KR20230169264A - 소형 광학 현미경, 광학 현미경을 포함하는 측정 장치, 및 측정 장치를 포함하는 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치 - Google Patents

소형 광학 현미경, 광학 현미경을 포함하는 측정 장치, 및 측정 장치를 포함하는 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치 Download PDF

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KR20230169264A KR1020237038685A KR20237038685A KR20230169264A KR 20230169264 A KR20230169264 A KR 20230169264A KR 1020237038685 A KR1020237038685 A KR 1020237038685A KR 20237038685 A KR20237038685 A KR 20237038685A KR 20230169264 A KR20230169264 A KR 20230169264A
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하메드 사데기안 마르나니
타라스 피스퀴노프
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니어필드 인스트루먼트 비.브이.
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Abstract

광학 현미경(1)은 물체 평면(5)에 있는 물체에 대한 이미지 평면(3)에서의 이미지를 제공하도록 구성된다. 상기 광학 현미경은 상기 물체 평면으로부터 상기 이미지 평면에 이르는 광축(6)을 따라 순서대로 제1 렌즈(7), 제2 렌즈(11) 및 제3 렌즈(14)를 구비한다. 상기 제1 렌즈(7)는 상기 물체 평면 측에 제1 렌즈면(8) 및 상기 이미지 평면 측에 제2 렌즈면(9)을 가지되, 상기 제1 렌즈면(8)은 제1 반-반사 코팅(10)을 가진다. 상기 제2 렌즈(11)는 상기 물체 평면 측에 제 3 렌즈면(12) 및 상기 이미지 평면 측에 제 4 렌즈면(13)을 가진다. 상기 제3 렌즈(14)는 상기 물체 평면 측에 제5 렌즈면(15)과 상기 이미지 평면 측에 제6 렌즈면(16)을 가지되, 상기 제6 렌즈면(16)은 제2 반-반사 코팅(17)을 가진다.
상기 광학 현미경은 사이즈가 작고, 낮은 왜곡과 낮은 필드 곡률로 전체 시야에 걸쳐 회절 제한 성능(MTF)을 제공한다.

Description

소형 광학 현미경, 광학 현미경을 포함하는 측정 장치, 및 측정 장치를 포함하는 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치
본 발명은 소형 광학 현미경, 광학 현미경을 포함하는 측정 장치, 및 측정 장치를 포함하는 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치에 관한 것이다.
광학 현미경은 다양하게 응용된다. 그 중 한 가지 예로 반도체 제조시 위치 측정에 사용된다. 일반적으로, 제조되는 웨이퍼에는 웨이퍼상의 미리 정해진 위치를 갖는 마크가 제공된다. 광학 현미경이 장착된 측정 장치는 기준 리소그래피 마스크에 대해 웨이퍼를 정렬하도록 포지셔닝 장치를 제어하기 위한 위치 신호를 제공한다. 측정 장치는 위치 신호를 렌더링하기 위한 디지털 카메라와 디지털 이미지 처리 장치를 포함한다.
중국 특허 출원 CN210005782는 물체 평면의 물체를 이미지 평면의 이미지로 다중 뷰 병렬 이미징하기 위한 대물 렌즈 어레이를 개시하고 있다. 어레이의 각 요소는 물체 평면측의 제1 렌즈 어레이에 위치한 제1 렌즈와 이미지 평면측의 제2 렌즈 어레이에 위치한 제2 렌즈를 가지는 현미경 대물렌즈 유닛을 포함한다. 이미지 평면을 향하는 제2 렌즈의 표면 뿐만 아니라 물체 표면을 향하는 제1 렌즈의 표면에는 반투과 코팅이 제공된다. 이를 구비한 광학 현미경은 시스템의 짧은 트랙 전체, 즉 이미지 평면과 물체 평면 사이의 거리의 렌더링을 가능케 한다.
상기 공지된 광학 현미경에서 현미경 대물렌즈 유닛 각각은 이의 광학 축에 가까운 이미지를 제공하도록 구성된다. 그러나 개별 현미경 대물렌즈 유닛은 광시야각에서 허용 가능한 품질의 이미지를 제공하는 데는 적합하지 않다. 광시야란 물체 평면에서 최소 1mm x 1mm의 시야로 정의된다. 따라서, 시스템의 전체 트랙이 상대적으로 짧으면서도 물체에 대해 질적으로 수용 가능한 광시야 이미지를 제공할 수 있는 광학 현미경이 필요하다.
추가적인 배경 정보로서, US 2020/183142는 광원, 샘플, 현미경 이미징 대물렌즈 시스템, 획득 시스템, 및 워크스테이션을 포함하는 광시야 다중 스케일 고해상도 현미경 이미징 시스템을 개시하고 있다. 현미경 이미징 대물렌즈 시스템은 광원에서 방출된 광선이 샘플에 조사된 후 이미지를 형성하는 데 사용된다. 광시야 곡면 이미지 플래너를 얻기 위해, 상기 획득 시스템에는 곡면 형태의 이미지 평면의 서브필드 획득을 위한 획득 렌즈 어레이와 2차 이미징을 위한 카메라 어레이가 포함된다. 상기 워크스테이션은 획득된 이미지를 중첩된 시야각에서 분석하고 시야각에 따라 이미지 슬라이싱을 수행하여 최종적으로 광시야 고해상도 이미지를 획득하는 데 사용된다.
또한 US 2014/226203은 제1 반사-굴절 그룹, 제2 반사-굴절 그룹, 및 서로 축 정렬로 배치된 렌즈 그룹을 포함하는 반사-굴절 시스템을 개시하고 있음에 주목할 필요가 있다. 제1 반사-굴절 그룹은 입력면, 1차 반사면, 2차 반사면 및 출력면을 갖는 솔리드 렌즈를 포함한다. 1차 반사면은 2차 반사면으로 오목한 곡면이다. 입력면을 통해 입사된 광속은 출력면을 통해 나가기 전에 1차 반사면과 2차 반사면 사이에서 두 번 이상 반사된다. 1차 반사면과 2차 반사면 중 적어도 하나는 연속적이고 매끄러운 토폴로지 프로파일을 가진다.
위에서 언급한 요구 사항을 해결하기 위해, 본 개시의 제 1 측면에 따라, 상기 물체 평면으로부터 상기 이미지 평면에 이르는 광축을 따라 순서대로:
상기 물체 평면 측에 제1 렌즈면 및 상기 이미지 평면 측에 제2 렌즈면을 가지되 상기 제1 렌즈면은 제1 반-반사 코팅을 가지는 제1 렌즈;
상기 물체 평면 측에 제 3 렌즈면 및 상기 이미지 평면 측에 제 4 렌즈면을 가지는 제 2 렌즈; 및
상기 물체 평면 측에 제5 렌즈면과 상기 이미지 평면 측에 제6 렌즈면을 가지되, 상기 제6 렌즈면은 제2 반-반사 코팅을 가지는 제3 렌즈를 구비하는 광학 현미경이 제공된다.
제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하는 광학 현미경에서, 물체 평면에서 출발한 광선은 제2 반-반사 코팅에 대해 실질적으로 직교하는 입사각을 가진다. 특히, 물체 평면에서 출발하여 제 2 반-반사 코팅에 처음으로 입사하는 광선의 입사각은 제 2 반-반사 코팅의 표면 법선에서 2.6도 보다 더 많이 벗어나지 않는다.
본 개시에서 명백하게 알 수 있듯이, 이를 구비한 소형 광학 현미경은 낮은 왜곡 및 낮은 필드 곡률로 전체 시야에 걸쳐 회절 제한 성능(MTF)을 달성한다.
본 개시의 제2 측면에 따라, 제1 측면에 따른 광학 현미경의 실시예를 포함하고, 또한 광학 현미경의 이미지 평면에 배치되어 광학 현미경의 이미지 평면 내의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호를 출력하는 디지털 카메라 및 디지털 이미지 신호를 처리하고 이미지 내의 이미지 특징의 위치를 나타내는 이미지 특징 위치 신호를 출력하는 디지털 이미지 처리 장치를 더 포함하는 측정 장치가 제공된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 광학 현미경은 3 내지 7 범위의 배율(M)을 가진다. 이 범위는 특히 디지털 이미지 센서와 함께 광학 현미경을 사용하기 위한 것이다.
본 개시의 제 3 측면에 따라, 웨이퍼를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 장치와 제 2 측면에 따른 측정 장치를 포함하는 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치가 제공된다. 위치가 결정될 이미지 특징은 웨이퍼 상의 마커의 이미지이고, 상기 포지셔닝 장치는 이미지 특징 위치 신호를 사용하여 웨이퍼를 포지셔닝하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체 평면(5)에 있는 물체에 대한 이미지 평면(3)에서의 이미지를 제공하도록 구성된 광학 현미경(1) 있어서, 상기 물체 평면으로부터 상기 이미지 평면에 이르는 광축(6)을 따라 순서대로: 상기 물체 평면 측에 제1 렌즈면(8) 및 상기 이미지 평면 측에 제2 렌즈면(9)을 가지는 제1 렌즈(7); 상기 물체 평면 측에 제 3 렌즈면(12) 및 상기 이미지 평면 측에 제 4 렌즈면(13)을 가지는 제 2 렌즈(11); 및 상기 물체 평면 측에 제5 렌즈면(15)과 상기 이미지 평면 측에 제6 렌즈면(16)을 가지는 제3 렌즈(14)를 구비하고, 상기 제1 렌즈면(8)은 제1 반-반사 코팅(10)을 가지며, 상기 제6 렌즈면(16)은 제2 반-반사 코팅(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 항에 있어서, 상기 제1 렌즈(7) 및 상기 제3 렌즈(14)는 양의 초점 거리를 가지고, 상기 제2 렌즈(11)는 음의 초점 거리를 가자는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제1 렌즈(7)와 상기 제2 렌즈(11) 사이의 거리가 상기 제2 렌즈(11)와 상기 제3 렌즈(14) 사이의 거리의 1/3 미만임을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면제1 항, 제2 항 또는 제3 항에 있어서, 3 내지 7의 범위에 있는 배율(M)을 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 4 항에 있어서, 상기 배율(M) 및 다음과 같은 관계를 가지는 이미지 대각선(sd)에 의해 결정되는 시스템 초점 거리(fs)를 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈(7), 상기 제 2 렌즈(11) 및 상기 제 3 렌즈(14) 각각은 다음과 같은 관계에 의해 상기 시스템 초점 거리(fs)와 관련되는 초점 거리(f1, f2 및 f3)을 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서, 상기 물체면(5)으로부터 나와서 상기 제 2 반-반사 코팅(17)에 처음으로 입사되는 광선(r01)의 입사각은 상기 제 2 반-반사 코팅(17)의 표면 법선(17n)으로부터 2.6도 보다 크게 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 렌즈(7), 상기 제2 렌즈(11) 및 상기 제3 렌즈(14)가 1.45 내지 1.55 범위의 굴절률을 갖는 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제8 항에 있어서, 상기 제1 렌즈(7), 상기 제2 렌즈(11) 및 상기 제3 렌즈(14)는 1.50 내지 1.52 범위의 굴절률을 갖는 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 렌즈의 물질은 60 내지 70 범위의 d-라인에 대한 아베(Abbe) 수를 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 렌즈(7)의 두께(t1), 상기 제2 렌즈(11)의 두께(t2) 및 상기 제3 렌즈(14)의 두께(t3)가 상기 이미지 평면(3)의 대각선 크기(sd)와 다음과 같이 관련됨을 특징으로 하는 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서, 상기 물체 평면과 상기 제1 렌즈면(8) 사이의 거리(dO1), 상기 제2 렌즈면(9)과 상기 제3 렌즈면(12) 사이의 거리(d12), 상기 제4 렌즈면(13)과 상기 제5 렌즈면(15) 사이의 두께(d23) 및 상기 제6 렌즈면(16)과 상기 이미지 평면(3) 사이의 거리(d3I)가 다음과 같이 상기 이미지 평면(3)의 대각선 크기(sd)와 관련됨을 특징으로 하는 상기 광학 현미경(1)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 장치(21)에 있어서, 전술한 청구항 중 어느 하나에 따른 광학 현미경(1)을 포함하고, 상기 광학 현미경의 이미지 평면에 배치되어 상기 광학 현미경의 상기 이미지 평면의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호(22)를 출력하는 디지털 카메라(19)와 상기 디지털 이미지 신호를 처리하여 상기 이미지 내의 이미지 특징의 위치를 나타내는 이미지 특징 위치 신호(28)를 출력하는 디지털 이미지 처리 장치(23)를 더 포함함을 특징으로 하는 측정 장치(21)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치에 있어서, 제 13항에 따른 웨이퍼(27)를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 장치(26)와 측정 장치(21)를 포함하고, 이미지 특징(25)은 상기 웨이퍼 상의 마커의 이미지이고, 상기 포지셔닝 장치(26)는 이미지 특징 위치 신호(28)를 사용하여 상기 웨이퍼(27)를 포지셔닝하도록 구성됨을 특징으로하는 웨이퍼 위치 결정 측정 장치가 제공될 수 있다.
소형 광학 현미경은 낮은 왜곡 및 낮은 필드 곡률로 전체 시야에 걸쳐 회절 제한 성능(MTF)을 달성할 수 있다.
이러한 측면 및 그 외 측면은 도면을 참조하여 더 자세히 설명한다.
도 1A 및 1B는 제 1 측면에 따른 광학 현미경의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 제1 측면에 따른 광학 현미경의 실시예를 포함하는 제2 측면에 따른 측정 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 제2 측면에 따른 측정 장치의 실시예를 포함하는 제3 측면에 따른 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4A 내지 도 4D는 제 1 측면에 따른 광학 현미경의 제 1 실시예의 성능을 도시한다.
도 5A 내지 도 5D는 제 1 측면에 따른 광학 현미경의 제 1 실시예의 성능을 도시한다.
도 6A 내지 도 6D는 제 1 측면에 따른 광학 현미경의 제 1 실시예의 성능을 도시한다.
도 1A 및 도 1B는 배율이 M=5인, 본 개시에 따른 광학 현미경(1)의 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 광학 현미경(1)은 광축(6)을 따라 물체 평면(5)에서 이미지 평면(3)에 이르는 순서대로 제1 렌즈(7), 제2 렌즈(11) 및 제3 렌즈(14)를 포함한다. 제1 렌즈(7)는 물체 평면(5)을 향하는 제1 렌즈면(8)과 이미지 평면(3)을 향하는 제2 렌즈면(9)을 가진다. 제 2 렌즈(11)는 물체 평면(5)을 향하는 제 3 렌즈면(12)과 이미지 평면(3)을 향하는 제 4 렌즈면(13)을 가진다. 제 3 렌즈(14)는 물체 평면(5)을 향하는 제 5 렌즈면(15)과 이미지 평면(3)을 향하는 제 6 렌즈면(16)을 가진다. 제1 렌즈(7)의 제1 렌즈면(8)에는 반-반사 코팅이 제공된다. 또한 제3 렌즈(14)의 제6 렌즈면(16)에는 반사 코팅이 제공된다.
사용 시, 광학 현미경은 물체 평면(5)의 물체에 대한 이미지 평면(3)의 이미지를 제공한다.
도 1A는 광축이 교차되는 물체 평면의 위치(O0)에서 시작되는 광 경로를 예시한다. 이 위치는 물체 평면의 원점으로 표시된다. 원점(O0)의 이미지는 이미지 평면(3)의 원점(I0)에 매핑된다. 도 1B는 원점(O0)에서 0.7mm 위에 있는 위치(O1)에서 시작되는 광 경로를 예시한다. 위치(O1)의 이미지는 이미지 평면(3)의 위치(I1)에 매핑된다.
도 1A 및 도 1B에 더 도시된 바와 같이, 물체 평면의 위치(O0, O1)에서 각각 출발하는 광선(r00, r10)은 제1 렌즈(7)의 제1 반-반사 코팅(10)을 통해 투과되어 제1 렌즈(7) 및 제2 렌즈(11)를 통해 제3 렌즈(14)를 향한 광선(r01, r11)로서 투과되고, 제3 렌즈(14)의 제6 렌즈면(16) 상의 제2 반-반사 코팅(17)에서 광선(r02, r12)로서 반사된다.
도 1A 및 도 1B에 더 도시된 바와 같이, 그 후 광선(r02, r12)는 제3 렌즈(14), 제2 렌즈(11) 및 제1 렌즈(7)를 통해 투과되어 제1 렌즈(7)의 제1 렌즈면(8)에 있는 제1 반-반사 코팅(10)에서 반사된다. 반사된 광선은 다시 제1 렌즈(7) 및 제2 렌즈(11)를 통해 광선(r03, r13)으로서 제3 렌즈(14)를 통해 이미지 평면으로 전송된다. 제1 반-반사 코팅(10) 또한 광선(r00, r10)의 일부를 반사하고 광선(r02, r12)의 일부를 투과할 것이라는 점에 유의한다. 마찬가지로, 제 2 반-반사 코팅(17)은 광선(r01, r11)의 일부를 투과하고 광선(r03, r13)의 일부를 반사할 것이다. 명확성을 위해, 이는 도 1A에 도시되지 않는다.
제1 렌즈(7), 제2 렌즈(11) 및 제3 렌즈(14)는 제2 반-반사 코팅(17)의 표면 법선(17n)에 대한 광선(r01)의 입사각(a)이 2.6도 보다 작아서, 반사된 광선(r02, r12)이 광선(r01, r11)에 대해 방사상으로 약간 바깥쪽 방향에 있도록 구성된다. 이로 인해, 낮은 왜곡과 낮은 필드 곡률로 전체 시야에 걸쳐 회절 제한 성능(MTF)을 달성한다.
도 2는 본원에 개시된 광학 현미경(1)의 실시예를 구성하는 측정 장치(21)를 개략적으로 도시한 도면이다. 광학 현미경(1)의 이미지 평면(3)에는 광학 현미경의 이미지 평면(3)의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호(22)를 출력하는 디지털 카메라(19)가 배치되어 있다. 또한, 측정 장치(21)는 디지털 이미지 신호(2)를 처리하여 이미지 내의 이미지 특징의 위치를 나타내는 이미지 특징 위치 신호(28)를 출력하는 디지털 이미지 처리 장치(23)를 포함한다.
도 3은 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치(20)를 도시한 것으로, 웨이퍼(27)의 위치를 측정하기 위한 포지셔닝 장치(26)와 도 2에 도시된 측정 장치(21)와 같은 측정 장치(21)를 포함한다. 이미지 특징(25)은 웨이퍼의 표면(30) 상의 마커(29-1, ..., 29-n)의 이미지이고, 포지셔닝 장치(26)는 이미지 특징 위치 신호(28)를 사용하여 웨이퍼 캐리어(32) 상의 기준점(31)에 대하여 웨이퍼(27)를 위치시키도록 구성된다. 도시된 예에서, 광학 현미경(1)은, 웨이퍼(27)를 향하는 일측에 디지털 카메라(19)가 있고 그리드(36)가 제공되는 그리드 플레이트(35)를 향하는 인코더(34)를 더 수용하는 헤드(33)에 수용된다. 작동 시, 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치는 웨이퍼의 모든 마커를 찾아 "웨이퍼 맵"을 생성하도록 구성된다. 이에 따라 그리드 플레이트(35) 인코더 조합을 보정할 수 있다.
하기에 광학 현미경(1)의 예시적인 실시예들이 보다 상세하게 제시되어 있다. 이들 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 렌즈는 1.50 내지 1.52 범위의 굴절률과 d 라인에 대해 60 내지 70 범위의 아베(Abbe) 수를 가지는 물질로 구성된다. 테스트 결과는 0.47 내지 0.49μm 범위의 파장을 사용하여 제공되었다.
예시 1
첫째 예시에서, 시스템 초점 거리(fs)는 9.1mm이고 시스템 배율 (M)은 3이다. 제1, 제2 및 제 3 렌즈는 각각의 초점 거리는 f1=39.17mm, f2=-46.81mm 및 f3=27.74mm이다. 이 예시에서, 제1 렌즈(7)는 두께가 3mm이고, 곡률 반경이 각각 -26.17mm 및 -11.94mm인 제1 렌즈면(8) 및 제2 렌즈면(9)을 가진다. 이 예 및 다른 예들에서 음의 부호는 물체 평면(5) 측에서 관찰된 렌즈면이 오목함을 나타내기 위해 사용된다는 점에 유의한다. 제2 렌즈(11)는 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -7.33mm 및 -11.44mm인 제3 렌즈면(12) 및 제4 렌즈면(13)을 가진다. 제3 렌즈(14) 역시 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -24.90mm 및 -26.49mm인 제5 렌즈면(15) 및 제6 렌즈면(16)을 가진다. 상기 렌즈들은 광축(6)을 따라 다음과 같이 배치된다. 물체 평면(5)과 제 1 렌즈면(8) 사이의 거리는 5.39mm이다. 제2 렌즈면(9)과 제3 렌즈면(12) 사이의 거리는 0.78mm이다. 제4 렌즈면(13)과 제5 렌즈면(15) 사이의 거리는 11.83mm이고 제 6 렌즈면(16)과 이미지 평면(3) 사이의 거리는 5mm이다. 이들 및 다른 예들에서, 거리는 렌즈면들에 대한 광축의 교차점 및 물체 평면(5)과 이미지 평면(3)에 대한 광축의 교차점에 대해 정의된다는 점에 유의한다.
제1 렌즈면(8) 및 제6 렌즈면(16)에는 각각 제1 반-반사 코팅(10) 및 제2 반-반사 코팅(17)이 제공된다. 이들 예에서, 반-반사 코팅은 유전체 코팅으로, 450nm<λ<500nm의 파장 범위 및 정상 입사각에 대해 입사광의 약 50%를 반사하고 나머지 50%를 투과하도록 구성된다. 실제 손실은 무시할 수 있는 수준이다.
경우에 따라 국부적으로 전반사 코팅이 적용될 수 있다. 예를 들어 이미지 평면(3)의 범위를 벗어난 제6 렌즈면(16)의 테두리에는 전반사 코팅이 적용될 수 있다.
도 4A는 광축과의 교차점에 의해 정의된 원점으로부터 다양한 반경 방향 거리에 있는 다양한 물체 위치에 대한 스팟 다이어그램을 보여준다.
선택된 반경 거리는 0mm (a), 0.39mm (b), 0.78mm (c), 1.16mm (d)이다. 도 4A에서 알 수 있듯이, 스폿 크기는 어떤 경우에도 20미크론보다 훨씬 작다. 에어리 반경(airy radius)은 2.93μm이다. 추가 관찰 결과는 아래 표 I에 나와 있다.
표 I: 도 4A에 대한 데이터
필드 rgms (μm) rgeo (μm)
(a) 1.154 2.322
(b) 1.841 4.289
(c) 2.495 5.763
(d) 2.655 5.970
도 4B는 예시 1에서 광학 현미경(1)의 변조 전달 함수(MTF)를 보여준다. 여기서 세로축은 OTF의 모듈러스를 나타내고 가로축은 mm당 사이클 단위의 공간 주파수를 나타낸다.이 예에서 DLT,S는 회절 제한 접선 및 시상 케이스에 대한 중복 곡선을 나타낸다. 참조 부호 0T,S는 물체 평면의 원점에 대해 결정된 접선 및 시상 전달 함수에 대한 중첩 곡선을 나타낸다. 참조 기호 0.39 T,s는 물체 평면의 원점에서 0.39mm 떨어진 위치에 대해 결정된 접선 및 시상 전달 함수에 대한 중첩 곡선을 나타낸다. 참조 기호 0.78S 및 0.78T는 각각 물체 평면의 원점으로부터 0.78mm 떨어진 위치에 대해 결정된 접선 및 시상 전달 함수에 대한 곡선을 나타낸다. 참조 기호 1.16S 및 1.16T는 각각 물체 평면의 원점으로부터 1.16mm 떨어진 위치에 대해 결정된 접선 및 시상 전달 함수에 대한 곡선을 나타낸다.
mm당 100사이클 정도의 비교적 높은 공간 주파수의 경우에도 원점으로부터 반경 1.16mm 이내의 시야에서 OTF의 모듈러스가 최소 0.5임을 알 수 있다.
도 4C는 다양한 파장에 대해 측정된 접선(T) 및 시상(S) 필드 곡률을 보여준다. 범례에서는 파장을 미크론 단위로 나타낸다. 예를 들면, 곡선(0.47T)는 0.47미크론 파장에 대해 측정된 접선 필드 곡률이다. 도 5A에서 시상 필드 곡률의 크기는 약 0.0157mm이고 접선 필드 곡률의 크기는 약 0.109mm임을 알 수 있다.
도 4D는 예시 1의 광학 현미경(1)에서 측정된 왜곡을 보여준다. 도 4D에서 반경 1.16mm의 전체 시야에 걸쳐 왜곡이 0.5% 미만임을 알 수 있다.
예시 2
두 번째 예시에서, 도 1A 및 도 1B에 상세히 도시된 시스템의 초점 거리(fs)는 6.2mm이고 시스템 배율(M)은 5이다. 제1, 제2 및 제3 렌즈의 초점 거리는 각각 f1=46.77mm, f2=-30.73mm 및 f3=21.83mm이다.
이 예시에서 제1 렌즈(7)는 두께가 2.44mm이고, 곡률 반경이 각각 -17.84mm 및 -10.8mm인 제1 렌즈면(8) 및 제2 렌즈면(9)을 가진다. 제 2 렌즈(11)는 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -5.85mm 및 -10.27mm인 제3 렌즈면(12) 및 제4 렌즈면(13)을 가진다. 제 3 렌즈(14) 역시 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -27.09mm 및 -26.59mm인 제5 렌즈면(15) 및 제6 렌즈면(16)이 제공된다. 상기 렌즈들은 광축(6)을 따라 다음과 같이 배치된다. 물체 평면(5)과 제1 렌즈면(8) 사이의 거리는 2.58mm이다. 제2 렌즈면(9)과 제3 렌즈면(12) 사이의 거리는 1.55mm이다. 제4 렌즈면(13)과 제5 렌즈면(15) 사이의 거리는 11.44mm이고 제6 렌즈면(16)과 이미지 평면(3) 사이의 거리는 5mm이다.
도 5A는 광축과의 교차점에 의해 정의된 원점으로부터 다양한 반경 방향 거리에 있는 다양한 물체 위치에 대한 스팟 다이어그램을 보여준다.
선택된 반경 거리는 0mm (a), 0.4041mm (b), 0.517mm (c) 및 0.7000mm (d)이다. 도 5A에서 알 수 있듯이, 스팟 크기는 어떤 경우에도 20미크론보다 훨씬 작다.
에어리 반경은 4.856μm이다. 추가 관찰 결과는 아래 표 II에 나와 있다.
표 II: 도 5A에 대한 데이터
필드 rgms (μm) rgeo (μm)
(a) 0.723 1.157
(b) 0.926 1.975
(c) 1.158 2.363
(d) 1.548 3.171
도 5B는 물체 평면의 원점에 있는 위치와 물체 평면의 원점으로부터 0.4041mm, 0.5715mm 및 0.7000mm 떨어진 위치에 대한 접선 및 시상 곡선을 모두 포함하는, 예시 2의 이러한 배열에 대한 MTF를 보여준다. 이들 곡선은 실질적으로 겹치며, 최대 100/mm의 공간 주파수에서 MTF가 최소 0.5의 크기를 가짐을 보여준다도 5C는 다양한 파장에 대해 측정된 접선(T) 및 시상(S) 필드 곡률을 보여준다. 범례는 파장을 미크론 단위로 나타내며, 예를 들어 곡선(0.47T)은 0.47미크론 파장에 대해 측정된 접선 필드 곡률이다. 도 5C에서 시상 필드 곡률의 크기는 약 0.0068mm이고 접선 필드 곡률의 크기는 약 0.079mm임을 알 수 있다.
도 5D는 예시 1의 광학 현미경(1)에서 측정된 왜곡을 보여준다. 도 5D에서 왜곡이 반경 0.7mm의 전체 시야에 걸쳐 0.5% 미만임을 알 수 있다.
예시 3
세 번째 예시에서, 시스템 초점 거리(fs)는 4.3mm이고 시스템 배율(M)은 7이다. 제1, 제2 및 제3 렌즈의 초점 거리는 각각 f1=46.29mm, f2=-16.21mm 및 f3=20.68mm이다.
이 세 번째 예시에서 제1 렌즈(7)는 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -12.74mm 및 -8.8mm인 제1 렌즈면(8)과 제2 렌즈면(9)을 가진다. 제 2 렌즈(11)는 두께가 2mm이고, 곡률 반경이 각각 -4.27mm 및 -9.97mm인 제 3 렌즈면(12) 및 제 4 렌즈면(13)을 가진다. 제3 렌즈(14)는 두께가 2.3mm이고, 곡률 반경이 각각 -27.38mm 및 -25.76mm인 제5 렌즈면(15) 및 제6 렌즈면(16)을 가진다. 상기 렌즈들은 광축(6)을 따라 다음과 같이 배치된다. 물체 평면(5)과 제1 렌즈면(8) 사이의 거리는 2.5mm이다. 제2 렌즈면(9)과 제3 렌즈면(12) 사이의 거리는 1.2mm이다. 제4 렌즈면(13)과 제5 렌즈면(15) 사이의 거리는 15mm이고 제6 렌즈면(16)과 이미지 평면(3) 사이의 거리는 5mm이다.
도 6A는 광축과의 교차점에 의해 정의된 원점으로부터 다양한 반경 방향 거리에 있는 다양한 물체의 위치에 대한 스팟 다이어그램을 보여준다.
선택된 반경 거리는 0mm (a), 0.16mm (b), 0.32mm (c) 및 0.5mm (d)이다. 도 6A에서 알 수 있듯이, 스팟 크기는 어떤 경우에도 20미크론보다 훨씬 작다.
에어리 반경은 6.794μm이다. 추가 관찰 결과는 아래 표 III에 나와 있다.
표 III: 도 6A에 대한 데이터
필드 rgms (μm) rgeo (μm)
(a) 1.249 1.728
(b) 1.087 1.854
(c) 0.970 2.034
(d) 2.212 5.303
도 6B는 물체 평면의 원점과 물체 평면의 원점으로부터 0.16mm, 0.32mm 및 0.5mm 떨어진 위치에 대한 접선 및 시상 곡선을 모두 보여주는, 이 배열에 대한 MTF를 나타낸다. 이들 곡선은 실질적으로 겹치며, 최대 70/mm의 공간 주파수에 대해 MTF가 최소 0.5의 크기를 가짐을 보여준다.도 6C는 다양한 파장에 대해 측정된 접선(T) 및 시상(S) 필드 곡률을 보여준다. 범례는 파장을 미크론으로 나타내며, 예를 들면 곡선(0.47T)는 0.47미크론 파장에 대해 측정된 접선 필드 곡률이다. 도 6C에서 시상 필드 곡률의 크기는 약 0.1011mm이고 접선 필드 곡률의 크기는 약 0.0426mm임을 알 수 있다.
도 6D는 예시 3의 광학 현미경(1)에서 측정된 왜곡을 보여준다. 도 6D에서 왜곡이 반경 0.5mm의 전체 시야에 걸쳐 0.5% 미만임을 알 수 있다.
위에 제시된 각 예시에서 광학 현미경(1)은 크기가 매우 작다. 물체 평면과 이미지 평면 사이의 거리는 30mm 정도로 작다. 추가로 도시된 바와 같이, 개선된 광학 현미경(1)은 전 시야(1x1mm 초과)에 걸쳐 저 왜곡과 평탄화된 이미지 평면을 가진 회절 제한 성능을 달성한다. 필드 곡률은 100um 미만이며 경우에 따라서는 20um 미만이다.
본 발명자는 다음과 같은 설계 규칙으로 수많은 다른 예가 제공될 수 있음을 인식하였다.
이미지 평면(3)에 요구되는 배율(M) 및 대각선 크기(sd)에 따라 시스템 초점 거리를 다음과 같이 결정할 수 있다.
시스템 초점 거리(fs)의 값을 결정한 후, 시스템 초점 거리에 대한 제1, 제2 및 제3 렌즈의 초점 거리의 비율에 대해 다음 범위를 고려하여 제1, 제2 및 제3 렌즈의 초점 거리(f1, f2, f3)을 결정할 수 있다.
제 1 렌즈(7), 제 2 렌즈(11) 및 제 3 렌즈(14)의 두께(t1, t2, t3)는 다음과 같이 크기(sd)와 관련된다.
상기 렌즈들은 굴절률이 1.45 내지 1.55 범위, 더 바람직하게는 1.50 내지 1.52 범위의 굴절률을 가지는 물질로 제조되는 것이 바람직하다. d-라인의 아베 수는 60 내지 70 범위에 있어야 한다. 이러한 목적에는 유리 및 폴리머와 같은 다양한 재료가 적합하다.
물체 평면과 제1 렌즈면(8) 사이의 거리(do1), 제2 렌즈면(9)와 제3 렌즈면(12) 사이의 거리(d12), 제4 렌즈면(13)과 제5 렌즈면(15) 사이의 거리(d23), 제6 렌즈면(16)과 이미지 평면(3) 사이의 거리(d3i)는 다음과 같이 크기(sd)와 관련된다.

Claims (14)

  1. 물체 평면(5)에 있는 물체에 대한 이미지 평면(3)에서의 이미지를 제공하도록 구성된 광학 현미경(1) 있어서,
    상기 물체 평면으로부터 상기 이미지 평면에 이르는 광축(6)을 따라 순서대로:
    상기 물체 평면 측에 제1 렌즈면(8) 및 상기 이미지 평면 측에 제2 렌즈면(9)을 가지는 제1 렌즈(7);
    상기 물체 평면 측에 제 3 렌즈면(12) 및 상기 이미지 평면 측에 제 4 렌즈면(13)을 가지는 제 2 렌즈(11); 및
    상기 물체 평면 측에 제5 렌즈면(15)과 상기 이미지 평면 측에 제6 렌즈면(16)을 가지는 제3 렌즈(14)를 구비하고,
    상기 제1 렌즈면(8)은 제1 반-반사 코팅(10)을 가지며, 상기 제6 렌즈면(16)은 제2 반-반사 코팅(17)을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈(7) 및 상기 제3 렌즈(14)는 양의 초점 거리를 가지고, 상기 제2 렌즈(11)는 음의 초점 거리를 가자는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈(7)와 상기 제2 렌즈(11) 사이의 거리가 상기 제2 렌즈(11)와 상기 제3 렌즈(14) 사이의 거리의 1/3 미만임을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  4. 제1 항, 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    3 내지 7의 범위에 있는 배율(M)을 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배율(M) 및 다음과 같은 관계를 가지는 이미지 대각선(sd)에 의해 결정되는 시스템 초점 거리(fs)를 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  6. 5 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(7), 상기 제 2 렌즈(11) 및 상기 제 3 렌즈(14) 각각은 다음과 같은 관계에 의해 상기 시스템 초점 거리(fs)와 관련되는 초점 거리(f1, f2 및 f3)을 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1)


  7. 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 물체면(5)으로부터 나와서 상기 제 2 반-반사 코팅(17)에 처음으로 입사되는 광선(r01)의 입사각은 상기 제 2 반-반사 코팅(17)의 표면 법선(17n)으로부터 2.6도 보다 크게 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  8. 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 렌즈(7), 상기 제2 렌즈(11) 및 상기 제3 렌즈(14)가 1.45 내지 1.55 범위의 굴절률을 갖는 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈(7), 상기 제2 렌즈(11) 및 상기 제3 렌즈(14)는 1.50 내지 1.52 범위의 굴절률을 갖는 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 렌즈의 물질은 60 내지 70 범위의 d-라인에 대한 아베(Abbe) 수를 가짐을 특징으로 하는 광학 현미경(1).
  11. 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 렌즈(7)의 두께(t1), 상기 제2 렌즈(11)의 두께(t2) 및 상기 제3 렌즈(14)의 두께(t3)가 상기 이미지 평면(3)의 대각선 크기(sd)와 다음과 같이 관련됨을 특징으로 하는 광학 현미경(1)


  12. 전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 물체 평면과 상기 제1 렌즈면(8) 사이의 거리(dO1), 상기 제2 렌즈면(9)과 상기 제3 렌즈면(12) 사이의 거리(d12), 상기 제4 렌즈면(13)과 상기 제5 렌즈면(15) 사이의 두께(d23) 및 상기 제6 렌즈면(16)과 상기 이미지 평면(3) 사이의 거리(d3I)가 다음과 같이 상기 이미지 평면(3)의 대각선 크기(sd)와 관련됨을 특징으로 하는 상기 광학 현미경(1)



  13. 측정 장치(21)에 있어서,
    전술한 청구항 중 어느 하나에 따른 광학 현미경(1)을 포함하고, 상기 광학 현미경의 이미지 평면에 배치되어 상기 광학 현미경의 상기 이미지 평면의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호(22)를 출력하는 디지털 카메라(19)와 상기 디지털 이미지 신호를 처리하여 상기 이미지 내의 이미지 특징의 위치를 나타내는 이미지 특징 위치 신호(28)를 출력하는 디지털 이미지 처리 장치(23)를 더 포함함을 특징으로 하는 측정 장치(21).
  14. 웨이퍼 포지셔닝 측정 장치에 있어서,
    제 13항에 따른 웨이퍼(27)를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 장치(26)와 측정 장치(21)를 포함하고,
    이미지 특징(25)은 상기 웨이퍼 상의 마커의 이미지이고, 상기 포지셔닝 장치(26)는 이미지 특징 위치 신호(28)를 사용하여 상기 웨이퍼(27)를 포지셔닝하도록 구성됨을 특징으로하는 웨이퍼 위치 결정 측정 장치.
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