KR102312658B1 - 고분해능 표면 입자 탐지기 - Google Patents

Abstract

입자 계수 디바이스는 샘플 표면으로부터 입자를 수용하는 제1 개구부 및 하나 이상의 제2 개구부를 갖는 스캐너 프로브를 포함한다. 펌프는 제1 개구부로부터 흐르는 제1 기류 및 하나 이상의 제2 개구부로 흐르는 제2 기류를 생성한다. 유동 디바이스는 제1 기류를 제3 기류 및 제4 기류로 분할한다. 제1 입자 검출기는 제3 기류 내의 입자를 검출한다. 제1 입자 검출기는 제1 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있다. 제2 입자 검출기는 제4 기류 내의 입자를 검출한다. 제2 입자 검출기는 제1 입자 크기 범위와 상이한 제2 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있다. 제어 회로는 제3 기류의 제1 유량 및 제1 유량보다 큰 제4 기류의 제2 유량을 제공하도록 유동 디바이스 및 펌프를 제어한다.

Description

고분해능 표면 입자 탐지기

관련출원

본 출원은 2017년 6월 20일에 출원된 미국 가출원 제62/522,611호 및 2018년 6월 5일에 출원된 미국 특허 출원 제16/000,499호의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 클린룸 적용을 위한 입자 계수에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 작은 입자의 오염 수준을 확인하기 위해 입자를 표면으로부터 입자 계수기로 이동시키기 위한 개선된 디바이스에 관한 것이다.

특히 첨단 산업의 급속한 발전으로 인해 오염 감지 및 정량 요구가 점점 중요해지고 있다. 예를 들어, 반도체 산업은 미세 전자 디바이스를 정확하게 생산하기 위한 기술을 개발해왔다. 이러한 제품을 안정적으로 생산하려면 생산 시설에서 매우 엄격한 오염 표준을 유지해야 한다.

생산 공정의 중요한 단계에서 오염을 제어하고 최소화하기 위해 "클린룸"이 자주 사용된다. 클린룸은 적절한 공기 입자 청정도 분류를 충족하도록 공기 입자 농도를 제어하기 위해 공기 여과, 공기 분배, 유틸리티, 제조 물질, 장비 및 운영 절차가 특정되고 규제되는 방이다.

특히 클린룸 표면의 입자를 검출하기 위해 클린룸의 청결/오염 수준을 모니터링하는 것이 중요하다. 육안 검사 기술은 자외선 또는 사선 백색광과 함께 사용되어 왔다. 자외선은 특정 유기 입자가 형광을 발하는 효과가 있어 사용된다. 또는, 시각화 할 수 있는 반사를 생성하도록, 백색광이 시험 표면을 향해 비스듬히 비춰진다. 백색광 기술은 자외선 기술보다 약간 더 민감하지만, 둘 모두 동일한 한계를 겪고 있다. 이러한 육안 검사 기법은 표면 상태에 대한 피상적인 검사만 허용한다. 해당 검사들은 정량 데이터를 제공하지 않는다. 또한, 육안 검사 기술은 기껏해야 20미크론보다 큰 입자만 탐지한다. 1미크론 미만의 입자를 검출하는 것이 바람직할 때가 자주 있다.

다른 검사 기술은 예를 들어 접착 테이프 일부를 시험 표면에 적용함으로써 시험 표면으로부터 입자를 제거하는 것을 포함한다. 그 다음, 테이프를 현미경 아래에 놓고 입자를 시각적으로 계수함으로써 테이프상의 입자를 수동으로 정량화한다. 이 기술은 약 5미크론 이상의 입자를 탐지할 수 있다. 이 기술의 주요 단점은 시간이 많이 걸리고 운영자 간의 변동에 매우 민감하다는 것이다.

제 3 검사 기술이 미국 특허 제 5,253,538 호에 개시되어 있다. '538 특허는 샘플 표면으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구부를 갖는 스캐너 프로브를 포함하는 디바이스를 개시하고 있다. 스캐너 프로브는 제1 및 제2 단부를 갖는 튜브에 연결된다. 튜브의 제1 단부는 스캐너 프로브에 연결되고 제2 단부는 광학 레이저 기술을 사용하는 입자 계수기에 연결된다. 입자 계수기는 공기가 샘플 표면에서 스캐너 프로브를 통과하고 튜브를 통과하여 입자 계수기로 흘러 들어가도록 하는 진공 발생기를 포함하며, 여기서 기류에 포함된 입자가 입자 계수기에서 계산된다. '538 특허는 입자 계수 디바이스의 사용을 포함하는 검사 방법을 개시하고 있다. 클린룸 공급 공기 근처에 스캐너 프로브를 고정한 뒤 반복해서 판독하거나, 또는 입자 계수기에 제로 카운트 필터(옵션)를 설치하여 백그라운드 입자 레벨 0을 먼저 설정한다. 다음으로, 핸드-헬드 스캐너 프로브는 미리 정해진 테스트 기간 동안 일정한 속도로 샘플 표면을 통과한다. 테스트 주기는 실행 스위치를 누르면 시작되며, 실행 스위치는 스캐너 프로브에 위치해있다. 입자 계수기는 단위 면적당 평균 입자수에 해당하는 숫자를 세고 판독한다. 프로세스는 일반적으로 인접한 표면 영역을 따라 여러 번 반복되며, 매번 "테스트 판독 값"을 산출한다.

‘538 특허에 개시된 기술에 대한 개선 사항이 미국 특허 제 7,010,991 호에 개시된 것이며, 모든 목적을 위해 본원에 참조로 포함된다. '991 특허는 샘플 표면의 입자를 계수하는 디바이스를 기술한다. 상기 디바이스는 샘플 표면으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구부, 통과하는 입자를 계수하기 위한 입자 계수기, 제1 단부는 스캐너 프로브에 연결되고 제2 단부는 입자 계수기에 연결된 도관을 포함하며, 도관은 제1 및 제2 튜브, 센서 및 제어기를 포함한다. 입자 계수기는 정량화를 위해 입자를 입자 계수기로 운반하도록, 스캐너 프로브 개구부로부터 제1 튜브를 통해, 입자 계수기를 통해, 그리고 제2 튜브를 통해 스캐너 프로브로 다시 돌아와 흐르는 기류를 생성하기 위한 펌프를 포함한다. 센서는 기류의 유량을 측정한다. 제어기는 입자 계수기가 기류의 입자를 정량화하는 동안 기류를 일정 유량으로 유지하기 위해 기류의 측정된 유량에 응답하여 펌프의 속도를 제어한다.

991 특허는 샘플 표면으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구부를 갖는 스캐너 프로브, 스캐너 프로브에 연결된 제1 단부 및 제1 커넥터에서 종결되는 제2 단부를 갖는 도관을 포함하는 디바이스를 추가로 기술하고 있으며, 도관은 제1 및 제2 튜브, 입자 계수기, 전자적 표시 및 제어기를 포함한다. 입자 계수기는 통과된 입자를 계수하고, 제1 커넥터를 수용하기 위한 포트 및 정량화를 위해 입자를 입자 계수기로 운반하도록 상기 스캐너 프로브의 개구부로부터 상기 제1 튜브를 통해, 상기 입자 계수기를 통해, 그리고 상기 제2 튜브를 통해 상기 스캐너 프로브로 다시 돌아와 흐르는 기류를 생성하는 펌프를 포함한다. 전자적 표시는 스캐너 프로브의 적어도 하나의 특성을 식별하기 위해 제1 커넥터, 도관 및 스캐너 프로브 중 적어도 하나에 배치된다. 제어기는 포트 및 제1 커넥터를 통해 전자적 표시를 검출하고, 검출된 전자적 표시에 응답하여 입자 계수기를 제어한다.

'991 특허는 샘플 표면으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구부를 갖는 스캐너 프로브, 이를 통과하는 입자를 분석하기 위한 입자 계수기, 및 제1 단부는 스캐너 프로브에 연결되고 제2 단부는 입자 계수기에 연결되는 도관을 포함하는 디바이스를 추가로 기술하고 있다. 도관은 제1 및 제2 튜브를 포함한다. 입자 계수기는 입자를 입자 계수기로 운반하기 위해 스캐너 프로브 개구로부터, 제1 튜브를 통해, 입자 계수기를 통해, 그리고 제2 튜브를 통해 스캐너 프로브로 다시 흐르는 기류를 생성하기 위한 펌프를 포함한다. 또한, 입자 계수기는 스캐너 프로브로부터 들어오는 기류 내의 입자를 계수하기 위한 입자 검출기, 입자 검출기를 통과한 후의 기류가 흐르는 필터 카트리지 포트, 및 입자 검출기에 의해 계수된 후 기류 내 입자를 여과하기 위해 필터 카트리지 포트에 제거 가능하도록 연결된 필터 카트리지를 포함한다.

'991 특허와 관련하여 전술한 입자 계수 디바이스 구성에서는 입자 계수기로서 광학 센서를 사용하는 것이 알려져 있다. 광학 센서는 스캐너 프로브로부터 전체 공기 흐름을 수용할 수 있고 300nm 내지 10,000nm 이상의 크기 범위를 갖는 입자의 공기 흐름에서 입자를 검출/계수할 수 있는 광학 레이저 기술을 사용한다. 그러나, 반도체 산업이 생산된 제품의 임계 치수를 지속적으로 축소함에 따라, 300nm 미만의 크기를 갖는 입자 또한 검출할 필요가 있다.

전술한 문제점 및 요구는 샘플 표면상의 입자를 계수하기 위한 디바이스로서, 샘플 표면으로부터 입자를 수용하기 위한 제1 개구부 및 하나 이상의 제2 개구부를 갖는 스캐너 프로브, 제1 개구부로부터 흐르는 제1 기류 및 하나 이상의 제2 개구부로 흐르는 제2 기류를 생성하기 위한 하나 이상의 펌프, 제1 기류를 제3 기류 및 제4 기류로 분할하는 유동 디바이스, 제3 기류의 입자를 수용하고 검출하는 제1 입자 검출기 - 제1 입자 검출기는 제1 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있음 -, 제4 기류의 입자를 수용하고 검출하는 제2 입자 검출기 - 제2 입자 검출기는 제1 입자 크기 범위와 다른 제2 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있음 -, 그리고 제3 기류의 제1 유량 및 제4 기류의 제2 유량을 제공하도록 유동 디바이스 및 하나 이상의 펌프를 제어하는 제어 회로를 포함 - 제1 유량은 제2 유량보다 작음 - 하는 디바이스로 해결된다.

샘플 표면상의 입자를 계수하기 위한 디바이스는, 샘플 표면으로부터 입자를 수용하는 제1 개구부 및 하나 이상의 제2 개구부를 갖는 스캐너 프로브, 제1 개구부로부터 흐르는 제1 기류 및 하나 이상의 제2 개구부로 흐르는 제2 기류를 생성하는 하나 이상의 펌프, 제1 기류를 제3 기류 및 제4 기류로 분할하는 유동 디바이스, 제3 기류의 입자를 수용하고 검출하는 입자 검출기, 그리고 제3 기류의 제1 유량 및 제4 기류의 제2 유량을 제공하도록 유동 디바이스 및 하나 이상의 펌프를 제어하는 제어 회로를 포함한다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 명세서, 청구 범위 및 첨부된 도면을 검토함으로써 명백해질 것이다.

도 1은 입자 검출기 시스템의 제1 실시예의 구성 요소를 도시한 도면이다.
도 2a는 스캐너 프로브의 상면 사시도이다.
도 2b는 스캐너 프로브의 저면 사시도이다.
도 3은 입자 검출기 시스템의 제2 실시예의 구성 요소를 도시한 도면이다.
도 4는 입자 검출기 시스템의 제3 실시예의 구성 요소를 도시한 도면이다.
도 5는 입자 검출기 시스템의 제4 실시예의 구성 요소를 도시한 도면이다.

반도체 로직 및 메모리, 디스플레이, 디스크 드라이브 및 여타 기술 산업이 점점 더 작은 기하학적 구조로 옮겨감에 따라 제조 과정에서 제품이 노출되는 표면 입자의 수준을 이해하고 제어하는 것은 제조 공정의 수율과 성공에 매우 중요하다. 더 작은 기하학적 구조로 계속 발전하면서 현재는 14nm 노드에서 제조가 이루어지고 있다. 본 발명은 표면 입자 데이터를 10nm 이상 수준에서 제공하며, 이는 100nm 이상의 감도만 가능한 종래의 표면 입자 검출 시스템보다 우수하다.

본 발명은 전술한 스캐너 프로브 디바이스에 비해 개선된 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입자 검출기 시스템(2)은 공급 및 리턴 튜브(16 및 18)에 의해 각각 스캐너 프로브(14)에 연결된 하우징(12)을 갖는 메인 유닛(10)을 포함한다. 바람직하게는, 공급/리턴 튜브(16/18)는 프로브(14) 및/또는 메인 유닛(10)의 프로브 인터페이스(20)에 제거 가능하게 연결된다. 시스템의 프로브(14)는 시험 중인 표면(4) 위 또는 근처에 고정되며, 공급 튜브(16)에 의해 공급된 공급 공기는 표면상의 입자를 축출(dislodge)하고 유동화시킨다. 리턴 튜브(18) 내의 진공은 입자를 계수하기 위해 유동화된 입자를 포함하는 샘플 공기를 메인 유닛(10)으로 운반한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 메인 유닛(10)의 하우징(12) 내부에서, 메인 펌프(22)는 일정한 속도(예를 들어, 분당 1.1 입방 피트 -CFM)로 공급 공기의 공급원을 제공한다. 공급 기류는 필터(24)를 통해, 프로브 인터페이스(20)를 통해, 공급 튜브(16)를 통해 프로브(14)로 이동한다. 프로브(14)는 공급 공기를 시험 표면(4) 상으로 향하게 하여 시험 표면상에 있는 입자를 축출 및 부유시킨다. 스캐너 프로브(14)와, 그 상호 접속 및 자동 검출은 아래에 더 상세히 설명된다. 시험 표면으로부터의 공기(즉, 축출된 입자를 포함하는 샘플 기류)는 리턴 튜브(18)를 통해, 프로브 인터페이스(20)를 통해 유동 디바이스(26)로 유입된다. 샘플 기류는 바람직하게는 공급 기류와 동일한 유량(1.1CFM)을 포함한다.

유동 디바이스(26)는 샘플 기류를 각각 고정된 공기 유량으로 기류(28) 및 기류(30)로 분할하는 능동형 유동 분할기이다. 기류(28)는 상대적으로 낮은 공기 유량(예를 들어, 0.1CFM)을 가지며 고분해능 검출기(32)로 보내진다. 기류(30)는 상대적으로 높은 공기 유량(예를 들어, 1.0CFM)을 가지며 저분해능 검출기(34)로 보내진다. 유동 디바이스(26)는 기류(28/30) 사이의 적절한 분할 유동비를 유지하기 위해 제어기(36)의 제어 회로의 제어하에 작동된다.

고분해능 검출기(32)는 바람직하게는 검출기(32)를 통과하는 기류(28)의 유량을 측정하고, 그 출력 신호를 제어기(36)에 제공하는 유동 센서(38)를 포함한다. 도면에서, 전선 연결은 일반적으로 점선으로 도시되어 있고, 공기 흐름을 라우팅하는 튜브 연결은 일반적으로 공기 흐름 방향을 나타내는 화살표와 함께 실선으로 도시되어 있음에 유의해야 한다. 유동 센서(38)를 빠져 나가는 기류는 검출기(40)를 통과하며, 검출기(40)는 기류 내의 입자의 수를 검출하고 측정한다. 바람직하게는, 검출기(32)는 검출기(40)를 통과하는 기류의 흐름을 보조하기 위한 펌프(42)를 포함한다. 펌프(42)는 기류의 적절한 유량을 유지하기 위해 제어기(36)의 제어하에 작동된다. 기류 배출 펌프(42)는 옵션인 필터(44)를 통과한 후, 출력 포트(46)를 통해 유닛으로부터 배출된다.

검출기(40)의 일례는 응축 입자 계수기(CPC)이며, 응축 입자 계수기(CPC)는 특수 유체 및 레이저 광학 센서를 포함한다. 물 또는 알코올 기반일 수 있는 특수 액체는 기류의 모든 입자에 응축되고 기화되며, 이를 통해 레이저 광학 기술로 계산할 수 있는 크기로 입자를 "성장"시킨다(즉, 입자상으로 응축된 기화 유체 입자의 결합은 레이저 광학 센서를 사용하여 검출하기에 충분히 큰 결합을 만든다). 검출기(40)는 10nm 내지 1000nm의 크기를 갖는 입자를 검출/측정 할 수 있다. 높은 분해능 측정 기술로 인해, 낮은 공기 흐름 속도(예: 0.1CFM)만 처리할 수 있다. 고분해능 검출기(32)의 출력 신호는 제어기(36)에 제공된다.

저분해능 검출기(34)는 기류(30) 내의 입자의 수를 검출/측정하는 종래의 광학 검출기이다. 저분해능 검출기(34)는 바람직하게는 종래의 광학 레이저 기반 검출기이고, 300nm 만큼의 작은 크기 및 10,000nm 이상의 큰 크기를 갖는 입자를 검출/측정 할 수 있다. 이 저분해능 측정 기술은 더 높은 공기 흐름 속도(예: 1.0CFM)를 처리할 수 있다. 저분해능 검출기(34)의 출력 신호는 제어기(36)에 제공된다.

저분해능 검출기(34)를 나오는 기류(30)는 유동 디바이스(48)에 공급되며, 이를 통해 공기 공급원(50)(예를 들어, 공기 입력 포트)으로부터 기류로 공기 흐름(예를 들어, 0.1CFM)을 추가한다(프로브(14)에서부터 들어온 공급 공기 증기의 원래 유량으로 기류 내의 공기 흐름을 증가시키고 - 검출기(32)로 전환된 기류의 일부를 보상하기 위함). 유동 센서(52)는 유동 디바이스(48) 이후 기류 내의 적절한 양의 공기 흐름을 측정, 제어 및 검증하는데 사용 될 수 있다. 이어서, 기류는 메인 펌프(22)에 공급되며, 여기서 필터(24)(기류의 모든 입자를 제거함)를 통해 되돌아가며, 그리고 추출, 검출 및 측정을 위해 추가 입자를 분리하도록 공급 공기로서 공급 튜브(16)를 통해 프로브(14)로 되돌아 간다.

제어기(36)는 유동 디바이스(26 및 48)와 펌프(22 및 42)를 능동적으로 작동시켜 고분해능 및 저분해능 검출기(32 및 34)를 통과하는 요구 유량을 유지한다. 제어기(36)는, 각 검출기를 통과하는 상대 유량 및 각각의 검출기에 의해 검출된 입자의 수를 알고 있으며, 프로브(14)로부터 프로브 인터페이스(20)로 들어가는 샘플 기류에 존재하는 총 입자수를 계산한다. 이러한 계산은 고분해능 검출기(32)의 입자 검출 결과가 프로브(14)로부터의 전체 공기 흐름 중 비교적 작은 비율로부터의 것이고, 저분해능 검출기(34)의 입자 검출 결과는 프로브(14)로부터의 전체 공기 흐름 중 비교적 높은 비율로부터의 것임을 고려한다. 예를 들어, 고분해능 검출기(32)에 대한 보정된 입자수(검출기(32)를 통과하는 흐름에 대해 보정됨)는 검출기(32)에 의해 검출된 실제 입자수에 검출기(32)를 통과하는 실제 흐름에 대한 총 공기 흐름의 비를 곱한 것이다:

검출기(32)의 보정된 입자수:

유사하게, 저분해능 검출기(34)에 대한 보정된 입자수(검출기(34)를 통과하는 흐름에 대해 보정됨)는 검출기(34)에 의해 검출된 실제 입자수에 검출기(34)를 통과하는 실제 흐름에 대한 총 공기 흐름의 비를 곱한 것이다:

검출기(34)의 보정된 입자수:

샘플 기류의 입자에 대한 총 입자수는 검출기(32)에 대한 보정된 입자수와 검출기(34)에 대한 보정된 입자수의 합이다:

총 입자수 = (검출기(32)에 대한 보정된 입자수) + (검출기(34)에 대한 보정된 입자수)

스캔되는 표면의 제곱 면적당 입자는 총 보정된 입자수를 프로브의 면적(정지 된 경우) 또는 프로브가 걸친 표면의 총 면적(이동하는 경우)으로 나누어 계산할 수 있다.

서로 다른 스캐너 프로브는 시험 표면에서 입자를 추출하기 위해 서로 다른 정격 유량을 가질 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스(54)를 사용하여 프로브 유형을 입력할 수 있거나, 아래에서 자세히 설명되는 것과 같이 제어기는 프로브 인터페이스에 부착된 프로브 유형을 자동으로 검출할 수 있다. 그 후, 제어기(36)는 이상적인 샘플 유량 흐름을 프로브 (14)에 제공하고, 기류 (28 및 30)에 요구되는 공기 유량을 2 개의 검출기 (32 및 34)에 제공하여 이들이 특정된 공기 유량 내에서 작동하도록, 펌프(22, 42) 및 유동 디바이스(26 및 48)를 자동으로 구동한다. 제어기(36)는 검출기(32 및 34)에 의한 부분적인 흐름 입자 검출에 기초하여 샘플 기류 내의 총 입자를 계산한다. 예를 들어, 도 1의 프로브(14)는 1.1CFM의 샘플 공기 흐름 및 공급 공기 흐름으로 작동하며, 여기서 샘플 공기 흐름은 유동 디바이스(26)에 의해 0.1CFM(검출기(32)로 가는 기류(28)에 대해) 및 1.0CFM(검출기(34)로 가는 기류(30)에 대해)의 2개의 기류로 분할된다. 그러나 다른 프로브의 정격 유량은 0.8CFM일 수 있다. 이 경우에, 제어기(36)는 모두 0.8CFM의 유량을 갖는 공급 공기 흐름 및 샘플 공기 흐름으로 시스템을 작동시킬 것이고, 여기서 샘플 공기 흐름은 유동 디바이스(26)에 의해 0.1CFM(검출기(32)로 가는 기류(28)에 대해) 및 0.7CFM(검출기(34)로 가는 기류(30)에 대해)의 2개의 기류로 분할된다. 따라서, 어떤 프로브가 사용되든지, 검출기(32)를 통한 공기의 유량은 최대 정격 유량을 초과하지 않으며, 또 다른 프로브는 그들의 정격 유량에서 작동할 것이며, 시스템은 샘플 기류 내의 총 입자수를 정확하고 자동적으로 결정할 것이다.

사용자 인터페이스(54)는 사용자가 시스템을 설정할 수 있게 하는 터치 스크린을 포함할 수 있고, 입자 계수 결과 및 기타 중요한 정보와 함께 진단 데이터 및 사용자의 조작을 제공한다. 데이터는 USB, Bluetooth 또는 이더넷 연결을 통해 다운로드 할 수 있도록 저장된다. 측정 데이터는 프로브면의 면적당 입자, 샘플 시간 길이당 입자 또는 샘플당 입자와 같은 여러 가지 방식으로 표현될 수 있다.

도 2a 및 2b는 스캐너 프로브(14)를 도시하며, 이는 실질적으로 평면인 베이스(112)를 포함한다. 스캐너 베이스(112)는 샘플 표면과 인터페이스하기 위한 바닥면(114)을 갖는다. 스캐너 베이스(112)는 입자 검출기를 작동시키기 위한 런 스위치(120)를 갖는 제어부(118) 및 입자 계수가 진행 중임을 나타내는 LED 광(148)을 포함하는 스캐너 핸들(116)에 수직으로 연결된다. 스캐너 핸들(116)과 프로브 인터페이스(20) 사이에 연결된 도관은 공급 및 리턴 튜브(16/18) 및 프로브(14)를 메인 유닛(10)에 전기적으로 연결하는 전기 배선(58)을 포함한다. 프로브 또는 이와 관련된 전기 배선(또는 이와 관련된 전기적 연결)은 프로브(14)의 유형 또는 구성을 식별하는 전자적 표시를 포함할 수 있다. 제어기(36)는 메인 유닛(10)에 부착된 프로브(14)의 유형/구성을 식별하기 위해 이 전자적 표시를 검출할 수 있고, 그에 따라 시스템을 작동할 수 있다.

프로브(14)의 베이스 부분(112)은 나사(134)에 의해 같이 고정되는 2 개의 코인형 부분(130 및 132)을 갖는다. 도 2a 및 2b에 도시된 스캐너 실시예는 대체로 평평한 표면으로부터 입자를 주로 픽업하기 위해 설계된다. 그러나, 평평하지 않은 시험 표면에 적합하도록 특별히 설계된 다른 모양의 스캐너 프로브도 사용될 수 있다. 스캐너 베이스(112)의 코인형 부분(130)은 또한 페이스 플레이트(face plate)로 지칭되며, 바람직하게는 마찰 제한 비-미립 물질이 함침된, 예를 들어 타입 3, 클래스 2, 밀 스펙 A8625D의 테프론 함침을 갖는 경질 흑색 양극 산화 알루미늄으로 제조된다. 스캐너 핸들(116)은 공급 튜브 및 리턴 튜브(16/18)를 수용하기 위한 2 개의 구멍(136 및 138)을 갖는다. 도관으로부터 전기 배선(58)을 수용하기 위해 다른 구멍(140)이 핸들(116)에 제공된다.

스캐너 베이스 바닥면(114)은 샘플 표면과 인터페이싱 하도록 설계된다. 이 실시예에서, 바닥면(114)은 베이스 플레이트 바닥면(114)의 대략 중앙에 위치 된 구멍(142)(즉, 제1 개구부)을 갖는다. 구멍(142)은 리턴 튜브(18)에 연결되는 스캐너 핸들(116)의 구멍(136)에 연결된다. 샘플 표면의 입자는 입자 계수기 메인 유닛(10)에서 입자를 계수하도록 페이스 플레이트 구멍(142)을 통해 흡입된다. 베이스 플레이트 바닥면(114)은 또한 스캐너 핸들 구멍(138) 내로 모아지는 복수의 작은 구멍(144)(즉, 제2 개구)을 가지며, 스캐너 핸들 구멍(138)은 공기 공급 튜브(16)에 연결되어 있다. 공기는 메인 유닛(10)으로부터 공급되고, 입자를 축출하고 유동화시키기 위해 공기가 페이스 플레이트 구멍(144)을 통해 샘플 표면상으로 전달되며 이로 인해 입자들은 계수를 위해 페이스 플레이트 구멍(142)을 통해 흡입될 수 있다. 페이스 플레이트 바닥면 (114)은 또한 축출된 입자를 페이스 플레이트 구멍(142) 내로 채널링하기 위한 교차 홈 (146)을 갖는다.

프로브(14)는 광원을 추가로 포함할 수 있으며, 이에 의해 펄스 광이 표면에 향하여 공진 주파수에서 또는 그 근처에 오염물 입자를 여기시켜 시험 표면으로부터의 입자 분리를 돕는다. 광원은 바람직하게는 펄스 주파수 및 입사각을 변화시킬 수 있고, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 5,950,071 및 5,023,424에 기재된 광 추출 메커니즘을 이용한다.

단일 샘플 기류에 기초한 상이한 분해능 및 2 개의 유량을 갖는 2 개 검출기의 이용은 많은 장점을 갖는다. 먼저, 단일 샘플 기류로부터 고분해능 검출기(32)는 더 작은 입자를 검출하는데 사용될 수 있고, 동시에 저분해능 검출기(34)는 더 큰 입자를 검출하는데 사용될 수 있다. 둘째로, 제어기(36)가 2 개의 검출기로 향하는 상대 유량을 모니터링 및 제어할 수 있고, 이들 상대 유량 및 검출기로부터의 검출 결과에 기초하여 샘플 기류 내의 입자수를 계산할 수 있다. 셋째로, 저 유량 검출기(예를 들어 검출기(32))를 사용하여 시험 표면으로부터 입자를 추출하는데 필요한 유량 및/또는 프로브에 의해 제공된 유량보다 현저히 낮은 유량을 사용하여 작은 입자를 검출할 수 있다.

도 3은 제1 대안 실시예를 도시한다. 이들 디바이스의 효율은 샘플 표면에서 추출되고 디바이스에 의해 포집/계수 된 입자의 수를 샘플 표면의 총 입자수로 나눈 것으로 분류될 수 있다. 입자가 추출되기 위해, 스캐너 프로브에 의해 생성된 샘플 표면을 가로지르는 공기 흐름은 입자와 샘플 표면 사이의 접착력을 이겨내기 충분해야 한다. 그러나 기존 스캐너 프로브의 알려진 문제점 중 하나는 더 많은 입자의 접착력을 더 잘 이겨내기 위해 기류 속도가 증가함에 따라, 더 많은 축출된 입자가 스캐너 프로브로부터 멀리 날려질 수 있으며, 이 경우 디바이스에 의해 포집 및 계수되지 않는다는 것이다. 이 문제를 입자 방출(particle ejection)이라 불리며, 여기서 스캐너 프로브에 의해 축출된 입자가 스캐너 프로브 아래 영역으로부터 방출되며, 입자는 포집 및 검출될 수 없다. 따라서, 입자 방출로 인해 스캐너 프로브로의 공기 흐름 속도를 증가시키는 것만으로는 효율이 저하될 수 있으므로, 공기 흐름 속도를 증가시키는 것으로 스캐너 프로브 효율을 완전히 최대화 할 수는 없다.

본 발명자들은 공급 공기의 공기 유량을 조절하면 피크 공기 속도가 더 커져 더 많은 입자를 축출할 수 있지만, 스캐너 프로브 밖으로 날아가서 손실되는 입자가 줄어드는 것을 발견했다(즉, 더 적은 입자 방출). 공기 흐름 주파수의 조절이 시스템의 효율에 영향을 미친다는 것도 발견되었다. 주파수는 바람직하게는 입자의 이동을 위해 표면 전단(surface shear)을 최대화하도록, 스캐너 프로브면에 의한 입자 생성을 방지하기 위해 스캐너 프로브면의 고유 공진 주파수를 피하도록(바람직하게는 초과), 및 표면 입자와의 공명을 통해(즉, 공기 흐름 주파수를 입자의 고유 주파수 또는 그 근처로 사용하여) 프로브 표면에서 입자 축출("재-부유"이라고도 함)을 최대화하도록 선택된다.

따라서, 도 3의 실시예는 프로브(14)로 보내지는 공급 공기 흐름을 조절하는 조절기(56)를 포함한다. 구체적으로, 공급 공기의 평균 흐름은 1.1CFM 인 반면, 순간 공기 유량은 펄싱되며, 이는 입자 효율(PE)(픽업되어 검출기로 전달되는 입자를 테스트 시작시 스캐너 프로브 아래 표면상의 총 입자로 나눈 값과 동일)을 향상시킨다. 예를 들어, 스캐너 프로브(14) 아래 표면(4) 상에 10개의 입자가 있고, 통상적으로 6개의 입자가 일정한 유량을 사용하여 리턴 튜브(18)에서 검출기(32 및 34)로 픽업되어 이송되면, 입자 효율 PE는 60%이다. 조절된 공급 공기 흐름으로, 프로브(14) 아래에 10개의 입자가 있으면, 입자 방출이 최소화되며, 이는 2 개의 추가 입자가 방출되는 대신 포집되고 2 개의 추가 입자가 프로브 표면에 머무르는 대신 축출되어 포집됨을 의미하며, 따라서 입자 효율 PE를 10개 입자 중 9개 또는 90 %로 증가시킨다. 공기 흐름을 조절하면 방출 감소와 일정한 공기 흐름으로 접착력을 극복하지 못하는 특정 입자의 접착력을 깨는 에너지 증가가 모두 달성된다. 증가된 에너지는 공기 역학적 항력을 증가시킬 수 있는 공기 전단(air shear)을 증가시킴으로써 달성되며, 이는 공진 주파수에 근접한 입자를 진동시킴으로써 및/또는 입자 위로의 공기 흐름 터뷸런스를 증가시켜 재부유의 기회 또는 가능성을 향상시킴으로써 입자가 움직일 수 있게 여기시킨다. 따라서, 입자를 공진 또는 교란시키고 표면상의 입자 접착력을 이겨내어 제거될 수 있도록 스캐너 프로브, 및 스캐너 프로브를 가로질러 흐르는 공기를 조절하는 것으로 입자 효율이 개선된다.

조절기(56)는 다음 구성 중 어느 것을 포함할 수 있다.

a) 공기가 펌핑된 후 방출되는 임시 탱크. 피크 공기 흐름을 증가시키고 표면에서 입자의 접착력을 극복하여 제거할 수 있다.

b) 공기 흐름을 조절하기 위한 압전 조절기. 조절 주파수는 바람직하게는 프로브 공명 및 고조파를 피하도록 설정되어 스캐너 프로브가 표면상에서 진동하지 않고 및/또는 프로브 본체와 시험 대상 표면 사이의 개스킷(또는 O-링)으로 프로브 진동을 완화시킨다.

c) 공기 전단 및 조절을 증가시키기 위해 공기를 조절하는 밸브.

제어기(36)는 조절 주파수를 스위핑(예를 들어, 일부 저주파에서 고주파로)하여 큰 무리(array) 입자 크기 및 재료(즉, 상이한 공진 주파수 및/또는 접착력을 갖는 입자를 축출하기 위함)를 처리할 수 있다. 상기 논의된 전자적 표시는 바람직하게는 어떤 프로브가 부착되어 있는지에 대한 정보를 중계하고 이로 인해 제어기는 표면 스캐닝에 부착되고 사용되는 특정 부착 프로브의 공진 주파수를 알 수 있게 된다.

스캔된 표면을 가로지르는 공기 흐름 조절은 스캐너 프로브로 공급되는 공기 흐름의 진폭을 변화시킴으로써 구현될 뿐만 아니라 샘플 공기 흐름의 진폭을 변화시킴으로써 구현될 수 있음에 유의해야 한다((즉, 스캐너 프로브와 리턴 튜브 (18)를 통한 진공 흡입 공기를 조절). 예를 들어, 이는 인터페이스(20)와 유동 디바이스(26) 사이 라인에 조절기를 배치함으로써 수행될 수 있다. 진공의 진폭을 조절하는 것은 그 자체로 또는 프로브에 공급되는 공기의 조절과 함께 구현될 수 있다. 공기 흐름과 진공이 모두 조절되는 경우, PE를 최대화하기 위해 서로 위상이 조절되거나 위상이 다르게 조절될 수 있다.

도 4는 다른 대안적인 실시예를 도시하며, 저분해능 검출기(34)가 생략된 것을 제외하고는 도 1과 동일하다. 1.0CFM 기류가 유동 디바이스(48)에 직접 공급된다. 이 구성은 검출기(32)의 크기 범위 내의 입자만 검출될 필요가 있고, 검출기(32)의 최대 유량이 프로브(14)의 작동 유량보다 작은 경우에 이상적이다. 알려진 유량의 검출기(32)를 우회하는 기류를 제공함으로써, 저유량 검출기 및 고 유량 프로브가 함께 사용될 수 있다.

도 5는 또 다른 실시예를 도시한 도면이고, 이는 도 4의 것과 동일하지만, 도 3의 실시예와 관련하여 전술된 변조기 (56)를 추가로 갖는다.

본 발명은 위에서 설명되고 여기에 예시된 실시예(들)로 제한되지 않으며, 임의의 청구항의 범위 내에 속하는 임의의 모든 변형을 포함한다는 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명에 대한 언급은 임의의 청구 범위 또는 청구 범위의 범주를 제한하려는 것이 아니라, 하나 이상의 청구 범위에 의해 적용될 수 있는 하나 이상의 특징을 참조하기 위한 것이다. 전술한 재료, 공정 및 수치 예는 단지 예시적인 것이며 청구 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 조절기(56)가 하우징(12) 내부에 도시되어 있지만, 대안적으로 하우징 외부(예를 들어, 공급 튜브(16)를 따라, 프로브(14) 내부, 리턴 튜브(18)를 따라, 등)에도 제공될 수 있다.

Claims (22)

1. 샘플 표면상의 입자를 계수하기 위한 디바이스로서,
   상기 샘플 표면으로부터 상기 입자를 수용하는 제1 개구부, 및 하나 이상의 제2 개구부를 갖는 스캐너 프로브;
   상기 제1 개구부로부터 흐르는 제1 기류 및 상기 하나 이상의 제2 개구부로 흐르는 제2 기류를 생성하는 하나 이상의 펌프;
   상기 제1 기류를 제3 기류 및 제4 기류로 분할하는 유동 디바이스;
   상기 제3 기류의 입자를 수용하고 검출하는 제1 입자 검출기 - 상기 제1 입자 검출기는 제1 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있음 -;
   상기 제4 기류의 입자를 수용하고 검출하는 제2 입자 검출기 - 상기 제2 입자 검출기는 상기 제1 입자 크기 범위와 다른 제2 입자 크기 범위 내의 입자를 검출할 수 있음 -;
   상기 제3 기류의 제1 유량 및 상기 제4 기류의 제2 유량을 제공하도록 상기 유동 디바이스 및 상기 하나 이상의 펌프를 제어하는 제어 회로 - 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 작음 -;
   상기 제1 유량을 측정하는 제1 센서; 및
   상기 제2 유량을 측정하는 제2 센서를 포함하고,
   상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 센서에 의해 측정된 상기 제1 및 제2 유량에 기초하여 상기 유동 디바이스를 제어하는, 디바이스.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   공기 공급원으로부터 상기 제4 기류로 공기를 추가하여 상기 제2 기류를 형성하는 제2 유동 디바이스를 더 포함하는, 디바이스.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 기류로부터의 입자를 여과하는 필터를 더 포함하는, 디바이스.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어 회로는,
   상기 제1 유량에 대한 상기 제1 기류의 제3 유량의 비에 상기 제1 입자 검출기로부터의 입자수를 곱함으로써 상기 제1 입자 검출기에 대한 보정된 입자수를 결정하는 단계;
   상기 제2 유량에 대한 상기 제3 유량의 비에 상기 제2 입자 검출기로부터의 입자수를 곱함으로써 상기 제2 입자 검출기에 대한 보정된 입자수를 결정하는 단계; 및
   상기 제1 입자 검출기에 대한 보정된 입자수 및 상기 제2 입자 검출기에 대한 보정된 입자수를 합하는 단계에 의해 총 입자수를 결정하는, 디바이스.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 입자 검출기 및 상기 하나 이상의 펌프는 하우징 내에 배치되고,
   상기 디바이스는,
   상기 하우징과 상기 스캐너 프로브 사이에서 연장되어 상기 제1 기류를 전달하는 제1 튜브; 및
   상기 하우징과 상기 스캐너 프로브 사이에서 연장되어 상기 제2 기류를 전달하는 제2 튜브를 더 포함하는, 디바이스.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2 기류의 유량을 조절하는 조절기를 더 포함하는, 디바이스.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 조절기는 상기 하우징 내에 배치되는, 디바이스.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 조절기는 상기 스캐너 프로브 내에 배치되는, 디바이스.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 조절기는 고정된 주파수로 상기 제2 기류의 유량을 조절하는, 디바이스.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 조절기는 시간에 따라 변하는 주파수로 상기 제2 기류의 유량을 조절하는, 디바이스.
12. 샘플 표면상의 입자를 계수하기 위한 디바이스로서,
    상기 샘플 표면으로부터 상기 입자를 수용하는 제1 개구부, 및 하나 이상의 제2 개구부를 갖는 스캐너 프로브;
    상기 제1 개구부로부터 흐르는 제1 기류 및 상기 하나 이상의 제2 개구부로 흐르는 제2 기류를 생성하는 하나 이상의 펌프;
    상기 제1 기류를 제3 기류 및 제4 기류로 분할하는 유동 디바이스;
    상기 제3 기류의 입자를 수용하고 검출하는 입자 검출기;
    상기 제3 기류의 제1 유량 및 상기 제4 기류의 제2 유량을 제공하도록 상기 유동 디바이스 및 상기 하나 이상의 펌프를 제어하는 제어 회로- 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 작음 -;
    상기 제1 유량을 측정하는 제1 센서; 및
    상기 제2 유량을 측정하는 제2 센서를 포함하고,
    상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 센서에 의해 측정된 상기 제1 및 제2 유량에 기초하여 상기 유동 디바이스를 제어하는, 디바이스.
13. 삭제
14. 삭제
15. 청구항 12에 있어서,
    공기 공급원으로부터 상기 제4 기류로 공기를 추가하여 상기 제2 기류를 형성하는 제2 유동 디바이스를 더 포함하는, 디바이스.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 기류로부터의 입자를 여과하는 필터를 더 포함하는, 디바이스.
17. 청구항 12에 있어서,
    상기 입자 검출기 및 상기 하나 이상의 펌프는 하우징 내에 배치되고,
    상기 디바이스는,
    상기 하우징과 상기 스캐너 프로브 사이에서 연장되어 상기 제1 기류를 전달하는 제1 튜브; 및
    상기 하우징과 상기 스캐너 프로브 사이에서 연장되어 상기 제2 기류를 전달하는 제2 튜브를 더 포함하는, 디바이스.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 기류의 유량을 조절하는 조절기를 더 포함하는, 디바이스.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 조절기는 상기 하우징 내에 배치되는, 디바이스.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 조절기는 상기 스캐너 프로브 내에 배치되는, 디바이스.
21. 청구항 18에 있어서,
    상기 조절기는 고정된 주파수로 상기 제2 기류의 유량을 조절하는, 디바이스.
22. 청구항 18에 있어서,
    상기 조절기는 시간에 따라 변하는 주파수로 상기 제2 기류의 유량을 조절하는, 디바이스.

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