[發明專利]檢測生產設備和表面上的納米粒子

在審

• 申請號: 201980057666.1
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN112639444A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 布萊恩·A·諾倫伯格;丹尼爾·羅伯特·羅迪耶
• 申請（專利權）人: 粒子監測系統有限公司
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01N1/24;G01N15/00;G01N15/06;G01N15/14;G01N1/00
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 劉曄;葛強

本文提供了一種粒子分析器，該粒子分析器可操作地連接到探針單元，該探針單元能夠從表面驅逐粒子并且在粒子已經被驅逐之后對粒子進行采樣。本文所述的裝置和方法例如可以是輕型和/或手持的，使得它們可以在潔凈室環境內使用，以清潔和采樣永久表面和工具。裝置可包括光學粒子計數器，使用散射的、遮擋的或發射的光來檢測粒子，包括凝結粒子計數系統或分裂檢測光學粒子計數器，以提高裝置的靈敏度，從而便于檢測較小的粒子，同時避免檢測納米級粒子(諸如有效直徑小于100nm的粒子)通常所需的增加的復雜性。

相關申請的交叉引用

本申請要求申請日為2018年9月4日、申請號為62/726,851的美國臨時專利申請的優先權的權益，其以不與本文不一致的程度以引用的方式全文結合于此。

背景技術

需要潔凈室制造的各種技術的進步已經導致了對越來越小的粒子的檢測的期望。微電子鑄造廠和制藥/生物潔凈室都開始尋求檢測尺寸小于20nm的粒子，因為它們可能影響日益敏感的制造工藝。

較小的粒子，特別是小于100nm的粒子，可能造成維持潔凈室環境的額外困難，因為由于粒子與表面之間的靜電力、物理力、化學力或磁力，它們更可能與潔凈室環境內的表面相互作用或粘附到該表面。在非常小的粒子尺寸下，粒子的質量足夠低，使得粒子-表面相互作用，諸如靜電、氫鍵、范德華力、化學吸附等，可能導致粒子粘到潔凈室環境內的表面上。

經常期望去除并同時捕獲和/或檢測潔凈室環境中的表面上的粒子。例如，工具和其它裝置可能需要從受保護的環境中去除以便進行維護或更換，并且需要在使用之前檢查納米級粒子，因為粒子可能從工具的表面上移位并干擾制造工藝。一些表面可以是潔凈室內的永久固定裝置，并且需要定期清潔和掃描納米級粒子。

凝結粒子計數器和分裂差分干涉粒子計數器可以提供比散射光粒子計數器更便宜或更準確的解決方案。傳統的散射光光學粒子計數器需要指數級的更多的能量(通常以激光的形式提供)，以便減小被分析的粒子的可檢測直徑。例如，凝結粒子計數器增加了被分析的粒子的感知直徑，并且分裂差分干涉檢測器將激光源操縱成兩個束，并且使用干涉來分析兩個束的相互作用，以減少檢測給定直徑的粒子所需的能量。這些技術顯著地降低了檢測系統所需的功率，因此降低了粒子檢測系統的成本以及檢測器的尺寸。

常規的凝結粒子計數器(也稱為凝結核計數器)通過將蒸汽在粒子表面上凝結成液體(這增加粒子的表觀體積)增加粒子的可檢測性，來允許使用相對低靈敏度的粒子計數器系統(例如光學粒子計數器)檢測小粒子。通常，待分析樣品通過流量控制裝置(例如，流量孔口)進入凝結粒子計數器系統，并且進入飽和器，在飽和器中，樣品與主要為蒸汽形式的一定濃度的冷凝物混合。飽和器與冷凝物貯存器流體連通，該冷凝物貯存器向飽和器提供冷凝物，在飽和器中，冷凝物被加熱以確保其充分地處于氣相中。現在與冷凝物蒸汽混合的樣品流然后流入冷凝器，該冷凝器冷卻樣品流，這使得冷凝物作為液體冷凝在包含在樣品流中的粒子周圍，從而通過在粒子周圍產生液體層而擴大所感知的粒子。然后將樣品流提供給粒子檢測系統，諸如光學粒子計數器，由于液體層所引起的較大信號，該計數器更容易檢測粒子。凝結粒子計數器系統的示例在專利號為5,903,338的美國專利和公開號為2017/0350801的美國專利公開中提供，兩者以引用的方式全文結合。

分裂差分干涉光學粒子計數器將電磁輻射分裂成至少兩個束。一個束進入被分析的目標(例如，流動室、表面等)并與任何粒子相互作用。然后，該束以與第二束相交并相互作用的方式被引導。可以通過測量兩個束之間的干涉或相互作用來檢測粒子。這種技術提高了粒子計數器的靈敏度。相對于光學或激光源的功率要求，提高的靈敏度允許檢測更小的粒子，這潛在地減小了粒子計數器的尺寸和成本，同時仍然允許檢測納米級的粒子。

從上述內容可以看出，本領域仍然需要能夠在捕獲和分析納米級粒子的同時從表面去除納米級粒子的裝置和方法。在一些情況下，可能期望具有輕型裝置，它們能夠手持操作，使得它們可在潔凈室或無菌環境內的各種表面上使用。

發明內容