이중 파장 심자외선 카타디옵트릭 NA 0.6 대물렌즈 광학 설계
Catadioptric NA 0.6 Objective Design in 193 nm with 266 nm Autofocus
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초록
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
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-lensgroup, 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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