特許 6165166 スポット走査システムのための改善された高速対数光検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6165166

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】スポット走査システムのための改善された高速対数光検出器

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20170710BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20170710BHJP

   G01B 11/30 20060101ALN20170710BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/88 J

   G01N21/956 A

   !G01B11/30 A

【請求項の数】22

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2014-547519(P2014-547519)

(86)(22)【出願日】2012年12月14日

(65)【公表番号】特表2015-507180(P2015-507180A)

(43)【公表日】2015年3月5日

(86)【国際出願番号】US2012069906

(87)【国際公開番号】WO2013090815

(87)【国際公開日】20130620

【審査請求日】2015年12月10日

(31)【優先権主張番号】61/576,702

(32)【優先日】2011年12月16日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/700,527

(32)【優先日】2012年9月13日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/675,687

(32)【優先日】2012年11月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー−テンカー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウルフ ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】チェン グレイス

(72)【発明者】

【氏名】ツァオ カイ

(72)【発明者】

【氏名】サリバン ジェイミー

(72)【発明者】

【氏名】ドンデルス ポール

(72)【発明者】

【氏名】マッケイ デレク

【審査官】 佐々木 龍

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２０１０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２６２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４４２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２４７６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６９０９５６１（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分析対象を検査または測定するための方法であって、
一つ以上の第一の走査線と、前記一つ以上の第一の走査線の後に走査される次の走査線と、を含む各走査線から出た出力ビームプロフィルが光電子増倍管（ＰＭＴ）によって連続的に収集されるように、分析対象の複数の連続的な前記走査線にわたって入射ビームを導くこと、
前記入射ビームが前記分析対象の前記一つ以上の第一の走査線に導かれた後または導かれる間で、前記入射ビームが次の走査線に向けられる前に、前記一つ以上の第一の走査線の全てのデータを保持するラインバッファに、前記ＰＭＴからの前記一つ以上の第一の走査線の一つ以上の出力ビームプロフィルのデータを受信すること、
前記入射ビームが次の走査線に向けられる前に、前記ラインバッファに受信された前記一つ以上の第一の走査線の前記一つ以上の出力ビームプロフィルに基づき、前記次の走査線における予期される出力ビームプロフィルを決定することであり、前記予期される出力ビームプロフィルは、前記一つ以上の第一の走査線の前記一つ以上の出力ビームプロフィルと実質的に同じゲイン増大またはゲイン減少の値または比率となるように決定され、
前記入射ビームが前記次の走査線の方に導かれたときに、そのような次の走査線におけるゲインの設定により、前記ＰＭＴにおける測定信号が、前記ＰＭＴまたは前記ＰＭＴから出る測定信号を受信する他のハードウェア部品の既定の仕様に入るように、前記予期された出力ビームプロフィルに基づき、前記次の走査線について前記ＰＭＴに入力される前記ゲインを設定すること、
を含む、方法。

【請求項2】

前記一つ以上の第一の走査される線のそれぞれが第一のダイ上にあり、前記次の走査線が各一つ以上の第一のダイとは異なる第二のダイ上にある、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記一つ以上の第一の走査される線が複数の第一の走査線を有し、前記次の走査線が前記第一の走査線に隣接する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記一つ以上の第一の走査線に関する前記出力ビームプロフィルのデータを解析して、そのような一つ以上の第一の走査線における欠陥を検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記入射ビームがその方に導かれる前記走査線が、第一の次の走査線に隣接する第二の次の走査線をさらに含み、前記方法が、
前記入射ビームが前記分析対象の前記第一の次の走査線に導かれた後または導かれる間に、そのような第一の次の走査線について、前記ＰＭＴからの前記一つ以上の第一の走査線の一つ以上の出力ビームプロフィルのデータを前記ラインバッファに受信すること、
前記ラインバッファに受信された、前記第一の次の走査線についての前記出力ビームプロフィルのデータに基づき、前記第二の次の走査線における予期される出力ビームプロフィルを決定すること、
前記入射ビームが前記第二の次の走査線の方に導かれたときに、そのような第二の次の走査線におけるゲインにより、前記ＰＭＴにおける測定信号が、前記ＰＭＴの既定の仕様に入るように、前記第二の次の走査線における前記予期された出力ビームプロフィルに基づき、前記第二の次の走査線について前記ＰＭＴに入力される前記ゲインを設定すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第一および第二の次の走査線について前記ＰＭＴに入力される前記ゲインが、特定の周波数レンジに制限されて設定される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記次の走査線における前記予期される出力ビームプロフィルが、前記第一の走査線のうちの最近走査された線における前記出力ビームプロフィル、または前記一つ以上の第一の走査線における前記出力ビームプロフィルの平均と略等しいと予測される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記ゲインの入力はゲイン制御波形であり、前記一つ以上の第一の走査線が複数の第一の走査線を有し、前記次の走査線における前記予期される出力ビームプロフィルが、第一の走査線全体におけるゲイン増加率または減少率と略等しい、前記第一の走査線のうちの直前に走査された線におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記一つ以上の第一の走査線が複数の第一の走査線を有し、前記予期される出力ビームプロフィルが、前記第一の走査線におけるゲイン増加率または減少率に比例する、前記第一の走査線のうちの直前に走査された線におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記ゲインのさらなる設定において、そのようなゲインが前記次の走査線の走査に適合するように調節され、前記次の走査線において前記ＰＭＴにより出力された測定信号から生成された画像におけるアーチファクトを最小限にするような所定の値の範囲内に維持される、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記ゲインが、位相が互いに１８０度異なり、大きさが略等しい２つのゲイン信号を前記ＰＭＴに入力することにより、前記次の走査線について前記ＰＭＴに入力され、前記２つのゲイン信号のうちの一方が前記ＰＭＴのダイノードの半分により受信され、前記２つのゲイン信号のうちの他方が前記ＰＭＴのダイノードの残りの半分により受信される、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

分析対象の方に導かれた入射ビームに反応してそのような分析対象から出た光を検出するための光電子増倍管（ＰＭＴ）と、
一つ以上の第一の走査線と、前記一つ以上の第一の走査線の後に走査される次の走査線とを含む各走査線から出た出力ビームプロフィルが前記ＰＭＴによって連続的に収集されるように、前記分析対象の複数の連続的な走査線にわたって前記入射ビームを導くためのビーム発生器と、
前記入射ビームが走査線全体を走査したときにそのような各走査線における応答信号を生成する前記ＰＭＴおよび一つ以上の検出部品を含む検出モジュールと、
各走査線における前記応答信号のデータを前記検出モジュールから受信するラインバッファを有し、そのような応答信号に基づき前記ＰＭＴのゲインを設定するゲイン予測モジュールであって、前記分析対象の各走査線の前記ゲインの設定が、前記入射ビームにより最近走査された前記分析対象の一つ以上の以前の走査線の全てについて受信された前記応答信号のデータに基づいてそのような走査線から出ると予期される前記光の予測に基づきそのような走査線の走査前に行われる、ゲイン予測モジュールと、を備える、分析対象を検査または測定するためのシステム。

【請求項13】

各走査線に入力される前記ゲインが、前記ＰＭＴにおける測定信号が、前記ＰＭＴまたは前記ＰＭＴから出る測定信号を受信する前記検出モジュールまたはゲイン予測モジュールの他のハードウェア部品の既定の仕様に入る、ゲイン制御波形である、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

各走査線における前記応答信号を解析してそのような走査線における欠陥を検出するためのプロセッサをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

特定の周波数レンジに制限するように、各走査線に関して前記ＰＭＴに入力する前記ゲインを設定する、請求項１２に記載のシステム。

【請求項16】

各走査線から出る前記光が、そのような一つ以上の以前の走査線からの前記応答信号に基づき決定された、前記一つ以上の以前の走査線から出た前記光と略等しいと予測される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項17】

前記一つ以上の以前の走査線が複数の以前の走査線を有し、各走査線から出る前記光が、前記以前の走査線におけるゲイン増加率または減少率と略等しい、前記以前の走査線のうちの直前に走査された線におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項18】

前記一つ以上の以前の走査線が複数の以前の走査線を有し、各走査線から出る前記光が、前記以前の走査線におけるゲイン増加率または減少率に比例する、前記以前の走査線のうちの直前に走査された線におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項19】

各走査線に入力される前記ゲインのさらなる設定において、ゲイン入力が走査線の走査に適合するように調節され、走査線において前記ＰＭＴにより出力された測定信号から生成された画像におけるアーチファクトを最小限にするような所定の値の範囲内に維持される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項20】

各走査線に関して前記ＰＭＴに入力される前記ゲインが、位相が互いに１８０度異なり、大きさが略等しい２つのゲイン信号を前記ＰＭＴに入力することにより達成され、前記２つのゲイン信号のうちの一方が前記ＰＭＴのダイノードの半分により受信され、前記２つのゲイン信号のうちの他方が前記ＰＭＴのダイノードの残りの半分により受信される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項21】

検査または計測ツールに以下の工程を実行させるように設計された、コンピュータプログラム命令をその内部に保存する少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体であって、前記工程が、
一つ以上の第一の走査線と、前記一つ以上の第一の走査線の後に走査される次の走査線とを含む各走査線から出た出力ビームプロフィルが光電子増倍管（ＰＭＴ）によって連続的に収集されるように、分析対象の複数の連続的な走査線にわたって入射ビームを導くこと、
前記入射ビームが前記分析対象の前記一つ以上の第一の走査線に導かれた後または導かれる間で、前記入射ビームが次の走査線に向けられる前に、前記一つ以上の第一の走査線の全てのデータを保持するラインバッファに、前記ＰＭＴからの前記一つ以上の第一の走査線の一つ以上の出力ビームプロフィルのデータを受信すること、
前記入射ビームが次の走査線に向けられる前に、前記ラインバッファに受信された前記一つ以上の第一の走査線の前記一つ以上の出力ビームプロフィルに基づき、前記次の走査線における予期される出力ビームプロフィルを決定することであり、前記予期される出力ビームプロフィルは、前記一つ以上の第一の走査線の前記一つ以上の出力ビームプロフィルと実質的に同じゲイン増大またはゲイン減少の値または比率となるように決定され、
前記入射ビームが前記次の走査線の方に導かれたときに、そのような次の走査線におけるゲインの設定により、前記ＰＭＴにおける測定信号が、前記ＰＭＴまたは前記ＰＭＴから出る測定信号を受信する他のハードウェア部品の既定の仕様に入るように、前記予期された出力ビームプロフィルに基づき、前記次の走査線について前記ＰＭＴに入力される前記ゲインを設定すること、を含む、コンピュータ可読記憶媒体。

【請求項22】

各走査線に関して前記ＰＭＴに入力される前記ゲインが、位相が互いに１８０度異なり、大きさが略等しい２つのゲイン信号を前記ＰＭＴに入力することにより達成され、前記２つのゲイン信号のうちの一方が前記ＰＭＴのダイノードの半分により受信され、前記２つのゲイン信号のうちの他方が前記ＰＭＴのダイノードの残りの半分により受信される、請求項２１に記載の少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、Ｒａｌｐｈ Ｃ．Ｗｏｌｆらによって２０１１年１２月１６日に出願された先の出願である米国仮特許出願第６１／５７６，７０２号、およびＲａｌｐｈ Ｃ．Ｗｏｌｆらによって２０１２年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／７００，５２７号の利益を主張し、これらの出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に援用される。

【0002】

本発明は、一般に検査および計測システムに関する。より詳細には、本発明は、半導体ウエハおよび他のタイプのパターニングされた試料を検査および測定するための集光メカニズムに関する。

【背景技術】

【0003】

従来の光学検査ツールの一部は、正確に焦点を合わせたレーザスポットを用いてウエハの表面を走査し、ウエハ上の照射されたスポットから散乱した光の量を測定することによってパターニングされたウエハ上の欠陥を見つける。隣接ダイにおける同様の位置同士の散乱強度が相違する箇所が、潜在的欠陥のある箇所として記録される。

【0004】

この光散乱のダイナミックレンジは、一般にかなり大きい。単一のダイ内で１００万対１より大きい散乱強度の変化は、珍しいことではない。この高ダイナミックレンジは、機器の光学的構成、ウエハおよび対象となる欠陥の散乱特性に固有である。

【0005】

光検出とは、光信号（光子）を電気信号（電子）に変換するプロセスである。光信号が弱く、周波数が高いときには、通常、光電子増倍管が使用される。光電子増倍管は、一般的に、光電陰極、一つ以上のダイノード、および陽極を含む。光電陰極に突き当たる個々の光子は、一定の確率（例えば、２５％）で電子を叩き出す。これらの光電子は、その後電界により第一ダイノードに向かって加速される。電子がダイノードに当たると追加の電子を叩き出し、このようにして信号が増幅される。これらの二次電子は、その後次のダイノードに移動し、そこでもまた増倍される。ダイノード鎖の終わりにおいて、電子は、光電子増倍管の外側に該電子を運ぶ陽極により収集される。この時点で、信号は十分に大きく、トランスインピーダンス増幅器、それに続くアナログデジタル変換器などの従来の電子工学を用いて容易に測定できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１７９９４７号公報

【特許文献2】米国特許出願公開第２００２／０１６１５３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

各ダイノードにおけるゲインは、入ってくる電子エネルギーの関数であり、そのダイノードと前段階のダイノードとの間の電位に比例する。管の総ゲインは、すべてのダイノードからのゲインの積である。光電子増倍管のゲイン制御を向上するための継続的な取り組みが行われている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の特定の実施形態の基本的な理解を提供するために、本開示の簡易化した要約を以下に示す。この要約は、本開示の広範な概略ではなく、本発明の主要または重要な要素を特定するものでもなく、本発明の範囲を規定するものでもない。その唯一の目的は、後に提示するより詳細な説明の前置きとして、簡易化した形態において本明細書に開示する一部の概念を提示することにある。

【0009】

一実施形態では、分析対象を検査または測定するための方法が開示される。各走査部分から出る出力ビームプロフィルが光電子増倍管（ＰＭＴ）によって連続的に収集されるように、入射ビームが分析対象の複数の連続的な走査部分にわたって導かれる。走査部分は、一つ以上の第一の走査部分と、一つ以上の第一の走査部分の後に走査される次の走査部分とを含む。入射ビームが分析対象の一つ以上の第一の走査部分に導かれた後または導かれる間に、第一の走査部分のそれぞれについてＰＭＴにより収集された出力ビームプロフィルに基づき、各第一の走査部分における出力信号が得られる。一つ以上の第一の走査部分のそれぞれについて得られた出力信号に基づき、次の走査部分における予期される出力ビームプロフィルが決定される。入射ビームが次の走査部分の方に導かれると、予期された出力ビームプロフィルに基づき、次の走査部分についてＰＭＴに入力されるゲインが設定される。そのような次の走査部分におけるゲインの設定により、ＰＭＴにおける測定信号が、ＰＭＴまたはＰＭＴから出る測定信号を受信する他のハードウェア部品の既定の仕様に入るようになる。

【0010】

具体的な実施では、一つ以上の第一の走査される部分のそれぞれは第一のダイを有し、次の走査部分は、各一つ以上の第一のダイとは異なる第二のダイを有する。別の実施では、一つ以上の第一の走査される部分のそれぞれは一つ以上の第一の走査線を有し、次の走査部分は、一つ以上の第一の走査線に隣接する第二の走査線を有する。さらなる態様では、一つ以上の第一の走査部分における出力信号も、そのような一つ以上の第一の走査部分における欠陥を検出するために解析される。別のさらなる態様では、入射ビームがその方に導かれる走査部分は、第一の次の走査部分に隣接する第二の次の走査部分をさらに含む。方法は、（ｉ）入射ビームが分析対象の第一の次の走査部分に導かれた後または導かれる間に、そのような第一の次の走査部分についてＰＭＴにより収集された出力ビームプロフィルに基づき、第一の次の走査部分における出力信号を取得することと、（ｉｉ）第一の次の走査部分について得られた出力信号に基づき、第二の次の走査部分における予期される出力ビームプロフィルを決定することと、（ｉｉｉ）入射ビームが第二の次の走査部分の方に導かれたときに、そのような第二の次の走査部分におけるゲインにより、ＰＭＴにおける測定信号が、ＰＭＴの既定の仕様に入るように、第二の次の走査部分における予期される出力ビームプロフィルに基づき、第二の次の走査部分についてＰＭＴに入力されるゲインを設定することと、をさらに含む。さらなる態様では、第一および第二の次の走査部分についてＰＭＴに入力されるゲインは、特定の周波数レンジに制限されて設定される。

【0011】

別の具体的な実装では、次の走査部分における予期される出力ビームプロフィルが、第一の走査部分のうちの最近走査された部分における出力ビームプロフィル、または一つ以上の第一の走査部分における出力ビームプロフィルの平均と略等しいと予測される。別の実施では、一つ以上の第一の走査部分が複数の第一の走査部分を有し、次の走査部分における予期される出力ビームプロフィルが、第一の走査部分全体におけるゲイン増加率または減少率と略等しい、第一の走査部分のうちの直前に走査された部分におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される。なおも別の実施例では、一つ以上の第一の走査部分が複数の第一の走査部分を有し、予期される出力ビームプロフィルが、第一の走査部分全体におけるゲイン増加率または減少率に比例する、第一の走査部分のうちの直前に走査された部分におけるゲイン増加率または減少率を有すると予測される。

【0012】

一実施形態では、ゲインのさらなる設定が、そのようなゲインが次の走査部分の走査に適合するように調節され、この設定ではゲインが、次の走査部分においてＰＭＴにより出力された測定信号から生成された画像におけるアーチファクトを最小限にするような所定の値の範囲内に維持される。別の態様では、ゲインは、位相が互いに１８０度異なり、大きさが略等しい２つのゲイン信号をＰＭＴに入力することにより、次の走査部分についてＰＭＴに入力される。２つのゲイン信号のうちの一方は、ＰＭＴのダイノードの半分により受信され、２つのゲイン信号のうちの他方は、ＰＭＴのダイノードの残りの半分により受信される。

【0013】

代替的な実施形態では、本発明は、分析対象を検査または測定するためのシステムに関する。このシステムは、分析対象の方に導かれた入射ビームに反応してそのような分析対象から出た光を検出するための光電子増倍管（ＰＭＴ）と、分析対象の複数の連続的な走査部分にわたって入射ビームを導くためのビーム発生器と、を備える。これらの配置では、各走査部分から出た出力ビームプロフィルがＰＭＴによって連続的に収集される。走査部分は、一つ以上の第一の走査部分と、一つ以上の第一の走査部分の後に走査される次の走査部分とを含む。システムは、ＰＭＴおよび入射ビームが走査部分全体を走査したときにそのような各走査部分における応答信号を生成する一つ以上の検出部品を含む検出モジュールと、各走査部分における応答信号を検出モジュールから受信し、そのような応答信号に基づきＰＭＴのゲインを設定するゲイン予測モジュールと、をさらに備える。分析対象の各走査部分のゲインの設定は、入射ビームにより最近走査された分析対象の一つ以上の以前の走査部分から生成された応答信号に基づいてそのような走査部分から出ると予期される光の予測に基づき行われる。

【0014】

具体的な態様では、各走査部分に入力されるゲインの設定は、そのようなゲインにより、ＰＭＴにおける測定信号が、ＰＭＴまたはＰＭＴから出る測定信号を受信する検出モジュールまたはゲイン予測モジュールの他のハードウェア部品の既定の仕様に入るように行われる。さらなる態様では、システムは、各走査部分における応答信号を解析してそのような走査部分における欠陥を検出するためのプロセッサを含む。さらなる実施形態では、システムは、前述の方法工程の一つ以上を実施する。

【0015】

別の実施形態では、本発明は、検査または計測ツールに前述の方法工程の一つ以上を実行させるように設計された、コンピュータプログラム命令をその内部に保存する少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体に関する。

【0016】

本発明のこれらの態様および他の態様を、図面を参照して以下に記載する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る光学検査システムの図表示である。

【図2】本発明の一実施形態に係る、図１の照射および収集チャネルの平面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る、ウエハ表面上のスポットの走査パスを示す詳細図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る高速対数光検出器システムを示す概略図である。

【図5】本発明の具体的な実装に係る、図４のゲイン予測および調整モジュールの図表示である。

【図6A】光学帯域幅が検出システムの能力を上回るときの、特定のＰＭＴゲイン調整の解決法により生み出された結果を示す。

【図6B】本発明の具体的な実装に係る、ＰＭＴゲインがウエハ構造の予備知識から決定された「開ループ」の解決法により生み出された結果を示す。

【図7】本発明の一実施形態に係るゲイン予測および調整手順を例示するフローチャートである。

【図8A】本発明の具体的な実施形態に係る光電子増倍管（ＰＭＴ）におけるバイアス回路を示す概略図である。

【図8B】本発明の一実施形態に係る、図８Ａの正確に適合する電流源を示す概略図である。

【図8C】図４および図８Ａの増幅回路の一実装を示す概略図である。

【図9A】本発明の代替的な実施形態に係る、２つのゲイン入力を有する、光電子増倍管（ＰＭＴ）におけるバイアス回路を示す概略図である。

【図9B】図９Ａの２つのゲイン増幅回路の一実装を示す概略図である。

【図10】本発明の第二の実施形態に係る、２つのＰＭＴゲイン信号を出力する高速対数光検出器システムを示す概略図である。

【図11】サーキュラケージ型のＰＭＴの図表示である。

【図12】陽極において収集された電子であって、プロットされ収集された電子（ゲイン）の最大数に対する変調電圧の比を示す。

【図13】種々のダイノード変調方式における種々のベンチゲインデータを示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下の記述では、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を説明する。本発明は、これらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくても実践できる。他の事例では、本発明を不必要に曖昧にしないため、周知のプロセス操作は詳細には記載しない。本発明を具体的な実施形態とともに記載したが、本発明をそれらの実施形態に限定することを意図しないことが理解される。

【0019】

高速対数光検出器システムの特定の実施形態は、任意の適切な光学検査または計測システムに利用できる。一つの一般的な例では、システムは、重大な画像アーチファクトを生じることなく、半導体ウエハなどの試料から出るビーム（例えば、散乱光、反射光、または二次電子）から、強度値が比較的広いダイナミックレンジを迅速に検出するように構成される。検出された出力信号は、その後試料に欠陥が存在するか否かを決定するために解析できる。例えば、ターゲットダイからの強度値が、参照ダイの対応する一部からの強度値と比較される。ここで、重大な強度差がある箇所を、欠陥のある箇所として定めることができる。これらの検査システムは、以下に記載する新規の検出器機構によって、任意の適切な検査技術を実施できる。例えば、明視野および／または暗視野光学検査機構を利用できる。本発明の機構は、走査型電子顕微鏡システム内でも実施できる。

【0020】

図１は、本発明の実施形態に係る光学システム１００の図表示である。光学システムは、任意の適切な数の検出器または収集チャネルを含み、これらは半導体表面などの試料から放出された光を検出する。検出器または収集チャネルは、検査または計測用途の特定の要件に応じて任意の適切な位置に配置できる。図の実施形態では、２つの集光器チャネルの２つの群である１１０ａ，ｂおよび１１１ａ，ｂを使用する。これらは、一対の各集光器チャネルが走査線の両側に同じ方位角で位置付けられるように、ウエハ表面１１２の周囲に対称的に配置される。これらの方位集光器チャネルが散乱光を検出する。

【0021】

集光器チャネルからの出力は、その後プロセッサ１０１に送られ、そこでデータ分析および／または画像生成を行うことができる。各チャネルから送られたデータは、さまざまなアルゴリズムおよび論理演算、例えば、ＯＲ、ＡＮＤおよびＸＯＲの実行により比較できる。

【0022】

光学システムはビーム発生器（例えば、部品１１３，１１５，１１６，１１７）も含み、これは入射ビームを生成し、該ビームを試料の方に導く。図１に示すように、光源１１３が通常はレーザであるビーム１１４を放出する。ビーム１１４は偏向器前オプティクス１１５の方に導かれ、これは２分の１波長板、空間フィルタ、およびいくつかの円柱レンズを含んでもよい。これらはスキャナ１１６に適合する所望の偏向を持つ楕円ビームを作り出す。偏向器前オプティクス１１５は、適当な開口数を得るためにビーム１１４を広げるように構成できる。偏向器後オプティクス１１７は、いくつかの円柱レンズおよび空気スリットを含んでもよい。最終的に、ビーム１１４は、ウエハ表面１１２に焦点を合わされ、ウエハ表面１１２の平面を走査できる。装置に採用される偏向器の種類は、用途に応じ、多面鏡または検流計を含んでもよい。一実施形態では、偏向器１１６は音響光学偏向器である。ウエハ表面１１２は、平坦１１８でも、パターニング１１９されていてもよい。前述の集光器チャネル１１０ａ，ｂおよび１１１ａ，ｂに加えて、反射性および／または自動位置決めチャネル１２０、ならびに垂直集光器チャネル１２１を含む検出器チャネルが提供されてもよい。

【0023】

ビーム１１４の波長は、用途の特定の要件に応じて決まる。例えば、ビーム１１４は、約４８８ｎｍの波長を有することができ、アルゴンイオンレーザなどの任意の適切な光源により生成できる。ビーム１１４の光軸１４８は、角度θでウエハ表面１１２に方向づけられ得る。この角度θは、用途に応じて、ウエハ表面１１２の垂直線に対して５５〜８５度の範囲などの任意の適切な角度でもよい。

【0024】

走査機構は、偏向器１１６およびウエハを上に載せる平行移動ステージ１２４を含むことができる。ステージ１２４上のウエハの位置は、任意の便利な方法、例えば、真空吸引により保持される。ステージ１２４は、表面１１２を１２５，１２６，１２７に示すような細長い領域に分割するように移動できる。ここでは、偏向器１１６を用いて細長い領域の幅にわたってビームを移動させる。

【0025】

図３を参照すると、ビーム１１４のグレージング角により、ウエハ表面１１２上に、特定の実施において走査線と直角の主軸を有する楕円スポット３２３を作り出せる。偏向器１１６は、細長い領域１２５の幅と長さが等しい短い走査線にわたって移動するスポット３２３で走査するように動作し、これにより鏡面的な反射光および散乱光を生成できる。スポット３２３により、ステージ１２４が走査線と直角にウエハを移動すると、指し示す方向に走査できる。この走査では、図３に示すように、スポット３２３が細長い領域１２５内を移動する。図の実施形態では、スポット３２３は、走査パス３２８により指し示す方向に走査される。走査パス３２８は、３２９に効果的な開始位置を有し、スポット３２３は、細長い領域１２５の境界３３１に到達するまで、開始位置から右に移動する。スポット３２３は、境界３３１に到達すると、走査方向と直角にステージ１２４に対して移動し、その後新しい開始位置３３０に位置し、走査線３２８と平行の走査線３３２に沿って移動する。偏向器１１６は、細長い領域１２５の全長に沿ったこの方法によりスポット３２３で走査し続ける。細長い領域１２５の走査が完了すると、ステージ１２４がウエハに対して移動し、隣接する細長い領域１２６の走査が可能になる。効果的な開始位置３３３は、細長い領域１２５を走査したときと反対の方向において各走査線と直角にステージ１２４を移動し、それによって蛇行性の走査を形成する位置である。これは走査パス３３４，３５５により示される。実質的に反対方向において隣接する細長い領域を走査するようにステージ１２４を移動することにより、１時間当たりに走査するウエハの数を増加しつつ、ステージの装置的な運動量を減らせる。

【0026】

図１および図２を参照すると、ウエハ表面１１２から散乱した光は、集光器チャネル１１０ａ，ｂおよび１１１ａ，ｂなどの一つ以上の検出器により検出できる。集光器チャネルは、チャネルのとりわけ仰角および方位角に応じて、固定された立体角にわたる光を収集するように設計できる。各収集チャネルの光軸は、表面１１２の垂直線に対して０〜９０度の範囲の仰角Ψに位置できる。先に論じたように、集光器チャネル１１０ａ，１１０ｂは、走査線の両側にビーム１１４に対して同じ方位角で対称的に位置できる。集光器チャネル１１０ａ，１１０ｂは、横方向に散乱した光を収集するように、ビーム１１４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角Ψ₁に位置できる。横方向に散乱した光は、ビーム１１４に対して約７５〜約１０５度の範囲の方位角で散乱した光として定義され得る。集光器チャネル１１０ａ，１１０ｂと同様に、チャネル１１１ａ，１１１ｂも走査線の両側に同じ方位角に位置できる。しかしながら、チャネル１１１ａ，１１１ｂの方位角Ψ₂は、前方に散乱した光を収集するように、３０〜６０度の範囲に位置できる。前方に散乱した光は、３０〜６０度の範囲の方位角で散乱した光として定義され得る。当然ながら、集光器チャネルの数および位置、ならびに／またはそれらの立体角での収集は、本発明の範囲から逸することなく、さまざまな代替的な実施形態において変更してもよい。

【0027】

明視野反射性および／または自動位置決めチャネル１２０は、鏡面的な反射光を収集するように、ビーム１１４の前に位置してもよい。このチャネルから生じた明視野信号は、パターン、反射性および高さの局所変化に関する情報を伝える。このチャネルは、表面上のさまざまな欠陥の検出に敏感である。例えば、明視野信号は、膜厚の変化、変色、汚れ、および誘電率の局所的な変化を表すのに敏感である。明視野信号は、そのエラー信号に応じて高さを調整するためにｚ−ステージに供給される、ウエハ高さの変化に対応する高さエラー信号を生成するのにも使用できる。最終的に、明視野信号は、表面の反射率マップを作図するのに使用できる。このチャネルは、照射ビームと反射ビームとが共線的でないような反射モードで動作する、展開されるＴｙｐｅ Ｉ共焦点顕微鏡として配置できる。あるいは、照射ビームと反射ビームとは共線的でもよい。

【0028】

垂直集光器チャネル１２１は、ウエハの平面と大体直角の領域の上方における、固定された立体角にわたる光を収集するように配置できる。立体角での収集以外に、垂直集光器の実施は、他の集光器チャネル１１０ａ，ｂおよび１１１ａ，ｂと同様でもよい。垂直集光器は、上方向に光を散乱する欠陥の検出に加えて、ウエハ上の意図的なパターンから出た散乱光を収集するようにも使用できる。意図的なパターンから収集された信号は、ウエハパターンの調節、および機器における装置的なステージの座標系へのそれの記録を促進するのに使用できる。

【0029】

集光器チャネルの一つ以上は、検出された出力信号のダイナミックレンジを増大するための高速対数光検出器機構を含む。これらの光検出器機構は、集光器チャネル１１０ａ，ｂ、１１１ａ，ｂおよび１２１の一つ以上の内部に提供できる。概略的には、光検出器集光器は、検出した光子から信号を生成するための光電子増倍管（ＰＭＴ）などの光センサと、その光信号をデジタル光信号に変換するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）とを含む。当然ながら、光を検出して、アナログ信号をデジタル信号に変換する他の適切な機構を用いることができる。

【0030】

光検出器集光器は、ＰＭＴのゲインを自動的に調整するための機構も含む。ＰＭＴのゲインを自動的に調整するための一部の実施形態は、２００４年１２月２１日に公表された米国特許第６，８３３，９１３号、および２００１年１月２３日に公表された米国特許第６，１７７，６６５号にさらに記載される。これらの特許は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。一つの記載された手法では、集光器は高速フィードバックまたは制御ループ機構を含み、これらは陽極の最新の検出した信号強度に応じてＰＭＴのゲインを連続的に調整する。陽極出力が高いときには、高強度の光信号がＰＭＴに過剰供給されないように、制御ループはＰＭＴゲインを低くする。反対に、陽極出力が低いときには、低強度の光信号の感度を増大するように、制御ループはＰＭＴゲインを上げる。ゲイン情報は、陽極電流とは別々に得られる。２つのデータストリームをデジタル的に再び組み合わせて単一の光情報データストリームを構成する。

【0031】

基本的なゲイン調整技術により、検査システムは非常に大きい強度範囲にわたる光信号を受信可能になるが、そのような手法は、アナログゲイン制御ループに特有の時間遅延を生じることがある。信号が迅速に変化する状況では、制御ループの伝搬遅延は応答システムにも影響する。露出したウエハ上の点欠陥の極端な例では、このタイプのシステムは、信号の最も明るい部分が既に通過した後にのみ応答する。その結果システムは、高ゲインにおいて検査すべき領域におけるゲインを低くする。制御ループ手法では、特定の画素におけるＰＭＴゲインは、システムにより最後に走査された前の画素の陽極電流の大きさに応じて決定される。ゲインは、同じ走査線における直前の過去に反応しているため、常に、実際の検出信号に遅れて変化する。

【0032】

光信号帯域幅がシステムの能力を上回る場合には、大きな陽極電流の逸脱により、再構成された信号にアーチファクトが引き起こされることがある。図６Ａは、光学帯域幅が検出システムの能力を上回る例を示す。この例では、陽極電流出力６０２、ゲイン信号６０４、および再構成された（分析対象の）画像信号６０６が、時間（ｎＳ）に関してグラフに示される。より高い値がより高い光信号に対応するように、ゲインは実際の値に反比例する値がプロットされることに留意されたい。ゲイン信号６０４が陽極電流６０２に遅れた動きをすることが明らかである。ゲイン６０４は、ピークを過ぎ、陽極電流６０２が下がり始めた後も、（逆向きの上昇信号として図示するように）なおも下がり続ける。この遅れにより、対数増幅器の能力を超えた、陽極電流６０２におけるスルーレートが生じ、これにより再構成された信号６０６が、トレーリング側において非対称のテールを示す（図表においてラベルされた「画像アーチファクト」）。アーチファクトの画像は、「涙形状」であり、図６Ａにも二次元画像として示す。また、光信号の最も明るい部分を測定すると、ゲインは（逆向きのゲイン信号６０４における逆向きの最小値として示す）最大値付近に留まる。この結果、最大４０ｍＡの非常に大きい陽極電流が生じ、この値は０．１ｍＡの仕様を有するＰＭＴに定格の、標準的な最大平均陽極電流を遥かに上回る。

【0033】

本発明の特定の実施形態は、一つ以上の以前の走査線からの測定値に基づき各走査線に必要なゲインを予測する技術を用いて、この涙形のアーチファクトを実質的に除去する。画像の空間分解能がレーザスポットの点広がり関数（ＰＳＦ）により制限されることが観測された。例えば、あるタイプの検査ツールは、各走査線がスポットの全出力に対して即座には露出しない３と１／２走査線に同時に及ぶレーザスポットを有することができる。試料の明るい部分では、各走査した線に関して試料から出る検出される光は、スポットが試料の明るい部分の方に移動するにつれて徐々に増大する。つまり、一つの走査線は完全には暗くならず、その後次の隣接する線が完全に明るくなる。また、１／ｅ²直径ごとの試料の数に換算される試料レートが、Ｘ方向とＹ方向とで同じであることも観測された。これらの観測は、測定されない画素のおおよその強度を予測する場合に、Ｘ方向における先の画素がｙ方向における先の画素と全く同じであることを意味する。先の走査線から集められた情報に基づき、特定の走査線におけるゲイン制御波形を構成することによって、ゲインの最小値が陽極電流の最大値に適合するように、タイムラグを実質的に解消できる。

【0034】

本発明の特定の実施形態は、以前の走査線を保存および解析し、次にゲイン制御波形を検出器（例えば、ＰＭＴ）に送るためのデジタル的な実施、例えば高速デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）による実施を含む。２つの一般的な実装は、閉ループ手法および開ループ手法を本明細書に記載する。これらの２つの手法は、複雑性および先の走査情報を保持するタイムスケールが互いに異なる。

【0035】

閉ループ手法は、一般的に、ダイからダイまたはウエハからウエハへの光信号の再現性について全く想定しない。この手法では、最近の先の走査線からの情報のみを用いて次の走査線の明るさを予測する。具体的には、以前の走査線を、未来のデータ（例えば、次の走査線におけるデータ）の強度範囲の予想に用いることができる。次に、この予測を用いて、受信対数増幅器の動作範囲の略中間に陽極電流を維持するための、「最高の」中間ゲイン制御波形を構成する。

【0036】

代替的な「開ループ」解決法では、ダイの明るさは、方策学習段階期間に得られる。次に、受信対数増幅器の動作範囲の略中間に陽極電流を維持するための、完全なダイにおけるゲイン波形が決定される。この同じゲイン波形または画像は、その後の全てのダイの検査に使用できる。結果として、ゲインの伝搬遅延はほとんど生じず、測定した結果から「涙形のアーチファクト」が実質的に除去される。実装では、「方策」ダイの明るさは、製造および測定効果がダイの明るさをシミュレートしてモデルされた設計データに基づき決定される。概して、特定のダイの明るさは、ダイ構造についての既存の知識（例えば、ダイを設計した実在物からの情報）から決定される。あるいは、ダイは、初期には最小ゲインで走査される。この代替的なプロセスでは、低信号を依然として有するダイエリアは、その後再度わずかに高いゲインで走査される。ダイ全体が走査されるまで、低信号を有し続けるダイエリアにおいて走査が繰り返される。このプロセスは遅いことがあるが、そのような設定プロセスは、方策設定期間に一度のみ行われるであろう。

【0037】

これらの２つの解決法の特定の実施形態は、ゲインを設定するためのデータ（以前の走査線またはウエハダイのいずれかからのデータ）の保存を含む。ＰＭＴのゲインを設定するために、計算されたゲイン値を、その後例えばＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）により再生し、伝搬遅延をほとんど生じないように制御ループによりＰＭＴに送ることができる。図６Ｂは、本発明の具体的な実装に係る、ＰＭＴゲインがウエハ構造の予備知識から決定された「開ループ」解決法により生み出された結果を示す。図６Ｂは、陽極電流６５２、逆向きのゲイン信号６５４、および「開ループ」の実施形態から得られた再構成された信号６５６のグラフを含む。図表からゲインの伝搬遅延がほとんど生じず、画像６５８に示すように「涙形」のアーチファクトが除去されたことが明らかである。

【0038】

閉ループ手法を再度参照すると、図４は、本発明の一実施形態に係る、高速対数光検出器システム４００を示す概略図である。図示のように、システム２００は、検出ブロック４５０、ゲイン調整ブロック４５１、および欠陥プロセッサブロック４１２を含む。任意の適切なタイプおよび数の装置を、そのようなシステム４００のブロックの実装に利用できる。これらのブロックは、単一装置に統合されてもよいし、複数の装置でもよい。例示の機構を以下にさらに記載する。

【0039】

検出ブロック４５０は、概して、試料から出た光を検出し、そのような検出した光に基づき応答信号を生成する。検出ブロック４５０は、ゲイン調整ブロック４５１によりセンサに入力されたゲインも検出し、そのような検出したゲインに基づきゲイン信号も生成する。検出ブロック４５０は、応答信号とゲイン信号とを組み合わせた信号を、ゲイン調整ブロック４５１および欠陥プロセッサブロック４１２に出力するようにも構成される。

【0040】

ゲイン調整モジュール４５１は、概して、ゲイン信号と応答信号とを組み合わせた信号を受信し、一つ以上の走査した線におけるそのような組み合わせの信号を保存し、次に保存した信号に基づき試料の特定の次の走査線に対するゲインを予測する。このゲイン予測は、その後、特定の走査線における、センサへのゲインを調整するのに使用される。ゲインは、増幅器４６４により受信され、増幅器４６４はゲインを増幅し、検出モジュール４５０のセンサ４０１に出力する。欠陥プロセッサ４１２は、通常、検出した信号を解析し、試料に欠陥があるか否かを決定する。

【0041】

検出ブロック４５０は、試料から出て収集された光、およびセンサまたはＰＭＴに加えられるゲイン４１４の両方に対応する信号を生成する任意の適切な方法で実装され得る。図示のように、検出ブロック４５０は、ゲイン調整モジュール４５１の制御電圧増幅器４６４から送られたＰＭＴゲイン信号４１４を受信する光電子増倍管（ＰＭＴ）４０１の形態のセンサを含む。ＰＭＴ４０１は、そこに衝突した光を測定信号４６８、例えば、光強度に比例する電流値に変換する。この測定信号４６８は、対数増幅器４８２に送ることができる。適切なＰＭＴは、サーキュラケージ型のＰＭＴ、金属チャネル光電子増倍管などを含む。

【0042】

対数増幅器４８２は、ＰＭＴ４０１の陽極電流の対数である信号を生成するように設計できる。任意の適切な基準値が対数増幅器４８２により利用され得る。一実装では、対数増幅器４８２は、４０進（four-decade）対数増幅器（例えば、フロリダ州ロングウッドのＡｎａｌｏｇ Ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｉｎｃから入手可能なモデル３８２対数増幅器）である。

【0043】

検出ブロック４５０は線形増幅器４９０も含むことができる。これは、ゲイン調整ブロック４５１により生成されたゲイン信号４１４を受信し、そのようなゲイン信号を検出ＡＤＣ４０４およびＰＭＴ応答ルックアップテーブル（ＬＵＴ）４０８を介してゲイン調整ブロック４５１にフィードバックする。

【0044】

概して、線形増幅器４９０および対数増幅器４８２の出力は、例えば、ＰＭＴ４０１の実際のゲイン特性を計上するための、検出した信号およびゲインの理想対数表現にデジタル化および変換できる。この値は、標準的な応答曲線とは異なり、または対数増幅器４８２における誤差、もしくはＰＭＴそれ自体などの他の箇所に生じる電流依存の誤差を原因として理想の値とは異なる。図の実施形態では、線形増幅器４９０および対数増幅器４８２の出力は、それぞれ、検出ＡＤＣ４０４および電流ＡＤＣ４０２により別々にデジタル化される。

【0045】

検出ＡＤＣ４０４および電流ＡＤＣ４０６の出力は、それぞれ、プログラム可能なＰＭＴ応答ＬＵＴ４０８およびログアンプ応答ＬＵＴ４０６に問い合わせを行うのに使用できる。ＬＵＴ４０８，４０６は、各々、増幅器４９０，４８２の出力をゲイン４５２および陽極電流４５４の理想対数表現に変換する一般の較正を完全に実施するのに使用できる。これらは共通の既定の原理を有する。

【0046】

ＬＵＴ４０６および４０８は、回路またはＰＭＴにおける任意のオフセット、ゲイン誤差、または高次非線形を排除するように、本発明の個々の特定の実施形態に応じて経験的に決定できる。使用する特定のタイプのＰＭＴの実際のゲイン特性に応じて、対数増幅器または指数法則（例えば、平方根、立方根など）などの一部の他の非線形伝達関数を持つ増幅器を、本発明の本質を変えることなく、増幅器４９０と置き換えることができる。

【0047】

次に、ゲイン信号４５２をＰＭＴ出力または電流信号４５４から減ずることにより、その後ゲイン調整モジュール４５１に入力される出力信号４８８を生じることができる。出力信号（例えば、測定信号４６８から減じたゲイン）も、欠陥（例えば、画像）プロセッサ４１２に入力できる。欠陥プロセッサ４１２は、バッファリング、圧縮、パッキング、ノイズフィルタリングなどにより受信データを処理し、入力信号に基づき画像を生成し、画像を解析して試料における欠陥を検出するなどの機構を含むことができる。大多数の欠陥の発見は、閾値よりはむしろ、互いの強度の差異として規定された、ターゲットおよび参照ダイにおける強度の比として規定された対比を検出することにより行うことができる。しかしながら、従来の検査システムでは、強度の比の決定に伴う計算コストが高い。対数表現を用いることにより、強度比の対数を得るための対数強度の差異を（例えば、プロセッサ４１２により）簡単に取得できる。次に線形比における所望の閾値に相当する閾値を値として対数比に適用することにより、欠陥があるか否かを決定できる。

【0048】

ゲイン調整部は、任意の適切な方法で実施できる。図５は、本発明の具体的な実装に係る、図４のゲイン予測および調整モジュール４７０の図表示である。図５に示すように、（ＰＭＴから送られたデジタル化された出力信号から、デジタル化されたゲイン信号を引いた、）電流応答信号とゲイン信号とを組み合わせた信号は、複数走査線バッファ５０２により受信され得る。ただし、バッファは、最後に走査された単一線のみに関わる組み合わせの信号を保持するようにも構成できる。バッファ５０２は、検査ツールにより走査される次回の線の直前に走査された１本以上の走査線を保持するように構成できる。

【0049】

バッファされた一つ以上の以前の走査線は、その後次の走査線に対するゲイン値を決定するゲイン予測モジュール５０４により受信され得る。このゲイン値は、リミッタでもあるルックアップテーブル（ＬＵＴ）５０６にも入力され得る。これは、ゲインをさらに受信および／または処理するデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）４６６などの他の信号処理ハードウェア部品の許容値内にゲイン値を確保する。例えば、ＬＵＴ５０６は、ゲイン波形を処理ハードウェアの最小および最大限度内に確実に維持するように構成される。特定のゲイン制限を有し得るハードウェアは、ＤＡＣ４６６を含む。つまり、ＬＵＴ５０６は、ゲイン値をＤＡＣ４６６が読み出しできる形態に隠す。例証として、１２ビットＤＡＣは、０〜４０９６の値のみを読み出しできる。例えば、ＤＡＣ４６６が生成できない高ゲイン値は、ＤＡＣ４６６から出力できるアナログゲイン範囲の最高値を生成するように、ＬＵＴ５０６によりＤＡＣ４６６が読み出し可能な最大範囲の値に変換され得る。

【0050】

ＬＵＴ５０６の出力は、マルチプレクサ５０８にも入力され得る。これは、出力信号を乗算するための他の入力を受信するようにも構成できる。具体的な実装では、ＭＵＸ５０８は、デバッグモジュール５１０からのデバッグ信号を受信するように設計される。これは、デバッグ入力値を繰り返し増加させることにより、ＤＡＣ４６６をデバッグするように構成され得る。制御レジスタ５１１が、ＭＵＸ５０８がデバッグゲイン信号５１０または予測されたゲイン信号を出力するか否かを制御するように構成され得る。

【0051】

ゲイン信号は、ゲインＬＰＦ（低域フィルタ）５１２にも受信され得る。これは、ゲイン信号の周波数を特定の周波数レンジ、例えば、２５ＭＨｚ以下に制限することにより、例えば、誘導電流を最小化する。例証として、高周波のゲイン信号により、システムにおける望ましくないアーチファクトを招く高い誘導電流が生成されることがある。したがって、ＬＰＦ５１２は、望ましくないアーチファクトを生み出さない周波数の高さに関する実験に基づき、ゲイン信号を特定の最大周波数未満に制限するように選択できる。

【0052】

ゲイン信号はゲイン遅延モジュール５１４にも受信され得る。これは、次の走査線に適合するようにゲイン信号の出力を調節する。例証として、ゲイン信号を通す配線および回路は、ゲイン信号を過度に早くＰＭＴに出力することがある。それに応じて、次の走査線が検査ツールにより走査されている時にそのような次の走査線に対するゲインがＰＭＴに加えられるように、次の走査線が走査されている時に基づきゲイン信号を遅延させることができる。例証として、次の走査線の第一の画素に関わるゲインは、以前の走査線の第一の画素に基づき予測されたゲインに設定され、次の走査線の第二の画素に関わるゲインなどは、以前の走査線の第二の画素に基づき予測されたゲインなどに設定される。

【0053】

ゲイン信号は、検出された応答信号と共に、ＰＭＴ保護モジュール５１６にも入力され得、これはゲイン信号がＰＭＴに損害を確実に与えないようにする。例証として、検出された光信号（例えば、検出されたＰＭＴ電流）が過度に高い場合には、ゲイン信号は、ＰＭＴを保護するようにクランプされ得る。

【0054】

一つの実装例では、次の走査線における応答は、以前の１本以上の走査線の応答と同じであると予測できる。２本以上の走査線を使用する場合には、複数の走査線（例えば、３本の走査線）からの応答を、次の走査線における応答を予測するために共に平均化できる。その後次の走査線に対するゲインを、結果生じる応答を指定範囲内の応答値に維持するように設定できる。具体的な例では、ダイノード電圧が約２５Ｖ（±１２．５Ｖ）だけ調整される場合には、ゲインは、約３．５桁分変化させることができる。

【0055】

次の走査線に対するゲインは、任意の適切な技術またはメカニズムを用いて予測および設定できる。図７は、本発明の一実施形態に係る、ゲイン予測および調整手順を例示するフローチャート７００である。最初に、工程７０２において、試料の一組の一つ以上の第一の走査線の各々にわたり入射ビームで走査し、同時に特定のゲインを検査ツールの光電子増倍管（ＰＭＴ）に入力する。工程７０４において、入射ビームが第一の走査線の各々にわたり走査した後または走査している間に、各第一の走査線からの、ＰＭＴにより収集された出力ビームプロフィル、および各第一の走査線に入力された特定のゲインに基づき、各第一の走査線における出力信号を取得する。例証として、各第一の走査線が入射ビームで走査されるときに、検査ツールのセンサが、光を収集し、そのような収集した光を測定信号に変換する。次にシステムの他の部品が、そのような測定信号を、そのような第一の走査線に関わる（特定のゲインを引いた）デジタル化された出力信号に変換する。工程７０６において、各第一の走査線における出力信号を、後のゲイン予測期間に使用するようにバッファおよび保存できる。

【0056】

工程７０８において、一つ以上の第一の走査線における出力信号に基づき、次に、次の走査線から収集される予期される出力ビームプロフィルを決定できる。例えば、予期される出力ビームプロフィルは、一つ以上の第一の走査線における出力ビームプロフィルと略等しいか、一つ以上の第一の走査線におけるゲイン増加率または減少率と略等しいゲイン増加率または減少率を有するものとして推測できる。工程７１０において、次の走査線における予期された出力ビームプロフィルをその後使用して、ＰＭＴにおける測定信号が、ＰＭＴの既定の仕様に入るように、次の走査線に対するゲインを決定および調整できる。示さないが、このプロセス７００は、試料の任意の数の走査線（例えば、すべてまたはかなりの部分）において恐らく繰り返される。

【0057】

次の走査線の各部分に関して決定されたゲインに応じた、次の走査線に対するゲイン波形が生じる。各部分のゲインの調整は、センサまたはＰＭＴの既定値の測定された信号（例えば、陽極電流）を保持するように行うことができる。センサ用の高い定値に対する低い定値を選択するためのトレードオフが存在する。例えば、定値を過度に低く設定すると、陽極電流を読み込む増幅器（例えば、対数増幅器４８２）の動作が非常に遅くなることがある。しかしながら、陽極電流を過度に低く設定すると、ノイズよりも過度に大きくなることがある。また、次の走査線に対するゲインの調整は、帯域幅を減らすことにより本明細書に記載するようなアーチファクトを最小限にするように行うことができる。ゲインの調整はまた、ＤＡＣ４６６が読み出し可能な形態などの、ハードウェアシステムの制限を考慮しても行うことができる。ゲインは、例えば、ＤＡＣ、ケーブルおよび光路の伝搬遅延を考慮して遅延させることもできる。

【0058】

実装では、次の走査における光の予期される値は、以前の走査から出た光の測定値と等しいと推測される。
Ｌｉｇｈｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｉｇｈｔ（ｘ−１，ｙ） 式［１］

【0059】

式［１］において、試料は、ｙ方向の高速掃引においてビームにより走査され、その後ｘ方向の低速掃引においてビームに対して移動する。つまり、各走査線のｘ位置は同じである。しかしながら、試料の表面は任意の適切な方向に走査してもよい。概して、試料の第一の部分を走査し、その後試料の第二の部分を走査する。第二の部分におけるゲインは、以前に走査された第一の部分から出た光の測定値に基づき予測できる。

【0060】

複数の以前の走査線に基づくさまざまな外挿法も採用できる。直近の２本の走査線の、対数領域における幾何学的な線形外挿法では、次の走査線における予期される光は、以下の式により決定される。
Ｌｉｇｈｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｉｇｈｔ（ｘ−１，ｙ）＋（Ｌｉｇｈｔ（ｘ−１，ｙ）−Ｌｉｇｈｔ（ｘ−２，ｙ）） 式［２］

【0061】

この幾何学的な線形外挿法では、直近の２本の走査線間の差異を直近の走査線の光の値に追加して、ある線と他の線との間の増大分を得る。例えば、光が徐々に増大する場合には、次の走査線も直近の２本の走査線間の増大分と同じ量だけ増大すると推測され得る。

【0062】

代替的な幾何学的な部分的線形外挿法では、その外挿法が、光強度の増大および減少が幾何学的な線形外挿法よりもより少ない（または多い）という予期に従いバイアスされ得る。
Ｌｉｇｈｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｉｇｈｔ（ｘ−１，ｙ）＋α（Ｌｉｇｈｔ（ｘ−１，ｙ）−Ｌｉｇｈｔ（ｘ−２，ｙ）） 式［３］

【0063】

式［１］および［２］は、それぞれ、α＝０および１である式［３］の幾何学的な部分的線形外挿法の特別な事例と見なすことができる。加重値αの選択は、走査線間のウエハの光強度が変化する速度の決定に応じて行うことができる。光強度が徐々に変化する場合には、ゼロに近い値を選択することができる。反対に、ウエハの光強度が迅速に変化する場合には、１に近い値を用いることにより、変化する光強度に遅れないことができる。

【0064】

図８Ａは、本発明の具体的な実施形態に係る、光電子増倍管（ＰＭＴ）におけるバイアス回路を示す概略図である。図示のように、例えば、１０個のダイノードが取り付けられた、日本国浜松市のＨａｍａｍａｔｓｕ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な描写するＰＭＴ１０が図示されているが、当業者は、別の製造業者が製造するＰＭＴ、または種々の数のダイノードを有するものに本発明を容易に適合させることができることを理解するであろう。

【0065】

この図の実施形態では、ＰＭＴ１０は、２つの別個のバイアスストリング１６，１８を駆動する２つの対等の定電流源１２，１４によりバイアスされる。バイアスストリングの一方は調整可能であり、他方は固定値の一組のダイノードである。偶数で番号付けされたダイノードＤ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８、Ｄ１０およびＤ１２に関わるバイアスツェナーダイオードストリング１６は、直列接続されたツェナーダイオード３０，３２，３４，３６，３７，３８，４０を含む。これらは定電流源１２により駆動され、接地として参照される。これらのツェナーダイオードの定格電圧は、例えば、それぞれ、２００Ｖ、１００Ｖ、１００Ｖ、１００Ｖ、５０Ｖ、５０Ｖおよび５０Ｖでもよい。

【0066】

偶数で番号付けされたダイノードＤ１、Ｄ３、Ｄ５および４８に関わる他方のバイアスツェナーダイオードストリング１８は、直列接続されたツェナーダイオード５２，５４，５６，５８，６０を含む。これらは定電流源１４により駆動される。バイアスツェナーダイオードストリング１８は、増幅器４６４の出力における高速可変電圧源Ｖｃｔｒｌを参照できる。これらのツェナーダイオードの定格電圧は、例えば、それぞれ、１５０Ｖ、１００Ｖ、１００Ｖ、１００Ｖおよび１２５Ｖでもよい。Ｖｃｔｒｌは急速に変動し得るが、バイアスストリングを駆動する定電流源には、動作させるための唯一の一定のＤＣ電圧が必要となる。

【0067】

ツェナーダイオード３０，４０，５２，６０の値は、通常、隣接するダイノード間の電圧が陰極６６における電圧よりも減少するように、隣接するダイノード間の電圧をオフセットするように選択することができる。さらに、ＶｃｔｒｌがダイノードＤ１２における電圧の１．５倍と等しい場合には、この電圧はＶｍａｘ、最大ゲイン制御電圧と呼ばれる。

【0068】

２つのバイアスツェナーダイオードストリングの各々内のダイノード間電圧が一定であるため、コンデンサ７０を、ツェナーダイオード５２以外のすべてのバイアスツェナーダイオードと並列に設置することにより、バイアスストリングの動作インピーダンスを低くすることができる。これらのコンデンサは、本明細書に開示するゲイン制御回路の速度に影響を及ぼすことなく、適宜大きく（例えば、０．１μＦ）することができる。

【0069】

ＶｃｔｒｌがＶｍａｘと等しいとき、ＰＭＴ１０はその最大ゲインで動作する。Ｖｃｔｒｌの負の値が大きくなると、ダイノード間電圧は、従来のバイアス回路におけるそれらの従来の値よりも大きくなり、小さくなることを繰り返してもよい。例えば、Ｖｃｔｒｌの負の値が大きくなると、ダイノードＤ７とダイノードＤ８との間の電位は減少し、一方で、ダイノードＤ７とダイノードＤ６との間の電位は増大する。このため、各ダイノードにおけるゲインは、交互に増大または減少する。しかしながら、ゲインの増減速度は、奇数ダイノードにおける増大よりも、偶数ダイノードにおける減少がより速い。結果として、全体のＰＭＴゲインが減少する。

【0070】

ＶｃｔｒｌがダイノードＤ１２にかかる電圧の０．５倍に近づくと、一対の奇数ダイノードおよび偶数ダイノードが互いに同じ電圧に近づき、管全体のゲインが最小になる。この電圧をＶｍｉｎと呼ぶ。ＶｃｔｒｌがＶｍｉｎに近づくと、２つのバイアスストリングシステムにおける部品の不一致に起因して、システムの正確性が下がる。しかしながら、回路は、信号をなおも減衰し続ける。これにより、過負荷電流が停止したときに、高速回復により過負荷保護を作ることが可能になる。

【0071】

２つのバイアスストリングを駆動する図８Ａの厳密に一致した電流源１２，１４は、各々、任意の適切な方法で実施できる。図８Ｂは、２つの一定電圧電源である高電圧（ＨＶ）電源８０２および低電圧（ＬＶ）電源８０４のみを使用する電流源回路を示す。従来のバイアスされたＰＭＴを使用する電源とは異なり、ＨＶ電源は、電流源が直列調整器の機能を果たすため、特に安定的でなくてもよい。高電圧電源８０２は、カリフォルニア州サッタークリークのＥＭＣＯ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅから入手可能なＭｏｄｅｌ Ｅ０６などの市販されている高電圧電源でもよい。低電圧電源８０２は、マサチューセッツ州マンスフィールド のＤＡＴＥＬから入手可能なＭｏｄｅｌ ＵＷＲ−１２／２５０−Ｄ１２などの、高い分離電圧を持つ市販されている１２Ｖ ＤＣ−ＤＣ変換器でもよい。電圧調整器８０６は、９ボルトの調整電圧を供給する標準的な３端子線形電圧調整器でもよい。電圧調整器８０８は、４．０９６ボルトの電圧基準を提供する精密な３端子電圧基準のものでもよい。図８Ｂの残りの回路素子に電力を供給するために、通信線８１０，８１２，８１４が使用される。高圧電源８０２が、電流源に通じる通信線８１０に高電圧の「浮動」接地であるＨＶＦＧＮＤを形成する。低圧電源８０４および電圧調整器８０６，８０８が、この浮動接地として参照され、電流源に使用される通信線８１２に４．０９６Ｖの基準電圧を生成し、通信線８１４に９ボルト電源を生成する。

【0072】

増幅器８１６は、適度な速度、低オフセットの演算増幅器でもよく、ＭＯＳトランジスタ８１８は、高電圧低容量Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴでもよい。任意の適切な代替的なものが、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｄｉｏｄｅｓ Ｉｎｃ．などを含む多数の製造業者から入手可能である。

【0073】

レジスタ８２０は、正確に３０００オームの、０．１％レジスタ（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ）の形態であり、普通の１％の１５０オームレジスタであるレジスタ８２２に追加されてもよい。一実施形態では、増幅器８１６が、ＭＯＳトランジスタ８１８のゲートにおける電圧を調整し、ＨＶＦＧＮＤに至る３１５０オームのレジスタ８２２，８２０の組み合わせにわたり、一定の４．０９６ボルトを保持する。これにより正確な１３００ｍＡの電流が、ＭＯＳトランジスタ８１８を流れる。ＭＯＳトランジスタ８１８のゲートが絶縁されているため、すべての電流がＭＯＳトランジスタ８１８のドレインにおいて負荷から出る。

【0074】

レジスタ８２４，８２６およびコンデンサ８２８は、標準の設計実践に従い、部品における非理想的動作を是正するように使用される。レジスタ８２４は、図の実施形態では約５０オームの値を有し得、増幅器８１６をＭＯＳトランジスタ８１８のゲート静電容量から絶縁する。レジスタ８２６は、示す実施形態では約３１６０オームの値を有し得、増幅器８１６の入力バイアス電流を補正する。コンデンサ８２８は、示す実施形態では約１μＦの値を有し得、減結合コンデンサである。

【0075】

図の実施形態では、図８Ａの高電圧増幅器４６４は、約３５のゲインを持つ高速線形増幅器である。図８Ｃは、図４および図８Ａの増幅回路４６４の一実装を示す概略図である。図８Ｃの増幅回路は、３つの電源および１つの電圧基準（図示せず）を使用する。これらの名目出力電圧は、それぞれ、＋５Ｖ、＋２．５０Ｖ、−５Ｖおよび−１００Ｖである。出力は高電圧ＭＯＳトランジスタ１９２，１９４により駆動され、これらは高ゲインを持ち、共通ソース構成で配線される。ドレイン容量を最小限にするために、出力の通常動作範囲は、約−２５Ｖ〜−７５Ｖの範囲に制限される。増幅器１９６は、ＭＯＳトランジスタ１９２を直接制御するが、ＭＯＳトランジスタ１９４については高周波数部分のみを制御する。ＭＯＳトランジスタ１９４のＤＣ成分は、トランジスタ１３０およびレジスタ１３２を通して増幅器１９８により制御される。増幅器１９８は、ＭＯＳトランジスタ１９４のバイアスを能動的に調整して、ＭＯＳトランジスタ１９２における一定のソース電流を保持する。トランジスタ１９２における一定のソース電流が負荷に供給される最大に可能な電流よりもわずかに多くなるように回路を構成することにより、確実に、トランジスタ１９４が常にわずかに順方向にバイアスされる。

【0076】

図８Ｃの回路の動作範囲の制限、およびアクティブバイアスの使用により、ＭＯＳトランジスタ１９２およびＭＯＳトランジスタ１９４のいずれも、確実に、決して飽和状態にならず、完全に停止することもない。これにより非常に高速の増幅器を製造することが可能になる。

【0077】

アクティブバイアス回路の使用では、電源電圧の変化を注意深く追跡し、そして任意のＭＯＳトランジスタの閾値電圧の変化を自動的に補正することにより、電力消費を最小限にする。従来のバイアス方式を使用する場合には、システムは、成分値と電源電圧との最悪の組み合わせを考慮して設計する必要があったであろう。これは、通常動作下では、電力消費が著しく大きいであろうことを意味する。

【0078】

レジスタ１３４，１５６が増幅器のＤＣゲインを設定し、一方で、コンデンサ１３５および１３７は、高周波において同じゲイン値を保持しつつ、フィードバックネットワークのインピーダンスを減少するように選択できる。レジスタ１３８が、増幅器１９６への入力バイアス電流を補正する。レジスタ１４０が、ＭＯＳトランジスタ１９２のＤＣバイアス電流を検出する。レジスタ１４２，１４４が、トランジスタ１９２のバイアス電流の設定に使用する基準電圧を設定する。レジスタ１４６が、コンデンサ１４８とともに、バイアス増幅器１９８の帯域幅を制限する。レジスタ１３２が、ＭＯＳトランジスタ１９４のゲートをＭＯＳトランジスタ１３０の出力キャパシタンスから絶縁する。レジスタ１５０は、プルアップレジスタであり、コンデンサ１５２の充電を維持する。レジスタ１５４，１５６が、発振を防ぐようにバイアス増幅器１９８のループゲインを制限する。

【0079】

コンデンサ１４８，１５８は、図の実施形態では、それぞれ０．１μＦおよび３０ｐＦの値を有し、安定性に要求される帯域幅制限帰還コンデンサである。コンデンサ１５２は、図の実施形態では０．１μＦの公称値を有し、たとえ増幅器１９６の最大±５Ｖの動作範囲を超えても、増幅器１９６にＭＯＳトランジスタ１９４を制御させるのに必要なＤＣ阻止コンデンサである。コンデンサ１６０，１６２，１６４，１６６，１６８，１７０，１７２は、すべてバイパスコンデンサであり、図の実施形態では０．１μＦの公称値を有する。

【0080】

図４、図５および図８Ａ〜図８Ｃに図の実施形態では、単一のゲイン入力を利用してＰＭＴを制御する。代替的な実施形態では、２つのゲイン入力を用いてＰＭＴを制御する。図９Ａは、本発明の代替的な実施形態に係る、２つのゲイン入力を有する、光電子増倍管（ＰＭＴ）におけるバイアス回路を示す概略図である。図示のように、２つの入力は、増幅器９０２ａに入力するゲイン制御偶数信号、および増幅器９０２ｂに入力するゲイン制御奇数信号を含む。具体的な実装では、これらの２つの入力は、反対方向である２組のＰＭＴ１０のダイノードの調整に使用できる。図示のように、一方の組のダイノードは、奇数で番号付けされたダイノードＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７であり、他方の組のダイノードは、偶数で番号付けされたダイノードＤ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８である。偶数で番号付けされたダイノードは、定電流源ｉ１により駆動される偶数バイアスストリング９１８によりバイアスされ、奇数で番号付けされたダイノードは、定電流源ｉ２により駆動される奇数バイアスストリング９１６によりバイアスされる。示すようなバイアスストリング９１８は、接地とも参照される。図８Ｂの電流源回路などの任意の適切な電流源を使用できる。

【0081】

増幅器９０２ａ，９０２ｂは、実質的に整合されており、３５ＭＨｚまで均一の性能、および最小の高調波ひずみを有し得る。測定および数値モデリングにより、信号をゲイン制御偶数信号＝（−１）×ゲイン制御奇数信号に印加したときに最適性能を達成できる（ＰＭＴ帯域幅がゲインと無関係であり、ＰＭＴゲインを３．５桁分にわたり変化できる）ことが示された。

【0082】

各バイアスストリングにおけるレジスタおよびコンデンサの値の選択は、バイアス電流が各ダイノードにおける電子増倍電流よりも遥かに大きくなるように行うことができる。この選択をしないと、ダイノード電圧が変化し、これは安定的なＰＭＴ性能にとって望ましくない。図示のように、各レジスタＲ１〜Ｒ４，Ｒ７，Ｒ８の値は、６０ｋΩであり、各コンデンサＣ１〜Ｃ８の値は約０．００１ｕＦである。コンデンサＣ９の値は、約１ｕＦでもよい。

【0083】

レジスタＲ５およびＲ１０の値は、最適ゲイン範囲および帯域幅を提供するように選択できる。一実装では、Ｒ５は約７０ｋΩであり、Ｒ１０は約１３０ｋΩである。Ｒ１３、Ｒ１４およびＣ１０の値の選択は、電流を陽極回路に注入して、ゲイン制御信号により駆動されるＤ１〜Ｄ８における電圧の変調により陽極回路に誘導される電流を補正するように行うことができる。例えば、Ｒ１３の値は１ｋΩであり、Ｒ１４の値は１ＧΩであり、Ｃ１０の値は０．２ｐＦである。

【0084】

ゲイン制御増幅器の一つは、（例えば、コンデンサＣ１０、ならびにレジスタＲ１３，Ｒ１４への）電荷注入を補正する回路を直接駆動するように構成できる。奇数ダイノードと陽極との間の容量結合が、偶数ダイノードと陽極との間の結合よりも大きくなり得るため、電荷注入を補正する回路は、ゲイン制御偶数信号により駆動される。陽極への到達時間を陽極に注入される電流の約１ナノ秒以内に間に合わすため、信号経路に固定遅延（例えば、遅延９０４，９０６，９１０）を挿入してもよい。この遅延の原因には、Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８の変調、１ナノ秒以内にゲイン補正回路により注入される電流、ならびにＤ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７の変調に従い陽極に注入される電流がある。例えば、遅延増幅器９０４，９０６，９１０は、ゲイン制御偶数信号がゲイン制御奇数信号と１８０度の位相の不一致であるときに、両方のゲイン制御信号により陽極Ａ内に注入される残留電流を最小限するように構成できる。

【0085】

ＰＭＴゲイン制御の調整は、ゲイン変調に関連する任意の注入した陽極電流を無効である０．１ｕＡ未満にするように２段階で行うことができる。１８０度の位相差を持つ２つの２５ＭＨｚ信号を、ゲイン制御奇数信号経路およびゲイン制御偶数信号経路に注入できる。これらの経路は、それぞれ、略３桁分の範囲にわたってゲインを調整するのに十分な大きさを有する。レジスタＲ１４の調整可能な値は繰り返し調整でき、そしてそれに伴うゲイン制御奇数信号とゲイン制御偶数信号との間の位相差を、両方のゲイン制御信号が互いに約１８０度の位相の不一致になるまで繰り返し調整できる。Ｒ１４のこの調整は、ＰＭＴ制御盤の製造時に行うことができる。

【0086】

図９Ｂは、図９Ａの２つのゲイン増幅回路９０２ａ，９０２ｂの一実装を示す概略図である。図示のように、入力信号Ｖｉｎ１が増幅器Ｕ１３に入力される。レジスタＲ６２〜Ｒ６７、コンデンサＣ４２およびＣ４３、ならびに誘導子Ｌ１の例示的な値を図９Ｂに示す。この実施形態では、レジスタＲ６２，Ｒ６３が、そのような増幅器Ｕ１３のフィードバック経路に電流制御を提供できる。レジスタＲ６４とＲ６５配置の中間、コンデンサＣ４２とＣ４３配置の中間、そして誘導子Ｌ１が、第一の増幅器Ｕ１３と第二の増幅器Ｕ１２との間に低域フィルタを提供する。レジスタＲ６６およびＲ６７が、最終の（偶数または奇数の）ゲイン制御信号を出力する増幅器Ｕ１２のゲインを設定する。電圧電源ＶＰＨＶおよびＶＭＨＶが、各々、２つの増幅器Ｕ１２およびＵ１３に提供され、±１５Ｖの値に設定され得る。増幅器Ｕ１２およびＵ１３として使用できる例示の部品は、テキサス州ダラスのＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＴＨＳ３０９１である。

【0087】

図１０は、本発明の第二の実施形態に係る、２つのＰＭＴゲイン信号を出力する高速対数光検出器システム１０００を示す概略図である。図示のように、検出器システム１０００は、ＰＭＴ偶数ゲイン信号を出力する偶数信号経路１００１ａ、およびＰＭＴ奇数ゲイン信号を出力する奇数信号経路１００１ｂの両方に流すゲイン予測データ１００２を受信する。ゲイン予測データ１００２は、以前の走査線から検出した信号に基づき予測された、次の走査線に使用されるゲインを含むことができる。予測ゲインは、前述のように決定できる。

【0088】

偶数経路１００１ａでは、乗算器１０１２が、ゲイン予測データ１００２を受信し、ゲイン制御信号１０１０に基づきそれを増幅（または、減少）および反転するように設計される。乗算器１０１２は、ゲイン変調に起因する注入した陽極電流の無効化を促進するように、ゲイン制御信号１０１０に基づきゲイン予測データ１００２をわずかに増幅するように設計できる。

【0089】

ＰＭＴ奇数および偶数ゲイン信号を出力する前に、ＰＭＴにおける誘導電流を最小限にするように、両方のゲイン予測信号が低域フィルタ（ＬＰＦ１およびＬＰＦ２）に受信される。ゲイン予測アルゴリズムは、非常に速く変化するゲインを予測できる。しかしながら、ゲインが過度に速く調整されると、大きな誘導電流がＰＭＴに誘導され、検出されるＰＭＴ信号にアーチファクトが生じることがある。

【0090】

低域フィルタリングの実行後、奇数ダイノードのゲイン予測信号が奇数ＤＡＣ１００８に直接入力され、その後増幅器９０２ｂを介して奇数ダイノードに向けて送られ得る。対照的に、偶数ゲイン信号は、誘導電流を最小限にするようにわずかに調整され得る。偶数ダイノードと陽極との間の結合は、奇数ダイノードと陽極との間の結合とわずかに相違する傾向がある。両方の組のダイノードが同じ信号（互いに対して単に反転した信号）を受信した場合には、両方の組のダイノードからの陽極における誘導電流は、（誘導電流がその結合に比例して）厳密には相殺されないであろう。乗算器１０１２に入力されるゲイン制御信号は、偶数ダイノード信号を増加または低下させるように選択できる。遅延モジュール１０１６は、偶数ダイノード信号の時間をわずかにずらすことにより、２組のダイノードの誘導電流が厳密に相殺されるように構成できる。偶数ダイノードに関わる結合と奇数ダイノードに関わる結合とが等しい場合には、同じ（反転した）信号が各々のダイノードの組に送られ、ゲイン制御信号１０１０および遅延モジュール１０１６を取り除くことができる。

【0091】

ＬＰＦＩおよびＬＰＦ２は、ゲイン制御増幅器９０２ａ，９０２ｂの非理想性を補正するような任意の適切な方法（例えば、ファームウェア）で実施できる。運転中定期的（例えば、２０分毎）に、ゲイン制御信号１０１０および遅延モジュール１０１６は、ゲイン変調に起因する注入した陽極電流を無効にするように再較正できる。好ましくは、ゲインの適合は、約０．１％に保持され、遅延調整は、約２０ピコ秒の決定に従い設定される。この再較正には数ミリ秒しかかからず、ＰＭＴが待機状態であるときに作動できる。要するに、この再較正は、長期にわたるＰＭＴダイノード容量の差異の動向、ＰＭＴゲイン制御増幅器９０２ａ，９０２ｂのゲインの動向、ならびにＰＭＴダイノードの時間遅延を是正するように構成できる。

【0092】

任意の適切な種類のＰＭＴを利用できる。一例えば、基本的な手法を、「線形集束」形状またはサーキュラケージ形状などのさまざまな種類のＰＭＴ形状にも応用できる。図１１は、サーキュラケージ型のＰＭＴ１１００の図表示である。ＰＭＴ動作のこの単純な例では、方向１１０４において受信され検出された光は、反射型光電陰極１１０２に反射され得、この反射により次に光電子がダイノード１１０６に反射する。

【0093】

製品のＰＭＴでは、光電陰極、ダイノードおよび陽極の配置は、製造業者が規定するような標準動作条件下でＰＭＴ帯域幅を最大にするように設計できる。本発明の特定の実施形態では、ＰＭＴは、ＰＭＴゲインが減少してもＰＭＴ帯域幅が依然として高くなるように動作する。

【0094】

従来のバイアスされたＰＭＴでは、電子は、一般に光電陰極から生じ、その後ほとんどの電子が、最終的に陽極に収集される。しかしながら、ＰＭＴのダイノードを前述のように調整すると、電子トレースは劇的に変化する。すなわち、より多くの電子がダイノードの表面に当たらず、故に陽極に到達する前に尽き果て、ＰＭＴのゲインを低くするように働く。

【0095】

図１２は、陽極において収集された電子であって、プロットされ収集された電子（ゲイン）の最大数に対する変調電圧の比を示す。点線の縦の黒線は、最小の電圧変調においてゲインが最大変化した、ダイノード変調に関わる対象となる領域を示す。図示のように、電子光学シミュレーションに基づく実線の曲線１２０２が得られ、ベンチデータから一点鎖線の曲線１２０４が得られ、ゲインの算出により点線の曲線１１０６が得られる。この曲線は、ダイノードに当たらない電子によるゲイン損失がないことが仮定される（米国特許第６，１７７，６６５号に記載される二次電子放出原理のみを使用する）。見てわかるように、ゲイン低減のほとんどは、ダイノード電圧の変化に起因する二次電子放出特性の変化ではなく（曲線１１０６は、米国特許第６，１７７，６６５号に記載するゲイン変動の一つのメカニズムである）、ダイノードに当たらない電子に起因する（曲線１２０２）。

【0096】

前述のデータは、（奇数ダイノードおよび偶数ダイノードが、反対方向と等しい距離移動する）対称的なダイノードの変調に関する。データは、非対称の事例に関するテスト（ベンチデータ）期間にも得ることができた。このデータは、陽極の誘導電流を最小限にするために使用できる。図１３は、種々のダイノード変調方式における種々のベンチデータ（ゲイン）を示す。実線の曲線１３０２は、ダイノード変調が対称的な場合を示し、一点鎖線の曲線１３０４は、奇数ダイノードよりも偶数ダイノードに大きい電圧をかけて調整した場合に対応し、点線の曲線１３０６は、偶数ダイノードよりも奇数ダイノードに大きい電圧をかけて調整した場合に対応する。対称的な事例は、最高性能（最小ダイノード変調で最大ゲイン変動）を生じるように見えるが、他の２つの事例も、理想的ではないが許容範囲にある。ここでもまた、点線の縦の線は、ダイノード変調に関わる対象となる領域を示す。

【0097】

種々の変調方式（図示せず）に関する帯域幅データも得られた。結果生じたデータは、対称的な事例が最高の選択であり、一方で、他の２つの非対称の事例もなおも許容範囲にあることを示すように見える。

【0098】

特定の実施形態は、制御増幅器の電圧振幅の減少を２倍促進できる。この結果、ＰＭＴゲインの最大スルーレートを倍増できる。また、制御増幅器の電圧振幅が約２倍減少することにより、高調波ひずみも実質的に減少できる。それ故、ゲインを制御するダイノードに対する寄生容量に従い陽極に注入される電流のより正確な相殺が可能になる。これにより高調波ひずみが低いゲイン変調増幅器の設計がかなり容易になる。出力トランジスタにおけるワット損も約４倍減少でき、信頼性が上がる。これらの比較は、米国特許第６，１７７，６６５号に記載される発明の実装に関連する。

【0099】

特定の設計の実施形態では、ゲイン変調に従い陽極に注入される正味電流は、陽極電流増幅器における目標のノイズレベルに近い値である０．５μＡ未満でもよい。対照的に、他のゲイン制御設計では、陽極電流ノイズレベルを遥かに上回る２０ｕＡを超える正味電流が注入されることがある。この大きな注入される正味電流は、陽極電流の以前の履歴に依存する複素電流を有し、信号からこの影響を数値的に取り除くためのファームウェアの使用が実用的ではないであろう。また、急激なゲイン変動の領域における欠陥に対する感度は、他のゲイン設計では弱いであろう。

【0100】

本明細書に記載する検査技術は、図１に概略的に図示するシステムなどのさまざまな特別に構成された検査または計測システムにおいて実施できる。特定の実施形態では、分析対象を検査または測定するためのシステムは、少なくとも一つのメモリと、本明細書に記載する技術を実行するように構成された少なくとも一つのプロセッサとを含む。メモリおよび／またはプロセッサは、プログラマブル素子またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の適切な組み合わせにより実施できる。検出器（例えば、ＰＭＴ）により獲得された信号は、コンピュータシステム、より一般的には信号処理装置により処理できる。コンピュータシステムは、結果生じた検査特性を（例えば、コンピュータ画面上に）表示するためのユーザインターフェースを提供するように（例えば、プログラミング命令により）構成できる。コンピュータシステムは、検出パラメータを変化させるなどのユーザ入力を提供する一つ以上の入力装置（例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック）も含むことができる。特定の実施形態では、コンピュータシステムは、本明細書に詳述した検査技術を実行するように構成される。コンピュータシステムは、通常、入／出力ポートに結合する一つ以上のプロセッサ、および適当なバスまたは他の通信機構を通した一つ以上のメモリを有する。

【0101】

そのような情報およびプログラム命令が特別に構成されたコンピュータシステムにおいて実施できるため、そのようなシステムは、コンピュータ可読媒体に保存できる、本明細書に記載するさまざまな工程を実行するためのプログラム命令および／またはコンピュータコードを含む。機械可読媒体の例は、これらに限定されないが、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスクおよび磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光媒体、光ディスクなどの磁気光学媒体、ならびにプログラム命令を保存および実行するように特別に構成された、リードオンリーメモリデバイス（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのハードウェアデバイスを含む。プログラム命令の例は、コンパイラにより生成されるなどの機械コード、およびインタープリタを使用してコンピュータにより実行できるより高いレベルコードを含むファイルの両方を含む。

【0102】

前述の発明は理解の明確さのためある程度詳細に記載したが、添付の請求項の範囲内で特定の変更および変形を実施できることが明らかである。本発明のプロセス、システムおよび装置を実施する多くの代替的な方法があることに留意すべきである。従って、提示する実施形態は例示的なものと見なされ、限定するものではなく、本発明は、本明細書に提示された詳細に限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】