CN101155992B - 用于可变原位置分配系统的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方式提供一种用于减少泵的残存体积的系统和方法。更具体的,本发明的实施方式提供用于确定原位置从而减少分配泵和/或进给泵的残存体积的系统和方法。可以选择隔板的原位置从而分配泵和/或进给泵的室的体积内含有足够的流体用于完成分配周期的各个步骤,同时使残存体积最小。此外,可以选择隔板的原位置使容积的有效范围最佳。
Description
相关申请
本申请要求依据35U.S.C.£119(e)Laverdiere等人于2004年11月23日提交的、标题为“System and Method for a Variable HomePosition Dispense System”的美国临时专利申请60/630,384的权益和优先权,在这里结合其全部内容作为参考。
技术领域
本发明的实施方式通常涉及泵,更具体为分配泵。甚至更具体的,本发明的实施方式提供用于减少分配泵的残存体积的系统和方法。
背景
在半导体制造中使用的分配系统被设计成将准确量的流体分配到晶片上。在一相系统中,流体从分配泵通过过滤器分配到晶片上。在两相系统中,流体在进入分配泵之前在过滤相中进行过滤。接着将分配相中的流体直接分配到晶片上。
在任何一种情况下,分配泵一般具有储存特定体积的流体的室以及移动的隔板以推动室内的流体。在分配前,隔板一般被定位使得不考虑分配操作所需的流体的体积而利用室的最大体积。因此,例如,10mL的分配泵,室能储存10.5mL或11mL流体,即使每次分配仅需要3mL流体(10mL分配泵会具有稍大的室以确保有足够的流体进行最大预期分配10mL)。每次分配周期,室被填充至其最大容量(例如,取决于泵,10.5mL或11mL)。这意味着一次3mL的分配,至少有7.5mL“残存”体积(例如,具有10.5mL室的泵)的流体没有用于分配。
对于两相分配系统,由于两项系统采用具有残存体积的进给泵,残存体积增加。如果进给泵也具有10.5mL的容量,但是每次分配操作只需相分配泵提供3mL流体,进给泵也将具有7.5mL未使用的残存体积,导致在该实施例中该分配系统总体上有15mL未使用的残存 体积。
残存体积存在几个问题。一个问题是产生额外的化学废弃物。当分配系统开始启动时,需要超过用于分配操作的额外的流体填充分配泵和/或进给泵的额外的体积。当冲洗分配系统时残存体积也产生废弃物。由于残存体积增加加剧化学废弃物的问题。
残存体积的第二个问题是产生流体停滞。化学制品有形成胶体、结晶、脱气、分离等的机会。再者,这些问题在低体积分配应用中具有较大残存体积的情况下特别变得更糟。流体停滞可能对分配操作具有有害的影响。
具有大残存体积的系统在半导体制造过程中检测新的化学制品显示另外的缺点。由于很多半导体制造过程化学制品昂贵(例如一升数千美元),新的化学制品在小批晶片上进行检测。由于半导体制造商不希望采用多级泵进行测试分配而浪费流体残存体积和相关费用,他们例如使用注射器分配少量的测试化学制品。这是一种不准确、花费时间并具有潜在危险的方法,其不代表实际的分配过程。
发明概述
本发明的实施方式提供一种流体泵的系统和方法,其消除或至少基本上减少现有技术泵系统和方法的缺点。本发明的一种实施方式可以包括泵系统,所述泵系统包括具有在分配室内移动的分配隔板的分配泵,以及与分配泵连接的控制器。所述泵控制器,根据一种实施方式,可操作地控制分配泵从而移动分配室内的分配隔板至分配室原位置,从而部分填充分配泵。与分配室原位置相应的可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且在分配周期中是分配泵的最大可用体积。其中基于分配操作的一个或多个参数选择分配泵原位置。
根据本发明的另一种实施方式包括多级泵系统,其包括具有在进给室内移动的进给隔板的进给泵,位于进给泵下游并具有在分配室内移动的分配隔板的分配泵,与进给泵和分配泵连接从而控制进给泵和分配泵的泵控制器。
分配泵可以具有最大可用体积,该体积是分配泵可以容纳在分配 室内的最大流体量。控制器可以控制分配泵移动分配室内的分配隔板到达分配泵原位置从而部分填充分配泵。与分配室原位置相应的分配泵保存流体的可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且是分配泵在分配周期内的最大可用体积。通过减少分配泵保存的流体量至分配泵在特定分配周期所需的量(或从最大可用体积的一些其它减少量),减少流体的残存体积。
本发明的另一种实施方式包括一种减少泵的残存体积的方法,其包括保持对处理流体的压力,在分配周期内部分填充分配泵至分配泵原位置,并且将分配量的处理流体从分配泵分配到晶片上。分配泵具有与分配泵原位置相应的可用体积,其小于分配泵的最大可用体积,并且是分配泵在分配周期内的最大可用体积。与分配泵的分配泵原位置相应的可用体积至少为分配体积。
本发明的另一实施方式包括用于控制泵的计算机程序产品。计算机程序产品包括存储在计算机可读介质内的由处理器执行的软件指令。一套计算机指令可以包括引导分配泵移动分配隔板至分配泵原位置从而部分填充分配泵、并且引导分配泵从分配泵分配分配量的处理流体的可执行指令。与分配泵原位置相应的分配泵可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且是分配泵在分配周期内的最大可用体积。
本发明的实施方式通过减少泵(单级或多级)的残存体积提供超过现有技术泵系统和方法的优点,从而减少处理流体的停滞。
本发明的实施方式通过减少少量和测试分配中未使用的处理流体的废弃物提供另一优点。
本发明的实施方式还通过更有效地排出停滞流体提供另一优点。
本发明的实施方式还通过使泵隔板的有效范围最佳提供另一优点。
附图的简要描述
参考下面的说明书并结合附图,可以更全面地理解本发明及其优点,其中相同的参考数字表示相同的部件,其中:
图1是泵系统的图示显示;
图2是多级泵的图示显示;
图3A-3G提供在不同操作级中多级泵的一种实施方式的图示显示。
图4A-4C是运行多种配制的泵的原位置的图示显示。
图5A-5K在分配周期的不同阶段多级泵的另一实施方式的图示显示。
图6是用户界面的图示显示。
图7是显示用于减少多级泵的残存体积的方法的一种实施方式的流程图;
图8是单级泵的图示显示。
详细描述
在图中描述本发明的优选实施方式,相同的数字用于表示不同图的相同或相应的部件。
本发明的实施方式提供一种减少泵的残存体积的系统和方法。更具体的,本发明的实施方式提供一种确定原位置以减少分配泵和/和进给泵的残存体积的系统和方法。可以选择隔板的原位置使得分配泵和/或进给泵的室内含有足够的流体进行分配周期的各个步骤,同时使残存体积最小。此外,可选择隔板的原位使容积的有效范围最佳。
图1是泵系统10的图示显示。泵系统10可以包括流体源15,泵控制器20和多级(“多级”)泵100,其一起运作将流体分配到晶片25。多级泵100的操作可由泵控制器20控制,其可以是机载多级泵100或通过一个或多个传送控制信号、数据或其它信息的通讯连接装置与多级泵100相连。泵控制器20可以包括计算机可读介质27(例如,RAM,ROM,闪速存储器,光盘或磁盘驱动器或其它计算机可读介质),所述计算机可读介质包含一套控制多级泵100操作的控制指令30。处理器35(例如CPU,ASIC,RISC或其它处理器)可以执行指令。在图1的实施方式中,控制器20通过通讯连接装置40和45与多级泵100通讯。通讯连接装置40和45可以是网络(例如Ethernet,无线网络,全球网,DeviceNet网络或其它现有技术已知或开发的网络),数 据传送总线(例如SCSI总线)或其它通讯连接装置。泵控制器20可以包括适宜的接口(例如网络接口,I/O接口,模拟至数字转换器以及其它部件)从而允许泵控制器20与多级泵100通讯。泵控制器20包括本领域已知的多种计算机部件,包括处理器、存储器、接口、显示器装置、外围设备或其它计算机装置。泵控制器20控制多级泵的各个阀和电动机从而使多级泵准确地分配流体,包括低粘度流体(即,小于5厘泊)或其它流体。应当注意尽管图1采用多级泵的实施例,泵系统10也可使用单级泵。
图2是多级泵100的图示显示。多级泵100包括进给级部分105和分开的分配级部分110。从流体流动方面来看,位于进给级部分105和分配级部分110之间的是过滤器120,用于过滤处理流体中的杂质。许多阀可以控制通过多级阀100的流体流动,包括例如,入口阀125,隔离阀130,阻挡阀135,清洗阀140,排出阀145和出口阀147。分配级部分110可以进一步包括确定分配级110内流体压力的压力传感器112。
进给级105和分配级110可以包括滚动隔膜泵以泵送多级泵100内的流体。进给级泵150(“进给泵150”),例如包括收集流体的进给室155,在进给室155内移动并移动流体的进给级隔板160,移动进给级隔板160的活塞165,导螺杆170和进给电动机175。导螺杆170通过螺母、齿轮或其它装置连接进给电动机175,用于将电动机的能量传递到导螺杆170。根据一种实施方式,进给电动机175旋转螺母,所述螺母反过来旋转导螺杆170,导致活塞165启动。分配级泵180(“分配泵180”)可以类似地包括分配室185,分配级隔板190,活塞192,导螺杆195和分配电动机200。根据其它实施方式,进给级105和分配级110各自可以包括各种其它泵,包括气动泵、液压泵或其它泵。进给级采用气动泵和步进电动机驱动的分配泵的多级泵一种实施例在美国专利申请No.11/051,576中描述,在这里结合其全部内容作为参考。
进给电动机175和分配电动机200可以是任何适宜的电动机。根 据一种实施方式,分配电动机200为具有位置传感器203的永磁同步电动机(“PMSM”)。PMSM可以被利用电动机200上的场定向控制器(“FOC”)的数字信号处理器(“DSP”),控制器机载多级泵100或分开的泵控制器(例如,图1所示)所控制。位置传感器203可以是编码器(例如精密线旋转位置编码器)用于实时反馈电动机200的位置。使用位置传感器203准确并重复控制活塞192的位置,其导致准确并重复控制分配室185内流体的运动。例如,使用2000线编码器可能准确地测量并控制0.045度的旋转。此外,PMSM可以在低速下运转,很少或没有振动。进给电动机175也可以是PMSM或步进电动机。
多级泵100的阀打开或关闭以允许或限制流体流到多级泵100的不同部分。根据一种实施方式,所述阀可以是气动(即,气体驱动)隔膜阀,根据维持的压力或真空打开或关闭。但在本发明的其它实施方式中,可以使用任意适宜的阀。
运转时,分配周期内多级泵100可以包括准备阶段、分配阶段、填充阶段、预过滤阶段、过滤阶段、排出阶段、清洗阶段和静态清洗阶段。也可以包括额外阶段用于阀打开和关闭的延迟。在其它实施方式中,分配周期(即,多级泵100准备分配到晶片上到前一分配之后多级泵100又准备分配到晶片之间的连续阶段)可能需要更多或更少的阶段,可以不同次序执行各种阶段。在进给阶段中,打开入口阀125,进给级泵150移动(例如拖动)进给级隔板160将流体吸入进给室155。一旦足够量的流体填充进给室155,入口阀125关闭。在过滤阶段,进给级泵150移动进给级隔板160从而移动进给室155内的流体。打开隔离阀130和阻挡阀135允许流体通过过滤器120流入分配室185。隔离阀130,根据一种实施方式,可以先打开(例如,在“预过滤阶段”)从而允许在过滤器120内产生压力,接着打开阻挡阀135允许流体流入分配室185。此外在泵180收缩前,泵150可保持对流体的压力,从而也导致产生压力。
在排出阶段开始时,隔离阀130打开,阻挡阀135关闭,排出阀145打开。在另一实施方式中,阻挡阀135可以在排出阶段过程中保 持打开,在排出阶段结束时关闭。进给级泵150向流体施加压力,从而通过打开的出口阀145迫使流体离开出口除去来自过滤器120的气泡。可以控制进给级阀150使以预定速度进行排出,允许更长的排出时间和更低的排出速度,从而允许准确地控制排出废弃物的量。
在清洗阶段开始时,关闭隔离阀130,阻挡阀135如果在排出阶段是打开的则关闭,排出阀145关闭,清洗阀140打开。分配泵180对分配室185内的流体施加压力。流体可以被驱赶离开多级泵100或返回流体源或进给泵150。在静态清洗阶段,分配泵180停止,但是清洗泵140保持打开以减少清洗阶段过程中产生的压力。在清洗或静态清洗阶段中除去的任何过量的流体可以被驱赶离开多级泵100(例如返回流体源或废弃)或再循环至进给级泵150。在准备阶段中,可以关闭全部阀。
在分配阶段过程中,出口阀147打开,分配泵180向分配室185内的流体施加压力。由于出口阀147可能对控制的反应比分配泵180更慢,出口阀147可能先被打开,经过某一预定的时间之后分配电动机200启动。这防止分配泵180推动流体通过阶段打开的出口阀147。在另一实施方式中,出口阀147打开之前泵可以启动,或者出口阀147可以被打开,分配泵180可以同时开始分配。
可以进行额外的回吸阶段,其中通过将流体吸回,除去分配喷嘴内过量的流体。在回吸阶段,出口阀147可以关闭,可以使用第二电动机或真空从出口喷嘴吸出过量的流体。可选择的,出口阀147保持打开,分配电动机200可以反转将流体吸回至分配室。所述回吸阶段有助于防止过量流体滴到晶片上。
图3A-3G提供不同操作阶段过程中多级泵100的图示显示,其中多级泵100没有补偿残存体积。例如,假设分配泵180和进给泵150各自具有20mL最大可用体积,分配过程分配4mL流体,排出阶段排出0.5mL流体,清洗阶段(包括静态清洗)清洗1mL流体,回吸体积为1mL。在准备阶段(图3A),隔离阀130和阻挡阀135打开,而入口阀125、排出阀145、清洗阀140和出口阀147关闭。分配泵180 接近其最大体积(例如19mL)(即,最大体积减去前一周期清洗的1mL)。在分配阶段(图3B),隔离阀130、阻挡阀135、清洗阀140、排出阀145和入口阀125关闭,出口阀147打开。分配泵180分配预先限定量的流体(例如4mL)。在该实施例中,在分配阶段结束时,分配泵180具有15mL的体积。
在回吸阶段(图3C),在分配阶段分配的一些流体(例如1mL)可能被吸回到分配泵180以清洗分配喷嘴。这可以,例如通过反转分配电动机而实现。在其它实施方式中,通过真空或另一泵,可以从分配喷嘴中除去额外的1mL流体。使用将1mL吸回分配泵180的实施例,回吸阶段后,分配泵180具有16mL体积。
在进给阶段(图3D),出口阀147关闭,出口阀125打开。进给泵150在先前系统中,填充流体至其最大容量(例如20mL)。在过滤阶段,入口阀125关闭,隔离阀130和阻挡阀135打开。进给泵150推动流体离开进给泵150通过过滤器120,导致流体进入分配泵180。在先前的系统中,在所述阶段分配泵180被填充至其最大容量(例如20mL)。在分配阶段继续先前的实施例,进给泵150将移动4mL流体,导致分配泵180由16mL(在回吸阶段结束时的容量)填充至20mL(分配泵180的最大体积)。这使得进给泵150具有16mL体积。
在排出阶段(图3F),阻挡阀135可以关闭或打开,排出阀145打开。进给泵150移动预定量的流体(例如,5mL)从而迫使在过滤器120聚积的过量流体或气泡排出出口阀145。因此,在排出阶段结束时,在所述实施例中进给泵150为15.5mL。
分配泵180在清洗阶段(图3G)可以使少量流体(例如1mL)清洗通过打开的清洗阀140。流体可被送至废弃物中或再循环。在清洗阶段结束时,多级泵100返回准备阶段,分配泵有19mL。
在图3A至3G的实施例中,分配泵180仅使用5mL流体,4mL用于分配阶段(其中的1mL在回吸时重新获得),1mL用于清洗阶段。相似的,在过滤阶段进给泵150仅使用4以再填充分配泵180(分配阶段再填充的4mL减去回吸过程重新获得的1mL加上清洗阶段再填 充的1mL),在排出阶段使用0.5mL。由于进给泵150和分配泵180被填充至其最大可用体积(例如各自20mL),具有相当大的残存体积。进给泵150例如具有15.5mL残存体积,分配泵180具有15mL残存体积,组合残存体积为30.5mL。
如果在回吸阶段流体没有被吸回到分配泵中,残存体积会稍微减少。在这种情况下,分配泵180仍使用5mL流体,分配阶段为4mL,清洗阶段为1mL。然而,进给泵150,使用上述实施例,必须再填充没有在回吸过程中重新获得的1mL流体。结果,在过滤阶段进给泵150不得不给分配泵180再填充5mL流体。在这种情况下,进给泵150具有14.5mL残存体积,分配泵180将具有15mL残存体积。
本发明的实施方式通过减少残存体积减少废弃流体。根据本发明的实施方式,可以限定进给和分配泵的原位置使得分配泵的流体体积足以应付给定“配制”(即,影响分配操作的一系列因素,包括例如分配速度、分配时间、清洗体积、排出体积和影响分配操作的其它因素),给定最大配制或一套给定配制。泵的原位置对于给定循环是具有最大可用体积的泵的位置。例如,原位置可以是在分配循环中给予最大可容许体积的隔板位置。与泵的原位置相应的可用体积一般小于泵的最大可用体积。
使用上述实施例,假设配制,其中分配阶段使用4mL流体,清洗阶段1mL,排出阶段0.5mL,回吸阶段重新获得1mL流体,分配泵所需的最大体积为:
VDMax=VD+VP+e1 [等式1]
VDMax=分配泵所需的最大体积
VD=在分配阶段分配的体积
VP=在清洗阶段清洗的体积
e1=分配泵的误差体积
进给泵150所需的最大体积为:
VFmax=VD+VP+VV-Vsuckback+e2 [等式2]
VFmax=分配泵所需的最大体积
VD=分配阶段分配的体积
VV=排出阶段排出的体积
Vsuckback=回吸过程重新获得的体积
e2=进给泵的误差体积
假设没有误差体积并采用上述实施例,VDMax=4+1=5mL,VF max=4+1+0.5-1=4.5mL。在分配泵180在回吸过程中没有重新获得流体的情况下,Vsuckback相可被设定为0或省略。e1和e2可以为0,预定体积(例如1mL),计算体积或其它误差因子。e1和e2可以具有相同值或不同值(在先前实施例中假定为0)。
返回图3A-3G,使用VDMax=5mL和VF max=4.5mL的实施例,在准备阶段(图3A),分配泵180具有4mL体积,进给泵150具有0mL体积。分配泵180在分配阶段(图3B)分配4mL流体,在回吸阶段(图3C)重新获得1mL。在进给阶段(图3D),进给泵150被重新填充至4.5mL。在过滤阶段(图3E),进给泵150可以移动4mL流体,导致分配泵180被填充5mL流体。此外,在排出阶段,进给泵150可以排出0.5mL流体(图3F)。分配泵180在清洗阶段(图3G)可以清洗1mL流体返回到准备阶段。在所述实施例中,由于在进给阶段和分配阶段移动所有流体,没有残存体积。
对于用于几个不同分配配制的泵来说,可以将分配泵和进给泵的原位置选定为可以处理最大配制的原位置。下面的表1提供多级泵的示例性配制。
表1
配制2 | 配制3 | |
名称: | 主分配1 | 主分配2 |
分配速度 | 1.5mL/秒 | 1mL/秒 |
分配时间 | 2秒 | 2.5秒 |
最后体积 | 3mL | 2.5mL |
清洗 | 0.5mL | 0.5mL |
[0070]
排出 | 0.25mL | 0.25mL |
预分配速度 | 1mL/秒 | 0.5mL/秒 |
预分配体积 | 1mL | 0.5mL |
在上述实施例中,假设在回吸过程中没有重新获得流体。同样假设具有预分配周期,其中从分配室中分配少量流体。可以使用预分配周期,例如促使一些流体通过分配喷嘴从而清洗喷嘴。根据一种实施方式,在预分配和主分配之间没有重新填充分配泵。在这种情况下:
VD=VDPre+VDMain
[等式3]
VDPre=预分配分配的量
VDMain=主分配的量
因此分配隔板的原位可以设定为4.5mL体积(3+1+0.5),进给泵的原位置可以设定为4.75mL(3+1+0.5+0.25)。具有这些原位置,分配泵180和进给泵150对于配制1或配制2具有足够的容量。
根据另一实施方式,分配泵或进给泵的原位置可以根据有效配制或用户限定位置改变。如果用户调节配制从而改变泵所需的最大体积或在分配操作中泵相对新的有效配制进行调节,例如改变配制2从而需要4mL流体,可以手动或自动调节分配泵(或进给泵)。例如,可以移动分配泵隔板位置将分配泵的容量从3mL改至4mL,可以将额外的1mL流体加入分配泵中。如果用户指定较低体积配制,例如改变配制2从而仅需要2.5mL流体,分配泵可以等到执行完一次分配,再填充到所需的新的较低容量。
同样可以改变进给泵或分配泵的原位置以弥补其它问题,例如使特定泵的有效范围最佳。特定泵隔板的最大和最小范围(例如,rollingedge隔板、平面隔板或本领域已知的其它隔板)可能与移动体积或压力非线性从而驱动隔板,因为例如隔板可能开始伸展或压缩。对于较大流体容量泵的原位置可能设定为受力位置或在不需要较大流体容量的情况下设定为较小受力位置。为了解决压力问题,隔板的原位置可 以调节至将隔板定位在有效范围内。
作为一种实施例,具有10mL容量的分配泵180可以具有2至8mL的有效范围。有效范围可被限定为分配泵的线性范围,其中隔板没有承受相当大的负载。图4A-C提供设定10mL泵的分配隔板(例如图2的分配隔板190)的原位置的三种实施例的图示显示,所述泵具有2mL至8mL有效范围内的6mL。应当注意在所述实施例中,0mL表示导致分配泵具有10mL有效容量的隔板位置,10mL位置会导致分配泵具有0mL容量。换句话说,0mL-10mL范围指的是移动体积。
图4A提供具有泵的原位的图示显示,所述泵在VDMax=3mL最大体积以及对于具有6mL非受力有效范围(例如8mL和2mL之间)的泵,VDMax=1.5mL最大体积的配制下运行。在该实施例中,可以设定分配泵的隔板使得分配泵的体积为5mL(用205表示)。这为3mL分配过程提供足够的体积,而不需要使用0mL到2mL或导致受力的8mL到10mL。在该实施例中,较少体积较少有效范围的2mL体积(即,泵具有较少有用体积的较少有效范围)加入泵的最大VDMax,使得原位置为3mL+2mL=5mL。因此,原位置可以说明泵的非受力有效范围。
图4B提供第二实施例的图示显示。在该第二实施例中,分配泵进行8mL最大体积分配过程和3mL最大体积分配过程。在这种情况下,必须使用一些较少有效范围。因此可以设定隔板原位置为两个过程(即,可以设定在允许8mL流体的位置)提供8mL最大允许体积(用210表示)。在这种情况下,较少体积分配过程能全部在有效范围内进行。
在图4B的实施例中,选择原位置从而利用较少体积较少有效范围(即,当泵接近排空时产生的较少有效范围)。在其它实施方式中,原位置可以在较高体积较少有效范围内。但是,这意味着在较少有效范围内进行部分较低体积分配,在图4B的实施例中,就有一些残存体积。
在图4C第三实施例中,分配泵进行9mL最大体积分配过程和4mL最大体积分配过程。部分过程再次在较少有效范围内进行。在该实施例中,可以将分配隔板设定为原位置以提供9mL最大允许体积(例如,表示为215)。如果,如上述,每个配制使用相同的原位置,部分4mL分配过程在较少有效范围内进行。根据其它实施方式,对于进入有效范围的较少分配过程可以重新设定原位置。
在上述实施例中,对于较少体积分配过程具有一些残存体积用于防止使用泵的较少有效范围。可以设定泵使得对于较大体积分配过程泵仅使用较少有效范围,其中流动准确性不很重要。这些特性可能使(i)具有较高准确性的低体积和(ii)具有较低准确性的高体积的结合最佳。因此有效范围可能和所期望的残存体积平衡。
结合图2讨论,分配泵180可以包括具有位置传感器203(例如,旋转编码器)的分配电动机200。位置传感器203可以提供导螺杆195的位置的反馈,因而当导螺杆移动隔板时,导螺杆195的位置与分配室185的特定允许体积相应。所以泵控制器可以选择导螺杆的位置,使得分配泵的体积至少为VDMax。
根据另一实施方式,原位置可以是用户选择或用户编程的。例如采用图形用户界面或其它界面,用户可以编程一用户选择体积,其足以完成各种分配过程或多级泵的有效分配过程。根据一种实施方式,如果用户选择体积小于VDispense+VPurge,可以返回一错误。泵控制器(例如泵控制器20)可以对用户指定体积增加误差体积。例如,如果用户选择5cc作为用户指定体积,泵控制器20可以增加1cc以解释误差。因此泵控制器会为具有相应允许体积为6cc的分配泵180选择原位置。
这可以转化成可以存储在泵控制器20或机载控制器的相应导螺杆位置。使用来自位置传感器203的反馈,可以准确控制分配泵180使得在过滤周期结束时,分配泵180位于其原位置(即,其在分配周期具有最大允许体积的位置)。应当注意可以相似的方式控制使用位置传感器的进给泵150。
根据另一实施方式,没有位置传感器的分配泵180和/或进给泵150可以由步进电动机驱动。步进电动机的每一步或计数与隔板的特定移动相应。采用图2的实施例,分配电动机200的每次计数将移动分配隔板190一定量,因此从分配室185移动一定量的流体。如果CfullstrokeD是移动分配隔板从分配室180具有其最大体积的位置(例如20mL)到0mL的计数(即,移动分配隔板90通过其最大移动范围的总数),CP是移动VP的总数,CD是移动VD的总数,那么步进电动机200的原位置可以为:
CHomeD=CfullstrokeD-(CP+CD+Ce1) [等式3]
其中,是Ce1与误差体积相应的总数。
类似的,如果CfullstrokeF是移动进给隔板160从分配室155具有其最大体积的位置(例如20mL)到0mL的计数(即,移动进给隔板160通过其最大移动范围的总数),CS是与分配泵180重新获得的Vsuckback 相应的进给电动机175的总数,CV是进给电动机175移动VV的总数,那么进给电动机175的原位置可以为:
CHomeF=CfullstrokeF-(CP+CD-CS+Ce2) [等式4]
其中,是Ce2与误差体积相应的总数。
图5A-5K提供根据本发明的另一实施方式的多级泵500的不同阶段的图示显示。多级泵500,根据一种实施方式,包括进给阶段泵501(“进给泵501”),分配阶段泵502(“分配泵502”),过滤器504,入口阀506和出口阀508。入口阀506和出口阀508可以为三通阀。如下面所讨论的,这允许入口阀506用作入口阀和隔离阀,出口阀508用作出口阀和清洗阀。
进给泵501和分配泵502可以为电动机驱动泵(例如步进电动机,无刷直流电动机或其它电动机)。进给泵501和分配泵502的位置分别在510和512显示。电动机位置用各自泵的进给室或分配室的相应可用流体量表示。在图5A-5K的实施例中,每个泵具有20cc最大可用体积。每个阶段的流体运动用箭头表示。
图5A是多级泵500位于准备阶段的图示显示。在该实施例中,进给泵501具有提供7cc可用体积的电动机位置,分配泵502具有提供6cc可用体积的电动机位置。在分配阶段(图5B所述),分配泵502的电动机运行移动5.5cc流体通过出口阀508。分配泵在回吸阶段重新 获得0.5cc流体(图5C所述)。在清洗阶段(图5D所示),分配泵502移动1cc流体通过出口阀508。在清洗阶段,可以驱动分配泵502的电动机至硬停机(即,至0cc可用体积)。这可以确保电动机在随后的阶段后退适宜数量的步骤。
在排出阶段(图5E所示),进给泵501可以推动少量流体通过过滤器502。在分配泵延迟阶段(图5F所示),在分配泵502重新填充之前,进给泵501可以开始推动流体至分配泵502。这稍微给流体加压以帮助填充分配泵502并防止过滤器504内的负压。过量的流体可以被清洗通过出口阀508。
在过滤阶段(图5G所示),出口阀508关闭,流体填充分配泵502。在所示的实施例中,6cc流体被进给泵501移动到分配泵502。在分配电动机停止后,进给泵501可以继续保持对流体的压力(例如,图5H的进给延迟阶段所示)。在图5H的实施例中,大约0.5cc流体留在进给泵501中。根据一种实施方式,进给泵501可以被驱动至硬停机(例如,具有0cc可用体积),如图5I所示。在进给阶段(图5J所示),进给泵501被重新填充流体,多级泵500返回准备阶段(图5K和5A所示)。
在图5A-5K的实施例中,在回吸阶段而不是如图2实施例的排出阶段之后,立即进行清洗阶段使分配泵502产生硬停机。分配体积为5.5cc,回吸体积为0.5cc,清洗体积为1cc。根据阶段的次序,分配泵502所需的最大体积为:
VDMax=VDispense+VPurge-VSuckback+e1 [等式5]
如果分配泵502采用步进电动机,特定计数量将导致移动VDMax。电动机从硬停机位置后退(例如,0计数)与VDMax相应的计数量,分配泵具有可用体积VDMax。
对于进给泵501,VVent为0.5cc,额外的0.5cc误差体积使进给泵501产生硬停机。根据等式2:
VFmax=5.5+1+0.5-0.5+0.5
在该实施例中,VFmax为7cc。如果进给泵501使用步进电动机, 所述步进电动机在重新填充阶段可以从硬停机位置后退与7cc相应的计数量。在该实施例中,进给泵501利用最大20cc中的7cc,进给泵502利用最大20cc中的6cc,从而节省27cc残存体积。
图6是用于输入用户限定体积的用户界面600的图示显示。在图6的实施例中,用户在区域602可以输入用户限定体积,此处为10.000mL。可向其加上误差体积(例如,1mL),使得分配泵的原位置具有11mL相应可用体积。图6仅显示设定分配泵的用户限定体积,在其它实施方式中,也可选择进给泵的体积。
图7是一种控制泵以减少残存体积的方法的实施例的图示显示。本发明的实施方式可以通过,例如计算机处理器可执行的软件程序实施从而控制进给泵和分配泵。
步骤702,用户输入可以包括多个分配周期的分配操作的一个或多个的参数,包括,例如分配体积、清洗体积、排出体积、用于分配泵体积和/或进给泵的用户指定体积和其它参数。参数可以包括用于不同分配周期的不同配制的参数。泵控制器(例如,图1的控制器20)可以根据用户指定体积、分配体积、清洗体积和与分配周期相关的其它参数确定分配泵的原位置。此外,选择原位置可以基于分配隔板的有效运动范围。类似的,泵控制器可以确定进给泵的原位置。
在进给阶段,可以控制进给泵以填充处理流体。根据一种实施方式,进给泵可以填充至其最大容量。根据另一实施方式,进给泵可以填充至进给泵原位置(步骤704)。在排出阶段,可以进一步控制进给泵以排出具有排出体积的流体(步骤706)。
在过滤阶段,控制进给泵以保持对处理流体的压力从而填充分配泵知道分配泵到达其原位置。移动分配泵的分配隔板知道分配泵达到原位置从而部分填充分配泵(即,填充分配泵至可用体积,所述可用体积小于分配泵的最大可用体积)(步骤708)。如果分配泵采用步进电动机,分配隔板首先产生硬停机,步进电动机倒转与分配泵原位置相应的计数量。如果分配泵使用位置传感器(例如旋转编码器),利用来自位置传感器的反馈可以控制隔板的位置。
接着分配泵可以被指引清洗少量流体(步骤710)。可以进一步控制分配泵从而分配预定量的流体(例如,分配体积)(步骤712)。可以进一步控制分配泵从而回吸少量流体或者通过另一泵、真空或其它适合装置可以从分配喷嘴除去流体。应当注意可以不同的顺序完成图7的步骤并且根据需要或要求进行重复。
首先讨论的是多级泵,本发明的实施方式也可以采用单级泵。图8是单级泵800的一种实施方式的图示显示。单级泵800包括分配泵802以及分配泵802和分配喷嘴804之间、用于过滤处理流体的杂质的过滤器820。很多阀可以控制通过单级泵800的液流,包括例如清洗阀840和出口阀847。
分配泵802可以包括,例如收集流体的分配室855,在分配室855内移动并移动流体的隔板860,移动分配级隔板860的活塞865,导螺杆870和分配电动机875。导螺杆870通过螺母、齿轮或其它装置与电动机875连接从而将电动机的能量传递至导螺杆870。根据一种实施方式,进给电动机875旋转螺母,所述螺母反过来旋转导螺杆870,导致活塞865启动。根据其它实施方式,分配泵802可以包括各种其它泵,包括气动泵、液压泵或其它泵。
分配电动机875可以任何适宜的电动机。根据一种实施方式,分配电动机875为具有位置传感器880的PMSM。PMSM可以由电动机875上的DSP FOC、泵800载控制器或分离的泵控制器(例如图1所示)所控制。位置传感器800可以是实时反馈电动机875的位置的编码器(例如,精密线旋转位置编码器)。使用位置传感器880准确并重复控制分配泵802的位置。
打开或关闭单级泵800的阀从而允许或限制流体流到单级泵800的不同部分。根据一种实施方式,所述阀可以是取决于是否保持压力或真空打开或关闭的气动(即,气体驱动)隔板阀。但是在本发明的其它实施方式中,可以使用任何适宜的阀。
操作时,单级泵100的分配周期可以包括准备周期、过滤/分配周期、排出/清洗阶段和静态清洗阶段。也可以包括额外的阶段以说明阀 打开和关闭的延迟。在其它实施方式中,分配周期(即,当单级泵800准备分配到晶片上到前一分配之后当单级泵800再次准备分配到晶片上之间的系列阶段)可能需要更多或更少的阶段,并且可以不同的顺序完成各种阶段。
在进给阶段,入口阀825打开,分配泵802移动(例如,拖动)隔板860从而将流体吸入分配室855。一旦足够量的流体填充分配室855,入口阀825关闭。在分配/过滤阶段,泵802移动隔板860从而移动分配室855的流体。打开出口阀847从而允许流体流动通过过滤器820离开喷嘴804。在泵802开始分配之前、之后或同时,出口阀847可以打开。
在清洗/排出阶段开始时,打开清洗阀840并关闭出口阀847。分配泵802向流体提供压力从而移动流体通过打开的清洗阀840。流体可以离开单级泵800或返回流体源或分配泵802。在静态清洗阶段,分配泵802停止,但是清洗阀140保持打开从而减少在清洗阶段产生的压力。
可以进行额外的回吸阶段,其中通过将流体拉回出去分配喷嘴内过量的流体。在回吸阶段,可以关闭出口阀847,可以使用第二电动机或真空将过量流体吸出出口喷嘴804。可选择的,出口阀847可以保持打开,分配电动机875可以反转从而将流体吸回到分配室。回吸阶段帮助防止过量流体滴到晶片上。
应当注意同样可以完成分配周期的其它阶段,单级泵不限于以上述顺序完成上述阶段。例如,如果分配电动机875为步进电动机,可以增加一阶段使电动机在进给阶段之前产生硬停机。此外,结合的阶段(例如。清洗/排出)可以作为单独阶段进行。根据其它实施方式,泵可以不进行回吸阶段。此外,单级泵可以具有不同结构。例如,单级泵可以不包括过滤器,或者也不具有清洗阀,可以具有用于出口阀147的止回阀。
根据本发明的一种实施方式,在填充阶段,分配泵802可以被填充至原位置,使得分配室855具有充足的体积从而完成分配周期的每 个阶段。在上面给出的实施例中,与原位置相应的可用体积至少为分配体积加上清洗体积(即,在清洗/排出阶段和静态清洗阶段释放的体积)。分配室855重新获得的任何回吸体积可以从分配体积和清洗体积中减去。对于多级泵,可以基于一个或多个配制或用户限定体积确定原位置。与分配泵原位置相应的可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且在分配周期中是分配泵的最大可用体积。
已经参考特定实施方式描述本发明,应当理解所述实施方式是示例性的,本发明的范围不限于所述实施方式。对上述实施方式的很多变化、修改、增加和改进是可能的。设想这些变化、修改、增加和改进落在下面权利要求详述的本发明的范围内。
Claims (42)
1.一种泵系统,用于泵送液体基处理流体,所述系统包括:
分配泵,其中所述分配泵具有用于填充液体基处理流体的最大可用体积,所述分配泵进一步包括结合到活塞上并可在分配室内移动的分配隔板;以及
与分配泵连接的泵控制器,泵控制器可操作地:
控制分配泵从而利用活塞在分配室内移动分配隔板至分配泵原位置,从而在分配周期之前以液体基处理流体部分填充分配泵,其中与分配泵原位置相应的可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且在分配周期中是分配泵的最大可用体积,其中基于分配操作的一个或多个参数选择分配泵原位置;
控制分配泵从而分配来自分配泵的液体基处理流体;
其中分配的液体基处理流体的体积相应于所述可用体积。
2.权利要求1的系统,进一步包括:
位于分配泵下游的过滤器;
位于分配泵上游的入口阀;
位于过滤器下游的清洗阀;以及
位于过滤器下游的出口阀。
3.权利要求1的系统,其中控制器进一步可操作地控制分配泵从而清洗清洗体积的流体,其中与分配泵原位置相应的可用体积至少为分配体积加上清洗体积。
4.权利要求1的系统,其中分配泵进一步包括分配电动机从而移动分配隔板,其中控制器进一步可操作地:
在部分填充分配泵之前控制分配泵从而将分配隔板移动到硬停机;
控制分配泵通过反转分配电动机相应的步数,将分配隔板从硬停机位置移动到分配泵原位置。
5.权利要求1的系统,其中分配泵进一步包括:
移动分配隔板的分配电动机;
显示分配电动机位置的位置传感器。
6.权利要求5的系统,其中位置传感器为线性编码器。
7.权利要求5的系统,其中位置传感器为旋转编码器。
8.权利要求5的系统,其中控制器进一步可操作地控制分配电动机,从而将分配隔板从第一位置移动到分配泵原位置。
9.权利要求8的系统,其中根据来自位置传感器的反馈,控制器进一步可操作地将分配隔板停在原位置。
10.权利要求1的系统,进一步包括:
进给泵,包括可在进给室内移动的进给隔板;以及
其中,泵控制器与进给泵连接并可操作地控制进给泵,以保持对处理流体的压力,从而向分配泵提供处理流体。
11.权利要求10的系统,进一步包括:
位于进给泵下游并且位于分配泵上游的过滤器;
位于进给泵上游的入口阀;
位于进给泵和过滤器之间的隔离阀;
位于过滤器和分配泵之间的阻挡阀;
位于分配泵下游的清洗阀;以及
位于分配泵下游的出口阀。
12.权利要求10的系统,其中控制器进一步可操作地控制进给泵,将进给隔板移动到进给泵原位置,从而部分填充进给泵。
13.权利要求12的系统,其中控制器进一步可操作地控制进给泵,从而排出排出体积的流体。
14.权利要求13的系统,其中当进给隔板为进给泵原位置时,进给泵的可用体积至少等于分配体积加上排出体积加上清洗体积。
15.权利要求1的系统,其中与分配泵原位置相应的分配泵的可用体积至少等于用户指定体积。
16.权利要求15的系统,其中控制器进一步可操作地:
接收用户指定体积;以及
用户指定体积加上误差体积从而确定与分配泵原位置相应的分配泵的可用体积。
17.权利要求1的系统,进一步包括:
进给泵,包括可在进给室内移动的进给隔板;以及
其中,泵控制器与进给泵连接并可操作地:
控制进给泵以保持对处理流体的压力,从而向分配泵提供处理流体;
接收进给泵的用户指定体积;
用户指定体积加上误差体积,从而确定与进给泵原位置相应的进给泵的可用体积。
18.权利要求1的系统,其中选择分配泵原位置,从而利用分配隔板的有效区域。
19.一种用于减少泵系统的液体基处理流体的残存体积的方法,包括:
向分配泵提供液体基处理流体;
根据分配操作的一个或多个参数,选择用于分配泵的分配泵原位置;
在分配周期内部分填充分配泵至分配泵原位置,其中分配泵具有与分配泵原位置相应的可用体积,其小于分配泵的最大可用体积,并且是分配周期中分配泵的最大可用体积;
将来自分配泵的液体基处理流体分配到晶片上,其中分配体积的液体基处理流体被从分配泵分配,至少一部分分配量被分配到晶片上,其中与分配泵的分配泵原位置相应的可用体积至少为分配体积。
20.权利要求19的方法,进一步包括清洗来自分配泵的清洗量的流体。
21.权利要求20的方法,其中与分配泵原位置相应的分配泵可用体积至少是分配体积加上清洗体积。
22.权利要求21的方法,其中在分配周期中在分配前进行清洗。
23.权利要求19的方法,其中在分配周期中在分配之后接着进行清洗。
24.权利要求19的方法,进一步包括:
部分填充进给泵至进给泵原位置,其中进给泵具有与进给泵原位置相应的可用体积,其小于进给泵的最大可用体积和进给泵在分配周期中的最大可用体积,其中与进给泵原位置相应的可用体积至少为分配体积。
25.权利要求24的方法,其中进一步包括排出排出量的处理流体,其中与进给泵原位置相应的可用体积至少为排出体积加上分配体积。
26.权利要求25的方法,进一步包括清洗来自分配泵的清洗量的处理流体,其中与进给泵原位置相应的可用体积至少为排出体积加上分配体积加上清洗体积。
27.权利要求26的方法,进一步包括回吸分配泵内回吸量的处理流体,其中与进给泵原位置相应的进给泵的可用体积至少为排出体积加上分配体积加上清洗体积减去回吸体积。
28.权利要求19的方法,进一步包括根据分配隔板的有效范围选择分配泵原位置。
29.权利要求19的方法,其中分配泵进一步包括分配电动机从而移动分配隔板,进一步包括:
在部分填充分配泵之前,引导分配泵利用分配电动机移动分配隔板至硬停机;以及
通过分配电动机反转相应步数,引导分配泵将分配隔板从硬停机位置移动到分配泵原位置。
30.一种用于控制泵分配液体基处理流体的方法,所述方法包括:
接收分配操作的一个或多个参数;
根据一个或多个参数为分配泵选择分配泵原位置;
引导分配泵移动结合到活塞的分配隔板至分配泵原位置,从而使分配泵部分填充液体基处理流体,其中与分配泵原位置相应的可用体积小于分配泵的最大可用体积,并且是分配泵在分配周期内的最大可用体积;
指引分配泵分配来自分配泵的液体基处理流体。
31.权利要求30的方法,进一步包括引导分配泵清洗清洗量的流体,其中与分配泵原位置相应的分配泵的可用体积至少为分配体积加上清洗体积。
32.权利要求30的方法,其中分配泵进一步包括分配电动机从而移动分配隔板,所述方法进一步包括:
在部分填充分配泵之前,引导分配泵移动分配隔板至硬停机;
通过分配电动机反转相应步数,引导分配泵将分配隔板从硬停机位置移动到分配泵原位置。
33.权利要求30的方法,其中分配泵进一步包括分配电动机从而移动分配隔板,进一步包括控制分配电动机将分配隔板从第一位置移动到分配隔板原位置。
34.权利要求33的方法,进一步包括:
接收分配泵内位置传感器的反馈;以及
根据来自位置传感器的反馈将分配隔板停在原位置。
35.权利要求30的方法,进一步包括:
引导进给泵保持对处理流体的压力,从而向分配泵提供处理流体;以及
引导进给泵将进给隔板移动至进给级原位置,从而部分填充进给泵。
36.权利要求35的方法,进一步包括引导进给泵排出排出量流体。
37.权利要求36的方法,其中当进给隔板位于进给级原位置时,进给泵的可用体积至少等于分配体积加上排出体积加上清洗体积。
38.权利要求30的方法,其中当分配隔板位于分配泵原位置时,分配泵的可用体积至少等于用户指定分配泵体积。
39.权利要求38的方法,其中用于分配操作的一个或多个参数包括用户指定分配泵体积,进一步包括:
使用户指定分配泵体积加上误差体积,从而确定与分配隔板原位置相应的可用体积。
40.权利要求30的方法,其中当进给泵位于进给泵原位置时,进给泵的可用体积至少等于用户指定进给泵体积。
41.权利要求40的方法,其中用于分配操作的一个或多个参数包括用户指定进给泵体积,进一步包括:
使用户指定进给泵体积加上误差体积,从而确定与分配隔板原位置相应的可用体积。
42.权利要求30的方法,进一步包括选择分配泵原位置从而利用分配隔板的有效范围。
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