[发明专利]一种浸入式显微镜的缝隙流控制装置

说明书

 

技术领域：

本发明是涉及浸入式显微系统中缝隙流控制装置，特别是涉及一种用于浸入式显微镜（Immersion Microscope）的缝隙流控制装置。

 

背景技术：

在半导体等行业，对细微电子器件的故障解析和可靠性评价是确保成品率的关键。通常采用的方式是将电子器件作为试样，在显微镜下进行观测，以确定是否存在影响其正常工作的缺陷或杂质。然而，伴随着电子器件的特征线宽向着32纳米以下不断缩小，以及基底（如半导体硅片）尺寸的不断增大，传统观测方式的技术成本在迅速上升。

浸入式显微镜系统，通过在物镜前端和基底（如硅片或液晶基板等）之间的薄层缝隙中填充纯水等液体，形成液膜，以提高该区域介质的折射率，从而间接增大物镜的数值孔径（NA），获得了更高的观测分辨率（例如参见中国专利200680039343.2）。由于浸入式方式主要涉及物镜前端和基底之间的区域，对原有光路系统影响小，因此很好的继承了已有技术，在提高观测分辨率的同时具备了良好的经济性。

目前浸入式显微镜系统主要通过间断供液的方案（如参见美国专利US2005179997A1和日本专利JP2010026218A），将液体输送到基底上方和物镜的局部区域内。间断供液采用一次观测对应一次供液的模式，即在开始观测前输入一定容量液体到待观测的表面，完成该次观测后则通过回收管路将液体抽离，在观测过程中液体不更新。间断供液方案具有形式简单和易于实现等优点，但存在以下一些不足，主要表现为： 

1）间断供液方式易导致污染的累积，影响观测的可靠性。在微纳观测过程中，填充在物镜和基底之间的液体，实质上成为了光路的一部分，起到了物镜的作用，因此需要具备高度的洁净性。然而，由于液体不流动，伴随着观测的进行，基底表层和流场外围的污染向观测区域不断的扩散并累积，液体质量将面临恶化。这将改变液体的性质，并引起微纳观测的成像失真。

2）伴随着流场内部污染的累积，污染物向物镜表面不断的沉积，将严重影响观测质量。在观测之后增加物镜清洗工序（如参见日本专利JP2007065257A）将有助于获得洁净的物镜表面，但却因此降低了工作效率，间接增加了观测的成本。

促使液体流动更新（例如参见中国专利201210036504.X）可带走污染物，有助于上述问题的解决。最典型的液体更新方式是正压供液、负压回收，即通过一定压力供给液体，同时在另一侧施加负压实施回收，由此推动液体有序的流经观测区域。

然而，如何保持液体边界高度稳定并避免泄漏成为了一个新的难点。供液端附近液体因受供液压力影响而存在迫使其向外泄漏的正压，这种压力伴随着基底牵拉液体向该方向的运动而进一步上升，由此易引发泄漏。泄漏的液体在基底表面干燥后将形成水迹缺陷，破坏观测表面的已有结构，危害性大。采用在液体外围施加有压气体可抑制液体的泄漏，但却增加了边界的扰动（如气液两相流），同时易带来气泡卷吸、破坏液体均一性等问题。

 

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于浸入式显微镜的缝隙流控制装置，在基底和物镜的末端元件之间实时更新液体的同时，伴随着基底运动方向和强度的改变，能够自适应的调节各方向输入的液体流量，以获得稳定可靠的流场边界。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明用于浸入式显微镜中的缝隙流控制装置，在透镜组和基底之间设置的缝隙流控制装置，其特征在于，所述的缝隙流控制装置中心开有柱状的观测腔，

垂直于基底向外依次开有供液孔和回收腔；

供液孔，为以观测腔中心为圆心的环形柱状排孔阵列，其孔径为0.5~3mm；

回收腔，为8个等分且弧度取15～40°的环形柱状腔体；

供液孔的上方开有垂直于基底且为环形柱状的供液腔；在供液腔和供液孔之间，开有为环形柱状排孔阵列的过渡区供液孔，过渡区供液孔与供液孔数量相同且共轴心，其孔径小于供液孔孔径；

供液腔和供液孔之间设置有供液单向阀，过缝隙流控制装置中心、垂直于基底方向上截面为梯形结构，靠近供液腔方向的边长小于靠近供液孔方向的边长；供液单向阀通过弹簧固连在供液终端紧固件上，供液终端紧固件通过粘贴或螺栓紧固方式与缝隙流控制装置的上表面向连接；

回收腔的上方，垂直于回收腔向外开有8个均匀分布且为柱状的回收孔，孔径为1~5mm；回收孔向外开有环形柱状的外回收腔；