(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル表面上の粒子を計数する装置であって、
前記サンプル表面からの粒子を受け取るための第１の開口と１又は２以上の第２の開口とを有するスキャナプローブと、
前記第１の開口から流れる第１の空気ストリームと、前記１又は２以上の第２の開口に流れる第２の空気ストリームとを生成する１又は２以上のポンプと、
前記第１の空気ストリームを第３の空気ストリーム及び第４の空気ストリームに分割する流れ装置と、
前記第３の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する第１の粒子検出器であって、第１の粒径範囲内の粒子を検出することができる第１の粒子検出器と、
前記第４の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する第２の粒子検出器であって、前記第１の粒径範囲とは異なる第２の粒径範囲内の粒子を検出することができる第２の粒子検出器と、
前記第３の空気ストリームの第１の流量及び前記第４の空気ストリームの第２の流量を提供するよう前記流れ装置及び前記１又は２以上のポンプを制御する制御回路であって、前記第１の流量が前記第２の流量よりも小さい、制御回路と、
前記第１の流量を測定するための第１のセンサと、
前記第２の流量を測定するための第２のセンサと、
を備え、前記制御回路が、前記第１及び第２のセンサによって測定された第１及び第２の流量に基づいて前記流れ装置を制御する装置。
【請求項２】
空気供給源からの空気を前記第４の空気ストリームに加えて前記第２の空気ストリームを形成する第２の流れ装置を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の空気ストリームから粒子をフィルタリングするためのフィルタを更に備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記第１の粒子検出器からの粒子数に、前記第１の空気ストリームの第３の流量／前記第１の流量の比を乗じることによって、前記第１の粒子検出器についての修正粒子数を決定し、
前記第２の粒子検出器からの粒子数に、前記第３の流量／前記第２の流量の比を乗じることによって、前記第２の粒子検出器についての修正粒子数を決定して、
前記第１の粒子検出器についての修正粒子数と前記第２の粒子検出器についての修正粒子数を加算する、
ことにより総粒子数を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の粒子検出器並びに前記１又は２以上のポンプが、ハウジング内に配置され、前記装置が更に、
前記ハウジングと前記スキャナプローブとの間に延びる、前記第１の空気ストリームを搬送するための第１の管体と、
前記ハウジングと前記スキャナプローブとの間に延びる、前記第２の空気ストリームを搬送するための第２の管体と、
を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の空気ストリームの流量を調整するモジュレータを更に備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記モジュレータが前記ハウジング内に配置される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記モジュレータが前記スキャナプローブ内に配置される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記モジュレータは、一定の周波数で前記第２の空気ストリームの流量を調整する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記モジュレータは、時間と共に変化する周波数で前記第２の空気ストリームの流量を調整する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
サンプル表面上の粒子を計数する装置であって、
前記サンプル表面からの粒子を受け取るための第１の開口と１又は２以上の第２の開口とを有するスキャナプローブと、
前記第１の開口から流れる第１の空気ストリームと、前記１又は２以上の第２の開口に流れる第２の空気ストリームとを生成する１又は２以上のポンプと、
前記第１の空気ストリームを第３の空気ストリーム及び第４の空気ストリームに分割する流れ装置と、
前記第３の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する粒子検出器と、
前記第３の空気ストリームの第１の流量及び前記第４の空気ストリームの第２の流量を提供するよう前記流れ装置及び前記１又は２以上のポンプを制御する制御回路と、
を備え、
前記第１の流量が前記第２の流量よりも小さくなっており、、
前記第１の流量を測定するための第１のセンサと、
前記第２の流量を測定するための第２のセンサと、
を更に備え、
前記制御回路が、前記第１及び第２のセンサによって測定された第１及び第２の流量に基づいて前記流れ装置を制御する、装置。
【請求項１２】
空気供給源からの空気を前記第４の空気ストリームに加えて前記第２の空気ストリームを形成する第２の流れ装置を更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の空気ストリームから粒子をフィルタリングするためのフィルタを更に備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記粒子検出器並びに前記１又は２以上のポンプが、ハウジング内に配置され、前記装置が更に、
前記ハウジングと前記スキャナプローブとの間に延びる、前記第１の空気ストリームを搬送するための第１の管体と、
前記ハウジングと前記スキャナプローブとの間に延びる、前記第２の空気ストリームを搬送するための第２の管体と、
を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の空気ストリームの流量を調整するモジュレータを更に備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記モジュレータが前記ハウジング内に配置される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記モジュレータが前記スキャナプローブ内に配置される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記モジュレータは、一定の周波数で前記第２の空気ストリームの流量を調整する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記モジュレータは、時間と共に変化する周波数で前記第２の空気ストリームの流量を調整する、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１７年６月２０日出願の米国仮特許出願第６２／５２２，６１１号及び２０１８年６月５日出願の米国特許出願第１６／０００，４９９号の利益を主張する。
（技術分野）
本発明は、全体的に、クリーンルーム用途での粒子（パーティクル）計数に関し、より詳細には、小さな粒子の汚染レベルを確認する目的で粒子を表面から粒子カウンターに移動させるための改善された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、ハイテク産業の急速な発展に伴って、汚染の検出及び定量化の要件が益々重要になっている。例えば、半導体産業は、マイクロ電子デバイスを正確に製造する技術を開発した。このような製品を確実に生産するために、生産施設では非常に厳しい汚染基準を維持する必要がある。
【０００３】
生産プロセスの重要な段階において汚染を管理し最小限に抑える目的で、「クリーンルーム」が一般に使用される。クリーンルームとは、浮遊粒子濃度を制御して適切な浮遊微粒子の清浄度分類に適合させるために、空気濾過、空気分配、ユーティリティ、建設資材、機器、及び操作手順が指定及び規制される部屋である。
【０００４】
特にクリーンルームの表面上の粒子を検出するために、クリーンルーム内の清浄度／汚染レベルを監視することが重要である。目視検査技術は、紫外線又は白色斜光を用いて使用されている。紫外線は、特定の有機粒子が蛍光を発するという事実を利用するために使用される。白色光技術は、紫外線技術よりも僅かに敏感であるが、どちらの技術も同じ制限を受ける。これらの目視検査技術では、表面状態の大まかな検査のみが可能である。これらの技術は、定量的なデータは提供しない。また、目視検査技術は、せいぜい、２０ミクロンより大きい粒子のみを検出する。多くの場合、１ミクロン未満の粒子を検出することが望ましい。
【０００５】
別の検査手法では、例えば、試験表面に粘着テープを貼り付けることにより、試験表面から粒子を除去することを含む。次いで、テープ上の粒子は、テープを顕微鏡下に配置して、粒子を視覚的に計数することによって手動で定量化される。この技術により、約５ミクロン以上の粒子を検出できるようになる。この手法の主な欠点は、非常に時間がかかることであり、また、オペレータ間の変動に非常に敏感なことである。
【０００６】
第３の検査技術は、米国特許第５，２５３，５３８号において開示されている。米国特許第５，２５３，５３８号は、サンプル表面から粒子を受け取るための少なくとも１つの開口を有するスキャナプローブを含むデバイスを開示している。スキャナプローブは、第１及び第２の端部を有する管体に接続される。管体の第１の端部は、スキャナプローブに接続され、管体の第２の端部は、光学レーザ技術を利用する粒子カウンターに接続される。粒子カウンターは、真空発生器を含み、これにより空気が、サンプル表面からスキャナプローブを通り、管体を通って粒子カウンターへ流動するようになり、ここで空気ストリームに同伴している粒子が計数される。米国特許第５，２５３，５３８号は、粒子計数装置の使用を伴う検査方法を開示している。スキャナプローブをクリーンルームの供給空気の近くに保持して繰り返し測定するか、又は粒子カウンターにオプションのゼロカウントフィルタを取り付けることにより、バックグラウンドパーティクルレベルがゼロを最初に確立される。次に、ハンドヘルドスキャナプローブを、所定の試験期間中に一定の速度でサンプル表面を通過させる。試験サイクルは、スキャナプローブ上に位置するランスイッチを押すことにより、試験サイクルが開始される。粒子カウンターは、単位面積当たりの平均粒子数に対応する数を計数して読み取る。プロセスは、隣接する表面積に沿って通常は複数回繰り返される。
【０００７】
米国特許第５，２５３，５３８号に開示された技術の改善策は、米国特許第７，０１０，９９１号に開示されたものであり、当該特許は、あらゆる目的で引用により全体が本明細書に組み込まれる。米国特許第７，０１０，９９１号は、サンプル表面上の粒子を計数する装置を記載している。本装置は、サンプル表面から粒子を受け取る少なくとも１つの開口を有するスキャナプローブと、通過する粒子を計数する粒子カウンターと、スキャナプローブに接続された第１の端部と粒子カウンターに接続された第２の端部とを有する導管とを含み、該導管は、第１及び第２の管体、センサ及びコントローラを含む。粒子カウンターは、粒子を粒子カウンターに送り定量化するため、スキャナプローブ開口から粒子カウンターを通り、第２の管体を介してスキャナプローブに戻るように流れる空気ストリームを生成するポンプを含む。センサは、空気ストリームの流量を測定する。コントローラは、粒子カウンターが空気ストリーム中の粒子を定量化している間、一定の流量に空気ストリームを維持するよう、空気ストリームの測定流量に応答してポンプの速度を制御する。
【０００８】
米国特許第７，０１０，９９１号は更に、サンプル表面から粒子を受け取る少なくとも１つの開口を有するスキャナプローブと、スキャナプローブに接続された第１の端部と第１のコネクタで終端する第２の端部とを有する導管と、を含み、該導管が、第１及び第２の管体、粒子カウンター、電子インディシア、及びコントローラを含む装置を記載している。粒子カウンターは、そこを通過する粒子を計数し、第１のコネクタを受けるポートと、粒子を粒子カウンターに送り定量化するために、スキャナプローブ開口から第１の管体、粒子カウンターを通り、第２の管体を介してスキャナプローブに戻るように流れる空気ストリームを生成するポンプとを含む。電子インディシアは、スキャナプローブの少なくとも１つの特性を識別するため、第１のコネクタ、導管、及びスキャナプローブのうちの少なくとも１つに配置される。コントローラは、ポート及び第１のコネクタを介して電子インディシアを検出し、検出した電子インディシアに応答して粒子カウンターを制御する。
【０００９】
米国特許第７，０１０，９９１号は更に、サンプル表面から粒子を受け取る少なくとも１つの開口を有するスキャナプローブと、通過する粒子を分析する粒子カウンターと、スキャナプローブに接続された第１の端部と粒子カウンターに接続された第２の端部とを有する導管とを含む装置を記載している。導管は、第１及び第２の管体を含む。粒子カウンターは、粒子を粒子カウンターに送るため、スキャナプローブ開口から第１の管体、粒子カウンターを通り、第２の管体を介してスキャナプローブに戻るように流れる空気ストリームを生成するポンプを含む。粒子カウンターはまた、スキャナプローブから流入する空気ストリーム中の粒子を計数する粒子検出器と、空気ストリームが粒子検出器を通過した後に流れて通るフィルタカートリッジポートと、粒子検出器によって計数された後に空気ストリーム中の粒子を取り込むためフィルタカートリッジポートに取り外し可能に接続されたフィルタカートリッジとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，２５３，５３８号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０１０，９９１号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９５０，０７１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，０２３，４２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
米国特許第７，０１０，９９１号に関して上述した粒子計数装置の構成では、光学センサを粒子カウンターとして使用することは公知である。光学センサは、スキャナプローブからの空気流全体を受け取り、３００ｎｍ〜１０，０００ｎｍ又はそれよりも大きい粒径範囲の粒径を有する粒子の当該空気流中の粒子を検出／計数することができる光学レーザ技術を利用する。しかしながら、半導体産業は、製造製品の限界寸法が継続的にスケールダウン（縮小）しているので、３００ｎｍ未満のサイズの粒子も検出する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の問題及び要求は、サンプル表面上の粒子を計数する装置であって、サンプル表面からの粒子を受け取るための第１の開口と１又は２以上の第２の開口とを有するスキャナプローブと、第１の開口から流れる第１の空気ストリームと、１又は２以上の第２の開口に流れる第２の空気ストリームとを生成する１又は２以上のポンプと、第１の空気ストリームを第３の空気ストリーム及び第４の空気ストリームに分割する流れ装置と、第３の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する第１の粒子検出器であって、第１の粒径範囲内の粒子を検出することができる第１の粒子検出器と、第４の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する第２の粒子検出器であって、第１の粒径範囲とは異なる第２の粒径範囲内の粒子を検出することができる第２の粒子検出器と、第３の空気ストリームの第１の流量及び第４の空気ストリームの第２の流量を提供するよう流れ装置及び１又は２以上のポンプを制御する制御回路であって、第１の流量が第２の流量よりも小さい、制御回路と、を備える装置によって対処される。
【００１３】
サンプル表面上の粒子を計数する装置は、サンプル表面からの粒子を受け取るための第１の開口と１又は２以上の第２の開口とを有するスキャナプローブと、第１の開口から流れる第１の空気ストリームと、１又は２以上の第２の開口に流れる第２の空気ストリームとを生成する１又は２以上のポンプと、第１の空気ストリームを第３の空気ストリーム及び第４の空気ストリームに分割する流れ装置と、第３の空気ストリームにおける粒子を受け取り検出する粒子検出器と、第３の空気ストリームの第１の流量及び第４の空気ストリームの第２の流量を提供するよう流れ装置及び前記１又は２以上のポンプを制御する制御回路と、を備える。
【００１４】
本発明の他の目的及び特徴は、本明細書、請求項及び添付図面を精査することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】粒子検出器システムの第１の実施形態の構成要素を例示する概略図である。
【図２Ａ】スキャナプローブの上面斜視図である。
【図２Ｂ】スキャナプローブの底面斜視図である。
【図３】粒子検出器システムの第２の実施形態の構成要素を例示する概略図である。
【図４】粒子検出器システムの第３の実施形態の構成要素を例示する概略図である。
【図５】粒子検出器システムの第４の実施形態の構成要素を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
半導体ロジック及びメモリ、ディスプレイ、ディスクドライブ並びにその他のようなテクノロジー産業が益々小さな外形形状に移行するにつれて、製造中に製品が晒される表面の粒子レベルを理解し制御することは、製造プロセスの成功及び歩留まりにとって重要になる。現在の製造は１４ｎｍノードで行われており、より小さな外形形状へと継続的に進歩している。本発明は、１０ｎｍ及びそれよりも高いレベルの表面粒子データを提供し、これは、１００ｎｍ及びそれよりも高い感度でのみ可能である従来の表面粒子検出システムよりも優れている。
【００１７】
本発明は、上述のスキャナプローブデバイスに対する改善策である。粒子検出器システム２は、図１に示すように、供給管体１６及び戻り管体１８それぞれによりスキャナプローブ１４に接続されたハウジング１２を有するメインユニット１０を含む。好ましくは、供給管体１６／戻り管体１８は、プローブ１４及び／又はメインユニット１０のプローブインタフェース２０に取り外し可能に接続される。本システムのプローブ１４は、試験している表面４上又はその近傍に保持され、ここで供給管体１６によって提供される供給空気は、表面上の粒子を除去し流動化する。戻り管体１８の真空により、粒子を計数するため、流動化粒子を含むサンプル空気がメインユニット１０に移送される。
【００１８】
図１に示すように、メインユニット１０のハウジング１２の内部では、メインポンプ２２が、一定流量（例えば、１．１立方フィート毎分−ＣＦＭ）の供給空気の供給源を提供する。供給空気ストリームは、フィルタ２４を通り、プローブインタフェース２０、供給管体１６を通ってプローブ１４に移動する。プローブ１４は、供給空気を試験表面４上に配向して、試験表面上に存在する粒子を除去し浮遊させる。スキャナプローブ１４、その相互接続部及びその自動検出について、以下で更に詳細に説明する。試験表面からの空気（すなわち、除去された粒子を含むサンプル空気ストリーム）は、戻り管体１８を通り、プローブインタフェース２０を通って流れ装置２６に引き込まれる。サンプル空気ストリームは、好ましくは、空気ストリームと同じ流量（１．１ＣＦＭ）を含む。
【００１９】
流れ装置２６は、空気ストリームを一定の空気流量それぞれを有する空気ストリーム２８及び３０に分割するアクティブフロースプリッターである。空気ストリーム２８は、比較的低流量（例えば、０．１ＣＦＭ）を有し、高分解能検出器３２に配向される。空気ストリーム３０は、比較的高空気流量（例えば、１．０ＣＦＭ）を有し、低分解能検出器３４に配向される。流れ装置２６は、空気ストリーム２８／３０間の適正な分割流量を維持するよう、コントローラ３６内の制御回路の制御下で作動する。
【００２０】
高分解能検出器３２は、好ましくは、高分解能検出器３２を通る空気ストリーム２８の流量を測定し、その出力信号をコントローラ３６に提供する流量センサ３８を含む。図面では、電線の接続は、一般に破線で示されており、空気の流れを導く配管は一般に実線で示され、矢印が空気流の方向を示している点に留意されたい。流量センサ３８から出る空気ストリームは、空気ストリーム中の粒子の数を検出及び測定する検出器４０を通過する。好ましくは、高分解能検出器３２は、検出器４０を通る空気ストリームの流れを支援するポンプ４２を含む。ポンプ４２は、空気ストリーム適正な流量を維持するよう、コントローラ３６の制御下で作動する。ポンプ４２から出た空気ストリームは、任意選択のフィルタ４４を通過して、出力ポート４６を通じてユニットから排出される。
【００２１】
検出器４０の１つの実施例は、特殊流体及びレーザ光学センサを含む凝縮粒子カウンター（ＣＰＣ）である。特殊流体は、水又はアルコールベースのものとすることができ、気化されて、空気ストリーム中の何れかの粒子上に凝縮し、これによりレーザ光学技術を用いて計数可能なサイズにまで粒子が「成長」する（すなわち、粒子上に凝縮される気化した流体粒子の組み合わせが、レーザ光学センサを使用して検出するのに十分な大きさの組み合わせとなる）。検出器４０は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍのサイズの粒子を検出／測定することができる。より高い分解能の測定技術に起因して、低い空気流量（例：０．１ＣＦＭ）のみ処理することができる。高分解能検出器３２の出力信号は、コントローラ３６に提供される。
【００２２】
低分解能検出器３４は、空気ストリーム中の粒子の数を検出／測定する従来の光学検出器である。低分解能検出器３４は、好ましくは、従来の光学レーザベースの検出器であり、３００ｎｍ程度の小さいサイズ、及び１０，０００ｎｍ以上の程度の大きいサイズの粒子を検出／測定することができる。この低分解能測定技術は、より高流量の空気流（例：１．０ＣＦＭ）を処理することができる。低分解能検出器３４の出力信号は、コントローラ３６に提供される。
【００２３】
低分解能検出器３４から離れた空気ストリーム３４は、流れ装置４８に提供され、該流れ装置４８は、空気源５０（例えば、空気入力ポート）からの空気流（例：０．１ＣＦＭ）を空気ストリームに加える（空気ストリーム内の空気の流れをブーストして、プローブ１４からの供給空気ストリームの元の流量に戻し、検出器３２に分流させた空気ストリームの一部を補償するため）。流量センサ５２を用いて、流れ装置４８の後の空気ストリームの空気流の適正な量を測定、制御及び確認することができる。次いで、空気ストリームは、メインポンプ２２に提供され、ここでフィルタ２４（空気ストリームからの粒子全てが除去される）を通して後方に供給されて、供給管体１６を介して供給空気としてプローブ１４に戻され、抽出、検出及び測定のため追加の粒子が除去される。
【００２４】
コントローラ３６は、高分解能検出器３２及び低分解能検出器３４を通る所望の流量を維持するために、流れ装置２６、４８及びポンプ２２、４２を能動的に作動させる。各検出器を通る相対流量と各検出器により検出された粒子の数を認識しているコントローラ３６は、プローブ１４からプローブインタフェース２０に入るサンプル空気ストリームに存在する粒子の総数を計算する。これらの計算は、高分解能検出器３２からの粒子検出結果がプローブ１４からの総空気流の比較的小さな部分からのものであったこと、並びに低分解能検出器３４からの粒子検出結果がプローブ１４からの総空気流の比較的大きな部分であったことを考慮している。例えば、高分解能検出器３２についての修正粒子数（検出器３２を通る流れについて修正された）は、検出器３２によって検出された実際の粒子数に、総空気流／（検出器３２を通る実際の空気流）の比を乗じたものである。
高分解能検出器３２についての修正粒子数：
0006932792.tif 000002
同様に、低分解能検出器３４についての修正粒子数（検出器３４を通る流れについて修正された）は、検出器３４によって検出された実際の粒子数に、総空気流／（検出器３４を通る実際の空気流）の比を乗じたものである。
低分解能検出器３４についての修正粒子数：
0006932792.tif 000003
サンプル空気ストリーム中の粒子の総粒子数は、検出器３２についての修正粒子数と検出器３４についての修正粒子数の和であり：
総粒子数＝（検出器３２についての修正粒子数）＋（検出器３４についての修正粒子数）
スキャンされている表面の平方面積当たりの粒子は、総修正粒子数をプローブの面積（静止の場合）又はプローブによって覆われる表面の総面積（移動中の場合）で除算することにより計算することができる。
【００２５】
異なるスキャナプローブは、試験表面から粒子を取り出すための異なる定格流量を有することができる。ユーザは、ユーザインタフェース５４を用いてプローブタイプを入力することができ、或いは、コントローラが、以下でより詳細に説明するように、プローブインタフェースに取り付けられているプローブのタイプを自動的に検出することができる。すなわち、コントローラ３６は、ポンプ２２、２４及び流れ装置２６、４８を自動的に駆動して、プローブ１４に対するサンプル流れストリームの理想流量、及び２つの検出器３２，３４に対する空気ストリームの所望の空気流量を提供するので、検出器は、これらの指定空気流量内で作動するようになる。次いで、コントローラ３６は、検出器３２，３４による部分的なストリーム粒子検出に基づいて、サンプル空気ストリーム中の総粒子を計算する。例えば、図１のプローブ１４は、１．１ＣＦＭの供給空気流及びサンプル空気流で作動し、ここでサンプル空気流は、流れ装置２６により、０．１ＣＦＭの空気ストリーム（検出器３２に進む空気ストリーム２８用）と１．０ＣＦＭの空気ストリーム（検出器３４に進む空気ストリーム３０用）の２つに分割される。しかしながら、異なるプローブは、０．８ＣＦＭの定格流量を有することができる。この事例では、コントローラ３６は、両方とも０．８ＣＦＭの流量を有する供給空気流及びサンプル空気流でシステムを稼働し、ここでサンプル空気流は、流れ装置２６により、０．１ＣＦＭの空気ストリーム（検出器３２に進む空気ストリーム２８用）と０．７ＣＦＭの空気ストリーム（検出器３４に進む空気ストリーム３０用）の２つに分割される。    従って、どのようなプローブが使用されるにしても、検出器３２を通る空気の流量は、最大定格流量を超えることはなく、異なるプローブは、それぞれの定格流量で作動し、システムは、サンプル空気ストリーム中の総粒子数を正確且つ自動的に決定することになる。ユーザインタフェース５４は、ユーザがシステムをセットアップすることを可能にし、粒子数結果及び他の重要な情報と共にユーザ動作及び診断データを提供するためにタッチスクリーンを含むことができる。データは、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，又はＥｔｈｅｒｎｅｔ接続を通じてダウンロードするために格納される。測定データは、プローブ面の面積当たりの粒子数、サンプル時間の長さ当たりの粒子数、又はサンプル当たりの粒子数など、幾つかの方法で表すことができる。
【００２６】
図２Ａ及び２Ｂは、実質的に平坦なベース部１１２を含むスキャナプローブ１４を示している。スキャナのベース部１１２は、サンプル表面と界接する底部側１１４を有する。スキャナのベース部１１２は、スキャナハンドル１１６に垂直に接続され、該スキャナハンドルは、粒子検出器を作動させる実行スイッチ１２０を有する制御セクション１１８と、粒子計数が進行中であることを示すＬＥＤライト１４８を含む。スキャナハンドル１１６とプローブインタフェース２０との間に接続された導管は、供給管体１６／戻り管体１８と、プローブ１４をメインユニット１０に電気的に接続する電気配線５８とを含む。プローブ及びその関連する電気配線（又はこれに関連する電気接続）は、プローブ１４のタイプ又は構成を特定する電子インディシアを含むことができる。コントローラ３６は、電子インディシアを検出し、メインユニット１０に取り付けられたプローブ１４のタイプ／構成を識別して、これに応じてシステムを作動させることができる。
【００２７】
プローブ１４のベース部１１２は、２つのコイン形部分１３０，１３２を有し、スクリュー１３４によって共に締結される。図２Ａ及び２Ｂに示すスキャナの実施形態は、主として、実質的に平坦な面から粒子を取り込むように設計されている。しかしながら、具体的には非平坦なサンプル表面に共形に設計された他の形状のスキャナプローブもまた、用いることができる。スキャナベース部１１２のコイン形部分１３０はまた、フェイスプレートとも呼ばれ、摩擦を制限する非粒子状物質を含浸させた材料、例えば、テフロン含浸タイプ３、クラス２、ミル仕様Ａ８６２５Ｄの硬質黒色陽極酸化アルミニウムで作られるのが好ましい。スキャナハンドル１１６は、供給管体１６／戻り管体１８を受けるための２つのボア１３６、１３８を有する。導管からの電気配線５８を受けるため別の孔１４０がハンドル１１６に設けられる。
【００２８】
スキャナベースの底部側１１４は、サンプル表面と界接するように設計される。この実施形態において、底部側１１４は、ベースプレート底部側１１４のほぼ中心に位置する孔１４２（すなわち、第１の開口）を有する。孔１４２は、戻り管体１８に接続されたスキャナハンドル１１６においてボア１３６に接続される。サンプル表面からの粒子は、粒子カウンターメインユニット１０において粒子を計数する目的でフェイスプレート孔１４２を通って吸引される。ベースプレート底部側１１４はまた、複数の小孔１４４（すなわち、第２の開口）を有し、空気供給管体１６に接続されるスキャナハンドルボア１３８に収束する。空気は、メインユニット１０から供給され、フェイスプレート孔１４２を通ってサンプル表面上に送給され、粒子を除去し流動化して、これら粒子が計数のためフェイスプレート孔１４２を通じて吸引することができるようにする。ベースプレート底部側１１４はまた、除去された粒子をフェイスプレート孔１４２に運ぶための交差溝１４６を有する。
【００２９】
プローブ１４はまた、光源を含むことができ、これにより表面にパルス光が配向されて、共振周波数又はその近傍で汚染粒子を励起させ、これにより粒子が試験表面から脱離するのを助けるようにする。光源は、好ましくは、パルス周波数及び入射角を変化させ、米国特許第５，９５０，０７１号及び第５，０２３，４２４号に記載される光学的抽出機構を利用することができ、これら特許は引用により本明細書に組み込まれる。
【００３０】
異なる分解能を有する２つの検出器と、単一のサンプル空気ストリームに基づいた２つの流量とを利用すると、多くの利点がある。第１に、単一のサンプル空気ストリームから、高分解能検出器３２を用いてより小さな粒子を検出することができ、同時に、低分解能検出器３４を用いてより大きな粒子を検出することができる。第２に、コントローラ３６は、２つの検出器に進む相対流量を監視及び制御し、この相対流量と検出器からの検出結果とに基づいてサンプル空気ストリーム中の粒子の数を計算することができる。第３に、低流量検出器（例えば、検出器３２）を用いると、試験表面から粒子を抽出するのに必要な流量及び／又はプローブによって提供される流量よりも有意に低い流量を用いて小さな粒子を検出することができる。
【００３１】
図３は、第１の代替の実施形態を示している。これらの装置の効率は、サンプル表面から抽出されて、装置によって取り込まれる／計数される粒子数をサンプル表面上の粒子の総数で除算したものとして分類することができる。粒子を抽出するために、スキャナプローブによって生成されるサンプル表面にわたる空気流は、粒子とサンプル表面間の付着力に打ち克つほど十分でなければならない。しかしながら、従来のスキャナプローブの既知の１つの問題は、空気流量が増大してより多くの粒子の付着力に良好に打ち克とうとすると、一層多くの除去粒子がスキャナプローブから吹き飛ばされる可能性があり、この場合には、粒子は装置に取り込まれず計数することができない。この問題は、粒子放出と呼ばれ、ここでスキャナプローブによって除去された粒子は、スキャナプローブの下でこの領域から放出され、粒子は、取り込まれて検出することができる。従って、単にスキャナプローブへの空気流の速度が増大することで、粒子放出に起因して低効率がもたらされる可能性があり、従って、スキャナプローブ効率は、単に空気流の速度を増大させることによって完全に最大化することはできない。
【００３２】
本発明により、供給空気の空気流量を調整することで、より多くの粒子を除去するより大きなピーク空気速度がもたらされ、更に、スキャナプローブから吹き飛ばされることにより失われる粒子をより少なくなることが発見された。空気流調整の周波数がシステムの効率に影響することも発見された。周波数は、好ましくは、スキャナプローブ面の固有共振周波数を避け（好ましくは、超え）て、スキャナプローブ面による粒子生成を避けるため粒子変位の表面剪断を最大化するように選択され、また、表面から粒子を共振させる（すなわち、粒子の固有周波数又はその近傍の空気流周波数を用いて）ことによりプローブ表面からの粒子除去（「再浮遊」とも呼ばれる）を最大化するように選択される。
【００３３】
従って、図３の実施形態は、プローブ１４に送られる供給空気流を調整するためのモジュレータ５６を含む。具体的には、供給空気の平均流量が１．１ＣＦＭであれば、瞬間空気流量がパルス化され、粒子効率ＰＥ（取り込まれ検出器に送給された粒子数をスキャナプローブ下の表面上の試験開始時の総粒子数で除算したものに等しい）が改善される。例えば、スキャナプローブ１４下の表面４上に１０個の粒子が存在し、通常は６個の粒子が戻り管体１８で取り込まれて一定の流量を用いて検出器３２、３４に移送される場合、粒子効率ＰＥは６０％である。調整した供給空気流を用いると、スキャナプローブ１４下で１０個の粒子の場合、粒子放出が最小化され、これは、２つの追加の粒子が放出されずに取り込まれ、もう２つの追加粒子がプローブ表面で留まらずに除去されて取り込まれ、従って、粒子効率ＰＥが１０個の粒子のうち９個まで増大し、すなわち、９０％となることを意味している。空気流の調整により、放出の低減と、一定流量では粒子の付着力に打ち克つことのない特定の粒子に対して付着力を破断するエネルギーの増大の両方を達成する。エネルギーの増大は、共振周波数に近接して粒子を振動させることによって移動させるよう粒子を励起する、空力抵抗を増大させることが可能な空気剪断を増大させることによって、及び／又は再浮遊の機会又は可能性を向上させる粒子にわたる空気流の乱流を増大させることによって達成される。従って、粒子効率は、スキャナプローブにまで、及びひいてはスキャナプローブにわたって流れる空気を調整し、粒子を共振又は乱流させ、表面上の粒子の付着力に打ち克ち、これを除去することができるようにすることにより改善される。
【００３４】
モジュレータ５６は、以下の構成の何れかを含むことができる。
ａ）空気がポンプ送給された後放出され、ピーク空気流を増大させ、除去できるように表面上の粒子の付着力に打ち克つようにする一時タンク。
ｂ）空気流を調整するための圧電モジュレータ。調整周波数は、プローブ共振及び高調波を避け、スキャナプローブが表面上で振動を生じず、プローブ本体と試験中の表面との間のガスケット（又はＯリング）でプローブ振動を減衰させないようにすることが好ましい。
ｃ）空気を調整して空気剪断及び調整を増大させるバルブ。
コントローラ３６は、大きなアレイの粒径及び材料（すなわち、異なる共振周波数及び／又は付着力を有する粒子を除去するため）に対処するため調整周波数を掃引（例えば、ある特定の低周波から高周波へ）することができる。上記で検討した電子インディシアは、好ましくは、どのプローブが取り付けられているかに関する情報を中継し、コントローラがスキャンしている表面に取り付けられて使用される特定の取り付けられたプローブの共振周波数を認識するようにする。
【００３５】
スキャンされる表面にわたる空気流調整は、スキャナプローブへの供給空気流の大きさを変更することによって実施される必要がないだけでなく、サンプル空気流の大きさを変更することによって更に実施することができる（すなわち、スキャナプローブから戻り管体１８を通じて真空引き空気を調整する）点に留意されたい。例えば、これは、モジュレータをインタフェース２０と流れ装置２６との間の管路上に配置することによって行うことができる。真空の大きさを調整することは、それ自体で、又はプローブに供給される空気の調整と連動して実施することができる。空気流及び真空の両方が調整された場合、これらは、互いに同相で、又は位相外れで調整されて、ＰＥを最大にすることができる。
【００３６】
図４は、低分解能検出器３４が省略されていること以外は、図１の実施形態と同じである、別の代替の実施形態を示している。１．０ＣＦＭ空気ストリームが流れ装置４８に直接提供される。この構成は、検出器３２の粒径範囲内の粒子のみを検出する必要がある用途には理想的であり、ここで検出器の最大流量は、プローブ１４の動作流量よりも小さい。検出器３２をバイパスする流量が既知の空気ストリームを提供することにより、低流量検出器と高流量プローブを同時に用いることができる。
【００３７】
図５は、図４の実施形態と同じであるが、図３の実施形態に関して上述されたモジュレータ５６が追加された、更に別の代替の実施形態を示している。
【００３８】
本発明は、上記に記載され本明細書で例示された実施形態に限定されず、何れかの請求項の範囲内にあるあらゆる全ての変形形態を包含することを理解されたい。例えば、本明細書での本発明への言及は、何れかの請求項又は請求項の用語の範囲を限定するものではなく、単に１又は２以上の請求項によって保護することができる１又は２以上の特徴に対する表現に過ぎない。上記で記載された材料、プロセス及び数値の実施例は、例証に過ぎず、請求項を限定するとみなすべきではない。モジュレータ５６は、ハウジング１２の内部に示されているが、代替として、ハウジング１２の外部に設けることもできる（例えば、供給管体１６に沿って、プローブ１４の内部に、戻り管体１８に沿って、など）。
【符号の説明】
【００３９】
４  試験表面
１０  メインユニット
１２  ハウジング
１４  プローブ
１６  供給管体
１８  戻り管体
２０  プローブインタフェース
２２  メインポンプ
２４  フィルタ
２６  流れ装置
２８、３０  空気ストリーム
３２  高分解能検出器
３４  低分解能検出器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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