[发明专利]用于泵中的机械活塞的位置控制的系统和方法

说明书

本分案申请是基于申请号为200680050665.7（其国际申请号为PCT/US2006/044907）、申请日为2006年11月20日、发明名称为“用于泵中的机械活塞的位置控制的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.60/741660（申请日为2005年12月2日，标题为“SYSTEM AND METHOD FOR POSITION CONTROL OF A MECHANICAL PISTON IN A PUMP”）和60/841725（申请日为2006年9月1日，标题为“SYSTEM AND METHOD FOR POSITION CONTROL OF A MECHANICAL PISTON IN A PUMP”）的优先权，因此这两篇文献都被本文参引。

技术领域

本发明通常涉及流体泵。特别是，本发明的实施例涉及用于在半导体制造中使用的马达驱动单级或多级泵中的机械活塞的位置控制的系统和方法。

背景技术

已经有很多用途需要对由泵送装置分配流体的量和/或速率进行精确控制。在半导体处理中，例如重要的是控制光化学药品（例如光致抗蚀剂）施加在半导体晶片上的量和速率。在处理过程中施加在半导体晶片上的涂层通常需要在晶片表面上有特定平直度和/或均匀厚度（它以埃来测量）。处理化学药品施加（即分配）在晶片上的速率必须仔细控制，以便保证处理液体均匀施加。

在目前，在半导体工业中使用的光化学药品通常非常昂贵，价格为每升$1000或更高。因此很希望保证使用最少但足够量的化学药品，并保证该化学药品不会由于泵送装置而受到损害。

不幸的是，由于很多相互关联的问题，在目前的泵送系统中可能很难获得这些希望的量。例如，由于引入供给源的问题，不同系统的压力可能变化。由于流体动力学特性，不同流体所需的压力也不同（例如，具有更高粘性的流体需要更大压力）。在工作时，来自泵送系统（例如步进马达）各个部件的振动可能对泵送系统的性能有不利影响，特别是在分配阶段。在利用气动泵的泵送系统中，当螺线管起动时，可能引起较大的压力峰值。在利用多级泵的泵送系统中，工作中的较小故障可能在液体中引起尖锐的压力峰值。这些压力峰值和随后的压力降可能损害流体（即可能不利地改变流体的物理特征）。另外，压力峰值可能导致流体压力积累，这可能使得分配泵分配比预定更多的流体，或者以具有不利动态特征的方式来分配流体。而且，由于这些问题相互关联，因此有时解决一个问题可能引起更多问题和/或使得情况更差。

通常，泵送系统不能在循环过程中令人满意地控制压力变化。因此需要新的泵送系统，它能够提供实时、平滑的运动以及对流体运动和分配量进行极其精确和可重复的位置控制。特别是，泵中的机械活塞需要精确和可重复的位置控制。本发明实施例能够解决这些和更多需要。

发明内容

本发明实施例提供了用于泵中的机械活塞的精确和可重复位置控制的系统和方法，它基本消除或减少了在半导体制造中使用的现有泵送系统和方法的缺点。特别是，本发明实施例提供了具有马达驱动泵的泵送系统。

在本发明的一个实施例中，马达驱动泵是分配泵。

在本发明的实施例中，分配泵可以是多级或单级泵的一部分。

在本发明的一个实施例中，两级分配泵通过永磁体同步马达（PMSM）和利用场定向控制（FOC）的数字信号处理器（DSP）来驱动。

在本发明的一个实施例中，分配泵由无刷DC马达（BLDCM）来驱动，该无刷DC马达有位置传感器，用于实时位置反馈。

这里所述的本发明实施例的优点包括能够提供实时平滑运动以及对于流体运动和分配量的极其精确和可重复的位置控制。

本发明的目的是降低发热，同时不会不希望地损害分配阀的精确位置控制。该目的可通过具有定制控制方案的本发明实施例来实现，该定制控制方案设置成增加用于关键函数（例如分配）的马达位置控制算法的操作频率，并减少对于非关键函数的可选范围的操作频率。

本发明实施例的另一优点是提高速度控制。这里的定制控制方案可以使马达在非常低的速度下运转，同时仍保持恒定速度，这使得这里所述的新泵送系统能够在很宽的速度范围内工作，且变化最小，从而大大提高了分配性能和工作能力。

附图说明

参考下面的说明并结合附图，可以更完全地了解本发明和本发明的优点，在附图中，相同参考标号表示相同特征，且附图中：