KR20200002792A - 공기 조절식 표면 파티클 검출기 - Google Patents

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Abstract

샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스로서, 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 제1 개구 및 하나 이상의 제2 개구를 가지는 스캐너 프로브, 자신을 통과하는 파티클을 검출하는 파티클 검출기, 자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 모듈레이터, 제1 개구로부터 파티클 검출기를 통해 흐르는 제1 기류를 만들어 내고, 모듈레이터를 통해서 하나 이상의 제2 개구로 흐르는 제2 기류를 만들어 내는 펌프, 및 제2 기류의 진폭을 조절하기 위해 모듈레이터를 제어하는 제어 회로를 포함한다.

Description

공기 조절식 표면 파티클 검출기
본 출원은 2017년 2월 3일에 출원된 미국 가출원 제62/454,649호 및 2018년 1월 16일에 출원된 미국 특허출원번호 제15/872,803호의 우선권을 주장하며, 그것들은 인용에 의해 여기에 통합된다.
본 발명은 일반적으로 클린룸 분야를 위한 파티클 카운팅에 관한 것으로, 특히, 오염 수준을 확인하기 위한 목적으로 파티클을 표면에서 파티클 카운터로 이동시키는 개선된 디바이스에 관한 것이다.
특히 첨단 기술 산업의 빠른 발전과 함께, 오염 검출 및 정량화 요건은 점점 더 중요해 지고 있다. 예를 들면, 반도체 산업은 마이크로일렉트로닉 디바이스를 정밀하게 제조하는 기술을 발전시켰다. 그런 제품을 신뢰성 있게 제조하기 위해서, 매우 엄격한 오염 기준이 제조 시설에 유지되어야 한다.
생산 프로세스의 결정적인 단계에서 오염을 제어하고 최소화하기 위한 노력으로, "클린룸(cleanrooms)"이 자주 이용된다. 클린룸은 공기로 운반되는 입자의 적절한 청정도 등급을 만족시키기 위해 공기로 운반되는 파티클 밀집도를 제어하도록 공기 정화, 공기 분배, 유틸리티, 구성 재료, 장비 및 동작 절차가 지정되고 규제된 룸이다.
특히 클린룸 표면 상의 파티클을 검출하기 위해, 클린룸에서 청정도/오염 수준을 모니터하는 것은 중요하다. 육안 검사 기술이 자외선 혹은 경사 백색광을 이용하여 사용되어 왔다. 자외선은 특정 유기 파티클이 형광을 낸다는 사실을 이용하기 위해 사용된다. 또는, 시각화될 수 있는 반사를 만들어 내기 위해, 백색광이 비스듬이 테스트 표면을 향해 비춰진다. 백색광 기술이 자외선 기술보다 약간 더 감도가 좋기는 하지만, 그것들 모두 동일한 제약을 받는다. 이들 육안 검사 기술은 표면 조건의 피상적인 검사만을 허용한다. 그것들은 정량적 데이터를 제공하지 못한다. 또한, 육안 검사 기술은, 기껏해야, 20미크론 보다 큰 파티클만 검출한다. 1미크론 미만의 파티클을 검출할 필요가 있는 경우가 많다.
또 다른 검사 기술은 예를 들면, 테스트 표면에 접착 테이프 조각을 적용으로써, 테스트 표면으로부터 파티클을 제거하는 것을 포함한다. 테이프 상의 파티클은 현미경 아래에 테이프를 놓고 파티클을 시각적으로 카운팅함으로써 수동적으로 정량화된다. 이 기술은 대략 5 미크론 이상의 파티클 검출을 가능하게 한다. 이 기술의 주된 단점은 시간이 많이 소요되고, 오퍼레이터 간의 변동성에 매우 민감하다는 것이다.
세 번째 검사 기술은 미국 특허 제5,253,538호에 개시된다. 상기 '538호 특허에는 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 적어도 하나의 개구를 가지는 스캐너 프로브를 포함하는 디바이스를 개시한다. 스캐너 프로브는 제1 및 제2 단을 가지는 튜브에 연결된다. 튜브의 제1 단은 스캐너 프로브에 연결되고, 튜브의 제2 단은 광학 레이저 기술을 이용하는 파티클 카운터에 연결된다. 파티클 카운터는 공기가 샘플 표면으로부터 스캐너 프로브를 통하고, 튜브를 통해서 파티클 카운터로 흐르게 하는 진공 발생기를 포함한다. 여기서, 기류 내에 포함된 파티클이 카운팅된다. 상기 '538호 특허는 파티클 카운팅 디바이스의 사용을 수반하는 검사 방법을 개시한다. 먼저 클린룸 급기 가까이 스캐너 프로브를 유지하고 반복적인 판독을 취하거나, 파티클 카운터 내에 선택적 제로 카운트 필터를 설치함으로써, 제로의 백그라운드 파티클 레벨이 설정된다. 그 다음, 휴대형 스캐너 프로브가 미리 설정된 테스트 기간 동안 일정한 속도로 샘플 표면 위로 지나간다. 테스트 주기는 스캐너 프로브에 위치된 실행 스위치를 누름으로써 개시된다. 파티클 카운터는 단위 영역당 파티클의 평균 수에 해당하는 수를 카운트하여 읽어 낸다. 프로세스는 보통 인접한 표면 영역을 따라 수회 반복되고, 각 시기마다 "테스트 판독"을 산출한다.
상기 '538호 특허에 개시된 기술 개선이 모든 목적으로 인용에 의해 여기에 통합되는 미국 특허 제7,010,991호에 개시된 것이다. 상기 '991호 특허는 샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스를 기술한다. 그 디바이스는 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 적어도 하나의 개구를 가지는 스캐너 프로브, 자신을 통과하는 파티클을 카운트하는 파티클 카운터, 스캐너 프로브에 연결된 제1 단 및 파티클 카운터에 연결된 제2 단을 가지는 도관을 포함하고, 도관은 제1 및 제2 튜브, 센서 및 컨트롤러를 포함한다. 파티클 카운터는, 파티클을 정량화하기 위해 파티클 카운터로 운반시키고 스캐너 프로브로 다시 흐르는 기류로 보내기 위해서, 스캐너 프로브 개구로부터 제1 튜브를 통하고, 파티클 카운터를 통하며, 제2 튜브를 거쳐서 다시 스캐너 프로브로 흐르는 기류를 만들어 내는 펌프를 포함한다. 센서는 기류의 흐름 속도를 측정한다. 컨트롤러는 파티클 카운터가 기류 내의 파티클을 정량화하는 동안 일정한 흐름 속도로 기류를 유지하기 위해 기류의 측정된 흐름 속도에 대응하여 펌프의 스피드를 제어한다.
또한 상기 '991호 특허는 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 적어도 하나의 개구를 가지는 스캐너 프로브, 스캐너 프로브에 연결된 제1 단과 제1 커넥터에서 끝나는 제2 단을 가지는 도관을 포함하는 디바이스를 기술한다. 여기서 도관은 제1 및 제2 튜브, 파티클 카운터, 전자 지시자(electronic indicia) 및 컨트롤러를 포함한다. 파티클 카운터는 자신을 통과하는 파티클을 카운트하고, 제1 커넥터를 수용하는 포트, 및 파티클을 정량화하기 위해 파티클 카운터로 운반시키고 스캐너 프로브로 다시 흐르는 기류로 보내기 위해서, 스캐너 프로브 개구로부터, 제1 튜브를 통하고, 파티클 카운터를 통하며, 다시 제2 튜브를 거쳐 스캐너 프로브로 흐르는 기류를 만들어 내는 펌프를 포함한다. 전자 지시자는, 스캐너 프로브의 적어도 하나의 특성을 식별하기 위해, 제1 커넥터, 도관 및 스캐너 프로브 중 적어도 하나에 배치된다. 컨트롤러는 포트 및 제1 커넥터를 통해 전자 지시자를 검출하고, 검출된 전자 지시자에 대응하여 파티클 카운터를 제어한다.
또한 상기 '991호 특허는 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 적어도 하나의 개구를 가지는 스캐너 프로브, 자신을 통과하는 파티클을 분석하는 파티클 카운터, 및 스캐너 프로브에 연결된 제1 단과 파티클 카운터에 연결된 제2 단을 가지는 도관을 포함하는 디바이스를 기술한다. 도관은 제1 및 제2 튜브를 포함한다. 파티클 카운터는, 파티클을 파티클 카운터로 운반시키고 다시 스캐너 프로브로 흐르는 기류로 보내기 위해서, 스캐너 프로브 개구로부터, 제1 튜브를 통하고, 파티클 카운터를 통하며, 다시 제2 튜브를 거쳐 스캐너 프로브로 흐르는 기류를 만들어 내는 펌프를 포함한다. 또한 파티클 카운터는 스캐너 프로브로부터 나오는 기류 내의 파티클을 카운트하는 파티클 검출기, 기류가 파티클 검출기를 통과한 후에 거쳐 흐르는 필터 카트리지 포트, 및 필터 카트리지 포트에 분리 가능하게 연결되고, 파티클 검출기에 의해 카운트된 후의 기류 내 파티클을 포획하는 필터 카트리지를 포함한다.
상술한 파티클 카운팅 디바이스의 효율은 샘플 표면으로부터 추출된 파티클 및 그 디바이스에 의해 포획/카운트된 파티클의 수를, 샘플 표면 상의 파티클의 총수로 나눈 것으로 분류될 수 있다. 파티클이 추출되기 위해서는, 스캐너 프로브에 의해 생성된 샘플 표면에 걸친 공기 흐름이 파티클과 샘플 표면 간의 접착력을 넘어서는데 충분해야 한다. 그러나, 종래의 스캐너 프로브의 하나의 알려진 문제는, 보다 많은 파티클의 접착력을 더 잘 넘어서려고 기류의 공기 흐름 속도가 증가됨에 따라, 제자리에서 벗어난 파티클 중 많은 파티클이 스캐너 프로브로부터 멀리 날려 보내질 수 있어, 어떤 경우에는 그 디바이스에 의해 전혀 포획되거나 카운트되지 않는다는 것이다. 이러한 문제를 파티클 이탈(particle ejection)이라고 부르며, 스캐너 프로브에 의해 제자리에서 벗어난 파티클은 스캐너 프로브 아래의 영역으로부터 이탈되어, 그 파티클은 포획되거나 검출될 수 없다. 그래서, 단지 스캐너 프로브로의 기류의 속도를 증가시키는 것은 파티클 이탈로 인해 보다 낮은 효율을 초래할 수 있어, 스캐너 프로브 효율은 단순히 기류의 속도를 증가시키는 것에 의해 충분히 최대화될 수는 없다. 파티클 이탈로 인해, 이들 디바이스의 효율에 제약이 있다.
전술한 문제점 및 필요성은, 샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스에 의해 해결된다. 그 디바이스는 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 제1 개구 및 하나 이상의 제2 개구를 가지는 스캐너 프로브, 자신을 통과하는 파티클을 검출하는 파티클 검출기, 자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 모듈레이터, 제1 개구로부터 파티클 검출기를 통해 흐르는 제1 기류를 만들어 내고, 모듈레이터를 통해서 하나 이상의 제2 개구로 흐르는 제2 기류를 만들어 내는 펌프, 및 제2 기류의 진폭(amplitude)을 조절하기 위해 모듈레이터를 제어하는 제어 회로를 포함한다.
샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스는, 샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 제1 개구 및 하나 이상의 제2 개구를 가지는 스캐너 프로브, 자신을 통과하는 파티클을 검출하는 파티클 검출기, 자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 모듈레이터, 제1 개구로부터 파티클 검출기를 통하고, 모듈레이터를 통해서 흐르는 제1 기류를 만들어 내고, 하나 이상의 제2 개구로 흐르는 제2 기류를 만들어 내는 펌프, 및 제1 기류의 진폭을 조절하기 위해 모듈레이터를 제어하는 제어 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 명세서, 청구범위 및 첨부 도면의 검토에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 파티클 카운터 어셈블리를 나타내는 다이어그램이다.
도 2a는 스캐너 프로브의 상면 사시도이다.
도 2b는 스캐너 프로브의 저면 사시도이다.
도 3a는 파티클 검출 전의 스캐너 프로브 및 테스트 표면의 측단면도이다.
도 3b는 조절되지 않은 공기 흐름을 이용한 파티클 검출 후의 스캐너 프로브 및 테스트 표면의 측단면도이다.
도 4a는 파티클 검출 전의 스캐너 프로브 및 테스트 표면의 측단면도이다.
도 4b는 조절된 공기 흐름을 이용한 파티클 검출 후의 스캐너 프로브 및 테스트 표면의 측단면도이다.
도 5는 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 6은 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 7은 파티클 검출기의 동작에 대한 타이밍 다이어그램이다.
도 8은 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 9는 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 10은 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 11은 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 12는 파티클 검출기의 사용자 인터페이스 화면의 예시도이다.
도 13은 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
도 14는 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브의 도식적인 블록 다이어그램이다.
본 발명은 앞에서 설명된 스캐너 프로브 디바이스보다 개선된 것이다. 본 발명자들은 스캐너 프로브로의 공기 흐름 속도를 조절하는 것이, 파티클 중 보다 많은 파티클을 제자리에서 벗어나게 만들기 위해 테스트 표면에 걸쳐 보다 큰 최대치의 공기 속도를 야기하지만, 또한 스캐너 프로브로부터 내뿜어져 그것으로부터 떨어짐으로써 손실되는 파티클이 보다 적어지는 것(즉 보다 낮은 파티클 이탈)을 야기한다는 것을 발견했다. 또한, 공기 흐름 조절의 주파수가 시스템의 효율에 영향을 미치는 것을 발견했다. 주파수는, 바람직하게는 파티클 이동을 위한 표면 전단을 극대화시키기 위해서, 스캐너 프로브 면에 의한 파티클 발생을 방지하도록 스캐너 프로브 면의 고유의 공진 주파수를 피하기 위해서(바람직하게는 넘어서기 위해서), 그리고, 그 표면에서 파티클을 공진시킴(즉, 파티클의 고유 주파수에서 혹은 그것에 근접한 공기 흐름 주파수를 이용함)으로써 조사 표면에서의 파티클 떨어짐("재부유(re-suspension)"라고도 함)을 최대화시키기 위해서, 선택된다. 조절된 기류는 거친 표면에서 파티클을 효과적으로 흔들거나 활성화시키는 것으로 판명되었다.
본 발명은 파티클 효율(PE, Particle Efficiency)(픽업되어 검출기에 전달된 파티클을 스캐너 프로브 헤드 아래의 표면 상에서 테스트 초반의 전체 파티클로 나눈 것과 같음)을 향상시킨다. 예를 들어 스캐너 프로브 아래의 표면 상에 10개의 파티클이 존재하고, 통상 6개의 파티클이 픽업되어 일정한 흐름 속도를 이용하여 검출기에 진공 배관으로 이송되는 경우, 그때에 파티클 효율(PE)은 60%이다. 공기 조절식 표면 파티클 검출기를 이용하여, 프로브 헤드 아래의 10개의 파티클에 대해, 파티클 이탈이 최소화된다. 그것은 추가 파티클이 이탈되지 않고 포획되고, 2개 이상의 추가 파티클이 그 조사 표면 상에서 머무르지 않고 제자리에서 벗어나 포획되어, 파티클 효율(PE)이 10개의 파티클 중에서 9개로, 또는 90%로 증가되는 것을 의미한다. 공기 흐름을 조절하는 것은, 일정한 공기 흐름으로 접착력을 넘어설 수 없는 특정 파티클에 대해 접착력을 이기도록 증가된 에너지 및 감소된 이탈을 달성한다. 증가된 에너지는 공기항력(aerodynamic drag)을 증가시킬 수 있는 공기 전단(air shear)을 증가시키는 것을 통해 달성되고, 그것은 그 공진 주파수에 가깝게 파티클을 진동시킴으로써, 및/또는 재부유의 변화를 증가시키도록 파티클에 대한 공기 흐름의 난류를 증가시킴으로써 이동할 파티클을 활성화시킨다. 그래서, 스캐너 프로브로 그리고 스캐너 프로브 헤드 전체에 걸쳐, 흐르는 공기를 조절함으로써, 파티클을 공진시키거나 불안정하게 하고, 표면 상의 파티클의 접착력을 이겨내어 그것이 다시 이동될 수 있게 하여 파티클 효율은 향상된다.
도 1은 샘플 표면 상의 파티클을 분석하는 파티클 검출기(1)의 주요 컴포넌트를 보여준다. 주된 검출기 컴포넌트는 파티클 카운터 어셈블리(8), 스캐너 프로브(10) 및 파티클 카운터 어셈블리(8)와 프로브(10) 사이에 연결된 도관(22)을 포함한다.
도 2a 및 2b는 실질적으로 평면의 베이스(12)를 포함하는 스캐너 프로브(10)를 보여준다. 스캐너 베이스(12)는 샘플 표면과 인터페이싱하는 바닥면(14)을 가진다. 스캐너 베이스(12)는 파티클 검출기를 활성화시키는 실행 스위치(20) 및 파티클 카운팅이 진행 중인 것을 나타내는 LED 등(48)을 가지는 제어부(18)를 포함하는 스캐너 핸들(16)에 수직으로 연결된다. 도관(22)은, 각각이 제1 단 및 제2 단을 가지는, 한 쌍의 튜브(24 및 26)(각각, 공급 및 반환 호스)를 포함한다. 튜브(24/26)의 제1 단은 스캐너 핸들(16)에 연결되고, 제2 단은 파티클 카운터 어셈블리(8) 내 포트 혹은 커넥터에 연결된다. 또한 도관(22)은 파티클 카운터 어셈블리(8)와 스캐너 프로브(10)를 전기적으로 연결시키는 전기 배선(28)을 포함한다.
스캐너 프로브(10)의 베이스 부분(12)은 나사(34)에 의해 함께 고정되는 두 개의 코인 모양의 부분(30 및 32)을 가진다. 도 2a 및 2b에 도시된 스캐너의 실시예는 실질적으로 평평한 표면에서 주로 파티클을 픽업하기 위해 설계된다. 그러나, 평평하지 않은 샘플 표면에 맞게 특별히 설계된 다른 모양의 스캐너가 이용될 수도 있다. 스캐너 베이스(12)의 코인 모양의 부분(30)은 면판(face plate)으로 불리기도 하며, 바람직하게는 마찰 제한 비-미립자 형성 물질로 주입된 재료, 예를 들면, 테플론 주입된 경질 블랙 양극 처리된 알루미늄(type 3, class 2, mil spec A8625D)으로 이루어진다. 스캐너 핸들(16)은 공급 및 반환 튜브(24/26)를 수용하는 두 개의 구멍(36 및 38)을 가진다. 도관(22)으로부터 전기 배선(28)을 수용하기 위해서 또 다른 홀(40)이 핸들(16) 내에 마련된다.
스캐너 베이스 바닥면(14)은 샘플 표면과 인터페이싱되도록 설계된다. 이 실시예에서, 바닥면(14)은 그 베이스 플레이트 바닥면(14)의 중심에 가까이 위치되는 홀(42)(즉, 제1 개구)을 가진다. 홀(42)은 도관(22)의 반환 튜브(26)에 연결되는 스캐너 핸들(16) 내의 구멍(36)에 연결된다. 샘플 표면으로부터의 파티클은 파티클 카운터 어셈블리(8)에서 파티클을 카운트할 목적으로 면판 홀(42)을 통해 흡인된다. 베이스 플레이트 바닥면(14)은 또한 도관(22)의 공기 공급 튜브(24)에 연결되는, 스캐너 핸들 구멍(38)으로 모이는 복수의 보다 작은 홀(44)(즉, 제2 개구)을 가진다. 파티클이 카운팅을 위해 면판 홀(42)을 통해 흡인될 수 있도록, 공기가 파티클 카운터 어셈블리(8)로부터 공급되고 파티클이 제자리로부터 벗어나게 만들어 유동화시키기 위해 면판 홀(44)을 통해 샘플 표면 상으로 전달된다. 면판 바닥면(14)은 또한 제자리에서 벗어난 파티클을 면판 홀(42) 내로 채널링하기 위한 교차 홈(46)을 가진다.
도 3a-3b 및 4a-4b는 파티클 검출기(1)의 일정 진폭 공기 시스템에 대한 공기 조절식 시스템의 증가된 파티클 효율을 보여준다. 도 3a는 테스트될 표면(52) 상의 스캐너 프로브(10) 아래에 배치된 열 개의 파티클(50)을 보여준다. 도 3b는 파티클을 추출하고 검출하기 위해 스캐너 프로브(10)에 공급된 일정 공기 흐름 사용 후의 표면(52)의 상태를 보여준다. 원래 열 개의 파티클 중에서, 두 개의 파티클이 추출되지 않은 파티클로서 스캐너 프로브(10) 아래에 남아있고, 두 개의 파티클이 이탈된 파티클로서 스캐너 프로브(10) 아래의 영역으로부터 벗어나 있다. 그러므로, 원래의 열 개의 파티클 중에서, 여섯 개가 성공적으로 스캐너 프로브 내로 추출되고, 카운팅을 위해 파티클 카운터 어셈블리(8)로 보내진다. 열 개의 파티클 중 여섯 개를 카운트하는 것은 60%의 파티클 효율(PE)을 제공한다.
도 4a는 테스트될 표면(52) 상의 스캐너 프로브(10) 아래에 배치된 동일한 열 개의 파티클(50)을 보여준다. 도 4b는 파티클을 추출하고 검출하기 위해 스캐너 프로브(10)에 공급된 조절된 공기 흐름 사용 후의 표면(52)의 상태를 보여준다. 원래 열 개의 파티클 중에서, 단 하나의 파티클만이 추출되지 않은 파티클로서 스캐너 프로브(10) 아래에 남아있고, 이탈된 파티클로서 스캐너 프로브(10) 아래의 영역으로부터 벗어나 있는 파티클은 없다. 그러므로, 원래의 열 개의 파티클 중에서, 아홉 개가 성공적으로 스캐너 프로브 내로 추출되어, 카운팅을 위해 파티클 카운터 어셈블리(8)로 보내진다. 열 개의 파티클 중 아홉 개를 카운트하는 것은 90%의 파티클 효율(PE)를 제공한다.
파티클에 작용하는 난류 및/또는 공기 전단을 증가시키기 위해 조절된 공기 흐름은 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 공기가 임시 에어 탱크 내로 주입되고 피크 공기 흐름을 증가시켜 방출되어, 표면 상의 파티클의 접착력을 이겨낼 수 있어, 파티클이 이동될 수 있다. 스캐너 프로브로의 공기 공급 배관은 주기적으로 차단될 수 있어서 진공 배관이 파티클을 빨아들이고, 프로브 아래로부터 파티클을 흩어지게 하는 것을 방지한다. 시스템 내 또는 스캐너 프로브의 프로브 면 내 혹은 공기 공급 배관 내에 피에조 전기 모듈레이터가 공기 흐름을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 조절 주파수는 바람직하게는 프로브 공진 및 고조파를 피하도록 설정되어 스캐너 프로브(10)는 표면 상에서 진동하지 않는다. 스캐너 프로브 진동은 프로브(10)와 테스트 중인 표면 사이에 배치된 개스킷이나 오링으로 약화시킬 수 있다. 펌프는 공기 흐름을 조절하기 위해 턴온 및 턴오프될 수 있다. 탱크(즉, 가스 저장소)는 테스트 중에 또는 테스트들 사이에 압력 및/또는 진공이 강화되도록 이용될 수 있고, 그 다음에 공기 전단 및 조절을 증가시키기 위해 그 압력을 방출하도록 이용될 수 있다. 공기 전단 및 조절을 증가시키기 위해 공기를 조절하도록 밸브가 이용될 수 있다.
파티클 추출을 향상시키기 위해서, 조절 주파수는, 테스트 표면 상에 존재할 수 있는 다양한 파티클 크기 및 물질을 처리하기 위해(즉, 다양한 공진 주파수 및/또는 접착력을 가지는 다양한 타입의 파티클을 제자리에서 벗어나게 만들기 위해서), 주파수 범위에 걸쳐(예를 들면, 어느 저주파수에서 보다 높은 주파수로) 스윕해 갈 수 있고, 및/또는 여러 다른 주파수 중에서 변경될 수 있다. 파티클 카운터 어셈블리(8)는 추가적으로 스캐너 프로브(10)에 공급되는 공기로부터 습기를 제거하기 위해서 인라인(in-line) 건조기 또는 흡착식 건조기를 포함할 수 있어, 표면 장력으로부터 발생하는 파티클과 표면 사이의 접착력을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 파티클 카운터 어셈블리(8)와 스캐너 프로브(10) 간의 연결은, 어느 타입의 스캐너 프로브(10)가 부착되는지에 대한 정보를 파티클 카운터 어셈블리(8)로 전달하여, 파티클 카운터 어셈블리(8)의 제어 회로 및/또는 소프트웨어는 표면 스캐닝을 위해 부착되고 이용되는 특정 부착된 스캐너 프로브(10)의 공진 주파수를 알 수 있다.
도 5는 조절된 공기 흐름을 제공하는 파티클 카운터 어셈블리(8)의 제1 실시예를 보여준다. 파티클 카운터 어셈블리(8)는 바람직하게는, 다양한 타입의 스캐너 프로브(10)가 파티클 카운터 어셈블리(8)에 쉽게 연결될 수 있도록, 분리 가능한 방식으로 도관(22)에 연결되는 커넥터(54)를 포함한다. 공기 배관(56)은 도 5에 화살표로 나타내진다. 스캐너 프로브(8)로부터의 기류가 커넥터(54)를 통과하여 파티클 검출기(58)로 나아간다. 파티클 검출기(58)는 기류 내의 파티클을 검출하고 카운트할 수 있는 임의의 적당한 검출기일 수 있다. 바람직하게는, 파티클 검출기(58)는 해당 기술 분야에서 잘 알려지고, 여기에 추가 설명되지 않은 레이저기반 파티클 검출기이다. 기류 내 파티클이 카운트된 후, 기류는 스캐너 프로브로의 반환 준비로 그 기류로부터 파티클을 제거하기 위해 파티클 필터(60)를 통과한다. 기류는 그 다음에 스캐너 프로브(10)로부터 기류를 끌어들이는 진공 상태를 만들어 내는 펌프(62)를 통과한다. 기류는 펌프로부터의 어떠한 오염도 기류 내에 남지 않게 하는 또 다른 필터(64)를 통과한다. 그 다음에 기류는 그 기류의 흐름 속도(즉, 진폭)를 조절하는 모듈레이터(66)를 통과한다. 모듈레이터(66)는 단순히 스캐너 프로브(10)로 다시 향하는 기류를 조절하는 밸브 또는 피에조 전기 멤브레인일 수 있다. 모듈레이터는, 스캐너 프로브로 반환되는 기류가 스캐너 프로브(10)로부터 공기 흐름을 끌어들이는 진공과는 독립해서 운용될 수 있도록(즉, 스캐너 프로브로 향하는 제2 기류는 파티클 카운터 어셈블리로 향하는 제1 기류와는 독립적으로 운용될 수 있도록), 일부 또는 모든 기류가 배기 포트(68)로 우회되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 파티클 카운팅 동작 초반에는, 느슨하게 구속된 파티클이 이탈되지 않도록 오직 진공만이 스캐너 프로브에 적용될 수 있고, 그 다음에 후속하는 파티클 카운팅 동작에서 테스트 표면에 보다 단단히 부착된 파티클을 제거하기 위해 기류가 스캐너 프로브에 적용된다. 배기 포트(68)는 환경으로 어떤 오염 반환을 예방하기 위해 또 다른 공기 필터를 포함할 수 있다. 커넥터(54)로 및 스캐너 프로브(10)로 반환되기 전에, 기류는 표면에 대한 파티클의 접착력을 감소시키기 위해 기류로부터 습기를 제거하는 선택적인 건조기(69)를 통과할 수 있다.
파티클 검출기(1)를 동작시키는 제어 회로는 컴포넌트들 중에 분산될 수 있다. 여기서 여러 컴포넌트는, 연계된 동작이 되도록, 동작 중에 서로 통신한다(도 5 참조). 대안으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 연계된 방식으로 여러 컴포넌트의 동작을 제어하는, 제어 회로 대부분 또는 모든 제어 회로를 포함하는 중앙 제어기가 있을 수 있다.
도 7은 파티클 검출기(1)의 파티클 카운팅 동작을 보여주는 타이밍 다이어그램이다. 시간 = 1에서, 사용자는 실행 스위치(20)(누름 버튼일 수 있음)를 활성화시켜, 파티클 검출기(58)를 활성화시키고, 스캐너 프로브(10)로부터 그리고 파티클 검출기(58)로 공기를 끌어들이는 진공을 생성하도록 펌프(62)를 활성화시킨다. 이 초기 시간 기간(예로써, 시간 = 1에서 시간 = 5) 동안, 모듈레이터(66)는 스캐너 프로브(10)로 다시 공기를 공급하도록 활성화되지 않는다(즉, 기류가 스캐너 프로브(10)로 나가지 않고, 대신에 기류는 배기 포트(68)로 우회됨). 이 시간 동안, 진공은 그 환경으로부터, 그리고 테스트 표면과 스캐너 프로브의 바닥면(14) 사이에서 공기를 끌어들이고, 그것에 의해 기류가 저접착 파티클을 제자리에서 벗어나게 만들어 포획한다. 파티클은 진공에 의해 야기된 기류와 함께 스캐너 프로브(10), 도관(22)을 통하고, 파티클 검출기(58)로 이동한다. 후속 시간(예를 들면, 시간 = 5)에, 모듈레이터(66)는 스캐너 프로브(10)로 반환되는 기류의 진폭을 조절하기 위해 활성화된다(즉, 기류의 진폭 펄스를 만들어 냄). 도 7의 다이어그램에 나타낸 바와 같이, 스캐너 프로브(10)로 나가는 기류의 진폭은 특정 주파수로 높은 피크값과 낮거나 제로인 값 사이에서 진동한다. 이 조절된 기류는 피크 진폭값에서 고접착 파티클을 제자리에서 벗어나게 만들어 포획하는 스캐너 프로브(10)의 바닥면(14)에서의 조절된 공기 속도를 야기한다. 이 파티클은 기류와 함께 스캐너 프로브(10) 내로 이동하고, 도관(22)을 통하고, 파티클 검출기(58)로 이동한다. 미리 설정된 진동/펄스의 시간량 혹은 수량 후에, 펌프, 파티클 카운터 어셈블리 및 모듈레이터는 비활성화된다(예를 들면, 시간 = 10에서). 이것에 의해 스캐너 프로브(10)로의 및 스캐너 프로브(10)로부터의 기류는 중단된다. 도 7에서는 스캐너 프로브(10)로 나가는 기류의 3개의 펄스만을 보여주지만, 그것은 단일 파티클 카운팅 동작에 이용되는 펄스가 수십, 수백 혹은 그 이상일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 7에 도시된 조절 주파수는 파티클 카운팅 동작 기간 동안 고정되지만, 조절 주파수는 파티클 카운팅 동작 동안 달라질 수 있다. 예를 들면, 조절 주파수는 단일 파티클 카운팅 동작 동안 조절 주파수 범위에 걸쳐 연속적으로 스윕해 갈 수 있다. 또는, 조절 주파수는 단일 파티클 카운팅 동작 동안 미리 설정된 주파수 조절값 사이에서 단계적으로 나아가거나 바뀔 수 있다. 또는, 다수의 파티클 카운팅 동작이 각각 다른 조절 주파수를 이용하여 수행될 수 있다.
도 8은 조절된 공기 흐름을 제공하는 파티클 카운터 어셈블리(8)의 다른 실시예를 보여준다. 모듈레이터(66)는 스캐너 프로브(10)에 대해 기류 펄스들 전 및 그것들 사이에 공기압을 만들어 내는 에어 탱크(72)를 포함한다. 탱크(72) 내 가압 공기는 조절된 기류의 펄스를 만들어 내도록 모듈레이터(66)에 의해 스캐너 프로브(10)로 방출된다. 도 9는 중앙 제어기(70) 형식의 중앙 집중식 제어 회로를 제외하고, 같은 구성을 보여준다.
도 10은 공기 모듈레이터(66)가 파티클 카운터 어셈블리(8) 대신에 스캐너 프로브(10)의 일부로서 구성된 또 다른 실시예를 보여준다. 스캐너 프로브(10) 내측 및 베이스(12)의 바닥면(14)에 가깝게 모듈레이터(66)를 위치시킴으로써, 파티클 카운터 어셈블리(8)와 스캐너 프로브(10) 간에 발생할 수 있는 공기 흐름 조절의 진동 혹은 피크 공기 전단을 방지할 수 있다. 도 11은 중앙 제어기(70) 형식의 중앙 집중식 제어 회로를 제외하고, 같은 구성을 보여준다.
도 12는 파티클 카운터 어셈블리(8) 혹은 스캐너 프로브(10)의 일 부분일 수 있으며, 사용자가 기류 진폭, 조절 주파수, 조절 시간, 및 진공/검출의 시작과 스캐너 프로브(10)로의 조절된 기류의 개시 사이의 지연을 설정하게 할 수 있는 사용자 인터페이스 화면(74)을 보여준다. 이들 파라미터는 커넥터(54)에 연결되는 스캐너 프로브의 타입이 검출되면 자동적으로 설정되거나 변경될 수 있다.
상술한 동작은 스캐너 프로브(10)로의 기류의 진폭을 조절하는 것을 수반한다. 그러나, 스캐너 프로브(10)로부터 파티클 카운터 어셈블리(8)로의 기류(펌프(62)로부터 진공에 의해 야기됨)가 대신에 또는 추가로 조절될 수 있다. 특히, 스캐너 프로브(10)로의 기류 및/또는 스캐너 프로브(10)로부터의 기류를 조절함으로써, 스캔된 표면에 걸친 공기 흐름 조절이 이루어질 수 있다. 스캐너 프로브(10)로의 기류 및 스캐너 프로브(10)로부터의 기류가 모두 조절되는 경우, 그것들은 서로 같은 위상에서 조절될 수 있고, 또는 파티클 효율을 극대화시키기 위해 서로 다른 위상에서 조절될 수 있다. 스캐너 프로브(10)로부터의 기류를 조절하는 것은, 프로브 헤드 내 기존의 모듈레이터(66)를 이용하거나, 또는 도 13 및 14에 도시된 바와 같이 스캐너 프로브(10)로부터의 기류를 위한 별개의 모듈레이터(66)를 포함하여, 펌프(62)의 동작을 조절함으로써 구현될 수 있다.
본 발명은 위에서 기술되고 여기에 예시된 실시예(들)로 한정되지 않으며, 어느 청구범위 내에 들어가는 소정의 및 모든 변형을 포괄하는 것으로 이해되는 것이다. 예를 들어, 여기에 본 발명에 대한 언급은 어느 청구범위 혹은 청구항 용어를 한정하는 것으로 의도되지 않지만, 대신에 단지 하나 이상의 청구범위에 의해 다루어 질 수 있는 하나 이상의 특징에 대해 참조하게 한다. 상술된 물질, 프로세스 및 수치예는 오직 예시일 뿐이며, 청구범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 파티클 카운터 어셈블리 및 스캐너 프로브는 단일 하우징으로 결합되어, 도관(22)을 생략할 수 있다. 다수의 홀(44) 대신에 단일 홀(44)이 사용될 수 있다. 도 13 및 14에서 두 개의 모듈레이터(66)는 단일 디바이스로 결합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스로서,
    샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 제1 개구 및 하나 이상의 제2 개구를 가지는 스캐너 프로브;
    자신을 통과하는 파티클을 검출하는 파티클 검출기;
    자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 모듈레이터;
    상기 제1 개구로부터 상기 파티클 검출기를 통해 흐르는 제1 기류를 만들어 내고, 상기 모듈레이터를 통해서 상기 하나 이상의 제2 개구로 흐르는 제2 기류를 만들어 내는 펌프; 및
    상기 제2 기류의 진폭을 조절하기 위해 상기 모듈레이터를 제어하는 제어 회로를 포함하는 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기류의 진폭은 고정 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기류의 진폭은 시간에 따라 달라지는 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기류의 진폭은 시간에 따라 주파수 범위에 걸쳐 스윕해가는 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기류는 제1 및 제2 시간 기간 동안 만들어지고, 상기 모듈레이터는 상기 제1 시간 기간 동안 상기 제2 기류가 상기 하나 이상의 제2 개구에 도달하는 것을 차단하고, 상기 제1 시간 기간 후인 제2 시간 기간 동안 상기 제2 기류가 상기 하나 이상의 제2 개구에 도달하게 하는 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파티클 검출기 및 상기 펌프는 파티클 카운터 어셈블리에 배치되며,
    상기 디바이스는 상기 스캐너 프로브에 연결된 제1 단 및 상기 파티클 카운터 어셈블리에 연결된 제2 단을 가지는 도관을 더 포함하고, 상기 도관은 제1 및 제2 튜브를 포함하며, 상기 제1 기류는 제1 튜브를 통해 흐르고 상기 제2 기류는 제2 튜브를 통해 흐르는 디바이스.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 모듈레이터는 상기 파티클 카운터 어셈블리에 배치되는 디바이스.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 모듈레이터는 상기 스캐너 프로브에 배치되는 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 모듈레이터 및 상기 제어 회로는 상기 제1 기류의 진폭을 조절하기 위해 구성되는 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 기류의 진폭은 고정 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 기류의 진폭은 시간에 따라 달라지는 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 기류의 진폭은 시간에 따라 주파수 범위에 걸쳐 스윕해가는 주파수를 가지는 일련의 펄스로서 조절되는 디바이스.
  13. 청구항 1에 있어서,
    모든 제어 회로는 상기 파티클 검출기, 상기 모듈레이터 및 상기 펌프에 연결된 중앙 제어기에 배치되는 디바이스.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 모듈레이터는 가압 공기를 축적하고 상기 제2 기류를 조절하기 위해서 상기 가압 공기를 이용하는 에어 탱크를 포함하는 디바이스.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기류로부터 파티클을 제거하는 필터를 더 포함하는 디바이스.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기류로부터 파티클을 제거하는 필터를 더 포함하는 디바이스.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기류로부터 습기를 제거하는 건조기 디바이스를 더 포함하는 디바이스.
  18. 청구항 1에 있어서,
    자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 제2 모듈레이터를 더 포함하고, 상기 제1 기류는 상기 제2 모듈레이터를 통과하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 기류의 진폭을 조절하기 위해 상기 제2 모듈레이터를 제어하도록 구성되는 디바이스.
  19. 샘플 표면 상의 파티클을 카운트하는 디바이스로서,
    샘플 표면으로부터 파티클을 받아들이는 제1 개구 및 하나 이상의 제2 개구를 가지는 스캐너 프로브;
    자신을 통과하는 파티클을 검출하는 파티클 검출기;
    자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 모듈레이터;
    상기 제1 개구로부터 상기 파티클 검출기를 통하고 상기 모듈레이터를 통해서 흐르는 제1 기류를 만들어 내고, 상기 하나 이상의 제2 개구로 흐르는 제2 기류를 만들어 내는 펌프;
    상기 제1 기류의 진폭을 조절하기 위해 상기 모듈레이터를 제어하는 제어 회로를 포함하는 디바이스.
  20. 청구항 19에 있어서,
    자신을 관통해서 흐르는 공기를 조절하는 제2 모듈레이터를 더 포함하고, 상기 제2 기류는 상기 제2 모듈레이터를 통과하고, 상기 제어 회로는 상기 제2 기류의 진폭을 조절하기 위해 상기 제2 모듈레이터를 제어하도록 구성되는 디바이스.
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