高速大面积测微仪及其方法转让专利
申请号 : CN200880021185.7
文献号 : CN101688768A
文献日 : 2010-03-31
发明人 : 赵龙在 , 诸葛园 , 赵贤模
申请人 : 韩国标准科学研究院
摘要 :
本发明涉及高速大面积测微仪及其方法，更具体地说，涉及通过聚焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性然后通过测微部精密地测量出现了奇点(singular point)的位置的高速大面积测微仪及其方法。
权利要求 :
1、一种高速大面积测微仪，所述高速大面积测微仪包括：聚焦光束椭圆偏光部，该聚焦光束椭圆偏光部用于通过将偏振光聚 焦到样本上并检测从所述样本反射的光来高速测量所述样本的光学属 性；以及测微部，所述测微部用于在原子量级下再次测量出现了所述样本的 所述光学属性的奇点的位置。
2、根据权利要求1所述的高速大面积测微仪，其中，所述聚焦光束 椭圆偏光部包括：光束分离部，所述光束分离部用于将光源中生成的光分离成所述偏 振光；
聚焦部，该聚焦部用于将所述光束分离部分离出的光聚焦到所述样 本上；以及光检测部，该光检测部用于检测从所述样本反射之后穿过所述聚焦 部和所述光束分离部的光。
3、根据权利要求2所述的高速大面积测微仪，其中，所述聚焦部包 括透镜系统，所述透镜系统用于将所述光束分离部分离出的光聚焦到所 述样本上。
4、根据权利要求2所述的高速大面积测微仪，其中，所述聚焦部包 括圆柱光学系统，所述圆柱光学系统用于将所述光束分离部分离出的光 线性地聚焦到所述样本上。
5、根据权利要求4所述的高速大面积测微仪，其中，所述圆柱光学 系统包括半圆柱透镜、半圆柱反射镜和曲面反射镜中的至少一种。
6、根据权利要求1所述的高速大面积测微仪，其中，所述测微部包 括扫描探针显微镜。
7、根据权利要求6所述的高速大面积测微仪，其中，所述扫描探针 显微镜测量所述样本的纳米图案的不规则度或者所述样本中包含的缺陷 的位置。
8、一种高速大面积微小测量方法，该高速大面积微小测量方法包括 以下步骤：高速测量步骤，通过将偏振光聚焦到样本上并检测从所述样本反射 的光，来高速测量所述样本的光学属性；
移除步骤，移除光源；以及
原子量级测量步骤，利用扫描探针显微镜，在原子量级下再次测量 出现所述样本的所述光学属性的奇点的位置。
9、根据权利要求8所述的高速大面积微小测量方法，其中，所述方 法还包括以下步骤：将出现了所述奇点的位置存储在计算机中。
10、根据权利要求8所述的高速大面积微小测量方法，其中，所述 原子量级测量步骤包括以下步骤：利用水平移动的XY平移器将悬臂移到所述奇点的位置；以及利用所述扫描探针显微镜的XY扫描器和Z扫描器测量所述样本的 所述光学属性。
说明书 :
技术领域
本发明涉及高速大面积测微仪及其方法，更具体地说，涉及通过聚 焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性然后通过测微部精密地测量出现 了奇点(singular point)的位置的高速大面积测微仪及其方法。
背景技术
一般地，在物理、化学和材料领域的研究中，测量材料的光学属性 以及测量薄膜厚度是非常重要的。具体地说，在半导体工业中使用了多 种纳米薄膜制造工艺，并且广泛采用无损非接触实时测量设备的椭偏计 (ellipsometer)作为评价所制造的薄膜的物理属性的测量设备。
目前已知作为测量材料的光学属性和薄膜的厚度的原理的多种方 法。由于随着光源、光检测器和计算机的发展椭偏计的性能得到很大改 善并且利用薄膜和表面的工艺增多，因此椭偏计也有了更多的应用。
而且，扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，此后，称为“SPM”) 是能够以原子量级测量材料表面的仪器并且用于广泛的应用领域。
椭偏计可以分为反射型和透射型，广泛使用的是反射型椭偏计，其 分析从样本表面反射的具有入射角的光的偏振状态。通过测量由样本反 射的光的偏振状态的变化，它可以主要用于提取样本的诸如折射率或消 光系数的光学属性，并且还可以用于提取诸如样本的界面态的属性。
在利用光学系统以点状在样本表面上聚焦的情况下，不能同时测量 多个样本，因为需要一个接一个地测量样本的厚度或者属性，所以需要 花费很多时间。
而且，在利用椭偏计测量样本的光学属性的情况下，因为椭偏计水 平分辨率低，所以难以测量样本的非常微小的光学属性。在这种情况下， 可以利用具有很好的垂直分辨率和水平分辨率的显微镜(例如SPM)测 量样本的微小光学属性，但是因为椭偏计和SPM被构造为独立的仪器， 所以需要花很多时间测量样本的微小光学属性。换句话说，可以利用椭 偏计发现奇点，但是因为在椭偏计的测量之后利用SPM测量时难以知道 奇点的确切位置，所以需要对大的面积再次进行精密测量，并且需要提 供构造为独立的仪器的SPM。因此，需要花费很多时间和工作。
目前已知作为测量材料的光学属性和薄膜的厚度的原理的多种方 法。由于随着光源、光检测器和计算机的发展椭偏计的性能得到很大改 善并且利用薄膜和表面的工艺增多，因此椭偏计也有了更多的应用。
而且，扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，此后，称为“SPM”) 是能够以原子量级测量材料表面的仪器并且用于广泛的应用领域。
椭偏计可以分为反射型和透射型，广泛使用的是反射型椭偏计，其 分析从样本表面反射的具有入射角的光的偏振状态。通过测量由样本反 射的光的偏振状态的变化，它可以主要用于提取样本的诸如折射率或消 光系数的光学属性，并且还可以用于提取诸如样本的界面态的属性。
在利用光学系统以点状在样本表面上聚焦的情况下，不能同时测量 多个样本，因为需要一个接一个地测量样本的厚度或者属性，所以需要 花费很多时间。
而且，在利用椭偏计测量样本的光学属性的情况下，因为椭偏计水 平分辨率低，所以难以测量样本的非常微小的光学属性。在这种情况下， 可以利用具有很好的垂直分辨率和水平分辨率的显微镜(例如SPM)测 量样本的微小光学属性，但是因为椭偏计和SPM被构造为独立的仪器， 所以需要花很多时间测量样本的微小光学属性。换句话说，可以利用椭 偏计发现奇点，但是因为在椭偏计的测量之后利用SPM测量时难以知道 奇点的确切位置，所以需要对大的面积再次进行精密测量，并且需要提 供构造为独立的仪器的SPM。因此，需要花费很多时间和工作。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种高速大面积测微仪及其方法，该测微 仪用于通过聚焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性，然后通过测微部 精密地测量出现了奇点的位置，来快速且精密地测量样本的光学奇点。
本发明的另一个目的是为了高速测量样本的光学属性提供一种利用 凸透镜将光聚焦到样本上的仪器以及一种利用圆柱光学系统将光聚焦到 样本上的仪器。
技术方案
一种高速大面积测微仪，该高速大面积测微仪包括：聚焦光束椭圆 偏光部，其用于通过将偏振光聚焦到样本上并检测从该样本反射的光来 高速测量所述样本的光学属性；以及测微部，其用于在原子量级下再次 测量出现了所述样本的所述光学属性的奇点的位置。
所述聚焦光束椭圆偏光部包括：光束分离部，其用于将光源中生成 的光分离成偏振光；聚焦部，其用于将所述光束分离部分离出的光聚焦 到所述样本上；以及光检测部，其用于检测从所述样本反射之后穿过所 述聚焦部和所述光束分离部的光。
所述聚焦部包括凸透镜，其用于将所述光束分离部分离出的光聚焦 到所述样本上。
所述聚焦部包括圆柱光学系统，其用于将所述光束分离部分离出的 光线性地聚焦到所述样本上。
所述圆柱光学系统包括半圆柱状透镜、半圆柱状反射镜和曲面反射 镜中的至少一种。
所述测微部包括扫描探针显微镜。
所述扫描探针显微镜测量所述样本的纳米图案的不规则度或者所述 样本中包含的杂质的位置。
一种高速大面积的微小测量方法，该高速大面积的微小测量方法包 括以下步骤：高速测量步骤，通过将偏振光聚焦到样本上并检测从该样 本反射的光来高速测量所述样本的光学属性；移除步骤，移除所述光源； 以及原子量级测量步骤，利用扫描探针显微镜，在原子量级下再次测量 出现了所述样本的光学属性的奇点的位置。
所述方法还包括将出现了所述奇点的位置存储在计算机中。
所述原子量级测量步骤包括：利用水平移动的XY平移器将悬臂移 到所述奇点的位置；以及利用所述扫描探针显微镜的XY扫描器和Z扫 描器再测量所述样本的光学属性。
本发明的一个目的是提供一种高速大面积测微仪及其方法，该测微 仪用于通过聚焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性，然后通过测微部 精密地测量出现了奇点的位置，来快速且精密地测量样本的光学奇点。
本发明的另一个目的是为了高速测量样本的光学属性提供一种利用 凸透镜将光聚焦到样本上的仪器以及一种利用圆柱光学系统将光聚焦到 样本上的仪器。
技术方案
一种高速大面积测微仪，该高速大面积测微仪包括：聚焦光束椭圆 偏光部，其用于通过将偏振光聚焦到样本上并检测从该样本反射的光来 高速测量所述样本的光学属性；以及测微部，其用于在原子量级下再次 测量出现了所述样本的所述光学属性的奇点的位置。
所述聚焦光束椭圆偏光部包括：光束分离部，其用于将光源中生成 的光分离成偏振光；聚焦部，其用于将所述光束分离部分离出的光聚焦 到所述样本上；以及光检测部，其用于检测从所述样本反射之后穿过所 述聚焦部和所述光束分离部的光。
所述聚焦部包括凸透镜，其用于将所述光束分离部分离出的光聚焦 到所述样本上。
所述聚焦部包括圆柱光学系统，其用于将所述光束分离部分离出的 光线性地聚焦到所述样本上。
所述圆柱光学系统包括半圆柱状透镜、半圆柱状反射镜和曲面反射 镜中的至少一种。
所述测微部包括扫描探针显微镜。
所述扫描探针显微镜测量所述样本的纳米图案的不规则度或者所述 样本中包含的杂质的位置。
一种高速大面积的微小测量方法，该高速大面积的微小测量方法包 括以下步骤：高速测量步骤，通过将偏振光聚焦到样本上并检测从该样 本反射的光来高速测量所述样本的光学属性；移除步骤，移除所述光源； 以及原子量级测量步骤，利用扫描探针显微镜，在原子量级下再次测量 出现了所述样本的光学属性的奇点的位置。
所述方法还包括将出现了所述奇点的位置存储在计算机中。
所述原子量级测量步骤包括：利用水平移动的XY平移器将悬臂移 到所述奇点的位置；以及利用所述扫描探针显微镜的XY扫描器和Z扫 描器再测量所述样本的光学属性。
附图说明
图1是例示了根据本发明的实施方式的高速大面积测微仪的结构 图；
图2是例示了根据本发明的实施方式的聚焦光束椭圆偏光部的结构 图；
图3是例示了根据本发明的实施方式的圆柱光学系统的结构图；
图4是例示了根据本发明的实施方式的测量样本的不规则度的方法 的图；
图5是例示了根据本发明的实施方式的测量样本上杂质的位置的方 法的图；
图6是例示了根据本发明的实施方式的利用高速大面积测微仪来测 量样本的光学属性的方法的流程图。
主要元件的详细描述
100：聚焦光束椭圆偏光部
110：Z平移器
120：椭偏计
200：测微部
210：Z扫描器
220：悬臂
230：XY扫描器
240：XY平移器
图2是例示了根据本发明的实施方式的聚焦光束椭圆偏光部的结构 图；
图3是例示了根据本发明的实施方式的圆柱光学系统的结构图；
图4是例示了根据本发明的实施方式的测量样本的不规则度的方法 的图；
图5是例示了根据本发明的实施方式的测量样本上杂质的位置的方 法的图；
图6是例示了根据本发明的实施方式的利用高速大面积测微仪来测 量样本的光学属性的方法的流程图。
主要元件的详细描述
100：聚焦光束椭圆偏光部
110：Z平移器
120：椭偏计
200：测微部
210：Z扫描器
220：悬臂
230：XY扫描器
240：XY平移器
具体实施方式
这里使用的所有科技术语都具有本发明所属领域的普通技术人员所 共同理解的相同含义。
然而，有几个术语可能未被普遍理解，这里提供这些术语的一般定 义。但目的并不是通过这些定义中的缺点限制本发明，而是希望提供这 些定义作为指导来帮助不熟悉这些术语的人员。
此后，将参照附图来详细地描述本发明的优选实施方式。
图1是例示了根据本发明的实施方式的高速大面积测微仪的结构 图。参照图1，高速大面积测微仪包括聚焦光束椭圆偏光部100和测微部 200。
聚焦光束椭圆偏光部100包括Z平移器110和椭偏计120，而测微 部200包括Z扫描器210、悬臂220、XY扫描器230和XY平移器240。 Z平移器110上下移动椭偏计120，使得从椭偏计120输出的光能够聚焦 到样本300上。
Z平移器110可以制成各种形状和结构以执行上述功能，并且Z平 移器110的形状和结构不约束本发明。
椭偏计120通过使偏振光入射到样本然后测量从样本300反射的光 来测量样本的属性。稍后将参照图2和3来描述椭偏计120。
聚焦光束椭圆偏光部100快速且大范围地测量样本300的光学属性。 此时，可以使用XY平移器240。例如，聚焦光束椭圆偏光部100具有 0.1nm的垂直分辨率、1μm的水平分辨率和400mm/s的移动速度。
此后，当根据测得的光学属性发现奇点时，测微部200对该奇点周 围进行更精密地测量。测微部200可以由SPM组成。在采用SPM的情 况下，测微部200具有0.05nm的垂直分辨率、0.15nm的水平分辨率、大 约30,000步/秒的测量时间和5μm×5μm的测量面积。
当聚焦光束椭圆偏光部100的测量完成时，关闭光源并利用XY平 移器240将悬臂220移到奇点附近。然后，Z扫描器210和/或XY扫描 器230对奇点附近进行精密地测量。
因此，与仅利用SPM进行测量相比，能够更快速地对奇点附近进行 精密地测量。Z扫描器210和XY扫描器230的位置和结构不约束本发明。
能够用于本发明的SPM的示例可以包括扫描隧道显微镜(STM： Scanning Tunneling Microscope)、原子力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)、力调制显微镜(FMM：Force Modulation Microscope)、相位 检测显微镜(PDM：Phase Detection Microscope)、磁力显微镜(MFM： Magnetic Force Microscope)、静电力显微镜(EFM：Electrostatic Force Microscope)和扫描电容显微镜(SCM：Scanning Capacitance Microscope)。 SPM的原理是本领域的技术人员所公知的，因此这里不详细描述。相应 SPM的概念如下所述。
STM利用量子隧道测量样本的属性，其中，当悬臂靠近样本导电表 面且间隙为一个或两个原子时，在该间隙两端施加合适的电压使得电子 穿过能量壁，由此形成电流。
AFM利用这样的现象测量样本的属性，即，当将称为悬臂的探针靠 近样本导电表面且间隙为一个或两个原子时，吸引力和排斥力在悬臂端 部的原子和样本表面上的原子之间根据它们之间的距离而起作用。
FMM利用这样的现象测量样本的属性，即，当悬臂以在悬臂与样本 接触的范围内的固定幅度振动时，通过与样本的接触，悬臂的幅度和相 位发生改变。
MFM利用涂敷有磁性物质的悬臂测量样本的磁属性。
EFM利用通过在悬臂和样本之间施加交流(AC)电压和直流(DC) 电压产生的静电力测量样本的电属性。
SCM通过将电容传感器连接到悬臂并测量悬臂和样本之间的电容 来测量样本的属性。
测微部200包括前述SPM中的一种并且可以包括在以后开发的其它 类型的SPM。
图2是例示了根据本发明的实施方式的聚焦光束椭圆偏光部的结构 图。参照图2，椭偏计包括光源部121、偏振生成部122、光束分离部123、 光圈挡板(aperture plate)124、聚焦部125、偏振检测部126、光检测部 127和中央处理单元128。
偏振生成部122使从光源部121发射的准直光进入特定偏振状态。 光束分离部121使穿过偏振生成部122的一些光分离。分离出的光穿过 置于光束分离部123下方的聚焦部125。聚焦部125使分离出的光折射， 并且将分离出的光线性地聚焦到样本300上。
可选地，由光束分离部123分离的光在穿过聚焦部125之前可以穿 过光圈挡板124。光圈挡板124阻挡周围的光并允许中心的光到达聚焦部 125。稍后来描述光圈挡板124和聚焦部125的结构。
从样本300反射的光在穿过聚焦部125和光束分离部123之后，穿 过偏振检测部126以过滤特定偏振状态。然后，将穿过偏振检测部126 的光输入到光检测部127，并且光检测部127测量输入光的强度。光检测 部127由像素构成，并且由像素获得的信息被传送到中央处理单元128 并存储为数字信号。
图3是例示了根据本发明的实施方式的圆柱光学系统的结构图。如 图2所示，聚焦部125可以由凸透镜组成。在这种情况下，从光束分离 部123输出的光通过聚焦部125被聚焦到样本300。
而且，如图3所示，聚焦部125可以由圆柱光学系统组成。参照图 3，左侧为聚焦部125的立体图，而右侧为聚焦部125沿X轴观看的正视 图。由光束分离部123分离出的光穿过光圈挡板124。
光圈挡板124具有在中心形成有矩形孔的矩形形状，而由光束分离 部123分离出的一些光通过矩形孔传送到聚焦部125，其余的光被光圈挡 板124阻挡。如前所述，光圈挡板124是可选的，并且由光束分离部123 分离出的光可以不经过光圈挡板124直接传送到聚焦部125。在光圈挡板 124中心处的矩形孔只是示例性的，并且本发明的光圈挡板124可以具有 各种形状的孔。
如图3所示，聚焦部125可以由半圆柱状透镜构成，并且该半圆柱 状透镜具有为具有半圆形剖面的弯曲表面的光圈挡板侧表面和为矩形平 面的样本侧表面。因此，传送到半圆柱状透镜的光在穿过半圆柱状透镜 的同时被折射，然后被线性地会聚入样本300。穿过半圆柱状透镜的光以 与入射角Ф相同的反射角Ф从样本300反射，然后在穿过半圆柱状透镜 的同时被折射并传送到光圈挡板124。
上述聚焦部125的结构是示例性的，并且可以采用任何聚焦部125， 只要它将光线性聚焦到样本300上。
图4和图5分别是例示了根据本发明的实施方式的测量样本的不规 则度和测量样本上杂质的位置的方法的图。参照4，首先，聚焦光束椭圆 偏光部高速扫描样本。如果在样本的表面上发现奇点，存储该奇点的位 置信息(图4中坐标(x1，y1))。接着，测微部对该奇点周围进行精密地测 量。尽管在图4中利用AFM测量了样本的不规则度，但是也可以利用另 一种SPM测量样本的不规则度。
参照5，首先，聚焦光束椭圆偏光部高速扫描样本。如果在样本的 表面上发现包含杂质的奇点，则存储该奇点的位置信息(图5中坐标(x1， y1))。接着，测微部对该奇点周围进行精密地测量。尽管在图5中利用 SCM测量了样本中包含的杂质的位置，但是也可以利用其它类型的SPM 测量样本中包含的杂质的位置。
图6是例示了根据本发明的实施方式的利用高速大面积测微仪来测 量样本的光学属性的方法的流程图。下面，将参照图1的部件来描述本 发明的方法的流程。
首先，利用Z平移器110在样本300上形成聚焦(S601)。可以以点 状或线状形成聚焦。接着，利用椭偏计120和XY平移器240高速测量 样本300的光学属性(S602)。
如果从测量结果中没有发现奇点(S603为否)，则利用椭偏计120 和XY平移器240对样本的另一部分或另一样本进行测量。
如果从测量结果中发现了奇点(S603为是)，则将发现了奇点的位 置的信息存储在计算机中(S604)。接着，利用光闸(shutter)阻挡光源 (S605)，并利用XY平移器240将悬臂220移到奇点附近(S606)。然 后，利用XY扫描器230和/或Z扫描器210对该奇点周围进行测量 (S607)。
本领域的技术人员可以理解的是，很容易将前述描述中公开的概念 和具体实施方式用作修改或者设计用于执行本发明的相同目的的其他实 施方式的基础。本领域的技术人员还可以理解的是，这种等同的实施方 式并没有脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
工业适用性
根据本发明，可以通过聚焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性， 然后通过测微部对表示奇点的位置进行精密地测量，来快速且精密地测 量样本的光学奇点。
而且，为了高速测量样本的光学属性，可以通过提供一种利用凸透 镜将光聚焦到样本上的仪器以及一种利用圆柱光学系统将光聚焦到样本 上的仪器，来快速且精密地测量多个样本的光学属性。
然而，有几个术语可能未被普遍理解，这里提供这些术语的一般定 义。但目的并不是通过这些定义中的缺点限制本发明，而是希望提供这 些定义作为指导来帮助不熟悉这些术语的人员。
此后，将参照附图来详细地描述本发明的优选实施方式。
图1是例示了根据本发明的实施方式的高速大面积测微仪的结构 图。参照图1，高速大面积测微仪包括聚焦光束椭圆偏光部100和测微部 200。
聚焦光束椭圆偏光部100包括Z平移器110和椭偏计120，而测微 部200包括Z扫描器210、悬臂220、XY扫描器230和XY平移器240。 Z平移器110上下移动椭偏计120，使得从椭偏计120输出的光能够聚焦 到样本300上。
Z平移器110可以制成各种形状和结构以执行上述功能，并且Z平 移器110的形状和结构不约束本发明。
椭偏计120通过使偏振光入射到样本然后测量从样本300反射的光 来测量样本的属性。稍后将参照图2和3来描述椭偏计120。
聚焦光束椭圆偏光部100快速且大范围地测量样本300的光学属性。 此时，可以使用XY平移器240。例如，聚焦光束椭圆偏光部100具有 0.1nm的垂直分辨率、1μm的水平分辨率和400mm/s的移动速度。
此后，当根据测得的光学属性发现奇点时，测微部200对该奇点周 围进行更精密地测量。测微部200可以由SPM组成。在采用SPM的情 况下，测微部200具有0.05nm的垂直分辨率、0.15nm的水平分辨率、大 约30,000步/秒的测量时间和5μm×5μm的测量面积。
当聚焦光束椭圆偏光部100的测量完成时，关闭光源并利用XY平 移器240将悬臂220移到奇点附近。然后，Z扫描器210和/或XY扫描 器230对奇点附近进行精密地测量。
因此，与仅利用SPM进行测量相比，能够更快速地对奇点附近进行 精密地测量。Z扫描器210和XY扫描器230的位置和结构不约束本发明。
能够用于本发明的SPM的示例可以包括扫描隧道显微镜(STM： Scanning Tunneling Microscope)、原子力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)、力调制显微镜(FMM：Force Modulation Microscope)、相位 检测显微镜(PDM：Phase Detection Microscope)、磁力显微镜(MFM： Magnetic Force Microscope)、静电力显微镜(EFM：Electrostatic Force Microscope)和扫描电容显微镜(SCM：Scanning Capacitance Microscope)。 SPM的原理是本领域的技术人员所公知的，因此这里不详细描述。相应 SPM的概念如下所述。
STM利用量子隧道测量样本的属性，其中，当悬臂靠近样本导电表 面且间隙为一个或两个原子时，在该间隙两端施加合适的电压使得电子 穿过能量壁，由此形成电流。
AFM利用这样的现象测量样本的属性，即，当将称为悬臂的探针靠 近样本导电表面且间隙为一个或两个原子时，吸引力和排斥力在悬臂端 部的原子和样本表面上的原子之间根据它们之间的距离而起作用。
FMM利用这样的现象测量样本的属性，即，当悬臂以在悬臂与样本 接触的范围内的固定幅度振动时，通过与样本的接触，悬臂的幅度和相 位发生改变。
MFM利用涂敷有磁性物质的悬臂测量样本的磁属性。
EFM利用通过在悬臂和样本之间施加交流(AC)电压和直流(DC) 电压产生的静电力测量样本的电属性。
SCM通过将电容传感器连接到悬臂并测量悬臂和样本之间的电容 来测量样本的属性。
测微部200包括前述SPM中的一种并且可以包括在以后开发的其它 类型的SPM。
图2是例示了根据本发明的实施方式的聚焦光束椭圆偏光部的结构 图。参照图2，椭偏计包括光源部121、偏振生成部122、光束分离部123、 光圈挡板(aperture plate)124、聚焦部125、偏振检测部126、光检测部 127和中央处理单元128。
偏振生成部122使从光源部121发射的准直光进入特定偏振状态。 光束分离部121使穿过偏振生成部122的一些光分离。分离出的光穿过 置于光束分离部123下方的聚焦部125。聚焦部125使分离出的光折射， 并且将分离出的光线性地聚焦到样本300上。
可选地，由光束分离部123分离的光在穿过聚焦部125之前可以穿 过光圈挡板124。光圈挡板124阻挡周围的光并允许中心的光到达聚焦部 125。稍后来描述光圈挡板124和聚焦部125的结构。
从样本300反射的光在穿过聚焦部125和光束分离部123之后，穿 过偏振检测部126以过滤特定偏振状态。然后，将穿过偏振检测部126 的光输入到光检测部127，并且光检测部127测量输入光的强度。光检测 部127由像素构成，并且由像素获得的信息被传送到中央处理单元128 并存储为数字信号。
图3是例示了根据本发明的实施方式的圆柱光学系统的结构图。如 图2所示，聚焦部125可以由凸透镜组成。在这种情况下，从光束分离 部123输出的光通过聚焦部125被聚焦到样本300。
而且，如图3所示，聚焦部125可以由圆柱光学系统组成。参照图 3，左侧为聚焦部125的立体图，而右侧为聚焦部125沿X轴观看的正视 图。由光束分离部123分离出的光穿过光圈挡板124。
光圈挡板124具有在中心形成有矩形孔的矩形形状，而由光束分离 部123分离出的一些光通过矩形孔传送到聚焦部125，其余的光被光圈挡 板124阻挡。如前所述，光圈挡板124是可选的，并且由光束分离部123 分离出的光可以不经过光圈挡板124直接传送到聚焦部125。在光圈挡板 124中心处的矩形孔只是示例性的，并且本发明的光圈挡板124可以具有 各种形状的孔。
如图3所示，聚焦部125可以由半圆柱状透镜构成，并且该半圆柱 状透镜具有为具有半圆形剖面的弯曲表面的光圈挡板侧表面和为矩形平 面的样本侧表面。因此，传送到半圆柱状透镜的光在穿过半圆柱状透镜 的同时被折射，然后被线性地会聚入样本300。穿过半圆柱状透镜的光以 与入射角Ф相同的反射角Ф从样本300反射，然后在穿过半圆柱状透镜 的同时被折射并传送到光圈挡板124。
上述聚焦部125的结构是示例性的，并且可以采用任何聚焦部125， 只要它将光线性聚焦到样本300上。
图4和图5分别是例示了根据本发明的实施方式的测量样本的不规 则度和测量样本上杂质的位置的方法的图。参照4，首先，聚焦光束椭圆 偏光部高速扫描样本。如果在样本的表面上发现奇点，存储该奇点的位 置信息(图4中坐标(x1，y1))。接着，测微部对该奇点周围进行精密地测 量。尽管在图4中利用AFM测量了样本的不规则度，但是也可以利用另 一种SPM测量样本的不规则度。
参照5，首先，聚焦光束椭圆偏光部高速扫描样本。如果在样本的 表面上发现包含杂质的奇点，则存储该奇点的位置信息(图5中坐标(x1， y1))。接着，测微部对该奇点周围进行精密地测量。尽管在图5中利用 SCM测量了样本中包含的杂质的位置，但是也可以利用其它类型的SPM 测量样本中包含的杂质的位置。
图6是例示了根据本发明的实施方式的利用高速大面积测微仪来测 量样本的光学属性的方法的流程图。下面，将参照图1的部件来描述本 发明的方法的流程。
首先，利用Z平移器110在样本300上形成聚焦(S601)。可以以点 状或线状形成聚焦。接着，利用椭偏计120和XY平移器240高速测量 样本300的光学属性(S602)。
如果从测量结果中没有发现奇点(S603为否)，则利用椭偏计120 和XY平移器240对样本的另一部分或另一样本进行测量。
如果从测量结果中发现了奇点(S603为是)，则将发现了奇点的位 置的信息存储在计算机中(S604)。接着，利用光闸(shutter)阻挡光源 (S605)，并利用XY平移器240将悬臂220移到奇点附近(S606)。然 后，利用XY扫描器230和/或Z扫描器210对该奇点周围进行测量 (S607)。
本领域的技术人员可以理解的是，很容易将前述描述中公开的概念 和具体实施方式用作修改或者设计用于执行本发明的相同目的的其他实 施方式的基础。本领域的技术人员还可以理解的是，这种等同的实施方 式并没有脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
工业适用性
根据本发明，可以通过聚焦光束椭圆偏光部高速测量样本的属性， 然后通过测微部对表示奇点的位置进行精密地测量，来快速且精密地测 量样本的光学奇点。
而且，为了高速测量样本的光学属性，可以通过提供一种利用凸透 镜将光聚焦到样本上的仪器以及一种利用圆柱光学系统将光聚焦到样本 上的仪器，来快速且精密地测量多个样本的光学属性。