JP2020079794A - 固体検査装置およびその使用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】固体ホスト材料と、固体ホスト材料に埋設された蛍光材料とを含む光学ターゲットを備える検査装置を提供する。【解決手段】固体ホスト材料は、所定のフォノンエネルギＨＯＳＴＰＥを有する。蛍光材料は、選択基底エネルギ準位と、基底エネルギ準位から関心蛍光発光波長に一致する第１エネルギギャップを介して離間するターゲット励起（ＴＥ）エネルギ準位を示す。蛍光材料は、ＴＥエネルギ準位に対して次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位を有する。ＮＬＬエネルギはエネルギギャップＴＥの下方の第２エネルギギャップＦＭＥＧ２を介して離間し、ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比は３以上である。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１月７日に出願された米国仮特許出願第６２／４４３，６７５号
に基づく優先権を主張し、当該出願における全ての開示内容を援用するものである。
光学ターゲットはしばしば光学システムのキャリブレーション、アライメント、および
測定に使われる。特に、光学システムの精度と性能を求める際に、光学ターゲットが利用
される。一例として、光学ターゲットは、基準を提供する。その基準は、光学解像度、焦
点深度、光学的ドリフトおよび機械的ドリフト、歪み、レンズに基づく収差、色収差など
を定量化するためのものである。
しかしながら、いくつかの既存の光学ターゲットは、ある制限を受けている。例えば、
いくつかの既存の光学ターゲットは、そこに供給された蛍光色素を有する液体を運ぶチャ
ネルを含み、色素は所望の発光スペクトルにおいて蛍光を発する。いくつかの既存の光学
ターゲットは、チャネル内の液体染料の交換を可能にする入口ポートおよび出口ポートを
備え、異なる色素材料を共通の光学ターゲットにおいて異なる時点で利用することを可能
にする。しかしながら、チャネルならびに入口ポートおよび出口ポートの使用は、光学タ
ーゲットの流体複雑性を増加させる。さらに、液体色素材料が変更されるか、またはチャ
ネルを通過する際に、光学ターゲットのチャネルへの気泡の導入を避けるために、特定の
操作を行わなければならない場合があり得る。
アライメントの正確なキャリブレーションと光学検出システムの妥当性検査を容易にす
るツールが必要である。
特許、特許出願、記事、書籍、論文およびウェブページを含むが、これに限定されない
、本出願に引用されるすべての文献および類似の資料は、このような文献および類似の資
料の形式にかかわらず、本明細書の一部として援用される。援用された文献等の資料の１
つ以上が、限定された用語、用語の使用法、記載された技術などを含むがこれらに限定さ
れない点において、本出願と異なる、または矛盾する場合、本出願が優先する。
本明細書において、以下の用語は以下に指し示す意味を有する。
「固体ホスト材料」という用語は、格子、または固体ホスト材料が所定のフォノンエネ
ルギＨＯＳＴＰＥを示すような他の相中に配置された、原子または分子構造を有する材料
を指す。固体ホスト材料は、本明細書に記載されているように、蛍光材料がドープまたは
埋設され得る任意の結晶質、半結晶質または非晶質材料を含むことができる。例えば、セ
ラミックは、結晶質材料の一例を表す。ガラス質およびいくつかのポリマーは、関心蛍光
材料がドープされまたは埋設された非晶質または半結晶質材料を表すことができる。固体
ホスト材料の選択は、固体ホスト材料が使用される用途によって（少なくとも部分的に）
決定される。例えば、多くの用途において、固体ホスト材料の選択は、その機械的特性（
例えば、硬度）、化学的安定性または不活性性、熱的特性および／または光学的特性に基
づく。格子配置、化学構造およびフォノンスペクトルのような顕微鏡的特性もまた、固体
ホスト材料を選択する際に重要であり得る。例えば、格子および化学構造は、特定のドー
パントのタイプおよび濃度の点で役割を果たすが、光学フォノンスペクトルは、非放射減
衰による特定の遷移の量子効率に影響を及ぼす。
「蛍光材料」という用語は、固体ホスト材料に添加され、励起されると単独または固体
ホスト材料と連携して蛍光を発する１つ以上の化学元素、化学元素または他の材料の組合
せを指す。例えば、固体ホスト材料は、遷移金属イオン、希土類ランタニドイオン、およ
び／またはアクチノイドイオンなどの１つまたは複数の化学元素を注入またはドープする
ことができる。遷移金属イオン、希土類ランタニドイオンおよび／またはアクチニドイオ
ンが固体ホスト材料に添加される場合などに、蛍光材料はドーパントと呼ぶことができる
。蛍光性材料は、単一元素を、または元素の組み合わせ（例えば、共ドーパント）を含む
ことができる。「蛍光材料」という用語は、固体ホスト材料に添加される１つ以上の元素
を指すが、少なくともいくつかの例では、固体ホスト材料に添加される元素は、固体ホス
ト材料と独立して蛍光を発することができないと認識される。代わりに、固体ホスト材料
と連携するとき、１つ以上の元素が蛍光材料を形成する。場合により、別の例では、固体
ホスト材料に添加された要素は、固体ホスト材料とは独立して蛍光を発することができる
。場合により、蛍光材料は、エポキシ内に埋設された蛍光色素を表すことができる。
別の例として、固体ホスト材料内に蛍光材料をドーピングすることに加えて、またはその
代わりに、蛍光フィルムが光学ターゲットの上にコーティングすることができる。
「量子ドット」（ＱＤ）という用語は、より大きな粒子の特性とは異なる光学的および
電子的特性を有する非常に小さな半導体粒子（例えば、数ナノメートルのサイズ）を指す
。量子ドットは、それに加えられる電気または光に応答して、特定の関心周波数の光を放
出するように設計される。放射周波数は、ドットサイズ、形状および／または材料の変更
によって調整することができる。いくつかの例では、ナノスケール半導体材料は、電子ま
たは正孔のどちらかを強固に閉じ込める。例として、量子ドットは人工原子とも呼ばれる
ことがあり、この用語は、天然に存在する原子または分子の場合のように、量子ドットが
束縛された、不連続の電子状態を持った単一物質であることを強調するものである。量子
ドットは、サイズと形状の両方の関数として変化する光電子特性を有する。より大きいＱ
Ｄ（例えば、半径５〜６ｎｍ）は、より長い波長を放出し、オレンジ色または赤色などの
発光色をもたらす。特定の色およびサイズはＱＤの正確な組成に応じて変化するが、より
小さいＱＤ（例えば２〜３ｎｍの半径）は、より短い波長を放出し、青色および緑色のよ
うな発光色をもたらす。
「固体本体」という用語は、蛍光物質を封入するために用いられる任意の非液体または
非気体基板を含む。固体本体の一例は、固体ホスト材料内にドープされまたは埋設された
１つ以上の蛍光材料を有する固体ホスト材料である。固体本体の別の例は、量子ドットを
封入する非液体非気体基板を含む。
この中で用いられるように、「上面（ｔｏｐ）」、「底面（ｂｏｔｔｏｍ）」、「前面
（ｆｒｏｎｔ）」、「背面（ｒｅａｒ）」、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅ
ｃｏｎｄ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「下方（ｌｏｗｅｒ）」等の相対的または空間
的用語は、基準対称、基準点、および基準軸に対する方向の用語として用いられる。本明
細書に開示された実施例によれば、相対的または空間的用語は装置の対物レンズが検査装
置に隣接して配置された場合、それに対して用いられる。例えば、対物レンズに最も近く
または最も接近した検査装置の構造、部分、および／または表面は、「上面」、「上方」
などと言及されうる。同様に、対物レンズから離れたまたはさらに遠い検査装置の構造、
部分、および／または表面は、「下面」、「下方」などと言及されることがある。
本明細書で開示される実施例によれば、固体ホスト材料と、固体ホスト材料に埋設され
た蛍光材料とを含む光学ターゲットを備える検査装置が提供される。固体ホスト材料は所
定のフォノンエネルギＨＯＳＴＰＥを有する。蛍光材料は選択基底エネルギ準位と、関心
蛍光発光波長（ＦＥＷＩ）と一致する第１エネルギギャップを介して基底エネルギ準位と
離間するターゲット励起（ＴＥ）エネルギ準位を示す。蛍光材料はＴＥエネルギ準位に対
して次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位を有する。ＮＬＬエネルギ準位はＴＥエネルギ準位
の下に第２エネルギギャップＦＭＥＧ２を介して離間し、ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比
は３以上である。
必要に応じて、ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比は４以上１０以下であってもよい。場合
により、固体ホスト材料は、ガラス、アモルファスポリマー、結晶材料、半結晶ポリマー
、金属ガラス、またはセラミックのうちの少なくとも１つを含む。場合により、蛍光材料
は、希土類元素または遷移金属元素の少なくとも１つのイオンを表す。場合により、固体
ホスト材料は、５８０ｃｍ−１以下の最大フォノンエネルギを有する。場合により、関心
蛍光発光波長は、約１００ｎｍ以下の中心波長を有する。
必要に応じて、装置は、さらに、光学ターゲットを受け入れるためのポケットを有する
本体と、本体は、表面に位置しポケットを包囲する挿入領域を含み、そして挿入領域に搭
載され光学ターゲットの上方に位置する透明層と、を備えることができる。必要に応じて
、本体はポケットを少なくとも部分的に取り囲むチャネルを含み、チャネルは接着剤を受
けて格子層を接着する。チャネルは、チャネルの周りに分布する一連の圧力解放ポケット
を備える。圧力解放ポケットは、硬化工程中に接着剤によって格子層にかかる圧力を開放
するためのものである。必要に応じて、本体は、透明層または光学ターゲットの少なくと
も１つの表面上に形成され、格子層を形成する微細構造をさらに備えることができる。必
要に応じて、装置はさらに、光学ターゲットを受け入れるポケットを有する光学ターゲッ
ト保持体を備えることができる。本体は、約２０％以下の反射率を有する表面を含むアル
ミニウムから形成することができる。本体は、上面に位置し、ポケットを取り囲む挿入領
域を含むことができる。装置はさらに、挿入領域内に取り付けられ、光学ターゲットの上
方に配置され光学ターゲットからフリンジギャップによって離間させ得る透明格子層を備
えることができる。上述したように、本体は、光学ターゲットを受け入れるためのポケッ
トを含むことができる。本体はポケットの下方に位置する拡散ウェルを含むことができる
。拡散ウェルは、光学ターゲットを通過する励起光を受け取ることができる。拡散ウェル
は約２０．０％以下の反射率を示す表面仕上げを有するウェルボトムを含むことができる
。装置はさらに、透明層または光学ターゲットの少なくとも一つの表面に形成された反射
防止コーティングを備えることができる。
別の例では、場合により、検査装置は、追加の支持体構造なしに互いに直接接合する光
学ターゲットと透明層を備えることができる。微細構造は光学ターゲットと透明層の間の
境界面に提供することができる。微細構造は光学ターゲットの上面および／または透明層
の底面に形成された一つ以上のクロムパターンを表すことができる。別の例では、必要に
応じて、検査装置は、装置に取り付けられる代わりに、フローセルに直接位置した検査装
置として用いることができる。必要に応じて、透明層は完全に省略されうる。必要に応じ
て、光学ターゲットは、透明層または本体のようなほかの支持構造のない独立型検査装置
として用いることができる。
検査装置の任意の特徴は、任意の望ましい方法および／または構成で一緒に組み合わせ
得ることを理解されたい。
本明細書の実施例によれば、光学検出装置が提供される。光学検出装置は光学ターゲッ
トを備え、その光学ターゲットは蛍光材料を閉じ込める固体本体を備える。対物レンズは
励起光を光学ターゲットへ向かって誘導し、光学ターゲットからの蛍光発光を受け入れる
。ドライバは、光学ターゲットに近接する関心領域に対物レンズを移動させる。プログラ
ム命令を格納するメモリもまた、光学検出装置の一部である。プロセッサは、装置の光学
アライメントまたはキャリブレーションの少なくとも１つに関連して、光学ターゲットか
らの蛍光発光を検出するためのプログラム命令を実行する。
必要に応じて、対物レンズは励起光を光学ターゲットへ向かって誘導することができる
。プロセッサは、蛍光発光から参照情報を導き出すことができる。プロセッサは、装置の
光学アライメントまたはキャリブレーションの少なくとも一つに関連して参照情報を用い
ることができる。光学ターゲットは、対物レンズに近接するキャリブレーション位置に恒
久的に取り付けることができる。キャリブレーション位置は、装置内のフローセルチャネ
ルから離れさせることができる。必要に応じて、光学ターゲットは固体ホスト材料と、固
体ホスト材料に埋設した蛍光材料とを含むことができ、固体ホスト材料は所定のフォノン
エネルギＨＯＳＴＰＥを有する。蛍光材料は選択基底エネルギ準位と、ターゲット励起（
ＴＥ）エネルギ準位と、ＴＥエネルギ準位の下方にエネルギギャップＦＭＥＧ２を介して
離間する次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位とを示し、ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比が３
以上である。
固体本体は、固体ホスト材料に埋設された蛍光材料を有する固体ホスト材料を含む基板
を表すことができる。固体材料は、励起光が照射されたとき、一つ以上の所定の関心発光
バンドで蛍光発光する量子ドットを封入する、エポキシまたはポリマーの少なくとも一つ
を表すことができる。
例として、光学検出装置はさらに光学ターゲット上に形成された反射防止コーティング
を備える。
光学検出装置の任意の特徴は、任意の望ましい方法で一緒に組み合わせ得ることを理解
されたい。さらに、光検出装置および／または検査装置の特徴の任意の組合せは一緒に用
いることができ、および／またはこれらの態様のいずれかまたは両方からの任意の特徴を
、ここに開示されるいずれかの実施例と組み合わせ得ることを理解されたい。
本明細書で開示される実施例は、ある方法を提供する。この方法では、装置の対物レン
ズを、蛍光材料を包囲した固体本体を含む光学ターゲットへ整列させる。この方法では、
励起光を光学ターゲットに向かって誘導し、光学ターゲットからの蛍光発光を参照情報と
して検出し、装置の光学アライメントまたはキャリブレーションの少なくとも一つに関連
した参照情報を用いる。
必要に応じて、その方法は更に、励起光を光学ターゲットの上面より下方にあり得る焦
点に合焦することを含むことができる。
アライメント操作は、光学ターゲットの上方に位置する微細構造を含む格子領域へ対物
レンズをアライメントするステップと、微小組織の第１焦点に励起光を合焦するステップ
と、微細構造の空隙である非格子領域へ対物レンズをアライメントするステップと、励起
光を光学ターゲット上面の下方にある第２焦点に合焦するステップと、を含むことができ
る。必要に応じて、蛍光性材料は、エルビウム、ホルミウムまたはプラセオジムの少なく
とも１つのイオンを含む化学元素を含むことができ、固体ホスト材料は、ケイ酸塩、ゲル
マン酸塩、ＩｎＦ３またはＺＢＬＡＮ（すなわち、ＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−Ａｌ
Ｆ３−ＮａＦのような重金属フッ化物ガラス）の少なくとも1種を含むことができる。
この方法の任意の特徴は、任意の望ましい方法で一緒に組み合わせ得ることを理解され
たい。さらに、この方法および／または光学検出装置および／または検査装置からの特徴
の任意の組合せは一緒に用いることができ、および／またはこれらの態様のいずれかまた
はすべてからの任意の特徴は、本明細書に開示された実施例の特徴のいずれかを含み得る
ことを理解されたい。
本明細書の一例にしたがって形成された検査装置の斜視図を示しており、ここで光学ターゲットは、光学ターゲットを受け入れる本体とは別に示されている。 別の例に従って形成された本体の平面図を示す。 別の例にしたがって形成された検査装置の斜視図を示しており、ここで光学ターゲットと格子層とは、光学ターゲットと格子層とを受け入れる本体とは別に示されている。 図１Ａの２Ａ−２Ａ線に沿った図１Ａの検査装置の側面断面図を示し、光学ターゲットは本明細書の実施例に従って搭載されている。 本明細書中の例に従って対物レンズが第１測定位置に位置した光学ターゲットのモデルの側面図を示す。 本明細書中の例に従って対物レンズが第２測定位置に位置した光学ターゲットのモデルの側面図を示す。 一例に従って形成された検査装置の平面図を示す。 別の例に従って形成された検査装置の側面断面図を示す。 別の例に従って形成された検査装置の側面断面図を示す。 本明細書中の例に従って用いられた３価のエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）に関連するエネルギバンド図を示す。 本明細書中の例による３価のプラセオジムイオン（Ｐｒ３＋）に関連するイオンエネルギ準位図を示す。 本明細書中の例による３価のホルミウムイオン（Ｈｏ３＋）に関連するイオンエネルギ準位図を示す。 本明細書の実施例に従って様々な光学ターゲットと関連して収集された異なる蛍光発光色に対応する例示的な強度試験測定値を示す。 本明細書の実施例に従って、所定の濃度の３価エルビウムイオンを金属フッ化物ガラス（ＺＢＬＡＮ）にドープすることによって形成された固体ホスト材料の試験結果を示す。 別の例に従って形成された検査装置の側面断面図を示す。 別の例に従って形成された検査装置の一部分の側面図を示す。 別の例に従って形成された検査装置の一部分の側面図を示す。 一例に従って形成された光学検出装置のブロック図を示す。 本明細書の実施例による様々な光学部品の機能的配置を示すための例示的なマイクロ蛍光計の分解図を示す。 図９は、本明細書の実施例による検査装置を用いることのできる検出装置のブロック図を示す。 本明細書の実施例による検査装置を利用して実行することのできる例示的な自動工程フローを示す。
［発明の効果］
本明細書に開示される実施例は、内部に蛍光材料を有する固体を用いる光学ターゲット
を説明する。光学ターゲットは、測定される光学特性に依存して、ナノメートルスケール
またはマイクロメートルスケールなどの所定のレベルの精度および正確性で蛍光に基づい
た光学システムの光学系をキャリブレーションするために用いることができる。本明細書
に開示される１つ以上の実施例は、有意な利益をもたらす。例えば、固体ターゲットシス
テムは、従来の液体色素ベースターゲットおよび流体対応ターゲットと比較して、製造が
比較的容易である。固体ターゲットシステムは、時間の経過とともに部品が漏れたり光劣
化したりしないので、比較的長い貯蔵寿命を示す。また、固体ターゲットシステムは、独
自の社内プロセスを必要とせず、ゆえにたやすくサプライヤに委託できる。また、固体タ
ーゲットシステムは、一定の光パワーで光劣化なしに経時的に一定の蛍光発光を可能にし
、固体ターゲットシステムが現場での光源装置のパワー計測とパワーキャリブレーション
に用いられる可能性を提供する。前述の機能性をシーケンスシステムに永続的に統合する
ことにより、遠隔システムモニタリングにより装置の動作可能時間を延長することが可能
となる。
図１Ａは、本明細書に開示された実施例に従って形成された検査装置１００の斜視図を
示す。検査装置１００は、互いにほぼ平面的に広がる上面１０４および下面１０６を有す
る本体１０２を含む。本体１０２は、側面１０８と前端１１０および後端１１２との間を
移行する丸みを帯びた角を含むことができる。この例では、本体１０２は矩形であるが、
代替の形状を利用することもできる。検査装置１００は、光学的測定および分析を行う機
器内に取り付けられるような形状および寸法にされている。例として、本明細書に開示さ
れた例は、非流体光学装置と共に利用されてもよいが、装置は流体装置であってもよい。
例として、本明細書に記載される検査装置１００は、マイクロ流体工学、半導体、バイオ
テクノロジーおよび消費者産業装置に関連して利用することができる。例えば、検査装置
１００は、マスクアライナおよびステッパのような半導体冶具の配列や、マシンビジョン
システムのキャリブレーション、および光コヒーレンストモグラフィや蛍光ベースの生物
学的撮像のような応用光学ステージのために用いることができる。他の例として、検査装
置１００は、蛍光顕微鏡のような標準的コンシューマ光学冶具のキャリブレーションに関
連して用いることができる。
本明細書中の実施例は、様々な蛍光法を利用する次世代シーケンスシステムと関連して
用いることができる。例えば、検査装置１００は、イラミーナインコーポレーテッド（カ
リフォルニア州サンディエゴ）の販売に係るＭＩＮＩＳＥＱ（Ｒ）装置、ＨＩＳＥＱ（Ｒ
）装置、ＮＥＸＴＳＥＱ（Ｒ）装置、ＭＩＳＥＱ（Ｒ）装置および／またはほかの企業か
ら売り出された装置と関連して用いることができる。少なくともいくつかの例によれば、
検査装置１００は、（従来使用されていたような）蛍光基準粒子または蛍光色素を必要と
せずに、装置の光学キャリブレーションを可能にする。慣例的な蛍光基準粒子および色素
は、いくつかのより頻繁に使われる蛍光色素分子（たとえばフルオレセインやフィコエリ
スリン）にキャリブレーションを提供する。しかしながら、慣例的な蛍光基準粒子および
色素は、熱及び光安定性、漏洩および／または機械的な不良を被る。
本明細書に開示される実施例によれば、検査装置１００は、内蔵のリモート診断光学タ
ーゲットとして用いることができる。検査装置１００は、装置内に恒久的に取り付けられ
、任意の追加の器具を手動で装填する必要なく、装置内の検出器が光学測定を行うことが
できるように配置することができる。検査装置１００は、装置によって、さまざまな活動
に関連するリモート診断情報を提供するために用いることができる。例えば、装置は、検
査装置１００を利用して、装置の寿命にわたっての装置の点広がり関数、レーザアライメ
ント、光学較正、および光伝送効率などのデータ傾向分析を実行することができる。デー
タはユーザの介在なしで自動的に収集され、遠隔デバッグや予測診断を実行し、さまざま
な装置での傾向をつかむためにクラウドにアップロードされる。検査装置１００は、ＸＹ
Ｚステージの態様のような、装置の光学システムの様々な態様を評価するために用いるこ
とができる。例えば、レーザアラインメントがオフであると判明した場合、ソフトウェア
は自動的にポインティングミラーを作動させて、レーザをアライメントさせることができ
る。
いくつかの実施例によれば、検査装置１００は、各装置で組み立てられて出荷されても
よく、この装置は、検査装置１００で様々な検査を実行するように装置を制御する検査ア
プリケーションの現行のソフトウェアリリースを含む。検査装置１００が装填および取り
外しのために寸法決めされるとき、検査装置１００は、光学メトリックを測定するために
使用することのできるフルサイズの検査装置として構成することができる。フルサイズの
検査装置は、フローセルホルダとかみ合い、フローセルホルダのアライメントを評価する
ために利用される。フルサイズの検査装置は、シーケンスフローセルの全長を延長して、
シーケンス動作のシミュレーションを可能にする。必要に応じて、検査装置１００は、小
型化され、フローセルレーンに隣接するステージング位置で装置内に取り付けることがで
きる。検査装置１００が恒久的に装置内（の縮小された専有面積）に搭載されるとき、装
置は検査装置１００の取り付けと取り外しの必要なく検査動作を実行することができる。
検査装置の縮小された専有面積は光学基準を実行するのに用いることができる。
光学ターゲット１２０は、概して平面であり、互いに平行に配向された上部および底部
ターゲット面１０７，１０９を含む。側壁１０５は光学ターゲットの周りに広がっている
。この例では、光学ターゲット１２０は、一般に矩形の立方体形状を有するが、特定の用
途に基づいて別の形状を用いることができるものと認識される。本明細書で説明するよう
に、光学ターゲット１２０は、固体ホスト材料と、固体ホスト材料内に埋設された蛍光材
料とを含む固体構造を表す。固体ホスト材料は完全に、または少なくとも部分的に透明と
することができる。例えば、固体ホスト材料の透明度は、光学ターゲット１２０から放射
される蛍光発光の所望の強度に部分的に基づくことができる。一例として、固体構造また
は基板の固体ホスト材料は、本明細書に記載されるような所望の機械的および光学的特性
を有するガラス基板または別の固体ホスト材料を表すことができる。
一例として、ホスト固体材料はフッ化インジウムガラスで構成することができる。例え
ば、固体ホスト材料はガラス、非晶質ポリマー、結晶質材料、半結晶質ポリマー、金属ガ
ラス、セラミックなどの少なくとも一種を含むことができる。以下の表１は、固体構造ま
たは基板内で用いられ得る固体ホスト材料の例を示す。表１に示すように、固体ホスト材
料は重金属フッ化物ガラス（例：ＺＢＬＡＮ）を表すことができる。ＺＢＬＡＮガラスは
ＺｒＦ４，ＢａＦ２，ＬａＦ３，ＡｌＦ３，およびＮａＦなどのフッ化物との様々な組み
合わせを用いることができる。場合により、固体ホスト材料はＣａＦ２であり得る。固体
ホスト材料は低い最大フォノンエネルギ準位を示す。いくつかの例によれば、固体ホスト
材料は所定の波数以下の最大フォノンエネルギを示すことができる。更なる例として、固
体ホスト材料は約３７０ｃｍ−１〜約５２５ｃｍ−１の最大フォノンエネルギを示すこと
ができる。固体ホスト材料は、低い最大フォノンエネルギを含み、関心光チャネルに対応
する放射帯域内で蛍光を得るために関心位置において利用可能なエネルギバンドを示す、
他の材料から構成することもできる。
蛍光材料は希土類イオンであるＴｍ３＋（４５５ｎｍ）、Ｈｏ３＋（５５０ｎｍ）、Ｔ
ｂ３＋（５４０ｎｍ）、Ｅｕ３＋（６１１ｎｍ）、Ｓｍ３＋（５５０ｎｍ）、Ｐｒ３＋（
４８８、５９０ｎｍ）、Ｄｙ３＋（４８０ｎｍおよび５７５ｎｍ）、またはＥｒ３＋（５
５０ｎｍおよび６６０ｎｍ）、もしくはアクチノイド類の元素であるＵ、遷移金属イオン
であるＴｉ３＋，Ｃｒ２＋／３＋、などの希土類元素であり得る。蛍光材料は固体ホスト
材料の全体にわたって均等かつ均質な定まった方法で配置することができ、Ｅｒ−ＩｎＦ
３ガラスを形成する。蛍光材料は一つ以上の関心発光チャネルで発光する。例えば、蛍光
材料は１０００ｎｍより短い波長で発光することができる。
蛍光材料は固体ホスト材料内に様々な濃度で提供することができ、蛍光発光材料の濃度
は、期待される励起光強度に応じて得られる蛍光発光の所望の強度に部分的に基づいて管
理される。上記の例において、ホスト基板が三価のエルビウムイオンをドープしたフッ化
インジウム（ＩｎＦ３）ガラスの場合、三価のエルビウムイオンは約０．１％〜約１０．
０％のドーパント濃度で提供することができ、例えば原子分率約０．５％〜約６％であり
得る。他の例として、三価のエルビウムイオンのドーパント濃度は原子分率で約１．０％
〜３．０％＋／−０．０１％の範囲であり得る。蛍光材料は、組成を調整することによっ
て調整され得る選択発光強度を示す。例えば、発光強度および／または発光色は、蛍光材
料の濃度を調整することや、第２ドーパント（例えば共ドーパント）を添加することおよ
び／または固体ホスト材料の組成を調整することにより、さまざまに変化させることがで
きる。例えば、第１ドーパントは主ドーパントまたは活性化イオンを表すことができ、一
方第２ドーパントは主ドーパントの放出強度を増加または減少させるために添加すること
ができる。第２ドーパントは増感イオンを表す。複数のドーパントを組み合わせることに
より、蛍光強度を高めることができる。追加の増感イオンと共ドーピングすることにより
、増感イオンと活性化イオン（例えば、Ｅｒ）との間のエネルギ移動によって放出強度を
増加させることができる。例えば、Ｅｒ３＋が活性化イオンとして使用される場合、増感
イオンとしてＹｂ３＋またはＴｍ３＋が用いることができる。他の例として、Ｙｂ，Ｈｏ
およびＹＦ３が増感イオンとして用いることができる。
必要に応じて、１つ以上のドーパントを組み合わせることにより、１つ以上の発光バン
ドの蛍光強度を減少させることができる。追加の増感イオンと共ドーピングすることによ
り、増感イオンと活性化剤（例えば、Ｅｒ）との間のエネルギ移動によって放出強度を減
少させることができる。たとえば、Ｔｂ／ＥｕはＹｂ２Ｏ３に共ドーピングすることがで
き、ＴｂからＥｕへのエネルギ移動は赤から緑へと発光の変化をもたらす。他の例として
、Ｔｍは、１．５ミクロン（μｍ）の連続波（ｃｗ）レーザを促進するために、Ｔｂまた
はＨｏを共ドーピングすることができる。共ドーピングの組み合わせの例は、“Properti
es of the 1.5 and 2.3 um laser emissions of various Tm doped fluoride crystals c
odoped with Tb or Yb ions”(OSA TOPS Voi.26、先進固体物理レーザ学会)、“Ultravio
let and visible emissions of Er3+ in KY(WO4)2 single crystals co-doped with Yb3+
ions”(Journal of Luminescence 115号(2005)131~137ページ)、“Color-tunable prope
rties of Eu3+ - and Dy3+ -codopedY2O3 phosphor particles”(NanoscaleResearch Let
ter 2012年7号(1)556ページで公開)、書籍“Current Trends in Optical Amplifiers and
Their Applications”(Tien-Pei Lee編集)に記載され、それらすべての主題を本明細書
の一部として援用する。
固体ホスト材料とドーパントは所望のエネルギ準位比を示すような組み合わせを選択す
ることができる。例えば、ＨＯＳＴＰＥ／ＦＭＥＴのエネルギ準位比を示すことができ、
ＨＯＳＴＰＥは固体ホスト材料の最大フォノンエネルギを表し、ＦＭＥＴは蛍光材料のタ
ーゲット発光エネルギ準位と最近位のエネルギ準位の間のエネルギ遷移を表す。
本明細書中で公開された例に従って、固体ホスト材料と蛍光材料はＦＭＥＧ２／ＨＯＳ
ＴＰＥ＞＝４のエネルギ準位比を示し、ＨＯＳＴＰＥは固体ホスト材料のフォノンエネル
ギを表し、ＦＭＥＧ２は蛍光材料のターゲット励起エネルギ準位と次に低い（ＮＬＬ）エ
ネルギ準位の間のエネルギ遷移を表す。例として、下記に記された表２は例示された蛍光
材料のエネルギギャップＦＭＥＧ２と様々な固体ホスト材料との関係を示している。例と
して、蛍光材料は、ＴＥエネルギ準位が４Ｆ９／２エネルギ準位で、ＮＬＬエネルギ準位
が４Ｉ９／２エネルギ準位である、三価のエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）元素であり得る
。４Ｆ９／２と４Ｉ９／２エネルギ準位の間のエネルギギャップは２９００ｃｍ−１の波
数である。表２において、例示された固体ホスト材料はそれぞれ１１００ｃｍ−１、９０
０ｃｍ−１、５００ｃｍ−１の最大フォノンエネルギを有するケイ酸塩、ゲルマニウム塩
、およびＺＢＬＡＮを含む。三価のエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）と固体ホスト材料であ
るケイ酸塩、ゲルマニウム塩、およびＺＢＬＡＮ（ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥ）のエネル
ギ準位比は、それぞれ３、４、および６であり、一方量子効率はそれぞれ約０．２２％、
１４％および９０％である。「量子効率」（Ｑ．Ｅ．）は、入射励起光フォトンの数に対
する放射された蛍光フォトンの数の比である。表２から明らかであるように、ＺＢＬＡＮ
は、特定の蛍光材料Ｅｒ３＋に対するケイ酸塩やゲルマニウム塩と比較して、高い度合の
量子効率を示す。場合によって、異なる蛍光材料がドーパントとして用いられるとき、ケ
イ酸塩とゲルマニウム塩は表２に例示されたものよりも高い量子効率を付与することがで
きる。Ｅｒ３＋をドープしたＩｎＦ３ガラスにおいて、エネルギ準位比は６であり、約９
０％の量子効率に対応している。他の蛍光材料は、表に示された固体ホスト材料と異なる
量子効率を示すものと認識される。
引き続き図１Ａに関連して、本体１０２は、アルミニウム、または類似した機械的特性
および光学的特性を有する他の材料を備えることができる。本体１０２は、本明細書中で
検討された様々なレッジ、ウォール、ウェルなどに求められる許容誤差を与える、粉砕工
程または他の製造工程によって形成することができる。本体１０２は、上面１０４にわた
って設けられた挿入領域１１８を含む。中央ポケット１１４およびチャネル１１６は、挿
入領域１１８の内部領域に設けられる。中央ポケット１１４は光学ターゲット１２０を受
け入れるように構成される。光学ターゲット１２０は接着剤のような様々な方法でポケッ
ト１１４の中に固定することができる。必要に応じて、ポケット１１４は光学ターゲット
１２０の周辺ウォールとしっかりと係合する（例えば、圧入方式で）周辺機能をともなっ
て形成することができる。挿入領域１１８は、光学ターゲット１２０をポケット１１４内
へ覆う、ガラス層（図１Ａには示されていない）やほかの透明材料（すなわち透明層）を
受け入れるように構成される。チャネル１１６はガラス層と本体１０２とを接着する接着
剤を受け、それによって光学ターゲット１２０を外部環境から覆い密封する。少なくとも
いくつかの例に従うと、ガラス層はその上に形成された微細構造を有することができ、そ
れによって格子層（例：図２Ａの１２２）を画定する。必要に応じて、ガラス層は完全に
省略することができ、光学ターゲット１２０は本体１０２の上面１０４から露出させるこ
とができる。
図１Ａの例において、中央ポケット１１４は細長く、本体１０２の長辺に沿って長手方
向に伸びるように配置される。チャネル１１６は、ポケット１１４の両側に沿って形成さ
れている。チャネル１１６は、チャネル１１６の底部から本体１０２の底面１０６まで延
在する、その底部にある１つ以上の入口／出口ポート１１７を含む。入口／出口ポート１
１７は、上面ガラスが挿入領域１１８に差し込まれた後、接着剤をチャネル１１６に注入
するために使うことができる。
必要に応じて、光学ターゲット１２０は、その上またはそれに近接して形成された微細
構造や他のパターンなしに、独立した検査装置として用いることができる。例えば、光学
ターゲット１２０は、他のいかなる支持構造もなしに、単純に、フローセルおよび／また
は装置の中に直接搭載することができる。
図１Ｂは別の例に従って形成された本体２０２の上面平面図を示す。本体２０２は、そ
の中に形成された挿入領域２１８を含んだ上面２０４を備える。挿入領域２１８は浅く、
本体２０２内に深く下方に延び、その深さは一般的にガラス層（例えば格子層）の厚さと
一致し、挿入領域２１８中で支えられる。図１Ｂの例では、挿入領域２１８は一般に正方
形または長方形であるが、別の形状も利用することができる。更に、図１Ｂの例において
、挿入領域２１８は一般的に、ガラス層の厚さに対応した一様な／共通した深さを有する
。しかしながら、挿入領域２１８は、ガラス層を形成するために異なる厚さを有するおよ
び／または別個に分かれる部分を持ったガラス層を利用することが望ましい場合などに、
その異なる領域における深さの変化があってもよい。
本体２０２は一般的に挿入領域２１８内の中央に位置するポケット２１４も含む。ポケ
ット２１４は、光学ターゲット１２０を受け入れるように形作られ、大きさを定められる
。ポケット２１４は、挿入領域２１８の深さより下に所定の深さまで延びる。チャネル２
１６は挿入領域２１８の中に設けられ、おおむねポケット２１４を取り囲むように位置す
る。チャネル２１６は、ポケット２１４を取り囲むように連続的であることを除いて、一
般に図１Ａのチャネル１１６に対応する。チャネル２１６は、本体２０２を通ってその底
面に延びる穴を表す入口／出口ポート２１７を含む。入口／出口ポート２１７は、一旦挿
入されたガラス層の内部に接近し、チャネル２１６に接着剤を挿入するために用いること
ができる。
例として、チャネル２１６は、チャネル２１６のまわりに配置された一連の圧力解放ポ
ケット２２１をも備える。下記により詳細に説明するように、圧力解放ポケット２２１は
、ガラス層にかかる圧力を、チャネル２１６に添加された接着シリコーンにより解放する
。より具体的には、シリコーンが入口／出口ポート２１７を通ってチャネル２１６に導入
されるとき、シリコーンは少なくとも部分的にポケット２２１の上を橋を架けるように覆
い、それによりポケット２２１のそれぞれの中の少量の空気を堰き止める。シリコーンが
硬化するにつれ、シリコーンは収縮し、それによって格子層へ引き抜き力／収縮力がかか
り、チャネル２１６の壁面を包囲する。ポケット２２１で堰き止められた空気はシリコー
ンの第１解放領域を形成し、それによって、シリコーンによって格子層にかかる引き抜き
力を軽減させる。
ポケット２１４とチャネル２１６は、図１Ｂの例において、これもまた長方形である内
部レッジ２１５によって分離される。図１Ｂに示された正方形または長方形の幾何学形状
のいずれも、類似した多数の代替形状に変更できるものと認識される。チャネル２１６は
、外部レッジ２１９によってその外周で囲まれる。内部レッジ２１５及び外部レッジ２１
９は、ガラス層を受け入れる棚を形成する。
組み立ての際、光学ターゲット１２０は、ポケット２１４に挿入され、ポケット２１４
の壁面と光学ターゲット１２０の側面の間の摩擦干渉などにより、そこに接着されて保持
される構成とすることができる。
一旦光学ターゲット１２０がポケット２１４に挿入されると、ガラス層は内部レッジ２１
５および外部レッジ２１９に受け止められるまで挿入領域２１８に挿入される。本明細書
中で開示されたいくつかの例に従うと、挿入領域２１８は格子層（例えば、図２Ａ中の１
２２を参照）としての機能を果たす透明層（例えば、ガラスから形成され、従ってガラス
層とも呼ばれるもの）を受け入れる。格子層は、組み立てが完了した後、汚染物質がポケ
ット２１４に入り込むのを防ぐために、挿入領域２１８の中に密封される。例えば、エン
ドユーザは、清掃のために、定期的に検査装置をクリーナー（例えば、アルコール）で拭
きとることができる。本明細書中の例は、格子層を本体２０２に接着するためにチャネル
２１６に注入された耐アルコール性接着剤を用いており、接着剤はアルコール暴露に十分
に耐えることとなる。例えば、接着剤はアルコール中で非常に安定なシリコーンであり得
るが、ＵＶ硬化接着剤はアルコールで化学変化する傾向がある。シリコーンはチャネル１
１６が満たされるまで注入される。しかしながら、シリコーンは硬化の際に「ガス放出」
を示すことができる。
本明細書で開示される例は、ポケット２１４と光学ターゲット１２０をガス放出工程の
副生成物から隔離するものである。そうするために、一旦格子層が挿入領域２１８に挿入
され、内部レッジ２１５および外部レッジ２１９に受けいれられると、ガス放出バリア２
１３が格子層と内部レッジ２１５との間の境界面の周囲に形成される。ガス放出バリア２
１１も格子層と外部レッジ２１９との間の境界面の周囲に形成される。ガス放出バリア２
１３、２１５は、一つ以上の入口／出口ポート２１７を通って冶具を挿入することと、格
子層と内部レッジ２１５の間の境界面の縁、および格子層と外部レッジ２１９の間の境界
面の縁にそって、所定の量のバリア接着剤を付着させることで形成することができる。例
えば、バリア接着剤は低粘性（例：３００ｃｐ）ＵＶ硬化接着剤であり得る。所定の時間
待った後、バリア接着剤は内部レッジ２１５および外部レッジ２１９を横切って運ばれ、
内部レッジ２１５、外部レッジ２１９と、格子層との間の薄い接着層（ガス放出バリアと
して鎖線２１１、２１３で示される）を形成する。格子層は圧力がかからない状態になり
、内部レッジ２１５と外部レッジ２１９へと引き下げられる。この状態でのＵＶ硬化は、
格子層を曲げることのできる締め付け固定具なしに格子層を平らで適切な位置に維持する
。加えて、内部レッジ２１５におけるガス放出バリア２１３はいかなるシリコーンの放出
ガスがポケット２１４に入り込むのをも防ぐ。
図１Ｃは、別の例に従って形成された検査装置２５０の斜視図を示す。検査装置２５０
は本体２５２、光学ターゲット２７０および格子層２７２を備える。本体２５２は、通常
挿入領域２６８の中央に位置するポケット２６４を備える。ポケット２６４は、光学ター
ゲット２７０を受け入れるように形作られ大きさを定められる。チャネル２６６は挿入領
域２６８の中に設けられ、ポケット２６４をおおむね包囲するように位置する。チャネル
２６６は入口／出口ポート２６７を備える。挿入領域２６８は、同一平面上に配置され、
格子層２７２の下面を受け入れるように配置された内部レッジ２６５および外部レッジ２
６９を備える。本体２５２は、格子層２７２における所望の平坦度を維持するように形成
される。いくつかの光学キャリブレーションがクロムパターンの平坦領域を用いるので、
格子層２７２における所望の平坦度を維持することは有益である。シリコーンが硬化する
際、特に正されない限り、格子層２７２をチャネル２６６まで引き下げる収縮が起こり得
る。格子層２７２が２６６まで引っ張られる場合、格子層２７２の中央部は、光学ターゲ
ット２７０の上方領域で上向きに湾曲することができる。また、接着剤硬化中の上面ガラ
ス（格子層２７２）の所定の場所への締め付けは、接着剤がこの状態で硬化する際に、格
子層２７２を恒久的になるように曲げることができる。
本明細書中の例に従うと、格子層２７２の上面は、所望の平坦度／平面形状で維持され
る。そうするために、チャネル２６６は、チャネル２６６の周りに分布した一連の圧力解
放ポケット２７１とともに設けられている。圧力解放ポケット２７１は、硬化工程の間に
チャネル２６６に添加された接着シリコーンによって、格子層２７２にかかる圧力を解放
する。本明細書中で公開された例のいくつかは、硬化の際、シリコーンが格子層２７２を
チャネル２６６へと引き下げるのを防ぐ。ＵＶ硬化接着剤（図１Ｂのバリア２１１、２１
３）は、チャネル２６６の両側で格子層２７２を下に保持し、それによって格子層２７２
の曲がりを避ける（または少なくともおおむね曲げを減らす）。シリコーンが格子層２７
２を引っ張ることなく収縮することができるように、チャネル２６６の一部を拘束しない
ままにすることによって、格子層２７２の屈曲の可能性がさらに低減される。これはチャ
ネル２６６の底に周期的なポケット２７１（穴）を形成することで成し遂げることができ
る。シリコーンがチャネル２６６を通って流れると、空気はポケット２７１の内部に封じ
込められる。シリコーンが硬化するとき、シリコーンが収縮するにつれて気泡は自由にチ
ャネル２６６内へ膨張する。格子層２７２をチャネル２６６へ引き下げることよりも気泡
をチャネル２６６に引き上げるほうがより容易であるので、格子層２７２は硬化中に変形
しない。
必要に応じて、本体２５２は、その向かい合う端部に設けられた開口部のような、１つ
以上の取付機構２５１を備えることができる。取付機構２５１は、検査装置２５０を所望
の位置に位置決めするために、装置上にはめ合い部品を受け入れる。図１Ｃの例において
、取付機構２５１は、対応するピンを受け入れる穴を表す。代替または追加の取付機構を
用いてもよい。
検査装置２５０を組み立てる一般的な工程について説明する。光学ターゲット２７０は
ポケット２６４に挿入される。図１Ｃの例において、ポケット２６４の向かい合わせの端
部は、接着剤の導入を容易にする空洞２６３を備える。例えば、接着剤を詰めた冶具（例
えば、シリンジ）は光学ターゲット２７０の端にある空洞２６３に挿入することができる
。接着剤は冶具から導入され、毛細管力によって、光学ターゲット２７０の下面に沿って
少なくとも部分的に底部ポケットレッジ２５９を横切り、吸い上げ／流入させることがで
きる。毛細管力は光学ターゲット２７０をポケットレッジ２５９の底面に対して引っ張り
、それによって光学ターゲット２７０をポケット２６４内の所望の深さに維持する。必要
に応じて、接着剤がＵＶ硬化接着剤を表すとき、ＵＶライトはこの時点で導入することが
でき、接着剤を硬化させる。
格子層２７２は、挿入領域２６８に装填され、挿入領域２６８の周縁が格子層２７２の
外周に当接した状態になる。本体２５２は、格子層２７２がいったん配置されると、空洞
２４９が格子層２７２の周囲の周りに分布するように、挿入領域２６８の周囲に１つ以上
の空洞２４９を備える。一旦格子層２７２が挿入領域２６８に搭載されると、接着剤を分
注する冶具（例えば、シリンジを搭載した空気式接着剤ディスペンサー）は、格子層２７
２の周縁のあたりの一つ以上の箇所に、制御された量の接着剤を導入するために用いるこ
とができる。例えば、シリンジの先端は格子層２７２の角にある空洞２４９に挿入するこ
とができる。所定の量の接着剤が導入される。接着剤は、毛細管力によって、格子層２７
２と外部レッジ２６９との間の境界面にそって引っ張られる。毛細管力によって、接着剤
は、光学ターゲット２７０に近接する格子層２７２の部分の上を流れることなく、外縁２
６９にそって吸い上げ／流入される。毛細管力は、格子層２７２を外部レッジ２６９に対
して引っ張り、それによって格子層２７２を挿入領域２６８中の所望の深さに維持する。
必要に応じて、接着剤がＵＶ硬化接着剤を表すとき、ＵＶライトはこの時点で接着剤を硬
化させるために導入することができる。
加えてまたは代替的に、接着剤は内部レッジ２６５へ導入することができる。接着剤は
、格子層２７２が挿入領域２６８に挿入される前か後に、内部レッジ２６５へ導入するこ
とができる。例えば、一滴以上の接着剤を、格子層２７２が挿入される前に内部レッジ２
６８の上に位置させることができる。必要に応じて、接着剤を分注する冶具は、格子層２
７２の挿入後に接着剤を内部レッジ２６５に導入するために用いることができる。例えば
、シリンジの先端は一つ以上の入口／出口ポート２６７を通って挿入することができ、シ
リンジは所定量の接着剤を導入することができる。接着剤は、毛細管力を通して、格子層
２７２と内部レッジ２６５との間の境界面に沿って引っ張られる。毛細管力によって、接
着剤は、光学ターゲット２７０に近接する格子層２７２の部分の上を流れることなく、内
部レッジ２６５にそって吸い上げ／流入される。毛細管力は格子層２７２を内部レッジ２
６５に対して引っ張り、それによって格子層２７２を挿入領域２６８中の所望の深さに維
持する。必要に応じて、接着剤がＵＶ硬化接着剤を表すとき、ＵＶライトは、接着剤を硬
化させるためにこの時点で導入することができる。
接着剤（例：シリコーン）は一つ以上の入口／出口ポート２６７を介してチャネル２６
６に導入される。例えば、チャネル２６６の一つ以上の隅にある入口／出口ポート２６７
は、接着剤を導入するための入り口として用いることができ、一方でチャネル２６６の他
の一つ以上の隅にある入口／出口ポート２６７は、空気をチャネル２６６から排出させる
出口を形成する。上記で説明したように、接着剤がチャネル２６６を通って流れるにつれ
て、接着剤はポケット２７１の上に橋渡しするように流れる。接着剤が硬化するにつれて
収縮するために、ポケット２７１は後でエアリリーフを提供する。
図２Ａは、光学ターゲット１２０を搭載した図１の検査装置１００の、図１の線２Ａ‐
２Ａにそった側面断面図を示す。図２Ａは、ポケット１１４に搭載された光学ターゲット
１２０と、挿入領域１１８に搭載された格子層１２２を表す透明層とを示す。格子層１１
２は、異なるタイプのアライメント操作および／またはキャリブレーション試験に関連し
て使われる異なる領域を有することができる。例として、下記の図２Ｄに関連して議論さ
れるように、格子層１２２は一つ以上の「タイル」を含むことができ、それは様々な操作
に関連して情報を収集するために対物レンズ（図２Ｄ中の２００）が位置する領域を表す
。例として、格子層１２２は一つ以上の画質タイル、歪みタイル、クリアタイル、基準点
などを含むことができる。対物レンズは様々な試験の実行に関連する情報を収集するため
の様々なタイルに対応して位置する。格子層１２２はまた、励起空間プロファイルの均一
性と位置を監視するためにも使うことができる。格子層１２２は、基板上に設けられ一つ
以上の所定のパターン形状をした様々な微細構造１２３をもつ透明キャリア基板（たとえ
ばガラス）から形成することができる。微細構造１２３は、一つ以上のタイル／領域に設
けられ、対物レンズはキャリブレーション操作および試験に関連してそこに位置する。様
々なキャリブレーション操作および試験の例を、図１０に関連して下記に説明する。例と
して、微細構造１２３は、クロムまたはほかの不透明な合成物を備えることができ、合成
物は励起光および／または一つ以上の関心蛍光発光バンドに対して所望の不透明度（例え
ば、部分的または完全に不透明）を示す。例えば、本明細書中で説明されたように、クロ
ムの層は、異なるアライメントおよび／またはキャリブレーション操作に関連して用いら
れる異なるパターン（これもまた「クロム」または「クロムパターン」と言及される）を
形成するクロムの異なる領域とともに、さまざまな技法を通して格子層１２２の表面に置
くことができる。微細構造１２３は、帯状、ドット状、ピンホール状などのような様々な
パターンで形成され得る。場合によって、微細構造１２３は、微細構造１２３を通ってチ
ャネルやピンホールなどを形成する開口部または隙間によってあらわされる所定のパター
ンで、固体層として設けることができる。微細構造１２３は、格子層１２２の上面および
／または下面に設けることができ、上面及び下面は装置の対物レンズに対応して指定され
る。例えば、上面は対物レンズに近説する面を表し、一方で下面は対物レンズから遠い面
を表す。かわりに、格子構造は、モノリシック構造を形成するために、固体蛍光基板（例
えば、図２Ｅ参照）に直接パターニングすることができる。この例において、格子構造は
、光学ターゲット１２０と接しており、発光強度が所望のレベルに達するように（例えば
、最大化）、励起照明の光学ターゲットへの結合を増加させ、同様に光学ターゲット１２
０の蛍光の格子構造への連結を増加させる。場合によって、格子層１２２は完全に省略す
ることができる。必要に応じて、格子層１２２と光学ターゲット１２０との間の間隔は、
球面収差をもたらすように調整することができる。
図２Ａに示された例において、微細構造１２３は中央領域１１９によって隔てられた第
１及び第２格子領域１１５、１１７を含む。中央領域１１９は微細構造１２３が存在しな
いところである。
図２Ａに示されるように、反射防止コーティング１２１は透明層（格子層１２２）また
は光学ターゲット１２０の少なくとも一つの表面に形成することができる。反射防止コー
ティング１２１は、格子層１２２と光学ターゲット１２０との間のフリンジギャップに面
する任意の面に形成することができる。一例として、反射防止コーティング１２１は、光
学ターゲット１２０の表面に位置する。他の例として、反射防止コーティング１２１は、
微細構造１２３上を含む格子層１２２の表面上に位置する。さらに他の例として、反射防
止コーティング１２１は光学ターゲット１２０の表面上および微細構造１２３上を含む格
子層１２２の表面上に位置する。
反射防止コーティング１２１のひとつの例を形成するために、反射防止材料は、光学タ
ーゲット１２０がポケット１１４の中に位置するときにフリンジギャップ１２４に面する
光学ターゲット１２０の表面に塗布。反射防止コーティング１２１の他の例を形成するた
めに、微細構造１２３は、透明層（すなわち格子層１２２）の表面に形成することができ
、それから反射防止材料を表面に塗布することができる。
フリンジギャップ１２４の中で光学ターゲット１２０と格子層１２２との表面の間にお
ける光反射から起こり得る光干渉を減らすか、または除去するために、反射防止コーティ
ング１２１を含むことができる。その結果、本明細書で開示される装置および装置を使用
するときに得られる画像から、光学的干渉パターンまたは干渉縞を低減または排除するこ
とができる。
反射防止コーティング１２１は単層として示されているが、所望の反射防止効果を達成
するために単層または複層を使えることを理解されたい。例えば、関心発光バンド／波長
において反射を最小限にするかまたは全く反射をしないようにするために、複数の層を積
み重ねることができる。例えば、複層反射防止コーティング１２１は、約５２０〜７００
ｎｍの範囲の波長において０％〜１％の反射率を示すことができ、約５００〜５２０ｎｍ
の範囲の波長において０％〜５％の反射率を示すことができ、約７００〜１０００ｎｍの
範囲の波長において０％〜９％の反射率を示すことができる。このようにして、反射防止
コーティング１２１の反射防止特性は、異なる波長で同じでなくてもよく、装置や機器が
使われる用途によって変化させることができる。
反射防止コーティング１２１を形成するために使うことのできる適切な反射防止材料の
例は、材料が置かれた基板（例：光学ターゲット１２０または格子層１２２）の屈折率の
平方根と等しい屈折率を有する任意の透明材料を含む。反射防止材料のいくつかの例は、
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フルオロポリマー、メソポーラスシリカナノ粒子、シ
リカとより高い屈折率の材料の交互層、または所望の発光バンド／波長が使われる中で望
ましい反射防止特性を示すほかの反射防止材料を含む。
この例において、挿入領域１１８は、本体１０２の中に形成された挿入レッジ１２６と
内部ウォール１２７とともに形成される。挿入レッジ１２６は本体１０２の上面１０４の
下方に所定の距離離間し、所定の距離だけ内部に広がる。挿入レッジ１２６は、挿入領域
１１８の深さを画定し、その深さは格子層１２２の厚さに対応する。例えば、挿入レッジ
１２６は格子層１２２を支えるのに十分な距離だけ内部に広がることができる。一例とし
て、接着剤は格子層１２２を所望の位置に保持するために、挿入レッジ１２６にそって塗
布することができる。挿入レッジ１２６は、接着剤がポケット１１４にあふれることなく
挿入レッジ１２６を横切って広がることができる、ある程度定められた長さを有すること
ができる。レッジウォール１２７は挿入領域１１８の周縁の周りに広がるような形状およ
び寸法を有する。挿入領域１１８はポケット１１４と連続的に形成される。
ポケット１１４は、ポケットレッジ１２８とポケットウォール１２９によって区画され
、画定される。ポケットレッジ１２８は挿入レッジ１２６の下方に所定の距離離間し、所
定の距離だけ内部に広がる。例えば、ポケットレッジ１２８は光学ターゲット１２０を支
持するのに十分な距離だけ内部に広がることができる。一つの例として、接着剤は光学タ
ーゲット１２０を希望の位置に保持するためにポケットレッジ１２８にそって塗布するこ
とができる。ポケットレッジ１２８は、接着剤が拡散ウェル１３０にあふれることなくポ
ケットレッジ１２８を横切って広がることができるように、ある程度定められた長さの分
だけ内部に広がることができる。ポケット１１４は、接着剤が光学ターゲット１２０の中
央領域１１９の下に入り込むのを防ぐために、ポケット１１４が本体１０２の中央に位置
するように本体１０２内で内側に間隔を空けて配置される。
ポケットウォール１２９は光学ターゲット１２０の形状に対応する形状および寸法を有
する。ポケットウォール１２９はポケットレッジ１２８から挿入レッジ１２６へと延びる
高さを有する。ポケットウォール１２９の高さ１２９Ａは、光学ターゲット１２０が挿入
されしっかりとポケットレッジ１２８にあたっているときに、光学ターゲット１２０の上
面が挿入レッジ１２６の平面の下方に位置するような、光学ターゲット１２０の高さ１２
０Ａを超える所定の距離である。光学ターゲット１２０の上面は、フリンジギャップ１２
４の厚さの分だけ挿入レッジ１２６の平面の下方に位置する。フリンジギャップ１２４は
、光学ターゲット１２０の上面（またはその上の反射防止コーティング１２１）と格子層
１２２（またはその上の反射防止コーティング１２１）の下面との間の距離に対応する。
フリンジギャップ１２４は干渉縞を避けるのに十分に大きい。干渉縞は、格子層１２２と
光学ターゲット１２０が一点以上で互いに直接接触するときに発生し得る。フリンジギャ
ップ１２４は、光学ターゲット１２０と格子層１２２との間の直接接触を避けるのに十分
に大きい。フリンジギャップ１２４は光が格子層１２２と光学ターゲット１２０の間を通
過する際に有害な光学特性を導入することを避けるのに十分小さい。例として、もしフリ
ンジギャップ１２４が過度に大きければ、フリンジギャップ１２４を通る間に極端に多い
量の光が失われる場合がある。フリンジギャップ１２４は、光が格子層１２２と光学ター
ゲット１２０の間を通る際のフリンジギャップ１２４における過度の光損失を避ける。例
えば、フリンジギャップ１２４は約１０〜１００μｍの間の厚み、例として約３０μｍ（
＋／−２０μｍ）の厚みを有することができる。必要に応じて、フリンジギャップ１２４
は所定の光損失限界（例：入射光強度の約２０％以下）にとどまる光損失の量に規定され
る異なる厚みを有することができる。必要に応じて、格子層１２２と光学ターゲット１２
０は、光学ターゲット１２０の使用に過度に影響を与えない小さな干渉縞を導入し得る制
御された最小量の接触を経験することができる。上で述べたように、干渉縞は、反射防止
コーティング１２１を光学ターゲット１２０と格子層１２２の一つまたは両方に含めるこ
とで、いっそう低減または排除することができる。
必要に応じて、屈折率整合流体または屈折率整合エポキシは、フリンジギャップ１２４
を充填して格子層１２２と光学ターゲット１２０の経年移動の可能性を減らすために提供
することができる。すくなくともある屈折率整合エポキシは、少なくともある用途におい
ては望ましくないであろう経年に伴うわずかな色の変化（例：退色）を経験することがで
きる。また、屈折率整合流体が経年とともにフリンジギャップ１２４から漏れ出し得る可
能性が存在する。結果として、少なくともある屈折率整合流体および／またはエポキシは
、蛍光発光強度の経年変化を起こす可能性がある。例えば、経年した屈折率整合流体また
はエポキシは、光学ターゲット１２０に入射する励起光強度および／またはフリンジギャ
ップ１２４を横切る蛍光発光の強度をわずかに減少させることができる。加えて、少なく
ともある例では、フリンジギャップ１２４中の空気を用いることは、検査装置１００から
の一定の蛍光発光強度を維持するための少なくとも一つの態様を表すことができる。更に
、屈折率整合流体およびエポキシの添加は、フリンジギャップ１２４が製造工程に空気で
満たされているときに他に存在しない余分なステップ／複雑さを伴う場合がある。
ポケット１１４は、ポケット１１４の下方に（図２Ｂに示されるように対物レンズ２０
０から遠方に）位置し、ポケット１１４に挿入されているときは光学ターゲット１７０の
下方に位置する拡散ウェル１３０と接合される。拡散ウェル１３０はポケット１１４の下
方に位置し、光学ターゲット１２０の中央に位置する。拡散ウェル１３０は、光学ターゲ
ット１２０を通過する光を受光するように構成される。光は、拡散ウェル１３０を通過す
るにつれウェルベース１３２に接触するまでの間、次第にデフォーカスされまたは乱反射
する。光がウェルベース１３２に到達するとき、光はウェルベース１３２の光変性を避け
るのに十分な所望の程度に乱反射している。
ポケット１１４は、（光学ターゲット１２０内の）光の焦点と本体１２０の底部との間
の所望の距離（例：最大距離）を提供するように定められた高さを有する。拡散ウェル１
３０は、光変性の回避を促進し反射率を所望のレベル（例：約６％以下）に管理する顔料
系黒色仕上またはコーティングを備えることのできるウェルボトム１３２を含む。例とし
て、顔料系黒色仕上はニューヨーク州シラキュースのＡｎｏｐｌａｔｅ社から売り出され
ているＡＮＯＢＬＡＣＫＴＭ ＥＣのような無機金属塩を用いた電解黒色を表すことがで
きる。本明細書に開示された実施例によれば、黒色仕上は、染料ではなく、顔料を用いて
提供される。黒色染料は、励起光への暴露によって経年でより分解されやすい大きな分子
（顔料の分子サイズと比べて）を有するからである。少なくともいくつかの例に従って、
黒色仕上を形成するために用いられる顔料は、励起光に対してより影響を受けにくく経年
で分解しないより小さな分子から成り立つ。一例として、顔料は、黒色仕上を形成するリ
ン酸富化黒色酸化ニッケルで構成することができ、励起光によって分解しにくい比較的小
さな分子サイズを有し、このようにして比較的一定の反射率を維持する。また、顔料は、
コーティングにおいて低い蛍光を供給するように選択することができる。なぜなら、コー
ティングにおける初期低蛍光は、蛍光コーティングが過度の経年に伴って低下しないであ
ろうことを意味するからである。
必要に応じて、本体１０２の表面の様々な他の部分（例：上面および／または下面１０
４、１０６、側面１０８および／または前面および背面１１０、１１２）が仕上やコーテ
ィングで覆うことができる。
本明細書中で開示された例に従って、図２Ｂは、第１測定位置に位置する対物レンズ２
００とともにある光学ターゲット１２０のモデルの側面図を示す。本明細書中で公開され
た例に従って、図２Ｃは、第２測定位置に位置する対物レンズ２００とともにある光学タ
ーゲット１２０のモデルの側面図を示す。図２Ｂおよび２Ｃは、それぞれ、検査装置１０
０に対して第１および第２測定位置に位置する対物レンズ２００を例示する。図２Ｂと２
Ｃのモデルは、他の構造の間における、本体１０２、光学ターゲット１２０、格子層１２
２、および拡散ウェル１３０を例示するが、図を簡略化するために、フリンジギャップ１
２４と図２Ａのほかの特徴は詳細に例示されていない。
図２Ｂにおいて、励起計測操作の実行に関連するように、検査装置２００は格子層１２
２の中心領域１１９に近接して位置する。対物レンズ２００が中央領域１１９の中に位置
するとき、励起光２０２は格子領域１１５、１１７中の微細構造１２３を回避する。対物
レンズ２００は励起光２０２を検査装置１００に向け、励起光２０２は実行された特定の
計測に基づいて異なる焦点に合わせられる。例として、フレーム計測操作（図２Ｂと対応
する）と関連して、対物レンズ２００は励起光２０２を光学ターゲット１２０の上面１０
７の下方（例：５０μｍ）にある焦点２０４に合わせる。対物レンズ２００は、焦点２０
４における所望のフォーカス度合および、光学ターゲット１２０とそれ以降におけるより
深い深度において所望の拡散／デフォーカス度合を得るため、開口角２０８を制御する。
対物レンズ２００は、中央領域１１９中の光学ターゲット１２０の上面１０７から発され
た蛍光発光を受光する。
操作中、対物レンズ２００を領域１１９の上方に置くことで、格子に基づかない計測（
例：光学強度計測）が実行される場合がある。例えば、格子に基づかない計測は、検出カ
メラの視野と関連した励起光照明の位置の撮影に関連して実行することができる。焦点２
０４は、擦り傷、埃、指紋および、光学ターゲット１２０の表面の破片、擦り傷、欠陥な
どを焦平面から除去するため、下面１０７の下方に位置し、これらの潜在的干渉効果が測
定に無影響または比較的にほとんど影響を与えないようにする。他の操作は、領域１１９
から得られる画像を用いることのできる図１０と関連して議論される。
励起光は、対物レンズ２００から発され、微細構造１２３を通ることなく、格子層１２
２を通って光学ターゲット１２０へと移動する。それに応じて、光学ターゲット１２０は
、光学ターゲット１２０において領域１１９を通って戻り対物レンズ２００へ入射する蛍
光発光を生成し、蛍光発光は内部光学系を通って一つ以上の検出器へ向きを変えられる。
対物レンズ２００は、光学ターゲット１２０の表面の所定の距離だけ下方に位置する焦点
へ励起光を合わせる。例えば、焦点２０４は光学ターゲット１２０の表面１０７から約２
０〜１００μｍ下方に位置させることができる。他の例として、焦点２０４は光学ターゲ
ット１２０の表面１０７から約５０μｍ下方に位置させることができる。励起光は、焦点
２０４の下方の光学ターゲット１２０のより低い部分に拡散され、光学ターゲット１２０
の中の比較的大きな範囲を横切る蛍光発光を起こし、それによって比較的均一な走査が可
能になる。少なくともいくつかの例は、焦点２０４を光学ターゲット１２０の表面１０７
の下方に位置させ、開口角２０８を制御することで、光学ターゲット１２０の表面１０７
および／または格子層１２２における擦り傷、埃、指紋などの悪影響を除去またはおおむ
ね減らすものである。
図２Ｃにおいて、検査装置２００は格子計測操作の実行に関連するような格子領域１１
５、１１７の一つに隣接して位置する。検査装置２００が格子領域１１５、１１７の一つ
に隣接して位置するとき、励起光２０２は、それらの間のギャップまたは隙間を通って微
細構造１２３に入射する。対物レンズ２００は、励起光２０２を格子層１２２の下面に一
致する焦点２０６に合わせる。対物レンズ２００は、焦点２０６における所望のフォーカ
ス度合および、光学ターゲット１２０とそれ以降におけるより深い深度において所望の拡
散／デフォーカス度合を得るため、開口角２１０を制御する。焦点２０６は、微細構造１
２３の位置にも一致する。対物レンズ２００は、対応格子領域１１５、１１７中の光学タ
ーゲット１２０から発せられる蛍光発光を受光する。少なくともいくつかの例に従って、
発光の全てまたは一部は、光学ターゲット１２０の上部体積に由来し得るものであるが、
一方でより少ない発光が光学ターゲット１２０の残りの体積に由来する、または由来する
発光がない。
操作中、対物レンズ２００を第１及び第２格子領域１１５、１１７のひとつまたは両方
の上方に配置することで、格子に基づく計測が得られる。励起光は対物レンズ２００から
発せられ、格子領域１１５、１１７を通って光学ターゲット１２０へと移動する。励起光
は、光学ターゲット１２０中のより深部における開口角２１０によって定められた速度で
、焦点２０６を超えて拡散またはデフォーカスする。励起光に反応して、光学ターゲット
１２０の対応領域は、上面１０７から発せられ格子層１２２の下面（および微細構造１２
３）へ入射する蛍光発光を生成する。蛍光発光は、格子層１２２上の微細構造１２３の間
を通り、対物レンズ２００に入射するまで上方へ通りぬける。蛍光発光は、内部光学系を
通って一つ以上の検出器へ向きを変えられ、それによって処理される。励起光が光学ター
ゲット１２０を通り抜ける範囲で、ウェルボトム１３２に接触する前に拡散ウェル１３０
を通り抜けるとき、励起光は所望のデフォーカス度合を示す。ウェルボトム１３２に接触
する励起光の強度は、所定の閾値を下回り、そうして経年によってウェルボトム１３２の
光学特性が変化する可能性を避ける。
励起光が微細構造１３２を超えて通過するにつれ、レーザ光はより大きな領域に発散し
、蛍光を発するときに光学ターゲット１２０の比較的大きな部分を発光させる。加えて、
装置内のカメラは、焦点２０６のいずれかの側部に横方向に位置させることのできる微細
構造１３２の部分からクロムパターンを収集でき、それによってクロムパターン計測に改
善した照明均一性を提供する。
対物レンズ２００は、高開口数を有することができ、対物レンズ２００が格子層１２２
の表面からより遠くへ動くほど、より多くの励起源が焦点から外れる。励起レーザは、励
起光が焦点２０６から遠ざかるにつれて発散する。励起光が発散する／集中する速度は、
対物レンズ２００の開口数にある程度左右される。少なくともいくつかの例に従うと、励
起光は、励起光が光学ターゲット１２０の底面を脱するときまでおおむねデフォーカスす
る。励起光は、励起光が拡散ウェル１３０を通過するにつれてより拡散しつつづける（よ
り焦点から外れる）。励起光がウェルボトム１３２に突き当たるときまで、励起光は、ウ
ェルボトム１３２に突き当たるエネルギの強度を所望の強度閾値を下回るまで制限するの
に望ましい角度へデフォーカスする／拡散する。
本明細書中の例に従うと、対物レンズ２００と検査装置１００は、励起レーザラインを
広範囲の領域へ広げることで（例：Ｘ方向に２．３３ｍｍ、Ｙ方向に０．５３ｍｍ）本体
１０２の過度の光分解を回避する（例：光変性を最小にする）。加えて、いくつかの例で
は、励起光が本体１０２の表面に突き当たるときに励起光が望ましい量（Ｅｒ−ＩｎＦ３
の約１．５％未満）までデフォーカスされるように励起光のフォーカスをある程度制御す
ることによって、本体１０２の過度の自己蛍光を避ける（例：最小化）。
加えて、拡散ウェル１３０および、焦点２０６とウェルボトム１３２との間の距離は、
自己蛍光の可能性を減らす。自己蛍光は、励起光の受光に応じてウェルボトム１３２から
生じさせることができる。ウェルボトム１３２が蛍光エネルギを発する範囲について、拡
散ウェル１３０を通り抜ける間、光学ターゲット１２０からの関心特性に衝撃を与えるこ
となく、蛍光エネルギはおおむね散乱する。
場合によって、少なくともいくつかの例に従うと、光学ターゲット１２０の長さは、格
子領域１１５、１１７中の微細構造１２３に対する所望の方法で定めることができる。例
えば、格子上の測定を行うとき（図２Ｃに対応）、開口２１０中の励起光がポケットウォ
ール１２９に衝突しないような位置に対物レンズ２００を制御することが望ましい。
本明細書中の例に従うと、検査装置１００は、長期にわたってほぼ一定のままの蛍光源
を提供する。例えば、検査装置１００は、少なくとも１００００回の検査操作（それぞれ
の検査操作は、励起光による光学ターゲットの少なくとも一回の照明操作に対応する）に
わたって蛍光強度の顕著な損失を示さず、ほぼ安定したままである。他の例についても、
検査装置１００は、少なくとも１００００回の検査操作にわたって約３％未満の蛍光発光
強度の変化しか示さない。より一般的には、検査装置１００は、本明細書中の例に従って
形成されたとき、検査装置１００が用いられる装置に応じた使用寿命にわたって約２％以
下の蛍光発光強度の減少しか示さない。
図２Ｄは例に従って形成された検査装置の平面図を示す。格子層（図２Ａ中の１２２）
および微細構造は、さまざまなタイル／領域で配置され異なるタイプの試験に関して用い
られる。図２Ｄにおいて２８１、２８３と表示された枠の中の領域（枠２８１、２８３の
中に定義されたサブ領域を含む）は、クロム／微細構造が設けられる格子層の領域に対応
する。これらの領域もまたピンホールをともなったクロムで構成することができる。２８
１または２８３と表された領域の外の領域（例：２８１または２８３と周囲の間の領域、
または２８１と２８３の間の領域）は、クロム／微細構造がない空き領域を示す。＋記号
中の領域もまたクロム／微細構造がない空き領域を示すことができる。
検査装置は、撮像装置の自動センタリング操作に関して用いられるトップ自動センタリ
ング基準２８０とボトム自動センタリング基準２８２を備える。画質タイル２８４は画質
試験で使用するために設けられる。歪みタイル２８６は歪み試験に関して使用するために
設けられる。クリアタイル２８８は照明均一操作およびフラットフィールド補正操作で使
用するために設けられる。クリア領域２９０はレーザライン測定で使用するために設けら
れる。水平ナイフエッジ２９２および垂直ナイフエッジ２９４がレーザスポット位置チェ
ックに関して使用するために設けられる。タイル２９６には、変調伝達関数の測定に関連
して利用される明確な穴のパターンが設けられる。必要に応じて、追加の、少数の、また
は代替のタイル領域が設けられる。
図２Ｅは代替例に従って形成された検査装置３００を示す。検査装置３００は、図２Ａ
の検査装置１００と様々な様子で類似しており、相違点は以下で述べる。検査装置３００
は、光学ターゲット３２０をポケット３１４中に受け入れる本体３０２を備える。ポケッ
ト３１４は、光学ターゲット３２０を拡散ウェル３３０の上方かつ本体３０２の所定の深
さに維持するポケットレッジ３２８を備える。透明層３２２（例：ガラスから形成される
）は、本体３０２中に画定された挿入領域３１８に挿入される。外部レッジ３２６は、フ
リンジギャップ３２４とともに、透明層３２２を光学ターゲット３２０の上部の所定の距
離に維持する。光学ターゲット３２０は、その上面に形成された微細構造３２３を備える
。微細構造３２３は、フリンジギャップ３２４によって透明層３２２と分離される。微細
構造３２３は、透明層３２２と分離され異なる光学ターゲット３２０の表面に格子層を形
成する。必要に応じて、透明層３２２は完全に除去することができる。必要に応じて、透
明層３２２と光学ターゲット３２０の間の間隔は、球面収差を設けるために調整すること
ができる。加えて、検査装置３００は、透明層３２２の底面のかわりに光学ターゲット３
２０の表面に直接クロムパターン（微細構造３２３）を印刷することによって製造される
。
図示されてはいないが、図２Ｅに示された例は、フリンジギャップ３２４に面した透明
層３２２の表面上および／または光学ターゲット３２０の表面上および光学表面３２０に
形成された微細構造３２３上に反射防止コーティング１２１をも備えることができる。本
明細書中で公開されたいかなる反射防止材料の例も、この例において用いることができる
。
透明層３２２の厚みは、結像系における球面収差を埋め合わせるように定められる。も
し結像系が球面収差なく設計されれば、透明層３２２は完全に除去することができ、クロ
ムパターンが光学ターゲット３２０の表面に印刷される。結像系が球面収差を有している
場合（あるガラスの厚みを通して見るように設計されているので）、透明層３２２は、た
とえクロムパターンが光学ターゲット３２０に印刷されていても用いられる。必要に応じ
て、光学ターゲット３２０は光学ターゲット３２０の表面に直接よりかかり当接するよう
に、フリンジギャップ３２４は完全に除去することができる。
図２Ｆは代替例に従って形成された検査装置３５０の側面図を示す。検査装置３５０は
分離された本体（上記に記された本体３０２や１０２のような）を備えない。検査装置３
５０は互いに直接接合された光学ターゲット３５６と透明層３５２を備える。微細構造３
５３は、光学ターゲット３５６と透明層３５２の境界面に設けられる。微細構造３５３は
、光学ターゲット３５６の上面および／または透明層３５２の底面に形成されたひとつ以
上のクロムパターンを表すことができる。例として、検査装置３５０は、検査装置３５０
が装置に装着されるかわりにフローセル上に直接位置する例において用いられる。加えて
、または代替として、検査装置３５０もまた装置中に装着することができる。
必要に応じて、透明層３５２は完全に除去され得る。例えば、本明細書中で示された光
学ターゲット１２０、３２０、３５６のいずれも、追加の本体部品や透明層を設けられる
ことなく、独立した検査装置として用いることができる。加えて、光学ターゲット１２０
、３２０および３５６は、微細構造やほかのパターンが光学ターゲットの上や光学ターゲ
ットに近接して設けられることなく、独立した検査装置として用いることができる。例え
ば、光学ターゲット１２０、３２０および３５６は、他の支持構造なく、フローセル上お
よび／または装置中に単に直接装着することができる。
図３Ａは本明細書中の例に従って用いられる蛍光材料についてのエネルギ準位図を示す
。エネルギ準位図は、縦軸にエネルギ（ｃｍ−１）を、横軸に代替遷移を示す。基底エネ
ルギ準位３０２は、上昇するエネルギ準位３０４〜３０９に沿って、三価のエルビウムイ
オン電子が励起したときに上昇し得る準位まで示される。例えば、エルビウムイオン電子
は、約１８８００ｃｍ−１のエネルギを吸収することができ、電子を４Ｉ１５／２基底エ
ネルギ準位３０２から４Ｓ３／２ターゲット励起（ＴＥ）エネルギ準位３０８まで移動さ
せる。他の例として、エルビウムイオン電子は、約１５０００ｃｍ−１のエネルギを吸収
することができ、電子を４Ｉ１５／２基底エネルギ準位３０２から異なる４Ｆ９／２ＴＥ
エネルギ準位３０７まで移動させる。エルビウムイオン電子は、励起光からエネルギを吸
収して対応するＴＥエネルギ準位３０７、３０８へ移動する。一旦イオンが対応する上昇
ＴＥエネルギ準位へ移動すると、イオンは吸収したエネルギをフォトンの形で放出し、基
底エネルギ準位３０２へ戻る。ＴＥエネルギ準位は、基底エネルギ準位から関心蛍光発光
波長（ＦＥＷＩ）に対応する第１エネルギギャップＦＭＥＧ１を介して離間する。例えば
、ＦＥＷＩは赤、緑、青、またはほかの発光波長であり得る。放出されたフォトンは蛍光
発光として対物レンズに受光される。蛍光発光の色は第１エネルギギャップＦＭＥＧ１に
対応するフォトンエネルギに左右される。イオンがターゲット励起エネルギ準位３０７か
ら基底エネルギ準位３０２に遷移するとき、対応する放出フォトンは、６５０ｎｍの関心
蛍光発光波長として検出される（赤い蛍光発光として目視される）約１５００ｃｍ−１の
エネルギを有する。イオンがターゲット励起エネルギ準位３０８から基底エネルギ準位３
０２に遷移するとき、対応する放出フォトンは、５３２ｎｍの関心蛍光発光波長として検
出される（緑の蛍光発光として目視される）約１８８００ｃｍ−１のエネルギを有する。
図３Ａはまた、三価のエルビウムイオンによって示すことのできる追加のエネルギ準位
遷移をも示す。エネルギ準位３０４〜３０８のそれぞれは、対応する次に低いエネルギ準
位を有する。本明細書中の例に従って、固体ホスト材料と蛍光材料は、一つ以上のターゲ
ット励起エネルギ準位（例：３０８）と次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位との間のエネル
ギギャップ（例：３０７）にある程度基づいて選択される。４Ｆ９／２エネルギ準位３０
７は、４Ｓ３／２エネルギ準位３０８に対する次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位を表す。
４Ｉ９／２基底エネルギ準位３０６は、４Ｓ３／２エネルギ準位３０７に対するＮＬＬエ
ネルギ準位を表す。
電子はエネルギ準位３０４、３０５、３０６へ上昇することができ、基底エネルギ準位
３０２へ戻るとき、対応するエネルギ量を有するフォトンを放出する。エネルギ準位３０
４〜３０６からの遷移において放出されるフォトンは、それぞれ１５２０ｎｍ、９７５ｎ
ｍ，８００ｎｍの対応する波長を有する。加えて、電子は中間上昇エネルギ準位３０４〜
３０８の間を遷移することができる。電子が隣接エネルギ準位または中間上昇エネルギ準
位の間を遷移するとき、フォトンは、開始時と終了時の上昇エネルギ準位の差異に対応し
た、対応するエネルギ量を放出する。図３Ａは、異なる上昇エネルギ準位間で電子が遷移
するときに放出されるフォトンに関連して見える波長の例を示す。例えば、エネルギ準位
３０８の電子はエネルギ準位３０７、３０６、３０５、３０４のいずれにも遷移すること
ができ、この場合において放出されるフォトンはそれぞれ３２３０ｎｍ、１６７０ｎｍ，
１２１０ｎｍ、８４０ｎｍの波長を有する。さらなる例として、エネルギ準位３０７の電
子がほかの中間上昇エネルギ準位３０６〜３０４に遷移するとき、対応する放出フォトン
はそれぞれ３４５０ｎｍ、１９４０ｎｍ，１１３２ｎｍの波長を有する。放出フォトンは
フォトン波長に対応する色で蛍光発光する。
本明細書中で示されたいくつかの、すべてではない例は、所定の関心発光バンドにおけ
る蛍光発光を用いる流体システムに関連して検査装置を使用することを意図している。例
によると、発光バンドは、緑色蛍光発光および／または赤色蛍光発光に対応した波長を中
心とすることができる。関心発光バンドが赤色または緑色蛍光発光に対応した波長の中心
に位置するとき、図３Ａのエネルギ図の対応部が重要である。より具体的にいうと、緑色
発光が重要であるとき、ターゲット励起エネルギ準位ならびに基底エネルギ準位３０８お
よび３０２の間の遷移が望ましい。赤色発光が重要であるとき、ターゲット励起エネルギ
準位ならびに基底エネルギ準位３０７および３０２の間の遷移が望ましい。現在の例にお
いて、図３Ａにおけるほかのエネルギ準位間の遷移は赤色および／または緑色関心発光バ
ンドを用いる装置に関連して重要ではない。
前述の議論は一例であり、ほかの例は本開示の範囲内にあるものと考えられる。加えて
または代替として、他の発光バンドが重要な場合がある。例として、装置は８００ｎｍお
よび／または９７５ｎｍと関連した発光バンドを用いることができる。関心発光バンドが
８００ｎｍおよび／または９７５ｎｍを中心とした波長を有するとき、準位３０６および
３０２、ならびに準位３０５および３０２の間のエネルギ遷移が重要である。一般的に、
１００ｎｍを上回るエネルギバンドは、典型的に１００ｎｍを上回るエネルギバンドを用
いないシーケンス解析の実行と関連した蛍光発光として、典型的に流体装置と関連して重
要でない。加えて、第１上昇エネルギ準位３０４および基底エネルギ準位３０２の間の遷
移は、流体装置に関連して重要でも有益でもない。
本明細書の実施例によれば、蛍光材料からの蛍光は、レーザまたは発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）光源を用いて上方エネルギ準位（ターゲット励起エネルギ準位とも呼ばれる）への
光学的励起によって達成される。光励起プロセスに続いて、不純物イオン内のより低いエ
ネルギ準位への減衰は、フォトンの放出（蛍光）に対応する放射減衰および周囲の格子構
造への光学フォノン放出による非放射性減衰の、２つの競合するエネルギ遷移プロセスを
介して起こる。非放射性減衰速度は、周囲の格子と不純物イオンとの間の結合相互作用に
依存し、放出されるフォノンの数にともなって指数関数的に低下する。その結果、多数の
放出されたフォノンを含む非放射性プロセスは、発生確率が低い。２つのエネルギ準位間
の非放射遷移確率は、指数減衰関数Ｗｍｐ＝Ｃｅｘｐ（−αΔＥ）［ｎ（Ｔ）＋１］ｐに
よって適切に記述され、ここで、Ｃおよびαは、固体ホスト材料に特有の定数であり、Δ
Ｅは二つのエネルギ準位を隔てるエネルギギャップであり、ｎ（Ｔ）は温度Ｔにおけるボ
ーズ・アインシュタイン占有数であり、ｐはエネルギギャップを広げるのに必要なフォノ
ンの最小数である。一般に、マルチフォノンプロセスによる非放射性減衰は、最大フォノ
ンエネルギが低いホストを選択することによって最小化することができる。例えば、Ｅｒ
３＋の４Ｆ９／２〜４Ｉ１５／２間の遷移から約６６０ｎｍの可視蛍光を観察するために
は、４Ｆ９／２準位と次に低い準位４Ｉ９／２との間の非放射性減衰を最小にする必要が
ある。４Ｆ９／２〜４Ｉ９／２準位間のエネルギ分離は２９００ｃｍ−１までであるので
、約５８０ｃｍ−１以下の最大フォノンエネルギを有するホスト材料を選択することが有
利である（５つ以上のフォノンの同時放出に対応する）。赤色波長領域での発光促進に加
えて、低フォノンホスト材料の選択はまた、Ｅｒ３＋の４Ｓ３／２励起状態からの緑色発
光を増強し、次に低いエネルギ準位（４Ｆ９／２）はこの状態の約３１００ｃｍ−１下方
に位置する。
固体ホスト材料は、所定のフォノンエネルギＨＯＳＴＰＥを有するが、蛍光材料は、選
択基底エネルギ準位および関心蛍光発光波長（ＦＥＷＩ）に対応する第１エネルギギャッ
プを介して基底エネルギ準位から離間するターゲット励起エネルギ準位を示す。図３Ａの
例では、ＦＥＷＩは緑色および／または赤色発光波長である。蛍光材料は、ＴＥエネルギ
準位に対して次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位を有する。ＮＬＬエネルギ準位は、ＦＭＥ
Ｇ２／ＨＯＳＴＰＥの比が３以上であるＴＥエネルギ準位の下方に第２エネルギギャップ
ＦＭＥＧ２を介して離間する。必要に応じて、ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比は４以上１
０以下であってもよい。
図３Ａは、固体ホスト材料内にドープすることのできる潜在的蛍光材料に関連するエネ
ルギ準位図の一例を表すことが認識される。本明細書で論じるように、代替の蛍光材料を
ドーパントとして利用することができる。例として、図３Ｂは、３価のプラセオジムイオ
ン（Ｐｒ３＋）に関連するイオンエネルギ準位図を示し、図３Ｃは、３価のホルミウムイ
オン（Ｈｏ３＋）に関連するイオンエネルギ準位図を示す。図３Ｂおよび３Ｃの図は、基
底エネルギ準位、ターゲット励起エネルギ準位、および中間上昇エネルギ準位、ならびに
対応する指定されたエネルギ準位間を遷移するときに電子によって放出されるフォトンに
関連する波長を示す。上記の例に続き、関心エネルギ準位遷移のサブセットは、関心発光
バンドに基づく。
Ｐｒ３＋（図３Ｂ）に関して、ターゲット励起エネルギ準位３Ｐ０と基底エネルギ準位
３Ｈ５との間の遷移は、５１５〜５４８ｎｍの間の波長（５３２ｎｍにおける関心バンド
を含む）を有するフォトンを放出する。Ｐｒ３＋（図３Ｂ）に関して、ターゲット励起エ
ネルギ準位３Ｐ０と中間エネルギ準位３Ｆ４との間の遷移は、５９７〜７３７ｎｍの間の
波長（６６０ｎｍにおける関心バンドを含む）を有するフォトンを放出する。従って、Ｐ
ｒ３＋は、固体ホスト材料中にドープされるべき蛍光材料の潜在的な候補となり得る。図
３Ｂの例では、ターゲット励起エネルギ準位が３Ｐ０である場合、次に低いエネルギ準位
は１Ｄ２である。
Ｈｏ３＋（図３Ｃ）に関して、ターゲット励起エネルギ準位３Ｆ４と基底エネルギ準位
５Ｉ８との間の遷移は、約５４４ｎｍの波長（５３２ｎｍでの関心波長帯域に近接してい
る）を有するフォトンを放出する。目標励起エネルギ準位３Ｓ２と中間エネルギ準位５Ｉ
７との間の遷移は、約６５６ｎｍの波長（６６０ｎｍでの関心バンドに近接している）を
有するフォトンを放出する。従って、Ｈｏ３＋は、固体ホスト材料中にドープされるべき
蛍光材料の潜在的な候補となり得る。図３Ｃの例では、ターゲット励起エネルギ準位が３
Ｓ２である場合、次に低いエネルギ準位は５Ｆ５である。
図４は、異なる蛍光発光色について示された強度の例を示す。縦軸はエネルギ強度を示
し、横軸は固体ホスト材料にドープされた蛍光材料の濃度（百分率）を示す。基準点とし
て、データ点４０２は液体緑色染料の励起時に測定される強度に対応し、データ点４０４
は液体赤色染料の励起時に測定される強度に対応する。液体緑色染料を励起レーザで照射
したとき、液体緑色染料は約１６５０カウントの強度で緑色エネルギスペクトルで蛍光を
発した。液体赤色染料を励起レーザで照射したとき、液体赤色染料は約１１５０カウント
の強度で赤色エネルギスペクトルで蛍光を発した。
図４はまた、固体状態の光学ターゲットに関連して実行されるデータ測定、すなわちデー
タ点４１０〜４１６を示す。データ点４１０および４１４は、ホストインジウムフッ化物
ガラスに２．５％の濃度で３価のエルビウムイオンをドープした固体光学ターゲットの励
起時に測定された強度に対応する。データ点４１２および４１６は、ホストインジウムフ
ッ化物ガラスに４％の濃度で３価のエルビウムイオンをドープした固体光学ターゲットの
励起時に測定された強度に対応する。図４から明らかなように、２．５％ドープされた固
体光学ターゲットは、約６５０カウントで緑色エネルギスペクトルで蛍光を発し、約１３
００カウントで赤色エネルギスペクトルで蛍光を発した。４．０％ドープされた固体光学
ターゲットは、約５００カウントで緑色エネルギスペクトルで蛍光を発し、約２３５０カ
ウントで赤色エネルギスペクトルで蛍光を発した。前述の試験データから、所望の蛍光強
度に基づいて、３価のエルビウムドーパントの濃度を決定することができる。例えば、光
学ターゲットが赤色エネルギスペクトルにおいて蛍光発光することが望ましい場合、三価
のエルビウムイオンドーパントの濃度を３．５％以上（例えば、４％、４．５％）に増加
させることが望ましい。光学ターゲットが緑色エネルギスペクトルにおいて蛍光発光する
ことが望ましい場合、３価エルビウムイオンドーパントの濃度を約１．５％〜約２％に減
少させることが望ましいといえる。
さらに、上記の試験データから、光学ターゲットが等しい強度を有する２つ以上のエネ
ルギスペクトル（例えば、緑色および赤色エネルギスペクトル）で蛍光発光することが望
ましい場合、３価のエルビウムドーパントの濃度を決定することができる。例えば、３価
のエルビウムイオンドーパント濃度を約１．２５％〜約２％に維持することが望ましい。
さらなる例として、３価のエルビウムイオンドーパント濃度は、フッ化インジウムガラス
内で約１．３％〜約１．５％であってもよい。図５は、金属フッ化物ガラス（ＺＢＬＡＮ
）に約２％濃度および約５％濃度の３価のエルビウムイオンをドープして形成された固体
ホスト材料の試験結果を示す。図５は、垂直軸に蛍光発光強度を、水平軸に発光波長をプ
ロットしている。２％濃度および５％濃度のエルビウムイオンは、約５５０ｎｍを中心と
する強度スパイクを示した。２％および５％のエルビウム濃度はまた、約６６０ｎｍで二
次強度スパイクを示した。
図４の例では、３価のエルビウムイオンは、活性蛍光材料を表す。場合により、固体ホ
スト材料に１種以上の追加元素を共ドーパントとして添加してもよい。共ドーパントは、
活性蛍光材料（例えばエルビウム）の発光強度を増加または減少させるために用いること
ができる。
図６Ａは、別の例に従って形成された検査装置６００の側面断面図を示す。検査装置６
００は、光学ターゲット６２０をポケット６１４内に保持する本体６０２を備える。格子
層６２２は、対物レンズ（図示せず）に近接して光学ターゲット６２０の上方に配置され
る。格子層６２２は、格子層６２２の底面に所定のパターンで形成された微細構造６２３
を備える。
光学ターゲット６２０は、フリンジギャップ６２４によって格子層６２２から分離する
ことができる。光学ターゲット６２０は、概して平面であり互いに平行に配向された上部
ターゲット面６０７および下部ターゲット面６０９を備える。光学ターゲット６２０は、
その中に埋め込まれた複数の量子ドット６２１を含む固体本体を備える。固体本体は、複
数の別個の本体（例えば、量子ドット６２１）を囲み個々の本体を固定配置で保持するこ
とができるエポキシ、ポリマーおよび他の材料で形成することができる。量子ドット６２
１は、励起光によって照射されると、量子ドット６２１が１つ以上の所定の関心発光バン
ドで蛍光発光するように、光学ターゲット６２０全体に実質的に均一に分布する。検査装
置６００は、本明細書に記載の他の検査装置と同様の方法で用いることができる。
必要に応じて、量子ドット６２１は、波長が調整可能になるように、シリコン（Ｓｉ）
量子ドットとして形成されてもよい。
図６Ｂは、別の例に従って形成された検査装置６４０の一部を示す。検査装置６４０は
、格子層６６２と本体６４２とを備える。光学ターゲット６６０は、本体６４２内に保持
され、格子層６６２と直接係合する。格子層６６２は、（対物レンズに対して）その背面
または底面に形成された微細構造６６３を備える。光学ターゲット６６０は、微細構造６
６３を取り囲んで密封する。光学ターゲット６６０は、全体にわたって分布した量子ドッ
ト６６１を含む。量子ドット６６１は、微細構造６６３間の領域６６５内にも設けられる
。一例として、光学ターゲット６６０は、微細構造６６３の間のギャップ６６５に流入し
てギャップ６６５を充填し、その内部に量子ドット６６１の分散されたグループを密閉封
入するエポキシ、ポリマーまたは他の組成物から形成することができる。
図６Ｃは、別の例に従って形成された検査装置６７０の一部を示す。検査装置６７０は
、格子層６８２と、本体６７２と、本体６７２内に保持される光学ターゲット６８０とを
備える。光学ターゲット６８０は、格子層６８２に直接係合し、格子層６８２の背面／底
面に形成された微細構造６８３の間のギャップ６８５を満たす。図６Ｃの例では、量子ド
ット６８１はギャップ６８５内に保持され、マイクロ構造６８３に近接して包囲するよう
に密集する。微細構造６８３から離れた光学ターゲット６８０の部分は、実質的に量子ド
ット６８１の空隙である。
図６Ａ〜図６Ｃの例では、量子ドット６２１，６６１，６８１は、発光バンドまたは関
心発光バンドに応じて、１つ以上の関心波長を中心として蛍光発光するように構成するこ
とができる。例えば、量子ドット６２１，６６１，６８１の一部は、約５３２ｎｍの波長
で蛍光を発するように構成することができ、量子ドット６２１，６６１，６８１の他の一
部は、約６６０ｎｍの波長で蛍光を発するように構成することができる。必要に応じて、
量子ドット６２１，６６１，６８１は、前述の例の代わりに、またはそれに加えて、他の
波長で発光するように構成することができる。
必要に応じて、蛍光材料は、有機ポリマーとして提供することができる。必要に応じて
、蛍光材料は、エポキシ内に埋め込まれた蛍光染料を表すことができる。別の例として、
固体ホスト材料内に蛍光材料をドープすることに加えて、またはその代わりに、蛍光フィ
ルムを光学ターゲットの上にコーティングすることができる。
《用途》
本明細書の例は、多数の制御された反応の実行を含む生物学的または化学的研究に使用
される装置と関連して使用することができる。反応は、例えば、適切な流体工学、光学お
よび電子工学を有する自動システムによって、所定のプロトコルに従って実行することが
できる。このシステムは、例えば、その後の使用のための生物学的または化学的生成物を
生成するため、またはサンプルを分析して、サンプルの特定の特性／特色を検出するため
に使用することができる。試料を分析するいくつかの場合において、識別可能な標識（例
えば、蛍光標識）を含む化学的部分を、試料が位置するチャンバーに送達し、試料の別の
化学的部分に選択的に結合することができる。これらの化学反応は、放射線で標識を励起
し、標識からの発光を検出することによって観察または確認することができる。このよう
な発光は、化学発光のような他の手段によっても提供することができる。
いくつかの既知のシステムは、フローセルの１つ以上の内面によって画定されたフロー
チャネル（例えば、内部チャンバ）を備える、フローセルのような流体装置を使用する。
反応は、内面に沿って実行することができる。フローセルは、典型的に、フローチャネル
内に試料を結像するための装置を備える光学アセンブリに近接して配置される。光学アセ
ンブリは、対物レンズおよび／または固体撮像装置（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）ま
たは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ））を備えることができる。場合によっては、対
物レンズは使用されず、固体撮像装置は、フローチャネルを画像化するためにフローセル
に直接隣接して配置される。
本明細書に記載される検査装置の任意の例は、生物学的または化学的分析のために、試
料中の所望の反応を検出する様々なシステム、方法、アセンブリ、および装置と共に使用
することができる。例えば、１つのｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ−ｂｙ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（
ＳＢＳ）技術において、フローチャネルの１つ以上の表面は、ブリッジＰＣＲによって形
成される核酸クラスタのアレイ（例えば、クローンアンプリコン）を有する。クラスタを
生成した後、核酸を「線形化」して一本鎖ＤＮＡ（ｓｓｔＤＮＡ）を提供する。シーケン
スサイクルを完了するために、所定の計画に従って多数の反応成分がフローチャネルに流
される。例えば、各シーケンスサイクルは、単一塩基によってｓｓｔＤＮＡを伸長させる
ためにフローチャネルに１つ以上のヌクレオチド（例えばＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を流すことを
含む。ヌクレオチドに結合された可逆的ターミネーターは、サイクル当たり１つのヌクレ
オチドのみがｓｓｔＤＮＡによって組み込まれることを保証することができる。各ヌクレ
オチドは、励起されたときに色を発し（例えば、赤色、緑色、青色など）、対応するヌク
レオチドを検出するために使用される独特の蛍光標識を有する。新たに取り込まれたヌク
レオチドでは、多数のクラスタの画像が４つのチャネル（すなわち、各蛍光標識について
１つ）に取り込まれる。撮像後、別の反応成分をフローチャネルに流して、蛍光標識およ
び可逆的ターミネーターをｓｓｔＤＮＡから化学的に切断する。ｓｓｔＤＮＡはその時別
のサイクルのために準備される。従って、多数の異なる反応成分が各サイクルごとにフロ
ーチャネルに提供される。単一のシーケンスセッションは、１００，３００、またはそれ
以上のような多数のサイクルを含むことができる。検査装置は、分析において蛍光標識に
よって利用される色で蛍光を発するように構成することができる。検査装置は、シーケン
スセッションの前および／またはその間に、様々な時点で利用することができる。
いくつかの例では、所望の反応は、光アセンブリによって検出される光信号を提供する
。検査装置は、検証、確認、校正などに使用することができる。光信号は、標識からの発
光であってもよく、またはサンプルによって反射または屈折された透過光であってもよい
。例えば、光学アセンブリは、ｓｓｔＤＮＡがフローセル内で配列決定されるシーケンス
プロトコルを実行するか、または実行を促進するために用いることができる。
本明細書の実施例によれば、検査装置は、サンプルおよび試薬を装置に供給するために
使用され得る光学走査装置および流体カートリッジと共に使用することができる。流体カ
ートリッジは、リザーバ、流体接続部、ポンプ、弁などのような様々な流体構成要素を保
護するハウジングを含むことができる。フローセルは、ハウジング内の試薬と流体連通す
る位置で流体カートリッジに組み込むことができる。例えば、ハウジングは、流体カート
リッジがカートリッジ受け部に置かれたときに光走査装置と光学的に相互作用できるよう
に、フローセルの面が露出する開口部を有していてもよい。この装置は、１つ以上のマイ
クロ蛍光計を含む。
図７は、一例に従って形成された光学検出装置７００（検出器とも呼ばれる）のブロッ
ク図を示す。検出器７００は、メモリ７３２に格納されたプログラム命令を実行する１つ
以上のプロセッサ７３０を含み、本明細書中で説明した動作を実行する。プロセッサ７３
０は、対物レンズ７０１をＺ方向に移動させ、検出器７００をＸＹ方向に移動させるよう
に、１つ以上のドライバ７３４に指示する。検出器７００は、流体充填チャネル７７５に
よって分離された上部層７７１および下部層７７３を有するフローセル７７０に近接して
配置される。図示の構成では、上層７７１は光学的に透明であり、検出器７００は、上層
７７１の内面７７２上の領域７７６に合焦される。別の構成では、検出器７００は、下部
層７７３の内面７７４に合焦することができる。表面７７２，７７４の一方または両方は
、検出器７００によって検出されるべきアレイ特徴を含むことができる。
検出器７００は、放射源７０２からフローセル７７０に励起放射を向け、フローセル７
７０からの放射を検出器７０８に向けるように構成された対物レンズ７０１を備える。例
示された配置では、放射源７０２からの励起放射はレンズ７０５を通過し、次にビームス
プリッタ７０６を通過し、次に対物レンズを通過してフローセル７７０に至る。示された
例では、放射源７０２は、２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）７０３および７０４を備え、
それらは互いに異なる波長の放射を生成する。フローセル７７０からの放出放射は、対物
レンズ７０１によって取り込まれ、ビームスプリッタ７０６によって反射され、コンディ
ショニング光学系７０７を通って検出器７０８（例えば、ＣＭＯＳセンサ）へ至る。ビー
ムスプリッタ７０６は、放出放射の経路に直交する方向に励起放射を向けるように機能す
る。対物レンズ７０１の位置は、マイクロ蛍光計の焦点を変えるためにＺ方向に移動させ
ることができる。検出器７００は、フローセル７７０の上部層７７１の内部表面７７２の
いくつかの領域の画像を取り込むために、Ｙ方向に前後に移動させることができる。
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｆ、および図６Ａ〜図６Ｃの検査装置は、フローセル７
７０内の既定の位置に配置することができる。必要に応じて、検査装置は、対物レンズ７
０１の範囲内でフローセル７７０に隣接する既定の位置に配置されてもよい。対物レンズ
７０１は、様々な種類の試験に関連して、シーケンスセッションの前、最中および／また
は後に検査装置へと移動させることができる。
図８は、様々な光学部品の機能的配置を示すための例示的なマイクロ蛍光計の分解図を
示す。２つの励起源が示され、それらは緑色ＬＥＤ（ＬＥＤＧ）および赤色ＬＥＤ（ＬＥ
ＤＲ）を含む。それぞれからの励起光／放射は、それぞれ緑色ＬＥＤコレクタレンズ（Ｌ
６）および赤色ＬＥＤコレクタレンズ（Ｌ７）を通過する。ＬＥＤフォールドミラー（Ｍ
１）は、コンバイナーダイクロイック（Ｆ５）へと緑色励起放射を反射し、コンバイナー
ダイクロイック（Ｆ５）は励起フィルタ（Ｆ２）、次いでレーザダイオードビームスプリ
ッター（Ｆ３）、次いで励起フィールドストップ（ＦＳ）、次いで励起投影レンズ群（Ｌ
２）を通って励起／放出ダイクロイック（Ｆ４）へ緑色励起放射を反射し、励起／放出ダ
イクロイック（Ｆ４）は固定対物レンズ群（Ｌ３）および平行移動対物レンズ群（Ｌ４）
を通ってフローセル（ＦＣ）の表面へ緑色励起放射を反射する。赤色励起放射は、赤色Ｌ
ＥＤコレクタレンズ（Ｌ７）からコンバイナーダイクロイック（Ｆ５）に進み、その後赤
色励起放射は、緑色励起放射と同じ経路に従ってフローセル（ＦＣ）の表面へ向かう。図
８に示すように、平行移動対物レンズ群（Ｌ４）を上下に（すなわち、Ｚ方向に沿って）
移動させることによって焦点合わせが行われる。フローセル（ＦＣ）表面からの放出は平
行移動対物レンズ群（Ｌ４）、次に固定対物レンズ群（Ｌ３）を通って励起／放出ダイク
ロイック（Ｆ４）へ戻り、励起／放出ダイクロイック（Ｆ４）は放出放射を放出投影レン
ズ群（Ｌ１）を通って、放出フィルタ（Ｆ１）、次いでＣＭＯＳイメージセンサ（Ｓ１）
へ通す。レーザダイオード（ＬＤ）もまた、レーザダイオードカップリングレンズ群（Ｌ
５）を介してレーザダイオードビームスプリッタ（Ｆ３）に向けられており、レーザダイ
オードビームスプリッタ（Ｆ３）はレーザダイオード放射を励起フィールドストップ（Ｆ
Ｓ）、励起投影レンズ群（Ｌ２）、励起／放出ダイクロイック（Ｆ４）、固定対物レンズ
群（Ｌ３）、および平行移動対物レンズ群（Ｌ４）を通ってフローセル（ＦＣ）へ反射さ
せる。
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｆ、および図６Ａ〜図６Ｃの検査装置は、フローセル（
ＦＣ）内の既定の位置に配置することができる。必要に応じて、検査装置は、マイクロ蛍
光計の範囲内でフローセル（ＦＣ）に隣接する既定の位置に配置されてもよい。マイクロ
蛍光計は、様々な種類の試験に関連して、シーケンスセッションの前、最中および／また
は後に検査装置へと移動させることができる。
図９は、本明細書に開示された実施例に従って検査装置を用い得る検出装置のブロック
図を示す。読み出しプリント基板（ＰＣＢ）は読み出しヘッド内に存在し、検出装置のハ
ウジング内に典型的に含まれる主ＰＣＢに接続される。別の例では、メインＰＣＢを機器
の外部に配置することができる。データは、ＬＶＤＳラインを介して読み出しＰＣＢとメ
インＰＣＢ間で交信することができる。ＬＶＤＳラインは、読み出しＰＣＢからメインＰ
ＣＢへ画像データを伝達し、メインＰＣＢから読み出しＰＣＢへカメラ制御のための命令
を伝達するように構成することができる。
図９の例では、メインＰＣＢは、ＵＳＢ ３．０ ＳＳ Ｉ／Ｆコネクタまたは他の適
切なコネクタを介して、外部一次解析パーソナルコンピュータ（ＰＣ）にも接続されてい
る。いくつかの例では、一次分析コンピュータを検出装置のハウジング内に配置すること
ができる。しかしながら、一次分析コンピュータを機器外に配置することは、種々の用途
に使用される様々なコンピュータの交換可能な使用、検出装置の活動を中断すること必要
なく置き換えることによる一次分析コンピュータのメンテナンス簡便化、および検出装置
の省スペース化を可能にする。例えば以下を含む、様々なコンピュータのいずれも使用す
ることができる。デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはアクセ
ス可能なメモリおよび本明細書に記載のコンピュータ実装方法の実施のための命令を操作
通信するプロセッサを含むサーバ。メインＰＣＢはまた、人間のユーザとの通信のために
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）にも接続される。他のユーザインターフェースも同様に使用
することができる。
いくつかの例では、ユーザインターフェースは、ユーザからの情報を表示または要求す
るためのディスプレイ（例えば、ＬＣＤ）およびユーザ入力を受け取るユーザ入力機器（
例えば、キーボード）を含むことができる。いくつかの例では、ディスプレイとユーザ入
力機器は同じ機器である。例えば、ユーザインターフェースは、個別のタッチの存在を検
出し、またディスプレイ上におけるタッチ位置を識別するように構成されたタッチセンシ
ティブディスプレイを含むことができる。しかし、マウス、タッチパッド、キーボード、
キーパッド、ハンディスキャナー、音声認識システム、動作認識システムなどのような他
のユーザ入力装置を使用してもよい。
読み出しＰＣＢは、個々のセンサ（すなわち、検出器）から、ＬＶＤＳライン、３．３
ボルトスイッチングレギュレータ、５ボルトスイッチングレギュレータ、およびＬＥＤ励
起放射線源のためのＬＥＤバックドライブに、データを転送するための送信機を備える。
メインＰＣＢは、ＬＶＤＳから画像データを受け取るように構成されたＦＰＧＡプロセッ
サを備える。ＤＤＲ３ ＤＩＭＭフレームバッファはＦＰＧＡプロセッサに電子的に接続
される。メインＰＣＢはまた、Ｙ軸モータ、カートリッジモータ、バルブモータ、および
ポンプモータなどの様々な駆動モータ用の、熱制御レギュレータと制御回路とを備える。
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｆ、および図６Ａ〜図６Ｃの検査装置は、図９の検出装
置に対する既定の位置に配置することができる。検出装置は、様々な種類の試験に関連し
て、シーケンスセッションの前、最中および／または後に検査装置へと移動させることが
できる。
画像モジュールの様々な特性のいずれも、本明細書に記載の検査装置を使用して評価す
ることができる。
検査装置を用いたシーケンサ装置の試験において、いくつかの例を以下に説明する。異な
る検査装置を使用する他の分析システムについても同様の試験を実施できることが理解さ
れるであろう。さらに、以下に例示する原理を代替の分析システムおよび検査装置に適用
する場合、当業者には明らかであるように、各試験の詳細は、すべての用途において必須
である必要はない。
図１０は、本明細書で開示される実施例に従って形成された検査装置を利用して実行さ
れ得る様々な測定および試験の例を示す。本明細書の実施例によれば、図１０の方法は、
装置の対物レンズを、蛍光材料を囲む固体本体を備える光学ターゲットにアライメントす
る。図１０の方法は、励起光を光学ターゲットに導き、光学ターゲットからの蛍光発光を
参照情報として検出し、装置の光学的配列または光学的キャリブレーションの少なくとも
１つと関連して参照情報を利用する。様々なタイプの参照情報が本明細書で説明されてい
る。参照情報の非限定的な例は、図１０の各動作（以下に説明する）で記録された情報を
含む。
図１０の動作が順番に説明されているが、動作はほかの順序で実行されてもよいことが
理解される。また、図１０の１つ以上の動作は、完全に省略されてもよいことが理解され
る。１００２において、装置の１つ以上のプロセッサが、光学ターゲットおよびシーケン
スフローセルを保持するフローセルデッキの傾斜を調整するようにモータに指示し、自動
傾斜動作を実行する。自動傾斜動作の間、装置は最終的なチルトモータの座標を決定して
記録する。１００４において、装置の１つ以上のプロセッサは、フローセルデッキのＸＹ
位置を調整するようにモータに指示し、自動センタリング動作を実行する。自動センタリ
ング動作の間、装置は検査装置におけるＸＹステージの基準位置を記録する。基準位置は
、フローセルが機器に挿入されるときに、装置のＸＹステージのドリフトおよび／または
フローセルデッキの位置を監視するために使用される。
１００６において、装置は、１つ以上のレーザラインのフレームモード画像を取得し、
それに応じてレーザラインのＸＹ位置を調整する。それに関連して、対物レンズは、検査
装置上の空き領域に移動され、光学ターゲット中の所定の深さ（例えば、光学ターゲット
の表面より１００μｍ下）に焦点を合わせるように調整される。レーザラインを含むフレ
ームモード画像が取り込まれる。レーザラインのＸＹ位置が調整され、追加のフレームモ
ード画像が取り込まれる。このプロセスは、レーザラインに対して所望のＸ−Ｙ位置を達
成するまで繰り返される。
１００８において、装置は、検査装置上の空き領域の時間遅延積分（ＴＤＩ）画像を収
集し、均一照明を達成するために装置のビームエキスパンダを調整する。例えば、ＴＤＩ
画像は、検査装置上のクリアタイルにおいて、光学ターゲット内の所定の深さに合焦され
た対物レンズとともに得られうる。レーザズームビームエキスパンダは、選択された照明
均一性が得られるまで調節することができる。１０１０において、装置の１つ以上のプロ
セッサは、照明均一性およびレーザライン位置が所定の閾値または仕様を満たすか否かを
決定する。照明均一性及びレーザライン位置が閾値／仕様を満たさない場合、フローは１
００６に戻り、１００６及び１００８の動作が繰り返される。あるいは、照明均一性およ
びレーザライン位置が閾値／仕様を満たす場合、フローは１０１２に続く。１００６及び
１００８での操作に続いて、装置は、レーザＸＹポインティングアクチュエータ及びズー
ムビームエキスパンダアクチュエータの最終位置を記録する。装置はまた、最終照明均一
性、ＸおよびＹ方向のレーザライン位置、レーザライン幅およびレーザラインに対するカ
メラ回転を記録する。
１０１２において、装置の１つ以上のプロセッサは、焦点モデルの再現性を測定する。
これに関連して、対物レンズは検査装置上の画質タイルに移動され、装置は焦点モデルを
取得しオートフォーカス位置再現性をテストする。１０１２において、装置は、最良焦点
Ｚ位置におけるオートフォーカススポット位置、オートフォーカスレーザ強度、オートフ
ォーカスキャプチャ範囲、オートフォーカスゲイン、オートフォーカス迷光およびオート
フォーカスＺ位置再現性を記録する。
１０１４において、装置の１つ以上のプロセッサが、画質および光学的配列を測定し、
カメラの傾斜オフセットキャリブレーションを保存する。装置が自動的にシーケンスフロ
ーセルを傾斜させると、システムは、フローセル撮像面をＸステージの移動方向と平行に
設定するように、特定の傾斜モータを調整する。ＸＹステージの移動方向は、対物レンズ
の光軸に垂直になるように意図されている。ただし、多少のばらつきが生じることがあり
得る。製造中、対物レンズ及びカメラは、撮像面が適切な非傾斜フローセルの画像と同一
平面になるように傾けられてもよい。しかし、時間の経過とともに調整が行われ、ドリフ
トが導入されることがある。検査装置は、カメラの傾斜を測定するために利用することが
できる。そうするために、１つ以上のプロセッサは、ピンホールアレイの画像のスルーフ
ォーカススタックを収集し、画像を分析して、カメラの傾きに対するクロム層（微細構造
）の傾きを決定する。装置は、オートフォーカススポットおよび／またはフォーカススタ
ックの１つまたは両方を利用して、クロム層の傾斜を測定する。エラーはカメラの傾きと
クロム層の傾きとの間で発見され、クロム層の角度を測定することによって補正される。
一例として、クロム層の角度は、異なるＸ座標で複数のスルーフォーカススタックを行い
、各Ｘ座標で最良フォーカスＺ位置を比較することによって測定することができる。加え
てまたは代わりに、クロム層の角度は、装置のオートフォーカスシステムを用いて複数の
Ｘ位置でクロム層のＺ位置を検出することによって測定することができる。カメラ傾斜の
キャリブレーションは、各シーケンス動作の開始時に実行され、その結果に基づいて相殺
するようにチルトモータが調整される。
画質および光学的配列を測定する場合、装置は、検査装置に設けられた画質タイル上に
対物レンズを位置決めする。画質タイルは、クロムまたは別の微細構造（例えば、３μｍ
ピッチの六角パターンにつき１μｍのピンホール）を通るピンホールの配列で形成される
。装置内の撮像システムは一連の画像を収集し、ここで対物レンズは１つ以上の画像の間
のＺ位置で調整される。対物レンズが画像間のＺ位置に移動するにつれ、ピンホールは焦
点に入ったり外れたりする。異なる対物レンズ位置における一連の画像を分析し、所望の
焦点品質（例えば、最良焦点）を有する画像を識別する。例えば、システムは、一連のス
タック画像においてピンホールがどれくらい緊密に合焦しているかを判断することができ
、それが画像品質（例えば、半値全幅）を表示する。別の例として、視野にわたる様々な
点でピンホールが最良焦点になるＺ位置を決定することによって、システムは、異なる発
光色（例えば、赤色および緑色）間における軸方向色収差、像面湾曲、カメラ傾斜および
使用可能な被写界深度を評価することができる。１０１４において、装置は画質（ＦＷＨ
Ｍ）、軸方向色収差、像面湾曲および使用可能な被写界深度を記録する。この装置はまた
、最良焦点Ｚ位置も記録する。また、装置はカメラの傾きを相殺するために、Ｘステージ
に対するカメラの傾きとチルトモータのオフセットも記録する。
１０１６において、機器の１つ以上のプロセッサは、歪みを測定し歪み補正係数を保存
することによって歪み補正キャリブレーションを実行する。各クラスタが既知の位置にあ
るパターンフローセルを撮影する場合、結像系の光学的歪みを相殺して、クラスタ内のど
こにイメージが現れるかを装置が知ることができる。検査装置は、シーケンス動作の開始
時に歪み補正をキャリブレーションするために利用することができる。それを行うために
、対物レンズは歪み補正タイルの上に配置される。歪み補正タイルは、全視野（例えば、
１０ｎｍ）にわたって所定の位置公差で位置決めされたピンホールを含み、それにより一
貫した所定のピンホール間隔でピンホールアレイを設ける。画像は、隣接するピンホール
の位置の間のシフトを識別するために、視野にわたって分析される。シフトはそうして、
ピンホールシフトに多項式を当てはめるなどにより分析され、多項式は、シーケンスプロ
セス中に取得される後続画像中でクラスタが表示される場所を示す。１０１６において、
装置は、歪み補正多項式の係数、光学倍率、フローセルデッキの回転およびＹステージの
回転を記録する。
１０１８において、装置の１つ以上のプロセッサは、１つ以上のレーザのＹ方向の位置
に対するオートフォーカスレーザスポット測定を実行する。オートフォーカスレーザスポ
ットの位置をチェックすることに関連して、対物レンズは、空き領域とクロム領域との間
の急な移行を示す水平ナイフエッジを超えた最良焦点に位置決めされる。オートフォーカ
スレーザスポットはクロム領域において明るく、空き領域において非常に暗い。ＴＤＩス
キャンは、赤色および／または緑色カメラを使用して行われる。画像は、各関心発光バン
ドのカメラ視野が水平ナイフエッジに対してどこに配置されているかを識別するために利
用される。対物レンズは、その後最初にクロム領域上に配置され、その後、レーザスポッ
トが消えるまでＹ方向にゆっくりと下げられ、レーザスポットの消失はレーザスポットが
もはやクロムの一部に向けられなくなり、代わりに水平ナイフエッジに近接する空き領域
に完全に向けられたときに起きる。次いで、システムは、赤色および緑色カメラの視野に
対してＹ方向のオートフォーカススポット位置を識別することができる。１０１８におい
て、装置は、関心発光バンドの視野に対して（例えば、赤色および緑色の視野に対して）
Ｙ方向にオートフォーカスレーザスポット位置を記録する。
１０２０において、装置の１つ以上のプロセッサは、１つ以上のレーザのＸ方向の位置
に対するオートフォーカスレーザスポット測定を実行する。オートフォーカスレーザスポ
ットの位置をチェックすることに関連して、対物レンズは、空き領域とクロム領域との間
の急な移行を示す垂直ナイフエッジを超えて位置決めされる。オートフォーカスレーザス
ポットはクロム領域において明るく、空き領域において非常に暗い。ＴＤＩスキャンは、
赤色および／または緑色カメラを使用して行われる。画像は、各関心発光バンドのカメラ
視野が垂直ナイフエッジに対してどこに配置されているかを識別するために利用される。
対物レンズは、その後最初はクロム領域上に配置され、その後、レーザスポットが消える
までＸ方向にゆっくりと下げられ、レーザスポットの消失はレーザスポットがもはやクロ
ムの一部に向けられなくなり、代わりに垂直ナイフエッジに近接する空き領域に完全に向
けられたときに起きる。次いで、システムは、赤色および緑色カメラの視野に対してＸ方
向のオートフォーカススポット位置を識別することができる。１０２０において、装置は
、関心発光バンドの視野に対して（例えば、赤色および緑色の視野に対して）Ｘ方向にオ
ートフォーカスレーザスポット位置を記録する。
１０２２において、装置の１つ以上のプロセッサは、フラットフィールド補正キャリブ
レーションを実行することができる。これに関連して、装置は、フラットフィールド補正
キャリブレーションを実行するときに、対物レンズをクリアタイルに移動させ、対物レン
ズを光学ターゲットの表面よりも所定距離だけ下に合焦させる。フラットフィールド補正
キャリブレーションは、フラットフィールド補正画像を得ることを含む。１つ以上のプロ
セッサは、結像系の光伝送効率を計算し、それに関連してフラットフィールド補正係数を
保存する。シークエンス中のベースコール操作は、画像内のクラスタの強度に基づく。視
野全体の強度の不均一性は、ベースコールに影響を与える場合がある。この装置は、誤差
を最小にするためにフローセル内のクラスタを均一に照らすが、しかしながら、完全に均
一な照明を達成することは必ずしも実際的ではない。カメラ内のピクセルのゲインおよび
オフセットは、製造中にキャリブレーションされるが、しかしながら、カメラピクセルの
キャリブレーションは経時的および／または温度によって変化する可能性がある。フラッ
トフィールド補正キャリブレーションを実行するために、対物レンズは、検査機器の空き
領域上に配置され、光学ターゲット中の所定の深さ（例えば、１００μｍ）に合焦される
。測定は、画像強度の均一性ベースラインを提供するために得られる。その後、１つ以上
のシーケンス動作の開始時に、装置は、フラットフィールド補正キャリブレーションを実
行することによって、照明の不均一性ならびにカメラピクセルのゲインおよびオフセット
の変化を相殺することができる。
フラットフィールド補正キャリブレーションは、（暗像を生成するために）レーザシャ
ッタを閉じた状態、および画像内の異なる強度のカウント（例えば、約５００、約１００
、約１５００、約２００、約２５００、約３００、および約３５００の強度）で画像を得
るために複数のレーザ出力でレーザをオンにして、光学ターゲット内の所定の深さに焦点
を合わせた検査装置の空き領域の画像を取得することを含む。一例として、ほこり、指紋
等の影響が走査（Ｙ）次元の全ての画素を平均化することによって平均化できるように、
画像は約１．４ｍｍの長さであり得る。３２００画素（カメラの非スキャン次元）ごとに
、装置は、暗読み出しと異なる強度の読み出しを使用し、そのピクセルの応答を特徴づけ
る（カメラの画素の光応答と組み合わされてどの程度の明るさで露光されたか）ために、
データを多項式に適合させる。シーケンス中にクラスタの画像を撮影する場合、装置は、
完全な均一照明ならびに完全に均一なピクセルゲインおよびオフセットで得られるものと
同等な全体画像を作成するために、各ピクセルの測定された多項式応答を使用し、クラス
タ画像内のそのピクセルの強度を調整する。１０２２において、機器は、Ｘ方向およびＹ
方向の一方または両方の画素のすべてまたは少なくとも一部について、光伝送効率および
フラットフィールド補正多項式係数を記録する。
１０２４において、装置の１つ以上のプロセッサは、フィルタの破過および背景光をチ
ェックする。これに関連して、装置は検査装置上の固体クロムタイルに対物レンズを移動
させ、フィルタ破過試験を行う。例えば、フィルタ破過タイルは、鏡として現れる固体ク
ロム領域として形成することができる。装置結像系は、すべてのレーザ光をカメラへの衝
突から除去するように設計される。したがって、対物レンズがフィルタ破過タイルの上に
配置されている場合、システムはカメラにおいて光を検出しないと予想される。カメラに
おいて光が検出されると、光源はさまざまな要因からのものであり得る。例えば、光学フ
ィルタは、レーザ光の全てを適切にフィルタリングしていないことがあり得る。それに加
えて、またはこれに代えて、光路内の汚染物質が、レーザ励起光および関心発光バンドに
おける蛍光（例えば、赤色または緑色）によって励起されていることがあり得る。光学フ
ィルタが適切に動作していないか、または光路内に汚染物質が存在する場合、両方の状況
はカメラによって高いバックグラウンドレベルが検出されるという結果になりかねない。
様々な補正措置がとられることがあり得る。１０２４において、機器は、フィルタの破過
情報、背景光情報などを記録する。
１０２６において、１つ以上のプロセッサは、ＸＹステージの位置再現性を測定する。
これに関連して、装置は対物レンズを自動センタリング基準点に移動させ、ＸＹステージ
の位置再現性試験を行う。計器はＸとＹステージを各方向から自動センタリング基準点ま
で複数回移動させ、各移動後にオートセンタリング基準点の画像を撮影する。理想的には
、自動センタリング基準点は、移動するたびに画像内の同じ位置に正確に現れる。画像内
の基準点が動くことは、ＸＹステージの不完全な位置取りを示す。装置は、Ｘ方向および
Ｙ方向の位置再現性を記録する。装置はまた、Ｘ方向およびＹ方向に示されるヒステリシ
スも記録する。１０２８において、１つ以上のプロセッサは、前述のプロセスで収集され
たすべての結果をリモート診断サイトに記録する。その後、装置はシーケンス動作を続け
る。
前述の動作に関連して、装置は遠隔診断を行うように指示することができる。検査装置
の画像を周期的に（例えば、各シーケンス動作の開始時に）収集し、分析することにより
、装置は経時的に結像系の性能を監視することができる。結果は、ローカルハードディス
クドライブに格納および／もしくはリモートサーバまたはクラウドサーバにアップロード
することができる。診断情報は、装置の結像系の健全性を監視し、経時的な装置の性能の
動向を認識するために監視することができる。結像系のいずれかの様態が故障に近づいて
いる場合は、実際に装置が故障する前に修理が予定に組み込むことができる。これは顧客
の使用可能時間を増加させることとなる。また、装置が結像系に問題を抱えているかどう
かに関して疑問が生じた場合、結像系の任意の様態が変更されたかどうかを判断するため
にアライメントデータを収集することができる。これは多くの問題の潜在的根本原因とし
て結像系を迅速に排除し、または結像系の特定の問題を指摘することができる。装置がク
ラウドに情報をアップロードしていない場合、フィールドサービスエンジニアは、ローカ
ルハードディスクドライブに格納されている結果の履歴を確認することで、経時的にデー
タの動向を追うことが可能になるであろう。
さらに、蛍光強度はドーパント濃度に比例する。ドーパント濃度（例えば、約１．１％
＋／−０．０１％）を制御することによって、検査装置は、蛍光の実測値を所望の公差（
例えば、赤色で＋／−０．６％および緑色で＋／−０．１％）に制御することができる。
ひとつの装置におけるスキャン速度とレーザ出力で検査装置の強度を測定することは、実
質的に全ての類似の装置で予想される強度を示す測定情報を提供することとなる。検査装
置からの蛍光強度測定は、装置が適切に動作しているかどうか（例えば、フローセルに供
給される適切なレーザ出力、収集されカメラへ供給される適切な蛍光量などの提供）を示
すために用いることができる。検査装置の放出特性が経時的に変化しないことを考慮する
と、装置の寿命までの蛍光強度の測定値の変化は、適切なレーザ出力がフローセルに供給
されていないか、全ての蛍光がカメラに供給されているわけではないことを示すであろう
。
上記の動作は、検査装置を利用して実行され得る様々な動作の非限定的な例であると認
識される。上記の動作は、おそらく互いに完全に独立して、異なる時点で実行されるだろ
う。検査装置を使用して自動的に実行され得るリモート診断および測定の非限定的な例は
以下を含む。光学伝達効率、画質（半値全幅）、カメラ傾斜、軸方向色シフト、像面湾曲
、使用可能な被写界深度、歪み、光学倍率、レーザラインＸＹ位置およびライン幅、照明
均一性、レーザラインに対するカメラ回転、フラットフィールド補正係数、オートフォー
カスＺ位置再現性、最良焦点におけるオートフォーカススポット位置、赤色および緑色視
野におけるオートフォーカススポット位置、オートフォーカスレーザ強度、オートフォー
カスキャプチャ範囲、オートフォーカスゲイン、オートフォーカス迷光、最良焦点Ｚ位置
、自動傾斜後のオートチルトモータ座標、ＸおよびＹにおけるヒステリシス、Ｘ方向およ
びＹ方向の位置再現性、フローセルデッキの回転、Ｙステージ方向の移動、ＸＹステージ
のＢＩＲＤ基準位置、レーザポインティングアクチュエータの位置、レーザズームビーム
エキスパンダアクチュエータの位置。
本明細書の実施例によれば、検査方法は、適正な画像強度のための励起源電流を設定す
るルーチンを含むことができる。このルーチンは、チャネルの開放領域（すなわち、微細
構造を有さない）が検出されるように検査装置を撮像モジュール内に位置決めし、カメラ
露光を１ｍｓ、ＬＥＤ電流を３０％に設定し、１ｍｓの露光とオンになっているＬＥＤが
ない状態で暗像を取り込み、１ｍｓの露光で赤色および緑色チャネルにおける画像を取り
込み、画像の平均強度を計算し、１ｍｓの露出で２５００カウントの所望の強度に達する
ようにＬＥＤ電流を調整する、逐次的な段階を含むことができる。ＬＥＤ電流は、以降の
試験において、これらの値に保たれる。その後のすべての試験は、微細構造パターンの形
状に基づいた異なる露光時間を使用できる。基準タイルおよび均一性タイル（微細構造が
ない）は１ｍｓの露光で、オートフォーカスタイルは４ｍｓの露光で、画質タイルは１５
０ｍｓの露光で、フィルタ破過タイル（上部ガラスの内面に金属で完全に被覆されている
）は５００ｍｓの露光で検出できる。
本明細書の実施例によれば、検査方法は、励起源キャリブレーションのためのルーチン
を含むことができる。ルーチンは以下のように実行することができる。装置のＸＹステー
ジは、オートフォーカスタイルに移動される。スルーフォーカススタックは赤色で生成さ
れ、最良焦点Ｚ高さが計算される（例えば、ステップサイズは６μｍ、露光時間は４ｍｓ
、スイープ範囲は１０８μｍ）。次に、ＸＹステージはレーザ画像を収集するために隣接
するタイルに移動される。これは、すべてのクロムがオートフォーカスタイルの５００ミ
クロン四方の開口の内側から除去されるわけではない検査装置における、製造上の欠陥の
危険性を軽減するために行われる。この欠陥は、オートフォーカスタイルにおいてレーザ
スポット強度を明るくしすぎることとなる。次の工程は、（焦点モデル生成のための標準
設定を使用して）レーザスルーフォーカス画像を収集し、レーザスポット強度がチェック
される。これらの測定中のステップサイズは２ミクロンであり、Ｚ範囲は＋／−１８ミク
ロンである。次に、ＡＦスポットが「最も明るいスポット」（赤色最良焦点の＋／−１８
ミクロン以内）において２００＋／−２００カウントになるまで、レーザ露光時間が調整
される。ユーザインターフェース上で「キャリブレーションを保存」が選択されている場
合、シーケンスに使用するレーザ露光時間が保存される。
本明細書の実施例によれば、方法は、検出器のキャリブレーション試験を含むことがで
きる。一例として、試験は以下のように実施することができる。検査装置の画像は、（１
）暗（ＬＥＤ消灯）、（２）中低強度、（３）中高強度、（４）明強度（約３００カウン
ト）の４つの異なるＬＥＤ強度で得られる。これらの画像を撮影するとき、ＸＹステージ
は各画像の間を移動する。選択されたレーンのすべてのタイルは、（検査機表面のごみま
たは指紋のために）不均一な蛍光を平均化するために使用される。選択された後続の試験
には、カメラ補正を適用する必要はない。
結言
本開示の様々な態様は、方法、システム、コンピュータ可読媒体、および／またはコン
ピュータプログラム製品として具体化することができる。本開示の態様は、ハードウェア
の例、ソフトウェアの例（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含
む）、または本明細書ではほとんど「回路」、「モジュール」、または「システム」とし
て言及され得るソフトウェアとハードウェアの態様の結合の形態を取ることができる。さ
らに、本開示の方法は、媒体に埋め込まれたコンピュータ使用可能プログラムコードを有
するコンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることが
できる。
任意の適切なコンピュータ使用可能媒体は、本開示のソフトウェア態様として用いるこ
とができる。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、例えば、電子、磁気
、光学、電磁気、赤外線、または半導体の、システム、装置、デバイス、または伝播媒体
であり得るが、これらに限定されない。コンピュータ可読媒体は、一時的な例を含むこと
ができる。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（完全には網羅していない一覧）は、
以下のいくつかまたは全部を含む。１つ以上のワイヤを有する電気的接続部、ポータブル
コンピュータディスケット（フロッピーディスク）、ハードディスク、ランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専
用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトデ
ィスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、インターネットやイントラネ
ットをサポートするような伝送媒体、または磁気記憶装置。コンピュータ使用可能または
コンピュータ可読媒体は、紙またはプログラムが印刷される他の適切な媒体であってもよ
いことに留意されたい。プログラムは、例えば紙または他の媒体の光学スキャンを介して
電子的に取り込まれ、その後コンパイルされ、分析され、あるいは適切な方法で処理され
、必要に応じて次いでコンピュータメモリに格納され得るからである。本明細書の文脈に
おいて、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置
、またはデバイスに関連して使用されるプログラムを含み、格納し、通信し、伝播し、ま
たは移送することができる任意の媒体で構成することができる。
本明細書に記載の方法および装置の動作を実行するためのプログラムコードは、Ｊａｖ
ａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言
語で記述することができる。しかしながら、本明細書に記載の方法および装置の動作を実
行するためのプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミン
グ言語のような、従来の手続き型プログラミング言語でも記述することができる。プログ
ラムコードは、プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはプログラムコー
ドを実行する他の構成要素によって実行することができる。プログラムコードは、単にメ
モリ（例えば、上述したコンピュータ可読媒体）に格納されるソフトウェアアプリケーシ
ョンとして言及することができる。プログラムコードは、プロセッサ（または任意のプロ
セッサ制御デバイス）にグラフィカルユーザインターフェース（「ＧＵＩ」）を生成させ
ることができる。グラフィカルユーザインターフェースは、ディスプレイデバイス上で視
覚的に生成され得るが、さらにグラフィカルユーザインターフェースは、音響機能をも有
することができる。しかし、プログラムコードは、コンピュータ、サーバ、パーソナルデ
ジタルアシスタント、電話、テレビ、またはプロセッサおよび／またはデジタル信号プロ
セッサを利用する任意のプロセッサ制御デバイスなどの、任意のプロセッサ制御デバイス
で動作させることができる。
プログラムコードは、ローカルおよび／またはリモートで実行することができる。例え
ば、プログラムコードは、プロセッサ制御デバイスのローカルメモリに完全にまたは部分
的に格納することができる。プログラムコードは、しかしながら、プロセッサ制御デバイ
スに少なくとも部分的に遠隔格納され、アクセスされ、ダウンロードすることができる。
例えば、ユーザのコンピュータは、プログラムコードを完全に実行してもよいし、プログ
ラムコードを部分的にしか実行しなくてもよい。プログラムコードは、少なくとも部分的
にユーザのコンピュータにありおよび／またはリモートコンピュータ上で部分的に実行さ
れる、もしくは完全にリモートコンピュータまたはサーバ上で実行されるスタンドアロン
ソフトウェアパッケージであり得る。後者の場合では、リモートコンピュータは通信ネッ
トワークを介してユーザのコンピュータに接続することができる。
本明細書に記載の方法および装置は、ネットワーク環境に関係なく適用することができ
る。通信ネットワークは、無線周波数ドメインおよび／またはインターネットプロトコル
（ＩＰ）ドメインで動作するケーブルネットワークで構成することができる。しかしなが
ら、通信ネットワークはまた、インターネット（ときには代わりに「ワールドワイドウェ
ブ」として知られている）、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、
および／またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）のような分散型コンピューティング
ネットワークをも含むことができる。通信ネットワークは、同軸ケーブル、銅線、光ファ
イバ線、および／またはハイブリッド同軸線を含むことができる。通信ネットワークは、
電磁スペクトルの任意の部分および任意の標準シグナル（ＩＥＥＥ８０２標準ファミリ、
ＧＳＭ（登録商標）／ＣＤＭＡ／ＴＤＭＡ、または任意の標準セルラおよび／またはＩＳ
Ｍバンドなど）を利用する無線部分さえも含むことができる。通信ネットワークは、電力
線部分さえも含むことができ、その中では信号は電気配線を介して通信される。本明細書
に記載の方法および装置は、物理的構成要素、物理的配置、または通信標準にかかわらず
、任意の無線／有線通信ネットワークに適用することができる。
本開示の特定の態様は、様々な方法および手順を参照して記載される。各手順は、プロ
グラムコードおよび／または機械命令によって実施できることが理解されよう。プログラ
ムコードおよび／または機械命令は、方法で指定された機能／動作を実施するための手段
を作成することができる。
プログラムコードはまた、プロセッサ、コンピュータ、または他のプログラム可能なデ
ータ処理装置を特定の方法で直接機能させることができるコンピュータ可読メモリに格納
することができ、コンピュータ可読メモリに格納されたプログラムコードは、手順の様々
な態様を実施する命令手段を含む製品を製造または改造する。
プログラムコードは、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置にロー
ドされて、プロセッサ／コンピュータ実装プロセスを生成するために一連の手順を実行さ
せることもでき、プログラムコードは、本開示の方法において特定された様々な機能／動
作を実施するための手順を提供する。
特許請求の範囲を含む本開示を通じて使用される「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ
ｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、処理におけるバラつきなどに起因す
るような小さな変動を記述し、説明するために使用される。例えば、それらは＋／−５％
以下、＋／−２％以下、＋／−１％以下、＋／−０．５％以下、＋／−０．２％以下、＋
／−０．１％以下、＋／−０．０５％以下などを表す。
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「
含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」など、およびそれらの活用
形は、非制限的であるように意図されており、列挙された要素だけでなく、包括的な追加
要素をもさらに含む。本明細書を通して、「一例（ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「別の
例（ａｎｏｔｈｅｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例（ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ）」などは、本
明細書に記載の少なくとも１つの例に関連して記載された特定の要素（例えば、特徴、構
造および／または特性）を意味し、他の例に存在しても存在しなくてもよい。加えて、文
脈上他に明確に指示されていない限り、任意の例に対する記載された要素は、様々な例に
おいて任意の適切な方法で組み合わせられ得ることが理解されるべきである。
前述の概念および以下により詳細に論じられる追加の概念（そのような概念が相互に矛
盾しないことを条件とする）のすべての組み合わせが、本明細書に開示された発明主題の
一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れるクレームに記
載された対象の全ての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると
考えられる。また、本明細書で明示的に用いられ参照により組み込まれる任意の開示に現
れ得る用語は、本明細書に開示された特定の概念と最も一致する意味で解釈されるべきで
あることを理解されたい。
本明細書で提供される範囲は、記載された範囲および記載された範囲内の任意の値また
は部分範囲を含むことが理解されるべきである。例えば、４以上１０以下（４〜１０）で
表される範囲は、明確に列挙された４〜１０の境界値だけでなく、例えば、約６，７．５
，９などの個々の値および約５〜約８などの下位範囲を含むと解釈されるべきである。
いくつかの実施例を詳細に説明してきたが、開示された実施例は変更され得ることが理
解されるべきである。したがって、上記の説明は非限定的であるとみなされるべきである
。

Claims (22)

  1. 固体ホスト材料と、該固体ホスト材料に埋設された蛍光材料と、を含む光学ターゲット
    を備える検査装置であって、
    該固体ホスト材料は所定のフォノンエネルギＨＯＳＴＰＥを有し、
    該蛍光材料は、選択基底エネルギ準位と、関心蛍光発光波長（ＦＥＷＩ）と一致する第１
    エネルギギャップによって基底エネルギ準位から分離されるターゲット励起（ＴＥ）エネ
    ルギ準位とを示し、
    該蛍光材料は該ＴＥエネルギ準位に対して次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位を有し、
    該ＮＬＬエネルギ準位は該ＴＥエネルギ準位の下にある第２エネルギギャップＦＭＥＧ２
    を介して離間し、
    ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比が３以上である、検査装置。
  2. 前記ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比は、４以上１０以下である、請求項１に記載の検査
    装置。
  3. 前記固体ホスト材料は、ガラス、非晶性ポリマー、結晶性材料、半結晶性ポリマー、金
    属ガラス、またはセラミックのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の検査装置
    。
  4. 前記蛍光材料は、希土類元素または遷移金属元素のうちの少なくとも一つのイオンを表
    す、請求項１に記載の検査装置。
  5. 前記固体ホスト材料は、最大フォノンエネルギが５８０ｃｍ−１以下である、請求項１
    に記載の検査装置。
  6. 前記関心蛍光発光波長の中心波長は、約１０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の検
    査装置。
  7. 前記光学ターゲットを受け入れるポケットを有する本体であって、
    上面に該ポケットを包囲する挿入領域を設けた本体と、
    挿入領域に搭載され、該光学ターゲットの上方に位置する透明層と、
    をさらに備える、請求項１に記載の検査装置。
  8. 前記本体は、少なくとも部分的に該ポケットを包囲するチャネルを備え、該チャネルに
    接着剤を入れて格子層を接着し、
    該チャネルは、チャネルに沿って配置された一連の圧力解放ポケットを備え、該圧力解
    放ポケットは、格子層にかかる圧力を、硬化工程の間に接着剤によって解放する、請求項
    ７に記載の検査装置。
  9. 前記本体は、該ポケットの下方に位置する拡散ウェルをさらに備え、該拡散ウェルは、
    該光学ターゲットを通過する励起光を受光し、
    該拡散ウェルは、反射率が約２０．０％以下の表面仕上げを有するウェルボトムを含む
    、請求項８に記載の検査装置。
  10. 前記透明層または該光学ターゲットのうちの少なくとも一つの表面に形成された微細構
    造をさらに備え、該微細構造が格子層を形成する、請求項７に記載の検査装置。
  11. 前記透明層または該光学ターゲットのうちの少なくとも一つの表面上に形成した反射防
    止コーティングをさらに備える、請求項７に記載の検査装置。
  12. 蛍光材料を包囲する固体本体を備える光学ターゲットと、
    励起光を光学ターゲットへ向かって誘導し、該光学ターゲットからの蛍光発光を受光す
    る対物レンズと、
    該光学ターゲットに近位の関心領域へ該対物レンズを動かすドライバと、
    プログラム命令を格納するメモリと、
    機器の光学的アライメントまたは光学的キャリブレーションの少なくとも一つに関連して
    、該光学ターゲットからの蛍光発光を検出するプログラム命令を実行するプロセッサと、
    を備える光学検出装置。
  13. 前記対物レンズは、励起光を該光学ターゲット上へ誘導し、
    該プロセッサは、該蛍光発光から参照情報を引き出し、
    該プロセッサは、該機器の光学的配列または光学的キャリブレーションの少なくとも一
    つに関連して、参照情報を用いる、請求項１２に記載の光学検出装置。
  14. 前記光学ターゲットは、該対物レンズに近位のキャリブレーション位置に永久的に装着
    されており、
    該キャリブレーション位置は、機器内のフローセルチャネルと離れている、請求項１２に
    記載の光学検出装置。
  15. 前記光学ターゲットは、固体ホスト材料と、該固体ホスト材料に埋設した該蛍光材料と
    、を含み、
    該固体ホスト材料は、所定のフォノンエネルギＨＯＳＴＰＥを有し、
    該蛍光材料は、選択基底エネルギ準位と、ターゲット励起（ＴＥ）エネルギ準位と、次に
    低い（ＮＬＬ）エネルギ準位とを示し、
    次に低い（ＮＬＬ）エネルギ準位は、該ＴＥエネルギ準位下のエネルギギャップＦＭＥ
    Ｇ２を介して離間し、
    ＦＭＥＧ２／ＨＯＳＴＰＥの比が３以上である、請求項１２に記載の光学検出装置。
  16. 前記固体本体は、該蛍光材料を形成する一つ以上のイオンをドープした固体ホスト材料
    を備える基板を表す、請求項１２に記載の光学検出装置。
  17. 前記固体本体は、励起光が照射されると一つ以上の所定の関心発光バンドで蛍光発光す
    る量子ドットを包囲する、エポキシまたはポリマーの少なくとも一つを表す、請求項１２
    に記載の光学検出装置。
  18. 前記光学ターゲットの上に形成した反射防止コーティングをさらに備える、請求項１２
    に記載の光学検出装置。
  19. 蛍光材料を包囲する固体本体を備える光学ターゲットと、機器の対物レンズとを整列さ
    せるステップと、励起光を該光学ターゲットに誘導するステップと、
    該光学ターゲットからの蛍光発光を参照情報として検出するステップと、
    機器の光学的アライメントまたは光学的キャリブレーションの少なくとも一つに関連して
    該参照情報を用いるステップと、
    とを含む方法。
  20. 前記励起光を該光学ターゲットの上面の下方にある焦点に合わせるステップをさらに含
    む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記整列は、
    前記光学ターゲットの上方に位置する微細構造を含む格子領域に該対物レンズを整列させ
    て、該微細構造における第１の焦点に該励起光を合わせるステップと、
    該微細構造の空隙（ボイド）である非格子領域に該対物レンズを整列（アライメント）さ
    せるステップと、
    該光学ターゲットの上面の下方にある第２の焦点に該励起光を合焦するステップと、
    を含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記蛍光材料は、エルビウム、ホルミウムまたはプラセオジムのうちの少なくとも１種
    のイオンを含む化学元素を含み、
    前記固体ホスト材料は、ケイ酸塩、ゲルマニウム酸塩、ＩｎＦ３、またはＺＢＬＡＮの
    少なくとも１種を含む、請求項２１に記載の方法。
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