KR101323509B1 - 펌프의 작동을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프의 작동 또는 작용을 검증하는 것을 비롯하여 펌프의 작동을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 펌프의 하나 이상의 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 정립할 수 있다. 이때 펌프의 후속 작동 중에 동일한 세트의 파라메타에 대해 하나 이상의 값을 기록함으로써 작동 프로파일을 생성할 수 있다. 작동 프로파일과 기준선 프로파일을 비교하는 부합 양호도 지수(a goodness of fit measure)에 대한 값을 정립할 수 있다. 부합 양호도 지수가 불충분하면, 경보가 송신될 수 있거나 또는, 예컨대 펌핑 시스템을 중단시킬 수 있는 등의 다른 조치를 취할 수 있다. 예시적인 부합 양호도 지수는 R2 지수(R-squared measure)이다.

Description

펌프의 작동을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION OF A PUMP}
관련 출원
본 출원은, 발명의 명칭이 "펌프의 작동을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Operation of a Pump)"이며 2006년 11월 30일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/861,856호의 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 인용함으로써 다목적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 대체로 유체 펌프에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 일단 펌프(single-stage pump) 및 다단 펌프(multi-stage pump)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예는 반도체 제조에서 사용되는 펌프의 다양한 작동 또는 작용을 확인하고/확인하거나 펌프를 작동시키는 것에 관한 것이다.
펌핑 장치에 의해 분배되는 유체의 유량 및/또는 분배 속도에 대한 정밀한 제어가 요구되는 다수의 용례가 있다. 예컨대 반도체 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼에 포토레지스트 화학물질과 같은 광화학약품이 도포되는 유량 및 속도를 제어하는 것은 중요하다. 공정 중에 반도체 웨이퍼에 도포되는 코팅은 일반적으로 웨이 퍼의 표면에 걸쳐 옹스트롬 단위로 측정되는 편평도(flatness)를 요구한다. 공정액(processing liquid)이 균일하게 도포되는 것을 보장하기 위해서는 포토레지스트 화학물질과 같은 처리용 화학약품이 웨이퍼에 도포되는 속도를 제어해야만 한다.
오늘날 반도체 산업에서 사용되는 다수의 광화학약품은 매우 비싸며, 보통 리터당 1000 달러 정도의 비용이 소요된다. 따라서, 최소한이면서도 적절한 양의 화학약품이 사용되도록 보장하고 상기 화학약품이 펌핑 장치에 의해 손상되지 않도록 보장하는 것이 바람직하다. 현재의 다단 펌프는 액체에서 급격한 압력 스파이크를 유발할 수 있다. 이러한 압력 스파이크 및 이후의 압력 강하는 유체에 손상을 입힐 수 있다(즉, 유체의 물리적 특성을 불량하게 바꿀 수 있음). 또한, 압력 스파이크는 유체 압력을 상승시켜, 분배 펌프가 의도된 양보다 많은 유체를 분배하도록 할 수 있거나 유체의 분배가 불량한 동특성을 갖도록 할 수 있다.
다단 펌프 내에서 발생하는 다른 상황도 또한 화학물질의 적절한 분배를 방해할 수 있다. 이러한 상황들은 주로 공정에서의 타이밍 변화에 따른 결과이다. 이러한 타이밍 변화는 의도적인 것일 수 있거나(예컨대, 레서피 변화) 또는 예컨대 신호 지연 등의 우연한 것일 수 있다.
이러한 상황이 발생하면, 그 결과로서 화학물질의 분배가 부적절하게 될 수 있다. 일부 경우에 있어서는 화학물질이 웨이퍼 상에 전혀 분배되지 않을 수 있는 반면, 다른 경우에 있어서는 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 화학물질이 불균일하게 분포될 수 있다. 웨이퍼는 이후 제조 공정 중 하나 이상의 나머지 공정을 거칠 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼는 사용하기에 부적절하게 될 수 있고, 결과적으로 스크 랩(scrap)으로서 웨이퍼를 폐기하는 결과를 초래한다.
이러한 문제를 악화시키는 것은, 다수의 경우에 있어서 단지 일부 형태의 품질 제어 공정을 이용해야만 스크랩 웨이퍼를 탐지할 수 있다는 사실이다. 그러나, 그 동안에도 부적절한 분배 및 이에 따른 스크랩 웨이퍼를 초래하는 상황은 지속된다. 결과적으로, 최초의 부적절한 분배와 이러한 부적절한 분배에 의해 발생되는 스크랩 웨이퍼의 탐지 사이에, 다수의 추가적인 부적절한 증착물이 다른 웨이퍼 상에서 나타나게 된다. 이들 웨이퍼도 또한 이후에 스크랩으로서 폐기되어야만 한다.
이때 적절한 분배가 행해졌음을 탐지하거나 확인하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 과거에는 다양한 기법을 이용하여 이러한 확인이 이루어졌다. 이들 중 최초의 것은, 분배가 행해졌음을 확인하기 위해 펌프의 분배 노즐에 있는 카메라 시스템을 이용하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 해법은 최적의 것이 아니었는데, 왜냐하면 이들 카메라 시스템이 보통 펌프와 독립적이어서 별도로 설치하고 보정해야만 하기 때문이다. 또한, 대다수의 경우에 있어서, 이들 카메라 시스템은 엄청나게 고가인 경향이 있다.
또 다른 방법은 분배를 확인하기 위해 펌프의 유체 경로에 유량계를 사용하는 것을 포함한다. 이러한 방법도 또한 문제의 소지가 있다. 펌프의 유동 경로에 삽입되는 추가적인 구성요소는 펌프 자체의 가격을 상승시킬 뿐만 아니라 화학물질이 펌프를 통해 유동하기 때문에 화학물질의 오염 가능성을 증가시킨다.
따라서, 펌프의 작동 및 작용을 확인하기 위한 방법 및 시스템으로서 이들 작동 및 작용이 적절하게 완료되는지를 신속하고 정확하게 탐지할 수 있는 방법 및 시스템이 요구됨을 알 수 있다.
펌프의 작동 또는 작용을 검증하는 것을 비롯하여 펌프의 작동을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 펌프의 하나 이상의 파라메타에 대한 기준선 프로파일이 정립될 수 있다. 이때 작동 프로파일은 펌프의 후속 작동 중에 동일한 세트의 파라메타에 대해 하나 이상의 값을 기록함으로써 생성될 수 있다. 부합 양호도 지수는 기준선 프로파일 및 작동 프로파일에 기초하여 결정될 수 있다. 필요하다면, 이때 부합 양호도 지수에 기초하여 분배의 타당성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 부합 양호도 지수가 특정 임계값(threshold)을 초과하는 경우, 분배는 타당한 것으로 간주될 수 있는 반면, 그렇지 않은 경우에는 경보를 울릴 수 있거나, 또는 사용자에게 통지하거나 혹은 펌핑 시스템을 중단시키는 것과 같은 다른 조치를 취할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 다단 펌프는 제1단 펌프(예컨대, 공급 펌프) 및 제2단 펌프에서 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 갖춘 제2단 펌프(예컨대, 분배 펌프)를 구비한다. 펌프 제어기는 펌프의 작동을 모니터링할 수 있다. 펌프 제어기는 제1단 펌프, 제2단 펌프 및 압력 센서에 연결되며(즉, 제1단 펌프, 제2단 펌프 및 압력 센서와 통신하도록 작동 가능함), 소정 파라메타에 대응하는 제1 작동 프로파일을 생성하도록 작동 가능하고 제1 작동 프로파일 중 적어도 일부와 기준선 프로파일 중 대응하는 부분에 기초하여 부합 양호도 지수를 산출하도록 작동 가능하다.
특정 실시예에 있어서는, 작동 프로파일 및 기준선 프로파일에 기초하여 부합 양호도 지수를 산출하기 위해 R2 통계값이 사용된다.
본 발명의 실시예는 펌핑 시스템의 작동 및 작용과 관련된 다양한 문제를 탐지함으로써 장점을 제공한다. 예를 들면, 기준선 압력의 하나 이상의 점 및 펌프의 작동 중에 측정된 압력 프로파일의 하나 이상의 점에 기초하여 부합 양호도 지수를 결정함으로써 부적절한 분배를 탐지할 수 있다. 마찬가지로, 소정 모터에 대한 기준선 작동 속도에 대해 하나 이상의 펌프 작동 단계 동안 모터 작동 속도의 하나 이상의 점, 그리고 기준선 압력의 하나 이상의 점에 기초한 부합 양호도 지수를 결정함으로써, 펌핑 시스템에서의 필터의 막힘(clogging)을 탐지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의해 제공되는 또 다른 장점은 펌프의 구성요소의 기능이상 또는 임박한 고장을 더 잘 탐지할 수 있다는 점이다. 예를 들면, i) 분배 유체 내의 기포에 의해 초래되는 불량한 분배가 다른 방법을 사용하여 탐지될 수 없거나, 또는 ⅱ) 다른 방법은 비교 한계가 과도하게 작을 수 있기 때문에 지나치게 빈번하게 잘못한 경보(예컨대, 부적절한 분배의 부정확한 통지 또는 바람직하지 않은 통지)를 발생시킬 수 있음을 경험적인 실험을 통해 확인한 바 있다. 이때 부합 양호도 지수를 이용함으로써, 불량한 분배의 탐지를 개선할 수 있으면서도 동시에 잘못된 경보의 횟수를 줄일 수 있다.
본 발명의 이들 양태 및 다른 양태는 이후의 설명 및 첨부 도면과 함께 고찰할 때 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 이후의 설명은 본 발명의 다양한 실시예 및 이에 대한 다수의 구체적인 설명을 제시하지만, 이는 예시로서 제시된 것이며 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명의 범위 내에서 다수의 대체, 변형, 추가 또는 재배치가 행해질 수 있으며, 본 발명은 이러한 모든 대체, 변형, 추가 또는 재배치를 포함한다.
본 발명의 특정 양태를 설명하기 위해 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 포함한다. 본 발명의 보다 명확한 효과, 본 발명에 따라 마련되는 시스템의 작동 및 구성요소의 명확한 효과는, 예시적이고 이에 따라 비한정적인 도면에 도시된 실시예를 참고함으로써 보다 용이하게 명확해질 것이고, 이때 도면에서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 도면에 도시된 특징은 축척에 맞게 도시될 필요가 없음에 주의하라.
도 1은 펌핑 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프("다단계 펌프")를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 밸브 타이밍 및 모터 타이밍을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5c는 다단 펌프의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 다단 펌프의 부분 조립체의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이 다.
도 7은 다단 펌프의 부분 조립체의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8a는 다단 펌프의 일부의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 다단 펌프의 실시예의 단면(8B-8B)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8c는 도 8b의 다단 펌프의 실시예의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 다단 펌프에서의 압력 제어 방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프의 압력 프로파일이다.
도 11은 다단 펌프에서의 압력 제어 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 12는 다단 펌프의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프의 압력 프로파일이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프의 작동 압력 프로파일 및 다단 펌프의 기준선 압력 프로파일이다.
도 16a 내지 도 16g는 펌프의 작동에 대한 다양한 압력 프로파일을 나타내는 도표이다.
도 17은 펌프가 올바르게 작동하는지 여부에 대한 결정의 정확도를 높이기 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 18은 일단 펌프를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 다양한 도면에서 동일한 부품 및 대응하는 부품을 지칭하기 위해 동일한 도면부호를 사용하는 도면에 도시되어 있다.
본 발명의 실시예는 펌프를 이용하여 유체를 정확하게 분배하는 펌핑 시스템과 관련된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 펌프의 작동 또는 작용을 확인하거나 검증하는 것을 비롯하여 펌프의 작동을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법과 관련된다. 일 실시예에 따르면, 본 발명은 펌프로부터의 유체의 정확한 분배, 펌프 내에서의 필터의 적절한 작동 등을 검증하기 위한 방법을 제공한다. 펌프의 하나 이상의 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 정립할 수 있다. 이때 펌프의 후속 작동 중에 동일한 세트의 파라메타에 대해 하나 이상의 값을 기록함으로써 작동 프로파일을 생성할 수 있다. 이러한 작동 프로파일에 대해 하나 이상의 부합 양호도 지수를 결정할 수 있다. 부합 양호도 지수가 허용할 수 없는 수준인 경우, 경보를 보낼 수 있거나 또는 예컨대 펌핑 시스템을 중단시키는 등의 다른 조치를 취할 수 있다. 부합 양호도 지수는 R2 지수(R-Squared measure)일 수 있거나 부합 양호도에 대한 다른 통계학적 지수일 수 있다.
이들 시스템 및 방법은 펌프의 작동 및 작용과 관련된 다양한 문제를 탐지하 기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 점에서의 기준선 압력을 펌프의 작동 중에 측정한 압력 프로파일의 하나 이상의 점과 비교함으로써, 부적절한 분배를 탐지할 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 펌프 작동 단계 동안 모터의 작동 속도를 이 모터에 대한 기준선 작동 속도와 비교함으로써, 펌프에서의 필터의 막힘을 탐지할 수 있다. 다음의 개시내용을 검토한 이후에는 본 발명의 시스템 및 방법에 대한 이러한 용도 및 다른 용도가 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 펌프 또는 펌핑 시스템의 예시적인 실시예를 설명하는 것이 유용할 것이다. 도 1은 펌핑 시스템(10)의 개략도이다. 펌핑 시스템(10)은 유체 공급원(15), 펌프 제어기(20), 및 다단 펌프(100)를 포함할 수 있으며, 이들은 웨이퍼(25) 상에 유체를 분배하기 위해 함께 작동한다. 다단 펌프(100)의 작동은 펌프 제어기(20)에 의해 제어될 수 있으며, 펌프 제어기는 다단 펌프(100)에 내장될 수 있거나, 제어 신호, 데이터, 또는 다른 정보의 통신을 위한 하나 이상의 커뮤니케이션 링크(communication link)를 매개로 하여 다단 펌프(100)에 연결될 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단 펌프(100)의 작동을 제어하기 위한 소정 세트의 제어 명령(30)을 담은 컴퓨터 판독 가능한 매체(27)(예컨대, RAM, ROM, 플래시 메모리, 광학 디스크, 자기 드라이브, 또는 컴퓨터 판독 가능한 다른 매체)를 포함할 수 있다. 프로세서(35)(예컨대, CPU, ASIC, DSP, RISC, 또는 다른 프로세서)는 이들 명령을 실행시킬 수 있다. 프로세서의 일례로는 텍사스 인스트루먼트사(텍사스 인스트루먼트사는 미국 텍사스주 댈러스에 소재한 회사임)의 TMS320F2812PGFA 16비트 DSP가 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 펌프 제어기(20)는 커뮤니케이션 링크(40 및 45)를 매개로 하여 다단 펌프(100)와 통신한다. 커뮤니케이션 링크(40 및 45)는 네트워크[예컨대, 이더넷, 무선 네트워크, 광역 네트워크, 디바이스넷(DeviceNet) 네트워크, 또는 당업계에서 공지되었거나 개발된 다른 네트워크], 버스(예컨대, SCSI 버스), 또는 다른 커뮤니케이션 링크일 수 있다. 펌프 제어기(20)는 내장형 PCB 보드 또는 원격 제어기로서 실시될 수 있거나, 혹은 다른 적절한 방식으로 실시될 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단 펌프(100)와 통신할 수 있도록 하기 위해 적절한 인터페이스(예컨대, 네트워크 인터페이스, I/O 인터페이스, 아날로그-디지털 변환기 및 다른 구성요소)를 포함할 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 프로세서, 메모리, 인터페이스, 디스플레이 장치, 주변 장치 또는 다른 컴퓨터 구성요소를 비롯하여 당업계에 공지된 다양한 컴퓨터 구성요소를 포함할 수 있다. 펌프 제어기(20)는, 다단 펌프가 낮은 점도(즉, 5 centipoise 미만)의 유체, 또는 다른 유체를 비롯한 유체를 정확하게 분배하도록 하기 위해 다단 펌프에 있는 다양한 밸브와 모터를 제어할 수 있다. 펌프 제어기(20)는 또한 본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법의 실시예를 실시하도록 작동 가능한 명령을 실행할 수 있다.
도 2는 다단 펌프(100)의 개략도이다. 다단 펌프(100)는 공급단 부분(105) 및 별도의 분배단 부분(110)을 포함한다. 공정액으로부터 불순물을 여과하기 위한 필터(120)는 유체 유동 관점에서 공급단 부분(105)과 분배단 부분(110) 사이에 위치한다. 예컨대 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(isolation valve)(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140), 배기 밸브(145), 및 출구 밸브(147)를 포함하는 다 수의 밸브에 의해 다단 펌프(100)를 통한 유체 유동이 제어될 수 있다. 분배단 부분(110)은 분배단(110)에서 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(112)를 더 포함할 수 있다. 압력 센서(112)에 의해 측정된 압력은 후술하는 바와 같이 다양한 펌프의 속도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 압력 센서는, 독일 코르프에 소재하는 메탈룩스 아게에 의해 제조된 압력 센서를 비롯하여 세라믹 및 폴리머 재질의 페지오레지스티브(pesioresistive) 압력 센서 및 커패시티브 압력 센서를 포함한다. 다른 압력 센서를 사용할 수 있으며, 분배단 챔버 대신에 또는 분배단 챔버 이외에 공급단 챔버에서의 압력을 확인하기 위해 이들 압력 센서가 배치될 수 있다.
공급단(105) 및 분배단(110)은 다단 펌프(100)에서 유체를 펌핑하기 위해 롤링 다이어프램 펌프(rolling diaphragm pump)를 포함할 수 있다. 예컨대, 공급단 펌프(150)["공급 펌프(150)"]는 유체를 수집하는 공급 챔버(155), 공급 챔버(155) 내에서 이동하면서 유체를 옮기는 공급단 다이어프램(160), 공급단 다이어프램(160)을 이동시키기 위한 피스톤(165), 리드 스크류(170) 및 스테퍼 모터(175)를 포함한다. 리드 스크류(170)는 모터로부터 리드 스크류(170)에 에너지를 전달하기 위한 너트, 기어 또는 다른 메커니즘을 매개로 스테퍼 모터(175)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 공급 모터(175)는, 이후에 리드 스크류(170)를 선형 이동시키는 너트를 회전시키며, 이는 피스톤(165)을 작동시킨다. 분배단 펌프(180)["분배 펌프(180)"]는 유사하게 분배 챔버(185), 분배단 다이어프램(190), 피스톤(192), 리드 스크류(195) 및 분배 모터(200)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 공 급단(105) 및 분배단(110)은 각각 공압 작동식 펌프, 유압 펌프 또는 다른 펌프를 비롯한 다양한 다른 펌프를 포함할 수 있다. 공급단에 대해 공압 작동식 펌프 및 스테퍼 모터 구동식 유압 펌프를 사용하는 다단 펌프의 한 가지 예는 미국 특허 출원 제11/051,576호에 설명되어 있으며, 이 특허는 인용함으로써 본 명세서에 전체 내용이 포함된다.
공급 모터(175) 및 분배 모터(200)는 임의의 적절한 모터일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 모터(200)는 영구 자석 동기 모터("PMSM")이다. PMSM은, 모터(200), 다단 펌프(100)에 내장된 제어기 또는 별도의 펌프 제어기(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같음)에서 자속 기준 제어("FOC") 또는 다른 유형의 속도/위치 제어를 이용하여 디지털 신호 프로세서("DSP")에 의해 제어될 수 있다. PMSM(200)은, 분배 모터(200)의 위치를 실시간으로 피드백하기 위한 인코더(예컨대, 정교한 라인 회전식 위치 인코더)를 더 포함할 수 있다. 위치 센서를 사용하면 피스톤(192)의 위치에 대한 정확하고 반복가능한 제어가 가능하며, 이에 따라 분배 챔버(185) 내의 유체 이동에 대한 정확하고 반복가능한 제어가 가능하다. 예를 들어, DSP에 8000 개의 카운트를 제공하는 2000 라인 인코더를 사용하면, 0.045 도만큼 회전할 때 정확한 측정 및 제어가 가능하다. 또한, PMSM은 진동이 거의 없거나 진동이 전혀 없는 상태에서 느린 속도로 운전 가능하다. 공급 모터(175)는 또한 PMSM 또는 스테퍼 모터일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급단 모터(175)는 부품 번호가 L1LAB-005인 스테퍼 모터일 수 있으며, 분배단 모터(200)는 부품 번호가 DA23DBBL-13E17A인 브러쉬리스 DC 모터일 수 있고, 양자 모두는 미국 뉴햄프셔주 도버에 소재하는 EAD 모터스로부터 입수 가능하다.
다단 펌프(100)의 밸브는 다단 펌프(100)의 다양한 부분에 대한 유체 유동을 허용하거나 또는 제한하기 위해 개방되거나 폐쇄된다. 일 실시예에 따르면, 이들 밸브는, 압력 또는 진공이 가해지는지 여부에 따라 개방되거나 폐쇄되며 공압식으로 작동되는(즉, 가스로 구동되는) 다이어프램 밸브일 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는, 임의의 적절한 밸브가 사용될 수 있다.
작동 중에, 다단 펌프(100)는 준비 구간, 분배 구간, 충전 구간, 예비 충전 구간, 여과 구간, 배기 구간, 퍼지 구간 및 정적 퍼지 구간을 포함할 수 있다. 공급 구간 중에, 입구 밸브(125)는 개방되고, 공급단 펌프(150)는 공급단 다이어프램(160)을 이동시켜(예컨대, 밀어서) 유체가 공급 챔버(155) 내로 유입되도록 한다. 일단 충분한 양의 유체가 공급 챔버(155)를 채우면, 입구 밸브(125)가 폐쇄된다. 여과 구간 중에, 공급단 펌프(150)는 공급단 다이어프램(160)을 이동시켜 공급 챔버(155)로부터 유체를 이동시킨다. 아이솔레이션 밸브(130) 및 배리어 밸브(135)를 개방하여 유체가 필터(120)를 통해 분배 챔버(185)까지 유동하도록 해준다. 일 실시예에 따르면, 아이솔레이션 밸브(130)는 우선적으로(예컨대, "예비 여과 구간"에서) 개방될 수 있으므로 필터(120)에서 압력이 상승하도록 해주며, 이후에 배리어 밸브(135)가 개방되어 유체가 분배 챔버(185)로 유동하도록 해준다. 여과 구간 중에, 분배 펌프(180)는 원위치 상태로 될 수 있다. 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for a Variable Home Position Dispense System)"이고 2004년 11월 23일자로 래버디 에(Laverdiere) 등이 출원한 미국 가특허 출원 제60/630,384호 및 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Variable Home Position Dispense System)"이고 2005년 11월 21일자로 래버디에 등이 출원한 PCT 출원 제PCT/US2005/042127호에 설명된 바와 같이, 분배 펌프의 원위치는 분배 펌프에서 제공할 수 있는 최대 가용 체적보다는 작지만 분배 사이클에 있어서 분배 펌프에서 가장 큰 가용 체적을 제공하는 위치일 수 있으며, 전술한 2개의 특허는 각각 인용함으로써 본 명세서에 전체 내용이 포함된다. 상기 원위치는 분배 사이클 동안 다단 펌프(100)의 미사용 홀드업 체적을 감소시킬 수 있도록 다양한 파라메타에 기초하여 선택된다. 유사하게 공급 펌프(150)는 최대 가용 체적보다 작은 체적을 제공하는 윈위치 상태로 될 수 있다.
분배 챔버(185)로 유체가 유동함에 따라, 유체의 압력은 상승한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분배 챔버(185)에서의 유체 압력이 예정된 압력 설정점에 도달하면[예컨대, 압력 센서(112)에 의해 측정된 바와 같음], 분배단 펌프(180)는 분배단 다이어프램(190)을 후퇴시키기 시작한다. 다시 말하면, 분배단 펌프(180)는 분배 챔버(185)의 가용 체적을 증가시켜 유체가 분배 챔버(185)로 유동할 수 있도록 한다. 이는, 예컨대 분배 모터(200)를 예정 속도로 역회전시킴으로써 행해질 수 있으며, 이에 따라 분배 챔버(185) 내의 압력은 감소하게 된다. 분배 챔버(185)에서의 압력이 (시스템의 공차 이내에서) 설정점 미만으로 낮아지면, 공급 모터(175)의 속도는 증가되어 분배 챔버(185) 내의 압력이 설정점에 도달하도록 한다. 압력이 (시스템의 공차 이내에서) 설정점을 초과하면, 공급 스테퍼 모터(175) 의 속도는 감소하며, 이에 따라 분배 챔버(185) 하류에서의 압력을 감소시키게 된다. 공급단 모터(175)의 속도를 증가시키고 감소시키는 과정은 분배단 펌프가 원위치에 도달할 때까지 반복될 수 있으며, 분배단 펌프가 원위치에 도달할 때 2가지 모터는 정지될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 여과 구간 중에 제1단 모터의 속력은 "데드 밴드(dead band)" 제어 기법을 이용하여 제어될 수 있다. 분배 챔버(185) 내의 압력이 초기 임계값에 도달할 때, 분배단 펌프는 분배단 다이어프램(190)을 이동시켜 유체가 보다 자유롭게 분배 챔버(185)로 유동하도록 할 수 있으며, 이에 따라 분배 챔버(185)에서의 압력은 낮아진다. 압력이 최저 압력 임계값 미만으로 낮아지면, 공급단 모터(175)의 속력은 증가하고, 이에 따라 분배 챔버(185)에서의 압력은 상승한다. 분배 챔버(185)에서의 압력이 최대 압력 임계값을 초과하여 상승하면, 공급단 모터(175)의 속력은 감소한다. 또한, 공급단 모터(175)의 속력을 증가시키고 감소시키는 과정은 분배단 펌프가 원위치에 도달할 때까지 반복될 수 있다.
배기 구간의 초기에, 아이솔레이션 밸브(130)는 개방되며, 배리어 밸브(135)는 폐쇄되고, 배기 밸브(145)는 개방된다. 또 다른 실시예에 있어서, 배리어 밸브(135)는 배기 구간 중에 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 배기 구간의 종료시에 폐쇄된다. 이 시간 동안, 배리어 밸브(135)가 개방된다면, 압력 센서(112)에 의해 측정될 수 있는 분배 챔버 내의 압력은 필터(120)에서의 압력에 의해 영향을 받을 것이기 때문에, 압력은 제어기에 의해 예측될 수 있다. 공급단 펌프(150)는 유체에 압력을 가하여 개방된 배기 밸브(145)를 통해 필터(120)로부터 기포가 제거되도 록 한다. 공급단 펌프(150)는 예정된 속도로 배기가 이루어지도록 제어될 수 있으며, 이는 배기 시간을 더 길게 하고 배기 속도를 더 느리게 하며, 이에 따라 배기되는 폐기물의 양을 정확하게 제어할 수 있도록 해준다. 공급 펌프가 공압식 펌프인 경우, 유체 유동 제한부가 유체 배기 경로에 배치될 수 있으며, 공급 펌프에 가해지는 공압은 "배기" 설정점 압력을 유지하기 위해 증가되거나 감소될 수 있고, 이와는 달리 제어되지 않는 방법의 일부 제어를 가능하게 해준다.
퍼지 구간의 개시 시점에, 아이솔레이션 밸브(130)는 폐쇄되고, 배리어 밸브(135)는 배기 구간에서 개방되어 있다면 폐쇄되며, 배기 밸브(145)는 폐쇄되고, 퍼지 밸브(140)는 개방되며, 입구 밸브(125)는 개방된다. 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가하여 퍼지 밸브(140)를 통해 기포를 배기시킨다. 정적 퍼지 구간 중에, 분배 펌프(180)는 정지되지만, 퍼지 밸브(140)는 개방된 상태로 유지되어 계속적으로 공기를 배기한다. 퍼지 구간 또는 정적 퍼지 구간 중에 제거된 임의의 과잉 유체는 다단 펌프(100) 밖으로 이동될 수 있거나(예컨대, 유체 공급원으로 복귀되거나 또는 버려짐), 또는 공급단 펌프(150)로 재순환된다. 준비 구간 중에, 아이솔레이션 밸브(130) 및 배리어 밸브(135)는 개방될 수 있으며 퍼지 밸브(140)는 폐쇄될 수 있으므로, 공급단 펌프(150)는 공급원(예컨대, 공급용 병)의 분위기 압력(ambient pressure)에 도달할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 모든 밸브는 준비 구간에서 폐쇄될 수 있다.
분배 구간 중에, 출구 밸브(147)는 개방되고 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가한다. 출구 밸브(147)는 분배 펌프(180)보다 느리 게 제어에 반응할 수 있으므로, 출구 밸브(147)가 먼저 개방될 수 있고, 사전에 정해진 약간의 시간 이후에 분배 모터(200)가 시동된다. 이에 따라, 분배 펌프(180)가 부분적으로 개방되어 있는 출구 밸브(147)를 통해 유체를 밀어내지 못하게 된다. 또한, 이로써 밸브 개방에 의해, 이후에 모터 작용에 따라 유발되는 정방향 유체 이동에 의해 유체는 분배 노즐 넘어로 이동하지 못하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 출구 밸브(147)는 개방될 수 있고, 분배 펌프(180)에 의해 동시에 분배가 개시된다.
분배 노즐에 있는 과잉 유체가 제거되는 추가적인 석백(suckback) 구간을 수행할 수 있다. 석백 구간 중에, 출구 밸브(147)는 폐쇄될 수 있고, 보조적인 모터 또는 진공을 사용하여 출구 노즐 밖으로 과잉 유체를 취출할 수 있다. 대안으로, 출구 밸브(147)는 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 분배 모터(200)는 분배 챔버로 유체를 다시 취입하기 위해 역회전될 수 있다. 석백 구간은 과잉 유체가 웨이퍼 상에 점적되는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
간략히 도 3을 참고하면, 이 도면은 도 1의 다단 펌프(100)의 다양한 작동 구간에 대한 밸브 타이밍 및 분배 모터 타이밍을 개략적으로 나타내고 있다. 구간이 바뀌는 동안 수 개의 밸브가 동시에 폐쇄되는 것으로 도시되어 있지만, 밸브의 폐쇄는 압력 스파이크를 줄이기 위해 약간(예컨대, 100 밀리초) 차이를 두도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 배기 구간과 퍼지 구간 사이에서, 아이솔레이션 밸브(130)는 배기 밸브(145)가 폐쇄되기 직전에 폐쇄될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예에서는 다른 밸브 타이밍이 사용될 수 있다는 점을 주의해야 한다. 또한, 구간들 중 몇 개 구간은 함께 수행될 수 있다(예컨대, 충전/분배 단계는 동시에 수행될 수 있으며, 이러한 경우 입구 밸브 및 출구 밸브 양자는 분배 구간/충전 구간에서 개방될 수 있음). 또한, 특정 구간은 각각의 사이클에 대해 반복되어야만 하는 것은 아니라는 점에 주의해야 한다. 예를 들면, 퍼지 구간 및 정적 퍼지 구간은 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다. 유사하게, 배기 구간도 매 사이클마다 수행되지 않을 수 있다.
다양한 밸브의 개폐는 유체에서 압력 스파이크를 유발할 수 있다. 정적 퍼지 구간의 종료 시점에 퍼지 밸브(140)를 폐쇄하는 것은, 예컨대 분배 챔버(185)에서 압력 상승을 유발할 수 있다. 각각의 밸브는 폐쇄될 때 소량의 유체를 이동시킬 수 있기 때문에, 이러한 상황이 발생할 수 있다. 퍼지 밸브(140)는 예컨대 폐쇄될 때 분배 챔버(185)로 소량의 유체를 이동시킬 수 있다. 퍼지 밸브(140)의 폐쇄에 따라 압력 증가가 발생할 때 출구 밸브(147)는 폐쇄되어 있기 때문에, 압력이 감소되지 않으면 후속하는 분배 구간 중에 웨이퍼 상으로 유체의 "스핏팅(spitting)"이 발생할 수 있다. 정적 퍼지 구간 또는 추가적인 구간 중에 이러한 압력을 방출시키기 위해, 분배 모터(200)는 소정 거리만큼 피스톤(192)을 후퇴시키기 위해 역회전될 수 있으며, 이에 따라 배리어 밸브(135) 및/또는 퍼지 밸브(140)의 폐쇄에 의해 유발되는 어떠한 압력 상승도 보상된다.
압력 스파이크는 단지 퍼지 밸브(140)만이 아니라 다른 밸브를 폐쇄함으로써(또는 개방함으로써) 유발될 수 있다. 또한, 준비 구간 중에 분배 챔버(185)에서의 압력은 다이어프램의 특성, 온도, 또는 다른 인자에 기초하여 변할 수 있음에 주목해야 한다. 분배 모터(200)는 이러한 압력 추이를 보상하도록 제어될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 다단 펌프가 원만한 유체 처리 특성을 갖도록 한다. 분배 펌프에 있는 압력 센서로부터의 실시간 피드백에 기초하여 공급 펌프의 작동을 제어함으로써, 잠재적으로 유해할 수 있는 압력 스파이크를 방지할 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 공정액에 대한 압력의 해로운 영향을 감소시키는 데 도움이 될 수 있도록 다른 펌프 제어 메커니즘 및 밸브 라이닝을 채용할 수 있다.
도 4는 다단 펌프(100)에 대한 펌프 조립체의 일 실시예를 나타내는 개략적인 도면이다. 다단 펌프(100)는, 다단 펌프(100)를 통과하는 다양한 유체 유동 경로를 형성하는 분배 블록(205)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 펌프 블록(205)은 PTFE, 개질된 PTFE, 또는 다른 재료로 된 단일 블록일 수 있다. 이들 재료는 다수의 공정액과 반응하지 않거나 또는 최소한으로 반응하기 때문에, 이들 재료를 사용하면 최소한의 추가적인 하드웨어를 사용하여 분배 블록(205) 내부에 직접적으로 유동 통로 및 펌프 챔버를 기계가공할 수 있다. 분배 블록(205)은 결과적으로 유체 매니폴드를 제공함으로써 배관의 필요성을 줄여준다.
분배 블록(205)은, 예컨대 수용되는 유체가 통과하는 입구(210), 배기 구간 중에 유체를 배기하기 위한 배기 출구(215), 및 분배 구간 중에 분배되는 유체가 통과하는 분배 출구(220)를 비롯하여 다양한 외부 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 도 4의 예에 있어서, 분배 블록(205)은 퍼지된 유체가 공급 챔버로 돌아가기 때문 에(도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같음) 외부 퍼지 출구를 포함하지 않는다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 유체는 외부로 퍼지될 수 있다.
분배 블록(205)은 유체를 공급 펌프, 분배 펌프 및 필터(120)로 이동시킨다. 피스톤 하우징(227)은 피스톤(165) 및 피스톤(192)을 보호할 수 있는 반면, 펌프 덮개(225)는 공급 모터(175) 및 분배 모터(200)가 손상되지 않도록 보호할 수 있다. 밸브 플레이트(230)는, 유체 유동을 다단 펌프(100)의 다양한 구성요소로 지향시키도록 구성될 수 있는 밸브[예컨대, 도 2의 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140) 및 배기 밸브(145)]의 시스템을 위한 밸브 하우징을 제공한다. 일 실시예에 따르면, 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140) 및 배기 밸브(145)는 각각 밸브 플레이트(230)에 통합되며, 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공이 가해지는지 여부에 따라 개방되거나 또는 폐쇄되는 다이어프램 밸브이고, 출구 밸브(147)는 분배 블록(205)의 외부에 있다. 각각의 밸브에 대해, PTFE, 개질된 PTFE, 복합재료, 또는 다른 재료의 다이어프램을 밸브 플레이트(230)와 분배 블록(205) 사이에 삽입한다. 밸브 플레이트(230)는 각각의 밸브에 대한 밸브 제어 입구를 포함하여 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공을 가하게 된다. 예를 들면, 입구(235)는 배리어 밸브(135)에 대응하며, 입구(240)는 퍼지 밸브(140)에 대응하고, 입구(245)는 아이솔레이션 밸브(130)에 대응하며, 입구(250)는 배기 밸브(145)에 대응하고, 입구(255)는 입구 밸브(125)에 대응한다. 이러한 입구에 대해 선택적으로 압력 또는 진공을 가함으로써 대응하는 밸브를 개방하고 폐쇄한다.
밸브 제어용 가스 및 진공은, 밸브 제어용 매니폴드[덮개(263) 아래의 영역에 있음]로부터 분배 블록(205)을 통해 밸브 플레이트(230)까지 연장되는 밸브 제어용 공급 라인(260)을 통해 밸브 플레이트(230)에 제공된다. 밸브 제어용 가스 공급구(265)는 압축된 가스를 밸브 제어용 매니폴드에 제공하고, 진공 입구(270)는 진공(또는 낮은 압력)을 밸브 제어용 매니폴드에 제공한다. 밸브 제어용 매니폴드는 3방향 밸브(3-way valve)로서 작용하여 대응하는 밸브(들)를 작동시키기 위해 공급 라인(260)을 통해 밸브 플레이트(230)의 적절한 입구에 압축된 가스 또는 진공이 전달되도록 한다.
도 5a는 분배 블록에 형성된 유체 유동 통로를 나타내기 위해 분배 블록(205)이 투시 가능하게 되어 있는, 다단 펌프(100)의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 분배 블록(205)은 다단 펌프(100)를 위한 다양한 챔버 및 유체 유동 통로를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 공급 챔버(155) 및 분배 챔버(185)는 분배 블록(205)에 직접적으로 기계가공될 수 있다. 또한, 다양한 유동 통로를 분배 블록(205)에 기계가공할 수 있다. 유체 유동 통로(275)(도 5b에 도시됨)는 입구(210)로부터 입구 밸브까지 연장된다. 유체 유동 통로(280)는 입구 밸브로부터 공급 챔버(155)까지 연장되어 입구(210)로부터 공급 펌프(150)까지의 경로를 완성한다. 밸브 하우징(230)에 있는 입구 밸브(125)는 입구(210)와 공급 펌프(150) 사이의 유동을 조절한다. 유동 통로(285)는 공급 펌프(150)로부터 밸브 플레이트(230)에 있는 아이솔레이션 밸브(130)까지 유체를 이동시킨다. 아이솔레이션 밸브(130)의 배출물은 다른 유동 통로(도시 생략)에 의해 필터(120)까지 이동된다. 유체는, 필터(120)를 배기 밸브(145) 및 배리어 밸브(135)에 연결하는 유동 통로를 통해 필터(120)로부터 유동한다. 배기 밸브(145)의 배출물은 배기 출구(215)까지 이동되는 반면, 배리어 밸브(135)의 배출물은 유동 통로(290)를 통해 분배 펌프(180)까지 이동된다. 분배 펌프는 분배 구간 중에 유동 통로(295)를 통해 출구(220)까지, 또는 퍼지 구간 중에 유동 통로(300)를 통해 퍼지 밸브까지 유체를 배출할 수 있다. 퍼지 구간 중에 유체는 유동 통로(305)를 통해 공급 펌프(150)까지 복귀할 수 있다. 유체 유동 통로는 PTFE 블록(또는 다른 재료의 블록)에 직접 형성될 수 있기 때문에, 분배 블록(205)은 다단 펌프(100)의 다양한 구성요소 사이에서 공정액을 위한 배관으로서 작용할 수 있으며, 이는 추가적인 관에 대한 필요성을 없애거나 또는 줄여준다. 다른 경우에 있어서, 유체 유동 통로를 형성하기 위해 분배 블록(205)에 관을 삽입할 수 있다. 도 5b는 일 실시예에 따른 분배 블록 내부의 수 개의 유동 통로를 볼 수 있도록 투시 가능하게 도시된, 분배 블록(205)의 개략도이다.
도 5a는 또한 공급 펌프(150)를 볼 수 있도록 매니폴드 덮개(263) 및 펌프 덮개(225)가 제거된 다단 펌프(100)를 도시하고 있으며, 이 다단 펌프는 공급단 모터(190)를 포함하는 공급단 펌프(150), 분배 모터(200)를 포함하는 분배 펌프(180), 및 밸브 제어용 매니폴드(302)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 펌프(150), 분배 펌프(180) 및 밸브 플레이트(230)의 부분들은 분배 블록(205)에 있는 대응하는 구멍에 삽입된 바아(bar)(예컨대, 금속 바아)를 이용하여 분배 블록(205)에 연결될 수 있다. 각각의 바아는 나사를 수용하기 위해 나사산이 형성된 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다. 예로서, 분배 모터(200) 및 피스톤 하우징(227)은 하나 이상의 나사[예컨대, 나사(275) 및 나사(280)]를 매개로 하여 분배 블록(205)에 장착될 수 있으며, 상기 나사는 분배 블록(205)에 있는 나사 구멍을 통해 연장되어 바아에 있는 대응하는 구멍에 나사 결합된다. 분배 블록(205)에 구성요소를 결합하기 위한 이러한 메커니즘은 예로서 제시된 것이며 임의의 적절한 부착 메커니즘이 사용될 수 있음에 주의해야 한다.
도 5c는 밸브 플레이트(230)에 압력 또는 진공을 가하기 위한 공급 라인(260)을 도시하는 다단 펌프(100)의 개략도이다. 도 4와 함께 설명한 바와 같이, 다단 펌프(100)의 다양한 구성요소로 유체가 유동할 수 있도록 밸브 플레이트(230)에 있는 밸브를 구성할 수 있다. 밸브의 작동은, 압력 또는 진공이 각각의 공급 라인(260)에 가해지도록 해주는 밸브 제어용 매니폴드(302)에 의해 제어된다. 각각의 공급 라인(260)은 소형 오리피스(즉, 제한부)를 구비한 부속품(예시적인 부속품은 318로 표시되어 있음)을 포함할 수 있다. 각각의 공급 라인에 있는 오리피스는 공급 라인에 대해 압력과 진공을 가하는 동안 급격한 압력차의 효과를 완화시키는 데 도움이 된다. 이에 따라 밸브는 보다 원활하게 개방되고 폐쇄될 수 있다.
도 6은 다단 펌프(100)의 일 실시예의 부분 조립체를 도시하는 개략적인 도면이다. 도 6에 있어서, 밸브 플레이트(230)는 전술한 바와 같이 이미 분배 블록(205)에 연결되어 있다. 공급단 펌프(150)에 관해서는, 리드 스크류(170)를 갖춘 다이어프램(160)이 공급 챔버(155)에 삽입될 수 있는 반면, 분배 펌프(180)에 관해서는, 리드 스크류(195)를 갖춘 다이어프램(190)이 분배 챔버(185)에 삽입될 수 있다. 피스톤 하우징(227)은 리드 스크류가 통과하는 공급 챔버 및 분배 챔버에 걸쳐 배치될 수 있다. 분배 모터(200)는 리드 스크류(195)에 연결되고 암나사가 형성되어 있으며 회전하는 너트를 통해 리드 스크류(195)가 선형 운동하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 공급 모터(175)는 리드 스크류(170)에 연결되고 또한 암나사가 형성되어 있으며 회전하는 너트를 통해 리드 스크류(170)가 선형 운동하도록 할 수 있다. 스페이서(319)를 사용하여 피스톤 하우징(227)으로부터 분배 모터(200)를 오프셋시킬 수 있다. 도시된 실시예에서의 스크류는, 도 5와 함께 설명한 바와 같이 분배 블록(205) 내에 삽입된 나사 구멍과 함께 바아를 이용하여 공급 모터(175) 및 분배 모터(200)를 다단 펌프(100)에 부착시킨다. 예를 들면, 스크류(315)는 바아(320)에 있는 나사 구멍에 나사 결합될 수 있으며, 스크류(325)는 바아(330)에 있는 나사 구멍에 나사 결합되어 공급 모터(175)를 부착시킬 수 있다.
도 7은 다단 펌프(100)의 일 실시예의 부분 조립체를 추가로 도시하는 개략적인 도면이다. 도 7은 분배 블록(205)에 필터 부속품(335, 340 및 345)을 추가하는 것을 도시하고 있다. 너트(350, 355, 360)를 사용하여 필터 부속품(335, 340, 345)을 유지할 수 있다. 임의의 적절한 부속품을 사용할 수 있으며, 도시된 부속품은 예로서 제시된다는 점에 주목해야 한다. 각각의 필터 부속품은 공급 챔버, 배기 출구 또는 분배 챔버에 대한 유동 통로 중 하나로 연결된다[밸브 플레이트(230)를 매개로 모두에 연결됨]. 압력 센서(112)는 분배 블록(205) 내에 삽입될 수 있으며, 압력 감지면은 분배 챔버(185)에 노출되어 있다. O-링(365)은 압력 센서(112)와 분배 챔버(185)의 인터페이스를 밀봉한다. 압력 센서(112)는 너트(367)에 의해 적소에 견고하게 유지된다. 밸브 제어용 매니폴드(302)는 피스톤 하우징(227)에 나사 결합되어 있을 수 있다. 밸브 제어용 라인(도시 생략됨)은 개구(375)에서 밸브 제어용 매니폴드(302)의 출구로부터 분배 블록(205) 내로 연장되며, 분배 블록(205)의 상부 외부로 밸브 플레이트(230)까지 연장된다(도 4에 도시된 바와 같음).
도 7은 또한 펌프 제어기[예컨대, 도 1의 펌프 제어기(20)]와 통신하기 위한 여러 개의 인터페이스를 도시하고 있다. 압력 센서(112)는 하나 이상의 와이어(380으로 표시됨)를 매개로 읽어들인 압력을 제어기(20)에 전송한다. 분배 모터(200)는 분배 모터(200)를 작동시키기 위해 펌프 제어기(20)로부터의 신호를 수신하기 위한 모터 제어 인터페이스를 포함한다. 또한, 분배 모터(200)는 위치 정보를 비롯한 정보를 (예컨대, 위치 라인 인코더로부터) 펌프 제어기(20)에 전송할 수 있다. 마찬가지로, 공급 모터(175)는 펌프 제어기(20)로부터의 제어 신호를 수신하고 정보를 펌프 제어기(20)에 전송하기 위해 통신 인터페이스(390)를 포함할 수 있다.
도 8a는 분배 블록(205), 밸브 플레이트(230), 피스톤 하우징(227), 리드 스크류(170) 및 리드 스크류(195)를 포함하는 다단 펌프(100)의 일부의 측면도를 도시하고 있다. 도 8b는 분배 블록(205), 분배 챔버(185), 피스톤 하우징(227), 리드 스크류(195), 피스톤(192) 및 분배 다이어프램(190)을 나타내는 도 8a의 단면도를 도시하고 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 분배 챔버(185)는 적어도 부분적으로 분배 블록(205)에 의해 한정될 수 있다. 리드 스크류(195)가 회전함에 따라, 피스톤(192)은 분배 다이어프램(190)을 이동시키기 위해 상방으로(도 8b에 도시된 정렬에 대해 상방으로) 움직일 수 있으며, 이에 따라 분배 챔버(185) 내의 유체는 출구 유동 통로(295)를 통해 챔버를 빠져나간다. 도 8c는 도 8b의 상세도를 도시하고 있다. 도 8c에 도시된 실시예에 있어서, 분배 다이어프램(190)은 분배 블록(200)에 있는 홈(400) 내에 끼워지는 텅(395; tong)을 포함한다. 따라서, 분배 다이어프램(190)의 에지는, 본 실시예에 있어서, 피스톤 하우징(227)과 분배 블록(205) 사이에서 밀봉된다. 일 실시예에 따르면, 분배 펌프 및/또는 공급 펌프(150)는 롤링 다이어프램 펌프일 수 있다.
도 1 내지 도 8c와 함께 설명한 다단 펌프(100)는 예로서 제시된 것이며 한정하는 것이 아니고 본 발명의 실시예는 다른 다단 펌프 구성에 대해서도 실시될 수 있음을 주목해야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다단 펌프[예컨대, 다단 펌프(100)]의 작동 중 여과 구간에서 압력 제어를 제공할 수 있다. 도 9는 여과 구간 동안의 압력 제어 방법의 일 실시예를 도시하는 순서도이다. 프로세서에 의해 실행 가능하며 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장되는 소프트웨어 명령을 이용하여 도 9의 방법을 실시함으로써 다단 펌프를 제어할 수 있다. 여과 구간의 초기에, 모터(175)는 예정된 속도로 유체를 공급 챔버(155) 외부로 밀어내기 시작하며(단계 405), 이에 따라 유체는 분배 챔버(185)로 유입된다. 분배 챔버(185)에서의 압력이 예정된 설정점에 도달하면[단계 410에서 압력 센서(112)에 의해 측정되는 바와 같음], 분배 모터가 이동하여 피스톤(192) 및 다이어프램(190)을 후퇴시키기 시작 한다(단계 415). 일 실시예에 따르면, 분배 모터는 예정된 속도로 피스톤(165)을 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 대해 더 큰 체적을 이용할 수 있도록 하며, 이에 따라 유체의 압력은 감소하게 된다.
압력 센서(112)는 분배 챔버(185)에서의 유체의 압력을 지속적으로 모니터링한다(단계 420). 압력이 설정점의 압력이거나 또는 설정점을 초과하면, 공급단 모터(175)는 감소된 속도로 작동하며(단계 425), 그렇지 않은 경우 공급단 모터(175)는 증가된 속도로 작동한다(단계 430). 분배 챔버(185)에서의 실시간 압력에 기초하여 공급단 모터(175)의 속도를 증가시키고 감소시키는 과정은, 분배 펌프(180)가 원위치에 도달할 때까지(단계 435에서 측정되는 바와 같음) 지속될 수 있다. 분배 펌프(180)가 원위치에 도달할 때, 공급단 모터(175) 및 분배단 모터(200)는 정지될 수 있다.
분배 펌프(180)가 분배 펌프의 원위치에 도달하였는지 여부는 다양한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들면, 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for a Variable Home Position Dispense System)"이고 2004년 11월 23일자로 래버디에 등이 출원한 미국 가특허 출원 제60/630,384호 및 발명의 명칭이 "가변적인 원위치 분배 시스템을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Variable Home Position Dispense System)"이고 2005년 11월 21일자로 래버디에 등이 출원한 PCT 출원 제PCT/US2005/042127호에 설명된 바와 같이, 이는 위치 센서를 이용하여 리드 스크류(195) 및 이에 따른 다이어프램(190)의 위치를 측정함으로써 행해질 수 있으며, 상기 특허는 인용함으로써 본 명세서에 전체 내용이 포함된다. 다른 실시예에 있어서, 분배단 모터(200)는 스테퍼 모터일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 매 스텝마다 특정량만큼 다이어프램(190)이 변위되기 때문에, 분배 펌프(180)가 원위치에 있는지의 여부는 모터의 스텝수를 셈으로써 결정될 수 있다. 도 9의 단계들은 필요 또는 요구에 따라 반복될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프를 작동시키기 위한 분배 챔버(185)에서의 압력 프로파일을 도시하고 있다. 점(440)에서, 분배는 개시되고 분배 펌프(180)는 유체를 출구 밖으로 밀어낸다. 분배는 점(445)에서 종료된다. 분배 챔버(185)에서의 압력은 충전 구간 중에는 상당히 일정하게 유지되는데, 이 구간에서는 통상적으로 분배 펌프(180)가 관련되지 않기 때문이다. 점(450)에서, 여과 구간이 개시되고 공급단 모터(175)가 예정된 속도로 정방향으로 작동하여 공급 챔버(155)로부터 유체를 밀어낸다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 분배 챔버(185)에서의 압력은 상승하기 시작하여 점(455)에서 예정된 설정점에 도달한다. 분배 챔버(185)에서의 압력이 이 설정점에 도달하면, 분배 모터(200)는 일정한 속도로 역회전하여 분배 챔버(185) 내의 가용 체적을 증가시킨다. 점(455)와 점(460) 사이의 압력 프로파일 중 비교적 평평한 부분에서, 공급 모터(175)의 속도는, 압력이 설정점 미만으로 감소할 때마다 증가하며 설정점에 도달할 때 감소한다. 이에 따라 분배 챔버(185)에서의 압력은 대략 일정한 압력으로 유지된다. 점(460)에서, 분배 모터(200)는 분배 모터의 원위치에 도달하며 여과 구간은 종료된다. 점(460)에서의 급격한 압력 스파이크는 여과 종료시에 배리어 밸브(135)를 폐쇄함에 따른 것이다.
도 9 및 10과 함께 설명한 제어 기법은 단일 설정점을 이용한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 최저 압력 임계값 및 최고 압력 임계값이 사용될 수 있다. 도 11은 최저 압력 임계값 및 최고 압력 임계값을 사용하는 방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다. 도 11에서의 방법은, 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장되며 다단 펌프를 제어하기 위해 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어 명령을 이용하여 실시될 수 있다. 여과 구간이 개시될 때, 모터(175)는 예정된 속도로 유체를 공급 챔버(155)로부터 밀어내기 시작하며(단계 470), 이에 따라 유체가 분배 챔버(185)로 유입된다. 분배 챔버(185)에서의 압력이 초기 임계값에 도달하면[단계 480에서 압력 센서(112)에 의한 측정값에 따라 결정되는 바와 같음], 분배 모터는 이동하기 시작하여 피스톤(192) 및 다이어프램(190)을 후퇴시킨다(단계 485). 이러한 초기 임계값은 최대 임계값 또는 최저 임계값 중 어느 하나와 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 모터는 예정된 속도로 피스톤(165)을 후퇴시킨다. 따라서, 분배 펌프(180)는 후퇴하여 분배 챔버(185) 내의 유체에 대해 더 많은 체적을 이용할 수 있도록 하며, 이에 따라 유체의 압력을 감소하게 된다.
압력 센서(112)는 분배 챔버(185)에서의 유체의 압력을 지속적으로 모니터링한다(단계 490). 압력이 최대 압력 임계값에 도달하면, 공급단 모터(175)는 예정된 속도로 작동한다(단계 495). 압력이 최저 압력 임계값 미만으로 감소하면, 공급단 모터(175)는 증가된 속도로 작동한다(단계 500). 분배 챔버(185)에서의 압력 에 기초하여 공급단 모터(175)의 속도를 증가시키고 감소시키는 과정은, 분배 펌프(180)가 원위치에 도달할 때까지(단계 505에서 결정되는 바와 같음) 지속될 수 있다. 분배 펌프(180)가 원위치에 도달하면, 공급단 모터(175) 및 분배단 모터(200)는 정지될 수 있다. 다시, 필요 또는 요구에 따라 도 11의 단계들을 반복할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이에 따라 공급 펌프에 의해 유체에 가해지는 압력을 제어함으로써 분배 펌프(180)에서의 압력을 제어하는 메커니즘을 제공한다. 분배 펌프(180)에서의 압력이 예정된 임계값(예컨대, 설정점 또는 최대 압력 임계값)에 도달하면, 공급단 펌프(150)의 속도는 감소할 수 있다. 분배 펌프(180)에서의 압력이 예정된 임계값(예컨대, 설정점 또는 최소 압력 임계값) 미만으로 감소하면, 공급단 펌프(150)의 속도는 증가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급단 모터(175)는 분배 챔버(185)에서의 압력에 기초하여 예정된 속도들 사이에서 사이클을 행할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 공급단 모터(175)의 속도는, 분배 챔버(185)에서의 압력이 예정된 임계값(예컨대, 설정점 또는 최대 압력 임계값)을 초과하면 지속적으로 감소할 수 있고, 분배 챔버(185)에서의 압력이 예정된 임계값(예컨대, 설정점 또는 최저 압력 임계값) 미만으로 감소하면 지속적으로 증가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 다단 펌프(100)는 분배 챔버(185)에서의 압력에 따라 속도를 변경할 수 있는 모터(175)(예컨대, 스테퍼 모터, 브러쉬리스 DC 모터 또는 다른 모터)를 갖춘 공급 펌프(150)를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공급단 펌프는 공압식으로 작동되는 다이어프램 펌프일 수 있다. 도 12는 공압식 공급 펌프(515)를 포함하는 다단 펌프(510)의 일 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 다단 펌프(100)와 마찬가지로, 다단 펌프(510)도 공급단 부분(105) 및 별도의 분배단 부분(110)을 포함한다. 유체 유동의 관점에서 공급단 부분(105)과 분배단 부분(110) 사이에는 공정액으로부터 불순물을 여과시키기 위한 필터(120)가 있다. 예컨대 입구 밸브(125), 아이솔레이션 밸브(130), 배리어 밸브(135), 퍼지 밸브(140), 배기 밸브(145) 및 출구 밸브(147)를 비롯한 다수의 밸브는 다단 펌프(100)를 통과하는 유체 유동을 제어할 수 있다. 분배단 부분(110)은 분배단(110)에서 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(112)를 포함할 수 있다. 압력 센서(112)에 의해 측정되는 압력은 후술하는 바와 같이 다양한 펌프의 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
공급 펌프(515)는 개방된 입구 밸브(125)를 통해 유체 공급부로부터 유체가 유입될 수 있는 공급 챔버(520)를 포함한다. 공급 챔버(520) 안팎으로의 액체의 출입을 제어하기 위해, 진공, 양의 공급 압력 또는 대기압이 공급 다이어프램(530)에 가해지는지 여부는 공급 밸브(525)에 의해 제어된다. 일 실시예에 따르면, 공급 압력을 제공하기 위해 압축된 N2가 사용될 수 있다. 공급 챔버(520) 내로 유체를 유도하기 위해, 다이어프램(530)에 진공이 가해져서 공급 챔버(520)의 벽에 대해 다이어프램을 잡아당기게 된다. 공급 챔버(520) 외부로 유체를 밀어내기 위해서는, 다이어프램(530)에 공급 압력이 가해질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 여과 구간 중에, 다이어프램(530)에 공급 압력을 선택 적으로 가함으로써 분배 챔버(185)에서의 압력을 조절할 수 있다. 여과를 개시할 때, 공급 다이어프램(530)에 공급 압력이 가해진다. 이 압력은, 분배 챔버(185)에서 예정된 압력 임계값(예컨대, 초기 임계값, 설정점 또는 다른 예정된 임계값)에 도달할 때까지[예컨대, 압력 센서(112)에 의해 측정되는 바와 같음] 지속적으로 인가된다. 초기 임계값을 충족하면, 분배 펌프(180)의 모터(200)는 역방향으로 작동하여 분배 챔버(185) 내에서 유체에 대해 보다 큰 가용 체적을 제공한다. 압력 센서(112)는 분배 챔버(185)에서의 압력을 지속적으로 읽어들일 수 있다. 유체 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최대 압력 임계값, 설정점 또는 다른 임계값)을 초과하면, 공급 펌프(515)에서의 공급 압력은 제거되거나 또는 감소될 수 있다. 분배 챔버(185)에서의 유체 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최저 압력 임계값, 설정점 또는 다른 예정된 임계값) 미만으로 감소하면, 공급 압력은 공급 펌프(515)에서 다시 가해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는, 분배 펌프에서 측정된 압력에 기초하여 공급 펌프의 작동을 조정함으로써 여과 구간 중에 유체의 압력을 조절하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 공급 펌프의 작동은, 예컨대 공급 펌프 모터의 속도를 증가시키거나 또는 감소시킴으로써, 공급 펌프에서 가해지는 공급 압력을 증가시키거나 또는 감소시킴으로써, 또는 다른 방식으로 공급 펌프의 작동을 조정함으로써 변경될 수 있으며, 이에 따라 하류 공정액의 압력이 증가되거나 또는 감소되도록 한다.
본 발명의 실시예는 또한 배기 구간 동안 유체 압력를 제어한다. 도 2를 참고하면, 배리어 밸브(135)가 배기 구간 동안 개방된 상태로 유지될 때, 압력 센 서(112)는 분배 챔버(185) 내의 유체의 압력을 측정하는데, 이 압력은 필터(120) 내의 유체의 압력에 의해 영향을 받게 된다. 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최고 압력 임계값 또는 설정점)을 초과하면, 공급 모터(175)의 속도는 감소될 수 있으며(또는 도 12의 예에서는 공급 압력이 감소됨), 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최저 압력 임계값 또는 설정점)으로 감소하면 공급 모터(175)의 속도는 증가될 수 있다(또는 도 12의 예에서는 공급 압력이 증가됨). 또 다른 실시예에 따르면, 사용자는 배기 속도(예컨대, 0.05 cc/sec) 및 배기량(예컨대, 0.15 cc 또는 3 초)을 설정할 수 있으며, 공급 모터는 특정 시간 동안 적절한 속도로 유체를 이동시킬 수 있다.
전술한 바로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 제1단 펌프(예컨대, 공급 펌프) 및 제2단 펌프에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 갖춘 제2단 펌프(예컨대, 분배 펌프)를 구비하는 다단 펌프에서 압력을 제어하기 위한 시스템을 제공한다. 펌프 제어기는 제1단 펌프의 작동을 조정함으로써 제2단 펌프에서의 유체 압력을 조절할 수 있다. 펌프 제어기는 제1단 펌프, 제2단 펌프 및 압력 센서에 연결되며(즉, 제1단 펌프, 제2단 펌프 및 압력 센서와 통신하도록 작동 가능함), 압력 센서로부터 압력 측정값을 받아들이도록 작동 가능하다. 압력 센서로부터의 압력 측정값을 통해 제2단 펌프에서의 압력이 예정된 제1 임계값(예컨대, 설정점, 최고 압력 임계값, 또는 다른 압력 임계값)에 도달하였음을 확인하면, 펌프 제어기는 (예컨대, 펌프의 모터 속도를 느리게 하거나, 공급 압력을 감소시키거나 또는 다른 방식으로 유체에 대한 압력을 감소시킴으로써) 제1단 펌프가 유체에 보다 작은 압력을 가하도록 할 수 있다. 압력 측정값을 통해 제2단 펌프에서의 압력이 임계값(예컨대, 설정점, 최저 압력 임계값, 또는 다른 임계값) 미만임을 확인하면, 제어기는 (예컨대, 제1단 펌프의 모터 속도를 증가시키거나, 공급 압력을 증가시키거나 또는 다른 방식으로 유체에 대한 압력을 증가시킴으로써) 제1단 펌프가 유체에 더 큰 압력을 가하도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 다단 펌프에서 분배 펌프의 유체 압력을 제어하는 방법을 포함한다. 이 방법은 공급 펌프에서 유체에 압력을 가하는 것, 공급 펌프의 하류에 있는 분배 펌프에서 유체 압력을 측정하는 것, 분배 펌프에서의 유체 압력이 예정된 최고 압력 임계값에 도달하면 공급 펌프에서 유체에 대한 압력을 감소시키는 것, 또는 분배 펌프에서의 압력이 예정된 최저 압력 임계값 미만이면 공급 펌프에서 유체에 대한 압력을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 최고 압력 임계값 및 최저 압력 임계값은 양자 모두 소정의 설정점일 수 있음에 주의해야 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 펌프 제어를 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 이 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터로 판독 가능한 하나 이상의 매체에 저장되는 컴퓨터 명령의 세트를 포함할 수 있다. 이 명령은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있으며, 이에 따라 압력 센서로부터 압력 측정값을 받아들이고, 이러한 압력 측정값을 예정된 제1 임계값(최고 압력 임계값, 설정점, 또는 다른 임계값)과 비교하며, 압력 센서로부터의 압력 측정값을 통해 제2단에서의 압력이 예정된 제1 임계값에 도달하였음을 확인하면, 예로서 제1단 펌프를 조작하여 모터 속도를 감소시키고 더 적은 공급 압력을 가하거나 또는 그렇지 않으면 제1단 펌프에 의해 유체에 가해지는 압력을 감소시킴으로써 유체에 대해 보다 적은 압력이 가해지도록 제1단 펌프를 조작하도록 한다. 추가적으로, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 압력 센서로부터의 압력 측정값을 통해 제2단 펌프에서의 압력이 제2 임계값 미만으로 감소하였음을 확인하면 제1단 펌프를 조작하여 유체에 더 큰 압력을 인가하도록 실행 가능한 명령을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 공급 펌프, 공급 펌프와 유체 연통하는 필터, 필터와 유체 연통하는 분배 펌프, 공급 펌프와 필터 사이의 아이솔레이션 밸브, 필터와 분배 펌프 사이의 배리어 밸브, 분배 펌프에서 압력을 측정하기 위한 압력 센서, 그리고 공급 펌프, 분배 펌프 및 압력 센서에 연결된 제어기(즉, 공급 펌프, 분배 펌프, 및 압력 센서와 통신하도록 작동 가능한 제어기)를 포함하며 반도체 제작 공정에서 사용하기에 적합한 다단 펌프를 포함할 수 있다. 공급 펌프는 또한 공급 챔버, 공급 챔버 내의 공급 다이어프램, 공급 다이어프램과 접촉하여 공급 다이어프램을 이동시키는 공급 피스톤, 공급 피스톤에 연결된 공급 리드 스크류, 공급 리드 스크류에 연결되어 공급 피스톤이 이동하도록 공급 리드 스크류를 작동시키는 공급 모터를 포함한다. 분배 펌프는 또한 분배 챔버, 분배 챔버 내의 분배 다이어프램, 분배 다이어프램과 접촉하여 분배 다이어프램을 이동시키는 분배 피스톤, 분비 피스톤에 연결되어 분배 챔버 내에서 분배 피스톤을 이동시키는 분배 리드 스크류, 분배 피스톤에 연결되는 분배 리드 스크류, 분배 리드 스크류에 연결되어 분배 피스톤이 이동하도록 분배 리드 스크류를 작동시키는 분배 모터를 포함한다. 제어기는 압력 센서로부터의 압력 측정값을 받아들이도록 작동 가능하다. 압 력 측정값을 통해 분배 챔버 내의 유체의 압력이 초기에 설정점에 도달함을 확인하면, 제어기는 분배 피스톤을 후퇴시키기 위해 거의 일정한 속도로 분배 모터가 작동하도록 조작한다. 후속 압력 측정에 따른 후속 압력 측정값을 통해 분배 챔버 내의 유체의 압력이 설정점 미만임을 확인하면, 제어기는 감소된 속도로 공급 모터가 작동하도록 하며, 후속 압력 측정값이 설정점을 초과하면 공급 모터가 증가된 속도로 작동하도록 한다.
전술한 펌프용 시스템 및 방법은 유체를 정확하고 신뢰성있게 분배하지만, 때때로 공정 타이밍의 변동, 또는 이들 펌프에 대한 일반적인 마모 및 고장(예컨대, 정지 밸브 기능이상, 유체 배관 결함, 노즐 막힘, 유체 경로 내의 공기 등)은 펌프의 부적절한 작동을 통해 그 징후를 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 임박한 고장 상태 또는 부적절한 작동을 탐지하는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해, 일 실시예에 따라, 본 발명은 펌프의 적절한 작동을 검증하고 임박한 고장 상태를 탐지하는 것을 포함하는 펌프 모니터링 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예는 펌프로부터의 유체의 정확한 분배, 또는 펌프 내에서의 필터의 적절한 작동, 즉 다른 작동 작용 또는 상태 중 하나를 확인할 수 있다.
도 13은 전술한 펌프의 실시예를 비롯한 펌프에서 부적절한 작동을 탐지하거나(또는 역으로 적절한 작동을 검증하거나), 임박한 고장 상태, 또는 거의 모든 다른 고장을 탐지하기 위한 한 가지 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이며, 상기 펌프의 한 가지 예는 엔테그리스 아이엔씨사가 제작한 IG 미니 펌프가 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 파라메타에 대해 기준선 프로파일을 정립할 수 있다(단계 1310). 다음으로, 펌프(100)의 작동 중에, 이들 파라메타를 측정하여 작동 프로파일을 생성할 수 있다(단계 1320). 다음으로 하나 이상의 대응하는 점 또는 부분에서 기준선 프로파일을 작동 프로파일과 비교할 수 있다(단계 1330). 작동 프로파일과 기준선 프로파일의 차이가 특정 공차를 초과하면(단계 1340), 경보 상황이 존재할 수 있으며(단계 1350), 그렇지 않으면 펌프(100)는 계속 작동할 수 있다.
특정 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 정립하기 위해(단계 1310), 기준선 운전 또는 "골든" 런("golden" run) 동안에 소정 파라메타를 측정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 펌프(100)의 조작자 또는 사용자는 액체, 조건 및 장비를 이용한 명세에 맞도록 펌프(100)을 설정할 수 있으며, 이들 조건 및 명세는 펌프(100)의 일반적인 용례 또는 작동 중에 펌프(100)를 사용하는 조건 및 설비와 실질적으로 유사하거나 또는 동일하다. 펌프(100)는 이때 분배 사이클 동안 작동되어(도 3과 관련하여 전술한 바와 같음) 사용자 레서피에 따라 유체를 분배시킨다. 이러한 분배 사이클 동안, 실질적으로 연속적으로, 또는 한 세트의 점에서 파라메타를 측정하여 해당 파라메타에 대한 작동 프로파일을 생성할 수 있다. 구체적인 일 실시예에 있어서, 파라메타의 샘플링은 약 1 밀리초 내지 10 밀리초 간격으로 행해질 수 있다.
사용자는 이때 이러한 분배 사이클 중에 펌프(100)가 적절하게 작동하였는지, 그리고 이러한 분배 사이클 동안 펌프(100)에 의해 행해진 분배가 그 공차 또는 명세에 부합하였는지를 검증할 수 있다. 사용자가 펌프 작동 및 분배 양자에 만족한다면, 사용자는 펌프 제어기(20)를 통해 해당 파라메타에 대한 기준선 프로 파일로서 작동 프로파일(예컨대, 분배 사이클 동안 취한 파라메타에 대한 측정값)을 사용하는 것이 바람직함을 나타낼 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 정립할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 다단 펌프가 작동하는 동안 분배 챔버(185)에서의 압력 프로파일의 일 실시예를 도시하고 있다. 이상의 내용을 읽은 후에는, 사용자가 펌프(100)를 사용하고자 하는 각각의 레서피에 대해서 하나 이상의 파라메타 각각에 대한 기준선 프로파일을 정립할 수 있음이 명확해질 것이며, 이에 따라 상기 레서피를 이용하여 펌프(100)를 사용할 때 이러한 레서피와 관련된 기준선 프로파일(들)을 사용하여 임의의 후속 비교를 행할 수 있다.
파라메타에 대한 기준선 프로파일은 사용자에 의해 정립될 수도 있지만, 또한 기준선 프로파일을 정립하기 위해 다른 방법을 사용할 수도 있다(단계 1310). 예를 들면, 펌프(100)의 사용자가 사용하는 것과 유사한 시험대를 사용하여 펌프(100)의 제작자가 펌프(100)를 보정(calibration)하는 동안 하나 이상의 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 또한 생성할 수 있으며, 펌프 제어기(20)에 이 기준선 프로파일을 저장할 수 있다. 또한 작동 프로파일을 기준선 프로파일로서 사용함으로써 기준선 프로파일을 정립할 수 있는데, 이때 작동 프로파일은 특정 레서피를 사용하여 분배 사이클을 실행하는 동안 저장되며, 분배 사이클 동안 어떠한 오류도 제어기(20)에 의해 탐지되지 않은 것이다. 실제로, 일 실시예에 있어서, 기준선 프로파일은 사전에 저장된 작동 프로파일을 이용하여 정기적으로 업데이트될 수 있으며, 이때 상기 작동 프로파일에서는 제어기(20)에 의해 어떠한 오류도 탐지 된 바 없는 것이다.
하나 이상의 파라메타에 대해 기준선 프로파일을 정립한 이후에(단계 1310), 펌프(100)가 작동하는 동안 이들 파라메타 각각을 펌프 제어기(20)로 모니터링하여 하나 이상의 파라메타 각각에 대응하는 작동 프로파일을 생성할 수 있다(단계 1320). 이때 이들 작동 프로파일은 각각 제어기(20)에 의해 저장될 수 있다. 다시, 일 실시예에 있어서는, 약 1 밀리초 내지 10 밀리초 간격으로 파라메타를 샘플링함으로써 이들 작동 프로파일을 생성할 수 있다.
펌프(100)의 작동 중에 발생할 수 있는 다양한 문제를 탐지하기 위해, 이제 펌프(100)의 작동 중에 생성되는 소정 파라메타에 대한 작동 프로파일을 동일한 파라메타에 대응하는 기준선 프로파일과 비교할 수 있다(단계 1330). 이러한 비교는 제어기(20)에 의해 행해질 수 있으며, 상상할 수 있는 바와 같이 이러한 비교는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 기준선 프로파일의 하나 이상의 점에서의 해당 파라메타의 값과 작동 프로파일 중 실질적으로 동등한 점에서의 파라메타의 값을 비교할 수 있으며, 기준선 프로파일의 평균값과 작동 프로파일의 평균값을 비교할 수 있고, 기준선 프로파일의 일부 동안의 파라메타의 평균값과 작동 프로파일에 있어서 실질적으로 동일한 부분 동안의 파라메타의 평균값을 비교할 수 있다.
설명한 비교의 유형은 단지 예시적인 것이며 기준선 프로파일과 작동 프로파일 사이의 임의의 적절한 비교를 이용할 수 있음을 이해할 것이다. 실제로, 다수의 경우에 있어서, 특정 문제 또는 상황이 발생하였는지를 결정하기 위해 2 이상의 비교 또는 2 이상의 유형의 비교를 이용할 수 있다. 사용되는 비교의 유형(들)은 적어도 부분적으로 탐지하려고 하는 조건에 따라 결정될 수 있다는 점을 또한 이해할 것이다. 마찬가지로, 비교되는 기준선 프로파일과 작동 프로파일의 점(들), 또는 일부는 또한 다른 인자들 중에서 탐지하고자 하는 조건에 따라 좌우될 수 있다. 추가적으로, 특정 분배 사이클 동안 펌프가 작동 중일 때 거의 실시간으로 또는 특정 분배 사이클이 완료된 이후에, 이러한 비교를 행할 수 있다(단계 1310).
비교에 의해 특정 공차를 초과하는 차이가 나타나면(단계 1340), 제어기(20)에서 경보를 표시할 수 있다(단계 1350). 이러한 경보는 제어기(20)에 의해 표시될 수 있거나 또는 제어기(20)와 인터페이스를 형성하는 장치 제어기에 경보를 보낼 수 있다. 전술한 비교의 유형과 관련하여, 주어진 비교와 함께 사용되는 공차는, 광범위한 인자들, 예컨대 비교를 행하는 프로파일의 점(들), 또는 구간, 사용자가 펌프(100)를 사용하는 공정 또는 레서피, 펌프(100)에 의해 분배되는 유체의 유형, 사용되는 파라메타(들), 탐지하고자 하는 조건 또는 문제, 사용자의 의도 또는 공차의 사용자 튜닝 등에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들면, 공차는 기준선 프로파일의 비교점에서의 파라메타값의 백분율 또는 설정된 숫자일 수 있고, 기준선 프로파일을 작동 프로파일과 비교할 때에는 비교점(또는 비교 구간)에 따라 공차가 상이할 수 있으며, 비교점에서의 작동 프로파일의 값이 기준선 프로파일의 비교점에서의 파라메타값보다 작은 경우와 작동 프로파일의 값이 기준선 프로파일의 비교점에서의 파라메타값보다 큰 경우에 공차가 상이할 수 있다.
앞서 제시한 시스템 및 방법의 실시예에 대한 설명은 특정 실시예를 참고하면 더 잘 이해될 것이다. 전술한 바와 같이, 유체의 정확한 분배가 행해졌음을 확 인하는 것이 매우 바람직할 수 있다. 펌프(100)의 분배 구간 동안, 출구 밸브(147)는 개방되고 분배 펌프(180)는 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가한다. 출구 밸브(147)가 분배 펌프(180)보다 느리게 제어에 반응할 수 있기 때문에, 출구 밸브(147)가 먼저 개방될 수 있고 어느 정도 예정된 시간 이후에 분배 모터(200)가 개시될 수 있다. 이에 따라 부분적으로 개방된 출구 밸브(147)를 통해 분배 펌프(180)가 유체를 밀어내지 못하게 된다. 또한, 이에 따라 모터 작용에 의해 유발되는 정방향 유체 이동에 후속하여 밸브 개방에 의해 유체가 분배 노즐 넘어로 이동하지 못하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 출구 밸브(147)는 개방될 수 있으며, 동시에 분배 펌프(180)에 의해 분배가 개시될 수 있다.
분배 모터(200)의 부적절한 작동 타이밍 및/또는 출구 밸브(147)의 부적절한 타이밍에 의해 부적절한 분배가 야기될 수 있기 때문에, 다수의 경우에 있어서, 부적절한 분배는 자체로 펌프(100)의 분배 구간 동안 분배 챔버(185)에서의 압력을 통해 나타날 수 있다. 예를 들면, 출구 밸브(147)가 막히게 되거나 출구 밸브(147)의 개방이 지연되었다고 가정해보자. 이러한 상황은 분배 구간의 개시 중에 압력에 있어서 스파이크를 유발하게 되거나, 분배 모터(200)가 출구 밸브(147)를 통해 유체를 강제로 이동시키고자 할 때 분배 구간 전체에 걸쳐 일관되게 높은 압력을 유발하게 된다. 마찬가지로, 출구 밸브(147)의 조기 폐쇄에 의해 또한 분배 구간의 종료 시에 압력 스파이크가 유발될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 있어서, 적절한 분배가 이루어졌음을 확인하기 위해, 또는 펌프(100)로부터의 유체 분배에 관한 문제를 탐지하기 위해, 분배 사이클 동 안 분배 챔버(185)에서의 압력 파라메타를 이용하여 기준선 프로파일을 생성할 수 있다(단계 1310). 이때, 작동 프로파일의 생성을 위해 압력 센서(112)를 이용하여 후속 분배 사이클 동안 분배 챔버(185)에서의 압력을 모니터링할 수 있다(단계 1320). (단계 1350에서) 경보를 발해야 하는지 여부를 결정하기 위해 이러한 작동 프로파일을 이제 기준선 프로파일과 비교할 수 있다(단계 1330).
전술한 바와 같이, 부적절한 분배는 자체로 펌프(100)의 작동 중 분배 구간 동안 분배 챔버(185)에서의 압력 변동을 통해 나타날 수 있다. 그러나, 보다 구체적으로는, 부적절한 분배의 원인이 갖는 특성 때문에, 이러한 압력 변동은 분배 구간 중의 특정점에서 더 우세할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 기준선 압력 프로파일과 작동 압력 프로파일을 비교할 때(단계 1330), 네 가지 비교를 행할 수 있다. 첫 번째 비교는, 기준선 프로파일에 따른 분배 구간 동안의 압력의 평균값을 작동 프로파일에 따른 분배 구간 동안의 압력의 평균값과 비교하는 것일 수 있다. 이러한 비교는, 분배 구간 중에 발생할 수 있는 임의의 유형의 급격한 막힘을 탐지하는 역할을 수행할 수 있다.
두 번째 비교는, 분배 개시 시간에 근접한 점에서의 압력값을 비교하는 것일 수 있다. 예를 들면, 기준선 프로파일 상에서 분배 구간 중 약 15 %에 해당하는 하나 이상의 점에서의 압력값을 작동 프로파일의 분배 구간에서 실질적으로 동일한 점에서의 압력값과 비교할 수 있다. 이러한 비교는, 분배가 개시되는 동안 밸브의 부적절한 작동에 의해 야기되는 유동 억제를 탐지하는 기능을 수행할 수 있다.
세 번째 비교는, 분배 구간의 중간 부근의 점에 있어서 압력값을 비교하는 것일 수 있다. 예를 들면, 기준선 프로파일 상의 분배 구간 중 약 50 %에 해당하는 하나 이상의 점에서의 압력값을 작동 프로파일의 분배 구간에서의 실질적으로 동일한 점에서의 압력값과 비교할 수 있다.
마지막 비교는, 분배 구간의 종료 부근의 점에서의 압력값을 비교하는 것일 수 있다. 예를 들면, 기준선 프로파일 상의 분배 구간 중 약 90%에 해당하는 하나 이상의 점에서의 압력값을 작동 프로파일의 분배 구간에 있어서 실질적으로 동일한 점에서의 압력값과 비교할 수 있다. 이러한 비교는, 분배 구간 중 종료 구간 동안의 밸브의 부적절한 작동에 의해 야기되는 유동 억제를 탐지하는 기능을 수행할 수 있다.
특정 실시예에서 수반되는 다양한 비교(단계 1330)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 펌프의 작동 중에 분배 챔버(185)에서의 압력 프로파일의 일 실시예를 도시하는 도 14를 참고하면 더 잘 이해될 수 있다. 대략적으로 점(1440)에서, 분배 구간이 개시되며 분배 펌프(180)는 유체를 출구 밖으로 밀어낸다. 이러한 분배 구간은 대략적으로 점(1445)에서 종료된다.
따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법의 일 실시예에 있어서, 기준선 압력 프로파일을 작동 압력 프로파일과 비교하는 경우, 첫 번째 비교는 대략적으로 점(1440)으로부터 점(1445)까지의 압력의 평균값을 비교하는 것일 수 있고, 두 번째 비교는 분배 구간 중 약 15 %에 해당하는 대략적인 점(1410)에서 기준선 압력 프로파일의 값과 작동 압력 프로파일의 값을 비교하는 것일 수 있으며, 세 번째 비교는 분배 구간 중 약 50 %에 해당하는 대략적인 점(1420)에서 기준선 압력 프로파일의 값과 작동 압력 프로파일의 값을 비교하는 것일 수 있고, 네 번째 비교는 분배 구간 중 대략적으로 90 %에 해당하는 대략적인 점(1430)에서 기준선 압력 프로파일의 값과 작동 압력 프로파일의 값을 비교하는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, (단계 1350에서) 경보를 발해야 하는지를 결정하기 위해 이들 각각의 비교 결과를 소정 공차와 비교할 수 있다(단계 1340). 다시, 주어진 비교와 함께 사용되는 특정 공차는 전술한 바와 같은 광범위한 인자에 따라 좌우될 수 있다. 그러나, 분배 구간 동안 분배 챔버(185) 내의 압력을 파라메타로 사용하는 다수의 경우에 있어서는 분배 구간 동안의 압력이 거의 일치한다. 결과적으로, 이러한 경우에 사용되는 공차는 매우 작을 수 있으며, 예컨대 0.01 내지 0.5 PSI일 수 있다. 다시 말하면, 주어진 점에서의 작동 프로파일의 값이 실질적으로 동일한 점에서의 기준선 압력 프로파일의 값과 약 0.02 PSI 넘게 차이나면 경보를 발할 수 있다(단계 1350).
기준선 압력 프로파일과 작동 압력 프로파일 사이의 비교는 도 15를 참고하여 보다 양호하게 설명될 수 있는데, 도 15는 다단 펌프의 일 실시예의 작동 중에 분배 챔버(185)에서의 기준선 압력 프로파일과 다단 펌프의 후속 작동 중에 분배 챔버(185)에서의 작동 압력 프로파일을 도시하고 있다. 대략적으로 점(1540)에서, 분배 구간이 개시되며 분배 펌프(180)는 출구 밖으로 유체를 밀어낸다. 분배 구간은 대략적으로 점(1545)에서 종료된다. 작동 압력 프로파일(1550)은 분배 구간의 일부에서 기준선 압력 프로파일(1560)과 현저하게 상이하며, 이는, 작동 압력 프로파일(1550)의 분배 구간 중에 분배와 관련하여 일어날 수 있는 문제가 발생하였음 을 의미하는 것임에 주의하라. 발생 가능한 이러한 문제는 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예를 이용하여 탐지될 수 있다.
구체적으로, 전술한 비교를 이용하면, 첫 번째 비교는 대략적으로 점(1540)과 점(1545) 사이의 평균값의 비교일 수 있다. 작동 압력 프로파일(1550)이 분배 구간의 개시 및 종료 중에 기준선 압력 프로파일(1540)과 상이하기 때문에, 이러한 비교에 따라 상당한 차이가 나타나게 된다. 두번째 비교는 분배 구간 중 대략적으로 15 %에 해당하는 대략적인 점(1510)에서 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 작동 압력 프로파일(1550)의 값을 비교하는 것일 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 점(1510)에서 작동 압력 프로파일(1550)의 값은 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 약 1 PSI정도 차이가 난다. 두 번째 비교는 분배 구간 중 대략적으로 50 %에 해당하는 대략적인 점(1520)에서 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 작동 압력 프로파일(1550)의 값을 비교하는 것일 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 점(1520)에서 작동 압력 프로파일(1550)의 값은 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 거의 동일할 수 있다. 세 번째 비교는 분배 구간 중 대략적으로 90 %에 해당하는 대략적인 점(1530)에서 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 작동 압력 프로파일(1550)의 값을 비교하는 것일 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 점(1530)에서 작동 압력 프로파일(1550)의 값은 기준선 압력 프로파일(1540)의 값과 약 5 PSI 정도 차이가 난다. 따라서, 전술한 4가지 비교 중 3가지는 특정 공차를 초과하는 비교 결과를 초래할 수 있다(단계 1340).
결과적으로, 도 15에 도시된 예에서는 경보를 발할 수 있다(단계 1350). 이 러한 경보는 사용자에게 불일치(discrepancy)가 탐지됨을 경고할 수 있으며, 펌프(100)를 중단시키는 기능을 수행한다. 이러한 경보는 제어기(20)를 통해 제공될 수 있으며, 추가적으로 파라메타에 대한 기준선 프로파일을 디스플레이하거나, 경보를 발하도록 하는 파라메타에 대한 작동 프로파일을 디스플레이하거나, 또는 예컨대 (도 15에 도시된 바와 같이) 서로 중첩시켜 작동 프로파일과 기준선 프로파일을 함께 디스플레이하는 옵션 중 어느 하나를 사용자에게 제공할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 사용자는 펌프(100)의 작동을 재개하기에 앞서 이러한 경보를 해제시켜야만 할 수도 있다. 사용자가 경보를 해제시키고 나서야 펌프(100) 또는 공정이 재개될 수 있도록 강제함으로써, 실질적으로 스크랩이 탐지되거나 발생한 직후에 스크랩을 유발할 수 있는 상황을 사용자가 반드시 개선하도록 하여 스크랩을 방지할 수 있다.
또 다른 예를 사용함으로써 본 발명의 시스템 및 방법의 광범위한 가능성을 설명하는 것은 도움이 될 수 있다. 펌프(100)의 작동 중에 펌프(100)의 유동 경로를 통과하는 유체는 전술한 바와 같은 하나 이상의 작동 구간 중에 필터(120)를 통과할 수 있다. 이러한 여과 구간 중 하나의 구간에서, 필터가 신규의 필터인 경우에, 필터(120)를 가로질러 필터가 유발하는 압력 강하는 무시할 만하다. 그러나, 펌프(100)의 반복 작동을 통해, 필터(120)의 세공은 막힐 수 있으며, 이에 따라 필터(120)를 통과하는 유동에 대해 보다 큰 저항을 초래하게 된다. 결과적으로, 필터(120)가 막히면, 펌프(100)의 부적절한 작동을 초래할 수 있거나 또는 분배되는 유체에 손상을 입히게 된다. 따라서, 필터(120)의 막힘이 문제가 되기 이전에 필 터(120)의 막힘을 탐지하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 여과 구간 동안, 다이어프램(530)에 대해 공급 압력을 선택적으로 인가함으로써 분배 챔버(185)에서의 압력을 조절할 수 있다. 여과 구간을 개시할 때, 공급 압력은 공급 다이어프램(530)에 가해진다. 분배 챔버(185)에서 예정된 압력 임계값(예컨대, 초기 임계값, 설정점, 또는 다른 예정된 임계값)에 도달할 때까지[예컨대, 압력 센서(112)에 의해 측정되는 바와 같음] 이러한 압력을 지속적으로 인가한다. 초기 임계값을 충족하면, 분배 펌프(180)의 모터(200)는 후퇴하기 시작하여 분배 챔버(185) 내의 유체에 대해 보다 큰 가용 체적을 제공한다. 압력 센서(112)는 분배 챔버(185)에서의 압력을 지속적으로 읽어들일 수 있다. 유체 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최고 압력 임계값, 설정점 또는 다른 임계값)을 초과하는 경우, 공급 펌프(515)에서의 공급 압력은 제거될 수 있거나 또는 감소될 수 있다. 분배 챔버(185)에서의 유체 압력이 예정된 임계값(예컨대, 최저 압력 임계값, 설정점, 또는 다른 예정된 임계값) 미만으로 감소하는 경우, 공급 압력은 공급 펌프(515)에서 다시 가해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 분배 펌프에서 측정된 압력에 기초하여 공급 펌프의 작동을 조정함으로써 여과 구간 동안 유체의 압력을 조절하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 예컨대 공급 펌프 모터의 속도를 증가시키거나 또는 감소시키거나, 공급 펌프에서 가해지는 공급 압력을 증가시키거나 또는 감소시키거나, 또는 다른 방식으로 공급 펌프의 작동을 조정하여 하류 공정액의 압력을 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 공급 펌프의 작동을 변경시킬 수 있다.
이제 전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 필터(120)가 더 막히게 됨에 따라 그리고 이에 상응하여 필터(120)를 가로지를 때의 압력 강하가 더 커짐에 따라, 공급단 모터(175)는 보다 신속하게, 보다 빈번하게 또는 더 빠른 속도로 작동하여 여과 구간 동안 분배 챔버(185)에서 등가의 압력을 유지할 필요가 있을 수 있거나, 또는 특정한 경우에 있어서 공급단 모터(175)는 분배 챔버에서 등가의 압력을 전혀 유지할 수 없을 수도 있다(예컨대, 필터가 완전히 막혀있는 경우임). 여과 구간 동안 공급단 모터(175)의 속도를 모니터링함으로써, 필터(120)의 막힘을 탐지할 수 있다.
이를 위해, 즉 필터(120)의 막힘을 탐지하기 위해, 일 실시예에 있어서, 필터(120)가 신규 필터일 때 여과 구간 동안 (또는 사용자가 결정한 일부 다른 점 등에서) 공급단 모터(175)의 속도인[또는 공급단 모터(175)의 속도를 제어하기 위한 신호인] 파라메타를 이용하여 기준선 프로파일을 생성할 수 있으며(단계 1310) 이를 제어기(20)에 저장할 수 있다. 이제 후속 여과 구간 동안 공급단 모터(175)의 속도[또는 공급단 모터(175)의 속도를 제어하기 위한 신호]는 작동 프로파일을 생성하기 위해 제어기(20)에 의해 기록될 수 있다(단계 1320). 이러한 공급단 모터 속도 작동 프로파일은 이제, (단계 1350에서) 경보를 발해야 하는지를 결정하기 위해 공급단 모터 속도 기준선 프로파일과 비교될 수 있다(단계 1330).
일 실시예에 있어서, 이러한 비교는, 기준선 프로파일의 여과 구간 동안 하나 이상의 점에서의 공급단 모터의 속도값을 작동 프로파일의 실질적으로 동일한 일군의 설정점에서의 공급단 모터의 속도값과 비교하는 형태를 취할 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 기준선 프로파일 동안 몇 퍼센트의 시간이 공급단 모터(175)의 제어 한계의 특정 간격 내에서 발생하는가와 작동 프로파일 동안 몇 퍼센트의 시간이 공급단 모터(175)의 제어 한계의 특정 간격 내에서 발생하는가를 비교함으로써 이러한 비교를 행할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 실시예는 필터(120) 내의 공기를 탐지할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 예비 여과 구간 동안 공급단 모터(175)는, 분배 챔버(185)에서 예정된 압력 임계값(예컨대, 초기 임계값, 설정점, 또는 다른 예정된 임계값)에 도달할 때까지[예컨대, 압력 센서(112)에 의해 측정되는 바와 같음] 지속적으로 압력을 인가한다. 필터(120) 내에 공기가 존재한다면, 해당 유체가 분배 챔버(185)에서 초기 압력에 도달하기 위해 소요되는 시간은 더 길어질 수 있다. 예를 들면, 필터(120)가 완전하게 준비되어 있는 경우 분배 챔버(185)에서 5 PSI에 도달하기 위해서는 공급단 모터(175)의 100 스텝 및 약 100 밀리초가 소요될 수 있지만, 필터(120)에 공기가 존재하는 경우 이 시간 또는 스텝 수는 현저하게 증가할 수 있다. 결과적으로, 예비 여과 구간 동안 분배 챔버(185)에서 초기 압력 임계값에 도달하기까지 공급단 모터(175)가 운전되는 시간을 모니터링함으로써, 필터(120) 내의 공기를 탐지할 수 있다.
이를 위해, 즉 필터(120) 내의 공기를 탐지하기 위해, 일 실시예에 있어서, 예비 여과 구간 동안 분배 챔버(185)에서 설정점 압력에 도달하기까지 소요되는 시간을 파라메타로 사용하여 기준선 프로파일을 생성할 수 있으며(단계 1310), 이 기준선 프로파일을 제어기(20)에 저장할 수 있다. 작동 프로파일을 생성하기 위해 후속하는 예비 여과 구간 동안 분배 챔버(185)에서 설정점 압력에 도달하는 데에 소요되는 시간을 제어기(20)로 기록할 수 있다(단계 1320). 이러한 시간 작동 프로파일은 이후에 (단계 1350에서) 경보를 발해야만 하는가를 결정하기 위해 시간 기준선 프로파일과 비교될 수 있다(단계 1330).
본 발명의 다른 실시예는 분배 모터(200)의 위치를 모니터링함으로써 정확한 분배를 검증하는 것을 포함할 수 있다. 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 분배 구간 동안, 출구 밸브(147)는 개방되고 분배 펌프(180)는 분배가 완료될 때까지 분배 챔버(185) 내의 유체에 압력을 가한다. 이때 알 수 있는 바와 같이, 분배 구간을 개시할 때 분배 모터(200)은 최초 위치에 있는 반면, 분배 구간을 종료할 때 분배 모터(200)는 제2 위치에 있을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정확한 분배를 확인하기 위해, 분배 구간 동안 분배 모터(200)의 위치인 파라메타[또는 공급단 모터(200)의 위치를 제어하기 위한 신호인 파라메타]를 이용하여 기준선 프로파일을 생성할 수 있다. 이때 작동 프로파일을 생성하기 위해 제어기(20)를 이용하여 후속 분배 구간 동안 분배 모터(200)의 위치[또는 분배 모터의 위치를 제어하기 위한 신호]를 기록할 수 있다(단계 1320). 이때 (단계 1350에서) 경보를 발해야 하는지 여부를 결정하기 위해 이러한 분배 모터 위치 작동 프로파일을 분배 모터 위치 기준선 프로파일과 비교할 수 있다(단계 1330).
본 발명의 특정 실시예는 또한 펌프(100)의 다른 다양한 기계 요소의 임박한 고장을 탐지하기에 유용할 수 있다. 예를 들면, 다수의 경우에 있어서 펌핑 시스템(10)은 폐루프(closed-loop) 시스템일 수 있으며, 이에 따라 소정 거리만큼 분배 모터(200)를 가동하기 위해 분배 모터(200)에 제공되는 전류는 분배 모터(200)에 대한 부하에 따라 변할 수 있다. 이러한 특성은 발생 가능한 모터 고장 또는 펌프(100) 내의 다른 기계적인 고장, 예컨대 회전 피스톤 혹은 다이어프램 유출, 리드 스크류 유출 등을 탐지하기 위해 이용될 수 있다.
따라서, 임박한 모터 고장을 탐지하기 위해, 본 발명의 시스템 및 방법의 실시예는 분배 구간 동안 분배 모터(200)에 제공되는 전류[또는 분배 모터(200)에 제공되는 전류를 제어하기 위한 신호]인 파라메타를 이용하여 기준선 프로파일을 생성할 수 있다(단계 1310). 후속 분배 구간 동안 분배 모터(200)에 제공되는 전류[또는 분배 모터(200)에 제공되는 전류를 제어하기 위한 신호]는 이 경우 작동 프로파일을 생성하기 위해 제어기(20)에 의해 기록될 수 있다(단계 1320). 이제 (단계 1350에서) 경보를 발해야 하는지 여부를 결정하기 위해 분배 모터 전류 작동 프로파일을 분배 모터 위치 기준선 프로파일과 비교할 수 있다.
전술한 예에 있어서, 펌프의 작동 프로파일에서의 다양한 점은 기준선 프로파일과 비교되며(단계 1330), 작동 프로파일이 사전에 결정된 한계 밖에 있으면(단계 1340) 경보를 발하게 된다(단계 1350). 그러나, 기준선 프로파일 주위의 한계를 이용하면 일부 상황은 탐지되지 않은 채로 남아있을 수 있다. 예를 들면, 경험적인 시험에 의해 i) 분배 유체 내의 기포에 의해 야기되는 불량한 분배는 그 한계가 과도하게 관대하기 때문에 탐지되지 않을 수 있거나, 또는 ⅱ) 그 한계가 너무 작기 때문에 과도하게 많은 잘못된 경보를 발하게 됨을 확인한 바 있다. 불량한 분배의 탐지와 잘못된 경보의 감소 사이의 균형을 이루는 한계를 기준선 주위에서 설정할 수 있지만, 소정 레서피에 대해 적절한 한계를 결정하기 위한 경험적인 시험 과정은 시간 소모적일 수 있다. 이 문제는 다음의 몇 가지 도면에 도시되어 있다.
도 16a는 미국 미네소타주 차스카에 소재하는 엔테그리스 아이엔씨사로부터 입수 가능한 인텔리젠 미니 펌프(IntelliGen Mini Pump)를 이용하는 몇 가지 분배로부터의 데이터를 나타내는 그래프이다. 압력 프로파일은 2.6 초의 데이터에 대해서 초당 1.0 mL로 2.0 mL의 IPA를 분배(즉, 2초 분배)하기 위한 레서피에 대응한다. 분배 유체가 양호하다고(즉, 임의의 공기를 거의 포함하지 않는다고) 알고 있는 상황 하에서 세 가지 시험을 수행하였다. 세 가지 추가적인 시험에 있어서, 주입기를 이용하여 펌프의 출구와 분배 노즐 사이에서 분배 라인에 2, 5 및 10 cc의 공기를 주입하였다. 개별적인 압력 프로파일은 명확성을 위해 도 16b 내지 도 16g에 도시되어 있다.
펌프 제어기에 의해 실시되는 프로파일 비교 루틴은 기준선 프로파일로서 기준선 1을 사용하였고 전술한 바와 같이 초기 점(분배 구간을 통한 과정의 약 22 %에 해당함) 및 다른 점에서 다른 프로파일[기준선 2, 기준선 3, 주입된 공기 = 2 cc인 프로파일, 주입된 공기 = 5 cc인 프로파일, 및 주입된 공기 = 10 cc인 프로파일]과 기준선 1을 비교하였다. 0.5 psi의 공차를 이용하는 경우, 펌프 제어기는 단지 분배 유체에 10 cc의 공기가 주입된 분배에 대해서만 초기 비교점에서 경보를 발하였고, 초기점 또는 임의의 다른 비교점에서의 임의의 다른 분배에 대해서는 경 보를 발하지 않았다. 그러나, 분배된 유체의 질량을 측정하였을 때, 공기가 주입된 3가지 분배 모두에서 표 1에 나타낸 바와 같이 기준선을 밑도는 분배가 행해졌다.
공기의 체적 질량(g) Δ
공기 없음 1.751
2 cc 1.739 -0.0012
5 cc 1.321 -0.430
10 cc 0.579 -1.172
심지어 분배 라인 내의 소량의 공기도 표 1에 나타낸 바와 같이 양호한 분배에 비해 저조한 분배를 유발하기 때문에, 잘못된 경보를 발하지 않으면서 문제를 탐지하기 위해 감도를 향상시킨 사용자 친화적 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 기준선에 대한 프로파일의 "부합 양호도(goodness-of-fit)"를 결정하기 위해 R2 통계값을 사용할 수 있다. R2 지수는, 하나의 변수의 변화로써 다른 하나의 변수의 변동율을 설명해주는 부합 양호도 지수이다. 앞선 예에 있어서, 기준선 1의 프로파일은 후속 분배 작업으로부터의 데이터를 비교하는 대상이 되는 예측 모델로서 선택될 수 있다. 사실상, 기준선 1의 프로파일을 기준으로 사용하는 R2 지수는, 기준선 1의 프로파일이 주어진 세트의 데이터에 대해 시간에 따른 압력의 변동을 얼마나 잘 예측하는가를 평가한다. R2 값(백분율로 주어짐)이 클수록 데이터가 예측 모델에 더 잘 부합하는 것이다.
예로서, 도 16a에 나타낸 다양한 분배에 대응하는 데이터 점의 2.0초 가치를 비교하기 위해 마이크로소프트 엑셀의 RSQ 함수를 사용하였다. R2 분석을 이용하여, 추가로 공지된 2가지 양호한 시험에서는 R2 지수가 각각 100 % 및 99 %를 나타내었다. 2 cc, 5cc 및 10 cc의 공기가 주입된 시험에서는 각각 R2 지수가 겨우 78 %, 18 % 및 6 %이었다. 이는 R2 지수를 사용하고 이 지수를 최소 요구조건, 말하자면 90 % 또는 95 %로 설정함으로써 기포를 함유하는 분배를 탐지할 가능성이 더 커짐을 의미한다. 따라서, R2 지수와 같은 부합 양호도 지수는 기준선 주위에서 0.5 psi 공차를 설정하여 탐지할 수 없었던 불량한 분배를 탐지할 수 있도록 해준다.
도 17은 펌프의 부적절한 작동을 탐지하기 위한 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 본 발명의 실시예는, 예컨대 펌프 제어기에서 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 명령의 세트를 통해 실시될 수 있거나 또는 컴퓨터 명령의 세트를 통해 용이하게 수행될 수 있다. 단계 1610에서, 소정 파라메타에 대한 기준선 프로파일은 전술한 바와 같이 정립될 수 있다. 주로 압력과 관련하여 설명하였지만, 기준선 프로파일은 모터 전류 또는 다른 파라메타와 같은 여타의 파라메타에 대한 프로파일일 수 있다. 기준선 프로파일에 대한 데이터는 기준선 프로파일을 정립하기 위해 사용되는 펌프의 운전 중에 샘플링되는 데이터의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 펌프가 매 1 밀리초마다 압력을 샘플링하는 경우, 기준선 프로파일은 저장되는 정보량을 줄이기 위해 매 20 밀리초마다 샘플링된 측정값을 포함할 수 있다. 펌프(100)의 작동 중에, 작동 프로파일을 생성하기 위해 파라메타를 측정할 수 있다(단계 1620). 역시, 작동 프로파일에 대한 데이터는 작동 중에 해당 파라메타에 대해 샘플링된 모든 데이터를 나타낼 수 있거나, 또는 이들의 소정 부분집합을 나타낼 수 있다(예컨대, 데이터가 매 20 밀리초마다 수집되거나 또는 다른 시간 간격마다 수집됨). 이때 기준선 프로파일을 이용하여 작동 프로파일에 대한 부합 양호도 지수를 결정할 수 있다(단계 1630). 예를 들면, 대응하는 기준선 프로파일 데이터를 이용하여 매 20 밀리초마다 수집된 작동 프로파일 데이터에 대해 R2 지수를 결정할 수 있다. 부합 양호도 지수가 허용 가능한 범위 밖에 있으면(단계 1640), 경보 상황이 존재할 수 있다(단계 1650). 도 17의 단계들은 필요 또는 요구에 따라 반복될 수 있다.
앞서의 예에 있어서는, 매 20 밀리초마다 저장되는 데이터를 사용하여 부합 양호도를 시험하는 반면, 펌프는 더 빠른 속도로(예컨대, 매 1 밀리초마다) 해당 파라메타를 샘플링할 수 있다. 다양한 속도로, 말하자면 매 1 밀리초마다 또는 매 30 밀리초마다 저장된 데이터를 사용할 수 있지만, 저장된 샘플 사이의 시간이 감소함에 따라 메모리 사용은 증가하게 되며 저장된 샘플 사이의 시간이 증가함에 따라 부합 양호도의 정확도는 감소할 수 있다. 따라서, 데이터 저장 능력과 부합 양호도 지수의 정확도의 균형을 맞추도록 부합 양호도 지수에 대한 데이터가 저장되는 빈도수를 선택할 수 있다. 또한, 앞서의 예에 있어서는 R2 지수가 부합 양호도 지수로서 사용되었지만, 상관관계 계수 및 피어슨 곱 모멘트 상관관계 지수와 같은 다른 지수를 사용할 수 있다.
경험적인 시험에 따르면, 부합 양호도는 분배 작업의 종료 시에 더 낮은 경향이 있다. 예로서, 1 mL의 공기가 노즐로부터 15 cm에 존재하는 경우에 대해, 1.0 내지 1.9 초 동안의 R2 지수는 겨우 6 %이지만, 전체적인 R2 지수는 95 %이다. 따라서, 허용 가능한 값과 전체적인 부합 양호도 지수를 비교할 뿐만 아니라 작동의 일부에 대한 부합 양호도 지수를 비교하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 전체 부합 양호도 지수는 95 % 이상이지만, 1.0 내지 1.9 초 범위에 대한 부합 양호도 지수는 25 % 미만이며, 이에 따라 경보를 발할 수 있다. 따라서, 여러 가지 부분의 작동에 대한 부합 양호도 지수는 펌프가 적절하게 작동하고 있는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
다단 펌프의 관점에서 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 또한 일단 펌프에서 사용될 수 있다. 도 18은 펌프(4000)에 대한 펌프 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 펌프(4000)는 하나의 단, 말하자면 전술한 다단 펌프(100)의 분배단과 유사할 수 있으며, 스테퍼 모터, 브러쉬리스 DC 모터, 또는 다른 모터에 의해 구동되는 롤링 다이어프램 펌프를 포함할 수 있다. 펌프(4000)는, 펌프(4000)를 통한 다양한 유체 유동 경로가 형성되며 적어도 부분적으로 펌프 챔버를 형성하는 분배 블록(4005)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분배 펌프 블록(4005)은 PTFE, 개질된 PTFE, 또는 다른 재료의 단일 블록일 수 있다. 이들 재료는 다수의 공정액과 반응하지 않거나 또는 최소한으로 반응하기 때문에, 이들 재료를 사용하면 최소한의 추가적인 하드웨어를 이용하여 분배 블록(4005)에 직접적으로 유동 통로 및 펌프 챔버를 기계가공할 수 있다. 분배 블록(4005)은 결과적으로 통합된 유체 매니폴드를 제공함으로써 배관의 필요성을 줄여준다.
분배 블록(4005)은, 예컨대 수용되는 유체가 통과하는 입구(4010), 유체를 퍼지/배기하기 위한 퍼지/배기 출구(4015), 및 분배 구간 동안 분배되는 유체가 통과하는 분배 출구(4020)를 비롯한 다양한 외부 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 도 18의 예에 있어서 분배 블록(4005)은 펌프가 단지 하나의 챔버만을 구비함에 따라 외부 퍼지 출구(4010)를 포함한다.
분배 블록(4005)은 입구로부터 입구 밸브[예컨대, 적어도 부분적으로 밸브 플레이트(4030)에 의해 형성됨]까지, 입구 밸브로부터 펌프 챔버까지, 펌프 챔버로부터 배기/퍼지 밸브까지 그리고 펌프 챔버로부터 출구(4020)까지 유체를 이동시킨다. 펌프 커버(4225)는 펌프 모터를 손상으로부터 보호할 수 있는 반면, 피스톤 하우징(4027)은 피스톤을 보호할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이는 폴리에틸렌 또는 다른 폴리머로 형성된다. 밸브 플레이트(4030)는 유체 유동을 펌프(4000)의 다양한 구성요소로 안내하도록 구성될 수 있는 밸브 시스템(예컨대, 입구 밸브, 퍼지/배기 밸브)을 위한 밸브 하우징을 제공한다. 밸브 플레이트(4030) 및 대응하는 밸브는 전술한 밸브 플레이트(230)와 함께 설명한 방식과 유사하게 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각각의 입구 밸브 및 퍼지/배기 밸브는 적어도 부분적으로 밸브 플레이트(4030)에 통합되고, 대응하는 다이어프램에 압력이 가해지는가 또는 진공이 가해지는가에 따라 개방되거나 폐쇄되는 다이어프램 밸브이다. 다른 실시예에 있어서, 밸브 중 일부는 분배 블록(4005)에 대해 외부에 있을 수 있거나 또는 추가적인 밸브 플레이트에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, PTFE로 된 시트는 밸브 플레이트(4030)와 분배 블록(4005) 사이에 삽입되어 다양한 밸브의 다이어프램을 형성한다. 밸브 플레이트(4030)는 대응하는 다이어프램에 압력 또는 진공을 가하기 위해 각각의 밸브에 대한 밸브 제어 입구(도시 생략됨)를 포함한다.
이상의 실시예를 참고로 본 발명의 시스템 및 방법을 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 다른 광범위하면서도 다양한 용례를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 시스템 및 방법의 실시예는 분배 사이클 동안 하나 이상의 파라메타에 대응하는 기준선 프로파일을 기록하고 후속 분배 사이클 동안 생성되는 작동 프로파일과 이를 비교함으로써 펌프의 완전한 분배 사이클 동안 펌프의 작동을 확인하는 데 사용될 수 있다. 전체 분배 사이클에 걸쳐 2개의 프로파일을 비교함으로써 하드웨어 고장 또는 다른 문제의 조기 탐지가 이루어질 수 있다.
본 명세서에서는 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 상세히 설명하였지만, 이러한 설명은 단지 예시일 뿐이며 한정하는 방식으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 이에 따라 본 발명의 실시예 및 본 발명의 추가적인 실시예의 세부 사항에 관한 다수의 변경은, 본 설명을 참고하면 당업자에게 명백하며, 이러한 변경은 본 설명을 참고하여 당업자에 의해 행해질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 모든 변경 및 추가적인 실시예는 이하에서 청구하는 바와 같은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 한다.

Claims (39)

  1. 제1 펌프와,
    유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서와,
    제1 펌프 및 압력 센서에 연결되어 제1 펌프에서의 유체의 압력을 제어하는 펌프 제어기로서, 유체의 압력에 대응하는 제1 작동 프로파일을 생성하기 위해 펌프가 작동하는 동안 한 세트(set)의 점들에서의 압력을 기록하도록, 그리고 기준선 프로파일에서의 하나 이상의 압력 센서 측정에 기초하여 제1 작동 프로파일의 일부의 하나 이상의 부합 양호도 지수의 값을 결정하도록, 작동 가능한 것인 펌프 제어기
    를 포함하는 펌프 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 상기 부합 양호도 지수는 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하며, 상기 펌프 제어기는 또한 전체적인 부합 양호도 지수의 값을 전체적인 부합 양호도 임계값과 비교하도록 작동 가능한 것인 펌프 모니터링 시스템.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 전체적인 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 펌프 모니터링 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 펌프에 유체 연결되는 제1단 펌프를 더 포함하며, 상기 제1 펌프는 제2단 펌프가 되는 것인 펌프 모니터링 시스템.
  9. 삭제
  10. 펌프에 대한 기준선 프로파일을 정립하는 것,
    펌프의 파라메타에 대응하는 작동 프로파일을 생성하기 위해 펌프가 작동하는 동안 한 세트의 점들에서 파라메타의 값을 기록하는 것, 그리고
    기준선 프로파일이 작동 프로파일을 얼마나 잘 예측하는지를 결정하기 위해 기준선 프로파일의 대응하는 프로파일과 함께 작동 프로파일의 일부에 대하여 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것
    을 포함하는 펌프 모니터링 방법.
  11. 제10항에 있어서, 하나 이상의 상기 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것은, 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하는 것인 펌프 모니터링 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서, 하나 이상의 상기 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 펌프 모니터링 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 파라메타는 압력인 것인 펌프 모니터링 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 컴퓨터 명령의 세트를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 상기 컴퓨터 명령은,
    펌프에 대한 기준선 프로파일을 정립하도록, 유체 펌프의 파라메타에 대응하는 작동 프로파일을 생성하도록, 그리고 기준선 프로파일의 대응하는 부분이 작동 프로파일의 일부를 얼마나 잘 예측하는지를 결정하기 위해 작동 프로파일의 일부에대하여 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하도록, 실행 가능한 명령을 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  18. 제17항에 있어서, 하나 이상의 상기 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것은 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서, 하나 이상의 상기 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  21. 제17항에 있어서, 상기 파라메타는 압력인 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  22. 제1 펌프와,
    유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서와,
    제1 펌프 및 압력 센서에 연결되어 제1 펌프에서의 유체의 압력을 제어하는 펌프 제어기로서, 유체의 압력에 대응하는 제1 작동 프로파일을 생성하기 위해 펌프가 작동하는 동안 한 세트의 점들에서 유체의 압력의 값을 기록하도록, 기준선 프로파일에 기초하여 제1 작동 프로파일의 하나 이상의 부합 양호도 지수의 값을 결정하도록, 그리고 제1 작동 프로파일의 일부와 관련된 하나 이상의 값을 각각 기준선 프로파일의 일부와 관련된 대응하는 값과 비교하여 상기 하나 이상의 값이 각각 대응하는 값의 공차(tolerance) 내에 속하는지 여부를 결정하도록, 작동 가능한 것인 펌프 제어기
    를 포함하는 펌프 모니터링 시스템.
  23. 삭제
  24. 제22항에 있어서, 하나 이상의 부합 양호도 지수는 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하는 것인 펌프 모니터링 시스템.
  25. 제22항에 있어서, 하나 이상의 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 펌프 모니터링 시스템.
  26. 제22항에 있어서, 상기 펌프 제어기는 또한 작동 프로파일의 일부에 대한 부합 양호도 지수의 값을 상기 일부에 대한 부합 양호도 임계값(threshold)과 비교하도록 작동 가능한 것인 펌프 모니터링 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 하나 이상의 값은,
    분배 구간 동안 제1 작동 프로파일의 평균값에 대응하는 제1의 값과,
    분배 구간 중 10 %에 해당하는 제1의 점에 대응하는 제2의 값과,
    분배 구간 중 50 %에 해당하는 제2의 점에 대응하는 제3의 값과,
    분배 구간 중 90 %에 해당하는 제3의 점에 대응하는 제4의 값
    을 포함하는 것인 펌프 모니터링 시스템.
  28. 펌프에 대한 기준선 프로파일을 정립하는 것,
    펌프의 파라메타에 대응하는 작동 프로파일을 생성하기 위해 펌프가 작동하는 동안 한 세트의 점들 각각에서 상기 파라메타의 값을 기록하는 것,
    기준선 프로파일이 작동 프로파일을 얼마나 잘 예측하는지를 결정하기 위해 기준선 프로파일의 대응하는 부분에 대해 작동 프로파일의 일부에 대하여 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것, 그리고
    제1 작동 프로파일과 관련된 하나 이상의 값을 각각 기준선 프로파일과 관련된 대응하는 값과 비교하여 상기 하나 이상의 값이 각각 대응하는 값의 공차 내에 속하는지 여부를 결정하는 것
    을 포함하는 펌프 모니터링 방법
  29. 삭제
  30. 제28항에 있어서, 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것은 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하는 것인 펌프 모니터링 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 펌프 모니터링 방법.
  32. 삭제
  33. 제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 값은,
    분배 구간 동안 제1 작동 프로파일의 평균값에 대응하는 제1의 값과,
    분배 구간 중 10 %에 해당하는 제1의 점에 대응하는 제2의 값과,
    분배 구간 중 50 %에 해당하는 제2의 점에 대응하는 제3의 값과,
    분배 구간 중 90 %에 해당하는 제3의 점에 대응하는 제4의 값
    을 포함하는 것인 펌프 모니터링 방법.
  34. 컴퓨터 명령의 세트를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 상기 컴퓨터 명령은,
    펌프에 대한 기준선 프로파일을 정립하도록,
    펌프의 파라메타에 대응하는 작동 프로파일을 생성하기 위해 펌프가 작동하는 동안 한 세트의 점들 각각에서 파라메타의 값을 기록하도록,
    기준선 프로파일의 대응하는 부분이 작동 프로파일을 얼마나 잘 예측하는지를 결정하기 위해 작동 프로파일의 일부에 대해 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하도록, 그리고
    제1 작동 프로파일과 관련된 하나 이상의 값을 각각 기준선 프로파일과 관련된 대응하는 값과 비교하여 상기 하나 이상의 값이 각각 대응하는 값의 공차 내에 속하는지 여부를 결정하도록, 실행 가능한 명령을 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  35. 삭제
  36. 제34항에 있어서, 하나 이상의 부합 양호도 지수에 대한 값을 결정하는 것은 전체적인 부합 양호도 지수를 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  37. 제34항에 있어서, 상기 하나 이상의 부합 양호도 지수는 R2 지수인 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  38. 삭제
  39. 제34항에 있어서, 상기 하나 이상의 값은,
    분배 구간 동안 제1 작동 프로파일의 평균값에 대응하는 제1의 값과,
    분배 구간 중 10 %에 해당하는 제1의 점에 대응하는 제2의 값과,
    분배 구간 중 50 %에 해당하는 제2의 점에 대응하는 제3의 값과,
    분배 구간 중 90 %에 해당하는 제3의 점에 대응하는 제4의 값
    을 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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