[发明专利]三维空间光源系统及相关的光测量设备

说明书

本发明的各实施例涉及一种三维空间光源系统及其相应的光测量设备，其中三维空间光源系统包括：光源；以及彼此独立的多个光路，被配置为分别独立地耦合到所述光源；其中，所述多个光路进一步包括中间光路和多个外围光路，所述多个外围光路被配置为围绕所述中间光路进行布置并且能够作为次级光源进行输出。由此，本发明的三维空间光源系统只需一个光源即可满足椭圆偏振测量设备所需的多路光源需求，且结构简单、装调方便、易于维护。

技术领域

本发明的各实施方式涉及光学领域，更具体地涉及一种三维空间光源系统及其相关的光测量设备。

背景技术

椭圆偏振测量设备是一种强大的多功能光学测量设备，可用于测量物体表面或表面上薄膜的厚度、光学常数(反射率r、折射率n、消光系数k)、偏振特性、表面微结构、颗粒、缺陷和粗糙度等等。因其具有高灵敏感且具有无损、非接触等特点，使得椭圆偏振设备在半导体芯片制造、光学镀膜和材料分析等领域都有广泛应用。

椭圆偏振测量设备一般都需要至少三路光源，分别是：用于测量样品表面参数的光谱椭偏测量(Spectral Ellipsometry,SE)系统的光源(以下简称SE光源)；用于光谱反射式(Spectral Reflectometry,SR)系统的光源(以下简称SR光源)；用于样品自动聚焦(AutoFocus,AF)系统的光源(以下简称AF光源)；以及用于样品图像识别(Pattern Recognition,PR)系统的光源(以下简称PR光源)等。目前，一般都有两到三个单独光源来满足椭圆偏振测量设备所需的四路光源。这不但增加设备的成本，而且使得光源结构复杂，不便维护，尤其是所用的反射镜老化频率极高，需要经常更换。

因此，基于以上问题提出一种新颖的用于椭圆偏振测量设备的三维空间光源系统。

发明内容

鉴于以上，本发明的目的之一在于提供一种新型的三维空间光源系统及其相关的光测量设备，其中该三维空间光源系统能够至少克服或者缓解现有技术中所存在的技术问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种三维空间光源系统，其包括：光源；以及彼此独立的多个光路，被配置为分别独立地耦合到所述光源；其中，所述多个光路进一步包括中间光路和多个外围光路，所述多个外围光路被配置为围绕所述中间光路进行布置并且作为次级光源进行输出。

特别地，根据本发明的三维空间光源系统可以适用于椭圆偏振测量设备。例如，在椭圆偏振测量设备的光源系统中可以包括一个中间光路和四个外围光路，其中一个中间光路可以作为光源自身的光强监测光路，实时反应光源光强的变化情况，以便正确监测光源的实时状态；四个外围光路耦合特定的光学子系统可作为椭圆偏振测量设备的SE光源、SR光源、AF光源以及PR光源。或者，可以有三个外围光路，分别用作SE光源、AF光源以及PR光源。又或者根据实际情况可以有两个外围光路，分别用作SE光源、AF光源等。在椭圆偏振测量设备只需要使用两路光源的情况下，上述三维空间光源系统例如可以同时给两台测量设备使用。

根据本发明的一些实施例，中间光路可以被配置为接收从所述光源发出的光，并实时检测所述光源的光强变化，从而判断光源的实时状态。

根据本发明的一些实施例，中间光路可以包括依次布置的色轮和光强探测器；其中色轮可以被配置为包括中性密度滤光片以及长通或短通滤光片。例如，可以根据光强的大小和探测器动态范围选择ND2、ND4或ND8等的中性密度滤光片。

优选地，所述光强探测器可以采用四象限探测器

根据本发明的一些实施例，所述多个外围光路的至少一个外围光路包括第一外围光路，所述第一外围光路包括依次布置的第一色轮、球面反射镜、平面反射镜和第二色轮。

根据本发明的一些实施例，多个外围光路中的至少一个外围光路包括第二外围光路，所述第二外围光路包括依次布置的第一色轮、第一抛物面反射镜、第二色轮、第三色轮和第二抛物面反射镜。