(57)【要約】  本発明は、対象物を検査するための超音波顕微鏡に関し、この超音波顕微鏡は、前記対象物を対象領域に保持するための対象物ホルダーと、走査ヘッドと、前記走査ヘッドによって支持される第１のトランスデューサを備え、前記第１のトランスデューサは、放出方向に沿って第１の音響パルスを放出し、前記第１の音響パルスを焦点に集束させ、前記対象物から出てくる第２の音響パルスを検出し、前記第１のトランスデューサによって検出された前記第２の音響パルスを表す第１の検出信号を出力するものであり、放出方向に基本的に平行である垂直方向に沿って、前記走査ヘッドに対して前記第１のトランスデューサを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、前記第１の検出信号に基づいて、前記第１のアクチュエータを制御するように構成された制御部と、を備える。さらに、本発明は、超音波顕微鏡の音響パルストランスデューサを浸漬液内で運ぶキャリアに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を検査するための超音波顕微鏡であって、
前記対象物を対象領域に保持するように構成された対象物ホルダーと、
前記対象領域に対して移動可能な走査ヘッドと、
前記走査ヘッドによって支持される第１のトランスデューサと、を備え、
前記第１のトランスデューサは、放出方向に沿って第１の音響パルスを放出し、前記第１の音響パルスを焦点に集束させるように構成されており、
前記第１のトランスデューサはさらに、前記対象物から出てくる第２の音響パルスを検出し、前記第１のトランスデューサによって検出された前記第２の音響パルスを表す第１の検出信号を出力するように構成されており、
前記放出方向に基本的に平行である垂直方向に沿って、前記走査ヘッドに対して前記第１のトランスデューサを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、
前記第１の検出信号に基づいて、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成された制御部と、を備えることを特徴とする超音波顕微鏡。
【請求項２】
前記制御部はさらに、
前記第１のトランスデューサによる前記第１の音響パルスの放出を制御し、
前記第１の検出信号に基づいて、前記第１のトランスデューサと前記対象物との間の距離を表す距離の値を決定し、
決定された前記距離の値に基づいて、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１に記載の超音波顕微鏡。
【請求項３】
前記制御部はさらに、前記第１のトランスデューサと前記対象物との間の前記距離が所定の作動距離に近づくように、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項２に記載の超音波顕微鏡。
【請求項４】
前記制御部はさらに、
決定された前記距離の値に基づいて、前記焦点と前記対象物の興味のある場所との間の距離を表すデフォーカス値を決定し、
前記デフォーカス値に基づいて、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項２に記載の超音波顕微鏡。
【請求項５】
前記垂直方向に基本的に直交する横方向平面内で、前記対象物ホルダーに対して前記走査ヘッドを移動させるように構成された走査ヘッド位置決め装置をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項６】
前記制御部はさらに、
前記走査ヘッドが複数の位置に配置されるように前記走査ヘッド位置決め装置を制御し、
前記走査ヘッドが前記複数の位置の１つに配置されるたびに、前記第１のトランスデューサに前記第１の音響パルスの少なくとも１つを放出させることと、前記第２の音響パルスの少なくとも１つを検出することと、前記第１の検出信号を出力することを実行し、
前記複数の位置に関連して、前記第１の検出信号または前記第１の検出信号から導出された値を記憶し、
１組の記憶した前記第１の検出信号または導出された値に基づいて、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項５に記載の超音波顕微鏡。
【請求項７】
前記対象領域が前記第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間に位置するように、前記走査ヘッドによって支持される第２のトランスデューサをさらに備え、
前記第２のトランスデューサは、前記対象物から出てくる前記第２の音響パルスを検出し、前記第２のトランスデューサによって検出された前記第２の音響パルスを表す第２の検出信号を出力するように構成される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項８】
前記垂直方向に基本的に直交する横方向に沿って、前記走査ヘッドに対して前記第１のトランスデューサを移動させるように構成された第２のアクチュエータをさらに備え、
前記制御部はさらに、前記第２の検出信号に基づいて、前記第２のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの横方向の動きを制御するように構成される、請求項７に記載の超音波顕微鏡。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１のトランスデューサが前記横方向に沿って前記第２のトランスデューサと一直線になるように、前記第２のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記横方向の動きを制御するように構成される、請求項８に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第２の検出信号の強度が最大になるように、前記第２のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記横方向の動きを制御するように構成される、請求項９に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第２の検出信号の周波数領域表現を計算し、前記第２の検出信号の前記周波数領域表現に基づいて、前記第２のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記横方向の動きを制御するように構成される、請求項９または請求項１０に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１２】
前記走査ヘッドに対して前記第２のトランスデューサを前記垂直方向に沿って移動させるように構成された第３のアクチュエータをさらに備える、請求項７から請求項１１のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項１３】
前記制御部はさらに、前記第１の検出信号に基づいて、前記第３のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１２に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第１の検出信号に基づいて、前記第１のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第１のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するための制御信号を計算するように構成され、
前記制御部はさらに、前記制御信号に基づいて、前記第３のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１３に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１５】
前記制御部はさらに、前記第２の検出信号に基づいて、前記第３のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項１６】
前記制御部は、前記第２の検出信号の強度が最大になるように、前記第３のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第２のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１５に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１７】
前記制御部は、前記第２の検出信号の周波数領域表現を計算し、前記第２の検出信号の前記周波数領域表現に基づいて、前記第３のアクチュエータによって提供される前記走査ヘッドに対する前記第２のトランスデューサの前記垂直方向の動きを制御するように構成される、請求項１５または請求項１６に記載の超音波顕微鏡。
【請求項１８】
前記走査ヘッドに対して前記対象物ホルダーを前記垂直方向に沿って移動させるように構成された第４のアクチュエータをさらに備え、
前記制御部はさらに、前記対象物を前記垂直方向に前記焦点に対して可変的に配置することができるように、前記第４のアクチュエータを制御するように構成される、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項１９】
前記走査ヘッド位置決め装置は、前記走査ヘッドを最大で第１の変位値だけ変位させるように構成され、
前記第２のアクチュエータは、前記走査ヘッドに対して最大で第２の変位値だけ前記第１のトランスデューサを変位させるように構成され、
前記第１の変位値と前記第２の変位値との比は、少なくとも１０、特に少なくとも１００または少なくとも１０００である、請求項５に関連する請求項８に記載の超音波顕微鏡。
【請求項２０】
前記第１のトランスデューサは、前記対象領域の上方に配置される、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項２１】
前記第１のトランスデューサは、前記第１の音響パルスが閾値周波数を超える音響周波数を有するように、前記第１の音響パルスを放出するように構成され、
前記閾値周波数は、複数の閾値周波数のグループから選択され、前記複数の閾値周波数のグループは、１０ＭＨｚと１５ＭＨｚで構成される、請求項１から請求項２０のいずれかに記載の超音波顕微鏡。
【請求項２２】
対象物を検査するための超音波顕微鏡であって、
前記超音波顕微鏡は、
前記対象物を対象領域に保持するように構成された対象物ホルダーと、
前記対象領域に対して移動可能な走査ヘッドと、
前記走査ヘッドによって支持され、前記対象領域の上方に配置されている第１のトランスデューサと、
前記第１のトランスデューサと前記対象領域との間に浸漬液の第１の絶え間ない接続を提供するように構成された浸漬装置と、を備えることを特徴とする超音波顕微鏡。
【請求項２３】
前記対象領域が前記第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間に位置するように、前記走査ヘッドによって支持される第２のトランスデューサをさらに備え、
前記浸漬装置はさらに、前記第２のトランスデューサと前記対象領域との間に前記浸漬液の第２の絶え間ない接続を提供するように構成される、請求項２２に記載の超音波顕微鏡。
【請求項２４】
前記浸漬装置は、前記浸漬液を収容するための容器をさらに備え、
前記容器は、前記対象領域が前記容器に収容された前記浸漬液内に位置しないように、前記浸漬液で満たされている、請求項２２または請求項２３に記載の超音波顕微鏡。
【請求項２５】
前記浸漬装置は、前記浸漬液を収容するための容器をさらに備え、
前記容器は、前記対象領域が前記容器に収容された前記浸漬液内に部分的に位置するように、前記浸漬液で満たされている、請求項２２または請求項２３に記載の超音波顕微鏡。
【請求項２６】
前記浸漬装置は、前記浸漬液を収容するための容器をさらに備え、
前記容器は、前記対象領域が前記容器に収容された前記浸漬液内に完全に位置するように、前記浸漬液で満たされている、請求項２２または請求項２３に記載の超音波顕微鏡。
【請求項２７】
超音波顕微鏡の音響パルストランスデューサを浸漬液内で運ぶキャリアであって、
前記キャリアは、前記浸漬液内に配置される第１の部分と、前記浸漬液の外側に配置される第２の部分とを備え、
前記第１の部分は、前記浸漬液が前記第１の部分を通って流れることを可能にする開口部を有する固体構造を含み、
第１の値は、前記第１の部分の断面における前記開口部の総面積を表し、
第２の値は、前記第１の部分の前記断面における前記固体構造の総面積を表し、
前記第１の値と前記第２の値との比は５より大きく、特に１０より大きく、より特に２０より大きいことを特徴とするキャリア。
【請求項２８】
前記第１の部分の前記断面の長さは１０ｃｍから１ｍである、請求項２７に記載のキャリア。
【請求項２９】
前記固体構造は、前記第１の部分が前記浸漬液中で移動するときに基本的に揚力および／または抗力が発生しないように形作られている、請求項２７または請求項２８に記載のキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を検査するための、特に半導体構造を検査するための超音波顕微鏡に関する。さらに、本発明は、超音波顕微鏡の音響パルストランスデューサを運ぶキャリアに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波顕微鏡は、材料やデバイスなどの対象物の非破壊検査に使用される。非破壊検査の能力により、このような超音波顕微鏡は、品質監視、信頼性研究、最適化、および故障分析の分野で有利に適用される。例えば、半導体製造では、完成した部分的に処理された半導体デバイスの検査に超音波顕微鏡が使用される。そのような超音波顕微鏡を使用することにより、対象物の層間剥離、隙間、亀裂、または介在物を検出し、それらの機械的特性を決定することができる。
【０００３】
超音波顕微鏡を使用することによる対象物の検査は、音響パルス、特に超音波パルスを対象物に向け、対象物によって反射された、および／または対象物を透過した音響パルスを分析することによって実行することができる。この分析の基礎は、音響パルスが対象物の各音響インターフェースで部分的に反射され、部分的に透過するという物理現象である。したがって、複数の異なる材料層を含む対象物は、対象物に向けられた単一の音響パルスから複数の反射パルスを生成する。複数の反射音響パルスは、反射音響パルスの強度を表す時間領域の信号を出力する音響トランスデューサによって検出される。対象物に向けられたパルスに対する複数の反射パルスのそれぞれの時間遅延に基づいて、対象物内の材料層の深さを決定することができる。さらに、反射された音響パルスの強度に基づいて、材料の種類を推定することができ、それによって対象物の欠陥を決定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、対象物を可能な限り迅速に高精度で検査することができる超音波顕微鏡を提供することである。検査される対象は、材料およびデバイス、特に半導体材料を使用して作られたウェーハ、パッケージ、コンポーネントまたはデバイスであり得る。対象物の表面形状は、対象物の大きさに対してでこぼこがあってもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、対象物を検査するための超音波顕微鏡は、対象物を対象領域に保持するように構成された対象物ホルダーと、対象領域に対して移動可能な走査ヘッドと、走査ヘッドによって支持される第１のトランスデューサとを備え、第１のトランスデューサは、放出方向に沿って第１の音響パルスを放出し、第１の音響パルスを焦点に集束させるように構成されており、第１のトランスデューサは、対象物から出てくる第２の音響パルスを検出し、第１のトランスデューサによって検出された第２の音響パルスを表す第１の検出信号を出力するように構成されている。
【０００６】
この態様によれば、走査ヘッドは第１のトランスデューサを支持する。走査ヘッドを対象領域に対して移動させることにより、第１のトランスデューサも対象領域に対して移動する。
【０００７】
第１のトランスデューサは、第１の音響パルス、特に超音波パルスを放出方向に沿って放出するように構成され、それにより、第１の音響パルスは、対象領域内の対象物に向けられる。第１の音響パルスは焦点に集束され、対象物は、対象物の興味のある場所が焦点と一致するように、焦点に対して配置することができる。
【０００８】
第１のトランスデューサはさらに、第１の音響パルスが対象物に向けられると対象物から出てくる第２の音響パルスを検出するように構成される。第１のトランスデューサはさらに、検出された音響パルスから、第１のトランスデューサによって出力される第１の検出信号を生成するように構成される。例えば、第１の検出信号は、第２の音響パルスの時間依存強度を表す時間領域の信号であり得る。
【０００９】
一実施形態によれば、超音波顕微鏡は、放出方向に基本的に平行である垂直方向に沿って、走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、第１の検出信号に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成された制御部と、を備える。
【００１０】
第１のアクチュエータは、走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを垂直方向に沿って移動させるように構成される。これにより、焦点も垂直方向に走査ヘッドに対して移動する。したがって、第１のアクチュエータが走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを垂直方向に沿って移動させるという点で、焦点は第１のアクチュエータによって垂直方向に沿って平行移動することができる。制御部は、第１の検出信号に基づいて、すなわち、第１の音響パルスが対象物に向けられたときに対象物から出てくる第２の音響パルスに基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される。したがって、焦点を、第１の検出信号に基づいて、対象物に対して、および走査ヘッドに対して配置することができる。
【００１１】
一実施形態によれば、制御部はさらに、第１のトランスデューサによる第１の音響パルスの放出を制御し、第１の検出信号に基づいて、第１のトランスデューサと対象物との間の距離を表す距離の値を決定し、決定された距離の値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される。例えば、第１のトランスデューサと対象物との間の距離は、第１のトランスデューサから対象物までの第１の音響パルスの１つの飛行時間、およびその１つの第１の音響パルスによって生成した第２の音響パルスの対象物から第１のトランスデューサまでの飛行時間に基づいて、制御部によって計算することができる。その計算には、空気または浸漬液中の音速などのパラメータを利用することができる。
【００１２】
本実施形態によれば、制御部は、第１のトランスデューサに第１の音響パルスを放出させるように構成される。したがって、制御部は、第１のトランスデューサが第１の音響パルスを放出するタイミングを制御する。さらに、制御部は、第１の音響パルスが対象物に向けられた後、第１のトランスデューサから第１の検出信号を取得するように構成される。したがって、制御部は、対象物から出てくる第２の音響パルスが第１のトランスデューサに到達するタイミングを決定するように構成することができる。第１の音響パルスの放出および第２の音響パルスの受信のタイミングに基づいて、制御部は、第１のトランスデューサと対象物との間の距離を計算し、特に第１のトランスデューサと半導体構造の複数の材料層との間の距離を決定するように構成することができる。決定された距離の値に基づいて、制御部は、焦点が対象物に対して所望の位置に配置されるように、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御することができる。
【００１３】
例えば、制御部は、第１のトランスデューサと対象物との間の距離が所定の作動距離に近づくように、決定された距離の値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。
【００１４】
例えば、制御部は、走査ヘッドが第１のトランスデューサを対象領域に対して移動させる間、所定の作動距離が第１のトランスデューサと対象物との間で維持されるように、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。特定の例として、制御部は、走査ヘッドが第１のトランスデューサを対象領域に対して移動させる間、所定の作動距離が第１のトランスデューサと対象物の表面との間で維持されるように、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。
【００１５】
別の実施形態によれば、制御部は、決定された距離の値に基づいて、焦点と対象物の興味のある場所との間の距離を表すデフォーカス値を決定し、デフォーカス値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。
【００１６】
例えば、対象物の複数の興味のある場所は、対象物の表面の下の所定の距離に配置されるようにユーザによって定義することができる。上記のように、第１のトランスデューサと対象物の表面との間の距離は、制御部によって決定することができる。したがって、制御部は、ユーザ定義の事前定義された距離および距離の値に基づいて、第１のトランスデューサからの対象物の興味のある場所の距離を決定するように構成することができる。さらに、焦点距離、すなわち、第１のトランスデューサによって生成される焦点と第１のトランスデューサ自体との間の距離もまた利用可能である。これらのデータに基づいて、制御部は、焦点と対象物の興味のある場所との間の距離を表すデフォーカス値を決定するように構成することができる。したがって、制御部は、焦点が興味のある場所に近づく／一致するように、デフォーカス値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御することができる。
【００１７】
さらなる実施形態によれば、超音波顕微鏡は、垂直方向に基本的に直交する横方向平面内で、対象物ホルダーに対して走査ヘッドを移動させるように構成された走査ヘッド位置決め装置をさらに備える。
【００１８】
本実施形態によれば、走査ヘッドは、横方向平面内で走査ヘッド位置決め装置によって対象領域に対して移動することができる。これにより、制御部は、第１のトランスデューサを使用して対象物を分析しながら、走査ヘッドを対象領域に対して移動することにより、対象物を走査できる。
【００１９】
別の実施形態によれば、制御部は、第１の検出信号に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成されたアナログ回路を備える。それにより、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直移動は、信号処理による遅延を最小限に抑え、高速で実行することができる。したがって、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを高速制御することにより、第１の音響パルスが適切に集束されたままの状態で、対象物を高速で走査することができる（すなわち、第１のトランスデューサが第１の検出信号を出力しながら、走査ヘッドは対象物に対して複数の位置に移動される）。
【００２０】
別の実施形態によれば、制御部は、本明細書に開示される様々な動作を実行するためのデジタル回路を備える。
【００２１】
別の実施形態によれば、制御部はさらに、第１の検出信号に基づいて対象物の高さプロファイルを決定するように構成され、「高さプロファイル」は、１つまたは複数の横方向に依存する垂直方向における対象物の範囲を示す。例えば、第１の検出信号に基づいて第１のトランスデューサと対象物との間の距離を表す距離の値を決定するように構成された超音波顕微鏡において、制御部は、距離の値に基づいて第１のトランスデューサの参照システムにおける高さプロファイルを決定するように構成することができる。第１のトランスデューサの参照システムにおける高さプロファイルを、別の参照システムにおける高さプロファイルにさらに変換することができる。例えば、第１のトランスデューサの参照システムにおける高さプロファイルは、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直位置に関する情報、すなわち走査ヘッドの参照システムにおける第１のトランスデューサの垂直位置に関する情報、をさらに使用することによって、走査ヘッドの参照システムに変換することができる。走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直位置に関する情報は、制御部によって第１のアクチュエータに提供される制御信号から取得することができ、制御信号は、第１のアクチュエータによって実行される垂直方向の動きを表す。代替的にまたは追加的に、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直位置に関する情報は、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直位置を測定し、対応する信号を出力する測定部によって取得することができる。
【００２２】
第１の例として、制御部は、走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。したがって、走査ヘッド位置決め装置を使用して対象物を走査している間の走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直位置は、制御信号を介して制御部で利用可能である。さらに、走査ヘッド位置決め装置を使用して対象物を走査している間、第１のトランスデューサと対象物との間の垂直方向の距離は、上記のように決定することができる。走査ヘッドの垂直位置および第１のトランスデューサと対象物との間の垂直方向の距離に基づいて、制御部は、走査ヘッドの参照システムおよび走査ヘッド位置決め装置の参照システムにおける対象物の高さプロファイルを決定することができる。
【００２３】
第２の例として、制御部は、対象物が横方向に走査されている間、事前定義された作動距離が第１のトランスデューサと対象物の表面との間に維持されるように、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。この例では、対象物の表面と第１のトランスデューサとの間の距離は（事前定義された作動距離のレベルで）基本的に一定のままであるため、高さプロファイルは制御信号から直接導出できる。
【００２４】
別の実施形態によれば、制御部はさらに、走査ヘッドが複数の位置に配置されるように、走査ヘッド位置決め装置を制御するように構成される。走査ヘッドが複数の位置のうちの１つに配置されるたびに、制御部は、第１のトランスデューサに第１の音響パルスの少なくとも１つを放出させ、第２の音響パルスの少なくとも１つを検出させ、第１の検出信号を出力させる。制御部はさらに、複数の位置に関連して第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値を記憶し、１組の記憶した第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される。
【００２５】
本実施形態によれば、制御部は、走査ヘッドが複数の位置に配置されるように走査ヘッド位置決め装置を制御するように構成される。すなわち、制御部は、走査ヘッド位置決め装置に走査ヘッドを移動させ、したがって第１のトランスデューサを複数の位置に配置させる。例えば、走査ヘッド位置決め装置は、対象領域に対して１つまたは複数の線などの経路に沿って移動させられ、その結果、対象物の複数の位置を経路に沿って分析することができる。
【００２６】
走査ヘッドの複数の位置のそれぞれにおいて、制御部は、第１のトランスデューサに、第１の音響パルスの少なくとも１つを放出させ、第２の音響パルスの少なくとも１つを検出させ、第１の検出信号を出力させる。すなわち、走査ヘッドが複数の位置のうちの１つに配置されるたびに、対象物の位置は、第１の音響パルスの少なくとも１つを対象物に向け、対象物から出てくる第２の音響パルスを検出することによって分析され、それによって第１の検出信号は、走査ヘッドの複数の位置のそれぞれで少なくとも１回出力される。したがって、走査ヘッドを複数の位置に経路に沿って移動させながら、複数の第１の検出信号を得ることができる。
【００２７】
上記の距離の値またはデフォーカス値などの複数の第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値は、走査ヘッドの複数の位置に関連して（または対象物の複数の位置に関連して）制御部によって記憶される。したがって、走査ヘッドの複数の位置のそれぞれに対して（または対象物の複数の位置のそれぞれに対して）、複数の検出信号または検出信号から導出された値のうちの１つが、第１のアクチュエータを制御するためのメモリで利用可能である。
【００２８】
例えば、第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値は、上記の手順によって取得され、走査ヘッドの位置の第１セット（または対象物の位置の第１セット）のメモリに記憶することができる。走査ヘッドを、走査ヘッドの位置の第１セットの各位置とは異なる（または対象物の位置の第１セットの各位置とは異なる）第２の位置に移動する前に、制御部は、メモリに記憶された第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するための予測値を計算することができる。したがって、対象物が以前に分析されていない可能性がある第２の位置に走査ヘッドを移動する前であっても、第１のアクチュエータを、予測値に従ってすでに制御することができる。これにより、第１のトランスデューサを所定の作動距離に持っていくか、または近づけることができる、または走査ヘッドが第２の位置に移動される前または移動される間に、デフォーカス値がすでにかなり小さい可能性がある。これにより、対象物が走査されるときに、対象物に対して第１のトランスデューサを適切に配置するために必要な時間が短縮される。
【００２９】
上記の実施形態におけるさらなる実施形態によれば、走査ヘッドの第２の位置について第１のアクチュエータを制御するための予測値を決定するために、メモリに記憶された検出信号または検出信号から導出された値のサブセットを使用することができる。サブセットは、第２の位置と、第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値の１つに関連する第１の位置のそれぞれとの間の距離に基づいて、制御部によって選択することができる。例えば、サブセットは、第１の位置に関連する第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値を含むように定義することができ、第１の位置のそれぞれは、事前定義された閾値距離値よりも小さい第２の位置までの距離を有する。事前定義された閾値距離値は、１μｍ未満、特に１００ｎｍ未満、または１０ｎｍ未満であり得る。本実施形態によれば、対象物が次に分析される第２の位置に近い走査ヘッドの位置で以前に得られた第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値が、第１のアクチュエータを制御するために使用される。予測値を決定するために、サブセットは、例えば、内挿、外挿などを使用して処理することができる。
【００３０】
例えば、対象物は最初に粗く走査され、それによって対象物の粗い高さプロファイルを決定することができる。次に、対象物の粗い高さプロファイルを使用して、対象物が細かく走査されるときに、第１のアクチュエータによって提供される垂直方向の走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御することができる。例えば、対象物の表面上の特定の場所での対象物の高さの予測値は、例えば、内挿を使用して、粗い高さプロファイルに基づいて制御部によって決定することができる。続いて、走査ヘッドを動かして第１のトランスデューサを特定の場所に第１の音響パルスを放出する位置に配置すると、制御部は、走査ヘッドがその位置に到着したときに第１の音響パルスが適切に集束されるように、特定の場所の予測値に基づいて、垂直方向の適切な位置に第１のトランスデューサをすでに移動させることができる。したがって、対象物を迅速に走査することができる。
【００３１】
垂直方向における第１のトランスデューサの動的挙動（すなわち、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの動き）を改善するために、第１のトランスデューサの重量を補償する重量補償装置を提供することができる。例えば、第１のトランスデューサの重量によって第１のアクチュエータに作用する力を補償する磁気ばねを提供することができる。重量補償装置によって、第１のアクチュエータによって動かされる有効質量が最小化され、その結果、第１のトランスデューサの動的挙動が改善される。特に、第１のトランスデューサは、重量補償装置が使用されない場合と比較して、より迅速に加速および減速することができる。重量補償装置の別の利点は、第１のトランスデューサの動的挙動が垂直方向の両方（上下）で基本的に同じであり、したがって第１のアクチュエータによる第１のトランスデューサの動的挙動の制御を簡略化できることである。
【００３２】
別の実施形態によれば、超音波顕微鏡は、対象領域が第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間に位置するように、走査ヘッドによって支持される第２のトランスデューサをさらに備え、第２のトランスデューサは、対象物から出てくる第２の音響パルスを検出し、第２のトランスデューサによって検出された第２の音響パルスを表す第２の検出信号を出力するように構成される。
【００３３】
本実施形態によれば、第１および第２のトランスデューサは超音波顕微鏡に設けられ、それにより、対象物から反射された第２の音響パルスは第１のトランスデューサによって検出することができ、一方、対象物を透過した第２の音響パルスは第２のトランスデューサによって検出することができる。これにより、対象物をより正確に検査できる。
【００３４】
上記の実施形態における別の実施形態によれば、超音波顕微鏡は、垂直方向に基本的に直交する横方向に沿って、走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを移動させるように構成された第２のアクチュエータをさらに備えることができ、制御部はさらに、第２の検出信号に基づいて、第２のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの横方向の動きを制御するように構成される。
【００３５】
上記の第１のアクチュエータは、走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを垂直方向に沿って移動させるように構成されるが、第２のアクチュエータは、基本的に垂直方向に直交し、特に垂直方向に直交する横方向に沿って走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを移動させるように構成される。横方向に沿って走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを移動させることにより、第１の音響パルスを放出する第１のトランスデューサと、対象物を透過した第２の音響パルスを検出する第２のトランスデューサとを、横方向に沿って互いに対して整列させることができる。例えば、制御部は、第２の検出信号の強度が最大になるように、第２の検出信号に基づいて、第２のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの横方向の動きを制御するように構成することができる。第２の検出信号の強度が最大化されるとき、第１のトランスデューサによって生成される第１の音響パルスの焦点は、横方向の第２の音響パルスを検出するための第２のトランスデューサの焦点と一致するとみなすことができる。これにより、２番目の検出信号の信号対雑音比が向上し、したがって対象物の検査の精度が向上する。
【００３６】
追加的にまたは代替的に、制御部は、第２の検出信号の周波数領域表現を計算し、第２の検出信号の周波数領域表現に基づいて、第２のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの横方向の動きを制御するように構成することができる。特に、第２の検出信号の周波数領域振幅分布および第２の検出信号の帯域幅は、制御部が第２の検出信号の周波数領域振幅分布および／または第２の検出信号の帯域幅に基づいて、第２のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの横方向の動きを制御するように構成することができるように、整列のために適切な量とすることができる。具体的な例として、横方向の第２のトランスデューサに対する第１のトランスデューサの粗い整列は、時間領域における第２の検出信号の強度を使用することによって達成することができ、一方、細かい整列は、第２の検出信号の周波数領域表現、第２の検出信号の周波数領域振幅分布、および第２の検出信号の帯域幅のうちの少なくとも１つを使用することによって達成することができる。
【００３７】
上記の実施形態における別の実施形態によれば、超音波顕微鏡は、走査ヘッドに対して第２のトランスデューサを垂直方向に沿って移動させるように構成された第３のアクチュエータをさらに備えることができる。したがって、第２のトランスデューサ、したがって第２のトランスデューサによって第２の音響パルスを検出するための焦点は、走査ヘッドに対して、したがって、第１のトランスデューサおよびその焦点に対して、第３のアクチュエータによって垂直方向に沿って移動させることができる。したがって、第１のトランスデューサによって生成された焦点と第２のトランスデューサによって生成された焦点は、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御する制御部によって、垂直方向に沿って一致させることができる。さらに、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間の垂直距離は、第１および第３のアクチュエータを制御するように構成された制御部によって制御することができる。
【００３８】
上記の実施形態における一実施形態によれば、第３のアクチュエータは、第１の検出信号に基づいて、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成される。制御部が、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するようにも構成されていると仮定すると、制御部は、第１の検出信号に基づいて、第１のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するための制御信号を生成するように構成することができる。例えば、制御信号は、対象物と第１のトランスデューサとの間の垂直距離が、対象物の走査中に基本的に一定のままであるように生成することができる。第１の検出信号および／または第１の検出信号から導出された制御信号は、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するために、制御部によって使用することができる。例えば、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの間の垂直距離は、対象物の走査中に所定の値に維持することができる。例えば、制御部は、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサ間の距離が、対象物の走査中に基本的に一定のままであるように、第１の検出信号（および／または制御信号）に基づいて、第１および第３のアクチュエータによってそれぞれ提供される第１および第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。これは、対象物が少なくとも１つのレイヤーで構成され、わずかに曲がっている場合に特に便利である。制御部が、対象物の走査中に第１の音響パルスが対象物の表面（またはそれに関連する別の事前定義された経路）に焦点を合わせたままであるように、第１のアクチュエータによって提供される第１のトランスデューサの垂直方向の動きを制御する間、対象物の走査中に第１および第２のトランスデューサの両方の焦点が基本的に一致するように、第１と第２のトランスデューサの間の距離は（第１の検出信号または制御信号に基づいて第３のトランスデューサを制御することによって）基本的に一定に維持される。
【００３９】
追加的にまたは代替的に、制御部は、第２の検出信号に基づいて、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。例えば、制御部は、第２の検出信号の強度が最大化されるように第３のアクチュエータを制御するように構成することができる。第２の検出信号の強度が最大化されるとき、第１のトランスデューサによって生成される焦点および第２のトランスデューサによって生成される焦点は、垂直方向に関して一致すると想定することができる。したがって、第２の検出信号の信号対雑音比を向上することができ、これにより、対象物の検査の精度が向上する。
【００４０】
追加的にまたは代替的に、制御部は、第２の検出信号の周波数領域表現を計算し、第２の検出信号の周波数領域表現に基づいて、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができる。特に、第２の検出信号の周波数領域振幅分布および第２の検出信号の帯域幅は、制御部が第２の検出信号の周波数領域振幅分布および／または第２の検出信号の帯域幅に基づいて、第３のアクチュエータによって提供される走査ヘッドに対する第２のトランスデューサの垂直方向の動きを制御するように構成することができるように、整列のために適切な量とすることができる。具体的な例として、垂直方向の第２のトランスデューサに対する第１のトランスデューサの粗い整列は、時間領域における第２の検出信号の強度を使用することによって達成することができ、一方、細かい整列は、第２の検出信号の周波数領域表現、第２の検出信号の周波数領域振幅分布、および第２の検出信号の帯域幅のうちの少なくとも１つを使用することによって達成することができる。
【００４１】
別の実施形態によれば、超音波顕微鏡は、走査ヘッドに対して対象物ホルダーを垂直方向に沿って移動させるように構成された第４のアクチュエータをさらに備え、制御部はさらに、対象物を垂直方向に第１のアクチュエータによって生成された焦点に対して可変的に配置することができるように、第４のアクチュエータを制御するように構成される。
【００４２】
本実施形態によれば、第４のアクチュエータは、走査ヘッドに対して、したがって、第１のトランスデューサによって生成された第１の音響パルスの焦点に対して、対象物ホルダーを移動させるために提供される。第１のトランスデューサと第２のトランスデューサの互いに対する位置、したがって、第１のトランスデューサによって生成された焦点および第２のトランスデューサによって生成された焦点の互いに対する位置が維持されている間、対象物に対して第１のトランスデューサによって生成される焦点の位置は、走査ヘッドに対して対象物ホルダーを垂直方向に沿って動かす第４のアクチュエータを使用して可変的に設定することができる。したがって、第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとの整列が維持されている間、分析される対象物の位置は、第４のアクチュエータを使用して容易に変更することができる。これにより、第１および第２のトランスデューサの制御に関して追加の経費なしに、垂直方向に沿って分析される対象物の位置を設定するための効果的な方法が提供される。なお、横方向に沿って分析される対象物の位置も、第１および第２のトランスデューサの両方を、横方向に沿って走査ヘッドに対して移動させるように構成された走査ヘッド位置決め装置によって、第１および第２のトランスデューサの相対的な位置を維持しながら、容易に変更することができる。
【００４３】
別の実施形態によれば、走査ヘッド位置決め装置は、走査ヘッドを最大で第１の変位値だけ変位させるように構成され、第２のアクチュエータは、走査ヘッドに対して最大で第２の変位値だけ第１のトランスデューサを変位させるように構成され、第１の変位値と第２の変位値との比は、少なくとも１０、特に少なくとも１００または少なくとも１０００である。
【００４４】
本実施形態によれば、走査ヘッド位置決め装置および第２のアクチュエータの両方が、横方向の動きを実行するように構成される。特に、走査ヘッド位置決め装置は、横方向に走査ヘッドを対象領域に対して移動するように構成され、第２のアクチュエータは、走査ヘッドに対して第１のトランスデューサを横方向に移動させるように構成される。第１の変位値は、２番目の変位値よりもはるかに大きい。したがって、走査ヘッド位置決め装置は、対象物に対する走査ヘッド全体の大きな変位に使用され、一方第２のアクチュエータは、第１および第２のトランスデューサの整列などの小さな変位に使用される。
【００４５】
別の実施形態によれば、超音波顕微鏡は、第１のトランスデューサと対象物との間に浸漬液の絶え間ない接続を提供するように構成された浸漬装置をさらに備えることができる。超音波顕微鏡が第２のトランスデューサも備える実施形態では、浸漬装置は、第２のトランスデューサと対象物との間に浸漬液の絶え間ない接続を提供するようにさらに構成することができる。
【００４６】
浸漬液は、室温例えば２０℃に近い液体であり得る。浸漬液は、水、油、液体金属および液体金属合金のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００４７】
第１のトランスデューサと対象物との間および第２のトランスデューサと対象物との間の浸漬液の絶え間ない接続は、それぞれの焦点を生成するためのより大きな開口数を得ることを可能にし、したがって解像度を向上させる。
【００４８】
異なる種類の浸漬装置を使用することができる。例えば、浸漬装置は、噴流発生装置を備えることができ、噴流発生装置は、第１のトランスデューサと対象物（対象領域）との間の浸漬液の第１の絶え間ない噴流および／または第２のトランスデューサと対象物（対象領域）との間の浸漬液の第２の絶え間ない噴流を発生させるように構成することができる。噴流発生装置は、走査ヘッドに取り付けることができる。噴流発生装置は超音波顕微鏡に複雑さを加えるが、関連技術で知られているように、第１のトランスデューサも第２のトランスデューサも浸漬液の浴槽内で動かしてはいけない。浸漬液の浴槽内で第１および／または第２のトランスデューサを動かすことは、一般に、第１および／または第２のトランスデューサを対象物に対して動かすことができる速度を低下させる。さらに、第１および／または第２のトランスデューサを浸漬液の浴槽内で動かす必要性を回避することにより、流体抵抗（抗力）の問題を回避することができる。
【００４９】
別の例によれば、浸漬装置は、浸漬液を収容するための容器を備えることができる。対象領域が部分的に浸漬液内に位置するように、容器を浸漬液で満たすことができる。すなわち、対象領域内の対象物が部分的に浸漬液内に位置するように、容器を浸漬液で満たすことができる。
【００５０】
この例では、第１のトランスデューサが対象領域の上方の垂直方向に配置され、第２のトランスデューサが対象領域の下方の垂直方向に配置されていると仮定すると、第２のトランスデューサによって検出された第２の検出パルスは、容器によって規定された浸漬液の浴槽中を伝播する。この例は、第１のトランスデューサと対象物との間に浸漬液の第１の絶え間ない噴流を発生させるように構成された上記の噴流発生装置を提供することによって改善することができる。この例のさらなる改善は、第２のトランスデューサと対象物との間に浸漬液の第２の絶え間ない噴流を発生させるように構成された上記の噴流発生装置をさらに提供することによって達成することができ、それにより、第２のトランスデューサと対象物との間の微小（空気）気泡を除去することができる。
【００５１】
さらに別の例によれば、対象領域の上方の第１のトランスデューサが少なくとも部分的に浸漬液内、すなわち容器によって提供される浸漬液の浴槽内に位置するように、容器を浸漬液で満たすことができる。この例によれば、第１および第２のトランスデューサの両方が、容器に含まれる浸漬液内に少なくとも部分的に配置されているため、噴流発生装置は必要ではない。しかしながら、浸漬装置は、第１および／または第２のトランスデューサと対象物との間の浸漬液内の微小（空気）気泡を除去するための上記の噴流発生装置を依然として備えることができる。
【００５２】
別の実施形態によれば、第１のトランスデューサは、対象領域の上方に配置される。この実施形態の例では、第１のトランスデューサは、垂直方向に、対象領域の上方に、したがって、対象領域内に置くことができる対象物の上方に配置される。垂直方向は、第１の音響パルスの放出方向に基本的に平行な方向として定義される。しかしながら、垂直方向はまた、超音波顕微鏡の重力の方向に基本的に逆平行である方向として定義することもできる。
【００５３】
別の実施形態によれば、第１のトランスデューサは、第１の音響パルスが閾値周波数を超える音響周波数を有するように、第１の音響パルスを放出するように構成され、閾値周波数は、複数の閾値周波数のグループから選択され、複数の閾値周波数のグループは、１０ＭＨｚと１５ＭＨｚで構成される。
【００５４】
本発明の別の態様によれば、超音波顕微鏡の音響パルストランスデューサを浸漬液内で運ぶキャリアが提供され、キャリアは浸漬液内に配置される第１の部分と、浸漬液の外側に配置される第２の部分とを備え、第１の部分は、浸漬液が第１の部分を通って流れることを可能にする開口部を有する固体構造を含み、第１の値は、第１の部分の断面における開口部の総面積を表し、第２の値は、第１の部分の断面における固体構造の総面積を表し、第１の値と第２の値との比は５より大きく、特に１０より大きく、より特に２０より大きい。
【００５５】
上記のキャリアは、上記で定義された超音波顕微鏡の１つの音響パルストランスデューサを運ぶために使用することができる。例えば、上記の超音波顕微鏡の実施形態では、第１のトランスデューサが対象領域の上方の垂直方向に配置され、第２のトランスデューサが対象領域の下方の垂直方向に配置され、容器が提供され対象領域まで浸漬液で満たされ、走査ヘッドが対象領域に対して移動すると、第２のトランスデューサは浸漬液中で移動する。したがって、抗力は第２のトランスデューサと第２のトランスデューサを運ぶキャリアに作用する。つまり、第２のトランスデューサはキャリアを介して走査ヘッドによって支持される。上記のキャリアは、キャリアの第１の部分の固体構造の開口部によって最小化された抗力を提供する。これらの開口部は、浸漬液がキャリアを通って、特にキャリアの第１の部分を通って流れることを可能にする。したがって、浸漬液内でキャリアを移動させるときにキャリアに作用する抗力は、キャリアの上記の構造によって最小限に抑えられる。したがって、第２のトランスデューサおよびキャリアは、浸漬液を通って迅速に移動することができ、これにより、対象物の迅速な検査が可能になる。
【００５６】
キャリアの第１の部分は、断面において少なくとも１０ｃｍ、特に少なくとも３０ｃｍの長さを有することができ、断面において１ｍ以下、特に６０ｃｍ以下の長さを有することができる。つまり、キャリアのかなり長い側が断面で表される。特に、断面は、対象領域に対して走査ヘッドを移動させるために使用される方向に直交して配置することができる。たとえば、対象物をライン毎に走査して対象物を検査すると仮定すると、断面はラインの方向に直交するように選択される。したがって、断面は、キャリアが浸漬液を通って移動するときに抗力が作用するキャリアの面を表す。
【００５７】
一実施形態によれば、キャリアの固体構造は、第１の部分が浸漬液中で移動するときに基本的に揚力および／または抗力が発生しないように形作られている。超音波顕微鏡の説明の用語では、固体構造は、走査ヘッドが横方向に移動したときの揚力によって、垂直方向に沿った力がキャリアおよび第２のトランスデューサに作用しないように形作られている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
本開示の前述のおよび他の有利な特徴は、添付の図面を参照する例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。なお、すべての可能な実施形態が、本明細書で特定される利点のそれぞれおよびすべて、またはいずれかを必ずしも示すわけではない。
【図１】図１は、第１の実施形態に係る超音波顕微鏡を模式的に示す。
【図２】図２は、超音波顕微鏡と対象物の相互作用を模式的に示す。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る超音波顕微鏡の構成要素のブロック図を示す。
【図４】図４は、超音波顕微鏡の構成要素によって発生した焦点の整列を模式的に示す。
【図５】図５は、焦点の整列に使用される時間領域と周波数領域の信号の例を示す。
【図６】図６は、超音波顕微鏡の第１のアクチュエータを制御する例を示す。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る超音波顕微鏡を模式的に示す。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る超音波顕微鏡を模式的に示す。
【図９】図９は、超音波顕微鏡用のキャリアの斜視図を示す。
【図１０】図１０は、図９のキャリアの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下に説明する例示的な実施形態では、機能および構造が同様の構成要素は、可能な限り同様の参照番号を付している。したがって、特定の実施形態の個々の構成要素の特徴を理解するために、他の実施形態の説明および本開示の要約を参照する必要がある。
【００６０】
図１は、対象物３を検査するための超音波顕微鏡１の第１の実施形態を示す。超音波顕微鏡１は、対象物３を対象領域７に保持するように構成された対象物ホルダー５を備える。超音波顕微鏡１は、対象領域７に対して移動可能な走査ヘッド９をさらに備える。超音波顕微鏡１は、第１のアクチュエータ１３および第２のアクチュエータ１５を介して走査ヘッド９によって支持される第１のトランスデューサ１１をさらに備える。第１のトランスデューサ１１は、図２を参照してより詳細に説明される。
【００６１】
図２は、超音波顕微鏡１と対象物３との相互作用を模式的に示す。第１のトランスデューサ１１は、第１の音響パルス１７（矢印で模式的に示されている）を放出するように構成される。第１のトランスデューサ１１は、第１の音響パルスを表す矢印の方向によって表される放出方向に沿って第１の音響パルス１７を放出する。さらに、第１のトランスデューサ１１は、三角形の先端によって示される焦点２０に第１の音響パルス１７を集束させる。
【００６２】
第１の音響パルスが対象物３に向けられると、第２の音響パルスが対象物３から出てくる。対象物から第１のトランスデューサに向かって出てくる第２の音響パルスの例は、矢印２１によって表される。そのような第２の音響パルスは、（部分的に）対象物によって反射され得る。
【００６３】
第１のトランスデューサ１１はさらに、対象物３から出てくる第２の音響パルスを検出するように構成される。さらに、第１のトランスデューサ１１は、第１のトランスデューサ１１によって検出された第２の音響パルスを表す第１の検出信号Ｓ１を出力するように構成される。焦点２０は、第１のトランスデューサの検出部にも適用される。
【００６４】
再び図１を参照すると、第１のアクチュエータ１３は、矢印で示される垂直方向２３に沿って走査ヘッド９に対して第１のトランスデューサ１１を移動させるように構成される。垂直方向は、第１の音響パルスの放出方向に基本的に平行である。特に、本例では、垂直方向は、第１の音響パルスの放出方向に平行である。
【００６５】
第２のアクチュエータ１５は、矢印で示される横方向２５に沿って、走査ヘッド９に対して第１のトランスデューサ１１を移動させるように構成される。横方向は基本的に垂直方向に直交する。
【００６６】
超音波顕微鏡１は、対象領域７が第１のトランスデューサ１１と第２のトランスデューサ２７との間に位置するように、走査ヘッド９によって支持される第２のトランスデューサ２７をさらに備える。再び図２を参照すると、第２のトランスデューサ２７は、対象物３から第２のトランスデューサ２７に向かって出てくる第２の音響パルスを検出するように構成される。対象物３を透過し第２のトランスデューサ２７に向かう第２の音響パルスの例は、矢印２９によって表される。第２のトランスデューサ２７はさらに、第２のトランスデューサ２７によって検出された第２の音響パルスを表す第２の検出信号Ｓ２を出力するように構成される。第２のトランスデューサは、三角形の先端２８によって表される検出のための焦点２８を提供する。
【００６７】
再び図１を参照すると、第２のトランスデューサ２７は、第３のアクチュエータ３１およびキャリア３３を介して走査ヘッド９によって支持される。特に、第２のトランスデューサ２７は、それ自体が第３のアクチュエータ３１を介して走査ヘッド９によって支持されるキャリア３３にしっかりと接続されている。第３のアクチュエータ３１は、走査ヘッド９に対して第２のトランスデューサ２７を垂直方向２３に沿って移動させるように構成される。
【００６８】
超音波顕微鏡１は、第１のトランスデューサ１１と対象物３との間に浸漬液３７の絶え間ない接続を提供するように構成された浸漬装置３５をさらに備える。さらに、浸漬装置３５は、第２のトランスデューサ２７と対象物３との間に浸漬液３７の絶え間ない接続を提供するように構成される。
【００６９】
浸漬装置３５は、浸漬液３７を収容するための容器３９を備える。容器３９は、浸漬液３７が保持される容積を提供する。さらに、容器３９は、対象領域７および第２のトランスデューサ２７が上記容積内に配置され、第１のトランスデューサ１１が少なくとも部分的に上記容積内に配置されるように構成され配置される。上記容積は浸漬液３７で満たすことができるので、容器３９は、対象物３と第１のトランスデューサ１１との間の絶え間ない接続、および対象物３と第２のトランスデューサ２７との間の絶え間ない接続を提供する。
【００７０】
超音波顕微鏡１は、走査ヘッド９に対して対象物ホルダー５を垂直方向２３に沿って移動させるように構成された第４のアクチュエータ４１をさらに備える。第４のアクチュエータ４１により、対象物３を、第１のトランスデューサ１１および第２のトランスデューサ２７に対して同時に変位させることができ、これにより、対象物内の焦点を垂直方向２３に容易に設定／変更することができる。
【００７１】
図３は、超音波顕微鏡１の構成要素のブロック図を示す。特に、図３は、超音波顕微鏡１の制御部４３に接続された第１のアクチュエータ１３、第２のアクチュエータ１５、第３のアクチュエータ３１、および第４のアクチュエータ４１を示す。さらに、第１のトランスデューサ１１および第２のトランスデューサ２７は、制御部４３に接続されている。制御部は、メモリ５１を備える。
【００７２】
超音波顕微鏡１は、制御部４３に接続された走査ヘッド位置決め装置４５をさらに備える。走査ヘッド位置決め装置は、垂直方向２３に基本的に直交する横方向平面内で、走査ヘッド９を対象物ホルダー５に対して、したがって、対象物３に対して移動させるように構成される。したがって、横方向平面はまた、図１において数字２５によって示される。図１の図面を簡略化するために、走査ヘッド位置決め装置４５は図示されていない。しかしながら、走査ヘッド位置決め装置４５は、走査ヘッド９、したがって、第１のトランスデューサ１１および第２のトランスデューサ２７を横方向平面２５内で移動させるように構成される。
【００７３】
再び図１を参照すると、走査ヘッド位置決め装置４５は、最大で距離Ｄ１によって示される第１の変位値だけ走査ヘッド９を変位させるように構成される。第２のアクチュエータ１５は、走査ヘッド９に対して、最大で距離Ｄ２によって示される第２の変位値だけ第１のトランスデューサ１１を変位させるように構成される。第１の変位値Ｄ１と第２の変位値Ｄ２との比は、例えば、少なくとも１０であり得る。すなわち、走査ヘッド位置決め装置４５を使用して、対象物３に対して第１のトランスデューサ１１を大幅に変位させることができ、一方、第２のアクチュエータ１５を使用して、対象物３に対して第１のトランスデューサ１１をわずかに変位させることができる。
【００７４】
以下に、制御部４３の構成をより詳細に説明する。制御部４３は、第１の検出信号Ｓ１に基づいて第１のアクチュエータ１３を制御するように構成される。特に、図２を参照すると、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１に第１の音響パルス１７を放出させるように構成することができる。第１のトランスデューサ１１と対象物３、特に対象物３の表面４７との間の距離Ｈは、第１のトランスデューサ１１から表面４７への第１の音響パルスの伝播時間、および表面４７から第１のトランスデューサ１１への（反射された）第２の音響パルスの伝播時間に基づいて決定することができる。すなわち、距離Ｈは、第１のトランスデューサ１１から放出され、表面４７で反射され、第１のトランスデューサ１１によって検出される音響パルスの飛行時間を使用して決定することができる。音速などのさらなるパラメータ、音速に対する第１のトランスデューサ１１と対象物３との間の媒体（例えば、空気または浸漬液３７）の影響を説明するパラメータ、音速に対する対象物３の材料の影響を説明するパラメータ等をメモリ５１に記憶し、距離Ｈを決定するために使用することができる。したがって、制御部４３は、距離Ｈを表す距離の値を決定し、決定された距離の値に基づいて第１のアクチュエータ１３を制御するように構成することができる。
【００７５】
特に、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１と対象物３との間の距離Ｈ、特に第１のトランスデューサ１１と対象物３の表面４７との間の距離が事前定義された作動距離Ｈ0に近づくように第１のアクチュエータ１３を制御するように構成することができる。図２に示される例では、事前定義された作動距離Ｈ0は、第１のトランスデューサ１１の焦点距離に等しい、すなわち、第１のトランスデューサ１１と焦点２０との間の距離に等しい。この設定は、特定の分析対象４９が配置され得る場所で、対象物３の表面４７が検査される場合に使用することができる。
【００７６】
制御部４３は、距離Ｈを表す距離の値を決定するように構成されるので、制御部はまた、第１のアクチュエータ１３を制御して、第１のトランスデューサ１１を走査ヘッド９に対して、したがって対象物３に対して移動させるように構成することができ、距離Ｈが事前定義された作動距離Ｈ0に近づく。
【００７７】
距離Ｈが事前定義された作動距離Ｈ0に近づくように制御する代わりに、制御部は、決定された距離の値Ｈに基づいて、焦点２０と対象物３の興味のある場所との間の距離Ｏを表すデフォーカス値を決定するように構成することができる。図２に示される例では、興味のある場所は、対象物３の表面４７と一致する。しかしながら、対象物３内の他の場所もまた、興味のある場所であり得る。
【００７８】
例えば、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１の焦点距離、すなわち、第１のトランスデューサ１１と焦点２０との間の距離を表す値をメモリ５１に記憶することができる。この値および事前に決定された距離の値Ｈに基づいて、制御部は、距離Ｏを表すデフォーカス値を決定し、デフォーカス値に基づいて第１のアクチュエータ１３を制御するように構成することができる。
【００７９】
制御部４３の構成の詳細は、図４を参照して説明される。図４に示される状況では、第１のトランスデューサ１１によって生成された焦点２０および第２のトランスデューサ２７の焦点２８は、横方向２５および垂直方向２３において互いに対して変位している。対象物３を検査するための最高の精度は、両方の焦点が一致するときに得られる。両方の焦点を一致させるために、制御部４３は、第２のトランスデューサ２７によって出力された第２の検出信号Ｓ２に基づいて第２のアクチュエータ１５を制御するように構成することができる。上記のように、第２のアクチュエータ１５は、第１のトランスデューサ１１を走査ヘッド９に対して横方向２５に移動させるように構成される。したがって、第２のアクチュエータ１５は、横方向に沿った焦点２０と２８との間の変位が最小化されるように、第１のトランスデューサ１１、したがって第１のトランスデューサ１１の焦点２０を横方向２５に移動させることができる。したがって、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１が横方向２５に沿って第２のトランスデューサ２７と整列するように、第２のアクチュエータ１５を制御するように構成することができる。特に、これは、第２の検出信号Ｓ２の強度が最大化されるように、制御部４３が第２のアクチュエータ１５を制御するように構成されるという点で達成することができる。第２の検出信号Ｓ２の強度を最大化することにより、横方向２５における焦点２０と２８との間の変位が最小化される。
【００８０】
さらに、制御部４３は、垂直方向２３における焦点２０と２８との間の変位を最小化するために、第２の検出信号Ｓ２に基づいて第３のアクチュエータ３１を制御するように構成することができる。例えば、これは、第２の検出信号Ｓ２の強度が最大化されるように、制御部４３が第３のアクチュエータ３１を制御するように構成されるという点で達成することができる。第２の検出信号Ｓ２の強度を最大化することにより、焦点２０と２８との間の垂直方向の変位が最小化される。
【００８１】
図５を参照して、第２の検出信号Ｓ２に基づいて制御部によって実行される、第１のトランスデューサ１１および第２のトランスデューサ２７の互いに対する整列、および焦点２０および２８の互いに対する整列がより詳細に説明される。
【００８２】
グラフＧ１Ｔは、第１のトランスデューサ１１と第２のトランスデューサ２７が正しく整列されていないとき、すなわち焦点２０と２８が決して一致していないときの時間領域における第２の検出信号Ｓ２の例示的な表現を示す。グラフＧ１Ｆは、グラフＧ１Ｔに示されている信号の周波数領域表現を示す。
【００８３】
グラフＧ２Ｔは、第１のトランスデューサ１１と第２のトランスデューサ２７が普通に整列しているとき、すなわち焦点２０および２８が互いに近接しているとき、例えば、１００μｍ離れているときの時間領域における第２の検出信号Ｓ２の例示的な表現を示す。グラフＧ２Ｆは、グラフＧ２Ｔに示されている信号の周波数領域表現を示す。
【００８４】
グラフＧ３Ｔは、第１のトランスデューサ１１と第２のトランスデューサ２７が良く整列しているとき、すなわち焦点２０および２８が基本的に一致しているときの時間領域における第２の検出信号Ｓ２の例示的な表現を示す。グラフＧ３Ｆは、グラフＧ３Ｔに示されている信号の周波数領域表現を示す。
【００８５】
時間領域における第２の検出信号Ｓ２（グラフＧ１Ｔ、Ｇ２Ｔ、Ｇ３Ｔ）、特にその最大値、強度の値などは、焦点２０および２８の整列の品質を表す量として使用することができる。ただし、量の定量化された解釈を実現するのは難しい場合があるため、時間領域の信号は粗い整列に最適に使用される。周波数領域（グラフＧ１Ｆ、Ｇ２Ｆ、Ｇ３Ｆ）における第２の検出信号Ｓ２、特にその振幅スペクトル（たとえば、３０から８０ＭＨｚの成分）と帯域幅により、より正確でより簡単な解釈が可能になる。グラフＧ１Ｆ、Ｇ２Ｆ、Ｇ３Ｆから理解できるように、周波数領域における第２の検出信号Ｓ２の帯域幅は、整列が改善するにつれて増加する。また、周波数領域の第２の検出信号Ｓ２のより高い周波数成分（例えば、３０から８０ＭＨｚの成分）の振幅は、整列が改善するにつれて増加する。したがって、周波数領域の信号は、細かい整列に最適に使用される。
【００８６】
再び図１を参照すると、制御部４３は、対象物３を焦点２０に対して垂直方向２３に可変的に配置することができるように、第４のアクチュエータ４１を制御するようにさらに構成することができる。したがって、対象物３を、第４のアクチュエータ４１を制御することによって、焦点２０に対して変位させることができる。
【００８７】
図６は、超音波顕微鏡１の第１のアクチュエータ１３を制御する別の例を示す。上記のように、走査ヘッド位置決め装置４５は、走査ヘッド９を対象物ホルダー５に対して横方向平面内で、横方向２５に移動させるように構成されている。したがって、制御部４３は、走査ヘッド位置決め装置４５を制御して、走査ヘッド９、したがって第１のトランスデューサ１１を複数の位置ｘ１、ｘ２、およびｘ３に次々に移動させるように構成される。図６に示されるように、対象物３の表面４７は、横方向２５に平行に向けられていない可能性がある。対象物３の表面４７を分析する場合、対象物３の走査中、すなわち、第１のトランスデューサ１１が複数の位置ｘ１、ｘ２、およびｘ３への移動する間、第１のトランスデューサ１１の焦点２０は、所望の精度を達成するために、対象物３の表面４７と一致するように制御されなければならない。
【００８８】
図６に示される例として、第１のトランスデューサ１１は、最初に位置ｘ１で横方向２５に配置され、第１のアクチュエータ１３は、焦点２０が対象物３の表面４７と一致するように制御される。走査ヘッド９が、第１のトランスデューサ１１が位置ｘ１で横方向２５に配置されるように配置されると、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１に第１の音響パルスの少なくとも１つを放出させ、第２の音響パルスの少なくとも１つを検出し、第１の検出信号Ｓ１を出力する。制御部４３はさらに、第１の検出信号Ｓ１または第１の検出信号Ｓ１から導出された値を、メモリ５１内の位置ｘ１に関連して記憶するように構成される。
【００８９】
走査を進めるとき、例えば、走査ヘッド９を横方向２５に動かして第１のトランスデューサ１１を位置ｘ２に動かすことによって、メモリ５１に記憶された第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値を使用して、第１のアクチュエータ１３を制御することができる。例えば、第１のトランスデューサ１１が位置ｘ２にあるとき、第１のアクチュエータ１３は、第１のトランスデューサ１１が位置ｘ１にある場合と比較してわずかに異なるように、制御されなければならないと仮定することができる。メモリ５１に記憶された第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値に基づいて、第１のトランスデューサ１１を位置ｘ２に移動する前であっても、次の位置ｘ２で第１のアクチュエータ１３を制御するための予測値を制御部によって決定することができる。
【００９０】
第１のトランスデューサ１１が位置ｘ２に移動した後、制御部４３は、第１のトランスデューサ１１にさらに別の第１の音響パルスを放出させ、さらに別の第２の音響パルスを検出し、さらに別の第１の検出信号Ｓ１を出力する。この検出信号またはこの検出信号から導出された値は、位置ｘ２に関連してメモリ５１に記憶される。
【００９１】
メモリ５１に記憶された第１の検出信号または第１の検出信号から導出された値に基づいて、第１のトランスデューサ１１を位置ｘ３に移動する前であっても、次の位置ｘ３で第１のアクチュエータ１３を制御するための新しい予測値を制御部によって決定することができる。予測値は、第１のトランスデューサ１１が位置ｘ３に配置されたときに、第１のアクチュエータ１３を制御するための実際の値に近づく値を表す。しかしながら、予測値は、事前に、すなわち、第１のトランスデューサ１１が位置ｘ３に配置される前に計算される。
【００９２】
図７は、超音波顕微鏡１０１の第２の実施形態を示す。超音波顕微鏡１０１は、浸漬装置の構成のみが超音波顕微鏡１と異なる。したがって、第１の実施形態のものと同一である超音波顕微鏡１０１の構成要素に関して、第１の実施形態の説明が参照される。超音波顕微鏡１０１は、浸漬装置１３５を備える。浸漬装置１３５は、第１の実施形態の容器３９と同様の容器１３９を備える。しかしながら、容器１３９は、対象領域７が容器１３９によって規定された容積内に部分的に配置され、浸漬液３７で満たされるように構成され配置される。
【００９３】
浸漬装置１３５は、第１のトランスデューサ１１と対象物３との間に浸漬液の第１の絶え間ない噴流１４３を発生させるように構成された噴流発生装置１４１をさらに備える。したがって、第１の実施形態について提示されたものと同じ効果が、第２の実施形態でも達成される。
【００９４】
図８は、本発明の第３の実施形態を示す。図８は、浸漬装置の構成のみが第１の実施形態の超音波顕微鏡１と異なる超音波顕微鏡２０１を示す。したがって、第１の実施形態のものと同一である超音波顕微鏡２０１の構成要素に関して、第１の実施形態の説明が参照される。超音波顕微鏡２０１は、第１のトランスデューサ１１と対象物３との間に浸漬液の第１の絶え間ない噴流２４３を発生させ、対象物３と第２のトランスデューサ２７との間に浸漬液の第２の絶え間ない噴流２４５を発生させるように構成された噴流発生装置２４１を含む浸漬装置２３５を備える。浸漬装置２３５は、噴流発生装置２４１によって出力された浸漬液３７を保持するように構成され配置された容器２３９をさらに備える。したがって、第１の実施形態について提示されたものと同じ効果が、第３の実施形態でも達成される。
【００９５】
図９は、超音波顕微鏡の音響パルストランスデューサを浸漬液内で運ぶためのキャリア３０１の斜視図を示す。キャリア３０１は、図１、６および７に示されるキャリア３３として使用することができる。したがって、キャリア３０１は、走査ヘッド９によって第２のトランスデューサ２７を支持するため第２のトランスデューサ２７を運ぶように構成することができる。
【００９６】
図１０は、キャリア３０１の断面を示す。その断面は、走査ヘッド９が対象物ホルダー５に対して移動するときに、キャリア３０１が浸漬液３７を通って移動する方向に直交するように定義することができる。
【００９７】
キャリア３０１は、浸漬液３７内に配置される第１の部分３０３と、浸漬液３７の外側に配置される第２の部分３０５とを備える。
【００９８】
第１の部分３０３は、浸漬液３７が第１の部分３０３を通って流れることを可能にする開口３０９を有する固体構造３０７を備える。第１の部分３０３の面は、その面に作用する抗力の観点から特徴付けることができる。例えば、図１０に示される断面における開口部３０９の総面積は、第１の値によって表すことができ、同じ断面における固体構造３０７の総面積は、第２の値によって表すことができる。キャリア３０１の第１の部分３０３、特に固体構造３０７は、第１の値と第２の値との比が特定の閾値よりも大きくなるように構築することができる。特定の閾値が大きいほど、浸漬液３７を通って移動するときにキャリア３０１に作用する抗力は少なくなる。特定の閾値は５より大きく、特に１０より大きく、特に２０より大きくてもよい。したがって、第１の部分に作用する抗力は、固体構造３０７の構成によって最小化される。
【００９９】
断面における第１の部分３０３の長さＬは、１０ｃｍから１ｍの間、特に３０ｃｍから６０ｃｍの間であり得る。
【０１００】
さらに、固体構造３０７は、第１の部分３０３が浸漬液３７中を図１０に示される断面に直交する方向に移動するときに、固体構造３０７に基本的に揚力が作用しないように形作ることができる。したがって、第２のトランスデューサ２７の焦点２８の位置は、キャリア３０１が浸漬液３７中の対象物３に対して移動するとき、垂直方向２３において変更されない。
【０１０１】
本開示は、その特定の例示的な実施形態に関して説明してきたが、多くの代替、修正、および変形が当業者には容易に理解されることは明白である。したがって、本明細書に記載の本開示の例示的な実施形態は、例示を意図するものであり、決して限定するものではない。以下の特許請求の範囲で定義される本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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