CN210037532U - 一种扫描式基片表面检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种扫描式基片表面检测装置，利用液滴在基片表面的运动检测基片的均匀性，装置方法简单，不对基片表面造成损伤，适合于核心区域的定点检测以及常规检测。在检测的过程中，基片倾斜一定的角度，液滴在基片的表面并不主动滑落，用牵引装置牵引液滴运动。运动的过程中，经过需要检测的区域，通过液滴的形态变化判断基片表面的均匀性。

Description

一种扫描式基片表面检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种扫描式基片表面均匀性检测装置，利用液滴检测生物、化学等领域用基片表面的均匀性，属于生物化学领域。

背景技术

生物化学等领域中大量利用到各种基片。本实用新型所述的基片主要指的是化学或者生物等领域常见的带有表面结构、表面化学修饰，或者未经化学修饰的基片。常见的基片比如载玻片、生物化学芯片、半导体工艺具有均匀阵列的片子，疏水化学修饰片子，特殊化学修饰玻璃片等。

基片的表面常见的各种化学或者物理修饰都存在稳定性的问题。例如，生物芯片中点样的均匀性，半导体芯片中表面蚀刻的均匀性，化学修饰的基片的表面均匀性。基片的稳定性有多种检测方法。比如，比较大的物理缺陷可以用投影等方法检测，比较大的化学修饰缺陷的检测可以用荧光等化学修饰手段进行检测。不同的检测方法会适用于不同的情况。本实用新型提供一种简单的检测装置和方法，利用液滴在基片表面的运动检测基片的均匀性，方法简单，不对基片表面造成损伤，适合于核心区域的定点检测以及常规检测。

发明内容

本实用新型提供一种扫描式基片表面检测装置，包括基片固定装置，牵引装置，第一液体加液装置；其中，基片固定在基片固定装置上；所述牵引装置的头部具有加液孔；第一液体加液装置通过管路连通到牵引装置；第一液体加液装置用于通过牵引装置头部向基片表面加第一液体液滴，牵引装置用于牵引第一液体液滴的运动。

根据优选的实施方式，所述牵引装置包括电机，电机运动控制装置，接触件；其中，所述接触件在电机的带动下运动，电机运动控制装置用于控制电机，接触件与液滴接触的部分具有接触头部，接触头部用于接触液滴并且带动液滴运动。

本实用新型公开了一种简单的、动态判断基片表面均匀性的装置。通过接触角的动态变化，可以检测整个片子表面的均匀性。不同于一般的接触角测量装置，本实用新型所述的装置具备以下特点：(1)可以定点的检测基片表面修饰的缺陷；(2)根据摄像***的性能，可以检测片子上很小范围的表面性能变化。例如，25*75的基片上，有一个200微米大小左右的斑点的表面均匀性同其他区域有区别，可以通过液滴的形态变化检测出来。根据摄像***的性能以及基片和液滴相对运动的速度，可以检测约100微米左右的不均匀区域。(3)不能准确确定基片对于第一液体的接触角。但是可以定性比较。(4)液体在基片的表面呈疏水态，一般不易造成吸附，不会损伤基片。一般的生物领域中，特别是生产的过程中，基片表面的修饰均匀性是很难控制的。例如常见的气相修饰或者液体修饰，表面的均匀性会有很大的差异。通常来说，例如一个载玻片大小的基片，可能因为灰尘或者清洗的原因，会有100微米级别的很小的点的表面修饰存在缺陷。常规的表征手段或者不能直接的对于这种缺陷进行检测，或者需要付出损伤基片的代价；并不适合全面的质检。本实用新型所述的装置并不能准确的检测基片表面对于水或者其它溶液的接触角。但是本实用新型所述的装置可以对比相同的基片的不同表面性质。例如相同的疏水修饰，一个基片的表面接触角为110度，另一个接触角为95度。当用该仪器测试的时候，通过其形成的角度可以明显区别。

附图说明

图1.液滴在基片的表面被牵引装置牵引示意图。

图2.基片进入第一液体示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的核心内容，现将本实用新型用下面的例子作为说明。实施例是为了进一步解释发明内容部分，并不对于本实用新型造成限制。

基片属于生物化学或者IC行业的常见基片，经过或者未经化学修饰。基片具有特定的形状，例如矩形，梯形等。

基片疏水或者亲水修饰是常见的修饰方法。一般的，各种修饰物与基片本底之间，亲疏水性并不是完全的相同，也就是说，化学修饰前后，基片表面亲疏水性会发生变化。特别的，例如生物芯片、蛋白质芯片、测序芯片等，需要阵列的或者全面的对于基片表面进行修饰。基片修饰结果的表征是一个很困难的事情，特别的，对于某个基片上，是否存在点或者线状的修饰缺陷，是很难表征的。本实用新型给出的装置，可以在大量综合数据的基础上，检测基片表面修饰的均匀性。

本实用新型中所述的基片的均匀性指的是基片整体的均匀性。例如蛋白质均匀阵列点样芯片，其形成了周期性排列的亲疏水或者亲水差异阵列。例如，基片表面有阵列的微坑，深度1微米，开口直径1微米，圆柱体，四方排列，周期2微米，其表面经过或者未经过全氟辛基三氯硅烷修饰。例如，基片表面疏水角为90度，然后用微接触印刷的方法制备阵列的疏水横线，线宽2微米，周期4微米。类似的，整体均匀的基片，都可以进行检测。

一般的，当一滴水或者其它液体滴在基片表面的时候，满足一定条件可以产生疏水的效果，也就是液滴在基片表面的接触角是大于90度的。当基片倾斜到一定的角度的时候，比较大的液滴可以滑落基片表面，其路径是不可控制的。即使基片表面的化学修饰是很均匀的，也不能够控制液滴的运动路径。本实用新型中，将液滴控制在一定的体积内，倾斜一定的角度不会在重力的作用下自主运动。然后利用一个接触液滴的牵引装置，即可以控制液滴的运动路径。总的来说，这种运动是牵引装置的牵引力和重力联合作用的。当然，这里面也掺杂了表面张力的影响。在牵引装置的作用下，液滴可以产生一种向下的运动。如果其运动的轨迹中，有区域的亲疏水，更精确的说，基片表面对于液滴的亲疏性有比较大的差异；则会出现液滴停止运动、拖尾等明显的变化。当然，这种变化也是跟基片表面的均匀性是关联的。

一般的，当基片不倾斜的时候，整个基片水平放置，基片表面的液体在不同位置的重力作用是相同的。这种情况下，利用牵引装置直接牵引液滴进行运动是很难的事情。通过大量的尝试可以发现，一般的牵引装置，比如利用针头伸入液体的注射器作为牵引装置，是不能使得液体运动的。比如，头部直径约1mm的移液枪的枪头，也不能牵引液体运动。

一般的，当基片倾斜的时候，在重力的联合作用下，这种牵引变得可控。

牵引装置的作用就是引导液滴运动，因此必须有一个比较小的头部，能够接触液滴，依靠表面张力，形成运动牵引。根据不同的液滴成分，牵引装置一般需要做不同的表面修饰。例如，当液滴为水的时候，使用非疏水性材料的牵引装置头部有比较好的效果。如果头部比较尖锐，比如针头，疏水的头部也可以起到很好的效果。

液滴的大小并不严格的限制。液滴的大小受到两个条件的制约，首先液滴不能太大，当基片倾斜一定的角度的时候，不能在基片上直接滑落；第二，不能太小，太小的液滴牵引比较困难，而且其拖尾也不易观察。一般的，当基片是疏水修饰的时候，经过试验，0.005-0.1mL是比价合适的体积。这个体积下，即使某些基片倾斜角度达到60度，液滴也不会自由滑落。液滴的大小还受到表面的限制，表面的亲疏水性也会影响液体的总体积。

一般的，每次以相同的体积加入液滴，液滴经过相同的路径其拖尾长度以及大小、残液也是相同的。在均匀片子的表面，运动中液滴的形状也是基本不变的。这种特性使其可以用于表面质量的检测，如果基片的表面有化学修饰不均匀区域，或者基片表面有强烈的起伏结构，会导致运动中的液滴发生形变。

液滴的运动的时候发生形变，并不能直接的计算出其化学修饰的不均匀程度，但是可以通过经验的积累，确定大概的范围。经过试验发现，当疏水表面对于水的平均接触角120度，缺陷区域的接触角只有90度左右的时候，这种区别可以在液滴运行形状上有十分明显的表现。

一般的，使用高分辨率的快速相机，有利于更精确的表现液滴运动中的形变。

一般的，使用外置的摄像***，能够明显的观察到运动中的形变。摄像***的方向并不需要垂直片子的方向，经验表明，摄像***可以在更有利于拍摄拖尾区域的方向。

一般的，使用移液器作为加液滴装置是比较合适的。移液器可以定量的将液滴加入到基片表面。

基片可以用常见的方式固定在基片固定装置上。基片固定装置的作用是使得基片以一定的角度固定。一般的，不同基片可以选择不同角度进行固定。基片固定的角度一般的是与水平成45-90度角(90-135度角)。基片水平放置的时候，一般材料表面的疏表面的液滴不能轻易的被牵引装置移动。特殊的，例如特氟龙镀膜的材料，表面疏水程度比较高，利用水作为液滴的时候，倾斜40度角左右可以使得液滴被特定的牵引装置移动。

基片倾斜一定角度的时候，根据角度的不同，可以选择不同体积的第一液体。只要使得第一液体在基片的表面不主动滑落，并且在牵引装置的作用下可以运动即可。例如，一个基片表面布满圆柱形的，直径1微米，深度1微米，周期2微米的微孔，用常见氟代硅烷修饰以后，接触角可以达到120度左右；加入0.01-0.05mL的纯水作为第一液体的时候，液滴并不会主动滑落，并且可以在注射器针头的牵引下运动。液滴的体积受限于倾斜角度、表面状况、牵引装置等多方面因素。

一般的牵引装置的头部接触液滴。牵引装置的头部不能够太大，并且在牵引的过程中，不易碰触基片的表面。即使牵引装置类似于注射器针头，在碰触基片表面的情况下，也可以形成有效的牵引，也不应该碰触基片表面，避免造成损伤。

牵引装置匀速运动的时候，均匀基片的表面的液滴运动状态是不变的。

相应的，本实用新型还提供以下技术，作为比较。

本实用新型提供一种基片表面检测装置，其特征在于，包括移动装置，第一容器，第一液体，角度检测装置；所述第一液体盛放在第一容器中；所述移动装置用于使基片与第一液体产生相对运动；所述角度检测装置用于检测第一液体与基片之间的夹角以及接触线。其示意图如图2.

根据优选的实施方式，所述移动装置包括电机、连接臂、夹具；电机用于提供动力，连接臂用于连接电机和夹具，夹具用于装夹基片。

根据优选的实施方式，所述移动装置包括电机、连接臂、第一容器固定装置，电机用于提供动力，连接臂用于连接电机和第一容器固定装置，第一容器固定装置用于固定第一容器。

实施例1

提供玻璃基片，基片的大小为20*50mm，厚度为1mm。首先将玻璃基片进行表面修饰。表面修饰的方法为真空气相熏蒸。在一个密闭的容器中，放置离心管，其中盛放100微升的三甲基氯硅烷。玻璃片预先用plasma处理表面。将处理的玻璃片放入密闭容器中，打开离心管的盖子，抽真空，真空压力达到1000pa以下。1h以后，将玻璃片取出，备用。

将基片通过固定装置，使得其倾斜一定的角度。如图1所示，基片倾斜80度角。然后用移液枪加入15微升的纯水在表面上。由于基片表面是疏水的，并且表面张力的影响大于重力的影响，因此液滴并不向下***。利用注射器作为牵引装置。注射器针头接触液滴，但是不接触基片表面，慢慢的移动注射器针头，液滴会随之移动。注射器针头和基片表面约成30度角。注射器针头的移动方向稍微向左下或者右下，液滴也会随之运动。注射器针头大概0.9mm粗。利用这种方法，可以检测液滴运动路径上的基片表面修饰缺陷。本实施例中，还引入了摄像装置。摄像装置基本是水平放置的。

图1中，001为基片。其表面液滴在002牵引装置的作用下，向下运动。

实施例2

在实施例1的基础上。利用移液枪的枪头左右牵引装置的头部。经过初步实验发现，采用100微升的移液枪枪头是比较合适的牵引装置。

对比实施例1

提供玻璃基片，基片的大小为20*50mm，厚度为1mm。首先将玻璃基片进行表面修饰。表面修饰的方法为真空气相熏蒸。在一个密闭的容器中，放置离心管，其中盛放100微升的三甲基氯硅烷。玻璃片预先用plasma处理表面。将处理的玻璃片放入密闭容器中，打开离心管的盖子，抽真空，真空压力达到1000pa以下。1h以后，将玻璃片取出，备用。基片的检测方法原理见图2所示。

装置搭建：取电机作为动力装置。将一个电机固定在支架上。电机倒置，其可以控制下端的平板做相应上下移动。平板下面连接一个垂直的装夹装置，装夹装置的是一个垂直的平板，其上面贴有双面胶。长方形基片的一端通过双面胶黏贴在垂直的平板上。基片基本垂直放置。通过这个装置，电机可以控制基片进行上下移动。使用一个50ML的离心管作为容器。容器中盛放适量的染料水溶液(即第一溶液)。当基片进入第一溶液的时候。液面同基片之间形成一个比较大的夹角，肉眼可以分辨。经过试验发现，稳定的基片表面同第一液体形成的夹角是稳定的；这个过程一直持续到基片整个进入到第一液体中。试验发现，当基片表面有修饰缺陷的时候。比如，有一个1mm直径大小的区域未能进行疏水修饰。则基片与液体形成的夹角在该位置会发生跳跃。更具体的说，在这个位置的夹角会突然变小。同一水平线上的其它位置夹角则不变。利用这种方法，可以检测基片上的修饰缺陷。

所述实施例是本实用新型的具体解释，并不对于本实用新型的具体范围造成限定。

Claims (2)

1.一种扫描式基片表面检测装置，包括基片固定装置，牵引装置，第一液体加液装置；其中，基片固定在基片固定装置上；所述牵引装置的头部具有加液孔；第一液体加液装置通过管路连通到牵引装置；第一液体加液装置用于通过牵引装置头部的加液孔向基片表面加第一液体液滴，牵引装置用于牵引第一液体的运动。

2.根据权利要求1所述的装置，所述牵引装置包括电机，电机运动控制装置，接触件；其中，所述接触件在电机的带动下运动，电机运动控制装置用于控制电机，接触件与液滴接触的部分具有接触头部，接触头部用于接触液滴，并且带动液滴运动。

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