JP4845969B2 - ポンプ制御装置を結合する入出力システム、方法、および装置 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、２００５年１２月２日に出願された、名称「Ｉ／Ｏ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＰＵＭＰ」［代理人整理番号ＥＮＴＧ１８１０］の米国仮特許出願第６０／７４１，６５７号の優先権を主張し、その内容は、すべての目的のために本願に参照によって援用される。

（技術分野）
本発明は、概して流体ポンプに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ポンプ制御装置と、種々の装置とを結合する入出力システム、方法、および装置に関する。

流体がポンプ装置によって分注される量および／または速度の精密制御が必要である多くの用途が存在する。例えば、半導体プロセスでは、フォトレジスト化学物質等の光化学物質が、半導体ウエハに適用される量および速度を制御することは重要である。通常、プロセスの間に半導体ウエハに適用されるコーティングは、オングストローム単位で測定されるウエハの表面全体が一定の平坦性および／または均一の厚さであることが要求される。プロセス化学物質がウエハに適用される（すなわち、分注される）速度は、プロセス液が均一に適用されることを確実にするために、慎重に制御されなければならない。

今日の半導体産業で使用される多くの光化学物質は非常に高額であり、通常１リットル当たり１０００ドルほどもかかる。したがって、最少ではあるが適当量の化学物質を使用し、ポンプ装置によって化学物質が損傷を受けないことを確実にすることが非常に好ましい。現在の多段式ポンプは、液体内に著しい圧力スパイクを引き起こす可能性がある。そのような圧力スパイクおよびその後の圧力低下は、流体に損傷を与え（すなわち、流体の物理的特徴を不利に変化させることがある）、および／またはポンプシステムの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、圧力スパイクは、分注ポンプに意図した流体より多く分注させるか、または不利な力学を有する方法で流体を分注させる流体圧力の増加の原因となる可能性がある。

従来のポンプの欠点の１つは、ポンプ制御装置と他の装置とを結合することである。ポンプ制御装置は、典型的には、制御システム（例えば、他のコンピュータ／ツール）からプロセスパラメータ、トリガ信号、または他の信号を受信するための信号を受信し、分注サイクルの状態または他のデータを示す信号を送信する。しかしながら、多くのコンピュータ／製造ツールが、異なる物理的インターフェースおよび信号伝達方式を使用して、ポンプとの間で信号の通信を行う。概して、各入出力ラインに対して、ポンプシステムは、ポンプ制御装置に通じる１つの伝導体を必要とする。これは、ポンプとの間でデータを通信する別の装置上の特定のインターフェースに対し、ポンプ用のポンプ制御装置をカスタマイズすることを意味する。概して多数のポンプ信号を使用する半導体製造システムでは、これによって単一ポンプに通じる複雑な配線がもたらされ得る。さらに、多くの半導体製造システムでは、複数のポンプが互いに重置されているため、ポンプに通じる複雑なワイヤ配列が生じる。従来のシステムの別の欠点は、個別入出力（「Ｉ／Ｏ」）ラインの長さが制限されていたことである。装置とポンプとを結合するための新しくかつ優れた方法が必要とされる。本発明の実施形態は、本必要性等に対処することができる。

本発明の実施形態は、ポンプ制御装置と種々の装置とを結合するための新しい入出力システム、方法、および装置を提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、ポンプ制御装置と、異なるインターフェースおよび／または信号伝達形式を有し得る外部制御装置とを結合するための入出力システムおよび方法を提供する。

一実施形態では、少なくとも１つの入出力インターフェースモジュールは、ポンプシステムと、特定のポンプのソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータ、マン・マシン・インターフェース装置、またはポンプシステムを監視／制御するための製造ツール等の少なくとも１つのプログラム化した装置との間に位置付けられる。一実施形態では、ポンプシステムは、そこに結合されたポンプ制御装置を有する単一または多段（「多段式」）ポンプを実装する。ポンプ制御装置は、制御装置からの信号にしたがって、直接的かつ局所的にポンプの弁およびモータのタイミングを制御するよう構成される。

本発明の実施形態では、入出力インターフェースモジュールは、その上にプロセッサおよび記憶装置を有する回路基板上に実装することができる。回路基板は、少なくとも２つのデータ通信インターフェースを有し、１つはポンプ制御装置と通信するため、１つは制御装置と通信するためのものである。これらのデータ通信インターフェースは、実装に応じて、適合するようにカスタマイズできる。

一部の本発明の実施形態では、単一の入出力インターフェースモジュールを実装することができる。一実施形態では、入出力インターフェースモジュールは、ポンプ制御装置に接続する第１のデータ通信インターフェースと、ポンプ外部の制御装置（例えば、コンピュータ、製造ツール、マン・マシン・インターフェース装置等）に接続する第２のデータ通信インターフェースとを含むことができる。本実施形態の一実施例は、図７を参照して後述される。一実施形態では、入出力インターフェースモジュールは、ポンプ制御装置、マン・マシン・インターフェース装置、および１つ以上の製造ツールに接続する３つ以上のデータ通信インターフェースを含むことができる。入出力インターフェースモジュールは、制御装置から個別信号を受信し、それに応じて信号を解釈する（例えば、個別信号に対応するデータを１つ以上のパケットに形式化またはパケット化し、種々の制御装置等からの命令に優先順位を決める）。入出力インターフェースモジュールは、パケットを直列的にポンプ制御装置に送信することができる。本発明の一実施形態によると、ポンプ制御装置は、パケットを読み込み、ポンプに適切な操作を行うことができる（例えば、ポンプに適切なプロセスを実装し、分注モータ等を動かす）。また、ポンプ制御装置は、データのパケットを入出力インターフェースモジュールに直列的に送信することができる。入出力インターフェースモジュールは、対応する個別信号を制御装置に対し解釈または別様にアサートすることができる。本実施形態の一実施例は、図８を参照して後述される。

本発明の実施形態では、入出力インターフェースモジュールは、ＲＳ２３２、ＲＳ４８５、ＲＳ４２２、または他のインターフェースを介して制御装置と連結し、アナログ入出力、ＤＶＣインターフェース、あるいは改良型インターフェースを含むことができる。入出力インターフェースモジュールは、ポンプのハードウェアを変更せずに、カスタマイズできる。さらに、入出力インターフェースモジュールは、各ユーザの特定の必要性に合わせ、ポンプとの間で信号を送受信することができる。入出力インターフェースモジュールによって、種々のインターフェースおよび制御方式が、ポンプのハードウェアを変更せずに、特定のポンプと実装されることが可能となる。一実施形態によると、入出力インターフェースモジュールと制御装置との間で使用されるインターフェースおよび通信プロトコールにかかわらず、入出力インターフェースモジュールは、直列的なパケット化データを高速ＳＰＩ直列バスを介してポンプ制御装置へ配信する。

本発明の実施形態によって提供される利点は、多数あり得る。一例として、ポンプ制御装置と制御装置のための信号を解釈およびアサートすることによって、入出力インターフェースモジュールは、個別ライン数を削減することができ（さもなければ、方向性接続構成において必要とされることになるが）、したがって、大幅にケーブル敷設を減少させる。

ケーブル敷設要件の減少は、ポンプシステム小型化の重要な要因となり得る空間節約、ならびに大部分の用途において非常に望ましいであろう費用節約という付加的利点を提供する。

入出力インターフェースモジュールの別の利点は、個別ラインによって課される距離の制限を排除し、ポンプシステムと制御装置との間のより長距離での接続を可能にすることである。

本明細書で開示される入出力システムの実施形態の他の利点は、多用途性および適合性を含む。入出力インターフェースモジュールのデータ通信インターフェースは、制御装置のデータ通信インターフェースに接続するようカスタマイズできるため、制御装置および／または制御方式は、ポンプのハードウェアを変更せずに、交換または別様に修正できる。さらに、入出力インターフェースモジュールのデータ通信インターフェースは、ポンプ制御装置のデータ通信インターフェースと接続するようカスタマイズできるため、ポンプまたはそのハードウェアは、ポンプ全体を適正化したり、および／または制御装置と新しいポンプとの間の通信を確立するためにポンプを再度接続調整したりせずに、交換または別様に修正できる。さらに、有利には、本発明の実施形態によって、ポンプ制御装置の処理能力に制限されることなく、２つ以上の入出力インターフェースモジュール間、または複数の入出力インターフェースモジュールと種々の構成内の複数のポンプ制御装置との間に、ポンプを制御するための論理を割り当てることが可能となる。

本発明およびその利点のより完全な理解は、同様の参照番号が同様の特性を示す添付の図面と併せて、以下の説明を参照することによって得られ得る。

本発明の好適な実施形態は、図を参照して後述されるが、必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、同様の数字は、種々の図面の同様および対応する部分を示すために使用される。

本発明の実施形態は、ポンプシステム内のポンプ制御装置を対象とする。そのようなポンプシステムは、半導体製造工程の際に、ウエハ上に流体を供給および正確に分注するための多段（「多段式」）ポンプを採用してもよい。特に、本発明の実施形態は、ポンプ制御装置と種々の装置とを結合するための入出力（「Ｉ／Ｏ」）インターフェースシステム、方法、および装置を提供する。本明細書に記載のようなそのようなポンプ制御装置を具現化するポンプシステムは、一例として提供されるものであって、それらに制限されるものではなく、本発明の実施形態は、他の設計および構成のために利用および／または好適に実装することができることに留意されたい。具体的には、本発明の実施形態は、単段および多段式ポンプを含む種々のポンプに適用できる。ポンプシステムのポンプ制御装置と種々の装置とを結合するための入出力システム、方法、および装置の実施形態を詳細に説明する前に、例示的ポンプシステムを最初に以下に説明する。

図１は、ポンプシステム１０の図である。ポンプシステム１０は、流体源１５と、ポンプ制御装置２０と、ポンプ１００とを含み、ウエハ２５上に流体を分注するように恊働することができる。図７−８および１１−１４を参照して本明細書に記載される入出力インターフェースシステム、方法、およびモジュールの実施形態は、１つ以上のポンプ制御装置２０を種々のインターフェース、装置、および製造ツールに接続するために使用することができる。

ポンプ１００の動作は、ポンプ制御装置２０によって制御することができ、ポンプ１００に内蔵、あるいは制御信号、データ、または他の情報を通信するための１つ以上の通信リンクを介してポンプ１００に接続することができる。また、ポンプ制御装置２０の機能性は、ポンプ１００外部の入出力インターフェースモジュール内蔵入出力インターフェース制御装置を含む、内蔵制御装置と別の制御装置とに分散できる。

ポンプ制御装置２０は、ポンプ１００の動作を制御するための制御命令３０一式を包含するコンピュータ可読媒体２７（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光ディスク、磁気ドライブまたは他のコンピュータ可読媒体）を含むことができる。プロセッサ３５（例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＩＳＣ、ＤＳＰまたは他のプロセッサ）は、命令を実行することができる。プロセッサの一例は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ １６−ビットＤＳＰ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓは、テキサス州ダラスを本拠地とする企業である）である。

図１の実施例では、ポンプ制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介してポンプ１００と通信する。通信リンク４０および４５は、ネットワーク（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、無線ネットワーク、グローバルエリアネットワーク、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔネットワークまたは当技術分野で既知または開発された他のネットワーク）、バス（例えば、ＳＣＳＩバス）または他の通信リンクであってもよい。制御装置２０は、内蔵ＰＣＢ基板として、遠隔制御装置として、または他の好適な方法で実装することができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプ１００と通信するための適切なインターフェース（例えば、ネットワークインターフェース、入出力インターフェース、アナログ・デジタル変換器および他の構成要素）を含むことができる。さらに、ポンプ制御装置２０は、プロセッサ、記憶装置、インターフェース、ディスプレイ装置、周辺機器、または他のコンピュータ構成要素（簡潔にするため図示せず）を含む、当技術分野で既知の種々のコンピュータ構成要素を含むことができる。ポンプ制御装置２０は、ポンプ１００内の種々の弁およびモータを制御することによって、ポンプ１００が低粘性流体（すなわち、５センチポアズ未満）または他の流体を含む流体を正確に分注することを可能にする。

図２は、ポンプ１００の図である。本実施例では、ポンプ１００は、多段式ポンプであり、供給段階部分１０５および別個の分注段階部分１１０を含む。不純物をプロセス流体から濾過するために、流体の流れの観点から、フィルタ１２０は、供給段階部分１０５と分注段階部分１１０との間に位置する。例えば、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、排出弁１４５、および出口弁１４７を含む、多数の弁によって、ポンプ１００を通る流体の流れを制御することができる。分注段階部分１１０は、分注段階１１０で流体の圧力を測定する圧力センサ１１２をさらに含むことができる。圧力センサ１１２によって測定された圧力は、後述するように種々のポンプの速度を制御するために使用することができる。圧力センサの例として、ドイツ、ＫｏｒｂのＭｅｔａｌｌｕｘ ＡＧ製のもの等、セラミックおよびポリマーのピエゾ抵抗および容量性圧力センサが含まれる。プロセス流体と接触する圧力センサ１１２の表面は、テフロン（登録商標）であってもよい。

供給段階１０５および分注段階１１０は、ポンプ１００内の流体を送出するための回転ダイヤフラムポンプ含むことができる。供給段階ポンプ１５０（「供給ポンプ１５０」）は、例えば、流体を回収するための供給チャンバ１５５と、供給チャンバ１５５内で動き、流体を分注するための供給段階ダイヤフラム１６０と、供給段階ダイヤフラム１６０を動かすピストン１６５と、送りネジ１７０と、ステッピングモータ１７５とを含む。送りネジ１７０は、ナット、ギア、またはモータから送りネジ１７０へエネルギを伝えるための他の機構を介してステッピングモータ１７５に結合する。供給モータ１７０は、ナットを回転させ、それによって、送りネジ１７０が回転され、ピストン１６５を作動させる。同様に、分注段階ポンプ１８０（「分注ポンプ１８０」）は、分注チャンバ１８５と、分注段階ダイヤフラム１９０と、ピストン１９２と、送りネジ１９５と、分注モータ２００とを含むことができる。分注モータ２００は、ネジ式ナット（例えば、Ｔｏｒｌｏｎまたは他の材料のナット）を介して、送りネジ１９５を駆動することができる。

ポンプ１００の動作中、ポンプ１００の弁が開閉され、ポンプ１００の種々の部分への流体の流れを許容または制限する。これらの弁は、圧力または真空を印加することによって、開閉する空気圧式（すなわち、ガス駆動式）に作動されるダイヤフラム弁であってもよい。しかしながら、他の好適な弁も可能である。

以下は、ポンプ１００の種々の動作段階の概要を提供する。しかしながら、ポンプ１００は、種々の制御方式にしたがって制御することが可能であり、以下を含むが、これらに限定されない。「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが２００５年１２月５日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６８２号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１８００号]、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＬＵＩＤ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＡＮ ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、発明者Ｃｌａｒｋｅらが２００６年８月１１日に出願した米国特許出願第１１／５０２，７２９号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１８４０号]、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮＳ ＵＳＩＮＧ Ａ ＭＯＴＯＲ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願第＿＿＿＿＿＿[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−４号]、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＦＬＵＩＤ ＰＲＥＳＳＵＲＥ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国特許出願第１１／２９２，５５９号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１６３０号]、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００６年２月２８日に出願した米国特許出願第１１／３６４，２８６号[代理人整理番号第１６３０−１号]。これらは、弁の配列および圧力の制御のために、参照することによってそれぞれ本明細書に全体として組み込まれる。一実施形態によると、ポンプ１００は、準備完了区分、分注区分、充填区分、前濾過区分、濾過区分、排出区分、パージ区分および静的パージ区分を含むことができる。供給区分の間には、入口弁１２５は開状態となり、供給段階ポンプ１５０は、供給段階ダイヤフラム１６０を動かし（例えば、引く）、流体を供給チャンバ１５５の中へ汲み上げる。十分な量の流体が供給チャンバ１５５に充満されると、入口弁１２５は閉状態となる。濾過区分の間には、供給段階ポンプ１５０は供給段階ダイヤフラム１６０を動かし、供給チャンバ１５５から流体を排出する。隔離弁１３０および遮断弁１３５は開状態となり、流体はフィルタ１２０を通って分注チャンバ１８５へ流れることが可能となる。一実施形態によると、最初に隔離弁１３０が開状態となることができ（例えば、「前濾過区分」において）、圧力をフィルタ１２０内に蓄積することが可能となり、その後、遮断弁１３５が開状態となり、分注チャンバ１８５内へ流体を流入させるが可能となる。濾過区分の間には、分注ポンプ１８０を定位置に持って来ることができる。両方とも参照することによって本明細書の組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００４年１１月２３日に出願した米国仮特許出願第６０／６３０，３８４号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１５９０号]および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００５年１１月２１日に出願した国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１５９０/ＰＣＴ号]に記載されるように、分注ポンプの定位置は、分注サイクルに対して分注ポンプでの利用可能な最大量をもたらすが、分注ポンプが提供できる利用可能な最大限の量に満たない位置であってもよい。定位置は、ポンプ１００の未使用の保持量を減少するために分注サイクルに対する種々のパラメータに基づき選択される。同様に、供給ポンプ１５０は、利用可能な最大限の量に満たない量を提供する定位置に持って来ることができる。

排出区分の始まりでは、隔離弁１３０は開状態となり、遮断弁１３５は閉状態となり、また排出弁１４５は開状態となる。他の実施形態では、遮断弁１３５は、排出区分の間には開状態を維持し、排出区分の終わりで閉状態となることができる。この間に、遮断弁１３５が開状態である場合、圧力センサ１１２によって測定することができる、分注チャンバ内の圧力が、フィルタ１２０内の圧力によって作用されるので、圧力は、制御装置によって認識されることができる。供給段階ポンプ１５０は、流体に圧力を印加し、フィルタ１２０から開状態の排出弁１４５を通して気泡を除去する。供給段階ポンプ１５０は、既定の速度で排出が生じるように制御することができ、排出時間の延長および排出速度の低下が可能となり、それによって排出廃棄量の精密制御が可能となる。供給ポンプが空気圧式ポンプである場合は、流体の流れの制限は、排出流体路内で行うことができ、供給ポンプに印加される空気圧は、「排出」設定点圧力を維持するために増減することができ、別の非制御方法によるいくつかの制御をもたらす。

パージ区分の始まりでは、隔離弁１３０は閉状態、遮断弁１３５は、排出区分で開状態の場合には閉状態、排出弁１４５は閉状態、パージ弁１４０は開状態、および入口弁１２５は開状態となる。分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体に圧力を印加し、パージ弁１４０を通して気泡を排出する。静的パージ区分の間には、分注ポンプ１８０は停止するが、パージ弁１４０は開状態を維持し、継続して空気を排出する。パージ区分または静的パージ区分の間に除去された過剰な流体は、ポンプ１００から送出される（例えば、流体源へ戻るもしくは廃棄される）、または供給段階ポンプ１５０へ再循環させることができる。供給段階ポンプ１５０が流体源の周囲圧力（例えば、流体源ボトル）に達するように、準備完了区分の間には、隔離弁１３０および遮断弁１３５は開状態、パージ弁１４０は閉状態にすることができる。他の実施形態によると、すべての弁は、準備完了区分では閉状態であってもよい。

分注区分の間には、出口弁１４７は開状態となり、また分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体に圧力を印加する。出口弁１４７は、分注ポンプ１８０よりも制御に対する反応が遅い場合があるため、出口弁１４７は最初に開状態となり、既定の時間後、分注モータ２００が起動する。これは、分注ポンプ１８０が流体を部分的に開状態の出口弁１４７に通過させるのを阻止する。さらに、これは、弁を開状態にすることにより流体が分注ノズルまで上方に移動すること（ミニポンプとなる）、続いて、モータ作用により流体が前方に動くことを阻止する。他の実施形態では、出口弁１４７は開状態となり、同時に分注ポンプ１８０によって分注を開始することができる。

さらなる吸液区分は、分注ノズル内の過剰な流体を除去する際に行うことができる。吸液区分の間には、出口弁１４７は閉状態となることができ、二次的なモータまたは真空部は、出口ノズルから過剰な流体を吸い取るために使用することができる。あるいは、出口弁１４７は開状態を維持することができ、また分注モータ２００は、そのような流体を分注チャンバの中へ反転させることができる。吸液区分は、過剰な流体がウエハ上に滴下しないように助ける。

ポンプ１００の実施形態は、プロセス流体上の圧力の悪影響を緩和するのに役立つ種々のポンプ制御機構および弁のタイミングを用いることができる。図３は、図２のポンプ１００の多段式動作の種々の区分に対する、例示的弁および分注モータのタイミング図である。他の動作配列も可能である。いくつかの弁が、区分が変化する間に同時に閉状態として図示されているが、弁の閉状態は、圧力スパイクを軽減するために、時間が若干ずれている（例えば、１００ミリ秒）。例えば、排出区分およびパージ区分の間では、隔離弁１３０は、排出弁１４５の直前に閉状態となることができる。しかしながら、他の弁のタイミングも、種々の本発明の実施形態において利用できることに留意されるべきである。さらに、区分のうちのいくつかは、一緒に行うことができる（例えば、充填／分注段階は、入口および出口弁の両方が、分注／充填区分で開状態となることができる場合に、同時に行うことができる）。特定の区分は、それぞれのサイクルで反復される必要がないことがさらに留意されるべきである。例えば、パージ区分または静的パージ区分は、すべてのサイクルで行われない場合がある。同様に、排出区分は、すべてのサイクルで行われない場合がある。

種々の弁の開閉は、ポンプ１００内の流体に圧力スパイクを引き起こす可能性がある。出口弁１４７は、静的パージ区分の間に閉状態であるので、例えば、静的パージ区分の終わりでパージ弁１４０を閉状態にすると、分注チャンバ１８５内で圧力の上昇を引き起こす可能性がある。それぞれの弁は、閉状態となるとき少量の流体を排出する可能性があるため、これが起こり得る。より具体的には、多くの場合、流体がチャンバ１８５から分注される前に、パージサイクルおよび／または静的パージサイクルは、ポンプ１００から流体を分注する際に、スパッタリングまたは他の摂動を阻止するために、分注チャンバ１８５から空気を抜くように使用される。しかしながら、静的パージサイクルの終わりには、パージ弁１４０は、分注の開始に備えて分注チャンバ１８５を密閉するために閉状態となる。パージ弁１４０が閉状態になるにつれ、過剰な流体（パージ弁１４０の保持量におよそ等しい）が分注チャンバ１８５中へ付勢され、それによって、流体の分注に対し意図された基準圧力以上に、分注チャンバ１８５内の流体の圧力を上昇させる。この過剰な圧力（基準以上）は、その後の流体の分注に問題を引き起こす場合がある。パージ弁１４０を閉状態にすることによって発生する圧力上昇は、分注に望ましい基準圧力より高い割合になる場合があるので、これらの問題は、低圧力の用途においては悪化することになる。

より具体的には、パージ弁１４０を閉状態にすることによって発生する圧力上昇のために、圧力が低下しない場合は、ウエハ上への流体の「吐出」、二重分注、または他の望ましくない流体力学が、その後の分注区分の間に起こることがある。さらに、この圧力上昇は、ポンプ１００の動作の間に一定ではない場合があるので、これらの圧力上昇は、直列的な分注区分の間に、分注される流体の量、または分注の他の特徴に変動を引き起こすことがある。それによって、分注におけるこれらの変動は、ウエハの廃棄およびウエハの再加工の増加の原因になることがある。分注チャンバ１８５内の流体への望ましくない圧力の上昇を明らかにするために、静的パージ区分の間、分注モータ２００を反転させ、ピストン１９２を既定の距離後退さ、遮断弁１３５、パージ弁１４０によって生じる圧力上昇、および／または他の分注チャンバ１８５内の圧力上昇を生じ得る他の原因を補正してもよい。

上述のポンプ制御機構は、緩徐な流体操作を特徴とするポンプ１００を提供する。分注区分の前に分注チャンバ内の圧力変動を補正することによって、不利な潜在的圧力スパイクを回避または軽減することができる。また、他のポンプ制御機構および弁のタイミングを利用して、または別様に実装し、プロセス流体上の圧力の望ましくない影響を低減する助けをしてもよい。

図４は、ポンプ１００のためのポンプアセンブリの一実施形態の図である。ポンプ１００は、ポンプ２０５を通る種々の流体流路を画定し、供給チャンバ１５５および分注チャンバ１８５を少なくとも部分的に画定する分注ブロック１００を含むことができる。分注ポンプブロック２０５は、ＰＴＦＥ、修飾ＰＴＦＥまたは他の材料から成る単一ブロックであってもよい。これらの材料は、多くのプロセス流体と反応しない、または反応性が少ないため、これらの材料を使用すると、流路およびポンプチャンバは、最低限のハードウェアの追加をもって、分注ブロック２０５に直接機械加工することができる。ひいては、分注ブロック２０５は、一体型流体マニホールドを提供することによって、パイピングの必要性を軽減する。分注ブロック２０５は、例えば、流体がそこを通って受容される入口２１０、排出区分の間に流体を排出するための排出出口２１５等、種々の外部入口および出口を含むことができる。

供給管路２６０は、圧力または真空を弁板２３０に提供し、ポンプ１００の種々の構成要素を流体が流れるように構成された複数の弁を有する。弁の作動は、それぞれの供給管路２６０に圧力または真空のいずれかを誘導する弁制御マニホールド３０２によって制御される。各供給管路２６０は、小さな開口部を有する取付部品（例えば、取付部品３１８）を含むことができる。この開口部は、取付部品３１８が添着される、対応する供給管路２６０の直径より小さな直径（例えば、約０．０１０インチ）であってもよい。このようにして、取付部品３１８の開口部は、供給管路２６０内に制限を設けるように機能してもよい。それぞれの供給管路２６０内の開口部は、供給管路へ圧力および真空を印加する間の急激な圧力差の作用を軽減するのに役立ち、ひいては、弁へ圧力および真空を印加する間の転移を円滑にする。言い換えれば、開口部は、下流弁のダイヤフラムでの圧力変化の衝撃を軽減するのに役立つ。これにより、弁は、より円滑に開閉でき、また弁の開閉によって引き起こされるシステム内でのより円滑な圧力転移をもたらし、実際に弁本体の寿命を延ばすことになる。

弁制御マニホールド３０２は、一式のソレノイド弁を含むことができ、弁板２３０に圧力／真空を選択的に誘導する。特定のソレノイドを作動させ、それによって真空または圧力を弁へ誘導する場合には、実践形態にもよるが、ソレノイドは発熱する。本実施例では、弁制御マニホールド３０２は、分注ブロック２０５および特に分注チャンバ１８５から離れて、裏板（図示せず）上に搭載される、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）３９７に搭載される。これは、弁制御マニホールド３０２内のソレノイドからの熱が、分注ブロック２０５内の流体に作用しないように助ける。そのような裏板は、機械加工のアルミニウム、またはポンプ１００に対し放熱板として作用し、弁制御マニホールド３０２およびＰＣＢ３９７からの熱を放散する他の材料であってもよい。弁制御マニホールド３０２は、ＰＣＢ３９７から信号を受信して、ソレノイドを開／閉し、ポンプ１００の弁を制御するために種々の供給管路２６０へ真空／圧力を誘導することができる。この場合もやはり、図３に示すように、弁制御マニホールド３０２は、分注ブロック２０５からＰＣＢ３９７の遠位端に位置することができ、分注ブロック２０５内の流体への熱作用を軽減する。さらに、ＰＣＢの設計および空間的制約に基づいて実行可能な範囲で、発熱する構成要素は、分注ブロック２０５から離れるようにＰＣＢの側部に設置することができ、この場合もやはり、熱作用を軽減する。

ポンプ１００は、ポンプ制御装置（例えば、図１のポンプ制御装置２０）と通信するためのいくつかのインターフェースを含み、図３の実施例では、ＰＣＢ３９７上に実装される。例示的ポンプ１００のインターフェースは、１つ以上のワイヤ（図示せず）を含み、圧力センサ１１２が制御装置２０に圧力測定値を通信可能にしてもよい。分注モータ２００は、分注モータ２００を動かすポンプ制御装置２０から信号を受信するモータ制御インターフェース（図示せず）を含むことができる。さらに、分注モータ２００は、位置情報（例えば、位置ラインエンコーダから）を含み、情報をポンプ制御装置２０に通信することができる。同様に、供給モータ１７５は、ポンプ制御装置２０からの制御信号を受信し、またポンプ制御装置２０に情報を通信する通信インターフェース（図示せず）を含むことができる。

上述のポンプ１００は、一例として提供されるものであり、これらに限定されるものではなく、本発明の実施形態は、他のポンプ構成のために実装することが可能であることに留意されたい。

上述のように、ポンプ制御装置２０は、種々のモータおよびソレノイド（すなわち、弁の開／閉）に信号を局所的におよび／または内部に提供し、半導体製造システムにおける他の装置（ポンプ制御装置２０の遠隔または外部）にデータを提供することができる。従来の種類のポンプ制御装置は、直列接続および個別入出力ラインを使用して、通信する。直列接続は、マン・マシン・インターフェース（「ＭＭＩ」）に対応するデータを送受信するために使用される。一方、個別ラインは、トリガ信号、アラーム信号等の信号を伝送する。各個別ラインは、専用の機能用であり、特定の目的（例えば、個別ライン上の信号は、ポンプ制御装置に対し特定の目的または意味を有していた）を有する信号を伝送する。例えば、特定の個別ライン上の状態変化（例えば、低から高または高から低）は、分注の開始を示し、別の個別ライン上の信号は、分注の終了を示し得る。

図５は、ポンプ５０１８と外部装置５０１６との間のデータ転送のための従来のデータ通信システム５０００を示す。ポンプ５０１８は、内蔵インターフェース５００４を備えるポンプ制御装置５０２０を有する。データ通信インターフェース５００４は、個別入力を伝送するための個別入力ライン５０１０および個別出力を伝送するための個別出力ライン５０１２のデータを送受信するための直列接続５００８を含むことができる。また、データ通信インターフェース５００４は、電源とアースライン５０１４とを含むことができる。装置５０１６（例えば、コンピュータまたは製造ツール等のマン・マシン・インターフェース装置）は、データ通信インターフェース５００４に対応するデータ通信インターフェース５００６を有する。直列接続５００８を使用して、例えば、装置５０１６に関連するデータを通信することができる。個別入力ライン５０１０を使用して、「開始」、「停止」、「エラー機能削除」等の個別信号をポンプ５０１８へ伝えることができる。個別出力５０１２を使用して、「準備完了」、「エラー」、「警告」等の個別信号を装置５０１６へ伝送することができる。各個別入力ラインおよび個別出力は、個別の意味（例えば、個別ライン上の信号は、ポンプ制御装置５０２０に対し特定の意味を有する）を有する信号を伝える。このように、図５に示されるデータ通信インターフェース５００４は、少なくとも２２ラインを必要とするであろう。これらのラインは、データ通信媒体５００２としてバンドルされてもよい。

図６は、ポンプ制御装置と追跡装置との間でデータを転送するための従来のデータ通信システム５７００の別の実施例である。システム５０００と同様に、システム５７００は、個別ラインを使用して、ポンプ制御装置と追跡装置（すなわち、製造ツール）との間の個別信号を伝える。図６に例示されるように、ポンプ制御装置と追跡装置との間には１対１対応のライン通信がある。また、各データパケットは直接ポンプ制御装置へ送信されるため、即時に解釈および作用される。さらに、ポンプ制御装置またはポンプの変更は、ポンプ制御装置のインターフェースまたは／および追跡装置のインターフェースのいずれかまたは両方をそれに応じて変更されなければならないであろうことを意味し得る。

図５のデータ通信システム５０００および図６のシステム５７００は、いくつかの制限がある。第１に、必要とされる伝導体の数（すなわち、図５では少なくとも２２、図６では少なくとも１７）によって、データ通信インターフェース５００４のためのケーブルまたは複数のケーブルがかさばってしまう。複数のポンプおよび／または制限された設置面積を有するポンプシステムでは、これは問題となり、ケーブル敷設が貴重な空間を占拠してしまう。また、個別ラインは、距離が制限される。別の制限として、図５のデータ通信インターフェース５００４は、８つの個別入力および８つの個別出力に制限される。したがって、制御装置５００６が通信するツールまたはコンピュータがより多くの個別信号を必要とする場合、データ通信インターフェース５００４およびポンプ制御装置５０２０（すなわち、ポンプ５０１８のハードウェア）は、変更されなければならない。別の制限として、従来の開発されたポンプは、典型的には、データ通信（例えば、ＲＳ−２３２ネットワーク）のためのネットワークに接続されていた。ポンプが問題に遭遇し交換しなければならない場合、交換ポンプ全体を再構成しなければならない。例えば、２２の個別ラインを使用するポンプが１７の個別ラインを使用するポンプと交換される場合、データ通信インターフェースだけを変更するのではなく、交換ポンプ全体を適合および／または適切に機能するために、ネットワーク上で再接続調整しなければならないだろう。本プロセスは、交換ポンプを運転させるために必要な時間を遅らせることになるだろう。

本発明の実施形態は、ポンプと他の装置とを結合する多用途の入出力システム、方法、および装置によって、これらの制限に対処する。図７は、ポンプ５１００と装置５６１６とを結合するための入出力インターフェース装置またはモジュール５５５０を有する入出力システム５５００の一実施形態の図である。図７の実施形態では、ポンプ５１００は、上述のようなポンプ制御装置２０に類似するポンプ制御装置５５２０を備える。ポンプ制御装置５５２０は、ポンプ５１００との間でデータを通信するためのデータ通信インターフェース５５０４を含む。データ通信インターフェース５５０４は、直列データ送信ライン５５２２および５５２４と、直列データ受信ライン５５２６および５５２８と、クロックライン５５３０と、スレーブイネーブルライン５５３２と、電源／アースライン５５３４とを含むことができる。

分注プロセスパラメータ、レシピ、システム変数および他のプロセスデータは、１組の直列ライン（例えば、直列送信ライン５５２２および直列受信ライン５５２６）上でポンプ制御装置５５２０との間で転送されることができる。他の直列ラインを使用して、例えば、トリガ、エラー表示、および他の個別信号として以前に送られたデータの一部を送信することもできる。一実施形態では、これらのデータの一部をパケットに形成し、第２の直列ポートを介して直列伝送される。図７で示される実施例では、クロックライン５５３０は、同期クロック信号を伝送し、スレーブイネーブルライン５５３２は、データの送信に関連する信号を伝送する。

留意されるように、図７の構成は、１４の伝導体のみ必要とする。これらのラインは、単一ケーブル５５０２または複数のケーブルにバンドルすることができる。例えば、データ通信インターフェース５５０４は、３メートルを上回る長さに延長可能な標準的な１５−伝導体ケーブルを介して接続することができる。実装に応じて、多かれ少なかれ、直列通信ラインが使用可能であり、個別通信ラインも使用可能であることに留意されたい。

入出力インターフェースモジュール５５５０は、第１のデータ通信インターフェース５５０６と第２のデータ通信インターフェース５６０４とを備える。図８によって例示されるように、入出力インターフェースモジュール５５５０を実装して、第３のデータ通信インターフェース（図７に図示せず）を含んでもよい。この第３のデータ通信インターフェースは、プログラミングおよび／または診断目的のために、入出力インターフェースモジュール５５５０をマン・マシン・インターフェース（「ＭＭＩ」）と接続してもよい。第１のデータ通信インターフェース５５０６は、ポンプ制御装置５５２０のデータ通信インターフェース５５０４に対応する。例えば、データ通信インターフェース５５０６も、標準的な１５−伝導体ケーブル（例えば、ケーブル５５０２）に接続することができる。第２のデータ通信インターフェース５６０４は、装置５６１６のデータ通信５６０６に対応する。第２のデータ通信インターフェース５６０４は、ポンプ制御装置５５２０のデータ通信インターフェース５５０４と整合する必要はなく、既存の、標準的な、またはカスタマイズされたポンプケーブル敷設を含むほとんどのケーブル敷設を受容するように、インターフェースモジュール５５５０内にカスタマイズまたは別様に構成されることができる。したがって、データ通信インターフェース５６０４およびデータ通信インターフェース５６０２と接続するケーブル５６０２は、標準のものまたはカスタマイズされたものでもよい。例えば、データ通信インターフェース５６０４は、一例として、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４２２またはＲＳ−４８５を受容することができるが、これらに限定されない。このように、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプのデータ通信インターフェースと、ポンプと通信する装置によって使用される別の種類のインターフェースとを連結することができる。さらに、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプとネットワーク（例えば、ＲＳ−２３２ネットワーク、または他のネットワーク）とを連結することができる。

入出力インターフェースモジュール５５５０は、プロセッサ５５５６（例えば、ＣＰＵ、ＰＩＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、または他のプロセッサ）と、第１のデータ通信インターフェース５５０６および第２のデータ通信インターフェース５６０４に結合される（すなわち、それらと通信可能な）付随論理とをさらに含むことができる。プロセッサの一実施例は、米国アリゾナ州ＣｈａｎｄｌｅｒのＭＩＣＲＯＣＨＩＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．社製ＰＩＣ ＰＩＣ１８Ｆ８７２０−Ｉ／ＰＴ ８ビットマイクロ制御装置である。コンピュータ可読媒体５５５８（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気記憶、光学式記憶）、または他のコンピュータ可読媒体は、プロセッサ５５５６によって実行可能なソフトウェアまたはプログラム命令５５５２を備えることができる。コンピュータ可読媒体５５５８は、内蔵プロセッサ５５５６であってもよいことに留意されたい。さらに、命令５５５２は、データ通信インターフェース５６０４上で受信されたデータをポンプ制御装置５５２０によって使用可能な形式に、およびデータ通信インターフェース５５０６を介して受信したデータをデータ通信インターフェース５６０４を介して接続された装置５６１６によって使用可能な形式に変換するよう実行可能である。例えば、入出力インターフェースモジュール５５５０は、個別ライン信号を直列通信のために、パケット内のビットにマップする論理を含むことができる。

一例として、データ通信インターフェース５６０４は、ポンプ５１００とプロセス変数および他の変数データ（例えば、装置５６１６に関連したデータ）を送受信するための直列通信ライン５６６２と、トリガ１のためのライン５６６６と、トリガ２のためのライン５６６８と、トリガ３のためのライン５６７０と、エラー削除のためのライン５６７２と、準備完了信号のためのライン５６７４と、エラー信号のためのライン５６７６と、分注前信号のためのライン５６７８、分注信号のためのライン５６８０を含むと仮定する。入出力インターフェースモジュール５５５０が直列通信ライン５６６２を介して直列データを受信すると、入出力インターフェースモジュール５５５０は、操作の有無にかかわらず、データを直列通信ライン５５２６上のポンプ５１００へ伝えることができる。入出力インターフェースモジュール５５５０がライン５６６６、５６６８、５６７０、または５６７２上でデータを受信すると、入出力インターフェースモジュール５５５０は、パケット内の対応するビットを設定し、パケットを直列データライン５５２６または５５２８上のポンプ５１００へ送信することができる。

さらに、例えば、入出力インターフェースモジュール５５５０は、インターフェース５５０６を介して受信されたデータをポンプ５１００へ伝送するために確保されている４バイト（すなわち、３２ビット）を有する１２バイトパケットを形成し、３ｋＨｚで動作すると仮定する。各ライン（この場合、最大３２ライン）は、パケット内のビットが割り当てられることができる。このように、例えば、トリガ１を示すライン５６６６上で信号が受信された場合、入出力インターフェースモジュール５５５０は、次の発信パケット内で第１のデータビット（または他のライン５０６６に対応するビット）を設定することができる。ポンプ５１００がパケットを受信すると、ポンプ制御装置５５２０は、ビットを読み込み、トリガ１がアサートされ、それに応じて作動することを理解することになる。反対に、ポンプ制御装置５５２０は、準備完了状態等のデータを適切なビット（すなわち、ライン５６７４に対応するパケットのデータビット）で入出力インターフェースモジュール５５５０に伝えることができる。入出力インターフェースモジュール５５５０がパケットをポンプ５１００から受信すると、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ライン５６７４上の適切な状態をアサートすることができる。このように、本実施例では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプデータのための直列コンバータと並列して作動する。

入出力インターフェースモジュール５５５０は、一実施形態によると、種々のライン上でアサートされた対応するビットが設定した信号の意味を無視することができる。例えば、入出力インターフェースモジュール５５５０がライン５６６６上で信号を受信すると、単純に次の発信パケット内でポンプ５１００に適切なビットを設定する。この場合、ポンプ５１００のポンプ制御装置５５２０は、トリガ１として受信したビットを解釈するように機能する。ポンプ５１００のソフトウェアは、特定の状態に対応するビットを解釈するようにユーザ設定可能であることに留意されたい。例えば、ソフトウェアは、トリガ１ビットとしてデータビット１またはトリガ１ビットとしてデータビット５を使用するように構成可能である。このように、ポンプ５１００のソフトウェアは、入出力パケットの解釈／形成において柔軟性を提供することができる。

同様に、入出力インターフェースモジュール５５５０がライン５６７４セットに対応するビットを有するポンプ１５００からパケットを受信すると、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ライン５６７４上の信号をアサートすることができる。この場合、（信号がアサートされる）装置５６１６は、信号を解釈し、準備完了状態を示すように機能する。入出力インターフェースモジュール５５５０から送信されたパケット内の他のビットは、例えば、モジュール種類、アドレス指定情報、または他の情報を含むことができる。他の本発明の実施形態によると、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプ５１００によって設定されたビットあるいはインターフェース５６０４上でアサートされた信号を解釈し、ビット／信号に応じて作動するためのプログラミングおよび／または好適な論理を含むことができる。一部の実施形態では、装置５６１６からの信号が入出力インターフェースモジュール５５５０で受信された後、信号を解釈し作用する論理または人工知能は、入出力インターフェースモジュール５５５０とポンプ制御装置５５２０との間に割り当てられる。この割り当ては、実装に応じて、分配（例えば、５０−５０）または最適化され得る（例えば、高性能ポンプ制御装置または高性能入出力インターフェースモジュール）。例えば、一部の実施形態では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、直列／並列データ変換を単純に提供し、したがって、計算処理能力および記憶装置をほとんど必要としない。一部の実施形態では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプ制御機能の大部分を実行するように構成（および、それに応じて搭載）することができる。このように、人工知能、したがって計算処理能力および記憶装置は、ポンプ制御装置でほとんど必要とされない。そのようなポンプ制御装置は、基本的機能を処理し、モータおよび弁の局所的制御のみ必要となるであろう。一部の実施形態では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、２つ以上のポンプを使用可能にするように構成（および、それに応じて搭載）することができる。

図８は、ポンプ制御装置（例えば、ＩｎｔｅｌｌｉＧｅｎ（登録商標） Ｍｉｎｉ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｎｓｅ Ｓｙｓｔｅｍのポンプ制御装置）と外部追跡装置とを結合するための入出力インターフェース装置を備える入出力インターフェースシステム５８００の例示的一実施形態を示すブロック図である。本実施例では、図３のＰＣＢ３９７と同様に、システム５８００の入出力インターフェース装置は、ＰＣＢ上に実装される。図７の入出力インターフェースモジュール５５５０と同様に、システム５８００の入出力インターフェースＰＣＢは、プロセッサと、記憶装置と、記憶装置上で具現化される命令と、１つはポンプ制御装置と連結し、１つは追跡装置と連結する２つのデータ通信インターフェースとを有する。図８は、例として、が受信されたデータを解釈し、これに対して作用することに人工知能を有する入出力インターフェースＰＣＢを示す。図８の入出力インターフェースＰＣＢは、容易にカスタマイズされ、当技術分野におけるほとんどのポンプと交換および協働可能である。例えば、入出力インターフェースＰＣＢは、追跡装置から受信した信号を使用して、ポンプ制御装置がモータを動かす必要性を判断することができる。また、これらの信号を使用して、「偽」信号、すなわち模擬信号（例えば、エンコーダおよび定位置センサ信号）を生成し、追跡装置に送信し、エラーを防止することができる。入出力インターフェースＰＣＢは、常に最小分注圧力以上となる一定の「偽」アナログ電圧を送信するように構成することができる。他の「偽」信号は、パージ不良信号、温度信号等を含んでもよい。これらの「偽」信号は、エラーを減少させ、ポンプシステムの平滑かつ最適な動作に較正するのに役に立つことができる。入出力機能に加え、入出力インターフェースＰＣＢは、直列／並列変換およびネットワーク通信等の種々の機能を提供するよう構成可能である。

入出力インターフェースシステム５５００および５８００は、従来のポンプ制御インターフェースシステムにいくつかの利点を提供する。第１に、異なる入出力インターフェースモジュールは、異なる機能性に対応することができる。例えば、上述の実施例では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、４つの個別入力および４つの個別出力に対応する。しかしながら、他のインターフェースモジュールは、より多くの入出力に対応し得る。ユーザがポンプ５１００のデータ通信インターフェース５５０４および／またはポンプ制御装置５５２０を交換するよりも付加機能に対応することを望む場合、ユーザは、単純に入出力インターフェースモジュール５５５０を新しいまたは異なる種類の入出力インターフェースモジュールと交換することになる。上述の実施例を継続すると、ユーザが４つの個別入出力システムから５つの個別入出力システムへ変更を望む場合、ユーザは、単純に入出力インターフェースモジュール５５５０と５つの個別ラインに対応された新しい入出力インターフェースモジュールを交換することができる。さらに、ユーザがコンピュータシステムを交換し、および／または新しい物理的インターフェースを有する場合、ユーザは、ポンプのいずれのインターフェースも変更する必要がなく、入出力インターフェースモジュール５５５０と新しい物理的インターフェースおよび／または新しいコンピュータシステムを収容可能なものとを交換することができる。これによって、新しいシステム（したがって、ユーザ）がポンプとの通信を確立／再確立する時間が短縮される。

本発明の実施形態によって提供される別の利点は、インターフェースモジュールがネットワーク（例えば、ＲＳ−２３２ネットワーク）を介して他の装置に接続される場合、インターフェースモジュールがネットワークアドレス指定を処理することができるということである。インターフェースモジュールの後ろのポンプに問題が生じ、交換しなければならない場合、新しいポンプは、古いインターフェースモジュールに透過的に接続されることができる。ネットワークアドレスは、ポンプではなくインターフェースモジュールに関連するため、新しいポンプが追加され、古いポンプと交換される場合、ネットワークアドレスを再接続調整する必要がない。

本発明の実施形態によって提供されるさらに別の利点は、参照することによって本明細書に組み込まれる「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＧＥ ＰＵＭＰ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＦＯＲＭ ＦＡＣＴＯＲ」の名称で発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが２００５年１２月５日に出願した米国仮特許出願第６０／７４２，４３５号[代理人整理番号第ＥＮＴＧ１７２０号]に記載されるポンプ等の新しいポンプを古い制御システムと結合することが可能となることである。例えば、古い多段式ポンプ制御システムは、モータ信号を含む各ポンプ段に対し信号をアサートするであろう。インターフェースモジュールは、これらの信号をパケット化されたデータに変換し、データパケットを１５のラインケーブルを介してポンプへ送信することができる。ポンプソフトウェアは、データパケットを読み込み、どのビットを設定するかを判断し、適切に作動することができる（例えば、弁の開閉、モータの正逆等）。このように、新しいポンプは、異なる物理的インターフェースを使用して、古い制御ルーチンを実装する古い制御システムによって制御可能である。

本明細書に開示される入出力インターフェースモジュールの実施形態は、ポンプによって使用可能なデータへ信号を変換するための制御システムによって、アサートされる信号を処理してもよいことに留意されたい。例えば、制御システムは、単純に信号をアサートし、図８に示されるような特定のライン上でモータまたはカウンタを時計回りに動かしてもよい。別の実施例として、入出力インターフェースモジュール５５５０は、特定のライン上でモータまたはカウンタを時計回りに動かすための信号をデータパケット内の位置データへ変換可能である。データパケットがポンプ５１００で受信されると、ポンプ制御装置５５２０は、適切なビットを読み込み、モータ（例えば、供給モータ／分注モータ）の新しい位置を判断することになる。このように、データラインとパケット内のビットとの間で１対１に対応しなくてもよい（すなわち、個別ラインは必要ではない）。

上述の実施例が示すように、入出力インターフェースモジュール５５５０によって受信された特定のライン上の信号は、入出力プロセッサまたは制御装置５５５６にいくつかの信号の処理を行わせ、複数のビットを設定するようにさせてもよい。同様に、ポンプ５１００から受信したパケット内の複数のビットは、入出力プロセッサまたは制御装置５５５６によって処理され、入出力インターフェースモジュール５５５０に信号特定のラインまたは複数のライン上で信号をアサートさせてもよい。

一部の実施形態では、入出力インターフェースモジュール５５５０は、アナログ／デジタル変換を行うことが可能である。例えば、入出力インターフェースモジュール５５５０は、アナログ形式で受信した情報をポンプ５１００に送信するためにアナログ信号をパケットにデジタル化し、ポンプ５１００から受信したパケット化されたデータをアナログ信号に変換する。また、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプ５１００によって対応されておらず、コンピュータまたはポンプ５１００に通信可能に結合された他の装置によって予期されるいくつかの機能に対応することが可能である。このように、入出力インターフェースモジュール５５５０は、ポンプ５１００に対する機能性を仮想化し、適切な信号を外部コンピュータまたは装置にアサートすることができる。

図９は、ポンプ制御装置５５２０の一実施形態を実装するＰＣＢの第１、つまり上面５９２０を示す。図１０は、ポンプ制御装置５５２０の一実施形態を実装する図９のＰＣＢの第２（底）面５９２５を示す。以下の表１は、図９および図１０のＰＣＢのための部品表の例を提供する。

図１１は、入出力インターフェースモジュール５５５０の一実施形態を実装する回路基板の第１、つまり上面５９５０の図である。図１２は、入出力インターフェースモジュール５５５０の一実施形態を実装する図１１の回路基板の第２、つまり底面５９５５の図である。以下の表２は、入出力インターフェースモジュール５５５０の一実施形態用のサンプル部品表を提供する。

本明細書に開示される本発明の実施形態は、多くの利点を提供する。利点の１つは、従来のシステムで使用される個別ラインによって課される距離制限を排除することによって、本発明の実施形態が、ポンプの動作領域から移転または離れされてケーブルを接続／切断することを可能にすることである。図１３は、入出力インターフェースモジュール５５５１と、１つ以上のポンプ１００（１００ａ．．．１００ｎ）と他の装置５６０２とを結合するための１つ以上のケーブル５５０２とを含む入出力システム５５０１の図である。図１３に示されるように、入出力インターフェースモジュール５５５１は、ケーブル５５０２の端部である。入出力インターフェースモジュール５５５１に接続することによって、装置５６０２は、ポンプ５１００を離れた距離から制御することができる。ポンプは、有害なプロセス化学物質を使用する場合が多く、ポンプの動作領域近傍で電気接続／切断を行うことは危険となり得るため、これは利点である。

図１３が図示するように、入出力インターフェースモジュール５５５１は、複数のポンプ用の信号／データを単一モジュールを介して送ることが可能なように、２つ以上のポンプ制御装置（２０ａ．．．２０ｎ）と連結するための２つ以上のデータ通信インターフェース５５０６で構成することができる。本構成は、大幅にケーブル敷設を削減することができる。入出力インターフェースモジュール５５５１は、実装に応じて、他の装置と連結するための１つ以上のデータ通信インターフェース５６０４を有してもよい。

本発明の実施形態の別の利点は、入出力インターフェースモジュールがポンプに必要とされる計算処理能力および／またはデータ格納容量を削減することができることである。図１３に示される実施例では、記憶装置５５５８上で実行されるソフトウェア命令５５５２によって、入出力制御装置またはプロセッサ５５５６は効率的かつ一貫した方法で複数のポンプ１００ａ．．．１００ｎを使用可能にすることができる。例えば、ポンプ１００ａが待機中、入出力制御装置５５５６は、ポンプ１００ｂ等を使用可能にする。モータ動作等の局所的制御機能以外に、論理、したがってポンプ１００ａ．．．１００ｎを制御するための人工知能が入出力インターフェースモジュール５５５１に割り当てられ、より強力かつ高速のプロセッサおよび恐らく大容量記憶装置を有することができる。本構成によって、ポンプ制御装置の機能性を分散することが可能になる。さらに、本構成は、複数のポンプ上よりも単一モジュール上に高価な部品（例えば、プロセッサ、記憶装置等）を実装するためにより経済的かつ効率的であるため、大幅にコストを削減することができる。

図１４は、複数の入出力インターフェースモジュール５５５２ａ．．．５５５２ｎと、複数のポンプ１００ａ．．．１００ｎと複数の装置５６０２とを結合する複数のケーブル５５０２とを有する入出力システム５５０２の図である。入出力システム５５０２では、ポンプ１００ａ．．．１００ｎを制御するための論理は、複数の入出力インターフェースモジュール５５５２ａ．．．５５５２ｎ間に割り当てまたは分配することができる。これは、ポンプ１００ａ．．．１００ｎの処理能力にかかわらず、行うことができる。別様に、ポンプ１００ａ．．．１００ｎを制御するための論理／機能性は、複数の入出力インターフェースモジュール５５５２ａ．．．５５５２ｎおよび複数のポンプ１００ａ．．．１００ｎ間に割り当てまたは分散することができる。他の実装も可能である。

本発明は、実例となる実施形態を参照して、本明細書において詳細に説明されてきたが、記載は例示のみを目的とするものであり、限定する意味として解釈されるものではないことは理解されるべきである。したがって、本発明の実施形態の詳細における多数の変更形態、および本発明のさらなる実施形態は、本記述に関係がある当業者には明白となり、また当業者によって製作されてもよいことがさらに理解されるべきである。そのようなすべての変更形態およびさらなる実施形態は、本発明の範囲および精神内にあることが企図される。したがって、本発明の範囲は、以下の請求項およびその法的同等物によって判断されるべきである。

図１は、ポンプシステムの一実施形態の図である。 図２は、図１のポンプシステムのための多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。 図３は、多段式ポンプのための弁およびモータのタイミング図である。 図４は、ポンプ内蔵ＰＣＢ基板として実装されるポンプ制御装置の一実施形態の図である。 図５は、ポンプ制御装置とポンプに接続された電子装置との間でデータを転送するための従来の解決手段の図である。 図６は、ポンプ制御装置とポンプに接続された追跡装置との間でデータを転送するための、従来の解決手段の一実施例を示すブロック図である。 図７は、ポンプ制御装置と他の装置とを結合するためのシステムの一実施形態の図である。 図８は、ポンプ制御装置と他の装置とを結合するためのシステムおよび装置の例示的一実施形態を示すブロック図である。 図９は、ポンプ制御装置の一実施形態を実装する回路基板の上面図である。 図１０は、図９の回路基板の底面図である。 図１１は、ポンプ入出力インターフェースモジュールの一実施形態を実装する回路基板の上面図である。 図１２は、図１１の回路基板の底面図である。 図１３は、１つ以上のポンプ制御装置と１つ以上の装置とを、１つのポンプ入出力インターフェースモジュールを介して結合するためのシステムの一実施形態の図である。 図１４は、１つ以上のポンプ制御装置と１つ以上の装置とを、複数のポンプ入出力インターフェースモジュールを介して結合するためのシステムの一実施形態の図である。

Claims (18)

1. 入出力インターフェース装置であって、
   該装置は、
   回路基板上に存在するプロセッサと、
   該プロセッサに結合され、該プロセッサによって実行可能なソフトウェア命令を有するコンピュータ可読媒体と、
   ポンプに内蔵されたポンプ制御装置に接続するように構成された第１のデータ通信インターフェースであって、該第１のデータ通信インターフェースは、第１の直列通信リンクによって該ポンプ制御装置に接続するように構成されている、第１のデータ通信インターフェースと、
   第２の直列通信リンクおよび１つ以上の個別通信ラインを介してポンプトラックに接続するように構成された第２のデータ通信インターフェースであって、各個別通信ラインは、ポンプ機能に関連した個別信号を伝える、第２のデータ通信インターフェースと
   を備え、
   該ソフトウェア命令は、該第２の直列通信リンクを介して受信されたポンプ制御コマンドを第１のデータ通信プロトコールから第２のデータ通信プロトコールに変換し、該１つ以上の個別通信ラインを介して受信された信号を該第２のデータ通信プロトコールにマップし、該第２のデータ通信プロトコールを用いて、該第１の直列通信リンクを介して該ポンプ制御装置と通信するように実行可能である、入出力インターフェース装置。
2. 前記第１のデータ通信インターフェースは、
   データを前記ポンプ制御装置へ送信する直列データ送信ラインと、
   データを前記ポンプ制御装置から受信する直列データ受信ラインと、
   同期クロック信号を伝えるクロックラインと、
   スレーブイネーブルラインと、
   電力／アースラインと
   を備える、請求項１に記載の入出力インターフェース装置。
3. 第１のケーブルは、前記直列データ送信ラインと、前記直列データ受信ラインと、前記クロックラインと、前記スレーブイネーブルラインと、前記電力／アースラインとをバンドルする、請求項２に記載の入出力インターフェース装置。
4. 前記第１のケーブルは、１５以下の伝導体を有する、請求項３に記載の入出力インターフェース装置。
5. 前記第１のケーブルは、３メートルを上回る長さに延長可能である、請求項３に記載の入出力インターフェース装置。
6. 前記第１のデータ通信インターフェースは、前記ポンプ制御装置とデータを送受信する個別通信ラインを含み、各個別通信ラインは、該ポンプ制御装置の機能に関連した個別信号を伝える、請求項１に記載の入出力インターフェース装置。
7. 少なくとも１つのポンプ制御装置を少なくとも１つの制御装置と結合する方法であって、
   回路基板上の第１の入出力インターフェースモジュールを実装することであって、該第１の入出力インターフェースモジュールは、プロセッサと、該プロセッサに結合され、該プロセッサによって実行可能なソフトウェア命令を有するコンピュータ可読媒体と、ポンプに内蔵されたポンプ制御装置に接続するように構成された第１のデータ通信インターフェースであって、該第１のデータ通信インターフェースは、第１の直列通信リンクによって該ポンプ制御装置に接続するように構成されている、第１のデータ通信インターフェースと、第２の直列通信リンクおよび１つ以上の個別通信ラインを介してポンプトラックに接続するように構成された第２のデータ通信インターフェースであって、各個別通信ラインは、該ポンプ制御装置の機能に関連した個別信号を伝える、第２のデータ通信インターフェースとを備える、ことと、
   該第２の直列通信リンクを介して受信されたポンプ制御コマンドを第１のデータ通信プロトコールから第２のデータ通信プロトコールに変換することと、
   該１つ以上の個別通信ラインを介して受信された信号を該第２のデータ通信プロトコールにマップすることと、
   該第２のデータ通信プロトコールを用いて、該第１の直列通信リンクを介して該ポンプ制御装置と通信することと
   を含む、方法。
8. 前記第１のデータ通信プロトコールにしたがって、前記制御装置からの信号を解釈し、前記第２のデータ通信プロトコールにしたがって、前記ポンプ制御装置へ対応する信号をアサートするために、および該第２のデータ通信プロトコールにしたがって、該ポンプ制御装置からの信号を解釈し、該第１のデータ通信プロトコールにしたがって、該制御装置へ対応する信号をアサートするために、前記第１の入出力インターフェースモジュールを構成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記制御装置からの信号を利用して、前記ポンプ制御装置がモータを動かす必要性および対応するプロセスを判断するように、前記第１の入出力インターフェースモジュールを構成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記制御装置から受信した信号を利用して、模擬信号を生成し、該模擬信号を該制御装置へ送信するように、前記第１の入出力インターフェースモジュールを構成することをさらに含み、該模擬信号は、該制御装置の少なくとも１つの所定の条件を満たし、該制御装置は、該少なくとも１つの所定の条件が満たされないことに応答して、エラー状態に入るように構成されている、請求項７に記載の方法。
11. 内蔵されたポンプ制御装置を有するポンプと、
    制御システムとのインターフェースを提供するポンプトラックと、
    該ポンプおよび該ポンプトラックとは別個の入出力インターフェースモジュールであって、該入出力インターフェースモジュールは、第１のデータ通信インターフェースおよび第２のデータ通信インターフェースを有し、該入出力インターフェースモジュールは、第１の直列通信リンクを介して、該内蔵されたポンプ制御装置に接続され、かつ、第２の直列通信リンクおよび１つ以上の個別ラインを介して、該ポンプトラックに接続される、入出力インターフェースモジュールと
    を備え、
    該入出力インターフェースモジュールは、
    第１のデータ通信プロトコールにしたがって、該ポンプトラックからのポンプ制御コマンドを変換し、第２のデータ通信プロトコールにしたがって、該ポンプ制御コマンドを該ポンプ制御装置に転送する、ことと、
    該１つ以上の個別通信ラインを介して受信された信号を該第２のデータ通信プロトコールにマップし、該第２のデータ通信プロトコールを用いて、該第１の直列通信リンクを介して該ポンプ制御装置と通信することと
    を行うように構成されている、システム。
12. 前記第１のデータ通信インターフェースは、データを前記ポンプ制御装置に送信する直列データ送信ラインと、データを該ポンプ制御装置から受信する直列データ受信ラインと、同期クロック信号を伝えるクロックラインと、スレーブイネーブルラインと、電力／アースラインとを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記入出力インターフェースモジュールと前記ポンプ制御装置との間に接続された第１のケーブルは、前記直列データ送信ライン、前記直列データ受信ライン、前記クロックライン、前記スレーブイネーブルライン、前記電力／アースラインをバンドルする、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１のケーブルは、１５以下の伝導体を有する、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第１のケーブルは、３メートルを上回る長さに延長可能である、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記第１のデータ通信インターフェースは、前記ポンプ制御装置とデータを送受信する個別通信ラインを含み、各個別通信ラインは、該ポンプ制御装置の機能に関連した個別信号を伝える、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記入出力インターフェースモジュールは、前記第１の直列通信リンクを介して前記ポンプから情報を受信し、１つ以上の偽信号を前記ポンプトラックにアサートするように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記ソフトウェア命令は、前記第１の直列通信リンクを介して前記ポンプから情報を受信し、１つ以上の偽信号を前記ポンプトラックにアサートするように実行可能である、請求項１に記載の入出力インターフェース装置。

Images