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WO2014069293A1 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

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WO2014069293A1
WO2014069293A1 PCT/JP2013/078659 JP2013078659W WO2014069293A1 WO 2014069293 A1 WO2014069293 A1 WO 2014069293A1 JP 2013078659 W JP2013078659 W JP 2013078659W WO 2014069293 A1 WO2014069293 A1 WO 2014069293A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
detection
unit
light
inspection apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/078659
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
幕内　雅巳
神宮　孝広
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
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
Application filed by 株式会社日立ハイテクノロジーズ filed Critical 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority to US14/440,029 priority Critical patent/US20150293034A1/en
Publication of WO2014069293A1 publication Critical patent/WO2014069293A1/ja

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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan 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
    • G01N2021/8896—Circuits specially adapted for system specific signal conditioning

Definitions

  • the present invention relates to a sample measurement / inspection technique.
  • the surface of a sample such as a semiconductor wafer is irradiated with a beam from a laser light source, and the scattered light is detected by a light detection means to detect minute foreign matter or defects on the sample surface.
  • a light detection means to detect minute foreign matter or defects on the sample surface.
  • Patent Document 1 JP 2005-526239 A
  • Patent Document 1 provides a mechanism for detecting intensity values in a relatively large dynamic range (for example, scattered light, reflected light, or secondary electrons) from a beam emitted from a sample such as a semiconductor wafer. And so on "(see summary).
  • intensity values in a relatively large dynamic range for example, scattered light, reflected light, or secondary electrons
  • a photodetection element used as a photodetection means in the inspection apparatus as described above for example, a semiconductor photodetection element such as a PMT (Photo Multiplier Tube) or an APD (Avalanche Photo Photo Diode) MPPC (Multi-Pixel Photon Counter, registered trademark of Hamamatsu Photonics Co., Ltd.).
  • a PMT is a detector that detects incident light by converting incident light into electrons in a vacuum tube, and has been widely used in the past.
  • the APD is a solid-state light detecting element that causes amplification by an avalanche effect when a voltage (reverse bias voltage) higher than a certain level is applied to a photodiode.
  • a method of photon counting (photon counting) using APD there is a Geiger mode.
  • APD The behavior of APD is explained as follows, for example.
  • a voltage (reverse bias voltage) equal to or higher than the breakdown (breakdown) voltage is applied to the APD and a photon is incident in this state (referred to as Geiger mode)
  • breakdown occurs stochastically and a large current flows.
  • a voltage drop due to the series resistance of the APD causes the APD voltage to fall below the breakdown voltage, and the large current stops.
  • the pulses at this time are counted (counted as one signal). Thereafter, the APD voltage rises again.
  • MPPC is a kind of a new type of optical sensor collectively called PPD (Pixelated Photon Detector), and is also called SiPM (Silicon Photo Multiplier), and has been developed and used in recent years.
  • the MPPC is a semiconductor light receiving element or photon detector / measurement device composed of a plurality of APD pixels (arrays thereof). By operating each APD pixel of the MPPC in the Geiger mode (operating at a voltage at which the pixel output is saturated), an incident photon is detected. In MPPC, a signal corresponding to the total number of pixels (its pulses) on which photons (single photons) are incident is output.
  • MPPC has advantages such as high photon detection efficiency due to high multiplication factor.
  • the MPPC is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-133506 (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 describes, for example, “Providing a device for finely adjusting the voltage applied to the element” (see summary).
  • MPPC is used as the light detection means, as described in Patent Document 2, since the semiconductor light detection element outputs a predetermined voltage with respect to a light input having a predetermined light amount, it is applied to the semiconductor light detection element. It is necessary to arrange a means for adjusting the voltage in the light detection means (MPPC).
  • an element such as APD / MPPC as a light detection means in an inspection apparatus using a laser method or the like for the wafer surface or the like (sample), it is possible to measure faint light from the sample and detect minute defects. .
  • MPPC element The characteristic of MPPC element (APD pixel) is dark noise. It is considered that dark noise is mainly generated when electrons due to thermal excitation are amplified by avalanche and become signals. Noise components are also multiplied during APD Geiger mode operation. As the number of APD pixels increases, dark noise also increases. As a cause of dark noise, an intermediate level due to impurities is considered. Even when applied to an inspection apparatus, it is required to suppress the level of dark noise.
  • Patent Document 1 describes a mechanism for detecting the intensity of scattered light from a foreign substance on a wafer surface with a relatively large dynamic range when a beam is irradiated on the wafer surface.
  • the detection signal output from the sensor includes dark noise of the sensor element itself. The ratio of the occupancy increases, and it becomes difficult to detect minute foreign matter.
  • the pulse component of the laser light source is also superimposed on the detection signal output from the sensor, making it difficult to inspect foreign matter with high accuracy.
  • the surface of the wafer which is a sample, is irradiated with a laser beam generated by pulse oscillation from a laser light source, and the emission of scattered light from a foreign object or the like to be detected is incident on an MPPC (APD pixel) and measured.
  • the MPPC MPPC pixel
  • the light is accumulated in the MPPC (APD pixel). There is a probability that the charge is multiplied and output as an undesirable signal.
  • the light detection means (light detection element) of the inspection apparatus (1) a decrease in detection accuracy due to the influence of dark noise of the inspection apparatus or the light detection element, (2) pulse oscillation of the laser light source (3) Decrease in detection accuracy due to the influence of reflected light, stray light, and the like in an optical detection element such as MPPC using charge accumulation.
  • the present invention provides a technique capable of improving the detection accuracy of an inspection apparatus.
  • an inspection apparatus for measuring or inspecting the state of a sample, which is pulse-oscillated from a laser light source to the surface of the sample.
  • An irradiation unit that irradiates a beam from the sample, a detection unit that generates and outputs a detection signal upon incidence of light from the surface of the sample by the irradiation, and an input of the detection unit in accordance with the pulse oscillation timing of the irradiation unit.
  • a detection control unit that generates a first signal for controlling the output and applies the first signal to the detection unit, and the detection unit receives the light at a timing according to the first signal and detects the signal Is generated and output ".
  • the detection accuracy of the inspection apparatus can be improved.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an equivalent circuit of an MPPC that is a sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the circuit structure of the sensor of the inspection apparatus of Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the structure of the inspection apparatus of Embodiment 3 of this invention.
  • (A), (B) is a figure which shows the circuit structure of the sensor of the inspection apparatus of Embodiment 3, and an example of operation
  • a dark field optical inspection apparatus a method in which a sample is irradiated with a beam from a laser light source in a dark field and the scattered light is detected by a sensor.
  • a sample such as a semiconductor wafer that reduces the influence of dark noise of a light detection element (hereinafter also referred to as a sensor) and pulse oscillation of a laser light source, and the influence of reflected light and stray light.
  • a sample such as a semiconductor wafer that reduces the influence of dark noise of a light detection element (hereinafter also referred to as a sensor) and pulse oscillation of a laser light source, and the influence of reflected light and stray light.
  • a photodetection element such as APD or MPPC (PPD). That is, as this means, a signal (hereinafter referred to as a “gate signal”) that dynamically controls ON / OFF of the operation / input / output of the light detection element (detection unit) in accordance with the beam generated by pulse oscillation from the laser light source (irradiation unit). 1), in other words, means for generating and controlling a signal for switching and controlling the gain or multiplication factor of the light detection element with at least a binary value (detection control unit 104 in FIG. 1, gate signal generation unit 25 in FIG. 2, etc.). Corresponding).
  • FIG. 1 shows a configuration of an inspection apparatus 100 and an inspection method according to a basic embodiment of the present invention.
  • the inspection apparatus 100 includes an irradiation unit 101, a detection unit 102, a sampling unit 103, a detection control unit 104, a first synchronization unit 105, and a second synchronization unit 106, as illustrated.
  • the irradiating unit 101 includes a laser light source, and irradiates a wafer as a sample with a pulsed beam.
  • the detection unit 102 receives light including scattered light from the wafer 1 that is a sample by the beam of the irradiation unit 101, and detects and outputs the detection signal S according to the characteristics of the light detection element.
  • the detection unit 102 includes a light detection element such as APD or MPPC.
  • the sampling unit 103 receives the detection signal S from the detection unit 102, performs sampling (quantization) by analog / digital conversion, and stores or outputs the sampling information as measurement / inspection information.
  • the first synchronization unit 105 generates a reproduction signal R1 synchronized with the pulse oscillation beam of the irradiation unit 101 as a first synchronization signal.
  • the detection control unit 104 performs ON / OFF control of the scattered light input / output operation of the detection unit 102 so as to match the timing of the beam irradiation pulse of the irradiation unit 101.
  • the detection control unit 104 generates the gate signal G for the ON / OFF control according to the reproduction signal R 1 from the first synchronization unit 105 and applies it to the detection unit 102.
  • the gate signal G is a signal including an ON / OFF control pulse.
  • the detection unit 102 turns on / off the incidence of light from the light detection element.
  • the detection signal S is generated as usual.
  • the OFF state no light is incident (blocked), and the detection signal S is not generated.
  • the second synchronization unit 106 generates a second synchronization signal R 2 that is synchronized with the reproduction signal R 1 of the first synchronization unit 105 and the gate signal G of the detection control unit 104, and applies it to the sampling unit 103.
  • the sampling timing of the detection signal S in the sampling unit 103 is synchronized with the detection timing in the detection unit 102 by the second synchronization signal R2.
  • the inspection apparatus 100 includes a detection control unit 104 that performs control to synchronize irradiation, detection, and sampling, and so on, with respect to the light detection element of the detection unit 102, the influence of dark noise, and the laser light source of the irradiation unit 101 In addition to reducing the influence of pulse oscillation, it is possible to cope with deterioration of detection accuracy due to the influence of reflected light and stray light, and to improve the detection accuracy of the light detection element.
  • an irradiation procedure in which a sample surface is pulsed and irradiated with a laser beam, and detection by which scattered light from the sample surface is incident and detected to generate and output a detection signal.
  • a detection procedure a procedure for sampling a detection signal, a detection control procedure for generating a gate signal G in synchronization with the irradiation procedure and controlling the timing of the detection procedure, and a gate control in synchronization with the irradiation procedure.
  • a procedure for controlling the timing of sampling the detection signal in which a sample surface is pulsed and irradiated with a laser beam, and detection by which scattered light from the sample surface is incident and detected to generate and output a detection signal.
  • FIG. 2 shows a configuration of the inspection apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the inspection apparatus 100 includes a laser light source 2, a reflector 3, lenses 4 and 5, a sensor (light detection element) 6, an amplifier circuit 7, an ADC (analog / digital conversion circuit) 8, and a data processing unit (data processing circuit) 9. , CPU 10, map output unit (GUI unit) 11, stage control unit 12, rotation stage 13, translation stage 14, clock detection unit (in other words, synchronization unit) 20, delay control unit 24, gate signal generation unit 25, etc. It is.
  • the present inspection apparatus 100 is an apparatus having a function of performing measurement and inspection including the state of foreign matter and defects on the surface of the wafer 1 as a sample.
  • a user operates an input device built in or connected to the inspection apparatus 100 and performs measurement / inspection work while referring to / operating the screen of the map output unit 11 which is a GUI (graphical user interface) unit. I do.
  • the wafer 1 is placed on the rotary stage 13, and a laser beam generated by pulse oscillation output from the laser light source 2 is irradiated onto the wafer 1 through the reflector 3 and the lens 4.
  • the focal points of the lenses 4 and 5 are the sample surface.
  • the wafer 1 is rotated by the rotary stage 13 and linearly operated by the translation stage 14 via the stage control unit 12 under the control of the CPU 10.
  • the laser beam irradiated onto the wafer 1 becomes a spiral locus on the entire surface of the wafer 1, and the entire surface of the wafer 1 can be inspected.
  • the clock detection unit (synchronization unit) 20 includes a sensor 21, an IV conversion circuit 22, and a clock recovery circuit 23, and the laser light source 2 (its pulse oscillation) based on the component of the laser light transmitted through the reflection plate 3.
  • a clock signal (C1) synchronized with () is generated.
  • the clock detection unit (synchronization unit) 20 can also be configured by a known technique.
  • the sensor 21 detects the component of the laser beam that has passed through the reflecting plate 3.
  • the IV conversion circuit 22 performs current / voltage conversion on the output of the sensor 21.
  • the clock recovery circuit 23 generates a clock signal (C1), which is a recovery signal based on a pulse signal, from the output voltage of the IV conversion circuit 22 using a PLL or the like. Since the pulse oscillation from the laser light source 2 has a high frequency, the clock detection unit 20 is provided so that it can be synchronized with this with high accuracy.
  • the delay control unit 24 has a delay adjustment function, inputs the clock signal (C1) from the clock recovery circuit 23, and converts the delay-adjusted signal (C1 ′) into the gate signal generation unit 25, the ADC 8, and the data processing Supply to section 9 and the like.
  • the gate signal generation unit 25 generates the gate signal (G) based on the signal (C1 ′) obtained by adjusting the delay of the clock signal generated by the clock detection unit 20.
  • the sensor 6 is controlled as described above.
  • the sensor 6 is a light detection element including APD and MPPC.
  • the sensor 6 receives light including scattered light from the wafer 1 as a sample through the lens 5, and detects a detection signal according to predetermined characteristics. (S) is generated and output.
  • the detection signal (S) output from the sensor 6 is amplified by the amplifier circuit 7 and sampled by the ADC 8.
  • the sampling timing in the ADC 8 follows the signal (C1 ′).
  • the data processing unit 9 inputs data information of the sampling result of the ADC 8, executes predetermined measurement / inspection data processing, and stores and outputs the result.
  • the data is stored in a memory or the like (not shown) of the inspection apparatus 100.
  • the CPU 10 performs processing for controlling each part of the entire inspection apparatus 100.
  • the map output unit 11 displays information including a map (for example, a two-dimensional state of the sample surface) as a result of the measurement / inspection processing in the data processing unit 9 on the display screen.
  • the map output unit 11 configures a GUI for the user to check various information and perform various operations and displays the GUI on the screen.
  • the map output unit 11 can be implemented by a PC or the like.
  • the map output unit 11 and the CPU 10 also have a function of setting various types of information by the user, and can adjust the gate signal generation unit 25 and the like.
  • a setting signal (CNF) is supplied from the CPU 10 to the gate signal generation unit 25.
  • Each processing unit may be implemented by hardware such as an IC in which predetermined logic is formed, or may be realized by software program processing of a general-purpose computer.
  • the gate signal generation unit 25 may be mounted with a dedicated IC or the like, may be integrated and mounted as a part of the sensor 6, or may be mounted with other elements illustrated. Good.
  • [Sensor] 3A and 3B show examples of the configuration and operation of the sensor 6 that is a light detection element in the inspection apparatus 100 according to the first embodiment.
  • (A) shows the sensor 6 circuit configuration
  • (B) shows the corresponding sensor 6 operation.
  • the sensor 6 has a configuration in which an MPPC 32 that is a light detection element, a bias voltage generation circuit 31, a detection resistor 33, a differential amplifier circuit 34, and a driver circuit 35 are connected as illustrated.
  • Reference numeral 40 denotes the aforementioned gate signal G
  • 41 denotes a detection signal S
  • 42 denotes a gain control signal (GC) for application to the MPPC 32.
  • the configuration of the MPPC 32 is shown in FIG.
  • a bias voltage is generated and applied to the MPPC 32 by the bias generation circuit 31, and a gain control signal (GC) 42 corresponding to the gate signal G is applied through the detection resistor 33 by the driver circuit 35.
  • the gain control signal (GC) 42 is a voltage signal that becomes VH (high voltage) or VL (low voltage).
  • a voltage corresponding to the difference between the bias voltage and the gain control signal (GC) 42 is applied to both ends of the MPPC 32.
  • the output current of the MPPC 32 is converted into a voltage by the detection resistor 33, the voltage at both ends of the detection resistor 33 is differentially amplified by the differential amplifier circuit 34, and output as a detection signal (S) 41.
  • the multiplication current output of the MPPC 32 when the same amount of light is incident varies greatly depending on the voltage applied to the MPPC 32. Therefore, a voltage for decreasing the multiplication factor of the MPPC 32 is generated as a difference voltage between the bias voltage and VH, and a voltage for increasing the multiplication factor of the MPPC 32 is generated as a difference voltage between the bias voltage and VL. Thereby, the MPPC 32 controls the output current by the gain control signal (GC) 42 output from the driver circuit 35.
  • GC gain control signal
  • the output current of the MPPC 32 is a charge accumulated in the MPPC 32, and when the multiplication factor is low, the output of the accumulated charge is suppressed even if light is incident (to the MPPC 32).
  • the operation state of the MPPC 32 can be controlled by the gate signal (G) 40.
  • the output of the detection signal (S) 41 is stopped when the gain control signal (GC) 42 is VH.
  • the detection signal (S) 41 outputs a detection voltage corresponding to light incidence (relative to the MPPC 32). That is, as shown in FIG.
  • the MPPC 32 that is a light detection element can be dynamically turned on / off by the gate signal (G) 40.
  • the gate signal G When the gate signal G is ON (VL), the voltage of the detection signal S is output.
  • the gate signal G When the gate signal G is OFF (VH), the detection signal S is not output (cut off).
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of an equivalent circuit of the MPPC 32.
  • One MPPC 32 includes an array of a plurality of APDs 32a. Each APD 32a is operated in Geiger mode. Each APD 32a is connected to a resistor 32b (or a quenching resistor for shortening the recovery time) for extracting a signal (pulse) due to a voltage drop corresponding to the incidence of a photon as described above (background art) ( Equivalent to the detection resistor 33). Vr at the upper terminal indicates a reverse bias voltage. The reverse bias voltage Vr is a voltage higher than the breakdown voltage of the APD 32a. The accumulated charge is output as a current from the APD pixel into which the light (photon) is incident. The sum of signals (pulses) from each APD 32a becomes the output signal (detection signal S) of the MPPC 32.
  • the sensor 6 including the MPPC 32 includes the functions of performing light detection by the sensor 6 and sampling by the ADC 8 in synchronization with the pulse oscillation from the laser light source 2.
  • Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the inspection apparatus 100 according to the second embodiment is mainly different from the first embodiment in the configuration of the sensor 6.
  • FIG. 5 shows the configuration of the sensor 6 (referred to as 6B) in the second embodiment.
  • the sensor 6B shown in FIG. 5 includes a bias voltage generation circuit 31, a driver circuit 35, a level shift circuit 38, an MPPC 32, a detection resistor 33, a capacitor 36, an amplifier circuit 37, and the like, as illustrated.
  • the bias voltage generation circuit 31 generates a bias voltage VL at which the multiplication factor of the MPPC 32 becomes low and a bias voltage VH at which the multiplication factor becomes high, and applies them to the MPPC 32 via the driver circuit 35.
  • the driver circuit 35 switches the bias voltage applied to the MPPC 32 to VH or VL based on the gate signal (G) 40 input via the level shift circuit 38.
  • the output current of the MPPC 32 is converted into a detection voltage via a detection resistor 33, one of which is fixed at a reference potential, and is output as a detection signal (S) 41 via a capacitor 36 and an amplifier circuit 37.
  • the configuration of the second embodiment provides the same effects as the configuration of the first embodiment.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the inspection apparatus 100 according to the third embodiment is similar to the inspection apparatus 100 according to the first embodiment in that many elements have the same or similar configuration. 6 is supplied to the data processing unit 9 as well, and the data processing unit 9 uses the gate signal G to process the sampling information.
  • FIG. 6 shows a configuration of the inspection apparatus 100 (referred to as 100C) according to the third embodiment.
  • the inspection apparatus 100C in FIG. 6 has a configuration having the same elements as in FIG. 1, and the connection relationship, the processing in the elements, and the like are different.
  • the data processing circuit 9 receives the signal (C1 ′) obtained by adjusting the delay of the recovered clock (C1) generated by the clock detection unit 20 by the delay adjustment unit 24 and the gate signal G generated by the gate signal generation unit 25. .
  • the data processing circuit 9 processes the data of the detection signal S sampled by the ADC 8 based on the input signal (C1 ′, G).
  • the sensor 6C has a configuration in which an MPPC 32, a bias voltage generation circuit 31, a detection resistor 33, a driver circuit 35, a capacitor 36, and an amplification circuit 37 are connected as illustrated.
  • a bias voltage is generated and applied to the MPPC 32 by the bias voltage generation circuit 31, and a gain control signal (GC) (voltage that becomes VH or VL) according to the gate signal (G) 44 by the driver circuit 35. ) 45 is applied through the detection resistor 33.
  • the VH or VL output from the gain control signal (GC) 45 is the same as the gain control signal (GC) 42 of the first embodiment.
  • the output current of the MPPC 32 is converted into a voltage by the detection resistor 33 and output as a detection signal 43 (S) via the capacitor 36 and the amplifier circuit 37.
  • the detection signal (S) 43 of the sensor 6C is sampled by the ADC 8 via the amplifier circuit 7 in the inspection apparatus 100C of FIG.
  • the ADC 8 samples at the timing of the signal (C1 ′) described above.
  • a dotted line 501 at a VL portion in FIG. 7B indicates a sampling time point.
  • the gate signal (G) 44 from the gate signal generation section 25 is used as the valid signal (VAL) for the data of the detection signal S sampled by the ADC 8.
  • Data processing is performed by determining the valid period of the detection signal S. That is, the sampling data is valid when the gate signal (G) 44 is ON, and invalid during the OFF period.
  • the configuration of the third embodiment provides the same effects as the configuration of the first embodiment. Further, by processing the sampling information using the gate signal G, the processing accuracy can be improved.
  • setting means for ON / OFF control by the gate signal G from the gate signal generation unit 25 to the sensor 6 is provided.
  • the user inputs setting information related to gate signal control on the screen of the map output unit 11 (GUI unit).
  • the CPU 10 processes the input setting information.
  • setting information (CNF) is input to the gate signal generation unit 25 via the CPU 10.
  • the gate signal generation unit 25 adjusts the gate signal G applied to the sensor 6.
  • Parameters that enable adjustment of the gate signal G include the magnitude (amplitude) of ON (corresponding VL) and OFF (corresponding VH), ON / OFF duty ratio, and application timing (phase) of the gate signal G.
  • corresponding VL ON
  • OFF OFF
  • phase application timing
  • FIG. 8 shows a schematic image of each pulse signal as a supplement to the above embodiment.
  • A shows the pulse of the beam by the pulse oscillation from the laser light source 2.
  • B shows the pulse of the reproduction signal (clock signal C1) by the clock detector 20.
  • C shows the gate signal G. When ON, the multiplication factor is large, and when OFF, the multiplication factor is small.
  • D shows the detection signal S (waveform is an example) of the sensor 6 (MPPC 32). Although the detection signal S is shown by a waveform of charge accumulation, it is different from the output signal of the count value (total number).
  • the frequency of pulse oscillation from the laser light source 2 increases, and the sensor 6 detects scattered light from foreign matter on the wafer. It is necessary to detect with high accuracy. Even in that case, high accuracy and high throughput can be realized by controlling the input / output of the sensor 6 by the gate signal G synchronized with the laser light source 2 as described above.
  • the senor 6 is controlled using a pulse signal (ON / OFF binary signal) as the gate signal G.
  • a pulse signal ON / OFF binary signal
  • the present invention is not limited to this, and a signal of three or more values may be used.
  • the gain or multiplication factor may be continuously changed using a signal having a waveform whose amplitude continuously changes.
  • the present invention is not limited to this, and a photo diode, a single APD, a photomultiplier tube (PMT), or the like is used. Also good. Even in that case, similarly to the above-described embodiment, the gate signal generation unit 25 or the like is used to dynamically control the operation voltage with respect to the light detection elements, thereby dynamically turning on / off the light detection elements. Off control can be realized and the accuracy of light detection can be increased.
  • the output / multiplication factor of a semiconductor photodetector such as MPPC (PPD) greatly depends on the bias voltage for the APD pixel, and in the conventional countermeasure example (for example, Patent Document 2), the bias voltage is accurately and accurately set. It was necessary to provide means for setting (for example, DAC).
  • the configuration (FIG. 1) in which means (detection control unit 104) for dynamically controlling the input / output operation of the detection unit 102 by the gate signal in synchronization with the irradiation unit 101 is provided. is there.
  • the bias voltage is pulse-controlled (ON / OFF control) by the gate signal G.
  • the inspection apparatus 100 of each embodiment since it has the function of performing light detection by the sensor 6 and sampling by the ADC 8 in synchronization with the pulse oscillation from the laser light source 2, Regarding the sensor 6 including a light detection element such as the MPPC 32, (1) the influence of dark noise and (2) the influence of pulse oscillation of the laser light source is reduced, and (3) the detection accuracy is deteriorated due to the influence of reflected light and stray light. Thus, detection accuracy can be improved. As a result, it is possible to measure and inspect with high accuracy the state of the inspection apparatus 100 including a minute foreign matter or defect on the sample surface.
  • the inspection apparatus includes a laser light source that is a light irradiation unit and a sensor device that is a light detection unit, and the voltage applied to the sensor device or the gain of the sensor device is determined by the laser of the light irradiation unit.
  • Control means for performing pulse control in synchronization with light is provided.
  • the control means generates a gate signal for pulse control and applies it to the sensor device.
  • the sensor device includes, for example, a sensor element that outputs a current according to incident light, a driver circuit that applies a predetermined voltage to the sensor element according to the gate signal, and a resistance element that converts the output current of the element into a voltage.
  • an amplifying element that differentially amplifies the voltage generated at both ends of the resistance element, and performs a detection operation according to the gate signal.
  • the sensor device controls the amplification operation according to the gate signal.
  • the sensor device detects a difference in detection signal from the gain control voltage and the sensor output voltage.

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Abstract

検査装置の検出精度を向上する技術を提供する。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。

Description

検査装置及び検査方法
　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１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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