CN107076540B - 多功能分光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能分光装置，其包括：第一透镜，安装在由平行光产生部发射的平行光的发射方向上并配置成相对于平行光的光轴聚焦其中央部分中的光；第二透镜，设置成面对第一透镜并配置成将经由第一透镜的第一焦点且被扩散的光转换为平行光；参照镜，安装成面对第二透镜以反射穿过第二透镜的光；分束器，安装在第一透镜与第二透镜之间，并设置成将穿过第一透镜的一部分光反射到与第一透镜的光轴相交的方向上并且将其余的光朝着第二透镜透射；第三透镜，配置成将经由分束器的光聚焦到测量对象上；第四透镜，配置成聚焦通过测量对象反射的且反向穿过第三透镜和分束器的光；第五透镜，配置成将经由第四透镜的第二焦点扩散的光转换为平行光；以及衍射光栅，相对于第五透镜的光轴倾斜设置并配置成使穿过第五透镜的平行光衍射并分离平行光。这种多功能分光装置提供的优点在于能够利用集成光学***以期望的测量方法测量膜厚度、表面形状和折射率。

Description

多功能分光装置
技术领域
本发明涉及多功能分光装置，更具体地涉及配置成支持测量膜厚度、折射率和表面形状的多功能分光装置。
背景技术
通常，对于如半导体的包括多层薄膜的多层结构，使用多种方法来检查诸如膜厚度、表面形状和膜的折射率的性能因素。
韩国专利第10-0916618号中公开了一种利用干涉仪测量厚度和形状的方法。
同时，除了使用干涉仪的方法以外，存在通过使光垂直入射到测量对象上并检测从测量对象反射的光的强度来分析厚度和折射率的方法，以及通过使光倾斜地入射到测量对象上并分析从测量对象反射的光的偏振和强度来测量厚度和折射率的方法。
然而，用于测量膜厚度、折射率和表面形状的传统设备是根据上面描述的应用方式独立构成的，因此其具有不能够提供可根据所需的规格(如测量对象所需的精度水平)选择性地使用的集成结构。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种能够支持各种测量方法并具有简单结构的多功能分光装置。
解决方法
本发明提供一种多功能分光装置，该多功能分光装置包括：平行光产生部，配置成产生并发射平行光；第一透镜，安装在由所述平行光产生部发射的所述平行光的发射方向上，并配置成相对于所述平行光的光轴聚焦所述第一透镜的中央部分中的光；第二透镜，设置成面对所述第一透镜，并配置成将经由所述第一透镜的第一焦点且被扩散的光转换为平行光；参照镜，安装成面对所述第二透镜以反射穿过所述第二透镜的光；分束器，安装在所述第一透镜与所述第二透镜之间，并设置成将穿过所述第一透镜的一部分光反射到与所述第一透镜的光轴相交的方向上并且将其余的光朝着所述第二透镜透射；第三透镜，配置成将经由所述分束器的光聚焦到测量对象上；第四透镜，配置成聚焦通过所述测量对象反射的并反向穿过所述第三透镜和所述分束器的光；第一光路开关，配置成切换光路使得由所述平行光产生部产生的、朝着除所述第一透镜以外的区域行进的、不穿过所述第一透镜的且通过所述分束器反射行进的光倾斜地入射到所述测量对象的表面上；以及第二光路开关，配置成切换从所述第一光路开关行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光的光路，以使所述光在与所述第三透镜的光轴平行的方向上行进。
所述第一光路开关可包括第一倾斜镜，所述第一倾斜镜设置成反射通过所述分束器反射而行进的光，使得所述光倾斜地入射到所述测量对象的表面上，并且所述第二光路开关可包括第二倾斜镜，所述第二倾斜镜倾斜地设置成反射从所述第一倾斜镜行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光，以使所述光在与所述第三光轴平行的方向上朝着所述第四透镜行进。
本发明的一方面提供了多功能分光装置，该多功能分光装置包括：第五透镜，配置成将经由所述第四透镜的第二焦点扩散的光转换为平行光；以及衍射光栅，相对于所述第五透镜的光轴倾斜地设置，并配置成使穿过所述第五透镜的平行光衍射并分离所述平行光。此外，所述多功能分光装置包括狭缝，所述狭缝位于所述第四透镜的所述第二焦点处，并且所述狭缝中形成有透射孔，所述透射孔配置成通过作为其中心的所述第二焦点透射光。
所述多功能分光装置还可包括第六透镜，所述第六透镜配置成聚焦经由所述衍射光栅的零级衍射光；以及第七透镜，配置成聚焦经由所述衍射光栅的一级衍射光。
所述多功能分光装置还可包括：第一检测器和第二检测器，配置成检测分别通过所述第六透镜和所述第七透镜聚焦的光；第一快门，配置成移动进出所述平行光产生部与所述第一透镜之间的区域，并且透射或阻挡由所述平行光产生部产生的且朝着除所述第一透镜以外的区域行进的光；以及第二快门，配置成移动进出所述第二透镜与所述参照镜之间的区域，并且将穿过所述第二透镜的光朝着所述参照镜透射或者吸收所述光。
本发明另一方面提供了多功能分光装置，该多功能分光装置包括：光检测器，配置成检测穿过所述第四透镜的光，其中，所述平行光产生部包括光源和光源驱动器，其中，光源配置成改变光的波长并发射所述光，并且光源驱动器配置成驱动所述光源，以使由所述光源发射的所述光的波长根据预定的变化条件而改变并且使得所述光被发射。
有益效果
根据本发明的多功能分光装置提供的优点在于能够利用集成光学***以期望的测量方法测量出膜厚度，表面形状和折射率。
附图说明
图1是示出根据本发明一实施方式的多功能分光装置的视图。
图2是示出根据本发明另一实施方式的多功能分光装置的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明示例性实施方式的多功能分光装置。
图1是示出根据本发明一实施方式的多功能分光装置的视图。
参考图1，根据本发明的多功能分光装置100包括平行光产生部110、第一透镜121至第七透镜127、分束器131、参照镜141、衍射光栅160、狭缝171以及第一倾斜镜181和第二倾斜镜182。
平行光产生部110产生光并发射平行光。
平行光产生部110包括光源111和准直透镜113，该准直透镜113配置成将由光源111发射的光转换成平行光。
光源111采用配置成发射多波长光的宽带光源。
例如，光源111可采用配置成发射宽带波长为400nm至800nm的光的宽带光源。
不同于上述示例，平行光产生部110也可采用配置成发射平行光束的激光装置。
第一透镜121安装在由平行光产生部110发射的光的光轴方向上，即，第一透镜121的光轴与准直透镜113的光轴相同，因此第一透镜121的中央部分的光相对于平行光的光轴聚焦到第一焦点f1上。
这里，第一透镜121的外径小于由平行光产生部110产生的平行光的截面的面积。
在这种情况下，由平行光产生部110产生的平行光中的一部分穿过第一透镜121，并且穿过从第一透镜121延伸的区域的其余的光不穿过第一透镜121。
第二透镜122设置在与第一透镜121的光轴相同的线上，以面对第一透镜121，并且第二透镜122配置成将经由第一透镜121的第一焦点f1扩散的光转换为平行光并将该平行光朝着参照镜141发射。
参照镜141安装成面对第二透镜122，以将穿过第二透镜122入射到其上的平行光朝着第二透镜122反射。
分束器131安装在第一透镜121与第二透镜122之间，并且分束器131的延伸方向相对于第一透镜121的光轴倾斜，使得分束器131将穿过第一透镜121的一部分光反射以在与第一透镜121的光轴垂直相交的方向上行进，并使一部分其余的光透射。
分束器131所形成的尺寸适合于甚至对从平行光产生部110产生的且不穿过第一透镜121的光也进行反射。
第三透镜123在与第一透镜121的光轴垂直的方向上安装在分束器131的下方，并配置成将经由分束器131的光聚焦到测量对象10上。
第四透镜124相对于分束器131安装在与第三透镜123相对的一侧，并配置成将通过测量对象10反射的且穿过第三透镜123和分束器131的光聚焦到第二焦点f2上。
这里，第二焦点f2是第四透镜的焦点。
此外，第四透镜124的尺寸适合于甚至对穿过第二倾斜镜182的光也进行聚焦。
第五透镜125将经由第四透镜124的第二焦点f2扩散的光转换为平行光并将该平行光朝着衍射光栅160发射。
衍射光栅160设置为倾斜的，例如，相对于第五透镜125的光轴以45度的倾斜角倾斜，并且配置成通过使平行光衍射对分离穿过第五透镜125的平行光。
第六透镜126聚焦经由衍射光栅160的零级衍射光。
第七透镜127聚焦经由衍射光栅的一级衍射光。
第一倾斜镜181应用为第一光路开关，并设置成对由平行光产生部110产生的、不穿过第一透镜121的且通过被分束器131反射而行进的光进行反射，使得该光倾斜地入射到测量对象10的表面上。
优选地，第一倾斜镜181设置成使沿着光入射的表面的延长线与第三透镜的123的光轴之间的角度处于50°至70°的范围。
第二倾斜镜182应用为第二光路开关，并且倾斜地设置成反射从第一倾斜镜181行进经过测量对象10的光，以使其在与第三透镜123的光轴平行的方向上、朝着第四透镜124行进。
狭缝171安装在第四透镜124的第二焦点f2的位置处，并且狭缝171中形成有透射孔171a，该透射孔171a通过作为中心的第二焦点f2使光透射。
优选地，形成在狭缝171中的透射孔171a具有宽度5μm至10μm且长度为5mm至10mm的长方形形状。
第一光检测器191检测通过第六透镜126聚焦的光。
第二光检测器192检测通过第七透镜127聚焦的光。
第一光检测器191和第二光检测器192可采用能够产生并输出与入射到其上的光对应的电信号的电荷耦合器件(CCD)相机等装置，或者采用能够检测光强度或根据波长的光强度的元件。
第一快门151设置为在移动进出平行光产生部110与第一透镜121之间的区域的同时，透射或阻挡由平行光产生部110产生的且朝着除第一透镜121以外的区域行进的光。
也就是说，第一快门151安装成允许或阻挡由平行光产生部110产生的且朝着除第一透镜121以外的区域行进的光朝着分束器131行进。
另外，第一快门151也可安装成在移动进出平行光产生部110与第一透镜121之间的区域的同时，仅透射由平行光产生部110产生的光中的、朝着除第一透镜121以外的区域行进的光，并且阻挡朝着第一透镜121行进的光。
第一快门151安装成在通过第一致动器A1 155向前或向后移动的同时，允许或者阻挡光朝着第一倾斜镜181行进。
第二快门153安装成在移动进出第二透镜122与参照镜141之间的区域的同时，通过透射或吸收穿过第二透镜122的光而允许或阻挡光朝着参照镜141行进。
第二快门153也安装成在通过第二致动器A2 157向前或向后移动的同时，允许或者阻挡光朝着参照镜141行进。
附图标记20指代配置成水平地移动测量对象10的座台。
当测量对象10为具有0.1μm或大于0.1μm的厚度的厚膜，且仅使用穿过第三透镜123的光测量测量对象10的膜厚度或折射率时，多功能分光装置100通过由第一快门151阻挡朝着第一倾斜镜181行进的光并检测经由衍射光栅160的光来测量膜厚度或折射率。
此外，当测量对象10为具有小于0.1μm的厚度的薄膜时，通过经由第一倾斜镜181倾斜地入射在测量对象10上的光来测量测量对象10的膜厚度和折射率。
此外，当采用干涉仪时，第二快门153设置在除第二透镜123透射光的区域以外的位置处，并且在不采用干涉仪时，第二快门153设置在阻挡第二透镜123透射光的区域的位置处。
同时，图2中示出本发明的另一实施方式。配置成执行与上一附图相同功能的部件将使用相同的附图标记标出。
参考图2，多功能分光装置包括检测穿过第四透镜124的光并面对第四透镜的光检测器170。
这里，光检测器170可采用CCD相机。
此外，平行光产生部110包括光源111和光源驱动器115，其中，光源111配置成改变光的波长并发射光，并且光源驱动器115配置成驱动光源111以使由光源111发射的光的波长根据一个预定变化条件而改变并使得该光被发射。
在这种情况下，由于平行光产生部110发射具有改变的波长的光，光检测器170能够检测与改变的波长对应的、被测量对象10反射的光，因而能够获得与衍射光栅对应的光谱效应的数据。
由于多功能分光装置100支持多种测量方法，该多功能分光装置100提供了能够通过期望的方法测量膜厚度、表面形状和折射率的优点。

Claims (8)

1.一种多功能分光装置，包括：
平行光产生部，配置成产生并发射平行光；
第一透镜，安装在由所述平行光产生部发射的所述平行光的发射方向上，并配置成相对于所述平行光的光轴聚焦所述第一透镜的中央部分中的光；
第二透镜，设置成面对所述第一透镜，并配置成将经由所述第一透镜的第一焦点且被扩散的光转换为平行光；
参照镜，安装成面对所述第二透镜以反射穿过所述第二透镜的光；
分束器，安装在所述第一透镜与所述第二透镜之间，并设置成将穿过所述第一透镜的一部分光反射到与所述第一透镜的光轴相交的方向上并且将其余的光朝着所述第二透镜透射；
第三透镜，配置成将经由所述分束器的光聚焦到测量对象上；
第四透镜，配置成聚焦通过所述测量对象反射的并反向穿过所述第三透镜和所述分束器的光；
第一光路开关，配置成切换光路使得由所述平行光产生部产生的、朝着除所述第一透镜以外的区域行进的、不穿过所述第一透镜的且通过所述分束器反射行进的光倾斜地入射到所述测量对象的表面上；以及
第二光路开关，配置成切换从所述第一光路开关行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光的光路，以使从所述第一光路开关行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光在与所述第三透镜的光轴平行的方向上行进。
2.根据权利要求1所述的多功能分光装置，其中，
所述第一光路开关包括第一倾斜镜，所述第一倾斜镜设置成反射通过所述分束器反射而行进的光，使得通过所述分束器反射而行进的光倾斜地入射到所述测量对象的表面上；
所述第二光路开关包括第二倾斜镜，所述第二倾斜镜倾斜地设置成反射从所述第一倾斜镜行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光，以使从所述第一倾斜镜行进经过所述测量对象且相对于所述第三透镜的光轴倾斜地行进的光在与所述第三透镜的光轴平行的方向上朝着所述第四透镜行进。
3.根据权利要求2所述的多功能分光装置，还包括：
第五透镜，配置成将经由所述第四透镜的第二焦点扩散的光转换为平行光；以及
衍射光栅，相对于所述第五透镜的光轴倾斜地设置，并配置成使穿过所述第五透镜的平行光衍射并分离所述平行光。
4.根据权利要求3所述的多功能分光装置，还包括：
狭缝，所述狭缝位于所述第四透镜的所述第二焦点处，并且所述狭缝中形成有透射孔，所述透射孔配置成通过作为其中心的所述第二焦点透射光。
5.根据权利要求4所述的多功能分光装置，还包括：
第六透镜，配置成聚焦经由所述衍射光栅的零级衍射光；以及
第七透镜，配置成聚焦经由所述衍射光栅的一级衍射光。
6.根据权利要求5所述的多功能分光装置，还包括：
第一检测器和第二检测器，配置成检测分别通过所述第六透镜和所述第七透镜聚焦的光。
7.根据权利要求2所述的多功能分光装置，还包括：
第一快门，配置成移动进出所述平行光产生部与所述第一透镜之间的区域，并且透射或阻挡由所述平行光产生部产生的且朝着除所述第一透镜以外的区域行进的光；以及
第二快门，配置成移动进出所述第二透镜与所述参照镜之间的区域，并且将穿过所述第二透镜的光朝着所述参照镜透射或者吸收所述穿过所述第二透镜的光。
8.根据权利要求2所述的多功能分光装置，还包括：
光检测器，配置成检测穿过所述第四透镜的光，
其中，所述平行光产生部包括：
光源，配置成改变光的波长并发射光；以及
光源驱动器，配置成驱动所述光源，以使由所述光源发射的光的波长根据预定的变化条件而改变并且使得波长改变的光被发射。
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