包括用于提供多次成像和测量能力的可插入组件的3D显微镜制造技术

本申请公开了一种包括用于提供多次成像和测量能力的可插入组件的3D显微镜。一种三维(3D)显微镜包括有助于多次成像和测量能力的多个可插入的组件。这些能力包括Nomarski成像、偏振光成像、定量差分干涉对比度(q‑DIC)成像、机动偏振光成像、相移干涉测量法(PSI)以及垂直扫描干涉测量法(VSI)。

3D microscope including pluggable components for providing multiple imaging and measuring capabilities.

The present application discloses a 3D microscope comprising insertible components for providing multiple imaging and measurement capabilities. A three-dimensional (3D) microscope includes multiple insertable components that facilitate multiple imaging and measuring capabilities. These capabilities include Nomarski imaging, polarized light imaging, quantitative differential interference contrast (q_DIC) imaging, maneuvering polarized light imaging, phase shift interferometry (PSI) and vertical scanning interferometry (VSI).

【技术实现步骤摘要】
包括用于提供多次成像和测量能力的可插入组件的3D显微镜本申请是针对分案申请201510309903.2再次提出的分案申请。分案申请201510309903.2是PCT国际申请号为PCT/US2011/067044、国际申请日为2011年12月22日、进入中国国家阶段的申请号为201180064272.2、题为“包括用于提供多次成像和测量能力的可插入组件的3D显微镜”的申请的分案申请。相关申请本申请要求2011年1月7日提交的名称为“3DImagingandMetrologySystem(3D成像和测量系统)”的美国临时申请61/430,937的优先权。
本专利技术涉及光学成像和测量系统，更具体地涉及包括有助于多次成像和测量能力的可插入组件的三维(3D)显微镜，包括Nomarski成像、偏振光成像、定量差分干涉对比度(q-DIC)成像、机动偏振光成像、相移干涉测量法(PSI)以及垂直扫描干涉测量法(VSI)。
技术介绍
常规显微镜使操作者能够观看样品上对肉眼不可见的微小特征的放大图像。因此，常规显微镜已在大学、研究机构以及许多工厂中被广泛使用。然而，常规显微镜具有显著的限制。具体而言，常规显微镜仅提供样品的二维(2D)图像，而在真实世界中，大多数样品本质上是3D的。因此，产生了对用于捕获那些样品的图像的3D显微镜的需求。
技术实现思路
提供了能够产生3D图像的显微镜照明装置。该显微镜照明装置包括形成第一光路的部分的第一光源、形成第二光路的第二光源和一组物品。该组物品可包括多个有图案的物品、以及通孔和销孔中的一个。第一和第二光路可具有共享的一组组件，可包括第一分束器、透镜组以及分束器集合。第一光源可将光引导到第一分束器上，第二光源可经由该一组物品中的一个将光引导到所述第一分束器上。一个物品的表面可位于所述透镜组的有效焦平面处。该透镜组可经由分束器集合在显微镜物镜的入射光瞳处对第一光源和第二光源成像。分束器集合可包括第二分束器和安装在第一直线滑块上的一对分束器，该第一直线滑块连接至第一拉杆。该显微镜照明装置可进一步包括聚焦透镜和多引脚连接器。分束器集合和聚焦透镜可形成第三光路的部分，用于将光引导至外部连接器。多引脚连接器可电气地连结至第一和第二光源。该组物品可安装在第二直线滑块上，该第二直线滑块连接至第二拉杆。每个有图案的物品可以是具有形成在其一个表面上的图案的透明材料。在一个实施例中，第一和第二光源是发光二极管(LED)。用于该显微镜照明装置的外壳可包括插槽，该插槽用于插入多个组件中的一个，其中在插入时，每个组件被定位以形成第一和第二光路的部分。组件之一可以是包括可调节起偏器的起偏器组装件。对于Nomarski成像而言，该起偏器被设置于固定的取向，而第二直线滑块被定位以使得有图案的物品或通孔中的一个在第一光路中。对于偏振光成像应用而言，该起偏器的取向是可调节的，并且第二直线滑块被定位以使得有图案的物品或通孔中的一个在第二光路中。组件中的另一个可以是包括起偏器的组装件，该起偏器具有机动转子和四分之一波片，其中机动转子连接至多引脚连接器。机动转子可通过配方被远程控制，该配方是基于观测类型和特定样品成像的。对于定量差分干涉对比度(q-DIC)，使起偏器步进经过具有预定相移的预定数量的连续步骤。在一个实施例中，组件中的另一个可以是波长滤光器组装件，包括通孔和窄带滤光器。还提供了一种3D显微镜。该3D显微镜可包括能够产生样品的3D图像的照明装置，该照明装置包括用于第一组件的第一插槽。转台可被安装在照明装置上，其中转台可包括用于第二组件的第二插槽。物镜可被安装在转台上。镜筒透镜和适配器可被安装在照明装置上，其中适配器可包括用于第三组件的的第三插槽。光学传感器和光学传感器耦合器可被安装在镜筒透镜和适配器上，其中光学传感器可被配置以采集样品的图像。包括处理器，该处理器用于控制照明装置和光学传感器，其中第一、第二和第三组件有助于Nomarski成像，并且第一和第三组件有助于偏振光成像。光学传感器可包括电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。光学传感器耦合器可为光学传感器提供多个放大率。光谱仪可耦合至照明装置，其中用于光谱仪的光经由与通向光学传感器的成像路径无关的路径被收集。该3D显微镜还可包括聚焦调节装置，该聚焦调节装置提供对样品的多个Z步骤调节。在一个实施例中，该聚焦调节装置可被安装在样品卡盘和转台中的一个上。物镜可包括安装在转台上的迈克尔逊(Michelson)干涉物镜和/或Mirau干涉物镜。对于垂直扫描干涉测量法(VSI)，第一组件可包括与通孔一起被定位在照明光路中的滤光器组装件，并且定位装置可被配置以在Z方向上移动样品同时光学传感器捕获干涉图，由此创建样品的真彩色3D图像。对于相移干涉测量法(PSI)，第一组件可包括与滤光器一起被定位在照明光路中的滤光器组装件，并且定位装置可被配置以进行四次相移移动，同时光学传感器捕获四个干涉图。当转台旋转以在无物镜的情况下操作时，转台可将3D显微镜转换成自动准直器。还提供了一种对有图案的衬底样品进行3D成像或测量的方法。该方法可包括在预定步骤改变具有图形的衬底样品与物镜之间的相对距离。在第一预定步骤，可将有图案的物品的图像投射到物镜的焦平面上。可捕获具有与有图案的物品和样品相关联的图案的第一图像，然后将其存储在第一图像阵列中。在第二预定步骤，可捕获样品的第二图像并将其存储在第二图像阵列中，该第二图像不具有与有图案的样品相关联的图案，其中第二预定步骤具有与第一预定步骤不同数量的步骤。可分析第一和第二图像至3D图像或测量有图案的衬底样品。第二预定步骤的数量可少于第一预定步骤的数量。第一和第二预定步骤可被分配至特定高度。第一和第二预定步骤可跳过样品的预定高度。第一和第二预定步骤中的至少一个可具有不均匀的步骤。还提供了一种对有图案的衬底样品进行3D成像或测量的方法。在该方法中，可按照预定步骤改变有图案的衬底样品与物镜之间的相对距离。在第一预定步骤，可将有图案的物品的图像投射到物镜的焦平面上。可捕获具有与有图案的物品和样品相关联的图案的第一图像，然后将其存储在第一图像阵列中。在第二预定步骤，可捕获样品的第二图像并将其存储在第二图像阵列中，该第二图像不具有与有图案的样品相关联的图案，其中第二预定步骤具有与第一预定步骤不同数量的步骤。可分析第一和第二图像至3D图像或测量有图案的衬底样品。该方法还可包括执行向下扫描和向上扫描以确定下降效应(droopingeffect)，然后提供所得的在分析第一和第二图像时的步骤高度值。还提供了一种重新定位样品以最小化倾斜的方法。在该方法中，可开启3D显微镜的光源，其中该光源通过销孔，然后将3D显微镜转换成自动准直器。当销孔的图像落在视野中时，可调节该3D显微镜的载台的尖端/倾斜机构，使得销孔图像与否则为漆黑的视野上的预定义圆圈重合，由此完成对准。当销孔的图像落在视野之外时，可基于使销孔的图像进入视野的过程来进行一次3D成像采集过程和载台的调节。然后，可调节3D显微镜的载台的尖端/倾斜机构，使得销孔图像与否则为漆黑的视野上的预定义圆圈重合，由此完成对准。还提供了另一种重新定位样品以最小化倾斜的方法。在该方法中，可开启3D显微镜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对样品进行3D成像或测量的方法，所述样品包括具有不同垂直高度的多个表面特征，所述方法包括：在预定步骤改变所述样品与物镜之间的相对距离；在第一预定步骤：将有图案的物品的图像投射到所述物镜的焦平面上；捕获具有与所述有图案的物品和所述样品相关联的图案的第一图像，并且将所述第一图像存储在第一图像阵列中；在第二预定步骤，其中第二预定步骤具有与第一预定步骤不同数量的步骤：捕获样品的第二图像，所述第二图像不具有与所述有图案的物品相关联的图案，并且将所述第二图像存储在第二图像阵列中；以及分析所述第一和第二图像以对所述样品进行3D成像或测量。

【技术特征摘要】
2011.01.07 US 61/430,937;2011.12.21 US 13/333,9381.一种对样品进行3D成像或测量的方法，所述样品包括具有不同垂直高度的多个表面特征，所述方法包括：在预定步骤改变所述样品与物镜之间的相对距离；在第一预定步骤：将有图案的物品的图像投射到所述物镜的焦平面上；捕获具有与所述有图案的物品和所述样品相关联的图案的第一图像，并且将所述第一图像存储在第一图像阵列中；在第二预定步骤，其中第二预定步骤具有与第一预定步骤不同数量的步骤：捕获样品的第二图像，所述第二图像不具有与所述有图案的物品相关联的图案，并且将所述第二图像存储在第二图像阵列中；以及分析所述第一和第二图像以对所述样品进行3D成像或测量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预定步骤的数量小于所述第一预定步骤的数量。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定步骤被分配给特定高度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定步骤跳过样品的预定高度。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定步骤中的至少一个具有在特定高度处的更精细的步长。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定步骤中的至少一个具有在特定高度处的更精细的步长。7.一种对样品进行3D成像或测量的方法，所述方法包括：在向上扫描期间，以预定步骤改变所述样品与物镜之间的相对距离；在所述向上扫描的第一预定步骤：将有图案的物品的图像投射到所述物镜的焦平面上；捕获具有与所述有图案的物品和所述样品相关联的图案的第一图像，并且将所述第一图像存储在第一图像阵列中；在所述向上扫描的第二预定步骤：捕获样品的第二图像，所述第二图像不具有与所述有图案的物品相...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·徐，K·K·李，R·库迪纳，R·索塔曼，H·P·源，侯震，
申请(专利权)人：泽伊塔仪器科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31