CN109270070B - 成像设备和成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种成像装置和成像方法。该成像装置包括：照明光源，用于输出照明光；照明光学系统，用于将照明光朝向样品透射；成像光学系统，用于透射从样品反射的光；工作台，用于沿预定传送方向移动样品；以及拍摄单元，用于接收反射光。成像设备可以包括位于样品的共轭焦平面处的一个或多个衍射光栅。拍摄单元的操作可以与工作台对样品的移动同步，以根据时间延迟集成方法获得图像。

Description

成像设备和成像方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月18日提交给日本知识产权局的日本专利申请No.2017-138724以及2017年10月18日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2017-0135454的优先权，这些申请的公开内容通过引用全部合并于此。

技术领域

示例实施例涉及一种成像设备和成像方法。

背景技术

随着半导体器件变得更小，要由光学半导体检查设备检查的缺陷尺寸可以变得更小。随着缺陷尺寸变得更小，检查缺陷变得更加困难。在光学半导体检查设备中，改善光学分辨率可以是有效的。

通常，可以通过减小要使用的光的波长和增加物镜的NA(数值孔径)来改善光学分辨率。关于波长的减小，传统的光学半导体检查设备可以使用在约260nm的深紫外(deepUV)范围内的光。在一些情况下，可以使用覆盖约400nm的UV范围的宽波段。

关于光学系统，在宽波段中可能难以确保足够的透射系数。关于光源，可能难以确保具有深UV处的宽波段的光源具备足够亮度。关于NA，可以使用高NA、孔径接近0.9的物镜。为了保持高分辨率，可能需要将像差抑制到极限，但是在宽波长范围内抑制像差可能是非常困难的。由于上述原因，在高NA物镜的情况下使用短波长的光达到了其极限，很难期望分辨率的显著提高。

作为高分辨率的方法，存在结构照明显微镜(SIM)(例如，日本专利公开No.2006-268004)。在该方法中，可以使用当具有周期性条纹的光照射在样品上时发生的莫尔干涉效应。通过莫尔干涉效应，样品图案的高频分量可以转换至照明图案的低频侧。在这种技术中，光学系统中无法解析出的超过截止频率的频率范围转换为截止频率以下，从而能够解析出频率范围。根据由具有不同相位的条纹形状照射的多个拍摄图像，在频率空间中莫尔干涉分量被分离并重新排列以再生图像。与不同方向的条纹形状类似，改善了多个方向上的分辨率。日本专利公开No.2006-268004通过引用全部合并于此。

例如，传统方法可以包括以下操作。(1)衍射光栅位于照明光学系统的样品的共轭焦平面上，并且具有周期性条纹形状的照明光照射在样品上。(2)获得利用了不同方向和不同相位的照明的图像。(3)通过图像处理获得图像。(4)通过图像处理合成不同方向/相位的图像。

在该方法中，在不同条件下从同一物体获得图像，并且通过图像处理来执行图像再生/合成，因此图像再生花费更长时间。因此，当在半导体检查设备中使用该方法时，会增加检查时间。

发明内容

示例实施例提供了能够缩短成像时间并改善光学分辨率的成像设备和成像方法。

根据示例实施例，一种成像设备包括：照明光源，其用于输出照明光；第一衍射光栅，其位于照明光学系统的样品的共轭焦平面处并且将照明光朝向样品透射；第二衍射光栅，其位于成像光学系统的样品的共轭焦平面处，并且透射从照射光入射至其上的样品反射的光；工作台，其用于在预定传送方向上移动样品；以及拍摄单元，其用于接收通过第二衍射光栅从样品反射的光，并且与取决于工作台的样品移动同步，以利用时间延迟集成方法进行拍摄。

在示例实施例中，第一衍射光栅和第二衍射光栅可以在光学上彼此相同。

在示例实施例中，第一衍射光栅和第二衍射光栅可以包括在传送方向上排列的不同类型的光栅图案。

在示例实施例中，第一衍射光栅和第二衍射光栅可以包括相对于传送方向倾斜的光栅图案。

在示例实施例中，第一衍射光栅和第二衍射光栅可以包括光栅图案，该光栅图案具有与照明光学系统和成像光学系统的数值孔径和照明光的波长所确定的分辨率极限相对应的周期。

在示例实施例中，第二衍射光栅和拍摄单元可以彼此相邻地安装。

根据示例实施例，一种成像设备包括：照明光源，其输出照明光；衍射光栅，其位于成像光学系统内的共轭焦平面处，并且将照明光朝向所述样品透射，并透射从照明光入射于其上的所述样品反射的光；工作台，其在预定的传送方向上移动所述样品；以及拍摄单元，其用于通过衍射光栅接收从样品反射的光，并且与取决于工作台的样品移动同步，以利用时间延迟集成方法进行拍摄。

根据示例实施例，在成像方法中，使用了以下装置：照明光源，其用于输出照明光；第一衍射光栅，其位于照明光学系统的样品的共轭焦平面处并且将照明光朝向样品透射；第二衍射光栅，其位于成像光学系统的样品的共轭焦平面处并且透射从照射光入射在其上的样品反射的光；以及工作台，其用于在预定传送方向上移动样品。通过第二衍射光栅来接收来自样品的反射光，并且通过拍摄单元利用时间延迟集成方法来与取决于工作台的样品移动同步地进行拍摄。

根据示例实施例，在成像方法中，使用了以下装置：照射光源，其输出照明光；衍射光栅，其位于成像光学系统的样品的共轭焦平面处，并且将该照明光朝向样品透射以及透射从照明光入射至其上的样品反射的光；以及工作台，其使样品沿预定传送方向移动。通过衍射光栅来接收来自样品的反射光，并且通过拍摄单元利用时间延迟集成方法来与取决于工作台的样品移动同步地进行拍摄。

根据示例实施例，可以减少成像时间并且可以改善光学分辨率。

附图说明

结合附图和以下详细描述，将更清楚地理解示例实施例。图1至图10表示如本文所述的非限制性示例实施例。

图1是示出根据第一示例实施例的成像装置的示意图。

图2是示出图1的成像装置1的操作的示例的示图。

图3是示出图1的成像装置1的操作的示例的示图。

图4是示出图1的衍射光栅12的配置的示例的示图。

图5是示出图1的成像装置1的操作的示例的示图。

图6是示出图1的成像装置1的操作的示例的示图。

图7是示出图1的成像装置1的操作的示例的示图。

图8是示出根据第二示例实施例的成像装置的示意图。

图9是示出根据第三示例实施例的成像装置的示意图。

图10是示出示例实施例的变型示例的示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明示例实施例。

<第一示例实施例>

图1是示出从侧面观察时的根据第一示例实施例的成像装置1的示意图。图1所示的成像装置1可用于捕获样品50(例如晶圆)的图像。例如，成像装置1可以形成光学半导体检查设备。

图1所示的成像装置1可以包括照明光源10、中继透镜11、衍射光栅12、中继透镜13、分束器14、物镜15、中继透镜16、衍射光栅17、中继透镜18、TDI(时间延迟集成)拍摄单元19(例如TDI相机)以及工作台30。在图1所示的成像装置1中，照明光源10、中继透镜11、衍射光栅12和中继透镜13可以构成照明光学系统。照明光学系统可以通过分束器14和物镜15将从照明光源10输出的照明光41照射到样品50上。分束器14、中继透镜16、衍射光栅17、中继透镜18和TDI拍摄单元19可以构成成像光学系统。成像光学系统可以将从样品50反射并且经物镜15会聚的光42透射和聚焦到TDI拍摄单元19的拍摄表面191。衍射光栅12可以在照明光学系统中位于样品50的共轭焦平面处。衍射光栅17可以在成像光学系统中位于样品50的另一个共轭焦平面处。各个共轭焦平面可以是这样的成像共轭焦平面，其是一组成像共轭焦平面中的一部分，该组成像共轭焦平面包括衍射光栅12和17所在的共轭焦平面、样品50所在的物平面以及TDI拍摄单元19的相机图像平面(也称为相机焦平面)(例如，可以与拍摄单元19的图像传感器的表面相对应的拍摄表面191)。衍射光栅12和17中的每一个可以定位为与其所处的相应的共轭焦平面共面。在拍摄期间，工作台30可以使样品50安装在其上表面上并且可以在扫描方向上以预定速度移动。衍射光栅12和衍射光栅17可以是透射型衍射光栅(该光栅形成有允许光透过该光栅的开口)，并且可以在结构上相同或至少在光学上相同。例如，衍射光栅12和衍射光栅17可以由具有相同图案或几何相似图案的光栅形成。例如，衍射光栅12和衍射光栅17的相应的光阻挡元件可以具有相同的几何形状、相同的对准、相同的宽度并以相同的间距间隔开。当在衍射光栅12和17中实现不同的光栅图案(例如，如在本文关于图4所讨论的光栅图案12-1至12-n)时，衍射光栅12中的每个光栅图案的光阻挡元件的光栅类型和定向可对应于衍射光栅17中的每个光栅图案的光阻挡元件的光栅类型和定向。例如，衍射光栅12和17的相应的光栅图案(具有相同的光栅图案或光学等效的光栅图案-例如，光阻挡元件的宽度、间隔、定向等相同或在光学上等效)位于衍射光栅12和17所在的共轭焦平面的共轭点上。照明光源10、工作台30和TDI拍摄单元19可以由诸如计算机(未示出)的控制器来控制。计算机可以是通用计算机或可以是专用硬件或固件(例如，诸如专用硬件的电子电路或光学电路，诸如例如数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA))。拍摄单元19可以包括图像传感器，诸如电荷耦合器件CCD图像传感器或CMOS图像传感器。图像传感器可以将像素图像数据(例如，如本文关于像素190所描述的像素图像数据)提供给计算机(例如，以数字图像数据的形式提供给计算机)，并且计算机可以如本文所述地执行时间延迟集成并形成集成图像(例如，可以从图像传感器逐列地获得图像信息，并且对图像信息进行集成以获得图像74)。可替换地，TDI拍摄单元19可以包括照相机，该照相机包括用于执行如本文所述的时间延迟集成的硬件(例如，控制器)。

在如图1所示的成像装置中，从照明光源10发射的照明光41可以穿过中继透镜11以被引导到安装在(例如，在照明光学系统中)照明侧的样品共轭面(即，样品的共轭焦平面)的衍射光栅12。照明光41可以穿过衍射光栅12和中继透镜13，并且可以被分束器14反射，然后可以穿过物镜15照射到样品50上。照射到样品50上的照明光41可以具有与衍射光栅12的光栅图案相对应的强度分布。从样品50反射的光42可以穿过物镜15、分束器14和中继透镜16，以被引导到安装在(例如，成像光学系统中)成像侧的样品共轭面上的衍射光栅17。反射光42可以穿透衍射光栅17和中继透镜18，并且可以入射到TDI拍摄单元19的拍摄表面191上。入射到拍摄表面191上的光可以具有与衍射光栅12和17的图案以及样品50的特征相对应的强度分布。可以由TDI拍摄单元19拍摄样品50的图像。

在下文中，将参照图2来说明TDI(时间延迟集成)拍摄单元19的配置和操作。为了帮助说明TDI拍摄单元19的操作，图2中所示的示例图像示出了字母“A”的图像。可以理解的是，当使用图1所示的包括衍射光栅12和衍射光栅17的成像装置1时，可能导致不同的所得图像。TDI拍摄单元19可以包括诸如CCD(电荷耦合器件)图像传感器或CMOS图像传感器的图像传感器。图像传感器可以包括以多行和多列的二维矩阵布置的多个像素190。图2示出了拍摄表面191(其可以对应于图像传感器的表面)，在该拍摄表面191上由成像光学系统聚焦图像以使图像被图像传感器捕获。拍摄表面191可以对应于拍摄单元19的相机的图像焦平面并且是形成像素190的图像传感器的表面。图像传感器的像素190可以被布置为多列像素(其参考TDI步数(step number))并且被布置为多行像素。在图2的示例中，每行像素沿第一方向(图2中从左到右)延伸，并且每列像素190沿第二方向(这里，垂直于第一方向，图2中从下到上)延伸。应该理解的是，图2中的一列像素可以对应于(可以典型地称为)图像传感器中的一行像素。

对于从图像传感器的像素190获得图像信息的每个周期，每个像素190可以在预定的曝光时间段内累积电荷。对于所有像素190曝光时段可以同时开始和停止，或者曝光时段可以是错开的。例如，图2中的每一列像素可以在具有同一个开始时间和结束时间的曝光时段期间暴露于图像(由成像光学系统提供)，而不同列的像素190的曝光时段可以是错开的，使得在曝光并获得整个像素阵列的像素190的相应的图像数据的周期中，曝光时段开始时间(和曝光时段结束时间)有规律地间隔开。TDI拍摄单元19可以以行为单位顺序地传送在每个像素190中累积的电荷(例如，可以同时感测并输出一列像素的电荷，随后感测并输出下一列的电荷等，从而图像传感器逐列地感测和输出在曝光时段中由像素190累积的电荷)。像素的累积电荷的量可以对应于该像素在先前曝光时段内接收到的光的强度。因此，每列像素提供与在先前曝光时段期间由成像光学系统提供的图像的部分相对应的图像信息。

逐列电荷传输方向(图2中的从左到右的方向)可以与工作台30的扫描方向(移动方向)匹配，并且一列的图像信息(例如，电荷)的传输时序可以与工作台30的移动同步。因此，来自样品50的相同部分的反射光42可以照在图像传感器的不同列的像素190上并且被其感测到。应该理解的是，图2所示的与拍摄表面191相关的“扫描方向”是指工作台30的传送方向(或扫描方向)的光学等效(例如，工作台30对样品50在工作台30的传送方向上的移动导致在拍摄表面191(例如，图像传感器)所处的共轭焦平面处图像在扫描方向上的等效移动)。在图2中，为了简化说明，拍摄表面191的像素的行数是四(4)，并且像素的列数是六(6)，但是，像素的行数和像素的列数可以例如是成百上千或更多。

如图2所示，当投影到拍摄表面191上的图像根据工作台30的移动而移动(表示为图2中的图像70、71、72和73)时，可从TDI拍摄单元19获得以下照片结果。TDI拍摄单元19的操作可以与工作台30的移动同步，诸如使各列像素190的曝光时段同步和/或使各像素190的图像信息的传输同步(例如，逐列传输在像素190中累积的电荷)。例如，假设n列像素的电荷是要从像素190累积和传输的，如果每列像素190具有相等的宽度并且累积了在读取像素190的整个阵列的周期上以相等间隔的时间间隔而输出的电荷，用于逐列传送像素190的整个阵列的图像信息的时间段t可基本上与将投影到拍摄表面191上的图像移动一列像素190的宽度所用的时间段相同。例如，每列像素190的连续曝光周期之间(例如，在连续曝光周期的开始时间之间)的时间可以等于将投影到拍摄表面191上的图像移动一列像素190的宽度所用的时间段，或者等于n乘以[将投影到拍摄表面191上的图像移动一列像素190的宽度所用的时间段]，其中n是等于1或更大的整数。

因此，被成像、投影到第一列像素190并由第一列像素190感测的样品50的部分可以与被成像、投影到第二列像素190并由第二列像素190感测的样品50的部分相同(第一列和第二列可以是紧邻的列，或者第一列和第二列可以间隔(n-1)列，其中n是等于1或更大的整数)。例如，图像70的第一列像素190(例如，最左边的像素)可以与图像71的第二列像素190暴露于来自样品50的相同部分的反射光42。如此，由于针对样品50的相同成像部分重复执行电荷的传输，因此可以对在像素阵列的不同曝光周期上从不同列像素190获得的对应图像信息进行集成(例如，组合或平均)以获得图像74。这种集成可以被称为时间延迟集成方法。尽管图2的示例示出了像素190的阵列的每一列像素接收样品50的相同成像部分并且对来自所有列像素190的图像信息进行集成，但是其他实施方式可以仅对从各列像素190的子集中获得的图像信息进行集成。

然后，将参考图3说明在图1所示的成像装置1包括衍射光栅12和衍射光栅17的情况下的操作的示例。在这种情况下，例如，重复的衍射光栅条纹可以产生暗部分121(图3中的散列部分)，其介于投影到拍摄表面191上的图像的明部分122之间。由于衍射光栅12和/或衍射光栅17被固定地安装在样品50的共轭焦平面中，因此随着工作台30的移动，投影在拍摄表面191上的图像会改变(这里，在图像75、76、77和78之间依次改变)，但是由衍射光栅条纹产生的重复的暗部分121和明部分122可以不移动。例如，如果衍射光栅12安装在样品50的共轭焦平面中(例如，对应于样品50的被照射的上表面)以提供对衍射光栅图案的照明，那么因为衍射光栅12是固定的，因此TDI拍摄单元19可以获得这样的图像79，该图像79集成了分别相移0°、132°、265°和38°的图像。

如图4所示，衍射光栅12可以包括不同类型的光栅图案12-1至12-n，其具有不同方向的栅格线。每个光栅图案可以在相对于扫描方向垂直的方向上伸长，并且光栅图案可以相对于扫描方向并排布置。与位于共轭焦平面处的衍射光栅相关的“扫描方向”是指共轭焦平面处的工作台30的传送方向(或扫描方向)的光学等效(例如，工作台30对样品50在工作台30的传输方向上的移动导致衍射光栅17所在的共轭焦平面处的图像在扫描方向上的等效移动)。光栅图案12-1至12-n可以一体地形成在一个基底中，或者每个光栅图案可以形成在不同的基底中。光栅图案12-1至12-n中的每个可以包括重复的图案，诸如以与光栅图案12-1至12-n的其他栅格线的倾斜角不同的对应角度(相对于扫描方向)倾斜的栅格线。光栅图案12-1至12-n可以具有这样的图案周期，其与由布置在照明光学系统和成像光学系统中的透镜的NA(数值孔径)和照明光41的波长所确定的分辨率极限(称为衍射极限或分辨率)相对应。该分辨率可以在与各个光栅图案12-1至12-n的倾斜角相对应的白色箭头所表示的方向上得到改善。当衍射光栅12包括在扫描方向上排列的不同类型的光栅图案12-1至12-n时，TDI拍摄单元19可以对不同光栅方向的光栅图案和样品50的图像进行集成。TDI拍摄单元19可以输出一个图像，其中该一个图像的各列集成了包括由衍射光栅12上的所有方向/相位的光栅图案所导致的暗部分121的图像(诸如75,76,77和78)的对应列。因此，TDI拍摄单元19可以在单次扫描中使用多个不同的光栅图案自动获得样品50的图像。通过使用TDI拍摄单元19，可以如本文所述从叠加(superimposition)获得样品50的图像，并且可以避免执行图像的图像处理的需要。

如图1所示，在该实施例中，其结构与衍射光栅12结构性相同(或光学性相同)的衍射光栅17可以位于成像光学系统的样品的共轭焦平面上(例如，与成像侧的样品的共轭焦平面共面)。因此，由于可以将衍射光栅17的光栅图案调整为与照明侧的衍射光栅12的光栅图案相同，所以在TDI拍摄单元19的拍摄图像中，可以自动且光学地执行图像再生。图像再生可以包括衍射光栅17，该衍射光栅17布置成与衍射光栅12的照射侧衍射图案具有相同的频率/相位以引起莫尔干涉。因此，通过莫尔干涉穿透物镜的作为超分辨率的频率分量(在背景技术部分的第三段中描述过)返回到原始频率分量。另外，通过仅照明光栅而保留的莫尔干扰分量可以被去除(参见非专利文献W.Lukosz,M.Marchand,"Optische Abbildungunter Uberschreitung der beugungsbedingten Auflosungsgrenze",J.Mod.Opt.10(1963)241-255」)。因此，在由TDI拍摄单元19拍摄的图像中，在不执行图像处理的情况下进行图像再生是可能的。

如上所述，根据该实施例的成像装置1可以包括：照明光源10，其输出照明光；衍射光栅12(第一衍射光栅)，其安装在照明光学系统的样品的共轭焦平面中并且将照明光41透射到样品；衍射光栅17(第二衍射光栅)，其安装在成像光学系统的样品的共轭焦平面中并且透射来自样品的反射光42；工作台30，其沿着扫描方向(传送方向)移动样品；以及TDI拍摄单元19(拍摄单元)，其与样品50的移动同步并且以TDI方法(时间延迟集成方法)拍摄。根据该实施例的成像装置1，可以减少成像时间并且可以改善光学分辨率。

此外，在根据该实施例的成像装置1中，衍射光栅12和衍射光栅17可以包括具有与分辨率极限相对应的周期的光栅图案。这种分辨率极限可以由照明光学系统和成像光学系统的NA(数值孔径)确定。衍射光栅12和衍射光栅17可以在光学上彼此相同。衍射光栅12和衍射光栅17可以包括沿扫描方向排列的不同类型的光栅图案。衍射光栅12和衍射光栅17可以包括相对于扫描方向以不同角度倾斜的光栅图案。

根据本实施例的成像装置1可以使用TDI拍摄单元19，并且包括分别安装在照明光学系统的样品的共轭焦平面中和成像光学系统的样品的共轭焦平面中的衍射光栅12和衍射光栅17，从而提供结构化照明。即，根据该实施例的成像装置1可以包括安装在照明光学系统/成像光学系统中的样品的各自的共轭焦平面(样品共轭面)中的具有预定图案和间距的衍射光栅，并且可以对穿过两个衍射光栅(12和17)的光进行集成/成像。衍射光栅(12和17)可以包括具有与光学系统的波长/NA所确定的分辨率极限相对应的周期的图案。不同的光栅图案(或衍射光栅)可以在视野内布置在扫描方向上，并且TDI拍摄单元19可以在单次扫描中对不同方向的衍射光栅图案的各图像进行集成以输出一个图像。成像光学系统的中继透镜可以具有比正好在成像光学系统的样品共轭面之前的NA更大的NA，其被确定为在物镜与成像光学系统的样品的共轭焦平面之间的中间放大因子。

根据本实施例的成像装置1，当衍射光栅的间距是物镜的分辨率极限间距时，与传统光学系统相比，分辨率可以得到提高，例如是由传统光学系统的NA所确定的该传统光学系统的分辨率极限的至少两倍。当与传统的结构化照明相比时，可以在单次扫描中获得不同方向/相位的图像，并且可以在没有图像处理的情况下自动和光学地执行图像再生/合成。因此，可以不降低成像速度或检查速度。

然后，将参照图5说明衍射光栅12的光栅图案的倾斜角。图5是示出TDI拍摄单元19的集成光量与衍射光栅12的倾斜角之间的关系的示图。图5的(a)表示TDI集成方向与衍射光栅条纹的暗部分121和明部分122的方向(以下称为衍射光栅条纹方向)之间的角度θ为0°的情况。图5的(b)表示TDI集成方向与衍射光栅条纹方向之间的角度θ满足A·tanθ<B的情况。这里，A是TDI集成方向上的拍摄表面191的宽度，B是衍射光栅条纹的暗部分121的宽度。图5的(c)表示TDI集成方向与衍射光栅条纹方向之间的角度θ满足A·tanθ>B的情况。

如图5所示，在拍摄表面191中形成的不可感测区域192的尺寸(在拍摄期间，始终与暗部分121重叠的区域)可以通过TDI集成方向与衍射光栅条纹方向之间的角度θ而改变。在图5的(a)中θ＝0°的情况下，不可感测区域192可以是最大的，集成光量可以以方波形状而改变。在图5的(b)中A·tanθ<B的情况下，存在不可感测区域192，并且集成光量可以以梯形波形状而改变。在图5的(c)中A·tanθ>B的情况下，不存在不可感测区域192，并且集成光量可以以锯齿波形而变化。

如图5所示，在A·tanθ<B的情况下，会在集成时形成不可感测区域。因此，可以将衍射光栅条纹方向的倾斜角θ确定为满足A·tanθ>B的值。

然后，将参照图6说明TDI拍摄单元19的像素190的尺寸。图6以从上到下的顺序示出了样品50的形状、投影到图像传感器的拍摄表面191上的光学图像以及从TDI拍摄单元19获得的拍摄图像(1)和拍摄图像(2)的各个像素的像素值的变化，其中横轴为第一方向或第二方向。如图6所示，在待拍摄的样品50的形状是图案周期为L的长方体形状并且周期L大于成像光学系统的分辨率极限的情况下，所得到的光学图像例如可以是两座山的形状。在这种情况下，当像素尺寸≥L时，像素尺寸大于样品图案的周期L的距离，则可能无法解析拍摄图像(1)(拍摄图像(1)示出了用于接收根据样品获得的光学图像的三个相邻像素的输出)。另一方面，当像素尺寸≤L/2时，像素尺寸小于样品的图案周期，则可以解析拍摄图像(2)(拍摄图像(2)示出了用于接收根据样品获得的光学图像的五个相邻像素的输出)。即，像素尺寸优选地小于光学系统的分辨率极限的1/2。

图7是示出显微镜的拍摄表面中的光学图像的对比度与图6中的图案周期L之间的关系的示图。在结构化照明显微镜中，与传统显微镜相比，分辨率极限可以约为图案周期的1/2。因此，结构化照明显微镜的像素尺寸优选地小于改进的分辨率极限的1/2。

另外，该实施例的配置可以不限于此。例如，在成像装置1中，可以增加中继透镜的数量，可以安装显示装置或存储装置、或者用于识别样品50上的缺陷图案的图像处理装置。

<第二示例实施例>

图8是示出从侧面观察的根据第二示例实施例的成像装置1a的示意图。在图8中，相同的附图标记将用于指代与图1中所示的第一示例实施例相同的元件，并且将省略关于上述元件的任何进一步说明。图8所示的成像装置1a与图1所示的成像装置1的不同之处如下。在图8所示的成像装置1a中，衍射光栅17(第二衍射光栅)和TDI拍摄单元19都安装在样品的共轭焦平面上。另外，在图8所示的成像装置1a中，省略了图1所示的中继透镜18。在图8所示的成像装置1a中，TDI拍摄单元19在样品的共轭焦平面处拍摄样品50。其他配置和操作可以与第一示例实施例的成像装置1基本相同或相似。

根据本实施例的成像装置1a，类似于第一示例实施例的成像装置1，分辨率可以提高至由传统光学系统的NA限制的该传统光学系统的分辨率的两倍。当与传统的结构化照明相比时，可以在单次扫描中获得不同方向/相位的图像，并且可以自动且光学地执行图像再生/合成，而不需要对整个图像进行图像处理。因此，可以不降低成像速度或检查速度。

<第三示例实施例>

图9是示出从侧面观察时的根据第三示例实施例的成像装置1b的示意图。在图9中，相同的附图标记将用于指代与图1中所示的第一示例实施例相同的元件，并且将省略关于上述元件的任何进一步说明。图9所示的成像装置1b与图1所示的成像装置1的不同之处如下。在图9所示的成像装置1b中，省略了衍射光栅17(第二衍射光栅)、中继透镜13和中继透镜16，并且安装了新的中继透镜20。此外，在图9所示的成像装置1b中，衍射光栅12位于分束器14和中继透镜20之间的样品的共轭焦平面处。中继透镜20可以透射反射光42以在样品的共轭焦平面处形成图像。在第三示例实施例中，提供了照明光学系统/成像光学系统共享样品的共同的共轭焦平面的光学系统；一个衍射光栅12可以用于照明光学系统和成像光学系统。可以避免照明光学系统/成像光学系统的衍射光栅的位置对准。

根据本实施例的成像装置1b，类似于第一示例实施例的成像装置1，分辨率可以提高到由传统光学系统的NA限制的该传统光学系统的分辨率的两倍。当与传统的结构化照明相比时，可以在单次扫描中获得不同方向/相位的图像，并且可以在没有图像处理的情况下自动且光学地执行图像再生/合成。因此，可以不降低成像速度或检查速度。

<变型示例>

然后，将参照图10说明上述衍射光栅12和衍射光栅17的光栅图案的变型实施例。在上述说明中，描述了衍射光栅12的光栅图案具有线和空隙的周期性结构，例如如图4所示。然而，衍射光栅12和衍射光栅17的光栅图案可以采取不同的形式。衍射光栅12和衍射光栅17的光栅图案可以是包括例如多个三角形光栅91的光栅图案，如图10的(a)所示。虽然光栅的线元件被示出为形成在三角形光栅91内的同一方向上，但是这些线元件可以如关于图4所描述的那样布置在不同的方向上。在这种情况下，可以在与三角形光栅91的每一侧边垂直的方向上改善分辨率。即，如图10的(b)所示的具有三种不同的线和空隙的周期性结构的光栅图案92、93和94可以得到相同的分辨率改善效果。另一方面，光栅图案可以不限于三角形光栅，例如，光栅图案可以是包括例如多个椭圆形(oval)光栅的光栅图案。

以上内容是对示例实施例的说明，并且不被解释为对其进行限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易地认识到，在实质上不脱离本发明的新颖性教导和优点的情况下，可以在示例实施例中进行许多修改。因此，所有这样的修改旨在被包括在如权利要求中所限定的示例实施例的范围内。

Claims (6)

1.一种成像设备，包括：

工作台，其将样品定位在物平面中，并将所述样品沿预定的传送方向移动；

照明光源，其输出照明光；

第一衍射光栅，其位于照明光学系统内的第一共轭焦平面处，所述第一衍射光栅配置为将从所述照明光源接收的照明光朝向所述工作台上的样品透射；

物镜，所述照明光在由所述第一衍射光栅透射后穿过所述物镜照射到所述样品上；

第二衍射光栅，其位于成像光学系统内的第二共轭焦平面处，所述第二衍射光栅配置为透射从所述样品反射的光；以及

图像传感器，其用于接收由所述第二衍射光栅透射的从所述样品反射的光，

其中，所述第一共轭焦平面、所述第二共轭焦平面和所述物平面是所述成像设备的同一组共轭的焦平面中的组成部分，

其中，所述图像传感器配置为以与所述工作台的移动同步的时序重复操作，以获得时间延迟集成图像，并且

其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅各自包括光栅图案，所述光栅图案具有与所述照明光学系统和所述成像光学系统的数值孔径和所述照明光的波长所确定的分辨率极限相对应的周期，并且所述光栅图案的间距是所述物镜的分辨率极限间距。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅在光学上彼此相同。

3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅各自包括沿与所述传送方向光学对应的第一方向上排列的不同类型的光栅图案。

4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅各自包括光栅图案，所述光栅图案具有相对于第一方向斜向地倾斜的线性光栅元件，所述第一方向与所述传送方向光学对应。

5.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第二衍射光栅和所述图像传感器被定位为彼此相邻。

6.一种成像设备，包括：

工作台，其在物平面中移动样品的位置，并在预定的传送方向上移动所述样品；

照明光源，其输出照明光；

衍射光栅，其位于成像光学系统内的共轭焦平面处，所述衍射光栅被定位为将所述照明光源输出的照明光朝向所述样品透射，并透射从所述样品反射的光；

物镜，所述照明光在由所述衍射光栅透射后穿过所述物镜照射到所述样品上；以及

图像传感器，其被定位为接收由所述衍射光栅透射的从所述样品反射的光，

其中，所述共轭焦平面和所述物平面是所述成像设备的同一组共轭的焦平面中的组成部分，

其中，所述图像传感器配置为以与所述工作台的移动同步的时序重复操作，以获得时间延迟集成图像，并且

其中，所述衍射光栅包括光栅图案，所述光栅图案具有与所述照明光源和所述成像光学系统的数值孔径和所述照明光的波长所确定的分辨率极限相对应的周期，并且所述光栅图案的间距是所述物镜的分辨率极限间距。

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