반도체 검사의 처리량 향상을 위한 대물렌즈 설계

저자 Kazuhiko Yamanouchi - 2023년 1월 3일

Evident는 생명 과학 연구, 의료, 제조 등의 분야를 위한 다양한 현미경 기반 이미징 장치에 결합할 수 있는 광범위한 광학 장치를 제공하고 있습니다.

장비 설계자가 기기를 최적화할 수 있도록 돕기 위하여 당사는 항상 최신 기술 발전에 발맞춘 대물렌즈 개발에 힘쓰고 있습니다.당사는 이러한 노력의 일환으로 최근 대물렌즈 기술이 산업 검사의 처리량을 향상시킬 수 있는 방법을 살펴보았습니다.

처리량(일정 시간 내 처리할 수 있는 검사 횟수)은 반도체, 평면 패널 디스플레이(FPD), 유기발광다이오드(OLED) 검사를 위한 장치를 개발하는 설계자들에게 공통적인 도전 과제입니다.이 게시물은 검사 처리량을 개선할 수 있는 새롭게 개발된 대물렌즈 시리즈를 다룹니다.

반도체 웨이퍼 검사의 처리량 한계 극복

일반적으로 웨이퍼 검사에 바람직한 해상도에 도달하기 위해서 작동 거리(WD)가 더 짧은 대물렌즈를 사용해야 합니다.대물렌즈와 웨이퍼 사이의 거리가 가까울 경우 충돌할 수 있기 때문에 짧은 작동 거리를 지닌 대물렌즈를 사용할 경우 웨이퍼를 교환하는 동안 노즈피스를 집어넣어야 합니다.그러나 웨이퍼를 교환하기 위해 현미경 노즈피스를 위아래로 움직이는 데 걸리는 시간은 전체 검사 시간을 늘리고 처리량을 제한합니다.

짧은 작동 거리와 긴 작동 거리(좌측: 1mm WD, 우측: 3mm Wd)를 가졌으나 배율과 개구수가 동일한 대물렌즈 비교하기작동 거리가 긴 대물렌즈(우측)는 렌즈와 샘플 사이에 더 많은 공간을 제공하여 충돌의 위험성을 최소화합니다.4

고객들은 대물렌즈를 집어넣거나 전환하지 않고 장치로 고분해능 이미지를 획득하면서 반도체 웨이퍼와 FPD 보드, 기타 샘플을 고속으로 전송할 수 있게 되기를 원했습니다.

이러한 요구를 충족하려면 긴 작동 거리와 고분해능을 모두 갖춘 대물렌즈가 필요한데, 당사에게는 하나의 도전 과제였습니다.일반적으로 대물렌즈의 배율과 개구수(분해능)가 증가하면 작동 거리는 감소하기 때문에 당사의 기존 대물렌즈 시리즈는 고분해능의 렌즈와 긴 작동 거리의 렌즈로 나뉘어져 있었습니다.

따라서, 고객이 원하는 고분해능과 긴 작동 거리를 동시에 제공하기 위하여 새로운 대물렌즈 시리즈를 만들기로 결정했습니다.이와 같은 혁신은 당사의 새로운 MXPLFLN 대물렌즈 시리즈로 이어졌습니다.

높은 처리량의 검사를 위한 MXPLFLN 대물렌즈 시리즈 소개

당사의 새로운 MXPLFLN 시리즈는 더 넓은 시야와 고평탄도(중앙에서 가장자리까지의 이미지 균일성)를 지닌 고분해능 이미지를 촬영합니다.이러한 특징은 이미지 스티칭에 적합합니다.넓은 관측 시야는 전체 검사 영역을 모두 다루기 위해 고분해능, 플랫 이미지를 균일하게 스티칭하면서 더 적은 수의 이미지를 스티칭해야 함을 의미합니다.평탄도 측면에서 본 대물렌즈 시리즈는 새롭게 디자인된 U-SWATLU 튜브 렌즈와 결합하여 최고의 성능을 보이도록 설계되었습니다.처리량 측면에서 더 많은 향상을 이루기 위해 해당 장치를 결합할 것을 권장합니다.

U-SWATLU 튜브 렌즈

당사의 MXPLFLN 시리즈는 20X와 50X 배율의 대물렌즈를 포함합니다.두 가지 배율 모두 명시야 전용과 명시야/암시야 선택 사양 중 선택하실 수 있습니다.특징을 살펴보겠습니다.

MXPLFLN20X 및 MXPLFLN20XBD 20배율 대물렌즈

당사의 새로운 제조 기술을 사용한 20배율 대물렌즈의 명시야 버전(MXFPLFLN20X)은 3mm의 긴 작동 거리와 0.45에서 0.6으로 증가한 개구수를 제공합니다.이는 0.6개구수와 3mm 작동 거리를 동시에 갖춘 당사의 첫 20배율 대물렌즈입니다.더불어, 20배율 대물렌즈의 명시야/암시야 버전(MXPLFLN20XBD)은 향상된 0.55개구수와 함께 3mm 작동 거리가 특징입니다.

MXPLFLN 20배율 대물렌즈는 긴 작동 거리를 유지하면서 향상된 개구수가 특징입니다

MXPLFLN50X 및 MXPLFLN50XBD 50배율 대물렌즈

MXPLFLN50X 대물렌즈는 당사의 첫 50배율 대물렌즈로 0.8개구수와 3mm 작동 거리를 동시에 제공합니다.지금까지 고분해능과 긴 작동 거리를 모두 갖춘 대물렌즈는 LMPLFLN100X 대물렌즈가 유일했습니다.이제, 새롭게 설계된 MXPLFLN50X 대물렌즈는 광범위한 작동 거리와 고분해능을 결합했습니다.또한 LMPLFLN100X 대물렌즈의 관측 시야에 비해 4배 더 넓어진 관측 시야를 제공합니다.넓어진 관측 시야로 인해 처리량 향상을 위해 검사 시간을 단축할 수 있습니다.저조도 대물렌즈 또한 시리즈에 추가되었습니다.

LMPLFLN100X(0.8NA, 3.4mm WD)

MXPLFLN50X(0.8NA, 3mm WD)

관측 시야 비교하기MXPLFLN50X 대물렌즈(우측, 50X 배율)는 LMPLFLN100X 대물렌즈(좌측, 100X 배율)보다 관측 시야가 넓어 더욱 빠른 이미지 스티칭이 가능합니다.16

MXPLFLN 대물렌즈 시리즈에 숨은 향상된 제조 기술

Evident는 광학 설계에 있어 풍부한 역사를 지니고 있으며, 고품질 대물렌즈를 생산하는 것으로 알려져 있습니다.당사는 3mm의 작동 거리를 목표로 설정한 후 설계 전문 지식을 활용하여 목표 작동 거리에 대한 고분해능 이미징을 이뤄냈습니다.

전통적으로 대물렌즈에 긴 작동 거리와 고분해능을 달성하려면 렌즈 직경이 크고, 광선 높이가 높아야 합니다.당사는 이 점을 해결하기 위해 새로운 유리 원료를 사용하여 MXPLFLN 대물렌즈 시리즈를 개발하였으며, 이제 당사 고분해능 프리미엄 대물렌즈의 표준이 된 다양한 저분산 유리 타입을 통합하였습니다.이 대물렌즈는 또한 반사광이나 금속 대물렌즈에는 거의 사용되지 않는 특수 분산 유리를 특징으로 합니다.이 유리는 종색수차와 횡색수차를 효과적으로 교정합니다.

또한, 당사의 고성능 X Line™ 대물렌즈 시리즈를 위해 개발된 초박형 렌즈 기술을 이용하여 이미지 품질 향상을 위한 고분해능 및 고평탄도를 갖췄습니다.더불어, 당사의 렌즈 제조 과정은 안정된 제품 품질을 달성하기 위해 엄격한 기준을 따르고 있습니다.여기에는 대물렌즈 광학 성능의 편차를 제한하기 위한 파면 수차 제어 기술 사용이 포함됩니다.