JP2012159513A - 検出器と回路の飽和を避けることにより検査システムの熱破損を削減して、検出範囲を拡張するためのシステム、回路、方法 - Google Patents
検出器と回路の飽和を避けることにより検査システムの熱破損を削減して、検出範囲を拡張するためのシステム、回路、方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】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。
【選択図】図1
Description
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。
VA=IA*(ZF/ZL) 式2
VD=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。
VH=V1=IS*(R1+R2)及び 式4
VL=V2=IS*R2 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。
VN=IS*R1 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。
VH=−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。
VL=−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。
VL=−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。
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。
(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。
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。
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。
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付記6に記載の回路。
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付記7に記載の回路。
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。
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
ように構成された付記23に記載の検査システム。
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
を含む付記23に記載の検査システム。
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
を含む付記25に記載の検査システム。
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。
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。
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。
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
をさらに含む付記49に記載の方法。
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。
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
構成された付記55に記載の検査システム。
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
ように構成された付記58に記載の検査システム。
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。
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
を含む付記67に記載の回路。
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
を含む付記67に記載の回路。
ように構成された付記79に記載の回路。
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。
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
含む付記88に記載の方法。
Claims (9)
- 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して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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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6に記載の検査システム。 - 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6に記載の検査システム。 - 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8に記載の検査システム。
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