低減された形状要因を有するポンプのためのシステムと方法
【課題】低減された形状要因、緩徐な流体操作性、および流体使用量を減らしおよび信頼性を向上させる種々の特徴を有する多段式ポンプを提供する。
【解決手段】本発明の実施形態は、形状要因を低減し、また信頼性および有用性を向上させる特徴を有するポンプを提供する。さらに、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作特性のための特徴を提供する。本発明の実施形態は、モータ駆動の送液ステージポンプおよびモータ駆動の分注ステージポンプを有するポンプを含み得る。送液ステージモータおよび送液ステージモータは、各種のモータを含むことができ、またポンプは、回転ダイヤフラムポンプまたは他のポンプであってもよい。一実施形態によると、ポンプチャンバを画定する分注ブロックおよび種々の流通路は、単体の材料から形成することができる。
【解決手段】本発明の実施形態は、形状要因を低減し、また信頼性および有用性を向上させる特徴を有するポンプを提供する。さらに、本発明の実施形態は、緩徐な流体操作特性のための特徴を提供する。本発明の実施形態は、モータ駆動の送液ステージポンプおよびモータ駆動の分注ステージポンプを有するポンプを含み得る。送液ステージモータおよび送液ステージモータは、各種のモータを含むことができ、またポンプは、回転ダイヤフラムポンプまたは他のポンプであってもよい。一実施形態によると、ポンプチャンバを画定する分注ブロックおよび種々の流通路は、単体の材料から形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条に基づき、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号（「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」、出願人Ｅｎｔｅｇｒｉｓ Ｉｎｃ．および発明者Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅ他により、米国受理官庁に２００５年１１月２１日出願、弁理士事件整理番号ＥＮＴＧ１５９０−ＷＯ）の利益および優先権、ならびに、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、米国仮特許出願第６０／７４２，４３５号（「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＧＥ ＰＵＭＰ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＦＯＲＭ ＦＡＣＴＯＲ」、Ｃｅｄｒｏｎｅ他により２００５年１２月５日出願、弁理士事件整理番号ＥＮＴＧ１７２０）の利益および優先権を主張し、両者は本明細書において参照により援用される。
【０００２】
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、形状要因が減少された多段式ポンプに関する。
【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、最小限ではあるが適当量の化学物質を使用し、ポンプ装置によって化学物質が損傷を受けないことを確実にすることが好ましい。現在の多段式ポンプは、液体内に著しい圧力スパイクを引き起こす可能性がある。そのような圧力スパイクおよびその後の圧力低下は、流体に損傷を与えていることがある（すなわち、流体の物理的特徴を不利に変化させることがある）。さらに、圧力スパイクは、分注ポンプに意図した流体より多く分注させるか、または好ましくない方法で流体を分注させる流体圧の原因となる可能性がある。
【０００５】
フォトレジスト分注ポンプの従来のポンプ設計のいくつかは、送液チャンバおよび分注チャンバ内の平坦なダイヤフラムに依存し、プロセス流体に圧力を加えるよう作動していた。通常、作動液は、ダイヤフラムの片側に圧力を加え、ダイヤフラムを動かし、それによってプロセス流体を排出させるために使用されていた。作動液は、空気ピストンか、またはステッピングモータ駆動のピストンによって、圧力下に置くことが可能であった。分注ポンプが要求する排出量を得るために、ダイヤフラムは、比較的大きな表面積、ひいては直径を有する必要があった。さらに、従来のポンプでは、ポンプの種々の部分を画定する種々の板は、締め付け、または螺合により一種にされた外部金属板によって結合されていた。種々の板の間の空間は、流体漏洩の可能性を高めた。さらに弁は、ポンプの至るところに分散しており、交換および修理を比較的困難にしていた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、低減された形状要因、緩徐な流体操作性、および流体使用量を減らしおよび信頼性を向上させる種々の特徴を有する多段式ポンプを提供する。本発明の一実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプと、送液ポンプおよびポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプと、多段式ポンプを通して流体の流れを選択的に可能にする弁一式とを備える多段式ポンプを含む。送液ポンプは、送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、送液ピストンを往復運動させるために、送液ピストンに結合される送液モータとを備えることができる。分注ポンプは、分注チャンバ内で可動の分注回転ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、分注ピストンを往復運動させるために、分注ピストンに結合される分注モータとを備えることができる。種々の本発明の実施形態によると、送液ステージダイヤフラムはまた、回転ダイヤフラムであってもよい。さらに、送液モータまたは分注モータはそれぞれ、ステッピングモータまたはブラシレスＤＣモータであってもよく、例えば、送液モータは、ステッピングモータであって、分注モータは、ブラシレスＤＣモータであってもよい。一実施形態による多段式ポンプは、多段式ポンプ内で分注チャンバ、送液チャンバおよび種々の流路を少なくとも部分的に画定する単体の分注ブロックを含むことができる。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ出口流路と流体連通している分注チャンバの少なくとも一部分、およびポンプ入口流路と流体連通している送液チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックとを備える多段式ポンプを含む。ポンプは、送液チャンバおよび分注チャンバと流体連通しているフィルタと、送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、送液ピストンを往復運動させるために、送液ピストンに結合される送液モータと、分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、分注ピストンを往復運動させるために、分注ピストンに結合される分注モータとをさらに備えることができる。
【０００８】
分注ブロックは、ポンプ入口流路の第１および第２の部分、送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびにポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定することができる。一実施形態によると、流路は、ポンプ入口流路の第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、またポンプ入口路の第２の部分は、入口弁から送液チャンバへ通じ、送液ステージ出口流路の第１の部分は、送液チャンバから隔離弁へ通じ、また送液ステージ出口流路の第２の部分は、フィルタへ通じ、分注ステージ入口流路の第１の部分は、フィルタから遮断弁へ通じ、また分注ステージ入口流路の第２の部分は、遮断弁から分注チャンバへ通じ、ガス抜き流路の第１の部分は、フィルタからガス抜き弁へ通じ、またガス抜き流路の第２の部分は、ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、浄化流路の第１の部分は、分注チャンバから浄化弁へ通じ、また浄化流路の第２の部分は、浄化弁から送液チャンバへ通じているように構成することができる。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態は、単体の材料から分注ブロックを形成するステップであって、分注ブロックは、送液チャンバ、分注チャンバ、ポンプ入口流路およびポンプ出口流路を少なくとも部分的に画定する、ステップと、分注ブロックと分注ポンプピストンハウジングとの間に分注回転ダイヤフラムを取り付けるステップと、分注ブロックと送液ポンプピストンハウジングとの間に送液ステージ回転ダイヤフラムを取り付けるステップと、送液ポンプ親ねじによって、送液ポンプピストンを送液ポンプモータに結合するステップと、分注ポンプ親ねじによって、分注ポンプピストンを分注ポンプモータに結合するステップと、送液モータを送液ポンプピストンハウジングに結合するステップと、分注モータを分注モータピストンハウジングに結合するステップと、フィルタが、分注チャンバおよび送液チャンバと流体連通できるように、フィルタを分注ブロックに結合するステップとを含む多段式ポンプ方法を含む。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ出口流路およびポンプ入口流路と流体連通しているポンプチャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、送液チャンバ内で可動のダイヤフラムと、ダイヤフラムを動かすピストンと、ピストンを往復運動させるために、ピストンに結合されるモータとを備えるポンプを含む。
【００１１】
種々の本発明の実施形態は、ＰＴＦＥと金属部分との間の交差部でのオフセット等のポンプ防滴特徴、電子機器から離すように液滴を導く特徴、および種々の密閉部を含むことができる。さらに、本発明の実施形態は、ポンプ内の流体に対する熱作用を軽減する特徴を含むことができる。例えば、ソレノイドまたはマイクロチップ等、熱を生成する電子部品は、空間的制約が許容する範囲で、分注ブロックから離れるように配設することができる。
【００１２】
本発明の実施形態は、緩徐な流体操作性、および適用性の広い動作を有する、形状要因の小さな（例えば、従来の多段式ポンプの約２分の１の大きさ）多段式ポンプを提供する。本発明の実施形態による多段式ポンプは、従来の多段式ポンプより３５％少ない部品を有し、費用の削減および複雑性の緩和につながり、たとえあったとしてもさほどの液圧を必要としない。本発明の実施形態による多段式ポンプは、現場で容易に整備され、より少量の分注動作用のプロセス化学物質を使用し、取扱いに注意を要する化学反応のガス抜けを軽減し、より精密な制御を提供する。他の利点として、レジスト節約効果の強化、使用可能時間の増加、高い収率、および低維持費が含まれる。さらに、本発明の実施形態による多段式ポンプは、スペースの大幅な節約を提供し、従来のポンプと同じスペースでより多くのポンプを備え付けることが可能となる。
【００１３】
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され得、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ポンプシステムの一実施形態の図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のための弁およびモータのタイミングの図である。
【図４Ａ】図４Ａは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ａ】図５Ａは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、分注ブロックの一実施形態の図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図６】図６は、多段式ポンプの部分的組立体の一実施形態の図である。
【図７】図７は、多段式ポンプの部分的組立体の他の実施形態の図である。
【図８Ａ】図８Ａは、多段式ポンプの一部分の一実施形態の図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、分注チャンバを含む、図８Ａの多段式ポンプの実施形態の断面の図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂの多段式ポンプの実施形態の断面の図である。
【図９】図９は、弁板および分注ブロックの実施形態を使用した、１つ以上の弁の構造を例示している図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、分注ブロックの側面図の図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、分注ブロックの横断面の図である。
【図１１】図１１は、弁板の一実施形態の図である。
【図１２】図１２は、弁板の実施形態の他の眺めの図である。
【図１３】図１３は、弁板内に画定された通路を示す、弁板の実施形態を眺める図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、平坦弁チャンバを有する弁板の図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、半球形弁チャンバを有する弁板の図である。
【図１５】図１５は、半球形状の弁チャンバが、真空による排出量の変動をいかに減らすかを例示するグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、弁板の一部分の一実施形態の図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、弁板の一部分の他の実施形態の図である。
【図１７】図１７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組立体の図である。
【図１８】図１８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プロット図である。
【図１９】図１９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、平均モータ電流および負荷を対比するプロット図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭを構成する一実施形態を例示する図表である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｅ】図２０Ｅは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｆ】図２０Ｆは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２１Ａ−１】図２１Ａ−１は、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ａ−２】図２１Ａ−２は、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２３】図２３は、単段ポンプの図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１６】
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。寸法が提供されている範囲について、それらは特定の実践の一例として提供されており、限定する目的で提供されるものではない。実施形態は、種々の構成で実践することができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、形状要因が減少された多段（「多段式」）ポンプを使用して、流体を正確に分注するポンプシステムに関する。本発明の実施形態は、半導体製造において、フォトレジストおよび他の光感受性化学物質の分注に利用することができる。
【００１８】
図１は、ポンプシステム１０の図である。ポンプシステム１０は、ウエハ２５上に流体を分注するために協働する、流体源１５、ポンプ制御装置２０および多段式ポンプ１００を含むことができる。多段式ポンプ１００の動作は、多段式ポンプ１００に内蔵されるか、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に接合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可読の媒体２７（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光ディスク、磁気ドライブまたは他のコンピュータ可読の媒体）を含むことができる。プロセッサ３５（例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＩＳＣ、ＤＳＰまたは他のプロセッサ）は、命令を実行することができる。プロセッサの一例は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ １６−ｂｉｔ ＤＳＰ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓは、テキサス州ダラスを本拠地とする企業である）である。図１の実施形態では、制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介して多段式ポンプ１００と通信する。通信リンク４０および４５は、ネットワーク（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、無線ネットワーク、グローバルエリアネットワーク、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔネットワークまたは当技術分野で既知または開発された他のネットワーク）、バス（例えば、ＳＣＳＩバス）または他の通信リンクであってもよい。制御装置２０は、内蔵ＰＣＢボードとして、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と通信するために制御装置への、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部品）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部品を含み、当技術分野で既知の種々のコンピュータ部品を含むことができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプの種々の弁およびモータを制御することができ、多段式ポンプに、低粘性流体（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（弁理士事件整理番号第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合するために使用することができる。
【００１９】
図２は、多段式ポンプ１００の図である。多段式ポンプ１００には、送液ステージ部分１０５および別個の分注ステージ部分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が、送液ステージ部分１０５と分注ステージ部分１１０との間に位置する。例えば、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０、ガス抜き弁１４５および出口弁１４７を含む種々の弁が、多段式ポンプ１００を通して流体の流れを制御することができる。分注ステージ部分１１０は、分注ステージ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、送液チャンバ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。
【００２０】
送液ステージ１０５および分注ステージ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。例えば、送液ステージポンプ１５０（「送液ポンプ１５０」）には、流体を収集する送液チャンバ１５５、送液チャンバ１５５内で動いて流体を排出する送液ステージダイヤフラム１６０、送液ステージダイヤフラム１６０を動かすピストン１６５、親ねじ１７０およびステッピングモータ１７５が含まれる。親ねじ１７０は、ナット、ギア、またはモータから親ねじ１７０へエネルギー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、送液モータ１７０はナットを回転させ、それはそれで親ねじ１７０を回転させ、ピストン１６５に作動させる。同様に、分注ステージポンプ１８０（「分注ポンプ１８０」）は、分注チャンバ１８５、分注ステージダイヤフラム１９０、ピストン１９２、親ねじ１９５、および分注モータ２００を含むことができる。分注モータ２００は、ねじ式ナット（例えば、Ｔｏｒｌｏｎまたは他の材料のナット）を通して、親ねじ１９５を駆動することができる。
【００２１】
他の実施形態によると、送液ステージ１０５および分注ステージ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。送液ステージ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番号第１１／０５１，５７６号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−２号）に記載されている。しかしながら、両方のステージ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不要となり、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。
【００２２】
送液モータ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、現場志向の制御（「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。ＰＭＳＭ２００は、分注モータ２００の位置のリアルタイムフィードバックのためのエンコーダ（例えば、細いラインの回転位置エンコーダ）をさらに含むことができる。図１７〜図１９は、ＰＭＳＭモータの一実施形態を記載する。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、送液モータ１７５が、ＰＭＳＭまたはステッピングモータであってもよい。さらに、送液ポンプは、送液ポンプがホーム位置にある場合を表示するホームセンサを含むことができることに留意すべきである。
【００２３】
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、圧力または真空が加えられるかどうかに応じて開閉する、空気圧によって作動する（すなわち、ガスで作動する）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。弁板および対応する弁の部品の一実施形態を図９〜図１６と併せて以下に記載する。
【００２４】
多段式ポンプ１００の動作の種々のステージ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配列するために、それぞれが参照することによって本明細書に全面的に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６８２号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８００号）、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＬＵＩＤ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＡＮ ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、発明者Ｃｌａｒｋｅらが２００６年８月１１日に出願した米国出願番号第１１／５０２，７２９号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８４０号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮＳ ＵＳＩＮＧ Ａ ＭＯＴＯＲ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが＿＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−４号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＦＬＵＩＤ ＰＲＥＳＳＵＲＥ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国特許出願番号第１１／２９２，５５９（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１６３０号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００６年２月２８日出願した米国特許出願番号第１１／３６４，２８６号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１６３０−１号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８００−１号）、「Ｉ／Ｏ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＩＮＧ Ａ ＰＵＭＰ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８１０−１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、ガス抜き区分、浄化区分および静的浄化区分を含むことができる。送液区分の間には、入口弁１２５は開状態となり、送液ステージポンプ１５０は、送液ステージダイヤフラム１６０を動かし（例えば、引く）、流体を送液チャンバ１５５の中に汲み上げる。十分な量の流体が送液チャンバ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、送液ステージポンプ１５０は送液ステージダイヤフラム１６０を動かし、送液チャンバ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、送液ポンプは、フィルタの分注側で圧力を高めるように動く。濾過区分の間には、分注ポンプ１８０は、ホーム位置に持って来られることができる。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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１５９０号）および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、出願人Ｅｎｔｅｇｒｉｓ Ｉｎｃ．および発明者Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００５年１１月２１日に出願したＰＣＴ出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１５９０−ＷＯ号）に記載されるように、分注ポンプのホーム位置は、分注サイクルに対して分注ポンプでの利用可能な最大量をもたらす位置であり得るが、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。ホーム位置は、多段式ポンプ１００の未使用の保持量を減らすために、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、送液ポンプ１５０は、利用可能な最大限の量に満たない量を提供するホーム位置に持って来ることができる。
【００２５】
ガス抜き区分の始まりでは、隔離弁１３０は開状態となり、遮断弁１３５は閉状態となり、またガス抜き弁１４５は開状態となる。他の実施形態では、遮断弁１３５は、ガス抜き区分の間には開状態を維持し、ガス抜き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、制御装置によって理解することができる。送液ステージポンプ１５０は、流体に圧力を加え、フィルタ１２０から開状態のガス抜き弁１４５を通して気泡を除去する。送液ステージポンプ１５０は、所定の率でガス抜きが起こるように制御することができ、ガス抜き時間の延長およびガス抜き率の低下が可能となり、それによってガス抜き消耗量の精密制御が可能となる。送液ポンプが空気型ポンプである場合は、流体の流れの制限は、ガス抜き流体路内で行うことができ、送液ポンプに加えられる空気圧は、「ガス抜き」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ある制御をもたらす。
【００２６】
浄化区分の始まりでは、隔離弁１３０は閉状態、遮断弁１３５は、ガス抜き区分で開状態の場合には閉状態、ガス抜き弁１４５は閉状態、浄化弁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、浄化弁１４０を通して気泡をガス抜きする。静的浄化区分の間には、分注ポンプ１８０は停止するが、浄化弁１４０は開状態を維持し、継続して空気を排出する。浄化区分または静的浄化区分の間に除去される余分なあらゆる流体は、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）か、または送液ステージポンプ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、また浄化弁１４０は閉状態となることができるので、送液ステージポンプ１５０は、ソース（例えば、ソースボトル）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。
【００２７】
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内の流体に圧力を加える。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。これは、分注ポンプ１８０が部分的に開状態の出口弁１４７に流体を通過させるのを阻止する。さらに、これは、弁を開状態にすることにより流体が分注ノズルを上方に移動すること、続いて、モータ作用により流体が前方に動くことを阻止する。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され得る。
【００２８】
追加的な吸液区分は、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は閉状態となり得、二次的なモータまたは真空部が、出口ノズルから過剰な流体を吸い取るために使用され得る。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。
【００２９】
図３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の図を提供している。他のシーケンス図２０Ａおよび図２０Ｃ〜図２０Ｆに示す。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、ガス抜き区分と浄化区分との間では、隔離弁１３０は、ガス抜き弁１４５の直前に閉状態となることができる。しかしながら、他の弁のタイミングも、種々の本発明の実施形態において利用できることが留意されるべきである。さらに、区分のうちのいくつかは、一緒に行うことができる（例えば、充填／分注ステージは同時に行うことができ、その場合、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）。特定の区分は、サイクルの度に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、浄化区分または静的浄化区分は、すべてのサイクルの度には行わない場合がある。同様に、ガス抜き区分は、すべてのサイクルの度には行わない場合がある。
【００３０】
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、静的浄化区分の間に閉状態であるので、例えば、静的浄化区分の終わりで浄化弁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、浄化サイクルおよび／または静的浄化サイクルは、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、静的浄化サイクルの終わりには、浄化弁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。浄化弁１４０が閉状態になるとき、それは余分の流体（おおよそ浄化弁１４０の保持量に等しい）を分注チャンバ１８５の中へ無理に送り、それはそれで、流体の分注のために意図した基準圧力より高く、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（基準より高い）は、その後の流体の分注に問題を引き起こす場合がある。浄化弁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パーセンテージになる場合があるので、これらの問題は、低圧力用途の際に悪化することになる。
【００３１】
より具体的には、浄化弁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「吐き出し」、二重分注、または他の望ましくない流体による現象が、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性に変動を引き起こすことがある。分注におけるこれらの変動は、それはそれで、ウエハのスクラップ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に対処し、分注の前に分注チャンバ１８５内で達成されるほぼどんな基準圧力も可能にすることによって、システムにより異なる水頭圧および機材における他の差異に対処する。
【００３２】
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に対処するために、静的浄化区分の間に、分注モータ２００は、遮断弁１３５、浄化弁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ソースによって引き起こされる任意の圧力上昇を補うために、所定の距離だけピストン１９２を後退して戻すように反転させられ得る。
【００３３】
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性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うことによって、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。
【００３４】
図４Ａは、多段式ポンプ１００のためのポンプ組立体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、また送液チャンバ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。一実施形態によると、分注ポンプブロック２０５は、ＰＴＦＥ、変性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、最低限の機械設備の追加をもって、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。
【００３５】
分注ブロック２０５は、例えば、流体を受ける入口２１０、ガス抜き区分の間に流体をガス抜きするためのガス抜き出口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４Ａの例では、浄化された流体は、送液チャンバに送り戻されるので（図５Ａおよび図５Ｂに示す）、分注ブロック２０５は、外部浄化出口を含まない。しかしながら、他の本発明の実施形態では、流体は、外部に空抜きすることができる。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、「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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０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合するために利用することができる接続金具の実施形態を記載している。
【００３６】
分注ブロック２０５は、流体を送液ポンプ、分注ポンプおよびフィルタ１２０に送る。ポンプカバー２２５は、送液モータ１７５および分注モータ２００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２３０は、流体の流れを多段式ポンプ１００の種々の部品へ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、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５）のシステム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、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれは、弁板２３０に少なくとも部分的に統合され、圧力または真空が対応するダイヤフラムに加えられ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。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が、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加える。例えば、入口２３５は遮断弁１３５に、入口２４０は浄化弁１４０に、入口２４５は隔離弁１３０に、入口２５０はガス抜き弁１４５に、また入口２５５は入口弁１２５に対応する（この場合、出口弁１４７は外部にある）。入口へ圧力または真空を選択的に加えることによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。
【００３７】
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）から分注ブロック２０５を通って弁板２３０へ達する、弁制御供給管路２６０を介して弁板２３０に提供される。弁制御ガス供給入口２６５は、加圧ガスを弁制御マニホールドに提供し、真空入口２７０は、真空（または低圧力）を弁制御マニホールドに提供する。弁制御マニホールドは、対応する弁を作動させるために、供給管路２６０を介して弁板２３０の適切な入口に加圧ガスまたは真空を送る三方弁の役割をする。図９〜図１６と併せて以下に記載するように、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、真空要件を緩和し、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。
【００３８】
図４Ｂは、多段式ポンプ１００の他の実施形態の図である。図４Ｂに示す特徴の多くは、上記の図４Ａとともに記載したものと類似している。しかしながら、図４Ｂ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徴を含む。流体液滴は、例えば、操作者が管を入口２１０、出口２１５またはガス抜き２２０に接合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「防水性」（例えば、漏洩のない流体中の潜水艇）であることを要求しない。他の実施形態によると、ポンプは完全に密閉され得る。
【００３９】
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によってできる角を流れ落ちる傾向になる。さらに、ゴム製密閉部が、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。
【００４０】
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徴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の接合部分およびポンプ１００の他の部分を流れ過ぎる傾向にある。
【００４１】
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と結合される時はいつも、金属カバーの鉛直表面は、分注ブロック２０５の対応する鉛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、傾斜特徴、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徴を含むことができる。さらに、図５Ａ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。
【００４２】
図５Ａは、そこに画定される流体の流れの通路を示すために透明にされる分注ブロック２０５を有する多段式ポンプ１００の一実施形態の図である。分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００のための種々のチャンバおよび流体の流れの通路を画定する。一実施形態によると、送液チャンバ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、種々の流通路は、分注ブロック２０５に機械加工することができる。流体の流れの通路２７５（図５Ｃに示す）は、入口２１０から入口弁に達する。流体の流れの通路２８０は、入口弁から送液チャンバ１５５へ達し、入口２１０から送液ポンプ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と送液ポンプ１５０との間の流れを調節する。流通路２８５は、弁板２３０内で送液ポンプ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。これらの流路は、フィルタ１２０への送液ステージ出口流路の役割をする。流体は、フィルタ１２０から、フィルタ１２０をガス抜き弁１４５および遮断弁１３５に接合する流通路を通って流れる。ガス抜き弁１４５からの流出は、ガス抜き出口２１５へ送られ、ガス抜き流路を終了するが、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。このようにして、フィルタ１２０から遮断弁１３５への流通路および流通路２９０は、送液ステージ入口流路の役割をする。分注ポンプは、分注区分の間では、流通路２９５（例えば、ポンプ出口流路）を介して出口２２０へ、または浄化区分の間では、流通路３００を通って浄化弁へ流体を流出することができる。浄化区分の間では、流体は、流通路３０５を通って送液ポンプ１５０に戻ることができる。このようにして、流通路３００および流通路３０５は、流体を送液チャンバ１５５に戻す浄化流路の役割をする。流体の流れ通路は、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、流体の流れの通路を画定するために、分注ブロック２０５に挿入することができる。図５Ｂは、一実施形態による、流通路のうちのいくつかを示すために透明にされた分注ブロック２０５の図を提供する。
【００４３】
図５Ａに戻ると、図５Ａは、送液ステージモータ１９０を含む送液ポンプ１５０、分注モータ２００を含む分注ポンプ１８０、および弁制御マニホールド３０２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、送液ポンプ１５０、分注ポンプ１８０および弁板２３０の部分は、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に結合されることができる。それぞれの棒は、ねじを受けるための１つ以上のねじ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３１６内の対応する穴にねじ山をつけるために、分注ブロック２０５内のねじ穴を通って達する１つ以上のねじ（例えば、ねじ３１２およびねじ３１４）によって分注ブロック２０５に取り付けることができる。部品を分注ブロック２０５に結合するためのこの機構は、例証として提供され、任意の適切な添着機構を使用できることが留意されるべきである。
【００４４】
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、内部に延びているタブ（例えば、ブラケット２７４）を含むことができる。上蓋２６３およびポンプカバー２２５は、ブラケット２７４に重なるので（例えば、上蓋２６３の下と背の端縁部およびポンプカバー２２５の上と背の端縁部で）、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の背端縁部での任意の空間において電気機器領域に流れることを阻止される。
【００４５】
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、電磁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から離してＰＣＢボード（裏板２７１に取り付けられ、図５Ｃ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、ブラケットに取り付けることができ、それはそれで、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から消散させることができる、ステンレス鋼機械加工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のために放熱ブラケットの役割をすることができる。ポンプ１００は、熱が裏板２７１によって伝導され得る表面または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。
【００４６】
図５Ｃは、弁板２３０へ圧力または真空を加えるための供給管路２６０を示す多段式ポンプ１００の図である。図４と併せて論じたように、弁板２３０内の弁は、流体が多段式ポンプ１００の種々の部品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接続金具（接続金具の例は３１８に示す）を含むことができる。この開口部は、接続金具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、接続金具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、供給管路へ加えられる圧力と真空との間の急激な圧力差の影響を軽減するのに役立ち、ひいては、弁へ加えられる圧力と真空との間の遷移を円滑にする。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、またより緩慢に開閉でき、システム内での弁の開閉によって引き起こされる、より円滑な圧力転移をもたらし、実のところ弁自体の寿命を延ばすことがある。
【００４７】
さらに、図５Ｃは、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ボード３９７から信号を受信することができ、ソレノイドを、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５Ｃ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、発熱する部品は、分注ブロック２０５から離して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によって消散することができる。他方では、図５Ｄ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。
【００４８】
図６は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的組立体を例示する図である。図６では、弁板２３０は、上記のように、分注ブロック２０５に既に結合されている。送液ステージポンプ１５０については、親ねじ１７０を有するダイヤフラム１６０は、送液チャンバ１５５の中に挿入することができ、分注ポンプ１８０については、親ねじ１９５を有するダイヤフラム１９０は、分注チャンバ１８５の中に挿入することができる。ピストンハウジング２２７は、それを通して達する親ねじを有する送液および分注チャンバ上に設置される。この場合は、単一形状ブロックは、分注ステージピストンおよび送液ステージピストンのためのピストンハウジングの役割をするが、それぞれのステージは、別個のハウジング部品を有することができる。分注モータ２００は親ねじ１９５に結合し、回転雌ねじ式ナットを通して親ねじ１９５に直線運動を伝えることができる。同様に、送液モータ１７５は親ねじ１７０に結合され、回転雌ねじ式ナットを通して親ねじ１７０に直線運動を伝えることができる。スペーサ３１９は、ピストンハウジング２２７から分注モータ２００をオフセットするために使用することができる。図示している実施形態のねじは、図５に併せて記載したように、分注ブロック２０５に挿入されるねじ穴を有する棒を使用して、送液モータ１７５および分注モータ２００を多段式ポンプ１００に添着する。例えば、ねじ３１５は、棒３２０内のねじ穴にねじ込まれることができ、ねじ３２５は、送液モータ１７５を結合する棒３３０内のねじ穴にねじ込まれることができる。
【００４９】
図７は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的組立体をさらに例示する図である。図７は、分注ブロック２０５にフィルタ接続金具３３５、３４０および３４５を加えるところを例示する。ナット３５０、３５５、３６０は、フィルタ接続金具３３５、３４０、３４５を保持するために使用することができる。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、「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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０号）は、フィルタ１２０と分注ブロック２０５との間に使用することができる薄型の接続金具の実施形態を記載している。しかしながら、任意の適切な接続金具を使用することができ、例示されている接続金具は、一例として提供されることが留意されるべきである。それぞれのフィルタ接続金具は、送液チャンバ、ガス抜き出口または分注チャンバへの流通路のうちの１つへ（すべて弁板２３０を介して）通じる。圧力センサ１１２は、圧力感知面が分注チャンバ１８５に面する状態で、分注ブロック２０５の中に挿入することができる。Ｏリング３６５は、圧力センサ１１２の分注チャンバ１８５との接合部分を密閉する。圧力センサ１１２は、ナット３６７によって適所に確実に保持される。弁制御管路（図示せず）は、弁マニホールド（例えば、弁マニホールド３０２）の出口から分注ブロック２０５の開口部３７５中に、そして分注ブロック２０５の上部を出て弁板２３０（図４に示す）に達する。他の実施形態では、圧力センサが、送液チャンバ内で圧力を読み取るために位置付けることができ、または複数の圧力センサが、送液チャンバ、分注チャンバまたはポンプ内の他の場所内の圧力を測定するために使用されることができる。
【００５０】
さらに、図７は、ポンプ制御装置（例えば、図１のポンプ制御装置２０）と通信するためのいくつかのインターフェースを例示する。圧力センサ１１２は、１つ以上の線（３８０で表す）を介して制御装置２０に圧力読み取りを通信する。分注モータ２００は、分注モータ２００を動かすポンプ制御装置２０から信号を受信するモータ制御インターフェース３８５を含む。さらに、分注モータ２００は、位置情報（例えば、位置ラインエンコーダから）を含む情報をポンプ制御装置２０に通信することができる。同様に、送液モータ１７５は、ポンプ制御装置２０からの制御信号を受信し、またポンプ制御装置２０に情報を通信する通信インターフェース３９０を含むことができる。
【００５１】
図８Ａは、分注ブロック２０５、弁板２３０、ピストンハウジング２２７、親ねじ１７０および親ねじ１９５を含む、多段式ポンプ１００の一部分の側面図を例示する。図８Ｂは、分注ブロック２０５、分注チャンバ１８５、ピストンハウジング２２７、親ねじ１９５、ピストン１９２および分注ダイヤフラム１９０を示す、図８Ａの断面図を例示する。図８Ｂに示すように、分注チャンバ１８５は、分注ブロック２０５によって少なくとも部分的に画定され得る。親ねじ１９５が作動するにつれて、ピストン１９２は、分注ダイヤフラム１９０を移動させるために上方（図８Ｂに示す配列に対して）に動かすことができ、それによって、分注チャンバ１８５内流体が出口流通路２９５または浄化流通路３００を介してチャンバから出るようにさせる。他の実施形態では、親ねじ１９５は、上下に動くように回転することができる。流通路の出入口は、分注チャンバ１８５内に様々に設置することができ、図２２ｂは、浄化流通路３００が、分注チャンバ１８５の上部から出る実施形態を示す。図８Ｃは、図８Ｂの一部分を例示する。図８Ｃに示す実施形態では、分注ダイヤフラム１９０は、分注ブロック２０５内のグローブ４００に嵌入するトング３９５を含む。このようにして、この実施形態では、分注ダイヤフラム１９０の端縁部は、ピストンハウジング２２７と分注ブロック２０５との間で密閉される。一実施形態によると、分注ポンプおよび／または送液ポンプ１５０は、回転ダイヤフラムポンプであってもよい。
【００５２】
図１〜図８Ｃと併せて記載した多段式ポンプ１００は、一例として提供されているが、限定されるものではなく、本発明の実施形態は、他の多段式ポンプの構成として実践することができることが留意されるべきである。
【００５３】
図９は、本発明の一実施形態による、流入弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５を形成する際に使用される種々の部品の一実施形態を例示する。流出弁１４７は、この実施形態では、ポンプの外部にある。図９に示すように、分注ブロック２０５は、ダイヤフラム１００２が設置される横断面１０００を有する。Ｏリング１００４は、横断面１０００上の対応するリングと位置合わせされ、ダイヤフラム１００２を分注ブロック２０５内のリングに部分的に圧入する。さらに、弁板２３０は、Ｏリング１００４が少なくとも部分的に着座される対応するリングを含む。弁板２３０は、座金およびねじ（１００６および１００８で図示）を使用して分注ブロック２０５に接合される。このようにして、図９に示すように、それぞれの弁の本体は、分注ブロック（またはポンプ本体の他の部分）および弁板等の複数の部分品から形成することができる。ダイヤフラム１００２として例示される１枚のエラストマー材料は、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。本発明の一実施形態によると、ダイヤフラム１００２は、流入弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれに使用される単一のダイヤフラムであってもよい。ダイヤフラム１００２は、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、異なる層タイプの組成材料、またはプロセス流体と反応しない他の適切な材料であってもよい。一実施形態によると、ダイヤフラム１００２は、厚さ約０．０１３インチであってもよい。他の実施形態では、別個のダイヤフラムが、それぞれの弁に使用でき、他の型のダイヤフラムが使用できることが留意されるべきである。
【００５４】
図１０Ａは、端表面１０００を有する分注ブロック２０５の側面図の一実施形態を例示する。図１０Ｂは、分注ブロック２０５の端表面１０００の一実施形態を例示する。それぞれの弁について、図示する実施形態では、端表面１０００は、Ｏリングが、ダイヤフラムの一部分を部分的に押し込むアニュラリングを含む。例えば、リング１０１０は流入弁１２５に対応し、リング１０１２は隔離弁１３０に対応し、リング１０１４は遮断弁１３５に対応し、リング１０１６は浄化弁１３０に対応し、またリング１０１８はガス抜き弁１４５に対応する。さらに、図１０Ｂは、それぞれの弁に対する流入／流出流通路を例示する。流通路１０２０は、入口２１０（図４に示す）から入口弁１２５へ通じ、流通路２８０は、入口弁１２５から送液チャンバへ通じ、隔離弁１３０については、流通路３０５は、送液チャンバから隔離弁１３０へ通じ、流通路１０２２は、隔離弁１３０からフィルタへ通じ、遮断弁１３５については、流通路１０２４は、フィルタから遮断弁１３５へ通じ、流通路２９０は、遮断弁１３５から分注チャンバへ通じ、浄化弁１４０については、流通路３００は、分注チャンバから通じ、流通路３０５は、送液チャンバへ通じ、またガス抜き弁１４５については、流通路１０２６は、フィルタから通じ、流通路１０２７は、ポンプの外側へ通じている（例えば、図４に示す、外部ガス抜き口２１５）。上記の流通路のいくつかは、上記の図５Ａ〜図５Ｄの分注ブロック２０５を通して達しているのが見ることができる。
【００５５】
図１１は、弁板２３０の外側の一実施形態の図である。図１１に示すように、弁板２３０は、弁板２３０に分注ブロック２０５を添着するために、ねじを挿入することができる種々の穴（例えば、１０２８で表す）を含む。さらに、圧力または真空を対応するダイヤフラムに加えるそれぞれの弁のための弁制御入口を図１１に示す。例えば、入口２３５は遮断弁１３５に、入口２４０は浄化弁１４０に、入口２４５は隔離弁１３０に、入口２５０はガス抜き弁１４５に、および入口２５５は入口弁１２５に対応する。圧力または真空を入口に選択的に加えることによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。
【００５６】
図１２は、弁板２３０の内部表面（すなわち、分注ブロック２０５に面する表面）を示す弁板２３０の図である。入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれについては、弁板２３０は、弁が開状態になるとダイヤフラム（例えば、ダイヤフラム１００２）が移動する弁チャンバを少なくとも部分的に画定する。図１２の例では、チャンバ１０２５は入口弁１２５に、チャンバ１０３０は隔離弁１３０に、チャンバ１０３５は遮断弁１３５に、チャンバ１０４０は浄化弁１４０に、およびチャンバ１０４５はガス抜き弁１４０に対応する。好ましくは、それぞれの弁チャンバは、弁チャンバの端縁部から、ダイヤフラムが移動する弁チャンバの中心まで、円弧状の弁座を有する。例えば、弁チャンバの端縁部が円形であり（図１２に示すように）、また円弧状の表面の半径が一定である場合は、弁チャンバは、部分的半球形状を有する。
【００５７】
流通路は、ダイヤフラムを、弁の開位置と閉位置との間に移動するようにさせる、弁制御ガス／真空または他の圧力を加えるために、それぞれの弁に対して画定される。一例として、流通路１０５０は、弁制御板２３０上の流入部から浄化弁チャンバ１０４０の円弧状表面の対応する開口部へと達する。流通路１０５０を通して真空または低圧力を選択的に加えると、ダイヤフラム１００２は、チャンバ１０４０の中に移動することができ、それによって浄化弁１４０を開状態にさせる。それぞれの弁チャンバの周囲のアニュラリングは、Ｏリング１００４を用いて密閉を提供する。例えば、アニュラリング１０５５は、浄化弁１４０を密閉するｏリングを部分的に含むために使用される。図１３は、それぞれの弁に対して圧力または真空を加えるために、流通路１０５０を含み、流通路を示すように透明にされた弁板２３０の図である。
【００５８】
図１４Ａは、弁の排出量が、ダイヤフラム１００２に加えられる圧力の量に伴って変化する弁板の設計の図である。浄化弁の実施形態を図１４Ａに示す。図１４Ａの例では、弁板１０６０は、分注ブロック２０５に接合される。ダイヤフラム１００２は、弁板１０６０と分注ブロック２０５との間に挟入される。弁板１０６０は、真空が流通路１０６５を通して加えられるとダイヤフラム１００２が移動する弁チャンバ１０６２を形成する。弁チャンバの周囲のアニュラリング１０７０は、ｏリング１００４を着座させる。弁板１０６０が、分注ブロック２０５に添着される場合、ｏリング１００４は、ダイヤフラム１００２をアニュラリング１０１６に圧入し、浄化弁をさらに密閉する。
【００５９】
図１４Ａの実施形態では、弁チャンバ１０６２は、ダイヤフラム１００２が移動する実質上平坦な表面（１０６７で示す）に面取りされた側面を有する。真空が、流通路１０６５を通してダイヤフラム１００２に加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、略部分的半球形状の表面１０６７に向けて移動する。これは、ダイヤフラム１００２と弁板１０６０との間にいくらかの空所（すなわち、未使用空間）があることを意味する。この未使用空間は、領域１０７０に表示される。流通路１０６５を通して加えられる引きの量が増加するにつれて（すなわち、真空が増加させることによって）、未使用空間は減少するが、ダイヤフラム１００２は、完全に底に達することはないことを意味する。その結果として、ダイヤフラム１００２を移動させるために使用される圧力に応じて、ダイヤフラム１００２の排水量は変化する（例えば、概して１０７２に表示されるダイヤフラムのボウルの容積は変化する）。
【００６０】
陽圧が、流通路１０６５を通して加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、入口および出口を密閉するために動く（この場合は、分注チャンバからの流通路３００および送液チャンバまでの流通路３０５）。したがって、領域１０７２内の流体量は、浄化弁１４０から外部へ移動する。これは、分注チャンバ（または流体が移動する他の密閉空間）内に圧力スパイクを引き起こす。弁によって移動される流体量は、どのくらいの量が弁に保持されたかに依存する。この量は、加えられる圧力量に伴い変化するので、同じ設計だが、異なる真空圧力を使用して作動する異なるポンプは、分注チャンバまたは他の密閉空間内に異なる圧力スパイクを示す。さらに、ダイヤフラム１００２は、プラスチックであるので、所与の真空圧力に対するダイヤフラム１００２の移動は、温度に応じて変化する。その結果として、未使用の領域１０７０の量は、温度に応じて変化する。図１４Ａの弁の排出量は、加えられる真空および温度に基づき変化するので、ポンプを開閉することによって排出される量を正確に補うことは困難である。
【００６１】
本発明の実施形態は、平坦な表面を有する弁チャンバに関連する問題を軽減または解消する。図１４Ｂは、本発明の一実施形態による、弁板の設計を使用して、浄化弁の一実施形態の図である。浄化弁１４０の実施形態を図１４Ｂに示す。図１４Ｂの例では、弁板２３０は、分注ブロック２０５に接合される。ダイヤフラム１００２は、弁板２３０と分注ブロック２０５との間に挟入される。弁板２３０は、ダイヤフラム１００２が、流通路１０５０を通して真空（または低圧力）を加えることに基づき移動することができる弁チャンバ１０４０を形成する。弁チャンバ１０４０の周囲のアニュラリング１０５５はｏリング１００４を着座させる。弁板２３０が、分注ブロック２０５に添着される場合、ｏリング１００４は、ダイヤフラム１００２をアニュラリング１０１６に圧入し、さらに浄化弁１４０を密閉する。これは、密閉部をもたらし、ダイヤフラム１００２を固定する。一実施形態によると、分注ブロック２０５は、ＰＴＦＥまたは変性ＰＴＦＥ、ダイヤフラム１００２は、ＰＦＴＥまたは変性ＰＴＦＥ、また弁板２３０は、機械加工のアルミニウムであってもよい。他の適切な材料も使用することができる。
【００６２】
図１４Ｂの実施形態では、ダイヤフラム１００２が移動する弁チャンバ１０４０の領域は、部分的半球状である。真空が、流通路１０５０を通してダイヤフラム１００２に加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、部分的半球形状の半球状表面に向けて移動する。弁チャンバ１０４０の部分球体の寸法を適切な大きさにすることによって、ダイヤフラム１００２によって形成される半球体は、弁チャンバ１０４０の形状と一致する。図１４Ｂに示すように、これは、ダイヤフラム１００２の部分球体と弁チャンバ（例えば、図９Ａの領域１０７０）の表面との間の空所が、除去されることを意味する。さらに、ダイヤフラム１００２は、弁チャンバ１０４０の部分球形状と対応する部分球形状で移動するので、ダイヤフラム１００２は、移動後の位置では、常に同じ形状、したがって、常に同じ排出量を有する（これは、以下に論じる図１０に例示する）。その結果として、弁１４０での保持量は、加えられる真空量（弁の動作範囲で）または温度にかかわらず、ほぼ同じとなる。したがって、浄化弁１４０が閉状態となるとき排出される流体量は同じである。これは、弁が閉状態になるときの排出される量による圧力スパイクを修正するために、均一な量的補正が実践されることを可能にする。さらなる利点として、部分球形状の弁チャンバは、弁チャンバをさらに薄型にできる。さらに、ダイヤフラムは、弁座の形状と一致するので、ダイヤフラム上の応力は緩和される。
【００６３】
弁チャンバは、流体が入口から出口路へ（例えば、図５Ｂの流路３００から流路３０５へ）流れることを可能にするのに十分なだけ、ダイヤフラムが移動できるような大きさにすることができる。さらに、弁チャンバは、排出量を減少させつつ、圧力低下を最低限にするような大きさにすることができる。例えば、弁チャンバがあまりにも薄型に製作される場合は、ダイヤフラム１００２は、開位置において、特定の用途に対し流通路３０５を過度に圧迫し得る。しかしながら、弁チャンバの奥行きが増加するにつれて、完全な開位置（すなわち、ダイヤフラムが弁チャンバの中に完全に移動する位置）にダイヤフラムを移動させることは、より強力な最小限真空が必要とされ、ダイヤフラム上のさらなる応力を引き起こす。弁チャンバは、弁の流量特徴をダイヤフラム上の応力と平衡させるような大きさにすることができる。
【００６４】
さらに、ダイヤフラムに対して圧力／真空を加えるための流通路１０５０は、弁チャンバの中心にある必要はなく、中心をはずれていてもよい（例えば、図１２の遮断弁チャンバ１０３５にこれを示す）ことに留意されるべきである。さらに、弁へ／からの入口および出口流通路は、弁が開状態にあるときには、流体がそれらの間で流れることが可能とされ、閉状態では制限される、任意の位置に配設され得る。例えば、弁が閉状態の場合、ほとんど流体量が特定の通路を通って排出されないように、弁への入口および出口流通路を配設することができる。図１４Ｂでは、送液チャンバへの出口流通路３０５は、分注チャンバからの入口流通路３００よりも、弁チャンバの中心からさらに遠いので（すなわち、半球体の中心からさらに遠い）、弁が閉状態にある場合、流通路３００よりもより少量の流体が、流通路３０５を通って排出される。
【００６５】
しかしながら、他の実施形態では、浄化弁１４０が閉状態となる場合、より少量流体が、送液チャンバへ排出されるより、分注チャンバへ戻り排出されるように、弁に対するこれらの流通路の配設は、反転させるか、さもなければ変更され得る。他方では、入口弁１２５については、入口弁１２５が閉状態になる場合（すなわち、入口弁１２５は、図１４Ｂに示す入口／出口流路配置を有することができる）、より多くの流体が、送液チャンバより流体源へ戻り排出されるように、入口流通路は、中心により近くであってもよい。さらに、種々の弁（例えば、遮断弁１３５、出口弁１４７）に対する入口および出口は、種々の本発明の実施形態により、弁が閉状態となる場合、分注チャンバに押し込まれる流体量を減少させるように配置され得る。
【００６６】
入口および出口流通路の他の構成も同様に利用することができる。例えば、弁に対して入口および出口流通路の両方とも、中心をはずれていてもよい。他の例として、１つの流通路がさらに制限され、この場合も同様に、弁が閉状態になる場合、より多くの流体が、流通路（例えば、より大きな流通路）のうちの１つを通って排出されることを助けるように、入口および出口流通路の幅は、異なっていてもよい。
【００６７】
図１５は、種々の弁の設計の排出量を例示する図を提供する。線１０８０は、平坦な弁チャンバ表面を有し、深さ０．０３０インチの弁チャンバ（例えば、図１４Ａに示す弁）を備える弁の設計に対し、線１０８２は、深さ０．０２２インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁の設計に対し、線１０８４は、深さ０．０１５インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁（例えば、図１４Ｂに示す弁）の設計に対し、線１０８６は、深さ０．０１０インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁に対している。図１５の図は、弁制御圧力が、３５ｐｓｉの圧力から真空へ切り替えられる場合、弁によって排出される流体容積量を表す。ｘ軸は、単位がＨｇ（水銀柱の高さ）の、加えられる真空量であり、またｙ軸は、単位がｍＬの、排出量である。１０Ｈｇの最低限真空が、弁を開状態にするために使用される。
【００６８】
図１５から見ることができるように、平坦な弁チャンバ表面を有する弁チャンバは、加えられる真空量に応じて異なる排出量を有する（すなわち、１０Ｈｇが加えられる場合は、排出量は約０．０４２ｍＬであるが、２０Ｈｇが加えられる場合は、排出量は約０．０５８ｍＬである）。他方では、ダイヤフラムが排出する、半球形状弁チャンバを有する弁は、加えられる真空にかかわらず、およそ一定の排出を示す。この例では、０．０２２インチの部分球形の弁は、０．０４７ｍＬを排出し（線１０８２によって表される）、０．０１５インチの部分球形の弁は、０．０４０ｍＬを排出し（線１０８４によって表される）、また０．０１０インチの部分球形の弁は、０．０３０ｍＬを排出する（線１０８６によって表される）。このようにして、図１５に見ることができるように、半半径球の弁チャンバを有する弁板は、弁に加えられる真空圧力が変化する場合、反復可能な排出量を提供する。
【００６９】
弁板２３０の弁は、異なる寸法を有することがある。例えば、浄化弁１４０は、他の弁よりも小さくでもよく、または弁は他の寸法であってもよい。図１６Ａは、浄化弁１４０の一実施形態の寸法の例を提供し、ダイヤフラムが移動する半球状の表面１０９０を示す。図１６Ａに示すように、弁チャンバは、半径が０．３．６３０インチの球形に対応する球形の深さが０．０１５インチの球形の表面を有する。図１６Ｂは、入力弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５およびガス抜き弁１４５の一実施形態の寸法の例を提供する。この実施形態では、弁チャンバの球形の深さは、半径２．４５３インチの球形に対応する０．０２２インチである。
【００７０】
それぞれの弁の大きさは、弁の圧力液滴を最小限にする要望（すなわち、開位置において弁がもたらす制限を最小限にする要望）、および弁の保持量を最小限にする要望をバランスさせるように選択することができる。すなわち、弁は、最小限に制限された流れに対する要望、および弁が開閉する場合に、圧力スパイクを最小限にする要望をバランスさせるように寸法を決めることができる。図１６Ａおよび図１６Ｂの例では、浄化弁１４０は、浄化弁１４０が閉状態となる場合、分注チャンバに戻る保持量の総量を最低限にするための最小の弁である。さらに、閾値の真空が加えられる場合、弁が、完全に開位置となるように寸法を決めることができる。例えば、１０Ｈｇの真空が加えられる場合、図１６Ａの浄化弁１４０は、完全に開位置となるように寸法が決められる。真空が増加するとき、浄化弁１４０は、それ以上開くことはない。図１６Ａおよび図１６Ｂに提供された寸法は、特定の実施例のほんの一例として提供されており、限定のために提供されるものではない。本発明の実施形態による弁は、様々な寸法を有することができる。さらに、弁板の実施形態は、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、「ＶＡＬＶＥ ＰＬＡＴＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」の名称で、発明者Ｇａｓｈｇａｅｅらが２００５年１２月２日に出願した米国仮出願第６０／７４２，１４７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７７０号）、および「ＦＩＸＥＤ ＶＯＬＵＭＥ ＶＡＬＶＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、発明者Ｇａｓｈｇａｅｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７７０−１号）に記載されている。
【００７１】
上述のように、分注ポンプ１８０は、ブラシレスＤＣモータまたはＰＳＭＳモータによって駆動することができるが、本発明の一実施形態による送液ポンプ１５０は、ステッピングモータによって駆動することができる。以下の図１７〜図１９は、種々の本発明の実施形態により使用可能なモータの実施形態を記載する。モータ用の制御スキームの例は、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、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＩＳＴＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国仮出願第６０／７４１，６６０号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７５０号）、および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＩＳＴＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００６年９月１日出願した米国仮出願第６０／８４１，７２５（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７５０−１号）に記載されている。
【００７２】
図１７は、本発明の一実施形態による、モータ３０３０およびそれに結合される位置センサ３０４０を有するモータ組立体３０００の略図である。図１７に示す例では、ダイヤフラム組立体３０１０は、親ねじ３０２０を介してモータ３０３０に結合される。一実施形態では、モータ３０３０は、永久磁石同期モータモータ（「ＰＭＳＭ」）である。ブラシＤＣモータでは、電流極性は、コミュテータおよびブラシによって修正される。しかしながら、ＰＭＳＭでは、極性の反転は、回転子位置と同期して切り替わる電力トランジスタによって行われる。したがって、ＰＭＳＭは、「ブラシレス」として特徴付けることができ、ブラシＤＣモータよりもより信頼性があると見なされる。さらに、ＰＭＳＭは、回転子磁石により回転子磁束を生成することによって、より高い効率性を達成することができる。ＰＭＳＭの他の利点には、振動の低下、騒音の低下（ブラシの除去により）、効率的な熱消散、より小さな設置面積（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔｓ）、およびより小さな回転子慣性が含まれる。固定子がいかに損傷するかに応じて、回転子の運動によって固定子内に誘発される、逆電磁気力は、異なるプロファイルを有することができる。１つのプロファイルは、台形状を有する場合があり、他のプロファイルは、正弦曲線形状を有する場合がある。本開示内で、用語ＰＭＳＭとは、すべの型のブラシレス永久磁石モータを表すことを意図し、用語ブラシレスＤＣモータ（「ＢＬＤＣＭ」）と相互交換可能なように使用される。
【００７３】
ＰＭＳＭ３０３０は、上述のように送液モータ１７５および／または分注モータ２００として利用できる。一実施形態では、ポンプ１００は、ステッピングモータを送液モータ１７５として、またＰＭＳＭ３０３０を分注モータ２００として利用する。適切なモータおよび関連する部品は、ＥＡＤモータ（Ｄｏｖｅｒ，ＮＨ，ＵＳＡ）などから取得してもよい。作動中、ＢＬＤＣＭ３０３０の固定子は、固定子の磁束を生成し、回転子は、回転子の磁束を生成する。固定子の磁束と回転子の磁束との相互作用はトルク、ひいては、ＢＬＤＣＭ３０３０の速度を画定する。一実施形態では、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、現場志向の制御（ＦＯＣ）のすべてを実践するために使用される。ＦＯＣアルゴリズムは、コンピュ−タ可読媒体内に内蔵されるコンピュータ実行可能ソフトウェアで実現される。現在は、オンチップハードウェア周辺機器のみを有するデジタル信号プロセッサが利用可能であり、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御するための、および比較的小額の追加費用により、マイクロ秒でＦＯＣアルゴリズムを完全に実行するための、計算能力、速度、およびプログラム可能性を有している。本明細書に開示されている本発明の実施形態を実践するために利用可能であるＤＳＰの一例は、Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ，ＵＳＡを本拠地としているＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な１６−ｂｉｔ ＤＳＰ（部品番号ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ）である。
【００７４】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、実際の回転子位置を探知するために、少なくとも１つの位置センサを組み込むことができる。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の外部にあってもよい。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の内部にあってもよい。一実施形態では、ＢＬＤＣＭ３０３０はセンサなしであってもよい。図１７に示す例では、位置センサ３０４０は、ＢＬＤＣＭ３０３０の実際の回転子位置の実時間フィードバックのためにＢＬＤＣＭ３０３０に結合され、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御するためにＤＳＰによって使用される。位置センサ３０４０を有するさらなる利点は、機械的ピストン（例えば、図２のピストン１９２）の位置の極めて正確で反復可能な制御を立証することであり、それは、ピストン排出分注ポンプ（例えば、図２の分注ポンプ１８０）内の流体運動および分注量に極めて正確で反復可能な制御を意味する。一実施形態では、位置センサ３０４０は、細いラインの回転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。８０００パルスをＤＳＰに与える２０００ラインエンコーダを使用して、０．０４５度の回転を正確に測定し、制御することが可能である。
【００７５】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、非常に低速度で駆動し、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導入することなく、より低速で駆動することは不可能である。この変動は、十分でない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枠内の動作となる。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１８〜図１９は、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとを比較し、多段式ポンプ１００内の分注モータ２００としてＢＬＤＣＭ３０３０を利用する多数の利点を明示する。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から見られるように、ステッピングモータと比較すると、ＢＬＤＣＭは、継続的な回転運動を有する分解能のかなりの増加、低電力消費、高トルク提供、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動きは、「モータインクリメント」と称され、それは一般にステッピングモータに関して使用される用語「ステップ」から区別される。モータインクリメントは、ＢＬＤＣＭとして測定可能な運動の最小単位であり、一実施形態により、ステッピングモータが不連続のステップで移動するのに対して、継続的運動を提供することができる。
【００７８】
図１８は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭの、平均トルク出力および速度範囲を対比するプロット図である。図１８に例示するように、ＢＬＤＣＭは、任意の速度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の使用可能な速度範囲は、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、トルク出力は急速に減少する）。
【００７９】
図１９は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとで、平均モータ電流および負荷を対比するプロット図である。図６に例示するように、ＢＬＤＣＭは、システム上で負荷に適応して調節することができ、負荷を伝達するのに要求される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、極大条件に対し設定された電流を使用する。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。１ポントの負荷を動かすことは、１０ポンドの負荷を動かすほどの電流を必要としないが、同じ１５０ｍＡが、１０ポンドの負荷と同様に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、エネルギー効率が悪く、浪費の原因となる。
【００８０】
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補正し自己に供給し、そして要求に応じ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（ｍＡ未満）ものであり得る。ＢＬＤＣＭは、自己補正である（すなわち、システム上の負荷に従い、電流を適応可能に調節することができる）ので、モータが動いていないときでさえ、常にオンである。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移動していないときは、停止させられ得る。
【００８１】
位置制御を維持するために、ＢＬＤＣＭのための制御方式は、頻繁に実行される必要がある。一実施形態では、制御ループは３０ｋＨｚで実行する。したがって、制御ループは、３３マイクロ秒毎に、ＢＬＤＣＭが正しい位置にあるかどうか確かめる。正しい位置であれば、何もしようとはしない。そうでなければ、電流を調節し、ＢＬＤＣＭをあるべき位置に押し進めようとする。この急速な自己補正作用は、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）で制御ループを実行させることは、システム内の余分な発熱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、発熱する機会が増えるためである。
【００８２】
本発明の一側面によると、いくつかの実施形態では、ＢＬＤＣＭは、発熱を考慮に入れるように構成される。具体的に、制御ループは、単一サイクルの間に２つの異なる速度で実行されるように構成される。サイクルの分注部分の間には、制御ループは、高速（例えば、３０ｋＨｚ）で実行される。サイクルの分注しない残りの部分の間には、制御ループは、低速（例えば、１０ｋＨｚ）で実行される。この構成は、分注の間に超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、分注時間の間に、制御ループは、３０ｋＨｚで実行する。それは少量の余分の熱をもたらす場合があるが、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。
【００８３】
サイクルの分注部分は、用途に応じてカスタム化することも可能となる。他の例として、分注システムは、２０秒サイクルを実践してもよい。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電等をするためであってもよい。サイクルの間に、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、サイクルの少ないパーセンテージを（例えば、５秒）高周波（例えば、３０ｋＨｚ）で実行し、またより大きなパーセンテージ（例えば、１５秒）を低周波（例えば、１０ｋＨｚ）で実行することになる。
【００８４】
当業者が理解できるように、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。動作速度および時間は、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、さもなければ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を駆動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の制御ループを実行することは、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。
【００８５】
位置制御に不適切に妥協することなく、サイクルの分注しない局面の間を、可能な限り減速することは、ＢＬＤＣＭのための制御方式を介して、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。制御方式は、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）を増加させるように構成される。さらに、制御方式は、あまり重要ではない機能を低周波数（例えば、１０ｋＨｚ）で実行することによって発熱を抑制するように構成される。さらに、カスタム制御方式は、分注されないサイクルの間に低周波数で実行することによって起こる、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。
【００８６】
制御方式は、圧力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。特徴付けは、圧力信号のばらつき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、滑らか運動、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、ばらついた圧力信号は、十分でない位置制御を示唆することになる。位置制御に関する限りは、１０ｋＨｚと１５ｋＨｚでのＢＬＤＣＭの実行間の差異は、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ために十分速くない場合がある。例えば、ＢＬＤＣＭの一実施形態は、分注流体のために構成される。位置ループが１ミリ秒未満で実行する場合（すなわち、約１０ｋＨｚまたはそれ以上）、効果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３ミリ秒の範囲に達する場合、流体内の効果は可視的となる。他の例として、弁のタイミングが、１ミリ秒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、または他のプロセスモニタによって可視的でない場合がある。しかしながら、１、２、または３ミリ秒の範囲では、変動は可視的となり得る。このようにして、好ましくは、制御方式は、約１０ｋＨｚまたはそれ以上で時間が極めて重要な機能（例えば、モータ、弁等のタイミングをとること）を実行する。
【００８７】
他の検討材料は、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くらいの遅さで実行するように設定される場合は、１ミリ秒よりも精細ないかなる分解能もなく、１ミリ秒よりも精細である必要がある計算を行うことができない。この場合には、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、５ｋＨｚまたは２ｋＨｚでさえも）設定することが可能である。
【００８８】
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となる分注システムは、種々のライン（例えば、ＤＳＰに８０００パルスを付与する２０００ライン）を有するエンコーダを使用する。それぞれのラインの間の時間は速度である。ＢＬＤＣＭが極めて遅く実行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、非常に速くなり得、基本的にエンコーダにパルスする。ＢＬＤＣＭが、毎秒１回転を実行する場合は、それは、その秒で２０００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は（すなわち、それらが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兆候である。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、許容誤差）および用途によっては、不十分な速度制御の兆候である。
【００８９】
他の検討材料は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の処理能力の実用限界に関係する。一例として、一サイクル内で分注するために、位置制御装置、電流制御装置など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２０ミリ秒を要することがある。３０ｋＨｚで実行することにより、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３０ミリ秒が得られる。３０ｋＨｚより速く実行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、３０ミリ秒より高速で動作することは、収穫逓減の結果となる。例えば、５０ｋＨｚにより、たった約２０ミリ秒（１／５００００Ｈｚ＝０．００００２秒＝２０マイクロ秒）だけが得られる。この場合には、より優れた速度性能を、５０ｋＨｚで得ることができるが、システムが、制御装置を実行するのに必要なすべてのプロセスを実行するには時間が不十分であり、したがって処理上の問題を引き起こす。さらに、５０ｋＨｚで実行することは、電流がさらに頻繁に切り替わり、それは上述の発熱の問題の一因となることを意味する。
【００９０】
要約すれば、熱出力を軽減するために、１つの解決法は、分注の間は高周波（例えば、３０ｋＨｚ）で実行するように、また分注しない動作（例えば、再充電）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を構成することとなる。カスタム制御方式および関連するパラメータを構成する際に考慮する要因には、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発熱が含まれる。上記の例では、１０ｋＨｚでの位置性能の喪失は、分注しない動作では重要でなく、３０ｋＨｚでの位置制御は、分注するためには優れており、また発熱は顕著に抑制される。発熱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的利点を提供することができる。これは、熱または温度変化が流体に作用する場合があるいかなる可能性も回避することが極めて望ましい場合には、これは、繊細および／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る。さらに、流体を加熱することは、分注動作に作用する。そのような一効果は、ナチュラルサックバック効果と呼ばれる。サックバック効果は、分注動作が流体を温め、ノズルの外部へ流体を膨張させた場合に、それは冷え始めると、冷え始めるにつれて、流体が若干失われることを説明する。分注動作が撤回されると、ノズル内の流体は、容積を増加させ始める。したがって、サックバック効果により、容積が正確でなく、一貫性がないことがあり得る。
【００９１】
図２０Ａ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のサイクルタイミングを例示する図表である。上記の例に続いて、ステッピングモータが、送液モータ１７５を実装し、またＢＬＤＣＭが、分注モータ２００を実装する。図２１Ａでの斜線部分は、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、濾過サイクルの間に圧力制御を促進する方法で構成され得る。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、斜線部分のモータが作動中であることを示す図２０Ｂに示されている。
【００９２】
図２０Ｂは、送液モータ１７５および分注モータ２００の例となる構成を例示する。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逆回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、送液モータ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、粘性変化のために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。
【００９３】
図２０Ｃ〜図２０Ｆは、他の弁およびモータのタイミングの図である。弁については、黒い部分は、分注サイクルの種々の区分で弁が開状態であることを示す。分注モータおよび送液モータについては、黒い部分は、モータが順回転または逆回転状態にある場合を示した。３０区分の分注サイクルの例を使用すると、図２０Ｃおよび図２０Ｅは、区分１〜１６の間のモータおよび弁のタイミングの例を示し、図２０Ｃおよび図２０Ｆは、分注サイクルの区分１〜１７の間のモータおよび弁のタイミングの例を示す。多段式ポンプは、他の弁およびモータのタイミング、より多くまたは少ない区分、および他の制御方式を利用できることが留意されるべきである。さらに、区分は、異なる時間を有することが留意されるべきである。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、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＬＶＥ ＳＥＱＵＥＮＣＩＮＧ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７４０号）、および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＬＶＥ ＳＥＱＵＥＮＣＩＮＧ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７４０−１号）は、弁およびモータのタイミングの種々の実施形態を記載している。
【００９４】
種々の本発明の実施形態により、多段式ポンプは、緩徐な流体操作特性およびより広範囲の動作を提供するが、従来の多段式ポンプより顕著に小型になることができる。多段式ポンプの種々の特徴は、小型化に貢献している。
【００９５】
従来のポンプ設計のいくつかは、送液チャンバおよび分注チャンバ内の平坦なダイヤフラムに依存し、プロセス流体に圧力を加えるよう作動していた。通常、作動液は、ダイヤフラムの片側に圧力を加え、ダイヤフラムを動かし、それによってプロセス流体を排出させるために使用されていた。作動液は、空気ピストンか、またはステッピングモータ駆動のピストンによって、圧力下に置くことが可能であった。分注ポンプが要求する排出量を得るために、ダイヤフラムは、比較的大きな表面積、ひいては直径を有する必要がある。
【００９６】
図２１ａ〜２１ｃと併せて上述したように、他方では、分注ポンプ１８０のダイヤフラム１９０および送液ポンプ１５０のダイヤフラム１６０は、回転ダイヤフラムであってもよい。平坦なダイヤフラムを使用する場合と比較して、回転ダイヤフラムを使用すると、送液チャンバ１５５および分注チャンバ１８５の要求される直径を顕著に縮小する。さらに、回転ダイヤフラムは、作動液ではなくモータ駆動のピストンによって直接動かすことができる。これは、送液／分注チャンバからダイヤフラムの表側での液圧チャンバの必要性、および関連する液圧管路の必要性をなくす。このようにして、回転ダイヤフラムの使用は、分注チャンバおよび送液チャンバが、さらに細く薄型となり、液圧の必要性を除去するようにさせる。
【００９７】
例えば、１０ｍｌの排出を達成するために平坦なダイヤフラムを使用した従来のポンプは、断面積が４．２４平方インチ（２７．４１９３平方センチメートル）のポンプチャンバを必要としていた。回転ダイヤフラムを使用するポンプチャンバは、１．００平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）のダイヤフラムで同様の排出が達成することができる。回転するダイヤフラムのためのピストンとチャンバ壁との間の空間および密閉フランジを考慮に入れたとしても、回転ダイヤフラムポンプは、１．２５平方インチ（８．０６４平方センチメートル）のみの設置面積を必要する。さらに、回転ダイヤフラムは、ぬれ表面積の縮小により、平坦なダイヤフラムよりさらに高圧力に対応することができる。その結果として、回転ダイヤフラムポンプは、平坦なダイヤフラムが補強を必要とする圧力に対し、金属包装等の補強を必要としない。
【００９８】
さらに、回転ダイヤフラムの使用は、流通路が、送液チャンバ１５５および分注チャンバ１８５出入りするのを可能にし、有利にも小型化するように設置される。例えば、図２１ｃと併せて論じたように、分注チャンバ１８５からの入口、出口および浄化流通路への開口部は、チャンバ内のどこにでも配設することができる。さらに、回転ダイヤフラムを使用すると、液圧を除去することによってポンプの費用を削減することが留意されるべきである。
【００９９】
小型化をはかる本発明の実施形態の他の特徴は、ポンプチャンバを含む入口から出口までの種々の流通路を画定する単体の分注ブロックを使用することである。従来は、流通路およびチャンバを画定した多段（５つ以上）ブロックがあった。分注ブロック２０５は、単一ブロックであるので、密閉部は減少し、組立体の複雑性は緩和される。
【０１００】
小型化に役立つ本発明の実施形態のさらに他の特徴は、すべてのポンプ弁（例えば、流入、隔離、遮断、ガス抜きおよび浄化）は、単一の弁板内にあることである。従来は、弁は、弁板と種々の分注ブロックとの間で分割された。これは、流体の漏洩を引き起こす可能性がある界面をもたらした。
【０１０１】
図２２は、最大１０ｍＬの分注をもたらすことができる多段式ポンプの実施形態の寸法の例を提供する。
【０１０２】
さらに、従来のポンプでは、種々のＰＴＦＥ板は、クランプで締められたか、または螺合された外部金属板によって一緒にされていた。ＰＴＦＥは比較的脆弱な材料であるので、ＰＴＦＥに部品を螺合、さもなければ添着することは困難である。本発明の実施形態は、図５および図６と併せて記載したように、垂直雌ねじ穴を有する棒を使用して（例えば、挿入）、この問題を解決する。棒は、金属の強度を有する他の部品内に螺合するための機構を提供する。
【０１０３】
多段式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２３は、ポンプ４０００のためのポンプ組立体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つステージ、例えば、分注ステージと同様であってもよく、ステッピングモータ、ブラシレスＤＣモータ、または他のモータ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、変性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、最低限の機械設備の追加をもって、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。
【０１０４】
分注ブロック４００５は、例えば、流体を受ける入口４０１０、流体を浄化／ガス抜きするための浄化／ガス抜き出口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２３の例では、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、外部浄化出口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日に出願した米国特許出願第６０／７４１，６６７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０号）、および「Ｏ−ＲＩＮＧ−ＬＥＳＳ ＬＯＷ ＰＲＯＦＩＬＥ ＦＩＴＴＩＮＧＳ ＡＮＤ ＦＩＴＴＩＮＧ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ」名称で、発明者Ｉｒａｊ Ｇａｓｈｇａｅｅが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０−１号）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結合ために利用することができる接続金具の実施形態を記載している。
【０１０５】
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ガス抜き／浄化弁へ、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の種々の部品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、および浄化／ガス抜き弁）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、および浄化／ガス抜き弁のそれぞれは、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加えられ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。他の実施形態では、弁のいくつかは、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加える。
【０１０６】
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徴を含むことができる。「防滴」の特徴は、突出しているリップ、傾斜特徴、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徴を含むことができる。電子機器ならびにマニホールドおよびＰＣＢボードは、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。
【０１０７】
このようにして、形状要因および熱効果を低減するために、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徴は、単段ポンプに使用することができる。
【０１０８】
本発明は、実例となる実施形態を参照して、本明細書に詳細に記載されてきたが、記述はほんの一例とされるものであり、限定する意味に解釈されるものではないことが理解されるべきである。したがって、本発明の実施形態の詳細における多数の変更形態、および本発明のさらなる実施形態は、本記述に関係がある当業者には明白となり、また当業者によって製作され得ることがさらに理解されるべきである。そのようなすべての変更形態およびさらなる実施形態は、請求する本発明の範囲内にあることが企図される。
【０１０９】
［付記項１］
多段式ポンプであって、
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプであって、
送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと
を備える、送液ポンプと、
該送液ポンプおよび該ポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプであって、
分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムであって、分注回転ダイヤフラムを備える分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと
を備える、分注ポンプと、
該多段式ポンプを通る流体の流れを選択的に可能にする一式の弁と、
該分注チャンバ内の圧力を検出するように配置された圧力センサと
を備える、多段式ポンプ。
［付記項２］
前記送液ステージダイヤフラムは、送液ステージ回転ダイヤフラムであり、前記分注モータはブラシレスＤＣモータであり、前記多段式ポンプは、
前記送液ピストンに結合され、前記送液モータによって可動である第１の親ねじと、
前記分注ピストンに結合され、前記分注モータによって可動である第２の親ねじであって、該送液ピストンおよび該分注ピストンは、それぞれ、前記送液ダイヤフラムおよび前記分注ダイヤフラムを直接動かす、第２の親ねじと、
前記送液チャンバと流体連通している送液ステージ出口流路と、
前記分注チャンバと流体連通している分注ステージ入口流路と、
該送液ステージ出口流路および該分注ステージ入口流路と流体連通しているフィルタであって、送液ステージポンプから前記分注ポンプへ流れる流体は、該フィルタを通過する、フィルタと
をさらに備える、付記項１に記載の多段式ポンプ。
［付記項３］
前記フィルタと流体連通しているガス抜き流路と、
前記分注チャンバと流体連通している浄化流路と
をさらに備える、付記項２に記載の多段式ポンプ。
［付記項４］
前記浄化流路は、前記分注チャンバから前記送液チャンバへ通じている、付記項３に記載の多段式ポンプ。
［付記項５］
前記送液チャンバの少なくとも一部分および前記分注チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の材料から形成される分注ブロックをさらに備え、該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、前記ガス抜き流路の第１および第２の部分、前記浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定する、付記項４に記載の多段式ポンプ。
［付記項６］
前記分注ブロックに結合される弁板をさらに備え、該弁板および該分注ブロックは、入口弁、隔離弁、遮断弁および浄化弁のための弁チャンバを画定し、
前記分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、前記ガス抜き流路の第１および第２の部分、前記浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから該隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから該遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから該浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項５に記載の多段式ポンプ。
［付記項７］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項６に記載の多段式ポンプ。
［付記項８］
電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁、前記ガス抜き弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通しており、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と
をさらに備える、付記項６に記載の多段式ポンプ。
［付記項９］
前記電子機器ハウジングは、前記分注ブロックの表面によって部分的に画定され、前記マニホールドは、該電子機器ハウジング内の、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設され、該多段式ポンプは、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードであって、該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にある、ＰＣＢボードと、
裏板であって、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成される、裏板と
をさらに含む、付記項８に記載の多段式ポンプ。
［付記項１０］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備え、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する該分注ブロックの端縁に位置するフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれている、付記項５に記載の多段式ポンプ。
［付記項１１］
１つ以上のモータカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面が、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項１０に記載の多段式ポンプ。
［付記項１２］
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ出口流路と流体連通している分注チャンバの少なくとも一部分、および該ポンプ入口流路と流体連通している送液チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、
該送液チャンバおよび該分注チャンバと流体連通しているフィルタと、
該送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと、
該分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと、
該分注チャンバ内の圧力を読み取るように配設された圧力センサと
を備える、多段式ポンプ。
［付記項１３］
前記分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項１４］
前記分注ブロックに結合された弁板をさらに備え、該弁板および該分注ブロックは、前記入口弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁のための弁チャンバを画定する、付記項１３に記載の多段式ポンプ。
［付記項１５］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項１４に記載の多段式ポンプ。
［付記項１６］
電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁、前記ガス抜き弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通しており、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と
をさらに備える、付記項１４に記載の多段式ポンプ。
［付記項１７］
前記電子機器ハウジングは、前記分注ブロックの表面によって部分的に画定され、また前記マニホールドは、該電子機器ハウジング内の、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設され、前記多段式ポンプは、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードであって、該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にある、ＰＣＢボードと、
裏板であって、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成される、付記項１６に記載の多段式ポンプ。
［付記項１８］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備えており、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する、該分注ブロックの端縁に位置するフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれる、付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項１９］
前記多段式ポンプは、１つ以上のモータカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面は、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項２０］
多段式ポンプ方法であって、
単体の材料の分注ブロックを形成することであって、該分注ブロックは、送液チャンバ、分注チャンバ、ポンプ入口流路およびポンプ出口流路を少なくとも部分的に画定する、ことと、
該分注ブロックと分注ポンプピストンハウジングとの間に分注回転ダイヤフラムを取り付けることと、
該分注ブロックと送液ポンプピストンハウジングとの間に送液ステージ回転ダイヤフラムを取り付けることと、
送液ポンプ親ねじによって、送液ポンプピストンを送液ポンプモータに結合することと、
分注ポンプ親ねじによって、分注ポンプピストンを分注ポンプモータに結合することと、
該送液モータを該送液ポンプピストンハウジングに結合することと、
該分注モータを該分注モータピストンハウジングに結合することと、
フィルタが該分注チャンバおよび該送液チャンバと流体連通するように、フィルタを該分注ブロックに結合することと
を包含する、方法。
［付記項２１］
前記送液モータは、ステッピングモータであり、また前記分注モータは、ブラシレスＤＣモータである、付記項２０に記載の方法。
［付記項２２］
弁板を前記分注ブロックに結合することを含み、該弁板は、１つ以上の弁を少なくとも部分的に画定し、
該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項２０に記載の方法。
［付記項２３］
ねじ穴を有する一式の金属棒を前記分注ブロックに挿入することであって、それぞれの棒が該棒の該ねじ穴に螺入されるねじに対して直角となるように、該ねじ穴が位置合わせされる、ことと、
１つ以上の部品を該分注ブロックに結合するために、該ねじ穴にねじを螺入することと
を含む、付記項２０に記載の方法。
［付記項２４］
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ出口流路および該ポンプ入口流路と流体連通しているポンプチャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、
送液チャンバ内で可動のダイヤフラムと、
該ダイヤフラムを動かすピストンであって、該ピストンは該ダイヤフラムを直接動かす、ピストンと、
該ピストンを往復運動させるために、該ピストンに結合されたモータと、
該ポンプチャンバ内の圧力を読み取るように配設された圧力センサと
を備える、ポンプ。
［付記項２５］
前記分注ブロックに結合された弁板をさらに備え、該弁板と該分注ブロックは、入口弁および浄化弁のための弁チャンバを画定し、
該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記ポンプチャンバへ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該ポンプチャンバから浄化弁へ通じ、また該浄化流路の該第２の部分は、浄化出口へ通じている、付記項２４に記載のポンプ。
［付記項２６］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項２５に記載のポンプ。
［付記項２７］
前記分注ブロックの表面によって部分的に画定される電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通し、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と、
裏板と、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードとをさらに備え、
該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にあり、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成されている、付記項２５に記載のポンプ。
［付記項２８］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備え、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する該分注ブロックの端縁に配置されたフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれる、付記項２４に記載のポンプ。
［付記項２９］
前記電子機器ハウジングを部分的に画定する裏板と、
該裏板と前記トップカバーとの間の密閉部と
をさらに備える、付記項２８に記載のポンプ。
［付記項３０］
前記ポンプは、１つ以上のカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面は、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項２９に記載のポンプ。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ ポンプシステム
１５ 流体源
２０ ポンプ制御装置
２５ ウエハ
２７ 媒体
３５ プロセッサ
４０，４５ 通信リンク
１００ 多段式ポンプ
１０５ 送液ステージ部分
１１０ 分注ステージ部分
１１２ 圧力センサ
１２０ フィルタ
１２５ 入口弁
１３０ 隔離弁
１３５ 遮断弁
１４０ 浄化弁
１４５ ガス抜き弁
１４７ 出口弁
１５０ 送液ステージポンプ
１５５ 送液チャンバ
１６０ 送液ステージダイヤフラム
１６５ ピストン
１７０ 親ねじ
１７５ ステッピングモータ
１８５ 分注チャンバ
１９０ 分注ステージダイヤフラム
１９２ ピストン
１９５ 親ねじ
２００ 分注モータ
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条に基づき、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号（「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」、出願人Ｅｎｔｅｇｒｉｓ Ｉｎｃ．および発明者Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅ他により、米国受理官庁に２００５年１１月２１日出願、弁理士事件整理番号ＥＮＴＧ１５９０−ＷＯ）の利益および優先権、ならびに、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、米国仮特許出願第６０／７４２，４３５号（「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＧＥ ＰＵＭＰ ＷＩＴＨ ＲＥＤＵＣＥＤ ＦＯＲＭ ＦＡＣＴＯＲ」、Ｃｅｄｒｏｎｅ他により２００５年１２月５日出願、弁理士事件整理番号ＥＮＴＧ１７２０）の利益および優先権を主張し、両者は本明細書において参照により援用される。
【０００２】
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、形状要因が減少された多段式ポンプに関する。
【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、最小限ではあるが適当量の化学物質を使用し、ポンプ装置によって化学物質が損傷を受けないことを確実にすることが好ましい。現在の多段式ポンプは、液体内に著しい圧力スパイクを引き起こす可能性がある。そのような圧力スパイクおよびその後の圧力低下は、流体に損傷を与えていることがある（すなわち、流体の物理的特徴を不利に変化させることがある）。さらに、圧力スパイクは、分注ポンプに意図した流体より多く分注させるか、または好ましくない方法で流体を分注させる流体圧の原因となる可能性がある。
【０００５】
フォトレジスト分注ポンプの従来のポンプ設計のいくつかは、送液チャンバおよび分注チャンバ内の平坦なダイヤフラムに依存し、プロセス流体に圧力を加えるよう作動していた。通常、作動液は、ダイヤフラムの片側に圧力を加え、ダイヤフラムを動かし、それによってプロセス流体を排出させるために使用されていた。作動液は、空気ピストンか、またはステッピングモータ駆動のピストンによって、圧力下に置くことが可能であった。分注ポンプが要求する排出量を得るために、ダイヤフラムは、比較的大きな表面積、ひいては直径を有する必要があった。さらに、従来のポンプでは、ポンプの種々の部分を画定する種々の板は、締め付け、または螺合により一種にされた外部金属板によって結合されていた。種々の板の間の空間は、流体漏洩の可能性を高めた。さらに弁は、ポンプの至るところに分散しており、交換および修理を比較的困難にしていた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、低減された形状要因、緩徐な流体操作性、および流体使用量を減らしおよび信頼性を向上させる種々の特徴を有する多段式ポンプを提供する。本発明の一実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプと、送液ポンプおよびポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプと、多段式ポンプを通して流体の流れを選択的に可能にする弁一式とを備える多段式ポンプを含む。送液ポンプは、送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、送液ピストンを往復運動させるために、送液ピストンに結合される送液モータとを備えることができる。分注ポンプは、分注チャンバ内で可動の分注回転ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、分注ピストンを往復運動させるために、分注ピストンに結合される分注モータとを備えることができる。種々の本発明の実施形態によると、送液ステージダイヤフラムはまた、回転ダイヤフラムであってもよい。さらに、送液モータまたは分注モータはそれぞれ、ステッピングモータまたはブラシレスＤＣモータであってもよく、例えば、送液モータは、ステッピングモータであって、分注モータは、ブラシレスＤＣモータであってもよい。一実施形態による多段式ポンプは、多段式ポンプ内で分注チャンバ、送液チャンバおよび種々の流路を少なくとも部分的に画定する単体の分注ブロックを含むことができる。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ出口流路と流体連通している分注チャンバの少なくとも一部分、およびポンプ入口流路と流体連通している送液チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックとを備える多段式ポンプを含む。ポンプは、送液チャンバおよび分注チャンバと流体連通しているフィルタと、送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、送液ピストンを往復運動させるために、送液ピストンに結合される送液モータと、分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムと、分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、分注ピストンを往復運動させるために、分注ピストンに結合される分注モータとをさらに備えることができる。
【０００８】
分注ブロックは、ポンプ入口流路の第１および第２の部分、送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびにポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定することができる。一実施形態によると、流路は、ポンプ入口流路の第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、またポンプ入口路の第２の部分は、入口弁から送液チャンバへ通じ、送液ステージ出口流路の第１の部分は、送液チャンバから隔離弁へ通じ、また送液ステージ出口流路の第２の部分は、フィルタへ通じ、分注ステージ入口流路の第１の部分は、フィルタから遮断弁へ通じ、また分注ステージ入口流路の第２の部分は、遮断弁から分注チャンバへ通じ、ガス抜き流路の第１の部分は、フィルタからガス抜き弁へ通じ、またガス抜き流路の第２の部分は、ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、浄化流路の第１の部分は、分注チャンバから浄化弁へ通じ、また浄化流路の第２の部分は、浄化弁から送液チャンバへ通じているように構成することができる。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態は、単体の材料から分注ブロックを形成するステップであって、分注ブロックは、送液チャンバ、分注チャンバ、ポンプ入口流路およびポンプ出口流路を少なくとも部分的に画定する、ステップと、分注ブロックと分注ポンプピストンハウジングとの間に分注回転ダイヤフラムを取り付けるステップと、分注ブロックと送液ポンプピストンハウジングとの間に送液ステージ回転ダイヤフラムを取り付けるステップと、送液ポンプ親ねじによって、送液ポンプピストンを送液ポンプモータに結合するステップと、分注ポンプ親ねじによって、分注ポンプピストンを分注ポンプモータに結合するステップと、送液モータを送液ポンプピストンハウジングに結合するステップと、分注モータを分注モータピストンハウジングに結合するステップと、フィルタが、分注チャンバおよび送液チャンバと流体連通できるように、フィルタを分注ブロックに結合するステップとを含む多段式ポンプ方法を含む。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態は、ポンプ入口流路と、ポンプ出口流路と、ポンプ出口流路およびポンプ入口流路と流体連通しているポンプチャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、送液チャンバ内で可動のダイヤフラムと、ダイヤフラムを動かすピストンと、ピストンを往復運動させるために、ピストンに結合されるモータとを備えるポンプを含む。
【００１１】
種々の本発明の実施形態は、ＰＴＦＥと金属部分との間の交差部でのオフセット等のポンプ防滴特徴、電子機器から離すように液滴を導く特徴、および種々の密閉部を含むことができる。さらに、本発明の実施形態は、ポンプ内の流体に対する熱作用を軽減する特徴を含むことができる。例えば、ソレノイドまたはマイクロチップ等、熱を生成する電子部品は、空間的制約が許容する範囲で、分注ブロックから離れるように配設することができる。
【００１２】
本発明の実施形態は、緩徐な流体操作性、および適用性の広い動作を有する、形状要因の小さな（例えば、従来の多段式ポンプの約２分の１の大きさ）多段式ポンプを提供する。本発明の実施形態による多段式ポンプは、従来の多段式ポンプより３５％少ない部品を有し、費用の削減および複雑性の緩和につながり、たとえあったとしてもさほどの液圧を必要としない。本発明の実施形態による多段式ポンプは、現場で容易に整備され、より少量の分注動作用のプロセス化学物質を使用し、取扱いに注意を要する化学反応のガス抜けを軽減し、より精密な制御を提供する。他の利点として、レジスト節約効果の強化、使用可能時間の増加、高い収率、および低維持費が含まれる。さらに、本発明の実施形態による多段式ポンプは、スペースの大幅な節約を提供し、従来のポンプと同じスペースでより多くのポンプを備え付けることが可能となる。
【００１３】
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され得、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ポンプシステムの一実施形態の図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による多段ポンプ（「多段式ポンプ」）の図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のための弁およびモータのタイミングの図である。
【図４Ａ】図４Ａは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ａ】図５Ａは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、分注ブロックの一実施形態の図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、多段式ポンプの実施形態の図である。
【図６】図６は、多段式ポンプの部分的組立体の一実施形態の図である。
【図７】図７は、多段式ポンプの部分的組立体の他の実施形態の図である。
【図８Ａ】図８Ａは、多段式ポンプの一部分の一実施形態の図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、分注チャンバを含む、図８Ａの多段式ポンプの実施形態の断面の図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂの多段式ポンプの実施形態の断面の図である。
【図９】図９は、弁板および分注ブロックの実施形態を使用した、１つ以上の弁の構造を例示している図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、分注ブロックの側面図の図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、分注ブロックの横断面の図である。
【図１１】図１１は、弁板の一実施形態の図である。
【図１２】図１２は、弁板の実施形態の他の眺めの図である。
【図１３】図１３は、弁板内に画定された通路を示す、弁板の実施形態を眺める図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、平坦弁チャンバを有する弁板の図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、半球形弁チャンバを有する弁板の図である。
【図１５】図１５は、半球形状の弁チャンバが、真空による排出量の変動をいかに減らすかを例示するグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、弁板の一部分の一実施形態の図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、弁板の一部分の他の実施形態の図である。
【図１７】図１７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組立体の図である。
【図１８】図１８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プロット図である。
【図１９】図１９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、平均モータ電流および負荷を対比するプロット図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭを構成する一実施形態を例示する図表である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｅ】図２０Ｅは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２０Ｆ】図２０Ｆは、本発明の一実施形態による、種々のステージにおけるステッピングモータおよびＢＬＤＣＭのサイクルタイミングを例示する図表である。
【図２１Ａ−１】図２１Ａ−１は、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ａ−２】図２１Ａ−２は、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、回転ダイヤフラムおよび分注チャンバの図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、多段式ポンプの実施形態例の寸法を提供する。
【図２３】図２３は、単段ポンプの図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【００１６】
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。寸法が提供されている範囲について、それらは特定の実践の一例として提供されており、限定する目的で提供されるものではない。実施形態は、種々の構成で実践することができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、形状要因が減少された多段（「多段式」）ポンプを使用して、流体を正確に分注するポンプシステムに関する。本発明の実施形態は、半導体製造において、フォトレジストおよび他の光感受性化学物質の分注に利用することができる。
【００１８】
図１は、ポンプシステム１０の図である。ポンプシステム１０は、ウエハ２５上に流体を分注するために協働する、流体源１５、ポンプ制御装置２０および多段式ポンプ１００を含むことができる。多段式ポンプ１００の動作は、多段式ポンプ１００に内蔵されるか、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に接合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可読の媒体２７（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光ディスク、磁気ドライブまたは他のコンピュータ可読の媒体）を含むことができる。プロセッサ３５（例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＩＳＣ、ＤＳＰまたは他のプロセッサ）は、命令を実行することができる。プロセッサの一例は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ １６−ｂｉｔ ＤＳＰ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓは、テキサス州ダラスを本拠地とする企業である）である。図１の実施形態では、制御装置２０は、通信リンク４０および４５を介して多段式ポンプ１００と通信する。通信リンク４０および４５は、ネットワーク（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、無線ネットワーク、グローバルエリアネットワーク、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔネットワークまたは当技術分野で既知または開発された他のネットワーク）、バス（例えば、ＳＣＳＩバス）または他の通信リンクであってもよい。制御装置２０は、内蔵ＰＣＢボードとして、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と通信するために制御装置への、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部品）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部品を含み、当技術分野で既知の種々のコンピュータ部品を含むことができる。ポンプ制御装置２０は、多段式ポンプの種々の弁およびモータを制御することができ、多段式ポンプに、低粘性流体（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（弁理士事件整理番号第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合するために使用することができる。
【００１９】
図２は、多段式ポンプ１００の図である。多段式ポンプ１００には、送液ステージ部分１０５および別個の分注ステージ部分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が、送液ステージ部分１０５と分注ステージ部分１１０との間に位置する。例えば、入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０、ガス抜き弁１４５および出口弁１４７を含む種々の弁が、多段式ポンプ１００を通して流体の流れを制御することができる。分注ステージ部分１１０は、分注ステージ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、送液チャンバ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。
【００２０】
送液ステージ１０５および分注ステージ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。例えば、送液ステージポンプ１５０（「送液ポンプ１５０」）には、流体を収集する送液チャンバ１５５、送液チャンバ１５５内で動いて流体を排出する送液ステージダイヤフラム１６０、送液ステージダイヤフラム１６０を動かすピストン１６５、親ねじ１７０およびステッピングモータ１７５が含まれる。親ねじ１７０は、ナット、ギア、またはモータから親ねじ１７０へエネルギー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、送液モータ１７０はナットを回転させ、それはそれで親ねじ１７０を回転させ、ピストン１６５に作動させる。同様に、分注ステージポンプ１８０（「分注ポンプ１８０」）は、分注チャンバ１８５、分注ステージダイヤフラム１９０、ピストン１９２、親ねじ１９５、および分注モータ２００を含むことができる。分注モータ２００は、ねじ式ナット（例えば、Ｔｏｒｌｏｎまたは他の材料のナット）を通して、親ねじ１９５を駆動することができる。
【００２１】
他の実施形態によると、送液ステージ１０５および分注ステージ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。送液ステージ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番号第１１／０５１，５７６号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−２号）に記載されている。しかしながら、両方のステージ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不要となり、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。
【００２２】
送液モータ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、現場志向の制御（「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。ＰＭＳＭ２００は、分注モータ２００の位置のリアルタイムフィードバックのためのエンコーダ（例えば、細いラインの回転位置エンコーダ）をさらに含むことができる。図１７〜図１９は、ＰＭＳＭモータの一実施形態を記載する。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、送液モータ１７５が、ＰＭＳＭまたはステッピングモータであってもよい。さらに、送液ポンプは、送液ポンプがホーム位置にある場合を表示するホームセンサを含むことができることに留意すべきである。
【００２３】
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、圧力または真空が加えられるかどうかに応じて開閉する、空気圧によって作動する（すなわち、ガスで作動する）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。弁板および対応する弁の部品の一実施形態を図９〜図１６と併せて以下に記載する。
【００２４】
多段式ポンプ１００の動作の種々のステージ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配列するために、それぞれが参照することによって本明細書に全面的に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが２００５年１２月２日に出願した米国仮特許出願第６０／７４１，６８２号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８００号）、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＬＵＩＤ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＡＮ ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、発明者Ｃｌａｒｋｅらが２００６年８月１１日に出願した米国出願番号第１１／５０２，７２９号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８４０号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮＳ ＵＳＩＮＧ Ａ ＭＯＴＯＲ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが＿＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１４２０−４号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＦＬＵＩＤ ＰＲＥＳＳＵＲＥ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国特許出願番号第１１／２９２，５５９（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１６３０号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００６年２月２８日出願した米国特許出願番号第１１／３６４，２８６号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１６３０−１号）、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８００−１号）、「Ｉ／Ｏ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＩＮＧ Ａ ＰＵＭＰ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ」の名称で、発明者Ｃｅｄｒｏｎｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１８１０−１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、ガス抜き区分、浄化区分および静的浄化区分を含むことができる。送液区分の間には、入口弁１２５は開状態となり、送液ステージポンプ１５０は、送液ステージダイヤフラム１６０を動かし（例えば、引く）、流体を送液チャンバ１５５の中に汲み上げる。十分な量の流体が送液チャンバ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、送液ステージポンプ１５０は送液ステージダイヤフラム１６０を動かし、送液チャンバ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、送液ポンプは、フィルタの分注側で圧力を高めるように動く。濾過区分の間には、分注ポンプ１８０は、ホーム位置に持って来られることができる。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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１５９０号）および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＨＯＭＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＩＳＰＥＮＳＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、出願人Ｅｎｔｅｇｒｉｓ Ｉｎｃ．および発明者Ｌａｖｅｒｄｉｅｒｅらが２００５年１１月２１日に出願したＰＣＴ出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２１２７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１５９０−ＷＯ号）に記載されるように、分注ポンプのホーム位置は、分注サイクルに対して分注ポンプでの利用可能な最大量をもたらす位置であり得るが、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。ホーム位置は、多段式ポンプ１００の未使用の保持量を減らすために、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、送液ポンプ１５０は、利用可能な最大限の量に満たない量を提供するホーム位置に持って来ることができる。
【００２５】
ガス抜き区分の始まりでは、隔離弁１３０は開状態となり、遮断弁１３５は閉状態となり、またガス抜き弁１４５は開状態となる。他の実施形態では、遮断弁１３５は、ガス抜き区分の間には開状態を維持し、ガス抜き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、制御装置によって理解することができる。送液ステージポンプ１５０は、流体に圧力を加え、フィルタ１２０から開状態のガス抜き弁１４５を通して気泡を除去する。送液ステージポンプ１５０は、所定の率でガス抜きが起こるように制御することができ、ガス抜き時間の延長およびガス抜き率の低下が可能となり、それによってガス抜き消耗量の精密制御が可能となる。送液ポンプが空気型ポンプである場合は、流体の流れの制限は、ガス抜き流体路内で行うことができ、送液ポンプに加えられる空気圧は、「ガス抜き」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ある制御をもたらす。
【００２６】
浄化区分の始まりでは、隔離弁１３０は閉状態、遮断弁１３５は、ガス抜き区分で開状態の場合には閉状態、ガス抜き弁１４５は閉状態、浄化弁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、浄化弁１４０を通して気泡をガス抜きする。静的浄化区分の間には、分注ポンプ１８０は停止するが、浄化弁１４０は開状態を維持し、継続して空気を排出する。浄化区分または静的浄化区分の間に除去される余分なあらゆる流体は、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）か、または送液ステージポンプ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、また浄化弁１４０は閉状態となることができるので、送液ステージポンプ１５０は、ソース（例えば、ソースボトル）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。
【００２７】
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内の流体に圧力を加える。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。これは、分注ポンプ１８０が部分的に開状態の出口弁１４７に流体を通過させるのを阻止する。さらに、これは、弁を開状態にすることにより流体が分注ノズルを上方に移動すること、続いて、モータ作用により流体が前方に動くことを阻止する。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され得る。
【００２８】
追加的な吸液区分は、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は閉状態となり得、二次的なモータまたは真空部が、出口ノズルから過剰な流体を吸い取るために使用され得る。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。
【００２９】
図３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の図を提供している。他のシーケンス図２０Ａおよび図２０Ｃ〜図２０Ｆに示す。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、ガス抜き区分と浄化区分との間では、隔離弁１３０は、ガス抜き弁１４５の直前に閉状態となることができる。しかしながら、他の弁のタイミングも、種々の本発明の実施形態において利用できることが留意されるべきである。さらに、区分のうちのいくつかは、一緒に行うことができる（例えば、充填／分注ステージは同時に行うことができ、その場合、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）。特定の区分は、サイクルの度に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、浄化区分または静的浄化区分は、すべてのサイクルの度には行わない場合がある。同様に、ガス抜き区分は、すべてのサイクルの度には行わない場合がある。
【００３０】
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、静的浄化区分の間に閉状態であるので、例えば、静的浄化区分の終わりで浄化弁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、浄化サイクルおよび／または静的浄化サイクルは、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、静的浄化サイクルの終わりには、浄化弁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。浄化弁１４０が閉状態になるとき、それは余分の流体（おおよそ浄化弁１４０の保持量に等しい）を分注チャンバ１８５の中へ無理に送り、それはそれで、流体の分注のために意図した基準圧力より高く、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（基準より高い）は、その後の流体の分注に問題を引き起こす場合がある。浄化弁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パーセンテージになる場合があるので、これらの問題は、低圧力用途の際に悪化することになる。
【００３１】
より具体的には、浄化弁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「吐き出し」、二重分注、または他の望ましくない流体による現象が、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性に変動を引き起こすことがある。分注におけるこれらの変動は、それはそれで、ウエハのスクラップ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に対処し、分注の前に分注チャンバ１８５内で達成されるほぼどんな基準圧力も可能にすることによって、システムにより異なる水頭圧および機材における他の差異に対処する。
【００３２】
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に対処するために、静的浄化区分の間に、分注モータ２００は、遮断弁１３５、浄化弁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ソースによって引き起こされる任意の圧力上昇を補うために、所定の距離だけピストン１９２を後退して戻すように反転させられ得る。
【００３３】
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性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うことによって、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。
【００３４】
図４Ａは、多段式ポンプ１００のためのポンプ組立体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、また送液チャンバ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。一実施形態によると、分注ポンプブロック２０５は、ＰＴＦＥ、変性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、最低限の機械設備の追加をもって、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。
【００３５】
分注ブロック２０５は、例えば、流体を受ける入口２１０、ガス抜き区分の間に流体をガス抜きするためのガス抜き出口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４Ａの例では、浄化された流体は、送液チャンバに送り戻されるので（図５Ａおよび図５Ｂに示す）、分注ブロック２０５は、外部浄化出口を含まない。しかしながら、他の本発明の実施形態では、流体は、外部に空抜きすることができる。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、「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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０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合するために利用することができる接続金具の実施形態を記載している。
【００３６】
分注ブロック２０５は、流体を送液ポンプ、分注ポンプおよびフィルタ１２０に送る。ポンプカバー２２５は、送液モータ１７５および分注モータ２００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２３０は、流体の流れを多段式ポンプ１００の種々の部品へ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、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５）のシステム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、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれは、弁板２３０に少なくとも部分的に統合され、圧力または真空が対応するダイヤフラムに加えられ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。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が、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加える。例えば、入口２３５は遮断弁１３５に、入口２４０は浄化弁１４０に、入口２４５は隔離弁１３０に、入口２５０はガス抜き弁１４５に、また入口２５５は入口弁１２５に対応する（この場合、出口弁１４７は外部にある）。入口へ圧力または真空を選択的に加えることによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。
【００３７】
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）から分注ブロック２０５を通って弁板２３０へ達する、弁制御供給管路２６０を介して弁板２３０に提供される。弁制御ガス供給入口２６５は、加圧ガスを弁制御マニホールドに提供し、真空入口２７０は、真空（または低圧力）を弁制御マニホールドに提供する。弁制御マニホールドは、対応する弁を作動させるために、供給管路２６０を介して弁板２３０の適切な入口に加圧ガスまたは真空を送る三方弁の役割をする。図９〜図１６と併せて以下に記載するように、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、真空要件を緩和し、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。
【００３８】
図４Ｂは、多段式ポンプ１００の他の実施形態の図である。図４Ｂに示す特徴の多くは、上記の図４Ａとともに記載したものと類似している。しかしながら、図４Ｂ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徴を含む。流体液滴は、例えば、操作者が管を入口２１０、出口２１５またはガス抜き２２０に接合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「防水性」（例えば、漏洩のない流体中の潜水艇）であることを要求しない。他の実施形態によると、ポンプは完全に密閉され得る。
【００３９】
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によってできる角を流れ落ちる傾向になる。さらに、ゴム製密閉部が、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。
【００４０】
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徴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の接合部分およびポンプ１００の他の部分を流れ過ぎる傾向にある。
【００４１】
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と結合される時はいつも、金属カバーの鉛直表面は、分注ブロック２０５の対応する鉛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、傾斜特徴、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徴を含むことができる。さらに、図５Ａ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。
【００４２】
図５Ａは、そこに画定される流体の流れの通路を示すために透明にされる分注ブロック２０５を有する多段式ポンプ１００の一実施形態の図である。分注ブロック２０５は、多段式ポンプ１００のための種々のチャンバおよび流体の流れの通路を画定する。一実施形態によると、送液チャンバ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、種々の流通路は、分注ブロック２０５に機械加工することができる。流体の流れの通路２７５（図５Ｃに示す）は、入口２１０から入口弁に達する。流体の流れの通路２８０は、入口弁から送液チャンバ１５５へ達し、入口２１０から送液ポンプ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と送液ポンプ１５０との間の流れを調節する。流通路２８５は、弁板２３０内で送液ポンプ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。これらの流路は、フィルタ１２０への送液ステージ出口流路の役割をする。流体は、フィルタ１２０から、フィルタ１２０をガス抜き弁１４５および遮断弁１３５に接合する流通路を通って流れる。ガス抜き弁１４５からの流出は、ガス抜き出口２１５へ送られ、ガス抜き流路を終了するが、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。このようにして、フィルタ１２０から遮断弁１３５への流通路および流通路２９０は、送液ステージ入口流路の役割をする。分注ポンプは、分注区分の間では、流通路２９５（例えば、ポンプ出口流路）を介して出口２２０へ、または浄化区分の間では、流通路３００を通って浄化弁へ流体を流出することができる。浄化区分の間では、流体は、流通路３０５を通って送液ポンプ１５０に戻ることができる。このようにして、流通路３００および流通路３０５は、流体を送液チャンバ１５５に戻す浄化流路の役割をする。流体の流れ通路は、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、流体の流れの通路を画定するために、分注ブロック２０５に挿入することができる。図５Ｂは、一実施形態による、流通路のうちのいくつかを示すために透明にされた分注ブロック２０５の図を提供する。
【００４３】
図５Ａに戻ると、図５Ａは、送液ステージモータ１９０を含む送液ポンプ１５０、分注モータ２００を含む分注ポンプ１８０、および弁制御マニホールド３０２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、送液ポンプ１５０、分注ポンプ１８０および弁板２３０の部分は、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に結合されることができる。それぞれの棒は、ねじを受けるための１つ以上のねじ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３１６内の対応する穴にねじ山をつけるために、分注ブロック２０５内のねじ穴を通って達する１つ以上のねじ（例えば、ねじ３１２およびねじ３１４）によって分注ブロック２０５に取り付けることができる。部品を分注ブロック２０５に結合するためのこの機構は、例証として提供され、任意の適切な添着機構を使用できることが留意されるべきである。
【００４４】
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、内部に延びているタブ（例えば、ブラケット２７４）を含むことができる。上蓋２６３およびポンプカバー２２５は、ブラケット２７４に重なるので（例えば、上蓋２６３の下と背の端縁部およびポンプカバー２２５の上と背の端縁部で）、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の背端縁部での任意の空間において電気機器領域に流れることを阻止される。
【００４５】
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、電磁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から離してＰＣＢボード（裏板２７１に取り付けられ、図５Ｃ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、ブラケットに取り付けることができ、それはそれで、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から消散させることができる、ステンレス鋼機械加工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のために放熱ブラケットの役割をすることができる。ポンプ１００は、熱が裏板２７１によって伝導され得る表面または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。
【００４６】
図５Ｃは、弁板２３０へ圧力または真空を加えるための供給管路２６０を示す多段式ポンプ１００の図である。図４と併せて論じたように、弁板２３０内の弁は、流体が多段式ポンプ１００の種々の部品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接続金具（接続金具の例は３１８に示す）を含むことができる。この開口部は、接続金具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、接続金具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、供給管路へ加えられる圧力と真空との間の急激な圧力差の影響を軽減するのに役立ち、ひいては、弁へ加えられる圧力と真空との間の遷移を円滑にする。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、またより緩慢に開閉でき、システム内での弁の開閉によって引き起こされる、より円滑な圧力転移をもたらし、実のところ弁自体の寿命を延ばすことがある。
【００４７】
さらに、図５Ｃは、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ボード３９７から信号を受信することができ、ソレノイドを、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５Ｃ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、発熱する部品は、分注ブロック２０５から離して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によって消散することができる。他方では、図５Ｄ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。
【００４８】
図６は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的組立体を例示する図である。図６では、弁板２３０は、上記のように、分注ブロック２０５に既に結合されている。送液ステージポンプ１５０については、親ねじ１７０を有するダイヤフラム１６０は、送液チャンバ１５５の中に挿入することができ、分注ポンプ１８０については、親ねじ１９５を有するダイヤフラム１９０は、分注チャンバ１８５の中に挿入することができる。ピストンハウジング２２７は、それを通して達する親ねじを有する送液および分注チャンバ上に設置される。この場合は、単一形状ブロックは、分注ステージピストンおよび送液ステージピストンのためのピストンハウジングの役割をするが、それぞれのステージは、別個のハウジング部品を有することができる。分注モータ２００は親ねじ１９５に結合し、回転雌ねじ式ナットを通して親ねじ１９５に直線運動を伝えることができる。同様に、送液モータ１７５は親ねじ１７０に結合され、回転雌ねじ式ナットを通して親ねじ１７０に直線運動を伝えることができる。スペーサ３１９は、ピストンハウジング２２７から分注モータ２００をオフセットするために使用することができる。図示している実施形態のねじは、図５に併せて記載したように、分注ブロック２０５に挿入されるねじ穴を有する棒を使用して、送液モータ１７５および分注モータ２００を多段式ポンプ１００に添着する。例えば、ねじ３１５は、棒３２０内のねじ穴にねじ込まれることができ、ねじ３２５は、送液モータ１７５を結合する棒３３０内のねじ穴にねじ込まれることができる。
【００４９】
図７は、多段式ポンプ１００の一実施形態の部分的組立体をさらに例示する図である。図７は、分注ブロック２０５にフィルタ接続金具３３５、３４０および３４５を加えるところを例示する。ナット３５０、３５５、３６０は、フィルタ接続金具３３５、３４０、３４５を保持するために使用することができる。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、「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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０号）は、フィルタ１２０と分注ブロック２０５との間に使用することができる薄型の接続金具の実施形態を記載している。しかしながら、任意の適切な接続金具を使用することができ、例示されている接続金具は、一例として提供されることが留意されるべきである。それぞれのフィルタ接続金具は、送液チャンバ、ガス抜き出口または分注チャンバへの流通路のうちの１つへ（すべて弁板２３０を介して）通じる。圧力センサ１１２は、圧力感知面が分注チャンバ１８５に面する状態で、分注ブロック２０５の中に挿入することができる。Ｏリング３６５は、圧力センサ１１２の分注チャンバ１８５との接合部分を密閉する。圧力センサ１１２は、ナット３６７によって適所に確実に保持される。弁制御管路（図示せず）は、弁マニホールド（例えば、弁マニホールド３０２）の出口から分注ブロック２０５の開口部３７５中に、そして分注ブロック２０５の上部を出て弁板２３０（図４に示す）に達する。他の実施形態では、圧力センサが、送液チャンバ内で圧力を読み取るために位置付けることができ、または複数の圧力センサが、送液チャンバ、分注チャンバまたはポンプ内の他の場所内の圧力を測定するために使用されることができる。
【００５０】
さらに、図７は、ポンプ制御装置（例えば、図１のポンプ制御装置２０）と通信するためのいくつかのインターフェースを例示する。圧力センサ１１２は、１つ以上の線（３８０で表す）を介して制御装置２０に圧力読み取りを通信する。分注モータ２００は、分注モータ２００を動かすポンプ制御装置２０から信号を受信するモータ制御インターフェース３８５を含む。さらに、分注モータ２００は、位置情報（例えば、位置ラインエンコーダから）を含む情報をポンプ制御装置２０に通信することができる。同様に、送液モータ１７５は、ポンプ制御装置２０からの制御信号を受信し、またポンプ制御装置２０に情報を通信する通信インターフェース３９０を含むことができる。
【００５１】
図８Ａは、分注ブロック２０５、弁板２３０、ピストンハウジング２２７、親ねじ１７０および親ねじ１９５を含む、多段式ポンプ１００の一部分の側面図を例示する。図８Ｂは、分注ブロック２０５、分注チャンバ１８５、ピストンハウジング２２７、親ねじ１９５、ピストン１９２および分注ダイヤフラム１９０を示す、図８Ａの断面図を例示する。図８Ｂに示すように、分注チャンバ１８５は、分注ブロック２０５によって少なくとも部分的に画定され得る。親ねじ１９５が作動するにつれて、ピストン１９２は、分注ダイヤフラム１９０を移動させるために上方（図８Ｂに示す配列に対して）に動かすことができ、それによって、分注チャンバ１８５内流体が出口流通路２９５または浄化流通路３００を介してチャンバから出るようにさせる。他の実施形態では、親ねじ１９５は、上下に動くように回転することができる。流通路の出入口は、分注チャンバ１８５内に様々に設置することができ、図２２ｂは、浄化流通路３００が、分注チャンバ１８５の上部から出る実施形態を示す。図８Ｃは、図８Ｂの一部分を例示する。図８Ｃに示す実施形態では、分注ダイヤフラム１９０は、分注ブロック２０５内のグローブ４００に嵌入するトング３９５を含む。このようにして、この実施形態では、分注ダイヤフラム１９０の端縁部は、ピストンハウジング２２７と分注ブロック２０５との間で密閉される。一実施形態によると、分注ポンプおよび／または送液ポンプ１５０は、回転ダイヤフラムポンプであってもよい。
【００５２】
図１〜図８Ｃと併せて記載した多段式ポンプ１００は、一例として提供されているが、限定されるものではなく、本発明の実施形態は、他の多段式ポンプの構成として実践することができることが留意されるべきである。
【００５３】
図９は、本発明の一実施形態による、流入弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５を形成する際に使用される種々の部品の一実施形態を例示する。流出弁１４７は、この実施形態では、ポンプの外部にある。図９に示すように、分注ブロック２０５は、ダイヤフラム１００２が設置される横断面１０００を有する。Ｏリング１００４は、横断面１０００上の対応するリングと位置合わせされ、ダイヤフラム１００２を分注ブロック２０５内のリングに部分的に圧入する。さらに、弁板２３０は、Ｏリング１００４が少なくとも部分的に着座される対応するリングを含む。弁板２３０は、座金およびねじ（１００６および１００８で図示）を使用して分注ブロック２０５に接合される。このようにして、図９に示すように、それぞれの弁の本体は、分注ブロック（またはポンプ本体の他の部分）および弁板等の複数の部分品から形成することができる。ダイヤフラム１００２として例示される１枚のエラストマー材料は、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。本発明の一実施形態によると、ダイヤフラム１００２は、流入弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれに使用される単一のダイヤフラムであってもよい。ダイヤフラム１００２は、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、異なる層タイプの組成材料、またはプロセス流体と反応しない他の適切な材料であってもよい。一実施形態によると、ダイヤフラム１００２は、厚さ約０．０１３インチであってもよい。他の実施形態では、別個のダイヤフラムが、それぞれの弁に使用でき、他の型のダイヤフラムが使用できることが留意されるべきである。
【００５４】
図１０Ａは、端表面１０００を有する分注ブロック２０５の側面図の一実施形態を例示する。図１０Ｂは、分注ブロック２０５の端表面１０００の一実施形態を例示する。それぞれの弁について、図示する実施形態では、端表面１０００は、Ｏリングが、ダイヤフラムの一部分を部分的に押し込むアニュラリングを含む。例えば、リング１０１０は流入弁１２５に対応し、リング１０１２は隔離弁１３０に対応し、リング１０１４は遮断弁１３５に対応し、リング１０１６は浄化弁１３０に対応し、またリング１０１８はガス抜き弁１４５に対応する。さらに、図１０Ｂは、それぞれの弁に対する流入／流出流通路を例示する。流通路１０２０は、入口２１０（図４に示す）から入口弁１２５へ通じ、流通路２８０は、入口弁１２５から送液チャンバへ通じ、隔離弁１３０については、流通路３０５は、送液チャンバから隔離弁１３０へ通じ、流通路１０２２は、隔離弁１３０からフィルタへ通じ、遮断弁１３５については、流通路１０２４は、フィルタから遮断弁１３５へ通じ、流通路２９０は、遮断弁１３５から分注チャンバへ通じ、浄化弁１４０については、流通路３００は、分注チャンバから通じ、流通路３０５は、送液チャンバへ通じ、またガス抜き弁１４５については、流通路１０２６は、フィルタから通じ、流通路１０２７は、ポンプの外側へ通じている（例えば、図４に示す、外部ガス抜き口２１５）。上記の流通路のいくつかは、上記の図５Ａ〜図５Ｄの分注ブロック２０５を通して達しているのが見ることができる。
【００５５】
図１１は、弁板２３０の外側の一実施形態の図である。図１１に示すように、弁板２３０は、弁板２３０に分注ブロック２０５を添着するために、ねじを挿入することができる種々の穴（例えば、１０２８で表す）を含む。さらに、圧力または真空を対応するダイヤフラムに加えるそれぞれの弁のための弁制御入口を図１１に示す。例えば、入口２３５は遮断弁１３５に、入口２４０は浄化弁１４０に、入口２４５は隔離弁１３０に、入口２５０はガス抜き弁１４５に、および入口２５５は入口弁１２５に対応する。圧力または真空を入口に選択的に加えることによって、対応する弁は、開状態および閉状態となる。
【００５６】
図１２は、弁板２３０の内部表面（すなわち、分注ブロック２０５に面する表面）を示す弁板２３０の図である。入口弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５、浄化弁１４０およびガス抜き弁１４５のそれぞれについては、弁板２３０は、弁が開状態になるとダイヤフラム（例えば、ダイヤフラム１００２）が移動する弁チャンバを少なくとも部分的に画定する。図１２の例では、チャンバ１０２５は入口弁１２５に、チャンバ１０３０は隔離弁１３０に、チャンバ１０３５は遮断弁１３５に、チャンバ１０４０は浄化弁１４０に、およびチャンバ１０４５はガス抜き弁１４０に対応する。好ましくは、それぞれの弁チャンバは、弁チャンバの端縁部から、ダイヤフラムが移動する弁チャンバの中心まで、円弧状の弁座を有する。例えば、弁チャンバの端縁部が円形であり（図１２に示すように）、また円弧状の表面の半径が一定である場合は、弁チャンバは、部分的半球形状を有する。
【００５７】
流通路は、ダイヤフラムを、弁の開位置と閉位置との間に移動するようにさせる、弁制御ガス／真空または他の圧力を加えるために、それぞれの弁に対して画定される。一例として、流通路１０５０は、弁制御板２３０上の流入部から浄化弁チャンバ１０４０の円弧状表面の対応する開口部へと達する。流通路１０５０を通して真空または低圧力を選択的に加えると、ダイヤフラム１００２は、チャンバ１０４０の中に移動することができ、それによって浄化弁１４０を開状態にさせる。それぞれの弁チャンバの周囲のアニュラリングは、Ｏリング１００４を用いて密閉を提供する。例えば、アニュラリング１０５５は、浄化弁１４０を密閉するｏリングを部分的に含むために使用される。図１３は、それぞれの弁に対して圧力または真空を加えるために、流通路１０５０を含み、流通路を示すように透明にされた弁板２３０の図である。
【００５８】
図１４Ａは、弁の排出量が、ダイヤフラム１００２に加えられる圧力の量に伴って変化する弁板の設計の図である。浄化弁の実施形態を図１４Ａに示す。図１４Ａの例では、弁板１０６０は、分注ブロック２０５に接合される。ダイヤフラム１００２は、弁板１０６０と分注ブロック２０５との間に挟入される。弁板１０６０は、真空が流通路１０６５を通して加えられるとダイヤフラム１００２が移動する弁チャンバ１０６２を形成する。弁チャンバの周囲のアニュラリング１０７０は、ｏリング１００４を着座させる。弁板１０６０が、分注ブロック２０５に添着される場合、ｏリング１００４は、ダイヤフラム１００２をアニュラリング１０１６に圧入し、浄化弁をさらに密閉する。
【００５９】
図１４Ａの実施形態では、弁チャンバ１０６２は、ダイヤフラム１００２が移動する実質上平坦な表面（１０６７で示す）に面取りされた側面を有する。真空が、流通路１０６５を通してダイヤフラム１００２に加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、略部分的半球形状の表面１０６７に向けて移動する。これは、ダイヤフラム１００２と弁板１０６０との間にいくらかの空所（すなわち、未使用空間）があることを意味する。この未使用空間は、領域１０７０に表示される。流通路１０６５を通して加えられる引きの量が増加するにつれて（すなわち、真空が増加させることによって）、未使用空間は減少するが、ダイヤフラム１００２は、完全に底に達することはないことを意味する。その結果として、ダイヤフラム１００２を移動させるために使用される圧力に応じて、ダイヤフラム１００２の排水量は変化する（例えば、概して１０７２に表示されるダイヤフラムのボウルの容積は変化する）。
【００６０】
陽圧が、流通路１０６５を通して加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、入口および出口を密閉するために動く（この場合は、分注チャンバからの流通路３００および送液チャンバまでの流通路３０５）。したがって、領域１０７２内の流体量は、浄化弁１４０から外部へ移動する。これは、分注チャンバ（または流体が移動する他の密閉空間）内に圧力スパイクを引き起こす。弁によって移動される流体量は、どのくらいの量が弁に保持されたかに依存する。この量は、加えられる圧力量に伴い変化するので、同じ設計だが、異なる真空圧力を使用して作動する異なるポンプは、分注チャンバまたは他の密閉空間内に異なる圧力スパイクを示す。さらに、ダイヤフラム１００２は、プラスチックであるので、所与の真空圧力に対するダイヤフラム１００２の移動は、温度に応じて変化する。その結果として、未使用の領域１０７０の量は、温度に応じて変化する。図１４Ａの弁の排出量は、加えられる真空および温度に基づき変化するので、ポンプを開閉することによって排出される量を正確に補うことは困難である。
【００６１】
本発明の実施形態は、平坦な表面を有する弁チャンバに関連する問題を軽減または解消する。図１４Ｂは、本発明の一実施形態による、弁板の設計を使用して、浄化弁の一実施形態の図である。浄化弁１４０の実施形態を図１４Ｂに示す。図１４Ｂの例では、弁板２３０は、分注ブロック２０５に接合される。ダイヤフラム１００２は、弁板２３０と分注ブロック２０５との間に挟入される。弁板２３０は、ダイヤフラム１００２が、流通路１０５０を通して真空（または低圧力）を加えることに基づき移動することができる弁チャンバ１０４０を形成する。弁チャンバ１０４０の周囲のアニュラリング１０５５はｏリング１００４を着座させる。弁板２３０が、分注ブロック２０５に添着される場合、ｏリング１００４は、ダイヤフラム１００２をアニュラリング１０１６に圧入し、さらに浄化弁１４０を密閉する。これは、密閉部をもたらし、ダイヤフラム１００２を固定する。一実施形態によると、分注ブロック２０５は、ＰＴＦＥまたは変性ＰＴＦＥ、ダイヤフラム１００２は、ＰＦＴＥまたは変性ＰＴＦＥ、また弁板２３０は、機械加工のアルミニウムであってもよい。他の適切な材料も使用することができる。
【００６２】
図１４Ｂの実施形態では、ダイヤフラム１００２が移動する弁チャンバ１０４０の領域は、部分的半球状である。真空が、流通路１０５０を通してダイヤフラム１００２に加えられる場合、ダイヤフラム１００２は、部分的半球形状の半球状表面に向けて移動する。弁チャンバ１０４０の部分球体の寸法を適切な大きさにすることによって、ダイヤフラム１００２によって形成される半球体は、弁チャンバ１０４０の形状と一致する。図１４Ｂに示すように、これは、ダイヤフラム１００２の部分球体と弁チャンバ（例えば、図９Ａの領域１０７０）の表面との間の空所が、除去されることを意味する。さらに、ダイヤフラム１００２は、弁チャンバ１０４０の部分球形状と対応する部分球形状で移動するので、ダイヤフラム１００２は、移動後の位置では、常に同じ形状、したがって、常に同じ排出量を有する（これは、以下に論じる図１０に例示する）。その結果として、弁１４０での保持量は、加えられる真空量（弁の動作範囲で）または温度にかかわらず、ほぼ同じとなる。したがって、浄化弁１４０が閉状態となるとき排出される流体量は同じである。これは、弁が閉状態になるときの排出される量による圧力スパイクを修正するために、均一な量的補正が実践されることを可能にする。さらなる利点として、部分球形状の弁チャンバは、弁チャンバをさらに薄型にできる。さらに、ダイヤフラムは、弁座の形状と一致するので、ダイヤフラム上の応力は緩和される。
【００６３】
弁チャンバは、流体が入口から出口路へ（例えば、図５Ｂの流路３００から流路３０５へ）流れることを可能にするのに十分なだけ、ダイヤフラムが移動できるような大きさにすることができる。さらに、弁チャンバは、排出量を減少させつつ、圧力低下を最低限にするような大きさにすることができる。例えば、弁チャンバがあまりにも薄型に製作される場合は、ダイヤフラム１００２は、開位置において、特定の用途に対し流通路３０５を過度に圧迫し得る。しかしながら、弁チャンバの奥行きが増加するにつれて、完全な開位置（すなわち、ダイヤフラムが弁チャンバの中に完全に移動する位置）にダイヤフラムを移動させることは、より強力な最小限真空が必要とされ、ダイヤフラム上のさらなる応力を引き起こす。弁チャンバは、弁の流量特徴をダイヤフラム上の応力と平衡させるような大きさにすることができる。
【００６４】
さらに、ダイヤフラムに対して圧力／真空を加えるための流通路１０５０は、弁チャンバの中心にある必要はなく、中心をはずれていてもよい（例えば、図１２の遮断弁チャンバ１０３５にこれを示す）ことに留意されるべきである。さらに、弁へ／からの入口および出口流通路は、弁が開状態にあるときには、流体がそれらの間で流れることが可能とされ、閉状態では制限される、任意の位置に配設され得る。例えば、弁が閉状態の場合、ほとんど流体量が特定の通路を通って排出されないように、弁への入口および出口流通路を配設することができる。図１４Ｂでは、送液チャンバへの出口流通路３０５は、分注チャンバからの入口流通路３００よりも、弁チャンバの中心からさらに遠いので（すなわち、半球体の中心からさらに遠い）、弁が閉状態にある場合、流通路３００よりもより少量の流体が、流通路３０５を通って排出される。
【００６５】
しかしながら、他の実施形態では、浄化弁１４０が閉状態となる場合、より少量流体が、送液チャンバへ排出されるより、分注チャンバへ戻り排出されるように、弁に対するこれらの流通路の配設は、反転させるか、さもなければ変更され得る。他方では、入口弁１２５については、入口弁１２５が閉状態になる場合（すなわち、入口弁１２５は、図１４Ｂに示す入口／出口流路配置を有することができる）、より多くの流体が、送液チャンバより流体源へ戻り排出されるように、入口流通路は、中心により近くであってもよい。さらに、種々の弁（例えば、遮断弁１３５、出口弁１４７）に対する入口および出口は、種々の本発明の実施形態により、弁が閉状態となる場合、分注チャンバに押し込まれる流体量を減少させるように配置され得る。
【００６６】
入口および出口流通路の他の構成も同様に利用することができる。例えば、弁に対して入口および出口流通路の両方とも、中心をはずれていてもよい。他の例として、１つの流通路がさらに制限され、この場合も同様に、弁が閉状態になる場合、より多くの流体が、流通路（例えば、より大きな流通路）のうちの１つを通って排出されることを助けるように、入口および出口流通路の幅は、異なっていてもよい。
【００６７】
図１５は、種々の弁の設計の排出量を例示する図を提供する。線１０８０は、平坦な弁チャンバ表面を有し、深さ０．０３０インチの弁チャンバ（例えば、図１４Ａに示す弁）を備える弁の設計に対し、線１０８２は、深さ０．０２２インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁の設計に対し、線１０８４は、深さ０．０１５インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁（例えば、図１４Ｂに示す弁）の設計に対し、線１０８６は、深さ０．０１０インチの部分球形弁チャンバ表面を有する弁に対している。図１５の図は、弁制御圧力が、３５ｐｓｉの圧力から真空へ切り替えられる場合、弁によって排出される流体容積量を表す。ｘ軸は、単位がＨｇ（水銀柱の高さ）の、加えられる真空量であり、またｙ軸は、単位がｍＬの、排出量である。１０Ｈｇの最低限真空が、弁を開状態にするために使用される。
【００６８】
図１５から見ることができるように、平坦な弁チャンバ表面を有する弁チャンバは、加えられる真空量に応じて異なる排出量を有する（すなわち、１０Ｈｇが加えられる場合は、排出量は約０．０４２ｍＬであるが、２０Ｈｇが加えられる場合は、排出量は約０．０５８ｍＬである）。他方では、ダイヤフラムが排出する、半球形状弁チャンバを有する弁は、加えられる真空にかかわらず、およそ一定の排出を示す。この例では、０．０２２インチの部分球形の弁は、０．０４７ｍＬを排出し（線１０８２によって表される）、０．０１５インチの部分球形の弁は、０．０４０ｍＬを排出し（線１０８４によって表される）、また０．０１０インチの部分球形の弁は、０．０３０ｍＬを排出する（線１０８６によって表される）。このようにして、図１５に見ることができるように、半半径球の弁チャンバを有する弁板は、弁に加えられる真空圧力が変化する場合、反復可能な排出量を提供する。
【００６９】
弁板２３０の弁は、異なる寸法を有することがある。例えば、浄化弁１４０は、他の弁よりも小さくでもよく、または弁は他の寸法であってもよい。図１６Ａは、浄化弁１４０の一実施形態の寸法の例を提供し、ダイヤフラムが移動する半球状の表面１０９０を示す。図１６Ａに示すように、弁チャンバは、半径が０．３．６３０インチの球形に対応する球形の深さが０．０１５インチの球形の表面を有する。図１６Ｂは、入力弁１２５、隔離弁１３０、遮断弁１３５およびガス抜き弁１４５の一実施形態の寸法の例を提供する。この実施形態では、弁チャンバの球形の深さは、半径２．４５３インチの球形に対応する０．０２２インチである。
【００７０】
それぞれの弁の大きさは、弁の圧力液滴を最小限にする要望（すなわち、開位置において弁がもたらす制限を最小限にする要望）、および弁の保持量を最小限にする要望をバランスさせるように選択することができる。すなわち、弁は、最小限に制限された流れに対する要望、および弁が開閉する場合に、圧力スパイクを最小限にする要望をバランスさせるように寸法を決めることができる。図１６Ａおよび図１６Ｂの例では、浄化弁１４０は、浄化弁１４０が閉状態となる場合、分注チャンバに戻る保持量の総量を最低限にするための最小の弁である。さらに、閾値の真空が加えられる場合、弁が、完全に開位置となるように寸法を決めることができる。例えば、１０Ｈｇの真空が加えられる場合、図１６Ａの浄化弁１４０は、完全に開位置となるように寸法が決められる。真空が増加するとき、浄化弁１４０は、それ以上開くことはない。図１６Ａおよび図１６Ｂに提供された寸法は、特定の実施例のほんの一例として提供されており、限定のために提供されるものではない。本発明の実施形態による弁は、様々な寸法を有することができる。さらに、弁板の実施形態は、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、「ＶＡＬＶＥ ＰＬＡＴＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」の名称で、発明者Ｇａｓｈｇａｅｅらが２００５年１２月２日に出願した米国仮出願第６０／７４２，１４７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７７０号）、および「ＦＩＸＥＤ ＶＯＬＵＭＥ ＶＡＬＶＥ ＳＹＳＴＥＭ」の名称で、発明者Ｇａｓｈｇａｅｅらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７７０−１号）に記載されている。
【００７１】
上述のように、分注ポンプ１８０は、ブラシレスＤＣモータまたはＰＳＭＳモータによって駆動することができるが、本発明の一実施形態による送液ポンプ１５０は、ステッピングモータによって駆動することができる。以下の図１７〜図１９は、種々の本発明の実施形態により使用可能なモータの実施形態を記載する。モータ用の制御スキームの例は、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、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＩＳＴＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００５年１２月２日に出願した米国仮出願第６０／７４１，６６０号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７５０号）、および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＩＳＴＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが２００６年９月１日出願した米国仮出願第６０／８４１，７２５（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７５０−１号）に記載されている。
【００７２】
図１７は、本発明の一実施形態による、モータ３０３０およびそれに結合される位置センサ３０４０を有するモータ組立体３０００の略図である。図１７に示す例では、ダイヤフラム組立体３０１０は、親ねじ３０２０を介してモータ３０３０に結合される。一実施形態では、モータ３０３０は、永久磁石同期モータモータ（「ＰＭＳＭ」）である。ブラシＤＣモータでは、電流極性は、コミュテータおよびブラシによって修正される。しかしながら、ＰＭＳＭでは、極性の反転は、回転子位置と同期して切り替わる電力トランジスタによって行われる。したがって、ＰＭＳＭは、「ブラシレス」として特徴付けることができ、ブラシＤＣモータよりもより信頼性があると見なされる。さらに、ＰＭＳＭは、回転子磁石により回転子磁束を生成することによって、より高い効率性を達成することができる。ＰＭＳＭの他の利点には、振動の低下、騒音の低下（ブラシの除去により）、効率的な熱消散、より小さな設置面積（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔｓ）、およびより小さな回転子慣性が含まれる。固定子がいかに損傷するかに応じて、回転子の運動によって固定子内に誘発される、逆電磁気力は、異なるプロファイルを有することができる。１つのプロファイルは、台形状を有する場合があり、他のプロファイルは、正弦曲線形状を有する場合がある。本開示内で、用語ＰＭＳＭとは、すべの型のブラシレス永久磁石モータを表すことを意図し、用語ブラシレスＤＣモータ（「ＢＬＤＣＭ」）と相互交換可能なように使用される。
【００７３】
ＰＭＳＭ３０３０は、上述のように送液モータ１７５および／または分注モータ２００として利用できる。一実施形態では、ポンプ１００は、ステッピングモータを送液モータ１７５として、またＰＭＳＭ３０３０を分注モータ２００として利用する。適切なモータおよび関連する部品は、ＥＡＤモータ（Ｄｏｖｅｒ，ＮＨ，ＵＳＡ）などから取得してもよい。作動中、ＢＬＤＣＭ３０３０の固定子は、固定子の磁束を生成し、回転子は、回転子の磁束を生成する。固定子の磁束と回転子の磁束との相互作用はトルク、ひいては、ＢＬＤＣＭ３０３０の速度を画定する。一実施形態では、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、現場志向の制御（ＦＯＣ）のすべてを実践するために使用される。ＦＯＣアルゴリズムは、コンピュ−タ可読媒体内に内蔵されるコンピュータ実行可能ソフトウェアで実現される。現在は、オンチップハードウェア周辺機器のみを有するデジタル信号プロセッサが利用可能であり、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御するための、および比較的小額の追加費用により、マイクロ秒でＦＯＣアルゴリズムを完全に実行するための、計算能力、速度、およびプログラム可能性を有している。本明細書に開示されている本発明の実施形態を実践するために利用可能であるＤＳＰの一例は、Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ，ＵＳＡを本拠地としているＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な１６−ｂｉｔ ＤＳＰ（部品番号ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＰＧＦＡ）である。
【００７４】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、実際の回転子位置を探知するために、少なくとも１つの位置センサを組み込むことができる。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の外部にあってもよい。一実施形態では、位置センサは、ＢＬＤＣＭ３０３０の内部にあってもよい。一実施形態では、ＢＬＤＣＭ３０３０はセンサなしであってもよい。図１７に示す例では、位置センサ３０４０は、ＢＬＤＣＭ３０３０の実際の回転子位置の実時間フィードバックのためにＢＬＤＣＭ３０３０に結合され、ＢＬＤＣＭ３０３０を制御するためにＤＳＰによって使用される。位置センサ３０４０を有するさらなる利点は、機械的ピストン（例えば、図２のピストン１９２）の位置の極めて正確で反復可能な制御を立証することであり、それは、ピストン排出分注ポンプ（例えば、図２の分注ポンプ１８０）内の流体運動および分注量に極めて正確で反復可能な制御を意味する。一実施形態では、位置センサ３０４０は、細いラインの回転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。８０００パルスをＤＳＰに与える２０００ラインエンコーダを使用して、０．０４５度の回転を正確に測定し、制御することが可能である。
【００７５】
ＢＬＤＣＭ３０３０は、非常に低速度で駆動し、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導入することなく、より低速で駆動することは不可能である。この変動は、十分でない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枠内の動作となる。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１８〜図１９は、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとを比較し、多段式ポンプ１００内の分注モータ２００としてＢＬＤＣＭ３０３０を利用する多数の利点を明示する。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から見られるように、ステッピングモータと比較すると、ＢＬＤＣＭは、継続的な回転運動を有する分解能のかなりの増加、低電力消費、高トルク提供、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動きは、「モータインクリメント」と称され、それは一般にステッピングモータに関して使用される用語「ステップ」から区別される。モータインクリメントは、ＢＬＤＣＭとして測定可能な運動の最小単位であり、一実施形態により、ステッピングモータが不連続のステップで移動するのに対して、継続的運動を提供することができる。
【００７８】
図１８は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータおよびＢＬＤＣＭの、平均トルク出力および速度範囲を対比するプロット図である。図１８に例示するように、ＢＬＤＣＭは、任意の速度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の使用可能な速度範囲は、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、トルク出力は急速に減少する）。
【００７９】
図１９は、本発明の一実施形態による、ステッピングモータとＢＬＤＣＭとで、平均モータ電流および負荷を対比するプロット図である。図６に例示するように、ＢＬＤＣＭは、システム上で負荷に適応して調節することができ、負荷を伝達するのに要求される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、極大条件に対し設定された電流を使用する。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。１ポントの負荷を動かすことは、１０ポンドの負荷を動かすほどの電流を必要としないが、同じ１５０ｍＡが、１０ポンドの負荷と同様に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、エネルギー効率が悪く、浪費の原因となる。
【００８０】
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補正し自己に供給し、そして要求に応じ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（ｍＡ未満）ものであり得る。ＢＬＤＣＭは、自己補正である（すなわち、システム上の負荷に従い、電流を適応可能に調節することができる）ので、モータが動いていないときでさえ、常にオンである。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移動していないときは、停止させられ得る。
【００８１】
位置制御を維持するために、ＢＬＤＣＭのための制御方式は、頻繁に実行される必要がある。一実施形態では、制御ループは３０ｋＨｚで実行する。したがって、制御ループは、３３マイクロ秒毎に、ＢＬＤＣＭが正しい位置にあるかどうか確かめる。正しい位置であれば、何もしようとはしない。そうでなければ、電流を調節し、ＢＬＤＣＭをあるべき位置に押し進めようとする。この急速な自己補正作用は、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）で制御ループを実行させることは、システム内の余分な発熱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、発熱する機会が増えるためである。
【００８２】
本発明の一側面によると、いくつかの実施形態では、ＢＬＤＣＭは、発熱を考慮に入れるように構成される。具体的に、制御ループは、単一サイクルの間に２つの異なる速度で実行されるように構成される。サイクルの分注部分の間には、制御ループは、高速（例えば、３０ｋＨｚ）で実行される。サイクルの分注しない残りの部分の間には、制御ループは、低速（例えば、１０ｋＨｚ）で実行される。この構成は、分注の間に超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、分注時間の間に、制御ループは、３０ｋＨｚで実行する。それは少量の余分の熱をもたらす場合があるが、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。
【００８３】
サイクルの分注部分は、用途に応じてカスタム化することも可能となる。他の例として、分注システムは、２０秒サイクルを実践してもよい。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電等をするためであってもよい。サイクルの間に、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、サイクルの少ないパーセンテージを（例えば、５秒）高周波（例えば、３０ｋＨｚ）で実行し、またより大きなパーセンテージ（例えば、１５秒）を低周波（例えば、１０ｋＨｚ）で実行することになる。
【００８４】
当業者が理解できるように、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。動作速度および時間は、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、さもなければ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を駆動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の制御ループを実行することは、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。
【００８５】
位置制御に不適切に妥協することなく、サイクルの分注しない局面の間を、可能な限り減速することは、ＢＬＤＣＭのための制御方式を介して、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。制御方式は、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）を増加させるように構成される。さらに、制御方式は、あまり重要ではない機能を低周波数（例えば、１０ｋＨｚ）で実行することによって発熱を抑制するように構成される。さらに、カスタム制御方式は、分注されないサイクルの間に低周波数で実行することによって起こる、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。
【００８６】
制御方式は、圧力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。特徴付けは、圧力信号のばらつき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、滑らか運動、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、ばらついた圧力信号は、十分でない位置制御を示唆することになる。位置制御に関する限りは、１０ｋＨｚと１５ｋＨｚでのＢＬＤＣＭの実行間の差異は、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ために十分速くない場合がある。例えば、ＢＬＤＣＭの一実施形態は、分注流体のために構成される。位置ループが１ミリ秒未満で実行する場合（すなわち、約１０ｋＨｚまたはそれ以上）、効果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３ミリ秒の範囲に達する場合、流体内の効果は可視的となる。他の例として、弁のタイミングが、１ミリ秒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、または他のプロセスモニタによって可視的でない場合がある。しかしながら、１、２、または３ミリ秒の範囲では、変動は可視的となり得る。このようにして、好ましくは、制御方式は、約１０ｋＨｚまたはそれ以上で時間が極めて重要な機能（例えば、モータ、弁等のタイミングをとること）を実行する。
【００８７】
他の検討材料は、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くらいの遅さで実行するように設定される場合は、１ミリ秒よりも精細ないかなる分解能もなく、１ミリ秒よりも精細である必要がある計算を行うことができない。この場合には、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、５ｋＨｚまたは２ｋＨｚでさえも）設定することが可能である。
【００８８】
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となる分注システムは、種々のライン（例えば、ＤＳＰに８０００パルスを付与する２０００ライン）を有するエンコーダを使用する。それぞれのラインの間の時間は速度である。ＢＬＤＣＭが極めて遅く実行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、非常に速くなり得、基本的にエンコーダにパルスする。ＢＬＤＣＭが、毎秒１回転を実行する場合は、それは、その秒で２０００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は（すなわち、それらが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兆候である。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、許容誤差）および用途によっては、不十分な速度制御の兆候である。
【００８９】
他の検討材料は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の処理能力の実用限界に関係する。一例として、一サイクル内で分注するために、位置制御装置、電流制御装置など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２０ミリ秒を要することがある。３０ｋＨｚで実行することにより、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３０ミリ秒が得られる。３０ｋＨｚより速く実行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、３０ミリ秒より高速で動作することは、収穫逓減の結果となる。例えば、５０ｋＨｚにより、たった約２０ミリ秒（１／５００００Ｈｚ＝０．００００２秒＝２０マイクロ秒）だけが得られる。この場合には、より優れた速度性能を、５０ｋＨｚで得ることができるが、システムが、制御装置を実行するのに必要なすべてのプロセスを実行するには時間が不十分であり、したがって処理上の問題を引き起こす。さらに、５０ｋＨｚで実行することは、電流がさらに頻繁に切り替わり、それは上述の発熱の問題の一因となることを意味する。
【００９０】
要約すれば、熱出力を軽減するために、１つの解決法は、分注の間は高周波（例えば、３０ｋＨｚ）で実行するように、また分注しない動作（例えば、再充電）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を構成することとなる。カスタム制御方式および関連するパラメータを構成する際に考慮する要因には、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発熱が含まれる。上記の例では、１０ｋＨｚでの位置性能の喪失は、分注しない動作では重要でなく、３０ｋＨｚでの位置制御は、分注するためには優れており、また発熱は顕著に抑制される。発熱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的利点を提供することができる。これは、熱または温度変化が流体に作用する場合があるいかなる可能性も回避することが極めて望ましい場合には、これは、繊細および／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る。さらに、流体を加熱することは、分注動作に作用する。そのような一効果は、ナチュラルサックバック効果と呼ばれる。サックバック効果は、分注動作が流体を温め、ノズルの外部へ流体を膨張させた場合に、それは冷え始めると、冷え始めるにつれて、流体が若干失われることを説明する。分注動作が撤回されると、ノズル内の流体は、容積を増加させ始める。したがって、サックバック効果により、容積が正確でなく、一貫性がないことがあり得る。
【００９１】
図２０Ａ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のサイクルタイミングを例示する図表である。上記の例に続いて、ステッピングモータが、送液モータ１７５を実装し、またＢＬＤＣＭが、分注モータ２００を実装する。図２１Ａでの斜線部分は、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、濾過サイクルの間に圧力制御を促進する方法で構成され得る。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、斜線部分のモータが作動中であることを示す図２０Ｂに示されている。
【００９２】
図２０Ｂは、送液モータ１７５および分注モータ２００の例となる構成を例示する。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逆回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、送液モータ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、粘性変化のために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。
【００９３】
図２０Ｃ〜図２０Ｆは、他の弁およびモータのタイミングの図である。弁については、黒い部分は、分注サイクルの種々の区分で弁が開状態であることを示す。分注モータおよび送液モータについては、黒い部分は、モータが順回転または逆回転状態にある場合を示した。３０区分の分注サイクルの例を使用すると、図２０Ｃおよび図２０Ｅは、区分１〜１６の間のモータおよび弁のタイミングの例を示し、図２０Ｃおよび図２０Ｆは、分注サイクルの区分１〜１７の間のモータおよび弁のタイミングの例を示す。多段式ポンプは、他の弁およびモータのタイミング、より多くまたは少ない区分、および他の制御方式を利用できることが留意されるべきである。さらに、区分は、異なる時間を有することが留意されるべきである。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、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＬＶＥ ＳＥＱＵＥＮＣＩＮＧ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者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（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７４０号）、および「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＶＡＬＶＥ ＳＥＱＵＥＮＣＩＮＧ ＩＮ Ａ ＰＵＭＰ」の名称で、発明者Ｇｏｎｎｅｌｌａらが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７４０−１号）は、弁およびモータのタイミングの種々の実施形態を記載している。
【００９４】
種々の本発明の実施形態により、多段式ポンプは、緩徐な流体操作特性およびより広範囲の動作を提供するが、従来の多段式ポンプより顕著に小型になることができる。多段式ポンプの種々の特徴は、小型化に貢献している。
【００９５】
従来のポンプ設計のいくつかは、送液チャンバおよび分注チャンバ内の平坦なダイヤフラムに依存し、プロセス流体に圧力を加えるよう作動していた。通常、作動液は、ダイヤフラムの片側に圧力を加え、ダイヤフラムを動かし、それによってプロセス流体を排出させるために使用されていた。作動液は、空気ピストンか、またはステッピングモータ駆動のピストンによって、圧力下に置くことが可能であった。分注ポンプが要求する排出量を得るために、ダイヤフラムは、比較的大きな表面積、ひいては直径を有する必要がある。
【００９６】
図２１ａ〜２１ｃと併せて上述したように、他方では、分注ポンプ１８０のダイヤフラム１９０および送液ポンプ１５０のダイヤフラム１６０は、回転ダイヤフラムであってもよい。平坦なダイヤフラムを使用する場合と比較して、回転ダイヤフラムを使用すると、送液チャンバ１５５および分注チャンバ１８５の要求される直径を顕著に縮小する。さらに、回転ダイヤフラムは、作動液ではなくモータ駆動のピストンによって直接動かすことができる。これは、送液／分注チャンバからダイヤフラムの表側での液圧チャンバの必要性、および関連する液圧管路の必要性をなくす。このようにして、回転ダイヤフラムの使用は、分注チャンバおよび送液チャンバが、さらに細く薄型となり、液圧の必要性を除去するようにさせる。
【００９７】
例えば、１０ｍｌの排出を達成するために平坦なダイヤフラムを使用した従来のポンプは、断面積が４．２４平方インチ（２７．４１９３平方センチメートル）のポンプチャンバを必要としていた。回転ダイヤフラムを使用するポンプチャンバは、１．００平方インチ（６．４５１６平方センチメートル）のダイヤフラムで同様の排出が達成することができる。回転するダイヤフラムのためのピストンとチャンバ壁との間の空間および密閉フランジを考慮に入れたとしても、回転ダイヤフラムポンプは、１．２５平方インチ（８．０６４平方センチメートル）のみの設置面積を必要する。さらに、回転ダイヤフラムは、ぬれ表面積の縮小により、平坦なダイヤフラムよりさらに高圧力に対応することができる。その結果として、回転ダイヤフラムポンプは、平坦なダイヤフラムが補強を必要とする圧力に対し、金属包装等の補強を必要としない。
【００９８】
さらに、回転ダイヤフラムの使用は、流通路が、送液チャンバ１５５および分注チャンバ１８５出入りするのを可能にし、有利にも小型化するように設置される。例えば、図２１ｃと併せて論じたように、分注チャンバ１８５からの入口、出口および浄化流通路への開口部は、チャンバ内のどこにでも配設することができる。さらに、回転ダイヤフラムを使用すると、液圧を除去することによってポンプの費用を削減することが留意されるべきである。
【００９９】
小型化をはかる本発明の実施形態の他の特徴は、ポンプチャンバを含む入口から出口までの種々の流通路を画定する単体の分注ブロックを使用することである。従来は、流通路およびチャンバを画定した多段（５つ以上）ブロックがあった。分注ブロック２０５は、単一ブロックであるので、密閉部は減少し、組立体の複雑性は緩和される。
【０１００】
小型化に役立つ本発明の実施形態のさらに他の特徴は、すべてのポンプ弁（例えば、流入、隔離、遮断、ガス抜きおよび浄化）は、単一の弁板内にあることである。従来は、弁は、弁板と種々の分注ブロックとの間で分割された。これは、流体の漏洩を引き起こす可能性がある界面をもたらした。
【０１０１】
図２２は、最大１０ｍＬの分注をもたらすことができる多段式ポンプの実施形態の寸法の例を提供する。
【０１０２】
さらに、従来のポンプでは、種々のＰＴＦＥ板は、クランプで締められたか、または螺合された外部金属板によって一緒にされていた。ＰＴＦＥは比較的脆弱な材料であるので、ＰＴＦＥに部品を螺合、さもなければ添着することは困難である。本発明の実施形態は、図５および図６と併せて記載したように、垂直雌ねじ穴を有する棒を使用して（例えば、挿入）、この問題を解決する。棒は、金属の強度を有する他の部品内に螺合するための機構を提供する。
【０１０３】
多段式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２３は、ポンプ４０００のためのポンプ組立体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つステージ、例えば、分注ステージと同様であってもよく、ステッピングモータ、ブラシレスＤＣモータ、または他のモータ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、変性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、最低限の機械設備の追加をもって、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。
【０１０４】
分注ブロック４００５は、例えば、流体を受ける入口４０１０、流体を浄化／ガス抜きするための浄化／ガス抜き出口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２３の例では、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、外部浄化出口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日に出願した米国特許出願第６０／７４１，６６７号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０号）、および「Ｏ−ＲＩＮＧ−ＬＥＳＳ ＬＯＷ ＰＲＯＦＩＬＥ ＦＩＴＴＩＮＧＳ ＡＮＤ ＦＩＴＴＩＮＧ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ」名称で、発明者Ｉｒａｊ Ｇａｓｈｇａｅｅが＿＿＿＿＿＿に出願した米国特許出願番号第＿＿＿＿＿＿号（弁理士事件整理番号第ＥＮＴＧ１７６０−１号）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結合ために利用することができる接続金具の実施形態を記載している。
【０１０５】
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ガス抜き／浄化弁へ、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の種々の部品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、および浄化／ガス抜き弁）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、および浄化／ガス抜き弁のそれぞれは、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加えられ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。他の実施形態では、弁のいくつかは、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加える。
【０１０６】
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徴を含むことができる。「防滴」の特徴は、突出しているリップ、傾斜特徴、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徴を含むことができる。電子機器ならびにマニホールドおよびＰＣＢボードは、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。
【０１０７】
このようにして、形状要因および熱効果を低減するために、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徴は、単段ポンプに使用することができる。
【０１０８】
本発明は、実例となる実施形態を参照して、本明細書に詳細に記載されてきたが、記述はほんの一例とされるものであり、限定する意味に解釈されるものではないことが理解されるべきである。したがって、本発明の実施形態の詳細における多数の変更形態、および本発明のさらなる実施形態は、本記述に関係がある当業者には明白となり、また当業者によって製作され得ることがさらに理解されるべきである。そのようなすべての変更形態およびさらなる実施形態は、請求する本発明の範囲内にあることが企図される。
【０１０９】
［付記項１］
多段式ポンプであって、
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプであって、
送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと
を備える、送液ポンプと、
該送液ポンプおよび該ポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプであって、
分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムであって、分注回転ダイヤフラムを備える分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと
を備える、分注ポンプと、
該多段式ポンプを通る流体の流れを選択的に可能にする一式の弁と、
該分注チャンバ内の圧力を検出するように配置された圧力センサと
を備える、多段式ポンプ。
［付記項２］
前記送液ステージダイヤフラムは、送液ステージ回転ダイヤフラムであり、前記分注モータはブラシレスＤＣモータであり、前記多段式ポンプは、
前記送液ピストンに結合され、前記送液モータによって可動である第１の親ねじと、
前記分注ピストンに結合され、前記分注モータによって可動である第２の親ねじであって、該送液ピストンおよび該分注ピストンは、それぞれ、前記送液ダイヤフラムおよび前記分注ダイヤフラムを直接動かす、第２の親ねじと、
前記送液チャンバと流体連通している送液ステージ出口流路と、
前記分注チャンバと流体連通している分注ステージ入口流路と、
該送液ステージ出口流路および該分注ステージ入口流路と流体連通しているフィルタであって、送液ステージポンプから前記分注ポンプへ流れる流体は、該フィルタを通過する、フィルタと
をさらに備える、付記項１に記載の多段式ポンプ。
［付記項３］
前記フィルタと流体連通しているガス抜き流路と、
前記分注チャンバと流体連通している浄化流路と
をさらに備える、付記項２に記載の多段式ポンプ。
［付記項４］
前記浄化流路は、前記分注チャンバから前記送液チャンバへ通じている、付記項３に記載の多段式ポンプ。
［付記項５］
前記送液チャンバの少なくとも一部分および前記分注チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の材料から形成される分注ブロックをさらに備え、該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、前記ガス抜き流路の第１および第２の部分、前記浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定する、付記項４に記載の多段式ポンプ。
［付記項６］
前記分注ブロックに結合される弁板をさらに備え、該弁板および該分注ブロックは、入口弁、隔離弁、遮断弁および浄化弁のための弁チャンバを画定し、
前記分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、前記ガス抜き流路の第１および第２の部分、前記浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから該隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから該遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから該浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項５に記載の多段式ポンプ。
［付記項７］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項６に記載の多段式ポンプ。
［付記項８］
電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁、前記ガス抜き弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通しており、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と
をさらに備える、付記項６に記載の多段式ポンプ。
［付記項９］
前記電子機器ハウジングは、前記分注ブロックの表面によって部分的に画定され、前記マニホールドは、該電子機器ハウジング内の、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設され、該多段式ポンプは、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードであって、該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にある、ＰＣＢボードと、
裏板であって、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成される、裏板と
をさらに含む、付記項８に記載の多段式ポンプ。
［付記項１０］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備え、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する該分注ブロックの端縁に位置するフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれている、付記項５に記載の多段式ポンプ。
［付記項１１］
１つ以上のモータカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面が、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項１０に記載の多段式ポンプ。
［付記項１２］
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ出口流路と流体連通している分注チャンバの少なくとも一部分、および該ポンプ入口流路と流体連通している送液チャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、
該送液チャンバおよび該分注チャンバと流体連通しているフィルタと、
該送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと、
該分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと、
該分注チャンバ内の圧力を読み取るように配設された圧力センサと
を備える、多段式ポンプ。
［付記項１３］
前記分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項１４］
前記分注ブロックに結合された弁板をさらに備え、該弁板および該分注ブロックは、前記入口弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁のための弁チャンバを画定する、付記項１３に記載の多段式ポンプ。
［付記項１５］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項１４に記載の多段式ポンプ。
［付記項１６］
電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁、前記ガス抜き弁、前記隔離弁、前記遮断弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通しており、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と
をさらに備える、付記項１４に記載の多段式ポンプ。
［付記項１７］
前記電子機器ハウジングは、前記分注ブロックの表面によって部分的に画定され、また前記マニホールドは、該電子機器ハウジング内の、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設され、前記多段式ポンプは、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードであって、該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にある、ＰＣＢボードと、
裏板であって、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成される、付記項１６に記載の多段式ポンプ。
［付記項１８］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備えており、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する、該分注ブロックの端縁に位置するフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれる、付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項１９］
前記多段式ポンプは、１つ以上のモータカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面は、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項１２に記載の多段式ポンプ。
［付記項２０］
多段式ポンプ方法であって、
単体の材料の分注ブロックを形成することであって、該分注ブロックは、送液チャンバ、分注チャンバ、ポンプ入口流路およびポンプ出口流路を少なくとも部分的に画定する、ことと、
該分注ブロックと分注ポンプピストンハウジングとの間に分注回転ダイヤフラムを取り付けることと、
該分注ブロックと送液ポンプピストンハウジングとの間に送液ステージ回転ダイヤフラムを取り付けることと、
送液ポンプ親ねじによって、送液ポンプピストンを送液ポンプモータに結合することと、
分注ポンプ親ねじによって、分注ポンプピストンを分注ポンプモータに結合することと、
該送液モータを該送液ポンプピストンハウジングに結合することと、
該分注モータを該分注モータピストンハウジングに結合することと、
フィルタが該分注チャンバおよび該送液チャンバと流体連通するように、フィルタを該分注ブロックに結合することと
を包含する、方法。
［付記項２１］
前記送液モータは、ステッピングモータであり、また前記分注モータは、ブラシレスＤＣモータである、付記項２０に記載の方法。
［付記項２２］
弁板を前記分注ブロックに結合することを含み、該弁板は、１つ以上の弁を少なくとも部分的に画定し、
該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、前記送液ステージ出口流路の第１および第２の部分、前記分注ステージ入口流路の第１および第２の部分、ガス抜き流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記送液チャンバへ通じ、
該送液ステージ出口流路の該第１の部分は、該送液チャンバから隔離弁へ通じ、該送液ステージ出口流路の該第２の部分は、前記フィルタへ通じ、
該分注ステージ入口流路の該第１の部分は、該フィルタから遮断弁へ通じ、該分注ステージ入口流路の該第２の部分は、該遮断弁から前記分注チャンバへ通じ、
該ガス抜き流路の該第１の部分は、該フィルタからガス抜き弁へ通じ、該ガス抜き流路の該第２の部分は、該ガス抜き弁からガス抜き出口へ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該分注チャンバから浄化弁へ通じ、該浄化流路の該第２の部分は、該浄化弁から該送液チャンバへ通じている、
付記項２０に記載の方法。
［付記項２３］
ねじ穴を有する一式の金属棒を前記分注ブロックに挿入することであって、それぞれの棒が該棒の該ねじ穴に螺入されるねじに対して直角となるように、該ねじ穴が位置合わせされる、ことと、
１つ以上の部品を該分注ブロックに結合するために、該ねじ穴にねじを螺入することと
を含む、付記項２０に記載の方法。
［付記項２４］
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ出口流路および該ポンプ入口流路と流体連通しているポンプチャンバの少なくとも一部分を画定する単体の分注ブロックと、
送液チャンバ内で可動のダイヤフラムと、
該ダイヤフラムを動かすピストンであって、該ピストンは該ダイヤフラムを直接動かす、ピストンと、
該ピストンを往復運動させるために、該ピストンに結合されたモータと、
該ポンプチャンバ内の圧力を読み取るように配設された圧力センサと
を備える、ポンプ。
［付記項２５］
前記分注ブロックに結合された弁板をさらに備え、該弁板と該分注ブロックは、入口弁および浄化弁のための弁チャンバを画定し、
該分注ブロックは、前記ポンプ入口流路の第１および第２の部分、浄化流路の第１および第２の部分、ならびに前記ポンプ出口流路の少なくとも一部分をさらに画定し、
該ポンプ入口流路の該第１の部分は、入口から入口弁へ通じ、該ポンプ入口流路の該第２の部分は、該入口弁から前記ポンプチャンバへ通じ、
該浄化流路の該第１の部分は、該ポンプチャンバから浄化弁へ通じ、また該浄化流路の該第２の部分は、浄化出口へ通じている、付記項２４に記載のポンプ。
［付記項２６］
前記弁板と前記分注ブロックとの間に結合された１枚のエラストマー材料をさらに備える、付記項２５に記載のポンプ。
［付記項２７］
前記分注ブロックの表面によって部分的に画定される電子機器ハウジングと、
該電子機器ハウジング内に、該分注ブロックの該表面から遠位の位置に配設されたマニホールドであって、該マニホールドは、前記入口弁および前記浄化弁と流体連通し、１つ以上のソレノイド弁を備える、マニホールドと、
該マニホールドと連通し、該電子機器ハウジングを貫通している少なくとも１つの供給線と、
裏板と、
該電子機器ハウジング内に配置されたＰＣＢボードとをさらに備え、
該ＰＣＢボードは、１つ以上の発熱部品で構成され、該１つ以上の発熱部品は、該分注ブロックの該表面からは該ＰＣＢボードの反対側にあり、該マニホールドおよび該ＰＣＢボードは、該裏板に結合され、該裏板は、該ＰＣＢボードおよび該マニホールドから熱を消散するように選択された材料から形成されている、付記項２５に記載のポンプ。
［付記項２８］
前記多段式ポンプは、電子機器ハウジングをさらに備え、前記分注ブロックは、該電子機器ハウジングから離れるように液滴を導く傾斜機構を備え、
該分注ブロックは、該電子機器ハウジングのトップカバーに接する該分注ブロックの端縁に配置されたフランジをさらに備え、該トップカバーの上部表面は該フランジの上部表面と同一平面上にあり、該トップカバーの側部表面は、該フランジの外縁から内部に嵌め込まれる、付記項２４に記載のポンプ。
［付記項２９］
前記電子機器ハウジングを部分的に画定する裏板と、
該裏板と前記トップカバーとの間の密閉部と
をさらに備える、付記項２８に記載のポンプ。
［付記項３０］
前記ポンプは、１つ以上のカバーをさらに備え、該１つ以上のカバーのそれぞれの鉛直表面は、前記分注ブロックの対応する鉛直表面から内側にオフセットしている、付記項２９に記載のポンプ。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ ポンプシステム
１５ 流体源
２０ ポンプ制御装置
２５ ウエハ
２７ 媒体
３５ プロセッサ
４０，４５ 通信リンク
１００ 多段式ポンプ
１０５ 送液ステージ部分
１１０ 分注ステージ部分
１１２ 圧力センサ
１２０ フィルタ
１２５ 入口弁
１３０ 隔離弁
１３５ 遮断弁
１４０ 浄化弁
１４５ ガス抜き弁
１４７ 出口弁
１５０ 送液ステージポンプ
１５５ 送液チャンバ
１６０ 送液ステージダイヤフラム
１６５ ピストン
１７０ 親ねじ
１７５ ステッピングモータ
１８５ 分注チャンバ
１９０ 分注ステージダイヤフラム
１９２ ピストン
１９５ 親ねじ
２００ 分注モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段式ポンプであって、
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプであって、
送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと
を備える、送液ポンプと、
該送液ポンプおよび該ポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプであって、
分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムであって、分注回転ダイヤフラムを備える分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと
を備える、分注ポンプと、
該多段式ポンプを通る流体の流れを選択的に可能にする弁一式と
を備える、多段式ポンプ。
【請求項１】
多段式ポンプであって、
ポンプ入口流路と、
ポンプ出口流路と、
該ポンプ入口流路と流体連通している送液ポンプであって、
送液チャンバ内で可動の送液ステージダイヤフラムと、
該送液ステージダイヤフラムを動かす送液ピストンと、
該送液ピストンを往復運動させるために、該送液ピストンに結合された送液モータと
を備える、送液ポンプと、
該送液ポンプおよび該ポンプ出口流路と流体連通している分注ポンプであって、
分注チャンバ内で可動の分注ダイヤフラムであって、分注回転ダイヤフラムを備える分注ダイヤフラムと、
該分注ダイヤフラムを動かす分注ピストンと、
該分注ピストンを往復運動させるために、該分注ピストンに結合された分注モータと
を備える、分注ポンプと、
該多段式ポンプを通る流体の流れを選択的に可能にする弁一式と
を備える、多段式ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【図２０Ｅ】
【図２０Ｆ】
【図２１Ａ−１】
【図２１Ａ−２】
【図２１Ｂ】
【図２１Ｃ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２２Ｃ】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【図２０Ｅ】
【図２０Ｆ】
【図２１Ａ−１】
【図２１Ａ−２】
【図２１Ｂ】
【図２１Ｃ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２２Ｃ】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−１３２４７０（Ｐ２０１２−１３２４７０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８７１６８（Ｐ２０１２−８７１６８）
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００８−５４１４０６（Ｐ２００８−５４１４０６）の分割
【原出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５０５３０７４７１）インテグリス・インコーポレーテッド (124)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００８−５４１４０６（Ｐ２００８−５４１４０６）の分割
【原出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５０５３０７４７１）インテグリス・インコーポレーテッド (124)
【Ｆターム（参考）】
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