KR102507043B1

KR102507043B1 - 고 분해능을 갖도록 하는 이미징용 광학계

Info

Publication number: KR102507043B1
Application number: KR1020220082754A
Authority: KR
Inventors: 조현일; 김동균; 문경상; 김진호; 변재희
Original assignee: (주)그린광학
Priority date: 2022-04-18
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-03-07
Also published as: US11906443B2; US20230384238A1; WO2023204478A1

Abstract

고 분해능을 갖도록 하는 이미징용 광학계를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상으로 검사광 및 모니터링광을 포커싱하는 이미징용 광학계에 있어서, 검사광 및 모니터링광을 입사받아 서로 다른 위치에 일차적으로 포커싱하는 굴절광학군 및 상기 굴절광학군을 거친 검사광 및 모니터링광을 반사 및 굴절시키며, 양 광을 일 초점으로 포커싱하는 반사굴절광학군을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계를 제공한다.

Description

고 분해능을 갖도록 하는 이미징용 광학계{Optical System for Imaging with High Resolution}

본 실시예는 검사를 위한 이미지가 고 분해능을 갖도록 하는 이미징용 광학계에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

반도체 회로 등을 제조함에 있어서는, 의도치 않게 다양한 결함이 발생할 수 있다. 이처럼 반도체 회로 등의 전자부품이 결함없이 온전히 제조되었는지 확인하기 위한 결함 검사가 진행되어야 한다.

전자 부품의 결함 검사는 전자선을 이용하여 결함을 검사하는 장치와 광학적으로 결함을 검사하는 장치에 의해 진행된다.

전자선(E-beam)을 이용한 결함 검사장치는 분해능이 우수하여 정밀하게 결함을 검사할 수 있는 장점을 가지나, 검사속도가 느린 단점을 갖는다. 특히, 전자 부품이 반도체인 경우와 같이 생산 속도가 상당히 빠른 경우, 검사장치의 검사속도가 생산속도를 따라가지 못하는 문제를 야기할 수 있다.

이러한 문제로 인해, 전자 부품의 결함 검사는 주로 광학식 검사장치에 의해 진행된다. 광학식 검사장치는 검사대상으로 광을 조사하며, 검사대상으로부터 반사된 반사광을 센싱하여 검사대상에 결함이 발생하였는지 여부를 검사한다.

통상 전자 부품, 특히, 반도체의 결함을 검사하기 위해, 광학식 검사장치는 자외선 파장대역, 특히, UV-C 파장대역의 광을 이용한다. 그러나 UV-C 파장대역의 광은 렌즈 등의 광학구성에 사용되는 대부분의 광학소자에 잘 흡수되는 성질을 갖는다. 이로 인해, 해당 파장대역에서 사용 가능한 광학소자가 제한적이다. 따라서, 굴절 광학계를 이용하여 광대역 대물렌즈를 구성할 경우, 색수차의 보정이 어려워, 수차가 발생하게 되며 그 수차를 보상하기 위하여 많은 수의 렌즈를 필요로 한다.

그러나 렌즈의 개수가 많아질 경우, 각 렌즈들의 조립 및 정렬이 어려워지고, 광학계 전체의 투과율이 저감되어 효율이 낮아지며, 제조비용이 증가하는 문제를 갖는다. 특히, 렌즈의 개수의 증가에 따른 조립 및 정렬의 난이도는, 산술적으로 비례하는 것이 아니라 지수함수적으로 비례한다. 이에 렌즈의 개수가 증가할수록 렌즈의 조립 및 정렬의 난이도는 상당해지는 문제가 발생한다.

또한, 광학식 검사장치가 전자 부품을 검사하기 위해, 검사광을 온전히 전자 부품으로 포커싱해야 한다. 이를 위해, 광학식 검사 장치는 피사체에 검사광의 초점을 자동으로 맞추는 기능인 오토포커스(Autofocus)를 사용하며, 전자 부품의 생산 속도를 맞추기 위해, 광학식 검사장치는 능동 방식의 오토포커스를 사용한다. 그 중에서도 검사광의 광원과는 별개인 광원에서 방출되어 포커싱 여부를 확인하기 위한 모니터링광을 추가로 조사하여, 모니터링광을 이용해 검사광이 온전히 포커싱되고 있는지 여부를 확인한다.

다만, 대부분의 경우 모니터링광과 검사광은 서로 다른 파장대역을 갖는다. 레이 폴딩(Ray Folding) 방식 등과 같이, 모니터링광이 광학식 검사장치 내 광학계를 거치는 광 경로를 갖는 오토포커스 방식을 사용하는 경우, 색수차로 인해 검사광과 모니터링광의 초점 위치가 달라진다. 모니터링광을 이용하여 포커싱 후, 모니터링광의 초점과 검사광의 초점 간의 거리만큼 전체 광학계를 이동하여 검사광의 초점을 피사체에 맞추는 방식을 사용하고 있다.

이로 인해, 전자 부품의 생산 속도에 지장을 주지 않으면서, 검사광을 전자 부품으로 포커싱하여 전자부품 내 결함이 발생하였는지를 검사할 수 있는 광학식 검사장치에 대한 수요가 존재해왔다.

본 발명의 일 실시예는, 고 분해능을 가지면서도 신속하고 정확하게 전자 부품 내 결함의 발생여부를 검사할 수 있도록 하는 이미징용 광학계를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상으로 검사광 및 모니터링광을 포커싱하는 이미징용 광학계에 있어서, 검사광 및 모니터링광을 입사받아 서로 다른 위치에 일차적으로 포커싱하는 굴절광학군 및 상기 굴절광학군을 거친 검사광 및 모니터링광을 반사 및 굴절시키며, 양 광을 일 초점으로 포커싱하는 반사굴절광학군을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계를 제공한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 검사광은 193nm를 기준으로 기 설정된 오차범위를 갖는 파장대역의 광인 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 모니터링광은 266nm를 기준으로 기 설정된 오차범위를 갖는 파장대역의 광인 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 굴절광학군은 조리개, 복수의 렌즈 및 필드 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 렌즈는 상기 검사광 및 모니터링광을, 상기 굴절광학군으로 광이 입사되는 방향으로 상기 필드 렌즈보다 먼 위치에 일차적으로 포커싱하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 렌즈는 상기 모니터링광을 상기 검사광보다 더 먼 위치에 일차적으로 포커싱하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 반사굴절광학군은 복수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 렌즈 중 상기 굴절광학군으로부터 상기 반사굴절광학군으로 광이 입사되는 방향으로 최초에 배치되는 제1 렌즈는 외곽면에 거울면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제1 렌즈는 내부에 중공을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 중공은 상기 굴절광학군으로부터 상기 반사굴절광학군으로 광이 입사하는 광 축상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 고 분해능을 가지면서도 신속하고 정확하게 전자 부품 내 결함의 발생여부를 검사할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계의 구성을 도시한 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계를 거치며 검사광이 진행하는 경로를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계를 거치며 모니터링광이 진행하는 경로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계의 MTF 곡선을 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계의 구성을 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계(100)는 굴절 광학군(110) 및 반사굴절광학군(120)을 포함한다.

이미징용 광학계(100)는 외부로부터 입사되는 검사광 및 모니터링광을 하나의 초점으로 포커싱한다. 검사광은 검사 대상인 전자 부품 내 결함이 발생하였는지 등을 검사하기 위해 검사 대상의 일 초점으로 포커싱되는 광으로서, 발명의 배경이 되는 기술 부분에서 설명한 바와 같이 UV-C 파장대역을 갖는다. 특히, 검사광은 UV-C 파장대역 중 193nm를 기준으로 기 설정된 오차범위(예를 들어, 수 nm 내)를 갖는 파장대역을 가질 수 있다. 한편, 모니터링광은 광학계(100)를 거치며 검사광이 검사 대상으로 온전히 포커싱되었는지 여부를 모니터링하기 위해 조사되는 광으로서, 266nm를 기준으로 기 설정된 오차범위(예를 들어, 수 nm 내)를 갖는 파장대역을 가질 수 있다.

검사광이 검사 대상으로 조사된 후, 그로부터 반사된 반사광을 수광하고 이미징하여 이미징한 결과를 토대로 검사광의 온전한 포커싱 여부를 판단할 수도 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 이처럼 이미지 처리 결과를 토대로 검사광의 포커싱 여부를 판단한다면, 포커싱 여부의 판단까지 소요되는 시간이 길어져 검사대상의 생산속도를 느리게 만든다.

이러한 문제를 방지하기 위해, 이미징용 광학계(100)로는 검사광 뿐만 아니라 모니터링광도 함께 입사하며, 검사광은 검사 대상으로 포커싱되며 검사를 진행하며, 그와 동시에 모니터링광 역시 검사 대상으로 조사되며 검사광의 온전한 포커싱 여부를 모니터링할 수 있도록 한다. 모니터링광은 다시 반사되거나 별도의 경로로 분기되어 센싱됨에 따라, 모니터링될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 검사광과 모니터링광은 서로 상이한 파장대역을 갖는다. 양 광은 서로 다른 파장대역을 가지며, 검사광의 파장대역이 UV-C 대역이기 때문에, 광흡수로 인해 사용 가능한 광학부품의 종류가 제한된다. 양 광이 광학부품을 거치는 상황에서 색수차는 큰 값의 동일한 개구수(NA)를 가지고 포커싱되는 경우, 색수차를 줄이기 위해서는 매우 많은 수의 광학 부품이 배치되어야만 한다. 이미징용 광학계(100)는 굴절광학군(110)을 이용하여 양 광의 광 경로 상에서 포커싱되는 위치를 달리 조정함으로써, 유효 초점거리(EFL: Effective Focal Length)를 상이하게 하여, 포커싱되는 광의 개구수(NA)는 다르지만 동일한 지점에서 양 광이 최종적으로 포커싱되도록 조정한다.

굴절광학군(110)은 입사되는 광을 굴절시켜, 반사굴절광학군(120) 내로 진입시키며, 파장에 따라 굴절광학군(110)과 반사굴절광학군(120) 사이 또는 반사굴절광학군(120) 내에서 입사광이 일차적으로 포커싱되도록 한다. 이는 후단의 반사굴절광학군(120)과 결합하여 전체 광학계의 색수차를 보정하기 위함이다.

굴절광학군(110)은 조리개(111), 제1 내지 제5 렌즈(112 내지 116) 및 필드 렌즈(117)를 포함한다.

조리개(111)는 굴절광학군(110)으로 광이 입사되는 방향으로 최초로 배치되어, 굴절광학군(110)으로 입사되는 광의 면적이나 형태를 조정한다. 조리개(111)는 필요에 따라 적절한 형태나 사이즈를 갖는 것으로 교체될 수 있어, 굴절광학군(110)으로 입사되는 광의 면적이나 형태를 조정한다.

제1 내지 제5 렌즈(112 내지 116)는 조리개(111)를 통과한 광을 입사받아, (굴절광학군으로 광이 입사되는 방향으로) 필드 렌즈(117) 너머에 일차적으로 광이 포커싱되도록 한다. 제1 내지 제5 렌즈(112 내지 116)를 거친 검사광은 굴절광학군(110) 및 반사굴절광학군(120) 사이에 일차적으로 포커싱되며, 모니터링광은 반사굴절광학군(120) 내에 일차적으로 포커싱된다.

제1 렌즈(112)는 굴절광학군(110)으로 광이 입사되는 방향으로 조리개(111)의 후방에 배치된다. 제1 렌즈(112)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 -8.3800mm와 12.6100mm의 곡률 반지름을, 2.0000mm의 두께를 갖는다.

한편, 제1 렌즈(112)는 불화물 유리 소재로 구현될 수 있다. 특히, 제1 렌즈(112)는 불화칼슘(CaF₂)으로 구현될 수 있다. 불화물 유리는 UV-C 영역의 광에 대한 흡수율이 상대적으로 다른 성분보다 낮은 특성을 갖는다. 다만, 불화물 유리는 고유의 복굴절을 갖기 때문에, 최종적으로 형성되는 이미지의 품질을 저하시키는 문제를 발생시킬 수 있다. 이에, 굴절광학군(110) 내 하나가 배치(제1 렌즈)되고, 반사굴절광학군(120) 내에도 하나가 배치되며 복굴절을 보상한다. 또한, 제1 렌즈(112)는 복굴절의 보상을 위해 광축은 일치되는 상태에서 회전되어야 할 필요가 존재한다. 이에, 제1 렌즈(112)가 용이하게 회전할 수 있도록, 굴절광학군(110) 내에서 최초로 배치된다.

제2 내지 제5 렌즈(113 내지 116)는 각각 굴절광학군(110)으로 광이 입사되는 방향으로 제1 렌즈(112)의 후방에 순차적으로 배치된다. 각 렌즈(113 내지 116)는 불화물 유리 소재와는 별개로 UV-C 영역의 광에 대한 흡수율이 상대적으로 낮은 특성을 갖는 용융 실리카(Fused Silica)로 구현된다.

제2 렌즈(113)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 19.6400mm와 -13.2700mm의 곡률 반지름을, 4.2000mm의 두께를 갖는다.

제3 렌즈(114)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 23.3500mm와 -37.2920mm의 곡률 반지름을, 3.8000mm의 두께를 갖는다.

제4 렌즈(115)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 5.1000mm와 -6.3100mm의 곡률 반지름을, 4.7000mm의 두께를 갖는다.

제5 렌즈(116)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 -7.8400mm와 3.5000mm의 곡률 반지름을, 2.0000mm의 두께를 갖는다.

각 렌즈(112 내지 116)가 전술한 특성을 갖기 때문에, 굴절광학군(110)으로 입사한 검사광 또는 모니터링광은 전술한 위치로 일차적으로 포커싱된다. 검사광 또는 모니터링광이 필드 렌즈(117)의 후방에 일차적으로 포커싱됨에 따라, 반사굴절광학군(120)으로 진입하거나 기 진입한 광의 발산각이 작아질 수 있다, 이에 따라, 반사굴절광학군(120)의 전체 크기(지름)가 커지지 않더라도 최종적으로 포커싱될 광의 개구수(NA)가 커질 수 있다.

필드 렌즈(117)는 각 렌즈(112 내지 116)를 거친 광이 일차적으로 포커싱되기 이전의 위치에 배치된다. 필드 렌즈(117)는 해당 위치에 배치되어, 각 렌즈(112 내지 116) 및 필드 렌즈(117)가 형성하는 광축과 각도를 이루며 필드 렌즈(117)로 입사하는 광의 방향을 변화시키며, 포커싱 정도를 조정한다. 광축과 각도를 이루며 입사하는 광은 비네팅(Vignetting) 효과를 불러올 수 있다. 이러한 문제를 방지하고 자신을 통과하는 광의 포커싱 정도를 조정하고자, 필드 렌즈(117)가 전술한 위치에 배치된다.

필드 렌즈(117)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 11.1800mm와 -11.1800mm의 곡률 반지름을, 3.4000mm의 두께를 갖는다.

반사굴절광학군(120)은 굴절광학군(110)을 거쳐 입사되는 광을 반사 및 굴절시키며, 일 초점으로 양 광을 포커싱한다. 반사굴절광학군(120)은 제6 렌즈(121), 제7 렌즈(124) 및 제8 렌즈(128)를 포함한다.

제6 렌즈(121)는 양 끝단이 제8 렌즈(128)를 향해 휜 형태(굴절광학군(110)을 거친 광이 반사굴절광학군(120)으로 진입하는 방향으로 볼록한 형태)를 갖는다. 제6 렌즈(121)는 제7 렌즈(124) 내 볼록 거울(126)로부터 반사된 반사광이 다시 반사될 수 있도록, 외곽면(굴절광학군을 거친 광이 입사하는 방향으로의 외곽면)은 거울면(123)으로 형성된다. 제6 렌즈(121)의 외곽면이 거울면(123)으로 형성됨에 따라, 볼록 거울(126)로부터 반사된 광이 제7 렌즈(124) 및 제8 렌즈(128)를 거쳐 일 초점으로 포커싱될 수 있도록 한다.

제6 렌즈(121)는 굴절광학군을 거친 광이 입사하는 방향으로의 외곽면에 거울면(123)을 포함한다. 해당 외곽면에 거울면(123)을 포함함에 따라, 볼록 거울(126)로부터 반사된 광이 보다 많은 경로를 거쳐 거울면(123)에서 반사될 수 있도록 하여, 최종적으로 포커싱될 광의 개구수가 증가할 수 있다. 개구수의 증가는 검사광의 분해능을 향상시키는 요소에 해당한다. 이에 따라, 이미징용 광학계(100)는 간단한 구성만으로도 검사광의 분해능을 향상시킬 수 있다.

제6 렌즈(121)는 전술한 대로 외곽면에 거울면(123)을 포함한다. 이에, 굴절광학군(110)을 거친 광이 제6 렌즈(121)의 외곽면에 의해 반사되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 제6 렌즈(121)는 내부, 보다 구체적으로, 필드 렌즈(117)를 거쳐 광이 입사되는 광축에 중공(122)을 포함하여, 굴절광학군(110)을 거친 광이 제6 렌즈(121) 내부로 입사될 수 있도록 한다. 전술한 대로, 검사광 또는 모니터링광은 굴절광학군 내 제1 내지 제5 렌즈(112 내지 116)을 거치며 필드 렌즈(117)의 후단에서 일차적으로 포커싱되기 때문에, 제6 렌즈(121)를 통과하는 광의 발산각은 크지 않을 수 있다. 이에 따라, 제6 렌즈(121) 내 중공(122)의 크기는 작아질 수 있다.

제6 렌즈(121)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 44.7040mm와 31.3600mm의 곡률 반지름을, 8.5000mm의 두께를 갖는다.

제7 렌즈(124)는 광이 입사하는 방향으로 제6 렌즈(121)의 후방에 배치되어, 굴절광학군(110)을 거친 광을 반사시키고, 제6 렌즈의 거울면(123)에서 반사되어 자신으로 입사하는 광을 투과시킨다.

제7 렌즈(124)는 제1 렌즈(112)와 마찬가지로, 불화물 유리소재로 구현된다. 제1 렌즈(112)와 함께 제7 렌즈(124)가 불화칼슘(CaF2)과 같은 불화물 유리 소재로 구현되어 반사굴절광학군(120)에 배치됨에 따라, 복굴절 등의 문제를 보상하고, 굴절광학군(110)과 반사굴절광학군(120)의 색수차 밸런스를 맞추면서, 색수차 등의 문제를 해소한다.

제7 렌즈(124) 내 광축 상에 볼록거울(126)이 배치된다. 볼록거울(126)은 제7 렌즈(124) 내에 광축에 배치되어, 제6 렌즈(121)의 중공(122)을 거친 광을 제6 렌즈(121)로 반사시킨다. 볼록거울(126)이 자신으로 입사되는 광을 반사시키기 때문에, 볼록거울(126)에서 반사된 광은 제6 렌즈(121)를 향해 발산하며 진행한다.

제6 렌즈(121)의 거울면(123)에서 반사된 광은 다시 제7 렌즈(124)로 입사한다. 제7 렌즈(124)로 입사되는 광은 제7 렌즈(124)를 거치며 다시 발산하며 진행하게 된다.

제7 렌즈(124)는 검사광의 입사 방향을 기준으로 각각 124.9700mm의 곡률 반지름과 평면을 가지며, 광축상에서 두 면의 중심간 거리는 5.9000mm이다. 또한, 제7 렌즈(124)에 배치된 볼록거울(126)의 곡률 반지름은 14.8000mm이며, 124.9700mm의 곡률 반지름을 갖는 제7 렌즈의 첫번째 면과 광축상 거리는 5.0000mm이다.

제8 렌즈(128)는 양 끝단이 포커싱될 지점을 향해 휜 형태(제7 렌즈를 거친 광이 제8 렌즈로 진입하는 방향으로 볼록한 형태)를 갖는다. 제8 렌즈(128)는 자신으로 입사하는 광을 발산시켜, 포커싱될 광의 개구수를 증가시킨다.

제8 렌즈(128)는 검사광의 입사방향을 기준으로 각각 15.3200mm과 17.7100mm의 곡률 반지름을, 8.0000mm의 두께를 갖는다.

이미징용 광학계(100)가 전술한 광학구성을 포함하는 굴절광학군(110) 및 반사굴절광학군(120)을 포함함에 따라, 이미징용 광학계(100) 및 그를 통과하는 광은 다음과 같은 특성을 가질 수 있다.

	검사광	모니터링광
시야각(FoV)	0.16mm
유효 초점거리(EFL)	4mm	4.81mm
배율(Mag.)	50x 내외
개구수(Na)	0.8	0.7
TTL(Total Top Length)	95mm
WD(Working Distance)	6.5mm
왜곡(Distortion)	-0.002%
구경/크기	최대 50mm

양 광의 유효 초점거리(EFL)가 다르기에, 서로 다른 파장대역을 갖는 검사광과 모니터링광이 광학계로 입사되더라도 색수차 없이 동일한 지점에 포커싱될 수 있다. 검사광은 기 설정된 기준치 이상의 개구수를 가지며(기 설정된 기준치 이상의 분해능을 가지며) 포커싱될 수 있다. 또한, 이미징용 광학계(100)는 양 광의 특성을 전술한 대로 갖도록 함에도, 통상의 렌즈 또는 광학계의 TTL, WD 및 구경과 대동소이한 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

검사광과 모니터링광이 광학계로 입사되더라도 색수차 없이 동일한 지점에 포커싱되는 과정은 도 2에 도시되어 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계를 거치며 검사광이 진행하는 경로를 도시한 도면이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계를 거치며 모니터링광이 진행하는 경로를 도시한 도면이다.

도 2a를 참조하면, 검사광은 굴절광학군(110)을 거치며 필드 렌즈(117)를 지나 일차적으로 포커싱된다. 이때, 검사광은 일차적으로 필드렌즈(117)를 거쳐 제6 렌즈(121)의 중공(122) 사이에 포커싱된다. 검사광은 이후 다시 발산하며 제7 렌즈(124)로 진행하고, 제7 렌즈(124) 내 볼록 거울(126)로부터 반사되어 제6 렌즈(121)로 진행한다. 검사광은 제6 렌즈(121)의 거울면(123)에서 반사되며, 제6 렌즈(121), 제7 렌즈(124) 및 제8 렌즈(128)을 거쳐 포커싱된다. 전술한 바와 같이, 볼록 거울(126)에서 반사되는 점 및 거울면(123)에서 반사되며, 제6 렌즈(121)/제7 렌즈(124)/제8 렌즈(128)를 모두 거치며 발산하는 점에서, 검사광은 상당히 큰 개구수를 가지며 포커싱될 수 있다.

도 2b를 참조하면, 모니터링광 역시, 검사광과 동일한 경로를 거치며 포커싱된다. 다만, 모니터링광은 일차적으로 포커싱됨에 있어, 제6 렌즈(121)의 중공(122)을 너머 제6 렌즈(121)와 제7 렌즈(124)의 사이에서 일차적으로 포커싱된다. 모니터링광이 검사광과 상이한 지점에서 일차적으로 포커싱되고 검사광과 유효초점거리를 달리함에 따라, 필연적으로 각 광학구성에 의해 색수차가 발생하더라도 모니터링광이 검사광과 동일한 지점에 포커싱될 수 있도록 한다. 이에 따라, 이미징용 광학계(100)는 모니터링광의 초점과 검사광의 초점 간의 거리만큼 전체 광학계를 이동하여 검사광의 초점을 피사체에 맞추는 절차가 필요 없어, 더욱 신속하게 검사를 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징용 광학계의 MTF 곡선을 도시한 그래프이다.

MTF(Modulation Transfer Function)은 광학 렌즈 또는 광학계의 해상도를 정량적으로 나타내는 지표 중 하나로서 1에 가까울수록 해당 광학렌즈나 광학계는 우수한 특성을 갖는 것이라 볼 수 있다.

다만, 광학 구성들의 회절의 이론적 한계로 인해 이상적으로 MTF 값이 1이 될 수는 없으며, 도 3에 도시된 바와 같이 회절 한계치가 존재한다.

이미징용 광학계(100)는 회절 한계치에 해당하는 MTF 값과 상당히 근접함을 확인할 수 있다. 즉, 이미징용 광학계(100)는 전술한 구성을 포함함에 따라, 고 분해능을 구현할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 이미징용 광학계
110: 굴절광학군
111: 조리개
112 내지 116, 121, 124, 128: 렌즈
117: 필드 렌즈
120: 반사굴절광학군
122: 중공
123: 거울면
126: 볼록 거울

Claims

검사 대상으로 검사광 및 모니터링광을 포커싱하는 이미징용 광학계에 있어서,
검사광 및 모니터링광을 입사받아 서로 다른 위치에 일차적으로 포커싱하는 굴절광학군; 및
상기 굴절광학군을 거친 검사광 및 모니터링광을 반사 및 굴절시키며, 양 광을 일 초점으로 포커싱하는 반사굴절광학군을 포함하며,
검사광 및 모니터링광은 UV-C 파장대역 내에서 서로 다른 파장대역을 가지고,
상기 굴절광학군 내에서 최초로 배치되는 렌즈가 불화물 유리 소재로 구현되고,
상기 반사굴절광학군 내에서 상기 굴절광학군을 거친 광을 반사시키고, 상기 반사굴절광학군 내 렌즈의 거울면에서 반사되어 자신으로 입사하는 광을 투과시키는 렌즈가 불화물 유리 소재로 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 검사광은,
193nm를 기준으로 기 설정된 오차범위를 갖는 파장대역의 광인 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 모니터링광은,
266nm를 기준으로 기 설정된 오차범위를 갖는 파장대역의 광인 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 굴절광학군은,
조리개, 복수의 렌즈 및 필드 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제4항에 있어서,
상기 복수의 렌즈는,
상기 검사광 및 모니터링광을, 상기 굴절광학군으로 광이 입사되는 방향으로 상기 필드 렌즈보다 먼 위치에 일차적으로 포커싱하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제5항에 있어서,
상기 복수의 렌즈는,
상기 모니터링광을 상기 검사광보다 더 먼 위치에 일차적으로 포커싱하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 반사굴절광학군은,
복수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제7항에 있어서,
상기 복수의 렌즈 중 상기 굴절광학군으로부터 상기 반사굴절광학군으로 광이 입사되는 방향으로 최초에 배치되는 제1 렌즈는 외곽면에 거울면을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
제8항에 있어서,
상기 제1 렌즈는,
내부에 중공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.
검사 대상으로 검사광 및 모니터링광을 포커싱하는 이미징용 광학계에 있어서,
검사광 및 모니터링광을 입사받아 서로 다른 위치에 일차적으로 포커싱하는 굴절광학군; 및
상기 굴절광학군을 거친 검사광 및 모니터링광을 반사 및 굴절시키며, 양 광을 일 초점으로 포커싱하는 반사굴절광학군을 포함하며,
검사광 및 모니터링광은 UV-C 파장대역 내에서 서로 다른 파장대역을 가지고,
상기 굴절광학군 내 일 렌즈와 상기 반사굴절광학군 내 일 렌즈는 각각 불화물 유리 소재로 구현되며,
상기 굴절광학군은 제1 내지 제5렌즈 중 일부 또는 전부를 포함하고,
상기 반사굴절광학군은,
양 끝단이 포커싱될 지점을 향해 휜 형태를 갖는 제8렌즈;
양 끝단이 상기 제8렌즈를 향해 휜 형태를 가지며, 중공을 포함하고, 일면에 거울면을 포함하는 제6렌즈; 및
광이 입사하는 방향으로 상기 제6렌즈의 후방에 배치되어, 상기 굴절광학군을 거친 광을 반사시키고, 상기 제6렌즈의 거울면에서 반사되어 자신으로 입사되는 광을 투과시키는 제7렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징용 광학계.