垂直入射寬帶光譜儀的制作方法

專利名稱：垂直入射寬帶光譜儀的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種垂直入射寬帶光譜儀，更具體地涉及利用至少一個平面反射元件改變會聚光束傳播方向，實現探測光束垂直入射并會聚于樣品表面的寬帶光譜儀。
背景技術：
一般來說，光學測量技術中的一個關鍵環節是將探測光束聚焦到樣品上。目前通常有兩種方法。一種方法是將系統中的最后一個聚焦透鏡與其它元件分開，通過僅僅調整這個聚焦透鏡來將探測光束聚焦到樣品上。例如，如圖1所示，通過對最后一個聚焦透鏡進行上下移動來實現聚焦。另一種方法是通過對整個光學測量系統進行調整來將探測光束聚焦到樣品上。例如，如圖加和213所示，通過對整個光學系統進行上下移動來實現聚焦(例如，參見美國專利No. 5747813和No. 5486701)。隨著半導體行業的快速發展，利用光學測量技術來精確地測量晶片上單層或多層薄膜形成的三維結構的臨界尺度(⑶，Critical Dimension)、空間形貌及材料特性變得十分重要。當檢測一個通常尺寸為150毫米、200毫米或300毫米的晶片時，由于在晶片上的薄膜層應力等原因，晶片表面可能不平坦。因此，當對整個晶片進行檢測時，為了實現高精確度的測量和保證半導體生產線產量的快速測量，對每個測量點自動聚焦是其中一項關鍵的技術。而且，本領域的技術人員公知，將寬帶探測光束在樣品表面上聚焦成相對較小尺寸的光斑是有利的，因為小尺寸光斑可以測量微結構圖案，且寬帶探測光束可以提高測量精確度。在這種情況下，當采用上述第一種聚焦方法時，會存在如下問題透鏡通常具有色差， 這樣的色差會導致不同波長的光的聚焦位置不同，增大誤差，降低測量精確度；以及難以找到對整個寬帶波長范圍都具有良好的透射性的透鏡材料。當采用上述第二種聚焦方法時， 不僅可能存在透鏡像差問題，而且本領域的技術人員可以明顯知道，對整個光學系統進行調整的操作是非常復雜的，難以實現精確的測量。鑒于上述原因，本領域的技術人員已經提出了這樣一種方法，S卩，使用曲面反射鏡來將寬帶探測光束聚焦到樣品表面上(例如，參見美國專利No. 5608526和No. 7505133BU 美國專利申請公開No. 2007/0M7624A1和中國專利申請公開No. 101467306A)。這種方法具有如下好處在整個寬帶波長范圍上，反射鏡不會產生色差，并且反射鏡可在較寬的波長范圍內都具有高反射率。雖然利用曲面反射鏡自身不產生色差并從而增加聚焦及測量精確度，但是曲面反射鏡相對于透鏡來說比較難以校準光路。曲面反射鏡焦點位置和空間方向受入射光制約， 通常需要整個光學系統的同步調節實現出射光路方向及聚焦位置的調整和控制。例如，(1) 橢圓面反射鏡兩焦點空間位置相對固定，當入射光路校正后，不可能通過單獨調節橢圓面反射鏡實現光路方向及聚焦位置的調整。(2)超環面反射鏡(toroidal mirror):雖然在一定入射角度范圍內皆可實現與空間對應的兩個焦點，但是這兩個焦點之間的空間關系隨著入射光線與超環面反射鏡的相對關系改變，且變化關系復雜，實際上實現起來非常困難； 另一個缺點是調節范圍小，會造成像差。(3)離軸拋物面反射鏡相對入射光線方向，改變離軸拋物面反射鏡的角度會造成像差，極大地影響了光譜儀的測量準確度，很大程度上限制了調整范圍；雖然沿平行入射光束方向移動離軸拋物面反射鏡可實現聚焦位置的大范圍移動，但無法改變其焦點相對于離軸拋物面反射鏡中心的位置，這同樣限制了調整范圍。綜上所述，使用單一曲面反射鏡自身不產生色差，但難以通過簡單調節實現光路方向及聚焦位置的調整和控制。而且，光束經過單個反射鏡反射后偏振態會發生改變。這里以一個鋁材料反射鏡為例。在圖8中示出兩種入射角情況下S和P偏振光的反射率Rs和Rp。上面的兩條曲線是S偏振光的反射率Rs，下面的兩條曲線是P偏振光的反射率Rp。實線對應于 45度的入射角，虛線對應于50度的入射角。由此可知，S或P偏振光的反射率不相等，而且隨著入射角的不同而改變。在圖9中示出反射后的S與P偏振光之間的相位差，實線對應于45度的入射角，虛線對應于50度的入射角。由此可知，反射后的S與P偏振光之間的相位差發生變化，而且隨著入射角的不同而改變，且與波長相關。總之，當寬帶光束經反射鏡反射之后，由于偏振方向正交的偏振態S與P各自具有不相同的反射率和相位變化，光束的偏振狀態發生改變，導致難以控制光束的偏振變化(例如，參見美國專利No. 6829049B1和 No.6667805)。此外，光譜儀對偏振的控制能力限定了光譜儀的應用范圍。例如，當今廣泛應用于集成電路生產線工藝控制的光學臨界尺度設備(0CD，0ptical Critical Dimension)。OCD 設備通過測量偏振光在樣品表面的反射光譜及相位特征，擬合數值仿真結果，測量樣品表面周期性圖案的臨界尺度(CD)、三維形貌及多層材料的膜厚與光學常數。實現臨界尺度測量的光譜儀要求其聚焦系統必須做到在聚焦及光信號采集過程中控制光束的偏振態，從而可以準確地測量樣品。

發明內容
鑒于現有技術中的上述問題，本發明的發明人提出了一種易于調節聚焦的、可實現無色差的、且結構簡單的垂直入射寬帶光譜儀。根據本發明的實施例，提供一種垂直入射光譜儀，該垂直入射光譜儀包括光源、分光元件、聚光單元、第一平面反射元件和探測單元，其中所述分光元件設置于所述聚光單元和所述探測單元之間的光路中，用于使來自光源的光束在入射至所述聚光單元之前部分地通過，以及接收從樣品上反射的、且依次經過所述第一平面反射元件和所述聚光單元的光束并將該光束反射至所述探測單元；所述聚光單元用于通過所述分光元件接收來自光源的光束并使該光束變成會聚光束；所述第一平面反射元件用于接收所述會聚光束并將所述會聚光束反射后垂直地聚焦到樣品上；以及所述探測單元用于探測從樣品上反射的且依次經過所述第一平面反射元件、所述聚光單元和所述分光元件的光束。所述聚光單元可以由至少一個透鏡或至少一個曲面反射鏡或其組合構成，或者，可以由至少兩個離軸拋物面反射鏡構成。所述分光元件可以為分光薄片、分光棱鏡、點格分光鏡、薄膜分光鏡或者邊緣處于光路中的反射鏡。可替換地，所述分光元件可以為具有至少一直線邊緣并且該邊緣直線與光路的主光相交的反射鏡。在本發明中，還提供一種易于調節聚焦的、可實現無色差的、可保持光束偏振態的、且結構簡單的垂直入射寬帶光譜儀。所述垂直入射光譜儀還可以包括第二平面反射元件，所述第二平面反射元件設置于所述光源和所述聚光單元之間，用于將來自光源的光束反射至所述聚光單元。所述分光元件可以是第三平面反射元件。所述聚光單元可以由第一曲面反射元件和第二曲面反射元件構成。所述第一曲面反射元件用于接收來自所述第二平面反射元件的光束并將該光束反射后形成平行光束。所述第二曲面反射元件用于接收所述平行光束并將該平行光束反射后形成所述會聚光束。所述第二平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，所述第一平面反射元件和所述第二曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，并且，所述第三平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件。此外，所述第三平面反射元件可以是具有至少一直線邊緣的平面反射元件，該平面反射元件的邊緣直線與光路的主光相交，使整個光路分為以該邊緣直線對稱的兩個部分。所述兩個部分中的一個部分可以由所述第二平面反射元件的反射光束通過，所述兩個部分中的另一個部分可以由樣品的反射光束通過。所述第三平面反射鏡可以具有足夠大的遮擋面積，使得經所述第二平面反射元件反射的光束只能進入整個光學系統所設計的一半光通路中。所述第一曲面反射元件和第二曲面反射元件可以為離軸拋物面反射元件或超環面反射元件。或者，所述垂直入射光譜儀還可以包括第一曲面反射元件，所述第一曲面反射元件設置于所述光源和所述聚光單元之間，用于將來自光源的光束反射后形成第一平行光束。所述聚光單元由第二平面反射元件和第二曲面反射元件構成。所述第二平面反射元件用于接收所述第一平行光束并將該第一平行光束反射后形成第二平行光束。所述第二曲面反射元件用于接收來自所述第二平面反射元件的第二平行光束并將該第二平行光束反射后形成所述會聚光束。所述分光元件是第三曲面反射元件。所述第二平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，所述第一平面反射元件和所述第二曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，并且，所述第二平面反射元件和所述第三曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件。此外，所述第三離軸拋物面反射鏡可以是具有至少一直線邊緣的反射元件，該反射元件的邊緣直線與光路的主光相交，使整個光路分為以該邊緣直線對稱的兩個部分。所述兩個部分中的一個部分可以由所述第一離軸拋物面反射鏡的反射光束通過，所述兩個部分中的另一個部分可以由樣品的反射光束通過。所述第三離軸拋物面反射鏡可以具有足夠大的遮擋面積，使得經所述第一離軸拋物面反射鏡反射的光束只能進入整個光學系統所設計的一半光通路中。所述第一曲面反射元件、第二曲面反射元件和第三曲面反射元件可以為離軸拋物面反射元件或超環面反射元件。在上述的垂直入射寬帶光譜儀中，探測光束在入射至樣品之前的偏振特性可以保持不變，并且在從樣品射出之后的偏振特性也可以保持不變。因此，通過這樣的垂直入射寬帶光譜儀，可以保持任意偏振光的偏振特性。由于光源可為自然光(在任意時間內光矢量在各個方向上的振動幾率和大小都相同，即，偏振度為零)，并且上述寬帶光譜儀能夠保持光學偏振特性，所以，通過測量可以得到樣品在正交方向上的兩個偏振態的反射率的平均值；例如一維光柵結構中，正交的兩個方向分別定義為垂直于線形結構的方向及平行于線形結構的方向。可通過擬合數值仿真結果，測量樣品表面周期性圖案的臨界尺度、三維形貌及多層材料的膜厚與光學常數。在這種情況下，所述垂直入射寬帶光譜儀還可以包括計算單元，該計算單元用于計算樣品材料的光學常數和/或用于分析樣品材料的周期性微結構的臨界尺度特性或三維形貌。在本發明中，所述垂直入射寬帶光譜儀還可以包括可移動的分光器和圖案識別系統。所述可移動的分光器用于反射圖案識別系統提供的樣品照明光束及樣品表面反射光束。所述圖案識別系統包括透鏡、照明光源與CCD成像器。由此可知，除通過觀測光譜儀中光強的變化判斷及實現探測光對樣品的聚焦方法外，本發明還可以具有另一種聚焦判斷方法，即，通過觀測所述圖案識別系統中的成像清晰度來進行調焦。并存兩種聚焦系統提高了設備聚焦的精確度。并且，可以實現樣品表面探測光束光斑與樣品表面圖案對準的功能。而且，在調焦過程中，所述分光器不需要隨所述第一平面反射元件的位置移動做出調整。當所述可移動的分光器不位于光路中時，由于不對光路產生任何影響，仍可進行光譜測量。此外，所述第一平面反射元件的傾斜角度和/或空間位置是可調節的。例如，所述第一平面反射元件可以沿著所述會聚光束的主光的傳播方向移動。所述垂直入射光譜儀還可以包括用于承載樣品的可調節的樣品平臺。所述分光元件可以是分光棱鏡、分光板、點格分光鏡(Polka-dot Beamsplitter)或薄膜分光鏡(Pellicle Beamsplitter)。例如，所述分光元件可以是大恒光電GCC-401、大恒光電GCC-411、Edmund點格分光鏡、Newport點格分光鏡、或者Edmund薄膜分光鏡。所述垂直入射寬帶光譜儀還可以包括光闌，所述光闌可以置于整個光學系統的任意一段光路中。在本發明中，所述光源可以為包含多重波長的光源。具體地說，所述光源的光譜可以在真空紫外至近紅外光范圍內，即，在150nm至2200nm波長范圍內。光源可以是氙燈、氘燈、鎢燈、鹵素燈、汞燈、包含氘燈和鎢燈的復合寬帶光源、包含鎢燈和鹵素燈的復合寬帶光源、包含汞燈和氙燈的復合寬帶光源、或者包含氘鎢鹵素的復合寬帶光源，通常此類光源的光束為自然光。此類光源的例子包括Oceanoptics公司產品HPX-2000、HL_2000和DH2000， 以及Hamamtsu公司產品L11034、L8706、L9841和Ll(^90。光源也可為利用消偏振器將部分偏振光或偏振光轉化后形成的自然光。例如，消偏振器可以是Lyot消偏振器(美國專利 No.6667805)。在本發明中，所述探測單元可以是光譜計，具體地說，可以是電荷耦合器件(CCD) 或光電二極管陣列(PDA)光譜計，例如，Ocean Optics QE65000光譜計或B&W Teck Cypher H光譜計。本發明還提供一種包括上述垂直入射寬帶光譜儀的光學測量系統。結合附圖考慮下面對本發明的優選實施例的描述，本發明的這些和其它目的、特征和優點將變得更加清楚。


在附圖中，所有的視圖并不一定是按比例繪制的，相同的附圖標記在幾個視圖中始終描述基本類似的元件。具有不同字母后綴的相同附圖標記表示基本類似的元件的不同實例。圖1是示出現有技術中的通過上下移動最后一個聚焦透鏡來實現聚焦的示意圖。圖加和圖2b是示出現有技術中的通過上下移動整個光學系統來實現聚焦的示意圖。圖 3是用于說明通過移動平面反射鏡來進行對焦的示意圖。圖4是示出根據本發明第一實施例的垂直入射寬帶光譜儀的一個實例的示意圖。圖5是示出根據本發明第二實施例的垂直入射寬帶光譜儀的一個實例的示意圖。圖6a是示出根據本發明第三實施例的垂直入射寬帶光譜儀的一個實例的示意圖。圖6b示出用于根據本發明第三實施例中的點格分光鏡的平面示意圖。圖7是示出根據本發明的一種變型例的垂直入射寬帶光譜儀的一個實例的示意圖。圖8示出S和P偏振光經過一個鋁材料反射鏡反射的反射率隨著入射光的角度不同而改變，其中，上面的兩條曲線對應于S偏振光，下面的兩條曲線對應于P偏振光。圖9示出S和P偏振光經過上述鋁材料反射鏡反射所產生的相位差隨著入射角的不同而改變。圖IOa至IOc是用于解釋保持偏振光的偏振特性的示意圖。圖11是用于解釋快速尋找焦點的數學方法的示意圖。
具體實施例方式本文所采用的措辭或術語僅用于描述的目的，而不用于限制性的目的。除非另有說明，本文所用的術語與本領域的通用術語含義一致。首先，對本文所用的術語進行如下的說明。本文所用的“聚焦系統”是用于將光束聚焦在樣品表面上的系統。該系統可以是由多個或單個子系統構成的總系統，也可以是集成為一體的單個系統。本文所用的“反射鏡”是利用反射面反射光束的光學元件。根據反射鏡的形狀，反射鏡通常可以包括平面反射鏡和曲面反射鏡，曲面反射鏡又包括球面反射鏡和非球面反射鏡。根據反射的程度，反射鏡可以包括全反射式反射鏡和半透射半反射式反射鏡(又簡稱為“半透射式反射鏡”)，其中，半透射半反射式反射鏡又稱為分光鏡。非球面反射鏡又包括拋物面反射鏡、橢球面反射鏡、非二次面反射鏡等等。本文所用的“平面反射鏡”是不破壞光束單心性的反射鏡。本文所用的“拋物面反射鏡”是將平行光軸的光束會聚于拋物面的焦點的反射鏡。本文所用的“離軸拋物面反射鏡”是通過從旋轉對稱的拋物面反射鏡中截取不包含對稱軸的一個部分而獲得的鏡面，該離軸拋物面反射鏡自身不產生色差和球面像差。本文所用的“入射平面”是由入射光和入射點處的表面法線所組成的平面。(對焦原理)如上所述，在現有技術中，雖然使用曲面反射鏡自身不產生色差，但是難以通過簡單調節來實現光路方向及聚焦位置的調整和控制。鑒于這種原因，本發明的發明人提出了使用平面反射鏡調焦的方法。如圖3所示，假設來自離軸拋物面反射鏡OAP的會聚光束經過平面反射鏡M反射后聚焦在樣品SA的位置P上，以及會聚光束中的主光沿水平方向傳播且以45度的入射角入射至平面反射鏡。當將平面反射鏡M沿著所述會聚光束中的主光的傳播方向移動距離h(即，平面反射鏡被移動到位置Μ’ )時，來自離軸拋物面反射鏡OAP的會聚光束經過平面反射鏡Μ，反射后聚焦的位置P’相對于原來的聚焦位置P在垂直方向上移動了距離h且在所述主光的傳播方向上也移動了距離h。如果需要將樣品上的焦點向上移動距離h，只須將平面反射鏡M相對于離軸拋物面反射鏡OAP向遠處移動距離h，同時將樣品平臺沿平面反射鏡M移動的方向移動相同的距離。由此可知，本領域的技術人員可以輕松地調整光束的聚焦位置，以適應樣品的高度變化。而且，由于平面反射鏡自身不影響入射光的會聚狀態且不產生色差，所以采用反射鏡可以在保證會聚光束質量的同時改變光束的傳播方向。此外，一方面，反射鏡通常用于折疊光路，使得整個光學系統更加緊湊。另一方面，平面反射鏡可實現寬帶光譜范圍內的高反射率，對光強影響很低，并且與輔助的聚焦判斷方法結合，可以實現精確的手動或自動聚焦。因此，在本發明中通過調整平面反射鏡來進行對焦。(保持任意偏振光的偏振特性的原理) 下面，參照圖IOa至IOc解釋通過兩個平面反射鏡或者一個平面反射鏡和一個離軸拋物面反射鏡保持偏振光的偏振特性的基本原理。如圖IOa所示，假設以Ml入射面為參考的S (或P)偏振光束以(90-θ )度的入射角入射在第一平面反射鏡Ml上，并且被第一平面反射鏡Ml反射至第二平面反射鏡Μ2。當第一平面反射鏡Ml的入射平面與第二平面反射鏡Μ2的入射平面相互垂直，且Μ2傾斜度滿足使Ml的反射光以(90-θ )度入射角入射至Μ2時，經Ml反射的以Ml入射面為參考的 S (或P)偏振光轉變為以Μ2入射面為參考的P (或S)偏振光。現在以光束傳播方向為+Z方向確定的右手參考系分析光束的傳播及偏振態的變化。將上述過程以數學公式表達F ⑷。以Ml入射面為參考的偏振分量Els，Elp分別定義為右手參考系中的+X和+Y方向分量。經Ml反射后，
Γ π Els = ruE]s ...(b)。E' ls，E' lp分別為以Ml入射面為參考的反射光偏振分量；其中，rls和rlp分別為以Ml入射面為參考的S和P光偏振分量以(90-θ )的角度入射在第一平面反射鏡Ml的反射率。而且，
Γ =Kp ,、j,(C)。
E2P=-EU經Ml反射后的E' ls,E' 15分別為以M2入射面為參考的入射偏振分量_E2p，E2s。 經M2反射后，{《=仏⑷。E' 2s,E' 2p分別為以M2入射面為參考的反射光偏振分量，r2s和r2p分別為以M2入射面為參考的S和P光偏振分量以(90-θ )的角度入射在第二平面反射鏡Μ2的反射率。由于右手定則，以Ml入射面為參考的S光偏振方向為以Μ2入射面為參考的P光負方向。規定在以光束傳播方向為+Z方向確定的右手參考系中以Ml入射面為參考的S光偏振分量始終為+X軸。該光束經Μ2反射后，以Μ2入射面為參考的P光偏振方向為X軸正方向；如此得到，以Μ2入射面為參考的S光偏振方向為Y軸負方向。有
權利要求
1.一種垂直入射光譜儀，其特征在于，該垂直入射光譜儀包括光源、分光元件、聚光單元、第一平面反射元件和探測單元，其中所述分光元件設置于所述聚光單元和所述探測單元之間的光路中，用于使來自光源的光束在入射至所述聚光單元之前部分地通過，以及接收從樣品上反射的、且依次經過所述第一平面反射元件和所述聚光單元的光束并將該光束反射至所述探測單元；所述聚光單元用于通過所述分光元件接收來自光源的光束并使該光束變成會聚光束；所述第一平面反射元件用于接收所述會聚光束并將所述會聚光束反射后垂直地聚焦到樣品上；以及所述探測單元用于探測從樣品上反射的且依次經過所述第一平面反射元件、所述聚光單元和所述分光元件的光束。
2.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述聚光單元由至少一個透鏡或至少一個曲面反射鏡或其組合構成。
3.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述聚光單元由至少兩個離軸拋物面反射鏡構成。
4.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述分光元件為分光薄片、分光棱鏡、點格分光鏡、薄膜分光鏡或者邊緣處于光路中的反射鏡。
5.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述分光元件為具有至少一直線邊緣并且該邊緣直線與光路的主光相交的反射鏡。
6.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述垂直入射光譜儀還包括第二平面反射元件，所述第二平面反射元件設置于所述光源和所述聚光單元之間，用于將來自光源的光束反射至所述聚光單元；所述分光元件是第三平面反射元件；所述聚光單元由第一曲面反射元件和第二曲面反射元件構成，所述第一曲面反射元件用于接收來自所述第二平面反射元件的光束并將該光束反射后形成平行光束，所述第二曲面反射元件用于接收所述平行光束并將該平行光束反射后形成所述會聚光束；以及所述第二平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，所述第一平面反射元件和所述第二曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，并且，所述第三平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件。
7.根據權利要求6所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述第三平面反射元件是具有至少一直線邊緣的平面反射元件，該平面反射元件的邊緣直線與光路的主光相交，使整個光路分為以該邊緣直線對稱的兩個部分。
8.根據權利要求6所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述第一曲面反射元件和第二曲面反射元件為離軸拋物面反射元件或超環面反射元件。
9.根據權利要求1所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述垂直入射光譜儀還包括第一曲面反射元件，所述第一曲面反射元件設置于所述光源和所述聚光單元之間，用于將來自光源的光束反射后形成第一平行光束；所述聚光單元由第二平面反射元件和第二曲面反射元件構成，所述第二平面反射元件用于接收所述第一平行光束并將該第一平行光束反射后形成第二平行光束，所述第二曲面反射元件用于接收來自所述第二平面反射元件的第二平行光束并將該第二平行光束反射后形成所述會聚光束；所述分光元件是第三曲面反射元件；以及所述第二平面反射元件和所述第一曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，所述第一平面反射元件和所述第二離軸拋物面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件，并且，所述第二平面反射元件和所述第三曲面反射元件具有相同的反射材料和鍍膜結構并滿足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的條件。
10.根據權利要求9所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述第三曲面反射元件是具有至少一直線邊緣的反射元件，該反射元件的邊緣直線與光路的主光相交，使整個光路分為以該邊緣直線對稱的兩個部分。
11.根據權利要求9所述的垂直入射光譜儀，其特征在于，所述第一曲面反射元件、第二曲面反射元件和第三曲面反射元件為離軸拋物面反射元件或超環面反射元件。
12.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述第一平面反射元件的傾斜角度或者/且傾斜角度和/或空間位置是可調節的。
13.根據權利要求12所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述第一平面反射元件可以沿著所述會聚光束的主光的傳播方向移動。
14.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述垂直入射光譜儀還包括用于承載樣品的可調節的樣品平臺。
15.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述垂直入射寬帶光譜儀還包括可移動的分光器和圖案識別系統，其中所述可移動的分光器用于反射圖案識別系統提供的樣品照明光束及樣品表面反射光束；所述圖案識別系統包括透鏡、照明光源與CCD成像器；并且在所述垂直入射寬帶光譜儀中可以通過觀測所述寬帶光譜計的光強和/或通過觀測所述圖案識別系統中的圖像的清晰度來進行調焦。
16.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述垂直入射寬帶光譜儀還包括光闌，所述光闌可以置于整個光學系統的任意一段光路中。
17.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述光源為包含多重波長的光源。
18.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述光源的光譜在真空紫外至近紅外光范圍內，即，在150nm至2200nm波長范圍內。
19.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述光源是氙燈、氘燈、鎢燈、商素燈、汞燈、包含氘燈和鎢燈的復合寬帶光源、包含鎢燈和鹵素燈的復合寬帶光源、包含汞燈和氙燈的復合寬帶光源或包含氘鎢鹵素的復合寬帶光源，或者，所述光源是通過消偏振器產生的偏振度為零的自然光點光源。
20.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述探測單元是光譜計。
21.根據權利要求1至11中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀，其特征在于，所述垂直入射寬帶光譜儀還包括計算單元，該計算單元用于計算樣品材料的光學常數和/或用于分析樣品材料的周期性微結構的臨界尺度特性或三維形貌。
22.一種光學測量系統，包括根據權利要求1至21中的任意一項所述的垂直入射寬帶光譜儀。
全文摘要
本發明提供一種垂直入射光譜儀。該垂直入射光譜儀包括光源、分光元件、聚光單元、第一平面反射元件和探測單元，其中分光元件設置于聚光單元和探測單元之間的光路中，用于使來自光源的光束在入射至聚光單元之前部分地通過，以及接收從樣品上反射的、且依次經過第一平面反射元件和聚光單元的光束并將該光束反射至探測單元；聚光單元用于通過分光元件接收來自光源的光束并使該光束變成會聚光束；第一平面反射元件用于接收會聚光束并將會聚光束反射后垂直地聚焦到樣品上；以及探測單元用于探測從樣品上反射的且依次經過第一平面反射元件、聚光單元和分光元件的光束。該垂直入射寬帶光譜儀結構簡單，不僅易于調節聚焦，還可實現無色差，且可保持探測光束偏振狀態。
文檔編號G01B11/24GK102269622SQ20101027045
公開日2011年12月7日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年6月2日
發明者嚴曉浪, 劉濤, 李國光, 艾迪格·基尼歐, 馬鐵中 申請人:北京智朗芯光科技有限公司