[发明专利]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

说明书

相关申请

本申请要求2011年1月7日提交的名称为“3D Imaging and Metrology System（3D成像和测量系统）”的美国临时申请61/430,937的优先权。

发明背景

发明领域

本发明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）。

相关技术

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。

发明内容

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。