(57)【要約】開示されるシステムおよび方法の実施形態は、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣＭ）を利用し、即時かつ平坦な動き、ならびに半導体製造に有用な流体運動および分注量の非常に正確かつ繰り返し可能な位置制御のためのポンピングシステムにおける単段または多段ポンプを駆動する。ＢＬＤＣＭは、即時位置フィードバックのために、カスタマイズされた磁界指向制御スキームを実行するプロセッサに位置センサを採用してもよい。実施形態は、内在機能の臨界性にしたがって、カスタマイズされた制御スキームを介してＢＬＤＣＭの動作周波数を増減することによって、分注ポンプの正確な位置制御に望ましくない侵害を生じさせることなく熱発生を低減することが可能である。
2009529847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、
該ポンプ内に備わっている分注ポンプを駆動するブラシレスＤＣモータと、
該ポンプを制御するソフトウェア命令を保持するコンピュータ可読媒体と、
該コンピュータ可読媒体と該ポンプとに通信可能に連結されるプロセッサと
を含み、
該ソフトウェア命令は、半導体製造工程における制御スキームにしたがって、該ブラシレスＤＣモータの回転角度を制御する該プロセッサによって実行可能である、ポンプシステム。
【請求項２】
前記分注ポンプは、ピストン排出量ポンプであって、
分注チャンバと、
ピストンと、
該分注チャンバと該ピストンとの間に配置された分注段階ダイヤフラムと、
該ピストンと前記ブラシレスＤＣモータとを接続する親ネジと
を含む、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項３】
前記ブラシレスＤＣモータに連結され、前記ピストンの即時位置フィードバックを提供する前記プロセッサと連絡する位置センサをさらに含む、請求項２に記載のポンプシステム。
【請求項４】
前記位置センサは、前記ブラシレスＤＣモータに内部的にまたは外部的に結合される、請求項３に記載のポンプシステム。
【請求項５】
前記位置センサは、回転角度０．０４５度での前記ピストンの制御を容易にする測定値を提供するよう作動する、請求項３に記載のポンプシステム。
【請求項６】
前記位置センサは、１０００、２０００、または８０００ラインのエンコーダである、請求項３に記載のポンプシステム。
【請求項７】
前記制御スキームは、前記分注ポンプが作動している間、前記ブラシレスＤＣモータによる熱発生を最小限にするように構成される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項８】
前記制御スキームは、単一サイクルの間、少なくとも２つの制御装置周波数で前記ブラシレスＤＣモータを稼働するように構成される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項９】
前記少なくとも２つの制御装置周波数は、前記単一サイクルの分注部分に対する第１の周波数を含む、請求項８に記載のポンプシステム。
【請求項１０】
前記第１の周波数は、３０ｋＨｚである、請求項９に記載のポンプシステム。
【請求項１１】
前記制御スキームは、圧力信号の平坦性によって特徴付けられる望ましい分注プロファイルを提供するように構成される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項１２】
前記制御スキームは、分注の間は、第１の周波数で前記ブラシレスＤＣモータを稼働し、非分注動作の間は、第２の周波数に低下させるように構成される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項１３】
前記ポンプは、単段ポンプまたは多段ポンプである、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項１４】
分注チャンバと、
ピストンと、
該分注チャンバと該ピストンとの間に配置された分注段階ダイヤフラムと、
ブラシレスＤＣモータと、
該ピストンと該ブラシレスＤＣモータとを接続する親ネジと
を含むピストン排気量ポンプである分注ポンプを備えており、
該ブラシレスＤＣモータは、コンピュータ可読媒体上で具現化され、かつ、制御スキームを実装するプロセッサによって実行可能であるソフトウェア命令によって制御され、該プロセッサは、該コンピュータ可読媒体と該ポンプとに通信可能に結合される、ポンプ。
【請求項１５】
前記ブラシレスＤＣモータに結合され、前記ピストンの即時位置フィードバックを提供する前記プロセッサと連絡する位置センサをさらに含む、請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１６】
前記位置センサは、前記ブラシレスＤＣモータに内部的または外部的に結合される、請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１７】
前記位置センサは、回転角度０．０４５度での前記ピストンの制御を容易にする測定値を提供するように作動する、請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１８】
前記制御スキームは、単一サイクルの間、少なくとも２つの制御装置周波数で前記ブラシレスＤＣモータを稼働することによって、熱発生を最小にするように構成されており、該少なくとも２つの制御装置周波数は、該単一サイクルの分注部分に対する第１の周波数を含む、請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１９】
前記機械式ピストンをブラシレスＤＣモータに接続することと、
該機械式ピストンの即時位置フィードバックのための位置センサを使用することと、
制御スキームを実装するソフトウェア命令にしたがって、該ブラシレスＤＣモータの制御ループの動作周波数を制御することと
を含んでおり、
該ソフトウェア命令は、コンピュータ可読媒体上で具現化され、かつ、プロセッサによって実行可能であり、
該プロセッサは、該コンピュータ可読媒体と該ポンプとに通信可能に結合され、
該制御スキームは、分注の間は、該ブラシレスＤＣモータの該動作周波数を増加し、該機械式ピストンの位置制御を向上させ、非分注動作の間は、該ブラシレスＤＣモータの該動作周波数を減少させて、熱発生を最小にする、
ポンプ内の機械式ピストンの位置を制御する方法。
【請求項２０】
サイクルの分注部分の間、前記ブラシレスＤＣモータの前記動作周波数を約３０ｋＨｚに増加させることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
サイクルの非分注部分の間、前記ブラシレスＤＣモータの前記動作周波数を約１０ｋＨｚに減少させることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポンプは、単段または多段のポンプである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年１２月２日に出願された、題名「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  Ａ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＩＳＴＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＰＵＭＰ」の米国仮特許出願第６０／７４１，６６０号、および２００６年９月１日に出願された、題名「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  Ａ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＩＳＴＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＰＵＭＰ」の米国仮特許出願第６０／８４１，７２５号の優先権を主張し、両出願は本明細書にすべての目的のために参照によって援用される。
【０００２】
（本発明の技術分野）
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、半導体製造において有用である、モータ駆動式単段または多段ポンプの機械式ピストン位置を制御するシステムおよび方法に関する。
【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、オングストロームで測定されるウエハの表面全体にわたって一定の平坦性および／または均一の厚さが要求される。プロセス化学物質がウエハに適用される（すなわち、分注される）速度は、プロセス液が均一に適用されることを確実にするために、慎重に制御されなければならない。
【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、通常１リットル当たり１０００ドルほどもかかる。したがって、最小限ではあるが適当量の化学物質を使用し、ポンプ装置によって化学物質が損なわれないことを確実にすることが非常に好ましい。
【０００５】
残念ながら、これらの望ましい品質は、多くの相関する障害が存在するため、今日のポンプシステムでは達成することが非常に困難であり得る。例えば、入力供給問題に起因して、圧力はシステムによって変動する。流体の動態および特性に起因して、圧力は、流体によって変動する必要がある（例えば、より高い粘度の流体は、より圧力を必要とする）。作動中、ポンプシステムの種々の部分（例えば、ステッピングモータ）からの振動は、特に分注段階階において、ポンプシステムの性能に悪影響を及ぼし得る。空気圧式ポンプを利用したポンプシステムでは、ソレノイドが作動すると、大きな圧力スパイクが生じる可能性がある。多段ポンプを利用したポンプシステムでは、作動中の小さな異常も、液体内に急激な圧力スパイクを生じさせる原因となる可能性がある。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、分注ポンプに意図された流体より多く分注させるか、または好ましくない動態を有する態様において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。さらに、これらの障害は相関しているため、時として、１つの課題を解決することによって、より多くの課題が生じたり、および／または事態を悪化させたりする場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
概して、ポンプシステムは、１サイクルの間の圧力変動を満足のゆくように制御することは不可能である。即時のかつ平坦な動き、ならびに流体運動および分注量の非常に正確かつ繰り返し可能な位置制御を提供する能力を有する、新しいポンプシステムが必要とされる。特に、ポンプ内の機械式ピストンの正確かつ繰り返し可能な位置制御が必要とされる。本発明の実施形態は、これらの必要性等を解決することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、ポンプ内の機械式ピストンの正確かつ繰り返し可能な位置制御のためのシステムおよび方法を提供し、半導体製造において使用される以前に開発されたポンプシステムおよび方法の不利を、実質的に排除または軽減する。より具体的には、本発明の実施形態は、モータ駆動式ポンプを有するポンプシステムを提供する。
【０００８】
本発明の一実施形態では、モータ駆動式ポンプは分注ポンプである。
【０００９】
本発明の実施形態では、分注ポンプは、多段または単段ポンプの一部である。
【００１０】
本発明の一実施形態では、２段分注ポンプは、永久磁石同期モータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）（ＰＭＳＭ）と、磁界指向制御（Ｆｉｅｌｄ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＦＯＣ）を利用したデジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）（ＤＳＰ）とによって駆動される。
【００１１】
本発明の一実施形態では、分注ポンプは、即時位置フィードバックのための位置センサを有するブラシレスＤＣモータ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＤＣ  Ｍｏｔｏｒ）（ＢＬＤＣＭ）によって駆動される。
【００１２】
本明細書に開示される本発明の実施形態の利点は、即時かつ平坦な動き、ならびに流体運動および分注量に対する非常に正確かつ繰り返し可能な位置制御を提供する能力を含む。
【００１３】
本発明の目的は、分注ポンプの正確な位置制御に望ましくない障害を生じさせることなく熱発生を低減することである。本目的は、カスタマイズされた制御スキームを有する本発明の実施形態において達成され得、この制御スキームは、分注等の臨界機能用のモータ位置制御アルゴリズムの動作周波数を増加させ、非臨界機能の最適範囲に対する動作周波数を低減するように構成される。
【００１４】
本発明の実施形態によって提供される別の利点は、改良された速度制御である。本明細書に開示されるカスタマイズされた制御スキームは、非常に低速でモータを稼働するが、それでも一定速度を維持することができ、これによって本明細書に開示される新しいポンプシステムが、最小限の変動をもって、種々の速度で動作することが可能になり、実質的に分注性能および動作能力が向上する。
【００１５】
本発明およびその利点のより完全な理解は、同様の参照番号が同様の特性を示す添付の図面と併せて、以下の説明を参照することによって得られ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適な実施形態は、図を参照して後述されるが、必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、同様の数字は、種々の図面の同様および対応する部分を示すために使用される。
【００１７】
本発明の実施形態は、半導体製造の際に、ウエハ上に流体を供給および分注するための多段（「多段式」）ポンプを有するポンプシステムを対象とする。具体的には、本発明の実施形態は、ウエハ上への流体の流体運動および分注量の非常に正確かつ繰り返し可能な制御のために、ステッピングモータによって駆動される供給段階ポンプと、ブラシレスＤＣモータによって駆動される分注段階ポンプとを備える多段ポンプを実装するポンプシステムを提供する。本明細書に記載されるようなポンプを具現化する多段ポンプおよびポンプシステムは、例示する目的のためであり、それらに限定されるものではなく、本発明の実施形態は、他の多段ポンプ構成に実装され得ることに留意されたい。正確かつ繰り返し可能な位置制御を有するモータ駆動ポンプシステムの実施形態は、以下に詳細に記載される。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による、そこに結合されたモータ３０３０と位置センサ３０４０とを有するモータアセンブリ３０００の図である。図１に示される実施例では、ダイヤフラムアセンブリ３０１０は、親ネジ３０２０を介してモータ３０３０に接続される。一実施形態では、モータ３０３０は、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）である。ブラシＤＣモータでは、電流極性は、整流子およびブラシによって変更される。しかしながら、ＰＭＳＭでは、極性反転は、ロータ位置と同期して、電力トランジスタ切り替えによって行われる。故に、ＰＭＳＭは、「ブラシレス」として特徴付けられることができ、ブラシＤＣモータよりも信頼性があるとみなされる。また、ＰＭＳＭは、ロータ磁石を有するロータ磁束を生成することによって、高効率を達成し得る。ＰＭＳＭの他の利点として、振動の低減、ノイズの減少（ブラシの排除による）、熱放散効率、小占有面積、および低ロータ慣性を含む。ステータの巻き方に依存して、ロータの動きによってステータ内に誘発される逆電磁力は、異なるプロファイルを有することができる。一プロファイルとして台形形状、また別のプロファイルでは、正弦波形状を有し得る。本開示内では、用語「ＰＭＳＭ」は、ブラシレス永久磁石モータのあらゆる種類を示すことを意図し、用語「ブラシレスＤＣモータ（「ＢＬＤＣＭ」）」と交換可能に使用される。
【００１９】
本発明の実施形態では、ＢＬＤＣＭ３０３０は、図２に示すような多段ポンプ１００等のポンプ内の供給モータおよび／または分注モータとして利用することが可能である。本実施例では、多段ポンプ１００は、供給段階部分１０５および別個の分注段階部分１１０を含む。供給段階１０５および分注段階１１０は、多段ポンプ１００において流体を送出するための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、親ネジ１７０と、供給モータ１７５とを含む。親ネジ１７０は、ナット、ギア、またはエネルギをモータから親ネジ１７０へ与えるための他の機構を介して、供給モータ１７５に結合する。供給モータ１７５は、ナットを回転させ、それによって、親ネジ１７０が回転され、ピストン１６５を作動させる。供給モータ１７５は、任意の好適なモータ（例えば、ステッピングモータ、ＢＬＤＣＭ等）であることができる。本発明の一実施形態では、供給モータ１７５は、ステッピングモータを実装する。
【００２０】
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、親ネジ１９５と、分注モータ２００とを含んでもよい。分注モータ２００は、ＢＬＤＣＭを含む任意の好適なモータであることができる。本発明の一実施形態では、分注モータ２００は、図１のＢＬＤＣＭ３０３０を実装する。分注モータ２００は、分注モータ２００において磁界指向制御（「ＦＯＣ」）を利用するデジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）によって、制御装置内蔵多段ポンプ１００によって、または別個のポンプ制御装置（例えば、ポンプ１００外部に）によって制御することが可能である。分注モータ２００は、分注モータ２００のピストン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または位置センサ３０４０）をさらに含むことが可能である。位置センサの使用によって、ピストン１９２の位置の正確かつ繰り返し可能な制御が可能となり、分注チャンバ１８５内の流体運動の正確かつ繰り返し可能な制御につながる。例えば、一実施形態による８０００パルスをＤＳＰに提供する２０００ラインエンコーダを使用すると、０．０４５度の回転角度を正確に計測し、制御することが可能である。さらに、ＢＬＤＣＭは、振動がほとんどまたは全くない状態の低速で稼働することができる。分注段階部分１１０は、分注段階１１０における流体の圧力を測定する圧力センサ１１２をさらに含むことが可能である。圧力センサ１１２によって測定された圧力は、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。好適な圧力センサとして、ドイツ、ＫｏｒｂのＭｅｔａｌｌｕｘ  ＡＧ社製のものを含み、セラミックおよびポリマーベースのピエゾ抵抗および容量性の圧力センサが含まれる。
【００２１】
不純物をプロセス流体から濾過するためのフィルタ１２０は、流体の流れの観点から、供給段階部分１０５と分注段階部分１１０との間に位置する。多数の弁（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）を適切に配置し、多段ポンプ１００を通る流体の流れを制御することが可能である。多段ポンプ１００の弁は、多段ポンプ１００の種々の部分へ流れる流体を許容または制限するために開閉される。これらの弁は、圧力または真空を印加することによって開閉する空気圧式（例えば、ガス駆動式）に作動されるダイヤフラム弁であることができる。他の好適な弁も可能である。
【００２２】
作動中、多段ポンプ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（図４参照）。濾過区分の間、入口弁１２５を開放し、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）、供給チャンバ１５５の中に流体を引き入れる。供給チャンバ１５５が十分な液体で充満されると、入口弁１２５を閉鎖する。濾過区分の間に、供給チャンバ１５５から液体を移動させるために、供給段階ポンプ１５０が供給段階ダイヤフラム１６０を動かす。隔離弁１３０および遮断弁１３５が開放されると、フィルタ１２０から分注チャンバ１８５へ流体が流出する。一実施形態によると、隔離弁１３０が最初に開放されると（例えば、「前濾過区分」において）、圧力がフィルタ１２０において蓄積され、次いで遮断弁１３５が開放されると、分注チャンバ１８５へ流体が流出することができる。他の実施形態によると、隔離弁１３０と遮断弁１３５の両方が開放されると、供給ポンプが動き、フィルタの分注側に圧力を蓄積することができる。濾過区分の間、分注ポンプ１８０は、定位置に持って来ることができる。「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＨＯＭＥ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＤＩＳＰＥＮＳＥ  ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００４年１１月２３日に出願した米国仮特許出願第６０／６３０，３８４号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１５９０号］および「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＨＯＭＥ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＤＩＳＰＥＮＳＥ  ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００５年１１月２１日に出願した国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１５９０／ＰＣＴ号］（両方とも参照することによって本明細書に組み込まれる）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、分注サイクルに対する種々のパラメータに基づいて選択され、多段ポンプ１００の使用されない保持量を減少する。同様に、供給ポンプ１５０は、定位置に持って来て、最大利用可能量未満の量を提供することが可能である。
【００２３】
流体が分注チャンバ１８５へ流入すると、流体の圧力が増加する。「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＯ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＦＬＵＩＤ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ」の名称で、Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国特許出願第１１／２９２，５５９号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１６３０号］（両方とも参照することによって本明細書に組み込まれる）に記載されるように、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可能である。本発明の一実施形態によると、分注チャンバ１８５内の流体圧力が既定の圧力設定点（例えば、圧力センサ１１２によって判断される）に達すると、分注段階ポンプ１８０は、分注段階ダイヤフラム１９０の撤収を開始する。言い換えると、分注段階ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５の利用可能量を増加させ、分注チャンバ１８５に流体を流入させる。これは、例えば、既定の速度で分注モータ２００を反転させ、分注チャンバ１８５内の圧力を低下させることによってなされ得る。分注チャンバ１８５内の圧力が設定点（システムの公差内）を下回ると、供給モータ１７５の速度が増加し、分注チャンバ１８５内の圧力が設定点に達するようにされる。圧力が設定点（システムの公差内）を超えると、供給モータ１７５の速度が減少し、下流の分注チャンバ１８５内の圧力を下げる。供給モータ１７５の速度の増減工程は、両方のモータが停止可能な点である定位置に、分注段階ポンプが達するまで繰り返すことが可能である。
【００２４】
別の実施形態によると、濾過区分の間の第１段のモータ速度は、「デッドバンド」制御スキームを使用して制御することが可能である。分注チャンバ１８５内の圧力が最初の閾値に達すると、分注段階ポンプが分注段階ダイヤフラム１９０を動かすことによって、流体がより自由に分注チャンバ１８５へ流入され、それによって分注チャンバ１８５内の圧力を低下させることができる。圧力が最小限界圧力を下回ると、供給モータ１７５の速度が増加し、分注チャンバ１８５内の圧力を上昇させる。分注チャンバ１８５内の圧力が最大限界圧力を上回ると、供給モータ１７５の速度が減少する。供給モータ１７５の速度の増減工程は、分注段階ポンプが定位置に達するまで再度繰り返すことが可能である。
【００２５】
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。別の実施形態では、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、遮断弁１３５が開放されると、圧力が、制御装置によって認識されることができるが、これは、圧力センサ１１２によって測定可能な分注チャンバ内の圧力が、フィルタ１２０内の圧力によって影響を受けるためである。供給段階ポンプ１５０は流体に圧力を印加し、フィルタ１２０から開放状態の排出弁１４５へ気泡を除去する。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、流体量の制限は、排出流体路内で行うことができ、供給ポンプに印加される空気圧は、「排出」設定点圧力を維持するために増減することができ、別の非制御方法によるいくつかの制御をもたらす。
【００２６】
パージ区分の始まりでは、隔離弁１３０は閉状態、遮断弁１３５は、排出区分で開状態の場合には閉状態、排出弁１４５は閉状態、パージ弁１４０は開状態、および入口弁１２５は開状態となる。分注ポンプ１８０は、分注チャンバ１８５内の流体に圧力を印加し、パージ弁１４０を通って気泡を排出する。静的パージ区分の間、分注ポンプ１８０は停止されるが、パージ弁１４０は、開放したまま排出を継続する。パージまたは静的パージ区分の間に除去された過剰な流体は、多段ポンプ１００（例えば、流体源に戻すか、または廃棄される）から除外され、または供給段階ポンプ１５０へ再循環することが可能である。供給段階ポンプ１５０が流体源（例えば、流体源ボトル）の周囲圧力に達するように、準備完了区分の間、入口弁１２５、隔離弁１３０および遮断弁１３５は開放され、パージ弁１４０は閉鎖されることが可能である。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。
【００２７】
分注区分の間、出口弁１４７は開放され、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よりもゆっくりと制御に反応し得るため、出口弁１４７が最初に開放され、一定の既定時間後、分注モータ２００が開始されることができる。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（それは小型ポンプである）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。
【００２８】
さらなる吸引区分は、分注ノズル内の過剰な流体を排除する際に行うことができる。吸引区分の間、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。吸引区分は、過剰な流体がウエハ上に滴下しないことの助けとなる。
【００２９】
図３は、多段ポンプ１００を具現化したポンプシステム１０の図である。ポンプシステム１０は、流体源１５と、ウエハ２５上に流体を分注するための多段ポンプ１００と恊働するポンプ制御装置２０とをさらに含むことができる。多段ポンプ１００の動作は、ポンプ制御装置２０によって制御可能である。ポンプ制御装置２０は、多段ポンプ１００の動作を制御するための一式の制御命令３０を含むコンピュータ可読媒体２７（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光学ディスク、磁気ドライブ、または他のコンピュータ可読媒体）を備えることができる。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。ポンプ制御装置２０は、ポンプ１００の内部または外部に存在可能である。具体的には、ポンプ制御装置は、多段ポンプ１００に内蔵、あるいは制御信号、データ、または他の情報を通信するための１つ以上の通信リンクを介して多段ポンプ１００に接続されてもよい。一例として、図３に示されるポンプ制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介して多段ポンプ１００に通信可能に結合される。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）、もしくは他の通信リンクであることができる。ポンプ制御装置２０は、内蔵ＰＣＢボードとして、遠隔制御装置として、または他の好適な方法で実装することができる。ポンプ制御装置２０は、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、ポンプ制御装置２０を多段ポンプ１００と通信可能にする。ポンプ制御装置２０は、プロセッサ、記憶装置、インターフェース、ディスプレイ装置、周辺機器、または他のコンピュータ構成要素等、当該分野において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、多段ポンプにおいて種々の弁およびモータを制御することができ、多段ポンプに、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。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、「Ｉ／Ｏ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＰＵＭＰ」の名称で、Ｃｅｄｒｏｎｅらが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６５７号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１８１０号］に記載されている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入出力アダプタを説明している。
【００３０】
図４は、多段ポンプ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する。いくつかの弁は、区分変更の間に同時に閉鎖するように示されているが、弁の閉鎖は、わずかに時間を空けることで（例えば、１００ｍｓ）、圧力スパイクを低減することができる。例えば、排出とパージ区分との間、隔離弁１３０は、排出弁１４５の直前で閉鎖することが可能である。しかしながら、本発明の種々の実施形態において、他の弁タイミングを利用することができることに留意されたい。さらに、区分のうちのいくつかは、一緒に行うことができる（例えば、充填／分注段階は、入口および出口弁の両方が、分注／充填区分で開状態となることができる場合に、同時に行うことができる）。特定の区分は、それぞれのサイクルで反復される必要がないことがさらに留意されるべきである。例えば、パージ区分または静的パージ区分は、すべてのサイクルで行われない場合がある。同様に、排出区分は、各サイクルで行われない場合がある。また、再充填の前に、複数の分注を行うことが可能である。
【００３１】
種々の弁の開閉は、流体内に圧力スパイクを生じさせ得る。静的パージ区分の終わりでのパージ弁１４０の閉鎖は、例えば、分注チャンバ１８５内の圧力上昇を生じさせ得る。これは、各弁が閉鎖状態にある場合に、少量の流体を分注している可能性があるために生じ得る。パージ弁１４０は、例えば、閉鎖状態にある場合に、少量の流体を分注チャンバ１８５へ分注することができる。パージ弁１４０の閉鎖によって圧力上昇が生じると、出口弁１４７は閉鎖されているため、圧力が低下しない場合に、次の分注区分の間に、ウエハの上への流体の「吐出」が生じ得る。静的パージ区分または追加区分の間のこの圧力を開放するために、分注モータ２００を反転させ、遮断弁１３５および／またはパージ弁１４０の閉鎖によって生じる圧力上昇を補正するための既定の距離だけピストン１９２を後退させてもよい。弁（例えば、パージ弁１４０）の閉鎖によって生じる圧力上昇を補正する一実施形態は、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、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ  ＦＯＲ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＶＡＲＩＡＴＩＯＮＳ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＭＯＴＯＲ」の名称で、Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６８１［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−３号］に記載されている。
【００３２】
また、プロセス流体内の圧力スパイクも、閉鎖空間を生じさせる弁の閉鎖を回避し、閉鎖空間の間の弁を開放することによって低減されることができる。「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＶＡＬＶＥ  ＳＥＱＵＥＮＣＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＰＵＭＰ」の名称で、Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４２，１６８号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１７４０号］は、プロセス流体内の圧力スパイクを低減する弁開閉タイミングのための一実施形態を説明している。
【００３３】
準備完了区分の間、分注チャンバ１８５内の圧力は、ダイヤフラム特性、温度、または他の要因に基づいて変化し得ることをさらに留意されたい。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、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＰＵＭＰ」の名称で、Ｊａｍｅｓ  Ｃｅｄｒｏｎｅが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６８２号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１８００号］に記載されているように、分注モータ２００を制御し、この圧力ドリフトを補正することが可能である。このように、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作特徴を有する多段ポンプを提供し、損傷を及ぼす潜在的圧力変化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。多段ポンプ１００に対するポンプアセンブリの追加実施例は、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、「ＰＵＭＰ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ  ＦＯＲ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」の名称で、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［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−２号］において見られる。
【００３４】
一実施形態では、多段ポンプ１００は、供給モータ１７５としてのステッピングモータと、分注モータ２００としてのＢＬＤＣＭ３０３０を組み込む。好適なモータおよび付随部品は、米国ニューハンプシャー州ＥＡＤ  Ｍｏｔｏｒｓ  ｏｆ  Ｄｏｖｅｒ等から取得してもよい。作動中、ＢＬＤＣＭ３０３０のステータは、ステータ磁束を生成し、ロータは、ロータ磁束を生成する。ステータ磁束とロータ磁束との相互作用によって、トルク、またそれ故にＢＬＤＣＭ３０３０の速度が規定される。一実施形態では、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用して、磁界指向制御（ＦＯＣ）のすべてを実装する。ＦＯＣアルゴリズムは、コンピュータ可読媒体内で具現化されるコンピュータ実行可能ソフトウェア命令において実現される。現在、デジタル信号プロセッサは、オンチップハードウェア周辺機器とそれのみで、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御し、ＦＯＣアルゴリズムをマイクロ秒で完全に実行するための処理能力、スピード、プログラム可能能力を備え、比較的少ない追加コストで利用可能である。本明細書に開示の本発明の実施形態を実装するために利用可能なＤＳＰの一実施例は、米国テキサス州Ｄａｌｌａｓに拠点を置くＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である１６ビットＤＳＰ（部品番号ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ）である。
【００３５】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、実際のロータ位置を感知するための少なくとも１つの位置センサを組み込むことが可能である。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の外部に存在してもよい。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の内部に存在してもよい。一実施形態では、ＢＬＤＣＭ３０３０は、センサを有していなくてもよい。図１に示される実施例では、位置センサ３０４０は、ＢＬＤＣＭ３０３０の実際のロータ位置の即時フィードバックのためにＢＬＤＣＭ３０３０に結合され、ＤＳＰによって使用され、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御する。位置センサ３０４０を有することのさらなる利点は、機械式ピストンの位置（例えば、図２のピストン１９２）の非常に正確かつ繰り返し可能な制御が証明されており、これは非常に正確かつ繰り返し可能なピストン排気量分注ポンプ（例えば、図２の分注ポンプ１８０）内の流体運動および分注量の制御を意味することである。一実施形態では、位置センサ３０４０は、細線回転式位置エンコーダである。一実施形態では、位置センサ３０４０は、２０００ラインエンコーダである。本発明の一実施形態によると、２０００ラインエンコーダは、８０００パルスまたはカウント値をＤＳＰに提供することができる。２０００ラインエンコーダを使用することによって、０．０４５度の回転角度を正確に計測し、制御することが可能である。また、他の好適なエンコーダを使用することもできる。例えば、位置センサ３０４０は、１０００または８０００ラインエンコーダであってもよい。
【００３６】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、非常に低速度で稼働し、さらに一定の速度を維持することができ、それは、振動がほとんどまたは全くないことを意味する。ステッピングモータ等の他の技術では、十分に一定ではない速度制御によって引き起こされていた振動をポンプシステム内にもたらすことなく、より低速で稼働することが可能になってきている。この変動は、劣等な分注性能を引き起こすことになり、結果として極めて限られた作動範囲となる。さらに、振動は、プロセス流体上に悪影響を有する可能性がある。以下の表１および図５〜図９は、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとを比較し、多段ポンプ１００内の分注モータ２００としてＢＬＤＣＭ３０３０を利用する多数の利点を立証する。
【００３７】
【表１】
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表１からわかるように、ステッピングモータと比較すると、ＢＬＤＣＭは、継続的な回転運動についての分解能の実質上の増加、低電力消費、高トルク送達、および広域の速度範囲を提供することができる。ＢＬＤＣＭ分解能は、ステッピングモータによって提供されるよりも約１０倍多くまたは優れている可能性があることに留意されたい。この理由から、ＢＬＤＣＭによって提供することができる最小単位の進歩は、一般にステッピングモータと併せて使用される用語「ステップ」から区別可能な「モータインクリメント」と称される。モータインクリメントは、ＢＬＤＣＭとしての運動の最小測定可能単位であり、一実施形態によると、ステッピングモータが不連続のステップで運動するのに対して、連続的な運動を提供することができる。
【００３８】
図５は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとの、平均トルク出力および速度範囲を対比する図である。図５に例示するように、ＢＬＤＣＭは、ステッピングモータよりも高速で、ほぼ一定の高トルク出力を維持することができる。さらに、ＢＬＤＣＭの速度範囲は、ステッピングモータより広域（例えば、約１０００倍以上）である。対照的に、ステッピングモータは、速度が増加して不適切に低下する傾向にある低トルク出力を有する傾向にある（すなわち、トルク出力は高速で減少する）。
【００３９】
図６は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータとＢＬＤＣＭモータとの間の、平均モータ電流および負荷を対比する図である。図６に例示するように、ＢＬＤＣＭは、システムへの負荷に適応して調節することができ、負荷に耐えるのに必要な電力のみを使用することができる。対照的に、要求されるかどうかにかかわらず、ステッピングモータは、最大条件に対し設定される電流を使用する。例えば、ステッピングモータのピーク電流は、１５０ミリアンペア（ｍＡ）である。実際に１ポンドの負荷を動かすには、１０ポンドの負荷ほど多量の電流を必要としないが、同じ１５０ｍＡが、１０ポンドの負荷の場合と同様に１ポンドの負荷を動かすために使用される。その結果として、作動中は、ステッピングモータは、負荷にかかわらず最大条件に対する電力を消費し、エネルギ効率が悪く、浪費の原因となる。
【００４０】
ＢＬＤＣＭを使用すると、電流は、負荷の増減とともに調節される。時間内の任意の特定の地点で、ＢＬＤＣＭは、要求される速度で自身を回転させるのに必要な電流量を自己調整し、また自己に供給し、要求に応じて負荷を動かす力を生成する。モータが動いていない場合、電流は極めて低い（１０ｍＡ未満）可能性がある。制御を有するＢＬＤＣＭは、自己補正する（すなわち、システムへの負荷にしたがって、電流を適応可能に調節することができる）ため、モータが動いていないときでさえ、常に作動している。対照的に、ステッピングモータは、用途に応じて、ステッピングモータが動いていないときは、停止させることが可能となる。
【００４１】
位置制御を維持するために、ＢＬＤＣＭのための制御スキームは、非常に頻繁に稼働される必要がある。一実施形態では、制御ループは１サイクル約３３ｍｓ、３０ｋＨｚで稼働する。したがって、制御ループは、３３ｍｓ毎に、ＢＬＤＣＭが正しい位置にあるかどうか確認する。そうであれば、何もしようとはしない。そうでなければ、電流を調節してＢＬＤＣＭをあるべき位置に付勢しようとする。この急速な自己調整作用は、非常に精密な位置制御を可能にし、いくつかの用途において非常に望ましいものである。通常（例えば、１０ｋＨｚ）よりも高速（例えば、３０ｋＨｚ）で制御ループを稼働させることは、システム内の余分な熱発生を意味する可能性がある。これは、ＢＬＤＣＭが電流をより頻繁に切り替えるにつれて、熱発生する機会が増えるためである。
【００４２】
本発明の一側面によると、いくつかの実施形態では、ＢＬＤＣＭは、熱発生を考慮に入れるように構成される。特に、制御ループは、単一サイクルの間に２つの異なる速度で稼働されるように構成される。サイクルの分注部分の間、制御ループは、高速（例えば、３０ｋＨｚ）で稼働される。サイクルの非分注部分の残りの間、制御ループは、低速（例えば、１０ｋＨｚ）で稼働される。この構成は、分注の間に非常に正確な位置制御が極めて重要である用途に特に有用となり得る。一例として、分注時間の間、制御ループは、３０ｋＨｚで稼働し、優れた位置制御を提供する。残りの時間は、速度は１０ｋＨｚに減少する。そうすることにより、温度は、顕著に低下されることができる。
【００４３】
サイクルの分注部分は、用途に応じてカスタマイズすることも可能となる。別の実施例として、分注システムは、２０秒サイクルを実装してもよい。１つの２０秒サイクルでは、５秒が分注するためであってよい一方で、残りの１５秒がロギングまたは再充填等をするためであってもよい。サイクルの間には、１５〜２０秒の準備期間がある場合がある。このようにして、ＢＬＤＣＭの制御ループは、高周波（例えば、３０ｋＨｚ）では、少ない割合のサイクル（例えば、５秒）で稼働し、また低周波（例えば、１０ｋＨｚ）では、より大きな割合（例えば、１５秒）で稼働することになる。
【００４４】
当業者に理解されるように、これらのパラメータ（例えば、５秒、１５秒、３０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ等）は、例となるものであり、限定されるものではないことを意味する。作動速度および時間は、本明細書に開示される本発明の範囲および精神内である限りは、適合させるために調節または構成することができる。これらのプログラム可能なパラメータを決定する際に、経験的方法論を利用してもよい。例えば、１０ｋＨｚは、ＢＬＤＣＭを稼働するための極めて典型的な周波数である。異なる速度も使用可能であるが、１０ｋＨｚより遅いＢＬＤＣＭの制御ループを稼働することは、位置制御を喪失する危険を冒す可能性がある。位置制御を回復することは概して困難であるので、ＢＬＤＣＭが位置を保持することは望ましいことである。
【００４５】
本発明の本側面の目標の１つは、位置制御に対して望ましくない妥協をすることなく、サイクルの非分注段階階の間、可能な限り減速することである。本目標は、ＢＬＤＣＭのためのカスタマイズされた制御スキームを介して、本明細書に開示される実施形態において達成可能である。カスタマイズされた制御スキームは、分注等の極めて重要な機能のためにいくらか余分の／向上した位置制御を得るために、周波数（例えば、３０ｋＨｚ）を増加させるよう構成される。さらに、制御スキームは、あまり重要ではない機能を低周波数（例えば、１０ｋＨｚ）で稼働することによって熱発生を抑制するように構成される。さらに、カスタマイズされた制御スキームは、非分注サイクルの間、低周波数で稼働することによって生じる、いかなる位置制御の喪失も最小限にするように構成される。
【００４６】
カスタマイズされた制御スキームは、圧力によって特徴付けることができる、望ましい分注プロファイルを提供するように構成される。特徴付けは、圧力信号の偏差値に基づくことができる。例えば、均一の圧力プロファイルは、平坦な動き、少ない振動、したがって、より優れた位置制御を示唆することになる。対照的に、逸脱した圧力信号は、十分でない位置制御を示唆することになる。図７は、３０ｋＨｚのモータ動作と１０ｋＨｚのモータ動作との差異を示す図である（０．５ｍＬ／ｓで１０ｍＬ）。初めの２０秒は、分注段階階である。図７において見られるように、分注段階階の間、３０ｋＨｚでの分注は、１０ｋＨｚでの分注よりもノイズが少なく、平坦な圧力プロファイルを有する。
【００４７】
位置制御が懸念事項である限りは、１０ｋＨｚと１５ｋＨｚとの間のＢＬＤＣＭの稼働の差異は、重要でない可能性がある。しかしながら、速度が１０ｋＨｚより低下する場合は（例えば、５ｋＨｚ）、位置制御を保持するには十分に速くない場合がある。例えば、ＢＬＤＣＭの一実施形態は、流体を分注するために構成される。位置ループが１ｍｓ未満で稼働する場合（すなわち、約１０ｋＨｚ以上）、影響は人間の目には可視的ではない。しかしながら、１、２、または３ｍｓの範囲に達する場合、影響は可視的となる。別の例として、弁のタイミングが、１ｍｓ未満で変化する場合は、流体の結果におけるいかなる変動も、人間の目にとって可視的でない場合がある。しかしながら、１、２、または３ｍｓの範囲では、変動は可視的となり得る。このようにして、好ましくは、カスタマイズされた制御スキームは、時間がクリティカルな機能（例えば、モータ、弁等のタイミング）を約１０ｋＨｚ以上で稼働する。
【００４８】
他の検討事項は、分注システム内の内部計算に関係する。分注システムが、１ｋＨｚの遅さで稼働するように設定される場合、１ｍｓ以上の高分解能はなく、１ｍｓ以上である必要がある計算を行うことができない。この場合、１０ｋＨｚは、分注システムのための実用的な周波数となる。上述のように、これらの数字は、例となるものであることを意味する。速度を１０ｋＨｚより遅く（例えば、５または２ｋＨｚでさえも）設定することが可能である。
【００４９】
同様に、性能要件を満たす限りは、３０ｋＨｚより高速で設定することが可能である。本明細書に開示される例示的分注システムは、多数のライン（例えば、８０００ライン）を有するエンコーダを使用する。それぞれのライン間の時間は、速度である。ＢＬＤＣＭが極めて遅く稼働している場合でさえ、これらは非常に精細なラインであるので、非常に速くなることができ、基本的にエンコーダにパルスを送る。ＢＬＤＣＭが、毎秒１回転で稼働する場合は、それは、１秒で８０００ライン、したがって８０００パルスを意味する。パルス幅が変化しない場合（すなわち、それらは完全に標的幅にあり、何度も反復して同じ状態を維持する）、非常に良好な速度制御の指標である。それらが振動する場合は、必ずしも不良ではないが、システム設計（例えば、公差）および用途によっては、不十分な速度制御の徴候である。
【００５０】
他の検討事項は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の処理能力における実用限界に関係する。一例として、１サイクル内で分注するために、位置制御装置、電流制御装置、および同等物のために必要なすべての計算を行うのに、大体またはちょうど約２０μｓを要することがある。３０ｋＨｚで稼働することにより、制御装置内の他のすべての処理を行うのに残された時間でそれらの計算をするのに十分な約３０μｓが得られる。３０ｋＨｚより速く稼働することができるより強力なプロセッサを使用することが可能である。しかしながら、３０μｓより速い速度で作動することは、収穫逓減の結果となる。例えば、５０ｋＨｚにより、約２０μｓ（１／５００００Ｈｚ＝０．００００２秒＝２０μｓ）だけが得られる。この場合、より優れた速度性能が、５０ｋＨｚで得ることができるが、本システムは、制御装置を稼働するのに必要なすべてのプロセスを実施するには時間が不十分となり、ひいては処理上の問題を引き起こす。さらに、５０ｋＨｚで稼働することは、電流がさらに頻繁に切り替わり、それは上述の熱発生の問題の一因となることを意味する。
【００５１】
要約すれば、熱出力を軽減するために、１つの解決法として、分注の間は高周波（例えば、３０ｋＨｚ）で稼働するように、また非分注作動（例えば、再充填）の間は低周波数（例えば、１０ｋＨｚ）に降下または減速するように、ＢＬＤＣＭを構成することが挙げられる。カスタマイズされた制御スキームおよび付随するパラメータを構成する際に考慮する要因として、プロセッサの処理能力に関連する位置制御性能および計算速度、ならびに電流が計算後に切り替えられる回数に関連する熱発生が含まれる。上記の例では、１０ｋＨｚでの位置性能の喪失は、非分注作動では重要でなく、３０ｋＨｚでの位置制御は、分注するためには優れており、また全体の熱発生は顕著に抑制される。熱発生を抑制することによって、本発明の実施形態は、温度変化が、分注される流体に作用しないという技術上の利点を提供することができる。これは、影響を受けやすいおよび／または高額な流体を分注することに関与する用途において特に有用となり得、そのような場合においては、熱または温度変化が流体に作用し得るいかなる可能性も回避することが極めて望ましい。さらに、流体を加熱することは、分注作動に作用し得る。そのような効果の１つは、自然サックバック効果と呼ばれる。サックバック効果は、分注作動が激しくなると、流体が膨張させられることを言う。ポンプ外側が冷やされ始めると、流体が収縮し、ノズル端部から後退させられる。したがって、自然サックバック効果により、容積は正確でないことがあり、一貫性がない場合がある。
【００５２】
図８は、本発明の一実施形態による、種々の段階におけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクル時間を例示する図である。上記の例に続いて、ステッピングモータは、供給モータ１７５を実装し、またＢＬＤＣＭは、分注モータ２００を実装する。図８での陰影部分は、モータが作動中であることを示す。本発明の一実施形態によると、ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭは、濾過サイクルの間の圧力制御を促進する態様で構成することができる。ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭの圧力制御タイミングの一例は、陰影部分はモータが作動中であることを示す図９に示されている。
【００５３】
図８および図９は、供給モータ１７５および分注モータ２００の例示的構成を示す。より具体的には、設定点が達成されると、ＢＬＤＣＭ（すなわち、分注モータ２００）は、プログラム化された濾過速度で反転を始めることができる。その一方で、ステッピングモータ（すなわち、供給モータ１７５）速度は、圧力信号の設定点を維持するために変化する。この構成は、いくつかの利点を提供する。例えば、流体上に圧力スパイクがない、流体上の圧力が一定である、粘性変化に対する調節が要求されない、システム間で変動がない、また真空が流体上で発生しない等である。
【００５４】
多段ポンプに関して記載したが、本発明の実施形態はまた、単段ポンプに利用することもできる。図１０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、上述の多段ポンプ１００の１段、例えば、分注段階と同様であってもよく、単一チャンバおよび本明細書に記載されるＢＬＤＣＭの実施形態によって駆動される回転ダイヤフラムポンプを、位置制御のための同一または同様の制御スキームで含むことができる。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。分注ポンプブロック４００５は、ＰＴＦＥ、修正ＰＴＦＥまたは他の材料から成る単一ブロックであってもよい。これらの材料は、多くのプロセス流体と反応しない、または反応性が少ないため、これらの材料を使用すると、流路およびポンプチャンバは、最低限のハードウェアの追加をもって、分注ブロック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。
【００５５】
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出口も含むことができる。図１０の例では、分注ブロック４００５は、ポンプが１つのチャンバのみ有するので、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体として組み込まれる、「Ｏ−ＲＩＮＧ−ＬＥＳＳ  ＬＯＷ  ＰＲＯＦＩＬＥ  ＦＩＴＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＴＨＥＲＥＯＦ」の名称で、２００５年１２月２日にＩｒａｊ  Ｇａｓｈｇａｅｅが出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６６７号［代理人整理番号第ＥＮＴＧ１７６０号］は、分注ブロック４００５の外部入口および出口を流体ラインに接続するために利用され得るＯリングのない接続金具の実施形態を記載している。
【００５６】
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。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、対応するダイヤフラム圧力または真空を印加するかどう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。別様に、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。図１０の実施例では、ＰＴＦＥのシートが、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。
【００５７】
多段ポンプ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、部品間の密閉部、金属／ポリマーの接合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への熱影響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。
【００５８】
このように、本明細書で開示されるシステムおよび方法の実施形態は、ＢＬＤＣＭを利用して、即時かつ平滑な動き、ならびに半導体製造に有用な流体運動および分注量の非常に正確かつ繰り返し可能な位置制御のためのポンプシステム内で単段または多段ポンプを駆動させることができる。ＢＬＤＣＭは、カスタマイズされたＦＯＣ方式を実行するプロセッサに、即時位置フィードバックのための位置センサを採用してもよい。同一または同様のＦＯＣ方式を、単段および多段ポンプに適用することが可能である。
【００５９】
本発明は、実例となる実施形態を参照して、本明細書において詳細に説明されてきたが、記載は例示のみを目的とするものであり、限定する意味として解釈されるものではないことを理解されるべきである。したがって、本発明の実施形態の詳細における多数の変更形態、および本発明のさらなる実施形態は、本記述に関係がある当業者には明白となり、また当業者によって製作されてもよいことがさらに理解されるべきである。そのようなすべての変更形態およびさらなる実施形態は、本発明の範囲および精神内にあることが企図される。したがって、本発明の範囲は、以下の請求項およびその法上の同等物によって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による、ブラシレスＤＣモータを有するモータアセンブリの図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、ブラシレスＤＣモータを実装している多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、多段ポンプを実装するポンプシステムの図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態のための弁およびモータのタイミング図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、ブラシレスＤＣモータとステッピングモータとの、平均トルク出力および速度範囲を対比する座標図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による、ブラシレスＤＣモータとステッピングモータとで、平均モータ電流および負荷を対比する座標図である。
【図７】図７は、３０ｋＨｚのモータ動作と１０ｋＨｚのモータ動作との差異を示す座標図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による、種々の段におけるブラシレスＤＣモータおよびステッピングモータのサイクル時間を示す図表である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による、濾過処理開始時のステッピングモータおよびブラシレスＤＣモータのタイミングを制御する圧力を例示した図表である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による、ブラシレスＤＣモータを実装する単段ポンプの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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