特表 2024-529523 プログラム可能なランダム化信号によるキャリア信号変調を使用した疎サンプリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-06

(54)【発明の名称】プログラム可能なランダム化信号によるキャリア信号変調を使用した疎サンプリング

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024506175

(86)(22)【出願日】2022-07-28

(85)【翻訳文提出日】2024-01-30

(86)【国際出願番号】 US2022038700

(87)【国際公開番号】W WO2023014573

(87)【国際公開日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】17/394,704

(32)【優先日】2021-08-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524040373

【氏名又は名称】シンクロトロン リサーチ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】プリンシピ、エドワード

(72)【発明者】

【氏名】スティーヴンズ、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】ウェイランド、コナン

(72)【発明者】

【氏名】ハーゲン、ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】ケンプシャル、ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】スキャモン、カーク

(72)【発明者】

【氏名】ラッセル、ザケリー

(72)【発明者】

【氏名】ディドナ、シェーン

(72)【発明者】

【氏名】テレツィーン、マチュー

(72)【発明者】

【氏名】マッキンティー、トマス

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA03

5C101AA07

5C101EE22

5C101EE53

5C101EE63

5C101GG04

5C101GG05

5C101GG06

5C101GG09

5C101GG13

5C101HH32

5C101HH61

(57)【要約】

方法およびシステムは、キャリア信号を変調するためにプログラム的にランダム化された信号を利用する疎サンプリングのためのものである。システム（１００）は、少なくとも１つの一次キャリア信号（１２８）と少なくとも１つの二次信号（１３０）とを生成する複合疎サンプリングパターン生成器（１１９）を含む。少なくとも１つの副信号（１３０）は、少なくとも１つの一次キャリア信号（１２８）をランダム化方式で変調する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの一次キャリア信号と、
ランダム化された方法で少なくとも１つの一次信号を変調する少なくとも１つの二次信号と、を生成するように構成された複合疎サンプリングパターン生成器、を含むシステム。

【請求項2】

少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器と、
前記複合疎サンプリングパターン生成器と前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器とに通信可能に結合され、前記少なくとも１つの一次キャリア信号と前記少なくとも１つの二次信号とを前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器に伝達するように構成されているコントローラと、をさらに含む請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記少なくとも１つの一次キャリア信号と前記少なくとも１つの二次信号は、デジタル信号である、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器は、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するように構成される、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器は、前記アナログ信号を受信するように構成された少なくとも１つの走査入力に通信可能に結合され、前記アナログ信号は、前記少なくとも１つの走査入力を含む走査プローブによって対象物が走査される疎性のレベルを指示する、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記走査プローブが、前記少なくとも１つの入力を含み、前記走査プローブが、
走査増幅回路と、
電磁偏向コイルと、
静電偏向コイルと、
圧電偏向システムと、
光学リレーと、
電気機械式リレーと、
電気機械式アクチュエータと、のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記走査プローブによって前記対象物に向けられた走査信号に対する前記対象物の応答を検出する、少なくとも１つの対象物応答検出器からアナログ走査応答信号を受信するように構成された少なくとも１つの対象物信号応答変換器をさらに備え、前記少なくとも１つの対象物応答変換器は、前記コントローラに結合され、前記アナログ走査応答信号をデジタル走査応答信号に変換するように構成された、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラに通信可能に結合された疎サンプリング再構成システムをさらに備え、前記疎サンプリング再構成システムは、前記コントローラから前記デジタル走査応答信号を受信し、それに応答して、前記走査プローブ機器によって走査された前記対象物の併合画像を再構成するように構成された、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記疎サンプリング再構成システムは、
ベータプロセス因子分析（ＢＰＦＡ）再構成と、
一般化された塗りつぶし再構成と、
ダウンサンプリング再構成と、
フーリエベースの再構成と、
最近傍再構成と、
のうちの少なくとも１つを実行するように構成される、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器は、Ｘ－Ｙパターンシステムを形成するように構成された一対の複合信号変換器を含む、又は、
前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器は、Ｘ－Ｙ－Ｚパターンシステムを形成するように構成された三つ組の複合信号変換器を含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項11】

前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器は、
少なくとも１つの一次キャリア信号変換器と、
少なくとも１つの二次信号変換器と、を含み、
前記少なくとも１つの二次信号変換器の出力は、前記少なくとも１つの一次キャリア信号変換器の出力に参照される、請求項３に記載のシステム。

【請求項12】

前記少なくとも１つの一次キャリア信号変換器は、前記少なくとも１つの一次キャリア信号を少なくとも１つのアナログ信号に変換するように構成された第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を備え、
前記少なくとも１つの二次信号変換器は、前記少なくとも１つの二次信号を少なくとも１つのアナログ信号に変換するように構成された第２のＤＡＣを備える、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第２のＤＡＣは、前記第１のＤＡＣのビット深度に参照される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、前記少なくとも１つの一次キャリア信号が、可変的に滑らかで可変的に連続した位相曲線を提供するように、前記少なくとも１つの一次キャリア信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、前記少なくとも１つの一次キャリア信号が、
２次元空間充填位相曲線と、
３次元空間充填位相曲線と、のうちの少なくとも１つを提供するように、前記少なくとも１つの一次キャリア信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、０％から９９％を超える範囲にわたって分数パーセントの増分でプログラム的に制御可能なサブサンプリング疎性を提供するように構成される、請求項５に記載のシステム。

【請求項17】

前記サブサンプリング疎性は、走査動作内で可変である、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記二次信号変換器の参照される出力は、
サブサンプリングパターンと、
プログラム的にランダム化されたサブサンプリングパターンと、を含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項19】

複合疎サンプリングパターン生成器によって、少なくとも１つの一次キャリア信号を生成し、
前記複合疎サンプリングパターン生成器によって、前記少なくとも１つの一次信号をランダム化方式で変調する少なくとも１つの二次信号を生成する、方法。

【請求項20】

走査プローブ機器であって、
少なくとも１つの一次キャリア信号と、
ランダム化された方式で少なくとも１つの一次信号を変調する少なくとも１つの二次信号と、を生成するように構成された複合疎サンプリングパターン生成器であって、
前記少なくとも１つの一次キャリア信号と前記少なくとも１つの二次信号は、デジタル信号である、前記複合疎サンプリングパターン生成器と、
前記複合疎サンプリングパターン生成器に通信可能に結合されたコントローラと、
少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器と、
前記コントローラからデジタル信号を受信し、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換し、
少なくとも１つの走査入力に前記アナログ信号を供給するように構成された少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器であって、前記アナログ信号は、前記少なくとも１つの走査入力を含む走査プローブによって対象物が走査される疎性のレベルを指示する、前記少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器と、
前記走査プローブ機器によって前記対象物に向けられた走査信号に対する前記対象物の応答を検出する、少なくとも１つの対象物応答検出器からアナログ走査応答信号を受信するように構成され、前記コントローラに結合され、前記アナログ走査応答信号をデジタル走査応答信号に変換するように構成される、少なくとも１つの対象物応答変換器と、
前記コントローラに通信可能に結合され、前記コントローラから前記デジタル走査応答信号を受信し、それに応答して、前記走査プローブ機器によって走査された前記対象物の併合画像を再構成するように構成された疎サンプリング再構成システムと、を含む走査プローブ機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、概して、１つまたは複数のシリアル走査システムまたはサブシステムを利用する分析機器に適用される疎サンプリングと、１つまたは複数の分析プローブとの相互作用と、１つまたは複数の応答信号検出器によって収集された応答信号を通じて疎に検知されている対象物の併合表現を再構成するために適用される計算方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

シリアル走査分析機器の取得時間は、疎サンプリング、サブサンプリング、または圧縮センシングの適用によって大幅に短縮することができる。そのような機器には、一例として、走査型電子顕微鏡、電子分光計、画像化電子分光計、イオン顕微鏡、イオン分光計、レーザ共焦点顕微鏡、及びＸ線分光計が含まれる。感知される対象物は、分析プローブとの相互作用によって、可逆的な修正（例えば、電子またはイオン電荷の蓄積）または不可逆的な修正（例えば、結合の変化、物理的変形、イオン注入、スパッタリング）を受け得る。有害なプローブ－物質相互作用は、疎なサンプリングによって低減される。疎サンプリング及び疎サンプリング再構成は、電気機械走査システムに関連するアーチファクト及び制限を軽減するアプローチから利益を得る。シリアル走査アーチファクトの原因は、一例として、動的ヒステリシス、スルー、及び非線形応答を含む。疎サンプリング及び疎サンプリング再構成の品質に影響を及ぼす可能性がある１つ又は複数のアーチファクトを受けるシステムの例としては、例えば、磁気走査装置、電磁走査装置、静電走査装置、電磁プローブブランキングシステム、及び静電プローブブランキングシステムが挙げられる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

一実施形態では、システムが提供される。

【課題を解決するための手段】

【0004】

このシステムは、少なくとも１つの一次キャリア信号と少なくとも１つの二次信号とを生成する複合疎サンプリングパターン生成器を含む。少なくとも１つの二次信号は、ランダム化された方式で少なくとも１つの一次信号を変調する。

【0005】

別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、複合疎サンプリングパターン生成器によって、少なくとも１つの一次キャリア信号を生成することを含む。本方法はまた、複合疎サンプリングパターン生成器によって、少なくとも１つの一次信号をランダム化方式で変調する少なくとも１つの二次信号を生成することを含む。

【0006】

さらに別の実施形態では、走査プローブ機器が提供される。走査プローブ機器は、少なくとも１つの一次キャリア信号を生成する複合疎サンプリングパターン生成器と、少なくとも１つの一次信号をランダム化された方式で変調する少なくとも１つの二次信号とを含む。少なくとも１つの一次キャリア信号及び少なくとも１つの二次信号は、デジタル信号である。走査プローブ機器はまた、複合疎サンプリングパターン生成器に通信可能に結合されたコントローラを含む。走査プローブ機器は、コントローラからデジタル信号を受信し、デジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号を少なくとも１つの走査入力に提供する、少なくとも１つの複合疎サンプリング信号変換器をさらに含む。アナログ信号は、少なくとも１つの走査入力を含む走査プローブによって対象物が走査される疎性のレベルを指示する。少なくとも１つの対象物信号応答変換器は、走査プローブ機器によって対象物に向けられた走査信号に対する対象物の応答を検出する少なくとも１つの対象物応答検出器からアナログ走査応答信号を受信する。少なくとも１つの対象物応答変換器は、コントローラに結合され、アナログ走査応答信号をデジタル走査応答信号に変換するように構成される。疎サンプリング再構成システムが、コントローラに通信可能に結合される。疎サンプリング再構成システムは、コントローラからデジタル走査応答信号を受信し、それに応答して、走査プローブ機器によって走査された対象物の併合画像を再構成する。

【0007】

本発明の実施形態を特徴付ける他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び関連する図面の検討を読むことで明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の実施形態を採用することができる疎サンプリング走査システムの概略図である。

【図2】図２は、本発明の一次キャリア信号経路の一実施形態の図表現である。

【図3】図３は、それが参照される一次キャリア信号（破線）を変調するランダム化二次信号パターン（実線）の図表現である。

【図4】図４は、図２に示された一次キャリア信号と図３に示されたランダム化さ変調二次信号パターンから導出された離散疎サンプリング座標（円形マーカ）の一実施形態の図表現である。

【図5】図５は、平滑化されていないヒルベルト型の空間充填曲線経路５０４に重ね合わされた、平滑化されたヒルベルト型の空間充填曲線経路５０２の図表現である。

【図6】図６は、一次キャリア信号経路と、一次キャリア経路に対してスケーリングされた一次キャリア信号経路を含む関心領域（ＲＯＩ）とを含む走査境界の図表現である。

【図7】図７は、走査境界、蛇行型の一次キャリア信号経路、及びプロットマーカタイプの集合によって定義されるランダム化疎サンプル点の集合を含むＸ－Ｙ疎サンプリング実施形態の図表現である。

【図8】図８は、一次キャリア信号経路を生成するための連続Ｘ－Ｙパラメトリック方程式の図表現である。

【図9】図９は、本発明の実施形態の少なくともいくつかを含むことができるデュアルカラム走査プローブ機器の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

より高い走査速度を可能にしながらシリアル走査アーチファクトを軽減する疎サンプリングアプローチは、疎サンプリングおよび疎サンプリング再構成の品質に利益をもたらす。離散変調摂動信号スケールで統計的ランダム性を同時に呼び出しながら、キャリア信号スケールで滑らかで主に連続的である疎サンプリング走査パターンを構築することは、電気機械走査システムにおける典型的なアーチファクトを軽減し、動的または高速プローブブランキングのための性能要件を低減するか、またはその必要性を排除する。また、疎サンプリングの連続可変かつ適応度を可能とする手法により、対象物を探索し情報を抽出するための走査戦略の設計の自由度を高くすることができる。疎サンプリングの度合いの自由度及びキャリア信号パターンの構造は、サンプリングされている対象物の事前知識に基づいて、又は対象物を検知しながら取得される情報を通じて、適応走査戦略を可能にする。事前知識は、幾何学的情報、化学的情報、及び構造情報を含むことができる。疎サンプリング中に取得された情報は、支配的な相互作用ボリュームにわたるプローブ－対象物応答関数から導出され、場合によっては、前向きモデリングが適応疎サンプリング走査戦略を支援することを可能にすることができる。

【0010】

本発明の実施形態では、疎サンプリングアプローチは、複合信号変換器を採用する。一実施形態では、複合信号変換器の各要素は、二次信号変換器によって変調された一次キャリア信号変換器を含み、二次信号変換器の出力は、一次キャリア信号変換器出力に参照される。二次変調信号変換器は、プログラム的にランダム化される。一実施形態は、プログラマブルＸ－Ｙ走査パターン生成器として構成された一対のそのような「一次－二次」複合信号変換器を含み、１つの「一次－二次」複合信号変換器がＸ座標を生成し、第２の「一次－二次」複合信号変換器がＹ座標を生成し、すべての出力がプログラマブル論理コントローラにより統合される。Ｘ－Ｙパターン生成器として構成されたそのような複合信号変換器は、複数の連続した、順序付けられた、ランダム化されたＸ－Ｙ座標を含むＸ－Ｙパターンを生成するようにプログラムすることができ、各座標は、一次Ｘ－Ｙキャリア信号変換器と二次Ｘ－Ｙ変調信号変換器の合計であり、後者は、前者に追加されたランダム化信号として働く。このように構成されたＸ－Ｙ走査パターン生成器では、Ｘ－Ｙキャリア信号パターンを、プログラム的にランダム化された変調Ｘ－Ｙ信号パターンによって参照されて疎サンプリング座標を定義する「誘導中央」経路と見なすことができる。上記構成のＸ－Ｙ走査パターン生成器は、変調信号Ｘ－Ｙパターンによってプログラム的にランダム化され、全体としてランダム化された疎サンプリングＸ－Ｙ信号パターンを生成するキャリア信号Ｘ－Ｙパターンを含む、様々な任意に滑らかで任意に連続したＸ－Ｙ位相曲線をプログラムすることができる。

【0011】

このアプローチを通じて、集合Ｘ－Ｙパターンによって生成される疎性の程度は、０％から９９％を超える疎性までの分数パーセントの増分で滑らかにかつ連続的に調整することができる。統計的ランダム性は、集合Ｘ－Ｙ変調信号パターンにプログラムされたランダム性を通じて付与される。このアプローチを通じてサポートされるキャリア信号Ｘ－Ｙパターンは、一例として、連続的な空間充填曲線、蛇行パターン、フライバックパターン、一般化された多角形パターン、及びカスタム経路座標を含む。座標のランダム化されたパターンを生成する変調信号の作用によって摂動される案内経路として機能する様々なキャリア信号を搬送することができるパターン生成器として構成された複合信号変換器は、シリアル走査プローブ機器に適用可能な多用途で一般化された疎サンプリングアプローチを構成する。本明細書で定義されるこの疎サンプリングアプローチは、シリアル走査プローブ機器に固有のアーチファクトおよび／または有害な態様を軽減する。異なる実施形態に関するさらなる詳細を提供する前に、例示的な動作環境の説明を以下に提供する。

【0012】

図１は、本明細書で開示される特定の実施形態を組み込むことができる例示的な動作環境を示す。図１に示す動作環境は、単に説明のためのものである。本発明の実施形態は、図１に示される動作環境などの特定の動作環境に限定されない。本発明の実施形態は、任意の数の異なるタイプの動作環境内で例示的に実施される。

【0013】

なお、同一又は同様の要素については、異なる図において同様の参照番号を用いている。また、本明細書で使用される用語は、実施形態を説明する目的のためのものであり、用語は限定することを意図しないことを理解されたい。特に断りのない限り、序数（例えば、第１、第２、第３など）は、一群の要素又はステップにおける異なる要素又はステップを区別又は識別するために使用され、その実施形態の要素又はステップに対するシリアル又は数値制限を提供しない。例えば、「第１」、「第２」、「第３」の要素又はステップは、必ずしもその順序で現れる必要はなく、その実施形態は、必ずしも３つの要素又はステップに限定される必要はない。また、特に断りのない限り、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」、「前」、「下」、「逆」、「時計回り」、「反時計回り」、「上」、「下」などのラベル、または「上」、「下」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」、「近位」、「遠位」、「中間」などの他の同様の用語は、便宜上使用されているものであり、例えば特定の固定された位置、向き、方向などを意味するものではない。その代わりに、このようなラベルは、例えば、相対的な位置、配向、又は方向を反映するために使用される。また、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の参照を含むことを理解されたい。

【0014】

要素が別の要素に「接続された」、「結合された」、または「取り付けられた」と呼ばれる場合、それは他の要素に直接接続、結合、または取り付けることができ、あるいは介在要素または中間要素が存在し得る他の要素に間接的に接続、結合、または取り付けることができることを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続されている」、「直接結合されている」、または「直接取り付けられている」と呼ばれる場合、介在する要素は存在しない。また、要素同士の直接的な接続、連結、又は取り付けを示す図は、要素が間接的に接続、結合、又は取り付けられる実施形態を含む。

【0015】

図１は、本発明の少なくともいくつかの実施形態を含むことができる対象物１０２の表現を得るための走査ツール１００の概略図である。図１から分かるように、システム１００は、１０２などの対象物を走査するための走査入力１０６を含む走査プローブ機器１０４（例えば、走査電子顕微鏡、電子分光計、画像化電子分光計、走査イオン顕微鏡、画像化イオン分光計、レーザ共焦点顕微鏡、Ｘ線分光計など）を含む。

【0016】

システム１００はまた、一次キャリア信号と二次変調信号の両方を変換することができる少なくとも１つの複合信号変換器１１０を含む疎サンプリングシステム１０８を含む。複合信号変換部１１０は、キャリア信号変換部１１２と、二次信号変換器 １１４と、を備えてもよい。二次信号変換器１１４は、一次キャリア信号変換器１１２を変調するように構成される。二次変調信号変換器１１４の出力は、一次キャリア信号変換器１１２の出力に参照される。複合信号変換器１１０の一実施形態は、縮小範囲及びより高いレートで動作する二次変調信号変換器によって参照される、走査プローブ機器走査入力１０６の動作可能な（例えば、フルスケール）走査フィールドに対応する出力範囲を有する一次信号変換器キャリア信号を使用する。複合信号変換器１１０の一実施形態は、１つのデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を利用して、プログラマブル一次キャリア信号１２８とプログラマブル二次変調信号１３０とを含む合成信号を変換し、キャリア信号変換器１１２と変調信号変換器１１４の両方の機能を実行する。

【0017】

複合信号変換器１１０の別の実施形態は、一次キャリア信号変換器１１２としてＤＡＣを使用し、変調信号変換器１１４として別個のＤＡＣを使用し、変調信号ＤＡＣ １１４はキャリア信号ＤＡＣ １１２のキャリア出力に参照される。全ての実施形態におけるＤＡＣの機能は、疎サンプリングパターン生成器１１９からコントローラ１１６を通じて伝達されるデジタル信号をアナログ信号（例えば、電圧）に変換し、次いで、アナログ信号（例えば、電圧）を適切な伝送線（例えば、同軸ケーブル）を通じて走査プローブ機器１０４の走査入力１０６に伝達することである。疎サンプリングシステム複合信号変換器１１０の一実施形態は、変調信号変換器１１４を、ＤＡＣとして構成されたキャリア信号変換器１１２上の特定のビット深度に参照されるＤＡＣとして構成する。複合信号変換器１１０の一実施形態では、変調信号ＤＡＣ １１４は、一次キャリア信号ＤＡＣ １１２のノイズ・フロアに対応するビット深度に参照される。複合信号変換器１１０の特定の実施形態では、二次変調信号ＤＡＣ １１４は、一次キャリア信号ＤＡＣ １１２の最下位ビットに参照される。複合信号変換器１１０の別の実施形態では、信号変換器としてＤＡＣを使用して、二次変調信号変換器ＤＡＣ １１４の振幅は、一次キャリア信号変換器ＤＡＣ １１２の最大振幅に対して制限される（例えば、ＤＡＣ １１４は、ＤＡＣ １１２よりも小さい電圧範囲を有する）。ＤＡＣを使用する複合信号変換器１１０の一実施形態では、二次変調信号変換器ＤＡＣ １１４は、一次キャリア信号変換器ＤＡＣ １１２と比べて高い周波数応答を有する（例えば、ＤＡＣ １１４は、ＤＡＣ １１２よりも高速である）。ＤＡＣを使用する複合信号変換器１１０の別の実施形態では、一次キャリア信号変換器ＤＡＣ １１２の出力に参照される二次変調信号変換器ＤＡＣ １１４の利得は、プログラム可能である。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、複合信号変換器１１０は、Ｘ－Ｙパターン生成器として構成され、ここで、Ｘは、少なくとも１つのキャリア信号変換器１１２と、少なくとも１つの変調信号変換器１１４と、Ｙは、少なくとも１つの一次キャリア信号変換器１１２と、少なくとも１つの二次変調信号変換器１１４と、を含む。

【0018】

Ｘ－Ｙ疎サンプルパターン生成器として構成された疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、キャリア信号変換器１１２と変調信号変換器１１４の出力は、１つの伝送線を介して走査プローブ装置の走査入力１０６に伝達される。Ｘ－Ｙ疎サンプルパターン生成器として構成された疎サンプリングシステム１０８の別の実施形態では、一次キャリア信号変換器１１２と二次変調信号変換器１１４の出力は、別々の伝送線を通じて走査プローブ装置の走査入力１０６へ送られ、その動作は共にコントローラ１１６を通じて同期される。例えば、一次キャリア信号１１２は、走査透過型電子顕微鏡の一組の上側偏向コイル（図示せず）に伝達することができ、二次変調信号複合信号変換器１１４は、一組の下側偏向コイル（図示せず）に伝達することができる。疎サンプリング方式の複合信号変換器１１０は、「Ｎ」個の信号変換素子に拡張可能である。例えば、複合信号変換器１１４は、一次、二次、及び三次信号変換器素子を含む。疎サンプリングシステム１０８は、Ｘ－Ｙ－Ｚパターン生成器を構成する複合信号変換器のトライアッドとして拡張可能である。Ｘ－Ｙ－Ｚパターン生成器として構成された疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、共焦点走査レーザ顕微鏡（ＣＳＬＭ）を含むがこれに限定されない３次元走査プローブ機器に適している。

【0019】

システム１００は、１つまたは複数の対象物応答検出器１２６からの対象物１０２の「応答」信号を変換する１つまたは複数の対象物応答信号変換器１２２をさらに含む。（１つまたは複数の）対象物応答検出器１２６は、様々なタイプのものとすることができ、対象物１０２から収集される（例えば、２次電子、後方散乱電子、オージェ電子、２次イオン、Ｘ線などの）応答信号の（１つまたは複数の）タイプに依存する。対象物応答信号変換器１２２の一実施形態は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）信号変換器または複数のＡＤＣを使用して、対象物応答検出器１２６から信号を収集する。対象物応答信号変換器１２２の一実施形態は、（例えば、Ｘ線対象物応答検出器信号を変換するための）パルス処理変換器を含むことができる。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎に検知されている対象物から誘導された対象物応答検出器１２６信号を収集するために使用されるドウェル時間に対する、対象物応答信号変換器１２２からのオーバーサンプリングの程度を平均して、応答信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することができる。例えば、十分に高い帯域幅の対象物応答検出器１２６を仮定すると、１マイクロ秒（１ｕｓ）のドウェル時間と、５０ＭＨｚ（２０ナノ秒）の疎サンプリングシステムクロックレートは、５０のオーバーサンプリング比に対応し、７を超えるＳＮＲの対応する改善を可能にする。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、（複数あってよい）対象物応答検出器１２６は、連続的に、または走査プローブ機器１０４の制御下で動作する。疎サンプリングシステム１０８の別の実施形態では、対象物応答検出器１２６は、入出力対象物応答検出器１２６要素（例えば、汎用入出力、すなわちＧＰＩＯ）のアクションを通じて動作可能にトリガされる。疎サンプリングシステム１０８の代替実施形態では、対象物応答検出器１２６は、コントローラ１１６にトリガ信号を送信して、走査または走査イベントアクションを開始および／または増分する。

【0020】

疎サンプリングシステム１０８の一部とすることができるコントローラ１１６は、一次キャリア信号変換器１１２、二次信号変換器１１４、及び対象物応答信号変換器１２２に動作可能に結合される。コントローラ１１６は、信号変換器１１２、１１４、１２２と、いくつかの実施形態では、上記のような対象物応答検出器１２６の間の動作を統合する。一実施形態では、コントローラ１１６は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。一実施形態では、ＰＬＣは、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）として構成されている。特定の実施形態では、ＦＰＧＡは高速データ伝送アレイとして機能する。本明細書に開示される疎サンプリングアプローチの一実施形態では、疎サンプリングＸ－Ｙパターン座標は、ＰＬＣによって応答信号変換器データと同期され、パターン座標と応答信号を対にするアドレスリストを通じてアクセスされる。

【0021】

いくつかの実施形態では、疎サンプリングパターン生成器１１９によって生成されるパターンは、検知されている対象物１０２の事前知識１１８に基づいて、対象物１０２から情報を抽出するように、または検知されている対象物１０２の期待値を試験するように適合される。事前対象物知識１１８は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）デジタルコンテンツまたはグラフィック設計システム（ＧＤＳ）（例えば、ＧＤＳＩＩデジタルファイル）などからの設計情報に基づく対象物１０２の形状の情報を含むが、これに限定されない。事前対象物知識１１８は、階層的輻輳および／または幾何学的密度の知識を提供する、より低い解像度および／またはより大きい視野データから導出することもできる。そのような情報の例は、限定されるものではないが、同じ又は異なる走査プローブ機器からの光学データ又はより低い解像度のデータを含む。一般に、事前対象物知識１１８は、対象物１０２に関する構造情報、対象物１０２に関する化学情報、または任意の他の適切な情報を含む。

【0022】

典型的な動作では、対象物１０２は、支持体１０１上の走査プローブの近傍に配置される。いくつかの実施形態では、支持体１０１は固定プラテンであり、走査プローブはＸ－ＹまたはＸ－Ｙ－Ｚ方向に移動可能である。可動走査プローブを有する一実施形態では、走査プローブは、感知されている対象物１０２が固定されたままであり、静止したままである間に、段階的に又は連続的に移動することができる。他の実施形態では、支持体１０１は、Ｘ－Ｙ又はＸ－Ｙ－Ｚに移動可能なステージである。走査プローブが可動であり、対象物が可動ステージ上に配置される一実施形態では、本明細書で開示される疎サンプリングアプローチは、疎サンプリング動作中にステージまたはサブステージを同時に移動させながら実施することができ、それによって、連続的または主として連続的な動的疎サンプリングパターンが、１次元、２次元、または３次元空間にわたって順序付けられた連続的、主として連続的、または複数の連続ストリップを構成するように延在することができるエリアまたはボリューム上で対象物を検知することができる。支持体１０１の一実施形態では、同時にＸ－Ｙ又はＸ－Ｙ－Ｚ移動ステージは、機械的圧電ステージ、レーザ干渉ステージ、フィードバック符号化ステージ、又は検知される対象物の運動を総合システム分解能ターゲット内で制御することができる他の精密移動ステージである。支持体１０１の一実施形態では、同時に移動する精密ステージは、各軸に沿って１ナノメートル以上のステップ分解能を有する。

【0023】

支持体１０１の一実施形態では、同時に移動する精密ステージは、既存の一次ステージに永久的又は一時的に固定されたサブステージである。いくつかの実施形態では、対象物および／または走査プローブは周囲雰囲気中にある。他の実施形態では、走査プローブ機器１０４の対象物１０２及び／又は要素は、部分真空にある。疎サンプリングパターン生成器１１９は、一次キャリア信号経路と二次変調信号経路とを含む一連のパターン集合トを生成し、これらはコントローラ１１６に送られる。適用可能な場合、疎サンプリングパターン生成器１１９は、パターンの各疎サンプリング座標のドウェル時間を定義し、各座標のドウェル時間データをコントローラ１１６に伝達する。典型的には、ドウェル時間は、サンプリング座標間の走査プローブ機器１０４のプローブ通過時間を大幅に超える。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、ドウェル時間は、離散疎サンプリングパターン要素ごとにプログラム可能である。例えば、各ピクセル要素は、対応する画像パターンのグレースケール強度に比例するドウェル時間を有することができる。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、信号対雑音応答信号値のしきい値が達成された場合、コントローラ１１６を介して処理されるように、サンプル座標当たりのプログラム可能なドウェル時間を切り捨てることができる。例えば、後方散乱電子（ＢＳＥ：ｂａｃｋ－ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）対象物応答検出器のためのプログラム可能なピクセル強度値のしきい値が、そのピクセル要素のためにプログラムされたドウェル時間の前に達成される場合、ドウェル時間は、コントローラ１１６の動作を通じてそのピクセルのために切り捨てられ、そのプロセスで全体のサンプリング時間を削減する。

【0024】

コントローラ１１６は、シーケンスされたタイミングを調整し、調整された出力信号を複合信号変換器１１０に分配し、複合信号変換器１１０は、一次キャリア信号変換器１１２と二次変調信号変換器１１４とを含む。走査プローブ機器が公称動作条件下で機能している間、疎サンプリングシステム１０８は、一次キャリア信号変換器１１２及び二次変調信号変換器１１４からの出力信号を走査プローブ機器１０４の走査入力１０６（例えば、走査電子顕微鏡の外部走査入力、走査増幅器回路、又は偏向コイル回路）に伝達する。一実施形態では、疎サンプルシステム１０８は、分析機器の統合された構成要素であり、走査プローブ機器１０４の一次パターン生成器として機能する。別の実施形態では、疎サンプルシステム１０８は、走査プローブ機器製造業者によって提供される外部走査入力である走査入力１０６とインターフェースする。例えば、走査型電子顕微鏡や走査透過型電子顕微鏡の外部走査制御のために外部走査制御入力を設けることや、第三者のパターン生成器で使用する他の走査型プローブ機器を設けることが一般的である。

【0025】

順次プローブ位置座標は、走査入力１０６信号インターフェースを通じて伝達される疎サンプリングシステム出力信号によって制御され、走査プローブ機器１０４のプローブを位置決めする。走査プローブ機器１０４のプローブが固定型である場合、走査入力１０６は、Ｘ－Ｙ又はＸ－Ｙ－Ｚステージドライバインターフェース（図示せず）を作動させて、対象物走査座標をプローブの近位に位置付ける。各走査プローブ座標において、プローブは、ドウェル時間の持続時間にわたって、対象物１０２からの応答、例えば、走査電子顕微鏡の場合は二次電子、原子間力顕微鏡の場合は相互作用力を誘起する。各走査プローブ座標における誘起された対象物応答信号は、ドウェル時間の持続時間にわたって対象物応答検出器１２６によって同時に検知される。各走査座標位置で誘起された信号ストリームは、同時に対象物応答信号変換器１２２を介してコントローラ１１６へ送られ、コントローラ１１６は、ドウェル時間の持続時間にわたって走査プローブ位置信号を対象物応答信号と相関させる。一実施形態では、対象物応答信号変換器１２２の信号ストリームは、データパケットでコントローラ１１６に含まれるメモリバッファに送られる。コントローラ１１６は、対象物応答信号変換器１２２からのデータの順序付き集合を画像再構成システム１２０に伝達し、まばらにサンプリングされた対象物１０２の併合表現を再構成する。

【0026】

画像再構成システム１２０の一実施形態では、検知されている疎にサンプリングされた対象物１０２の併合表現は、修復再構成法を使用して、適切な対象物応答検出器１２６を通じて収集された対象物応答信号変換器１２２のパターンから再構成することができる。修復再構成方法の特定の実施形態は、ベータプロセスファクタ分析（ＢＰＦＡ）とすることができる。画像再構成システム１２０の一実施形態では、検知されている疎サンプリングされた対象物１０２の併合表現は、ダウンサンプリング法を使用して適切な対象物応答検出器を通じて収集された対象物応答信号変換器パターンから再構成される。ダウンサンプリング再構成方法の一実施形態は、欠落ピクセル要素に最も近いピクセル要素を探し、欠落ピクセル要素に最も近い要素の同一の値を割り当てる。対象物応答信号の併合表現を再構成するダウンサンプリング方法の別の特定の実施形態は、Ｎ個の最も近い隣接ピクセルのブロック（すなわち、Ｎ＝８である周囲ピクセルのブロック）を定義し、そのブロック内の空のピクセルを無視しながら、（？）の欠落ピクセルの平均値を決定する。本明細書で開示される疎サンプリングアプローチの別の実施形態では、感知された対象物の併合表現は、フーリエ疎ドメインに基づく方法を使用して疎サンプリングパターンから再構成される。

【0027】

疎サンプリングがどのように実行されるかの例は、図２～図９に関連して以下に提供される。図２は、疎サンプリングパターン生成器１１９によって生成される疎サンプリング一次キャリア信号経路の一実施形態のグラフ表示である。表現２００は、視覚化のためにスケーリングされる。走査境界２０２は、グリッドパターン２０４によって定義される個別のプローブ位置要素を取り囲む。実際には、位置グリッドパターンは６４００万要素を超えることがある。走査境界２０２は、正方形の直線的な境界を示すが、走査境界２０２は、四辺形又は非直線的な境界を含むこともできる。示された一次キャリア信号経路２０６は、連続したヒルベルト型の空間充填曲線を表す。一次キャリア信号経路２０６上にオーバーレイされた円形マーカ２０８は、経路２０６に沿ってプログラム的に定義された離散一次キャリア信号値を表し、これは、対応する二次変調信号値のための参照値として働く。疎サンプリングシステム１００では、キャリア信号パターンは、以下を含むがこれに限定されない他の位相空間充填曲線から構成することができる。ヒルベルト曲線、ペアノ曲線、ムーア曲線、シルピンスキー曲線、リサージュ―曲線、及びこれらの変形曲線。

【0028】

図３は、図２示された経路２０６と同一の一次キャリア信号経路３０６のグラフ表示３００であるが、ここでは、ランダム化された二次変調信号経路３０８（実線）の追加の表現と共に、点線として表されている。各実線分３０８の頂点が、図３に示されており、これらはグリッド３０４によって定義されるような、サンプリングアレイの要素内の離散疎サンプリング要素のＸ－Ｙ座標を表す。なお、キャリア信号路３０６に係る点線と、変調信号路３０８に係る実線とは、視覚化のための仮想的な表現である。マーカタイプ３１０によって識別される座標の集合は、グリッド３０４の要素内に位置する疎サンプリング座標の集合を定義する。グリッド３０４によって定義されるグリッド要素の総数は、アレイのサイズ（例えば、１０２４×１０２４、２０４８×２０４８、４０９６×４０９６、８１９２×８１９２）と、信号振幅または分解能間隔で表される対応するステップサイズとを決定する。

【0029】

図４は、離散疎サンプリング座標の一実施形態のグラフィカル表現４００であり、走査境界４０２と走査グリッドアレイ４０４を有する円形マーカ４１０によって表される。点の集合４１０は、図２の一次キャリア経路２０６と、図３のランダム化された二次変調信号経路３０８との和を示す。図４における各円形マーカ４１０は、 プログラム可能なドウェル時間を有する疎サンプリング要素を表す。異なるランダムシードを選択することによって、または異なるランダム化アルゴリズムを選択することによって、同じ一次キャリア信号経路（例えば、図中２のヒルベルト型の空間充填経路）が、同一の、または異なる疎性度合いを有する疎サンプリング座標の異なる集合を生成することができる。疎性度合いは、本開示のアプローチを通じて、疎性の分数パーセント増分で０％から９９％を超えるまで調整することができる。二次変調パターンに対する一次キャリア信号経路の作用を通じて走査プローブに伝達される作業の分布は、二次変調信号によって許容される最大信号振幅と共に、一次キャリアパターンのスケールを調整することによって調整することができる。例えば、疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、一次キャリア信号は±１０Ｖの信号振幅を有し、一方、二次変調信号の最大振幅は±３ｍＶである。この実施形態では、二次変調信号は、それが参照される一次キャリア信号の同時位置に対して±３ｍＶまで逸脱し得る。最大許容二次変調信号が±０．５Ｖである場合、二次変調信号は、同じ疎サンプリングパターンを構築するための作業のより大きな部分に寄与することができる。信号振幅電圧は、走査プローブ機器１０４の物理的な撓み、ステージの動き、又はその両方に対応する。一次キャリア信号に参照されるよう最大二次変調信号振幅を変化させ、一次キャリア変調信号と二次変調信号の両方の最大変化率を調整することによって、疎サンプリング走査プローブシステム１００のサンプリングレートを変化させて、スルー、歪み、およびヒステリシスを含むがこれらに限定されない走査アーチファクトを軽減することができる。

【0030】

適切な一次キャリア信号経路の設計において、多数の変形形態が可能である。図５は、平滑化されていないヒルベルト型の空間充填曲線経路５０４に重ね合わされた、平滑化されたヒルベルト型の空間充填曲線経路５０２のグラフ表示５００である。平滑化されたヒルベルト型の空間充填曲線経路５０２に対する平滑化動作は、疎サンプリングシステム１０８の実施形態で使用することができる前述の位相曲線の一変形形態を表す。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎サンプリングパターン生成器１１９は、Ｘ－Ｙ又はＸ－Ｙ－Ｚパターンの結果として生じる変化率を調整するために、走査プローブ機器の走査入力１０６に伝達される一次キャリア信号の全部又は一部を構成する位相曲線及び空間充填曲線の後に平滑化されるか又は他の方法で修正された一次キャリアパターンを構成するようにプログラムすることができる。一次キャリアパターンの変化率を調整することは、スルー、歪み、およびヒステリシスなど（これらに限定されない）の走査アーチファクトを軽減する１つの手段である。

【0031】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、疎サンプルパターン生成器１１９を利用して、走査境界内の疎性及び／又は走査グリッド間隔が変化する関心領域（ＲＯＩ）を含む信号パターンを実装する。図６は、一次キャリア信号経路６０４を取り囲む走査境界６０２と、一次キャリア経路６０４に対してスケーリングされた一次キャリア信号経路６０８を含むＲＯＩ ６０６とを含むグラフィカル表現６００である。ＲＯＩ ６０６は、異なるサンプル疎性が所望され、かつ／または異なる走査グリッド間隔が所望された（例えば、ＲＯＩ ６０６内のより高いピクセル密度）、幾何学的境界に関連する領域を表すことができる。１つの走査境界６０２内に複数のＲＯＩが存在してもよい。グラフィカル表現６００は、ＲＯＩ ６０６を、単純化された視覚化として、一次キャリア信号経路６０４の不均一にスケーリングされたバージョンを使用して構築された一次キャリア信号経路６０８を囲むものとして示す。しかし、一次キャリア信号経路６０８は、任意の適切なタイプのキャリア信号経路から構成することができる。

【0032】

図７は、走査境界７０２、蛇行型一次キャリア信号経路７０４、及びプロットマーカタイプ７０６の集合によって定義されるランダム化された疎サンプル点の集合を含むＸ－Ｙ疎サンプリング実施形態からなるグラフィカル表現７００である。グラフィカル表現７００は、疎サンプリングシステム１０８に共通の基本的特徴を示すのに有用である。この例では、一次キャリア信号経路７０４は位置７０８から開始し、一次キャリア信号経路７０４に沿って横断し、位置７１０で完了する。Ｘ－Ｙ座標７１２は、一次キャリア信号経路７０４に沿った任意の座標を表す。円形境界７１６内の領域は、Ｘ－Ｙ二次変調信号（図示せず）の最大振幅を表し、これは、一次キャリア信号経路７０４に沿った円形境界７１６の幾何学的中心に位置する一次キャリアＸ－Ｙ座標７１２に参照される。疎サンプル座標は、円形境界７１６内に位置するサンプルグリッド７１４の任意の要素内でランダムに作成することができる。現在のグラフィカル表現７００は、２次元Ｘ－Ｙ疎サンプリング実施形態からなり、したがって、疎サンプリングシステム１０８は、円形領域７１４内の可能な疎サンプル位置を定義する際に２つの自由度を可能にする。疎サンプリングシステム１０８の３次元Ｘ－Ｙ－Ｚ実施形態を仮定すると、２次元円形領域７１４の類似の表現は、３次元球（図示せず）となる。疎サンプリングシステム１０８の３次元Ｘ－Ｙ－Ｚ実施形態の場合、ランダム疎サンプリング走査座標位置を定義する際に３つの自由度がある。疎サンプリング座標を定義するために疎サンプリングシステム１０８によって与えられる自由度は、他の提案されたスペアサンプリングシステムと比較して、重要な区別的特徴である。

【0033】

さらに、グラフ表示７００は、疎サンプリングシステム１０８の一実施形態が、マーカタイプ７０６と一致する座標の集合によって定義されるランダム化疎サンプル点の集合など、初期集合の疎サンプル座標を所与として動作することを示すのに役立つ。疎サンプリング座標が最初に与えられる実施形態では、疎サンプリングパターン生成器１１９は、疎サンプリング座標のアプリオリ集合に適合するように、一次キャリア信号パス７０４と二次変調パターンを構成する。

【0034】

グラフィカル表現７００内のプロットマーカタイプ７０６の集合と一致する疎サンプル座標の同一の集合は、様々な一次キャリア信号経路を使用する疎サンプリングシステム１０８によって生成され得る。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、ヒルベルト型の一次キャリア信号経路を使用して、蛇行一次キャリア信号経路７０４を使用して生成されたグラフィカル表現７００内のプロットマーカタイプ７０６の集合と一致する同一の集合疎サンプル座標を生成する。グラフ表示７００内のプロットマーカタイプ７０６の集合と一致する疎サンプル座標の同一の集合を生成するための別の非常に単純な代替の一次キャリア信号のキャリア実施形態は、一次キャリア信号経路７０４の時計回りまたは反時計回りの９０度の回転によって表される。

【0035】

疎サンプリング座標の所与の集合を満足させる特定の一次キャリア信号経路を呼び出す目的は、限定はしないが、対象物１０２が絶縁性または半導電性のいずれかである場合の、サンプル充電に関連する走査アーチファクトの軽減を含む。一次キャリア信号経路と疎性の度合いの両方が、荷電粒子走査プローブ機器内のサンプル荷電に影響を及ぼし、疎サンプリングシステム１０８を使用して調整することができる。

【0036】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、パラメータ方程式によって生成されるＸ－ＹまたはＸ－Ｙ－Ｚ座標の集合を含む、Ｘ－ＹまたはＸ－Ｙ－Ｚ座標の順次集合リストから作成されるキャリア信号経路を利用する。図８は、一次キャリア信号経路８０２を生成するための連続Ｘ－Ｙパラメトリック方程式のグラフ表示８００である。オーバー走査境界８０４は走査エリア全体を取り囲み、対象物走査境界８０６（点線）は一次キャリア信号パス８０２のサブ領域を表す。走査プローブ機器に採用されるパターン生成器が、オーバー走査境界８０４と対象物走査境界８０６との間の区域によって画定されるオーバー走査領域を組み込むことは一般的な慣行であり、その目的は、非線形走査挙動および不均一区域カバレージを含むがこれらに限定されない理由で走査パターンが非理想的であり得る領域を除外することである。対象物走査境界８０６内の領域は、オーバー走査境界８０４と対象物走査境界８０６との間の領域と比べて均一性の高い領域を表す。表現８００の一次キャリア信号経路８０２は、Ｘ－Ｙ座標８０８で開始し、連続一次キャリア信号経路８０２を辿り、Ｘ－Ｙ座標８１０で終了する。空間充填キャリア信号経路８０２を生成するための特定のＸ－Ｙパラメトリック方程式の実施形態は、パラメトリック方程式１の平滑化された形式である。

【数1】

ここで、Ａ_ｘ及びＡ_ｙは、それぞれＸ次元とＹ次元の最大信号振幅を定義する。縦括弧は、囲まれた数量の絶対値を示す。変数ｔは時間増分パラメータである。ａは、一次キャリア信号のＸ周波数である。ｂは、一次キャリア信号のＹ周波数である。ｆｌｏｏｒは、入力に実数Ｒをとり、出力としてＲ以下の最大整数を返す数学的関数である。Ｘ－Ｙ及びＸ－Ｙ－Ｚパラメータ方程式の多くのファミリが、好適な一次キャリアシグナルパスを生成するために疎サンプリングシステム１０８に利用される。リサージュ曲線は、一次キャリア信号経路として探索することができるパラメトリック曲線のさらに別の特定の共通ファミリを表す。

【0037】

連続空間充填型経路を採用する疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、ビームブランキングは、走査経路に沿って、または走査経路の一部に沿って必要とされない場合がある。ビームブランキングは、対象物とのプローブの相互作用を消滅させる、すなわち「ブランクにする」手段を提供する荷電粒子システムにおける一般的な要素である。典型的には、荷電粒子計器では、ビームブランキング構成要素は、光路内のクロスオーバー位置に近接したカラムの頂部付近に静電偏向プレートを含むことができる。ビームブランキングの作用によって、プローブ（ビーム）は、プローブ（ビーム）が光路を透過して対象物と相互作用するのを防止する位置に偏向される。高速ビームブランキング要素は、走査プローブ機器１０４の荷電粒子の実施形態で利用可能な典型的なオプションであり、これにより、より迅速なビームブランキングが可能になり、これは、各走査座標におけるドウェル時間のより高い解像度の定義に対応する。１つまたは複数の離散的または連続的な一次キャリア信号経路を使用する疎サンプリングシステム１０８の別の実施形態では、ビームブランキングを所望に応じて利用して、走査アーチファクトおよび対象物１０２との疑似プローブ相互作用を軽減することができる。

【0038】

疎サンプリングシステム１０８は、多種多様な適切な空間充填キャリア信号を利用することができる。キャリア信号パターンは、連続パターンと非重複パターン、連続パターンと非交差パターン、連続パターンと交差パターン、または連続パターンと重複パターンの任意の組合せを生成するようにプログラムすることができる。疎サンプリングシステム１０８は、任意の不連続性を有する離散セグメントとしてプログラムされたキャリア信号パターンを利用することができる。例えば、このアプローチは、検知されている対象物の複数の別個の幾何学的領域又は空間的特徴をトレース及び／又は充填するために適用することができる。特定の例は、生物学的マトリクス内にニューロンを組み込む経路をトレースする疎サンプリング座標の集合を生成するように設計されたキャリア信号経路と参照変調信号経路である。同様に、検知される対象物上の長方形、三角形、円形、又は他の幾何学的パターンは、疎にサンプリングされた領域を表すことができる。

【0039】

疎サンプリングシステム１０８は、総疎サンプリングパターン、及び／又はパターン生成器の性能、及び／又は走査分析システムとの相互作用を調整するようにプログラム的に修正された分析空間充填曲線から構築されたキャリア信号パターンを利用することができる。例えば、送信されたキャリア信号パターン及び参照された二次変調信号パターンは、走査アーチファクトを回避するために走査プローブシステムの性能制限を超えないように信号の変化率を制限するために、ソフトウェアによって数学的に又はハードウェアによって平滑化されてもよい。

【0040】

図９は、本発明の実施形態の少なくともいくつかを含むことができるデュアルカラム走査プローブ機器の概略図９００である。走査電子ビームカラム９０２及び集束イオンビームカラム９０４は、電子ビーム９４６の走査領域とイオンビーム９４８の走査領域の間に一致領域が存在するように配向される。対象物９４４の表面積は、イオンビーム９４８と直交するように示されている。一実施形態では、対象物９４４は、電子ビーム９４６又はイオンビーム９４８と直交する対象物９４４の表面積を配向させるのに十分な範囲を有するＸ－Ｙ－Ｚ並びに回転及び傾斜ステージの移動を可能にする可動ステージ（図示せず）に固定される。図示の走査電子ビームカラム９０２は、電子源９０６、引き出し電極９０８、アノード９１０、電磁コリメートレンズシステム９１２、スプレーアパーチャ９１４、レンズ内対物応答信号検出器９１６、電磁レンズコイルボディ９１８、外側ポールピース９２０、内側ポールピース９２２、静電対物レンズ電極９２４、９２８、及び走査プローブコイル９２６を含む。集束イオンカラム９０４は、イオン源９３０、引き出し電極９３２、コンデンサレンズ９３４、可変アパーチャ９３６、静電偏向電極９３８、９４０、対物レンズ９４２を有している。

【0041】

図８の疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、は、走査電子カラム９０２の走査コイル９２６と集束イオンカラム９０４の走査偏向電極９３８、９４０を同時に駆動するための少なくとも２対のＸ－Ｙ化合物信号変換器１１０で構成されている。疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、疎サンプリングシステム１０８と同時に動作する、二次イオン検出器として構成された対象物応答検出器１２６と、後方散乱電子検出器として構成された対象物応答検出器１２６とを含む。デュアルカラム走査プローブ機器９００内の追加の対象物応答検出器１２６は、レンズ内二次電子検出器、チャンバ内二次電子検出器、チャンバ内後方散乱検出器、二次イオン変換検出器、蛍光検出器、Ｘ線検出器、飛行時間二次イオン質量分析計、静電電磁気質量分析計、及び四重極質量分析計を含むことができるが、これらに限定されない。

【0042】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、プローブされる対象物の複数のＸ－Ｙ離散層又は薄いセクションが疎サンプリングされる。各層からの疎サンプリング位置は、３次元Ｘ－Ｙ－Ｚでランダム化された疎サンプリングボリュームを生成するようにプログラム的にランダム化される。例えば、疎サンプリングシステム１０８は、走査偏向電極９３８及び９４０を駆動して、集束イオンカラム９０４によるイオンミリングプロセスを生成し、新しい対象物９４４の表面層（例えば、プローブと対象物の相互作用容積によって画定されるスライス又はセクションとも呼ばれる）を露出させる。疎サンプリングシステム１０８は、イオンミリングプロセスと同時に又はその後に電子ビームカラム９０２を駆動して、１つ又は複数の対象物応答検出器１２６を使用して新しい対象物９４４の表面領域の疎サンプリング併合表現を取得し、各疎サンプリングＸ－Ｙ走査は、一意のランダム化疎サンプリングパターンを有する。疎サンプリングシステム１０８を使用してイオンビームカラム９０４で新しい表面を生成し、電子ビームカラム９０２で疎サンプリングを取得するプロセスを繰り返して、画像再構成システム１２０によって生成されたＸ－Ｙ併合表現のスタックを生成する。この実施形態では、疎サンプリングは２次元から３次元に拡張され、成功した画像再構成システム１２０に許容される疎性の最大パーセンテージは、対応する２次元の個々の層に許容される最大疎性よりもはるかに高い。例えば、９０％の疎性が、個々のＸ－Ｙ走査層ごとに画像再構成システム１２０を使用して許容可能な併合表現を生成する最大疎性である場合、９７％以上の疎性により、ランダム化された３次元Ｘ－Ｙ－Ｚスタックとして処理されるときに、同じＸ－Ｙ走査層からの画像再構成システム１２０を使用して許容可能な併合表現を生成することができる。各深度層信号パターンは、Ｘ－Ｙ－Ｚ層スタックとして画像再構成システム１２０によって処理される疎サンプリングを最適化して、各層から個別に得ることができるよりも疎性の高い併合再構成をもたらすために、プログラム的に一意のランダム化されたＸ－Ｙ疎サンプリングパターンを含む。

【0043】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎サンプリング動作は、連続する走査ごとに１１９から生成された同一の疎サンプリングパターンを使用して、または連続する走査パターンごとに１１９から生成された一意的にランダム化されたパターンを使用して、あるいはそれらの任意の組合せを使用して、同じ領域にわたって連続して繰り返すことができる。この実施形態は、例えば、疎にサンプリングされている対象物１０２の連続的又は半連続的な検知中に連続的なＸ－Ｙ走査を取得するために利用される。

【0044】

疎サンプリングシステム１０８の１つの特定の実施形態では、疎サンプリングパターン生成器１１９から画像再構成システム１２０までの疎サンプリングプロセス全体が、組み合わされたシステムが許す限り迅速に連続的かつ繰り返し動作する。あるいは、疎サンプリングシステム１０８全体が離散時間遅延で動作する。 疎サンプリングシステム１０８の可能な限り高い動作レート、または疎サンプリングシステム１０８の離散遅延動作を使用して、対象物１０２が疎サンプリングされている間に対象物１０２を連続的または半連続的に観察することができる。疎にサンプリングされている対象物１０２の観察は、限定はしないが、感知されている対象物のすべてまたは一部の機械的移動（例えば、クロックワークまたはギア運動）による変化、別個のプローブ（例えば、マイクロマニピュレータ、レーザアブレーション、集束イオンビーム、またはブロードビームイオンミリング）の作用によって誘起される修正、エネルギ源（例えば、加熱、冷却）によって誘起される変化、感知されている対象物のすべてまたは一部との化学的相互作用による変化、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。そのような変化の間の対象物１０２の疎サンプリング観察の利点には、感知されている対象物１０２との感知プローブの相互作用の低減（例えば、電子線量の低減、サンプル荷電の低減）すること、およびほぼリアルタイムの観察の間の対象物応答検出器１２６の信号取得速度が向上することが含まれる。

【0045】

対象物１０２の疎サンプリング観察中に対象物応答信号変換器１２２を通じて伝達される連続する対象物応答信号検出器１２６のパターンは、疎サンプリングシステム１０８の一実施形態で利用され、画像再構成システム１２０を通じて併合表現を再構成し、観察期間にわたる変化の記録を提供する。例えば、対象物１０２がイオンミリングされるか又は機械的に変形されている間の観察から得られる画像再構成は、再構成されたＸ－Ｙ併合表現のスタックからの３次元ボリューム表現を形成する。あるいは、画像再構成システム１２０は、３次元疎データアレイ全体から、または疎データアレイ全体のサブ集合からなる１つまたは複数の３次元アレイ疎データブロックから、単一のＸ－Ｙ－Ｚ容積併合表現を生成することができる。例示的な実施形態は、疎なサンプルデータの３次元アレイに基づくボリュームの断層撮影再構成であり、ここで、対象物応答検出器１２６は、逐次集束イオンビームミリングから、または同時集束イオンビームミリング中に取得された疎なサンプル対象物応答信号変換器１２２のデータを取得して、ボリューム対象物１０２応答信号画像データを生成するために使用される後方散乱電子検出器である。

【0046】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎サンプリングパーセンテージは、観察中の対象物１０２の幾何学的形状又は材料特性の変化を反映するように適合される。

【0047】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、疎に検知されている対象物１０２から誘導された対象物応答検出器１２６の信号からのデータに基づいて分析目的に適合させるために、キャリア信号経路、変調信号座標の参照集合、及び度合い疎性を利用する。分析目的は、応答信号強度（例えば、ドウェル時間の調整）及び／又は応答信号空間分解能（例えば、疎性の調整）を含むことができるが、これらに限定されない。

【0048】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、プログラマブルロジックコントローラを通じて同期されたＡＤＣ信号データの符号化および索引付けは、対象物アレイとしてではなく順序付けられたリストにデータを記憶することによって、有意なデジタル記憶メモリを節約するために、フルサンプル信号データに対して圧縮することができる。

【0049】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎に検知されている対象物１０２から誘導される対象物応答検出器１２６の信号によって伝達される対象物応答信号変換器１２２の信号を使用して、画像再構成システム１２０からの併合表現から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を計算する。疎サンプリングシステム１０８の更なる実施形態では、併合表現から計算されたＦＦＴは、自動焦点及び／又は自動非点収差補正方法で利用される。

【0050】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、静的二次イオン質量分析限界以下のイオン線量に対応する疎性で、集束イオンビームカラム９０４の走査偏向電極９３８及び９４０を駆動するＸ－Ｙ走査パターンを生成する。

【0051】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態では、疎サンプリングパターン生成器１１９は、走査プローブ装置と疎サンプリングシステム１０８の両方に固有の走査歪み誤差を補正するために走査歪み補正を組み込む。走査プローブ機器と疎サンプリングシステム１０８の両方から生じる走査歪み誤差は、適切な幾何学的参照標準を使用して測定される。測定された走査歪み誤差補正は、疎サンプリングパターン生成器１１９にマップバックされ、最小の走査歪みを有する信号パターンを生成する。特定の走査プローブ機器１０４及び疎サンプリングシステム１１９によって示される走査歪み誤差は、補正された走査がサンプリング走査パターン生成器１１９によって出力されるように、このようにして補償することができる。説明したようなアプリオリな歪み補正は、対象物１０２の再構成された併合表現の後処理補正を不要にする。

【0052】

疎サンプリングシステム１０８の一実施形態は、疎サンプリング再構成とＰＳＦＤを組み合わせるための画像再構成システム１２０の一部として点広がり関数逆畳み込み（ＰＳＦＤ）演算を含む。この実施形態では、併合表現の空間分解能は、ＰＳＦＤ操作を含めることによって改善され、ここで、ＰＳＦは、走査プローブ機器１０２に対応する測定関数または理論関数である。

【0053】

本明細書で説明される実施形態の図は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図している。これらの図は、本明細書で説明される構造または方法を利用する装置およびシステムの要素および特徴のすべての完全な説明としての役割を果たすことを意図したものではない。多くの他の実施形態が、本開示を検討する際に、当業者には明らかとなり得る。本発明の範囲から逸脱することなく構造的及び論理的な置換及び変更を行うことができるように、他の実施形態を利用し、本発明から導出することができる。さらに、これらの図は、単に表現的なものであって、一定の縮尺で描かれていない場合がある。図中の特定の比率は誇張されている場合があり、他の比率は縮小されている場合がある。したがって、開示および図は、限定的ではなく例示的なものと見なされるべきである。

【0054】

本開示の１つまたは複数の実施形態は、本明細書では、単に便宜上、かつ本出願の範囲を任意の特定の発明または発明の概念に限定することを意図することなく、「発明」という用語によって、個別に、かつ／または集合的に言及され得る。さらに、特定の実施形態を本明細書に図示し、説明したが、同じまたは同様の目的を達成するように設計された後続の任意の構成を、示された特定の実施形態の代わりに使用できることを理解されたい。本開示は、様々な実施形態の任意の及び全ての後続の適合又は変形を網羅することを意図している。上記の実施形態の組合せ、および本明細書に特に記載されていない他の実施形態は、説明を検討することで当業者には明らかになるであろう。

【0055】

要約 は、３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．○１．７２（ｂ）を遵守するために提供され、特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという理解の下に提出される。また、上記の「発明を実施するための形態」では、開示を合理化する目的で、様々な特徴をまとめてグループ化し、又は単一の実施形態で説明した。本発明は、請求項に記載された実施形態が、各請求項に明示的に列挙されたものよりも多くの特徴を採用するという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、開示される実施形態のいずれかの特徴のすべてよりも少ないものを対象とすることができる。

【0056】

上記で開示された主題は、例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に入るすべてのそのような修正形態、強化形態、および他の実施形態を網羅するように意図されている。したがって、法律によって許容される最大限度まで、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走査境界内の少なくとも２次元の空間充填曲線経路を定義する少なくとも２つの一次キャリア信号と、
前記走査境界内の前記少なくとも２次元の空間充填曲線経路の少なくとも２次元軸において、ランダム化された方法で前記少なくとも２つの一次キャリア信号を変調する少なくとも２つの二次信号と、を生成するように構成された複合疎サンプリングパターン生成器と、
非一時的なコンピュータ可読媒体を備え、前記複合疎サンプリングパターン生成器に結合され、前記少なくとも２つの一次キャリア信号と、前記少なくとも２つの一次キャリア信号を変調する前記少なくとも２つの二次信号と、を受信するように構成され、前記少なくとも２つの一次キャリア信号と、前記少なくとも２つの一次キャリア信号を変調する前記少なくとも２つの二次信号とを、走査プローブの少なくとも１つの走査入力に供給する少なくとも１つのハードウェア出力をさらに含む、コントローラと、を備えるシステム。

【請求項2】

少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器をさらに含み、
前記コントローラは、前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器に通信可能に結合され、前記コントローラは、前記少なくとも２つの一次キャリア信号と前記少なくとも２つの二次信号を前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器に伝達するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記少なくとも２つの一次キャリア信号と前記少なくとも２つの二次信号は、デジタル信号である、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器は、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するように構成される、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器は、前記アナログ信号を受信するように構成された前記少なくとも１つの走査入力に通信可能に結合され、前記アナログ信号は、前記少なくとも１つの走査入力を含む走査プローブによって対象物が走査される疎性のレベルを指示する、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記走査プローブが、前記少なくとも１つの走査入力を含み、前記走査プローブが、
走査増幅回路と、
電磁偏向コイルと、
静電偏向コイルと、
圧電偏向システムと、
光学リレーと、
電気機械式リレーと、
電気機械式アクチュエータと、のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記走査プローブによって前記対象物に向けられた走査信号に対する前記対象物の応答を検出する少なくとも１つの対象物応答検出器からアナログ走査応答信号を受信するように構成された少なくとも１つの対象物信号応答変換器をさらに備え、前記少なくとも１つの対象物応答変換器は、前記コントローラに結合され、前記アナログ走査応答信号をデジタル走査応答信号に変換するように構成された、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラに通信可能に結合された疎サンプリング再構成システムをさらに備え、前記疎サンプリング再構成システムは、前記コントローラから前記デジタル走査応答信号を受信し、それに応答して、前記走査プローブ機器によって走査された前記対象物の併合画像を再構成するように構成された、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記疎サンプリング再構成システムは、
ベータプロセス因子分析（ＢＰＦＡ）再構成と、
一般化された塗りつぶし再構成と、
ダウンサンプリング再構成と、
フーリエベースの再構成と、
最近傍再構成と、のうちの少なくとも１つを実行するように構成される、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器は、Ｘ－Ｙパターンシステムを形成するように構成された一対の複合信号変換器を含む、又は、
前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器は、Ｘ－Ｙ－Ｚパターンシステムを形成するように構成された三つ組の複合信号変換器を含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項11】

前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器は、
少なくとも２つの一次キャリア信号変換器と、
少なくとも２つの二次信号変換器と、を含み、
前記少なくとも２つの二次信号変換器の出力は、前記少なくとも２つの一次キャリア信号変換器の出力に参照される、請求項４に記載のシステム。

【請求項12】

前記少なくとも２つの一次キャリア信号変換器の各々は、前記少なくとも２つの一次キャリア信号のうちの１つをアナログ信号に変換するように構成された第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を備え、
前記少なくとも２つの二次信号変換器の各々は、前記少なくとも２つの二次信号のうちの１つをアナログ信号に変換するように構成された第２のＤＡＣを備える、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第２のＤＡＣは、前記第１のＤＡＣのビット深度に参照される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、前記少なくとも２つの一次キャリア信号が、非重複パターン、非交差パターン、交差パターン、または重複パターン、のうちの少なくとも１つを提供するように、前記少なくとも２つの一次キャリア信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、前記少なくとも２つの一次キャリア信号が、
２次元空間充填位相曲線と、
３次元空間充填位相曲線と、のうちの少なくとも１つを提供するように、前記少なくとも２つの一次キャリア信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

前記複合疎サンプリングパターン生成器は、０％から９９％を超える範囲にわたって分数パーセントの増分でプログラム的に制御可能なサブサンプリング疎性を提供するように構成される、請求項５に記載のシステム。

【請求項17】

前記サブサンプリング疎性は、走査動作内で可変である、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記少なくとも２つの二次信号変換器の参照される出力は、
サブサンプリングパターンと、
プログラム的にランダム化されたサブサンプリングパターンと、を含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項19】

プロセッサと非一時的コンピュータ可読媒体とを有する疎サンプリングシステムによって、走査境界内の少なくとも２次元の空間充填曲線経路を定義する少なくとも２つの一次キャリア信号を生成し、
前記プロセッサと前記非一時的コンピュータ可読媒体とを有する前記疎サンプリングシステムによって、前記走査境界内の前記少なくとも２次元の空間充填曲線経路の前記少なくとも２つの次元においてランダム化された方式で前記少なくとも２つの一次キャリア信号を変調する少なくとも２つの二次信号を生成する、方法。

【請求項20】

走査プローブ機器であって、
走査境界内の少なくとも２次元の空間充填曲線経路を定義する少なくとも２つの一次キャリア信号と、
前記走査境界内の前記少なくとも２次元の空間充填曲線経路の少なくとも２次元でランダム化された方式で少なくとも２つの一次キャリア信号を変調する少なくとも２つの二次信号と、を生成するように構成された複合疎サンプリングパターン生成器であって、
前記少なくとも２つの一次キャリア信号と前記少なくとも２つの二次信号は、デジタル信号である、前記複合疎サンプリングパターン生成器と、
前記複合疎サンプリングパターン生成器に通信可能に結合されたコントローラと、
前記コントローラからデジタル信号を受信し、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換し、
前記少なくとも１つの走査入力に前記アナログ信号を供給するように構成された少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器であって、前記アナログ信号は、前記少なくとも１つの走査入力を含む走査プローブによって対象物が走査される疎性のレベルを指示する、前記少なくとも２つの複合疎サンプリング信号変換器と、
前記走査プローブ機器によって前記対象物に向けられた走査信号に対する前記対象物の応答を検出する、少なくとも１つの対象物応答検出器からアナログ走査応答信号を受信するように構成され、前記コントローラに結合され、前記アナログ走査応答信号をデジタル走査応答信号に変換するように構成される、少なくとも１つの対象物応答変換器と、
前記コントローラに通信可能に結合され、前記コントローラから前記デジタル走査応答信号を受信し、それに応答して、前記走査プローブ機器によって走査された前記対象物の併合画像を再構成するように構成された疎サンプリング再構成システムと、を含む走査プローブ機器。

【国際調査報告】