TW464761B - Instruments for analyzing binding assays based on attenuation of light by thin films - Google Patents

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4 6 47 s A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（ 説明 本申請係與1999年8月6日登錄之美㈣時專利申請第 術147,682號相關並要求優先度，㈣專利申請之整體· 包括全部巾請專利範圍、圖式及表格，併於此做參考。 簡介 本發明係有關將對人射光之改變或衰減做爲函數以測量 薄膜厚度之簡單設計及操作之裝置。本發明之裝g及方法 馬固定式極化擴圓體計之改良’在固定式極化橢圓體計中 係將膜厚度當做是薄摸所反射之偏極光的橢圓率或偏極光 的旋轉程度之函數。更特別地，本發明係有關橢圓測量法 疋改良，加速了測量獲取時間並降低了用於特殊結合測定 物及其它應用的橢圓測量裝置之成本〆本發明亦有關於以 薄膜之光衰減測量不再與橢圓偏極光的產生相關之裝置及 方法。 發明背景 對本發明背景之下列説明僅是做爲瞭解本發明之協助， 而不容做爲本發明先前技藝之説明或形成。 光學測量常用以決定薄膜之厚度。橢圓體計藉由從薄膜 反射的偏極光之橢圓率程度之決定以提供此資訊β擴圓體 計基本上包含一光源、一偏光鏡、一檢偏鏡、一光補償器 或四分之.一波長板及一偵測器。例如，美國專利第 5,936,734號揭示使用單一、局部及/或多重極化電磁輻射以 橢圓測量型式取樣系統之區域，而美國專利第5,946,098號 揭示了 一種包含以棱鏡做爲阻滯元件之修改過的橢圓體 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -I Γ ΙΊ If — — - l]ll^^— — — 丄 (請先閱讀背面之沒意1事項再填寫本頁) 464761 經濟部智慧財產局員工消費合作社印" A7 B7 五、發明說明（） 計。 複雜的數學計算常用以決定膜之厚度。爲利用這些數學 計算’橢圓體計必須有精確對準之旋轉組件，俾在偵測器 測量信號強度。必須使用昂貴及精確之光學組件以提供在 進行膜厚度測量時最佳之偵測器信號。測量時間很緩慢， 不過糖圓體計可提供精確之厚度及折射率決定。 如美國專利第5,581,350號所揭示者，橢圓體計组件之旋 轉可用以提供以旋轉組件之時間及角速率爲函數在偵測器 上強度之正弦圖形。要在二或更多的檢偏鏡角度做測量以 決疋偏光鏡光轴之角度以及眞正的檢偏鏡角度相對於其標 稱角度之偏差。測量提供了檢偏鏡光轴之角度及偏光鏡角 度相對於其標稱角度之偏差。此資訊係用以校準橢圓體 計’不過根據耗時的傳統原理操作之裝置需要精確對準之 旋轉紙件以測量膜厚度。相似地，美國專利第5,877,859號 揭示之旋轉補償器橢圓測量法，靠一旋轉補償器產生一具 有直流成分、兩倍角速度成分及四倍角速度成分之信號。 根據美國專利第3,985,447號，在不同的角速度下旋轉光 補償器及偏光鏡兩者以測量做爲時間函數之合成傳送的光 強度亦是可能的。使用傅立葉分析以決定薄膜所反射之光 線的史托克（Stokes)參數。根據史托克參數，亦可以此方 式計算薄膜之膜厚度及折射率。此裝置的缺點是該系統需 要包括與時間相關的旋轉補債器之附増组件。此等附增組 件増加了系統之費用及複雜性。 美國專利第4，7 2 5,14 5號揭示了一種測量極化狀態所使用 -5- 本紙張尺度適用乍國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） I — — — — — — ^^i I I l· I I I ^ «ΙΙΙΙΙΙΙ1 ^ , * - (請先閱讀背面之注音i事項再填寫本頁) 4 6 4 7 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（） <裝置及方法。該裝置僅含—光偵測器。該光偵測器具有 局部單向反射面，且置於相對於入射光源成一斜角處。該 光侈'測器所吸收之光線產生了偵測到與光之極化相關之電 信號。可旋轉該偵阕器以決定光線是否含任何橢圓之特 生。在較佳之操作模式下，整個系統受到旋轉。改良之處 是孩裝置不含任何的波長阻滯器或偏光鏡。該系統可含— 或更多個光偵測器。受吸收之光線量爲入射輻射之一部 分’且與入射光源及入射面之方位定向相關。偵測器表面 以錐形方式旋轉。因而入射面爲圍繞及經過入射光旋轉之 平面。由於旋轉可調制電輸出，因而調制爲入射至偵測器 上的光線之極化狀態測量。 美國專利第5,552,889號揭示了一種測量與溫度無關的極 化光線改變之方法。該方法分別檢查了光線之交流及直流 成分。該方法需要之裝置設計是安排互不成正交之二或更 多個偏光鏡。然後在一或更多個光偵測器測量極化信號之 調制。極化彳§號之定値成分強度與極化之平均平面位置相 關。極化信號之變動成分是正規化成定値成分，然後決定 出極化之相位、幅度及位置。該極化信號完全地線性化。 該方法需要光束分裂器以產生兩個光束。 美國專利第5,625,455號揭示一種橢圓體計及一種橢圓測 量法。在該.方法中，可由單色光源之反射比測量複介電常 數複折射率、互導、反射比、吸附係數、光密度及其它 光特性》所用之裝置及方法提供了樣本之光及頻譜特性之 直接測量，而不用做數値估算或波長頻率掃描。該光源應 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） lr -----------f ,4-----r---訂--------- 線4 (請先閱讀背面之注意#'項再填寫本頁) 464761 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 五、發明說明（） 爲橢圓偏極化的JL入射角應在〇。與9〇。之間β從樣本反 射或傳送之數位化強度資料係利用積分或加總做分析。積 分消除了雜訊且容許該方法在任何檢偏鏡角度開始及停 止0 在某些應用中，爲達降低製造成本之目的，從類似橢圓 體计裝置中除去一些组件而仍提供可接受的準確度水準是 可能的。授予Sandstroin等人之美國專利第5 494 829號説明 一種根據橢圓測量原理操作之裝置，不過具有固定式偏光 鏡及固定式檢偏鏡，而存在無光補償器或其它複雜光學组 件之附增成本的優點。此裝置是用於結合測定物分析，以 決定生化反應是否已提供了表示病人的細菌感染症狀之薄 膜被測物。 根據該’829專利，將一抗原或抗體置入一基體，並以用 來包含來自接受感染試驗的病人其身體之流體樣本之透析 溶液培養之。若在該溶液中呈現了對應之抗體或抗原，則 —種生化反應在該基體上形成薄膜。在與定出臨限或背景 値相關的偵測器之信號強度表示出陽性測試結果。典型上 校準該裝置以測量由特殊抗原反應所產生之膜厚度。 許多分光光度測量系統之設計是分析膜厚度用，尤其是 光阻劑膜者《這些裝置需要針對膜中特殊幾何特色安排複 雜之光學組件或焦點。該等裝置需做超出一個波長或角度 之偵測以決定膜厚度。數種方法若無膜的折射率之正確資 訊將無法動作。對於具有低反射比之光基體，分光光度計 無法圓滿地測量膜之厚度。最顯著之限制是這些装置的低 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^-----r---訂---------線 46 4 6 1 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 信號對雜訊比。在測量類如非晶質矽膜上，此等裝置亦有 困難。 例如美國專利第4,680,084號説明了一種極爲複雜之裝 置，該装置使用多個光源及透鏡及光束分裂器以及一個以 上之偵測器以決定膜之厚度。此外，該方法要求光基體具 有對入射光線不透明之定型裝置。這些裝置係用以校正對 與膜厚度無關之因素造成之偵測信號β美國專利第 4,618,262號説明一種雷射基礎之干涉計，該干涉計使用光 基體上之特定裝置測量蝕刻程度之深度，以決定蝕刻程序 何時完成。在此方法中，係用相鄰最高間之距離以決定蝕 刻率。當蝕刻程序到達光基體時’特徵正弦型式終止。因 爲雷射光束直徑爲700微米等級，此方法須能應付ι_3微米 等級之姓剑裝置是很可疑的。因而這些小裝置對背景之解 析度很難理想。針對此問題，已在系統内加入光學組件克 服。 美國專利第5,494,829號説明了使用簡單之色度計或反射 計以測量色彩變更或對結合測定物結果解讀之強度變更。 該h號爲波長改變或在一波長範圍強度變更之函數，其光 基體之設計可產生視覺干擾效應，因而色彩改變爲厚度改 變之函數。 説明本發明背景之前述各個美國專利其整體：包括全部 表格、圖式及申請專利範圍，併於此做爲參考。 仍有提供測量膜厚度時對各種結合測定物或其它應用具 有可接受的準確度之廉價的橢圓測量裝置之需要。此一需 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - ----- - - - ---ί ，衣--— 訂-----— (請先閱讀背面之注s·事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 求可由橢圓測量法或其它光衰減之薄膜機構達成，該裝置 可在不花過多時間對m组件且無降低系统效率的不必 要之光學組件下進行測量。也仍有提供測量膜厚度時，根 f多層膜反射理論，對各種結合測定物及其它應用無必要 提供絕對厚度決定，而具有可接受的準確度之廉價的反射 測量裝置&需要。該反射測量裝置應亦能實行不花過多時 間對齊系統組件、獲取信號或分析信號之測量。本發明之 裝置易於操作且資料解讀極爲直接。因對任何特定結合測 定物系統之反應可予模型化，該装置之性能是極可預測 的，且該儀器裝置適合於分析特殊的結合測定物表面構造 或者相似構造之範圍。 發明概述 本發明提供了用於測量膜厚度，包含一交流模式固定的 極化橢圓體計之裝置及方法。使用交流模式消除了對極化 元件精確對齊之需要，因而降低了製造裝置之成本。在交 流模式中，極化元件之一（例如檢偏鏡或偏光鏡）以定値速 度在完全週期中旋轉’俾在偵測器元件產生交變信號。由 於在信號之改變對厚度之改變產生了較陡峻之斜率（亦即對 一厚度之改變有較大之信號差），該裝置改進了目前固定角 式極化橢圓體計之信號’且因而有較佳之信號對雜訊比。 當檢偏鏡或偏光鏡旋轉時，在測試面所收到之信號隨檢偏 鏡（偏光鏡）之旋轉而改變，或者做爲時間之函數改變。所 觀得之信號乃爲類似正弦之曲線，具有要受分析之膜的特 性之幅度及相位。資料分析可使用任何在所產生的信號特 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — Γ— ilrlllllll—^ 农.— II 卜 1ΪΙ 」 , - - (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4647 6 1 A7 B7 7 ' $·、發明說明（） 色之组合’不過對特定之薄膜最好使用峰對峰之差値做爲 輸出。舉例而言，可產生所有峰値信號強度之平均値並當 成是樣本値。將未知樣本之峰對峰値與對已知膜厚度之裝 置輸出的標準齒線敢比較，可決定正確之厚度。該標準曲 線是基於一與要受分析的薄膜有相似或相同性質i沉積在 具有與測試膜所用之基體相同結構之基體上之膜者。該標 準曲線亦能由理論上計算產生。交流模式橢圓體計之設計 使得所有模式的裝置參數對既定之光學支援及薄膜層組合 在預定之厚度範圍容許最大之厚度變異。 在測量從支撑一或更多薄膜的光基體所反射的光特性改 變時，其它裝置之具體實施例（反射測量）分別地涉及到— 個偏光鏡或者無偏光鏡之使用。消除掉一個或兩個偏光 鏡，反射測量裝置之設計較不複雜且較不昂貴。因任何光 學元件將引入一些信號的插入損失，所以極化元件的移除 亦提供了信號強度之有益的増加。當僅要使用一個入射光 成分（亦即，S或p極化成分）時，最好是採用單一偏光鏡裝 置。在單一偏光鏡裝置中，可移除偏光鏡或檢偏鏡。 再者’在陡峻之入射角度下，光線之S -及P -成分有非常 小之操作差異。因此，若使用該二成分測量膜之厚度，例 如在無偏光鏡之裝置中，該裝置等效地執行了含極化元件 '之裝置的工作。因而在其它具體實施例中，本發明考慮了 使用具有陡峻入射角的未受極化光線之無偏光鏡裝置。無 偏光鏡裝置之設計是要分析特定之光基體，俾在一膜之厚 度範圍中測量生物物質結合所產生之膜，或在其它結合測 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準CCNS)A4说格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注*'事項再填寫本頁) ^ · I I--r 11 —訂----— II ~ 1 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 47 6 1 A7 B7 經 濟 部 智 慈 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（ 定物所產生之膜。所要容納之厚度範圍視即將進行之結合 測疋物類型而定。基於實驗觀察或以薄膜反射理論做之理 論計算，可選擇適當之入射光波長及入射角。因而，基於 相似之光基體，可選擇將容許許多不同結合測定物之單一 裝置設計。 在其它較佳具體實施例中，本發明亦提供使用了在此所 述之任一種裝置的方法，以將光強度之改變與膜厚度之改 變關聯起來。與由已知的膜厚度產生了標準強度曲線相比 較可決定正確的厚度’而該標準曲線是由光學上相似於測 試膜之已知膜所產生者。可不經校正而使用偵測器信號強 度’或者使用從一負結合控制樣本或其它背景測量獲得之 比較性偵測器信號強度（亦即，正規化函數之應用）做後續 校正。 本發明克服了上所略述爲熟知此項技藝之人士知道的問 題’並由提供節省成本之裝置提升了此技藝層次，該裝置 係根據橢圓測量原理對各種結合測定物及其它應用以可接 受之準確度測量膜厚度。由旋轉檢偏鏡或偏光鏡以從受測 樣本之反射光線中產生類似正弦之強度以及透過標準曲線 或其它參考資料之使用，將所選定之強度値映射至膜厚 度’皆可獲得這些優點。此觀念容許此處説明之裝置不必 花過多時間對齊系統組件且不使用複雜的數學及光學組件 下進行膜厚度測量。因爲並不需要使用光補償器、四分之 波長板或其它精確的光學组件及組件對齊，所以製造此 系統並不昂貴。 11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公* ) (請先閱讀背面之注s'·事項再填寫本頁) ^*1— I l· 1 I 1 ------丄 4 47s A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9) 因而在第一項特點上，本發明説明了用以決定樣本的膜 厚度之裝置。該裝置可包含一支撑樣本之基體；一產生電 磁輻射以照明菽樣本之光源；一位在該光源與該樣本間之 第極化元件，一偵測從該樣本反射的電磁輻射之偵測 器；以及一位在該偵測器與該樣本間之第二極化元件。至 >可旋轉该第一與第一極化元件之―，以随時間改變電磁 輻射之S及/或P内含。使用將膜厚度與偵測器信號強度關聯 ^標準函數之方法，從偵測器所獲得之信號係用以決定膜 之厚度。 在特別地較佳具體實施例中，裝置可含下列之一或多 者：（i) 一產生單色電磁輻射之光源，（ii)從包含可見光、 紅外光及紫外光群组中選擇之電磁輻射，（iii) 一包含可旋 轉的極化滤波器之罘一接化元件，（iv) 一包含可旋轉的極 化濾波器之第二極化元件，（v)—包含可旋轉的極化濾波器 之第一極化元件，及一包含固定式檢偏鏡之第二極化元 件’（Vi)—包含固定式極化濾波器之第一極化元件，及一 包含可旋轉的檢偏鏡之第二極化元件，（vii)至少旋轉該第 —及第二極化元件之一，以在該偵測器提供類似正弦的強 度信號’（viii)將膜厚度與該類似正弦的強度信號之幅度 相關聯’（ix)將膜厚度與該類似正弦的強度信號之峰對♦ 幅度相關聯.，（X)—含已知的膜厚度之控制樣本，一爲 負控制樣本之控制樣本，（x i i) 一將含偵測器信號強度與從 該負控制樣本獲得之比較性偵測器信號強度相關聯之正規 化函數之標準函數，以及（x i i i) 一爲偵測器信號強度與從 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） ___!·_ί_______„ 衣-----r---訂--------1 線— · 鼻 (請先閱讀背面之注*··事項再填寫本頁) _ 464761 A7 B7 10 五、發明說明（ 該負控制樣本獲得之比較性偵測器信號強度的比値之正规 化函數。 諳. 先 閱 讀. 背 面-之 注 意， 事 項 再 填 本 頁 在此所用「樣本（sample )」一詞係指可沉積在基體表面 上以形成一層膜之任何物質。較佳之樣本可爲類如生物物 質（例如：核酸、抗體、抗原、感覺器官、透析、螯合物、 酵素基體等）之有機物質，或者類如氧化矽、二氧化矽、氮 化梦等之揉機物質。樣本最好是可爲含此等物質之溶液。 在此所用「負控制樣本（negative control sample) J —詞係 指任何缺少薄膜之基體。這樣的負控制樣本可用以提供來 自裝置之基準或比較信號。 在此所用「膜（film )」及「薄膜（)」等詞彙係指 沉積在基體表面上之一或更多層之樣本物質。—層膜可爲 約1埃的厚度 '約5埃的厚度 '約1 〇埃的厚度、約2 5埃的 厚度、約5 0埃的厚度、約1〇〇埃的厚度、約2〇〇埃的厚度、 約350埃的厚度、約500埃的厚度、約75〇埃的厚度約 1000埃的厚度及約2〇〇〇埃的厚度。特別喜歡用的是從約5 埃至约1000埃之膜；最喜歡用的是從約5埃至約35〇埃之 膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此所用之「基體（substrate)」、「光學支撑（冲tical support)」及「支撑（supp〇rt)」等詞彙係指在裝置内對所 研究樣本之支撢。適當之基體可由熟知此項技藝之人士所 認識之任何反射性材料製成，並提供了在其上沉積樣本膜 之平面型表面。該基體最好是研膜之矽晶圓、礬土或玻 璃，或者以一種或多種此等材料塗佈之材料。例如，基體 -13- I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

、發明說明（ 可爲塗佈-層非晶質砂之多竣酸鹽薄膜、塗㈣或路及— 非晶質碎光學層之纖維材料，或者塗佈-層金屬及/或非晶 I碎之陶竟。對基體選擇之主要考慮是材料之反射比及/或 其以反射性材料塗佈之能力。 在此所用之Γ光路杈（〇pticai pathway )」—詞係指在裝置 内電磁輻射可通過之路徑。該光路徑用以將來自光源之電 磁輻射導向受研究之樣本。最後導引至一測量該樣本所反 射的光線其一或多種性質（例如，強度、極化等）用之偵測 器。光路徑可包含裝置之各種元件，類如極化元件；其所 在位置係用以將從光源進來的電磁輻射在與受研究之樣本 接觸前，及/或從受研究樣本所反射之電磁輻射極化。光路 技最好僅包含那些需要讓偵測器提供有助於膜厚度的定性 測量信號之組件。此等裝置可以極省費用地裝在傳統上未 使用橢圓體計之應用處，例如在醫生之辦公室内α 在此所用之「光源（light source )」一詞係指任何電磁輻 射源。電磁輕射亦能稱之爲「光線（light )」。此電磁輕射 可包含從約1 0 6微米至約1 〇8微米之波長；較佳者爲從紫 外光至紅外光波長之電磁輕射；特別好的電磁輕射是可見 光。熟知此項技藝之人士清楚地知道適當的光源，五其可 包含任何單色或多色輻射源。以使用單色輻射爲佳。在此 所用的「單色輕射（monochromatic radiation)」或「單色」 光線係指在設計目的上具有足夠窄之頻寬而可當做是單一 波長之電磁輻射。較佳之光源爲雷射、雷射二極體及發光 二極體。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之iit.事項再填寫本頁) / 衣 -----r I--訂 * — - -----. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 7 6 1 A7 B7 ΙΟ 五、發明說明（） i在此所用者’ 「偵測器（detector)」一詞係指偵測電或 光k號產生的電磁輻射之任何裝置，且包括光倍増器、光 電一極禮及光化學試劑（視這些偵測器可否受驅動以提供類 比或數位信號）’以及任何其它光偵測裝置。較佳之偵測器 偵測電磁輻射，尤其是可見光，最後產生電或光信號。信 號處理元件可處理這些信號以產生此資訊，例如使用標準 曲線以將信號與膜厚度相關聯起來。在特別較佳之具體實 施例中’膜厚度是解讀成結合測定物結果，例如在對特殊 透析物之測試所顯示之正'負或不確定結果之測試結果。 在此所用之「極化元件（polarization element) J —詞係指 接收進來的電磁輻射，並產生偏極化的輻射之裝置。熟知 此項技藝之人士很清楚地知道適當之極化元件，類如極化 濾波器或檢偏鏡。如在此説明者，極化元件之位置可用以 將從光源進來的光線在與受研究之樣本接觸前，以及從受 研冗之樣本所反射之光線極化。極化元件可固定於光路徑 内。選擇性地，一或多個極化元件可包含_藉旋轉極化元 件可隨時間改變極化的光線S _及P _成分’或在極化元件光 軸上之一光線成分之機構。此機構最好是旋轉位在傳統橢 圓體計之偏光鏡或檢偏鏡位置之極化濾波器。極化濾波器 之旋轉提供了在從受研究之樣本所反射的電磁輻射中之對 應的類似正弦強度。 在此所用之「線性極化（linear polarization)」一詞係指在 本質上全s -偏極化或全p -偏極化之極化狀態。若在任―線 性狀態中無其它極化狀態足以影響測量的結果，電磁輻射 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填冩本頁) 於.----l· ---訂·------— . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 464761 A7 _ B7___ 13 五、發明說明（） 爲線性地受極化。線性極化濾波器最好可旋轉至偏離其光 轴約2 0度之旋轉而不致引入可觀之測量誤差；更好的是此 旋轉是限制到低於約1 0度；甚至更好的是將此旋轉限制到 低於約5度，而最好具有約1度或更低的精確對準。 在另一項特點中，本發明考慮了測量樣本之膜厚度之方 法。該方法可包含提供一含光源、偏光鏡、檢偏鏡及偵測 器之裝置；將來自光源之電磁輻射導向樣本，因此從該樣 本反射電磁輻射；使用該偏光鏡以偏極化導向至樣本之電 磁輻射；使用該檢偏鏡以偏極化從該樣本反射之電磁輻 射；旋轉該偏光鏡或檢偏鏡以隨時間改變受極化的電磁輻 射之s及p内含；使用該偵測器偵測從該樣本反射之受極化 的電磁輻射，以獲得對應於反射的電磁輻射強度之信號； 以及使用一將膜厚度與偵測器信號強度相關聯之標準函數 將該信號與該樣本之膜厚度相關聯起來。 在特別地較佳之具禮實施例中，該方法可包含下列之— 或多者：（i)從多個由具有不同光性質之樣本中得到之標準 函數選出一標準函數’（ii)從一負控制樣本獲得比較性之 偵測器信號強度’（i i i)包含將偵測器信號強度與比較性之 偵測器信號強度相關聯的正規化函數之標準函數，（iv)爲 偵測器信號強度與比較性的偵測器信號強度的比値之正規 化函數，以及（v)提供來自偵測器的對應類似正弦信號之偏 光鏡或檢偏鏡。 可獲得對應於改變極化光線之S及p内含的極化濾波器或 其它極化元件之預定旋轉角度之時域的選擇信號。此等強 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） II------------{,衣-----r ———訂--------1 線J». . * * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 464761 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 14 ----- 五、發明說明（） 度信號是用做輸入以產生標準函數，例如將膜厚度相關聯 成經一極化旋轉範圍的偵測器信號強度大小的函數之實驗 或理論資料之標準曲線。可使用任何映射方法以將對應於 特殊旋轉角度之強度相關聯於或映射至膜厚度。無限制情 形r，此等其它映射方法可包含在此申請説明文中全當做 是「標準函數」之神經網路及適應濾波器。 本發明之橢圓測量具體實施例導出之一特殊優點是爲最 佳化來自債測器之信號強度，該裝置之操作並不需要費時 的極化元件位置調整。更特別地，可在極化旋轉週期之所 有點蒐集測量資料，並用來建立類似正弦信號之峰對峰振 幅。此峰對峰振幅用做輸入至標準曲線，俾決定膜厚度。 擴圓測量具體實施例之特別較佳之特色是使用一表示偵 測器彳s號強度與從一負控制樣本獲得的比較性偵測器信號 強度關係之正規化函數。此正規化函數最好是偵測器信號 強度與來自負控制樣本的比較性信號強度間之比値，例 如’爲偵測器信號強度除以來自負控制樣本的信號強度。 在另一項特點中，本發明考慮了用於解讀薄膜結合測定 物之裝置’其包含一支揮樣本用之基體；一用以產生電磁 輕射以照明樣本之光源；一用以偵測從該樣本反射的電磁 射之偵測器；一在該光源、樣本及偵測器間之光路徑； 以及一將信號與樣本上之膜厚度相關聯之信號處理器。該 光路徑包含一位在該樣本與偵測器間以線性地極化反射的 電磁輻射之固定式極化元件^偵測器所產生之信號對應於 從樣本所反射的電磁輻射之強度。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I .1 I i t I------ ^-----Γ---訂 *-------線上 u «' (請先閉.讀背面之注t.事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 7 6 1 A7 B7 15 五、發明說明（） 在特別地較佳之具體實施例中，裝置可含下列之一或多 者·⑴-產生單色電磁41射之光源，（ii)最好從包含可見 光、紅外光及紫外光之群'組中選擇電磁㈣，（111)在偏光 鏡與偵測器間之光路徑中相對於入射平面在本質上爲8_或 P-偏極化的線性極化之電磁輻射，（iv)將一膜厚度與薄膜 結合測定物結果關聯起來，及（v)—包含單一極化元件之光 路徑。 '在另一項特點中，本發明考慮了測量一樣本其膜厚度之 方法，其包含提供一含光源、偵測器、在該光源與一樣本 間（第一光路徑，及在該樣本與該偵測器間之第二光路徑 乙裝置；將來自光源之電磁輻射沿該第一光路徑導至樣 本，使得該樣本所反射之電磁輕射沿第二光路徑至偵測 器；在沿第一光路徑上電磁輻射與樣本接觸前之位置線性 極化該電磁輻射；使用該偵測器偵測該樣本所反射之電磁 輕射’以獲得一對應於該反射的電磁輕射強度之信號；以 及將該信號與樣本之膜厚度關聯起來。 在特別地較佳之具體實施例中，該方法可包含下列之— 或多者：（i)在偏光鏡與偵測器間之第二光路徑中相對於入 射平面在本質上爲s -或p -偏極化的線性極化電磁輻射，（i ） 將膜厚度與薄膜結合測定物結果關聯起來，及（Ui)執行該 方法時不需從該樣本所反射的電磁輻射之極化。 在另一項特點中，本發明考慮了測量一樣本其膜厚度之 方法，其包含提高一含光源、偵測器、在該光源與一樣本 間之第一光路徑，及在該樣本與該偵測器間之第二光路徑 -18 - 本紙張尺度t關家標移NS)A4規格（210 X ) -*** <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

~我----------訂----------線A 464761 A7 _____B7___ ---- —-------------------— .........— 16 五、發明說明（） 之装置；將來自該光源之電磁輻射沿該第一光路徑導至該 樣本，使得該樣本所反射之電磁輻射沿第二光路徑至該偵 測器；在沿第二光路徑上電磁輻射接觸該樣本後之位置線 性極化該電磁輻射，‘使用該偵測器偵測樣本所反射之電磁 輕射，以獲得-對應於該反射的電磁輕射強度之信號；以 及將該信號與樣本之膜厚度關聯起來。 在特別地較佳之具體實施例中，該方法可包含下列之一 或多者：（i)在偏光鏡與偵測器間之第二光路徑中相對於入 射平面在本質上爲S _或P _偏極化的線性極化電磁輻射，（丨i ) 將膜厚度與薄膜結合測定物結果關聯起來，及（lii)執行該 方法時不需將從樣本反射之前的電磁輻射之極化。 根據本發明之光路杈包含根據多層薄膜反射理論之原理 工作的特殊元件之组合。在一較佳具體實施例中，光路徑 包含一極化濾波器，其位置是要將照射到受研究的樣本前 之光線線性極化。在其它之較佳具體實施例中，光路徑包 含一極化濾波器，其位置是將從受研究的樣本所反射之光 線線性極化之。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在逞兩種裝置構型中，位於入射電磁輻射路徑抑或反射 電磁輻射路徑上之極化元件係用來選擇極化的電磁輻射之 一種成分，亦即S -或p -成分。當該極化元件是在入射電磁 輻射之路徑上時，在受研究樣本上之卜或卜極化的電磁輻 射爲入射的。在與受研究之樣本相互作用時，電磁輻射遭 党到與從受研究的樣本在無附加的薄膜下所反射之電磁輻 射相關之幅度改變，例如與一負控制樣本相關者。反射之 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 464761 A7 B7 17 五、發明說明（ 請. 先 閱 讀- 背‘ 之 注 意. 事 項 再 填 % 本 頁 電磁輕射並非橢圓地極化，且在極化程度上無改變。反而 是僅有與從無附加薄膜的樣本所反射光線相關的光線之衰 減。當一反射的電磁輻射爲未受極化時，與入射的電磁輻 射相似之情；兄發生《在此一情況下，位於反射電磁輻射路 径上之極化元件將僅通過電磁輕射的一種成分至該憤測 器。 在另一項特點上’本發明考慮了用於解讀薄膜結合測定 物之裝置’其包含一支撑樣本用之基體，一用以產生電磁 輻射以照明該樣本之光源，_用以偵測從該樣本反射的電 磁輕射之镇測器，一在該光源、樣本及偵測器間之光路 & ’以及一將該信號與該樣本上之膜厚度相關聯之信號處 理器。彳貞測器所產生之信號對應於從樣本反射的電磁輻射 強度。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 在特別地較佳之具體實施例中，裝置可含下列之一或多 者：（〇 —產生單色電磁輻射之光源，從包含可見光、 紅外光及紫外光之群組中選擇之電磁輻射，（iii)一位在與 樣本與偵測器相關之位置以提供低入射角之光源，（iv) — 既然位在孩光源與樣本間之偏光鏡，亦無位在該樣本與偵 測器間之偏光鏡的光路徑，（V ) —位在從約0度至約3 0度範 圍入射角（相對於與樣本平面成正交之線所決定）之光源， (V!) —位在從0度至2〇度範圍入射角之光源，一位在 =〇度至1〇度範圍入射角之光源，（viii)將膜厚度與薄膜結 合測疋物結果相關聯，（丨χ)—包含提供圓形極化光的極化 遽波器（光路徑’位在該光源與樣本間的光路徑上之 -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I :46 47 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 18 五、發明說明（） 極化滤波器’及（X i ) —位在該樣本與偵測器間的光路徑上 之極化濾波器。 在另一項特點中，本發明説明了一種測量一樣本的膜厚 度4方法，其包含一含光源、偵測器、在該光源與一樣本 間之第一光路徑’及在該樣本與該偵測器間之第二光路徑 之裝置；將來自該光源之電磁輻射沿該第—光路徑導至樣 本’使得由該樣本所反射之電磁輻射沿第二光路徑至該偵 測器，使用該馈測器價測該樣本所反射之電磁輻射，以獲 得一對應於該反射的電磁輻射強度之信號；以及將該信號 與樣本之膜厚度關聯起來。在該偵測器之電磁輕射最好是 未受極化的’而不用移動該光路徑中之组件。 在特別地較佳之具||實施例中，該方法可含下列之一或 多者：（i)一位在相對於與樣本成正交之線所決定的低入射 角之光源，（ii) 一既無位在該光源與樣本間的偏光鏡，亦 無位在該樣本與偵測器間的偏光鏡之光路徑，（i i i) 一從約 0度至約30度範園之低入射角，（iv) 一從〇度至2〇度範圍之 低入射角，（V)—從〇度至10度範圍之低入射角，及（vi)將 膜厚度與薄膜結合測定物結果關聯起來。 在這些較佳具體實施例中，本發明説明的是將光源及偵 測器以可使用至偵測器在本質上未受極化的反射光之入射 角置於裝置中之裝置。在此種裝置構型中，光源可置於從 約0度至約30度範圍之入射角（相對於與樣本平面成正交之 線所決定者）。入射角最好可爲約0度、約5度、約1 0度、 約1 5度、約2 0度 '約2 5度或約3 0度。使用此技藝熟知之 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公爱） ----------------------訂--------：-線-*·'· * - - * (請先閱讀背面之注t事項再填寫本頁) A7 464761 B7_ _____ 19 五、發明說明（） 多層薄膜反射理論，可由實驗上決定將要提供的電磁輕射 之波長。使用此理論，選擇的波長爲入射角、在受研究樣 本上薄膜之近似厚度以及用以支撑該薄膜之反射性表面之 函數。 在任一反射測量具體實施例中，除特別提及者外，最好 無附增之極化裝置。例如，在第一反射測量具體實施例 中，光線是在與受研究之樣本接觸前極化，最好不要有置 於該樣本與偵測器間之極化濾波器。相似地，在第二反射 測量具體實施例中，光線是在與受研究之樣本接觸後極 化，最好不要有置於該樣本與光源間之極化濾波器。在第 三反射測量具體實施例中，最好不要有任何極化濾波器。 本發明所説明最節省成本的裝置是將光源安裝在一外殼 或框架上’係以提供一適當的入射角之方式將該光源相對 於基體及偵測器放置。與入射光或從無薄膜之表面反射之 光線相關聯的來自基體之反射光到達偵測器。在此情況 下’光源爲一單色光源，元件之组合既無位在該光源與受 研究樣本間之偏光鏡，亦無位在受研究樣本與偵測器間之 檢偏鏡。 本發明的特殊優點是反射測量具體實施例之操作並不需 極化元件之位置調整。從裝置之光路徑移去—或多個極化 元件將增加偵測器可用之光線量。因此本裝置較傳統的裳 置更爲靈敏，因在傳統裝置中通過極化元件之光線會喪 失。更特別地，測量資料係蒐集與界限値相比較之偵測器 信號強度。此界限値與背景或負測試結果或膜厚度改變之 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) {請先閱讀背’面之注先事項再填寫本頁) 技-----r---訂----------線人 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 7 6 1 A7 ___B7 20 五、發明說明（） 其它指示相關。基於顯示薄膜的出現或缺少或者具有大於 預選的臨限厚度之厚度的膜出現之信號強度測量，在最基 本的形式下，測試結果的解讀本質上爲是或否、正或負之 答案。在這樣的較佳具體實施例中，若測試結果確實地建 立了此種膜之出現或缺少’並不需計算眞正的膜厚度。因 爲該信號爲膜厚度之函數’而膜厚度爲樣本中透析濃度之 函數，該装置亦可提供透析濃度之定量決定而不需有絕對 的膜厚度決定。 亦可預期測試之解讀可包括一第三個指示，亦即一個因 信號強度落在明確的負與明確的正之間範圍値而有不確定 測試之指示。 再者’可想像到在直接的透析結合結果偵測到薄膜支撑 上厚度增加之測定物、厚度減少或透析濃度與信號成反比 關係之測定物。此等測定物例將包含基體對酵素爲特定者 之薄膜表面的酵素劣化，如同在透析物與擴散的試劑競爭 且其厚度改變是隨透析物濃度之增加而降低之有興趣的透 析物或者競爭之測定物。而且装置對厚度改變之反應可爲 對偵測器的光強度增加或者對偵測器的光強度降低。 圖式簡述 圖1描繪一根據本發明有一個旋轉的極化元件之交流模式 薄膜分析裝置。 圖2描繪用於交流模式薄膜分析裝置之分析流程圖。 圖3描繪一根據本發明移去在檢偏鏡位置的偏光鏡之薄膜 分析装置。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I ! I I ---I I I ί^-Jlll·!·訂-----I I — r 人 * Λ * C請先閱讀背面之注S-事項再填寫本頁) I4 6 4 7 6 1 A7 B7 五、發明說明（ 21 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4描緣一根據本發明移去在偏光鏡位置的偏光鏡之薄膜 分析裝置。 圖5描繪一根據本發明已移去全部極化元件之薄膜分析裝 置。 圖6描緣一適於以本發明的任一種薄膜分析裝置分析之測 定物表面構造。 圖7描缯·一模式化之交流模式測定物系統，其結果在不同 的檢偏鏡角度下做爲厚度增加之函數爲強度之增加。 圖8描缯一模式化之交流模式測定物系統，其結果是在不 同的檢偏鏡角度下做爲厚度增加之函數爲強度之降低。 圖9a描繪當檢偏的偏光鏡旋轉以改變在卜聚合體層之上 的結合測定物層之厚度時，圖8之交流模式測定物系統之 理論上原始類似正弦資料。圖9b描繪圖8的交流模式測定 物系統之理論上的最後輸出。 圖10a摇繪當檢偏的偏光鏡旋轉以改變在t_聚合體層之上 的結合測定物層之厚度時，圖7之交流模式測定物系統之 理論上原始類似正弦資料。圖10 b描繪圖7的交流模式測定 物系統之理論上的最後輪出。 圖11描繪出與特定之表面構造結合的單_偏光鏡裝置之 理論上輸出。 圖1 2描繪無極化元件的裝置，做爲入射光極化狀態的函 數且在非常小的入射角時之理論上輸出。 較佳具體實施例之詳細説明 交流模式裝置 -24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) 請. 先 閱 讀- 背 面* 注 t-事 項 再丄 填I ^ 頁 1 I訂_ I 1 線 ^64761 A7 B7 陘濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 22 五、發明說明（） 圖1爲根據本發明之薄膜分析裝置1〇〇之概要圖。相對於 一第一極化濾波器或偏光鏡丨04及一支律底座106，以固定 的關係安裝光源102。一承接膜之基體1〇8置於支撑表面 110之上。一旋轉檢偏鏡（亦即第二極化濾波器丨12)係耦合 或與偵測器114 一體形成。—種可能的裝置構型涉及了含 第一極化;慮波器及偵測器114之合併的组合，而以一步進 馬達116旋轉檢偏鏡，不過此爲較不想要的構型。一控制 器118支配步進馬達1 μ之旋轉並接收來自偵測器丨14之信 號。 光源102可爲任何電磁輻射源，包括多色或單色光源，不 過最好是單色光源，例如雷射、雷射二極體或LED。光源 102沿一第一光路徑段12〇放出光線以照射承接膜基體 108。在此第一光路徑段12〇上之光線爲最好是線性極化濾 波器之第一極化元件1〇4之動作所極化。

安裝底座106包括一第—柱122，其選擇性地以一方式保 持住光源102俾傳輸光線，使得第一光路徑段12〇是在表示 與相對於基體108之法線124偏離之角度01上。該第—光 路徑段120可包含窄的光束或較寬的平行光體。在任一種 清況第—光路徑段120存在於光束之中心。可用一對垂 直設定螺旋、一球支點摩擦夹在任何其它傳統的選擇性調 整機構（圖1未描續）做選擇性調整。一第二柱126提供相似 的調整機構（圖i未描緣），以沿—第二光路徑段128將含步 進馬達U6、偵測器114及第二極化濾波器n2之組合對 心。此第二光路徑段12S亦偏離垂直線01角。在表面HO -25, 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注t.事項再填寫本頁) i蒗 l·---訂---------線* 46 47 6 1 A7 B7 23 五、發明說明（ 内形成盆或丼Π0 ’俾相對於第一及第二光路徑段12〇及 128做基體108之位置對準。 請 先 閱 讀 背 之 注 意. 事 項 再 填 寫 本 頁 所選的偵測器114用以偵測對應於光源丨〇2發出並由測試 面132所反射的光線波長之光線》該偵測器提供表示以系 統的電子元件所採用之任何單位表示的偵測器上光強度之 信號。偵測器114在電境13 4上將這些信號傳至控制器 118，而控制器118解讀這些信號以決定膜厚度。控制器 118亦支配步進馬達116之旋轉’該馬達在光軸上旋轉檢偏 鏡112。移去步進馬達116而旋轉檢偏鏡U2亦是可能的。 將樂見到光源102之外殼136可選擇性地包含一與步進馬 達116相似之步進馬達’且此馬達可由來自控制器118之指 令所驅動。因而爲了本發明之目的，可旋轉偏光鏡丨抑 或檢偏鏡112。由於極化元件之一是旋轉的，所以如同在 先前技藝之固定式偏光鏡裝置，不需要兩個極化元件的精 確對準。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖1之交流模式裝置中，產生了極化狀態變動之光線。 當旋轉偏光鏡104時，變動之光線極化狀態可入射在要分 析之表面上。或當旋轉分析之偏光鏡（偏光鐃112)時，從該 表面所反射之光線可以極化狀態分類。在任一種情況下， 入射在薄膜上之光線的極化狀態亦爲來自在基體/薄膜介面 及在薄膜/空氣介面的光線通過及反射所改變。極化狀態之 衰減及因而從表面反射之光線的強度爲膜内入射角及膜厚 度之函數。此討論是假設單層薄膜組成。利用各層膜之反 射光線加到從在其上的膜介面所反射的光線之假設，一多 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 464761 A7 B7 24 五、發明說明（） 訂 層薄膜亦能用於此裝置。結合之成果是反射至下一層或至 偵測器之光線。所蒐集到來自測試面之信號爲偏光鏡旋轉 之函數，取代了在固定式偏光鏡的先前技藝裝置中所用固 定、直接的測量。偏光鏡之旋轉產生—在本質上爲類似正 弦且考量將要蒐集的峰對峰値資訊之信號。從峰至♦之信 號改變爲膜厚度之函數。因這些値之任—個大於對相同膜 之直接測量，該装置之交流操作改進了裝置靈敏度及準確 度。一新增之優點是在非常低頻率時，該交流測量在光偵 測器及電子放大器可免除1/f雜訊呈現。此雜訊減低以及厚 度靈敏度增加改進了相對於傳統裝置之裝置解析度。此 外’就如同在傳統的橢園測量法，本發明之裝置不需要決 定反射光之眞正相位，不過僅需反射光之強度分析。此發 明之裝置不需要決定光線之相似以提供膜厚度之決定。 線 入射角及入射光之波長是基於用以支撑結合測定物的薄 膜之光基體其光學性質、折射率、反射比等而選定的。就 像要在結合測定物遭遇到—樣，這些裝置設定亦受厚度範 圍之影響。使用許多薄膜反射理論套裝軟體可模式化這些 參數。 交流模式方法 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用圖1裝置之程序是遵從圖2之流程圖。程序1000始於 步驟P 1002，其中使用者將分析用之樣本置入裝置1〇〇中。 此一安置相當於將基體108置入井13〇中。在此時，使用輔 助鍵盤或其它輸入裝置以選擇受校準之設備要執行之測定 物型式，例如從結合測定物間選擇。結合測定物之例包括 -27- ▲紙張尺度ϋ中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 2耵公釐Ϊ 464761 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 25 五、發明說明（） 人類免疫缺乏病毒（HIV)I或II或其組合之免疫測定物、鏈 鎖狀球菌群A、鏈鎖狀球菌群b、呼吸性合胞體（Syneitial) 病毒、B型肝炎、披衣菌屬類及泡疹單—病毒。 步骤P 1004開始極化濾波器之抽旋轉β這些遽波器包含 偏光鏡104及檢偏鏡1;[2，不過在任一種裝置構型，僅有一 個極化元件會旋轉。 步黎Ρ 1004之旋轉產生一交變或類似正弦之I()ut偵測器信 號。以傳統的類比或數位方法讀取這些信號之峰對峰値。 步驟P 1008涉及正規化在步驟P 1006得到之信號強度値。 如上所述者’將此強度信號除以對應於對已知厚度之樣本 (例如一負控制或背景樣本）在相同之旋轉週期所獲得之強 度信號以進行正規化。將負控制樣本之峰對峰値劃分成受 研究樣本之峰對峰値以完成正規化。整體分析時間將視所 測量的及用於資料分析之週期數而定。當遇期數增加時， 結果之準確度將會改善，總之，若裝置有提供快速結果之 設計蒐集的週期數應是最小的。同時可調整週期内之測 量點數目以提供所要的準確度水準，而仍可維持快迷的分 析時間。 在步驟P 1010之控制器118將計算値與標準曲線比較。將 正规化的加總之強度信號之大小從大至小排序，並以最大 値減最小値以進行峰對峰値。選擇性地，可由在旋轉週期 中預選的點或値之範圍獲得數値，並以另一値減一個値。 交流信號是以一種類比或數位方法測量，而測得之値總是 與峰對峰値成比例，比例因數與所用的方法相關。一種數 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格χ 297公釐） (請先閲讀背面之注务事項再填寫本頁〉 .装----l·丨 訂----------線一 A7 B7 缦濟部智慧財產局員工消費合作社印製 „ 26 五、發明說明（） 位方法提供逐點之資料，而類比方法則提供根據預選的資 料減縮通則所分析及報告之資料。因此，在Y軸之正規化 的峰對峰強度値與在X轴上之膜厚度最好有唯一之聯結。 此聯結在典型上是透過從具有已知厚度的樣本獲得的實驗 資料之第二或第三階最小平方凑合進行的，不過其亦可透 過熟知此項技藝之人士所知道之其它方法進行。 控制器118解讀在步驟p 1〇1〇之膜厚度測量而在步騍 P 1012終結測試之測量程序，以提供一表示膜厚度或測定 物結果之輸出。例如，在一半導體製造程序中，膜必須有 明確特定之厚度，否則其將導致所製造裝置的短路，若該 厚度符合或超過該特定値，輸出可爲説「通過」之信號。 若厚度降至低於該特定値，輸出將説是「失敗j❹對於薄 膜結合測定物之解讀，增加的厚度是解讀成正的輸出，不 過亦可將臨限厚度之改變設定低到報告的結果是負的。可 以定性地抑或定量地報告結果。 圖7描繪出對特定結合測定物、表面構造之交流模式固定 式偏光鏡橢圓體計之模擬。所用之光支撑爲一塗佈2〇埃二 氧化矽層之單晶矽晶圓。該晶圓亦支撑一 475埃之氮化矽 層及一 400埃的t-聚合體矽氧烷之附著層。入射光之波長爲 525塵米而相對於法線之入射角是2 〇度，且第一極化元件 是固定在50度。該圖顯示對分析之偏光鏡在各種角度下做 爲測定物厚度函數之偵測到的強度變化。所有曲線證實爲 正斜率。在眞正的裝置設計中，並不需知道分析用偏光鏡 之正確角度。所示之曲線爲在固定式偏光鏡橢圓體計將觀 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 言r 先 閱 背 面· 之 注 事 項 再 填 寫 頁i I訂 線 4 6 4 A7 B7 27 五、發明說明（ 請' 先 閲 讀· 背. 面 之 注 意‘ 事 項 再 填 寫 本 頁 察到之直接模式偵測響應。在圖1 〇 a示出對此測定物構造 之X流模式響應。在圖1 〇 a中，畫出在/f貞測器測得之強度 對變化之檢偏鏡角度’而類似正弦之曲線爲做爲結合測定 物厚度改變的函數之偵測器響應。若檢偏鏡係以定速旋轉 且不需知道旋轉的偏光鏡角度時，圖1〇&之曲線亦可以測 定物時間之函數表示。該裝置不需決定偵測器測得的光線 之完整極化狀態以提供結合測定物厚度改變之有效的相關 測量。圖1 〇 b畫出眞正的峰至峰値對結合測定物厚度之改 變，並表示眞正的裝置輸出。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖S描繪出對特定之結合測定物、表面構造之交流模式固 足式偏光鏡橢圓體計之模擬。所用之光支撐爲一塗佈2〇埃 一氧化碎潛之單晶碎晶圓。該晶圓亦支撑一 475埃之氮化 矽層及一 200埃的t_聚合體矽氧烷之附著層。入射光之波長 爲525塵米而相對於法線之入射角是55度，且第一極化元 件是固定在40度。該圖顯示對分析之偏光鏡在各種角度下 做爲測定物厚度函數之偵測到強度之改變。所有曲線證實 爲負斜率。再次地，在眞正的裝置設計中，並不需知道分 析用偏光鏡之正確角度3所示之曲線爲在固定式偏光鏡橢 圓體計將觀察到之直接模式偵測響應。在圖9a示出對此測 定物構造之交流模式響應。在圖9a中，畫出在偵測器測得 •^強度對變化檢偏鏡角度，而類似正弦之曲線爲做爲結合 測定物厚度改變的函數之偵測器響應。若檢偏鏡係以定速 旋轉且不需知道旋轉的偏光鏡角度時，圖9a之曲線亦可以 ’、J疋物時間之函數表示。該裝置不需決定债測器測得之光 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公釐） 4 647 6

發明說明（ 線的完整極化狀態以提供結合測定物厚度改變之有效的相 關測量。圖9b畫出眞正的峰至峰値對結合測定物厚度之改 請 先 間 讀-背_ 面 之 注 意* 事 項 再 填 % 頁 變，並表示眞正的裝置輸出。當在圏8之直接厚度測量表 示了如圖9a曲線之J斜率時，因峰科値總可以正數値 示’圖9b爲對變化的測定物厚度以正斜率表示之最終裝置 輸出。 圖7及圖8描繪之直接模式理論響應圖係用以選擇對既定 之測定物支撑構造之適當波長、人射m之偏光鏡設 定。當直接模式響應圖顯示出做爲結合測定物系統所預期 的厚度改變函數之最高程度信號解析度時，設定了裝置之 參數。圖9a及圖l〇a描繪出在選定的特定狀況下，該交流 模式裝置所葱集之眞正類似正弦資料。圖9b及圖l〇b描繪 出眞正的裝置輸出。 反射計裝置 圖3描繪一根據本發明之反射測量薄膜裝置2〇〇。相對於 一極化濾波器或極化元件204及一支撑底座206，以固定之 關係安裝光源202。一承接膜基體1〇8置於支律表面n〇 上。一偵測器212之位置係要接收來自基體1 〇8之反射光。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 制器214支配著裝置200之操作並接收來自偵測器212 之信號9 光源202可爲任何之電磁輻射源，包含多色或單色光源， 不過最好是單色光.源，例如雷射、雷射二極體或LED。光 源202沿一第一或輸入光路徑段2 16放出光線以照射承接膜 基體108。在此第一光路徑段216上之光線爲最宜是線性極 31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 464761

經濟部智慧財產局員工消费合作钍印製 化濾波器之極化元件204之動作所極化，該極化元件2〇4保 持在固疋裝置’且當裝置2〇〇操作時並不移動。在標置或 校準時，極化元件204最理想地是在其光轴上旋轉，俾提 供在極化光線中之純s _或純P _極化内含。在一單一遽波器 播法提供絕對的純S -或P-極化内含時，該極化内含本質上 爲純的。任何不想要的p-或S •極化成分相當小，以致於在 裝置200之設計選擇規範中可予忽略β 安裝底座206包括一第一柱218，其選擇性地以一方式保 持住光源202以傳輸光線，使得第一光路徑段216是在表示 與法線220偏離之角度0 1上。法線22〇是相對於基體1〇8上 之平面型表面122所取者。第一光路徑段216可包含窄的光 束或較寬的平行光體。在任一種情況，第一光路徑段2 存在於光束之中心。可用一對垂直設定螺旋、—球支點摩 擦夾在任何其它傳統的選擇性調整機構（圖3未描繪）做選擇 性調整。一第二柱224提供相似的調整機構（圖3未描繪）， 以沿反射比路徑段226對準偵測器212。此路徑段226偏離 垂直線0!角❶可在表面110上形成一標記，俾相對於216 及226所界定之光路徑段（未示出）做基體1〇8之位置對準。 所選之偵測器2 12係用以偵測對應於光源202所發出並由 承接膜表面108所反射之光線波長的光線。該偵測器提供 了表示在偵測器上光強度之信號。偵測器212在電纜230上 將這些信號傳至控制器214，而控制器214藉由與相對膜厚 度之關聯以解讀這些信號。 一控制樣本132(亦即無薄膜之基體或負控制樣本）放置於 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I------t X 裝-----!--1 訂--------- _線{, <請先閱讀背面之注"-事項再填寫本頁) 46 47 6 1 A7 _____B7 31 五、發明說明（） 範圍之特定組合。在理論計算上所考慮之厚度範圍必須包 括在基體之上用以產生或改進反射比、在需要時對加入生 物物質、接納層、透析層及擴散試劑改進或產生有利的環 境之任何層。 圖11描繪對一單一固定式偏光鏡反射計之理論裝置響應 曲線，該反射計之測定物表面構造包含一做爲光學支撑之 梦晶圓。該晶圓支撑一 20埃的二氧化梦層、一 475埃層， 以及一爲光學及附著目的之1〇〇埃似鑽石碳（DLC)層。該裝 置使用相對於法線具有3 5度入射角之635塵米入射光源。 極化元件係置於裝置之入射側，並設定在9 〇度角以將s _極 化光線傳送至表面。在這些狀況下，響應曲線具有做爲增 加的結合測定物厚度函數之負斜率。若結合測定物產生大 於500埃之厚度改變’當最低響應是維持在約48〇至52〇埃 時，此裝置之構型將不是很適當的。 無偏光鏡之反射測量裝萬 圖5描繪出本發明之第三反射測量具體實施例，亦即薄膜 裝置600。與裝置200及400共通之組件標以如先前數字之 相同識別符號’裝置600與裝置200之不同處在於裝置6〇0 無極化元件204 ’在裝置200中該元件係在光源2〇2與基體 108(或支撑面110)之間。在裝置6〇〇中，裝置2〇〇之極化元 件204未爲任何其它的極化濾波器所取代。此外，在裝置 400可見之偏光鏡402已經移去。 裝置600之操作原理是當入射角及反射角是在法線上時， p-振幅反射係數理論上等於5_振.幅反射係數。在非理論上 •34- 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱}

請-先 閱 讀-背. 面 之 注 意* 事 項 再 i 填 |裝 本 頁 I

1 訂 I I I 線 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 h 社 印 製 464761 A7 B7 五、發明說明（ 32 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裝置，這些負度可趨近零，因光源與偵測器必須使用同一 空間’所以這些角度不能正好爲零。在偵測器接收未極化 的光線爲不需多個極化濾波器以決定計算膜厚度的擴圓率 之特殊狀況。因爲在0 1 = 0 (或與法線成非常低之角度）， r s = r p ’多少光線是在s -或p -狀態並無差別，所以任一 極化狀態皆可接受°在實際上，角度可在〇度至3〇度之 範圍而不會引致s -及ρ·極化成分的反射比之相當不平衡， 而起因於s -及p-極化光線之橢圓率將導致厚度測量誤差。 此範圍更Jl在0度至20度’而最好是在0度至10度或更 低。 圖1 2描續出對一無極化元件且相對於法線有小入射光線 角（1 0度）之反射測量裝置之理論響應曲線。在此情況中， 該裝置之構造是要分析具有20埃的二氧化矽層及475埃氮 化矽層之矽晶圓。在測定物支撑構造中包含一附加的300 埃DLC層。入射光源提供635塵米之波長。對一提供僅有 p -極化狀態、有s -極化狀態抑或未極化的光源，理論之分 析比較了做爲結合測定物厚度函數之強度改變。意外地， 在這些狀況下，未受極化的光線在本質上可與任一極化的 光源比較。因此，一基於在無極化元件且在小入射角之裝 置的未極化光源之反射計，對基於模式化測定物表面構造 之結合測定物應提供良好的厚度解析度。 生物測定物解讀之薄膜測量 本發明之全部薄膜分析裝置在對高度特殊且高度靈敏之 生物測定物結果的表示，且尤其是類如免疫測定物或核酸 35- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)iU規格（210 X 297公釐）

請— 先 閱 讀' 背、 S 之 注 意-事 項 再丄 填f裝 本 頁I I I訂 線 經濟部智慧財產局S工消费合作社印製 6 4 7 6 1 A7 __B7___ 33 五、發明說明（） 混合測定物之結合測定物，提供薄膜之測量特別有用。在 結合測定物中，堅硬之支撑係以一種對感興趣之透析物很 特殊之材料塗佈。一種透析物爲唯一與一特殊所要的疾 病、狀況、環境等相關之任何物質。Sandstrom等人擁有之 美國專利第5,494,829號説明各種薄膜結合測定物方法，將 該專利與在此完全揭示之相同範圍併於此做爲參考。最佳 之結合測定物包含產生不可溶的沉澱反應生成物的酵素/基 體之使用。此一反應之觸媒作用特性藉持續地沉澱反應生 成物以建立膜厚度來增大測定物之靈敏度。經由酵素與透 析特殊試劑之結合’將酵素引入薄膜結合測定物。 更一般地’提供與特殊透析物相互作用可附著至接納物 質之特殊成分且可催化基體轉換成沉澱膜反應生成物之任 何反應過程，適於此類型觸媒作用增大之結合測定物。對 此增大目的有用之酵素包括葡萄糖氧化酶、半乳糖配物酶 過氧化物酶、鹼性磷酸酶等。 圖6描繪一用於結合測定物之樣本7〇〇。樣本7〇〇對應於 圖1之基體108，且係在以取自可能受到特殊微生物或微生 物組合或其它測試物質源感染之病患的樣品培養後用做薄 膜測量之分析樣本。樣本700之個別層未以任何相對的比 例晝出’而是爲討論關於使用薄膜分析裝置解讀結合測定 物之觀念的目的畫出。一光支撑702對所有其它層提供主 要的結構支撑。此光支撑可爲傳統之研磨矽晶圓，雖亦可 使用紫土、攻璃及其它型式之反射性材料，不過最好是單 晶矽。該光支撑可支律任何數目之附加膜。選擇光支撑 -36- 本紙張尺度適用中國固家標準（CMS)A4規格（210 X 297公釐） ------------1.裝-----r---訂---I------線 < , (請先閲讀背面之注**事項再填寫本頁) 4 6 4 7

發明說明（ 34 702之主要考慮爲材料之反射比及或其爲反射性材料塗佈 之能力。該光支律須能與用於製造後續層之塗佈程序相 容’且須對測試環境爲穩定的。 可使用一選擇性膜704以產生調整層。藉由選擇此層之適 當厚度、以及用於裝置之光波長及入射角，可最佳化厚度 一反射比曲線以獲得最大之厚度靈敏度。經由在薄膜結$ 700之各個介面波長之破壞性干擾，一逆反射性膜會衰減 一或更多之光波長。附著層706用以改進透析特定結合試 劑對光支撑702或光膜7〇4(當其出現時）之表面的附著力。 有些膜可實行光功能及附著功能二者。單一膜對兩種功能 之適切性應與透析特定結合試劑同時測試，以確保可達到 適當的試劑密度並留置於表面上。該透析特定結合層爲 70S °代表性之透析特定結合試劑包括抗體、抗原、核 酸、受趙、螯合物等。在儲存時可選擇性地使用一保護層 (未不出此層）以保護生物接納層7〇8。當與透析溶液培養 時，此保護層溶解。 當結合測定物期間，該透析特定層與透析物反應以產生 層710 ^層710亦爲增大之試基组成，類如與酵素結合之抗 體。該層亦可爲由酵素與適當的酵素基體相互作用所產生 的沉澱或束縛之反應生成物組成。該增大之材料亦可爲非 酵素性產生者。 本發明特別好的特色是附著層7〇6、透析特定結合層 708 '及透析物内含以及沉澱反應生物層71〇具有幾近相同 之折射率。因而，基於該假設，這些層是當做一層用，且 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐） (請先閱讀背面之注f.-事項再填寫本頁) 裝-----r---訂--------.·線一' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464761 A7 —______B7_ ' ^ ^ ^ ^~ - 1、發明說明（） 該裝置易於以理論計算之結果校準。在另—方面，當這些 (‘請先閱讀背~面之tt*事項再填寫本頁) 折射率顯著地相異致數學解答更爲複雜時，在偵測器產生 類似正弦曲線之操作原理保持相同。 選擇性光層704最好是由類如二氧化鈦或氮化矽材料形 成。且此等材料可爲在眞空下濺鍍沉積的或從金屬烴氧化 物及金屬羧基酸先導液體旋塗的，這些液體在氧或氮包圍 下焦熱化以產生所要的膜。例如，可從杜邦公司買到的稱 爲Tyzor TPT (四異丙基鈦酸鹽）之有機鈦酸鹽。1毫升有機 欽酸鹽溶液可與3毫升冰醋酸、3毫升酒精、3毫升去離子 水及1 0微升的3M FC171氟基表面活性劑（flu〇r〇surfactant) 混合。對此申請，異丙醇’ t_戊烷基酒精、乙醇或丙酮可 與水一起使用。由於會導致鈦沉澱，應節制地或避免使用 乙醇。約500微升之此一混合物加至晶圓以靜態旋塗法產 生均勻的膜。在爐中加熱至攝氏250度兩小時或者以400瓦 微波該濕塗佈的晶圓兩分鐘俾固化該膜。 有數個適當的結合代用物可用於附著層706。這些包括 (三甲氧矽烷丙基）聚乙烯亞胺（例如賓夕法尼亞州Brist〇1之 絰濟部智慧財產局員工消f合作社印t

Petrarch出品之PEI )，典型上其係以甲醇做1 : 500稀釋， 旋塗或喷濺到晶圓上，並在攝氏10〇度毫米汞柱眞空下 固化，以提供約8 0埃之厚度。將Pei膜暴露於二甲基二氣 矽曱燒（例如，密蘇里州聖路易絲之Sigma化學公司出品之 DMDCS )以沿線性PEI鏈形成分支點，可改進結合代用物， 二甲基二氯矽甲烷典型上混合成i，丨，i _三氣乙烷約2 %之容 積濃度。將PEI塗佈的晶圓在攝氏2 5度沉浸在此溶液6 0分 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 4 7 6 1 A7 B7 36 五、發明說明（ (_請先閱讀背面之注t:事項再填寫本頁) 鐘’接著以酒精洗灌並在氮流下乾躁，產生了約2⑼埃厚 之附著層。可將聚苯乙晞（例如，加利福尼亞州0xnard的 Becton Dickinson出品之商用聚苯乙缔）溶解於甲苯或其它 溶劑中達0.025公克/.毫升之比例後，旋塗至晶圓，並在攝 氏25度固化60分鐘以產生約200埃厚之最終層。賓夕法尼 亞州 Warrington 的 P〇lySCiences 出品之 MSA _ Starbum 聚合體 可以甲醇稀釋成！ ： 4(v/v)後，旋塗至晶圓，並在攝氏25 度空氣中烘烤120分鐘將之固化，以產生约4〇埃厚之最終 附著層。其它適當的結合代用物材料包括印第安納州 Indianapolis的Seradyn出品的TC7A膜形成乳液材料，二甲 基一苯基矽氧烷共聚物（c〇p〇lymer )(例如賓夕法尼亞州 Bristol的petrarctl出品之DMDps);氫硫基丙基甲基二甲基 -矽氧烷共聚物（cop〇lymer)(例如賓夕法尼亞州Brist〇丨的 Petrarch出品之氫硫基Ν·(2_胺乙基_3_胺丙基）三甲氧 矽甲烷（例如賓夕法尼亞州Brisi〇1《Petrarch出品之BAS); 三乙氧矽烷基修正之多丁二烯（例如賓夕法尼亞州&以〇1之 Petrarch出品之PBD);及（甲苯基）甲十二烷基—甲氨基丙 基-甲基-矽氧烷。根據傳統方法，這些材料是用以結合生 物接納層706。 崾濟部智慧財產局貧工消費合作社印製 透析特定結合層708包含一種被界定爲一特定結合對的一 部分之接納物質。此包括，但不限於：抗原/抗體、酵素/ 基體 '寡核苷酸/DNA、螯合物/金屬、酵素/抑制劑 '細菌 /受體、病毒/受體、荷爾蒙/受體、DNA/RNA、寡核甞酸 / RN A、及這些樣品與任何其它樣品之結合，以及這些樣品 ”39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 4 A7 B7 37 五、發明說明（ 與無機樣品之相互作用。例如，透析特定結合物質之次級 物包括毒素、抗體、抗原、荷爾蒙受體、寄生蟲、細胞' 半抗原、新陳代謝物、過敏原、核酸、核子材料、自發抗 體、血液蛋白質、細胞屑、酵素、組織蛋白質、酵素基 體、輔酵素、神經單位傳送器、病毒、濾過性病毒分子、 微生物、多醣、螯合物、藥品’以及特定結合對之任何其 它物項。 受體材料之特徵爲特殊地結合感興趣之透析或透析類之 能力。感興趣之透析或透析類是從對特殊狀態或狀況（例如 疾病）要分析的測試樣品獲得的。可在類如流體、固體或氣 體，尤其是黏液'唾液、尿液、排泄物、組織、骨髓、腦 脊髓液、血清、血榘、血緣、痰、緩衝溶液、萃取溶液、 精液、陰道分泌物、心囊、胃、腹膜、胸膜或其它沉澱物 等物質之母體中找到樣品。或者該樣品可爲土壤或水樣或 食物樣本等。透析物出現爲傳染病、癌、新陳代謝失調、 食物中毒、毒素外露、藥物濫用或治療藥劑階段之表示。 透析物出現亦可表示環境污染 ' 不要的廢料出現、食物污 染等。 爲層710的一種成分之擴增試劑最適宜者爲酵素類抗體、 例如當測試表面上出現不動的抗體-抗原-抗體-酵素合成物 時之不溶解的反應生成物結果。反應生成物爲酵素對溶液 中沉澱藥劑之作用的觸媒沉澱。沉澱藥劑包括藻朊酸、得 士得郎硫酸鹽、甲基乙晞基醚/順丁烯二酐共聚物 (c〇p〇lymer)、或角叉菜膠（carrageenan)等之组合，以及由 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱）

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印M 464761 A7 B7 五、發明說明（ 38 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、（3’3 ,5,5 _四個-甲基-聯苯胺）與氧自由基相互作用 形成之生成物^當自由基接觸TMB時，此特殊的沉澱藥劑 形，不可备解疋生成物。包括氣萘酚、二氣基聯苯胺四氣 ^氮氨乙丞-吟0i .、原笨二胺等之其它物質亦可用做沉澱 ，劑。沉殿藥劑之濃度典型上是用在從約i〇 至1〇〇 mM 知圍。不過可採任何可附著至透析特定結合試劑及可用以 增加層710厚度之任何物質。 範例 例1 ·結合測定物之酵棄擁增 山葵過氧化物酶（Sigma第6級）化學地連結免疫球蛋白， 琢等免疫球蛋白是由來自兔子的共用高滴定量血清經辛酸 沉澱淨化，兔子係先前注射了奈瑟氏球菌屬腦膜炎 (meningitidis)A，C，Y，w135培養之細胞形式的懸浮 體。根據Analytical Biochemistry 132 (1983) 68-73 説明之傳 統方法，使用試劑s-乙醯硫代醋酸N_羥丁二醯二胺 (hydr〇XySuccinimide)酯以完成連結。最終之共軛根爲在 嗎啉丙烷磺酸（MOPS)，50 mM，pH 7.0的緩衝劑中之過 氧化物酶（104"M)及免疫球蛋白（35mM)。該過氧化物酶_ 免疫球蛋白共軛根在MOPS緩衝劑與乾酪素（5毫克/毫升） 中稀釋並與從奈瑟氏球菌屬腦膜炎（meningitidis )有機體培 養之相同容積的無細胞過濾液稀釋混合。 以吸量管將25微升可整除之混合物轉移到塗佈著氮化 梦、T-聚合體矽氧烷及來自對奈瑟氏球菌屬腦膜炎 (meningitidis )準備的相同兔子抗體之淨化的免疫球蛋白層 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公爱） 請‘ 先 閱 讀· 背_ 面 之 注· 意· 事 項 再成 填 uΪ裝 冬 · 頁i 1 訂 線 46 47 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 39 五、發明說明（） 之矽晶圓表面。從50 mM ΜΟΡΟ，pH 7.0中含1〇微克/毫开 抗體之溶液將抗體塗佈在t-聚合體/矽晶圓上。在周溫下沉 浸在抗體中1小時之晶圊經去離子水的洗濯，並在氮流下 乾澡。塗佈抗髏之基體受到進一步之處理是以50 mM MOPS pH =7.0中由0.5毫克/毫升水解的乾酪素在周溫下培 養塗佈的基體1小時後接著洗濯及乾燥。 包含過氧化物酶、免疫球蛋白及來自奈瑟氏球菌屬腦膜 炎（meningitidis)有機體之無細胞過濾液之結合溶液是加主 晶圓表面並容許培養2分鐘。以水洗滌樣本並在氮流下乾 燥°以一過濾裝置吸乾亦適於乾燥用。沉澱之TMB基體溶 液加至表面4分鐘，然後如先前地洗滌及乾燥。含沉澱的 反應生成物之晶圓係置於薄膜分析裝置中以決定厚度。 例如對於Η .流行性感冒群B、鏈鎖狀球菌肺炎、鏈鎖狀 球菌群Β及Ε 大腸桿菌（coli) Κ 1可重複這些程序。 特殊型式之接納對相互作用對本發明之目的不重要。示 範型式之結合測定物相互作用包括人類免疫缺乏病毒 (HIV)I或II或其组合、鏈鎖狀球菌群a、鏈鎖狀球菌群B、 呼吸性合胞體（Syncitial)病毒、B型肝炎、披衣菌屬類及泡 疹單一病毒之結合測定物。 在已足夠詳細地説明及例示本發明後，對熟知此項技藝 之人士要製造及使用時’各種替代、修改及改良將是很明 顯的，不會偏離本發明之精神及範圍。 熟知此項技藝之人士極易樂見到本發明很適合實現目並 獲得所提過之結果及優點，以及其間之本質。細胞株、胚 -42- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項戽填寫本真> 裝-----„----訂-------- 464761 A7 40 ------ 五、發明說明（） 芽、動物及產生其等之過程及方法爲較佳具體實施例的代 表，係爲示範性的，且不是做爲本發明範園的限制。對熟 知此項技藝之人士言，此處之修改及其它用途將發生。這 些修改含於本發明精神中且由申請專利之範園所界定。 對熟知此項技藝之人士而言’可對此處所揭示之發明改 變取代物及修改而不偏離本發明之範圍及精神將是極明顯 的。 本説明書提及之所有專利及出版品爲本發明相關的—般 技藝水準之表示。併於此做爲參考之所有專利及出版品其 範圍有若特別地及個別地指出要併入參考之各出版品一 樣。 本發明在此例示説明者當缺少任何元件或元件類、未特 別在此揭示的限制或限制範圍時仍可適於實現。因而例如 在此之各種情況’ 「包含」、「本質上之組成」及「組 成」之任一詞彙可以另兩個詞索中之任一個取代。已使用 之詞彙及表示係用做説明而非限制的詞彙，且森意在使用 此等詞彙及表示時排除所顯示及說明或其部分之任何同等 意義之特色，不過可認知到在本發明申請的範圍内各種修 改是可能的。因而應瞭解雖然本發明已特別地由較佳具體 實施例及選擇性特色來説明，不過在此揭示的修改及變更 可由熟知此.項技藝之人士再分類，且此等修改及變更可認 定是在所附申請專利範圍界定之本發明範圍内。 此外，本發明之特色及特點雖以馬庫西（Markush )族群之 字眼説明，熟知此項技藝之人士將認知到本發明亦可以馬 -43- 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（2iG"297公龙〉 請， 先 閱 讀· 背. Φ 之 意. 事 項 再·* 填 I裝 頁1 I 訂 經 濟 部 智 慧 財 產 局 具 工 消 費 合 社 印 製 4 6 4 7 6 1 A7 -------B7 41 ------------ 五、發明說明（） 庫西族群之個別元素发子法± 戈于疾_疋素之字眼説明。例如，若 X爲從包含溴、氣及峨之族群所選出者，則完全地説明了 對X爲溪之申請專利範圍及對X爲 溴及氣之申請專利範圍。 其它具體實施例於下申請專利範園中説明。 {請先閱讀背面之注t*事項再填寫本頁) 裝-----r ---訂--------.線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 4-761

主要元件代表符號 100 薄膜分析裝置 102 光源 104 第一極化滤波器或偏光鏡 106 支撐底座 108 承接膜之基體 110 支撐表面 112 旋轉檢偏鏡或第二極化濾波器 114 偵測器 116 步進馬達 118 控制器 120 第一光路徑段 122 第一柱 124 法線 126 第二柱 128 第二光路徑段 130 盆或井 132 測試表面或控制樣本 134 電境 136 光源102之外殼 200 反射測量薄膜裝置 202 光源 204 極化濾波器或極化元件 206 支撐底座 212 偵測器 214 控制器 P:\DCC\65680L1.DOC 5

Claims (1)

1. 008399 ABCD 464761 六、申請專利範圍 1. 一種用於決定樣本之膜厚度的装置，該裝置包含： 一基體，用以支撑該樣本： 一光源，用以產生電磁輻射以照射該樣本； 一第一極化元件，位在該光源與該樣本間； 一偵測器，用以偵測從該樣本所反射之電磁輻射； 一第二極化元件，位在該偵測器與該樣本間；以及、 一資料分析裝置，利用從該偵測器獲得之信號以決定 膜厚度， 其中至少該第一及第二極化元件之一爲旋轉式元件， 在該裝置的一種操作模式期間旋轉，以隨時間改變該電 磁輻射之s及/或p成分，且其中該資料分析裝置使用一將 膜厚度與偵測器信號強度相關聯之標準函數。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光源產生單色電 磁輻射。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該電磁輻射係從包 含可見光、紅外光及紫外光之群組中選出的。 4‘如申i青專利範圍第1項之裝置，其中該第一極化元件包 含一旋轉式極化濾波器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5. 如申请專利範圍第1項之裝置，其中該第二極化元件包 含一旋轉式極化濾波器。 6. 如申請專利範圍第L項之裝置，其中該第一極化元件包 含一旋轉式極化;慮波器，且其中該第二極化元件包含— 固定檢偏鏡。 7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該第一極化元件包 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 4 6 4 7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印t 61 A8 B8 C8 ____ D8六、申請專利範圍 含—固定式極化濾波器，且其中該第二極化元件包含一 旋轉式檢偏鏡。 8_如申請專利範圍第1項之装置，其中至少該第一及第二 核化元件之一係旋轉以在該偵測器提供類似正弦強度之 信號。 9. 如申請專利範園第8項之装置，其中該膜厚度與該類似 正弦強度信號之振幅相關。 10. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該膜厚度與該類似 正弦強度信號之峰至峰振幅相關β 11‘如申請專利範圍第1項之裝置，其中該装置尚包含一含 已知的膜厚度之控制樣本3 12. 如申請專利範圍第η項之裝置，其中該控制樣本爲負控 制樣本。 13. 如申請專利範圍第t 2項之裝置，其中該標準函數包含一 正規化函數，其將該偵測器信號強度與從該負控制樣本 獲得之比較性偵測器信號強度相關聨。 14. 如申請專利範圍第1 3項之装置’其中該正規化函數爲該 偵測器信號強度與從該負控制樣本獲得之該比較性彳貞測 器信號強度的比値。 15. 如申請專利範圍第1項之装置’其中該光源是置於相對 於基體預先固定之角度上，且該偵測器是置於相對於基 體該預定固定之角度上。 16. —種測量樣本的膜厚度之方法，此方法包含： 提供一包含光源、偏光鏡、檢偏鏡及偵測器之裝置； -46， 未紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) 裝·--- 訂---------線

   464761 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 將來自光源之電磁輕射導向樣本，因此從樣本反射電 磁輕射； 使用偏光鏡極化導向樣本之電磁輻射； 使用檢偏鏡極化.從樣本反射之電磁輻射； 旋轉偏光鏡或檢偏鏡以隨時間改變極化的電磁輻射之s 及ρ内含； 使用偵測器偵測從樣本反射之極化的電磁輻射，因而 獲得對應於反射之電磁輻射強度之信號；以及 將該信號與樣本之膜厚度相關聯，其中該關聯步驟包 含使用一將膜厚度與偵測器信號強度相關聯之標準函 17.如申請專利範圍第！ 6項之方法，其中該標準函數係從具 有不同的光學性質之樣本獲得之多個標準函數中選出 的0 18‘如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該方法尚包含提供 一從負控制樣本獲得之比較性偵測器信號強度。 19. 如申請專利範圍第i 8項之方法，其中該標準函數包含一 將偵測器信號強度與比較性偵測器信號強度相關聯之正 規化函數。 20. 如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該正規化函數爲偵 測器信號強度與比較性偵測器信號強度之比値3 21. 如申請專利範圍第1 6項之方法，其中旋轉偏光鏡或檢偏 鏡提供了來自積測器之對應類似正弦信號。 22: —種用於解讀薄膜結合測定物之裝置，此裝置包含： -47- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNSJA4規格（210x 297公爱y IIIIII11 — — —— ^ * ----I 1 f 訂 — — ' I (請先閱t#背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46 47 6 1 8838 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一基體，用以支撐樣本； 一几源’用以產生電磁輻射以照射該樣本； 二偵測器，用以偵測從該樣本所反射之電磁輻射，其 中琢偵測器所產生（信號對應於該反射之電^射的強 度； ,光路L伋在遠光源、該樣本及該偵剛器之間，該 兀路徑包含—位在該光源與該樣本間之固定式極化元 件，俾線性地極化該電磁輻射；以及 仏號處理益，藉該信號與該樣本的膜厚度之關聯以 解讀一薄膜結合測定物。 如1 β專利範圍第2 2項之裝置，其中該線性極化的電磁 輻射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該光路徑的入射平 面在本質上為s -極化的 24.如申請專利範圍第2 2項之裝置，其中該線性極化的電磁 輪射相對於孩偏光鏡與該偵測器間之該光路径的入射平 面在本質上為p -極化的。 25'如甲清專利範圍第2 2項之裝置，其中該膜厚度係與薄膜 吉合測疋物結果相關。 26. 如申請專利範圍第2 2項之裝置，其中該光源產生單色電 磁輻射。 27. 如申請專利範圍第2 2項之裝置，其中該光路徑包含一單 一極化元件= 28. —種用於解讀薄膜結合測定物之裝置，此裝置包含： 一基體，用以支撐樣本； -48 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公爱） (琦先閱讀背面之;i意事項再填罵本頁} 裝，--- 訂---------線 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 AS B8 CS D8 i'申請專利範圍 一光源’用以產生電磁輻射以照射該樣本； 一偵測器’用以偵測從該樣本所反射之電磁輻射，其 中該價測器所產生之信號對應於該反射之電磁輻射的強 度； 一光路徑，位在該光源、該樣本及該偵測器之間，該 光路控包含一位在該樣本與該偵測器間之固定式極化元 件’俾線性地極化該反射之電磁輻射；以及 一信號處理器，用以將該信號與該樣本上之膜厚度相 關聯。 29. 如申請專利範圍第2 8項之裝置，其中該線性極化的電磁 輕射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該光路徑的入射平 面在本質上爲s_極化的3 30. 如申請專利範圍第2 8項之裝置，其中該線性極化的電磁 輕射相對於該偏光鏡與該偵測器問之該光路徑的入射平 面在本質上爲ρ·極.化的。 31. 如申請專利範圍第2 8項之裝置，其中該膜厚度係與薄膜 結合測定物結果相關。 32. 如申請專利範圍第2 8項之裝置，其中該光源產生單色電 磁輕射。 33. 如申请專利範圍第28項之裝置，其中該光路徑包含—單 一極化元件。 34. —種用於解讀薄膜結合測定物之裝置，此裝置包含： 一基體，用以支撑樣本； .一光源’用以產生電磁輻射以照射該樣本； -49 - 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 、 ^ ____^ p-y··- <^i I n n n IK ^ f 11- D 111 n n I <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 4 6 80088 AKCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一偵測器，用以偵測從該樣本所反射之電磁輻射，其 中該偵測器所.產生之信號對應於該反射之電磁輻射的強 度； 光路也，位杜該光源、該樣本及該偵測器之間；以 及 一信號處理器，用以將該信號與該樣本上之膜厚度相 關聯3 35·如申請專利範圍第3 4項之裝置，其中該光源是相對於該 樣本及該彳貞測器放置，以提供低入射角。 36. 如申請專利範圍第3 4項之裝置，其中該光路徑既不含一 位在該光源與該樣本問之偏光鏡，亦不含一位在該樣本 與該偵測器間之偏光鏡= 37. 如申請專利範圍第3 5項之裝置’其中該光源是置於從約 〇度至約3 〇度範圍相對於垂直樣本平面之線所決定的入 射角上。 38. 如申請專利範圍第35項之装置，其中該光源是置於從〇 度至20度範圍之入射角上。 39. 如申請專利範圍第3 5項之裝置，其中該光源是置於從〇 度至10度範圍之入射角上。 40. 如申請專利範圍第34項之裝置，其中該光源產生單色電 磁輻射。 41. 如申請專利範圍第34項之裝置，其中該膜厚度與薄膜結 合測定物結果相關3 42:如申請專利範圍第3 4項之裝置，其中該光路徑包含一提 -50- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) ------------^ --------訂--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 464761 留 C8 D8 六、申請專利範圍 供圓形極化光線之極化濾波器。 43. 如申請專利範，圍第42項之裝置，其中該極化濾波器係位 在該光源與該樣本間之該光路徑中〇 44. 如申請專利範圍第4 2項之裝置，其中該極化濾波器係位 在該樣本與該偵測器間之該光路徑中。 45. —種解讀薄膜結合測定物之方法，，此方法包含： 提供一包含光源' 偵測器、在該光源與樣本問之第一 光路徑、及在該樣本與該偵測器間之第二光路徑的裝 置； 將來自該光源之電磁輕射沿該第一光路徑導向該樣 本’因而該樣本所反射之電磁輻射沿該第二光路徑至該 偵測器； 在該電磁輻射與該樣本接觸前之位置，線性極化沿該 第一光路徑之該電磁輻射； 使用該偵測器偵測該樣本所反射之該電磁輻射，因而 獲得對應於該反射之電磁輻射強度之信號；以及 將該信號與樣本之膜厚度相關聯。 46. 如申請專利範圍第4 5項之方法，其中該線性極化的電磁 輕射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該第二光路徑的入 射平面在本質上爲s·極化的。 47. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該線性極化的電磁 輻射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該第二光路徑的入 射平面在本質上爲p_極化的3 48. 如申請專利範圍第4 5項之方法，其中該膜厚度與薄膜結 -51 - 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（21G χ 297公爱） / ------------^裝--------訂---------線， • . * <請先閱請背£:之注意事項再填窝本頁) ......-----------：-------- 4S476 1 Λ8 B3 C3 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 合測定物結果相關。 49. 如申請專利範圍第4 5項之古.土 磁賴射3 “万去，其中該光源產生單色電 50. 如申請專利範圍第4 5項々 .. 、疋万去’其中該方法是在無該樣 尽所反射（通電礤輻射的極化下進行。 51. —種解讀薄膜結合測定物< y 又万去，此方法包含： 提供一包含光源、偵測恶. — 八】崧、在孩光源與樣本間之第一 光路徑、及在該樣本盘兮彳自.at ctij a 保 ♦ /、》茨偵測器間之第二光路徑的裝 置； 將來自茛光源之電磁輻射沿該第一光路徑導向該樣 本，因而琢樣本所反射之電磁輻射沿該第二光路徑至該 偵測器； 在孩電磁輻射與該樣本接觸後之位置’線性極化沿該 第一光路輕之該電磁輻射； 使用該偵測器偵測該樣本所反射之該電磁輻射，因而 獲得對應於該反射之電磁輻射強度之信號；以及 將遠信號與樣本之膜厚度相關聯。 52. 如申請專利範圍第5丨項之方法，其中該線性極化的電磁 輕射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該第二光路徑的入 射平面在本質上為s，極化的a 53. 如申請專利範圍第5 1項之方法，其中該線性極化的電礙 輻射相對於該偏光鏡與該偵測器間之該第二光路徑的入 射平面在本質上為P _極化的。 54. 如申ii青專利知圍弟5 1項之方法，.其中該膜厚度與薄摸妹 , '52. 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS) A4現格（2iG X 297公爱）""""' " (請先閱讀"面之注意事項再填寫本頁) --------^--------- 11 46476] A8 B8 CS D8 、申請專利範圍 合測定物結果相關。 55. 如申清專利範圍第5丨項之方法’其中該光源產生單色電 磁輻射。 56. 如令清專利範圍第5 1項之方法，其中該方法是在無該樣 本反射前之該電磁輻射的極化下進行3 ^7.—種解讀薄膜結合測定物之方法，此方法包含： 提供一包含光源、偵測器、在該光源與樣本間之第一 光路徑 '及在該樣本與該偵測器間之第二光路徑的裝 置； 將來自該光源之電磁輻射沿該第一光路徑導向該樣 本’因而該樣本所反射之電磁輻射沿該第二光路徑至該 僧測器，其中在該光路徑中無組件之動作致在該偵剛器 之遠電磁輕射是未極化的； 使用遠债測器偵測該樣本所反射之該電磁輕射，因而 獲得對應於該反射之電磁輻射強度之信號；以及 將該信號與樣本之膜厚度相關聯。 如申請專利範園第5 7項之方法，其中該光源是置於相對 於垂直樣本之線所決定的低入射角上。 59. 如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該光路徑既不含〜 位在該光源與該:樣本間之偏光鏡，亦不含一位在該樣衣 與該偵測器間之偏光鏡。 60. 如申請專利範圍第5 s項之方法，其中該低入射角之範園 從約0度至約3 0度。 61. 如申請專利範圍第5 8項之方法，其中該低入射角之範圍 -53- 本纸張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規烙（210 * 297公釐 請 先 閱 讀 背 之 注 急· 事 項 再 填 ί袞 頁1 訂

   經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 線 46 47 6 1 A8 B8 C3 DS t、申請專利範圍 從0度至2 0度。 62. 如申請專利範圍第6 Ο項之方法，其中該低入射角之範圍 從0度至丨0度。 63. 如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該光源產生單色電 磁輕射。 64. 如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該膜厚度與薄膜結 合測定物結果相關。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -54 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）