DE69917927T2

DE69917927T2 - Pumpensteuergerät für hochpräzisionsdosierpumpe

Info

Publication number: DE69917927T2
Application number: DE69917927T
Authority: DE
Inventors: A. Raymond ZAGAR; F. Robert MCLOUGHLIN
Original assignee: Mykrolis Corp
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: TW593888B; CN1175182C; CN1331783A; EP1133639A1; WO2000031416A1; DE69917927D1; ATE268867T1; CN1590761A; EP1133639B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochpräzisionspumpenanordnung und genauer auf eine Pumpensteuerung zur genauen Steuerung der von der Hochpräzisionspumpenanordnung verteilten Flüssigkeitsmenge.
Es gibt viele Anwendungsfälle, in denen eine präzise Steuerung der Menge und/oder der Geschwindigkeit, mit der eine Flüssigkeit verteilt wird, durch eine Pumpenanordnung notwendig ist. Bei der Halbleiterherstellung zum Beispiel ist es wichtig, die Menge und die Geschwindigkeit, mit der Photochemikalien wie Photoresist auf ein Halbleiterplättchen aufgetragen und zu Halbleitern verarbeitet werden, genauestens zu steuern. Die während der Halbleiterverarbeitung auf das Mikroplättchen aufgebrachte Schicht erfordert typischerweise über die Oberfläche des Plättchens eine Flachheit, die in Angstrom gemessen wird. Viele Halbleiterherstellungsprozesse weisen heutzutage Anforderung von weniger als 30 Angstrom auf. Die Geschwindigkeit, mit der die Prozesschemikalien wie etwa Photoresist auf das Mikroplättchen aufgetragen und durch Zentrifugalkräfte zu den Kanten der Plättchen geschleudert werden, muss gesteuert werden, um zu gewährleisten, dass die Prozessflüssigkeit einheitlich aufgebracht wird. Es ist außerdem wichtig, die Geschwindigkeit und das Volumen zu steuern, mit der die Photoresistchemikalien auf das Plättchen aufgetragen werden, um eine unnötige Verschmutzung und den Verbrauch zu reduzieren. Viele heutzutage in der Halbleiterindustrie verwendete Photochemikalien sind nicht nur giftig, sondern auch mit Kosten von oftmals über $ 1000 pro Liter sehr teuer. Daher ist es wegen der Chemikalienkosten sowie der Schwierigkeiten in der Handhabung giftiger Materialien notwendig sicherzustellen, dass genügend Photoresist auf das Plättchen aufgebracht wird, um die Herstellungsanforderungen zu erfüllen, währenddessen ein unangemessen hoher Verbrauch und eine Verschmutzung minimiert werden muß.
Eine weitere wichtige Anforderung in der Halbleiterherstellung ist die Möglichkeit, reproduzierbar eine genauestens kontrollierte Menge einer Prozesschemikalie abzugeben, da Variationen in der Chemikalienmenge die Beschaffenheit von Plättchen zu Plättchen beeinträchtigt. In der Vergangenheit mussten viele Pumpen wegen der nicht zu gewährleistenden Wiederholbarkeit und der Unfähigkeit, die abzugebend Chemikalienmenge genau zu steuern, 50% bis 100% mehr Flüssigkeit als benötigt abgeben, um eine für die Herstellungsanforderungen ausreichende Menge zuzuleiten. Daraus resultierten Verschmutzungen und erhöhte Herstellungskosten.
Herkömmliche Pumpenanordnungen, wie zum Beispiel aus der US-A-5, 599,394 bekannt, können genaue Mengen typischer Flüssigkeiten abgeben. Wie auch immer können diese herkömmlichen Pumpen keine Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und geringe Geschwindigkeiten genau abgeben und die herkömmlichen Pumpenanordnungen werden entweder eine Doppelabgabe oder eine stotternde Abgabe der Flüssigkeit mit geringer Viskosität verursachen. Genauer gesagt kann am Anfang des Abgabezyklus vor der kontrollierten Abgabe einer Flüssigkeit eine kleine Menge der Flüssigkeit mit geringer Viskosität, zum Beispiel mehrere Mikroliter, ungewünscht auf die Plättchenoberfläche abgeben werden und eine ungenau abgegebene Flüssigkeitsmenge ergeben. Die Probleme der Doppelabgabe und der stotternden Abgabe dieser Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und geringer Fliessgeschwindigkeit werden von einer Vielzahl von in den herkömmlichen Pumpenanordnungen gegenwärtigen Faktoren verursacht. Zum Beispiel kann in der Zuteilkammer der Pumpenanordnung wegen des Verschließens eines Sperrventils vor der Abgabe ein Druck aufgebaut werden, der Flüssigkeitsteile in die Zuteilkammer drückt und einen Druck in der Zuteilkammer aufbaut. Die zusätzliche Flüssigkeit und ebenso der zusätzliche Druck in der Zuteilkammer können dazu führen, dass die geringe Menge an Flüssigkeit auf die Oberfläche des Plättchens am Anfang des Abgabezyklus abgeben wird. Zusätzlich können die Abstimmung des Steuerventilbetriebs und der Abgabesystemtriebkraft sowie die Leitungslänge, der Leitungsdurchmesser und die Stutzengröße zu dem Problem der doppelten oder stotternden Abgabe von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und geringer Abgabegeschwindigkeit beitragen.
Es ist wünschenswert eine Pumpenanordnung zur Chemikalienverteilung für ein geringes Volumen und eine geringe Flussrate bereit zu stellen, die fähig ist, die Geschwindigkeit und das Volumen von durch die Pumpenanordnung geförderte Chemikalien mit geringer Viskosität präzise und wiederholt zu steuern. Darauf ist die vorliegende Erfindung gerichtet.
Zusammenfassung der Erfindung
Grundlegende Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochpräzisionsdosier pumpenanordnung und ein Verfahren für geringe Abgabegeschwindigkeit, die ein genaues und wiederholtes Steuern der Abgabegeschwindigkeit und des Volumens von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität ermöglicht und die die vorerwähnten und andere Nachteile herkömmlicher Pumpenanordnungen und Verfahren überwindet. Die Pumpenanordnung steuert die genaue Abgabemenge und/oder die Geschwindigkeit der Flüssigkeiten mit geringer Viskosität durch präzises Steuern des Betriebs mehrerer verschiedener Teile der Pumpenanordnung während des Abgabezyklusses. Insbesondere kann eine Pumpensteuerung genau die Abstimmung der Steuerventile untereinander, die Bewegung des Zuteilungsmotors und die Abstimmung der Steuerventile in Hinblick auf die Bewegung der Zuleitungsmotoren steuern. Die Pumpensteuerung gemäß der Erfindung steuert eine Pumpenanordnung präzise, um die Probleme mit herkömmlichen Pumpenanordnungen in Hinblick auf die Doppelabgabe oder eine stotternde Abgabe zu verhindern.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Pumpenanordnung mit einer Pumpensteuerung gemäß der Erfindung darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine zweistufige Pumpenanordnung zeigt;
3 ist ein Zeitdiagramm, das die herkömmliche Flüssigkeitsverteilungssequenz darstellt;
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Flüssigkeitsverteilungssequenz gemäß der Erfindung zeigt; und
5 ist ein Flusstabelle, die ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpenanordnung zur Verteilung von Flüssigkeiten geringer Viskosität gemäß der Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung
Die Erfindung ist insbesondere auf eine Pumpenanwendung anwendbar, die genaue Mengen an Flüssigkeiten mit geringer Viskosität präzise verteilt. In diesem Zusammenhang wird die Erfindung beschrieben. Es ist wie auch immer erkennbar, dass die Anordnung und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung einen größeren Nutzen aufweist, wie etwa die genaue Verteilung präziser Mengen an Flüssigkeiten, die keine Flüssigkeiten mit geringer Viskosität sein müssen.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Pumpenanordnung (10) mit einer Pumpensteuerung gemäß der Erfindung aufweist. Die Pumpenanordnung (10) kann eine zweistufige Pumpe (12), einen Flüssigkeitstank (14) und einen Computer (16) beinhalten, die zusammenarbeiten, um eine genaue Menge an Flüssigkeit auf ein Plättchen (18) abzugeben. Zum Zwecke der näheren Veranschaulichung kann eine Flüssigkeit mit geringer Viskosität, die eine Viskosität von weniger als 5 Centipoire (cPs) aufweisen kann, bei einer geringen Fliessgeschwindigkeit von ungefähr 0.5 Millimeter pro Sekunde abgegeben werden. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die Abgabe von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität oder Flüssigkeiten mit geringen Fliessgeschwindigkeiten begrenzt. Die Pumpe (12) ist eine zweistufige Pumpe, da das Verteilen der Flüssigkeit eine erste Einspeisung und eine Filtrationsstufe und dann eine zweite getrennte Zuteilungsstufe aufweist, wie nachfolgend be schrieben wird, so dass sich die Zuteilungsleistung über die Lebenszeit des Filters nicht verändert. Der Betrieb der verschiedenen Teile der Pumpe (12) können über eine Softwareanwendung (20) gesteuert werden, zum Beispiel über ein Teil eines Softwarekodes enthaltenden, auf einem Computer (16) speicherbaren Computerprogramm, dass von einem Prozessor (nicht dargestellt) in dem Computer ausgeführt werden kann. Der Betrieb der Pumpe kann ebenfalls über eine Softwareanwendung oder Teile eines Softwarekodes erfolgen, die von einem in der Pumpe liegenden Prozessor ausgeführt werden. Die Lage des die Steuerbefehle des Pumpenbetriebs ausführenden Prozessors ist für die Erfindung nicht von Belang.
Die Softwareanwendung (20) kann zum Beispiel das Öffnen und Schließen der verschiedenen Steuerventile in der Pumpe und die Bewegung der Motoren oder Aktuatoren, die die Pumpe antreiben, um eine genaue Flüssigkeitsmenge auf das Plättchen (18) zu verteilen, steuern. Das von der Softwareanwendung zur Steuerung der Pumpe (12) verwendete Verfahren zur Verteilung von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und Fliessgeschwindigkeit gemäß der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 5 beschrieben.
Um sich mit Flüssigkeit zu befüllen, muss die Pumpe (12) Flüssigkeit von einem Flüssigkeitsreservoir in eine Einfüllkammer saugen, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Flüssigkeit kann dann durch einen Filter gefiltert und wie nachfolgend beschrieben wird in eine getrennte Zuteilkammer geleitet werden. Von der Zuteilkammer kann die Flüssigkeit durch einen Filter (22) sogar bei Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und Fliessgeschwindigkeit in genauen Mengen auf das Plättchen (18) verteilt werden. Die tatsächlichen Zyklen der Pumpe (12) werden nachfolgend mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Nachfolgend werden Einzelheiten der zweistufigen Pumpe des besseren Verständnisses wegen erläutert.
2 ist ein Blockdiagramm, dass weiterreichende Details der Verwendung der zweistufigen Pumpe (12) offenbart. Insbesondere kann die zweistufige Pumpe 12) eine Einfüll- und Filterstufe (30) und eine Zuteilungsstufe (32) beinhalten. Die Einfüll- und Filterstufe (30) kann eine Einfüllkammer (34) aufweisen, die Flüssigkeit durch ein offenes Einlassventil (36) von einem Flüssigkeitsvorratsreservoir beziehen kann, sofern mehr Flüssigkeit gefordert sein sollte. Während der Zuteilungsstufe wird das Einlassventil (36) geschlossen. Um den Eintritt in und aus der Einfüllkammer zu steuern, kontrolliert ein Einlassventil (38), ob ein Vakuum, ein positiver Einfülldruck oder der atmosphärische Druck auf eine Einfüllmembran (40) in der Einfüllkammer ausgeübt wird. Um Flüssigkeit in die Einfüllkammer zu saugen, wird ein Vakuum auf die Membran (40) gebracht, so dass die Membran gegen eine Wand der Einfüllkammer gezogen wird und Flüssigkeit in die Einfüllkammer saugt. Um die Flüssigkeit aus der Einfüllkammer zu drücken, kann ein Einfülldruck auf die Membran ausgeübt werden. Um ungewollte Luftbläschen zu entfernen, kann ein Entlüftungsventil geöffnet werden.
Sobald die Einfüllkammer (34) mit Flüssigkeit befüllt ist, wird das Einlassventil (36) geschlossen und das Isolationsventil (44) und Sperrventil (50) geöffnet, um es der Flüssigkeit zu ermöglichen, durch einen Filter (46) in die Zuteilungsstufe (32) zu fließen. Sobald die Flüssigkeit in der Zuteilungsstufe (32) ist, können das Isolationsventil (44) und Sperrventil (50) geschlossen werden, um die Einfüll- und Filterstufe von der Zuteilungsstufe zu isolieren. Um ungewollte Luft aus dem System zu entfernen oder um den Überdruck zu vermindern, kann der Filter (48) ein Entlüftungsventil (48) beinhalten. Während die Flüssigkeit durch den Filter (46) gedrückt wird, werden ungewollte Unreinheiten und dergleichen aus der Flüssigkeit entfernt. Die Flüssigkeit fließt in die zweite Zuteilungsstufe der Pumpe, dann durch ein Sperr ventil (50) in eine Zuteilkammer (52), wonach die Pumpe einen Zuteilungszyklus beginnt, wie er nachfolgend beschrieben wird.
Im Zuteilungszyklus wird ein Säuberungsventil (54) geöffnet, sobald die Zuteilkammer mit Flüssigkeit gefüllt und das Sperrventil (50) geschlossen ist. Danach wird die Flüssigkeit in der Zuteilkammer (52) durch eine Zuteilmembran (56) gedrückt, um Bläschen in der sich in der Zuteilkammer (52) befindlichen Flüssigkeit zu eliminieren. Um die Zuteilmembran (56) zu drücken oder zu ziehen, kann die Zuteilmembran zwischen der Zuteilkammer und einer hydraulischen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Flüssigkeitskammer (58) liegen. Der Hydraulikflüssigkeit kann durch eine Zuteilpumpe (60) Druck zugeführt oder abgeführt werden, die einen Kolben (62), eine Führungsschraube (64) und einen Schrittmotor (66) beinhalten kann. Um einen Druck auf die Flüssigkeit in der Zuteilkammer (52) ausüben zu können, wird der Schrittmotor eingeschaltet, wodurch die Führungsschraube zuschaltet und die Hydraulikflüssigkeit zusammendrückt wird. Die Hydraulikflüssigkeit drückt daraufhin die Zuteilmembran in die Zuteilkammer (52), was die Flüssigkeit in der Zuteilkammer (52) zusammendrückt oder die Flüssigkeit aus der Zuteilkammer (52) herausdrückt, wenn das Säuberungsventil (54) oder ein Auslassventil (68) geöffnet sind. Wenn das Auslassventil (68) geöffnet ist, wird eine genaue Menge auf das Plättchen verteilt. Nun wird der typische Prozess zur Flüssigkeitsverteilung beschrieben.
3 ist ein Zeitdiagramm, dass die herkömmliche Steuerungssequenz einer zweistufigen Pumpe des in 2 dargestellten Typs zur Flüssigkeitsverteilung zeigt. Wie in der obersten Zeile des Diagramms dargestellt, kann der Zuteilprozess eine Aufeinanderfolge von Schritten beinhalten, wie zum Beispiel Schritte einer Bereithaltungsstufe (70), einer Zuteilstufe (72), Zurücksaugstufe (74), einer Füllstufe (76), einer Filterstufe (78), einer Entlüftungsstufe (80), einer Säuberungsstufe (82) sowie einer statischen Säuberungsstufe (84). Die typische Steuerung des Motors und der Ventile für jede dieser unterschiedlichen Stufen wird nachfolgend zusammen mit dem Ergebnis einer jeden Stufe erläutert. Zum Beispiel werden während der Bereithaltungsstufe die Sperr- und Isolationsventile geöffnet, währenddessen das Auslassventil geschlossen ist, so dass das System und die Einfüllkammer auf ein Druckgleichgewicht gebracht werden und Flüssigkeit zugeteilt werden kann. Bei Beginn der Zuteilstufe schließen die Isolations- und Sperrventile, das Auslassventil wird geöffnet und der Motor in der Zuteilpumpe wird gestartet. Wegen der relativen Inkompressibilität der zu verteilenden Flüssigkeit und der Steifheit der Pumpe drückt das Verschließen des Sperrventils Flüssigkeit aus dem sich schließenden Ventil, was die Flüssigkeit in der Einfüllkammer zusammendrückt und die typische zuvor beschriebene doppelte Zuteilung oder stotternde Zuteilungsprobleme mit sich bringt, da das Auslassventil offen ist. Das Schließen des Sperrventils kann den Druck in der Zuteilkammer um einen vorherbestimmten Betrag zwischen 2 bis 3 psi anheben. Die Zunahme des realen Druckes hängt wie auch immer von den Eigenschaften des verwendeten Sperrventils ab. Zusätzlich kann wegen des gleichzeitigen Startens des Motors und des Öffnens des Auslassventils eine ungleiche Zuteilung der Flüssigkeit (oder gestotterte Zuteilung) auftreten, da das Öffnen mehr Zeit in Anspruch nimmt als den Motor zu starten, wodurch Flüssigkeit vom Motor durch ein noch nicht vollständig geöffnetes Auslassventil gedrückt werden könnte. Dies kann ein anfängliches „Klecksen" einer kleinen Flüssigkeitsmenge zur Folge haben. Während der Zuteilstufe kann Flüssigkeit auf das Plättchen aufgetragen werden.
Am Ende der Zuteilstufe und am Anfang der Zurücksaugstufe wird der Motor angehalten und umgekehrt, oder ein externes Halte/Zurücksaugventil (nicht darge stellt) wird geöffnet, um jedwede in der Düse zurückbleibenden Flüssigkeitsreste in die Zuteilkammer zurückzusaugen, um sicherzustellen, dass keine Aussetzer am Ende der Zuteilung auftreten. Nachdem die Flüssigkeit in die Zuteilkammer zurückgesaugt wurde, wird das Auslassventil geschlossen und der Motor angehalten. Als nächstes wird während der Einfüllstufe das Einfüllventil geöffnet und ein Vakuum auf die Einfüllmembran angewendet, um Flüssigkeit aus dem Reservoir in die Einfüllkammer zu saugen. Zu Beginn der Filterstufe wird das Einfüllventil geschlossen, das Isolationsventil geöffnet, wobei der Einfüllmotor einen positiven Druck auf die Flüssigkeit in der Einfüllkammer ausübt. Das Sperrventil wird geöffnet und der Zuteilungsmotor wird umgekehrt, um Flüssigkeit durch den Filter in die Zuteilkammer zu drücken. Sobald die Flüssigkeit die Einfüllkammer verlassen hat, kann das Isolationsventil geschlossen werden.
Am Anfang der Entlüftungsstufe wird das Isolationsventil geschlossen. Das Entlüftungsventil wird geöffnet, der Zuteilungsmotor wird gestoppt, wodurch Druck auf die Einfüllmembran ausgeübt wird, um Luftbläschen vom Filter zu entfernen. Zu Beginn der Säuberungsstufe wird das Isolationsventil geschlossen. Die Einfüllpumpe übt keinen Druck oder Vakuum auf die Einfüllkammer aus. Das Entlüftungsventil wird geöffnet und die Zuteilpumpe wird vorwärts bewegt, um Luftbläschen aus der Zuteilkammer zu entfernen. Zu Beginn der statischen Säuberungsstufe wird der Zuteilungsmotor gestoppt. Das Säuberungsventil verbleibt aber geöffnet, um das Entfernen von Luft aus der Zuteilkammer fortzuführen. Am Anfang der Bereitstellungsstufe werden die Isolations- und Sperrventile geöffnet und das Säuberungsventil geschlossen, so dass die Einfüllpumpe und das System Umgebungsdruck erreichen und die Pumpe zur Flüssigkeitsverteilung bereit steht.
Wie zuvor beschrieben leidet dieser herkömmliche Zuteilprozess unter doppelter und gestotterter Zuteilung. Insbesondere das Verschliessen der Sperrventile vor der Zuteilung drückt Flüssigkeit aus dem Ventil, währenddessen sich dieses verschließt und sich ein Druck auf die Flüssigkeit in der Zuteilkammer aufbaut. Dies kann dazu führen, dass eine geringe Menge Flüssigkeit ungewollt auf das Plättchen verteilt wird, da das Auslassventil geöffnet ist. Zusätzlich kann wegen des gleichzeitigen Startens des Motors und das Öffnen des Auslassventils eine ungleiche Zuteilung der Flüssigkeit (oder gestotterte Zuteilung) auftreten, da das Öffnen mehr Zeit in Anspruch nimmt als den Motor zu starten, wodurch Flüssigkeit vom Motor durch ein noch nicht vollständig geöffnetes Auslassventil gedrückt werden könnte. Ein Zuteilungsverfahren gemäß der Erfindung, das diese Probleme löst, wird nachfolgend beschrieben.
4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zur Flüssigkeitsverteilung gemäß der Erfindung darstellt. Der in 4 gezeigte Zuteilungsprozess weist die gleichen Stufen auf wie der zuvor beschriebene herkömmliche Zuteilungsprozess, zum Beispiel die Schritte (70) bis (84). Zusätzlich ist ein Großteil der Steuerung der Ventile und Motoren dem herkömmlichen Verfahren ähnlich, und es werden hierin nur die Unterschiede der Steuerung der Ventile und Motoren zur Erfindung erläutert. Insbesondere verändert das Verfahren zur Verhinderung von doppelter und gestotterter Zuteilung die Art und Weise der Steuerung der Ventile und Motoren.
Insbesondere wird gemäß der Erfindung das Sperrventil am Anfang der Zuteilstufe nicht wie beim herkömmlichen Verfahren verschlossen. Das Sperrventil wird hingegen am Anfang der Entlüftungsstufe geschlossen und während der Zuteilstufe verschlossen gehalten. Dies verhindert den plötzlichen Druckzuwachs in der Zuteilkammer. Daher kann keine Flüssigkeit aus dem Auslassventil aufgrund plötzlicher Druckerhöhungen austreten. Da die Sperrventile vor der Zuteilstufe nicht öffnen oder schließen, aber zu Beginn der Entlüftungsstufe schließen, vergrößert sich der Druck in der Zuteilkammer nach der Entlüftungs- und Säuberungsstufe und dieser Druck muss freigesetzt werden. Um diesen Druck während der statischen Säuberungsstufe (84) freizusetzen, kann der Zuteilungsmotor umgekehrt werden, um den Kolben (62) um eine vorbestimmte Strecke zurückzuziehen, um irgendwelche durch das Verschließen des Sperrventils verursachte Druckerhöhungen zu kompensieren. Zum Beispiel kann jeder Schritt des Schrittmotors den Druck um ungefähr 0.1 psi verringern. Wenn das Schließen des Sperrventils den Druck um 2 psi erhöht, muss der Motor um 20 Schritte zurückgefahren werden, um den Druck in der Zuteilkammer um diese Menge zu reduzieren und die Schließung des Sperrventils zu kompensieren. Die Verringerung des realen Druckes hängt wie auch immer von den Eigenschaften des speziell verwendeten Schrittmotors, der Führungsschraube und des Kolben ab. Die von jedem Schritt des Motors vollbrachte Druckverringerung kann über einen in der Zuteilkammer angebrachten Drucksensor ermittelt werden. Da das Auslassventil während der zusätzlichen Druckerhöhung in der Zuteilkammer während der Entlüftungsstufe nicht geöffnet ist, findet auch aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung kein „Klecksen" der Flüssigkeit auf das Plättchen statt.
Der Motor kann weiter um eine vorbestimmte Strecke zurückgefahren werden, so dass der Motor gerade vor der Zuteilung vorwärts bewegt wird, um den Zuteilungsdruck auf Null zu bringen und irgendeine Rückwirkung wird vermieden, die normalerweise auftritt, wenn der Motor vor der Zuteilung umgekehrt läuft. Insbesondere mit einem Kolben, einer Führungsschraube und einer Schrittmotorzuteilpumpe wird die letzte Bewegung vor einer Zuteilung vorwärts ausgeführt, um der Rückwirkung der Richtungsänderung des Kolbens entgegenzuwirken. Daher wird das Pro blem des zusätzlich erzeugten Drucks durch das Schließen des Sperrventils umgangen.
Als nächstes wird am Anfang der Zuteilungsstufe (72) der Zeitpunkt des Auslassventils und der Start des Motors verändert, um das Problem der gestotterten Zuteilung zu verhindern. Insbesondere ist das Ventil ein mechanisches Gerät und benötigt eine begrenzte Zeit zum Öffnen. Andererseits kann der Motor schneller starten als sich das Auslassventil öffnen kann. Daher hebt ein gleichzeitiges Motorstarten und Auslassventilöffnen die Gefahr einer Druckerhöhung der zu verteilenden Flüssigkeit, was wiederum zu einer stotternden Zuteilung führt. Um diesem Problem zu umgehen, wird das Auslassventil geöffnet und dann nach einer vorbestimmten Zeit T später der Zuteilmotor gestartet, so dass das Auslassventil vollständig geöffnet ist, wenn der Motor gestartet wird, was eine gute Zuteilung ermöglicht. Die vorbestimmte Zeit hängt von den Eigenschaften des verwendeten Auslassventils und des Zuteilmotors ab. Wenn aber das Auslassventil circa 50 ms zur Öffnung benötigt, dann kann die vorbestimmte Zeit zum Beispiel zwischen 50 und 75 ms liegen und ist bevorzugt 75 ms. Diese vorbestimmte Zeit kann auch Verzögerung genannt werden. Daher drückt der Zuteilmotor gemäß der Erfindung keine Flüssigkeit mehr durch ein halboffenes Auslassventil, so dass eine genaue gesteuerte Menge an Flüssigkeit auf das Plättchen verteilt werden kann. Daher werden die durch das Schließen des Sperrventils und der gleichzeitigen Öffnung des Auslassventils und das Starten des Zuteilmotors bedingten Probleme gemäß der Erfindung umgangen, um eine genauere Zuteilung von Flüssigkeiten, wie etwa Flüssigkeiten geringer Dichte, zu ermöglichen.
Wie zuvor beschrieben werden die Ventile und Motoren in der Pumpenanordnung über eine Softwareanwendung gesteuert, so dass die zuvor genannten Ände rungen im Zuteilungsprozess auf irgendeine zweistufige Pumpenanordnung angewendet werden können, da keine Hardwareänderungen notwendig sind. So kann das Verfahren nach der Erfindung bei zum Beispiel einer Änderung im Leitungsmaterial, Leitungslänge, Düsenhöhe oder Düsendurchmesser einfachst angepasst werden.
Nachfolgend wird nun das Verfahren zur Steuerung des Zuteilungsprozesses gemäß der Erfindung beschrieben.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren (100) zur Steuerung der Zuteilung von Flüssigkeiten mit geringer Dichte aus einer Pumpenanordnung gemäß der Erfindung darstellt. Bei Schritt (102) wird das Sperrventil am Ende der Filterstufe geschlossen, was den Druck in der Zuteilkammer erhöht. In Schritt (104) wird während der statischen Säuberungsstufe der Zuteilungsmotor um eine vorbestimmte Strecke rückwärts gedreht, um die durch den Sperrventilverschluss aufgetretene Druckerhöhung zu kompensieren. Als nächstes kann in Schritt (106) der Motor um eine zusätzliche Strecke zurück gefahren werden, so dass in Schritt (108) bei der Vorwärtsdrehung des Motors zur Rückwirkungskompensierung der Druck der Zuteilkammer bei Null verbleibt. In Schritt (108) ist die Pumpe bereit zur Zuteilung. In Schritt (110) wird das Auslassventil geöffnet. Als nächstes wird in Schritt (112) der Zuteilmotor um eine vorbestimmte Zeit später gestartet und Flüssigkeit wird in Schritt (114) zugeteilt. Das Verfahren ist damit komplett.
Während die vorherige Beschreibung mit Bezug auf eine bestimmte Gestaltung der Erfindung erfolgte, wird von Vertretern des Standes der Technik anerkannt werden, dass Veränderungen in dieser Gestaltung ohne ein Verlassen der Prinzipien der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung möglich ist.

Claims

Pumpe zur Flüssigkeitsverteilung, die folgendes umfasst: eine mehrstufige Pumpe, die eine Einfüllkammer, ein darin angeordnetes Sperrventil, einen Zuteilungsmotor und ein in einer Zuteilungskammer angeordnetes Auslaßventil aufweist, die Einfüllkammer und die Zuteilungskammer durch eine Reihe von Ventilen und Motoren miteinander verbunden sind, die derart konfiguriert sind, die Flüssigkeit durch die jeweiligen Kammern zu saugen und die Flüssigkeit aus der Pumpe zu verteilen; ein Flüssigkeitsreservoir, um die Einfüllkammer mit Flüssigkeit zu versorgen; und eine Pumpensteuerung zum Steuern des Betriebs der Reihe an Ventilen und Motoren in der Pumpe, so dass die Flüssigkeit zwischen der Einfüllkammer und der Zuteilungskammer geleitet wird.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der die mehrstufige Pumpe des weiteren folgendes umfasst: das Sperrventil ist in der Einfüllkammer angeordnet und wird von der Pumpensteuerung gesteuert, so dass das Sperrventil geschlossen wird, um einen erhöhten Druck in der Zuteilungskammer zu erzeugen; der Zuteilungsmotor ist in der Zuteilungskammer angeordnet und für einen Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb konfiguriert, der jeweils durch die Pumpensteuerung gesteuert wird, so dass der Zuteilungsmotor im Rückwärtsbetrieb operiert, um den Druck in der Zuteilungskammer zu kompensieren, und so dass sich der Zuteilungsmotor im Vorwärtsbetrieb befindet, was zu einem Nulldruck in der Zuteilungskammer führt; und das Auslassventil ist in der Zuteilungskammer angeordnet und wird durch die Pumpensteuerung gesteuert, so dass das Auslassventil geöffnet wird, um Flüssigkeit aus der Zuteilungskammer zu verteilen, woraufhin der Zuteilungsmotor den Vorwärtsbetrieb startet.
Pumpe nach Anspruch 1, bei der die mehrstufige Pumpe folgendes umfasst: ein Mittel zum Flüssigkeitsansaugen zum Ansaugen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir und zum Versorgen der mehrstufigen Pumpe mit Flüssigkeit; Filtermittel zum Filtern von Unreinheiten aus der Flüssigkeit; und ein Verteilungsmittel, um die gefilterte Flüssigkeit einem Objekt zur Verfügung zu stellen, wobei die Filtermittel zwischen den Mitteln zum Flüssigkeitsansaugen und den Verteilungsmitteln angeordnet sind.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Flüssigkeitsverteilung eine in der Einfüllkammer angeordnete Einfüllmembran aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie sich zwischen einer ersten Verteilstellung und einer zweiten Reinigungsstellung in Übereinstimmung mit einer Verteilungskraft bewegt, so dass auf die Bewegung der Einfüllmembran von der zweiten Reinigungs stellung zur ersten Verteilstellung hin die Flüssigkeit über ein Einlassventil in die Einfüllkammer eingebracht wird und auf die Bewegung der Einfüllmembran von der ersten Verteilposition zur zweiten Reinigungsposition hin die Flüssigkeit über ein Einfüllventil der Zuteilungskammer zur Verfügung steht.
Pumpe nach Anspruch 4, bei der die Verteilkraft entweder eine Vakuumkraft, eine positive Einfülldruckkraft oder eine atmosphärische Kraft ist.
Pumpe nach Anspruch 4, bei der des weiteren ein Entlüftungsventil vorgesehen ist, um Luftblasen aus der Flüssigkeit zu entfernen.
Pumpe nach Anspruch 3, bei der die Filtermittel einen Filter zur Beseitigung von Unreinheiten aus der Flüssigkeit und ein Entlüftungsventil zum Entfernen von Luftblasen aus der Flüssigkeit oder zum Abführen eines Überdrucks von der mehrstufigen Pumpe umfassen.
Pumpe nach Anspruch 3, bei der die Mittel zum Verteilen eine in der Einfüllkammer angeordnete Einfüllmembran umfassen, die derart konfiguriert ist, dass sie sich zwischen einer ersten Verteilstellung und einer zweiten Reinigungsstellung in Übereinstimmung mit einer Verteilungskraft bewegt, so dass auf die Bewegung der Einfüllmembran von der zweiten Reinigungsstellung zur ersten Verteilstellung hin die Flüssigkeit über ein Einlassventil in die Einfüllkammer eingebracht wird und auf die Bewegung der Einfüllmembran von der ersten Verteilposition zur zweiten Reinigungsposition hin die Flüssigkeit über ein Einfüllventil in die Zuteilungskammer eingebracht und auf die Bewegung der Einfüllmembran von der ersten Verteilstellung zur zweiten Reinigungsposition hin dem Objekt die Flüssigkeit über ein Auslassventil zur Verfügung gestellt wird.
Pumpe nach Anspruch 8, bei der die Mittel zum Verteilen des weiteren eine Hydraulikflüssigkeitskammerumfassen, um eine, in der Hydraulikflüssigkeitskammer vorgesehene Hydraulikflüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen, so dass die Zuteilungsmembran zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt wird, wenn die Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird, und die Zuteilungsmembran zwischen der zweiten und ersten Stellung bewegt wird, wenn die Hydraulikflüssigkeit entlastet wird.
Verfahren zur Steuerung einer mehrstufigen Pumpe zum Verteilen einer Flüssigkeit, wobei die Pumpe eine Einfüllkammer, eine Zuteilungskammer und einen dazwischen angeordneten Filter umfasst, wobei das Verfahren folgendes beinhaltet: eine fertige Stufe, um die Einfüllkammer in ein Druckgleichgewicht zu bringen, wobei durch die Öffnung eines isolierten, in der Einfüllkammer angeordneten Ventils und das Halten eines in der Zuteilungskammer angeordneten Auslassventils und das Öffnen eines in einer geschlossenen Stellung in der Einfüllkammer angeordneten Sperrventils die Einfüllkammer in den Zustand des Druckgleichgewichts versetzt wird, eine Zuteilungsstufe zur Verteilung der Flüssigkeit zu einem Objekt, wobei eine in der Zuteilungskammer liegende Zuteilungspumpe aktiviert wird, um die Flüssigkeit zu einem Objekt zu verteilen, woraufhin das Isolationsventil geschlossen und das Auslassventil geöffnet wird, so dass die Zuteilungs pumpe nach Öffnen des Auslassventils aktiviert wird, um eine stotternde Verteilung der Flüssigkeit auszuschließen; und eine Zurücksaugstufe, um eine aus der Zuteilungskammer laufende Flüssigkeit zu entfernen, wobei der Betrieb der Zuteilungspumpe umgekehrt wird, um die Flüssigkeit zurück in die Zuteilungskammer zu saugen und wobei das Auslassventil geschlossen wird, nachdem die Flüssigkeit zurück in die Zuteilungskammer gesaugt wurde.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass des weiteren eine Befüllungsstufe vorgesehen ist, um Flüssigkeit in die Einfüllkammer einzufüllen, wobei nach Öffnen des Einlassventils und Anlegen eines Vakuums auf die in der Einfüllkammer liegende Einfüllmembran die Flüssigkeit in die Einfüllkammer eingefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei des weiteren eine Entlüftungsstufe enthalten ist, wobei das Sperrventil geschlossen wird, um den Druck in der Einfüllkammer zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Sperrventil während der Einfüllstufe geschlossen gehalten wird, um den Druck in der Einfüllkammer zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 13, das des weiteren folgendes beinhaltet: eine statische Reinigungsstufe, wobei der Betrieb des Einfüllmotors in der Einfüllkammer umgekehrt wird, um den Druckanstieg in der Einfüllkammer zu kompensieren; und wobei der Betrieb des Einfüllmotors weiter umgekehrt wird, so dass bei Aktivierung des Vorwärtsbetriebes des Einfüllmotors ein Rückschlag abzufangen ist und der Druck in der Einfüllkammer als einen Nulldruck erhalten bleibt.