KR100809988B1

KR100809988B1 - 표면 세정 및 입자 계수

Info

Publication number: KR100809988B1
Application number: KR1020047015710A
Authority: KR
Inventors: 존 새뮤얼 배첼더
Original assignee: 컨베이 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2008-03-07
Also published as: AU2002307046A1; EP1495306A4; JP2005521887A; EP1495306A1; KR20050002922A; JP4383178B2

Abstract

본 발명은 테스트 표면 또는 검사될 표면 상에서 제거될 수 있는 입자를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 제거될 수 있는 입자는 테스트 표면으로부터 점착성 표면(130)의 일부분을 접착 및 분리함으로써 캐리어(406) 상에 점착 표면의 일부에 전달된다. 캐리어(406)는 위치 결정 수단(131)에 의하여 수납되며, 제어기(170)에 의하여 안내되는 표면 검사 수단의 시계를 통과한다. 표면 검사 수단으로부터 발생된 신호는 제어기(170)로부터의 좌표와 병합되어, 입자 좌표를 생성하며, 이것은 테스트 표면 상의 입자를 나타낸다. 점착성 표면(130)이 테스트 표면에 부착 및 제거되기 전에 측정된 점착성 표면(130)의 입자 좌표는 점착성 표면(130)이 테스트 표면에 부착 및 그로부터 분리된 이후에 측정된 입자 좌표(511)와 비교될 수 있다. 다수의 표면(512, 513, 514)이 각각의 측정 이후에 입자 좌표(511)를 저장하고 이전의 누적 측정치와 가장 최근의 측정치를 비교함으로써 동일한 캐리어를 사용하여 순차적으로 검사될 수 있다. 점착성 표면(130) 및 관련 입자 좌표(511)는 후속 분석을 위해 다른 분석 기구로 이송될 수 있다.

Description

표면 세정 및 입자 계수{SURFACE CLEANING AND PARTICLE COUNTING}

본 발명은 제품의 표면, 기계 공구 및 작업 영역에서의 입자 오염을 제어하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 반도체 제조, 데이터 저장 장치 제조, 유체 필터 검사 디스플레이 장치 제조, 클린룸, 약품 제조 및 취급, 정밀 기계 제조, 광학기기 제조, 항공기 제조 및 보건 산업에서 표면 상에서의 제거될 수 있는 입자의 오염을 측정하는 것에 관한 것이다.

입자 오염물에 대한 정량화된 측정은 검사 표면 상에서 검출된 입자의 총수, 검사 표면 단위 면적당 입자의 총수, 검사 표면의 단위 면적당 입자의 총수에 대한 사이즈 막대 그래프, 누적 입자 체적 또는 면적, 또는 이러한 측정치들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 입자 오염 측정은 광산란 또는 이미지 분석에 의하여 수행되는 것이 일반적이다.

미국 특허 제4,898,471호 및 제5,343,290호는 반도체 웨이퍼를 검사하도록 최적화된 표면 입자 오염 측정치에 관해 개시하고 있다.

미국 특허 제4,766,324호는 동일한 모니터 웨이퍼에 대한 두 개의 스캔을 비교하여 그 두 개의 스캔 사이에서 웨이퍼에 부가되거나 제거된 입자를 측정하는 것을 개시하고 있다.

본 발명은 또한 표면으로부터 입자를 제거하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 제조 시스템에 사용되는 입자 오염물을 제거하여 국부적인 결함을 방지하고, 광학 또는 빔 산란을 방지하며, 처리 재료의 상호 오염을 방지하고, 표면의 밀접한 결합을 가능케 하며, 자성 오염물을 제거하고, 표면을 살균하기 위한 세정 공정에 관한 것이다. 표면 입자 제거는 용제, 유체 전단, 초음파, 점착성 표면으로의 이송, 또는 기계적 교반을 이용하여 수행되는 것이 일반적이다.

미국 특허 제4,009,047호는 세정될 시트를 점착성 롤러로 접촉하는 것에 대하여 개시하고 있다.

미국 특허 제4,705,388호는 웹 세정 접착 롤러의 광학적 반사율을 측정함으로써 상기 롤러 재생의 필요한 시점이 언제인지를 측정하는 것에 대하여 개시하고 있다.

미국 특허 제5,373,365호는 웹 세정 롤러의 반사율을 측정하고, 그 측정 결과로부터 상기 롤러의 오염 정도를 추측해 내는 것에 대하여 개시하고 있다.

미국 특허 제5,671,119호는 더미 점착성 웨이퍼를 정전척에 부착하고, 그것으로부터 제거함으로써 반도체 공정 공구의 정전척을 세정하는 것에 대하여 개시하고 있다.

미국 특허 제5,902,678호는 정전기 방지 감압성 필름을 표면에 부착하고, 그 필름에 자외선을 조사하며, 그 필름을 제거함으로써 표면을 세정하는 것을 개시하고 있다.

미국 특허 제6,023,597호는 정합적 정전기 방지 롤러를 형성하는 방법을 개 시하고 있다.

스코트랜드 인치넌 소재의 테크넥 일렉트로닉스 사(Teknek Electronics Limited)는 우선 회로 기판을 정합적 고무 롤러와 접촉시킨 다음, 그 고무 롤러를 접착제 피복 롤러와 접촉시키는 인쇄회로기판 세정 제품을 제조한다.

본 발명은 표면을 세정하는 공정과, 그 표면상에서 최초로 제거될 수 있는 입자를 측정하는 공정을 결합하는 것에도 관련된다. 이러한 공정을 결합함으로써, 너무 거칠거나, 광학적으로 산란성이 있거나 너무 커서 현재 이용할 수 있는 기술에 의해 검사하는 것이 곤란한 표면을 검사하는 데에 유용하게 된다. 이러한 과정은 제품의 가치를 증대시키는 세정 공정과 그 세정 공정의 제어를 향상시키는 측정공정을 결합하기 때문에 또한 유용하다.

미국 특허 제5,253,538호는 제품 QIII[등록상표, 캘리포니아 프리몬트에 소재하는 펜타곤 테크놀러지사(Pentagon Technologies)로부터 입수가능]에서 구현된다. 이 특허는 노즐 조립체를 이용하여 평탄면을 가로지르는 전단 가스로 평탄면을 검사한 다음, 부유입자 카운터를 사용하여 그 가스를 검사하는 것을 기술하고 있다.

미국 특허 제5,939,647호는 평탄면 검사용 QIII과 유사한 시스템을 개시하는데, 이 시스템은 샘플링 헤드가 짐벌(gimbal)에 의하여 핸들에 부착되어 있다.

미국 특허 제6,269,703호는 표면을 가로질러 전단하도록 도포되는 유체를 사용하여 표면으로부터 입자를 분리하는 것에 대하여 개시하고 있다.

콜로라도 보울더에 소재하는 파티클 메저링 시스템즈 사(Particle Measuring Systems)의 Surfex 제품은 수용성 배쓰에서 초음파 세정한 다음 유체 입자 카운터로 물을 검사함으로써 표면을 검사한다.

본 발명은 캐리어 상의 표면으로부터 제거된 입자를 보유하는 것, 이 캐리어 상에 있는 입자의 위치를 측정하는 것 및 이 캐리어와 이 캐리어 상의 입자의 위치를 전자현미경, 광학 리뷰 스테이션 및 X-선 흡수기와 같은 분석 기구로 통과시키는 것에도 관련된다. 발견된 입자를 보유함으로써, 측정 기술은 입자를 추적할 수 있는 가능성을 가지게 된다. 입자를 추적할 수 있게 되면, 기록된 캐리어에 대해 실시되어야 할 폴로업(follow up) 분석을 가능하게 하여 제품 실패의 메카니즘과 공정의 변화를 분석하게 한다. 미국 특허 제5,655,029호는 하나의 현미경으로 시료의 관심 영역을 탐지하고 그 시료와 좌표를 자동 검사용 제2 현미경으로 전달하는 것을 개시하고 있다.

미국 특허 제5,655,029호는 하나의 현미경으로 표본의 목적 영역을 검사하고 이 표본 및 좌표를 자동화 검사를 위해 제2 현미경으로 전달하는 것을 개시하고 있다.

표면 입자 제거와 표면 입자 측정을 결합하여, 표면과의 문지름, 비비기 또는 상호 작용에 의한 더 큰 오염이 발생하지 않도록 하는 것이 요구된다. 표면을 용제에 침지시킬 필요 없이도 대형이거나 수직으로 배향되거나 용제 민감성인 표면을 검사할 수 있도록 하는 기술이 요구된다. 복잡하거나 거칠거나 평탄하지 않은 표면을 세정하고 검사할 수 있는 기술이 요구된다. 접근이 제한되거나 갇혀진 제조 공구의 내부 면을 검사 및 세정하도록 하는 기술이 요구된다.

본 발명은 테스트 표면 또는 검사될 표면 상에서 제거될 수 있는 입자를 감지하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 제거될 수 있는 입자는, 테스트 표면에 점착성 표면의 일부분을 접착하는 것에 의해서 캐리어 상에 점착 표면의 일부분에 전달되고, 그 다음에 상기 테스트 표면으로부터 점착성 표면의 일부분을 테스트 표면으로부터 분리한다. 테스트 표면에서 분리된 캐리어(테스트 표면으로부터 이동된 제거 가능한 입자가 부착되어 있음)는 위치 결정 수단에 의하여 수납되며, 제어기에 의하여 인도되는 표면 검사 수단의 시계를 통과한다. 이 표면 검사 수단으로부터 발생한 신호는 제어기로부터의 좌표와 결합되어 입자 좌표를 생성하는데, 이 입자 좌표는 최초로 테스트 표면 상에 존재하는 입자를 나타낸다. 점착성 표면이 테스트 표면에 부착된 다음 테스트 표면으로부터 제거되기 전에 측정된 점착성 표면상의 입자 좌표는 점착성 표면이 테스트 표면에 부착된 다음 테스트 표면으로부터 분리된 이후에 측정된 입자 좌표와 비교될 수 있다. 몇 개의 테스트 표면은, 동일한 캐리어를 이용하여 각각의 측정 이후에 입자 좌표를 저장하고 가장 최근의 측정치를 이전의 누적 측정치와 비교함에 의해서 연속적으로 검사될 수 있다. 캐리어 및 관련 입자 좌표는 후속 분석에 대하여 다른 분석 기구로 이송될 수 있다.

도 1은 장치의 가장 바람직한 실시예의 사시도이다.

도 2a는 비평면 테스트 표면에 점착성 표면 캐리어를 적용하는 핸들 수단의 사시도이다.

도 2b는 점착성 표면 캐리어에 장착된 핸들 수단의 사시도이다.

도 3은 점착성 롤러를 사용하여 모니터 실리콘 웨이퍼로부터 폴리스티렌 라텍스 구체를 제거하는 것을 도시하는 막대 그래프이다.

도 4a는 점착성 표면 캐리어의 평면도 및 단면도이다.

도 4b는 핸들 수단의 평면도 및 단면도이다.

도 5는 계산 수단 사이의 데이터 이송 경로를 도시하는 데이터 흐름도이다.

도 6은 몇 개의 캐리어 및 착탈식 테이터 저장 요소를 운반하기 위한 박스의 사시도이다.

도 7은 점착성 표면에 인접한 각종의 정렬마크의 형태를 도시한다.

도 8은 정렬마크의 패턴과 저점착성 스트립을 구비하는 점착성 표면 캐리어의 사시도이다.

도 9는 보호 커버를 구비하는 점착성 표면 캐리어의 사시도이다.

도 10은 바람직한 실시예의 조명 및 포커스 광학기기의 사시도이다.

도 11a 및 도 11b는 도 10의 조명 및 포커스 광학기기의 단면도이다.

도 12는 회전 운동 검출부 및 RF 통신부를 갖는 핸들 수단의 절결 사시도이다.

도 13은 플라잉 스폿 스캐너를 사용하는 실시예의 사시도이다.

도 14a는 홈 검사용 중간 점착성 표면을 사용하는 실시예의 평면도이다.

도 14b는 도 14a의 단면도이다.

도 14c는 도 14a의 단면도이다.

도 14d는 홈 검사용 중간 점착성 표면을 사용하는 실시예의 사시도이다.

도 15는 현장(in-situ) 세정 및 검사용 가요성 점착성 시트를 사용하는 실시예의 사시도이다.

도 16은 현장 세정 및 검사용 가요성 점착성 시트를 사용하는 실시예의 사시도이다.

도 17은 점착성 표면의 좌표 시스템에서의 화소(pixel)를 도시하는 도면이다.

도 18은 점착성 표면에 인접하여 이미지 처리될 때 두 개의 검출 어레이와 관련된 복셀(voxel)을 도시한다.

발명을 실시하기 위한 양태

입자 오염은 입자와 원래 표면 사이에 계면이 존재한다는 점에서 표면의 다른 특징과 구별될 수 있다. 이 계면에서의 입자의 부착(cohesion)이 표면 재료의 점착(adhesion)에 필적할 수 있는 경우, 이 입자는 몇몇 공정 또는 장치에서 입자 오염화되어 이후에 용이하게 제거될 수 없도록 단단히 부착된다. 입자의 부착력이 제거될 수 있을 정도로 충분히 약한 경우, 그런 입자는 오염 제어를 위한 목적에 있어서 보다 중요해진다.

특이성 및 간결성을 위하여, 이하 검사된 표면에 제거 가능하게 부탁하도록 가공된 표면을 "점착성(tacky)" 표면이라 기술하기로 한다. 점착성 재료란 점착성 표면 및 그에 인접하는 용적부를 형성하는 벌크 조성물이다. 접착 강도는 점착성 표면과 검사될 표면의 표면 에너지, 그 표면 상에 흡착된 액체층, 그 표면 상에 흡착된 분자 오염물, 그 표면 간의 접촉 시간 및 압력, 주위 온도, 양 표면의 순응성 또는 유연성(compliance), 양 표면의 거칠기에 기인한 기계적 맞물림, 상호 확산, 그리고 화학적 반응을 포함하는 여러 가지 인자에 의존한다. 일반적으로, 점착성 표면과 입자간에 부착력이 높을수록 표면 상 입자 오염물 집단에 더 많은 부분을 제거할 수 있다. 테스트 표면에 대하여 너무 강한 부착 결합을 갖는 점착성 표면은 실패한 메카니즘을 일으킬 수 있다. 이러한 실패한 메카니즘 중 하나는 점착성 재료의 부착 실패인데, 이것은 테스트 표면 상에서 점착성 재료의 퇴적부에까지 이를 수 있다. 또 다른 실패 메카니즘은 테스트 표면에의 점착성 표면의 영구적 부착이 형성되는 것이다. 이 점착성 표면은 테스트 표면으로부터 제거될 수 있는 입자를 채취하는 도구로서 작용한다.

실리콘 모니터 웨이퍼 상에서 발견되는 천연 산화물과 같이 높은 표면 에너지를 갖는 표면을 테스트하기 위한 점착성 표면은 비교적 낮은 부착력을 가질 필요가 있으므로, 그 결과 테스트 표면과 점착성 표면간의 접착은 점착성 재료내의 응집력을 초과하지 않는다. 미국 오레곤에 소재하는 울트라테이프 인더스트리즈사(UltraTape Industries) 제품인 클린룸 리무버블 테이프 모델 1310 상에서 볼 수 있는 점착성 표면은 모니터 실리콘 웨이퍼 상에서 사용되는 경우 잔류물 없는 양호한 입자 제거력을 보여 준다. 미국 미네소타에 소재하는 3M 컴파니 제품인 모델 4658F 테이프 상에서 볼 수 있는 것과 같은 보다 높은 점착성은, 폴리카보네이트와 같은 보다 낮은 표면 에너지를 가지는 테스트 표면에 적합하다. 미국 특허 제5,902,678호는 양호한 입자 제거성을 보여주는 가요성 지지부(backing) 상의 감압 접착제를 개시하고 있다. 미국 특허 제5,187,007호는 웨이퍼 다이싱(dicing)에 사용되는 감압 접착제를 개시하고 있다. 이 필름의 특성은 하기의 실시예에 있어서의 점착성 표면으로서 유용하게 사용할 수 있게 한다. 젤팩사(Gel-Pak Corporation)에 의하여 시판되는 점착성 필름은 테스트 표면에 예측가능하게 접착하고 표면으로부터 깨끗하게 떨어진다. 이러한 점착성 재료에 대한 가장 바람직한 실시예는 미국 특허 제3,821,136호에 기술된 유형의 친수성 폴리우레탄이다. 이 점착성 재료에 대한 바람직한 첨가제는 정전기를 분산시킬 수 있도록 점착성 재료의 전도성과 이온 전도를 향상시키기 위한 첨가제를 포함하고, 이 점착성 표면에 대한 유용한 최대 저항은 평방 센티미터 당 10¹² 오옴이며, 이 점착성 표면에 대한 양호한 첨가제는 카본블랙과 같은 염료 또는 안료이다. 광 흡수제는 점착성 표면을 통해 투과된 입사 조명으로부터의 배경 표면 및 표면 아래의 광 산란을 감소시킨다. 점착성 재료에 대한 가능한 조성물의 스펙트럼이 존재하며, 특정 테스트 표면이 특수한 점착성 표면을 필요로 할 수도 있음을 당업자들은 이해할 것이다.

작은 입자를 점착성 표면 상에서 검출하는 것이 모니터 실리콘 웨이퍼와 같이 통상의 입자 검사용으로 사용되는 표면상에 작은 입자가 있을 때보다 더 곤란한 이유는 여러 가지가 있다. 점착성 재료는 광학적으로 다소 반투명한 것이 일반적이다. 그 결과, 빛은 강력하게 흡수 또는 반사되지 못하므로, 표면 아래의 특징, 오염물로부터의 산란, 굴절률의 변동일 일어난 뒤에 점착성 표면으로부터 출현할 수 있다. 이러한 표면은 국부적으로 매끄럽지 않은 것이 일반적이므로, 표면 산란을 감소시키기 위하여 그레이징(grazing) 조명 또는 로이드 거울(Lloyd's mirror)을 이용한 빛의 수집이 필요하다. 심지어 암시야 조명에 의해서도 입자의 빛 산란 특성을 모방하는 표면 결함이 발생할 수 있다. 큰 분자량의 벌크 성분은 여과하기 곤란하므로, 그 결과 표면에 대한 초점 위치에서의 작은 변화 및 조명 강도에 의존하여 검출 가능성의 유무를 점멸할 수 있는 점착성 표면 하방의 입자와 오염물이 존재할 수 있다. 벌크 재료에 있어서의 굴절률 변화는 비교적 높은 수준의 배경 빛의 산란을 발생시킬 수 있다.

점착성 표면은 테스트 표면에 부착되는 시점에 입자가 없는 것으로 나타나지 않는 것이 일반적이다. 이러한 입자 신호의 대다수는 전술한 바와 같이 실제 입자, 굴절률 변화 또는 표면 결함에 기인한다. 이러한 입자 산란의 일부는 처리 및 저장 중의 환경 오염으로부터 점착성 표면을 격리시키기 위하여 점착성 표면에 부여되는 보호층으로부터 전달될 수 있다. 또한, 이러한 입자 신호의 일부는 점착성 표면을 테스트 표면에 적용하기 위한 준비중의 취급 시에 발생하기도 한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도시하는 도면으로서, 점착성 표면(130) 캐리어가 표면 검사 수단(100)의 시계 내에서 위치 결정 수단(131)에 장착되어 있다. 캐리어는 테스트 표면에 부착되고 그로부터 제거되기 전에, 제1 테스트 표면에 부착되고 그로부터 제거된 이후에, 또는 다수의 테스트 표면에 순차적으로 부착되고 그로부터 제거된 이후에 검사될 수 있다.

본 실시예의 표면 검사 수단(100)은 자동 암시야 광학 현미경이다. 할로겐 램프(102)로부터 발생한 빛이 배플(baffle; 104)에 의하여 공간적으로 여과되고, 적외선 함량을 감소시키기 위하여 콜드 미러(105)에 의하여 여과되며, 무한 공액 대물렌즈(108)의 암시야 조명 미러를 향하여 링 미러(106)에 의해 반사된다. 대물렌즈(108)는 프레임(140) 위에 장착된다. 조명은 거의 접지각으로 점착성 시트(130) 캐리어 상에 입사된다. 점착성 표면으로부터 산란된 빛은 암시야 대물렌즈(108)에 의하여 이미지화되어, 링 미러(106)의 투명한 중심 개구를 통과하여, 분광기(112)에 의하여 두 개의 이미지 경로(116, 122)로 분할된다. 경로(116) 상의 빛은 포커싱 레이저(126)로부터 빛을 제거하는 필터(115)를 통과하고, 튜브 렌즈(114)에 의하여 선형 CCD 검출기 어레이(118) 상에 이미지화된다. 경로(122) 상의 빛은 튜브 렌즈(120)를 통과하여 핫 미러(121)에 의하여 제2 선형 CCD 검출기 어레이(124) 상에 반사된다. 검출기(118, 124)는 신호(181, 182)에 대한 분석 전자장비(180)로부터의 X 좌표 타이밍 정보에 의하여 구동되며, 검출기는 분석 전자장비(180)에 그레이징 조명 산란 강도 정보를 전송한다. 제1 튜브 렌즈(114) 및 검출기 어레이(118)는 점착성 표면의 초점 심도(depth of focus)의 3배 깊이에 속하는 점착성 시트상의 평면에 이미지화된다. 제2 튜브 렌즈(120) 및 검출기 어레이(124)를 사용하면, 점착성 표면으로부터 적어도 1배 초점 심도만큼 멀고, 점착성 표면을 지지하는 벌크재 안으로 제1 렌즈 및 검출기 어레이보다 깊은 지점에서 이미지화되어야 한다. 제2 튜브 렌즈와 검출기 어레이를 사용하지 않으면, 분광기(112)를 제거하여야 한다. 이러한 단일 CCD 구성은 벌크 오염과 산란이 매우 낮은 점착성 표면에 대한 바람직한 실시예이다. 점착성 시트(130) 캐리어가 핸들 수단(132)에 부착된다. 이러한 조합은 아래에서 보다 구체적으로 설명될 것이다.

작은 입자는 단파장을 보다 강하게 산란시키므로, 보다 짧은 파장 에너지를 갖는 광원이 바람직하다. 조명에 대한 또 다른 바람직한 실시예는 아크 램프, 발광 다이오드(LED) 및 레이저를 포함한다. 응집되지 않은 조명은 응집된 조명보다 검출된 이미지에서 적은 노이즈를 발생시키는 것이 일반적이다. 입자가 검출될 수 있는 깊이를 제한하기 위하여 0.5 내지 0.95의 개구수를 갖는 대물렌즈가 바람직하다. 입자가 액침 유체의 굴절율과 거의 상응하는 굴절율을 가질 수도 있기 때문에, 액침 광학계는 바람직하지 않다. 점착성 표면을 지지하는 벌크 재료가 국부적인 광산란이 거의 없고, 벌크재의 두께가 적어도 초점 심도의 8배 깊이이면, 제2 검출기 어레이를 생략할 수도 있다. 검출기에 대한 또 다른 바람직한 실시예는 CMOS 선형 어레이, CCD 및 CMOS 2차원 어레이, TDI 어레이 및 위치 감지 광전자 증배관을 포함한다.

핸들 수단(132)은 위치 결정 수단(131)에 의하여 수납되는데, 이것은 표면 검사 수단(100)의 시계를 통해 점착성 시트(130) 캐리어를 통과시킨다. 이제 위치 결정 수단(131)을 총괄적으로 설명하기로 한다. 점착성 시트(130) 캐리어는 핸들 수단(132) 상에 장착되며, 이것은 기어 감속기(134)에 부착된 스핀들(133), 서보 모터(136) 및 인코더(138)와 결합한다. 상기 구성은 제어기(170)의 통제 하에서 점착성 표면(130) 캐리어를 회전시킨다. 이것은 대물렌즈에 대한 캐리어의 θ 운동이다. 기어 감속기(134)는 선회 판(135)에 부착된 앵글 브라켓(136)에 장착된다. 핸들 수단(132)의 그립부는 앵글 브라켓에 부착된 스프링 클립(137)에 의하여 유지된다. 승강기 판(142)에 고정된 라이저 블록(riser block; 143)에는 선회판(135)이 굴곡 힌지(144)에 의하여 연결된다. 승강기 판(142)은 리니어 베어링(145)에 의하여 프레임(140)에 일차원적으로 평행하게 이동하도록 구속된다. 대물렌즈(108)와 점착성 표면 간의 간격을 변경시키는 Z 운동(수직 방향 운동)은 승강기 판(142) 상에 장착된 보이스 코일 자석(156), 선회 판(135) 상에 장착된 보이스 코일(157) 및 제어기(170) 내부의 구동 회로에 의하여 구동된다. 선회판(135)의 기계적 위치 결정은, 선회판(135)에 부착된, 그 대응하는 코어와 짝으로 연결된 승강기 판(142)에 부착된 LVDT 센서(158)에 의하여 모니터링된다. 승강기 판(142)에 부착된 브라켓(152) 상의 모터가 선회판(135)에 부착된 리드스크류(154)를 회전시킨다. 모터(150)를 구동시켜서 제어기(170)는 승강기 판(142)의 X 위치(횡방향 위치) 결정를 제어한다.

또한, θ 운동(각운동)을 발생시키기 위한 부가적인 바람직한 실시예는 에어 베어링, 마이크로스텝퍼, 브러쉬리스 모터 및 DC 모터를 구비한다. ord 운동(종 방향 운동) 및 Z 운동(수직 방향 운동)을 위한 부가적인 바람직한 실시예는 플렉셔(flexure), 에어 베어링, 리니어 베어링, 스퀴즈 베어링, 인치워엄, 압전 변환기, 리니어 보이스 코일 및 리드스크류를 구비한다. θ(회전각), X(횡), Y(종) 및 Z_lab(수직) 운동을 모니터링하기 위한 부가적인 바람직한 실시예는 용량성 센서, 증분식 광학 센서, 에어 게이지, 맴돌이 전류 센서, 인덕턴스 센서 및 광학 변위 센서를 구비한다.

제어기(170)는 전자 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 결합체로서, 위치 결정 수단의 각종 자유도의 운동을 조화시켜서, 센서 위치 정보를 수신 및 처리하고, 점착성 표면의 스캐닝을 제어하는 외부 명령어에 응답한다. 이 제어기(170)는 범용 마이크로프로세서와 통신하는 하나 이상의 실시간 마이크로프로세서인 것이 바람직하다. 변형예로서, 이 제어기(170)는 범용 마이크로프로세서의 처리 능력에 의해 구획된 시간 부분일 수 있다. 제어기(170)의 외부 통신은 다음 중 적어도 하나를 통해 이루어진다: 키보드, 디스플레이, 터치 패널, 적외선 링크, RF 링크, 전용 직렬 인터페이스, 전용 병렬 인터페이스, 근거리 통신망 및 광역 통신망.

분석 전자기기는 아날로그 사전 처리, ASIC, FPGA, CPLD, FIFO, RAM, 하나 이상의 범용 프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서, 자기 디스크, 착탈식 스토리지 및 통신 기능의 조합체가 바람직하다.

제어기(170)는 전자 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 조합체로서, 위치 결정 수단의 각종 자유도의 운동을 조화시켜서, 센서 위치 정보를 수신 및 처리하고, 점착성 표면의 스캐닝을 제어하는 외부 명령어에 응답한다.

정밀하지 않은 광학 초점 탐지기는 입사 및 반사 조명의 일부를 포획하기 위하여 배치된 광다이오드(190)를 구비한다. 정밀한 광학 초점 탐지기는 레이저(126), 분광기(127), 조정 가능한 마운트(128), 단축 위치 감지 탐지기(129) 및 케이블(176)을 통한 제어기(170) 내부의 관련 신호 컨디셔닝 전자기기에의 접속부를 포함한다. 초점 시스템은 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

표면 검사 수단(100)에 대한 보다 덜 바람직한 실시예는 주사전자현미경(SEM), 원자력 현미경 및 음향 현미경과 같은 비광학 측정 기술을 포함한다. 몇몇 용례에서는, 점착성 표면까지 전달된 입자 상에 포화 대기로부터의 증기를 우선적으로 응축함으로써 감도가 향상될 수 있다.

도 2 및 도 3은 점착성 시트(130) 캐리어 및 핸들 수단(132)을 보다 구체적으로 설명한다. 가장 바람직한 실시예에서, 점착성 시트의 표면은 원통형이 일반적이다. 이것은 도 2a에 도시된 바와 같이 비평탄 테스트 표면(202)을 검사할 수 있게 한다. 도 2b는 슬래브(206) 상에 놓여 아이들 상태에 있는 점착성 시트(130) 캐리어가 부착된 핸들 수단(132)을 도시한다. 핸들 수단(132)에 있는 핀(208)이 안정성을 제공한다. 칼라(210)는 점착성 시트(130) 캐리어가 핸들 수단(132)에 대하여 자유 회전하도록 해주는 베어링에 그립부를 결합시키는데, 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다. 변형예로서, 로봇 또는 자동화 장치가 핸들 수단을 조작하여 점착성 표면을 테스트 표면에 적용시킬 수 있다.

도 3은 테스트 표면을 의도적으로 오염시킨 다음 핸들 수단(132)과 점착성 시트(130)를 사용하여 그 오염물을 제거함으로써 획득한 데이터를 도시한다. 우선, 천연 산화물을 갖는 모니터 실리콘 웨이퍼는, 표준 구조의 암시야 산란 입자 검사 공구를 이용하여 검사되어 제어 데이터(이는 도 3에서는 막대그래프의 3 열의 중간열에 해당함)를 발생시킨다. 입경은 화소로부터의 광 산란 강도로부터 추측되며, 그 각각은 웨이퍼 표면 상의 약 0.01 평방 밀리미터에 대응한다. 0.3 미크론(㎛)보다 작은 제어 입자 밀도의 점진적 증가는 단일 입자 이외의 광원으로부터의 빛 산란에 기인할 가능성이 높다. 0.3 마이크론 직경 및 2.0 마이크론 직경을 갖는 폴리스티렌 라텍스 구체로 이루어진 현탁액을 웨이퍼 상에 분무하여 0.3/2μm PSL(폴리스티렌 라텍스, Polystyrene Latex) 막대그래프 데이터를 발생시킨다. 친수성 폴리우레탄 점착성 표면을 갖는 롤러를 웨이퍼의 표면 위로 한번 굴려 '롤링 후' 데이터를 발생시킨다. 테스트 표면의 높은 표면 에너지가 롤러를 입자에 들러붙게 하지만, 롤러는 제어 표면 상에 존재하는 오염물 일부를 제거할 뿐만 아니라 두 가지 크기를 갖는 도포된 입자의 90% 이상을 제거할 수 있다.

점착성 시트(130) 캐리어의 세부 사항이 도 4a에서 좌측도 및 관련 단면도 A로 도시되어 있다. 캐리어의 강체 코어(406)는 단부가 폐쇄된 중공 플라스틱 실린더이다. 아크릴 폼 테이프(404)를 매우 강하게 접착시키는 Dupont 4949 블랙과 같은 정합층(conformal layer)(404)을 강체 코어(406)에 원주방향으로 적용시켜, 광학적 흡수용 지지부, 점착성 재료용 접착력 증진제 및 표면 정합성을 제공한다. 점착성 표면 하방의 정합 지지층은 테스트 표면을 갖는 점착성 표면의 습윤성을 개선시킨다. 또한 정합층은 복잡한 곡률을 가지는 표면이 구르는 것을 가능케 하는데, 즉 일반적으로 점착성 표면을 두 개의 곡률 반경을 갖는 테스트 표면과 긴밀히 접촉시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 이것은 파이프의 내부가 핸들 수단(132)의 축 방향 운동에 의하여 검사될 수 있도록 한다. 친수성 폴리우레탄 점착성 재료를 함유하는 용해력이 있는 용액은 침지 코팅 또는 롤 코팅되어 강체 코어(406) 및 정합층(404)의 결합체를 피복한다. 이러한 용액은 건조되어 점착성 표면(401)을 갖는 점착재 필름(402)을 형성한다.

핸들 수단(132)의 세부 사항이 도 4b에서 좌측도 및 관련 단면도 B로 도시되어 있다. 보빈(416)은 밀봉 베어링(418)과 C형 링(420)에 의하여 칼라(210)에 연결되어 있다. 그립부(408)는 핀(208)을 관통하는 나사를 사용하여 칼라(210)에 부착된다. 위치 결정 수단(131)의 스핀들(133)은 보빈(416) 내부의 폐쇄 공차 구멍(422)과 결합한다. 탄성중합체 O형 링(414)이 견인력을 제공하여, 그 결과 보빈(416)은, 스핀들(133)상에 수동으로 용이하게 삽입되고 제거될 수 있지만, 위치 결정 수단(131)이 스핀들에 토오크를 인가하는 경우, 보빈은 스핀들 상에서 미끄러지지 않게 된다.

플라스틱 코어(406)는 보빈(416) 상방을 미끄럼 이동한다. 플라스틱 코어의 개구는 보빈(424) 상방의 립(lip)부와 정합하며, 포획된 O형 링(410)은 보빈(416) 내부의 8개의 안착 금속 볼(410)을 가압하여 플라스틱 코어(406)의 내부면상에서 중심 방향의 힘을 외측으로 인가하도록 한다. 상기 핸들 수단은 가능한 거의 0에 가까운 오염을 발생시켜야 한다. 플라스틱 코어(306)의 폐쇄 단부는 수용 및 롤링 공정에 의하여 발생될 수 있는 입자를 함유하는데 도움을 준다. 점착성 시트 캐리어는 비교적 저렴한 소비재이므로, 핸들 수단은 내경과 타원율에서 상당한 공차를 갖는 강체 캐리어 코어(406)와 정확하게 결합하여야 한다. 다음으로 점착성 시트(130) 캐리어의 또 다른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 플라스틱 코어(406)의 대략 원통형인 내부면은 핸들 수단에 결합하기 위한 캐리어에 대한 가장 바람직한 축 방향 특징이다. 또 다른 바람직한 실시예로서는 테이퍼형 구멍, 육각형 구멍, 정방형 구멍, 나사형 구멍, 엑슬, 테이퍼 핀, 육각형 로드, 정방향 로드 및 나사형 로드를 포함한다. 원통형의 보빈(416) 내부면이 핸들 수단이 위치 결정 수단(131)에 계합하기 위한 가장 바람직한 방법이다. 위치 결정 수단과 핸들 수단을 기계적으로 결합하기 위한 또 다른 바람직한 실시예는 테이퍼형 핀과 구멍, 베이어닛 마운트, 나사 및 너트, 키홈(keyway)를 갖는 샤프트, 그리고 멈춤쇠(detent)를 갖는 샤프트를 포함한다.

도 5는 가장 바람직한 실시예의 데이터 플로우를 도시한다. 제어기(170)에 의하여 지향된 위치 결정 수단(131)에 의하여, 점착성 시트(130) 캐리어가 표면 검사 수단(100)의 시계를 통해 스캐닝된다. 두 개의 CCD 어레이(118, 124)는 광 산란도(I) 및 위치 정보(X)를 포함하는 신호(181, 182)를 발생시켜서 이 신호가 분석 전자장비(180)에 도달한다. 이와 동시에, 점착성 시트 캐리어의 현재 위치에 관한 추가적인 정보[θ(회전각), ord(종방향 좌표), Z_opt, Z_lab)가 제어기(170)로부터 통신 수단(171)을 통해 분석 전자장비(180)로 전달된다. 광 산란도 및 좌표 정보는 제1 계산 수단(508)에서 결합되어 점착성 표면(130) 캐리어의 좌표에서 입자 좌표[I(광산란도), abs(횡방향 좌표), ord(종방향 좌표), Z(수직 방향 좌표)]을 생성한다. 이하, 제1 계산 수단의 세부 사항을 설명하기로 한다. 제1 계산 수단의 출력은 점착성 시트(130) 캐리어가 검사되는 상이한 경우에 대하여 도 5에서 여러 가지 방식으로 표식되어 있다. 테스트 표면에 점착성 시트를 부착하거나 그로부터 제거하기 전에 스캐닝에 의하여 발생된 입자 데이터가 비노출 입자(510)이다. 테스트 표면에 점착성 시트를 부착였다가 테스트 표면으로부터 제거한 이후의 스캐닝에 의하여 발생된 입자 데이터가 제1 노출 입자 좌표(511)이다. 후속 테스트 표면에 점착성 시트를 부착하였다가 테스트 표면으로부터 제거한 이후의 입자 데이터는 각각 (512, 513, 514)이다. 이러한 후속 테스트 표면은 최초 테스트 표면에 대한 측정을 반복할 수도 있지만, 대체적인 테스트 표면을 측정하는 것이 보다 적당하다. 원칙적으로, 점착성 표면에 부착된 단일 캐리어에 의해 임의 개수의 청정한 테스트 표면이 검사될 수도 있지만 실제로는, 반복 사용 횟수는 점착성 표면에 대한 오염물의 축적에 의하여 주로 제한된다. 가장 단순한 바람직한 실시예에서는, 사전 스캔(510)이 존재하지 않는다. 즉, 입자 좌표(511)는, 테스트 표면에 적용되고 그로부터 제거된 점착성 표면을 스캐닝하는 동안에 생성되어 테스트 표면으로부터 전달된 입자를 나타내는 것으로 가정된다. 이것은 테스트 표면으로부터 전달될 수 있는 입자 개수에 대한 상한치를 나타낸다. 가장 바람직한 실시예에서는, 사전 스캔(510) 데이터가 제1 메모리 수단(520)에 저장된다. 제2 계산 수단(530)은 테스트 표면(570)으로부터 전달된 입자를, 저장된 이전 스캔(550)에서 대응하는 입자 좌표를 갖고 있지 않는 입자 좌표(511)로 식별한다. 점착성 표면을 재사용하기 위하여, 제2 메모리 수단(521)은 스캐닝 데이터(511)를 저장하고, 제3 계산 수단(541)은 제1 및 제2 메모리 수단으로부터의 입자 데이터(550, 551)를 결합하여 데이터 (561)을 형성하고, 제2 계산 수단(531)의 사례는 제2 테스트 표면(571)으로부터 전달된 입자를, 데이터 (561) 내부에 대응하는 입자 좌표를 갖고 있지 않는 입자 좌표(512)로 식별한다. 두 개의 부가적인 테스트 표면은 제3 메모리 수단(522) 및 제4 메모리 수단(523), 제3 계산 수단(542, 543)의 사례, 그리고 제2 계산 수단(532, 533)의 사례를 사용하여 측정될 수 있으며, 출력(572, 573)을 발생시킨다. 이와 유사한 방식으로 부가적인 반복이 계산된다. 입자 데이터는 기록가능 CD ROM 또는 DVD와 같은 착탈형 저장 매체(506)에 저장되어, 이후에 개별 분석 기구에 전달될 수 있다.

가장 바람직한 실시예에서, 핸들의 캐리어 이동 측정 수단은, 테스트 표면 위에 캐리어가 구를 때 회전 트랙을 계속 따라간다. 이하, 캐리어 이동 측정 수단을 설명하기로 한다. 캐리어 이동 측정 수단으로부터 발생된 데이터는 제4 계산 수단(580)으로 전달되어, 테스트 표면(570)으로부터 전달된 입자를 테스트 표면(590)으로부터 제거될 수 있는 입자의 밀도로 해석한다. 제4 계산 수단은 테스트 표면으로부터 검출된 입자 수를 점착성 표면의 영역과 캐리어 이동 측정 수단에 의해 검출된 회전 수로 나눈다. 이와 유사한 방식으로, 제거될 수 있는 입자(591, 592, 593)의 밀도는 후속 테스트 표면(571, 572, 573)의 스캐닝 및 제4 계산 수단(581, 582, 583)의 대응하는 사례로부터 계산된다.

가장 바람직한 실시예에서, 제1 계산 수단은 컨벌루션 필터를 사용하여 바로 인접한 주변과 비교하여 화소의 콘트라스트를 향상시킨다. 고정 패턴 노이즈가 수정되어 검출기 어레이의 변화를 얻을 수 있다. 작은 화소 크기에 의해, 표면 거칠기에 의해 비교되는 입자의 콘트라스트 및 벌크의 표면 하부 산란이 향상되기 때문에, 고속 검출기 어레이 및 파이프라인 분석 하드웨어가 바람직하다. 계산 수단의 출력은 디스플레이, 프린트 출력 또는 발음기(enunciator)에 의하여 조작자에 전달될 수 있다. 계산 수단의 출력물은 당업자에 공지된 각종 인터페이스를 통해 WAN 또는 LAN에 전달될 수 있다.

도 6은 점착성 표면(130) 캐리어가 표면 검사 수단(100) 및 핸들 수단(132)과 함께 사용하기 위하여 어떻게 팩키지 처리되는지를 도시한다. 몇 개의 캐리어(130)가, 저부(608)와 힌지 결합된 상부(604)에 의해 형성된 박스의 내부에 수용되는 성형 시트(606)에 형성된 개별 격실에 저장된다. 캐리어는 개별 격실 내부에 배치되어 있는 동안 핸들 수단(132)이 캐리어를 결합 및 제거할 수 있도록 비스듬히 배치되어 있다. 캐리어는 사용된 이후에 격실 내부에서 교환될 수 있으므로, 그 격실은 캐리어용 기록 저장 위치가 된다. 기록 가능 CD(610)는 성형 시트 내부에 형성된 포스트 상에 배치된다. CD는 박스 내부에서 캐리어용 착탈식 저장 매체로 기능한다.

도 7은 점착성 표면에 인접한 정렬마크에 대한 6개의 배치를 도시한다. 가장 바람직한 실시예에서, 정렬마크는 입자의 빛 산란 특성 중 일부를 모방한다. 이 배치에서, 정렬마크 좌표 검출 수단은, 정렬 마크의 특징(예를 들어, 배향, 위치, 신호 강도, 인접한 특징부)에 근거한 정렬마크를 구별하여 디코딩하기 위한 하드웨어 또는 소프트웨어가 부가된 표면 검사 수단이다. 금속 또는 라텍스 구체(704)와 같은 입자는 점착성 표면의 상부에 증착되거나, 점착성 벌크 재료(402)안으로 어느 정도 가압될 수 있다. 카본 블랙을 전자 사진식으로 증착하거나, 잉크 분출 또는 실크스크린 처리에 의해 정렬마크(706)를 형성할 수 있다. 흔히 점착성 벌크재(402)는 지지 기재(714) 상에서 변조되거나, 침지되거나 스프레이 코팅된다. 이 경우에, 정렬마크는 점착성 재료의 도포 이전에 기재(714)의 매립면 상에 예비 증착될 수 있다. 정렬마크는 점착성 벌크재(710) 내에서 또는 점착성 재료의 이면 상에서 자연 발생의 산란 특징을 얻을 수 있다. 점착성 재료의 표면은 바늘 등으로 그어진 선 또는 표지(720)에 의해 왜곡될 수 있다. 가장 바람직한 실시예는 엑시머 또는 이산화탄소 레이저와 같은 국부 에너지원을 이용하여 점착성 표면에서 작은 포켓(722)을 깨끗하게 제거하는 것이다. UV 광원은 표면(724) 내부에 매립된 국부적인 체적 부분의 교차 결합(cross linking)을 변경시켜서, 빛을 산란시킬 수 있는 굴절율의 변화를 일으킬 수 있다. 보다 덜 바람직한 실시예에서, 자화 패턴, 스프로켓 구멍 및 배향 격자와 같은 부가적인 검출 수단을 필요로 하는 정렬마크가 이용될 수 있다.

점착성 표면의 반복 검사를 필요로 하는 실시예의 경우에, 정렬마크는 좌표를 병진(竝進)시켜서 핸들 수단이 임의의 방향으로 재설치될 수 있도록 하기 위하여 사용될 수 있다. 정렬마크의 형상 및 패턴은 공지되어 있기 때문에, 정렬마크의 위치를 각각의 데이터 스캐닝을 적절히 해석하기 위한 제1 계산 수단(508)에 대한 입력부로서 사용될 수 있다. 도 8은 정렬마크(800)를 갖는 점착성 표면 캐리어에 대한 양호한 구성을 도시한다. 가장 바람직한 실시예는 바코드와 유사한 패턴을 가진 일련의 정렬마크(804)를 사용한다. 코드에서 몇몇 표식의 위치는 표면의 배향을 나타낸다. 또한, 일련번호, 만기일 및 점착성 재료의 성분과 같은 다른 유형의 정보가 코드에 포함될 수 있다. 표식은 일차원 또는 이차원 어레이일 수 있다. 표식은 폭, 높이, 깊이 및 간격에서 변화가 있을 수 있다.

도 8의 점착성 표면 캐리어는 부가적인 특징을 갖고 있다. 비점착성 재료(802)의 스트립은 점착성 표면의 길이에 걸쳐 가로질러 있어서, 비점착성 표면(802)만이 테스트 표면과 접촉하는, 회전 연결의 회전각이 작은 범위를 가지게 된다. 이러한 로터리 조인트의 배향의 경우에, 점착성 표면 캐리어는 테스트 표면으로부터 용이하게 들어 올려질 수 있다. 이것은 점착성 시트 상에 전단력을 제한하여, 테스트 표면으로부터 점착성 표면을 제거하는 동안 점착성 재료의 점착의 실패를 배제하는 데에 유용하다. 또한 테스트 표면으로부터 점착성 표면 캐리어를 제거하는 경우, 핸들 수단 및 테스트 표면에 인가되는 힘을 감소시키는데에도 유용하다.

도 9는 점착성 표면(130) 캐리어 둘레에 감겨진 보호 필름(902)을 도시한다. 가장 바람직한 실시예에서, 보호 필름의 외부면 또한 점착성을 갖고 있다. 이것은 캐리어를 사용한 이후에 필름을 보존 및 교체하는데 도움을 준다. 컬러 코드 태그(904)는 보호 필름의 제거를 개시하는 데에 도움을 준다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 이 필름은 캐리어 상에 침지 코팅 또는 롤러 코팅되어 제거될 수 있는 정합 코팅으로 건조된다.

도 10 및 도 11은 바람직한 실시예의 포커싱 시스템을 보다 상세히 도시한다. 도 10은 점착성 표면(130) 캐리어, 조명, 대물렌즈 및 포커스 센서를 도시한다. 조명 및 이미지 광학계의 기능은 이미 설명되었다. 도 10에서는 단면 A-A 및 B-B가 표시되어 있다. 이들의 단면도는 도 11a 및 도 11b로 주어졌다. 650 nm 고체 레이저와 같은 레이저 소스(126)로부터의 입자 포커스 빔(1102)은, 튜브 렌즈(120)에의 분광기(127), 링 미러(106)의 중앙 유효 개구 및 대물렌즈(108)의 출사 구멍으로 부분적 반사된다. 입사 포커스 빔(1102)은 축선을 벗어나서 대물렌즈(108)로 진입하여, 입사 포커스 빔은 0이 아닌 입사각으로 점착성 표면(401)을 조사한다. 반사된 포커스 빔(1104)은, 대물렌즈(108)로부터 출사하여, 링 미러(106)의 유효 개구를 통과하고, 분광기(127)를 통해 튜브 렌즈(120)에 의하여 위치 검출 다이오드(129) 상에 이미지화된다. 시계 상의 점착성 표면과 대물렌즈간의 거리 Z_opt를 변경시키면 반사된 포커스 빔(1104)이 위치 검출 다이오드(129)를 조사하는 위치가 이동된다. 이것은, 제어기(170)에 의해 대물렌즈의 초점면에 대한 점착성 표면(401)의 현재 위치로 해석되는, 위치 검출 다이오드로부터 발생된 두 개의 출력 신호의 비를 변경시킨다. 반사된 포커스 빔(1104)이 위치 검출 다이오드를 비추지 않는 몇몇 상황이 존재한다. 반사된 포커스 빔(1104)이 위치 검출 다이오드를 비추지 않는 상황은, 누락되거나 부정확하게 장착된 점착성 시트(130) 캐리어, Z_opt방향(수직 방향)으로의 큰 외관상의 위치 이동을 일으키는 시계 내에서의 큰 입자, 그리고 봉합선 또는 정렬마크에 의해 발생한다. 이러한 상황에서, 부가적인 광학 센서(190)는 포커스 서보 루프의 신뢰할만한 성능을 위하여 유용하다. 점착성 시트의 표면이 원통형이기 때문에, 할로겐 램프(102)로부터의 입사광 대부분이 대물렌즈(108)와 점착성 시트(130) 캐리어 사이로 들어간다. 분리가 더 크게 일어날수록 보다 많은 빛이 검출기(190)를 비춘다. 검출기(190)로부터의 신호는 대략적인(coarse) 포커스 피드백 신호로서 작용한다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 포커스 신호는 광축을 통과하는 초점면에서 광학빔의 세기를 검출하는 것에 의하여 제공된다. 그 빔은 점착성 표면이 대물렌즈를 향하여 포커스를 통과하여 이동할 때 편향 및 감쇠된다.

도 12는 테스트 표면을 가로질러 롤링될 때 점착성 표면(130) 캐리어 회전을 검출하는 핸들 수단의 바람직한 실시예를 도시한다. 동일한 중심을 가지는 두 개의 중공(中空) 링(1204)은 보빈(416)의 외측을 향하는 표면까지 에칭하여, 네모꼴의 규칙적인 패드(1206) 어레이를 형성한다. 용량성 검출 회로 소자를 갖는 인쇄 회로 기판(1208)은 속이 빈 핸들(1202) 내부에서 패드(1206)에 인접하여 배치되어, 보빈의 증분 위치 및 회전 방향이 검출되도록 한다. 속이 빈 핸들(1202)의 절반은 간명성을 위하여 생략되었다. RF 안테나(1212)는 핸들이 위치 결정 수단 내부에 삽입되는 시점을 검출하여 보빈의 최근 회전 이력을 송신한다. 이러한 정보는, 측정된 입자 개수를 테스트 표면 상의 입자 대기 밀도로서 해석하기 위하여 제4 계산 수단에 의하여 사용된다. 배터리(1210)는 검출 회로, RF 발전기 및 메모리에 전력을 공급한다. 핸들 수단의 전체 기하학적 형상은 양손잡이용이 될 수 있도록 거의 경면(鏡面) 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 보다 덜 바람직한 실시예에서, 회전 검출은 홀 효과 센서, 증분 광학 인코더, 모터 발전기 및 기어 트레인 중 하나로 수행된다. 보다 덜 바람직한 실시예에서, 회전 데이터는 결합 전기 접점, 용량성 접점 및 광학 커플링 중 하나를 이용하여 핸들 수단으로부터 전달된다. 회전 데이터는 제어기(170)에 의하여 또는 상기 제어기와 통신하는 외부 프로세서에 의하여 수신될 수 있다.

테스트 표면을 향하여 점착성 표면을 가압하기 위하여 핸들 수단에 의하여 인가됨 힘은 입자 제거율에 어느 정도 영향을 미친다. 보다 균일한 결과를 얻기 위하여, 또 다른 바람직한 실시예는 핸들 수단에 순응성 또는 유연성(compliance)를 도입하여 인가된 힘을 조절한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 포스 게이지는 점착성 표면이 테스트 표면에 부착 및 그로부터 제거될 때 인가됨 힘을 측정한다. 이러한 측정치는 전술한 롤러 회전과 동일한 방식으로 제어기에 보고된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 핸들 수단은 테스트 표면에 적절한 보조 정보를 기록하기 위한 수단(예컨대, 바코드 판독기 또는 음성 디지털화 장치)을 구비한다.

실시예 2

도 13은 플라잉 스폿 레이저(Flying spot Laser)를 이용하는 스캐너 수단(100)의 실시예를 도시한다. 고체 레이저(1302)가 빔(1304)을 발생시키면, 이 빔은 미러(1306)를 진동시키는 갈보(galvo) 코일(1308)에 의하여 포커싱 미러(1310)를 가로질러 퍼진다. 미러로부터 귀환하는 빔은 점착성 표면을 가로질러 스치고 지나갈 때 초점이 맞추어진다. 이동하는 미러의 위치는 점착성 표면 상의 레이저 위치를 측정한다. 광전자 증배관(1312)은 점착성 표면의 표면 특징부로부터 산란된 빛을 수집한다.

실시예 3

도 14a 내지 도 14d는 높은 곡률의 표면을 검사하도록 구성된 또 다른 바람직한 실시예[예컨대, 전방 개방 통일 포트, FOUP(front opening unified pod; 1402)에 있어서의 홈 지지 웨이퍼]를 도시한다. 도 14d는 사시도이다. 도 14d 및 도 14c는 도 14의 평면도에 대한 단면도이다. 점착성 표면(1410)을 갖는 재료로 이루어진 가요성 관형 시트는 홈이 형성된 재료(1402)의 표면과 점착성 시트(130) 캐리어 사이에 전사 표면 또는 전사 롤러로서 작용한다. 가요성 관형 시트(1410)는 칼라(210)에 부착된 안내판(1414)에 의하여 분리된 두 개의 베어링 롤러(1412, 1413) 둘레에서 늘려진다. 핸들 수단이 테스트 표면보다 낮은 롤러(1413)를 롤링하듯이 조작되어 가요성 튜브의 점착성 표면은, 테스트 표면에 점진적으로 부착 및 그로부터 분리되어 입자를 테스트 표면으로부터 안내판을 따라 점착성 표면(130) 캐리어까지 입자를 이송시킨다. 점착성 표면(130) 캐리어는 관형 시트(1410)가 입자에 들러붙는 것보다 더욱 강하게 입자에 들러붙도록 선택되므로, 테스트 표면으로부터 관형 시트로 이송된 입자는 그 다음에 점착성 시트(130) 캐리어에 이송된다. 도 14의 도면은 200 밀리미터 웨이퍼에 대해 FOUP에 의해 찾아지는 홈에 대해서, 그리고 직경과 길이가 13 밀리미터인 점착성 시트 캐리어에 대해서 스케일된다.

실시예 4

도 15는 현장 검사 및 공정 공구에서의 세정용으로 적합한 또 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 점착성 표면(401)을 갖는 가요성 시트가 하나의 원통형 코어(1520)로부터 분배되어, 또 다른 원통형 코어(1521)에 의하여 감긴다. 두 개의 서보 모터(1522)는 가요성 시트의 장력 및 진행을 제어한다. 정합 롤러(404)가 전동 피벗(1512) 상에서 프레임(1510)에 의하여 지지된다. 지지체(1504) 상에서 검사된 테스트 표면(1502)은 제조 공정 과정의 일부로서 롤러 하방을 통과한다. 점착성 시트를 따르는 정렬마크(804) 및 저점착성부(802)의 순서는, 정합 롤러(404)에 의하여 롤링도는 테스트 표면의 순서를 가능하게 하도록 존재할 것이고, 그 후 두 개의 원통형 코어가 제거되어 표면 검사 수단에 장착되고 점착성 시트가 검사된다.

도 16은 UV 릴리스 접착 필름(실리콘 웨이퍼의 이면 연마용인 Nitto Denko에 의하여 제조된 필름 또는 미국 특허 제5,902,678호에 기재된 필름)을 사용하기에 적합한 도 15의 구성을 도시한다. 이 경우에, 도포 롤러(1610) 및 제거 롤러(1612)가 제공된다. 두 롤러(1610, 1612) 사이의 영역은 반사기(1602)를 갖는 UV 램프(1606)에 의하여 조사될 수 있다. 초기에 필름이 테스트 표면(1502)에 적용될 때, 필름은 테스트 표면 및 테스트 표면 상의 입자 모두에 강하게 접착되고 결합된다. 롤러(1604) 사이의 영역에서의 UV 노출 이후에, 필름은 테스트 표면으로부터 용이하게 제거된다. UV 조사 이외의 접착 릴리스 수단의 보다 덜 바람직한 실시예는 액체 용매, 수증기 및 온도 변화에의 노출을 포함한다.

접착 개질제는, 통상 모든 실시예에 대해 유용하게 적용될 수 있다. xptmxm 표면 또는 코로나 방전을 가지는 점착성 표면(softal 3DT LLC로부터의 접착력 향상 제품에 의하여 생성됨)을 사전 처리하게되면, 입자와 점착성 표면 간의 접착력을 증가시킨다. 테스트 표면에 접착되는 경우, 점착성 표면에 증기를 도포하면 점착성 표면과 테스트 표면 간의 릴리스를 향상시킬 수 있다.

도 17은 모든 실시예의 바람직한 계산 수단을 도시한다. 각각의 직사각형 또는 화소(1702)는 점착성 시트 상의 입자 좌표의 가능한 위치를 나타낸다. 어두운 직사각형 또는 화소(1704)는 단일 입자에 대한 입자 좌표를 나타낸다. 입자가 큰 경우, 입자가 화소 간의 경계에 근접한 경우, 입자가 초점에서 벗어난 경우, 강하게 조명된 화소가 검출기를 포화시키는 경우 또는 입자가 연속 스캐닝 사이에 중첩 영역에 있는 경우, 몇몇 화소는 단일 입자에 의하여 영향을 받을 수 있다. 상이한 입자가 존재하는 경우, 각 화소(1704)를 보고하기보다는, 인접한 화소 또는 거의 인접한 화소를 병합하는 것이 바람직하다. 이것은 제1 계산 수단에 의하여 수행될 수 있거나, 가장 바람직한 실시예에서 제2 계산 수단의 출력의 일부로서 수행될 수 있다.

도 18은 점착성 표면(401)에서 제1 검출기 어레이(118)의 이미지(1802) 및 점착성 벌크재(402) 내부에 있어서의 점착성 표면(401) 아래에 있는 제2 검출기 어레이(124)의 이미지(1804)를 도시한다. 이것은 적어도 두개의 검출기 어레이를 갖는 광학 검출을 이용하는 모든 바람직한 실시예에 적용할 수 있다. 제2 검출기 어레이의 주된 목적은 점착성 표면으로부터 깊이가 증가할수록 보다 강해지는 광 산란을 분류하는 것이다. 이러한 광 산란은 테스트 표면으로부터 전달된 입자로부터 유래한 것이 아니라고 가정되며, 무시된다고 생각된다. 점착성 표면(401)에 대하여 수직 방향인 두 개의 어레이의 이미지 분리는 적어도 검출 파장, 대물렌즈의 개구수 및 점착성 벌크 물질(402)의 반사율에 따른 초점 심도 깊이이어야 한다. 점착성 벌크재(402)와 지지층(1804) 사이에 매립된 경계면이 존재하면, 제2 검출기 어레이(1804)의 이미지는 그 경계면 상방에 존재하여야 한다. 유사한 깊이 정보를 취득하기 위한 보다 덜 바람직한 실시예는 공초점 현미경, 닙코 휠(Nipkow Wheel) 및 린니크 간섭계(Linnik Interferometry, 干涉計)를 포함한다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자는 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 가장 바람직한 실시예의 각종 특징은 또 다른 바람직한 실시예와 상호 교환될 수 있으며, 그 역도 가능하다. 상기 및 기타 변경은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자를 검출하는 장치로서,

상기 제거될 수 있는 입자는 캐리어 상에 있는 점착성 표면의 일부분을 상기 제1 테스트 표면에 접착 한 다음 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리함으로써 상기 점착성 표면의 일부분에 전달되고, 제1 노출 표면은 제1 테스트 표면으로부터 분리된 후의 점착성 표면의 일부분이며, 비노출 표면은 제1 테스트 표면에 부착되고 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리되기 전의 제1 노출 표면이고,

상기 입자 검출 장치는,

제어기와;

감지 가능한 시계에서 검출된 각각의 입자에 대한 입자 신호 좌표를 상기 제어기에 전달하는 표면 검사 수단과;

상기 캐리어를 수납하며, 상기 제어기의 위치 결정 명령에 응답하여 상기 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계를 가로질러 상기 점착성 표면의 일부분을 통과하는 위치 결정 수단과;

상기 위치 결정 수단에 대한 위치 결정 명령과 상기 제어기에 의하여 수신된 입자 신호 좌표를 결합하고, 비노출 입자 좌표를 상기 비노출 표면의 입자 신호 좌표로 지정하며, 제1 노출 입자 좌표를 상기 제1 노출 표면의 입자 신호 좌표로 지정하는 제1 계산 수단과;

상기 제1 계산 수단의 비노출 입자 좌표를 저장하는 제1 메모리 수단과;

상기 제1 계산 수단의 제1 노출 입자 좌표를 상기 제1 메모리 수단의 비노출 입자 좌표와 결합하여, 상기 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자의 개수를 측정하기 위한 제2 계산 수단을 포함하여,

대응하는 비노출 입자 좌표를 갖지 않는 제1 노출 입자 좌표로 이루어진 입자를 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자로 구성하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 1에 있어서, 추가적으로 제2 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자를 검출하는 장치로서,

상기 제2 노출 표면은 제2 테스트 표면에 부착된 다음 상기 제2 테스트 표면으로부터 제거된 이후의 제1 노출 표면이고, 상기 제2 계산 수단은 제2 노출 입자 좌표를 제2 노출 표면의 입자 신호 좌표로 지정하며,

상기 입자 검출 장치는,

상기 제1 계산 수단의 제1 노출 입자 좌표를 저장하는 제2 메모리 수단과;

상기 제2 계산 수단의 제2 노출 입자 좌표를 제1 메모리 수단의 비노출 입자 좌표 및 상기 제2 메모리 수단의 제1 노출 입자 좌표와 결합하여, 상기 제2 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자의 개수를 측정하기 위한 제3 계산 수단을 포함하여,

대응하는 상기 비노출 입자 좌표 및 상기 제1 노출 입자 좌표를 모두 갖지 않는 제2 노출 입자 좌표로 이루어진 입자를 제2 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자로 구성하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 1에 있어서, 정렬마크 좌표 검출 수단을 더 포함하고, 상기 노출 표면은 관련된 정렬 마크를 가지는 것인 입자 검출 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 계산 수단은, 정렬마크 좌표를 사용하는 상기 제어기에 의하여 수신된 입자 신호 좌표를 해석하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계 내에서 상기 점착성 표면의 일부분의 배치를 제어하는 포커스 서보 수단을 더 포함하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 위치 결정 수단에 착탈 가능하게 결합되는 동안에상기 캐리어에 착탈 가능하게 결합되는 핸들 수단을 더 포함하여,

상기 핸들 수단은, 상기 점착성 표면의 일부분을 테스트 표면에 적용할 때와 상기 위치 결정 수단 상에 상기 캐리어를 장착할 때에 상기 캐리어가 오염되지 않고 조작되도록 하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 점착성 표면의 일부분을 상기 제1 테스트 표면에 부착한 다음 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리하는 동안에 발생하는, 상기 캐리어와 상기 핸들 수단 간의 상대 이동을 검출하고 저장하는 캐리어 이동 측정 수단과;

상기 핸들 수단과 상기 제2 계산 수단 간에 데이터를 전달하기 위한 데이터 전달 수단과;

상기 제2 계산 수단으로부터의 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자 개수를, 상기 캐리어와 상기 핸들 수단 간의 상대 이동과 결합하여, 상기 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자의 공기 밀도를 형성하는 제4 계산 수단을 더 포함하는 것인 입자 검출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 표면 검사 수단은 제1 및 제 2 검출 부재를 더 포함하며, 상기 제1 검출 부재는 주로 표면에 인접한 입자의 존재를 검출하며, 상기 제2 검출 부재는 주로 표면 하방의 입자의 존재를 검출하는 것인 입자 검출 장치.
제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자를 검출하는 방법으로서,

상기 제거될 수 있는 입자는 캐리어 상에 있는 점착성 표면의 일부분을 제1 테스트 표면에 접착한 다음 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리함으로써 상기 점착성 표면의 일부분에 전달되고, 제1 노출 표면은 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리된 후의 상기 점착성 표면의 일부분이며,

상기 입자 검출 방법은,

(a) 상기 제1 노출 표면을 상기 제1 테스트 표면에 부착하고 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리하기 전에, 제어기에 응답하는 위치 결정 수단상에 상기 캐리어를 수납하는 단계와,

(b) 상기 제어기로부터의 위치 결정 명령에 응답하여, 입자 신호 좌표를 상기 제어기에 전달하는 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계를 가로질러 상기 점착성 표면의 일부분을 통과시키는 단계와,

(c) 상기 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계를 통과하는 상기 점착성 표면의 일부분 상에서 검출된 각각의 입자에 대하여, 비노출 입자 좌표를 형성하는 입자 신호 좌표를 상기 표면 검사 수단으로부터 발생시키는 단계와,

(d) 상기 비노출 입자 좌표를 저장하는 단계와,

(e) 상기 위치 결정 수단으로부터 상기 캐리어를 분리하여, 상기 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자는 상기 점착성 표면의 일부분을 상기 제1 테스트 표면에 부착한 다음 상기 제1 테스트 표면으로부터 분리함으로써 점착성 표면의 일부분에 전달되는 것인 캐리어 분리 단계와,

(f) 상기 위치 설정 수단 상에 상기 캐리어를 수납하는 단계와,

(g) 상기 제어기의 위치 결정 명령에 응답하여, 상기 표면 검사 수단에서 감지 가능한 시계를 가로질러 상기 점착성 표면의 일부분을 통과시키는 단계와,

(h) 상기 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계를 가로질러 통과하는 점착성 표면의 일부분 상에서 검출된 각각의 입자에 대하여, 입자 신호 좌표를 상기 표면 검사 수단으로부터 발생시키는 단계와,

(i) 상기 입자 신호 좌표 및 상기 저장된 비노출 입자 좌표를 상기 제어기의 위치 결정 명령과 결합함으로써 상기 제1 테스트 표면으로부터 제거되고 상기 점착성 표면의 일부분에 침착된 입자 개수를 측정하여, 대응하는 비노출 입자 좌표를 갖지 않는 입자 좌표로 이루어진 입자를 상기 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자로 구성하는 것인 입자 개수 측정 단계

를 포함하는 것인 입자 검출 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 표면 검사 수단에 의해 감지 가능한 시계를 가로질러 상기 위치 결정 수단이 점착성 표면의 일부분을 통과하는 동안에, 상기 점착성 표면의 일부분을 상기 표면 검사 수단에 대하여 이동시켜서, 상기 점착성 표면의 일부분이 상기 표면 검사 수단의 시계 내에서 남아 있도록 하는 단계를 더 포함하는 것인 입자 검출 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 점착성 표면의 일부분과 관련된 정렬마크 좌표를 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 입자 검출 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 표면 검사 수단으로부터 입자 신호 좌표를 발생시키는 단계에서는 상기 정렬마크 좌표에 대하여 입자 신호 좌표를 병진(竝進)시키는 것인 입자 검출 방법.
청구항 9에 있어서, 중간의 점착성 표면을 가진 롤러를 더 포함하며, 상기 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자는 처음에는 중간의 점착성 표면으로, 그 다음은 상기 캐리어 상의 상기 점착성 표면의 일부분으로 전달되는 것인 입자 검출 방법.
청구항 9에 있어서, 중간의 점착성 표면을 가진 시트를 더 포함하며, 제1 테스트 표면상에서 최초에 제거될 수 있는 입자는 처음에는 중간의 점착성 표면으로, 그 다음은 캐리어 상의 점착성 표면의 일부분으로 전달되는 것인 입자 검출 방법.
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