DE10328366A1

DE10328366A1 - System und Verfahren zum Überwachen molekularer Kontamination

Info

Publication number: DE10328366A1
Application number: DE10328366A
Authority: DE
Inventors: Brian A. Superior Knollenberg; Daniel Louisville Rodier; Scott Louisville Waisanen
Original assignee: Particle Measuring Systems Inc
Current assignee: Particle Measuring Systems Inc
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2004-02-05
Also published as: GB2390161B; JP2004069686A; US7208123B2; JP4283047B2; GB0314105D0; GB2390161A; US20030235926A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Durchflußüberwachungseinrichtung (10, 120, 130, 150, 160, 170, 180, 190, 600, 700, 800) zum Erfassen molekularer Verunreinigungen in einem Fluidstrom bereitgestellt. Die Überwachungseinrichtung weist eine Difussionskammer (19) mit einem Einlaßport (32) und einem Auslaßport (24, 46) und eine Struktur (38A, 22A) zum Leiten eines Fluidstroms vom Einlaßport zum Auslaßport auf. Die Struktur weist eine Düse (38A) und einen Port (22A) mit einem Zwischenraum dazwischen auf, um zu ermöglichen, daß molekulare Verunreinigungen in die Diffusionskammer diffundieren können, während für eine Fluiddurchflußrate, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, im wesentlichen verhindert wird, daß partikelförmige Verunreinigungen im Fluid in die Diffusionskammer eintreten. Eine SAW-Vorrichtung (56) erfaßt molekulare Verunreinigungen im Inneren der Diffusionskammer. Der Durchflußüberwachungseinrichtung zugeführtes Fluid kann mit einem reinen Fluid verdünnt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Ein Sammelprobenannahmesystem (190) ist mit einem Misch-Manifold (500) strömungsaufwärts von der Durchflußüberwachungseinrichtung verbunden. Ein System (700) für einen getriggerten Probennahmevorgang ist mit einem Probenvorkonzentrator (714) strömungsabwärts von der Durchflußüberwachungseinrichtung verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung von Verunreinigungen in Fluiden und insbesondere die Überwachung molekularer und partikelförmiger Verunreinigungen in einem strömenden Fluid.
Molekulare Oberflächenkontamination ("SMC") ist eine in vielen Fertigungsbereichen bekannte Erscheinung. SMC bezeichnet eine chemische Kontamination oder Verunreinigung der Oberfläche eines Produkts oder einer Komponente oder einer anderen Oberfläche durch gasförmige Moleküle einer von einer Vielfalt verschiedener Verunreinigungen in einem mit der Oberfläche in Kontakt stehenden Fluid. Das Fluid, das die molekularen Verunreinigungen enthält, kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein und ist typischerweise das während einer oder mehrerer Verarbeitungs- oder Fertigungsschritte vorhandene Umgebungsfluid. Fachleute unterscheiden zwischen molekularen Verunreinigungen ("MC") und partikelförmigen Verunreinigungen, und auf diese Unterscheidung wird auch in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen. Der Unterschied kann phänomenologisch dadurch dargestellt werden, daß sich partikelförmige Verunreinigungen nicht mit einer Oberfläche verbinden. Obwohl partikelförmige Verunreinigungen aufgrund statischer elektrischer Ladung von selbst an einer Oberfläche anhaften können, können sie, wenn die Ladung neutralisiert wird, durch einen Druckgasstrom oder durch Abwaschen mit entionisiertem Wasser leicht entfernt werden. Molekulare Verunreinigungen sind dagegen nicht so leicht entfernbar, weil sie sich mit einer Oberfläche chemisch verbinden können. Der Unterschied kann auch quantitativ dadurch dargestellt werden, daß partikelförmige Verunreinigungen im allgemeinen eine Größe von 10 Nanometern oder mehr haben, während molekulare Verunreinigungen im allgemeinen eine Grö ße von einigen Nanometern oder weniger aufweisen. Diese Unterscheidung ist auf dem Fachgebiet im allgemeinen nicht eindeutig definiert, weil, wenn einige oder mehrere Moleküle miteinander verbunden sind, die Kontamination als "partikelförmige Kontamination" bezeichnet wird, wobei die Verunreinigungen als "Partikel" bezeichnet werden und die absolute Größe von der Größe der Moleküle abhängt. Eine Kontamination durch molekulare Verunreinigungen wird auf dem Fachgebiet von einer Kontamination durch Partikel unterschieden, und auf diese Unterscheidung wird auch in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen. Partikel werden unter Verwendung von Partikelzählern detektiert und gezählt, wobei wesentlich andere Techniken verwendet werden als bei der MG-Überwachung. MC-Moleküle haben einen typischen Durchmesser von beispielsweise 1 Nanometer, während ein typischer Partikeldurchmesser 100 Nanometer beträgt. Molekulare Oberflächenkontamination wird manchmal als luftgetragene molekulare Kontamination (Airborne Molecular Contamination, AMC) bezeichnet, wenn molekulare Verunreinigungen in Umgebungsluft, z.B. in Reinraumluft, vorhanden sind. In der vorliegenden Beschreibung schließt SMC AMC ein.
Typische Fluid-MC-Zusammensetzungen sind den SEMI F21-95 Klassen A, B, C und D zugeordnet. Einige sind jedoch keiner spezifischen Klasse zugeordnet. Nachteilige Wirkungen von SMC, die aufgrund von MC auftritt, sind beispielsweise Änderungen der chemischen, elektrischen und optischen Eigenschaften der Oberfläche. Dadurch wird ein Endprodukt mit verminderter Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erhalten, dessen Kosten sich aufgrund von Faktoren, wie beispielsweise des niedrigeren Prozentanteils der Produkte, die Fertigungstests bestehen, erhöhen. Beispielsweise hat SMC bei der Verarbeitung und Fertigung eines Halbleiters mehrere nachteilige Wirkungen. Diese Wirkungen sind beispielsweise T-Topping von Resistmaterial, defektes oder gestörtes epitaktisches Wachstum, unbeabsichtigtes Dotieren, ungleichmäßiges Oxidwachstum, Änderungen von Oberflächeneigenschaften, Korrosion und ein vermindertes Haftvermögen metallischer Pads. Viele dieser Wirkungen sind insbesonders dann nachteilig, wenn Leitungsbreiten von weniger als 0,18 μm verwendet werden. In der Optikindustrie ist SMC eine bekannte Ursache für Schleierbildung auf optischen Oberflächen. SMC verursacht außerdem Reibungsprobleme in bestimmten mechanischen Vorrichtungen, weil SMC-kontaminierte Oberflächen einen wesentlich größeren Reibungskoeffizienten aufweisen können als nicht kontaminierte Oberflächen. SMC beeinflußt außerdem die Fertigung von Festplattenlaufwerken und Flachbildschirmen, die aus auf dem Fachgebiet bekannten Gründen typischerweise in mehreren "Mini"-Reinräumen erfolgt.
Ursachen für MC sind ungeeignete Filtration von Umluft, chemische Verunreinigung von Querprozessen oder parallelen bzw. verschränkten Prozessen, Ausgasen von Reinraummaterialien, z.B. von Filtern, Geldichtungsmassen und Konstruktionsmaterialien, sowie Verunreinigungen, die von Menschen übertragen und ausgegeben werden. Wenn das Fluid "frische" Außenluft ist, sind MC-Quellen z.B. Automobilabgase, Evapotranspiration von Pflanzen und verschiedene Industrieemissionen und die vielen chemischen Verbindungen und Dämpfe, die bei der chemischen Zerstörung von und der Wechselwirkung zwischen den Molekülen in Primärquellen entstehen.
Andere Quellen für AMC/SMC sind chemische Kontamination durch Querprozesse oder parallele Prozesse innerhalb eines Arbeitsbereichs oder einer Fabrik und ungeeignet ventilierte Umluft. Noch andere Quellen sind Ausgasen von Reinraummaterialien, z.B. von Filtern, Geldichtungsmassen und Konstruktionsmaterialien, insbesondere neuer Textilmaterialien, und verschiedenartige Verunreinigungen, die durch industrielle Geräte abgegeben werden, z.B. durch Pumpen, Motoren, Roboter und Behälter. Eine andere Quelle sind Unfälle, z.B. Verschütten von Chemikalien, und Störungen in der Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung. Eine noch andere Quelle sind Menschen, z.B. ihre Körper, ihre Kleidung und ihre Hygiene- oder Kosmetikprodukte.
Ein anderes Merkmal, gemäß dem SMC klassifiziert wird, ist, ob der SMC-Prozeß "reversibel" oder "irreversibel" ist.
Reversible SMC nimmt zu oder akkumuliert sich, wenn MC in der Umgebung einer Oberfläche vorhanden ist, nimmt jedoch ab oder verdampft, wenn die Oberfläche der verursachenden MC nicht mehr länger ausgesetzt ist. Reversible SMC wird z.B. durch MC-Chemikalien mit niedrigem Siedepunkt oder durch Verunreinigungen verursacht, die mit der Oberfläche nicht chemisch reagieren oder sich nicht mit der Oberfläche verbinden. Derartigen MC-Verunreinigungen ausgesetzte Oberflächen nehmen typischerweise schnell wieder einen Gleichgewichtszustand bezüglich ihrer chemischen Dichte im Umgebungsfluid an. Bei Verwendung von Wasser als Beispiel von MC wäre Taubildung ein Beispiel einer reversiblen SMC.
Irreversible SMC verbleibt dagegen auch nachdem die MC abgenommen hat auf der Oberfläche. Ein Beispiel irreversibler SMC ist der Schleier, der sich typischerweise durch Ausgasen neuer Kunststoffkomponenten im Innenraum eines Automobils auf der Innenscheibe eines neuen Automobils bildet. Die Irreversibilität basiert im allgemeinen darauf, daß die MC-Substanz mit der Oberfläche reagiert und/oder die MC-Substanz einen sehr hohen Siedepunkt aufweist (z.B. von mehr als 150°C).
1 zeigt ein beispielhaftes Diagramm von SMC auf einer Meßoberfläche in der Nähe eines Photoresistwerkzeugs, das zur Herstellung einer integrierten Schaltung auf einem Halbleiterwafer verwendet wird. Die horizontale Achse stellt die Zeit in der Einheit von Tagen dar, und die vertikale Achse stellt die SMC-Dichte in ng/m² dar. Das Beispiel von
1 zeigt eine erste reversible SMC (HV), die als Ergebnis von MC auftritt, die durch Ablagerung hochgradig flüchtiger Substanzen verursacht wird. Aufgrund der hohen Flüchtigkeit der MC tritt die dadurch erhaltene SMC in Form von Spikes auf. 1 zeigt außerdem eine zweite reversible SMC (MV), die bei MC auftritt, die durch Ablagerung mittelmäßig flüchtiger Substanzen verursacht wird. Wie dargestellt, erfolgt die zeitliche Abnahme der SMC des Typs MV langsamer als diejenige der SMC des Typs HV für hochgradig flüchtige Substanzen. 1 zeigt außerdem den als Trendlinie LV dar gestellten, stetig ansteigenden Wert der irreversiblen SMC, die durch MC-Substanzen erhalten wird, die entweder eine geringe Flüchtigkeit aufweisen oder sich mit der Meßoberfläche verbinden.
Wie in 1 ersichtlich ist, ergibt sich SMC häufig durch mehrere gleichzeitig auftretende Ursachen. Beispielsweise ist ein in der Nähe des Photoresistwerkzeugs ausgeführter Werkzeugwartungsvorgang ein Ereignis, das zu reversiblen SMC-Spikes führt. Eine andere Ursache ist das Auffüllen eines Werkzeugs mit einer Substanz oder Chemikalie. Diese Ursache wird im wesentlichen durch Korrelieren der Zeit eines SMC-Ereignisses, das durch die horizontale Achse des Graphen dargestellt ist, mit der Zeit einer Aktivität bestimmt, z.B. mit dem vorstehend erwähnten Werkzeugwartungsvorgang. Aus diesem Grunde können Echtzeit-SMC-Messungen zum Identifizieren von SMC verursachenden Ereignissen sehr nützlich sein.
Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Quellen, Typen und Ursachen von MC und SMC sowie ihrer Wirkungen müssen MC/SMC-Überwachungssysteme viele Anforderungen erfüllen. Diese Anforderungen sind z.B. die Sensorzuverlässigkeit, die Selektivität für Substanzen, die Empfindlichkeit, die Genauigkeit der Darstellung von MC-Pegeln und der Zeitverzögerung zwischen einem MC-Ereignis und dem Zeitpunkt, an dem aufgrund einer Änderung des MC/SMC-Pegels ein Alarm erzeugt wird.
Eine andere wesentliche Anforderung ist die Überwachung von MC in einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom. In Fertigungsprozessen ist häufig ein aus reinen Fluiden bestehender Fluidstrom erforderlich.
Auf dem Fachgebiet sind mehrere MC- und SMC-Überwachungssysteme bekannt, die eine oder mehrere der vorstehend erwähnten Aufgaben und Anforderungen erfüllen, wobei jedoch all diese Systeme wesentliche Nachteile aufweisen. Diese beinhalten die Kosten, die Komplexität und die erforderlichen Zeiten zum Ausführen von Tests, die Anfälligkeit für durch Personen verursachte Fehler, Einschränkungen hin sichtlich der detektierbaren MC-Typen und eine schlechte Zeitauflösung. Außerdem können herkömmliche Systeme typischerweise kein Fluid in einem kontinuierlichen Strom überwachen. Stattdessen überwachen herkömmliche Systeme typischerweise einen Speicherbehälter, von dem der Fluidstrom ausgeht. Außerdem weisen viele der herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zum Messen von MC, z.B. Testwaferverfahren, eine Zeitverzögerung von bis zu mehreren Tagen auf. Obgleich dies für einige Anwendungen akzeptierbar sein kann, sind solche Zeitverzögerungen für andere Anwendungen inakzeptabel.
Ein anderes bekanntes Verfahren zum Messen von MC ist das "Sorptionsrohrprobennahme- und Gaschromatographie/Massenspektroskopie"-Verfahren. Dieses Verfahren wird hierin als "GC/MS"-Verfahren bezeichnet. Zum Messen von MC z.B. in Luft zieht ein GC/MS-Überwachungssystem eine große Luftprobe über ein Sorptionsrohr, das die Verunreinigungen vorkomprimiert. Das Sorptionsrohr wird dann thermisch desorbiert, und die Probe wird in das GC/MS-System gespült. Das Sorptionsrohr oder das GC/MS-System können zum Erfassen einiger organischer Verbindungen mit niedrigem und mittlerem Siedepunkt geeignet sein und weist typischerweise eine gewisse Selektivität bezüglich der zu erfassenden MC-Substanz und eine relativ hohe Empfindlichkeit auf. Das GC/MS-System ist jedoch kein Echtzeitsystem. d.h. es kann MC-Meßwerte nicht unmittelbar nach dem verursachenden Ereignis bereitstellen. Das GC/MS-Verfahren ist außerdem zeitaufwendig, beinhaltet komplexe Operationen und ist anfällig für in der Probennahmevorrichtung auftretende chemische Reaktionen. Das GC/MS-Verfahren ist außerdem typischerweise zum Detektieren anorganischer MC-Substanzen und zum Detektieren von MC-Substanzen mit einem hohen Siedepunkt ungeeignet.
Ein anderes bekanntes System zum Messen von MC ist ein hierin als "IC"-System bezeichnetes "Bubbler-Probennahme- und Impinger-Ionenchromatographie"-System und ein hierin als "AAS"-System bezeichnetes "Atomabsorptionsspektroskopie"-System. Typische Messungen z.B. von Luft unter Verwendung von AAS- oder IC-Systemen beginnen mit dem Ziehen einer großen Luftprobe über einen Flüssigkeits-Bubbler. Dadurch wird in der Flüssigkeit eine Vorkonzentration der MC in der Luft erhalten. Die Flüssigkeit wird dann in das IC- oder AAS-System eingeleitet, die bestimmte Klassen anorganischer MC-Moleküle detektiert. Die AAS- und IC-Verfahren besitzen eine gute Empfindlichkeit und Selektivität bezüglich der zu detektierenden MC. Die AAS- und IC-Verfahren sind jedoch ähnlich wie das Sorptionsrohrverfahren zeitaufwendig und ermöglichen keine Echtzeitmessungen. Die AAS- und IC-Verfahren sind außerdem anfällig für in der Probennahmevorrichtung auftretende chemische Reaktionen. Außerdem sind sie zum Detektieren organischer MC-Substanzen typischerweise nicht sehr gut geeignet.
Ein noch anderes MC-Meßsystem ist das hierin als "IMS"-System bezeichnete "Ionenmobilitätsspektrometer". In einer typischen Messung z.B. von Luft unter Verwendung eines IMS-Systems wird Luft über eine Membran gezogen, die nur bestimmte Substanzen durchläßt. Die Substanzen, die die Membran passieren, werden dann durch Nickel 63 ionisiert. Die Ionen werden dann basierend auf ihrer Mobilität in einem elektrischen Feld getrennt.
Chemolumineszenz ist ein anderes bekanntes MC-Meßsystem. Ein typisches Chemolumineszenzsystem verwendet Ozon in einer Überwachungseinrichtung, das mit Ammoniak/Aminen reagiert, um instabile Zwischenmoleküle zu bilden. Die Zwischenmoleküle zerfallen und erzeugen dadurch Licht, das erfaßt wird. Chemolumineszenz ist ein Echtzeit-MC-Überwachungsverfahren mit guter Selektivität und Empfindlichkeit. Dieses Verfahren erfaßt jedoch lediglich Ammoniak und Amine und weist Probleme hinsichtlich der Zuordnung der MC-Daten zu einem spezifischen SMC-Zustand auf.
Jedes der vorstehend dargestellten Systeme mißt in einer bestimmten Probe des betroffenen Fluids suspendierte MC. Andere Klassen von MC-Meßsystemen und Verfahren messen molekulare Oberflächenkontamination oder SMC auf einer der fluidgetragenen MC ausgesetzten Oberfläche.
Ein bekanntes SMC-Meßsystem ist ein Testwaferverfahren, das einen Testwafer für eine ausgedehnte Zeitdauer, typischerweise im Bereich von drei bis sieben Tagen, einem Fluid aussetzt, woraufhin der Wafer entfernt und durch eine thermische GC/MS-Desorptionsanalyse oder durch Flugzeit-Sekundärionenmassenspektroskopie (TOF/SIMS) gemessen wird.
Das Testwaferverfahren löst einige der vorstehend dargestellten Probleme, insbesondere bezüglich des durch das Verfahren detektierbaren Bereichs von MC-Substanzen. Grundsätzlich kann das Testwaferverfahren theoretisch alle auf der zu Testoberfläche verbleibenden Substanzen detektieren. Es ist jedoch kein Echtzeitverfahren und hat eine sehr schlechte Auflösung hinsichtlich der Korrelation der Zeit eines MC-Ereignisses mit der detektierten SMC. Das Test-GC/MS-Analyseverfahren ist außerdem unzureichend hinsichtlich der Erfassung von MC-Typen, die mit der Testoberfläche reagieren. Es weist außerdem Nachteile bei der Detektion von MC-Typen mit niedrigem Siedepunkt auf, weil die SMC für solche MC-Typen reversibel ist und daher verdampft, bevor der Wafer geprüft werden kann. Außerdem werden, wenn ein TD-GC/MS-Detektionsverfahren zum Analysieren des Testwafers verwendet wird, anorganische Verbindungen nicht geeignet detektiert.
Ein anderes bekanntes SMC-Meßsystem ist das Quartz-Crystal-Microwiege-System. Dieses System verwendet einen an der Oberfläche angeordneten piezoelektrischen Kristall in einer Oszillationsschaltung, wobei die Oszillationsfrequenz sich in Anhängigkeit von auf der Kristalloberfläche adsorbierten Verunreinigungen ändert. Außerdem bildet die Kristalloberfläche einige Produktoberflächen nach, wodurch die Kontamination der Kristalloberfläche unter Verwendung eines TOF/SIMS-Systems oder eines Testwafers zum Identifizieren von Verunreinigungen über die Zeit überwacht werden kann. Die Empfindlichkeit dieses Quartz-Crystal-Microbalance-Systems ist hinsichtlich der durch die Verunreinigungen verursachten Frequenzänderung jedoch gering. Daher ist es für eine typische SMC-Detektion ungeeignet.
Ein anderes bekanntes SMC-Meßsystem ist ein Oberflächenschallwellen("SAW")-Sensorsystem. Ein Beispiel eines SAW-Sensors ist eine kommerziell erhältliche Überwachungseinrichtung des Typs "AiM" von Particle Measuring Systems, Inc. Die AiM-SAW-basierte Überwachungseinrichtung weist zwei SAW-Kristalle auf, wobei ein Kristall eine freiliegende Oberfläche aufweist und der andere hermetisch gedichtet oder verschlossen ist. Die freiliegende SAW-Kristalloberfläche wechselwirkt mit den meisten MCs von Interesse auf die gleiche Weise wie die zu betrachtende Oberfläche, die MCs ausgesetzt ist. Jeder SAW-Kristall ist in einer Resonanzschaltung angeordnet, deren Resonanzfrequenz teilweise durch die Kenngrößen und Eigenschaften des SAW-Kristalls bestimmt ist. SMC auf der SAW-Kristalloberfläche ändert ihre Eigenschaften, wodurch sich die Resonanzfrequenz ändert. Durch Vergleichen der Resonanzfrequenz der Schaltung, in der der freiliegende SAW-Kristall angeordnet ist, mit der Resonanzfrequenz der Schaltung, in der der gedichtete oder verschlossene SAW-Kristall angeordnet ist, wird ein die SMC-Menge auf der SAW-Oberfläche darstellendes Signal erhalten.
Ein SAW-Sensorsystem, z.B. die AiM-Überwachungseinrichtung, erfüllt einige, jedoch nicht alle der für ein MC/SMC-Überwachungssystem erforderlichen Anforderungen für aktuelle und projektierte industrielle Anforderungen. Beispielsweise weist die AiM-Überwachungseinrichtung eine gute Empfindlichkeit auf und stellt Echtzeit-SMC-Daten bereit, weil die SAW-Frequenz sich ändert, wenn sich SMC auf der Oberfläche des SAW-Kristalls ansammelt. Die AiM-Überwachungseinrichtung kann jedoch keine MC in einem kontinuierlichen Fluidstrom messen.

Die vorliegende Erfindung ist eine Weiterentwicklung des Stands der Technik, und durch die vorliegende Erfindung werden die vorstehend erwähnten Probleme gelöst, indem eine Echtzeitüberwachung molekularer Verunreinigungen in einem Fluidstrom bereitgestellt wird. Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Durch die Erfindung wird ein System bereitgestellt, das es ermög licht, daß molekulare Verunreinigungen in einem Fluidstrom einen Detektor erreichen, während es verhindert, daß partikelförmige Verunreinigungen den Detektor erreichen. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche der SAW-Vorrichtung den molekularen Verunreinigungen ausgesetzt und stellt ein Detektorsignal bereit, wird durch eine Referenz-SAW-Vorrichtung, die nicht den Verunreinigungen ausgesetzt ist, ein Referenzsignal bereitgestellt und werden das Detektorsignal und das Referenzsignal miteinander verglichen, um ein die Verunreinigungen im Fluid anzeigendes Sensorausgangssignal zu erzeugen. Das Sensorsignal wird vorzugsweise bezüglich der Temperatur und der Feuchtigkeit korrigiert. Vorzugsweise ist die MC-Überwachungseinrichtung mit einem Partikeldetektor kombiniert, um sowohl molekulare Verunreinigungen als auch Partikel im Fluid in Echtzeit zu erfassen.

Durch die Erfindung wird ein MC-Überwachungssystem bereitgestellt, mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektorfläche diffundieren, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; und einen Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals. Vorzugsweise ist das Fluid ein Gas. Vorzugsweise weist die Diffusionsstruktur auf: eine Diffusionskammer, die die Detektionsoberfläche enthält; und eine mit der Diffusionskammer kommunizierende Öffnung im Fluidströmungskanal. Vorzugsweise weist die Diffusionsstruktur in einer Ausführungsform eine zwischen dem Fluidströmungskanal und der Detektionsoberfläche angeordnete, chemisch selektive Membran auf. Vorzugsweise weist die Erfindung außerdem eine hermetisch gedichtete oder verschlossene Referenzkammer auf, und eine mit der Detektionsoberfläche im wesentlichen identische Referenzoberfläche, die dem Inneren der hermetisch verschlossenen Referenzkammer ausgesetzt ist; und der Sensor weist auf: eine der Detektionsoberfläche zu geordnete Detektorschaltung zum Erzeugen eines einen Zustand der Detektionsoberfläche darstellenden Detektionssignals; eine der Referenzoberfläche zugeordnete Referenzschaltung zum Erzeugen eines einen Zustand der Referenzoberfläche darstellenden Referenzsignals; und eine Vergleichsschaltung, die das Detektionssignal und das Referenzsignal empfängt und die eine Differenz zwischen dem Detektionssignal und dem Referenzsignal darstellendes Sensorausgangssignal erzeugt.

Gemäß einem Aspekt weist das System vorzugsweise ferner auf: einen Umgebungssensor zum Erfassen der Temperatur und/oder Feuchtigkeit eines in eine Diffusionskammer strömenden, extern erzeugten Fluids und zum Erzeugen eines Umgebungssignals in Antwort darauf und einen Korrekturprozessor, der das Umgebungssignal und das Sensorausgangssignals empfängt und ein korrigiertes Sensorausgangssignal erzeugt.

Vorzugsweise weist das System gemäß einem anderen Aspekt außerdem einen mit dem Fluidströmungskanal verbundenen Partikeldetektor auf.

Gemäß einem anderen Aspekt weist das System ferner eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Fluids auf.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das System vorzugsweise mehrere mit dem Fluidströmungskanal verbundene Fluideingangsports und einen Fluid-Misch-Verteiler auf, wobei dieser Fluid-Misch-Verteiler zwischen mehreren Eingangsports und dem Fluidströmungskanal verbunden ist.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das System vorzugsweise eine Verdünnungsanordnung zum Verdünnen des Fluids im Strömungskanal mit einem Verdünnungsfluid auf, das im wesentlichen frei von den Verunreinigungen ist.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das System ferner ein Referenz-Probennahme-Subsystem zum abwechselnden Zuführen des Fluids und eines im wesentlichen verunreinigungsfreien Referenzfluids zur Detektionsoberfläche auf.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das System eine mit dem Fluidströmungskanal verbundene Verunreinigungssammelanordnung auf. Das System weist gemäß diesem Aspekt vorzugsweise ein Sammel – Steuer – Subsystem auf, das den Sam melvorgang in Antwort auf das Sensorausgangssignal aktiviert, wenn entweder das Sensorausgangssignal einen vorgegebenen Ausgangssignalschwellenwert überschreitet oder die Änderungsrate des Sensorausgangssignals einen vorgegebenen Änderungsratenschwellenwert überschreitet.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist das System eine Testoberfläche auf, die dazu geeignet ist, molekulare Verunreinigungen aufzufangen und so angeordnet ist; daß das gleiche Fluid getestet wird wie das mit der Detektionsoberfläche in Kontakt stehende Fluid.

In der bevorzugten Ausführungsform wird durch die Erfindung ein MC-Überwachungssystem bereitgestellt, mit: einem eine Diffusionskammer bildenden Gehäuse, einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionskammereingangskanal, einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionskammerausgangskanal, einer dem Inneren der Diffusionskammer ausgesetzten Detektionsoberfläche und einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals, wobei der Diffusionskammereingangskanal einen Diffusionskammereinlaßport und eine den Kammereinlaßport umgebende Düse aufweist und der Diffusionskammerausgangskanal einen Diffusionskammerauslaßport und einen den Kammerauslaßport umgebenden Trichter aufweist. In dieser Ausführungsform ist die Düse vorzugsweise konisch ausgebildet und weist einen Verjüngungswinkel T auf, und der Trichter hat die gleiche konische Struktur mit dem Verjüngungswinkel T, und die Düse und der Trichter sind im wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse miteinander ausgerichtet.

Durch die Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Echtzeit-Überwachung molekularer Verunreinigungen in einem ersten Fluid bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen eines Fluidstroms durch einen Fluidkanal; Veranlassen, daß, während das Fluid durch den Kanal strömt, molekulare Verunreinigungen im Fluid im Fluidkanal mit einer Diffusionsrate in eine Diffusionskammer diffundieren, gemäß der innerhalb eines vorgegebenen Durchflußraten bereichs des Fluidstroms ein Pegel der molekularen Verunreinigungen in der Diffusionskammer in einer bekannten Beziehung zu einem Pegel der molekularen Verunreinigung im Fluid nachgesteuert wird; Erfassen der in die Diffusionskammer diffundierten molekularen Verunreinigungen; und Erzeugen eines den Pegel der molekularen Verunreinigungen im Fluid anzeigenden Sensorsignals. Vorzugsweise weist der Erfassungsschritt die Schritte auf: Erzeugen einer Detektorschallwelle auf der der Verunreinigung ausgesetzten Oberfläche eines piezoelektrischen Detektorkristalls und Bestimmen einer durch die Kontamination der Oberfläche verursachten Änderung der Detektorschallwelle. Vorzugsweise weist der Bestimmungsschritt die Schritte auf: Erzeugen einer Referenzschallwelle auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Referenzkristalls, der mit dem piezoelektrischen Detektorkristall im wesentlichen identisch ist und eine einem Referenzfluid ausgesetzte Oberfläche aufweist, und Vergleichen eines Parameters der Referenzschallwelle und der Detektorschallwelle, um das Sensorsignal bereitzustellen. Vorzugsweise weist der Erzeugungsschritt in einer Ausführungsform die Schritte auf: Erfassen der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit des Fluids und Bereitstellen eines die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit anzeigenden Zustandssignals und Abgleichen des Sensorsignals basierend auf dem Zustandsignal. Das Fluid ist vorzugsweise ein Gas.

Gemäß einem Aspekt weist das Verfahren vorzugsweise den Schritt zum Erzeugen eines Partikel anzeigenden Partikelsignals auf.

Gemäß einem anderen Aspekt weist der Erfassungsschritt vorzugsweise den Schritt zum Erfassen von Verunreinigungen auf einer Oberfläche in der Diffusionskammer auf, und das Verfahren weist ferner das Aufheben eines Kontaminationszustands auf der Oberfläche auf. Der Schritt zum Aufheben des Kontaminationszustands weist vorzugsweise das Erwärmen mindestens eines Teils des Fluids auf. Der Schritt zum Aufheben des Kontaminationszustands weist vorzugsweise das abwechselnde Zuführen des erwärmten Teils des Fluids und eines nicht erwärmten Teils des Fluids in den Fluidkanal auf. Vorzugsweise weist dieses Verfahren auch das Bereitstellen eines zweiten Fluids, das im wesentlichen frei von den molekularen Verunreinigungen ist, und das abwechselnde Leiten des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch den Fluidkanal auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren vorzugsweise den Schritt zum Verdünnen des ersten Fluids mit einem im wesentlichen verunreinigungsfreien zweiten Fluid auf. Vorzugsweise weist der Verdünnungsschritt die Schritte auf: Bereitstellen eines ein vorgegebenes Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid anzeigenden Signals und Kombinieren des ersten und des zweiten Fluids gemäß dem Verdünnungssignal.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das Verfahren vorzugsweise das Sammeln der Verunreinigungen in einem entfernbaren Sammelbehälter auf. Der Sammelschritt weist vorzugsweise das Vorkonzentrieren der Verunreinigungen auf.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das verfahren vorzugsweise die Schritte auf: Bereitstellen mehrerer Probennahmeports, denen jeweils ein anderes Fluid zugeführt wird, und Kombinieren der über die Probennahmeports empfangenen Fluids und Ausgeben des kombinierten Fluids zum Fluidkanal.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das Verfahren vorzugsweise die Schritte auf: Komprimieren des Fluids, bevor es durch den Strömungskanal strömt, und Begrenzen der Durchflußrate des aus dem Fluidkanal austretenden komprimierten Fluids, um einen vorgegebenen Druckpegel in Fluidkanal bereitzustellen.

Gemäß einem noch anderen Aspekt weist das Verfahren vorzugsweise das lösbare Befestigen einer Testoberfläche in Fluidverbindung mit der Diffusionskammer auf.

Zahlreiche Merkmale, Rufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

1 zeigt ein Beispiel von SMC auf einer Meßoberfläche in der Nähe eines Photoresistwerkzeugs;

2 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Durchfluß-MC-Sensoranordnung (FTA-Anordnung);

3 zeigt eine Querschnittansicht durch die Betrachtungsebene 3-3 in 2 eines Beispiels einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung;

4 zeigt eine Unteransicht eines Mittelkörpers der in den 2 und 3 dargestellten FTA-Anordnung;

5 zeigt eine Draufsicht der Basisplatte des in den 2 und 3 dargestellten Beispiels einer FTA-Anordnung;

6 zeigt einen anderen Aspekt der Erfindung mit einer ähnlichen FTA-Anordnung wie in 3, außer daß sie einen Temperatur-/Feuchtigkeitssensor und eine zweite Diffusionskammer aufweist;

7 zeigt einen anderen Aspekt der Erfindung mit einer FTA-Anordnung gemäß einer oder mehrerer der 2–5 und 6, ferner mit einer chemisch selektiven Membran;

8 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung mit einer in einer Gasleitung verbundenen erfindungsgemäßen FTA-Anordnung zum Überwachen eines komprimierten Gasstroms;

9 zeigt einen anderen Aspekt der Erfindung mit einer FTA-Anordnung gemäß einer oder mehrerer der 2–5, 6 und 7, ferner mit einem Meßfenster und einem Testwafer;

10 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung mit einem strömungsabwärts von der erfindungsgemäßen FTA-Anordnung verbundenen Unterdruckquelle zum Überwachen von Umgebungsluft oder anderen Fluids;

11 zeigt einen anderen Aspekt der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einer Probenverdünnungsvorrichtung;

12 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung und mit einem strömungsabwärts verbundenen Partikelzähler für partikelförmige Verunreinigungen;

13 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung mit dem in 12 dargestellten Beispiel einer Vorrichtung in Kombination mit einem Fluid-Misch-Verteiler;

14 zeigt einen anderen Aspekt der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einer Luftpumpe zum Komprimieren von Fluidproben;

15 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einer durch die FTA-Anordnung getriggerten Einheit zum Vorkonzentrieren einer Fluidprobe; und

16 zeigt einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einer selektiv gesteuerten Probenvorheizeinrichtung.

1. Übersicht

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die 2–16 beschrieben.

Der Ausdruck "FTA" bezeichnet in der vorliegenden Beschreibung eine Durchfluß-MC-Sensoranordnung 10, die sich von herkömmlichen MC-Sensoren unterscheidet, die keine MC in einem strömenden Fluid erfassen. Diese Anordnung weist das erfindungsgemäße Basis-MC-Überwachungssystem 10 und andere erfindungsgemäße Überwachungssysteme 100, 120, 130, 150, 160, 170, 180, 190, 600, 700 und 800 auf, die in den 6-16 dargestellt sind. Auf spezifische Typen und Modifikationen hierin beschriebener FTA-Anordnungen wird durch spezifische Bezugszeichen Bezug genommen. Ein Bezugszeichen einer "FTA"-Anordnung bezeichnet eine FTA-Anordnung gemäß einer der 2-7 und 9 bzw. eine unter Bezug auf eine dieser Figuren beschriebene FTA-Anordnung, einschließlich aller Modifikationen und Aspekte jeder FTA-Anordnung, unabhängig davon, ob die verschiedenen optionalen Merkmale für jede FTA-Anordnung beschrieben sind oder nicht.

Der hierin verwendete Ausdruck "Fluid" bezeichnet eine Flüssigkeit oder ein Gas oder ein Dampfgemisch, wie beispielsweise Luft, elementare Gase, z.B. Stickstoff oder Ar gon, und Gemische davon. Wenn ein beispielhafter Betrieb beschrieben wird, soll durch das für die Beschreibung verwendete spezifische Fluid, falls dies nicht ausdrücklich erwähnt oder anhand des Zusammenhangs deutlich ist, der Umfang oder die Betriebs- oder Funktionsweise der Erfindung nicht eingeschränkt werden.

Die Ausdrücke "strömungsaufwärts" und "strömungsabwärts" werden verwendet, um Positionsbeziehungen bezüglich eines Fluidstroms durch die FTA-Anordnung zu spezifizieren und zu definieren, insofern ein Fluidstrom auftritt. Die Positionsbeziehung gilt auch bevor der Fluidstrom durch die FTA-Anordnung beginnt und nachdem der Fluidstrom aufgehört hat.

2. Ausführliche Beschreibung der Erfindung

2 zeigt eine Draufsicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung 10, und 3 zeigt eine Querschnittansicht des Beispiels von 2 durch die Betrachtungsebene 3-3. Gemäß 3 weist das Beispiel einer FTA-Anordnung 10 ein Gehäuse 11 mit einem Hauptkörper 12 mit einer Hauptöffnung 14 auf, wobei die Hauptöffnung einen mit Gewinde versehenen Einlaßaufnahmeabschnitt 16 und einen mit Gewinde versehenen Auslaßaufnahmeabschnitt 18 aufweist. Eine Diffusionskammer 19 erstreckt sich von einer Bodenfläche 12A des Hauptkörpers in die Hauptöffnung 14. Ein Mittelrohr 20, durch das ein Diffusionskammerausgangskanal 24 bereitgestellt wird, ist z.B. durch einen Preßsitz in der Hauptöffnung 14 angeordnet. Das Mittelrohr 20 weist einen Diffusionskammerauslaßport 22, einen Kanal 24 und einen Mittelrohrauslaßport 26 auf. Der Auslaßport 22 weist vorzugsweise einen sich verjüngenden oder trichterförmigen Bereich 22A auf, der sich in einem Winkel T verjüngt. Ein beispielhafter Wert für T ist 20°. Die Innenseite des sich verjüngenden Bereichs 22A weist vorzugsweise ein glattes Finish auf, um einen geeigneten Fluidstrom bereitzustellen und zu veranlassen, daß partikelförmige Verunreinigungen nach außen strömen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Ähnlicherweise umschließt ein äußeres, sich verjüngendes Ende bzw. eine Düse 26A mit einem (nicht bezeichneten) Verjüngungswinkel, der z.B. dem Winkel T gleicht, vorzugsweise den Auslaßport 26 des Mittelrohrs 20.

Das Mittelrohr 20 ist so angeordnet, daß das innere Ende des Diffusionskammerauslaßports 22 in einem Abstand L1 von der Stirnfläche 12B des Hauptkörpers 12 angeordnet ist, die die Fläche mit dem mit Gewinde versehenen Einlaßport 16 ist. Das Mittelrohr 20 erstreckt sich derart, daß das distale Ende der Düse 26A in einem Abstand L2 von der Hauptkörperfläche 12C nach innen beabstandet ist, die die Fläche ist, auf der sich der mit Gewinde versehene Einlaßaufnahmeabschnitt 18 öffnet.

Gemäß 3 ist eine Vertiefung 16A an der Stelle ausgebildet, an der sich der Einlaßaufnahmeabschnitt 16 zur Hauptkörperfläche 12B nach außen öffnet, wobei die Vertiefung 28A einen ersten "O"-Ring 28 aufnimmt. Ein Einlaßelement 30 ist in den mit Gewinde versehenen Einlaßaufnahmeabschnitt 16 eingeschraubt, wobei das Einlaßelement einen Aufnahmeport 39, einen Fluideingangskanal 32, einen äußeren Steck-Verbinder 34, einen mit Gewinde versehenen Schulterabschnitt 36, der den Abschnitt darstellt, der mit dem mit Gewinde versehenen Einlaßaufnahmeabschnitt 16 in Gewindeeingriff gebracht wird, und einen Ansatz 38 aufweist, der in die Hauptöffnung 14 hervorsteht und am Diffusionskammereinlaßport 38B endet. Wenn das Einlaßelement 30 des dargestellten Beispiels in den mit Gewinde versehenen Einlaßaufnahmeabschnitt 16 geschraubt und festgezogen wird, wird der erste "O"-Ring 28 zwischen der Vertiefung 16A und der Einlaßelementfläche 30A zusammengedrückt, wodurch das Einlaßelement 30 gesichert und eine lecksichere Dichtung bereitgestellt wird.

Das Einlaßelement 30, durch das ein Diffusionskammereingangskanal 32 bereitgestellt wird, weist einen Diffusionskammereinlaßport 38B auf, der von einer äußeren, sich verjüngenden Düse 38A umschlossen ist. Die Form der sich verjüngenden Düse 38A kann mit der Form der sich verjüngen den Düse 26A des Mittelrohrs 20 identisch sein. Wie in 3 dargestellt ist, erstrecken sich die sich verjüngende Düse 38A und der Auslaßport 38B vorzugsweise über das Maß L1 von der Fläche 12B nach innen, so daß sie in der Position mit dem am weitesten rechts angeordneten oder dem strömungsaufwärtsseitigen Ende des Diffusionskammerauslaßports 22 des Mittelrohrs 20 übereinstimmen.

Durch die Erfindung wird eine Diffusionsstruktur bereitgestellt, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen. Diese Struktur wird vorzugsweise durch die Düse 38A und den trichterförmigen Abschnitt 22A bereitgestellt. Durch die übereinstimmenden Positionen der sich verjüngenden Düse 38A und des sich verjüngenden trichterförmigen Abschnitts 22A des Mittelrohreinlaßports 22 wird zusammen mit dem Verjüngungswinkel T und dem glatten Finish der Oberfläche 22A eine MC-Diffusion in den Kammerkanal 19 ermöglicht, während verhindert wird, daß partikelförmige Verunreinigungen in den Kammerkanal 19 eintreten, sondern stattdessen werden die partikelförmigen Verunreinigungen durch den Kanal 24 des Mittelrohrs 20 geleitet und aus der FTA-Anordnung 10 herausgeführt. Weil Partikel per Definition mehrere hundertmal größer sind als molekulare Verunreinigungen. besitzen sie eine mehrere hundertmal größere Trägheit, so daß der größte Teil der Partikel in den Auslaßkanal 24 geleitet und aus der FTA-Anordnung herausgeführt wird. Vorzugsweise werden innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Durchflußraten des Fluids im wesentlichen alle Partikel, die den Eingangskanal 32 passieren, in den Ausgangskanal 24 geleitet. Vorzugsweise liegen die Durchflußraten im Bereich zwischen 0,0001 Kubikfuß pro Minute (cfm) und 100 cfm. Vorzugsweise besteht im wesentlichen keine statistische Wahrscheinlichkeit, daß partikelförmige Verunreinigungen in die Diffusionskammer eintreten. Vorzugsweise ist die Wahrscheinlichkeit, daß Partikel mit einer Größe von mindestens 10 nm in die Diffusionskammer eindringen, kleiner als 0,1% und am bevorzugtesten kleiner als 0,001. Die Grenzwerte für in die Diffusionskammer eindringende Partikel werden geeigneter in Nanogramm des partikelförmigem Materials, das sich auf der Detektorfläche 61 absetzen kann, pro Quadratfuß pro Tag definiert. Vorzugsweise werden sich höchstens 0,05 Nanogramm, bevorzugter höchstens 0,01 Nanogramm, partikelförmiges Material pro Tag auf der Fläche absetzen. Jegliche partikelförmige Kontamination in der Größenordnung der molekularen Kontamination würde die molekulare Kontamination tendenziell überdecken; daher wird der Bereich der akzeptierbaren partikelförmigen Kontamination von der Position des Detektors abhängen. Im allgemeinen beträgt die Ablagerung molekularer Verunreinigungen auf der Fläche 61 in einer normalen Umgebung etwa 0,15 Nanogramm pro Quadratfuß pro Tag, obwohl dieser Wert in schmutzigen Umgebungen natürlich sehr viel größer und in sehr reinen Umgebungen, z.B. in einem Reinraum mit hohem Reinheitsgrad, sehr viel niedriger sein kann. Gleichzeitig ermöglicht die Diffusionsstruktur eine ausreichende Diffusion molekularer Verunreinigungen in die Diffusionskammer 19, so daß das SAW-Sensorsystem 81 die Kontamination der Oberfläche 61 erfassen kann. Außerdem wird durch die vorstehend beschriebene Struktur der sich verjüngenden Düse 38A und des sich verjüngenden Abschnitts 22A des Mittelrohreinlaßports 22 ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen in den Diffusionskammerkanal 19 diffundieren, ohne daß sie den Fluidstrom durch die FTA-Anordnung behindern. Aufgrund der Diffusion wird die Konzentration molekularer Verunreinigungen im Diffusionskammerkanal im wesentlichen auf einen Gleichgewichtszustand bezüglich der Konzentration molekularer Verunreinigungen im Fluid nachgesteuert. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, führen Sensoren eine Echtzeitdetektion der molekularen Verunreinigungen in der Diffusionskammer 19 aus. Daher wird durch die vorliegende Erfindung eine kontinuierliche Echtzeitdetektion molekularer Verunreinigungen in einem kontinuierlichen Fluidstrom bereitgestellt. Dies ist einer der we sentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.

Ein anderes wesentliches Merkmal und ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß aufgrund des Verjüngungswinkels T partikelförmiges Material in dem aus dem Einlaßrohr 32 an der Düse 38A austretenden Fluidstrom gezwungen würde, eine Biegung von nahezu 90° zu machen, nachdem es auf die Oberfläche 22A aufgetroffen ist, um in den Diffusionskammerkanal 19 einzutreten. Aufgrund der Masse und Geschwindigkeit der Partikel und der Glattheft der Oberfläche 22A wird durch den Impuls der Partikel jedoch im wesentlichen verhindert, daß die Partikel eine solche Biegung machen. Die Partikel werden stattdessen durch die Oberfläche 22A geführt, so daß sie in den Kanal 24 des Mittelrohrs 20 eintreten, den Kanal durchlaufen und durch das Auslaßrohr 56 zum Ausgangsport 47 geführt werden. Daher werden die Partikel die FTA-Anordnung 10 durchlaufen, anstatt die MC-Detektionseinrichtung in der FTA-Anordnung 10 zu kontaminieren, wie nachstehend beschrieben wird. Außerdem wird unter Bezug auf weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ein Partikelzähler für partikelförmige Verunreinigungen beschrieben, der strömungsabwärts von der FTA-Anordnung befestigt werden kann, wodurch das Merkmal der FTA-Anordnung, partikelförmige Verunreinigungen durchzulassen, ausgenutzt wird.

Die Positionsbeziehung zwischen der Düse 38A und dem Portbereich 22A sowie der Verjüngungswinkel T sind teilweise vom Durchmesser (nicht bezeichnet) des Einlaßkanals 32 bzw. des Ausgangskanals 24 des Mittelrohrs 20 und vom Druck und/oder der Geschwindigkeit des über die Düse 38A in das Einlaßrohr 32 eintretenden Fluids abhängig. Wenn der Abstand zwischen der Düse 38A und dem Portbereich 22A zu groß ist, wird der Fluidstrom gestört oder unterbrochen, und partikelförmige Verunreinigungen werden durch die Oberfläche 22A nicht effektiv aus der FTA-Anordnung 10 herausgeführt. Wenn der Abstand zu klein ist, wird die Diffusionsgeschwindigkeit zu klein, wodurch das Merkmal der Echtzeitüberwachung tendenziell beeinträchtigt wird.

Gemäß 3 entspricht die Außenkontur des äußeren Steck-Verbinders 34 bekannten Konstruktionen für Verbindungen, auf denen ein flexibles Rohr (nicht dargestellt) oder eine ähnliche Einrichtung befestigt werden würde. Außerdem wird die Beziehung zwischen dem Durchmesser (nicht bezeichnet) der Hauptöffnung 14 und dem Außendurchmesser (nicht bezeichnet) des Ansatzes 38 des Einlaßelements 30 vorzugsweise so gewählt, daß eine Schlichtpassung erhalten wird, wobei zwischen der Außenfläche des Ansatzes 38 und der Innenfläche der Hauptöffnung 14 kein wesentliches Volumen entsteht, in dem sich Fluid sammeln könnte.

Die in den 2 und 3 dargestellte exemplarische FTA-Anordnung 10 weist ferner ein Auslaßelement 40 mit einer Durchgangsöffnung oder einem Kanal 46, einem Ausgangsport 47 und einem äußeren Steck-Verbinder 44 auf, wobei das Auslaßrohr 46 ein Außengewinde 48 aufweist. Das Außengewinde 48 steht mit dem mit Gewinde versehenen Auslaßaufnahmeabschnitt 18 in Eingriff. Eine Vertiefung 18A ist dort ausgebildet, wo der mit Gewinde versehene Auslaßaufnahmeabschnitt 18 sich nach außen zur Hauptkörperfläche 12C öffnet, und in der Vertiefung 18A ist ein zweiter "O"-Ring 50 aufgenommen. Im befestigten Zustand drückt die Fläche 40C des Auslaßelements 40 den zweiten "O"-Ring 50 gegen die Vertiefung 18A. Im in 3 dargestellten Beispiel weist das Auslaßrohr 46 einen Einlaßport 48 mit einer sich verjüngenden Öffnung 48A auf. Ein beispielhafter Verjüngungswinkel (nicht bezeichnet) der sich verjüngenden Öffnung 48A wäre der gleiche wie der Verjüngungswinkel T des Einlaßports 22A des Mittelrohrs 20. Das Auslaßrohr 46 erstreckt sich über einen Abstand L2 von der Hauptkörperfläche 12C nach innen, so daß es in der Strömungsrichtung F im wesentlichen an die Düse 26A und das Mittelrohr 20 angrenzt.

Die Außenkontur (nicht bezeichnet) jedes der äußeren Steck-Verbinder 34 und 44 entspricht herkömmlichen Standardkonstruktionen für Rohrverbindungen. Der äußere Steck-Verbinder 34 und der äußere Steck-Verbinder 44 sind zum Erläutern der Erfindung anhand von Basisbeispielen mit glei chen Durchmessern dargestellt. Dadurch sollen die Strukturen, durch die die vorliegende Erfindung realisierbar ist, jedoch nicht eingeschränkt werden. Es sind Anwendungen der vorliegenden Erfindung denkbar, bei denen die äußeren Verbinder 34 und 44 mit jeweils individuellen Durchmessern verwendet werden, die nicht gleich sind.

Ein bevorzugtes Material für den Hauptkörper 12 ist rostfreier Stahl des Typs "316". Für eine einfachere Herstellung und ein geringeres Gewicht kann auch Aluminium verwendet werden. vorzugsweise ist das Körpermaterial, falls es aus Aluminium oder einem ähnlichen Material hergestellt ist, beispielsweise mit Gold plattiert, um eine inerte, korrosionsbeständige Oberfläche zu erhalten.

Gemäß 3 ist eine Basisplatte 54 am Boden 12A des Hauptkörpers 12 befestigt. 4 zeigt eine Ansicht des Bodens 12A des Hauptkörpers 12, an dem die Basisplatte 54 befestigt ist, betrachtet von der Betrachtungslinie 4-4 in 3. 5 zeigt eine Draufsicht der Basisplatte 54, betrachtet von der Schnittlinie 5-5 in 3. Die Basisplatte 54 trägt eine Meß-SAW-Vorrichtung 56 und eine Referenz-SRW-Vorrichtung 58 (3). Die SAW-Vorrichtungen 56, 58 werden nachstehend ausführlicher beschrieben. Eine erste Vertiefung 60 ist im Hauptkörper 12 ausgebildet, die, wie in 4 dargestellt, mit dem Diffusionskammerkanal 19 ausgerichtet ist. Die erste Vertiefung 60 nimmt die Meß-SAW-Vorrichtung 56 auf, so daß die obere Fläche 61 der SAW-Vorrichtung dem Diffusionskammerkanal 19 ausgesetzt ist. Eine zweite Vertiefung, die die Referenzkammer 62 bildet, nimmt die Referenz-SAW-Vorrichtung 58 auf. Gemäß den 3 und 5 nehmen mehrere Durchgangslöcher 64 in der Basisplatte 54 mehrere sich von der Meß-SAW-Vorrichtung erstreckende Stifte bzw. Pins 66 auf. Ähnlicherweise nehmen mehrere Löcher 68 mehrere sich von der Referenz-SAW-Vorrichtung 58 erstreckende Stifte bzw. Pins 70 auf.

In einer Ausführungsform weist die Basisplatte 54 mehrere Gewindelöcher 72 auf, deren Positionen den Positionen von mehreren im Hauptkörper 12 ausgebildeten Löchern 74 ent sprechen. In dieser Ausführungsform ist die Basisplatte 54 durch Schrauben, die sich durch den Hauptkörper 12 erstrecken, am Boden 12A des Hauptkörpers 12 befestigt, wobei beispielhafte Schraubenköpfe in 12 durch das Bezugszeichen 76 bezeichnet sind. In einer (nicht dargestellten) anderen Ausführungsform werden die Basisplatte 54 und der Hauptkörper 12 durch einen einzigen Drehknopf zusammengehalten, um dessen Außenrand Rampenabschnitte ausgebildet sind. Wenn der Knopf gedreht wird, klemmen die Rampenabschnitte die Basisplatte und den Hauptkörper zusammen. Dadurch kann die FTA-Anordnung schneller und einfacher geschlossen und geöffnet werden.

Gemäß den 4 und 5 ist eine Nut 78 in der Bodenfläche 12A des Hauptkörpers um eine erste Vertiefung 60 ausgebildet, und ein entsprechender Steg 80, der den Bereich umgibt, auf dem die Stift- oder Pinlöcher 64 ausgebildet sind und in dem die Meß-SAW-Vorrichtung 56 gehalten wird, ist in der Basisplatte 54 ausgebildet. Der Steg 80 und die Nut 76 passen zusammen, und dazwischen wird eine Teflon^TM-Dichtung zusammengedrückt, wenn die Basisplatte 54 an der Hauptkörperfläche 12A befestigt wird, um Leckverluste in den oder aus dem Diffusionskammerkanal 19 zu verhindern.

Die Struktur der in den 2-5 dargestellten FTA-Anordnung dient lediglich als Beispiel. Innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung und anhand der vorliegenden Beschreibung sind verschiedenartige alternative Strukturen realisierbar. Beispielsweise könnte sich die Düse 26A am Auslaßport des Mittelrohrs 20 im wesentlichen in den sich verjüngenden Einlaßport 48A des Auslaßelements 40 erstrecken. Eine andere Modifikation besteht darin, anstatt das Mittelrohr 20 und das Auslaßelement 40 als separate Strukturen auszubilden, die beiden Elemente zu einem integralen oder einheitlichen Element (nicht dargestellt) zu kombinieren. Eine weitere Modifikation besteht darin, anstatt das Einlaßrohr 38 mit dem Einlaßelement 30 integral auszubilden, das Einlaßrohr als separates Element (nicht dargestellt) auszubilden, das sich durch ein dem Steck-Verbinder 34 entsprechendes Element erstreckt. Ein solches dem Steckverbinder 34 entsprechendes Element wäre beispielsweise eine zweiteilige Einheit (nicht dargestellt), die als mit Gewinde versehene Rohrklemme (nicht dargestellt) dient, die im befestigten Zustand eine axiale Bewegung des separaten Einlaßelements (nicht dargestellt) verhindern würde.

Ein bevorzugtes Material für das Einlaßelement 30 und das Auslaßelement 40 ist rostfreier Stahl des Typs "316". Durch Fachleute können alternative Materialien ausgewählt werden, wobei als Auswahlkriterien die Kosten, die Einfachheit der Bearbeitung und die durch die Funktion der vorliegenden Erfindung erforderlichen chemischen und mechanischen Eigenschaften verwendet werden.

Die Detektion molekularer Verunreinigungen im Diffusionskammerkanal 19 erfolgt vorzugsweise durch eine elektrische Sensorschaltung 81 mit einem piezoelektrischen Kristallelement, z.B. der SAW-Vorrichtung 56, wobei der Kristall eine in der Diffusionskammer 19 freiliegende Oberfläche 61 aufweist. SMC, die sich als Ergebnis von MC in der Diffusionskammer auf der freiliegenden Oberfläche des piezoelektrischen Kristalls, z.B. der SAW-Vorrichtung 56, akkumuliert, ändert die elektrischen Kenngrößen oder Eigenschaften des piezoelektrischen Kristalls, wodurch eine detektierbare Änderung in der elektronischen Schaltung verursacht wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein spezifisches Verfahren zum Detektieren von MC im Diffusionskammerkanal 19 beschränkt.

Ein exemplarischer Sensor 81 zum Detektieren von MC im Diffusionskammerkanal 19 weist ein SAW-System mit SAW-Vorrichtungen 56 und 58, eine Frequenzerzeugungs-/-detektionsschaltung 84 und einen Controller 86 auf. Die SAW-Vorrichtung 56 und die Schaltung 84 weisen eine einer Detektionsoberfläche 61 zugeordnete Detektionsschaltung auf. Die SAW-Vorrichtung 58 und die Schaltung 84 weisen eine einer Referenzoberfläche 71 zugeordnete Referenzschaltung auf. Eine Vergleichsschaltung in der Schaltung 84 erzeugt eine Differenz zwischen dem Detektionssignal und dem Referenzsignal darstellendes Sensorausgangssignal SMC(t). Daher zeigt dieses Signal den Verunreinigungspegel im Fluid an. Die Frequenzerzeugungs-/-detektionsschaltung 84 regt unter Verwendung von Fachleuten auf dem Fachgebiet der vorliegenden Erfindung bekannten Schaltungen und Techniken eine Schwingung in jeder der SAW-Vorrichtungen 56, 58 an. Ein Beispiel einer für die Schaltung 84 verwendbaren Frequenzerzeugungs-/-detektionsschaltung ist unter Bezug auf die Bezugszeichen 29 und 31 im US-Patent Nr. 5476002 von Bowers et al. beschrieben. Ein die Oszillationsfrequenz der Meß-SAW-Vorrichtung 56 zum Zeitpunkt t darstellendes Signal ist durch FM(t) dargestellt, und ein die Oszillationsfrequenz der Referenz-SAW-Vorrichtung 58 zum Zeitpunkt t darstellendes Signal ist durch FR(t) dargestellt. Wie Fachleuten bekannt ist, hängt die Frequenz, mit der die SAW-Vorrichtungen 56, 58 oszillieren werden, d.h. FM(t) und FR(t), von den physikalischen Kenngrößen der SAW-Vorrichtung und von der Alterung und der Temperatur der Kristalle ab. Die SAW-Vorrichtungen 56, 58 haben vorzugsweise identische Spezifikationen. Daher sind Änderungen ihrer jeweiligen Oszillationsfrequenz aufgrund der Alterung und der Temperatur im wesentlichen identisch. Außerdem ist Fachleuten bekannt, daß sich die Oberflächenschallwellenfrequenz einer SAW-Vorrichtung, z.B. der Vorrichtung 56, ändert, wenn sich SMC auf seiner Oberfläche absetzt. Weil die Referenz-SAW-Vorrichtung 58 hermetisch gedichtet ist, kann ihre Oberfläche nicht durch MC kontaminiert werden. Die Oberfläche der Meß-SAW-Vorrichtung 56 liegt dagegen im Inneren des Diffusionskammerkanals 19 frei. Molekulare Verunreinigungen, die in den Diffusionskammerkanal 19 diffundiert sind, werden daher SMC auf der freiliegenden Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 verursachen. Die Oszillationsfrequenz FM(t) wird sich als Ergebnis dieser SMC ändern. Die Detektionsschaltung 84 detektiert diese Änderung durch Vergleichen von FM(t) mit FR(t) und erzeugt ein Signal SMC(t), das diese Differenz und daher die SMC auf der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 darstellt.

Die Sensorschaltung 81 weist außerdem einen programmierbaren Universalrechner 86 zum Empfangen und Speichern des Signals SMC(t) und anderer Sensordaten auf, z.B. von Daten von nachstehend beschriebenen Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren 102. Blöcke 84 und 86 sind lediglich zum Beschreiben ihrer jeweiligen Funktionen als separate Blöcke dargestellt. Anhand der vorliegenden Beschreibung ist Fachleuten klar, daß die Funktion der Blöcke 84 und 86 in einer einzigen Schaltung und/oder in einem Schaltungsgehäuse kombiniert sein kann. Außerdem kann die Funktion der Blöcke 84 und 86 unter verschiedenen Anordnungen von Hardware-Schaltungen verteilt sein.

Der Computer 86 kann beispielsweise ein Standard-Intel^®Pentium^®-basierter, programmierbarer Universalrechner mit einer kommerziell erhältlichen Standard-Schnittstellenkarte zum Empfangen und Formatieren von Signalen, z.B. der Signale FM(t), FR(t), SMC(t), und anderer Sensordaten von der FTA-Anordnung sein, der z.B. unter dem Betriebssystem Windows^®XP läuft.

In Abhängigkeit von der Konstruktion kann der Computer 86 basierend auf dem Signal SMC(t) einen Alarm (nicht dargestellt) erzeugen. Der Alarm basiert vorzugsweise auf einer Kombination aus der Größe des Signals SMC(t) und seiner Änderungsrate. Gemäß 1 ist der Grund dafür, daß der Alarm mindestens teilweise auf der Änderungsrate von SMC(t) basiren sollte, daß bestimmte MCs irreversible SMC auf der Oberfläche z.B. der SAW-Vorrichtung 56 verursachen. In diesem Fall wird der SMC(t)-Wert, wie in 1 dargestellt, mit der Zeit stetig zunehmen, auch wenn akzeptierbare MC-Pegel im betrachteten Fluid vorliegen. Daher basiert der Alarm vorzugsweise nicht nur auf einem festen Schwellenwert des Signals SMC(t). Stattdessen basiert der Alarm vorzugsweise auf einer Kombination aus der Größe und der Änderungsrate des Signals SMC(t), was durch den Computer 86 unter Verwendung von Standard-Software-Codierverfahren leicht implementierbar ist.

Die Alarmanzeigeeinrichtung ist ebenfalls von der Konstruktion abhängig. Vorzugsweise würden einen Alarm anzeigende Daten im Testdatenspeichermedium (nicht dargestellt) des Computers 86 gespeichert. Es ist auch denkbar, daß ein akustischer Alarm erzeugt wird, gemäß dem beispielsweise angezeigt wird, daß der mit dem durch die FTA-Anordnung strömenden Fluid in Beziehung stehende Fertigungsprozeß manuell abgeschaltet und das den Alarm verursachende Ereignis unmittelbar untersucht werden sollte.

6 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen FTA-Anordnung 100. Die FTA-Anordnung 100 ist der in den 2-5 dargestellten Ausführungsform der FTA-Anordnung ähnlich, und ähnliche Strukturen sind durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß 6 ist das wesentliche Merkmal der FTA-Anordnung 100 ein Umgebungssensor 102, der vorzugsweise ein Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102 ist. Der Sensor 102 erfaßt die Temperatur und die Feuchtigkeit von die FTA-Anordnung durchströmenden Fluids und gibt Umgebungssignale TEMP(t) und HUM(t) 103 aus, die die Temperatur bzw. die Feuchtigkeit zum Zeitpunkt t anzeigen. Der Grund für die Bereitstellung des Sensors 102 besteht darin, daß die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte an der freiliegenden Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 die Weise beeinflussen, auf die Moleküle der MC sich zwischen dem Fluid und der Oberfläche verteilen. D.h., die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte des Fluids verschieben typischerweise das Fluid/Oberfläche-Gleichgewicht. Dadurch kann die durch MC im Diffusionskammerkanal 19 erhaltene SMC-Menge auf der Oberfläche teilweise von der Temperatur/Feuchtigkeit des Fluids abhängen. Daher kann, um Temperatur- und Feuchtigkeitseffekte zu korrigieren, der Korrekturprozessor 86 das Signal TEMP(t) und/oder das Signal HUM(t) des Sensors 102 empfangen und eines dieser Signale oder beide Signale zum Kalibrieren oder Abgleichen des Signals SMC (t) verwenden.

Die Struktur des Beispiels von 6 weist einen Mittelkörper 12' auf, der sich vom Mittelkörper 12 in den 3 und 4 dadurch unterscheidet, daß er eine längere Hauptöffnung 14' mit einem zweiten Diffusionskammerkanal 19' und einer dritten Vertiefung 60' aufweist. Eine Basisplatte 54' unterscheidet sich von der in 5 dargestellten Basisplatte 54 darin, daß sie einen Bereich (nicht bezeichnet) zum Halten des Sensors 102 und Durchgangslöcher zum Aufnehmen von Sensorpins 104 aufweist. Um einen Pfad bereitzustellen, über den der Sensor 102 mit dem Fluidstrom durch die FTA-Anordnung in Fluidverbindung steht, ist das in 3 dargestellte einzelne Mittelrohr 20 durch ein erstes Mittelrohr 20' und ein zweites Mittelrohr 20" ersetzt. Für Lagerhaltungszwecke können die Mittelrohre 20' und 20" identisch sein. Die Strukturbeziehung zwischen dem sich verjüngenden Einlaßport 22A' des ersten Mittelrohrs 20' und der den Auslaßport des Einlaßrohrs 38 umschließenden, sich verjüngenden Düse 38A ist die gleiche wie die unter Bezug auf 3 beschriebene Beziehung zwischen der sich verjüngenden Düse 38A und dem Einlaß 22A. Die Strukturbeziehung zwischen der sich verjüngenden Düse 26A' und dem Auslaß des ersten Mittelrohrs 20' und dem sich verjüngenden Einlaßport 22A" des zweiten Mittelrohrs 20" kann die gleiche sein wie die zwischen den Elementen 38A und 22A'. Der Grund für die Ähnlichkeiten dieser Strukturbeziehungen besteht darin, daß die Beziehung zwischen der sich verjüngenden Düse 26A' und dem sich verjüngenden Einlaßport 22A" dazu dient, eine Fluidverbindung mit dem Sensor 102 herzustellen, ohne daß der Fluidstrom durch die FTA-Anordnung behindert oder gestört wird, während vorzugsweise verhindert wird, daß partikelförmige Verunreinigungen in den zweiten Diffusionskammerkanal 19' eintreten und sich dort akkumulieren.

Gemäß 6 ist der Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102, obwohl der Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102 erfindungsgemäß an einer Position angeordnet sein könnte, die nicht von der Diffusionskammer 19 getrennt ist, vorzugsweise in einer Kammer angeordnet, die im wesentlichen vom Diffusionskammerkanal 19 getrennt ist, in dem die freiliegende Fläche der SAW-Vorrichtung 56 angeordnet ist. Ein wesentlicher Grund für diese Trennung besteht darin, daß vom Sensor 102 Verunreinigungsmoleküle abgegeben werden können. Wenn der Sensor 102 und die freiliegende Fläche der Meß-SAW-Vorrichtung 56 in einer gemeinsamen Kammer angeordnet wären, könnten solche Moleküle möglicherweise fehlerhaft als von der Fluidprobe diffundierte Verunreinigungen erfaßt werden. Daher ist der Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102 im Beispiel von 6 in einer zweiten Kammer 19' angeordnet, die durch die dritte Vertiefung 60' gebildet wird, nachdem die Basisplatte 54' installiert ist. Der Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102 ist in der Darstellung strömungsabwärts von der Diffusionskammer 19 und vom Sensor 56 angeordnet. Er könnte jedoch auch strömungsaufwärts vom Sensor 56 oder an einer beliebigen anderen geeigneten Position angeordnet sein.

7 zeigt eine andere erfindungsgemäße FTA-Anordnung 120. Im Vergleich von 7 mit den 2–6 zeigt 7 eine vereinfachte Ansicht, in der in den 2–6 dargestellte Strukturen weggelassen sind, und zum Zweck der Beschreibung sind nur für die FTA-Anordnung 120 spezifische Details dargestellt. Gemäß 7 ist das signifikante Merkmal der FTA-Anordnung 120 eine chemisch selektive Membran 122, die zwischen dem Diffusionskammerkanal 19 und einer Vertiefung 60 angeordnet ist, in der die Detektionsoberfläche der Meß-SRW-Vorrichtung 56 freiliegt. Durch die chemisch selektive Membran 122 wird ein verunreinigungsspezifisches Detektionsmerkmal für die erfindungsgemäße FTA-Anordnung bereitgestellt, obwohl die SAW-Vorrichtung 56 selbst typischerweise den SMC-Typ auf seiner Oberfläche nicht unterscheiden kann.

Die chemisch selektive Membran 122 ist in der FTA-Anordnung 120 lösbar gesichert, indem eine Zwischenplatte 124 zwischen die Basisplatte 54 und den Mittelkörper 12 (vergl. 3 und 5) oder zwischen die Membranplatte 54' und den Mittelkörper 12' (vergl. 6) eingefügt wird. Die Zwischenplatte 124 weist ein Durchgangsloch 126 für jede auf der Basisplatte 54 (oder 54') gehaltene SAW-Vorrichtung sowie für jeden Sensor auf, z.B. den Sensor 102 in 6. Die Zwischenplatte 124 kann durch Schrauben oder einen Drehknopf, wie unter Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, zwischen der Basisplatte 54 und dem Körper 12 festgeklemmt werden. Alternativ kann die Platte 54' eine von der Platte 54 getrennte Platte sein, und die Zwischenplatte 124 kann durch vier Bolzen 128 befestigt werden, die die Zwischenplatte 124 zwischen der Membranplatte 54' und dem Hauptkörper 12' festklemmen, wie in 7 dargestellt, wodurch die chemisch selektive Membran 122 über der Meß-SAW-Vorrichtung 56 festgeklemmt wird. Die Struktur des Beispiels von 7 zum lösbaren Sichern der chemisch selektiven Membran 122 ermöglicht ein schnelles Auswechseln und Ersetzen der Membran entweder durch eine Membran des gleichen Typs oder durch eine Membran, die andere Molekülarten durchläßt oder blockiert.

Für die chemisch selektive Membran 122 geeignete Materialien sind von mehreren kommerziellen Quellen erhältlich. Daher ist keine ausführliche Beschreibung der Materialien, der chemischen Selektivität und der Funktionsweise erforderlich. Fachleuten ist jedoch allgemein bekannt, daß die meisten chemisch selektiven Membrane basierend auf der Lösbarkeit von Molekülen im Membranmaterial Gasmoleküle durchlassen oder blockieren. Beispielsweise werden unpolare (hydrophobe) Materialien unpolare Moleküle, z.B. Kohlenwasserstoffe, durchlassen. Polare (hydrophile) Materialien werden polare Verbindungen, z.B. polare organische Moleküle (im all-gemeinen kleine Moleküle) und anorganische Moleküle durchlassen. Außerdem können Ionenaustauschmembrane für polare Verbindungen verwendet werden. Außerdem können verschiedene Zusatzstoffe in die Membran eingefügt werden, z.B. Chelatbildungsmittel und Metalle, die Komplexe z.B. mit Stickstoffverbindungen bilden.

8 zeigt eine beispielhafte Anwendung einer FTA-Anordnung in einem erfindungsgemäßen MC-Überwachungssystem 130, das in Reihe mit einer externen Fluidleitung angeordnet ist, zum Überwachen von MC in einer ungeregelten Fluidströmung. Das in 8 dargestellte Beispiel weist eine erfin dungsgemäße FTA-Anordnung mit einem Einlaßverbinder 34 auf, der mit einem ersten externen Einlaßrohr 131 verbunden ist, das über einen herkömmlichen Rohrverbinder 132 mit einer externen Fluidquellenleitung 134 verbunden ist. Ein FTA-Auslaßverbinder 44 ist mit einem ersten externen Auslaßrohr 136 verbunden, das über einen anderen herkömmlichen Rohrverbinder 138 mit einer externen Fluidzufuhrleitung 140 verbunden ist. Ausgangssignale von der Meß-SAW-Vorrichtung 56 und der Referenz-SAW-Vorrichtung 58 (in 8 nicht dargestellt) und gegebenenfalls vom Temperatur-/Feuchtigkeitssensor 102 werden durch einen Datenprozessor (nicht dargestellt) empfangen, z.B. durch den Computer 86 in 2.

9 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen FTA-Überwachungssystems 150. Die FTA-Anordnung von 9 weist als zusätzliches Merkmal eine Meß- oder Testoberfläche 152 auf, die über einen Durchlaß 153 mit einer entfernbaren Abdeckung 154 in die FTA-Anordnung eingesetzt wird. Durch die FTA-Anordnung von 9 wird die Testoberfläche 152 in einer dritten Kammer (nicht dargestellt) freigelegt, die durch einen Kanal (nicht dargestellt) mit dem (in 9 nicht dargestellten) Diffusionskammerkanal 19 von 3 oder mit dem zweiten Diffusionskammerkanal 19' von 6 oder mit einem anderen Diffusionskammerkanal (nicht dargestellt) verbunden ist, der wie die Kanäle 19 und 19' so strukturiert ist, so daß die Testoberfläche mit dem gleichen Fluid in Fluidkontakt steht, das mit der Oberfläche der Meß-SAW-Vorrichtung 56 in Kontakt steht.

Wenn die chemisch selektive Membran 122 von 7 verwendet wird, ist die Testoberfläche 152 vorzugsweise dem Fluid hinter der Membran ausgesetzt, entweder innerhalb des gleichen Diffusionskammerkanals wie die Meß-SAW-Vorrichtung 56 oder in einer separaten Diffusionskammer (nicht dargestellt). Vorzugsweise weist die freiliegende Testoberfläche 152 chemische und physikalische Eigenschaften mindestens bezüglich Wechselwirkungen mit den MC-Typen von Interesse auf, die mit denjenigen der freiliegenden Oberfläche der Meß-SAW- Vorrichtung 56 identisch sind. Dadurch wird durch MC, die SMC auf der Oberfläche der SAW-Vorrichtung erzeugt, auf der freiliegenden Testoberfläche im wesentlichen die gleiche SMC erzeugt. Dadurch kann der Benutzer der FTA-Anordnung von 9 in vielen Fällen den MC-Typ bestimmen, der eine Erhöhung des Signals SMC(t) verursacht hat, und wenn ein Alarm verwendet wird, die MC, die diesen Alarm verursacht hat.

Nachstehend wird ein beispielhafter Betrieb der FTA-Anordnung von 9 beschrieben. Für dieses Beispiel wird vorausgesetzt, daß dem externen Einlaßverbinder 34 ein externer Fluidstrom (nicht dargestellt) zugeführt wird. Es wird außerdem vorausgesetzt, daß die MC im Fluid einen akzeptablen Pegel hat, daß sich jedoch auf der Oberfläche der Meß-SAW-Vorrichtung 56 irreversible SMC akkumuliert hat. Der Pegel des Signals SMC(t) würde daher über eine Zeitperiode von z.B. fünf Tagen im wesentlichen monoton ansteigen. Dann wird vorausgesetzt, daß zu einem hierin durch t₁ bezeichneten Zeitpunkt ein Ereignis auftritt, durch das veranlaßt wird, daß der MC-Pegel des in das Einlaßrohr 38 eintretenden Fluids erheblich zunimmt. Die erhöhte MC wird über den Zwischenraum zwischen der Düse 38A und dem Einlaßport 22A des Mittelrohrs 20 schnell in den Diffusionskammerkanal 19 eintreten und eine ähnliche Erhöhung der MC im Diffusionskammerkanal verursachen. Dadurch wird eine schnelle Zunahme der SMC auf der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 erhalten, wodurch die Frequenz FM(t) sich schnell wesentlich ändert. Infolgedessen wird, wie vorstehend beschrieben, durch den Computer 86 ein Alarm erzeugt. In Antwort darauf könnte der Fluidstrom durch die FTA-Anordnung 150 in Abhängigkeit von der gewählten Konstruktion entweder automatisch oder manuell unterbrochen und die Testoberfläche 152 entfernt werden. Die Testoberfläche 152 kann dann analysiert werden, um die MC zu identifizieren. Um die Identifizierung zu unterstützen und das physikalische Ereignis zu charakterisieren, können außerdem das Feuchtigkeitssensorsignal HUM(t) und das Temperatursensorsignal TEMP(t) für den Zeitpunkt t₁ verwendet wer den, falls diese Signale wie vorstehend beschrieben aufgezeichnet wurden.

Die erfindungsgemäße FTA-Anordnung wurde vorstehend unter Bezug auf eine kontinuierliche Fluidströmung in das Einlaßrohr 38 und durch das Auslaßrohr 46 beschrieben. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird MC in einem nicht komprimierten oder in einem nicht strömenden Umgebungsfluid, z.B. Luft, gemessen. Nachstehend wird unter Bezug auf 10 eine beispielhafte Struktur für diesen Aspekt und die dabei vorgenommene MC-Messung in nicht komprimierter Umgebungsluft ("AAMB") beschrieben.

Das in 10 dargestellte Beispiel eines Überwachungssystems 160 weist eine FTA-Anordnung auf, die eine beliebige der vorstehend beschriebenen und dargestellten Modifikationen der erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einer Blendenventil-/Durchflußregelungseinheit 200 und einer Unterdruckquelle 202 sein kann. Die Blendenventil-/Durchflußregelungseinheit 200 kann beispielsweise ein Blendenventil oder ein Nadelventil sein, das unter mehreren auf den relevanten Fachgebieten bekannten, kommerziell erhältlichen Einheiten ausgewählt wird. Der durch die Quelle 202 bereitgestellte, z.B. in Pascal gemessene Unterdruckwert wird basierend auf dem gewünschten Druck und/oder der Geschwindigkeit der Strömung der AAMB-Probe durch die FTA-Anordnung gemessen.

Die FTA-Anordnung ist in der Darstellung von 10 in der Nähe der Umgebungsluft AAMB angeordnet. Diese Darstellung dient lediglich zur Erläuterung und nicht als Einschränkung. Tatsächlich ist die Position der FTA-Anordnung bezüglich der Probennahmeposition (nicht dargestellt), von der die Umgebungsluft AAMB gezogen wird, teilweise durch die physische Umgebung festgelegt und kann gemäß der Konstruktion vorgegeben sein. Daher ist es denkbar, daß ein starres oder flexibles Verlängerungsstück (nicht dargestellt) am FTA-Einlaßverbinder 34 befestigt sein kann.

Nachstehend wird ein beispielhafter Betrieb gemäß dem in 10 dargestellten Aspekt beschrieben. Zunächst wird ein beliebiges geeignetes Probennahme-Verlängerungsstück (nicht dargestellt) unter Verwendung einer beliebigen herkömmlichen Befestigungseinrichtung am Einlaßverbinder 34 befestigt. Dann wird eine Unterdruckquelle 202 mit der Blendenventil-/Durchflußregelungseinheit 200 verbunden, die mit einem FTA-Auslaßverbinder 44 verbunden wird. Dann wird die Blendenventil-/Durchflußregelungseinheit 200 entweder manuell oder durch eine automatische Einrichtung (nicht dargestellt) eingeschaltet und geöffnet und für eine vorgegebene Zeitdauer geöffnet gehalten und dann ausgeschaltet.

11 zeigt gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein MC-Überwachungssystem 170 mit einer beliebigen der vorstehend beschriebenen und dargestellten Modifikationen der erfindungsgemäßen FTA-Anordnung in Kombination mit einem Probenverdünnungsmerkmal. Es ist denkbar, daß der MC-Pegel des Probenfluids in einigen Fällen so hoch sein kann, daß dadurch die Lebensdauer der Meß-SAW-Vorrichtung oder des piezoelektrischen Kristalls in der FTA-Anordnung erheblich verkürzt wird. Im Beispiel von 11 wird das vorstehend dargestellte Problem gelöst, indem das Probenfluid mit einem Verdünnungsfluid verdünnt wird, das im wesentlichen frei von MC und partikelförmigen Verunreinigungen ist, bevor es in die FTA-Anordnung eintritt. Dieser Probenverdünnungsaspekt würde typischerweise in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Aspekt zum Messen von Verunreinigungen in einem nicht unter Überdruck stehenden Probenfluid verwendet.

Das in 11 dargestellte Beispiel dieses Probenverdünnungsaspekts weist eine FTA-Anordnung und einen Fluidstromteiler 300 auf, wobei der Fluidstromteiler 300 einen Probennahmeport 300A, einen Verdünnerquellenport 300B und einen Mischausgangsport 300C aufweist. Ein Probenfluiddurchflußregler mit einem Durchflußregelungsblendenventil 302 ist mit dem Probennahme (ersten) -einlaßport 300A verbunden, und ein Verdünnungsfluiddurchflußregler mit einem Durchflußregelungsblendenventil 304 ist mit dem distalen Ende des Verdünnungsquellen (zweiten) -einlaßports 300B verbunden. Jedes der Blendenventile 302, 304 ist eine regelbare Durchflußregelungsblende mit einem manuell betätigten Durchflußmengenregelungsmechanismus oder einem Servomotormechanismus, wobei jeder dieser Mechanismen von mehreren Quellen kommerziell erhältlich ist. Die Blendenventile können elektronisch steuerbar sein kann, um ein präzises Verhältnis zwischen dem verunreinigungsfreien Gas und dem Probengas bereitzustellen.

Wie in 11 dargestellt ist, ist eine Unterdruckquelle 306 mit dem distalen Ende des Einlaßrohrs im wesentlichen für den gleichen Zweck verbunden wie die unter Bezug auf 10 beschriebene Unterdruckquelle 202. Dem Probennahmeport 300A des Fluidstromteilers 300 wird eine nicht komprimierte Fluidprobe auf im wesentlichen die gleiche Weise zugeführt wie die Probe dem Einlaßrohr 22 des vorstehend beschriebenen Beispiels von 11 zugeführt wird.

Eine Regelungsquelle 308 ist mit dem Verdünnungsdurchflußregelungsblendenventil 304 verbunden. Die Regelungsquelle 308 gibt ein Verdünnungsfluid aus, das mit dem Probenfluid chemisch identisch sein kann oder nicht, das jedoch vorzugsweise durch einen chemischen Filter (nicht dargestellt) oder eine andere Reinigungseinrichtung behandelt wurde, um im wesentlichen alle Verunreinigungen zu entfernen. Weil das von der Regelungsquelle 308 ausgegebene Verdünnungsfluid im wesentlichen MC-frei ist, wird durch Einstellen der proportionalen Differenz zwischen der Durchflußrate durch das Probenfluiddurchflußregelungsblendenventil 302 und die Durchflußrate durch das Verdünnungsfluiddurchflußregelungsblendenventil 304 der MC-Pegel des in die FTA-Anordnung eintretenden Fluids in der gleichen proportionalen Differenz vermindert.

Gemäß 11 ist ersichtlich, daß die dargestellte Y-Rohr-Struktur des Fluidstromteilers 300 und der Verbindung und der Anordnung der Durchflußregelungsblendenventile 302, 304 lediglich ein Beispiel darstellt, das zum Erläutern dieses Merkmals ausgewählt wurde. Erfindungsgemäß sind auch andere Strukturen und Verfahren zur Probenverdünnung denkbar. An Stelle des Y-Rohrs 300 mit den daran befestigten Durch flußregelungsblendenventilen 302, 304 kann beispielsweise ein Mehrkanal-Ventilkörper (nicht dargestellt) mit integrierten Durchflußregelungsvorrichtungen (nicht dargestellt) verwendet werden.

Viele Anwendungen, in denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, erfordern die Überwachung partikelförmiger Verunreinigungen, die spezifische Auswirkungen auf die Produktverarbeitung haben. Gemäß 12 erfolgt die Überwachung partikelförmiger Verunreinigungen erfindungsgemäß auf einfache Weise durch Verbinden eines Partikelzählers 400 strömungsabwärts von der FTA-Anordnung, um ein anderes exemplarisches Überwachungssystem 180 bereitzustellen. Die vorstehend beschriebene FTA-Anordnung ist eine FTA-Anordnung gemäß einer Kombination von Aspekten und Merkmalen, die unter Bezug auf die 2-7 und 9 beschrieben wurden. Ein Beispiel eines kommerziell erhältlichen Partikelzählers, der als Partikelzähler 400 verwendbar ist, ist ein Partikelzähler des Modells AIRNET^TM von Particle Measuring Systems, Inc., Boulder Co. Alternativ kann der Partikelzähler mit der FTA-Anordnung integral ausgebildet sein.

Der in 12 dargestellte Partikelzähler 400 hat die Struktur und Funktionsweise der sich verjüngenden Düse 38A und des sich verjüngenden Ports 22A, wie unter Bezug auf 3 beschrieben wurde, sowie ähnlich Düsen-Port-Anordnungen wie unter Bezug auf 6 beschrieben wurde, d.h., zum Leiten partikelförmiger Verunreinigungen durch die FTA-Anordnung, während MC-Verunreinigungen in den Diffusionskammerkanal 19 diffundieren. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch die Form und Struktur der sich verjüngenden Düse 38A und des sich verjüngenden Ports 22A und der sich verjüngenden Düse 26A' und des sich verjüngenden Ports 22A" veranlaßt, daß partikelförmige Verunreinigungen die FTA-Anordnung im wesentlichen durchlaufen und nicht überwacht bzw. gemessen werden. Daher wird einfach durch Verbinden eines Partikelzählers 400 mit der FTA-Anordnung ein kombiniertes Überwachungssystem sowohl für MC als auch für partikelförmige Verunreinigungen erhalten. Der Partikelzähler wird vorzugsweise strömungsabwärts von der FTA-Anordnung angeschlossen, wie in 12 dargestellt, um eine MC-Kontamination des in die FTA-Anordnung eintretenden Probenfluids zu vermeiden.

13 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Überwachungssystem 190 mit dem in 12 dargestellten Beispiel eines Überwachungssystems 180 in Kombination mit einem Misch-Verteiler 500. Das in 13 dargestellte Beispiel dieses Aspekts der Erfindung weist den vorstehend beschriebenen Partikelzähler 400 auf. Der Zähler 400 kann jedoch weggelassen werden. Vorzugsweise entspricht das Misch-Manifold 500 dem in der mitanhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/638366, eingereicht am 15. August 2000 entsprechenden Misch-Manifold. Der in der mitanhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/638366 dargestellte Misch-Verteiler 500 unterscheidet sich von anderen Verteilern mit mehreren Einlässen dadurch, daß es mehrere Eingangs- oder Probennahmeeinlaßports 502, einen Übergangsbereich 503, in dem Probenfluids von allen Probenquellen kombiniert werden, und einen Auslaß- oder Zufuhrport 504 aufweist, durch den der kombinierte Probenstrom ausströmt. In der vorliegenden Beschreibung ist der Zufuhrport 504 mit dem Einlaßverbinder 34 der FTA-Anordnung verbunden. Wie in der in der mitanhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/638366 beschrieben ist, hat das Misch-Verteiler 500 zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Sammelystemen mit mehreren Öffnungen, weil die letztgenannten Systeme typischerweise eine gemultiplexte Schrittschaltung zum sequentiellen Auswählen und zum sequentiellen Ansteuern jeweils einer der Eingangsports aufweist. Die Vorteile beinhalten das kontinuierliche Überwachen der in die Probenports 502 eintretenden Probenströme und eine Verminderung der gezogenen Probenfluidmenge, die, anstatt überwacht zu werden, einfach zu einem Entsorgungsauslaß geleitet wird.

Gemäß 13 wird jedem der Probenports 502 typischerweise Probenfluids über beispielsweise ein flexibles Kunststoffrohr (nicht dargestellt) zugeführt, das damit und mit einem bestimmten Probennahmeelement (nicht dargestellt) an einem Probennahmepunkt (nicht dargestellt) in der überwachten Umgebung verbunden ist. Um die Wirkungen des Ausgasens der in der Fluidleitung von den Probenports 502 zu den Probennahmelementen vorhandenen Materialien zu vermeiden, können die Verbindungselemente, z.B. Kunststoffrohre, mit einem Schutzmaterial verkleidet sein.

Vorzugsweise erfolgt das Ziehen von Fluidproben isokinetisch. Zu diesem Zweck sind die Probennahmeelemente vorzugsweise isokinetische Probennahmeelemente.

Gemäß 13 arbeitet die FTA-Anordnung wie vorstehend bei der Erfassung von MC im kombinierten Fluidstrom beschrieben wurde, wodurch die Aggregation der über jeden der Eingangsports 502 empfangenen Fluids widergespiegelt wird.

14 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Überwachungssystem 600 mit einer FTA-Anordnung, die mit einer Pumpe 602 und einem Durchflußregler, z.B. einem Blendenventil 604, zum Komprimieren des Probenfluids in der FTA-Anordnung kombiniert ist. Der Komprimierungsbereich PZ wird durch den durch das Blendenventil 604 erhaltenen Rückdruck in der FTA-Anordnung erhalten. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, daß bei höheren Fluiddrücken an der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 die MC-Moleküle dichter gepackt sind, wodurch eine höhere Kollisionshäufigkeit zwischen den Molekülen und der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 erhalten wird. Dadurch wird die Rate erhöht, mit sich durch MC verursachte SMC auf der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 akkumuliert. Daher werden MC-Pegel, die, wenn das Fluid nicht komprimiert ist, innerhalb einer vorgegebenen Probennahmeperiode möglicherweise nicht ausreichend SMC auf der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 erzeugt haben, um sie zu erfassen, eine nachweisbare Änderung der Frequenz der SAW-Vorrichtung 56 bewirken. Das System von 14 ist daher empfindlicher als das System von 10, wenn beispielsweise MC in einem Umgebungsfluid gemessen wird.

15 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Überwachungssystem 700 mit einer FTA-Anordnung, die mit einer Einrichtung zum Vorkonzentrieren einer Fluidprobe kombiniert ist, die die FTA-Anordnung triggert, um Proben zu nehmen, wenn MC-Pegel erfaßt werden, die einen Schwellenwert überschreiten, oder wenn die Änderungsrate des Sensorausgangssignals SMC(t) einen vorgegebenen Änderungsratenschwellenwert überschreitet.

Das in 15 dargestellte Beispiel dieses FTA-getriggerten Probennahmemerkmals weist eine FTA-Anordnung, deren Einlaßverbinder 34 so verbunden ist, daß ein Probenfluid empfangen werden kann, und eine Sammelanordnung 705 auf. Die Sammelanordnung 705 weist ein strömungsabwärts von der FTA-Anordnung verbundenes, solenoidgesteuertes Portauswahlventil 702, einen Probensammler 716, einen Durchflußregler 716 und eine Unterdruckquelle 718 auf. Das solenoidgesteuerte Ventil 702 weist einen mit dem FTA-Auslaßrohrverbinder 44 verbundenen Einlaßport 704, einen über einen Fluiddurchflußregler mit einem ersten Blendenventil 708 mit einer ersten Unterdruckquelle 710 verbundenen ersten Ausgangsport 706A, einen durch einen Deckel 712 verschlossenen zweiten Ausgangsort 706B und einen dritten Ausgangsport 706C auf, der mit dem Eingang 714A einer Probensammeleinrichtung oder dem Vorkonzentrator 714 verbunden ist. Der Probenvorkonzentrator 714 ist über einen zweiten Fluiddurchflußregler, die ein zweites Blendenventil 716 aufweist, mit einer zweiten Unterdruckquelle 718 verbunden. Das solenoidgesteuerte Ventil 702 von 15 weist drei Zustände auf. Im ersten Zustand wird ein Strömungsweg vom Eingangsport 704 zum verschlossenen zweiten Ausgangsport eingerichtet. In diesem Zustand findet keine Strömung durch die FTA-Anordnung statt. Im zweiten Zustand wird ein Strömungsweg vom Eingangsport 704 zum ersten Ausgangsport 706A eingerichtet. In diesem Zustand findet die Strömung durch die FTA-Anordnung wie unter Bezug auf 10 beschrieben statt. Im dritten Zustand wird ein Strömungsweg vom Eingangsport 704 zum dritten Ausgangsport 706C eingerichtet. In diesem Zustand wird die Probe dem Probenvorkonzentrator 714 zugeführt.

Ein Triggercontroller 720, der der Computer 86 von 3 sein kann, empfängt das Signal SMC(t) von der FTA-Anordnung und erzeugt unter Verwendung eines auf der Größe und der Änderungsrate der identifizierten Signale basierenden Standard-Triggeralgorithmus ein Ventilsteuerungssignal 720. Im Beispiel von 15 schaltet das Ventilsteuerungssignal 720 das solenoidgesteuerte Ventil 702 zwischen den drei vorstehend beschriebenen Zuständen um.

Eine typische Operation des in 15 dargestellten Beispiels eines Systems beginnt mit der Erzeugung des Ventilsteuerungssignals 720 zum Schalten des solenoidgesteuerten Ventils 702 auf den zweiten Zustand, wodurch veranlaßt wird, daß die Fluidprobe durch die FTA-Anordnung, das erste Blendenventil 708 und in die erste Unterdruckquelle 710 strömt. MC in dem die FTA-Anordnung durchlaufenden Fluidprobenstrom verursacht Änderungen im Signal SMC(t), wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn das Signal SMC(t) oder seine Änderungsrate einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, erzeugt der Triggercontroller 720 ein Ventilsteuerungssignal 720, das das Ventil 702 auf den dritten Zustand schaltet, wodurch veranlaßt wird, daß die Probe in den Probenvorkonzentrator 714 strömt. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen des durch die FTA-Anordnung getriggerten Probenfluidstroms in den Vorkonzentrator 714 wird ihr Inhalt unter Verwendung herkömmlicher Analyseverfahren analysiert.

Eine Alternative zur in 15 dargestellten Struktur ist eine strömungsabwärts von der FTA-Anordnung angeschlossene, kommerziell erhältliche, gebrauchsfertige, unabhängige Luftprobennahmeeinrichtung. Die einzige erforderliche Modifikation wäre eine Schnittstelle zwischen den durch die FTA-Anordnung ausgegebenen Signalen SMC(t) und Steuereingängen (nicht dargestellt) einer solchen Luftprobennahmeeinrichtung. Die Probensammeleinrichtung bzw. der Vorkonzentrator 714 kann andere kommerziell erhältliche, gebrauchsfertige Probennahmeeinrichtungen aufweisen, z.B. eine Pumpe, ein Sorbensrohr, einen Impinger oder eine Aufpralleinrichtung, verschiedene Installationsanordnungen, usw.

Der vorstehend beschriebene FTA-getriggerte Luftprobennahmevorgang nutzt die Empfindlichkeit der FTA-Anordnung zum direkten Sammeln von Fluidproben für eine anschließende Identifizierung chemischer MC-Typen. Außerdem könnte die vorstehend beschriebene, chemisch selektive Membran 122 für eine weitere Selektivität im Probensammel- und -vorkonzentrationsvorgang verwendet werden.

16 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems 800, in dem die vorstehend beschriebene FTA-Anordnung mit einem gesteuerten Probenvorerwärmungsmerkmal kombiniert ist. Durch dieses Merkmal wird abwechselnd zwischen einer vorerwärmten Probenquelle und einer nicht erwärmten Probenquelle umgeschaltet. Durch Umschalten der Quellen ändert sich die Temperatur des Probenstroms durch die FTA-Anordnung, wodurch bestimmte chemische MC-Verbindungen thermisch desorbiert werden können. Dadurch können bestimmte MCs erfaßt werden, die eine irreversible oder pseudo-irreversible SMC auf der Oberfläche der Meß-SAW-Vorrichtung 56 verursachen. Pseudo-irreversible SMC bezeichnet eine Kontamination, die langsam von der Oberfläche verdampft; beispielsweise wird pseudo-irreversible Kontamination, wenn die Kontaminationsquelle entfernt wird, über eine Zeitdauer von Tagen oder Wochen bei Raumtemperatur von selbst von der Oberfläche verdampfen.

Die in 16 dargestellte beispielhafte Struktur weist eine FTA-Anordnung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit den vorstehend beschriebenen Aspekten und Merkmalen auf, wobei der Einlaßverbinder 34 mit einem ersten Ausgangsport 802A eines solenoidgesteuerten Ventils 802 verbunden ist. Ein zweiter Ausgangsport 802B des solenoidgesteuerten Dosierventils 802 ist über ein erstes Blendenventil 804 mit einer ersten Unterdruckquelle 806 verbunden. Das solenoidgesteuerte Dosierventil 802 weist einen ersten und einen zweiten Aufnahme- oder Eingangsport 808A bzw. 808B auf. Dem erste Eingangsport 808A wird nicht erwärmtes und in diesem Beispiel ungefiltertes Probenfluid zugeführt. Dem zweiten Eingangsport 808B wird Probenfluid zugeführt, das durch einen chemischen Filter 810 und eine Heizeinrichtung 812 aufbereitet wurde. Der chemische Filter 810 entfernt vorzugsweise im wesentlichen alle Verunreinigungen vom Probengas und leitet es zum Aufnahmeport 811 der Heizeinrichtung 812. Der Ausgangsport 813 der Heizeinrichtung ist über das Ventil 802 mit dem FTA-Eingangskanal verbunden. Eine zweite Unterdruckquelle 816 ist mit dem Auslaßverbinder 44 der FTA verbunden.

Das Ventil 802 ist so konstruiert, daß, wenn die Unterdruckquelle 806 mit einem der Ports 808A oder 808B verbunden ist, die Unterdruckquelle 816 mit dem anderen der Ports 808A und 808B verbunden ist. Dadurch wird die Meßstabilität unterstützt und wird ein Fluidstau in der Heizeinrichtung 812, im Filter 810, in Rohrleitungen, Ports oder anderen Teilen des Systems verhindert, wodurch für Detektionsoberflächen schädliche Verunreinigungs-Spikes verursacht werden könnten, wenn die Ventilposition geändert wird.

Durch Steuern des solenoidgesteuerten Ventils 802 kann der Fluidprobenstrom durch die FTA-Anordnung zwischen der erwärmten und/oder chemisch gefilterten Probe und der nicht erwärmten Probe umgeschaltet werden. Durch Ändern der Temperatur würde von einer pseudo-irreversiblen Oberflächenwechselwirkung in bestimmten Fällen eine reversible Verunreinigungs-/Oberflächen-Wechselwirkung an der Oberfläche der SAW-Vorrichtung 56 oder an der Oberfläche eines als Ersatz für die SAW-Vorrichtung verwendeten, anderen piezoelektrischen Kristalls verursacht. Dieses Merkmal könnte wahrscheinlich für Ladungsübertragungssensorbeschichtungen zum Messen von MC des Ammoniak-/Amin-Typs genutzt werden. Die Heizeinrichtung 812 ist in einer Ausführungsform optional, und der chemische Filter 810 ist in einer anderen Ausführungsform optional.

Außerdem kann ein Ventil, z.B. das Ventil 802, verwendet werden, um die am Eingangsport 808A eintretende Fluidprobe mit im wesentlichen verunreinigungsfreiem Gas zu verdünnen. Wie vorstehend beschrieben, wird durch Verdünnen der Verunreinigungen im in die FTA-Anordnung strömenden Gas die Empfindlichkeit des Sensors reduziert, und gleichzeitig nimmt die Lebensdauer der SAW-Oberfläche 61 zu. Dieses Merkmal ist insbesondere für Messungen in hochgradig verunreinigten Bereichen nützlich.

Auch wenn das System 800 ohne die Heizeinrichtung 812 verwendet wird, ist es dazu geeignet, die Empfindlichkeit bezüglich hochgradig flüchtigen Verbindungen, z.B. Ammoniak, zu verbessern. Das System 800 kann abwechselnd Proben verunreinigungsfreier Luft oder einer geregelten, bekannten, reinen Gasquelle und unveränderter Umgebungsluft nehmen. Gemäß diesem Verfahren kann die FTA-Anordnung einen Untergrund- oder "Null"-Pegel bestimmen, der mit dem Signal verglichen werden kann, das bei einer Exposition zur Umgebungsluft über relativ kurze Zeitdauern erzeugt wird. Wenn die Zyklusfrequenz auf einem ausreichend großen Wert gehalten wird, können hochgradig flüchtige Verbindungen, z.B. Ammoniak, von mit niedriger Frequenz auftretenden Schwankungen von Verunreinigungen mit geringer Flüchtigkeit unterschieden werden. Daher können durch eine FTA-Anordnung auch organische Verbindungen und Ammoniak gleichzeitig überwacht werden. Vorzugsweise ist die Zyklusperiode kleiner als ein Tag, und vorzugsweise liegt die Zyklusperiode im Bereich von etwa einer Sekunde bis zu mehreren Stunden. Besonders bevorzugt ist weniger als eine Stunde.

Claims

System (10, 120, 130, 150, 160, 170, 180, 190, 600, 700, 800) zum Überwachen molekularer Verunreinigungen, mit: einem Gehäuse (11), das eine Diffusionskammer (19) bildet; einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionskammereingangskanal (32); einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionskammerausgangskanal (24, 46); einer dem Inneren der Diffusionskammer ausgesetzten Detektionsoberfläche (61); und einem Sensor (81) zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; wobei der Diffusionskammereingangskanal und der Diffusionskammerausgangskanal so angepaßt und angeordnet sind, daß, wenn ein molekulare Verunreinigungen und Partikel enthaltendes Fluid mit einer eine vorgegebene Durchflußrate überschreitenden Durchflußrate durch den Eingangskanal strömt, der größte Teil der durch den Eingangskanal strömenden Partikel in den Ausgangskanal geleitet wird, während ein Teil der durch den Eingangskanal strömenden molekularen Verunreinigungen in die Diffusionskammer diffundiert, wobei der Teil der molekularen Verunreinigung ausreichend groß ist, um durch den Sensor erfaßt zu werden.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine Oberflächenschallwellen(SAW)-Vorrichtung (56) aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer hermetisch verschlossenen Referenzkammer (62); einer Referenzoberfläche (71), die mit der Detektionsoberfläche im wesentlichen identisch und dem Inneren der hermetisch verschlossenen Referenzkammer ausgesetzt ist; wobei das System ferner aufweist: eine Detektorschaltung (56, 84), die der Detektionsoberfläche zugeordnet ist und ein einen Zustand der Detektionsoberfläche anzeigendes Detektionssignal erzeugt; eine Referenzschaltung (58, 84), die der Referenzoberfläche zugeordnet ist und ein den Zustand der Referenzoberfläche anzeigendes Referenzsignal erzeugt; und eine Vergleichsschaltung (84), die das Detektionssignal und das Referenzsignal empfängt und das eine Differenz zwischen dem Detektionssignal und dem Referenzsignal anzeigende Sensorausgangssignal erzeugt.
System nach Anspruch 3, wobei die Detektorschaltung ferner eine Oszillatorschaltung aufweist, die mit der Detektionsoberfläche verbunden ist, so daß ihre Oszillationssignalfrequenz sich gemäß molekularen Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche ändert, und wobei die Referenzschaltung eine Referenoszillatorschaltung zum Erzeugen eines Referenzsignals mit einer einen Zustand der Referenzoberfläche anzeigenden Oszillationsfrequenz aufweist.
System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, ferner mit: einem Umgebungssensor (102) zum Erfassen einer Temperatur und/oder Feuchtigkeit eines in die Diffusionskammer strömenden, extern erzeugten Fluids und zum Erzeugen eines Umgebungssignals (103) in Antwort darauf; und einem Korrekturprozessor (86) zum Empfangen des Umgebungssignals und des Sensorausgangssignals und zum Erzeugen eines korrigierten Sensorausgangssignals.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Diffusionskammereingangskanal einen Diffusionskammereinlaßport (38B) und eine den Kammereinlaßport umgebende Düse (38A) aufweist, und wobei der Diffusionskammerausgangskanal einen Diffusionskammerauslaßport (22) und einen den Kammerauslaßport umgebenden Trichter (22A) aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei die Düse sich mit einen Verjüngungswinkel T verjüngt und der Trichter sich mit dem gleichen Verjüngungswinkel T verjüngt, wobei die Düse und der Trichter im wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind.
System nach Anspruch 7, wobei die Düse und der Trichter voneinander beabstandet sind, und wobei der Verjüngungswinkel T und der Abstand derart gewählt sind, daß innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Durchflußraten des Fluids im wesentlichen alle den Eingangskanal durchströmenden Partikel in den Ausgangskanal geleitet werden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einem mit dem Ausgangsport verbundenen Partikelzähler (400).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einer mit dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen Unterdruckquelle (306, 402, 710).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit einer Heizeinrichtung (812) zum Erwärmen des Fluids.
System nach Anspruch 11, wobei die Heizeinrichtung eine Heizkammer (812), einen Heizkammeraufnahmeport (811) und einen Heizkammerausgangsport (813) aufweist, wobei der Heizkammerausgangsport mit dem Diffusionskammereingangskanal verbunden ist.
System nach Anspruch 12, ferner mit einem Ventil (802) mit einem mit dem Ausgangsport für das erwärmte Fluid verbundenen ersten Aufnahmeport (808B), einem mit einer externen Fluidprobenquelle verbundenen zweiten Aufnahmeport (808A), und einem Ventilausgangsport (802A), wobei das Ventil dazu geeignet ist, entweder den ersten Aufnahmeport oder den zweiten Aufnahmeport in Antwort auf ein extern erzeugtes Ventilsteuerungssignal auszuwählen und mit dem Ventilausgangsport zu verbinden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner mit mehreren Eingangsports (300A, 300B, 502), die mit dem Diffusionskammereingangskanal verbunden sind.
System nach Anspruch 14, ferner mit einem Mischverteiler (500), wobei der Misch-Verteiler zwischen den mehreren Eingangsports (502) und dem Diffusionskammereingangskanal verbunden ist.
System nach Anspruch 15, ferner mit einem mit dem Ausgangsport verbundenen Partikelzähler (400).
System nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei die mehreren Fluideingangsports einen ersten Eingangsport (300A) und einen zweiten Eingangsport (300B) aufweisen, und wobei das System ferner einen mit dem ersten Eingangsport verbundenen ersten Fluiddurchflußregler (302) und einen mit dem zweiten Eingangsport verbundenen zweiten Fluiddurchflußregler (304) aufweist.
System nach Anspruch 17, wobei der erste und der zweite Fluiddurchflußregler eine regelbare Dosiereinrichtung aufweisen.
System nach Anspruch 18, wobei die regelbare Dosiereinrichtung eine regelbare Blenden aufweist.
System nach Anspruch 17, 18 oder 19, ferner mit einer Quelle (308) von im wesentlichen verunreinigungsfreiem Fluid, wobei die Quelle mit dem ersten Eingangsport verbunden ist.
System nach Anspruch 20, wobei die Quelle von im wesentlichen verunreinigungsfreiem Fluid einen chemischen Filter aufweist.
System nach Anspruch 21, ferner mit einer mit dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen Unterdruckquelle (306, 402).
System nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die mehreren Fluideingangsports einen ersten Eingangsport (808A) und einen zweiten Eingangsport (808B) aufweisen, und wobei das System ferner ein zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsport und dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenes Portauswahlventil (802) aufweisen.
System nach Anspruch 23, ferner mit einer Quelle (810) eines im wesentlichen verunreinigungsfreien Fluids, wobei die Quelle mit dem ersten oder dem zweiten Eingangsport verbunden ist, so daß ein Benutzer durch Manipulieren des Portauswahlventils auswählen kann, ob dem Eingangskanal Umgebungsfluid oder verunreinigungsfreies Fluid zugeführt werden soll.
System nach Anspruch 24, ferner mit einer zwischen der Quelle des im wesentlichen verunreinigungsfreien Fluids und dem Portauswahlventil verbundenen Fluidheizeinrichtung (812).
System nach Anspruch 24 oder 25, ferner mit einer mit dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen ersten Unterdruckquelle (816).
System nach Anspruch 26, ferner mit einem zwischen der Unterdruckquelle und dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen Fluiddurchflußregler (818).
System nach Anspruch 26 oder 27, ferner mit einer mit dem Portauswahlventil verbundenen zweiten Unterdruckquelle (806), wobei das Portauswahlventil so angeordnet ist, daß, wenn die erste Unterdruckquelle mit dem ersten oder dem zweiten Eingangsport verbunden ist, die zweite Unterdruckquelle mit dem anderen dieser Eingangsports verbunden ist.
System nach Anspruch 28, ferner mit einem zwischen der ersten Unterdruckquelle und dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen ersten Fluiddurchflußregler (818) und einem zwischen der zweiten Unterdruckquelle und dem Portauswahlventil verbundenen zweiten Fluiddurchflußregler (804).
System nach Anspruch 29, ferner mit einer zwischen der Quelle des im wesentlichen verunreinigungsfreien Fluids und dem Portauswahlventil verbundenen Fluidheizeinrichtung (812).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, ferner mit: einem Dosierventil (802) mit einem ersten Aufnahmeport (808A), einem zweiten Aufnahmeport (808B) und einem Mischfluidausgangsport (802A), wobei dem Dosierventil ein extern erzeugtes Dosiersignal zugeführt wird und das Dosierventil einen Strömungspfad zwischen dem ersten Aufnahmeport, dem zweiten Aufnahmeport und dem Mischfluidausgangsport herstellt, so daß vom Mischfluidausgangsport austretendes Fluid ein durch das Do siersignal bestimmtes Verhältnis zwischen dem in den ersten Aufnahmeport eintretenden Fluid und dem in den zweiten Aufnahmeport eintretenden Fluid aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 31, ferner mit einer mit dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen Sammelanordnung (705).
System nach Anspruch 32, wobei die Sammelanordnung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: ein Sorbensmaterial, einen Impinger oder Aufpralleinrichtung, eine COTS-Probennahmeeinrichtung und eine umgehbare Pumpstrecke.
System nach Anspruch 33, ferner mit einem ersten Ausgangsport (706) und einem zweiten Ausgangsport (706C), wobei die Sammelanordnung ein zwischen dem Diffusionskammerausgangskanal und den Ausgangsports angeordnetes Ausgangsportauwahlventil (702) und eine mit dem zweiten Ausgangsport verbundene Sammeleinrichtung (714) aufweist.
System nach Anspruch 34, ferner mit einem Probennahmecontroller (86) zum Erzeugen eines Auswahlventilsteuerungssignals in Antwort auf das Sensorausgangsignal.
System nach Anspruch 35, wobei der Probennahmecontroller das Auswahlventil in Antwort darauf, ob das Sensorausgangssignal einen vorgegebenen Ausgangssignalschwellenwert überschreitet oder die Änderungsrate des Sensorausgangsignals einen vorgegebenen Änderungsratenschwellenwert überschreitet, steuert, um der Sammeleinrichtung Fluid zuzuführen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 36, ferner mit einer mit dem Diffusionskammereingangskanal verbundenen Gaskomprimiereinrichtung (602).
System nach Anspruch 37, ferner mit einem mit dem Diffusionskammerausgangskanal verbundenen Fluiddurchflußregler (604).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 38, ferner mit einer Testoberfläche (152), die dazu geeignet ist, die molekularen Verunreinigungen zu sammeln, und so angeordnet ist, daß sie mit dem gleichen Fluid in Kontakt steht wie die Detektionsoberfläche.
System nach Anspruch 39, ferner mit: einem Durchlaß (153) durch das Gehäuse zum Einführen der Testoberfläche; und einer entfernbaren Abdeckung (154) auf dem Durchlaß zum Einschließen der Testoberfläche.
System nach Anspruch 39 oder 40, wobei die Testoberfläche und die Detektionsoberfläche das gleiche Oberflächenmaterial aufweisen.
System nach Anspruch 39, 40 oder 41, wobei die Testoberfläche und die Detektionsoberfläche verschiedene Oberflächenmaterialien aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei die Detektionsoberfläche eine Oberfläche aus einem piezoelektrischen Kristall ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 43, ferner mit einer zwischen dem Detektionskammereingangskanal und der Detektionsoberfläche angeordneten, chemisch selektiven Membran (122).
System (10) zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit. einem Fluidströmungskanal (32); einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur (38A, 22A), die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; und einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals.
System nach Anspruch 45, wobei das Fluid ein Gas ist.
System nach Anspruch 46, wobei die Diffusionsstruktur aufweist: eine Diffusionskammer, die die Detektionsoberfläche enthält; und eine mit der Diffusionskammer kommunizierende Öffnung im Fluidströmungskanal.
System nach Anspruch 46 oder 47, wobei die Diffusionsstruktur eine zwischen dem Fluidströmungskanal und der Detektionsoberfläche angeordnete chemisch selektive Membran aufweist.
System (10, 120, 130, 150, 160, 170, 180, 190, 600, 700, 800) zum Überwachen molekularer Verunreinigungen, mit: einem Gehäuse, das eine Diffusionskammer bildet; einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionkammereingangskanal (32) mit einem außerhalb der Diffusionskammer angeordneten Aufnahmeport (39) und einem in der Diffusionskammer angeordneten Kammereingangsport (38A); einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionkammerausgangskanal (24, 46) mit einem in der Diffusionskammer angeordneten Kammerauslaßport (22) und einem außerhalb der Diffusionskammer angeordneten Ausgangsport (47); einer dem Inneren der Diffusionskammer ausgesetzten Detektionsoberfläche (61); und einem Sensor (81) zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals (SMC[t]).
System nach Anspruch 49, ferner mit einem mit dem Ausgangsport verbundenen Partikeldetektor.
System (10) zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal (32); einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur (38A, 22A), die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor (81) zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; einer hermetisch verschlossenen Referenzkammer (62); und einer Referenzoberfläche (71), die mit der Detektionsoberfläche im wesentlichen identisch und dem Inneren der hermetisch verschlossenen Referenzkammer ausgesetzt ist; wobei der Sensor aufweist: eine Detektorschaltung (56), die der Detektionsoberfläche zugeordnet ist und ein einen Zustand der De tektionsoberfläche anzeigendes Detektionssignal erzeugt; eine Referenzschaltung (58), die der Referenzoberfläche zugeordnet ist und ein den Zustand der Referenzoberfläche anzeigendes Referenzsignal erzeugt; und eine Vergleichsschaltung (84), die das Detektionssignal und das Referenzsignal empfängt und das eine Differenz zwischen dem Detektionssignal und dem Referenzsignal anzeigende Sensorausgangssignal erzeugt.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; einem Umgebungssensor (102) zum Erfassen einer Temperatur und/oder Feuchtigkeit eines in die Diffusionskammer strömenden extern erzeugten Fluids und zum Erzeugen eines Umgebungssignals in Antwort darauf; und einem Korrekturprozessor zum Empfangen des Umgebungssignals und des Sensorausgangssignals und zum Erzeugen eines korrigierten Sensorausgangssignals.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einem mit dem Fluidströmungskanal verbundenen Partikelzähler (400).
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Fluids.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; mehreren mit dem Fluidströmungskanal verbundenen Fluideingangsports; und einem Fluid-Misch-Verteiler, wobei der Fluid-Misch-Verteiler zwischen den mehreren Eingangsports und dem Fluidströmungskanal verbunden ist.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einer Verdünnungsanordnung zum Verdünnen von Fluid im Strömungskanal mit einem im wesentlichen verunreinigungsfreien Verdünnungsfluid.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal;. einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einem Referenz-Probennahme-Subsystem zum abwechselnden Zuführen des Fluids und eines im wesentlichen verunreinigungsfreien Referenzfluids zur Detektionsoberfläche.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einer mit dem Fluidströmungskanal verbundenen Verunreinigungssammelanordnung.
System nach Anspruch 58, ferner mit einem Sammel-Controller-Subsystem, das den Sammelvorgang aktiviert, wenn das Sensorausgangssignal einen vorgegebenen Sensorausgangssignalschwellenwert überschreitet, oder wenn die Änderungsrate des Sensorausgangssignals einen vorgegebenen Änderungsratenschwellenwert überschreitet.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einer Testoberfläche, die dazu geeignet ist, die molekularen Verunreinigungen zu sammeln, und so ange ordnet ist, daß sie das gleiche Fluid erfaßt wie die Detektionsoberfläche.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Fluidströmungskanal; einer Detektionsoberfläche; einer Diffusionsstruktur, die es ermöglicht, daß molekulare Verunreinigungen vom Fluid im Strömungskanal zur Detektionsoberfläche diffundieren können, während sie verhindert, daß Partikel im Fluid im Strömungskanal die Detektionsoberfläche erreichen; einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberflä che und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; und einer zwischen dem Fluidströmungskanal und der Detektionsoberfläche angeordneten, chemisch selektiven Membran.
System zum Überwachen molekularer Verunreinigungen mit: einem Gehäuse, das eine Diffusionskammer bildet; einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionkammereingangskanal; einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Diffusionkammerausgangskanal; einer dem Inneren der Diffusionskammer ausgesetzten Detektionsoberfläche; und einem Sensor zum Überwachen der Detektionsoberfläche und zum Bereitstellen eines molekulare Verunreinigungen auf der Detektionsoberfläche anzeigenden Sensorausgangssignals; wobei der Diffusionskammereingangskanal einen Diffusionskammereinlaßport und eine den Kammereinlaßport umgebende Düse aufweist, und wobei der Diffusionskammerausgangskanal einen Diffusionskammerauslaßsport und einen den Kammerauslaßport umgebenden Trichter aufweist.
System nach Anspruch 62, wobei die Düse sich mit einem Verjüngungswinkel T verjüngt, und wobei der Trichter sich mit dem gleichen Verjüngungswinkel T verjüngt, wobei die Düse und der Trichter im wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind.
Verfahren zur Echtzeitüberwachung einer molekularen Verunreinigung in einem ersten Fluid, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Veranlassen, daß das Fluid durch einen Fluidkanal strömt; Veranlassen, daß molekulare Verunreinigungen im Fluid im Fluidkanal mit einer vorgegebenen Diffusionsrate in eine Diffusionskammer diffundieren, während das Fluid durch den Kanal strömt, so daß innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Durchflußraten des strömenden Fluids ein Pegel der molekularen Verunreinigungen in der Diffusionskammer einem Pegel der molekularen Verunreinigung im Fluid in einer bekannten Beziehung folgt; Erfassen der in die Diffusionskammer diffundierten molekularen Verunreinigungen; und Erzeugen eines den Pegel der molekularen Verunreinigung im Fluid anzeigenden Sensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 64, wobei der Erfassungsschritt die Schritte aufweist: Erzeugen einer Detektorschallwelle auf der der Verunreinigung ausgesetzten Oberfläche eines piezoelektrischen Detektorkristalls; und Bestimmen einer durch die Verunreinigung auf der Oberfläche verursachten Änderung der Detektorschallwelle.
Verfahren nach Anspruch 65, wobei der Bestimmungsschritt die Schritte aufweist: Erzeugen einer Referenzschallwelle auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Referenzkristalls, der dem piezoelektrischen Detektorkristall im wesentlichen gleicht und eine einem Referenzfluid ausgesetzte Oberfläche aufweist; und Vergleichen eines Parameters der Referenzschallwelle und der Detektorschallwelle, um das Sensorsignal bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 64, 65 oder 66, wobei der Erzeugungsschritt die Schritte aufweist: Erfassen der Temperatur und/oder Feuchtigkeit des Fluids und Bereitstellen eines die Temperatur und/oder Feuchtigkeit anzeigenden Zustandssignals; und Abgleichen des Sensorsignals basierend auf dem Zustandssignal.
Verfahren nach Anspruch 64, 65, 66 oder 67, ferner mit den Schritten: Erfassen von Partikeln im Fluid; und Erzeugen eines die Partikel anzeigenden Partikelsignals.
Verfahren nach Anspruch 64, 65, 66, 67 oder 68, wobei das Fluid ein Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 69, wobei der Erfassungsschritt das Erfassen der Verunreinigung auf einer Oberfläche in der Diffusionskammer aufweist und das Verfahren ferner das Aufheben eines Verunreinigungszustands auf der Oberfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Schritt zum Aufheben des Verunreinigungszustands das Erwärmen mindestens eines Teils des Fluids aufweist.
Verfahren nach Anspruch 71, wobei der Schritt zum Aufheben des Verunreinigungszustands das abwechselnde Zuführen des erwärmten Teils des Fluids und des nicht erwärmten Teils des Fluids in den Fluidkanal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 69, 70, 71 oder 72, ferner mit dem Schritt zum Bereitstellen eines zweiten Fluids, das im wesentlichen frei von der molekularen Verunreinigung ist, und zum abwechselnde Leiten des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch den Fluidkanal.
Verfahren nach Anspruch 69, 70, 71, 72 oder 73, ferner mit dem Schritt zum Verdünnen des ersten Fluids mit einem zweiten Fluid, das im wesentlichen frei von der Verunreinigung ist.
Verfahren nach Anspruch 74, wobei der Verdünnungsschritt aufweist: Bereitstellen eines ein vorgegebenes Verhältnis des ersten Fluids und des zweiten Fluids anzeigenden Verdünnungssignals; und Kombinieren des ersten Fluids und des zweiten Fluids gemäß dem Verdünnungssignal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 75, ferner mit dem Sammeln der Verunreinigung in einer entfernbaren Sammeleinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 76, wobei der Sammelschritt das Vorkonzentrieren der Verunreinigung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 77, ferner mit den Schritten: Bereitstellen mehrerer Probennahmeports, denen jeweils ein anderes Fluid zugeführt wird; und Kombinieren der über die Probennahmeports empfangenen Fluide und Ausgeben des kombinierten, erhaltenen Fluids zum Fluidkanal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 78, ferner mit den Schritten: Unter Druck setzen des Fluids, bevor es durch den Fluidkanal geleitet wird; und Begrenzen des Durchflusses des aus dem Fluidkanal austretenden, unter Druck stehenden Fluids, um einen vorgegebenen Druckpegel im Fluidkanal bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 79, ferner mit dem lösbaren Sichern einer Testoberfläche in Fluidverbindung mit der Diffusionskammer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 80, ferner mit den Schritten: Erfassen von Partikeln im Fluid; und Erzeugen eines die Partikel anzeigenden Partikelsignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 81, wobei der Diffusionsschritt das selektive Durchleiten der molekularen Verunreinigung durch eine chemisch selektive Membran aufweist.
Verfahren zum Überwachen einer molekularen Verunreinigung in einem Fluidstrom, mit den Schritten: Leiten des Fluidstroms durch einen Fluidkanal mit einem Diffusionspfad, um zu veranlassen, daß die molekulare Verunreinigung im Fluid vom Fluidkanal zu einer Diffusionskammer diffundiert; und Bereitstellen eines Verunreinigungssensors mit einer Oberfläche, die dem Inneren der Diffusionskammer ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 83, wobei der Diffusionspfad derart bereitgestellt wird, daß partikelförmige Verunreinigungen im Fluid nicht mit einer wesentlichen statistischen Wahrscheinlichkeit in die Diffusionskammer eintreten.