JP2014089162A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査装置の検出精度を向上する技術を提供する。
【解決手段】本検査装置１００は、試料表面に対してレーザ光源からパルス発振によるビームを照射する照射部１０１と、照射による試料表面からの光を入射して検出信号を生成し出力する検出部１０２と、照射部１０１のパルス発振のタイミングに合わせて検出部１０２の入出力を制御するためのゲート信号（Ｇ）を生成して検出部１０２に印加する検出制御部１０４とを有する。検出部１０２は、ゲート信号（Ｇ）に従うタイミングで光を入射して検出信号を生成し出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料の計測・検査の技術に関する。

試料の計測・検査の技術として、半導体ウェハ等の試料表面に対してレーザ光源からビームを照射し、その散乱光などを光検出手段で検出することで、試料表面の微小な異物・欠陥などを含めた状態を計測ないし検査する検査装置及び検査方法がある。

上記検査装置に関する先行技術例として、特表２００５−５２６２３９号公報（特許文献１）等がある。

特許文献１には、「半導体ウェーハのような試料から発せられるビームからの（例えば散乱された光、反射された光、または二次電子）比較的大きなダイナミックレンジの強度値を検出するメカニズムを提供する。」等と記載されている（要約参照）。

上記のような検査装置における光検出手段として用いられる光検出素子として、例えば、ＰＭＴ（Photo Multiplier Tube：光電子増倍管）、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode：アバランシェ・フォト・ダイオード）などの半導体光検出素子、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter，浜松ホトニクス株式会社の登録商標）等がある。ＰＭＴは、真空管内で入射光を電子に変換し増倍して検出する検出器であり、従来多く用いられてきた。ＡＰＤは、フォト・ダイオードに対する一定以上の電圧（逆バイアス電圧）の印加により雪崩効果による増幅を引き起こす、固体光検出素子である。ＡＰＤを利用したフォトン・カウンティング（光子計数）の手法として、ガイガーモードがある。

ＡＰＤの挙動は例えば以下のように説明される。ＡＰＤにブレイクダウン（降伏）電圧以上の電圧（逆バイアス電圧）を印加し、この状態（ガイガーモードという）で光子が入射すると、確率的に降伏が発生して大電流が流れる。そしてＡＰＤの直列抵抗による電圧降下によってＡＰＤの電圧が降伏電圧以下に下がり、大電流は止まる。上記（ガイガーモード）の間、光子が入射され続けても一定の電圧となる。このときのパルスがカウント（１つの信号として計数）される。その後ＡＰＤの電圧が再び上がる。上記降伏中及び電圧上昇中は上記光子検出のパルスが出力できない時間となり、次のパルスを出力可能となるまでの回復にある程度時間がかかる。

ＭＰＰＣは、ＰＰＤ（Pixelated Photon Detector）と総称される新しいタイプの光センサの一種であり、ＳｉＰＭ（Silicon Photo Multiplier）等とも呼ばれ、近年開発・利用が進んでいる。ＭＰＰＣは、複数のＡＰＤピクセル（それらのアレイ）から成る半導体受光素子ないし光子検出器／計測器である。ＭＰＰＣの各ＡＰＤピクセルを上記ガイガーモードで動作させる（ピクセルの出力が飽和する電圧で動作させる）ことで、入射される光子を感知する。ＭＰＰＣでは、光子（単光子）を入射したピクセル（そのパルス）の総数に応じた信号が出力される。ＭＰＰＣは、高い増倍率による高い光子検出効率などの長所の特性を有する。

上記ＭＰＰＣについては、例えば、特開２０１２−１３５０９６号公報（特許文献２）等に記載されている。

特許文献２には、「素子への印加電圧を微調整する装置を提供する。」等と記載されている（要約参照）。

特に光検出手段としてＭＰＰＣを用いる場合、特許文献２で述べられているように、半導体光検出素子が所定の光量の光入力に対して所定の電圧を出力するため、半導体光検出素子への印加電圧を調整する手段を光検出手段（ＭＰＰＣ）に配設する必要がある。

特表２００５−５２６２３９号公報 特開２０１２−１３５０９６号公報

ウェハ表面などを対象（試料）としたレーザ方式などによる検査装置における光検出手段としてＡＰＤ・ＭＰＰＣ等の素子を用いることで、試料からの微弱光を計測でき、微小な欠陥などを検出可能となる。

ＭＰＰＣの素子（ＡＰＤピクセル）の特性としてダーク（暗）ノイズがある。暗ノイズは、主に熱励起による電子が雪崩増幅して信号となることで発生すると考えられている。ＡＰＤのガイガーモード動作時、ノイズ成分も増倍される。ＡＰＤピクセル数が増えると暗ノイズも増える。暗ノイズの誘因として、不純物による中間準位などが考えられている。検査装置に適用する場合も、暗ノイズのレベルを抑えることが求められる。

前記特許文献１には、ウェハ表面にビームを照射した際の、ウェハ表面上にある異物からの散乱光の強度を比較的大きなダイナミックレンジで検出する仕組みが記載されている。しかしながら特許文献１の装置では、例えば、ウェハ上の異物からの散乱光の強度が、異物径に応じて微小になった場合には、センサから出力される検出信号にはセンサ素子自身の暗ノイズの占める割合が大きくなり、微小異物の検出が困難となる。また、レーザ光源はパルス発振しているため、センサから出力される検出信号にはレーザ光源のパルス成分も重畳することになり、高精度に異物を検査することが困難となる。

上記に加え、検査装置の光検出手段として特にＭＰＰＣを用いる場合、以下のような課題が生じる。レーザ光源からのパルス発振によるレーザ光のビームを試料であるウェハの表面に照射し、検出対象である異物などからの散乱光の発光をＭＰＰＣ（ＡＰＤピクセル）に入射して計測する。その際、ウェハ表面からの反射光や装置内部に存在する迷光などの影響で、上記散乱光の発光時以外にＭＰＰＣ（ＡＰＤピクセル）に光が入射されると、ＭＰＰＣ（ＡＰＤピクセル）に蓄積された電荷が増倍されて望ましくない信号として出力される場合が確率的に生じる。即ち、前述のＡＰＤの挙動及び暗ノイズの影響により、検出信号の精度の劣化につながる。前記特許文献２の手段では、パルス発振するレーザ光が入射された際に、上記反射光や迷光の影響で、それまでにＭＰＰＣ（ＡＰＤピクセル）への電荷蓄積が完了していない場合、検出信号の精度が劣化する。

上記のように、従来技術では、検査装置の光検出手段（光検出素子）に関して、（１）検査装置ないし光検出素子の暗ノイズの影響による検出精度の低下、（２）レーザ光源のパルス発振の影響による検出精度の低下、（３）電荷蓄積を用いるＭＰＰＣ等の光検出素子における反射光や迷光などの影響による検出精度の低下、といった課題がある。

以上を鑑み、本発明は、検査装置の検出精度を向上することができる技術を提供する。

上記目的を達成するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「試料の状態の計測ないし検査を行う検査装置であって、前記試料の表面に対してレーザ光源からパルス発振によるビームを照射する照射部と、前記照射による前記試料の表面からの光を入射して検出信号を生成し出力する検出部と、前記照射部のパルス発振のタイミングに合わせて前記検出部の入出力を制御するための第１の信号を生成して前記検出部に印加する検出制御部と、を有し、前記検出部は、前記第１の信号に従うタイミングで前記光を入射して検出信号を生成し出力すること」を特徴とする。

本発明のうち代表的な形態によれば、検査装置の検出精度を向上することができる。

本発明の基本的な実施の形態の検査装置及び検査方法の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の検査装置の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１の検査装置のセンサの回路構成及び動作例を示す図である。 実施の形態１のセンサであるＭＰＰＣの等価回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の検査装置のセンサの回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態３の検査装置の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、実施の形態３の検査装置のセンサの回路構成及び動作例を示す図である。 実施の形態の補足としてパルス信号について示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また図中の制御線などは説明上必要な一部を示している。

＜概要等＞
以下の実施の形態では、暗視野光学方式の検査装置（暗視野においてレーザ光源からのビームを試料に照射してその散乱光をセンサで検出する方式）に適用した場合を説明する。以下の実施の形態の検査装置及び検査方法では、光検出素子（以下センサともいう）の暗ノイズ及びレーザ光源のパルス発振による影響、及び反射光や迷光による影響を低減する、半導体ウェハ等の試料の表面の異物・欠陥などを検査する構成例を説明する。

本実施の形態の検査装置及び検査方法では、ＡＰＤ，ＭＰＰＣ（ＰＰＤ）等の光検出素子への電荷蓄積を制御する手段として以下を設ける。即ちこの手段として、レーザ光源（照射部）からのパルス発振によるビームに合わせて、光検出素子（検出部）の動作・入出力を動的にＯＮ／ＯＦＦ制御する信号（以下「ゲート信号」と称する）、言い換えれば光検出素子のゲインないし増倍率を少なくとも大小の２値で切り替え制御する信号、を発生及び制御する手段（図１の検出制御部１０４、図２のゲート信号生成部２５などが対応する）を設ける。

＜基本構成＞
図１は、本発明の基本的な実施の形態の検査装置１００及び検査方法の構成を示す。本検査装置１００は、図示のように、照射部１０１、検出部１０２、サンプリング部１０３、検出制御部１０４、第１同期部１０５、及び第２同期部１０６を有する。照射部１０１は、レーザ光源を含む構成であり、試料であるウェハに対して、パルス発振によるビームを照射する。検出部１０２は、照射部１０１のビームによる試料であるウェハからの散乱光などを含む光を入射し、光検出素子の特性に応じて、検出信号Ｓとして検出・出力する。検出部１０２は、例えばＡＰＤやＭＰＰＣなどの光検出素子を含んで構成される。サンプリング部１０３は、検出部１０２からの検出信号Ｓを入力し、アナログ・デジタル変換によりサンプリング（量子化）し、当該サンプリング情報を計測・検査の情報として記憶または出力する。

第１同期部１０５は、照射部１０１のパルス発振のビームに対して同期した再生信号Ｒ１を第１同期信号として生成する。検出制御部１０４は、照射部１０１のビーム照射のパルスのタイミングに合わせるように、検出部１０２の散乱光の入出力の動作をＯＮ／ＯＦＦ制御する。このために、検出制御部１０４は、第１同期部１０５からの再生信号Ｒ１に従い、上記ＯＮ／ＯＦＦ制御のためのゲート信号Ｇを生成し、検出部１０２へ印加する。ゲート信号Ｇは、ＯＮ／ＯＦＦ制御のパルスを含む信号である。検出部１０２は、ゲート信号Ｇに従い、光検出素子の光の入射をＯＮ／ＯＦＦする。ＯＮ状態では通常通り、検出信号Ｓが生成される。ＯＦＦ状態では、光を入射せず（遮断し）、検出信号Ｓも生成されない。

また更に、第２同期部１０６は、第１同期部１０５の再生信号Ｒ１及び検出制御部１０４のゲート信号Ｇに同期した第２同期信号Ｒ２を生成し、サンプリング部１０３へ印加する。第２同期信号Ｒ２により、サンプリング部１０３での検出信号Ｓのサンプリングのタイミングを、検出部１０２での検出のタイミングに同期させる。

上記検査装置１００における、照射、検出、及びサンプリングを同期させる制御を行う検出制御部１０４等を含む構成により、検出部１０２の光検出素子に関して、暗ノイズの影響、及び照射部１０１のレーザ光源のパルス発振の影響を低減すると共に、反射光や迷光の影響による検出精度の劣化に対処して、光検出素子の検出精度を向上することができる。

本検査装置１００で行われる検査方法においては、試料表面にパルス発振してレーザビームを照射する照射手順と、それによる試料表面からの散乱光を入射・検出して検出信号を生成・出力する検出手順と、検出信号をサンプリングする手順と、上記照射手順に同期してゲート信号Ｇを生成して検出手順のタイミングを制御する検出制御手順と、上記照射手順に同期したゲート制御と共に、検出手順の検出信号をサンプリングするタイミングを制御する手順とを有する。

＜実施の形態１＞
図２〜図４を用いて、本発明の実施の形態１について説明する。

［検査装置］
図２は、実施の形態１の検査装置１００の構成を示す。本検査装置１００は、レーザ光源２、反射板３、レンズ４，５、センサ（光検出素子）６、増幅回路７、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換回路）８、データ処理部（データ処理回路）９、ＣＰＵ１０、マップ出力部（ＧＵＩ部）１１、ステージ制御部１２、回転ステージ１３、並進ステージ１４、クロック検出部（言い換えると同期部）２０、遅延制御部２４、ゲート信号生成部２５等を有する構成である。

本検査装置１００は、試料であるウェハ１を対象として、その表面における異物や欠陥などの状態を含む計測及び検査を行う機能を有する装置である。ユーザ（検査者）は、本検査装置１００に内蔵または接続される入力装置を操作し、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）部であるマップ出力部１１の画面を参照・操作しながら、計測・検査の作業を行う。

検査装置１００では、ウェハ１が回転ステージ１３上に設置され、レーザ光源２から出力されるパルス発振によるレーザ光のビームを、反射板３とレンズ４を介して、ウェハ１上に照射する。レンズ４，５の焦点は試料表面である。このとき、検査装置１００では、ＣＰＵ１０の制御により、ステージ制御部１２を介して、ウェハ１を回転ステージ１３で回転動作させると共に、並進ステージ１４で直線動作させる。これにより、ウェハ１上に照射されるレーザ光は、ウェハ１の全面でらせん状の軌跡となり、ウェハ１の全表面を検査することができる。

クロック検出部（同期部）２０は、センサ２１、ＩＶ変換回路２２、及びクロック再生回路２３を有する構成であり、反射板３を透過したレーザ光の成分を元に、レーザ光源２（そのパルス発振）に同期したクロック信号（Ｃ１）を生成する。なおクロック検出部（同期部）２０は公知技術でも構成可能である。センサ２１は、反射板３を透過したレーザ光の成分を検出する。ＩＶ変換回路２２は、センサ２１の出力を電流・電圧変換する。クロック再生回路２３は、ＰＬＬ等により、ＩＶ変換回路２２の出力電圧から、パルス信号による再生信号であるクロック信号（Ｃ１）を生成する。レーザ光源２からのパルス発振は高周波数であるため、これに高精度で同期可能なように、クロック検出部２０を設けている。

遅延制御部２４は、遅延調整機能を有し、クロック再生回路２３からのクロック信号（Ｃ１）を入力して、遅延調整した信号（Ｃ１´）を、ゲート信号生成部２５、並びにＡＤＣ８及びデータ処理部９などへ供給する。

また本実施の形態の検査装置１００では、クロック検出部２０で生成されたクロック信号を遅延調整した信号（Ｃ１´）に基づいて、ゲート信号生成部２５では、ゲート信号（前記Ｇ）を生成し、当該ゲート信号（Ｇ）に基づいてセンサ６を前述同様に制御する。センサ６は前述同様にＡＰＤやＭＰＰＣを含んで構成される光検出素子であり、試料であるウェハ１からの散乱光を含む光を、レンズ５を介して入射し、所定の特性に従い、検出信号（前記Ｓ）を生成・出力する。センサ６が出力する検出信号（Ｓ）は、増幅回路７で増幅され、ＡＤＣ８でサンプリングされる。ＡＤＣ８でのサンプリングのタイミングは、上記信号（Ｃ１´）に従う。

データ処理部９は、ＡＤＣ８のサンプリング結果のデータ情報を入力し、所定の計測・検査のデータ処理を実行し、その結果を記憶・出力する。当該データは、検査装置１００の図示しないメモリ等に記憶される。ＣＰＵ１０は、検査装置１００の全体の各部を制御する処理を行う。マップ出力部１１は、データ処理部９での計測・検査の処理の結果であるマップ（例えば試料表面の２次元の状態）を含む情報をディスプレイ画面に表示する。また、マップ出力部１１は、ユーザが各種の情報を確認したり各種の操作をしたりするためのＧＵＩを構成して画面に表示する。マップ出力部１１はＰＣ等で実装可能である。また後述するようにマップ出力部１１及びＣＰＵ１０は、ユーザにより各種情報を設定する機能も有し、ゲート信号生成部２５などに対する調整が可能となっている。当該調整の場合、ＣＰＵ１０から設定信号（ＣＮＦ）をゲート信号生成部２５へ供給する。

なおステージや、照明部・検出部を含む光学系などの諸要素は、所定の筐体（非図示）内において所定の位置関係や寸法で設置され、図示する配置に限らなくてよい。また各処理部（データ処理部９など）は、例えば所定の論理が形成されたＩＣなどのハードウェアで実装してもよいし、汎用的な計算機のソフトウェアプログラム処理などで実現してもよい。また例えばゲート信号生成部２５は、専用のＩＣなどで実装してもよいし、センサ６の一部として統合して実装してもよいし、図示する他の要素と統合して実装してもよい。

［センサ］
図３（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１の検査装置１００における光検出素子であるセンサ６の構成及び動作の例を示す。（Ａ）はセンサ６回路構成、（Ｂ）は対応するセンサ６動作を示す。

図３（Ａ）で、センサ６は、図示するように、光検出素子であるＭＰＰＣ３２、バイアス電圧生成回路３１、検出抵抗３３、差動増幅回路３４、及びドライバ回路３５が接続された構成である。また４０は前述のゲート信号Ｇ、４１は検出信号Ｓ、４２はＭＰＰＣ３２に印加するためのゲイン制御信号（ＧＣとする）を示す。なおＭＰＰＣ３２の構成を図４に示す。

センサ６では、ＭＰＰＣ３２に対して、バイアス生成回路３１でバイアス電圧を生成・印加すると共に、ドライバ回路３５でゲート信号Ｇに応じたゲイン制御信号（ＧＣ）４２を、検出抵抗３３を介して印加する。ゲイン制御信号（ＧＣ）４２は、ＶＨ（ハイ電圧）またはＶＬ（ロー電圧）となる電圧信号である。これにより、バイアス電圧とゲイン制御信号（ＧＣ）４２との差分に相当する電圧が、ＭＰＰＣ３２の両端に印加される。更に、ＭＰＰＣ３２の出力電流を検出抵抗３３で電圧に変換し、差動増幅回路３４で検出抵抗３３の両端の電圧を差動増幅して、検出信号（Ｓ）４１として出力する。

ここで、同一光量入射によるＭＰＰＣ３２の増倍電流出力は、ＭＰＰＣ３２への印加電圧で大きく変動する。そのため、ＭＰＰＣ３２の増倍率を低くする電圧をバイアス電圧とＶＨとの差電圧で生成し、ＭＰＰＣ３２の増倍率を高くする電圧をバイアス電圧とＶＬとの差電圧で生成する。これにより、ＭＰＰＣ３２は、ドライバ回路３５が出力するゲイン制御信号（ＧＣ）４２によって出力電流を制御する。

上記ＭＰＰＣ３２の出力電流は、ＭＰＰＣ３２内部に蓄積された電荷であり、増倍率が低い場合に、（ＭＰＰＣ３２に対する）光入射があっても、蓄積された電荷の出力が抑制される。即ち、ゲート信号（Ｇ）４０によりＭＰＰＣ３２の動作状態を制御することが可能となる。ゲート信号（Ｇ）４０のＯＮ／ＯＦＦのパルスに基づき、ゲイン制御信号（ＧＣ）４２が、ＶＨの場合には、検出信号（Ｓ）４１の出力を停止する。またＶＬの場合には、検出信号（Ｓ）４１は、（ＭＰＰＣ３２に対する）光入射に応じた検出電圧が出力される。即ち、図３（Ｂ）にも示すように、光検出素子であるＭＰＰＣ３２をゲート信号（Ｇ）４０により動的にオン／オフ制御することが可能となる。ゲート信号ＧがＯＮ（ＶＬ）の時は検出信号Ｓの電圧が出力され、ＯＦＦ（ＶＨ）の時は検出信号Ｓが出力されない（遮断される）。

［ＭＰＰＣ］
図４は、ＭＰＰＣ３２の等価回路の概略構成を示す。１つのＭＰＰＣ３２は、複数のＡＰＤ３２ａのアレイを含んで成る。各ＡＰＤ３２ａはガイガーモードで動作させる。各ＡＰＤ３２ａには、前述（背景技術）のように光子の入射に応じた電圧降下による信号（パルス）を取り出すための抵抗３２ｂ（ないし回復時間を早めるためのクエンチング抵抗）が接続されている（検出抵抗３３に相当）。上側の端子のＶｒは逆バイアス電圧を示す。逆バイアス電圧Ｖｒは、ＡＰＤ３２ａの降伏電圧よりも大きい電圧である。光（光子）が入射されたＡＰＤピクセルから、蓄積された電荷を電流として出力する。各ＡＰＤ３２ａからの信号（パルス）の総和がＭＰＰＣ３２の出力信号（検出信号Ｓ）となる。

上述した実施の形態１の検査装置１００によれば、レーザ光源２からのパルス発振に同期させてセンサ６での光検出、及びＡＤＣ８でのサンプリング等を行う機能を有するので、ＭＰＰＣ３２を含むセンサ６に関して、（１）暗ノイズの影響、及び（２）レーザ光源のパルス発振の影響を低減すると共に、（３）反射光や迷光の影響による検出精度の劣化に対処して、検出精度を向上することができる。

＜実施の形態２＞
次に、図５を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の検査装置１００は、実施の形態１に対し、主にセンサ６の構成が異なる。

図５は、実施の形態２におけるセンサ６（６Ｂとする）の構成を示す。図５のセンサ６Ｂは、図示のように、バイアス電圧生成回路３１、ドライバ回路３５、レベルシフト回路３８、ＭＰＰＣ３２、検出抵抗３３、コンデンサ３６、増幅回路３７等により構成される。

センサ６Ｂでは、バイアス電圧生成回路３１において、ＭＰＰＣ３２の増倍率が低くなるバイアス電圧ＶＬと増倍率が高くなるバイアス電圧ＶＨとを生成し、これらをドライバ回路３５を介してＭＰＰＣ３２に印加する。またドライバ回路３５は、レベルシフト回路３８を介して入力されたゲート信号（Ｇ）４０に基づいて、上記ＭＰＰＣ３２に印加されるバイアス電圧をＶＨまたはＶＬに切り替える。

またＭＰＰＣ３２の出力電流は、一方が基準電位に固定された検出抵抗３３を介して検出電圧に変換され、コンデンサ３６、及び増幅回路３７を介して、検出信号（Ｓ）４１として出力される。

実施の形態２の構成により、実施の形態１の構成と同様の効果が得られる。

＜実施の形態３＞
次に、図６，図７を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３の検査装置１００は、実施の形態１の検査装置１００に対して、多くの要素は共通・同様の構成であるが、異なる部分として、ゲート信号生成部２５からゲート信号Ｇをセンサ６だけでなくデータ処理部９にも供給し、データ処理部９でゲート信号Ｇを用いてサンプリング情報の処理を行う点がある。

図６は、実施の形態３の検査装置１００（１００Ｃとする）の構成を示す。図６の検査装置１００Ｃは、図１と同様の要素を有する構成であり、接続関係及び要素内の処理などが異なる。データ処理回路９は、クロック検出部２０で生成した再生クロック（Ｃ１）を遅延調整部２４で遅延調整した信号（Ｃ１´）と、ゲート信号生成部２５で生成したゲート信号Ｇとが入力される。データ処理回路９は、上記入力信号（Ｃ１´，Ｇ）をもとに、ＡＤＣ８でサンプリングした検出信号Ｓのデータを処理する。

図７（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態３の検査装置１００Ｃにおけるセンサ６（６Ｃとする）の構成及び動作の例である。センサ６Ｃは、図示するように、ＭＰＰＣ３２、バイアス電圧生成回路３１、検出抵抗３３、ドライバ回路３５、コンデンサ３６、及び増幅回路３７が接続された構成である。センサ６Ｃでは、ＭＰＰＣ３２に対して、バイアス電圧生成回路３１でバイアス電圧を生成・印加すると共に、ドライバ回路３５でゲート信号（Ｇ）４４に応じたゲイン制御信号（ＧＣ）（ＶＨまたはＶＬとなる電圧）４５を、検出抵抗３３を介して印加する。ゲイン制御信号（ＧＣ）４５が出力するＶＨまたはＶＬについては実施の形態１のゲイン制御信号（ＧＣ）４２と同様である。更に、ＭＰＰＣ３２の出力電流を検出抵抗３３で電圧に変換し、コンデンサ３６と増幅回路３７を介して、検出信号４３（Ｓ）として出力する。

上記センサ６Ｃの検出信号（Ｓ）４３は、図６の検査装置１００Ｃにおいて、増幅回路７を介して、ＡＤＣ８でサンプリングされる。ＡＤＣ８では前述の信号（Ｃ１´）のタイミングでサンプリングする。図７（Ｂ）のＶＬ箇所の５０１の点線は、サンプリングの時点を示す。そしてデータ処理部９では、図７（Ｂ）のように、ＡＤＣ８でサンプリングした検出信号Ｓのデータに対して、ゲート信号生成部２５からのゲート信号（Ｇ）４４を有効信号（ＶＡＬ）として、検出信号Ｓの有効期間を判定してデータ処理を行う。即ちゲート信号（Ｇ）４４がＯＮの期間ではサンプリングデータが有効、ＯＦＦ期間では無効とする。

実施の形態３の構成により、実施の形態１の構成と同様の効果が得られる。またゲート信号Ｇを用いてサンプリング情報の処理を行うことにより、処理精度の向上が見込める。

＜設定手段＞
更に、追加的な機能として、前記図２等にも示したように、ゲート信号生成部２５からセンサ６に対するゲート信号ＧによるＯＮ／ＯＦＦ制御に関する設定手段を設ける。図２の例では、マップ出力部１１（ＧＵＩ部）の画面で、ユーザがゲート信号制御に関する設定情報を入力する。入力された設定情報をＣＰＵ１０で処理する。そしてＣＰＵ１０を介してゲート信号生成部２５へ設定情報（ＣＮＦ）を入力する。設定情報（ＣＮＦ）に従い、ゲート信号生成部２５は、センサ６へ印加するゲート信号Ｇを調整する。このゲート信号Ｇの調整可能とするパラメータとして、ゲート信号ＧのＯＮ（対応するＶＬ）及びＯＦＦ（対応するＶＨ）の大きさ（振幅）、ＯＮ／ＯＦＦのデューティ比、及び印加タイミング（位相）などを有する。これらの数値を画面でバーやボタン等を用いて微調整可能である。これによりユーザによるセンサ６の光検出精度の微調整が可能であり、計測・検査精度向上に寄与できる。

＜パルス信号＞
図８は、上記実施の形態の補足として各パルス信号について概略的なイメージを示す。（ａ）はレーザ光源２からのパルス発振によるビームのパルスを示す。（ｂ）はクロック検出部２０による再生信号（クロック信号Ｃ１）のパルスを示す。（ｃ）はゲート信号Ｇを示す。ＯＮ時は増倍率が大となり、ＯＦＦ時は増倍率が小となる。（ｄ）はセンサ６（ＭＰＰＣ３２）の検出信号Ｓ（波形は例）を示す。なお検出信号Ｓとして電荷蓄積の波形で示しているが、カウント値（総数）の出力信号とは別である。

ゲート信号ＧがＯＮの期間では、試料からの散乱光を入射できる。ゲート信号ＧがＯＦＦの期間では、ゲイン（増倍率）のオフ（小ないし０）により、反射光・迷光などの影響による電荷蓄積がされない。よって、余計な電荷蓄積による望ましくないパルス（信号）の出力を防止できる。次の光入射時（ＯＮ期間）に波形の振幅精度が劣化してしまうことを防止できる。即ち検出信号Ｓの劣化が防止でき、結果、センサ６の光検出精度が高くなる。

例えば微細化された半導体ウェハを対象として高スループットが要求される暗視野光学式の検査装置では、レーザ光源２からのパルス発振の周波数が高くなり、ウェハ上の異物などからの散乱光をセンサ６で高精度に検出する必要がある。その場合も、上記のようにレーザ光源２に同期させたゲート信号Ｇによるセンサ６の入出力の制御により、高精度及び高スループットを実現することができる。

なお本実施の形態では、ゲート信号Ｇとしてパルス信号（ＯＮ／ＯＦＦの２値信号）を用いてセンサ６を制御する構成としたが、これに限らず、３値以上の信号を用いてもよいし、振幅が連続的に変化する波形の信号を用いてゲインないし増倍率の大きさを連続的に変化させるようにしてもよい。

＜光検出素子＞
なお上述の形態では、光検出素子（センサ６）としてＭＰＰＣを用いた場合を説明したが、これに限らず、フォト・ダイオード、単一のＡＰＤ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、等を用いてもよい。その場合にも、上述の形態と同様に、ゲート信号生成部２５等を用いて、それらの光検出素子に対して動作電圧を動的に制御することにより、光検出素子の動的なオン／オフ制御が実現でき、光検出の精度を高めることができる。

ＭＰＰＣ（ＰＰＤ）のような半導体光検出素子の出力・増倍率は、ＡＰＤピクセルに対するバイアス電圧に大きく依存し、従来の対策例（例えば前記特許文献２）では、高精度（正確）にバイアス電圧を設定するための手段（例えばＤＡＣ）の具備が必要であった。一方、本実施の形態によれば、照射部１０１に同期させて検出部１０２の入出力の動作をゲート信号により動的に制御する手段（検出制御部１０４）を設けた構成（図１）である。特にバイアス電圧をゲート信号Ｇによりパルス制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御）する構成である。これにより高い光検出精度を実現できる。

＜効果等＞
以上説明したように、各実施の形態の検査装置１００によれば、レーザ光源２からのパルス発振に同期させてセンサ６での光検出、及びＡＤＣ８でのサンプリング等を行う機能成を有するので、ＭＰＰＣ３２などの光検出素子を含むセンサ６に関して、（１）暗ノイズの影響、及び（２）レーザ光源のパルス発振の影響を低減すると共に、（３）反射光や迷光の影響による検出精度の劣化に対処して、検出精度を向上することができる。これにより検査装置１００における試料表面の微小な異物・欠陥などを含む状態を高精度に計測・検査することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば前述した全ての要素を備えなくてもよく、他の要素への置換や他の要素の追加も可能である。また各実施の形態の組み合わせによる形態も可能である。

他の実施の形態として、検査装置は、光照射手段であるレーザ光源と、光検出手段であるセンサ装置とを有し、センサ装置に印加する電圧ないしセンサ装置のゲインを、光照射手段のレーザ光に同期してパルス制御する制御手段を有する。上記制御手段は、上記パルス制御するゲート信号を発生してセンサ装置へ印加する。上記センサ装置は、例えば、入射光に応じて電流を出力するセンサ素子と、上記ゲート信号に応じて所定の電圧をセンサ素子に印加するドライバ回路と、素子の出力電流を電圧に変換する抵抗素子と、抵抗素子の両端に発生する電圧を差動増幅する増幅素子とを有し、上記ゲート信号に応じて検出動作する。また上記センサ装置は、ゲート信号に応じて増幅動作を制御する。また上記センサ装置は、ゲイン制御電圧とセンサ出力電圧とから検出信号を差分検出する。

１…ウェハ、２…レーザ光源、３…反射板、４，５…レンズ、６…センサ、７…増幅回路、８…ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換回路）、９…データ処理部、１０…ＣＰＵ、１１…マップ出力部（ＧＵＩ部）、１２…ステージ制御部、１３…回転ステージ、１４…並進ステージ、２０…クロック検出部、２１…センサ、２２…ＩＶ変換回路、２３…クロック再生回路、２４…遅延調整部（遅延制御部）、２５…ゲート信号生成部、１００…検査装置。

Claims (15)

1. 試料の状態の計測ないし検査を行う検査装置であって、
   前記試料の表面に対してレーザ光源からパルス発振によるビームを照射する照射部と、
   前記照射による前記試料の表面からの光を入射して検出信号を生成し出力する検出部と、
   前記照射部のパルス発振のタイミングに合わせて前記検出部の入出力を制御するための第１の信号を生成して前記検出部に印加する検出制御部と、を有し、
   前記検出部は、前記第１の信号に従うタイミングで前記光を入射して検出信号を生成し出力すること、を特徴とする検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、
   前記照射部に同期するために、前記照射部からのパルス発振によるビームに基づいて第１のクロック信号を生成する第１同期部を有し、
   前記検出制御部は、前記第１のクロック信号に基づいて前記第１の信号を生成し前記検出部へ印加すること、を特徴とする検査装置。
3. 請求項２記載の検査装置において、
   前記検出部からの検出信号をサンプリングするサンプリング部と、
   前記検出部に同期するために、前記第１のクロック信号または前記第１の信号に同期させた第２の信号を前記サンプリング部に印加する第２同期部と、を有し、
   前記サンプリング部は、前記第２の信号に基づいて前記検出信号をサンプリングすること、を特徴とする検査装置。
4. 請求項２記載の検査装置において、
   前記検出部からの検出信号をサンプリングするサンプリング部と、
   前記サンプリング部からのサンプリングデータを入力して所定のデータ処理を行うデータ処理部と、を有し、
   前記データ処理部は、前記第１の信号または前記第１のクロック信号の入力に基づいて前記サンプリングデータの有効／無効を判定すること、を特徴とする検査装置。
5. 請求項１記載の検査装置において、
   前記第１の信号は、前記検出部での光の入射をＯＮ／ＯＦＦで切り替えるためのゲート信号であり、
   前記検出部は、前記ゲート信号がＯＮ時には前記光を入射して検出信号を生成し、ＯＦＦ時には前記光を入射しないこと、を特徴とする検査装置。
6. 請求項１記載の検査装置において、
   前記第１の信号は、前記検出部でのゲインないし増倍率を切り替えるためのゲート信号であり、
   前記検出部は、前記ゲート信号の値の大きさに応じたゲインないし増倍率で前記検出信号を生成すること、を特徴とする検査装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の検査装置において、
   前記検出部は、前記光を入射して検出信号を生成し出力する光検出素子として、ＡＰＤまたはＭＰＰＣを含んで構成されること、を特徴とする検査装置。
8. 請求項１記載の検査装置において、
   前記検出部は、
   前記光を入射する光検出素子と、
   前記光検出素子の一方端に第１の電圧を供給する第１電圧供給部と、
   前記光検出素子の他方端に接続される検出抵抗と、
   前記検出抵抗の他方端に接続され第２の電圧を供給する第２電圧供給部と、を有し、
   前記第１の信号の入力に応じて、前記第１電圧供給部の第１の電圧、または前記第２電圧供給部の第２の電圧の大きさが制御されること、を特徴とする検査装置。
9. 請求項８記載の検査装置において、
   前記検出部は、
   前記検出抵抗に接続される差動増幅素子と、
   前記検出抵抗の他方端に接続されるドライバ回路と、を有し、
   前記差動増幅素子は、前記検出抵抗の端子電圧を増幅して前記検出信号として出力し、
   前記ドライバ回路は、前記第１の信号の入力に基づいてロー電圧またはハイ電圧を切り替えてゲイン制御信号として出力すること、を特徴とする検査装置。
10. 請求項１記載の検査装置において、
    前記検出部は、
    前記光を入射する光検出素子と、
    前記光検出素子の一方端に接続されるドライバ回路と、
    前記光検出素子の他方端に接続され他方端が基準電位に接続される検出抵抗と、
    前記ドライバ回路にロー電圧及びハイ電圧を供給する電圧供給部と、
    前記ドライバ回路に前記第１の信号の入力に応じた信号を供給するレベルシフト回路と、
    前記光検出素子の他方端に接続される容量素子と、
    前記容量素子に接続され前記検出信号を出力する増幅素子と、を有し、
    前記ドライバ回路は、前記レベルシフト回路からの信号に応じて、前記ロー電圧及びハイ電圧を切り替えてゲイン制御信号として出力すること、を特徴とする検査装置。
11. 請求項１記載の検査装置において、
    前記検出部は、
    前記光を入射する光検出素子と、
    前記光検出素子の一方端に第１の電圧を供給する第１電圧供給部と、
    前記光検出素子の他方端に接続される検出抵抗と、
    前記光検出素子の他方端に接続される容量素子と、
    前記容量素子に接続され前記検出信号を出力する増幅素子と、
    前記検出抵抗の他方端に接続されるドライバ回路と、を有し、
    前記ドライバ回路は、前記第１の信号の入力に基づいてロー電圧またはハイ電圧を切り替えてゲイン制御信号として出力すること、を特徴とする検査装置。
12. 請求項１記載の検査装置において、
    前記検出部は、前記試料の表面からの散乱光を入射して検出信号を生成し出力する光検出素子を含んで構成され、
    前記光検出素子からの検出信号を増幅する増幅回路を有し、
    前記検出部からの検出信号をサンプリングするサンプリング部は、前記増幅回路の出力をアナログ・デジタル変換するＡＤＣを有し、
    前記ＡＤＣからのサンプリングデータを入力して所定の計測ないし検査のデータ処理を行うデータ処理部と、
    全体を制御する制御部と、
    画面で前記データ処理の結果を表示する処理を含むユーザインタフェースを提供する処理を行うユーザインタフェース部と、
    前記試料を載せたステージを制御するステージ制御部と、を有すること、を特徴とする検査装置。
13. 試料の状態の計測ないし検査を行う検査装置で行われる検査方法であって、
    前記試料の表面に対してレーザ光源からパルス発振によるビームを照射する照射手順と、
    前記照射による前記試料の表面からの光を入射して検出信号を生成し出力する検出手順と、
    前記照射手順のパルス発振のタイミングに合わせて前記検出手順の入出力を制御するための第１の信号を生成して印加する検出制御手順と、を有し、
    前記検出手順は、前記第１の信号に従うタイミングで前記光を入射して検出信号を生成し出力すること、を特徴とする検査方法。
14. 請求項１３記載の検査方法において、
    前記照射手順に同期するために、前記照射手順のパルス発振によるビームに基づいて第１のクロック信号を生成する第１同期手順を有し、
    前記検出制御手順は、前記第１のクロック信号に基づいて前記第１の信号を生成し印加すること、を特徴とする検査方法。
15. 請求項１３または１４に記載の検査方法において、
    前記検査装置に備える前記検出手順を実行する検出部は、前記光を入射して検出信号を生成し出力する光検出素子として、ＡＰＤまたはＭＰＰＣを含んで構成されること、を特徴とする検査方法。

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