EP3688394A1 - Echtzeit monitoring eines mehrzonen-vertikalofens mit fruehzeitiger erkennung eines ausfalls eines heizzonen-elements - Google Patents

Echtzeit monitoring eines mehrzonen-vertikalofens mit fruehzeitiger erkennung eines ausfalls eines heizzonen-elements

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EP3688394A1
EP3688394A1 EP18799591.5A EP18799591A EP3688394A1 EP 3688394 A1 EP3688394 A1 EP 3688394A1 EP 18799591 A EP18799591 A EP 18799591A EP 3688394 A1 EP3688394 A1 EP 3688394A1
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EP
European Patent Office
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resistance
heating
thermal
thermal device
heating zone
Prior art date
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Pending
Application number
EP18799591.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven GRUBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Original Assignee
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by X Fab Semiconductor Foundries GmbH filed Critical X Fab Semiconductor Foundries GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current

Definitions

  • TTEELL ((TTookkyyoo EElleeccttrroonn LLiimmiitteedd)) ..
  • US 2010/14749 (Turlure, STM) relates to a wafer oven (there page 10, column 3, paragraphs 45, 46) in which a temperature sensor 29 is arranged. If the measured temperature exceeds a threshold set by the camera 26 mounted there, the oven becomes too hot, or too hot, and the camera used to position the wafer could be damaged. A detection of a failure of the furnace for wafers is not intended here (and also impossible).
  • US 2009/237102 AI (Lou, Star Technologies) describes a heater for semiconductors and has a temperature control to control the temperature of the furnace. In addition, test signals are provided for the semiconductors in the oven.
  • the claimed invention relates to monitoring of the aforementioned individual heating zones (in each of which at least one heating element is located) on premature wear, and thus all heating zones together. Also several systems, each with several heating zones.
  • the mentioned heater from TEL is a vertical 5-zone heater operating in the range of 600 ° C to 1150 ° C. Due to the vertical arrangement and the high
  • Every process loss has a production loss of at least 150 wafers
  • the invention is based on the following technical problem ...
  • the invention is concerned with the prevention of wafer losses with values of up to 150,000 EUR per batch.
  • the claimed invention detects early wear (touching the elements or areas of
  • Heater winding to minimize or eliminate the loss of the wafer and to better plan the availability of personnel and materials.
  • this is done by a permanent measurement of the resistance (obtained from measurements of voltage and current) of each heating zone.
  • the current value of the resistor is compared with the previous value. Even at a low Deviation in the resistance value, an alarm (a warning) is generated for the system, well in time before a failure of an entire heating coil.
  • the invention uses the effect that a real-time detection in the individual heating zones is permanently implemented and thus early contact within the winding is detected before it finally comes to the winding break. These are the expected error (which is already issued as an alarm message) and the real error (which comes as a winding break).
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the risk of wafer loss can be significantly minimized by detection of an impending failure, the system is already stopped and z. B. the five-zone heater can be replaced preventively, or even individual heating zones are renewed, or the thermal device is not started before a repair is not done.
  • the claimed screen display (e.g., claim 20) enables a
  • Parameters of the thermal devices and a measurement and detection window area for representing technical measured values calculated values of the thermal devices preferably several independent latter
  • Figure 1 Example of a winding contact of a resistor 1 in a heating zone.
  • FIG. 2 A schematic circuit diagram of the heating (in the plant 100)
  • FIG. 1 A circuit diagram of the heater on the high-voltage side
  • FIG. 3 shows an example of a voltage converter 21 from the group 20 of voltage transformers.
  • FIG. 4 shows an example of a current sensor 31 from the group 30 of FIG.
  • Figure 6 a block diagram of the resistance measurement and system monitoring.
  • FIGS. 6b flowchart of a program-technical solution of the
  • FIGS. 8 software tabs as a screen image
  • FIG. 9 software register as screen display
  • Plant pages 212, 212a ... as USER interface (s).
  • FIG. 12 Software registers as screen display, UI evaluation 214.
  • Figures 13 early detection of a first winding contact event 310, divided into two sheets 13-1 and 13-2.
  • FIG. 14 shows the premature detection of a second winding contact event 310 ', divided into two sheets 14-1 and 14-2.
  • FIG. 1 An enlarged illustration of a winding, that is to say a resistor 1 as a heating coil in a wound, planar form, is illustrated in FIG.
  • a winding contact Fi is to be shown, which has arisen in the region of a resulting winding damage F (in a circle) by touching two adjacent Schudrahtabitesen (in black and dark).
  • the center of the helix is not shown, it is above to assume about twice the height of the picture.
  • the section is shown at a lower (right) edge region and it is explained on the basis of the resistance 1 in the heating zone 1 'such a coil.
  • the heating wire is consistently a piece, which winds winding or helically around a center outward.
  • Sections of the heating wire (dark in the picture) is an insulating material (in the picture bright). In the edge area, individual numbered sections of this heating wire can be seen. Sections 1.4, 1.3, 1.2 and 1.1 are adjacent sections of the
  • the outermost wire or line section 1.1 performs under all webs 1.10 to 1.14. It begins in the picture on the left, under bridge 1.10 leads to the right, and gets to the bridge 1.11, 1.12, then to the
  • the webs have approximately the same circumferential distance angles, but are in their
  • the insulating zone is 1.6.
  • the webs are based on the insulation zones between the heating wire sections (shown brighter). Even further inside is the next isolation zone 1.5, at the section 1.4 of the heating wire adjoining inside.
  • the previously described line sections 1.4, 1.3, 1.2 and 1.1 continue the heating wire.
  • Line sections 1.3 and 1.4 takes place in the gutter section OCF.
  • This local case of touch which causes a circumferential coil (approximately 360 °) to be short-circuited, will result in a fault.
  • This fault situation can have the effect that the entire heating coil 1 fails if at one point Fi an excessive heating occurs, which can lead to a line break.
  • FIG. 1 A schematic diagram of the structure is illustrated with FIG. 1
  • a voltage at each of the resistors 1 to 5 is measured by means of an optically isolated voltage converter 20 (from FIG. 3) directly at each heating zone 1 'to 5'.
  • a current detection 30 of each zone 1 'to 5' is realized via in each case a contactless Hall current sensor (from FIG. 4) between phase A to E and SCR unit 40 (thyristor block or heater control).
  • FIG. 2 shows a group 20, 30 of transducers, wherein two of the transducers 21, 31 are assigned to a zone 1 '.
  • a current detection 31 and a voltage converter 21 (collectively also called “converter") form the measured values of the resistance 1 of a heating zone 1 '.
  • Voltage sensors 20 use a ⁇ 15V DC voltage as a potential-separated supply voltage.
  • an 8-slot housing is used for modules ml to m7, wherein in each module an analogue detection area 30a for current and a voltage analogue detection area 20a is provided.
  • the eight-slot package is an exemplary NI-cDAQ 9188 from National Instruments. It accommodates the 7 analog input modules (16 analog inputs per module) and one solid state relay module 60 with eight SSR relays 61 to 68 (see Figure 5).
  • FIG. 6 example of a (total) system 100, of which seven may be present in the expansion stage proposed here.
  • the unit 100 is distributed on four sheets, which are to be put together as shown in the upper right for Figure 6 on sheet 6-1.
  • Each system has an electrical control box in which the voltage transformers 20 and power supply 80 are implemented at ⁇ 15V (DCV).
  • suppression capacitors can be integrated with the current sensors 30, since these are mounted directly in the vicinity of power transformers in the system.
  • shielded multi-core cables can be used.
  • Non-flammable lines can be used to pick up the voltages.
  • Thyristorblock 40 can be seen.
  • Their control corresponds to the usual procedure and will not be explained in detail here. The effect of their control already.
  • the five zones 1 'to 5' can be seen in the thermal system 100 of Figure 2, they are there marked with five resistors 1 to 5, of which each resistor is located in a zone.
  • the resistors are called as the zones, ie resistor 1 in zone 1 ', resistor 2 in zone 2', resistor 3 in zone 3 ', resistor 4 in zone 4' and resistor 5 in zone 5 '.
  • resistors are all connected in series in the example, it is also possible to use an upper resistor (top) and a lower resistance (bottom).
  • each resistor for example, resistor 1, as a helix (heating coil) is formed.
  • the voltages at the resistors ie each voltage at each resistor, is determined via the voltage sensors 20 mentioned.
  • a voltage sensor 21 is provided in the heating zone 1 'at the resistor 1. All other voltage sensors 22, 23, 24 and 25 correspond to the heating zones 2 ', 3', 4 'and 5', and the associated
  • Resistor 1 (the heating coil 1) in the heating zone 1 '.
  • a current IA is drawn in, from the (later) to be explained potential-free secondary load voltage A via the current measurement 31, the bidirectionally connected thyristors 41, the associated line to BN then in the heating zone 1 'through the resistor 1 and at the end over the connection line AN flows.
  • This current is an alternating current and it comes from a voltage which will be explained below with reference to FIG. 2a.
  • This voltage A has a phase and a neutral conductor AN, which are here named "Top". They come from a winding on a common transformer core, of which windings there are five in the example. These windings and their outputs from each phase and neutral, each potential-free, are named A, B, C, D and E. They are connected to the associated phase inputs A, B, C, D and E of the thyristor block 40
  • the heating transformer 110 has a primary high input voltage, which may be between 300V and 600V, preferably at 380V nominal AC voltage.
  • the associated input circuit of three phases U, V and W is connected to three windings Wl, W2 and W3 in a delta connection, which are wound on a common core.
  • This transformer core has five potential-free secondary windings on the secondary side which match the number of heating zones in the thermal system 100.
  • Each secondary winding supplies a heating zone and, after the heating zones are connected in series with their resistors, can also be connected to each winding via the
  • Thyristor block 40 and the bidirectional thyristors present therein an individual heating of the respective zone The switches shown in FIG. 2a turn on the heating zones and their supply voltage, they are here summarily called "Sch", and can be found in the figure quartet in the lower left corner of FIGS. The voltages shown there correspond to the voltages A to E (from top to bottom). On the right, the thyristors of the thyristor block 40 can be seen.
  • the current levels of the supply of the heating transformer 110 are adapted to the current compatibility of the resistors 1 to 5. They are between 30A and 55A. Also the
  • Voltages of the secondary windings of the heating transformer 110 are matched and are between 75V to 165V.
  • the resistances in the heating zones have values between 1.8 ⁇ to 4.5 ⁇ in the middle temperature range and between 0.25 ⁇ and 0.9 ⁇ in the high temperature range.
  • the currents can be up to 150A.
  • the resistors can have resistance values below 1 ⁇ .
  • Resistance It is designed as a helix, as can be seen in FIG. Its operational value (here called resistance value) is Ri.
  • the heating zone 1 ' is in this example, the upper heating zone "Top" and has the
  • the voltage transformers 20 are shown in Figure 3, as Aufsteckgephaseuse (for a Aufschnapp-rail not shown). They have input connections and
  • FIG. 4 shows an example of a current sensor 31, which measures the current without potential, which current is supplied from the thyristor block 40 to the bipolar thyristor 41, for example.
  • thermal plant 100 are assigned to a module.
  • FIG. 6a is a schematic block diagram (as a circuit) can be seen, as it can be realized for a zone and a resistor disposed therein.
  • this scheme can also be transferred to multiple zones, or multidimensionally considered each
  • Function block 50, 52, ... is present as often as there are resistances in a thermal system to measure, either in a thermal plant 100 or across plants, when multiple systems, such as seven systems, each with five heating zones are monitored ,
  • zone 1 the monitoring will be explained with reference to FIG. 6a.
  • AC voltage is preferably RMS values, not instantaneous values.
  • Both measured signals, the voltage and the current at the instant i, are supplied to the arithmetic unit 50 in order to calculate therefrom a resistance value Ri (i) belonging to a time value as time stamp i.
  • This measurement and this calculation takes place permanently during the operation of the system 100 and the resistance values Ri (i) continuously determined during this process are stored in the intermediate memory 52.
  • This buffer 52 outputs the current value and a previous value, in particular the immediately preceding value, and thus supplies a comparator or a difference former 54.
  • the two resistance values Ri (i) and Ri (i-l) are subtracted or compared in their value and the comparison result, in particular the difference ARi (i), of these two values is output.
  • the output of the difference ARj (i) is provided to a threshold switch 56 which responds when a predetermined difference value AR is exceeded (also referred to as upper and lower limit windows) and the threshold switch 56 provides a signal to one of the SSR relays 60 from which triggers an alarm signal 90.
  • the multiple SSR relays 60 can be seen in FIG. 6, one of them, the SSR 61 is here at
  • Heating coil 1 of the thermal system 100 active.
  • the injected deviation AR defines the responsiveness and indicates whether an error case F caused by contact of two adjacent heater wire sections in the area Fi is in progress or already in progress.
  • the alarm 90 on this detected error case is thus generated, well before a failure of a whole heating coil or heating coil 1, which was used here as an example in Figure 6a and in Figure 1.
  • a measurement data acquisition and monitoring can also be done by program technology, which illustrate Figure 6b.
  • the programmed technical flow chart is 190. It works with real measured values from an operating procedure (like a process computer to be assigned to a technical area that does not process abstract data, and therefore is not a "data processing system as such").
  • the acquisition of the current and voltage signals (ie the measured values) is realized simultaneously with 5,000 values / sec per analog input across all plants 100,
  • a measuring interval is 4 sec, which corresponds to a total of 20,000 values per analog input.
  • the complete measurement data packet can be sent over a network, e.g. are transmitted via Ethernet (not shown) to a controller programmed with (technical) software, which implements the function of the FIG. 6a shown as a circuit or is recorded in the software flowchart 190.
  • Thyristor control 40 of each system 100 This switches depending on
  • Half-wave depending on the performance can influence each other and so one
  • function 122 it may be checked whether there are a minimum number of periods, e.g. five periods. If not, then this data is ignored, branch 122a. This is particularly useful because when cooling the heater, the power can be less than 3% and thus could have a not sufficient number of raw data (first threshold) for optimal RMS formation.
  • the resistance value of each heating element is determined according to Ohm's law with the function 140 and stored with a time stamp in a suitable file, in particular a text file.
  • the power curve is controlled with the function 142 from the determined resistance value with the square values of voltage and current, to additionally rule out that the signal is disturbed. If the difference in the comparison 144 is greater than a default (a second threshold), the measured data (the measurement interval) of the affected heater zone is also ignored, branch 144a, function 145.
  • the raw data are stored in order to be able to carry out an analysis of the signal profiles afterwards. It can also be evaluated whether the thyristor pair for the positive or negative half-wave is defective. This is determined in the process and displayed in text form.
  • the resistance difference ARabsoiut can be applied to the previous or current measurement value Rj (i) or j (il) is related to be expressed as a percentage as AR re iativ, thus for the i-th measurement of zone j gives ⁇ Rj (i) - Rj (i-1) ⁇ / Rj (i).
  • the path 151a is taken in the process, otherwise branch 151b, which leads back to the function 110, as well as the branching return paths 122a and 145a as consequences of unachieved thresholds.
  • the various inserted thresholds should be selected again. They serve to verify a result that is not as simple as
  • Alarm error case 151, 151a and the alarm generation 161 is assumed, but can go through several plausibility checks, whether it is really a real error (in the sense of an expected real error), not just an unfortunate reading or a disturbance.
  • thyristor control 40 operates on a pulse packet control assumed here in the example, ie it always transmits an entire sine wave and blocks one or more sine waves, at low powers, e.g. less than 3%, many solid waves are blanked out by 360 ° and only one or a few full waves are switched through
  • first threshold For example, a full-wave through and five full waves. For example, at higher currents, eight fullwaves are turned on and two fullwaves are matched. The latter case would support query 122 and say that there are sufficient measurements for RMS calculation.
  • a second threshold is in the control of active power over current and voltage. If the resistance has been calculated in function 140, it can also be used to calculate the active power delivered to the system or to the zone, both by voltage and by current. Both calculated process values of the active power are available and help to detect faults. This should be referred to as the second threshold, which is not a true threshold, but only a threshold or switching threshold to prevent any further transmission of disturbances or false alarms.
  • a third threshold is in the query 151.
  • the difference to be detected between the measured and the previously measured resistance value (or a previously measured resistance value) becomes a minimum
  • One, two or all of the three thresholds help ensure safety and security
  • Suitable values for the minimum number of periods are the number of at least five consecutive voltage periods.
  • each with the previously calculated resistance is in a range of less than 5%, preferably less than 2%.
  • GUI Functional software interface
  • GUI graphical user interface
  • the graphical user interface may be composed of multiple tabs 210.
  • the following properties can be set ...
  • Threshold in the form of eight windows
  • the measuring system is configured at 221 (in the lower rider).
  • the limits are configured or determined in sub-tab 222 by +/- limits so that the limits of ⁇ 2.5% set here for PHOT-0400, for example, indicate a range within which no warning or no Alarm is output.
  • field 223 with graphically activatable keys or areas is turned on, in which the eight systems mentioned are activated for data acquisition.
  • the evaluation is in sub-tab 224, where each plant from PHOT-0400 to PHOT-1400 is mapped in area 224a with all its zones, here five zones each (Bottom, CTR1, CTR2, CTR3 and Top).
  • This graphical tab accessed via tab 211, thus has the characteristics of the configuration of the measuring system, the configuration of the limits, the alarm evaluation and additionally a field which activates the data acquisition at each of the several thermal systems.
  • the change in resistance (see also FIG. 11) can also be viewed over time since the mean value is formed and stored for each time interval. Under a UI evaluation (see Figure 12), the raw data of voltage and current can be viewed in case of error.
  • tabs 212, 212a, 212b, etc. will be illustrated here with reference to FIG. Each attachment is shown here in more detail and has a chart 232 showing the course of resistance over time. Only the tab 212 will be explained here, in the same way the tabs 212a, 212b are formed and functionally realized. The user leaves the home page of the
  • Alarm event but depends on the settings of the parameters on the start page 211 of the GUI.
  • the configurations are concentrated on the homepage 211.
  • the plant results on the tabs 212, 212a, ... with associated alarm message 90 for each Plant and within the plant for all existing zones, in the example five zones per plant 10 in the entire plant 100.
  • an error message from the thyristor unit 40 may be included among the alarms, not just the detection of a resistive coil that is going to be damaged.
  • the tabs 213 (FIGS. 10 and 11) as well as the UI evaluation 214 (in FIG. 12) are used for checking and retrospectively considering an error development. Often it is useful to reproduce and look at the exact course of the error later, it is often helpful to analyze why an error was detected or how it was detected and last but not least it makes sense to analyze an accidentally reported alarm also why this was recognized, although he should not have been recognized. All these tasks are served by the records of the past (History, tab 213) and the recordings of the measurements of the drift of the resistance, how it behaves in the long term. For this purpose, the mean value per day is entered, for example, according to FIG. 11, wherein the illustrated scaling of the x-axis between two vertical sections respectively in FIGS.
  • the measurement data is being condensed more and more, so that they also allow long-term statements and assessments, as well as short-term determination in the minute grid.
  • the paged-out data can be read in via field 235 (a text file is provided to make this data available).
  • drift data can be read in via field 236, as illustrated in FIG. 11, in each case system-related, function field 237. Reading the drift data over a longer period of more than one day (the history data of FIG 24 hours from day) can be reached over the two-month grid of FIG. 11 and the chart drift data 234 '.
  • the monitoring and control also serves a record of the voltage curve over the activatable field 240 comparable to the resistance value.
  • the voltage curve 241 appearing on the x-axis is based on the number of pulses
  • FIGS. 13 and 14 show, as mentioned above, that premature detection of a winding contact was possible, designated as the first event in FIGS. 13 and 14 as the second event.
  • the PHOT-1000 system is functional
  • Selection box 237 is selected and in both representations a scaling of 2h per scale grid is used.
  • the time range 300 is increased out than 300 'in order to illustrate the beginning of the error case (a resistance change of 7% occurs) at the time 310.
  • the breaking of the resistance is shown at 320 after 5h as a real error case.
  • the (actual) error case is earlier in time and is already classified by the system as an error case, before the real error causes the thermal system to fail (and makes the batch of the load unusable).

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Abstract

Die Erfindung soll Waferverluste beim thermischen Behandeln zu vermeiden helfen. Wafer haben Werte von bis zu 150.000 EUR pro Charge. Es soll also kein ungeplanter Ausfall der thermischen Einrichtung zur Behandlung der Wafer mehr eintreten. Das vorgeschlagene Verfahren der Überwachung der thermischen Einrichtung(en) 100 zur Aufnahme und Temperierung von Waferlosen oder Chargen von Wafern verwendet eine dauerhaft angelegte Messung eines Widerstandswertes R1 in zumindest einer Heizungszone 1' von mehreren Heizungszonen 1', 2', 3', 4', 5' der thermischen Einrichtung. Der jeweils aktuell gemessene Wert R1(i) des Widerstands 1 in der zugehörigen Heizungszone 1' wird mit einem zuvor gemessenen Wert R1(i-1) desselben Widerstands 1 verglichen. Schon bei einer durch den Vergleich erfassten Abweichung ΔRi der beiden Widerstandswerte aus der gleichen Heizungszone 1' wird eine Warnung oder ein Alarm 90 für die thermische Einrichtung 100 generiert, der zeitlich vor einem Ausfall einer ganzen Heizungszone 1 in der thermischen Einrichtung 100 gelegen ist. Eine bessere Planbarkeit von Ressourcen ist ein weiteres Ziel.

Description

Echtzeit Monitoring eines Mehrzonen-Vertikalofens
mit fruehzeitiger Erkennung eines Ausfalls eines
Heizzonen-Elements
DDiiee EErrffiinndduunngg bbeeffaasssstt ssiicchh mmiitt eeiinneerr EEcchhttzzeeiittüübbeerrwwaacchhuunngg vvoonn HHeeiizzuunnggsseelleemmeenntteenn iinn eeiinneemm MMeehhrrzzoonneenn--VVeerrttiikkaallooffeenn,, zz..BB.. ddeemm FFüünnff--ZZoonneenn--OOffeenn AAllpphhaa88SSEE vvoonn TTEELL ((TTookkyyoo EElleeccttrroonn LLiimmiitteedd)).. DDiiee hhoohhee TTeemmppeerraattuurr eerrggiibbtt ssiicchh aauuss WWeerrtteenn oobbeerrhhaallbb vvoonn 550000°°CC,, ddiiee iinn ddeerr tthheerrmmiisscchheenn EEiinnrriicchhttuunngg ((AAnnsspprruucchh 11)) wwäähhrreenndd ddeess aakkttiivveenn BBeettrriieebbss hheerrrrsscchheenn;; vvggll.. EEqquuiippmmeenntt DDaattaasshheeeett,, TTEELL--AAllpphhaa--88SSEE,, AAuugguusstt 22000044,, aabbggeerruuffeenn aamm 2233.. SSeepptteemmbbeerr
Bei Wafern betrifft US 2010/14749 (Turlure, STM) einen Waferofen (dort Seite 10, Spalte 3, Abs. 45, 46), in dem ein Temperatursensor 29 angeordnet ist. Wenn die gemessene Temperatur einen Schwellenwert übersteigt, der von der dort angebrachten Kamera 26 vorgegeben wird, wird der Ofen zu heiß, oder ist er zu heiß, und die Kamera, die der Wafer-Positionierung dient, könnte beschädigt werden. Eine Erkennung eines Fehlerfalls des Ofens für Wafer ist hier nicht beabsichtigt (und auch unmöglich).
US 2009/237102 AI (Lou, Star Technologies) beschreibt eine Heizeinrichtung für Halbleiter und besitzt eine Temperaturkontrolle, um die Temperatur des Ofens zu steuern. Dazuhin werden Testsignale für die Halbleiter in dem Ofen bereitgestellt.
DE 39 10 676 AI (Pierburg, Lösing) betrifft in einem fern liegenden Fachgebiet eine Messeinrichtung für Luftmassenstrom, dies bei Verbrennungs-Kraftmaschinen, also Fahrzeugen. Betriebsbedingte Messfehler, z.B. durch Ablagerungen oder Alterung, sollen vermieden werden. In zeitlichen Abständen erfolgen Messungen, deren Ergebnis verglichen wird mit der Folge einer dadurch veranlassten Korrektur, vgl. dort Spalte 5, Zeile 40 bis 51 oder Spalte 1 ab Zeile 52 oder für ohmsche Widerstände die Spalte 4,
Zeile 12 ff.
Die beanspruchte Erfindung betrifft hingegen eine Überwachung der eingangs genannten einzelnen Heizzonen (in denen jeweils zumindest ein Heizelement liegt) auf vorzeitigen Verschleiß, und somit auch aller Heizzonen gemeinsam. Auch mehrere Anlagen mit jeweils mehreren Heizzonen.
Aktuell gibt es keine Möglichkeit einen vorzeitigen Ausfall einer Heizungszone
(= Heizzone) zu erkennen. Somit besteht ein hohes Risiko für einen Waferverlust von 150 Wafer pro Anlage. Beim japanischen Anlagenhersteller Tokyo Electron (TEL) gibt es nur ein Verfahren der Erkennung eines tatsächlichen Ausfalls einer Heizungszone. Diese Art von thermischer Überwachung, welche den Fehler durch ein Abfallen der Temperatur erkennt, und ein Temperaturalarm an der Anlage generiert, wird auch von anderen Herstellern angeboten.
Die genannte Heizung von TEL ist ein vertikaler 5-Zonen Heizer, welcher im Bereich von 600°C bis 1.150°C betrieben wird. Durch die vertikale Anordnung und die hohen
Temperaturen verformen sich die einzelnen, eben angeordneten Wendel (Wicklungen) mit der Zeit und es kann zu einer Berührung von zwei benachbarten Abschnitten einer Wicklung innerhalb einer Zone (siehe Figur 1) kommen. Durch diesen Effekt verringert sich der Widerstand um einige Prozent und nach gewisser Zeit kommt es an dieser Stelle dann zum Bruch der Wicklung.
Es besteht bisher nicht die Möglichkeit im Standby oder im Prozess der Anlage einen Heizungsausfall der fünf Zonen vorzeitig zu detektieren. In der Vergangenheit traten mehrere Fälle eines Ausfalls auf. Diese Ereignisse traten zum einen während des Prozesses auf, mittels Generierung eines Temperaturalarms (führt zum
Prozessabbruch), aber auch im Standby trat ein solcher Abbruch auf.
Beim Ausfall im Standby konnte der Prozess der Temperierung der Wafer dennoch gestartet werden, da kein Alarm an der Anlage generiert wurde. Der mit wertvollen Wafern vorbeladene Prozess startete und wurde dann durch einen Temperaturalarm abgebrochen.
Jeder Prozessabbruch hat einen Produktionsverlust von zumindest 150 Wafern
(300.000 EUR Verlustkosten), eines ganzen Loses (oder Charge) und eine lange NichtVerfügbarkeit von circa 12 Tagen der Anlage zur Folge.
Ausgehend von dem vorstehend erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung das folgende technische Problem zugrunde ... Es geht der Erfindung um die Vermeidung von Waferverlusten mit Werten von bis zu 150.000 EUR pro Charge. Auch soll kein ungeplanter Ausfall der thermischen Einrichtung mehr eintreten und eine bessere Planbarkeit von Ressourcen entstehen.
Die beanspruchte Erfindung (Anspruch 1 oder Anspruch 18 oder Anspruch 20) erkennt frühzeitig einen Verschleiß (Berührung der Elemente oder Bereiche der
Heizungswicklung oder das Auftreten einer punktuellen Leitstelle in der
Heizungswicklung), um den Waferverlust zu minimieren oder ganz zu vermeiden und die Verfügbarkeit von Personal und Material besser planen zu können.
Erfindungsgemäß erfolgt dazu eine dauerhafte Messung des Widerstands (Erhalten aus Messungen von Spannung und Strom) jeder Heizungszone. Der aktuelle Wert des Widerstands wird mit dem vorherigen Wert verglichen. Schon bei einer geringen Abweichung im Widerstandswert wird ein Alarm (eine Warnung) für die Anlage generiert, zeitlich noch weit vor einem Ausfall einer ganzen Heizwicklung.
Die Erfindung nutzt den Effekt, dass eine Echtzeiterfassung in den einzelnen Heizzonen dauerhaft implementiert ist und somit frühzeitig ein Kontakt innerhalb der Wicklung erkannt wird, bevor es endgültig zum Wicklungsbruch kommt. Das sind der erwartete Fehler (der bereits als Alarmmeldung ausgegeben wird) und der reale Fehler (der als Wicklungsbruch kommt).
Auch eine Erfassung eines erwarteten Fehlers vor dem eigentlichen Betrieb, in dem sog. Standby Modus, ist möglich (Anspruch 5). Tritt hier die Fehlererwartung auf, wird erst gar nicht eingeschaltet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Risiko des Waferverlusts deutlich minimiert werden kann, indem bei Detektion eines bevorstehenden Ausfalls, die Anlage bereits angehalten wird und z. B. der Fünf-Zonen Heizer vorbeugend ausgetauscht werden kann, oder auch einzelne Heizzonen erneuert werden, oder die thermische Einrichtung gar nicht gestartet wird, bevor eine Reparatur nicht erfolgt ist.
Die beanspruchte Bildschirmdarstellung (z.B. Anspruch 20)ermöglicht eine
übersichtliche Überwachung mehrerer thermischer Einrichtungen und erlaubt dem Benutzer eine sofortige Erkennung des Systemzustands, auch wenn eine große Vielzahl von Anlagen oder darin enthaltenen Widerständen zu überwachen sind.
Auch zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ist die
Bildschirmdarstellung (effizient) geeignet.
Sie hat einen Konfigurations-Fensterbereich zur Darstellung von technischen
Parametern der thermischen Einrichtungen und einen Mess- und Erfassungs- Fensterbereich zur Darstellung von technischen Messwerten berechneten Werten einer der thermischen Einrichtungen, bevorzugt mehrere eigenständige letztere
Fensterbereiche, von denen jeweils eine nur einer thermischen Anlage zugeordnet ist. Mehrere Anlagen sind auf diese Weise individuell auf dem Bildschirm vertreten, aber nicht ineinander vermengt.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche werden hier einbezogen.
Auf die Figuren (auch Bilder) wird für konkrete Beispiele der Erfindung verwiesen, indes sind diese Beispiele nicht so zu lesen, dass sie zwingende Elemente enthalten, die in die insoweit primaten Ansprüche aufzunehmen sind oder dort notwendig erscheinen. Das wiederum bedeutet nicht, dass die Beispiele keine Offenbarungen enthalten würden, die sich für eine Ergänzung der Ansprüche eignen.
Auch wenn nicht an jeder Stelle und in jedem Satz der Begriff "insbesondere" oder "beispielsweise" zu lesen ist, mag der geneigte fachmännische Leser die folgend gegebenen Beispiele der beanspruchten Erfindung bitte so verstehen, als Beispiele mit beispielhaften Elementen, Werten und Funktionen.
Nicht beschriebene Elemente sind nicht so zu verstehen, dass ihr Vorhandensein disclaimed wird. Ist nur ein Beispiel für ein Element, einen Wert oder eine Funktionen offenbart, kann dieses dennoch in nahe liegender Weisen vom Fachmann des Gebiets abgewandelt werden.
Auf die Figuren (auch Bilder) wird für Beispiele der Erfindung verwiesen, stellen sie folgendes dar ...
Figur 1 Beispiel eines Wicklungskontakts eines Widerstands 1 in einer Heizzone .
Figur 2 Ein Prinzip-Schaltbild der Heizung (in der Anlage 100)
mit mehreren Heizzonen 1', 2', ... , 5'.
Figur 2a Schaltbild der Heizung auf der Hochvoltseite
(HV-Eingang) des Hochvolt- Trafos HT 110.
Figur 3 Beispiel eines Spannungswandlers 21 aus der Gruppe 20 von Spannungswandlern.
Figur 4 Beispiel eines Stromsensors 31 aus der Gruppe 30 von
Strom-Wandlern.
Figur 5 Acht-Slot Erfassung mit Modulen ml bis m7 für sieben
Anlagen 100.
Figuren 6 Elektrischer Schaltplan der Anlage im Beispiel, auf 4
Seiten in Figuren 6-1, 6-2 bis 6-4 aufgeteilt.
Figur 6a Blockschaltbild der Widerstandsmessung und Anlagen- Überwachung.
Figuren 6b Ablaufplan einer programmtechnischen Lösung der
Widerstandsmessung und Anlagen-Überwachung, aufgeteilt auf zwei Blätter 6b-l und 6b-2.
Figur 7 Messung von Spannung und Strom mittels Oszilloskop.
Figuren 8 Software-Register als Bildschirmdarstellung,
Startseite 211 für ein USER-Interface, aufgeteilt auf zwei Blätter 8-1 und 8-2.
Figur 9 Software-Register als Bildschirmdarstellung,
Anlagenseiten 212, 212a... als USER-Interface(s).
Figuren 10 Software-Register als Bildschirmdarstellung, History- Daten-Auswertung 213, aufgeteilt auf zwei Blätter 10-1 und 10-2.
Figuren 11 Software-Register als Bildschirmdarstellung, History-
Daten-Drift einlesen 236, aufgeteilt auf zwei Blätter 11-1 und 11-2. Figur 12 Software-Register als Bildschirmdarstellung, UI- Aus wertung 214.
Figuren 13 vorzeitige Detektion eines ersten Wicklungskontakt- Events 310, aufgeteilt auf zwei Blatt 13-1 und 13-2.
Figur 14en vorzeitige Detektion eines zweiten Wicklungskontakt- Events 310', aufgeteilt auf zwei Blätter 14-1 und 14-2.
Eine vergrößerte Darstellung einer Wicklung, also eines Widerstands 1 als Heizwendel in gewickelter, ebener Form, ist in Figur 1 verdeutlicht. Hier soll ein Wicklungskontakt Fi gezeigt werden, der im Bereich eines entstehenden Wicklungsschadens F (im Kreis) durch Berühren von zwei benachbarten Heizdrahtabschnitten (in schwarz und dunkel zu sehen) entstanden ist.
Bevor ein solcher Schaden entsteht, soll die hier beschriebene Erfindung, insbesondere die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele in der Lage sein, diesen Schaden als entstehenden Schaden vorherzusehen.
Das Zentrum der Wendel ist nicht dargestellt, es ist oben, etwa in doppelter Höhe des Bildes anzunehmen. Der Ausschnitt ist an einem unteren (rechten) Randbereich gezeigt und es wird anhand des Widerstands 1 in der Heizzone 1' eine solche Wendel erklärt. Der Heizdraht ist durchgängig ein Stück, welches sich wicklungs- oder wendeiförmig um ein Zentrum nach außen wendelt.
Radial gerichtete Stege, hell in der Figur 1 ersichtlich, stabilisieren die Lage dieses dunkel dargestellten Heizdrahts. Zwischen zwei jeweiligen radial benachbarten
Abschnitten des Heizdrahts (im Bild dunkel zu sehen) liegt ein isolierender Werkstoff (im Bild hell). Im Randbereich sind einzelne bezifferte Abschnitte dieses Heizdrahtes zu erkennen. Die Abschnitte 1.4, 1.3, 1.2 und 1.1 sind benachbarte Abschnitte des
Heizdrahts, also der Wicklung insgesamt. Der äußerste Draht- oder Leitungsabschnitt 1.1 führt unter allen Stegen 1.10 bis 1.14 durch. Er beginnt im Bild links, unter Steg 1.10 führt sich nach rechts fort, und gelangt zum Steg 1.11, 1.12, dann zu den
nächstfolgenden Stegen 1.13 und 1.14.
Die Stege haben in etwa gleiche umfängliche Abstandswinkel, sind aber in ihrer
Längserstreckung (in radialer Richtung) nicht gleichermaßen lang, sondern
abwechselnd kürzer und länger, wie im Bild zu erkennen.
Am inneren Rand des Abschnitts 1.3 liegt die Isolierzone 1.6. Die Stege stützen sich auf die zwischen den Heizdraht-Abschnitten liegenden Isolierzonen (heller dargestellt). Noch weiter innen liegt die nächste Isolierzone 1.5, an dem Abschnitt 1.4 des Heizdrahts innen angrenzend. Im rechts folgenden Abschnitt zwischen den radialen Stegen 1.12 und 1.13 setzen sich die zuvor beschriebenen Leitungsabschnitte 1.4, 1.3, 1.2 und 1.1 des Heizdrahts fort.
Erkennbar ist in diesem Zwischensteg-Bereich, dass sich die Isolierung 1.6 deutlich verbreitert (Abschnitt 1.6'), also die Abschnitte 1.3 und 1.4 der Heizwendel sich weiter voneinander entfernen, um dann im folgenden Zwischensteg-Abschnitt, der mit OCF gekennzeichnet ist, hinsichtlich des Abschnitts 1.4 nach außen deutlich zu verschieben, so weit, dass in dem eingekreisten Fehlerbereich F eine Berührung Fi der beiden
Leitungsabschnitte 1.3 und 1.4 im Zwischensteg-Abschnitt OCF erfolgt.
Dieser lokale Fall der Berührung, der dazu führt, dass eine Umfangswendel (ca. 360°) kurzgeschlossen ist, führt zu einem Fehlerfall. Dieser Fehlerfall kann sich so auswirken, dass die ganze Heizwendel 1 ausfällt, wenn an der einen Stelle Fi eine übermäßige Erhitzung eintritt, die bis zu einem Leitungsbruch führen kann.
Zu erkennen ist dies in dem gestrichelten Gebiet F'(am linken Rand). Es ist ein
(kommender) weiterer Fehlerfall, der die Draht-Abschnitte 1.1. und 1.2 betrifft.
Ausführungsbeispiele der Hardware werden folgend beschrieben.
Ein Prinzipschaltbild des Aufbaus ist mit Figur 2 verdeutlicht.
Eine Spannung an jedem der Widerstände 1 bis 5 wird mittels jeweils eines optisch potential-getrennten Spannungswandlers 20 (aus Figur 3) direkt an jeder Heizungszone 1' bis 5' gemessen. Eine Stromerfassung 30 jeder Zone 1' bis 5' wird über jeweils einen kontaktlosen Hall-Stromsensor (aus Figur 4) zwischen Phase A bis E und SCR-Einheit 40 (Thyristorblock oder Heizer- Steuerung) realisiert. Figur 2 zeigt jeweils eine Gruppe 20, 30 von Wandlern, wobei zwei der Wandler 21, 31 einer Zone 1' zugeordnet sind. Jeweils eine Stromerfassung 31 und ein Spannungswandler 21 (gemeinsam auch "Wandler" benannt) bilden die Messwerte des Widerstands 1 einer Heizzone 1' ab. Gleiches für die Zone 2' (Wandler 22, 32) und weitere.
Durch die kontaktlosen Messungen kommt es im Fehlerfall eines Sensors zu keiner Beeinflussung der Heizungszonen. Beide Sensortypen (Stromsensoren 30,
Spannungssensoren 20) verwenden eine ±15V Gleichspannung als potential-getrennte Versorgungsspannung.
Zur Auswertung der Signale von Strom und Spannung wird ein 8-Slot Gehäuse für Module ml bis m7 verwendet, wobei in jedem Modul ein Analog-Erfassungsbereich 30a für Strom und ein Analog-Erfassungsbereich 20a für Spannung vorgesehen ist. Das Acht- Slot-Gehäuse ist im beispielsweisen Aufbau ein NI-cDAQ 9188 von National Instruments. Es nimmt die 7 Analogeingangsmodule (16 Analogeingänge pro Modul) und ein Solid- State-Relais Modul 60 mit acht SSR- Relais 61 bis 68 auf (siehe Figur 5).
Mit dieser Hardware können sieben Heizer je fünf Zonen von unterschiedlichen Anlagen gleichzeitig überwacht werden (also sieben Heizanlagen 100 aus Figur 2 mit je zumindest fünf Zonen) .
Über die Relais 60 kann eine Verbindung zu einer jeweiligen thermischen Anlage 100 hergestellt werden, um einen Alarm 90 zu generieren.
Die elektrische Verdrahtung der Hardware wird gemäß Figuren 6 sichtbar (Beispiel einer (gesamten) Anlage 100 von denen sieben in der hier vorgeschlagenen Ausbaustufe vorhanden sein können). Die Anlage 100 ist auf vier Blatt verteilt, die so zusammen zu legen sind, wie rechts oben für Figur 6 auf Blatt 6-1 gezeigt. Je nach Systemzustand sind es dann vier Figuren oder eine Figur. An jeder Anlage befindet sich ein elektrischer Schaltkasten, in welchem die Spannungswandler 20 und die Spannungsversorgung 80 mit ±15V (DCV) implementiert sind.
Um Störeinflüsse zu vermeiden, können Entstör-Kondensatoren an den Stromsensoren 30 eingebunden sein, da diese direkt in der Nähe von Leistungstransformatoren in der Anlage montiert sind. Zusätzlich können abgeschirmte mehradrige Kabel verwendet werden.
Für den Abgriff der Spannungen können nicht entflammbare Leitungen verwendet werden.
Die zuvor summarisch dargestellte Gesamtanlage 100 soll in den einzelnen
Komponenten genauer erläutert werden, wobei Bezugszeichen verwendet werden.
Zuvor waren summarisch die Stromsensoren 30 erwähnt, die in Figur 2 vor dem
Thyristorblock 40 zu sehen sind. Es handelt im Beispiel für die fünf Zonen 1', 2', 3', 4' und 5' der thermischen Anlage 100 um fünf bidirektionale Thyristoren, die auch als Triac geschaltet sein können. Generell waren sie zuvor als Heizer-Steuerung bezeichnet worden. Ihre Ansteuerung entspricht üblicher Vorgehensweise und soll hier nicht näher erläutert werden. Die Wirkung ihrer Ansteuerung indes schon.
Die fünf Zonen 1' bis 5' sind in der thermischen Anlage 100 von Figur 2 zu erkennen, sie sind dort mit fünf Widerständen 1 bis 5 gekennzeichnet, von denen j eder Widerstand in einer Zone gelegen ist. Die Widerstände heißen so, wie die Zonen, also Widerstand 1 in der Zone 1', Widerstand 2 in der Zone 2', Widerstand 3 in der Zone 3', Widerstand 4 in der Zone 4' und Widerstand 5 in der Zone 5'. Nachdem diese Widerstände in dem Beispiel alle in Reihe geschaltet sind, kann auch von einem oberen Widerstand (Top) und einem unteren Widerstand (Bottom) gesprochen werden. Im Heizer 100 sind sie entsprechend angeordnet. Mit Blick auf Figur 1 ist jeder Widerstand, Z.B. Widerstand 1, als Wendel (Heizwendel) ausgebildet.
Die Spannungen an den Widerständen, also jede Spannung an jedem Widerstand wird über die genannten Spannungssensoren 20 ermittelt. Hier ist ein Spannungssensor 21 in der Heizzone 1' am Widerstand 1 vorgesehen. Alle weiteren Spannungssensoren 22, 23, 24 und 25 entsprechen den Heizzonen 2', 3', 4' und 5', bzw. den zugehörigen
Widerständen 2, 3, 4 und 5.
Jeder Thyristor im Thyristorblock 40, respektive ein jeweiliges gegenparalleles Paar an Thyristoren, beispielsweise 41, steuert einen Widerstand an, im Beispiel den
Widerstand 1 (die Heizwendel 1) in der Heizzone 1'. Hier ist ein Strom IA eingezeichnet, der von der (später) zu erläuternden potenzialfreien sekundären Lastspannung A über die Strommessung 31, die bidirektional geschalteten Thyristoren 41, die zugehörige Leitung zu BN dann in die Heizzone 1' durch den Widerstand 1 und am Ende heraus über die Anschlussleitung AN fließt. Dieser Strom ist ein Wechselstrom und er entstammt einer Spannung, die im Folgenden anhand von Figur 2a erklärt wird.
Diese Spannung A hat eine Phase und einen Nullleiter AN, die hier mit "Top" benannt sind. Sie entstammen einer Wicklung auf einem gemeinsamen Trafokern, von welchen Wicklungen es im Beispiel fünf gibt. Diese Wicklungen und deren Ausgänge aus jeweils Phase und Nullleiter, jeweils potenzialfrei, sind mit A, B, C, D und E benannt. Sie werden an die zugehörigen Phaseneingänge A, B, C, D und E des Thyristorblocks 40
angeschlossen (jeweils die Phase) und der jeweilige Nullleiter AN, BN, CN USW. an den jeweiligen Nullleiter AN, BN, CN, USW. in Figur 2.
Der Heiztransformator 110 (HT 110) hat eine primäre hohe Eingangsspannung, die zwischen 300V und 600V liegen kann, bevorzugt bei 380V Nenn-Wechselspannung liegt. Die zugehörige Eingangsschaltung aus drei Phasen U, V und W wird an drei Wicklungen Wl, W2 und W3 in einer Dreieckschaltung angeschlossen, die auf einem gemeinsamen Kern gewickelt sind. Dieser Trafokern hat auf der Sekundärseite fünf potenzialfreie Sekundärwicklungen, die zu der Anzahl der Heizzonen in der thermischen Anlage 100 passen.
Jede Sekundärwicklung versorgt eine Heizzone und nachdem die Heizzonen mit ihren Widerständen in Reihe geschaltet sind, kann auch mit jeder Wicklung über den
Thyristorblock 40 und die darin vorhandenen bidirektionalen Thyristoren eine individuelle Heizung der jeweiligen Zone erfolgen. Die in Figur 2a eingezeichneten Schalter schalten die Heizzonen und ihre Versorgungsspannung ein, sie werden hier summarisch als "Sch" benannt, und finden sich in Figuren 6 im Figurenquartett links unten wieder. Die dort eingezeichneten Spannungen entsprechen den Spannungen A bis E (von oben nach unten). Rechts sind die Thyristoren des Thyristorblocks 40 zu sehen.
Die Strompegel der Versorgung des Heiztrafos 110 sind an die Stromverträglichkeit der Widerstände 1 bis 5 angepasst. Sie betragen zwischen 30A und 55A. Auch die
Spannungen der Sekundärwicklungen des Heiztrafos 110 sind zugehörig angepasst und betragen zwischen 75V bis 165V. Die Widerstände in den Heizzonen haben Werte zwischen 1,8Ω bis 4,5Ω im mittleren Temperaturbereich und zwischen 0,25Ω und 0,9Ω im hohen Temperaturbereich.
Die Ströme können bis zu 150A betragen. Die Widerstände können bis unter 1Ω als Widerstandswert haben.
Es soll zur Koordinierung der nachfolgenden Erklärung nochmals verdeutlicht werden, dass die Heizzone 1' den Widerstand 1 (als physischen oder gegenständlichen
Widerstand) besitzt. Er ist als Wendel ausgebildet, wie es in Figur 1 zu sehen ist. Sein betrieblicher Wert (hier Widerstandswert benannt) beträgt Ri.
Die Heizzone 1' ist in diesem Beispiel die obere Heizzone "Top" und hat die
Spannungsmessung am physischen Widerstand 1 mit dem Sensor 21. Im gezeigten Beispiel fließt in diesem Widerstand 1 mit dem Widerstandswert Ri der Strom IA. Der Widerstandswert, der über die Spannungsmessung 21 und die Strommessung 31 ermittelt wird, beträgt berechnet Ri, wobei in einer fortlaufenden Messung mehrere Widerstandswerte "ermessen" und berechnet werden, da sich der ohmsche Wert des Widerstands 1 ändert und demzufolge sich mehrere gemessene Widerstandswerte als i-te Messwerte der laufenden Messung ergeben, so Ri(i), Ri(i+1), wobei i=l bis n. n ist ein Vielfaches der Abtastzeit (genauer ... des Abtastintervalls).
Gleiches gilt für die Heizzone 2' mit dem physischen Widerstand 2 und seinem ohmschen Widerstandswert R2, fortlaufend über der Zeit als R2(i), wobei i=l bis n. In gleicher Weise ist die Erklärung auf die anderen drei Widerstände 3, 4 und 5 aus Figur 2 zu übertragen, jeweils mit den passenden Indizes 3, 4 bzw. 5.
Physisch sind die Spannungswandler 20 in Figur 3 dargestellt, als Aufsteckgehäuse (für eine nicht gezeigte Aufschnapp-Schiene). Sie haben Eingangsanschlüsse und
Ausgangsanschlüsse, die potenzialfrei sind. Für die Stromsensoren 30 zeigt Figur 4 ein Beispiel eines Stromsensors 31, der potenzialfrei den Strom misst, der beispielsweise dem bipolaren Thyristor 41 aus dem Thyristorblock 40 zugeführt wird.
Mehrere Stromsensoren werden verwendet, im Beispiel sind es fünf, entsprechend den fünf Zonen für eine thermische Anlage 100. Werden mehrere Anlagen verwendet, so sind es entsprechend mehr Stromsensoren. Im Beispiel weiter vorne sind es sieben Anlagen 100.
Nachdem die Anzahl der Stromsensoren 30 und der Spannungssensoren 20 sehr umfangreich werden kann, sind zur Auswertung der gemessenen Signale von Strom und Spannung Eingangsmodule vorgesehen, im Beispiel diejenigen von Figur 5 als 8-Slot Gehäuse 30a (für Strom) und 20a (für Spannung), dargestellt in Figur 6. Hier sind es die genannten sieben Anlagen zu im Beispiel jeweils fünf Heizzonen.
Nachdem 16 Analogeingänge pro Modul verfügbar sind, können auch mehr Heizzonen pro Modul aufgenommen werden, als hier im Beispiel verschaltet worden sind. Hier werden fünf Eingänge für Stromsignale und fünf Eingänge für Spannungssignale verwendet, im Beispiel der Figur 6 sind es in einem physischen Modul ml die
funktionellen Bereiche 30a (für Strom) und 20a (für Spannung). So kann eine
thermische Anlage 100 einem Modul zugeordnet werden.
Aus der Figur 6a ist ein schematisches Blockschaltbild (als Schaltung) zu ersehen, wie es für eine Zone und einen darin angeordneten Widerstand realisiert sein kann.
Werden mehrere Zonen überwacht, kann dieses Schema auch auf mehrere Zonen übertragen werden, oder mehrdimensional so betrachtet werden, dass jeder
Funktionsblock 50, 52, ... so oft vorhanden ist, wie es Widerstände in einer thermischem Anlage zu messen gibt, und zwar entweder in einer thermischen Anlage 100 oder auch anlagenübergreifend, wenn mehrere Anlagen, beispielsweise sieben Anlagen mit jeweils fünf Heizzonen, überwacht werden.
Hier soll für Zone 1' in der thermischen Anlage 100 die Überwachung anhand der Figur 6a erläutert werden.
Anhand der Spannungsmessung 21 und anhand der Strommessung 31 wird ein zeitlich jeweils zugeordneter Messwert erfasst, der zum Zeitpunkt i vorliegt (i ist eine
fortlaufende Variable der digitalen Erfassung und kann auch "time stamp" genannt werden). Bei Wechselspannung handelt es sich bevorzugt um Effektivwerte, nicht um Momentanwerte. Beide gemessenen Signale, die Spannung und der Strom zum Zeitpunkt i, werden der Recheneinheit 50 zugeführt, um daraus einen Widerstandswert Ri(i) zu errechnen, der zugehörig zu einem Zeitwert als time stamp i gehört. Diese Messung und diese Berechnung erfolgt dauerhaft während des Betriebs der Anlage 100 und die fortlaufend dabei ermittelten Widerstandswerte Ri(i) werden in dem Zwischenspeicher 52 abgelegt. Dieser Zwischenspeicher 52 gibt den aktuellen Wert und einen vorhergehenden Wert, insbesondere den unmittelbar vorhergehenden Wert aus und speist damit einen Vergleicher oder einen Differenzbildner 54.
Die beiden Widerstandswerte Ri(i) und Ri(i-l) werden subtrahiert oder in ihrem Wert verglichen und es wird das Vergleichsergebnis, insbesondere die Differenz ARi(i), dieser beiden Werte ausgegeben. Allgemein sind es die Widerstandswert-Differenzen ARj(i), bei j=l bis m, wobei im Beispiel m=5 für fünf Heizzonen steht.
Die Ausgabe der Differenz ARj(i) erfolgt an einen Schwellenwert-Schalter 56, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenzwerts AR anspricht (auch als Fenster mit Obergrenze und Untergrenze bezeichnet) und der Schwellenwert-Schalter 56 gibt ein Signal an eines 61 der SSR Relais 60 ab, das ein Alarmsignal 90 auslöst. Die mehreren SSR Relais 60 sind in Figur 6 zu sehen, eines davon, das SSR 61 ist hier bei einer
Heizwendel 1 der thermischen Anlage 100 aktiv.
Die eingespeiste Abweichung AR definiert die Ansprechempfindlichkeit und zeigt an, ob sich ein Fehlerfall F, veranlasst durch eine Berührung von zwei benachbarten Heizdraht- Abschnitten im Bereich Fi anbahnt oder schon im Entstehen ist. Der Alarm 90 auf diesen erkannten Fehlerfall wird also generiert, noch weit vor einem Ausfall einer ganzen Heizwicklung oder Heizwendel 1, die hier als Beispiel in Figur 6a und in Figur 1 herangezogen wurde.
Mit der Messung und Berechnung eines fortlaufenden Widerstandswertes kann frühzeitig der Kontakt innerhalb einer Wicklung (besser: Wendel) erkannt werden, bevor es zu einem endgültigen Wicklungsbruch oder endgültig zu einem
Wicklungsbruch kommt.
Zugeordnete Maßnahmen sind möglich, z. B. wird die Anlage nicht angeschaltet, bevor eine Reparatur erfolgt ist. Die Anlage kann vor einem Ausfall auch bereits angehalten werden und die gesamte Heizeinrichtung aus allen vorhandenen, insbesondere fünf Zonen erneuert werden. Eine weitere Möglichkeit ist, das Starten der thermischen Anlage zu sperren, wenn im Standby-Modus die Überwachung erfolgte und der kommende tatsächliche Fehlerfall (der sich anbahnende Wicklungsbruch) erkannt wird (als den Alarm generierender "Fehlerfall" der Überwachung).
Softwarerealisierung (programmtechnische Realisierung) wird folgend erklärt. Eine Messdatenerfassung und Überwachung kann ebenso per programmtechnisch erfolgen, was Figuren 6b erläutern. Der programmierte technische Ablaufplan ist 190. Er arbeitet mit realen Messwerten aus einem Betriebsablauf (nach Art eines einem technischen Gebiet zuzuordnenden Prozessrechners, der keine abstrakten Daten bearbeitet, und daher keine "Datenverarbeitungsanlage als solche" ist).
Die Erfassung der Strom- und Spannungssignale (also der Messwerte) wird gleichzeitig mit 5.000 Werten/sec pro Analogeingang über alle Anlagen 100 realisiert,
programmierte Funktion 110. Ein Messintervall beträgt 4 sec, was insgesamt 20.000 Werten pro Analogeingang entspricht. Das komplette Messdatenpaket kann über ein Netzwerk, z.B. per Ethernet (nicht dargestellt) an eine mit (technischer) Software programmierte Steuerung übermittelt werden, welche die Funktion der als Schaltung dargestellten Figur 6a implementiert oder im Software-Ablaufplan 190 erfasst ist.
Filter und Auswertung...
Die Temperaturregelung jeder einzelnen Heizungszone übernimmt die
Thyristorsteuerung 40 der jeweiligen Anlage 100. Diese schaltet je nach
Leistungsvorgabe (0% bis 100%) mehrere Spannungsperioden für eine gewisse Anzahl an Millisekunden durch (Beispiel siehe Figur 7).
Um eine saubere RMS Bildung 130 (Root Mean Square, RMS, Effektivwert) für Strom und Spannung zu realisieren, werden die Nulldurchgänge durch einen dafür
programmierten Filter herausgefiltert (sh. Figur 12 mit den Stufen 241a in den
Nulldurchgängen von U und I) und es werden nur die negativen Halbwellen für die Auswertung genutzt, Funktion 125. Dies da die Heizzonen sich in der positiven
Halbwelle je nach Leistung gegenseitig beeinflussen können und so zu einem
unsauberen Signal führen könnten.
In der Funktion 122 kann kontrolliert werden, ob eine Mindestzahl von Perioden vorhanden ist, z.B. fünf Perioden. Wenn nicht, dann werden diese Daten ignoriert, Verzweigung 122a. Dies ist insbesondere sinnvoll, da beim Abkühlen der Heizung die Leistung kleiner 3% sein kann und dadurch eine nicht genügende Anzahl an Rohdaten (erster Schwellenwert) für eine optimale RMS Bildung vorliegen könnten.
Nach der RMS Bildung 130 wird der Widerstandswert jedes Heizungselement nach dem Ohm'schen Gesetz mit der Funktion 140 ermittelt und mit Zeitstempel in eine passende Datei, insbesondere eine Textdatei abgespeichert.
Anschließend wird der Leistungsverlauf mit der Funktion 142 aus dem ermittelten Widerstandswert mit den quadratischen Werten aus Spannung und Strom kontrolliert, um zusätzlich auszuschließen, dass das Signal gestört ist. Wenn die Differenz bei dem Vergleich 144 größer als eine Vorgabe ist (ein zweiter Schwellenwert), werden die gemessenen Daten (des Messintervalls) der betroffenen Heizungszone ebenfalls ignoriert, Verzweigung 144a, Funktion 145.
Alarmgenerierung...
Nachdem die Prozessdaten (keine "Daten als solche") ermittelt worden sind, werden diese durch eine Alarmroutine ausgewertet. Dabei wird der aktuelle Widerstandswert mit dem letzten Wert in der Funktion 150 verglichen. Bei einer Abweichung außerhalb eines Bereiches (z.B. ±2.5% als Fenster AR in Prozent), als dritter Schwellenwert, kommt es nach der Abfrage 151 über die Verzweigung 151a zur Alarmgenerierung 90 durch die Schaltung eines SSR-Relais der zugehörigen Anlage mit der Funktion 161.
Auch andere Alarmgenerierungen sind möglich, ebenso potentialgleiche, nicht zwingend nur über ein potentialfreies SSR Relais.
Zusätzlich werden die Rohdaten abgespeichert, um im Nachhinein eine Analyse der Signalverläufe durchführen zu können. Es kann ebenfalls ausgewertet werden, ob das Thyristorpaar für die positive oder negative Halbwelle defekt ist. Dies wird in dem Ablauf ermittelt und in Textform angezeigt.
Bislang nicht erwähnt im Ablaufplan war die Funktion 120, mit dem eine Skalierung (oder eine Normierung) der gemessenen Rohdaten erfolgt. Dadurch kann die
anschließende Berechnung mit vernünftig großen Werten arbeiten, ggf. sogar ohne die verschiedenen Stromhöhen von unterschiedlichen Zonen berücksichtigen zu müssen. Durch eine Normierung können Ströme zwischen 30A und 60A so zugeschnitten werden, dass sie für die folgende Berechnung und Fehlererfassung gleiche
Maximalwerte oder gleiche Effektivwerte haben. Für eine Fehlererfassung mit der Funktion 150 kommt es auf eine Abweichung in Prozent an.
So kann der Differenzwiderstand ARabsoiut auf den vorigen oder aktuellen Messwert Rj(i) oder Rj(i-l) bezogen werden, um prozentual als ARreiativ ausgedrückt zu werden, also für die i-te Messung der Zone j ergibt sich {Rj(i) - Rj(i-1)}/Rj(i). Es entsteht ARreiativ in der Funktion 150.
Bei einer Abweichung außerhalb der Schwellenwerte, von z.B. ±2.5% als Fenster ARreiativ, wird der Pfad 151a im Ablauf eingeschlagen, sonst Verzweigung 151b, die zurück zur Funktion 110 führt, wie auch die abzweigenden Rückwege 122a und 145a als Folgen nicht erreichter Schwellenwerte. Die verschiedenen eingefügten Schwellenwerte sollen nochmals herausgegriffen werden. Sie dienen der Verifizierung eines Ergebnisses, das nicht einfach so als
Alarmfehlerfall über 151, 151a und die Alarmgenerierung 161 angenommen wird, sondern mehrere Plausibilitätsprüfungen durchlaufen kann, ob es sich wirklich um einen echten Fehler (im Sinne eines erwarteten realen Fehlers) handelt, nicht nur einen unglücklichen Messwert oder eine Störgröße.
(a) Die Anzahl der Perioden in der Abfrage 122 sorgt dafür, dass hinreichend
Messergebnisse vorhanden sind. Nachdem die Thyristorsteuerung 40 mit einer hier im Beispiel angenommenen Pulspaket-Steuerung arbeitet, also immer eine ganze Sinuswelle durchlässt und eine oder mehrere Sinuswellen sperrt, können bei kleinen Leistungen, z.B. kleiner als 3%, viele Vollwellen von 360°ausgetastet werden und nur eine oder wenige Vollwellen durchgeschaltet sein,
beispielsweise eine durchgeschaltete Vollwelle und fünf gepauste Vollwellen. Bei höheren Strömen werden beispielsweise acht Vollwellen durchgeschaltet und zwei Vollwellen gepaust. Letzteren Fall würde die Abfrage 122 befürworten und sagen, dass ausreichend Messwerte für eine Effektivwertberechnung vorhanden sind. Dies ist ein erster Kontrollschritt hier auch abstrakt "erster Schwellenwert" genannt.
(b) Ein zweiter Schwellenwert liegt in der Kontrolle von Wirkleistung über Strom und Spannung. Ist der Widerstand in der Funktion 140 berechnet worden, kann mit ihm auch die an der Anlage oder an der Zone abgegebene Wirkleistung berechnet werden, und zwar sowohl über Spannung, wie auch über Strom. Beide berechnete Prozesswerte der Wirkleistung stehen zur Verfügung und helfen, Störungen zu erkennen. Dieses soll als zweiter Schwellenwert benannt werden, der nicht ein wirklicher Schwellenwert ist, sondern nur eine Schwelle oder Schaltschwelle, die verhindern soll, dass Störungen weiter gegeben werden oder Störungen als Fehlalarme ausgelöst werden.
(c) Ein dritter Schwellenwert liegt in der Abfrage 151. Hier wird der zu erfassenden Differenz des gemessenen und des vorher gemessenen Widerstandswerts (oder eines noch früher gemessenen Widerstandswerts) ein Mindestmaß an
Abweichung zugeordnet, das es zu erfüllen gibt, um einen Fehler über die Alarmroutine 151, 151a und 161 als wirklichen Alarm 90 auszulösen
Einer, zwei davon oder alle drei Schwellenwerte helfen, die Sicherheit und
Zuverlässigkeit der Fehlererkennung zu verbessern und fehlgehende Alarme
weitestgehend bis nahezu vollständig zu vermeiden. Es mag dabei in Erinnerung bleiben, dass ein Abschalten der Anlage mit der Gefahr verbunden ist, die darin enthaltenen Wafer zu verlieren. Gerade deshalb soll eine frühzeitige Erkennung möglich sein, gleichzeitig aber auch eine zuverlässige Erkennung erreicht werden. Aus der Regelungstechnik ist es bekannt, dass ein System, um so empfindlicher es reagiert, desto störanfälliger es sich im Betrieb darstellt. Diese beiden Kriterien gemeinsam zu erfüllen, realisiert die mehrfache Vorhaltung von oben so genannten Schwellen, die überwunden werden müssen, wenn ein Alarm 161 tatsächlich ausgelöst werden muss.
Geeignete Werte sind für die Mindestzahl von Perioden die Zahl von mindestens fünf aufeinander folgende Spannungsperioden. Eine geeignete Zahl für die Kontrolle der Wirkleistung (berechnet über den Strom) und zum Vergleich der Wirkleistung
(berechnet aus der Spannung), jeweils mit dem zuvor berechneten Widerstandswert, liegt in einem Bereich von weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2%. Ein geeigneter Wert für das Fenster oder Kontrollfenster, welches die Widerstandsdifferenz für den Fehlerfall verlassen muss, liegt bei ±2,5%. Hier ist anzumerken, dass die Schwelle (also das Fenster) nicht zu groß gewählt sein darf, um keinen Fehlerfall zu verpassen oder einen solchen auszublenden, andererseits aber auch nicht zu klein zu wählen ist, um zu häufig einen Fehlerfall anzunehmen, von denen nur wenige tatsächliche Fehlerfälle sind, wie sie in Figur 1 im Gebiet F dargestellt sind (oder sich im Gebiet F' anbahnen).
Funktionale Softwareoberfläche (GUI, Bedienpanel)
Die GUI (Grafic User Interface) kann aus mehreren Registerkarten 210 aufgebaut sein. Auf der Startseite 211 (siehe auch Figur 8) können folgende Eigenschaften eingestellt werden ...
Zur Konfiguration 221 des Messsystems ...
• Abtastrate, Feld 221a
• Anzahl der Werte, Feld 22 lb
• Zeitintervall, Feld 221c, für die Darstellung und Abspeicherung des Graphen (in Stunden, eingestellt sind 24h)
• Alarmgrenzen, Feld 222, Plus/Minus in Prozent, als der genannte dritte
Schwellenwert, in Form von acht Fenstern
• Datenerfassung aktivieren/deaktivieren, Feld 223, je Anlage 10
• Einzelne Heizungszonen (Heizzonen) aus der Alarmauswertung funktionell herausnehmen, Feld 224.
Die auf der Startseite mit dem Reiter 211 definierten Informationen 200 einer
Gesamtanlage mit im Beispiel acht thermischen Anlagen PHOT-0400 bis PHOT-1400 soll aus der abstrakten Umschreibung oben hier konkreter herausgestellt werden. Das Messsystem wird bei 221 (im Unterreiter) konfiguriert. Die Grenzen (der dritte Schwellenwert) werden in dem Unterreiter 222 konfiguriert oder bestimmt und zwar nach +/- Grenzen, so dass die hier eingestellten Grenzen von ±2,5% für beispielsweise PHOT-0400 einen Bereich angeben, innerhalb dessen keine Warnung oder kein Alarm ausgegeben wird.
Ohne einen gesonderten Reiter, unmittelbar auf der Bedienoberfläche, ist Feld 223 mit graphisch aktivierbaren Tasten oder Gebieten, bei dem die acht genannten Anlagen als zur Datenerfassung aktiviert eingeschaltet sind. Im unteren Bereich der graphischen Darstellung ist die Auswertung im Unterreiter 224, wobei jede Anlage von PHOT-0400 bis PHOT-1400 im Gebiet 224a mit all ihren Zonen abgebildet ist, hier jeweils fünf Zonen (Bottom, CTR1, CTR2, CTR3 und Top).
Diese graphische Registerkarte, aufgerufen über den Reiter 211 verfügt also über die Eigenschaften der Konfiguration des Messsystems, der Konfiguration der Grenzen, der Alarmauswertung und zusätzlich einem Feld, welches die Datenerfassung an jeder der mehreren thermischen Anlagen aktiviert.
In besonderer Weise sind hier alle sinnvollen Daten zur Konfiguration des Systems vorgehalten und optisch visualisiert. Wichtige Kriterien sind die Einstellung der
Fenstergrößen für die Widerstandsdifferenzen in den einzelnen Anlagen, innerhalb derer jeweils keine Warnung erfolgt. Auch können ganze Zonen oder gar ganze Anlagen aus der Warnung herausgenommen werden, durch Aktivieren oder Abschalten im Feld mit dem Reiter 224. Eine solche Auswertung schafft es, eine große Vielzahl von
Prozessdaten zu überblicken, erkennbar an der Abtastrate 221a, der Anzahl der
Samples 221b und dem vorgegebenen Zeitintervall, für den die Messwerte als Graphen gespeichert werden sollen. Dennoch wird eine funktionell leicht zu erfassende Übersicht erreicht, die es einem Benutzer ermöglicht, die Anlage(n) und ihre Fehlerfälle zu überwachen, voreinzustellen und ebenso zu aktivieren, wie auch zu deaktivieren.
Die nachfolgenden Registerkarten 212, 212a, 212b,... (sh. Figur 9) sind den Anlagen PHOT-0400, PHOT-0500 ... usw. zugeordnet. Auf diesen werden die aktuell ermittelten Daten angezeigt und die Widerstandswerte werden grafisch dargestellt. Im Textfeld Alarmmeldung 91 wird der Alarmfall 90 ausgeschrieben.
Im Register History 213 (dazu Figur 10) können die Widerstandswerte der einzelnen Anlagen aus der Vergangenheit eingelesen werden.
Die Widerstandsänderung (dazu Figur 11) kann auch über der Zeit angeschaut werden, da zu jedem Zeitintervall der Mittelwert gebildet und gespeichert wird. Unter einer U-I-Auswertung (dazu Figur 12) können die Rohdaten von Spannung und Strom im Fehlerfall angeschaut werden.
Die funktionelle Erkennung in den folgenden Reitern 212, 212a, 212b, usw. soll hier anhand der Figur 9 verdeutlicht werden. Jede Anlage ist hier konkreter abgebildet und hat einen Chart 232 zur Darstellung des Widerstandsverlaufs über der Zeit. Es soll hier nur der Reiter 212 erläutert werden, in gleicher weise sind die Reiter 212a, 212b ausgebildet und funktionell realisiert. Verlässt der Benutzer die Startseite des
Reiters 211, wird durch Anklicken des Reiters 212 die Anlage PHOT-400 visuell dargestellt.
Drei größere Felder sind ersichtlich, die tatsächlichen Prozessdaten (Messdaten und berechnete Werte) im Feld 230, Alarmmeldungen 90 im Feld 91 (aktuell sind keine Alarme eingeblendet, die Anlage läuft also fehlerfrei), und ein visuell das Verständnis unterstützender Chart von zumindest vier Widerstandsverläufen 232 über der Zeit, wobei zwei Widerstände im zeitlichen Verlauf übereinander liegen können, zwischen 4,25 Ohm und 4,5 Ohm.
Im tatsächlichen Messfenster 230 sind für diese Anlage PHOT-400 für die dort vorgesehenen fünf Zonen (Bottom, CTR1, CTR2, CTR3, und Top) alle dort vorhandenen physikalischen Größen sichtbar, der berechnete Widerstand, die erfasste Spannung, der gemessene Strom, die errechnete Wirkleistung. Eine visuelle Anzeige, z.B. ein LED- Symbol kann symbolisieren, ob ein Alarm aktiv ist und die schon erfolgten Alarme können zusätzlich in einem kleineren Fenster für jede der fünf Zonen dargestellt werden.
Die Individualisierung jeder thermischen Anlage auf der Abbildung ermöglicht es dem Benutzer, sowohl sehr konkret bis ins Detail Geschehnisse des Prozesses
nachzuvollziehen, wie auch sehr abstrakt übergeordnet Messungen und andere
Ergebnisse des oder der Prozesse(s) zu überblicken, dargestellte Ergebnisse visuell auszuwerten, und dies sehr schnell vorzunehmen. Greift man das Beispiel des
Reiters 212 auf, vervielfacht um die hier dargestellten weiteren sieben Anlagen
PHOT-0500 bis PHOT-1400, so wird leicht ersichtlich, welche Datenmengen hier so aufzubereiten sind, dass sie vom Benutzer einfach erfasst und ausgewertet werden können. Davon unabhängig ist freilich die automatische Auswertung zu einem
Alarmereignis, die aber von den Einstellungen der Parameter auf der Startseite 211 der GUI abhängt.
Die Konfigurationen sind auf der Startseite 211 konzentriert. Die Anlagenergebnisse auf den Registerkarten 212, 212a, ... mit zugehöriger Alarmmeldung 90 für eine jeweilige Anlage und innerhalb der Anlage für alle dort vorhandenen Zonen, im Beispiel fünf Zonen je Anlage 10 in der Gesamtanlage 100.
Optional kann auch eine Fehlermeldung der Thyristoreinheit 40 (als Beispiel von Leistungsschaltern) unter die Alarme gefasst werden, nicht nur die Erfassung einer zu Schaden kommenden Widerstandswendel.
Die Reiter 213 (Figur 10 und 11) sowie die UI-Auswertung 214 (in Figur 12) dienen der Kontrolle und der nachträglichen Betrachtung einer Fehlerentwicklung. Oft ist es sinnvoll, den genauen Hergang der Fehlerentstehung nachträglich nochmals abzubilden und anzuschauen, oft ist es auch hilfreich zu analysieren, warum ein Fehler erkannt wurde oder wie er erkannt wurde und nicht zuletzt ist es sinnvoll, einen versehentlich gemeldeten Alarm auch zu analysieren, warum dieser erkannt wurde, obwohl er nicht hätte erkannt werden sollen. All diesen Aufgaben dienen die Aufzeichnungen der Vergangenheit (History, Reiter 213) und die Aufzeichnungen der Messungen des Drifts des Widerstandes, wie er sich langfristig verhält. Dazu wird zum Beispiel nach der Figur 11 der Mittelwert pro Tag eingetragen, wobei die dargestellte Skalierung der x-Achse zwischen zwei vertikalen Abschnitten jeweils in den Figuren 9, 10 und 11 immer größer wird. Wird in Figur 9 noch eine Skalierung der x-Achse mit 2min unterteilt (für eine jeweilige Anlage im Reiter 212, 212a, 212b), so wird die History- Darstellung im Reiter 213 schon auf 2h pro Skaleneinheit vergrößert und der Drift über eine noch längere Zeit mit 2 Monaten skaliert.
Die Messdaten werden immer weiter verdichtet, so dass sie auch langfristige Aussagen und Bewertungen zulassen, ebenso wie kurzfristige Feststellung im Minuten-Raster.
Die ausgelagerten Daten können über Feld 235 eingelesen werden (eine Textdatei ist vorgesehen, diese Daten zur Verfügung zu stellen). Auch können Drift-Daten über das Feld 236 eingelesen werden, wie es Figur 11 veranschaulicht, jeweils anlagenbezogen, Funktionsfeld 237. Das Einlesen der Drift-Daten über einen längeren Zeitraum von mehr als einem Tag (die History-Daten der Figur 10 bilden ungefähr einen Tag mit 24 Stunden ab), ist über das Raster von zwei Monaten der Figur 11 erreichbar und die Chart-Drift- Daten 234'.
Alle hier beschriebenen Felder sind Touch-Sensitiv oder Click-Sensitiv, um eine zugeordnete Aktion auszulösen.
Der Überwachung und Kontrolle dient auch eine dem Widerstandswert vergleichbare Aufzeichnung des Spannungsverlaufs über das aktivierbare Feld 240. Der dabei aufscheinenden Spannungsverlauf 241 ist auf der x-Achse über die Anzahl der
Datensamples skaliert. Es fällt auf, dass die Nulldurchgänge ausgeblendet sind, was zuvor anhand der Figur 6b mit der Funktion 121 erläutert war. Eine dieser Stellen ist mit 241a herausgegriffen. Es versteht sich, dass bei notwendigen vier oder fünf Perioden zur Berechnung eines Wertes eines Effektivwertes der Spannung und eines entsprechenden Wertes für den Strom wesentlich mehr Datensamples für die Spannung und den Strom für die UI- Auswertung gespeichert, und zwar dauerhaft gespeichert werden, als das für die History 213 des Widerstandswerts aller Anlagen der Fall ist.
Aus Figuren 13 und 14 geht hervor, wie zuvor angesprochen, dass eine vorzeitige Detektion eines Wicklungskontakts möglich war, als erstes Event in Figuren 13 und als zweites Event in Figuren 14 benannt.
Der Nachweis wird hier anhand der History und des zugehörigen Reiters 213 geführt, mit der anhand des zuvor beschriebenen funktionellen Ablaufs aus der Figur 10 nachträglich und rückschauend noch einmal analysiert werden kann, was geschehen ist. Es wird ein Zeitraster von 2h angenommen und abgebildet, wie es auch die Figur 10 zeigt, wobei über das funktionelle Auswahlfeld 237 für den Alarmfall der Figur 13 die Anlage PHOT-0900 dargestellt wird.
Für den zweiten Event in Figur 14 ist die Anlage PHOT-1000 im funktionellen
Auswahlfeld 237 angewählt und in beiden Darstellungen wird eine Skalierung von 2h pro Skalenraster verwendet.
In einer Ausschnitts-Vergrößerung ist in Figur 13 der zeitliche Bereich 300 heraus vergrößert als 300', um den Beginn des Fehlerfalls (eine Widerstandsänderung um 7% tritt auf) zum Zeitpunkt 310 zu verdeutlichen. Das Brechen des Widerstands ist bei 320 nach 5h als realer Fehlerfall gezeigt. Die Alarmgenerierung bei beobachtetem
(kommendem) realen Fehlerfall ist indes zeitlich früher und wird vom System bereits als Fehlerfall eingestuft, bevor der reale Fehler das thermische System ausfallen lässt (und die Charge der Beladung unbrauchbar macht).
In einer vergleichbaren Ausschnitts-Vergrößerung ist bei Figur 14 der zeitliche
Bereich 300 heraus vergrößert als 300", um den Beginn des zweiten Events
(Fehlerfall 2) zu verdeutlichen (auch hier trat eine Widerstandsänderung um 7% zum Zeitpunkt 310' auf). Das Brechen des Widerstands ist bei 320' nach 3,5h als ein zweiter realer Fehlerfall gezeigt. Die Alarmgenerierung war 3,5h zuvor bereits erfolgt. Nachweis der vorzeitigen Erkennung ...
Seit der Installation der Heizerüberwachung an den internen Anlagen der Anmelderin konnten zwei Ereignisse der frühzeitigen Erkennung eines Wicklungskontaktes (erstes Event und zweites Event) nachgewiesen werden (dargestellt in Figuren 13 und 14).
In beiden Fällen gab es eine Widerstandsänderung von circa 7% und circa 3,5h bzw. 5h später kam es zu einem Wicklungsbruch (einem Bruch der Heizwendel in der thermischen Anlage).
Die Produktionslose wurden durch die Alarmmeldung(en) an den Anlagen gerettet.

Claims

Ansprüche .
1. Verfahren zur oder der Überwachung einer thermischen Einrichtung (100) zur Aufnahme und Temperierung von Waferlosen oder Chargen von Wafern, wobei eine dauerhaft angelegte Messung eines Widerstandswertes
(Ri) eines Widerstands (1) in zumindest einer Heizungszone ( ) von
mehreren Heizungszonen ( , 2', 3', 4', 5') der thermischen
Einrichtung (100) erfolgt;
ein jeweils aktuell gemessener Wert (Ri(i)) des Widerstands (1) in
der zugehörigen Heizungszone ( ) mit einem zuvor gemessenen
Wert (Ri(i-l)) desselben Widerstands (1) verglichen wird;
schon bei einer durch den Vergleich erfassten Abweichung (310,
ARi) der beiden Widerstandswerte (Ri(i); Ri(i-l)) aus der gleichen
Heizungszone ( ) eine Warnung oder ein Alarm (90) für die
thermische Einrichtung (100) generiert wird, der zeitlich vor einem
Ausfall einer ganzen Heizungszone ( ) der thermischen Einrichtung
(100) gelegen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dauerhafte angelegte Messung des
Widerstands erhalten wird aus einer Vielzahl von Messungen von Spannung (21) und Strom (31) am Widerstand (1) und jeweilige Berechnung des Wertes (Ri) des Widerstands (1).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die dauerhafte angelegte Messung des
Widerstandswerts (Ri) einen zeitlichen Verlauf des Wertes (Ri(i)) des
Widerstands (1) ergibt, insbesondere der zeitliche Verlauf sich über den i-ten Abtastwert ergibt.
4. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, wobei die erzeugte Warnung oder der erzeugte Alarm (90) für die thermische Einrichtung zu einem Austauschen des Widerstands (1) in der Heizungszone ( ) führt.
5. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, wobei die dauerhafte angelegte Messung des Widerstandswerts (Ri) oder des Widerstands (1) sich auch auf einen zeitlichen Bereich vor dem tatsächlichen Betrieb der thermischen Einrichtung (100) erstreckt.
6. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, wobei die durch den Vergleich erfasste Abweichung (ARi) der beiden zeitlich beabstandeten Widerstandswerte bei einem elektrischen Kontakt (Fi) von nebeneinander liegenden Stellen (1.3,1-4) der Heizwendel als Widerstand (1) vor einem den Strom unterbrechenden Bruch (320) der Heizwendel als Widerstand (1) liegen.
7. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, wobei die durch den Vergleich erfasste Abweichung (ARi) der beiden zeitlich beabstandeten Widerstandswerte weniger als 10% des Widerstandswertes (Ri) der gesunden, unbeschädigten Heizwendel (1) beträgt.
8. Verfahren nach zumindest Anspruch 7, wobei die durch den Vergleich erfasste Abweichung der beiden zeitlich beabstandeten Widerstandswerte weniger als 7%, insbesondere weniger als 5% des Wertes der gesunden, unbeschädigten
Heizwendel (1) beträgt.
9. Verfahren nach zumindest Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei ein Bruch einer Heizwendel (1) mehr als eine Stunde nach einer Erkennung der durch den Vergleich erfassten Abweichung (ARi) der beiden zeitlich
beabstandeten und gemessenen Widerstandswerte (Ri (i), Ri (i-1)) liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 9, wobei die erfasste Abweichung (ARi) weit vor einem Ausfall der Heizungszone ( ) mit zugehörigem heizenden
Widerstand als Heizwendel (1) liegt.
11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei in den mehreren Heizzonen oder Heizungszonen ( ,2',3',4',5') der jeweilige Widerstand dauerhaft angelegt gemessen und verglichen wird.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei in mehreren Heizzonen oder Heizungszonen ( ,2',3',4',5') mehrerer Anlagen (100) der jeweilige Widerstand dauerhaft angelegt gemessen und verglichen wird.
13. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die auf Dauer angelegte
Messung auch dann arbeitet, wenn die thermische Einrichtung (100) oder deren Heizzonen ( , 2', ...) oder eine deren Heizzonen sich abkühlt oder im
Abkühlbetrieb ist oder sind.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei mehrere Schwellen vorgesehen sind (122,142,151), die im Zuge der Messung überwunden werden müssen, um aus den Messungen automatisiert schlusszufolgern (151a), einen Alarm (90,61,161) auszulösen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
(a) eine Mindestzahl von Perioden der den jeweiligen Widerstand (1)
speisenden Spannung von der zugehörigen Leistungssteuerung (40), insbesondere Thyristorsteuerung, nacheinander
durchgeschaltet sein muss;
und/oder
(b) Wirkleistungen aus dem errechneten Widerstand (149) sowie
jeweils aus der gemessenen Spannung und aus dem gemessenen Strom errechnet werden und verglichen werden;
und/oder
(c) die erfasste und berechnete Widerstandsdifferenz (ARi) einem
Kontrollfenster unterworfen oder ausgesetzt wird, und die
Widerstandsdifferenz das Kontrollfenster verlassen muss.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens vier Perioden durchzuschalten sind, und/oder die berechneten Wirkleistungen im Vergleich zueinander weniger als 2% abweichen dürfen und/oder mindestens 2,5% an errechneter
Widerstandsdifferenz (ARi) erfasst worden sein muss.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine saubere RMS-Bildung für Strom und Spannung an dem oder den Widerständen die Nulldurchgänge herausgefiltert und nur eine Halbwelle, insbesondere die negativen Halbwellen für die Auswertung genutzt werden.
18. Bildschirmdarstellung zur Überwachung mehrerer thermischer
Einrichtungen (100) oder zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche, mit
(i) einem Konfigurations-Fensterbereich (211) zur Darstellung von
technischen Parametern der thermischen Einrichtungen (100) in der
Form eines ersten Feldes (321) mit Segmenten (221a,221b) zur
Konfiguration von Abtastrate und Anzahl der Abtastwerte, einem zweiten Feld (222) zur Vorgabe von Fenstergrößen für berechnete Widerstandswerte und einem dritten Feld (224,224a) zur
Aktivierung oder Abschaltung von Heizzonen ( , 2',...) in den
thermischen Anlagen (100), sowie einem vierten Feld (223) zur
Zu- oder Abschaltung von ganzen thermischen Anlagen;
(ii) einem Mess- und Erfassungs-Fensterbereich (212) zur Darstellung
von technischen Messwerten einer der thermischen Anlagen (100) in
Form von zumindest drei sichtbar angeordneten weiteren Feldern (230,232,91), eines für tatsächliche oder errechnete Messwerte
(23a), insbesondere den berechneten Widerstandswert jeder
Heizzone dieser thermischen Anlage (100), ein Feld (91) für
Alarmmeldungen (90) und ein Feld zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von berechneten Widerstandswerten (Ri(i)).
19. Bildschirmdarstellung nach Anspruch 18, wobei mehrere Mess- und Erfassungs- Fensterbereiche (212a,212b) vorgesehen sind und jede einer thermischen
Anlage (100) zugeordnet ist.
20. Thermische Einrichtung mit einer Überwachungseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorigen Verfahrensansprüche, zur Überwachung von thermisch behandelten Waferlosen oder Chargen von Wafern, insbesondere mit einer Bildschirmdarstellung nach Anspruch 18 oder 19.
21. Thermische Einrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Berechnungseinrichtung und ein Vergleicher (54) vorgesehen ist, wobei
in der Berechnungseinrichtung (140) jeweils ein aktuell gemessener
Wert (Ri(i)) des Widerstands (1) der zugehörigen Heizungszone ( )
mit einem zuvor gemessenen Wert (Ri(i-l)) desselben Widerstands
(1) vergleichbar ist. Thermische Einrichtung nach Anspruch 21, wobei bereits bei einem durch den Vergleicher erfassten Abweichung (310, ARi) der beiden Widerstandswerte aus der gleichen Heizungszone ( ) eine Warnung oder ein Alarm (90) für die thermische Einrichtung (100) veranlassbar oder generierfähig ist, der zeitlich vor einem Ausfall einer oder der ganzen Heizungszone (1) in der thermischen Einrichtung (100) gelegen ist.
Thermische Einrichtung nach Anspruch 22, wobei der Vergleicher (144,54) Differenzbildner ist.
EP18799591.5A 2017-09-25 2018-09-25 Echtzeit monitoring eines mehrzonen-vertikalofens mit fruehzeitiger erkennung eines ausfalls eines heizzonen-elements Pending EP3688394A1 (de)

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DE102018101010.9A DE102018101010A1 (de) 2017-09-25 2018-01-18 Echtzeit Monitoring eines Mehrzonen-Vertikalofens mit frühzeitiger Erkennung eines Ausfalls eines Heizzonen-Elements
PCT/IB2018/057414 WO2019058358A1 (de) 2017-09-25 2018-09-25 Echtzeit monitoring eines mehrzonen-vertikalofens mit fruehzeitiger erkennung eines ausfalls eines heizzonen-elements

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