[发明专利]检测生产设备和表面上的纳米粒子

说明书

本文提供了一种粒子分析器，该粒子分析器可操作地连接到探针单元，该探针单元能够从表面驱逐粒子并且在粒子已经被驱逐之后对粒子进行采样。本文所述的装置和方法例如可以是轻型和/或手持的，使得它们可以在洁净室环境内使用，以清洁和采样永久表面和工具。装置可包括光学粒子计数器，使用散射的、遮挡的或发射的光来检测粒子，包括凝结粒子计数系统或分裂检测光学粒子计数器，以提高装置的灵敏度，从而便于检测较小的粒子，同时避免检测纳米级粒子(诸如有效直径小于100nm的粒子)通常所需的增加的复杂性。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2018年9月4日、申请号为62/726,851的美国临时专利申请的优先权的权益，其以不与本文不一致的程度以引用的方式全文结合于此。

背景技术

需要洁净室制造的各种技术的进步已经导致了对越来越小的粒子的检测的期望。微电子铸造厂和制药/生物洁净室都开始寻求检测尺寸小于20nm的粒子，因为它们可能影响日益敏感的制造工艺。

较小的粒子，特别是小于100nm的粒子，可能造成维持洁净室环境的额外困难，因为由于粒子与表面之间的静电力、物理力、化学力或磁力，它们更可能与洁净室环境内的表面相互作用或粘附到该表面。在非常小的粒子尺寸下，粒子的质量足够低，使得粒子-表面相互作用，诸如静电、氢键、范德华力、化学吸附等，可能导致粒子粘到洁净室环境内的表面上。

经常期望去除并同时捕获和/或检测洁净室环境中的表面上的粒子。例如，工具和其它装置可能需要从受保护的环境中去除以便进行维护或更换，并且需要在使用之前检查纳米级粒子，因为粒子可能从工具的表面上移位并干扰制造工艺。一些表面可以是洁净室内的永久固定装置，并且需要定期清洁和扫描纳米级粒子。

凝结粒子计数器和分裂差分干涉粒子计数器可以提供比散射光粒子计数器更便宜或更准确的解决方案。传统的散射光光学粒子计数器需要指数级的更多的能量(通常以激光的形式提供)，以便减小被分析的粒子的可检测直径。例如，凝结粒子计数器增加了被分析的粒子的感知直径，并且分裂差分干涉检测器将激光源操纵成两个束，并且使用干涉来分析两个束的相互作用，以减少检测给定直径的粒子所需的能量。这些技术显著地降低了检测系统所需的功率，因此降低了粒子检测系统的成本以及检测器的尺寸。

常规的凝结粒子计数器(也称为凝结核计数器)通过将蒸汽在粒子表面上凝结成液体(这增加粒子的表观体积)增加粒子的可检测性，来允许使用相对低灵敏度的粒子计数器系统(例如光学粒子计数器)检测小粒子。通常，待分析样品通过流量控制装置(例如，流量孔口)进入凝结粒子计数器系统，并且进入饱和器，在饱和器中，样品与主要为蒸汽形式的一定浓度的冷凝物混合。饱和器与冷凝物贮存器流体连通，该冷凝物贮存器向饱和器提供冷凝物，在饱和器中，冷凝物被加热以确保其充分地处于气相中。现在与冷凝物蒸汽混合的样品流然后流入冷凝器，该冷凝器冷却样品流，这使得冷凝物作为液体冷凝在包含在样品流中的粒子周围，从而通过在粒子周围产生液体层而扩大所感知的粒子。然后将样品流提供给粒子检测系统，诸如光学粒子计数器，由于液体层所引起的较大信号，该计数器更容易检测粒子。凝结粒子计数器系统的示例在专利号为5,903,338的美国专利和公开号为2017/0350801的美国专利公开中提供，两者以引用的方式全文结合。

分裂差分干涉光学粒子计数器将电磁辐射分裂成至少两个束。一个束进入被分析的目标(例如，流动室、表面等)并与任何粒子相互作用。然后，该束以与第二束相交并相互作用的方式被引导。可以通过测量两个束之间的干涉或相互作用来检测粒子。这种技术提高了粒子计数器的灵敏度。相对于光学或激光源的功率要求，提高的灵敏度允许检测更小的粒子，这潜在地减小了粒子计数器的尺寸和成本，同时仍然允许检测纳米级的粒子。

从上述内容可以看出，本领域仍然需要能够在捕获和分析纳米级粒子的同时从表面去除纳米级粒子的装置和方法。在一些情况下，可能期望具有轻型装置，它们能够手持操作，使得它们可在洁净室或无菌环境内的各种表面上使用。

发明内容