JP2023545633A - 流体流導管内の堆積物の存在を検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出する方法は、コントローラによって、流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することを含む。この方法は、コントローラによって、励起信号の提供に応答して流体流導管の熱力学データを取得することを含み、熱力学データは、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データ、またはこれらの組み合わせを含む。この方法は、コントローラによって、熱力学データに基づいて材料堆積物の量を決定することを含む。【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２０２０年９月１８日に出願された米国仮特許出願第６３／０８０，２３８号、および２０２０年１１月４日に出願された米国仮特許出願第６３／１０９，７３６号の優先権および利益を主張するものである。上記出願の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本開示は、流体流導管に関し、より具体的には、流体流導管内の堆積物の蓄積を検出するためのシステムおよび方法に関する。

本項における記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するのではない場合がある。

半導体処理システムは、処理チャンバと、複数の流体流導管とを含んでよく、複数の流体流導管を通って処理ガスが処理チャンバ内に供給され、処理チャンバから除去される。時間の経過に伴い、複数の流体流導管内に材料が蓄積し得る。過剰な材料の蓄積により、流体の流れが妨げられ、詰まりおよび／またはシステム上の問題が生じ得る。

流体流導管内の材料蓄積を監視するために、１または複数のスコープまたはカメラが流体流導管内に挿入され得る。しかしながら、流体流導管の形状および／または材料蓄積物の形状により、１または複数のスコープ／カメラが材料蓄積物の深刻度および位置を正確に検出することが妨げられ得る。また、流体流導管内にスコープやカメラを設置することは、汚染問題の可能性によって禁止される場合がある。

流体流導管内の材料蓄積の監視に関連するこれらの問題は、本開示によって対処される。

本項は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、本開示の全範囲または全ての特徴を包括的に開示するものではない。

本開示は、流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出する方法を提供し、この方法は、コントローラによって、流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することを含む。この方法は、コントローラによって、励起信号の提供に応答して流体流導管の熱力学データを取得することを含み、熱力学データは、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データ、またはこれらの組み合わせを含む。この方法は、コントローラによって、熱力学データに基づいて材料堆積物の量を決定することを含む。

一形態において、熱力学データは熱流束データを含み、この方法は、熱流束データに基づいて流体流導管の開口部サイズを決定することを更に備え、材料堆積物の量は、開口部サイズに更に基づく。一形態において、励起信号は所定のパルス長を有し、熱力学データは拡散率データを含み、拡散率データは、所定のパルス長の関数として測定された熱拡散率を示す。一形態において、この方法は、流体流導管の温度を第１の設定温度に到達させるように加熱素子に励起信号を提供することを更に含み、熱力学データは時間データを含み、時間データは、流体流導管の温度を第２の設定温度に到達させるための時間を示し、第２の設定温度は、第１の設定温度よりも低い。一形態において、この方法は、励起信号の提供に応答して流体流導管の温度を取得することを更に含み、励起信号は、所定の電力および所定の電力に関連する流体流導管の設定温度を有し、熱力学データは温度差データを含み、温度差データは、温度と設定温度との間の温度差を示す。一形態において、温度および設定温度は、流体流導管の所定の位置に関連する。

一形態において、この方法は、流体流導管の第２の加熱素子に励起信号を提供することを更に含み、励起信号は所定の電力を有し、加熱素子は、流体流導管の第１の位置に近接して設けられ、第２の加熱素子は、流体流導管の第２の位置に近接して設けられる。一形態において、この方法は、励起信号の提供に応答して、流体流導管の第１の温度および第２の温度を取得することを更に含み、第１の温度は第１の位置に関連し、第２の温度は第２の位置に関連し、熱力学データは温度差データを含み、温度差データは、第１の温度と第２の温度との間の温度差を示す。一形態において、この方法は、流体流導管の流体流量に基づいて、材料堆積物の量を決定することを更に含む。一形態において、この方法は、材料堆積物の量が閾値を超過することに応答してアラートを生成することを更に含む。一形態において、加熱素子は、流体流導管と一体化される。一形態において、加熱素子は、流体流導管の外側表面に配置される。

本開示は、流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出する方法を提供し、この方法は、コントローラによって、流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することを含む。この方法は、コントローラによって、励起信号の提供に応答して加熱素子の電気データを取得することを含み、電気データは、電圧、電流、またはこれらの組み合わせを示す。この方法は、コントローラによって、電気データに基づいて材料堆積物の量を決定することを含む。一形態において、電気データは、励起信号が所定の電力を有する場合の加熱素子の電力消費量を示す。一形態において、この方法は、流体流導管の流体流量に基づいて材料堆積物の量を決定することを更に含む。一形態において、この方法は、材料堆積物の量が閾値を超過することに応答してアラートを生成することを更に含む。一形態において、加熱素子は、流体流導管と一体化される。一形態において、加熱素子は、流体流導管の外側表面に配置される。

本開示は、流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出するためのシステムを提供し、このシステムは、プロセッサと、プロセッサによって実行可能な命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体とを含む。命令は、流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することを含む。命令は、励起信号の提供に応答して、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データ、またはこれらの組み合わせを含む熱力学データを取得することを含む。命令は、熱力学データに基づいて材料堆積物の量を決定することを含む。

一形態において、熱力学データは熱流束データを含み、命令は、熱流束データに基づいて流体流導管の開口部サイズを決定することを更に含み、材料堆積物の量は、開口部サイズに更に基づく。一形態において、励起信号は所定のパルス長を有し、熱力学データは拡散率データを含み、拡散率データは、所定のパルス長の関数として測定された熱拡散率を示す。一形態において、命令は、流体流導管の温度を第１の設定温度に到達させるように加熱素子に励起信号を提供することを更に含み、熱力学データは時間データを含み、時間データは、流体流導管の温度を第２の設定温度に到達させるための時間を示し、第２の設定温度は、第１の設定温度よりも低い。一形態において、命令は、励起信号の提供に応答して流体流導管の温度を取得することを更に含み、励起信号は、所定の電力および所定の電力に関連する流体流導管の設定温度を有し、熱力学データは温度差データを含み、温度差データは、温度と設定温度との間の温度差を示す。一形態において、温度および設定温度は、流体流導管の所定の位置に関連する。

一形態において、命令は、流体流導管の第２の加熱素子に励起信号を提供することを更に含み、励起信号は所定の電力を有し、加熱素子は、流体流導管の第１の位置に近接して設けられ、第２の加熱素子は、流体流導管の第２の位置に近接して設けられる。一形態において、命令は、励起信号の提供に応答して、流体流導管の第１の温度および第２の温度を取得することを更に含み、第１の温度は第１の位置に関連し、第２の温度は第２の位置に関連し、熱力学データは温度差データを含み、温度差データは、第１の温度と第２の温度との間の温度差を示す。

更なる適用領域は、本明細書に提供される説明から明らかになる。この説明および具体例は、例示のみを目的とすることが意図されており、本開示の範囲を限定することは意図されていないことを理解すべきである。

本開示が適切に理解され得るように、以下、添付図面を参照して、例として付与される本開示の様々な形態が説明される。

本開示に係る流体流システムを有する半導体処理システムの処理チャンバのブロック図である。 本開示に係る流体流システムを有する半導体処理システムを示す。 本開示に係る流体流システムの導管の断面図である。 本開示に係る流体流システムの導管の別の断面図である。 本開示に係る流体流システム内の材料蓄積を決定するためのフローチャートである。 本開示に係る、熱流束データと材料蓄積との関係を示すグラフである。 本開示に係る、時間データと材料蓄積との関係を示すグラフである。 本開示に係る、拡散率データと材料蓄積との関係を示すグラフである。 本開示に係る、温度差データと材料蓄積との関係を示すグラフである。 本開示に係る、定常状態温度差データと材料蓄積との関係を示すグラフである。 本開示に係る、電力データと材料蓄積との関係を示すグラフである。

本明細書で説明される図面は、例示のみを目的としており、本開示の範囲をいかなるようにも限定することは意図されていない。

以下の説明は、本質的に単なる典型例であり、本開示、応用、または用途を限定することは意図されていない。図面を通して、対応する参照番号は、同様または対応する部品および特徴を示すことを理解すべきである。

本開示は、流体流システム内の材料蓄積を監視するように構成された監視システムに関する。監視システムは、たとえば熱力学データまたは電気データなどの流体流システムの様々な動作データを取得し、動作データに基づいて、流体流システムの１または複数の流体流導管内の材料蓄積の量および／または位置を決定する。動作データに基づいて１または複数の流体流導管内の材料蓄積の量および／または位置を決定することによって、監視システムは、蓄積および詰まりの可能性に関して流体流システムを正確に監視することができる。

適用例において、本開示の監視システムは、半導体処理システムの除害システムの流体流システムにおける蓄積を監視するために、半導体処理システムにおいて用いられる。より具体的には、図１Ａ～１Ｂを参照すると、半導体処理システム１００は、半導体ウェハを加熱するためのヒータ１０２、処理チャンバ１０４、流体流供給ライン（ＦＦＳＬ）１０６、流体流排出ライン（ＦＦＥＬ）１０８、およびポンプ（複数も可）１０９を含む。動作中、処理流体（たとえばアンモニア、シラン、アルゴン、アルシン、および／またはホスフィンなどのガス）は、半導体製造プロセスの様々な段階においてＦＦＳＬ１０６を介して処理チャンバ１０４内に供給される。処理流体は、ＦＦＥＬ１０８およびポンプ１０９を介して処理チャンバ１０４から除去され、処理流体は、排気流体と称され得る。ポンプ（複数も可）１０９は、たとえば残留ガス分析器（ＲＧＡ）システムなど、任意の構成の真空ポンプシステムであってよい。ＦＦＥＬ１０８は、バイパス弁を操作してＦＦＥＬ１０８をバイパス弁の開放チャネルおよび遮断チャネルの１つと流体結合させることによって、開放状態または閉塞状態に設定することができる。ＦＦＥＬ１０８は、排気流体が浄化および中和される除害デバイス１１０に排気流体を搬送するための一連の導管を有する流体流システムを画定する。

本明細書で使用される場合、「流体」という用語は、固体、液体、気体、またはプラズマを意味するものと解釈すべきである。また、半導体処理システム１００が例示および説明されるが、本開示の教示は、本開示の範囲内に留まりながら、たとえば射出成形、排気後処理システム、および石油／ガスエネルギープロセスなどの他の用途で使用可能であることを理解すべきである。

ＦＦＥＬ１０８を通って流れる流体は、一般的に、排気流体中の汚染物質がＦＦＥＬ１０８の壁に沿って堆積し、ＦＦＥＬ１０８を詰まらせることを防ぐために加熱される。一形態において、複数の可撓性ヒータがＦＦＥＬ１０８を取り巻き、内部の流体を加熱する。別の例では、カートリッジヒータが、ＦＦＥＬ１０８を通って流れる流体を直接加熱するように配置され、または容器内に設けられる。

図２Ａを参照すると、導管１２０内の堆積物の蓄積を監視するために、ＦＦＥＬ１０８の導管１２０内に監視システム２００－１が設けられる。一形態において、導管１２０は、外層１２２、監視システム２００－１の１または複数の構成要素を有する監視層１２６、内層１２８、および空洞１３０を含む。外層１２２は、監視層１２６に隣接している。監視層１２６は内層１２８に隣接し、内層１２８は空洞１３０に隣接している。導管１２０の層は、たとえばはんだ付けプロセス、ろう付けプロセス、接着剤、または他の任意の適切なプロセス／材料などの様々なプロセスおよび／または材料を用いて互いに接着および／または固定される。

外層１２２は保護層であり、たとえばガラス繊維材料など、導管１２０を通って流れる排気流体から外部環境への熱損失を低減または抑制する耐久性および断熱性材料で構成される。内層１２８は、たとえば金属などの任意の熱伝導性材料を含み、図２Ａに矢印（Ｆ）で示すように、排気流体が流れる空洞１３０の内壁を画定する。

一形態において、監視システム２００－１は、複数のセンサ２０２－１、２０２－２（集合的に「センサ２０２」と称される）、断熱材２０４、加熱素子２０６、およびコントローラ２１０を含む。断熱材２０４は、導管１２０の監視層１２６内に配置される。また、この形態における加熱素子２０６は、導管１２０の監視層１２６内に配置される（すなわち、加熱素子２０６は導管１２０と一体化される）。一形態において、センサ２０２は、導管１２０の外層１２２に配置される。他の形態では、センサ２０２のいずれか１つが導管１２０内（たとえば断熱材２０４内）に配置され得ることを理解すべきである。２つのセンサ２０２が示されるが、他の形態において、監視システム２００－１は任意の数のセンサ２０２を含んでよいことを理解すべきである。

一形態において、センサ２０２は、たとえば導管１２０の形状および／または半導体処理システムの熱特性（たとえば半導体処理システム１００のヒートシンク／コールドトラップ）に起因する材料蓄積物の蓄積の影響を受け易い導管１２０および／または半導体処理システム１００に沿った位置に配置される。一例として、センサ２０２は、材料蓄積物が蓄積する様々な位置の中でも特に、フランジ、クランプ、ストラット弁の付近に、および／または隣接して配置される。一形態において、材量蓄積物の蓄積の影響を受け易い領域から所定の距離に一対のセンサ２０２（たとえば第１のセンサ２０２－１および第２のセンサ２０２－２）が配置される。一例として、一形態において、第１のセンサ２０２－１は、予測される材料蓄積位置から１インチに配置され、第２のセンサ２０２－２は、予測される材料蓄積位置から２０インチに配置される。一対のセンサ２０２は、予測される材料蓄積位置から任意の距離に配置されてよく、本明細書で説明される例に限定されないことを理解すべきである。

一形態において、センサ２０２の各々は、熱流束センサを集合的に形成する複数の熱電対、または導管１２０内の熱流束を示すデータ（すなわち熱流束データ）を生成するように構成された他の同様の電子デバイスによって実装される。他の形態では、センサ２０２の各々は、導管１２０の対応する位置における温度を示すデータを生成するように構成された任意の温度センサデバイスによって実装される。断熱材２０４は、加熱素子２０６が熱を発する時に温度が変化する速度をセンサ２０２が測定することを可能にする十分な誘電特性を有する１または複数の材料（たとえばラバーシリコン材料）によって実装される。加熱素子２０６は、たとえば電気抵抗材料（たとえば銅、ニッケル、銀、アルミニウム、リチウム、白金、錫、それらの組み合わせなど）など、励起信号の受信に応答して熱を発するように構成された任意の材料によって実装される。

監視システム２００－１を導管１２０と一体化させるのではなく、監視システム２００－１、特にセンサ（複数も可）２０２および／または加熱素子２０６は、導管１２０の外側に（すなわち、たとえば外層１２２など、導管１２０の外側表面上に）配置される。たとえば、図２Ｂを参照すると、導管１２０は、導管１２０内の材料蓄積を監視するために流体流量センサアセンブリ２５０およびコントローラ２１０（図２Ｂには不図示）を有する監視システム２００－２を備える。一形態において、流体流量センサアセンブリ２５０は、導管１２０の外層１２２に配置され、はんだ付けプロセス、ろう付けプロセス、接着剤、または他の適切なプロセス／材料を用いて外層１２２に接着される。流体流量センサアセンブリ２５０は、導管１２０の温度／熱流束を表すデータを取得するために、たとえば熱電対などの１または複数のセンサ２０２を含む。本開示の監視システムと共に使用される流体流量センサアセンブリの追加の例は、本出願と共同所有され、その内容の全体が参照によって本明細書に組み込まれる、ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＤＥＰＯＳＩＴＳ ＩＮ ＦＬＵＩＤ ＦＬＯＷ ＣＯＮＤＵＩＴＳと題された同時係属出願において説明される。

図２Ａに戻ると、センサ２０２および加熱素子２０６は、コントローラ２１０に通信可能および／または電気的に結合される。一例として、センサ２０２は、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ型リンク（たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギーリンク）、ワイヤレスフィデリティ（Ｗｉ－Ｆｉ）リンク、近距離無線通信（ＮＦＣ）リンクなどのハードワイヤ通信リンクまたは無線通信リンクを介してコントローラ２１０に通信可能に結合される。他の例として、加熱素子２０６は、電気ケーブル（不図示）を介してコントローラ２１０に電気的に結合される。

コントローラ２１０は、信号生成器モジュール２１２、動作データモジュール２１４、詰まり検出モジュール２１６、およびアラートモジュール２１８を含む。本明細書で説明される機能を実行するために、コントローラ２１０は、たとえばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）回路および／または読取専用メモリ（ＲＯＭ）回路などの１または複数の非一時的コンピュータ可読媒体に格納された機械可読命令を実行するように構成された１または複数のプロセッサ回路を含むマイクロコントローラによって実装される。信号生成器モジュール２１２、動作データモジュール２１４、詰まり検出モジュール２１６、およびアラートモジュール２１８はコントローラ２１０の一部として示されるが、これらのモジュールのいずれか１つが、コントローラ２１０に通信可能に結合された別のコントローラ（複数も可）に位置してよいことを理解すべきである。

信号生成器モジュール２１２は、加熱素子２０６に熱を発生させるために加熱素子２０６に励起信号を提供するように構成される。特に、一形態において、励起信号は、所定の振幅を有するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号として提供され、振幅は、ＰＷＭ信号の電圧の大きさ、電流の大きさ、および／または電力の大きさの少なくとも１つを示す。他の形態では、励起信号は、エンドポイントを含むたとえば２１０ミリ秒～１秒などの所定のパルス幅を有するＰＷＭ信号として提供される。一形態において、信号生成器モジュール２１２は、導管１２０の温度が目標温度（たとえばエンドポイントを含む導管１２０の設定温度より２５℃～４０℃上）まで加熱されるように所定の振幅を有し所定の期間（たとえば１２分）にわたるパルスとして励起信号を提供する。したがって、以下で更に詳しく説明するように、センサ２０２は、動作データモジュール２１４による正確な処理のために所与の分解能で動作データを提供することができる。

動作データモジュール２１４は、たとえば熱力学データおよび／または電気データなど、半導体プロセスに関する動作データを取得するように構成される。熱力学データの例は、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データを含むが、これらに限定されない。本明細書で使用される場合、「熱流束データ」とは、導管１２０の熱流束を表す、センサ２０２によって提供されるデータである。本明細書で使用される場合、「拡散率データ」とは、ＦＦＥＬ１０８の様々な構成要素および／または構成要素間の熱伝達率を指す。本明細書で使用される場合、「時間データ」とは、設定温度より上まで加熱されたＦＦＥＬ１０８の外層を冷却するために必要な時間を表すデータを指す。本明細書で使用される場合、「温度差データ」とは、それぞれのＦＦＥＬ１０８の少なくとも２つの位置の温度差を表すデータ、または異なる時間に取得されたそれぞれのＦＦＥＬ１０８の同じ位置における温度差を表すデータを指す。

本明細書で使用される場合、「電気データ」とは、信号生成器モジュール２１２によって提供される励起信号の電気特性を指す。したがって、電気特性は、励起信号の電圧、電流、および／または電力、および／または励起信号が所定の電力を有する場合の加熱素子２０６の電力消費量を含んでよい。

いくつかの形態において、動作データモジュール２１４は、たとえばシステムレベルデータなど、半導体プロセスに関する他の種類の動作データを取得するように構成される。本明細書で使用される場合、「システムレベルデータ」とは、半導体処理システム１００の周囲温度データ、半導体処理システム１００の構成要素の材料特性、半導体処理システム１００の流体組成、半導体処理システム１００の質量流量、および／または半導体処理システム１００の他のパラメータの少なくとも１つを表すデータを指す。

一形態において、動作データモジュール２１４は、信号生成器モジュール２１２が励起信号を提供することに応答して動作データを取得するように構成される（すなわち、監視システム２００－１は、能動的な材料蓄積検出構成を有する）。他の形態では、動作データモジュール２１４は、励起信号なしで導管１２０の１または複数の動作特性を取得してよい（すなわち、監視システム２００－１は、受動的な材料蓄積検出構成を有する）。したがって、監視システム２００－１が受動的な材料蓄積検出構成を有する場合、信号生成器モジュール２１２は、コントローラ２１０から除かれてよい。

詰まり検出モジュール２１６は、動作データに基づいて材料蓄積を監視し、ＦＦＥＬ１０８が詰まっているかを決定するように構成される。たとえば、詰まり検出モジュール２１６は、動作データを材料蓄積に相関付ける定められた数学的相関に基づいて、導管１２０における材料蓄積の量を決定する。材料蓄積に基づいて、アラートモジュール２１８は、材量蓄積が１または複数の閾値を超過し、ＦＦＥＬ１０８の制限された流れおよび／または詰まった状態を示すことに応答して、アラートを生成するように構成される。定められたアラートの追加または代替として、アラートモジュール２１８は、材量蓄積に関連する情報を提供するためのシステムユーザインタフェースを提供することにより、たとえば技師や技術者などのユーザが、監視システム２００を有する導管１２０における材料蓄積を継続的に監視することを可能にしてよい。

図３を参照すると、導管１２０内の材料蓄積を決定または監視するためのルーチン例３００を示すフローチャートが示される。３０４において、コントローラ２１０は、導管１２０の加熱素子２０６に励起信号を提供する。３０８において、コントローラ２１０は、励起信号の提供に応答して、導管１２０の熱力学データおよび／または加熱素子２０６の電気データを取得する。任意選択的に、３１０において、コントローラは、３０８における半導体処理システム１００のシステムレベルデータを取得する。ルーチン３００は、コントローラ２１０が励起信号の提供に応答して導管１２０の１または複数の動作特性を取得することを示すが、他の形態では、コントローラ２１０は、励起信号なしで導管１２０の１または複数の動作特性を取得し得る（すなわち、集合的にまたは個別に監視システム２００－１、２００－２の１つを指す監視システム２００が、受動的な材料蓄積検出構成を有する）ことを理解すべきである。

３１２において、コントローラ２１０は、熱力学データおよび／または電気データに基づいて材料蓄積の量を決定する。

一形態において、熱力学データに基づいて材料蓄積の量を決定することは、物理方程式、数学モデル、および／または熱伝達の原理に更に基づく。ステップ３１２の例として、コントローラ２１０は、熱流束データを導管の開口部／穴のサイズと相関付けてよい。具体的には、図４は、熱流束測定値（ｙ軸４１０）対導管１２０の開口部／穴サイズ（ｘ軸４２０）のグラフ４００を示す。グラフにおいて、プロット４３０は、第１のセンサ２０２－２からのデータに基づく熱流束測定値であり、プロット４４０は、第２のセンサ２０２－２からのデータに基づく熱流束測定値である。示されるように、熱流束測定値が高いほど開口部サイズが小さく、その結果、導管１２０内の材料蓄積が多くなる。したがって、コントローラ２１０は、熱流束データおよび対応する開口部サイズに基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

他の例では、ステップ３１２において、コントローラ２１０は、導管１２０を冷却するために要する時間（すなわち時間データ）を材料蓄積に相関付ける。具体的には、図５は、導管１２０の外層１２２を設定温度より上まで加熱された時の最大温度の半分まで冷却するために必要な時間（すなわちｙ軸５１０に示す時間データ）と、材量蓄積（すなわちｘ軸５２０に示す蓄積の厚さ）との関係を示すグラフ５００を示す。一形態において、設定温度は、エンドポイントを含む１８０℃～２００℃に設定される。プロット５３０は、１秒のパルス幅を有する励起信号を表し、プロット５４０は、５００ミリ秒のパルス幅を有する励起信号を表し、プロット５５０は、２５０ミリ秒のパルス幅を有する励起信号を表す。プロット５３０、５４０、５５０によって示すように、材量蓄積が大きいまたは厚いほど、導管１２０の外層１２２を設定温度より上まで加熱された時の最大温度の半分まで冷却するために要する時間は長くなる。したがって、コントローラ２１０は、時間データに基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

また他の例では、ステップ３１２に関して、コントローラ２１０は、熱拡散率データおよび所定のパルス長を材料蓄積と相関付ける。具体的には、図６は、様々な材料蓄積値に関する熱拡散率データ（ｙ軸６１０）対パルス長（ｘ軸６２０）を提供するグラフ６００を示す。たとえば、プロット６３０は、第１の材料蓄積量（ＭＢ_１）を有する導管１２０を表し、プロット６４０は、第２の材料蓄積量（ＭＢ_２）を有する導管１２０を表し、プロット６５０は、第３の材料蓄積量（ＭＢ_３）を有する導管１２０を表し、プロット６６０は、第４の材料蓄積量（ＭＢ_４）を有する導管１２０を表しており、ＭＢ_１＜ＭＢ_２＜ＭＢ_３＜ＭＢ_４である。プロット６３０、６４０、６５０、６６０によって示すように、より高い熱拡散率は、より少ない材料蓄積量に相関する。したがって、コントローラ２１０は、熱拡散率データに基づいて、かつ所定のパルス長の関数として、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

他の例では、ステップ３１２に関して、コントローラ２１０は、材量蓄積を決定するために、温度差データを導管１２０に沿った長手方向位置と相関付ける。具体的には、図７は、温度差データ（ｙ軸７１０）と導管１２０に沿った長手方向位置（ｘ軸７２０）との関係を示すグラフ７００を示す。所与の流体流量および所与のヒータ電力（たとえば、励起信号は、導管１２０内に材料蓄積がない場合に導管１２０を所与の設定温度に到達させる所定の電力を有する）に関して、コントローラ２１０は、プロット７３０、７４０、７５０によって示すように、導管１２０内の材料蓄積の量を決定する。プロット７３０は、材量蓄積がない場合のセンサ２０２の１つに関連する位置の設定温度を表し、プロット７４０は、少なくともいくらかの材料蓄積がある場合のセンサ２０２の１つに関連する位置の実際の温度を表し、プロット７５０は、設定温度と実際の温度との間の温度差を表す。したがって、コントローラ２１０は、温度差データに基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

いくつかの変形例において、コントローラ２１０は、パイプに沿った複数の位置における熱流束データ（たとえば、第１および第２のセンサ２０２－１、２０２－２からのデータに基づく熱流束データ）によって示されるように温度差データを相関付けてよい。一例として、第１のセンサ２０２－１は、導管１２０内の第１の位置に配置され、第２のセンサ２０２－２は、導管１２０内の第２の位置に配置される。コントローラ２１０は、第１の位置および第２の位置に基づいて、第１の位置および第２の位置に隣接した、または第１の位置と第２の位置との間の材料蓄積の量を決定してよい。一例として、より大きな温度差は、導管１２０内のより多量の材料蓄積に対応し得る。したがって、コントローラ２１０は、温度差データおよび対応する材料蓄積の量に基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

また他の例では、ステップ３１２において、コントローラ２１０は、材量蓄積を決定するために、温度差データを温度と相関付ける。具体的には、図８は、温度差データ（ｙ軸８１０）を時間（ｘ軸８２０）と相関付けるグラフ８００を示す。コントローラ２１０は、所与の流体流量および所与のヒータ電力（たとえば、励起信号は所定の電力を有する）に関して、プロット８３０、８４０、８５０によって示すように、変化する材料蓄積のレベルに関する導管１２０の定常状態温度差データを決定してよい。プロット８３０は、材量蓄積がない場合の２つ以上のセンサ２０２間の温度差を表し、プロット８４０は、導管１２０が第１の材料蓄積量（ＭＢ_１）を有する場合の２つ以上のセンサ２０２間の温度差を表し、プロット８５０は、導管１２０が第２の材料蓄積量（ＭＢ_２）を有する場合の２つ以上のセンサ２０２間の温度差を表しており、ＭＢ_１＜ＭＢ_２である。したがって、コントローラ２１０は、定常状態温度差データに基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

他の例では、ステップ３１２に関して、コントローラ２１０は、電気データを材料蓄積の量と相関付ける。具体的には、図９は、電力データとして示すセンサ電力消費量データ（ｙ軸９１０）を材料蓄積の量（ｘ軸９２０）と相関付けるグラフ９００を示す。コントローラ２１０は、所与の流体流量および所与のヒータ電力（たとえば、励起信号は所定の電力を有する）に関して、プロット９３０に示すように、センサ２０２の加熱素子２０６の電力消費量を決定してよく、より高いレベルの電力消費量が、材料蓄積の量の増加と相関することが示される。したがって、コントローラ２１０は、センサ２０２の電力消費量に基づいて、導管１２０内の材料蓄積の量を決定してよい。

任意選択的に、ステップ３１４において、コントローラ２１０は、材料蓄積の量を決定するために、熱力学データおよび電気データの少なくとも１つと共にシステムレベルデータを用いる。一例として、コントローラ２１０は、システムレベルデータとして、入口温度、導管１２０を通って流れる流体の組成、および／または導管１２０に沿って、および／または近接して配置された１または複数の熱電対からの熱電対データに基づいて、材量蓄積予測を更に精密化し、電気および／または熱力学データに基づいて決定された材料蓄積予測を調整または検証してよい。

図３に戻ると、３１６において、コントローラ２１０は、材量蓄積の量が材料蓄積閾値よりも大きいかを決定する。材料蓄積の量が材料蓄積閾値よりも大きい場合、ルーチン３００は３２０に進み、コントローラ２１０は、導管１２０内の制限された流体流路を示すアラートを生成する。アラートは、導管１２０の特定の位置でメンテナンス措置が必要であること、および／または特定の位置で必要なメンテナンス措置の種類を示してよい。アラートは、メンテナンス措置をユーザに通知するために、遠隔コンピューティングシステム、特にコントローラ２１０に通信可能に結合されたディスプレイに通信される。そうではなく、３１６において材量蓄積の量が材料蓄積閾値よりも小さい場合、ルーチン３００は終了する。

本明細書で明確に示されない限り、機械／熱特性、組成割合、寸法および／または公差、または他の特性を示す全ての数値は、本開示の範囲を説明する上で、「約」または「おおよそ」という言葉で修飾されるものと理解すべきである。この修飾は、工業的慣行、材料、製造、および組立て公差、および試験性能を含む様々な理由から望まれる。

要素間の空間的および機能的関係は、「接続」、「係合」、「結合」、「隣接」、「隣り合う」、「上に」、「上」、「下」、および「配置」を含む様々な用語を使用して説明される。明確に「直接」と説明されない限り、本開示において第１および第２の要素間の関係が説明される場合、その関係は、第１および第２の要素間に他の介在要素が存在しない直接関係であってよく、また、第１および第２の要素間に１または複数の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接関係であってもよい。本明細書で使用される場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、排他的論理和を用いた論理的な（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈すべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味すると解釈すべきではない。

本出願において、「コントローラ」という用語は、「回路」という用語と置き換えられ得る。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、またはアナログ／デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、またはアナログ／デジタル混合集積回路、組合せ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ回路（共有、専用、またはグループ）、プロセッサ回路によって実行されるコードを格納するメモリ回路（共有、専用、またはグループ）、説明される機能を提供する他の適切なハードウェア部品、またはたとえばシステムオンチップなどの上記のいくつかまたは全ての組み合わせを指し、またはその一部であり、またはこれらを含んでよい。

コードという用語は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはマイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、機能、クラス、データ構造、および／またはオブジェクトを指してよい。メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用される場合、コンピュータ可読媒体という用語は、媒体を介して（たとえば搬送波上で）伝搬する一時的な電気信号または電磁信号を包含せず、したがってコンピュータ可読媒体という用語は、有形かつ非一時的であると考えられ得る。

本開示の説明は、本質的に単なる典型例であり、したがって、本開示の本質から逸脱しない変形例は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形例は、本開示の主旨および範囲からの逸脱と見なされるものではない。

Claims (20)

1. 流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出する方法であって、
   コントローラによって、前記流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することと、
   前記コントローラによって、前記励起信号の提供に応答して前記流体流導管の熱力学データを取得することであって、前記熱力学データは、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データ、またはこれらの組み合わせを含むことと、
   前記コントローラによって、前記熱力学データに基づいて材料堆積物の量を決定することと
   を備える方法。
2. 前記熱力学データは、前記熱流束データを含み、前記方法は、
   前記熱流束データに基づいて前記流体流導管の開口部サイズを決定することを更に備え、前記材料堆積物の量は、前記開口部サイズに更に基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記励起信号は、所定のパルス長を有し、
   前記熱力学データは、前記拡散率データを含み、
   前記拡散率データは、前記所定のパルス長の関数として測定された熱拡散率を示す、請求項１に記載の方法。
4. 前記流体流導管の温度を第１の設定温度に到達させるように前記加熱素子に前記励起信号を提供することを更に備え、
   前記熱力学データは、前記時間データを含み、
   前記時間データは、前記流体流導管の前記温度を第２の設定温度に到達させるための時間を示し、前記第２の設定温度は、前記第１の設定温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
5. 前記励起信号の提供に応答して前記流体流導管の温度を取得することを更に備え、
   前記励起信号は、所定の電力および前記所定の電力に関連する前記流体流導管の設定温度を有し、
   前記熱力学データは、前記温度差データを含み、
   前記温度差データは、前記温度と前記設定温度との間の温度差を示す、請求項１に記載の方法。
6. 前記温度および前記設定温度は、前記流体流導管の所定の位置に関連する、請求項５に記載の方法。
7. 前記流体流導管の第２の加熱素子に前記励起信号を提供することであって、
   前記励起信号は、所定の電力を有し、
   前記加熱素子は、前記流体流導管の第１の位置に近接して設けられ、
   前記第２の加熱素子は、前記流体流導管の第２の位置に近接して設けられることと、
   前記励起信号の提供に応答して、前記流体流導管の第１の温度および第２の温度を取得することであって、前記第１の温度は前記第１の位置に関連し、前記第２の温度は前記第２の位置に関連し、
   前記熱力学データは、前記温度差データを含み、
   前記温度差データは、前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を示すことと
   を更に備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記流体流導管の流体流量に基づいて、前記材料堆積物の量を決定することを更に備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記材料堆積物の量が閾値を超過することに応答してアラートを生成することを更に備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記加熱素子は、前記流体流導管と一体化される、請求項１に記載の方法。
11. 前記加熱素子は、前記流体流導管の外側表面に配置される、請求項１に記載の方法。
12. 流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出する方法であって、
    コントローラによって、前記流体流導管の加熱素子に励起信号を提供することと、
    前記コントローラによって、前記励起信号の提供に応答して前記加熱素子の電気データを取得することであって、前記電気データは、電圧、電流、またはこれらの組み合わせを示すことと、
    前記コントローラによって、前記電気データに基づいて材料堆積物の量を決定することと
    を備える方法。
13. 前記電気データは、前記励起信号が所定の電力を有する場合の前記加熱素子の電力消費量を示す、請求項１２に記載の方法。
14. 前記流体流導管の流体流量に基づいて前記材料堆積物の量を決定することを更に備える、請求項１２に記載の方法。
15. 前記材料堆積物の量が閾値を超過することに応答してアラートを生成することを更に備える、請求項１２に記載の方法。
16. 前記加熱素子は、前記流体流導管と一体化される、請求項１２に記載の方法。
17. 前記加熱素子は、前記流体流導管の外側表面に配置される、請求項１２に記載の方法。
18. 流体流導管内の材料堆積物の蓄積を検出するためのシステムであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによって実行可能な命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体と
    を備え、前記命令は、
    前記流体流導管の加熱素子に、所定の電力を有する励起信号を提供することと、
    前記励起信号の提供に応答して、熱流束データ、拡散率データ、時間データ、温度差データ、またはこれらの組み合わせを含む熱力学データを取得することと、
    前記熱力学データ、前記所定の電力、および前記流体流導管の流体流量に基づいて材料堆積物の量を決定することと
    を備える、システム。
19. 前記命令は、前記流体流導管を第１の設定温度に到達させるように前記加熱素子に前記励起信号を提供することを更に備え、
    前記熱力学データは前記時間データを含み、
    前記時間データは、前記流体流導管を第２の設定温度に到達させるための時間を示し、前記第２の設定温度は、前記第１の設定温度よりも低い、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記命令は、
    前記流体流導管の第２の加熱素子に前記励起信号を提供することであって、
    前記励起信号は、所定の電力を有し、
    前記加熱素子は、前記流体流導管の第１の位置に近接して設けられ、
    前記第２の加熱素子は、前記流体流導管の第２の位置に近接して設けられることと、
    前記励起信号の提供に応答して、前記流体流導管の第１の温度および第２の温度を取得することであって、前記第１の温度は前記第１の位置に関連し、前記第２の温度は前記第２の位置に関連し、
    前記熱力学データは、前記温度差データを含み、
    前記温度差データは、前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を示すことと
    を更に備える、請求項１８に記載のシステム。

Images