专利名称：垂直入射宽带光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种垂直入射宽带光谱仪，更具体地涉及利用至少一个平面反射元件改变会聚光束传播方向，实现探测光束垂直入射并会聚于样品表面的宽带光谱仪。
背景技术：
一般来说，光学测量技术中的一个关键环节是将探测光束聚焦到样品上。目前通常有两种方法。一种方法是将系统中的最后一个聚焦透镜与其它元件分开，通过仅仅调整这个聚焦透镜来将探测光束聚焦到样品上。例如，如图1所示，通过对最后一个聚焦透镜进行上下移动来实现聚焦。另一种方法是通过对整个光学测量系统进行调整来将探测光束聚焦到样品上。例如，如图加和213所示，通过对整个光学系统进行上下移动来实现聚焦(例如，参见美国专利No. 5747813和No. 5486701)。随着半导体行业的快速发展，利用光学测量技术来精确地测量晶片上单层或多层薄膜形成的三维结构的临界尺度(⑶，Critical Dimension)、空间形貌及材料特性变得十分重要。当检测一个通常尺寸为150毫米、200毫米或300毫米的晶片时，由于在晶片上的薄膜层应力等原因，晶片表面可能不平坦。因此，当对整个晶片进行检测时，为了实现高精确度的测量和保证半导体生产线产量的快速测量，对每个测量点自动聚焦是其中一项关键的技术。而且，本领域的技术人员公知，将宽带探测光束在样品表面上聚焦成相对较小尺寸的光斑是有利的，因为小尺寸光斑可以测量微结构图案，且宽带探测光束可以提高测量精确度。在这种情况下，当采用上述第一种聚焦方法时，会存在如下问题透镜通常具有色差， 这样的色差会导致不同波长的光的聚焦位置不同，增大误差，降低测量精确度；以及难以找到对整个宽带波长范围都具有良好的透射性的透镜材料。当采用上述第二种聚焦方法时， 不仅可能存在透镜像差问题，而且本领域的技术人员可以明显知道，对整个光学系统进行调整的操作是非常复杂的，难以实现精确的测量。鉴于上述原因，本领域的技术人员已经提出了这样一种方法，S卩，使用曲面反射镜来将宽带探测光束聚焦到样品表面上(例如，参见美国专利No. 5608526和No. 7505133BU 美国专利申请公开No. 2007/0M7624A1和中国专利申请公开No. 101467306A)。这种方法具有如下好处在整个宽带波长范围上，反射镜不会产生色差，并且反射镜可在较宽的波长范围内都具有高反射率。虽然利用曲面反射镜自身不产生色差并从而增加聚焦及测量精确度，但是曲面反射镜相对于透镜来说比较难以校准光路。曲面反射镜焦点位置和空间方向受入射光制约， 通常需要整个光学系统的同步调节实现出射光路方向及聚焦位置的调整和控制。例如，(1) 椭圆面反射镜两焦点空间位置相对固定，当入射光路校正后，不可能通过单独调节椭圆面反射镜实现光路方向及聚焦位置的调整。(2)超环面反射镜(toroidal mirror):虽然在一定入射角度范围内皆可实现与空间对应的两个焦点，但是这两个焦点之间的空间关系随着入射光线与超环面反射镜的相对关系改变，且变化关系复杂，实际上实现起来非常困难； 另一个缺点是调节范围小，会造成像差。(3)离轴抛物面反射镜相对入射光线方向，改变离轴抛物面反射镜的角度会造成像差，极大地影响了光谱仪的测量准确度，很大程度上限制了调整范围；虽然沿平行入射光束方向移动离轴抛物面反射镜可实现聚焦位置的大范围移动，但无法改变其焦点相对于离轴抛物面反射镜中心的位置，这同样限制了调整范围。综上所述，使用单一曲面反射镜自身不产生色差，但难以通过简单调节实现光路方向及聚焦位置的调整和控制。而且，光束经过单个反射镜反射后偏振态会发生改变。这里以一个铝材料反射镜为例。在图8中示出两种入射角情况下S和P偏振光的反射率Rs和Rp。上面的两条曲线是S偏振光的反射率Rs，下面的两条曲线是P偏振光的反射率Rp。实线对应于 45度的入射角，虚线对应于50度的入射角。由此可知，S或P偏振光的反射率不相等，而且随着入射角的不同而改变。在图9中示出反射后的S与P偏振光之间的相位差，实线对应于45度的入射角，虚线对应于50度的入射角。由此可知，反射后的S与P偏振光之间的相位差发生变化，而且随着入射角的不同而改变，且与波长相关。总之，当宽带光束经反射镜反射之后，由于偏振方向正交的偏振态S与P各自具有不相同的反射率和相位变化，光束的偏振状态发生改变，导致难以控制光束的偏振变化(例如，参见美国专利No. 6829049B1和 No.6667805)。此外，光谱仪对偏振的控制能力限定了光谱仪的应用范围。例如，当今广泛应用于集成电路生产线工艺控制的光学临界尺度设备(0CD，0ptical Critical Dimension)。OCD 设备通过测量偏振光在样品表面的反射光谱及相位特征，拟合数值仿真结果，测量样品表面周期性图案的临界尺度(CD)、三维形貌及多层材料的膜厚与光学常数。实现临界尺度测量的光谱仪要求其聚焦系统必须做到在聚焦及光信号采集过程中控制光束的偏振态，从而可以准确地测量样品。
发明内容
鉴于现有技术中的上述问题，本发明的发明人提出了一种易于调节聚焦的、可实现无色差的、且结构简单的垂直入射宽带光谱仪。根据本发明的实施例，提供一种垂直入射光谱仪，该垂直入射光谱仪包括光源、分光元件、聚光单元、第一平面反射元件和探测单元，其中所述分光元件设置于所述聚光单元和所述探测单元之间的光路中，用于使来自光源的光束在入射至所述聚光单元之前部分地通过，以及接收从样品上反射的、且依次经过所述第一平面反射元件和所述聚光单元的光束并将该光束反射至所述探测单元；所述聚光单元用于通过所述分光元件接收来自光源的光束并使该光束变成会聚光束；所述第一平面反射元件用于接收所述会聚光束并将所述会聚光束反射后垂直地聚焦到样品上；以及所述探测单元用于探测从样品上反射的且依次经过所述第一平面反射元件、所述聚光单元和所述分光元件的光束。所述聚光单元可以由至少一个透镜或至少一个曲面反射镜或其组合构成，或者，可以由至少两个离轴抛物面反射镜构成。所述分光元件可以为分光薄片、分光棱镜、点格分光镜、薄膜分光镜或者边缘处于光路中的反射镜。可替换地，所述分光元件可以为具有至少一直线边缘并且该边缘直线与光路的主光相交的反射镜。在本发明中，还提供一种易于调节聚焦的、可实现无色差的、可保持光束偏振态的、且结构简单的垂直入射宽带光谱仪。所述垂直入射光谱仪还可以包括第二平面反射元件，所述第二平面反射元件设置于所述光源和所述聚光单元之间，用于将来自光源的光束反射至所述聚光单元。所述分光元件可以是第三平面反射元件。所述聚光单元可以由第一曲面反射元件和第二曲面反射元件构成。所述第一曲面反射元件用于接收来自所述第二平面反射元件的光束并将该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将该平行光束反射后形成所述会聚光束。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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件。此外，所述第三平面反射元件可以是具有至少一直线边缘的平面反射元件，该平面反射元件的边缘直线与光路的主光相交，使整个光路分为以该边缘直线对称的两个部分。所述两个部分中的一个部分可以由所述第二平面反射元件的反射光束通过，所述两个部分中的另一个部分可以由样品的反射光束通过。所述第三平面反射镜可以具有足够大的遮挡面积，使得经所述第二平面反射元件反射的光束只能进入整个光学系统所设计的一半光通路中。所述第一曲面反射元件和第二曲面反射元件可以为离轴抛物面反射元件或超环面反射元件。或者，所述垂直入射光谱仪还可以包括第一曲面反射元件，所述第一曲面反射元件设置于所述光源和所述聚光单元之间，用于将来自光源的光束反射后形成第一平行光束。所述聚光单元由第二平面反射元件和第二曲面反射元件构成。所述第二平面反射元件用于接收所述第一平行光束并将该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来自所述第二平面反射元件的第二平行光束并将该第二平行光束反射后形成所述会聚光束。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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件。此外，所述第三离轴抛物面反射镜可以是具有至少一直线边缘的反射元件，该反射元件的边缘直线与光路的主光相交，使整个光路分为以该边缘直线对称的两个部分。所述两个部分中的一个部分可以由所述第一离轴抛物面反射镜的反射光束通过，所述两个部分中的另一个部分可以由样品的反射光束通过。所述第三离轴抛物面反射镜可以具有足够大的遮挡面积，使得经所述第一离轴抛物面反射镜反射的光束只能进入整个光学系统所设计的一半光通路中。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为离轴抛物面反射元件或超环面反射元件。在上述的垂直入射宽带光谱仪中，探测光束在入射至样品之前的偏振特性可以保持不变，并且在从样品射出之后的偏振特性也可以保持不变。因此，通过这样的垂直入射宽带光谱仪，可以保持任意偏振光的偏振特性。由于光源可为自然光(在任意时间内光矢量在各个方向上的振动几率和大小都相同，即，偏振度为零)，并且上述宽带光谱仪能够保持光学偏振特性，所以，通过测量可以得到样品在正交方向上的两个偏振态的反射率的平均值；例如一维光栅结构中，正交的两个方向分别定义为垂直于线形结构的方向及平行于线形结构的方向。可通过拟合数值仿真结果，测量样品表面周期性图案的临界尺度、三维形貌及多层材料的膜厚与光学常数。在这种情况下，所述垂直入射宽带光谱仪还可以包括计算单元，该计算单元用于计算样品材料的光学常数和/或用于分析样品材料的周期性微结构的临界尺度特性或三维形貌。在本发明中，所述垂直入射宽带光谱仪还可以包括可移动的分光器和图案识别系统。所述可移动的分光器用于反射图案识别系统提供的样品照明光束及样品表面反射光束。所述图案识别系统包括透镜、照明光源与CCD成像器。由此可知，除通过观测光谱仪中光强的变化判断及实现探测光对样品的聚焦方法外，本发明还可以具有另一种聚焦判断方法，即，通过观测所述图案识别系统中的成像清晰度来进行调焦。并存两种聚焦系统提高了设备聚焦的精确度。并且，可以实现样品表面探测光束光斑与样品表面图案对准的功能。而且，在调焦过程中，所述分光器不需要随所述第一平面反射元件的位置移动做出调整。当所述可移动的分光器不位于光路中时，由于不对光路产生任何影响，仍可进行光谱测量。此外，所述第一平面反射元件的倾斜角度和/或空间位置是可调节的。例如，所述第一平面反射元件可以沿着所述会聚光束的主光的传播方向移动。所述垂直入射光谱仪还可以包括用于承载样品的可调节的样品平台。所述分光元件可以是分光棱镜、分光板、点格分光镜(Polka-dot Beamsplitter)或薄膜分光镜(Pellicle Beamsplitter)。例如，所述分光元件可以是大恒光电GCC-401、大恒光电GCC-411、Edmund点格分光镜、Newport点格分光镜、或者Edmund薄膜分光镜。所述垂直入射宽带光谱仪还可以包括光阑，所述光阑可以置于整个光学系统的任意一段光路中。在本发明中，所述光源可以为包含多重波长的光源。具体地说，所述光源的光谱可以在真空紫外至近红外光范围内，即，在150nm至2200nm波长范围内。光源可以是氙灯、氘灯、钨灯、卤素灯、汞灯、包含氘灯和钨灯的复合宽带光源、包含钨灯和卤素灯的复合宽带光源、包含汞灯和氙灯的复合宽带光源、或者包含氘钨卤素的复合宽带光源，通常此类光源的光束为自然光。此类光源的例子包括Oceanoptics公司产品HPX-2000、HL_2000和DH2000， 以及Hamamtsu公司产品L11034、L8706、L9841和Ll(^90。光源也可为利用消偏振器将部分偏振光或偏振光转化后形成的自然光。例如，消偏振器可以是Lyot消偏振器(美国专利 No.6667805)。在本发明中，所述探测单元可以是光谱计，具体地说，可以是电荷耦合器件(CCD) 或光电二极管阵列(PDA)光谱计，例如，Ocean Optics QE65000光谱计或B&W Teck Cypher H光谱计。本发明还提供一种包括上述垂直入射宽带光谱仪的光学测量系统。结合附图考虑下面对本发明的优选实施例的描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。
在附图中，所有的视图并不一定是按比例绘制的，相同的附图标记在几个视图中始终描述基本类似的元件。具有不同字母后缀的相同附图标记表示基本类似的元件的不同实例。图1是示出现有技术中的通过上下移动最后一个聚焦透镜来实现聚焦的示意图。图加和图2b是示出现有技术中的通过上下移动整个光学系统来实现聚焦的示意图。图 3是用于说明通过移动平面反射镜来进行对焦的示意图。图4是示出根据本发明第一实施例的垂直入射宽带光谱仪的一个实例的示意图。图5是示出根据本发明第二实施例的垂直入射宽带光谱仪的一个实例的示意图。图6a是示出根据本发明第三实施例的垂直入射宽带光谱仪的一个实例的示意图。图6b示出用于根据本发明第三实施例中的点格分光镜的平面示意图。图7是示出根据本发明的一种变型例的垂直入射宽带光谱仪的一个实例的示意图。图8示出S和P偏振光经过一个铝材料反射镜反射的反射率随着入射光的角度不同而改变，其中，上面的两条曲线对应于S偏振光，下面的两条曲线对应于P偏振光。图9示出S和P偏振光经过上述铝材料反射镜反射所产生的相位差随着入射角的不同而改变。图IOa至IOc是用于解释保持偏振光的偏振特性的示意图。图11是用于解释快速寻找焦点的数学方法的示意图。
具体实施例方式本文所采用的措辞或术语仅用于描述的目的，而不用于限制性的目的。除非另有说明，本文所用的术语与本领域的通用术语含义一致。首先，对本文所用的术语进行如下的说明。本文所用的“聚焦系统”是用于将光束聚焦在样品表面上的系统。该系统可以是由多个或单个子系统构成的总系统，也可以是集成为一体的单个系统。本文所用的“反射镜”是利用反射面反射光束的光学元件。根据反射镜的形状，反射镜通常可以包括平面反射镜和曲面反射镜，曲面反射镜又包括球面反射镜和非球面反射镜。根据反射的程度，反射镜可以包括全反射式反射镜和半透射半反射式反射镜(又简称为“半透射式反射镜”)，其中，半透射半反射式反射镜又称为分光镜。非球面反射镜又包括抛物面反射镜、椭球面反射镜、非二次面反射镜等等。本文所用的“平面反射镜”是不破坏光束单心性的反射镜。本文所用的“抛物面反射镜”是将平行光轴的光束会聚于抛物面的焦点的反射镜。本文所用的“离轴抛物面反射镜”是通过从旋转对称的抛物面反射镜中截取不包含对称轴的一个部分而获得的镜面，该离轴抛物面反射镜自身不产生色差和球面像差。本文所用的“入射平面”是由入射光和入射点处的表面法线所组成的平面。(对焦原理)如上所述，在现有技术中，虽然使用曲面反射镜自身不产生色差，但是难以通过简单调节来实现光路方向及聚焦位置的调整和控制。鉴于这种原因，本发明的发明人提出了使用平面反射镜调焦的方法。如图3所示，假设来自离轴抛物面反射镜OAP的会聚光束经过平面反射镜M反射后聚焦在样品SA的位置P上，以及会聚光束中的主光沿水平方向传播且以45度的入射角入射至平面反射镜。当将平面反射镜M沿着所述会聚光束中的主光的传播方向移动距离h(即，平面反射镜被移动到位置Μ’ )时，来自离轴抛物面反射镜OAP的会聚光束经过平面反射镜Μ，反射后聚焦的位置P’相对于原来的聚焦位置P在垂直方向上移动了距离h且在所述主光的传播方向上也移动了距离h。如果需要将样品上的焦点向上移动距离h，只须将平面反射镜M相对于离轴抛物面反射镜OAP向远处移动距离h，同时将样品平台沿平面反射镜M移动的方向移动相同的距离。由此可知，本领域的技术人员可以轻松地调整光束的聚焦位置，以适应样品的高度变化。而且，由于平面反射镜自身不影响入射光的会聚状态且不产生色差，所以采用反射镜可以在保证会聚光束质量的同时改变光束的传播方向。此外，一方面，反射镜通常用于折叠光路，使得整个光学系统更加紧凑。另一方面，平面反射镜可实现宽带光谱范围内的高反射率，对光强影响很低，并且与辅助的聚焦判断方法结合，可以实现精确的手动或自动聚焦。因此，在本发明中通过调整平面反射镜来进行对焦。(保持任意偏振光的偏振特性的原理) 下面，参照图IOa至IOc解释通过两个平面反射镜或者一个平面反射镜和一个离轴抛物面反射镜保持偏振光的偏振特性的基本原理。如图IOa所示，假设以Ml入射面为参考的S (或P)偏振光束以(90-θ )度的入射角入射在第一平面反射镜Ml上，并且被第一平面反射镜Ml反射至第二平面反射镜Μ2。当第一平面反射镜Ml的入射平面与第二平面反射镜Μ2的入射平面相互垂直，且Μ2倾斜度满足使Ml的反射光以(90-θ )度入射角入射至Μ2时，经Ml反射的以Ml入射面为参考的 S (或P)偏振光转变为以Μ2入射面为参考的P (或S)偏振光。现在以光束传播方向为+Z方向确定的右手参考系分析光束的传播及偏振态的变化。将上述过程以数学公式表达F ⑷。以Ml入射面为参考的偏振分量Els，Elp分别定义为右手参考系中的+X和+Y方向分量。经Ml反射后，
Γ π Els = ruE]s ...(b)。E' ls，E' lp分别为以Ml入射面为参考的反射光偏振分量；其中，rls和rlp分别为以Ml入射面为参考的S和P光偏振分量以(90-θ )的角度入射在第一平面反射镜Ml的反射率。而且，
Γ =Kp ,、j,(C)。
E2P=-EU经Ml反射后的E' ls,E' 15分别为以M2入射面为参考的入射偏振分量_E2p，E2s。 经M2反射后，{《=仏⑷。E' 2s,E' 2p分别为以M2入射面为参考的反射光偏振分量，r2s和r2p分别为以M2入射面为参考的S和P光偏振分量以(90-θ )的角度入射在第二平面反射镜Μ2的反射率。由于右手定则，以Ml入射面为参考的S光偏振方向为以Μ2入射面为参考的P光负方向。规定在以光束传播方向为+Z方向确定的右手参考系中以Ml入射面为参考的S光偏振分量始终为+X轴。该光束经Μ2反射后，以Μ2入射面为参考的P光偏振方向为X轴正方向；如此得到，以Μ2入射面为参考的S光偏振方向为Y轴负方向。有
权利要求
1.一种垂直入射光谱仪，其特征在于，该垂直入射光谱仪包括光源、分光元件、聚光单元、第一平面反射元件和探测单元，其中所述分光元件设置于所述聚光单元和所述探测单元之间的光路中，用于使来自光源的光束在入射至所述聚光单元之前部分地通过，以及接收从样品上反射的、且依次经过所述第一平面反射元件和所述聚光单元的光束并将该光束反射至所述探测单元；所述聚光单元用于通过所述分光元件接收来自光源的光束并使该光束变成会聚光束；所述第一平面反射元件用于接收所述会聚光束并将所述会聚光束反射后垂直地聚焦到样品上；以及所述探测单元用于探测从样品上反射的且依次经过所述第一平面反射元件、所述聚光单元和所述分光元件的光束。
2.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述聚光单元由至少一个透镜或至少一个曲面反射镜或其组合构成。
3.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述聚光单元由至少两个离轴抛物面反射镜构成。
4.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述分光元件为分光薄片、分光棱镜、点格分光镜、薄膜分光镜或者边缘处于光路中的反射镜。
5.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述分光元件为具有至少一直线边缘并且该边缘直线与光路的主光相交的反射镜。
6.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述垂直入射光谱仪还包括第二平面反射元件，所述第二平面反射元件设置于所述光源和所述聚光单元之间，用于将来自光源的光束反射至所述聚光单元；所述分光元件是第三平面反射元件；所述聚光单元由第一曲面反射元件和第二曲面反射元件构成，所述第一曲面反射元件用于接收来自所述第二平面反射元件的光束并将该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将该平行光束反射后形成所述会聚光束；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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件。
7.根据权利要求6所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述第三平面反射元件是具有至少一直线边缘的平面反射元件，该平面反射元件的边缘直线与光路的主光相交，使整个光路分为以该边缘直线对称的两个部分。
8.根据权利要求6所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述第一曲面反射元件和第二曲面反射元件为离轴抛物面反射元件或超环面反射元件。
9.根据权利要求1所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述垂直入射光谱仪还包括第一曲面反射元件，所述第一曲面反射元件设置于所述光源和所述聚光单元之间，用于将来自光源的光束反射后形成第一平行光束；所述聚光单元由第二平面反射元件和第二曲面反射元件构成，所述第二平面反射元件用于接收所述第一平行光束并将该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来自所述第二平面反射元件的第二平行光束并将该第二平行光束反射后形成所述会聚光束；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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，所述第一平面反射元件和所述第二离轴抛物面反射元件具有相同的反射材料和镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件，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镀膜结构并满足光束的入射角相同和入射平面相互垂直的条件。
10.根据权利要求9所述的垂直入射光谱仪，其特征在于，所述第三曲面反射元件是具有至少一直线边缘的反射元件，该反射元件的边缘直线与光路的主光相交，使整个光路分为以该边缘直线对称的两个部分。
11.根据权利要求9所述的垂直入射光谱仪，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为离轴抛物面反射元件或超环面反射元件。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述第一平面反射元件的倾斜角度或者/且倾斜角度和/或空间位置是可调节的。
13.根据权利要求12所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述第一平面反射元件可以沿着所述会聚光束的主光的传播方向移动。
14.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述垂直入射光谱仪还包括用于承载样品的可调节的样品平台。
15.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述垂直入射宽带光谱仪还包括可移动的分光器和图案识别系统，其中所述可移动的分光器用于反射图案识别系统提供的样品照明光束及样品表面反射光束；所述图案识别系统包括透镜、照明光源与CCD成像器；并且在所述垂直入射宽带光谱仪中可以通过观测所述宽带光谱计的光强和/或通过观测所述图案识别系统中的图像的清晰度来进行调焦。
16.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述垂直入射宽带光谱仪还包括光阑，所述光阑可以置于整个光学系统的任意一段光路中。
17.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述光源为包含多重波长的光源。
18.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述光源的光谱在真空紫外至近红外光范围内，即，在150nm至2200nm波长范围内。
19.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述光源是氙灯、氘灯、钨灯、商素灯、汞灯、包含氘灯和钨灯的复合宽带光源、包含钨灯和卤素灯的复合宽带光源、包含汞灯和氙灯的复合宽带光源或包含氘钨卤素的复合宽带光源，或者，所述光源是通过消偏振器产生的偏振度为零的自然光点光源。
20.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述探测单元是光谱计。
21.根据权利要求1至11中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述垂直入射宽带光谱仪还包括计算单元，该计算单元用于计算样品材料的光学常数和/或用于分析样品材料的周期性微结构的临界尺度特性或三维形貌。
22.一种光学测量系统，包括根据权利要求1至21中的任意一项所述的垂直入射宽带光谱仪。
全文摘要
本发明提供一种垂直入射光谱仪。该垂直入射光谱仪包括光源、分光元件、聚光单元、第一平面反射元件和探测单元，其中分光元件设置于聚光单元和探测单元之间的光路中，用于使来自光源的光束在入射至聚光单元之前部分地通过，以及接收从样品上反射的、且依次经过第一平面反射元件和聚光单元的光束并将该光束反射至探测单元；聚光单元用于通过分光元件接收来自光源的光束并使该光束变成会聚光束；第一平面反射元件用于接收会聚光束并将会聚光束反射后垂直地聚焦到样品上；以及探测单元用于探测从样品上反射的且依次经过第一平面反射元件、聚光单元和分光元件的光束。该垂直入射宽带光谱仪结构简单，不仅易于调节聚焦，还可实现无色差，且可保持探测光束偏振状态。
文档编号G01B11/24GK102269622SQ20101027045
公开日2011年12月7日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年6月2日
发明者严晓浪, 刘涛, 李国光, 艾迪格·基尼欧, 马铁中 申请人:北京智朗芯光科技有限公司