JP2009501902A - Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation - Google Patents

Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation Download PDF

Info

Publication number
JP2009501902A
JP2009501902A JP2008521588A JP2008521588A JP2009501902A JP 2009501902 A JP2009501902 A JP 2009501902A JP 2008521588 A JP2008521588 A JP 2008521588A JP 2008521588 A JP2008521588 A JP 2008521588A JP 2009501902 A JP2009501902 A JP 2009501902A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
light
sample
circuit
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008521588A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5302678B2 (en
Inventor
ウォルターズ,クリスチャン・エイチ
ロマノフスキー,アナトリー
スロボドフ,アレキサンダー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/181,228 external-priority patent/US7436508B2/en
Priority claimed from US11/181,519 external-priority patent/US7414715B2/en
Priority claimed from US11/181,237 external-priority patent/US7423250B2/en
Application filed by KLA Corp filed Critical KLA Corp
Publication of JP2009501902A publication Critical patent/JP2009501902A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5302678B2 publication Critical patent/JP5302678B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501Semiconductor wafers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/10Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
    • G01J1/16Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors
    • G01J1/18Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors using comparison with a reference electric value
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04Electron multipliers
    • H01J43/30Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for

Abstract

光電子増倍管(PMT)検出器の測定検出範囲の制限要因として陽極飽和に対処することによって欠陥検出を強化するための検査システム、回路、方法が提供される。検査システムの測定検出範囲の制限要因として増幅器及びアナログ・デジタル回路の飽和レベルに対処することによって欠陥検出を強化するための検査システム、回路及び方法も提供される。加えて、表面検査の走査の間に試料に供給される入射レーザ・ビームパワー・レベルを動的に変更することによって大きな粒子に対する熱破損を削減することにより欠陥検出を強化するための検査システムや回路、方法が提供される。  Inspection systems, circuits, and methods are provided to enhance defect detection by addressing anode saturation as a limiting factor in the measurement detection range of a photomultiplier tube (PMT) detector. Also provided are inspection systems, circuits and methods for enhancing defect detection by addressing the saturation levels of amplifiers and analog and digital circuits as a limiting factor in the measurement detection range of inspection systems. In addition, an inspection system to enhance defect detection by reducing thermal damage to large particles by dynamically changing the incident laser beam power level delivered to the sample during the surface inspection scan A circuit and method are provided.

Description

本発明は、一般に、試料を検査するために使用される検査システムの測定検出範囲を拡張するための回路やシステム、方法に関する。より具体的には、本発明は、測定検出範囲の制限要因として光電子増倍管(PMT)の陽極飽和に対処することによって検査システムの測定検出範囲を拡張するための回路やシステム、方法に関する。   The present invention generally relates to circuits, systems, and methods for extending the measurement detection range of an inspection system used to inspect a sample. More specifically, the present invention relates to circuits, systems, and methods for extending the measurement detection range of an inspection system by addressing anode saturation of a photomultiplier tube (PMT) as a limiting factor of the measurement detection range.

論理素子、記憶デバイス、その他の集積回路デバイスなどの半導体デバイスを製造することは、一般に、半導体デバイスの様々なフィーチャや複数のレベルを形成するために、いくつかの半導体製造プロセスを使用して、半導体ウェーハなどの試料を処理することを含む。例えば、リソグラフィは、通常、半導体ウェーハ上に配置されたレジストにパターンを転写することを必要とする半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスの追加例は、化学機械研磨、エッチ、堆積、イオン注入などを含むがこれらに限定されない。多数の半導体デバイスは、半導体ウェーハ上への配置として製造され、次いで、個々の半導体デバイスに分離される。   Manufacturing semiconductor devices such as logic elements, storage devices, and other integrated circuit devices generally uses several semiconductor manufacturing processes to form various features and multiple levels of semiconductor devices, Processing a sample such as a semiconductor wafer. For example, lithography is a semiconductor manufacturing process that typically requires that a pattern be transferred to a resist disposed on a semiconductor wafer. Additional examples of semiconductor manufacturing processes include, but are not limited to, chemical mechanical polishing, etch, deposition, ion implantation, and the like. A large number of semiconductor devices are manufactured as an arrangement on a semiconductor wafer and then separated into individual semiconductor devices.

検査プロセスは、製造プロセスにおいて高い歩留まり、したがって、高い利益を促す目的でウェーハ上の欠陥を検出する目的で半導体製造プロセスの間に様々なステップで使用される。検査は常に半導体製造の重要部分である。しかし、半導体デバイスの寸法が小さくなるにつれて、検査は許容できる半導体デバイスの製造にとってより一層重要になっている。例えば、比較的小さな欠陥でさえ半導体デバイス内に望まれない逸脱を引き起こす可能性があり、場合によっては、デバイスを故障させる可能性があるため、減少するサイズの欠陥を検出することはますます必要になっている。   The inspection process is used in various steps during the semiconductor manufacturing process with the aim of detecting defects on the wafer in order to promote high yields in the manufacturing process and thus high profits. Inspection is always an important part of semiconductor manufacturing. However, as the dimensions of semiconductor devices become smaller, inspection becomes more important for the production of acceptable semiconductor devices. For example, even relatively small defects can cause undesired deviations in semiconductor devices and in some cases can cause the device to fail, making it increasingly necessary to detect defects of decreasing size It has become.

光学システムやEビームシステムを含めて、半導体ウェーハの検査のために多くの異なる種類の検査ツールが開発されている。光学検査ツールは、一般に、暗視野や明視野の検査システムを特徴とする。暗視野システムは、一般に、比較的高い検出範囲を有することで知られている。例えば、暗視野システムは、標準角度又は傾斜角から入射ビームが試料に供給され、試料の表面から散乱される光の量を検出する。システムによって検出される散光の量は、一般に、検査中のスポットの光学的な特徴(例えば、スポットの屈折率)や、そのスポット内の何らかの空間偏差(例えば、不均一な表面トポロギー)に依存する。暗視野検査の場合、平滑な表面は集めた信号をほとんどもたらさず、一方、突出したフィーチャ(パターン化されたフィーチャ又は欠陥など)を有する表面はより強く(時には、最高で6倍以上)散乱する傾向がある。明視野検査システムは、特定の角度で光を試料に方向づけ、同様の角度で試料の表面から反射された光の量を測定する。暗視野システムと対照的に、明視野システムによって集められた反射信号内の偏差は、一般に、約2倍に過ぎない。   Many different types of inspection tools have been developed for inspection of semiconductor wafers, including optical systems and E-beam systems. Optical inspection tools generally feature a dark field or bright field inspection system. Dark field systems are generally known to have a relatively high detection range. For example, a dark field system detects the amount of light that is incident on a sample from a standard or tilt angle and is scattered from the surface of the sample. The amount of scattered light detected by the system generally depends on the optical characteristics of the spot under inspection (eg, the refractive index of the spot) and any spatial deviations within that spot (eg, non-uniform surface topologies) . For dark field inspection, a smooth surface provides little collected signal, while a surface with protruding features (such as patterned features or defects) scatters more strongly (sometimes up to 6 times more). Tend. A bright field inspection system directs light to a sample at a specific angle and measures the amount of light reflected from the surface of the sample at a similar angle. In contrast to the dark field system, the deviation in the reflected signal collected by the bright field system is typically only about twice.

加えて、ほとんどの検査ツールは、パターン化されていない半導体ウェーハ又はパターン化された半導体ウェーハを検査するように設計されるが、両方を検査するようには設計されない。ツールは特定の種類のウェーハを検査するように最適化されるため、一般に、いくつかの理由で、異なる種類のウェーハを検査することはできない。例えば、パターン化されていないウェーハの多くの検査ツールは、レンズ(又は別のコレクタ)によって集められた光のすべてがレンズによって集められた光のすべてを表す単一の出力信号を生成する単一の検出器に方向づけられるように構成される。したがって、パターン化されたウェーハ上のパターン又はフィーチャから散乱された光は、(例えば、欠陥からの)その他の散光と組み合わされることになる。場合によっては、単一の検出器は飽和する可能性があり、結果として、欠陥検出のために分析される信号を生み出さない可能性がある。単一の検出器が飽和しないとしても、ウェーハ上のパターン又はその他のフィーチャからの散乱光は別の散乱光から分離されることができず、それにより、別の散乱光に基づいて欠陥検出を抑制しないとしても、これを妨げる。   In addition, most inspection tools are designed to inspect unpatterned semiconductor wafers or patterned semiconductor wafers, but are not designed to inspect both. Since tools are optimized to inspect a particular type of wafer, it is generally not possible to inspect different types of wafers for several reasons. For example, many inspection tools for unpatterned wafers produce a single output signal in which all of the light collected by the lens (or another collector) represents all of the light collected by the lens. Configured to be directed to the detector. Thus, light scattered from a pattern or feature on the patterned wafer will be combined with other diffuse light (eg, from a defect). In some cases, a single detector may saturate, and as a result may not produce a signal that is analyzed for defect detection. Even if a single detector does not saturate, scattered light from a pattern or other feature on the wafer cannot be separated from another scattered light, thereby providing defect detection based on the other scattered light. Even if not suppressed, this will be hindered.

パターン化されたウェーハを検査するために使用されるツールは、一般に、空間解像度を改善するために少なくとも2つの検出器を用いる。しかし、特に、暗視野システムを用いて結像を行う場合、パターン化されたウェーハ検査ツール内で使用される検出器も飽和する可能性がある。上述のように、パターン化されたウェーハから得られる暗視野散乱信号は、(暗く見える)平滑な表面領域から(明るく見える)極めてテキスチャ付きの領域までの表面トポロギー内の偏差により、6倍(又は、それ以上)異なる可能性がある。特に、高いデータ転送速度で動作する検出システムの場合、「オンザフライ」調整なしで、検査されている基板の非常に暗い領域と非常に明るい領域の両方から大きな信号を集めることは困難な場合が多い。   Tools used to inspect patterned wafers typically use at least two detectors to improve spatial resolution. However, especially when imaging with a dark field system, detectors used in patterned wafer inspection tools can also saturate. As noted above, the dark field scatter signal obtained from a patterned wafer is 6 times (or more) due to deviations in the surface topology from a smooth surface area (which appears dark) to a very textured area (which appears bright). And more) may be different. Especially for detection systems that operate at high data rates, it is often difficult to collect large signals from both very dark and very bright areas of the substrate being inspected without “on-the-fly” adjustment. .

ほとんどの光学検査ツールは、検出範囲、検出感度、又はその両方に制限がある。例えば、より高い検出範囲を得るために高利得検出器を用いる検査ツールは、より小さい(すなわち、微光)信号を検出ができない。他方で、低利得検出器を用いる検査ツールは、検出範囲の減少という代償を払ってより大きな感度を実現する。すなわち、低利得検出器はより小さな信号を検出できる可能性があるが、より大きな信号が受信される場合、飽和することがある。その他の要因は、検出器の利得に加えて、検出範囲を制限する傾向がある。例えば、散乱出力信号を信号処理に適した形態に変換するために使用される増幅回路又は高速アナログ・デジタル変換器によってさらなる制限が課せられる可能性がある。   Most optical inspection tools are limited in detection range, detection sensitivity, or both. For example, inspection tools that use high gain detectors to obtain a higher detection range cannot detect smaller (ie, low light) signals. On the other hand, inspection tools that use low gain detectors achieve greater sensitivity at the cost of reduced detection range. That is, the low gain detector may be able to detect a smaller signal, but may be saturated if a larger signal is received. Other factors tend to limit the detection range in addition to the detector gain. For example, further limitations may be imposed by amplifier circuits or high speed analog to digital converters used to convert the scattered output signal into a form suitable for signal processing.

この問題の1つの可能な解決策は、低増幅信号範囲を強調するために、検出器の出力信号に非線形増幅を加えることである。この種の手法は、その開示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第6,002,122号でWolfによって説明されている。Wolfによって説明される方法では、光電子増倍管(PMT)からの出力信号は対数増幅器や利得補正機構によって処理される。Wolfは、PMT検出器の一般的な検出範囲制限である陽極飽和を回避するために、「オンザフライ」でPMT利得を変えることによって(ダイノードに供給されるバイアス電位を変えることによって)低増幅信号範囲を強調する。この手法は、暗視野画像内の小信号検出の可視性の改善を可能にするが、検査システムの検出範囲全体を拡張しない。加えて、Wolfによって開示された「オンザフライ」利得変調は、PMTに極めて非線形な方法で動作させ、したがって、非線形効果や過渡的効果を補償するために複雑な(かつ高価な)駆動エレクトロニクスと高度な較正とを要求する。   One possible solution to this problem is to add non-linear amplification to the detector output signal to emphasize the low amplification signal range. This type of approach is described by Wolf in US Pat. No. 6,002,122, the disclosure of which is incorporated herein by reference. In the method described by Wolf, the output signal from the photomultiplier tube (PMT) is processed by a logarithmic amplifier or gain correction mechanism. Wolf has a low amplification signal range by changing the PMT gain "on the fly" (by changing the bias potential supplied to the dynode) to avoid anode saturation, which is a common detection range limitation of PMT detectors. To emphasize. This approach allows for improved visibility of small signal detection in dark field images, but does not extend the entire detection range of the inspection system. In addition, the “on-the-fly” gain modulation disclosed by Wolf allows PMTs to operate in a very non-linear manner, and thus complex (and expensive) drive electronics and advanced to compensate for non-linear and transient effects. Requires calibration.

検査システムの検出範囲を拡張するためのもう1つの手法は、個別の検出チャネルを有する2つ以上の検出器を利用することである。この種の手法は、その開示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願第2003/0058433号でAlmogy他によって説明されている。Almogyは、少なくとも2つの検出器を利用する欠陥検出システムを説明する。検出器のうちの1つは、高い感度を目指して最適化され、一方、もう1つの検出器は、通常、感度を犠牲にして、高い飽和レベルを有するように設計される。試料から散乱された光は、様々な光学部品の追加により検出器の間で分割される。Almogyは検出範囲を拡張することが可能であるが、Almogyは、そのすべてが追加的な空間を消費し、複雑性を増し、より高いコストを負う、追加的な光学系と電子回路とを有する複数の検出器を要求することによってこれを行う。   Another approach to extend the detection range of the inspection system is to utilize two or more detectors with separate detection channels. This type of approach is described by Almology et al. In US Patent Application 2003/0058433, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Almology describes a defect detection system that utilizes at least two detectors. One of the detectors is optimized for high sensitivity, while the other detector is usually designed to have a high saturation level at the expense of sensitivity. Light scattered from the sample is split between the detectors by the addition of various optical components. Almogy can extend the detection range, but Almogy has additional optics and electronics, all of which consume additional space, increase complexity, and incur higher costs This is done by requesting multiple detectors.

したがって、ウェーハ検査システムの検出範囲を拡張するために改善された回路及び方法の必要性が依然として存在する。かかる改善された回路及び方法は、Wolfによって要求されるような、リアルタイムの利得調整の複雑性とコスト、又はAlmogyによって要求される追加的な検出器、光学系、電子回路を伴わずに、かなりの測定範囲拡張を提供することが好ましい。加えて、改善された検査システムは、スループット又は感度を犠牲にせずに、検出範囲を拡張することになる。場合によっては、改善された検査システムは、パターン化されたウェーハとパターン化されていないウェーハとに使用される。   Accordingly, there remains a need for improved circuits and methods to extend the detection range of wafer inspection systems. Such improved circuits and methods are substantially free of the complexity and cost of real-time gain adjustment, as required by Wolf, or the additional detectors, optics, and electronics required by Almology. It is preferable to provide an extended measurement range. In addition, the improved inspection system will extend the detection range without sacrificing throughput or sensitivity. In some cases, the improved inspection system is used for patterned and unpatterned wafers.

システムや回路、方法の様々な実施態様の以下の説明は、決して添付の特許請求の範囲の主題を制限するものと解釈されるべきではない。   The following description of various embodiments of systems, circuits, and methods is in no way to be construed as limiting the subject matter of the appended claims.

本明細書で説明される検査システムや回路、方法は、光電子増倍管(PMT)検出器の測定検出範囲の制限要因として陽極飽和に対処することによって欠陥検出を強化する。本発明の一実施態様によれば、試料を検査するための方法は、試料に光を方向づけることと、試料から散乱された光を検出することとを含む。一般に、検出するステップは、PMT検出器の陽極電流を監視することと、陽極電流が所定の閾値に達するまで陽極電流を使用して、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出することとを含む。その後、方法は、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するためにPMTのダイノード電流を使用してよい。   The inspection systems, circuits, and methods described herein enhance defect detection by addressing anode saturation as a limiting factor in the measurement detection range of a photomultiplier tube (PMT) detector. According to one embodiment of the present invention, a method for inspecting a sample includes directing light to the sample and detecting light scattered from the sample. In general, the steps of detecting include monitoring the anode current of the PMT detector and using the anode current to detect sample features, defects, or light scattering properties until the anode current reaches a predetermined threshold. including. The method may then use the dynode current of the PMT to detect sample features, defects, or light scattering properties.

場合によっては、方法は、光が試料に方向づけられる前に、検出のために使用されるダイノード電流を選択することを含んでもよい。例えば、PMT内に含まれる複数のダイノードのうちの1つに電気接続を提供することによって特定のダイノード電流が選択されてもよい。一実施態様では、中間程度の利得量を提供するために、複数のダイノードから中間ダイノードが選択される。本発明のその他の実施態様では、例えば、試料から散乱された光強度の範囲に応じて、その他のダイノードが選択されてもよい。   In some cases, the method may include selecting the dynode current used for detection before the light is directed to the sample. For example, a particular dynode current may be selected by providing an electrical connection to one of a plurality of dynodes included in the PMT. In one implementation, an intermediate dynode is selected from a plurality of dynodes to provide an intermediate amount of gain. In other embodiments of the invention, other dynodes may be selected, for example, depending on the range of light intensity scattered from the sample.

場合によっては、方法は、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために使用されることになる代替のダイノード電流を選択することを含んでもよい。例えば、代替の選択は、上記の検出ステップの間(又は後)に、複数のダイノードのうちの異なる1つにもう1つの電気接続を提供することによって行われる。代替のダイノード電流は、当初選択されたダイノード電流よりも小さい又は大きい量の利得を提供するように選択されてもよい。   In some cases, the method may include selecting an alternative dynode current that will be used to detect sample features, defects, or light scattering properties. For example, an alternative selection is made by providing another electrical connection to a different one of the dynodes during (or after) the detection step described above. The alternative dynode current may be selected to provide a smaller or greater amount of gain than the originally selected dynode current.

本発明のもう1つの実施態様によれば、試料から散乱された光を検出するための回路が本明細書で説明される。一般的な実施態様では、回路は、試料から散乱された光を受信して、電気信号に変換するための光電子増倍管(PMT)を含む。当技術分野で知られているように、PMTは、陰極と、多数のダイノード及び陽極からなる複数のステージとを含む。このように、電気信号は陽極ステージで出力信号を生み出すために連続する各ステージで増幅される。   According to another embodiment of the present invention, a circuit for detecting light scattered from a sample is described herein. In a typical embodiment, the circuit includes a photomultiplier tube (PMT) for receiving light scattered from the sample and converting it into an electrical signal. As is known in the art, a PMT includes a cathode and multiple stages of multiple dynodes and anodes. Thus, the electrical signal is amplified at each successive stage to produce an output signal at the anode stage.

しかし、従来型のPMT検出器と異なり、本明細書で説明される回路は、PMTのダイノード・ステージのうちの1つで増幅された電気信号を表す中間信号と共に出力信号を受信するためにPMTに結合される手段を含んでもよい。かかる手段は、一般に、i)出力信号が所定の閾値未満にとどまる限り、出力信号を検査システム構成要素に供給するように、そしてii)出力信号が所定の閾値に達すると中間信号を検査システム構成要素に供給するように構成される。ほとんどの場合、所定の閾値は、陽極ステージが飽和し始める電流レベルにほぼ同程度である。このように、本明細書で主張される手段は、陽極ステージが飽和に達すると中間信号を供給するように切り換わることが可能である。   However, unlike conventional PMT detectors, the circuit described herein is capable of receiving an output signal along with an intermediate signal that represents an electrical signal that is amplified in one of the dynode stages of the PMT. Means may be included. Such means generally includes i) providing an output signal to a test system component as long as the output signal remains below a predetermined threshold, and ii) providing an intermediate signal to the test system configuration when the output signal reaches a predetermined threshold. Configured to feed the element. In most cases, the predetermined threshold is approximately the same as the current level at which the anode stage begins to saturate. Thus, the means claimed herein can be switched to provide an intermediate signal when the anode stage reaches saturation.

本発明のもう1つの実施態様によれば、試料を検査するための検査システムが本明細書で説明される。一般に、検査システムは、光を試料に方向づけするための照射サブシステムと、試料から散乱された光を検出するための検出サブシステムとを含んでいる。検出サブシステムは、検出された光に反応して、第1の信号と第2の信号とを生成するように構成される。しかし、先行技術の検査システムと異なり、本明細書で説明される検出サブシステムは、第1及び第2の信号を生成するために、1つの検出器だけを使用することが可能である。本明細書で主張されるシステム内には、第1の信号が所定の閾値レベルに達するまで第1の信号を使用し、その後、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために第2の信号を使用する、前記検出するためのプロセッサが含まれる。例えば、プロセッサは、i)第1の信号を所定の閾値レベルと比較するように、そしてii)第1の信号が所定の閾値レベルに達すると第2の信号に切り換わるように構成される。   According to another embodiment of the present invention, an inspection system for inspecting a sample is described herein. In general, an inspection system includes an illumination subsystem for directing light to a sample and a detection subsystem for detecting light scattered from the sample. The detection subsystem is configured to generate a first signal and a second signal in response to the detected light. However, unlike prior art inspection systems, the detection subsystem described herein can use only one detector to generate the first and second signals. Within the system claimed herein, the first signal is used until the first signal reaches a predetermined threshold level, and then the first signal is used to detect sample features, defects, or light scattering properties. A processor for the detection using two signals is included. For example, the processor is configured to i) compare the first signal to a predetermined threshold level and ii) switch to the second signal when the first signal reaches the predetermined threshold level.

より具体的な実施態様では、検出サブシステムは、試料から散乱された光をコレクタの方向に集めるためのコレクタと、集められた光を第1及び第2の信号に変換するための検出器(又は光検出器)とを含む。ほとんどの場合、第2の信号は、第1の信号のごく一部である。例えば、光検出器は、光電子増倍管(PMT)と、電流・電圧変換器と、負荷とを含む。当技術分野で知られているように、PMTは、陰極と、複数のダイノードと、1つの陽極とを含み、電流・電圧変換器は第1の信号を生み出す目的で陽極電流を電圧に変換するために結合される。しかし、従来型の方法と異なり、本明細書で主張される負荷は、第2の信号を生み出す目的で中間ダイノード電流をもう1つの電圧に変換するために複数のダイノードのうちの1つに結合される。中間ダイノード電流は、陽極電流よりもかなり小さく、したがって、それが、ダイノード飽和を生じさせずに、陽極で検出されるものより、かなり大量の光を検出するために使用される。   In a more specific embodiment, the detection subsystem includes a collector for collecting light scattered from the sample in the direction of the collector, and a detector for converting the collected light into first and second signals ( Or a photodetector). In most cases, the second signal is a small part of the first signal. For example, the photodetector includes a photomultiplier tube (PMT), a current / voltage converter, and a load. As is known in the art, a PMT includes a cathode, a plurality of dynodes, and an anode, and a current-to-voltage converter converts the anode current to a voltage for the purpose of producing a first signal. Combined for. However, unlike conventional methods, the load claimed herein is coupled to one of the dynodes to convert the intermediate dynode current to another voltage for the purpose of producing a second signal. Is done. The intermediate dynode current is much smaller than the anode current, so it is used to detect a much larger amount of light than that detected at the anode without causing dynode saturation.

本発明のさらなる利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明により、かつ添付の図面を参照することにより当業者に明らかになるであろう。   Further advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the preferred embodiment and by reference to the accompanying drawings.

本発明は様々な修正形態や代替形態が可能であるが、その特定の実施形態は、図面で例として示されており、本明細書で詳細に説明されるであろう。図面は原寸に比例しない。しかし、図面やそれに対する詳細な説明は、本発明を開示される特定の形態に限定することが意図されず、逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲に該当するすべての変更形態、均等物、代替形態を網羅することが意図される。   While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. Drawings are not to scale. However, the drawings and detailed description thereof are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed, but, on the contrary, fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives.

本明細書で説明される方法及びシステムは、検出器の飽和、増幅器の飽和、アナログ・デジタル変換器(ADC)の固定ビット範囲を含むが、これらに限定されない、測定検出範囲の様々な制限要因に対処することによって欠陥検出を強化する。いくつかの現在使用されている検査方法と異なり、本明細書で説明される検査システムは、信号の直線性と安定性とを維持しながら、そのすべてが検査システムの空間消費、複雑性、コストを望ましくなく増加する、追加的な検出器、光学系、電子部品を用いずに、測定検出範囲を拡張することが可能である。   The methods and systems described herein include various limiting factors for measurement detection range including, but not limited to, detector saturation, amplifier saturation, and analog-to-digital converter (ADC) fixed bit range. Enhance defect detection by addressing Unlike some currently used inspection methods, the inspection system described herein maintains the signal linearity and stability, all of which consume the space, complexity, and cost of the inspection system. It is possible to extend the measurement detection range without the use of additional detectors, optics, or electronic components that undesirably increase.

試料を検査するために使用される光学検査システム又はツールに関して、様々な実施形態が本明細書で説明される。用語「試料」は、ウェーハ又はレチクルを指すため、又は、欠陥、フィーチャ、又は当技術分野で知られているその他の情報(例えば、ヘーズの量又はフィルム特性)に対して検出される何らかのその他のサンプルを指すために使用される。   Various embodiments are described herein with respect to an optical inspection system or tool used to inspect a sample. The term “sample” refers to a wafer or reticle, or any other detected for defects, features, or other information known in the art (eg, amount of haze or film characteristics). Used to refer to the sample.

本明細書で使用されるように、用語「ウェーハ」は、一般に、半導体材料又は非半導体材料の形状の基板を指す。かかる半導体材料又は非半導体材料の例は、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウムを含むが、これらに限定されない。かかる基板は、一般に、半導体製造施設で発見かつ/又は処理される。   As used herein, the term “wafer” generally refers to a substrate in the form of a semiconductor or non-semiconductor material. Examples of such semiconductor or non-semiconductor materials include, but are not limited to, single crystal silicon, gallium arsenide, and indium phosphide. Such substrates are typically found and / or processed at semiconductor manufacturing facilities.

場合によっては、ウェーハは、バージン・ウェーハなどの基板だけを含む場合もある。あるいは、ウェーハは、基板上に形成される1つ又は複数の層を含む。かかる層の例は、レジスト、誘電体、導体材料を含むが、これらに限定されない。レジストは、光学リソグラフィ技術、電子ビーム・リソグラフィ技術、又はX線リソグラフィ技術によってパターン化されるレジストを含む。誘電体の例は、二酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、窒化ニタンを含むが、これらに限定されない。誘電体の追加例は、Applied Materials,Inc.,Santa Clara,Californiaから市販されているBlack Diamond(商標)、及びNovellus Systems,Inc.,San Jose,Californiaから市販されているCORAL(商標)などの「低誘電率」の誘電体、「キセロゲル」などの「超低誘電率」の誘電体、五酸化タンタルなどの「高誘導率」の誘電体を含む。加えて、導体材料の例は、アルミニウム、ポリシリコン、銅を含むが、これらに限定されない。   In some cases, the wafer may include only a substrate such as a virgin wafer. Alternatively, the wafer includes one or more layers formed on the substrate. Examples of such layers include, but are not limited to resists, dielectrics, conductor materials. The resist includes a resist patterned by optical lithography technology, electron beam lithography technology, or X-ray lithography technology. Examples of dielectrics include, but are not limited to, silicon dioxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and nitrite. Additional examples of dielectrics can be found in Applied Materials, Inc. Black Diamond ™ commercially available from Santa Clara, California, and Novellus Systems, Inc. "Low dielectric constant" dielectrics such as CORAL ™, commercially available from San Jose, California, "Ultra low dielectric constant" dielectrics such as "Xerogel", "High dielectric constants" such as tantalum pentoxide Of dielectrics. In addition, examples of conductive materials include, but are not limited to, aluminum, polysilicon, and copper.

ウェーハ上に形成される1つ又は複数の層は、「パターン化されても」又は「パターン化されなくても」よい。例えば、ウェーハは、繰り返し可能なパターン・フィーチャを有する複数のダイを含む。材料のかかる層の形成と処理は、最終的に、結果として完成された半導体デバイスを提供する。したがって、ウェーハはその上に完全な半導体デバイスのすべての層が形成されていない基板、又はその上に完全な半導体デバイスのすべての層が形成されている基板を含む。用語「半導体デバイス」は、本明細書で、用語「集積回路」と交換可能に使用される。加えて、微小電子機械(MEMS)デバイスなど、その他のデバイスもウェーハ上に形成される。   One or more layers formed on the wafer may be “patterned” or “unpatterned”. For example, a wafer includes a plurality of dies having repeatable pattern features. The formation and processing of such a layer of material ultimately provides a finished semiconductor device. Thus, a wafer includes a substrate on which all layers of a complete semiconductor device are not formed, or a substrate on which all layers of a complete semiconductor device are formed. The term “semiconductor device” is used herein interchangeably with the term “integrated circuit”. In addition, other devices such as microelectromechanical (MEMS) devices are also formed on the wafer.

「レチクル」はレチクル製造プロセスの任意のステージのレチクル、又は半導体製造施設での使用のために公表されているか、公表されていない完成されたレチクルである。レチクル、すなわち「マスク」は、一般に、その上に形成され、かつパターンの形で構成された、実質的に不透明な領域を有する実質的に透明な基板と定義される。基板は、例えば、石英などのガラス素材を含むであろう。レチクルは、レチクルのパターンがレジストに転写されるように、リソグラフィ・プロセスの露光ステップの間にレジスト被覆されたウェーハ上に配置される。例えば、レチクルの実質的に不透明な領域は、レジストの基礎的な領域をエネルギー源への露光から保護することができる。   A “reticle” is a reticle at any stage of the reticle manufacturing process, or a completed reticle that has been or has not been published for use in a semiconductor manufacturing facility. A reticle, or “mask”, is generally defined as a substantially transparent substrate having substantially opaque regions formed thereon and configured in a pattern. The substrate will include a glass material such as quartz, for example. The reticle is placed on the resist-coated wafer during the exposure step of the lithography process so that the reticle pattern is transferred to the resist. For example, a substantially opaque area of the reticle can protect the underlying area of the resist from exposure to an energy source.

次に図面を参照すると、図1、2、4、5、7〜10は、原寸に比例して描かれていない点に留意されたい。特に、図のいくつかの要素の大きさは、その要素の特徴を強調するために大いに誇張されている。図1、2、4、5、7〜10は、同じ寸法に比例して描かれていない点にも留意されたい。2つ以上の図に示す類似要素は、同じ参照番号を使用して表示されている。   Referring now to the drawings, it should be noted that FIGS. 1, 2, 4, 5, 7-10 are not drawn to scale. In particular, the size of some elements in the figures is greatly exaggerated to emphasize the characteristics of the elements. Note also that FIGS. 1, 2, 4, 5, 7-10 are not drawn to scale. Similar elements shown in more than one figure are indicated using the same reference numerals.

図1は、本明細書で説明される検査方法を実行するために使用されるシステムを例示する。図1に示すシステムは、本明細書で説明される方法に従って試料を検査するために使用される一般的な光学構成を例示する。検査システムは、暗視野の光学サブシステムを含む。例示されたシステムは、依然として、本明細書で説明される方法を実行する能力を提供しながら、様々な方法で変更されることは当業者には明らかであろう。加えて、例示されたシステムは、ステージ、試料ハンドラ、フォールディング・ミラー、偏光器、追加的光源、追加的コレクタなど、図1に示されない様々な追加的構成要素を含んでよい点も当業者には明らかであろう。すべてのかかる変更は、本明細書で説明される発明の範囲内である。   FIG. 1 illustrates a system used to perform the inspection methods described herein. The system shown in FIG. 1 illustrates a typical optical configuration used to inspect a sample in accordance with the methods described herein. The inspection system includes a dark field optical subsystem. It will be apparent to those skilled in the art that the illustrated system can be modified in various ways, while still providing the ability to perform the methods described herein. In addition, it will be appreciated by those skilled in the art that the illustrated system may include various additional components not shown in FIG. 1, such as stages, sample handlers, folding mirrors, polarizers, additional light sources, additional collectors, etc. Will be clear. All such modifications are within the scope of the invention described herein.

図1に例示されるシステムは照射サブシステムを含む。照射サブシステムは、光を試料に方向づけるように構成される。例えば、照射サブシステムは光源10を含む。光源10は、例えば、レーザ、ダイオード・レーザ、ヘリウム・ネオン・レーザ、アルゴン・レーザ、固体レーザ、ダイオード励起固体(DPSS)レーザ、キセノン・アーク灯、放電灯、又は白熱電球を含む。光源は、近単色光又は広帯域光を放射するように構成される。一般に、照射サブシステムは、比較的狭い波長域を有する光(例えば、近単色光、すなわち、約20nm未満、約10nm未満、約5nm未満、又はさらに約2nm未満の波長範囲を有する光)を試料に方向づけるように構成される。したがって、光源が広帯域の光源である場合、照射サブシステムは、試料に方向づけられる光の波長を制限することが可能な1つ又は複数のスペクトル・フィルタを含む。1つ又は複数のスペクトル・フィルタは、帯域通過フィルタ及び/又はエッジ・フィルタ及び/又はノッチ・フィルタである。   The system illustrated in FIG. 1 includes an illumination subsystem. The illumination subsystem is configured to direct light to the sample. For example, the illumination subsystem includes a light source 10. The light source 10 includes, for example, a laser, a diode laser, a helium neon laser, an argon laser, a solid state laser, a diode pumped solid state (DPSS) laser, a xenon arc lamp, a discharge lamp, or an incandescent bulb. The light source is configured to emit near monochromatic light or broadband light. In general, the illumination subsystem samples light having a relatively narrow wavelength range (eg, near monochromatic light, ie, light having a wavelength range of less than about 20 nm, less than about 10 nm, less than about 5 nm, or even less than about 2 nm). It is configured to be oriented. Thus, if the light source is a broadband light source, the illumination subsystem includes one or more spectral filters that can limit the wavelength of light directed to the sample. The one or more spectral filters are bandpass filters and / or edge filters and / or notch filters.

照射サブシステムは、様々なビーム整形・偏光制御光学系12も含む。例えば、照射サブシステムは、例えば、入射ビームを特定のスポット・サイズを有する試料14に方向づけし、供給するための様々な光学系を含む。光源が様々な偏光の光を放射するように構成される場合、照射サブシステムは、光源によって放射される光の偏光特性を変えることが可能な1つ又は複数の偏光構成要素を含む。場合によっては、試料14に方向づけられた光は干渉性であってよく、又は非干渉であってもよい。ビーム整形・偏光制御光学系12は、ビーム拡張器、フォールディング・ミラー、焦点レンズ、円柱レンズ、ビーム・スプリッタなど、図1に示されない、いくつかの構成要素を含む。   The illumination subsystem also includes various beam shaping and polarization control optics 12. For example, the illumination subsystem includes various optical systems for directing and providing an incident beam to a sample 14 having a particular spot size, for example. When the light source is configured to emit light of various polarizations, the illumination subsystem includes one or more polarization components that can change the polarization characteristics of the light emitted by the light source. In some cases, the light directed to the sample 14 may be coherent or non-interfering. The beam shaping / polarization control optics 12 includes several components not shown in FIG. 1, such as a beam expander, folding mirror, focus lens, cylindrical lens, beam splitter, and the like.

場合によっては、照射サブシステムは偏向器(図示せず)を含む。一実施形態では、偏向器は、音響光学偏向器(AOD)である。その他の実施形態では、偏向器は、機械的走査アセンブリ、電子スキャナ、回転鏡、ポリゴン・ベースのスキャナ、共振スキャナ、圧電スキャナ、ガルボ・ミラー、又は検流計を含む。偏向器は、試料全体にわたって光ビームを走査する。いくつかの実施形態では、偏向器は、およそ一定の走査速度で、試料全体にわたって光ビームを走査することが可能である。   In some cases, the illumination subsystem includes a deflector (not shown). In one embodiment, the deflector is an acousto-optic deflector (AOD). In other embodiments, the deflector includes a mechanical scanning assembly, electronic scanner, rotating mirror, polygon-based scanner, resonant scanner, piezoelectric scanner, galvo mirror, or galvanometer. The deflector scans the light beam across the sample. In some embodiments, the deflector can scan the light beam across the sample at an approximately constant scan rate.

図1に示すように、照射サブシステムは、標準の入射角度で光のビームを試料に方向づけるように構成されてもよい。この実施形態では、試料に関して光学系の相対運動及び/又は光学系に対する試料の相対運動によって、光の標準入射ビームが試料全体にわたって走査されるため、照射サブシステムは偏向器を含まなくてよい。あるいは、照射サブシステムは、傾斜入射角度で光のビームを試料に方向づけるように構成される。システムは、光の傾斜入射ビームや光の標準入射ビームなど、光の複数のビームを試料に方向づけるように構成されてもよい。光の複数のビームは、実質的に同時に又は順次に、試料に方向づけられる。   As shown in FIG. 1, the illumination subsystem may be configured to direct a beam of light to the sample at a standard angle of incidence. In this embodiment, the illumination subsystem may not include a deflector because the standard incident beam of light is scanned across the sample by relative movement of the optical system with respect to the sample and / or relative movement of the sample with respect to the optical system. Alternatively, the illumination subsystem is configured to direct the beam of light to the sample at an oblique incident angle. The system may be configured to direct multiple beams of light to the sample, such as a tilted incident beam of light or a standard incident beam of light. Multiple beams of light are directed to the sample substantially simultaneously or sequentially.

図1の検査システムは、単一の集光チャネルを含む。例えば、試料から散乱された光は、レンズ、複合レンズ、又は当技術分野で知られている任意の適切なレンズであるコレクタ16によって集められる。あるいは、コレクタ16は、鏡などの、反射光学部品又は一部反射光学部品である。加えて、1つの特定の集光角度が図1に例示されているが、集光チャネルは任意の適切な集光角度で配置されてもよい点を理解されたい。集光角度は、例えば、入射角度及び/又は試料の幾何学的形状の特性に応じて異なってよい。   The inspection system of FIG. 1 includes a single collection channel. For example, light scattered from the sample is collected by a collector 16, which can be a lens, a compound lens, or any suitable lens known in the art. Alternatively, the collector 16 is a reflective optical component or a partially reflective optical component such as a mirror. In addition, although one particular collection angle is illustrated in FIG. 1, it should be understood that the collection channels may be arranged at any suitable collection angle. The collection angle may vary depending on, for example, the incident angle and / or characteristics of the sample geometry.

検査システムは、試料から散乱され、コレクタ16によって集められる光を検出するための検出器18も含む。検出器18は、一般に、散乱光を電気信号に変換するために機能し、したがって、実質的に、当技術分野で知られている任意の光検出器を含む。しかし、検出器の所望される性能特性、検査されることになる試料の種類、及び/又は照射サブシステムの構成に基づいて、本発明の1つ又は複数の実施形態内で使用するために特定の検出器が選択される。例えば、検査のために利用可能な光の量が比較的小さい場合、時間遅延積分(TDI)カメラなど、効率を強化する検出器は、システムの信号対雑音比を高めかつスループットを高めることができる。しかし、検査のために利用可能な光の量と、実行されている検査の種類とに応じて、電化結合素子(CCD)カメラ、光ダイオード、光電管、光電子増倍管(PMT)など、その他の検出器が使用されてもよい。本発明の少なくとも1つの実施形態では、試料から散乱された光を検出するために光電子増倍管が使用される。   The inspection system also includes a detector 18 for detecting light scattered from the sample and collected by the collector 16. The detector 18 generally functions to convert scattered light into an electrical signal and thus includes virtually any photodetector known in the art. However, specific for use within one or more embodiments of the present invention based on the desired performance characteristics of the detector, the type of sample to be examined, and / or the configuration of the illumination subsystem Detectors are selected. For example, if the amount of light available for inspection is relatively small, a detector that enhances efficiency, such as a time delay integration (TDI) camera, can increase the signal-to-noise ratio of the system and increase throughput. . However, depending on the amount of light available for inspection and the type of inspection being performed, other devices such as electrified coupling device (CCD) cameras, photodiodes, phototubes, photomultiplier tubes (PMT), etc. A detector may be used. In at least one embodiment of the present invention, a photomultiplier tube is used to detect light scattered from the sample.

検査システムは、検出器18によって検出された散乱信号を処理するために必要な様々な電子部品も含む。例えば、図1に示すシステムは、増幅回路20と、アナログ・デジタル変換器(ADC)22と、プロセッサ24とを含む。増幅器20は、一般に、検出器18から出力信号を受信して、それらの出力信号を所定の量だけ増幅するように構成される。ADC22は、増幅された信号をプロセッサ24内の使用に適したデジタル形式に変換する。一実施形態では、プロセッサは、図1に示すように、透過媒体によってADC22に直接結合されてもよい。あるいは、プロサッサは、ADC22に結合されたその他の電子部品から信号を受信してもよい。このように、プロセッサは、透過媒体と介在電子部品とによってADC22に間接的に結合される。   The inspection system also includes various electronic components necessary to process the scatter signal detected by the detector 18. For example, the system shown in FIG. 1 includes an amplifier circuit 20, an analog-to-digital converter (ADC) 22, and a processor 24. The amplifier 20 is generally configured to receive output signals from the detector 18 and amplify the output signals by a predetermined amount. The ADC 22 converts the amplified signal into a digital format suitable for use within the processor 24. In one embodiment, the processor may be coupled directly to the ADC 22 by a transmissive medium, as shown in FIG. Alternatively, the processor may receive signals from other electronic components coupled to the ADC 22. In this way, the processor is indirectly coupled to the ADC 22 by the transmission medium and the intervening electronic components.

一般に、プロセッサ24は、信号集光チャネルから得られた電気信号を使用して、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するように構成される。単一の集光チャネルによって生み出された信号は、単一の検出器(検出器18)によって検出された光を表す。用語「単一の検出器」は、本明細書で、1つだけの検出範囲、又は場合によっては、(例えば、検出器アレイ又は複数陽極PMT内で発見されるような)いくつかの感知範囲を有する検出器を説明するために使用される。数に関係なく、単一の検出器の感知範囲は、単一の筐体内で実施される。場合によっては、本明細書で説明される検査システムは、パターン化された試料や、パターン化されていない試料を検査するために使用される。プロセッサは、当技術分野で知られている任意の適切なプロセッサを含む。加えて、プロセッサは、当技術分野で知られている任意の適切な欠陥検出アルゴリズム又は方法を使用するように構成されてもよい。例えば、プロセッサは、試料上の欠陥を検出するためにダイ−データベース比較又は閾値アルゴリズムを使用してもよい。   Generally, the processor 24 is configured to detect sample features, defects, or light scattering properties using electrical signals obtained from the signal collection channel. The signal produced by a single collection channel represents the light detected by a single detector (detector 18). The term “single detector” is used herein to refer to only one detection range, or in some cases, several sensing ranges (eg, as found in a detector array or multiple anode PMT). Is used to describe a detector having Regardless of the number, the sensing range of a single detector is implemented within a single housing. In some cases, the inspection system described herein is used to inspect patterned and non-patterned samples. The processor includes any suitable processor known in the art. In addition, the processor may be configured to use any suitable defect detection algorithm or method known in the art. For example, the processor may use a die-database comparison or threshold algorithm to detect defects on the sample.

本明細書で説明される検査システムは、試料について、その他の検査システムよりも多くのフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性情報を提供するが、感度に対して検出範囲をトレードオフする(逆もまた同様である)。すなわち、本明細書で説明される検査システムは、感度を犠牲にせずに、拡張された検出範囲(例えば、約0から約3倍、又はそれ以上)を提供する。改善された検査システムはまた、優れた信号直線性と安定性とを維持し、検出範囲を拡張するために複雑な較正又は追加的な検出器や光学系を要求しない。改善された検査システムは、検査システムの検出範囲を制限する傾向があるいくつかの要因に対処することによってこれをすべて実現する。これらの要因は、検出器の飽和、増幅器の飽和、アナログ・デジタル変換器の固定ビット範囲を含むが、これらに限定されない。検出器の飽和によって設けられる制限は、次に、光電子増倍管との関連で説明される。しかし、下に概略が説明される一般的概念はその他の種類の検出器に適用可能な場合がある点を認識されたい。   The inspection systems described herein provide more feature, defect, or light scattering property information for a sample than other inspection systems, but trade off detection range for sensitivity (and vice versa). The same). That is, the inspection system described herein provides an extended detection range (eg, about 0 to about 3 times or more) without sacrificing sensitivity. The improved inspection system also maintains excellent signal linearity and stability and does not require complex calibrations or additional detectors or optics to extend the detection range. The improved inspection system accomplishes all this by addressing several factors that tend to limit the detection range of the inspection system. These factors include, but are not limited to, detector saturation, amplifier saturation, and a fixed bit range of the analog to digital converter. The limitations imposed by detector saturation will now be explained in the context of photomultiplier tubes. However, it should be recognized that the general concepts outlined below may be applicable to other types of detectors.

光電子増倍管(PMT)は、多くの場合、光信号がかすんでいる場合に(すなわち、蛍光分光法など、低強度の用途で)検出器として使用される。一般的な光電子増倍管は、真空管内の光電子放出陰極(光電陰極)と、その後に続く、集束電極、(電子増倍部を形成する)複数のダイノード、(電子コレクタを形成する)陽極からなる。光がPMTに入射すると、光電陰極は光電子を真空管内に放出する。集束電極は、光電子を電子増倍部に方向づけ、そこで、電子は二次的な放射のプロセスによって増倍される。例えば、光電子は、電界によって光電陰極から第1のダイノードに向けて加速される。光電子がダイノードに衝突すると、光電子は追加的な電子を遊離させて、光電子信号を増幅する。これらの二次的電子は次のダイノードに移動し、そこで再度増幅される。ダイノード・チェーンの終りで、電子は陽極によって集められて、PMTに入射する光の量に比例して電気出力信号を生成する。陽極で生み出された出力信号は、一般に、トランスインピーダンス増幅器と、その後に続くアナログ・デジタル変換器など、従来型の電子工学を使用して測定されるように十分大きい。   Photomultiplier tubes (PMTs) are often used as detectors when the optical signal is hazy (ie, in low intensity applications such as fluorescence spectroscopy). A typical photomultiplier tube consists of a photoelectron emission cathode (photocathode) in a vacuum tube, followed by a focusing electrode, a plurality of dynodes (forming an electron multiplier), and an anode (forming an electron collector) Become. When light enters the PMT, the photocathode emits photoelectrons into the vacuum tube. The focusing electrode directs photoelectrons to the electron multiplier, where the electrons are multiplied by a secondary radiation process. For example, photoelectrons are accelerated from the photocathode toward the first dynode by an electric field. When the photoelectrons collide with the dynode, the photoelectrons liberate additional electrons and amplify the photoelectron signal. These secondary electrons move to the next dynode where they are amplified again. At the end of the dynode chain, electrons are collected by the anode and produce an electrical output signal proportional to the amount of light incident on the PMT. The output signal produced at the anode is generally large enough to be measured using conventional electronics, such as a transimpedance amplifier followed by an analog to digital converter.

二次的な放射のプロセスは、光電子増倍管が高い電流増幅を実現することを可能にする。すなわち、光電陰極からの非常に小さな光電流は、光電子増倍管の陽極からの大きな出力電流として観測される。(別名、利得と呼ばれる)電流増幅は、単に、光電陰極からの光電流に対する陽極出力電流の比率である。各ダイノードでの利得は、そのダイノードと前のステージの間の電位に比例する、入射電子のエネルギーの関数である。PMTの総利得は、すべてのダイノード・ステージからの利得の積である。電圧(V)が(n個の)ダイノード・ステージを有する光電子増倍管の陰極と陽極の間に印加されると、総利得は次のようになる:
G(V)αVan 式1
式中、αは、ダイノード材料と幾何学的構造とによって決定される(通常、0.6から0.8の範囲の)係数である。
The secondary emission process allows the photomultiplier tube to achieve high current amplification. That is, a very small photocurrent from the photocathode is observed as a large output current from the anode of the photomultiplier tube. Current amplification (also called gain) is simply the ratio of the anode output current to the photocurrent from the photocathode. The gain at each dynode is a function of the energy of the incident electrons proportional to the potential between that dynode and the previous stage. The total gain of the PMT is the product of the gains from all dynode stages. When a voltage (V) is applied between the cathode and anode of a photomultiplier tube with (n) dynode stages, the total gain is:
G (V) αV an Formula 1
Where α is a factor (usually in the range of 0.6 to 0.8) determined by the dynode material and geometric structure.

ほとんどの場合、光電子増倍管は単一の所定利得で操作されることになる。例えば、バイアス電圧は、陰極と、ダイノードすべてと、陽極と、接地との間に一連の分圧抵抗器を接続することによって、ダイノードの各々に対して生成される。抵抗Rは、スケーリング定数として使用され、通常、光電子増倍管のすべてのステージに対して同じである。大きな負電圧(通常、−500Vから−1500V)が、次いで、陰極に印加され、電位は分圧抵抗器チェーンによってダイノード全体にわたり均等に分割される。これを行うことにより、ダイノードの各々が連続してより小さい負電位で維持されることが可能になり、その間の違いは中間ダイノード利得を定める。光電子増倍管の総利得は陰極に印加される電圧を変えることによって変更されるが、一般に、これは所望されない。例えば、大きな電圧を必要とすることは、バイアス・ストリング内のワット損を制限するために必要な寄生容量と大きな抵抗値とにより、利得を速やかに変更することを困難にする。したがって、ほとんどのユーザは、予め管利得(tube gain)を決定し、適切な陰極電圧を設定し、次いで、測定オペレーションを通してその電圧で管を操作する。   In most cases, the photomultiplier will be operated with a single predetermined gain. For example, a bias voltage is generated for each of the dynodes by connecting a series of voltage divider resistors between the cathode, all dynodes, the anode, and ground. The resistor R is used as a scaling constant and is usually the same for all stages of the photomultiplier tube. A large negative voltage (usually -500V to -1500V) is then applied to the cathode, and the potential is divided evenly across the dynode by the voltage divider resistor chain. By doing this, each of the dynodes can be continuously maintained at a smaller negative potential, the difference between which defines the intermediate dynode gain. The total gain of the photomultiplier tube is altered by changing the voltage applied to the cathode, but this is generally not desired. For example, requiring a large voltage makes it difficult to quickly change the gain due to the parasitic capacitance and large resistance required to limit the power dissipation in the bias string. Thus, most users determine the tube gain in advance, set the appropriate cathode voltage, and then operate the tube at that voltage throughout the measurement operation.

この構成では、光電子増倍管の検出範囲は、トランスインピーダンス増幅器の雑音特性及び利得特性によってローエンドで、かつ陽極電流を引き渡すための光電子増倍管の能力によってハイエンドで制限される。低強度の用途では、陽極電流は管内の空間電荷効果、バイアス・ストリングの電力消費量、ダイノードの被覆材の消費性質によって制限される。高強度の用途では、光電子増倍管は、陽極の飽和、そして時には、陰極の飽和によって制限される。例えば、光電子増倍管は、比較的大量の光が陽極(又は陰極)を飽和させる場合、不正確な結果となる場合がある。以下の実施形態では、本発明は、検査システムの検出範囲に対する制限要因として陽極飽和に対処する。下により詳細に説明されるように、本発明は、一態様では、陽極飽和を回避するように設計された回路と方法を提供することによって、測定の不正確さを回避して、PMT検出器の検出範囲を拡張する。   In this configuration, the detection range of the photomultiplier tube is limited at the low end by the noise and gain characteristics of the transimpedance amplifier and at the high end by the ability of the photomultiplier tube to deliver the anode current. In low intensity applications, the anode current is limited by the space charge effect in the tube, the power consumption of the bias string, and the consumption properties of the dynode coating. In high intensity applications, photomultiplier tubes are limited by anode saturation and sometimes cathode saturation. For example, a photomultiplier tube may give inaccurate results when a relatively large amount of light saturates the anode (or cathode). In the following embodiments, the present invention addresses anode saturation as a limiting factor for the detection range of an inspection system. As described in more detail below, the present invention, in one aspect, avoids measurement inaccuracies by providing a circuit and method designed to avoid anodic saturation, thereby providing a PMT detector. Extend the detection range.

図2Aは、試料から散乱された光を検出するために使用される回路30の一実施形態を例示する。したがって、回路30は、検出器18として、図1の検査システム内に組み込まれることが可能である。図2Aの実施形態では、回路30は、陰極34と、複数のダイノード36と、陽極38とを有する光電子増倍管(PMT)32を含む。8個のダイノードだけを有して示されるが、PMT32は、実質的に任意の数のダイノードを含んでよく、一般的な数は約8個から約20個に及ぶ。PMT32は、図2Aで、ヘッドオン型(head-on)光電子増倍管、特に、透過モードで操作される線形集束(linear-focused)ヘッドオン型PMTとしても示されている。しかし、当業者は本明細書で説明される本発明の態様がどのようにその他のモード及び/又は種類のPMTに応用されるかを明確に理解するであろう。例えば、PMT32は、あるいは、サイドオン型(side-on)構成で形成され、かつ/又は反射モードで操作されてもよい。図2Aに示す線形集束型PMTに加えて、本発明の態様は、環状ケージ・タイプ(circular-cage type)、ボックス・アンド・グリッド・タイプ(box-and-grid type)、ベネチア・ブランド・タイプ、メッシュ・タイプなどを含むが、これらに限定されない、その他の種類のPMTに応用されることも可能である。   FIG. 2A illustrates one embodiment of a circuit 30 used to detect light scattered from the sample. Thus, the circuit 30 can be incorporated as a detector 18 in the inspection system of FIG. In the embodiment of FIG. 2A, circuit 30 includes a photomultiplier tube (PMT) 32 having a cathode 34, a plurality of dynodes 36, and an anode 38. Although shown with only eight dynodes, the PMT 32 may include virtually any number of dynodes, with a typical number ranging from about eight to about twenty. The PMT 32 is also shown in FIG. 2A as a head-on photomultiplier tube, particularly a linear-focused head-on PMT operated in transmission mode. However, those skilled in the art will clearly understand how the aspects of the invention described herein apply to other modes and / or types of PMTs. For example, the PMT 32 may alternatively be formed in a side-on configuration and / or operated in a reflective mode. In addition to the linear focusing PMT shown in FIG. 2A, embodiments of the present invention include a circular-cage type, a box-and-grid type, a Venetian brand type. It can also be applied to other types of PMTs, including but not limited to mesh types.

従来型のPMT回路と同じように、回路30は、陰極と、ダイノードの大部分と、陽極とを通して結合されたインピーダンス要素(例えば、Z1〜Z9)を有する分圧器チェーン40を含む。インピーダンス要素は、均等の抵抗、テーパ(tapered)抵抗、又は当技術分野で知られているように抵抗器とコンデンサの組合せを含んでもよい。したがって、高い負電圧(VS1)が陰極に印加される場合、電位はすべてのダイノード全体にわたって均等に、又は若干、不均等に分割されることがあり、その結果、チェーンの中間のダイノードはより少ない利得を得る。光(hv)がPMTに入射すると、陰極34は光電子を放射し、光電子はダイノード・チェーン36を通じて移動して、陽極38で増幅された光電子電流(IA)を生み出す。陽極38からの電流出力は、電流・電圧変換器42によって電圧(VA)に変換される。ほとんどの場合、変換器42は、PMTの出力で生成された電圧(VA)が以下の式によって陽極電流に関連するように、帰還インピーダンス(ZF)と負荷インピーダンス(ZL)とを有する動作可能な増幅器であってよい。
A=IA *(ZF/ZL) 式2
As with conventional PMT circuits, circuit 30 includes a voltage divider chain 40 having impedance elements (eg, Z1-Z9) coupled through a cathode, a majority of dynodes, and an anode. The impedance element may include an equivalent resistance, a tapered resistance, or a combination of resistors and capacitors as is known in the art. Thus, when a high negative voltage (V S1 ) is applied to the cathode, the potential may be divided evenly or slightly unevenly across all dynodes, resulting in more dynodes in the middle of the chain Get less gain. When light (hv) is incident on the PMT, the cathode 34 emits photoelectrons that travel through the dynode chain 36 to produce an amplified photoelectron current (I A ) at the anode 38. The current output from the anode 38 is converted into a voltage (V A ) by a current / voltage converter 42. In most cases, the converter 42 has a feedback impedance (Z F ) and a load impedance (Z L ) such that the voltage (V A ) generated at the output of the PMT is related to the anode current by the following equation: It may be an operational amplifier.
V A = I A * (Z F / Z L ) Formula 2

従来型のPMT回路と異なり、回路30は、陽極電圧(VA)に加えて、中間ダイノード電圧(VD)を測定するための追加的な回路要素を含む。一例では、中間ダイノード電圧は、以下の式のように、ダイノード・ステージ36のうちの1つで生成された光電流(ID)を追加的なインピーダンス要素(ZD)に供給することによって得ることが可能である。
D=ID *(ZD) 式3
ほとんどの場合、ダイノード電圧は電流が陽極で完全に増幅される前に光電流を表すため、中間ダイノード電圧は陽極電圧よりも低い。下でより詳細に説明されるように、中間ダイノード電圧は、試料上の欠陥を検出するために陽極電圧の代わりに使用される。例えば、中間ダイノード電圧は、陽極での光電流が陽極を飽和させると、欠陥を検出するために使用される。スイッチング論理44は、陽極電圧を監視して、陽極電流が飽和に達すると中間ダイノード電圧に切り替えるために回路30内に含まれている。
Unlike conventional PMT circuits, circuit 30 includes additional circuit elements for measuring intermediate dynode voltage (V D ) in addition to anode voltage (V A ). In one example, the intermediate dynode voltage is obtained by supplying the photocurrent (I D ) generated in one of the dynode stages 36 to an additional impedance element (Z D ) as follows: It is possible.
V D = I D * (Z D ) Equation 3
In most cases, the intermediate dynode voltage is lower than the anode voltage because the dynode voltage represents the photocurrent before the current is fully amplified at the anode. As described in more detail below, the intermediate dynode voltage is used in place of the anode voltage to detect defects on the sample. For example, the intermediate dynode voltage is used to detect defects when photocurrent at the anode saturates the anode. Switching logic 44 is included in circuit 30 to monitor the anode voltage and switch to an intermediate dynode voltage when the anode current reaches saturation.

陽極38が飽和に達するレベルは、材料構成と陽極の幾何学的構造、最後のダイノードと陽極の間の高電圧、分圧器チェーンの構造を含むが、これらに限定されない、いくつかの要因に依存する。当技術分野で知られているように、入力でのさらなる変更が、結果として、その要素によって生成されたパワー信号に明らかな変化をもはやもたらさない場合、要素は「飽和」する。場合によっては、陽極38は、最高で約10mAまでの高い線形陽極電流を提供する。陽極は、次いで、PMTに入射する光の量がおよそ10mAを超える量に陽極電流を増やすと、飽和する可能性がある。しかし、本発明のその他の実施形態では、より小さな飽和レベル又はより大きな飽和レベルが適切である点に留意されたい。例えば、場合によっては、陽極電流が依然として最高約100mAまで実質的に線形である場合、より大きな飽和レベルが適切な可能性がある。   The level at which anode 38 reaches saturation depends on several factors including, but not limited to, material configuration and anode geometry, the high voltage between the last dynode and anode, and the structure of the voltage divider chain. To do. As is known in the art, an element becomes “saturated” if further changes in the input no longer result in an apparent change in the power signal generated by that element. In some cases, anode 38 provides a high linear anode current up to about 10 mA. The anode can then saturate if the anode current is increased to an amount where the amount of light incident on the PMT exceeds approximately 10 mA. However, it should be noted that in other embodiments of the present invention, a lower saturation level or a higher saturation level is appropriate. For example, in some cases, a larger saturation level may be appropriate if the anode current is still substantially linear up to about 100 mA.

陽極飽和を回避するために、陽極電流(IA)が飽和レベルに近づく、達する、又は超えると、スイッチング論理44は中間ダイノード電圧(VD)に切り替えることができる。例えば、スイッチング論理44は、所定の閾値レベルとして、陽極飽和レベル、又はかかるレベルよりわずかに高い値若しくはわずかに低い値を使用してよい。回路動作の間、スイッチング論理44は、検出器のパワー信号(VOUT)として陽極電流(VA)を後続の処理構成要素(例えば、ADC22やプロセッサ24)に供給しながら、陽極電流(IA)を監視する。陽極電流が所定の閾値レベルに達すると、スイッチング論理44は、検出器の出力信号(VOUT)として中間ダイノード電圧(VD)を使用する。陽極電流が使用されるか、ダイノード電流が使用されるかに関係なく、スイッチング論理44によって転送された検出器の出力信号は、実質的に一貫した量だけADC22によって増幅される。 To avoid anodic saturation, switching logic 44 can switch to an intermediate dynode voltage (V D ) when the anodic current (I A ) approaches, reaches or exceeds the saturation level. For example, the switching logic 44 may use an anode saturation level or a slightly higher or slightly lower value as the predetermined threshold level. During circuit operation, switching logic 44 provides anode current (I A ) while supplying anode current (V A ) as a detector power signal (V OUT ) to subsequent processing components (eg, ADC 22 or processor 24). ). When the anode current reaches a predetermined threshold level, the switching logic 44 uses the intermediate dynode voltage (V D ) as the detector output signal (V OUT ). Regardless of whether anode current or dynode current is used, the detector output signal transferred by switching logic 44 is amplified by ADC 22 by a substantially consistent amount.

スイッチング論理44は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれら両方の組合せ(すなわち、ファームウェア)として実施されてもよい。したがって、スイッチング論理44は、スイッチング論理44内で実施される機能性を実行する論理素子の組合せとして、回路30内又は回路30に隣接して配置されてもよい。他方で、機能性は「オンチップで」又は「オフチップで」記憶及び実行されるプログラム命令を用いて実施されてもよい。例えば、スイッチング論理44は、回路30に連結されるデジタル信号処理(DSP)チップとして、又はプロセッサ24によって実行されるプログラム命令として実施されてもよい。スイッチング論理44のその他の構成/実施形態が可能であり、かつ本発明の範囲内である。例えば、スイッチング論理44は、陽極電流(IA)の代わりに陽極電圧(VA)を監視することが好ましい場合があり、したがって、図2Aに示すように、陽極電流を受信するために結合されない可能性がある。 The switching logic 44 may be implemented as hardware, software, or a combination of both (ie, firmware). Accordingly, the switching logic 44 may be located in or adjacent to the circuit 30 as a combination of logic elements that perform the functionality implemented in the switching logic 44. On the other hand, functionality may be implemented using program instructions that are stored and executed “on-chip” or “off-chip”. For example, the switching logic 44 may be implemented as a digital signal processing (DSP) chip coupled to the circuit 30 or as program instructions executed by the processor 24. Other configurations / embodiments of the switching logic 44 are possible and within the scope of the present invention. For example, the switching logic 44 may preferably monitor the anode voltage (V A ) instead of the anode current (I A ) and is therefore not coupled to receive the anode current, as shown in FIG. 2A. there is a possibility.

上述のように、中間ダイノード電圧は、複数のダイノード36のうちの1つから得られる。選択される特定のダイノードは、一般に、陽極電圧とダイノード電圧の間の所望される利得差に依存する可能性がある。例えば、各ダイノードは、分圧器チェーン40によって生成された特定のバイアス電圧と、分圧器チェーン40に結合される負の高圧電源(VS1)とにより供給される。高圧電源は、通常、特定の量の総合(すなわち「管」)利得を提供するように選択されてもよい。ほとんどの場合、分圧器チェーンに沿って受ける直列抵抗が増加するため、各ダイノード36には連続的なより小さい負電位が供給される。例えば、約−1000Vの負の電源が供給される場合、分圧器チェーン40内のインピーダンス要素(例えば、Z1からZ9)は、−900Vが第1のダイノードに供給され、−800Vが第2のダイノードに供給され、以下同様に行われるように、ダイノード・チェーンに連続的により小さい負電位を供給するように構成される。選択されたダイノードの供給される電圧と陽極に供給される電圧の間の電位差は、それらの間の利得差を決定する。 As described above, the intermediate dynode voltage is obtained from one of the plurality of dynodes 36. The particular dynode chosen may generally depend on the desired gain difference between the anode voltage and the dynode voltage. For example, each dynode is supplied by a specific bias voltage generated by the voltage divider chain 40 and a negative high voltage power supply (V S1 ) coupled to the voltage divider chain 40. The high voltage power supply may typically be selected to provide a certain amount of overall (or “tube”) gain. In most cases, since the series resistance experienced along the voltage divider chain increases, each dynode 36 is supplied with a continuous smaller negative potential. For example, when a negative power supply of approximately −1000V is supplied, impedance elements (eg, Z1 to Z9) in the voltage divider chain 40 are supplied with −900V to the first dynode and −800V to the second dynode. , And so forth, and is configured to continuously supply a smaller negative potential to the dynode chain. The potential difference between the voltage supplied to the selected dynode and the voltage supplied to the anode determines the gain difference between them.

所望される利得差、したがって、所望されるダイノードは、PMTに入射する光強度の偏差に基づいて選択されることもある。高強度の用途の場合、ダイノード電圧と陽極電圧の間により大きな利得差を生み出すために、チェーンの初めに近接するダイノードが選択される。かかる大きな利得差は、陽極が飽和した後で、実質的により大きな量の光が検出されることを可能にする。他方で、より小さな光の強度範囲が測定されるために十分な可能性があるより小さな利得差を生み出すために、チェーンのさらに下のダイノードが選択されてもよい。いくつかの実施形態では、中間利得信号を生み出すために、ダイノード・チェーンの中間付近のダイノードが選択されてもよい。したがって、本明細書で説明される回路及び方法は、可能な利得差の範囲をユーザに提供することができる。この範囲は、約G((n-m)/n)とおよそ同等であり、式中、Gは(陰極から陽極の)総PMT利得であり、mは(陰極から数えた)選択された中間ダイノードの位置であり、nはダイノードの総数である。 The desired gain difference, and thus the desired dynode, may be selected based on the deviation in light intensity incident on the PMT. For high intensity applications, a dynode that is close to the beginning of the chain is selected to create a larger gain difference between the dynode voltage and the anode voltage. Such a large gain difference allows a substantially larger amount of light to be detected after the anode is saturated. On the other hand, dynodes further down the chain may be selected to produce smaller gain differences that may be sufficient for smaller light intensity ranges to be measured. In some embodiments, a dynode near the middle of the dynode chain may be selected to produce an intermediate gain signal. Thus, the circuits and methods described herein can provide a user with a range of possible gain differences. This range is approximately equivalent to about G ((nm) / n) , where G is the total PMT gain (cathode to anode) and m is the selected intermediate dynode (counted from the cathode). Where n is the total number of dynodes.

図2Aの実施形態では、選択されたダイノードは、分圧器チェーンから切断され、中間ダイノード電圧は、追加的なインピーダンス要素(ZD)全体にわたって測定される。追加的なインピーダンス要素は、実質的に任意の受動要素又は能動要素により実施可能であるが、単純な抵抗が好ましい。一般に、追加的なインピーダンス要素のサイズは、そこで全体にわたって測定される信号が陽極での信号レベルと実質的に等しいように選択されるべきである。図2Aに示すように、中間ダイノード電圧を測定するために追加的電源(VS2)が必要となることもある。場合によっては、追加的な電源レベルは、ダイノードが分圧器チェーンから切断されていない場合、選択されたダイノードに供給されていることになる電位を与えるように設定されてもよい。 In the embodiment of FIG. 2A, the selected dynode is disconnected from the voltage divider chain and the intermediate dynode voltage is measured across an additional impedance element (Z D ). The additional impedance element can be implemented by virtually any passive or active element, but a simple resistance is preferred. In general, the size of the additional impedance element should be selected such that the signal measured across it is substantially equal to the signal level at the anode. As shown in FIG. 2A, an additional power supply (V S2 ) may be required to measure the intermediate dynode voltage. In some cases, the additional power supply level may be set to provide a potential that will be supplied to the selected dynode if the dynode is not disconnected from the voltage divider chain.

図2Bは、回路30の代替実施形態を例示する。図2A及び図2Bで示される実施形態の間の類似特徴を示すために同様の参照番号が使用され、したがって、かかる特徴の詳細な説明は、簡潔さのために繰り返されない。図2Aと同じように、図2Bで示される実施形態は、陰極34と、複数のダイノード36と、陽極36とを有するPMT検出器32を含む。いくつかの実施形態では、陽極で生成された光電流(IA)は、電流・電圧変換器42とスイッチング論理44とに供給される。陽極電流(IA)が(陽極飽和に関連する)所定の閾値レベルに達すると、スイッチング論理は中間ダイノード電圧(VD)を後続の処理構成部品に供給するように切り替えることができる。その他の実施形態では、陽極電流(IA)の代わりに陽極電圧(VA)が監視される。かかる実施形態では、スイッチング論理44は、図2Bに示すように、陽極電流を受信するために結合されなくてよい。 FIG. 2B illustrates an alternative embodiment of the circuit 30. Similar reference numerals are used to indicate similar features between the embodiments shown in FIGS. 2A and 2B, and therefore a detailed description of such features will not be repeated for the sake of brevity. Similar to FIG. 2A, the embodiment shown in FIG. 2B includes a PMT detector 32 having a cathode 34, a plurality of dynodes 36, and an anode 36. In some embodiments, the photocurrent (I A ) generated at the anode is provided to a current to voltage converter 42 and switching logic 44. When the anode current (I A ) reaches a predetermined threshold level (related to anode saturation), the switching logic can be switched to provide an intermediate dynode voltage (V D ) to subsequent processing components. In other embodiments, anode voltage (V A ) is monitored instead of anode current (I A ). In such an embodiment, the switching logic 44 may not be coupled to receive the anode current, as shown in FIG. 2B.

図2A及び図2Bに示される実施形態は、中間ダイノード電圧が生み出される方法の点で異なる。単一の分圧器チェーン40の代わりに、図2Bの実施形態は、チェーンを第1の部分40aと第2の部分40bとに分割する。第1の部分40aには第1の電源電圧(VS1)が供給され、一方、第2の部分40bには第2の電源電圧(VS2)が供給される。この構成では、中間ダイノード電圧は、第1の部分40a内の最後のインピーダンス要素(Z5)全体にわたって測定される。この構成の利点は、陽極の飽和と、電流をより高いダイノードに供給する分圧器チェーンの部分(例えば、部分40b)は、より低いダイノードに供給するチェーンの部分(例えば、部分40a)に影響を与えないことになる点である。 The embodiment shown in FIGS. 2A and 2B differs in the way the intermediate dynode voltage is generated. Instead of a single voltage divider chain 40, the embodiment of FIG. 2B divides the chain into a first portion 40a and a second portion 40b. The first power supply voltage (V S1 ) is supplied to the first portion 40a, while the second power supply voltage (V S2 ) is supplied to the second portion 40b. In this configuration, the intermediate dynode voltage is measured across the last impedance element (Z5) in the first portion 40a. The advantage of this configuration is that the saturation of the anode and the portion of the voltage divider chain that supplies current to the higher dynode (eg, portion 40b) affects the portion of the chain that supplies the lower dynode (eg, portion 40a). It is a point that will not be given.

図2Cは、回路30のさらに別の代替実施形態を例示する。前と同じように、図2A〜2Cで示される実施形態の間の類似の特徴を示すために同様の参照番号が使用され、したがって、かかる特徴の詳細な説明は、簡潔さのために繰り返されない。図2A及び図2Bと同じように、図2Cに示される実施形態は、陰極34と、複数のダイノード36と、陽極36とを有する、PMT検出器32を含む。いくつかの実施形態では、陽極で生成される光電流(IA)は、電流・電圧変換器42とスイッチング論理44とに供給される。陽極電流(IA)が(陽極飽和に関連する)所定の閾値レベルに達すると、スイッチング論理は中間ダイノード電圧(VD)を後続の処理構成部品に供給するように切り替えることができる。その他の実施形態では、陽極電流(IA)の代わりに陽極電圧(VA)が監視される。かかる実施形態では、スイッチング論理44は、図2Cに示すように、陽極電流を受信するために結合されない。 FIG. 2C illustrates yet another alternative embodiment of the circuit 30. As before, like reference numerals are used to indicate similar features between the embodiments shown in FIGS. 2A-2C, and thus a detailed description of such features is repeated for brevity. Absent. Similar to FIGS. 2A and 2B, the embodiment shown in FIG. 2C includes a PMT detector 32 having a cathode 34, a plurality of dynodes 36, and an anode 36. In some embodiments, the photocurrent (I A ) generated at the anode is provided to the current to voltage converter 42 and the switching logic 44. When the anode current (I A ) reaches a predetermined threshold level (related to anode saturation), the switching logic can be switched to provide an intermediate dynode voltage (V D ) to subsequent processing components. In other embodiments, anode voltage (V A ) is monitored instead of anode current (I A ). In such an embodiment, the switching logic 44 is not coupled to receive the anode current, as shown in FIG. 2C.

図2Cは、中間ダイノード電圧(VD)が生み出されるさらに別の方法を例示する。例えば、回路30は、中間ダイノード電圧(VD)の利得を修正するための演算増幅器回路46を含む。演算増幅器は、各々が追加的なインピーダンス要素(ZD)の異なる端末に結合される1対の入力を有している。いくつかの場合では、負荷インピーダンスと帰還インピーダンスは、演算増幅器入力のうちの少なくとも1つに結合されている。この構成では、追加的なインピーダンス要素(ZD)全体にわたって測定された中間ダイノード電圧は、多少より高い利得又はより低い利得を有する信号を生み出すように修正される。例えば、図2Cで示される構成は、中間ダイノード電圧を高い負の電位から陽極出力と同じレベルである接地レベルにするために使用される。 FIG. 2C illustrates yet another way in which the intermediate dynode voltage (V D ) is generated. For example, the circuit 30 includes an operational amplifier circuit 46 for modifying the gain of the intermediate dynode voltage (V D ). The operational amplifier has a pair of inputs, each coupled to a different terminal of an additional impedance element (Z D ). In some cases, the load impedance and the feedback impedance are coupled to at least one of the operational amplifier inputs. In this configuration, the intermediate dynode voltage measured across the additional impedance element (Z D ) is modified to produce a signal with a somewhat higher or lower gain. For example, the configuration shown in FIG. 2C is used to bring the intermediate dynode voltage from a high negative potential to a ground level that is the same level as the anode output.

図3は、図1の検査システムと、図2A及び図2Bで示される回路とを使用して、試料を検査するための例示的な方法を示す流れ図である。図3で示される様々な方法ステップは、検査システム内に含まれる構成要素によって実行されることが可能であるが、いくつかのステップは検査システムのユーザによって実行されてもよい。   FIG. 3 is a flow diagram illustrating an exemplary method for inspecting a sample using the inspection system of FIG. 1 and the circuitry shown in FIGS. 2A and 2B. The various method steps shown in FIG. 3 may be performed by components included within the inspection system, although some steps may be performed by a user of the inspection system.

いくつかの実施形態では、方法は、(ステップ50で)中間ダイノード電圧を測定するために使用されることになるダイノードを選択することによって開始する。場合によっては、PMTの選択されたダイノードと陽極の間に所望される利得差をもたらすために、特定のダイノードが検査システムのユーザによって選択される。所望される利得差は、想定、根拠のある推測、又は散乱光強度の期待されるレベル又はこれまでのレベルに基づく所定の量である。その他の場合、特定のダイノードは、散乱光強度の期待されるレベル又はこれまでのレベルに基づいて検査システム構成要素(例えば、プロセッサ24)によって自動的に選択されてもよい。   In some embodiments, the method begins by selecting (in step 50) the dynode that will be used to measure the intermediate dynode voltage. In some cases, a particular dynode is selected by the user of the inspection system to provide the desired gain difference between the selected dynode and anode of the PMT. The desired gain difference is an assumption, a reasonable guess, or a predetermined amount based on the expected or previous level of scattered light intensity. In other cases, a particular dynode may be automatically selected by an inspection system component (eg, processor 24) based on an expected or previous level of scattered light intensity.

ステップ52で、光は考察中の試料に方向づけられる。上述のように、用語「試料」はウェーハ、レチクル、あるいは欠陥、フィーチャ、又は当技術分野で知られているその他の情報(例えば、ヘーズ特性若しくはフィルム特性の量)に関して検査される任意のその他のサンプルである。本明細書で説明される実施形態では、試料を検査するために使用されるシステムは、反射光ではなく散乱光を測定する、暗視野の光学検査システムである。したがって、方法は、(ステップ54で)光電子増倍管(PMT)からの陽極電流を使用して試料から散乱された光を検出することに続く。PMTは、図2A又は図2Bに示されるように構成されてもよい。図3に示すように、陽極電流は、陽極電流が所定の閾値レベル未満にとどまる限り、散乱光を検出するために使用される。この閾値レベルは、PMTの種類/構成に基づいて、システムのユーザによって手動で、又はシステム構成要素によって自動的に設定できる。ほとんどの場合、所定の閾値レべルは、陽極に関連する飽和レベルに近接して又は等しくてよい。   At step 52, the light is directed to the sample under consideration. As noted above, the term “sample” refers to a wafer, reticle, or any other information that is inspected for defects, features, or other information known in the art (eg, amount of haze or film properties). It is a sample. In the embodiments described herein, the system used to inspect the sample is a dark field optical inspection system that measures scattered light rather than reflected light. Thus, the method continues (at step 54) to detect light scattered from the sample using an anodic current from a photomultiplier tube (PMT). The PMT may be configured as shown in FIG. 2A or 2B. As shown in FIG. 3, the anode current is used to detect scattered light as long as the anode current remains below a predetermined threshold level. This threshold level can be set manually by the user of the system or automatically by system components based on the type / configuration of the PMT. In most cases, the predetermined threshold level may be close to or equal to the saturation level associated with the anode.

(ステップ56で)陽極電流が所定の閾値未満にとどまる場合、(ステップ58で)陽極電流を使用して試料のフィーチャ、欠陥、及び/又は光散乱特性が検出される。そうでなければ、(ステップ60で)選択されたダイノードからの電流がかかる検出のために使用される。ダイノード電流を使用することは、陽極で測定されるよりも、かなり大量の散乱光がダイノードで測定されることを可能にする。これは、ダイノード飽和なしに(例えば、中間ダノードを使用して)、およそ1倍から1000倍の大きな信号がダイノードで測定されることを可能にする、より小さな増幅がダイノードに存在していることに起因する。しかし、正確さを維持するために、ダイノード電流は、陽極及び中間ダイノードの利得比率とおよそ同等の較正比率によって乗算されなければならない。図1を参照すると、較正比率は、システム・プロセッサ24又はその他のシステム構成要素(例えば、アナログ・ボード又はデータ処理ボード)によってダイノード電流に応用されてもよい。較正比率がどのように応用されるかに関係なく、較正比率の使用は、陽極で生成された場合と同様に、ダイノード電流が欠陥を検出するために使用可能である。   If the anode current remains below a predetermined threshold (at step 56), the anode current is used (at step 58) to detect sample features, defects, and / or light scattering properties. Otherwise, (in step 60) the current from the selected dynode is used for such detection. Using a dynode current allows a much larger amount of scattered light to be measured at the dynode than is measured at the anode. This means that there is a smaller amplification at the dynode that allows a large signal of approximately 1 to 1000 times to be measured at the dynode without dynode saturation (eg, using an intermediate danode). caused by. However, in order to maintain accuracy, the dynode current must be multiplied by a calibration ratio approximately equal to the anode and intermediate dynode gain ratio. Referring to FIG. 1, the calibration ratio may be applied to the dynode current by the system processor 24 or other system component (eg, an analog board or a data processing board). Regardless of how the calibration ratio is applied, the use of the calibration ratio can be used to detect defects by the dynode current, as if it were generated at the anode.

場合によっては、方法はステップ60で終了してよい。しかし、その他の場合、当初選択されたダイノードが、何らかの理由で、現在の又は後続の測定のために不十分である場合、方法は追加的なステップ(例えば、ステップ62、64、66)を含む。例えば、比較的低い利得のダイノードは、極めて低い光信号を検出するためには不十分である。他方で、比較的高い利得のダイノードは、極めて高い強度の光がPMTに供給される場合、飽和する可能性がある。(オプションのステップ62で)当初選択されたダイノードが不十分であると判断された場合、(オプションのステップ64で)代替のダイノードが選択されて、(オプションのステップ66で)試料のフィーチャ、欠陥、その他の光散乱特性を検出するために使用される。代替のダイノードは、現在進行中の測定操作の間に、又は実行されることになる次の測定操作に備えて、検査システムのユーザ又は構成要素によって選択されてもよい。   In some cases, the method may end at step 60. However, in other cases, if the originally selected dynode is insufficient for any reason for the current or subsequent measurement, the method includes additional steps (eg, steps 62, 64, 66). . For example, a relatively low gain dynode is insufficient to detect very low optical signals. On the other hand, relatively high gain dynodes can saturate when very high intensity light is supplied to the PMT. If it is determined that (in optional step 62) the initially selected dynodes are insufficient, an alternative dynode is selected (in optional step 64) and the specimen features, defects, (in optional step 66). Used to detect other light scattering properties. An alternative dynode may be selected by a user or component of the inspection system during the current ongoing measurement operation or in preparation for the next measurement operation to be performed.

図1〜図3は、検出信号の直線性と安定性とを維持しながら、PMT検出器の測定検出範囲を増加することによって欠陥検出を改善するための例示的な検査システムや、回路、方法を示す。例えば、陽極電流は、低強度側に関する散乱光の検出のために使用でき、一方、中間ダイノード電流は高強度側に関する検出のために使用される。避けられない陽極飽和により検出範囲が制限される従来型のPMT検出器と異なり、本明細書で説明されるPMT検出器は、陽極が飽和すると、より低い利得のダイノード電流に切り替えることによって(高強度側に関する)測定検出範囲を拡張する。このように、本明細書で説明されるPMT検出器は、より高い感度、(陽極電流から得られる)より低い飽和検出信号とより低い感度、(ダイノード電流から得られる)より高い飽和検出信号の間で動的に切り替えることによって、試料の実質的により多いフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために使用される。陽極電流は、低い散乱強度を有する小さな欠陥などのフィーチャを検出するために使用されることが可能であり、一方、大きく散乱する大きな欠陥はダイノード電流により検出可能な場合がある。   1-3 illustrate exemplary inspection systems, circuits, and methods for improving defect detection by increasing the measurement detection range of a PMT detector while maintaining linearity and stability of the detection signal. Indicates. For example, the anodic current can be used for detection of scattered light on the low intensity side, while the intermediate dynode current is used for detection on the high intensity side. Unlike conventional PMT detectors, where the detection range is limited by unavoidable anode saturation, the PMT detectors described herein switch to higher gain dynode currents when the anode is saturated (higher Extend the measurement detection range (on the intensity side). Thus, the PMT detector described herein has higher sensitivity, lower saturation detection signal (obtained from anode current) and lower sensitivity, higher saturation detection signal (obtained from dynode current). By switching dynamically between, it is used to detect substantially more features, defects, or light scattering properties of the sample. Anode current can be used to detect features such as small defects with low scattering intensity, while large defects that are highly scattered may be detectable by dynode current.

検出範囲の拡張に加えて、本明細書で説明されるPMT検出器は、簡単であるが、非常に効果的な解決策により陽極飽和を回避することによって、検出信号の直線性と安定性とを維持する。加えて、本発明のPMT検出器は、PMT利得を「オンザフライ」で変えることを試みる場合にもたらされる可能性がある非線形効果や過渡的な効果を補償するために先行技術の設計で要求されることが多い、精巧な較正と複雑な回路を回避する。さらに、本発明は、単一の検出器を使用しながら、これらの利点を提供し、したがって、測定検出範囲を拡張するために複数の検出器を使用する場合に要求される追加的な光学系と制御回路とを回避する。したがって、本発明は、空間消費とコストの両方においてかなりの節約となる。   In addition to extending the detection range, the PMT detector described herein is a simple but highly effective solution that avoids anodic saturation, thereby increasing the linearity and stability of the detection signal. To maintain. In addition, the PMT detector of the present invention is required in prior art designs to compensate for non-linear effects and transient effects that may result when attempting to change the PMT gain “on the fly”. Avoid elaborate calibration and complicated circuits, often. Furthermore, the present invention provides these advantages while using a single detector, and thus the additional optics required when using multiple detectors to extend the measurement detection range. And control circuit. Thus, the present invention provides significant savings in both space consumption and cost.

図4〜図6は、通常、増幅器の飽和とアナログ・デジタル変換器(ADC)の固定ビット範囲とによって定められる検出範囲制限を克服するための例示的な回路や、システム、方法を示す。比較的少数の実施形態が示されるが、当業者は類似の機能性を有する代替実施形態を生み出すために本明細書で説明される様々な構想がどのように適用されるかを容易に理解されよう。   FIGS. 4-6 illustrate exemplary circuits, systems, and methods for overcoming detection range limitations typically defined by amplifier saturation and a fixed bit range of an analog-to-digital converter (ADC). Although a relatively small number of embodiments are shown, those skilled in the art will readily understand how the various concepts described herein can be applied to create alternative embodiments with similar functionality. Like.

図4A、4Bは、試料から散乱される光を検出するために検査システム内で使用される検出器回路と増幅器回路の例示的な実施形態を示す。図4A、図4Bに示される検出器回路70は、試料から散乱される光を検出するため、及び光を電気信号に変換するために1つの光検出器だけを含む。上述のように、「単一の検出器」は、単一の筐体内に実装される1つだけの検出領域又はいくつかの検出領域を有してよい。したがって、図4A、図4Bで示される検出器は、単一の検出領域を有する単一の検出器、又は複数の検出領域を有する単一の検出器アレイを含む。一般に、検出器回路70は、試料から散乱された光を検出するのに適した、実質的にいかなる技術を含んでもよい。例示的な検出器は、光ダイオード、光電管、光電子増倍管(PMT)、時間遅延積分(TDI)カメラ、電荷結合素子(CCD)カメラを含むが、これらに限定されない。   4A and 4B show an exemplary embodiment of a detector circuit and an amplifier circuit used in the inspection system to detect light scattered from the sample. The detector circuit 70 shown in FIGS. 4A and 4B includes only one photodetector to detect light scattered from the sample and to convert the light into an electrical signal. As described above, a “single detector” may have only one detection area or several detection areas mounted in a single housing. Accordingly, the detector shown in FIGS. 4A and 4B includes a single detector having a single detection region or a single detector array having multiple detection regions. In general, detector circuit 70 may include virtually any technique suitable for detecting light scattered from a sample. Exemplary detectors include, but are not limited to, photodiodes, phototubes, photomultiplier tubes (PMT), time delay integration (TDI) cameras, charge coupled device (CCD) cameras.

増幅器回路72は、一般に、検出器回路70によって生成された電気信号に応答して、1対の出力信号を生み出すように構成される。このため、増幅器回路72は、本明細書で「デュアル出力増幅器」と呼ばれることがある。示された実施形態では、増幅器回路72は、電気信号から高解像度(高利得)の出力信号と低解像度(低利得)の出力信号とを生成するように構成される。下でより詳細に説明されるように、高解像度の信号は、散乱光が低強度範囲内に入射する場合、試料のフィーチャ、欠陥、及び/又は光散乱特性を検出するために使用される。高解像度の信号が飽和すると、低解像度の信号は、より強力に散乱する傾向がある(すなわち、散乱光が高強度範囲内に入射する場合)、試料の追加的なフィーチャ又は特性を検出するために使用される。試料の検査システム走査の間に、高解像度の信号と低解像度の信号の間で動的に切り替え、それにより、通常、従来型の増幅器回路やADC回路によって設けられる制限を克服することによって検査システムの検出範囲を拡張するための手段が下で(例えば、図5〜図6で)提供される。   The amplifier circuit 72 is generally configured to produce a pair of output signals in response to the electrical signal generated by the detector circuit 70. For this reason, the amplifier circuit 72 may be referred to herein as a “dual output amplifier”. In the illustrated embodiment, the amplifier circuit 72 is configured to generate a high resolution (high gain) output signal and a low resolution (low gain) output signal from the electrical signal. As described in more detail below, the high resolution signal is used to detect sample features, defects, and / or light scattering properties when the scattered light is incident within a low intensity range. When the high resolution signal saturates, the low resolution signal tends to scatter more strongly (ie, when scattered light is incident within the high intensity range) to detect additional features or characteristics of the sample Used for. During a sample inspection system scan, the inspection system dynamically switches between high and low resolution signals, thereby overcoming the limitations typically provided by conventional amplifier and ADC circuits. Means for extending the detection range are provided below (eg, in FIGS. 5-6).

デュアル出力増幅器72の第1の実施形態は、1対の演算増幅器(74、76)と、例えば、抵抗器R1とR2により実施される分圧器ネットワークとを含むものとして、図4Aで示される。演算増幅器(すなわち「オペアンプ」)74、76は、負の帰還を伴う電圧フォロワとして構成される。演算増幅器74、76の正端子(+)は、検出器70によって生成された光検出器電流(IS)を、いくらかの抵抗値によって乗算したものを受信するために結合される。図4Aの実施形態では、光検出器電流は、オペアンプ76に関して抵抗器R2の値で乗算され、オペアンプ74に関して抵抗器R1とR2の値によって乗算される。電圧フォロワ構成のために、オペアンプの出力端末に存在する電圧は、それらの正端子に供給される電圧に実質的に等しい。この構成では、デュアル出力増幅器72は、以下と実質的に同等な、高解像度の出力信号(VH)と低解像度の出力信号(VL)とを生成することが可能である。
H=V1=IS *(R1+R2)及び 式4
L=V2=IS *2 式5
抵抗器R1とR2の値は、実質的に異なる利得を有する出力信号を提供するように選択される。場合によっては、例えば、低解像度の出力信号(VL)よりも16倍多い利得を有する高解像度の出力信号(VH)を生成するために抵抗器R1の値は、抵抗器R2の値よりも15倍大きくてよい。一実施形態では、抵抗器R1は、約7.5kΩの値を有してよく、抵抗器R2は、約500Ωの値を有してよい。
A first embodiment of the dual output amplifier 72 is shown in FIG. 4A as including a pair of operational amplifiers (74, 76) and a voltage divider network implemented, for example, by resistors R 1 and R 2 . It is. The operational amplifiers (or “op amps”) 74, 76 are configured as voltage followers with negative feedback. The positive terminals (+) of operational amplifiers 74, 76 are coupled to receive the photodetector current (I S ) generated by detector 70 multiplied by some resistance value. In the embodiment of FIG. 4A, the photodetector current is multiplied by the value of resistor R 2 for op amp 76 and by the values of resistors R 1 and R 2 for op amp 74. Because of the voltage follower configuration, the voltage present at the output terminals of the operational amplifier is substantially equal to the voltage supplied to their positive terminals. In this configuration, the dual output amplifier 72 can generate a high resolution output signal (V H ) and a low resolution output signal (V L ) substantially equivalent to the following.
V H = V 1 = I S * (R 1 + R 2 ) and Equation 4
V L = V 2 = I S * R 2 Formula 5
The values of resistors R 1 and R 2 are selected to provide output signals having substantially different gains. In some cases, for example, to generate a high resolution output signal (V H ) having a gain 16 times greater than a low resolution output signal (V L ), the value of resistor R 1 is the value of resistor R 2 . It may be 15 times larger than the value. In one embodiment, resistor R 1 may have a value of about 7.5 kΩ and resistor R 2 may have a value of about 500 Ω.

上に提供された例では、R1とR2の値は、利得差(したがって、回路の検出範囲)を約2倍から約16倍だけ高めるために選択される。本発明のその他の実施形態では、同じ量の利得を生み出すために、又は、より多い利得若しくはより少ない利得を提供するために、その他の値が選択されてもよい。例えば、抵抗器の値は、利得差(したがって、回路の検出範囲)を光検出器だけによって提供された元の範囲の約2倍から約1024倍増加するように選択されてもよい。それによって検出範囲が拡張される量は、一般に、後続のアナログ・デジタル変換器(例えば、図1のADC22)の解像度と、高解像度の信号と低解像度の信号の間の切替え点で所望される解像度とに依存する。例えば、利得差は、14ビットの変換器(最高16383ADC)及び16ADCの所望される重複解像度により、約1024倍だけ拡張される。 In the example provided above, the values of R 1 and R 2 are selected to increase the gain difference (and hence the circuit detection range) by about 2 to about 16 times. In other embodiments of the present invention, other values may be selected to produce the same amount of gain, or to provide more or less gain. For example, the resistor value may be selected to increase the gain difference (and hence the circuit's detection range) from about 2 to about 1024 times the original range provided by the photodetector alone. The amount by which the detection range is expanded is generally desired at the resolution of the subsequent analog-to-digital converter (eg, ADC 22 in FIG. 1) and the switching point between the high resolution signal and the low resolution signal. Depends on resolution. For example, the gain difference is extended by about 1024 times with a 14-bit converter (up to 16383 ADC) and the desired overlap resolution of 16 ADC.

デュアル出力増幅器72のもう1つの実施形態が図4Bに示される。この実施形態では、増幅器72は、少なくとも3つの演算増幅器(78、80、82)を含む。第1の演算増幅器(78)は、オペアンプの負端子(−)で光検出器電流(IS)を、かつ正端子(+)で接地電位を受信するために結合される。抵抗器R1は、以下と実質的に同等な出力電圧を生成するためにオペアンプ78の負の帰還内に配置される。
N=IS *1 式6
第2及び第3の演算増幅器(80、82)は、オペアンプ78によって提供される接点電圧(VN)に基づいて1対の出力信号を生成するために結合される。例えば、抵抗器R2とR3は、以下と実質的に同等な高解像度の出力信号(VH)を生成するためにオペアンプ80内に含まれてよい。
H=−VN[R3/R2] 式7
同様に、抵抗器R4とR5は、以下と実質的に同等な低解像度の出力信号(VL)を生成するためにオペアンプ82内に含まれてよい。
L=−VN[R5/R4] 式8
上の実施形態でのように、抵抗器R1、R2、R3、R4、R5の値は、実質的に異なる利得を有する出力信号を提供するように選択されてもよい。一実施形態では、抵抗器R3とR5の値は、式8が以下になるように、互いに同等に設定されてもよい。
L=−VN[R3/R4] 式9
このとき、抵抗器R2とR4の値は、所望される利得差を提供するように選択されてもよい。一実施形態では、低解像度の出力信号(VL)より16倍多い利得を有する高解像度の出力信号(VH)を生成するために抵抗器R2の値は抵抗器R4の値の16倍少なくてよい。例えば、抵抗器R2は約62.5Ωの値を有し、(いくつかの実施形態では同等な場合がある)抵抗器R1とR4は約1kΩの値を有し、抵抗器R3とR5は約500Ωの値を有してもよい。本発明のその他の実施形態では、同じ量の利得を生み出すために、又はより多い利得若しくはより少ない利得を提供するために、その他の値が選択されてもよい。例えば、抵抗器の値は、利得差(したがって、回路の検出範囲)を光検出器だけによって提供された元の範囲の約2倍から約1024倍増加するように選択される。いくつかの実施形態では、高解像度の出力信号と低解像度の出力信号の利得差を増加/削減するために、1つ又は複数の追加的な増幅器回路がオペアンプ80及び82と直列で結合される。
Another embodiment of the dual output amplifier 72 is shown in FIG. 4B. In this embodiment, amplifier 72 includes at least three operational amplifiers (78, 80, 82). The first operational amplifier (78) is coupled to receive the photodetector current (I S ) at the negative terminal (−) of the operational amplifier and the ground potential at the positive terminal (+). Resistor R 1 is placed in the negative feedback of op amp 78 to produce an output voltage substantially equivalent to:
V N = I S * R 1 Formula 6
The second and third operational amplifiers (80, 82) are coupled to generate a pair of output signals based on the contact voltage (V N ) provided by the operational amplifier 78. For example, resistors R 2 and R 3 may be included in op amp 80 to generate a high resolution output signal (V H ) that is substantially equivalent to:
V H = −V N [R 3 / R 2 ] Equation 7
Similarly, resistors R 4 and R 5 may be included in op amp 82 to generate a low resolution output signal (V L ) that is substantially equivalent to:
V L = −V N [R 5 / R 4 ] Formula 8
As in the above embodiment, the values of resistors R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 may be selected to provide output signals having substantially different gains. In one embodiment, the values of resistors R 3 and R 5 may be set equal to each other such that Equation 8 is:
V L = −V N [R 3 / R 4 ] Formula 9
At this time, the values of resistors R 2 and R 4 may be selected to provide the desired gain difference. In one embodiment, the value of resistor R 2 is 16 of the value of resistor R 4 to produce a high resolution output signal (V H ) having a gain 16 times greater than the low resolution output signal (V L ). It may be twice as small. For example, resistor R 2 has a value of about 62.5Ω, resistors R 1 and R 4 (which may be equivalent in some embodiments) have a value of about 1 kΩ, and resistor R 3 And R 5 may have a value of about 500Ω. In other embodiments of the invention, other values may be selected to produce the same amount of gain or to provide more or less gain. For example, the resistor value is selected to increase the gain difference (and hence the circuit's detection range) from about 2 to about 1024 times the original range provided by the photodetector alone. In some embodiments, one or more additional amplifier circuits are coupled in series with operational amplifiers 80 and 82 to increase / decrease the gain difference between the high resolution output signal and the low resolution output signal. .

(例えば、図4A又は図4Bに示すように)デュアル出力増幅器72によって生成された高解像度の出力信号や低解像度の出力信号は、個別の処理チャネル(84、90)に供給され、そこで、フィルタ処理されて、1対のデジタル信号に変換される。例えば、図5に示すように、デュアル出力増幅器72によって生成された高解像度の信号(VH)は、処理チャネル84に供給され、そこで、アナログ・フィルタ86によってフィルタ処理されて、アナログ・デジタル変換器(ADC1)88によってデジタル化される。同様に、デュアル出力増幅器72によって生成された低解像度の信号(VL)は、処理チャネル90に供給され、そこで、アナログ・フィルタ92によってフィルタ処理されて、アナログ・デジタル変換器(ADC2)94によってデジタル化される。アナログ・フィルタ86及び92は、バターワース・フィルタ、ベッセル・フィルタなど、アンチエリアシング・フィルタであってよい。高解像度及び低解像度のアナログ信号を対応するデジタル信号に変換するために、実質的に任意のNビットのアナログ・デジタル変換器(88、94)が使用されてもよい。アナログ信号間の利得差は、低解像度のデジタル信号より高解像度のデジタル信号を多少大きな値にする。 The high and low resolution output signals generated by the dual output amplifier 72 (eg, as shown in FIG. 4A or 4B) are fed to separate processing channels (84, 90) where the filters Processed and converted into a pair of digital signals. For example, as shown in FIG. 5, the high resolution signal (V H ) generated by the dual output amplifier 72 is provided to a processing channel 84 where it is filtered by an analog filter 86 for analog to digital conversion. Is digitized by a device (ADC1) 88. Similarly, the low resolution signal (V L ) generated by the dual output amplifier 72 is fed to the processing channel 90 where it is filtered by the analog filter 92 and by the analog to digital converter (ADC2) 94. Digitized. The analog filters 86 and 92 may be anti-aliasing filters such as Butterworth filters and Bessel filters. Virtually any N-bit analog-to-digital converter (88, 94) may be used to convert the high and low resolution analog signals into corresponding digital signals. The gain difference between the analog signals makes the high resolution digital signal somewhat larger than the low resolution digital signal.

デジタル信号のうちの少なくとも1つは、さらなる処理のために(図1のプロセッサ24など)後続の検査システム構成要素に供給されてもよい。例えば、図5に示すように、多重化装置96は、処理チャネル84から高解像度のデジタル信号、又は処理チャネル90から低解像度のデジタル信号を選択するために結合される。選択は、ほとんどの場合、高解像度のデジタル信号を監視するための処理チャネル84に結合されるスイッチング論理98によって制御される。   At least one of the digital signals may be provided to subsequent inspection system components for further processing (such as processor 24 of FIG. 1). For example, as shown in FIG. 5, multiplexer 96 is coupled to select a high resolution digital signal from processing channel 84 or a low resolution digital signal from processing channel 90. Selection is most often controlled by switching logic 98 coupled to a processing channel 84 for monitoring high resolution digital signals.

上述のように、ADCの各々は最高でN個の数のデジタル・ビットを処理することが可能である。場合によっては、そのデジタル値がNビットADCに関連する所定の閾値(例えば、8ビットのADCの場合、28=256)未満にとどまる限り、スイッチング論理98は出力のために高解像度の信号を選択する。高解像度の信号が所定の閾値に達すると、スイッチング論理98は、出力のために低解像度信号を選択する。この構成では、検査システムは、(例えば、小さな微粒子又は表面欠陥など)「低散乱」フィーチャを検出するためのより大きな(すなわち、高解像度の)デジタル信号を使用して、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出可能である。所定の閾値に達すると、(例えば、大きな微粒子又は表面欠陥など)より強く散乱する傾向があるフィーチャを検出するために、小さな(すなわち、低解像度の)デジタル信号が使用される。最低解像度は、最高ADC出力(2N)より小さい「所定の閾値」を選択することによって、高解像度の信号と低解像度の信号の間の「切替え点」に維持される。例えば、切替え点で十分な解像度を維持するために実質的に2N-1以下の最高閾値が選択される。 As described above, each of the ADCs can process up to N digital bits. In some cases, as long as the digital value stays below a predetermined threshold associated with an N-bit ADC (eg, 2 8 = 256 for an 8-bit ADC), the switching logic 98 outputs a high resolution signal for output. select. When the high resolution signal reaches a predetermined threshold, switching logic 98 selects the low resolution signal for output. In this configuration, the inspection system uses a larger (ie, higher resolution) digital signal to detect “low scatter” features (eg, small particles or surface defects), Alternatively, light scattering characteristics can be detected. When a predetermined threshold is reached, a small (ie, low resolution) digital signal is used to detect features that tend to scatter more strongly (eg, large particles or surface defects). The lowest resolution is maintained at the “switch point” between the high resolution signal and the low resolution signal by selecting a “predetermined threshold” smaller than the highest ADC output (2 N ). For example, a maximum threshold value of substantially 2 N-1 or less is selected to maintain sufficient resolution at the switching point.

図5に示すように、スイッチング論理98は、組み合わされた場合、スイッチング論理98内で実施される機能を実行する論理及び/又は記憶要素として実施される。その他の実施形態では、機能性は、「オンチップで」又は「オフチップで」で記憶し、実行されるプログラム命令により実装されてもよい。例えば、スイッチング論理98は、処理チャネル84、90に結合されるデジタル信号処理(DSP)チップとして、又はプロセッサ24によって実行される1つ又は複数のプログラム命令として実装されてもよい。後者の場合、各デジタル信号は、代わりに、プロセッサ24に供給されて、多重化装置96は、図5のブロック図から除外される。次いで信号選択は、プロセッサ24内のプログラム実行を経て行われる。スイッチング論理98のその他の構成/実施が可能であり、本発明の範囲内である。   As shown in FIG. 5, switching logic 98, when combined, is implemented as logic and / or storage elements that perform the functions performed within switching logic 98. In other embodiments, the functionality may be implemented by program instructions that are stored and executed “on-chip” or “off-chip”. For example, switching logic 98 may be implemented as a digital signal processing (DSP) chip coupled to processing channels 84, 90, or as one or more program instructions executed by processor 24. In the latter case, each digital signal is instead fed to the processor 24 and the multiplexer 96 is excluded from the block diagram of FIG. Signal selection is then performed through program execution in the processor 24. Other configurations / implementations of the switching logic 98 are possible and within the scope of the present invention.

図6は、図1の検査システムと、図4、図5に示される回路やシステムとを使用して試料を検査するための例示的な方法を示す流れ図である。図6に示される様々な方法ステップは、検査システム内に含まれる構成要素によって実行されることが可能であるが、いくつかのステップは検査システムのユーザによって実行されてもよい。   FIG. 6 is a flow diagram illustrating an exemplary method for inspecting a sample using the inspection system of FIG. 1 and the circuits and systems shown in FIGS. The various method steps shown in FIG. 6 can be performed by components included within the inspection system, although some steps may be performed by a user of the inspection system.

いくつかの実施形態では、方法は、(ステップ100で)考察中の試料に光を方向づけることによって開始する。上述のように、用語「試料」は、ウェーハ、レチクル、あるいは欠陥、フィーチャ、又は当技術分野で知られているその他の情報(例えば、ヘーズ特性若しくはフィルム特性の量)に関して検査される任意のその他のサンプルである。本明細書で説明される実施形態では、試料を検査するために使用されるシステムは、反射光ではなく散乱光を測定する、暗視野の光学検査システムである。したがって、方法は、(ステップ102で)試料から散乱された光を検出することによって続く。複数の検出器を使用して検出範囲を拡張することを試みるいくつかの先行技術の検査システムと異なり、本明細書で説明されるシステムと方法は、かかる検出のために1つの検出器だけを使用する。本明細書で使用される単一の検出器は、散乱光を検出するために、及び光を電気信号に変換するために一般に使用される実質的にいずれの光検出器を含む。   In some embodiments, the method begins by directing light (at step 100) to the sample under consideration. As noted above, the term “sample” is used to refer to wafers, reticles, or defects, features, or any other information known in the art (eg, amount of haze characteristics or film characteristics). This is a sample. In the embodiments described herein, the system used to inspect the sample is a dark field optical inspection system that measures scattered light rather than reflected light. Accordingly, the method continues (at step 102) by detecting light scattered from the sample. Unlike some prior art inspection systems that attempt to extend the detection range using multiple detectors, the systems and methods described herein use only one detector for such detection. use. A single detector as used herein includes virtually any photodetector that is commonly used to detect scattered light and to convert light into an electrical signal.

ステップ104で、検出器によって生成された電気信号は、1対の不均等な増幅信号に変換される。例えば、図4A〜図4Bで示されるものと類似したデュアル出力増幅器は、電気信号に応答して、第1の信号と第2の信号とを生成するために使用される。場合によっては、第1の信号は、実質的により低いレベルの散乱光を検出するために、第2の信号よりも高い解像度(より高い利得)を有する。他方で、第2の信号は、実質的により高いレベルの散乱光を検出するために、第1の信号よりも低い解像度(より低い利得)を有する。このように、第1の信号によって検出されたより低いレベルの光は、第1の検出範囲内にあり、一方、第2の信号によって検出されたより高いレベルの光は第2の検出範囲内にある。「切替え点」で十分な解像度を維持するために、第2の検出範囲は、第1の検出範囲と少なくとも部分的に重なってよい。上述のように、これは、Nビットのアナログ・デジタル変換器88、90に関連する最大値(例えば、2N)未満の所定の閾値を選択することによって実現される。場合によっては、ADC88、90は、各々、N個やM個など、1つがもう片方よりも大きい、異なる数のビットを有している。そのような場合、十分な解像度は、NビットADC88及びMビットADC90に関連する最大値(例えば、2N、2M)未満の閾値を選択することによって、依然として切替え点で維持される。 At step 104, the electrical signal generated by the detector is converted into a pair of unequal amplified signals. For example, a dual output amplifier similar to that shown in FIGS. 4A-4B is used to generate a first signal and a second signal in response to an electrical signal. In some cases, the first signal has a higher resolution (higher gain) than the second signal to detect substantially lower levels of scattered light. On the other hand, the second signal has a lower resolution (lower gain) than the first signal in order to detect substantially higher levels of scattered light. Thus, the lower level light detected by the first signal is in the first detection range, while the higher level light detected by the second signal is in the second detection range. . In order to maintain sufficient resolution at the “switching point”, the second detection range may at least partially overlap the first detection range. As described above, this is accomplished by selecting a predetermined threshold value less than the maximum value (eg, 2 N ) associated with the N-bit analog to digital converters 88,90. In some cases, ADCs 88, 90 each have a different number of bits, one N greater than the other, such as M. In such a case, sufficient resolution is still maintained at the switch point by selecting a threshold value less than the maximum value (eg, 2 N , 2 M ) associated with N-bit ADC 88 and M-bit ADC 90.

ほとんどの場合、第1の(高解像度の)信号は、(ステップ106で)第1の信号が所定の閾値に達するまで、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために使用される。しかし、(ステップ108で)第1の信号が所定の閾値に達すると、(ステップ110で)第2の(低解像度の)信号は、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために使用される。例えば、第1の信号が検出のために使用されている間、スイッチング論理98は、第1の信号のデジタル値を所定の閾値と比較する。スイッチング論理98は、その後、第1の信号のデジタル値が所定の閾値に達するとかつ/又は超えると、第2の信号に切り替える。   In most cases, the first (high resolution) signal is used (at step 106) to detect sample features, defects, or light scattering properties until the first signal reaches a predetermined threshold. . However, when the first signal reaches the predetermined threshold (at step 108), the second (low resolution) signal (at step 110) is used to detect sample features, defects, or light scattering properties. used. For example, while the first signal is being used for detection, the switching logic 98 compares the digital value of the first signal to a predetermined threshold. The switching logic 98 then switches to the second signal when the digital value of the first signal reaches and / or exceeds a predetermined threshold.

図4〜図6は、検査システム内に含まれる増幅器及びアナログ・デジタル回路の測定検出範囲を増加することによって、欠陥検出を改善するための例示的な検査システムや回路、方法を示す。例えば、デュアル出力増幅器は、単一の光検出器によって提供された電気信号から高解像度と低解像度の出力信号を生成するために使用される。本明細書で説明されるシステムや回路、方法は、検査走査の間に高解像度の出力信号と低解像度の出力信号の間で動的に切り替えることによって、増幅器とアナログ・デジタル回路が飽和するのを回避する。これは、測定検出範囲を本質的に増加し、2つの出力信号により検出される欠陥サイズの範囲を拡張することによって、試料のより多いフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出することを可能にする。1つの例では、高解像度の信号は約40nmから約155nmの範囲で欠陥を検出するために使用されてよく、一方、低解像度信号は約80nmから約500nmの範囲で欠陥を検出するために使用されてもよい。その他の実施形態は、多少、より小さな欠陥又はより大きな欠陥を検出することが可能である。本発明のシステムや方法により検出される欠陥のサイズを決定する要素は、レーザパワー、波長、表面トポロギー、スポット・サイズ、偏光、集光角度、検出器効率、雑音を含むが、これらに限定されない。検出範囲を重ね合わせることは、高解像度の信号と低解像度の信号の間の「切替え点」に十分な解像度が存在するであろうことを確実にする。   4-6 illustrate exemplary inspection systems, circuits, and methods for improving defect detection by increasing the measurement detection range of amplifiers and analog / digital circuits included in the inspection system. For example, dual output amplifiers are used to generate high and low resolution output signals from electrical signals provided by a single photodetector. The systems, circuits, and methods described herein saturate amplifiers and analog-to-digital circuits by dynamically switching between high and low resolution output signals during an inspection scan. To avoid. This essentially increases the measurement detection range and allows to detect more features, defects, or light scattering properties of the sample by extending the range of defect sizes detected by the two output signals To do. In one example, the high resolution signal may be used to detect defects in the range of about 40 nm to about 155 nm, while the low resolution signal is used to detect defects in the range of about 80 nm to about 500 nm. May be. Other embodiments are able to detect somewhat smaller or larger defects. Factors that determine the size of defects detected by the systems and methods of the present invention include, but are not limited to, laser power, wavelength, surface topology, spot size, polarization, collection angle, detector efficiency, and noise. . Overlapping the detection range ensures that there will be sufficient resolution at the “switch point” between the high resolution signal and the low resolution signal.

本明細書で説明されるシステムや回路、方法はまた、複数の検出器の間で散乱光を分割するために高価な光学系を使用することによって測定検出範囲を拡張することを試みる、従来型の検査システムに関連する追加的な空間消費とコストを回避する。1つの光検出器だけを使用することによって、本発明は、散乱が複数の検出器の間で分割された場合に発生する信号対雑音の低下を回避することによって、検出された信号の感度を改善することも可能である。   The systems, circuits, and methods described herein also attempt to extend the measurement detection range by using expensive optics to split scattered light between multiple detectors. Avoid additional space consumption and costs associated with inspection systems. By using only one photodetector, the present invention increases the sensitivity of the detected signal by avoiding the signal-to-noise reduction that occurs when the scatter is split between multiple detectors. It is also possible to improve.

図4〜図6で示される実施形態に加えて、本明細書で説明される概念は、2つ以上の増幅器出力に拡張される。例えば、図4A、図4Bで示される増幅器の設計は、検出器70から生み出された電気信号から3つ以上の出力信号(例えば、高解像度、中解像度、低解像度の信号)を生成するように修正される。検出器70を実施するために図2A及び図2Bに示されるものに類似したPMT検出器が使用される場合、図5に示されるシステムは、例えば、低解像度の信号が飽和した場合、中間ダイノード電圧に切り替えるように修正されることも可能である。その他の構成及び/又は実施形態が可能であり、したがって、本発明の範囲内であるとみなされる。   In addition to the embodiments shown in FIGS. 4-6, the concepts described herein extend to more than one amplifier output. For example, the amplifier design shown in FIGS. 4A and 4B generates three or more output signals (eg, high resolution, medium resolution, and low resolution signals) from the electrical signal generated from the detector 70. Will be corrected. If a PMT detector similar to that shown in FIGS. 2A and 2B is used to implement the detector 70, the system shown in FIG. 5 may be an intermediate dynode if, for example, the low resolution signal is saturated. It can also be modified to switch to voltage. Other configurations and / or embodiments are possible and are therefore considered within the scope of the present invention.

図7は、本明細書で説明されるように、試料を検査するための方法を実行するために使用される検査システムのもう1つの例を示す。特に、図7は、表面検査の走査の間、試料に対する熱破損を削減及び/又は予防するために使用される検査システムの1つの例を示す。熱破損は、一般に、先行技術のシステムにおいて、試料に方向づけられた入射レーザ光が吸収されて、(大きな粒子又は欠陥など)試料上のフィーチャによって不十分に分散された場合に見られる。熱破損を予防することに加えて、図7の検査システムは、検査システムの測定検出範囲を拡張するためのさらにもう1つの手段を提供するために使用される。   FIG. 7 shows another example of an inspection system used to perform a method for inspecting a sample, as described herein. In particular, FIG. 7 illustrates one example of an inspection system used to reduce and / or prevent thermal damage to a sample during a surface inspection scan. Thermal damage is generally seen in prior art systems when incident laser light directed to the sample is absorbed and poorly dispersed by features on the sample (such as large particles or defects). In addition to preventing thermal damage, the inspection system of FIG. 7 is used to provide yet another means for extending the measurement detection range of the inspection system.

図7〜図12は、大きく散乱する大きな粒子全体にわたって走査する前に入射レーザパワーを動的に削減することによって、高パワーのレーザ・ベースの検査システムを使用する、表面検査の走査の間に粒子破損を削減するための例示的な回路やシステム、方法を示す。比較的少数の実施形態が示されるが、当業者は、類似の機能性を有する代替の実施形態を生み出すために、本明細書で説明される様々な概念がどのように応用されるかを容易に理解するであろう。   FIGS. 7-12 illustrate during a surface inspection scan using a high power laser-based inspection system by dynamically reducing the incident laser power before scanning over a large particle that is highly scattered. 2 illustrates an exemplary circuit, system, and method for reducing particle breakage. Although a relatively small number of embodiments are shown, those skilled in the art will readily understand how the various concepts described herein can be applied to produce alternative embodiments with similar functionality. Will understand.

高パワーのレーザ・ベースの検査システムでは、入射レーザ・ビームのパワー密度は、一般に、約1kW/cm2から約1000kW/cm2に及ぶ。残念ながら、粒子破損は、多くの場合、レーザ・ビームから試料上の粒子(又は粒子の一部)への急速なパワー転送により、高パワー密度のレーザ・ビームにより表面検査の走査の間に発生する。大量のパワーを分散できない粒子は、急速に熱くなる傾向があり、多くの場合、不十分なパワー分散により破裂する。例えば、(フォトレジスト粒子などの)有機材料は(金属粒子などの)無機質材料よりかなり小さなパワーを分散する傾向があり、したがって、より多くの破損を受ける傾向がある。残念ながら、破裂した粒子は、試料全体にわたって広い領域の汚染を広げる可能性のある破片になる。 In high power laser based inspection systems, the power density of the incident laser beam typically ranges from about 1 kW / cm 2 to about 1000 kW / cm 2 . Unfortunately, particle breakage often occurs during surface inspection scans with high power density laser beams due to the rapid power transfer from the laser beam to the particles (or part of the particles) on the sample. To do. Particles that cannot disperse large amounts of power tend to become hot quickly and often burst due to insufficient power distribution. For example, organic materials (such as photoresist particles) tend to disperse significantly less power than inorganic materials (such as metal particles) and therefore tend to suffer more damage. Unfortunately, the ruptured particles become debris that can spread large areas of contamination throughout the sample.

熱破損を削減するために使用される方法は、削減されたレーザパワー(例えば、10だけ小さなパワー)又は破損を与えることで知られているパワーすなわちスポット・サイズより増加されたスポット・サイズ(例えば、2.5倍から5.7倍の大きなスポット・サイズ)でウェーハ全体を走査するための方法を含む。もう1つの方法は、入射レーザ・ビームの一部を抑止することによって検査からウェーハの中央を除外することが可能である。この方法は、通常、ウェーハの中央領域に供給される高パワー・レベルを除去することによって熱破損を削減する。しかし、これらの方法は、(レーザパワーを削減する場合、すなわちスポット・サイズを増加する場合)信号対雑音比を削減することによって感度を削減する、又は結果として、ウェーハの不完全な検査をもたらす(すなわち、中央を除外する場合)。したがって、前述の方法は、多くの場合、不十分な感度又は完全な除外により、ウェーハ上の欠陥を見逃す。   The methods used to reduce thermal damage are reduced laser power (eg, power that is less than 10) or increased spot size (eg, spot size (eg, power that is known to provide damage) , 2.5x to 5.7x large spot size). Another method is to exclude the center of the wafer from inspection by suppressing a portion of the incident laser beam. This method typically reduces thermal damage by removing high power levels supplied to the central area of the wafer. However, these methods reduce sensitivity by reducing the signal-to-noise ratio (when reducing laser power, ie increasing spot size), or result in incomplete inspection of the wafer. (Ie if you exclude the center). Thus, the aforementioned methods often miss defects on the wafer due to insufficient sensitivity or complete exclusion.

これに対して、本明細書で説明される本発明の概念は、より大きな粒子(一般に、>5μm)は、より小さな粒子よりも入射レーザ・ビームによる破損を受ける可能性が高いという考察に基づく。例えば、より大きな粒子は、より広い表面領域を有し、したがって、より少ない表面領域を有するより小さな粒子よりもかなり多くのパワーを吸収する傾向がある。より大きな粒子はまた、領域がより広くかつ/又は表面の不揃いが増すため、より小さな粒子よりもかなり多くの光を散乱させる傾向がある。例えば、半径Rの粒子から散乱された光の量は、6乗(すなわち、R6)のパワーに高められた粒子半径に比較的比例する。 In contrast, the inventive concepts described herein are based on the consideration that larger particles (generally> 5 μm) are more likely to be damaged by the incident laser beam than smaller particles. . For example, larger particles have a wider surface area and therefore tend to absorb significantly more power than smaller particles with less surface area. Larger particles also tend to scatter significantly more light than smaller particles because of the larger area and / or increased surface irregularities. For example, the amount of light scattered from a particle of radius R is relatively proportional to the particle radius increased to a power of 6 (ie, R 6 ).

本明細書で説明される本発明の概念は、表面検査の走査の間の熱破損を削減するために、大きな粒子の大きく散乱する特性を利用する。下でより詳細に述べられるように、熱破損は大きな粒子の存在を検出して、ビームの主要部分が大きな粒子に達する前に入射レーザ・ビームパワーを削減することによって回避される。一実施形態では、パワー削減は、大きな粒子全体にわたって走査する場合、入射レーザパワーを「安全」レベルに削減するために用いられることが可能な、高速のレーザパワー減衰器によって得られる。レーザパワー減衰器は、ウェーハのより低い散乱部分を走査する際に、入射レーザパワーを「全」パワーで維持(又は増加)するために外すことが可能である。   The inventive concept described herein takes advantage of the large scattering properties of large particles to reduce thermal damage during surface inspection scans. As described in more detail below, thermal failure is avoided by detecting the presence of large particles and reducing the incident laser beam power before the main part of the beam reaches the large particles. In one embodiment, the power reduction is obtained by a fast laser power attenuator that can be used to reduce the incident laser power to a “safe” level when scanning across large particles. The laser power attenuator can be removed to maintain (or increase) the incident laser power at “total” power when scanning the lower scattering portion of the wafer.

図面を参照すると、図7は、図1で示され、上で説明されたシステムに類似した検査システムを例示する。図1と図7に共通の要素は、類似の参照番号を用いて示され、その説明はここで繰り返されない。図1の検査システムと異なり、図7に示される検査システムは、高出力の光学検査システムに特有なものである。したがって、光源10は、出力パワー密度が約1kW/cm2から約1000kW/cm2に及ぶ任意の数の光源を含む。光源10のために使用される潜在的な高パワーのレーザ・ベースの源の例は、ダイオード・レーザ、固体レーザ、ダイオード励起固体(DPSS)レーザ、(ヘリウム・ネオン・レーザ、アルゴン・レーザなど)様々なガス・レーザを含むが、これらに限定されない。場合によっては、光源10は、アーク灯、高圧又は低圧の水銀灯、LEDアレイ、電球など、高パワーの非レーザ・ベースの源を用いて実施される。光源10によって生成された光のビーム(すなわち、「生成光」)は、ビーム整形・偏光制御光学系12を介して試料14の表面に方向づけられる。混乱を取り除くために、試料の表面に達する光は、本明細書で「入射光」又は「入射レーザ・ビーム」と呼ばれることになる。下でより詳細に説明されるように、偏光、強度、スポットのサイズや形状などを含めて、1つ又は複数の方法で、「入射光」は「生成光」と異なる。 Referring to the drawings, FIG. 7 illustrates an inspection system similar to the system shown in FIG. 1 and described above. Elements common to FIGS. 1 and 7 are indicated using similar reference numerals and the description thereof will not be repeated here. Unlike the inspection system of FIG. 1, the inspection system shown in FIG. 7 is specific to a high-power optical inspection system. Thus, the light source 10 includes any number of light sources with output power densities ranging from about 1 kW / cm 2 to about 1000 kW / cm 2 . Examples of potential high power laser based sources used for the light source 10 are diode lasers, solid state lasers, diode pumped solid state (DPSS) lasers (helium neon lasers, argon lasers, etc.) This includes, but is not limited to, various gas lasers. In some cases, light source 10 is implemented using a high power non-laser based source, such as an arc lamp, a high or low pressure mercury lamp, an LED array, a bulb. The beam of light generated by the light source 10 (ie, “generated light”) is directed to the surface of the sample 14 via the beam shaping / polarization control optical system 12. To remove confusion, the light that reaches the surface of the sample will be referred to herein as “incident light” or “incident laser beam”. As described in more detail below, “incident light” differs from “generated light” in one or more ways, including polarization, intensity, spot size and shape, and the like.

図1に示される要素に加えて、図7に示される検査システムは、試料に供給される入射光のパワー・レベルを動的に変更するための手段を含む。例えば、レーザパワー減衰器26は、表面検査の走査の間に入射レーザ・ビームのパワー・レベルを動的に変更するために光源10と光学系12の間に配置されている。一般に、レーザパワー減衰器26は、入射光の偏光に基づいて、入射光の一部を透過するように適合されることが可能な、選択的に透過可能な光学部品により実施される。例えば、いくつかの実施形態では、レーザパワー減衰器26は、(4分の1波長板などの)波長板と、偏光ビーム・スプリッタとを含む。この構成では、波長板は、入射光の偏光を変えるために使用され、一方、ビーム・スプリッタは1つ又は複数の選択偏光(例えば、直線偏光)を透過して、すべてのその他の光(例えば、無作為偏光、円偏光、又は楕円偏光)を反射するように機能する。光の一部を反射することによって、波長板とビーム・スプリッタは、波長板を介して透過された光の強度又はパワー・レベルを削減するように機能する。しかし、波長板及び(ニュートラル・デンシティ・フィルタ(neutral density filter)など)その類似の光学部品は、スイッチのようにオン又はオフにすることができず、代わりに、2つの識別可能なパワー・レベルを提供するためにビーム経路に出し入れしなければならない。場合によっては、かかる移動は、表面検査の走査の間に動的な出力変更をもたらすためには十分早くない可能性がある。   In addition to the elements shown in FIG. 1, the inspection system shown in FIG. 7 includes means for dynamically changing the power level of incident light supplied to the sample. For example, the laser power attenuator 26 is disposed between the light source 10 and the optical system 12 to dynamically change the power level of the incident laser beam during a surface inspection scan. In general, laser power attenuator 26 is implemented with a selectively transmissive optical component that can be adapted to transmit a portion of incident light based on the polarization of the incident light. For example, in some embodiments, the laser power attenuator 26 includes a wave plate (such as a quarter wave plate) and a polarizing beam splitter. In this configuration, the waveplate is used to change the polarization of the incident light, while the beam splitter transmits one or more selective polarizations (eg, linearly polarized light) and all other light (eg, , Randomly polarized light, circularly polarized light, or elliptically polarized light). By reflecting a portion of the light, the waveplate and beam splitter function to reduce the intensity or power level of light transmitted through the waveplate. However, waveplates and similar optical components (such as a neutral density filter) cannot be turned on or off like a switch, but instead have two distinct power levels. Must be moved in and out of the beam path to provide In some cases, such movement may not be fast enough to provide a dynamic output change during a surface inspection scan.

図8は、好ましいレーザパワー減衰器26の一実施形態を例示する。示された実施形態では、「オン」状態と「オフ」状態の間でスイッチに電気光学材料200を使用することによって、非常に高速なレーザパワー減衰が提供される。「オン」の場合、電気光学材料200は、入射光の偏光を所定の偏光方向に変えることができる。このいわゆる「再偏光(re-polarized light)」は、次いで、電気光学スイッチからの特定の偏光出力に応じて、再偏光の一部だけを透過できる偏光ビーム・スプリッタ210に供給される。再偏光の残りの部分は、反射されて、ビーム・ダンプ220によって吸収される。場合によっては、電気光学材料は、数ナノ秒から数マイクロ数のタイム・スパン範囲内で「オン」状態と「オフ」状態の間で切り替えることができる。このように、高速のレーザパワー減衰は、選択的に透過可能な光学要素をビーム経路で選択的に出し入れするのではなく、電気光学スイッチを使用することよって提供される。   FIG. 8 illustrates one embodiment of a preferred laser power attenuator 26. In the illustrated embodiment, very fast laser power attenuation is provided by using electro-optic material 200 in the switch between the “on” and “off” states. When “on”, the electro-optic material 200 can change the polarization of the incident light into a predetermined polarization direction. This so-called “re-polarized light” is then fed to a polarizing beam splitter 210 that can transmit only a portion of the re-polarization, depending on the specific polarization output from the electro-optic switch. The remaining portion of the repolarized light is reflected and absorbed by the beam dump 220. In some cases, the electro-optic material can be switched between an “on” state and an “off” state within a time span of a few nanoseconds to a few microseconds. Thus, fast laser power attenuation is provided by using electro-optic switches rather than selectively moving optical elements that are selectively transmissive in and out of the beam path.

特定の実施形態では、レーザパワー減衰器26は、ポッケルスセルとして知られている高速の電気制御光学シャッタにより実施される。当初、ポッケルスセル200は、光源10によって生成された光がレーザパワー減衰器26を自由に通過することを可能にするために「オン」状態に設定される。しかし、大きな粒子の存在が検出されると、ポッケルスセル200は「オフ」状態に切り替わり、生成された光の偏光を、偏光ビーム・スプリッタ210によって少なくとも部分的に透過される異なる偏光に変える。「オン」状態と「オフ」状態の間で切り替えるために、可変電源230によって提供される電気電圧がポッケルスセル200に供給されて、電気光学材料(通常、電気光学結晶)を通過する光の偏光を変える。図8に示されるように、ポッケルスセルに供給される電圧は、可変電源230に対する制御信号入力によって決定される。   In certain embodiments, the laser power attenuator 26 is implemented by a high speed electrically controlled optical shutter known as a Pockels cell. Initially, Pockels cell 200 is set to an “on” state to allow light generated by light source 10 to freely pass through laser power attenuator 26. However, when the presence of large particles is detected, the Pockels cell 200 switches to the “off” state, changing the polarization of the generated light to a different polarization that is at least partially transmitted by the polarizing beam splitter 210. In order to switch between an “on” state and an “off” state, an electrical voltage provided by variable power supply 230 is supplied to Pockels cell 200 to polarize light passing through an electro-optic material (usually an electro-optic crystal). change. As shown in FIG. 8, the voltage supplied to the Pockels cell is determined by a control signal input to the variable power source 230.

一例では、ポッケルスセル200に供給される(すなわち、セルを「オン」状態に切り替える)電圧は、直線偏光を円偏光に変える(「4分の1波長位相シフト」と呼ばれることが多い現象)ように、電気光学結晶の特性を変更することが可能である。円偏光が、主に円偏光を反射するように構成されるビーム・スプリッタに供給される場合、レーザパワー減衰器26からの光出力の強度又はパワー・レベルは、ポッケルスセルを「オン」状態に設定することによって削減される。他方で、レーザパワー減衰器26からの光出力の強度又はパワー・レベルは、ポッケルスセルを「オフ」状態に設定することによって維持される(又は増加される)ことが可能である。   In one example, the voltage supplied to Pockels cell 200 (ie, switching the cell to the “on” state) changes linearly polarized light to circularly polarized light (a phenomenon often referred to as “quarter wavelength phase shift”). Furthermore, it is possible to change the characteristics of the electro-optic crystal. When circularly polarized light is supplied to a beam splitter configured to primarily reflect circularly polarized light, the intensity or power level of the light output from the laser power attenuator 26 will cause the Pockels cell to be in an “on” state. Reduced by setting. On the other hand, the intensity or power level of the light output from the laser power attenuator 26 can be maintained (or increased) by setting the Pockels cell to the “off” state.

しかし、パワー減衰器26からの光出力の強度は、偏光ビーム・スプリッタ210やポッケルスセル200によって生み出される位相シフトに依存する。例えば、ビーム・スプリッタは、一般に、例えば、いわゆる「S」偏光と「P」偏光など、2つの直交偏光を区別する。しかし、(C偏光などの)光のその他の偏光は部分的に透過され、したがって、ビーム・スプリッタによって部分的に(ビーム・ダンプ内に)再方向づけされる。ポッケルスセルが1/4波長位相シフトを生み出すように電圧が印加される場合、入射直線偏光(通常、レーザ出力)は円偏光になり、その光の半分が再方向づけされると同時に、もう半分はビーム・スプリッタを通過する。1/2波長シフトの場合、光学部品の不完全度による若干の漏れを除いて、光はビーム・スプリッタを通過しない。すなわち、(無パワーの状態で、すべての光がビーム・スプリッタを通過すると想定して)ポッケルスセルが1/2波長シフトを生み出すように構成される場合、事実上、入射光のすべては再方向づけされることになる。   However, the intensity of the light output from the power attenuator 26 depends on the phase shift produced by the polarizing beam splitter 210 and the Pockels cell 200. For example, beam splitters generally distinguish between two orthogonal polarizations, such as so-called “S” and “P” polarizations. However, other polarizations of light (such as C-polarized light) are partially transmitted and are therefore partially redirected (within the beam dump) by the beam splitter. When a voltage is applied so that the Pockels cell produces a quarter wavelength phase shift, the incident linearly polarized light (usually the laser output) becomes circularly polarized and half of the light is redirected while the other half is Pass the beam splitter. In the case of a half-wave shift, no light passes through the beam splitter, except for some leakage due to imperfections in the optical components. That is, if the Pockels cell is configured to produce a ½ wavelength shift (assuming all light passes through the beam splitter in the unpowered state), virtually all of the incident light is redirected. Will be.

場合によっては、光源10によって生成される一定出力レーザ・ビームは、(ポッケルスセルなどの)電気光学シャッタを「オン」状態と「オフ」状態の間で動的に切り替えることによって、2つの識別可能なパワー・レベル(例えば、「安全」パワー・レベルと「全」パワー・レベル)に分割される。安全パワー・レベルは、大きな粒子全体にわたって走査する場合、熱破損を防止するために全パワー・レベルよりもかなり小さいものである。例えば、安全パワー・レベルは、全パワー・レベルの(例えば、約1%から約50%まで及ぶ)数パーセントである。一実施形態では、安全パワー・レベルは、全パワー・レベルの約10%である。その他の可能性が存在し、一般に、入射レーザパワー、並びに走査されている粒子のサイズや材料構成に依存する可能性がある。   In some cases, the constant power laser beam produced by the light source 10 can be identified two times by dynamically switching an electro-optic shutter (such as a Pockels cell) between an “on” state and an “off” state. Power levels (eg, “safe” power levels and “all” power levels). The safe power level is much less than the full power level when scanning over large particles to prevent thermal damage. For example, the safety power level is a few percent of the total power level (eg, ranging from about 1% to about 50%). In one embodiment, the safety power level is about 10% of the total power level. Other possibilities exist and may generally depend on the incident laser power, as well as the size and material composition of the particle being scanned.

その他の場合、(ポッケルスセルなどの)電気光学シャッタは、2つを超える識別可能なパワー・レベルを生成するように構成されてもよい。例えば、ポッケルスセルは、実質的に任意の位相シフトを生み出すように駆動されてよく、したがって、実質的に任意の出力パワー・レベルを生み出すために偏光ビーム・スプリッタと組み合わされてもよい。すなわち、図8に示される実施形態は、実質的に任意の数の識別可能なパワー・レベルを生み出すために使用される。場合によっては、例えば、図11に示されるように、閉帰還ループの形で、連続するパワー・レベル調整を可能にするために、回路及び/又はソフトウェアが含まれてもよい。   In other cases, an electro-optic shutter (such as a Pockels cell) may be configured to generate more than two distinguishable power levels. For example, a Pockels cell may be driven to produce substantially any phase shift, and thus may be combined with a polarizing beam splitter to produce virtually any output power level. That is, the embodiment shown in FIG. 8 is used to produce virtually any number of identifiable power levels. In some cases, circuitry and / or software may be included to enable continuous power level adjustment, for example, in the form of a closed feedback loop, as shown in FIG.

上で説明され、図7、図8に示された例に加えて、試料に供給される入射光のパワー・レベルを動的に変更するためにその他の手段が使用されてもよい。例えば、かかる手段は、光源の直接パワー調整、高速マイクロミラー、音響光学偏向器(AOD)、高速機械シャッタなどを含んでよいが、これらに限定されない。したがって、かかる手段が(例えば、数ナノ秒から数マイクロ秒程度の)比較的高速の応答と、少なくとも2つの識別可能なパワー・レベル(例えば、「安全」パワー・レベルと「全」パワー・レベル)とを提供することを考慮すると、本発明はレーザ・ビームのパワー・レベルを動的に変更するための任意の適切な手段を包括することが可能である。一般に、応答時間は、粒子を破損するのにかかる典型的な時間よりも速いものとすべきである。高速レーザパワー減衰器の選択肢に影響を与える可能性があるその他の要素は、光の透過、コスト、信頼性、寿命を含むが、これらに限定されない。   In addition to the examples described above and shown in FIGS. 7 and 8, other means may be used to dynamically change the power level of incident light supplied to the sample. For example, such means may include, but are not limited to, direct power adjustment of the light source, high speed micromirror, acousto-optic deflector (AOD), high speed mechanical shutter, and the like. Thus, such means can provide a relatively fast response (eg, on the order of a few nanoseconds to a few microseconds) and at least two distinct power levels (eg, “safe” power level and “total” power level). The present invention can encompass any suitable means for dynamically changing the power level of the laser beam. In general, the response time should be faster than the typical time taken to break the particles. Other factors that can affect the choice of fast laser power attenuators include, but are not limited to, light transmission, cost, reliability, and lifetime.

レーザ・ビームのパワー・レベルを動的に変更するための上に説明された様々な手段に加えて、図7の検査システムは、かかる変更を制御するための手段を提供する。例えば、レーザパワー制御装置28は、検出器サブシステムの1つ又は複数の要素(例えば、コレクタ16、光検出器18、増幅器20、ADC22、プロセッサ24)とレーザパワー減衰器26の間で結合されてもよい。下でより詳細に説明されるように、レーザパワー制御装置28は、試料14から散乱されて、検出器サブシステムによって検出された光を連続的に監視して、検出された散乱光が所定の閾値レベルを超えるか又は当該レベル未満であるかを決定する。かかる決定に基づいて、レーザパワー制御装置28は、第1のパワー・レベル(例えば、「全」パワー・レベル)又は第2のパワー・レベル(例えば、「安全」パワー・レベル)で入射光を試料に提供するようにレーザパワー減衰器26に命令することができる。2つを超えるパワー・レベルが利用可能であり、状況がかかるレベルを保証する(又は、利益を得る)場合、レーザパワー制御装置は、レーザパワー減衰器に、例えば、第3、第4、又は第5(など)のパワー・レベルを試料に提供させることも可能である。   In addition to the various means described above for dynamically changing the power level of the laser beam, the inspection system of FIG. 7 provides a means for controlling such changes. For example, the laser power controller 28 is coupled between one or more elements of the detector subsystem (eg, collector 16, photodetector 18, amplifier 20, ADC 22, processor 24) and the laser power attenuator 26. May be. As described in more detail below, the laser power controller 28 continuously monitors the light scattered from the sample 14 and detected by the detector subsystem so that the detected scattered light is predetermined. Determine whether the threshold level is exceeded or less. Based on such determination, the laser power controller 28 can transmit the incident light at a first power level (eg, “all” power level) or a second power level (eg, “safe” power level). The laser power attenuator 26 can be instructed to provide the sample. If more than two power levels are available and the situation warrants (or benefits) such a level, the laser power controller may connect to the laser power attenuator, eg, third, fourth, or It is also possible to provide the sample with a fifth (and so on) power level.

一般に、所定の閾値レベルは、試料に方向づけられた入射光が試料上のフィーチャによって吸収されて、不十分に分散される場合に発生する可能性がある熱破損を削減又は防止するために設定される。所定の閾値レベルは、一般に、入射レーザパワー密度、より詳細には、一定のサイズのフィーチャ上又は粒子上に加えられる熱破損の始まりに関連するパワー密度に基づく。例えば、所定の閾値レベルは、比較的大きな粒子(例えば、>5μm)の破損を回避するために、約1kW/cm2から約1000kW/cm2に及ぶ入射レーザパワー密度のグループから選択されてもよい。有機材料を走査する場合、所定の閾値レベルは、比較的不十分な熱放射による大きな粒子の破損を回避するために、約1kW/cm2から約100kW/cm2に及ぶ。図7に示されるように、所定の閾値レベルは、プロセッサ(又は、コピュータ・システム)24からレーザパワー制御装置28に供給される。所定の閾値レベルは、システムのユーザによって手動で、又はプロセッサ24によって自動的に選択されてもよい。 In general, the predetermined threshold level is set to reduce or prevent thermal damage that may occur if incident light directed to the sample is absorbed by features on the sample and poorly dispersed. The The predetermined threshold level is generally based on the incident laser power density, more specifically the power density associated with the onset of thermal failure applied on a feature of a certain size or on a particle. For example, the predetermined threshold level, relatively large particles (e.g.,> 5 [mu] m) in order to avoid damage to, be selected from the group of the incident laser power density ranging from about 1 kW / cm 2 to about 1000 kW / cm 2 Good. When scanning the organic material, a predetermined threshold level, in order to avoid damage to the large particles due to the relatively poor thermal radiation, range from about 1 kW / cm 2 to about 100 kW / cm 2. As shown in FIG. 7, the predetermined threshold level is supplied from the processor (or computer system) 24 to the laser power controller 28. The predetermined threshold level may be selected manually by a user of the system or automatically by the processor 24.

検出された散乱光が所定の閾値レベル未満にとどまる場合、レーザパワー制御装置28は、レーザパワー減衰器26に、入射レーザ・ビームを「全」パワー・レベルに維持するように命令することができる。しかし、検出された散乱光が(例えば、大きな粒子が近くにあることを表示する)所定の閾値レベルを超える場合、レーザパワー制御装置28は、入射レーザ・ビームのパワーを「安全」パワー・レベルに削減するように命令を与えることができる。入射レーザ・ビームが大きな粒子(又はその他の大きく散乱するフィーチャ)全体にわたって走査すると、検出された散乱光は所定の閾値レベル未満に後退して、レーザパワー制御装置28が入射レーザ・ビームを「全」パワーに戻すようレーザパワー減衰器に命令させる。   If the detected scattered light remains below a predetermined threshold level, the laser power controller 28 can instruct the laser power attenuator 26 to maintain the incident laser beam at a “full” power level. . However, if the detected scattered light exceeds a predetermined threshold level (e.g., indicating that a large particle is nearby), the laser power controller 28 sets the power of the incident laser beam to a "safe" power level. Can be given instructions to reduce. When the incident laser beam scans across a large particle (or other highly scattering feature), the detected scattered light is retracted below a predetermined threshold level, and the laser power controller 28 causes the incident laser beam to “total” Instruct the laser power attenuator to restore power.

このように、本明細書で説明される検査システムは、第1のパワー・レベル(例えば、「全」パワー)で入射光を試料に方向づけることによって、比較的小さなサイズのフィーチャを検出し、一方、第2のパワー・レベル(例えば、「安全」パワー)で入射光を試料に方向づけることによって比較的大きなサイズのフィーチャが検出されるように独自に構成されてもよい。現在のシステムでは、第2のパワー・レベルを第1のパワー・レベルよりもかなり低く設定することによって、これらのフィーチャ上に熱破損を与えずに、より大きなフィーチャが検出される。2つを超えるパワー・レベルが利用可能である場合、レーザパワー制御装置28は、検出された散乱光を2つ以上の閾値と比較して、かかる比較に基づいて、入射レーザ・ビームを適切なパワー・レベルに維持、削減、又は増加するようレーザパワー減衰器に命令することができる。   Thus, the inspection system described herein detects relatively small size features by directing incident light onto a sample at a first power level (eg, “total” power), while , May be uniquely configured to detect relatively large size features by directing incident light onto the sample at a second power level (eg, “safe” power). In current systems, larger features are detected without causing thermal damage on these features by setting the second power level much lower than the first power level. If more than two power levels are available, the laser power controller 28 compares the detected scattered light to two or more thresholds and, based on such comparison, determines the appropriate incident laser beam. The laser power attenuator can be commanded to maintain, reduce, or increase to a power level.

図9は、好ましいレーザパワー制御装置28の一実施形態を例示する。示された実施形態では、レーザパワー制御装置28は、入射レーザパワー、検出器の利得に対して検出器の出力を正規化するための除算器240を含む。したがって、除算器240は、正規化された散乱パワーを計算するために使用でき、したがって、あるいは、散乱パワー計算機と呼ばれることもある。一例では、散乱パワーは、検出器の出力を入射レーザパワーと検出器の利得で除算することによって、又は以下によって計算される。
散乱パワー=検出器出力/(レーザパワー)(検出器利得) 式10
かかる方法で検出器の出力を正規化することによって、レーザパワー制御装置は、レーザパワー減衰器に所与の信号レベルで切り替えるのではなく、同じ散乱光レベルで一貫して切り替えさせる。すなわち、検出器の利得が増加すると、すべての信号はより大きくなる。検出器の利得が増加する際に検出器の出力が正規化されない場合、切り替えは、実際に意図されるよりも小さな粒子サイズで発生する可能性がある。入射レーザパワーと検出器の利得に対して検出器の出力を正規化することは、所与のサイズの粒子が検出されると(例えば、より低いパワー・レベルに)一貫して切り替えることを可能にする。
FIG. 9 illustrates one embodiment of a preferred laser power controller 28. In the illustrated embodiment, the laser power controller 28 includes a divider 240 for normalizing the detector output with respect to the incident laser power, the detector gain. Thus, the divider 240 can be used to calculate normalized scattered power and is therefore sometimes referred to as a scattered power calculator. In one example, the scattering power is calculated by dividing the detector output by the incident laser power and the detector gain, or by:
Scattering power = detector output / (laser power) (detector gain) Equation 10
By normalizing the detector output in this way, the laser power controller causes the laser power attenuator to switch consistently at the same scattered light level, rather than switching at a given signal level. That is, as the detector gain increases, all signals become larger. If the detector output is not normalized as the detector gain increases, switching may occur with a smaller particle size than is actually intended. Normalizing the detector output to the incident laser power and detector gain allows for consistent switching when a particle of a given size is detected (eg, to a lower power level) To.

図7に示されるように、除算器240は、光検出器18からのアナログ信号として、あるいは、ADC22又はプロセッサ24からのフィルタ処理及びデジタル化された信号として検出器の出力(すなわち、試料から検出された散乱光)を受信することが可能である。検出器の利得(すなわち、検出器に関連する現在の増幅)は、プロセッサ24によって除算器240に供給される。使用される特定の光検出器に応じて可変又は固定であってよい。しかし、下でより詳細に説明されるように、入射レーザパワーは、2つの方法のうちの1つで除算器240に供給されてもよい。   As shown in FIG. 7, the divider 240 is the detector output (ie, detected from the sample) as an analog signal from the photodetector 18 or as a filtered and digitized signal from the ADC 22 or processor 24. Scattered light) can be received. The detector gain (ie, the current amplification associated with the detector) is provided by processor 24 to divider 240. It can be variable or fixed depending on the particular photodetector used. However, as described in more detail below, incident laser power may be provided to divider 240 in one of two ways.

いくつかの実施形態では、除算器240によって生成された、正規化された散乱パワー信号は、図7及び図9〜図11で破線によって示されるように、プロセッサ24に供給し戻される。すなわち、除算器240は、走査結果として、入射レーザパワーと検出器の利得に対して正規化されている散乱データ(すなわち、検出器の出力)を提示するために使用される。プロセッサに送られる前にデータを正規化することによって、実際の検出された散乱パワーは、欠陥のサイズを正確に検出するために使用される。例えば、大きな粒子全体にわたって走査する際に入射レーザパワーが低下した場合、ADCカウント(すなわち、検出器の出力)は減衰されていない場合よりも必然的に低いものになる。これは、プロセッサによって供給される走査結果は、実際にそこに存在するものより小さな欠陥を示すことになることを意味する。散乱データを正規化することは、プロセッサが欠陥のサイズをより正確に決定することを可能にする。   In some embodiments, the normalized scattered power signal generated by divider 240 is fed back to processor 24 as indicated by the dashed lines in FIGS. 7 and 9-11. That is, divider 240 is used to present the scatter data (ie, detector output) normalized to the incident laser power and detector gain as the scan result. By normalizing the data before being sent to the processor, the actual detected scatter power is used to accurately detect the size of the defect. For example, if the incident laser power decreases when scanning over a large particle, the ADC count (ie, the detector output) will necessarily be lower than if it is not attenuated. This means that the scan results supplied by the processor will show smaller defects than those actually present. Normalizing the scatter data allows the processor to more accurately determine the size of the defect.

いくつかの実施形態では、入射レーザパワー内の変化に対して散乱パワー信号を正規化するためにADC22とプロセッサ24の間のデータ収集経路で追加的な正規化器/除算器23が使用されてもよい。追加的な除算器23は、レーザパワー制御装置28内に含まれる正規化器/除算器(240)と一緒に、又はその代替形態として、使用されてもよい。例えば、2つの除算器が使用される場合、除算器23はプロセッサ24に送られた散乱パワー信号を正規化するためにデータ収集経路内に配置され、一方、除算器240はもう1つのレーザパワー制御構成要素(例えば、上で議論された比較器250)に送られた散乱パワー信号を正規化するために閾値経路内に配置される。しかし、(データ収集経路内若しくは閾値経路内で)1つの除算器だけが使用される、又は除算器が使用されない(この場合、下で議論されるように、システムは動的な範囲拡張をサポートしない)というその他の選択肢が存在する可能性もある。   In some embodiments, an additional normalizer / divider 23 is used in the data collection path between the ADC 22 and the processor 24 to normalize the scattered power signal to changes in incident laser power. Also good. Additional divider 23 may be used in conjunction with or as an alternative to normalizer / divider (240) included within laser power controller 28. For example, if two dividers are used, divider 23 is placed in the data acquisition path to normalize the scattered power signal sent to processor 24, while divider 240 is another laser power. Placed in the threshold path to normalize the scattered power signal sent to the control component (eg, comparator 250 discussed above). However, only one divider is used (in the data collection path or threshold path) or no divider is used (in this case, the system supports dynamic range expansion, as discussed below) Other options may not exist.

上述のように、入射レーザパワーは、2つの方法のうちの1つで除算器240に供給される。図9の実施形態では、入射ビームの実際のレーザパワーは、レーザパワー減衰器26の下位のビーム経路内で配置されてもよいレーザパワー検出器27によって測定される。この実施形態では、レーザパワー検出器27は、レーザパワー減衰器26からの実際の強度又はパワー・レベル出力を監視するために含まれる。レーザパワー検出器によって測定されたパワー(すなわち、測定パワー)は、正規化された散乱パワーを計算するためにレーザパワー制御装置28に供給される。レーザパワー検出器は、とりわけ、光ダイオードや光電子増倍管(PMT)を含むがこれらに限定されない、実質的に任意のパワー検出手段を用いて実施されてもよい。しかし、下でより詳細に説明されるように、レーザパワー検出器27は、本発明のすべての実施形態に含まれなくてよい。   As described above, incident laser power is provided to divider 240 in one of two ways. In the embodiment of FIG. 9, the actual laser power of the incident beam is measured by a laser power detector 27 that may be placed in the beam path below the laser power attenuator 26. In this embodiment, a laser power detector 27 is included to monitor the actual intensity or power level output from the laser power attenuator 26. The power measured by the laser power detector (ie, measured power) is supplied to the laser power controller 28 to calculate the normalized scattering power. The laser power detector may be implemented using virtually any power detection means including, but not limited to, a photodiode or a photomultiplier tube (PMT), among others. However, as described in more detail below, the laser power detector 27 may not be included in all embodiments of the present invention.

図9に示されるように、レーザパワー制御装置28は、正規化された散乱パワーをプロセッサ24によって供給される1つ又は複数の所定の閾値レベルと比較するための比較器250を含んでいる。上述のように、(1つ又は複数の)閾値レベルは、大きな(又はその他の大きく散乱する)粒子全体にわたって走査する場合、熱破損を効果的に削減するために、システムのユーザ又は処理構成要素によって選択されてもよい。一実施形態では、比較器250は、「安全」散乱パワーの最大量に関連するレーザパワー密度を表示する(「安全散乱閾値」と呼ばれる)1つの閾値レベルだけを受信することができる。正規化された散乱パワーを安全散乱閾値と比較した後で、比較器250は、減衰器に供給されるパワー・モードを維持又は変更することによって、入射レーザ・ビームを適切なパワー・レベル(例えば、「全」パワー・レベル又は「安全」パワー・レベル)に維持、削減、又は増加するようレーザパワー減衰器26に命令することが可能である。一般に、パワー・モードは減衰器に出力パワー・レベルを維持又は変更させる任意の制御信号であってよい。例えば、図8の実施形態では、減衰器に供給されるパワー・モードは、機能上、可変電源230への制御信号入力に相当する。   As shown in FIG. 9, the laser power controller 28 includes a comparator 250 for comparing the normalized scatter power with one or more predetermined threshold levels provided by the processor 24. As described above, the threshold level (s) may be used by the system user or processing component to effectively reduce thermal damage when scanning across large (or other highly scattered) particles. May be selected. In one embodiment, the comparator 250 may receive only one threshold level (referred to as the “safe scatter threshold”) that indicates the laser power density associated with the maximum amount of “safe” scatter power. After comparing the normalized scatter power to the safe scatter threshold, the comparator 250 maintains or changes the power mode supplied to the attenuator to bring the incident laser beam to an appropriate power level (eg, , "Total" power level or "safe" power level) can be commanded to the laser power attenuator 26 to reduce, or increase. In general, the power mode may be any control signal that causes the attenuator to maintain or change the output power level. For example, in the embodiment of FIG. 8, the power mode supplied to the attenuator functionally corresponds to a control signal input to the variable power supply 230.

図10は、好ましいレーザパワー制御装置28のもう1つの実施形態を例示する。特に、図10は、レーザパワー減衰器26からの実際のパワー・レベル出力の測定を行うためにレーザパワー検出器が使用されない場合、正規化された散乱パワーが計算される1つの方法を例示する。測定パワーを受信する代わりに、除算器240は、減衰器に供給されるパワー・モード制御信号を受信するために比較器250の出力に結合されてもよい。制御信号に基づいて、除算器240は、例えば、ルックアップ・テーブルを用いて、散乱パワー計算で使用されることになる適切な入射レーザパワーを決定することができる。図9及び図10に示される実施形態では、分散器240及び比較器250は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれら両方の組合せにより実施されてもよい。一例では、除算器240はソフトウェア内で実施されてよく、一方、比較器250はハードウェア内で実施されてもよい。   FIG. 10 illustrates another embodiment of a preferred laser power controller 28. In particular, FIG. 10 illustrates one way in which normalized scattered power is calculated when a laser power detector is not used to make a measurement of the actual power level output from the laser power attenuator 26. . Instead of receiving measured power, divider 240 may be coupled to the output of comparator 250 to receive a power mode control signal supplied to the attenuator. Based on the control signal, divider 240 can determine an appropriate incident laser power that will be used in the scattered power calculation, for example, using a look-up table. In the embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the distributor 240 and the comparator 250 may be implemented by hardware, software, or a combination of both. In one example, divider 240 may be implemented in software, while comparator 250 may be implemented in hardware.

図11は、好ましいレーザパワー制御装置28のさらに別の実施形態を例示する。特に、図11は、レーザパワー制御装置28によって連続的なパワー調整が行われる1つの方法を例示する。先の実施形態と同じように、除算器240は、検出器の利得と出力信号とを受信するために、そして、それに応答して正規化された散乱パワー信号を生成するために結合されている。しかし、(図9〜図10に示すように)正規化された散乱パワー信号を比較器に供給する代わりに、散乱パワー信号は、供給された信号に基づいて出力パワー・モードを動的に調整する制御ループ帰還フィルタ260に供給される。図11では、散乱パワー信号は、入射レーザパワーを調整するために(例えば、一定の検出器の出力信号を実現するために)帰還ループ260内で使用される。したがって、固定パワー・レベルの代わりに、図11に示す実施形態は、連続的に調整可能なパワー・レベルを提供する。   FIG. 11 illustrates yet another embodiment of a preferred laser power controller 28. In particular, FIG. 11 illustrates one method in which continuous power adjustment is performed by the laser power controller 28. As with the previous embodiment, divider 240 is coupled to receive the detector gain and output signal and to generate a normalized scattered power signal in response. . However, instead of supplying a normalized scattered power signal to the comparator (as shown in FIGS. 9-10), the scattered power signal dynamically adjusts the output power mode based on the supplied signal. To the control loop feedback filter 260. In FIG. 11, the scattered power signal is used in the feedback loop 260 to adjust the incident laser power (eg, to achieve a constant detector output signal). Thus, instead of a fixed power level, the embodiment shown in FIG. 11 provides a continuously adjustable power level.

図7〜図11に示す回路とシステムは、表面検査の走査の間に入射レーザ・ビームの強度又はパワー・レベルを動的に調整することによって、大きな粒子(例えば、>5μm)に対する熱破損を削減することができる。一実施形態では、熱破損は固定入射レーザ・ビーム検査システムに対して100%まで削減される。本明細書で説明される回路及びシステムは、走査オペレーションの間に2つ以上の入射ビームパワー・レベルの間で動的に切り替えるために使用される、1つ又は複数の事前設定閾値レベルを提供することによって、様々な走査オペレーションに合わせて調整される。このように、熱破損は、大きく散乱する大きな粒子全体にわたって走査する場合、入射レーザパワーを低パワー・レベル(例えば、「安全」パワー・レベル)に削減することによって、削減されたり、又は回避することさえ可能である。しかし、検出感度は、システムがより小さな欠陥を検出することを可能にする、より高いパワー・レベル(例えば、「全」パワー・レベル)で低散乱領域を走査することによって維持される。   The circuits and systems shown in FIGS. 7-11 reduce thermal damage to large particles (eg,> 5 μm) by dynamically adjusting the intensity or power level of the incident laser beam during a surface inspection scan. Can be reduced. In one embodiment, thermal damage is reduced to 100% for a fixed incidence laser beam inspection system. The circuits and systems described herein provide one or more preset threshold levels that are used to dynamically switch between two or more incident beam power levels during a scanning operation. By doing so, it is adjusted for various scanning operations. In this way, thermal damage is reduced or avoided by reducing the incident laser power to a low power level (eg, a “safe” power level) when scanning across large particles that are highly scattered. It is even possible. However, detection sensitivity is maintained by scanning a low scattering region at a higher power level (eg, “total” power level) that allows the system to detect smaller defects.

本発明の代替実施形態では、これまでの又は現在の検査走査結果に基づいて、閾値レベル及び/又はパワー・レベルを変更するために適応学習プロセスが使用される。1つの利点として、決定は、切り替えが必要となる直前に「オンザフライ」で行われるのではなく、実際の切替え事象にはるかに先立って行われることになるため、適応学習プロセスはスイッチング・エレクトロニクスに対してより長い遅延時間を可能にする。正確さは高まる可能性があるが、かかる実施形態は、上で説明された回路やシステムの複雑性(及び、場合によっては、コスト)を明らかに増加することになる。中間代替形態として、いくつかの実施形態では、試料に供給される入射パワー量を継続的に変更するために散乱パワーと入射パワー・レベルの間にスケーリングされた関係を確立することが可能である。この代替形態は、試料に供給される入射パワーの継続的な調整により、PMTにとって常に最適範囲近くにある散乱光信号を提供するために使用される。   In an alternative embodiment of the present invention, an adaptive learning process is used to change the threshold level and / or power level based on previous or current inspection scan results. One advantage is that the adaptive learning process can be used for switching electronics because decisions are not made “on the fly” just before switching is needed, but much before the actual switching event. Longer delay times. While accuracy may increase, such embodiments will obviously increase the complexity (and possibly cost) of the circuits and systems described above. As an intermediate alternative, in some embodiments it is possible to establish a scaled relationship between scattering power and incident power level to continually change the amount of incident power delivered to the sample. . This alternative is used to provide a scattered light signal that is always near the optimum range for the PMT by continuous adjustment of the incident power delivered to the sample.

単一の光検出器の使用は本発明のほとんどの実施形態で好ましいが、いくつかの実施形態では、試料に供給されることになる適切なパワー・レベルを選択するために追加的な検出器が含まれてもよい。含まれた場合、試料から散乱される光を監視するために個別の検出器が使用されてもよい。しかし、入射パワー・レベルがそれに応じて調整されるように散乱光を検出するために使用される元の検出器と異なり、追加な検出器は、次いで、試料に方向づけられることになる適切なパワー・レベルを選択するために使用される、特定の閾値レベル又は「切替え点」を選択するために使用される。   Although the use of a single photodetector is preferred in most embodiments of the present invention, in some embodiments an additional detector is used to select the appropriate power level that will be delivered to the sample. May be included. If included, a separate detector may be used to monitor the light scattered from the sample. However, unlike the original detector used to detect scattered light so that the incident power level is adjusted accordingly, the additional detector will then have the appropriate power that will be directed to the sample. Used to select a specific threshold level or “switch point” that is used to select a level.

熱破損を削減することに加えて、図7〜図11に示す回路やシステムは、検査システムの測定検出範囲を増加するために使用されることもある。通常、固定パワー検査システムの検出範囲は、光検出器の検出範囲に制限されている。しかし、可変パワー検査システムを提供することによって、本発明は、測定検出範囲をほぼ以下までかなり増加する。
(光検出器の検出範囲)×(減衰器の検出範囲) 式11
場合によっては、レーザパワー減衰器によって提供される追加的な検出範囲は、システムの測定検出範囲全体を約2倍から16倍まで増加する。(改善されたPMT検出器及び/又はデュアル出力増幅器など)本明細書で説明されるその他の手段と組み合わされる場合、検査システムの測定検出範囲全体は、従来技術に対して約2倍から10,000倍まで改善される。
In addition to reducing thermal damage, the circuits and systems shown in FIGS. 7-11 may be used to increase the measurement detection range of an inspection system. Usually, the detection range of the fixed power inspection system is limited to the detection range of the photodetector. However, by providing a variable power inspection system, the present invention significantly increases the measurement detection range to nearly below.
(Detection range of photodetector) × (detection range of attenuator) Equation 11
In some cases, the additional detection range provided by the laser power attenuator increases the overall measured detection range of the system from about 2 to 16 times. When combined with other means described herein (such as improved PMT detectors and / or dual output amplifiers), the overall measurement detection range of the inspection system ranges from about 2 to 10, compared to the prior art. It is improved up to 000 times.

図12は、図7〜図11で示され、上で説明されたものなど、可変パワー検査システムを用いて試料を検査するための例示的な方法を示す流れ図である。図12で述べられる様々な方法ステップは、検査システム内に含まれる構成要素によって実行されることが可能であるが、いくつかのステップは検査システムのユーザによって実行される。   FIG. 12 is a flow diagram illustrating an exemplary method for inspecting a sample using a variable power inspection system, such as that shown in FIGS. 7-11 and described above. While the various method steps described in FIG. 12 can be performed by components included within the inspection system, some steps are performed by a user of the inspection system.

いくつかの実施形態では、方法は、(ステップ300で)第1のパワー・レベルで試料に光を方向づけることによって開始することができる。例えば、比較的小さなフィーチャ又は欠陥が検出されるように、入射レーザ・ビームは(「全」パワー・レベルなど)比較的高いパワー・レベルで試料に供給される。下でより詳細に説明されるように、比較的大きなフィーチャを破損せずに、これらのフィーチャ又は欠陥が検出されるように、入射レーザ・ビームは(「安全」パワー・レベルなど)後により低いパワー・レベルに削減されてもよい。図12に示される方法は、要求に応じて、2つを超えるパワー・レベル間で動的に切り替えるために変更される。   In some embodiments, the method can begin by directing light (at step 300) to the sample at a first power level. For example, the incident laser beam is delivered to the sample at a relatively high power level (such as a “total” power level) so that relatively small features or defects are detected. As described in more detail below, the incident laser beam is lower later (such as a “safe” power level) so that these features or defects are detected without damaging relatively large features. It may be reduced to a power level. The method shown in FIG. 12 is modified to dynamically switch between more than two power levels as required.

ほとんどの場合、方法は、(ステップ302で)試料の表面全体にわたって光を走査すると同時に、(ステップ304で)試料から散乱された光を検出することができる。例えば、入射レーザ・ビームが試料上の現在の位置に方向づけられる場合、散乱光は試料から検出される。現在の位置で検出された散乱光は、(ステップ306で)その位置で試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために使用される。ビーム位置は、次いで、近接の位置に対して走査されることが可能であり、そこで、プロセスは近接の位置で発見される可能性があるフィーチャを検出するために繰り返される。   In most cases, the method can detect light scattered from the sample (at step 304) while simultaneously scanning light (at step 302) across the surface of the sample. For example, if the incident laser beam is directed to a current location on the sample, scattered light is detected from the sample. The scattered light detected at the current location is used (at step 306) to detect sample features, defects, or light scattering properties at that location. The beam position can then be scanned against a nearby location, where the process is repeated to detect features that may be found at the nearby location.

いくつかの実施形態では、走査は試料につながるビーム経路内に光学偏向器を配置することによって実施される。例えば、偏向器は、図1と図7のビーム整形・偏光制御光学系12内に含まれてよい。いくつかの実施形態では、偏向器は、音響光学偏向器(AOD)、機械的走査アセンブリ、電子スキャナ、回転鏡、ポリゴン・ベースのスキャナ、共振スキャナ、圧電スキャナ、ガルボ・ミラー、又は検流計を含む。いくつかの実施形態では、偏向器は、ほぼ一定の走査速度で試料全体にわたって光ビームを走査することができる。例えば、光ビームは約0m/sから約24m/sの速度範囲から選択された一定走査速度で試料全体にわたって走査することができる。他の実施形態では、偏向器は、約0m/sから約24m/sに及ぶ様々な走査速度で試料全体にわたって光ビームを走査することができる。しかし、偏向器は、本発明のすべての実施形態で走査を実施しなくてもよい。例えば、試料に関してビーム整形光学系の相対運動によって、及び/又は光学系に関して試料の相対運動によって、試料全体にわたって光の通常の入射ビームが走査されてもよい。   In some embodiments, the scanning is performed by placing an optical deflector in the beam path leading to the sample. For example, the deflector may be included in the beam shaping / polarization control optical system 12 of FIGS. In some embodiments, the deflector is an acousto-optic deflector (AOD), mechanical scanning assembly, electronic scanner, rotating mirror, polygon-based scanner, resonant scanner, piezoelectric scanner, galvo mirror, or galvanometer. including. In some embodiments, the deflector can scan the light beam across the sample at a substantially constant scan rate. For example, the light beam can be scanned across the sample at a constant scan speed selected from a speed range of about 0 m / s to about 24 m / s. In other embodiments, the deflector can scan the light beam across the sample at various scan speeds ranging from about 0 m / s to about 24 m / s. However, the deflector need not perform a scan in all embodiments of the invention. For example, a normal incident beam of light may be scanned across the sample by relative movement of the beam shaping optics with respect to the sample and / or by relative movement of the sample with respect to the optical system.

走査プロセスの間、(ステップ304で)試料から散乱された光が現在の位置で検出されると同時に、方法は(ステップ308で)近接の位置で試料から散乱された光を監視する。例えば、入射レーザ・ビームは、分布の中間付近でピークに達し、分布の端近くで先細りになるパワー密度分布により試料に供給されてもよい。本明細書で使用されるように、分布の中間は「メイン・ビーム」と呼ばれることになり、一方、端は「ビーム・スカート」と呼ばれる。1つの例は、メイン・ローブと、メイン・ローブの各側面上に少なくとも1つのサイド・ローブとを有するパワー密度分布であろう。サイド・ローブはより小さいパワー密度を有し、したがって、メイン・ローブよりも小さい増幅を有する。もう1つの例は、その1つのメイン・ローブが徐々に先細りになるビーム・スカートを有する、ベル型分布すなわちガウス分布である。   During the scanning process, light scattered from the sample (at step 304) is detected at the current location, while the method monitors (at step 308) light scattered from the sample at a nearby location. For example, the incident laser beam may be delivered to the sample by a power density distribution that peaks near the middle of the distribution and tapers near the edge of the distribution. As used herein, the middle of the distribution will be referred to as the “main beam” while the end is referred to as the “beam skirt”. One example would be a power density distribution with a main lobe and at least one side lobe on each side of the main lobe. The side lobes have a lower power density and therefore have less amplification than the main lobe. Another example is a bell or Gaussian distribution with a beam skirt whose one main lobe gradually tapers.

試料の表面全体にわたって走査する場合、入射レーザ・ビームのビーム・スカートは、粒子又は欠陥にメイン・ビームが達する(例えば、1マイクロ秒から数マイクロ秒程度)前に粒子又は欠陥に達することが可能である。例えば、試料の表面上の大部分の粒子又は欠陥は、レーザ・ビームのスポット・サイズよりもかなり小さいことになる。これは、メイン・ビームが達する前に、ビーム・スカートが粒子又は欠陥に達することを可能にする。入射レーザ・ビームが試料の表面全体にわたって走査されると、試料から散乱される光の量(すなわち、散乱パワー)は、ビームのどの部分が粒子又は欠陥をカバーしているかに応じて変化することになる。例えば、低パワー密度のビーム・スカートが大きな粒子又は欠陥に達する場合、高パワー密度のメイン・ビームが試料の比較的平滑な表面をカバーしていると想定する。比較的平滑な表面から散乱された光の量は、一般に、大きな粒子又は欠陥に帰属する散乱よりもずっと小さいため、メイン・ビーム部分に帰属する散乱パワーの量は、ごくわずかなものとみることができる。したがって、散乱パワーの著しい増加は、ビーム・スカートが大きな粒子又は欠陥に達したことを表す可能性がある。すなわち、大きな粒子又は欠陥の存在は、低パワー密度のビーム・スカートから散乱レベルを監視することによって近接の位置で検出される。   When scanning across the entire surface of the specimen, the beam skirt of the incident laser beam can reach the particle or defect before the main beam reaches the particle or defect (eg, about 1 to a few microseconds) It is. For example, most particles or defects on the surface of the sample will be much smaller than the spot size of the laser beam. This allows the beam skirt to reach particles or defects before the main beam reaches. When the incident laser beam is scanned across the surface of the sample, the amount of light scattered from the sample (ie, the scattered power) will vary depending on which part of the beam covers the particle or defect. become. For example, if a low power density beam skirt reaches large particles or defects, assume that the high power density main beam covers a relatively smooth surface of the sample. Because the amount of light scattered from a relatively smooth surface is generally much smaller than the scattering attributed to large particles or defects, the amount of scattering power attributed to the main beam portion should be considered negligible. Can do. Thus, a significant increase in scattering power can indicate that the beam skirt has reached large particles or defects. That is, the presence of large particles or defects is detected at close locations by monitoring the scattering level from a low power density beam skirt.

(ステップ310で)ビーム・スカートからの散乱レベルが実質的に安全散乱閾値以上である場合、(ステップ314で)入射レーザ・ビームは、第1のパワー・レベルより低い第2のパワー・レベルに削減されてもよい。上述のように、(「安全」パワー・レベルと呼ばれる)第2のパワー・レベルは、一般に、(「全」パワー・レベルと呼ばれる)第1のパワー・レベルの約1%から約50%の範囲内であってよく、好ましい実施形態では、全パワー・レベルの約10%であってよい。(ステップ310で)ビーム・スカートからの散乱レベルが、安全散乱閾値未満である場合、より小さなフィーチャが検出されることを可能にして、検出感度を保つために第1のパワー・レベルが維持されることになる。   If (at step 310) the scattering level from the beam skirt is substantially greater than or equal to the safe scattering threshold, (at step 314) the incident laser beam is at a second power level that is lower than the first power level. It may be reduced. As noted above, the second power level (referred to as the “safe” power level) is generally about 1% to about 50% of the first power level (referred to as the “total” power level). It may be within the range and in a preferred embodiment it may be about 10% of the total power level. If the scatter level from the beam skirt is below the safe scatter threshold (at step 310), the first power level is maintained to allow detection of smaller features and maintain detection sensitivity. Will be.

場合によっては、(ステップ316で)表面検査の走査が完了すると、(ステップ318で)方法は終了する。そうでなければ、近接の位置が現在の位置になるように、(ステップ320で)走査プロセスは継続してよい。入射レーザ・ビームが欠陥全体にわたって移動する間に、方法は引き続きビーム・スカートの散乱レベルを監視する。(ステップ310で)ビームの高密度の中心(すなわち、メイン・ビーム)が欠陥を通過したことを示して、散乱レベルが安全散乱閾値未満に後退する場合、(ステップ312で)第1のパワー・レベルは小さな欠陥に関して試料を検査し続けることになる。   In some cases, once the surface inspection scan is complete (at step 316), the method ends (at step 318). Otherwise, the scanning process may continue (at step 320) so that the close position becomes the current position. While the incident laser beam moves across the defect, the method continues to monitor the scattering level of the beam skirt. If (at step 310) the dense center of the beam (ie, the main beam) has passed through the defect and the scatter level falls back below the safe scatter threshold (at step 312), the first power The level will continue to inspect the sample for small defects.

上で説明された、図7や図8で示されるものなど、高速レーザパワー減衰器を使用することによって、本明細書で説明されるシステム及び方法は、メイン・ビームが近接の位置に達する前に、高パワー・レベルと低パワー・レベルの間で容易に切り替えることができる。例えば、メイン・ビームが近接の位置に達する数マイクロ秒前に、その位置での大きな欠陥の存在を表示するためにビーム・スカートの散乱レベルが使用される。1つには、レーザパワー減衰器26の比較的高速(例えば、数ナノ秒から数マイクロ秒程度)の応答により、本発明は、ビーム・スカートの散乱レベルを監視することによって、メイン・ビームが欠陥に達する前に入射ビームパワー・レベルを削減することが可能である。大きな粒子を走査する間にパワー・レベルを動的に削減して、その粒子が走査されるとパワー・レベルを増加することによって、本発明は、システムのスループットと感度を維持しながら、大きな粒子に対する熱破損を削減する。   By using a fast laser power attenuator, such as that described above and shown in FIGS. 7 and 8, the system and method described herein allows the main beam to reach a close position. In addition, it is easy to switch between a high power level and a low power level. For example, the scattering level of the beam skirt is used to indicate the presence of a large defect at that location a few microseconds before the main beam reaches a nearby location. For one thing, due to the relatively fast response (eg, on the order of a few nanoseconds to a few microseconds) of the laser power attenuator 26, the present invention allows the main beam to be monitored by monitoring the scattering level of the beam skirt. It is possible to reduce the incident beam power level before the defect is reached. By dynamically reducing the power level while scanning a large particle and increasing the power level as the particle is scanned, the present invention allows large particles to be maintained while maintaining system throughput and sensitivity. Reduce heat damage against

本発明の様々な態様のさらなる変更形態及び代替実施形態は、本明細書に鑑みて当業者に明らかであろう。例えば、検査システムの検出範囲を拡張するための方法及びシステムが提供される。それに応じて、この明細書は、例示なものとしてだけ解釈されるべきであり、当業者が本発明を実行する一般的な方法を教示することを目的とする。本明細書で示され、かつ説明される本発明の形態は、現在、好ましい実施形態であるものと理解されるべきである。本発明の利益を得た後で当業者に明らかになるように、要素及び材料を本明細書で例示及び説明されるものと置き換えることが可能であり、部品及びプロセスは逆転されてよく、本発明のいくつかのフィーチャは独立して利用されてもよい。添付の特許請求の範囲で説明される発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本明細書で説明される要素に変更が加えられてよい。   Further modifications and alternative embodiments of various aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art in view of this specification. For example, methods and systems are provided for extending the detection range of an inspection system. Accordingly, this specification is to be construed as illustrative only and is for the purpose of teaching those skilled in the art the general manner of carrying out the invention. It should be understood that the forms of the invention shown and described herein are presently preferred embodiments. It will be apparent to those skilled in the art after obtaining the benefit of the present invention that elements and materials may be substituted for those illustrated and described herein, and the parts and processes may be reversed, Some features of the invention may be utilized independently. Changes may be made in the elements described herein without departing from the spirit and scope of the invention as described in the appended claims.

光を試料に方向づけるための照射サブシステムと、試料から散乱された光を検出するための検出サブシステムと、検出された光を使用して、試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するためのプロセッサとを含む、例示的な検査システムのブロック図であるUse the illumination subsystem to direct light to the sample, the detection subsystem to detect light scattered from the sample, and the detected light to detect sample features, defects, or light scattering properties 1 is a block diagram of an exemplary inspection system including a processor for 本発明の第1の実施形態による、試料から散乱された光を検出するために図1の検出サブシステム内に含まれる例示的な回路のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an exemplary circuit included in the detection subsystem of FIG. 1 for detecting light scattered from a sample according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による、試料から散乱された光を検出するために図1の検出サブシステム内に含まれる例示的な回路のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary circuit included in the detection subsystem of FIG. 1 for detecting light scattered from a sample according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による、試料から散乱された光を検出するために図1の検出サブシステム内に含まれる例示的な回路のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of an exemplary circuit included in the detection subsystem of FIG. 1 to detect light scattered from a sample according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第1、第2、及び第3の実施形態による、試料を検査するための例示的な方法の流れ図である。4 is a flow diagram of an exemplary method for inspecting a sample according to first, second, and third embodiments of the present invention. 本発明の第4の実施形態による、試料から散乱された光を検出するために図1の検出サブシステム内に含まれる例示的な回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an exemplary circuit included in the detection subsystem of FIG. 1 for detecting light scattered from a sample according to a fourth embodiment of the present invention. 図4A、図4Bの回路によって生成される信号間のフィルタリング、デジタル化、及び切替えのために使用される例示的なエレクトロニクスのブロック図である。4B is a block diagram of exemplary electronics used for filtering, digitizing, and switching between signals generated by the circuits of FIGS. 4A and 4B. FIG. 本発明の第4及び第5の実施形態による、試料を検査するための例示的な方法の流れ図である。6 is a flowchart of an exemplary method for inspecting a sample according to fourth and fifth embodiments of the present invention. 観測中の試料に供給される入射レーザパワーの量を制御するための手段を含む、もう1つの例示的な検査システムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of another exemplary inspection system that includes means for controlling the amount of incident laser power delivered to a sample under observation. 図7の検査システム内に含まれ得る、レーザパワー減衰器の例示的な実施形態のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an exemplary embodiment of a laser power attenuator that may be included in the inspection system of FIG. 図7の検査システム内に含まれ得る、レーザパワー制御装置の例示的な実施形態のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an exemplary embodiment of a laser power control apparatus that may be included in the inspection system of FIG. 図7の検査システム内に含まれ得る、レーザパワー制御装置のもう1つの例示的な実施形態のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of another exemplary embodiment of a laser power control apparatus that may be included in the inspection system of FIG. 図7の検査システム内に含まれ得る、レーザパワー制御装置のさらにもう1つの例示的な実施形態のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of yet another exemplary embodiment of a laser power control apparatus that may be included in the inspection system of FIG. 大粒子の熱破損を削減して、図7の検査システムの測定検出範囲を拡張するために、観測中の試料に供給される入射レーザパワーの量を動的に変更するための方法の流れ図である。7 is a flow diagram of a method for dynamically changing the amount of incident laser power delivered to a sample under observation in order to reduce thermal breakage of large particles and extend the measurement detection range of the inspection system of FIG. is there.

Claims (89)

試料を検査するための方法であって、
光を前記試料に方向づけるステップと、
前記試料から散乱された光を検出するステップであって、
光電子増倍管(PMT)の陽極電流を監視するステップと、
前記陽極電流が所定の閾値に達するまで前記陽極電流を使用して前記試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出し、その後、前記検出のために前記PMTのダイノード電流を使用する検出するステップとを含む、検出するステップと
を含む方法。
A method for inspecting a sample, comprising:
Directing light to the sample;
Detecting light scattered from the sample, comprising:
Monitoring the photomultiplier tube (PMT) anode current;
Detecting features, defects, or light scattering properties of the sample using the anode current until the anode current reaches a predetermined threshold, and then detecting using the dynode current of the PMT for the detection. And detecting.
前記方向づけるステップに先立って、前記PMT内に含まれた複数のダイノードのうちの1つに電気に接続することによって、前記検出のために使用されることになる前記ダイノード電流を選択するステップをさらに含む請求項1の記載の方法。   Prior to the directing step, further comprising selecting the dynode current to be used for the detection by electrically connecting to one of a plurality of dynodes included in the PMT. The method of claim 1 comprising. 前記複数のダイノードのうちの前記選択される1つが前記複数のダイノードのほぼ中央に配置される請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the selected one of the plurality of dynodes is disposed approximately in the center of the plurality of dynodes. 前記検出の間又は後に、前記複数のダイノードのうちの異なる1つにもう1つの電気接続を行うことによって、前記検出のために使用されることになる代替のダイノード電流を選択するステップをさらに含む請求項2に記載の方法。   Selecting an alternative dynode current to be used for the detection by making another electrical connection to a different one of the plurality of dynodes during or after the detection; The method of claim 2. 前記代替のダイノード電流が、当初選択される前記ダイノード電流よりも小さい又は大きい量の利得を提供する請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the alternative dynode current provides a gain that is less than or greater than the initially selected dynode current. 試料から散乱された光を検出するための回路であって、
前記試料から散乱された前記光を受信して、電気信号に変換するための光電子増倍管(PMT)であって、前記PMTが陰極と、多数のダイノード及び陽極からなる複数のステージとを含み、前記電気信号が前記陽極ステージで出力信号を生み出すために各連続的なステージで増幅されるPMTと、
前記PMTの前記ダイノード・ステージのうちの1つで前記増幅された電気信号を表す中間信号と共に前記出力信号を受信するために前記PMTに結合された手段と
を含む回路。
A circuit for detecting light scattered from a sample,
A photomultiplier tube (PMT) for receiving the light scattered from the sample and converting it into an electrical signal, wherein the PMT includes a cathode and a plurality of stages including a number of dynodes and an anode. A PMT in which the electrical signal is amplified at each successive stage to produce an output signal at the anode stage;
A circuit coupled to the PMT for receiving the output signal together with an intermediate signal representative of the amplified electrical signal at one of the dynode stages of the PMT.
前記手段が、
前記出力信号が所定の閾値未満にとどまる限り、前記出力信号を検査システム構成要素に供給し、かつ
前記出力信号が前記所定の閾値に達すると、前記中間信号を前記検査システム構成要素に供給するように
構成された請求項6に記載の回路。
Said means is
Provide the output signal to an inspection system component as long as the output signal remains below a predetermined threshold, and supply the intermediate signal to the inspection system component when the output signal reaches the predetermined threshold The circuit according to claim 6, which is configured as follows.
前記所定の閾値が、前記陽極ステージが飽和し始める最高電流レベル、又は前記陽極ステージが飽和し始める電流レベルをごくわずかに下回る電流レベルを含む請求項7に記載の回路。   8. The circuit of claim 7, wherein the predetermined threshold includes a maximum current level at which the anode stage begins to saturate, or a current level that is slightly less than a current level at which the anode stage begins to saturate. 前記所定の閾値が約1μAから約10mAを含む値の範囲内にある請求項8に記載の回路。   The circuit of claim 8, wherein the predetermined threshold is in a range of values including about 1 μA to about 10 mA. 前記中間信号が較正比率によって乗算された前記1つのダイノード・ステージからの前記増幅された電気信号を含む請求項8に記載の回路。   9. The circuit of claim 8, wherein the intermediate signal comprises the amplified electrical signal from the one dynode stage multiplied by a calibration ratio. 前記較正比率が前記1つのダイノード・ステージからの前記増幅された電気信号によって除算された前記陽極ステージでの前記電流レベルを含む請求項10に記載の回路。   The circuit of claim 10, wherein the calibration ratio includes the current level at the anode stage divided by the amplified electrical signal from the one dynode stage. 前記手段が、前記出力信号を前記検査システム構成要素に供給しながら、前記出力信号を監視して、前記出力信号が前記所定の閾値に達すると、前記中間信号に切り替えるように構成された制御論理を含む請求項7に記載の回路。   Control logic configured to monitor the output signal while the means is supplying the output signal to the inspection system component and switch to the intermediate signal when the output signal reaches the predetermined threshold. The circuit of claim 7 comprising: 前記手段が、
前記出力信号を前記検査システム構成要素に供給しながら、前記出力信号を監視するための第1のプログラム命令のセットと、
前記出力信号を前記所定の閾値に達すると、前記中間信号に切り替えるための第2のプログラム命令のセットと
を実行するように構成されたプロセッサを含む請求項7に記載の回路。
Said means is
A first set of program instructions for monitoring the output signal while providing the output signal to the inspection system component;
8. The circuit of claim 7, including a processor configured to execute a second set of program instructions for switching to the intermediate signal when the output signal reaches the predetermined threshold.
前記PMTの前記陰極と前記陽極の間に結合された複数の抵抗器をさらに含む請求項7に記載の回路。   The circuit of claim 7 further comprising a plurality of resistors coupled between the cathode and the anode of the PMT. 前記複数の抵抗器が、第1の電源に並列に結合されるとともに、前記PMT内の前記陰極と前記複数のステージに並列に結合された分圧器チェーンを形成するために互いに直列に結合された請求項14に記載の回路。   The plurality of resistors are coupled in parallel to a first power supply and in series with each other to form a voltage divider chain coupled in parallel to the cathode and the plurality of stages in the PMT. The circuit according to claim 14. 前記抵抗器の大部分が、各々、i)前記陰極と第1のダイノード、ii)2つの隣り合う奇数及び偶数のダイノード、又はiii)最後のダイノートと前記陽極のいずれかの間に並列に結合され、2つ以上の前記抵抗器が隣り合う奇数のダイノード又は隣り合う偶数のダイノードの間に並列に結合された請求項15に記載の回路。   Most of the resistors are each in parallel between i) the cathode and the first dynode, ii) two adjacent odd and even dynodes, or iii) the last dynote and either of the anodes. 16. The circuit of claim 15, wherein two or more of the resistors are coupled in parallel between adjacent odd dynodes or adjacent even dynodes. 前記隣り合う奇数のダイノード又は前記隣り合う偶数のダイノードの間に配置された中間ダイノードと、第2の電源の間に結合された追加的な抵抗器とをさらに含む請求項16に記載の回路。   17. The circuit of claim 16, further comprising an intermediate resistor disposed between the adjacent odd dynodes or the adjacent even dynodes and an additional resistor coupled between a second power supply. 前記中間信号が前記追加的な抵抗器全体にわたって測定された電圧信号を含む請求項16に記載の回路。   The circuit of claim 16, wherein the intermediate signal comprises a voltage signal measured across the additional resistor. 前記複数の抵抗器が、各々、関連する個別の電源を有する、直列結合された第1の抵抗器部分と、直列結合された第2の抵抗器部分に分離される請求項14に記載の回路。   15. The circuit of claim 14, wherein the plurality of resistors are separated into a series-coupled first resistor portion and a series-coupled second resistor portion, each having an associated separate power supply. . 前記第1の抵抗器部分が、前記陰極と、前記PMTの前記中間ダイノードを含み、かつ前記中間ダイノードで終わる1つ又は複数のダイノードとに結合された請求項19に記載の回路。   20. The circuit of claim 19, wherein the first resistor portion is coupled to the cathode and to one or more dynodes that include and terminate at the intermediate dynode of the PMT. 前記第2の抵抗器部分が、前記PMTの前記中間ダイノードと前記陽極にすぐ続くダイノードに結合された請求項20に記載の回路。   21. The circuit of claim 20, wherein the second resistor portion is coupled to a dynode immediately following the intermediate dynode and the anode of the PMT. 前記中間信号が前記第1の抵抗器部分内の最後の抵抗器全体にわたって測定された電圧信号を含む請求項21に記載の回路。   The circuit of claim 21, wherein the intermediate signal comprises a voltage signal measured across the last resistor in the first resistor portion. 光を試料に方向づけるように構成された照射サブシステムと、
前記試料から散乱された光を検出して、それに応答して第1の信号と第2の信号とを生成するように構成された検出サブシステムであって、前記第1及び第2の信号を生成するための1つの光検出器だけを含む検出サブシステムと、
前記第1の信号が所定の閾値レベルに達するまで前記第1の信号を使用して前記試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出し、その後、前記検出のために前記第2の信号を使用するように構成されたプロセッサと
を含む検査システム。
An illumination subsystem configured to direct light to the sample;
A detection subsystem configured to detect light scattered from the sample and generate a first signal and a second signal in response thereto, wherein the first and second signals are A detection subsystem comprising only one photodetector for generating;
The first signal is used to detect features, defects, or light scattering properties of the sample until the first signal reaches a predetermined threshold level, and then the second signal is used for the detection. An inspection system including a processor configured for use.
前記試料の前記フィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出する際に、前記プロサッサが、
前記第1の信号を前記所定の閾値レベルと比較し、かつ
前記第1の信号が前記所定の閾値レベルに達すると、前記第2の信号に切り替わる
ように構成された請求項23に記載の検査システム。
In detecting the feature, defect, or light scattering property of the sample, the processor
24. The test of claim 23, configured to compare the first signal to the predetermined threshold level and to switch to the second signal when the first signal reaches the predetermined threshold level. system.
前記検出サブシステムが、
前記試料から散乱された前記光を集めるためのコレクタと、
前記集められた光を前記第1及び第2の信号に変換するための光検出器であって、前記第2の信号が前記第1の信号のごく一部だけを含む、光検出器と、
実質的に同等な量によって前記第1及び前記第2の信号を増幅するための増幅器と
を含む請求項23に記載の検査システム。
The detection subsystem comprises:
A collector for collecting the light scattered from the sample;
A photodetector for converting the collected light into the first and second signals, wherein the second signal comprises only a fraction of the first signal;
24. The inspection system of claim 23, including an amplifier for amplifying the first and second signals by a substantially equivalent amount.
前記光検出器が、
陰極と、複数のダイノード及び陽極とを有する光電子増倍管(PMT)と、
前記第1の信号を生み出すために、前記陽極電流を電圧に変換するための電流・電圧変換器と、
前記第2の信号を生み出すために、中間ダイノード電流をもう1つの電圧に変換するための前記複数のダイノードのうちの1つに結合された負荷と
を含む請求項25に記載の検査システム。
The photodetector is
A photomultiplier tube (PMT) having a cathode and a plurality of dynodes and anodes;
A current-to-voltage converter for converting the anode current into a voltage to produce the first signal;
26. The inspection system of claim 25, including a load coupled to one of the plurality of dynodes for converting an intermediate dynode current to another voltage to produce the second signal.
前記試料から散乱された光を検出するための回路であって、
前記試料から散乱された前記光を検出して、前記光を電気信号に変換するように構成された1つだけの光検出器と、
前記電気信号に応答して、少なくとも第1の信号と第2の信号とを生成するように構成された増幅器ステージであって、前記第1の信号が前記散乱光の実質的により低いレベルを検出するために第2の信号よりも高い解像度を有する増幅器ステージと
を有する回路。
A circuit for detecting light scattered from the sample,
Only one photodetector configured to detect the light scattered from the sample and convert the light into an electrical signal;
An amplifier stage configured to generate at least a first signal and a second signal in response to the electrical signal, the first signal detecting a substantially lower level of the scattered light; And an amplifier stage having a higher resolution than the second signal.
前記1つだけの光検出器が、光ダイオード、光電管、光電子増倍管からなるグループから選択される請求項27に記載の回路。   28. The circuit of claim 27, wherein the only one photodetector is selected from the group consisting of a photodiode, a phototube, and a photomultiplier tube. 前記1つだけの光検出器が、1つだけの検出領域、あるいは、アレイ内に配置された複数の検出領域を含む請求項27に記載の回路。   28. The circuit of claim 27, wherein the only one photodetector includes only one detection region or a plurality of detection regions arranged in an array. 前記増幅器ステージが、各々が正及び負の入力端子を有する、第1の演算増幅器と第2の演算増幅器とを含む請求項27に記載の回路。   28. The circuit of claim 27, wherein the amplifier stage includes a first operational amplifier and a second operational amplifier, each having a positive and negative input terminal. 前記第1及び第2の演算増幅器が、その正の入力端子が少なくとも第1の抵抗器(R1)と第2の抵抗器(R2)とを含む分圧器ネットワーク内の異なるノードに結合された電圧フォロワを含む請求項30に記載の回路。   The first and second operational amplifiers have voltages coupled to different nodes in a voltage divider network whose positive input terminals include at least a first resistor (R1) and a second resistor (R2). 32. The circuit of claim 30, comprising a follower. 前記第1の演算増幅器の前記正の入力端子が、[R1+R2]の一連の抵抗器によって乗算された前記電気信号を受信するために結合され、前記第2の演算増幅器の前記正の入力端子が、R2の抵抗器によって乗算された前記電気信号を受信するために結合された請求項31に記載の回路。   The positive input terminal of the first operational amplifier is coupled to receive the electrical signal multiplied by a series of resistors [R1 + R2], and the positive input terminal of the second operational amplifier is 32. The circuit of claim 31, coupled to receive the electrical signal multiplied by a resistor of R2. 前記第1及び第2の抵抗器の値が、比較的高い利得を有する第1の信号と、比較的低い利得を有する第2の信号とを提供するために選択される請求項32に記載の回路。   33. The value of claim 32, wherein the values of the first and second resistors are selected to provide a first signal having a relatively high gain and a second signal having a relatively low gain. circuit. 前記第1及び第2の抵抗器が、前記回路の検出範囲を約2倍から約1024倍だけ増加するように選択される請求項33に記載の回路。   34. The circuit of claim 33, wherein the first and second resistors are selected to increase the detection range of the circuit by about 2 times to about 1024 times. 前記増幅器ステージが、正及び負の入力端子を有する第3の演算増幅器を含む請求項30に記載の回路。   31. The circuit of claim 30, wherein the amplifier stage includes a third operational amplifier having positive and negative input terminals. 前記第1の演算増幅器が前記電気信号を第1の抵抗値(R1)で乗算することによって接点電圧を生成するために結合された請求項35に記載の回路。   36. The circuit of claim 35, wherein the first operational amplifier is coupled to generate a contact voltage by multiplying the electrical signal by a first resistance value (R1). 前記第2の演算増幅器が前記接点電圧を第3の抵抗値(R3)によって乗算し、第2の抵抗値(R2)によって除算することによって前記第1の信号を生成するために結合された請求項36に記載の回路。   The second operational amplifier is coupled to generate the first signal by multiplying the contact voltage by a third resistance value (R3) and dividing by a second resistance value (R2). Item 37. The circuit according to Item 36. 前記第3の演算増幅器が前記接点電圧を第5の抵抗値(R5)によって乗算し、第4の抵抗値(R4)によって除算することによって前記第2の信号を生成するために結合された請求項37に記載の回路。   The third operational amplifier is coupled to generate the second signal by multiplying the contact voltage by a fifth resistance value (R5) and dividing by a fourth resistance value (R4). Item 38. The circuit according to Item 37. 前記第1、第2、第3、第4、第5の抵抗値が、比較的高い利得を有する前記第1の信号と、比較的低い利得を有する前記第2の信号とを提供するために選択される請求項38に記載の回路。   The first, second, third, fourth, and fifth resistance values provide the first signal having a relatively high gain and the second signal having a relatively low gain. 40. The circuit of claim 38, which is selected. 前記第1、第2、第3、第4、第5の抵抗値が、前記回路の検出範囲を約2倍から約1024倍だけ増加するために選択される請求項39に記載の回路。   40. The circuit of claim 39, wherein the first, second, third, fourth, and fifth resistance values are selected to increase the detection range of the circuit by about 2 times to about 1024 times. 光を試料に方向づけるように構成された照射サブシステムと、
前記試料から散乱された光を検出して、前記光を電気信号に変換するように構成された単一の光検出器と、
前記電子信号を、1つがもう1つより比較的高い利得を有する、1対のアナログ信号に変換するために結合された増幅器ステージと
を含む、検査システム。
An illumination subsystem configured to direct light to the sample;
A single photodetector configured to detect light scattered from the sample and convert the light into an electrical signal;
An amplifier stage coupled to convert the electronic signal into a pair of analog signals, one having a relatively higher gain than the other.
前記1つだけの光検出器が、光ダイオード、光電管、光電子増倍管からなるグループから選択される請求項41に記載の検査システム。   42. The inspection system of claim 41, wherein the only one photodetector is selected from the group consisting of a photodiode, a phototube, and a photomultiplier tube. 前記1つだけの光検出器が、1つだけの検出領域、あるいは、アレイ内に配置された複数の検出領域を含む請求項41に記載の検査システム。   42. The inspection system of claim 41, wherein the only one photodetector includes only one detection area or a plurality of detection areas arranged in an array. 前記1対のアナログ信号を、1つがもう1つより大きな値である、1対のデジタル信号に変換するために結合された1対のアナログ・デジタル変換器(ADC)をさらに含む請求項41に記載の検査システム。   42. The method of claim 41, further comprising a pair of analog to digital converters (ADC) coupled to convert the pair of analog signals into a pair of digital signals, one of which is a value greater than the other. The inspection system described. 前記より大きなデジタル信号を生成する責任を担う前記ADCが所定の閾値に達するまで、前記より大きな値を有する前記デジタル信号を信号処理サブシステムに供給し、その後、前記より小さい値を有する前記デジタル信号を前記信号処理サブシステプに供給するために結合された選択論理をさらに含む請求項44に記載の検査システム。   The digital signal having the larger value is supplied to a signal processing subsystem until the ADC responsible for generating the larger digital signal reaches a predetermined threshold, and then the digital signal having the smaller value. 45. The inspection system of claim 44, further comprising selection logic coupled to provide a signal processing subsystem to the signal processing subsystem. 前記所定の閾値が実質的に2N-1以下であり、Nは前記ADCの各々に関連するビットの数である請求項45に記載の検査システム。 46. The inspection system of claim 45, wherein the predetermined threshold is substantially less than or equal to 2N-1 , where N is the number of bits associated with each of the ADCs. 前記所定の閾値に達するまで前記より大きなデジタル信号を使用して前記試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出し、その後、前記検出のために前記より小さいデジタル信号を使用するように構成された前記信号処理サブシステムを含む請求項45に記載の検査システム。   Configured to detect features, defects, or light scattering characteristics of the sample using the larger digital signal until the predetermined threshold is reached, and then use the smaller digital signal for the detection. The inspection system of claim 45, further comprising the signal processing subsystem. 試料を検査するための方法であって、
光を前記試料に方向づけるステップと、
前記試料から散乱された光を検出するステップであって、
前記試料から散乱された前記光を検出して、前記光を電気信号に変換するために1つだけの光検出器を利用するステップと、
前記電気信号に応答して、第1の信号と第2の信号とを生成するステップであって、前記散乱光のかなり低いレベルを検出するために、前記第1の信号が前記第2の信号よりも高い解像度を有するステップと、
前記第1の信号が所定の閾値に達するまで前記試料のフィーチャ、欠陥、又は光散乱特性を検出するために前記第1の信号を使用し、その後、前記検出のために前記第2の信号を使用するステップとを含む、検出するステップと
を含む方法。
A method for inspecting a sample, comprising:
Directing light to the sample;
Detecting light scattered from the sample, comprising:
Using only one photodetector to detect the light scattered from the sample and convert the light into an electrical signal;
In response to the electrical signal, generating a first signal and a second signal, wherein the first signal is the second signal to detect a rather low level of the scattered light. A step having a higher resolution than
Use the first signal to detect a feature, defect, or light scattering property of the sample until the first signal reaches a predetermined threshold, and then use the second signal for the detection. And a step of detecting.
前記使用するステップに先立って、前記第1及び前記第2の信号をアナログ信号から対応するデジタル信号に変換するステップをさらに含む請求項48に記載の方法。   49. The method of claim 48, further comprising converting the first and second signals from analog signals to corresponding digital signals prior to the using step. 前記使用するステップの間に、
前記第1の信号のデジタル値を所定の閾値と比較するステップと、
前記第1の信号の前記デジタル値が前記所定の閾値に達すると、前記第2の信号に切り替えるステップと
をさらに含む請求項49に記載の方法。
During the using step,
Comparing the digital value of the first signal with a predetermined threshold;
50. The method of claim 49, further comprising switching to the second signal when the digital value of the first signal reaches the predetermined threshold.
前記所定の閾値が実質的に2N-1以下であり、Nは前記第1及び第2の信号をアナログ信号から対応するデジタル信号に変換するために使用される手段に関連するビットの数である請求項50に記載の方法。 The predetermined threshold is substantially less than or equal to 2 N-1 , where N is the number of bits associated with the means used to convert the first and second signals from analog signals to corresponding digital signals. 51. The method of claim 50. 前記散乱光の実質的により高いレベルを検出するために、前記第1の信号より低い解像度を有する第2の信号が生成される請求項50に記載の方法。   51. The method of claim 50, wherein a second signal having a lower resolution than the first signal is generated to detect a substantially higher level of the scattered light. 前記第1の信号によって検出された光の前記より低いレベルが、第1の検出範囲内にあり、第2の信号によって検出された光のより高いレベルが、少なくとも部分的に前記第1の検出範囲と重なる第2の検出範囲内にある請求項52に記載の方法。   The lower level of light detected by the first signal is within a first detection range, and the higher level of light detected by a second signal is at least partially in the first detection. 53. The method of claim 52, wherein the method is within a second detection range that overlaps the range. 第1のパワー・レベルで、光を試料に方向づけるための照射サブシステムと、
前記試料から散乱された光を検出するための検出サブシステムと、
前記試料から検出された前記散乱光に基づいて前記試料に方向づけられたパワー・レベルを動的に変更するための電力減衰器サブシステムと
を含む検査システム。
An illumination subsystem for directing light to the sample at a first power level;
A detection subsystem for detecting light scattered from the sample;
A power attenuator subsystem for dynamically changing a power level directed to the sample based on the scattered light detected from the sample.
前記電力減衰器サブシステムが前記試料に方向づけられた前記光を提供するための光源を含む請求項54に記載の検査システム。   55. The inspection system of claim 54, wherein the power attenuator subsystem includes a light source for providing the light directed to the sample. 前記光源が、ダイオード・レーザ、ヘリウム・ネオン・レーザ、アルゴン・レーザ、固体レーザ、ダイオード励起固体(DPSS)レーザを含むレーザ・ベースの源のグループから選択される請求項55に記載の検査システム。   56. The inspection system of claim 55, wherein the light source is selected from the group of laser based sources including a diode laser, a helium neon laser, an argon laser, a solid state laser, a diode pumped solid state (DPSS) laser. 前記光源が、アーク灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、LEDアレイ、電球を含む非レーザ・ベースの源のグループから選択される請求項55に記載の検査システム。   56. The inspection system of claim 55, wherein the light source is selected from the group of non-laser based sources including arc lamps, high pressure mercury lamps, low pressure mercury lamps, LED arrays, bulbs. 前記電力減衰器サブシステムが、前記光源と前記試料の間に配置されたレーザパワー減衰器を含み、前記レーザパワー減衰器が
前記検出された散乱光が所定の閾値レベル未満にとどまる場合、前記試料に方向付けられた前記光を前記第1のパワー・レベルに維持し、
前記検出された散乱光が前記所定の閾値レベルを超える場合、前記試料に方向づけられた前記光を、前記第1のパワー・レベル未満である第2のパワー・レベルに削減し、かつ
前記検出された散乱光が前記所定の閾値レベル未満に後退する場合、前記試料に方向づけられた前記光を前記第1のパワー・レベルに増加して戻すように
構成された請求項55に記載の検査システム。
The power attenuator subsystem includes a laser power attenuator disposed between the light source and the sample, and the laser power attenuator includes the sample if the detected scattered light remains below a predetermined threshold level; Maintaining the light directed at the first power level;
If the detected scattered light exceeds the predetermined threshold level, the light directed to the sample is reduced to a second power level that is less than the first power level, and the detected 56. The inspection system of claim 55, configured to increase the light directed to the sample back to the first power level when the scattered light recedes below the predetermined threshold level.
前記電力減衰器サブシステムが、前記検出サブシステムと前記レーザパワー減衰器の間に結合されたレーザパワー制御装置をさらに含み、前記レーザパワー制御装置が
前記検出された散乱光が前記所定の閾値レベルを超えるか又は前記所定の閾値未満であるかを決定するために前記検出された散乱光を継続的に監視し、かつ
前記レーザパワー制御装置による決定に基づいて、前記試料に方向づけられた前記光を前記第1のパワー・レベル又は前記第2のパワー・レベルで提供するよう前記レーザパワー減衰器に命令する
ように構成された請求項58に記載の検査システム。
The power attenuator subsystem further includes a laser power controller coupled between the detection subsystem and the laser power attenuator, wherein the laser power controller is configured to detect the scattered light at the predetermined threshold level. Continuously monitoring the detected scattered light to determine whether it is greater than or less than the predetermined threshold, and the light directed to the sample based on a determination by the laser power controller 59. The inspection system of claim 58, wherein the inspection system is configured to instruct the laser power attenuator to provide at the first power level or the second power level.
前記所定の閾値レベルが、前記試料に方向づけられた前記光が前記試料上のフィーチャによって吸収されるか不十分に分散される場合に発生する熱破損を最低限に抑えるために選択され、前記所定の閾値レベルが、一定のサイズのフィーチャ上に加えられた熱破損の始まりに関連する入力レーザパワー密度に基づく請求項59に記載の検査システム。   The predetermined threshold level is selected to minimize thermal damage that occurs when the light directed to the sample is absorbed or poorly dispersed by features on the sample, 60. The inspection system of claim 59, wherein the threshold level is based on an input laser power density associated with the onset of thermal failure applied on a feature of constant size. 前記所定の閾値レベルが約1kW/cm2から約1000kW/cm2に及ぶ入射レーザパワー密度のグループから選択される請求項60に記載の検査システム。 61. The inspection system of claim 60, wherein the predetermined threshold level is selected from the group of incident laser power densities ranging from about 1 kW / cm < 2 > to about 1000 kW / cm < 2 >. 前記第2のパワー・レベルが前記第1のパワー・レベルの割合を含み、前記割合が約1%から約50%を含むグループから選択される請求項60に記載の検査システム。   61. The inspection system of claim 60, wherein the second power level comprises a percentage of the first power level, and the percentage is selected from the group comprising about 1% to about 50%. 前記第2のパワー・レベルが前記第1のパワー・レベルの約10%と実質的に同等である請求項62に記載の検査システム。   64. The inspection system of claim 62, wherein the second power level is substantially equivalent to about 10% of the first power level. 前記検査システムが前記第1のパワー・レベルで前記光を前記試料に方向づけることによって比較的小さなサイズのフィーチャを検出するように構成された請求項62に記載の検査システム。   64. The inspection system of claim 62, wherein the inspection system is configured to detect relatively small size features by directing the light to the sample at the first power level. 前記検査システムが、比較的大きなサイズのフィーチャ上に熱破損を加えずに、前記第1のパワー・レベルではなく、前記第2のパワー・レベルで前記光を前記試料に方向づけることによって、それらのフィーチャを検出するように構成された請求項64に記載の検査システム。   The inspection system directs the light to the sample at the second power level instead of the first power level without causing thermal damage on relatively large size features. 65. The inspection system of claim 64 configured to detect features. 前記電力減衰器サブシステムが前記試料に方向づけられることになる適切なパワー・レベルを動的に選択するために1つを超える所定の閾値レベルを利用し、前記適切なパワー・レベルが使用のために利用可能な3つ以上の異なるパワー・レベルから選択される請求項60に記載の検査システム。   The power attenuator subsystem utilizes more than one predetermined threshold level to dynamically select an appropriate power level to be directed to the sample, and the appropriate power level is in use 61. The inspection system of claim 60, selected from three or more different power levels available for use. 試料の表面検査の走査の間に前記試料に供給される光のパワー・レベルを動的に制御するための回路であって、
前記試料に供給される前記光の前記パワー・レベルを動的に変更するための手段と、
前記試料から検出された散乱光の計算された量に基づいて前記パワー・レベルの前記動的に変更するステップを制御するための手段と
を含む回路。
A circuit for dynamically controlling the power level of light delivered to the sample during a scan of the sample surface inspection;
Means for dynamically changing the power level of the light delivered to the sample;
Means for controlling the step of dynamically changing the power level based on a calculated amount of scattered light detected from the sample.
前記パワー・レベルを動的に変更するための前記手段が、前記光の偏光に基づいて前記光の一部を透過するように適合された選択的に透過可能な光学部品を含む請求項67に記載の回路。   68. The means for dynamically changing the power level comprises a selectively transmissive optical component adapted to transmit a portion of the light based on a polarization of the light. The circuit described. 前記パワー・レベルを動的に変更するための前記手段が、組み合わされた場合、前記光の偏光に基づいて前記光の一部を透過するように適合された、波長板と偏光ビーム・スプリッタとを含む請求項67に記載の回路。   A wave plate and a polarizing beam splitter adapted to transmit a portion of the light based on the polarization of the light when combined with the means for dynamically changing the power level; 68. The circuit of claim 67 comprising: 前記パワー・レベルを動的に変更するための前記手段が、
電気光学結晶に供給される可変制御電圧に基づいて、前記光の偏光を変更するように適合された電気光学結晶と、
前記結晶からの前記光出力の前記偏光に基づいて前記光の一部を透過するように適合されたビーム・スプリッタと
を含む請求項67に記載の回路。
The means for dynamically changing the power level comprises:
An electro-optic crystal adapted to change the polarization of the light based on a variable control voltage supplied to the electro-optic crystal;
68. The circuit of claim 67, comprising a beam splitter adapted to transmit a portion of the light based on the polarization of the light output from the crystal.
前記動的に変更するステップを制御するための前記手段が、
前記試料から散乱された前記光を検出して、前記検出された散乱光を電気出力信号に変換するための光検出器と、
前記電気出力信号を所定の閾値レベルと比較して、それに応答して制御信号を生成するための比較器と
を含む請求項67に記載の回路。
The means for controlling the step of dynamically changing comprises:
A photodetector for detecting the light scattered from the sample and converting the detected scattered light into an electrical output signal;
68. The circuit of claim 67 including a comparator for comparing the electrical output signal to a predetermined threshold level and generating a control signal in response thereto.
前記動的に変更するステップを制御するための前記手段が、前記光検出器と前記比較器の間に結合された除算器をさらに含み、前記除算器が前記電気出力信号の正規化されたバージョンを生成するように構成され、前記正規化されたバージョンが前記試料から検出された散乱光の前記計算された量に相当し、前記比較器が前記電気出力信号の前記正規化されたバージョンを前記所定の閾値レベルと比較して、それに応答して前記制御信号を生成するように構成された請求項71に記載の回路。   The means for controlling the step of dynamically changing further comprises a divider coupled between the photodetector and the comparator, the divider being a normalized version of the electrical output signal Wherein the normalized version corresponds to the calculated amount of scattered light detected from the sample, and the comparator represents the normalized version of the electrical output signal. 72. The circuit of claim 71, configured to generate the control signal in response to a predetermined threshold level. 前記比較器によって生成された前記制御信号が、前記試料に供給されることになるパワー・レベルを複数の利用可能なパワー・レベルから選択するために前記動的に変更するための手段に供給される請求項72に記載の回路。   The control signal generated by the comparator is supplied to the means for dynamically changing to select a power level to be supplied to the sample from a plurality of available power levels. 73. The circuit of claim 72. 前記電気出力信号の前記正規化されたバージョンがi)前記選択されるパワー・レベル、及びii)前記光検出器によって前記電気出力信号に加えられた利得によって前記電気出力信号を除算することによって生成される請求項73に記載の回路。   The normalized version of the electrical output signal is generated by dividing the electrical output signal by i) the selected power level, and ii) a gain applied to the electrical output signal by the photodetector. 74. The circuit of claim 73, wherein: 前記電気出力信号の前記正規化されたバージョンが前記所定の閾値レベル未満である場合、前記制御信号が第1のパワー・レベルを前記試料に供給させる請求項74に記載の回路。   75. The circuit of claim 74, wherein the control signal causes the sample to provide a first power level if the normalized version of the electrical output signal is less than the predetermined threshold level. 前記電気出力信号の前記正規化されたバージョンが前記所定の閾値レベル以上である場合、前記制御信号が第2のパワー・レベルを前記試料に供給させ、前記第2のパワー・レベルが実質的に前記第1のパワー・レベル未満である請求項75に記載の回路。   If the normalized version of the electrical output signal is greater than or equal to the predetermined threshold level, the control signal causes the sample to provide a second power level, and the second power level is substantially equal to 76. The circuit of claim 75, wherein the circuit is less than the first power level. 前記第2のパワー・レベルが前記第1のパワー・レベルの割合を含み、前記割合が約1%から約50%を含むグループから選択される請求項76に記載の回路。   77. The circuit of claim 76, wherein the second power level comprises a percentage of the first power level and the percentage is selected from the group comprising about 1% to about 50%. 前記第2のパワー・レベルが前記第1のパワー・レベルの約10%と実質的に同等である請求項76に記載の回路。   77. The circuit of claim 76, wherein the second power level is substantially equivalent to about 10% of the first power level. 前記試料の欠陥、フィーチャ、又は光散乱特性を検出するための1つ又は複数のプログラム命令を実行するように構成されたプロセッサをさらに含む請求項72に記載の回路。   The circuit of claim 72 further comprising a processor configured to execute one or more program instructions for detecting defects, features, or light scattering properties of the sample. 前記プロセッサが前記除算器から前記電気出力信号の前記正規化されたバージョンを受信して、それに応答して、前記試料の前記欠陥、フィーチャ、又は光散乱特性を検出するように構成された請求項79に記載の回路。   The processor is configured to receive the normalized version of the electrical output signal from the divider and to detect the defect, feature, or light scattering characteristic of the sample in response thereto. 79. The circuit according to 79. 前記光検出器によって生成された前記電気出力信号の第2の正規化されたバージョンを生成するために前記光検出器に結合された追加的な除算器をさらに含む請求項79に記載の回路。   80. The circuit of claim 79, further comprising an additional divider coupled to the photodetector to generate a second normalized version of the electrical output signal generated by the photodetector. 前記プロセッサが前記追加的な除算器から前記電気出力信号の前記第2の正規化されたバージョンを受信して、それに応答して、前記試料の前記欠陥、フィーチャ、又は光散乱特性を検出するように構成された請求項81に記載の回路。   The processor receives the second normalized version of the electrical output signal from the additional divider and responsively detects the defect, feature, or light scattering characteristic of the sample. 82. The circuit of claim 81, configured as follows. 試料を検査するための方法であって、
光を第1のパワー・レベルで前記試料に方向付けるステップと、
前記試料の表面全体にわたって前記光を走査するステップであって、前記走査の間、前記方法が
前記試料から散乱された光を検出するステップと、
前記検出された光が所定の閾値レベルを超える場合、前記試料に方向づけられた前記光を第2のパワー・レベルに削減するステップと、
前記試料から散乱された前記検出された光を使用して、前記試料のフィーチャ、欠陥、又は光特性を検出するステップと
を含む方法。
A method for inspecting a sample, comprising:
Directing light to the sample at a first power level;
Scanning the light across the surface of the sample, wherein the method detects light scattered from the sample during the scanning;
If the detected light exceeds a predetermined threshold level, reducing the light directed to the sample to a second power level;
Using the detected light scattered from the sample to detect features, defects, or optical properties of the sample.
前記所定の閾値レベルを超えた場合、前記方法が、前記検出された散乱光が前記走査の間に前記所定の閾値レベル未満に後退する場合、前記試料に方向づけられた前記光を前記第1のパワー・レベルに増加して戻すステップをさらに含む請求項83に記載の方法。   If the predetermined threshold level is exceeded, the method causes the light directed to the sample to be directed to the first if the detected scattered light recedes below the predetermined threshold level during the scan. The method of claim 83, further comprising increasing back to a power level. 前記光を前記試料に方向付けるステップが、分布の中間付近でピークに達し、前記分布の端近くで先細りになるパワー密度分布により前記光を前記試料の表面に供給し、前記分布の前記中間がメイン・ビームと呼ばれ、前記分布の前記端がビーム・スカートと呼ばれる請求項84に記載の方法。   Directing the light to the sample supplies the light to the surface of the sample by a power density distribution that reaches a peak near the middle of the distribution and tapers near an edge of the distribution, wherein the middle of the distribution is 85. The method of claim 84, referred to as a main beam and the end of the distribution referred to as a beam skirt. 前記パワー密度分布がメイン・ローブと、前記メイン・ローブの各側面上に少なくとも1つのサイド・ローブとを含み、前記サイド・ローブはパワー密度が前記メイン・ローブよりも小さいものである請求項85に記載の方法。   86. The power density distribution includes a main lobe and at least one side lobe on each side of the main lobe, wherein the side lobe is less in power density than the main lobe. The method described in 1. 前記パワー密度分布がガウス分布を含む請求項85に含む方法。   The method of claim 85, wherein the power density distribution comprises a Gaussian distribution. 前記光を検出するステップが、前記メイン・ビームが前記試料上の比較的大きなフィーチャに達する前に前記試料に方向づけられた前記光が前記第2のパワー・レベルに削減されることを可能にし、前記メイン・ビームが前記第1のパワー・レベルでそこに供給された場合、前記比較的大きなフィーチャは熱破損を受け易いものである請求項85に記載の方法。   Detecting the light allows the light directed to the sample before the main beam reaches a relatively large feature on the sample to be reduced to the second power level; 86. The method of claim 85, wherein the relatively large feature is susceptible to thermal failure when the main beam is delivered thereto at the first power level. 前記走査の間に、前記方法が、
前記試料から散乱された光を監視するステップと、
前記試料に方向づけられることになる適切なパワー・レベルを選択するために使用される前記所定の閾値レベルを選択するために前記監視された光を使用するステップと
含む請求項88に記載の方法。
During the scan, the method comprises:
Monitoring light scattered from the sample;
90. The method of claim 88, comprising using the monitored light to select the predetermined threshold level that is used to select an appropriate power level to be directed to the sample.
JP2008521588A 2005-07-14 2006-07-12 Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation Active JP5302678B2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/181,228 2005-07-14
US11/181,237 2005-07-14
US11/181,228 US7436508B2 (en) 2005-07-14 2005-07-14 Systems, circuits and methods for reducing thermal damage and extending the detection range of an inspection system
US11/181,519 2005-07-14
US11/181,519 US7414715B2 (en) 2005-07-14 2005-07-14 Systems, circuits and methods for extending the detection range of an inspection system by avoiding detector saturation
US11/181,237 US7423250B2 (en) 2005-07-14 2005-07-14 Systems, circuits and methods for extending the detection range of an inspection system by avoiding circuit saturation
PCT/US2006/027129 WO2007011630A2 (en) 2005-07-14 2006-07-12 Systems, circuits and methods for reducing thermal damage and extending the detection range of an inspection system by avoiding detector and circuit saturation

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012093665A Division JP5722824B2 (en) 2005-07-14 2012-04-17 Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009501902A true JP2009501902A (en) 2009-01-22
JP5302678B2 JP5302678B2 (en) 2013-10-02

Family

ID=37669352

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008521588A Active JP5302678B2 (en) 2005-07-14 2006-07-12 Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation
JP2012093665A Active JP5722824B2 (en) 2005-07-14 2012-04-17 Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012093665A Active JP5722824B2 (en) 2005-07-14 2012-04-17 Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP5302678B2 (en)
WO (1) WO2007011630A2 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528287A (en) * 2007-05-21 2010-08-19 ケーエルエー−テンカー・コーポレーション Inspection system and method for extending the detection range of an inspection system by forcing the photodetector to a non-linear region
JP2011525985A (en) * 2008-06-25 2011-09-29 アプライド マテリアルズ サウス イースト アジア ピーティーイー. エルティーディー. Dynamic illumination in optical inspection systems
KR20140048261A (en) * 2011-07-12 2014-04-23 케이엘에이-텐코 코포레이션 Wafer inspection
JP2014525565A (en) * 2011-08-15 2014-09-29 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Large particle detection in multi-spot surface scanning inspection system
KR20140138974A (en) * 2012-03-19 2014-12-04 케이엘에이-텐코 코포레이션 Photomultiplier tube with extended dynamic range
JP2017203708A (en) * 2016-05-12 2017-11-16 日本信号株式会社 Optical distance measurement device
US10107762B2 (en) 2015-01-30 2018-10-23 Hitachi High-Technologies Corporation Examination device
JP2019510357A (en) * 2016-03-29 2019-04-11 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Multichannel photomultiplier tube assembly
KR20190077490A (en) * 2016-11-02 2019-07-03 코닝 인코포레이티드 Method and apparatus for defect inspection on transparent substrate and method of irradiating incident light
JP2019525180A (en) * 2016-08-05 2019-09-05 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Surface defect inspection with large particle monitoring and laser power control
US11143600B2 (en) 2018-02-16 2021-10-12 Hitachi High-Tech Corporation Defect inspection device
US11346791B2 (en) 2018-02-28 2022-05-31 Hitachi High-Tech Corporation Inspection device and inspection method thereof
JP2022103330A (en) * 2016-06-09 2022-07-07 アダプタス ソリューションズ プロプライエタリー リミテッド Improvements in photomultiplier tube

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7787114B2 (en) * 2007-06-06 2010-08-31 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems and methods for inspecting a specimen with light at varying power levels
JP2014119282A (en) * 2012-12-13 2014-06-30 Fuji Electric Co Ltd Linearity-compensating bleeder circuit and radiation detector
CN206471309U (en) * 2013-11-26 2017-09-05 珀金埃尔默健康科学股份有限公司 Electron multiplier and the mass spectrograph using electron multiplier
JP7071181B2 (en) 2018-03-20 2022-05-18 キヤノン株式会社 Foreign matter inspection equipment, molding equipment and article manufacturing method
JP2021519841A (en) 2018-03-30 2021-08-12 ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニーBecton, Dickinson And Company Water-soluble polymer dye with pendant chromophore
US11181464B2 (en) 2018-06-19 2021-11-23 Becton, Dickinson And Company Variable multiplexing switches for detector arrays, systems and methods of use thereof
WO2020005430A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Becton, Dickinson And Company Integrated pre-amplification light detection systems and methods of use thereof
WO2023076325A2 (en) * 2021-10-26 2023-05-04 Smiths Detection Inc. Systems and methods for suppressing x-ray interference in radiation portal monitors

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6444557U (en) * 1987-09-14 1989-03-16
JPH06273344A (en) * 1993-03-24 1994-09-30 Nikon Corp Method and equipment for inspecting defect
JPH0961537A (en) * 1995-08-30 1997-03-07 Rigaku Corp Photodetector
JPH11329340A (en) * 1998-05-12 1999-11-30 Hamamatsu Photonics Kk Light quantity detector
JP2002501185A (en) * 1998-01-23 2002-01-15 ラルフ・ツェー・ヴォルフ Fast logarithmic photodetector
US20040016867A1 (en) * 2002-07-29 2004-01-29 Applied Materials Israel, Inc. Amplifier circuit with enhanced dynamic range for use in a wafer inspection method or optical inspection tool
JP2005524827A (en) * 2001-09-24 2005-08-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Defect detection with enhanced dynamic range
JP2005276488A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Chube Univ Photomultiplier tube signal processor and imaging plate signal processor using it

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3488434A (en) * 1967-03-24 1970-01-06 Fairchild Camera Instr Co Control system for photosensitive video recorder
DE2353573C2 (en) * 1973-10-25 1975-10-09 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen Circuit arrangement for secondary electron multiplier
CA1068371A (en) * 1975-02-27 1979-12-18 Graham M. Clarke Circuit arrangements for controlling detector signals in surface inspection systems
US4806776A (en) * 1980-03-10 1989-02-21 Kley Victor B Electrical illumination and detecting apparatus
JPS6189501A (en) * 1984-10-08 1986-05-07 Hitachi Ltd Boundary surface measuring apparatus
JPH02134510A (en) * 1988-11-14 1990-05-23 Hitachi Ltd Visual inspection apparatus
JPH06249791A (en) * 1993-02-25 1994-09-09 Hitachi Ltd Flaw inspection apparatus
US5860972A (en) * 1995-10-26 1999-01-19 Xintec Corporation Method of detection and destruction of urinary calculi and similar structures
CA2281627C (en) * 1997-12-19 2007-05-29 Bernard Siu System and method for laser ultrasonic bond integrity evaluation
JP3745564B2 (en) * 1999-07-08 2006-02-15 三菱電機株式会社 Defect inspection method and defect inspection apparatus
US6621571B1 (en) * 1999-10-29 2003-09-16 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for inspecting defects in a patterned specimen
US6348682B1 (en) * 1999-11-12 2002-02-19 Institute Of Microelectronics Photodetector circuit and methods
JP2002181725A (en) * 2000-12-11 2002-06-26 Mitsubishi Electric Corp Method for analyzing minute foreign matter, analysis apparatus, method for manufacturing semiconductor device and liquid crystal display device
US6833913B1 (en) * 2002-02-26 2004-12-21 Kla-Tencor Technologies Corporation Apparatus and methods for optically inspecting a sample for anomalies

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6444557U (en) * 1987-09-14 1989-03-16
JPH06273344A (en) * 1993-03-24 1994-09-30 Nikon Corp Method and equipment for inspecting defect
JPH0961537A (en) * 1995-08-30 1997-03-07 Rigaku Corp Photodetector
JP2002501185A (en) * 1998-01-23 2002-01-15 ラルフ・ツェー・ヴォルフ Fast logarithmic photodetector
JPH11329340A (en) * 1998-05-12 1999-11-30 Hamamatsu Photonics Kk Light quantity detector
JP2005524827A (en) * 2001-09-24 2005-08-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Defect detection with enhanced dynamic range
US20040016867A1 (en) * 2002-07-29 2004-01-29 Applied Materials Israel, Inc. Amplifier circuit with enhanced dynamic range for use in a wafer inspection method or optical inspection tool
JP2005276488A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Chube Univ Photomultiplier tube signal processor and imaging plate signal processor using it

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528287A (en) * 2007-05-21 2010-08-19 ケーエルエー−テンカー・コーポレーション Inspection system and method for extending the detection range of an inspection system by forcing the photodetector to a non-linear region
JP2011525985A (en) * 2008-06-25 2011-09-29 アプライド マテリアルズ サウス イースト アジア ピーティーイー. エルティーディー. Dynamic illumination in optical inspection systems
KR102011530B1 (en) * 2011-07-12 2019-08-16 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR20200128602A (en) * 2011-07-12 2020-11-13 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
US10488348B2 (en) 2011-07-12 2019-11-26 Kla-Tencor Corp. Wafer inspection
KR102136959B1 (en) 2011-07-12 2020-07-22 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR102178205B1 (en) 2011-07-12 2020-11-12 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR102362657B1 (en) 2011-07-12 2022-02-14 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
US9915622B2 (en) 2011-07-12 2018-03-13 Kla-Tencor Corp. Wafer inspection
KR20210118229A (en) * 2011-07-12 2021-09-29 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR102305382B1 (en) 2011-07-12 2021-09-24 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
JP2014524033A (en) * 2011-07-12 2014-09-18 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Wafer inspection
KR20200056480A (en) * 2011-07-12 2020-05-22 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR20190097295A (en) * 2011-07-12 2019-08-20 케이엘에이 코포레이션 Wafer inspection
KR20140048261A (en) * 2011-07-12 2014-04-23 케이엘에이-텐코 코포레이션 Wafer inspection
JP2014525565A (en) * 2011-08-15 2014-09-29 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Large particle detection in multi-spot surface scanning inspection system
JP2015511061A (en) * 2012-03-19 2015-04-13 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Photomultiplier tube with wide dynamic range
KR102014570B1 (en) * 2012-03-19 2019-11-04 케이엘에이 코포레이션 Photomultiplier tube with extended dynamic range
KR20140138974A (en) * 2012-03-19 2014-12-04 케이엘에이-텐코 코포레이션 Photomultiplier tube with extended dynamic range
US10401304B2 (en) 2015-01-30 2019-09-03 Hitachi High-Technologies Corporation Examination device
US10107762B2 (en) 2015-01-30 2018-10-23 Hitachi High-Technologies Corporation Examination device
JP2019510357A (en) * 2016-03-29 2019-04-11 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Multichannel photomultiplier tube assembly
JP2017203708A (en) * 2016-05-12 2017-11-16 日本信号株式会社 Optical distance measurement device
JP2022103330A (en) * 2016-06-09 2022-07-07 アダプタス ソリューションズ プロプライエタリー リミテッド Improvements in photomultiplier tube
JP2019525180A (en) * 2016-08-05 2019-09-05 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Surface defect inspection with large particle monitoring and laser power control
JP2019533166A (en) * 2016-11-02 2019-11-14 コーニング インコーポレイテッド Method and apparatus for inspecting defective portion on transparent substrate, and method for emitting incident light
KR20190077490A (en) * 2016-11-02 2019-07-03 코닝 인코포레이티드 Method and apparatus for defect inspection on transparent substrate and method of irradiating incident light
JP7183156B2 (en) 2016-11-02 2022-12-05 コーニング インコーポレイテッド Method and apparatus for inspecting defects on transparent substrate and method for emitting incident light
KR102492294B1 (en) * 2016-11-02 2023-01-27 코닝 인코포레이티드 Defect inspection method and device on a transparent substrate, and incident light irradiation method
US11143600B2 (en) 2018-02-16 2021-10-12 Hitachi High-Tech Corporation Defect inspection device
US11346791B2 (en) 2018-02-28 2022-05-31 Hitachi High-Tech Corporation Inspection device and inspection method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007011630A2 (en) 2007-01-25
JP5722824B2 (en) 2015-05-27
JP5302678B2 (en) 2013-10-02
WO2007011630A3 (en) 2007-04-05
JP2012159513A (en) 2012-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5722824B2 (en) Systems, circuits, and methods for extending the detection range by reducing thermal damage in inspection systems by avoiding detector and circuit saturation
US7436508B2 (en) Systems, circuits and methods for reducing thermal damage and extending the detection range of an inspection system
US7414715B2 (en) Systems, circuits and methods for extending the detection range of an inspection system by avoiding detector saturation
US7423250B2 (en) Systems, circuits and methods for extending the detection range of an inspection system by avoiding circuit saturation
US7787114B2 (en) Systems and methods for inspecting a specimen with light at varying power levels
KR102002192B1 (en) Large particle detection for multi-spot surface scanning inspection systems
US8294887B1 (en) Fast laser power control with improved reliability for surface inspection
US9086389B2 (en) Sample inspection system detector
US7746462B2 (en) Inspection systems and methods for extending the detection range of an inspection system by forcing the photodetector into the non-linear range
TW201807765A (en) Surface defect inspection with large particle monitoring and laser power control
WO2019159334A1 (en) Defect inspection device
IL267920B1 (en) Inspection and metrology using broadband infrared radiation
US8134698B1 (en) Dynamic range extension in surface inspection systems
TWI645445B (en) Bias-variant photomultiplier tube, optical system including the same, and method for biasing photomultiplier tube
US7271890B2 (en) Method and apparatus for inspecting defects
CN114556059B (en) System and method for photomultiplier tube image correction

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120117

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130621

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5302678

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250