JPH0785060B2 - 共焦点画像形成システム、ならびに物体の検査及び／又は画像形成の方法 - Google Patents

共焦点画像形成システム、ならびに物体の検査及び／又は画像形成の方法

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JPH0785060B2
JPH0785060B2 JP5058254A JP5825493A JPH0785060B2 JP H0785060 B2 JPH0785060 B2 JP H0785060B2 JP 5058254 A JP5058254 A JP 5058254A JP 5825493 A JP5825493 A JP 5825493A JP H0785060 B2 JPH0785060 B2 JP H0785060B2
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は概して共焦点画像形成シ
ステムに係り、詳細には完全な画像を提供し高さ測定及
び検査を行なうための共焦点光学顕微鏡検査におけるタ
ンデム走査に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、特に生物学分野での共焦点光
学顕微鏡検査の使用に関心が高まっている。従来の画像
形成システムでは、画像形成されるべき物体の一部が最
適焦点から軸方向に変位されると、画像コントラストは
減少する。但し、画像のこのような変位した非集束（焦
点はずれ）部分が物体の集束（焦点）部分の視界を干渉
するように輝度は一定状態を保持する。しかしながら、
共焦点画像形成システムでは物体の輝度は最適焦点から
軸方向に変位されるとともに急速に減少するため、実質
的には物体の集束部分のみ観察できることになる。
【０００３】従来の点共焦点顕微鏡では、点光源からの
光はスポットとして識別される非常に小さな空間内で集
束される。顕微鏡はスポットから反射される又は伝送さ
れる光を点検出器上で集束する。反射共焦点顕微鏡で
は、入射光はスポット内の物体によって反射される。ス
ポットの外側にある物体によって反射される光は検出器
上では充分に集束されず、このため光は、点検出器がか
かる反射光のわずかな部分のみを受光するように散乱さ
れる。伝送点共焦点顕微鏡では、入射光はスポット内の
不透明又は半不透明の物によって遮断（ブロッキング）
されない限り伝送される。スポットの外側にある小さな
物は、そのスポットの前又は後にあることに関わらず伝
送光をそれほど遮断することにはならない。しかしなが
ら、大きな物がスポット内の品目の前又は後のどちらか
にあると、光を遮断する可能性があり、このためスポッ
ト内の物の存在を決定する妨げとなる。一般に、点光源
及び点検出器は、従来の光源及び従来の検出器の前にそ
れぞれピンホールを含むマスクを配置することによって
近づけられる。
【０００４】同様に、従来のスリット共焦点顕微鏡シス
テムでは、線光源からの光は非常に狭い且つ細長い空間
内に集束され、この空間もまたスポットとして識別され
る。スリット共焦点顕微鏡はスポットから反射される又
は伝送される光を線検出器上で集束する。線光源と線検
出器は、従来の光源と従来の検出器の列の前にそれぞれ
スリットを備えたマスクを用いて近似される。他に、線
光源は集束レーザビームを画像形成又は検査用の物体に
わたってさっと通過する（スイープする）ことによって
近似される。
【０００５】物体のわずかな部分のみが共焦点顕微鏡に
よって画像形成されるので、物体の完全な２次元観察図
を生成するのに充分な画像データを得るために、画像形
成用の物体を移動するか、又は光源と検出器を移動する
かのいずれかが必要である。予め、スリット共焦点シス
テムは連続ラインの画像データを得るために、スリット
に対し垂直方向に物体を直線的に移動していた。一方、
一つのピンホールのみを有する点共焦点システムは、二
次元画像データを捕捉するために二次元的な方法によっ
て移動されなければならない。生の画像データは一般に
は格納された後に処理されることによって、検査又は画
像形成がなされた物体の二次元的断面の完全な視覚画像
を形成する。タンデム走査顕微鏡として周知の一従来シ
ステムでは、照明のうず巻きパターン及び検出器ピンホ
ールはニプコウ（Ｎｉｐｋｏｗ）ディスク内にエッチン
グされるため、ディスクが回転すると全体の固定物体が
走査される。タンデム走査顕微鏡は、固定物体をリアル
タイムにおいて観察し、且つ写真撮影することが可能で
ある。
【０００６】共焦点顕微鏡をエレクトロニクスの検査に
適用することは、Ｚａｐｆ他著による「Microelectroni
c Engineering, 5:573 (1986) 」及びＬｉｎｄｏｗ他著
による「Micron and Submicron Integrated Circuit Me
trology, SPIE, vol.565, p.81 (1985) 」に教示されて
いる。共焦点システムにより提供される軸方向の識別に
よって、これらは半導体製造分野では有効とされてい
る。例えば、かかるシステムはデラミネーション、ブリ
スタ、及び構造体と被膜の膜厚などの高さ依存特徴の改
良型検査を行なうこともある。しかしながら、エレクト
ロニクスの検査のための共焦点画像形成システムを用い
ることに対応付けられる幾つかの問題がある。例えば、
１個のピンホールシステムでは物体を２方向に走査する
ために非常に多くの時間が掛かること、物体にわたって
レーザビームを走査するための光学システムが複雑であ
ること、さらに従来のタンデム走査顕微鏡で使用される
スピニングディスクアプローチによると位置合わせ及び
メンテナンスの問題が生じることである。このため、こ
れらのシステムの中には、特に検査又は画像形成の分野
で高速で信頼をもって使用できるように構成可能なもの
はない。
【０００７】必要とされる異なる深さスライスの数（ま
たそれゆえに収集される画像データの量）は、光学シス
テムの所望の高さ解像度及び性能と同様に測定される必
要のある高さ範囲によって決まる。一般的なエレクトロ
ニクス検査については、１０乃至１００の異なる深さス
ライスの画像が必要とされることになる。さらに、数個
のカラーバンドのデータは材料を区別するために必要と
されることもある。従来の共焦点画像形成システムで
は、所望の面ごとに個々の走査が必要とされており、複
数のカラーバンドのデータが望ましい場合、面ごとの複
数の走査が必要とされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一つ
の直線的走査運動によって完全な画像を提供することの
できる点共焦点画像形成システムを提供することであ
る。
【０００９】本発明の別の目的は、固定ピンホールマス
クを備えたタンデム点共焦点画像形成システムを提供す
ることである。
【００１０】本発明のまた別の目的は、光源ピンホール
マスク、及び擬似ライン走査モードにおいて共焦点画像
形成を可能とするミラー画像スキューパターンの点検出
器アレイを提供することである。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、共焦点画像形
成システムのピンホールマスクを介して走査物体を照射
するための有効な手段を提供することである。
【００１２】本発明のなおまた別の目的は、共焦点画像
形成システムのピンホールマスクとポイントセンサとの
間の位置合わせを維持するための改良型システムを提供
することである。
【００１３】本発明のまた別の目的は、検査済みのエレ
クトロニクス又は他の物体の単一走査によって共焦点画
像形成システムの複数の深さの画像を提供することであ
る。
【００１４】本発明のさらに別の目的は、複数のカラー
バンドにおいて同時に共焦点画像形成を実行することで
ある。
【００１５】本発明の他の目的は、暗視野共焦点画像形
成を実行することである。
【００１６】本発明のまた他の目的は、共焦点画像形成
システムの光学効率を向上させることである。
【００１７】本発明のさらに他の目的は、センサマスク
を必要としないセンサアレイを提供することである。
【００１８】本発明のなおまた他の目的は、データ出力
速度の高い共焦点画像を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明によると、エレク
トロニクスなどの検査用物体は可動部品のない固定した
共焦点光学器械に対して直線的に搬送される。検査済み
物体を一方向において走査する間に、物体の完全な二次
元画像を生成するのに充分なデータが提供される。さら
に単一の走査の間に、物体の異なる深さにおける複数の
画像及び異なるカラースペクトルで取り込まれる画像の
内の少なくとも何れか一方を生成するためのデータが提
供される。
【００２０】
【実施例】本発明の種々の実施例は図１乃至図１９に示
され、同類の符号は本発明の同様の特徴を示すものであ
るが、これらの特徴は必ずしも各々について示されると
は限らない。
【００２１】図面に関して、特に図１には、イルミネー
タ１００が、例えば、光、Ｘ線、赤外線などの電磁放射
線を不透明光源マスク１０４の透明アパーチュア（開
口）１０２のパターンとビームスプリッタ１０６とを介
して光学レンズシステム１０８に方向付ける画像形成シ
ステムが示されている。アパーチュア１０２は透明材料
で作られてもよく、又は光源マスク１０４の孔もしくは
開口部でもよい。光学レンズシステム１０８は各アパー
チュアからの放射線をスポットとして区別される空間内
の小さな点又は線でもある小量の個々の焦点ボリューム
１１０に集束する。物体１１２の表面がスポット１１０
内にあると、放射線はレンズ１０８を介して反射して戻
される。レンズ１０８はビームスプリッタ１０６を介し
て戻された反射放射線を集束し、ビームスプリッタ１０
６では放射線の一部が分離したピンポイント放射線セン
サ１１４を有する光学的に位置合わせされたセンサアレ
イ１１６上に集束するように反射される。アレイ１１６
は光源マスク１０４のアパーチュア１０２のパターンの
ミラー画像である。センサ１１４からの信号は電子プロ
セッサ１１８に方向付けられ、電子プロセッサ１１８は
データを格納し、物体の完全な複合画像を生成するため
にデータを配列する。スポット内に表面が存在しない場
合、そのスポットの実質的にすべての光は物体によって
反射され、センサアレイ１１６のピンポイントセンサ１
１４間の非感光空間に散乱されることになる。この迷光
放射線の受光とスポット間の漏話を最小限にするため
に、マスクの小部分のみが透明であり、アレイ１１６の
領域の対応する小部分のみが放射線に対して感度があ
る。
【００２２】ステージ１２０は、マスク１０４とセンサ
アレイ１１６に対して傾斜される矢印１２２によって指
示される方向に物体１１２を搬送する。スポット１１０
は物体１１２に対して異なる深さに（即ち、ステージ１
２０からは異なる垂直距離に）位置決めされる。ステー
ジが相対的に傾斜された又は傾いた経路に沿って物体１
１２を搬送すると、これら異なる深さにおける（ステー
ジ上の異なる垂直距離に）物体の表面はスポット１１０
を通過して検出される。このようにして、器械は相対的
に傾斜された経路に沿って連続的に通過すると、物体の
幾何学的構造の特徴を検出する。この配列は物体のきず
についての検査には特に有効であり、幾何学的構造に基
づく区別のみが可能なきずを有することが多いエレクト
ロニクスに対して特に効果的である。好ましくは、薄膜
パッケージングは本発明のこうした顕微鏡を用いた本発
明の方法によって検査されるものである。
【００２３】異なる高さでの複数の共焦点測定を用い
て、光学レンズシステム１０８に対する物体１１２上の
表面の高さを計算することができる。計算された高さ
は、自動焦点サブシステム１１９への入力の働きがあ
る。自動焦点サブシステム１１９には適切な駆動機構
（図示せず）が備えられ、これはレンズ１０８又はステ
ージ１２０のいずれかに接続されるので、表面を光学シ
ステムに対して同じ基準位置に維持することができる。
このようにして、完全に平面ではない物体１１２は測定
範囲内に維持され得る。物体の高さに対する大域的変化
は自動焦点機構１１９に対する駆動信号を評価すること
によってモニタすることができる。
【００２４】好ましくは、マスク１０４のアパーチュア
１０２は放射線の回折限界とほぼ同じ大きさか又はそれ
よりも小さく、これらアパーチュアは少なくとも回折限
界の数倍だけ相互に分離されているので、迷光放射の発
生及び最上の結果になるようにスポット間の漏話を最小
限にする。好ましくは、アレイ１１６のセンサ１１４
は、有効に集束放射線を集光するとともに迷光又は非集
束放射線の検出を最小限にするために放射線の回折限界
とほぼ同じ大きさ又はそれよりも小さな領域において放
射線を感知する分離形点検出器である。
【００２５】例えば、開口数が０．０２のレンズについ
て約４２５ｎｍの波長を有する青色光の回折限界はほぼ
２０μｍであり、そのため１０μｍ×１０μｍの方形ピ
ンホールはかかるレンズに対して適切に小さなアパーチ
ュアを提供し、さしわたし１０μｍ以下の領域において
青色光を検出する電荷結合素子（ＣＣＤ）の配列は適切
なセンサアレイ１１６を提供し、またピンホールが８０
μｍだけ離れている場合、検出される非集束光又は迷光
の割合は充分に低くなる（漏話は散乱光の約１／６４に
なる）。
【００２６】マスク１０４のアパーチュア１０２とアレ
イ１１６のセンサ１１４のパターンは、物体がスポット
１１０を横切るように直線的にマスクに関して移動する
と、物体の検査表面のすべての点が照射スポットを介し
て相対的に移動するように選択されることが好ましい。
センサによるスポットの視野は、好ましくは物体が投射
スポットの幅に等しい距離を移動するたびに記録され、
記録されたデータはプロセッサ１１８によって配列され
て物体１１２の完全な画像を生成する。
【００２７】例えば、図２と図３には、アパーチュアが
小型透明領域、この場合はピンホール、であるマスク１
０４のアパーチュア１０２とセンサアレイ１１６のパタ
ーンの特定の実施例が示されている。ピンホールはパタ
ーンのあるアレイ１１６において配列されており、物体
が照射スポットにわたって一方向に移動すると、物体１
１２の上面のすべての部分がスポットを通過することに
なる。図２では、各列に沿ったピンホール１３０乃至１
３５のコラム（柱状部）は、例えばピンホールの幅の８
倍だけ相互に離れている。同様に、各コラムに沿ったピ
ンホール１４０乃至１４７の列はそれぞれ、例えばピン
ホールの幅の８倍だけ相互に離れている。列１４０乃至
１４７のピンホールは、物体移動の相対方向に対するス
キュー（傾斜）配置を形成する。物体（図示せず）の移
動の相対的方向は矢印１４８によって示され、後続の各
列１４０乃至１４７のピンホールは、物体移動の方向に
対して垂直な同じ方向に一つのピンホール幅の追加距離
だけオフセットしている。例えば、ピンホール１５１は
スキュー方向１５２において一つのピンホール幅だけピ
ンホール１４９からオフセットしており、ピンホール１
５３は１５２の方向にさらに一つのピンホール幅だけオ
フセットしている。このように、後続する列１４０、１
４１、１４２のピンホール１４９、１５１、１５３は、
物体移動の相対的方向において物体の表面に沿って隣接
且つ平行ラインを走査し、物体が図２のピンホールのマ
トリックスに関して直線的に一度走査されると、物体の
検査反射面のすべての点はマトリックスの一ピンホール
をわたって進み、物体の完全な画像を生成するための一
度の直線的走査において充分な情報が得られることにな
る。
【００２８】ピンホールオフセットがピンホール幅と等
しくされる必要はない。ピンホールは冗長性を付与する
ために重なり合うこともある。さらにピンホールは、画
像の隣接する画素が接触せず、限局的特徴を識別するた
めにのみ充分な情報が集められるように配列且つ記録さ
れることもある。
【００２９】マトリックス内のすべての列が物体の一つ
の列から画像データを捕捉していたように画像形成又は
検査用の物体が直線的に走査された後にのみ、システム
は物体の特定の列に対して画像データの完全なラインを
捕捉する。画像プロセッサ１１８が画像データの完全な
ラインを必要とする場合、完全なラインの画像データが
入手可能になるまで生の画像データを格納する必要があ
る。例えば、各ピンホールマトリックスが、隣接する列
が８画素幅だけ離れている８列のピンホールを含む場
合、物体についての完全なラインの画像データを捕捉す
るために５７列のデータが格納される必要がある。これ
は、例えば、列１４７が画像形成又は検査用の物体につ
いてのラインにわたって進んだ後に、８個の後続するセ
ンサ読み取りを取り込んでから、列１４６が物体につい
ての同じラインにわたって進むので、計算される。従っ
て、８個の追加センサ読み取りの７倍に、その元のセン
サ読み取りを加えたものを取り込んで、物体についての
特定ラインに対するすべてのデータを取得することにな
る。図２に関して、８列のピンホールは１４０乃至１４
７であり、ピンホールの各隣接する列間の距離に記録さ
れる８列の画素情報が存在することになる（例えば、８
個の連続する記録は物体が列内のピンホールを通過する
と実行される）。こうしてシステムは擬似ライン走査モ
ードにおいて作動する。
【００３０】図３に示されたマスク１０４の上部断面図
の例において、各マトリックス１６０、１６１、１６２
は個々の高さスライス画像を生成するのに充分なデータ
を提供するために、例えば８列のピンホールを含む。物
体の経路とマスク間の相対的傾斜のために、各個別画像
は対応する異なる深さにおける（ステージからの垂直距
離で）物体の反射面を表示する。後続するマトリックス
間の視野の深さの相違は、すべての限局的表面が画像形
成されるように選択されなければならない。後続するマ
トリックス間のこの視野の深さの相違は、物体の経路と
マスク１０４とセンサアレイ１１６との間の相対的傾斜
を調整することによって簡単に修正可能である。
【００３１】平面光源マスク１０４が物体１１２の直線
的経路に関して傾斜されている図１の実施例において、
各マトリックス１６０、１６１、１６２における後続す
る各列はわずかに異なる深さを検査するために、未処理
画像データの列内の隣接する画素が物体の平面を正確に
は表示しない。しかしながら、画像データの適切な処理
を用いて平面画像を生成することもできる。
【００３２】また、図１の相対的傾斜システムでは、照
明（図示せず）は物体１１２の表面に対して垂直ではな
い。この結果、物体のエッジをわずかに非対称的に画像
形成することになる可能性もあり、システムが検査すべ
き表面のほとんどが平面で、光沢があり、さらに物体移
動の相対的方向に対して平行であるので、傾斜によって
物体から鏡のように反射される光を多少損失することに
なる。
【００３３】例えば、図４では表面１８６がマスク（図
１では１０４）に対して傾斜している。図４において、
照明光線１８０はレンズアパーチュアストップ（開口絞
り）１８２を通過してレンズ１８４によって物体１１２
の相対的傾斜面１８６上に集束される。反射光線１８８
は入射光線と同じ経路を移動せず、アパーチュアストッ
プ１８２とは完全に位置合わせされない。
【００３４】この非対称及び光の損失は図５に示された
ような本発明において修正され、ここでは、照明光線１
９２が相対的傾斜表面１８６に対して垂直な方向に主ア
レイを備えた相対的傾斜表面１８６上に集束されるよう
にレンズアパーチュアストップ１９０は偏心される。照
明錐体１９３は表面１８６に垂直なライン１９４に対し
て左右対称であり、鏡面反射光線はすべて照明光線と同
じ経路に沿って、レンズアパーチュアストップ１９０を
介して戻る。
【００３５】青色光の代わりに別の例として、本発明で
は緑色光を用いることもできる。開口数が０．０２のレ
ンズについて約５７８ｎｍの波長を有する緑色光の回折
限界は、１４μｍ幅のスリットがこのようなレンズに対
し適切に小さなアパーチュアを提供するようにほぼ２９
μｍである。さしわたし１４μｍ以下の領域において緑
色光を検出するＣＣＤの直線アレイは適切なセンサアレ
イ１１６を提供することになる。好ましくは、アパーチ
ュアはスリット幅の偶数増分だけ離れていなければなら
ず、スリットが例えば１、０００μｍだけ離れている
と、非集束光又は迷光の検出による漏話の割合は充分に
低いものとなる（平均漏話は１４／１０００よりもかな
り小さい）。
【００３６】図１のマスク１０４のスリット実施例のス
リット２００のパターンの断面図が図６に示される。ス
リット２０２、２０４、２０６は各々、図１の検出器ア
レイ１１６の点検出器の列のミラー画像セットに完全な
ラインの画像データを提供する。図１に示されるよう
に、マスクは物体に対して傾斜される。図６について、
最初のマスクのピンホールの列と同様に、各スリットは
物体の平面に対して平行であり、また矢印２０８によっ
て指示されるような物体の移動方向に対して垂直であ
る。物体運動の方向における後続する各スリットは、物
体の経路からの距離が除々に減少していくので、物体が
スリットにわたって移動すると、各スリットは各画像に
対する物体の異なる面において完全な画像を生成するの
に充分な画像データを提供することになる。
【００３７】図７におけるグラフ２２０は、代表的なス
リット２０２、２０４、２０６及びレンズシステム１０
８についての深さ応答特性を示している。深さ応答特性
は、縦軸に沿って測定される強度２２２と、横軸に沿っ
て測定される反射面の深さ又は高さ２２４と、の関係で
ある。詳細には、図示の曲線は開口数（ＮＡ）０．１、
倍率５Ｘ、５７８ｎｍバンドの光に対するものであり、
１４μｍ幅のスリットと物体上のミラー表面に関する。
曲線２２６、２２８等は、対応するスリット２０２、２
０４等に対して提供される範囲内の表面から結果として
生じる相対的強度を提供する。
【００３８】スリット共焦点顕微鏡の深さ識別感度又は
深さ解像度が、最大値の半分で全体幅によって測定され
るような同様の点共焦点顕微鏡の場合よりもほぼ２５％
小さいということは、周知の事実である。約０．３の半
値強度では、図７の曲線の幅は約８０μｍである。この
場合、相対的傾斜度によって８０μｍだけ軸方向に分離
してスリットを位置付けることによって、検出可能な高
さ範囲を最小限にする。一個のスリット２０２を用い
て、例えば４０μｍ、即ち１６０μｍから２００μｍま
で、又は２００μｍから２４０μｍまで、などの範囲内
で高さを決定することもできる。この方法を用いて、物
体の高さが意図される測定範囲の外側にあったかどうか
を決定することは必ずしも可能ではない。例えば、曲線
２２６を用いて１６０μｍと２００μｍとの間のスリッ
ト２０２を介して視覚される物体の高さを決定する場合
に、０．４７の強度は、ライン２１６によって示される
ような１８０μｍの高さ、又はライン２１７によって示
されるような２２０μｍの範囲外の高さ、の何れかに対
応する。第２のスリット２０４を用いて高さが第１のス
リットの範囲外にあるかを決定することもできる。図７
に示されるような半値最大強度２１５で重なり合うよう
に位置付けられる２つのスリットに対して、通常のミラ
ー表面の高さは、例えば１６０μｍ（８０μｍから２４
０μｍまで）の範囲内で明確に決定することができる。
例えば、スリット２０２では約０．１３の強度を、また
スリット２０４では約０．６１の強度を付与するミラー
表面は、深さ１２０μｍを有することになる。
【００３９】物体を経路に沿って走査し、また物体が１
画素幅だけ移動するごとに各ＣＣＤセンサからの出力を
読み取ることによって画像が捕捉される。例えば、ＣＣ
Ｄ画素が１４μｍ幅であると、５Ｘシステムは物体運動
の２．８μｍごとにデータを必要とする。スリット２０
２に対する検出器の列からの画像データは、高さデータ
を決定する処理の前にスリット２０４に対する検出器か
ら同じラインに対するデータの到着が開始可能になるま
で遅延する必要がある。
【００４０】スリットは高さでは８０μｍ、マスクに沿
っては１、０００μｍだけ離れているために、最大相対
傾斜角度はａｒｃｓｉｎ（アークサイン、８０／１００
０）＝４．６度となる。
【００４１】図８のグラフ２４０は、縦軸に沿って反射
面２４２の高さと、横軸には物体の運動経路に沿った相
対位置と、を備えた物体の表面構造を示している。すべ
ての表面２４６、２４８、２５０、２５２が実質的に鏡
面であって、これら表面が光錐体の対称ラインに垂直で
ある場合、グラフ２２０によって物体が相対的傾斜経路
に沿って移動されると、曲線２２８による高さ２００μ
ｍにおける表面２４８は、最大強度０．６１でスリット
２０２を介して、また最小強度０．１３でスリット２０
４を介して確認され、その結果、強度比は４．７にな
る。同様に、高さ１２０μｍの表面２４６は最小強度で
はスリット２０２を介して、また最大強度ではスリット
２０４を介して観察され、その結果、強度比は０．２１
になる。高さ１６０μｍの表面２５０は、表面上の強度
が０．３である両スリットを介して観察されることにな
り、その結果、強度比は１．０になる。図７のライン２
１８によって示されるような高さ１４０μｍの表面２５
２は、表面上の強度がほぼ０．１７であるスリット２０
２を介して観察され、また表面上の強度がほぼ０．５０
であるスリット２０４を介して観察され、その結果、強
度比は０．３４になる。この場合、物体の各表面の高さ
は図７のグラフ２２０によって、又は高さ比率を曲線描
画するグラフによって判断することができる。高さ測定
範囲は、符号２０６などの追加のスリットを付加するこ
とによって８０μｍ増分で無限に拡張されることができ
る。
【００４２】表面が互いに平行でない場合、及び表面２
５４、２５６、２５８、２６０について図８に示された
ような異なる反射率を有する場合、の少なくともいずれ
かの場合にあっても、表面の高さは強度比から決定する
ことができる。強度比は例えば、ルックアップテーブル
（図示せず）への指標（インデックス）であってもよ
い。ルックアップテーブルは一般に、検索を容易に行な
うために事前に計算された情報が格納される表である。
例えば、スリット２０２、２０４に対する強度比が０．
３１であると、ルックアップテーブルを用いて高さがほ
ぼ１４０μｍであるように決定することができる。
【００４３】高さ決定のための別の手段として、マスク
１０４のアパーチュアパターン１０２の別の実施例を示
すマスク１０４のセグメント２８０が図９に示されてい
る。マスク１０４のセグメント２８０において、共焦点
スリット２８４、２８６間に広幅ギャップスリット２８
２が示されており、従来の顕微鏡測定用のウインドウを
提供する。広幅ギャップスリット２８２のギャップ幅
は、実質的な強度の損失なしに所望の高さ範囲における
表面のわずかに非集束した従来の視野（共焦点視野）を
提供するように選択される。このような従来の視野で
は、図７の適切にスケール化されたグラフ２２０から表
面の高さを直接決定するために、スリット２８４、２８
６によって測定される相対的強度が実際の強度と比較さ
れ得るように範囲内の表面の反射強度が直接測定可能で
ある。好ましくは、２つの共焦点スリットの相対的強度
比は、高さを決定するために測定された実際の表面強度
に対し一定のルックアップテーブルへの指標として使用
されることになる。
【００４４】別のスリット共焦点システムにおいて、レ
ーザスポットをスリットの幅にわたって走査することも
できる。
【００４５】図１において、マスク１０４の透明アパー
チュア１０２をセンサアレイ１１６に光学的に位置合わ
せすることは画像形成システムの性能に対して重要であ
る。概してアパーチュアの幅の十分の一に位置合わせす
ることで充分であり、この位置合わせが操作中に安定
し、且つずれないことが重要である。
【００４６】図１０は、図１の画像形成システムにおけ
る位置合わせを実行し、これを維持するための好ましい
配列を示す。図１０に示されるように、光源マスク２９
４とセンサアレイ２９６は固体ビームスプリッタキュー
ブ２９８に直接接続される。好ましくは、透明光源アパ
ーチュア１０２の対応する放射線センサ１１４への位置
合わせが実行された後に、光源マスク２９４とセンサア
レイ２９６がセメントなどによってビームスプリッタキ
ューブ２９８に固着又は固定され、その結果、非常に剛
性のある、且つ温度変化と機械的外乱に対して影響され
ないアセンブリが得られる。
【００４７】図１１は本発明の画像形成システムの別の
実施例を示しており、この場合、光源マスク３００は矢
印３０２で指示されるような物体１１２とステージ１２
０の主な直線運動の方向に対して平行である。放射線
は、ピンホールアパーチュア又はスリット３０１のパタ
ーンを備えた段付き不透明表面を有する光源マスク３０
０を介してイルミネータ１００によって方向付けられ
る。マスクの各段は、図２と図３に示されるようなアパ
ーチュア、又は図６と図９に示されるようなスリットか
らなるパターンのマトリックスの一つを含む。従って、
異なる段によって形成されるスポット３０４は、物体１
１２の異なる深さにおいて投射される。このように機器
が相対的に傾斜のない経路に沿ってほぼ直線的に進む
と、物体の構造的特徴を検出する。
【００４８】段付きセンサアレイは市販されてなく、従
って、光源マスク３００のミラー画像であるセンサマス
ク３０６と、集束レンズ３０８が提供される。反射光線
は、光源マスクのパターンのミラー画像であるアパーチ
ュアマトリックスを備えた段を有する光学的に位置合わ
せされたセンサマスク３０６を介してビームスプリッタ
１０６によって偏向される。光線はレンズ３０８によっ
てセンサアレイ１１６上に集束される。センサアレイ１
１６からの信号は図１に示されたように電子プロセッサ
１１８に方向付けられ、上述したような画像を形成する
ために配列される。
【００４９】光線をセンサアレイ１１６上に集束するた
めにレンズ３０８を使用する代わりに、センサマスク３
０６のピンホールアパーチュア３２１の各々の後ろのア
レイ１１６の個別のセンサ領域１１４を拡大することが
でき、その結果、集束レンズ３０８の除去の結果として
焦点が外れるピンホール３２１の大径錯乱円には関わり
なく、ピンホール３２１を通過する光のすべては対応す
るセンサ領域１１４によって検出される。別の方法とし
て、センサアレイ１１６を傾斜させて、段付きマスク３
０６の有効スロープを概算的に整合することもできる。
これによって、集束ずれの量を低減することになり、ま
たこのためにセンサ領域１１４に必要とされる拡大の度
合いを低減することになる。しかしながら、センサアレ
イ１１６を傾斜させることは、感知領域をピンホールパ
ターンに整合させるためにセンサの幾何学的構造上の変
化（一つの軸に沿って拡大されること）を要求するもの
である。
【００５０】スリットアパーチュアの場合に、段付きマ
スクを使用することは必要ではない。図２と図３のピン
ホールマスクとは相違して、スリットマスクの各スリッ
トが正確に平面な焦点領域を表わす共焦点画像を提供す
るために、傾斜付きマスクは充分である。従って、特別
なレンズ３０８は必要とされないことになり、マスクと
センサアレイはともに物体に対して傾斜されることもあ
る。
【００５１】図１１の段付きマスク実施例に使用される
ピンホール光源マスク３００の場合に有利なことには、
照明光線はステージ１２０に垂直な方向において物体１
１２上に方向付けられ、このために、図４に対して上述
したようなレンズアパーチュアストップを偏心させるこ
となくエッジの非対称と鏡面反射光の損失が防止され
る。さらに、各スリット又はピンホールのマトリックス
ごとの生の画像データの画素のすべては、画像処理工程
が簡略化されるように同じ深さの情報を表示する。
【００５２】センサマスク３０６のその後の各工程によ
って観測される物体の表面の相対的深さは、光源とセン
サマスクの両方を置き換えることによって調整可能であ
り、この場合に、光源マスク３００とセンサマスク３０
６は上述したようにビームスプリッタキューブ１０６へ
の固着又は固定は不可能である。
【００５３】光源マスク３００とセンサマスク３０６が
ビームスプリッタキューブ１０６に固着又は固定されて
いると、各スリット又はピンホールのマトリックスの深
さは、図１の平面マスク実施例のように物体又はステー
ジ経路３０２に対してステージ１２０以外の共焦点画像
形成システムを傾斜させることによって調整可能であ
る。例えば図２又は図３に示されるようなピンホールパ
ターンが使用される場合、図１について述べられた工程
と同様な追加の画像処理工程が実行されるべく必要にな
る。
【００５４】図１と図１１に示されたイルミネータ１０
０の最も簡略化された例は、光源ピンホールマスクに対
し放射線を方向付けるのに位置決めされる単一の照明光
源（図示せず）となる。
【００５５】図１２はイルミネータ１００のさらに有効
な実施例を示しており、この場合、光源４００からの放
射線はコンデンサ（集光装置）４０２によって集光さ
れ、レンズ４０４のアレイによって集束され、さらに平
面光源マスク４０６の透明アパーチュア（ピンホール又
はスリットでもよい）を介して方向付けられる。
【００５６】図１３は、さらに有効なイルミネータ１０
０の第２の実施例を示しており、この場合、放射光源４
２０は符号４２６の位置でフレアになる放射ガイド又は
光学繊維（オプティカルファイバ）４２５のバンドル
（束）４２４の一端に放射線４２２を方向付けて、光源
マスク４２８のピンホール４２９に位置合わせするよう
に位置決めされる。
【００５７】ファイバ４２５の放射線伝送コアの直径が
ほぼ回折限界であるか、又はレンズ１０８より小さい場
合、光源マスク４２８は、ファイバ４２５の端部の軸方
向及び横方向の位置を維持するためのポジショナー（位
置決め装置）に置き換えることができる。ポジショナー
は、光源マスク４２８を置き換えて、光学繊維の端部が
すべて所望の軸方向及び横方向に位置合わせされるよう
に光学繊維４２５を保持する固定装置である。例えば、
電気的光バルブを放射光源として用いることもでき、光
学繊維の端部が平面又は段部に点光源のアレイを提供す
るように位置決めされる。
【００５８】偏光を用いることによって、システムの放
射効率をさらに向上させ、その結果として得られる画像
を改良することができる。図１と図１１のシステムにお
いて、放射光線はビームスプリッタを二度通過する。光
の半分は、光がビームスプリッタを介して伝送されるた
びに消失される。従って、多くて光の四分の一が放射線
センサ１１４で受光される。但し、偏光を用いると、光
の半分が初期の直線偏光によって消失され、一方、偏光
ビームスプリッタはそれを通過する実質的にすべての光
を伝送する。
【００５９】図１４は本発明の偏光子システムの特定の
実施例を示す。偏光子４６０は、イルミネータ１００か
ら偏光ビームスプリッタ４６４に方向付けられる放射線
を直線的に偏光し、偏光ビームスプリッタ４６４は、実
質的にすべての残存する照明をビームスプリッタを介し
て伝送するように直線偏光子４６０に対して配向され
る。レンズ１０８によって集束された後、光線は四分の
一波長板４６６によって円偏光放射線に変換され、物体
１１２上に投射される。物体１１２によって反射された
光線は四分の一波長板４６６によって変換されて直線偏
光に戻り、直線偏光照明に対して９０度回転されるため
に、偏光ビームスプリッタ４６４は物体１１２から反射
される実質的にすべての光をセンサアレイ４６８に対し
て方向付ける。
【００６０】さらに、レンズ１０８と波長板４６６から
上方に反射される少量の光はビームスプリッタを介して
直進して戻るので、そのためセンサアレイ４６８に対し
て方向付けされない。
【００６１】波長板４６６はレンズ１０８と物体１１２
との間に示されるが、偏光ビームスプリッタ４６４とレ
ンズ１０８との間に位置決めされてもよく、又はレンズ
１０８の一部としてもよい。偏光子４６０はイルミネー
タ１００と光源マスク４６２との間に示されるが、マス
クの後に配置することもできる。マスク４６２は単一平
面か、段付きマスク、又は光学繊維ポジショナーでもよ
い。センサアレイ４６８は平面アレイでもよいが、一
方、図１１に示されるように段付きピンホールセンサマ
スク３０６と感知レンズ３０８を含むものでもよい。
【００６２】図１５は、色画像を得るための本発明の別
の実施例を示す。例えば、画像は４００乃至４５０ｎｍ
（青色）及び５４０乃至５８０ｎｍ（緑色）などの波長
範囲で２つのスペクトルバンドに分離されて、例えば、
薄膜電子パッケージング、グリーンシート上の伝導ペー
ストパターン、ディスクヘッド、及び同様のかかる物体
の画像形成及び検査の少なくともいずれかを補助するも
のである。図１５に示されるように、一般には５ｋＷ水
銀アークランプ５００であるランプ５００からのインコ
ヒーレント光は、ガラスコンデンサレンズ５０２によっ
て集光され、光フィルタ５０４を介して水平方向に配向
されることによって熱ならびに紫外線放射を除去するこ
とができる。光は直線偏光子５０６を通過し、二色性ミ
ラー５０８によって２つのカラーバンドに分離される。
二色性ミラー５０８は青色光をレンズアレイ５１０に対
し直下方向に配向し、緑色光がミラー５１２に進むこと
を可能にする。ミラー５１２は緑色光をレンズアレイ５
１４に対して直下方向に配向する。
【００６３】レンズアレイ５１０、５１４は一個の水平
方向に位置付けられた基板内の超小型レンズのクローズ
（閉鎖）パック形アレイである。かかるレンズは、ニュ
ーヨーク州（１４８３１）コーニングのコーニング・イ
ンク、フォトフォームプロダクツグループ（Fotoform P
roducts Group, Corning Inc., Corning, New York 148
31）、又はマサチューセッツ州（０２１４０）ケンブリ
ッジ、ケンブリッジパークドライブ５４番地の順応光学
アソシエイツ・インク、ユナイテッドテクノロジーズオ
プティカルシステムズ（Adaptive Optics Associates,
Inc., United Technologies Optical Systems, 54 Camb
ridge Park Drive, Cambridge MA 02140）によって市販
されている。
【００６４】レンズアレイ５１０、５１４はそれぞれ、
青色及び緑色の光線を水平方向ピンホールマスク５１
６、５１８のピンホールの対応するアレイを介し、その
下側の偏光ビームスプリッタ５２０、５２２を介して集
束し、光は集光レンズ５２４、５２６によって集光され
る。ミラー５２８は緑色光を水平方向に二色性ミラー５
３０に対し反射して、そこで緑色と青色の光線は垂直方
向に下側に方向付けられる単一ビームに再結合される。
二色性ミラー５３０からの結合ビームは、光を円偏光に
するためにレンズ５３２によってその下側の四分の一波
長板５３４を介して、水平面内の焦点又はスポット５３
６のアレイに集束される。スポット５３６はピンホール
マスク５１０、５１４のピンホールに対応する。
【００６５】スポット５３６の一つの中の物体５３８の
上部の反射面は、システムによって検出可能な光を上方
に反射する。物体５３８は、５４４の方向においてピン
ホールマスクに対して傾斜されたほぼ直線経路に沿って
モータ駆動ステージ１２０によって搬送される。物体５
３８が移動すると、物体５３８に関する構造上の情報を
提供するためにスポットによって走査される。本発明で
は、光を透過するポリイミド等のレイヤによって被覆さ
れる内部構造と同様に上面の構造の解析を可能にする。
【００６６】反射光線は四分の一波長板５３４を介して
方向付けられ、それらが偏光ビームスプリッタ及び二色
性ミラーによって有効に方向付けられるように再び直線
偏光とされる。反射光線はさらにレンズ５３２によって
集光されて、二色性ミラー５３０に方向付けられる。二
色性ミラー５３０は、青色光を上方に送ることを可能に
し、緑色光を水平方向にミラー５２８に対して反射させ
ることによって青色及び緑色の光線を分離する。青色と
緑色の光線はそれぞれ、レンズ５２４、５２６によって
上方の偏光ビームスプリッタ５２０、５２２を介して集
束され、このビームスプリッタ５２０、５２２はビーム
を水平方向に反射してセンサアレイ５４０、５４２上に
集束する。
【００６７】有利なことに、光学機器には可動部品がな
いことであり、システムの唯一の可動部品は、検査用の
物体を搬送するステージを移動するためのものである。
【００６８】各ピンホールマスク５１６、５１８及びセ
ンサアレイ５４０、５４２は１μｍ内で位置合わせさ
れ、セメント付けなどによって個々のビームスプリッタ
キューブ５２０、５２２に固着されることによって、位
置合わせを維持するためのアセンブリを形成することが
できる。２つのアセンブリは、緑色及び青色の色画像が
うまく重なり合うことを保証するために位置合わせされ
る。位置合わせの安定性を向上させるために、各レンズ
アレイ５１０、５１４及びピンホールマスク５１６、５
１８のそれぞれの間にセメント付けなどによってクリア
・スペーサ（図示せず）を固定することもできる。
【００６９】例えば、この実施例に使用されるマスク５
１６、５１８は一般には蒸着したクロムめっきガラスに
よるマスクであり、ピンホールは図２と図３に示された
ものと同じパターンで配列された一般には１０μｍ正方
のアパーチュアである。これらマスク５１６、５１８は
８列の各々について１６個のマトリックスを有すること
になり、その結果１２８列のピンホールが得られ、また
これら列は各々、物体５３８の運動方向５４４に対して
垂直に拡張する２５６個のピンホールを有することにあ
る。各マトリックス内の後続する各列のピンホールは列
長の方向において１０μｍだけオフセットすることが好
ましい。ピンホールは各々中心から８０μｍの間隔で置
かれていることが好ましく、列はそれぞれ８０μｍの間
隔で離れていることが好ましい。マスク５１６、５１８
ごとの１６個のマトリックスは各々、走査中の物体の一
つの高さスライスの完全な個別画像を生成するのに充分
である８個の列から成る。各高さスライス画像は８列の
２５６個のピンホールを用いて得られるので、その結
果、８×２５６の、即ち２０４８個の画素幅の画像とな
る。それぞれの色について、物体５３８から同時に１６
個の画像が生成される。１６個の画像は各々、図２、図
３、図６について上述されたように物体５３８の異なる
高さにおける断面を形成する。複数の色画像形成が同じ
高さ位置及び同じ水平位置において実行されるべきこと
は明白である。
【００７０】レンズアレイ５１０、５１４は既に述べら
れたように、マスク５１６、５１８のそれぞれのピンホ
ールと同じパターンを有する。
【００７１】プリプロセッサがデータのラインを出力
し、擬似ライン走査モードで作動するために、例えば、
各８ビットデータごとに、個々の色の各マトリックスの
８列の各々について格納しなければならない。各列は２
５６個のピンホールを含むので、それゆえ６５、５３６
個の８ビット画像データ記憶位置を必要とすることにな
る。
【００７２】例えば、レンズ５２４、５２６、及び５３
２には、物体側に０．４の開口数を有し、１：１０の縮
写を生成するように選択することもできる。従って、１
０μｍのピンホールマスク５１６、５１８について、ス
ポットは１μｍの大きさに縮小され、こうして観測視野
の幅は２０４８μｍとなる。
【００７３】一般に、物体経路の傾斜角度は１．８度で
あり、これは画像平面間の２μｍの差と、３０μｍの全
体の深さ範囲に相当する。両カラーバンドの１６個の画
像が相互に精密に位置合わせされるような密着変形及び
テレセントリック性仕様が必要とされる。
【００７４】各センサアレイ５４０、５４２は、マスク
５１６、５１８のピンホールのパターンのミラー画像で
あるパターンによる３２、７６８個（３２キロ）のＣＣ
Ｄ素子からなるカストマイズされた自己走査アレイであ
ってもよい。センサ素子５４６、５４８の各々は、光源
マスク５１６、５１８の照明ピンホールの大きさに相当
する幅約１０μｍの領域内に光を位置合わせする。物体
の最大連続走査速度は通常では２５ｍｍ／秒であり、こ
のため、物体５３８での１μｍ画素領域に対し各画素は
２５、０００／秒の速度でサンプル化される。各センサ
アレイは標準では６４個の出力タップを有し、それぞれ
１２．５Ｍ画素／秒のビデオ速度が可能である。従っ
て、各センサアレイは例えば８ビット画像データを８０
０Ｍ画素／秒で提供する。
【００７５】図１において示され且つ既述されたような
電子プロセッサ１１８は、すべてのセンサアレイからデ
ータを収集する。プロセッサ１１８はデータスムージン
グ（字消化）を実行し、高さ及び拡張焦点画像を生成す
ることもできる。例えば、２つの色に対して入力データ
速度が１．６Ｇ画素／秒において、プロセッサ１１８は
５０Ｍ画素／秒の速度において構造的表示のカラー出力
を生成することができる。
【００７６】別法として図１５の共焦点画像形成システ
ムは、図９のスリットマスクを用いて、またＤａｌｓ
ａ、Ｉｎｃ．製造によるＩＬ−Ｃ４−２０４８ＣＣＤア
レイなどの１×２０４８画素自己走査形ＣＣＤアレイを
用いて構成される。このＣＣＤアレイは１４μｍ画素を
有する。例えば、６ｍｍ幅の物体５３８の２．８μｍ解
像度画像と、５０μｍの高さ範囲を得るために、開口数
（ＮＡ）が０．１の顕微鏡対物レンズを備えた標準５Ｘ
倍率レンズを図１５の共焦点画像形成システムに使用す
ることもできる。幅１４μｍ及び長さ３０ｍｍの２つの
共焦点スリット２８４と２８６を形成することによっ
て、充分な高さ識別と観測視野を提供することもでき
る。従来のウインドウ又は酸化ギャップスリット２８２
が幅２００μｍ及び長さ３０ｍｍであることによって、
少なくとも５０μｍの高さ範囲を提供することができ、
この場合、集束ずれによる信号の損失はごくわずかであ
る。共焦点スリット２８４、２８６及び従来のウインド
ウ２８２間の離間間隔は約１０００μｍであるため、検
出チャネル間にわずかな漏話が存在することになる。こ
の例の場合の高さ範囲は５０μｍであるので、スリット
２８４、２８６は物体上で少なくとも２５μｍだけ軸方
向にオフセットしなければならず、その結果、スリット
は異なる高さ平面に集束する。共焦点スリット間の距離
は２０００μｍであるために、物体の経路は少なくとも
ａｒｃｓｉｎ（２５／２０００）＝０．７２度だけ相対
的に傾斜していなければならない。
【００７７】図１６のスリット共焦点システム５８８で
は、一対の追加の二色ミラー５５０、５５２、偏光ビー
ムスプリッタキューブ５５４、レンズアレイ５５６、光
源マスク５５８、センサ又は検出器アレイ５６０、なら
びに集光レンズ５６２を提供することによって別のカラ
ーバンドが付加され、その結果、３色が同時に生成され
る画像を提供することになる。３つのビームスプリッタ
キューブ又はブロック５２０、５２２、５５４は各々、
わずかに異なる垂直方向位置に位置付けることができ、
各色ごとの重なり合う焦点ボリューム５６８、５６４、
５６６は物体の同一水平位置における異なる高さに置く
ことができる。３つの焦点ボリューム５６８、５６４、
５６６は異なる高さにあることは必要ではない。３つの
高さが異なる平面に画像を形成する代わりに、焦点ボリ
ューム５６８、５６４、５６６は一つの高さにおいて同
量の色画像を形成することもできる。もしくは、２つの
波長を用いて同量のカラー明視野像を形成することもで
き、一方、第３の波長を用いて同量の暗視野像を形成す
ることもできる。
【００７８】スリット共焦点システムについて図９にお
いて上述されたように、２つの共焦点スリットと１つの
拡張形焦点ウインドウのみを用いて生成されるデータ
は、広範囲に高さを決定するために必要とされる。各光
源マスク５１６、５１８、５５８は一個のアパーチュア
を有し、各検出器アレイ５４０、５４２、５６０はＣＣ
Ｄの一個の検出器の列を有する。３つの検出器アレイの
すべてに対する画像データは図１のプロセッサ１１８に
よって同時に受信され、同プロセッサは処理を簡略化
し、画像データ記憶要件を除去することになる。重なり
合う焦点ボリューム５６８、５６４は各々、マスク５１
６、５５８のそれぞれにある１つのスリットアパーチュ
アによって生成される。従来の焦点ボリューム５６６は
マスク５１８のウインドウによって生成される。焦点ボ
リューム５６６は、共焦点スリットの焦点ボリューム５
６８、５６４を包囲するように非常に広幅である。
【００７９】別の実施例では、例えば、青色及び緑色の
スペクトルのレーザを備えた走査レーザシステムを構成
することであり、この場合、ビームは異なる高さのスポ
ットに沿って集束され且つ走査されて、物体の一つの走
査において複数の画像を提供することになる。
【００８０】図１７は、透明物体を部分的に観察するた
めの本発明の伝送顕微鏡実施例６００を示し、生物学的
媒体を載置したスライドを走査する場合の特別の適用を
有する。図１の実施例と同様な方法で、イルミネータ６
０２は不透明光源マスク６０６の透明アパーチュア６０
４のパターンを介して電磁放射線をレンズ６０８に方向
付ける。レンズ６０８は各アパーチュアからの放射線
を、スポットと見分けられる小さな点又はラインである
小さな個々の焦点ボリューム６１０に集束する。透明な
物又は物体６１２の光路妨害物がスポット６１０内にあ
ると、放射線は吸収、変形、又は光源６０２方向に反射
して戻される。そうでなければ、光は物体６１２、レン
ズ６１４を介して伝送され、レンズ６１４はその伝送さ
れた放射線を、光源マスク６０６のアパーチュアのパタ
ーン６０４の画像のそれに整合するパターンの分離形ピ
ンポイント放射線センサ６１８の光学的に位置合わせさ
れたアレイ６１６上に集束する。センサ６１８からの信
号は電子プロセッサ６２０に対し方向付けられ、電子プ
ロセッサ６２０はデータを格納し、また物体の完全な複
合画像を生成するためにデータを配列する。スポットを
通過する光線の経路が妨害されると、そのスポットの実
質的にすべての光は、センサアレイ６１８のピンポイン
トセンサ６１６間の非感知空間において散乱されること
になる。この迷光放射の受光とスポット間の漏話を最小
限にするために、マスクの小部分のみを透明とし、アレ
イ６１８の領域の対応する小部分のみを放射線に対して
感知させる。
【００８１】ステージ６２２は、マスク６０６とセンサ
アレイ６１６に対して傾斜される矢印６２４で指示され
た方向に物体６１２を搬送する。スポット６１０は物体
６１２に対して異なる深さに（即ち、ステージ６２２か
ら直角方向の異なる間隔において）位置決めされる。ス
テージが相対的に傾斜された又は傾いた経路に沿って物
体を搬送すると、光を吸収、変形又は反射し、これら異
なる深さに（ステージ上の直角方向の異なる間隔に）位
置決めされる物体の一部は、スポット６１０を通過して
検出される。このようにして、器械は相対的傾斜経路に
沿って連続的に通過するとともに、伝送共焦点画像形成
システムの高さ範囲内に物体の内部特徴を検出する。
【００８２】図１７の伝送共焦点画像形成システムは、
透明物体６１２に存在するきず又は他の放射線妨害品目
を検出するのに特に有効である。例えば、相対的に厚膜
培養のバクテリアを自動的に数えることである。
【００８３】本発明はまた、エッジを強調するための暗
視野共焦点画像形成を実行することができる。暗視野共
焦点画像形成の最も簡単な構造において、個別の照明透
明アパーチュア６０４と画像形成レンズ放射線センサ６
１８があり、この場合、照明経路レンズ６０８アパーチ
ュアストップの中心領域が遮断され、一方、画像形成レ
ンズ６１４のアパーチュアストップの外側領域が遮断さ
れる。これは、レンズ６０８の中心部分が遮断されて、
レンズ６１４の外側領域が遮断されることになる図１７
の伝送変形例を用いて容易に達成される。しかしなが
ら、図１に示された反射システムでは、ビームスプリッ
タ１０６が物体１１２とレンズ１０８アパーチュアスト
ップとの間に位置決めされる（図５に最適に示されるよ
うに、ビームスプリッタ１０６が物体１８６とレンズア
パーチュアストップ１９０との間に位置決めされる）よ
うな修正が必要とされる。この修正配列の欠陥は、不利
なことに、マスク１０４とセンサ１１６とをビームスプ
リッタ１０６から分離することによって、図１０に示さ
れた配列が使用できなくなる可能性があることである。
【００８４】図１０に示された配列の利点が維持できる
暗視野反射共焦点画像形成を実行するための別の手段に
は、レンズアパーチュアに配置されるフィルタ素子の使
用が含まれる。図１８（Ａ）は、レンズアパーチュア７
０１に位置決めされる偏光フィルタ素子７００を有する
レンズ７０８の側面図である。図１８（Ｂ）は、中央円
形領域７０２と外側環状領域７０４を有する偏光フィル
タ素子７００を示している。領域７０２と７０４は、互
いに直交に偏光される。
【００８５】図１９に示されるように、四分の一波長板
７０６はレンズ７０８の偏光子７００と物体１１２との
間に位置決めされる。操作中に、イルミネータ１００か
らレンズアパーチュア７０１上に入射する光は、光が通
過する領域７０２又は７０４によって直線的に偏光され
ることになる。四分の一波長板７０６は照明を円偏光に
変換し、その左右像のいずれかは応じて光が通過したレ
ンズアパーチュアの領域で決定される。物体１１２から
放射された後に、主光線に対し法線の物体１１２表面か
ら反射されたこれら放射光線は四分の一波長板７０６を
通過して、最初に通過した偏光フィルタ素子７００と同
じ領域に突き当たる。光の偏光は四分の一波長板７０６
によって９０度回転されて、有効にはこのようなすべて
の光は偏光子７００によって遮断されることになる。し
かしながら、主光線に対し法線でなく、又は物体１１２
表面上のエッジに対し方向付けられる物体表面から反射
する光線の中には、偏光子７００の異なる領域に戻っ
て、伝送されるものもある。このような光線はセンサア
レイ１１６によって検出されて、暗視野画像を生成する
ことになる。
【００８６】他の暗視野画像形成配列を本発明で実行す
ることもできる。
【００８７】本発明の共焦点画像形成システムは、走査
される間に画像形成用及び検査用の少なくとも何れかの
物体を自動的に集束する際に使用するための信号又はデ
ータを提供することができる。これは、検査及び画像形
成の少なくとも何れかのための物体の高さ変化が、例え
ば捕捉されたデータから直接計算されるか、又はその可
能性があるために実行可能である。高さ情報を識別する
ことによって、画像形成用及び検査用の少なくとも何れ
かの高さ範囲が共焦点画像形成システムの高さ範囲内に
位置決めされ、且つ維持されるようにステージ及び物体
の少なくとも何れかを移動することもできる。
【００８８】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、一つの直線的走査で電子工学などの対象を画像形成
したり検査するための完全な画像を提供するのに充分な
データを得ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射顕微鏡、及び顕微鏡の平面マスクに対して
傾斜される可動ステージとを備えた本発明の画像形成シ
ステムの特定の実施例のブロック図である。
【図２】マスクにおけるピンホールのマトリックスが検
査物体の移動方向に対してスキュー状態である図１の平
面マスクのピンホール実施例のセグメントを示す図であ
る。
【図３】物体の異なる深さにおいて画像を提供するため
に検査物体とは異なる距離に位置決めされる複数のピン
ホールマトリックスを表した、図２のマスクのピンホー
ル実施例の別のセグメントを示す図である。
【図４】図１の相対的に傾斜した物体からの点照射と反
射を表わした概略図である。
【図５】傾斜物体の点照射の修正を表わした概略図であ
る。
【図６】図１の平面マスクのスリット実施例の断面を示
す図である。
【図７】図６のマスクの共焦点スリットの一個のレベル
と高さとの間の関係を表わすグラフである。
【図８】走査されるべき物体の高さのグラフである。
【図９】従来の画像形成専用のマスクの一部を備えた図
１の平面マスクの別のスリット実施例を示す図である。
【図１０】本発明のマスクとセンサアレイを位置合わせ
するための特定の実施例のブロック図である。
【図１１】２つの段付きマスク、即ち、ステージに平行
な照明マスクと垂直なセンサマスク、を備えた図１の実
施例と同様な本発明の別の実施例のブロック図である。
【図１２】有効な照明を提供する本発明のイルミネータ
（照明器）の特定の実施例のブロック図である。
【図１３】有効な照明を提供する本発明のイルミネータ
（照明器）の別の特定の実施例のブロック図である。
【図１４】システムの放射効率を向上させるための本発
明の偏光子配列の特定の実施例のブロック図である。
【図１５】２つの異なるスペクトルバンドで取り込まれ
る画像を生成するための本発明の実施例のブロック図で
ある。
【図１６】異なる高さの同一水平線座標に投射されるス
ポットをそれぞれ備えた３つの異なるスペクトルバンド
において取り込まれる画像を生成するための本発明の実
施例のブロック図である。
【図１７】伝送顕微鏡を備えた図１の図と同様の本発明
の画像形成システムの別の特定の実施例のブロック図で
ある。
【図１８】（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ、反射共焦点画像
形成に使用されるレンズの側面図及び上面図である。
【図１９】反射暗視野共焦点画像形成を可能にするよう
に修正された図１に示される画像形成システムのブロッ
ク図である。
【符号の説明】
１００ イルミネータ １０２ アパーチュア １０４ 光源マスク １０６ ビームスプリッタ １０８ 光学レンズシステム １１０ 焦点ボリューム １１２ 物体 １１４ センサ １１６ アレイ １１８ 電子プロセッサ １２０ ステージ
フロントページの続き (72)発明者 ジョン アール． マンデヴィル アメリカ合衆国98053、ワシントン州レッ ドモンド、ノースイースト ワンハンドレ ッドサード 21832 (72)発明者 フレデリック ワイ． ウー アメリカ合衆国06807、コネチカット州コ ス コブ、キャット ロック ロード 146 (56)参考文献 特開 平３−235909（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55510（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−267512（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−93868（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−313714（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体の検査及び画像形成の少なくとも一
    方を行なうための共焦点画像形成システムであって、 物体を経路に沿って搬送するための手段と、 前記物体が搬送される前記経路内で前記物体に対し異な
    る高さにおいて複数の小さな焦点ボリュームのパターン
    の集束放射線を提供するための手段であって、前記放射
    線は前記経路に沿って移動するとともに前記物体の構造
    に応答して伝送又は反射される手段と、 集束放射線の複数の小さな焦点ボリュームの前記パター
    ンの拡張パターンの検出器のアレイであって、前記アレ
    イ内の前記検出器は各々、精密領域内でのみ放射線を感
    知するアレイと、 前記物体からの前記伝送又は反射放射線を前記検出器の
    アレイに方向付け且つ集束するための手段と、 を有する共焦点画像形成システム。
  2. 【請求項２】 前記物体に対し方向付けられる放射線を
    生成するための光源と、 前記光源と前記物体との間に位置決めされるとともに、
    前記物体から伝送又は反射される前記放射線を前記検出
    器アレイ上に方向付け且つ集束するための前記手段と関
    連して動作するビームスプリッタと、 をさらに有する請求項１に記載の共焦点画像形成システ
    ム。
  3. 【請求項３】 集束放射線を提供するための前記手段か
    らの前記集束放射線を偏光するための手段と、前記セン
    サのアレイからデータ信号を捕捉するための電子プロセ
    ッサと、の少なくとも一方をさらに有する請求項１に記
    載の共焦点画像形成システム。
  4. 【請求項４】 異なる電磁周波数の放射線を検出するた
    めの検出器の一つ以上の追加アレイと、 前記異なる周波数の反射又は伝送放射線を分離し、前記
    放射線を前記検出器のアレイに方向付けるための手段
    と、 をさらに有するとともに、 集束放射線を供給するための前記手段は複数の異なる周
    波数の放射線を供給する、請求項１に記載の共焦点画像
    形成システム。
  5. 【請求項５】 前記経路に沿って前記物体を搬送するた
    めの前記手段と、前記物体上の表面の限定した高さに応
    答して集束放射線を提供するための前記手段と、の間の
    距離を調整するための手段をさらに含む請求項１に記載
    の共焦点画像形成システム。
  6. 【請求項６】 集束放射線と前記検出器のアレイを提供
    するための前記手段に対応付けられる暗視野画像形成手
    段をさらに有する請求項１に記載の共焦点画像形成シス
    テム。
  7. 【請求項７】 物体を経路に沿って搬送する工程と、 前記物体が搬送される前記経路内の前記物体に対し異な
    る高さにおいて複数の小さな焦点ボリュームのパターン
    の集束放射線を提供する工程と、 精密領域内でのみ放射線を検出する前記アレイの各検出
    器によって小さな焦点ボリュームの前記パターンの拡張
    パターンにおける検出器のアレイを備えた前記経路に沿
    って移動するとともに、前記物体の構造に応答して伝送
    又は反射される放射線を検出する工程と、 を有する物体の検査及び／又は画像形成の方法。
  8. 【請求項８】 前記物体が搬送される前記経路と、前記
    物体上の表面の限定した高さに応答して前記集束放射線
    を提供するための手段と、の間の距離を調整する工程を
    さらに有する請求項７に記載の物体の検査及び／又は画
    像形成の方法。
  9. 【請求項９】 暗視野画像を生成する工程、前記物体が
    搬送される前記経路の傾斜を調整する工程、及び暗視野
    画像と明視野画像をともに生成する工程の内の少なくと
    も一つをさらに有する請求項７に記載の物体の検査及び
    ／又は画像形成の方法。
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