输出测量信号，该测量信号包含物理量的测量。第一传感器和第二传感器连接到处理器并且可操作成分别生成物理量的第一和第二测量。处理器定义第一测量范围，在第一测量范围内，测量信号取决于第一测量，而不是第二测量。处理器定义第二测量范围，在第二测量范围内，测量信号取决于第二测量，而不是第一测量。第一和第二范围在预定转变处相交。第一和第二测量在转变处不同，并且包含在测量信号中的测量穿过转变而没有突变。

权利要求

1.一种测量仪器，包括：

处理器，适于输出包含物理特性的测量的测量信号；

第一传感器，连接到所述处理器并且可操作成生成所述物理特性 的第一测量；

第二传感器，连接到所述处理器并且可操作成生成所述物理特性 的第二测量；以及转变选择器，连接到所述处理器并且设置成实施所述第一和第二 传感器之间的预定转变的选择；

其中，所述处理器定义第一测量范围，在所述第一测量范围内所 述测量信号取决于所述第一测量而不取决于所述第二测量；以及定义 第二测量范围，在所述第二测量范围内，所述测量信号取决于所述第 二测量而不取决于所述第一测量，第一和第二范围在其中包含在所述 测量信号中的测量在所述第一和第二范围之间转变的预定转变处相 交，所述第一和第二测量在所述转变处不同，并且包含在所述测量信 号中的测量穿过所述转变而实质上无突变。

2.如权利要求1所述的测量仪器，其中，包含在所述测量信号中 的测量在所述第二范围的至少一部分上相对于所述第二测量进行调 整，使得所述测量在穿过从所述第一到所述第二范围的转变时不突然 地改变。

3.如权利要求1所述的测量仪器，其中所述物理特性是压力。

4.如权利要求1所述的测量仪器，其中所述物理特性是气体密 度。

5.如权利要求1所述的测量仪器，其中包含在所述测量信号中的 测量在所述第一范围的至少一部分上实质上等于所述第一测量，并且 其中包含在所述测量信号中的测量在所述第二范围的至少一部分上 实质上等于所述第二测量。

6.一种工件处理设备，包括其中具有气氛的至少一个模块，以及 权利要求1所述的测量仪器，该测量仪器连接到所述至少一个模块， 用于测量所述模块中的所述气氛的物理特性。

7.一种压力计，包括：

压力指示器；

第一压力传感器，连接到所述压力指示器并且可操作成生成第一 压力读数；和第二压力传感器，连接到所述压力指示器并且可操作成生成第二 压力读数；

其中，当所述第一压力读数高于可选择的预定压力值并且正在下 降时，所述压力指示器配置成响应所述第一压力读数而指示压力，而 不响应于所述第二压力读数；

其中，当所述第一压力读数低于所述可选择的预定压力值并且正 在下降时，所述压力指示器配置成响应所述第二压力读数而指示压 力，而不响应于所述第一压力读数；以及其中所述压力指示器配置成在包括所述预定压力值的指示压力 范围上将压力指示为实质连续的函数，其中在所述第一压力读数实质 上等于所述预定压力值时，所述第二压力读数与所述第一压力读数不 同。

8.如权利要求7所述的压力计，其中当所述第一压力读数高于所 述可选择的预定压力值时，所述压力指示器配置成指示实质上等于所 述第一压力读数的压力。

9.如权利要求8所述的压力计，其中当所述第一压力读数小于低 于所述预定压力值的第二预定压力值时，所述压力器还配置成指示实 质上等于所述第二压力读数的压力。

10.如权利要求9所述的压力计，其中所述第二预定压力值可从 许多不同的预定压力值中选择，并且其中所述压力指示器具有用于选 择所述可选择的预定压力值和第二预定压力值的选择器。

11.如权利要求9所述的压力计，其中所述压力指示器配置成将 压力指示为在包括所述第二预定压力阈值的范围上的连续可微的函 数。

12.如权利要求11所述的压力计，其中所述指示压力在所述预定 压力值之间没有拐点。

13.如权利要求9所述的压力计，其中所述预定压力值定义转变 压力范围的端点，并且其中所述压力指示器配置成在所述转变压力范 围内指示已调整压力读数，所述已调整压力读数响应于第二压力并且 相对于所述第二压力读数进行调整，使得所述已调整压力读数在预定 压力处等于所述第一压力读数。

14.一种压力计，包括：

压力指示器；

第一压力传感器，连接到所述压力指示器并且可操作成生成第一 压力读数；和第二压力传感器，连接到所述压力指示器并且可操作成生成第二 压力读数；

其中当所述第一压力读数低于可选择的预定压力值并且正在上 升时，所述压力指示器配置成响应所述第一压力读数而指示压力，而 不响应于所述第二压力读数；

其中当所述第一压力读数高于所述可选择的预定压力值并且正 在上升时，所述压力指示器配置成响应所述第二压力读数而指示压 力，而不响应于所述第一压力读数；以及其中所述压力指示器配置成将压力指示为在包括所述预定压力 值的指示压力范围上的连续函数，其中在所述第一压力读数实质上等 于所述预定压力值时，所述第二压力读数与所述第一压力读数不同。

15.如权利要求14所述的压力计，其中当所述第一压力读数低于 预定压力值并且正在上升时，所述压力指示器配置成指示实质上等于 所述第一压力读数的压力。

16.如权利要求15所述的压力计，其中当所述第一压力读数小于 低于所述预定压力值的第二预定压力值时，压力指示器还配置成指示 实质上等于所述第二压力读数的压力。

17.如权利要求16所述的压力计，其中所述压力指示器配置成将 压力指示为在包括所述第二预定压力值的范围上的连续可微函数。

18.一种方法，包括：

用第一传感器产生可计量的物理属性的第一读数；

用第二传感器产生所述可计量的物理属性的第二读数；

用处理器从许多不同可选择的转变量度中选择转变量度；

在物理特性的第一范围上只响应所述第一读数而指示所述物理 属性的量度；

在所述物理特性的第二范围上只响应所述第二读数而指示所述 物理属性的量度，所述物理特性的第二范围与所述第一范围在所述物 理属性的转变量度处毗邻；

在第一或第二区域的至少一个中调整所述物理属性的指示量度， 使得指示量度在所述第一和第二范围之间转变中不突然地改变，所述 第一和第二读数在所述转变量度处不同。

19.如权利要求18所述的方法，其中在所述物理属性正在下降 时，所述指示量度仅在所述第二范围中进行调整。

20.如权利要求19所述的方法，其中在所述物理属性正在上升 时，所述指示量度仅在所述第一范围中进行调整。

21.如权利要求1所述的测量仪器，其中所述第一传感器和所述 第二传感器中的至少一个从压阻式膜片(PRD)传感器、热损失(HL)传 感器和电离传感器中的至少一个中选择。

22.如权利要求1所述的测量仪器，还包括第三传感器，所述第 三传感器连接到所述处理器并且可操作成生成所述物理特性的第三 测量，所述转变选择器设置成实施在所述第一、第二和第三传感器之 间的预定转变的选择。

说明书

背景

示范实施例的领域

[0001]本文所公开的示范实施例涉及测量仪器，并且更具体来 说，涉及有多个传感器的测量仪器。相关发展简述

[0002]许多不同类型的传感器已被用于测量各种物理量，如气 体的压力或密度。由于不同类型的传感器可具有不同的操作范围，因 此已期望将不同类型的传感器组合成单个压力仪器，该单个压力仪器 具有扩展的操作范围。例如，当气压被抽至真空，该仪器的输出可首 先对应传感器中的一个的读数。接着，当输出达到某一阈值时，输出 可切换至对应另一个传感器的读数，该传感器在较低的压力下具有更 高的准确性。虽然这种布置类型在扩展压力或密度范围方面具有优 势，在所述压力或密度范围上仪器可以合适的准确性操作，但也存在 缺点。最值得注意的是，在两个传感器之间切换时可能会出现问题。 如果在阈值处这两个传感器没有产生相同的读数，那么当仪器在传感 器之间切换时，仪器的输出可能存在突变。即使这两个传感器之间的 读数差异不大，突变也能导致不希望的滞后效应。例如，如果输出用 作设计为控制压力的反馈回路的一部分，则可能会出现问题。如果输 出的导数用作反馈环路中的反馈信号，麻烦可能会更显著，因为该导 数在转变阈值处将会很高。因此，可能期望的是提供一种压力仪器， 该压力仪器组合来自两个或多个传感器的读数，并且允许读数之间的 平滑转变。概要

[0003]在一个示范实施例中，提供了一种测量仪器，该测量仪 器具有处理器、第一传感器和第二传感器。处理器适于输出包含物理 量的测量的测量信号。第一传感器和第二传感器与处理器相连，并且 可操作成分别生成物理量的第一和第二测量。处理器定义第一测量范 围，在第一测量范围内测量信号取决于第一测量而不是第二测量。处 理器定义第二测量范围，在第二测量范围内测量信号取决于第二测量 而不是第一测量。第一和第二范围在预定转变处相交(meet)。在该转 变处，第一和第二测量是不同的，并且测量信号中包含的测量穿过 (cross)转变而无突变。

[0004]在另一个示范实施例中，压力计包括压力指示器。第一 压力传感器连接至压力指示器，并且可操作成生成第一压力读数。第 二压力传感器连接至压力指示器，并且可操作成生成第二压力读数。 当第一压力读数高于预定压力阈值并且正在下降时，压力指示器配置 成响应第一压力读数而指示压力，而不是响应于第二压力读数。当第 一压力读数低于预定压力阈值并且正在下降时，压力指示器配置成响 应第二压力读数而指示压力，而不是响应于第一压力读数。压力指示 器配置成将压力指示为在包括阈值压力的指示压力范围上的连续函 数，其中在第一压力读数实质上等于预定压力阈值时，第二压力读数 不同于第一压力读数。

[0005]在仍有的另一个示范实施例，压力计包括压力指示器。 第一压力传感器连接至压力指示器，并且可操作成生成第一压力读 数。第二压力传感器连接至压力指示器，并且可操作成生成第二压力 读数。当第一压力读数低于预定阈值压力并且正在上升时，压力指示 器配置成响应第一压力读数而指示压力，而不是响应于第二压力读 数。当第一压力读数高于预定阈值并且正在上升时，压力指示器配置 成响应第二压力读数而指示压力，而不是响应于第一压力读数。压力 指示器配置成将压力指示为在包括阈值压力的指示压力范围上的连 续函数，其中在第一压力读数实质上等于预定压力阈值时，第二压力 读数与第一压力读数不同。

[0006]在还有的另一个示范实施例中，方法包括用第一传感器 产生可计量的物理属性的第一读数。该方法还包括用第二传感器产生 可计量的物理属性的第二读数。该方法又包括在物理量的第一范围上 仅响应第一读数而指示物理属性量度。该方法仍包括在物理量的第二 范围上仅响应第二读数而指示物理属性量度，物理量的第二范围与第 一范围在物理属性的转变量度处毗邻(adjoin)。该方法还包括在第一或 第二区域中的至少一个中调整所指示的物理属性量度，使得所指示的 量度在第一和第二范围之间转变中不会突然地改变，第一和第二读数 在转变量度处不同。图表简述

[0007]结合附图，在下面的描述中对示范实施例作了说明，其 中：

[0008]图1是结合测量仪器的示范实施例的基板处理设备的 俯视示意图；

[0009]图2是图1的示范实施例测量仪器的示意图；

[0010]图3是系统图，示出了图1的处理设备的各部件之间 的连接性；

[0011]图4a是信号图，示出了示范实施例中的传感器信号；

[0012]图4b是另一张信号图，示出了示范实施例中的传感器 信号；

[0013]图5是对应于示范实施例的流程图；

[0014]图6是另一张对应于示范实施例的信号图。示范实施例的详细描述

[0015]图1示出了示范基板处理设备100。该设备可具有压力 测量仪器400的示范实施例，如下进一步所述。作为压力测量仪器400 的实例应用来描述基板处理设备。应理解，压力测量仪器可用于任何 合适的应用，如用于在任何合适的压力或真空室内测量压力或气体密 度，或可独立于任何压力或真空室而操作。虽然示范实施例将参考图 表中所示和下面所述的实施例来描述，但应理解，这些方面可包含在 实施例的许多替换形式中。另外，可使用任何合适的大小、形状或类 型的元件或材料。图1中，为方便起见，设备100可描述为具有前 端200和后端300。前端200可具有框架(frame)230，并可包括在例如 控制环境105内操作的基板传输设备210。传输设备210可具有臂215 和可操作成移动臂的驱动机械装置220。臂215可具有用于支撑基板 的末端执行器(end effector)250。

[0016]实例设备100的前端200也可包括加载端口120，125(示 出这两个端口用于实例用途)。加载端口设有与基板盒(substrate cassette)130的接口。每个基板盒适于容纳若干基板，并且可将它们容 纳在密封外壳内。加载端口120，125可拆卸地固定(hold)盒130，并 可包括打开盒门、允许从前端200的控制环境105内部使用位于盒中 的基板的机械装置(未示出)。控制环境105可由壳体包含(contain)，并 且可连接到压力计470，用于测量控制环境105的压力。与传输设备 210相对远离加载端口120，125的是加载闸135，140。加载闸135， 140将前端200与后端300连接。各个加载闸135，140具有将它连接 到前端200的控制环境105的阀405，410以及将它连接到后端300 的传输室305中包含的隔离环境310的另外的阀415，420。例如，传 输室305的隔离环境310可以是真空、惰性气体(如氮气)，或其他流 体。前端200的控制环境105可以是处于大气压力下的清洁空气，颗 粒污染物保持在非常低的水平。因此，加载闸135，140允许在前端 200和后端300之间通过基板，同时维持两种环境105，310的隔离。 在图1中，加载闸140被示出连接到用于对加载闸增压的进给阀480 和用于对加载闸减压的真空泵465。

[0017]在实例设备100中，后端300包括定义传输室305的框 架315。如上所指出，传输室305可容纳隔离环境310，如真空。压 力计475可连接到传输室305以读取隔离环境310的压力。基板传输 设备320可位于传输室305内。传输设备320可包括连接到框架315 的驱动机械装置325和连接到末端执行器365的一对相对臂335，340。

[0018]在图1的实例设备100中，若干处理模块370位于传输 室305的外围。处理模块370可通过各种沉积、蚀刻、抛光、清洗或 其他类型的处理对基板进行操作以在基板上形成电路或其他所期望 的结构，或执行度量(metrological)或其他功能。处理模块370连接到 室305以允许基板从传输室传递到处理模块，并且反之亦然。在示范 实施例中，处理模块可与传输室隔离(例如，经由槽阀或其他合适的 门)，因此，一个或多个处理模块可能能够容纳与传输室305中的气氛 或真空隔离的气氛，例如惰性气体(如氮气、氩气)。一个或多个处理 模块可经受变化的压力，例如在工件处理期间的操作压力(如低真空)、 加载压力(如加载/卸载工件期间的高真空)、入口压力(access pressure)(如用于模块的维持的环境气压)。类似地，传输室305也可经 受不同的压力。在示范实施例中，一个或多个处理模块可具有能够测 量处理模块中的压力的压力计或测量仪器400，如下文将进一步描述。

[0019]加载闸140也可连接到压力测量仪器400。加载闸135 还可连接到类似的压力测量仪器。压力测量仪器400可测量设备100 的所期望的部分(诸如加载闸140、传输室305或处理模块)内的气氛 450的绝对压力。在替换实施例中，测量仪器可测量相对压力或差压， 或者两者。在其它实施例中，仪器400可测量气体密度或可充当压力 测量的代理的其他物理特性。在仍有的其它实施例中，测量仪器可测 量任何合适的物理特性。

[0020]图2是根据示范实施例的测量仪器400的示意图。在所 示示范实施例中，测量仪器400可以是集成仪器，容纳在例如箱体或 壳体400C中。相应地，在示范实施例中，测量仪器400可以模块的 形式安装到处理设备100的所期望部分的任何一个或多个，诸如(例如) 传输室、处理模块或加载闸等。在替换实施例中，测量仪器可被安装 以测量任何所期望的设备中的气氛的所期望物理特性。在其它替换实 施例中，正如下文将进一步描述的测量仪器可集成在容纳由仪器所测 量的气氛的设备或工具内。由图2可见，在示范实施例中，箱体400C 可配置成定义与容纳在设备100的所测量部分(例如，加载闸140或处 理模块370)内的气氛450连通的压力封套425。因此，压力封套425 内的压力与加载闸140内的压力实质上相同(如下文所引用，加载闸 140只是设备100的代表性部分)。在示范实施例中，压力封套示为位 于壳体内部，仅用于示例用途(例如，在带有气氛450的设备的内部和 压力封套425之间可设有孔口(port)以便于连通)。在替换实施例中， 测量仪器的压力封套可随意地(as desired)放置，包括在仪器壳体的外 部。在所示的示范实施例中，三个压力传感器可连接至压力封套，并 可操作成测量该封套内的压力。在替换实施例中，更多或更少的压力 传感器可被连接以感测压力封套中的压力。其它替换实施例可能有或 者可能没有压力封套，并且可具有任何合适数量的传感器。在示范实 施例中，压力传感器435可包括压阻式膜片(PRD)。该膜片的一侧可 连接至压力封套425。该膜片的另一侧可采用高真空密封，使得PRD 是绝对膜片传感器。PRD传感器435可操作成检测压力封套425中压 力封套425的绝对压力。例如，压力的变化会造成压阻式膜片内的应 力、应力变化或张力，从而影响膜片的电阻率。因此，传感器435可 通过测量膜片中电阻的变化来感测封套425中的压力或压力变化。传 感器440也可连接到压力封套425。例如，传感器440可以是热损失 传感器。热损失传感器440可操作成通过感测电导体的热损失来感测 压力封套425内的绝对压力。热损失可对应于压力封套425内的压 力，并因此对应于例如加载闸140内的压力。传感器445也可连接到 压力封套425。例如，传感器445可以是电离传感器。电离传感器445 可发射出与所测量气体中的气粒相碰撞的电子。碰撞会产生传导电流 的离子。电流量可对应于压力封套425内的气体密度和气体压力， 并因此可对应于加载闸140内的压力。

[0021]在示范实施例中，各个传感器435，440，445可具有不 同的操作压力范围。例如，电离计(IG)445可最准确地测量高真空(如 10^-10托至10^-2托)。热损失(HL)传感器可最准确地测量中真空(如 10^-3至1000托)。PRD传感器435可用于测量低真空至大气压力， 如图2实际所示。仪器400可包括信号处理器455，它可传达地连接 到各个传感器435，440，445。总的来说，信号处理器能够接收传感 器信号并将其转换以输出所期望的测量信号。正如可以意识到的一 样，测量仪器400可用于在处理设备100的一个或多个所期望的室或 模块内测量瞬态和稳态压力，该瞬态或稳态压力的范围可从大气压力 至高真空(如13个十倍程)。处理器455能够使用来自传感器435，440， 445的信号以生成指示范围从大约10^-10托至大约1000托的所测量 的压力(或其它所测量的特性)的输出测量信号，正如下面将描述的一 样。

[0022]图3示意性地示出测量仪器400与基板处理设备100的 各种连接。如之前所指出，示范实施例中的测量仪器(另见图2)可以 是集成组件(package)，该组件可以模块的形式安装或从设备100移除。 测量仪器模块可机械地连接到设备100的所期望的部分(如传输室 325、处理模块370、加载闸135，140)，使得仪器模块的压力封套425 与设备内所期望的气氛450相连通(in communication with)。例如，仪 器壳体400C可通过合适的扣件(如螺钉、快拆座等)附接(attach)到设备 100的框架。仪器模块400还可例如经由有线(如USB)或无线耦合458 而电连接到设备100进行供电和通讯(communication)。信号处理器 455可经由耦合458与设备100的控制系统460连接。在示范实施例 中，信号处理器可操作成使用来自传感器435，440和445的多个读 数来生成输出测量信号，该信号被传递给控制系统460。在示范实施 例中，控制系统460也可连接到处理设备100的其他装置，如基板传 输设备210和320。例如，控制系统也可连接到加载端口135，140、 处理模块370、设备100的任何其它合适的装置以及设备100外的任 何装置。控制系统460可连接到用于调节设备的传输室305、模块和 加载闸140内压力的真空泵或系统465。在示范实施例中，控制系统 还可连接到用于监控前端200的控制气氛105内压力的绝对压力传感 器470。控制系统460可连接到用于使加载闸140通风的通风阀(vent valve)480，并且可连接到过程模块和加载闸(load lock)的加载阀 (loading valve)410，420。因此，控制系统460可操作成协调设备100 的操作，诸如通过加载闸135，140和其他过程模块进行的基板传输。 仪器模块的处理器455和/或控制系统460还可直接地或远程地连接到 合适的I/O装置510(见图3)，该装置能够向控制系统460和处理器 455输入信息，并且也能够显示信息，如从处理器455输出的所指示 的压力测量(或其他测量特性)。

[0023]在处理设备100的一个实例操作中，可由传输设备210 将基板从在加载端口125处“对接”(dock)的基板盒130中移除。压 力传感器470可测量控制环境105内的压力，并将所测量的压力传递 给控制系统460。控制系统460也可识别和监控设备100所期望部分 的操作状态。例如，控制系统460可使用测量仪器400来确定或确认 传输室305和过程模块中是否存在所期望的压力或真空条件。正如可 以意识到的一样，如果条件与所期望的协议不符，控制系统可生成故 障信号，并且可例如(自动地或通过操作员输入)发起补救程序。举例 来说，如果控制系统根据测量仪器400的输出而记录(register)传输室 不处于所期望的真空条件，则控制系统可启动真空泵以建立所期望的 真空。在从测量仪器400接收所期望的真空已在传输室305中建立的 指示时，控制系统可自动使真空泵不活动(deactivate)。在设备100的 任何所期望的部分或模块中，可类似地实施所期望的大气条件的生成 或保持。控制系统460也可使用连接到加载端口的测量仪器来确定加 载闸135，140的状态以及控制加载闸135，140的操作。举例来说， 测量仪器400可使用压力传感器435，440和445来测量加载闸140 内的压力，并向控制系统460发送测量的指示(来自信号处理器455)。 控制系统可比较加载闸140和控制环境之间的压力测量指示，并操作 真空泵465以控制加载闸140内的压力，以便使加载闸气氛450与控 制环境105之间的压力均衡。由于压力被均衡，可密封加载闸140的 两个阀410，420。在使压力均衡中，控制系统可使用来自信号处理器 455的统一输出以提供用于控制真空泵465的反馈信号。如上所指出 并且如下也将更详细描述的一样，加载闸140中的压力变化(例如，与 传输室和环境前端的匹配气氛之间)或设备的任何其他所期望的室的 压力变化可以是这样的(例如，几个十倍程(decades))，使得各个传感 器435，440，445的测量范围可能不足以准确测量整个压力变化范围 内的压力。因此，来自测量加载闸中压力的测量仪器的压力指示可基 于传感器435，440，445中的两个或多个。例如，当加载闸或任何其 它室/模块处于高真空时，仪器指示的压力可基于IG传感器445，处 于低真空时，指示可基于HL传感器440，处于大气压力时，指示可 基于PRD传感器435。正如从图1和图3可意识到的一样，在从允 许控制系统确定阀400两端的压力是平衡的处理器455接收合适的压 力指示时，可由控制系统460打开加载闸140和控制环境105之间的 阀410。来自传感器的压力指示也可显示在I/O装置510上(见图3)。 由于加载闸气氛450和控制环境105之间的压力实质上相等，因此在 打开阀410时不会出现气喷(rush of gas)，气喷可能导致污染物散布到 基板上。接着，控制系统460可引导基板传输设备210在加载闸140 和前端之间传输基板。在完成基板传输时，阀410可关闭，使加载闸 气氛被密封，与前端的控制环境105以及后端300的隔离环境310隔 离。控制系统可通过使用真空泵465抽吸降低(pump down)加载闸内的 压力来使加载闸气氛450与隔离环境310之间的压力均衡。测量仪器 400可向控制系统460提供可用于控制真空泵465的反馈信号。控制 系统还可使用压力传感器475监控隔离环境310内的压力。当控制系 统已确定在加载闸气氛450与传输室305的隔离环境310之间压力被 实质上平衡时，控制系统可打开加载闸140与传输室305之间的阀， 以在加载闸与传输室之间传输基板。这个过程可根据需要(as desired) 来重复进行，以便在设备100的前端和后端之间加载和卸载基板。类 似地，安装在过程模块和传输室中的一个或多个上的测量仪器400可 促进在传输室和处理期间与传输室隔离的过程模块之间基板的加载/ 卸载。正如可以意识到的一样，上述实例操作只用于示出示范实施例 测量仪器400的应用。测量仪器400可用于任何合适的应用，如其中 测量气体压力或气体密度的任何合适应用。在替换实施例中，测量仪 器可测量任何合适的物理量。

[0024]如上所指出，在示范实施例中，压力仪器400可设置成 使用三个传感器435，440，445测量所期望的室/模块中整个压力变化 (如13个十倍程；从10-10至10-3托)内的压力(虽然在替换实施例中， 可使用更多或更少的传感器，这取决于室内压力变化的范围)。同样如 上所指出，在示范实施例中，各传感器435，440，445可具有不同的 压力范围，将三个压力范围不同的传感器一起使用，以提供仪器400 所期望的整个测量范围。在示范实施例中，处理器455(见图2-3)可进 行编程，使得它测量的压力输出(即来自仪器的指示压力)是基于来自 传感器435，440，445的最佳数据。相应地，在示范实施例中，在给 定压力下，处理器445编程使用来自传感器的测量数据，该测量数据 对于给定压力具有最高的准确性(即最佳数据)，正如下文所述。在示 范实施例中，各传感器435，440，445的压力范围，或换言之，其中 各传感器相对于仪器的其它传感器具有最高的准确性的压力范围可 在处理器455中编程。举例来说，处理器455(或处理器455可访问的 合适存储器位置)可具有诸如合适的算法或查找表等编程456以便为 各传感器识别和选择压力范围。例如，处理器可直接或间接将校准线 和实际压力配合使用，该校准线与来自各个传感器的指示压力相关(例 如，输出信号是实际压力的函数)，以便建立计示压力范围(gage pressure range)。各特别的传感器435，440，445的校准信息可例如通 过全球或本地网络下载，或者另外以任何其它合适的方式输入到处理 器455。在替换实施例中，传感器校准信息可存储在远程位置处(如仪 器生产厂处的PC处)，并且可由处理器根据需要经由合适的双向通信 路径访问。在其它替换实施例中，校准信息可由处理器455生成，其 中仪器安装在适当的位置并使用已知传感器校准技术。图6以图表形 式示出了两个传感器435，440，445的代表性校准线(例如增益)PS1、 PS2。正如可以意识到的一样，一些不同类型的传感器(如IG传感器 445或HL传感器440)的校准图或校准线可对于不同的气体种类(如控 制气体、N2、氩气)而发生变化。在示范实施例中，处理器455的编程 可设置成实施对应于期望在室中测量的气体种类的传感器校准信息 的选择。例如，对于不同的气体种类，各传感器的校准线可存储在处 理器455的程序456中。处理器程序456可为各传感器将各条校准线 关联到对应的气体种类，并在接收输入(如来自I/O装置510或任何其 它所期望的部件)时选择适当的校准线，该输入识别室中气体种类，室 的压力将用仪器400来测量。在替换实施例中，处理器455可在接收 识别室中气体种类的输入后从远程位置读取或下载适当的校准线。

[0025]正如还可以意识到的一样，对于给定类型(如IG、HL或 PRD)的传感器，校准线也可随传感器不同而不同。图6中示出的校 准线PS1、PS1’和PS2、PS2’以图表形式示出了可存在于相同类型 的不同传感器的校准线或增益中的变化。如上所指出，图6中所示的 图仅是示范性的。在所示的实例中，线PS2，PS2’可对应于不同的 PRD传感器，并且线PS1，PS1’可对应于不同的HL传感器。线PS2， PS1可分别对应于仪器400的PRD和HL传感器435，440。线PS1， PS1’，PS2，PS2’的特性仅是示范性的，并且在替换实施例中，传 感器的校准线可具有任何其它所期望的特性。例如，不同PRD传感器 的校准线PS2，PS2’仅示为具有比校准线PS1，PS1’相对更高的增 益，校准线PS1，PS1’标示出不同HL传感器的性能。在替换实施例 中，不同类型的传感器的相对增益可不同。IG传感器的校准线(未示 出)可具有与图6所示的校准线大体(generally)相似的特性，并且例如， IG传感器(如传感器445)和HL传感器(如传感器440)的校准线之间的 关系可与图6中为校准线PS2，PS2’，PS1，PS1’而示出的关系大 体相似。在一个示范实施例中，例如，处理器455可被编程为对于给 定气体种类、根据对应传感器435，440，445的校准线PS1，PS1’， PS2，PS2’计算或以其它方式识别各传感器提供最佳数据的压力(或 其他所测量的特性)范围。举例来说，对于处理器所记录的气体种类(如 上所指出)，(仪器400的)特定传感器435，440，445的校准线可与所 期望的阈值进行比较，以对于给定气体种类建立各传感器435，440， 445的最佳数据压力范围(或者以下将称作为压力范围)。在替换示范实 施例中，传感器的压力范围可输入到处理器或者由处理器从远程位置 下载。正如从上文可意识到的一样，处理器中记录的压力范围可以是 传感器特定的和种类特定的。举例来说，处理器编程456可包括定义 各种气体种类所对应各传感器435，440，445的范围信息的信息(如算 法或表格)。如上所指出，在各传感器435，440，445的压力范围由处 理器记录的情况下，示范实施例中的处理器455在传感器测量室中的 压力改变时可使用带有适当压力范围的传感器的压力读数。此外，正 如可在示范实施例中意识到的一样，当所测量的压力超过给定传感器 的压力范围时，处理器455可在传感器之间进行转变。

[0026]为了防止仪器400测量范围产生间断，可为传感器435， 440，445建立压力范围以提供所期望的重叠。因此，例如，PRD传感 器435的压力范围可重叠HL传感器440的压力范围，而HL传感器 440的压力范围又可重叠IG传感器445的压力范围。在图4a中以图 表形式示出了两个传感器435，440，445之间的代表性重叠区域，图 4a示出了线501，502，所述线501，502描绘了对应传感器压力范围 内的传感器的传感器读数。正如可以意识到的一样，图4a中的传感器 性能线501，502(即对于各个传感器，使传感器读数与实际压力相关) 实质上类似于图6所示的传感器校准线PS1，PS2的部分。进一步， 在示范实施例中，线501，502也可表示来自处理器的指示压力(Pind)(与 实际压力相关)。因此，并且正如将在下文更详细描述的一样，在示范 实施例中，即使在重叠区域，来自处理器455的指示压力可以是仅仅 一个传感器435，440，445的当前值(即压力读数)的函数。相应地， 正如可从图4a中意识到的一样，重叠的量可减至最小，且比常规系统 的所期望的范围重叠小得多。例如，并且正如也将在下文中进一步描 述的一样，重叠可以如下：当一个传感器435，440，445处于其范围 的末端时，来自其它传感器的读数是有效的，因此允许处理器在传感 器之间切换。但是，如上所指出，传感器压力范围，并因此该范围的 端点可在(相同类型的)计之间以及在气体种类之间变化。在示范实施 例中，处理器可设置成为传感器选择或允许选择压力范围的端点，并 因此允许选择处理器在传感器之间切换的切换压力(Pind)，例如使得来 自仪器400的压力指示可基于使用来自仅仅一个传感器435，440，445 的当前压力读数(值)的最佳数据。在替换实施例中，压力指示切换传 感器的切换压力(Psw)可由操作员例如经由I/O装置510(参见图3)而输 入到处理器，或者可由处理器从远程位置下载。

[0027]再次参考图4a，如上所指出，图4a示出来自两个传感器 的压力读数可如何相应于实际压力而变化的实例。在图4a中，例如， 线501可表示来自电离传感器445的压力读数。例如，线502可表示 来自热损失传感器440的压力读数。如上所述，热损失传感器440和 电离传感器445可具有不同的操作范围。因此，可能所期望的是在压 力低于切换压力PSW处，将来自电离传感器445的压力读数作为来自 仪器400的指示压力的基础来使用，以及在压力高于阈值压力PSW处， 将来自热损失传感器440的压力读数作为指示压力的基础来使用。如 图4a中清楚所示，在来自两个传感器的读数之间存在变化(也可见图 6)。因此，由于在阈值压力PSW处传感器440，445可能不产生相同的 压力读数，所以在切换压力处两个传感器读数之间的切换将导致仪器 指示压力的突然跳跃(abrupt jump)或不连续性。可能经受某种处理的 数据流中不连续性的存在是非常不希望有的。例如，处于或接近阈值 压力PSW处使指示压力产生差别(differentiate)可能随后导致压力变化 率的高量度值，这能引入压力控制反馈系统的滞后，或在处理系统中 生成故障。例如，在监控下降压力的环境时，来自热损失传感器440 的读数可首先用于确定指示压力PIND。这将遵循线502。当来自热损 失传感器440的读数达到阈值压力PSW时，来自电离传感器445的读 数可随后用于确定指示压力PIND。这将遵循线501。然而，如图4a中 例示，当热损失传感器440压力读数等于PSW时，实际压力将是PC， 而电离传感器445的压力读数将为PB。由于PB不等于PSW，指示压力 PIND的急剧改变将会发生。压力的这种急剧改变将不反映实际物理压 力的改变，而将只是测量仪器引入的假象(artifact)。类似的现象可在 上升的压力环境中发生，其中PIND首先遵循传感器445的线501读数， 然后转到遵循传感器440的线502读数。当来自传感器445的读数达 到阈值压力PSW时，实际压力将是PD，而传感器440的压力读数将为 PA。由于PA是与PSW不同的值，所以仅从一个传感器读数切换到另一 个可产生指示压力PIND的急剧跳跃或不连续性。

[0028]如图4b所示，当处理器正从一个传感器的读数切换到另 一个传感器时，可在某个范围内调整指示压力PIND，以逐渐转变 (transition)两个传感器压力读数的差异。在示范实施例中，在转变中， 信号处理器455可使用来自(为便于描述)可被称作为“切换自”传感 器(例如，处理器正从其切换的传感器)的先前压力读数以调整来自“切 换至”传感器(例如，处理器正切换至的传感器)的当前读数，以便产 生输出信号。在一个实例中，图4b示出了在传感器之间的转变中， 输出信号PIND可如何相应于实际压力而变化。可以看出，当实际压力 较高且正在下降时，指示压力PIND可直接对应于并且实质上等于来自 热损失传感器440的读数，并因此可遵循线502。当来自传感器440 的压力读数下降到阈值压力PSW以下时，则PIND可由来自传感器445 的读数确定。然而，PIND相对于来自传感器445(“切换至”传感器) 的读数进行调整以补偿某点处来自两个传感器的读数的差异，在该点 处，PIND从由传感器440(“切换自”传感器)读数确定切换至由传感器 445读数确定。因此，当实际压力持续下降时，PIND遵从(follow along) 曲线504。在某个点处，曲线504和线501相交，并且PIND等于传感 器445的压力读数。低于这个压力时，PIND可直接对应于并实质上等 于传感器445的读数。在示范实施例中，可能不存在PIND根据两个传 感器435，440，445的当前读数确定的任何时间。相反地，指示压力 PIND在仪器400的整个累积(cumulative)压力范围内可仅根据一个传感 器读数来确定。图4b也示出了曲线505，曲线505可表示在升压环 境中PIND的转变。当压力较低并且正在上升时，PIND可根据来自传感 器445的压力读数确定，且可实质上等于该压力读数，直至PIND达到 PSW以及处理器例如从传感器445切换至传感器440。随后，PIND可在 压力持续上升时遵循转变曲线505，并且可由传感器440的当前压力 读数来确定。遵循曲线505时，PIND是相对于传感器440的读数的调 整值。这可防止在从PIND根据传感器445确定的状态转变到PIND根据 传感器440确定的另一个状态时PIND值的突变。随着压力持续上升， 曲线505与线502相交，并且PIND等于传感器440的读数。对于更高 的压力，PIND可直接对应于并且可实质等于传感器440的压力读数。

[0029]图5是流程图，该流程图示出了在根据仪器传感器435， 440，445的压力读数来生成指示压力(诸如设备100的室的指示压力) 中，由信号处理器455执行的处理的一个范例。通过根据流程图来操 作信号处理器455而产生的实例结果在图6中示出。在图5所示的示 范实施例中，标记为PS1和PS2的块600和605可表示来自传感器之 一(诸如来自热损失压力传感器440)的压力读数PS1(之前描述过，请 参阅图6)。压力读数PS2(同样之前描述过)可以是来自另一个传感器 (诸如来自压阻式膜片压力传感器435)的压力读数。类似地，PS2和 PS1可以是来自HL和IG传感器440，445的相应读数。在块600I中， 系统可被初始化。正如可以意识到的一样，可在任何时间执行系统初 始化，诸如在仪器400的处理器455的启动/引导时。例如，处理器可 执行所期望的初始化例行程序(routine)，该例行程序可确认仪器组件 (包括传感器435，440，445)的正确操作。处理器可选择操作参数，诸 如对于对应传感器的要由处理器利用的相应压力范围和处理器要切 换传感器读数的转变点(即PSW)，以及在传感器之间转变时，将用于调 整对应传感器的阀的程序算法(或表)。处理器455例如可通过记录室 中的气体种类块600A来选择操作参数(如上所指出，传感器压力范围 并因此转变压力可随气体种类而变化)。气体种类(例如空气、N2、氩 气)可例如通过经由I/O装置510(见图3)或能够将气体种类传递给处理 器的任何其它系统或装置的操作员输入来记录。在气体种类被记录的 情况下，处理器可在块600B中为所记录的气体种类选择各传感器 435，440，445的对应压力范围。处理器可例如通过从将传感器的压 力范围与气体种类关联的内存储器456访问查找表来实施选择。如上 所指出，处理器可例如从远程传感器访问关联或建立针对所记录的气 体种类的传感器的压力范围的信息。在替换实施例中，各传感器435， 440，445的压力范围可通过操作员经由I/O装置或任何其它选择器而 输入各传感器的相应范围来选择。转变压力Psw可通过选择传感器的 压力范围来定义。例如，如图4a，4b所示，转变压力Psw可在如之前 所述传感器压力范围被确定时设置，以对应于传感器压力范围的末端 (例如，Psw可设置成等于分别以曲线502，501表示的传感器压力范围 的末端Pc，PD处的指示压力)。转变压力Psw值可例如在处理器存储 器456中预设以及存储，或者在备选实施例中，可在处理器可访问的 任何存储器位置预设以及存储，使得在选择传感器的压力范围时，对 应于该选择的Psw的值变得可由处理器识别。换言之，处理器被给定 用于压力范围选择的Psw的值。在替换的实施例中，处理器可被编程 为确定Psw的值，以便利用来自传感器的最佳数据。如上所指出，(相 同类型的)不同传感器的准确性和范围可不同(例如参见图6)。因此， 一些传感器对于给定种类可具有比相同类型的其它传感器更大的范 围。这在图4a中通过延伸线502a而示出，延伸线502a在端压Pc1处 终止，该延伸线显示了相比于线502所指示的传感器的范围的增加的 范围。考虑到传感器增加的操作范围，可能所期望的是将图4a中所识 别的转变压力建立为Psw’，以利用传感器的更大范围，并因此将Psw’ 的值设为比(具有更小压力范围的传感器的)Psw更低。举例来说，具有 较大范围的传感器(相对于该类型的其他传感器)可具有某种优势，优 于仪器的一个或多个其他传感器435，440，445(例如更快的响应、更 高的准确性、读数实质上与种类无关)，并因此可能所期望的是在其较 大的范围上采用这种传感器。举例来说，PRD传感器435可具有比 HL传感器更快的响应。相应地，可能所期望的是尽可能最大程度地 使用PRD传感器，并因此将切换压力Psw’(对于在PRD和HL传感 器之间切换)实质上设在PRD传感器的极限/末端Pc’处。因此，可用 上述选择标准或因素对处理器455进行编程，将(诸如PRD和HL传 感器之间的)切换压力Psw、Psw’的值设为PRD传感器范围的较低端， 并将HL传感器所识别的压力范围调整为在对应于所设的切换压力 Psw’(如上所指出)的压力Pd’处结束，处理器455可编程为或可能能 够访问数据，用于计算值Psw、Psw’(例如，根据所识别的端点Pc、 Pc’和传感器校准值)以及类似地用于调整HL传感器的压力范围。处 理器455可用其它所期望的因素来编程，用于选择传感器之间的切换 压力Psw，诸如将切换压力的值设为对应于具有较高准确性或任何其 它所期望的选择因素的传感器。

[0030]各个绝对读数PS1、PS2经由块620充当输入。此外， 在块610中，一开始设置启动模式。在块610中，模式设置为PS2-。 该模式指示处理器455当前正使用的传感器读数以确定指示压力PIND 以及压力是正在上升还是下降。在此实例中，压力一开始为高并且正 在下降，因此模式设置为PS2-，以指示PIND应一开始根据PS2确定(即， 例如基于PRD传感器，而不是热损失或电离传感器)，以及压力正在 下降。同样，在块610中，处理器也可访问选定的转变参数，以及将 变量KS1的值设为等于1，而将变量KS2的值设为等于0。这些变量 可结合转变参数来用于确定其它块中的PIND，如下所述。在块625中， 就PS1读数(例如，在传感器压力范围内)是否有效作出确定。在此实 例中，如果PS1读数小于预定值PHH，则它被确定为有效。PHH可以 是热损失传感器440操作范围的上端点，高于该上端点，热损失传感 器读数PS1可能不够准确。在块630中，读回当前模式以确定压力是 在上升还是下降。如果正在下降，则执行块635。在块635中，PS2 与选定的值PSW进行比较。如果PS2小于PSW，则执行块640。否则， 执行块690，如下所述。在块640中，模式设置为PS1-，以指示PIND 当前响应于来自热损失传感器的PS1读数。在块645中，PS1与阈值 PL进行比较，该阈值PL是其中PIND直接对应于来自热损失传感器的 读数PS1的区域上端点的值。如果PS1小于PL，则执行块650。否则， 执行块705以产生PIND的值，如下所述。在块650中，PS1与阈值PLL 进行比较，该阈值PLL可以是PDR传感器435操作压力范围的下端点， 在该下端点之下，PRD传感器可能不能操作成产生足够准确的读数。 如果PS1小于PLL，则执行块655。否则，执行块665。在块665中， 模式被设置为PS1+，以指示PIND当前响应于来自热损失传感器440 的压力读数PS1以及压力正在下降。在块660中，KS2被设置为 PS2-PS1。换言之，KS2被设置为从PRD传感器435生成的压力读数 和来自热损失传感器440的压力读数之间的差。在步骤665中，PIND 被设置为等于PS1(来自热损失传感器440的读数)，并且块620被重 新执行。

[0031]如果在块630处模式被确定为正，指示上升的压力，则 执行块670。在块670中，PS1与PSW进行比较。如果PSW小于PS1， 则执行块675。否则，执行块655。在块675中，模式被设置为PS2+， 指示所指示的压力PIND响应于用PRD传感器435生成的压力读数 PS2，以及压力正在上升。在块680中，PS2与PH进行比较，PH可以 是压力区域的端点，在该压力区域内所指示的压力PIND直接对应于用 PRD传感器435生成的压力读数PS2。如果PS2大于PH，则执行块 685。否则，执行块710以生成PIND的值。在块685中，PS2与PHH 进行比较，PHH可以是热损失传感器440范围的上端点，在该上端点 之上，传感器440可能不够准确。如果PS2大于PHH，则执行块690。 否则，执行块700。在块690，KS1被设置为等于PS2与PS1的比。 在块695中，模式被设置为PS2-，以指示PIND响应于PS2以及它正在 下降。在块700中，PIND被设置为等于PS2。随后，块620被重新执 行。

[0032]当压力正在下降，从PRD传感器435生成的读数PS2 低于阈值PSW，且来自热损失传感器440的读数PS1高于阈值PL时， 执行块705。这是其中PIND响应于PS1而不响应于PS2的范围，并且 其中，PIND是PS1的调整值，调整使PIND曲线平滑并避免不连续性、 跳跃和高量度差别。块705根据以下公式定义了PIND的值：$P_{\mathrm{IND}}=\mathrm{PS}1\frac{1-P_L\frac{\mathrm{KS}1-1}{P_{\mathrm{SW}}-P_L}}{1-\mathrm{PS}1\frac{\mathrm{KS}1-1}{P_{\mathrm{SW}}-P_L}}$

[0033]当压力正在上升，从热损失传感器440生成的读数PS1 大于阈值PSW，且从PRD传感器435生成的读数PS2低于阈值PH时， 执行块710。这是其中PIND响应于PS2而不响应于PS1的范围，并且 其中PIND是PS2的调整值，调整使PIND曲线平滑并避免不连续性、跳 跃和高量度差别。块710根据以下公式定义了PIND的值：$P_{\mathrm{IND}}=\frac{\mathrm{Ps}2+\frac{P_H\times \mathrm{KS}2}{P_{\mathrm{SW}}-P_H}}{1+\frac{\mathrm{KS}2}{P_{\mathrm{SW}}-P_H}}$

[0034]再次参考图6，还示出有PIND的值的实例图表，PIND可 从图5的流程图所示出的过程得出。可以看出，不管压力是在上升还 是在下降，在阈值PSW处的指示值PIND无不连续性。因为不存在如果 在阈值压力PSW处PIND简单地在PIND＝PS2和PIND＝PS1之间进行切换 而将发生的PIND的突变，所以在阈值PSW处或附近(或在PIND曲线上 的别处)计算PIND的导数或斜率可能不会产生高量度的值。因此，可能 的是使用PIND的导数作为反馈以控制压力，诸如(例如)加载闸气氛450 的压力。

[0035]如上所指出，除了PDR传感器435和热损失传感器440 外，示范测量仪器还可具有电离传感器445。来自所有这三个传感器 的读数可用于产生可在扩展的范围上操作的指示压力输出。例如，在 低于热损失传感器440的操作压力范围的压力处，指示压力可根据电 离传感器445的读数确定，电离传感器445可操作在比传感器440更 低的压力范围。其中指示压力根据传感器440的读数来确定的状态和 其中指示压力根据传感器445的读数来确定的状态之间的转变可以与 之前所述(参考图5和6，对于使用传感器435的读数和使用传感器440 的读数之间的转变)实质类似的方式处理。因此，测量仪器可操作成在 扩展的操作范围上指示压力，该扩展的操作范围包括电离传感器445 的操作范围以及热损失传感器440和PRD传感器435的操作范围。在 测量仪器400的整个扩展的操作范围内，指示压力常可根据仅仅一个 传感器的读数来确定，但是可指示压力而没有通过从一个传感器读数 转变到另一个所引起的指示压力的任何跳跃或不连续性。在其他实施 例中，测量仪器可具有例如两个传感器，或可具有任何其它合适数量 的传感器。在其他实施例中，任何合适的物理特性可由传感器测量以 及由仪器指示(例如质量、力、光强度、磁场强度或其他物理量或特性)。

[0036]应理解，前面的描述仅示出本发明。在不背离本发明的 情况下，本领域技术人员可设计各种替换和变型。相应地，本发明旨 在包含落在所附权利要求书范围内的所有此类替换、变型和变化。