TWI247916B - Linear quantitative optical lever inspection device - Google Patents

Description

1247916 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 鏡之量測 微_:;=;;==::=的-種新: 先相桿檢般置’本發_糾的光槓桿檢測裝 定量之特徵。 ====桿檢測之裝置 ’主要係可應用於原子力顯微 非定量之 置是具有一致性、線性且 【先前技術】 刹田ΪΓ係為—典型光槓桿式原子力顯微鏡之系統_辦賴，一般， 奶的原子力顯微鏡，主要係由—微懸臂探針10、—簡譜激振 :XYZ軸微動掃描器20、21、一χγζ轴控制器22、23、一光積桿偵 =3〇二7物理量檢出器4〇、一回饋增益器5〇、一AFM控㈣器60、-顯示 一 e及待冰式料⑽所組成。其中’如圖二所示，該觀;臂探針10則係由 仏針11、-鄕臂12及—基座13所喊，該微师m端裝置有探針 1卜為可移動端；而另-端則固定於基座13。為了增加光檟桿偵測器3〇的 偵測效率’通常㈣臂12上會紐—層反職M。然*，—般解導體製 程所製造的商雜的觀雜針1()，因量產鱗及成本的考量，通常於蒸 鑛過私中，與微懸臂12—樣，基座13的面上也被覆蓋了一層反射鏡14。 典型光槓桿式原子力顯微鏡的量測方式，係根據探針u與試料表面81 間原子作用力的不同，可分為接觸模式(contact mode)、間歇性接觸模式 (intermittent contact mode)、及非接觸模式(non-contact mode)等三種模式的 操作’以取得被試料表面81的物理特性，例如三次元的形貌(Topography)、 相對性的軟硬度、粘滞力(Adhesion)、彈性(elasticity)等分佈。 通常，於接觸模式操作時，是將探針11與試料表面81間的作用力操作 於庫倫斥力區，可透過該XYZ軸微動掃描器20、21，以接觸試料表面81的 1247916 方式，亦即將探針i聊於庫倫斥力區，讓卿 之操作。於間歇性接觸模式操作時，是先_激振器=== _盈起來，使得探針u可以—適當的_、激 十 下紐之簡賴動，錢找神描之操作。讀 於振動週射’只短暫地通過凡得瓦吸力區與庫新力區，輕輕地接觸試 =表面81。而於非接賴式操作時，也是先賴触 針職盡起來，使得探針U可以一適當的振㈤、激 上下缝之_，讀才進轉描之鍵。於触過針^ 的運動，完全舰於凡得瓦吸力區。 τ觀針11 面81=3=原子力顯微鏡是操作於那一模式下，當探針11與試料表 Γ 作用時，都會造成微懸臂12的運動狀態產生微量 模式操作時，由於庫倫斥力_，會使得微節2產生 如的偏折考曲。而於間歇性接觸模式、與非接觸模式操作時，由於凡得 瓦吸力與/或庫倫斥力的作用，會使得探針u的振幅l共振頻率泣。及相位 ^產生變化。這些因外力的_，所造成探針u運動狀態的變化，可透過 光槓桿偵測器30的使用而偵測取得。 抑圖三⑷係為一典型光槓桿偵測器3〇組成的示意圖。一般，光横桿偵測 器30主要係由一雷射二極體3卜一聚焦透鏡32、一四象限位置檢測器％所 構成。雷射二極體31產生一發散之雷射光34，經聚焦透鏡32聚焦後成為一 橢圓雷，光點35，並將該_雷射光點35投射在設置於焦點上之微懸臂 12。該微㈣12_面上被設置有—反雜14,可將姻雷射光邸反射、 並投射於四象限位置檢·33。由於，微射12上的反射鏡14是長條狀， 因^四象限位置檢測器33上雷射光的形狀，大致變成矩狀雷射光點36。 通# ’為了彳州探針Π最佳的勒狀態變化量，需盡量將橢圓雷射光點％ 對準至探針11之正背面處。 圖二(b)係垂直受力下，矩狀雷射光點36之位移與微懸臂12運動狀態 1247916 變化關係之示意圖。當探益川受到垂直方向(2軸)的作用力時，會造成微懸 臂12的偏折彎曲’使得投射於四象限位置檢測器％上面的矩狀雷射光點 36，產生垂直方向的位移Μ。 … 圖三(C)係水平受力下，矩狀雷射光點36位移與微懸臂12運動狀態變化 關係之示意圖。碎探針丨丨受到水平方向(γ軸)的作用力時，會造成微懸臂 12的扭轉’使得投射於四鎌位置檢·33上_矩狀雷射光觀，產生 水平方向的位移&^。 另外:圖工⑷係簡譜振蘯下，矩狀雷射光點％位移與微懸臂u振幅變 化關係的示意圖。當簡諧激振器15_率1振微懸f 12時，會造成微懸 臂^的前端的探針u，於垂直額上(2軸)，亦以某一振幅从相同的頻率取 做簡伯運動。當缺冊垂直方向上做週期性擺動時，因微懸臂⑵皮折彎 角2使得才又射於四象限位置檢測器33上的矩狀雷射光點36，亦會以-振幅Λ<-做簡諧運動。 …由於本發明，主要係針對於光槓桿式原子力賴鏡之制時，有關於 u㈣抓針運動置偵測裝置之探討。目此，首先介紹細的習知技藝，並 檢討其缺矣。 骑紹習知技藝的缺失之前，魏必須說明f知技藝所常_位置檢測技 術！知的光相才干式原子力顯微鏡，係利用一四象限位置檢測器，針對雷 ^點的^轉量η、麻平，可從投射於四祕位置檢測 化，輸出—代表垂直位移量的電壓…、與—代表水平位移量 、電μ ’。以下即探討這些位移量與電壓間的關係。 圖四係習知四象限位置檢測器100檢出原理之示意圖。以下，主要是針 對矩狀雷射光點U0於垂直方向_上，也就是微懸臂探針是在垂直方向 雷射総11G㈣直位賴化量#與四練位置檢測器 抽5欢hf Μ之關係所做的說明。同樣地，也可用同樣方式，將探討延 申水平方向(即Υ軸），但本發明中不另行贅述。 1247916 如周四所示，係矩狀雷射光點110的入射能量與四象限位置檢測器100 輪出電壓ΔΚ關係之示意圖。一般，四象限位置檢測器1〇〇主要係由四個光 偵測二極體A、B、C、D、四個放大器、如奶、—凡、三個加法哭Σζ、 Σκ Σ . σ〇 、+(以下為了方便，只顯示其中兩個)及兩個除法器+(以下為了方便， 只顯示其中一個)所組成。該四個光偵測二極體A、B、C、D彼此間存在一 間隙G’以達分離入射光源能量之目的。矩狀雷射光點11〇投射於四象限位 置檢測器100上時，因間隙G的關係，被分割成四塊入射光訊號ϋ、々A， 並分別落入A、B、c、D區域内。此處，所用的入射光訊號々4足、&，亦 疋指落入A、B、C、D區域内的光的入射能量。該入射光訊號々々及、仏個 別經光偵測二極體a、b、c、d之光電作用後，產生電流訊號m C。 (1) 其中，z = ， C、 ，為光偵測二極體的光電轉換效率 · · · * 該電流a、個別經放大器Ampa、Amph、Ampe、Ampd故大ma、mh、me、倍後，產 生電壓訊號Κα'心心G。

Vf = ii x mi 其中， i = a，b，c，d， (2) 為放大器的放大倍率 該電壓訊號匕、^心&經加法器\(或\)、\作用後，產生電壓訊號 與、或產生電壓訊號（以匕他+ 〇與 + G。其中，Σ:代表入射光訊號在垂直方向的差異量；而Σ,則代表 入射光訊唬在水平方向的差異量；而Σ+則代表入射光訊號的總和。Σγ、 Σ+的關係式可表示如下： 1247916 匕)K) ⑶(4)(5) 该電壓訊號2:([+⑽+匕)與κ+G+r〆,再經—除法器作用後，最後 產生電壓訊號△[、或該電壓訊號與Σ+=κ+κ+κ+匕再經 除法态作用後，最後產生電壓訊號Δ。。其中，ΔΚΖ代表入射光訊號在垂 直方向的平均差異量；而則代表入射光訊號在水平方向的平均差異量。 的關係式可表示如下·· AV 2 Σ+ Va^Vh+Vc+Vd αρ__ς, (Κ^ΗΚ^Κ) 參 ⑹⑺ 因此，將(1)、（2)式代入⑹、⑺式，可得 △卜 幽<)尽(牝xc π η 2 (ma〇EMmhxCh)Eh^^^^lf AV = [K x Q)尽啦xCJi] ^ V (ma x Ca)Ea+(mh xCb)Eh + 假設“ςγ 其中，f =a，b，c，d ⑻ (9) (10) 將(10)式代入⑻、⑼式，可得 (Ea+Eh)-(EC+Ed) Ea+Eb+Ec+Ed

AK (11) △K少 (尽+仏)-(足+尽） Ea^Eb + Ec + Ed (12) 當(10)式關係成立時，即假设母個光偵測二極體的光電轉換效率q與其後 9 1247916 端放大器的放大倍率4，相乘後皆為同一常數c的話，四象限位置 =〇所輸出電壓π、△(，只與人射光訊號々。換言之， 7只與投射於光伯測二極體A、B、C、D上之雷射光的能量有關。

接下來，計算矩狀雷射光點位移量#與四象限位置檢測器所輪出電屬乂 之關係…般’於正式操作使用光麟式原子力酿鏡之前，通常需 射光點的中心、點先對準四象限位置檢測㈣巾心、點，並微調雷射=點二 置，直至四象限位置檢測器所輸出電壓π=〇、△&=〇為止，也就是將量 的起始狀態，設定於入射光源能量對稱之位置。 ：里/J 圖五(a)、（b) #觀臂探針處於自辭衡之位置時，㈣伽針位置血四 象限位置檢·上雷射光雜置_之林圖。如圖五⑻細五⑼所示， 於z軸之方向上’當探針不受力時，觀fl2是處於自齡衡之位置/，雷 射光點的賴被微毅12反射，經D雜後，娜於四象驗置檢測器卿 的頂點<’°，此時可令△&=〇。 σσ 圖五(C)、（d)係微懸臂探針處於受力、或簡諧振盪時，微懸臂探針位移與 四象限位置檢_上雷射光齡㈣係之示意圖。如圖五^朗五(騎 ，’於z歡方向上’當探針受力時、或當胸激振器15啟動後，造成微懸 是θ、有^半位#及^之角度被偏折彎曲，使得微懸臂12尖端的探針 11疋以位置β為中心、產生心的為位移變化量。此時，雷射光點的頂點 被微懸臂12反射，經D距離後，投射於四象限位置檢測器的Δί/位置上。岣 與Δζ的關係，可透過以下方式求得： Δα«Δζ/^ (13)

Adz^D(2Aa)^(2D/reMct)Az (14) 1247916 是以，理想的光槓桿偵測器30所欲達到的量測目的，是將探針的位移 量&，經過雷射光點的偏折距離D作用後，可將Δζ放大至△<。之後，透過 四象限位置檢測器，以線性放大的關係，將轉換成電壓訊號，即 AV^^ = (2CS/reffec()Az /ic、 △ ρ然而，如果矩狀雷射光點110位移量與四象限位置檢測器1〇〇輸出電 壓Μ，無法維持一簡單的線性關係時，會使得習知微懸臂探針振幅量測的 技只能運用於定性量測，無法達到定量量測之目的。以下即探討造成 的無法維持線性關係的條件。主要有電氣、及光學等兩個因素，造成 的"^:無法維持線性之關係。 電氣因素所造成的非線性之關係 首先討論電氣的因素。之前⑽式所假設的是，四象限位置檢測社， 各個光偵測二極體A、Β、C、雷鏟拖峙皇C ^ " ，TU 乘以各個放大器的放 大仏丰後，可侍一個同樣的常數的條件下，即％xc,=：c， 亦即Δί/:才可正比於△[。然而，在嚴謹的量測要求下 j B、C、D的光電轉換效率C'可能各有差異，可如下表示 體

·· C〇 + AC (16) 之基其準二;帽轉娜 (17) 1247916 Σ KxQ)^ - Σ Κχ^〇)^ + y ΑΕΓη - V AErr H (mixC〇)Ei+ 2 ΑΕ”η i=a 九c，d i=a,b,Cid 1 其中， Σ ^Errf i=a，h，c,d Σ i=a，h，c，d mi x !SCi x Ei Σ Δ£^. = maxACaxEa^-mhxAChxEh Σ Δ£^ = mcxhCcxEc+mdx^dxEd 很清楚地，如果(18)、（19)、（20)等式的誤差存在的話 持線性之關係。 (18) (19)(20) 的是無法維

光學因素所造成的非線性之關係 會造成ζ與無法保持線性關係的另一項因素是雷射光點強度分 佈。由於’-般雷射強度的分佈是高斯函數，不册接下來理論的計算分 析’本發明提出以下三種矩狀雷射光點強度分佈簡化之模型，並假設四象 Ρ艮位置檢之2氣特性是線性，即可聽證明只有在矩狀雷射光點強度是均 =佈I卡，才I保持線性的關係’而於垂直方向上是對稱的線性· 邊或於垂直方向上执谢佈日^:與，無法達到線性的關係。 1·能量均勻分佈矩狀雷射光點(如圖六所示） 假設’矩狀雷射光點110的起始狀態如下： (21) (22) I:(Z) = I:0 5 -S/2<z<S/2 Jy(y) = ^y〇 ? ~~^/2<y<S/2 12 1247916 其中，為雷射光點於γ軸上之線強度分佈 Α⑻為雷射光點於ζ軸上之線強度分佈 s為矩狀雷射光點之邊長 投射於四個光偵測二極體A、B、C、D雷射光的能量為 ri ^ r? _Z7 —/7 S — G S — G、 (iS — G)2 Ί τ

Ea=Eb= Ec =EJ= ^^0 X—= —-—Uy〇 ^23) v^(Ea+Eh)-(Ec^Ed)_〇 根據(11)式，可得 2 E^E^Ec^Ed (24) 假設，矩狀雷射光點110延z軸向上移動後之狀態如下：

(25) (26) 1 人，一Sl2 + X〇zSSl2七Μζ 7v(>〇 = t。 -Sl2iySSl2 投射於四個光偵測二極體A、B、C、D雷射光的能量為

Ea=Eh= {Ι2〇 χ + Δ^)} {Iy〇 χ: z 2

S — G ,S — G 2 2

Adz)IzQIy0 (27) (28)

<S — G

AF _(Ea+Eh)-(Ec + EfJ)—十 W。 2 2 E，Eh+E，Ed 一 Ts-Gf (29) 4 々’〇々〇 是以，當矩狀雷射光點110的強度分佈是均勻時，與 < 可具有線性的關 係0 2·能量垂直線性對稱分佈矩狀雷射光點(如圖七所示) 假設，矩狀雷射光點110的起始狀態如下： 13 1247916 2/ ’少〇〇=’少〇 -° 7 + / ? , 〇<z<S/2 (30) Ζ + Ις0 , -S/2<z<〇 (31) ,-S/2<z<S/2 (32) 其中，為雷射光點於γ軸上之線強度分佈 ^⑷為雷射光點於Ζ軸上之線強度分佈 5為矩狀雷射光點之邊長 投射於四個光偵測二極體A、B、C、D雷射光的能量為 2 ' ”υ 2 r H(反+&) 0 根據(11)式，可得‘ ΕΛΕ^Ε^Εά (33) (34) 假設，矩狀雷射光點110延2軸向上移動後之狀態如下 21 Λ S ^ , Δ^<ζ<5/24-Δί/; (35) 2/ (36) (37) /,(,) = --(,-Δ,2) + /.〇 ^ _s/2 + m^z^ (38) (39) 1247916 w⑪，八K-〇}❾y〇} 2 21. 將(38)、（39)式代入(11)式可得 一 (尽 +足)-(足 + 恳） 4(S-G) 2 W 尽+& ^(s^gTTw1^ (40) 疋以，當矩狀雷射光點的強度分佈是垂直線性對稱 線性的關係。 ^ ’ 與么匕不具 3.能量垂直非對稱分佈矩狀雷射光點(如圖八所示) 假設，矩狀雷射光點110的起始狀態如下： 4⑺=Λ〇 0<z<S/2 A(z)=’:〇+V：o ^ -S/2-\-S <z<〇 A(>0 = ’少〇 -*S/2 句;SiS/2 (41) (42) (43) 其中，為雷射光點於Y軸上之線強度分佈 7:⑺為雷射光點於Ζ軸上之線強度分佈 S為矩狀雷射光點於Υ方向之邊長 分2為光偵測二極體A、Β上，矩狀雷射光點於Ζ方向之邊長 办2-5為光偵測二極體C、D上，矩狀雷射光點於Z方向之邊長

投射於四個光偵測二極體A、B、C、D雷射光的能量為 _ S-G.(T S-G、 〇S — G)2 Ea = Eh ={Λ〇χ 2 }{^ox—y-}= —-—Iz〇Iy〇 = ^ = {(/,0+Δ/2〇)χ(^^~^)}{/^〇χ^—^} (44) (45) 15 1247916 T, —(K+EbHE，E(〇 根據(η)式，令2 &碼·—，則可得 。S -G Δ/0 卜 丁 ΤόΤ^ (46) 假設，矩狀雷射光點110延Ζ軸向上移動後之狀態如下· (47) (48) (49) /:〇) = 々，〇 ^dz<z<S/2 + Adz I2(z) = I2〇+^z〇 ^S/2 + S + Mz<z<M2

Jy(y) = !y〇 -S/2<y<S/2 其中，Δ4雷射光點延z軸向上移動之距離， 並假設^<(?/2 投射於四個光偵測二極體A、B、C、D雷射光的能量為 (50) (51)

EA=EB={(^~ + AdzVj ㈣ I 2 2 y〇i E(：=ED={(^^S-Adz)(Iz〇+M2〇)}{^ly〇) 將(50)、（51)式代入(11)式可得 (2 +」 )Ad AV：=-

Ea+Eh + Ec +Ed (5 _G) __ M (52) 是以，當矩狀雷射光點的強度分佈是垂直非對稱時， 性的關係。由⑻式可清楚看出，投射於四個光_二極體:不具線 射光點能量分佈，假如發生2軸方向上的不對稱性的 C、D雷 (即、是造成雜性的魏。 私對稱的因素 "另外，Z軸方向上的不對稱性亦會產生另一新問題。如果將矩狀雷射 光點延Z軸向下移動△<’之距離，則（11)式的結果如下： 1247916 ΛΚ_ — (JAHK + EJ — -(2+f^ £α+尽 +尽+Α 一 0?) + &△< /z0 (53) 較(52)與(53)式，當雷射光點於z軸方向上能量分佈的不對 時，若等量(即△<)地上下移動光點的話，可發現四象限位置檢測器所輸出 的電壓亦產生非對稱。因此，利用四象限位置檢測器，對操作於間歇性接 觸模式、及非接觸模式下以簡諧運動的探針做量測時，會得到上、下振幅 不對稱的電壓波形，導致整個後端電路產生嚴重錯誤解析的結果。 以上，是透過利用簡單且完美的矩狀雷射光點強度分佈之簡化模型， 以探討各種分佈情況下，所可能造成的與之相互關係。很顯然地， 只有矩狀雷射光點強度分佈是均勻的條件下，與才能具有線性之關 係。其他任何矩狀雷射光點強度的分佈，皆可能造成非線性及/或非對稱的 關係，更清楚的是當(40)、（52)、（53)式之分母，因帶有位移量&/,、或能量 分，不均^之因子，是造成非線性的主要原因。然而，於實際現有的商業 機态上，如圖九所示，習知技藝於光學上並未做任何適當的處理，只將具 有问斯分佈的雷射光源120，透過一短焦距F之透鏡121，將該雷射光源122 聚焦於微懸臂123上，經反射後變成一繞射光源124，最後成像於四象限位 置檢測器125上。這樣的光學設計，容易產生下面之問題： 不均句性與不對稱性 由於雷射光源12〇的強度是具高斯分佈，經透鏡121作用後 ，就算可將 雷射光源122全部聚錢縣f 123上，纽如丨施之㈣光點，但經 反射技射於四象限位置檢測器125上日寺，產生如膽之像。因微懸臂123物 理尺寸很小，對具有同雛的任何單—波長之統，都會造減射。是以， 於z軸方向上’ iMb的#里分佈可視為_繞射後的強度分佈，即為非均勻、 但具有對&之關係。然而，這個能量分佈的對稱性，也會因透鏡⑵光軸軸 1247916 是造成透鏡121 心偏移而輕易地被破壞。通常，加工與組裝定位的誤差 光軸軸心偏移的主要原因。 不一致性 口由於對焦點的動作係人為，即將雷射光源122對準於微懸臂123之操作 是人為的手動方式，對於長只有約100毫米、寬數十毫米、厚約數毫米y肉 眼幾乎看獨的微齡丨23，縱使有顯微鏡的幫助，透過手動微調的方式， 很容易造成聚焦於微懸臂⑵上的雷射光源m會產生 =示’可能產拠、伽、129等情況。1273、施是雷射光源$ 〜位置，逐漸偏離微懸臂123 ;相對的於四象限位置檢測器⑵上，則產 生127b、128b之像。由於，無法筆算繞射分佈強度，㈣、⑽只是示意 結果，強調、繞射後結果的非均勻性、與非對稱性。而129則是含蓋住部分微 懸#基座上的反射鏡，其繞射結果更無法預測。另外，由於機械加工的誤 差所4成微懸臂123的定位誤差，也直接貢獻了不一致性。 根據上述的討論，於光學上，習知的光槓桿檢顺術，由於只使用單 一的聚焦光學裝置，先天上就無法提供—強度分佈均勻的光源，而且元件 加，與組裝的誤差，加上人員操作的不—致性，造成繞射成像於四象限檢 測器上’是-強度分佈不均勻、非對稱、且缺—致性的光點，使得四象現 =置檢測㈣檢測，產生了非線性且不—致的結果，最終造成以習知光横 桿檢測技術為基礎的商子力顯微鏡，只能提供定性之制，而 足一致性、線性且定量的量測要求。 …、滿 【發明内容】 基於解決以上所述習知技藝所產生躲失，本發明―麟性定量光横 桿檢測之裝置，係可應用於光槓桿式原子力顯微鏡之量測。主要係藉由利 用均勻平行光源、定量光反射微懸臂探針、傅立葉成像、線性四象限位置 1247916 檢測等方法，可有效且完全克服上述習知技藝的缺失，使光槓桿式原子力 顯微鏡的量測，縱使存在有元件加工與組裝的誤差、或人員操作不一致的 因素，卻可得到一致、線性且定量的量測結果。 【實施方式】 實施例一 如圖十所示，本發明一線性定量光槓桿檢測之裝置2〇〇，主要係由一均 勻平行光源產生裝置300、一分光鏡400、一定量光反射微懸臂探針5〇〇、一 準直疋位參考裝置550、一傅立葉成像裝置6〇〇、一多功影像檢出裝置7〇〇、 -角度微調裝置800、-攝像裝置9〇〇、一背景光滤除裝置1〇〇〇、一試料載 台1200、-内箱基架13〇〇、及一外箱基架131〇所構成。該均勻平行光源產 生裝置300係可產生及輸出一適當大小之均勻且平行之理想光源35〇，並可 將該理想光源35G垂直人紐分絲侧；該分統彻健收驗想光源 35〇，經分光之作用後，輸出一理想光源％卜及—參考光源352;另外，該 分光鏡4GG亦接收—定量之繞射光源·，經分光之作用後，㈣一定量之 繞射光源361、及-消滅統362，該消滅光·62是—多餘之光源，可於輸 出後棚適s之裝置將其吸收消滅；該定量光反射微懸臂探針獨係接收該 理想光源⑸，_統賴·4作職，產生並輸出_定量之繞射光 36〇 ’·該準直定位參考裝置55〇係接收該參考光352，除了提供光準直之功用 參考光352做-找轉換後輸出—參考電一 ；_立葉成像裝 ^00係接收奴量之騎錢36〗，賴讀絲、f景光絲、逆傅立 ，先學及放大成像之作⑽，輸出—強度分佈為均勻之平行細70，該均 叫有_狀與大小之舰；該乡功輝檢蚊置係 β〜謂、光準直、觀景等魏之檢測器，係接收該傅立 裝置_所輸出之均勻平行光源別、及參考_，根據所設定之功能， 可對该均自平行麵3敗歸顧制，赠_妓歧射微懸臂 1247916 探針500之探針位移量做線性量測之目的、或可對該均勾 置做檢測，以達光準直之目的、或提供—觀景之伽， 二=位 量光反射微射㈣5GG、及試料表面之目的；簡雜置_俜觀:= 攝取之器具，可為-CCD攝像機、或—家用攝影機、或—數位相機、^ 光學顯微鏡，配合該多功影像檢出裝置700所設定之功能，以達光取一 由外界觀察定量光反射微懸臂探針5〇〇、及試料表面之目的；該試= 1200，_係-可放置制物之試_定台。勒箱縣謂絲置固定^ 勻平行光源產生裝置300、分絲彻、傅立葉雜裝置_、多功影像^ 裝置700、準直定位參考裝置55G、及攝像裝置9⑻，並可連翻定該角^

調裝置該角度微調裝置_係具有兩軸角度微調之功能，可微調^變 該均勻且平行之理想光源35G之行進角度，並使該均勻且平行之理相光源 350垂直人射於讎臂探針5⑽光反射裝置5()4之上，另外，該角度微^裝置 _並可連姻賴背景錢、除裝置_;該㈣域除裝置麵係裝置有 :光學翻，可對不同於紐想光邸〇讀長的背景光賴除；該外箱基 架1310係裝置目定該_型絲13⑻、該縣f探針·、及肖度微調 800。 /圖十一為本發明實施例之均勻平行光源產生裝置3〇〇之示意圖。該均勻 平行光源產生裝置3〇〇主要係由一光強度可調變式均勻光源產生裝置及馨 -可調變式傅立葉平行光產生裝£32崎組成，且各元件是延光軸方向 330，依序由左至右所排列組合而成的一光學系統。以下所用有關，，平行光 源之4，疋扣光的行進方向係平行於光軸方向之光源。該光強度可 凋i:式均勻光源產生裝置31〇，係可透過外部之控制p以控制光強度，以輸 出一可調變光強度的均勻且近似平行之光源318 :該可調變式傅立葉平行光 產生裝置320 ’係接收該均勻且近似平行之光源318，且透過外部之控制， 可輸出一可調變光照射面積、平行度的均勻且平行之理想光源350。 該光強度可調變式均勻光源產生裝置31〇,主要係由一光強度可調變之 20 1247916 光源產生裝置3U、-光發散裝置313、一圓孔狹縫褒置仍、一焦距為乂之 透鏡317所組成’且是各元件延光軸方向33〇，依序由左至右所排列組合而 成的-光學次系統。該光強度可調變之賴產生裝置3U，可產生輸出一可 調變光強度之雷射光源312 ’該光源產生裝置311可藉由外部的控制p，達到 改變該雷射光源312光強度之目的；該光發散裝置313係接㈣雷射光源 312 ’經任意散射且強聚焦之作用後，輸出一近似均勻發散之點光源314， 該光發散裝置313係可為-透明之圓球；該圓孔狹縫裝置315為一具有適當 直徑之圓孔狹縫’係接收該近似均勻發散之點絲314，經適當縮小該點光 源314之發散範圍後’輸出一較理想的均勻發散之點光源3! 6;該焦距為乂之 透鏡3Π ’設置於該圓孔狹缝裝置仍右方Λ距離之處，係接收該較理想的鲁 均勻發散之點光源316，經平行光處理作用後，輸出一均勻且近似平行之光 源 318 〇 4可e周變式傅立葉平行光產生裝置32〇,係由一可調變光照面積之狹缝 32卜一焦距為Λ之透鏡324、一可調變光平行度之狹縫327、一焦距為久之 透鏡329等元件所構成，且是各元件延光軸方向33〇，依序由左至右所排列 組合而成的一次光學系統。該可調變光照面積之狹縫321，係接收該均勻且 近似平行之光源318，經狹縫繞射之作用後，以輸出一光軸方向狹縫繞射光 源322、及非光軸方向狹縫繞射光源323 ;該可調變光照面積之狹鏠321可為 _ 圓孔’並藉由外部的控制，可改變圓孔狹縫直徑$之大小，而該Φ，決定 J可調變式傅立葉平行光產生裝置320最終輸出光源350之大小；該焦距為 2之傅立葉透鏡324，是設置於該狹縫321右方Λ距離之處，係接收該狹縫 ，射光源322、323，經傅立葉光學作用後，對焦平面輸出一光軸方向繞射 f加光源325與一非光轴方向繞射疊加光源326 ;該可調變光平行度之狹縫 327，疋设置於透鏡324之焦平面上，係接收該光軸方向繞射疊加光源325 /、非光軸方向繞射疊加光源326，該可調變光平行度之狹縫327可為一圓 孔’藉由外部的控制，可適當地改變圓孔狹縫直徑叭之大小，達到只讓光 21 1247916 轴方向繞射豐加光源325通過圓孔狭縫’並輸出另一光抽方向繞射疊加光源 328，而遮蔽大部分偏離光軸方向的繞射疊加光源326 ;該焦距為Λ之逆傅 立葉329，設置於該狹縫327右方’距離之處，係接收該光軸方向繞射疊加 光源328，經逆傅立葉光學作用後，可輸出一均勻且平行之理想光源35〇。 是以，該理想光源350的光強度是由Ρ所控制、該理想光源350的均勻度是由 光發散裝置313及圓孔狹縫裝置315所控制、該理想光源350的光大小是由可 調變光照面積之狹縫321所控制、該理想光源350的平行度則由可調變光平 行度之狹縫327所控制。該可調變光照面積之狹縫321可為圓孔、或矩形、 或何形狀，該狹縫的面積必須大於微懸臂探針500的微懸臂尺寸及微懸臂探 針500最大定位誤差的和，使得微懸臂探針5〇〇整體都可落入該理想光源35〇 · 的照射範圍。 圖十二係本發明微懸臂探針5〇〇結構之示意圖。如圖十二所示，該微懸 臂探針5_由一探針5(Π、一微懸臂5〇2及一基座5〇3所組成。該微懸臂5〇心2 之-端裝置有探針501，為可移動端；而另一端則固定於基座5〇3。該微懸 臂5〇2之背面處設置有一光反射裝置5〇4,而基座⑽之背面處則設置有一光 吸收裝置5〇5。當微懸臂探針5〇〇放置於均勻平行理想光源35〇之照射區域中 時，只有微懸臂502背面之光反射裝置5〇4,會將均勻平行想光源35〇反射、 並輸出-繞射光源360;而基座503背面之光吸收裝置5〇5，則將均勻平行理鬱 想光’G完全魏。是以，只要均勻平行理想光源3_照射面積足夠大， ，大於_臂5〇2上的歧置汹之面積及微㈣探形_最大人為 定位誤差之和時，微懸臂探針可反射一固定形狀、大小、強弱且分佈均 勻之反射光36〇 ’亦即疋1之繞射光源細，因而克服了習知技藝不一致性 傅立 ° ’ 胃 缝602及/、Μ、距3之傅立葉透鏡H調變孔徑狹 賴及-具焦距Λ之逆傅立葉透鏡6〇3戶斤組成。該傅立葉透卿，是設置 22 1247916 於距微懸臂5〇2背面之光反射裝置5〇4為Λ之處，係接收由微懸臂5〇2背面之 光反射裝置504所反射之繞射光源361、及由試料表面81所散射之背景光源 363。對於該傅立葉透鏡601而言，該微懸臂5〇2背面之光反射裝置％何視' 為一狹縫，該反射光361則具有狹縫繞射的特性；而該試料表面81所散射之 背景光源363，可視為偏離光軸之繞射光源。是以，該傅立葉透鏡⑽對該 f射光源36卜363作傅立葉光學作用後，於其焦平面上輸出光軸方向繞射 璺加光源364、及非光軸方向繞射疊加光源365。該可調變孔徑狹縫，是 可由一圓孔狹縫、或方孔狹缝所構成，並可藉由外部控制而調變其狹縫之 大小者’是設置於該傅立葉透鏡6()1之焦平面，係接收該光軸方向繞射源疊 加光364、非光軸方向繞射疊加光源365，透過適當地調整其孔徑，可將大# 部分的非光财向繞射疊加絲365舰、騎該練方向繞射源疊加光 364通過，並輸出另一平行光軸之疊加繞射光源364。因此可達到率除大部 分背景光之目的。該具f、距Λ之逆粒葉透顧)3，是設距可調變孔徑 狭縫602為Λ之距離處’係接收該平行光軸之疊加繞射光源祕，經逆傅立 葉作用後’輸出-均勻且平行之理想光源37〇。該均勻且平行之理想光源37〇 是為-具與娜獅2囉之形狀，且其大小是概大了/4//3倍。 圖十四係本發明準直定位參考裝置5观構之綠圖。如圖十四所示， 該準直定位參考裝置55〇係由一準直定位器55卜及一光_二極體Μ4所組參 成。5亥準直定位係由-板狀物所構成，其上係設置有—適當大小之狹 縫分2、-準直刻劃5幻、其面上並塗佈光吸收材料。該狹縫552係可為一圓 孔狹縫或方孔狹縫、或條狀狹縫；該準直刻劃553係可為一十字線。該準 直定位器551可接收該參考光352，透過該狹縫姐輸出另一參考光扮；該 光摘測一極體554係接收該參考光353，經光電轉換後輸出一參考電流^。 =考光353S具定量之光能量’所以可維持輸出—定量的參考電流^。。該 疋里的參考電流。疋讓光槓桿檢測，可由非線性量測進化至線性量測的重 要因子之一。 23 1247916 圖十五係本發明多功影像檢出裝置700結構之示意圖。如圖十五所示， 該多功影像檢出裝置700係由一固定裝置70卜一滑動裝置71〇、一觀景孔裝 置71卜一光學準直裝置712、一線性光槓桿位置檢測裝置716所組成。該固 定裝置701係一固定於内箱基架13〇〇之基座，其上裝置有一取像孔裝置 702，係可為一透空之圓孔或方孔，且該固定裝置7〇1可連接該滑動裝置 71〇。該滑動裝置710係一可對該固定裝置做相對滑動之滑動台，其上裝置 有該觀景孔裝置71卜該光學準直裝置712、及該線性光槓桿位置檢測裝置 716，係透過一定距滑動、定位之機械機制，以固定之滑動距離"a，可滑 動該觀景孔裝置7U、或該光學準直裝置712、或該線性光槓桿位置檢測裝 置716之中心點，至對準於固定裝置7〇1之取像孔裝置7〇2的中心點後，鎖^ _ 該上述三項之裝置。所謂定距滑動、定位之機械機制，即是以固定距離'、 々滑動該滑動座710後，可將上述三裝置7n、712、716之中心點，對準於 固疋座701之取像孔裝置7〇2之中心點，並固上述三裝置711、712、716。當 該觀景孔裝置711之中心對準於取像孔裝置7〇2之中心點時，可達到讓攝$ 裝置900直接觀察微懸臂探針、及試料樣品表面之目的；當該光學準直裝置 712之中心對準於取像孔裝置7〇2之中心點時，透過攝像裝置_的放大取像 的功能，可達到量測前光準直之目的；當該線性光槓桿位置檢測裝置Μ 之中心對準於轉孔裝置7〇2之中心點時，即可讓使用者進行量測之作$。參 該觀景孔裝置711係可為一透空之圓孔、或方孔，主要用來直接觀測 微懸臂探針、及試料樣品之表面狀況；該光學準直裝置712係由一透空孔 713與-散光片714所構成，該透空孔713係可為一圓孔、或方孔^散 光片7Μ係裝置於該透空孔713内，於散光片巾心點上刻畫有一準直刻劃 力5，該準直刻劃715係可為-十字線，係接收該傅立葉成像裝置所輸出之 均勻且平仃之理想光源37〇，並使其成像於該散光片上，透過與該十字線 中〜點之比對，可達到光準直之目的；該線性光槓桿位置檢測裝置刀6， 係由-線性四象限位置檢測裝置717、及—二軸微動平台718所構成，該 24 1247916 -輛微動平台718係-可外部控制、具雙軸雜之位移平台，侧定於滑 動座710、並連固定該線性四象限位置檢測裝置717，可透過外部之控制， 達到微量移動該線性四象限位置檢測裝置717之目的。 一圖十六係本發明線性四象限位置檢測裝置7丨7結構之示意圖。如圖十六 所示4線性四象限位置檢測裝置717，係由一四象限位置檢測器72〇及一 線性訊號運算||721所構成。該四錄位置檢測||72()係由四個光偵測二極 體A、B、C、D、及一間_所構成，針對均勾且平行之入射光源37〇的上 下移動(位移量為△<)、或左右移動(位移量為Δ<)，各光偵測二極體a、b、 =、D可個別輸出一電流訊號v v八，該電流訊號fa別是為各光偵測 二極體A、B、C、D所接收之入射光之能量心，個別乘上一光電轉 換效率Ch Ce、Cd後所得之電流訊號，亦即KEa、、i=CE、 d 。該線性訊號運算器721係接收該電流訊號及一彖考電流1 ，=適當的數學運算後，可輸出一正比於位移量^:電壓ς號 圖广七，本發明線性訊號運算器721結構之示意圖。如圖十七所示，該 線('生σίΐϊ虎運鼻裔721係由五組放大器j邮 Σ Σ 〃°、兩個加法器 :、y及兩個除法器所組成。該五組放大器十之 Ampa、AmPh、Amp。、Ampd，仡 j田划拉,,上 、、敦大口口 仏，係個別接收四個光偵測二極體A、B、c、輸出之 電流訊號V V U，並可針對該四個光偵測二極體A、b、c、d之光^轉換 效率Q Q QC"的差異性，做等效放大之調整，亦即 倍率％ ％之放大，使得四個光偵測二極體A、B、c、D，比可二 ^々/)一^>，〇^之等效率輪出電壓訊號心[^。另 柳。係接收-參考電流訊號，。，纽適當倍率％放大後，輪出—參考^ 訊號F。，該參考電流訊號’〇是由參考光源352所產生。 ” 該加法器2:、\係接收電壓訊號^、心匕，做^^+^^+^) 之運算後’輸出電壓訊號[、（；該除法器+、'係^ 25 1247916 接收該電壓訊號ΚC，並對參考電壓訊號做、△H/k之運 算後:輸出電壓訊號△☆△(。根據先前習知技藝中_之理論，由於本發 ，所提案之人射光源37〇，是具有光献均自分狀紐，且參考電壓訊號 &係由一固定之參考光源352所產生，是以可正比於^^、且也^正U 比於”達到本發明之最終目標，亦即完全解決習知之光積桿檢測器所造 成之不一致性、非線性的缺失，讓光槓桿式原子力顯微鏡得以從定性量測， 一舉進入線性且定量量測的新技術領域。 實施例二 如圖十八所示，本發明另一實施例之示意圖。不同於實施例一中所述， 該角度微調裝置_是固定於外箱基架1310，係可連接固定該微懸臂探針 500’可微調改變該微懸臂探針5〇〇之角度，使該均勻且平行之理想、光源35〇 可垂直入射於微懸臂探針5〇〇光反射裝置5〇4之上。 “上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯 示出本發明案在目的及功效上均深富實施之進步性，極具產業之利用價 值且為目刖市面上刖戶斤未見之運用，依專利法之精神戶祕，本發明案完 全符合發明專利之要件。 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所 實施之範圍，即大凡依本發财請專利範_作之解變化與修飾，皆應 仍屬於本發明專利涵蓋之範圍内，謹請⑽查委員明鑑，並祈惠准， 是所至禱。 【圖式簡單說明】 圖- 係為典型光槓桿式原子力顯微鏡之系統架構的示意圖 圖二 係為典型微懸臂探針結構的示意圖 圖三(a) 係為典型光槓桿偵測器組成的示意圖。 26 1247916 圖三(b) 圖三(e) 圖三(d) 圖四 圖五(a) 圖五(c) 圖六 圖七 圖八 圖九 圖十 圖十一 圖十二 圖十三 圖十四 圖十五 圖十六 圖十七 圖十八 係垂直受力下，矩狀雷射光點之位移與微懸臂運動狀態變化 關係之示意圖。 係水平受力下，矩狀雷射光點位移與微懸臂運動狀態變化關 係之不意圖。 係簡諧振盪下，矩狀雷射光點位移與微懸臂振幅變化關係的 示意圖。 係典型四象限位置檢測器原理之示意圖。 (b)係微懸臂探針處於自然平衡之位置時，微懸臂探針位置與四 象限位置檢測器上雷射光點位置關係之示意圖。 (Φ係微懸臂探針處於受力、或簡諧振盪時，微懸臂探針振幅與 四象限位置檢測器上雷射光點位置關係之示意圖。 能量均勻分佈矩狀雷射光點之示意圖。 能置垂直線性對稱分佈矩狀雷射光點之示意圖。 能量垂直非對稱分佈矩狀雷射光點之示意圖。 投射於四象限位置檢測器上雷射光點能量之不一致的示意 圖。 係本發明線性定量光槓桿檢測之裝置結構的示意圖 /係本發明實施例之均勻平行光源產生裝置之示意圖 係本發明微懸臂探針結構之示意圖。 係本發明傅立葉成像裝置結構之示意圖。 係本發明準直定位參考裝置結構之示意圖。 係本發明多功影像檢出裝置結構之示意圖。 明線性四象限位置檢測裝置結構之示意圖。 件本發明雜職聽構之示意圖。 立係本發明雜定量光轉檢測之裝置結構另一 思圖。

實施例的示 27 1247916 圖號說明： 10 微懸臂探針 11 探針 12 微懸臂 13 基座 14 反射鏡 15 簡諧激振器 20、 21 XYZ軸微動掃描器 22、 23 XYZ軸控制器 30 光槓桿偵測器 31 雷射二極體 32 聚焦透鏡 33 四象限位置檢測器 34 發散之雷射光 35 橢圓雷射光點 36 矩狀雷射光點

40 物理量檢出器 50 回饋增益器 60 AFM控制器 70 顯示器 80 試料 81 試料表面 100 四象限位置檢測器 110 矩狀雷射光點 120 具有高斯分佈的雷射光源 28 1247916 121 具短焦距F之透鏡 122 雷射光源 123 微懸臂 124 繞射光源 125 四象限位置檢測器 126a 、 127a、128a、129 微懸臂上之雷射光點 126b、127b、128b四象限位置檢測器上之雷射光點 200 線性定量光槓桿檢測之裝置 300 均勻平行光源產生裝置 310 光強度可調變式均勻光源產生裝置 311 光強度可調變之光源產生裝置 312 雷射光源 313 光發散裝置 314 近似均勻發散之點光源 315 圓孔狹縫裝置 316 較理想的均勻發散之點光源 317 焦距為乂之透鏡 318 均勻且近似平行之光源 320 可調變式傅立葉平行光產生裝置 321 可調變光照面積之狹縫 327 可調變光平行度之狹縫 322 光軸方向狹縫繞射光源 323 非光軸方向狹縫繞射光源 324、329 焦距為’之透鏡 325、328 光軸方向繞射疊加光源 326 非光軸方向繞射疊加光源 29 1247916 330 光轴方向 350、351 、370 均勻平行之理想光源 352 參考光源 360、361 定量之繞射光源 362 消滅光源 363 背景光源(偏離光軸之繞射光源) 364 光軸方向繞射疊加光源 365 非光軸方向繞射疊加光源 370 均勻且平行之理想光源 400 分光鏡 500 定量光反射微懸臂探針 501 探針 502 微懸臂 503 基座 504 光反射裝置 505 光吸收裝置 550 準直定位參考裝置 551 準直定位器 552 狹縫 553 準直刻劃 554 光"ί貞測二極體 600 傅立葉成像裝置 601 具焦距Α之傅立葉透鏡 602 可調變孔徑狹縫 603 具焦距/4之逆傅立葉透鏡 700 多功影像檢出裝置

眷 30 1247916 701 固定裝置 702 取像孔裝置 710 滑動裝置 711 觀景孔裝置 712 光學準直裝置 713 透空之圓孔、或方孔 714 散光片 715 準直刻劃 716 線性光槓桿位置檢測裝置 717 線性四象限位置檢測裝置 718 二軸微動平台 720 四象限位置檢測器 721 線性訊號運算器 800 角度微調裝置 900 攝像裝置 1000 背景光濾除裝置 1200 試料載台 1300 内箱基架 1310 外箱基架 A 〜微懸臂探針之振盪振幅 m 〜微懸臂探針之振盪頻率 φ 〜微懸臂探針之振盪相位 Adz 〜雷射光點的垂直位移變化量 Δ< 〜雷射光點的水平位移變化量 〜自然平衡狀態時，微懸臂之位置

31 1247916

Δζ r.ct Αα dz〇 D /受力時，探針之垂直位移量 /微懸臂之有效半徑 '微懸臂之偏折彎曲角度 '四象限位置檢測器上雷射光點的頂點位置 '光槓桿距離 iy(y) s 為矩狀雷射光點於Y軸上之線強度分佈 -為矩狀雷射光點於Z轴上之線強度分佈 為矩狀雷射光點之邊長 P f' Φ 為能量垂直非對稱分佈矩狀雷射光點之邊長差 -可控制光強度之外部控制端 〜焦距 〜圓孔直徑 A、B、C、D 〜光偵測二極體 G ，·〇 Ea、Eb、Ec、Ed Ca、ch、Cc、cd AC, 、△( V，Vh、Vc、vd K . Vy K Ampa、Amph、Ampc、Ampd、AmpQ mo、ma、mfT mc、md 〜間隙 〜參考電流訊號 〜光彳貞測"一極體A、B、C、D所個別輸出之電流訊號 〜光偵測二極體A、B、C、D所個別接收之入射光之能量 〜光偵測二極體A、B、C、D個別之光電轉換效率 〜光偵測二極體A、B、C、D個別之光電轉換效率的偏差 值 〜電壓訊號 〜電壓訊號 〜電壓訊號 〜參考電壓訊號 〜放大器 〜放大器之放大倍率 32 1247916 Σ: 、 Σ,、 Σ+ 丄、丄 + 、 ·： ·少 〜加法器 〜除法器 33

Claims (1)

1247916 十、申請專利範圍： 1· -種線性定量光槓桿檢測之裝£，其係由下列元件所構成·· 一均勻平彳了光源產生裝置，係可產生及輸出—適當大小之均句且平行之 理想光源，並可將該理想光源垂直入射於該分光鏡； 一分光鏡，係魏該均自平行光源產生裝置所輸出之均自且平行之理想 光源，經分光之作用後，輸出—均句且平行之理想光源及—參考光源； 另外，亦接收該定量光反射_臂探針所輸出之定量之繞射光源，經 分光之侧後，輸出—定量之繞射絲ϋ滅光源； 一定量光反射㈣臂探針，係具有_定量光反射之裝置，係接收該分光 鏡所輸出之理想光源，較量光反射之作驗，輸出—定量之繞射光 源； 準直定位參考裝置，係接收該分光鏡之參考光源，除了提供光準直之 力用外’亦可對參考光源做一光電轉換後，輸出一參考電流心； =立葉成像裝ϊ，係接收該分光鏡所輸出之定量之繞射光源，經傅立 ^光學、背景光去除、逆傅立葉光學及放域像之作用後，輸出一強 度分佈為均勻平行光源； 功影像檢出裝置，财提供雜制、絲直、觀景等魏之檢測 =，係該傅立葉成像裝置所輸出之均勻平行光源及參考電流，根 姐之功能，可對該均勻平行光源之位移量做線性檢測，以達 ^ "亥疋^光反射微懸臂探針之探針位移量做線性量測之目的，或可對 該均勻平行光源之位置做檢測，以達光準直之目的，錢供一觀景之 ^用^達由外界觀察定量光反射㈣臂探取及試料表面之目的； 雕置’係可微調均奸行之理想光麟於該定量光反射微懸 木針之人射角度，達到讓該均勾平行之理想光源以垂直之角度，入 射於定量光反射微㈣探針之定量統射之裝置上； 攝像裝置’係為-影像攝取之器具，可配合該多功影像檢綠置所設 34 1247916 定之功能，以達光準直以及由外界觀景之目的； 一为景光濾除裝置，係裝置有一光學濾片，可針對 背景光源做-長之外的 -内箱基架’係為-ϋ定連接之裝置，可裝置固定該均 裝置、該分光鏡、該傅立葉成像裝置、該多功影像檢出 定位參考裝置以及該攝像裝置；以及 、〜準直 一外箱基架’係為-固定連接之裝置，可裝置固定該内箱歡加 懸臂探針以及該角度微調裝置者； 土木、孩楗 藉由上述元件所構成之本發明之線性定量光槓桿檢測之裝置，其係 -光強度分佈均勻平行之光誠及—可定量光反射微料探針之裝 置’以產生-定量之量測光源’可克服元件加卫誤差、组裝誤差以及 人員操作所造成不一致、非定量的因素；另外，利用一傅立葉成像I 置，可達到將量測光源婦景絲錄，以及將量觀_幾何形= 作放大之目的；另外，再利用-參考光源與一多功影像檢出裝置所提 供之線性量測的功能，可對該量測光源之位移量做線性之檢测，最後 達到對δ亥疋1光反射微懸臂探針之探針位移量做線性量測之目的，以 克服非線性量測之因素。 2·如申請專利範圍第1項所述之線性定量光槓桿檢測之裴置，其中該均勻 平行光源產生裝置，主要是由下列元件所構成·· 一光強度可調變式均勻光源產生裝置，係可透過外部之控制，以輸出一 可調變光強度的均勻且近似平行之光源；以及 一可調變式傅立葉平行光產生裝置，係接收該均勻且近似平行之光源， 且透過外部之控制，可輸出一可調變光照射面積、平行度的均勻且平行 之理想光源。 3.如申請專利範圍第2項所述之線性定量光槓桿檢測之裝置，其中該均勻 平行光源產生裝置，其中該光強度可調變式均勻光源產生裝置主要是由 35 1247916 下列元件所構成： -光強度可輕之光源產生裝置，健生輸出—可調變光強度之雷射 源，該光強度的調變，是可藉由外部的控制，達到改變該雷射光源光 強度之目的； -光發散裝置’係接收該可調變光強度之雷射光源，經任意散射且強^ 焦之作用後，輸出-近似均勻發散之點光源，該光發散裝置 來 透明之圓球； ’、』马一

-圓孔狹縫裝置，為-具有適t餘之·狹縫，係接收該近似均句發 散之點光源，·_級觸小該點統之發絲隨，細 〇 想的均勻發散之點光源；以及 乂 -光學聚紐鏡，係接收該較理想的均勻發散之點絲，經平行光處理 作用後，輸出一均勻且近似平行之光源。 处 《如申請專利範圍第2項所述之線性定量光槓桿檢測之裝置，其中該 平行光源產生裝置，其中該可調變式傅立葉平行光產生裝置 列S件所構成: ^ h 一可調變絲面積之狹縫，係可為—圓孔狹縫、方孔狹縫及條狀狹縫其 中之-者’並藉由外部的控制，可改變狹縫之大小，係接收該均句且

近似平行之絲’經狹縫繞射之侧後，輸出—光軸方向狹縫繞射光 源，及一非光軸方向狹縫繞射光源； 一傅立葉透鏡’係接收該光軸方向狹縫繞射絲以及該非絲方向狹縫 繞射光源，經傅立葉光學作用後，對焦平面輸出一光轴方向繞射疊加 光源與一非光軸方向繞射疊加光源； 一I調變光平行度之狹縫，係可為狹縫、方孔狹縫及條狀狹縫其 中之-者縫，並藉由外部的控制，可改變狹縫之大小，係設置於該傅 立葉透鏡之焦平面上，係接收該光軸方向繞射疊加光源與一非光轴方 向繞射疊加絲’藉由外部的控制，可適當地改變狹縫之大小，達到 36 1247916 一讓光轴方向、、〜射璺加光源通過狹縫，並輸出另―光軸方向繞射疊力口 光源’而雜大部分非光轴方向繞射疊加光源 ;以及 逆傅葉透鏡’係接收该光軸方向繞射疊力口光源，經逆傅立葉光 用後，可輸出-均勻且平行之_光源。 ” 5·如申明專利範圍第i項所述之線性定量光槓桿檢測之裝置，其中該定量 光反身:微A |探針係由一探針、一微懸臂以及一基座所構成，該微懸臂 之-端裝置有探針，為可移動端；而另一端則固定於基座，該微懸臂之 背面處設置有一光反射裝置，而基座之背面處則設置有-光吸收i置， 係接收销勻平行想光源，並經由該微懸臂背面之光反射裝置，反射輸 出一定量之繞射光源。 ’ 6·如申凊專利範圍第1項所述之線性定量光槓桿檢測之裝置，其中該傅立 葉成像裝置主要是由下列元件所構成： #立葉透鏡，具有/3之焦距，係接收該分光鏡所輸出之繞射光源以及 由試料表面所散射之背景光源，經傅立葉光學侧後，對焦平面輸出 -光軸方向歸疊加絲與—非光财向繞射疊加光源； 一Z調變孔徑狹縫，係可由—B1孔狹縫、方孔狹縫及條狀狹縫其中之 一者所構成，並可藉由外部控制而調變其狹縫之大小者，係設置於該 傅立葉透鏡之焦平面上，接收該光軸方向繞射疊加光源與該非光轴方 向繞射疊加光源，透過適當地調整其狹縫之大小，可敎部分的非光 軸方向繞㈣加光源舰、而令該方向繞射疊加光源通過，可達 到率除大部分背景光之目的；以及 逆傅立葉透鏡’具有Λ之焦距，係接收該光軸方向繞射疊加光源，經 逆傅立葉光學侧後，輸出―㈣且平行之理想光源，該均勻且平行 之理想光源是為-具與微懸臂同樣之形狀，且其大小是被放大了¥ 倍。 7.如申請專利範圍第ί項所述之線性定量光槓桿檢測之裝置，其中該準直 37 1247916 定位參考裝置主要是由下列元件所構成： 一=直定位器’係可由-板缝所構成，其上係·有—適當大小之狹 制二準直湖，其面上並塗佈有歧收之材料。該狹縫係可為一圓 ^狹縫、，孔，縫及，狀狹縫其中之一者；該準直刻劃係可為一十字 、’、▲，並將該十字線之交點與該狹縫之中心點對齊，該準直定位器係接 收該分光鏡所輸出之參考光源’透過該狹縫輸出另一參考光；°°以及 一光偵測二極體，該光偵測二極體係接 一^ 後輸出一參考電流,。。 亥另參考先源，經光電轉換 8.如申請專利範圍第丨項所述之線性定量光槓桿檢 影像檢出褒置主要是由下列元件所構成： ^ 〃中”亥夕功⑩ 係:1固定於該内箱基架之基座，其上裝置有-取像孔裝 4鮮W ^ 51孔或方孔’且_定裝置可連接該滑動裝置； 1=_細目_之_，其上裝置有一 、岛1〜 '心1予準直裝置以及—線性光槓桿位置檢測裝置，係透 =裝ΐ距=光^^=械機制，w之滑動距離，可滑動該觀景 置之取像孔裝置的中心點後，鎖錢上述三 可為，之®孔及方孔其中之—者，靡來直接 一銳測微财探取及觸之表面狀況； 一 系由—透空孔與一散光片所構成，該透空孔係可為- ，、點Ml佥=之—者’該散光片係裝置於該透空孔内，於散光片中 立m =罢準直刻劃’該準直刻劃係可為一十字線；係接收該傅 片L透過與句且平行之理想光源，並使其成像於該散光 J衷置，係由一線性四象限位置檢測裝置與一二軸 38 1247916 後，可輸ί 触之參考電如號,°，罐性之運算 9如tZ! 該均勻且平行之理縣源位移量 财8項所述之線蚊量光槓桿_之裝置，其中該多功 係接收該傅立葉成像裝置所輪出之均勻且平行之理 移量之電壓訊號 影像f出裝置’其線細練位置檢職置，勃下列元件所構成： 四象限位置檢測器，係由個 *,_^rc：；cc； °：；z： ，細細個光偵測二 :體可各自接收人射光之能量以、料，經光電轉換後，四個光伯 一線性訊號運算器，係由下列元件所組成·· 大器 AmPa、Ampb、Amp、AmpH、Amp , y v ° C A P°、兩個加法器Σ:、&及兩個除法 器·‘’、、所組成，其中： 四組放大器柳α、~、柳~“係個別接收四個光_二極體A、B、 C、D所輸出之電流訊號v V n，並可針對該四個光偵測二極體a、 B、C、D之光電轉換效率Ca、c；、Q 的差異性，做等效放大之調整， 亦即對心心Q、G做不同倍率、〜之放大，以取得 CX 一〇〃之關係，最後個別輸出一電壓訊號 K、K、K、Vd，，?Va=CamaEa、V^C^Eh、Vc=CcmcEc、Vd=CdmdEd ·， 一組放大器如^。’係接收該準直定位參考裝置所輸出之參考電流訊號 ;。，並以適當倍率w。放大後，輸出一參考電壓訊號G ; 兩加法器\、\，係接收電壓訊號^、心6，做匕=(6 + 〇-(^； + 〇、 及6=(Κα+α·π+0之運算後，輸出電壓訊號G、匕；以及 兩除法器^、、，係個別接收該電壓訊號F；、&、及該參考電壓訊號匕， 並做ΔΚ-d 之運算後，輸出電壓訊號ΔΚ、ΔΚν。 39 1247916 A 、-中該-軸微動平台’係-可作平面移動之雙 固定於該滑域置、並連制定該線性四 移平 ^外部之控制，達到微量移動該線性四象限位置置，可 項所述之線性咖繼測 12 減光源，係可於輸出後彻料之裝置將知收、、肖ϋ 葉成項所述之線刪光槓桿檢測之裝置，其中ίΐ立 =成像裝置所輸出之均勻之平行光源，係具有_形狀與大小之 Α如申請專利範圍第i項所述之線性定量光槓桿檢測 像裝置係可為一 CCD攝像機、一家用攝 相觀中，-攝 微鏡之其中一者。 数位相機及一光學顯 14.如申請專利範圍第丨項所述之線性定量光横桿檢 微調裝置係具有兩軸角度微調之功能者。 裝置’其中該角度 I5·如申請專利範圍第！項所述之線性定量 微調裝置系可連接固定於該内箱基架及該^反=，其中該角度 之一者。 里先反射彳政懸臂探針其中 π.如申請細_丨彻狀線性定量_ 平行光源產生裝置，所產生之均勾且平行之理 裝，其令_勻 可大於微懸臂探針之微懸臂面積及微懸臂探針之最=定位射面積係