專利名稱：用于測量顆粒數目的設備及其方法
技術領域：
本發明涉及測量顆粒數目的設備和方法，更特別涉及用于容易和快捷地測量在諸如清洗室之類的清洗空間中存在的低濃度顆粒的數目和尺寸分布的設備和方法。
背景技術：
正如現在通常所知的，諸如清洗室之類的清洗空間中存在的顆粒數目的測量是半導體制造工藝中的非常重要的因素。作為現有技術，使用激光的光學顆粒計數器(OPC)、使用布朗擴散的擴散池組等等已被用于測量顆粒尺寸。
隨著半導體的線寬度因半導體工藝的發展而降低，需要測量直徑大約為10nm的顆粒。然而，由于激光散射，上述的光學顆粒計數器無法測量直徑為0.1μm或者更小的粒子。此外，當使用擴散池組測量顆粒時，存在測量結果不精確的問題。
目前，為了測量直徑大約為10nm的顆粒，已經開發了微分遷移率顆粒計數器。微分遷移率顆粒計數器包括微分遷移率分析器(DMA)和凝縮顆粒計數器的組合。微分遷移率分析器使用顆粒直徑、顆粒流和靜電力來選擇具有期望直徑的顆粒，然后凝縮顆粒計數器使用計算機來測量由微分遷移率分析器選擇的顆粒數目。
圖1是示出使用現有技術的測量顆粒數目的設備視圖。參見圖1，現有技術的測量顆粒數目的設備包括顆粒注入器10、顆粒分離器20和顆粒計數器30。
顆粒注入器10位于顆粒分離器20的上流。顆粒注入器10包括顆粒饋送器12、作為對所提供的顆粒進行充電的顆粒充電器的中和器14、和清洗空氣饋送器16。中和器14通過使用輻射作用將顆粒充電為正極性，來對顆粒進行電中和。由于這樣的中和器對于本領域所屬技術人員是公知的，所以在此省略了其結構和操作。
顆粒分離器20包括圓柱形外導管21、圓柱形內導管22、安裝在內導管22處的電極23、和從電極23下端延伸出的顆粒分離管24。電極23與電源25連接，同時外導管21接地。顆粒分離管24由沿著顆粒分離管24的外圓周表面的多個顆粒進入孔24a構成。顆粒進入孔24a位于相同的高度，并且它們中的每一個直徑均大約為1mm。
現在描述如此配置的現有技術的用于測量顆粒數目的設備的操作。當從顆粒饋送器12送入顆粒時，顆粒被中和器14充電為正極性。在外導管21和內導管22之間輸入充電粒子。與此同時，為了平穩地向內導管22傳送充電粒子，清洗空氣被輸入到內導管22中。被充電為與電極23的極性相反的極性的顆粒向著電極移動。因此，小尺寸的充電顆粒附著到電極23的上部分，而大尺寸的充電顆粒移動到電極23的下部分。向下移動的充電顆粒附著到電極23的下部分，或者是未附著到電極23的極大尺寸的充電粒子流出導管21。在這時候，如果通過顆粒分離管24強力地吸入一些空氣，則通過上述的空氣吸入操作，到達電極23的下部分的預定尺寸的顆粒經由顆粒進入孔24a進入到顆粒分離管24里，然后流出。通過顆粒分離管24流出的充電顆粒在預定尺寸范圍之內。選擇出的充電顆粒被輸入到位于顆粒分離器20的下流的顆粒計數器30，然后測量顆粒數目。
因此，通過控制施加到電極23的電壓，可以根據尺寸來對充電顆粒進行分類。如果使用如此控制的施加到電極23的電壓來重復上述過程，則可以根據尺寸來測量顆粒數目，并從而獲得全部顆粒的尺寸分布。
然而，現有技術的用于測量顆粒數目的設備僅能夠通過單次測量對規定尺寸范圍內的充電顆粒數目進行測量。因此，為了獲得全部顆粒的數目和尺寸分布，存在這樣的缺陷應使用施加到電極的不同電壓來重復多次測量。此外，當對諸如清洗室之類的清洗空間中存在的空氣中的顆粒進行測量時，清洗空間中的顆粒數目基本上很少。因此，在實踐中，無法通過改變電壓，來根據尺寸測量充電顆粒數目。
發明內容
技術問題據此，為解決現有技術中存在的上述問題，而構思了本發明。本發明的一個目的是提供用于快捷地一次性測量空氣中所包含的顆粒的數目和尺寸分布的設備和方法。
本發明的另一目的是提供即使空氣中包含的顆粒數目很小，仍能夠容易地測量顆粒的數目和尺寸分布的設備和方法。
技術解決方案依照本發明的第一方面，為了實現上述目的，提供了一種用于測量顆粒數目的設備，包括顆粒充電裝置，用于將顆粒充電為單極性(monopolarity)；向其中輸入清洗空氣的內導管；向其施加高電壓的電極，所述電極沿著內導管的縱向方向安裝在內導管中；用于向電極提供電力的電源裝置；位于內導管的外部并且比內導管長的外導管，在所述內導管和外導管之間輸入由顆粒充電裝置充電后的顆粒；顆粒分離裝置，其上端位于外導管的內部下側，并且所述顆粒分離裝置根據尺寸來分離充電顆粒；以及連接到顆粒分離裝置的顆粒計數裝置，所述顆粒計數裝置對由顆粒分離裝置根據尺寸分離后的顆粒進行計數。
根據本發明的第二方面，提供了一種用于顆粒數目的設備，包括對顆粒進行充電的顆粒充電裝置；多個顆粒分離器，每一顆粒分離器包括向其中輸入清洗空氣的內導管，沿內導管的縱向方向在內導管中安裝的電極，和位于內導管的外部、比內導管長、并且包括在外導管的下流處的顆粒收集部分的外導管，在所述內導管和外導管之間輸入由顆粒充電裝置充電的顆粒；電源裝置，用于分別向多個顆粒分離器的各電極提供相互不同的電力，使得在各電極之間形成電壓差；以及多個顆粒計數裝置，分別測量由各顆粒分離器收集的顆粒。
根據本發明的第三方面，提供了一種用于測量顆粒數目的方法，包括以下步驟將待測量的顆粒充電為單極性；將充電顆粒和清洗空氣輸入到導管里；將電壓施加到安裝在導管處的電極；將特定尺寸或更小尺寸的充電顆粒附著到電極；根據尺寸，將未附著到電極上的充電顆粒分離開；以及測量根據尺寸分離的充電顆粒的數目。
根據本發明的第四方面，提供了一種用于測量顆粒數目的方法，包括準備多個顆粒分離器，每個顆粒分離器包括導管和在導管中提供的電極；將待測量的顆粒充電為單極性；將充電顆粒和清洗空氣輸入到導管里；將相互不同的電壓施加到電極；測量由顆粒分離器分離的充電顆粒數目；以及基于測量結果計算顆粒的尺寸分布。
圖1是示出根據現有技術的用于測量顆粒數目的設備的結構的視圖；圖2是示出根據本發明的用于測量顆粒數目的設備的第一實施例的結構的視圖；圖3是圖示出根據圖2的顆粒分離器中的充電顆粒的運動的放大剖視圖；圖4是示出根據本發明的用于測量顆粒數目的設備的第二實施例的結構的視圖；圖5是圖示出根據本發明的用于測量顆粒數目的方法的第一實施例的流程圖；以及圖6是圖示出根據本發明的用于測量顆粒數目的方法的第二實施例的流程圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細說明根據本發明的用于測量顆粒數目的設備的實施例。
圖2是示出根據本發明的測量顆粒數目的設備的第一實施例的視圖。如圖中所示，根據本實施例的用于測量顆粒數目的設備包括顆粒注入器50、顆粒分離器60和顆粒計數器70。
顆粒注入器50位于顆粒分離器60的上流。顆粒注入器50包括顆粒饋送器52、對所送入的顆粒進行充電的顆粒充電器54、和清洗空氣饋送器56。與圖1中所示的作為將充電顆粒充電為正極性的上述顆粒充電器的中和器14不同，作為本發明的特征的顆粒充電器54將輸入的顆粒充電為單極性。這種顆粒充電器54使用電暈放電、輻射作用、X射線、紫外線等等對顆粒充電。由于用于將顆粒充電為單極性的顆粒充電器對于本領域中技術人員是公知的，因此這里省略了其細節。
將通過顆粒充電器54充電為單極性的顆粒輸入到顆粒分離器60中，然后顆粒分離器60根據尺寸來分離顆粒。顆粒分離器60包括圓柱形外導管61、圓柱形內導管62、安裝在內導管62處的電極63、多個顆粒分離管64(64a和64b)，其中顆粒分離管64與外導管61同心地安裝在外導管61的內部下側，并根據尺寸來分離顆粒。根據本實施例，顆粒是根據尺寸來分離和分類的。電極63與電源65連接，并且外導管61接地。為了根據尺寸分離和流出顆粒，電極63與顆粒分離管64a和64b的上端分隔開預定距離，例如大約1至5厘米。如上所述，根據本實施例的顆粒分離器60與圖1中所示的現有技術的顆粒分離器20不同之處在于顆粒分離管64的形狀和數目不同于顆粒分離管24的形狀和數目，并且電極63和顆粒分離管64之間的間隙也不同于電極23和顆粒分離管24之間的間隙。
顆粒計數器70a、70b、和70c位于顆粒分離器60的下流。顆粒計數器是根據待測量的顆粒尺寸來安裝的。由于顆粒計數器是公知的，所以省略了其細節。
現在描述如此配置的根據本發明的用于測量顆粒數目的設備的第一實施例的操作。
參見圖3，通過顆粒饋送器52送入的顆粒被顆粒充電器54充電為單極性，并且充電后的顆粒被輸入到顆粒分離器60里。在外導管61和內導管62之間輸入充電后的顆粒P，然后根據顆粒尺寸，輸入的充電顆粒P沿著不同的軌跡移動和下行。當將極性與充電顆粒P的極性相反的高電壓施加到電極63時，充電顆粒P通過靜電力向電極63移動。因此，假定顆粒的電荷數量是不依賴于顆粒尺寸而恒定的，(100nm或者更小的顆粒一般具有電荷)則顆粒的移動速度可以預計為顆粒尺寸和所施加的電壓的函數。
參見圖3，當將恒定電壓施加到電極63時，小尺寸的顆粒附著和聚集到電極63上，大尺寸的顆粒沒有聚集到電極63上，而是流出顆粒分離器60。在未聚集到電極63上的充電顆粒P之中，具有最大尺寸的顆粒在外導管61和離電極63的中心線最遠的的顆粒分離管64b之間移動、并被分離，中等尺寸的顆粒在顆粒分離管64a和顆粒分離管64b之間移動、并被分離，而具有最小尺寸的充電顆粒移動到離電極63的中心線最近的顆粒分離管64a之中、并被分離。
因此，位于外導管61的下流的各顆粒計數器70a、70b和70c分別測量依據尺寸分開的充電顆粒P的數目。充電顆粒P的數目是由顆粒計數器70a、70b和70c測量的，從而可以獲得在清洗空間中存在的空氣中的顆粒的尺寸分布。
接下來，將描述根據本發明的的用于測量顆粒數目的設備的第二圖4是顯示本發明的第二實施例的視圖。根據本實施例的用于測量顆粒數目的設備包括顆粒充電器50，多個顆粒分離器60a至60e，分別向各個顆粒分離器60a至60e的電極施加電壓的電源65a至65e，與各個顆粒分離器60a至60e相對應地連接和安裝的多個顆粒計數器70a至70e。
每一顆粒分離器60a至60e在主要結構上與圖2中的顆粒分離器60相同。然而，與圖2的顆粒分離器60不同，本實施例的每一顆粒分離器60a至60e并不包括多個顆粒分離管64a和64b，而是外導管61本身起到顆粒分離管的作用。外導管的下部分是具有入口逐漸狹窄的漏斗形狀，并且顆粒直接流到與外導管相通的顆粒計數器。
電源65a至65e由高壓電源65a、和串聯連接到高壓電源65a的多個電阻65b至65e構成。由電阻65b至65e引起的電壓降被施加到各個顆粒分離器60b至60e的電極上，并且零電壓被施加到最后的顆粒分離器60e的電極上。
在本實施例中，顆粒分離器60a至60e與顆粒計數器70a至70e并聯安裝。相互不同的電壓被施加到顆粒分離器60a至60e的各個電極上，從而第一顆粒分離器60a僅僅分離最大尺寸的顆粒、并令其流出，而第二顆粒分離器60b分離第二大尺寸或更大尺寸的顆粒、并令其流出。此外，第三和第四顆粒分離器60c和60d分離更小尺寸的顆粒，并令其流出。最后，由于零電壓被施加到第五顆粒分離器60e的電極，因此所有尺寸的顆粒通過第五顆粒分離器60e流出。如上所述，每一顆粒分離器60a至60e和每一顆粒計數器70a至70e根據分析器和計數器，對特定尺寸或更大尺寸的顆粒數目進行測量。因此，通過在將計算機連接到本實施例的用于測量顆粒數目的設備之后對所采集的數據進行分析，可以測量在清洗空間中存在的顆粒的尺寸分布。
在下文中，將參考圖5描述根據本發明的用于測量顆粒數目的方法的第一實施例。
為了測量顆粒數目，將待測量的顆粒充電為單極性(步驟S10)。將顆粒充電為單極性的過程是通過如上所述的顆粒充電器來執行的。然后，將充電顆粒和清洗空氣輸入到導管里(步驟S20)。所述導管包括內導管和位于內導管外部、并且比內導管長的外導管。在外導管和內導管之間輸入充電顆粒，同時將清洗空氣輸入到內導管中。
其后，將電壓施加到在內導管中安裝的電極(步驟S30)。電極沿導管的縱向方向安裝，比內導管長，但比外導管短。通過施加到電極的電壓，被輸入到導管中的充電顆粒之中的某一尺寸或更小尺寸的充電顆粒附著到電極上(步驟S40)。可以通過控制施加到電極的電壓來控制所附著的充電顆粒的尺寸。
然后，根據尺寸，對未附著到電極的某一尺寸或更大尺寸的充電顆粒進行分離(步驟S50)。為了對顆粒分類，正如在上文中的用于測量顆粒數目的設備的第一實施例中所描述的那樣，在外導管的下端安裝多個顆粒分離管。顆粒分離管以同心方式安裝。由于充電顆粒根據尺寸而沿著不同的軌跡在導管中下行，所以充電顆粒移動到在導管的下端安裝的顆粒分離管，并被分離。由顆粒分離管分離的顆粒是根據尺寸來分離的。測量由顆粒分離管分離的顆粒數目(步驟S60)，從而獲得顆粒的尺寸分布。
接下來，將參考圖6描述根據本發明的的用于測量顆粒數目的方法的第二實施例。
在用于測量顆粒數目的方法的第二實施例中，準備多個顆粒分離器，每個顆粒分離器具有導管和沿導管的縱向方向安裝的電極(步驟S10)。所述導管包括內導管和位于內導管外部、并且比內導管長的外導管。然后，將待測量的顆粒充電為單極性(步驟S20)。在外導管和內導管之間輸入充電顆粒，同時將清洗空氣輸入到內導管中(步驟S30)。
接下來，將相互不同的電壓施加到各個顆粒分離器的電極(步驟S40)。在將零電壓施加到電極之一的同時，將逐級減少的電壓施加到其他各個電極。將相互不同的電壓施加到各個顆粒分離器的電極，從而包括施加了高電壓的電極的顆粒分離器僅僅令最大尺寸的顆粒分離和流出，被施加了逐級減少的電壓的其他顆粒分離器分別令具有逐級減少尺寸或更大尺寸的顆粒分離和流出。通過施加了零電壓的顆粒分離器，流出具有所有尺寸的顆粒。
當充電顆粒通過各個顆粒分離器流出時，可以通過對分離的充電顆粒數目進行測量的步驟S50，在每一顆粒分離器中測量具有特定尺寸或更大尺寸的顆粒數目。最后，基于測量結果計算顆粒的尺寸分布(步驟S60)。如果在步驟S60中使用計算機分析由各個顆粒分離器測量的數據，則可以測量在清洗空間中存在的顆粒的尺寸分布。也就是說，當從由施加了低電壓的顆粒分離器分離的顆粒數目中減去由施加了高電壓的顆粒分離器分離的顆粒數目時，可以計算規定尺寸范圍的顆粒數目。因此，按照本發明的用于測量顆粒數目的方法，可以快速地測量顆粒的尺寸分布。
如上所述的實施例僅僅是本發明的用于測量顆粒數目的設備和方法的范例。本發明的范圍不局限于如上所述的實施例。很清楚的是，本領域中的技術人員可以在本發明的技術實質和由權利要求書定義的范圍之內，作出各種改進、改變和置換。應理解的是，這樣的實施例屬于本發明的范圍。
工業實用性如上所述，根據本發明的用于測量顆粒數目的設備和方法使得通過單次測量獲得空氣中的顆粒尺寸分布成為可能。此外，根據本發明的用于測量顆粒數目的設備和方法使得即使空氣中包含的顆粒數目很小，仍能夠容易地獲得空氣中的顆粒尺寸分布。
權利要求
1.一種用于測量顆粒數目的設備，包括顆粒充電裝置，用于將顆粒充電為單極性；向其中輸入清洗空氣的內導管；向其施加高電壓的電極，所述電極沿著內導管的縱向方向安裝在內導管中；用于向電極提供電力的電源裝置；位于內導管的外部并且比內導管長的外導管，在所述內導管和外導管之間輸入由顆粒充電裝置充電后的顆粒；顆粒分離裝置，其上端位于外導管的內部下側，并且所述顆粒分離裝置根據尺寸來分離充電顆粒；以及連接到顆粒分離裝置的顆粒計數裝置，所述顆粒計數裝置對由顆粒分離裝置根據尺寸分離后的顆粒進行計數。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述顆粒分離裝置包括與電極下端以距離隔開的多個顆粒分離管，而所述顆粒計數裝置包括分別連接到所述各顆粒分離管的多個顆粒計數器。
3.根據權利要求2所述的設備，其中顆粒分離管以同心方式安裝。
4.一種用于顆粒數目的設備，包括對顆粒進行充電的顆粒充電裝置；多個顆粒分離器，每一顆粒分離器包括向其中輸入清洗空氣的內導管，沿內導管的縱向方向在內導管中安裝的電極，和位于內導管的外部、比內導管長、并且包括在外導管的下流處的顆粒收集部分的外導管，在所述內導管和外導管之間輸入由顆粒充電裝置充電的顆粒；電源裝置，用于分別向多個顆粒分離器的各電極提供相互不同的電力，使得在各電極之間形成電壓差；以及多個顆粒計數裝置，分別測量由各顆粒分離器收集的顆粒。
5.根據權利要求4所述的設備，其中所述電源裝置包括電源和多個電阻。
6.一種用于測量顆粒數目的方法，包括以下步驟將待測量的顆粒充電為單極性；將充電顆粒和清洗空氣輸入到導管里；將電壓施加到在導管中安裝的電極；將特定尺寸或更小尺寸的充電顆粒附著到電極；根據尺寸，將未附著到電極上的充電顆粒分離開；以及測量根據尺寸分離的充電顆粒的數目。
7.根據權利要求6所述的方法，其中通過改變施加到電極的電壓來改變附著到電極上的充電顆粒的尺寸。
8.一種用于測量顆粒數目的方法，包括準備多個顆粒分離器，每一顆粒分離器包括導管和在導管中提供的電極；將待測量的顆粒充電為單極性；將充電顆粒和清洗空氣輸入到導管里；將相互不同的電壓施加到電極；測量由顆粒分離器分離的充電顆粒數目；以及基于測量結果計算顆粒的尺寸分布。
9.根據權利要求8所述的方法，其中在施加相互不同的電壓的步驟中，未將電壓施加到電極之一。
全文摘要
本發明公開了用于容易和快捷地對在諸如清洗室之類的清洗空間中存在的低濃度顆粒的數目和尺寸分布進行測量的設備和方法。根據本發明的設備和方法通過將顆粒充電為單極性、通過將電壓施加到電極并通過將某一尺寸或更小尺寸的充電顆粒附著到電極上來收集顆粒、通過顆粒分離管根據尺寸來分離某一尺寸或更大尺寸的充電顆粒，來測量顆粒數目。根據本發明的用于測量顆粒數目的設備使通過單次測量來獲得空氣中的顆粒尺寸分布成為可能，并使得即使空氣中的顆粒數目很少仍能夠快速和容易地進行測量。
文檔編號G01N15/02GK1969178SQ200580004819
公開日2007年5月23日 申請日期2005年2月14日 優先權日2004年2月13日
發明者安康鎬 申請人:株式會社現代校正認證技術院, 安康鎬