KR20220024855A - 가스 라인 성능을 예측하고 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은 상기 동적 시스템의 사전에 결정된 위치에 진동 신호 획득 장치를 설치하고, 상기 진동 신호 획득 장치에 의해 상기 진동 신호들을 획득하며, 주파수 영역에서 상기 진동 신호들을 분석하고, 상기 주파수 영역에서의 상기 진동 신호들에 기초하여 상기 동적 시스템의 상태 변화를 예측하는 것을 포함한다. 시스템이 또한 제공되며, 상기 동적 시스템의 조건은 폐색 현상을 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2019년 6월 21일자 출원된 미국 임시출원 제62/864,896호에 대한 우선권과 그의 혜택을 주장한다. 상기 미국 임시출원의 개시내용은 인용에 의해 본원에 보완된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 예를 들어 반도체 제조에서 동적 유체 흐름 시스템의 상태를 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로는 동적 유체 흐름 시스템의 유체 라인 내 폐색(閉塞) 상태(clogging condition)를 검출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 섹션에서의 제시내용은 본 개시내용에 관련된 배경 정보를 제공하는 것뿐이며 선행기술을 확립하는 것이 아닐 수 있다.
반도체 처리 시스템은 일반적으로 프로세싱 챔버 및 프로세싱 가스가 상기 프로세싱 챔버 내로 공급되고 상기 프로세싱 챔버로부터 제거되는 복수 개의 가스 라인들을 포함한다. 시간 경과에 따라 이러한 가스 라인들에는 침전 및 응고가 발생하여 이러한 가스 라인들이 바람직하지 않게 폐색될 수 있다.
침전 및 응고는 예측하기 어렵다. 일반적으로 작업자는 폐색으로 인해 반도체 처리 시스템에 장애가 발생한 후에만(예컨대, 프로세싱 가스가 흐르지 않고 펌프 상에 압력이 증가한 후에만) 가스 라인의 폐색을 알게 된다. 펌프로부터의 상류 및 하류 압력을 검출하고 압력 차이에 기초하여 폐색 상태를 결정하는 것이 공지되어 있지만, 이러한 수법은 종종 상기 문제를 충분히 빨리 검출하지 못한다.
유체 라인 폐색, 또는 공칭/원하는 흐름에 비해 저하된 유체 흐름의 검출 및 방지에 관련된 이러한 현안(懸案)은 본 개시내용에 의해 해결된다.
일 형태에서, 동적 시스템의 상태를 모니터링하는 방법은 상기 동적 시스템의 사전에 결정된 위치에 배치된 진동 신호 획득 장치에 의해 진동 신호들을 획득하는 단계, 주파수 영역 및 시간 영역 중 적어도 하나에서 상기 진동 신호들을 분석하는 단계, 및 상기 분석된 진동 신호들에 기초하여 상기 동적 시스템의 상태 변화를 예측하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 다른 일 형태는 진동 스펙트럼에서 주파수 피크를 식별하는 것 및 상기 진동 스펙트럼을 상기 동적 시스템의 상태와 상관시키는 것 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 방법의 다른 형태들에서, 상기 동적 시스템은 프로세싱 챔버 및 가스 배출 라인을 포함하고, 상기 사전에 결정된 위치는 상기 가스 배출 라인에 인접한 위치이다. 상기 방법의 적어도 하나의 변형 형태에서, 상기 사전에 결정된 위치는 상기 가스 배출 라인과 유체 연통하는 펌프 바로 위에 있는 위치이고 상기 사전에 결정된 위치는 펌프 플랫폼 상의 위치이다.
상기 방법의 또 다른 일 형태는 복수 개의 테스트 조건들 하에서 복수 개의 진동 스펙트럼들을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 일부 형태들에서, 상기 진동 신호 획득 장치는 트래스듀서(transducer)를 포함한다.
상기 방법의 적어도 하나의 형태는 진동 신호 분석 모듈을 사용하여 상기 진동 신호들을 분석하는 단계, 디지털 데이터 획득(digital data acquisition; DAQ) 시스템에 의해 상기 진동 신호들을 처리하는 단계, 및 상기 동적 시스템이 작동이고 펌프가 휴지(休止) 상태일 때 기준 진동 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 다수의 형태는 상기 동적 시스템의 예측된 상태 변화에 응답하여 히터를 활성화하는 단계, 적어도 하나의 여기(勵起) 장치, 및 상기 동적 시스템의 유체 흐름관을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 여기 장치들을 사용하여 상기 동적 시스템 내에 진동을 도입하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 변형 형태들에서, 상기 복수 개의 여기 장치들은 계측(計測)형 해머(instrumented hammer)들이고, 상기 적어도 하나의 여기 장치는 진동 모터이며, 상기 적어도 하나의 여기 장치는 펌프이다.
다른 일 형태에서, 동적 시스템의 유체 흐름관 내 폐색 검출 시스템이 제공되며, 상기 동적 시스템의 유체 흐름관 내 폐색 검출 시스템은 복수 개의 작동 구성요소들 및 상기 복수 개의 작동 구성요소들 중 적어도 하나의 사전에 결정된 위치에 배치된 진동 신호 획득 장치를 포함하고, 상기 진동 신호 획득 장치로부터의 진동 신호들은 주파수 영역 및 시간 영역 중 적어도 하나에서 분석되며, 상기 분석된 진동 신호들에 기초하여 폐색의 존재가 예측된다.
상기 동적 시스템의 유체 흐름관 내 폐색 검출 시스템의 다른 형태들은 적어도 하나의 여기 장치를 포함하고 일부 형태들에서는 복수 개의 여기 장치들이 상기 동적 시스템의 유체 흐름관을 따라 일정 간격을 두고 배치된다. 일 형태에서, 상기 여기 장치는 솔레노이드 해머이다. 다른 일 형태에서, 상기 여기 장치는 압전 스택 트랜스듀서(piezoelectric stack transducer)이다.
다른 형태들에서, 프로세스 라인의 상태를 모니터링하는 모니터링 시스템은 상기 프로세스 라인 내부에 배치된 타깃 요소, 및 상기 프로세스 라인 외부에 배치되고 빈 공간을 사이에 한정하도록 상기 타깃 요소에 대향하는 근접 센서(proximity sensor)를 포함하고, 상기 근접 센서는 상기 타깃 요소의 전기적 특성 및 상기 빈 공간의 유전 상수(dielectric constant) 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측한다.
상기 모니터링 시스템의 적어도 하나의 형태에서, 상기 근접 센서는 용량성 근접 센서, 초음파 근접 센서, 및 유도성 근접 센서로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 상기 상태는 상기 프로세스 라인 내 응고 또는 침전이고, 상기 근접 센서는 상기 타깃 요소에 대향하는 내부 플레이트를 포함하는 용량성 근접 센서이며, 상기 빈 공간은 상기 내부 플레이트와 상기 타깃 요소 사이에 한정된다.
상기 모니터링 시스템의 변형 형태들에서, 상기 근접 센서는 상기 타깃 요소에 대향하는 압전 요소를 포함하는 초음파 근접 센서이고, 상기 초음파 근접 센서는 상기 타깃 요소를 향해 고주파 펄스들을 생성하며, 상기 타깃 요소에 의해 반사된 고주파 펄스들의 경과시간에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측하고, 상기 고주파 펄스들은 주파수(Hz)의 함수로서 상대적인 진폭의 선도 상에서 상당한 진동 스펙트럼 피크가 증가하는 것으로 예시된다.
상기 모니터링 시스템의 다른 일 형태에서, 상기 근접 센서는 상기 타깃 요소에 대향하는 유도 코일, 발진기, 신호 변환기, 및 출력 회로를 포함하는 유도성 근접 센서이고, 상기 유도성 근접 센서는 상기 발진기에 의해 생성된 발진기 신호들의 진폭에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측한다.
상기 모니터링 시스템의 다수 형태들에서, 상기 유도 코일은 상기 타깃 요소에서 와전류(eddy current)를 생성하도록 구성되며, 상기 타깃 요소의 와전류는 발진 신호들의 진폭에 영향을 미친다.
대안으로, 본 개시내용의 다른 일 실시형태에서, 프로세스 라인의 상태를 모니터링하는 모니터링 시스템은 적어도 하나의 광섬유 케이블, 상기 광섬유를 통해 광을 방출하기 위해 상기 광섬유 케이블의 제1 단부에 배치된 광원, 및 상기 적어도 하나의 광섬유 케이블을 통한 광원으로부터의 광의 투과를 분석하고, 상기 적어도 하나의 광섬유 케이블을 통한 광의 투과 및 광의 반사 중 적어도 하나에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측하는 분석기를 포함한다.
상기 모니터링 시스템의 일 변형 형태는 상기 적어도 하나의 광섬유 케이블의 제2 단부에 배치되고 상기 프로세스 라인 내부에 배치되는 2-방향 미러를 포함한다.
상기 모니터링 시스템의 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 분석기는 상기 광원으로부터 방출되고 상기 2-방향 미러에 의해 반사된 광을 수광하기 위해 상기 광섬유 케이블의 제1 단부에 배치되고, 상기 분석기는 상기 2-방향 미러에 의해 반사된 광의 양에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측하며, 상기 적어도 하나의 광섬유 케이블은 제1 광섬유 케이블 및 제2 광섬유 케이블을 포함하고, 상기 제1 광섬유 케이블 및 제2 광섬유 케이블은 상기 제1 광섬유 케이블과 상기 제2 광섬유 케이블의 인접 단부들 사이의 갭(gap)을 한정하도록 배열되며, 상기 갭은 상기 프로세스 라인 내부에 위치하고, 상기 광원은 상기 갭으로부터 원거리에 있는 상기 제1 광섬유 케이블의 한 단부에 배치되며, 상기 분석기는 상기 제1 광섬유 케이블, 상기 갭, 및 상기 제2 광섬유 케이블을 통해 상기 광원으로부터 방출된 광을 수광하기 위해 상기 갭으로부터 원거리에 있는 상기 제2 광섬유 케이블의 한 단부에 배치되고, 상기 분석기는 상기 갭을 통해 투과된 광의 양에 기초하여 상기 프로세스 라인의 상태를 예측한다.
이용 가능성의 추가 분야들은 여기에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 여기서 이해하여야 할 점은 그러한 설명 및 특정 예가 단지 예시를 위한 것이며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도가 아니다는 것이다.
본 개시내용이 잘 이해될 수 있게 하기 위해, 첨부 도면을 참조하여 예로서 제공되는 본 개시내용의 다양한 형태가 지금부터 설명될 것이다.
도 1a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 동적 시스템의 상태를 모니터링하는 모니터링 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 1b는 본 개시내용의 교시에 따른 동적 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 펌프가 휴지 상태이었을 때 펌프 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이고, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있으며, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내고, 도 2a 및 도 2b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측(left)" 채널 및 "우측(right)" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 3a 및 도 3b는 제한된 밸브가 활성 상태이었으며 잔류 가스 분석기(RGA; residual gas analyzer) 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 플랫폼 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이고, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있으며, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내고, 도 3a 및 도 3b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 4a 및 도 4b는 개방 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 플랫폼 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 4a 및 도 4b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 5a 및 도 5b는 제한된 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 상에 직접 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널이 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 5a 및 도 5b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 6a 및 도 6b는 개방 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 상에 직접 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 나타내는 도면들이며며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널이 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 6a 및 도 6b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 7은 본 개시내용의 교시에 따른 동적 시스템의 상태를 모니터링하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하기 위해 프로세스 라인 상에 장착된 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제1 형태의 개략도들이며, 도 9a는 상기 프로세스 라인 내에 어떠한 응고 또는 침전도 축적되어 있지 않음을 보여주는 도면이고, 도 9b는 상기 프로세스 라인 내에 응고 또는 침전이 축적되어 있음을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제2 형태의 개략도이다.
도 11은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제3 형태의 개략도이다.
도 12a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제4 형태의 개략도이다.
도 12b는 도 12a의 부분 A의 확대도이다.
도 13a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제5 형태의 개략도이다.
도 13b는 도 13a의 부분 B의 확대도이다.
도 14a 및 도 14b는 프로세스 라인 내에 설치된 도 13a의 모니터링 시스템을 보여주는 개략도들이며, 도 14a는 상기 프로세스 라인 내에 어떠한 응고 또는 침전도 축적되어 있지 않음을 보여주는 도면이고, 도 14b는 광 투과 경로를 차단할 정도로 상기 프로세스 라인 내에 응고 또는 침전이 축적되어 있음을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 여기 장치의 일 형태의 단면도이다.
도 16은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 여기 장치의 다른 일 형태의 단면도이다.
도 1b는 본 개시내용의 교시에 따른 동적 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 펌프가 휴지 상태이었을 때 펌프 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이고, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있으며, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내고, 도 2a 및 도 2b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측(left)" 채널 및 "우측(right)" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 3a 및 도 3b는 제한된 밸브가 활성 상태이었으며 잔류 가스 분석기(RGA; residual gas analyzer) 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 플랫폼 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이고, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있으며, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내고, 도 3a 및 도 3b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 4a 및 도 4b는 개방 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 플랫폼 상에 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 4a 및 도 4b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 5a 및 도 5b는 제한된 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 상에 직접 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 보여주는 도면들이며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널이 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 5a 및 도 5b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 6a 및 도 6b는 개방 밸브가 활성 상태이었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 펌프 상에 직접 장착된 트랜스듀서로부터 취해진 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼을 나타내는 도면들이며며, 상기 트랜스듀서에는 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착될 수 있고, 각각의 채널이 하나 이상의 신호 측정들을 나타내며, 도 6a 및 도 6b의 기준 진동 스펙트럼들은 본 개시내용의 교시에 따라 각각 "좌측" 채널 및 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표현된다.
도 7은 본 개시내용의 교시에 따른 동적 시스템의 상태를 모니터링하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하기 위해 프로세스 라인 상에 장착된 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제1 형태의 개략도들이며, 도 9a는 상기 프로세스 라인 내에 어떠한 응고 또는 침전도 축적되어 있지 않음을 보여주는 도면이고, 도 9b는 상기 프로세스 라인 내에 응고 또는 침전이 축적되어 있음을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제2 형태의 개략도이다.
도 11은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제3 형태의 개략도이다.
도 12a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제4 형태의 개략도이다.
도 12b는 도 12a의 부분 A의 확대도이다.
도 13a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되고 프로세스 라인의 상태를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템의 제5 형태의 개략도이다.
도 13b는 도 13a의 부분 B의 확대도이다.
도 14a 및 도 14b는 프로세스 라인 내에 설치된 도 13a의 모니터링 시스템을 보여주는 개략도들이며, 도 14a는 상기 프로세스 라인 내에 어떠한 응고 또는 침전도 축적되어 있지 않음을 보여주는 도면이고, 도 14b는 광 투과 경로를 차단할 정도로 상기 프로세스 라인 내에 응고 또는 침전이 축적되어 있음을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 여기 장치의 일 형태의 단면도이다.
도 16은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 여기 장치의 다른 일 형태의 단면도이다.
여기에 설명된 도면들은 단지 예시를 위한 것이며 어떤 식으로든 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다.
이하의 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며 본 개시내용, 적용 또는 사용을 제한하려는 것은 아니다. 여기서 이해하여야 할 점은 도면들 전체에 걸쳐 상응하는 참조번호들이 유사하거나 상응하는 부분들 및 특징들을 나타낸다는 것이다.
도 1a를 참조하면, 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 동적 시스템(12)의 상태/거동을 모니터링하는 모니터링 시스템(10)은 상기 동적 시스템(12)으로부터의 신호들을 획득하는 신호 획득 장치(14), 신호 처리 모듈(16), 및 영역(예를 들어, 신호가 주파수 신호인 경우 주파수 영역)에서 상기 신호들을 분석하고 상기 영역에서의 상기 신호들에 기초하여 상기 동적 시스템(12)의 상태를 예측하는 분석 및 예측 모듈(18)을 포함한다.
일 형태에서, 상기 신호 획득 장치(14)는 진동 신호들을 획득하는 진동 신호 획득 장치(14)인 반면에 상기 신호 처리 모듈(16)은 진동 신호 처리 모듈(16)이다. 여기서 이해하여야 할 점은 예를 들어 특히 온도, 압력 및 질량 유량과 같은 다른 유형의 신호들이 본 개시 내용의 교시 범위내에 있다는 것이다.
도 1b를 참조하면, 일 형태에서 상기 동적 시스템(12)은 프로세싱 챔버(20), 가스 공급 라인(22), 및 가스 배출 라인(24)을 포함하는 복수 개의 가스 라인들(임의의 애플리케이션에 대해 일반적으로 "유체 흐름 도관들"로서 또한 언급됨), 및 상기 가스 배출 라인(24)에 인접 배치된 펌프(26)(하나만 도시됨)를 포함하는 반도체 처리 시스템이다. 상기 펌프(26)는 잔류 가스 분석기(RGA) 시스템 내에서 사용되는 유형과 같은 진공 펌프의 임의의 구성일 수 있다. 추가로 도시된 바와 같이, 다수의 피팅(fitting; 23)이 상기 동적 시스템(12)의 상이한 구성요소들을 서로 연결시켜준다.
프로세싱 가스들은 여러 프로세싱 단계 동안 상기 가스 공급 라인(22)을 통해 상기 프로세싱 챔버(20) 내로 공급된다. 각각의 프로세싱 단계 후에, 상기 프로세싱 가스들이 상기 가스 배출 라인(24)을 통해 상기 프로세싱 챔버(20)로부터 제거된다. 일 형태에서 상기 가스 배출 라인(24)은 바이패스 밸브(31)를 포함한다. 따라서, 상기 가스 배출 라인(24)은 상기 바이패스 밸브(31)를 작동시킴으로써 개방 상태 또는 쵸킹 상태(choked condition)가 되도록 제어될 수 있다. 또한, 복수 개의 가스 공급 라인(22)들 및/또는 가스 배출 라인(24)들은 비록 단지 하나의 가스 공급 라인(22) 또는 하나의 가스 배출 라인(24)만이 여기에서 도시되고 설명되더라도 채용될 수 있다.
여기서 이해하여야 할 점은 이러한 반도체 처리 시스템이 단지 본 개시내용의 교시가 채용될 수 있는 유체 흐름 시스템의 예시일 뿐이다는 것이다. 특히, 기계가공, 사출 성형, 연소 배기 시스템 및 HVAC와 같은 다른 산업 프로세스들을 위한 공급 라인들 및 냉각 라인들을 포함하는 다른 여러 유체 흐름 시스템이 또한 본 개시내용의 교시를 채용할 수 있다. 그러므로 반도체 처리 시스템의 사용이 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, "유체(fluid)"라는 용어는 기체, 액체 및 플라즈마를 포함하는 물질의 모든 물질 상태를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
상기 신호 획득 장치(14)는 주파수 영역에서 상기 가스 배출 라인(24)의 신호들을 획득하기 위해 상기 가스 배출 라인(24)에 인접 배치된 트랜스듀서(28)를 포함할 수 있다. 이러한 형태에서, 상기 트랜스듀서(28)는 상기 가스 배출 라인(24) 외부에 있다. 그러나, 상호 오염(cross-contamination)이 반도체 처리 시스템의 배출 측에서 문제가 되지 않기 때문에, 유체의 위상 변화(phase change)를 검출하는 프로브(probe; 27)는 본 개시내용의 범위 내에서 유지하면서 상기 가스 배출 라인(24) 내부에 배치될 수 있다. 이러한 프로브(27)는 또한, 특히 여기에서 설명한 바와 같은, 예를 들어 온도 센서, 광학 센서, 또는 압력 트랜스듀서(28)를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일 변형 형태에서, 복수 개의 외부 여기 장치들(29)은 상기 가스 배출 라인(24)의 길이를 따라 상기 가스 배출 라인(24)에 인접 배치되거나 또는 상기 가스 배출 라인(24) 내부에 배치된다. 상기 여기 장치들(29)은 가스 배출 라인(24)을 핑잉(pinging)(예컨대, 여기, 링잉(ringing), 타격(striking))하고, 그럼으로써 모니터링 시스템(10)이 상기 가스 배출 라인(24)과 상기 여기 장치(29) 간의 주파수 응답을 측정하여 폐색, 폐색현상(clogging), 및 유량 감소/제한을 검출하는 것을 가능하게 한다. 일 형태에서, 상기 여기 장치들(29)은 교정형 충격 장치들(예컨대, 계측형 해머(instrumented hammer))로서 구성된다.
다른 일 형태에서, 상기 여기 장치(29)는 진동 모터일 수 있다. 상기 진동 모터는 상기 동적 시스템(12)의 고유 주파수에 비하여 다른 진동 모터 주파수들의 비교에 기초하여 ??색을 식별하기 위해 상이한 주파수들에서 작동된다.
또 다른 일 형태에서, 상기 여기 장치(29)는 폐색 검출을 위한 진동을 유도하기 위해 상기 가스 배출 라인(24)을 통한 유체 유량을 변화시키는 펌프이다. 예를 들어, 유체 흐름이 쵸킹되거나 제한되면 진동이 유도되고 그럼으로써 진동 응답이 폐색의 존재를 결정하도록 분석된다. 여기 장치(29)의 다양한 형태 각각은 이하에서 더 상세하게 예시되고 설명된다.
일반적으로, 유량, 펌프 속도, 모터 속도의 변화, 및 유사한 진동/동적 변경은 본 개시내용의 교시에 따른 예측 폐색 검출을 가능하게 하는 측정 가능한 여기 장치이다.
현장 여기 측정은, 그래픽 사용자 인터페이스와 연결된 경우의 흐름의 4D(길이, 너비, 깊이, 시간) 매핑이나 또는 주어진 시간에 상기 동적 시스템 내 주어진 위치에서 (실제, 추정, 대략적인 최소, 대략적인 최대) 유량만큼 적은 흐름의 4D(길이, 너비, 깊이, 시간) 매핑을 가능하게 한다. 결과적으로 측정 위치들의 갯수가 증가할수록 4D 맵(map), 진단(diagnosis) 및 예후(prognosis)의 충실도(fidelity)가 향상된다. 상기 충실도는 또한 상기 모니터링 시스템이 상기 동적 시스템(12)의 다양한 폐색 상태(예컨대, 완전한 세정에서부터 폐색 유도 셧다운에 이르기까지의 폐색 상태) 간 차이들 간의 차이를 측정할 수 있으므로 시간 경과에 따라 향상된다. 향상된 진단 및 예후는 여러 폐색을 필터 교체 또는 덜 당면하는 유지보수 활동으로 변환하도록 축적(bulldup)을 검출 및 모니터링하고, 그럼으로써생산 시간(production time)을 증가시켜 준다.
시간 경과에 따라 상기 동적 시스템(12)에서는 미립자들의 응고가 발생할 수 있다. 미립자들의 응고는 가스가 유체 흐름관을 통해 흐르는 통로를 더 좁게 만들어서 유체 흐름관을 통한 유체 흐름을 "폐색"시키거나 차단한다. 도시된 반도체 처리 시스템의 예에서, 대부분의 "폐색 현상(clogging)"은 주로 대기 배출 측 또는 그 근처에서 발생하는데, 그 이유는 상기 배출 라인(24)이 펌프에 의해 지지되지 않고 오히려 "하우스(house)" 배기관에 의해 지지되기 때문이다. 상기 가스 배출 라인(24)에 축적이 발생하면, 시간 경과에 따라 펌프의 출력 압력(배압(back pressure))이 증가하고 결과적으로는 상기 가스 배출 라인(24)의 진동이 변하게 된다. 그러므로 상기 가스 배출 라인(24)의 진동에 관련된 신호는 상기 가스 배출 라인(24)의 가스 통로를 좁히는 미립자의 응고로 인한 상기 배출 가스 라인에서의 의도하지 않은 제한 변화를 예측하는 데 사용될 수 있다. 본 개시내용의 교시에 의하면, 상기 가스 배출 라인(24)의 제한은 상기 가스 배출 라인(24)의 진동 패턴과 상관될 수 있다.
상기 신호 처리 모듈(16)은 상기 트랜스듀서(28)로부터 전송된 신호들을 샘플링하고 상기 신호들을 디지털 값으로 변환될 수 있는 형태로 변환하는 데이터 획득(data acquisition; DAQ) 시스템일 수 있다. 일 예로서, 상기 신호 처리 모듈(16)은 진동 신호들을 디지털 값들으로 변환될 수 있는 형태로 변환하는 신호 조정 회로(signal conditioning circuit), 및 조정된 진동 신호들을 디지털 값들로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
다른 일 형태에서, 상기 신호 획득 장치(14)가 시간 영역에서 진동 신호들을 획득하는 가속도계(accelerometer)를 포함할 경우, 상기 신호 처리 모듈(16)은 상기 시간 영역(시간의 함수로서의 진폭)으로부터 주파수 영역(주파수의 함수로서의 진폭)으로 진동 신호들을 변환하는 푸리에 변환 알고리즘(Fourier transform algorithm)을 더 포함할 수 있다.
상기 분석 및 예측 모듈(18)은 상기 주파수 영역(진동 스펙트럼)에서 상기 진동 신호들을 분석하고 상기 진동 스펙트럼에 기초하여 상기 가스 배출 라인(24)의 상태를 예측한다. 상기 분석 및 예측 모듈(18)은 프로세서를 지니는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 상기 진동 스펙트럼은 특정 진폭 및 주파수 범위(주파수 영역)와 상관된 고유한 진동 신호를 생성한다. 상기 동적 시스템(12)의 시스템 거동은 이러한 신호를 이해하고 분석함으로써 미세조정(tunning)되고 예측될 수 있다. 상기 분석 및 예측 모듈(18)은 상기 진동 신호를 분석하고 상기 진동 스펙트럼에 기초하여 상기 가스 배출 라인(24)에 이상(anomaly)이 발생하는지를 예측한다.
도 2a 내지 도 6b도를 참조하면, 상기 트랜스듀서(28)는 상이한 테스트 조건 하에서 상기 RGA 펌프의 주파수 영역(진폭 dBFS 대 주파수 Hz)에서 진동 신호들을 획득한다. 더 구체적으로, 상기 동적 시스템(12)은 트랜스듀서(28)가 펌프 또는 펌프 플랫폼 상에 직접 배치된 경우와 상기 RGA 펌프가 작동 중이거나 휴지 상태인 경우 2개의 밸브 조건(개방 밸브 및 제한된 밸브 조건) 하에 작동될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 펌프가 휴지 상태이었을 때 펌프 상에 장착된 하나 이상의 트랜스듀서들로부터 취해진 주파수 영역(다시 말하면, 진동 스펙트럼)에서의 진동 신호를 보여준다. 하나 이상의 트랜스듀서들은 관심 있는 신호 측정(들) 상에 또는 그 근처에 어느 부분이라도 장착될 수 있으며 관심 있는 데이터 관심지점을 나타내거나 데이터 관심지점에 상관시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 듀얼 채널 기준 진동 스펙트럼은 펌프(26) 상에 장착된 트랜스듀서(28)로부터 취해질 수 있다. 하나 이상의 진동 감지 축들이 장착된 각각의 트랜스듀서에 대해, 각각의 채널은 하나 이상의 신호 측정들을 나타낼 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서, 상기 기준 스펙트럼은 펌프가 휴지 상태이었을 때 취해진 하나의 신호를 나타내며 "좌측" 채널과 "우측" 채널로서 듀얼 방식으로 표시되고, 하나의 채널은 상기 신호를 ±20g 실물 크기(full scale)로 스케일링하며 다른 하나의 채널은 동일한 신호를 ±10g 실물 크기로 스케일링한다. 이러한 진동 스펙트럼은 상이한 테스트 조건에 대해 상기 진동 스펙트럼과 비교할 기준으로 사용되는 기준 진동 스펙트럼이다.
상태 모니터링을 위한 진동 데이터를 효과적으로 사용하려면, 기준 진동 스펙트럼이 확립되어야 한다. 일부 진동들은 본질적으로 무해(無害)할 수 있으며 상기 동적 시스템(12)의 수명이나 성능에 영향을 미치지 않다. 기준 진동 스펙트럼은 무해하며 비교 목적을 위한 기준으로서 사용될 수 있는 진동에 대한 진동 스펙트럼이다.
도 3a 및 도 3b는 상기 바이패스 밸브가 부분적으로 폐쇄되었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때의 테스트 조건에 대한 진동 스펙트럼을 포함하는 도면들이며, 여기서 상기 트랜스듀서(28)는 펌프 플랫폼 상에 설치된다. 도 4a 및 도 4b는 상기 바이패스 밸브가 개방되었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때의 테스트 조건에 대한 진동 스펙트럼을 포함하는 도면들이며, 여기서 상기 트랜스듀서들이 펌프 플랫폼 상에 설치되었다. 도 5a 및 도 5b는 상기 바이패스 밸브(31)가 부분적으로 폐쇄되었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때의 테스트 조건 하에서의 진동 스펙트럼을 포함하는 도면들이며, 여기서 상기 트랜스듀서들은 상기 RGA 펌프 상에 직접 배치된다. 도 6a 및 도 6b는 상기 바이패스 밸브가 개방되었고 상기 RGA 펌프가 2 토르(Torr)에서 작동 중이었을 때 테스트 조건 하에서의 진동 스펙트럼을 포함하는 도면이며, 여기서 상기 트랜스듀서들은 상기 RGA 펌프 상에 직접 배치되었다.
상기 분석 및 예측 모듈(18)은 상기 진동 스펙트럼과 상기 동적 시스템(12)의 상태(개방 또는 쵸킹 밸브) 간의 상관 관계를 결정하기 위해 상관 프로세스를 수행하도록 구성된다. 상기 상관 프로세스는 상기 진동 스펙트럼 상에서 피크들(주파수 스파이크들, 주파수 피크들)을 식별하는 것으로부터 시작된다. 상기 주파수 스파이크들은 배관 시스템 내 응결에 의한 응고와 같은 상기 동적 시스템의 물리적 특성과 상관될 수 있다.
도 3a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 트랜스듀서가 펌프 플랫폼 상에 배치될 때 100-200Hz 주파수 범위 내 개방 밸브 조건에서 상당한 피크가 증가한다. 도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 트랜스듀서가 상기 펌프 플랫폼 상의 이전 위치 대신 펌프 상에 직접 배치될 때, 상기 진동 스펙트럼은 상기 피크가 더 뚜렷하고 그럼으로써 더 높은 분해능 스펙트럼을 제공함을 보여준다. 그러므로 상기 트랜스듀서가 펌프 상에 직접 배치될 경우, 밸브의 쵸크 상태와 전체 주파수 영역과 펌프의 활동의 더 자세하고 정확한 상관 관계가 획득될 수 있다.
상기 모니터링 시스템(10)은 시간 경과에 따라 상기 펌프 및 상기 가스 라인들과 같은 상기 동적 시스템의 전체 성능을 검출할 수 있다. 어느 중대한 이상들 및 장애들은 즉시 검출될 수 있다. 이는 또한 더 나은 응답 시간을 허용하게 되고 상기 동적 시스템(12)의 작동 수명을 개선하게 된다.
상기 모니터링 시스템(10)은 예상치 못한 장애 및 라인 셧다운을 방지하는 것을 돕기 위해 사용자에게 경고를 제공하는 장애 검출 시스템(30)을 포함하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 모니터링 시스템(10)은 또한 상기 가스 라인에 인접 배치된 히터 시스템에 연결될 수 있다. 상기 히터 시스템은 상기 가스 배출 라인 내 축적물을 제거하라는 경고에 응답하여 활성화될 수 있다. 대안으로, 상기 라인은 상기 가스 배출 라인 내 축적물을 교반(攪拌)하여 제거하기 위해 N2와 같은 처리된 가스의 높은 유량으로 퍼지(purge)될 수 있다.
도 7을 참조하면, 동적 시스템의 상태를 모니터링하는 방법(40)은 단계 42에서 상기 동적 시스템의 사전에 결정된 위치에서 (트랜스듀서와 같은) 진동 신호 획득 장치를 배치하는 것으로부터 시작된다. 상기 사전에 결정된 위치는 펌프, 펌프 플랫폼 또는 가스 배출 파이프에서의 위치일 수 있다. 상기 주파수 영역에서의 진동 신호(진동 스펙트럼)는 단계 44에서 다양한 테스트 조건하에서 상기 트랜스듀서에 의해 획득된다. 상기 진동 스펙트럼은 단계 46에서 주파수 스파이크를 식별하기 위해 분석된다. 상기 진동 스펙트럼은 단계 48에서 상기 동적 시스템의 조건과 상관된다.
도 8을 참조하면, 프로세스 라인(61)의 (재료의 응결 또는 침전과 같은) 조건를 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(60)은 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며, 하나 이상의 근접 센서들(62), 및 상기 하나 이상의 근접 센서들(62)에 상응하는 하나 이상의 타깃 플레이트들(68)(타깃 요소들)을 포함할 수 있다. 상기 프로세스 라인(61)은 복수 개의 관형 부분들(64)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 관형 부분들(64)은 상기 복수 개의 관형 부분들(64)의 단부들에서 장착 플랜지(66)에 의해 연결된다. 상기 프로세스 라인(61)은 펌프 또는 배출 시스템(도시되지 않음)과 유체 연통할 수 있다. 상기 모니터링 시스템(60)은 상기 프로세스 라인(61) 내부에의 상기 타깃 플레이트(68)의 장착을 용이하게 하기 위해 상기 장착 플랜지(66)에 인접 배치될 수 있다. 상기 타깃 플레이트(68)는 상기 프로세스 라인(61) 내부에 배치되며, 상기 프로세스 라인(61) 내에 흐르는 프로세싱 가스 및 시간 경과에 따라 상기 프로세스 라인(61) 내에 축적될 수 있는 물질의 응결 또는 침전(72)에 노출된다.
상기 근접 센서(62)는 상기 타깃 플레이트들(68)의 전기적 특성들을 모니터링하는 센서 본체(70)를 포함한다. 상기 프로세스 라인(61) 내에 응결 또는 침전(72)이 축적되면, 상기 응결 또는 침전(72)도 상기 타깃 플레이트들(68) 상에 축적되고 그럼으로써 상기 타깃 플레이트들(68)의 전기적 특성에 영향을 미친다. 일반적으로, 저항과 같은 타깃 플레이트(68)의 변경된 전기적 특성은 상기 프로세스 라인(61) 내 응결 또는 침전(72)의 조건 또는 상태의 표시를 제공한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 프로세스 라인의 조건을 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(80)의 제1 형태는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며 정전용량 변위 또는 정전용량 근접 센서 형태의 근접 센서(82)를 포함하고 상기 근접 센서(82)와 대향하며 상기 프로세스 라인(61) 내부에 배치된 타깃 플레이트(84)를 포함한다. 상기 근접 센서(82)는 내부에 내부 플레이트(88), 전류 감지 요소(90), 및 발진기(92)를 수용하는 센서 본체를 포함한다. 상기 타깃 플레이트(84)는 상기 프로세스 라인(61) 내에 그리고 상기 센서 본체의 외부에 배치된다. 상기 타깃 플레이트(84)와 상기 내부 플레이트(88) 사이에는 빈 공간(89)(유전체 공간)이 한정된다. 상기 타깃 플레이트(84) 및 상기 내부 플레이트(88) 양자 모두는 커패시터의 전극들로서 기능한다.
상기 내부 플레이트(88)에 DC(직류) 전압을 인가되면, 상기 타깃 플레이트(84) 상에 전하가 축적된다. 상기 타깃 플레이트(84) 상에 축적된 전하량은 상기 내부 플레이트(88)에 인가되는 전압, 상기 타깃 플레이트(84)의 표면적 및 상기 빈 공간(89)의 유전 상수에 의존한다. 상기 타깃 플레이트(84) 상의 전하 축적은 상기 내부 플레이트(86) 내에 AC(교류) 전류를 유도한다. 임의의 응결 또는 침전(72)은 상기 타깃 플레이트(84) 상의 전하의 밀도 및 분포를 변화시키고 그럼으로써 상기 내부 플레이트(86) 내에 흐르는 전류에 영향을 미치게 된다. 상기 축적 전하에 의해 유도된 전류를 측정하기 위해 상기 전류 감지 요소(90)를 사용함으로써, 상기 타깃 플레이트(84)의 상태, 결과적으로는 상기 프로세스 라인(61)의 조건이 모니터링되고 예측될 수 있다.
도 10을 참조하면, 프로세스 라인의 조건을 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(100)의 제2 형태는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며 초음파 근접 센서 형태의 근접 센서(102), 및 빈 공간(108)을 사이에 한정하도록 상기 프로세스 라인 내부에 배치되고 상기 근접 센서(102)와 대향하는 타깃 플레이트(104)를 포함한다. 일 형태에서, 상기 초음파 근접 센서(102)는 압전 요소(piezoelectric element)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 압전 요소에 AC 전압이 인가되면, 상기 AC 전압은 상기 압전 요소가 크기와 모양을 일정하게 변화시키게 하고 초음파를 생성하도록 상기 압전 요소를 동일한 주파수로 발진하게 한다. 초음파 음파(110)(실선으로 표시됨)는 상기 타깃 플레이트(104)를 향해 보내진다. 상기 타깃 플레이트(104)가 상기 초음파 음파(110)에 의해 타격될 때, 반사파(112)(점선으로 도시됨)는 에코(echo)를 생성한다. 상기 타깃 플레이트(104) 상에 응결 또는 침전이 축적되면, 상기 타깃 플레이트(104) 및 상기 초음파 근접 센서(102) 간의 빈 공간(106)의 상태와 상기 타깃 플레이트(104)의 상태가 변경된다. 상기 초음파 근접 센서(102)와 상기 타깃 플레이트(104) 간의 빈 공간(106)과 상기 타깃 플레이트(104)의 상태를 모니터링 및 평가함으로써, 상기 타깃 플레이트(104)의 상태, 결과적으로는 상기 프로세스 라인(61)의 조건, 결과적으로는 상기 프로세스 라인(61)의 조건이 결정되고 예측될 수 있다.
도 11을 참조하면, 프로세스 라인의 조건을 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(120)의 제3 형태는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며, 유도성 근접 센서 형태의 근접 센서(122), 및 상기 프로세스 라인 내부에 배치되고 빈 공간(126)을 사이에 한정하도록 상기 근접 센서(122)와 대향하는 금속 타깃 플레이트(124)를 포함한다. 상기 근접 센서(122)는 내부에 유도 코일(130)을 수용하는 센서 챔버를 정의하는 센서 본체(128), 전자기장을 생성하는 발진기(132), 신호 변환기(134), 및 출력 회로(136)를 포함한다. 상기 유도 코일(130)은 상기 빈 공간(126)을 한정하도록 상기 금속 타깃 플레이트(124)와 대향하여 배치된다. 상기 금속 타깃 플레이트(124)는 상기 프로세스 라인 내부에 배치되고 상기 빈 공간(126)은 상기 프로세스 라인 내에 위치된다. 상기 유도 코일(130)에 전압이 인가되면, 상기 금속 타깃 플레이트(124) 내에 와전류(eddy current)가 발생된다. 상기 금속 타깃 플레이트(124) 상의 와전류는 상기 발진기(132)에 의해 생성된 발진 신호의 진폭을 감쇠하게 한다. 상기 금속 타깃 플레이트(124) 상에 응결 또는 침전(72)이 축적되면, 상기 빈 공간(126)의 크기가 줄어들고, 결과적으로는 발진 신호의 진폭이 감소하게 된다. 발진 신호의 진폭을 모니터링하고 평가함으로써, 상기 금속 타깃 플레이트(124)의 조건, 결과적으로는로 상기 프로세스 라인의 조건이 모니터링되고 예측될 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 프로세스 라인의 조건을 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(150)의 제4 형태는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며 광학 센서(151)를 포함한다. 상기 광학 센서(151)는 (LED와 같은) 광원(152), 광섬유 케이블(154), 2-방향 미러(two-way mirror; 156), 및 분석기(158)를 포함한다. 상기 광원(152) 및 상기 분석기(158)는 상기 광섬유 케이블(154)의 제1 단부(160)에 배치된다. 상기 2-방향 미러(156)는 상기 제1 단부(160)에 대향하는 상기 광섬유 케이블(154)의 제2 단부(162)에 배치된다. 상기 2-방향 미러(156)는 상기 프로세스 라인 내부에 배치되며 시간 경과에 따라 상기 프로세스 라인 내에 축적될 수 있는 응결 또는 침전에 노출된다. 상기 광섬유 케이블(154)은 상기 2-방향 미러(156)가 상기 프로세스 라인 내부에 배치되는 한 상기 프로세스 라인의 길이를 따라 길이 방향으로 또는 상기 프로세스 라인을 가로질러 방사상으로 배향될 수 있다.
상기 광원(152)은 상기 광섬유 케이블(154)을 통해 상기 2-방향 미러(156)를 향해 광 펄스를 방출한다. 상기 광원(152)으로부터의 광의 일부는 상기 2-방향 미러(156)를 통해 투과되는 반면에, 상기 광의 나머지 부분은 상기 2-방향 미러(156)에 의해 상기 광섬유 케이블(154)의 제1 단부(160)로 다시 반사된다. 상기 제1 단부(160)에 있는 분석기(158)는 상기 반사된 광을 수광하고 상기 2-방향 미러(156)에 의해 반사된 광의 강도에 대한 상기 2-방향 미러(156)를 통해 투과된 광의 강도의 비율을 결정한다.
상기 프로세스 라인 내에 응결이나 침전이 축적되면, 상기 2-방향 미러(156) 상에도 응결 또는 침전이 축적되어 상기 2-방향 미러(156)의 투과 특성에 영향을 미치게 된다. 침전은 상기 2-방향 미러(156)를 통한 광의 투과를 차단할 수 있다. 응결 또는 침전이 발생하면, 광의 많은 부분이 상기 분석기(158)로 다시 반사된다. 그러므로, 상기 반사된 광의 강도에 대한 상기 투과된 광의 강도의 비율은 상기 2-방향 미러(156)의 표면 조건의 표시를 제공하고 결과적으로는 상기 프로세스 라인의 조건/상태를 제공한다. 이러한 비율은 상기 프로세스 라인의 폐색 레벨과의 상관 관계를 지정하는 데 사용될 수 있다.
도 13a 및 도 13b을 참조하면, 프로세스 라인의 조건을 모니터링 및 예측하는 모니터링 시스템(180)의 제5 형태는 본 개시내용의 교시에 따라 구성되며 광학 센서(181)를 포함한다. 상기 광학 센서(181)는 제1 광섬유 케이블(182), 제2 광섬유 케이블(184), (LED와 같은) 광원(186), 및 분석기(188)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184)은 갭(gap; 190)을 사이에 한정하도록 단 대 단(end to end)으로 배치된다. 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184)의 길이는 상기 갭(190)의 크기를 변경하기 위해 조정될 수 있다. 상기 갭(190)은 상기 프로세스 라인 내에 위치되며 상기 프로세스 라인 내에 축적될 수 있는 응결 또는 침전에 노출된다.
상기 광원(186)은 상기 갭(190)으로부터 멀리 떨어진 제1 광섬유 케이블(182)의 단부에 배치된다. 상기 분석기(188)는 상기 갭(190)으로부터 멀리 떨어진 제2 광섬유 케이블(184)의 단부에 배치된다. 상기 분석기(188)는 상기 제1 광섬유 케이블(182)에서부터 상기 제2 광섬유 케이블(184)에 이르기까지 투과되는 광의 강도를 측정할 수 있다. 상기 분석기(188)에 의해 수광되는 광의 강도는 상기 프로세스 라인의 상태와의 상관관계를 지정하고 상기 프로세스 라인 내 폐색 레벨의 표시를 제공하는 데 사용될 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184)은 상기 갭(190)이 상기 프로세스 라인 내부에 배치되고 상기 광원(186) 및 사기 분석기(188)가 상기 프로세스 라인 외부에 배치된 상태에서 상기 프로세스 라인을 가로질러 연장된다. 상기 프로세스 라인 내에 응결 또는 침전이 축적되면, 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184) 간의 갭(190)에도 응결 또는 침전이 축적되어 상기 광원(186)에서부터 상기 분석기(188)에 이르기까지의 광 펄스 투과에 영향을 미친다. 상기 갭(190) 내에 더 많은 응결이 축적되면, 상기 광원(186)에서부터 상기 분석기(188)에 이르기까지 더 적은 광이 투과된다. 상기 분석기(188)는 상기 갭(190)을 통해 투과된 광의 양을 측정하고 결정함으로써 상기 프로세스 라인(61) 내 응결 또는 침전(72)의 양을 결정하고 예측할 수 있다. 상기 갭(190)은 상기 프로세스 라인 내 테스트 영역의 폭을 제어할 수 있다.
다른 일 형태에서, 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184)은 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 상기 프로세스 라인을 가로질러가 아니라 상기 프로세스 라인을 따라 연장될 수 있다. 이러한 형태에서, 상기 제1 및 제2 광섬유 케이블(182, 184) 및 관련 구성요소들은 설계가 모듈화되도록 상기 장착 플랜지(66)(도 8 참조) 내에 통합될 수 있고 더 쉽게 구현될 수 있다.
도 15를 지금부터 참조하면, 도 15에는 여기 장치의 일 형태가 도시되어 있으며 일반적으로 참조번호 229로 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 상기 여기 장치(229)는 단열재(236)로 둘러싸인 클램프(clamp; 234)를 통해 도관(232)에 장착된 해머 솔레노이드(hammer solenoid; 230)를 포함한다. 상기 도관(232)은 상기 도관(232)을 통한 유체 흐름을 폐색하거나 차단하는 침전물 또는 축적물(233)과 함께 도시되며, 상기 여기 장치(229)는 이러한 침전물을 검출하는 데 사용된다.
상기 해머 솔레노이드(230)는 솔레노이드 본체(240) 내에서 솔레노이드 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 확장 및 수축되는 이동 가능한 포스트(post; 238)를 포함한다. 상기 해머 솔레노이드(230)는 상부 열 확장부(upper thermal extension; 242) 및 하부 열 확장부(lower thermal extension; 244)를 더 포함하며, 상기 상부 열 확장부(242) 및 상기 하부 열 확장부(244)는 도시된 바와 같이 상기 도관(232)과의 물리적 접촉 뿐만 아니라 상기 솔레노이드 본체(240)와 상기 도관(232) 간의 열적 분리를 제공한다. 플랫폼(246)은 상기 솔레노이드 본체(240)와 상기 상부 열 확장부(242) 사이에서 연장되어 상기 이동 가능한 포스트(238)를 위한 타격 표면을 제공한다. 또한, 진동 센서(248)는 상기 하부 열 확장부(244)에 고정되고 상기 해머 솔레노이드(230)로부터 이동 가능한 포스트(238)가 상기 플랫폼(246)을 타격할 때 진동 응답을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 진동 응답은 주파수 영역에서의 진폭 또는 시간 영역에서의 감쇠율(decay rate)일 수 있다.
응답 신호 진폭 또는 주파수 감쇠율의 변화는 이때 상기 도관(232) 내 퇴적물 또는 물질 축적의 양과 상관될 수 있다. 예를 들어, 진동 응답은 청소된/깨끗한 도관에 대한 기준이 될 수 있으며, 그런 다음 주파수 영역에서의 진폭 변경 또는 시간 영역에서의 감쇠율 변경은 이때 퇴적물의 존재와 양을 나타낼 수 있다. 상기 진동 응답의 결과는 사용자 인터페이스(도시되지 않음), 예를 들어 상기 진동 응답을 기초한 폐색 현상의 백분율을 보여줄 수 있는 기구 상의 막대 그래프 디스플레이로 변환될 수 있다.
일 형태에서, 상기 해머 솔레노이드(230)는 약 50-500밀리초 사이의 타격 주파수를 지니는 펄스 해머 솔레노이드이다. 그리고 추가로 도시된 바와 같이, 상기 여기 장치(229)는 또한 상부 열 확장부(242) 및/또는 하부 열 확장부(244) 주위에 고정된 선택적인 냉각 핀(250)을 포함할 수 있다. 상기 여기 장치들(229) 중 하나 이상의 여기 장치들(229)은 상기 도관(232)을 따라 배치되거나 본 개시내용의 범위 내에 있으면서 (예를 들어, 위에서 설명한 바와 같은 반도체 처리 시스템의 구성요소들과 같은) 동적 시스템(12)의 임의의 다른 구성요소에 근접 배치될 수 있다.
도 16을 참조하면, 여기 장치의 다른 일 형태가 도시되고 일반적으로 참조번호 329로 나타나 있다. 앞서 설명한 바와 같은 해머 솔레노이드 대신에, 이러한 형태의 여기 장치(329)는 압전 스택 트랜스듀서(piezoelectric stack transducer; PZT)(330)이다. (위에서 설명한 요소들과 유사한 요소들은 동일한 요소 번호들로 본 도면에 예시되어 있으며 명확성을 위해 다시 설명되지 않을 것이다). 상기 PZT(330)는 도시된 바와 같이 대향 매스(mass; 332)를 더 포함한다. 선택적으로, ERM(Eccentric Rotating Mass) 또는 LRM(Linear Resonant Actuator)(도시되지 않음)을 진동음향 신호 소스로서 상기 PZT(330)와 함께 채용될 수 있다.
일 형태에서, 상기 PZT(330)는 상기 도관(232) 또는 동적 시스템(12)의 공진 주파수가 아닌 정상 상태 주파수 또는 정상 상태 일정 주파수의 펄스로 에너지를 공급받는다. 상기 진동 센서(248)는 그 다음 위에 설명한 바와 같이 진동 응답을 측정한다. 일 형태에서, 스위프 주파수 분석(sweep frequency analysis)이 수행될 수 있다. 마찬가지로, 사용자 인터페이스(도시되지 않음)가 위에서 설명한 바와 같이 채용될 수 있다.
여기에 달리 명시적으로 나타내지 않는 한, 기계적/열적 특성, 조성 백분율, 치수 및/또는 허용오차 또는 기타 특성을 나타내는 모든 수치는 본 개시내용의 범위를 설명할 때 "약" 또는 "대략"이라는 단어로 수정된 것으로 이해되어야 한다. 이러한 수정은 산업 관행, 제조 기술 및 테스트 능력을 포함한 다양한 이유로 요구된다.
여기서 사용된 "A, B, 및 C 중 적어도 하나"라는 문구는 비배타적 논리 OR을 사용하는 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "적어도 하나의 A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나, 및 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 개시내용의 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며, 따라서 본 개시내용의 요지를 벗어나지 않는 변형들은 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 그러한 변형들은 본 개시내용의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 아니 된다.
Claims (22)
- 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법으로서,
진동 신호 획득 장치로부터 진동 신호들을 획득하는 단계 - 상기 진동 신호 획득 장치는 상기 동적 시스템의 사전에 결정된 위치에 위치됨 -;
주파수 영역 및 시간 영역 중 적어도 하나에서 상기 진동 신호들을 분석하는 단계; 및
상기 분석된 진동 신호들에 기초하여 상기 동적 시스템의 상태 변화를 예측하는 단계;
를 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
진동 스펙트럼에서 주파수 피크를 식별하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
상기 진동 스펙트럼을 상기 동적 시스템의 조건과 상관시키는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템은 프로세싱 챔버 및 가스 배출 라인을 포함하고, 상기 사전에 결정된 위치는 상기 가스 배출 라인에 인접한 위치인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 사전에 결정된 위치는 상기 가스 배출 라인과 유체 연통하는 펌프의 상부에 바로 있는 위치인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 사전에 결정된 위치는 펌프 플랫폼 상의 위치인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
복수 개의 테스트 조건들 하에서 복수 개의 진동 스펙트럼들을 획득하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 진동 신호 획득 장치는 트랜스듀서(transducer)를 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
진동 신호 분석 모듈을 사용하여 상기 진동 신호들을 분석하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
디지털 데이터 수집(digital data acquisition; DAQ) 시스템에 의해 상기 진동 신호들을 처리하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
상기 동적 시스템이 작동 중이고 펌프가 휴지 상태일 때 기준 진동 스펙트럼을 획득하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
상기 동적 시스템의 예측된 조건 변화에 응답하여 히터를 활성화하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법은,
적어도 하나의 여기 장치를 사용하여 상기 동적 시스템 내로 진동을 도입하는 단계;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 동적 시스템은 상기 동적 시스템의 유체 흐름관을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 여기 장치들을 더 포함하는, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 복수 개의 여기 장치는 계측형 해머들인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 적어도 하나의 여기 장치는 진동 모터인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 적어도 하나의 여기 장치는 펌프인, 동적 시스템의 조건을 모니터링하는 방법. - 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템에 있어서,
상기 폐색을 검출하는 시스템은,
복수 개의 작동 구성요소들; 및
상기 복수 개의 작동 구성요소들 중 적어도 하나의 작동 구성요소의 사전에 결정된 위치에 배치된 진동 신호 획득 장치;
를 포함하며,
상기 진동 신호 획득 장치로부터의 진동 신호들은 주파수 영역 및 시간 영역 중 적어도 하나에서 분석되고, 상기 분석된 진동 신호들에 기초하여 폐색의 존재가 예측되는, 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 폐색을 검출하는 시스템은,
적어도 하나의 여기 장치;
를 더 포함하는, 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 폐색을 검출하는 시스템은,
상기 동적 시스템의 유체 흐름관을 따라 일정 간격으로 배치된 복수 개의 여기 장치들;
을 더 포함하는, 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 여기 장치는 해머 솔레노이드인, 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 여기 장치는 압전 스택 트랜스듀서인, 동적 시스템의 유체 흐름관에서 폐색을 검출하는 시스템.
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