KR20080071619A

KR20080071619A - 펌프에서의 압력 보상을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20080071619A
Application number: KR1020087015690A
Authority: KR
Inventors: 조지 고넬라; 제임스 케드론
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-08-04
Also published as: KR101243509B1; US20070125797A1; JP5583708B2; US8870548B2; TWI506202B; CN101356372B; JP5366555B2; US20120070311A1; US20140322032A1; CN102705209B; WO2007067358A2; JP2012112390A; TW201309912A; TW200734547A; TWI400389B; JP2009517601A; WO2007067358A3; CN102705209A; CN101356372A; US8029247B2

Abstract

펌핑 장치의 챔버에서의 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예는 펌핑 장치의 챔버에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하거나 고려하도록 모터를 제어하는 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 분배 챔버에서 감지된 압력에 기초하여 분배 이전에 분배 챔버 내의 기준 압력을 실질적으로 유지하도록 분배 모터를 제어할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 분배가 개시되기 이전에, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 반복적으로 측정하기 위해 제어 루프가 사용될 수 있으며, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는 경우에는 펌핑 수단의 이동을 조절하여 유체의 분배가 개시되기 전까지 분배 챔버에서 요구되는 압력을 실질적으로 유지하도록 한다.

Description

펌프에서의 압력 보상을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRESSURE COMPENSATION IN A PUMP}

관련 출원

본 출원은, 발명의 명칭이 "펌프에서의 압력 보상을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Pressure Compensation in a Pump)"이며 발명자인 고넬라 조지 및 케드론 제임스에 의해 2005년 12월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/741,682호의 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원의 전체 내용은 인용함으로써 사실상 명시적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 대체로 유체 펌프에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 다단계 펌프에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명의 실시예는 반도체 제조에 사용되는 펌프에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하는 것에 관한 것이다.

펌핑 장치에 의해 분배되는 유체의 유량 및/또는 분배 속도에 대한 정밀한 제어가 요구되는 다수의 용례가 있다. 예컨대 반도체 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼에 도포되는 포토레지스트 화학물질과 같은 광화학약품의 유량 및 속도를 제어하는 것은 중요하다. 공정 중에 반도체 웨이퍼에 도포되는 코팅은 일반적으로, 웨이 퍼의 표면에 걸쳐 옹스트롬 단위로 측정되는 편평도(flatness)를 요구한다. 공정액(processing liquid)이 균일하게 도포되는 것을 보장하기 위해서는 처리용 화학약품이 웨이퍼에 도포되는 속도를 제어해야만 한다.

오늘날 반도체 산업에서 사용되는 다수의 광화학약품은 매우 비싸며, 보통 리터당 1000 달러 정도의 비용이 소요된다. 따라서, 최소한이면서도 적절한 양의 화학약품이 사용되도록 보장하고 상기 화학약품이 펌핑 장치에 의해 손상되지 않도록 보장하는 것이 바람직하다. 현재의 다단 펌프는 액체에서 급격한 압력 스파이크를 유발할 수 있다. 이러한 압력 스파이크 및 이에 따른 압력 강하는 유체에 해로울 수 있다(즉, 유체의 물리적 특성을 바람직하지 못한 쪽으로 바꿀 수 있음). 또한, 압력 스파이크는 유체 압력을 상승시킬 수 있어서 분배 펌프가 의도된 것보다 많은 유체를 분배하도록 할 수 있거나 또는 바람직하지 않은 동특성을 갖는 방식으로 유체를 분배하도록 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 밀폐 공간이 펌핑 장치 내에 형성될 때, 펌핑 장치의 다양한 구성요소와 같은 다양한 요인에 따라 압력 변동(밀폐 공간 내부의 초기 압력에 대한 압력 변동)이 발생할 수 있다. 이러한 압력 변동은, 분배 대기중인 유체를 수용하는 분배 챔버에서 발생할 때 특히 해로울 수 있다. 따라서, 펌핑 장치 내의 압력 변동을 보상하기 위한 방법이 필요하다.

펌핑 장치의 챔버에서의 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예는 펌핑 장치의 챔버에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하거나 고려하도록 모터를 제어하는 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 분배 챔버에서 감지된 압력에 기초하여 분배 이전에 분배 챔버 내의 기준 압력을 실질적으로 유지하도록 분배 모터를 제어할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 분배가 개시되기 이전에, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력과 상이한지(예컨대, 요구되는 압력보다 높은지 또는 낮은지) 여부를 반복적으로 결정하기 위해 제어 루프가 사용될 수 있으며, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력과 상이한 경우에는 펌핑 수단의 이동을 조절하여 유체의 분배가 개시되기 전까지 분배 챔버에서 요구되는 압력을 실질적으로 유지하도록 한다.

본 발명의 실시예는 압력 변동을 보정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하며, 이러한 시스템 및 방법은 이전에 개발된 펌핑 시스템 및 방법의 단점을 실질적으로 없애거나 줄여준다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는, 다단계 펌프의 분배 사이클의 준비 구간에서, 다단계 펌프가 아이들 상태일 때, 또는 사실상 임의의 다른 시점에 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 준비 구간에 진입한 후, 다단계 펌프의 분배 챔버 내의 압력을 모니터링할 수 있으며, 탐지된 임의의 압력 변동(예컨대, 압력 상승 또는 압력 강하)은 분배단 다이어프램을 이동시킴으로써 보정될 수 있다. 특정한 하나의 실시예에 있어서, 폐쇄형 루프 제어 시스템은 준비 구간 중에 분배 챔버 내의 압력을 모니터링할 수 있다. 요구되는 기준 압력을 초과하는 압력이 탐지되면, 폐쇄형 루프 제어 시스템은 분배 모터가 1회의 모터 증분만큼 역회전하도록 신호를 보낼 수 있다. 이러한 방식으로, 준비 구간 중에 발생하는 임의의 압력 상승은 보정될 수 있으며, 분배를 위해 요구되는 기준 압력은 실질적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 실시예는, 준비 구간의 간격과 상관없이 분배 챔버에서 요구되는 압력이 준비 구간 동안 실질적으로 유지되도록 함으로써 장점을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 분배 구간 사이의 분배의 반복성 및 정확한 분배를 허용하는 장점을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 정확하고 반복 가능한 분배를 허용함으로써 공정 방법의 재현(예컨대, 상이한 기준 압력을 이용하는 시스템의 경우)을 허용하는 장점을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 분배 구간 중에 허용 가능한 유체의 동특성을 달성하는 장점을 제공한다.

본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 이하의 설명 및 첨부 도면과 함께 고찰할 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명의 다양한 실시예 및 이러한 실시예의 수많은 특정 세부사항을 설명하는 이하의 설명은 예시로서 제시된 것이지 한정하려는 의도가 아니다. 다수의 대체, 변형, 추가, 또는 재배치는 본 발명의 범위 내에서 행해질 수 있으며, 본 발명은 이러한 대체, 변형, 부가 또는 재배치 모두를 포함한다.

도 1은 펌핑 시스템의 일 실시예의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단펌프(multiple stage pump)("다단계펌프")의 개략도이다.

도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4c 및 도 4d는 다단계 펌프의 다양한 실시예의 개략도이다.

도 4b는 분배 블록의 일 실시예의 개략도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 밸브 타이밍 및 모터 타이밍의 개략도이다.

도 6은 펌프와 함께 사용되는 작동 시퀀스의 실시예의 예시적인 압력 프로파일이다.

도 7은 펌프와 함께 사용되는 작동 시퀀스의 실시예 중 일부분의 예시적인 압력 프로파일이다.

도 8a 및 도 8b는 펌프의 다양한 작동 구간에 대한 밸브 타이밍 및 모터 타이밍의 일 실시예의 개략도이다.

도 9a 및 도 9b는 펌프의 다양한 작동 구간에 대한 밸브 타이밍 및 모터 타이밍의 일 실시예의 개략도이다.

도 10a 및 도 10b는 펌프와 함께 사용되는 작동 시퀀스의 실시예 중 일부분의 예시적인 압력 프로파일이다.

도 11은 펌핑 시스템의 일 실시예의 개략도이다.

본 발명 및 본 발명의 장점에 대한 보다 완벽한 이해는, 동일한 특징부가 동일한 도면부호로 표시된 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 참고함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 다양한 도면의 동일한 부품 및 대응 부품에 대해 동일한 도면부호가 사용된 도면에 도시되어 있다.

본 발명의 실시예는 펌프를 사용하여 유체를 정확하게 분배하는 펌핑 시스템에 관한 것이며, 상기 펌프는 1단 펌프 또는 다단펌프("다단계 펌프")일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 다단계 펌프의 분배 사이클 중 준비 구간에서 발생할 수 있는 압력 변동(예컨대, 밸브가 폐쇄되어 예를 들어 분배 챔버 내부에 밀폐된 공간을 형성하기 때문임)을 보정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 준비 구간에 진입한 후 다단계 모터의 분배 챔버 내의 압력을 모니터링할 수 있으며, 탐지된 임의의 압력 변동은 분배단 다이어프램을 이동시킴으로써 보정될 수 있다. 이러한 펌핑 시스템의 실시예는, 발명자인 케드론 제임스, 고넬라 조지 및 개시게 이라에 의해 2005년 12월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/742,435호에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 인용함으로써 전체가 본 명세서에 포함된다.

도 1은 이러한 펌핑 시스템(10)의 일 실시예의 개략도이다. 펌핑 시스템(10)은 유체 공급원(15), 펌프 제어기(20), 및 다단계 펌프(100)를 포함할 수 있으며, 이들은 웨이퍼(25) 상에 유체를 분배하기 위해 함께 작동한다. 다단계 펌프(100)의 작동은 펌프 제어기(20)에 의해 제어될 수 있으며, 펌프 제어기는 다단계 펌프(100)에 내장될 수 있거나, 제어 신호, 데이터, 또는 다른 정보의 통신을 위한 하나 이상의 커뮤니케이션 링크(communication link)를 매개로 하여 다단계 펌프(100)에 연결될 수 있다. 또한, 펌프 제어기(20)의 기능은 내장형 제어기 및 다른 제어기에 분배될 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단계 펌프(100)의 작동을 제어하기 위한 소정 세트의 제어 명령(30)을 담은 컴퓨터 판독 가능한 매체(27)(예컨대, RAM, ROM, 플래시 메모리, 광학 디스크, 자기 드라이브, 또는 컴퓨터 판독 가능한 다른 매체)를 포함할 수 있다. 프로세서(35)(예컨대, CPU, ASIC, RISC, DSP, 또는 다른 프로세서)는 이들 명령을 수행할 수 있다. 프로세서의 일례로는 텍사스 인스트루먼트사(텍사스 인스트루먼트사는 미국 텍사스주 댈러스에 소재한 회사임)의 TMS320F2812PGFA 16비트 DSP가 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 제어기(20)는 커뮤니케이션 링크(40 및 45)를 매개로 하여 다단계 펌프(100)와 통신한다. 커뮤니케이션 링크(40 및 45)는 네트워크[예컨대, 이더넷, 무선 네트워크, 광역 네트워크, 디바이스넷(DeviceNet) 네트워크, 또는 당업계에서 공지되었거나 개발된 다른 네트워크], 버스(예컨대, SCSI 버스), 또는 다른 커뮤니케이션 링크일 수 있다. 제어기(20)는 내장형 PCB 보드, 또는 원격 제어기로서 실시될 수 있거나, 혹은 다른 적절한 방식으로 실시될 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단계 펌프(100)와 통신하기 위해 제어기에 대한 적절한 인터페이스(예컨대, 네트워크 인터페이스, I/O 인터페이스, 아날로그-디지털 변환기 및 다른 구성요소)를 포함할 수 있다. 또한, 펌프 제어기(20)는, 프로세서, 메모리, 인터페이스, 디스플레이 장치, 주변 장치 또는 단순화를 위해 제시하지 않은 다른 컴퓨터 구성요소를 비롯하여 당업계에 공지된 다양한 컴퓨터 구성요소를 포함할 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단계 펌프가 낮은 점도(즉, 100 centipoise 미만)의 유체, 또는 다른 유체를 비롯한 유체를 정확하게 분배하도록 하기 위해 다단계 펌프에 있는 다양한 밸브와 모터를 제어할 수 있다. 발명의 명칭이 "펌프용 I/O 인터페이스 시스템 및 방 법(I/O Interface System and Method for a Pump)"이며 케드론 등에 의해 2005년 12월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제60/741,657호 및 발명의 명칭이 "펌프 제어기의 인터페이스를 위한 I/O 시스템, 방법, 및 장치(I/O Systems, Methods and Devices for Interfacing a Pump Controller)"이고 발명자 케드론 등에 의하여 2006년 11월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/602,449호[ENTG1810-1]에 설명된 바와 같은 I/O 인터페이스 커넥터는, 펌프 제어기(20)를 다양한 인터페이스 및 제조 도구에 연결하기 위해 사용될 수 있으며, 상기 특허는 인용함으로써 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

도 2는 다단계 펌프(100)의 개략도이다. 다단계 펌프(100)는 공급단 부분(105) 및 별도의 분배단 부분(110)을 포함한다. 공정액으로부터 불순물을 여과하기 위한 필터(120)는 유체 유동 관점에서 공급단 부분(105)과 분배단 부분(110) 사이에 위치한다. 다수의 밸브는, 예컨대 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(isolation valve)(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140), 배기 밸브(145), 및 출구 밸브(147)를 포함하는 다단계 펌프(100)를 통한 유체 유동을 제어할 수 있다. 분배단 부분(110)은 분배단(110)에서 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(112)를 더 포함할 수 있다. 압력 센서(112)에 의해 측정된 압력은 후술하는 바와 같이 다양한 펌프의 속도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 압력 센서는, 독일 코르프에 소재하는 메탈룩스 아게에 의해 제조된 압력 센서를 비롯하여 세라믹 및 폴리머 재질의 페지오레지스티브(pesioresistive) 압력센서 및 커패시티브 압력센서를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 공정액과 접촉하는 압력 센서(112)의 정면은 퍼플루오로폴리머(perfluoropolymer)이다. 펌프(100)는 공급 챔버(155) 내의 압력을 읽어들이는 압력 센서와 같은 추가적인 압력 센서를 포함할 수 있다.

공급단(105) 및 분배단(110)은 다단계 펌프(100)에서 유체를 펌핑하기 위해 롤링 다이어프램 펌프(rolling diaphram pump)를 포함할 수 있다. 예컨대, 공급단 펌프(150)["공급 펌프(150)"]는 유체를 수집하는 공급 챔버(155), 공급 챔버(155) 내에서 이동하면서 유체를 옮기는 공급단 다이어프램(160), 공급단 다이어프램(160)을 이동시키기 위한 피스톤(165), 리드 스크류(170) 및 스테퍼 모터(175)를 포함한다. 리드 스크류(170)는 모터로부터 리드 스크류(170)에 에너지를 전달하기 위한 너트, 기어 또는 다른 메커니즘을 통해 스테퍼 모터(175)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 공급 모터(175)는, 이후에 리드 스크류(170)를 회전시키는 너트를 회전시키며, 이는 피스톤(165)을 작동시킨다. 분배단 펌프(180)["분배 펌프(180)"]는 유사하게 분배 챔버(185), 분배단 다이어프램(190), 피스톤(192), 리드 스크류(195) 및 분배 모터(200)를 포함할 수 있다. 분배 모터(200)는 나사산이 형성된 너트[예컨대, 톨론(Torlon) 또는 다른 재료의 너트]를 통해 리드 스크류(195)를 구동시킬 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 공급단(105) 및 분배단(110)은 공압 작동식 펌프 또는 유압 작동식 펌프, 유압 펌프 또는 다른 펌프를 비롯한 다양한 다른 펌프일 수 있다. 공급단을 위한 공압 작동식 펌프 및 스테퍼 모터 구동식 유압 펌프를 사용하는 다단계 펌프의 한 가지 예는, 발명의 명칭이 "정밀 펌핑 장치용 펌프 제어기(Pump Controller for Precision Pumping Apparatus)"이고 발명자인 제이거스 등 에 의해 2005년 2월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/051,576호에 설명되어 있으며, 이 특허는 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 그러나, 공급단 및 분배단 모두에서 모터를 사용하는 것은, 유압 배관, 제어 시스템 및 유체가 없다는 점에서 장점을 제공하며, 이에 따라 공간을 줄이고 누출 가능성을 낮춘다.

공급 모터(175) 및 분배 모터(200)는 임의의 적절한 모터일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 모터(200)는 영구 자석 동기 모터("PMSM")이다. PMSM은, 모터(200), 다단계 펌프(100)에 내장된 제어기 또는 별도의 펌프 제어기(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같음)에서 자속 기준 제어("FOC") 또는 당업계에 공지된 다른 유형의 위치/속도 제어를 이용하는 디지털 신호 프로세서("DSP")에 의해 제어될 수 있다. PMSM(200)은, 분배 모터(200)의 위치의 실시간 피드백을 위한 인코더(예컨대, 정교한 라인 회전 위치 인코더)를 더 포함할 수 있다. 위치 센서를 사용하면 피스톤(192)의 위치에 대한 정확하고 반복가능한 제어가 가능하며, 이에 따라 분배 챔버(185) 내의 유체 이동에 대한 정확하고 반복가능한 제어가 가능하다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면 DSP에 8000 개의 펄스를 제공하는 2000 라인 인코더를 사용하면, 0.045 도만큼 회전할 때 정확한 측정 및 제어가 가능하다. 또한, PMSM은 진동이 거의 없거나 진동이 전혀 없는 상태에서 느린 속도로 운전 가능하다. 공급 모터(175)는 또한 PMSM 또는 스테퍼 모터일 수 있다. 또한, 공급 펌프는, 공급 펌프가 원위치에 있을 때를 알려주는 홈 센서(home sensor)를 포함할 수 있다는 점에 주의해야만 한다.

도 3a는 다단계 펌프(100)에 대한 펌프 조립체의 일 실시예의 개략도이다. 다단계 펌프(100)는, 다단계 펌프(100)를 통과하는 다양한 유체 유동 경로를 형성하고 공급 챔버(155) 및 분배 챔버(185)를 적어도 부분적으로 형성하는 분배 블록(205)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 펌프 블록(205)은 PTFE, 개질된 PTFE, 또는 다른 재료로 된 단일 블록일 수 있다. 이들 재료는 다수의 공정액과 반응하지 않거나 또는 최소한으로 반응하기 때문에, 이들 재료를 사용하면 최소한의 추가적인 하드웨어를 사용하여 분배 블록(205) 내부에 직접 유동 통로 및 펌프 챔버를 기계가공할 수 있도록 해준다. 분배 블록(205)은 결과적으로 통합된 유체 매니폴드를 제공함으로써 배관의 필요성을 줄여준다.

분배 블록(205)은, 예컨대 수용되는 유체가 통과하는 입구(210), 배기 구간 중에 유체를 배기하기 위한 배기 출구(215), 및 분배 구간 중에 분배되는 유체가 통과하는 분배 출구(220)를 비롯하여 다양한 외부 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 도 3a의 예에 있어서 분배 블록(205)은, 퍼지된 유체가 공급 챔버로 돌아가기 때문에(도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같음) 외부 퍼지 출구를 포함하지 않는다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 유체는 외부로 퍼지될 수 있다. 발명의 명칭이 "O-링이 없는 로우 프로파일 부속품 및 이러한 부속품의 조립체(O-Ring-Less Low Profile Fitting and Assembly Thereof)"이며 개시게 이라에 의해 2005년 12월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/741,667호는 분배 블록(205)의 외부 입구 및 출구를 유체 도관에 연결하기 위해 사용될 수 있는 부속품의 실시예를 설명하며, 상기 가특허 출원은 인용함으로써 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

분배 블록(205)은 유체를 공급 펌프, 분배 펌프 및 필터(120)로 이동시킨다. 피스톤 하우징(227)은 피스톤(165) 및 피스톤(192)을 보호할 수 있으며, 펌프 덮개(225)는 공급 모터(175) 및 분배 모터(200)가 손상되지 않도록 보호할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리에틸렌 또는 다른 폴리머로 형성된다. 밸브 플레이트(230)는, 유체 유동이 다단계 펌프(100)의 다양한 구성요소로 지향되도록 구성될 수 있는 밸브[예컨대, 도 2의 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140) 및 배기 밸브(145)]의 시스템을 위한 밸브 하우징을 제공한다. 일 실시예에 따르면, 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140) 및 배기 밸브(145)는 각각 적어도 부분적으로 밸브 플레이트(230)에 통합되며, 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공이 가해지는지의 여부에 따라 개방되거나 또는 폐쇄되는 다이어프램 밸브이다. 다른 실시예에 있어서, 밸브 중 일부는 분배 블록(205)에 대해 외부에 있을 수 있거나 또는 추가적인 밸브 플레이트에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, PTFE로 된 시트(sheet)가 밸브 플레이트(230)와 분배 블록(205) 사이에 삽입되어 다양한 밸브의 다이어프램을 형성한다. 밸브 플레이트(230)는, 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공을 가할 수 있도록 하는 각각의 밸브에 대한 밸브 제어용 입구를 포함한다. 예를 들면, 입구(235)는 배리어 밸브(135)에 대응하며, 입구(240)는 퍼지 밸브(140)에 대응하고, 입구(245)는 아이솔레이션 밸브(130)에 대응하며, 입구(250)는 배기 밸브(145)에 대응하고, 입구(255)는 입구 밸브(125)에 대응한다[출구 밸브(147)는 이 경우에 외부에 있음]. 이러한 입구에 대해 선택적으로 압력 또는 진공을 가함으로써 대응하는 밸브를 개방하고 폐쇄한다.

밸브 제어용 가스 및 진공은, 밸브 제어용 매니폴드[상부 덮개(263) 또는 하우징 덮개(225) 아래의 영역에 있음]로부터 분배 블록(205)을 통해 밸브 플레이트(230)까지 연장되는 밸브 제어 공급 라인(260)을 매개로 하여 밸브 플레이트(230)에 제공된다. 밸브 제어용 가스 공급구(265)는 압축된 가스를 밸브 제어용 매니폴드에 제공하고, 진공 입구(270)는 진공(또는 낮은 압력)을 밸브 제어용 매니폴드에 제공한다. 밸브 제어용 매니폴드는 3방향 밸브(3-way valve)로서 작용하여 대응하는 밸브(들)를 작동시키기 위해 공급 라인(260)을 매개로 하여 밸브 플레이트(230)의 적절한 입구에 압축된 가스 또는 진공이 전달되도록 한다. 일 실시예에 있어서, 발명의 명칭이 "고정 체적의 밸브 시스템(Fixed Volume Valve System)"이고 개쉬게 등이 2006년 11월 20일자로 출원한 미국 특허 출원 제11/602,457호[ENTG1770-1]에 설명된 바와 같은 밸브 플레이트가 사용될 수 있으며, 이 밸브 플레이트는 밸브의 홀드업 체적을 감소시키고 진공 섭동에 의한 체적 변동을 없애주며 진공 요구조건을 줄여주고 밸브 다이어프램 상의 응력을 감소시키며, 상기 미국 특허는 인용함으로써 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

도 3b는 다단계 펌프(100)의 또 다른 실시예의 개략도이다. 도 3b에 도시된 특징부 중 대다수는 앞서 도 3a와 함께 설명한 특징부와 유사하다. 그러나, 도 3b의 실시예는 유체 점적(drip)이 전자장치를 수용하는 다단계 펌프(100)의 영역에 들어가지 못하도록 하는 몇 가지 특징부를 포함한다. 유체 점적은, 예컨대 조작자가 관을 입구(210), 출구(215), 또는 배기(220)에 연결하거나 연결을 해제할 때 발생할 수 있다. "점적 방지(drip proof)" 특징부는 잠재적으로 유해한 화학물질의 점적이 펌프, 특히 전자장비실로 들어가지 못하도록 구성되며, 반드시 펌프가 "방수"(예컨대, 새지 않으면서 유체 내에 잠수 가능함)일 것을 요구하지는 않는다. 다른 실시예에 따르면, 상기 펌프는 완벽하게 밀봉될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분배 블록(205)은 상부 덮개(263)와 만나는 분배 블록(205)의 에지로부터 외측으로 돌출된 수직 돌출형 플랜지 또는 립(lip)(272)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 상부 에지 상에서, 상부 덮개(263)의 상부는 립(272)의 상부 표면과 같은 높이에 있게 된다. 이는, 분배 블록(205)과 상부 덮개(263)의 상부 경계 부근의 점적이 경계를 통해서보다는 분배 블록(205) 위로 흐르는 경향을 갖도록 해준다. 그러나, 상부 덮개(263)는 측부에서 립(272)의 기부와 같은 높이로 되거나, 그렇지 않으면 립(272)의 외측 표면으로부터 안쪽으로 오프셋된다. 이는 점적이 상부 덮개(263)와 분배 블록(205)의 사이보다는 상부 덮개(263) 및 립(272)에 의해 형성된 코너를 따라 아래도 흐르는 경향을 갖도록 해준다. 또한, 고무 시일은 상부 덮개(263)의 상부 에지와 후방 플레이트(271) 사이에 위치하여 점적이 상부 덮개(263)와 후방 플레이트(271) 사이로 새지 못하도록 한다.

분배 블록(205)은, 또한 분배 블록(205)에 형성되는 경사 표면으로 이루어지는 경사진 특징부(273)를 포함할 수 있으며, 이 경사 표면은 전자장비를 수용하는 펌프(100)의 영역으로부터 멀리 아래로 경사져 있다. 결과적으로, 분배 블록(205)의 상부 부근의 점적은 전자장비로부터 멀어지게 된다. 추가적으로, 펌프 덮개(225)는 또한 분배 블록(205)의 외측부 에지로부터 약간 안쪽으로 오프셋될 수 있으므로, 펌프(100)의 측부를 따라 떨어지는 점적은 펌프 덮개(225)와 펌프(100)의 다른 부분의 경계를 지나 흐르는 경향이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 덮개가 분배 블록(205)과 이웃할 때 반드시 금속 덮개의 수직 표면은 분배 블록(205)의 대응하는 수직 표면으로부터 약간 안쪽으로(예컨대, 64분의 1인치 또는 0.396875 밀리미터 정도) 오프셋될 수 있다. 또한, 다단계 펌프(100)는 시일, 경사진 특징부 및 다른 특징부를 포함할 수 있으므로 점적이 전자장비를 수용하는 다단계 펌프(100)의 부분에 들어가지 못하도록 한다. 또한, 후술하는 도 4a에 도시된 바와 같이, 후방 플레이트(271)는 추가적인 "점적 방지형" 다단계 펌프(100)에 대한 특징부를 포함할 수 있다.

도 4a는 분배 블록을 통과하도록 형성된 유체 유동 경로를 볼 수 있도록 투명하게 제작된 분배 블록(205)을 구비한 다단계 펌프(100)의 일 실시예의 개략도이다. 분배 블록(205)은 다단계 펌프(100)를 위한 다양한 챔버 및 유체 유동 통로를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 공급 챔버(155) 및 분배 챔버(185)는 분배 블록(205)에 직접적으로 기계가공될 수 있다. 또한, 다양한 유동 통로를 분배 블록(205)에 기계가공할 수 있다. 유체 유동 통로(275)(도 5c에 도시됨)는 입구(210)로부터 입구 밸브까지 연장된다. 유체 유동 통로(280)는 입구 밸브로부터 공급 챔버(155)까지 연장되어 입구(210)로부터 공급 펌프(150)까지의 경로를 완성한다. 밸브 하우징(230)에 있는 입구 밸브(125)는 입구(210)와 공급 펌프(150) 사이의 유동을 조절한다. 유동 통로(285)는 공급 펌프(150)로부터 밸브 플레이트(230)에 있는 아이솔레이션 밸브(130)까지 유체를 이동시킨다. 아이솔레이션 밸 브(130)의 배출물은 다른 유동 통로(도시 생략)에 의해 필터(120)까지 이동된다. 유체는 필터(120)로부터 필터(120)를 배기 밸브(145) 및 배리어 밸브(135)에 연결하는 유동 통로를 통해 유동한다. 배기 밸브(145)의 배출물은 배기 출구(215)까지 이동되는 반면, 배리어 밸브(135)의 배출물은 유동 통로(290)를 통해 분배 펌프(180)까지 이동된다. 분배 펌프는 분배 구간 중에 유동 통로(295)를 통해 출구(220)까지, 또는 퍼지 구간 중에 유동 통로(300)를 통해 퍼지 밸브까지 유체를 배출할 수 있다. 유체는 퍼지 구간 중에 유동 통로(305)를 통해 공급 펌프(150)까지 복귀할 수 있다. 유체 유동 통로는 PTFE 블록(또는 다른 재료의 블록)에 직접 형성될 수 있기 때문에, 분배 블록(205)은 다단계 펌프(100)의 다양한 구성요소 사이에서 공정액을 위한 관으로서 작용할 수 있으며, 이는 추가적인 관에 대한 필요성을 없애거나 또는 줄여준다. 다른 경우에 있어서, 유체 유동 통로를 형성하기 위해 분배 블록(205)에 관을 삽입할 수 있다. 도 4b는 일 실시예에 따른 분배 블록 내부의 수 개의 유동 통로를 볼 수 있도록 투시 가능하게 도시된 분배 블록(205)의 개략도이다.

도 4a로 돌아가면, 도 4a는 또한 공급 펌프(150)를 볼 수 있도록 상부 덮개(263) 및 펌프 덮개(225)가 제거된 다단계 펌프(100)를 도시하고 있으며, 이 다단계 펌프는 공급단 펌프(150), 분배 모터(200)를 포함하는 분배 펌프(180), 및 밸브 제어용 매니폴드(302)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 펌프(150), 분배 펌프(180) 및 밸브 플레이트(230)의 부분들은 분배 블록(205)에 있는 대응하는 구멍에 삽입된 바아(bar)(예컨대, 금속 바아)를 이용하여 분배 블 록(205)에 연결될 수 있다. 각각의 바아는 나사를 수용하기 위해 나사산이 형성된 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다. 예로서, 분배 모터(200) 및 피스톤 하우징(227)은 하나 이상의 나사[예컨대, 나사(275) 및 나사(280)]를 매개로 하여 분배 블록(205)에 장착될 수 있으며, 상기 나사는 분배 블록(205)에 있는 나사 구멍을 통해 연장되어 바아(285)에 있는 대응하는 구멍에 나사 결합된다. 분배 블록(205)에 구성요소를 결합하기 위한 이러한 메커니즘은 예로서 제시된 것이며 임의의 적절한 부착 메커니즘이 사용될 수 있음에 주의해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 후방 플레이트(271)는, 상부 덮개(263) 및 펌프 덮개(225)가 장착되는 내측으로 연장된 탭[예컨대, 브라켓(274)]을 포함할 수 있다. 상부 덮개(263) 및 펌프 덮개(225)가 [예컨대, 상부 덮개(263)의 하부 에지 및 후방 에지에서, 그리고 펌프 덮개(225)의 상부 에지 및 후방 에지에서] 브라켓(274)과 오버랩되기 때문에, 상부 덮개(263)의 하부 에지와 펌프 덮개(225)의 상부 에지 사이의 임의의 공간 사이에서, 또는 상부 덮개(263) 및 펌프 덮개(225)의 후방 에지에서 전자장비 영역으로의 점적의 유동이 방지된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 매니폴드(302)는 선택적으로 압력/진공이 밸브 플레이트(230)에 가해지도록 하기 위해 소정 세트의 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 이에 따라, 진공 또는 압력이 밸브에 가해지도록 특정 솔레노이드가 온(on)될 때, 실시에 따라서는, 솔레노이드가 열을 발생시키게 된다. 일 실시예에 따르면, 매니폴드(302)는 분배 블록(205), 특히 분배 챔버(185)로부터 멀리 PCB 보드[후방 플레이트(271)에 장착되며 도 4c에 보다 양호하게 도시됨] 아래에 장착된 다. 매니폴드(302)는 브라켓에 장착될 수 있으며, 브라켓은 다음에 후방 플레이트(271)에 장착되거나 또는 다른 방식으로 후방 플레이트(271)에 결합될 수 있다. 이는 매니폴드(302)에 있는 솔레노이드로부터의 열이 분배 블록(205) 내의 유체에 영향을 미치지 못하도록 돕는다. 후방 플레이트(271)는, 매니폴드(302) 및 PCB 보드로부터 열을 발산시킬 수 있는 스테인레스 강, 기계가공된 알루미늄 또는 다른 재료로 제작될 수 있다. 다시 말하면, 후방 플레이트(271)는 매니폴드(302) 및 PCB 보드를 위한 열 발산용 브라켓으로서 작용할 수 있다. 펌프(100)는 후방 플레이트(271)에 의해 열이 전도될 수 있는 표면 또는 다른 구조물에 추가로 장착될 수 있다. 따라서, 후방 플레이트(271) 및 후방 플레이트가 부착되는 구조물은 매니폴드(302) 및 펌프(100)의 전자장비를 위한 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다.

도 4c는 밸브 플레이트(230)에 압력 또는 진공을 가하기 위한 공급 라인(260)을 도시하는 다단계 펌프(100)의 개략도이다. 도 3과 함께 설명한 바와 같이, 밸브 플레이트(230)에 있는 밸브는 유체가 다단계 펌프(100)의 다양한 구성요소까지 유동할 수 있도록 구성될 수 있다. 밸브의 작동은 압력 또는 진공이 각각의 공급 라인(260)에 가해지도록 해주는 밸브 제어용 매니폴드(302)에 의해 제어된다. 각각의 공급 라인(260)은 소형 오리피스를 구비한 부속품(예시적인 부속품은 318로 표시되어 있음)을 포함할 수 있다. 이러한 오리피스의 직경은 대응하는 공급 라인(260)의 직경보다 작을 수 있으며, 상기 공급 라인에는 부속품(318)이 부착된다. 일 실시예에 있어서, 상기 오리피스의 직경은 약 0.010 인치일 수 있다. 따라서, 부속품(318)의 오리피스는 공급 라인(260)에 제한조건을 설정하는 역할을 할 수 있다. 각각의 공급 라인(260)에 있는 오리피스는 공급 라인에 대해 압력과 진공을 가하는 동안의 급격한 압력차의 효과를 완화시키는 데 도움이 되며, 이에 따라 밸브에 압력과 진공을 가하는 동안에 천이구간을 완만하게 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 오리피스는 하류의 밸브의 다이어프램에 대한 압력 변화의 영향을 감소시키는 데 도움이 된다. 이는, 밸브가 보다 부드럽게 그리고 보다 느리게 개폐될 수 있도록 해주며, 이에 따라 시스템 내에서의 보다 완만한 압력 천이구간의 연장이 밸브의 개폐에 의해 유발될 수 있도록 할 수 있고, 실제로 밸브 자체의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 4c는 또한 매니폴드(302)가 결합될 수 있는 PCB 보드(397)를 도시하고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매니폴드(302)는 PCB 보드(397)로부터 신호를 받아 솔레노이드가 개방되도록/폐쇄되도록 하여 다단계 펌프(100)의 밸브를 제어하기 위해 다양한 공급 라인(260)에 진공/압력을 가할 수 있다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 매니폴드(302)는 분배 블록(205)으로부터 PCB 보드(397)의 원위단부에 위치할 수 있으므로 분배 블록(205) 내의 유체에 대한 열의 영향을 감소시킨다. 또한, 열을 발생시키는 구성요소는 분배 블록(205)으로부터 멀리 PCB 보드의 측부에 위치할 수 있으므로, PCB 구조 및 공간 제한조건에 기초하여 실시 가능한 정도까지, 역시 열의 영향을 감소시킨다. 매니폴드(302) 및 PCB 보드(397)로부터의 열은 후방 플레이트(271)에 의해 발산될 수 있다. 반면에, 도 4d는 분배 블록(205)에 직접 매니폴드(302)가 장착되는 펌프(100)의 실시예의 개략도이다.

이제 다단계 펌프(100)의 작동을 설명하는 것이 유용할 수 있다. 다단계 펌 프(100)의 작동 중에, 다단계 펌프(100)의 밸브를 개방하거나 폐쇄하여 다단계 펌프(100)의 다양한 부분에 대한 유체 유동을 허용하거나 또는 억제한다. 일 실시예에 따르면, 이들 밸브는 압력 또는 진공이 가해지는가의 여부에 따라 개방되거나 또는 폐쇄되는 공압 작동식(즉, 가스 구동식) 다이어프램 밸브일 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는, 임의의 적절한 밸브가 사용될 수 있다.

다음은 다단계 펌프(100)의 다양한 작동 단계의 요약을 제공한다. 그러나, 다단계 펌프(100)는 밸브의 시퀀스를 수행하고 압력을 제어하기 위한 다양한 제어 기법에 따라 제어될 수 있으며, 이러한 제어 방법은 발명의 명칭이 "침지 리소그래피 시스템에서의 유체 유동 제어를 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Fluid Flow Control in an Immersion Lithography System)"이며 클라크 마이클, 맥러플린 로버트 에프, 및 래버디에 마크에 의해 2006년 8월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/502,729호에 설명된 방법들을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않으며, 상기 미국 특허 출원은 인용함으로써 본 명세서에 그 전체 내용이 포함된다. 일 실시예에 따르면, 다단계 펌프(100)는 준비 구간, 분배 구간, 충전 구간, 예비 여과 구간, 여과 구간, 배기 구간, 퍼지 구간 및 정적 퍼지 구간을 포함할 수 있다. 공급 구간 중에, 입구 밸브(125)는 개방되고, 공급단 펌프(150)는 공급단 다이어프램(160)을 이동시켜(예컨대, 밀어서) 유체가 공급 챔버(155) 내로 유입되도록 한다. 일단 충분한 양의 유체가 공급 챔버(155)를 채우면, 입구 밸브(125)가 폐쇄된다. 여과 구간 중에, 공급단 펌프(150)는 공급단 다이어프램(160)을 이동시켜 공급 챔버(155)로부터 유체를 이동시킨다. 아이솔레이션 밸브(130) 및 배리어 밸브(135)를 개방하여 유체가 필터(120)를 통해 분배 챔버(185)까지 유동하도록 해준다. 일 실시예에 따르면, 아이솔레이션 밸브(130)는 우선적으로(예컨대, "예비 여과 구간"에서) 개방될 수 있으므로 필터(120)에서 압력이 상승하도록 해주며, 이후에 배리어 밸브(135)가 개방되어 유체가 분배 챔버(185)로 유동하도록 해준다. 다른 실시예에 따르면, 아이솔레이션 밸브(130) 및 배리어 밸브(135)는 모두 개방될 수 있으며, 공급 펌프를 작동시켜 필터의 분배 측의 압력을 상승시킨다. 여과 구간 중에, 분배 펌프(180)는 원위치 상태로 될 수 있다. 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for a Variable Home Position Dispense System)"이고 2004년 11월 23일자로 래버디에 등이 출원한 미국 가특허 출원 제60/630,384호 및 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Variable Home Position Dispense System)"이고 2005년 11월 21일자로 래버디에 등이 출원한 PCT 출원 제PCT/US2005/042127호에 설명된 바와 같이, 분배 펌프의 원위치는 분배 펌프가 제공할 수 있는 최대 가용 체적보다는 작지만 분배 사이클에 있어서 분배 펌프에서 가장 큰 가용 체적을 제공하는 위치일 수 있으며, 전술한 2개의 특허는 각각 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 상기 원위치는 분배 사이클 동안 다단계 펌프(100)의 미사용 홀드업 체적을 감소시킬 수 있도록 다양한 파라메타에 기초하여 선택된다. 유사하게 공급 펌프(150)는 최대 가용 체적보다 작은 체적을 제공하는 윈위치 상태로 될 수 있다.

배기 구간의 초기에, 아이솔레이션 밸브(130)는 개방되며, 배리어 밸브(135) 는 폐쇄되고, 배기 밸브(145)는 개방된다. 또 다른 실시예에 있어서, 배리어 밸브(135)는 배기 구간 중에 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 배기 구간의 종료시에 폐쇄된다. 이 시간 동안, 배리어 밸브(135)가 개방된다면, 압력 센서(112)에 의해 측정될 수 있는 분배 챔버 내의 압력은 필터(120)에서의 압력에 의해 영향을 받을 것이기 때문에, 압력은 제어기에 의해 예측될 수 있다. 공급단 펌프(150)는 유체에 압력을 가하여 기포가 필터(120)로부터 개방된 배기 밸브(145)를 통해 제거되도록 한다. 공급단 펌프(150)는 사전에 결정된 속도로 배기가 이루어지도록 제어될 수 있으며, 이는 배기 시간을 더 길게 하고 배기 속도를 더 느리게 하며, 이에 따라 배기되는 폐기물의 양을 정확하게 제어할 수 있도록 해준다. 공급 펌프가 공압식 펌프인 경우, 유체 유동 제한부는 유체 배기 경로에 배치될 수 있으며, 공급 펌프에 가해지는 공압은 "배기" 설정점의 압력을 유지하기 위해 증가되거나 감소될 수 있고, 이와는 달리 제어되지 않는 방법의 일부 제어를 가능하게 해준다.

퍼지 구간의 개시 시점에, 아이솔레이션 밸브(130)는 폐쇄되고, 배리어 밸브(135)는 배기 구간에서 개방되어 있다면 폐쇄되며, 배기 밸브(145)는 폐쇄되고, 퍼지 밸브(140)는 개방되며, 입구 밸브(125)는 개방된다. 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가하여 퍼지 밸브(140)를 통해 기포를 배기시킨다. 정적 퍼지 구간 중에, 분배 펌프(180)는 정지되지만, 퍼지 밸브(140)는 개방된 상태로 유지되어 계속적으로 공기를 배기한다. 퍼지 구간 또는 정적 퍼지 구간 중에 제거된 임의의 과잉 유체는 다단계 펌프(100) 밖으로 이동될 수 있거나(예컨대, 유체 공급원으로 복귀되거나 또는 버려짐), 또는 공급단 펌프(150)로 재순환된다. 준비 구간 중에, 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130) 및 배리어 밸브(135)는 개방될 수 있으며 퍼지 밸브(140)는 폐쇄될 수 있으므로, 공급단 펌프(150)는 공급원(예컨대, 공급용 병)의 분위기 압력(ambient pressure)에 도달할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 모든 밸브는 준비 구간에서 폐쇄될 수 있다.

분배 구간 중에, 출구 밸브(147)는 개방되고 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가한다. 출구 밸브(147)는 분배 펌프(180)보다 느리게 제어에 반응할 수 있으므로, 출구 밸브(147)는 우선적으로 개방될 수 있고, 사전에 정해진 약간의 시간 이후에 분배 모터(200)가 시동된다. 이는, 분배 펌프(180)가 부분적으로 개방되어 있는 출구 밸브(147)를 통해 유체를 밀어내지 못하도록 한다. 또한, 이로써 밸브 개방에 의해, 이후에 모터 작동에 따라 유발되는 정방향 유체 이동에 의해 유체는 분배 노즐 위로 이동하지 못하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 출구 밸브(147)는 개방될 수 있고, 분배 펌프(180)에 의해 동시에 분배가 개시된다.

분배 노즐에 있는 과잉 유체가 제거되는 추가적인 석백(suckback) 구간을 수행할 수 있다. 석백 구간 중에, 출구 밸브(147)는 폐쇄될 수 있고, 보조적인 모터 또는 진공을 사용하여 출구 노즐 밖으로 과잉 유체를 취출할 수 있다. 대안으로, 출구 밸브(147)는 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 분배 모터(200)는 분배 챔버로 유체를 다시 취입하기 위해 역회전될 수 있다. 석백 구간은 과잉 유체가 웨이퍼 상에 점적되는 것을 방지하는 데 도움이 된다.

간략히 도 5를 참조하면, 도 5는 도 2의 다단계 펌프(100)의 다양한 작동 구 간에서의 밸브 타이밍 및 분배 모터 타이밍의 개략도이다. 구간이 바뀌는 동안 수 개의 밸브가 동시에 폐쇄되는 것으로 도시되어 있지만, 밸브의 폐쇄는 압력 스파이크를 줄이기 위해 약간(예컨대, 100 밀리초) 차이를 두도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 배기 구간과 퍼지 구간 사이에서, 아이솔레이션 밸브(130)는 배기 밸브(145)가 폐쇄되기 직전에 폐쇄될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예에서는 다른 밸브 타이밍이 사용될 수 있다는 점을 주의해야 한다. 또한, 구간들 중 몇 개는 함께 수행될 수 있다(예컨대, 충전/분배 단계는 동시에 수행될 수 있으며, 이러한 경우 입구 밸브 및 출구 밸브는 분배/충전 구간에서 개방될 수 있음). 또한, 특정 구간은 각각의 사이클에 대해 반복되어야만 하는 것은 아니라는 점에 주의해야 한다. 예를 들면, 퍼지 구간 및 정적 퍼지 구간은 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 유사하게, 배기 구간도 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다.

다양한 밸브의 개폐는 다단계 펌프(100) 내의 유체에서 압력 스파이크를 유발할 수 있다. 출구 밸브(147)는 정적 퍼지 구간에서 폐쇄되어 있기 때문에, 정적 퍼지 구간의 종료 시점에 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하는 것은 예컨대 분배 챔버(185)에서 압력 상승을 유발할 수 있다. 각각의 밸브는 폐쇄될 때 작은 체적의 유체를 이동시킬 수 있기 때문에, 이러한 상황이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 많은 경우에 있어서, 유체가 분배 챔버(185)로부터 분배되기 이전에, 다단계 펌프(100)로부터 유체를 분배함에 있어서 스퍼터링 또는 다른 섭동을 방지하기 위해 퍼지 사이클 및/또는 정적 퍼지 사이클을 사용하여 분배 챔버(185)로부터 공기를 퍼지하게 된다. 그러나, 정적 퍼지 사이클의 종료 시점에, 분배를 개시하기 위해 준비중인 분배 챔버(185)를 밀봉하기 위해 퍼지 밸브(140)는 폐쇄된다. 퍼지 밸브(140)가 폐쇄될 때 소정 체적[퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적과 거의 동일함]의 추가적인 유체가 분배 챔버(185)로 이동하도록 강제되며, 이에 따라 이후에 분배 챔버(185) 내의 유체 압력이 증가하여 유체의 분배를 위해 의도된 기준 압력를 초과하게 된다. 이러한 과잉 압력(기준 압력을 초과하는 압력)은 이후의 유체 분배에 있어서 문제를 유발할 수 있다. 이러한 문제는 저압 용례에서 더욱 심각해지는데, 이는 퍼지 밸브(140)를 폐쇄함에 따라 유발되는 압력 증가가 분배를 위해 요구되는 기준 압력에 대해 더 큰 비율일 수 있기 때문이다.

보다 구체적으로, 퍼지 밸브(140)를 폐쇄함에 따라 발생하는 압력 상승 때문에, 이러한 압력이 감소되지 않는다면 후속하는 분배 구간 중에 웨이퍼 상에서 유체의 "스피팅(spitting)", 이중 분배 또는 다른 바람직하지 않은 유체 동특성이 발생할 수 있다. 또한, 다단계 펌프(100)의 작동 중의 이러한 압력 상승은 일정하지 않을 수 있기 때문에, 전술한 압력 상승은 연속적인 분배 구간 동안에 분배되는 유체의 양, 또는 분배의 다른 특성의 변동을 유발할 수 있다. 분배에 있어서의 이러한 변동은 이후 웨이퍼 스크랩(scrap) 및 웨이퍼의 재가공을 초래할 수 있다. 본 발명의 실시예는 시스템 내의 다양한 밸브를 폐쇄함에 따른 압력 상승을 고려하여 분배 구간의 개시를 위한 바람직한 시작 압력을 달성하고, 분배 이전에 분배 챔버(185)에서 임의의 기준 압력이 거의 달성되도록 함으로써 시스템마다 달라지는 수두 압력 및 장비 상의 다른 차이점을 고려한다.

일 실시예에 있어서, 분배 챔버(185) 내의 유체에 대한 원치 않는 압력 상승 을 고려하기 위해, 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140), 및/또는 분배 챔버(185) 내의 압력 증가를 유발할 수 있는 임의의 다른 요인을 폐쇄함에 따라 초래되는 임의의 압력 상승을 보상하도록 사전에 결정된 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 빼내기 위해 정적 퍼지 구간 동안 분배 모터(200)를 역회전시킬 수 있다. 분배 챔버(185) 내의 압력은 발명의 명칭이 "유체 압력의 제어를 위한 시스템 및 방법(System and Method for Control of Fluid Pressure)"이며 고넬라 조지 및 케드론 제임스가 2005년 12월 2일자로 출원한 미국 특허 출원 제11/292,559호, 및 발명의 명칭이 "펌프의 작동을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법(System and Method for Monitoring Operation of a Pump)"이며 고넬라 조지 및 케드론 제임스가 2006년 2월 28일자로 출원한 미국 특허 출원 제11/364,286호에 설명된 바와 같이 공급 펌프(150)의 속도를 조절함으로써 제어될 수 있고, 상기 미국 특허 출원은 본 명세서에 포함된다.

따라서, 본 발명의 실시예는 원만한 유체 처리 특성을 갖는 다단계 펌프를 제공한다. 분배 구간 이전에 분배 챔버 내의 압력 섭동을 보상함으로써, 잠재적으로 손해를 입힐 수 있는 압력 스파이크를 방지하거나 완화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 압력 및 압력 변동이 공정액에 미치는 해로운 영향을 줄이는 것을 돕기 위해 다른 펌프 제어 메커니즘 및 밸브 타이밍을 사용할 수 있다.

이를 위해, 펌핑 장치의 챔버에서 실질적으로 기준 압력을 유지하기 위한 시스템 및 방법에 주목해야 한다. 본 발명의 실시예는 펌핑 장치의 챔버에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하거나 이러한 압력 변동에 대처하기 위해 모터를 제어하 도록 기능할 수 있다. 보다 구체적으로, 분배 챔버에서 감지된 압력에 기초하여 분배하기 이전에 분배 챔버 내의 기준 압력을 실질적으로 유지하도록 분배 모터를 제어할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 분배가 개시되기 이전에 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력보다 높은지(또는 낮은지) 여부를 반복적으로 결정하고, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력보다 높다면(또는 낮다면) 펌핑 수단의 이동을 조절하여 유체의 분배가 개시될 때까지 분배 챔버 내에서 요구되는 압력을 실질적으로 유지하기 위해 제어 루프를 사용할 수 있다.

이러한 압력 변동의 저감은, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단계 펌프의 작동에 대하여 분배 챔버(185)에서의 예시적인 압력 프로파일을 도시하는 도 6을 참고하면 더 잘 이해될 것이다. 점(440)에서, 분배는 개시되고 분배 펌프(180)는 유체를 출구로 밀어낸다. 이러한 분배는 점(445)에서 종료된다. 분배 챔버(185)에서의 압력은 충전 단계 중에 거의 일정하게 유지되는데, 이는 분배 펌프(180)가 일반적으로 충전 단계와 관련이 없기 때문이다. 점(450)에서, 여과 단계가 개시되고, 공급단 모터(175)는 정방향으로 작동하여 공급 챔버(155)로부터 사전에 결정된 속도로 유체를 밀어낸다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 분배 챔버(185) 내의 압력은 증가하기 시작하여 점(455)에서 사전에 결정된 설정점에 도달한다. 분배 챔버(185) 내의 압력이 상기 설정점에 도달하면, 분배 모터(200)는 일정한 속도로 역회전하여 분배 챔버(185) 내의 가용 체적을 증가시킨다. 점(455)과 점(460) 사이의 압력 프로파일 중 비교적 평평한 부분에서, 공급 모터(175)의 속도는 압력이 설정점 미만으로 감소할 때마다 빨라지고 설정점에 도달할 때 느려진다. 이는, 분 배 챔버(185) 내의 압력을 거의 일정한 압력으로 유지시킨다. 점(460)에서, 분배 모터(200)는 원위치에 도달하고 여과 단계는 종료된다. 점(460)에서의 급격한 압력 스파이크는 여과의 종료 시에 배리어 밸브(135)를 폐쇄함에 따라 발생된다.

배기 및 퍼지 구간 이후에, 그리고 정적 퍼지 구간의 종료 이전에, 퍼지 밸브(140)는 폐쇄되며, 이는 압력 프로파일에 있어서 점(1500)에서 시작되는 압력의 스파이크를 유발한다. 압력 프로파일 중 점(1500)과 점(1502) 사이에서 알 수 있는 바와 같이, 분배 챔버(185) 내의 압력은 전술한 밸브의 폐쇄에 의해 현저하게 증가할 수 있다. 퍼지 밸브(140)의 폐쇄에 따른 압력의 상승은 보통 일관성이 없으며, 시스템의 온도 및 다단계 펌프(100)와 함께 사용되는 유체의 점도에 따라 결정된다.

점(1500)과 점(1502) 사이에서 발생하는 압력 상승에 대처하기 위해, 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140) 및/또는 임의의 다른 요인의 폐쇄에 의해 유발되는 임의의 압력 상승을 보상하도록 사전에 결정된 소정 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 빼내기 위해 분배 모터(200)를 역회전시킬 수 있다. 일부 경우에 있어서, 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하기 위해 어느 정도의 시간이 소요될 수 있기 때문에, 분배 모터(200)를 역회전시키기 이전에 특정 시간만큼 지연시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 압력 프로파일 상의 점(1500)과 점(1504) 사이의 시간은 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하기 위한 신호와 분배 모터(200)의 역회전 사이의 지연을 반영한다. 이러한 시간 지연은 퍼지 밸브(140)를 완전히 폐쇄하도록 하는 데 적절할 수 있고, 분배 챔버(185) 내의 압력이 실질적으로 안정되도록 해주는 데 적절할 수 있는데, 상기 시간 지연은 약 50 밀리초일 수 있다.

퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적은 알려진 값일 수 있으므로(예컨대, 제작 공차 이내), 퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적과 거의 동일하게 분배 챔버(185)의 체적을 증가시키도록 보정 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 빼내기 위해 분배 모터(200)를 역회전시킬 수 있다. 분배 챔버(185) 및 피스톤(192)의 치수도 또한 알려진 값이기 때문에, 분배 모터(200)는 특정한 수의 모터 증분만큼 역회전될 수 있으며, 상기 특정한 수의 모터 증분만큼 분배 모터(200)를 역회전시킴으로써, 분배 챔버(185)의 체적은 대략 퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적만큼 증가된다.

분배 모터(200)의 역회전을 매개로 하는 피스톤(192)의 후방 이동의 효과는, 점(1506)에서 분배를 위해 요구되는 대략적인 기준 압력까지 점(1504)으로부터 분배 챔버(185) 내의 압력을 감소시킨다. 많은 경우에 있어서, 이러한 압력의 보정은 후속하는 분배 단계에서 만족스러운 분배를 달성하는 데 적절할 수 있다. 그러나, 분배 모터(200)에 사용되는 모터의 유형 또는 퍼지 밸브(140)에 사용되는 밸브의 유형에 따라, 분배 챔버(185)의 체적을 증가시키기 위해 분배 모터(200)를 역회전시키는 것은 분배 모터(200)의 구동 메커니즘에 있어서 소정 공간 또는 "백래쉬(backlash)"를 발생시킬 수 있다. 이러한 "백래쉬"는, 분배 모터(200)가 정방향으로 작동하여 분배 구간 중에 유체를 분배 펌프(180) 외부로 밀게 될 때, 모터 너트 조립체와 같은 분배 모터(200)의 구성요소 사이에 특정 크기의 슬랙(slack) 또는 공간이 존재할 수 있는 것을 의미하며, 분배 모터(200)의 구동 조립체가 물리적으로 결합하여 피스톤(192)이 움직이기 전에 상기 슬랙 또는 공간을 줄일 수 있어 야 한다. 백래쉬의 크기가 가변적이기 때문에, 요구되는 분배 압력을 얻기 위해 어느 정도 전방으로 피스톤(192)을 이동시켜야 하는지를 결정할 때 이러한 백래쉬를 고려하기가 어려울 수 있다. 따라서, 분배 모터(200)의 구동 조립체에서의 이러한 백래쉬는 각각의 분배 구간 중에 분배되는 유체의 양의 변동을 유발할 수 있다.

결과적으로, 분배 모터(200)의 구동 조립체에 있어서의 백래쉬 양을 실질적으로 무시 가능한 수준 또는 백래쉬가 전혀 없는 수준으로 감소시키기 위해서는 분배 구간 이전에 분배 모터(200)의 최종 운전이 정방향으로 이루어지도록 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서는, 분배 펌프(200)의 구동 모터 조립체에서의 원치 않는 백래쉬에 대처하기 위해, 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140), 및/또는 분배 챔버(185)에서의 압력 상승을 유발할 수 있는 임의의 다른 요인을 폐쇄함으로써 유발되는 임의의 압력 상승을 보상하도록 분배 모터(200)를 역회전시켜 사전에 결정된 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 이동시킬 수 있으며, 분배 챔버(185)에 오버슈트 체적(overshoot volume)을 추가하기 위해 부가적인 오버슈트 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 빼내도록 분배 모터를 추가적으로 역회전시킬 수 있다. 이후에 분배 모터(200)는 오버슈트 거리와 실질적으로 동일한 만큼 전방으로 피스톤(192)을 이동시키기 위해 정방향으로 맞물릴 수 있다. 이는 분배 챔버(185) 내에서 대략적으로 요구되는 기준 압력이 되도록 하며, 또한 분배 이전의 분배 모터(200)의 최종 운전이 정방향으로 이루어지도록 보장하여 분배 모터(200)의 구동 조립체로부터의 임의의 백래쉬를 실질적으로 제거한다.

다시 도 6을 참고하면, 전술한 바와 같이, 압력 프로파일에 있어서 점(1500)에서 시작하는 압력 스파이크는 퍼지 밸브(140)를 폐쇄함으로써 유발될 수 있다. 점(1500)과 점(1502) 사이에서 발생하는 압력 증가에 대처하기 위해, 소정의 지연 후에 퍼지 밸브(140)(및/또는 임의의 다른 요인)를 폐쇄함으로써 유발되는 임의의 압력 증가를 보상하기 위해 사전에 결정된 거리와 추가적인 오버슈트 거리를 합한 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 이동시키기 위해 분배 모터(200)를 역회전시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 보상 거리는 분배 챔버(185)의 체적을 퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적과 거의 동일한 정도로 증가시킬 수 있다. 오버슈트 거리는 또한 구체적인 실시에 따라 퍼지 밸브(140)의 홀드업 체적과 거의 동일한 정도로 또는 더 작거나 더 큰 체적만큼 분배 챔버(185)의 체적을 증가시킬 수 있다.

분배 모터(200)의 역회전을 매개로 하여 보상 거리와 오버슈트 거리를 합한 거리만큼 피스톤(192)을 후방으로 이동시킨 효과는, 점(1504)으로부터 점(1508)까지 분배 챔버(185) 내의 압력 감소를 유발한다. 분배 모터(200)는 이후에, 오버슈트 거리와 실질적으로 동일한 거리만큼 전방으로 피스톤(192)을 이동시키기 위해 정방향으로 맞물릴 수 있다. 일부 경우에 있어서, 분배 모터(200)가 정방향으로 맞물리기 이전에 분배 모터(200)가 실질적으로 완전히 정지하도록 해주는 것이 바람직할 수 있고, 이러한 지연은 약 50 밀리초일 수 있다. 분배 모터(200)의 정방향 맞물림을 매개로 한 피스톤(192)의 전방 이동의 효과는, 점(1510)에서부터 분배 챔버(185) 내의 압력을 증가시켜 점(1512)에서 분배를 위해 요구되는 대략적인 기준 압력이 되도록 하며, 분배 구간 이전의 분배 모터(200)의 최종 운전이 정방향으 로 이루어지도록 보장하고, 분배 모터(200)의 구동 조립체로부터 실질적으로 모든 백래쉬를 없앤다. 정적 퍼지 구간의 종료 시점에서 분배 모터(200)의 역회전 및 정방향 작동은 도 5의 타이밍 선도에 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다단계 펌프의 특정 작동 구간 동안 분배 챔버(185)에서의 예시적인 압력 프로파일을 도시하는 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예를 보다 명확하게 설명할 수 있다. 선(1520)은 유체의 분배를 위해 요구되는 기준 압력을 나타내며, 기준 압력은 요구되는 임의의 압력일 수 있지만 통상적으로 0 psi(예컨대, 게이지 압력) 또는 대기압이다. 점(1522)에서, 퍼지 구간 동안 분배 챔버(185) 내의 압력은 기준 압력(1520)을 약간 초과할 수 있다. 분배 모터(200)는, 분배 챔버(185) 내의 압력이 점(1524)에서 시작하여 점(1526)에서 대략 기준 압력(1520)까지 낮아지도록 하는 퍼지 구간의 종료 시점에 정지될 수 있다. 그러나, 정적 퍼지 구간의 종료 이전에, 퍼지 밸브(140)와 같은 펌프(100) 내의 밸브는 폐쇄될 수 있고, 이는 압력 프로파일의 점(1528)과 점(1530) 사이에서 압력의 스파이크를 유발한다.

분배 모터(200)는 이후에, 압력 프로파일의 점(1532)과 점(1534) 사이에서 분배 챔버(185)의 압력이 기준 압력(1520) 미만이 되도록 하는 오버슈트 거리와 보상 거리의 총합만큼 피스톤(192)을 이동시키기 위해 역회전될 수 있다(전술한 바와 같음). 분배 챔버(185) 내의 압력을 대략적으로 기준 압력(1520)으로 되돌리고 분배 모터(200)의 구동 조립체로부터 백래쉬를 제거하기 위해, 분배 모터(200)는 정방향으로 실질적으로 오버슈트 거리와 동일하게 맞물릴 수 있다. 이러한 이동에 따라 분배 챔버(185) 내의 압력은 압력 프로파일의 점(1536)과 점(1538) 사이에서 기준 압력(1520)으로 되돌아가게 된다. 따라서, 분배 챔버(185) 내의 압력은 분배를 위해 요구되는 기준 압력으로 실질적으로 되돌아가고, 백래쉬는 분배 모터(200)의 구동 조립체로부터 제거되며, 계속되는 분배 구간 동안 바람직한 분배가 이루어질 수 있다.

본 발명의 전술한 실시예는 정적 퍼지 구간 중에 퍼지 밸브를 폐쇄함으로써 유발되는 압력 상승의 보정과 함께 주로 설명되었지만, 이러한 동일한 기법은 다단계 펌프(100)의 임의의 작동 단계 중에 다단계 펌프(100)의 내부 또는 외부에서 거의 모든 임의의 요인에 의해 유발되는 압력 상승 또는 감소를 보정하기 위해 적용될 수 있고, 분배 챔버(185) 안팎으로의 유동 경로에 있는 밸브의 개방 또는 폐쇄에 의해 유발되는 분배 챔버(185) 내의 압력 변동을 보정하는 데에 특히 유용할 수 있음은 명백하다.

또한, 이러한 동일한 기법은 다단계 펌프(100)와 함께 사용되는 다른 장비에서의 변동을 보상함으로써 분배 챔버(185)에서 요구되는 기준 압력을 달성하기 위해 사용될 수 있음은 명백하다. 공정 중에 장비에서의 이러한 차이 또는 다른 변동을 보다 양호하게 보상하기 위해, 주위 환경 혹은 다단계 펌프(100)에 대해 내부나 외부에서 사용되는 장비, 분배 챔버(185)에서 요구되는 기준 압력, 보상 거리, 오버슈트 거리, 지연 시간 등과 같은 본 발명의 특정 양태 또는 변수는 펌프(100)의 사용자에 의해 구성 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 이와 유사하게 압력 변환기(112)를 사용하여 분배 챔버(185)에서 요구되는 기준 압력을 달성할 수 있다. 예를 들면, 퍼지 밸브(140) (및/또는 임의의 다른 요인)를 폐쇄함으로써 유발되는 임의의 압력 상승을 보상하기 위해, 분배 챔버(185)에서 요구되는 기준 압력[압력 변환기(112)에 의해 측정되는 바와 같음]이 달성될 때까지 피스톤(192)은 후방으로 빠질 수 있다(또는 전방으로 이동됨). 이와 유사하게, 분배 이전에 분배 모터(200)의 구동 조립체에서의 백래쉬의 크기를 실질적으로 무시할 수 있는 수준 또는 전혀 존재하지 않는 수준으로 감소시키기 위해, 분배 챔버(185) 내의 압력이 기준 압력 미만이 될 때까지 피스톤(192)은 후방으로 빠질 수 있고 이후에는 분배 챔버(185) 내의 압력이 분배를 위해 요구되는 기준 압력이 될 때까지 피스톤이 전방으로 맞물릴 수 있다.

유체 내의 압력 변동에 대해 전술한 바와 같이 대처할 뿐만 아니라, 밸브의 폐쇄를 방지하여 폐쇄된 공간이 형성되지 않도록 하고 폐쇄된 공간들 사이의 밸브를 개방함으로써 공정액 내의 압력 스파이크 또는 다른 압력 섭동도 역시 감소될 수 있다. 다단계 펌프(100)의 완전한 분배 사이클 중에(예컨대, 분배 구간으로부터 분배 구간까지), 다단계 펌프(100) 내부의 밸브는 여러번 상태를 바꿀 수 있다. 이러한 무수한 변화 중에 원치 않는 압력 스파이크 및 압력 감소가 발생할 수 있다. 이러한 압력 변동은 민감한 공정용 화학물질에 손상을 유발할 뿐만 아니라, 또한 이러한 밸브를 개방하고 폐쇄하는 것은 유체의 분배에 있어서 방해 또는 변동을 유발할 수 있다. 예를 들면, 분배 챔버(185)와 연결된 하나 이상의 내측 밸브를 개방함으로써 유발되는 홀드업 체적에서의 갑작스런 압력 상승은 분배 챔버(185) 내의 유체에서 상응하는 압력의 감소를 유발할 수 있으며, 유체 내에 기포 가 형성되도록 할 수 있고, 이는 이후에 후속하는 분배에 영향을 줄 수 있다.

다단계 펌프(100) 내의 다양한 밸브의 개폐에 의해 유발되는 압력 변동을 완화하기 위해, 다양한 밸브의 개폐 및/또는 모터의 맞물림 및 맞물림 해제는 이들 압력 스파이크를 감소시키도록 조절될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 압력 변동을 줄이기 위해, 피할 수 있다면 유체 경로에 닫힌 공간 또는 폐쇄된 공간이 형성되지 않도록 밸브를 폐쇄하지 않으며, 이와 관련하여 중요한 점은 피할 수 있다면 2개의 폐쇄된 공간 사이의 밸브를 개방하지 않는다는 점이다. 역으로, 다단계 펌프(100)에 대해 외부 영역으로 개방된 유동 경로가 없거나 또는 다단계 펌프(100)에 대해 외부 대기 또는 외부 조건으로 개방[예컨대, 출구 밸브(147), 배기 밸브(145), 또는 입구 밸브(125)가 개방됨]된 유체 경로가 없으면, 모든 밸브를 개방하지 말아야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 다단계 펌프(100) 내부의 밸브의 개폐를 위한 일반적인 가이드라인을 표현하는 다른 방법은, 밸브의 개방에 따라 발생할 수 있는 체적의 변화(개방되는 내측 밸브의 홀드업 체적과 거의 동일함)에 의해 유발되는 임의의 압력 변화를 없애기 위해, 입구 밸브(125), 배기 밸브(145), 또는 출구 밸브(147)와 같은 외측의 밸브가 개방되어 있을 때에만, 다단계 펌프(100)의 작동 중에 배리어 밸브(135) 또는 퍼지 밸브(140)와 같은 다단계 펌프(100)에 있는 내측의 밸브를 개방하거나 폐쇄하는 것이다. 이러한 가이드라인은 또한 다른 방식으로, 즉 다단계 펌프(100) 내부의 밸브를 개방할 때 밸브는 외측으로부터 내측으로 개방되어야만 하는 반면(즉, 외측의 밸브는 내측의 밸브 이전에 개방되어야 함), 다단 계 펌프(100) 내부의 밸브를 폐쇄할 때 밸브를 내측으로부터 외측으로 폐쇄하는 방식(즉, 외측 밸브 이전에 내측 밸브를 폐쇄해야 함)으로 생각할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서는, 특정 밸브가 완전히 개방되거나 또는 폐쇄되어 있음을 보장하기 위해, 모터가 완전히 시동되거나 또는 정지되어 있음을 보장하기 위해, 또는 시스템 내부 혹은 시스템의 일부의 압력이 다른 변화(예컨대, 밸브를 개방하거나 또는 밸브를 폐쇄하거나 혹은 모터를 시동하거나 또는 모터를 정지함)가 발생하기 이전에(예컨대, 기동되기 이전에) 실질적으로 0 p.s.i.(예컨대, 게이지 압력) 또는 0이 아닌 다른 레벨에 있음을 보장하기 위해, 특정 변화 사이에 충분한 시간을 사용한다. 많은 경우에 있어서, 100 내지 300 밀리초의 지연은 다단계 펌프(100) 내부의 밸브가 실질적으로 충분히 개방되거나 또는 폐쇄되도록 하기에 충분하지만, 이들 기법의 구체적인 용례 또는 실시에서 사용되는 실제 지연은 광범위한 다른 요인과 함께 적어도 부분적으로 다단계 펌프(100)에서 사용되는 유체의 점도에 따라 좌우될 수 있다.

전술한 가이드라인은, 다단계 펌프(100)의 다양한 작동 구간에 대해 다단계 펌프(100)의 작동 중에 압력 변동을 완화하는 역할을 하는 밸브 타이밍 및 모터 타이밍의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도 8a 및 도 8b를 참고하면 보다 양호하게 이해될 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 비율에 맞게 도시된 것이 아니며, 숫자가 표시된 이러한 각각의 구간은 도 8a 및 도 8b의 도시 내용과는 무관하게 상이하거나 독특한 시간 간격(0인 시간 간격 포함)일 수 있고, 숫자가 표시된 각각의 구간의 간격은 실시되는 사용자 방법, 다단계 펌프(100)에서 사용되는 밸브의 유형(예컨대, 이들 밸브를 개방하거나 또는 폐쇄하는 데 소요되는 시간) 등과 같은 광범위한 인자에 의해 결정될 수 있음을 주의해야 한다.

도 8a를 참고하면, 시점 2010에서, 준비 구간 신호는 다단계 펌프(100)가 분배를 행할 준비가 되어 있음을 의미할 수 있으며, 시점 2020에서 입구 밸브(125)를 개방하기 위해, 유체를 분배하도록 정방향으로 분배 모터(200)를 작동시키기 위해, 그리고 충전 챔버(155)로 유체를 유도하도록 충전 모터(175)를 역회전시키기 위해, 시점 2010 이후 언젠가 또는 시점 2010에서 하나 이상의 신호가 전달될 수 있다. 시점 2020 이후 시점 2022 이전에(예컨대, 구간 2 동안에), 출구 밸브(147)를 개방하기 위해 소정의 신호가 전달될 수 있으며, 이에 따라 유체는 출구 밸브(147)로부터 분배될 수 있다.

이러한 개시 내용을 읽은 후에는, 밸브 신호 및 모터 신호의 타이밍은 펌프의 다양한 밸브 또는 모터를 작동시키기 위해 요구되는 시간에 따라 변할 수 있음이 명확해질 것이며, 상기 사용자 방법은 다단계 펌프(100) 또는 다른 인자들과 함께 실시된다. 예를 들면, 도 8a에서, 정방향으로 분배 모터(200)를 작동시키기 위한 신호가 전달된 후에 출구 밸브(147)를 개방하기 위한 신호가 전달될 수 있는데, 이러한 예에 있어서는 출구 밸브(147)가 분배 모터(200)보다 신속하게 작동될 수 있고, 이에 따라 출구 밸브(147)의 개방 및 분배 모터(200)의 작동의 타이밍을 조절하여 밸브의 개방 및 분배 모터의 작동이 실질적으로 동시에 이루어져 보다 양호한 분배를 달성하도록 하는 것이 요구되기 때문이다. 그러나, 다른 밸브 및 모터는 상이한 작동 속도 등을 가질 수 있으며, 이에 따라 이들 상이한 밸브 및 모터와 함께 상이한 타이밍이 이용될 수 있다. 예를 들면, 출구 밸브(147)를 개방하기 위한 신호는 분배 모터(200)를 작동하기 위한 신호보다 빨리 또는 실질적으로 동시에 전달될 수 있으며, 이와 유사하게 출구 밸브(147)를 폐쇄하기 위한 신호는 분배 모터(200) 등의 작동을 중단시키기 위한 신호보다 빨리, 느리게 또는 동시에 전달될 수 있다.

따라서, 시구간 2020과 시구간 2030 사이에서 유체는 다단계 펌프(100)로부터 분배될 수 있다. 다단계 펌프(100)에 의해 실시되는 방법에 따라, 분배 모터(200)의 작동 속도는 시구간 2020과 시구간 2030 사이(예컨대, 각각의 구간 2 내지 6)에서 변할 수 있으므로 상이한 양의 유체가 시구간 2020과 시구간 2030 사이의 상이한 시점에서 분배될 수 있다. 예를 들면, 분배 모터는 다항함수에 따라 작동될 수 있으므로, 분배 모터(200)는 구간 6에서보다는 구간 2에서 보다 신속하게 작동하고 이에 비례하여 구간 6에서보다 구간 2에서 더 많은 유체가 다단계 펌프(100)로부터 분배된다. 분배 구간이 시작된 후 시점 2030 이전에, 이 시점 이후에 출구 밸브(147)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되며, 시점 2030에서 분배 모터(200)를 정지시키기 위한 신호가 전달된다.

이와 유사하게, 시점 2020과 시점 2050 사이에서(예컨대, 구간 2 내지 7에서), 공급 챔버(155)는 충전 모터(175)의 역회전을 통해 유체로 충전될 수 있다. 이후에 시점 2050에서, 다음으로 충전 모터(175)를 정지시키기 위한 신호가 전달되며, 이후에 충전 구간이 종료된다. 충전 챔버(155) 내부의 압력이 실질적으로 0 p.s.i.(예컨대, 게이지 압력)로 되돌아갈 수 있도록, 입구 밸브는 시점 2050과 시 점 2060 사이에서(예컨대, 구간 9에서, 지연 번호 0) 임의의 다른 작동이 이루어지기 이전에 개방된 상태로 유지될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이러한 지연은 약 10 밀리초일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시점 2050과 시점 2060 사이의 시구간은 변할 수 있으며 충전 챔버(155)에서 가리키는 압력에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들면, 충전 챔버(155)에서의 압력을 측정하기 위해 압력 변환기를 사용할 수 있다. 압력 변환기가 충전 챔버(155) 내의 압력이 0 p.s.i.에 도달하였음을 나타낼 때 구간 10은 시점 2060에서 개시될 수 있다.

이후에 시점 2060에서, 아이솔레이션 밸브(130)를 개방하기 위한 신호가 전달되며, 아이솔레이션 밸브(130)가 완전히 개방될 수 있도록 하는 충분히 긴 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초) 후에 시점 2070에서 배리어 밸브(135)를 개방하기 위한 신호가 전달된다. 다시 배리어 밸브(135)가 완전히 개방되도록 할 수 있는 충분히 긴 적절한 지연(예컨대, 250 밀리초) 이후에, 시점 2080에서 입구 밸브(125)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달된다. 입구 밸브(125)가 완전히 폐쇄되도록 할 수 있는 적절한 지연(예컨대, 약 350 밀리초) 이후에, 시점 2090에서 충전 모터(175)를 작동시키기 위한 신호가 전달될 수 있으며, 충전 모터(175)가 예비 여과 구간 및 여과 구간(예컨대, 구간 13 및 구간 14) 동안에 작동하고 분배 모터(200)가 여과 구간(예컨대 구간 14) 동안에 작동하도록 시점 2100에서 분배 모터(200)를 작동시키기 위한 신호가 전달될 수 있다. 시점 2090과 시점 2100 사이의 시구간은 예비 여과 구간일 수 있으며, 예비 여과 구간이란 여과되고 있는 유체의 압력이 사전에 결정된 설정점에 도달하도록 모터의 작동에 대해 설정된 시구간 또는 설정된 간격일 수 있거나, 또는 전술한 바와 같은 압력 변환기를 이용하여 결정될 수 있다.

대안으로, 유체의 압력을 측정하기 위해 압력 변환기가 사용될 수 있으며, 압력 변환기가 유체의 압력이 설정점에 도달하였음을 나타낼 때, 여과 구간(14)은 시점 2100에서 개시될 수 있다. 이들 과정의 실시예는 발명의 명칭이 "유체 압력 제어 시스템 및 제어 방법(System and Method for Control of Fluid Pressure)"이고 고넬라 조지 및 케드론 제임스가 2005년 12월 2일자로 출원한 미국 특허 출원 제11/292,559호 및 발명의 명칭이 "펌프 작동을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법(System and Method for Monitoring Operation of a Pump)"이고 고넬라 조지 및 케드론 제임스가 출원한 미국 특허 출원 제11/364,286호에 더욱 상세하게 설명되어 있으며, 이들 특허 출원은 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.

여과 구간 이후에, 시점 2110에서 충전 모터(175) 및 분배 모터(200)의 작동을 중지시키기 위한 하나 이상의 신호가 전달된다. 시점 2100과 시점 2110 사이[예컨대, 여과 구간(14)]의 시간은 요구되는 여과 속도, 충전 모터(175) 및 분배 모터(200)의 속도, 유체의 점도 등에 따라 변할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 여과 구간은 분배 모터(200)가 원위치에 도달하는 경우 시점 2110에서 종료될 수 있다.

충전 모터(175) 및 분배 모터(200)가 완전히 정지되도록 하기 위한 적절한 지연 이후에, 시점 2120에서 배기 밸브(145)를 개방하기 위한 신호가 전달되며, 충전 모터 및 분배 모터를 완전히 정지시키는 데에는 시간이 전혀 소요되지 않을 수 있다(예컨대, 시간 지연이 없음). 도 8b로 이동하면, 배기 밸브(145)가 완전히 개방되도록 하기 위한 적절한 지연(예컨대, 약 225 밀리초) 이후에 배기 구간(예컨대, 구간 17) 동안 스테퍼 모터(175)를 작동시키기 위한 신호가 시점 2130에 충전 모터(175)에 전달될 수 있다. 배기 구간 중에 압력 변환기(112)에 의해 다단계 펌프(100) 내부의 유체 압력을 모니터링할 수 있도록 배리어 밸브(135)는 배기 구간 중에 개방된 상태로 유지될 수 있는 반면, 배리어 밸브(135)는 또한 시점 2130에서 배기 구간의 개시 이전에 폐쇄될 수 있다.

배기 구간을 종료하기 위해, 시점 2140에서 충전 모터(175)의 작동을 중지시키기 위한 신호가 전달된다. 필요하다면, 예컨대 배기 구간 동안 유체의 압력이 높은 경우, 유체의 압력이 적절히 소산되도록 하기 위해 시점 2140과 시점 2142 사이에 소정의 지연(예컨대, 약 100 밀리초)이 있을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 압력 변환기(112)의 영점을 맞추기 위해 시점 2142와 시점 2150 사이의 시구간이 이용될 수 있으며, 이 시구간은 약 10 밀리초일 수 있다.

이후에 시점 2150에서, 배리어 밸브(135)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달된다. 시점 2150 이후에, 배리어 밸브(135)가 완전히 폐쇄될 수 있도록 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초)이 허용된다. 이후에 시점 2160에서 아이솔레이션 밸브(130)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되며, 아이솔레이션 밸브(130)를 완전히 폐쇄할 수 있도록 하기 위한 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초) 후에 시점 2170에서 배기 밸브(145)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달된다. 배기 밸브(145)가 완전히 폐쇄될 수 있도록 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초)이 허용되며, 이러한 지연 이후에 시점 2180에서 입구 밸브(125)를 개방하기 위한 신호가 전달되고, 입구 밸브(125)가 완전히 개방될 수 있도록 하는 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초)이 뒤따르며, 시점 2190에서 퍼지 밸브(140)를 개방하기 위한 신호가 전달된다.

배기 밸브(145)가 완전히 개방되도록 하기 위한 적절한 지연(예컨대, 약 250 밀리초) 이후에, 시점 2200에서 퍼지 구간(예컨대, 구간 25)을 위해 분배 모터(200)를 시동하기 위한 신호가 분배 모터(200)에 전달될 수 있으며, 사용자 방법에 따라 달라질 수 있는 퍼지 구간을 위한 시구간 이후에, 시점 2210에서 분배 모터(200)를 정지시키고 퍼지 구간을 종료하기 위한 신호가 전달될 수 있다. 시점 2210과 시점 2212 사이에서, 분배 챔버(185) 내의 압력이 실질적으로 0 p.s.i.로 안정화될 수 있도록 충분한 시구간[예컨대, 사전에 결정되거나 또는 압력 변환기(112)를 이용하여 결정됨]이 허용된다(예컨대, 약 10 밀리초). 이어서, 시점 2220에서 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달될 수 있고, 퍼지 밸브(140)를 완전히 폐쇄하기 위한 충분한 지연(예컨대, 약 250 밀리초)을 허용한 후에 시점 2230에서 입구 밸브(125)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달될 수 있다. (전술한 바와 같이) 다단계 펌프(100) 내의 밸브를 폐쇄함으로써 유발되는 임의의 압력 변동을 보정하도록 분배 모터(200)를 작동시킨 후에, 다단계 펌프(100)는 다시 한 번 시점 2010에서 분배를 행할 준비 상태에 있을 수 있다.

준비 구간과 분배 구간 사이에 약간의 지연이 있을 수 있음에 주의해야만 한다. 다단계 펌프(100)가 준비 구간에 돌입하면 배리어 밸브(135) 및 아이솔레이션 밸브(130)가 폐쇄될 수 있으므로, 후속하는 다단계 펌프의 분배에 영향을 미치지 않으면서도 충전 챔버(155)에 유체를 도입할 수 있는데, 이는 충전 동안 또는 상기 충전에 후속하여 분배가 개시되는가의 여부와는 상관이 없다.

다단계 펌프(100)가 준비 상태에 있는 동안 충전 챔버(155)를 충전하는 것은, 다단계 펌프(100)의 다양한 작동 구간에 대해 다단계 펌프(100)의 작동 중에 압력 변동을 완화하는 역할을 하는 밸브 타이밍 및 모터 타이밍의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도 9a 및 도 9b와 관련하여 더욱 분명하게 도시될 수 있다.

도 9a를 참고하면, 시점 3010에서 준비 구간 신호는 다단계 펌프(100)가 분배를 행할 준비가 되었음을 나타낼 수 있으며, 이후에 언젠가 출구 밸브(147)를 개방하기 위한 신호가 시점 3012에서 전달될 수 있다. 출구 밸브(147)가 개방될 수 있도록 하기 위한 적절한 지연 후에, 출구 밸브(147)로부터 유체를 분배하도록 정방향으로 분배 모터(200)를 작동시키기 위해, 그리고 충전 챔버(155)로 유체가 유도되도록 충전 모터(175)를 역회전시키기 위해 시점 3020에서 하나 이상의 신호가 전달될 수 있다[입구 밸브(125)는 이후에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 이전의 충전 구간에서부터 여전히 개방된 상태일 수 있음]. 시점 3030에서, 분배 모터(200)를 정지시키기 위한 신호가 전달될 수 있으며, 시점 3040에서는 출구 밸브(147)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달될 수 있다.

이러한 개시 내용을 읽은 후에는 밸브 신호 및 모터 신호의 타이밍이 펌프의 다양한 밸브 또는 모터를 작동하기 위해 요구되는 시간에 따라 변할 수 있음이 명확해질 것이며, 사용자 방법은 다단계 펌프(100) 또는 다른 인자와 함께 실시된다. 예를 들면(도 8a에 도시된 바와 같음), 분배 모터(200)를 정방향으로 작동시키기 위한 신호가 전달된 후에 출구 밸브(147)를 개방하기 위한 신호가 전달될 수 있는데, 이러한 예에서는 출구 밸브(147)가 분배 모터(200)보다 신속하게 작동할 수 있으며 이에 따라 보다 양호한 분배를 달성하기 위해 출구 밸브의 개방과 분배 모터의 작동의 타이밍이 실질적으로 일치하도록, 출구 밸브(147)의 개방과 분배 모터(200)의 작동의 타이밍을 조절하는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 다른 밸브 및 모터의 작동 속도 등이 상이할 수 있고, 이에 따라 이들 상이한 밸브 및 모터와 함께 상이한 타이밍을 사용할 수 있다. 예를 들면, 출구 밸브(147)를 개방하기 위한 신호는 분배 모터(200)를 작동하기 위한 신호 이전에 또는 이 신호와 실질적으로 동시에 전달될 수 있으며, 유사하게 출구 밸브(147)를 폐쇄하기 위한 신호는 분배 모터(200) 등의 작동을 중단시키기 위한 신호 이전에, 이후에, 또는 상기 신호와 동시에 전달될 수 있다.

따라서, 시구간 3020과 시구간 3030 사이에서 유체는 다단계 펌프(100)로부터 분배될 수 있다. 다단계 펌프(100)에 의해 실시되는 사용자 방법에 따라, 분배 모터(200)의 작동 속도는 시구간 3020과 시구간 3030 사이(예컨대, 각각의 구간 3 내지 6)에서 변할 수 있으므로, 시구간 3020 내지 3030 사이의 상이한 시점에서 서로 다른 양의 유체가 분배될 수 있다. 예를 들면, 분배 모터는 다항함수에 따라 작동할 수 있으므로 분배 모터(200)는 구간 6에서보다 구간 3에서 더욱 신속하게 작동할 수 있으며, 이에 대응하여 구간 6에서보다 구간 3에서 다단계 펌프(100)로부터 더 많은 유체가 분배된다. 분배 구간이 개시된 이후, 시점 3030 이전에, 출구 밸브(147)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되며, 이후에 시점 3030에서 분배 모 터(200)를 정지시키기 위한 신호가 전달된다.

유사하게, 시점 3020과 시점 3050 사이에(예컨대, 구간 3 내지 7에서) 공급 챔버(155)는 충전 모터(175)의 역회전을 통해 유체로 충전될 수 있다. 이후에 시점 3050에서, 다음으로 충전 모터(175)를 정지시키기 위한 신호가 전달되며, 그 다음에 충전 구간이 종료된다. 충전 챔버(155) 내의 압력이 실질적으로 0 p.s.i.(예컨대, 게이지 압력)로 되돌아갈 수 있도록 하기 위해, 입구 밸브는 임의의 다른 작용이 행해지기 이전에 시점 3050과 시점 3060 사이에서(예컨대, 구간 9, 지연 번호 0에서) 개방된 상태로 유지될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이러한 지연은 약 10 밀리초일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시점 3050과 시점 3060 사이의 시구간은 변할 수 있으며, 충전 챔버(155)에서의 압력에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들면, 충전 챔버(155)에서의 압력을 측정하기 위해 압력 변환기가 사용될 수 있다. 압력 변환기가 충전 챔버(155)에서의 압력이 0 p.s.i.에 도달하였음을 나타낼 때, 구간 10은 시점 3060에서 개시될 수 있다.

시점 3060에서, 다음으로 아이솔레이션 밸브(130)를 개방하기 위한 신호가 전달되며 시점 3070에서는 배리어 밸브(135)를 개방하기 위한 신호가 전달된다. 이후에 시점 3080에서 입구 밸브(125)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되며, 그 이후 시점 3090에서 충전 모터(175)를 작동시키기 위한 신호가 전달될 수 있고, 시점 3100에서 분배 모터(200)를 작동시키기 위한 신호가 전달될 수 있으며, 이에 따라 충전 모터(175)는 예비 여과 구간 및 여과 구간에서 작동하고 분배 모터(200)는 여과 구간 중에 작동한다.

여과 구간 이후, 시점 3110에서 충전 모터(175) 및 분배 모터(200)의 작동을 중단시키기 위한 하나 이상의 신호가 전달된다. 시점 3120에서, 배기 밸브(145)를 개방하기 위한 신호가 전달된다. 도 9b로 이동하면, 시점 3130에서 배기 구간 동안 스테퍼 모터(175)를 작동하기 위한 신호가 충전 모터(175)에 전달될 수 있다. 배기 구간을 종료하기 위해, 시점 3140에서 충전 모터(175)의 작동을 중단시키기 위한 신호가 전달된다. 이후에 시점 3150에서, 배리어 밸브(135)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되는 반면, 시점 3160에서는 아이솔레이션 밸브(130)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달되고 시점 3170에서는 배기 밸브(145)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달된다.

시점 3180에서는 입구 밸브(125)를 개방하기 위한 신호가 전달되고, 이어서 시점 3190에서는 퍼지 밸브(140)를 개방하기 위한 신호가 전달된다. 이후에 시점 3200에서 퍼지 구간을 위해 분배 모터(200)를 기동시키기 위한 신호가 분배 모터(200)에 전달될 수 있으며, 퍼지 구간 이후에는 시점 3210에서 분배 모터(200)를 정지시키기 위한 신호가 전달될 수 있다.

이어서, 시점 3220에서는 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하기 위한 신호가 전달될 수 있으며, 시점 3230에서 입구 밸브(125)를 폐쇄하기 위한 신호가 뒤따른다. (전술한 바와 같이) 다단계 펌프(100) 내부의 밸브를 폐쇄함으로써 유발되는 임의의 압력 변동을 보정하기 위해 분배 모터(200)를 작동시킨 후, 다단계 펌프(100)는 시점 3010에서 다시 한 번 분배를 행하기 위해 준비될 수 있다.

일단 시점 3010에서 다단계 펌프(100)가 준비 구간에 진입하면, 다단계 펌 프(100)가 준비 상태에 있는 동안 액체가 충전 챔버(155)로 유입되도록 입구 밸브(125)를 개방하기 위한 신호가 전달될 수 있으며, 충전 모터(175)를 역회전시키기 위한 또 다른 신호가 전달될 수 있다. 충전 챔버(155)는 준비 구간 동안에 액체로 충전되지만, 이러한 충전은 준비 구간에 진입한 이후 임의의 시점에서 다단계 펌프(100)가 유체를 분배하는 능력에 전혀 영향을 미치지 못하는데, 이는 배리어 밸브(135) 및 아이솔레이션 밸브(130)가 폐쇄되어 있어서 실질적으로 충전 챔버(155)가 분배 챔버(185)와 구분되기 때문이다. 또한, 충전이 완료되기 이전에 분배가 개시되면, 다단계 펌프(100)로부터 유체를 분배하면서 실질적으로 동시에 충전이 계속될 수 있다.

초기에 다단계 펌프(100)가 준비 구간에 진입할 때, 분배 챔버(185) 내의 압력은 분배 구간 동안 요구되는 압력과 거의 동일할 수 있다. 그러나, 준비 구간에의 진입과 분배 구간의 개시 사이에 어느 정도의 지연이 있을 수 있으므로, 분배 챔버(185) 내의 분배단 다이어프램(190)의 특성, 온도 변화, 또는 다양한 다른 인자와 같은 다양한 요인에 따라 분배 챔버(185) 내의 압력은 준비 구간 동안 변할 수 있다. 결과적으로, 분배 구간이 개시될 때 분배 챔버(185) 내의 압력은 분배를 위해 요구되는 기준 압력으로부터 비교적 현저한 수준으로 변동할 수 있다.

이러한 변동은 도 10a 및 도 10b를 참고하여 보다 명확하게 설명될 수 있다. 도 10a는 분배 챔버(185)에서의 예시적인 압력 프로파일을 도시하고 있으며, 이는 준비 구간 중에 분배 챔버 내의 압력 변동을 나타낸다. 대략 점(4010)에서, 밸브 작동 또는 다른 요인에 의해 유발되는 임의의 압력 변화에 대한 보정은 도 6 및 도 7과 관련하여 전술한 바와 같이 이루어질 수 있다. 이러한 압력 보정은, 다단계 펌프(100)가 준비 단계에 진입할 수 있는 대략적인 점(4020)에서 분배를 위해 요구되는 기준 압력[선(4030)으로 표시됨]에 가깝게 되도록 분배 챔버(185)에서의 압력을 보정할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 대략적인 점(4020)에서 준비 단계에 진입한 후, 분배 챔버(185)에서의 압력은 전술한 바와 같은 다양한 인자에 의해 꾸준하게 상승할 수 있다. 다음으로, 후속하는 분배 구간이 나타날 때, 기준 압력(4030)으로부터의 이러한 압력 변동은 불만족스러운 분배를 초래할 수 있다.

또한, 준비 구간과 후속하는 분배 구간에의 진입 사이의 시간 지연은 변할 수 있기 때문에, 분배 챔버(185)에서의 압력 변동은 이러한 시간 지연과 상관될 수 있고, 연속적인 각각의 분배 구간에서 이루어지는 분배는 상이한 지연 도중에 발생하는 상이한 압력 변동량에 따라 서로 다를 수 있다. 따라서, 이러한 압력 변동은 또한 다단계 펌프(100)가 정확하게 분배를 반복하는 능력에 영향을 줄 수 있고, 이는 다음으로 동일한 공정 방식의 반복에 있어서 다단계 펌프(100)의 사용을 방해할 수 있다. 따라서, 후속하는 분배 구간에서의 분배 및 분배 구간에 걸친 분배의 반복성(repeatability)을 개선하는 동시에 수용 가능한 유체 동특성을 달성하기 위해 다단계 펌프(100)의 준비 구간 중에 기준 압력을 실질적으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 준비 구간 중에 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위해, 분배 챔버(185)에서 발생할 수 있는 압력 변동(압력 상승 또는 압력 강하)을 보상하거나 압력 변동에 대처하도록 분배 모터(200)를 제어할 수 있다. 보다 구체 적으로, "데드 밴드(dead band)" 폐회로 압력 제어를 이용하여 분배 챔버(185) 내의 기준 압력을 실질적으로 유지하도록 분배 모터(200)를 제어할 수 있다. 잠시 도 2로 돌아가면, 압력 센서(112)는 읽어들인 압력을 일정한 간격으로 펌프 제어기(20)에 전달할 수 있다. 전달된 압력이 특정한 양만큼 또는 공차만큼 요구되는 기준 압력에서 벗어난다면, 펌프 제어기(20)는 최소 거리만큼 역회전시키기 위해 (또는 정방향으로 작동하도록 하기 위해) 분배 모터(200)에 신호를 보낼 수 있으며, 분배 모터(200)는 펌프 제어기(20)에서 탐지 가능한 최소 거리(모터 증분)만큼 이동할 수 있고, 이에 따라 피스톤(192)을 후방으로 빼내며 (또는 전방으로 이동시키고), 분배단 다이어프램(190)은 분배 챔버(185)에서 대응하는 압력 감소(또는 증가)를 발생시킨다.

압력 센서(112)가 분배 챔버(185) 내의 압력을 샘플링하고 전달할 수 있는 주파수가 분배 모터(200)의 작동 속도에 비해 다소 빠를 수 있기 때문에, 펌프 제어기(20)는 압력 센서(112)에 의해 전달된 압력 측정값을 처리하지 않을 수 있거나, 또는 분배 모터(200)에 신호를 보내는 부근의 특정 시간 구간 동안 압력 센서(112)의 작동을 중단시킬 수 있으며, 이에 따라 분배 모터(200)는 펌프 제어기(20)에 의해 다른 압력 측정값이 수신되거나 또는 처리되기 이전에 분배 모터의 작동을 완료할 수 있다. 대안으로, 펌프 제어기(20)는, 분배 모터(200)가 압력 센서(112)에 의해 전달된 압력 측정값을 처리하기 이전에 그 작동을 완료하였음을 탐지할 때까지 대기할 수 있다. 다수의 실시예에 있어서, 압력 센서(112)가 분배 챔버(185) 내의 압력을 샘플링하고 이러한 압력 측정값을 전달하는 샘플링 간격은 약 30 kHz, 약 10 kHz, 또는 다른 간격일 수 있다.

그러나, 전술한 실시예는 문제가 없는 것이 아니다. 일부의 경우에 있어서, 하나 이상의 이러한 실시예는 전술한 바와 같이 준비 구간과 후속하는 분배 구간에의 진입 사이의 시간 지연이 변할 수 있을 때에는 분배에 있어서 상당한 변동을 나타낼 수 있다. 이러한 문제는 어느 정도 줄일 수 있으며, 준비 구간과 후속하는 분배에의 진입 사이에 고정 시간 간격을 사용함으로써 반복성이 향상되지만, 이는 구체적인 공정을 실시할 때 항상 가능한 것은 아니다.

분배의 반복성을 향상시키면서 다단계 펌프(100)의 준비 구간 중에 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위해, 일부 경우에 있어서, 폐회로 압력 제어를 사용하여 분배 챔버(185)에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하거나 또는 압력 변동에 대처하도록 분배 모터(200)를 제어할 수 있다. 압력 센서(112)는 읽어들인 압력을 일정한 간격(전술한 바와 같이, 일부 실시예에 있어서, 이러한 간격은 약 30 kHz, 약 10 kHz, 또는 다른 간격일 수 있음)으로 펌프 제어기(20)에 전달할 수 있다. 전달된 압력이 요구되는 기준 압력을 초과한다면(또는 기준 압력에 미달한다면), 펌프 제어기(20)는 모터 증분만큼 분배 모터(200)를 역회전시키기 위해 (또는 정방향으로 작동하도록 하기 위해) 분배 모터(200)에 신호를 보낼 수 있으며, 이에 따라 피스톤(192) 및 분배단 다이어프램(190)을 후방으로 빼내고(또는 전방으로 이동시키고), 분배 챔버(185) 내의 압력을 낮춘다(또는 높인다). 이러한 압력 모니터링 및 보정은 분배 구간이 개시될 때까지 거의 연속적으로 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 분배 챔버(185)는 요구되는 기준 압력과 거의 동일한 압력으로 유 지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 압력 센서(112)가 분배 챔버(185) 내의 압력을 샘플링하고 전달하는 주파수는 분배 모터(200)의 작동 속도에 비해 다소 빠를 수 있다. 이러한 차이를 고려하기 위해, 펌프 제어기(20)는 압력 센서(112)에 의해 전달된 압력 측정값을 처리하지 않을 수 있거나, 또는 분배 모터(200)에 신호를 보낼 무렵의 특정 시간 구간에서 압력 센서(112)의 작동을 중단시킬 수 있으므로, 이에 따라 분배 모터(200)는 펌프 제어기(20)에 의해 다른 압력 측정값이 수신되거나 처리되기 이전에 분배 펌프의 작동을 완료할 수 있다. 대안으로, 펌프 제어기(20)는, 분배 모터(200)가 압력 센서(112)에 의해 전달된 압력 측정값을 처리하기 이전에 분배 모터의 작동을 종료하였음을 탐지하거나 또는 통지를 받을 때까지 대기할 수 있다.

전술한 바와 같이 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위해 폐회로 제어 시스템의 실시예를 사용하는 것의 이로운 효과는, 준비 구간 중에 전술한 폐회로 제어 시스템의 실시예를 이용하는 경우에 분배 챔버(185)에서의 예시적인 압력 프로파일을 도시한 도 10b를 참고하면 쉽게 알 수 있다. 대략적으로 점(4050)에서, 밸브 작동 또는 다른 요인에 의해 유발되는 임의의 압력 변화에 대한 보정은 도 6 및 도 7을 참고하여 전술한 바와 같이 행해질 수 있다. 이러한 압력 보정은, 분배 챔버(185) 내의 압력을 다단계 펌프(100)가 준비 구간에 진입할 수 있는 대략적인 점(4060)에서 분배를 위해 요구되는 대략적인 기준 압력[선(4040)으로 표시됨]으로 보정할 수 있다. 준비 구간에 진입한 후, 대략적인 점(4060)에서 폐회로 제어 시스템의 실시예는 요구되는 기준 온도를 실질적으로 유지하기 위해 준비 구간 중에 압력의 임의의 변동에 대처할 수 있다. 예를 들면, 점(4070)에서, 폐회로 제어 시스템은 압력 상승을 탐지할 수 있으며, 기준 압력(4040)을 실질적으로 유지하기 위해 이러한 압력 상승에 대처할 수 있다. 유사하게, 점(4080, 4090, 4100, 4110)에서, 폐회로 제어 시스템은 준비 구간의 간격에 상관없이[지점(4080, 4090, 4100 및 4110)은 단지 대표적인 것일 뿐이며, 폐회로 제어 시스템에 의한 다른 압력 보정은, 도면 부호가 부여되지 않았고 이에 따라 논의되지 않은 도 10b에 도시된다는 점에 주의 요망] 요구되는 기준 압력(4040)을 실질적으로 유지하기 위해 분배 챔버(185) 내의 압력 변동에 대처하거나 또는 이러한 압력 변동을 보정할 수 있다. 결과적으로, 준비 구간 동안 폐회로 제어 시스템에 의해 분배 챔버(185)에서 요구되는 기준 압력(4040)이 실질적으로 유지되기 때문에, 후속하는 분배 구간에서 더욱 만족스런 분배가 달성될 수 있다.

그러나, 후속하는 분배 구간 중에 더욱 만족스런 이러한 분배를 달성하기 위해서는, 분배 챔버(185)로부터 유체를 분배하도록 분배 모터(200)를 작동시킬 때, 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위해 행해지는 임의의 보정을 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로, 점(4060)에서, 압력 보정이 행해지고 다단계 펌프(100)가 초기에 준비 구간에 진입한 직후에, 분배단 다이어프램(190)은 초기 위치에 있을 수 있다. 요구되는 분배를 달성하기 위해, 분배단 다이어프램(190)은 이러한 초기 위치로부터 분배 위치까지 이동되어야 한다. 그러나, 전술한 바와 같은 압력 변동을 보정한 이후에, 분배단 다이어프램(190)은 초기 위치와는 다른 제2 위치에 있을 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 이러한 차이는 분배 구간 중에 요구 되는 분배를 달성하도록 분배단 다이어프램(190)을 분배 위치로 이동시킴으로써 고려되어야 한다. 다시 말하면, 요구되는 분배를 달성하기 위해, 분배단 다이어프램(190)은, 준비 구간 동안의 압력 변동에 대한 임의의 보정을 행한 이후의 제2 위치로부터, 다단계 펌프(100)가 초기에 준비 구간에 진입할 때의 분배단 다이어프램(190)의 초기 위치까지 이동될 수 있으며, 이후에 분배단 다이어프램(190)은 다음으로 초기 위치로부터 분배 위치까지의 거리만큼 이동될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 다단계 펌프(100)가 초기에 준비 구간에 진입할 때, 펌프 제어기(20)는 요구되는 분배를 달성하도록 분배 모터(200)를 이동시키기 위해 초기 거리(분배 거리)를 계산할 수 있다. 다단계 펌프(100)가 준비 구간에 있는 동안, 펌프 제어기(20)는 준비 구간 중에 발생하는 임의의 압력 변동을 보정하기 위해 분배 모터(200)가 이동한 거리(보정 거리)를 기록할 수 있다. 분배 단계 동안, 요구되는 분배를 달성하기 위해, 펌프 제어기(20)는 보정 거리에 분배 거리를 더한 거리만큼 (또는 보정 거리에서 분배 거리를 뺀 거리만큼) 이동시키기 위해 분배 모터(200)에 신호를 보낼 수 있다.

그러나, 다른 경우에는, 분배 챔버(185)로부터 유체를 분배하기 위해 분배 모터(200)를 작동시킬 때 이러한 압력 보정을 고려하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 점(4060)에서 압력을 보정하고 다단계 펌프(100)가 초기에 준비 구간에 진입한 직후에, 분배단 다이어프램(190)은 초기 위치에 있을 수 있다. 이러한 초기 위치로부터 요구되는 분배를 달성하기 위해, 분배단 다이어프램(190)은 분배 거리만큼 이동되어야 한다. 전술한 바와 같이 압력 변동을 보정한 후에, 분배단 다이어프램(190)은 초기 위치와는 다른 제2 위치에 있을 수 있다. 일부 실시예에서는, 단지 분배단 다이어프램(190)을 분배 거리(제2 위치로부터 시작함)만큼 이동시킴으로써 요구되는 분배를 달성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 다단계 펌프(100)가 초기에 준비 구간에 진입할 때, 펌프 제어기(20)는 요구되는 분배를 달성하도록 분배 모터(200)를 이동시키기 위해 초기 거리를 계산할 수 있다. 이후에, 분배 단계 중에 요구되는 분배를 달성하기 위해, 펌프 제어기(20)는 준비 구간에서의 압력 변동에 대한 보정을 위해 분배 모터(200)가 이동한 거리에 상관없이 초기 거리만큼 이동하도록 분배 모터(200)에 신호를 보낼 수 있다.

임의의 주어진 상황에서 사용되거나 또는 적용되는 전술한 실시예 중 하나를 선택하는 것은, 다른 실시예 중에서 선택된 실시예와 함께 사용되는 시스템, 장비, 또는 경험적 조건과 같은 일군(一群)의 인자들에 따라 달리질 수 있음은 분명하다. 또한, 기준 압력을 실질적으로 유지하기 위한 제어 시스템의 전술한 실시예가 준비 구간에서의 압력 변동(압력 상승)을 고려하는 것과 관련하여 설명되었지만, 이들 동일한 시스템 및 방법의 실시예는 다단계 펌프(100)의 준비 구간, 또는 임의의 다른 구간에서의 압력 변동(압력 상승 또는 압력 강하)을 고려하기 위해 동일하게 적용 가능할 수 있음은 명백하다. 또한, 본 발명의 실시예는 다단계 펌프(100)와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 실시예(예컨대, 제어 방법 등)는 1단 펌핑 장치 또는 사실상 임의의 다른 유형의 펌핑 장치에 동일하게 적용될 수 있으며 이들 펌핑 장치와 함께 효과적으로 이용될 수 있음은 명백하다.

본 명세서에서 본 발명의 다양한 실시예와 함께 사용될 수 있는 전술한 1단 펌핑 장치의 예를 설명하는 것이 유용할 수 있다. 도 11은 펌프(4000)에 대한 펌프 조립체의 일 실시예의 개략도이다. 펌프(4000)는 전술한 다단계 펌프(100)의 1단, 즉 분배단과 유사할 수 있으며, 스테퍼 모터, 브러쉬리스 DC 모터, 또는 다른 모터에 의해 구동되는 롤링 다이어프램 펌프를 포함할 수 있다. 펌프(4000)는 펌프(4000)를 통한 다양한 유체 유동 경로를 형성하고 적어도 부분적으로 펌프 챔버를 형성하는 분배 블록(4005)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 펌프 블록(4005)은 PTFE, 개질된 PTFE, 또는 다른 재료의 단일 블록일 수 있다. 이들 재료는 다수의 공정액과 반응하지 않거나 또는 최소한으로 반응하기 때문에, 이들 재료를 사용하면 최소한의 추가적인 하드웨어를 이용하여 분배 블록(4005)에 유동 통로 및 펌프 챔버를 직접 기계가공할 수 있다. 분배 블록(4005)은 결과적으로 통합된 유체 매니폴드를 제공함으로써 배관의 필요성을 줄여준다.

분배 블록(4005)은 다수의 외부 입구 및 출구, 예를 들어 수용되는 유체가 통과하는 입구(4010), 유체를 퍼지/배기시키기 위한 퍼지/배기 출구(4015), 및 분배 구간 중에 분배되는 유체가 통과하는 분배 출구(4020)를 포함한다. 도 11의 예에 있어서 분배 블록(4005)은 펌프가 하나의 챔버만을 구비하기 때문에 외부 퍼지 출구(4010)를 포함한다. 발명의 명칭이 "O링이 없는 로우 프로파일 부속품 및 이 부속품의 조립체(O-Ring-Less Low Profile Fitting and Assembly Thereof)"이며 개시게 이라에 의해 2005년 12월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/741,660호 및 발명의 명칭이 "O링이 없는 로우 프로파일 부속품 및 부속품 조립체(O-Ring- Less Low Profile Fittings and Fitting Assemblies)"이며 개시게 이라에 의해 2006년 11월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/602,513호[ENTG1760-1]는 인용함으로써 본 명세서에 전체 내용이 포함되는데, 분배 블록(4005)의 외부 입구 및 출구를 유체 배관에 연결하기 위해 사용될 수 있는 부속품의 실시예를 설명한다.

분배 블록(4005)은 입구로부터 입구 밸브까지[예컨대, 적어도 부분적으로 밸브 플레이트(4030)에 의해 형성됨], 입구 밸브로부터 펌프 챔버까지, 펌프 챔버로부터 배기/퍼지 밸브까지, 그리고 펌프 챔버로부터 출구(4020)까지 유체를 이동시킨다. 펌프 덮개(4025)는 펌프 모터가 손상되지 않도록 보호할 수 있으며, 피스톤 하우징(4027)은 피스톤을 보호할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리에틸렌 또는 다른 폴리머로 형성될 수 있다. 밸브 플레이트(4030)는 유체 유동을 펌프(4000)의 다양한 구성요소로 유도하도록 구성될 수 있는 밸브(예컨대, 입구 밸브 및 퍼지/배기 밸브)의 시스템을 위한 밸브 하우징을 제공한다. 밸브 플레이트(4030) 및 대응하는 밸브는 전술한 밸브 플레이트(230)와 관련하여 설명한 방식과 유사하게 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각각의 입구 밸브 및 퍼지/배기 밸브는 적어도 부분적으로 밸브 플레이트(4030)에 통합되며 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공이 가해지는가의 여부에 따라 개방되거나 폐쇄되는 다이어프램 밸브이다. 다른 실시예에 있어서, 밸브 중 일부는 분배 블록(4005)에 대해 외부에 있을 수 있거나, 또는 추가적인 밸브 플레이트에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, PTFE의 시트는 밸브 플레이트(4030)와 분배 블록(4005) 사이에 삽입되어 다양한 밸브의 다이어프램을 형성한다. 밸브 플레이트(4030)는 각각의 밸브에 대해 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공을 가할 수 있도록 하는 밸브 제어용 입구(도시 생략)를 포함한다.

다단계 펌프(100)에서와 같이, 펌프(4000)는 유체 점적이 전자장비를 수용하는 다단계 펌프(100)의 영역에 들어가지 못하도록 하는 수 개의 특징부를 포함할 수 있다. "점적 방지" 특징부는 돌출된 립(lip), 경사진 특징부, 구성요소 사이의 시일, 금속/폴리머 경계에서의 오프셋, 및 전자장비를 점적으로부터 격리시키는 전술한 다른 특징부를 포함할 수 있다. 전자장비 및 매니폴드는 펌프 챔버 내의 유체에 대한 열의 영향을 줄이기 위해 전술한 방식과 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 폼 팩터 및 열의 영향을 줄이고 유체가 전자장비 하우징에 들어가지 못하도록 하기 위해 다단계 펌프에서 사용되는 것과 유사한 특징부가 단일 펌프에서 사용될 수 있다.

게다가, 전술한 제어 방법 중 다수는 또한 펌프(4000)와 함께 사용되어 실질적으로 만족스러운 분배를 달성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예는 펌핑 장치를 통과하는 유체 유동 경로가 폐쇄(예컨대, 펌핑 장치에 대해 외부 영역에 대하여 폐쇄됨)되는 시간을 실질적으로 최소화하도록 구성된 밸브 시퀀스에 따른 펌핑 장치의 밸브 시스템이 작동되도록 보장하기 위해 펌프(4000)의 밸브를 제어하는 데 사용될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서는, 펌프(4000)가 작동 중인 경우 다른 변화가 시작되기 이전에 특정 밸브가 완전히 개방되거나 또는 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 밸브 상태의 변화 사이에 충분한 시간을 사용한다. 예를 들면, 펌프(4000)의 모터의 작동은, 펌프(4000)의 입구 밸브가 충전 단계 이전에 완전히 개 방되도록 보장하기 위해 충분한 시간만큼 지연될 수 있다.

유사하게, 펌핑 장치의 챔버에서 발생할 수 있는 압력 변동을 보상하거나 또는 고려하기 위한 시스템 및 방법의 실시예는 실질적으로 동일한 효과를 유지하면서 펌프(4000)에 적용될 수 있다. 분배 모터는, 분배 챔버에서 감지된 압력에 기초하여 분배 이전에 분배 챔버 내의 기준 압력을 실질적으로 유지하도록 제어될 수 있으며, 분배 챔버 내의 압력이 요구되는 압력과 상이한지(예컨대, 요구되는 압력보다 높은지 또는 낮은지) 여부를 반복적으로 결정하고 만약 상이하다면 분배 챔버에서 요구되는 압력을 실질적으로 유지하도록 펌핑 수단의 이동을 조절하기 위해 제어 회로를 사용할 수 있다.

펌프(4000)의 챔버 내의 압력 조절은 사실상 임의의 시각에 가능하지만, 분배 구간이 개시되기 이전에 조절하는 것이 특히 유용할 수 있다. 보다 구체적으로, 펌프(4000)가 초기에 준비 구간에 진입할 때 분배 챔버(185) 내의 압력은 후속하는 분배 구간을 위해 요구되는 압력[예컨대, 분배 압력은 조정(calibration) 또는 이전의 분배로부터 결정됨]에 가깝게 되거나 또는 그보다 작은 기준 압력일 수 있다. 요구되는 이러한 분배 압력은, 요구되는 유동 속도, 유량 등과 같은 요구되는 일군의 특성을 갖는 분배를 달성하는 데 이용될 수 있다. 출구 밸브가 개방되기 이전에 아무 때나 분배 챔버(185) 내의 유체가 이러한 요구되는 기준 압력을 갖도록 함으로써, 분배 구간 및 만족스러운 분배가 달성되기 이전에 펌프(4000)의 구성요소의 컴플라이언스 및 변동을 고려할 수 있다.

그러나, 준비 구간에의 진입과 분배 구간의 개시 사이에 약간의 지연이 있을 수 있기 때문에, 펌프(4000)의 챔버 내의 압력은 다양한 인자에 따라 준비 구간 중에 변할 수 있다. 이러한 압력 변동을 해소하기 위해, 요구되는 기준 압력이 펌프(4000)의 챔버에서 실질적으로 유지되도록 하고 후속하는 분배 구간에서 만족스러운 분배가 달성되도록 본 발명의 실시예가 사용될 수 있다.

1단 펌프에서의 압력 변동을 제어하는 것 이외에도, 본 발명의 실시예는 또한, 펌프(4000)와 함께 사용되는 장비 또는 펌프(4000)에 대해 내부에 있는 다양한 메커니즘 또는 구성요소의 작동에 의해 유발되는 분배 챔버 내의 압력 섭동을 보상하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 분배 구간(또는 임의의 다른 구간)의 개시 이전에 퍼지 밸브 또는 배기 밸브를 폐쇄함으로써 유발되는 펌프의 챔버 내의 압력 변화를 보정할 수 있다. 이러한 보상은, 상기 밸브가 폐쇄되어 있을 때마다 펌프(4000)의 챔버의 체적이 퍼지 밸브 또는 입구 밸브의 홀드업 체적만큼 실질적으로 증가되도록 펌프(4000)의 모터를 역회전시킴으로써 다단계 펌프(100)와 관련하여 전술한 바와 유사하게 달성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예는 무난한 유체 처리 특성을 갖는 펌핑 장치를 제공한다. 펌핑 장치 내의 모터 작동 및/또는 밸브의 개폐의 시퀀스에 의해, 잠재적으로 유해한 압력 스파이크를 방지하거나 완화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 공정액에 대한 압력의 해로운 영향을 감소시키는 것을 돕기 위해 다른 펌프 제어 메커니즘 및 밸브 라이닝을 채용할 수 있다.

이상의 상세한 설명에 있어서, 특정 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였 다. 그러나, 당업자라면 이하의 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형 및 변화가 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 한정하려는 의도가 아니라 설명을 위한 것으로 간주되어야 하며, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위에 포함된다는 점을 이해해야 한다.

특정 실시예와 관련하여 이익, 다른 장점 및 문제에 대한 해법을 이상에서 설명하였다. 그러나, 이익, 장점, 문제에 대한 해법, 그리고 어떠한 이익, 장점 또는 해법을 달성하도록 하거나 더욱 현저해지도록 할 수 있는 임의의 구성요소(들)는 임의의 청구범위 또는 모든 청구범위의 핵심적이고, 필요하며, 또는 본질적인 특징 또는 구성요소로서 간주되지 않는다.

Claims

펌핑 장치의 챔버에 유체를 도입하는 단계,

챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하는 단계,

챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는 경우 압력 상승을 보상하도록 챔버의 체적을 증가시키기 위해 펌핑 장치의 펌핑 수단을 이동시키는 단계, 및

챔버로부터 유체를 분배하는 단계로서, 유체의 분배가 개시되기까지 대략 요구되는 압력을 실질적으로 유지하기 위해 상기 결정 및 이동을 반복하는 것인 단계

를 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제1항에 있어서, 상기 요구되는 압력은 분배 압력인 것인 압력 보상 방법.
제1항에 있어서, 상기 요구되는 압력은 분배 압력의 소정 비율에 해당하는 것인 압력 보상 방법.
제1항에 있어서, 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하는 상기 단계는, 압력 센서로부터 챔버 내의 압력을 받아들이는 단계 및 상기 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 위치를 결정하는 단계 및 분배가 개시될 때의 펌핑 수단의 소정 위치로부터 분배 위치까지 펌핑 수단을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초한 분배 거리 및 요구되는 압력을 유지하기 위해 펌핑 수단이 이동하는 거리에 기초한 보정 거리를 계산하는 단계 및 상기 분배 거리와 보정 거리를 합한 거리만큼 펌핑 수단을 이동시키는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 거리를 계산하는 단계 및 펌핑 수단을 분배 거리만큼 이동시키는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 펌핑 수단이 이동하는 동안 상기 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부에 대한 결정이 이루어지지 않는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 펌핑 수단이 이동하는 동안 압력 센서의 작동을 중단시키는 단계를 더 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하기 이전에 펌핑 수단이 이동을 중단하였는지를 탐지하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 소정의 샘플링 속도로 압력을 받아들이는 것인 압력 보상 방법.
제11항에 있어서, 상기 샘플링 속도는 약 30 kHz, 약 10 kHz, 또는 약 1 kHz인 것인 압력 보상 방법.
제4항에 있어서, 상기 펌핑 수단은 모터 증분만큼 이동되는 것인 압력 보상 방법.
펌핑 장치의 챔버에 유체를 도입하는 단계,

챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하는 단계,

챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는 경우 압력 상승을 보상하도록 챔버의 체적을 증가시키기 위해 펌핑 장치의 펌핑 수단을 이동시키는 단계, 및

챔버로부터 유체를 분배하는 단계

를 위한 번역 가능한 명령을 포함하고, 유체의 분배가 개시되기까지 대략 요구되는 압력을 실질적으로 유지하기 위해 상기 결정 및 이동을 반복하는 것인 컴퓨 터 판독 가능한 매체.
제14항에 있어서, 상기 요구되는 압력은 분배 압력인 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제14항에 있어서, 상기 요구되는 압력은 분배 압력의 소정 비율에 해당하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제14항에 있어서, 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하는 상기 단계는, 압력 센서로부터 챔버 내의 압력을 받아들이는 단계 및 상기 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 위치를 결정하는 단계 및 분배가 개시될 때의 펌핑 수단의 소정 위치로부터 분배 위치까지 펌핑 수단을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초한 분배 거리 및 요구되는 압력을 유지하기 위해 펌핑 수단이 이동 하는 거리에 기초한 보정 거리를 계산하는 단계 및 상기 분배 거리와 보정 거리를 합한 거리만큼 펌핑 수단을 이동시키는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 거리를 계산하는 단계 및 펌핑 수단을 상기 분배 거리만큼 이동시키는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 펌핑 수단이 이동하는 동안 상기 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부에 대한 결정이 이루어지지 않는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 펌핑 수단이 이동하는 동안 압력 센서의 작동을 중단시키는 단계를 위한 번역 가능한 명령을 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하기 이전에 펌핑 수단이 이동을 중단하였는지를 탐지하는 단계를 위한 번역 가능한 명령을 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 소정의 샘플링 속도로 압력을 받아들이는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제24항에 있어서, 상기 샘플링 속도는 약 30 kHz, 약 10 kHz, 또는 약 1 kHz인 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제17항에 있어서, 상기 펌핑 수단은 모터 증분만큼 이동되는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
공급 챔버, 분배용 유체를 수용하도록 작동 가능한 분배 챔버, 분배 챔버 내의 펌핑 수단, 및 분배 챔버 내의 압력을 감지하도록 작동 가능한 압력 센서를 포함하는 펌핑 장치 및

압력을 받아들이도록 구성되고, 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성되며, 분배 챔버에서의 요구되는 압력을 실질적으로 유지하기 위해 펌핑 수단의 이동을 조절하도록 구성되고, 유체의 분배가 개시되기까지 이들 압력을 받아들이는 단계, 결정 단계 및 조절 단계를 반복하도록 구성된 제어기를 포함하며,

상기 제어기는 분배 챔버로부터 유체를 분배하기 위해 펌핑 수단의 이동을 조절하도록 추가로 작동 가능한 것인 압력 보상 시스템.
제27항에 있어서, 챔버 내의 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부를 결정하는 상기 단계는, 압력 센서로부터 챔버 내의 압력을 받아들이는 단계 및 상기 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 위치를 결정하는 단계 및 분배가 개시될 때의 펌핑 수단의 소정 위치로부터 분배 위치까지 펌핑 수단이 이동하도록 펌핑 수단의 이동을 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초한 분배 거리 및 기준 압력을 유지하기 위해 펌핑 수단이 이동하는 거리에 기초한 보정 거리를 계산하는 단계 및 상기 분배 거리와 보정 거리를 합한 거리만큼 펌핑 수단이 이동하도록 펌핑 수단의 이동을 조절하는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 챔버로부터 유체를 분배하는 상기 단계는, 펌핑 수단의 초기 위치에 기초하여 분배 거리를 계산하는 단계 및 펌핑 수단이 분배 거리만큼 이동하도록 펌핑 수단의 이동을 조절하는 단계를 포함하는 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 펌핑 수단이 이동하는 동안 상기 압력이 요구되는 압력을 초과하는지 여부에 대한 결정이 이루어지지 않는 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 상기 제어기는 펌핑 수단이 이동하는 동안 압력 센서의 작동을 중단시키도록 작동 가능한 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 상기 제어기는 압력이 요구되는 압력의 공차 범위에 속하는지 여부를 결정하기 이전에 펌핑 수단이 이동을 중단하였는지를 탐지하도록 작동 가능한 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 소정의 샘플링 속도로 압력을 받아들이는 것인 압력 보상 시스템.
제35항에 있어서, 상기 샘플링 속도는 약 30 kHz, 약 10 kHz, 또는 약 1 kHz인 것인 압력 보상 시스템.
제28항에 있어서, 상기 펌핑 수단은 모터 증분만큼 이동하도록 조절되는 것인 압력 보상 시스템.