TWI807790B - 用於監測動態系統的情況之系統及方法 - Google Patents

用於監測動態系統的情況之系統及方法 Download PDF

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法蒂瑪 諾斯拉提
約翰 里爾蘭
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美商瓦特洛威電子製造公司
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Abstract

監測一動態系統之一情況的方法包括將一振動訊號獲取裝置裝設在該動態系統之一預定位置處；透過該振動訊號獲取裝置獲取振動訊號；在一頻域下分析該等振動訊號；以及基於該頻域下的該等振動訊號預測該動態系統之該情況中的一變化。本案亦提供一系統，而該動態系統之一情況包括堵塞。

Description

用於監測動態系統的情況之系統及方法
相關申請案之相互參照
本申請案請求主張於2019年6月21日申請之美國臨時申請案第62/864,896號的優先權及利益。前述申請案之揭露內容以參考方式併入本文。 發明領域
本揭露內容係大體上有關例如於半導體製造中用以監測一動態流體流動系統之情況的系統及方法，且更特定的是有關用以偵測動態系統之流體管線中之一堵塞情況的系統及方法。
發明背景
此區段的敘述僅提供有關本揭露內容的背景知識而不會構成習知技術。
一半導體處理系統大體上包括一處理腔室及多條氣體管線，其中處理氣體經過此等氣體管線供應到處理腔室中及從處理腔室移除。析出及固化可能在這些氣體管線中隨時間發生，於這些氣體管線中造成非為人所欲的堵塞。
析出及固化係難以預測。一般來說，一操作者只會在氣體管線堵塞造成半導體處理系統失效時才會注意到堵塞情況(例如沒有處理氣體流動及沒有壓力建立在泵上)。雖然已知偵測泵上游與下游的壓力及基於壓力差判斷堵塞情況，但這種方法常常不夠迅速偵測到問題。
有關流體管線堵塞的偵測及預防，或相對於一標稱/所欲流動之變慢流體流動的這些問題係藉由本揭露內容所解決。
發明概要
於一態樣中，監測一動態系統之一情況的方法包括透過設置在動態系統之一預定位置處的一振動訊號獲取裝置獲取振動訊號、在一頻域及一時域中之至少一者下分析振動訊號、及基於所分析的振動訊號來預測動態系統之情況下的變化。
此方法的另一態樣包含下列步驟中之至少一者：識別一振動頻譜中的一頻率峰，及使該振動頻譜與動態系統的情況相關聯。
在此方法的其他態樣中，動態系統包括一處理腔室及一排氣管線，而預定位置為鄰近排氣管線的位置。在此方法的至少一變化態樣中，此預定位置係為與排氣管線流體連通之一泵正上方的一位置，且該預定位置係為一泵平台上的一位置。
此方法的又一態樣包含獲得在多個測試條件下的多個振動頻譜。
在此方法的一些態樣中，振動訊號獲取裝置包括一換能器。
此方法的至少一態樣包含使用一振動特徵符號(signature)分析模組來分析振動訊號、透過一數位資料獲取(DAQ)系統處理振動訊號、及獲得在動態系統運作及一泵停止時的一基線振動頻譜。
此方法的數個態樣包含響應於在動態系統之情況下所預測的變化而致動一加熱器、利用至少一激發裝置將振動引進動態系統中、及多個激發裝置沿動態系統之一流體流管隔開。
在此方法的變化態樣中，多個激發裝置為儀器用槌(instrumented hammer)，至少一激發裝置為一振動馬達，及至少一激發裝置為一泵。
在另一態樣中，用於一動態系統之一流體流管中之堵塞偵測的一系統係設置成包括多個操作組件，及設置在該等多個操作組件中之至少一者處的一振動訊號獲取裝置，其中源自振動訊號獲取裝置的振動訊號在一頻域及一時域中之至少一者下經分析，而阻塞的存在係基於所分析的振動訊號來預測。
此系統的其他態樣包含至少一激發裝置，且在一些態樣中，多個激發裝置沿動態系統的流體流管隔開。於一態樣中，激發裝置為一螺線管槌(solenoid hammer)。在另一態樣中，激發裝置為一壓電堆疊換能器。
於其他態樣中，用以監測一處理管線之一情況的一監測系統包括設置在處理管線內側的一目標元件、設置在處理管線外側且與目標元件相對立以於其間界定一空白空間的一近接感測器，且其中該近接感測器基於目標元件之電性特性及空白空間之介電常數中之至少一者的一變化來預測處理管線的情況。
在監測系統的至少一態樣中，近接感測器係選自於由以下項目組成之群組：一電容式近接感測器、一超音波近接感測器、及一電感式近接感測器；情況為處理管線中的凝結或析出，而近接感測器為一電容式近接感測器，包括與目標元件相對立的一內板，空白空間被界定在該內板與該目標元件之間。
在監測系統的變化態樣中，近接感測器為一超音波近接感測器，其包括與目標元件相對立的一壓電元件，且其中此超音波近接感測器產生朝向目標元件的高頻脈衝，並基於由目標元件反射之高頻脈衝的時間經過來預測處理管線的情況，其中高頻脈衝例如為顯著的振動頻譜峰在與頻率(Hz)有函數關係之一相對振幅的一圖表上為增加。
在監測系統的另一態樣中，近接感測器為電感式近接感測器，其包括與目標元件相對立的一感應式線圈、一振盪器、一訊號轉換器及一輸出電路，且其中此電感式近接感測器基於由振盪器產生之振盪訊號的振幅來預測處理管線的情況。
在監測系統的數個態樣中，感應線圈係組配來在目標元件中產生一渦電流，且此目標元件中的渦電流影響振盪訊號的振幅。
替代地，在本揭露內容之另一態樣中，用以監測一處理管線之情況的一監測系統包括至少一光纖纜線；一光源，其設置在光纖纜線之一第一端用以透過光纖纜線發射一光；及一分析器，用以分析從該光源經過該至少一光纖纜線之光透射，且用以基於經過該至少一光纖纜線之光透射及光反射中之至少一者來預測處理管線的情況。
監測系統的一變化態樣包括設置在該至少一光纖纜線之一第二端處且設置在處理管線內側的一雙向鏡。
在監測系統的至少一態樣中，分析器係設置在光纖纜線的第一端處用以接收自光源發射且由雙向鏡反射回的光，其中分析器基於由雙向鏡反射回的光量來預測處理管線的情況，該至少一光纖纜線包括一第一光纖纜線及一第二光纖纜線，其等配置來在該第一及第二光纖纜線之鄰近端之間界定一間隙，此間隙位在處理管線內，而光源係設置在第一光纖纜線距中間隙為遠的一端，且分析器係設置在第二光纖纜線中距間隙為遠的一端，用以接收自光源發射穿過第一光纖纜線、間隙及第二光纖纜線的光，其中分析器基於穿透間隙的光量來預測處理管線的情況。
進一步的應用領域將從在此提供的描述變得明顯。應了解的是此描述及特定範例係意圖僅供說明目的且並無想要限制本揭露內容之範疇。
較佳實施例之詳細說明
以下描述本質上僅為例示且不意欲限制本揭露內容、應用或用途。應了解的是，圖式通篇對應的參考編號指出類似或對應部分及特徵。
參照圖1A，根據本揭露內容之教示建構之用以監測一動態系統12之情況/行為的一監測系統10包括用以從動態系統12獲取訊號的一訊號獲取裝置14；一訊號處理模組16；及一分析及預測模組18，其在一域下(例如當訊號為一頻率訊號時在一頻域下)分析訊號，且基於該域下的訊號來預測動態系統12的情況。
在一態樣中，訊號獲取裝置14為獲取振動訊號的一振動訊號獲取裝置，而訊號處理模組16為一振動訊號處理模組。應了解的是，其他類型的訊號，諸如例如溫度、壓力及質量流率等，係在本揭露內容之教示中。
參照圖1B，動態系統12在一態樣下為一半導體處理系統，其包括一處理腔室20、包括供氣管線22及排氣管線24的多條氣體管線(一般對於任何應用亦稱為「流體流管」)、及設置鄰近排氣管線24的泵26 (圖中僅顯示一個)。泵26可為任何組態的真空泵，諸如在一殘餘氣體分析器(RGA)系統內所用的類型。如進一步所示，數個配件23將動態系統12的不同組件彼此耦接。
在各種處理步驟期間，處理氣體透過供氣管線22供應到處理腔室20中。在各處理步驟之後，處理氣體透過排氣管線24自處理腔室20去除。排氣管線24在一態樣下包括一旁通閥31。排氣管線24可因此透過操作旁通閥31經控制成處於一開啟情況或一阻隔情況。並且，即便本文只有例示及說明一條供氣管線22及/或排氣管線24，多條供氣管線及/或排氣管線仍可被佈署。
應了解的是，半導體處理系統僅為本揭露內容之教示可使用之一流體流動系統的範例。許多其他流體流動系統，包括供應管線及冷卻管線等，及針對其他產業製程，諸如機械加工、注射模製、燃燒排氣系統及HVAC等，亦可使用本揭露內容之教示。因此，一半導體處理系統之使用不應被解讀為限制本揭露內容之範疇。並且，「流體」一詞應被解讀成表示一物質的任何物態，包括氣態、液態及電漿態。
訊號獲取裝置14可包括設置鄰近排氣管線24以獲取排氣管線24在一頻域下之訊號的一換能器28。在此態樣下，換能器28位在排氣管線24外側。然而，由於交互汙染並非半導體處理系統之排出側的問題，在維持於本揭露內容之範疇內之際，用以偵測流體相變化之一探測器27可置於排氣管線24內側。此探測器27亦可包括例如一溫度感測器、一光學感測器、或如本文所述之壓力換能器28等。
在本揭露內容之一變化態樣中，多個激發裝置29係沿排氣管線24之長度經由耦接元件25設置鄰近排氣管線或於其內側。此等激發裝置29使排氣管線24發出聲響(ping)(例如激勵、響、撞擊)，因此監測系統10能夠量測排氣管線24與激發裝置29之間的頻率響應，以偵測阻塞、堵塞及流動減速/限制。在一態樣中，激發裝置29係組配成校準衝擊裝置(例如儀器用槌)。
在另一態樣中，激發裝置29可為一振動馬達。此振動馬達係在不同頻率下運作以基於不同振動馬達頻率相較於動態系統12之自然頻率的比較來識別阻塞。
於更一態樣中，激發裝置29為一泵，其改變通過排氣管線24之流體流率以引發振動用於阻塞偵測。舉例來說，當流體流被阻擋或限制時，振動即被引發，且因而振動響應可被分析來判定阻塞存在。這些各種態樣的激發裝置29係於下文更詳細說明及描述。
一般來說，流率、泵速度、馬達速度及類似振動/動態改變的變化為根據本揭露內容之教示之能有預測性阻塞偵測的可量測激發裝置。
原位激發量測能在與一圖像使用者介面耦接時有流動的4D (長度、寬度、深度、時間)對映，或少則在一給定時間於動態系統內處於一給定位置的一流率(實際、估計、大略最小、大略最大)。因此，隨著量測位置的數目增加，4D映射的保真度、診斷及預報提升。由於監測系統能夠量測動態系統12之各種堵塞狀態(例如完全沒有堵塞引發停機)之間的差異，故保真度同樣隨時間提升。提升的診斷及預報偵測及監測堆積以將許多堵塞轉換成過濾變化或較少直接維修動作，因而提高生產時間。
微粒固化可能隨時間發生在動態系統12中。微粒固化導致供氣體流經流體流管的一較窄通道，造成「堵塞」或阻擋流體流過流體流管。在所示的半導體處理系統範例中，大部分的「堵塞」發生或靠近一大氣排氣側，主要因為排氣管線24並非由泵支撐而是由「殼體」排氣支撐。當堆積發生在排氣管線24時，泵的輸出壓力(背壓)將隨時間增加，造成排氣管線24之振動中的一變化。因此，有關排氣管線24之振動的訊號可用來預測排氣管線中由於微粒固化的非蓄意限制變化，其中微粒固化縮窄排氣管線24中的氣體通道。根據本揭露內容之教示，排氣管線24的限制可與排氣管線24的振動樣式相關聯。
訊號處理模組16可為一資料獲取(DAQ)系統，用以取樣從換能器28發送之訊號且將該等訊號轉換成可轉成數位化數值的一形式。作為一範例，訊號處理模組16可包括用以將振動訊號轉換成可轉成數位化數值之一形式的一訊號調節電路、及用以將經調節之振動訊號轉換成數位化數值的一類比-數位轉換器。
在另一態樣中，當訊號獲取裝置14包括一加速計以獲得一時域下的振動訊號時，訊號處理模組16更可包括一傅立葉轉換演算法，用以將振動訊號從時域(振幅與時間有函數關係)轉換成一頻域(振幅與頻率有函數關係)。
分析及預測模組18分析頻域下的振動訊號(振動頻譜)，且基於振動頻譜預測排氣管線24的情況。此分析及預測模組18可包括具有一處理器的一電腦。振動頻譜產生與一特定振幅及頻率範圍(頻域)相關聯的一特殊振動特徵符號。動態系統12的系統行為可透過了解及分析此特徵符號來調諧及預測。此分析及預測模組18分析振動特徵符號，且基於振動頻譜預測排氣管線24中是否有發生異常。
參照圖2A至圖6B，換能器28獲取RGA泵在不同測試條件下之頻域下的振動訊號(振幅dBFS對頻率Hz)。更特定的說，動態系統12可在兩個閥情況(開啟閥及限制閥情況)下運作，而換能器28直接設置到泵上或泵平台上，且RGA泵運轉或停止。
圖2A及圖2B顯示取自於安裝在泵上之一或多個換能器在泵停止時之頻域下的振動訊號(即振動頻譜)。一或多個換能器可安裝在關注之訊號量測區上或靠近訊號量測區的任何一處，且用來表示關注的數據點或與關注的數據點相關聯。舉例來說，一雙通道基線振動頻譜可取自於安裝在泵26上的一換能器28。針對各個裝配有一或多個振動感測軸的換能器，各個通道可表示一或多個訊號量測區。
在圖2A及圖2B中，基線頻譜指出在泵停止時取得且雙重表示為一「左」通道及一「右」通道的一訊號，其中一通道將訊號定成±20 g滿刻度(full scale)，而另一通道將同一訊號定成±10 g滿刻度。這些振動頻譜係為作為與針對不同測試條件下之振動頻譜相比較之參考值的基線振動頻譜。
為有效利用振動資料用於情況監測，應建立一基線振動頻譜。一些振動本質上為良性，且對動態系統12之壽命或性能不會有影響。一基線振動頻譜為良性且可用作比較目的之參考之振動的一振動頻譜。
圖3A及圖3B包括針對在旁通閥部分關閉且RGA泵於2托下運轉時之測試條件下的振動頻譜，其中換能器28係裝設在一泵平台上。圖4A及圖4B包括針對在旁通閥開啟且RGA泵於2托下運轉時之測試條件下的振動頻譜，其中換能器係裝設在一泵平台上。圖5A及圖5B包括針對在旁通閥31部分關閉且RGA泵於2托下運轉時之測試條件下的振動頻譜，其中換能器係置於RGA泵正上方。圖6A及圖6B包括針對在旁通閥開啟且RGA泵於2托下運轉時之測試條件下的振動頻譜，其中換能器係置於RGA泵正上方。
分析及預測模組18係組配來執行一相關聯程序以判定振動頻譜與動態系統12之情況(開啟或阻隔閥)之間的關聯性。此相關聯程序始於識別振動頻譜上的峰(頻率尖峰、頻率峰)。此等頻率尖峰可關聯於動態系統的物理特性，諸如因管路系統中之凝結所致的固化。
如圖3A至圖4B中所示，當換能器係置於泵平台上時，一顯著的峰在開啟閥情況下於100-200 Hz頻率範圍增加。如圖5A至圖6B中所示，當換能器係直接設置到泵上而非先前泵平台上的位置時，振動頻譜顯示峰更為清楚，且因而提供較高解析度的頻譜。因此，當換能器置於泵正上方時，可獲得閥的堵塞情況及整個頻域對於泵作業之一更詳細且準確的關聯性。
監測系統10可偵測動態系統隨時間的整體性能，諸如泵及氣體管線。任何明顯異常及失效可被立即偵測到。此亦可允許有一較佳響應時間，並提高動態系統12的運作壽命。
監測系統10更可組配來包括一錯誤偵測系統30，其提供一警示給使用者以協助預防非預期的失效及線路停機。監測系統10亦可連接到設置臨近氣體管線的一加熱器系統。此加熱器系統可響應於警示而致動以去除排氣管線中的堆積。替代地，管線可以一高流率之諸如N 2的處理氣體來沖洗，以搖動及去除排氣管線中的堆積。
參照圖7，監測一動態系統之情況的方法40始於在步驟42中將一振動訊號獲取裝置(諸如一換能器)置於動態系統之一預定位置。此預定位置可為在一泵、在一泵平台、或在一排氣管的位置。於步驟44中，頻域下的振動訊號(振動頻譜)係透過換能器在各個測試條件下獲得。於步驟46中，此振動頻譜經分析以識別頻率尖峰。於步驟48中，振動頻譜係與動態系統之情況相關聯。
參照圖8，用以監測及預測一處理管線61之情況(諸如材料凝結或析出)且根據本揭露內容之教示建構的一監測系統60，可包括一或多個近接感測器62、及對應於一或多個近接感測器62之一或多個目標板68 (目標元件)。處理管線61可包括透過安裝凸緣66連接的多個管狀部分64，此安裝凸緣位在管狀部分64之端部處。處理管線61可與一泵或一排氣系統(圖中未顯示)流體連通。監測系統60可設置鄰近安裝凸緣66以利於將目標板68安裝在處理管線61內側。目標板68係設置在處理管線61內側，且暴露於在處理管線61中流動的一處理氣體，而材料的凝結物或析出物72可能隨時間積聚在處理管線61中。
近接感測器62包括用以監測目標板68之電氣特性的一感測器本體70。當凝結物或析出物72積聚在處理管線61中時，凝結物或析出物72亦積聚在目標板68上，因而影響目標板68的電氣特性。一般來說，目標板68之改變的電氣特性，諸如其電阻值，提供處理管線61中有凝結物或析出物72之情況或狀態的一指示。
參照圖9A及圖9B，用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第一態樣的一監測系統80，包括電容式位移或電容式近接感測器形式的一近接感測器82、及與近接感測器82相對立且設置在處理管線61內側的一目標板84。近接感測器82包括用以容納一內板88、一電流感測元件90及一振盪器92於其中的一感測器本體。目標板84係設置在處理管線61中且在感測器本體外部。一空白空間89 (介電空間)係界定在目標板84與內板88之間。目標板84及內板88皆作為一電容器的電極。
當一DC電壓施加在內板88時，電荷會累積在目標板84上。累積在目標板84上的電荷量取決於施加在內板88上的電壓、目標板84的表面面積、及空白空間89的介電常數而定。積累在目標板84上的電荷在內板86中引發AC電流。任何凝結物或析出物72將改變電荷在目標板84上的密度及分佈，因而影響在內板86中流動的電流。透過使用電流感測元件90來量測由積累電荷引發出的電流，目標板84之情況及因而處理管線61之情況可被監測及預測。
參照圖10，用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第二態樣的一監測系統100，包括超音波近接感測器形式的一近接感測器102、及設置在處理管線內側且與近接感測器102相對立用以在其間界定一空白空間106的一目標板104。在一態樣中，超音波近接感測器102可包括一壓電元件(圖中未顯示)。當一AC電壓施加在壓電元件時，此AC電壓使壓電元件不斷改變尺寸及形狀，以使壓電元件在相同頻率下振盪以產生超聲波。超聲波波動110 (以實線顯示)係朝向目標板104發送。當目標板104被超聲波波動110擊中時，反射波112 (以虛線顯示)產生回波。當凝結物或析出物積聚在目標板104上時，目標板104及介於目標板104與超音波近接感測器102之間的空白空間106之狀態改變。透過監測及評估目標板104的狀態及介於目標板104與超音波近接感測器102之間的空白空間106之狀態，目標板104之情況及因而處理管線61之情況可經判斷及預測。
參照圖11，用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第三態樣的一監測系統120，包括一電感式近接感測器形式的一近接感測器122、及設置在處理管線內側且與近接感測器122相對立以於其間界定一空白空間126的一金屬性目標板124。近接感測器122包括界定一感測器腔室的一感測器本體128，其用以容納一感應線圈130、生成電磁場的一振盪器132、一訊號轉換器134、及一輸出電路136於其中。感應線圈130係與金屬性目標板124相對立設置以於其間界定空白空間126。金屬性目標板124係設置在處理管線內側，而空白空間126係位在處理管線中。當電壓施加在感應線圈130時，一渦電流產生在金屬性目標板124中。金屬性目標板124上的渦電流將使振盪器132產生之振盪訊號的振幅衰減。當凝結物或析出物72積聚在金屬性目標板124上時，空白空間126的尺寸縮減，造成振盪訊號的振幅變小。透過監測及評估振盪訊號的振幅，金屬性目標板124之情況及因而處理管線之情況可被監測及預測。
參照圖12A及12B，用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第四態樣的一監測系統150包括一光學感測器151。光學感測器151包括一光源152 (諸如LED)、一光纖纜線154、一雙向鏡156及一分析器158。光源152及分析器158係設置在光纖纜線154的一第一端160處。雙向鏡156係設置在光纖纜線154中與第一端160相對立之一第二端162處。雙向鏡156係設置在處理管線內側，且暴露於可能隨時間積聚在處理管線中的凝結物或析出物。光纖纜線154可沿處理管線之長度縱向定向或徑向橫跨處理管線，而雙向鏡156係設置在處理管線內側。
光源152發射通過光纖纜線154朝向雙向鏡156的光脈衝。源自光源152之光的一部分透射穿過雙向鏡156，而剩餘部分的光被雙向鏡156反射回光纖纜線154的第一端160。第一端160處的分析器158接收經反射的光，並決定透射穿過雙向鏡156之光強度對經雙向鏡156反射之光強度的一比值。
當凝結物或析出物積聚在處理管線中時，凝結物或析出物亦積聚在雙向鏡156上，並影響雙向鏡156的穿透特性。析出物可能阻擋光穿過雙向鏡156的透射。當凝結或析出發生時，一較大部分的光經反射回分析器158。因此，透射光之強度對反射光之強度的比值提供雙向鏡156之表面情況及因而處理管線之情況/狀態的一指示。此比值可用來與處理管線中之阻礙程度相關聯。
參照圖13A及圖13B，用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第五態樣的一監測系統180包括一光學感測器181。光學感測器181包括一第一光纖纜線182、一第二光纖纜線184、一光源186 (諸如LED)及一分析器188。第一光纖纜線182及第二光纖纜線184係端對端設置以於其間界定一間隙190。第一光纖纜線182及第二光纖纜線184可被調整以改變間隙190之尺寸。此間隙190係位於處理管線中，且暴露於可能積聚在處理管線中之凝結物或析出物。
光源186係設置在第一光纖纜線182中遠離間隙190之一端處。分析器188係設置在第二光纖纜線184中遠離間隙190之一端處。分析器188可量測從第一光纖纜線182至第二光纖纜線184之透射光的強度。分析器188所接收的光強度可用來與處理管線之情況相關聯，並提供處理管線中阻礙程度的一指示。
參照圖14A及圖14B，第一光纖纜線182及第二光纖纜線184延伸橫越處理管線，而間隙190設置在處理管線內側，且光源186及分析器188設置在處理管線外側。當凝結物或析出物積聚在處理管線中時，凝結物或析出物亦積聚在第一光纖纜線182及第二光纖纜線184之間的間隙190中，影響光脈衝從光源186到分析器188的透射。當愈多凝結物積聚在間隙190時，愈少光從光源186穿透到分析器188。分析器188可經由量測及判斷光透射穿過間隙190的量來判斷及預測凝結物或析出物72在處理管線61中的數量。間隙190可控制處理管線內之測試區位的寬度。
在另一態樣中，第一光纖纜線182及第二光纖纜線184可順沿處理管線延伸而非如圖14A及圖14B中所示橫越處理管線延伸。在此態樣中，第一光纖纜線182及第二光纖纜線184與相關組件可整合到安裝凸緣66 (見圖8)中，使得此設計為模組式且可更易於實施。
現參照圖15，一激發裝置之一態樣係繪出且大體上由參考編號229標示。如圖中所示，激發裝置229包括一槌式螺線管230，其經由被熱絕緣體236環繞的一夾具234安裝在導管232上。此導管232係顯示有沉積物或堆積物233，其堵塞/阻擋穿過導管232的流體流，而激發裝置229係用來偵測這些沉積物。
槌式螺線管230包括一可移動柱238，其透過一螺線管主體240內之一螺線管機構(圖中未顯示)伸出及縮回。此槌式螺線管230更包括一上熱延伸部242及一下熱延伸部244，其如圖所示設置來與導管232有實體接觸，且在螺線管主體240與導管232之間有隔熱。一平台246延伸在螺線管主體240與上熱延伸部242之間，為可移動柱238提供一撞擊表面。並且，一振動感測器248係固接在下熱延伸部244，且係組配來在源自槌式螺線管230之可移動柱238撞擊平台246時量測振動響應。舉例來說，振動響應可為頻域下的振幅或時域下的衰減率。
響應訊號振幅或頻率衰減率的改變可接著使其與導管232內之沉積物或材料堆積物的數量相關聯。例如，振動響應可就一乾淨/潔淨導管為基準，而接著改變頻域下的振幅或改變時域下的衰減率可指出沉積物的存在及數量。振動響應的結果可被移轉到使用者介面(圖中未顯示)，例如在一儀器上的一長條圖顯示，其可基於振動響應示出一堵塞百分比。
於一態樣中，槌式螺線管230為一脈衝式槌螺線管，其具有約50~500毫秒範圍的撞擊頻率。並且，如進一步所示，激發裝置229亦可包括可選的冷卻鰭片250，其固定在上熱延伸部242及/或下熱延伸部244周圍。激發裝置229中之一或多者可沿導管232設置，或設置靠近一動態系統12的任何其他組件(諸如，例如前述之一半導體處理系統之組件)，同時維持在本揭露內容之範疇內。
參照圖16，另一態樣的激發裝置係繪出且大體上由參考編號329標示。此態樣下的激發裝置329並非先前所述之一槌式螺線管，而是一壓電堆疊(PZT) 330。(對於以上所述的類似元件在此圖式中以相同元件標號說明，且為簡潔目的將不會再次敘述。) PZT 330如圖所示進一步包括一對接塊體332。可選地，一偏心旋轉質量(ERM)或一線性共振致動器(LRM)(圖中未顯示)可使用PZT 330作為一聲振訊號源。
在一態樣中，PZT 330係以具有非導管232或動態系統12之一共振頻率的穩態頻率或一穩態固定頻率之一脈衝給予能量。振動感測器248接著如前述量測振動響應。於一態樣中，可執行一掃頻分析。類似地，一使用者介面(圖中未顯示)可如前述使用。
由上述討論，將可理解，本發明可以多種實例形式體現，包含但不限於下列： 實例1.  一種監測動態系統之情況的方法，該方法包含： 從一振動訊號獲取裝置獲取振動訊號，該振動訊號獲取裝置位在該動態系統之一預定位置處； 在一頻域及一時域中之至少一者下分析該等振動訊號；以及 基於所分析的振動訊號預測該動態系統之該情況的一變化。 實例2.  如實例1所述的方法，其更包含：識別一振動頻譜中之一頻率峰。 實例3.  如實例2所述的方法，其更包含：使該振動頻譜與該動態系統之該情況相關聯。 實例4.  如實例1所述的方法，其中該動態系統包括一處理腔室及一排氣管線，且其中該預定位置係為鄰近該排氣管線的一位置。 實例5.  如實例4所述的方法，其中該預定位置係為位於與該排氣管線流體連通之一泵正上方的一位置。 實例6.  如實例4所述的方法，其中該預定位置係為一泵平台上的一位置。 實例7.  如實例1所述的方法，其更包含：獲得在多個測試條件下的多個振動頻譜。 實例8.  如實例1所述的方法，其中該振動訊號獲取裝置包括一換能器。 實例9.  如實例1所述的方法，其更包含：使用一振動特徵符號分析模組來分析該等振動訊號。 實例10. 如實例1所述的方法，其更包含：透過一數位資料獲取(DAQ)系統來處理該等振動訊號。 實例11. 如實例1所述的方法，其更包含：獲得在該動態系統運作且一泵停止時的一基線振動頻譜。 實例12. 如實例1所述的方法，其更包含：響應於在該動態系統之該情況中所預測的變化而致動一加熱器。 實例13. 如實例1所述的方法，其更包含：利用至少一激發裝置將振動引進該動態系統中。 實例14. 如實例13所述的方法，其更包含：多個激發裝置沿該動態系統之一流體流管隔開。 實例15. 如實例14所述的方法，其中該等多個激發裝置係為儀器用槌。 實例16. 如實例13所述的方法，其中該至少一激發裝置係為一振動馬達。 實例17. 如實例13所述的方法，其中該至少一激發裝置係為一泵。 實例18. 一種用於動態系統之流體流管中之堵塞偵測的系統，用於堵塞偵測的該系統包含： 多個操作組件；以及 一振動訊號獲取裝置，其設置在該等多個操作組件中之至少一者的一預定位置處， 其中源自該振動訊號獲取裝置的振動訊號在一頻域及一時域中之至少一者下經分析，而一阻塞的存在係基於所分析的振動訊號來預測。 實例19. 如實例18所述的系統，其更包含至少一激發裝置。 實例20. 如實例19所述的系統，其更包含沿該動態系統之該流體流管隔開的多個激發裝置。 實例21. 如實例19所述的系統，其中該激發裝置係為一螺線管槌。 實例22. 如實例19所述的系統，其中該激發裝置係為一壓電堆疊換能器。
除非本文中有以其他方式清楚指出，否則指出機械/熱特性、組成百分比、維度及/或容忍度、或其他特徵的所有數值應被理解在描述本揭露內容之範疇由「大約」或「大略」用語修飾。此修飾就各種理由，包括產業實施、製造技術及測試能力係為需要的。
在本文使用時，A、B及C中至少一者的用語應解讀為使用一非排他性邏輯「或」表示一邏輯關係(A或B或C)，且不應被解讀為表示「A的至少一者、B的至少一者、及C的至少一者」。
本揭露內容之描述本質上僅為例示，且因而不脫離本揭露內容之主體的變化係意欲存在於本揭露內容之範疇內。此等變化不應視為脫離本揭露內容之精神與範疇。
10,60,80,100,120,150,180:監測系統 12:動態系統 14:(振動)訊號獲取裝置 16:(振動)訊號處理模組 18:分析及預測模組 20:處理腔室 22:供氣管線 23:配件 24:排氣管線 25:耦接元件 26:泵 27:探測器 28:(壓力)換能器 29,229,329:激發裝置 30:錯誤偵測系統 31:旁通閥 40:方法 42,44,46,48:步驟 62,82,122:近接感測器 64:管狀部分 66:安裝凸緣 68,84,104:目標板 70,128:感測器本體 72:凝結物或析出物 88:內板 89,106,126:空白空間 90:電流感測元件 92,132:振盪器 102:(超音波)近接感測器 110:超聲波波動 112:回波 124:金屬性目標板 130:感應線圈 134:訊號轉換器 136:輸出電路 151,181:光學感測器 152,182:光源 154:光纖纜線 156:雙向鏡 158,188:分析器 160:第一端 162:第二端 182:第一光纖纜線 184:第二光纖纜線 190:間隙 230:槌式螺線管 232:導管 234:夾具 233:堆積物 236:熱絕緣體 238:可移動柱 240:螺線管主體 242:上熱延伸部 244:下熱延伸部 246:平台 248:振動感測器 250:冷卻鰭片 330:壓電堆疊,PZT 332:對接塊體
為使本揭露內容可較易了解，現將參照後附圖式以例示方式描述各種態樣，其中：
圖1A係為根據本揭露內容之教示建構用以監測一動態系統之情況之一監測系統的一示意方塊圖；
圖1B係為根據本揭露內容之教示之一動態系統的一示意圖；
圖2A及圖2B根據本揭露內容之教示顯示取自於安裝在泵上之一換能器在泵停止時的一雙通道基線振動頻譜，其中該換能器可裝配有一或多個振動感測軸，各通道表示一或多個訊號量測，其中圖2A及圖2B的基線頻譜分別雙重表示為「左」通道及「右」通道；
圖3A及圖3B根據本揭露內容之教示顯示取自於安裝在泵平台上之一換能器在限制閥啟動且殘餘氣體分析器(RGA)泵於2托下運轉時的一雙通道基線振動頻譜，其中該換能器可裝配有一或多個振動感測軸，各通道表示一或多個訊號量測，其中圖3A及圖3B的基線頻譜分別雙重表示為「左」通道及「右」通道；
圖4A及圖4B根據本揭露內容之教示顯示顯示取自於安裝在泵平台上之一換能器在開啟閥啟動且RGA泵於2托下運轉時的一雙通道基線振動頻譜，其中該換能器可裝配有一或多個振動感測軸，各通道表示一或多個訊號量測，其中圖4A及圖4B的基線頻譜分別雙重表示為「左」通道及「右」通道；
圖5A及圖5B根據本揭露內容之教示顯示顯示取自於安裝在泵正上方之一換能器在限制閥啟動且RGA泵於2托下運轉時的一雙通道基線振動頻譜，其中該換能器可裝配有一或多個振動感測軸，各通道表示一或多個訊號量測，其中圖5A及圖5B的基線頻譜分別雙重表示為「左」通道及「右」通道；
圖6A及圖6B根據本揭露內容之教示顯示顯示取自於安裝在泵正上方之一換能器在開啟閥啟動且RGA泵於2托下運轉時的一雙通道基線振動頻譜，其中該換能器可裝配有一或多個振動感測軸，各通道表示一或多個訊號量測，其中圖6A及圖6B的基線頻譜分別雙重表示為「左」通道及「右」通道；
圖7為根據本揭露內容之教示繪示監測一動態系統之情況之方法的一流程圖；
圖8係為安裝在一處理管線上用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一監測系統的一示意圖；
圖9A及圖9B為用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第一態樣之監測系統的示意圖，其中圖9A顯示沒有凝結或析出積聚在處理管線中，而圖9B顯示有凝結或析出積聚在處理管線中；
圖10係為用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第二態樣之一監測系統的一示意圖；
圖11係為用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第三態樣之一監測系統的一示意圖；
圖12A係為用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第四態樣之一監測系統的一示意圖；
圖12B係為圖12A之部分A的一放大圖；
圖13A係為用以監測及預測一處理管線之情況且根據本揭露內容之教示建構之一第五態樣之一監測系統的一示意圖；
圖13B係為圖13A之部分B的一放大圖；
圖14A及圖14B係為顯示圖13A之監測系統裝設在一處理管線中的示意圖，其中圖14A顯示沒有凝結或析出積聚在處理管線中，而圖14B顯示有凝結或析出積聚在處理管線中阻擋一光透射路徑；
圖15係為根據本揭露內容之教示建構之一激發裝置之一態樣的一橫截面圖；以及
圖16係為根據本揭露內容之教示建構之一激發裝置之另一態樣的一橫截面圖。
在此所述之圖式僅供說明目的而不意欲以任何方式限制本揭露內容之範疇。
40:方法
42,44,46,48:步驟

Claims (20)

  1. 一種監測動態系統之情況的方法，該方法包含：獲得針對一給定測試條件之一振動頻譜；判定該振動頻譜與一基線振動頻譜之間的多個振幅差異；基於該等多個振幅差異之大小來識別一頻率峰；以及使該頻率峰與該動態系統之情況相關聯。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該頻率峰係在一頻域及一時域中之至少一者下識別。
  3. 如請求項1所述的方法，其進一步包含從一振動訊號獲取裝置獲得與該動態系統相關的數個振動訊號，其中該振動頻譜係進一步基於該等振動訊號。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該振動訊號獲取裝置係位在該動態系統之一預定位置。
  5. 如請求項4所述的方法，其中該動態系統包括一處理腔室及一排氣管線，且其中該預定位置為鄰近該排氣管線的一位置。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該預定位置係備設於與該排氣管線流體連通之一泵。
  7. 如請求項5所述的方法，其中該預定位置為一泵平台上的一位置。
  8. 如請求項3所述的方法，其中該振動訊號獲取裝置包括一換能器、一探測器、至少一激發裝置或其組合。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該振動訊號獲取裝置包括該至少一激發裝置，以及其中該方法進一步包括利用該至少一激發裝置將振動引進該動態系統中。
  10. 如請求項9所述的方法，其進一步包含沿著該動態系統之一流體流管隔開之多個激發裝置。
  11. 如請求項8所述的方法，其中該至少一激發裝置包括一儀器用槌、一振動馬達、一泵或其組合。
  12. 如請求項1所述的方法，其進一步包含：獲得在多個測試條件下的多個振動頻譜。
  13. 如請求項1所述的方法，其進一步包含：獲得在該動態系統運作且一泵停止時的該基線振動頻譜。
  14. 如請求項1所述的方法，其進一步包含：基於在該動態系統之該情況中的一預測變化而致動一加熱器。
  15. 一種用於動態系統之流體流管中之堵塞偵測的系統，用於堵塞偵測的該系統包含：一控制器，其組配以：獲得針對一給定測試條件之一振動頻譜；判定該振動頻譜與一基線振動頻譜之間的多個振幅差異；基於該等多個振幅差異之大小來識別一頻率峰；以及使該頻率峰與該動態系統之一情況相關聯。
  16. 如請求項15所述的系統，其中該頻率峰係在一頻域及一時域中之至少一者下識別。
  17. 如請求項15所述的系統，其進一步包含設置在該動態系統的一預定位置之一振動訊號獲取裝置，其中該控制器進一步組配以利用該動態系統從該振動訊號獲取裝置獲得數個振動訊號，以及其中該振動頻譜係進一步基於該等振動訊號。
  18. 如請求項17所述的系統，其中該振動訊號獲取裝置包括一換 能器、一探測器、至少一激發裝置或其組合。
  19. 如請求項17所述的系統，其中該振動訊號獲取裝置包括該至少一激發裝置，以及其中該至少一激發裝置包括一儀器用槌、一振動馬達、一泵或其組合。
  20. 如請求項15所述的系統，其中該控制器係組配以基於該頻率峰，隨著該動態系統之該情況，判斷堵塞之存在。
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