TWI784553B - 微粒子檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種微粒子檢測裝置，包含檢測管、光源發射器、光源接收器及處理單元。檢測管供待檢測溶液通過。光源發射器產生檢測光線，並向檢測管中的待測溶液發射檢測光線。光源接收器接收從待檢測溶液中散射出的檢測光線。處理單元根據光源接收器產生的檢測訊號產生接收光源強度值，且判斷該接收光源強度值是否大於第一門檻值。當接收光源強度值大於第一該門檻值時，處理單元產生一有微粒子檢測結果。當接收光源強度值不大於第一門檻值時，處理單元產生一無微粒子檢測結果。藉此，提供半導體製造公司評估是否要使用待測溶液進行高精密製程的依據，因而可優化製程，提高高精密製程的良率

Description

微粒子檢測裝置
本發明係有關於一種檢測裝置，尤其是一種微粒子檢測裝置。
在精密的半導體製程中，包含許多的濕式製程與清洗製程，而在濕式製程與清洗製程中，需要用到大量的溶液進行作業，所用到的溶液除了高純度的水以外，還會用到許多的化學溶液，例如鹽酸(HCl)、氨水(NH4OH)、雙氧水(H2O2)、氫氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)等。
通常當半導體製造公司向化學溶液廠商採購化學溶液進來後，半導體製造公司難以進行對化學溶液的檢驗。假如化學溶液中含有微粒子，特別是帶電粒子或是金屬粒子，在製程後，化學溶液中的帶電粒子或是金屬粒子容易殘留在半導體晶片中，對於高精密度的製程而言，當線寬越小時，容易造成電路的短路，導致半導體晶片失效。
由於對於高精密度的製程而言，化學溶液中的帶電粒子或金屬粒子影響製程良率甚多，若無法對於化學溶液的來料進行檢驗，將會嚴重影響製程良率的評估。
有鑑於上述問題，本發明提供一種微粒子檢測裝置，可對化學溶液進行檢驗，確認化學溶液中是否包括微粒子，減少化學溶液對於製程良率的影響。
本發明的微粒子檢測裝置，包含一檢測管、一光源發射器、一光源接收器及一處理單元。
該檢測管供一待檢測溶液通過。該光源發射器產生一檢測光線，並向該檢測管發射該檢測光線，使該檢測光線射入該待檢測溶液。該光源接收器接收從該待檢測溶液中散射出的該檢測光線，並根據接收到的該檢測光線產生一檢測訊號。
該處理單元電連接該光源發射器及該光源接收器。當該處理單元接收到一啟動訊號時，該處理單元控制該光源發射器產生並向該檢測管發射該檢測光線。當該處理單元接收到該光源接收器產生的該檢測訊號時，該處理單元根據該檢測訊號產生一接收光源強度值，且該處理單元判斷該接收光源強度值是否大於一第一門檻值。
當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，該處理單元產生一有微粒子檢測結果。當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，該處理單元產生一無微粒子檢測結果。
當半導體製造公司向化學溶液廠商採購化學溶液時，在化學溶液進入製程前，需先將化學溶液流入該檢測管，即是讓化學溶液作為該待檢測溶液通過該檢測管。若是該待檢測溶液中具有微粒子時，射入該待檢測溶液的該檢測光線就會被該微粒子散射，且散射後的檢測光線可被該光源接收器接收到，當接收到的散射的檢測光線越多，即接收到的光源強度越強時，代表該待檢測溶液中的微粒子數量越多，以至於該檢測光線被大量散射，而被該光源接收器接收到。
因此本發明通過判斷該接收光源強度值是否大於該第一門檻值，即可確認該待檢測溶液中的微粒子的多寡，若大於該第一門檻值時，代表該待檢測溶液中的微粒子太多，會影響到後續高精密製程的良率。故該待檢測 溶液不建議使用在高精密製程中，避免成晶片內的電路短路，導致半導體晶片失效。
藉此，本發明的該有微粒子檢測結果和該無微粒子檢測結果可作為半導體製造公司評估是否要使用該化學溶液進行高精密製程的依據，因而可提高高精密製程的良率。
10:檢測管
100:待測溶液
101:微粒子
102:微型泵浦
20:光源發射器
201:檢測光線
202:檢測光線
30:光源接收器
40:處理單元
51:第一透鏡
52:第二透鏡
60:電場單元
61:第一電場板
62:第二電場板
63:電場產生器
70:磁場單元
71:第一磁場板
72:第二磁場板
73:磁場產生器
80:輸入單元
90:輸出單元
θ:夾角
圖1A為本發明的微粒子檢測裝置的方塊示意圖；圖1B為本發明的微粒子檢測裝置的示意圖；圖2A至2B為本發明的微粒子檢測裝置的檢測方式的示意圖；圖3A為當待檢測溶液中無微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖3B為當待檢測溶液中有較大微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖3A為當待檢測溶液中有較小微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖4為本發明的微粒子檢測裝置的另一方塊示意圖；圖5A至5C為本發明的微粒子檢測裝置的另一檢測方式的示意圖；圖6A為當對待檢測溶液施加電場前後且待檢測溶液中無微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖6B為當對待檢測溶液施加電場前後且待檢測溶液中有較大帶電微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖6C為當對待檢測溶液施加電場前後且待檢測溶液中有較小帶電微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖7為本發明的微粒子檢測裝置的又一方塊示意圖；圖8A至8C為本發明的微粒子檢測裝置的又一檢測方式的示意圖； 圖9A為當對待檢測溶液施加磁場前後且待檢測溶液中無微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖9B為當對待檢測溶液施加磁場前後且待檢測溶液中有較大金屬微粒子時的檢測訊號的波形示意圖；圖9C為當對待檢測溶液施加磁場前後且待檢測溶液中有較小金屬微粒子時的檢測訊號的波形示意圖。
請參閱圖1A及圖1B，本發明的微粒子檢測裝置包含有一檢測管10、一光源發射器20、一光源接收器30及一處理單元40。該檢測管10供一待檢測溶液100通過。該光源發射器20產生一檢測光線201，並向該檢測管10發射該檢測光線201，使該檢測光線201射入該待檢測溶液100。該光源接收器30接收從該待檢測溶液100中散射出的該檢測光線202，並根據接收到的該檢測光線202產生一檢測訊號。
該處理單元40電連接該光源發射器20及該光源接收器30。當該處理單元40接收到一啟動訊號時，該處理單元40控制該光源發射器20產生並向該檢測管10發射該檢測光線201。當該處理單元40接收到該光源接收器20產生的該檢測訊號時，該處理單元40根據該檢測訊號產生一接收光源強度值，且該處理單元40判斷該接收光源強度值是否大於一第一門檻值。
當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，該處理單元40產生一有微粒子檢測結果。當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，該處理單元40產生一無微粒子檢測結果。
如此一來，當半導體製造公司向採購化學溶液時，只需在化學溶液進入製程前，先將化學溶液流入本發明的微粒子檢測裝置的該檢測管10， 讓化學溶液作為該待檢測溶液100通過該檢測管10，即可通過該微粒子檢測裝置檢測該待檢測溶液100中是否有微粒子101。
若是該待檢測溶液100中具有微粒子101時，射入該待檢測溶液的該檢測光線201就會被該微粒子101散射，且散射後的檢測光線202可被該光源接收器30接收到。也就是說，當該光源接收器30接收到的散射的檢測光線202越多，即接收到的光源強度越強時，代表該待檢測溶液100中的微粒子101數量越多，導致該檢測光線202被大量散射，而被該光源接收器30接收到。
因此本發明通過判斷該接收光源強度值是否大於該第一門檻值，即可確認該待檢測溶液100中的微粒子101的多寡，若大於該第一門檻值時，代表該待檢測溶液100中的微粒子101太多，會影響到後續高精密製程的良率。故該待檢測溶液100不建議使用在高精密製程中，避免成晶片內的電路短路，導致半導體晶片失效。
藉此，本發明的該有微粒子檢測結果和該無微粒子檢測結果可作為半導體製造公司評估是否要使用該化學溶液進行高精密製程的依據，因而可優化製程，提高高精密製程的良率。
此外，本發明的微粒子檢測裝置可直接配置在生產線中，或是另外設置。當該微粒子檢測裝置被配置在生產線中時，代表當該化學溶液需要被加入至生產線時，該化學溶液從容置槽流入生產線時，是通過該微粒子檢測裝置的該檢測管10流入的，在流入的過程中，即可同步檢測該化學溶液中有無微粒子，以做到製程即時(real time)監控，若有微粒子時，可暫停加入該化學溶液至生產線中。
當該微粒子檢測裝置另外設置時，該微粒子檢測裝置的檢測管10則是另外配置，用於檢測該化學溶液中有無微粒子。當半導體製造公司向採購化學溶液後，會先將採購來的化學溶液流入該微粒子檢測裝置的檢測管10 中，檢測該化學溶液中有無微粒子，若無微粒子時，再將化學溶液流入該容置槽中放置，待後續加入生產線中。
進一步而言，請參閱圖2A及2B所示，該光源發射器20發射該檢測光線201的發射方向與該光源接收器30接收該檢測光線202的接收方向之一夾角θ介於60度至120度之間。該檢測管10為一透明圓管或一透明八角形管。該光源發射器20為一雷射二極體(Laser Diode)，且波長介於250奈米(nm)至808奈米(nm)之間。該光源接收器30為一感光二極體、一光譜儀、一感光耦合元件傳感器(CCD sensor)、一互補式金屬氧化物半導體傳感器(CMOS sensor)或一光電倍增管(Photomultiplier；PMT)。
此外，該微粒子檢測裝置還包含有一微型泵浦102，設置於該檢測管的入口處，且電連接該處理單元40。該微型泵浦102受該處理單元40控制，用產生推力推動該待測溶液100在該檢測管10中流動。在本實施例中，該微型泵浦102推動該待測溶液100以流速30毫升/分鐘(ml/min)的速度在該檢測管10中流動。
舉例來說，如圖3A所示，設定該第一門檻值為0.1(a.u.)。在本實施例中，該光源強度值的單位可為任意單元(a.u.)，例如，該光源強度值的單位為燭光(cd)，或是其他可代表光強度的單位，並不以此為限。當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，代表該待測溶液100中無微粒子101，因此，該處理單元40產生該無微粒子檢測結果。
如圖3B所示，當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，代表該待測溶液100中有微粒子101，因此，該處理單元40產生該有微粒子檢測結果。進一步而言，當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，該處理單元40還可進一步判斷當波峰與波谷的時間差較大時，即如圖3B所示，代表該待測溶液 100中的微粒子101顆粒較大，而當波峰與波谷的時間差較小時，即如圖3C所示，代表該待測溶液100中的微粒子101顆粒較小。
也就是說，本發明除了可通過該光源強度值判斷該待測溶液100中是否有存在微粒子101，還可進一步根據光源強度值與時間的波形圖判斷該待測溶液100中的微粒子101的顆粒大小，提供更精準的檢測結果。
此外，請參閱圖4所示，該微粒子檢測裝置還包含有一第一透鏡51及一第二透鏡52。該第一透鏡51設置於該光源發射器20與該檢測管10之間，且該光源發射器20發射的該檢測光線201通過該第一透鏡51射入該檢測管10中的該待檢測溶液100。該第二透鏡52設置於該檢測管10與該光源接收器30之間，且該待檢測溶液100中散射出的該檢測光線202通過該第二透鏡52射向該光源接收器30，供該光源接收器30接收。在本實施例中，該第一透鏡51及該第二透鏡52分別為一聚光透鏡，例如凸透鏡，但不以此為限。
通過該第一透鏡51與該第二透鏡52的設置，能聚集該檢測光線201、202，藉此集中光線，增加用於檢測的光線量。
再者，由於該待測溶液100中的微粒子101在一般狀況下是隨機分布的，例如布朗運動，因此本發明的該微粒子檢測裝置更進一步包含有一電場單元60。請參閱圖5A至5C所示，該電場單元60包含有一第一電場板61、一第二電場板62及一電場產生器63。該第一電場板61設置於該檢測管10之一管壁外側。該第二電場板62同樣設置於該檢測管10之該管壁外側，且該第一電場板61與該第二電場板設置62分別設置於該檢測管10之該管壁外側的相對兩側。該電場產生器63電連接該第一電場板61與該第二電場板62，且在該第一電場板61與該第二電場板62之間形成一電場，且該電場作用於該檢測管10中的該待檢測溶液100。在本實施例中，該檢測管10為一透明圓管或一透明八角形管。
由於該電場作用於該檢測管10中的該待測溶液100，當該待測溶液100中的該些微粒子101為帶電粒子時，該些微粒子101將會受到該電場作用而接近該第一電場板61或該第二電場板62，使該些微粒子101的分布較為集中，能夠更容易地被該光源發射器20發出的該檢測光線201檢測到，也就是說，集中後的該些微粒子101能散射出更多的檢測光線202被該光源接收器30接收。
舉例來說，如圖6A所示，當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，代表該待測溶液100中無微粒子101，因此，該處理單元40產生該無微粒子檢測結果。
如圖6B所示，當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，代表該待測溶液100中有微粒子101。此外，由於該些微粒子101受到該電場作用而集中，因此，所接收到的檢測光線202的該接收光源強度值將會增加，例如圖6B中的實線代表為施加該電場前的檢測訊號，虛線代表施加該電場後的檢測訊號。由於施加該電場後，該檢測訊號的振幅變大，代表該些微粒子為帶電粒子。
舉例來說，該處理單元40還進一步判斷該檢測訊號的波峰與波谷的時間差是否大於一第二門檻值。該檢測訊號包含一檢測時間內的複數強度值，且該接收光源強度值為該檢測訊號中的該些強度值中的一最小值，即是波谷。當該處理單元40判斷該接收光源強度值大於該第一門檻值時，代表該檢測訊號內的所有強度值皆大於該第一門檻值，該檢測溶液100中有該些微粒子101，該處理單元40進一步判斷該檢測訊號中的該些強度值中的一最大值與該最小值的差值是否大於該第二門檻值。
當該差值大於該第二門檻值時，代表該些微粒子101有受到該電場作用而集中，因此，該處理單元40產生一有帶電微粒子檢測結果。
當該差值不大於該第二門檻值時，代表該些微粒子101不會收到該電場作用而集中，因此，該處理單元40產生一有不帶電微粒子檢測結果。
進一步而言，當該接收光源強度值大於第一該門檻值，無論該差值是否大於該第二門檻值，該處理單元40均會判斷該波峰與該波谷的時間點的時間差是否大於一第三門檻值。當該時間差大於該第三門檻值時，代表該波峰與該波谷的時間差較大，如圖6B所示，即是該待測溶液100中的微粒子101顆粒較大。而當該時間差不大於該第三門檻值時，代表該波峰與該波谷的時間差較小，如圖6C所示，即是該待測溶液100中的微粒子101顆粒較小。
此外，請參閱圖7所示，本發明的該微粒子檢測裝置還包含有一磁場單元70。請參閱圖8A至8C所示，該電場單元70包含有一第一磁場板71、一第二磁場板72及一磁場產生器73。該第一磁場板71設置於該檢測管10之一管壁外側。該第二磁場板72同樣設置於該檢測管10之該管壁外側，且該第一磁場板71與該第二磁場板設置72分別設置於該檢測管10之該管壁外側的相對兩側。該磁場產生器73電連接該第一磁場板71與該第二磁場板72，且在該第一磁場板71與該第二磁場板72之間形成一磁場，且該磁場作用於該檢測管10中的該待檢測溶液100。在本實施例中，該檢測管10為一透明圓管或一透明八角形管。
當該磁場作用於該檢測管10中的該待測溶液100，若該待測溶液100中的該些微粒子101為金屬粒子時，該些微粒子101將會受到該磁場作用而接近該第一磁場板71或該第二磁場板72，使該些微粒子101的分布較為集中，能夠更容易地被該光源發射器20發出的該檢測光線201檢測到，也就是說，集中後的該些微粒子101能散射出更多的檢測光線202被該光源接收器30接收。
舉例來說，如圖9A所示，當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，代表該待測溶液100中無微粒子101，因此，該處理單元40產生該無微粒子檢測結果。
如圖9B所示，當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，代表該待測溶液100中有微粒子101。此外，由於該些微粒子101受到該磁場作用而集中，因此，所接收到的檢測光線202的該接收光源強度值將會增加，例如圖9B中的實線代表為施加該磁場前的檢測訊號，虛線代表施加該磁場後的檢測訊號。由於施加該磁場後，該檢測訊號的振幅變大，代表該些微粒子為金屬粒子。
同理，該處理單元40還進一步判斷該檢測訊號的波峰與波谷的時間差是否大於該第二門檻值。該接收光源強度值為該檢測訊號中的該些強度值中的最小值。當該處理單元40判斷該接收光源強度值大於該第一門檻值時，代表該檢測訊號內的所有強度值皆大於該第一門檻值，該檢測溶液100中有該些微粒子101，該處理單元40進一步判斷該檢測訊號中的該些強度值中的最大值與該最小值的差值是否大於該第二門檻值。
當該差值大於該第二門檻值時，代表該些微粒子101有受到該磁場作用而集中，因此，該處理單元40產生一有金屬微粒子檢測結果。
當該差值不大於該第二門檻值時，代表該些微粒子101不會收到該磁場作用而集中，因此，該處理單元40產生一有非金屬電微粒子檢測結果。
進一步而言，當該接收光源強度值大於第一該門檻值，無論該差值是否大於該第二門檻值，該處理單元40均會判斷該波峰與該波谷的時間點的時間差是否大於一第三門檻值。當該時間差大於該第三門檻值時，代表該波峰與該波谷的時間差較大，如圖9B所示，即是該待測溶液100中的微粒子101顆粒較大。而當該時間差不大於該第三門檻值時，代表該波峰與該波谷的時間差較小，如圖9C所示，即是該待測溶液100中的微粒子101顆粒較小。
請參閱圖7所示，該微粒子檢測裝置還包含有一輸入單元80及一輸出單元90，該輸入單元80電連接該處理單元40，且產生該啟動訊號，並輸出 該啟動訊號至該處理單元40。該輸出單元90電連接該處理單元，且接收該些檢測結果，並輸出該些檢測結果，例如該有微粒子檢測結果或該無粒子檢測結果。在本實施例中，該輸入單元80可為一按鍵或是一觸控顯示器。該輸出單元90可為一LED指示燈、一觸控顯示器或一蜂鳴器。
綜上所述，本發明的該微粒子檢測裝置除了可檢測該待測溶液100中有無微粒子101外，更可以檢測該微粒子是否為帶電微粒子或是否為金屬微粒子，且可根據檢測訊號判斷該些微粒子101的顆粒，藉此提供半導體製造公司評估是否要使用該化學溶液進行高精密製程的依據，因而可優化製程，提高高精密製程的良率。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10:檢測管
102:微型泵浦
20:光源發射器
30:光源接收器
40:處理單元

Claims (10)

  1. 一種微粒子檢測裝置，包含： 一檢測管，供一待檢測溶液通過； 一光源發射器，產生一檢測光線，並向該檢測管發射該檢測光線，使該檢測光線射入該待檢測溶液； 一光源接收器，接收從該待檢測溶液中散射出的該檢測光線，並根據接收到的該檢測光線產生一檢測訊號； 一處理單元，電連接該光源發射器及該光源接收器； 其中，當該處理單元接收到一啟動訊號時，該處理單元控制該光源發射器產生並向該檢測管發射該檢測光線； 其中，當該處理單元接收到該光源接收器產生的該檢測訊號時，該處理單元根據該檢測訊號產生一接收光源強度值，且該處理單元判斷該接收光源強度值是否大於一第一門檻值； 其中，當該接收光源強度值大於第一該門檻值時，該處理單元產生一有微粒子檢測結果； 其中，當該接收光源強度值不大於該第一門檻值時，該處理單元產生一無微粒子檢測結果。
  2. 如請求項1所述之微粒子檢測裝置，其中該光源發射器發射該檢測光線的發射方向與該光源接收器接收該檢測光線的接收方向之一夾角介於60度至120度之間。
  3. 如請求項1所述之微粒子檢測裝置，其中該檢測管為一透明圓管或一透明八角形管。
  4. 如請求項1所述之微粒子檢測裝置，進一步包含有： 一第一透鏡，設置於該光源發射器與該檢測管之間，且該光源發射器發射的該檢測光線通過該第一透鏡射入該檢測管中的該待檢測溶液； 一第二透鏡，設置於該檢測管與該光源接收器之間，且該待檢測溶液中散射出的該檢測光線通過該第二透鏡射向該光源接收器，供該光源接收器接收。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之微粒子檢測裝置，進一步包含有： 一電場單元，具有： 一第一電場板，設置於該檢測管之一管壁外側； 一第二電場板，設置於該檢測管之該管壁外側；其中該第一電場板與該第二電場板設置於該檢測管之該管壁外側的相對兩側； 一電場產生器，電連接該第一電場板與該第二電場板，且在該第一電場板與該第二電場板之間形成一電場，且該電場作用於該檢測管中的該待檢測溶液。
  6. 如請求項5所述之微粒子檢測裝置，其中，該檢測訊號包含一檢測時間內的複數強度值，且該接收光源強度值為該檢測訊號中的該些強度值中的一最小值； 其中，當該處理單元判斷該接收光源強度值大於該第一門檻值時，該處理單元進一步判斷該檢測訊號中的該些強度值中的一最大值與一最小值的差值是否大於一第二門檻值； 其中，當該差值大於該第二門檻值時，該處理單元產生一有帶電微粒子檢測結果； 其中，當該差值不大於該第二門檻值時，該處理單元產生一有不帶電微粒子檢測結果。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之微粒子檢測裝置，進一步包含有： 一磁場單元，具有： 一第一磁場板，設置於該檢測管之一管壁外側； 一第二磁場板，設置於該檢測管之該管壁外側；其中該第一磁場板與該第二磁場板設置於該檢測管之該管壁外側的相對兩側； 一磁場產生器，電連接該第一磁場板與該第二磁場板，且在該第一磁場板與該第二磁場板之間形成一磁場，且該磁場作用於該檢測管中的該待檢測溶液。
  8. 如請求項7所述之微粒子檢測裝置，其中，該檢測訊號包含一檢測時間內的複數強度值，且該接收光源強度值為該檢測訊號中的該些強度值中的一最大值； 其中，當該處理單元判斷該接收光源強度值大於該第一門檻值時，該處理單元進一步判斷該檢測訊號中的該些強度值中的一最大值與一最小值的差值是否大於一第二門檻值； 其中，當該差值大於該第二門檻值時，該處理單元產生一有金屬微粒子檢測結果； 其中，當該差值不大於該第二門檻值時，該處理單元產生一有非金屬微粒子檢測結果。
  9. 如請求項1至4中任一項所述之微粒子檢測裝置，進一步包含有： 一輸入單元，電連接該處理單元，且產生該啟動訊號，並輸出該啟動訊號至該處理單元。
  10. 如請求項1至4中任一項所述之微粒子檢測裝置，進一步包含有： 一輸出單元，電連接該處理單元，且接收該有微粒子檢測結果或該無粒子檢測結果，並輸出該有微粒子檢測結果或該無粒子檢測結果。
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