(57)【要約】【課題】入力信号に対する応答速度を保ったまま、強度の変化が大きい信号を１つの増幅手段で増幅する。【解決手段】アンプ１２は、抵抗Ｒ１と共に帰還増幅回路を構成する。基準電圧発生回路１４、クランプ回路１５、オフセット回路１６、反転ゲイン回路１７、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１８及び抵抗Ｒ２は、帰還増幅回路の利得を制御する利得制御回路を構成する。クランプ回路１５は、信号増幅装置１０の入力電圧を、基準電圧発生回路１４が発生した基準電圧でクランプする。オフセット回路１６は、クランプ回路１５の出力電圧をマイナス側へオフセットする。反転ゲイン回路１７は、オフセット回路１６の出力電圧の極性を反転させて増幅する。電界効果トランジスタ１８は、反転ゲイン回路１７の出力電圧を制御電圧として動作し、電源Ｖ２から抵抗Ｒ２を介して帰還増幅回路の帰還ループに電流を加える。【選択図】図１
2006033003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の強度に応じて増幅手段の利得を制御し、
入力信号の強度が小さいときは増幅手段の利得を大きくし、入力信号の強度が大きいときは増幅手段の利得を小さくすることを特徴とする信号増幅方法。
【請求項２】
帰還ループを有する増幅手段を用いて信号を増幅し、
入力電圧を基準電圧でクランプしてオフセットした後、反転増幅して得た制御電圧でスイッチング素子を動作させて帰還ループに電流を加え、かつ、制御電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させることを特徴とする請求項１に記載の信号増幅方法。
【請求項３】
信号を増幅する増幅手段と、
入力信号の強度が小さいときは前記増幅手段の利得を大きくし、入力信号の強度が大きいときは前記増幅手段の利得を小さくする利得制御手段とを備えたことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項４】
前記増幅手段は帰還ループを有し、
前記利得制御手段は、
入力電圧を基準電圧でクランプするクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力電圧をオフセットするオフセット回路と、
前記オフセット回路の出力電圧の極性を反転させて増幅する反転増幅回路と、
前記反転増幅回路の出力電圧で動作して前記帰還ループに電流を加え、かつ、前記反転増幅回路の出力電圧の大きさに応じて前記帰還ループに加える電流を変化させるスイッチング素子とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の信号増幅装置。
【請求項５】
検査光を基板へ照射し、検査光が基板の表面又は裏面の異物により散乱された散乱光を受光し、散乱光の検出信号を処理して基板の表面又は裏面の異物を検出する異物検査方法であって、
検出信号を処理する前に、請求項１又は請求項２に記載の信号増幅方法を用いて検出信号を増幅することを特徴とする異物検査方法。
【請求項６】
検査光を基板へ照射し、検査光が基板の表面又は裏面の異物により散乱された散乱光を受光し、散乱光の検出信号を処理して基板の表面又は裏面の異物を検出する異物検査方法であって、
検出信号を処理する前に、請求項３又は請求項４に記載の信号増幅装置を用いて検出信号を増幅することを特徴とする異物検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を増幅する信号増幅方法及び信号増幅装置、並びにそれらを用いた異物検査方法に係り、特に強度の変化が大きい信号を増幅するのに好適な信号増幅方法及び信号増幅装置、並びにそれらを用いた異物検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶ディスプレイ装置用のガラス基板や、ウェーハ基板、ディスク基板、マスク基板等の異物検査では、検査光を基板へ照射し、検査光が基板の表面又は裏面の異物により散乱された散乱光を受光し、散乱光の検出信号を処理して基板の表面又は裏面の異物を検出している。このような異物検査においては、サブミクロンから数十ミクロンの大きさの粒子を検出する必要があり、検出する粒子の大きさに応じて検出信号の強度が著しく変化する。このように強度が大きく変化する検出信号では、検出信号を処理する前に、信号の強度が小さいときはＳＮ比を高くして雑音と分離するために高い利得で増幅し、信号の強度が大きいときはダイナミックレンジを大きく取るために低い利得で増幅することが望まれる。
【０００３】
従来、このような増幅を行う手段として、ログアンプがあった。また、特許文献１には、小信号用の大きな利得を有するアンプと大信号用の小さな利得を有するアンプとを用意し、２つのアンプを切り替えることにより、増幅装置のダイナミックレンジを広くする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３３９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のログアンプは、入力信号に対する応答速度が低下するため、異物検査において微小粒子により発生する瞬間的なスパイク信号等を増幅するには適さなかった。一方、特許文献１に記載の技術は、小信号用と大信号用の２つのアンプが必要であり、構成が複雑であった。また、２つのアンプを切り替えた時に信号の繋ぎ目を滑らかにするため、特別な処理が必要であった。
【０００５】
本発明の課題は、入力信号に対する応答速度を保ったまま、強度の変化が大きい信号を１つの増幅手段で増幅することである。また、本発明の課題は、検出信号を強度に応じて適切に増幅し、異物を精度良く検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の信号増幅方法は、入力信号の強度に応じて増幅手段の利得を制御し、入力信号の強度が小さいときは増幅手段の利得を大きくし、入力信号の強度が大きいときは増幅手段の利得を小さくするものである。また、本発明の信号増幅装置は、信号を増幅する増幅手段と、入力信号の強度が小さいときは増幅手段の利得を大きくし、入力信号の強度が大きいときは増幅手段の利得を小さくする利得制御手段とを備えたものである。
【０００７】
入力信号の強度に応じて増幅手段の利得を制御することにより、信号の強度が小さいときは大きな利得で増幅を行い、信号の強度が大きいときは小さな利得で増幅を行う。１つの増幅手段により、入力信号に対する応答速度を保ったまま、強度の小さな信号から強度の大きな信号まで増幅することができ、信号の繋ぎ目も発生しない。
【０００８】
さらに、本発明の信号増幅方法は、帰還ループを有する増幅手段を用いて信号を増幅し、入力電圧を基準電圧でクランプしてオフセットした後、反転増幅して得た制御電圧でスイッチング素子を動作させて帰還ループに電流を加え、かつ、制御電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させるものである。また、本発明の信号増幅装置は、増幅手段が帰還ループを有し、利得制御手段が、入力電圧を基準電圧でクランプするクランプ回路と、クランプ回路の出力電圧をオフセットするオフセット回路と、オフセット回路の出力電圧の極性を反転させて増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路の出力電圧で動作して帰還ループに電流を加え、かつ、反転増幅回路の出力電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させるスイッチング素子とを備えたものである。スイッチング素子としては、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いる。
【０００９】
入力電圧を基準電圧でクランプしてオフセットした後、反転増幅して得られる制御電圧は、入力電圧が基準電圧より小さい場合に最大となり、入力電圧が基準電圧より大きくなるに従って小さくなり、入力電圧がさらに大きくなると零になる。この制御電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させることにより、増幅手段の利得は、入力電圧が基準電圧より小さい場合に最大となり、入力電圧が基準電圧より大きくなるに従って小さくなり、入力電圧がさらに大きくなると一定となる。
【００１０】
ここで、制御電圧の減少が始まる入力電圧の大きさは、基準電圧の大きさで決定される。また、制御電圧の最大値は、オフセット電圧の大きさで決定される。さらに、入力電圧の増加に対する制御電圧の減少の割合は、反転増幅する際の増幅率の大きさで決定される。
【００１１】
本発明の異物検査方法は、検査光を基板へ照射し、検査光が基板の表面又は裏面の異物により散乱された散乱光を受光し、散乱光の検出信号を処理して基板の表面又は裏面の異物を検出する異物検査方法であって、検出信号を処理する前に、上記のいずれかの信号増幅方法又は信号増幅装置を用いて検出信号を増幅するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の信号増幅方法及び信号増幅装置によれば、入力信号の強度に応じて増幅手段の利得を制御することにより、入力信号に対する応答速度を保ったまま、強度の変化が大きい信号を１つの増幅手段で増幅することができる。
【００１３】
また、本発明の信号増幅方法及び信号増幅装置によれば、入力電圧を基準電圧でクランプしてオフセットした後、反転増幅して得た制御電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させることにより、増幅手段の利得の制御が始まる入力電圧の大きさを、基準電圧により調整することができる。また、増幅手段の利得の最大値を、オフセット電圧により調整することができる。さらに、入力電圧の増加に対する増幅手段の利得の減少の割合を、反転増幅する際の増幅率により調整することができる。
【００１４】
本発明の異物検査方法によれば、信号の強度が小さいときは高い利得で増幅してＳＮ比を高くし、信号の強度が大きいときは低い利得で増幅してダイナミックレンジを大きく取ることができるので、検出信号を強度に応じて適切に増幅し、異物を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による信号増幅装置の構成図である。信号増幅装置１０は、反転バッファ回路１１，１３、アンプ１２、基準電圧発生回路１４、クランプ回路１５、オフセット回路１６、反転ゲイン回路１７、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１８、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を含んで構成されている。
【００１６】
信号増幅装置１０の入力信号は、反転バッファ回路１１により極性が反転された後、アンプ１２へ入力される。アンプ１２は、抵抗Ｒ１と共に帰還増幅回路を構成する。この帰還増幅回路は、抵抗Ｒ１による帰還ループを有し、アンプ１２の出力を帰還ループで入力側へ帰還することにより、信号の増幅を行う。アンプ１２の出力は、反転バッファ回路１３により再び極性が反転された後、出力される。
【００１７】
基準電圧発生回路１４、クランプ回路１５、オフセット回路１６、反転ゲイン回路１７、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１８及び抵抗Ｒ２は、帰還増幅回路の利得を制御する利得制御回路を構成する。基準電圧発生回路１４は、所定の大きさの基準電圧を発生する。クランプ回路１５は、信号増幅装置１０の入力電圧を、基準電圧発生回路１４が発生した基準電圧でクランプする。オフセット回路１６は、クランプ回路１５の出力電圧をマイナス側へオフセットする。反転ゲイン回路１７は、オフセット回路１６の出力電圧の極性を反転させて増幅する。
【００１８】
入力電圧が基準電圧より小さい場合について、図２（ａ）は入力電圧を示す図、図２（ｂ）はクランプ回路の出力電圧を示す図、図２（ｃ）は反転ゲイン回路の出力電圧を示す図である。図２（ａ）に示すように、入力電圧が基準電圧Ｖｒより小さい場合、図２（ｂ）に示すように、クランプ回路１５から基準電圧Ｖｒが出力される。そして、図２（ｃ）に示すように、反転ゲイン回路１７から、オフセット後の電圧の極性を反転させて増幅した電圧Ｖｏが出力される。
【００１９】
一方、入力電圧が基準電圧より大きい場合について、図３（ａ）は入力電圧を示す図、図３（ｂ）はクランプ回路の出力電圧を示す図、図３（ｃ）は反転ゲイン回路の出力電圧を示す図である。図３（ａ）に示すように、入力電圧が基準電圧Ｖｒより大きい場合、図３（ｂ）に示すように、入力電圧が基準電圧Ｖｒより大きい間、クランプ回路１５から入力電圧が出力される。そして、図３（ｃ）に示すように、入力電圧が基準電圧Ｖｒより大きい間、反転ゲイン回路１７の出力電圧が電圧Ｖｏより小さくなる。
【００２０】
このように、反転ゲイン回路１７の出力電圧は、入力電圧が基準電圧より小さい場合に最大となり、入力電圧が基準電圧より大きくなるに従って小さくなり、入力電圧がさらに大きくなると零になる。
【００２１】
図１の電界効果トランジスタ１８は、反転ゲイン回路１７の出力電圧を制御電圧として動作し、電源Ｖ２から抵抗Ｒ２を介して帰還増幅回路の帰還ループに電流を加える。このとき、電界効果トランジスタ１８により帰還ループに加えられる電流は、制御電圧の大きさに応じて変化し、これにより帰還増幅回路の利得が変化する。
【００２２】
即ち、電界効果トランジスタ１８により帰還ループに加えられる電流は、入力電圧が基準電圧より小さい場合に最大となり、入力電圧が基準電圧より大きくなるに従って小さくなり、入力電圧がさらに大きくなると零になる。従って、帰還増幅回路の利得は、入力電圧が基準電圧より小さい場合に最大となり、入力電圧が基準電圧より大きくなるに従って小さくなり、入力電圧がさらに大きくなると一定となる。図４は、本発明の一実施の形態による信号増幅装置の入出力特性を示す図である。
【００２３】
なお、図１において、制御電圧の減少が始まる入力電圧の大きさは、基準電圧発生回路１４が発生する基準電圧の大きさで決定される。従って、帰還増幅回路の利得の制御が始まる入力電圧の大きさを、基準電圧発生回路１４の基準電圧により調整することができる。
【００２４】
また、制御電圧の最大値は、オフセット回路１６のオフセット電圧の大きさで決定される。従って、帰還増幅回路の利得の最大値を、オフセット回路１６のオフセット電圧により調整することができる。
【００２５】
さらに、入力電圧の増加に対する制御電圧の減少の割合は、反転ゲイン回路１７の増幅率の大きさで決定される。従って、入力電圧の増加に対する帰還増幅回路の利得の減少の割合を、反転ゲイン回路１７の増幅率により調整することができる。
【００２６】
以上説明した実施の形態によれば、入力信号の強度に応じて帰還増幅回路の利得を制御することにより、入力信号に対する応答速度を保ったまま、強度の変化が大きい信号を１つの帰還増幅回路で増幅することができる。
【００２７】
また、入力電圧を基準電圧でクランプしてオフセットした後、反転増幅して得た制御電圧の大きさに応じて帰還ループに加える電流を変化させることにより、帰還増幅回路の利得の制御が始まる入力電圧の大きさを、基準電圧により調整することができる。また、帰還増幅回路の利得の最大値を、オフセット電圧により調整することができる。さらに、入力電圧の増加に対する帰還増幅回路の利得の減少の割合を、反転増幅する際の増幅率により調整することができる。
【００２８】
図５は、本発明の一実施の形態による異物検査装置の概略構成を示す図である。異物検査装置は、投光系、受光系、信号増幅装置１０、アナログ・ディジタル変換器２０、信号処理装置３０、メモリ４０、及び制御装置５０を含んで構成されている。
【００２９】
なお、本実施の形態は、ガラス基板１の表面の異物検査を行う異物検査装置の例であり、ガラス基板１の裏面の異物検査を同時に行う場合は、投光系、受光系、信号増幅装置１０、アナログ・ディジタル変換器２０、信号処理装置３０及びメモリ４０がもう１組設けられる。
【００３０】
投光系は、レーザー光源２、ポリゴンミラー３、及びレンズ４を含んで構成されている。レーザー光源２は、検査光となるレーザー光を発生する。レーザー光源２から発生されたレーザー光は、ポリゴンミラー３で反射された後、レンズ４を介してガラス基板１の表面へ斜めに照射される。このとき、ポリゴンミラー３を回転することにより、投光系から照射された検査光がガラス基板１の表面を走査し、ガラス基板１の表面全体の検査が行われる。
【００３１】
なお、検査光をポリゴンミラー３で反射させる代わりに、ガラス基板１をＸＹ方向へ移動させることにより、検査光によるガラス基板１の表面の走査を行ってもよい。
【００３２】
ガラス基板１の表面に異物がある場合、ガラス基板１へ照射された検査光の一部が異物により散乱され、散乱光が発生する。受光系は、集光レンズ５、結像レンズ６、及び検出器７を含んで構成されている。集光レンズ５は、ガラス基板１の表面からの散乱光を集光し、結像レンズ６は、集光レンズ５で集光した散乱光を検出器７の受光面に結像させる。検出器７は、例えば光電子倍増管（フォトマルチプライヤー）で構成され、受光面で受光した散乱光の強度に応じた検出信号を信号増幅回路１０へ出力する。
【００３３】
信号増幅回路１０は、図１に示した構成であり、検出信号を増幅してアナログ・ディジタル変換器２０へ出力する。アナログ・ディジタル変換器２０は、信号増幅回路１０により増幅された検出信号をディジタル信号に変換して、信号処理回路３０へ出力する。信号処理回路３０は、制御装置５０の制御により、アナログ・ディジタル変換器２０から入力したディジタル信号をディジタルデータとしてメモリ４０に記憶し、メモリ４０に記憶したディジタルデータを処理して、ガラス基板１の表面の異物を検出する。
【００３４】
図５に示した実施の形態によれば、信号増幅装置１０を用いて検出信号を増幅することにより、信号の強度が小さいときは高い利得で増幅してＳＮ比を高くし、信号の強度が大きいときは低い利得で増幅してダイナミックレンジを大きく取ることができるので、検出信号を強度に応じて適切に増幅し、異物を精度良く検出することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、ガラス基板を例にしたが、ウェーハ、ディスク基板、マスク基板等の異物検査に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態による信号増幅装置の構成図である。
【図２】入力電圧が基準電圧より小さい場合について、図２（ａ）は入力電圧を示す図、図２（ｂ）はクランプ回路の出力電圧を示す図、図２（ｃ）は反転ゲイン回路の出力電圧を示す図である。
【図３】入力電圧が基準電圧より大きい場合について、図３（ａ）は入力電圧を示す図、図３（ｂ）はクランプ回路の出力電圧を示す図、図３（ｃ）は反転ゲイン回路の出力電圧を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による信号増幅装置の入出力特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態による異物検査装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ガラス基板
２  レーザー光源
３  ポリゴンミラー
４  レンズ
５  集光レンズ
６  結像レンズ
７  検出器
１０  信号増幅装置
１１，１３  反転バッファ回路
１２  アンプ
１４  基準電圧発生回路
１５  クランプ回路
１６  オフセット回路
１７  反転ゲイン回路
１８  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
２０  アナログ・ディジタル変換器
３０  信号処理装置
４０  メモリ
５０  制御装置
【図１】
2006033003.tif 000003
【図２】
2006033003.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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