阅读说明：本技术 调节的空气表面颗粒检测器 (The air surface particle detector of adjusting ) 是由 D.布朗 D.卢茨 W.W.奥尔斯顿 于 2018-01-19 设计创作，主要内容包括：一种用于对样本表面上的颗粒进行计数的装置包括：扫描器探针,其具有用于接收来自样本表面的颗粒的第一开口和一个或多个第二开口；颗粒检测器,其用于检测从其穿过的颗粒；调节器,其用于调节从其流过的空气；泵,其用于产生从所述第一开口流动并穿过所述颗粒检测器的第一气流,并且用于产生流动通过所述调节器并流向所述一个或多个第二开口的第二气流；以及控制电路,其用于控制所述调节器以调节所述第二气流的幅度。(A kind of device for being counted to the particle in sample surface includes: scanner probe, has the second openings of the first opening and one or more for receiving the particle from sample surface；Particle detector is used to detect the particle passed through；Adjuster is used to adjust the air flowed through from it；Pump is used to generate from first open flow and pass through the first air-flow of the particle detector, and for generating the second air-flow for flowing through the adjuster and flowing to one or more of second openings；And control circuit, it is used to control the adjuster to adjust the amplitude of second air-flow.)

调节的空气表面颗粒检测器

相关申请

本申请要求2017年2月3日提交的美国临时申请号62/454,649和2018年1月16日提交的美国专利申请号15/872,803的权益，这些申请通过援引并入本文。

技术领域

本发明大体涉及用于洁净室应用的颗粒计数，且更特别地涉及一种用于将颗粒移出表面并移动到颗粒计数器中以用于确定污染水平的目的的改进装置。

背景技术

污染检测和量化需求已变得越来越重要，特别是随着高科技工业的快速发展变得越来越重要。例如，半导体工业已经开发了用于精确生产微电子装置的技术。为了可靠地生产这种产品，必须在生产设施中保持高度严格的污染标准。

为了在生产过程的关键阶段中控制污染并使其最小化，经常使用“洁净室”。洁净室是其中规定并调节空气过滤、空气分布、公用设施、构造材料、设备和操作程序以控制空气游离颗粒浓度以便满足适当的空气游离微粒洁净度分类的房间。

监测洁净室中的洁净度/污染水平是重要的，尤其对于检测洁净室表面上的颗粒而言。视觉检查技术已经与紫外线或者倾斜的白光一起使用。紫外光被用于利用某些有机颗粒发荧光的事实。替代地，白光以一定角度朝向测试表面照射，以便产生可以可视化的反射。尽管白光技术比紫外线技术略微更敏感，但这两种技术都受到相同的限制。这些视觉检查技术仅允许粗略检查表面条件。它们不提供量化数据。此外，视觉检查技术最多只能检测大于二十微米的颗粒。通常期望的是检测小于一微米的颗粒。

另一检查技术涉及从测试表面去除颗粒，通过例如将一片粘合带施加到测试表面来去除颗粒。然后通过将该粘合带放置在显微镜下并对颗粒进行视觉上的计数来手动地量化该粘合带上的颗粒。该技术允许检测近似5微米或更大的颗粒。这种技术的主要缺点是这种技术非常耗时，并且这种技术对操作者之间的变化非常敏感。

在美国专利号5,253,538中公开了第三种检查技术。'538专利公开了一种装置，该装置包括扫描器探针，该扫描器探针具有用于接收来自样本表面的颗粒的至少一个开口。扫描器探针连接到具有第一端和第二端的管。管的第一端连接到扫描器探针，并且管的第二端连接到采用光学激光技术的颗粒计数器。颗粒计数器包括真空发生器，该真空发生器使空气从样本表面流动通过扫描器探针、通过管并进入到颗粒计数器中，在颗粒计数器中，对包含在气流中的颗粒进行计数。'538专利公开了一种检查方法，该检查方法涉及使用颗粒计数装置。首先通过保持扫描器探针靠近洁净室供应空气并进行重复读数或者通过在颗粒计数器中安装任选的零计数过滤器来建立零背景颗粒水平。接下来，使手持扫描器探针在预定测试时段内以恒定的速率在样本表面上经过。通过推动位于扫描器探针上的运行开关来启动测试循环。颗粒计数器进行计数并读出对应于每单位面积的平均颗粒数量的数。该过程通常沿着邻近表面区域重复若干次，每次产生“测试读数”。

对'538专利中公开的技术的改进是在美国专利号7,010,991中公开的技术，该专利出于所有目的通过引用并入本文。'991专利描述了一种用于对样本表面上的颗粒进行计数的装置。该装置包括：扫描器探针，其具有用于接收来自样本表面的颗粒的至少一个开口；颗粒计数器，其用于对从其穿过的颗粒进行计数；导管，其具有连接到扫描器探针的第一端和连接到颗粒计数器的第二端，其中，导管包括第一管和第二管；传感器；和控制器。颗粒计数器包括用于产生气流的泵，气流从扫描器探针开口流动通过第一管，通过颗粒计数器并经由第二管回到扫描器探针，以用于将颗粒运输到颗粒计数器以用于定量，并运送流回到扫描器探针的气流。传感器测量气流的流动速率。控制器响应于气流的所测量的流动速率来控制泵的速度以将气流保持在恒定的流动速率处，同时颗粒计数器对气流中的颗粒进行定量。

'991专利还描述了一种装置，该装置包括：扫描器探针，其具有用于接收来自样本表面的颗粒的至少一个开口；导管，其具有连接到扫描器探针的第一端和在第一连接器中终止的第二端，其中，导管包括第一管和第二管；颗粒计数器；电子标记；和控制器。颗粒计数器对从其穿过的颗粒进行计数，并且包括用于接收第一连接器的端口和用于产生气流的泵，气流从扫描器探针开口流动通过第一管，通过颗粒计数器并经由第二管回到扫描器探针，以用于将颗粒运输到颗粒计数器以用于定量，并运送流回到扫描器探针的气流。电子标记设置在第一连接器、导管和扫描器探针中的至少一者中以用于识别扫描器探针的至少一个特征。控制器经由端口和第一连接器检测电子标记，并且响应于所检测的电子标记来控制颗粒计数器。

'991专利还描述了一种装置，该装置包括：扫描器探针，其具有用于接收来自样本表面的颗粒的至少一个开口；颗粒计数器，其用于对从其穿过的颗粒进行分析；以及导管，其具有连接到扫描器探针的第一端和连接到颗粒计数器的第二端。导管包括第一管和第二管。颗粒计数器包括用于产生气流的泵，气流从扫描器探针开口流动通过第一管，通过颗粒计数器并经由第二管回到扫描器探针，以用于将颗粒运输到颗粒计数器，并运送流回到扫描器探针的气流。颗粒计数器还包括：颗粒检测器，其用于对来自扫描器探针的气流中的颗粒进行计数；滤筒端口，气流在穿过颗粒检测器之后流动通过该滤筒端口；以及滤筒，其可拆卸地连接到滤筒端口以用于捕获由颗粒检测器计数之后的气流中的颗粒。

上文所描述的颗粒计数装置的效率可分类为从样本表面提取并由该装置捕获/计数的颗粒数量除以样本表面上的颗粒的总数量。为了提取颗粒，由扫描器探针产生的横跨样本表面的气流必须足以克服颗粒与样本表面之间的粘附力。然而，传统扫描器探针的一个已知问题是，随着气流的气流速率增加以试图更好地克服更多颗粒的粘附力，更多的移位的颗粒可能从扫描器探针吹走，在这种情况下它们永远不会被该装置捕获和计数。这个问题称为颗粒驱逐，其中，通过扫描器探针移位的颗粒从扫描器探针下方的区域被驱逐，在该区域中颗粒不能被捕获和检测。因此，由于颗粒驱逐，仅仅增大进入到扫描器探针中的气流的速度可能产生更低的效率，并且因此，仅通过增大气流的速度不能使扫描器探针效率完全最大化。由于颗粒驱逐，这些装置的效率受到限制。

发明内容

前述问题和需求通过一种用于对样本表面上的颗粒进行计数的装置解决，该装置包括：扫描器探针，其具有用于接收来自样本表面的颗粒的第一开口和一个或多个第二开口；颗粒检测器，其用于检测从其穿过的颗粒；调节器，其用于调节从其流过的空气；泵，其用于产生从第一开口流动并穿过颗粒检测器的第一气流，并且用于产生流动通过调节器并流向所述一个或多个第二开口的第二气流；以及控制电路，其用于控制调节器以调节第二气流的幅度。

一种用于对样本表面上的颗粒进行计数的装置包括：扫描器探针，其具有用于接收来自样本表面的颗粒的第一开口和一个或多个第二开口；颗粒检测器，其用于检测从其穿过的颗粒；调节器，其用于调节从其流过的空气；泵，其用于产生从第一开口流动并穿过颗粒检测器并穿过调节器的第一气流，并且用于产生流到所述一个或多个第二开口的第二气流；以及控制电路，其用于控制调节器以调节第一气流的幅度。

本发明的其它目的和特征将通过查看说明书、权利要求和附图而变得显而易见。

附图说明

图1是图示颗粒计数器组件的示意图。

图2A是扫描器探针的顶部透视图。

图2B是扫描器探针的底部透视图。

图3A是颗粒检测之前的扫描器探针和测试表面的侧视横截面图。

图3B是使用未经调节的空气流进行颗粒检测之后的扫描器探针和测试表面的侧视横截面图。

图4A是颗粒检测之前的扫描器探针和测试表面的侧视横截面图。

图4B是使用经调节的空气流进行颗粒检测之后的扫描器探针和测试表面的侧视横截面图。

图5是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图6是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图7是颗粒检测器的操作的时序图。

图8是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图9是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图10是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图11是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图12是颗粒检测器的用户界面屏幕的图示。

图13是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

图14是颗粒计数器组件和扫描器探针的方框示意图。

具体实施方式

本发明是对先前描述的扫描器探针装置的改进。本发明人已发现，调节进入扫描器探针中的气流速率导致横跨测试表面的更大峰值空气速度以使更多颗粒移位，而且还导致更少的颗粒通过从扫描器探针吹出并远离扫描器探针而损失（即更低的颗粒驱逐）。也已发现，空气流调节的频率影响系统的效率。频率优选地被选择成使颗粒位移的表面剪切最大化，以避免（优选地超过）扫描器探针面的固有共振频率,以避免通过扫描器探针面产生颗粒，并且通过使离开表面的颗粒发生共振（即使用接近或者处于颗粒的固有频率处的空气流频率）使而离开探测表面的颗粒移位（也称为“再悬浮”）最大化。已发现经调节的气流有效地摇动或者刺激颗粒离开粗糙表面。

本发明改进了颗粒效率PE（其等于被拾取并被运送到检测器的颗粒除以在测试开始时扫描器探针头下方的表面上的总的颗粒）。例如，如果扫描器探针下方的表面上有10个颗粒，并且通常拾取6个颗粒并使用恒定的流动速率在真空管线中将其运输到检测器，那么颗粒效率PE为60%。在经调节的空气表面颗粒检测器的情况下，在探针头下方有10个颗粒的情况下，颗粒驱逐被最小化，这意味着额外的颗粒被捕获而不是被驱逐，并且再两个额外颗粒被移位并被捕获而不是保留在探测表面上，颗粒效率PE增加到10个颗粒中的9个，或者90%。调节空气流实现了减少驱逐和增大能量两者以破坏某些颗粒的粘附力，这些颗粒在恒定的空气流下将会不克服它们的粘附力。增大的能量通过增大空气剪切来完成，空气剪切可以增大空气动力学阻力，其通过使颗粒接近其共振频率振动和/或增大颗粒上的空气流的湍流以增加再悬浮的变化而激发颗粒移动。因此，颗粒效率通过以下改进：调节流到扫描器探针并因此横跨扫描器探针头的空气，以使颗粒共振或者干扰这些颗粒并克服颗粒在表面上的粘附力，因此可以去除颗粒。

图1示出了用于对样本表面上的颗粒进行分析的颗粒检测器1的主要部件。主检测器部件包括颗粒计数器组件8、扫描器探针10和连接在颗粒计数器组件8与探针10之间的导管22。

图2A和2B图示了扫描器探针10，扫描器探针10包括基本上平面的基座12。扫描器基座12具有用于与样本表面对接的底侧14。扫描器基座12垂直地连接到扫描器手柄16，扫描器手柄16包括控制区段18和LED灯48，控制区段18具有用于启动颗粒检测器的运行开关20，LED灯48指示颗粒计数正在进行。导管22包括一对管24和26（分别是供应软管和返回软管），其各自具有第一端和第二端。管24/26的第一端连接到扫描器手柄16，并且第二端连接到颗粒计数器组件8中的端口或连接器。导管22还包括电气布线28，电气布线28将扫描器探针10电气连接到颗粒计数器组件8。

扫描器探针10的基座部分12具有两个硬币形的部分30和32，这两个硬币形的部分通过螺钉34紧固在一起。主要针对拾取离开基本上平坦表面的颗粒设计图2A和2B中所示的扫描器实施例。然而，也可以使用专门设计成适形于非平坦样本表面的其它形状的扫描器。扫描器基座12的硬币形的部分30也被称为面板，并且优选地由浸渍有摩擦限制非微粒物质的材料制成，该材料例如是具有特氟龙浸渍的硬质黑阳极化化铝，3型2类军用规格A8625D。扫描器手柄16具有两个孔洞36和38，这两个孔洞用于接收供应和返回管24/26。另一个孔40设置在手柄16中以用于接收来自导管22的电气布线28。

扫描器基座底侧14设计成与样本表面对接。在该实施例中，底侧14具有孔42（即第一开口），孔42近似位于基座板底侧14的中心中。孔42连接到扫描器手柄16中的孔洞36，孔洞36连接到导管22的返回管26。为了对颗粒进行计数的目的，来自样本表面的颗粒通过面板孔42被吸入颗粒计数器组件8中。基座板底侧14还具有多个更小的孔44（即第二开口），这些更小的孔会聚到扫描器手柄孔洞38中，扫描器手柄孔洞38连接到导管22的空气供应管24。空气从颗粒计数器组件8被供应并通过面板孔44运送到样本表面上以用于使颗粒移位并使其流体化，使得这些颗粒可通过面板孔42被吸入以用于计数。面板底侧14还具有用于将被移位的颗粒引导到面板孔42中的交叉沟槽46。

图3A-3B和4A-4B图示了颗粒检测器1的经调节的空气系统相对于恒定幅度空气系统的增加的颗粒效率。图3A图示了设置在扫描器探针10下方处于待测试的表面52上的十个颗粒50。图3B图示了表面52在使用供应到扫描器探针10的恒定空气流以提取和检测颗粒之后的状态。在最初的十个颗粒中，两个颗粒保持在扫描器探针10下方作为未被提取的颗粒，并且两个颗粒从扫描器探针10下方的区域被移位为被驱逐的颗粒。因此，在十个最初颗粒中，六个颗粒被成功地提取到扫描器探针中并被传送到颗粒计数器组件8以用于计数。对十个颗粒中的六个进行计数提供了60%的颗粒效率PE。

图4A图示了设置在扫描器探针10下方处于待测试的表面52上的相同的十个颗粒50。图4B图示了表面52在使用供应到扫描器探针10的经调节的空气流以提取和检测颗粒之后的状态。在最初的十个颗粒中，仅一个颗粒保持在扫描器探针10下方作为未被提取的颗粒，并且没有颗粒从扫描器探针10下方的区域被移位为被驱逐的颗粒。因此，在十个最初颗粒中，九个颗粒被成功地提取到扫描器探针中并被传送到颗粒计数器组件8以用于计数。对十个颗粒中的九个进行计数提供了90%的颗粒效率PE。

可以以不同的方式提供用以增加作用在在颗粒上的湍流和/或空气剪切的经调节的空气流。例如，空气可以被泵入临时气罐中并被释放以增加峰值空气流并克服颗粒在表面上的粘附力，因此可去除颗粒。通向扫描器探针的空气供应管线可被周期性地切断，因此仅真空管线在抽出颗粒并且避免从探针下方吹送颗粒。系统中或探针面中或扫描器探针的空气供应管线中的压电调节器可用于调节空气流。调节频率优选地设定成避免探针共振和谐波，因此扫描器探针10不在表面上振动。可以用设置在探针10与测试中的表面之间的垫圈或者O型环抑制扫描器探针振荡。可以打开和关闭泵以调节空气流。罐（即，气体贮器）可以用于在测试期间或者在测试之间建立压力和/或真空，并且然后可以用于释放压力以增加空气剪切和调节。阀可以用于调节空气以增加空气剪切和调节。

为了增强颗粒提取，可以在一系列频率（例如从某个低频率到更高的频率）上扫描调节频率，和/或可以在若干个离散频率中变化，以解决可存在于测试表面上的不同颗粒尺寸和材料（即，用于使具有不同共振频率和/或粘附力的不同类型的颗粒移位）。颗粒计数器组件8另外可以包括直列式干燥机或者除湿式干燥机，以从供应到扫描器探针10的空气去除湿气，这可以减小由表面张力引起的颗粒与表面之间的粘附力。优选地，颗粒计数器组件8与扫描器探针10之间的连接向颗粒计数器组件8传递关于附接了哪种类型的扫描器探针10的信息，因此颗粒计数器组件8的控制电路和/或软件可以知道所附接的和正用于表面扫描的特定附接扫描器探针10的共振频率。

图5图示了用于提供经调节的空气流的颗粒计数器组件8的第一实施例。颗粒计数器组件8优选地包括用于以可拆卸的方式连接到导管22的连接器54，使得不同类型的扫描器探针10可以容易地连接到颗粒计数器组件8。空气管线56由图5中的箭头表示。来自扫描器探针8的气流穿过连接器54并到达颗粒检测器58，颗粒检测器58可以是能够对气流中的颗粒进行检测和计数的任何适当的检测器。优选地，颗粒检测器58是本领域中熟知且本文中未进一步描述的基于激光的颗粒检测器。在对气流中的颗粒进行计数之后，气流穿过颗粒过滤器60以从准备返回到扫描器探针的气流去除颗粒。然后，气流穿过泵62，泵62产生从扫描器探针10抽出气流的真空。气流穿过另一过滤器64，过滤器64确保来自泵的污染没有保留在气流中。然后，气流穿过调节器66，调节器66调节气流的流动速率（即幅度）。调节器66可以仅仅是调节流回到扫描器探针10的气流的阀门或者压电膜。调节器可以被构造成使一些气流或所有气流转移到排气端口68，使得返回到扫描器探针的气流可以独立于从扫描器探针10抽出气流的真空操作（即流向扫描器探针的第二气流可以独立于流向颗粒计数器组件的第一气流操作）。例如，在颗粒计数操作开始时，仅真空可被施加到扫描器探针，使得松散结合的颗粒将不会被驱逐，并且稍后，在颗粒计数操作中，气流然后被施加到扫描器探针以去除更紧密地粘附到测试表面的颗粒。排气端口68可以包括另一空气过滤器以防止任何污染返回到环境。在返回到连接器54和返回到扫描器探针10之前，气流可以穿过任选的干燥器69，干燥器69从气流去除湿气以减小颗粒与表面的粘附力。

用于操作颗粒检测器1的控制电路可以分散在部件中，其中，各种部件在操作期间彼此通信，使得存在协调的操作（参见图5）。替代地，可以存在包含大部分或者全部控制电路的中央控制器，以用于以协调的方式控制各种部件的操作，如图6中所图示。

图7是示出颗粒检测器1的颗粒计数操作的时序图。在时间=1处，用户启动运行开关20（其可以是按钮），这启动颗粒检测器58并启动泵62以产生从扫描器探针10抽出空气并抽到颗粒检测器58的真空。在该初始时间段（例如时间=1到时间=5）期间，调节器66不被启动以将空气供应回到扫描器探针10（即没有气流流出到扫描器探针10，相反，气流转移到排气端口68）。在这个时间期间，真空将从环境和测试表面与扫描器探针的底侧14之间抽出空气，由此，该气流将使低粘附颗粒移位并将其捕获，这些低粘附颗粒将与由真空导致的气流一起行进通过扫描器探针10、导管22并到达颗粒检测器58。在稍后的时间（例如时间=5）处，调节器66被启动以调节返回到扫描器探针10的气流的幅度（即产生气流的幅度脉冲）。如图7的图中所指示，流出到扫描器探针10的气流的幅度在某一频率下在高峰值与低值或零值之间振荡。该经调节的气流在扫描器探针10的底侧14处产生经调节的空气速度，其在峰值幅度值下将使高粘附颗粒移位并将其捕获，这些高粘附颗粒将与气流一起行进到扫描器探针10中，通过导管22并到达颗粒探测器58。在预定量的时间或者预定数量的振荡/脉冲之后，泵、颗粒计数器组件和调节器被停用（例如在时间=10处），由此流向扫描器探针10和来自扫描器探针10的气流停止。应注意，虽然图7仅示出了流出到扫描器探针10的气流的三个脉冲，但在单个颗粒计数操作中可以使用几十、几百或者更多个这些脉冲。

尽管图7中所示出的调节频率在颗粒计数操作的持续期间上是固定的，但调节频率在颗粒计数操作期间可以变化。例如，调节频率在单个颗粒计数操作期间可以连续扫过一调节频率范围。或者，调节频率在单个颗粒计数操作期间可以在预定频率调节值之间步进或者变化。或者，可以分别使用不同的调节频率执行多个颗粒计数操作。

图8图示了用于提供经调节的气流的颗粒计数器组件8的替代实施例。调节器66包括气罐72，在流向扫描器探针10的气流脉冲之前和之间在气罐72中建立气压。罐72中的加压空气通过调节器66释放，以产生流向扫描器探针10的经调节的空气流脉冲。除了呈中央控制器70形式的集中控制电路之外，图9示出了相同的构造。

图10图示了另一替代实施例，其中，空气调节器66构造为扫描器探针10的一部分而非颗粒计数器组件8的一部分。通过将调节器66定位在扫描器探针10内部并靠近基座12的底侧14，可以避免可能在颗粒计数器组件8与扫描器探针10之间发生的空气流调节或峰值空气剪切的衰减。除了呈中央控制器70形式的集中控制电路之外，图11示出了相同的构造。

图12图示了用户界面屏幕74，用户界面屏幕74可以是颗粒计数器组件8或扫描器探针10的一部分，并且允许用户设定气流幅度、调节频率、调节时间以及真空/检测的开始与流向扫描器探针10的调节气流的开始之间的延迟。这些参数可以在检测到连接到连接器54的扫描器探针的类型时自动设定或者改变。

上文所描述的操作涉及调节流向扫描器探针10的气流的幅度。然而，可以替代地或另外地调节从扫描器探针10到颗粒计数器组件8的气流（由来自泵62的真空产生）。具体地，横跨所扫描的表面的空气流调节可以通过调节流向扫描器探针10的气流和/或调节来自扫描器探针10的气流来实现。如果流向扫描器探针10的气流和来自扫描器探针10的气流两者都被调节，则这些气流可以调节成彼此同相或彼此异相，以使颗粒效率最大化。调节来自扫描器探针10的气流可以通过使用探针头中的现有的调节器66或者包括用于来自扫描器探针10的气流的单独的调节器66（如图13和14中所示）调节泵62的操作来实施。

要理解，本发明不限于上文所描述和本文中所图示的实施例，而是涵盖落入任何权利要求的范围内的任何和所有变化。例如，本文中对本发明的引用不旨在限制任何权利要求或者权利要求术语的范围，而是仅对可由一项或多项权利要求覆盖的一个或多个特征做出参考。上文所描述的材料、过程和数值示例仅为示例性的，且不应视为限制权利要求。颗粒计数器组件和扫描器探针可组合到单个壳体中，从而省略导管22。可以使用单个孔44代替多个孔44。图13和14中的两个调节器66可组合到单个装置中。