Ключевые слова: автоматическое управление, технологический процесс, технологическое оборудование, производственный процесс, точность измерений, импедансно-резонансный контроль
Постоянное повышение в полупроводниковом производстве требований к точности измерений и последовательное уменьшение периода времени на выполнение операций измерения и идентификацию результатов измерения послужили толчком к созданию инновационной прецизионной технологии нано-измерений. Как следствие этого явления были созданы бесконтактные импедансно-резонансные сенсоры для оперативного активного контроля линейных параметров в высокотехнологичных производственных процессах.
Логическим продолжением этого инновационного процесса явилось создание гибких технологических модулей для комплексных версий нано-метрологии.
Задачи усовершенствования процессов фотолитографии повлекли за собой необходимость в онлайн-контроле и постоянном мониторинге различных технологических жидкостей, следствием чего явились многочисленные разработки бесконтактных контрольных технологий для комплексных потоков технологических растворов, в том числе для изолированных потоков агрессивных и токсичных жидкостей.
Компаниями-разработчиками метрологических элементов в среде полупроводникового производства на базе новейших научных исследований и опытно-конструкторских разработок предлагается полностью соответствующая современным требованиям уникальная и оригинальная метрологическая технология, позволяющая при использовании практически стандартных технических решений получить предельно точные результаты измерений.
Необходимый технологический комплекс для этих измерений отличается высокой надёжностью, удобством и простотой обслуживания и не требует специальной подготовки персонала.
Технологические модули этого комплекса приспособлены к удобной адаптации к производственному оборудованию технологических линий и с равным успехом они могут быть встроены в производственный процесс, использующий цифровые технологии, и в процесс, базирующийся на жёстких технологических схемах.
Технология и оборудование имеют гибкую структуру построения своего алгоритма, что позволяет модифицировать его под особенности технологического цикла производственного контроля в области высоких технологий, с исполнительными размерами и групповыми метрологическими характеристиками менее одного нанометра и с высокой степенью повторяемости результатов измерений. Указанная гибкость позволяет в полной мере учитывать особенности и свойства контролируемых материалов, а также специфические требования конкретных характеристик контролируемых изделий.
Технология и оборудование исключают какое-либо внешнее влияние на результаты измерений от несанкционированных факторов, аварийного состояния смежных процессов и оборудования. Технология является самодостаточной и не зависит от сигналов и измерительных или иных факторов основного производственного процесса и технологического оборудования на котором он реализуется.
Простота и надёжность фиксации и передачи результатов измерений, их идентификации и адаптации к размерным характеристикам основного технологического процесса, полное исключение любого контакта с контролируемой поверхностью, позволяют применять технику и технологию в самых тонких и чувствительных производственных процессах, сохраняя точность и стабильность результатов. Поскольку преимущество технологии и её исключительная точность в значительной степени обеспечены за счёт надёжной системы обработки сигналов, влияние внешних факторов сведено к минимуму, или отсутствует вообще.
Специальное оборудование, предназначенное для автоматизации контрольно-измерительного процесса, обеспечивает надёжность и качество захвата, транспортировки, ориентации, установки и манипулирования контролируемых изделий.
Благодаря наличию инновационных испытанных решений, компании — разработчики и их метрологический продукт имеет возможность моделировать измерительный процесс и получать реальные значения параметров измерений в режиме предварительной проверки эффективности и точности измерений на изделиях, представленных потенциальным потребителям технологии, вплоть до этапа встраивания измерительного модуля в технологическую линию и технологический процесс заказчика.
Технология позволяет одновременно вести контроль более 100 точек на контролируемой плоскости, что позволяет применять её для систем активного контроля и предотвращения выхода параметров технологического процесса за пределы допустимых значений и эффективно корректировать параметры процесса для поддержания его стабильных результатов.
Контроль параметров и результатов технологического процесса в режиме реального времени позволяет эффективно использовать результаты таких измерений в системах автоматического управления нелинейными элементами технологии, особенно в процессах тонкоплёночных покрытий. При формировании систем автоматического управления в традиционных производственных гальванических и химических комплексах покрытий преимущество технологии состоит в полном отсутствии каких-либо контактов между измерительным сенсором и нанесённым слоем металла, что представляет возможность получать информацию без искажений, вызванных контактными процессами.
Исключительная чувствительность сенсоров, устойчивость их работы в условиях с подвижными контролируемыми средами, в том числе жидкими и аэрозольными, позволяет вести контроль различных параметров таких сред дистанционно. Геометрическая форма сенсора может видоизменяться в зависимости от формы поверхности, к которой он приближён, что позволяет выполнять сенсор даже в виде кольца, коаксиального трубопроводу, в котором находится или по которому движется поток контролируемой жидкости. Такой вариант конструкции сенсора и его установки делает контрольные операции полностью автономными и изолированными при реальной возможности контролировать жидкости, в силу различных причин, не позволяющие вести контроль известными методами.
По инициативе заказчика могут создаваться интегративные метрологические решения, способные решать комплексные вопросы активного и пассивного контроля в областях техники и технологии, требующих сверхточных измерений и при этом исключающих минимальные контакты с контролируемой поверхностью.
Интегративные конструктивные компоновки специального технологического контрольного оборудования, включающие операции роботизированного транспортирования заготовок, их выгрузки из транспортной и технологической тары и обратной загрузки в неё, базирования и ориентации во время контроля — всё это может быть создано из реальных, испытанных в производственных условиях узлов, компонентов и модулей компаний-разработчиков такого специального технологического оборудования и прецизионной оснастки.
Сенсоры могут встраиваться в системы автоматического управления производственным процессом на различных уровнях иерархии управления, и во всех вариантах встраивания, специалисты компаний-разработчиков в содружестве с компаниями — разработчиками программных целевых продуктов, создают оригинальный программный продукт, гарантирующий надёжное функционирование сенсоров и их полное соответствие техническим требованиям.
В случаях, когда сенсоры поставляются в технологические схемы, не имеющие централизованной системы управления, в комплект поставки сегодня входят все необходимые конструктивные и управляющие элементы, позволяющие получить максимально эффективные результаты, на том технологическом уровне, которым располагает заказчик.
Используя уже накопленный сегодня свой богатый и уникальный опыт в проектировании сверхточных контрольно-технологических комплексов, компании — разработчики, основываясь на представленных параметрах технологического оборудования и технологического процесса заказчика, могут разработать оригинальную технологию и технологическое оборудование для контроля качества в процессе производства и по его результатам. Работа предложенного варианта, по желанию заказчика, может быть смоделирована и продемонстрирована в условиях полностью идентичных реальным.
Уже созданные и опробованные технологии компаний-разработчиков обладают достаточной адаптивностью к требованиям действующих технологических, метрологических стандартов, а также к международным стандартам по управлению качеством.
В соответствии с пожеланиями заказчика, компании-разработчики на базе своего опыта и уровня техники, достигнутым в условиях наиболее высокоточных процессов в полупроводниковом производстве, могут разработать программу и методику аттестации метрологических технологий, базирующихся на её базовых конструктивных и технологических элементах применительно к действующим стандартам и другим регламентирующим документам.
Контроль качества воды и водных растворов, а также других технологических жидкостей и растворов, в которых имеются вещества не типичные для водных растворов и воды, также требуют в условиях непрерывных производственных операций постоянного мониторинга и практически мгновенной реакции на флуктуационные изменения в химическом составе и концентрациях компонентов.
Это требование в равной степени можно отнести и к параметрам электрической проводимости этих растворов, и к уровню их диэлектрической проницаемости в условиях, когда практически всё применение воды в процессах фотолитографии и техно-химии ограничено деионизованной водой.
Ввиду того, что количество точек контроля и мониторинга по указанным параметрам несравнимо больше, чем количество точек других видов контроля, в добавок к технологическим и метрологическим факторам использования прибавляется стоимостной фактор.
Для того чтобы снизить уровень влияния этого фактора инициировано введение в стандартный сенсор — счётчик расхода жидкости дополнительного параллельного процесса контроля, выполняемого за счёт минимального отбора от основного измеряемого на предмет расхода потока совсем небольшой части жидкости, направляемой в сенсорный модуль, присоединённый в нижней части корпуса сенсора расхода.
Рис. 1. Сенсорный модуль в осевом сечении, где: 101 — вводный трубопровод; 102 — выводной трубопровод; 103 — нагнетающий канал, образуемый при сборке деталей в модуль; 105 — конструкция сенсора, собранная из печатных плат; 107 — воронкообразный канал на входе в измерительную зону; 108 — воронкообразный канал на выходе из измерительной зоны; 201 — измерительная зона сенсорного модуля; 1201 — фланцевая панель со стороны вывода жидкости из зоны измерения; 1202 — формирующая плита со стороны вывода контролируемого потока из зоны измерения; 1203 — формирующая плита со стороны ввода контролируемого потока в зону измерения; 1204 — фланцевая панель со стороны ввода контролируемого потока жидкости в зону измерения; 1401 — поток жидкости со стороны ввода в зону измерения; 1402 — поток жидкости со стороны вывода из зоны измерения; 1403 — поток жидкости со стороны ввода в сообщающийся сосуд; 1404 — поток жидкости со стороны вывода из сообщающегося сосуда; 1405 — поток жидкости со стороны ввода в нижнюю измерительную ветвь сообщающегося сосуда; 1406 — поток жидкости со стороны вывода из нижней измерительной ветви сообщающегося сосуда;
Рис. 2. Прозрачная модель гидродинамической принципиальной системы объединённого мультифункционального счётчика расхода жидкости с обозначенными элементами системы сообщающихся сосудов в зоне действия физических принципов и приёмов импедансно-резонансных методов контроля, где: 103 — вертикальный нагнетающий канал системы сообщающихся сосудов в которую входят входной и выходной вертикальные каналы, горизонтальные глобоидальные соосные ввод и вывод из зоны действия импедансно-резонансных явлений; 104 — вертикальный отводящий канал системы сообщающихся сосудов в которую входят входной и выходной вертикальные каналы, горизонтальные глобоидальные соосные ввод и вывод из зоны действия импедансно-резонансных явлений; 105 — конструктивный блок из пакета печатных плат, составляющих сенсорный модуль импедансно-резонансного контроля; 106 — блок из пакета печатных элементов соленоида сенсора и экранирующей топологической структуры в пакете формирующей экранирующую систему, препятствующую распространению электронного шума; 107 — горизонтальный глобоидный коаксиальный вводный канал сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля; 108 — горизонтальный глобоидный коаксиальный выводной канал сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля; 201 — экранирующая система сенсорного модуля
Как видно из рисунков конструктивная версия дизайна до предела упрощена и включает плоские конструктивные элементы, которые исключительно технологичны в изготовлении и легко адаптируются с существующими аппаратами и технологическими версиями контрольных операций и не требуют для координации каких-либо сложных систем и управляющих процессоров.
Особо важно отметить тот факт, что в качестве платы сенсора используется многослойная РИТМ — плата, в которой и соленоид сенсора и экранирующая конструкция являются частью общей топологии печатной платы и такие элементы имеют место в локальной топологии каждого слоя.
При максимальной простоте, свойства, присущие РИТМ-платам, прежде всего быстродействие оптимизируют общую характеристику модуля без дополнительных затрат и одновременно при высокой надёжности и стабильности показаний.
Рис. 3. На рисунке показана модель комбинированной корпусной системы для объединённого контрольного устройства, включающего счётчик расхода жидкости и сенсорный модуль для импедансно-резонансного контроля, где: 101 — вводный патрубок; 102 — выходной патрубок; 105 — блок из печатных РИТМ плат, составляющих всю комбинированную систему сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля, включая печатную систему элементов экранирования электронного шума и других флуктуационных явлений; 107 — модель горизонтального коаксиального глобоидного вводного канала для подачи в зону импедансно-резонансного контроля сенсорного модуля части потока для контроля комплексного показателя качества контролируемой жидкости; 108 — модель горизонтального коаксиального глобоидного выводного канала для подачи в зону импедансно-резонансного контроля сенсорного модуля части потока для контроля комплексного показателя качества контролируемой жидкости; 201 — канал в блоке из печатных РИТМ-плат, составляющих всю комбинированную систему сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля, включая печатную систему элементов экранирования электронного шума и других флуктуационных явлений
Рис. 4. Трёхмерная модель гидродинамического принципа сенсорного модуля с имитацией вводной и измерительной части потока контролируемой жидкости, где: 106 — корпус сенсорного модуля, включая и экранирующую систему; 201 — измерительный трубопровод со стороны вывода контролируемой жидкости из зоны контроля и измерения; 2001 — условное изображение — модель осевого центрального канала счётчика расхода жидкости; 2002 — поток жидкости, направляемый на комплексный контроль; 2003 — модель вертикального нагнетающего канала для жидкости подаваемой на контроль в сенсорный модуль (канал является частью системы сообщающихся сосудов, позволяющей стабилизировать гидродинамические параметры потока, чтобы повысить точность измерений); 2004 — вертикальная ветвь вводного канала, части системы сообщающихся сосудов сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля; 2005 — канал для обратного ввода в основной поток контролируемой жидкости части потока из сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля
Рис. 5. Трёхмерная модель гидродинамического принципа сенсорного модуля, встроенная в систему стандартного счётчика расхода жидкости, где: 106 — корпус сенсорного модуля, установленный в нижней части корпуса счётчика расхода воды или иной жидкости; 107 — глобоидная воронка ввода части потока контролируемой жидкости в измерительную трубу сенсорного модуля; 108 — глобоидная воронка вывода части потока контролируемой жидкости из сенсорного модуля; 2002 — путепровод для основной массы (объёма) контролируемой жидкости; 2005 — канал для возвращения части объёма контролируемой жидкости в путепровод основной массы (объёма) контролируемой жидкости; 2101 — канал для отбора части потока контролируемой жидкости для контроля в сенсорном модуле (канал формирует с сенсорным модулем сообщающийся сосуд); 2102 — канал для вывода объединённого потока контролируемой жидкости из комбинированного счётчика расхода воды с параллельно функционирующим комплексным импедансно-резонансным сенсорным модулем.
Приложение 1
|
United States Patent Application |
20120029845 |
|
Kind Code |
A1 |
|
February 2, 2012 |
APPARATUS AND METHOD FOR FLUID MONITORING
Abstract
According to some embodiments, an apparatus and method are provided for detecting the composition of a fluid. An alternating electromagnetic field may be applied to the fluid and distortions in the electromagnetic field are compared with predetermined, expected distortion «signatures» for particular components at particular concentrations. The presence and concentration of the components in the fluid may be detected by detecting these distortion signatures.
Приложение 2
|
United States Patent Application |
20130173180 |
|
Kind Code |
A1 |
|
July 4, 2013 |
DETERMINATION OF ATTRIBUTES OF LIQUID SUBSTANCES
Abstract
A monitoring unit (100) that determines parameters (p1, p2) of an attribute (P) of a liquid substance flowing (F) through a dielectric conduit (110) includes plural coil members (121, 122) encircling the dielectric conduit (110) that subjects a flow of the liquid substance to plural different electromagnetic fields (B(f)), and under influence thereof measuring circuitry registers corresponding impedance measures (z(f)) of the liquid substance. A processor (130) derives the parameters (p1, p2) of the attribute (P) based on the registered impedance measures (z(f)).
Приложение 3
|
United States Patent Application |
20130178721 |
|
Kind Code |
A1 |
|
July 11, 2013 |
VIVO DETERMINATION OF ACIDITY LEVELS
Abstract
A bolus for use in a ruminant animal's reticulum includes a cavity (100) configured to receive ruminal fluids present in the stomach. The cavity has walls (110) of a dielectric material and is encircled by a coil member (120), which is configured to subject the ruminal fluids to an electro-magnetic field. A Sensor element (310) measures the electromagnetic field's influence on the ruminal fluids and thus register an electromagnetic property representative of an acidity level of said fluids. A transmitter (410) transmits a wireless output signal (SD) reflecting the acidity measure.
Приложение 4
|
United States Patent |
8,820,144 |
|
September 2, 2014 |
Apparatus and method for fluid monitoring
Abstract
According to some embodiments, an apparatus and method are provided for detecting the composition of a fluid. An alternating electromagnetic field may be applied to the fluid and distortions in the electromagnetic field are compared with predetermined, expected distortion «signatures» for particular components at particular concentrations. The presence and concentration of the components in the fluid may be detected by detecting these distortion signatures.
Приложение 5
|
United States Patent |
8,694,091 |
|
April 8, 2014 |
In vivo determination of acidity levels
Abstract
A bolus for use in a ruminant animal's reticulum includes a cavity (100) configured to receive ruminal fluids present in the stomach. The cavity has walls (110) of a dielectric material and is encircled by a coil member (120), which is configured to subject the ruminal fluids to an electro-magnetic field. A Sensor element (310) measures the electromagnetic field's influence on the ruminal fluids and thus register an electromagnetic property representative of an acidity level of said fluids. A transmitter (410) transmits a wireless output signal (SD) reflecting the acidity measure.
Приложение 6
|
United States Patent |
9,316,605 |
|
April 19, 2016 |
Determination of attributes of liquid substances
Abstract
A monitoring unit (100) that determines parameters (p1, p2) of an attribute (P) of a liquid substance flowing (F) through a dielectric conduit (110) includes plural coil members (121, 122) encircling the dielectric conduit (110) that subjects a flow of the liquid substance to plural different electromagnetic fields (B(f)), and under influence thereof measuring circuitry registers corresponding impedance measures (z(f)) of the liquid substance. A processor (130) derives the parameters (p1, p2) of the attribute (P) based on the registered impedance measures (z(f)).
Приложение 7
|
United States Patent |
9,194,787 |
|
November 24, 2015 |
Testing apparatus for simulating stratified or dispersed flow
Abstract
A system and method for simulating stratified or dispersed flow dynamics are disclosed herein. The method includes filling an apparatus with a multi-phase mixture that includes an upper phase and a lower phase, wherein the upper phase and the lower phase are immiscible liquids. The method also includes establishing contact between a bottom surface of a rotor drum and a top surface of the upper phase. The method also includes rotating the rotor drum such that the rotation of the rotor drum causes the upper phase to rotate and ultimately causes the lower phrase to also rotate. The method further includes monitoring a parameter of the multi-phase system while the rotor drum is rotating.
Приложение 8
|
United States Patent |
8,963,565 |
|
February 24, 2015 |
Sensor for detecting liquid spilling
Abstract
Present invention concerns generally to a sensor or a sensor system for detecting spilling of aqueous liquids, for instance in confined spaces were such is critical such in an airplane. The system of present invention is an early warning system or sentinel for the prevention of corrosion by corrosive liquids. Corrosion caused by corrosive liquids can rapidly change the surface properties of components in engineering structures, and that will finally endanger the functionality of structural parts. However, if monitoring technologies are in place providing continuous information on the presence of corrosive liquids, corrosion treatment and even corrosion prevention can start at a very early stage. Present invention provides such by early detection of corrosive liquids by extended sensors based on the collapse of percolation conductivity (COPC). The term collapse refers to the fact that the transition into the non-conducting state must not necessarily have the properties of a thermodynamically well-defined transition.
Приложение 9
|
United States Patent |
9,188,270 |
|
November 17, 2015 |
Monitoring and analysis method of the conditions of a pipeline
Abstract
Monitoring and analysis method of the conditions of a pipeline, comprising: providing an inspection device (1) in expanded polymeric or elastomeric material comprising at least one measurement instrument (2, 3), said measurement instrument including at least one casing and at least one sensor; introducing said inspection device into the pipeline (5); recovering said inspection device; wherein said casing is made of polymeric or elastomeric material, having a density, measured according to the regulation ASTM D3574, higher than or equal to 30 kg/m3, preferably ranging from 700 to 2,000 kg/m3. Said method allows the continuous registration and storage of useful parameters for revealing defects and/or anomalies inside the pipeline (5) that transports gas and/or liquids, as well as possible variations in the internal diameter of the same.
