(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ装置における入口弁の下流であってかつ出口弁の上流に位置した分注チャンバ内に流体を導入することであって、前記分注チャンバは分注のための流体を受け入れるよう動作可能とされ、前記ポンプ装置がさらに、前記分注チャンバ内のポンプ手段と、前記分注チャンバ内の圧力を感知するよう動作可能な圧力センサとを備えている、ことと、
前記入口弁及び出口弁を閉じることと、
前記圧力センサからの圧力値を受信することと、
前記圧力センサから受信した前記圧力値を用いて、前記流体を含んだ前記分注チャンバ内の前記圧力が所望の圧力を上回るか否かを判断することと、
前記分注チャンバ内の圧力を実質的に所望の圧力に維持するために、該ポンプ装置の前記ポンプ手段の移動を制御することと、  前記受信、前記判断および前記制御が、前記流体の分注が開始されるまで、準備完了区分内で繰り返されることと、
前記分注チャンバから流体を分注すべく前記ポンプ手段の動きを調整することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記所望の圧力は、分注圧力または該分注圧力の一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポンプ手段の動きを調整することは、前記ポンプ手段を分注距離だけ動かすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記分注距離は、前記ポンプ手段の最初の位置、又は前記所望の圧力を実質的に維持するよう前記ポンプ手段が動かされる距離に基づいて判断される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記所望の圧力を実質的に維持するよう前記ポンプ手段を移動させることは、前記ポンプ装置のピストンをモータインクリメント分だけ動かすことである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
一定時間枠の間、前記圧力センサを無効化させ、前記一定時間枠の間は前記判断する段階及び制御する段階が繰り返されないことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記判断する段階及び制御する段階が繰り返される前に、前記ポンプ手段の動きが完了しているとの通知を検出又は受信する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポンプ手段が移動している間に、前記圧力センサを使用不能にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分注チャンバ内の圧力が前記所望の圧力を上回るか否かを判断する前に、前記ポンプ手段が既に動作を停止していることを検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
コンピュータ読み取り可能な格納媒体であって、
装置に、
ポンプ装置における入口弁の下流であってかつ出口弁の上流に位置した分注チャンバ内へ流体を導入することであって、前記分注チャンバは分注のための流体を受け入れるよう動作可能とされ、前記ポンプ装置がさらに、前記分注チャンバ内のポンプ手段と、前記分注チャンバ内の圧力を感知するよう動作可能な圧力センサとを備えている、ことと、
前記入口弁及び出口弁を閉じることと、
前記圧力センサからの圧力値を受信することと、
前記圧力センサから受信した前記圧力値を用いて、前記流体を含んだ前記分注チャンバ内の圧力が所望の圧力を上回るか否かを判断することであって、該所望の圧力は分注圧力または該分注圧力の一部である、ことと、
前記分注チャンバ内の圧力を実質的に所望の圧力に維持するために、該ポンプ装置の前記ポンプ手段の移動を制御することと、
前記受信、前記判断および前記制御を、前記流体の分注が開始されるまで、準備完了区分内で繰り返えすことと、
前記分注チャンバから流体を分注すべく前記ポンプ手段の動きを調整することと、
を実行させる命令を格納してなる、コンピュータ読み取り可能な格納媒体。
【請求項１１】
分注のための流体を受けるように動作可能な分注チャンバと、
該分注チャンバ内のポンプ手段と、
該分注チャンバ内の圧力を感知するように動作可能な圧力センサとを含む、ポンプ装置と、
前記ポンプ装置の上流に設けられた遮断弁と、
前記ポンプ装置の下流に設けられた出口弁と、
ａ）前記遮断弁及び前記出口弁を閉じ、ｂ）前記圧力センサからの圧力値を受信し、ｃ）前記圧力センサから受信した前記圧力値を用いて、前記流体を含んだ前記分注チャンバ内の圧力が所望の圧力を上回るか否かを判断し、ｄ）該分注チャンバ内の該所望の圧力を実質的に維持するように前記ポンプ装置の該ポンプ手段の移動を調整し、ｅ）前記流体の分注が開始されるまで、準備完了区分内で前記ｂ）〜ｄ）を繰り返えし、かつ、ｆ）前記分注チャンバから流体を分注すべく前記ポンプ手段の動きを調整するように構成された制御装置と、
を含むシステム。
【請求項１２】
前記所望の圧力は分注圧力又は該分注圧力の一部である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記分注チャンバから流体を分注すべく前記ポンプ手段が分注距離だけ動かされる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記分注距離は、前記ポンプ手段の最初の位置、又は前記所望の圧力を実質的に維持するよう前記ポンプ手段が動かされる距離に基づいて判断される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御装置はさらに、一定時間枠の間、前記圧力センサを無効化させ、前記一定時間枠の間は段階ｂ）〜ｄ）が繰り返されないよう動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御装置はさらに、段階ｂ）〜ｄ）が繰り返される前に前記ポンプ手段の動きが完了しているとの通知を検出又は受領するよう動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記ポンプ手段が移動している間は、前記圧力センサを使用不能にするように動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記制御装置はさらに、前記分注チャンバ内の前記圧力が前記所望の圧力を上回るか否かを判断する前に、前記ポンプ手段が既に動作を停止していることを検出するように動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記圧力は、約３０ｋｈｚ、約１０ｋｈｚまたは約１ｋｈｚのサンプリングレートで受信される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ポンプ手段は、モータインクリメント分だけ動くように調整される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、前記ポンプ装置が供給チャンバをさらに備えている場合に、
前記ポンプ装置の前記供給チャンバからの流体をフィルタを介して排出し、かつ該流体を前記分注チャンバに導入するするために前記分注チャンバ内のピストンを引き込むことと、
前記流体が前記分注チャンバ内に導入された後、前記分注チャンバを囲むように、前記入口弁、前記供給チャンバと前記フィルタとの間の隔離弁、前記フィルタと前記分注チャンバとの間の遮断弁、パージ弁、及び前記出口弁、を備える弁の組を調整することと、
をさらに備える、方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、前記ポンプ手段の動きを制御することが、前記分注チャンバ内の回転ダイアフラムに接触するピストンを駆動するようモータを制御することである、方法。
【請求項２３】
請求項１０記載のコンピュータ読み取り可能な格納媒体において、
前記流体を前記ポンプ装置の前記分注チャンバ内に導入することが、前記ポンプ装置の供給チャンバからの流体をフィルタを介して排出し、かつ該流体を前記分注チャンバに導入するするために分注チャンバ内のピストンを引き込むことをさらに含んでおり、
該コンピュータ読み取り可能な格納媒体はさらに、前記ポンプ装置に、前記流体が前記分注チャンバ内に導入された後、前記分注チャンバを囲むように、前記入口弁、前記供給チャンバと前記フィルタとの間の隔離弁、前記フィルタと前記分注チャンバとの間の遮断弁、パージ弁、及び前記出口弁、を備える弁の組を調整することを実行させる命令を格納してなる、
コンピュータ読み取り可能な格納媒体。
【請求項２４】
請求項２３記載のコンピュータ読み取り可能な格納媒体において、コンピュータ読み取り可能な格納媒体上に格納された、前記分注チャンバ内の回転ダイアフラムに接触するピストンを駆動するようモータを制御する前記段階を前記ポンプ手段に実行させるための命令、をさらに含んでいる、コンピュータ読み取り可能な格納媒体。
【請求項２５】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記ポンプ装置が、
供給チャンバと、
前記供給チャンバと前記分注チャンバとの間に配設されたフィルタと、
入口弁、前記供給チャンバと前記フィルタとの間の隔離弁、前記フィルタと前記分注チャンバとの間の前記遮断弁、パージ弁、及び前記出口弁、を備える弁の組とをさらに備え、
前記制御装置が、前記流体が前記分注チャンバ内に導入された後、前記弁の組が前記分注チャンバを囲むよう調整するように、構成されている、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２００５年１２月２日に発明者である George Gonnella および James Cedrone によって出願された、名称「System and Method for Valve Compensation in a Pump」の米国仮特許出願第６０／７４１，６８２号の優先権を主張し、その全内容はすべての目的のために参照によって本願明細書に明白に援用される。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、概して流体ポンプに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、多段式ポンプに関する。さらに具体的には、本発明の実施形態は、半導体製造で使用されるポンプ内に生じ得る圧力変動の補償に関する。
【背景技術】
【０００３】
流体がポンプ装置によって分注される量および／または速度の精密制御が必要である多くの用途が存在する。例えば、半導体プロセスでは、フォトレジスト化学物質等の光化学物質が、半導体ウエハに適用される量および速度を制御することは重要である。通常、プロセスの間に半導体ウエハに適用されるコーティングは、オングストローム単位で測定されるウエハの表面全体が平坦であることが要求される。プロセス化学物質がウエハに適用される速度は、プロセス液が均一に適用されることを確実にするために、制御されなければならない。
【０００４】
今日の半導体産業で使用される多くの光化学物質は非常に高額であり、しばしば１リットル当たり１０００ドルほどもかかる。したがって、最少量ではあるが適当量の化学物質を使用し、ポンプ装置によって化学物質が損傷を受けないことを確実にすることが好ましい。現在の多段式ポンプは、液体内に著しい圧力スパイクを引き起こす可能性がある。そのような圧力スパイクおよびその後の圧力低下は、流体に損傷を与えていることがある（すなわち、流体の物理的特徴を不利に変化させることがある）。さらに、圧力スパイクは、分注ポンプに意図した流体より多く分注させるか、または不利な力学を有する方法で流体を分注させる流体圧力の増加の原因となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より具体的には、封入空間がポンプ装置内に生成されると、圧力変動（閉鎖空間内の最初の圧力に対する）が、ポンプ装置の種々の構成要素の構造等の種々の理由で生じ得る。この圧力変動は、分注待機中の流体を含む分注チャンバ内で生じる場合、特に有害となり得る。このように、ポンプ装置内の圧力変動を補償するための方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ポンプ装置のチャンバ内の基準圧力を実質的に維持するためのシステムおよび方法が開示される。本発明の実施形態は、ポンプ装置のチャンバ内で生じ得る圧力変動を補償または考慮するために、モータを制御するように機能してもよい。より具体的には、分注モータは、分注チャンバ内で感知された圧力に基づく分注前に、分注チャンバ内の基準圧力を実質的に維持するよう制御されてもよい。一実施形態では、分注が開始される前に、制御ループを利用して、分注チャンバ内の圧力が所望の圧力（例えば、その前後）であるか否かを繰り返し判断し、その場合、ポンプ手段の動きは、流体の分注が開始されるまで、分注チャンバ内の所望の圧力を実質的に維持するよう調整されるようにしてもよい。
【０００７】
本発明の実施形態は、以前に開発されたポンプシステムおよび方法の不利な点を実質的に排除または軽減する、圧力変動を補償するためのシステムおよび方法を提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、多段式ポンプの停止時、または事実上任意の他の時間に、多段式ポンプの分注サイクルの準備完了区分内で生じ得る圧力変動を補償するためのシステムおよび方法を提供する。準備完了区分開始後、多段式ポンプの分注チャンバ内の圧力は監視され、検出された圧力変動（例えば、上昇または低下）は、分注段ダイヤフラムを動かすことによって補償されてもよい。１つの特定の実施形態では、閉ループ制御システムによって、準備完了区分の間、分注チャンバ内の圧力を監視してもよい。所望の基準圧力を上回る圧力が検出される場合、閉ループ制御システムは、分注モータに信号を送信し、単一モータのインクリメント分だけ反転させてもよい。このように、準備完了区分の間生じた圧力上昇は、分注に望ましい基準圧力に補償され、実質的に維持されてもよい。
【０００８】
本発明の実施形態は、準備完了区分の長さにかかわらず、準備完了区分の間、分注チャンバ内で所望の圧力を実質的に維持させることによって、利点を提供する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、正確な分注および分注区分間の分注の再現性を可能にする利点を提供する。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、正確かつ繰り返し可能な分注が可能となるため、プロセスレシピの重複（例えば、異なる基準圧力を有するシステムとともに）を可能にする利点を提供する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、分注区分の間の許容可能な流体力学を達成する利点を提供する。
【００１２】
これらの側面および本発明の他の側面は、以下の説明および添付図面と併せて考察されるとき、より明確に真価が認められ、理解されるであろう。以下の説明は、本発明の種々の実施形態およびその多数の特定の細部を表示すると同時に、例証として提供されるが、限定するものではない。多くの代用形態、修正形態、追加形態または再配置形態は、本発明の範囲内で製作してもよく、本発明には、そのような代用形態、修正形態、追加形態または再配置形態のすべてが含まれる。
【００１３】
本発明およびその利点のより完全な理解は、同様の参照番号が同様の特性を示す添付の図面と併せて、以下の説明を参照することによって得られうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ポンプシステムの一実施形態の図である。
【図２】本発明の一実施形態による多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。
【図３Ａ】多段式ポンプの種々の実施形態の図である。
【図３Ｂ】多段式ポンプの種々の実施形態の図である。
【図４Ａ】多段式ポンプの種々の実施形態の図である。
【図４Ｂ】分注ブロックの一実施形態の図である。
【図４Ｃ】多段式ポンプの種々の実施形態の図である。
【図４Ｄ】多段式ポンプの種々の実施形態の図である。
【図５】本発明の一実施形態のための弁およびモータのタイミング図である。
【図６】ポンプに使用される作動シーケンスの実施形態の例示的圧力分析データである。
【図７】ポンプに使用される作動シーケンスの実施形態の一部の例示的圧力分析データである。
【図８Ａ】ポンプ動作の種々の区分のための弁およびモータのタイミングの一実施形態の図である。
【図８Ｂ】ポンプ動作の種々の区分のための弁およびモータのタイミングの一実施形態の図である。
【図９Ａ】ポンプ動作の種々の区分のための弁およびモータのタイミングの一実施形態の図である。
【図９Ｂ】ポンプ動作の種々の区分のための弁およびモータのタイミングの一実施形態の図である。
【図１０Ａ】ポンプで使用される作動シーケンスの実施形態の一部の例示的圧力分析データである。
【図１０Ｂ】ポンプで使用される作動シーケンスの実施形態の一部の例示的圧力分析データである。
【図１１】は、ポンプシステムの一実施形態の図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい本発明の実施形態を図に例示し、同様の数表示は、種々の図面の同様の、および対応する部分を言及するために使用されている。
【００１６】
本発明の実施形態は、ポンプを使用して、流体を正確に分注するポンプシステムに関し、単段ポンプまたは多段（「多段式」）ポンプであってもよい。より具体的には、本発明の実施形態は、多段式ポンプの分注サイクルの準備完了区分に生じ得る圧力変動を補償するためのシステムおよび方法を提供する（例えば、弁が閉鎖され、分注チャンバ内等に封入空間が生成されるため）。準備完了区分開始後、多段式ポンプの分注チャンバ内の圧力は監視され、検出された圧力変動は、分注段階ダイヤフラムを動かすことによって補償されてもよい。そのようなポンプシステムの実施形態は、発明者 James Cedrone, George Gonnella および Iraj Gashgaee が２００５年１２月５日に出願した米国仮特許出願第６０／７４２，４３５号に開示されており、参照により全体として本願明細書に援用される。
【００１７】
図１は、ポンプシステム１０のそのような一実施形態の図である。ポンプシステム１０は、流体源１５と、ポンプ制御装置２０と、多段式ポンプ１００とを含み、ウエハ２５上へ流体を分注するために恊働することができる。多段式ポンプ１００の動作は、多段式ポンプ１００に内蔵される、または制御信号、データもしくは他の情報を通信するための１つ以上の通信リンクを介して、多段式ポンプ１００に接続されることが可能なポンプ制御装置２０によって制御することができる。さらに、ポンプ制御装置２０の機能性は、内蔵制御装置と別の制御装置とに分散するができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプ１００の動作を制御するための制御命令３０一式を包含するコンピュータ読み取り可能の媒体２７（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光ディスク、磁気ドライブまたは他のコンピュータ読み取り可能の媒体）を含むことができる。プロセッサ３５（例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＩＳＣ、ＤＳＰまたは他のプロセッサ）は、命令を実行することができる。プロセッサの一例は、Texas Instruments TMS320F2812PGFA 16-bit DSP（Texas Instruments は、テキサス州ダラスを本拠地とする企業である）である。図１の実施形態では、制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介して多段式ポンプ１００と通信する。通信リンク４０および４５は、ネットワーク（例えば、Ethernet（登録商標）、無線ネットワーク、グローバルエリアネットワーク、DeviceNet ネットワークまたは当技術分野で既知または開発された他のネットワーク）、バス（例えば、ＳＣＳＩバス）または他の通信リンクであってもよい。制御装置２０は、内蔵ＰＣＢ基板として、遠隔制御装置として、または他の適切な方法で実装することができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプ１００と通信するための制御装置への適切なインターフェース（例えば、ネットワークインターフェース、入出力インターフェース、アナログデジタル変換器および他の構成要素）を含むことができる。さらに、ポンプ制御装置２０は、プロセッサ、記憶装置、インターフェース、表示デバイス、周辺機器、または簡単にするために示さないが他のコンピュータ構成要素を含み、当技術分野で既知の種々のコンピュータ構成要素を含むことが
できる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプで種々の弁およびモータを制御することができ、多段式ポンプに、低粘性流体（すなわち、１００センチポアズ未満）または他の流体を含む流体を正確に分注させる。「I/O Interface System and Method for a Pump」の名称で Cedrone らが２００５年１２月２日に出願した米国特許出願第６０／７４１，６５７号、および米国特許出願第＿＿＿＿＿＿号、「I/O Systems,Methods And Devices For Interfacing A Pump Controller」の名称で発明者 Cedrone らが＿＿＿＿＿＿に出願した［ＥＮＴＧ１８１０−１］（参照によって本願明細書に全体として援用される）に記載のような入出力インターフェースコネクタは、ポンプ制御装置２０を種々のインターフェースおよび製造ツールに接続するために使用することができる。
【００１８】
図２は、多段式ポンプ１００の図である。多段式ポンプ１００には、供給段階部分１０５および別個の分注段階部分１１０が含まれる。不純物をプロセス流体から濾過するために、流体の流れの観点から、フィルタ１２０は、供給段階部分１０５と分注段階部分１１０との間に位置する。例えば、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、排出弁１４５、および出口弁１４７を含む、多数の弁によって、多段式ポンプ１００を通る流体の流れを制御することができる。分注段階部分１１０は、分注段階１１０で流体圧力を測定することができる圧力センサ１１２をさらに含むことができる。圧力センサ１１２によって測定された圧力は、以下に記載するように種々のポンプの速度を制御するために使用することができる。圧力センサの例には、Ｍｅｔａｌｌｕｘ ＡＧ、Ｋｏｒｂ、Ｇｅｒｍａｎｙ製のものを含み、セラミックおよびポリマーのピエゾ抵抗および容量性圧力センサが含まれる。一実施形態によると、プロセス流体に接する圧力センサ１１２の面は、ペルフルオロポリマーである。ポンプ１００は、供給チャンバ１５５内の圧力を読み取るための圧力センサ等、さらなる圧力センサを含むことができる。
【００１９】
供給段階１０５および分注段階１１０は、多段式ポンプ１００内の流体をポンプで汲み上げるために、回転ダイヤフラムポンプを含むことができる。供給段階ポンプ１５０（「供給ポンプ１５０」）は、例えば、流体を回収するための供給チャンバ１５５と、供給チャンバ１５５内で動き、流体を分注するための供給段階ダイヤフラム１６０と、供給段階ダイヤフラム１６０を動かすピストン１６５と、送りネジ１７０と、ステッピングモータ１７５とを含む。送りネジ１７０は、ナット、ギア、またはモータから送りネジ１７０へエネルギを伝えるための他の機構を通してステッピングモータ１７５に結合する。一実施形態によると、供給モータ１７０はナットを回転させ、それによって、送りネジ１７０は回転させられ、ピストン１６５を作動させる。同様に、分注段階ポンプ１８０（「分注ポンプ１８０」）は、分注チャンバ１８５と、分注段階ダイヤフラム１９０と、ピストン１９２と、送りネジ１９５と、分注モータ２００とを含むことができる。分注モータ２００は、ネジ式ナット（例えば、Torlon  または他の材料のナット）を介して、送りネジ１９５を駆動することができる。
【００２０】
他の実施形態によると、供給段階１０５および分注段階１１０は、空気圧または液圧によって作動するポンプ、液圧ポンプまたは他のポンプを含む、種々の他のポンプであってもよい。供給段階用の空気圧によって作動するポンプ、およびステッピングモータ駆動の液圧ポンプを使用した多段式ポンプの一例は、参照することによって本明細書に組み込まれる、「Pump Controller For Precision Pumping Apparatus」の名称で、発明者 Zagars らが２００５年２月４日に出願した米国特許出願第１１／０５１，５７６号に記載されている。しかしながら、両方の段階でモータを使用することは、液圧パイプ、制御システムおよび流体が除去され、それによって空間および潜在的漏洩を減少させるという利点を提供する。
【００２１】
供給モータ１７５および分注モータ２００は、任意の適切なモータであってもよい。一実施形態によると、分注モータ２００は、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）である。ＰＭＳＭは、モータ２００、多段式ポンプ１００内蔵の制御装置、または別個のポンプ制御装置（例えば、図１に示すような）で、ベクトル制御（「ＦＯＣ」）または当技術分野で既知の他の型の位置／速度制御部を利用するデジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）によって制御することができる。さらに、ＰＭＳＭ ２００は、分注モータ２００の位置の即時フィードバックのためのエンコーダ（例えば、細線回転式位置エンコーダ）をさらに含むことが可能である。位置センサを使用すると、ピストン１９２の位置の正確で反復可能な制御が得られ、ひいては分注チャンバ１８５内での流体運動に正確で反復可能な制御をもたらす。例えば、一実施形態に従い、ＤＳＰに８０００パルスをもたらす２０００ラインエンコーダを使用して、０．０４５度の回転で正確に測定し、制御することが可能となる。さらに、ＰＭＳＭは、振動がほとんどまたは全くない状態の低速で駆動することができる。さらに、供給モータ１７５は、ＰＭＳＭまたはステッピングモータであってもよい。さらに、供給ポンプは、供給ポンプが定位置にある場合に表示する定位置センサを含むことができることに留意すべきである。
【００２２】
図３Ａは、多段式ポンプ１００のためのポンプアセンブリの一実施形態の図である。多段式ポンプ１００は、多段式ポンプ１００を通して種々の流体流路を画定し、また供給チャンバ１５５および分注チャンバ１８５を少なくとも部分的に画定する分注ブロック２０５を含むことができる。一実施形態による、分注ポンプブロック２０５は、ＰＴＦＥ、修飾ＰＴＦＥまたは他の材料から成る単一ブロックであってもよい。これらの材料は、多くのプロセス流体と反応しない、または反応性が少ないので、これらの材料を使用すると、流通路およびポンプチャンバは、最低限のハードウェアの追加をもって分注ブロック２０５に直接機械加工することができる。ひいては、分注ブロック２０５は、一体型流体マニホールドを提供することによって、パイピングの必要性を軽減する。
【００２３】
分注ブロック２０５は、例えば、流体を受ける入口２１０、流体をパージ／排出するためのパージ／排出出口２１５、および流体が分注区分の間に分注される分注出口２２０を含み、種々の外部入口および外部出口を含むことができる。図３Ａの例では、パージされた流体は、供給チャンバに送り戻されるので（図４Ａおよび図４Ｂに示す）、分注ブロック２０５は、外部パージ出口を含まない。しかしながら、他の本発明の実施形態では、流体は、外部からパージすることができる。参照によって本明細書に全体として援用される、「O-RING-LESS LOW PROFILE FITTING AND ASSEMBLY THEREOF」の名称で、Iraj Gashgaee が２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６６７号は、分注ブロック２０５の外部入口および外部出口を流体管路に接続するために利用することができる取付部品の実施形態を記載している。
【００２４】
分注ブロック２０５は、供給ポンプと、分注ポンプと、フィルタ１２０とへ流体を送る。ポンプカバー２２５は、供給モータ１７５および分注モータ２００を損傷から保護することができるが、ピストンハウジング２２７は、ピストン１６５およびピストン１９２を保護することができ、本発明の一実施形態によると、ポリエチレンまたは他のポリマーから形成することができる。弁板２３０は、流体の流れを多段式ポンプ１００の種々の構成要素に誘導するように構成することができる弁（例えば、図２の入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、および排出弁１４５）のための弁ハウジングを提供する。一実施形態によると、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、パージ弁１４０、および排出弁１４５のそれぞれは、弁板２３０に少なくとも部分的に統合され、対応するダイヤフラム圧力または真空を印加するか否かに応じて開状態または閉状態となるダイヤフラム弁である。他の実施形態では、弁のいくつかのは、分注ブロック２０５の外部にあってもよく、またはさらなる弁板に配置してもよい。一実施形態によると、１枚のＰＴＦＥは、弁板２３０と分注ブロック２０５との間に挟入され、種々の弁のダイヤフラムを形成する。弁板２３０は、それぞれの弁のための弁制御入口を含み、対応するダイヤフラムに圧力または真空を印加する。例えば、入口２３５は、遮断弁１３５に、入口２４０はパージ弁１４０、入口２４５は隔離弁１３０、入口２５０は排出弁１４５、入口２５５は入口弁１２５に対応する（この場合、出口弁１４７は、外部）。圧力または真空を入口に選択的に印加することによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。
【００２５】
弁制御ガスおよび真空は、弁制御マニホールド（上蓋２６３またはハウジングカバー２２５の真下の領域の中の）から分注ブロック２０５を通って弁板２３０へ達する、弁制御供給管路２６０を介して弁板２３０に提供される。弁制御ガス供給入口２６５は、加圧ガスを弁制御マニホールドに提供し、真空入口２７０は、真空（または低圧力）を弁制御マニホールドに提供する。弁制御マニホールドは、対応する弁を作動させるために、供給管路２６０を介して弁板２３０の適切な入口に加圧ガスまたは真空を送る三方弁の役割をする。一実施形態では、「Fixed Volume Valve System」の名称で Gashgaee らが＿＿＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願第＿＿＿＿［ＥＮＴＧ１７７０−１］（参照することによって本明細書に全体として組み込まれる）に記載のような弁板は、弁の保持量を減少し、真空ゆらぎに起因する量の変動を除去し、真空必要条件を緩和し、また弁ダイヤフラムの応力を減少するために使用することができる。
【００２６】
図３Ｂは、多段式ポンプ１００の他の実施形態の図である。図３Ｂに示す特性の多くは、上記の図３Ａとともに記載したものと類似している。しかしながら、図３Ｂの実施形態は、流体液滴が、電子機器を収納する多段式ポンプ１００の領域に入らないようにするいくつかの特性を含む。流体液滴は、例えば、操作者が管を入口２１０、出口２１５または排出２２０に接続または切断する場合に発生する可能がある。「防滴」の特性は、潜在的に有害な化学物質の液滴がポンプ、特に電子チャンバに入らないように設計されており、必ずしもポンプが「耐水性」であることを要求しない（例えば、漏洩のない流体中の潜水艇）。他の実施形態によると、ポンプは完全に密閉することができる。
【００２７】
一実施形態によると、分注ブロック２０５は、垂直に突出しているフランジ、または上蓋２６３と接する分注ブロック２０５の端縁部から外側に突出しているリップ２７２を含むことができる。上端縁部では、一実施形態によると、上蓋２６３の上部は、リップ２７２の上表面と同一平面上にある。これにより、分注ブロック２０５および上蓋２６３の上部接合部分付近の液滴は、接合部分を通過するよりはむしろ分注ブロック２０５上に達する傾向になる。しかしながら、側面では、上蓋２６３は、リップ２７２の基部と同一平面上にあるか、さもなければリップ２７２の外部表面から内部にオフセットする。これにより、液滴は、上蓋２６３と分注ブロック２０５の間よりはむしろ上蓋２６３およびリップ２７２によってできる角に流れ落ちる傾向になる。さらに、ゴム製密閉部は、上蓋２６３の上端縁部と裏板２７１との間に設置され、液滴が上蓋２６３と裏板２７１との間に漏れることを阻止する。
【００２８】
さらに、分注ブロック２０５は、電子機器を収納するポンプ１００の領域から離れるように下方に傾斜する分注ブロック２０５内で画定される傾斜表面を含む傾斜特性２７３を含むことができる。その結果として、分注ブロック２０５の上部付近の液滴は、電子機器から離れるように導かれる。さらに、ポンプカバー２２５はまた、分注ブロック２０５の外部側端縁部から若干内側にオフセットすることができるので、ポンプ１００の側部の液滴は、ポンプカバー２２５の接続部分およびポンプ１００の他の部分を流れ過ぎる傾向にある。
【００２９】
本発明の一実施形態によると、金属カバーが分注ブロック２０５と接合する時はいつも、金属カバーの垂直表面は、分注ブロック２０５の対応する垂直表面から若干内部にオフセットする（例えば、１／６４インチまたは０．３９６８７５ミリメートル）。さらに、多段式ポンプ１００は、密閉部、傾斜特性、または電子機器を収納する多段式ポンプ１００の部分に液滴が入らないようにするための他の特性を含むことができる。さらに、図４Ａに示し、以下に論じるように、裏板２７１は、多段式ポンプ１００をさらに「防滴」する特性を含むことができる。
【００３０】
図４Ａは、そこに画定される流体流路を示すために透明にされる分注ブロック２０５を有する多段式ポンプ１００の一実施形態の図である。分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００のための種々のチャンバおよび流体流路を画定する。一実施形態によると、供給チャンバ１５５および分注チャンバ１８５は、分注ブロック２０５に直接機械加工することができる。さらに、種々の流路は、分注ブロック２０５に機械加工することができる。流体流路２７５（図５Ｃに示す）は、入口２１０から入口弁に達する。流体流路２８０は、入口弁から供給チャンバ１５５へ達し、入口２１０から供給ポンプ１５０へのポンプ入口路を終了する。弁ハウジング２３０内の入口弁１２５は、入口２１０と供給ポンプ１５０との間の流れを調節する。流通路２８５は、弁板２３０内で供給ポンプ１５０から隔離弁１３０へ流体を送る。隔離弁１３０からの流出は、他の流通路（図示せず）によってフィルタ１２０へ送られる。流体は、フィルタ１２０から、フィルタ１２０を排出弁１４５および遮断弁１３５に接続する流通路を通って流れる。排出弁１４５からの流出は、排出出口２１５へ送られ、遮断弁１３５からの流出は、流通路２９０を介して分注ポンプ１８０へ送られる。分注ポンプは、分注区分の間では、流通路２９５を介して出口２２０へ、またはパージ区分の間では、流通路３００を通ってパージ弁へ流体を流出することができる。パージ区分の間では、流体は、流通路３０５を通って供給ポンプ１５０に戻ることができる。流体流路は、ＰＴＦＥ（または他の材料）ブロック内に直接形成することができるので、分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００の種々の部品の間のプロセス流体のためのパイピング、さらなる管類の必要性を除去または軽減する役割をすることができる。他の場合には、管類は、流体流路を画定するために、分注ブロック２０５に挿入することができる。図４Ｂは、一実施形態による、流通路のうちのいくつかを示すために透明にされた分注ブロック２０５の図を提供する。
【００３１】
図４Ａに戻ると、図４Ａは、供給段階モータ１９０を含む供給ポンプ１５０と、分注モータ２００を含む分注ポンプ１８０と、弁制御マニホールド３０２とを表示するためにポンプカバー２２５および上蓋２６３を外した状態の多段式ポンプ１００をさらに示す。本発明の一実施形態によると、供給ポンプ１５０、分注ポンプ１８０および弁板２３０の一部分は、分注ブロック２０５内の対応する空洞に挿入される棒（例えば、金属棒）を使用して、分注ブロック２０５に結合することができる。それぞれの棒は、ネジを受けるための１つ以上のネジ穴を含むことができる。一例として、分注モータ２００およびピストンハウジング２２７は、棒２８５内の対応する穴に螺入するために、分注ブロック２０５内のネジ穴を通って達する１つ以上のネジ（例えば、ネジ２７５およびネジ２８０）によって分注ブロック２０５に取り付けることができる。構成要素を分注ブロック２０５に結合するためにこの機構は、例証として提供され、任意の適切な添着機構を使用できることに留意されるべきである。
【００３２】
本発明の一実施形態によると、裏板２７１は、上蓋２６３およびポンプカバー２２５が取り付けられる、内部に延在するツメ（例えば、張り出し受け２７４）を含むことができる。上蓋２６３およびポンプカバー２２５は、張り出し受け２７４に重なるので（例えば、上蓋２６３の下後方端縁部およびポンプカバー２２５の上後方端縁部で）、液滴は、上蓋２６３の下端縁部とポンプカバー２２５の上端縁部との間、または上蓋２６３およびポンプカバー２２５の後方端縁部での任意の空間の電気機器領域に流れることを阻止される。
【００３３】
本発明の一実施形態によると、マニホールド３０２は、圧力／真空を弁板２３０に選択的に誘導するために、ソレノイド弁一式を含むことができる。特定のソレノイドを作動させ、それによって真空または圧力を弁へ誘導する場合には、実践形態にもよるが、ソレノイドは発熱する。一実施形態によると、マニホールド３０２は、分注ブロック２０５、特に分注チャンバ１８５から離れるようにＰＣＢ基板（裏板２７１に取り付けられ、図４Ｃにより明瞭に示される）の下方に取り付けられる。マニホールド３０２は、張り出し受けに取り付けることができ、それによって、裏板２７１に取り付けられるか、または裏板２７１に結合させることができる。これは、マニホールド３０２内のソレノイドからの熱が、分注ブロック２０５内の流体に作用しないように助ける。裏板２７１は、熱をマニホールド３０２およびＰＣＢから分散することができる、ステンレス鋼機械加工のアルミニウムまたは他の材料から製作することができる。言い換えれば、裏板２７１は、マニホールド３０２およびＰＣＢのために放熱張り出し受けの役割をすることができる。ポンプ１００は、表面または熱が裏板２７１によって伝導することができる他の構造にさらに取り付けることができる。このようにして、裏板２７１およびそれが添着される構造は、マニホールド３０２およびポンプ１００の電子機器のための放熱板の役割をする。
【００３４】
図４Ｃは、弁板２３０へ圧力または真空を印加するための供給管路２６０を示す多段式ポンプ１００の図である。図３と併せて論じたように、弁板２３０内の弁は、流体が多段式ポンプ１００の種々の構成要素に流れるように構成することができる。弁の作動は、それぞれの供給管路２６０に圧力か、または真空を誘導する弁制御マニホールド３０２によって制御される。それぞれの供給管路２６０は、小さな開口部を有する取付部品（取付部品の例は３１８に示す）を含むことができる。この開口部は、取付部品３１８が添着される、対応する供給管路２６０の直径より小さな直径から製作してもよい。一実施形態では、開口部は、直径約０．０１０インチであってもよい。このようにして、取付部品３１８の開口部は、供給管路２６０内に制限を設けるように役立つことがある。それぞれの供給管路２６０内の開口部は、供給管路へ圧力および真空を印加する間の急激な圧力差の作用を軽減するのに役立ち、ひいては、弁へ圧力および真空を印加する間の転移を円滑にする。言い換えれば、開口部は、下流弁のダイヤフラムでの圧力変化の衝撃を軽減するのに役立つ。これにより、弁は、より円滑に開閉でき、また弁の開閉によって引き起こされるシステム内でのより円滑な圧力転移をもたらし、実際に弁本体の寿命を延ばすことになる。
【００３５】
さらに、図４Ｃは、マニホールド３０２が結合されたＰＣＢ３９７を例示する。本発明の一実施形態によると、マニホールド３０２は、ＰＣＢ基板３９７から信号を受信することができ、ソレノイドに種々の供給管路２６０に真空／圧力を誘導するために開／閉させ、多段式ポンプ１００の弁を制御する。この場合もやはり、図４Ｃに示すように、マニホールド３０２は、分注ブロック２０５からＰＣＢ３９７の遠位端に位置することができ、分注ブロック２０５内の流体への熱作用を軽減する。さらに、ＰＣＢの設計および空間的制約に基づいて実行可能な範囲まで、発熱する構成要素は、分注ブロック２０５から離れるようにＰＣＢの側部に設置することができ、この場合もやはり、熱作用を軽減する。マニホールド３０２およびＰＣＢ３９７からの熱は、裏板２７１によって分散することができる。他方では、図４Ｄは、マニホールド３０２が分注ブロック２０５に直接取り付けられるポンプ１００の実施形態の図である。
【００３６】
ここで、多段式ポンプ１００の動作を説明することは有用となり得る。多段式ポンプ１００の作動の間、多段式ポンプ１００の弁は、多段式ポンプ１００の種々の部分に流体の流れを許容または制限するために開閉する。一実施形態によると、これらの弁は、圧力または真空が印加されるか否かに応じて開閉する、空気圧によって作動する（すなわち、ガスで駆動）ダイヤフラム弁であってもよい。しかしながら、他の本発明の実施形態では、任意の適切な弁を使用することができる。
【００３７】
多段式ポンプ１００の動作の種々の段階の要約を以下に示す。しかしながら、多段式ポンプ１００は、弁および制御圧力をシーケンスするために、それぞれが参照することによって本明細書に完全に組み込まれる、「Systems And Methods For Fluid Flow Control In An Immersion Lithography System」の名称で、Michael Clarke、Robert F.McLoughlin、および Marc Laverdiere が２００６年８月１１日に出願した米国特許出願第１１／５０２，７２９号に記載されているものを含むが、これらに限定されるものではない種々の制御スキームにより制御することができる。一実施形態によると、多段式ポンプ１００は、準備完了区分、分注区分、充填区分、前濾過区分、濾過区分、排出区分、パージ区分および静的パージ区分を含むことができる。供給区分の間には、入口弁１２５は開状態となり、供給段階ポンプ１５０は、供給段階ダイヤフラム１６０を動かし（例えば、引く）、流体を供給チャンバ１５５の中に汲み上げる。十分な量の流体が供給チャンバ１５５に充満されると、入口弁１２５は閉状態となる。濾過区分の間には、供給段階ポンプ１５０は供給段階ダイヤフラム１６０を動かし、供給チャンバ１５５から流体を排出する。隔離弁１３０および遮断弁１３５は開状態となり、流体はフィルタ１２０を通って分注チャンバ１８５へ流れることが可能となる。一実施形態によると、最初に隔離弁１３０が開状態となることができ（例えば、「前濾過区分」において）、圧力をフィルタ１２０内で高めることが可能となり、その後、遮断弁１３５が開状態となり、分注チャンバ１８５の中への流体の流れが可能となる。他の実施形態によると、隔離弁１３０および遮断弁１３５の両方が開状態となることができ、供給ポンプは、フィルタの分注側で圧力を高めるために動く。濾過区分の間には、分注ポンプ１８０は、定位置に持って来ることができる。両方とも参照することによって本明細書の組み込まれる、「System And Method For A Variable Home Position Dispense System」の名称で、Laverdiere らが２００４年１１月２３日に出願した米国仮特許出願第６０／６３０，３８４号および「System And Method For A Variable Home Position Dispense System」の名称で、Laverdiere らが２００５年１１月２１日に出願した国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号に記載されるように、分注ポンプの定位置は、分注サイクルに対して分注ポンプでの利用可能な最大量をもたらすが、分注ポンプが提供できる利用可能な最大限の量に満たない位置であってもよい。定位置は、多段式ポンプ１００の未使用の保持量を減少するために分注サイクルに対する種々のパラメータに基づき選択される。同様に、供給ポンプ１５０は、利用可能な最大限の量に満たない量を提供する定位置に持って来ることができる。
【００３８】
排出区分の始まりでは、隔離弁１３０は開状態となり、遮断弁１３５は閉状態となり、また排出弁１４５は開状態となる。他の実施形態では、遮断弁１３５は、排出区分の間には開状態を維持し、排出区分の終わりで閉状態となることができる。この間に、遮断弁１３５が開状態である場合、圧力センサ１１２によって測定することができる、分注チャンバ内の圧力が、フィルタ１２０内の圧力によって作用されるので、圧力は、制御装置によって認識されることができる。供給段階ポンプ１５０は、流体に圧力を加え、フィルタ１２０から開状態の排出弁１４５を通して気泡を除去する。供給段階ポンプ１５０を制御し、既定の速度で排出を生じさせることができ、より長い排出時間およびより低速での排出が可能になり、それによって排出廃棄量の正確な制御が可能となる。供給ポンプが空気圧式ポンプである場合は、流体の流れの制限は、排出流体路内で行うことができ、供給ポンプに印加される空気圧は、「排出」設定点圧力を維持するために増減することができ、他の賢明な非制御方法のいくつかの制御をもたらす。
【００３９】
パージ区分の始まりでは、隔離弁１３０は閉状態、遮断弁１３５は、排出区分で開状態の場合には閉状態、排出弁１４５は閉状態、パージ弁１４０は開状態、および入口弁１２５は開状態となる。分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体に圧力を加え、パージ弁１４０を通して気泡を排出する。静的パージ区分の間には、分注ポンプ１８０は停止するが、パージ弁１４０は開状態を維持し、継続して空気を排出する。パージ区分または静的パージ区分の間に除去された過剰ないかなる流体も、多段式ポンプ１００から送出される（例えば、流体源へ戻るもしくは廃棄される）、または供給段階ポンプ１５０へ再循環させることができる。準備完了区分の間には、入口弁１２５、隔離弁１３０および遮断弁１３５は開状態となり、またパージ弁１４０は閉状態となることができるので、供給段階ポンプ１５０は、流体源（例えば、流体源ボトル）の周囲圧力に達することができる。他の実施形態によると、すべての弁は、準備完了区分では閉状態であってもよい。
【００４０】
分注区分の間には、出口弁１４７は開状態となり、また分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体に圧力を印加する。出口弁１４７は、分注ポンプ１８０よりも制御に対する反応が遅い場合があるので、出口弁１４７は最初に開状態となり、所定の時間が経過すると、分注モータ２００が起動する。これによって、分注ポンプ１８０が部分的に開放された出口弁１４７へ流体を押し入れることを防止する。さらに、これによって、弁開口部によってもたらされる、流体の分注ノズル上昇、続いてモータ作用によって生じる前方への流体の動きを防止する。他の実施形態では、出口弁１４７は開状態となり、同時に分注ポンプ１８０によって分注を開始することができる。
【００４１】
さらなる吸液区分は、分注ノズル内の過剰な流体を除去する際に行うことができる。吸液区分の間には、出口弁１４７は閉状態となることができ、二次的なモータまたは真空部は、出口ノズルから過剰な流体を吸い取るために使用することができる。あるいは、出口弁１４７は開状態を維持することができ、また分注モータ２００は、流体を分注チャンバの中へ吸い戻すために反転させることができる。吸液区分は、過剰な流体がウエハ上に滴下しないように助ける。
【００４２】
図５を簡単に参照すると、この図は、図２の多段式ポンプ１００の動作の種々の区分に対する弁および分注モータのタイミング図を提供している。いくつかの弁が、区分が変化する間に同時に閉状態として図示されているが、弁の閉状態は、圧力スパイクを軽減するために、時刻が若干ずれている（例えば、１００ミリ秒）。例えば、排出区分およびパージ区分の間では、隔離弁１３０は、排出弁１４５の直前に閉状態となることができる。しかしながら、他の弁のタイミングも、種々の本発明の実施形態において利用できることに留意されるべきである。さらに、区分のうちのいくつかは、一緒に行うことができる（例えば、充填／分注段階は、入口および出口弁の両方が、分注／充填区分で開状態となることができる場合に、同時に行うことができる）。特定の区分は、それぞれのサイクルで反復される必要がないことにさらに留意されるべきである。例えば、パージ区分または静的パージ区分は、すべてのサイクルで行われない場合がある。同様に、排出区分は、すべてのサイクルで行われない場合がある。
【００４３】
種々の弁の開閉は、多段式ポンプ１００内の流体に圧力スパイクを引き起こす可能性がある。出口弁１４７は、静的パージ区分の間に閉状態であるので、例えば、静的パージ区分の終わりでパージ弁１４０を閉状態にすると、分注チャンバ１８５内で圧力の上昇を引き起こす可能がある。それぞれの弁は、閉状態となるとき少量の流体を排出する可能性があるため、これが起こり得る。より具体的には、多くの場合、流体がチャンバ１８５から分注される前に、パージサイクルおよび／または静的パージサイクルは、多段式ポンプ１００から流体を分注する際に、スパッタリングまたは他の摂動を阻止するために、分注チャンバ１８５から空気を抜くように使用される。しかしながら、静的パージサイクルの終わりには、パージ弁１４０は、分注の開始に備えて分注チャンバ１８５を密閉するために閉状態となる。パージ弁１４０が閉状態になるにつれ、過剰な流体（パージ弁１４０の保持量にほぼ等しい）が分注チャンバ１８５中へ付勢され、それによって、流体の分注に対し意図された基準圧力を超えて、分注チャンバ１８５内の流体の圧力を上昇させる。この過剰な圧力（基準を上回る）は、その後の流体の分注に問題を引き起こす場合がある。パージ弁１４０を閉状態にすることによって発生する圧力上昇は、分注に望ましい基準圧力より高い割合になる場合があるので、これらの問題は、低圧力を印加する際に悪化することになる。
【００４４】
より具体的には、パージ弁１４０を閉状態にすることによって発生する圧力上昇のために、圧力が低下しない場合は、ウエハ上への流体の「吐出」、二重分注、または他の望ましくない流体動態は、その後の分注区分の間に起こることがある。さらに、この圧力上昇は、多段式ポンプ１００の動作の間においては一定ではない場合があるので、これらの圧力上昇は、連続的な分注区分の間に、分注される流体の量、または分注の他の特徴に変動を引き起こすことがある。それによって、分注におけるこれらの変動は、ウエハの廃棄およびウエハの再加工の増加の原因になることがある。本発明の実施形態は、分注区分の始まりに対して望ましい始動圧力を達成するために、システム内の種々の弁を閉状態にすることに起因する圧力上昇を明らかにし、分注の前に分注チャンバ１８５内で達成されるべきほぼどのような基準圧力も可能にすることによって、システムからシステムにわたり異なる上部圧力および機材における他の差異を明らかにする。
【００４５】
一実施形態では、分注チャンバ１８５内の流体に対する不要な圧力上昇を明らかにするために、静的パージ区分の間に、分注モータ２００は、遮断弁１３５、パージ弁１４０を閉状態にすること、および／または分注チャンバ１８５内の圧力上昇を引き起こす可能性がある他の任意の原因によって引き起こされる任意の圧力上昇を補償するために、所定の距離分ピストン１９２を後退するように反転させてもよい。本明細書に組み込まれる「System and Method for Control of Fluid Pressure」の名称で George Gonnella および James Cedrone が２００５年１２月２日に出願した米国特許出願第１１／２９２，５５９号、および「System And Method For Monitoring Operation Of A Pump」の名称で George Gonnella および James Cedrone が、２００６年２月２８日に出願した米国特許出願第１１／３６４，２８６号に記載のように、分注チャンバ１８５内の圧力は、供給ポンプ１５０の速度を調節することによって制御してもよい。
【００４６】
このようにして、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作を特徴とする多段式ポンプを提供する。分注区分の前に分注チャンバ内の圧力変動を補償することによって、不利な潜在的圧力スパイクを回避または軽減することができる。さらに、本発明の実施形態は、プロセス流体上の圧力の悪影響を緩和するのに役立つ他のポンプ制御機構および弁のタイミングを用いることができる。
【００４７】
そのためには、ポンプ装置のチャンバ内の基準圧力を実質的に維持するためのシステムおよび方法に注意が向けられる。本発明の実施形態は、ポンプ装置のチャンバ内で生じ得る圧力変動を補償または考慮するためのモータを制御するように機能してもよい。より具体的には、分注チャンバ内で感知された圧力に基づいて、分注モータは、分注前における分注チャンバ内の基準圧力を実質的に維持するよう制御されてもよい。一実施形態では、分注が開始される前に、分注チャンバ内の圧力が所望の圧力を上回る（または、下回る）か否かを繰り返し判断し、その場合、流体の分注が開始されるまで、ポンプ手段の運動は調整され、分注チャンバ内の所望の圧力を実質的に維持するように、制御ループを利用してもよい。
【００４８】
これらの圧力変動の低減は、本発明の一実施形態による多段式ポンプを動作させるための分注チャンバ１８５での例示的圧力分析データを図示する、図６を参照することによってより理解され得る。地点４４０において、分注が開始され、分注ポンプ１８０が流体を出口へ押し出す。分注は、地点４４５で終了する。分注ポンプ１８０は、典型的には本段階に関与していないため、分注チャンバ１８５の圧力は、充填段階の間ほぼ一定のままである。地点４５０において、濾過段階が開始し、供給段階モータ１７５が既定速度で正転し、供給チャンバ１５５から流体を押し出す。図６から分かるように、分注チャンバ１８５内の圧力は、上昇し始め、地点４５５で既定の設定点に達する。分注チャンバ１８５内の圧力が設定点に達すると、分注モータ２００は、一定の速度で反転し、分注チャンバ１８５内の利用可能な容積を増加させる。地点４５５と地点４６０との間の圧力分析データの比較的平らな部分では、供給モータ１７５の速度は、圧力が設定点以下に減少すると増加し、設定点に達すると低下する。これによって、分注チャンバ１８５内の圧力はほぼ一定の圧力に保たれる。地点４６０において、分注モータ２００がその定位置に達すると、濾過段階は終了する。地点４６０の急激な圧力スパイクは、濾過終了時の遮断弁１３５の閉鎖によって生じる。
【００４９】
排出およびパージ区分の後かつ静的パージ区分終了の前に、パージ弁１４０は閉鎖され、圧力分析データの地点１５００で圧力のスパイクが開始する。圧力分析データの地点１５００と１５０２との間から分かるように、分注チャンバ１８５内の圧力は、この閉鎖によって著しい増加を受け得る。パージ弁１４０の閉鎖による圧力上昇は、通常一貫しておらず、システムの温度および多段式ポンプ１００で利用される流体の粘度に依存する。
【００５０】
地点１５００と１５０２との間に生じる圧力上昇を考慮し、分注モータ２００は、遮断弁１３５、パージ弁１４０の閉鎖、および／または他の原因によって生じる圧力上昇を補償するために、ピストン１９２が既定の距離分後退するように反転させてもよい。ある場合には、パージ弁１４０は閉鎖に時間を要する可能性があるため、分注モータ２００を反転させる前に一定時間遅延させることが望ましい場合がある。このように、圧力分析データの地点１５００と１５０４との間の時間は、パージ弁１４０を閉鎖するための信号と分注モータ２００の反転との間の遅延を反映する。この時間の遅延によって、パージ弁１４０を完全に閉鎖し、分注チャンバ１８５内の圧力を実質的に安定させるのに十分となり得、その時間は約５０ミリ秒である。
【００５１】
パージ弁１４０の保持量は、既知量（例えば、製作公差内）であり得るため、分注モータ２００は、パージ弁１４０の保持量にほぼ等しく分注チャンバ１８５の容積を上昇するために、補償距離分ピストン１９２を後退させるために反転させてもよい。分注チャンバ１８５およびピストン１９２の寸法も既知数であるため、分注モータ２００は、特定のモータインクリメント分だけ反転させてもよく、このモータインクリメントによる分注モータ２００の反転によって、分注チャンバ１８５の容積は、パージ弁１４０の保持量までほぼ増加する。
【００５２】
分注モータ２００の反転を介してピストン１９２を後退させることの効果によって、地点１５０４から地点１５０６での分注にほぼ望ましい基準圧力への分注チャンバ１８５内の圧力低下がもたらされる。多くの場合、この圧力補償は、次の分注段階において十分な分注を得るために適切であり得る。しかしながら、分注モータ２００で利用されるモータの種類またはパージ弁１４０で利用される弁の種類に応じて、分注チャンバ１８５の容積を増加させるための分注モータ２００の反転によって、分注モータ２００の駆動機構内に空間、すなわち「緩み」が生じ得る。この「緩み」は、分注区分の間に、分注モータ２００が正転方向に作動し、流体を分注ポンプ１８０から押し出すと、モータナットアセンブリ等の分注モータ２００の構成要素間に一定量の緩みまたは空間が生じることを意味するが、ピストン１９２が動くように、分注モータ２００の駆動アセンブリが物理的に係合する前に、除去する必要がある場合がある。この緩みの量は可変であるため、所望の分注圧力を得るためにどれくらい前方へピストン１９２を動かすかを判断する際に、この緩みの量を考慮に入れることは困難となり得る。このように、分注モータ２００の駆動アセンブリ内のこの緩みによって、各分注区分の間に分注される流体の量の可変性が生じ得る。
【００５３】
その結果、分注区分の前に、分注モータ２００の駆動アセンブリ内の緩みの量を実質的にごく少量または存在しないレベルまで低減するように、分注モータ２００の最後の運動は、確実に正転方向であることが望ましい。したがって、一部の実施形態では、分注ポンプ２００の駆動モータアセンブリ内の望ましくない緩みを考慮し、ピストン１９２を既定の距離分後退させるために分注モータ２００を反転させ、分注チャンバ１８５内の圧力上昇を生じさせ得る遮断弁１３５、パージ弁１４０の閉鎖、および／または他の原因によって生じる圧力上昇を補償してもよく、またさらに超過距離分ピストン１９２を後退させるために分注モータを反転させ、超過容積を分注チャンバ１８５に加えてもよい。次いで、分注モータ２００を正転方向に係合し、超過距離に実質的に相当する正転方向にピストン１９２を動かしてもよい。これによって、分注チャンバ１８５内においてほぼ所望の基準圧力がもたらされ、分注前の分注モータ２００の最後の運動が確実に正転方向となり、分注モータ２００の駆動アセンブリからいかなる緩みも実質的に排除する。
【００５４】
さらに図６を参照すると、上述のように、圧力分析データ内の地点１５００で開始する圧力スパイクは、パージ弁１４０の閉鎖によって生じ得る。地点１５００と１５０２との間で生じる圧力上昇を考慮すると、遅延後、既定の距離分ピストン１９２を後退させるために分注モータ２００を反転させ、パージ弁１４０の閉鎖（および／または他の原因）およびさらなる超過距離によって生じる圧力上昇を補償してもよい。上述のように、補償距離によって、パージ弁１４０の保持量にほぼ等しく分注チャンバ１８５の容積を増加させてもよい。また、超過距離によって、パージ弁１４０の保持量にほぼ等しく、あるいは特定の実装に応じて、保持量よりも多くまたは少なく、分注チャンバ１８５の容積を増加させてもよい。
【００５５】
分注モータ２００の反転を介して、補償距離および超過距離分ピストン１９２を後退させる効果によって、地点１５０４から地点１５０８において分注チャンバ１８５の圧力の低下が生じる。次いで、分注モータ２００が正転方向に係合され、ピストン１９２を超過距離に実質的に相当する正転方向に動かしてもよい。ある場合には、分注モータ２００を正転方向に係合する前に、分注モータ２００を実質的に完全に停止させることが望ましい場合がある。この遅延は、約５０ミリ秒であってもよい。分注モータ２００の正転係合を介したピストン１９２の正転運動の効果によって、地点１５１０から地点１５１２で分注に望ましいほぼ基準圧力まで分注チャンバ１８５内の圧力上昇がもたらされ、分注区分前の分注モータ２００の最後の運動は、確実に正転方向となり、実質的にすべての緩みが分注モータ２００の駆動アセンブリから排除される。静的パージ区分終了時の分注モータ２００の反転および正転運動は、図３のタイミング図に描写される。
【００５６】
本発明の実施形態は、本発明の一実施形態による多段式ポンプを動作させる特定の区分の間の分注チャンバ１８５における例示的圧力分析データを図示する、図７を参照することによってより明確に説明され得る。線１５２０は、流体の分注に望ましい基準圧力を示し、任意の圧力が望ましいが、典型的には、約０ｐｓｉ（例えば、ゲージ圧）、または大気圧である。地点１５２２において、パージ区分の間、分注チャンバ１８５内の圧力は、基準圧力１５２０のわずかに上であってもよい。分注モータ２００は、パージ区分終了時に停止し、地点１５２４で分注チャンバ１８５内の圧力の低下を開始させ、地点１５２６でほぼ基準圧力１５２０に達してもよい。しかしながら、静的パージ区分終了前に、パージ弁１４０等のポンプ１００内の弁を閉鎖させ、圧力分析データの地点１５２８と１５３０との間に圧力スパイクを生じさせてもよい。
【００５７】
次いで、分注モータ２００を反転させ、補償距離および超過距離（上述のように）分ピストン１９２を動かし、圧力分析データの地点１５３２と１５３４との間で分注チャンバ１８５内の圧力を基準圧力１５２０以下に低下させる。分注チャンバ１８５内の圧力をほぼ基準圧力１５２０に戻し、分注モータ２００の駆動アセンブリから緩みを排除するために、分注モータ２００を超過距離に実質的に相当する正転方向に係合させてもよい。この運動によって、圧力分析データの地点１５３６と１５３８との間で分注チャンバ１８５内の圧力が基準圧力１５２０に戻される。このように、分注チャンバ１８５内の圧力が分注に望ましい基準圧力に実質的に戻されると、分注モータ２００の駆動アセンブリから緩みが排除され、次の分注区分において望ましい分注が達成され得る。
【００５８】
上述の本発明の実施形態は、静的パージ区分の間のパージ弁の閉鎖によって生じる圧力上昇のための補償に関連して主に記載されてきたが、これらの同一技術は、多段式ポンプ１００の任意の動作段階の間の多段式ポンプ１００の内部または外部にかかわらず、いかなる原因によって生じる圧力上昇または低下に対する補償にも適用可能であり、分注チャンバ１８５からの流路における弁の開閉によって生じる分注チャンバ１８５内の圧力変化を補償するために特に有用であり得ることは明白であるだろう。
【００５９】
また、これらの同一技術は、多段式ポンプ１００に関連して使用される他の装置内の変動を補償することによって、分注チャンバ１８５内の所望の基準圧力を達成するために使用され得ることは明白であるだろう。装置内のこれらの差異、あるいはプロセス、状況、または多段式ポンプ１００の内部または外部で使用される装置内の他の変動のより優れた補償のため、分注チャンバ１８５内で望ましい基準圧力、補償距離、超過距離、遅延時間等の本発明の特定の側面または変数は、ポンプ１００のユーザによって構成可能であってもよい。
【００６０】
さらに、本発明の実施形態は、圧力変換器１１２を利用して、分注チャンバ１８５内の所望の基準圧力を同様に達成してもよい。例えば、パージ弁１４０の閉鎖（および／または他の原因）によって生じるいかなる圧力上昇をも補償するために、分注チャンバ１８５内の所望の基準圧力（圧力変換器１１２によって測定される）が達成されるまで、ピストン１９２を後退（または、前進させてもよい）させてもよい。同様に、分注前に分注モータ２００の駆動アセンブリ内の緩みの量を実質的にごく少量または存在しないレベルまで減少させるために、分注チャンバ１８５内の圧力が基準圧力以下になるまで、ピストン１９３を後退させ、次いで、分注チャンバ１８５内の圧力が分注に望ましい基準圧力に上昇するまで、正転方向に係合させてもよい。
【００６１】
上述のように流体内の圧力変化が考慮されるだけでなく、さらにプロセス流体内の圧力スパイク、または他の圧力変動も、封入空間を生成する弁の閉鎖および封入空間の間の弁の開放を回避することによって、低減することができる。多段式ポンプ１００の完全な分注サイクル（例えば、分注区分から分注区分）の間、多段式ポンプ１００内の弁は、何度も状態を変化し得る。これらの無数の変化の間、望ましくない圧力スパイクおよび低下が生じる可能性がある。これらの圧力変動が影響を受けやすいプロセス化学物質に損傷を与え得るだけでなく、さらにこれらの弁の開閉によって、流体の分注における途絶または変動を生じる可能性がある。例えば、分注チャンバ１８５に結合された１つ以上の内部弁の開放によって生じる停滞量内の突然の圧力上昇は、分注チャンバ１８５内の流体において相当する圧力低下をもたらし、流体内に気泡を生じさせ、それによって次の分注に影響を及ぼし得る。
【００６２】
多段式ポンプ１００内の種々の弁の開閉によって生じる圧力変化を改善するために、種々の弁の開閉および／またはモータの係脱は、これらの圧力スパイクを低減するように調節することができる。概して、本発明の実施形態に従って圧力変化を低減するために、回避可能な場合には弁を閉鎖して流体流路内に閉鎖または封入空間が生じることは決してなく、これに関連して、回避可能な場合には、２つの封入空間の間の弁は開放されない。反対に、多段式ポンプ１００外部の領域への開放流体流路、あるいは多段式ポンプ１００の外部の大気または条件への開放流体流路（例えば、出口弁１４７、排出弁１４５、または入口弁１２５が開放している）がないならば、弁の開放は回避されるべきである。
【００６３】
本発明の実施形態による多段式ポンプ１００内の弁の開閉のための一般的指針を表す他の方法は、入口弁１２５、排出弁１４５、または出口弁１４７等の外部弁が、弁の開放によってもたらされ得る容積の変化（開放される内部弁の保持量にほぼ等しい）によって生じる圧力変化を排出するために開閉される場合にのみ、多段式ポンプ１００の動作中、遮断弁１３５またはパージ弁１４０等の多段式ポンプ１００内の内部弁は、開閉されることになるということである。これらの指針は、さらに別の方法で考慮されてもよく、多段式ポンプ１００内の弁を開放する場合、弁は、外側から開放され（すなわち、外側弁は、内側弁の前に開放されるべきである）、多段式ポンプ１００内の弁を閉鎖する場合、弁は、内側から閉鎖されるべきである（すなわち、内側弁は、外側弁の前に閉鎖されるべきである）。
【００６４】
また、一部の実施形態では、特定の変化の間に十分な時間がとられ、別の変化（例えば、弁の開閉、モータの始動または停止）が生じる（例えば、起動される）前に、特定の弁が完全に開閉され、モータが完全に始動または停止され、あるいはシステム内の圧力またはシステムの一部が実質的に０ｐｓｉ（例えば、ゲージ圧）もしくは他の０以外のレベルになることを確実にする。多くの場合、１００から３００ミリ秒の遅延は、多段式ポンプ１００内の弁が実質的に完全に開閉するのに十分となるが、しかしながら、これらの技術の特定の用途または実装において利用される実際の遅延は、種々の幅広い他の要因とともに多段式ポンプ１００で利用される流体の粘度に、少なくとも部分的に依存してもよい。
【００６５】
上述の指針は、多段式ポンプ１００の動作の種々の区分に対する弁およびモータのタイミングの一実施形態の図を提供し、多段式ポンプ１００の動作の間の圧力変化を改善するように機能する、図８Ａおよび８Ｂを参照することによって、より理解され得る。図８Ａおよび８Ｂは、正確な縮尺で描かれてはおらず、番号が付与されたそれぞれの区分は、これらの図内の描写にかかわらず、異なるまたは一意の時間長（０時間を含む）であってもよく、これらの番号が付与された区分のそれぞれの長さは、実装されるユーザレシピ、多段式ポンプ１００において利用される弁の種類（例えば、これらの弁の開閉に要する時間）等の種々の幅広い要因に基づいてもよいことは留意されたい。
【００６６】
図８Ａを参照すると、時間２０１０において、準備完了区分信号は、多段式ポンプ１００が分注を行う準備が完了したことを示し、その一定時間後、時間２０１０において、時間２０２０において入口弁１２５が開放されるよう１つ以上の信号を送信し、流体を分注するために正転方向に分注モータ２００を動作させ、充填チャンバ１５５へ流体を引き入れるために充填モータ１７５を反転させてもよい。時間２０２０の後かつ時間２０２２の前に（例えば、区分２の間）、流体が出口弁１４７から分注され得るように、信号が送信され、出口弁１４７が開放されてもよい。
【００６７】
弁信号およびモータ信号のタイミングは、ポンプの種々の弁またはモータ、多段式ポンプ１００に関連して実装されるレシピ、あるいは他の要因を作動するために要する時間に基づいて可変であってもよいことは、本開示熟読後明白となるであろう。例えば、図８Ａでは、正転方向に分注モータ２００を動作させるための信号送信後、出口弁１４７を開放するための信号が送信されてもよい。なぜなら、本実施例では、出口弁１４７は、分注モータ２００よりも迅速に動作し、したがって、より優れた分注を達成するために実質的に一致するように、出口弁１４７の開放および分注モータ２００の作動を調節することが望ましいためである。しかしながら、他の弁およびモータは、異なる作動速度等を有してもよく、したがって、これらの異なる弁およびモータに対し異なるタイミングが利用され得る。例えば、出口弁１４７を開放するための信号は、分注モータ２００を作動するための信号よりも前または実質的に同時に送信されてもよく、同様に、出口弁２００を閉鎖するための信号は、分注モータ２００等の動作停止をするための信号よりも前、後、または同時に送信されてもよい。
【００６８】
このように、時間２０２０と２０３０との間に、流体は、多段式ポンプ２００から分注されてもよい。多段式ポンプ２００によって実装されているレシピに応じて、異なる量の流体が時間２０２０と２０３０との間の異なる地点において分注され得るように、分注モータ２００の動作速度は、時間２０２０と２０３０との間（例えば、区分２−６のそれぞれにおいて）で可変であってもよい。例えば、区分２の間で区分６の間よりも分注モータ２００が迅速に動作し、それに比例して、区分２において区分６よりもより多くの流体が多段式ポンプ２００から分注されるように、分注モータは、多項式関数に従って動作してもよい。分注区分発生後の時間２０３０の前、出口弁１４７を閉鎖するための信号が送信され、その後、時間２０３０において、分注モータ２００を停止するための信号が送信される。
【００６９】
同様に、２０２０と２０５０との間（例えば、区分２−７）、充填モータ１７５の反転を介して、供給チャンバ１５５を流体で充満してもよい。次いで、時間２０５０において、充填モータ１７５を停止するための信号が送信され、その後充填区分が終了する。充填チャンバ１５５内の圧力を実質的に０ｐｓｉ（例えば、ゲージ圧）に戻すため、他の作用が生じる前に、入口弁は、時間２０５０と時間２０６０との間（例えば、区分９、遅延０）では開放されたままにしてもよい。一実施形態では、この遅延は、約１０ミリ秒であってもよい。別の実施形態では、時間２０５０と時間２０６０との間の時間は、可変であってもよく、充填チャンバ１５５内の圧力測定値に依存してもよい。例えば、圧力変換器を利用して、充填チャンバ１５５内の圧力を測定してもよい。圧力変換器が充填チャンバ１５５内の圧力が０ｐｓｉに達したことを示すと、時間２０６０において区分１０を開始してもよい。
【００７０】
次いで、時間２０６０において、隔離弁１３０を開放するための信号が送信され、隔離弁１３０が完全に開放されるのに十分な長さの好適な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）後、時間２０７０において、遮断弁１３５を開放するための信号が送信される。再び、遮断弁１３５が完全に開放されるのに十分な長さの好適な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）後、時間２０８０において、入口弁１２５を閉鎖するための信号が送信される。入口弁１２５が完全に開放される好適な遅延（例えば、約３５０ミリ秒）後、前濾過および濾過区分（例えば、区分１３および１４）の間充填モータ１７５が作動し、濾過区分（例えば、区分１４）の間分注モータ２００が作動するように、時間２０９０において、充填モータ１７５を作動するための信号が送信されてもよく、時間２１００において、分注モータ２００を作動するための信号が送信されてもよい。時間２０９０と時間２１００との間の時間は、濾過される流体の圧力が既定の設定点に達することを可能にする運動またはモータに対する設定時間または設定距離である、あるいは上述のような圧力変換器を使用して判断され得る、前濾過区分であってもよい。
【００７１】
あるいは、圧力変換器を利用して、流体の圧力を測定してもよく、圧力変換器が流体の圧力が設定点に達したことを示すと、時間２１００において、濾過区分１４を開始してもよい。これらのプロセスの実施形態は、「System and Method for Control of Fluid Pressure」の名称で George Gonnella および James Cedrone が２００５年１２月２日に出願した米国特許出願第１１／２９２，５５９号、および「System and Method for Monitoring Operation of a Pump」の名称で George Gonnella および James Cedrone が出願した米国特許出願第１１／３６４，２８６号により完全に記載されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００７２】
濾過区分後、時間２１１０において、充填モータ１７５および分注モータ２００の動作を停止するための１つ以上の信号が送信される。時間２１００と時間２１１０との間（例えば、濾過区分１４）の長さは、所望の濾過速度、充填モータ１７５および分注モータ２００の速度、または流体の粘度等に応じて、可変であってもよい。一実施形態では、分注モータ２００が定位置に達すると、時間２１１０において濾過区分が終了してもよい。
【００７３】
充填モータ１７５および分注モータ２００を完全に停止させるための好適な遅延後（まったく時間が必要ない場合もある（例えば、遅延なし））、時間２１２０において、排出弁１４５を開放するための信号が送信される。図８Ｂに移ると、排出弁１４５を完全に開放するための好適な遅延（例えば、約２２５ミリ秒）後、時間２１３０において、充填モータ１７５に信号が送信され、排出区分（例えば、区分１７）のためのステッピングモータ１７５が作動する。排出区分の間の圧力変換器１１２によって多段式ポンプ１００内の流体の圧力を監視するため、排出区分の間遮断弁１３５を開放したままにしてもよいが、時間２１３０において、排出区分の開始前に遮断弁１３５を閉鎖してもよい。
【００７４】
排出区分を終了するため、時間２１４０において、充填モータ１７５の動作を停止するための信号が送信される。所望に応じて、例えば、排出区分の間の流体の圧力が高い場合、時間２１４０と２１４２との間に、流体の圧力が好適に消散させるように遅延（例えば、約１００ミリ秒）を要してもよい。時間２１４２と２１５０との間の時間は、一実施形態では、０圧力時の変換器１１２に対して使用し、約１０ミリ秒であってもよい。
【００７５】
次いで、時間２１５０において、遮断弁１２５を閉鎖するための信号が送信される。時間２１５０に続いて、遮断弁１２５が完全に閉鎖可能なように（例えば、約２５０ミリ秒）、好適な遅延が配分される。次いで、時間２１６０において、隔離弁１３０を閉鎖するための信号が送信され、隔離弁１３０が完全に閉鎖する好適な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）後、時間２１７０において、排出弁１４５を閉鎖するための信号が送信される。排出弁１４０が完全に閉鎖し得るように、好適な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）が配分され、その後、時間２１８０において、入口弁１２５を開放するための信号が送信され、入口弁１２５が完全に開放する好適な遅延後（例えば、約２５０ミリ秒）、時間２１９０において、パージ弁１４０を開放するための信号が送信される。
【００７６】
排出弁１４５を完全に開放する好適な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）後、時間２２００において、分注モータ２００に信号が送信され、パージ区分（例えば、区分２５）のために分注モータ２００を始動し、レシピに応じて、パージ区分のための時間後、時間２２１０において、分注モータ２００を停止するための信号が送信され、パージ区分を終了することができる。時間２２１０と２２１２との間において、分注チャンバ１８５内の圧力が０ｐｓｉ（例えば、約１０ミリ秒）に実質的に安定し得るように、十分な時間（例えば、既定または圧力変換器１１２の使用による判断）が配分される。続いて、時間２２２０において、パージ弁１４０を閉鎖するための信号が送信され、パージ弁１４０が完全に閉鎖するための十分な遅延（例えば、約２５０ミリ秒）が配分された後、時間２２３０において、入口弁１２５を閉鎖するための信号が送信されてもよい。多段式ポンプ１００内の弁の閉鎖によって生じた圧力変化を補償するために分注モータ２００を作動させた後（上述のように）、時間２０１０において、多段式ポンプ１００は、分注を行うために再び準備完了状態となってもよい。
【００７７】
準備完了区分と分注区分との間において、一定の遅延があってもよいことは留意されたい。多段式ポンプ１００が準備完了区分を開始すると、遮断弁１３５および隔離弁１３０は閉鎖されてもよいため、この充填または次の充填の間に分注が始動されるかにかかわらず、多段式ポンプの次の分注に影響を及ぼすことなく、充填チャンバ１５５に流体を導入することができるようにしてもよい。
【００７８】
多段式ポンプ１００が準備完了状態にある間に充填チャンバ１５５を充填するステップは、多段式ポンプ１００の動作の種々の区分に対する弁およびモータのタイミングの別の実施形態の図を提供し、多段式ポンプ１００の動作の間の圧力変化を改善するように機能する、図９Ａおよび９Ｂを参照することによってより明確に描写され得る。
【００７９】
図９Ａを参照すると、時間３０１０において、準備完了区分信号は、多段式ポンプ１００が分注を行う準備が完了したことを示し、その一定時間後、時間３０１２において、出口弁１４７を開放するための信号が送信されてもよい。出口弁１４７を開放させるための好適な遅延後、時間３０２０において、正転方向に分注モータ２００を動作させ、出口弁１４７から流体を分注し、充填モータ１７５を反転させ、流体を充填チャンバ１５５に引き込むための１つ以上の信号が送信されてもよい（より完全に後述するように、入口弁１２５は、前の充填区分から依然として開放されたままでもよい）。時間３０３０において、分注モータ２００を停止するための信号が送信され、時間３０４０において、出口弁１４７を閉鎖するための信号が送信されてもよい。
【００８０】
弁信号およびモータ信号のタイミングは、ポンプの種々の弁またはモータ、多段式ポンプ１００に関連して実装されるレシピ、あるいは他の要因を作動するために要する時間に基づいて可変であってもよいことは、本開示熟読後明白となるであろう。例えば（図８Ａに描写されるように）、正転方向に分注モータ２００を動作させるための信号送信後、出口弁１４７を開放するための信号が送信されてもよい。なぜなら、本実施例では、出口弁１４７は、分注モータ２００よりも迅速に動作し、したがって、より優れた分注を達成するために実質的に一致するように、出口弁１４７の開放および分注モータ２００の作動を調節することが望ましいためである。しかしながら、他の弁およびモータは、異なる作動速度等を有してもよく、したがって、これらの異なる弁およびモータに対し異なるタイミングが利用され得る。例えば、出口弁１４７を開放するための信号は、分注モータ２００を作動するための信号よりも前または実質的に同時に送信されてもよく、同様に、出口弁２００を閉鎖するための信号は、分注モータ２００等の動作停止をするための信号よりも前、後、または同時に送信されてもよい。
【００８１】
このように、時間３０２０と３０３０との間に、流体は、多段式ポンプ２００から分注されてもよい。多段式ポンプ２００によって実装されているレシピに応じて、異なる量の流体が時間３０２０−３０３０との間の異なる地点において分注され得るように、分注モータ２００の動作速度は、時間３０２０と３０３０との間（例えば、区分２−６のそれぞれにおいて）で可変であってもよい。例えば、区分２の間で区分６の間よりも分注モータ２００が迅速に動作し、それに比例して、区分２において区分６よりもより多くの流体が多段式ポンプ２００から分注されるように、分注モータは、多項式関数に従って動作してもよい。分注区分発生後の時間３０３０の前、出口弁１４７を閉鎖するための信号が送信され、その後、時間２０３０において、分注モータ２００を停止するための信号が送信される。
【００８２】
同様に、３０２０と３０５０との間（例えば、区分２−７）、充填モータ１７５の反転を介して、供給チャンバ１５５を流体で充満してもよい。次いで、時間３０５０において、充填モータ１７５を停止するための信号が送信され、その後充填区分が終了する。充填チャンバ１５５内の圧力を実質的に０ｐｓｉ（例えば、ゲージ圧）に戻すため、他の作用が生じる前に、入口弁は、時間３０５０と時間３０６０との間（例えば、区分９、遅延０）では開放されたままにしてもよい。一実施形態では、この遅延は、約１０ミリ秒であってもよい。別の実施形態では、時間３０５０と時間３０６０との間の時間は、可変であってもよく、充填チャンバ１５５内の圧力測定値に依存してもよい。例えば、圧力変換器を利用して、充填チャンバ１５５内の圧力を測定してもよい。圧力変換器が充填チャンバ１５５内の圧力が０ｐｓｉに達したことを示すと、時間３０６０において区分１０を開始してもよい。
【００８３】
次いで、時間３０６０において、隔離弁１３０を開放するための信号が送信され、時間３０７０において、遮断弁１３５を開放するための信号が送信される。次いで、時間３０８０において、入口弁１２５を閉鎖するための信号が送信され、その後、前濾過および濾過区分の間充填モータ１７５が作動し、濾過区分の間分注モータ２００が作動するように、時間３０９０において、充填モータ１７５を作動するための信号が送信され、時間３１００において、分注モータ２００を作動するための信号が送信されてもよい。
【００８４】
濾過区分後、時間３１１０において、充填モータ１７５および分注モータ２００の動作を停止するための１つ以上の信号が送信される。時間３１２０において、排出弁１４５を開放するための信号が送信される。図９Ｂに移ると、時間３１３０において、充填モータ１７５に信号が送信され、排出区分のためのステッピングモータ１７５を作動させてもよい。排出区分を終了するため、時間３１４０において、充填モータ１７５の動作を停止するための信号が送信される。次いで、時間３１５０において、遮断弁１２５を閉鎖するための信号が送信され、時間３１６０において、隔離弁１３０を閉鎖するための信号が送信され、時間３１７０において、排出弁１４５を閉鎖するための信号が送信される。
【００８５】
時間３１８０において、入口弁１２５を開放するための信号が送信され、その後、時間３１９０において、パージ弁１４０を開放するための信号が送信される。次いで、時間３２００において、分注モータ２００に信号が送信され、パージ区分のための分注モータ２００を開始し、パージ区分後、時間３２１０において、分注モータ２００を停止するための信号を送信することができる。
【００８６】
続いて、時間３２２０において、パージ弁１４０を閉鎖するための信号が送信され、その後時間３２３０において、入口弁１２５を閉鎖するための信号が送信されてもよい。多段式ポンプ１００内の弁の閉鎖によって生じた圧力変化を補償するために分注モータ２００を作動させた後（上述のように）、時間３０１０において、多段式ポンプ１００は、分注を行うために再び準備完了状態となってもよい。
【００８７】
時間３０１０において多段式ポンプ１００が準備完了区分を開始すると、入口弁１２５を開放するための信号が送信され、多段式ポンプ１００が準備完了状態にある間に流体が充填チャンバ１７５に引き込まれるように、充填モータ１７５を反転させるための別の信号が送信されてもよい。遮断弁１３５および隔離弁１３０は閉鎖されており、充填チャンバ１５５は分注チャンバ１８５から実質的に分離しているため、準備完了区分の間に充填チャンバ１５５が流体で充填されていても、準備完了区分を開始後のいずれの地点においても、この充填によって流体を分注する多段式ポンプ１００の能力に影響が及ぼされることは決してない。さらに、充填が完了する前に分注が始動される場合、充填は、多段式ポンプ１００からの流体の分注と実質的に同時に継続してもよい。
【００８８】
多段式ポンプ１００が最初に準備完了区分を開始する際、分注チャンバ１８５内の圧力は、分注区分に対しほぼ所望の圧力であってもよい。しかしながら、準備完了区分開始時点と分注区分開始時点との間に一定の遅延があってもよく、分注チャンバ１８５内の分注段階ダイヤフラム１９０の特性、温度変化、または様々な他の要因等の種々の要因に基づいて、分注チャンバ１８５内の圧力は、準備完了区分の間変動してもよい。その結果、分注区分が開始されると、分注チャンバ１８５内の圧力は、分注に望ましい基準圧力から比較的急激に変動し得る。
【００８９】
この変動は、図１０Ａおよび１０Ｂを参照することによって、より明確に実証され得る。図１０Ａは、分注チャンバ１８５における例示的圧力分析データを描写し、準備完了区分の間の分注チャンバ内の圧力における変動を示す。図２２および２３を参照して上述したように、ほぼ地点４０１０において、弁運動または別の原因によって生じた圧力変化のための補償が行われてもよい。この圧力補償によって、多段式ポンプ１００が準備完了区分を開始し得るほぼ地点４０２０において、分注チャンバ１８５内の圧力を分注に望ましいほぼ基準圧力（線４０３０によって示される）に補償してもよい。以上のように、ほぼ地点４０２０において準備完了区分を開始後、分注チャンバ１８５内の圧力は、上述のような種々の要因によって安定した上昇を受け得る。次いで、次の分注区分が生じると、基準圧力４０３０からのこの圧力変動によって、不十分な分注がもたらされ得る。
【００９０】
また、準備完了区分と次の分注区分との開始時点の間の遅延時間は可変であって、分注チャンバ１８５内の圧力変動は遅延時間と相関し得るため、連続する分注区分のそれぞれにおいて生じる分注は、異なる遅延の間生じ得る異なる量によって、可変であってもよい。このように、この圧力変動によっても、多段式ポンプ１００の能力に影響を及ぼし、正確に分注を繰り返し、それによって、プロセスレシピの重複における多段式ポンプ１００の使用を阻止してもよい。したがって、多段式ポンプ１００の準備完了区分の間、基準圧力を実質的に維持し、次の分注区分の間の分注および分注区分全体の分注の再現性を改善し、同時に許容可能な流体力学を達成することが望ましい。
【００９１】
一実施形態では、準備完了区分の間、基準圧力を実質的に維持するために、分注モータ２００は、分注チャンバ１８５内で生じ得る上方（または、下方）圧力変動を補償または考慮するよう制御することができる。より具体的には、分注モータ２００は、「不動帯」閉ループ圧力制御を使用して、基準分注チャンバ１８５内の圧力を実質的に維持するよう制御してもよい。簡単に図２を参照すると、圧力センサ１１２は、一定の間隔でポンプ制御装置２０に圧力測定値を報告してもよい。報告される圧力が一定量または許容量だけ所望の基準圧力から逸脱する場合、ポンプ制御装置２０は、分注モータ２００に信号を送信し、ポンプ制御装置２０で検知可能である分注モータ２００が移動可能な最小距離分（モータインクリメント）反転（または、正転）させ、したがって、ピストン１９２および分注段階ダイヤフラム１９０を後退（または、前進）させ、それに比例した分注チャンバ１８５内の圧力の低下（または、上昇）を生じさせてもよい。
【００９２】
圧力センサ１１２が分注チャンバ１８５内の圧力を抽出および報告する周波数が、分注モータ２００の動作速度と比較して若干早い場合、別の圧力測定結果がポンプ制御装置２０によって受信または報告される前に、分注モータ２００がその運動を完了し得るように、ポンプ制御装置２０は、圧力センサ１１２によって報告された圧力測定結果を処理しない、あるいは分注モータ２００へ信号を送信する前後の一定時間枠の間圧力センサ１１２を無効にする場合がある。別様に、ポンプ制御装置２０は、圧力センサ１１２によって報告された圧力測定結果を処理する前に、分注モータ２００がその運動を完了したことが検出されるまで待機してもよい。多くの実施形態では、圧力センサ１１２が分注チャンバ１８５内の圧力を抽出し、この圧力測定を報告する抽出間隔は、約３０ｋｈｚ、約１０ｋｈｚ、または別の間隔であってもよい。
【００９３】
しかしながら、上述の実施形態には、課題が伴う。ある場合には、これらの実施形態の１つ以上は、上述のように、準備完了区分と次の分注区分との開始時点の間の遅延時間が可変である場合、分注において著しい変動を示す可能性がある。準備完了区分と次の分注区分との開始時点の間の固定遅延時間を利用することによって、これらの課題のある程度は軽減され、再現性が向上され得るが、しかしながら、特定のプロセスを実装する場合には、これは常に実現可能とは限らない。
【００９４】
多段式ポンプ１００の準備完了区分の間、基準圧力を実質的に維持しながら、分注の再現性を向上させるため、一部の実施形態では分注モータ２００は、分注チャンバ１８５内で生じ得る圧力変動を補償または考慮するために、閉ループ圧力制御を使用して制御することができる。圧力センサ１１２は、一定の間隔（上述のように、一部の実施形態では、この間隔は、約３０ｋｈｚ、約１０ｋｈｚ、または別の間隔であってもよい）で、圧力測定値をポンプ制御装置２０に報告してもよい。報告された圧力が所望の基準圧力を上回る（または、下回る）場合、ポンプ制御装置２０は、信号を分注モータ２００に送信し、モータインクリメントによって分注モータ２００を反転（または、正転）させ、したがって、ピストン１９２および分注段階ダイヤフラム１９０を後退（または、前進）させ、分注チャンバ１８５内の圧力を低下（または、上昇）させてもよい。この圧力監視および補償は、分注区分が開始するまで、実質的に継続的に生じてもよい。このように、ほぼ所望の基準圧力が、分注チャンバ１８５内で維持され得る。
【００９５】
上述のように、圧力センサ１１２が分注チャンバ１８５内の圧力を抽出および報告する周波数は、分注モータ２００の動作速度と比較して若干早い場合がある。この差異を考慮し、別の圧力測定結果がポンプ制御装置２０によって受信または報告される前に、分注モータ２００がその運動を完了し得るように、ポンプ制御装置２０は、圧力センサ１１２によって報告された圧力測定結果を処理しない、あるいは分注モータ２００へ信号が送信される前後の一定の時間枠の間圧力センサ１１２を無効にしてもよい。別様に、ポンプ制御装置２０は、圧力センサ１１２によって報告された圧力測定結果を処理する前に、分注モータ２００がその運動を完了したという通知を検出または受信するまで、待機してもよい。
【００９６】
前述のように、基準圧力を実質的に維持するための閉ループ制御システムの実施形態を利用することの有益な効果は、準備完了区分の間、閉ループ制御システムのまさにそのような実施形態を採用した分注チャンバ１８５の例示的圧力分析データを描写した、図１０Ｂを参照することによって容易に明らかとなり得る。図６および７に関して上述のように、ほぼ地点４０５０において、弁運動または別の原因によって生じた圧力変化のための補償が行われ得る。この圧力補償は、多段式ポンプ１００が準備完了区分を開始するほぼ地点４０６０において、分注チャンバ１８５内の圧力を分注に望ましいほぼ基準圧力（線４０４０によって示される）に補償し得る。ほぼ地点４０６０において、準備完了区分開始後、閉ループ制御システムの実施形態は、準備完了区分の間の圧力の変動を考慮し、所望の基準温度に実質的に維持してもよい。例えば、地点４０７０において、閉ループ制御システムは、圧力上昇を検出して、この圧力上昇を考慮し、基準圧力４０４０に実質的に維持してもよい。同様に、地点４０８０、４０９０、４１００、４１１０において、閉ループ制御システムは、分注チャンバ１８５内の圧力変動を考慮または補償し、準備完了区分の長さにかかわらず、所望の基準圧力４０４０に実質的に維持してもよい（地点４０８０、４０９０、４１００、および４１１０は、代表例のみであって、閉ループ制御システムによる他の圧力補償は、図１０Ｂに記載されているが、参照番号を付与しておらず、したがって説明されないことは留意されたい）。その結果、前記準備完了区分の間、閉ループ制御システムによって所望の基準圧力４０４０が分注チャンバ１８５内で実質的に維持されるため、より十分な分注が次の分注区分において達成され得る。
【００９７】
しかしながら、次の分注区分の間、このような十分な分注を達成するために、分注モータ２００を作動して、分注チャンバ１８５から流体を分注する場合、基準圧力を実質的に維持するようになされる補償を考慮することが望ましい。より具体的には、地点４０６０において、圧力補償が生じ、多段式ポンプ１００が最初に準備完了区分を開始した直後は、分注段階ダイヤフラム１９０は、最初の位置にある場合がある。この最初の位置から所望の分注を達成するために、分注段階ダイヤフラム１９０は、分注位置に移動されるべきである。しかしながら、上述のように、圧力変動のための補償後、分注段階ダイヤフラム１９０は、最初の位置と異なる第２の位置にある場合がある。一部の実施形態では、分注段階ダイヤフラム１９０を所望の分注を達成する分注位置へ移動させることによって、この差異は、分注区分の間考慮されるべきである。言い換えると、所望の分注を達成するために、分注段階ダイヤフラム１９０は、多段式ポンプ１００が準備完了区分の最初の開始時に、準備完了区分の間の圧力変動のための補償が生じた後、その第２の位置から分注段階ダイヤフラム１９０の最初の位置へ移動され、その後分注段階ダイヤフラム１９０は、最初の位置から分注位置への距離分移動されてもよい。
【００９８】
一実施形態では、多段式ポンプ１００が準備完了区分を最初に開始した時に、ポンプ制御装置２０は、最初の距離（分注距離）を計算し、所望の分注を達成するために分注モータ２００を移動させてもよい。多段式ポンプ１００が準備完了区分にある間に、ポンプ制御装置２０は、分注モータ２００が準備完了区分（補償距離）の間生じた圧力変動の補正のために移動した距離を記録してもよい。分注段階の間、所望の分注を達成するために、ポンプ制御装置２０は、分注モータ２００に信号を送信して、補正距離に分注距離を加えた（または、差し引いた）距離だけ移動させてもよい。
【００９９】
しかしながら、他の場合において、分注モータ２００を作動させ、分注チャンバ１８５から流体を分注する場合に、これらの圧力補償を考慮することが望ましくない可能性がある。より具体的には、地点４０６０において、圧力補償が生じ、多段式ポンプ１００が準備完了区分を最初に開始した直後、分注段階ダイヤフラム１９０は、最初の位置にある場合がある。この最初の位置から所望の分注を達成するために、分注段階ダイヤフラム１９０は、分注距離分移動されるべきである。上述のように、圧力変動のための補償後、分注段階ダイヤフラム１９０は、最初の位置と異なる第２の位置にある場合がある。一部の実施形態では、分注段階ダイヤフラム１９０を分注距離（第２の位置から開始）分単に移動させることによって、所望の分注が達成され得る。
【０１００】
一実施形態では、多段式ポンプ１００の最初の準備完了区分開始時に、ポンプ制御装置２０は、最初の距離を計算し、所望の分注を達成するために分注モータ２００を移動させてもよい。次いで、分注段階の間、所望の分注を達成するために、準備完了区分の間、分注モータ２００が圧力変動を補償するために移動した距離にかかわらず、ポンプ制御装置２０は、分注モータ２００に信号を送信し、この最初の距離を移動させてもよい。
【０１０１】
所与の状況において利用または適用される上述の実施形態の１つの選択は、他の中から選択された実施形態に関連して採用されたシステム、装置、または実験条件等の多数の要因の依存することになることは明白であろう。また、基準圧力を実質的に維持するための制御システムの上述の実施形態は、準備完了区分の間の上昇圧力変動を考慮して記載されているが、これら同一のシステムおよび方法の実施形態は、多段式ポンプ１００の準備完了区分または任意の他の区分における上昇または下降圧力変動の考慮に対し等しく適用可能であることは明白であろう。さらに、本発明の実施形態は、多段式ポンプ１００に関して記載されたが、これらの発明の実施形態（例えば、制御方法等）は、単段階または事実上任意の他の種類のポンプ装置に等しく適用され、効果的に利用され得ることは理解されることであろう。
【０１０２】
ここで、本発明の種々の実施形態に関連して利用され得るまさにそのような単段ポンプ装置の実施例を記載することは有用であろう。図１１は、ポンプ４０００のためのポンプアセンブリの一実施形態の図である。ポンプ４０００は、上述の多段式ポンプ１００の１段階、例えば分注段階に類似しており、ステッピング、ブラシレスＤＣ、または他のモータによって駆動される回転ダイヤフラムポンプを含むことができる。ポンプ４０００は、ポンプ４０００を通る種々の流体流路を画定する、またポンプチャンバを少なくとも部分的に画定する分注ブロック４００５を含むことができる。一実施形態による、分注ポンプブロック４００５は、ＰＴＦＥ、修飾ＰＴＦＥまたは他の材料から成る単一ブロックであってもよい。これらの材料は、多くのプロセス流体と反応しない、または反応性が少ないので、これらの材料を使用すると、流通路およびポンプチャンバは、最低限のハードウェアの追加をもって、分注ブロック４００５に直接機械加工することができる。ひいては、分注ブロック４００５は、一体型流体マニホールドを提供することによって、パイピングの必要性を軽減する。
【０１０３】
分注ブロック４００５は、例えば、流体を受ける入口４０１０、流体をパージ／排出するためのパージ／排出出口４０１５、および流体が分注区分の間に分注される分注出口４０２０を含み、種々の外部入口および外部出口を含むことができる。図１１の実施例では、ポンプがたった１つのチャンバを有するので、分注ブロック４００５は、外部パージ出口４０１０を含む。参照することによって本明細書に全面的に組み込まれる、「O-Ring-Less Low Profile Fitting and Assembly Thereof」の名称で、Iraj Gashgaee が２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６６０号、および「O-Ring-Less Low Profile FITTINGS and Fitting Assemblies」名称で、Iraj Gashgaee が＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願第＿＿＿＿＿＿号［ＥＮＴＧ１７６０−１］は、分注ブロック４００５の外部入口および外部出口を流体管路に接続ために利用することができる取付部品の実施形態を記載している。
【０１０４】
分注ブロック４００５は、入口から入口弁（例えば、弁板４０３０によって少なくとも部分的に画定される）へ、入口弁からポンプチャンバへ、ポンプチャンバから排出／パージ弁へ、およびポンプチャンバから出口４０２０へ流体を送る。ポンプカバー４２２５は、ポンプモータを破損から保護することができるが、ピストンハウジング４０２７は、ピストンを保護することができ、本発明の一実施形態により、ポリエチレンまたは他のポリマーから形成することができる。弁板４０３０は、流体の流れをポンプ４０００の種々の構成要素に誘導するように構成することができる弁（例えば、入口弁、およびパージ／排出弁）のシステムのための弁ハウジングを提供する。弁板４０３０および対応する弁は、上述の弁板２３０と併せて記載した方法と同様に形成することができる。一実施形態によると、入口弁、およびパージ／排出弁のそれぞれは、弁板４０３０に少なくとも部分的に統合され、圧力または真空が対応するダイヤフラムに印加されるか否かに応じて開状態または閉状態となるダイヤフラム弁である。他の実施形態では、弁のいくつかのは、分注ブロック４００５の外部にあってもよく、またはさらなる弁板に配置してもよい。一実施形態によると、１枚のＰＴＦＥは、弁板４０３０と分注ブロック４００５との間に挟入され、種々の弁のダイヤフラムを形成する。弁板４０３０は、それぞれの弁のための弁制御入口（図示せず）を含み、対応するダイヤフラムに圧力または真空を印加する。
【０１０５】
多段式ポンプ１００と同様に、ポンプ４０００は、流体液滴が、電子機器を収納する多段式ポンプ１００の領域に入らないようにするいくつかの特性を含むことができる。「防滴」の特性は、突出しているリップ、傾斜特性、構成要素間の密閉部、金属／ポリマーの接続部分でのオフセット、および電子機器を液滴から隔離するために上述した他の特性を含むことができる。電子機器ならびにマニホールドは、ポンプチャンバ内の流体上の熱効果を軽減するために上述した方法と同様に構成することができる。このようにして、形状因子および熱効果を減少させるため、また流体が電子ハウジングに入らないようにするために、多段式ポンプに使用されるものと同様の特性は、単段ポンプに使用することができる。
【０１０６】
また、上述の制御方法の多くは、ポンプ４０００と関連して使用し、実質的に十分な分注を達成し得る。例えば、本発明の実施形態は、ポンプ４０００の弁を制御するために使用され、（例えば、ポンプ装置の外部領域への）ポンプ装置を通る流体流路が閉鎖される時間を実質的に最小限にするよう構成された弁シーケンスに従って、ポンプ装置の弁システムを作動するよう保証してもよい。さらに、特定の実施形態では、ポンプ４０００が動作中の弁の状態変化の間に十分な時間をとり、別の変化が開始される前に、特定の弁が完全に開閉されることを確実にする。例えば、ポンプ４０００のモータの運動は、十分な時間遅延され、充填段階前にポンプ４０００の入口弁が完全に開放されることを確実にしてもよい。
【０１０７】
同様に、ポンプ装置のチャンバ内で生じ得る圧力変動を補償または考慮するためのシステムおよび方法の実施形態は、実質的に等しい効果を有してポンプ４０００に適用され得る。分注モータは、分注チャンバ内で感知された圧力に基づく分注の前に、分注チャンバ内の基準圧力を実質的に維持するように制御されてもよく、制御ループは、分注チャンバ内の圧力が所望の圧力（例えば、上昇または低下）と異なるか否かを繰り返し判断するように利用されてもよく、その場合、ポンプ手段の運動は、分注チャンバ内の所望の圧力を実質的に維持するように調整される。
【０１０８】
ポンプ４０００のチャンバ内の圧力調整は事実上いつ生じてもよいが、分注区分が開始される前が特に有用となり得る。より具体的には、ポンプ４０００の最初の準備完了区分開始時、分注チャンバ１８５内の圧力は、次の分注区分またはその一部に対しほぼ所望の圧力（例えば、較正または以前の分注から判断された分注圧力）である基準圧力である場合ある。この所望の分注圧力は、所望の流速、流量等の所望の一連の特性を有する分注を達成するために利用してもよい。出口弁が開放する前に常に分注チャンバ１８５内の流体をこの所望の基準圧力に持ってくることによって、分注区分に先立ってポンプ４０００の構成要素の整合性および変動を考慮することができ、十分な分注が達成され得る。
【０１０９】
しかしながら、準備完了区分と分注区分との開始時点の間に一定の遅延があるため、ポンプ４０００のチャンバ内の圧力は、種々の要因に基づいて準備完了区分の間変化し得る。この圧力変動に対処するため、所望の基準圧力がポンプ４０００のチャンバ内で実質的に維持され、次の分注区分において十分な分注が達成されるように、本発明の実施形態を利用してもよい。
【０１１０】
単段ポンプ内の圧力変動のための制御に加え、本発明の実施形態を使用して、ポンプ４０００内部の種々の機構または構成要素あるいはポンプ４０００に関連して使用される装置の作動によって生じる、分注チャンバ内の圧力変動を補償してもよい。
【０１１１】
本発明の一実施形態は、分注区分（または、任意の他の区分）の開始前にパージまたは排出弁を閉鎖することによって生じるポンプのチャンバ内の圧力変化を補償してもよい。この補償は、多段式ポンプ１００に関して上述したものと同様に、パージまたは入口弁が閉鎖された場合に、ポンプ４０００のチャンバの容積がそのような弁の保持量分実質的に増加するように、ポンプ４０００のモータを反転させることによって作動してもよい。
【０１１２】
このようにして、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作を特徴とする多段式ポンプを提供する。弁の開閉および／またはポンプ装置内のモータの作動のシーケンス決定によって、潜在的に損傷を及ぼし得る圧力スパイクが回避または緩和することができる。さらに、本発明の実施形態は、プロセス流体上の圧力の悪影響を緩和するのに役立つ他のポンプ制御機構および弁のタイミングを用いることができる。
【０１１３】
上述の明細書では、本発明は、特定の実施形態を参照して記載されてきた。しかしながら、以下の請求項に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正および変更がなされ得ることは、当業者には理解されるであろう。したがって、明細書および図面は、限定的意味よりも例証としてみなされ、そのような修正はすべて発明の範囲内に含まれるものと意図される。
【０１１４】
効果、他の利点、および課題解決手段が、特定の実施形態に関して上述されてきた。しかしながら、そのような効果、利点、課題解決手段、および効果、利点、または解決手段をもたらし得る、生じるもしくはより顕著となる任意の構成要素は、いずれかまたはすべての請求項に重要、必要、または不可欠な特徴あるいは構成要素であると解釈されない。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  ポンプシステム
２０  ポンプ制御装置
１００  多段式ポンプ  
１０５  供給段階部分
１１０  分注段階部分
１１２  圧力センサ
１２０  フィルタ
１２５  入口弁
１３０  隔離弁
１３５  遮断弁
１４０  パージ弁
１４５  排出弁
１４７  出口弁
１５０  供給ポンプ
１５５  供給チャンバ
１６０  供給段階ダイヤフラム  
１６５  ピストン
１７５  充填モータ
１８０  分注ポンプ
１８５  分注チャンバ
１９０  分注段階ダイヤフラム
１９２  ピストン
２００  分注モータ
【図１】
0005583708.tif 000002
【図２】
0005583708.tif 000003
【図３Ａ】
0005583708.tif 000004
【図３Ｂ】
0005583708.tif 000005
【図４Ａ】
0005583708.tif 000006
【図４Ｂ】
0005583708.tif 000007
【図４Ｃ】
0005583708.tif 000008
【図４Ｄ】
0005583708.tif 000009
【図５】
0005583708.tif 000010
【図６】
0005583708.tif 000011
【図７】
0005583708.tif 000012
【図１０Ａ】
0005583708.tif 000013
【図１０Ｂ】
0005583708.tif 000014
【図１１】
0005583708.tif 000015
【図８Ａ】
0005583708.tif 000016
【図８Ｂ】
0005583708.tif 000017
【図９Ａ】
0005583708.tif 000018
【図９Ｂ】
0005583708.tif 000019