[논문]이중 파장 심자외선 카타디옵트릭 NA 0.6 대물렌즈 광학 설계

김도희; 주석영; 이준호; 김학용; 양호순

doi:10.3807/kjop.2023.34.2.053

[국내논문] 이중 파장 심자외선 카타디옵트릭 NA 0.6 대물렌즈 광학 설계
Catadioptric NA 0.6 Objective Design in 193 nm with 266 nm Autofocus 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.34 no.2, 2023년, pp.53 - 60

김도희 (공주대학교 광공학과) , 주석영 (공주대학교 광공학과) , 이준호 (공주대학교 광공학과) , 김학용 (한국표준과학연구원 첨단측정장비연구소 우주광학팀) , 양호순 (한국표준과학연구원 첨단측정장비연구소 우주광학팀)

초록
AI-Helper

193 nm에서 반도체 전공정 검사 장치에 적용될 수 있는 반사 굴절 혼합 형식(카타디옵트릭)의 수치 구경(numerical aperture, NA) 0.6 대물렌즈를 설계하였다. 200 nm 공간 분해능 및 0.15 mm 이상의 시야를 확보하기 위하여, 먼저 렌즈 전체 배치를 포커싱 렌즈 그룹, 필드 렌즈 그룹 및 NA 변환 그룹으로 구성하였으며, 선행 그룹에 포커싱된 빔의 수치 구경 값을 필요 값, 즉 0.6으로 변환하는 기능을 수행한다. 총 11매의 광학 소자로 구성된 최종 설계는 모든 관측 시야에 대하여 λ/80 이하의 RMS 파면 수차를 만족하였다. 또한 고분해능 대물렌즈의 높은 환경 민감도로 인한 온도 변화에 따른 광학계 성능 해석 결과, ±0.1 ℃의 온도 변화에서도 목표 성능 이하로의 성능 저하가 확인되어 온도 변화에 따른 광학 보상이 반드시 필요하였다. 이에 초점면 이동을 보상자로 적용할 경우, 20 ± 1.2 ℃까지 RMS 파면 수차 변화량이 λ/30 이하로 목표 성능을 만족하여 실제 반도체 공정 환경에서도 이용이 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We designed a catadioptric objective lens with a 0.6 numerical aperture (NA) for semiconductor inspection at 193 nm. The objective lens meets major requirements such as a spatial resolution of 200 nm and a field of view (FOV) of 0.15 mm or more. We selected a wavelength of 266 nm for autofocus based on the availability of the light source. First, we built the objective lenses of three lens groups: a focusing lens group, a field-lens group, and an NA conversion group. In particular, the NA conversion group is a group of catadioptric lenses that convert the numerical aperture of the beam focused by the prior groups to the required value, i.e., 0.6. The last design comprises 11 optical elements with root-mean-squared (RMS) wavefront aberrations less than λ/80 over the entire field of view. We also achieved the athermalization of the objective lens with focus-shift alone satisfying the performance of RMS wavefront aberration below λ/30 at a temperature range of 20 ± 1.2 ℃.

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표/그림 (16)

$Fig. 1. Chromatic variation of the refractive index of calcium fluoride (CaF<sub>2</sub>) over the wavelength range of 0.1-0.8 μm.$ 그림 Fig. 1. Chromatic variation of the refractive index of calcium fluoride (CaF₂) over the wavelength range of 0.1-0.8 μm.
$Table 1. Difraction-limited spatial resolutions of high-numerical-aperture (NA) objective lens at deep ultraviolet (DUV) wavelengths$ 표 Table 1. Difraction-limited spatial resolutions of high-numerical-aperture (NA) objective lens at deep ultraviolet (DUV) wavelengths
그림 Fig. 2. Numerical apertures vs. design wavelengths of 30 publically reported objective lenses.
그림 Fig. 3. Schematic diagram of a typical catadioptric objective lens comprising three functional groups: a focusing lens group, a field lensgroup and a catadioptric group.
그림 Fig. 4. Numbers of optical elements of (a) focusing lens and (b) feld lens groups from publically available lens data.
그림 Fig. 5. Tree representative types of catadioptric group (NA-conversion) for high NA DUV objective lenses. NA, numerical aperture; DUV, deep ultra violet.
그림 Fig. 6. Initial design layout of the numerical aperture 0.6 objective lens for 193 nm imaging only.
표 Table 2. Design specifcations for the high-numerical-aperture deep ultra violet (NA DUV) objective lens for semiconductor inspection
그림 Fig. 7. Initial design layout of the numerical aperture 0.6 objective lens for 193 nm imaging with 266 nm autofocus.
그림 Fig. 8. Optimized design layout of the numerical aperture 0.6 objective lens for 193 nm imaging with 266 nm autofocus.
그림 Fig. 9. Design performances of the optimized objective design: (a) modulation transfer function graph and (b) spot diagram.
표 Table 3. Design results of the numerical aperture (NA) 0.6 objective lens for 193 nm imaging with 266 nm autofocus
그림 Fig. 11. Termal variations of the modulation transfer function (MTF) and root-mean-squared wavefront aberration (RMS WFE) of the optimized objective design with no active compensation.
$Fig. 10. Refractive index changes of calcium fuoride and fused silica material according to temperature.$ 그림 Fig. 10. Refractive index changes of calcium fuoride and fused silica material according to temperature.
표 Table 4. Wavefront error budget at the edge of the feld (1F)
그림 Fig. 12. Termal variations of the modulation transfer function (MTF) and root-mean-squared wavefront aberration (RMS WFE) of the optimized objective design with auto-focus compensation.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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