KR20100075823A - 복수의 헤드들이 달린 정밀펌프 - Google Patents
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Abstract
하나 이상의 상이한 처리유체들을 취급하는데 사용할 펌프는 하나의 처리유체 입구와 하나의 처리유체 출구를 구비한 복수의 펌핑챔버들로서 상기 하나의 처리유체 출구가 상기 각 펌핑챔버 위 유체처리밸브에 결합 되어 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 상기 복수의 펌핑챔버들과, 작동유체를 복수의 작동유체 챔버들로 펌핑하며 상기 복수의 작동유체챔버들과 유체 소통하여 비압축성 작동유체가 상기 각 작동유체 챔버 안으로 흐를 수 있게 하는 상기 작동기구와, 각 펌핑챔버를 관련 작동유체 챔버로부터 분리시켜 처리유체를 상기 작동유체로부터 분리시키는 적어도 하나의 다이아프램을 포함한다. 상기 작동기구를 조작하여 작동유체를 변위시키면, 처리유체밸브가 개방되어 있는 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 작동유체를 흐르게 한다.
Description
관련출원들의 참조
이 PCT출원은 Precision pump with multiple heads라는 명칭으로 2007.7.13.출원된 미국출원 제 11/778,002 호의 부분연속출원인 2007.11.12.출원된 미국출원 제 11/938,408 호를 우선권으로 주장한다.
발명의 분야
이 발명은 특히 반도체 제조와 같은 분야에서 고정밀로 유체들을 계측하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.
발명의 배경
매우 작은 구조물들을 지닌 집적회로, 포토마스크, 및 기타 디바이스들을 제조하는데 사용되는 많은 케미칼들(chemicals)은 부식성과 유독성이 있으며 고가이다. 하나의 예는 포토레지스트이고 사진제판공정(photolithographic processes)에 사용된다. 그러한 어플리케이션들에서, 기판위에 배분되는 액상의 케미칼-처리유체(process fluid) 또는 "케미스트리(chemistry)"라고도 함-의 유량과 유속은 매우 정확하게 제어되어야 이 케미칼의 균일한 도포를 보장하고 폐기물과 불필요한 낭비를 피할 수 있다. 또한, 처리유체의 순도가 종종 중요한 요소가 된다. 처리유체를 오염시키는 아무리 적은 외부입자들이라도 그러한 프로세스들 중에 형성된 미소구조물들에게는 결함을 야기한다. 그러므로, 이런 처리유체는 오염을 피하는 방식으로 배분시스템(a dispensing system)에 의해 처리되어야 한다. 예컨대, Semiconductor Equipment and Material International, "SEM1 E49.2-0298 Guide for High Purity Deionized Water and Chemical Distribution Systems in Semiconductor Manufacturing Equipment"(1998)을 보라. 부적절한 취급을 하게 되면 기포가 도입되고 케미스트리를 손상시킬 수 있다. 이런 이유들로 인하여 미소구조물들이 있는 소자들이 제조에 사용되는 사진제판과 기타 프로세스들에서 유체들을 저장하고 계측하기 위해서는 특수한 시스템들이 필요하다.
그러므로, 이런 타입의 어플리케이션들을 위한 케미칼 분배시스템은 상기 유체의 계측을 미세하게 제어할 수 있고 처리유체로 오염되거나 처리유체와 반응하지 않는 방식으로 처리유체를 펌핑하는 기구를 사용해야 한다. 일반적으로, 펌프는 라인내 처리유체를 분배포인트(dispense point)까지 가압시킨다. 이 유체는 병이나 다른 용기와 같이 유체를 저장하는 소스로부터 흡수된다. 이 분배포인트는 작은 노즐이나 기타 구멍일 수 있다. 제조라인상 펌프에서 분배포인트까지 라인은 밸브로 개폐된다. 이 밸브는 상기 분배포인트에 배치될 수 있다. 이 밸브를 개방하면 처리유체가 상기 분배포인트에서 흐르게 된다. 프로그래머블 컨트롤러가 펌프와 밸브들을 작동시킨다. 이 처리유체와 접촉하는 펌핑기구, 라인 및 밸브내의 모든 표면들이 이 처리유체들과 반응하거나 오염되지 않아야 한다. 이 펌프들, 처리유체의 용기들, 그리고 관련 밸브장치들은 컨트롤러를 담는 캐비닛에 가끔 저장되기도 한다.
이런 타입의 시스템들에 사용되는 펌프는 전형적으로 적극적인 변위형(a positive displacement type) 펌프인데, 여기서 펌핑챔버의 사이즈를 확대하여 이 챔버안으로 유체를 흡입하고, 그 다음에 사이즈를 축소하여 유체를 밖으로 밀어낸다. 지금까지 사용된 이런 타입의 적극적인 변위펌프들은 수압작동식 다이아프램 펌프, 벨로우타입 펌프, 피스톤작동식 펌프, 롤링 다이아프램 펌프, 그리고 가압 저장기 타입 펌핑시스템(pressurized reservoir type pumping systems)을 포함한다. 미국특허 제 4,950,134 호(Bailey 외)는 대표적인 펌프이다. 이 펌프는 입구(inlet), 출구(outlet), 스텝퍼 모터(stepper motor) 및 유체변위 다이아프램(fluid displacement diaphragm)을 구비한다. 이 펌프가 배분하라고 전기적으로 명령을 받을 때 출구밸브가 열리고 모터가 회전하여 변위 또는 작동유체를 작동유체 챔버 안으로 흐르도록 밀어 넣으면 다이아프램이 이동하여 펌핑챔버의 크기를 축소시킨다. 다이아프램의 이동에 의해 처리유체가 펌핑챔버 밖으로 출구밸브를 통해 배출된다.
오염문제로 인하여, 반도체 제조산업에서 현재의 관행은 단일타입의 처리유체 즉 "케미스트리"를 펌핑하기 위해서만 펌프를 사용하고 있다. 펌핑되는 케미스트리들을 교체하기 위해서는 이 처리유체와 접촉한 모든 표면들이 교체되어야 한다. 펌프의 디자인에 따라서는 이런 작업은 까다롭고 고가이며 쉬운 일은 아니다. 오늘날 제조시설에서는 50개 이상의 펌프들을 사용하는 처리시스템을 보는 것이 흔한 일이다.
상이한 소스들로부터 처리 케미칼들을 공급하는 배분장치가 미국특허 제 6,797,063 호(Mekias)에 도시되어 있다. 이 배분장치는 제어실 내측에 두개이상의 처리실을 갖추고 있다. 이 제어실에 제어유체를 추가하거나 이 제어실에서 제어유체를 제거함으로써 처리실의 용적이 증가하거나 감소한다. 이 제어실 안팎으로 유체를 제어하는 가압유체 저장기와 조합하여 처리실의 입구와 출구에서 밸브장치를 사용하면 상기 처리실을 통과하는 배분유체의 흐름이 제어된다.
발명의 개요
이 발명은 처리유체의 부식성 때문에, 및/또는 다른 유체, 입자들로 인한 오염에 민감하거나 기포 및/또는 기계적 응력으로 인하여 취급에 제한을 받는 응용들에서 처리유체들을 배분하는데 사용할 고정밀 펌프에 관한 것이며, 특히 반도체 처리작업시 펌프에 유용한 것이다.
그러한 응용분야들, 특히 고정밀 계측에 사용되는 펌프들의 전형적인 개발과는 반대로, 이 발명의 양호한 실시예의 원리를 채용하는 모범적인 펌프는 처리유체와 접촉하는 표면들의 세척이나 교체가 필요없고 하나이상의 케미스트리 또는 처리유체를 펌핑할 수 있다. 이 펌프는 복수의 펌핑헤드들을 채용하고, 각 헤드는 상이한 타입의 제조유체를 취급할 수 있다. 복수의 펌핑헤드들은 공통의 작동기구를 공유한다. 각 펌프는 단일헤드가 달린 펌프에 비하면 더 클 수도 있지만, 펌핑헤드들보다 더 적은 작동기구를 사용하면, 많은 펌프들을 사용하는 반도체 부품제조용 설비들과 같은 밀집된 처리시설들에서 매우 귀중한 공간이 절약된다. 종종 작동기구들이 펌프의 가장 복잡한 부분이기 때문에 공장에서 작동기구들이 적을수록 비용 및 유지보수시간이 절약된다.
복수의 헤드들 가운데서 단일작동기구를 공유한다는 것이 특히 유체계측장치의 경우에는 바람직하지 않은 것처럼 보일 수 있다. 작동기구를 공유한다는 것은 한번에 단하나의 펌핑헤드만이 작동될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 하나의 실시예에서, 모범적인 펌프는 펌프헤드들간의 신속하고 빈번한 스위칭이 가능하다. 펌프헤드들간의 작동이 신속하게 전환될 수 있다면, 비교적 소량의 유체가 배분되고 있기 때문에 분배주기가 매우 짧은 응용들의 경우 배분 요청들간의 지연은 미미하다.
이 발명의 제 1 양호한 실시예에 따르면, 하나이상의 상이한 유체들을 취급하는데 사용할 펌프는 각각의 펌핑챔버가 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 구비하는 복수의 펌핑챔버들을 포함하게 된다. 각 펌핑챔버 위 처리유체 출구는 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하거나 허용하는 각 펌핑챔버 위 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합된다. 복수의 작동유체 챔버들에 작동유체를 펌핑하는 작동기구는 상기 복수의 작동유체 챔버들과 유체소통하도록 되어 있어 실질적으로 비압축성인 작동유체가 각 작동유체 챔버안으로 흐르게 한다. 해당 작동유체 챔버로부터 각 펌핑챔버를 분리시키는 적어도 하나의 다이아프램이 설치되어 처리유체를 작동유체로부터 분리시킨다. 상기 작동기구를 조작하여 작동유체를 변위시키면, 처리유체 밸브가 개방되어 있는 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 작동유체가 흐르게되어 펌핑이 이루어진다.
상기 작동유체 챔버로부터 상기 작동기구 안으로 작동유체가 무제한으로 흐르는 것이 바람직하다. 이 작동기구는 스텝퍼 모터에 의해 회전하는 스크루에 의해 이동되는 피스톤일 수 있다. 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 동작시키는 컨트롤러가 제공되고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합되어 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용한다. 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하는 컨트롤러블 밸브를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 출구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 입구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 안의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용한다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 처리유체를 배분하기 위한 처리유체 노즐에 결합될 수 있다. 복수의 펌핑챔버들에 결합된 상기 처리유체 노즐은 반도체 웨이퍼 위로 처리유체들을 분배하는 처리라인 위에 위치하고 배열된다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구는 상기 처리유체를 여과시키는 필터와 유체소통할 수 있다. 이 작동기구는 보디 안에 장착되고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 상기 보디에 지지된 제거가능한 펌프헤드 구조물에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 복수의 펌프헤드 구조물이 상기 보디의 주변에 배열될 수 있다. 각 펌핑챔버 위 상기 처리유체 입구와 처리유체 출구 사이의 유로는 대략 오르막 경사져 있어 기포제거를 용이하게 한다.
이 발명의 다른 양호한 실시예에 따라, 하나이상의 상이한 처리유체들을 취급하는데 사용할 펌프가 제공된다. 이 펌프는 작동유체를 펌핑하는 작동기구, 복수조의 펌핑챔버와 작동유체 챔버를 형성하며 각 조에는 상기 펌핑챔버들중 하나가 상기 작동유체 챔버들중 하나와 인접하여 있는 복수의 펌핑챔버들과 복수의 작동유체 챔버들을 포함하고, 각 펌핑챔버는 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 포함한다. 상기 각 조와 연관된 다이아프램이 상기 펌핑챔버와 상기 작동유체 챔버 사이에 위치하여 처리유체를 작동유체로부터 분리시킨다. 각 작동유체 챔버는 상기 작동기구와 유체소통하여 사실상 비압축성인 작동유체가 작동유체 챔버안으로 흐르도록 허용한다. 각 펌핑챔버위 처리유체 출구는 각 펌핑챔버와 연관된 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합되어 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용한다. 상기 작동기구를 조작하여 작동유체를 변위시키면, 처리유체 밸브가 개방되어 있는 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 유체의 흐름을 허용하여 펌핑이 이루어진다.
상기 작동유체 챔버로부터 상기 작동기구 안으로 작동유체의 무제한 흐름이 제공된다. 이 작동기구는 스텝퍼 모터에 의해 선회되는 스크루에 의해 이동된 피스톤으로 구성될 수 있다. 이 펌프는 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 조작하는 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 상기 처리유체 밸브에 결합되어 처리유체의 흐름을 선택적으로 허용하고 차단한다.
적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하는 컨트롤러블 밸브를 포함한다. 여기서 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 출구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 유체처리입구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 안의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용한다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 처리유체를 배분하기 위한 처리유체 노즐과 결합된다. 여기서, 복수의 펌핑챔버들에 결합된 상기 처리유체 노즐들은 반도체 웨이퍼 위로 처리유체들을 배분하기 위한 처리 라인 위에 위치하고 배열된다.
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구는 상기 처리유체를 여과하는 필터와 유체 소통한다. 상기 작동기구는 보디안에 장착되고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 상기 보디에 지지된 제거가능한 펌프헤드 구조물에 의해 적어도 부분적으로 형성된다. 복수의 펌프헤드 구조물들이 상기 보디 주위에 배열될 수 있다.
이 발명의 다른 실시예에서, 하나 이상의 처리유체들을 동시에 취급하는데 사용할 펌프는 사실상 비압축성인 작동유체를 저장하는 중앙저장기로서, 이 저장기의 안팎으로 작동유체를 이동시키는 변위부재가 배치되는 상기 중앙저장기, 상기 중앙 저장기를 둘러싸며 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 각각 포함하는 복수의 펌핑챔버들, 그리고 상기 저장기로부터 작동유체를 수납하기 위한 복수의 작동챔버들을 포함한다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 다이아프램을 포함하고, 이 다이아프램은 각 펌핑챔버를 인접한 작동챔버와 분리하고 상기 펌핑챔버들내 처리유체로부터 상기 작동챔버들내 작동유체를 분리시킨다. 적어도 하나의 채널에 의해 사실상 비압축성인 작동유체가 상기 작동챔버와 상기 저장기 사이에서 흐르도록 한다. 상기 적어도 하나의 처리유체 출구와 결합된 적어도 하나의 밸브가 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 차단하고 허용하도록 결합된다. 상기 작동기구를 조작하여 작동유체를 변위시키면, 개방되어 있는 적어도 하나의 밸브와 결합되어 있는 출구들을 구비한 펌핑챔버들 안으로만 유체가 흐르게 된다.
각각의 펌핑챔버에 대하여, 처리유체 출구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방향으로만 유체가 흐르도록 허용하고, 각 펌핑챔버의 처리유체 입구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 안의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용한다.
펌프 위에는 복수의 면들을 형성하는 보디가 있고, 각 면 위에는 하나의 펌프헤드 구조물이 설치된다. 각 면이 복수의 제거가능한 펌프헤드 구조물들중 하나와 협동한다. 인접한 작동유체 챔버들이 상기 보디 위에 위치한다. 각 펌핑챔버의 다이아프램은 상기 복수의 펌프헤드 구조물들중 각 하나와 상기 보디의 작동유체 챔버들 사이에 설치된다.
이 발명의 다른 대안 실시예에 따라, 하나 이상의 처리유체들을 취급하는데 사용할 펌프는 작동유체를 펌핑하는 작동기구, 복수 조를 형성하며 각 조가 하나의 펌핑챔버와 인접한 작동유체 챔버로 되어 있고 각 펌핑챔버가 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 포함하는 복수의 펌핑챔버들 및 유사한 복수의 작동유체 챔버들을 포함한다. 각 조와 연관된 다이아프램이 상기 펌핑챔버와 상기 작동유체 챔버 사이에 위치하여 처리유체를 작동유체와 분리시킨다. 각 작동유체 챔버가 상기 작동기구와 유체소통하여 사실상 비압축성인 작동유체가 각 작동유체 챔버 안으로 흐르도록 한다. 제 1 펌핑챔버 위 처리유체 입구가 처리유체의 소스와 소통하고, 상기 제 1 펌핑챔버위 처리유체 출구가 제 2 펌핑챔버 위 처리유체 입구와 소통하며, 상기 제 2 펌핑챔버위 처리유체 출구가 분배포인트와 유체소통한다. 각 펌핑챔버는 각 펌핑챔버위 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합되며, 이 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용한다. 이 작동기구를 조작하여 작동유체를 변위시키면, 처리유체 밸브가 개방되어 있는 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 작동유체가 흐르게 되어 펌핑이 이루어진다.
상기 제 1 펌핑챔버위 처리유체 출구는 처리유체를 처리하기 위한 유체처리장치의 입구와 소통한다. 상기 제 2 펌핑챔버위 처리유체 입구는 이 유체처리장치의 출구와 소통하며, 상기 제 2 펌핑챔버위 처리유체 출구는 분배포인트와 유체소통한다. 이 유체처리장치는 필터일 수 있다.
상기 작동기구와 제 1 펌핑챔버내 작동유체 챔버 사이에 밸브가 있고, 상기 작동기구와 제 2 펌핑챔버내 작동유체 챔버 입구 사이에 밸브가 있다. 제 1 펌핑챔버내 상기 작동유체 챔버의 출구와 상기 유체처리장치 사이에 밸브가 제공된다. 상기 작동기구는 스텝퍼 모터로 선회되는 스크루에 의해 이용된 피스톤으로 구성된다. 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 조작하는 컨트롤러에 상기복수의 펌피챔버들 각각이 결합되어 처리유체들의 흐름을 선택적으로 허용하고 차단한다. 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하는 컨트롤러블 밸브를 포함한다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 출구와 결합된 원웨이 체크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 입구와 결합된 원웨이 채크밸브가 제공되어 상기 펌핑챔버안의 일방향으로만 유체의 흐름을 허용한다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 처리유체를 배분하기 위한 처리유체 노즐과 결합되어 있다. 복수의 펌핑챔버들에 결합된 처리유체 노즐들은 반도체 웨이퍼 위로 처리유체들을 배분하는 처리라인 위에 위치하고 배열된다. 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 처리유체 출구는 이 처리유체를 여과하는 필터와 유체소통한다. 제 3 펌핑챔버위 처리유체 입구는 처리유체의 제 2 소스와 소통하고, 제 3 펌핑챔버위 처리유체 출구는 제 4 펌핑챔버위 처리유체 입구와 소통하고, 제 4 펌핑챔버위 처리유체 출구는 분배포인트와 유체소통한다.
상기 작동기구는 보디안에 설치되고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 상기 보디위에 적어도 부분적으로 형성된다. 상기 보디 주변에 복수의 펌프헤드 구조물들이 배열된다. 이 작동기구는 가역적(reversible)이고, 처리유체 밸브는 내부 서크백(internal suck back)을 달성하도록 구성된다. 상기 분배포인트에 인접하여 외부 서크백 밸브가 위치한다.
이 발명의 다른 실시예에서, 작동유체를 작동시키는 작동기구, 복수의 펌핑챔버들, 그리고 복수의 작동챔버들을 포함하는 펌프로서, 적어도 하나의 유체소통채널을 통해 상기 작동기구와 소통하는 각 작동챔버는 상기 작동챔버와 작동기구 사이에 작동유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 적어도 하나의 처리유체 입구와 하나의 처리유체 출구를 포함하는 펌프를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 복수의 펌핑챔버들 각각을 처리유체로 채우는 단계와, 상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들중 제 1 펌핑챔버를 소스로부터 처리유체로 채우는 단계와, 상기 작동기구를 제 2 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 제 1 펌핑챔버가 상기 제 1 펌핑챔버에서 유체처리장치 안으로 처리유체를 이동시키는 단계와, 상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들중 제 2 펌핑챔버를 상기 유체처리 장치로부터 처리유체로 채우는 단계와, 상기 작동기구를 상기 제 2 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 제 2 펌핑챔버가 상기 제 2 펌핑챔버로부터 분배포인트까지 처리유체를 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 펌핑챔버는 상이한 압력들에서 작동된다.
마지막으로, 상기 방법의 다른 실시예에서, 작동유체를 펌핑하는 작동기구, 복수의 펌핑챔버들, 그리고 복수의 작동챔버들로 구성된 펌프로서, 각 작동챔버가 적어도 하나의 유체소통채널을 통해 상기 작동기구와 유체소통하고 있어 상기 작동챔버와 상기 작동기구 사이에 작동유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 적어도 하나의 처리유체 입구와 하나의 처리유체 출구를 펌프를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 복수의 펌핑챔버들 각각을 처리유체로 채우는 단계와, 상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들중 제 1 펌핑챔버를 소스의 처리유체로 채우는 단계와, 처리유체 흐름을 위해 상기 복수의 펌핑챔버들중 적어도 하나의 펌핑챔버를 위한 적어도 하나의 출구밸브를 선택적으로 개방하는 단계와, 나머지 모든 펌핑챔버들의 상기 적어도 하나의 출구밸브를 닫아 그 펌핑챔버들에 처리유체의 배압을 생성함으로써 작동유체가 해당 작동챔버들 안으로 흐르지 못하게 하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 출구밸브가 개방되어 있는 상기 펌핑챔버들 안으로만 작동유체가 흘러 상기 해당 펌핑챔버로부터 처리유체의 변위가 생긴다.
상기 제 1 및 제 2 펌핑챔버들을 상이한 압력들에서 동작한다.
도 1은 이 발명의 제 1 양호 실시예에 의한 고정밀 고순도 유체 지급 시스템과 관련하여 도시된 싱글 스테이지, 멀티플 헤드 펌프의 개략도이다.
도 2는 도 1의 멀티플 헤드 펌프의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 멀티플 헤드 펌프를 다른 각도에서 바라본 도 1의 멀티플 헤드 펌프의 분해도이다.
도 4는 조립된 상태에서 바라본 도 2 및 도 3 펌프의 측면도이다.
도 5는 도 4의 구획선 5-5를 따라 취한 도 4 펌프의 단면도이다.
도 6은 도 4의 구획선 6-6을 따라 취한 도 4 펌프의 단면도이다.
도 7은 도 4 펌프의 사시도이다.
도 8은 도 4 펌프의 정면도이다.
도 9는 도 4 펌프의 배면도이다.
도 10은 도 2-9 펌프를 적용한 응용예의 단순 사시도이다.
도 10a는 3개의 다른 반도체웨이퍼에 유체를 분배하는 3개의 분배밸브들을 구비한, 도 10에 도시된 펌프 응용예에 따른 대안 실시예의 부분 사시도이다.
도 11a, 11b 및 11c는 도 2-9 펌프를 위한 컨트롤러의 예시적인 분배프로세스의 플로우차트를 구성한다.
도 12는 이 발명의 제 2 양호 실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 13은 이 발명의 제 3 양호 실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 다른 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 14는 이 발명의 제 4 양호실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 다른 대안 실시예의 개략도이다.
도 15는 이 발명의 제 5 양호 실시예에 따른 2개 이상의 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 16은 입력체크밸브와 출력밸브를 이용하는 내부 서크백(internal suck back)을 구비하는 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 17은 입력밸브와 출력밸브를 이용하는 내부 서크백을 구비하는 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프 개략도이다.
도 18은 입력 및 출력체크밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개락도이다.
도 18a는 입력 및 출력체크밸브들과 1조의 고립 밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 19는 입력 및 출력밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 20은 출력부를 쪼개어 3개의 분리된 출력부들에 유체를 공급하는 펌프의 대안 응용예에 대한 단순 사시도이다.
도 21은 여과장치가 추가된 도 20의 대안 응용예에 대한 단순 사시도이다.
도 2는 도 1의 멀티플 헤드 펌프의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 멀티플 헤드 펌프를 다른 각도에서 바라본 도 1의 멀티플 헤드 펌프의 분해도이다.
도 4는 조립된 상태에서 바라본 도 2 및 도 3 펌프의 측면도이다.
도 5는 도 4의 구획선 5-5를 따라 취한 도 4 펌프의 단면도이다.
도 6은 도 4의 구획선 6-6을 따라 취한 도 4 펌프의 단면도이다.
도 7은 도 4 펌프의 사시도이다.
도 8은 도 4 펌프의 정면도이다.
도 9는 도 4 펌프의 배면도이다.
도 10은 도 2-9 펌프를 적용한 응용예의 단순 사시도이다.
도 10a는 3개의 다른 반도체웨이퍼에 유체를 분배하는 3개의 분배밸브들을 구비한, 도 10에 도시된 펌프 응용예에 따른 대안 실시예의 부분 사시도이다.
도 11a, 11b 및 11c는 도 2-9 펌프를 위한 컨트롤러의 예시적인 분배프로세스의 플로우차트를 구성한다.
도 12는 이 발명의 제 2 양호 실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 13은 이 발명의 제 3 양호 실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 다른 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 14는 이 발명의 제 4 양호실시예에 따른 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 다른 대안 실시예의 개략도이다.
도 15는 이 발명의 제 5 양호 실시예에 따른 2개 이상의 멀티헤드펌프를 이용하는 투스테이지 펌핑시스템의 개략도이다.
도 16은 입력체크밸브와 출력밸브를 이용하는 내부 서크백(internal suck back)을 구비하는 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 17은 입력밸브와 출력밸브를 이용하는 내부 서크백을 구비하는 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프 개략도이다.
도 18은 입력 및 출력체크밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개락도이다.
도 18a는 입력 및 출력체크밸브들과 1조의 고립 밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 19는 입력 및 출력밸브들을 이용하는 외부 서크백을 구비한 싱글 스테이지 멀티플 헤드펌프의 개략도이다.
도 20은 출력부를 쪼개어 3개의 분리된 출력부들에 유체를 공급하는 펌프의 대안 응용예에 대한 단순 사시도이다.
도 21은 여과장치가 추가된 도 20의 대안 응용예에 대한 단순 사시도이다.
발명의 상세한 설명
도 1은 고순도 응용에서 복수의 다른 케미칼들을 펌핑하기 위한 고정밀, 싱글 스테이지, 멀티플 헤드펌프의 한 실시예를 개략적으로 보여준다. 펌핑헤드는 펌프의 일부로서, 다른 기능들도 가능하겠지만, 처리유체(process fluid)를 이용하기 위하여 처리유체와 접촉하여 힘을 가한다. 고정밀 멀티플 헤드펌프에서, 하나 이상의 펌핑헤드가 공통 작동기구에 의해 작동된다. 예시된 실시예에서, 멀티플 헤드펌프는 3개의 독립소스들(101), (103) 및 (105)에서 나온 케미칼 즉 처리유체들을 3개의 독립 분배포인트(107), (109) 및 (111)로 각각 분배하는데 사용된다. 각각의 소스와 분배포인트는 펌프헤드(113), (115) 또는 (117)을 통해 결합된다. 각 펌프헤드는 소정량의 유체를 상기 소스에서 해당 분배포인트까지 이동시키는 기능을 한다. 각 펌프헤드가 독립적으로 기능하며 처리유체들과 맞닿는 어떤 표면도 다른 펌프헤드들과 공유하지 않기 때문에 각 소스는 다른 형식의 케미칼들일 수 있다. 출력밸브들(119), (121) 및 (123)은 펌프헤드들(113, 115 또는 117)과 해당 분배포인트들(107, 109, 111) 사이에서 출력 라인들(120), (122) 및 (124)를 각자 개폐한다. 각 출력밸브들은 펌프동작에 맞추어 밸브개방을 조정하는 컨트롤러(도시안됨)에 의해 독립적으로 제어된다. 예시된 펌프는 케미칼들이 반도체 웨이퍼 위로 공급하기 위한 분배포인트까지 펌핑되어야 하는 반도체 제조작업에서 특별히 유익하게 채용될 수 있기 때문에 예시된 실시예에서 출력밸브들(119, 121, 123)은 서크백 밸브(125)에 결합된다. 공급후에는 서크백 밸브(125, 127, 129)는 드립핑(dripping)을 방지하기 위하여 분배포인트(107, 109, 111) 노즐, 또는 유사 요소로부터 유체를 빨아들이는데 사용된다.
예시된 실시예에서, 상기 펌프헤드들은 처리유체를(이 펌프헤드의 필수요소인) 펌핑챔버안으로 빨아들인 다음 변위시킴으로써 이 처리유체를 이동시킨다. 적극적인 변위는 유체의 정밀 계측이 요구되는 응용들에 유리하다. 각 펌핑챔버의 용적이 증가되면 처리유체를 빨아들이고 감소되면 밀어낸다. 챔버의 용적을 변경하는데 사용되는 부재는 변위부재(a displacement member)라 부른다. 펌핑챔버와 변위부재는 다양한 방식들로 실현될 수 있다. 한가지 예는 실린더 내부에서 움직이는 피스톤 또는 피스톤 유사장치를 포함한다. 지금의 예는 상기 펌핑챔버와 벽들과 협동하는 변위부재로서 가변적인 다이아프램(flexible diaphram)의 사용을 고려한다. 상기 다이아프램을 일방향으로 이동시키면 상기 펌핑챔버의 용적을 증가시키고, 상기 다이아프램을 타방향으로 이동시키면 상기 펌핑챔버의 용적을 감소시킨다. 펌프헤드(113), (115) 및 (117)을 위한 다이아프램들은 요소들(131), (133) 및 (135)로 각각 도시되어 있다.
유체가 펌프헤드(113, 115, 117)를 통해 일방향으로만 흐로도록 보장하기 위해 다양한 배열들이 사용될 수 있다. 예시된 실시예에서 펌프헤드들(113, 115, 117)의 입구들(도시안됨)은 펌프헤드들을 소스(101), (103) 또는 (105)와 같은 처리유체 소스들에 겹합시키고, 펌프헤드의 출구들(도시안됨)은 펌프헤드들(113, 115, 117)을 분배포인트(107), (109) 또는 (111)와 같은 분배포인트들에 결합시킨다. 각 펌프헤드안의 펌핑챔버에는 적어도 하나의 개구부가 있으며, 양호하게는 두개의 개구부들이 있고 하나의 입구와 통하고 다른 하나는 출구와 통하는 것이다. 유체는 상기 입구 개구부를 통해 펌핑챔버 안으로 흡입되고 출구 개구부를 통해 배출된다. 이로써 펌핑챔버를 통해 처리유체의 대략 일방향 유동이 형성될 수 있으며, 펌프헤드에 처리유체의 고임현상과 오염축적현상이 줄어든다. 각 펌프헤드의 입구와 출구가 밸브장치를 통해 결합되어 있으므로, 적어도 정상동작중에는 유체는 입구를 통해서만 펌핑챔버에 흘러들어가고 출구를 통해서만 펌핑챔버를 빠져나간다.
밸브장치는 부분적으로는 펌핑챔버 내부로의 개구부 갯수와 다른 고려사항들을 참작하여 다른 배열들을 취할 수 있다. 예시된 실시예에서, 밸브장치는 두개의 밸브로 구성된다. 체크밸브(137, 137a, 137b)에 의해 입구에서 펌핑챔버로 일방향 유동이 보장되고, 체크밸브(139, 139a, 139b)에 의해 출구를 통해 펌핑챔버를 빠져나가는 처리유체의 일방향 유동이 보장된다. 체크밸브들은 자동작동방식(self-actuating or lifting)이라서 펌프헤드(113, 115, 117)의 펌핑동작과 밸브의 개방동작을 동기화시키는 기구를 설치할 필요가 없어져 복잡성을 감소시킨다. 그러나, 후술하는 바와같이 어떤 환경에서는 밸브의 개방을 독립적으로 조절하는 것이 유리할 수도 있다. 또한, 어떤 응용들에서는 체크밸브의 사용이 적절하지 않을 수도 있다. 펌핑챔버에 개구부가 하나만 있는 경우 적절한 밸브장치의 예는 펌프의 스트로크에 따라 입구 또는 출구에 상기 개구부를 선택적으로 결합시키거나 상기 개구부를 함께 막아버리는 3방향 밸브를 포함한다. 더욱 복잡해지고 신뢰성은 떨어지더라도 동일한 기능성을 달성하기 위해 다른 형식의 밸브장치가 선택될 수도 있을 것이다.
펌프헤드(113, 115, 117) 각각은 도면에 드라이브 모터와 피스톤 조립체로 표시된 공통 작동기구(136)를 공유한다. 작동기구는 모터와 같은 힘발생요소와, 이 힘을 유체변위부재에 연결하는 커플링을 포함한다. 종종, 이러한 요소들은 하나이고 동일한 것이다. 작동기구(136)의 예는 기계기구, 공압기구 및 수압기구와 이들의 조합체를 포함한다. 기계적인 액튜에이터의 일례로서 트랜스미션 또는 다른 기계적 연동장치나 피스톤과 같은 순수 기계적 커플링을 통해서 다이아프램에 결합되어 있는 드라이브 모터가 있다. 이 연동장치 즉 피스톤은 모터의 출력을 제 1 변위부재의 운동으로 전환한다. 모터가 피스톤을 이동시키면서 수압커플링이 사용될 수도 있으며, 피스톤은 수압유체를 이동시키고 이 수압유체가 상기 변위부재를 밀어낸다. 순수 공압시스템에서는, 예컨대 고압기체가 사용되어 상기 변위부재를 이동시킨다.
예시된 실시예에서, 공통작동기구(136)가 발생시킨 힘은 순차가 아니라 병행으로 각 펌프헤드(113, 115, 117)에 가해진다. 병행으로 힘을 가하면 모든 펌프헤드들이 동시에 작동하게 되지만, 힘의 순차 적용방식을 피함으로써 펌프헤드들간에 선택적으로 작동력을 적용하거나 전환시키는 기구를 쓰지 않게 되어 전체 시스템의 복잡성이 감소된다. 복잡성은 결국 비용증가를 초래하고 안정성을 감소시키기 마련이다.
모든 펌프헤드(113, 115, 117)의 원치않는 동시작동을 피하기 위해서, 예시된 실시예에서 작동기구(136)는 모터나 다른 동력발생기구의 힘을 처리유체로 전달하는 유압커플링을 사용하는 것이 바람직하다. 예시된 실시예에서 작동기구(136)용 드라이브 조립체는 작동유체를 이동시키는 동력을 공급하는 드라이브(스텝퍼) 모터(도시안됨)를 포함한다. 이 드라이브 모터는 변위부재(즉, 피스톤)를 이동시키고, 이 변위부재는 펌프헤드를 작동하게하는 방식으로 유체를 이동시킨다. 작동유체는 펌핑챔버 반대측에 있는 다이아프램측 챔버의 안팎으로 들락날락한다. 변위된 작동유체가 펌프헤드 안으로 들어가 펌핑챔버의 용적을 감소시키고 유체를 밀어낸다. 상기 변위부재의 역방향 이동에 의해 작동유체가 펌핑헤드에서 흘러나와 펌핑챔버의 용적을 증가시키고 결국 처리유체를 끌어들인다. 상기 유체가 적어도 펌프의 작동압력에서 비압축성이고(그러한 유체는 여기서 비압축성이라함) 단하나의 펌핑챔버가 개방되어 있으며, 작동 조립체에 의해 변위된 작동유체의 양은 상기 펌핑챔버 안에서 변위된 처리유체의 양에 비례한다.
펌프헤드(113, 115, 117)의 펌핑챔버 밖으로 처리유체의 흐름을 차단하면 펌프헤드 안으로 작동유체가 흘러들어가는 것을 효과적으로 차단하게 되고, 그래서 내부 밸브장치가 작동유체를 다른 펌프헤드로 되돌리지 않아도 작동유체가 다른 펌프헤드안으로 되돌려져 흐르게 된다. 그러므로, 내부 밸브장치가 사용될 수도 있지만, 한번에 단하나의 헤드가 펌핑하도록 보장하기 위해 필요한 것은 아니다. 이 실시예에서, 출구에는 기존 밸브-그렇지 않으면 이 응용에서 있게 되는 밸브-로도 충분하고, 그렇지 않으면 요구되었을 외부 밸브들의 갯수에 대응하는 증가없이 펌프의 복잡성과 크기의 감소가 가능하게 된다. 더구나, 현존하는 외부 밸브장치를 이용하여도 펌프헤드들을 통한 처리유체 흐름을 차단할 수 있을 것이다. 예시된 실시예에서, 자동작동 체크밸브들이 사용되지만, 출력밸브들(119), (121) 및 (123)이 선택적으로 폐쇄되어, 펌프의 작동중에 펌핑이 의도되지 않은 펌프헤드들로부터 유체의 흐름을 차단하게 된다. 이 출력밸브들은 펌프헤드에서 분배포인트까지 유체를 운반하는 라인을 따라 어디든 위치할 수 있다. 출력밸브를 구할 수 없거나 출력밸브를 사용하지 않는 것이 더 좋은 경우 제어가능한 밸브가 하나 또는 두개의 체크밸브를 대신하거나 이에 추가되어 사용될 수 있다. 그러나, 이런 경우에 더 많은 비용과 복잡성이라는 희생이 따른다. 더구나, 전술한 쓰리웨이 밸브와 같이 다른 밸브 장치를 사용하여 펌프헤드를 통한 처리유체의 일방향 흐름을 보장할 수 있다.
선택하기 나름으로, 유체를 계측하는데 사용될 경우 한번에 단하나의 펌프헤드(113, 115, 117)가 작동하도록 펌프가 조작될 수 있다. 그리하여 모든 작동유체가 상기 활성 펌프헤드의 안팎으로만 보내진다. 작동유체가 한번에 하나의 펌프헤드 밖으로만 흐르도록 허용함으로써 펌핑되는 처리유체의 양이 상기 변위부재의 작동기구내 운동에 의해서 결정될 수 있다. 하나 이상의 펌프헤드가 작동중에 펌핑하도록 개방되면, 유량계가 펌프헤드에 결합되어 펌프헤드 밖으로 흐르는 처리유체의 양을 측정한다. 그러나, 반도체 제조와 같은 응용에서 분배사이클은 짧고, 특정 분배포인트에서의 분배수요가 일정치 않고, 어떤 경우에는 비교적 흔하지 않다. 작동유체를 방향전환시키는 내부 밸브장치가 없고 펌프헤드를 통한 처리유체의 흐름을 조절할 기구가 단순한 경우에는 펌프헤드의 빠른 활성화가 가능하고, 작동유체가 과도하게 분배지연되지 않도록 펌프헤드들에 다중 시분할되게 할 수 있다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 예시적인 싱글 스테이지 펌프(200)는 반도체 제조와 같이 고순도 응용에 적합한 도 1의 멀티헤드펌프의 모범적인 구조로 되어 있다. 이 예에서, 펌프(200)는 3개의 펌핑헤드 구조물(202), (204) 및 (206)을 포함하고, 이들은 중앙 보디(208)와 협동하여 각자의 펌프헤드들을 형성한다. 이 예에서, 펌핑헤드 구조물(202), (204), (206)은 중앙보디(208) 주변에 배열될 필요가 없다. 중앙보디(208)는 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)을 지탱하며, 바람직하게는 작동유체를 각 펌프헤드에 공급하도록 중앙보디(208)를 관통하는 구멍 또는 통로 형태의 채널들을 제공한다. 단일블록(a monolithic block)을 기계가공하는 방식과 같이 상기 유체통로를 상기 보디의 일부로서 일체로 형성함으로써 부가적인 접속장치를 회피할 수 있으며 작동유체의 누수 위험성을 줄일 수 있다. 반도체 제조와 같은 고순도 응용에서 아무리 작은 양의 누수라도 청정실의 오염을 유발하여 매우 바람직하지 못한 상황을 만들 수 있다.
예시된 실시예에서 중앙보디(208)는 4변이 있는 정사각 단면을 지닌다. 4변중 3변에 형성된 면에 상기 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)이 결합되어 있다. 이 실시예에서는 제 4변이 압력센서(210)를 수납하는데 사용된다. 이 압력센서(210)는 작동기구내 작동유체의 압력을 측정하는데 사용된다. 작동유체를 공급하는 채널들 주변에 적어도 부분적으로 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)을 배열하면, 헤드들을 일렬로 배열하는 구성에 비하여 좀더 효율적인 공간활용이 된다. 그러나, 이 도면들에 예시된 모범적인 펌프의 다른 잇점들은 펌프헤드들을 중앙보디(208) 주위에 배열하지 않아도 얻어질 수 있다. 예컨대, 펌핑헤드 구조물이 적층방식으로 배열될 수도 있다. 더 많은 펌핑헤드 구조물이 중앙보디(208)에 결합될 수 있도록, 단면적 사이즈를 증가시키고, 중앙보디(208) 주변에 배치된 면들의 갯수를 증가시키고, 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 크기를 감소시키고, 및/또는 보디(208)를 그 중앙축선을 따라 연장시킬 수 있다. 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 사이즈는 각 펌핑헤드 구조물내 펌핑챔버의 원하는 용적에 일부 의존한다. 양호하게는 펌핑챔버의 사이즈를 정함에 있어서, 펌핑챔버내 처리유체의 일부만이 분배사이클중에 분배되는 다중 증분공급이 더 많은 유체를 흡입해야 하기 전에 완료되도록 한다. 면(face)이 평편할 필요는 없으나 원한다면 곡선형이 될 수 있다. 그래서, 예컨대 중앙보디(208)는 다각형 단면 또는 대략 원형 단면을 가질 수 있다. 원형 단면이 공간을 덜 취하지만, 평탄면은 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 제작을 더 단순하게 하고 연결장치를 더 단순하게 하는 잇점이 있다.
이 실시예에서와 같이, 중앙보디(208)는 적어도 하나의 작동기구, 예컨대 수압작동기구를 내장하는 것이 바람직하다. 이 작동기구는 변위요소(a displacement element) 뿐만 아니라 작동유체 저장기를 포함한다. 예시된 실시예에서, 이 작동유체 저장기는 블록형성 보디(208)의 중심안에 형성된 원형 단면의 공동(207)(도 5 참조)으로 구성되고, 상기 변위요소는 피스톤으로 기능하며 대략 참조번호(209)로 표시된 몇 개의 요소들로 구성된다. 작동기구를 중앙보디(209)에 배치하면 가장 효율적인 공간사용이 가능하며 외부 연결장치를 피할 수 있게 한다. 그러나, 대안으로서 상기 작동기구의 전부 또는 일부가 지지 보디(208) 외측에 위치할 수 있고, 예컨대 유압방식으로 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)과 결합될 수 있지만, 접속장치의 갯수가 늘어나기 때문에 조밀성이 없어지거나 구조적으로 더 복잡해지거나 누수로 인한 오염 가능성과 같이 양호한 실시예가 갖는 잇점들이 손상될 수도 있다. 예컨대, 멀티플 블록들을 연결시킴으로써 보디(208)의 축방향 길이가 연장되면, 이 작동기구는 블록들중 하나에 위치할 수 있고, 통로 또는 외부라인을 통해 다른 블록과 유압적으로 연결될 수도 있다.
예시된 실시예에서, 펌핑헤드 구조물(202), (204) 및 (206)은 보디(208)의 세 측벽들 각각에 형성된 면부분(211)과 각자 결합된다.
도 5의 각각의 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)에서, 다이아프램(212)이 면부분(211)을 가로질러 나가고 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)과 협동하여 다이아프램(212)의 일측에 펌핑챔버(214)를 형성하고, 면부분(211)에서 보디(208)에 형성된 함몰부(216)와 협동하여 다이아프램(212)의 타측에 작동유체 챔버(218)를 형성한다. 모범적인 펌프(200)의 양호한 실시예에서, 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)을 제거함으로써 다이아프램(212)이 용이하게 제거되거나 교체될 수 있다. 다이아프램(212)은 ○링 시일(220)에 의해 보디(208)의 협동하는 면부분(211)에 대해 밀봉된다. 플레이트(222)는 다이아프램(212)을 보디(208)의 면부분(211)에 부착시킨다. 다른 이점으로서, 다이아프램(212)을 플레이트(222)와 부착시키면, 펌프헤드 구조물(202, 204, 206)이 보디(208)와 조립되기 전에 펌프(200)는 작동유체-바람직하게는 글리콜과 같이 실질적으로 비압축성인 유체(최소한 이 응용에서 전형적으로 생기는 압력에서)-로 채워질 수 있을 것이다. 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)을 부착하기 전에 작동유체 내부에 어떤 공기나 기포가 있는지를 눈으로 확인하기 위하여 다이아프램(212)은 투명재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 예시된 실시예에서, 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206) 당 하나의 다이아프램(212)이 사용되고 있지만, 그 대신에 2개 또는 그 이상의 인접한 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)은 시일 또는 다른 구조물에 의해 격리된 다른 면적의 더 큰 다이아프램(212)을 사용함으로써, 처리유체가 펌핑헤드 구조물들(202, 204, 206) 사이에서 새지 않게 한다. 도 2 및 도 5에 도시한 대로, 통기라인(223)을 통해 공기가 작동유체챔버(218)로 부터 축출될 수 있다. 통기라인들(223)은 도면에 도시안된 플러그들로 밀봉된다. 작동유체 및/또는 처리유체, 펌핑챔버, 작동유체챔버(218), 공동(207), 또는 상기 유체들을 운반하는 펌프 내부의 채널들에 갇혀있는 기포를 탐지하기 위해서는 상기 펌핑챔버들(214)을 처리유체로 채우고, 처리유체가 흘러 나가지 못하게 상기 펌핑 챔버들을 폐쇄하고, 상기 작동유체를 펌핑하고, 압력센서(210)를 사용하여 상기 작동유체의 압력을 모니터링한다. 기포가 압축성이면 시스템에 상당량의 공기가 갇혀 있어도 측정된 압력은 기대치보다 낮아질 것이다.
각 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)은 펌핑챔버 커버(224)와 공동 또는 함몰부(226)를 포함하는 조립체이다. 커버(224)는 다이아프램(212)과 협동하여 펌핑챔버(214)를 형성한다. ○링(225)은 커버(224)와 다이아프램(212) 사이에 시일을 형성한다. 입구 오리피스(228)와 출구 오리피스(230)는 커버(224)를 통해 뻗어나가 처리유체가 펌핑챔버(214)의 안팎으로 각각 흐르게 한다. 입구 오리피스(228)는 펌핑챔버(214)의 바닥 근처에 위치하고 있으므로, 펌프가 정상동작위치에 있을때 유체는 중력에 반하여 상방으로 출구 오리피스(230)를 향해 흐른다. 펌핑챔버(214)의 이러한 배열과 길쭉한 형태로 인하여 펌핑챔버(214) 내부에 처리유체가 고이는 현상이 줄어들고 기포가 출구를 향해 떠올라 축출이 촉진된다. 함몰부의 형상을 대략 곡선으로 하고 펌핑챔버(214) 내부 직선면들이 둔각을 이루며 만나게 하면, 처리유체와 미소기포들이 모여들어 축출이 어렵에 되는 날카로운 코너들을 피할 수 있고, 그래서 정상작동중에 기포 발생의 위험성이 감소된다.
각 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)은 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 안팎으로 처리유체를 운반하는 라인들을 연결하기 위한 커넥터들을 포함한다. 공간을 절약하기 위하여 양호하게는 상기 커넥터들은 펌핑챔버(214)와 보디(208)의 기다란 축선에 대략 평행한 방향을 향하고 있다. 커넥터들의 축선이 보디(208)의 축선에 수직하면 펌프(200)가 횡방향으로 더 많은 공간을 차지할 것이고, 입구 및 출구 커넥터들에 연결될 처리유체 라인들을 수용하는데 추가 공간이 필요할 것이다. 입구 이음쇠(232)와 출구 이음쇠(234)가 커넥터 블록(236) 안에 나사결합된다. 예시된 입출구 이음쇠들(232, 234)은 반도체 제조에서 대표적인 플래어타입(flare type) 이음쇠의 표본이다. 이 이음쇠들은 라인들을 펌프에 연결하는 이음쇠의 대표적인 것들이다. 다른 타입의 이음쇠들이 응용예에 따라 사용될 수도 있다. 반도체 산업에 사용되는 고순도 이음쇠(fittings)의 다른 예들은 Nippon Packing Co., Ltd의 Super Type Pillar Fitting® 및 Super 300 Type Pillar Fitting®, Entegris의 Flowell® 플래어 이음쇠, Flaretek® 이음쇠, Parker의 "Parflare" 튜브 이음쇠, SMC 코오포레이션의 LQ, LQ1, LQ2 및 LQ3 이음쇠, Saint-Gobian Performance Plastics Corporation의 Furon® Flare Grip® 이음쇠 및 Furon® Fuse-Bond Pipe를 포함한다. 이 실시예에서, 커넥터블록(236)과 커버(224)는 독립적으로 제작되어 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)로 조립된다. 그러나, 이 조립체는 더 많거나 더 적은 부품들을 사용하여 제작될 수도 있을 것이다.
커넥터블록(236)은 입구 이음쇠(232)로부터 커넥터블록(236) 안으로 펌핑챔버(214)의 입구 오리피스(228)를 향해 유체를 운반하는 통로를 포함한다. 이 실시예에서, 이 통로는 불록(236)의 표면에 형성된 채널(238)과 대응 가스켓(240)에 의해 형성된다. 이 가스켓(240)은 펌핑챔버 커버(224)를 커넥터블록(236)과 함께 밀봉한다. 호울(242)을 통하여 펌핑챔버 커버(224)를 관통하는 채널(244) 안으로 유체가 흐르게 된다(도 5 참조). 채널(244)은 입구 오리피스(228)에서 끝난다.
도 3의 예시된 실시예에서, 일방향 체크밸브(246)가 커넥터블록(236)에 통합되어 있어 입구 이음쇠(232)에서 펌핑챔버(214)까지만 유체가 흐르게 한다. 체크밸브(246)가 입구 이음쇠(232)와 동일한 보어에 삽입된다. 체크밸브는 오리피스 플레이트(248)와 이와 함께 협동하는 우산형 밸브(250)로 구성된다. 밸브의 스템이 밸브(250)를 오리피스 플레이트(248)에 부착시킨다. 오리피스 플레이트(248)의 호울들을 통해 밸브(250)를 향해 가압 유체가 흐르면 밸브(250)의 중심이 고정되어 있는 동안 밸브(250)의 가장자리들은 들어 올려지는 경향이 있다. 밸브(250)는 뒤집어진 형태이다. 조립될때 스템이 밸브(250)의 가장자리를 오리피스 플레이트(248)에 대해 끌어 당기므로 밸브(250)의 둘레를 플레이트(248)에 대고 누르는 안착력이 발생된다. 이로써 양호한 시일이 형성된다. 이런 특정타입의 체크밸브에 대한 세부설명은 이 명세서에 참고로 병합된 2006.12.18. 출원의 미국특허출원 제 11/612,408 호에 나와 있다.
커넥터블록(236)은 펌핑챔버(214)를 빠져나가는 유체를 출구 이음쇠(234)까지 운반하는 통로를 포함한다. 이 커넥터블록은 출구 커넥터의 방향으로 유체유동을 허용하는 일방향 체크밸브(252)를 구비한다. 체크밸브(252)는 체크밸브(246)와 사실상 유사하다. 체크밸브(252)는 펌핑챔버 커버(224)의 배면에 형성된 요홈부(255)에 안치된 오리피스 플레이트(254)를 포함한다(도 2 참조). 우산형 밸브(256)가 이 오리피스 플레이트(254)에 부착된다. 유체는 펌핑챔버(214)를 나와 출구 오리피스(230)를 지나 체크밸브(252)를 통과하여, 출구 이음쇠(234)와 이어진 통로로 들어간다. 이 통로는 일부가 채널(258)에 의해 형성되고 커넥터블록(236)의 일면에 형성되고 가스켓(240)과 협동한다. 이 통로의 세그먼트(260)는 출구 이음쇠가 나사고정되는 보어에 연결된다(도 6). 바람직하게는 채널(258)의 처음부분은 밸브(252)의 가장자리 꺽임을 수용하고 이 밸브 가장자리 부근의 유체흐름을 제한없이 수용할 만큼 큰 용적을 형성한다.
도 5에 도시한 대로, 비압축성 작동유체가 작동기구의 중앙챔버 또는 공동(207)에 저장된다. 변위요소(209) 즉 피스톤이 공동(207) 안에서 왕복 운동할때, 통로(263)는 펌핑헤드(202, 204, 206) 각각과 연관된 작동유체 챔버(218)와 공동(207) 사이에 유체를 흐르게 한다. 유체는 공동(207)과 각 작동유체 챔버 사이에서 나란하게 이동할 수 있다. 그러므로, 피스톤이 공동(207)으로부터 작동유체를 변위시킬때, 작동유체가 멈추지 않는다면 각 작동챔버(218) 안으로 흐를 것이다. 마찬가지로, 피스톤이 복귀할 때, 작동유체는 각 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)과 연관된 작동유체 챔버(218) 밖으로 흐를 것이고, 이 작동유체는 공동(207) 안으로 당겨진다.
펌핑챔버(214)와 대응 작동유체 챔버(218)가 기체, 공기, 또는 기타 압축성 물질을 담고 있지 않는다고 가정하면, 주어진 통로를 지나는 유체의 흐름은 예시된 실시예에서 다이아프램(212)의 이동이 허용되는지 여부에 의해 조절된다. 다이아프램이 움직일 수 없다면, 작동유체는 그 다이아프램과 연관된 작동유체 챔버(218)와 공동(207) 사이의 통로를 통해 어느 방향으로도 흐르지 않을 것이다. 다이아프램(212)의 이동여부는 작동유체 챔버(218) 밖으로 작동유체의 유동중에 처리유체가 펌핑챔버(214) 안으로 흡입될 수 있는지에 달려 있고, 그리고 작동유체가 공동(207)으로부터 작동유체챔버(218) 안으로 흐르는 동안 처리유체가 펌핑챔버(214) 밖으로 흐를 수 있는지 여부에 달려 있다. 예시된 실시예의 펌핑챔버(214)를 통해 일방향으로만 처리유체가 흐를 수 있다고 한다면, 펌핑챔버(214)로 부터 처리유체의 출구 유동경로에 위치한 밸브(도면에 도시안됨)의 개폐동작은 다이아프램(212)이 이동되어 펌핑챔버(214)내 처리유체를 변위시킬 수 있는 지를 판단하고, 그래서 주어진 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)에 대한 작동유체챔버(218) 안으로 작동유체가 흐르는지를 판단한다. 단하나의 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 출구밸브를 개방함으로써, 변위요소(209)의 변위에 의해 생긴 모든 작동유체는 열린 출구밸브를 통해 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 작동유체챔버(218) 안으로만 강제로 흘러 들어갈 것이다. 변위요소(209)(피스톤)의 운동에 의해 변위된 작동유체의 용적은 열린 출구를 통해 펌프헤드의 다이아프램(212)에 의해 변위된 처리유체의 용적과 동일할 것이다. 다시 말해서, 피스톤의 운동과 펌핑된 처리유체의 용적은 비례한다.
예시된 실시예에서, 펌핑챔버(214) 각각에 처리유체가 흘러 들어가도록 항상 허용되므로, 변위요소(209)(피스톤)의 수축시에, 최소한 다이아프램(212)이 자신의 최대용량에 도달할 때까지 작동유체는 각 작동유체챔버(218)로부터 흘러나올 것이다. 바람직하게는 벽형성 함몰부(216)는 채널(217)을 포함하고 있어 다이아프램(212) 뒤에 충분한 유체가 흐를 수 있어 다이아프램이 벽에 달라붙지 않도록 한다. 그래서, 예시된 실시예에서 펌프(200)는 동시에 재충전될 것이고, 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)의 갯수에 관계없이, 펌프안의 각 펌핑챔버가 병렬로 채충전될 수 있다.
피스톤 즉 변위요소(209)는 슬라이딩 시일(262)을 포함한다. 공동(207) 내부에서 피스톤의 변위는 스텝퍼 모터(264)에 의해 바람직하게 조절되어, 드라이브 스크루(266)를 돌린다. 클램프(268)는 이 드라이브 스크루를 모터(264)의 출력축(270)에 부착시킨다. 스러스트 베어링(272)에 의해 드라이브 스크루(266)가 모터의 출력축(270)을 축방향으로 밀지 못하게 한다. 드라이브 스크루(266)의 나사산은 피스톤 즉 변위요소(209)의 내측나사와 맞물린다. 피스톤의 각 위치는 가이드(274)에 의해 고정되고, 이 가이드는 피스톤 즉 변위요소(209)에 고정되어 슬롯(276)과 협동하여 피스톤의 회전을 막아준다(도 3). 드라이브 스크루(266)를 돌려 피스톤을 이동시킨다. 그러나, 피스톤을 왕복시키는 다른 타입의 기구로 대체될 수도 있다. 광센서(278)는 가이드(274)와 피스톤 즉 변위요소(209)가 상향행정시에 소정의 리미트에 위치하는 시간을 탐지한다. 이는 펌프(200)를 조정하는데 사용된다. 커버(280)는 조립 및 세척을 위해 공동(207)으로 접근하도록 하는 개구부를 밀봉시킨다.
반도체 및 기타 고순도 응용분야에서, 상기 처리유체와 맞닿는 펌프의 모든 표면은 무오염(non-contaminating) 및 무반응(non-reacting) 소재로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러한 소재의 일례는 폴리테트라플루오로에틸렌이고, 상표 Teflon®로 듀폰사에서 판매한다.
멀티플헤드 분배펌프(200)의 대표적인 응용이 도 10에 도시되어 있다. 이 응용에서, 펌프(200)는 집적회로의 제조에 사용되는 3가지 타입의 처리유체를 반도체 웨이퍼(300) 위에 분배하는데 사용된다. 각 처리유체는 용기(302)에 저장된다. 각 용기들이 (302a), (302b) 및 (302c)로 번호매김 되어 있다. 이 실시예에서, 용기(302a)는 공급라인(304a)를 통해 펌핑헤드 구조물(204)에 공급하고, 용기(302b)는 공급라인(304b)를 통해 펌핑헤드 구조물(202)에 공급하고, 용기(302c)는 공급라인(304c)을 통해 펌핑헤드 구조물(206)에 공급한다. 각 공급라인들은 펌핑헤드 구조물의 입구 이음쇠(232)에 연결되어 처리유체를 공급한다(도 2).
각 펌핑헤드 구조물(202), (204) 및 (206)의 출구 이음쇠(234)는 출구 라인들(306b), (306a) 및 (306c)에 각각 연결된다(도 2). 이 실시예에서, 각 출구라인은 필터들(308a, 308b 또는 308c)중 하나에 직렬로 연결된다. 물론, 3개의 필터가 모두 필요한 것은 아니다. 처리유체를 필터링하는 것(다시 말해서 처리하는 것)은 마음대로다. 또한, 원한다면 처리유체의 일부만 여과될 수도 있다. 각 필터는 별도의 배출밸브(310a, 310b, 310c)에 각자 연결된다. 필터의 출구는 분배밸브(312a, 312b, 312c)에 각자 연결된다. 이 분배밸브는 선택적으로 통합된 서크백 밸브(integrated suck back valve)를 포함할 수도 있다. 도 10에 잘 도시된 대로, 각 분배밸브의 출구가 각자의 노즐에 연결되고, 이 노즐을 통해 처리유체가 웨이퍼(300) 위로 분배된다. 하나의 웨이퍼(300)를 처리하는데 펌프(200) 위 펌핑헤드 구조물 모두가 사용될 필요는 없다.
도 10a에 도시한 대로, 펌핑헤드 구조물(200, 202, 204)는 예컨대 하나이상의 웨이퍼(300a, 300b, 300c)에 처리유체를 공급하는데 사용될 수도 있다.
펌프(200)와 분배밸브(312)의 동작은 컨트롤러(314)에 의해 조절된다. 바람직하게는, 컨트롤러(314)는 프로그래머블이고 마이크로프로세서 기반이지만, 임의 타입의 아날로그 또는 디지털 논리회로를 사용하여 실장될 수도 있다. 동일한 컨트롤러가 하나이상의 멀티헤드펌프(200)를 제어하는데 사용될 수 있다. 전형적으로 컨트롤러(314)는 웨이퍼가 처리되고 있는 제조라인으로부터 분배요청 신호를 받는다. 그러나, 제어프로세스는 제조설비와 관련된 라인 컨트롤러 또는 기타 처리장치에 실장될 수 있다.
도 11a, 11b 및 11c는 도 10 및 10a에 예시된 응용을 위한 도 2-9의 대표적인 멀티헤드펌프(200)의 전형적인 분배모드 제어프로세스에 대한 고도 흐름도이다. 컨트롤러가 분배모드(dispense mode)에 있을때 컨트롤러(314) 내부에서 프로세서가 일어난다. 이 실시예에서, 컨트롤러(314)는 그 인터페이스중 하나에 보내진 신호 형태로 분배요청을 수신한다. 이 실시예에서는 펌핑헤드 구조물(202, 204, 206)에 대응하는 3개의 인터페이스들이 있다(도 2-9). 각 인터페이스는 물리적인 통신인터페이스를 포함하며, 어떤 상태정보를 저장할 수도 있다. 대안으로서, 인터페이스들은 완전히 논리적으로 즉 가상적으로 실현될 수도 있다. 예컨대, 컨트롤러(314)는 어드레서블 메시지들(addressable messages)을 사용하여 하나이상의 공유된 물리적 매체를 통해 하나이상의 트랙들 또는 다른 처리장치들과 통신할 수 있다. 상기 신호는 컨트롤러가 특정 분배헤드로 사상될 수 있도록 하는 논리포트, 어드레스 또는 다른 식별자에 의해 분배헤드를 직접 또는 간접적으로 식별하는 메시지로 구성될 수도 있다.
블록(402), (404) 및 (406)으로 표시한대로, 컨트롤러가 처리유체의 분배요청을 받게 되는 도 11a의 스텝(400)에서 시작해서, 컨트롤러는 펌프가 작동중(busy)이라는 것을 다른 인터페이스에 알리고, 그 인터페이스에 대해 디스펜스 액티브함을 알리는 플래그(flag)를 설정한다. 그래서, 인터페이스 1에 요청이 수신되면 컨트롤러는 스텝(408)에서 펌프가 작동중임을 인터페이스 2 및 3에 알리고, 이 컨트롤러와 교신하는 생산트랙이나 라인은 분배가 어려움을 알게 된다. 컨트롤러는 스텝(410)에서 저장된 플래그를 디스펜스 1 액티브라고 설정한다. 마찬가지로, 인터페이스 2에 분배요청이 수신되면, 스텝(412)에서 펌프작업중 신호 즉 상태가 인터페이스 1 및 3에 전달되고 디스펜스 2 플래그가 스텝(414)에서 액티브로 설정된다. 마지막으로, 인터페이스 3에 분배요청이 수신되면 스텝(416)에서 펌프작업중 신호 또는 상태가 인터페이스 1 및 2에 전달되고, 디스펜스 3 플래그가 스텝(418)에서 액티브로 설정된다.
결정스텝(420)으로 표시한 대로, 컨트롤러는 그 인터페이스에 대하여 설정되거나 프로그램된 선택적인 분배지연(optional dispense delay)이 있는지를 결정한다. 스텝(422), (424), (426)으로 표시한 대로 분배지연의 경우에 액티브 디스펜스 플래그에 대응하는 분배밸브는 펌프가 작동되기 전에 소정시간동안 개방되어 있다. 이런 분배지연은 예컨대 공급속도가 천천히 시작해서 증가하는 것이 바람직한 응용에서 사용될 수 있다. 분배지연이 없는 경우, 스텝(428)에서 펌프가 개시된다. 스텝(430), (432) 및 (434)에 표시한 대로, 곧바로 또는 소정의 또는 프로그램된 지연 후에 상기 액티브 디스펜스 플래그에 대응하는 분배밸브를 개방하도록 컨트롤러가 설정되거나 프로그램될 수 있다.
분배밸브가 개방되고 펌프가 작동개시되면, 도 11b의 스템(436)에 표시한 대로, 컨트롤러는 펌프를 작동시켜서 미리 설정된 또는 확인가능한 양의 처리유체가 미리 규정된 속도 또는 속도들(원한다면, 이 속도는 시간 및/또는 다른 파라미터들의 함수에 의해 변화될 수 있다)로 분배된다. 도 2-9의 실시 예에서, 컨트롤러는 상기 원하는 속도에 대응하는 속도로 스텝퍼 모터(264)를 스텝구동시킨다. 스텝구동의 회수는 분배될 처리유체의 용적에 대응한다. 스텝들(442, 444, 446, 448, 450 및 452)에 표시한 대로 일단 그 용적이 분배되면 펌프가 멈추고 상기 액티브 디스펜스 플래그에 대응하는 분배밸브가 닫힌다. 스텝(438)과 (440)에 표시한 대로, 경우에 따라서는 분배밸브의 폐쇄가 지연될 수도 있다. 일단 액티브 분배밸브가 닫히면, 스텝들(472) 및 (474)에 도시한 선택적인 지연 후에 스텝들(454, 456, 458, 460, 462, 464, 466, 468 및 470)에 표시한 대로 해당 서크백 밸브가 작동된다. 스텝(456, 462 및 468)에 표시한 대로, 상기 서크백의 상태는 상기 액티브 디스펜스 플래그에 대응하는 인터페이스에 전달된다.
일단 서크백이 완료되면, 스텝(472, 474, 476, 478, 480 및 482)에서 분배상태 또는 신호의 종료가 상기 액티브 디스펜스 플래그와 인터페이스에 전달된다. 그리고나서 스텝(484, 486 및 488)에서 컨트롤러가 상기 인터페이스가 분배를 해제하도록 기다린다. 이런 해제는 트랙 또는 라인 컨트롤러가 분배의 종료를 확인하는 신호를 보낼 때 일어난다.
도 12, 13, 14 및 15를 참조하면, 도 1-11과 관련하여 상술한 펌프들과 같은 다른 멀티헤드 펌프들이 투스테이지 펌핑 시스템에 도시되어 있다. 도 12, 13, 14 및 15에 각각 4가지 투스테이지 펌핑시스템(500, 502, 504 및 505)이 예시되어 있다. 도 15의 시스템은 병렬로 배열된 두 개의 투스테이지 펌프(505)를 보여주는데, 제 1 스테이지는 하나의 공통 작동시스템을 공유하고 제 2 스테이지는 제 2 공통 작동시스템을 공유한다. 편의를 위하여, 제 1 펌프와 제 2 펌프를 구별하는데 도움이 되도록 제 2 펌프의 다양한 요소들은 도면에 첨자"A"가 붙어있다. 예컨대, 제 1 펌프의 펌핑챔버(506, 508)는 제 2 펌프의 펌핑챔버(506A, 508A)이다. 나머지 시스템도 투스테이지 펌핑시스템이고, 두 스테이지들은 동일한 작동기구를 공유한다.
투스테이지 펌핑시스템의 각 실시예에서, 펌핑챔버(506)는 제 1 스테이지로 사용되고, 펌핑챔버(508)는 제 2 스테이지로 사용된다. 각 펌핑챔버의 용적은 다이아프램, 벨로우(bellows),롤링 다이아프램(rolling diaphram), 튜브형 다이아프램 또는 다른 배열장치를 사용하여 처리유체를 흡입하고 배출하도록 변경된다. 시스템(500, 502 및 504)의 예에서, 펌핑챔버(506) 및 (508)은 도 2-9에 설명된 바와 같은 멀티헤드 펌프의 다른 두 헤드들일 수 있다. 두 개의 투스테이지 펌핑시스템(505)에서, 각각의 투스테이지 펌프시스템의 제 1 스테이지 펌핑챔버(506)은 동일한 멀티헤드 펌프 위 다른 헤드들로 구현된다. 마찬가지로, 이러한 두 개의 투스테이지 펌핑시스템의 제 2 스테이지 펌핑챔버(508)은 제 2 멀티헤드 펌프 위 다른 헤드들로 구현된다. 원한다면, 각 멀티헤드 펌프 위에 추가 헤드들이 사용되어 2개 이상의 투스테이지 펌프들의 동일한 스테이지를 구동시키는데 사용될 수도 있다.
펌프의 제 1 스테이지는 소스(509)로부터 유체를 흡입하고, 대략 필터(510)으로 표시된 필터와 같은 유체처리장치로 유체를 밀어내는데 사용된다. 제 2 스테이지는 유체를 상기 여과시스템에서 이동시켜 계량된 방식으로 웨이퍼(512) 위에 분배하는데 사용된다. 필 밸브(513)는 개방되어 유체가 소스(509)로부터 제 1 스테이지 안으로 흡입될 수 있게 하고, 제 1 스테이지가 펌핑할 때 닫혀진다. 대안으로 상기 필 밸브(fill valve)는 체크밸브로 구현될 수도 있다. 상기 여과시스템은 밸브(514)로 제어되는 벤트(vent)와, 밸브(516)으로 제어되는 드레인(drain)을 포함한다. 각 시스템은 분배를 조절하는 분배밸브(518)와, 선택적인 서크백 밸브(520)를 포함한다. 실시예에서 투스테이지 펌핑시스템 각각은 펌핑챔버(508)로부터 처리유체의 역류를 방지하기 위한 밸브(522)를 포함한다. 체크밸브가 바람직하다. 투웨이 및 다른 타입의 밸브들이 이 체크밸브를 대체할 수 있지만, 펌핑시스템의 동작과 동기화되어 개폐되어야하므로, 제어프로세스를 복잡하게 할 것이다. 투스테이지 펌핑시스템 각각은 재순환 밸브(523)에 의해 개폐되는 재순환 루프(recirculation loop)(521)를 포함한다. 도 15에 도시된 2개의 투스테이지 펌핑시스템(505)은 다른 타입의 처리유체들을 동일한 스테이션으로 그리고 도시한 바와 같이 동일한 웨이퍼 위로 펌핑하는데 사용될 수 있고, 이런 경우에 처리유체 소스들(509)은 다른 타입의 처리유체를 담게 된다. 두 개의 펌핑시스템들이 복수의 다른 스테이션들에 처리유체를 펌핑하는데 사용될 수도 있다.
도 12 및 도 15에 도시된 투스테이지 펌핑시스템(500, 505)는 각 시스템의 제 2 스테이지 펌핑챔버(508)와 필터(510) 사이에 직렬로 된 저장기(524)를 더 포함한다. 이 저장기는 선택사항이고, 상기 필터링 시스템이 제 1 스테이지에 의해 펌핑되고 있는 처리유체를 수용하는 저장기로도 작용할 수 없는 경우에만 필요하다.
모든 실시예들(500, 502, 504 및 505)에서, 멀티플 펌핑챔버들은 단일 작동기구에 의해 구동되고, 단일 작동기구는 스크루(528)를 돌리는 스텝퍼 모터(526)로 구성되고, 스크루의 회전에 의해 피스톤이 실린더(530) 내에서 왕복한다. 투스테이지 펌핑시스템들(500, 502 및 504)에서, 각 작동기구(스텝퍼 모터(526), 스크루(528), 실린더(530) 내 피스톤)는 펌핑챔버들(506, 508)에 병렬로 결합 된다. 도 15에 도시된 투스테이지 펌핑시스템(505)에서, 제 1 스테이지 펌핑챔버(506)은 공통 작동기구(스텝퍼 모터(526), 스크루(528), 실린더(530) 내 피스톤)에 의해 구동되고, 제 2 스테이지 펌핑챔버(508)는 제 2 공통 작동기구에 의해 구동된다.
반도체 및 다른 고순도 응용분야에서, 처리유체와 접촉하는 모든 표면을 무오염 또는 무반응 소재로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러한 소재의 일례는 상표 Teflon®로 듀폰사가 판매하는 폴리테트라플로오로에틸렌이다. 다른 예는 고밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 PFA(퍼플루오로알콕시 공중합체 수지)를 포함한다.
상기 작동기구(스텝퍼 모터(526), 스크루(528), 실린더(530) 내 피스톤)는 도 1-9와 관련하여 설명하는 작동기구와 실질적으로 유사하게 작동한다. 작동기구의 동작에 의해 이 작동기구와 두 펌핑챔버들 사이에서 후술하는 방식으로 뻗어나간 유체 도관들을 통해 작동유체가 흐르게 된다. 이 도관들(conduits)은 블록소재를 통과하는 통로들로 형성되는 튜빙(tubing), 작동유체를 통하게 하는 다른 구조물, 그리고 전술한 것들의 조합체로 구성된다. 작동유체와 접촉하는 표면들은 처리유체에 요구되는 표면들과 같이 고순도를 유지하는 타입일 필요는 없다.
도 12, 13 및 15에 각각 도시된 투스테이지 펌핑시스템(500), (502) 및 (505)에서 작동기구들(스텝퍼 모터(526), 스크루(528), 실린더(503)내 피스톤)은 밸브들(532)(534)을 통해 펌핑챔버들에 결합된다. 밸브들(532)(534)은 두 펌핑챔버들 각각에 결합 되어 있는 작동기구들 사이에서 작동유체의 흐름을 제어하는데 사용된다. 이들 밸브에 의하여 펌프기구가 결합 되어 있는 복수의 펌핑챔버들 중 하나에만 작동유체의 흐름을 선택적으로 보내도록 허용된다. 한 개의 쓰리웨이 밸브가 두 밸브들(532) 및 (534)를 대신할 수 있다. 이때 밸브들(532) 및 (534)가 도 14의 투스테이지 펌핑시스템(504)에서 제거된다. 대신에, 제 1 스테이지 출력밸브(536)가 삽입되어 펌핑챔버의 출구를 선택적으로 개폐하도록 허용된다. 제 1 스테이지 펌핑챔버를 폐쇄함으로써 작동유체가 처리유체를 이 챔버로부터 변위시키지 않도록 해서 이 작동유체를 작동하지 못하게 "록킹(locking)"시키는 효과가 있으며, 이로써 밸브들(532) 및 (534)을 이용할 필요가 없다. 밸브들(532)(534)을 이용하는 커플링은 시스템 타이밍을 복잡 하게 만들 수 있지만, 이 밸브들은 밸브(536)와 같이 고순도 응용에 적합한 것이어야 할 필요가 없다. 그러므로 이 밸브들은 덜 비싸다. 또한, 밸브들(532)(534)은 분배정확도(dispense accuracy)를 개선할 수 있다. 그래서 이 밸브들이 선택적이긴 하지만 어떤 응용들에서는 더 바람직한 것일 수 있다.
후술하는 투스테이지 펌핑시스템의 동작은 하나 이상의 컨트롤러들에 의해 제어되는데, 이 컨트롤러들은 소정의 제어루틴들을 실행하여 다양한 밸브들을 개폐하고 작동기구의 모터를 회전하도록 한다.
이제, 도 12 및 도 13만을 참조하면서, 각각의 투스테이지 펌핑시스템(500)(502)의 동작을 설명한다. 각 시스템이 처리유체로 완전히 주입 되어 충만해 있다고 가정하면, 모든 밸브들은 닫혀있고, 장치는 처음 웨이퍼를 처리할 준비가 되어 있는 것이다. 분배밸브(518)는 열려있다. 제 2 스테이지를 위한 작동유체밸브(534)도 열려있다. 드라이브 모터(526)가 드라이브 스크루(528)를 선회시켜 실린더(530) 내에서 피스톤을 이동시킨다. 피스톤이 전진하면 작동유체를 실린더(530) 밖으로 밀어낸다. 제 1 스테이지 작동유체 밸브(532)를 막으면 작동유체가 밸브(534)를 통해 펌핑챔버(508) 안으로 이동하여 어떤 타입의 다이아프램과 같은 처리유체 변위 부재의 이동을 일으킨다. 작동유체가 들어오면 같은 용적의 처리유체를 변위 시킨다. 처리유체가 챔버(508)를 빠져나간다. 챔버(508)가 체크밸브(522)에 의해 막히면 처리유체는 출력밸브(518)를 통해 분배팁(dispense tip)을 나와 웨이퍼(512) 위로 흐른다. 이 분배가 끝난 후에 출력밸브(518)가 닫힌다. 모터(526)가 역회전하고 피스톤을 후퇴시키며 작동유체를 실린더(530) 안으로 당긴다. 이로써 처리유체 변위 부재(다이아프램)가 당겨지고 펌핑챔버가 팽창하며 처리유체를 당기게 된다. 새로운 처리유체가 저장기(524)로부터 공급되거나 이런 저장기가 없으면 필터(510)로부터 공급되어 상기 분배된 양을 보충한다. 모든 밸브들이 닫히고 장치가 휴지상태로 들어간다. 어느 센서이건 저장기에(또는 저장기가 없으면 필터에) 유체레벨이 낮은 것을 탐지하면 제 1 스테이지가 자동으로 매번의 분배 후에 이 저장기(또는 필터)를 자동으로 다시 채운다. 어느 경우이건 제 1 스테이지 펌핑챔버(506)는 이미 처리유체로 가득 차 있다. 작동유체밸브(532)가 개방되고 모터(526)가 작동되면 작동유체가 펌핑챔버(506) 안으로 밀어 넣어진다. 이로써 처리유체가 필터(510)를 통해 저장기(524) 안으로 주입된다. 유체는 원하는 유속으로 필터를 통해 주입될 수 있다. 저장기(524) 또는 별도의 저장기가 없는 경우 필터가 가득 차 있으면 모터가 역회전하고, 필 밸브(513)가 열리며, 작동유체가 펌핑챔버에서 끌어내어 지기 때문에 펌핑챔버의 용적이 증가함에 따라 새로운 처리유체가 펌핑챔버(506) 안으로 흡입된다. 이제 장치는 재충전되고 다음 분배를 위한 준비상태가 된다.
원한다면, 처리유체는 재순환되고 여과되어 소스병으로 복귀될 수 있다. 이를 위해 밸브(523)가 개방되어 처리유체가 라인(521)을 통해 소스로 펌핑될 수 있다. 이런 재순환처리에 의해 유체는 정체되지 않게 된다.
도 14의 투스테이지 펌핑시스템은 도 12 및 도 13의 시스템과 유사하게 기능 한다. 그러나 밸브(532)는 밸브(536)로 교체된다. 분배 중에 닫혀있는 밸브(532) 대신에, 펌핑챔버(508)의 분배 및 재충전 중에 밸브(536)는 닫혀있다. 펌핑챔버(506)가 처리유체로 꽉 차 있고 두 밸브(513) 및 (536)이 닫혀있기 때문에, 작동유체는 펌핑챔버(506) 안팎으로 유동이 효과적으로 차단되고 펌핑챔버(508)와 실린더(530) 사이에서만 흐르게 된다. 제 1 스테이지 펌핑챔버(506)의 작동중에, 제 2 스테이지 펌핑챔버가 완전히 충전되게 하고 분배밸브(518)를 막아둠으로써 작동유체는 제 2 스테이지 펌핑챔버(508)로부터 제 1 스테이지 펌핑챔버로 흐르게 된다.
도 15의 두 스테이지 펌핑시스템(505) 각각은 전술한 실시예의 시스템들과 사실상 유사한 방식으로 동작한다. 그러나 각각의 작동기구(스템터 모터(526, 526A), 스크루(528, 528A), 실린더(530, 530A) 내 피스톤)가 두 스테이지 중 하나만을 구동시키므로, 이 작동기구들은 조정된 방식으로 조작되어야 한다. 펌핑챔버(506)으로 각자 표시되는 두 펌핑시스템들의 제 1 스테이지들에 작동기구가 결합 되면, 이 작동기구는 도 12-13과 연관되어 전술한 것과 비슷한 방식으로 두 제 1 스테이지들 중 어느 하나를 선택적으로 작동시킨다. 마찬가지로, 제 2 작동기구는 전술한 방식으로 펌핑챔버(508)의 어느 하나를 선택적으로 작동시킨다. 이런 배열은 펌핑챔버들 보다는 더 적은 작동기구를 갖는다는 장점을 지니며, 이로써 두 개의 스테이지들이 독립적으로 조작될 수 있다. 원한다면, 두 개 이상의 펌프들의 스테이지들이 동일한 작동기구에 의해 구동될 수 있다.
밸브들(532)(534)은 더 큰 제어능력과 정확도를 제공해주기는 하지만, 각각의 작동기구에 있어서 선택적인 것이다. 또한, 두 펌핑시스템 각각의 제 1 스테이지가 두 펑핌스스템 각각의 제 2 스테이지와는 독립적으로 조작되기 때문에 밸브들(532)(534)이 생략되는 경우 제 1 스테이지 펌프의 출구에는 밸브(536)가 요구 되지 않는다. 그러나 각각의 투스테이지 펌핑시스템(505)의 저장기 또는 필터가 독립적으로 채워질 필요가 있는 경우에는 밸브(536)와 같은 출력밸브를 구비하는 것이 바람직할 것이다.
이 발명은 내부 또는 외부의 서크백에 대하여 구성될 수 있다. 이 발명의 목적을 위해, "내부 서크백(internal suck back)"이란 분배사이클의 완료 후에 유체를 분배팁 안으로 다시 흡입하는 것을 말한다. 이는 작동기구(스텝퍼 모터(526), 스크루(528), 실린더(530) 내 피스톤)를 역전시킴으로써 펌프 내부에서 완수된다. "외부 서크백(external suck back)"은 가능한 한 분배팁에 가까이 배치되는 외부 밸브 및 컨트롤을 사용한다. 두 방법 모두 후술하는 장점과 단점을 지닌다.
도 16과 도 17을 참조하며, 내부 서크백을 구비한 펌프를 설명한다. 도 16에 도시한 내부 서크백 펌프에서 입력 체크밸브(602)와 출력 체크밸브(604)가 도시된다. 도 17의 내부 서크백 펌프(600A)는 도 16의 체크밸브(602)가 아닌 입력 밸브(606)와 출력밸브(604)를 보여준다. 도 16과 도 17의 펌프들은 대략 동일한 효율로 작동한다.
이 명세서에서 다양한 도면들로 보여준 펌프들은 모두 내부 서크백 펌프이거나 모두 외부 서크백 펌프이지만, 외부와 내부의 혼합 서크백 펌프도 효과적으로 작동할 수 있을 것이다.
도 16 및 도 17에 도시한 대로, 작동기구(608)가 도시되어 있다. 이 작동기구(608)는 전술한 실시 예들의 작동기구와 유사하며, 예컨대 스텝퍼 모터, 스크루 및 실린더 내 피스톤을 포함한다. 세부사항은 더 이상 반복 설명하지 않겠다. 작동기구(608)의 스텝퍼 모터가 드라이브 스크루를 구동시킨다. 이 드라이브 스크루가 피스톤을 이동시켜 드라이브 스크루 위 나사산에 의해 왕복시킨다. 드라이브 스크루가 돌아가면 드라이브 스크루의 나사산이 피스톤을 후퇴하게 하여 피스톤이 실린더 내부에서 약간 당겨지며, 이로써 다이아프램(610)을 이동시킨다. 펌핑챔버 내 부피 팽창으로 유체가 소스(612)로부터 펌핑챔버 안으로 당겨진다. 이 유체가 선택적으로 도 16의 체크밸브(602)를 통해 펌핑챔버 안으로 들어간다. 펌핑챔버가 유체로 가득 차 있는 경우 모든 밸브들이 닫히고 장치는 "준비"상태에 놓이게 된다.
분배가 요청되는 경우, 선택된 출력밸브(604)가 개방되고 작동기구(608)의 스텝퍼 모터가 역방향으로 돌아 피스톤이 변위 방향으로 구동되어 펌핑챔버 내 처리유체의 용적을 감소시킨다. 이로써 유체가 펌핑챔버를 나와 출력밸브를 통해 분배팁(614)을 빠져나간다. 출력밸브(604)의 개방 타이밍이 제어되어 원하는 처리결과를 주게 된다. 출력밸브(604)는 작동기구(608)의 스텝퍼 모터가 공급을 개시하기 약간 전에 열리거나, 스텝퍼 모터가 작동개시한 후에 원하는 시점에서 열리도록 개방지연될 수도 있다. 이로써 펌프는 상이한 분배 특성을 위한 압력을 형성하게 된다.
원하는 용적의 유체가 분배되고나면 그리고 내부 서크백이 필요하면, 펌프는 원하는 지연 시간 동안 대기하고, 선택되면 스텝퍼 모터가 역전된다. 출력밸브(604)는 계속 열려있고 압력밸브(606)는 계속 닫혀있다. 그렇지 않고 도 16의 체크밸브(602)가 사용되면, 체크밸브(602)의 항복압력(cracking pressure) 미만으로 흡입압력을 유지시키도록 서크백이 이루어진다. 스텝퍼 모터가 재충전 방향으로 구동되면 유체가 분배팁(614)의 원하는 지점까지 흡입되거나 펌핑 챔버 또는 실린더에 주어진 용적까지 흡입된다. 유체를 다시 빨아들이면 유체가 방울져 마르거나 공급팀(614) 아래 새로 처리된 웨이퍼에 오염이 생기기 않게 한다.
도 5에 도시한 타입의 펌프가 사용되면, 우산형 밸브(256)가 제거되거나, 내부 서크백이 사용되면 적절한 동작을 위해 투웨이 밸브로 교체되어야 한다.
다음에, 도 18 및 도 19에서 내부 서크백을 구비함 펌프(700), 700A)가 설명된다. 외부 서크백은 종종 "원격 서크백(remote suck back)"이라고도 하며 혼용된다. 외부 서크백은 도 18의 펌프(700)에 도시된 대로 체크밸브(702, 704)에 의해 또는 도 19의 펌프(700A)에 도시된 대로 입력밸브(706)와 출력밸브(708)에 의해 완수될 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시한 대로, 서크백과 그 컨트롤은 도 2-10에 번호 200으로 표시한 싱글 스테이지 펌프의 외부에서 완수된다. 그러나 도 16과 도 17에 대하여 설명한 바와 같이 동일한 결과가 내부 서크백으로도 달성된다. 모터 또는 다른 기구(공기 액튜에이터와 같은 것)는 원격하우징 내 서크백 피스톤을 이동시킨다.
도 18a는 도 18, 도 19의 펌프들(700, 700A)과 유사하다. 도 18a는 유사한 체크밸브들, 입력밸브들, 출력밸브들 등을 사용하는 외부 서크백을 구비한 펌프(900)를 보여준다. 그러나 펌프(900)는 3개의 격리밸브들(902, 904, 906)을 추가로 포함한다. 이 격리밸브들(902, 904, 906)에 의해 다이아프램(908, 910, 912)과 펌프헤드(914, 916, 918)는 서로 같은 압력을 사용하지 않도록 한다. 예컨대, 3개의 격리 밸브들(902, 904, 906)이 모두 열려 있고 10 PSI의 분배팁(920)에서 펌프헤드(914)를 사용하여 분배가 이루어지면, 출력밸브(926)는 개방되고 출력밸브(928, 930)는 닫혀있다. 분배팁(922, 924)을 통해 펌프헤드(916, 918)를 사용하여 어떤 분배도 이루어지지 않는다. 이 10 PSI 압력은 마찬가지로 다른 비사용 펌프헤드(916, 918)로 전달되고 닫힌 출력밸브(928, 930)까지 내려갈 것이다. 전체 시스템의 압력은 10 PSI가 될 것이다. 이는 비사용된 출력 체크밸브(934, 936)와 출력밸브(928, 930)사이의 배관지역들을 포함한다. 물론, 처리유체는 현재 사용중인 출력 체크밸브를 통해 흐른다. 분배팁(920)을 통한 분배가 완료되면, 비사용 출력 체크밸브(934, 936)에서 출력밸브(928, 930)까지 10 PSI 압력은 유지된다. 이제 이 실시에는 분배팁(922)으로부터 3 PSI 분배가 계속된다. 출력밸브(928)가 열려 있을 때 전술한 대로 10 PSI의 잔여압력이 있으므로 10 PSI에서 유체의 폭발이 약간 이루어진 다음 압력이 원하는 3 PSI로 강하할 것이다. 컨트롤러에 의해 적절한 간격으로 조작되는 격리 밸브들(902, 904, 906)을 사용함으로써, 필요한 경우 채널 간에 이러한 "혼선(crosstalk)"이 방지된다. 특별히, 구동기구(938)를 구동하기 전에 비사용 격리밸브들(이 실시 예에서는 격리밸브 904, 906)은 닫혀있다. 그러므로 작동유체가 비사용 펌프헤드들(이 실시에서는 펌프헤드 916, 918)에 작용하지 않으므로 전술한 원치 않은 압력이 효과적으로 제거된다.
마지막으로, 나머지 도면과 설명은 다른 웨이퍼 위에 다른 화학물질을 펌핑하는 다른 펌핑헤드 구조물(도 7의 202, 204, 206)에 관한 것이다. 이러한 배치는 단일 펌프가 원하는 화학물질을 고르도록 하면 된다. 도 20 과 도 21의 펌프들(800, 800A)에 도시한 다른 선택사항은 단일 화학물질을 갖는 단일 소스(802)를 사용하고, 상이한 웨이퍼(808A, 808B, 808C)에 대해 상이한 노즐(806A, 806B, 806C)에 이 화학물질을 분배해야 하는 펌프조립체(804)(예컨대, 미국특허 제 4,950,124호 참조)를 사용하는 것이다. 도 20과 도 21은 둘 다 펌프(800, 800A)를 보여주며, 도 21이 펌프조립체(804)와 매니포울드(812) 사이에 필터들(810A)을 추가한다는 점을 제외하고는 본질적으로 동일하다. 도 20과 도 21에 도시된 펌프 조립체(800, 800A)는 단일 소스와 단일 화학물질을 사용하고, 그 출력을 복수의 분배포인트(노즐 806A, 806B, 806C)로 분할한다. 이 펌프조립체들은 전술한 실시에 서와 같이 복수의 펌핑헤드 구조물을 필요로 하지 않는다는 것에 유의해야 한다.
이런 구성의 장점은 필터링에 있다. 필터들은 비교적 고가이고 주기적으로 교체되어야 한다. 그러나 필터의 비용에도 불구하고 생산시의 결손에 드는 비용이 훨씬 더 많다. 그래서, 이 펌프와 연관된 모든 분배포인트들에 대해 필터가 한번에 교체된다.
마지막으로, 도 20과 21에 도시된 바와 같이 출력부를 분할하는 것이 도시된 펌프의 타입에 반드시 제한되는 것은 아니다. 어떤 펌프의 출력부와도 투스테이지 펌프들의 출력부를 포함해서 이런 식으로 분할될 수 있다.
전술한 설명은 이 발명의 원리를 적어도 부분적으로 채용하는 복수 분배헤드 펌프들의 모범적인 양호 실시 예들이다. 첨부한 청구범위에 의해 규정되는 이 발명은 설명한 실시 예에 한정되지 않는다. 이 발명에서 이탈하지 않고서 개시된 실시 예들에 변경이나 수정이 가해질 수 있다. 이 명세서에 사용된 용어들은 달리 전술되지 않는다면 통상적이고 관습적인 의미로 사용되며, 개시된 실시 예의 세부구조에 제한되지 않는다. 이 발명의 어떠한 설명도 특정한 요소, 스텝, 또는 기능이 청구범위에 포함되어야 하는 필수요소임을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특허청구의 범위는 첨부한 청구항들에 의해서만 규정된다.
Claims (55)
- 하나 이상의 상이한 처리유체들을 취급하는데 사용하는 펌프에 있어서,
각자가 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 포함하는 복수의 펌핑챔버들로서, 상기 각 펌핑챔버 위에 있는 상기 적어도 하나의 처리유체 출구는 상기 각 펌핑챔버 위에 있는 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합 되어 있어, 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 상기 복수의 펌핑챔버들;
작동유체를 복수의 작동유체 챔버들에 펌핑하는 작동기구로서, 상기 복수의 작동유체 챔버들과 유체소통하여 비압축성 작동유체가 상기 각 작동유체챔버 안으로 흐를 수 있게 하는 상기 작동기구; 그리고
상기 각 펌핑챔버를 관련 작동유체 챔버로부터 분리시켜 처리유체를 상기 작동유체로부터 분리시키는 적어도 하나의 다이아프램; 을 포함하고,
상기 작동유체를 변위시키는 상기 작동기구의 동작에 의해, 개방된 처리유체 밸브를 구비한 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 작동유체를 흐르게 하여 펌핑을 하는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 작동유체 챔버에 상기 작동기구 안으로 작동유체의 제한되지 않는 흐름이 제공되는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 작동기구는 스텝퍼 모터에 의해 선회하는 스크루에 의해 이동되는 피스톤으로 구성되는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 결합되어 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 조작하는 컨트롤러를 더 포함하는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하는 제어가능한 밸브를 포함하는 펌프. - 제 5항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구와 결합 되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브와, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 입구와 결합되어 상기 펌핑챔버 안으로 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각은 처리유체를 공급하는 처리유체 노즐과 결합되어 있는 펌프. - 제 7항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들에 결합된 상기 처리유체 노즐들은 반도체 웨이퍼 위로 처리유체들을 공급하는 처리라인 위에 위치하고 배열되는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구는 상기 처리유체를 여과하는 필터와 유체 소통하는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 작동기구는 하나의 보디 안에 장착되고, 상기 복수의 펌핑 챔버들 각각은 상기 보디에 지지된 제거가능한 펌프헤드 구조물에 의해 적어도 일부가 형성되는 펌프. - 제 1항에 있어서,
복수의 펌프헤드 구조물들을 더 포함하고, 상기 복수의 펌프헤드 구조물들이 상기 보디 주변에 배열되는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 각 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 입구와 상기 처리유체 출구 사이의 통로는 오르막 경사져있어 기포 제거를 용이하게 하는 펌프. - 제 1항에 있어서,
상기 작동기구와 상기 복수의 작동유체 챔버들 중 하나 사이에 각각 위치하여, 상기 작동기구와 하나 이상의 선택된 작동유체 챔버들 사이에 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 복수의 격리 밸브들을 더 포함하는 펌프. - 하나 이상의 상이한 처리유체들을 취급하는데 사용하는 펌프에 있어서,
작동유체를 펌핑하는 작동기구;
복수 조의 펌핑챔버들과 작동유체 챔버들을 형성하는 복수의 펌핑챔버들과 복수의 유사한 작동유체 챔버들로서, 각 조는 상기 작동유체 챔버들 중 하나의 인접한 상기 펌핑챔버들 중 하나로 구성되고, 각 펌핑챔버는 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 포함하는 상기 복수의 펌핑챔버들과 복수의 유사한 작동유체 챔버들; 그리고
상기 펌핑 챔버와 작동유체 챔버 사이에 위치하며 상기 각 조와 연관되어, 처리유체를 작동유체로부터 분리시키는 다아아프램을 포함하고,
상기 각 작동유체 챔버는 상기 작동기구와 유체소통하여 비압축성 작동유체가 상기 작동유체 챔버 안으로 흐르는 것을 허용하고,
상기 각 펌핑챔버위 적어도 하나의 처리유체 출구는 상기 각 펌핑챔버와 연관된 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합 되어 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하며,
작동유체를 변위 시키는 상기 작동기구의 조작에 의해, 개방된 처리유체 밸브를 구비한 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 내부로만 작동유체를 흐르게 함으로써 펌핑이 이루어지는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 작동유체 챔버에서 상기 작동기구 안으로 작동유체가 막힘없이 흐르게 하는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 작동기구는 스텝퍼 모터에 의해 선회하는 스크루에 의해 이동하는 피스톤으로 구성되는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 결합 되어 처리유체의 흐름을 선택적으로 허용하고 차단하는 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 동작시키는 컨트롤러를 더 포함하는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하기 위한 제어가능한 밸브를 포함하는 펌프. - 제 18항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구에 결합 되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브와, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 입구와 결합되어 상기 펌핑챔버 안으로 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 처리유체를 공급하기 위한 처리유체 노즐과 결합되어 있는 펌프. - 제 14항에 있어서,
복수의 펌핑챔버들에 결합된 상기 처리유체 노즐들은 처리유체들을 반도체 웨이퍼 위로 처리유체들을 공급하는 처리 라인 위에 위치하고 배열되는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구는 처리유체를 여과하는 필터와 유체소통하는 펌프. - 제 14항에 있어서,
상기 작동기구는 하나의 보디 안에 장착되고, 상기 펌핑챔버들 각각은 상기 보디에 지지된 제거가능한 펌프헤드 구조물에 의해 적어도 일부가 형성되는 펌프. - 제 14항에 있어서,
복수의 펌프헤드 구조물들을 더 포함하고, 상기 복수의 펌프헤드 구조물들이 상기 보디 주변에 배열되는 펌프. - 제 14항에 있어서,
복수의 작동기구들을 더 포함하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 갯수가 상기 작동기구의 갯수를 초과하는 펌프. - 제 14항에 있어서,
복수의 격리 밸브들을 더 포함하고, 각각의 격리밸브는 상기 작동기구와 상기 복수의 작동유체 챔버들 중 하나 사이에 위치하여, 상기 작동기구와 하나 이상의 선택된 작동유체 챔버들 사이에서 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 펌프. - 하나 이상의 상이한 처리유체들을 처리하는데 사용하는 펌프에 있어서,
비압축성 작동유체를 저장하는 중앙 저장기로서, 이 저장기의 안팎으로 작동유체를 이동시키는 변위 부재가 배치되어 있는 상기 중앙 저장기;
상기 중앙 저장기를 둘러싸고 있으며, 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 각각 포함하고 있는 복수의 펌핑챔버들;
상기 저장기로부터 작동유체를 수납하는 복수의 작동유체 챔버들;
상기 복수의 펌핑 챔버들 각각에 있는 다이아프램으로서, 상기 작동유체 챔버들 중 인접한 작동유체 챔버로부터 각 펌핑챔버를 분리시키고 상기 작동유체 챔버내 작동유체를 상기 펌핑챔버 내 처리유체로부터 분리시키는 상기 다이아프램;
상기 작동유체 챔버와 상기 저장기 사이에서 비압축성 작동유체의 흐름을 허용하는 적어도 하나의 채널; 그리고
상기 적어도 하나의 처리유체 출구와 결합 되어 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 차단하고 허용하는 적어도 하나의 밸브를 포함하고,
작동유체를 변위 시키는 상기 변위 부재의 동작에 의해, 개방되어 있는 적어도 하나의 밸브와 결합 되어 있는 출구들을 구비한 펌핑챔버들 안으로만 유체가 흐르게 하는 펌프. - 제 27항에 있어서,
각각의 펌핑챔버에 대하여, 상기 처리유체 출구와 결합 되어 상기 펌핑챔버 밖의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브와, 상기 펌핑챔버들 각각의 처리유체 입구와 결합되어 상기 펌핑챔버 안의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 27항에 있어서,
상기 펌프는 다수의 면들을 형성하고 있는 보디를 구비하고, 상기 각 면 위에는 상기 펌프헤드 구조물 중 하나가 장착되고, 각 면이 복수의 상기 제거가능한 펌프헤드 구조물들 중 하나와 협동하며, 상기 인접한 작동유체 챔버들이 상기 보디 위에 위치하고 각 펌핑챔버용의 상기 다이아프램은 상기 복수의 펌프헤드 구조물들 중 하나와 상기 보디의 작동유체 챔버들 사이에 장착되는 펌프. - 제 27항에 있어서,
복수의 격리밸브들을 더 포함하고, 각 격리 밸브는 상기 변위 부재와 상기 복수의 작동유체 챔버들 중 하나의 사이에 위치하여 상기 변위부재와 하나 이상의 선택된 작동유체 챔버들 사이에서 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 펌프. - 하나 이상의 처리유체들을 처리하는데 사용하는 펌프에 있어서,
작동유체를 펌핑하는 작동기구;
복수조를 형성하는 복수의 펌핑챔버들과 유사한 복수의 작동유체 챔버들로서, 각 조는 상기 펌핑챔버들중 하나가 상기 작동유체 챔버들 중 하나와 인접하여 있고, 각 펌핑챔버는 적어도 하나의 처리유체 입구와 적어도 하나의 처리유체 출구를 포함하는 상기 복수의 펌핑챔버들 및 복수의 작업유체 챔버들; 그리고
상기 각 조와 연관되고 상기 펌핑챔버와 상기 작동유체 챔버 사이에 위치하여 처리유체를 작동유체로부터 분리시키는 다이아프램을 포함하고,
각 작동유체챔버가 상기 작동기구와 유체소통하여 비압축성 작동유체가 각 작동유체 챔버 안으로 흐르게 하고,
상기 펌핑챔버들 중 처음 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 입구가 처리유체의 소스와 소통하며, 상기 펌핑챔버들 중 처음 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 출구가 상기 펌핑챔버들 중 두 번째 펑핑 챔버 위에 있는 상기 처리유체 입구와 소통하고, 상기 펌핑챔버들 중 두 번째 펌핑 챔버위에 있는 상기 처리유체 출구가 분배포인트와 유체소통하며,
각 펌핑챔버는 각 펌핑챔버 위 적어도 하나의 처리유체 밸브에 결합 되어 상기 펌핑챔버를 통한 처리유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하며,
작동유체를 변위 시키는 상기 작동기구의 동작에 의해, 개방된 처리유체 밸브를 구비한 상기 복수의 작동유체 챔버들 각각의 안으로만 작동유체가 흐르게 하여 펌핑하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 펌핑챔버들 중 첫 번째 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 출구는 처리유체를 처리하기 위한 유체처리장치의 입구와 소통하고, 상기 펌핑챔버들 중 두 번째 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 입구는 상기 유체처리장치의 출구와 소통하고, 상기 펌핑챔버들 중 두 번째 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 출구는 분배포인트와 유체소통하는 펌프. - 제 32항에 있어서,
상기 유체처리장치는 필터인 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 작동기구와 상기 첫 번째 펌핑챔버 안의 상기 작동유체챔버 사이에 있는 밸브와, 상기 작동기구와 상기 두 번째 펌핑챔버 안의 상기 작동유체 챔버 입구 사이에 있는 밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 첫 번째 펌핑챔버 내 상기 작동유체챔버 출구와 상기 유체처리장치 사이에 있는 밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 작동기구는 스텝퍼 모터로 선회하는 스크루에 의해 이동되는 피스톤으로 구성되는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 결합 되어 있어 처리유체들의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 상기 적어도 하나의 처리유체 밸브를 선택적으로 개방하는 컨트롤러를 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 적어도 하나의 처리유체 밸브는 상기 처리유체 출구와 결합된 라인을 선택적으로 개폐하는 제어가능한 밸브를 포함하는 펌프. - 제 38항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구와 결합하여 상기 펌핑챔버 밖의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브와, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 입구와 결합하여 상기 펌핑챔버 안의 일방 향으로만 유체의 흐름을 허용하는 원웨이 체크밸브를 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 처리유체를 공급하는 처리유체 노즐과 결합 되는 펌프. - 제 40항에 있어서,
복수의 펌핑 챔버들에 결합된 상기 처리유체 노즐들은 처리유체들을 반도체 웨이퍼 위에 공급하는 처리라인 위에 위치하고 배열되는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 상기 처리유체 출구가 상기 처리유체를 여과하는 필터와 유체소통하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 펌핑챔버들 중 세 번째 펌핑 챔버 위에 있는 상기 처리유체입구가 처리유체의 제 2 소스와 소통하고, 상기 세 번째 펌핑챔버 위에 있는 상기 처리유체 출구는 상기 챔 버들 중 네 번째 위에 있는 상기 처리 유체 입구와 소통하며, 상기 네 번째 위에 있는 상기 처리 유체 출구는 분배포인트와 유체소통하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 작동기구는 하나의 보디 안에 장착되고, 상기 복수의 각각이 적어도 부분적으로 상기 보디에 형성되는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 보디 위에 배열된 복수의 펌프 헤드 구조물들을 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 보디에서 떨어져 있는 복수의 펌프 헤드 구조물들을 더 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
복수의 작동기구들을 포함하고, 상기 개수가 상기 작동기구들의 개수를 초과하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 작동기구는 가역적이고, 상기 유체처리밸브는 내부 서크백(internal suck back)을 달성하도록 구성되는 펌프. - 제 31항에 있어서,
상기 분배포인트에 인접하여 위치한 밸브를 포함하는 펌프. - 제 31항에 있어서,
복수의 격리밸브들을 더 포함하고, 각각의 격리밸브는 상기 작동기구와 상기 복수의 작동 유체 챔 버들 중 하나 사이에 위치하여 상기 작동기구와 하나 이상의 선택된 작동 유체 챔 버들 사이에 처리 유체의 흐름을 선택적으로 차단하고 허용하는 펌프. - 작동 유체를 작동기구, 복수의 펌핑챔버들, 그리고 복수의 작동챔버들로 구성되고, 각 적어도 하나의 유체소통 채널을 통해 상기 작동기구와 유체소통하고 있어 상기 상기 작동기구 사이에 작동 유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 각각이 적어도 하나의 처리 유체 입구와 하나의 처리유체 출구를 포함하는 펌프에서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각을 처리유체로 채우는 단계;
상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들 중 제 1 펌핑챔버를 소스로부터의 처리유체로 채우는 단계;
상기 작동기구를 제 2 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 제 1 펌핑챔버가 상기 제 1 펌핑챔버에서 유체처리장치 안으로 처리유체를 이동시키는 단계;
상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들 중 제 2 펌핑챔버를 상기 유체처리장치로부터의 처리유체로 채우는 단계; 그리고
상기 작동기구를 상기 제 2 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 제 2 펌핑챔버가 상기 제 2 펌핑챔버로부터 분배포인트까지 처리유체를 이동시키는 단계; 로 구성되는 방법. - 제 51항에 있어서,
상기 제 1 펌핑챔버와 상기 제 2 펌핑챔버는 상이한 압력들로 동작하는 방법. - 작동유체를 펌핑하는 작동기구, 복수의 펌핑챔버들 그리고 복수의 작동챔버들로 구성되고, 각 작동챔버가 적어도 하나의 유체소통채널을 통해 상기 작동기구와 유체소통하고 있어 상기 작동챔버와 상기 작동기구 사이에 작동유체의 흐름을 허용하고, 상기 복수의 펌핑챔버들 각각이 적어도 하나의 처리유체 입구와 하나의 처리유체 출구를 포함하는 펌프에서,
상기 복수의 펌핑챔버들 각각을 처리유체로 채우는 단계;
상기 작동기구를 제 1 방향으로 작동시키고 밸브들을 조작하여 상기 복수의 펌핑챔버들 중 제 1 펌핑챔버를 소스로부터의 처리유체로 채우는 단계;
처리유체 흐름을 위해 상기 복수의 펌핑챔버들 중 적어도 하나의 펌핑챔버를 위한 적어도 하나의 출구밸브를 선택적으로 개방하는 단계; 그리고,
나머지 모든 펌핑챔버들의 상기 적어도 하나의 출구밸브를 닫아 그 펌핑챔버들에 처리유체의 배압을 생성함으로써 작동유체가 해당 작동챔버들 안으로 흐르지 못하게 하는 단계; 로 구성되고,
적어도 한의 출구밸브가 개방되어 있는 상기 펌핑챔버들 안으로만 작동유체가 흘러 해당 펌핑챔버로부터 처리유체의 변위가 생기는 방법. - 제 53항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 펌핑챔버가 상이한 압력에서 동작하는 방법. - 제 53항에 있어서,
상기 작동기구와 상기 복수의 펌핑챔버들 각각의 사이에 하나의 격리밸브를 제공하는 단계를 더 포함하고,
처리유체 흐름을 위해 상기 복수의 펌핑챔버들 중 적어도 하나의 출구를 선택적으로 개방하는 상기 단계는 상기 펌핑챔버와 관련된 상기 격리밸브 중 하나를 개방하고 상기 나머지 펌핑챔버들과 관련된 나머지 격리밸브들을 폐쇄하는 것을 포함 하는 방법.
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