KR20020034988A - 파수 도메인 반사측정과 배경 진폭 감소 및 보상을 사용한다층 레이어 공초점 간섭 마이크로스코피 - Google Patents

Abstract

물체내의 및/또는 물체 상의 정보 유지 영역의 인-포커스 이미지는 아웃 포커스 이미지와 구별되어서, 광대역 포인트 소스(90a)로 부터의 프로브 빔과 기준빔을 생성하고, 기준 빔(83)내의 반 대칭 공간 특성을 생성하고, 프로브 빔(81b)을 영역 내에 초점이 맞춰진 빔으로 변환하고, 인-포커스 복귀 프로브 빔내의 반 대칭 공간 특성을 생성함으로써 물체의 이미지정보의 에러를 감소시킨다.

Description

파수 도메인 반사측정과 배경 진폭 감소 및 보상을 사용한 다층 레이어 공초점 간섭 마이크로스코피{MULTIPLE LAYER CONFOCAL INTERFERENCE MICROSCOPY USING WAVENUMBER DOMAIN REFLECTOMETRY AND BACKGROUND AMPLITUDE REDUCTION AND COMPENSATION}

본 발명은, 대상(object)의 인-포커스(in-focus) 이미지 또는 대상의 단면을빠르고 정확하게 만드는 기술에 관한 것이며, 통계적 에러와 계통(systematic)에러에 관한 아웃-오브-포커스(out-of-focus) 전경 및/또는 배경 광원으로부터의 광 신호의 효과는 대부분 제거된다. 공초점(confocal)및 공초점 간섭 마이크로스코피(confocal interference microscopy)는 예를 들면, 생명 과학, 생물학적 샘플의 연구, 산업조사, 반도체 계측학(metrology)등과 같은 많은 응용분야를 찾을 수 있다. 상기 장비들은 독특한 3차원 이미징 능력이 있기 때문이다.

다-차원 이미징(multi-dimensional imaging)이 가장 어려운 때는, 아마도, 아웃-오브-포커스 이미지의 배경이 인-포커스 이미지 신호보다 상당히 클 때이다. 두꺼운 샘플, 특히, 공초점 시스템이 송신모드가 아닌 반사모드에서 작동할 때 이런 상황이 자주 일어난다.

일반적으로, 3차원 마이크로스코픽 표본(microscopic specimens)의 볼륨 특성을 결정하는 데 있어서 두 가지 접근법이 있다. 이 두 가지 접근법은 종래의 마이크로스코피와 초점 마이크로스코피에 기초를 두고있다. 일반적으로, 종래의 마이크로스코피 접근법은, 공 초점 마이크로스코피 접근법과 비교 할 때, 데이터를 얻는 시간은 덜 요구되지만 3차원 이미지를 위한 데이터를 처리하는 시간이 더 많이 요구된다.

종래의 이미징 시스템에서, 이미지로 되는 대상의 일부분이 최적의 초점 위치로부터의 축에서 벗어날 때, 이미지 콘트라스트(contrast)는 감소되지만 밝기를 일정하게 유지하므로, 이미지의 위치를 벗어난 아웃-오브-포커스 부분은 대상의 초점이 맞은 부분의 시야를 방해한다.

만약 상기 이미징 시스템의 포인트-스프레드(point-spread)기능을 알고 있고 대상의 각각의 독립적인 부분에 대한 이미지를 얻는다면, 공지의 컴퓨터 알고리즘을 상기 얻어진 이미지에 적용하여, 아웃-오브-포커스 광에 의한 신호를 효과적으로 없애고 단지 인-포커스 데이터만을 포함하는 이미지를 만든다. 상기 공지의 컴퓨터 알고리즘은, 컴퓨터 디컨벌루션(computer deconvolutions)으로 언급되는 여러 가지 독특한 타입들이 있으며, 일반적으로 원하는 통계적 정확도를 얻기 위해서는 비싼 컴퓨터 장비와, 상당한 계산시간과 상당한 양의 데이터를 요한다.

와이드 필드 방법(WFM)(wide field method)은 관심 있는 볼륨을 통과하는 인접한 초점 플레인의 이미지 세트를 연속적으로 얻기 위해서 종래의 마이크로스코프를 사용한다 [D.A. Agard and J.W. Sedat, " Three-Dimensional Analysis of Biological Specimens Utilizing Image Processing Techniques," Proc. Soc. photoOpt. Instrum. Eng., SPIE, 264, 110-117, 1980; D.A. Agard, R.A.Steinberg, and R. M. Stroud, "Quantitative Analysis of Electrophoretograms: A Mathematical Approach to Super-Resolution," Anal. Biochem. 111, 257-268, 1981; D. A. Agard, Y. Hiraoka, P. Shaw, and J. W. Sedat, "Fluorescence Microscopy in Three Dimensions," Methods Cell Biol. 30, 353-377, 1989; D. A. Agard, "Optical Sectioning Microscopy: Cellular Architecture in Three Dimensions,"Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 13, 191-219, 1984; Y. Hiraoka, J. W. Sedat, and D. A. Agard, " The Use of a Charge-Coupled Device for Quantitative Optical Microscopy of Biological Structures, "Sci. 238, 36-41, 1987; W. Denk,J. H. Strickler, and W. W. Webb, "Two-Photon Laser Scanning Fluorescence Microscopy," Sci. 248, 73-76, 1990]. 각각의 이미지는, 냉 전하-결합 디바이스(cooled charge-coupled device)(CCD)이미지 센서(J. Kristian and M. Blouke, "Charge-coupled Devices in Astronomy,"Sci. Am. 247, 67-74, 1982)를 사용하여 기록되며 인-포커스 이미지 플레인과 아웃-오브-포커스 플레인 양자로부터의 데이터를 포함한다.

레이저 컴퓨티드 토모그래피(laser computed tomography)의 기술은 종래의 마이크로스코프를 사용하여 구현된다. 논문[S. Kawata, O. Nakamura, T. Noda, H. Ooki, K Ogino, Y. Kuroiwa, S. Minami "Laser Computed - Tomography Microscope," Appl. Opt. 29, 3805-3809(1990)]에서 논의된 시스템은, X-ray 컴퓨티드 토모그래피의 기술과 밀접하게 관련된 원리에 근거하긴 하지만, 2차원 슬라이스 재구성보다는 3차원 볼륨 재구성을 사용한다. 두꺼운 3차원 샘플의 투사된 이미지는 경사 조명 광학(oblique illumination optics)으로 개선된 종래의 송신 마이크로스코프로 수집되며, 샘플 내부의 3차원 구조는 컴퓨터에 의해 재구성된다. 여기에서, 상기 데이터는, 3차원 이미지용 데이터를 처리하기 위해 요구되는 시간과 비교할 때 짧은 시간이 요구된다. Kawata et al., ibic.,에 의한 실험에서, 80x80x36-복셀(voxel) 재구성은 모든 투사물을 수집하는 데 수분이 필요하며 이 투사물을 미니컴퓨터에 송신한다. 이때, 초당 20million 플로팅 포인트 연산(MFLOPS)의 속도로, 벡터 프로세서를 사용하더라도, 이미지의 디지털 재구성을 위해서는 대략 30분이 요구된다.

종래의 포인트 또는 핀홀-공초점 마이크로스코프(point or pinhole-confocal microscope)에서, 포인트 소스로부터의 광은 스폿(spot)이라고 알려진 매우 작은 공간내에서 초점이 맞추어진다. 마이크로스코프는 스폿으로부터 반사되거나 산란 된 광 또는 스폿을 통하여 포인터 검출기로 송신된 광의 초점을 맞춘다. 반사 포인트-공초점 마이크로스코프(reflecting point-confocal microscope)에서, 입사 광은 스폿안에서의 샘플부분에 의해 반사되거나 다시 산란된다. 스폿밖에서의 샘플에 의해 반사되거나 다시 산란된 광은 검출기상에서 초점이 잘 맞지 않으므로 퍼져서 포인트 검출기는 단지 반사 광 또는 다시 산란된 광의 작은 부분만을 수신하게 된다. 송신 포인트-공초점 마이크로스코프(transmitting point-confocal microscope)에서, 입사 광은, 스폿안에서의 샘플부분에 의해 산란되거나 흡수되지 않으면, 송신된다. 일반적으로, 포인트 소스와 포인트 검출기는 핀홀을 가진 마스크(masks)를 종래의 광원과 종래의 검출기의 앞에 위치시키는 것에 의해 각각 근접된다.

유사하게, 종래의 슬릿-공초점 마이크로스코프 시스템(slit-confocal microscope system)에서, 라인 소스로부터의 광은 또한 스폿이라고 알려진 매우 좁고 기다란 공간으로 초점이 맞추어 진다. 상기 슬릿-공초점 마이크로스코프는 스폿으로부터 반사되거나 산란된 광 또는 스폿을 통하여 라인 검출기로 송신된 광의 초점을 맞춘다. 상기 라인 소스와 라인 검출기는, 슬릿을 가진 마스크를 종래의 광원과 종래의 검출기 열 앞에 사용함으로써 각각 근접된다. 대안으로는, 라인 소스는 초점이 맞은 레이저 빔을 이미지화 또는 조사되는 대상을 가로질러서 스위핑(sweeping)하는 것에 의해 근접된다.

대상의 작은 부분만이 공초점 마이크로스코프에 의해 이미지로 되기 때문에, 대상의 2차원 또는 3차원 모습을 완벽히 구성할 수 있는 충분한 이미지 데이터를 얻기 위해서는 이미지화되는 대상은 움직여야 하고 또한 소스 및 검출기도 움직여야 한다. 상기 슬릿-공초점 시스템은, 2차원 이미지 데이터의 연속적인 라인을 얻기 위해서는, 슬릿에 대하여 수직방향으로 선형적으로 대상을 움직인다. 한편, 단지 하나의 핀홀을 가진 포인트-공초점 시스템은 이미지 데이터의 3차원 세트를 얻기 위해서는 2차원 방식으로 움직여져야 한다. 상기 로 이미지 데이터(raw image data)는, 전형적으로 저장된 후에, 조사되고 이미지화되는 대상의 2차원 단면으로부터 3차원 이미지로 처리된다. 종래의 마이크로스코프에 관련된 아웃-오브-포커스 이미지의 저하된 감도는 주어진 데이터량에 대한 통계적 정확도를 개선시키고, 프로세싱 연산은, 프로세싱 데이터가 종래의 마이크로스코피 접근법으로 얻어질 때에 비하여, 상당히 간단해진다.

텐덤 스캔닝 광 마이크로스코프(TSOM)(Tandem Scanning Optical Microscope)로 알려진 시스템에서, 조명의 나선형 패턴(spiral pattern)과 검출기 핀홀은 니포우 디스크(Nipkow disk)로 에칭되고, 상기 디스크가 회전할 때 고정된 대상 전체는 2차원으로 스캔된다[cf. M. Petran and M.Hadravsky, "Tandem-scanning Reflected-Light Microscope, "J. Opt. Soc. A. 58(5), 661-664(1968); G. Q. Xiao, T. R. Corle, and G. S. Kino, "Real-Time Confocal Scanning Optical Microscope," Appl. Phys. Lett. 53, 716-718(1988)]. 광 프로세싱에 의해서, 상기 TSOM은 기본적으로 한번에 2차원 단면의 한 포인트를 효과적으로 스캔하는 수단을 가진 단일포인트 공초점 마이크로스코프이다. 2차원 이미지를 공초점 배열로 얻기 위해서 필요한 스캔의 양을 줄이기 위한 두 가지 기술의 예는 논문[H. J. Tiziani H. -M. Uhde, "Three-Dimensional Analysis by a Microlens-Array Confocal Arrangement," Appl. Opt. 33(4), 567-572(1994); P. J. Kerstens, J. R. Mandeville F. Y. Wu, "Tandem Linear Scanning Confocal Imaging System with Focal Volumes at Different Heights,"(U.S. Pat. No. 5,248,876 issued Sept. 1993)]에서 발견된다. Tiziani와 Uhde ibid의 마이크로렌즈-어레이 공초점 배열은, 공초점 구성에서 멀티-핀홀 소스와 멀티-엘리먼트 검출기를 사용하는 것처럼, 아웃-오브-포커스 이미지를 변별한다. 이러한 시스템에서는 동시에 많은 초점을 시험할 수 있지만 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 변별에서는 떨어진다. 마이크로렌즈의 덴서티가 높을수록 시스템의 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 변별 능력은 그만큼 안 좋아지므로, 결과적으로 3차원 이미지를 만들기 위해서 요구되는 컴퓨터 디컨벌루션의 복잡성과 비용은 증가된다. 더욱이, Tiziani 와 Uhde ibid.의 시스템은 축 범위에 상당한 제한이 있다. 이 범위는 마이크로렌즈의 초점 길이를 초과하며, 이것은 주어진 개구수를 위한 마이크로렌즈의 직경에 비례한다. 그래서, 마이크로렌즈의 덴서티가 증가할 수 록 이와 연관되어 허용되는 축 범위가 감소된다.

Kerstens et al., ibid 시스템은, 공초점 배열에서 동시에 많은 수의 포인트를 허용하기 위해서 많은 핀홀과 매칭 핀포인트 검출기(matching pinpoint detectors)를 결합시킨다. 그러나, 상술한 것처럼, 이러한 장점은 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 변별과 절충하고 결과적으로 요구되는 연속적인 컴퓨터 디컨벌루션의 비용과 복잡성이 증가된다. 핀홀의 덴서티가 높으면 높을 수 록 시스템이 아웃-오브-포커스 이미지를 변별하는 능력이 나빠진다. 가장 높은 변별성은 단지 하나의 핀홀만을 사용할 때 달성될 수 있다.

전자공학의 조사에 대한 공초점 마이크로스코프의 응용은, 논문[T. Zapf R. W. Wijnaendts-van-Resandt, "Confocal Laser Microscope For Submicron Structure Measurement, " Microelectronic Engineering 5, 573-580(1986)]및 논문[J. T. Lindow, S. D. Bennett, I. R. Smith, "Scanned Laser Imaging for Integrated Circuit Metrology," SPIE, 565, 81-87(1985)]에 제시되어 있다. 공초점 시스템에 의해 제공되는 축 변별은 공 초점시스템을 반도체 제조 환경하에서 유용하게 한다. 예를 들면, 그러한 공초점 시스템은 코팅과 구조물의 박리(delamination), 블리스터(blisters),및 두께처럼 높이에 의존하는 특성의 개선된 조사를 제공할 수 있다. 그러나, 전자공학의 조사를 위한 공초점 이미징 시스템을 사용과 관련된 몇가지 문제점이 있다. 예를 들면, 단일 핀홀 시스템은 두가지 방향에서 대상을 스캔하는 시간이 너무 많이 요구된다. 대상에 대한 레이저 빔을 스캔하기 위한 광 시스템은 너무 복잡하며, 상기 TSOM에 사용되는 스피닝 디스크 접근법(spinning disk approach)은 정렬과 메인테이넌스(maintenance)문제를 낳는다.

요구되는 서로 다른 깊이의 슬라이스의 수(그리고 결과적으로 수집되는 이미지 데이터의 양)는 측정되는 높이의 수에 의존하며, 또한 광 시스템의 원하는 높이의 해상도(resolution)와 성능에 의존한다. 전형적인 전자공학 조사를 위하여, 10 내지 100까지의 다른 깊이의 슬라이스의 이미지가 요구될 수 있을 것이다. 더욱이,여러 컬러 밴드에서 데이터는 재료를 분간하도록 요구될 수 있다. 공초점 이미징 시스템에서, 각각의 원하는 엘리베이션(elevation)을 위해서 독립된 2차원 스캔이 요구될 수 있다. 만약 멀티플 컬러 밴드(multiple color bands)용 데이터가 요구된다면, 각각의 엘리베이션에서 멀티플 2 차원 스캔이 요구된다. 초점 레벨을 시프팅함으로써, 유사한 데이터는 인접한 플레인으로부터 얻을 수 있으며, 3차원 강도(intensity) 데이터 세트가 요구될 수 있다.

그래서, 종래의 공초점 마이크로스코피의 어떠한 것도 빠르게 및/또는 신뢰성있는 3차원 토모그래피 이미징을 위해서 특히 조사 및 이미징 분야에서 구성될 수 없다.

착색된 구성의 농도가 높을 때, 예를 들면 공초점 형광 연구에서, 비록 초점 접근법이 더 정확하면서 더 낫지만, 종래의 마이크로스코피 접근법은 여전히 실용적인 면에서 여러 가지 장점이 있다. 이러한 장점 중 가장 중요한 것은 종래의 마이크로스코피 접근법이 자외선 범위에서 여기되는 염료를 사용할 수 있으며 이러한 염료는 가시광선 범위에서 여기되는 염료보다 훨씬 강하고 효율적이라는 것이다. 비록 자외선(UV) 레이저가 공초점 마이크로스코프의 광원[M. Montag, J. Kululies, R. Jorgens, H. Gundlach, M. F. Trendelenburg, and H. Spring, "Working with the Confocal Scanning UV-Laser Microscope: Specific DNA Localization at High Sensitivity and Multiple-Parameter Fluorescence," J. Microsc(Oxford) 163 (pt. 2), 201-210, 1991; K. Kuba, S, -Y. Hua, and M. Nohmi, "Spatial and DynamicChanges in IntracellularCa ²⁺ Measured by Confocal Laser-Scanning Microscopy in Bullfrog Sympatetic Ganglion Cells," Neurosci. Res. 10, 245-259, 1991; C. Bliton, J. Lechleiter and D. E. Clapham, "Optical Modifications Enabling Simultaneous Confocal Imaging With Dyes Excited by Ultraviolet- and Visible-Wavelength Light," J. Microsc. 169(pt. 1), 15-26, 1993] 또는 UV 염료에 결합될 수 있고 또는 자외선 레이저가 투-포톤(two-photon)" 기술을 사용하여 적외선(IR) 광으로 여기될 수 있지만, 이러한 기술들은 상당한 비용이 들고 실용적으로 어렵다.

나아가, 종래의 마이크로스코피 시스템에서 사용되는 냉 전하 결합 디바이스(CCD) 검출기는, 공초점 마이크로스코피 시스템에서의 포토플티플라이어(PMT)처럼, 직렬이 아닌 병렬로 데이터를 수집한다. 결과적으로, 상기 냉 전하 결합 디바이스(CCD)가 성능의 저하없이 더욱 빠르게 판독해 낼 수 있도록 제조될 수 있다면, 종래의 마이크로스코피 시스템의 3차원 데이터 기록율(recording rate)은, 비록 데이터가 실제적으로 3차원 이미지로 보이기 전에 추가적인 딜레이가 있는 컴퓨터 디컨벌루션 컨퓨테이션 수단이 시간을 필요로 하지만, 공초점 마이크로스코피 시스템의 기록율보다 상당히 높다는 것을 나타낼 수 있다.

통계적 정확도와 관련된 신호-대-잡음비는, 또한 2차원 데이터 어레이를 병렬로 기록하기 위해서 사용하는 CCD 검출기와 슬릿 또는 핀홀 공초점 마이크로스코프를 선택할 때 고려되어야한다. 2차원 CCD 픽셀의 웰 커패시티(well capacity)는 200,000 전자 오더이다. 이것은, PMT의 장치 또는 광기전력 장치(photovoltaic devices)와 같은 다른 광전자방출 검출기(photoemissive detectors)를 사용하여 성취될 수 있는 것과 비교할 때, 단일 노광에서 달성될 수 있는 통계적 정확도를 제한한다. 결과적으로, 초점이 벗어난 배경의 영향이 초점이 맞은 이미지 신호보다 상당히 클때의 응용분야에 적용할 때는, 신호-대-잡음비를 고려하면, 다른 조건들이 동일하다면, 슬릿 공초점 마이크로스코프에서 데이터의 1차원 병렬 기록은 표준 마이크로스코프 구성에서 데이터의 2차원 기록보다 더 성능이 좋고, 단일 핀홀 공초점 마이크로스코프에서 데이터의 점 대 점 기록은 슬릿 공초점 마이크로스코프에서 데이터의 1차원 병렬 기록보다 더 성능이 좋다는 결론이 된다.

신호-대-잡음비처럼 통계적 정확도의 고려가 시스템 선택의 문제에, 즉 표준 마이크로스코프 보다는 슬릿 공초점 마이크로스코프를 슬릿 공초점 마이크로스코프보다는 단일 핀홀 공초점 마이크로스코프처럼, 영향을 미칠 때, 선택된 시스템용 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 잔류 신호(residual signal)가 초점이 맞은 신호에 상당하거나 더 크다. 예를 들면, 광 방사의 산란이 흡수보다 지배적일때의 광 파장에서 생물학적 샘플을 깊게 조사할때이다. 이러한 경우, 데이터를 얻는데 요구되는 시간에 비하여 상당히 긴 컴퓨터 디컨벌루션이 필요하다. 일반적으로 이것은, 아웃-오브-포커스 잔류 신호보다 훨씬 작은 인-포커스 이미지 신호를 찾을 때, 슬릿 공초점 마이크로스코프처럼, 단일 핀홀 공초점 마이크로스코프에 대해서는 맞다는 것에 주목하라.

PMT(J. B. Pawley, "Fundamental and Practical Limits in Confocal Light Microscopy," Scanning 13, 184-198, 1991)로부터의 신호보다는 CCD 검출기로부터의 신호를 정확히 디지타이즈하는 것이 더 쉬울지라도, PMT는 정확히 묘사될 수 있는 단일 장치이다. 반면에, CCD는 실질적으로 이산 검출기의 많은 어레이가 있고 동작을 특징지우는 센시티비티와 오프셋에서 픽셀-픽셀 변동을 수집하는 것과 관련된 잡음이 더 있다[Y. Hiraoka, et al., ibid.; J. E. Wampler and K. Kutz, "Quantitative Fluorescence Microscopy Using Photomultiplier Tubes and Imaging Detectors, "Methods Cell Biol. 29, 239-267, 1989; Z. Jericevic, B. Wiese, J. Bryan, and L. C. Smith, "Validation of an Imaging System: Steps to Evaluate and Validate a Microscope Imaging System for Quantitative Studies, "Methods Cell Biol. 30, 47-83, 1989]

3차원 마이크로스코피의 두가지 방법에서 사용된 포토검출기 사이의 상기 차이점은, 완벽한 것은 아니다. 왜냐하면, CCD 검출기는 스피닝 디스크에 홀을 사용함으로써 스캔 기능을 수행하는 공초점 마이크로스코프를 위해서는 최적의 포토검출기이다(Petran, et al., ibid. ; Xiao, et al., ibid.)

"광 코히어런스-도메인 반사측정(OCDR: optical coherence-domain reflectometry)"으로 알려진 또 다른 기술은 시스템의 3 차원 특성에 관한 정보를 얻기 위해서 사용된다. 이 방법은 다음 논문에서 기술된다. : (1) "Optical Coherence-Domain Reflectometry: A New Optical Evaluation Technique," by R. C. Youngguist, S. Carr, and D. E. N. Davies, Opt. Lett. 12(3), 158-160(1987);(2) "New Measurement System for Fault Location In Optical Waveguide Devices Based on an interferometric Technique," K. Takada, I. Yokohama, K. Chida, and J. Noda, Appl. Opt. 26(9), pp. 1603-1606(1987); (3) "Guided-Wave Reflectometry with Micrometer Resolution," B. L. Danielson and C. D. Whittenberg, Appl. Opt. 26(14), 2836-2842(1987). OCDR 방법은, 펄스형 광원(pulsed light source) 대신에 짧은 코히어런스 길이를 가진 광대역 지속파원(broadband continuous-wave source)을 사용한다는 점에서, 코히어런트 광 타임 도메인 반사측정(OTDR)기술과는 다르다. 소스 빔은, 기준 빔을 제공하는 미러로부터 반사된 반사 광과 함께, 내부에 하나의 아암은 움직일 수 있는 미러를 가지고 있고 다른 아암은 테스트되는 광 시스템을 포함하는 간섭계(interferometer)로 들어간다. 코히어런트하게 혼합된 상기 두 개의 아암으로부터 반사된 광에서 간섭 신호는 통상적으로 헤테로다인 방법(heterodyne method)에 의해 검출되어 광 시스템에 원하는 정보를 만들어 낸다.

OCDR기술에서 후방 산란된 신호의 헤테로다인 검출은 "백색광 간섭 측정법(white-light interferometry)"의 방법에 의해 달성되며, 여기에서 빔은 간섭계의 두 아암쪽으로 분할되어 조절가능한 미러와 후방산란 지역에 의해 반사되고, 그리고 코히어런트하게 재결합된다. 이 방법은 간섭 프린지(fringes)가 두 아암 사이의 광로 길이의 차이가 빔의 코히어런스 길이보다 작을때에만 재결합된 빔에서 나타난다는 사실을 활용한 것이다. 상기 참조 논문(1)과 (3)에 기재된 OCDR 시스템은 이러한 원리를 이용한 것이고 참조 논문(3)은 테스트 시스템에서 조절가능한 미러를 스캔하고 재결합된 광의 세기를 측정함으로써 얻어진 섬유 갭( fiber gaps)의 간섭도형(interferograms)를 나타낸다. 참조 논문(1)은 또한 개선된 방법을 기재하고 있으며 이 개선된 방법에서는 기준 아암의 미러가 조절된 주파수와 크기로 발진하며 기준 신호에서 도플러 시프트를 일으키며 이 재결합된 신호는 비트 주파수 신호를 탐지하기 위해서 필터링 회로로 공급된다.

이 기술의 다른 변형은, 참조 논문(2)에 나타나 있으며, 여기에서는 기준 아암 미러가 고정된 위치에 있으며 광로의 길이 차이는 두 아암의 코히어 런스(coherence)의 길이를 초과한다. 결합된 신호는, 하나는 고정되고 나머지는 움직일 수 있는 두 개의 미러를 가진 제 2 마이컬슨(Michelson) 간섭계로 제공된다. 상기 움직일 수 있는 미러는 스캔되고, 제 2 간섭계의 아암들 사이의 광로의 차이는, 산란된 지역에 대응하여 움직일 수 있는 미러의 떨어진 위치에서 후방 산란된 신호와 기준신호의 사이의 지연을 보상한다. 실제적으로, 제한된 주파수에서 발진하는 위상 변화는, 후방산란 지역으로 인도되는 섬유에서, 압전 변환기(piezoelectric transducer) 모듈레이터 수단에 의해서 후방산란 지역으로부터의 신호에 부과된다. 제 2 마이컬슨 간섭계로부터의 출력 신호는 고정위상(lock-in) 증폭기로 공급되며, 이 증폭기는 스캔닝 미러의 운동때문에 압전 변환기 모듈레이션과 도플러 시프트사이로부터 발생한 비트 주파수 신호를 탐지한다. 이 기술은 유리 광도파관에서 15㎛정도의 짧은 해상도로 불규칙성(irregularities)을 측정하는데 사용되어져 왔다["Characterization of Silica-Based Waveguides with a Interferometric Optical Time-Domain Reflectometry System Using a 1.3-㎛-Wavelength Superluminescent Diode, " K. Takada, N. Takato, J. Noda, and Y. Noguchi, Opt. Lett. 14(13), 706-708(1989)].

OCDR의 또 다른 변형예는, 이중빔 부분 코히어런스 간섭계(dual-beam partial coherence interferometer)(PCI)이다. 이 PCI는 눈의 기부층(fundus layers)의 두께를 측정하는 데 사용되어져 왔다[Measurement of the Thickness of Fundus Layers by Partial Coherence Tomography," by W. Drexler, C. K. Hitzenberger, H. Sattmann, and A. F. Fercher, Opt. Eng. 34(3), 701-710(1995)]. Drexler, et al.,에 의해 사용된 PCI에서는, 외부의 마이컬슨 간섭계는 고 스페이셜 코히어런스(high spatial coherence)와 15㎛ 길이의 매우 짧은 코히어런스의 광을 두 부분, 즉 기준 빔(1)과 측정 빔(2)으로 분할한다. 간섭계 출구에서, 이 두 개의 성분은 다시 결합하여 동축의 이중 빔(dual beam)을 형성한다. 상기 두 개의 빔 성분은, 간섭계 아암 길이 차이의 두배의 경로 차이를 가지고 있고, 눈(eye)를 조명하고 여러 인트러오컬러(intraocular)의 인터페이스에서 반사되며, 이것은 굴절율이 다른 매체를 구별한다. 그래서, 각각의 빔 성분(1과 2)들은 상기 인터페이스부에서의 반사로 인하여 부성분으로 더 분할된다. 상기 반사된 부성분들은 광검출기에서 중첩된다. 만약 눈 내부의 두 경계의 광 거리가 간섭계 아암 길이 차이의 두배와 동일하다면, 전볼륨으로 같은 경로의 길이를 움직여서 실제적으로 간섭을 일으키는 두 개의 부성분이 존재한다. 간섭 패턴이 관찰되는 곳에서의 간섭계 아암 길이 차이의 각각의 값은, 인트러오컬러 광 길이와 동일하다. 근처에 다른 강한 반사가 없다면, 상기 인터페이스의 절대적 위치는 5㎛의 정확도를 가지고 생체안에서 결정된다. 그러나, 상기 PCI는 3-D스캔닝하는 데 필요한 시간동안 대상의 운동 때문에 발생하는 조광으로부터 손해를 입는다.

논문[E. A. Swanson, J. A. Izatt, M. R. Hee, D. Huang, C. P. Lin, J. S. Schuman, C. A. Puliafito, J. G. Fujimoto, " In Vivo Retinal Imaging by Optical Coherence Tomography, "Opt. Lett. 18(21), 1864-1866(1993); E. A. Swanson, D. Huang, J. G. Fujimoto, C. A Puliafito, C. P. Lin, J. S. Schuman, "Method and Apparatus for Optical Imaging with Means for Controlling the Longitudinal Range of the Sample, "U.S. Pat. No. 5,321,501(1994. 6.14)]에는 생체에서의 망막 이미징을 위한 광 코히어런트 토모그래피(OCD)라 불리는 OCDR의 또 다른 변형예가 보고되어 있다.

상기 특허는 샘플내의 길이방향의 스캐닝이나 포지셔닝이 샘플과 기준 반사기에 이르는 광로에 대한 상대적인 광로 길이를 바꾸거나, 장치에 적용된 광원으로부터의 출력의 광특성을 바꿈으로써 제공되어지는, 샘플의 광 이미징을 수행하는 장치와 방법을 기술하고 있다. 1차원 혹은 2차원 내의 가로의(transverse)의 스캐닝은 샘플과 프로브 모듈사이에 상기 방향으로 제어된 상대적인 운동을 제공하는 것 및/또는 프로브 모듈 내의 광 방사를 선택된 가로 위치로 조정하는 것에 의해 샘플에 제공된다. 알려진 공간 분해능은 고민감도(100dB 동적 범위)를 가진 20㎛ 보다 작다. 그러나, OTC 는 3차원 스캐닝에 필요한 시간동안 대상의 운동에 기인한 제한이 문제이다.

광 간섭 프로파일러(profiler)는 비접촉 방법이 요구될 때 표면의 3차원 프로파일에 널리 사용된다. 이 프로파일러는 전형적으로 위상-시프팅 간섭(phase-shifting interferometric, PSI)기법을 사용하고 고속,정밀하고 반복가능하지만 표면이 광원의 평균파장에 비하여 평탄해야 한다는 조건이 문제이다. 1/4 파장(전형적으로 150nm)보다 큰 표면의 불연속은 간섭의 주기적인 성질로 인해 단일 파장 측정으로는 모호하게 분해될 수 밖에 없다. 다중 파장 측정은 이 범위를 확장할 수 있지만, 파장의 정확성과 주위 안정성에 부과된 제약이 엄격할 수 있다( "표면 토포그래피 측정에 관한 광 시스템" 이라고 명명된 1982.7.20 발행된 미국특허 제 4,340,306호)

스캐닝 백색-광 간섭계(SWLI)에 기초한 프로파일러는 거친 또는 불연속한 표면의 측정에 대한 전통적인 PSI 프로파일러의 많은 제약을 극복한다. 몇개의 논문이 이 기술을 상세하게 기술한다 (참조. Refs.2-7 in L. Deck and P. de Groot, Appl. Opt. 33(31), 7334-7338(1994)). 전형적으로 이 프로파일러들은 광대역 소스로 조명된 동일 경로 간섭의 하나의 암(arm)을 축방향으로 병진하는 동안 시계(the field of view)에서 각 포인트에 대한 콘트라스트 기준 특질 (즉, 피크 콘트라스트 또는 피크 핏)의 위치를 기록한다. 이 기법의 일반적인 문제는 실시간에 각 포인트에 대한 대조를 계산하기 위해 거대한 양의 계산을 해야 하는데, 종종 콘트라스트계산만으로는 이산적인 샘플링 간격때문에 충분히 정확하지 않고, 샘플링 밀도 내의 증가를 요구하고 삽입 기법을 구현해야 하는데 이는 획득 공정을 더 느리게 한다. 코히어런스 프로브 마이크로스코프(CPM)는 이러한 종류의 프로파일러의 예이다. (M.Davidson의 "집적회로와 이와 같은 종류 검사용 2개 빔 간섭 마이크로 스코프를 사용하는 장치와 방법"으로 명명된 미국특허 제 4,818,110호(1989.4.4); M. Davidson, K. Kaufman, I.Mazor, F. Cohen 의 "집적회로 검사와 계측에 간섭마이크로스코프 적용" SPIE 775, 233-247(1987); M. Davidson, K. Kaufman, I.Mazor의 "집적회로 계측에 적용된 코히어런스 프로브 마이크로스코프용 이미지 개선 방법"으로 명명된 미국특허 제 5,112,129호(1992.5.12)). 일반적인 프로파일러와 특별한 CPM은 3차원 대상을 처리할 수 없고 전통적인 간섭 마이크로스코피의 전형적인 배경을 가지고 있고 진동에 민감하고, 컴퓨터의 집중적인 분석을 필요로 한다.

삼각법(triangulation)에 기초한 프로파일러는 또한 전통적인 PSI 프로파일러의 많은 제한을 극복하지만 감소된 높이와 측면의 공간 분해능의 문제가 있고 이미지를 벗어난 큰 배경을 가진다. 이 기법의 적용은 G. 헤이즐러와 D.리터의 "칼라 코드된 삼각법에 의한 병렬 3차원 센싱"으로 명명된 논문(Appl. Opt., 32(35),7164-7169(1993))에 개시되어 있다. G. 헤이즐러와 D.리터에 의해 사용된 이 방법은 다음 원칙에 기초한다 : 백색광원의 칼라 스펙트럼은 어떤 한 방향으로부터의 조명에 의해 대상에 이미징된다. 대상은 조명방향과 다른 관찰 방향으로부터 칼라 TV 카메라에 의해 관찰된다. 각 픽셀의 칼라(hue)는 기준 플레인으로부터의 측정된 거리이다. 그 거리는 전하결합 디바이스(CCD) 카메라의 3개(적-녹-청)출력 채널에 의해 계산되어 질수 있고 이 계산은 TV 실시간에 구현되어 질 수 있다. 그러나, 높이와 한 측면 공간 차원에서 분해능은 PSI 나 SWLI로 획득되는 것보다 많이 감소하고, 큰 배경이 있고, 삼각법 프로파일러는 비간섭식 측정 기법의 잡음 특성을 가진다. 또한 삼각법 프로파일러는 평면 프로파일링에 제한된다.

백생광 간섭계(WLI)에서 직면한 문제중의 하나는 위상 모호성이다. 위상 모호성문제와 관련하여 관심을 받았던 프로파일측정 방법은 "분산 간섭식 프로파일계" 으로 명명된 논문, Opt. Lett. 19(13), 995-997(1994)에서 J. 쉬바이더 와 L. 죠우에 의해 제안된 분산 간섭식 프로파일계(DIP)이다. WLI 에 대한 비숫한 접근은 또한 "동기적으로 샘플된 백색광 채널된 스펙트럼 간섭계로 절대거리 측정"으로 명명된 논문, Pure Appl. Opt. 4, 643-651(1995)에서 U. 스넬, E. 지머맨, ,R. 덴더라이커에 의해 보고되었다.

일반적으로, 위상 모호성 문제는 DIP 의 사용으로 완전히 제거할 수 있다. DIP 장치에서, 백색광원의 평행빔은 아포크로맷 마이크로스코프 대물렌즈의 전면에 피조우 간섭계의 실제 쐐기에 수직으로 부딪힌다. 피조우 간섭계는 대상 표면과 기준 플레이트의 내부 표면에 의해 형성된다. 그 후 광은 격자 스펙트럼계의 슬릿으로 다시 반사되고, 이것은 수중측음장치 보이지 않는 프린지 패턴을 분산하고 스펙트럼을 선형 어레이 검출기에 투사한다. 검출기에서 스펙트럼계의 슬릿에 의해 선택된 표면의 각각의 포인트들은 피조우 간섭계에 공기 갭의 분산된 스펙트럼을 제공한다. 프린지 패턴은 푸리에 변환과 쐐기형 인터페로그램의 강도 분산으로부터 위상 정보를 얻는 필터링 방법으로 계산되어 질 수 있다.

위상 모호성 문제가 DIP 사용으로 제거될 수 있을 지라도, DIP 는 3차원 대상의 조사를 요구하는 적용에는 적당하지 않다. 이것은 촛점을 벗어난 이미지로부터 DIP 에 발생된 고유의 상대적으로 큰 배경의 결과이다. 배경 문제는 표준 간섭 마이크로스코피를 사용하여 3차원 이미지를 발생할려고 할 때 직면하는 배경 문제와 비교된다.

표본으로부터 반사, 방출, 그리고 산란된 광의 스펙트럼적으로 분해 측정을 행하는 방법과 장치가 A.E. 딕슨, S. 다마스키노, 그리고 J.W. 보우론의 "공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 분해 측정의 방법과 장치"로 명명된 미국특허 제 5,192,980호(1993.3.9)에 개시되어 있다. 딕슨등의 방법과 장치의 실시예에서, 표본의 특질은 반사, 방출, 그리고 산란된 광의 강도의 관점에서 그 장치와 방법이 검출기에 선행하는 분산 소자를 가진 비간섭, 비공초점형으로 구성된다는 점이다. 딕슨등의 실시예들은 표준 마이크로스코프에 내재한 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 큰 배경을 가지고 있고 비공초점형이다.

딕슨등의 장치와 방법은 또한 감소된 배경으로 측정을 할 수 있도록 하는 비간섭 공초점 장치를 포함한다. 그러나 비공초점 장치뿐만 아니라 공초점 장치에 대한 강도 측정에 제한은, 비간섭 기법을 사용하는 결과로, 반사 또는 산란된 광으로부터 획득되는 표본에 대한 정보에 상당한 제한이 있다. 강도 측정은 반사 또는 산란된 광의 진폭의 위상에 대한 정보가 잃어버린 결과로 표본으로부터 반사 또는 산란된 광의 진폭의 사각형의 크기정보를 생산한다. 딕슨등의 장치와 방법은 비공초점 이미징 시스템에서 푸리에 변환 스펙트럼계를 합체한 실시예를 더 포함한다. 딕슨등의 푸리에 변환 스펙트럼계 장치는 비공초점 이미지 시스템에 내재적인 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 큰 배경을 가지는 불이익이 있다.

비간섭식, 공초점 이미지 시스템으로 동시에 다중 파장 측정을 하는 장치가 G. 엑시오의 "단일 어퍼츄어 공초점 이미징 시스템"으로 명명된 미국특허제5,537,247호(1996.7.)에 개시되어 있다. 엑시오의 장치는 광원으로부터 입사되는 광과 대상로부터 되돌아오는 광에 대해 단지 하나의 어퍼츄어를 이용하는 공초점 스캐닝 이미징 시스템과 다른 파장의 반사광을 일련의 검출기에 선택적으로 인도하기 위하여 일련의 빔 스플리터와 광 파장 필터로 구성되어 있다. 엑시오의 장치는 다른 파장에 대한 동시 측정을 가능하게 하는 장점이 있고 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 감소의 공초점 이미징 시스템의 장점을 가진다. 그러나 강도 측정에 제한은 비간섭식 기법을 사용하는 결과로, 반사 또는 산란돤 광으로부터 획득되는 표본에 대한 정보에 상당한 제한이 있다. 강도 측정은 반사 또는 산란된 광의 진폭의 위상에 대한 정보가 잃어버린 결과로 표본으로부터 반사 또는 산란된 광의 진폭의 사각형의 크기정보를 생산한다.

G.Q.엑시오, T.R.콜리, G.S. 키노의 "실시간 공초점 스캐닝 광 마이크로스코프"로 명명된 논문, Appl. Phys. Lett., 53(8),716-718(1988)에서, 공초점 마이크로스코프에서 백색광을 사용할 때, 대물 렌즈의 색수차는 표본내의 다른 높이의 이미지가 초점내에 있고 그러나 다른 색채로 모두 나타난다. 엑시오 등은 4개의 다른 파장에서 반도체 집적회로의 이미지를 생산함으로써 이것을 논증했다. H.J. 티지아니와 H.M 우데의 "색채 공초점 마이크로스코피에 의한 3차원 이미징 센싱"으로 명명된 논문, Appl. Opt., 33(10), 1838-1843(1994), 에서 물리적으로 대상을 스캐닝함이 없이 높이 정보를 획득하기 위하여 마이크로스코프 대물렌즈 내로 색수차가 정교하게 삽입되는 백색광, 비간섭식, 공초점 마이크로스코프를 개시하고 있다. 흑백필름의 카메라는 순차적으로 3개의 선택된 색채 필터를 가지고 각각의 대상 포인트의 칼라의 강도와 톤을 결합한다. 공초점 마이크로스코프가 엑시오 등에 의해 개시된 예와 티지아니와 우데의 예에 동시에 사용되어지고 아웃-오브-포커스 이미지로부터 감소된 배경을 가질 지라도, 그들은 강도 측정에 제한된다. 강도 측정에 제한은 비간섭식 기법을 사용하는 직접적인 결과로, 딕슨 등과 엑시오의 특허와 관련하여 기술하였듯이 반사 또는 산란된 광으로부터 획득되어질 수 있는 표본에 대한 정보에 상당한 제한이 있다.

간섭 마이크로스코프는 G.S. 키노와 S.C. 침의 " 미라우 상관 마이크로스코프"로 명명된 논문, Appl. Opt., 26(26), 3775-3783(1990),과 미라우 간섭계에 기초를 둔 " 간섭 마이크로스코프에서 3차원 이미징 실현"으로 명명된 논문, Appl. Opt., 31(14), 2550-2553(1990), 에 개시되어 있다. 키노와 침의 장치는 공간적으로 그리고 시간적으로 인코히어런트한 광원을 가진 간섭식, 비공초점 마이크로스코프를 채용하고 각각 대상과 미러로부터 반사된 빔사이에 상관신호를 검출된 출력으로 사용한다. 키노와 침의 장치로 대상로부터 반사된 빔의 진폭과 위상을 같이 측정하는 것이 가능하다. 그러나, 키노와 침의 간섭식 장치는 심각한 배경 문제의 불이익과 표준 간섭식, 비공초점 마이크로스코피 시스템에서 발견되는 전형적인, 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 레벨의 불이익을 가진다.

간섭식 장치가 A. 크뉴텔의 미국특허 제5,565,986호(1996.10.15)에 개시되고 있고, 그것은 대상의 스펙트럼 이미지를 얻고 측면 방향의 공간 분해능과 깊이 방향의 시계를 동시에 표시하는 것으로 " 다양한 광 파장을 가진 특수광 포커싱과 광 신호 검출에 의해 불투명한 대상에서 정지 광 스펙트럼 이미징"으로 명명되어 있다. 크뉴텔에 의해 개시된 장치는 비공초점 이미징 시스템을 가지고 전형적으로 간섭계와 색채 대물 렌즈의 암내에 분산 광소자를 표함한다. 분산 소자는 다른 광 파장에서 산란된 광 진폭에 대한 정보를 기록하는 것을 가능하게 하고, 간섭계의 사용은 반사 또는 산란된 광의 진폭의 위상과 크기에 대한 정보를 기록하는 것을 가능하게 하고, 그리고 색채 대물 렌즈의 사용은 깊이 방향에서 시계에 대한 정보를 기록하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 크뉴텔의 간섭식 장치는 심각한 배경 문제의 불이익과 표준 간섭식, 비공초점 마이크로스코피 시스템에서 발견되는 전형적인, 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 레벨의 불이익을 가진다.

크뉴텔의 장치의 주요한 목적중의 하나는 존 플레이터(zone plate)의 부분에 구성된 2개의 다른 오더의 색채 대물 렌즈의 사용에 의해 깊이 차원에서 분리된 대상의 2개의 영역을 동시에 이미징 할 수 있도록 하는 것이었다. 결과적으로, 이 장치의 검출기에 의해 기록된 신호는 대상에서 2개의 분리된 깊이 위치로부터 이중인화(superimpose)된 이미지로 구성된다. 따라서, 이전에 기술한 것처럼 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 높은 배경의 존재에 부가하여, 이중인화된 인-포커스 이미지로부터 주어진 깊이에 대한 이미지를 추출하기 위하여 컴퓨터에 의해 복잡한 변환 계산이 수행되어야 한다.크뉴텔의 언급된 예에서 획득되어지는 이중인화된 이미지에 요구되는 변환 계산에는 심각한 문제가 있다.: 변환 계산의 결과는 상대적으로 대상 표면근처에서는 정확하지만 샘플 내의 깊이가 증가함에 따라 급속하게 정확성이 떨어진다. 이 문제는 검출기에서 인-포커스 대상의 한 포인트만이 있는 경우에는 변환회로에서 일반적으로 일어나지 않는다.

간섭 마이크로스코피내에 일어나는 상기 배경 문제는 간섭형의 공초점 마이크로스코프내에서 감소되는 데, D.K.해밀턴 과 C.J.R. 세퍼더의 " 공초점 간섭 마이크로스코프" 으로 명명된 논문, Optica Acta, 29(12), 1573-1577(1982), 에 개시되어 있다. 그 시스템은 대상이, 포인트 검출기의 후방 투사된 이미지에 부합하도록 배열되어 있는, 집중된 레이저 위치에 비례하여 스캔되는 공초점 마이크로스코프에 기초하고 있다. 반사 공초점 마이크로스코프의 간섭식 형태는 하나의 빔이 대상에 집중되는 미켈슨의 간섭계에 기초하고 있다.상기 시스템은 공초점 마이크로스코피 시스템에 내재적인 아웃-오브-포커스 이미지로부터 감소된 배경의 중요한 특질을 가진다. 그러나, 헤밀튼과 세퍼드의 공초점 간섭 마이크로스코프은 3차원 대상에서 어느 시점에 하나의 포인트에 대해서만 반사된 신호를 측정한다. 어느 시점에 하나의 포인트에서 대상의 스캐닝은 또한 시스템을, 요구되는 데이터 획득동안 스캔에 관련되지 않은 샘플운동에 민감하게 한다.

고성능 컴퓨터의 효율적인 활용에 중요한 주요 구성요소는 메모리이다. 이러한 장치의 거대한 데이터 저장 요구때문에 소형, 저가이고, 고용량, 고스피드의 메모리 디바이스가 병렬계산을 수행할 만한 많은 데이터 양을 다루도록 요구된다. 그런 데이터 저장 요구는 3차원 메모리에 의해 제공되어 질 수 있다.

2차원 메모리에서, 최대 이론적인 저장 밀도(1/λ²에 비례)는 λ=532nm에 대해 3.5×10⁸bits/cm²의 오더이고, 3차원 메모리에서 최대 저장 밀도는 6.5×10¹²bits/cm²이다. 최대치는 각 메모리 사이트에서 단일 비트 이진 포맷을 사용할 때 저장용량의 상한치를 나타낸다. 이 상한치는 다른 레벨의 진폭이나 진폭과 위상 정보가 기록되는 기록 매체를 사용함으로써 증가될 수 있다. 위상-기록매체에서 홀로그래픽 기록은 후자모드의 예이다.

다른 기록모드에서, 단일 비트 2진 포캣의 모드, 베이스 N 포맷의 진폭 이나 (베이스 N)×(베이스 M)포맷에서 진폭과 위상, 각 메모리 사이트에서, 사용되어 질 수 있는 메모리 사이트의 복셀(voxel)의 크기, 그리고 따라서 저장 밀도는 획득되어 질 수 있는 단일-잡음비에 의해 제한되고, 단일-잡음비는 일반적으로 복셀의 볼륨에 반비례한다. 특히,진폭이나 진폭 및 위상 기록 모드에 대해, 복셀의 저장될 수 있는 독립적인 정보의 수 또한 획득되어 질 수 있는 단일-잡음비에 의해 제한된다.

필요한 것은 종래의 공초점 및 공초점 간섭 마이크로스코피에 내재된 것보다 이하로 감소된 아웃-오브-포커스 이미지에 이미지 데이터의 민감도, 시스템적이고 통계적인 에러와 관련있는 아웃-오브-포커스 이미지에 이미지의 감소된 민감도, 아웃-오브-포커스 이미지에 감소된 민감도와 관련있는 감소된 컴퓨터 디콘벌루션의 요구, 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템에 내재적인 고 신호-잡음비에 대한 포텐셜, 축과 가로방향에 대한 데이터를 병렬로 기록하는 용량, 산란 및/또는 반사된 광빔의 복소진폭(complex amplitude)을 측정하는 포텐셜을 결합하는 시스템이다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 광 디스크내에 다른 깊이에서의 영역으로부터 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역으로부터 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역으로부터 동시에 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 또는 위의 다중 트랙에서의 영역으로부터 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 또는 위의 다중 트랙에서의 영역으로부터 동시에 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 또는 위의 트랙에서의 다중 영역과 다중 트랙에서의 영역으로부터 동시에 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 트랙과 다중 깊이에서의 영역으로부터 동시에 정보를 판독하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역에 동시에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 또는 위에 다중 트랙에서의 영역에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 또는 위에 다중 트랙에서의 영역에 동시에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내에 다중 트랙과 다중 깊이에서의 영역에 동시에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 고 밀도를 가진 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 고 밀도를 가진 광 디스크내에 다중 깊이에서의 영역에 동시에 정보를 기록하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크상의 또는 내의 다중 트랙의 위치에 고밀도로 정보를 기록하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크상의 또는 내의 다중 트랙의 위치에 고밀도로 정보를 동시에 기록하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광 디스크내의 다중 깊이 및 다중 트랙의 위치에 고밀도로 정보를 동시에 기록하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 신속하고 안정성있는 1차원, 2차원, 및 3차원 토모그래픽 복소진폭 이미징을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 상기 종래기술의 단점이 없는 향상된 토모그래픽 복소진폭 이미징 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터 빛의 통계적 에러효과를 편리하게 감소시키거나 제거하는 토모그래픽 복소진폭 이미징 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 아웃-오브-포커스 광 이미지의 계통 에러효과가 크게 감소되거나 제거되는 향상된 기술의 토모그래픽 복소진폭 이미징을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 다중 이미징 포인트에서 물체의 실질적인 동시 이미징이 가능한 토모그래픽 복소진폭 이미징 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 간섭계 시스템으로 달성가능한 이미지에 대한 신호대 잡음비를 얻는 수단과 함께, 1, 2, 및 3 차원에서 토모그래픽 복소진폭 이미징을 위한 편리한 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 비선형 미분방정식을 풀때의 계산의 어려움을 피하는 토모그래픽 복소진폭 이미징 시스템 및 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 물체의 움직임에도 불구하고 그 물체의 라인 섹션 또는 2차원 섹션의 토모그래픽 복소진폭 이미징을 위한 편리한 기술을 제공하는 것이다.

이하에 설명될 이들의 실시예 및 변형예들은 다섯 그룹의 실시예로 나누어진다. 실시예의 제 1 그룹의 어떤 실시예 및 그 변형예들은, 실시예의 제 2 그룹의 실시예 및 그 변형예의 대응하는 것들에 의해 발생된 1차원 이미지에 거의 직교하는 1차원 이미지를 발생시키고, 1차원 이미지의 정보는 배경 감소 및 보상과 동시에 얻어진다. 실시예의 제 1 그룹의 또다른 실시예들은, 실시예의 제 2 그룹의 실시예 및 그 변형예의 대응하는 것들에 의해 발생된 2차원 이미지에 거의 직교하는 2차원 이미지를 발생시키고, 2차원 이미지의 정보는 배경 감소 및 보상과 동시에 얻어진다.

실시예의 제 3 그룹의 어떤 실시예 및 그 변형예들은, 실시예의 제 4 그룹의 실시예 및 그 변형예의 대응하는 것들에 의해 발생된 1차원 이미지에 거의 직교하는 1차원 이미지를 발생시키고, 1차원 이미지의 정보는 배경 감소 및 보상없이 동시에 얻어진다. 실시예의 제 3 그룹의 어떤 실시예 및 그 변형예들은, 실시예의 제 4 그룹의 실시예 및 그 변형예의 대응하는 것들에 의해 발생된 2차원 이미지에 거의 직교하는 2차원 이미지를 발생시키고, 2차원 이미지의 정보는 배경 감소 및 보상없이 동시에 얻어진다.

실시예의 제 5 그룹의 실시예 및 그 변형예들은 일련의 단일 포인트 이미지로서 다차원 이미지를 발생시키고, 단일 포인트 이미지는 배경 감소 및 보상과 함께 얻어진다.

간략히 설명하였듯이, 일 실시예에 따라서, 광대역의 공간적으로 인코히어런트한 포인트 소스로부터 소스 핀홀(pinhole)로의 광학적 방사를 초점을 맞춤으로써, 인-포커스 이미지의 복소진폭과 아웃-오브-포커스 이미지의 복소진폭을 변별하기 위한 방법 및 장치를 실시예의 제 1 그룹으로부터 제공한다. 소스 핀홀로부터 나온 광선은 평행하게 되어 제 1 이상기(phase shifter)로 향한다. 평행하게 된 광선의 제 1 부분의 위상은 이상기에 의해 변이되어 제 1 양의 위상변이된 광선을 만들고, 평행하게된 광선의 제 2 부분의 위상은 이상기에 의해 변이되어 제 2 양의 위상변이된 광선을 만든다. 제 1 및 제 2 양의 위상변이된 광선은 제 1 스폿에 초점이 맞추어진다.

제 1 스폿으로부터 나오는 제 1 양의 위상변이된 광선은 평행하게 되고 빔스플리터로 향한다. 평행하게된 광선의 제 1 부분은 빔 스플리터를 통과하여 제 1 양의 프로브 빔을 형성하고, 평행하게된 광선의 제 2 부분은 빔 스플리터에 의해 반사되어 제 1 양의 기준 빔을 형성한다. 제 1 스폿으로부터 나오는 제 2 양의 위상변이된 광선은 평행하게 되고 빔 스플리터로 향한다. 평행하게된 광선의 제 1 부분은 빔 스플리터를 통과하여 제 2 양의 프로브 빔을 형성하고, 평행하게된 광선의 제 2 부분은 빔 스플리터에 의해 반사되어 제 2 양의 기준 빔을 형성한다.

프로브 빔의 제 1 및 제 2 양의 광선은 제 2 이상기로 보내진다. 프로브 빔의 제 1 양의 광선은 위상변이되어 제 3 양의 프로브 빔을 형성하고, 프로브 빔의 제 2 양의 광선은 위상변이되어 제 4 양의 프로브 빔을 형성하고, 제 3 및 제 4 양의 프로브 빔에 대해 제 1 및 제 2 이상기에 의해 만들어진 순 위상 변이는 동일하다. 제 3 및 제 4 양의 프로브 빔은 제 1 프로브 렌즈에 의해 초점이 맞추어져 대상재료(object material)에 라인 이미지를 형성하고 이에 의해 대상재료를 조명한다. 라인 이미지는 제 1 프로브 렌즈의 광축을 따라 가깝게 정렬하고, 광축을 따르는 라인 이미지의 길이는, 소스의 광학 대역폭 및 조절가능한 제 1 프로브 렌즈의 색수차 및 초점의 깊이 등과 같은 요소들의 결합에 의해 결정된다.

제 1 및 제 2 양의 기준 빔의 광선은 제 3 이상기로 보내진다. 제 1 양의 기준 빔의 광선은 위상변이되어 제 3 양의 기준 빔을 형성하고, 제 2 양의 기준 빔의 광선은 위상변이되어 제 4 양의 기준 빔을 형성하고, 제 3 및 제 4 양의 기준 빔에 대해 제 1 및 제 3 이상기에 의해 만들어진 순(net) 위상 변이는 동일하다. 제 3 및 제 4 양의 기준 빔은 기준 렌즈에 의해 기준 미러 위의 스폿에 초점이 맞추어진다. 조명된 대상로부터 프로브 렌즈의 방향으로 나오는 제 3 및 제 4 양의 프로브 빔의 반사된 및/또는 산란된 광선은 산란된 프로브 빔을 형성하고 평행이 되고 프로브 렌즈에 의해 제 2 이상기로 보내진다. 평행하게 된 광선의 제 1 부분의 위상은 변이되어 위상변이된 광선의 제 1 산란된 프로브 빔 양을 만들고, 평행하게 된 광선의 제 2 부분의 위상은 변이되어 위상변이된 광선의 제 2 산란된 프로브 빔 양을 만든다. 제 1 및 제 2 산랸된 프로브 빔 양의 광선은 빔 스플리터로 향한다. 제 1 및 제 2 산란된 프로브 빔 양의 부분은 빔 스플리터에 의해 반사되어 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔을 각각 형성한다. 산란된 프로브 빔의 제 3 및 제 4 양의 평행하게 된 광선은 공간 필터 렌즈에 의해 공간 필터 핀홀 위에 초점이 맞추어진다.

기준 미러 위의 스폿으로부터 기준 렌즈 방향으로 나오는 반사된 광선은 반사된 기준 빔을 형성하고 평행하게 되고 기준 렌즈에 의해 제 3 이상기로 보내진다. 평행하게 된 광선의 제 1 부분의 위상은 변이되어 위상변이된 광선의 제 1 반사된 기준 빔 양을 만들고, 평행하게 된 광선의 제 2 부분의 위상은 변이되어 위상변이된 광선의 제 2 반사된 기준 빔 양을 만든다. 제 1 및 제 2 반사된 기준 빔 양의 광선은 빔 스플리터로 보내진다. 제 1 및 제 2 반사된 빔 양의 부분은 빔 스플리터에 의해 전송되어 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 각각 형성한다. 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 평행하게 된 광선은 공간 필터 렌즈에 의해 공간 필터 핀홀 상으로 초점이 맞추어진다.

제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔의 부분은 공간 필터 핀홀을 통과하여,공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔을 각각 형성한다. 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔은 평행하게 되고 분산 소자 렌즈에 의해 분산 소자, 바람직하게는 반사하는 회절격자(diffraction grating)로 보내진다.

제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 부분은 공간 필터 핀홀을 통과하여, 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 각각 형성한다. 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔은 평행하게 되고 분산 소자 렌즈에 의해 분산 소자로 보내진다.

분산 소자로부터 나오는 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔의 각각의 부분은 검출기 렌즈를 통과하여 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔을 각각 형성한다. 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔은 검출기 렌즈에 의해 초점이 맞추어져 검출기 핀홀의 선형 어레이를 포함하는 플레인(plane) 위에 라인 이미지를 형성한다. 분산 소자로부터 나오는 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 각각의 부분은 검출기 렌즈를 통과하여 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 각각 형성한다. 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔은 검출기 렌즈에 의해 초점이 맞추어지고, 핀홀의 선형 어레이를 포함하는 플레인 위에 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 라인 이미지를 형성한다.

검출기 핀홀로부터 전송된, 이중인화되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔 및 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 부분들의 강도는, 측정된 강도값의 제 1 어레이로서 픽셀의 선형 어레이로 구성된 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다. 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 위상은 제 4 이상기에 의해 π라디안 만큼 변이되어, 제 1 위상변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 형성한다. 검출기 핀홀로부터 전송된, 이중인화되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔 및 제 1 변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 부분들의 강도는, 측정된 강도값의 제 2 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 위상은 제 4 이상기에 의해 추가적으로 -π/2 라디안 만큼 변이되어, 제 2 위상변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 각각 형성한다. 검출기 핀홀로부터 전송된 이중인화된 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔 및 제 2 위상변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 부분의 강도는, 측정된 강도값의 제 3 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 위상은 제 4 이상기에 의해 추가적으로 π라디안 만큼 변이되어, 제 3 위상변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔을 각각 형성한다. 검출기 핀홀로부터 전송된, 이중인화되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 산란된 프로브 빔 및 제 3 위상변이되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 제 3 및 제 4 양의 반사된 기준 빔의 부분의 강도는, 측정된 강도값의 제 4 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

다음 단계에서, 측정된 강도값의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 어레이는 처리를 위해 컴퓨터로 보내진다. 측정된 강도값의 제 2 어레이의 요소는 측정된 강도값의 제 1 어레이의 대응 요소로부터 컴퓨터에 의해 감산되고, 거의 상쇄된 아웃-오브-포커스 이미지의 효과와 함께 검출기 핀홀의 플레인에서 초점이 맞추어진 산란된 프로브 빔의 복소진폭의 성분 값의 제 1 어레이의 측정치를 산출한다. 측정된 강도값의 제 4 어레이의 요소는 측정된 강도값의 제 3 어레이의 대응 요소로부터 컴퓨터에 의해 감산되고, 거의 상쇄된 아웃-오브-포커스 이미지의 효과와 함께 검출기 핀홀의 플레인에서 초점이 맞추어진 산란된 프로브 빔의 복소진폭의 성분 값의 제 2 어레이의 측정치를 산출한다.

산란된 프로브 빔 진폭의 성분 값의 제 1 및 제 2 어레이는 직교성분의 값이며, 거의 상쇄된 아웃-오브-포커스 이미지의 효과와 함께 검출기 핀홀의 플레인에서 인-포커스인 산란된 프로브 빔의 복소진폭의 정확한 측정치를 복소 상수 내에서 준다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 라인 섹션의 정확한 1차원 표현이, 필요한 대상재료의 스캐닝없이 얻어진다. 라인 섹션의 방향은 프로브 렌즈의 광축 방향이다. 라인 섹션은 대상재료의 하나이상의 표면을 통과하여 절단할 수도 있고, 또는 대상재료의 표면에 놓일 수도 있다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 정확한 2차원, 3차원 표현이, 각각 1 및 2 차원에서 대상재료의 스캐닝을 통해 얻은 측정된 강도값의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 어레이의 2차원 및 3차원 어레이로부터 각각 얻어진다. 대상재료의 2차원 및 3차원 표현은 대상재료의 일이상의 표면을 포함한다. 대상재료의 스캐닝은, 컴퓨터에 의해 제어되는 트랜스래이터(translator)로서 계통적으로 움직이는 대상재료에 의해 달성된다. 컴퓨터 알고리즘은 컴퓨터 디컨벌루션을 포함할 수 있으며, 당업자에게 공지된 적분 방정식 인버젼 기술은, 아웃-오브-포커스 이미지에 대해, 본 발명의 장치에 의해 산란된 프로브 빔의 진폭의 성분 값의 제 1 및 제 2 어레이에서 얻어진 보상 이상으로 보정을 요구해야 한다.

제 2 실시예에 따라서, 광대역의, 공간적으로 확장되고 공간적으로 인코히어런트한 라인 소스로부터, 상술한 실시예의 전자 처리수단 및 장치를 포함하는 소스 핀홀의 선형 어레이로의 광학적 방사를 초점을 맞춤으로써, 인-포커스 이미지의 복소진폭과 아웃-오브-포커스 이미지의 복소진폭을 변별하는 방법 및 장치를 제공하며, 이때, 제 1 실시예의 소스 핀홀은 소스 핀홀의 선형 어레이로 대체되고, 제 1 실시예의 공간 필터 핀홀은 공간 필터 핀홀의 선형 어레이로 대체되고, 제 1 실시예의 검출기 핀홀의 선형 어레이 및 멀티-픽셀 검출기는 검출기 핀홀의 2차원 어레이 및 2차원 어레이의 픽셀로 구성된 멀티-픽셀 검출기로 각각 대체되었다. 소스 핀홀의 선형 어레이 및 공간 필터 핀홀의 선형 어레이의 방향들은 분산 소자에 의해 정의된 평면에 직각을 이룬다. 검출기 픽셀 및 검출기 핀홀의 2차원 어레이는,멀티-픽셀 검출기에서 인-포커스 플레인에 있는 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지와 방향이 맞추어진다.

파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값의 측정된 어레이의 요소는 직교성분의 값이며, 거의 상쇄된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 빛의 효과와 함께 검출기 핀홀의 2차원 선형 어레이의 플레인에서 인-포커스 산란된 프로브 빔의 복소진폭의 정확한 측정값을, 복소 상수 내에서 준다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 2차원 섹션의 정확한 2차원 표현이 스캐닝의 필요없이 얻어진다. 2차원 섹션은, 프로브 렌즈의 광축 및 소스 핀홀의 선형 어레이의 각 방향에 의해 선택된다. 2차원 섹션은 대상재료의 하나이상의 표면을 통과하여 절단할 수도 있고, 대상재료의 표면에 놓일 수도 있다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상의 정확한 3차원 표현이, 실질적으로 1차원에 있는 대상의 스캐닝을 통해 얻어진 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 강도값의 3차원 어레이로부터 얻어진다. 대상재료의 3차원 표현은 대상재료의 하나이상의 표면의 표현을 포함할 수 있다. 컴퓨터 알고리즘은 컴퓨터 디컨벌루션을 포함할 수 있으며, 당업자에게 공지된 적분 방정식 인버젼 기술은, 아웃-오브-포커스 이미지에 대해, 본 발명의 장치에 의해 산란된 프로브 빔의 진폭의 성분 값의 제 1 및 제 2 어레이에서 얻어진 보상 이상으로 보정을 요구해야 한다.

제 2 실시예의 변형예에 따라서, 광대역의, 공간적으로 확장되고 공간적으로 인코히어런트한 라인 소스로부터, 상술한 제 2 실시예의 전자 처리수단 및 장치를포함하는 소스 슬릿으로의 광학적 방사를 초점을 맞춤으로써, 인-포커스 이미지와 아웃-오브-포커스 이미지를 변별하는 방법 및 장치를 제공하며, 이때, 제 2 실시예의 소스 핀홀의 선형 어레이는 소스 슬릿으로 대체되고, 제 2 실시예의 공간 필터 핀홀의 선형 어레이는 공간 필터 슬릿으로 대체되고, 소스 슬릿 및 공간 필터 슬릿의 방향들은 분산 소자에 의해 정의된 평면에 직각을 이룬다.

파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값의 측정된 어레이의 요소는 직교성분의 값이며, 거의 상쇄된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 빛의 효과와 함께 검출기 핀홀의 2차원 어레이의 플레인에서 인-포커스 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 복소진폭의 정확한 측정치를, 복소 상수 내에서 준다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 2차원 섹션의 정확한 2차원 표현이 스캐닝의 필요없이 얻어진다. 2차원 섹션은 프로브 렌즈의 광축 및 소스 슬릿의 방향에 의해 각각 선택된다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 정확한 3차원 표현이, 1차원에서 대상재료의 스캐닝을 통해 얻은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 강도값의 3차원 어레이로부터 얻어진다. 대상재료의 스캐닝은, 컴퓨터에 의해 제어되는 트랜스래이터로서 1차원에서 대상재료를 계통적으로 이동시킴으로써 얻을 수 있다. 컴퓨터 알고리즘은 컴퓨터 디컨벌루션을 포함할 수 있으며, 당업자에게 공지된 적분 방정식 인버젼 기술은, 아웃-오브-포커스 이미지에 대해, 본 발명의 장치에 의해 얻어진 보상 이상으로 보정을 요구해야 한다.

본 발명의 제 1 및 제 2의 바람직한 실시예의 대안적인 실시예는, 본 발명의제 1 및 제 2의 바람직한 실시예의 주요 장치에 사용되는 것과 실질적으로 동일한 전자 처리수단 및 부가적인 광학적 수단을 사용하여, 신호 대 잡음비를 향상 및/또는 최적화시키는 능력을 포함한다. 부가적인 광학적 수단은 기준 빔 및 프로브 빔에 대한 변경된 경로를 포함하며, 이에 따라, 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 어느 하나에 대해 선택된 검출기 핀홀 상에 초점이 맞추어진, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링되고 반사된 기준 빔의 진폭이, 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 어느 하나의 선택된 검출기 핀홀 상에 이미징되고 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링되고 산란된 프로브 빔의 진폭과 관련하여 조절될 수 있다.

본 발명의 제 3 실시예에 따라서, 상술한 제 1 실시예의 장치를 포함하며 신호대 잡음비를 조절하거나 개선하고 및/또는 최적화하는 수단과, 선택된 검출기 핀홀 위에 초점이 맞추어진 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링되고 산란된 프로브 빔의 진폭과 관련하여, 선택된 검출기 핀홀 위에 초점이 맞추어진 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링되고 반사된 기준 빔의 진폭을 조절하는 광학적 수단으로, 인-포커스 이미지의 복소진폭과 아웃-오브-포커스 이미지의 복소진폭을 변별하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 광대역의 공간적으로 인코히어런트한 포인트 소스로부터의 광선은 소스 핀홀 위에 초점이 맞추어진다. 소스 핀홀로부터 나온 광선은 평행하게 되고 제 1 이상기로 보내진다. 평행하게 된 광선의 제 1 부분의 위상은 변이되어 제 1 양의 위상변이된 광선을 만들고, 평행하게 된 광선의 제 2 부분의 위상은 변이되어 제 2 양의 위상변이된 광선을 만든다.

위상변이된 광선의 제 1 및 제 2 양은 제 1 빔 스플리터에 부딪힌다. 위상변이된 광선의 제 1 양의 제 1 부분은 제 1 빔 스플리터를 통과하여 프로브 빔의 제 1 양을 형성하고, 위상변이된 광선의 제 1 양의 제 2 부분은 제 1 빔 스플리터에 의해 반사되어 기준 빔의 제 1 양을 형성한다. 위상변이된 광선의 제 2 양의 제 1 부분은 제 1 빔 스플리터를 통과하여 프로브 빔의 제 2 양을 형성하고, 위상변이된 광선의 제 2 양의 제 2 부분은 제 1 빔 스플리터에 의해 반사되어 기준 빔의 제 2 양을 형성한다. 프로브 빔의 제 1 양 및 제 2 양이 제 1 프로브 빔 스폿에 포커싱된다. 기준 빔의 제 1 양 및 제 2 양은 제 1 기준 빔 스폿에 포커싱된다.

제 1 프로브 빔 스폿으로부터 방사되는 프로브 빔의 제 1 양의 광선은 평행화되어 제 2 빔 스플리터에 지향된다. 평행해진 광선의 일부는 프로브 빔의 제 3양을 형성하기 위해 제 2 빔 스플리터를 통과한다. 제 1 프로브 빔 스폿으로부터 방사되는 프로브 빔의 제 2 양의 광선은 평행화되어 제 2 빔 스플리터에 지향된다. 평행해진 광선의 일부는 프로브 빔의 제 4 양을 형성하기 위해 제 2 빔 스플리터를 통과한다. 프로브 빔의 제 3 및 제 4 양의 광선은 제 2 이상기 에 지향된다. 프로브 빔의 제 3 양의 광선은 제 2 이상기 를 통과하여 프로브 빔의 제 5 양을 형성하기 위해 위상 변이된다. 프로브 빔의 제 4 양의 광선은 제 2 이상기 를 통과하여 프로브 빔의 제 6 양을 형성하기 위해 위상 변이되고, 프로브 빔의 제 5 양 및 제 5 양이 동일하게 되게 하기 위해 제 1 및 제 2 이상기 에 의해 네트 위상 변이가 발생된다.

제 1 기준 빔 스폿으로부터 방사되는 기준 빔의 제 1 양의 광선은 평행화되고 제 3 이상기 에 지향되어 기준 빔의 제 3 양으로서 나타난다. 제 1 기준 빔 스폿으로부터 방사되는 기준 빔의 제 2 양의 광선은 평행화되고 제 3 이상기 에 지향되어 기준 빔의 제 4 양으로서 나타나고, 기준 빔의 제 3 양 및 제 4 양이 동일하게 되게 하기 위해 제 1 및 제 3 이상기 에 의해 네트 위상 변이가 발생된다. 기준 빔의 제 3 양의 일부는 기준 빔의 제 5 양을 형성하기 위해 제 3 빔 스플리터에 의해 반사된다. 기준 빔의 제 4 양의 일부는 기준 빔의 제 6 양을 형성하기 위해 제 3 빔 스플리터에 의해 반사된다. 기준 빔의 평행해진 제 5 양 및 제 6양은 기준 렌즈에 의해 기준 미러상의 제 2 기준 빔 스폿에 포커싱된다.

프로브 빔의 평행해진 제 5 양 및 제 6양은 대상재료에 라인 이미지를 형성하기 위해 프로브 렌즈에 의해 포커싱되어 대상재료를 일루미네이팅한다. 라인 이미지는 프로브 렌즈의 광학축을 따라 근거리로 정렬되고 광학축을 따르는 라인 이미지의 길이는 소스의 광학 대역폭과 프로브 렌즈의 색수차 및 초점 깊이와 같은 인자의 조합에 의해 결정된다.

프로브 렌즈의 방향에서 이루미네이팅된 물체로부터 방사된 프로브 빔의 제 5양 및 제 6 양의 반사 및/또는 산란된 광선은 산란된 프로브 빔을 형성한다. 산란된 프로브 빔은 프로브 렌즈에 의해 평행화되어 제 2 이상기에 지향된다. 평행화한 광선의 제 1 부분의 위상은 위상-변이된 광선의 제 1 산란된 프로브 빔 양을 발생시키기 위해 변이되고, 평행화한 광선의 제 2 부분의 위상은 위상-변이된 광선의 제 2 산란된 프로브 빔 양을 발생시키기 위해 변이된다. 제 1 및 제 2 산란된 프로브 빔 양의 광선은 제 2 빔 스플리터에 지향된다. 제 1 및 제 2 산란된 프로브 빔 양의 일부는 각각 산란된 프로브 빔의 제 3 및 제 4 양을 형성하기 위해 제 2 빔스플리터에 의해 반사된다. 산란된 프로브 빔의 제 3 및 제 4 양의 평행화한 광선은 공간 필터에 의해 공간 필터 핀홀에 포커싱된다.

제 2 기준 빔 스폿으로부터 방사되어 기준 렌즈의 방향에서 기준 미러에 반사하는 반사 광선은 반사된 기준 빔을 형성하고 평행화되어 기준 렌즈에 의해 제 3 빔 스플리터에 지향된다. 반사된 기준 빔의 일부는 제 3 빔 스플리터에 의해 투과되어 제 4 빔 스플리터에 충돌한다. 투과된 빔의 제 1 부분의 위상은 위상-변이된 광선의 제 2 반사된 기준 빔 양을 발생시키기 위해 변이되고 투과된 빔의 제 2 부분의 위상은 위상-변이된 광선의 제 2 반사된 기준 빔 양을 발생시키기 위해 변이된다. 제 1 및 제 2 반사된 기준 빔 양의 광선은 제 2 빔 스플리터에 지향된다. 제 1 및 제 2 반사된 기준 빔 양의 일부는 각각 반사된 기준 빔의 제 3 빛 제 4 양을 형성하기 위해 제 2 빔 스플리터에 의해 투과된다. 반사된 기준 빔의 제 3 빛 제 4 양의 평행해진 광선은 공간 필터에 의해 공간 필터 핀홀에 포커싱된다.

산란된 프로브 빔의 제 3 양 및 제 4 양의 각각의 일부는 각각 산란된 프로브 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 공간 필터 핀홀을 통과한다. 산란된 프로브 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양은 평행화되고 분광 엘리먼트 렌즈에 의해 분광 엘리먼트 바람직하게는 반사 회절 격자에 지향된다.

반사된 기준 빔의 제 3 양 및 제 4 양의 각각의 일부는 각각 반사된 기준 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 공간 필터 핀홀을 통과한다. 반사된 기준 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양은 평행화되고분광 엘리먼트 렌즈에 의해 분광 엘리먼트에 지향된다.

분광 엘리먼트로부터 방사하는 산란된 프로브 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 각각의 일부는 각각 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 검출기 렌즈를 통과한다. 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양은 검출기 핀홀의 선형 어레이를 포함하는 플레인상에 라인 이미지를 형성하기 위해 검출기 렌즈에 의해 포커싱된다. 분광 엘리먼트로부터 방사하는 반사된 기준 빔의 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 각각의 일부는 각각 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 검출기 렌즈를 통과한다. 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양은 검출기 핀홀의 선형 어레이를 포함하는 플레인상에 라인 이미지를 형성하기 위해 검출기 렌즈에 의해 포커싱된다.

검출기 핀홀에 의해 투과된 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양과 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 중첩된 부분의 강도는 측정된 강도 값의 제 1 어레이로서 픽셀로 된 선형 어레이로 이루어진 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다. 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 위상은 반사된 기준 빔의 제 1 위상-변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 제 5 이상기에 의해 π라디안 만큼 변이된다. 검출기 핀홀에 의해 투과된 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양과 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 중첩된 일부분의 강도는 측정된 강도 값의 제 2 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 위상은 각각 반사된 기준 빔의 제 2 위상-변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 제 5 이상기 에 의해 추가적으로 -π/2라디안 만큼 변이된다. 검출기 핀홀에 의해 투과된 반사된 기준 빔의 제 2 위상-변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양과 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 중첩된 부분의 강도는 측정된 강도 값의 제 3 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 위상은 각각 반사된 기준 빔의 제 3 위상-변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양을 형성하기 위해 제 5 이상기에 의해 추가적으로 π라디안 만큼 변이된다. 검출기 핀홀에 의해 투과된 반사된 기준 빔의 제 3 위상-변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양과 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 중첩된 부분의 강도는 측정된 강도 값의 제 4 어레이로서 멀티-픽셀 검출기에 의해 측정된다.

다음 단계에서, 측정된 강도 값의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 어레이는 처리를 위해 컴퓨터에 전송된다. 측정된 강도 값의 제 2 어레이의 엘리먼트는, 실질적으로 무효로 된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 광 효과로 검출기 핀홀의 플레인에 포커싱되는 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 제 1 어레이 성분 값의 측정치를 산출하기 위해 컴퓨터에 의해 측정된 강도 값의 제 1 어레이의 대응하는 엘리먼트로부터 감해진다. 측정된 강도 값의 제 4 어레이의 엘리먼트는, 실질적으로 무효로 된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 광 효과로 검출기 핀홀의 플레인에서 인-포커스 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 제 2 어레이 성분 값의 측정치를 산출하기 위해 컴퓨터에 의해 측정된 강도 값의 제 3 어레이의 대응하는 엘리먼트로부터 감해진다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 제 1 및 제 2 어레이의 엘리먼트는 직교 성분 값이고 이와 같이, 실질적으로 무효로 된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 광 효과로 검출기 핀홀의 플레인에서 인-포커스 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 정확한 측정치를 복소 상수 범위내로 나타낸다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료에 대한 정확한 이차원 및 3차원 표현은 각각 일차원 및 이차원으로 대상재료에 대해 스캐닝을 행하여 획득된 측정된 강도 값의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 어레이로 된 2차원 및 3차원 어레이로부터 획득된다. 대상재료에 대한 스캐닝은 컴퓨터에 의해 제어되는 트랜스레이터로 대상재료를 각각 일차원 및 이차원으로 체계적으로 이동시킴으로써 달성된다. 컴퓨터 알고리즘은 당업자에게 공지된 컴퓨터 디컨볼루션 및 적분 등식 반전 기술을 포함할 수 있는 데 이는 본 발명의 장치에 의해 산란된 프로브 빔의 진폭의성분 값의 재1 및 제 2 어레이에서 달성되는 보상을 넘는 능가하는 것이 소망되는 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 보정을 하여야 한다.

신호 대 잡음비는 소망되는 복소 진폭 측정에 대해 제 3 실시예에서 조정 또는 개량 및/또는 최적화될 수 있다. 이러한 최적화는 제 1, 제 2 및 제 3 빔 스플리터의 반사-투과 특성을 변경시킴으로써 선택된 검출기 핀홀상에 포커싱된 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 진폭과 선택된 검출기 핀홀상에 포커싱된 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 진폭의 비율을 조정함으로써 달성된다.

본 발명의 제 4 실시예에 따라, 광대역이고, 공간적으로 확대되고, 공간적으로 코히어런트 광을 상기 제 3 실시예에서 설명한 전자 처리 수단 및 장치를 포함하는 소스 핀홀의 선형 어레이에 이미징시킴으로써 신호 대 잡음비를 최적화 및/또는 개량 또는 조정하는 수단으로 아웃-오브-포커스 이미지로부터 인-포커스 이미지의 복소 진폭을 구별하기 위한 방법 및 장치가 제공되고, 여기서 제 3 실시예의 소스 핀홀은 소스 핀홀의 선형 어레이로 대치되고, 제 3 실시예의 공간 필터 핀홀은 공간 필터 핀홀의 선형 어레이로 대치되고 제 3 실시예의 멀티-픽셀 검출기와 검출기 핀홀의 어레이는 픽셀의 이차원 어레이로 이루어지는 멀티-픽셀 검출기와 검출기 핀홀의 이차원 어레이로 대치되었다. 소스 핀홀의 선형 어레이와 공간 필터 핀홀의 선형 어레이의 방향은 분광 엘리먼트에 의해 한정된 평면에 수직이다. 검출기 핀홀과 검출기 픽셀의 이차원 선형 어레이는 멀티-픽셀 검출기에서의 인-포커스 플레인에서 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지로 방향지워진다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값의 어레이의 엘리먼트는 직교 성분 값이고 이와 같이, 실질적으로 무효로 된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 광 효과로 검출기 핀홀의 플레인에서 인-포커스 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 정확한 측정치를 복소 상수 범위내로 나타낸다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 2차원부에 대한 정확한 이차원 표현은 실질적으로 어떠한 스캐닝도 필요로 함이 없이 획득된다. 이차원부는 프로브 렌즈의 광축과 소스 핀홀의 선형 어레이의 방향에 의해 선택된다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 물체의 정확한 3차원 표현은 실질적으로 일차원에 있는 대상재료에 대한 스캐닝을 통해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 강도 값의 3차우너 어레이로부터 획득된다. 컴퓨터 알고리즘은 당업자에게 공지된 컴퓨터 디컨볼루션 및 적분 등식 반전 기술을 포함할 수 있는 데 이는 본 발명의 장치에 의해 산란된 프로브 빔의 진폭의 성분 값의 재1 및 제 2 어레이에서 달성되는 보상을 넘는 것이 소망되는 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 보정을 하여야 한다.

제 4 실시예에서 획득된 신호 대 잡음비는 소망되는 복소 진폭 측정에 대해 조정 또는 개량 및/또는 최적화될 수 있다. 이러한 조정 또는 개량 및/또는 최적화는 제 1, 제 2 및 제 3 빔 스플리터의 반사-투과 특성을 변경시킴으로써 선택된 검출기 핀홀상에 포커싱된 반사된 기준 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 진폭과 선택된 검출기 핀홀상에 포커싱된 산란된 프로브 빔의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 제 3 양 및 제 4 양의 진폭의 비율을 조정함으로써 달성된다.

본 발명의 제 4 실시예의 변형에 따라, 광대역이고, 공간적으로 확대되고, 공간적으로 코히어런트 라인 소스로부로부터의 광학 방사선을 상기 제 4 실시예에서 설명한 전자 처리 수단과 장치를 포함하는 소스 슬릿에 이미징시킴으로써 아웃-오브-포커스 이미지로부터 인-포커스 이미지를 구별하기 위한 방법 및 장치가 제공되고, 여기서 제 4 실시예의 소스 핀홀의 선형 어레이는 소스 슬릿으로 대치되고, 제 4 실시예의 공간 필터 핀홀의 선형 어레이는 공간 필터 슬릿으로 대치되었다. 소스 슬릿과 공간 필터 슬릿의 방향은 분광 엘리먼트에 의해 한정된 평면에 수직이다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값의 측정된 어레이의 엘리먼트는 직교 성분 값이고 이와 같이, 실질적으로 무효로 된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 광 효과로 검출기 핀홀의 이차원 어레이의 플레인에서 인-포커스 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 정확한 측정치를 복소 상수 범위내로 나타낸다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료의 이차원부에 대한 정확한 이차원 표현은 어떠한 스캐닝도 행핼 필요벗이 획득된다. 이차원부는 프로브 렌즈의 광축 및 소스 슬릿의 각각의 방향에 의해 선택된다. 당업자에게 공지된 컴퓨터 및 컴퓨터 알고리즘을 사용하여, 대상재료에 대한 정확한 3차원 표현은 일차원에 있는 대상재료에 대한 스캐닝을 통해 획득된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 강도값의 3차원 어레이로부터 획득된다. 대상재료에 대한 스캐닝은 컴퓨터에 의하여 제어되는트랜스레이터로 대상재료를 일차원으로 체계적으로 이동시킴으로써 달성된다. 컴퓨터 알고리즘은 당업자에게 공지된 컴퓨터 디컨볼루션 및 적분 등식 반전 기술을 포함할 수 있는 데 이는 본 발명의 장치에 의해 달성되는 보상을 넘는 것이 소망되는 아웃-오브-포커스 이미지에 대한 보정을 하여야 한다.

본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 이들 실시예의 변형예에 따라, 본 발명의 장치는 각각의 주파수 성분에 대한 높은 측방향 공간 레졸루션을 윱지하면서 파장의 함수로서 포커스에서의 확대된 범위를 가질 수 있는 프로브 렌즈를 채용한다. 포커스에서의 범위는 초점길이가 파장에 종속적이도록 설계된 렌즈를 채용하여 단일 파장에 대한 프로브 렌즈의 수지적 직경에 의해 한정된 영역을 넘는 범위로 확대될 수 있다. 파장 종속정도는 당어바에게 공지된 기술을 사용하여 렌즈 내부에 설계될 수 있다. 이러한 기술은 분산을 확산시키는 회절 물질로 이루어 진 렌즈 멀티플렛의 설계를 포함한다. 이 렌즈 설계는 존 플레이트도 포함한다. 존 플레이트가 사용된다면, 프로브 렌즈 유닛은 주어진 파장에 있는 광학 빔 성분의 대부분은 바람직하게 존 플레이트의 일 정도에 있는 포커스에 있도록 설계된다. 존 플레이트는 홀로그래픽 기술에 의해 발생될 수 있다. 포커스면에서 확대된 범위의 이점을 획득하기 위해, 소스로주터의 빔은 프로브 렌즈의 특성에 매칭되는 특성으로 이우러져야 한다. 즉, 프로브 렌즈의 파장에서의 범위에 매칭된 파장 대역폭을 가져야 한다.

본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 이들 실시예의 변형예는 제 1 실시예 그룹을 구성한다. 제 2 실시예 그룹은 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 실시예및 이들 실시예의 변형예로 구성된다. 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 실시예 및 이들 실시예의 변형예는 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 이들 실시예의 변형예에 대응하고, 여기서 축 방향 및 길이방향 색수차를 갖는 제 1 실시예 그룹의 제 1 프로브 렌즈는 측방향 색수차를 갖는 프로브 렌즈로 대치되었다. 측방향 색수차를 갖는 프로브 렌즈는 제 2 실시예 그룹의 실시예 및 이들의 변형예를 위해 각각의 프로브 렌즈의 광축에 대해 수직하게 근거리로 정렬된 대상재료내의 라인 이미지와 라인 이미지의 이미지 포인트가 실질적으로 동시에 획득된다.

각각의 프로브 렌즈의 광축에 대해 수직인 라인 이미지의 길이는 조정될 수 있는, 각각의 프로브 렌즈의 측방향 색수차의 크기와 각각의 프로브 렌즈의 초점거리 및 소스의 광학 대역폭과 같은 인자의 조합에 의해 결정된다.

제 3 실시예 그룹은 제 9, 제 10, 제 11 및 제 12 실시예 및 이들 실시예의 변형예로 구성된다. 제 9, 제 10, 제 11 및 제 12 실시예 및 이들 실시예의 변형예는 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 이들 실시예의 변형예에 대응하고, 여기서 멀티-엘리먼트 이상기 는 통합되지 않았다. 멀티-엘리먼트 이상기 의 누락은 제 3 실시예 그룹을 위한 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 보상과 감소 정도를 감소시킨다. 축 방향 색수차를 갖는 제 3 실시예 그룹의 프로브 렌즈는 대상재료내에 라인 이미지를 발생시킨다. 라인 이미지는 측방향 색수차를 갖는 프로브 렌즈의 광축을 따라 근거리로 정렬되고 라인 이미지의 이미지 포인트는 실질적으로 동시에 획득된다.

제 4 실시예 그룹은 제 13, 제 14, 제 15 및 제 16 실시예 및 이들 실시예의변형예로 구성된다. 제 13, 제 14, 제 15 및 제 16 실시예 및 이들 실시예의 변형예는 각각 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 실시예 및 이들 실시예의 변형예의 일정하게 수정된 구성에 대응하고, 여기서 멀티-엘리먼트 이상기 는 통합되지 않았다. 멀티-엘리먼트 이상기 의 누락은 제 4 실시예 그룹을 위한 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 보상과 감소 정도를 감소시킨다. 축 방향 색수차를 갖는 제 4 실시예 그룹의 프로브 렌즈는 대상재료내에 라인 이미지를 발생시킨다. 라인 이미지는 측방향 색수차를 갖는 프로브 렌즈의 광축을 따라 근거리로 정렬되고 라인 이미지의 이미지 포인트는 실질적으로 동시에 획득된다.

제 5 실시예 그룹은 제 17, 제 18, 제 19 및 제 20 실시예 및 이들 실시예의 변형예로 구성된다. 제 17, 제 18, 제 19 및 제 20 실시예 및 이들 실시예의 변형예는 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 이들 실시예의 변형예의 일정하게 수정된 구성에 대응하고, 여기서 축 방향 색수차를 갖는 프로브 렌즈는 실질적으로 축 방향 색수차 없는 프로브 렌즈로 대치되었다. 제 5 실시예 그룹의 실시예에 의해 대상재료내에 발생된 이미지는 통상적으로 포인트 이미지이다. 제 5 실시예 그룹의 실시예 및 그 변형예를 위한 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 보상과 감소 정도는 제 1 실시예 그룹의 실시예 및 그 변형예를 위한 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 보상과 감소 정도와 동일하다. 제 5 실시예 그룹의 실시예 및 그 변형예를 위한 이미지 포인터는 시간면에서 순차적으로 획득된다.

제 1 실시예 그룹의 실시예 및 그 변형예에 따라, 신호 대 잡음비는 소스의 목수의 광학 주파수 성분을 위해 조정 및/또는 최적화될 수 있다. 이것은 기준 및/또는 반사된 기준 빔 바람직하게는 프로브 및/또는 산란된 프로브 빔의 경로에 파장 필터를 위치시킴으로써, 그리고 상이한 파장을 위한 각각의 검출기 핀홀을 통해 투과된 파번-필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란도니 프로브 빔의 비율을 최적화 및/또는 조정하기 위해 파장 필터의 투과도가 특정 파장 종속성을 갖도록 구성함으로써 달성된다. 이러한 특징은 대상재료를 통과하는 프로브 및 산란된 프로브 빔의 강한 감쇠가 존재할 때 특히 유용하다.

제 5 실시예 그룹의 각각의 실시예 및 그 변형예를 위해, 기록 매체를 포함하는 대상재료에 정보를 기록하기 위한 대응하는 실시예 및 그 변형예가 있다. 정보를 기록하기 위한 대응하는 실시예 및 그 변형예의 각각은 구성면에서:

소스와 기준 미러 시스템은 상호교환가능하고 검출기 및 검출기 친홀은 미러에 의해 대체되고, 미러는 대상재료에 소망하는 이미지를 산출하기 위해 위상-변이 프로시저와 결합하여 배열된 미러에 의해 도입된 시간적 및 공간적으로 종속하는 위상 변이와 시간적 및 공간적으로 종속하는 반사도에 의해 실질적으로 미러에 역으로 스스로 충돌하는 소스로부터 광을 지향시키는 것을 제외하곤는 대응하는 실시예 및 그 변형예의 장치 및 방법을 포함한다. 위상-변이 프로시저는 제 5 실시예 그룹의 각각의 실시예 및 그 변형예를 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측정된 강도 값을 획득하기 위해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔에서의 위상 변이의 시퀀스를 도입하는 프로시저와 유사한 기능을 수행한다.

본 명세서에 설명된 기록 실시예 및 그 변형예의 임의의 하나를 위해, 단일한 비트 2진 포맷이 대상재료내의 주어진 위치에 정보를 저장하는 데 사용된다. 본명세서에 설명된 기록 실시예 및 그 변형예의 임의의 하나에서, 기록 실시예 및 그 변형예중 임의의 하나에서 달성될 수 있는 정보 저장 밀도 보다 고밀도의 정보 저장은 진폭 또는 진폭 및 위상 기록 매체의 각각의 저장 사이트에서 진폭 및 위상 정보를 위한 (기수 N) X (기수 M) 포맷 또는 기수 N 포맷으로의 기록에 의해 달성된다.

당업자에게는 인용된 실시예 및 그 변형예를 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측정된 강도 값을 획득하기 위해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔에서의 위상 변이의 시퀀스를 도입하는 것은 본 발명의 범위 및 정신으로 부터 벗어남이 없이 헤테로다인 검출 기술 및 위상-민감성 검출로 구현될 수 있음이 인식되어야 할 것이다. 예로서, 0, π, -π/2 및 π/2 라디안의 이산 위상 변이 값으로 이루어 지는 위상 변이 프로시저는 주파수(ω)에서 진폭(β)의 정현파 위상 변동으로 대체될 수 있다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값은 각각 ω의 제 1 및 제 2 고조파로서 위상-민감성 검출에 의해 검출된다. 이 진폭(β)은 제 1 및 제 2 고조파 모두의 검출을 위한 고 민감도가 존재하도록 선택된다. 제 2 실시예에서, 기준 빔의 주파수는 예로서 음향-광학 모듈레이터에 의해 프로브 빔의 주파수에 대해 변이되고, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔의 복소 진폭의 제 1 및 제 2 성분 값은 헤테로다인 검출 기술에 의해 획득된다.

당업자에게는 광학 디스크에 정보를 기록하기 위한 실시예 및 그 변형예가 단일한 비트 2진 포맷의 메모리 장소에 정보를 저장할 수 있음이 인식되어야 할것이다. 당업자에게는 또한 광학 디스크에 정보를 기록하기 위한 실시예 및 그 변형예가 메모리 장소에서의 위상 및 진폭을 위한 (기수 N) X (기수 M) 포맷 또는 진폭을 위한 기수 N 포맷의 형태로 또는 푸리에 변환 또는 힐버트 변환과 같은 저장되어야 할 정보의 (기수 N) X (기수 M) 포맷에서의 변환으로서 정보를 기록할 ㅅ 있다.

당업자에게는 정보가 자기광학 효과에 의해 매체에 저장될 수 있음과 대상재료에 의해 산란 및 투과된 프로브 빔의 편광 상태에서의 변화를 측정함으로써 저장된 정보가 수신될 수 있음이 인식되어야 할 것이다.

당업자에게는 제 5 실시예 그룹의 각각의 실시예 및 그 변형예 및 이와 연관된 기록 실시예에서의 대상재료의 소망하는 스캐닝은 정지상태에 있는 대상재료로 대상재료에서의 소스 슬릿 또는 소스 핀홀의 선형 어레이 및 각각의 소스 핀홀의 이미지를 스캐닝함으로써 달성될 수 있음이 인식되어야 할 것이다.

본 발명의 "인에이블링 기술"은 임의의 전자기 방사선, 예로서 전자 마이크로스코피, 또는 적절한 평행화한 렌즈, 이미징 렌즈, 이상기를 위해 적절한 음파에서의 사용을 위한 전자 빔, 및 기록 매체에 적용될 수 있음이 인식되어야 할 것이다. 응용을 위해, 빔의 진폭은 강도 대신에 검출되고, 진폭의 제곱을 발생시키는 기능은 다음과 같은 검출기에서의 전자적 프로세싱에서 행해져야 한다.

대상재료에서의 라인 이미지의 길이는 포커스의 깊이 및/또는 프로브 렌즈의 축방향 색수차 또는 프로브 렌즈의 측방향 색수차를 소스의 광학 대역폭에서의 필수적인 대응 변경으로 변경시킴으로써 변경될 수 있음이 인식되어야 할 것이다.

라인 소스는 계통 에러가 공간적으로 인코히어런트한 라인 소스가 사용될 때 일반적으로 낮게될 지라도 제 2 또는 제 4 실시예 및 이에 대한 각각의 변형예중의 하나의 경웨 라인 소스의 방향에서 공간적으로 코히어런트일 필요가 없다.

다층, 다중트랙 광학 디스크에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 광학 디스크의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 광학 디스크의 회전, 광학 디스크의 비편평성 및/또는 광학 디스크의 편차에 의해 발생된 깊이 방향에서의 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 광학 디스크의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 등록을 위한 목적의 역할을 하는 다층, 기준층으로부터 동시에 획득된 정보로 광학 디스크에서의 기준 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 웨이퍼의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 웨이퍼의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 웨이퍼의 변환, 스캐닝 또는 진동에 의해 발생된 깊이 방향에서의 웨이퍼의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 웨이퍼의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 다중 깊이(multiple-depth)로부터 동시에 획득된 정보로 웨이퍼내의 및/또는 웨이퍼의 한 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

생물학적 표본에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 생물학적 표본의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 생물학적 표본의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 생물학적 표본의 변환, 스캐닝 또는 진동에 의해 발생된 깊이 방향에서의 생물학적 표본의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 생물학적 표본의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 다중 깊이로부터 동시에 획득된 정보로 생물학적 표본내의 및/또는 생물학적 표본의 한 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크의 이차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크의 이차원부의 한 축은 광학 디스크의 깊이 방향에 평행하고 광학 디스크의 이차원부의 직교 축은 광학 디스크의 방사방향에 평행하거나 광학 디스크의 트랙에 대한 접선에 대해 평행할 수 있다. 광학 디스크의 이차원부의 동시 이미징은 광학 디스크의 진동, 광학 디스크의 비편평도 및/또는 광학 디스크의 회전에 의해 발생된 깊이 및 방사방향에서의 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 광학 디스크의 이차원부에 대한 실질적으로 동일한 이미징은 기준면 즉, 기준 층과, 다층 및 다중 깊이에서 동시에 획득된 정보로 트랙을 식별하는 데 사용하기 위해 또는 광학 디스크상에서 또는 광학 디스크에서 기준 트랙을 식별하는 데에 사용될 수 있고, 기준 층 및 기준 트랙은 등록 목적으로의 역할을 한다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크상의 또는 광학 디스크에서의 층에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크상의 또는 광학 디스크에서의 층에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 광학 디스크의 진동, 광학 디스크의 비편평도 및/또는 광학 디스크의 회전에 의해 발생된 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 광학 디스크상의 또는 광학 디스크에서의 층에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 다중 트랙으로부터 동시에 획득된 정보로 기준트랙을 식별하는 데 사용될 수 있고, 기준 트랙은 등록 목적으로의 역할을 한다.

집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 웨이퍼내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 웨이퍼내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 웨이퍼의 변환, 스캐닝 또는 진동에 의해 발생된 웨이퍼의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 위치들로부터 동시에 획득된 정보로 웨이퍼내의 및/또는 웨이퍼의 기준 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 웨이퍼내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 웨이퍼의 2차원부의 한축은 웨이퍼의 깊이방향에 평행하다. 웨이퍼내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 웨이퍼의 변환, 스캐닝 또는 진동에 의해 발생된웨이퍼의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 웨이퍼내의 표면상에 또는 웨이퍼에 대해 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 위치들로부터 동시에 획득된 정보로 웨이퍼내의 및/또는 웨이퍼의 기준 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

생물학적 표본에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 1 및 제 3 실시예 그룹중의 한 실시예의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 생물학적 표본의 깊이 방향에서 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미징이다. 생물학적 표본의 2차원부의 한축은 웨이퍼의 깊이방향에 평행하다. 웨이퍼의 2차원부의 동시적인 이미징은 생물학적 표본의 변환, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생된 깊이 방향 및 횡방향에서의 생물학적 표본의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 생물학적 표본의 2차원부의 동시적인 이미징은 다중 위치로부터 동시에 획득된 정보로 생물학적 표본내의 및/또는 생물학적 표본의 한 면을 식별하기 위해서도 사용될 수 있고, 상기 생물학적 표본내의 및/또는 샐물학적표본의 한면은 등록목적의 역할을 한다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹중의 임의의 하나의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로광학 디스크상의 또는 광학 디스크내의 레이어에 대한 접선부의 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크상의 또는 광학 디스크내의 레이어에 대한 접선부의 실질적으로 동시적인 이미징은 광학디스크의 회전 및/또는 광학 디스크의 진동에 의해 발생된 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 광학 디스크 내의 또는 광학 디스크 상의 레이어에 접하는 2차원부의 동시적인 이미징은 다중 트랙으로부터 동시에 획득된 정보로 광 디스크의 기준 트랙을 식별하는데 사용될 수 있고, 기준 트랙은 등록 목적으로의 역할을 한다.

집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼의 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹중의 한 실시예의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 웨이퍼상에 또는 웨이퍼내의 표면에 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 웨이퍼상에 또는 웨이퍼내의 표면에 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 웨이퍼의 변환, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생된 웨이퍼의 이동에 대한 민감성을 상당히 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼 내의 또는 웨이퍼 상의 표면에 접하는 2차원부의 동시적인 이미징은 위치로부터 동시에 획득된 정보로 웨이퍼내의 또는 웨이퍼 상의 기준위치를 식별하기 위해 사용될 수 있고, 기준 위치는 등록 목적으로의 역할을 한다.

생물학적 표본에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹중의 한 실시예의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 생물학적 표본상에 또는 생물학적 표본내의 표면에 접하는 라인부에 대한 실질적으로 동일한 이미지, 예로서 생물학적 표본에 대한 비침투적 생체검사에 사용될 수 있는 이미징이다. 생물학적 표본상에 또는 생물학적 표본내의 표면에 접하는 라인부의 동시적인 이미징은 생물학적 표본의 변환, 스캐닝 또는 진동에 의해 발생된 깊이 방향에서의 생물학적 표본의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 생물학적 표본상에 또는 생물학적 표본내의 표면에 접하는 2차원부에 대한 동시적인 이미징은 다중 깊이로부터 동시에 획득된 정보로 생물학적의 기준위치를 식별하기 위해서도 사용될 수 있다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 제 2 및 제 4 실시예 그룹주의 다른 실시예의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크의 2차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크의 2차원부의 한 축은 광학 디스크의 방사방향에 대해 평행하고 광학 디스크의 2차원부의 직교 축은 광학 디스크상에 또는 광학 디스크에서 트랙에 대해 접선에 평행하다. 광학 디스크상의 또는 광학 디스크에서의 층에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 다중 트랙으로부터 동시에 획득된 정보로 주어진 트랙에 대한 판독 에러 및 트랙식별을 위해 기준 트랙을 식별하는 데 사용될 수 있고 , 기준 트랙은 등록 목적으로의 역할을 한다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 제 5 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드로 다층, 다중 트랙 광학 디스크의 일차원, 이차원 또는 삼차원 이미지의 발생이다.

집적회로의 제조에 사용되는 사용되는 웨이퍼에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지를 제공하는 것에 대한 제 5 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드로 다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 일차원, 이차원 또는 삼차원 이미지의 발생이다.

생물학적 표본에 대한 단층 X선촬영 복소 진폭 이미지, 생물학적 표본의 생체검사에 사용될 수 있는 이미지를 제공하는 것에 대한 제 5 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드로 생물학적 표본에 대한 일차원, 이차원 또는 삼차원 이미지의 발생이다.

본 발명의 맨처음의 4개 실시예 그룹의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드로 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 이와같은 실질적으로 동시적인 이미징 특징은 "광학적 파수번호 영역 반사측정"(OWDR;optical wavenumber domain reflectometry) 기술로 칭하는 기술을 도입함으로써 가능하게 된다. 백그라운드의 감소는 간섭계 측정 시스템에 핀홀 공초점 마이크로스코피의 기본원리를 응용함으로써 가능하게 된다. 실질적으로 동시적인 이미징 특징은 측정 프로세스 동안 물체의 이동에 대한 상당히 감소된 민감도로 일차원, 이차원 및 삼차원 이미지를 발생시킬 수 있게 한다. 이동에 대한 문제는 생물학적 시스템의 측정의 경우에 현재 채용된 기술에서 심각한 제한을 부과할 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술에 통합되지 않은 PSI 및 SCLI에서, 진동에 의해 야기된 이동에 기인하여 심각한 제한에 직면할 수 있다. 추적되지 않은 이동에 대한 문제도 다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 기록 및/또는 판독에 심각한 제한을 부과할 수 있다.

본 발명의 다른 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드로이차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 이와같은 실질적으로 동시적인 이미징 특징은 OWDR 기술을 도입함으로써 가능하게 된다. 백그라운드의 감소는 간섭계 측정 시스템에 핀홀 공초점 마이크로스코피의 기본원리를 응용함으로써 가능하게 된다. 실질적으로 동시적인 이미징 특징은 측정 프로세스 동안 물체의 이동에 대한 상당히 감소된 민감도로 일차원, 이차원 및 삼차원 이미지를 발생시킬 수 있게 한다. 상기한 바와 같이,이동에 대한 문제는 생물학적 시스템의측정의 경우에 현재 채용된 기술, 진동에 의해 야기된 이동에 기인한 PSI 및 SCLI에서, 및 PSI 및 SCLI에서 심각한 제한을 부과할 수 있다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에 대한 판독에 대한 실시예 및 그 변형예의 이점은 종래기술의 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크의 깊이 방향에서의 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크의 깊이 방향에서의 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 광학 디스크의 회전, 비편평도 및/ 또는 진동에 의해 발생된 깊이 방향에서의 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 광학 디스크의 깊이 방향에서의 라인부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 다층에서의 정보의 기록으로 광학 디스크의 기준면을 발생시키는 데 사용될 수 있고 , 기준 트랙은 등록 목적으로의 역할을 한다.

다층, 다중 트랙 광학 디스크에의 기록에 대한 실시예 및 그 변형예, 제 1 및 제 3 실시예 그룹의 실시예 및 그 변형예의 다른 이점은 종래기술의 단일-핀홀 및 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피에 의한 측정 시퀀스에서 획득된 것과 동일하거나 그보다 훨씬 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 백그라운드와 상당히 감소된 통계적 에러로 광학 디스크의 이차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징이다. 광학 디스크의 이차원부의 한축은 광학 디스크의 깊이 방향에 실질적으로 평행하고 광학 디스크의 이차원부의 직교축은 광학 디스크의 방사상 방향에 실질적으로 평행하거나, 광학 디스크의 트랙의 접선에 실질적으로 평행하거나 이들사이에서의 임의의 방향일 수 있다. 광학 디스크의 이차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 광학 디스크의 회전, 비편평도 및/ 또는 진동에 의해 발생된 깊이 및 직교 방향에서의 광학 디스크의 이동에 대한 민감도를 상당히 감소시키는 데 사용될 수 있다. 광학 디스크의 이차원부에 대한 실질적으로 동시적인 이미징은 다층 및 다중 트랙, 등록 목적으로의 역할을 하는 기준 트랙과 기준층에서 이미징되어지는 정보로 광학 디스크상에 또는 광학 디스크상내의 기준트랙 및 기준면 즉 기준층을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

제 2 및 제 4 그룹의 실시예중의 일부에 대응하는 실시예 및 그 변형인, 다층, 다중-트랙 광학 디스크에 기록하는 본 실시예중의 일부 및 그의 변형의 이점은 종래기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피를 사용하여 연속적인 이미지로 생성된 것과 같거나 비교했을때 상당히 감소된 초점에서 벗어난 이미지로부터의 배경, 및 상당히 감소된 통계적인 에러로 인한 광디스크상에 있는 또는 광디스크내에 있는 층에 접하는 라인 섹션의 실질적으로 동일한 이미징이다. 광디스크상에 또는 광디스크내에 접하는 라인 섹션의 동시 이미징은 광디스크 및/또는 광 디스크의 변형체의 회전에 의해 생성된 광디스크의 운동에 민감도를 크게 감소시키는데 사용될 수 있다.

제 2 및 제 4 그룹의 실시예중의 일부에 대응하는 실시예 및 그 변형인, 다층, 다중-트랙 광학 디스크에 기록하는 본 실시예중의 일부 및 그의 변형의 이점은종래기술의 단일 핀홀 및 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피를 사용하여 연속적인 이미지로 생성된 것과 같거나 비교했을때 상당히 감소된 초점에서 벗어난 이미지로부터의 배경, 및 상당히 감소된 통계적인 에러로 인한 광디스크상에 있는 또는 광디스크내에 있는 층에 접하는 라인 섹션의 실질적으로 동일한 이미징이다. 광디스크의 2차원 섹션의 한 축은 광디스크상의 방사방향에 본질적으로 평행이며, 광디스크사의 2 차원 섹션의 직교축은 광디스크상의 또는 광디스크내의 트랙의 접선에 본질적으로 평행하다. 광디스크의 2차원 섹션의 동시 이미징은 광디스크 및/또는 광디스크의 변형체의 회전에 의해 생긴 방사방향에서의 광디스크 운동의 민감도를 상당히 감소시키는데 사용될 수 있다. 광디스크의 2차원 섹션의 동시 이미징은 추가로 다중 트랙 및 다중 트랙상의 다중 위치에 정보를 동시에 기록하고 트랙 식별을 위하여 기준트랙을 생성하는데 사용될 수 있으며, 기준 트랙은 위치맞춤 목적을 제공한다.

제 5 그룹의 실시예에 대응하는 실시예 및 그 변형인, 다층, 다중-트랙 광학 디스크에 기록하는 본 실시예 및 그 변형의 이점은 종래기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피를 사용하여 연속적인 이미지로 생성된 것에 비교했을때 상당히 감소된 초점에서 벗어난 이미지로부터의 배경으로 다층, 다중트랙 광디스크상에 1 차원, 2차원, 또는 3 차원 이미지를 생성하는 것이다.

본 발명의 이점은 대상의 복소 산란진폭이 PCI 및 OCT의 경우에서와 같은 산란 진폭의 크기 대신에 얻어진다는 것이다. 이것은 대상재료의 주어진 타입의 1 차원, 2차원, 또는 3차원 이미징을 얻는데 요구되는 컴퓨터 분석의 결과에 대하여 특히 중요하다.

다른 이점은 1 차원, 2차원, 및 3차원 이미징에서의 복소 산란 진폭을 얻는데 요구되는 컴퓨터 프로세싱이 현재 적용된 종래기술의 공초점 시스템에서 요구되는 것과 비교했을 때 상당히 감소된다는 것이다.

다른 이점은 본 발명의 장치에서 이미 상당히 감소된, 아웃-오브-포커스 이미지를 모으는 것이 필요한 경우, 장치를 사용하여 주어진 레벨의 수집하는데 요구되는 컴퓨터 프로세싱이, 종래기술의 스캐닝 단일 핀홀 및 스캐닝 슬릿 공초점 및 스캐닝 단일 핀홀 및 스캐닝 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피에서 요구되는 컴퓨터 프로세싱과 비교했을 때 상당히 감소된다는 것이다.

또 다른 이점은 단일 소스 핀홀에 대해, 소정 시간 간격 측정을 위한 대상재료에서 소정 횡단 거리 이상의 측정 복소 산란 진폭에서의 통계적인 노이즈에 대한 배경 방사의 기여가 이하의 대표적인 실시예와 본 발명의 변형으로 감소될 수 있다는 것이고, 본 발명은 축 이미지 거리 이상의 독립 측정 위치 수의 평방근에 실질적으로 비례하는 요인에 의해 단일-핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피를 조사하는 종래 기술에서 동일한 시간 간격을 얻을 수 있고, 여기에서, 상기 독립은 측정 복소 산란 진폭에 관한 것이다. 대응하는 감소요인이 대상재료의 이미징된 2차원의 섹션상의 독립측정위치 수의 평방근에 실질적으로 비례하는 슬릿(slit) 공초점 간섭 마이크로스코피에 대하여 유사한 이점이 또한 존재한다.

또 다른 이점은 소정 측정 시간 간격에 대한 소정 이미지 축 거리 이상의 측정 복소 산란 진폭에서의 통계적인 노이즈에 대한 배경 방사의 기여가 자신의 복소산란 진폭의 크기로부터 원리적으로 유도되도록 감소될 수 있고, 그 경우에 대한 특히 중요한 이점은 배경방사의 진폭이 복소 산란 진폭의 크기에 비교하여 상대적으로 크다는 것이다. 이것은 단일 핀홀 또는 슬릿 공초점 아이크로스코피를 스캐닝하는 종래의 기술에서는 이룰 수 없다.

또 다른 이점은 4개의 제 1 실시예 그룹의 임의의 실시예 및 그의 변형에 대하여, 실질적으로 1차원만에서의 스캔이 2-차원 이미지를 생성하는데 요구되며 실질적으로 2차원에서의 스캔만이 3차원 이미지를 생성하는데 요구된다는 것이다.

또 다른 이점은 4개의 제 1 실시예 그룹의 임의의 다른 실시예 및 그의 변형에 대하여, 실질적으로 1차원만에서의 스캔이 3차원 이미지를 생성하는데 요구된다는 것이다.

요약적으로, 인스턴트 발명의 장치는 (1) 계통에러를 감소시키고, (2) 통계적 에러를 감소시키고, (3) 전자를 처리하고 매체를 기록하는 검출기에 대한 동적 범위 요구를 감소시키고, (4) 광디스크에 저장된 데이터의 밀도를 증가시키고, (5) 1차원, 2차원 또는 3차원 중의 어느 하나를 발생하는데 요구되는 컴퓨터 프로세싱을 감소시키고, (6) 아웃-오브-포커스 이미지의 계통에러 효과를 수정하는데 요구되는 컴퓨터 프로세싱을 감소시키고, 및/또는 (7) 혼탁한 매체를 통한 이미징시 작동될 수 있도록 동작된다.

일반적으로, 이들의 하나이상의 특징은 동작이 병렬로 수행될 수 있다.

본 발명은, 공동 소유되고, 공동 계류중인 H. A. Hill의 미국 출원번호 5391-A-09인 "파수 도메인 반사측정과 배경 진폭 감소 및 보상을 사용한 공초점 간섭 마이크로스코피에 의한 다층 레이어, 다중 트랙 광 디스크"의 일부 연속 출원, 이고, 이는 1997년 1월 28일에 출원번호 08/789,885로 출원되어서, 1998년 6월 2일에 특허된 미국특허 제 5,760,901호이고, 공동 소유된 공동계류중인 "배경 진폭 감소 및 보상을 가지는 공초점 간섭 마이크로스코피에 대한 방법 및 장치"의 일부 연속 출원이고, 이들 모두는 본 발명의 참조로서 포함된다.

본 발명은, 광학 및 음향 이미징에 관한 것으로서, 광 데이터 저장 및 검색과 생물학적 샘플, 웨이퍼, 집적회로, 광 디스크, 기타 샘플에 대한 정확도 측정 및 광학 생체 검사를 수행하기 위하여 광학 및 음향 이미지를 사용하는 것을 포함하고 있다.

도면에 있어서, 유사한 참조 기호는 복수의 도면에서 유사한 소자를 나타낸다.

함께 취급된 도 1a-1n은 개략적인 형태로서, 서브시스템(80과 81, 81과 82, 81과 83, 82와 81a, 83과 81a, 및 81a와 84) 사이의 광경로; 컴퓨터(118)에서 트랜스래이터(116)와 서브시스템(83)의 이상기(44)로의 전자신호의 경로; 및 서브시스템(84)의 검출기(114)에서 컴퓨터(118)로의 전자신호의 경로를 도시하는 도 1a에 대한 제 1 실시예 그룹으로부터 이어서 바람직한 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다;

도 1b는 서브시스템(80)을 설명하고, 도 1b의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1c는 서브시스템(81)을 설명하고, 도 1c의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1d는 서브시스템(82)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82)을 설명하고, 도 1d의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1e는 서브시스템(83)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83)을 설명하고, 도 1e의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1f는 서브시스템(82)으로부터 나가는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82)을 설명하고, 도 1f의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1g는 서브시스템(83)으로부터 나가는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83)을 설명하고, 도 1g의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1h는 서브시스템(81a)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한서브시스템(81a)을 설명하고, 도 1h의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1i는 서브시스템(81a)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(81a)을 설명하고, 도 1i의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1j는 서브시스템(84)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(84)을 설명하고, 도 1j의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1k는 서브시스템(84)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(84)을 설명하고, 도 1k의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다.

도 1l은 서브시스템(82)에서 빛의 산란 및/또는 반사로부터 발생하는 서브시스템(82)에서의 아웃-오브-포커스 빔의 경우에 대한 서브시스템(82)을 설명하고, 도 1l의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다;

도 1m은 서브시스템(82)에서 빛의 산란 및/또는 반사로부터 발생하는 서브시스템(81a)에서의 아웃-오브-포커스 빔의 경우에 대한 서브시스템(81a)을 설명하고, 도 1m의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다.

도 1n은 서브시스템(84)으로 진입하는 배경 광 빔의 경우에 대한 서브시스템(84)을 설명하고, 도 1n의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다.

함께 취급된 도 1aa-1ai는 도 1a-1n 중 임의의 하나와 상호 결합되는 개략적인 형태로서, 빔 스플리터(100)와 서브시스템(82aa), 빔 스플리터(100)와 서브시스템(83aa), 서브시스템(82aa와 85), 및 서브시스템(83aa와 95) 사이의 광경로와, 트랜스래이터(116)과 서브시스템(83aa)의 이상기(44)로의 각각의 전자신호(132 및 133)의 경로를 도시하는 도 1aa에 대한 제 2 실시예 그룹으로부터 이어서 바람직한본 발명의 제 5 실시예를 설명한다;

도 1ab는 서브시스템(82aa)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82aa)을 설명하고, 도 1ab의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ac는 서브시스템(85)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(85)을 설명하고, 도 1ac의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ad는 서브시스템(83aa)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83aa)을 설명하고, 도 1ad의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ae는 서브시스템(95)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(95)을 설명하고, 도 1ae의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1af는 서브시스템(85)으로부터 나가는 산란 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(85)을 설명하고, 도 1af의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ag는 서브시스템(82aa)으로부터 나가는 산란 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82aa)을 설명하고, 도 1ag의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ah는 서브시스템(95)으로부터 나가는 반사된 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(95)을 설명하고, 도 1ah의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

도 1ai는 서브시스템(83aa)으로부터 나가는 반사된 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83aa)을 설명하고, 도 1ai의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다;

함께 취급된 도 2a-2f는 개략적인 형태로서, 서브시스템(80a와 81, 81과 82, 81과 83, 82와 81b, 83과 81b, 및 81b와 84a) 사이의 광경로; 컴퓨터(118)에서 트랜스래이터(116)와 서브시스템(83)의 이상기(44)로의 전자신호의 경로; 및 서브시스템(84a)의 검출기(114a)에서 컴퓨터(118)로의 전자신호의 경로를 도시하는 도 2a에 대한 바람직한 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.

도 2b는 서브시스템(80a)을 설명하고, 도 2b의 평면은 도 2a의 평면에 수직이고, 도 2a의 평면에서 라인 소스의 방향과 핀홀(8a)의 선형 어레이가 있다;

도 2c는 서브시스템(81b)으로 진입하는 조사 광의 경우에 대한 서브시스템(81b)을 설명하고, 도 2c의 평면은 도 2a의 평면에 수직이고, 도 2a의 평면에서 핀홀(18b)의 선형 어레이가 있다;

도 2d는 서브시스템(81b)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(81b)을 설명하고, 도 2d의 평면은 도 2a의 평면에 수직이고, 도 2a의 평면에서 핀홀(18b)의 선형 어레이가 있다;

도 2e는 서브시스템(84a)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(84a)을 설명하고, 도 2e의 평면은 도 2a의 평면에 수직이다;

도 2f는 서브시스템(84a)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(84a)을 설명하고, 도 2f의 평면은 도 2a의 평면에 수직이다;

도 2aa는 도 2a-2f 중의 임의의 하나와 상호 결합되는 개략적인 형태로서, 빔 스플리터(100)와 서브시스템(82aa), 빔 스플리터(100)와 서브시스템(83aa), 서브시스템(82aa와 85), 및 서브시스템(83aa와 95) 사이의 광경로와, 트랜스래이터(116)와 서브시스템(83aa)의 이상기(44)로의 각각의 전자신호(132 및 133)의 경로를 도시하는 도 2aa에 대한 제 2 실시예 그룹으로부터 이어서 바람직한 본 발명의 제 6 실시예를 설명한다;

함께 취급된 도 3a-3l은 개략적인 형태로서, 서브시스템(80과 81, 80과 81c, 81과 82, 81c와 83a, 82와 81a, 83a와 81a, 및 81a와 84) 사이의 광경로; 컴퓨터(118)에서 트랜스레이터(116)와 서브시스템(83a)의 이상기(44)로의 전자신호의 경로; 및 서브시스템(84)의 검출기(114)에서 컴퓨터(118)로의 전자신호의 경로를 도시하는 도 3a에 대한 이어서 바람직한 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다;

도 3b는 서브시스템(80)을 설명하고, 도 3b의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3c는 서브시스템(81)을 설명하고, 도 3c의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3d는 서브시스템(82)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82)을 설명하고, 도 3d의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3e는 서브시스템(81c)을 설명하고 도 3e의 평면은 도 3a의 평면에 평행이다;

도 3f는 서브시스템(83a)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83a)을 설명하고, 도 3f의 평면은 도 3a의 평면에 평행이고, 단지 설명을 목적으로, 이상기(34와 34a)가 축(3a와 3c)에 대하여 각각 90도 회전된 것을 보여준다.

도 3g는 서브시스템(82)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(82)을 설명하고, 도 3g의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3h는 서브시스템(83a)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한서브시스템(83a)을 설명하고, 도 3h의 평면은 도 3a의 평면에 수직이고, 단지 설명을 목적으로, 이상기(34와 34a)가 축(3a와 3c)에 대하여 각각 90도 회전된 것을 보여준다.

도 3i는 서브시스템(81a)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(81a)을 설명하고, 도 3i의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3j는 서브시스템(81a)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(81a)을 설명하고, 도 3j의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3k는 서브시스템(84)으로 진입하는 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(84)을 설명하고, 도 3k의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3l은 서브시스템(84)으로 진입하는 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(84)을 설명하고, 도 31의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다;

도 3aa와 도 3ab는 도 3a-3l의 임의의 하나와 결합된 개략적인 형태로서, 빔 스플리터(100)와 서브시스템(82aa), 빔 스플리터(100)와 서브시스템(83ab), 서브시스템(82aa와 85), 및 서브시스템(83ab와 95) 사이의 광경로와, 트랜스래이터(116)과 서브시스템(83ab)의 이상기(44)로의 각각의 전자신호(132와 133)의 경로를 도시하는 도 3aa에 대한 제 2 실시예 그룹으로부터 이어서 바람직한 본 발명의 제 7 실시예를 설명한다.

도 3ab는 서브시스템(83ab)으로 진입하는 반사된 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(83ab)을 설명하고, 도 3ab의 평면은 도 3aa의 평면에 평행이고, 단지 설명을 목적으로, 이상기(34와 34a)가 축(3b와 3f)에 대하여 각각 90도 회전된 것을보여준다;

함께 취급된 도 4a-4f는 개략적인 형태로서, 서브시스템(80a와 81, 80a와 81c, 81과 82, 81c와 83a, 82와 81b, 83a와 81b, 및 81b와 84a) 사이의 광경로; 컴퓨터(118)에서 트랜스래이터(116)와 서브시스템(83a)의 이상기(44)로의 전자신호의 경로; 및 서브시스템(84a)의 검출기(114a)에서 컴퓨터(118)로의 전자신호의 경로를 도시하는 도 4a에 대한 이어서 바람직한 본 발명의 제 4 실시예를 설명한다;

도 4b는 서브시스템(80a)을 설명하고, 도 4b의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다;

도 4c는 서브시스템(81b)으로 진입하는 산란 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(81b)을 설명하고, 도 4c의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다;

도 4d는 서브시스템(81b)으로 진입하는 반사된 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(81b)을 설명하고, 도 4d의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다;

도 4e는 서브시스템(84a)으로 진입하는 산란 프로브 빔의 경우에 대한 서브시스템(84a)을 설명하고, 도 4e의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다;

도 4f는 서브시스템(84a)으로 진입하는 반사된 기준 빔의 경우에 대한 서브시스템(84a)을 설명하고, 도 4f의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다;

도 4aa는 도 4a-4f 중의 임의의 하나와 결합된 개략적인 형태로서, 빔 스플리터(100)와 서브시스템(82aa), 빔 스플리터(100)와 서브시스템(83ab), 서브시스템(82aa와 85), 및 서브시스템(83ab와 95) 사이의 광경로와, 트랜스래이터(116)와 서브시스템(83ab)의 이상기(44)로의 각각의 전자신호(132와133)의 경로를 도시하는 도 4aa에 대한 제 2 실시예 그룹으로부터 이어서 바람직한 본 발명의 제 8 실시예를 설명한다;

도 5는 4개의 이미징 섹션을 갖는 반사 공초점 마이크로스코피의 기하학적인 도면이다;

도 6은 언급된 본 발명의 4개의 실시예들과 그 실시예들의 변형에 따른 공간 필터 핀홀의 수평면에서 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭을 도시한 그래프이다;

도 7은 언급된 본 발명의 4개의 실시예들과 그 실시예들의 변형에 따른 공간 필터 핀홀의 수평면에서 반사된 기준 빔 진폭을 도시한 그래프이다;

도 8a-8c는 리소그래피와 집적회로 제조의 그 적용에 관한 것이다. 도 8a는 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템을 채용한 리소그래피 노광 시스템의 개략도이다;

도 8b와 8c는 집적회로의 제조단계 설명하는 플로챠트이다; 및

도 9는 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템을 채용한 마스크 검사 시스템의 개략도이다.

본 발명은 조사하의 볼륨요소의 이전, 뒤, 및 일측에 이중 인화된 아웃-오브-포커스 이미지 구조에 의해 생성된 배경 광의 복소진폭으로부터의 3차원 대상재료 공간의 볼륨요소에 의해 반사 및/또는 산란된 빛의 복소진폭의 분리를 허용한다. 구체화된 토모그래피 기술은 다양한 매카니즘에 의해 발생된 "배경(background)" 및 "전경(foreground)" 복소진폭신호로부터의 이미지 평면에서소정 복소진폭 신호를 분리할 수 있다. 그러한 배경 및 전경 복소진폭신호는 (1) 이미징되는 라인 섹션 또는 2차원 섹션 이외의 아웃-오브-포커스 대상재료의 섹션 이미지, (2) 소정 진폭신호의 산란, (3) 이미징되는 라인 섹션 또는 2차원 섹션 이외의 소스로부터 발생하는 신호의 산란, 및/또는 (4) 열방사로 될 수 있다. 산란 사이트 및 열방사 소스는 조사하의 대상의 라인 섹션 또는 2차원 섹션의 전, 일측, 및/또는 뒤의 공간에 위치될 수 있다.

본 발명의 기술은 아웃-오브-포커스 이미지에 대항하는 2개의 다른 변별레벨 중의 어느 하나로 수행된다. 제 1 레벨(레벨 1)에서, 본 발명 장치의 이미징 서브시스템의 충격 응답 함수는 대표적인 이미징 시스템의 퍼필에서 위상변이의 1차원 패턴을 도입하는 것에 의해 각각 2개의 직교면 중의 어느 하나로 처리된다. 제 2 레벨(레벨 2)에서, 본 발명 장치의 이미징 서브섹션의 충격 응답 함수는 대표적인 이미징 서브시스템의 퍼필에서 위상변이의 2차원 패턴을 도입하는 것에 의해 2개의 직교면 모두로 처리된다. 레벨 2 변별은 계통 및 통계적 에러 모두에 대해, 레벨 1 변별 보다 인-포커스에 있는 이미지로부터 아웃-오브-포커스 이미지의 더 효과적인 변별을 유도한다. 레벨 1과 레벨 2 변별은 설명되는 바람직한 임의의 실시예에 대해 수행될 수 있다.

레벨 1 또는 레벨 2 중의 어느 하나로 어레이된 인스턴트 발명의 각각의 바람직한 실시예에 공통적인 본 발명의 허용 기술은 여기에서는 레벨 1 변별을 갖는 바람직한 실시예에 대해서만 설명한다.

레벨 1 변별은 이미징 서브시스템의 충격 응답 함수가 처리되는 직교평면의상세방위에 기초를 둔다. 이미징 서브시스템의 충격 응답 함수가 처리되는 직교 평면의 방위의 선택은 본 발명 장치에서 달성된 통계적 에러상의 배경 빔 효과의 감소도에 큰 영향을 준다.

구볼륨으로 도면을 참조하면, 도 1a-1n은 인스턴트 발명의 바람직한 제 1 실시예의 개략적인 형태를 나타낸다. 도 1a-1n에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 빔 스플리터(100), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산 검출기 소자(130a 및 130b), 및 검출기(114)로 구성된 간섭계이다. 이 구성은 미켈슨(Michelson) 간섭계 기술로 알려져 있고, 간단한 실례로 도시된다. 편광 미켈슨 간섭계와 "거리 및 각 측정장치를 위한 차동 간섭계 어레이: 원리, 이점 및 적용"으로 명칭된 C. Zanoni(VDI Berichte NR. 749, pp. 93-106, 1989)에 의한 제품과 같은 기술로 알려진 간섭계의 다른 형태는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 정신과 범위를 두드러지게 벗어나지 않는 도 1a-1n의 장치로 결합될 수 있다.

제 1 바람직한 실시예에서 이미징 서브시스템의 충격 응답 함수가 처리된 평면의 방위는 도 1a의 평면에 수직이고 이미징 서브시스템의 광축에 평행이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 서브시스템(80)의 일실시예를 개략적인 형태로 설명한다. 도 1b의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 바람직한 제 1 실시예에 대하여, 광원(10)은 바람직하게 레이저, 또는 흐트러진 또는 공간적으로 인코히어런트 방사의 유사 소스, 가장 바람직하게 초조사(superirradiant) 레이저 등의 소스 표면을 가로지르는 바람직하게 편광된 포인트 소스 또는 공간적으로 인코히어런트 방사원이다. 광원(10)은 서브시스템(80)의 광축(3)으로 정렬되는 입사 빔(2)을 방사한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 광 빔(2)이 포커싱 렌즈(6)로 입사하여 이미지 평면(7)에서 핀홀(8)로 초점이 맞춰진다. 복수의 광 빔(12-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(12)이 핀홀(8)로부터 분기되고 광 축(3)으로 정렬된 광축을 갖는 서브시스템(80)의 렌즈(16)로 진입한다. 광 빔(12)은 렌즈(16)로부터 광 빔(12A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화 된 광 빔(12A)으로 나와서 이상기(14)로 진입한다. 이상기(14)는 그들의 대표적인 광축이 서브시스템(80)의 광축(3)에 평행하도록 위치된 직각 이상기(14-1,-2,-3,-4)로 구성된다. 위상변이의 수는 정수인 임의의 적당한 수(2m, m)로 될 수 있다. 도 1b에 도시된 실시예는 본 발명 장치의 구성요소들 간의 관계를 명확히 보여주기에 충분한 4개의 이상기의 경우, m=2인 경우에 대한 것이다. 평행 광 빔(12A-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(14-1,-2,-3,-4)를 통과하고, 이상기(14)로부터 광 빔(12B)을 구성하는 광 빔(12B-1,-2,-3,-4)으로 각각 나온다. 이상기(14-2와 14-4)의 각각은 이상기(14-1과 14-3)의 각각에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안 만큼 큰 위상변이를 도입하고, 이상기(14-1과 14-3)에 의해 도입된 위상변이는 동일하다.

도 1a에서, 광 빔(12B)은 서브시스템(80)에서 나와 서브시스템(81)으로 진입한다. 도 1c에서, 광 빔(12B)은 서브시스템(81)의 광축(3)으로 정렬된 광축을 갖는 렌즈(26)로 진입하여 광 빔(12C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(12C)으로 나온다. 도 1c의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 렌즈(26)는 광 빔(12C)을 이미지 평면(17)에서 이미지 포인트(18)로 초점을 맞춘다. 광 빔(12C)은 이미지포인트(18)로부터 광 빔(22-1,-2-3-4)으로 구성된 광 빔(22)으로 나온다. 광 빔(22)은 서브시스템(81) 광축(3)으로 정렬된 광축을 갖는 렌즈(36)로 진입한다. 광 빔(22)은 렌즈(36)로부터 나와 광 빔(22A-1,-2-3-4)으로 구성된 평행화 된 광 빔(22A)으로 서브시스템(81)을 나온다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 광 빔(22A)은 빔 스플리터(100)에 의해 광 빔(P22B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(P22B)으로서 부분적으로 전송되고 도 1d에 도시된 서브시스템(82)으로 진입한다.

도 1d에서, 광 빔(P22B)은 이상기(24-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(24)로 진입한다. 도 1d의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 이상기(24)는 이상기(14)와 동일한 수의 2m소자로 구성되고 도 1d에 m=2로 도시된다.

광 빔(P22B-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(24-1,-2,-3,-4)를 통과하고 광 빔(P22C-1,-2,-3,-4)으로 각각 구성된 광 빔(P22C)으로 나온다. 이상기(24-1과 24-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(24-2 또는 24-4) 중의 어느 하나에 의해 도입된 위상변이보다 π라디안만큼 큰 동일한 값의 위상변이이고, 이상기(24-2와 24-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값의 위상변이이다.

이상기(14-1과 24-1, 14-2와 24-2, 14-3과 24-3, 및 14-4와 24-4)의 각 쌍에 의해 도입된 위상변이들의 합계는 π라디안이다. 따라서, 광 빔(P22C-1,-2,-3,-4) 중 임의의 2개 사이의 순상대적 위상변이는 없다. 광 빔(P22C)은 광 빔(P22D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(P22D)으로, 대상재료(112)의 이미지 평면(27)에서 이미지 포인트(28)로 집중된 라인 이미지를 형성하도록 초점이 맞춰진 렌즈(46)를 통과한다. 라인 이미지의 축은 실질적으로 이미징 서브시스템(82)의 광축(3)에 평행하다.이미지 라인의 길이는 초점의 깊이와 프로브 렌즈(46)의 색수차와 소스(10)의 광 대역폭과 같은 요인의 결합으로 결정된다. 라인 섹션은 대상재료의 표면을 하나 이상으로 자르거나 또는 대상재료의 표면에 배치할 수 있다. 렌즈(46)의 광축은 서브시스템(82)의 광축(3)으로 정렬된다.

도 1a에서, 광 빔(22A)은 빔 스플리터(100)에 의해 광 빔(R22B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(R22B)으로 부분적으로 반사된다. 광 빔(R22B)은 도 1e에 도시된 서브시스템(83)으로 진입한다. 도 1e의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 광 빔(R22B)은 이상기(34-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(34)로 진입한다. 이상기(34)는 이상기(14)와 동일한 수의 소자(2m)를 포함하고 도 1e에 m=2로 도시된다. 광 빔(R22B)은 이상기(34)를 통과한 후, 광 빔(R22C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(R22C)으로 나가도록 이상기(44)를 통과한다. 이상기(44)에 의해 도입된 이상변이는 컴퓨터(118)로부터의 신호(132)로 제어된다. 이상기(34-1과 34-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(34-2 또는 34-4) 중의 어느 하나에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안만큼 큰 동일한 값의 위상변이이고, 이상기(34-2와 34-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값의 위상변이이다. 따라서, 광 빔(R22C-1,-2,-3,-4) 중 임의의 2개 사이의 순상대적 위상변이는 없다. 광 빔(R22C)은 광 빔(R22D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광 빔(R22D)으로 렌즈(56)를 통과한다. 광 빔(R22D)은 렌즈(56)에 의해 기준 미러(120)상의 이미지 평면(37)에서 이미지 포인트(38)로 초점이 맞춰진다. 렌즈(56)의 광축은 서브시스템(83)의 광축(3a)에 정렬된다.

도 1f에서, 광 빔(P22D)(도 1d 참조)의 일부분은 산란 프로브 빔(P32)을 포함하는 복수의 광 빔(P32-1,-2,-3,-4)으로, 이미지 포인트(28)에 집중된 라인 이미지에서 대상재료에 의해 반사 및/또는 산란된다. 도 1f의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 산란 프로브 빔(P32)은 이미지 평면(27)의 이미지 포인트(28)로부터 분기되어 렌즈(46)로 진입한다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 산란 프로브 빔(P32)는 광 빔(P32A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화된 산란 프로브 빔(P32A)으로, 렌즈(46)로부터 나온다.

광 빔(P32A-1,-2,-3,-4)은 이상기(24-1,-2,-3,-4)를 각각 통과하여 각각 광 빔(P32B-1,-2,-3,-4)으로 나온다. 광 빔(P32B-1,-2,-3,-4)은 서브시스템(82)을 나가는 산란 프로브 빔(P32B)을 포함한다. 이상기(24-1과 24-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(24-2 또는 24-4) 중의 어느 하나에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안만큼 큰 동일한 값의 위상변이이고, 이상기(24-2와 24-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값의 위상변이이다.

도 1g에서, 광 빔(R22D)(도 1e참조)은 기준 미러(120)에 의해 광 빔(R32-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32)으로 반사된다. 도 1g의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 반사 기준 빔(R32)은 이미지 평면(37)의 이미지 포인트(38)로부터 분기하여 렌즈(56)로 진입한다. 도 1g에 도시된 바와 같이, 반사 기준 빔(R32)는 렌즈(56)로 부터 광 빔(R32A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화 된 반사 기준 빔(R32A)으로 나간다. 광 빔(R32A-1,-2,-3,-4)은 먼저 이상기(44)를 통과하고, 그후, 광 빔(R32B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32B)으로 나가도록 이상기(34-4,-3,-2,-1)를 각각 통과한다. 이상기(44)에 의해 도입된 위상변이는 컴퓨터(118)로부터의 신호(132)로 제어된다. 이상기(34-1과 34-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(34-2와 34-4)에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안 만큼 큰 동일한 값의 위상변이이고, 이상기(34-2와 34-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값의 위상변이이다. 광 빔(R32B-1,-2,-3,-4)은 서브시스템(83)을 나가는 광 빔(R32B)을 포함한다.

산란 프로브 빔(P32B)이 빔 스플리터(100)에 의해 광 빔(P32C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 산란 프로브 빔(P32C)으로 부분적으로 반사되는 것이 도 1a로 도시된다. 산란 프로브 빔(P32C)은 도 1h에 도시된 서브시스템(81a)으로 진입한다. 도 1h의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 도 1h에서, 산란 프로브 빔(P32C)은 서브시스템 81a의 광축 3a에 정렬된 광축을 갖는 렌즈(26a)로 진입하여 광 빔(P32D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 산란 프로브 빔(P32D)으로 나온다. 렌즈(26a)는 산란 프로브 빔(P32D)을 이미지 평면(17a)의 핀홀(18a)로 초점을 맞춘다. 산란 프로브 빔(P32D)의 일부분은 핀홀(18a)로부터 광 빔(P42-1,-2,-3,-4)으로 구성된 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42)으로 나온다. 산란 프로브 빔(P42)은 서브시스템(81a)의 광축(3a)으로 정렬된 광축을 갖는 렌즈(36a)로 진입한다. 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42)은 렌즈(36a)로부터 나와 광 빔(P42A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화 된 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)으로 서브시스템(81a)을 나온다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 반사 기준 빔(R32B)은 빔 스플리터(100)에 의해 광 빔(R32C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32C)으로 부분적으로 전송된다. 반사 기준 빔(R32C)은 도 1i에 도시된 서브시스템(81a)으로 진입한다. 도 1i의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 도 1i에서, 반사 기준 빔(R32C)은 렌즈(26a)로 진입하여 광 빔(R32D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32D)으로 나온다. 렌즈(26a)는 반사 기준 빔(R32D)을 이미지 평면(17a)의 핀홀(18a)로 초점을 맞춘다. 반사 기준 빔(R32D)의 일부분은 핀홀(18a)로부터 광 빔(R42-1,-2,-3,-4)으로 구성된 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42)으로 나온다. 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42)은 렌즈(36a)로 진입한다. 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42)은 렌즈(36a)로부터 나와 광 빔(R42A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화 된 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)으로 서브시스템(81a)을 나온다.

공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)이 바람직하게 반사 회절 격자인 분산 소자(130a)상에 충돌하는 것이 도 1a로 도시된다. 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)의 일부분은 도 1a의 평면에서 제 1 분산 검출기 소자(130a)에 의해 산란 프로브 빔(P42B)으로 회절된다. 산란 프로브 빔(P42B)은 바람직하게 투과 회절 격자인 제 2 분산 검출기 소자(130b)에 충돌한다. 산란 프로브 빔(P42B)의 일부분은 도 1a의 평면에서 제 2 분산 검출기 소자(130b)에 의해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42C)으로 회절된다. 빔(P42B와 P42C)이 광 주파수 성분의 스펙트럼으로 구성되고 따라서 도 1a의 평면에서 각으로 분산되지만, 빔(P42B와 P42C)의 하나의 주파수 성분만의 경로가 도 1a에 도시된다. 도시된경로들은 전형적인 것이다. 빔(P42B와 P42C)에 대한 하나의 광 주파수 성분 단독의 실례는 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 도 1a 및 이에 수반되는 도면들에 적절하지 않는 복소성을 도입하지 않는 상태로, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42C)에 대한 서브시스템 84의 주요 특성의 표시를 허용한다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42C)은 도 1j에 도시된 서브시스템(84)으로 진입한다. 도 1j의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 도 1j에 도시된 바와 같이, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42C)은 서브시스템(84)의 광축(3d)으로 정렬된 광축을 갖는 렌즈(66)을 통과하고 광 빔(P42D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)으로 나온다. 하나의 광 주파수 성분만을 가지고 설명된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)은 렌즈(66)에 의해 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)로 초점이 맞추어진다. 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)의 위치와, 이미지 평면(47)에 위치된 검출기 핀홀의 선형 어레이 상의 이미지 포인트(48) 위치는 분산 검출기 소자(130a와 130b)에 의해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)의 광 주파수에 달려 있다. 검출기 핀홀의 선형 어레이를 통과하는 광 빔의 일부분은 멀티픽셀 검출기(114), 바람직하게, 선형 어레이 CCD와 같은 픽셀의 선형 어레이로 구성된 검출기에 의해 검출된다.

공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)이 반사 검출기 소자(130a)에 충돌하는 것이 도 1a에 도시된다. 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)의 일부분은도 1a의 평면에서 분산 검출기 소자(130a)에 의해 반사 기준 빔(R42B)으로 회절된다. 반사 기준 빔(R42B)은 제 2 분산 검출기 소자(130b)에 충돌한다. 반사 기준 빔(R42B)의 일부분은 도 1a의 평면에서 제 2 분산 검출기 소자(130b)에 의해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)으로 회절된다. 빔(R42B와 R42C)이 광 주파수 성분의 스펙트럼으로 구성되고 따라서 도 1a의 평면에서 각으로 분산되지만, 빔(R42B와 R42C)에 대한 하나의 광 주파수 성분만의 경로가 도 1a에 도시된다. 도시된 경로들은 전형적인 것이다. 빔(R42B와 R42C)에 대한 하나의 광 주파수 성분만의 실례는 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 도 1a 및 이에 수반되는 도면들에 적절하지 않는 복소성을 도입하지 않는 상태로, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)에 대한 섹션(84)의 주요 특성의 표시를 허용한다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)은 도 1k에 도시된 서브시스템(84)으로 진입한다. 도 1k의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 도 1k에서, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)은 렌즈(66)을 통과하여 광 빔(R42D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)으로 나온다. 도 1k에서 하나의 광 주파수 성분만을 가지고 설명된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)은 렌즈(66)에 의해 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)로 초점이 맞추어진다. 따라서, 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)의 위치와, 이미지 평면(47)에 위치된 검출기 핀홀의 선형 어레이 상의 이미지 포인트(48)의 위치는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 광 주파수에 달려 있다. 검출기 핀홀의 선형 어레이를 통과하는 광 빔의 일부분은 멀티픽셀 검출기(114)에 의해 검출된다.

도 1l에서, 광 빔(P22)(도 1d 참조)의 일부분은 아웃-오브-포커스 이미지 평면(57)의 "아웃-오브-포커스" 이미지 포인트(58)에서 대상재료에 의해 광 빔(B52-1,-2,-3,-4)으로 구성된 배경 빔(B52)으로 반사 및/또는 산란된다. 도 1l의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 배경 빔(B52)은 아웃-오브-포커스 이미지 포인트(58)로부터 분기되어 렌즈(46)로 진입한다. 도 1l에 도시된 바와 같이, 배경 빔(B52)는 렌즈(46)로부터 광 빔(B52A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 실질적으로 평행화 된 배경 빔(B52A)으로 나온다. 광 빔(B52A-1,-2,-3,-4)은 이상기(24-4, 24-3, 24-2, 및 24-1)를 각각 통과하고, 광 빔(B52B-1,-2,-3,-4)으로 각각 나온다. 광빔(B52B-1,-2,-3,-4)은 배경 빔(B52B)을 포함한다. 이상기(24-1과 24-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(24-2 또는 24-4) 중 어느 하나에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안 만큼 큰 동일한 값의 위상변이이고, 이상기(24-2와 24-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값의 위상변이이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 배경 빔(B52B)은 빔 스플리터(100)에 의해 광 빔(B52C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 배경 빔(B52C)으로 부분적으로 반사된다. 배경 빔(B52C)은 도 1m에 도시된 서브시스템(81a)으로 진입하여 렌즈(26a)를 통과하여 배경 빔(B52D)으로 나온다. 배경 빔(B52D)은 광원(B52D-1,-2,-3,-4)으로 구성된다. 도 1m의 평면은 도 1a의 평면에 수직이다. 배경 빔(B52D)은 렌즈(26a)에 의해 이미지 평면(17a)으로부터 대치된 아웃-오브-포커스 이미지 평면(67)의 이미지포인트(68)로 초점이 맞추어진다.

배경 빔(B52D)이 이미지 평면(17a)에서 초점이 벗어나 있고, 따라서 배경 빔(B52D)의 각 주파수 성분에 대한 초점이 벗어난 배경 빔(B52D)의 작은 일부분만이 핀홀(18a)에 의해 전송된다. 초점이 벗어난 배경 빔(B52D)의 작은 일부분은 핀홀(18a)에 의해 공간적으로 필터링된 광 빔(B62-1,-2,-3,-4)으로 구성된 배경 빔(B62)으로 전송된다. 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62)의 일부분은 렌즈(36a)에 부딪치고 실질적으로 광 빔(B62A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행화 된 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62A)으로 빠져나간다. 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62A)은 공간적으로 필터링 된 배경 빔(B62A)으로 서브시스템(81a)을 빠져나간다.

공간적으로 필터링 된 배경 빔(B62A)이 분산 검출기 소자(130a)에 부딪치는 것이 도 1a에 도시된다. 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62A)의 일부분은 도 1a의 평면에서 제 1 확산 검출기 소자(130a)에 의해 배경 빔(B62B)으로 회절된다. 배경 빔(B62B)은 제 2 확산 검출기 소자(130b)에 부딪친다. 배경 빔(B62B)의 일부분은 도 1a의 평면에서 제 2 분산 검출기 소자(130b)에 의해 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62C)으로 회절된다. 빔(B62B 및 B62C)은 광 주파수 성분의 스펙트럼으로 구성되고 따라서 도 1a의 평면에서 각으로 분산되고, 빔(B62B 및 B62C)에 대한 하나의 광 주파수 성분만의 경로가 도 1a에 도시된다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62C)은 도 1n에 도시된 서브시스템(84)으로 진입한다. 도 1n에서, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62C)은 렌즈(66)를 통과하여 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)으로나간다. 도 1n에서 하나의 광 주파수 성분만을 가지고 설명된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)은 렌즈(66)에 의해 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)로 초점이 맞추어진다. 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)의 위치는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 광 주파수에 달려 있다. 검출기 핀홀의 선형 어레이를 통과한 광 빔의 일부분이 멀티픽셀 검출기(114)에 의해 검출된다.

도 1a-1n에서 설명된 본 발명 장치의 동작은 검출기(114)의 각 필셀에 의한 연속적인 4개의 강도측정의 획득을 기초로 한다. 연속적인 4개의 강도값(I₁,I₂,I₃, 및 I₄)의 선형 어레이는 연속적인 위상변이(양방향으로 이상기(44)를 통과하는 것으로 생성된 이상변환을 포함하는 기준 빔의 총 위상변이)(χ₀, χ₀+π, χ₀+π/2, 및 χ₀+3π/2 라디안)를 각각 도입하는 이상기(44)를 갖는 검출기(114)에 의해 얻어지고, 여기에서 χ₀는 위상변이의 일부 고정값이다. (물론, 이상기(34 및 34)의 함수는 컴퓨터(118)에 의해 제어되는 단일 이상기로 조합될 수 있다.) 4개의 강도값(I₁,I₂,I₃, 및 I₄)의 선형 어레이는 수반하는 프로세싱을 위해 신호(131)로서 디지털 또는 아날로그 포맷 중 어느 하나로 컴퓨터(118)로 보내진다. 종래의 변환회로, 예를 들어, 아날로그/디지털 변환기가 4개의 강도값(I₁,I₂,I₃, 및 I₄)의 선형 어레이를 디지털 포맷으로 변환시키기 위해 검출기(114) 또는 컴퓨터(118) 중 어느 하나에 포함된다. 이상기(44)의 위상변환은 시퀀스가 방정식(12a 및 12b)를 생성하도록 전술되거나 또는 후속적으로 동일한 시퀀스가 방정식(36)으로 전술되는 것에 따라서 컴퓨터(118)에 의해 생성된 후 전송된 신호(132)로 제어된다. 이상기(44)는 전자광 타입 또는 광 파장에 대해 광대역 동작에서의 사용을 위해 여기에서 후속적으로 설명된 타입의 이상기가 될 수 있다. 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)는 그 후 컴퓨터(118)에서 계산되고 이들 차는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 대표적인 대응 광 주파수 성분에 대해 실질적으로 상대적 높은 효율을 갖는 간섭 크로스 항을 포함한다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)(도 1j 참조)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)(도 1k 참조)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 격리를 위한 상대적으로 높은 효율은 2개의 시스템 특성의 결과이다. 제 1 시스템 특성은 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 복소 스케일 팩터이내의 공간적 분포는 실질적으로 이상기(44)에 의해 도입된 임의의 위상변환에 대해 동일하다. 제 2 시스템 특성은 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항은, 이상기(44)에 의해 도입된 위상변이가 π,3π,...라디안에 의해 증가되거나 또는 감소될 때, 신호를변화시킨다. 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항이, 이상기(44)에 의해 도입된 위상변이가 π,3π,...라디안에 의해 증가되거나 또는 감소될 때, 신호를 변화시키기 때문에, 이 간섭 크로스 항은 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)에서 상쇄되지 않는다. 그러나, 모든 비간섭 크로스 항, 예를 들어, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D), 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)(도 1n 참조), 및 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 강도는 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)로 상쇄되지 않는다. 바람직한 시스템 특성은 공초점 간섭 마이크로스코프를 공통으로 갖는 특징이고, 이하 "공초점 간섭계 시스템 특성"으로 언급된다.

이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)(도 1n 참조)에 대하여, 공초점 간섭계 시스템 특성의 결과로서, 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)는 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 배경 빔(B62D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항만을 포함하게 된다. 그러나, 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 크기는 종래의 기술인 픽셀 비교에 의한 필셀상의 공초점 간섭 마이크로스코프에서의 대응 간섭 크로스 항에 비교하여 대폭적으로 감소된다.

파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D) 양쪽 모두 동시에 존재하는 보통의 경우에 대하여, 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)에서, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 두개의 간섭 크로스 항이 존재한다. 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항이 공초점 간섭계 시스템 특성의 결과로서의 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)에서 상쇄하지 않는 것을 주의해야 한다.

이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 사이의 간섭크로스 항은 아웃-오브-포커스 이미지로부터 배경의 대표적인 것이다. 종래 기술의 간섭 공초점 마이크로스코피 시스템에 비교한 본 발명 장치가, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 크기는 일반적으로 이미지 평면(47)에서 크기에서 감소되는것에 반하여, 종래 기술은 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 크기에서 실질적으로 감소가 없다. 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 감소는 이미지 평면이 증가되는 거리에 따라 빔의 진폭이 감소하는 사실에 부분적으로 따라간다. 이 특성은 종래 기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 감소된 배경의 기초이다. 그러나, 본 발명 장치에서, 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 크기에서의 감소는 종래 기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 달성되는 것과 비교하여 강화된다.

이전 단락에서 언급된 강화된 감소는 이상기(14, 24, 및 34)의 존재로 실현된다. 이상기(14, 24, 및 34)는 이미지 평면(47)에서의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D), 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 간섭 빔(R42D), 및 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소진폭의 공간적인 특성을 변경한다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)과 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 공간적인 특성이 이상기(14, 24, 및 34)에 의해 변경되지만, 이미지 평면(47)에서의 대표적인 복소진폭의 변경된 공간적 분포는 실질적으로동일하다.

이 특성은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항에 대한 강도차(I₁-I₂, 및 I₃-I₄)의 민감도의 검토에 관하여 더 일찍 고려되었다.

그러나, 이미지 평면(47)에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭, 및 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 각각의 변경된 공간 분포는 명확하게 상이하다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)은 이미지 평면(47)내에서, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 중심에 대하여 비대칭함수이다. 이와 대조적으로, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭과 결과적으로 간섭하는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)은 도 1m에 도시된 바와 같이, 이미지 평면(47)내에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 이미지의 공간을 가로질러 단지 작은 상대적인 변화만을 일반적으로 디스플레이하는 광빔(B52D-1,-2,-3, 또는 B52D-4)중의 하나와 주로 연결된 복소진폭이다. 따라서, 이미지 평면(47)내에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 공간 분포는 이미지 평면(47)내에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 중심에 대하여 비대칭 분포로 주로 구성된다.

검출기(114)의 단일 픽셀에 의해 기록된 강도값에 대해, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 분포는 이미지 평면(47)내에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)에 의해서 형성된 이미지의 공간을 따른 간섭 크로스 항의 적분이다. 비대칭 함수축에 대하여 센터링된 공간간격에 걸쳐서 비대칭 함수를 적분하면 동등하게 0이 된다. 따라서, 검출기(114)의 단일 픽셀에 의해 기록된 강도값에 대해, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 순 분포는 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어진 것 이상으로 현저하게 감소된다.

검출기(114)의 단일 픽셀에 의해 기록된 강도값에 대해, 이미지 평면(47)에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 감소는 통계적인 에러 뿐만 아니라 계통 에러를 감소하게 한다. 이미지 평면(47)에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 감소는 종래기술과 비교된 검출기(114)의 각 픽셀에서 생성된 광전자의 감소된 수를 야기하기 때문에, 통계적 에러가 감소하게 된다. 적분된전하의 통계적 불확정성 및 이에 따른 출력신호가 검출기의 각 픽셀에서 생성된 광전하의 적분된 수의 평방근에 관련되기 때문에, 출력신호에서의 통계적 에러는 도 1a-1n에 있는 장치에 대해서는 상당히 감소하게 된다.

따라서, 본 발명의 장치로 얻어진 대상재료의 이미징된 라인 섹션의 각 이미지 포인트 당 통계적 에러는 다음과 같은 두개의 이유로 인하여, 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에 대하여 동일한 시간간격에서 얻어진 것보다 상당히 작다. 첫번째 이유는 종래기술의 간섭형 공초점 마이크로스코피에 있어서, 이미징된 라인 섹션은 동일한 시간간격에서, 본 발명의 장치에서 동시에 얻어진 어레이의 강도차이에 대응하는 어레이의 강도차이를 얻기 위해 이미징된 라인 섹션에 있는 복수의 이미지 포인트에 의해 각 이미지 포인트에서 쓰여진 시간을 감소시키는 시간의 간격으로 스캐닝되어야 한다. 이것은 종래 기술의 간섭형 공초점 마이크로스코피에서 얻어진 것과 비교했을 때, 본 발명의 장치에 대한 이미징된 라인 섹션에 있는 복수의 독립적인 이미지 포인트의 평방근에 비례하는 인자에 의해 이미징된 라인 섹션의 이미지의 포인트로 구성된 이미지의 통계적 정확성을 향상시킨다. 두번째 이유에 대한 근거는 이미지 평면(47)에서 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경빔(B62D)의 복소진폭과, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R42D)의 복소진폭 사이의 간섭 크로스 항의 크기가, 앞의 설명의 패러그래프에서 기록한 바와 같이 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코프에 있는 대응 간섭 크로스 항으로 얻어진 것에 관하여 상당히 감소된다는 것이다. 이러한 두가지 이유는 시간의 동일간격에서 얻어진 대상재료의 라인 섹션의 이미지의 통계적 정확성을 고려했을 때, 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭에 의해 도입된 통계적 에러가, 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서의 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭에 의해 도입된 대응 통계적 에러와 관하여 본 발명의 장치에서는 상당히 감소한다는 결론에 대한 근거를 만든다.

제 1실시예의 장치에 의해 얻어지는 보상을 초월하는 아웃-오브-포커스 이미지의 효과, 즉 계통 에러에 대한 교정은 컴퓨터 및 컴퓨터 디컨볼루션 및 적분 방정식 역 기술을 사용함으로써 만들어지는데 적분 방정식 역 기술은 연속적으로 설명된 방정식(32a) 및 (32b)에 따른 방정식을 역적분하는 것으로 당업자에게 알려져 있다.

신호대 잡음비는 소스 광학 주파수 구성요소의 파장의 함수로서 조정되어 예를 들어 파장의 제 1 오더 독립에로의 신호대 잡음비를 발생한다. 일반적으로, 대상재료(112)로 진입하기 전에 프로브 빔(P22D)의 진폭의 대응하는 광학 주파수 구성요소에 정상화된 파장 필터링된 공간적으로 필터링되고 산란 프로브 빔(P42D)의 진폭은 대상재료(112)안으로의 이미지 포인트(28)의 깊이가 증가함에 따라 대상재료(112)안에 있는 프로브 빔(P22D) 및 산란된 프로브 빔(P32)의 전송에 의존하는 파장 및 프로브 렌즈(46)의 수치 틈의 변화로 인한 파장에 따라 변할 것이다. 또한 파장 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 진폭에 대한 파장 필터링되고, 공간적으로 필터링되고 산란된 프로브 빔(P42D)의 진폭의 비는 대상재료(112)안으로의 이미지 포인트(28)의 깊이가 증가함에 따라 보통 감소할 것이다. 신호대 잡음비에서의 변화는 대상재료(112)안으로 진입하기 전에 프로브 빔(P22D)의 진폭의 대응하는 광학 주파수 구성요소에 정상화된 파장 필터링된, 공간적으로 필터링되고 산란된 프로브 빔(P42D)의 진폭에 따라 보통 변할 것이다. 신호대 잡음비의 그런 인자의 효과는 프로브 빔 서브시스템(82)안에 또는/그리고 기준 미러 서브시스템(83)안에, 더 바람직하게는 기준 미러 서브시스템(83)안에 파장 필터를 놓음으로써, 그리고 파장 필터의 전송을 구성하여 상세한 파장 종속은 연속적으로 나타낸 방정식(39)에 따라서 다른 파장을 위한 각각의 검출기 핀홀을 통해서 전송된, 파장 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42D) 및 파장 필터링되고, 공간적으로 필터링되고 반사된 기준 빔(R42D)의 비를 조정하고/또는 촤상화하도록 함으로써 부분적으로 보상된다.

임의의 광빔(P22C-1,-2,-3,-4)사이에 아무런 순 상대적 위상변이도 없다는 것이 제 실시예의 상세한 설명에서 알려져 있다. 이런 특징은 제 1실시예의 상세한 설명에서 발표된 다음의 목적을 얻는 것을 가능하게 한다: 목적은 각각, 이상기(14,24) 및 이상기(14,34)의 존재에 의해 실질적으로 변화되지 않는 기준 미러(120)위에 있는 이미지 평면(37) 및 대상재료(112)안에 있는 이미지 평면(27)안에 있는 핀홀(8)의 공액 이미지를 발생하고, 대상재료(112)에 있는 이미지 포인트(28) 및 기준 미러(120)위에 있는 이미지 포인터(38)에 공액관계에 있는 이미지 평면(17a,47)안에 있는 이미지안에 실질적인 변화를 생산하는 것이다.

또한 이상기(14,24,34)사이에 있는 상호 관계로의 인사이트는 이상기(14)가 제 1실시예에서 제거된다면 어떤 결과가 생길지를 고려함으로써 얻어진다. 이런 경우에, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)은 이미지평면(47)안에 있는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)에서의 실질적인 변화없이 이미지 평면(47)안에서 비대칭 함수에서 대칭 함수로 변한다. 이렇게, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 복소 진폭 및 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R32D)사이의 간섭 크로스 항의 공간 분산은 이미지 평면(47)에 있는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 중앙에 대한 대칭 분산으로 주로 구성된다. 그러나, 대칭의 함수의 축에 대해 집중된 공간 인터발위의 대칭 함수의 적분은 보통 제로가 아니고 종래 기술 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어진 것위에 이미지 포인트(48)에서 검출기(114)의 주어진 화소에 의해 기록된 강도치에 실질적으로 아무 감소도 없다.

전술이 대상재료(112)의 특정부에서 특정 이미지 포인트(28)를 언급함에도 불구하고, 컴퓨터(118)는 트랜스래이터(116)에 제어 신호(133)를 인가하여 이미지 포인트(28)에서 대상재료(112)의 타부를 위치시켜 시스템이 대상재료(112)의 요구되는 라인부, 평면부 또는 볼륨 섹션을 "스캔"하도록 한다. 대상재료의 요구되는 라인부, 평면부, 또는 볼륨 섹션은 대상재료의 하나 또는 그이상의 표면을 절단하거나 포함한다.

본 발명의 제 1바람직한 실시예에서 레벨 1 변별은 직교 평면에 있는 본 발명의 장치의 이미징 서브시스템의 펄스 응답 함수를 분산 검출기 요소(130a,130b)에 의해 정의되는 평면에 조정함으로써 얻어진다. 또한 레벨 1 타입 변별은 제 1 바람직한 실시예의 변형에서 얻어지는데 여기서 변형의 장치 및 전자 처리수단은각각의 광학 축에 대한 π/2라디안 만큼 회전한 이상기(14,24, 34)와 제 1 바람직한 실시예에 대해 실질적으로 동일하다. 제 1바람직한 실시예의 변형에서 아웃-오브-포커스 이미지의 시스템 효과의 감소는 제 1바람직한 실시예의 것과 동일하다. 또한 제 1바람직한 실시예의 변형에서 아웃-오브-포커스 이미지로 인한 안정 효과는 종래 기술 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것보다 아래로 감소하지만 제 1바람직한 실시예의 장치에서 얻어지는 것과 같이 보통 효과적이지는 않다.

이제 도 2a-2f에 관하여, 도 2a는 실시예의 제 1그룹으로부터 본 발명의 제 2실시예 및 소스 서브시스템(80a), 서브시스템(81b) 및 검출기 서브시스템(84a)이 근사 슬릿 공초점 마이크로스코피를 위해 바람직하게 구성된 본 발명의 제 2 실시예의 변형을 구조 형태에서 서술한다. 동일 요소가 앞서에서 도 1a-1n에 관하여 설명했기 때문에 동일한 부재 번호가 도 2a-2f에서 사용된다. 도 2b에서 도시된 서브시스템(80a)에서의 변형은 소스(10a)의 영역안에 존재하는데 이것은 이제 바람직하게 광대역, 공간 인코히어런트 라인 소스로, 더 바람직하게는 램프 필라멘트 또는 레이저 다이오드 어레이로 구성되고, 제 1실시예의 핀홀(8)의 영역에서도 존재하는데 이것은 이제 바람직하게 렌즈(6)에 의해 형성된 라인 소스(10a)의 이미지와 정렬된 소스 핀홀(8a)의 선형 어레이로 구성된다. 도 2c, 2d에 도시된 서브시스템(81b)에서의 변형은 서브시스템(81b)에서 공간 필터 핀홀(18b)의 선형 어레이와 함께 제 1 실시예의 서브시스템(81a)에 있는 교환 핀홀(18a)로 구성된다. 도 2e, 2f에 도시된 서브시스템(84a)에서의 변형은 검출기(114a)의 영역안에 존재하는데 이 영역안에서 제 1실시예의 이미지 평면(47)에 있는 핀홀의 선형 어레이는이제 바람직하게 검출기 핀홀의 2차원 어레이이고 화소의 선형 어레이를 갖는 제 1실시예의 검출기(114)는 이제 바람직하게 화소의 2차원 어레이로 구성된 검출기(114a)이다.

도 2b에서, 소스 핀홀(8a) 및 소스(10a)의 선형 어레이는 도 2b의 평면에 수직으로 정렬되고, 도 2b의 평면은 도 2a의 평면에 수직이다. 도 2c 및 도 2d에서, 공간 필터 핀홀(18b)의 선형 어레이는 도 2c 및 도 2d의 평면에 수직으로 정렬되고, 도 2c 및 도 2d는 도 2a의 평면에 수직이다. 도 2e 및 도 2f에서, 검출기 핀홀의 2차원 어레이 및 검출기 화소의 2차원 어레이는 도 2e 및 2f의 평면에 수직으로 정렬된다.

도 2a-2f에 설명된 제 2실시예의 잔여부는 도 1a-1n의 설명의 제 1바람직한 실시예의 대응하는 태양을 위해 설명된 것과 동일한 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2바람직한 실시예에서의 레벨 1 변별은 직교 평면에서 본 발명의 장치의 이미징 서브시스템의 펄스 응답 함수를 분산 검출기 요소(130a, 130b)에 의해 정의된 평면에 조정함으로써 얻어진다. 또한 레벨 1 타입 변별은 제 2바람직한 실시예의 제 1변형에서 얻어지는데 여기서 제 2 바람직한 실시예의 제 1변형의 전자 처리 수단의 장치는 제 2바람직한 실시예에 관하여 각각의 광학 축에 대하여 π/2라디안만큼 회전하는 이상기(14,24,34)와 실질적으로 동일하다. 제 2바람직한 실시예의 제 1변형에서의 아웃-오브-포커스 이미지의 계통적 효과의 감소는 제 2바람직한 실시예에서의 것과 동일하다. 또한 제 2바람직한 실시예의 제 1변형에서의 아웃-오브-포커스 이미지로 인한 안정 효과는 종래 기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것보다 아래로 감소하지만 보통 제 2바람직한 실시예의 장치에서 얻어지는 것만큼 효과적이지 않다.

제 2바람직한 실시예의 제 2변형이 설명되는데 여기서 제 2변형의 장치 및 전자 처리 수단은 소스 슬릿 및 공간 필터 슬릿에 의해 교체되는 제 2바람직한 실시예의 공간 필터 핀홀(18a)및 소스 핀홀(8a)의 선형 어레이를 제외한 제 2바람직한 실시예에 관하여 실질적으로 동일하다. 제 2바람직한 실시예의 제 2변형을 위한 아웃-오브-포커스 이미지의 계통적 효과의 감소는 본 발명의 제 2바람직한 실시예에서 얻어지는 것과 동일하다. 또한 제 2바람직한 실시예의 제 2변형에서 아웃-오브-포커스 이미지로 인한 안정 효과는 종래 기술 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것보다 더 감소되지만 보통 제 2바람직한 실시예의 장치에서 얻어지는 것만큼 효과적이지 않다.

각각의 슬릿대신에 제 2바람직한 실시예 및 제 2바람직한 실시예의 제 1변형에서와 같은 공간 핀홀의 선형 어레이 및 소스 핀홀의 선형 어레이의 사용은 대상재료의 제한된 스캔이 대상재료의 선택의 2차원 표시를 발생할 필요를 발생시킨다. 제한된 스캔의 방향은 대상재료에서 소스 핀홀의 어레이의 이미지의 방향이다. 대상재료에서 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지의 방향으로 있는 핀홀사이에 있는 공간때문에 제한된 스캔은 증가한다. 추가로, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링되고 산란된 프로브 빔으로의 고감도는 대상재료내의 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지의 방향으로의 핀홀사이의 공간이 방정식(54)에 연속적으로 나타내진 조건에 따를 때 유지된다.

제한된 스캔의 단계의 수는 각각의 이미징 서브시스템의 각 해상도 및 대상재료내의 두 연속 소스 핀홀의 이미지사이에 있는 공간의 비에 의해 결정된다. 실제, 제한된 스켄에서의 단계 수는 소스 핀홀 및 공간 필터 핀홀의 선형 어레이내의 핀홀의 수보다 상당히 적을 것이다. 소스 핀홀 및 공간 필터 핀홀의 선형 어레이와 함께 제 2바람직한 실시예 및 제 2실시예의 제 1변형의 장치를 사용하여, 대상재료부의 2차원 표시는 실질적으로 스캐닝 없이 얻어질 수 있다.

이제 도 3a-3l에서, 제 1바람직한 실시예의 기준 및 프로브 빔의 경로가 신호대 잡음비를 향상시키고 최적화하는 목적을 위해 변형되었던 실시예의 제 1그룹으로부터 본 발명의 대안적인 제 3실시예가 도시되었다. 제 3실시예의 장치 및 전자 처리수단은 제 1바람직한 실시예에서 제 1실시예의 간섭계를 형성하는 추가적인 광학 수단과 실질적으로 동일하여 반사 기준 및 산란 프로브 빔의 진폭의 비가 조정될 수 있다. 제 3바람직한 실시예의 광학 요소는 제 1바람직한 실시예에서 동일하게 표시된 요소와 동일한 동작을 수행하고 제 3바람직한 실시예의 전자 처리 장치는 제 1바람직한 실시예의 동일하게 표시된 전자 동작과 동일한 동작을 수행한다. 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링되고 반사 기준 및 산란 프로브 빔의 진폭의 비는 도 3a-3l에서 서술된 빔 스플리터(100,100a,100b)의 전송/반사 계수를 바꿈으로써 조정된다.

도 3a-3l에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3바람직한 실시예는 빔 스플리터(100,100a,100b), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산 검출기 요소(130a,130b) 및 검출기(114)로 구성된 간섭계이다. 이런 형상은미켈슨(Michelson) 간섭계의 형태와 같은 기술로 알려져 있고, 단순한 설명으로 도시된다. 편광 미켈슨 간섭계 및 C.Zanoni 책에 있는 "Differential Interferometer Arrangements for Distance and Angle Measurement: Principles, Advantages, and Applications."으로 표제된 논문에 설명된 바와 같은 기술에서 알려진 간섭계의 다른 형태는 본 발명의 바람직한 제 3실시예의 정신과 의미에서 크게 벗어나지 않고 도 3a-3l의 장치에 집약된다.

이미징 서브시스템의 펄스 응답함수가 제 3바람직한 실시예에서 조정되는 평면의 방향은 도 3a의 평면에 수직이다.

도 3b는 도 3a에서 도시된 서브시스템(80)의 실시예를 대략적인 형태로 서술한다. 도 3b의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 제 3바람직한 실시예를 위해, 광원(10)은 소스의 면을 통한 방사의 공간 인코히어런트 소스 또는 포인트 소스인 것이 바람직하고, 더 바람직하게 레이저 또는 코히어런트 또는 부분적으로 코히어런트 방사원의 동일한 소스이고, 가장 바람직하게 수퍼 방사 레이저이고, 바람직하게 편광된다. 광원(10)은 서브시스템(80)의 광학축(3)과 함께 정렬된 입력 빔(2)을 방출한다. 도 3b에서 도시된 바와 같이, 광빔(2)은 포커싱 렌즈(6)로 진입하고 이미지 평면(7)에서 핀홀(8)에서 초점이 맞추어진다. 복수의 광빔(12-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(12)은 발산하고 서브시스템(80)의 광학축(3)과 정렬된 광학축을 갖는 렌즈(16)으로 진입한다. 광빔(12)은 광빔(12A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 광빔(12A)과 같은 렌즈(16)로부터 나오고, 이상기(14)로 진입한다. 이상기(14)는 직각 이상기(14-1,-2,-3,-4)로 구성되는데 이것은 위치가 정해져 그들의 각각의 광학축이 서브시스템(80)의 광학 축(3)과 평행이다. 이상기의 수는 정수인 임의의 적당한 수 2m,m인 것을 명심하라. 도 3b에서 도시된 예는 m=2인 경우인데, 이것은 네 이상기가 충분하여 본 발명의 장치의 구성요소사이의 관계를 명확하게 도시하는 경우이다. 평행 광빔(12A-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(14-1,-2,-3,-4)를 통과하고 광빔(12B)을 포함하는, 각각 광빔(12B-1,-2,-3,-4)으로서 이상기(14)로부터 나온다. 이상기(14-2, 14-4)의 각각은 이상기(14-1,14-3)의 각각에 의해 도입된 위상변이보다 π라디안 더 큰 위상변이를 도입하고, 이상기(14-1,14-3)에 의해 도입된 위상변이는 동일하다.

도 3a에서 광빔(12B)은 서브시스템(80)을 나오고 광빔(P12B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P12B)으로서 빔 스플리터(100a)에 의해 부분적으로 전송된다. 광빔(P12B)은 서브시스템(81)로 진입한다. 도 3c에서, 광빔(P12B)은 렌즈(26)로 진입하고 광빔(P12C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P12C)으로서 나온다. 도 3c의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 렌즈(26)는 광빔(P12C)를 이미지 평면(17)내의 이미지 포인트(18)에 초점을 맞춘다. 광빔(P12C)은 광빔(P22-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22)으로서 이미지 포인트(18)로부터 나온다. 광빔(P22)은 서브시스템(81)의 광학 축(3)과 정렬된 광학축을 갖는 렌즈(36)로 진입한다. 광빔(P22)은 렌즈(36)으로부터 나와서 광빔(P12A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 광빔(P22A)으로서 서브시스템(81)을 나간다.

도 3a에서 도시된 바와 같이, 광빔(P22A)은 광빔(P12B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22B)으로서 빔 스플리터(100)에 의해 부분적으로 전송된다. 도 3d의 평면은 도 3a의 평면과 수직이다.

도 3d에서, 광빔(P22B)은 요소 (24-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(24)로 침범한다. 이상기(24)는 이상기(14)와 2m 요소의 동일한 수로 구성되고 도 3d에서 m=2로 도시된다. 광빔(P12B-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(24-1,-2,-3,-4)를 통과하고 각각 광빔(P12C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22C)으로서 나온다. 이상기(24-1,24-3)에 도입된 상시프트는 이상기(24-2) 또는 (24-4)의 어느 하나에 의해 도입된 위상변이, 동일한 값인 이상기(24-2 및 24-4))에 의해 도입된 위상변이보다 π라디안 보다 큰 동일한 값이다. 이렇게 광빔(P12C-1,-2,-3,-4)의 임의의 두 개 사이에 아무 순수 관계 위상 변이가 존재하지 않는다. 광빔(P22C)은 대상재료(112)내의 이미지 평면(27)내의 이미지 포인트(28)에서 중앙에 집중된 라인 이미지를 형성하기 위해 초점이 맞추어진 광빔(P12D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22D)으로서 프로브 렌즈(46)을 통과한다. 라인 이미지의 축은 이미징 서브시스템(82)의 광학 축(3)과 실질적으로 평행이다. 라인 이미지의 길이는 프로브 렌즈(46)의 색채 변형 및 포커스의 깊이와 같은 인자의 조합에 의해 결정되는데 이 양쪽 모두는 소스(10)의 광학 폭에 조정 될 수 있다. 라인 부는 대상재료의 하나 또는 그이상의 표면을 통해서 절단되거나 대상재료의 표면에 놓인다. 렌즈(46)의 광학 축은 서브시스템(82)의 광학 축(3)과 정렬된다.

도 3a에서, 광빔(12b)은 광빔(R12B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R12B)으로서 빔 스플리터(100a)에 의해 부분적으로 반사된다. 광빔(R12B)은 도 3e에 도시된 서브시스템(81c)로 진입한다. 도 3e의 평면은 도 3a의 평면에 평행이다.

도 3e에서, 광빔(R12B)은 렌즈(26c)로 진입하고 광빔(R12C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R12C)으로서 나온다. 광빔(R12B-1,-2,-3,-4)은 도 3e의 평면에 수직인 평면내에 공간 분리되고 도 3e에서 나타난 뷰내에 중첩되고 공동 확장하게 나타난다. 렌즈(26c)는 서브시스템(81c)의 광학 축(3b)과 정렬된 광학축을 갖는다. 평면 미러(120c)와 관련된 렌즈(26c)는 광빔(R12C)의 초점을 이미지 평면(17c)내의 이미지 포인트(18c)에 맞춘다. 광빔(R12C)은 광빔(R22-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R22)으로서 이미지 포인트(18c)로부터 나온다. 광빔(R22-1,-2,-3,-4)은 도 3e의 평면에 수직인 평면내에서 공간적으로 분리되고 도 3e에 나타난 뷰내에 중첩되고 공동 확장되게 나타난다. 광빔(R22)은 서브시스템(81c)의 광학축(3c)과 정렬된 광학축을 갖는 렌즈(36c)에 진입한다. 광빔(R22)은 렌즈(36c)로부터 나오고 광빔(R22A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행광빔(R22A)으로서 서브시스템(81c)을 나온다. 광빔(R22A-1,-2,-3,-4)은 도 3e의 평면에 수직인 평면내 공간적으로 분리되고 도 3e내에 나타난 뷰내의 중첩되고 공동확장하여 나타난다.

도 3a에서 도시된 바와 같이, 광빔(R22A)은 서브시스템(81c)을 나온후에 서브시스템(83a)으로 진입한다. 도 3f에서 도시된 서브시스템(83a)은 렌즈(56a), 기준 미러(12), 빔 스플리터(100b), 및 이상기(34,34a, 44)로 구성된다. 도 3f의 평면은 도 3a의 평면에 평행이다. 이상기 요소(34-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(34) 및 이상기 요소(34a-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(34a)는 본 발명의 제 3실시예의 정신과 의미에서 벗어남 없이 더 단순한 서브시스템(83a)을 통해서 광학빔(R22A,R22B,R22C,R22D)의 설명 및 트랙킹을 만들 목적으로, 각각 광학축(3a,3c)에 대하여 π/2라디안 회전되는 것으로 도 3f에서 설명된다. 따라서, 광빔(R22A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R22A) 및 광빔(R22B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R22B)은 광학 축(3c)에 대하여 π/2라디안 만큼 회전된 것으로 도 3f에 설명되고, 광빔(R22C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R22C) 및 광빔(R22D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R22D)은 광학축(3a)에 대하여 π/2라디안 만큼 회전되는 것으로 도 3f에 설명된다. 서브시스템(83a)에서, 광빔(R22A)은 이상기(14)와 요소,2m의 동일한 수를 함유하는 이상기(34a)에 침범한다. 광빔(R22A)은 광빔(R22B)으로서 이상기(34a)을 통과한다. 광빔(R22B)은 광빔(R22C)으로서 부분적으로 반사된다. 상 시스터(34a-1, 34a-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(34a-2, 34a-4)중 어느 하나에 의해 도입된 위상변이 보다 π라디안 더 큰 동일한 값이고, 이상기(34a-2,34a-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값이다. 이렇게 광빔(R22C-1,-2,-3,-4)의 임의의 두 개 사이에 아무런 순수 상대적 위상 변환이 존재하지 않는다. 광빔(R22C)은 광빔(R22D)으로서 렌즈(56a)를 통과한다. 광빔(R22D)기준 미러(120)위에 이미지 평면(37)내의 이미지 포인트(38)로 렌즈(56a)에 의해 초점이 맞추어진다. 렌즈(56a)의 광학 축은 서브시스템(83a)의 광학축(3a)과 정렬된다.

도 3g에서 광빔(P22D)(도 3d를 참조)의 부분은 산란 프로브 빔(P32)를 포함하는 복수의 광빔(P32-1,-2,-3,-4)으로서 이미지 포인트(28)에서 대상재료(112)에 의해 반사되거나/고 산란된다. 도 3g의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 산란 프로브 빔(P32)은 이미지 평면(27)내의 이미지 포인트(28)로부터 분산되고 렌즈(46)에 진입한다. 도 3g에서 도시된 바와 같이, 산란 플로브 빔(P32)은 광빔(P22A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 산란 프로브 빔(P32A)으로서 렌즈(46)로부터 나온다. 광빔(P22A-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(24-4,-3,-2,-1)을 통과하고 각각 광빔(P22B-1,-2,-3,-4)으로서 나타난다. 광빔(P22B-1,-2,-3,-4)은 서브시스템(82)을 나오는 산란 프로브 빔(P32B)를 포함한다. 이상기(24-1,24-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(24-2,24-4)중 어느 하나에 의해 도입된 위상변이, 동일한 값인 이상기(24-2,24-4)에 의해 도입된 위상변이보다 π라디안 더 큰 동일한 값이다.

도 3h에서, 광빔(R22D)(도 3f를 참조)은 광빔(R32-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32)으로서 기준 미러(120)에 의해 반사된다. 도 3h에서 도시된 서브시스템은 렌즈(56a),기준 미러(120), 빔 스플리터(100b), 및 이상기(34,34a,44)로 구성된다. 이상기 요소(34-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(34) 및 이상기 요소(34a-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(34a)는 본 발명의 제 3실시예의 정신과 의미로부터 벗어남 없이 더 단순한 서브시스템(83a)를 통해 광학 빔(R32,R32A,R32B)의 트랙킹 또는 설명을 만들 목적으로 각각 광학 축(3a,3c)에 대하여 π/2라디안 회전되는 것으로 도 3h에 설명된다. 따라서, 광빔(R32A), 광빔(R32B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R32B) 및 광빔(R32C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(R32C)은 광학 축(3a)에 대해 π/2만큼 회전되는 것으로 도 3h에 설명된다. 도 3h의 평면은 도 3a의 평면에 평행이다. 반사 기준(R32)은 이미지 평면(37)에서 이미지 포인트(38)로부터 분산되고 렌즈(56a)로 진입한다. 도 3h에서 도시된 바와 같이, 반사 기준 빔(R32)는 평행 광빔(R32A)와 같이 렌즈(56a)로부터 나온다. 광빔(R32A-1,-2,-3,-4)은 먼저 이상기(44)를 통과하고 그다음 각각 위상변이(34-4,-3,-2,-1)를 통과하여 각각 광빔(R32B-1,-2,-3,-4)으로 나타난다. 이상기(44)에 의해 도입된 위상변이는 컴퓨터(118)로부터 신호(132)에 의해 제어된다. 이상기(34-1,34-3)에 의해 도입된 위상변이는 이상기(34-2 또는 34-4)중 어느 하나에 의해 도입된 위상변이 및 동일한 값인 이상기(34-2, 34-4)에 의해 도입된 위상변이보다 π라디안 큰 동일한 값이다. 반사 기준 빔(R32B)는 서브시스템(83a)을 나온다.

도 3a에서, 산란 프로브 빔(P32B)의 부분은 복수의 광빔(P32C-1,-2,-3,-4)이 산란 프로브 빔(P32C)를 포함함에 따라 빔 스플리터(100)에 의해 반사된다. 산란 프로브 빔(P32C)은 도 3a에서 도시된 서브시스템(81a)로 진입한다. 도 3i에서, 산란 프로브 빔(P32D)은 광빔(P32D-1,-2,-3,-4)으로 구성됨에 따라 나타난다. 도 3i의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 렌즈(36a)는 서브시스템(81a)의 광학 축(3a)과 정렬된 광학축을 갖는다. 렌즈(26a)는 산란 프로브 빔(P32D)의 초점을 이미지 평면(17a)내의 공간 필터 핀홀(18a)에 맞춘다. 산란 프로브 빔(P32D)부는 광빔(P42-1,-2,-3,-4)로 구성되는 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42)으로서 공간 필터 핀홀(18a)로부터 나타난다. 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42)는 서브시스템(81a)의 광학 축(3a)에 정렬된 광학축을 갖는 렌즈(36a)에 진입한다. 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42)은 렌즈(36a)로부터 나타나고 광빔(P42A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)로서 서브시스템(81a)을 나온다.

도 3a에서 도시된 바와 같이 반사 기준 빔(R32B)은 광빔(R32C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32C)와 같이 빔 스플리터(100)에 의해 부분적으로 전송된다. 반사 기준 빔(R32C)은 도 3j에서 도시된 서브시스템(81a)를 진입한다. 도 3j의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 도 3j에서 반사 기준 빔(R32C)은 렌즈(26a)에 진입하고 광빔(R32D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 반사 기준 빔(R32D)과 같이 나타난다. 렌즈(26a)는 반사 기준 빔(R32D)의 초점을 이미지 펑면(17a)내의 공간 필터 핀홀(18a)에 맞춘다. 반사 기준 빔(R32D)부는 광빔(R42-1,-2,-3,-4)으로 구성된 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42)와 같이 공간 필터 핀홀(18a)로부터 나타난다. 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42)은 렌즈(36a)로 진입한다. 공간적으로 필터링된 반사 기준빔(R42A)은 광빔(R42A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)과 같이 서브시스템(81a)을 나온다.

공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)은 바람직하게 반사 회절 격자인 분산 요소(130a)에 부딪히는 것이 도 3a에 도시된다. 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42A)부가 산란 프로브 빔(P42B)을 따라 분산 검출기 요소(130a)에 의해 도 3a의 평면내에서 회절된다. 산란 빔 요소(130b)는 바람직하게 전송 회절 격자인 제 2분산 검출기 빔 요소(130b)상에 부딪힌다. 산란 프로브빔 (P42B)은 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42C)을 따라 제 2분산 검출기 빔 요소(130b)에 의해 도 3a의 평면내에 회절된다. 빔(P42B, P42C)이 광학 주파수 구성요소의 스펙트럼으로 구성되어 도 3a의 평면내에 각도가 분산되었음에도 불구하고, 빔(P42B,P42C)의 오직 하나의 주파수 구성요소의 경로가 도 3a에 도시된다. 도시된 경로는 전형적이다. 빔(P42B,P42C)를 위한 오직 하나의 광학 주파수 구성요소의 설명은 본 발명의 정신 및 의미에서 벗어남 없이 그리고 도 3a로의 부당한 복잡성 및연속 도면으로 도입됨 없이 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔(P42C)에 관한 서스 시스템(84)의 중요한 특성의 나열을 허용한다.

파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 빔(P42C)은 도 3k에 도시된 서브시스템(84)에 진입한다. 도 3k의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 도 3k에 도시된 바와 같이, 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 빔(P42C)는 서브시스템(84)의 강학 축(3d)에 정렬된 광학 축을 갖는 렌즈(66)를 통과하고 광빔(P42D-1,-2,-3,-4)로 구성된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)을 따라서 나온다. 오직 하나의 광학 주파수 구성요소로 설명된 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)는 렌즈(66)에 의해 이미지 평면(47)내에 이미지 포인트(48)로 초점이 맞추어진다. 이미지 평면(47)내의 이미지 포인트(48)의 위치, 그러므로 인한 이미지 평면(47)내에 위치된 검출기 핀홀의 선형 어레이위의 이미지 포인트(48)의 위치는 분산 검출기 요소(130a,130b)의 덕분에 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 빔(P42D)의 광학 주파수에 종속된다. 핀홀의 어레이를 통과하는 광빔부는 검출기(114), 더 바람직하게 선형 어레이 CCD와 같이 화소의 선형 어레이로 구성된 검출기에 의해 검출된다.

공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)은 분산 검출기 요소(130a)위에 부딪히는 것이 도3a에 도시된다. 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42A)부는 반사 기준 빔(R42B)에 따라 분산 검출기 요소(130a)에 의해 도 3a의 평면내에서 회절된다. 반사 기준 빔(R42B)은 제 2 분산 검출기 요소(130b)위에 부딪힌다. 반사 기준 빔(R42B)부는 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)을 따라제 2분산 검출기 요소(130b)에 의해 도 3a의 평면내에 회절된다. 빔(R42B,R42C)이 광학 주파수 구성요소의 스펙트럼으로 구성되어 도 3a의 평면내에 각도가 분산되었음에도 불구하고, 빔(R42B,R42C)을 위한 오직 하나의 광학 주파수 구성요소의 경로가 도 3a에 도시된다. 도시된 경로는 전형적이다. 빔(R42B, R42C)을 위한 오직 하나의 광학 주파수 구성요소의 설명은 본 발명의 정신 또는 의미에서 벗어남 없이 그리고 도 3a 및 연속 도면으로의 부당한 복잡함을 도입함 없이 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)에 관한 섹션(84)의 중요한 특성의 표시를 허용한다.

파수 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)은 도 3l에 도시된 서브시스템(84)에 진입한다. 도 3l의 평면은 도 3a의 평면에 수직이다. 도 3l에서, 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42C)은 렌즈(66)를 통과하고 광빔(R42D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)을 따라 나타난다. 도 3l에서 오직 하나의 광학 주파수 구성요소로 설명된 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)은 렌즈(66)에 이해 이미지 평면(47)내의 이미지 포인트(48)로 초점이 맞추어진다. 이미지 평면(47)내의 이미지 포인트(48)의 위치 및 그에 따른 이미지 평면(47)내에 위치된 검출기 핀홀의 선형어레이위의 이미지 포인트(48)의 위치는 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 반사 기준 빔(R42D)의 광학 주파수에 종속된다. 검출기 핀홀의 선형 어레이를 통과하는 광빔부는 검출기(114)에 의해 검출된다.

도 3a-3l에 서술된 제 3실시예의 잔여부는 도 1a-1l의 설명에서 제 1바람직한 실시예의 대응하는 태양을 위한 설명된 것과 바람직하게 동일하다.

본 발명의 제 3바람직한 실시예내의 레벨1 변별은 분산 검출기 요소(130a,130b)에 의해 정의된 평면에 직교 평면내의 본 발명의 장치의 서브 이미징 시스템의 임펄스 응답 함수를 조정함으로써 얻어진다. 또한 레벨 1타입 변별은 제 3바람직한 실시예의 변형에서 얻어지는데 여기서 변형의 장치 및 전자 처리 수단은 제 3바람직한 실시예에 관하여 각각의 광학축에 대하여 π/2만큼 회전되는 이상기(14,24,34)와 실질적으로 동일하다. 제 3실시예의 변형의 잔여부는 바람직하게 본 발명의 제 1바람직한 실시예의 변형의 설명에서 설명된 것과 동일하다.

이제 도 4a-4f에서, 도 4a-4f는 소스 서브시스템(80a), 서브시스템(81b), 검출기 서브시스템(84a)이 바람직하게 대략적인 슬릿 공초점 마이크로스코피를 위해 형성되는 제 1그룹의 실시예로부터 본 발명의 제 4실시예를 대략적인 형태로 서술한다. 동일 기준 수치가 도 3a-3l에 관하여 앞서 설명된 동일 요소를 위해 도 4a-4f에서 사용된다. 도 4b에 도시된 서브시스템(80a)의 변형은 이제 바람직하게 광대역, 공간 인코히어런트 라인 소스, 바람직하게 램프 필라멘트 또는 레이저 어레이로 구성된 소스(10a)의 영역내에 그리고, 렌즈(6)에 의해 형셩된 라인소스(10a)의 이미지에 정렬된 소스 핀홀(8a)의 선형 어레이로 이제 바람직하게 구성된 제 3실시예의 핀홀(8)의 영역내에 존재한다. 도 4c, 4d에 도시된 서브 시스템(81b)에서의 변형은 서브시스템(81b)내에 공간 필터 핀홀(18b)의 선형 어레이와 함께 제 3실시예의 서브시스템(81a)내에 교체 핀홀(18a)로 구성된다. 도 4e 및 도 4f에 도시된 서브시스템(84a)내의 변형은 제 3실시예의 이미지 평면(47)내의 핀홀의 선형 어레이가 이제 바람직하게 검출기 핀홀의 2차원 어레이이고 화소의 선형 어레이를 갖는 제 3실시예의 검출기(114)는 이제 바람직하게 화소의 2차원 어레이로 구성된 검출기(114a)인 검출기(114a)의 영역에서 존재한다.

도 4b에서, 소스 핀홀(8a)의 선형 어레이 및 소스(10a)는 도 4b의 평면에 수직으로 정렬되고 도 4b의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다. 도 4c, 4d에서, 공간 필터 핀홀(18b)의 선형 어레이는 도 4c, 4d의 평면에 수직으로 정렬되고 도 43c,4d의 평면은 도 4a의 평면에 수직이다. 도 4e,4f에서, 검출기 핀홀의 2차원 어레이 및 검출기 화소의 2차원 어레이는 도 4e,4f의 평면에 수직으로 정렬된다.

도 4a-4f에서 서술된 제 4실시예의 잔여부는 바람직하게 도 3a-3l의 설명에서 제 3바람직한 실시예의 대응하는 태양을 위해 설명된 것과 동일하다.

본 발명의 제 4바람직한 실시예에서 레벨 1 변별은 분산 검출기 요소(130a,130b)에 의해 정의되는 평면에 직교 평면내의 본 발명의 장치의 이미징 서브시스템의 임펄스 응답 함수를 조정함으로써 얻어진다. 또한 레벨 1타입 변별은 제 4바람직한 실시예의 제 1변형에서 얻어지는데 여기서 제 1변형의 장치 및 전자 처리 수단은 제 4바람직한 실시예에 관하여 각각의 광학 축에 대하여 π/2라디안 만큼 회전되는 이상기(14,24,34)와 실질적으로 동일하다. 제 4실시예의 제 1변형의 잔여부는 본 발명의 제 2바람직한 실시예의 제 1변형의 대응하는 태양을 위해 설명되는 것과 동일한 것이 바람직하다.

제 4바람직한 실시예의 제 2변형이 설명되는데 여기서 제 2변형의 장치 및 전자 처리 수단은 소스 슬릿 및 공간 필터 슬릿에 의해 교체되는 제 4바람직한 실시예의 공간 필터 핀홀(18a) 및 소스 핀홀(8a)의 선형 어레이를 제외하고 제 4바람직한 실시예에 관하여 실질적으로 동일하다. 제 4실시예의 제 2변형의 잔여부는 본 발명의 제 4바람직한 실시예의 대응하는 태양을 위한 설명된 것과 동일한 것이 바람직하다.

제 4바람직한 실시예의 제 2변형을 위한 아웃-오브-포커스 이미지의 계통 효과의 감소는 종래 기술 슬릿 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 제 4바람직한 실시예의 제 2변형에서의 아웃-오브-포커스 이미지로 인한 안정 효과는 종래 기술 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것보다 아래로 감소되지만 보통 제 4바람직한 실시예 및 제 4바람직한 실시예의 제 1변형의 장치에서 얻어지만큼 효과적이지 않다.

각각의 슬릿대신에 제 4바람직한 실시예의 제 1변형 및 제 4바람직한 실시예에서와 같이 소스 핀홀의 선형 어레이 및 공간 핀홀의 선형 어레이를 사용하는 것은 대상재료의 섹션의 2차원 표시를 발생하기 위해 대상재료의 제한된 스켄을 위한 필요를 발생한다. 제한된 스캔의 방향은 대상재료내의 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지의 방향이다. 제한된 스캔은 대상재료내의 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지의 방향에 있는 핀홀사이에 스페이싱때문에 일어난다. 추가로, 파수로 필터링된, 공간적으로 필터링된 산란 프로브 빔에 대한 고감도는 대상재료내의 소스 핀홀의 선형 어레이의 이미지의 방향에 있는 핀홀사이의 스페이싱이 방정식(54)에 연속적으로 나타내어진 조건에 따를 때 유지된다.

제한된 스캔의 단계의 수는 대상재료내의 두 접촉하는 소스 핀홀의 이미지및 각각의 이미징 서브시스템의 각해상도사이의 스페이싱의 비에 의해 결정된다. 실제로, 제한된 스캔의 단계의 수는 소스 핀홀의 선형 어레이내의 핀홀 및 공간 필터 핀홀의 수보다 상당히 적을 것이다. 이렇게 공간 필터 핀홀 및 소스 핀홀의 선형 어레이와 함께 제 4바람직한 실시예의 제 1변형 및 제 4바람직한 실시예의 장치를 사용하여, 대상재료의 섹션의 2차원 표시는 실질적으로 스캔 없이 구해질 수 있다.

대상재료에 의해 산란 및/또는 반사된 산란 프로브 빔의 복소 진폭의 진폭 및 위상이 다섯 그룹의 실시예 및 변형의 각각에 의해 얻어진다는 것이 실시예의 변형 및 실시예의 설명에서 알려져 있다. 각각의 실시예 및 변형을 위한 산란 프로브 빔의 복소 진폭의 결정에 있어서 상당히 감소된 안정 에러 및 감소된 계통 에러는 광학 디스크의 주어진 기록 매체를 위해 기억되고 검색될 수 있는 데이터의 최대 밀도에 관련된 특성이고, 기록 매체는 대상재료이다.

메모리 사이트에 기억된 데이터의 포맷은 사용에 유용한 일 비트를 갖는 전형적인 2진이다. 여기에 설명된 다섯 그룹의 실시예의 실시예 및 변형을 위한 감소된 안정 에러 및 감소된 계통 에러의 인용된 특성에 의해 여유가 주어진 증가된 신호대 잡음비와 함께, 광학 디스크의 주어진 기록 매체내에 기억될 수 있는 데이터의 최대 밀도는 증가될 수 있다. 메모리 사이트에 기억된 데이터는 (베이스 N) ×(베이스 M)포맷에서 표현될 수 있는데, 베이스 N은 복소 진폭의 진폭이 비교되는 N수의 진폭 윈도우를 위한 것이고, 베이스 M은 복소 진폭의 위상이 비교되는 M수의 위상 윈도우를 위한 것이다.

다섯 그룹의 실시예의 실시예 및 변형을 위해, 복소 진폭의 진폭은 N윈도우의 어디에 진폭이 위치되는지를 결정하기 위해 일련의 N 윈도우 비교기 전자 프로세서에 의해 처리된다. 유사하게, 복소 진폭의 위상은 M 윈도우의 어디에 위상이 위치되는지를 결정하기 위해 일련의 M 윈도우 비교기 전자 프로세서에 의해 처리된다. 사용될 수 있는 N 및 M의 값은 얻어지는 신호대 잡음비 및 필요한 처리 시간과 같은 인자에 의해 결정될 것이다. 다섯 그룹의 실시예중 하나의 사용에 의한 광학 메모리내에 기억된 데이터의 최대 밀도의 증가는 프로덕트 N×M에 비례한다.

제 2그룹의 실시예로부터 본 발명의 현 제 5바람직한 실시예는 제 1그룹의 실시예로부터 제 1실시예의 동일한 숫자가 주어진 요소에 함수 아날로그를 수행하는 많은 요소를 갖는다. 도 1a에 도시된 공초점 마이크로스코피 시스템에서, 서브시스템(82)은 서브시스템(82aa), 분산 요소(130c,130d) 및 서브시스템(85)에 의해 교체되고;서브시스템(83)은 본 발명의 제 5실시예를 제공하기 위해 도 1aa에 도시된 바와 같이, 서브시스템(83aa), 미러(120a), 및 서브시스템(95)에 교체된다. 제 5실시예는 미켈슨 간섭계를 포함하는데 이것은 빔 스플리터(100), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산 프로브 빔 요소(130c,130d), 분산 검출기 요소 (130a,130b) 및 검출기(114)로 구성된다.

도 1aa에서 도시된 바와 같이, 광빔(P22B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22B)으로서 빔 스플리터(100)에 의해 부분적으로 전송되고 도 1d에 도시된 서브시스템(82aa)으로 진입한다.

도 1aa에서, 광빔(P22B)은 이상기(24-1,-2,-3,-4)로 구성된 이상기(24)에 부딪힌다. 도 1ab의 평면은 도 1aa의 평면에 수직이다. 이상기(24)는 이상기(14)와 동수의 2m요소로 구성되고 도 1ab에 m=2로 도시된다. 광빔(P22B-1,-2,-3,-4)은 각각 이상기(24-1,-2,-3,-4)를 통과하고, 각각 광빔(P22C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22C)으로서 나타난다. 이상기(24-1,-2,-3,-4)에 의해 도입된 이상기는 이상기(24-2 또는 24-4)중 어느 하나에 의해 도입된 이상기보다 π라디안 더 큰 동일한 값이고, 이상기(24-2,24-4)에 의해 도입된 위상변이는 동일한 값이다.

이상기(14-1 및 24-1), (14-2 및 24-2),(14-3 및 24-3) 및 (14-4 및 24-4)의 각각의 쌍에 의해 생산된 위상변이의 합은 π라디안이다. 이렇게 광빔(P22C-1,-2,-3,-4)의 임의의 둘 사이에 아무 순수 상대적 위상변이도 없다. 광빔(P22C)은 인-포커스 이미지 평면(17)내에 이미지 포인트(18)에서 제 1매개 프로브 빔 스폿에 초점이 맞추어진 광빔(P22D-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P22D)으로서 렌즈(26)을 통과한다. 광빔(P22D)는 광빔(P22-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P32)으로서 이미지 포인트(18)로부터 나타난다. 광빔(P32)은 광학 축(3) 서브시스템(82aa)과 정렬된 광학 축을 갖는 렌즈(36)에 진입한다. 광빔(P32)는 렌즈(36)로부터 나타나고 광빔(P22A-1,-2,-3,-4)으로 구성된 평행 광빔(P22A)으로서 서브시스템(82aa)을 나온다.

도 1aa에서, 프로브 빔(P32A)는 제 3분산 요소상에 부딪히고, 분산 프로브 빔 요소(130c)는 전송 회절 격자인것이 바람직하다. 프로브 빔(P32A)부는 각각 광빔(P22B-1,-2,-3,-4)으로 구성된 광빔(P32B)으로서 제 3분산 요소(130c)에 의해 도 1aa의 평면에서 회절된다. 프로브 빔(P32B)는 제 4분산 요소상에 부딪히고, 분산프로브 빔 요소(130d)는 전송 회절 격자인 것이 바람직하다. 광빔(P32B)부는 각각 광빔(P32C-1,-2,-3,-4)으로 구성된 프로브빔(P32C)으로서 제 4분산 요소(130d)에 의해 도 1aa의 평면내에 회절된다. 프로브 빔(P32B,P32C)이 광학 주파수 구성요소의 스펙트럼으로 구성되어 도 1aa의 평면내에 각도가 회절되었음에도 불구하고, 프로브 빔(P32B,P32C)의 오직 하나의 주파수 구성요소의 경로가 도 1aa에 도시되었다. 도시된 경로는 전형적이다. 프로브 빔(P32B,P32C)을 위한 오직 하나의 광학 주파수 구성요소의 설명은 본 발명의 정신 또는 의미로부터 벗어남 없이 그리고 부당한 복잡성을 도 1aa 및 연속 도면에 도입할 필요없이 프로브 빔(P32C)에 관하여 도 1ac에 도시된 서브시스템(85)의 중요한 특성의 표시를 허용한다.

도 1ac에 도시된 바와 같이, 프로브 빔(P32C)은 광 빔(P32D-1, -2, -3, -4)를 각각 포함하는 프로브 빔(P32D)을 형성하도록 서브시스템(85)으로 입사해서 렌즈(46)를 통과한다. 프로브 빔(P32D)은 대상재료(112)내의 인-포커스 이미지 평면(27)에 라인 이미지를 형성해서 대상재료(112)을 조명하도록 렌즈(46)에 의해 초점이 맞춰진다. 인-포커스 이미지 평면(27)의 라인 이미지는 이미지 포인트(28)를 포함한다. 광이미지의 축은 이미지 서브 시스템(85)의 광축(3a)과 실질적으로 수직이다. 라인 이미지는 렌즈(46)의 초점 길이 및 모두 조절되는 분산형 프로브 빔 구성요소(130c, 130d), 및 소스(10)의 광학 대역폭등의 요소의 조합에 의해 결정된다. 라인 섹션은 대상재료을 일이상의 표면에 따라서 나누어지거나 대상재료의 표면에 놓일 수 있다. 렌즈(46)의 광축은 서브 시스템(85)의 광축에 따라서 정렬된다.

도 1aa에서 광 빔(22A)은 광 빔(R22B-1, -2, -3, -4)으로 구성된 광빔(R22B)에 따라, 빔 스플리터에 의해서 부분적으로 반사된다. 도 1ad에 도시된 바와 같이, 광빔(R22B)은 서브시스템(83aa)에 입사된다. 도 1ad의 평면은 도 1aa의 평면과 수직이다. 도 1ad에 도시된 바와 같이, 광 빔(R22B)은 이상기(34-1, -2, -3, -4)로 구성된 이상기(34)에 부딪친다. 이상기(34)는 m=2로 도 1ad에 도시된 이상기(14)와 같이 2m으로 동수의 구성요소를 포함하고, 광 빔(R22B)은 이상기(34)를 통과하고, 이상기(44)를 통과해서, 광빔(R22C-1, -2, -3, -4)으로 구성된 광빔(R22S)으로 나타난다. 이상기(44)에 의해 도입된 위상 변이는 컴퓨터(118)로부터의 신호(132)에 의해 제어된다.

이상기(34-1, 34-3)에 의해 도입된 위상 변이는 이상기(34-2, 34-4)중의 하나에 의해 도입된 위상 변이보다도 π라디안 큰 값과 동일한 값이고, 상기 이상기(34-2, 34-4)에 의해 도입된 위상은 같은 값이 된다. 이와같이, 광빔(R22C-1, -2, -3, -4)중의 임의의 두개 사이의 순 위상변이는 없다. 광빔(R22C)은 광빔(R22D-1, -2, -3, -4)으로 구성된 광빔(R22D)과 같이 렌즈(56)를 통과한다. 광빔(R22D)은 인-포커스 평면(37)내의 이미지 포인트(38)의 제 1 매체 기준 빔 스폿으로 렌즈(56)에 의해서 초점이 맞춰진다. 렌즈(56)의 광축은 서브 시스템(83)의 광축을 따라서 정렬된다. 기준 빔(R22D)은 각각 광(R22D-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준빔(R32)을 따라서 이미지 포인트(38)내의 매체 기준 빔 스폿으로부터 발산한다. 기준 빔(R32)은 서브시스템(83aa)의 광축(3b)을 따라서 정렬된 광축을 가지고 있다. 기준 빔(R32)은 렌즈(66)로부터 발산해서 광빔(R32A-1, -2, -3, -4)로 각각 구성된 기준빔(R32A)을 따라서 서브시스템(83aa)으로 나간다.

도 1aa에는, 기준빔이 미러(120a)에 의해 반사되어서 각각 광빔(R32B-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준빔(R32B)을 따라 서브 시스템(95)으로 방향이 맞춰지는 것이 도시되어 있다. 도 1ae에는, 기준 빔(R32B)이 각각 광빔(R32C-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준 빔(R32C)에 따라 렌즈(76)를 통과하는 것이 도시되어 있다. 기준빔(R32C)은 기준 미러(120)상의 인-포커스 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)로 렌즈(76)에 의해서 초점이 맞춰진다. 렌즈(176)의 광축은 서브시스템(95)의 광축(3c)에 따라서 정렬된다.

도 1af에는, (도 1ac와 비교해서) 프로브 빔(P32D)의 포션은 광빔(P42-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P42)을 따라서 인-포커스 이미지 평면(27)내의 라인 이미지 영역의 조명된 대상재료에 의해 반사되거나/반사되고 산란되는 것이 도시되어 있다. 산란된 프로브 빔(P42)은 인-포커스 이미지 평면(27)의 라인 이미지로부터 발산해서 렌즈(46)에 입사된다. 도 1af에 도시된 바와 같이, 산란된 프로브 빔(P42)은 렌즈(46)로부터 확산되어서 각각 광빔(P42A-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P42A)과 같이 평행하게 서브 시스템(85)을 나간다.

도 1aa에 도시된 바와 같이, 산란된 프로브 빔(P42A)은 제 4 브로브 빔 구성요소(130d)에 부딪친다. 산란된 프로브 빔(P42A)의 포션은 각각 광빔(P42B-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔과 같이 분산형 프로브 빔 구성요소(130d)에 의해서 도 1aa의 평면에서 회절된다. 산란된 프로브 빔(P42B)은 제 3 분산형 프로브 빔 구성요소(130c)에 부딪친다. 산란된 프로브 빔(P42B)의 포션은 각각 광빔(P42C-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P42C)과 같이 도 1aa의 평면에서 회절된다. 비록 산란된 프로브 빔(P42B, P42C)이 광 주파수 성분의 스펙트럼으로 구성되어서 도 1aa의 평면의 각도로 분산되지만, 산란된 프로브 빔(P42B, P42C)의 단지 하나의 주파수 성분의 경로는 도 1aa에 도시된 바와 같다. 산란된 프로브 빔(P42B, P42C)의 성분 경로의 광학 주파수는 도 1aa에 도시된 프로브 빔(P32B, P32C)의 성분 경로와 같은 광 주파수이다.

도 1ag에 도시된 산란된 프로브 빔(P42C)은 (도 1aa와 비교해서)서브 시스템(82aa)에 입사된다. 도 1ag에서, 산란된 프로브 빔(P42C)은 렌즈(36)에 입사되어서 각각 광빔(P42D-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P42D)과 같이 확산된다. 렌즈(36)는 산란된 프로브 빔(P42D)의 초점을 인-포커스 이미지 평면(17)내의 이미지 포인트(18)의 중간 산란된 프로브 빔 스폿으로 맞춘다. 비록 단지 산란된 프로브 빔(P42D)의 일 광 주파수 성분의 경로가 도 1ag에 도시되어 있지만, 산란된 프로브 빔(P42D)의 모든 광 주파수 성분의 이미지 포인트는 도 1ag에 개략적으로 도시된 것과 동일하다; 렌즈(36), 분산형 프로브 빔성분(130c, 130d), 렌즈(46), 및 대상재료(112)로 구성된 광학 시스템은 빔(P32)의 광 주파수 성분의 전체 스펙트럼에서 자신의 공역(conjugate)이미지 포인트가 되는 공초점 이미징 시스템이다.

도 1ag에 이어서, 산란된 프로브 빔(P42D)은 각각 광빔(P52-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P52)과 같이 이미지 포인트(18)로부터 확산된다. 산란된 프로브 빔(P52)은 렌즈(26)로 입사되어서 각각 광 빔(P52-1, -2, -3, -4)으로 구성된 산란된 프로브 빔(P52A)을 형성하도록 평행해 진다. 광 빔(P52A-1, -2, -3, -4)은 이상기(24-4, -3, -2, -1)를 각각 통과하고, 각각 광 빔(P52B0-1, -2, -3, 4)과 같이 통과한다. 광빔(P32B-1, -2, -3, -4)은 서브시스템(82aa)을 나오는 산란된 프로브 빔(P52B)을 구성한다. 이상기(24-1, 24-3)에 의해 도입된 위상 변이는 이상기(24-2, 24-4)중의 하나에 의해 도입된 위상 변이보다도 π라디안 큰 값과 동일한 값이고, 상기 이상기(24-2, 24-4)에 의해 도입된 위상은 같은 값이 된다.

도 1ah에는, (도 1ae와 비교해서) 기준빔(R32D)은 각각 광빔(R42-1, -2, -3, -4)으로 구성된 반사된 기준빔(R42)과 같이 미러(120)에 의해 반사된다. 반사된 기준빔(R42)은 인-포커스 평면(47)내의 이미지 포인트(48)로부터 발산해서 렌즈(76)애 입사된다. 도 1ah에 도시된 바와 같이, 반사된 기준 빔(R42)은, 각각 광빔(R42A-1, -2, -3, -4)로 구성된 반사된 기준 빔(R42A)과 같이 평행하게 렌즈(76)로부터 확산한다.

도 1aa에서는 반사된 기준 빔(R42A)은 미러(120a)에 의해 반사되어서 각각 광빔(R42-1, -2, -3, -4)으로 구성된 반사된 기준 빔(R42B)과 같이 서브 시스템(83aa)으로 방향이 맞춰진다. 도 1ai에서, 반사된 기준 빔(R42B)은 각각 광빔(R42C-1, -2, -3, -4)으로 구성된 반사된 기준 빔(R42C)과 같이 렌즈(66)를 통과한다. 반사된 기준 빔(R42C)은 인-포커스 이미지 평면(37)의 이미지 포인트(38)의 중간 반사된 기준 빔 이미지 스폿으로 렌즈(66)에 의해서 초점이 맞춰진다. 기준빔(R42C)은 각각 광빔(R52-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준빔(R52)과 같이 이미지 포인트(38)에서 중간 반사된 기준 빔 스폿으로부터 확산된다. 기준빔(R52)은 렌즈(56)에 입사해서 각각 광빔(R52A-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준빔(R52A)과 같이 렌즈(56)로부터 확산된다. 도 1ai에 도시된 바와 같이, 반사된 기준 빔(R52)은 각각 광빔(R52A-1, -2, -3, -4)으로 구성된 평행한 기준빔(R52A)과 같이 렌즈(56)로부터 확산한다. 광빔(R52A-1, -2, -3, -4)은 각각 광빔(R52B-1, -2, -3, -4)으로 구성된 기준빔(R52B)과 같이 확산하기 위해서 우선 이상기(44)를 통과하고, 이상기(34-4, -3, -2, -1) 각각을 통과한다. 이상기(44)에 의해서 도입된 위상 변이는 컴퓨터(118)로부터의 신호(132)에 의해 제어된다. 이상기(34-1, 34-3)에 의해 도입된 위상 변이는 이상기(34-2, 34-4)중의 하나에 의해 도입된 위상 변이보다도 π라디안 큰 값과 동일한 값이고, 상기 이상기(34-2, 34-4)에 의해 도입된 위상은 같은 값이 된다. 광빔(R32B)을 포함하는 광빔(R32B-1, -2, -3, -4)은 서브시스템(83aa)을 나온다.

본 발명의 제 5 실시예의 나머지 설명은 제 1 실시예에서 주어진 명세의 대응하는 부분과 동일하다.

제 1 실시예의 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P42D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R42D)의 복소진폭사이의 간섭 크로스 항과, 제 5 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브빔(P62D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔(R62D)사이의 간섭 크로스 항은 대상재료(112)내의 두개의 실질적인 직교라인 섹션에 관한 정보를 포함하고, 상기 각각의 섹션은 동시에 얻어진다. 제 1 실시예에서, 대상재료(112)의 직교라인은 서브시스템(82)의 광축(3)과 실질적으로 평행하고, 제 5 실시예에서, 대상재료(112)내의 라인 섹션은 서브시스템(85)의 광축(3a)에 실질적으로 직교한다.

본 발명의 제 5 바람직한 실시예에서 레벨 1 구분은, 분산형 프로브 빔 구성요소(130c, 130b) 및 분산형 검출기 구성요소(130a, 130b)에 의해 한정되는 평면에 직교하는 평면에서 본 발명의 장치의 이미징 서브시스템의 임펄스 응답 함수를 조정해서 얻어진다. 레벨 1 형 구분은, 각각의 광축에 대해서 π/2라디안 회전된 이상기(14, 24, 34)를 구비한 제 5 바람직한 실시예와 실질적으로 동일한 변형물의 장치 및 전자 프로세싱 수단이 실질적으로 제 5 바람직한 실시예와 같은 제 5 바람직한 실시예의 변형물을 통해서 얻어질 수 있다. 제 5 바람직한 실시예의 변형물의 아웃-오브-포커스 이미지의 구조적인 효과의 감소는 제 5 바람직한 실시예와 같다. 제 5 바람직한 실시예의 변형물의 아웃-오브-포커스 이미지로 인한 통계적인 효과는 종래의 기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것이하로 감소하지만 제 5 바람직한 실시예의 장치로 얻어지는 것과 일반적으로 같지는 않다.

제 2 그룹의 실시예로부터의 본 발명의 제 6 바람직한 실시예는 제 1 그룹의 실시예로부터 제 2 실시예의 동일한 수의 구성요소와 유사한 기능을 하는 다수의 구성요소를 구비하고 제 6 실시예는 근사 슬릿형 공초점 마이크로스코피에 맞춰진다. 도 2a에 도시된 공초점 마이크로스코피 시스템에서, 서브시스템(82)은 서브 시스템(82aa), 분산형 구성요소(130c, 130d), 및 서브시스템(85)으로 대치된다; 그리고 서브 시스템(83)은 도 2aa에 도시된바와 같이, 서브시스템(83aa), 미러(120a),및 서브시스템(95)으로 대치되어서 본 발명의 제 6 바람직한 실시예를 제공한다. 제 6 실시예는 빔 스플리터(100), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산형 프로브 빔 구성요소(130c, 130d), 분산형 검출기 구성요소(130a, 130b), 검출기(114a)로 구성된 미켈슨 간섭계를 포함한다.

제 6 실시예의 나머지 설명은 제 2 및 제 5 실시예의 주어진 명세의 대응부분과 동일하다.

제 2 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로 빔(P42D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 사이의 간섭 크로스 항과, 제 6 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P62D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R62D)의 복소진폭은 대상재료의 실질적인 직교 2차원 섹션에 관한 정보를 포함하고, 각각의 2차원 표면의 이미지 포인트는 동시에 얻어진다. 제 2 실시예에서, 대상재료(112)의 2차원 섹션의 법선은 서브 시스템(82)의 광축(3)과 실질적으로 직교하고, 제 6 실시예에서, 대상재료(112)의 2차원 섹션의 법선은 서브 시스템(85)의 광축(3a)과 실질적으로 직교한다.

제 7 그룹의 실시예로부터의 본 발명의 제 7 바람직한 실시예는 제 1 그룹의 실시예로부터 제 3 실시예의 동수의 구성요소와 유사한 기능을 하는 다수의 구성요소를 구비한다. 도 3a에 도시된 공초점 마이크로스코피 시스템에서, 서브 시스템(82)은 서브 시스템(82aa), 분산형 구성요소(130c, 130d), 및 서브시스템(85)으로 대치된다; 그리고 서브 시스템(83a)은 도 3aa에 도시된 바와같이, 서브시스템(83ab), 미러(120a), 및 서브시스템(95)으로 대치되어서 본 발명의 제 7 바람직한 실시예를 제공한다. 제 7 실시예는 빔 스플리터(100), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산형 프로브 빔 구성요소(130c, 130d), 분산형 검출기 구성요소(130a, 130b), 검출기(114a)로 구성된 미켈슨 간섭계를 포함한다.

제 7 실시예의 나머지 설명은 제 3 및 제 6 실시예의 주어진 명세의 대응부분과 동일하다.

제 3 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로 빔(P42D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 사이의 간섭 크로스 항과, 제 7 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P62D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R62D)의 복소진폭은 대상재료의 2개의 실질적인 직교 라인 섹션에 관한 정보를 포함하고, 상기 각각의 라인 섹션의 이미지 포인트는 동시에 얻어진다. 제 3 실시예에서, 대상재료(112)은 제 7 실시예의 서브 시스템(82)의 광축(3)과 실질적으로 평행하고, 제 7 실시예에서, 대상재료(112)의 라인 섹션은 서브 시스템(85)의 광축(3a)과 실질적으로 직교한다.

제 2 그룹의 실시예로부터의 본 발명의 제 8 바람직한 실시예는 제 1 그룹의 실시예로부터의 제 4 실시예의 동일한 번호의 구성요소와 유사한 기능을 하는 다수의 구성요소를 구비한다. 도 4a에 도시된 공초점 마이크로스코피 시스템에서, 서브시스템(82)은 서브 시스템(82aa), 분산형 구성요소(130c, 130d), 및 서브시스템(85)으로 대치된다; 그리고 서브 시스템(83a)은 도 4aa에 도시된 바와 같이, 서브시스템(83ab), 미러(120a), 및 서브시스템(95)으로 대치되어서 본 발명의 제 8 바람직한 실시예를 제공한다. 제 8 실시예는 빔 스플리터(100), 대상재료(112), 트랜스래이터(116), 기준 미러(120), 분산형 프로브 빔 구성요소(130c, 130d), 분산형 검출기 구성요소(130a, 130b), 검출기(114a)로 구성된 미켈슨 간섭계를 포함한다.

제 8 실시예의 나머지 설명은 제 4 및 제 7 실시예의 주어진 명세의 대응부분과 동일하다.

제 4 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로 빔(P42D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R42D)의 복소진폭의 사이의 간섭 크로스 항과, 제 7 실시예의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P62D)의 복소진폭과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R62D)의 복소진폭은 대상재료의 2개의 실질적인 직교 2차원 섹션에 관한 정보를 포함하고, 상기 각각의 2차원 섹션의 이미지 포인트는 동시에 얻어진다. 제 4 실시예에서, 대상재료(112)의 2차원 섹션의 법선은 서브 시스템(82)의 광축(3)과 실질적으로 직교하고, 제 8 실시예에서, 대상재료(112)의 2차원 섹션의 법선은 서브 시스템(85)의 광축(3a)과 실질적으로 직교한다.

본 발명의 제 9, 제 10, 제 7 및 제 12 실시예, 및 제 3 그룹의 실시예의 변형물은, 이상기(14, 24, 34, 34a)가 생략된 것만을 제외하면 각각 본 발명의 제 1,제 2, 제 3 및 제 4 실시예 및 변형물의 동일한 구성요소 및 서브 시스템을 포함한다. 제 3그룹의 실시예에서 본 발명의 실시예 및 변형물의 나머지 명세는, 주어진 시간 간격에서 이미지를 얻는 통계적인 정확성의 레벨에 관한 것만을 제외하고는 제 1 그룹의 실시예로부터의 본 발명의 실시예 및 변형물에서 주어진 명세의 대응부분과 동일하다.

본 발명의 실시예 및 변형물의 소정의 시간 간격에서 이미지를 획득하는 통계학적 정확성의 레벨은 제 3 그룹의 실시예로부터 본 발명의 실시예 및 변형물로 소정의 시간 간격으로 이미지를 획득하는 통계학적인 정확성의 레벨보다 우수하다. 그러나, 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 통계학적인 에러는, 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피에서 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로서 도입된 대응하는 통계학적 에러에 비해서, 본 발명의 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 변형물의 장치에서 훨씬더 감소될 것이다.

파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔의 복소진폭과 실시예의 검출기 이미지 평면내의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 복소진폭사이의 간섭 크로스 항의 크기는 픽셀 대 픽셀로 비교해서, 종래의 기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서의 대응하는 간섭 크로스 항에서 획득된 것과 실질적으로 동일할 것이다. 그러나, 소정의 시간 간격에서, 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 장치로 얻어진 대상재료의 이미지화된 라인 섹션의 각각의 이미지 포인트마다의 통계학적인 에러는 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 단일 이미지 포인트에서, 그리고 동일한 시간 간격에서, 얻어진 것과 실질적,통계학적으로 동일하다. 유사한 설명은 대상재료의 2차원섹션의 이미지화와 비교해서 적용된다. 이런 차이는 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로서 도입된 통계적인 에러가, 동일한 시간 간격에서 얻어진 대상재료의 라인섹션 또는 2차원 섹션의 이미지의 통계학적인 정확성을 고려할 때, 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 아웃-오브-포커스 이미지에 의해 도입된 대응하는 통계학적인 에러와 비교해서 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물에서 훨씬 더 감소될 것이라는 판단에 근거한다.

제 4 그룹의 실시예로부터 본 발명의 바람직한 실시예(13, 14, 15, 16) 및 그 변형물은 각각 이상기(14, 24, 34, 34a)를 생략한 것만을 제외하고는 본 발명의 제 5, 제 6, 제 7, 제 8실시예 및 그 변형물과 동일한 구성요소 및 서브 시스템을 포함한다. 제 4 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 나머지 명세는 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨에 관한 것을 제외하면 제 7 그룹의 실시예로부터의 실시예 및 그 변형물에 주어진 명세의 대응하는 부분과 동일하다.

제 2 그룹의 실시예로부터 실시예 및 그 변형물로 얻어진 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨은 제 4 그룹의 실시예로부터의 실시예 및 그 변형물을 가지고 얻어진 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨보다 높다. 그러나, 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 통계학적인 에러는 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 대응하는 통계적인 에러에 비해서 휠씬 더 감소될 것이다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔의 복소진폭과, 제 4 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 검출기 이미지 평면에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 복소진폭과의 사이의 간섭 크로스 항의 크기는 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 대응하는 간섭 크로스 항에서 얻어진 것과 픽셀 대 픽셀로 비교해서 실질적으로 동일할 것이다. 그러나, 소정의 시간 간격에서, 제 4 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 장치로 얻어진 대상재료의 이미지화된 라인 섹션의 각각의 이미지 포인트당 통계학적인 에러는 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 단일 이미지 포인트에서, 그리고 동일한 시간 간격에서, 얻어진 것과 실질적, 통계학적으로 동일하다. 유사한 설명은 대상재료의 2차원섹션의 이미지화와 비교해서 적용된다. 이런 차이는 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 통계적인 에러가, 동일한 시간 간격에서 얻어진 대상재료의 라인섹션 또는 2차원 섹션의 이미지의 통계학적인 정확성을 고려할 때, 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 아웃-오브-포커스 이미지에 의해 도입된 대응하는 통계학적인 에러와 비교해서 제 4 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물에서 훨씬 더 감소될 것이라는 판단에 근거한다.

제 5 그룹의 실시예로부터 본 발명의 바람직한 실시예(17, 18, 19, 20) 및 그 변형물은, 제 1 그룹의 실시예 및 그 변형물의 비수색성 프로브 렌즈를 수색성 프로브 렌즈로 대치시킨 것을 제외하고는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 실시예 및 그 변형물과 동일한 구성요소 및 서브 시스템을 포함한다. 제 5 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 나머지 명세는 소정의 시간 간격에서 얻어진 통계학적인 정확성의레벨에 관한 것을 제외하면 제 1 그룹의 실시예로부터의 실시예 및 그 변형물에 주어진 명세의 대응하는 부분과 동일하다.

제 5 그룹의 실시예로부터 실시예 및 그 변형물로 얻어진 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨은 제 1 그룹의 실시예로부터의 실시예 및 그 변형물을 가지고 얻어진 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨과 동일하다. 그러나, 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 통계학적인 에러는 제 5 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 장치로 아웃-오브-포커스 이미지의 진폭으로 도입된 대응하는 통계학적 에러에 비해서 제 1 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 장치에서 더 우수하고 상기 제 5 그룹의 실시예는 이미지포인트를 시간적으로 연속해서 획득한다.

제 5 그룹의 실시예로부터 실시예 및 그 변형물로 얻어진, 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨은 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피를 가지고 얻은 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 감소 및 보정의 레벨보다 훨씬 더 우수하다. 파수로 필터링되고, 공간적으로 필터링된 배경 빔의 복소진폭과, 제 5 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물의 검출기 이미지 평면에서의 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 복소진폭과의 사이의 간섭 크로스 항의 크기는 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피의 대응하는 간섭 크로스 항에서 얻어진 것과 픽셀 대 픽셀로 비교해서 실질적으로 동일할 것이다. 이와같이, 소정의 시간 간격에서 제 5 그룹의 실시예로부터의 실시예 및 그 변형예를 가지고 이미지를 얻을 때의 통계학적인 정확성과 계층적인 에러의레벨은 종래의 기술의 공초점 간섭계 마이크로스코피를 가지고 동일한 시간 간격에서 이미지를 얻을 때의 통계학적에러와 계층적인 에러의 레벨보다도 우수하다.

당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 신호의 감소의 등급 및 공간 해상력에 대해서 본 발명의 특성을 바꾸기 위해 이상기(14, 24, 34, 34a)가 어포다이즈될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한 당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 이상기(14, 24, 34, 34a)의 기능이 기타 이상기의 조합에 의해 수행될 수 있거나 동심 애뉼리(concentric annuli) 또는 기하학적인 패턴의 섹션으로 구성된 구성요소를 가지고 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

이상기(14, 24, 34, 34a, 44)는 전자광학 타입 또는 분산형 광학 구성요소 타입이 될 수 있다. 분산형 광학 구성요소 타입의 기준은 하기의 광대역 동작에 관한 단락에 주어진다. 대안적으로, 이상기(44)에의해 도입되는 것으로 설명되는 위상 변이는 대안적으로, 예를들어 기준 미러(120)등과 같은 미러를 미러의 반사면에 법선 방향으로 재배치함으로써 발생될 수 있다.

이상기(14, 24, 34, 34a, 44)에 의해 발생된 위상 변이가 파장에 의존하지 않을 때, 광대역 소스의 본 발명의 장치의 향상된 성능이 얻어진다. 이상기(14, 24, 34, 34a, 44)를 H.A.Hill, J.W.Figoski 및 P.T.Ballard의 미국특허 제 4, 213, 706호('80.7)인 "Background Compensating Interferometer" 및 H.A.Hill, J.W.Figoski 및 P.T.Ballard의 미국특허 제 4, 304, 464 호('81.12)인 "Background Compensating Interferometer"에 개시되어 있는 타입으로 설계함으로써 광대역 이상기의 필요조건을 맞출 수 있다.

5개 그룹의 실시예의 각각의 실시예 및 그 변형물에는, 대상재료의 정보를 기록하기 위한 기록매체를 포함하는 대응하는 실시예 또는 변형물이 있다. 정보를 기록하는 각각의 실시예 및 변형물은 하기의 구성의 변화를 제외하고는 제 5 그룹의 실시예의 대응하는 실시예 및 변형물의 방법 및 장치를 포함한다; 소스 및 참조 미러 서브 시스템은 상호 교환되고 검출기 및 검출기 핀홀은 실질적으로는 기록 미러의 후면에 부딪치는 소스로부터의 광으로 방향이 정해진 기록 미러로 재배치된다. 기록 미러의 반사도 및 기록 미러에 의해 도입된 위상변이는 대상재료상의 소망의 이미지를 발생하도록 위상 변이 산물에 대해서 정렬된 기록미러 상의 위치지정의 기능을 한다. 위상변이 산물은, 제 5 그룹의 실시예의 실시예 및 그 변형물에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측정된 강도의 값을 얻도록 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 위상변이의 시퀀스를 도입한 산물과 유사한 기능을 수행한다.

상기 설명된 기록의 실시예에서, 기록 처리는 다수의 상이한 메카니즘을 포함하고 광 디스크인 기록매체는 다수의 상이한 물질 및 상이한 물질의 혼합물을 포함한다. 기록처리의 실시예는 광화학 홀버닝을 비롯해서 패러데이 회전 및 커 효과와 같은 전자광학 효과 및 자기 광학 효과를 포함한다.

자기 광학 효과가 기록과정에 사용되어서 산란된 또는 투과된 프로브 빔의 편광 상태의 변화를 검출함으로써 저장된 정보가 검색될 때, 제 5 그룹의 실시예의 실시예는 산란된 프로브 빔의 복소진폭이외에 산란된 프로브 빔의 편광을 검출하도록 구성된다. 제 5 그룹의 실시예는 산란된 프로브 빔을 편광 빔 스플리터등의 애널라이저에 통과시켜서 애널라이저에 의해서 분리된 산란된 프로브 빔의 편광상태의 복소진폭을 측정함으로써 산란된 프로브 빔의 변향을 측정하도록 구성된다.

진폭기록 매체, 비선형 진폭기록 측정 매체 및/또는 위상 기록매체가 상기 설명된 기록의 실시예, 기록 매체 내의 이미지와 연관된 감소된 통계학적 에러 및 감소된 계층적 에러, 상기 설명된 기록 실시예의 특성과 함께 사용될 때, 메모리 사이트 내에 저장된 데이터의 밀도는 N×M에 비례하고, 여기서 N 및 M은 제 5 그룹 실시예인 판독 실시예의 설명에 사용된 것과 동일한 의미를 지닌다.

소정의 메모리 사이트에 저장된 정보 콘텐트는 기록 실시예 및 그 변형물의 기록 미러에 의해 발생된 반사력의 공간 분포 및 위상변이의 공간 분포에 의해 제어된다. 기록 미러에 의해 발생된 윈도우화된(windowed) 반사력 및 윈도우화된 위상변이는 미러의 전면에 위치된 전자 광학 진폭 변조기 및 이상기의 메트릭스에 의해서 제어되고, 상기 전자 광학 진폭 변조기 및 이상기는 컴퓨터에 의해 제어된다. 반사력 및 위상변이의 윈도우화(windowing)는 제 5 그룹의 실시예의 측정된 복소 산란 진폭의 진폭 및 위상의 윈도우화에 사용되는 것과 유사하다.

프로브 렌즈의 축방향의 제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 변형물에 의해 측정된, 공간적으로 필터링되고, 파수로 필터링된 산란된 프로브 빔과 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된 기준 빔의 간섭 항은 대상재료의 이미지 사이트에서의 복소 산란 진폭의 푸리에 변환에 비례한다. 유사하게, 제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 변형물에 대응하는 실시예 및 변형물을 기록함으로써 메모리사이트에 저장된 정보는 대응하는 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된, 기록 미러에 의해 반사된 빔과 공간적으로 필터링되고, 파수로 필터링된 반사된 기준빔에 비례하고, 기록 미러의 각각의 사이트의 복소 반사력의 푸리에 변환에 비례한다.

당업자는, 기록 미러에 의해 반사된 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된 빔과 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된 반사된 기준빔 사이의 간섭 항이 메모리 사이트에 저장되는 정보의 역 푸리에 변환에 비례하도록, 기록 미러의 복소 반사력이 결정될 때, 프로브 빔의 축방향으로 제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 변형에 의해 측정된 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된 산란된 프로브 빔과 공간적으로 필터링되고 파수로 필터링된 반사된 기준빔사이의 측정된 간섭 항은 저장된 원래의 정보에 비례한다. 이와같이, 본 실시예에서는 저장된 원래의 정보를 회복하기 위해서 제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 실시예 및 변형물에 의해 측정된 복소 산란 진폭의, 프로브 렌즈의 축방향의 푸리에 변환을 실시할 필요가 없다.

제 1 및 제 3 그룹의 실시예중의 어느 하나의 이점은 집적회로 제조에 사용되는 웨이퍼의 토모그래픽 복합 진폭 이미지가 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 초점이 맞지않는 이미지로부터의 배경으로, 웨이퍼 표면으로 또는 표면에서 깊이 방향의 라인섹션의 동시적 이미지화에 의해 완성되는 것이다. 웨이퍼 표면으로 또는 표면에서 웨이퍼의 깊이 방향의라인섹션의 동시적 이미징은 웨이퍼의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 웨이퍼의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼의 또는 웨이퍼내의 표면에서 웨이퍼의 깊이 방향의 라인섹션의 동시 이미징은 다중깊이에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 웨이퍼의 표면과 내표면을 식별하기 위해 추가로 사용될 수 있다.

제 1 및 제 3 그룹의 실시예중의 어느 하나의 이점은 집적회로 제조에 사용되는 웨이퍼의 토모그래픽 복소진폭 이미지가 종래의 기술의 단일 핀홀 및 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로, 웨이퍼 깊이 방향 라인 섹션의 실질적으로 동시적 이미지화에 의해 완성되는 것이다. 웨이퍼의 이차원 섹션의 일축은 웨이퍼의 길이방향에 평행하다. 웨이퍼의 2차원 섹션의 동시 이미징은 웨이퍼의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 깊이 및 횡 방향의 웨이퍼의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼내의 2차원섹션의 동시 이미징은 다른 위치에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 웨이퍼의 표면과 내표면을 식별하기 위해 추가로 사용될 수 있고, 상기 표면 및/또는 내표면은 표시 목적을 지원할 수 있다.

제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 중의 하나의 이점은 생체조건 안에서 생체 표본의 토모그래피 복소진폭 이미지가, 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로,생체 표본의 깊이 방향의 라인 섹션의 실질적인 동시 이미징에 의해 완성될 수 있다는 것이고, 상기 이미지는 예를들어 생체 표본의 비-침투 생체검사에 사용될 수 있다. 생체 표본의 깊이 방향의 라인 섹션의 동시 이미징은 예를들어 생체 표본의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 깊이 및 횡 방향의 생체 표본의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 생체 표본의 깊이 방향의 라인 섹션의 동시 이미징은 다중 깊이에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 생체 표본의 표면을 식별하기 위해 추가로 사용될 수 있다.

제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 중의 어느 다른 하나의 이점은 생체조건 안에서 생체 표본의 토모그래피 복소진폭 이미지가, 종래의 기술의 단일 핀홀 및 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로, 생체 표본의 2차원 섹션의 실질적인 동시 이미징에 의해 완성될 수 있다는 것이고, 상기 이미지는 예를들어 생체 표본의 비-침투 생체검사에 사용될 수 있다. 웨이퍼의 2차원 섹션의 동시 이미징은 예를들어 생체 표본의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 깊이 및 횡 방향의 생체 표본의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 생체 표본의 깊이 방향의 라인 섹션의 동시 이미징은 다중 깊이에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 생체 표본의 표면 또는 내표면을 식별하기 위해 추가로 사용될 수 있고, 상기 표면 및/또는 내표면은 표시 목적을 지원할 수 있다.

제 2 및 제 4 그룹의 실시예중의 어느 하나의 이점은 집적회로 제조에 사용되는 웨이퍼의 토모그래픽 복소진폭 이미지가 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로, 웨이퍼 표면으로 또는 표면에서 라인섹션 접점의 동시적 이미지화에 의해 완성되는 것이다. 웨이퍼 표면으로 또는 표면에서 라인섹션 접점의 동시적 이미징은 웨이퍼의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 웨이퍼의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼내의 또는 상의 표면에서 2차원섹션 접점의 동시적 이미징은 위치에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 웨이퍼의 표면과 내표면을 식별하기 위해 추가로 사용될 수 있고, 기준 위치는 표시 목적을 지원할 수 있다.

제 2 및 제 4 그룹의 실시예의 중의 어느 다른 하나의 이점은 생체조건 안에서 생체 표본의 토모그래피 복소진폭 이미지가, 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소되었거나 동일한 통계적인 에러 및 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로, 표본의 라인 섹션 접선의 실질적인 동시 이미징에 의해 완성될 수 있다는 것이고, 상기 이미지는 예를들어 생체 표본의 비-침투 생체검사에 사용될 수 있다. 웨이퍼 표면으로 또는 표면에서의 라인 섹션의 동시 이미징은 표본의 병진운동, 스캐닝 및/또는 진동에 의해 발생되는 표본의 동작에 대한 반응성을 대폭으로 줄이기 위해 사용될 수 있다. 표본상의 또는 표본으로의 2차원 라인 섹션 접선의 동시 이미징은 다양한 위치에서 동시에 얻어지는 정보를 가지고 표본의 기준위치를식별하기 위해 추가로 사용될 수 있고, 기준위치는 표시 목적을 지원할 수 있다.

제 5 그룹의 실시예의 이점은 집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼의 토모그래피 복소진폭 이미지가 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피로 측정된 시퀀스로 얻어진 것과 비교해서 크게 감소된 아웃-오브-포커스 배경으로 웨이퍼의 1차원, 2차원 또는 3차원이미지가 발생되는 것이라는 것이다.

제 5 그룹의 실시예의 이점은 생체조건 안에서 생체 표본의 토모그래피 복소진폭 이미지가, 종래의 기술의 단일 핀홀 공초점 간섭 마이크로스코피 또는 홀로그래피의 측정 시퀀스로 얻어진 것보다 상당히 감소된 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경으로, 표본의 1차원, 2차원 또는 3차원이미지가 발생된다는 것이고, 상기 이미지는 예를들어 생체 표본의 비-침투 생체검사에 사용될 수 있다.

상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은, 컴퓨터 칩등의 대규모 집적회로의 제조에 사용되는 리소그래피 애플리케이션의 스테퍼 또는 스캐너에서의 특히 정렬 마크 식별 및 스테퍼 또는 스캐너의 성능을 측정하기 위한 독립형 계측 시스템에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 상기 설명된 공초점 마이크로스코피는 스테퍼 및 스캐너에 사용되는 마스크의 검사 및 대규모 집적회로 제조의 각각의 단계의 웨이퍼의 검사에 사용가능하다. 리소그래피는 반도체 제조산업에서의 핵심 기술 드라이버이다.

오버레이를 향상시키는 것은 선폭(설계 규칙)을 100nm이하로 줄이기 위한 5개의 난이한 시도 중의 하나이다. 예를들어 Semiconductor Industry Roadmap,p82(1997)을 참조하라. 리소그래피 툴이 연간 5-10억 달라정도가 생산 될 수 있기 때문에, 리소그래피 툴의 성능을 향상시키는 경제적인 가치는 상당하다. 리소그래피 생산성의 각 1%의 증가(손실)는 집적회로 제조업체에 연간 약 1백만 달라의 경제적인 이익(손실)을 초래하고 리소그래피 툴 벤더에 실질적인 비교 이익 또는 불이익을 초래한다.

오버레이는 웨이퍼의 일레벨의 패턴 및 웨이퍼의 일련의 레벨의 제 2 패턴을 프린트하고 독립형 계측 시스템, 위치 상의 차이, 방향 및 두 패턴의 디스토션을 측정함으로써 측정된다.

독립형 계측 시스템은 패턴을 보기 위해, 패턴의 상대 위치 및 웨이퍼 핸들링 시스템을 측정하도록 레이저 게이지-제어 스테이지에 접속된, 상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템등의 마이크로스코프 시스템을 포함한다.

리소그래피 툴의 기능은 공간적으로 패터닝된 방사선을 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼상에 전달하는 것이다. 이러한 공정은 방사선(정렬)을 받아들이는 웨이퍼의 위치를 결정하고, 그 위치에서 방사선을 포토레지스트에 적용하는 것을 포함한다.

웨이퍼를 적절히 위치결정하기 위하여, 웨이퍼는 상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템과 같은 전용센서에 의해 측정될 수 있는 웨이퍼상의 정렬 마크를 포함한다. 정렬 마크의 측정 위치는 툴내에 있는 웨이퍼의 위치를 정의한다. 웨이퍼 표면의 바람직한 패터닝의 명세와 함께 이러한 정보는 공간적으로 패터닝된 방사와 관련된 웨이퍼의 정렬을 지시한다. 이러한 정보를 기초로 하여, 포토레지스트 코팅된 웨이퍼를 지지하는 병진운동이 가능한 스테이지는 방사선이 웨이퍼의 올바른 위치를 노광하도록 웨이퍼를 이동시킨다.

노광동안, 방사원은 공간적으로 패터닝된 방사선을 생성하도록 방사선을 산란시키는 패터닝된 레티클을 조명한다. 레티클은 또한 마스크라고 하기도 하며, 이들 용어는 아래 상호변경가능하게 사용된다. 축소 리소그래피의 경우에 축소 렌즈는 산란된 방사선을 모으고, 레티클 패턴의 축소된 이미지를 형성한다. 대안적으로, 근접 프린팅의 경우에, 산란된 방사선은 웨이퍼에 접하기 전에 적은 거리(전형적으로 마이크론 정도)를 전파하여, 레티클 패턴의 1:1 이미지를 생성한다. 방사는 방사 패턴을 레지스트 내의 잠상으로 변환하는 레지스트의 광화학적 공정을 개시한다.

마스크가 만들어질 때, 마스크는 완전하게 만들어져야 한다. 패턴내에 임이의 결점은 그 마스크로 프린팅되는 반도체 회로의 기능성을 파괴할 것이다. 마스크가 반도체 제조라인에 전달되기 전에, 패턴내에 임의의 결점을 조사하는 자동화된 마스크 정밀검사 시스템을 통과하게 된다. 마스크 정밀검사에는 두개의 가능한 방법, 다이-투-데이터베이스와 다이-투-다이 정밀검사가 있다. 제 1 방법은 마스크 패턴을, 마스크를 생성하는데 사용된 컴퓨터 데이터와 직접 비교하는 자동화된 스캔 마이크로스코피를 포함한다. 이것은 마스크 기록기 자신에 의해서 필요되는 것과 동일한매우 큰 데이터 처리 용량을 요구한다. 정밀검사된 마스크 패턴과 마스크 패턴을 만들기위해 사용된 데이터 세트사이의 임의의 상이함은 에러로서 플래그된다. 상기 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은 배경 축소, 및 1 차원 라인 섹션이미지 및 2 차원 섹션 이미지의 공간적인 동시 획득에 있어서 이점을 가지기 때문에 자동화된 마스크 정밀검사를 위해 매우 특별하게 적절하다.

일반적으로, 리소그래피 시스템은, 또한 노광시스템이라 하며, 조명 시스템, 및 웨이퍼 위치결정 시스템을 전형적으로 포함한다. 조명 시스템은 자외선, 가시광선, x-레이, 전자 또는 이온방사와 같은 방사선을 제공하는 방사원, 및 방사선에 패턴을 전하는 마스크 또는 레티클을 포함하며, 이에 의해, 공간적으로 패터닝된 방사선을 생성한다. 추가로, 축소 리소그래피의 경우에 있어서, 조명 시스템은 공간적으로 패터닝된 방사선을 웨이퍼상에 이미징하는 렌즈 어셈블리를 포함한다. 이미징된 방사선은 웨이퍼상에 코팅된 레지스트를 노광시킨다. 조명시스템은 마스크를 지지하는 마스크 스테이지, 및 마스크를 통하여 전달된 방사선에 관련하여 마스크 스테이지의 위치를 조절하는 위치결정 시스템을 또한 포함한다. 웨이퍼 위치결정 시스템은 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지, 및 이미징된 방사선에 관련하여 웨이퍼 스테이지의 위치를 조절하는 위치결정 시스템을 포함한다. 집적회로의 제조는 다중 노출 단계를 포함할 수 있다. 리소그래피에 관한 일반적인 레퍼런스에 대해, 여기서 참조로 되어 있는 예를 들면, J.R. Sheats 및 B.W. Smith의마이크로리소그래피:과학과 기술(Marcel Dekker,Inc.,뉴욕,1998)의 내용을 볼 것.

공초점 간섭 마이크로스코피 시스템(도시생략)을 사용하는 리소그래피 스캐너(800)의 실시예는 도 8a에 도시되어 있다. 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은 노광 시스템내에서 웨이퍼(도시생략)상의 정렬 마크의 위치결정을 정확하게 위치시키는데 사용된다. 여기서, 스테이지(822)는 노광 스테이션과 관련하여 웨이퍼를 지지하고 위치결정하는데 사용된다. 스캐너(800)는 다른 지지 구조물, 및 이들 구조물상에 운반된 다양한 구성요소를 운반하는 프래임(802)을 포함한다. 노광 베이스(804)는 레티클이나 마스크를 지지하는데 사용되는 레티클 또는 마스크 스테이지(816)를 장착하는 상단에 있는 렌즈 하우징(806)의 상단에 장착한다. 노광 스테이션에 관련하여 마스크를 위치결정하는 위치결정 시스템은 요소(817)에 의해 구조적으로 나타내어져 있다. 위치결정 시스템(817)은 예를 들면, 압전기 진동자 소자, 및 대응하는 제어 전자장치를 포함한다. 비록, 여기 설명된 바람직한 실시예에 포함되어 있지는 않지만, 하나이상의 간섭계 시스템이 사용되어, 리소그래피 구조를 제조하는 공정에서 위치결정이 정확하게 모니터닝되는 다른 운동가능한 소자, 및 마스크 스테이지의 위치결정을 정확하게 측정하는데 사용된다(Supra Sheats 및 Smith의마이크로리소그래피:과학과 기술을 볼 것).

아래 매달린 노광 베이스(804)는 웨이퍼 스테이지(822)를 운반하는 지지 베이스(813)이다. 스테이지(822)는 간섭계 시스템(826)에 의해 스테이지에 전달된 측정 빔(854)을 반사하는 평면 미러(828)을 포함한다. 간섭계 시스템(826)에 관련하여 스테이지(822)를 위치결정하는 위치결정 시스템은 구성요소(819)에 의해 구조적으로 표시되어 있다. 위치결정 시스템(819)은 예를 들면, 압전기 진동자 소자 및 대응하는 제어 전자장치를 포함한다. 측정 빔은 노광 베이스(804)상에 장착된 간섭계 시스템에 되반사한다.

동작동안, 방사빔(810)은 예를 들면, UV 레이저(도시생략)로부터의 자외선(UV) 빔은 빔 성형 광학 어셈블리(812)를 통과하고, 미러(814)로부터 반사한후 아래방향으로 이동한다. 그후, 방사빔은 마스크 스테이지(816)에 의해 운반된 마스크(도시생략)를 통과한다. 마스크(도시생략)는 렌즈 하우징(806)내에서 운반된 렌즈 어셈블리(808)를 통하여 웨이퍼 스테이지(822)상에 있는 웨이퍼상에 이미징된다. 베이스(804) 및 베이스에 의해 지지된 다양한 구성요소는 스프링(820)에 의해 묘사되는 댐핑 시스템에 의해 환경적인 변화로부터 보호된다.

종래기술에서 공지된 바와 같이, 리소그래피는 반도체 디바이스를 만드는 제조방법중의 결정적인 구성요소이다. 예를 들면, 미국특허 제5,483,343호는 이러한 제조 방법에 대한 단계를 개시하고 있다. 이러한 단계는 도 8b 및 도 8c를 참조로 아래 설명되어 있다. 도 8b는 반도체 칩(예를 들면 IC 또는 LSI), 액정패널 또는 CCD와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 시퀀스의 플로챠트이다. 단계(851)는 반도체 디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 단계(852)는 회로 패턴 설계를 기초로 한 마스크의 제조에 관한 공정이다. 단계(853)는 실리콘과 같은 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이다.

단계(854)는 이렇게 만들어진 마스크 및 웨이퍼를 사용함으로써 회로가 리소그래피를 통하여 웨이퍼상에 형성되는 웨이퍼 공정이며, 사전공정이라 한다. 충분한 공간분해능을 가지고 마스크상의 이들 패턴과 대응하는 웨이퍼상에 회로를 형성하기 위해, 웨이퍼와 관련된 리소그래피 툴의 간섭계 위치결정이 필요하다. 여기에 기술된 공초점 간섭 마이크로스코피 방법 및 시스템은 웨이퍼의 표면을 관찰하기 위해 특히 유용하게 사용되며, 내층은 웨이퍼 공정에서 사용된 리소그래피의 효율성을 모니터하고 검사하기 위해 웨이퍼공정에 의해 웨이퍼상에 생성된다.단계(855)는 사전공정이라고 하는 어셈블리 단계이며, 단계(854)에 의해 처리된 웨이퍼는 반도체 칩으로 형성된다. 이러한 단계는 어셈블리 단계(다이싱 및 본딩) 및 패키징 단계(칩 실링)를 포함한다. 단계(856)는 검사 단계이며, 단계(855)에 의해 만들어진 반도체 디바이스의 동작가능성 검사, 지속성 검사등이 수행된다. 이들 공정과 함께, 반도체 디바이스는 완료되고, 이들은 수송된다(단계(857)).

도 8c는 상세한 웨이퍼 공정을 도시하는 플로차트이다. 단계(861)는 웨이퍼의 표면을 산화하는 산화공정이다. 단계(862)는 웨이퍼 표면상에 절연막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계(863)는 증착에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성하는 전극형성 공정이다. 단계(864)는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 단계(865)는 레지스트(감광재료)를 웨이퍼에 도포하는 레지스트 공정이다. 단계(866)는 노광(즉 리소그래피)에 의해 상기 노광장치를 통하여 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼상에 프린팅하는 노광공정이다. 다시, 위에서 설명한 바와 같이, 여기서 설명되는 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템 및 방법의 사용은 이러한 리소그래피 단계의 정확성, 분해능, 및 지속성에서 향상되었다.

단계(867)는 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 단계(868)는 현상된 레지스트 이미지 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 단계(869)는 에칭공정이 수행된 후의 웨이퍼상에 남아있는 레지스트 물질을 분리하는 레지스트 분리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 회로 패턴이 형성되고, 웨이퍼상에 이중인화된다.

상기 공초점 간섭 마이크로스코피 방법 및 시스템의 중요한 적용은 상기 리소그래피 방법에서 사용된 마스크 및 레티클의 검사이다. 예를 들면, 마스크 검사시스템(900)의 구조가 도 9에 도시되어 있다. 소스(910)는 소스빔(912)을 생성하고 공초점 간섭 마이크로스코피 어셈블리(914)는 방사빔을 이동가능한 스테이지(918)에 의해 지지된 물질(916)에 전달시킨다. 스테이지의 상대적인 위치를 결정하기 위해, 간섭계 시스템(920)은 기준빔(922)을, 빔 포커싱 어셈블리(914)상에 장착된 미러(924)에, 그리고, 측정빔(926)을 스테이지(918)상에 장착된 미러(928)에 안내한다. 간섭계 시스템에 의해 측정된 위치에서의 변화는 물질(916)상에 기록빔(912)의 상대적인 위치의 변화에 대응한다. 간섭계 시스템(920)은 측정신호(932)를, 물질(916)상의 검사빔(912)의 상대적인 위치를 표시하는 컨트롤러(930)에 전송한다. 컨트롤러(930)는 출력신호(934)를, 스테이지(918)를 지지하고 위치결정하는 베이스(936)에 전송한다.

컨트롤러(930)는 공초점 간섭 마이크로스코피 어셈블리(914)가 예를 들면, 신호(934)를 사용하여 물질의 영역전체에 걸쳐 검사빔을 스캐닝하도록 하게 한다. 결과로서, 컨트롤러(930)는 물질을 검사하도록 시스템의 다른 구성요소를 지시한다. 마스크 검사는 마스크 패턴을 마스크를 생성하기 위해 사용된 컴퓨터 데이터와 직접 비교한다.

상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은 광학 디스크와 같은 물체내의 정보 유지 영역의 이미지를 생성하는 시스템과의 사이의 공간적인 관계의 제어에 특히 유용하게 사용될 수 있다. 광디스크 내의 및/또는 광디스크 상에 저장된 정보를 결정하는 과정에서, 광디스크의 외부 표면과 시스템의 물리적인 물리적인 접촉을 제공하는 것은 특히 중요하다.

정보 유지 영역의 이미지를 생성하고, 시스템과의 사이의 공간 관계를 제어하는 시스템은 광학 디스크를 지지하는 지지구조, 외부 표면의 프로파일을 이미징하고, 외부표면과 시스템과의 사이의 공간관계를 결절하는 상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템, 및 정보 유지 영역을 이미징하는 마이크로스코프 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 마이크로스코프 시스템을 외부표면과 물리적으로 접촉시키기 위한 일정한 공간 관계에 따라서, 외부 표면에 대해 마이크로스코프의 위치를 제어하는 프로세서를 더 포함한다.

도 9의 다이어그램은 상기 시스템을 도시하고 있고, 부재 번호 916이 광학 디스크를 나타내고, 부재 번호 914가 정보 유지 영역을 이미징하는 마이크로스코프 시스템과 외부 표면의 프로파일을 이미징하는 공초점 간섭 마이크로스코프 시스템 모두를 타나내기 위해 사용되는 경우이다. 두개의 마이크로시스템이 서로 다른 마이크로스코프 시스템 또는 같은 시스템일 수 있다는 것에 주목해야 한다. 부재 번호 930는 베이스내의 트랜스레이터(도시생략) 및 위치 스테이지(918)를 제어하기 위해 신호를 발생시키는 프로세서를 나타낸다. 트랜스레이터는 신호(934)에 응답해서 마이크로스코프 시스템(914)과 광학 디스크(916)의 상부 외부 표면 사이의 거리를 실시간으로 제어한다.

시스템(914)의 마이크로스코프 시스템은 예를들어, 핀홀 공초점 마이크로스코피 시스템, 상기 설명된 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템 또는 니어-필드 마이크로스코피 시스템을 포함할 수 있다.

이론

배경변별

모든 바람직한 실시예에서 설명된 장치는 핀홀 또는 슬릿 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템의 일부형성을 포함한다. 공초점 마이크로스코피 시스템의 배경변별력은 가장 중요한 이점중의 하나이며, 공초점 마이크로스코피의 강한 광학 섹션닝 특성으로부터 생긴다. 이것은 일반적인 마이크로스코피 분야의 제한된 깊이와 완전히 상이한 성질이며 이러한 상이함은 종래의 마이크로스코프는 아웃-오브-포커스 정보가 다소 흐릿해지는 반면, 공초점 시스템에서는 다소 강하게 정확히 정보가 검출되고, 초점면과 축으로 분리된 일부 위치에서 산란된 광은 검출기 평면에서 초점이 흐려지고, 따라서 거기에 위치된 마스크를 효율적으로 통과하는 것을 실패한다. (C.J.R. Sheppard 및 C.J. Cogswell의 "공초점 마이크로스코피에서의 3차원 이미징", T. Wilson에 의해 편집된 공초점 마이크로스코피(아카데미 클래스, 런던) pp.143-169(1990)를 참조). 예를 들면, DIP에서 사용된 Fizeau 간섭계는 종래의 마이크로스코피에서 찾은 것과 비교가능한 아웃-오브-포커스 이미지의 감도를 갖는다.

제 1, 제 2, 제 5 그룹의 실시예중의 다양한 변경 및 실시예의 공초점 간섭 마이크로스크피의 특성은 반사된 기준 빔 및 산란된 프로브 빔이 퍼필 함수 변경에 의해 인-포커스 이미지 포인트(48)에서 실질적으로 변경되는 반면, 인-포커스 이미지 포인트(48)에서 아웃-오브-포커스 빔의 일부분은 실질적으로 변경되지 않는다. 인용된 실시예 및 실시예의 변형에 대해, 본 발명의 특성은 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것에 비하여 감소된 아웃-오브-포커스 이미지의감도를 얻는데 사용된다.

본 실시예 및 제 1, 제 2, 제 3 및 제 5 그룹의 실시예중의 변형에서 설명된 장치는 분산 간섭계의 방식을 추가로 포함한다. 광학 시간 도메인 반사측정(OTDR)의 방법은 짧은 강 펄스의 광을 섬유와 같은 대상에 주사하는 단계, 및 시간-의존적인 후방산란 광 신호를 측정하는 단계로 구성되어 있다. 광 주파수 도메인 반사계 (OFDR)의 방법은 공지된 방법으로 주파수가 시간에 따라 변하는 단색 방사선을 대상에 조명하는 단계, 및 시간-의존적인 후방산란 광 신호를 측정하는 단계로 구성되어 있다. 인용된 실시예 및 그의 다양한 변경에 있어서, 파수-의존적인 후방산란 광 신호는 파수(k)의 함수로서 측정된다. OTDR 및 OFTR의 정의의 유사함에 의해, 인스턴트 발명에서 사용된 분산 간섭의 방식은 광 파수 도메인 반사측정(OWDR)의 방식으로서 분류될 수 있다.

인-포커스 이미지의 진폭에 대한 본 실시예 및 제 1 및 제 3 그룹의 실시예의 변경의 감도는 OWDR의 결합의 결과로서 주어진 노광에 접근 가능한 모든 축 위치에 대해 실질적으로 동시에 이루어진다. 본 실시예 및 제 2 및 제 4 그룹의 실시예의 변경에 대해, 인-포커스 이미지의 진폭에 대한 감도는 OWDR의 결합의 결과로서 또한 주어진 노광에 접근가능한 대상 재료 이미징 서브 시스템의 광학축에 본질적으로 수직인 라인 섹션에 있는 모든 측면위치에 대해 또한 실질적으로 동시에 이루어진다. 표준 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은 개별적인 축의 디멘션 또는 대물물체의 후측 디멘션에 대해 스캔을 실행해서, 인-오브-포커스 이미지의 진폭에 동등한 감도를 얻어야 한다.

본 실시예 및 제 1 및 제 2 그룹의 실시예의 변형에 있는 공초점 간섭 마이크로스코피의 비범한 특성은 이미지내에 있는 어레이의 포인트에 관한 정보를 실질적으로 동시에 획득한다는 것이다. 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템은 각각이 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것과 비교하여 감소된 아웃-오브-포커스 이미지에 감도를 가지고, 아웃-오브-포커스 이미지의 효과를 감소시킴으로써 대상의 1-차원, 2-차원, 3-차원 이미지를 얻기 위한 목적으로 광 섹션닝을 향상시키는 수단으로서 공지되어 있다. 마이크로스코피에 대한 퍼필 함수 변경 구조(M.Born 및 E.Wolf의 광학의 원리 8.6.3.장,pp.423-427(Pergamon Press, 뉴욕)1959를 참조)가 특정적용을 위한 대비를 향상시키는 수단으로서 공지되어 있고, DIP에서 사용된 OWDR의 방식이 위상 모호성을 감소시키는 수단으로서 공지되어 있다. 그러나, 배경광으로부터 생긴 통계적 에러 및 계통 에러의 감소를 위하여 동일 시스템내에서 공초점 간섭 마이크로스코피, 퍼필 함수 변경, 및 OWDR의 조합은 본 발명자에 의해 처음으로 여기에 교시되어 있다고 확신한다.

본 실시예 및 제 3, 제 4 그룹의 실시예의 변형의 공초점 간섭 마이크로스코피의 비범한 특성은 각각이 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피의 아웃-오브-포커스 이미지에 감소된 감도를 가지고 실질적으로 이미지에 있는 점의 어레이에 대한 정보를 실질적으로 동시에 획득한다는 것이다. 공초점 간섭 마이크로스코피는 아웃-오브-포커스 이미지의 효과를 감소시키는 수단으로서 공지되어 있고, DIP에서 사용된 바와 같은 OWDR의 방식은 위상이 모호성을 감소시키는 수단으로서 공지되어 있다. 그러나, 배경광으로부터 생긴 통계적인 에러 및 계통 에러를 감소시키는 목적을 위한, 동일 시스템에서의 공초점 간섭계 마이크로스코피 및 OWDR의 조합은 본 기술에 있어 처음으로 교시함을 확신한다.

본 실시예 및 제 5 그룹의 실시예의 변형의 공초점 간섭 마이크로스코피의 비범한 특성은 각각이 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에서 얻어지는 것과 비교하여 감소된 아웃-오브-포커스 이미지에 감도를 갖고 이미지에서의 포인트의 어레이에 대한 정보를 획득할 수 있는 것과 관련된 본 실시예 및 제 1 및 제 2 그룹의 실시예의 변형의 비범한 특성과 동일하다.

따라서, 배경 광으로부터 발생하는 계통 에러와 통계학상 에러 모두의 감축 목적을 위한 동 시스템에서의 공초점 간섭 마이크로스코피 및 퍼필함수 변형의 조합은 발명자에 의하여 처음으로 여기에 개시된 것으로 생각된다.

인포커스 이미지에 대한 임펄스 응답 함수: 축의 OWDR

도 1a-1n에서 묘사된 제 1 실시예는 앞서의 부분에서 인증된 특유의 특징의 원리를 보여주기위해 시스템에 채택되었고 그 원리는 제 1 실시예의 그룹으로부터 여기에 공개된 네개의 실시예와 변형에 잘 응용된다. 도 1j, 도 1k 및 도 1n에서의 검출기(114)의 각 픽셀이 도 1a에 도시된 분산검출기 구성요소(130a 및 130b)의 결과로 광빔의 광주파수 성분을 감지하는 한편, 도 1b에서의 핀홀(8)과 도 1h, 도 1i 및 도 1m 에서의 공간필터 핀홀(18a)은 광빔의 모든 광주파수 성분에 대하여 공초점 간섭 시스템의 공역 핀홀을 나타낸다. 한세트의 네개의 노광에서의 광주파수 함수로서 검출기(114)에 의해 기록된 강도로부터 각 접근가능 축성위치에 적절한 종래기술의 공초점 신호와 실질적인 동등물을 재구성하는 것이 가능하다는 것이 다음의 이론 단락에 나타난다. 이것은 도 1c 및 도 1e에 도시된 대상재료의 축방향에서의 물리적 스캔이 축성위치의 함수로서 종래개술의 공초점 신호를 획득하기 위하여 요구되는 표준 공초점 마이크로스코피 시스템과 대조적으로 본 발명의 장치를 갖는 축성위치의 함수로서 동등한 종래기술의 인-포커스 공초점 신호를 동시에 얻는것에 부합한다.

두가지 유용한 비형광성 공초점 스캐닝 마이크로스코프 모드[광학 및 전자 마이크로스코피에서의 진보:에서의 C.J.R.Sheppard,"스캐닝 광 마이크로스코피" ,10,(아카데믹,런던,1987);C.J.R. Sheppard and A.Choudhury, Optica Acta,24(10),1051-1073(1977)]:반사모드와 투과모드가 있다. 실제로, 축성방향을 따라 대상을 스캐닝함으로써 광학상의 구분을 하는 반사모드 마이크로스코프를 이루는 것은 쉽고[C.J.R.Sheppard and C.J.Cogswell, J.Microscopy, 159(Pt 2), 179-194 (1990); C.J.R.Sheppard and T.Wilson, Optics Lett., 3. 115-117(1978); C.J.R. Sheppard, D.K. Hamilton, and I.J.Cox, Proc. R. Soc. Lond., A 387, 171-186(1983)] 3차원 이미징를 형성한다.

세개의 이미징 부분을 갖는 도 5에 도시된 공초점 마이크로스코프를 고찰하여 보자. 소스(10), 대상(112) 및 프로브빔과 산란된 프로브빔에 대한 검출기(114)를 포함하는 도 1a-1n에 참조된 서브시스템의 조합에 대하여 도 5의 렌즈(1)는 도 1b에 도시된 서브시스템(81)의 렌즈(16), 도 1c에 도시된 서브시스템(81)의 렌즈(26,36), 및 도 1c에 도시된 서브시스템(82)의 렌즈(46)의 조합과 동등하고; 도 5의 렌즈(2)는 도 1f에 도시된 서브시스템(82)의 렌즈(46) 및 도 1h에 도시된서브시스템(81a)의 렌즈(26a)의 조합과 동등하고; 도 5의 렌즈(3)는 도 1h에 도시된 서브시스템(81a)의 렌즈(36a) 및 도 1j에 도시된 서브시스템(84)의 렌즈(66)의 조합과 동등하다. 소스(10), 대상(112), 및 기준 빔과 반사된 기준빔에 대한 검출기(114)를 포함하는 도 1a-1n에 참조된 서브시스템의 조합에 대하여 도 5의 렌즈(1)는 도 1(b)에 도시된 서브시스템(80)의 렌즈(16), 도 1c에 도시된 서브시스템(81)의 렌즈(26,36), 및 도 1e에 도시된 서브시스템(83)의 렌즈(56)의 조합과 동등하고; 도 5의 렌즈(2)는 도 1g에 도시된 서브시스템(83)의 렌즈(56) 및 도 1i에 도시된 서브시스템(81a)의 렌즈(26a)의 조합과 동등하고; 도 5의 렌즈(3)는 도 1i에 도시된 서브시스템(81a)의 렌즈(36a) 및 도 1k에 도시된 서브시스템(84)의 렌즈(66)의 조합과 동등하다.

우리는 각각 i=1 0, 2 및 3인 네개의 스페이스; 이미징 플랜 스페이스(7A), 대상재료(112) 스페이스나 기준 미러(120) 스페이스, 이미징 플랜(17aA) 스페이스, 및 이미징 플랜 스페이스(47A) 검출기(114)를 광학상의 좌표로 정의하고:

여기서 sinα_i는 영역 i의 개구율, 주파수는 진공에서의 라디안 파장, 및과는 영역 i에서의 광학통로 거리이다. 광학통로 거리는

로 정의되고, 여기서 적분은 각각의 광선 경로에 따르고는 위치에서의 굴절률이다.

공초점의 스캐닝 마이크로스코프에서의 이미징은 코히어런트 전달함수에 의해 설명될 수 있는 코히어런트 마이크로스코프(Sheppard and Choudhury,ibid.)로 움직이고, 코히어런트 전달함수는 임펄스 응답함수의 프리에 변환이다. 이와같이, 도 5에서의 시스템에 대한 효율적인 3차원 임펄스 응답함수는

으로 표현될 수 있고, 여기서

h_i, P_i, 및 W_i는 각각 도 5에서의 i번째 동등한 렌즈에 대하여 각각 i=1, 2, 3 및 4 인 임펄스 응답함수, 퍼필함수, 및 웨이브 수차함수[cf.Ref. 10-12 in M. Gu and C. J. R. Sheppard, Appl. Opt.,31(14), 2541-2549, (1992)]이고; j는 (-1)^1/2이다. 임펄스 응답함수는 한 포인트의 소스대상에 응하는 이미징 플랜에서의 진폭이다. 위상변환기(44)의 함수는 적절한 퍼필함수 P_i에 통합된다.

3차원적 대상이 단위 볼륨당 산란을 나타내는 산란분포 t(v₀) [cf. C. J. R. Sheppard and X. Q. Mao, J. Opt. Soc. Am. A, 6(9), 1260-1269(1989)]에 의하여 특징지어질 수 있다고 가정하고, 산란분포 t(v₀)는

에 의하여 굴절률 n에 관계된다[E. Wolf, Opt. Commun., 1, 153-156 (1969)]. n과 t 모두는 일반적으로 복소가고, 식 5에서의 j는 무손실매체에서 산란된 파는 직접파에 직각위상으로 있다. 다중 산란의 영향은 무시해도 좋다고 생각한다. 또한 산란되지 않은 방사는 무시하는데, 그것은 직접(산란되지 않은) 방사는 이미징에 기여하지 않기 때문에 방사모드 마이크로스코피에 대한 타당한 가정이다. 이미징 크기는 중첩의 원리가 타당하기 때문에 대상을 구성하는 기본적인 슬라이스에 대하여 합계될 수 있다. 더욱이, 이미징 크기는 크기분포 A(v₁)의 인코히어런트 소스에 대하여 적분되어져야 한다. 대상에서의 방사의 감쇠를 나타내는 감쇠함수 a(v₀)는 또한 입사 및 산란된 방사 모두에 포함되어야 한다.

분산 검출기 소자(130a,130b)를 포함하는 렌즈의 임펄스 응답함수는

로 나타내어질 수 있고, 여기서

이고, G₃(k,v₃)는 도 1a에서의 분산 검출기 소자(130a,130b)에 대한 분산 퍼필함수이다. 식 (7a)에 부합하는 u 표현에 관하여 식 (7a) 및 (7c)에서의 u의 사인 변화는 v₀스페이스에서 발생하는 반사때문이다.

공간필터 핀홀(18a)의 이미징 플랜(17a)에서의 산란된 프로브빔 U_s의 크기는 다음과 같이 주어지고,

여기서, R₁및 T₁은 각각 빔 스플리터(100)에 대한 반사 및 투과계수이다.

식 (8)에 식 (6a) 및 (6b)을 대입하면 다음의 U_s(v₂)에 대한 표현이 얻어진다.

크기 U_s(v₂)는 도 1h에 공간필터 핀홀(18a)에서의 본 발명의 장치에 대한 복소 산란 증폭을 나타낸다. 그것은 식 (3)에 의해 주어진 임펄스 응답함수h_e(v₃,v₂,v₀,v₁)의 특성으로부터 잇따르고, 도 1j에서 도시된 검출기(114)의 이미징 플랜(47)에서의 복소 산란 증폭 U_s(v₃)는 도 1h 및 도 1j의 렌즈(36a,66)와 도 1a에서의 분산 검출기 소자(130a,130b)의 각각의 조합에 대한 임펄스 응답함수 h₃(v₃-v₂)를 갖는 U_s(v₂)의 컨벌루션에 의하여 얻어진다. 이미징 플랜(47)의 광좌표는 v₃에 의해 주어진다. 방정식으로 표현하면,

여기서, t₂(v₂)는 공간필터 핀홀(18a)에 대한 전달함수이다. 투과모드 공초점 마이크로스코프 구성에 대한 U_s(v₃)의 적절한 방정식은 세팅 에 의하여 식(10)으로부터 얻어진다.

본 발명의 장치에 사용될 때 대상의 평면 횡단부분에 의한 산란으로부터 얻어진 간섭 신호의 관찰된 크기의 특성을 검사함으로써 과도한 복잡성을 일으킴이 없이 OWDR의 중요한 특성을 쉽게 나타낸다. 이러한 생각으로, 우리는 처음에 기준 미러, 한 포인트의 방사 소스, 및 영역(1)과 같은 영역(1,2,3,4)에서의 굴절률에 대한 횡단의 평면 반사기와 함께 임의의 3차원적 산란 대상의 평면 횡단부분으로의 공초점 간섭 마이크로스코프의 응답을 고려하였다.

기준 미러의 축성위치와 산란대상의 횡단부분을 각각 z_0,R및 z_0,S로 놓고, 도 1k에서 검출기(114)의 이미징 플랜(47)에서의 반사된 기준 빔의 크기를 U_R로 놓자.U_R은 변수에서의 적절한 변화를 가지며 식 (10)으로부터 얻어질 수 있다. 산란 대상재료의 주어진 횡단 평면부분에 대한 검출기(114)로부터의 출력전류 I는 f₃은 검출기 영역(3)의 초점길이이고,은 분산 검출기 소자(130a,130b)의 사용된 회절차수에 대한 공간 주파수 특성의 v₃구성요소,은 z_0,S=z_0,R에서의 U_S와 U_R사이의 위상차이고, χ는 도 1e 및 도 1g에 도시된 서브시스템(83)에서의 간섭계의 기준 렉에서의 이상기(44)에 의해 발생된 위상 변이인 형태를 이룬다.

의 산란크기에 비례하는 식 (11b)에서의 일정한 크기와 위상요소내의 항은 χ의 네개의 다른 값에서의 측정으로 얻어질 수 있음을 조사로부터 알 수 있다. 네개로 이루어지는 한 세트의 바람직한 χ값은 χ=χ_0,χ₀+π,χ₀+(π/2),및 χ₀+(3π/2)이다. i=1, 2, 3, 및 4 의 각각에 대한 출력전류 I_i의 대응하는 네개의 값은 다음 스케줄을 따르도록 조합된다.

ΔI에 대한 복소 표현은 다음과 같이 정의되거나

또는 식 (13a)과 (13b)의 대입으로 다음과 같이 정의된다.

한정된 축 두께의 산란 대상재료에 대하여, 대응하는 신호는 z_0,S에 대한의 적분에 의해 얻어진다. 식 (15)를 이용하면,은 다음과 같이 한정된 축 두께의 산란 대상재료에 대하여 표현될 수 있다.

종결신호는 υ₃의 함수로서을 측정함으로써 주파수 k의 함수로 측정된다.

일정한 크기요소 내의 관찰된 양 ΔI은 산란된 크기 U_S및 기준 크기 U_R의 산물에 대한 프리에 변환이라는 것이 식(16)의 조사에 의해 나타난다. 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피는 대상재료에 대한 동일한 정보를 얻는다. z₀방향에서의 축 포인트의 어레이에서 대상재료에 대한에 의해 나타난 정보는 요구되는 대상재료의 스캐닝 없이 제때에 연속적으로 얻어진 네개의 독립 측정으로부터 본 발명의 장치로써 얻어진다. 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에 대하여, 동등한 네개의 독립 측정은 대상재료의 스캐닝에 의하여 z₀방향으로 축 포인트의 어레이에서 각 축 포인트에 대하여 만들어져야 한다. 이와같이,이 나타난 정보는 종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피보다도 적은 시간으로 본 발명의 장치로 대상재료에 대하여 얻어진다. 인스턴트 발명의 이러한 특징은 측정된 전류의 습득동안에 대상재료의 움직임에 통계학적 정밀도와 감소된 민감성에서의 부분적인 개선을 이끈다.

프리에 변환된 산란증폭의 특성

측정된 강도 I_i는 산란된 증폭 U_S및 반사된 기준 증폭 U_R의 산물의 프리에 변환인 식 (16)에 의해 표현될 때 ΔI를 주도록 조합될 수 있음이 "인-포커스에 대한 임펄스 응답함수"로 제목지어진 부분에 나타난다. 이와같이, 산란 대상 자체에 대한 정보는 주파수 k에 대하여의 역 프리에 변환 F^-1(ΔI)을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 즉,

식 (17)에 식 (16)에 의해 주어진 ΔI에 대한 표현을 대입하면, 산란된 증폭 U_S및 반사된 기준 증폭 U_R의 산물에 대한 다음의 방정식이 얻어진다.

식 (18)에 기초된으로부터의 계산에 대한 절차는에를 곱한 것이고, 반사된 증폭은 독립 측정에 의해 결정된다. 참조된 계산에서, 모든 비 대상재료에 관계된 ψ_R의에 대한 기여를 아는것은 중요하다.의 결정방법은 세가지 다른 측정의 유형으로 이루어진다. 측정의 제 1 유형은 복소량 ΔI에 상응하는 측정을 만들기 위한 반사특성으로 알려진 평면 반사면에 의하여 대체된 대상재료(112)로 만들어진다. 측정의 제 1 유형으로 얻어진 상응하는 복소량 ΔI 으로부터의 측정이 얻어지고, 여기서,은에 기여하는 모든 비 대상재료를 말한다. 측정의 제 2 유형은 대상재료 없이 I_i의 하나를 측정하는 것이다. 대상재료 없이 얻어진 I_i로부터의 측정이 얻어진다. 측정의 제 3 유형은 기준 미러 없이 그리고 반사특성으로 알려진 평면 반사면에 의해 대체된 대상재료(112)를 가지고 I_i의 하나를 측정하는 것이다. 기준 미러 없이 그리고 평면 반사면에 의해 대체된 대상재료(112)로 얻어진 I_i로부터 |U_S,0|의 측정이 얻어진다. 세가지 양, |U_R|², 및 |U_S,0|²의 측정은으로부터의 계산에 사용하기 위한을 결정하기 위하여 요구되는 정보를 포함한다.

이 설명된 절차에 의하여 결정될 수 있다는 정확성은 본 발명의 장치에서의 고유한 배경, 대상재료에 의해서가 아닌 장치 자체에 의해서 만들어진 배경의 레벨에 부분적으로 의존할 것이다. 설명된 방법은 또한 |U_S,0|²및 본 발명의 장치의 간섭계의 대상재료 암에 대한 임펄스 응답함수를 특징화 하는데 사용될 수 있다는 것은 중요하다.

본 발명의 장치의 축방향 해상도는 주어진 파장에 대하여 본 발명의 장치의 개구수에 의해 결정된 축방향의 해상도를 초과하는 경우에 대해 쉽게 추정된다. 다음의 단순화하는 가정은 비 본질적 항목을 갖는 픽처를 혼란시키거나 분산함이 없는 그러한 상태에 대한 축방향 해상도를 추정하도록 만들어진다. |U_R||U_R| 및 (ψ_S-ψ_R)은 k_ 내지 k₊의 간격에 대해 무시할 만한 양만큼 변화하고 또한 소스의 스펙트럼은 이 간격에서의 삼각함수인 것으로 가정하면, 식(17)의 k'에 대한 적분은 다음과 같은 결과의 형태에 가깝게 값이 구해질 수 있다.

여기서,

식 (19)로부터 |U_S|는 다음의 축방향 공간 해상도로 얻어지거나

다음과 같은 파장의 항목으로 나타내어진다.

여기서,

백색광 프린지 패턴

단독 반사면인 산란 대상의 예에 대하여, ΔI는 축방향의 해상도가 초과할때 주어진 파장에 대한 본 발명의 장치의 개구수에 의해 결정된 전형적인 백색광 프린지 패턴이다. 결과적으로 이러한 상황에 대하여, 기준 및 대상의 반사면의 상대적인 위치는 식 (22a) 또는 식 (22b)에 의해 주어진것에 유사한 축방향의 해상력과 쉽게 동일시 될 수 있다. 이것은 가장 큰 증폭을 갖는 프린지 패턴에서의 피크위치, 백색광 프린지 패턴의 엔벨로프에서의 피크위치 또는 몇가지 다른 대조하는 기준 특징중의 어느 하나에 의한 백색광 프린지 패턴으로부터 직접적으로 얻어진다. (cf. Refs. 2-7 in L. Deck and P. de Groot, ibid.).

인-포커스 이미징에 대한 임펄스 응답 : 횡단 OWDR

제 2 실시예 그룹의 제 5 실시예는 기본원리가 제 2 실시예 그룹의 모든 실시예와 그 변형에 잘 적용되지만, "배경 보정"으로 제목지어진 부분에 인용된 변별있는 특징의 원리를 보여주기 위해 시스템에 채택되었다. 제 5 실시예에 관한 한 OWDR을 이용하는 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템에 대한 인-포커스 이미징에 대한 임펄스 응답함수는 제 1 실시예에 대한 앞서있는 부분에서 추론된 임펄스 응답함수로부터 쉽게 얻어지고; 제 1 실시예의 퍼필함수(P_i)는 제 5 실시예의 상응하는 퍼필함수에 의해 대체되고, 제 5 실시예의 퍼필함수(P_i)는 분산 구성요소(130a,130b,130c,및 130d;도 1aa,2aa,3aa,및 4aa참조)의 영향을 포함한다.

일정한 크기 요소내의 관찰된 양 ΔI 은 산란된 증폭 U_S과 반사된 기준 증폭 U_R의 산물의 프리에 변환임이 도 (16)의 조사에 의해 나타난다.

종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피는 대상재료에 대한 동등한 정보를 얻는다. 횡단 평면의 부분에서 측면 포인트의 어레이에서의 대상재료에 대하여에 의해 나타난 정보는 요구되는 대상재료의 스캐닝 없이 제때에 연속적으로 얻어지는 네개의 독립 측정으로부터 본 발명의 장치에 의해 얻어진다. 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피에 대하여, 동등한 네개의 독립 측정은 대상재료를 스캐닝함으로써 횡단 평면 부분에서의 측면 포인트의 어레이에서 각 측면 포인트에 대하여 만들어져야 한다. 이와같이,에 의해 나타난 정보는 종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피에서 보다도 더 적은 시간에 본 발명의 장치를 가지고 대상재료에 대하여 얻을 수 있다. 인스턴트 발명의 이러한 특징은 측정된 전류의 습득 동안에 대상재료의 움직임에 통게적인 정확성 및 감소된 정밀도에서의 부분적인 개선을 이끌어낸다.

아웃-오브-포커스 이미징의 증폭

이미징 플랜(17a)에서 공간필터 핀홀에서의 아웃-오브-포커스 빔 U_B의 증폭은 다음과 같이 정의되는 프레넬 적분 C(z) 및 S(z)의 항으로 표현될 수 있다.

[cf. Abramowitz and Stegun, Handbook of Mathematical Functions, (Nat. Bur. of Standards, Appl. Math. Ser. 55), Sect. 7.3, 300-302, 1964]. U_B에 대한 표현은 v₁=(0,0,0)에 위치된 포인트 소스(8)에 대하여 다음과 같이 나타낼 수 있고,

여기서, f₂는 도 5에서의 영역(2)의 집점거리이고, (x₂,y₂,z_B)는 이미징 플랜(57)에서의 아웃-오브-포커스 좌표이고, (A_B/f₂)는 렌즈(2)의 출사동공에서의 아웃-오브-포커스 증폭이고,

와는 렌즈(2)의 출사동공 (Born and Wolf의 섹션 8.8.1에 소개된 회절이론에서 유래됨)이다. m=2 이고 이상기(14,24,및 34)의 이상기 구성요소의 어포다이제이션 없는 레벨(2) 변별에 대한과에 대한 적분결과는 다음과 같고,

여기서,

이고, a는 ζ₂와방향에서의 이상기 구성요소의 폭이다. m=2 이고 이상기(14,24,및 34)의 이상기 구성요소의 어포다이제이션 없는,방향에서의 예에 대한 레벨(1) 변별 동작에 대한 결과는 다음과 같다.

레벨(1) 변별에 대한 각각의 빔(B52D-1,-2,-3,-4)에 대한의 일예는y=0 이고에 대한의 함수로 도 6에 도시된다.

종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피와 비교하여볼 때 왜 본 발명의 장치가 아웃-오브-포커스 이미징으로부터 배경에 감소된 민감도를 나타내는지 도 6의 조사로 명백해지고, 본 발명의 장치가 이미징 플랜(17a)에서의 U_R의 역대칭적 공간특성의 결과로 x₂와 y₂에 대하여 U_B의 1차도함수에 반응하는 반면, 종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피는 U_B에 반응한다. 공간필터 핀홀(18a)에서의의 광주파수 성분의 적분은 상응하는 검출기 핀홀에 대한 상응하는의 적분에 매우 근사한 값(approximation equivalent)이라는 것은 프레넬 간격의 특성[cf. Abramowitz and Stegun, ibid.]을 이용하여 증명할 수 있고, 종래기술의 공초점 간섭 마이크로스코피의 경우와 여기에 개시된 발명의 경우 모두에 대하여 표 1에 목록된 방법으로 작용한다. 표 1 에서,

U^*는 U의 켤레복소수를 나타내고, 그 적분은 U_R이 레벨(1) 변별에 대한 x₂에서 및 레벨(2) 변별에 대한 x₂와 y₂모두에서 역대칭적인 위치에 대해 중앙위치된 간격에 대한 것이다.

주어진 표 1의 범위를 벗어난 아웃-오브-포커스 이미징으로부터의 배경에 반하여 향상된 변별은 x₂와 y₂에 대하여 U_B의 도함수의 크기를 감소시키도록 이상기(14,24, 및 34)의 이상기 구성요소의 어포다이제이션에 의해 본 발명의 장치에서 얻어진다. 어포다이제이션 함수를 주시하라.

레벨(2) 변별과 m=2 에서과에 대한 적분후의 결과는 다음과 같고,

여기서,

공간필터 핀홀(58)에서의의 광주파수 성분의 적분은 상응하는 검출기 핀홀에 대한 상응하는의 적분에 매우 근사한 값이라는 것은 프레넬 간격의 특성[cf. Abramowitz and Stegun, op. cit.]을 이용하여 증명될 수 있고, 식 (31)에 의해 주어진 어포다이제이션을 갖는 레벨(2) 변별과방향으로의 종속을 갖는 어포다이제이션이 있고방향으로 어포다이제이션이 없는 레벨(1) 변별로 여기에 개시된 발명에 대하여 표 1에 목록된 방법으로 작용한다.

본 발명을 구체화하는 장치의 매우 단순한 특징은 필터링된 간섭항 파수의 강화된 감축, 공간적으로 필터링된 반사된 기준빔, 및 필터링된 파수이고, 이미징 플랜(67)에서 검출된 공간적으로 필터링된 배경빔은 아웃-오브-포커스 이미징 소스의 독립한 각 볼륨 구성요소에 효율적이다. 그러므로, 그 감축은 아웃-오브-포커스 이미징으로부터 배경에 의해 만들어진 계통 에러에서의 강화된 감축 뿐만아니라 통계적 감축에서의 감축 모두가 이끈다.

아웃-오브-포커스 이미지로부터 배경에 대한 본 발명의 장치의 감축된 민감도에 대한 디퍼링 포시빌리티의 퍼텐셜 값은 또한 종래기술의 공초점 마이크로스코피의 축방향 섹셔닝 파워에 비하여 효율적으로 감축되는 종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피의 축방향 섹셔닝 파워의 컨텍스트(context)에서 인식될 수 있다. 반사된 기준 증폭과 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 증폭 사이의 검출된 간섭 크로스항에 기인하는 종래기술의 간섭 공초점 마이크로스코피에서의 에러 신호는 아웃-오브-포커스 이미지 강도로부터 검출된 배경에 기인하는 종래기술의 공초점 마이크로스코피에서의 에러 신호에 비하여 z_B에서의 1차만큼 z_B에 덜 의존한다.

통계학상의 에러

임의의 3차 산란 대상(112)의 평면 횡단부분에 대한 본 발명의 장치의 응답을 주시하자. 산란 대상(112)의 주어진 횡단의 평면부분에 대한 검출기의 픽셀로부터의 출력전류 I는 다음과 같은 형태이다.

적분은 검출기 핀홀의 영역에 걸친 적분이고χ는 이상기(44)에 의해 이뤄진 위상 변이이다. 식 (12a) 및 (12b)에 의해 정의된 강도 차에 대한 해당 방정식Δ I ₁= I ₁- I ₂및Δ I ₂= I ₃- I ₄은 각각

이고, I _i는 다음 식에 의해 정의된다.

및에 대한 통계적 에러는 각각 다음과 같이 표현될 수 있다.

식 (37a) 및 (37b)의 유도에 있어서및,즉 시스템에서의 통계적 잡음은 검출된 광방출 전자 갯수의 뿌아종(Poisson) 통계식에 의해 결정되고및둘 다는 많은 광방출 전자에 해당한다고 가정된다.및의 경우에, 식 (37a) 및 (37b)의 우변에서U _S에 의존하는 항은 무시될 수 있고 다음과 같이 간단한 방정식으로 유도된다.

로부터로 갈 때 얻어지는및에 대한 신호 대 잡음비에서의 부가 이득은 거의 (3/2) 비율임에 주목할 가치가 있다. 그러나 이 후자의 이득은 신호 처리 전자의 요구 동적 범위 및 소스 전력에 있어서의 상당한 증가의 댓가로써 얻어진다. 따라서,에 대한 최적 선택은 전형적으로 다음과 같이 된다.

식 (39)에 표현된 조건을 만족할 때, 식 (38a) 및 (38b)에 의해 주어지는 통계적 에러는 다음 부등식에서 표현된 것처럼 제한된다.

식 (37a) 및 (37b) 또는 식 (38a) 및 (38b)의 검토에서, 아웃-오브-포커스 이미지로부터 장치의 축소된 배경을 가진 본 발명을 구현하는 장치는 본질적으로 종래 기술인 공초점 간섭 마이크로스코피 시스템에 비해서U _S및U _R의 주어진 작동치에 대한 더 낮은 통계적 에러를 갖는다는 것이 명백하다. 전형적으로, 본 발명을 구현하는 장치를 사용할 때 얻어지는 신호 대 잡음비는 여기에 게시한 발명을 사용하지 않는 공초점 간섭 마이크로스코피에 의해 얻어지는 것보다 (3/2)^1/2비율만큼 더 클 것이다.

식 (37a) 및 (37b), 식 (38a) 및 (38b), 및 식 (40a) 및 (40b)의 해석은 다음과 같다: 여기에 게시한 발명에 의해 네 개의 강도 측정 세트로부터 복소 산란 진폭의 구성요소를 얻을 수 있고 그로써 물체의 각각의 독립 위치에 대하여 추론된 복소 산란 진폭의 구성 요소 각각에 대한 통계적 에러는 전형적으로 복소 산란 진폭 자체의 통계에 의하여 고정된 한계 통계적 에러의 (3/2)^1/2비율 내에 있으며, 또한 언급된 통계적 에러는 종래 기술인 공초점 간섭 마이크로스코프에 비해서 신호 처리 전자에 있어서의 더 낮은 요구 동적 범위 용량 및 소스의 더 낮은 작동 전력 레벨로 얻어질 수 있다. 독립 위치라는 용어는 네 개의 측정 강도의 연합 세트가 통계적으로 독립 세트임을 의미하는데 사용된다.

도1a-1n및 도2a-2f에서 예시된 제 1 및 제 2 실시예 및 산란된 프로브 빔 및 이미지 평면(47)에서의 아웃-오브-포커스 이미지 빔을 동시에 감쇠시키기 위한 이상기(24)의 전송을 축소함으로써 구현되는 제 1 및 제 2의 변형된 실시예에 대한식 (39)에 의해 표현된 조건을 얻는 것이 가능할 것이다. 주어진 신호 대 잡음비를 얻기 위해서, 이 감쇠 절차는 이상기(24)에서의 감쇠가 증가함에 따라 광원(10)의 세기 증가를 요구할 수 있다. 도3a-3l및 도4a-4f에 예시된 발명의 대안적 제 3 및 제 4 실시예 및 제 3 및 제 4 의 변형된 실시예는 빔 스플릿터(100,100a, 및100b)의 전송/반사 특성을 서로에 비례해 조절함으로써 식 (39)에 의해 주어진 조건이 충족되도록 한다. 제 3 또는 제 4 실시예 중 어느 하나가 식 (39)에 의해 표현된 조건을 만족하도록 사용될 때, 광원(10또는10a)은 일반적으로 이상기(24)의 전송의 축소에 기초한 상기 감쇠 절차에 의해 요구되는 것에 비해 더 낮은 전력 레벨에서 작동될 수 있다.

신호 대 잡음비는 예를 들어 파장의 일차 독립에 대한 신호 대 잡음비를 발생시키기 위한 소스 광 주파수 구성요소의 파장 함수로서 조절될 수 있다. 이 특성은 제 1 실시예의 상세한 설명을 소개하는 절에서 설명되었다. 인용된 설명에 나와 있듯이, 일반적으로 대상재료(112)로의 침투 이전의 프로브 빔(P22D)의 진폭의 해당 광 주파수 구성요소에 수직인 파장으로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P42D)의 진폭은 진술된 요인에 기인한 파장에 따라 변할 것이다. 또한 파장으로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔(B62D)의 진폭에 대한 파장으로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P42D)의 진폭비는 일반적으로 대상재료(112)내로의 이미지 포인트(28)의 깊이가 증가함에 따라 감소할것이다. 신호 대 잡음비에서의 그러한 인자의 효과는 파장 필터를 기준 미러 서브시스템(83) 내에 및/또는 프로브 빔 서브시스템(82), 바람직하게는 기준 미러 서브시스템(83)에 위치시킴으로써 그리고 파장으로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔(P42D) 및 식 (39)에 의해 표현된 조건을 다른 파장이 만족하도록 하기 위한 각각의 검출기 핀홀을 통하여 전송된 파장으로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔(R42D)의 비를 조절하고/또는 최적화하기 위하여 파장 필터의 전송이 특정한 파장 의존도를 갖도록 설계함으로써 부분적으로 보상받을 수 있다.

아웃-오브-포커스 이미지에 기인한 계통 에러

식 (35a) 및 (35b)는U _S의 실수부 및 허수부를 측정하기 위하여ΔI ₁,ΔI ₂, 및의 측정치와 결합하여 사용될 수 있다.의 양은 예를 들어 "푸리에 변환된 산란 진폭의 특성"이라 표제된 섹션에서 설명된 방법에 의해서 결정될 수 있다. 잠재적 계통 에러 항이 남는다.

이 계통 에러 항은일 때 중요할 수 있다. 결과적으로, 식 (41a) 및 (41b)에 의해 표현된 간섭항이 허용 레벨로 보상받는 것이 바람직할 것이다.

여기에 게시한 발명에서및항에 대한 보상은 컴퓨터 처리 과정에 있어서 일반적으로 종래 기술인 공초점 간섭 마이크로스코피에서 요구되는 것보다 더 적은 것을 요구한다. 이것은U _B의 공간 특성이 고찰하의 3차원 대상재료(112)의 산란 특성에 의존하고 따라서 적분 방정식을 통해U _S에 의존하기 때문이다. 이 적분 방정식 (35a) 및 (35b)는 프레드홀름(Fredholm) 제 2 류의 적분 방정식이다.U _S를 얻기 위한 각각의 적분 방정식의 역변환을 수행하는데 요구되는 컴퓨터 처리는 본 발명을 구현하는 장치에서처럼및항이 축소될 때 감소한다. 일반적으로, 요구되는 컴퓨터 처리에 있어서의 감소비는및항의 축소비보다 더 빠르다.

상호 간섭 항이 본 발명을 구현하는 장치에 있어서의 그것과 대조되어 보상되지 않는 그들 간섭계 측정에 대해서, 식 (35a) 및 (35b)에 해당하는 적분 방정식은 비선형 적분 방정식이다: 그 식들은U _S에 있어서의 2차 적분 방정식이다. 비선형 적분 방정식은 일반적으로 그 해를 위한 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어에 대해서 선형 적분 방정식이 요구하는 것보다 상당히 더 많은 정교함을 요구한다.항으로 작업하는 것으로부터및항으로의 본 발명을 구현하는 장치에 의한 변환은 종래 기술인 핀홀 공초점 마이크로스코피에 비해 본 발명의 중요한 특성을 나타낸다.

본 발명을 구현하는 장치에 있어서 배경 신호에 기인한 계통 에러의 축소가 종래 기술인 핀홀 공초점 마이크로스코피로 얻어지는 것에 대조해서 완벽함에 또한 주목하라.

광역 작동

프로브 렌즈(46)의 축 방향으로 다중 이미지 포인트의 동시 이미징을 위해 요구되는 것처럼 소스(10)가 광역 소스일 때 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 효과의 강화된 축소가 유효하다는 것이 본 발명의 중요한 특성 중의 하나이다. 이 특성을 논하기 위해, 본 명세서에서 단순화를 위해 이상 함수W _i=1 이고 퍼필 함수P _i는 어포다이제이션(apodization)이 없다, 즉 이상기(14,24,34,34a, 및44)의 어포다이제이션이 없다고 가정한다. 결과를 수정하기 위해 어포다이제이션이 사용될 때, 예를 들어,U _S(v ₃)에 대한 결과 수학 표현이 더 복잡해질 것이나 그럼에도 일반적으로 예를 들어 그 대칭 또는 반대칭 공간 특성에 관한 중요한 특성을 보유할 것임을 당업자는 인식할 것이다.

앞 절에서 인용된 단순화를 위한 가정하에 레벨 1 변별의 경우에 대해서 식 (9)의 적분은 다음과 같다.

는으로 대체되고,a' 및d ₀는 각각 이상기(14,24,34, 및34a) 및에서의 소자의 간격 및 거리를 센터링하는 중심이다.w _i종속은 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경의 축소에 대한 레벨 1 변별과 관련되지 않기 때문에 억압되어 있고, υ₂방향으로U _S(v ₂)의 공간 특성은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔의 강화된 축소 및 결과적으로, 광역 작동상에서의 한계 포텐셜 소스를 얻기 위해 배열된다.

반사된 기준 빔U _R(v ₂)의 진폭에 대한 해당 표현은

이고,는으로 대체되었다.

a'=d ₀인 특별한 경우를 고려하자. 그 경우에 식 (42) 및 (43)은 각각 다음과 같이 축소된다.

식 (45)에서 υ₀에 대한 적분은 다음과 같은 결과로 수행될 수 있다.

U _R(v ₂)의 예는 두 요소 위상 변이 시스템(m=1)에 대한 도 7에y ₂=0,z ₂=0, 및 υ₁=0 에 대한 (x ₂ kd ₀/f)의 함수로서 보여진다.

υ₁에 대한U _R(v ₂)의 반대칭 공간 분포는인자를 통해서 식 (46)에 명백히 나타난다.U _S(v ₂)의 공간 분포는 식 (44)이 식 (45)와 같은 수학적 구조이기 때문에 일반적으로 유사한 경향을 보인다. 그것은 아웃-오브-포커스 이미지로부터의 배경 진폭의 우선 축소에 있어서 개발된 반대칭 공간 분포이다.

식 (46)에서 보여지듯이 시스템 특성으로부터, 식 (44)에 의해 주어진U _S(v ₂)에 대해서 위상(υ₂-υ₁)이 다음과 같은 조건을 만족하는 한 인-포커스 이미지에 대해서 높은 감도가 유지됨이 명백하다.

[σ(q)]²은 변수 q의 분산이다.

(υ₂-υ₁)의 주어진 값에 대해서 신호에 대한 기여는 (x ₂-x ₁)/f와k사이에 하이퍼볼릭 관계를 가지고, (υ₂-υ₁)는k(x ₂-x ₁)/f에 비례한다. 따라서k및 (x ₂-x ₁)/f의 해당 허용치가 식 (47)이 만족되도록 하고 향상된 신호 대 잡음비(아웃-오브-포커스 신호 세기에 대한 인-포커스 신호 세기에 관하여)를 산출할 검출기로 이미지가 얻어지도록 허용하기 위하여k에 제한이 있을 수 있다. 식 (47)로부터 다음과 같은 관계를 얻는다.

여기서 소개된 논의에 대해서 식 (48)의 좌변의 두 항 각각이 좌변에 똑같이 기여하는 모드에서 작동하도록 선택하면 다음을 얻는다.

및

다음 식과 식 (50)을 결합함으로써 (σ _k /k)에 대한 식이 얻어진다.

rπ는 다음 인자에서 피크를 야기시키는 (υ₂-υ₁) 값의 서브셋을 나타낸다.

결과는 다음과 같다.

λ에 있어서 비교적 광역 작동에 대해 본 발명을 구현하는 장치가 유효함이 식 (53)으로부터 명백하다. 예를 들어,m=1 및r=1에 대해서는이고m=2 및r=1 에 대해서는이다.

유효하게 사용될 수 있는r값의 범위에 대한 한계가 있다. 이 한계는 신호 대 잡음비를 고려한 것에 기인한다. 관찰된 신호에 기여하는 식 (52)에 의해서 주어지는 인자에 있어서의 각각의 피크에 대해서, 신호 세기가 향상되어 있다. 그러나 포함된 피크 수가 증가하고 따라서r의 최대값,r _max가 증가함에 따라k에 대한대역폭이 식 (53)에 따라 축소되어야만 한다.

본 발명의 제 2 또는 제 4 실시예 중 어느 하나 및 제 2 및 제 4 의 실시예의 상세한 설명에 대한 각각의 변형된 형태에 있어서 레벨 2 변별을 사용할 때 소스 핀홀 사이의 간격에 대해서 또한 제한이 있다. 이 제한은 광역 작동에 대한 섹션의 분석 유형과 유사한 분석을 사용할 때 얻어질 수 있다. 식 (46)에서 보여진 것과 같은 시스템 특성으로부터, 인-포커스 이미지에 대해서 다음과 같은 조건을 만족하는 한U _S(v ₂)에 대한 높은 감도가 유지되는 것은 명백하다.

δv ₁은 핀홀 각각의 선형 어레이 소스의 인접 핀홀 사이의 간격이다.

식 (49) 및 식 (50)에 의해 표현된 식의 우변은 명백하게x ₁또는y ₁에 의존하지 않음을 주목하라. 따라서, 본 발명을 구현하는 장치는x ₁및y ₁에 대한 값 범위에 대한 본질적인 제한 없이 소스와 같은 포인트에 대해 작용한다.

혼탁한 매체를 통한 관찰

여기에 게시된 본 발명의 또 다른 중요한 특징은 아웃-오브-포커스 이미지 배경 효과의 강화된 축소가 거친 매체를 통하여 관찰할 때 유효할 수 있다는 점이다. 거친 매체를 통하여 관찰하는 것에 대해서 임펄스 응답 함수 h _A,M은 다음과 같다.

h _A는 거칠지 않은 매체를 통하여 관찰할 때 장치에 대한 임펄스 응답 함수이고, h _M은 거친 매체에 대한 임펄스 응답 함수이고, *는 h _A와 h _M의 컨볼루션을 나타낸다. h _A* h _M의 푸리에 변환F( h _A* h _M)는 다음과 같다.

임펄스 응답 함수 h _M은 가우시안 분포에 의해 잘 나타내어진다.

σ₂은 h _M의 분산이다.

h _M의 푸리에 변환F( h _M)은 다음과 같이 주어진다.

q는v와 공액 관계에 있는 공간 각 주파수 벡터이다. h _A에 있어서의 가장 낮은 주파수 피크는 다음 주파수에서 위치한다.

h _A,M에 대한 비교적 큰 값은q=(d ₀/λ)에서 다음과 같은 경우에 유지됨이 식(56) 및 (58)로부터 명백하다.

또는

식 (59) 및 (61)을 사용할 때, 사용될 수 있는d ₀값은 다음과 같은 조건에 의해 제한된다.

따라서, 본 발명을 구현하는 토모그래픽 이미징 시스템이 h _M에 의해 부과된 컷 오프 주파수 아래서 공간 주파수에 대한 비교적 높은 감도를 유지하도록 구성하는 것이 가능하다.

본 발명에 따라서, 임의의 공간 특성의 기준 빔 진폭에 대해서 배경 광 (즉, 아웃-오브-포커스 리턴 프로브 빔)의 진폭과 기준 빔 사이의 간섭 항이 원하지 않는 계통 에러의 발생을 억누룰 수 있고 원하지 않는 통계적 에러의 발생에 있어서 중요할 것이라는 것이 인식될 것이다. 배경 광 및 기준 빔의 진폭 사이의 간섭 항은 위상 변이에 위한 기준 빔에 있어서 산출된 반대칭 공간 특성 때문에 본 발명의 상기 실시예에서 축소될 것이다. 이 간섭항은 축소될 것이기 때문에, 멀티 픽셀 검출기의 각각의 픽셀에 의해서 산출되는 데이타 상의 허용할 수 없을만큼 큰 계통 에러 및 통계적 에러의 발생을 야기시키지 않는다.

또한 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 진폭 및 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링 된 반사된 기준 빔 및 파수로 필터링되고 공간적으로 산란된 프로브 빔(즉, "원하는 신호") 사이의 간섭 항은 관련된다는 것이 인식된다. 기준 빔은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔 진폭의 자승으로서 검출된다. 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔과 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔, 즉 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 진폭에 의해서 곱해진 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 프로브 빔의 진폭 사이의 간섭항으로서 검출된다. 따라서 검출된 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔 및 검출된 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔의 진폭이 각각에 존재하기 때문에 관련된다. 이러한 관계는 그러한 간섭항으로부터의 대상재료 특성의 결정을 통계적으로 더 정확하게 한다. 결과적으로, 대상재료의 정확한 특성은 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔및 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔 사이의 간섭 항에 응답하여 멀티 픽셀 검출기에 의해서 산출된 데이터로부터 얻어질 수 있다. 이것은 멀티 픽셀 검출기의 주어진 필셀에 대해 얻어진 통계적 정확도가 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 반사된 기준 빔 진폭의 자승 또는 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 배경 빔 진폭의 자승 중 어느 하나에 응답하는 것이 아닌 파수로 필터링되고 공간적으로 필터링된 산란된 프로브 빔 진폭의 자승에 응답하는 픽셀에서 산출되는 광전자의 수에 의해 한계지어지기 때문이다.

대안적이고/또는 부가적인 광 소자 및 검출기는 본 발명의 게시된 실시 형태 중 하나로 통합될 수 있다는 것이 당업자에 의해서 더 인식될 것이다. 예를 들어, 편파된 빔 스플릿터는 대안적으로 사용될 수 있고 또는 대상재료를 프로브하는데 사용되는 방사 특성을 바꾸기 위한 부가적 위상 변이 소자와 함께 사용될 수 있다. 더 나아간 예는 광원의 강도를 모니터하기 위한 검출기의 부가가 될 것이다. 이러한 것들 및 다른 명백한 변형들은 본 발명의 취지와 범위로부터 벗어남이 없이 소개될 것이다.

이상기(34)는 예를 들어 도1a-1n에서는 생략될 수 있는데, 그 경우에 이미지 평면(37)의 이미지 포인트(38)에서 산출된 포인트 광원(8)의 이미지는 이미지 평면(47)의 이미지 포인트(48)에서의 반사된 기준 빔에 의해 산출된 포인트 광원(8)의 이미지가 상기 것으로부터 대볼륨으로 바뀌지 않을 것임에도 불구하고 상기보다는 다를 것임이 또한 인식될 것이다. 그럼에도 불구하고, 아웃-오브-포커스 이미지의 상기 소거는 성취될 것이다. 유사하게, 이상기(34)는 도2a-2f에서 생략될 수 있고 이상기(34및34a)는 도3a-3l및4a-4f에서 생략될 수 있다.

또한 이상기(14,24,34, 및34a)의 이상기 소자의 공간적 구성은 단일 픽셀 검출기에서의 반사된 기준 빔 진폭의 공간적 분포가 대볼륨으로 공간적 반대칭 분포를 산출하는 한 상기 및/또는 어포다이즈된 것과 다를 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 멀티 픽셀 검출기에 의해 산출되는 이미지 데이터는 대상재료(112)의 원하는 토모그래픽 이미지를 산출하기 위한 본 발명의 상기 실시예에 대하여 약간 다르게 처리될 필요가 있을 수 있다.

실시예 및 여기서 설명한 것의 변형된 실시예의 간섭계는 본 발명의 취지와 범위내에서 벗어남이 없이 전송 모드에서 기능하는 공초점 간섭계 마이크로스코피 기구로서 구성될 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 전송 모드는 프로브 빔의 편파 상태에서 검출이 변할 때와 같이 본 발명의 어느 읽기 및 쓰기 모드에서 작동하는 바람직한 모드가 될 수 있다.

상기 실시예의 간섭계는 예를 들어 대상재료(112)를 편파광으로 프로브하기 위해서 또는 단일 또는 멀티 픽셀 검출기로의 간섭계를 통한 광의 스루풋을 증가시키기 위해서 편파 형태일 수 있다는 것이 더 인식될 것이다. 그러나, 편파 빔 스플릿터와 같은 부가적 광 소자는 반사된 기준 빔 및 단일 또는 멀티 픽셀 검출기에서 산란된 프로브 빔을 혼합하기 위한 목적으로 상기 장치에 부가될 필요가 있을 것이다.

Claims (61)

1. 물질내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역이 나타내는 정보를 측정할 때의 에러를 감소시키기 위해 물질내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역의 인-포커스 이미지를 아웃-오브-포커스 이미지와 구별하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

   (a) 단색광 포인트 방사 소스의 어레이로부터 기준빔과 프로브 빔을 발생시키는 단계;

   (b) 프로브 빔을 정보 유지 영역내의 및/또는 상기 정보 유지 영역 상의 인-포커스 이미지 포인트의 어레이에 지향시킴으로써 인-포커스 복귀 프로브 빔을 발생시키는 단계;

   (c) 인-포커스 복귀 프로브 빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

   (d) 인-포커스 기준빔을 발생시키는 단계;

   (e) 인-포커스 기준빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

   (f) 인-포커스 기준빔을 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔으로 간섭시키는 단계;

   (g) 인-포커스 기준빔을 인-포커스 복귀 프로브빔으로 간섭시키는 단계; 및

   (h) 검출기의 검출기 요소에 의해 간섭 데이터로서 인-포커스 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 검출함으로써 측정되는 정보를 나타내기 위해, 검출기에 의해 발생된 데이터내의 구조적이고 통계적인 에러를 감소시키는 단계;를 포함하고,

   상기 간섭 데이터는 인-포커스 기준빔과 인-포커스 복귀 프로브 빔 사이의간섭항, 및 아웃-오브-포커스 이미지 포인트와 관련된 아웃-오브-포커스 이미지 빔과 인-포커스 기준빔 사이의 실질적으로 진폭이 감소된 다른 간섭항을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(h)는 인-포커스 기준빔의 진폭의 비-선형 함수로서 인-포커스 기준빔을 검출하는 단계 및 간섭항의 진폭으로부터 인-포커스 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 측정할 때 상기 진폭을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 물질로서 광디스크를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 조직을 본래의 위치에서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 절제된 생체 조직을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 물질내에 및/또는 물질상에 기준면을 제공하는 단계 및 기준면에 위치된 인-포커스 기준 이미지 포인트에 대해 단계(b) 내지 (h)를 수행하는 단계, 및 기준면과 관련된 정보 유지 영역상의 및/또는 정보 유지 영역내의 인-포커스 이미지 포인트의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 단계 (b) 내지 (h)가 인-포커스 이미지 포인트에서의 물질의 다른 부분에 대해서 수행되게 하기 위해 물질과 프로브 빔 사이에 상대적이고 기계적인 변동을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 물질내의 및/또는 물질 상의 정보 유지 영역이 나타내는 정보를 측정할 때의 에러를 감소시키기 위해 물질내의 및/또는 물질 상의 정보 유지 영역의 인-포커스 이미지와 아웃-오브-포커스 이미지를 구별하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

   (a) 단색광 포인트 방사 소스의 어레이로부터 기준빔과 프로브 빔을 발생시키는 단계;

   (b) 프로브 빔을 정보 유지 영역내의 및/또는 상기 정보 유지 영역 상의 인-포커스 이미지 포인트의 어레이에 지향시킴으로써 인-포커스 복귀 프로브 빔을 발생시키는 단계;

   (c) 각각의 인-포커스 복귀 서브-빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

   (d) 각각이 인-포커스 복귀 서브-빔과 관련된, 복수의 인-포커스 기준 서브-빔을 포함하고 있는 인-포커스 기준빔을 발생시키는 단계;

   (e) 각각의 인-포커스 기준 서브-빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

   (f) 인-포커스 기준빔을 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔으로 간섭시키는 단계;

   (g) 인-포커스 기준빔을 인-포커스 복귀 프로브 빔으로 간섭시키는 단계; 및

   (h) 각각의 검출기 어레이의 검출기 요소에 의해 간섭 데이터로서 인-포커스 복귀 서브-빔의 복소 진폭을 검출함으로써 측정되는 정보를 나타내기 위해, 검출기 어레이에 의해 발생된 데이터내의 구조적이고 통계적인 에러를 감소시키는 단계;를 포함하고,

   상기 인-포커스 복귀 프로브 빔은 복수의 인-포커스 복귀 서브-빔을 포함하고, 각각의 인-포커스 복귀 서브-빔은 어레이의 적어도 하나의 인-포커스 이미지 포인트와 관련이 되고,

   상기 간섭 데이터는 대응하는 인-포커스 기준 서브-빔과 인-포커스 복귀 프로브 서브-빔 사이의 간섭항, 및 각각 아웃-오브-포커스 이미지 포인트와 관련된 아웃-오브-포커스 이미지 빔과 대응하는 인-포커스 기준 서브-빔 사이의 실질적으로 진폭이 감소된 다른 간섭항을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (h)는 인-포커스 기준빔을 인-포커스 기준빔의 진폭의 비선형 함수로 검출하는 단계 및 인-포커스 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 간섭항의 진폭으로부터 측정할 때, 상기 진폭을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 물질내의 및/또는 물질 상의 정보 유지 영역이 나타내는 정보를 측정할 때의 에러를 감소시키기 위해 물질내의 및/또는 물질 상의 정보 유지 영역의 인-포커스 이미지와 아웃-오브-포커스 이미지를 구별하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    (a) 광대역 포인트 방사 소스로부터 프로브 빔과 기준빔을 발생하는 단계;

    (b) 인-포커스 기준빔을 발생하는 단계;

    (c) 인-포커스 기준빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

    (d) 정보 유지 영역내의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 프로브 빔을 변환하기 위해 분산 요소를 통해서 프로브 빔을 통과시키는 단계;

    (e) 인-포커스 복귀 빔을 발생하는 단계;

    (f) 인-포커스 복귀 프로브 빔내의 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

    (g) 인-포커스 복귀 프로브 빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (h) 공간적으로 필터링된 복귀 프로브 빔을 분산 요소에 통과시켜서 이를 검출기의 검출기 평면상의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 변환시키는 단계;

    (i) 인-포커스 기준빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (j) 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준 빔을 분산 요소에 통과시켜서 이를 검출기상의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 변환시키는 단계;

    (k) 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (l) 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 공간적으로 필터링된 빔을 분산 요소에 통과시키는 단계;

    (m) 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 공간적으로 필터링된 빔으로 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔을 간섭시키는 단계;

    (n) 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀 프로브 빔으로 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔을 간섭시키는 단계;

    (o) 검출기의 검출요소에 의해서 간섭 데이터로서 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 검출함으로써 측정되는 정보를 나타내기 위해 검출기에 의해 발생된 데이터내의 구조적이고 통계적인 에러를 감소시키는 단계;를 포함하고,

    상기 간섭 데이터는 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔과 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀빔사이의 간섭항과, 공간적으로 필터링된, 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔과 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔 사이의 실질적으로 감소된 진폭의 또 다른 간섭항을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계(o)는 인-포커스 기준빔의 진폭의 비선형 함수로서 인-포커스 기준빔을 검출하는 단계 및 간섭 항의 진폭으로부터 인-포커스 기준 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 측정할 때, 이 진폭을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 물질로서 광 디스크를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 조직을 본래의 위치에서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 10 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 절제된 생체 조직을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 단계(a)는 광대역 포인트 방사 소스의 어레이로부터 프로브 빔과 기준빔을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 10 항에 있어서, 물질내에 및/또는 물질상에 기준면을 제공하는 단계 및 기준면에 위치된 인-포커스 기준 이미지 포인트에 대해 단계 (b) 내지 (o)를 수행하는 단계, 및 기준면과 관련된 정보 유지 영역상의 및/또는 정보 유지 영역내의 인-포커스 이미지 포인트의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 10 항에 있어서, 물질과 프로브 빔 사이에 비교적 기계적인 변동을 제공함으로써 단계(b) 내지 (o)가 정보 유지 영역내의 라인에서 물질의 다른 부분에 데헤서 수행되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (d)는 적어도 하나의 격자에 상기 프로브 빔을 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 라인은 물질의 주요면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 라인은 물질의 주요면에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 물질 내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역의 소정의 깊이에 저장된 정보를 측정하기 위해 간섭계 데이터를 변환하도록 검출기에 의해 발생된 데이터에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 물질내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역이 나타내는 정보를 측정할 때에 에러를 감소시키기 위해 물질내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역의 인-포커스 이미지를 아웃-오브-포커스 이미지와 구별하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    (a) 광대역 포인트 방사 소스로부터 프로브 빔과 기준빔을 발생하는 단계;

    (b) 인-포커스 기준빔을 발생하는 단계;

    (c) 인-포커스 기준빔에 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

    (d) 정보 유지 영역내의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 프로브 빔을 변환하는 단계;

    (e) 인-포커스 복귀 프로브 빔을 발생하는 단계;

    (f) 인-포커스 복귀 프로브 빔내의 반대칭적 공간적 특성을 발생시키는 단계;

    (g) 인-포커스 복귀 프로브 빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (h) 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀 프로브 빔을 검출기의 검출기 평면상의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 변환시키는 단계;

    (i) 인-포커스 기준빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (j) 공간적으로 필터링된 인-포커스 프로브 빔을 검출기상의 라인에 초점이 맞춰진 빔으로 변환시키는 단계;

    (k) 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔을 공간적으로 필터링하는 단계;

    (l) 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔을 공간적으로 필터링된, 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔으로 간섭시키는 단계;

    (m) 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔을 변환된, 공간적으로 필터링된 복귀 프로브 빔으로 간섭시키는 단계;

    (n) 간섭 데이터로서 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀 프로브 빔을 검출기로, 검출함으로써 측정되는 정보를 나타내기 위해 검출기에 의해 발생되는 데이터내의 에러를 감소키는 단계;를 포함하고,

    상기 간섭 데이터는 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔과 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 복귀빔사이의 간섭항 및 변환된, 공간적으로 필터링된 복수의 아웃-오브-포커스 이미지 포인트로부터의 빔과 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔 사이의 실질적으로 감소된 진폭의 또 다른 간섭항을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 단계 (n)은 변환된, 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔의 진폭의 비선형 함수로서 변환된 공간적으로 필터링된 인-포커스 기준빔을 검출하는 단계 및 간섭항의 진폭으로부터 인-포커스 복귀 프로브 빔의 복소 진폭을 측정할 때, 이 진폭을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 21 항에 있어서, 물질로서 광 디스크를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 21 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 조직을 본래의 위치에서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제 21 항에 있어서, 물질로서 인간 또는 동물체의 절제된 생체 조직을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제 21 항에 있어서, 상기 단계(a)는 광대역 포인트 방사 소스의 어레이로부터 프로브 빔과 기준빔을 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제 21 항에 있어서, 물질내에 및/또는 물질상에 기준면을 제공하는 단계 및 기준면에 위치된 인-포커스 기준 이미지 포인트에 대해 단계(b) 내지 (n)를 수행하는 단계, 및 기준면과 관련된 정보 유지 영역내의 단계 (d)의 라인의 위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제 21 항에 있어서, 물질과 프로브 빔 사이에 비교적 기계적인 변동을 제공함으로써 단계 (b) 내지 (n)이 정보 유지 영역내의 라인에서 물질의 다른 부분에 대해서 수행되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
29. 제 21 항에 있어서, 상기 단계 (d)는 적어도 하나의 격자에 상기 프로브 빔을 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 라인은 물질의 주요면에 대해서 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제 21 항에 있어서, 물질내의 및/또는 물질상의 정보 유지 영역의 소정의 깊이에 저장된 정보를 측정하기 위해 간섭계 데이터를 변환하도록 검출기에 의해 발생된 간섭계 데이터에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제 21 항에 있어서, 상기 정보 유지 영역내의 라인은 물질의 주요면에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 방법.
32. 웨이퍼 상에 집적회로를 제조할 때에 사용하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은;

    (a) 웨이퍼를 지지하는 스테이지;

    (b) 웨이퍼 상에 공간적으로 패턴화된 방사를 이미지화하기 위한 조명 시스템;

    (c) 이미지화된 방사에 연관해서 스테이지의 위치를 조정하는 게이지화된 위치 제어 시스템;

    (d) 이미지화된 방사와 연관해서 웨이퍼의 위치를 측정하는 간섭계 시스템; 및

    (e) 제 1 항의 방법에 따라서 동작해서 정보-유지 영역내의 정렬마크를 식별하는 식별 마크 서브-시스템을 포함한 것을 특징으로 하는 시스템.
33. 웨이퍼상에 집적회로를 제조할 때, 리소그래피 스테퍼 또는 스캐너의 오버레이 정확성을 측정하는 경우에 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 집적회로의 제 1 레벨 상의 제 1 정보 유지 영역의 제 1 패턴과 집적회로의 제 2 레벨 상의 제 2 정보 유지 영역의 제 2 패턴의 상대적인 위치를 측정하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 웨이퍼를 지지하는 스테이지를 포함한 웨이퍼 핸들링 시스템; 및

    (c) 패턴을 관찰하는 마이크로스코피 시스템을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 1 패턴과 제 2 패턴의 상대적인 위치를 비교하기 위해 제 1 항의 방법에 따라서 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
34. 집적회로의 제조시에 사용되기 위해 마스크내의 결함을 측정할 때 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 마스크를 지지하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 마스크를 이미지화하고, 마스크의 패턴 특성의 제 1 디지털 표시를 발생하는 마이크로스코피 시스템;

    (c) 마스크의 패턴 특성의 정확한 제 2 디지털 표시를 저장하는 메모리 시스템; 및

    (d) 마스크 이미지의 제 1 및 제 2 디지털 표시를 비교해서 마스크의 결함을 측정하기 위해 메모리 시스템 및 마이크로스코피 시스템에 결합된 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 1 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
35. 제 34 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 이상적인 마스크의 패턴 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
36. 제 34 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 기본적으로 결함을 가지고 있지 않은 기준 마스크를 이미지화하기 위해, 마이크로스코피 시스템을 동작시킴으로써 얻어진 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
37. 정보 유지 영역을 포함하고 있는 물질의 움직임에 대해 민감성이 적은 정보 유지 영역의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    (a) 물질을 지지하는 지지구조;

    (b) 정보 유지 영역을 이미지화하고, 제 1 항의 방법에 따라서 동작하는 마이크로스코피 시스템;을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템에 의해 발생된 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분은 마이크로스코피에 대한 물질의 움직임에 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.
38. 제 37 항에 있어서, 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분의모든 이미지 포인트는 실질적으로 동시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
39. 시스템과 외부 표면 사이의 공간적인 관계를 제어하기 위해 외부 표면을 가진 물질의 표면의 정보 유지 표면의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    a) 물질을 지지하는 지지구조;

    b) 외부 표면의 프로파일을 이미지화하고, 외부 표면과 시스템 사이의 공간적인 관계를 측정하는 마이크로스코피 시스템; 및

    c) 마이크로스코피 시스템과 외부표면의 물리적인 접촉을 방지하기 위해 소정의 공간적인 관계에 따라서 외부 표면과 연관해서 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 1 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
40. 제 39 항에 있어서, 상기 프로세서는 실시간으로 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
41. 제 40 항에 있어서, 프로세서는 외부 표면으로부터의 적어도 소정의 거리만큼 마이크로스코피를 유지하는 동작을 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
42. 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는데 사용되는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    (a) 웨이퍼를 지지하는 스테이지;

    (b) 웨이퍼상에 공간적으로 패턴화된 방사를 이미지화하는 조명 시스템;

    (c) 이미지화된 방사에 연관해서 스테이지의 위치를 조정하는 게이지화된 위치 제어 시스템; 및

    (d) 이미지화된 방사에 연관해서 웨이퍼의 위치를 측정하는 간섭계 시스템;

    (e) 정보 유지 영역 내의 정렬마크를 식별하기 위해 제 10 항의 방법에 따라서 동작하는 식별 마크 서브 시스템;을 포함한 것을 특징으로 하는 시스템.
43. 웨이퍼상에 집적회로를 제조할 때, 리소그래피 스테퍼 또는 스캐너의 오버레이 정확성을 측정데 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 집적회로의 제 1 레벨 상의 제 1 정보 유지 영역의 제 1 패턴과 집적회로의 제 2 레벨 상의 제 2 정보 유지 영역의 제 2 패턴의 상대적인 위치를 측정하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 웨이퍼를 지지하는 스테이지를 포함한 웨이퍼 핸들링 시스템; 및

    (c) 패턴을 관찰하는 마이크로스코피 시스템;을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 1 패턴과 제 2 패턴의 상대적인 위치를 비교하기 위해 제 10 항의 방법에 따라서 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
44. 집적회로의 제조시에 사용되기 위해 마스크내의 결함을 측정할 때 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 마스크를 지지하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 마스크를 이미지화하고, 마스크의 패턴 특성의 제 1 디지털 표시를 발생하는 마이크로스코피 시스템;

    (c) 마스크의 패턴 특성의 정확한 제 2 디지털 표시를 저장하는 메모리 시스템; 및

    (d) 마스크 이미지의 제 1 및 제 2 디지털 표시를 비교해서 마스크의 결함을 측정하기 위해 메모리 시스템 및 마이크로스코피 시스템에 결합된 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 10 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
45. 제 44 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 이상적인 마스크의 패턴 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
46. 제 44 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 기본적으로 결함을 가지고 있지 않은 기준 마스크를 이미지화하기 위해, 마이크로스코피 시스템을 동작시킴으로써 얻어진 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
47. 정보 유지 영역을 포함하고 있는 물질의 움직임에 대해 민감성이 적은 정보 유지 영역의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    (a) 물질을 지지하는 지지구조;

    (b) 정보 유지 영역을 이미지화하고, 제 10 항의 방법에 따라서 동작하는 마이크로스코피 시스템;을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템에 의해 발생된 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분은 마이크로스코피에 대한 물질의 움직임에 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.
48. 제 47 항에 있어서, 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분의 모든 이미지 포인트는 실질적으로 동시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
49. 시스템과 외부 표면 사이의 공간적인 관계를 제어하기 위해 외부 표면을 가진 물질의 표면의 정보 유지 표면의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    a) 물질을 지지하는 지지구조;

    b) 외부 표면의 프로파일을 이미지화하고, 외부 표면과 시스템 사이의 공간적인 관계를 측정하는 마이크로스코피 시스템; 및

    c) 마이크로스코피 시스템과 외부표면의 물리적인 접촉을 방지하기 위해 소정의 공간적인 관계에 따라서 외부 표면과 연관해서 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 10 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
50. 제 49 항에 있어서, 상기 프로세서는 실시간으로 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
51. 제 40 항에 있어서, 프로세서는 외부 표면으로부터의 적어도 소정의 거리만큼 마이크로스코피를 유지하는 동작을 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
52. 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는데 사용되는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    (a) 웨이퍼를 지지하는 스테이지;

    (b) 웨이퍼상에 공간적으로 패턴화된 방사를 이미지화하는 조명 시스템;

    (c) 이미지화된 방사에 연관해서 스테이지의 위치를 조정하는 게이지화된 위치 제어 시스템; 및

    (d) 이미지화된 방사에 연관해서 웨이퍼의 위치를 측정하는 간섭계 시스템;

    (e) 정보 유지 영역 내의 정렬마크를 식별하기 위해 제 21 항의 방법에 따라서 동작하는 식별 마크 서브 시스템;을 포함한 것을 특징으로 하는 시스템.
53. 웨이퍼상에 집적회로를 제조할 때, 리소그래피 스테퍼 또는 스캐너의 오버레이 정확성을 측정하는데 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 집적회로의 제 1 레벨 상의 제 1 정보 유지 영역의 제 1 패턴과 집적회로의 제 2 레벨 상의 제 2 정보 유지 영역의 제 2 패턴의 상대적인 위치를 측정하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 웨이퍼를 지지하는 스테이지를 포함한 웨이퍼 핸들링 시스템; 및

    (c) 패턴을 관찰하는 마이크로스코피 시스템;을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 1 패턴과 제 2 패턴의 상대적인 위치를 비교하기 위해 제 21 항의 방법에 따라서 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
54. 집적회로의 제조시에 사용되기 위해 마스크내의 결함을 측정할 때 사용하는 계측 시스템에 있어서, 상기 계측 시스템은:

    (a) 마스크를 지지하는 게이지-제어 스테이지;

    (b) 마스크를 이미지화하고, 마스크의 패턴 특성의 제 1 디지털 표시를 발생하는 마이크로스코피 시스템;

    (c) 마스크의 패턴 특성의 정확한 제 2 디지털 표시를 저장하는 메모리 시스템; 및

    (d) 마스크 이미지의 제 1 및 제 2 디지털 표시를 비교해서 마스크의 결함을 측정하기 위해 메모리 시스템 및 마이크로스코피 시스템에 결합된 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 21 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
55. 제 54 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 이상적인 마스크의 패턴 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
56. 제 54 항에 있어서, 제 2 디지털 표시는 기본적으로 결함을 가지고 있지 않은 기준 마스크를 이미지화하기 위해, 마이크로스코피 시스템을 동작시킴으로써 얻어진 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
57. 정보 유지 영역을 포함하고 있는 물질의 움직임에 대해 민감성이 적은 정보 유지 영역의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    (a) 물질을 지지하는 지지구조;

    (b) 정보 유지 영역을 이미지화하고, 제 21 항의 방법에 따라서 동작하는 마이크로스코피 시스템;을 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템에 의해 발생된 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분은 마이크로스코피에 대한 물질의 움직임에 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.
58. 제 57 항에 있어서, 정보 유지 영역의 소정의 1차원 또는 2차원 영역 부분의모든 이미지 포인트는 실질적으로 동시에 얻어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
59. 시스템과 외부 표면 사이의 공간적인 관계를 제어하기 위해 외부 표면을 가진 물질의 표면의 정보 유지 표면의 이미지를 발생하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:

    a) 물질을 지지하는 지지구조;

    b) 외부 표면의 프로파일을 이미지화하고, 외부 표면과 시스템 사이의 공간적인 관계를 측정하는 마이크로스코피 시스템; 및

    c) 마이크로스코피 시스템과 물질표면의 물리적인 접촉을 방지하기 위해 소정의 공간적인 관계에 따라서 외부 표면과 연관해서 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 프로세서;를 포함하고,

    상기 마이크로스코피 시스템은 제 21 항의 방법에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
60. 제 59 항에 있어서, 상기 프로세서는 실시간으로 마이크로스코피 시스템의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
61. 제 60 항에 있어서, 프로세서는 외부 표면으로부터의 적어도 소정의 거리만큼 마이크로스코피를 유지하는 동작을 하는 것을 특징으로 하는 시스템.