JP5722787B2 - 走査型顕微鏡 - Google Patents

Description

当該発明は、試料を保持するためのステージ、少なくとも二つの軸上の位置の間でステージを並進させるための走査機構であって、予め定義された横向きの位置に対するステージの横向きの位置は変動することがあり、予め定義された配向に対するステージの配向は変動することがあり、ステージの少なくとも二つの軸上の位置の各々は試料のプローブされる対応する予め定義された領域と関連する、走査機構、試料の領域をプローブするためのプロービングシステムであって、プロービングシステムが光学的な素子及び読み出しの領域を有するフォトセンサーを具備し、読み出しの領域が予め定義された配向に対して横向きの方向に延びる、プロービングシステム、を具備する走査型顕微鏡を参照する。

ディジタル顕微鏡は、試料のディジタルイメージを作る。しばしば、これは、繰り返して上及び下に走査すること並びに一緒に異なるバンドをステッチすることによって、及び／又は、異なる波長で測定されたイメージをオーバーレイすることによって、なされる。正確なアーチファクトの無いイメージのために、様々なイメージのピースが正確に並ぶことが重要である。ライン走査型のシステムにおいては、試料が、一つの方向に一定の速度で走査されるが、ラインセンサーが、垂直な方向で情報を測定する一方で、二つの軸、即ち走査の方向及び横の方向が定義されることができる。誤差の二つの主要な源は、第一に、走査の速度における変動、及び、第二に、試料の進行の非真直度、である。走査の速度における変動は、走査の方向における誤差に帰着する。このタイプの誤差は、走査の方向におけるステージの位置を測定すること及び良好に定義された且つ等距離の位置でラインカメラの獲得をトリガーすることによって、修正されることができる。試料の進行の非真直度は、ラインセンサーの方向における誤差に帰着する。ステージのタイプに依存するが、非真直度は、ナノメートル及び多数のミクロンの間にあるものである。非真直度の程度は、主として、使用されたベアリングに依存する。大部分の顕微鏡の用途にとって、絶対的な真直度は、再現性と比べてあまり問題点にならない。アーチファクトの無いステッチング／オーバーレイのためには、連続的な走査の間におけるシフトが、イメージにおけるピクセルのピッチ（ピクセルのスペーシング）の半分より少ないことが重要である。当該発明の目的は、ステージの進行の非真直度における変動によって引き起こされたラインセンサーの方向における誤差を補償するために使用されることができるデバイス及び方法を提供することである。さらに、ステージの進行の確度に対する要件が緩和されたデバイスを提供することが当該発明の目的である。原則として、これらの誤差の多数のものは、イメージプロセシングの後のステップにおいて修正されることができるであろう。しかし、高いデーター転送率が必要とされると共に大きいファイルが生成される用途にとっては、プロセッシングの後の手段は、非常に計算集約型且つ時間集約型である。このように、オンラインで直接的にこれらの問題を解決することが好ましい。リソグラフィーのシステムにおいて、及び、光学的記憶システムにおいて、同様の問題が起こる。ＵＳＲＥ３８，１１３Ｅにおいては、走査の移動に垂直な走査する基体のズレを干渉法で測定するシステムが記載されている。この信号は、走査の移動の方向に垂直な軸においてアクチュエーターで試料を移動させるために使用される。ズレを測定するための別の手段は、非接触の高さのプロファイラーとして機能するシステムを記載するＵＳ７，０７９，２５６Ｂ２に開示されている。情報担体におけるマークが、二次元において試料を正しく位置決めする為に読み出しデバイスによって識別されることができる光学的な記憶デバイスが、ＷＯ２００５／１０６８５７Ａ１及びＷＯ２００７／０５４８８４Ａ２に開示されている。これらの従来のシステムにおいて、修正又は位置決めは、ステージを移動させることによってなされる。そのような従来の走査型顕微鏡は、複雑な構造、適度なスピード、及び低い費用効率を有する。

米国特許第７，０７９，２５６号 国際公開第２００５／１０６８５７号 国際公開第２００７／０５４８８４号

従来の走査型顕微鏡と比べてより高いスピード及びより高い費用効率を有するより単純な走査型顕微鏡を提供することが本発明の目的である。この目的は、独立な請求項に従った走査型顕微鏡を提供することによって解決される。

従って、当該発明の走査型顕微鏡は、ステージの横向きの位置及び／又はステージの配向を測定するための位置センサー及び測定された横向きの位置及び／又は測定された配向の関数としてプロービングシステムを適合させるためのコントローラーを具備する。先行技術とは反対に、誤差の回避及び／又は補償は、試料（それぞれ、ステージ）を物理的に移動させることによってなされるものではない。当該発明の概念は、より速い、より単純な、及びより安いシステムを可能にする。

走査型顕微鏡は、予め定義された配向に横向きの、及び読み出しの領域が延びる方向にもまた横向きの、鉛直な方向にステージを並進させるためのフォーカシング機構をさらに具備することがある。

ステージのあらゆる軸上の位置について、プローブされる試料の領域は、ステージの初期の横向きの位置及び初期の配向によって予め定義されることができる。

コントローラーは、フォトセンサーの読み出しの領域が、プローブされる試料の領域に対応するように、測定された横向きの位置及び／又は測定された配向の関数としてプロービングシステムを適合させることが可能であることがある。

好ましくは、コントローラーは、フォトセンサーの読み出しの領域を適合させることが可能である、及び／又は、コントローラーは、フォトセンサーによって収集されている、特に、コントローラーへ伝達されている、データーの選択を適合させることが可能である。

コントローラーが、予め定義された配向に横向きの方向にフォトセンサーの読み出しの領域を並進させることができる場合、及び／又は、コントローラーが、フォトセンサーによって収集されている、特にコントローラーへ伝達されているデーターの選択のための選択エリアを並進させることができる場合、好都合であり得る。

コントローラーが、フォトセンサーの読み出しの領域を回転させることができる場合、及び／又は、コントローラーが、フォトセンサーによって収集されている、特にコントローラーへ伝達されているデーターの選択のための選択エリアを回転させることができる場合、また有益であり得る。

コントローラーは、読み出しの領域の中心を通る鉛直な軸のまわりにフォトセンサーの読み出しの領域を回転させることが可能であることがある。

予め定義された配向に横向きの方向にフォトセンサーを移動させることができるコントローラーを提供することも可能である。

コントローラーは、鉛直な軸のまわりにフォトセンサーを旋回させることが可能であることがある。

好ましくは、鉛直な軸は、読み出しの領域の中心を通る。

コントローラーは、光学的な素子を移動させることが可能であることがある。

光学的な素子は、レンズ及び／又はレンズのアレイ及び／又は旋回可能なミラーであることがある。

フォトセンサーは、フォトセンサーのアレイ（２２、２３）であることがある。

位置センサーは、ステージにおける第一のパターン及び顕微鏡の不動の部分における第二のパターンを具備することがあり、第一のパターン及び第二のパターンは、モアレパターンを生じさせる。

図１は、当該発明の基本的な構成要素の配置についての第一の概略的な上面図を示す。 図２は、概略的に光学的なライン顕微鏡の単純化された側面図を示す。 図３は、ステージの進行中の異なる時間に取られた試料のイメージの変位の概略的な上面図を示す。 図４は、走査するプロセス内における異なる瞬間について概略的にラインセンサーにおける試料のラインのイメージを示す。 図５は、概略的にアレイに基づいた走査型顕微鏡のセンサーのアレイを示す。 図６は、当該発明の基本的な構成要素の配置についての第二の詳細な概略的な概観を示す。 図７は、概略的に第一の実施形態を示す。 図８は、概略的に第二の実施形態を示す。 図９は、概略的に第三の実施形態を示す。 図１０は、概略的に関係する位置の配置についての概観を示す。 図１１は、概略的に第四の実施形態を示す。 図１２は、概略的に第五の実施形態を示す。 図１３は、概略的に第六の実施形態を示す。 図１４は、概略的に第七の実施形態を示す。 図１５ａから１５ｃまでは、概略的にステージの三つの異なる位置についてのセグメント化された感光性のダイオードにおける反射されたレーザースポットのフットプリントを示す。 図１５ａから１５ｃまでは、概略的にステージの三つの異なる位置についてのセグメント化された感光性のダイオードにおける反射されたレーザースポットのフットプリントを示す。 図１５ａから１５ｃまでは、概略的にステージの三つの異なる位置についてのセグメント化された感光性のダイオードにおける反射されたレーザースポットのフットプリントを示す。 図１６ａ及び１６ｂは、概略的に第八の実施形態を示す。 図１６ａ及び１６ｂは、概略的に第八の実施形態を示す。 図１７は、走査の方向に沿ったステージの進行中のステージの横方向のシフト及び／又は回転を補償するための当該発明の概念に従った方法の概略的なフロー線図を示す。

図１は、当該発明の基本的な構成要素の配置についての第一の概略的な上面図を示す。ステージ１８は、望まれた走査の方向７２において上及び下へ試料２０を移動させるために使用される。実際には、試料２０は、実際の走査の方向１２において移動させられる。データーは、望まれた走査の方向７２に垂直なライン２２に沿って収集される。これは、好ましくは望まれた走査の方向７２に平行なその最も長い寸法を備えた矩形のエリア２４であるデーターの測定に帰着する。限定無しに、下記において、センサーの方向１４は、望まれた走査の方向７２に垂直であり、逆もまた同じであることが仮定される。実際の走査の方向１２及び望まれた走査の方向７２の間に小さい角度７４があるとき、イメージは、移動の間にシフトすることになる（図３を参照のこと）。千鳥状の様式に配置された少なくとも二つのセンサー２２、２３がある場合、これは、試料２０の部分の二重のイメージングに帰着することがある。従って、測定するデバイス２６は、固定された世界２８に関するセンサーの方向１４におけるいずれの移動をも測定するが、センサーの方向１４は、望まれた走査の方向７２に横向きであり、好ましくは垂直である。コントローラー３０は、ステージ１８の進行の非真直度を修正するために、及び、好適なエリア２４が実際に検出されることを保証するために、使用される。角度７４がゼロからはずれる場合、試料の向首方向７７は、望まれた走査の方向７２に対して平行に保たれない。加えて、試料２０の向首方向及びその進行する方向１２の間における回転の角度７５である偏揺れが生じ得る。ライン７９は、実際の進行の方向に平行なものを表す。偏揺れの角度７５がゼロである場合、試料２０の回転、即ち、その向首方向は、角度７４に等しい。このズレは、検出されたイメージ内における予想外の変動に帰着することがある。同時に検出されるはずの、場合により回避される及び／又は補償される及び／又は修正されるはずの二つの種類のズレがあり、第一に、間違いの方向１２へと移動することによって達したセンサーの方向１４における並進、及び、第二に、間違いの方向１２への試料２０の向首方向である。一つより多いセンサー２２、２３を有するスキャナーの特定の性質のために、実際の走査の方向１２の角度７４及びセンサーの方向１４の間における絶対的な尺度を有することが特に重要である。９０°の最適な角度から離れたいかなる変動７４をも誤差をもたらす。下記において、多くの位置の検出の実施形態が記載され、どのように検出された位置の情報が、センサー２２、２３から正しいピクセル及び／又はエリア２４を選択することによってリアルタイムにイメージを修正するために使用されることができるかということが記載される。

図２は、概略的に光学的なライン顕微鏡１０の単純化された側面図を示す。

図３は、概略的にステージ１８の進行中の二つの異なる時間に取られた試料２０のイメージの変位の上面図を示す。試料２０は、ｘ軸２の方向と同一線上にある実際の走査の方向に沿って走査されるべきである。しかしながら、ステージ１８は、完全に真っ直ぐには進行しない。従って、第一の時間において、試料２０は、第一の位置３４に、及び、第二の時間において、第二の位置３６にある。試料２０の第一の位置３４に関係して、試料２０の第二の位置３６は、実際の走査の方向１２においてシフトしているだけではなく、望まれた走査の方向７２に対して垂直にもまたシフトしている。

図４は、二つの異なる位置３４、３６について概略的にラインセンサー２２における試料２０のラインのイメージを示す。試料２０は、図面の平面において走査される。それによって、試料２０は、ラインセンサー２２へとレンズ３２、４０でイメージングされる。ラインセンサー２２におけるイメージは、時間における異なる瞬間に描かれる。試料２０が、第一の位置３４にあるとき、センサー２２におけるイメージは、図の上側の部分における斜線ピクセル３８によって示された位置にある。試料２０が、第二の位置３６にあるとき、センサー２２におけるイメージ３６は、図の下側の部分における斜線ピクセル３８によって図示された位置にある。試料２０の完全なイメージを作るために、ライン２２における斜線ピクセル３８が使用される。試料２０が、位置３６に到達するとき、センサー２２におけるイメージは、図の下側の部分に示されたように、（図示された例においては左へ二つのピクセルだけ）シフトさせられる。そして、ピクセル３８の異なる部分集合が試料２０の完全なイメージを作るために要求される。正しいピクセル３８のこの選択は、データーが収集された後で、ソフトウェアによってなされることができる。しかしながら、高いデーターのスループットのために、専用のハードウェアのプラットフォームにおいて選択を行うことが好ましい。選択のために、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が用いられることができる。選択する機能は、記憶デバイスへの選択されたデーターのルーティングと組み合わせられることができ、ルーティングは、検出された位置のオフセットに基づく。この方法は、ピクセル精度で関心領域（ＲＯＩ）の不連続な選択を可能にする。ピクセルのピッチの半分の残余誤差は、排除されることができない。大部分のイメージングシステムにおいて、この残余誤差は、最終的な結果として生じるイメージにおいて容易に検出可能なものではないと予想される。

図５は、概略的にアレイに基づいたディジタル走査型顕微鏡１０のセンサー２２及びレンズ３２又は小レンズ３２のアレイ６６を示す。これは、ＵＳ７，８１４，６１０Ｂ２から知られたような顕微鏡であることがある。バンド２４、２５は、最終的なイメージにおいて相互に隣接することになるが、しかし異なる時間及び所で測定されるイメージの二つの部分を示す。アレイに基づいたシステムの場合、要件は、イメージの形成がしばしば千鳥状の様式でなされるという事実のせいで、より厳格である。これは、完全な試料２０が、大きい範囲にわたって並進させられる一方で、ダイの最終的なイメージにおいて隣接位置になるデーターのいくらかが、時間における非常に異なる瞬間に測定されることを意味する。これは、試料２０が、最初の及び最後の測定の位置の間における完全な距離にわたるピクセルのピッチの半分の最大限の横方向のシフトに対応するものよりも多く実際の走査の方向１２において並進させられるべきではないので、試料２０の進行の真直度に対する余分な厳密な要件を付ける。大きいアレイ６６を用いる高い分解能の用途にとって、これらの要件は、非常に厳格なものになり得る。１０ｍｍのアレイ６６を使用する２５０ｎｍのピクセルのサイズを備えたシステムの場合、これは、１０ｍｍの進行にわたって１２５ｎｍより良好な進行の真直度を備えたステージ１８を要求すると思われる。これらの要件を満たすことができるシステムを製作することは費用がかかる。従って、ズレを回避する、補償する、及び／又は修正することができるシステムが必要とされる。アレイに基づいたシステムの場合二つの誤差、第一に予め定義されたラインから離れた並進、第二に試料２０の回転、が役割を果たすという理由のために、データーが収集されるエリア２４の位置の付近の単一の位置でステージ１８の位置を測定することは、アレイに基づいた顕微鏡にとって十分なものではない。両方の自由度が補償される及び／又は修正されるべきである。

図６は、当該発明の基本的な構成要素の配置について第二の概略的な概観を示す。ステージ１８は、実際の走査の方向１２における上及び下へ試料２０を移動させるために使用される。試料２０が、実際の走査の方向１２において移動させられる一方で、データーは、ＵＳ７，１８４，６１０Ｂ２に記載されたような、二次元のセンサーアレイ６６においてアレイ状にされたセンサー２２、２３によって収集される。センサーアレイ６６は、様々な配置を有することができる。典型的なセンサーアレイ６６は、望まれた走査の方向７２に垂直なラインのアレイを有する。これは、好ましくは、望まれた走査の方向７２に平行なその最も長い寸法を備えた矩形のエリア２４であるデーターの測定に帰着する。二つの測定するデバイス２６は、二つの異なる位置で固定された世界２８に関する試料２０のズレを測定する。これらの二つの測定で二つの異なる変動、第一に望まれた走査の方向７２に垂直なセンサーの方向１４における並進、及び、第二にステージ１８の鉛直な軸のまわりの回転が検出されることができる。これらの誤差は、好適なエリア２４が実際に検出されることを保証するためにいくつかの手段３０を介して修正されることができる。位置を検出するための様々な手段２６が想定されることができる。主要な難題は、実際の走査の方向１２における進行が、センサーの方向１４において測定される変動（＜１００ｎｍ）と比較して非常に大きい（数ｃｍ）可能性があるという事実に関する。位置の測定が、検出の領域２４に平行なラインに沿ったものであることが好ましい。最も好適な配置は、横方向の位置を検出するための第一のセンシング手段８０が、センサーアレイ６６の第一の行２２と同一線上にあり、検出するための第二のセンシング手段８８が、センサーアレイ６６の最後の行２３と同一線上にあるようなものである。

図７及び図８は、概略的に、イメージセンサー２２におけるイメージの位置５４を修正するための第一、第二の、実施形態をそれぞれ示す。典型的な走査型顕微鏡１０では、イメージングシステムにおいて少なくとも二つのレンズ３２、４０がある。好ましくは、第一のレンズ３２及び第二のレンズ４０は、テレセントリックに相互に対して面されたものである。この事例においては、修正は、試料２０の横方向の移動を補償するために試料２０の横方向のシフトのセンサーの方向１４に平行な方向４２、４４にレンズ３２、４０の一方又は両方を移動させることによって行われることができる。それによって、レンズ３２、４０の主軸４６、４８は、相互に平行な配向に保たれる。実線は、試料２０における点５０を備えた元来の状況を示す。長い破線は、試料２０がシフトさせられた光線追跡である。これは、センサー２２におけるイメージのシフトに帰着する。それによって、試料２０における点５０は、横方向のシフトで空間において移動し、空間に関して、今点５６として表記される。イメージセンサー２０における対応する点５２は、位置５４へ移動する。短い破線は、レンズ３２、４０の一方が試料２０のシフトを補償するために移動させられる状況について結果として生じる光線追跡である。それによって、イメージセンサー２０における点５２は、その元来の位置５２に留まる。

図９は、概略的にイメージセンサー２０におけるイメージの位置５４を修正するための第三の実施形態を示す。この実施形態においては、折りたたみミラー５８が、レンズ３２及びレンズ４０の間に置かれる。初期に、実線の光線追跡は、試料２０からセンサー２２までの経路を示す。試料２０が、センサーの方向１４において移動させられるとき、ズレは、補償される（短い破線を参照のこと）。

図１０は、概略的に、関係する位置の配置についての概観を示す。センサーアレイ６６の固定された基準のフレームは、多くの実質的にライン状の検出領域６８、７０を備えた検出エリアを含有する。望まれた走査の方向７２は、検出領域６８、７０に対して垂直である。理想的には、試料２０は、望まれた走査の方向７２に対して平行に走査される。実際には、運動の方向１２及び望まれた走査の方向７２の間に小さい角度７４があることがある。この角度７４は、試料２０のシフトに帰着することになるが、検出領域６８、７０に対して平行なシフトが起こる。アレイ６６の末端７０におけるもののみならずアレイ６６の第一の部分６８におけるものの両方で予め定義された位置から離れたドリフトを、これが、走査の方向１２の角度７４及び／又は偏揺れの角度７５が変動するときでさえも補償されることができるように、測定することが重要である。従って、ステージ１８における基準７６は、好ましくは、ステージ１８の実際の進行の方向１２に対して平行にとられる。しかしながら、小さい残余の角度７８が残ることがある。第一のセンシング手段８０は、第一のセンサーアレイ６８と同一線上における、ステージ１８における基準及び固定された世界２８における対応する位置の間における距離８４（横向きの位置）を決定する。第二のセンシング手段８２は、第二のセンサーアレイ７０と同一線上における、ステージ１８における基準及び固定された世界２８における対応する位置の間における距離８６を決定する。距離８８及び９０の較正は、センサーアレイ６６の基準のフレームにおける試料２０の実際の偏向を決定するために要求される。較正は、走査の方向１２とある角度をなす直線を含有する試料２０を測定し、これらのラインをイメージングすると共に測定する手段８０及び８２によって同時に基準の位置７６の位置を検出することによって実行され得る。このデーターは、基準のライン７６のオフセットの角度７８又はステージ１８における基準の位置７６のみならず、ステージ１８の実際の走査の方向１２及び検出ライン６８、７０に対して垂直な予め定義された基準のラインの間における公称の角度を決定するために、並びに距離８８及び９０を較正するために使用されることができる。この情報は、記憶されると共に、アーチファクトの無いイメージに要求された修正の因子を提供するために次の走査において使用されることができる。

図１１は、概略的に、イメージングセンサーシステム９４、９６によるステージ１８の位置の検出についての第四の実施形態の配置を示す。イメージングセンサーシステム９４、９６は、ステージ１８の位置及びドリフトを決定するための検出システム８０、８２へ堅く付けられるべきである。イメージングセンサーシステム９４、９６は、別個のセンサー９４、９６であるか、又はデーターを取得するためにもまた使用されるセンサーアレイ６６の一部であることができる。イメージングシステム９４、９６がデーターを収集する一方で、ステージ１８は、試料２０を移動させる。ステージ１８において、同じセンサーアレイ６６と同一線上にある又はそれを使用するものでさえある二つの検出手段９４、９６によってイメージングされることができる基準のライン９２が置かれる。特に、同じセンサーアレイ６６が使用される場合、予め定義されたライン並びに位置８８及び９０が決定される場所の間における距離を決定することは、容易である（図１０を参照のこと）。従って、システムのさらなる較正は必要ないと思われる。これは、検出センサーアレイ６６のためのより大きいダイを要求するものではない場合、好適な実施形態になり得る。試料のドリフトの決定の確度を増加させる為には、ステージ１８におけるライン９２及びイメージングの経路における何らかのグレーティングの間におけるモアレの効果が、空間的な分解能を増加させるために使用されることがある。

図１２は、概略的に、ステージ１８の位置のモアレに基づいた検出についての第五の実施形態の配置を示す。ステージ１８の位置を測定するための適切な手段は、精密なライン状の光学的なエンコーダーの使用である。光学的なエンコーダーは、容易に入手可能な高い精度のルーラーであるが、それは、わずかに異なる周期性で二つのグレーティングを重なり合わせることによって生じるモアレパターンを測定することによって動作する。数ナノメートルの確度が得られることができる。図は、予め定義された経路に関するステージの進行のオフセット及び角度の両方を決定するために光学的なエンコーダーを使用するための可能性のある配置を示す。試料２０は、ステージ１８に固定される。光学的なエンコーダーの一方のグレーティング６４は、ステージ１８に固定されるが、他方のグレーティング６２は、基準の世界のフレーム２８に関して固定される。基準の重要なフレームは、センサーによって定義される。センサーが、基準の世界のフレーム２８に関して固定されることが想定される。光学的なエンコーダーは、ラインが測定される位置付近の位置における相対的なシフトを読み出すことができる。光学的なエンコーダーの整列が、必ずしも正確に試料２０の望まれた走査の方向７２に沿ったものではないという理由で、較正は、センサーの基準のフレームに関して光学的なエンコーダーの整列を推定するために行われる必要がある。センサーが、基準の世界のフレーム２８に関して固定されるという理由で、一回の工場の較正で十分なはずであると予想される。ステージ１８が、鉛直に沿って進行する一方で、光学的なエンコーダーは、この図における水平に沿った並進を読み取る。これは、（グレーティング６４の高さによって決定される）光学的なエンコーダーの作動するエリアが、それにわたって試料２０が並進させられる最大の距離と同程度に大きいものである必要があることを意味する。

図１３は、概略的に、ステージ１８の位置のモアレに基づいた検出についての第六の実施形態の配置を示す。配置は、予め定義された経路に関するステージの進行のオフセット及び角度７４の両方を決定するために少なくとも二つの光学的なエンコーダーを具備する。試料２０は、ステージ１８に固定される。各々の光学的なエンコーダーの一方のグレーティング６４、６５は、ステージ１８に固定され、他方のグレーティング６２、６３は、それぞれ、基準の世界のフレーム２８に関して固定されるが、センサーは、基準の世界のフレーム２８に関して固定されることが仮定される。基準の重要なフレームは、センサーである。一緒に、二つの光学的なエンコーダーは、ステージにおける基準の点の相対的なシフトを読み出す。これは、ステージ１８の上部における点及び／又はステージ１８の下部における点であることができる。光学的なエンコーダーの整列が、必ずしも正確に試料２０の望まれた走査の方向７２に沿ったものではないという理由で、及び、光学的なエンコーダーが、相互に関して必ずしも完璧に整列させられるものではないという理由で、較正は、基準のセンサーのフレーム２８に関して光学的なエンコーダーの整列を推定するために、行われる必要がある。センサーが、基準の世界のフレームに関して固定されるという理由で、一回の工場の較正で十分なはずであると予想される。ステージ１８が、鉛直に沿って進行する一方で、光学的なエンコーダーは、この図における水平に沿った並進を読み取る。これは、（グレーティング６４、６５の高さによって決定される）光学的なエンコーダーの作動するエリアが、それにわたって試料２０が並進させられる最大の距離と同程度に大きいものである必要があることを意味する。一度較正されると、光学的なエンコーダーは、角度７４及び（センサーに関して定義されたような）予め定義された進行の経路に関する試料２０のオフセットを決定するために使用されることができる。

図１４は、概略的にステージ２０の位置を検出するための第七の実施形態の配置を示す。そこでは、ステージ２０の横向きの位置８４、８６が、各々が非点収差を補正するレンズ１１２を有する二つのイメージングシステム１００によって検出される。

図１５ａから１５ｃまでは、概略的にステージ１８の三つの異なる位置についてのセグメント化された感光性のダイオード１１０におけるレーザー１０２からの反射された光１１４のフットプリントを示す。試料２０は、ステージ１８に置かれると共に、実際の走査の方向１２において移動させられる。固定された世界２８までの距離は、実際の走査の方向１２に対して平行な平坦な反射面９８をステージ１８に置くことによって測定される。距離の決定のためにレーザー１０２が用いられるが、レーザービーム１１４は、四分の一波長板１０６を通る前に、偏光ビームスプリッター１０４によって反射させられる。レーザーからの光は、レンズ１０８を介して反射面９８に向かって集束させられる。反射光１１４は、同じレンズ１０８によって収集され、それが、偏光ビームスプリッター１０４を透過させられスプリットダイオード１１０（検出器）へと集束させられるように、再度四分の一波長板１０６を通る。それによって、ビームは、非点収差を補正する構成部品１１２を通る。非点収差を補正する構成部品の強さは、試料２０及び固定された世界２８の間における距離が、中立の位置にあるとき、光１１４が、検出器１１０の全ての四つの象限Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに等しく届くようなものである（図１５ｂを参照のこと）。距離が増加するとき、スポットの形状は、非対称的なものになり、主として象限Ａ及びＤに届くことになる（図１５ａを参照のこと）。距離が減少するとき、スポットの形状は、非対称的なものになり、主として象限Ｂ及びＣに届くことになる（図１５ｃを参照のこと）。（（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ））／（（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ＋Ｃ））を決定することよって、最適な位置からの距離でスケーリングする信号を獲得することができる。この信号は検出器１１０に届く絶対的なパワーに依存するものではない。応答は、距離の限定された範囲にわたってのみ線形であり、絶対的な位置の尺度を獲得するためにこのように較正されるべきである。非点収差を補正するレンズ１１２又は検出器１１０の位置をシフトさせることによって、レンズ１０８の焦点が直接的に反射面９８上にないとき、中立の（ゼロの）信号を有することができる。これは、より大きい表面にわたる平均の位置が決定され、反射面９８における可能性のあるキズにあまり依存しない信号をもたらすという利点を有する。

図１６ａ及び１６ｂは、概略的に、関心領域２４、２５を調節するための第八の実施形態を示す。（回転及び予め定義された進行の経路に関するオフセットの点で）試料２０の精確な配向がわかるとき、個々のセンサーの素子２２、２３から獲得されたデーターは、試料２０の予め定義されたものではない進行に起因するアーチファクトを有することなく、試料２０の一つの連続的なイメージを形成するために調節されることができる。図は、誤差の二つの源について、個々のセンサー素子２２、２３によってイメージングされた試料２０におけるラインのオフセット及び個々のセンサー２２、２３によってイメージングされた試料２０におけるラインの予め定義された進行の経路に関する回転における変動を示す。図の上部は、二つの隣接のセンサー素子２２、２３によってイメージングされた試料２０のエリアを示すが、試料２０の進行の方向１２は、水平に沿ったものである。センサー素子２２、２３の各々によってイメージングされたエリア２４、２５は、正方形として示される。センサー素子２２、２３それぞれの実際の走査の方向１２に対して垂直なセンサーの方向１４における個々の位置ｙ１、ｙ２がわかるとすぐに、二つのセンサー２２、２３の間における重なり合い１２６がわかる。そして、センサー素子２２、２３の関心領域２４、２５は、重なり合い２７が、捨てられるように、調節されることができる。従って、連続的なイメージが結果として生じる。それぞれセンサー素子２２、２３の個々の横方向の位置ｙ１及びｙ２は、試料２０の回転のために及び／又は予め定義された進行の経路に関する変化するオフセットのために、時間にわたって連続的に変化することがある。従って、捨てられる必要があるデーター２７のエリアは、走査中に連続的に決定される必要がある。図の下部の部分は、予め定義された進行の経路に関する試料２０の回転から結果として生じる誤差を示すが、予め定義された進行の経路は、典型的には、センサー素子２２、２３の行に垂直である。回転は、望まれた走査の方向７２に関する個々のセンサー２２、２３によってイメージングされた試料２０のラインの回転に帰着する。試料の回転は、走査中に連続的に決定される必要がある。回転の結果は、望まれた走査の方向７２に対して垂直なセンサーの方向１４における結果として生じるイメージにおける分解能の避けられない損失である。オフセットについての及び角度７４についての修正の両方のために、異なるセンサー素子２２、２３によってイメージングされた試料２０のエリア２４、２５における重なり合い２７がある必要がある。センサー素子２２、２３によってイメージングされた試料２０のエリア２４、２５の間における重なり合い２７は、変化する。重なり合い２７のデーターは、捨てられる必要がある。図示された例において、センサー素子２２の残留する部分１２８のデーターのみが、記憶又はさらなる処理のために保持される。重なり合い２７のサイズは、角度７４における最大の誤差及び／又は誤差の修正の方法が作動するためのオフセットによって決定されるべきである。

図１７は、概略的に、走査の方向１２に沿ったステージ１８の進行中のステージ１８の横方向のシフト及び／又は回転を補償するための当該発明の概念に従った方法を示す。第一のステップにおいて、ステージ１８の位置及び／又は配向が検出される。第二のステップにおいて、試料２０をイメージングするためのイメージングシステムは、ステージ１８の検出された位置８４、８６に依存して及び／又はステージ１８の検出された配向に依存して調節される。好ましくは、第一の及び第二のステップは、走査の方向１２におけるステージ１８の並進中に交互に繰り返される。

試料のステージ１８を有する走査型ディジタル顕微鏡１０は、一つの方向１２（走査の方向）において試料２０を移動させることができる。望まれた走査の方向７２からのいずれのズレをも測定するためのいくつかの手段及び、
−ステージの位置において測定されたズレを補償するために、イメージの正しい部分２４、２５を選択するためにセンサー２２における関心領域２４、２５、２７の異なる部分２４、２５を選択すること、
−第一の及び／又は第二のレンズ３２、４０及び／又はミラー６０のような、第一の及び／又は第二の光学的な構成部品をシフトさせること４２、４４及び／又は回転させること、又は、
−センサー２２におけるピクセル３８に関するイメージ２４、２５のそれぞれ相対的なシフト、回転が無いように、ステージ１８のそれぞれいずれの横方向のシフト、回転をも打ち消すためにセンサー２２をシフトさせること及び／又は回転させること
のいずれかによってイメージを修正するためにズレの測定の結果を使用するための手段３０。

このシステムは、例えばディジタル病理学又は微生物学用の（蛍光）細胞イメージングにおける使用のための、いずれの走査型ディジタル顕微鏡１０においても適用されることができる。
［付記］
付記（１）：
走査型顕微鏡であって、
試料を保持するためのステージ、
少なくとも二つの軸上の位置の間で前記ステージを並進させるための走査機構であって、
予め定義された横向きの位置に対する前記ステージの横向きの位置は変動することがあり、
予め定義された配向に対する前記ステージの配向は変動することがあり、
前記ステージの前記少なくとも二つの軸上の位置の各々は前記試料のプローブされる対応する予め定義された領域と関連する、走査機構、
前記試料の領域をプローブするためのプロービングシステムであって、
前記プロービングシステムが光学的な素子及び読み出しの領域を有するフォトセンサーを具備し、
前記読み出しの領域が前記予め定義された配向に対して横向きの方向に延びる、プロービングシステム、
前記ステージの横向きの位置及び／又は前記ステージの配向を測定するための位置センサー、並びに、
測定された横向きの位置及び／又は測定された配向の関数として前記プロービングシステムを適合させるためのコントローラー
を具備する、走査型顕微鏡。
付記（２）：
付記（１）に記載の走査型顕微鏡であって、
前記予め定義された配向に対して横向きの、及び前記読み出しの領域が延びる延びの方向に対してもまた横向きの、鉛直な方向に前記ステージを並進させるためのフォーカシング機構をさらに具備する、走査型顕微鏡。
付記（３）：
付記（１）又は（２）に記載の走査型顕微鏡において、
前記ステージのあらゆる軸上の位置についてプローブされる前記試料の領域は、前記ステージの初期の横向きの位置及び初期の配向によって予め定義される、走査型顕微鏡。
付記（４）：
付記（１）から（３）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域が、プローブされる前記試料の領域に対応するように、前記測定された横向きの位置及び／又は前記測定された配向の関数として前記プロービングシステムを適合させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（５）：
付記（１）から（４）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域を適合させることが可能である、及び／又は、前記コントローラーは、特に前記コントローラーへ伝達された、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択を適合させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（６）：
付記（１）から（５）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記予め定義された配向に横向きの方向に前記フォトセンサーの読み出しの領域を並進させることが可能である、及び／又は、前記コントローラーは、特に前記コントローラーへ伝達された、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択のための選択エリアを並進させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（７）：
付記（１）から（６）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域を回転させることが可能である、及び／又は、前記コントローラーは、特に前記コントローラーへ伝達された、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択のための選択エリアを回転させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（８）：
付記（７）に記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記読み出しの領域の中心を通る鉛直な軸のまわりに前記フォトセンサーの読み出しの領域を回転させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（９）：
付記（１）から（８）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記予め定義された配向に横向きの方向に前記フォトセンサーを移動させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（１０）：
付記（１）から（９）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、鉛直な軸のまわりに前記フォトセンサーを旋回させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（１１）：
付記（１０）に記載の走査型顕微鏡において、
前記鉛直な軸は、前記読み出しの領域の中心を通る、走査型顕微鏡。
付記（１２）：
付記（１）から（１１）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記コントローラーは、前記光学的な素子を移動させることが可能である、走査型顕微鏡。
付記（１３）：
付記（１）から（１２）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記光学的な素子は、レンズである、及び／又は、前記光学的な素子は、レンズのアレイである、及び／又は、前記光学的な素子は、旋回可能なミラーである、走査型顕微鏡。
付記（１４）：
付記（１）から（１３）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記フォトセンサーは、フォトセンサーのアレイである、走査型顕微鏡。
付記（１５）：
付記（１）から（１４）までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
前記位置センサーは、前記ステージにおける第一のパターン及び前記走査型顕微鏡の不動の部分における第二のパターンを具備し、
前記第一のパターン及び前記第二のパターンがモアレパターンを生じさせる、
走査型顕微鏡。

Claims (12)

1. 走査型顕微鏡であって、
   前記走査型顕微鏡は、
   試料を保持するためのステージ、
   少なくとも二つの軸上の位置の間で前記ステージを並進させるための走査機構であって、
   予め定義された横向きの位置に対する前記ステージの横向きの位置は、前記並進させることによって変動することがあり、
   予め定義された配向に対する前記ステージの配向は、変動することがあり、
   前記ステージの前記少なくとも二つの軸上の位置の各々は、前記試料のプローブされる予め定義された領域と関連する、走査機構、
   前記試料の領域をプローブするためのプロービングシステムであって、
   前記プロービングシステムが光学的な素子及び読み出しの領域を有するフォトセンサーを具備し、
   前記読み出しの領域が前記予め定義された配向に対して横向きの方向に延びる、プロービングシステム、
   前記ステージの横向きの位置及び／又は前記ステージの配向を測定するための位置センサー、及び、
   測定された横向きの位置及び／又は測定された配向の関数として前記プロービングシステムを適合させることの可能なコントローラー
   を具備し、
   前記コントローラーは、前記ステージの並進の非真直度を修正するために使用され、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域を回転させることが可能であり、及び／又は、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択のための選択エリアを回転させることが可能であり、
   前記コントローラーは、前記予め定義された配向に対して横向きの方向に前記フォトセンサーを移動させることが可能であり、
   前記コントローラーは、鉛直な軸のまわりに前記フォトセンサーを旋回させることが可能である、
   走査型顕微鏡。
2. 請求項１に記載の走査型顕微鏡であって、
   さらに、前記予め定義された配向に対して横向きの、及び前記読み出しの領域が延びる延びの方向に対してもまた横向きの、鉛直な方向に前記ステージを並進させるためのフォーカシング機構を具備する、走査型顕微鏡。
3. 請求項１又は２に記載の走査型顕微鏡において、
   前記ステージのあらゆる軸上の位置についてプローブされる前記試料の領域は、前記ステージの初期の横向きの位置及び初期の配向によって予め定義される、走査型顕微鏡。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域が、プローブされる前記試料の領域に対応するように、前記測定された横向きの位置及び／又は前記測定された配向の関数として前記プロービングシステムを適合させることが可能である、走査型顕微鏡。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーの読み出しの領域を適合させることの可能である、及び／又は、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択を適合させることが可能である、
   走査型顕微鏡。
6. 請求項１から５までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記コントローラーは、前記予め定義された配向に横向きの方向に前記フォトセンサーの読み出しの領域を並進させることが可能である、及び／又は、
   前記コントローラーは、前記フォトセンサーによって収集されたデーターの選択のための選択エリアを並進させることが可能である、
   走査型顕微鏡。
7. 請求項１から６までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記コントローラーは、前記読み出しの領域の中心を通る鉛直な軸のまわりに前記フォトセンサーの読み出しの領域を回転させることが可能である、走査型顕微鏡。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記鉛直な軸は、前記読み出しの領域の中心を通る、走査型顕微鏡。
9. 請求項１から８までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
   前記コントローラーは、前記光学的な素子を移動させることが可能である、走査型顕微鏡。
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
    前記光学的な素子は、レンズである、及び／又は、
    前記光学的な素子は、レンズのアレイである、及び／又は、
    前記光学的な素子は、旋回可能なミラーである、
    走査型顕微鏡。
11. 請求項１から１０までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
    前記フォトセンサーは、フォトセンサーのアレイである、走査型顕微鏡。
12. 請求項１から１１までのいずれかに記載の走査型顕微鏡において、
    前記位置センサーは、前記ステージにおける第一のパターン及び前記顕微鏡の不動の部分における第二のパターンを具備し、
    前記第一のパターン及び前記第二のパターンがモアレパターンを生じさせる、
    走査型顕微鏡。

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