[发明专利]W型光纤束及使用W型光纤束的半导体薄膜光学测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种W型光纤束及使用W型光纤束的半导体薄膜光学测量系统。

背景技术

随着半导体行业的快速发展，利用光学测量技术精确测量晶片上单层或多层薄膜形成的三维结构的临界尺度（Critical Dimension）、空间形貌和材料特性变得十分重要。为了使测量结果更有效，所用的测量系统应该能够高精确度地测量膜厚和/或薄膜构成。为了精确测量样品，例如，测量样品薄膜的厚度及光学参数，通常在一个复合的光学测量系统中集成多个光学测量装置，即利用分光光度计和第二光学测量装置同时测量样品（参见美国专利US5608526）。一般来说，集成多个光学测量装置的测量系统比较复杂，并且需要多个宽带光源和探测装置，成本较高。若如美国专利US6417921B2所述，采用分束镜来耦合多束光路，虽然可以达到减少光源，降低成本的要求，但是在实际应用中，光路调节并不易实现，并且，通过分束镜来进行分光与合光时，其光通效率较低，两次通过分光镜后，两束光的理论通光效率最高仅为25%，因此这种包含第二光学测量装置和分光光度计的光学测量系统在实际应用中并未得到广泛推广。

将横截面为圆形的多根相同的光纤沿着纤维长度方向平行排列，并置于套管内可以构成光纤束。光纤束是由多个光纤成束并对其末端进行加工捆绑而成，光纤束由于光纤束制作简单，光束传输效率高，及出射光均匀的特点，在各种光学设备中应用广泛。但现有技术中，光纤束一般结构比较简单，不能适用于复杂光学系统中光束耦合的需要。例如，现有光纤束大部分只能进行光束的单向传输，对于垂直入射到样品表面的光谱反射仪或者第二光学测量装置来说，由于其垂直入射到样品表面的特性，被样品表面反射的探测光将沿原路返回，则在不使用分束器的情况下难以实现光束的收集和耦合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现两个光学测量装置中的光束耦合的W型光纤束及使用W型光纤束的半导体薄膜光学测量系统。

根据本发明的一个方面，提供一种W型光纤束，包括：

第I子光纤，第II子光纤，第III子光纤和第IV子光纤；

所述第I子光纤与所述第II子光纤共用输入端口；

所述第III子光纤和所述第IV子光纤共用输出端口；

所述第II子光纤的输出端口和所述第III子光纤的输入端口捆绑连接，形成输入输出端口；

所述第I子光纤和第Ⅳ子光纤的另一端分别连接一光纤端口；

所述第I子光纤，第II子光纤，第III子光纤和第IV子光纤构成W型光纤束。

根据本发明的一个方面，使用W型光纤束的半导体薄膜光学测量系统，包括：

第一光学测量装置、第二光学测量装置及光源；

所述光源发出的光通过所述第I子光纤与所述第II子光纤共用的输入端口分别传输给所述第I子光纤和所述第II子光纤；

所述第I子光纤将接收到的光通过所述第二光学测量装置斜入射至样品；

所述第II子光纤将接收到的光依次通过所述输入输出端口、所述第一光学测量装置及第二光学测量装置垂直入射至样品；

所述样品将来自所述第I子光纤的光束反射至所述第IV子光纤，并通过所述输出端口入射至光谱计中；

所述样品将来自所述第II子光纤的光束反射至所述第一光学测量装置，并依次通过所述输入输出端口、所述第III子光纤及所述输出端口入射到光谱计中。

本发明提供的W型光纤束，可以将来自同一光源的光束分成两束，进入两个不同的光学测量装置，同时从不同光学测量装置输出的探测光束耦合成一束，进入同一个光谱计中探测，有利于光学测量系统的集成，减少系统光源和光谱计的数量，提高测量精度的同时降低系统成本的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的W型光纤束的结构示意图；

图2a为图1中第I子光纤和第II子光纤在光纤束端口2排列的结构示意图；

图2b为图1中第II子光纤和第III子光纤在光纤束端口3排列的结构示意图；

图2c为图1中第III子光纤和第IV子光纤在光纤束端口4排列的结构示意图；

图3为使用W型光纤束的半导体薄膜光学测量系统的结构示意图；

图4为光束进入第III子光纤的光路示意图。

具体实施方式