用于在精密系統及應用中的電機驅動組件的抗背隙機構的制作方法

本申請案主張2014年5月28日申請的第62/004,117號美國臨時申請案的優先權權利，所述臨時申請案的全文(包含附件)以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明大體上涉及抗背隙機構，且更特定來說，本發明涉及一種用于半導體制造及其它精密應用中的電機驅動組件(例如活塞或閥)的抗背隙機構。

背景技術：

在機械系統中，部件之間的空隙或間隙可在未將可觀力或運動施加到機械序列中的下一部件的情況下引起一個部件在一個方向上移動。這稱為背隙且為機械系統的已知特性。

背隙可允許潤滑、制造誤差、負載下撓曲、熱膨脹等等。實際上，許多應用允許某一背隙來防止卡住。

然而，對于一些應用，背隙可為非所要的。其實，可期望最小或零背隙用于精密應用。

舉例來說，用于半導體制造過程中的單級泵及多級泵需要提供對將流體施配到(例如)晶片上所依據的量及/或速率的精密控制。然而，這些泵中的電機驅動活塞組合件會經受背隙，這會減小其準確度。作為另一實例，背隙會成為感測及控制應用(其中由電機驅動閥打開及關閉)的爭議。作為又一實例，采用電機驅動閥的液體流控制系統會經受背隙。

當前抗背隙解決方案可對由各種因素(例如制造容限、流體流方向、用于添加抗背隙裝置的可用空間、歸因于添加抗背隙裝置的可放置于電機上的額外負載、電機大小、可由電機產生的額外熱量等等)約束的某些應用有頗多限制或甚至不適用于所述應用。舉例來說，一種抗背隙解決方案可涉及增大電機的功率來消除背隙。然而，如果提供更大功率，那么電機也產生更多熱量。在其中使用溫度敏感流體的應用中，此抗背隙解決方案將不可行或非所要的，這是因為較高溫度會損害流體。此外，如果需要增大電機的大小來提供更大功率，那么此抗背隙解決方案將不適用于其中空間受限制或約束的系統或將不期望此抗背隙解決方案用于其中空間受限制或約束的系統。

鑒于上文，仍需要抗背隙解決方案用于精密系統，例如半導體制造過程流體輸送、施配及流動控制系統。本文所揭示的實施例可處理此需要及其它。

技術實現要素：

根據所揭示的實施例的抗背隙裝置可包含具有第一嚙合特征件及第一旋轉鎖定特征件的第一螺母。所述第一嚙合特征件可為許多嚙合特征件中的一者，其包含內螺紋及滾珠(在滾珠螺桿布置中)。所述第一螺母的所述第一嚙合特征件經結構化以與電機的導螺桿嚙合。所述第一螺母耦合到由所述電機驅動的活塞且相對于所述活塞固定。

所述抗背隙裝置可進一步包含具有第二嚙合特征件及第二旋轉鎖定特征件的第二螺母。如同所述第一嚙合特征件，所述第二嚙合特征件可為許多嚙合特征件中的一者，其包含內螺紋及滾珠。所述第二螺母的所述第二嚙合特征件還經結構化以與所述導螺桿嚙合。所述第二螺母的所述第二旋轉鎖定特征件及所述第一螺母的所述第一旋轉鎖定特征件可互補，使得其可經耦合或互鎖以限制或防止所述第一螺母與所述第二螺母之間的相對旋轉。

所述抗背隙裝置可進一步包含彈簧力偏壓構件，其用于維持沿所述導螺桿的所述第一螺母與所述第二螺母之間的間隔關系，使得所述第一螺母的所述第一嚙合特征件保持與所述導螺桿嚙合以借此在由所述電機使所述導螺桿在第一方向上旋轉時減小或消除背隙。所述第二螺母的所述第二嚙合特征件可保持與所述導螺桿嚙合以借此在由所述電機使所述導螺桿在第二方向上旋轉時減小或消除背隙。

所述抗背隙裝置可為活塞組合件的部分。所述活塞可具有隔膜及空腔，所述空腔用于容置所述抗背隙裝置的全部或大部分。所述活塞可包含：開口，其位于遠離所述隔膜的端處以用于接納所述第一螺母；及側開口，其用于接納固定螺釘以防止反向旋轉或防止所述第一螺母退出。所述活塞組合件可包含抗旋轉機構來防止所述抗背隙機構相對于所述活塞旋轉。

所述活塞組合件可為施配泵的部分，所述施配泵又可為泵抽系統的部分。所述活塞組合件進一步包括抗旋轉機構來防止所述抗背隙機構相對于所述活塞旋轉。所述抗背隙裝置可沿所述導螺桿與所述電機間隔開一距離。具體來說，所述第一螺母、所述第二螺母及所述偏壓構件可沿所述導螺桿軸向對準且穿過所述導螺桿。所述第一螺母可定位成比所述第二螺母更接近于所述電機。

眾多其它實施例也是可能的。

將在結合以下描述及附圖考慮時更好地了解及理解本發明的這些及其它方面。盡管以下描述指示本發明的各種實施例及其眾多特定細節，但以下描述僅供說明且不是限制性的。可在本發明的范圍內作出許多替換、修改、添加或重新布置，且本發明包含所有此類替換、修改、添加或重新布置。

附圖說明

包含附于本說明書且構成本說明書的部分的圖式來描繪本發明的某些方面。將通過參考圖式中所說明的示范性且因此非限制性實施例而使本發明及本發明所提供的系統的組件及操作的更清楚印象變得更容易明白，其中相同元件符號標示相同組件。應注意，圖式中所說明的特征未必按比例繪制。

圖1描繪示范性泵抽系統的圖解表示。

圖2描繪示范性多級泵的圖解表示。

圖3A及3B描繪用于示范性多級泵的閥及電機時序圖。

圖4A及4B是說明背隙事件的實例及通過操縱就緒壓力而消除背隙事件的曲線圖。

圖5A描繪示范性電機驅動活塞組合件的分解透視圖，其中抗背隙機構的一個實施例安裝于活塞上。

圖5B描繪示范性電機驅動活塞組合件的橫截面圖，其中抗背隙機構的一個實施例安裝于活塞上。

圖6A及6B是例示本文所揭示的抗背隙機構可如何消除背隙(不管就緒壓力設置如何)的曲線圖。

具體實施方式

參考附圖中說明且以下描述中詳述的非限制性實施例來更完全地解釋系統及方法及其有利細節。省略眾所周知的起始材料、處理技術、組件及設備的描述以免不必要地使本發明的細節不清楚。然而，應理解，盡管詳細描述及特定實例指示本發明的優選實施例，但詳細描述及特定實例僅供說明且不是限制性的。所屬領域的技術人員將從本發明明白本發明的精神及/或范圍內的各種替換、修改、添加及/或重新布置。

在描述實施例之前，可有益地描述可與各種實施例一起利用的示范性泵或泵抽系統。圖1描繪泵抽系統10的圖解表示。泵抽系統10可包含流體源15、泵控制器20及多級泵100，其一起工作以將流體施配到晶片25上。流體源15可為多級泵100從其獲得處理流體(例如半導體制造過程流體)的任何適當源，例如貯槽、容器、流體處理系統或流體載運網絡。半導體制造過程已為所屬領域的技術人員所知且因此本文不再加以描述。

多級泵100的操作可由泵控制器20控制，泵控制器20可板載于多級泵100上或經由用于傳送控制信號、數據或其它信息的一或多個通信鏈路而連接到多級泵100。泵控制器20可包含所屬領域中已知的各種計算機組件，其包含處理器、存儲器、接口、顯示裝置、外圍設備或其它計算機組件。舉例來說，泵控制器20可包含處理器35，其實施中央處理單元(CPU)、專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器(DSP)、精簡指令集計算(RISC)處理器或其它處理器。合適處理器的一個實例是德州儀器公司(Texas Instruments)的TMS320F28335PGFA 16位DSP(德州儀器公司是總部設于德克薩斯州的達拉斯(Dallas,TX)的公司)。另外，泵控制器20可包含至少一個計算機可讀媒體27(例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、閃存、光盤、磁盤驅動器或其它計算機可讀媒體)。

在圖1的實例中，泵控制器20經由通信鏈路40及45而與多級泵100通信。通信鏈路40及45可為網絡(例如所屬領域中已知或開發的以太網絡、工業以太網絡、無線網絡、全局網絡、DeviceNet網絡或其它網絡)、總線(例如小型計算機系統接口(SCSI)總線)或其它通信鏈路。所屬領域的技術人員已知這些通信組件。

泵控制器20可經實施為板載印刷電路板(PCB)、遠程控制器，或以其它合適方式實施。泵控制器20可包含適當接口(例如工業以太網絡、網絡接口、輸入/輸出(I/O)接口、模/數轉換器及其它組件)來允許泵控制器20與多級泵100、泵軌道、管理站等等通信。

泵軌道是指具有所需硬件及軟件來對晶片表面執行操作(例如化學沉積或流體涂布過程)的工具或系統。借此，需要將精確容積的流體涂覆到晶片25的表面。泵控制器20可控制多級泵100中的各種閥及電機以引起多級泵100準確地施配各種類型的流體，其包含低粘度流體(即，小于5厘泊)。用于控制多級泵100的操作的控制邏輯可體現于泵控制器20、管理站及/或其它計算裝置上。在泵控制器20中，控制指令30可體現于非暫時性計算機可讀媒體27上。可在下列各者中找到控制方案的實例：名稱為“用于泵中壓力補償的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR PRESSURE COMPENSATION IN A PUMP)”的第8,029,247號美國專利、名稱為“在浸沒光刻系統中的流體流動控制的系統及方法(SYSTEMS AND METHODS FOR FLUID FLOW CONTROL IN AN IMMERSION LITHOGRAPHY SYSTEM)”的第7,443,483號美國專利、名稱為“用于使用電機校正壓力變化的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR CORRECTING FOR PRESSURE VARIATIONS USING A MOTOR)”的第8,172,546號美國專利、名稱為“用于控制流體壓力的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF FLUID PRESSURE)”的第7,850,431號美國專利、名稱為“用于監視泵的操作的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING OPERATION OF A PUMP)”的第7,878,765號美國專利、及名稱為“用于介接泵控制器的I/O系統、方法及裝置(I/O SYSTEMS,METHODS AND DEVICES FOR INTERFACING A PUMP CONTROLLER)”的第7,940,664號美國專利，所述專利中的每一者的全文以引用的方式并入本文中。

圖2描繪多級泵100的圖解表示。在此實例中，多級泵100包含供給級部分105及分離施配級部分110。從流體流視角，過濾器120經定位于供給級部分105與施配級部分110之間以從處理流體濾除或以其它方式移除雜質。

供給級部分105及施配級部分110可包含泵150、180來引導處理流體從流體源(例如圖1中所展示的流體源15)流動到供給級105，到過濾器120，到施配級110，到施配或使用點。為控制流體流動，多級泵100包含數個閥，其包含(例如)入口閥125、隔離閥130、阻障閥135、清洗閥140、排氣閥145及出口閥147。這些閥經打開或關閉以允許或限制流體流動到多級泵100的各種部分。舉例來說，這些閥可為根據是否確證壓力或真空而打開或關閉的氣動(即，氣體驅動)隔膜閥。然而，可使用任何合適閥。

在圖2的實例中，供給級泵150(“供給泵150”)包含：供給腔室155，其用于收集流體；供給級隔膜160，其用于在供給腔室155內移動且排出流體；活塞165，其用于移動供給級隔膜160；導螺桿170，其連接到活塞165；及供給電機175(例如步進電機)，其用于驅動導螺桿170且因此驅動活塞165。作為實例，導螺桿170可通過螺母、齒輪或其它機構而耦合到電機175以將能量從電機175賦予導螺桿170。具體來說，電機175可操作以使螺母旋轉，螺母又將線性運動賦予導螺桿170以引起活塞165致動。

類似地，在圖2的實例中，施配級泵180(“施配泵180”)包含施配腔室185、施配級隔膜190、活塞192、導螺桿195及施配電機200。所屬領域的技術人員應了解，各種泵可用于供給級105及施配級110中，且供給泵150及施配泵180無需限于為滾動隔膜泵。

同樣地，供給電機175及施配電機200可為任何合適電機。作為實例，施配電機200可為永磁同步電機(“PMSM”)。PMSM可由數字信號處理器(“DSP”)(其利用施配電機200處的利用磁場導向控制(“FOC”)或其它類型的速度/位置控制)、板載于多級泵100上的控制器、或分離泵控制器(例如圖1中所展示的泵控制器20)控制。實施PMSM的施配電機200可進一步包含用于實時反饋電機位置的編碼器(例如細線旋轉位置編碼器)。使用位置傳感器能夠準確且可重復地控制電機位置且因此控制活塞192的位置，這導致準確且可重復地控制施配腔室185中的流體移動。舉例來說，使用2000線編碼器(其將每一電機轉數的8000次計數給予DSP)能準確地測量電機的旋轉且以0.045度控制電機的旋轉。另外，PMSM可以低速度運行且振動很小或無振動，這適用于施配操作。供給電機175也可為PMSM或步進電機。

在操作中，多級泵100可包含數個分段，其包含(但不限于)就緒分段、施配分段、填充分段、預過濾分段、過濾分段、排氣分段、清洗分段及靜態清洗分段。可在下列各者中找到分段及相關聯的閥及電機時序的實例：名稱為“用于泵的操作的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION OF A PUMP)”的WO 2008/066589 A2、名稱為“用于泵中的閥排序的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR VALVE SEQUENCING IN A PUMP)”的第8,025,486號美國專利、名稱為“用于檢測流體中的空氣的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AIR IN A FLUID)”的WO 2013/028542 A2、及名稱為“用于灌泵的方法及系統(METHOD AND SYSTEM FOR PUMP PRIMING)”的WO 2012/054706 A2，所述專利中的每一者的全文以引用的方式并入本文中。

例如，在填充分段(其還可稱為供給分段)期間，打開入口閥125且供給級泵150移動(例如，牽引)供給級隔膜160以將流體吸取到供給腔室155中。一旦足夠量的流體已填充供給腔室155，則關閉入口閥125。在過濾分段期間，供給級泵150移動供給級隔膜160以從供給腔室155排出流體。隔離閥130及阻障閥135經打開以允許流體流動通過過濾器120而到施配腔室185。隔離閥130可經首先打開(例如，在“預過濾分段”中)以允許壓力建立于過濾器120中，且接著阻障閥135經打開以允許流體流入到施配腔室185中。在過濾分段期間，可使施配泵180恢復到其原位(在一些情況中，其可為可變原位)。

可在下列各者中找到可變原位施配系統的實例：名稱為“用于可變原位施配系統的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR A VARIABLE HOME POSITION DISPENSE SYSTEM)”的第8,292,598號美國專利；及名稱為“用于可變原位施配系統的系統及方法(SYSTEM AND METHOD FOR VARIABLE HOME POSITION DISPENSE SYSTEM)”的WO 2006/057957 A2，所述專利中的每一者的全文以引用的方式并入本文中。作為實例，可基于針對施配循環的各種參數而選擇施配級隔膜190的原位，使得施配泵180處的施配腔室185含有足夠量的流體(其可小于施配腔室185的最大容量)以執行所述施配循環的各種步驟，同時最小化施配泵180中的滯留容積。類似地，可使供給泵150到達原位，所述原位界定小于流體的最大容量的流體量的容積。

隨著流體流入到泵中的腔室中，流體的壓力增大。在圖2的實例中，供給泵150包含壓力傳感器114，其耦合到供給腔室155以測量供給級105處的流體壓力。同樣地，施配泵180包含壓力傳感器112，其耦合到施配腔室185以測量施配級110處的流體壓力。壓力傳感器可與上文所描述的控制邏輯(例如泵控制器20)通信。由壓力傳感器112及壓力傳感器114測量的壓力可由控制邏輯用于控制各種泵的速度，執行統計分析，及確定施配是否為良好施配。合適壓力傳感器(其還稱為壓力換能器(pressure transducer))的實例可包含(但不限于)壓阻式(壓電式)壓力傳感器及電容式壓力傳感器，其包含由德國的Nellmersbach的Metallux AG制造的陶瓷壓力傳感器及聚合物壓力傳感器。

實施例可至少部分基于從傳感器112及114接收的測量而調節/控制供給級105及施配級110兩者處的流體壓力。舉例來說，當施配腔室185中的流體壓力在過濾分段期間達到預定義壓力設置點(例如由壓力傳感器112所測量)時，施配泵180可開始抽出施配級隔膜190。換句話說，施配泵180經控制以增大施配腔室185的可用容積以允許流體流入到施配腔室185中。這可(例如)通過使施配電機200以預定義速率反轉而完成以引起施配腔室185中的壓力減小。

在施配期間，當施配腔室185中的流體壓力下降到低于設置點(在系統的容限內)時，供給電機175的電機速率可經增大以引起施配腔室185中的壓力上升且達到設置點。當施配腔室185中的流體壓力超過設置點(在系統的容限內)時，供給電機175的電機速率可經減小以導致下游施配腔室185中的壓力變小。可重復增大及減小供給電機175的速度的過程，直到施配泵180到達可在所述點停止兩個電機的原位。

在名稱為“用于泵的操作的系統及方法”的上文所引用的WO 2008/066589 A2中，由施配側處的壓力傳感器進行壓力測量(“施配壓力”)。本文所揭示的實施例進一步包含用于感測供給(填充)側處的流體壓力(“填充壓力”)的壓力傳感器。檢測填充側處的填充壓力及填充壓力的變化的能力可為有益的。舉例來說，其可允許系統檢測施配級之前的問題或爭議(例如，填充線中或過濾器處的空氣)且提供早期預警及/或采取適當動作來處理或解決當前問題或爭議。

作為實例，參考圖3A(其展示用于圖2的多級泵100的操作的各種分段的閥及施配電機時序)，在排氣分段開始時，打開隔離閥130且打開排氣閥145。供給泵150經控制以將壓力施加到流體以通過打開的排氣閥145而從過濾器120移除空氣泡。如圖3A中所展示，阻障閥135可在所述排氣分段期間保持打開且在所述排氣分段結束時關閉。如果如此，那么可檢測過濾器120中的壓力(例如，通過控制器，例如上文所描述的泵控制器20)，這是因為可由壓力傳感器112測量的施配腔室185中的壓力會受過濾器120中的壓力影響。當關閉阻障閥135時，仍可檢測過濾器120中的壓力，這是因為可由壓力傳感器114測量的供給腔室155中的壓力會受過濾器120中的壓力影響。

盡管若干閥在圖3A中經展示為在分段改變期間同時關閉，但閥的關閉時間可略微錯開(例如100微秒)以減小壓力尖峰。舉例來說，在排氣分段與清洗分段之間，可在打開排氣閥145之前短暫關閉隔離閥130。然而，應注意，可在各種實施例中利用其它閥時序。另外，可一起執行分段中的若干者(例如，可同時執行填充/施配級，在所述情況中，可在施配/填充分段中打開入口閥及出口閥兩者)。應進一步注意，不必使每一循環重復特定分段。舉例來說，可無需每一個循環執行清洗分段及靜態清洗分段。類似地，可無需每一個循環執行排氣分段，如圖3B中所例示。此外，可使用任何合適閥及電機時序。

供給泵150可經控制以引起排氣以預定義速率發生以允許較長排氣時間及較低排氣速率，借此允許準確地控制廢氣排放量。如果供給泵150是氣動式泵，那么可對泄流路徑設置流體流限制，且施加到供給泵150(且由壓力傳感器114測量)的氣動壓力可經增大或減小以維持“排氣”設置點壓力以提供否則不受控方法的某一控制。

如圖3A及3B中所說明，可在分段期間(例如，在清洗分段開始時，如下文所解釋)執行空氣檢測測試。為執行空氣檢測測試，阻障閥135、清洗閥140及出口閥147可經關閉以使施配腔室185隔離。施配電機200經控制以使施配腔室185達到所要壓力(例如，每平方英寸5磅(5psi))。接著，使施配電機200移動固定距離且確定施配腔室185中的壓力(P)的變化(Δ)。可通過確定針對經隔離的施配腔室185(或泵抽系統的其它隔離部分)的容積的固定變化的壓力變化(ΔP)而確定施配腔室185(或所述泵抽系統的隔離部分，其包含直到噴嘴之前的輸出閥147或其它閥的管道)中的空氣量，如名稱為“用于檢測流體中的空氣的系統及方法”的上文所引用的WO 2013/028542 A2中所論述。

在一些實施例中，施配電機200可經控制以維持預定義壓力變化(例如，由用戶經由到泵抽系統的接口定義)。為實現所述預定義壓力變化，控制器可確定施配腔室185中的可用容積的適當變化且控制施配電機200相應地移動活塞192。此外，可使用此測量來確定施配腔室185或泵抽系統的隔離部分(其包含直到噴嘴之前的輸出閥147或其它閥的管道)中的空氣量，如名稱為“用于檢測流體中的空氣的系統及方法”的上文所引用的WO 2013/028542 A2中所論述。在一些情況中，如果所檢測的空氣的測量小于閾值量，那么可略過清洗及/或靜態清洗分段以縮短循環時間。如果所檢測的空氣量大于閾值，那么可采取預警或校正動作。

在一些情況中，在清洗分段期間，關閉隔離閥130，關閉阻障閥135，關閉排氣閥145，打開清洗閥140，且關閉出口閥147。如圖3A及3B中所說明，在打開清洗閥140之前可存在延遲，在打開清洗閥140期間使施配腔室185隔離。施配泵180可將壓力施加到施配腔室185中的流體，使得可執行空氣檢測測試。

在清洗分段期間，當打開清洗閥140時，施配泵180將壓力施加到施配腔室185中的流體以通過清洗閥140而排放空氣泡。在靜態清洗分段期間，停止施配泵180，但清洗閥140保持打開以繼續排放空氣。清洗或靜態清洗分段期間所移除的任何過量流體可從多級泵100流出(例如，返回到流體源15、貯存槽，或被舍棄)或再循環到供給級105。

如圖3A及3B中所例示，可在就緒分段期間關閉所有閥。在一些情況中，可打開隔離閥130及阻障閥135且關閉清洗閥140，使得供給泵150可達到流體源(例如源容器或貯存槽)的環境壓力。

在施配分段期間，出口閥147打開且施配泵180將壓力施加到施配腔室185中的流體。因為出口閥147可比施配泵180更慢地對控制作出反應，所以可首先打開出口閥147，且在某預定時間段之后起動施配電機200。這防止施配泵180推動流體通過部分打開的出口閥147或在某一時間段內將流體推入到關閉閥中。此外，這防止流體因閥打開而一直移動到施配噴嘴，接著防止因電機動作的向前流體運動。在一些情況中，可打開出口閥147且施配泵180可同時開始施配。

還可執行其它分段。舉例來說，回吸分段可經執行以移除施配噴嘴中的過量流體。在所述回吸分段期間，出口閥147可關閉且輔助電機或真空可用于從出口噴嘴吸出過量流體。替代地，出口閥147可保持打開且施配電機200可經反轉以將流體吸回到施配腔室185中。所述回吸分段可有助于防止過量流體滴落到晶片25上。

各種閥的打開及關閉可引起流體的壓力尖峰。例如，在靜態清洗分段結束時關閉清洗閥140可引起施配腔室185中的壓力增大。此可發生，因為當各閥關閉時，其可使少量流體排出。舉例來說，清洗閥140可在其關閉時使少量流體排出到施配腔室185中。因為當歸因于清洗閥140的關閉而發生壓力增大時關閉出口閥147，所以如果不減小壓力，那么可在后續施配分段期間發生將流體“吐出”到晶片上。為在靜態清洗分段或額外分段期間釋放此壓力，施配電機200可經反轉以使活塞192退出預定距離以補償由阻障閥135及/或清洗閥140的關閉引起的任何壓力增大。

應注意，在就緒分段期間，施配腔室185中的壓力可基于隔膜性質、溫度或其它因素而改變。施配電機200可經控制以補償此壓力偏移。

通過基于來自供給泵及施配泵處的壓力傳感器的實時反饋控制填充側及施配側兩者處的泵操作，本文所揭示的多級泵的實施例可提供平緩流體處置且避免潛在損害性壓力尖峰。如上文所論述，各種泵控制機構及閥時序可進一步有助于減少壓力對處理流體的有害影響。舉例來說，閥及電機時序可經選擇以減少截留空間上的關閉閥。

然而，可根據所使用的泵的類型而需要額外技術特征。舉例來說，滾動隔膜泵(用于單級或多級泵抽系統)中的電機驅動活塞組合件可經受可降低泵的準確度的背隙。如上文所論述，與泵活塞一起使用的傳統抗背隙裝置耦合到電機及導螺桿且可產生電機必須克服其以推進活塞的有效力。此有效力及其產生的熱量還可不利地影響泵的準確度且潛在地損害處理流體。因此，電機側處所實施的抗背隙裝置無法用于或不適用于本文所揭示的泵抽系統的實施例，且甚至無法用于或不適用于各種精密系統(例如流體流動或閥控制系統)，其中需要精密地控制電機驅動活塞的移動。

本文所描述的實施例包含抗背隙機構(其在本文中還稱為抗背隙裝置)來減小或消除活塞與導螺桿之間的背隙。所述抗背隙裝置僅需要克服最小額外力。相應地，本文所描述的抗背隙裝置的實施例可比傳統抗背隙裝置允許更小電機用于驅動活塞以實現所要壓力。舉例來說，據估計，對于用于半導體制造的施配處理流體中的典型壓力(例如5psi到30psi，且在一些情況中高達60psi)，本文所論述的抗背隙裝置的實施例可比上文所論述的傳統抗背隙機構允許電機更小若干倍(估計更小約3到4倍或更小25％到50％)。使用較小電機既減小泵占用面積，又減少可負面影響敏感流體的熱量產生。

在一些實施例中，抗背隙裝置可位于活塞外部。在其它實施例中，抗背隙機構可完全或部分地位于活塞內部以允許在一些情況中將以其它方式被浪費的空間用于增大活塞操作的準確度或可重復性。

抗背隙裝置可與導螺桿及/或活塞的任何合適布置一起使用。抗背隙裝置可用于多級或單級泵中。在多級泵中，抗背隙裝置可用于供給級、施配級、或供給級及施配級兩者處。

在本文所揭示的實施例中，抗背隙裝置可增大測試(例如空氣檢測及施配確認測試)的可靠性。特定來說，可發生于泵中的一個問題是：背隙事件可發生于低壓力處。這在圖4A中說明。

如果施配分段或空氣檢測測試開始于過低的壓力處，那么施配確認或空氣檢測測試會受背隙事件影響以使測試不可靠。舉例來說，如果背隙發生于泵中的小于2psi的施配腔室就緒壓力處，那么施配確認測試無法可靠地用于具有小于2psi的就緒壓力的泵設置(例如，配方)。

此問題的先前解決方案是將就緒壓力(其為系統設置值)設置為較高值(例如3psi，使用先前實例)。這在圖4B中說明。應注意，在圖4B中，當將就緒壓力設置為3psi時，消除圖4A中所展示的背隙事件。

然而，此解決方案無法使希望使用具有就緒壓力(其具有較低壓力(例如，具有1psi，依照先前實例))的泵設置的用戶滿意。因此，需要抗背隙裝置，其可使所述處發生背隙事件的壓力移位到較低壓力(其包含負壓力)以允許用戶設置較低就緒壓力，同時維持可靠地執行空氣檢測測試、施配確認測試或其它測試的能力。

圖5A及5B是具有抗背隙機構560的電機驅動活塞組合件500的一個實施例的視圖。組合件500包括電機505、導螺桿510、活塞530、外殼540、耦合到活塞530的隔膜550、及抗背隙機構560。活塞530通過抗背隙機構560而可操作地耦合到導螺桿510。當導螺桿510轉動(即，通過電機505而旋轉)時，抗背隙機構560平移以使在外殼540中移動活塞530以致動隔膜550。根據一個實施例，隔膜550是滾動隔膜，其具有在活塞530與外殼540之間的間隙(空間)531中滾動及展開的部分552(參閱圖5B)。

可減少或防止活塞530及抗背隙機構560隨著導螺桿510旋轉而旋轉。舉例來說，導件、軌道或其它特征件可用于防止或限制活塞530相對于外殼540旋轉。根據一個實施例，隔膜550可固定到外殼540或其它結構(例如，通過使部分夾置于外殼540與施配塊之間，如名稱為“用于泵的操作的系統及方法”的上文所引用的WO 2008/066589 A2中所描述)，且活塞530可以防止或限制活塞530相對于隔膜550旋轉的方式耦合到隔膜550。此外，抗背隙機構560可以防止或限制抗背隙機構560相對于活塞530旋轉的方式耦合到活塞530。

抗背隙機構560包括第一螺母562、第二螺母564及彈簧力偏壓構件(彈簧)566。在一些情況中，螺母562或螺母564可經集成為活塞530的部分。第一螺母562具有一組第一螺母內螺紋或其它特征件(例如滾珠螺桿布置中的滾珠)來嚙合導螺桿510的螺紋，且第二螺母564具有一組第二螺母內螺紋或其它特征件來嚙合導螺桿510的螺紋。第一螺母562及第二螺母564嚙合導螺桿510的螺紋，使得第一螺母562及第二螺母564可隨著導螺桿510旋轉而沿導螺桿510平移。螺紋整個時間(當由電機505使導螺桿510旋轉時)與導螺桿510嚙合，且一旦電機505移動，導螺桿510移動，且活塞530移動，那么螺紋準備移動。不存在滯后且因此無背隙。

可使第一螺母562及第二螺母564沿導螺桿510維持間隔關系，使得在第一螺母562及第二螺母564的面向表面之間的軸向方向上存在間隙。根據一個實施例，第二螺母564可能夠沿導螺桿510相對于第一螺母562略微平移，使得第一螺母562與第二螺母564之間的間隙大小可改變(如由(例如)彈簧566所約束)。在一些實施例中，第一螺母562與第二螺母564之間的間隙大小可由彈簧力、摩擦、物理停止器等等限制。第一螺母562與第二螺母564之間的相對旋轉可由旋轉鎖定特征件(例如一或多個凹口、凹槽、凹陷部568及一或多個棘爪、掣子、突出部567)或其它互補鎖定特征件限制或防止。

彈簧566可包括壓縮彈簧或其它彈簧力偏壓構件，其可通過彈簧力而將第一螺母562及第二螺母564偏壓(推動或牽拉)到一起或分開。彈簧力(F)是指由彈簧施加的力且依據彈簧受壓縮或牽拉/延伸的位移或距離(d)及取決于彈簧的材料及形狀的彈簧常數(k)而變化，使得F＝kd。在一些實施例中，彈簧566可為將第一螺母562及第二螺母564偏壓分開的壓縮彈簧。在所說明的布置中，導螺桿510穿過第一螺母562、壓縮彈簧566及第二螺母564。在此實例中，彈簧566鄰接第一螺母562及第二螺母564且將其偏壓分開。

也就是說，彈簧566在軸向方向上推動第一螺母562朝向電機505，使得當由電機505使導螺桿510旋轉時，第一螺母562保持與導螺桿510嚙合。彈簧566的彈簧常數k可經選擇使得彈簧566提供足夠力(例如，足以模擬3psi向下力)來確保第一螺母562始終與導螺桿510嚙合，但不足以產生電機505上的負載。所屬領域的一般技術人員可基于電機強度、負載施加、壓力等等而校準所需彈簧力以使第一螺母562保持與導螺桿510嚙合且不足以負面影響電機505的功率(考慮可相對于電機功率增大而產生的熱量)。

因此，應了解，彈簧566可加偏壓于第一螺母562及第二螺母564，使得第一螺母562的內螺紋或其它特征件維持與導螺桿螺紋的第一表面嚙合以減少或消除導螺桿旋轉的第一方向的松弛(背隙)。在一些情況中，第二螺母564的內螺紋或其它特征件可維持與導螺桿螺紋的第二面嚙合，使得導螺桿旋轉的第二方向的松弛被消除或減少。

在一些實施例中，第一螺母562的內螺紋或其它特征件可維持與導螺桿螺紋的推進面嚙合，使得當導螺桿510將方向從縮回活塞530改變到推進活塞530時，消除或減少第一螺母562與導螺桿的推進螺紋面之間的松弛。第二螺母564的內螺紋或其它特征件可維持與導螺桿螺紋的縮回面嚙合，使得當導螺桿510將方向從推進活塞530改變到縮回活塞530時，消除或減少第二螺母564與導螺桿的縮回螺紋面之間的松弛。

抗背隙機構560可耦合到活塞530，使得抗背隙機構560的平移引起活塞530平移。在一些情況中，抗背隙機構560可經布置使得抗背隙機構560的至少部分或全部含于活塞530內。在其它布置中，抗背隙機構560可耦合到活塞530，但不含于活塞530中。

第一螺母562(或第二螺母564)可耦合到活塞530，使得第一螺母562(或第二螺母564)的平移引起活塞530平移。根據一個實施例，第一螺母562可相對于活塞530固定。舉例來說，在所說明的實施例中，第一螺母562包含外螺紋且活塞530包含內螺紋536(如圖5B中所展示)，使得第一螺母562可螺合到活塞530中。反向旋轉機構可防止第一螺母562從活塞530退出。作為一個實例，固定螺釘572穿過活塞530的側中的開口且接觸第一螺母562以防止第一螺母562相對于活塞530旋轉。環570還可防止第一螺母562退出。

根據一個實施例，活塞530包括容置抗背隙機構560的全部或大部分的內空腔。所述內空腔可在遠離隔膜550的端處包含開口，其中螺紋536或其它特征件安置于所述開口接近處以接納第一螺母562。所述內空腔還可容納導螺桿510。活塞530還可包含側開口來接納固定螺釘572，或包含其它特征件來防止第一螺母562反向旋轉或退出。

活塞530可包含特征件來耦合到隔膜550。活塞530可包含從接近于隔膜550的活塞530的端突出的彈性指狀物538。指狀物538可通過所述端而安置于銷開口539周圍。彈性指狀物538可使其端略微或完全皺縮在一起，使得其可插入隔膜550的基底554中的開口中。插入穿過銷開口539的銷580可迫使彈性指狀物538分開，使得彈性指狀物538的特征件(例如凸肩)與隔膜的特征件(例如凸肩)嚙合以鎖住彈性指狀物538。

活塞530還可包含特征件來限制或防止活塞530相對于隔膜550旋轉。在一個實施例中，將一或多個銷582接納于活塞530的端及隔膜550的基底554中的對準開口中。當導螺桿510旋轉時，此等銷或其它特征件可抑制活塞530相對于隔膜550旋轉。

活塞530可為單件或可包括多個組件。在一個實施例中，活塞530包括：外部分532，其界定活塞內空腔；及內部分534，其界定通到內部分534的端的內部分空腔。在一些情況中，可將抗背隙機構560的全部或部分接納于所述內部分空腔中。內部分534可位于外部分532內。根據一個實施例，內部分534可鄰接接近于隔膜550的外部分532的端的內側以將銷580截留于開口539中。因此，應了解，內部分534可提供活塞銷保持器的一個實施例。

外部分532可包括安置于開口接近處的螺紋536或其它特征件來接納第一螺母562。外部分532還可包含側開口來接納固定螺釘572，或包含其它特征件來防止第一螺母562反向旋轉或退出。

組合件500可進一步包含扣環570。根據一個實施例，穿過環570的中心開口可具有足夠直徑及長度的部分，使得環570的部分可配合于活塞530的端上。根據一個實施例，環570可經配置使得穿過環570的固定螺釘開口與穿過活塞530的側的固定螺釘開口對準。開口還可與穿過外殼540的開口542對準。穿過環570的固定螺釘開口可具有螺紋。環570的中心開口可進一步包括直徑較窄的部分，使得環570的部分以進一步防止第一螺母562退出的方式與第一螺母562重疊。舉例來說，第一螺母562可鄰接扣環570上的凸肩以防止第一螺母562退出。

組合件500可進一步包含間隔件590。根據一個實施例，間隔件590可用于防止活塞530或抗背隙機構560的部分接觸電機505。

圖6A及6B是例示本文所揭示的抗背隙機構可如何消除背隙(不管就緒壓力設置值如何)的曲線圖。具體來說，圖6A展示其中針對泵抽系統(其具有本文所揭示的抗背隙機構的實施例)將就緒壓力設置為3psi的實例。在3psi處，不存在背隙事件。圖6B展示其中將就緒壓力設置為小于3psi的實例。如圖4A中所說明，在并無本文所揭示的抗背隙機構的實施例的情況下，背隙事件可發生于就緒壓力小于3psi時。如圖6B中所說明，利用本文所揭示的抗背隙機構的實施例，即使當將就緒壓力設置為小于3psi時，泵抽系統中都不存在背隙事件。

盡管主要從泵抽系統中的活塞方面論述本文所揭示的抗背隙機構，但本文所揭示的抗背隙機構可與沿導螺桿平移的組合件的其它平移部分集成或一起使用。舉例來說，在一些實施例中，用于耦合到導螺桿的抗背隙系統可包括：平移部分；及抗背隙機構，其耦合到所述平移部分以將所述平移部分可操作地耦合到所述導螺桿。所述抗背隙機構可包括：第一螺母，其與所述導螺桿的螺紋嚙合；第二螺母，其與所述導螺桿的螺紋嚙合；及偏壓構件，例如壓縮彈簧。此抗背隙系統可包含下列方面以及其它方面中的一或多者：

-所述第一螺母或所述第二螺母中的一者可相對于所述平移部分固定。

-所述偏壓構件可將所述第一螺母及所述第二螺母偏壓分開。

-所述偏壓構件可使所述平移部分偏壓朝向電機。

-所述偏壓構件可加偏壓于所述第一螺母，使得所述第一螺母保持與所述導螺桿的螺紋的第一面嚙合。

-所述偏壓構件可加偏壓于所述第一螺母，使得所述第一螺母保持與所述導螺桿的螺紋的推進面嚙合。

-所述偏壓構件可包括壓縮彈簧。

-所述偏壓構件、所述第一螺母及所述第二螺母可經軸向對準。

-所述導螺桿可穿過所述第一螺母、所述第二螺母及所述偏壓構件。

-所述第一螺母及所述第二螺母可沿所述導螺桿間隔。

-所述抗背隙機構可沿導螺桿與電機間隔開距離。

-所述第一螺母可定位成比所述第二螺母更接近于所述電機。

-所述第一螺母及所述第二螺母可包括特征件來限制所述第二螺母相對于所述第一螺母旋轉。

-所述第一螺母可相對于所述平移部分固定。

-所述第一螺母可包含與所述平移部分的內螺紋配合的螺紋。

-所述抗背隙機構可部分或完全地含于所述平移部分中。

-相對于所述平移部分固定的螺母可與所述平移部分集成。

-抗旋轉機構可用于防止所述抗背隙機構相對于所述平移部分旋轉。

-所述抗旋轉機構可包括扣環。

-所述抗旋轉機構可包括特征件來防止所述第一螺母或所述第二螺母反向旋轉。

-所述平移部分可包括活塞。

-所述活塞可包括活塞內空腔。

-所述抗背隙機構的全部或部分可容置于所述活塞內空腔中。

-所述活塞可包括內部分及外部分。

-所述內部分可充當銷保持部分。

-所述活塞可包括從所述活塞的端延伸的一組彈性指狀物。

-所述一組彈性指狀物可安置于開口周圍。

-銷可安置于所述銷開口中且可徑向地向外推動所述彈性指狀物以與隔膜嚙合。

-反向旋轉機構可防止所述活塞相對于所述隔膜旋轉。

-一或多個銷或其它特征件可從所述活塞的端面突出且由所述隔膜接納以防止所述活塞相對于所述隔膜旋轉。

-所述抗背隙系統可進一步包括隔膜。

-所述隔膜可為滾動隔膜，其在所述活塞與外殼之間的間隙中滾動及展開。

-所述隔膜可包括接納一或多個特征件來將所述隔膜耦合到所述活塞的基底，例如接納銷或彈性指狀物或其它特征件的開口。

根據一個實施例，一種系統(例如泵或其它系統)可包括電機、導螺桿及抗背隙系統(例如上文所描述)。舉例來說，在多級泵中，一或多個抗背隙系統可用于單級或多級處。可在上文所引用的下列各者中找到泵、例程、管理系統等等的額外實例：名稱為“用于泵的操作的系統及方法”的WO 2008/066589 A2；名稱為“用于泵中的閥排序的系統及方法”的第8,025,486號美國專利；名稱為“用于檢測流體中的空氣的系統及方法”的WO 2013/028542 A2；及名稱為“用于灌泵的方法及系統”的WO 2012/054706 A2。

應了解，可通過控制邏輯而實施本文所描述的一些例程、方法、步驟、操作或其部分，所述控制邏輯包含存儲于計算機可讀媒體、硬件、固件或其組合上的計算機可執行指令。所述控制邏輯可經調適以指導信息處理裝置執行各種實施例中所揭示的一組步驟。可通過使用一或多個數字計算機中的軟件編程或代碼，通過使用專用集成電路、可編程邏輯裝置、現場可編程門陣列、光學、化學、生物學、量子或納米工程系統、組件及機構而實施一些實施例。基于本文所提供的揭示內容及教示，所屬領域的一般技術人員將了解實施本發明的其它方式及/或方法。

任何特定步驟、操作、方法、例程、操作或其部分可在單個計算機處理裝置或多個計算機處理裝置、單個計算機處理器或多個計算機處理器上執行。數據可存儲于單個存儲媒體中或分配于多個存儲媒體中，且可駐留于單個數據庫或多個數據庫(或其它數據存儲裝置)中。本文所描述的操作的序列可由另一過程(例如操作系統、核心等等)中斷、暫停或以其它方式控制。例程可在操作系統環境中操作或操作為獨立例程。

例程、方法、步驟、操作或其部分的實施例可實施于通信地耦合到網絡(舉例來說，因特網、內部網絡、互聯網、WAN、LAN、SAN等等)、另一計算機的一或多個計算機中或實施于獨立計算機中。如所屬領域的技術人員所知，計算機可包含CPU或處理器、存儲器(例如主存儲器或輔助存儲器，例如用于永久或暫時存儲指令及數據的RAM、ROM、HD或其它計算機可讀媒體)及一或多個I/O裝置。所述I/O裝置可包含鍵盤、監視器、打印機、電子指向裝置(舉例來說，鼠標、軌跡球、觸筆等等)、觸摸屏幕或類似者。在實施例中，計算機可存取同一硬件上的至少一個數據庫或通過網絡而存取至少一個數據庫。

如本文所使用，術語“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它變型希望涵蓋非排他性包含。舉例來說，包括一系列元素的過程、物品或設備不必僅限于所述元素，而是可包含未明確列出或此程序、物品或設備固有的其它元素。

此外，如果無明確相反說明，那么“或”是指包含性“或”而非排他性“或”。也就是說，如果無另外指示，那么本文所使用的術語“或”一般希望意指“及/或”。舉例來說，條件A或B由下列中的任一者滿足：A為真(或存在)且B為假(或不存在)；A為假(或不存在)且B為真(或存在)；及A及B兩者皆為真(或存在)。

如果上下文無另外清楚規定，那么如本文所使用，前面加“一”(及“所述”(如果前面出現過“一”))的術語包含此術語的單數及復數兩者。此外，如果上下文無另外清楚規定，那么如本文的描述中所使用，“在…中”的含義包含“在…中”及“在…上”。

另外，本文所給出的任何實例或說明決不應被視為對與所述實例或說明一起利用的任何術語的約束、限制或明確定義。相反地，這些實例或說明應被視為相對于一個特定實施例來描述且僅被視為具說明性。所屬領域的一般技術人員應了解，與這些實例或說明一起利用的任何術語將涵蓋可或可不與所述術語一起給出或位于本說明書的其它位置處的其它實施例，且所有此類實施例希望包含于所述術語的范圍內。標示此類非限制性實例及說明的語言包含(但不限于)“舉例來說”、“例如”、“在一個實施例中”。

參考本說明書中的“一個實施例”、“實施例”或“特定實施例”或類似術語意味著：結合所述實施例所描述的特定特征、結構或特性包含于至少一個實施例中且未必存在于所有實施例中。因此，分別出現于本說明書的各種位置中的短語“在一個實施例中”“在實施例中”或“在特定實施例中”或類似術語未必是指同一實施例。此外，任何特定實施例的特定特征、結構或特性可以任何合適方式與一或多個其它實施例組合。應理解，本文所描述及所說明的實施例的其它變化及修改可鑒于本文的教示且應被視為本發明的精神及范圍的部分。

盡管已相對于本發明的特定實施例而描述本發明，但這些實施例僅為說明性的而不限制本發明。本發明的所說明實施例的本文描述不希望為窮盡性的或將本發明限于本文所揭示的精確形式(且特定來說，包含任何特定實施例、特征或功能不希望將本發明的范圍限于此實施例、特征或功能)。確切來說，描述希望描述說明性實施例、特征及功能以便對所屬領域的一般技術人員提供上下文來理解本發明，而不將本發明限于任何特定描述的實施例、特征或功能。如相關領域的技術人員將認識到及了解，盡管本文僅出于說明性目的而描述本發明的特定實施例及實例，但各種等效修改可在本發明的精神及范圍內。如所指示，可鑒于本發明的所說明實施例的先前描述而對本發明作出這些修改且這些修改將包含于本發明的精神及范圍內。因此，盡管本文已參考本發明的特定實施例而描述本發明，但一定范圍的修改、各種改變及替換希望存在于先前揭示內容中，且應了解，在一些例子中，將在不脫離所闡釋的本發明的范圍及精神的情況下采用本發明的實施例的一些特征，且無需對應地使用其它特征。因此，可作出許多修改以使特定情形或材料適用于本發明的本質范圍及精神。

在本文的描述中，提供許多特定細節(例如組件及/或方法的實例)以提供本發明的實施例的透徹理解。然而，相關領域的技術人員將認識到，能夠在無所述特定細節中的一或多者的情況下或利用其它設備、系統、組合件、方法、組件、材料、部件及/或其類似者來實踐實施例。在其它例子中，未明確展示或描述眾所周知的結構、組件、系統、材料或操作以避免使本發明的實施例的方面不清楚。盡管可通過使用特定實施例而說明本發明，但這并非且無法將本發明限于任何特定實施例，且所屬領域的一般技術人員將認識到，額外實施例可易于理解且成為本發明的部分。

盡管可以特定順序呈現步驟、操作或運算，但可在不同實施例中改變此順序。在一些實施例中，盡管在一定程度上多個步驟在本說明書中展示為循序的，但可在替代實施例中同時執行此類步驟的某一組合。本文所描述的操作的序列可由另一過程中斷、暫停或以其它方式控制。

還應了解，還可以更分離或集成的方式實施附圖/圖式中所描繪的元素中的一或多者，或甚至在某些情況中移除所述一或多個元素或將其呈現為無法操作，如根據特定應用為有用的。另外，如果無另外明確注釋，那么附圖/圖式中的任何信號箭頭僅應被視為示范性的而非限制性的。本發明的范圍應取決于所附權利要求書及其法定等效物。