[实用新型]一种微管内气液两相流流型的检测装置

说明书

本实用新型涉及一种微管内气液两相流流型的检测装置。本实用新型包括注液流道、回收微流道和气密封通道。等间隔在回收微流道两侧分别布置三对超声波信号发射单元和接收端信号处理单元来实现气液回收时管内流型的实时监测，再配合浸液输送单元、密封气体输送单元和气液回收单元进行协同自适应控制。使浸没流场时时处于动态平衡状态，实现浸没流场边界的稳定约束，消除回收微流道内段塞流流型，有效控制浸没液体回收过程中的流体行为引起的振动。本实用新型从工况入手，避免由于结构现状导致的浸没单元外部到回收腔之间产生气液两相流，有效控制浸没液体回收过程中的流体行为引起的振动，在根本上消除回收微流道内气液两相流混合的问题。

技术领域

本实用新型属于超声波检测技术领域，涉及一种微管内气液两相流流型的检测装置。

背景技术

现代光刻设备以光学光刻为基础，利用光学系统把掩膜板的图形精确地投影曝光到覆有光刻胶的衬底(如：硅片)上。它包括一个紫外光源、一个光学系统、一块由芯片图形组成的投影掩膜板、一个对准系统和一个覆盖光敏光刻胶的衬底。

浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与硅片之间填充某种高折射率的液体，相对于中间介质为气体的干式光刻机，提高了投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高了光刻设备的分辨率和焦深。目前常采用的方案是局部浸没法，即将液体限制在硅片上方和最后一片投影物镜的下表面之间的局部区域内，并保持稳定连续的液体流动。在步进-扫描式光刻设备中，硅片在曝光过程中进行高速的扫描运动，这种运动会将曝光区域内的液体带离流场，从而引起泄露，泄露的液体会在光刻胶上形成水迹，影响曝光质量。目前已有的解决方案中，气密封利用高压环形气幕将浸没液体限定在一定的圆形区域内，可明显提高扫描速度，是一种重要密封手段。但是气密封会造成密封气体在液体回收的同时被卷吸，形成气液两相流进入回收腔内，由此引发振动。振动带来改变线宽，减少图像对比度，降低工艺窗口和CD均质性等一系列问题，从而严重影响曝光质量。因此，浸没式光刻技术中必须重点解决回收过程中由气液两相流引起的振动问题。

为减轻振动对浸没式光刻带来的影响，目前已有的解决方案主要应用被动隔振和气液分离回收的技术。被动隔振是通过减震器将运动部分的产生振动和曝光系统隔离，抑制步进扫描过程中，由于工件台和掩模台等分系统具有较高的运动加速度和运动速度，运动部件产生的大惯量和其它外部因素造成液力冲击与流场波动，引起光刻机工作核心部分——曝光系统的振动。气液分离回收是通过在浸没装置的回收腔内填充亲疏水多孔介质，实现气液两相分离，降低了气液混合过程中气液界面破裂导致的脉动冲击。但是存在以下不足：

被动隔振只考虑了通过设计缓冲结构，抑制步进扫描过程中由于运动状态的变化所带来的浸液供给的稳定性，气液分离回收只考虑了由于采用气密封带来的气液两相回收过程中，在回收腔内气液两相界面破裂导致的脉动冲击，通过上述两种减振方式，降低了光刻机在运行过程中出现的绝大部分振动，但是忽略了在利用负压回收液体的过程中，由于气液流速较低，回收微管道内易形成段塞流，指的是一段气柱、一段液柱交替出现的气液两相流动状态。然而光刻技术需要达到极高工作精度，随着新材料的开发以及研究日趋深入，精度逐渐提升，对振动的要求也逐渐提升，那么回收微流道内由于段塞流带来的微小振动也需要引起重视。段塞流带来振动，当段塞流发生时，管内瞬间液体流量增大，而气体流量几乎降为0；当液塞通过后，管内瞬间气体流量同样会激增。管内流量和压力的剧烈波动，影响曝光系统的稳定工作。这是由于结构现状导致的浸没单元外部到回收腔之间产生气液两相流无法避免，所以只有从工况入手，通过增加检测和控制装置实现回收微流道内的流型维持在环状流的状态，根本上消除回收微流道内气液两相流混合的问题，减少振动。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种微管内气液两相流流型的检测装置。