JP5241506B2 - ポンプの動作のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、２００６年２月２８日に出願された、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｐｕｍｐ」の米国特許出願第１１／３６４，２８６号、および２００５年１２月２日に出願された、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」の米国特許出願第１１／２９２，５５９号の優先権を主張し、これらの出願のそれぞれは、本願の中で十分に開示されるが如く本願に全体として参照によって援用される。

（発明の技術分野）
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、多段式ポンプに関する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、ポンプの作動、および／または半導体製造において使用される多段式ポンプの種々の動作、または作用の確認に関する。

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、オングストロームで測定されるウエハの表面全体が平坦であることが要求される。フォトレジスト化学物質等のプロセス化学物質がウエハに適用される速度は、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、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、しばしば１リットル当たり１０００ドルほどもかかる。したがって、最小限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、流体に損傷を与えていることがある（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）。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上昇の原因となる可能性がある。

また、多段ポンプ内で生じる他の条件も、適切な化学物質の分注を妨げ得る。これらの条件は、大部分は、プロセス内のタイミング変更から生じる。これらのタイミング変更は、例えば信号遅延等の意図的（例えば、レシピ変更）または非意図的である場合がある。

これらの条件が生じる場合、不適切な化学物質の分注の結果となる可能性がある。ある場合には、ウエハ上にまったく化学物質が分注されず、他の場合には、化学物質がウエハの表面全体に不均一に分散され得る。次いで、ウエハは、製造プロセスの１つ以上の残りのステップを受けるが、使用には不適切な状態となり、最終的に、廃棄物として廃棄されることになり得る。

多くの場合、廃棄物ウエハは、何らかの形態の品質管理手順を使用してのみ検出され得るという事実が、本問題をさらに悪化させる。しかしながら、一方で、不適切な分注がもたらされ、したがって廃棄物ウエハとなる条件は、依然として存続していた。その結果、最初の不適切な分注と、この不適切な分注によって生じる廃棄物ウエハの検出との合間に、他のウエハ上に多くの付加的不適切な蒸着が生じていた。これらのウエハは、やはり廃棄物として廃棄されなければならない。

以上から分かるように、したがって、適切な分注が生じているかを検出または確認することが望ましい。従来、この確認は、種々の技術を使用してなされていた。その１つは、ポンプの分注ノズルにおけるカメラシステムを利用して、分注が行われたことを確認する方法であった。しかしながら、これらのカメラシステムは、通常ポンプから独立しており、したがって別々に設置および較正されなければならないため、この解決手段は最適ではない。さらに、大多数の場合、これらのカメラシステムは、非常に高価である傾向がある。

別の方法は、ポンプの流体流路内で流量計を使用して、分注を確認する方法である。この方法もまた、問題がある。ポンプの流路内へ挿入された付加的構成要素は、ポンプ自体の価格が上昇するだけでなく、化学物質のポンプの通過に伴って、その汚染の危険も増大する。

したがって、以上からわかるように、ポンプの動作および作用を確認し、これらの動作および作用の適切な完了を迅速かつ正確に検出することができる方法およびシステムが必要とされる。

本発明の実施形態は、以前に開発されたポンプシステムおよび方法の不利点を実質的に排除または軽減する、ポンプ段全体圧力を制御するためのシステムおよび方法を提供する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、上流の供給ポンプによって印加される圧力の量を制御することによって、下流の分注ポンプにおける圧力を制御するためのシステムおよび方法を提供する。

本発明の実施形態は、第１段階ポンプ（例えば、供給ポンプ）と、第２段階ポンプにおいて流体の圧力を測定するための圧力センサを備えた、第２段階ポンプ（例えば、分注ポンプ）と、を有する多段ポンプ内の圧力を制御するためのシステムを提供する。ポンプ制御装置は、第１段階ポンプの動作を調節することによって、第２段階ポンプにおける流体圧力を調整することができる。ポンプ制御装置は、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサとに結合され（すなわち、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサと通信可能に動作し得る）、圧力センサから圧力測定結果を受信するように動作し得る。第２段階ポンプにおける圧力が第１の所定閾値（例えば、設定点、最大圧力閾値、または他の圧力閾値）に達したことを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、ポンプ制御装置は、第１段階ポンプにより低い圧力を流体に印加するようにさせることができる（例えば、モータ速度の減速、供給圧の低下、または別様に流体上への圧力を減少させることによって）。第２段階ポンプにおける圧力が閾値（例えば、設定点、最小圧力閾値、または他の閾値）を下回っていることを圧力測定結果が示す場合、制御装置は、第１段階ポンプにより高い圧力を流体に印加するようにさせることができる（例えば、第１段階ポンプのモータ速度の加速、供給圧の上昇、または別様に流体上への圧力を増加させることによって）。

本発明の別の実施形態は、多段式ポンプ内の分注ポンプの流体圧力を制御するための方法を含む。本方法は、供給ポンプにおいて流体に圧力を印加し、供給ポンプ下流の分注ポンプにおいて流体圧力を測定し、分注ポンプにおける流体圧力が所定の最大圧力閾値に達している場合、供給ポンプにおける流体上への圧力を上昇させ、分注ポンプにおける流体圧力が所定の最小圧力閾値を下回る場合、供給ポンプにおける流体上への圧力を低下させるステップを備えることができる。設定点は、最小および最大圧力閾値の両方として作用し得ることに留意されたい。

本発明のさらに別の実施形態は、ポンプを制御するためのコンピュータプログラム製品を備える。コンピュータプログラム製品は、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令を含み、圧力センサからの圧力測定結果を受信し、圧力測定結果を第１の所定閾値（最大圧力閾値、設定点、または他の閾値）と比較し、第２段階ポンプにおける圧力が既に第１の所定閾値に達していることを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、流体により低い圧力を印加するよう第１段階ポンプに指示する（例えば、モータ速度を減速、より低い供給圧を印加、または別様に第１段階ポンプによって流体上に印加される圧力を減少するするよう第１段階ポンプに指示することによって）、１つ以上のコンピュータ可読媒体上に格納された一式のコンピュータ命令を備えることができる。また、コンピュータプログラム製品は、第２のポンプにおける圧力が既に第２の閾値を下回っていることを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、流体により高い圧力を印加するよう第１のポンプに指示するように実行可能な命令を備えることができる。

本発明の別の実施形態は、供給ポンプと、供給ポンプと流体連通するフィルタと、フィルタと流体連通する分注ポンプと、供給ポンプとフィルタとの間の隔離弁と、フィルタと分注ポンプとの間の遮断弁と、分注ポンプにおける圧力を測定する圧力センサと、供給ポンプ、分注ポンプ、供給ポンプおよび圧力センサに接続された（すなわち、通信可能に動作し得る）制御装置とを備える、半導体製造プロセスにおける使用に適合された多段ポンプを含むことができる。供給ポンプは、供給チャンバと、供給チャンバ内の供給ダイヤフラムと、供給ダイヤフラムと接触し、供給ダイヤフラムを移動させる供給ピストンと、供給ピストンに結合された供給用送りネジと、供給用送りネジに運動を伝え、供給ピストンを動かすように供給用送りネジに結合された供給モータとをさらに備える。分注ポンプは、分注チャンバと、分注チャンバ内の分注ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムと接触し、分注ダイヤフラムを移動させる分注ピストンと、分注ピストンに結合され、分注チャンバ内の分注ピストンを移動させる分注用送りネジと、分注ピストンに結合された分注用送りネジと、分注用送りネジに運動を伝え、分注ピストンを動かすように分注用送りネジに結合された分注モータとをさらに備える。制御装置は、圧力センサから圧力測定結果を受信するように動作し得る。分注チャンバ内の流体の圧力が既に設定点に初めて達していることを圧力測定結果が示す場合、制御装置は、ほぼ一定の速度で作動し、分注ピストンを縮退するように分注モータに指示するよう動作し得る。次の圧力測定結果に対し、制御装置は、分注チャンバ内の流体の圧力が設定点を上回っていることを次の圧力測定結果が示す場合、減少した速度で作動するよう供給モータに指示し、次の圧力測定結果が設定点を下回る場合、増加した速度で作動するように供給モータに指示するよう動作し得る。

本発明の実施形態は、例えば、ユーザがプログラム可能な圧力閾値に基づいて、ポンプ内の最大流体圧力を低下させることによって利点を提供する。

本発明の実施形態によって提供される別の利点は、圧力スパイクおよび急激な圧力損失を低減または排除することができ、それによってプロセス流体の緩徐な処理をもたらされることである。

また、本発明の実施形態は、ポンプの動作または作用の検証等、ポンプの動作を監視するためのシステムおよび方法を提供する。ポンプの１つ以上のパラメータに対する基準プロファイルを確立してもよい。次いで、ポンプの次の動作の間、同一のパラメータセットに対する１つ以上の値を記録することによって、動作プロファイルを生成してもよい。次いで、１つ以上の時点または時点の集合において基準プロファイルおよび動作プロファイルの値を比較してもよい。動作プロファイルが一定の許容値を超えて基準プロファイルと異なる場合、警告を送信する、または別の措置を講じてもよく、例えば、ポンプシステムを終了してもよい。

一実施形態では、多段ポンプは、第１段階ポンプ（例えば、供給ポンプ）と、第２段階ポンプにおいて流体の圧力を測定するための圧力センサを備えた、第２段階ポンプ（例えば、分注ポンプ）とを有する。ポンプ制御装置は、ポンプの動作を監視することができる。ポンプ制御装置は、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサとに結合され（すなわち、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサと通信可能に動作し得る）、パラメータに対応する第１の動作プロファイルを生成し、第１の動作プロファイルに関連した１つ以上の値のそれぞれを、基準プロファイルに関連した対応する値と比較し、１つ以上の値のそれぞれが、対応する値の許容値内であるか否かを判断するよう動作し得る。

本発明のさらに別の実施形態は、ポンプを制御するためのコンピュータプログラム製品を備える。コンピュータプログラム製品は、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令を含み、パラメータに対応する第１の動作プロファイルを生成し、第１の動作プロファイルに関連した１つ以上の値のそれぞれを、基準プロファイルに関連した対応する値と比較し、１つ以上の値のそれぞれが対応する値の許容値内であるか否かを判断する、１つ以上のコンピュータ可読媒体上に格納された一式のコンピュータ命令を備えることができる。

別の実施形態では、動作プロファイルは、ポンプの動作中のある時点におけるパラメータに対し、値を記録することによって生成される。

一特定の実施形態では、これらの時点は、１ミリ秒乃至１０ミリ秒離れている。

他の実施形態では、パラメータは、流体の圧力である。

本発明の実施形態は、ポンプシステムの動作および作用に関する種々の問題を検出することによって利点を提供する。例えば、１つ以上の時点における基準圧力と、ポンプの動作中に測定された圧力プロファイルの１つ以上の時点とを比較することによって、不適切な分注が検出され得る。同様に、ポンプの１つ以上の動作段の間のモータの動作速度と、このモータに対する動作の基準速度とを比較することによって、ポンプシステム内のフィルタの目詰まりが検出され得る。

本発明の実施形態によって提供される別の利点は、ポンプの構成要素の誤動作または起こり得る故障を検出し得ることである。

これらの側面および本発明の他の側面は、以下の説明および添付図面と併せて考察されるとき、より明確に真価が認められ、理解されるであろう。以下の説明は、本発明の種々の実施形態およびその多数の特定の細部を表示すると同時に、例証として提供されるが、限定するものではない。多くの代用形態、修正形態、追加形態または再配置形態は、本発明の範囲内で製作してもよく、本発明には、そのような代用形態、修正形態、追加形態または再配置形態のすべてが含まれる。

本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の特定の側面を描写することを意図している。本発明ならびに本発明によって提供されるシステムの構成要素および動作のより明確な印象は、図面に図示される例示的、したがって非限定的実施形態を参照することによって容易に明白となるであろう。ここで、一致する参照番号は、同一の構成要素を示す。図面に図示される機能は、必ずしも正確な縮尺で描かれてはいないことに留意されたい。

好ましい本発明の実施形態を図に例示し、同様の数表示は、種々の図面の同様の、および対応する部分を言及するために使用されている。

本発明の実施形態は、ポンプを使用して流体を正確に分注するポンプシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、供給段階ポンプの制御を提供し、下流の分注段階ポンプにおける流体圧力を調整する。本発明の一実施形態によると、分注段階ポンプにおける圧力センサは、分注チャンバ内の圧力を測定する。圧力が所定閾値に達すると、分注段階ポンプは、所定の速度で分注チャンバの利用可能な容積の増加を開始し（例えば、ダイヤフラムを動かすことによって）、それによって分注チャンバ内の圧力を低下させることができる。分注チャンバ内の圧力が最小閾値（または、設定点）を下回る場合、供給段階ポンプの動作速度を加速し、それによって分注チャンバ内の圧力を上昇させることができる。圧力が最大圧力閾値（または、設定点）を上回る場合、供給ポンプの速度を減少させることができる。このように、上流の供給ポンプの速度を調整し、下流の分注ポンプ内の圧力を制御することができる。

さらに、本発明の実施形態は、ポンプを使用して流体を正確に分注するポンプシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ポンプの動作を監視するためのシステムおよび方法に関し、ポンプの動作または作用の確認または検証を含む。一実施形態によると、本発明は、ポンプからの流体の正確な分注、ポンプ内のフィルタの適切な動作等を検証するための方法を提供する。ポンプの１つ以上のパラメータに対する基準プロファイルを確立してもよい。次いで、ポンプの次の動作の間、同一のパラメータセットに対する１つ以上の値を記録することによって、動作プロファイルを生成してもよい。次いで、基準プロファイルおよび動作プロファイルの値は、１つ以上の時点または時点の集合において比較してもよい。動作プロファイルが一定の許容値を超えて基準プロファイルと異なる場合、警告を送信する、または別の措置を講じてもよく、例えば、ポンプシステムを終了してもよい。

これらのシステムおよび方法は、ポンプの動作および作用に関する種々の問題を検出するために使用されてもよい。例えば、１つ以上の時点における基準圧力と、ポンプの動作中に測定された圧力プロファイルの１つ以上の時点とを比較することによって、不適切な分注が検出され得る。同様に、ポンプの１つ以上の動作段階の間のモータの動作速度と、このモータに対する動作の基準速度とを比較することによって、ポンプ内のフィルタの目詰まりが検出され得る。本発明のシステムおよび方法に対するこれらおよび他の使用は、以下の開示を検討後、明白となるであろう。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明の種々の実施形態で利用され得るポンプまたはポンプシステムの例示的実施形態を記載することは有用となり得る。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、多段式ポンプ１００とを含み、ウエハ２５上へ流体を分注するために恊働することができる。多段式ポンプ１００の動作は、多段式ポンプ１００に内蔵される、または制御信号、データもしく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、多段式ポンプ１００に接続されることが可能なポンプ制御装置２０によって制御することができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプ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の媒体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の媒体）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−ｂｉｔ 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の実施形態では、制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介して多段式ポンプ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、または他の適切な方法で実装することができる。ポンプ制御装置２０は、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）を含むことによって、多段式ポンプ１００と通信可能となる。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、表示デバイス、周辺機器、または簡単にするために示さないが他のコンピュータ構成要素を含み、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、多段式ポンプ内の種々の弁およびモータを制御することができ、多段式ポンプに、低粘性流体または他の流体を含む流体を正確に分注させる。また、ポンプ制御装置２０は、本明細書に記載のシステムおよび方法の実施形態を実装するよう動作し得る命令を実行してもよい。

図２は、多段式ポンプ１００の図である。多段式ポンプ１００には、供給段階部分１０５および別個の分注段階部分１１０が含まれる。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、多段式ポンプ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で流体圧力を測定することができる圧力センサ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、以下に記載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。圧力センサの例には、ドイツ、コルブのＭｅｔａｌｌｕｘ ＡＧ製のものを含み、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。他の圧力センサを使用することも可能であり、圧力センサは、分注段階チャンバに加え、あるいはその代わりに、供給段階チャンバ内の圧力を読み取るように配置されることができる。

供給段階１０５および分注段階１１０は、多段式ポンプ１００内の流体をポンプで汲み上げるために、回転ダイヤフラムポンプを含むことができる。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通してステッピングモータ１７５に結合する。一実施形態によると、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。他の実施形態によると、供給段階１０５および分注段階１１０は、空気圧または液圧によって作動するポンプ、液圧ポンプまたは他のポンプを含む、種々の他のポンプであってもよい。供給段階用の空気圧によって作動するポンプ、およびステッピングモータ駆動の液圧ポンプを使用した多段式ポンプの一例は、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１１／０５１，５７６号に記載されている。

供給モータ１７５および分注モータ２００は、任意の適切なモータであってもよい。一実施形態によると、分注モータ２００は、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）である。ＰＭＳＭは、モータ２００、多段式ポンプ１００内蔵の制御装置、または別個のポンプ制御装置（例えば、図１に示すような）で、フィールドオリエンティッド制御（「ＦＯＣ」）または当技術分野で既知の他の型の位置／速度制御部を利用するデジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）によって制御することができる。さらに、ＰＭＳＭ２００は、分注モータ２００の位置の即時フィードバックのためのエンコーダ（例えば、細線回転式位置エンコーダ）をさらに含むことが可能である。位置センサを使用すると、ピストン１９２の位置の正確で反復可能な制御が得られ、ひいては分注チャンバ１８５内での流体運動に正確で反復可能な制御をもたらす。例えば、一実施形態に従い、ＤＳＰに８０００パルスをもたらす２０００ラインエンコーダを使用して、０．０４５度の回転で正確に測定し、制御することが可能となる。さらに、ＰＭＳＭは、振動がほとんどまたは全くない状態の低速で駆動することができる。さらに、供給モータ１７５は、ＰＭＳＭまたはステッピングモータであってもよい。本発明の一実施形態によると、供給段階モータ１７５は、ステッピングモータ（部品番号Ｌ１ＬＡＢ−００５）であって、分注段階モータ２００は、ブラシレスＤＣモータ（部品番号ＤＡ２３ＤＢＢＬ−１３Ｅ１７Ａ）であってもよく、両方とも米国ニューハンプシャー州ＥＡＤ Ｍｏｔｏｒｓ ｏｆ Ｄｏｖｅｒから入手可能である。

多段式ポンプ１００の弁は、多段式ポンプ１００の種々の部分に流体の流れを許容または制限するために開閉する。一実施形態によると、これらの弁は、圧力または真空が印加されるか否かに応じて開閉する、空気圧によって作動する（すなわち、ガスで駆動）ダイヤフラム弁であってもよい。しかしながら、他の本発明の実施形態では、任意の適切な弁を使用することができる。

動作において、多段式ポンプ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の中に汲み上げる。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内で高め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の中への流体の流れが可能となる。濾過区分の間には、分注ポンプ１８０は、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に組み込まれる、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｈｏｍｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ 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第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号に記載されるように、分注ポンプのホーム位置は、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、多段式ポンプ１００の未使用の保持量を減少させ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。

流体の分注チャンバ１８５への流入に伴って、流体の圧力は増加する。本発明の一実施形態によると、分注チャンバ１８５内の流体圧力が所定の圧力設定点（例えば、圧力センサ１１２によって測定）に達すると、分注段階ポンプ１８０は、分注段階ダイヤフラム１９０の撤収を開始する。言い換えると、分注段階ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５の利用可能な容積を増加し、流体を分注チャンバ１８５内へ流入させる。これは、例えば、分注モータ２００を所定の速度で反転させ、分注チャンバ１８５内の圧力を低下させることによってなされ得る。分注チャンバ１８５内の圧力が設定点（システムの許容値内）を下回る場合、供給モータ１７５の速度が増加させられ、分注チャンバ１８５内の圧力が設定点に達するようになされる。圧力が設定点（システムの許容値内）を上回る場合、供給ステッピングモータ１７５の速度は減少させられ、下流の分注チャンバ１８５内の圧力を低下するようになされる。供給段階モータ１７５の速度の加減プロセスは、定位置に分注段階ポンプが達するまで繰り返すことができ、両モータは、そこで停止可能となる。

別の実施形態によると、濾過区分の間の第１段階モータ速度は、「不動帯」制御方式を使用して制御することができる。分注チャンバ１８５内の圧力が最初の閾値に達すると、分注段階ポンプは、分注段階ダイヤフラム１９０を動かし、流体をより大量に分注チャンバ１８５内へ流入させることができ、それによって分注チャンバ１８５内の圧力を低下させる。圧力が最小圧力閾値を下回る場合、供給段階モータ１７５の速度が増加させられ、分注チャンバ１８５内の圧力を増加させる。分注チャンバ１８５内の圧力が最大圧力閾値を上回る場合、供給段階モータ１７５の速度は減少させられる。再び、供給段階モータ１７５の速度の加減プロセスは、定位置に分注段階ポンプが達するまで繰り返すことができる。

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、流体に圧力を加え、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を制御し、所定の速度で排出を生じさせることができ、より長い排出時間およびより低速での排出が可能になり、それによって排出廃棄量の正確な制御が可能となる。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、他の賢明な非制御方法の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内の流体に圧力を加え、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いかなる流体も、多段式ポンプ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。準備完了区分の間には、隔離弁１３０および遮断弁１３５は開状態となり、またパージ弁１４０は閉状態となることができるので、供給段階ポンプ１５０は、流体源（例えば、流体源ボトル）の周囲圧力に達することができる。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ので、出口弁１４７は最初に開状態となり、所定の時間が経過すると、分注モータ２００が起動する。これによって、分注ポンプ１８０が部分的に開放された出口弁１４７へ流体を押し入れることを防止する。さらに、これによって、弁開口部によってもたらされる、流体の分注ノズル上昇、続いてモータ作用によって生じる前方への流体の動きを防止する。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。さらに、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、流体を分注チャンバの中へ吸い戻すために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。

図３を簡単に参照すると、この図は、図１の多段式ポンプ１００の動作の種々の区分に対する弁および分注モータのタイミング図を提供している。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、時刻が若干ずれている（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が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／分注ステージは、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に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、流体に圧力スパイクを引き起こす可能性がある。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。例えば、パージ弁１４０は、閉状態となるとき分注チャンバ１８５内へ少量の流体を排出する可能性がある。パージ弁１４０の閉鎖によって圧力上昇が生じると、出口弁１４７が閉鎖されるため、圧力が低下しない場合は、ウエハ上への流体の「吐出」が、その後の分注区分の間に起こることがある。静的パージ区分、または付加的区分の間のこの圧力を開放するため、分注モータ２００を反転させ、ピストン１９２を所定の距離後退させ、遮断弁１３５および／またはパージ弁１４０の閉鎖によって生じた圧力上昇を補正してもよい。

圧力スパイクは、パージ弁１４０だけではなく、他の弁の閉鎖（または、開放）によっても生じ得る。前記準備完了区分の間、分注チャンバ１８５内の圧力は、ダイヤフラムの特性、温度、または他の要因に基づいて変化し得ることはさらに留意されたい。分注モータ２００は、この圧力変動を補正するために制御することができる。

このようにして、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作を特徴とする多段式ポンプを提供する。供給ポンプの動作を制御することによって、分注ポンプにおける圧力センサからの即時フィードバックに基づいて、潜在的に損傷を及ぼし得る圧力スパイクを回避することができる。さらに、本発明の実施形態は、プロセス流体上への圧力の悪影響を緩和するのに役立つ他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４は、多段式ポンプ１００のためのポンプアセンブリの一実施形態の図である。多段式ポンプ１００は、多段式ポンプ１００を通して種々の流体流路を画定する分注ブロック２０５を含むことができる。一実施形態によると、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ので、これらの材料を使用すると、流通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、流体を受ける入口２１０、排出区分の間に流体を排出するための排出出口２１５、および流体が分注区分の間に分注される分注出口２２０を含み、種々の外部入口および外部出口を含むことができる。図４の例では、パージされた流体は、供給チャンバに送り戻されるので（図５Ａおよび図５Ｂに示す）、分注ブロック２０５は、外部パージ出口を含まない。しかしながら、他の本発明の実施形態では、流体は、外部から空抜きすることができる。

分注ブロック２０５は、供給ポンプと、分注ポンプと、フィルタ１２０とへ流体を送る。ポンプカバー２２５は、供給モータ１７５および分注モータ２００を損傷から保護することができるが、ピストンハウジング２２７は、ピストン１６５およびピストン１９２を保護することができる。弁板２３０は、流体の流れを多段式ポンプ１００の種々の構成要素に誘導するように構成することができる弁システム（例えば、図２の入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、および排出弁１４５）のための弁ハウジングを提供する。一実施形態によると、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、および排出弁１４５のそれぞれは、弁板２３０に少なくとも部分的に統合され、対応するダイヤフラムに圧力または真空を印加するか否か、出口弁１４７が分注ブロック２０５の外部であるか否かに応じて開状態または閉状態となるダイヤフラム弁である。各弁に対し、ＰＴＦＥ、修飾ＰＴＦＥ、組成物、または他の材料のダイヤフラムが、弁板２３０と分注ブロック２０５との間に挟入される。弁板２３０は、それぞれの弁のための弁制御入口を含み、対応するダイヤフラムに圧力または真空を印加する。例えば、入口２３５は遮断弁１３５に、入口２４０はパージ弁１４０に、入口２４５は隔離弁１３０に、入口２５０は排出弁１４５に、入口２５５は入口弁１２５に対応する。入口へ圧力または真空を選択的に印加することによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。

弁制御ガスおよび真空は、弁制御マニホールド（カバー２６３の下の領域に位置する）から分注ブロック２０５を通って弁板２３０へ達する、弁制御供給管路２６０を介して弁板２３０に提供される。弁制御ガス供給入口２６５は、加圧ガスを弁制御マニホールドに提供し、真空入口２７０は、真空（または低圧力）を弁制御マニホールドに提供する。弁制御マニホールドは、対応する弁を作動させるために、供給管路２６０を介して弁板２３０の適切な入口に加圧ガスまたは真空を送る三方弁の役割をする。

図５Ａは、そこに画定される流体の流れの通路を示すために透明にされる分注ブロック２０５を有する多段式ポンプ１００の一実施形態の図である。分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００のための種々のチャンバおよび流体流路を画定する。一実施形態によると、供給チャンバ１５５および分注チャンバ１８５は、分注ブロック２０５に直接機械加工することができる。さらに、種々の流路は、分注ブロック２０５に機械加工することができる。流体流路２７５（図５Ｃに示す）は、入口２１０から入口弁に達する。流体流路２８０は、入口弁から供給チャンバ１５５へ達し、入口２１０から供給ポンプ１５０へのポンプ入口路を終了する。弁ハウジング２３０内の入口弁１２５は、入口２１０と供給ポンプ１５０との間の流れを調節する。流通路２８５は、弁板２３０内で供給ポンプ１５０から隔離弁１３０へ流体を送る。隔離弁１３０からの流出は、他の流通路（図示せず）によってフィルタ１２０へ送られる。流体は、フィルタ１２０から、フィルタ１２０を排出弁１４５および遮断弁１３５に接続する流通路を通って流れる。排出弁１４５からの流出は、排出出口２１５へ送られ、遮断弁１３５からの流出は、流通路２９０を介して分注ポンプ１８０へ送られる。分注ポンプは、分注区分の間では、流通路２９５を介して出口２２０へ、またはパージ区分の間では、流通路３００を通ってパージ弁へ流体を流出することができる。パージ区分の間では、流体は、流通路３０５を通って供給ポンプ１５０に戻ることができる。流体流路は、ＰＴＦＥ（または他の材料）ブロック内に直接形成することができるので、分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００の種々の部品の間のプロセス流体のためのパイピング、さらなる管類の必要性を除去または軽減する役割をすることができる。他の場合には、管類は、流体流路を画定するために、分注ブロック２０５に挿入することができる。図５Ｂは、一実施形態による、流通路のうちのいくつかを示すために透明にされた分注ブロック２０５の図を提供する。

図５Ａは、供給段階モータ１９０を含む供給ポンプ１５０と、分注モータ２００を含む分注ポンプ１８０と、弁制御マニホールド３０２とを表示するためにポンプカバー２２５および上蓋２６３を外した状態の多段式ポンプ１００をさらに示す。本発明の一実施形態によると、供給ポンプ１５０、分注ポンプ１８０および弁板２３０の一部分は、分注ブロック２０５内の対応する空洞に挿入される棒（例えば、金属棒）を使用して、分注ブロック２０５に結合することができる。それぞれの棒は、ネジを受けるための１つ以上のネジ穴を含むことができる。一例として、分注モータ２００およびピストンハウジング２２７は、棒２８５内の対応する穴に螺入するために、分注ブロック２０５内のネジ穴を通って達する１つ以上のネジ（例えば、ネジ２７５およびネジ２８０）によって分注ブロック２０５に取り付けることができる。構成要素を分注ブロック２０５に結合するためにこの機構は、例証として提供され、任意の適切な添着機構を使用できることが留意されるべきである。

図５Ｃは、弁板２３０へ圧力または真空を印加するための供給管路２６０を示す多段式ポンプ１００の図である。図４と併せて論じたように、弁板２３０内の弁は、流体が多段式ポンプ１００の種々の構成要素に流れるように構成することができる。弁の作動は、それぞれの供給管路２６０に圧力か、または真空を誘導する弁制御マニホールド３０２によって制御される。それぞれの供給管路２６０は、小さな開口部（すなわち、制約）を有する取付部品（取付部品の例は３１８に示す）を含むことができる。それぞれの供給管路内の開口部は、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つ。これにより、弁は、より円滑に開閉できる。

図６は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的アセンブリを例示する図である。図６では、弁板２３０は、上記のように、分注ブロック２０５に既に結合されている。供給段階ポンプ１５０については、送りネジ１７０を有するダイヤフラム１６０は、供給チャンバ１５５の中に挿入することができるが、分注ポンプ１８０については、送りネジ１９５を有するダイヤフラム１９０は、分注チャンバ１８５の中に挿入することができる。ピストンハウジング２２７は、それを通して達する送りネジを有する供給および分注チャンバ上に設置される。分注モータ２００は送りネジ１９５に結合し、回転雌ネジ式ナットを通して送りネジ１９５に直線運動を伝えることができる。同様に、供給モータ１７５は送りネジ１７０に結合され、回転雌ネジ式ナットを通して送りネジ１７０に直線運動を伝えることができる。スペーサ３１９は、ピストンハウジング２２７から分注モータ２００をオフセットするために使用することができる。図示している実施形態のネジは、図５に併せて記載するように、分注ブロック２０５に挿入されるネジ穴を有する棒を使用して、供給モータ１７５および分注モータ２００を多段式ポンプ１００に添着する。例えば、ネジ３１５は、棒３２０内のネジ穴にネジ山をつけることができ、ネジ３２５は、供給モータ１７５を結合する棒３３０内のネジ穴にネジ山をつけることができる。

図７は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的アセンブリをさらに例示する図である。図７は、分注ブロック２０５にフィルタ取付部品３３５、３４０および３４５を加えるところを例示する。ナット３５０、３５５、３６０は、フィルタ取付部品３３５、３４０、３４５を保持するために使用することができる。任意の適切な取付部品を使用することができ、例示されている取付部品は、一例として提供されることが留意されるべきである。それぞれのフィルタ取付部品は、供給チャンバ、排出出口または分注チャンバへの流通路のうちの１つへ（すべて弁板２３０を介して）通じる。圧力センサ１１２は、圧力が分注チャンバ１８５に触れる面を察知する状態で、分注ブロック２０５の中に挿入することができる。Ｏリング３６５は、圧力センサ１１２の分注チャンバ１８５との接合部分を密閉する。圧力センサ１１２は、ナット３６７によって適所に確実に保持される。弁制御マニホールド３０２は、ピストンハウジング２２７に螺入することができる。弁制御管路（図示せず）は、弁制御マニホールド３０２の出口から分注ブロック２０５の開口部３７５中に、そして分注ブロック２０５の上部を出て弁板２３０（図４に示す）に達する。

さらに、図７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例示する。圧力センサ１１２は、１つ以上のワイヤ（３８０に表す）を介して制御装置２０に圧力測定値を通信する。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２０５を含む。さらに、分注モータ２００は、位置情報（例えば、位置管路エンコーダ）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３９０を含むことができる。

図８Ａは、分注ブロック２０５、弁板２３０、ピストンハウジング２２７、送りネジ１７０および送りネジ１９５を含む、多段式ポンプ１００の一部分の側面図を例示する。図８Ｂは、分注ブロック２０５、分注チャンバ１８５、ピストンハウジング２２７、送りネジ１９５、ピストン１９２および分注ダイヤフラム１９０を示す、図８Ａの断面図を例示する。図８Ｂに示すように、分注チャンバ１８５は、分注ブロック２０５によって少なくとも部分的に画定することができる。送りネジ１９５が作動するにつれて、ピストン１９２は、分注ダイヤフラム１９０を移動させるために上方（図８Ｂに示す配列に対して）に動かすことができ、それによって、出口流通路２９５を介して分注チャンバ１８５内の流体をチャンバから流出させる。図８Ｃは、図８Ｂの細部Ｂを示す。図８Ｃに示す実施形態では、分注ダイヤフラム１９０は、分注ブロック２００内のグローブ４００に嵌着するトング３９５を含む。このようにして、本実施形態では、分注ダイヤフラム１９０の端縁部は、ピストンハウジング２２７と分注ブロック２０５との間で密閉される。一実施形態によると、分注ポンプおよび／または供給ポンプ１５０は、回転ダイヤフラムポンプであってもよい。

図１〜図８Ｃと併せて記載した多段式ポンプ１００は、一例として提供されているが、限定されるものではなく、本発明の実施形態は、他の多段式ポンプの構成として実践することができることが留意されるべきである。

上述のように、本発明の実施形態は、多段式ポンプ（例えば、多段式ポンプ１００）動作の濾過区分の間、圧力制御を提供することができる。図９は、濾過区分の間、圧力を制御するための方法の一実施形態を示す工程図である。図９の方法は、多段式ポンプを制御するようにプロセッサによって実行可能である、コンピュータ可読媒体上に格納されたソフトウェア命令を使用して、実装することができる。濾過区分の開始時、モータ１７５は、所定の速度で供給チャンバ１５５から流体の押出を開始し（ステップ４０５）、流体を分注チャンバ１８５に流入させる。分注チャンバ１８５内の圧力が所定の設定点（ステップ４１０で圧力センサ１１２によって測定される）に達すると、分注モータは、ピストン１９２およびダイヤフラム１９０を縮退するように動作を開始する（ステップ４１５）。分注モータは、一実施形態によると、所定の速度でピストン１６５を縮退することができる。このように、分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体のために利用可能な容積を増やし、それによって流体の圧力を低下させる。

圧力センサ１１２は、分注チャンバ１８５内の流体圧力を継続的に監視する（ステップ４２０）。圧力が設定点またはそれを上回る場合、供給段階モータ１７５が減少した速度で作動（ステップ４２５）、または供給モータ１７５が増加した速度で作動する（ステップ４３０）。分注チャンバ１８５における即時圧力に基づく供給段階モータ１７５の速度の加減プロセスは、分注ポンプ１８０が定位置（ステップ４３５において測定）に達するまで継続することができる。分注ポンプ１８０が定位置に達すると、供給段階モータ１７５および分注段階モータ２００は停止することができる。

分注ポンプ１８０がその定位置に達したか否かは、種々の方法で判断できる。例えば、「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、および「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｈｏｍｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｅｎｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ」の名称でＬａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００５年１１月２１日に出願した国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号（参照することによって完全に本明細書に組み込まれる）に記載されるように、これは、送りネジ１９５、したがってダイヤフラム１９０の位置を測定する定位置センサによってなされることができる。他の実施形態では、分注段階モータ２００は、ステッピングモータであってもよい。この場合、分注ポンプ１８０がその定位置にあるか否かは、モータのステップを数えることによって判断することができる。これは、各ステップが、ダイヤフラム１９０を特定量を移動するためである。図９のステップは、必要または所望に応じて、繰り返すことができる。

図１０は、本発明の一実施形態による、多段式ポンプを作動するための分注チャンバ１８５における圧力プロファイルを示す。時点４４０において、分注が開始され、分注ポンプ１８０が流体を出口へ押し出す。時点４４５において、分注が終了する。分注ポンプ１８０は、典型的には本区分に関与していないため、分注チャンバ１８５における圧力は、充填区分の間ほぼ一定のままである。時点４５０において、濾過区分が開始され、供給段階モータ１７５が所定速度で前進し、供給チャンバ１５５から流体を押し出す。図１０から分かるように、分注チャンバ１８５内の圧力は、上昇し始め、時点４５５で所定の設定点に達する。分注チャンバ１８５内の圧力が設定点に達すると、分注モータ２００は、一定の速度で反転し、分注チャンバ１８５内の利用可能な容積を増加させる。時点４５５と時点４６０との間の圧力プロファイルの比較的平らな部分では、供給モータ１７５の速度は、圧力が設定点以下に減少すると増加し、設定点に達すると低下する。これによって、分注チャンバ１８５内の圧力はほぼ一定の圧力に保たれる。時点４６０において、分注モータ２００がその定位置に達すると、濾過区分は終了する。時点４６０の急激な圧力スパイクは、濾過終了時の遮断弁１３５の閉鎖によって生じる。

図９および１０に関連して記載された制御方式は、単一の設定点を使用する。しかしながら、他の本発明の実施形態では、最小および最大圧力閾値を使用できる。図１１は、最小および最大圧力閾値を使用する方法の一実施形態を示す工程図である。図１１の方法は、多段式ポンプを制御するようにプロセッサによって実行可能なコンピュータ可読媒体上に格納された、ソフトウェア命令を使用して実装することができる。濾過区分の開始時、モータ１７５が、所定の速度で供給チャンバ１５５から流体の押出を開始し（ステップ４７０）、流体を分注チャンバ１８５に流入させる。分注チャンバ１８５内の圧力が最初の閾値に達すると（判断ステップ４８０において、圧力センサ１１２からの測定結果によって）、分注モータは、ピストン１９２およびダイヤフラム１９０を縮退するよう動作を開始する（ステップ４８５）。この最初の閾値は、最大または最小閾値のいずれかと同一または異なってもよい。分注モータは、一実施形態によると、所定の速度でピストン１６５を縮退することができる。このように、分注ポンプ１８０は縮退し、分注チャンバ１８５内の流体のための利用可能な容積を増加させ、それによって流体の圧力を低下させる。

圧力センサ１１２は、分注チャンバ１８５内の流体圧力を継続的に監視する（ステップ４９０）。圧力が最大圧力閾値に達する場合、供給段階モータ１７５は、所定の速度で作動する（ステップ４９５）。圧力が最小圧力閾値を下回る場合、供給段階モータ１７５は、増加した速度で作動する（ステップ５００）。分注チャンバ１８５における圧力に基づく供給段階モータ１７５の速度の加減プロセスは、分注ポンプ１８０が定位置（ステップ５０５において測定）に達するまで継続することができる。分注ポンプ１８０が定位置に達すると、供給段階モータ１７５および分注段階モータ２００は、停止することができる。再び、図１１のステップは、必要または所望に応じて繰り返すことができる。

このように、本発明の実施形態は、供給ポンプによって流体に印加される圧力を制御することによって、分注ポンプ１８０における圧力を制御するための機構を提供する。分注ポンプ１８０における圧力が所定閾値（例えば、設定点または最大圧力閾値）に達すると、供給段階ポンプ１５０の速度を減少させることができる。分注ポンプ１８０における圧力が所定閾値（例えば、設定点または最小圧力閾値）を下回る場合、供給段階ポンプ１５０の速度を増加させることができる。本発明の一実施形態によると、供給段階モータ１７５は、分注チャンバ１８５における圧力に応じて、所定の速度間を循環することができる。他の実施形態では、供給段階モータ１７５の速度は、分注チャンバ１８５内の圧力が所定閾値（例えば、設定点または最大圧力閾値）を上回る場合、継続的に減少させられ、分注チャンバ１８５内の圧力が所定閾値（例えば、設定点または最小圧力閾値）を下回る場合、継続的に減少させることができる。

上述のように、多段式ポンプ１００は、モータ１７５（例えば、ステッピングモータ、ブラシレスＤＣモータ、または他のモータ）を有する供給ポンプ１５０を含み、分注チャンバ１８５における圧力に応じて、速度を変更することができる。本発明の別の実施形態によると、供給段階ポンプは、空気圧によって作動されるダイヤフラムポンプであってもよい。図１２は、空気圧式供給ポンプ５１５を含む、多段式ポンプ５１０の一実施形態の図である。多段式ポンプ１００と同様に、多段式ポンプ５１５は、供給段階部分１０５と、別個の分注段階部分１１０とを含む。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、多段式ポンプ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で流体圧力を測定することができる圧力センサ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、以下に記載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。

供給ポンプ５１５は、開放された入口弁１２５を通って流体供給量から流体を引き出し得る、供給チャンバ５２０を含む。供給チャンバ５２０への流体の流出入を制御するために、供給弁５２５は、真空、供給陽圧、または大気を供給ダイヤフラム５３０に印加するか否かを制御する。一実施形態によると、加圧されたＮ_２を使用して、供給圧を提供することができる。流体を供給チャンバ５２０へ流入させるために、ダイヤフラムが供給チャンバ５２０の壁と反対方向に引かれるように、真空がダイヤフラム５３０に印加される。供給チャンバ５２０から流体を押し出すために、供給圧をダイヤフラム５３０に印加してもよい。

一実施形態によると、濾過区分の間の分注チャンバ１８５における圧力は、ダイヤフラム５３０へ供給圧を選択的に印加することによって調整することができる。濾過開始時、供給圧が供給ダイヤフラム５３０に印加される。この圧力は、分注チャンバ１８５において所定の圧力閾値（例えば、最初の閾値、設定点、または他の所定閾値）に達するまで（例えば、圧力センサ１１２によって測定）、印加され続ける。最初の閾値に達すると、分注ポンプ１８０のモータ２００は、縮退を開始し、分注チャンバ１８５内の流体に対し利用可能な容積をより提供する。圧力センサ１１２は、分注チャンバ１８５内の圧力を継続的に読み取ることができる。流体圧力が所定閾値（例えば、最大圧力閾値、設定点、または他の閾値）を上回る場合、供給ポンプ５１５における供給圧は、除去または減少させることができる。分注チャンバ１８５における流体圧力が所定閾値（例えば、最小圧力閾値、設定点、または他の所定閾値）を下回る場合、供給圧は、供給ポンプ５１５において再印加することができる。

このように、本発明の実施形態は、分注ポンプで測定された圧力に基づいて、供給ポンプの動作を調節することによって、濾過区分の間の流体の圧力を調整するためのシステムおよび方法を提供する。供給ポンプの動作は、例えば、供給ポンプモータ速度の加減、供給ポンプにおいて印加される供給圧の増減、または別様に下流のプロセス流体の圧力を増減させるための供給ポンプの動作の調節によって、変更することができる。

また、本発明の実施形態は、排出区分の間の流体圧力の制御を提供する。図２を参照すると、遮断弁１３５が排出区分の間開放したままである場合、圧力センサ１１２は、フィルタ１２０内の流体の圧力によって影響を受ける分注チャンバ１８５内の流体の圧力を測定する。圧力が所定閾値（例えば、最大圧力閾値または設定点）を上回る場合、供給モータ１７５の速度を減少させることができ（または、図１２の実施例において供給圧を低下する）、圧力が所定閾値（例えば、最小圧力閾値または設定点）を下回る場合、供給モータ１７５の速度を増加させることができる（または、図１２の実施例において供給圧を上昇する）。別の実施形態によると、ユーザは、排出速度（例えば、０．０５ｃｃ／秒）および排出量（例えば、０．１５ｃｃまたは３秒）を提供することができ、供給モータは、特定の時間の間適切な速度で流体を移動させることができる。

上述から理解されるように、本発明の一実施形態は、第１段階ポンプ（例えば、供給ポンプ）と、第２段階ポンプにおける流体の圧力を測定するための圧力センサを備えた第２段階ポンプ（例えば、分注ポンプ）とを有する多段ポンプ内の圧力を制御するためのシステムを提供する。ポンプ制御装置は、第１段階ポンプの動作を調節することによって、第２段階ポンプにおける流体圧力を調整することができる。ポンプ制御装置は、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサとに結合され（すなわち、第１段階ポンプと、第２段階ポンプと、圧力センサと通信可能に動作し得る）、圧力センサからの圧力測定結果を受信するように動作し得る。第２段階ポンプにおける圧力が第１の所定閾値（例えば、設定点、最大圧力閾値、または他の圧力閾値）に達していることを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、ポンプ制御装置は、第１段階ポンプに流体上に減少した圧力を印加させることができる（例えば、モータ速度の減速、供給圧の低下、または流体上への圧力の低下によって）。第２段階ポンプにおける圧力が閾値（例えば、設定点、最小圧力閾値、または他の閾値）を下回っていることを圧力測定結果が示す場合、制御装置は、第１段階ポンプに流体上に増加した圧力を印加させることができる（例えば、第１段階ポンプのモータ速度の増加、供給圧の上昇、または流体上への圧力の上昇によって）。

本発明の別の実施形態は、多段式ポンプ内の分注ポンプの流体圧力を制御するための方法を含む。本方法は、供給ポンプにおける流体に圧力を印加し、供給ポンプ下流の分注ポンプにおける流体圧力を測定し、供給ポンプにおける流体圧力が所定の最大圧力閾値に達する場合、供給ポンプにおける流体上への圧力を低下し、または供給ポンプにおける流体圧力が所定の最小圧力閾値を下回る場合、供給ポンプにおける流体上への圧力を上昇させるステップを備えることができる。最大および最小圧力閾値は、両方とも設定点であってもよいことに留意されたい。

本発明のさらに別の実施形態は、ポンプを制御するためのコンピュータプログラム製品を備える。コンピュータプログラム製品は、１つ以上のコンピュータ可読媒体上に格納された一式のコンピュータ命令を備えることができる。命令は、１つ以上のプロセッサによって実行可能であり、圧力センサから圧力測定結果を受信し、圧力測定結果を第１の所定閾値（最大圧力閾値、設定点、または他の閾値）と比較し、第２段階ポンプにおける圧力が第１の所定閾値に達していることを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、例えば、モータ速度を減速、より低い供給圧を印加、または第１段階ポンプによって流体上に印加される圧力を低下するように第１段階ポンプに指示することによって、流体上に減少した圧力を印加するよう第１段階ポンプに指示することができる。また、コンピュータプログラム製品は、実行可能な命令を備え、第２のポンプにおける圧力が第２の閾値を下回っていることを圧力センサからの圧力測定結果が示す場合、流体上に増加した圧力を印加するように第１のポンプに指示することができる。

本発明の別の実施形態は、半導体製造プロセスにおいて使用するために適合された多段ポンプを含み、供給ポンプと、供給ポンプと流体連通するフィルタと、フィルタと流体連通する分注ポンプと、供給ポンプとフィルタとの間の隔離弁と、フィルタと分注ポンプとの間の遮断弁と、分注ポンプにおける圧力を測定するための圧力センサと、そこに結合された制御装置とを備えることができる（すなわち、供給ポンプと、分注ポンプと、供給ポンプと、圧力センサと通信可能に動作し得る）。供給ポンプは、供給チャンバと、供給チャンバ内の供給ダイヤフラムと、供給ダイヤフラムと接触し、供給ダイヤフラムを移動させる供給ピストンと、供給ピストンに結合された供給用送りネジと、供給用送りネジに結合され、供給用送りネジに運動を提供し、供給ピストンを動かす供給モータとをさらに備える。分注ポンプは、分注チャンバと、分注チャンバ内の分注ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムと接触し、分注ダイヤフラムを移動させる分注ピストンと、分注ピストンに結合され、分注チャンバ内の分注ピストンを移動させる分注用送りネジと、分注ピストンに結合された分注用送りネジと、分注用送りネジに結合され、分注用送りネジに運動を提供し、分注ピストンを動かす分注モータとをさらに備える。制御装置は、圧力センサからの圧力測定結果を受信するように動作し得る。分注チャンバ内の流体の圧力が初めて設定点に達したことを圧力測定結果を示すと、制御装置は、分注モータにほぼ一定の速度で動作するよう指示し、分注ピストンを縮退させる。次の圧力測定結果に対し、制御装置は、分注チャンバ内の流体の圧力が設定点を下回っていることを次の圧力測定結果が示す場合、供給モータに減少した速度で動作するよう指示し、次の圧力測定結果が設定点を上回っている場合、供給モータに高速で動作するよう指示する。

上述のポンプのためのシステムおよび方法は、正確かつ信頼性のある流体の分注を提供するが、時として、プロセスのタイミング変動またはこれらのポンプの通常の摩耗（例えば、停止弁の誤動作、流体管の屈曲、ノズルの目詰まり、流体流路内の空気等。）が、ポンプの不適切な動作を通して現れ得る。上述のように、これらの起こり得る故障条件または不適切な動作を検出することが望ましい。これを達成するために、一実施形態によると、本発明は、適切な動作を検証し、起こり得るポンプの故障条件を検出するステップを含む、ポンプを監視するための方法を提供する。具体的には、本発明の実施形態は、他の動作作用または条件の中でも特に、ポンプからの正確な流体の分注またはポンプ内のフィルタの適切な動作を確認してもよい。

図１３は、不適切な動作、起こり得る故障条件、あるいはそれ以外のほぼあらゆるポンプ内の欠陥を検出する（または、反対に適切な動作を検証する）ためのそのような方法の実施形態を描写した工程図であり、上述のポンプの実施形態を含み、そのようなポンプの一例は、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ Ｉｎｃ．社製ＩＧミニポンプである。より具体的には、１つ以上のパラメータに対し基準プロファイルを確立してもよい（ステップ１３１０）。次いで、ポンプ１００の動作の間、これらのパラメータを測定し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、基準プロファイルを、１つ以上の対応する時点または部分における動作プロファイルと比較してもよい（ステップ１３３０）。動作プロファイルが一定の許容値を超えて基準プロファイルと異なる場合（ステップ１３４０）、警告条件が存在してもよく（ステップ１３５０）、またはポンプ１００の動作を継続してもよい。

特定のパラメータに関する基準プロファイルを確立するために（ステップ１３１０）、基準または「絶頂」稼働時にパラメータ測定してもよい。一実施形態では、ポンプ１００のオペレータまたはユーザは、通常の使用またはポンプ１００の動作の間、ポンプ１００が利用する条件および装置と実質的に同様または等しい流体、条件、および装置を使用した仕様に、ポンプ１００を設定してもよい。次いで、ポンプ１００は、分注サイクルの間作動し（図３に関して上述のように）、ユーザのレシピに従って流体を分注する。この分注サイクルの間、実質的に継続的または時点の集合において、パラメータを測定し、そのパラメータに対する動作プロファイルを生成してもよい。一特定の実施形態では、パラメータの抽出は、約１ミリ秒乃至１０ミリ秒の間隔で生じてもよい。

次いで、ユーザは、この分注サイクルの間、ポンプ１００が適切に動作しているか、この分注サイクルの間、ポンプ１００によって行われた分注が許容値または仕様内であるか否かを検証してもよい。ユーザがポンプ動作および分注の両方に満足する場合、ポンプ制御装置２０を介して、動作プロファイル（例えば、分注サイクルの間行われたパラメータに対する測定結果）をパラメータに対する基準プロファイルとして利用されることが望ましいことを示してもよい。このようにして、１つ以上のパラメータに対する基準プロファイルを確立してもよい。

図１０は、本発明の一実施形態による、多段式ポンプの動作の間の分注チャンバ１８５における圧力プロファイルの一実施形態である。上述を熟読後、ポンプ１００をレシピとともに使用される場合、このレシピに関連した基準プロファイルを任意の次の比較に対し利用され得るように、１つ以上のパラメータのそれぞれに対する基準プロファイルは、ユーザが使用を所望するポンプ１００における各レシピに対し確立してもよいことは明白となるであろう。

パラメータに対する基準プロファイルは、ユーザによって確立されてもよいが、他の方法を基準プロファイルを確立するために使用してもよい（ステップ１３１０）。例えば、ポンプ１００のユーザによって利用されるものと同様の試験台を使用して、ポンプ１００の製造者によってポンプ１００が較正される間、１つ以上のパラメータに対する基準プロファイルを生成し、ポンプ制御装置２０内に格納してもよい。また、特定のレシピを使用する分注サイクルを実行する間に保存され、その分注サイクルの間に、制御装置２０によってエラーは検出されなかった動作プロファイルを基準プロファイルとして利用することによって、基準プロファイルを確立してもよい。実際、一実施形態では、基準プロファイルは、制御装置２０によってエラーが検出されなかった以前に保存された動作プロファイルを使用して、定期的に更新してもよい。

基準プロファイルが１つ以上のパラメータに対し確立された後（ステップ１３１０）、ポンプ１００の動作の間、これらのパラメータのそれぞれは、ポンプ制御装置２０によって監視され、１つ以上のパラメータのそれぞれに対応する動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、これらの動作プロファイルのそれぞれは、制御装置２０によって格納されてもよい。再び、これらの動作プロファイルは、一実施形態では、約１ミリ秒乃至１０ミリ秒の間隔でパラメータを抽出することによって生成してもよい。

次いで、ポンプ１００の動作の間生じ得る種々の問題を検出するために、ポンプ１００の動作の間生成されたパラメータに対する動作プロファイルは、同一パラメータに対応する基準プロファイルと比較してもよい（ステップ１３３０）。これらの比較は、制御装置２０によってなされてもよく、想像され得るように、この比較は、種々の形態をとることができる。例えば、基準プロファイルの１つ以上の時点におけるパラメータの値は、動作プロファイル内の実質的に等しい時点におけるパラメータの値と比較してもよく、基準プロファイルの平均値は、動作プロファイルの平均値と比較してもよく、基準プロファイルの一部の間のパラメータの平均値は、動作プロファイル内の実質的に同一部分の間のパラメータの平均値と比較してもよい。

記載される比較の種類は、例示としてのみであり、基準プロファイルと動作プロファイルとの間の任意の好適な比較を利用してもよいことは理解されるであろう。実際、多くの場合、２つ以上の比較または比較の種類を利用して、特定の問題または条件が生じているか否かを判断してもよい。また、利用される比較の種類は、少なくとも部分的に、検出を試みる条件に依存し得ることは理解されるであろう。同様に、比較される動作および基準プロファイルの時点または部分は、他の要因の中でも特に、検出を試みる条件に依存し得る。また、利用される比較は、特定の分注サイクルの間のポンプの動作中に実質的に即時に、または特定の分注サイクルの完了後、なされてもよいことは理解されるであろう。

比較によって一定の許容値を超える差異が生じる場合（ステップ１３４０）、制御装置２０において警告を記録してもよい（ステップ１３５０）。この警告は、制御装置２０によって表示されてもよく、または制御装置２０と接合するツール制御装置へ警告が送信されてもよい。前記上述の比較の種類と同様に、所定の比較で利用される特定の許容値は、例えば、比較が行われるプロファイルの時点または部分、ユーザがポンプ１００とともに使用するプロセスまたはレシピ、ポンプ１００によって分注される流体の種類、利用されるパラメータ、検出を所望する条件または問題、ユーザの所望、またはユーザの許容値の調節等、様々な種々の要因に依存し得る。例えば、許容値は、基準プロファイルの比較時点におけるパラメータの値一定の割合、または設定数であってもよく、許容値は、基準プロファイルと動作プロファイルとを比較する場合に、比較の時点（または、部分）に応じて異なってもよく、比較時点における動作プロファイルの値が基準プロファイルの比較時点におけるパラメータの値を下回る場合、上回る場合等よりも、異なる許容値が存在し得る。

上記に提示されたシステムおよび方法の実施形態の説明は、特定の実施形態を参照することによってより理解され得る。上述のように、正確な流体の分注が行われていることを確認することは非常に望ましい。ポンプ１００の分注区分の間には、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ので、出口弁１４７は最初に開状態となり、所定の時間が経過すると、分注モータ２００が起動する。これによって、分注ポンプ１８０が部分的に開放された出口弁１４７へ流体を押し入れることを防止する。さらに、これによって、弁開口部によってもたらされる、流体の分注ノズル上昇、続いてモータ作用によって生じる前方への流体の動きを防止する。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。

不適切な分注は、分注モータ２１０の作動の不適切なタイミングおよび／または出口弁１４７のタイミングによって生じ得るため、多くの場合、不適切な分注は、ポンプ１００の分注区分の間の分注チャンバ１８５内の圧力において現れ得る。例えば、出口弁１４７の閉塞が生じた、または出口弁１４７の開放に遅延したと仮定する。これらの条件は、分注モータ２２２は、流体を出口弁１４７へ付勢しようと試みるため、分注区分の開始時の圧力内のスパイク、または分注区分全体の一貫した高圧力を生じさせることになる。同様に、出口弁１４７の尚早な閉鎖は、分注区分の終了時に圧力スパイクを生じさせ得る。

このように、一実施形態では、容認可能な分注が生じているか否かを確認する、またはポンプ１００からの流体の分注に関する問題を検出するために、分注サイクルの間、分注チャンバ１８５内の圧力のパラメータを使用して、基準プロファイルを生成してもよい（ステップ１３１０）。次いで、次の分注サイクルの間、圧力センサ１１２を使用して分注チャンバ１８５内の圧力を監視し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、この動作プロファイルを基準プロファイルと比較し（ステップ１３３０）、警告を発するべきか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。

上述のように、不適切な分注は、ポンプ１００の分注区分の動作の間、分注チャンバ１８５内の圧力変動を通して現れ得る。しかしながら、より具体的には、不適切な分注の原因の本質によって、これらの圧力変動は、分注区分の間の特定の時点に広く蔓延している場合がある。したがって、一実施形態では、基準圧力プロファイルと動作圧力プロファイルを比較する場合（ステップ１３３０）、４つの比較がなされてもよい。第１の比較は、基準プロファイルによる分注区分の間の圧力の平均値と、動作プロファイルによる分注区分の間の圧力の平均値との比較であってもよい。この比較は、分注区分の間生じ得る何らかの突然の閉塞を検出するよう機能してもよい。

第２の比較は、分注時間開始時近傍の時点における圧力値であってもよい。例えば、基準プロファイル上の分注区分を約１５％経過した１つ以上の時点における圧力の値は、動作プロファイルの分注区分内の実質的に同一時点における圧力の値と比較してもよい。この比較は、分注の開始時の弁の不適切な作動によって生じる流量制限を検出するよう機能してもよい。

第３の比較は、分注区分の中間近傍の時点における圧力値であってもよい。例えば、基準プロファイル上の分注区分を約５０％経過した１つ以上の時点における圧力の値は、動作プロファイルの分注区分内の実質的に同一時点における圧力の値と比較してもよい。

最後の比較は、分注区分終了時近傍の時点における圧力値であってもよい。例えば、基準プロファイル上の分注区分を約９０％経過した１つ以上の時点における圧力の値は、動作プロファイルの分注区分内の実質的に同一時点における圧力の値と比較してもよい。この比較は、分注区分の終了時の弁の不適切な作動によって生じる流量制限を検出するよう機能してもよい。

特定の実施形態に関与する種々の比較（ステップ１３３０）は、本発明の一実施形態による、多段式ポンプの動作の間の分注チャンバ１８５における圧力プロファイルの一実施形態を示す、図１４を参照することによってより理解され得る。およそ時点１４４０において、分注区分が開始され、分注ポンプ１８０が流体を出口へ押し出す。分注区分は、およそ時点１４４５において終了する。

したがって、上述のように、本発明のシステムおよび方法の一実施形態では、基準圧力プロファイルと動作圧力プロファイルとを比較する場合、第１の比較は、およそ時点１４４０と時点１４４５との間の圧力の平均値であってもよく、第２の比較は、基準圧力プロファイルの値と、分注区分を約１５％経過したおよそ時点１４１０における動作圧力プロファイルの値とであってもよく、第３の比較は、基準圧力プロファイルの値と、分注区分を約５０％経過したおよそ時点１４２０における動作圧力プロファイルの値とであってもよく、第４の比較は、基準圧力プロファイルの値と、分注区分を約９０％経過したおよそ時点１４３０における動作圧力プロファイルの値とであってもよい。

上述のように、これらの比較のそれぞれの結果は、許容値と比較し（ステップ１３４０）、警告を発するべきか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。再び、所与の比較で利用される特定の許容値は、上述のように、様々な種々の要因に依存し得る。しかしながら、利用されるパラメータが分注区分の間の分注チャンバ１８５内の圧力である多くの場合、分注区分の間の圧力にほとんど相違はないべきである。その結果、この場合利用される許容値は、例えば、０．０１乃至０．５ＰＳＩと、非常に小さくなってもよい。言い換えると、所与の時点における動作プロファイルの値が、実質的に同一時点における基準圧力プロファイルと約０．０２ＰＳＩを超えて異なる場合、警告が発せられてもよい（ステップ１３５０）。

基準圧力プロファイルと動作圧力プロファイルとの間の比較は、多段式ポンプの一実施形態の動作の間の分注チャンバ１８５における基準圧力プロファイルと、多段式ポンプの次の動作の間の分注チャンバ１８５における動作圧力プロファイルとを描写した、図１５を参照することによってより明確に示され得る。およそ時点１５４０において、分注区分が開始され、分注ポンプ１８０が流体を出口へ押し出す。分注区分は、およそ時点１５４５において終了する。動作圧力プロファイル１５５０が分注区分の一部の間の基準圧力プロファイル１５６０と顕著に異なる場合、動作圧力プロファイル１５５０の分注区分の間生じた分注に問題がある可能性を示唆することを知らせるものである。この問題も可能性は、上述のように、本発明の実施形態を使用して検出され得る。

具体的には、上述の比較を使用して、第１の比較は、およそ時点１５４０と時点１５４５との間の平均値であってもよい。分注区分の開始および終了時に、動作圧力プロファイル１５５０は基準圧力プロファイル１５４０と異なるため、この比較は、有意な差異をもたらすことになる。第２の比較は、基準圧力プロファイルの値１５４０と、分注区分を約１５％経過したおよそ時点１５１０における動作圧力プロファイル１５５０の値とであってもよい。図に示すように、時点１５１０において、動作圧力プロファイル１５５０の値は、基準圧力プロファイルの値１５４０と約１ＰＳＩ異なる。第２の比較は、基準圧力プロファイルの値１５４０と、分注区分を約５０％経過したおよそ時点１５２０における動作圧力プロファイル１５５０の値とであってもよい。図に示すように、時点１５２０において、動作圧力プロファイル１５５０の値は、基準圧力プロファイルの値１５４０とおよそ同じであり得る。第３の比較は、基準圧力プロファイルの値１５４０と、分注区分を約９０％経過したおよそ時点１５３０における動作圧力プロファイル１５５０の値であってもよい。図に示すように、時点１５３０において、動作圧力プロファイル１５５０の値は、基準圧力プロファイルの値１５４０と約５ＰＳＩ異なる。したがって、上述の４つの比較のうちの３つは、一定の許容値を超える比較結果をもたらし得る（ステップ１３４０）。

その結果、図１５に記載された実施例において、警告が発せられてもよい（ステップ１３５０）。この警告は、検出された差異に対しユーザに喚起し、ポンプ１００を停止させるよう機能してもよい。この警告は、制御装置２０を介して提供されてもよく、パラメータに対する基準プロファイル、警告が発せられたパラメータに対する動作プロファイル、または例えば、互いに重ね合わせ（図１５に記載のように）、動作プロファイルと基準プロファイルとを一緒に、のいずれかを表示するオプションとともに、ユーザにさらに提供されてもよい。一部の例では、ポンプ１００が動作を回復する前に、そのような警告を解除するようユーザに強制してもよい。ポンプ１００またはプロセスを回復する前に警告を解除するようユーザに強制することによって、廃棄物が検出または発生される直後に実質的に廃棄物を生じさせる条件をユーザに改善させ、廃棄物が防止され得る。

別の実施例の使用を通して、本発明のシステムおよび方法の広範な機能を説明することは有用となり得る。ポンプ１００の動作の間、ポンプ１００の流路を通過する流体は、上述のように、１つ以上の動作区分の間、フィルタ１２０を通過してもよい。これらの濾過区分のうちの１つの間、フィルタが新しい場合、フィルタ１２０全体にごくわずかな圧力低下が生じ得る。しかしながら、ポンプ１００の動作の繰り返しによって、フィルタ１２０の細孔が目詰まりし、フィルタ１２０の貫流に対する抵抗がより大きくなり得る。その結果、フィルタ１２０の目詰まりは、不適切なポンプ１００の動作または分注される流体に損傷をもたらし得る。したがって、フィルタ１２０の目詰まりが問題となる前に、フィルタ１２０の目詰まりを検出することが望ましい。

上述のように、一実施形態によると、濾過区分の間、分注チャンバ１８５における圧力は、ダイヤフラム５３０に供給圧を選択的に印加することによって調整することができる。濾過区分の開始時、供給圧は、供給ダイヤフラム５３０に印加される。この圧力は、分注チャンバ１８５において所定の圧力閾値（例えば、最初の閾値、設定点、または他の所定閾値）に達するまで継続する（例えば、圧力センサ１１２によって測定）。最初の閾値に達すると、分注ポンプ１８０のモータ２００が縮退を開始し、分注チャンバ１８５内の流体に対し利用可能な容積をより提供する。圧力センサ１１２は、分注チャンバ１８５内の圧力を継続的に読み取ることができる。流体圧力が所定閾値（例えば、最大圧力閾値、設定点、または他の閾値）を上回る場合、供給ポンプ５１５における供給圧は、除去または低減することができる。分注チャンバ１８５における流体圧力が所定閾値（例えば、最小圧力閾値、設定点、または他の所定閾値）を下回る場合、供給圧を供給ポンプ５１５において再印加することができる。

このように、本発明の実施形態は、分注ポンプにおいて測定される圧力に基づいて、供給ポンプの動作を調節することによって、濾過区分の間の流体の圧力を調整するためのシステムおよび方法を提供する。供給ポンプの動作は、例えば、供給ポンプモータ速度の加減、供給ポンプにおいて印加される供給圧の増減、または別様に供給ポンプの動作を調節し、下流のプロセス流体の圧力内の増減することによって変更できる。

上述の説明から分かるように、フィルタ１２０がさらに目詰まりすると、それに比例してフィルタ１２０全体の圧力低下も大きくなり、供給段階モータ１７５は、濾過区分の間等しい分注チャンバ１８５内の圧力を維持するために、より迅速、より頻繁に作動する必要があり、特定の場合は、供給段階モータ１７５は、分注チャンバ内で等しい圧力をまったく維持できない場合もある（例えば、フィルタが完全に目詰まりした場合）。次いで、濾過区分の間の供給段階モータ１７５の速度を監視することによって、フィルタ１２０の目詰まりが検出され得る。

そのためには、一実施形態では、フィルタ１２０の目詰まりを検出するために、フィルタ１２０が新しい（または、他のユーザ所定時点等）場合の濾過区分の間の供給段階モータ１７５の速度（または、供給段階モータ１７５の速度を制御するための信号）のパラメータを使用して、基準プロファイル生成し（ステップ１３１０）、制御装置２０内に格納してもよい。次いで、次の濾過区分の間の供給段階モータ１７５の速度（または、供給段階モータ１７５の速度を制御するための信号）を制御装置２０によって記録し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、この供給段階モータ速度の動作プロファイルを、供給段階モータ速度の基準プロファイルと比較し（ステップ１３３０）、警告を発するか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。

一実施形態では、この比較は、基準プロファイルの濾過区分の間の１つ以上の時点における供給段階モータ速度の値と、動作プロファイルの実質的に同一時点の集合における供給段階モータ速度の値とを比較する形態をとってもよく、他の実施形態では、この比較は、供給段階モータ１７５の制御限界の特定の距離内で生じる基準プロファイルの間の時間一定の割合と比較し、これを、供給段階モータ１７５の制御限界の特定の距離内で生じる動作プロファイルの間の時間一定の割合と比較してもよい。

同様に、フィルタ１２０内の空気は、本発明の実施形態によって検出され得る。一実施形態では、前濾過区分の間、供給段階モータ１７５は、分注チャンバ１８５において所定の圧力閾値（例えば、最初の閾値、設定点、または他の所定閾値）に達するまで、圧力の印加を続ける（例えば、圧力センサ１１２によって測定）。フィルタ１２０内に空気がある場合、流体が最初の分注チャンバ１８５内の圧力に達するまでの時間は、長くなり得る。例えば、フィルタ１２０に完全に呼び水が差されている場合、供給段階モータ１７５の１００ステップおよび分注チャンバ１８５内で５ＰＳＩに達するまで約１００ミリ秒要し得るが、しかしながらフィルタ１２０内に空気が存在する場合、この時間およびステップ数は、顕著に増加し得る。その結果、前濾過区分の間、分注チャンバ１８５内で最初の圧力閾値に達するまで、供給段階モータ１７５の稼働時間を監視することによって、フィルタ１２０内の空気を検出し得る。

そのためには、一実施形態では、フィルタ１２０内の空気を検出するために、前濾過区分の間、分注チャンバ１８５内で設定圧力点に達するまでの時間のパラメータを使用して基準プロファイルを生成し（ステップ１３１０）、制御装置２０内に格納してもよい。次いで、次の前濾過区分の間、分注チャンバ１８５内の設定圧力点に達するまでの時間を、制御装置２０によって記録し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、この時間動作プロファイルを時間基準プロファイルと比較し（ステップ１３３０）、警告を発するべきか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。

本発明の他の実施形態は、分注モータ２００の位置を監視することを通して、正確な分注を検証することを含んでもよい。上記に詳述したように、分注区分の間、出口弁１４７が開放され、分注が完了するまで、分注ポンプ１８０が分注チャンバ１８５内の流体に圧力を印加する。以上のように、分注区分の開始時において、分注モータ２００は、第１の位置にあり、分注区分の終了時において、分注モータ２００は、第２の位置にあってもよい。

一実施形態では、正確な分注を確認するために、分注区分の間、分注モータ２００の位置（または、供給段階モータ２００の位置を制御するための信号）のパラメータを使用して、基準プロファイルを生成してもよい（ステップ１３１０）。次いで、次の分注区分の間、分注モータ２００の位置（または、供給段階モータ２００の位置を制御するための信号）を制御装置２０によって記録し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、この分注モータ位置の動作プロファイルを分注モータ位置の基準プロファイルと比較し（ステップ１３３０）、警告を発するべきか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。

再び、この比較は、種々の要因に応じて多くの形態をとり得る。一実施形態では、基準プロファイルの分注区分の終了時の分注モータ２００の位置の値は、動作プロファイルにおける分注区分終了時の分注モータ２００の値と比較してもよい。別の実施形態では、基準プロファイルによる分注モータ２００の位置の値は、分注区分の間の種々の時点における動作プロファイルによる分注モータ２００の位置の値と比較してもよい。

また、本発明の特定の実施形態は、ポンプ１００の他の種々の機械的構成要素の起こり得る故障を検出するために有用となり得る。例えば、多くの場合、モータ２００を特定の距離動かすために分注モータ２００に提供される流れが、分注モータ２００にかかる負荷に伴って変化し得るように、ポンプシステム１０は、閉ループシステムであってもよい。この特性は、モータの故障、あるいは例えば、回転式ピストンまたはダイヤフラム問題、送りネジの問題等、ポンプ１００内の他の機械的故障の可能性を検出するために利用してもよい。

したがって、起こり得るモータの故障を検出するために、本発明のシステムおよび方法の実施形態は、分注区分の間、分注モータ２００に提供される流れ（または、分注モータ２００に提供される流れを制御するための信号）のパラメータを使用して、基準プロファイルを生成してもよい（ステップ１３１０）。次いで、次の分注区分の間、分注モータ２００に提供される流れ（または、分注モータ２００に提供される流れを制御するための信号）を制御装置２０によって記録し、動作プロファイルを生成してもよい（ステップ１３２０）。次いで、この分注モータの流れの動作プロファイルは、分注モータ位置の基準プロファイルと比較し（ステップ１３３０）、警告を発するか否かを判断してもよい（ステップ１３５０）。

本発明のシステムおよび方法は、上述の実施形態を参照して詳細に説明されたが、本発明のシステムおよび方法は、他の様々かつ可変的使用も包含し得ることは理解されるであろう。例えば、本発明のシステムおよび方法の実施形態を利用して、ポンプの分注サイクルの完了時、分注サイクルに対する１つ以上のパラメータに対応する基準プロファイルを記録することによって、ポンプの動作を確認し、これを次の分注サイクルの間に生成された動作プロファイルと比較してもよい。分注サイクル全体の２つのプロファイルを比較することによって、ハードウェアの故障または他の問題の早期検出がなされ得る。

本発明は、実例となる実施形態を参照して、本明細書に詳細に記載されてきたが、記述はほんの一例とされるものであり、限定する意味に解釈されるものではないことが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、請求する本発明の範囲内にあることが企図される。

図１は、ポンプシステムの一実施形態の図である。 図２は、本発明の一実施形態による多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。 図３は、本発明の一実施形態のための弁およびモータのタイミング図である。 図４および５Ａ−５Ｃは、多段式ポンプの一実施形態の図である。 図４および５Ａ−５Ｃは、多段式ポンプの一実施形態の図である。 図４および５Ａ−５Ｃは、多段式ポンプの一実施形態の図である。 図４および５Ａ−５Ｃは、多段式ポンプの一実施形態の図である。 図６は、多段式ポンプの部分的アセンブリの一実施形態の図である。 図７は、多段式ポンプの部分的アセンブリの他の実施形態の図である。 図８Ａは、多段式ポンプの一部分の一実施形態の図である。 図８Ｂは、図８Ａにおける多段式ポンプの実施形態の断面Ａ−Ａの図である。 図８Ｃは、図８Ｂにおける多段式ポンプの実施形態の断面Ｂの図である。 図９は、多段式ポンプ内の圧力を制御するための方法の一実施形態を示す工程図である。 図１０は、本発明の一実施形態による多段式ポンプの圧力プロファイルである。 図１１は、多段式ポンプ内の圧力を制御するための方法の別の実施形態を示す工程図である。 図１２は、多段式ポンプの別の実施形態の図である。 図１３は、本発明による方法の一実施形態の工程図である。 図１４は、本発明の一実施形態による多段式ポンプの圧力プロファイルである。 図１５は、本発明の一実施形態による、多段式ポンプの基準圧力プロファイルおよび多段式ポンプの動作圧力プロファイルである。

Claims (15)

1. ポンプを監視するシステムであって、
   第１段階ポンプと、
   該第１段階ポンプと流体的に連通し、該第１段階ポンプの下流にある第２段階ポンプと、
   流体の圧力を測定する圧力センサと、
   該第１段階ポンプの動作を調節することによって、該第２段階ポンプにおける流体圧力を制御するポンプ制御装置であって、該ポンプ制御装置は、該第１段階ポンプと、前記第２段階ポンプと、前記圧力センサとに結合され、該ポンプ制御装置は、
   前記ポンプの基準運転の間に一連の時点におけるパラメータを測定することによって、前記ポンプのパラメータのための基準プロファイルを確立することと、
   前記ポンプの動作中に前記一連の時点と実質的に同じ時点における前記ポンプの前記パラメータを測定することにより、前記ポンプの前記パラメータに対応する第１の動作プロファイルを生成することと、
   該第１の動作プロファイルに関連した１つ以上の値のそれぞれを、前記ポンプの前記パラメータのための前記基準プロファイルに関連した対応する値と比較して、該１つ以上の値のそれぞれが、該対応する値の許容値内であるか否かを判断することと
   を行うように動作可能である、ポンプ制御装置と
   を備える、システム。
2. 前記第１の動作プロファイルを生成することは、前記ポンプの動作中に測定された前記一連の時点のそれぞれの時点における前記パラメータの値を記録することを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御装置は、前記基準プロファイルとして第２の動作プロファイルを記録することを行うようにさらに動作可能である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記パラメータは、前記第１のポンプのモータ速度であり、
   前記１つ以上の値は、
   分注工程の間の、前記第１の動作プロファイルの平均値に対応する第１の値と、
   該分注工程を約１０％経過した、第１の時点に対応する第２の値と
   該分注工程を約５０％経過した、第２の時点に対応する第３の値と、
   該分注工程を約９０％経過した、第３の時点に対応する第４の値と
   を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記パラメータは、前記流体の圧力であり、
   前記１つ以上の値は、
   分注工程の間の、前記第１の動作プロファイルの平均値に対応する第１の値と、
   該分注工程を約１０％経過した、第１の時点に対応する第２の値と
   該分注工程を約５０％経過した、第２の時点に対応する第３の値と、
   該分注工程を約９０％経過した、第３の時点に対応する第４の値と
   を含む、請求項１に記載のシステム。
6. ポンプを監視する方法であって、
   流体ポンプの基準運転の間に一連の時点におけるパラメータを測定することによって、前記ポンプのパラメータのための基準プロファイルを確立することと、
   前記流体ポンプの動作中に前記一連の時点と実質的に同じ時点における前記流体ポンプの前記パラメータを測定することにより、前記流体ポンプの前記パラメータに対応する動作プロファイルを生成することと、
   該動作プロファイルに関連した１つ以上の値のそれぞれを、前記流体ポンプの前記パラメータのための前記基準プロファイルに関連した対応する値と比較して、該１つ以上の値のそれぞれが該対応する値の許容値内であるか否かを判断することと
   を含む、方法。
7. 前記第１の動作プロファイルを生成することは、前記ポンプの動作中に測定された前記一連の時点のそれぞれの時点における前記パラメータの値を記録することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記一連の時点は、約１ミリ秒〜１０ミリ秒離れている、請求項７に記載の方法。
9. 前記基準プロファイルとして第２の動作プロファイルを記録すること
   をさらに含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記パラメータは、モータ速度である、請求項６に記載の方法。
11. 前記パラメータは、流体の圧力であり、
    前記１つ以上の値は、
    分注工程の間の、前記第１の動作プロファイルの平均値に対応する第１の値と、
    該分注工程を約１０％経過した、第１の時点に対応する第２の値と
    該分注工程を約５０％経過した、第２の時点に対応する第３の値と、
    該分注工程を約９０％経過した、第３の時点に対応する第４の値と
    を含む、請求項６に記載の方法。
12. １つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体上に格納された一連のコンピュータ命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、該一連のコンピュータ命令は、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令をさらに備え、
    流体ポンプの基準運転の間に一連の時点におけるパラメータを測定することによって、前記流体ポンプのパラメータのための基準プロファイルを確立することと、
    前記流体ポンプの動作中に前記一連の時点と実質的に同じ時点における前記流体ポンプの前記パラメータを測定することにより、前記流体ポンプの前記パラメータに対応する動作プロファイルを生成することと、
    ことと、
    該動作プロファイルに関連した１つ以上の値のそれぞれを、前記流体ポンプの前記パラメータのための前記基準プロファイルに関連した対応する値と比較し、該１つ以上の値のそれぞれが、該対応する値の許容値内であるか否かを判断することと
    を行う、コンピュータプログラム製品。
13. 前記第１の動作プロファイルを生成することは、前記ポンプの動作中に測定された前記一連の時点のそれぞれの時点における前記パラメータの値を記録することを含む、請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品。
14. 前記命令は、前記基準プロファイルとして第２の動作プロファイルを記録することをさらに実行可能である、請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品。
15. 前記パラメータは、第２段階ポンプにおける前記流体の圧力であり、
    前記１つ以上の値は、
    分注工程の間の、前記第１の動作プロファイルの平均値に対応する第１の値と、
    該分注工程を約１０％経過した、第１の時点に対応する第２の値と
    該分注工程を約５０％経過した、第２の時点に対応する第３の値と、
    該分注工程を約９０％経過した、第３の時点に対応する第４の値と
    を含む、請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品。

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