(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に導かれる照射光のビームを生成するように構成された照明源と、
前記照明源によって光を照射される前記試料の前記表面における検査領域の各ピクセルからの一定の量の光を集めるように構成された一以上の光学素子と、
ガイガーモードで動作可能な第一の複数のアバランシェフォトダイオードを含む光検出器の第一のアレイであって、第一の画像分解能を有し、前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第一の部分を受光し、集めたそれぞれの量の光の前記受光した第一の部分に基づいて、第一の複数の出力値を生成するように動作可能な光検出器の第一のアレイと、
第二の画像分解能を有する光検出器の第二のアレイであって、前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第二の部分を受光し、集めたそれぞれの量の光の前記受光した第二の部分に基づいて、第二の複数の出力値を生成するように動作可能な光検出器の第二のアレイと、を備え、
集めたそれぞれの量の光の前記第二の部分が、前記光検出器の第一のアレイの表面から反射し、前記光検出器の第二のアレイの方に向かう、検査システム。
【請求項２】
試料の表面に導かれる照射光のビームを生成するように構成された照明源と、
前記照明源によって光を照射される前記試料の前記表面における検査領域の各ピクセルからの一定の量の光を集めるように構成された一以上の光学素子と、
ガイガーモードで動作可能な第一の複数のアバランシェフォトダイオードを含む光検出器の第一のアレイであって、第一の画像分解能を有し、前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第一の部分を受光し、集めたそれぞれの量の光の前記受光した第一の部分に基づいて、第一の複数の出力値を生成するように動作可能な光検出器の第一のアレイと、
第二の画像分解能を有する光検出器の第二のアレイであって、前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第二の部分を受光し、集めたそれぞれの量の光の前記受光した第二の部分に基づいて、第二の複数の出力値を生成するように動作可能な光検出器の第二のアレイと、を備え、
集めたそれぞれの量の光の前記第二の部分が、前記光検出器の第一のアレイを通り抜け、前記光検出器の第二のアレイに到達するように、前記光検出器の第一のアレイおよび前記光検出器の第二のアレイが積層構成に配置される、検査システム。
【請求項３】
前記光検出器の第二のアレイが、リニアモードで動作可能な第二の複数のアバランシェフォトダイオードを含む、請求項１または２の検査システム。
【請求項４】
前記光検出器の第一のアレイが、リニアモードで動作可能な第三の複数のアバランシェフォトダイオードを含み、前記光検出器の第二のアレイが、ガイガーモードで動作可能な第四の複数のアバランシェフォトダイオードを含む、請求項３の検査システム。
【請求項５】
前記第一の複数のアバランシェフォトダイオードを、ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えるように構成された駆動電子部品をさらに備える、請求項１または２の検査システム。
【請求項６】
前記駆動電子部品が、前記第一の複数のアバランシェフォトダイオードを、スイッチング周波数においてガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替える、請求項５の検査システム。
【請求項７】
前記光検出器の第一のアレイの前方に配置されており、前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の前記第一の部分を前記光検出器の第一のアレイに集束するマイクロレンズアレイをさらに備える、請求項１または２の検査システム。
【請求項８】
前記第一および第二の複数のアバランシェフォトダイオードが、正面照明アバランシェフォトダイオードまたは背面薄化アバランシェフォトダイオードのいずれかである、請求項３の検査システム。
【請求項９】
試料の表面に導かれる照射光のビームを生成することと、
前記照射光によって光を照射される前記試料の前記表面における検査領域の各ピクセルから一定の量の光を集めることと、
ガイガーモードで動作可能な第一の複数のアバランシェフォトダイオードを含み、第一の画像分解能を有する光検出器の第一のアレイにおける前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第一の部分を受光することと、
集めたそれぞれの光の前記受光した第一の部分に基づいて、第一の複数の出力値を生成することと、
第二の画像分解能を有する光検出器の第二のアレイにおける前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第二の部分を受光することと、
集めたそれぞれの光の前記受光した第二の部分に基づいて、第二の複数の出力値を生成することと、を含み、
前記それぞれの量の光の第二の部分を受光することが、前記光検出器の第一のアレイの表面から集めたそれぞれの量の光の前記第二の部分を、前記光検出器の第二のアレイの方に反射することをさらに含む、方法。
【請求項１０】
試料の表面に導かれる照射光のビームを生成することと、
前記照射光によって光を照射される前記試料の前記表面における検査領域の各ピクセルから一定の量の光を集めることと、
ガイガーモードで動作可能な第一の複数のアバランシェフォトダイオードを含み、第一の画像分解能を有する光検出器の第一のアレイにおける前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第一の部分を受光することと、
集めたそれぞれの光の前記受光した第一の部分に基づいて、第一の複数の出力値を生成することと、
第二の画像分解能を有する光検出器の第二のアレイにおける前記検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの量の光の第二の部分を受光することと、
集めたそれぞれの光の前記受光した第二の部分に基づいて、第二の複数の出力値を生成することと、を含み、
前記それぞれの量の光の第二の部分を受光することが、前記光検出器の第一のアレイを通った集めたそれぞれの量の光の前記第二の部分を、前記光検出器の第二のアレイに到達するように伝達することをさらに含み、前記光検出器の第一のアレイおよび前記光検出器の第二のアレイが、積層構成において配置される、方法。
【請求項１１】
前記光検出器の第二のアレイが、リニアモードで動作可能な第二の複数のアバランシェフォトダイオードを含む、請求項９または１０の方法。
【請求項１２】
前記第一の複数のアバランシェフォトダイオードを、ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えることをさらに含む、請求項９または１０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１２年１０月２６日出願の「Ｓａｍｐｌｅ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国仮特許出願第６１／７１９，０４８号の優先権を主張する。その主題は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
記載の実施形態は、表面検査のためのシステム、より詳細には、半導体ウェーハ検査様式に関する。
【背景技術】
【０００３】
論理デバイスおよびメモリ素子などの半導体素子は、通常、基板またはウェーハに適用する一連の処理工程によって作製される。これらの処理工程によって、半導体素子のさまざまな特徴および複数の構造レベルが形成される。例えば、とりわけリソグラフィは、半導体ウェーハ上にパターンを生成することを伴う一つの半導体作製プロセスである。半導体作製プロセスの追加の例としては、限定するものではないが、化学機械研磨、エッチング、蒸着およびイオン注入が挙げられる。複数の半導体素子を単一の半導体ウェーハ上に作製し、その後個々の半導体素子に分離してもよい。
【０００４】
ウェーハにある欠陥を検出して収率をより高めるために、半導体製造プロセス中のさまざまな工程で検査プロセスが利用される。設計ルールおよびプロセスウィンドウのサイズが小さくなるのに伴い、検査システムは、ハイスループットを維持しつつ、ウェーハ表面におけるより広範囲の物理的欠陥を捕捉することが求められる。
【０００５】
そのような検査システムの一つに、ウェーハ表面に光を照射して検査する走査検査システムがある。ウェーハ表面から集めた光が、検出器または検出器アレイに導かれ、保存および解析に有用な電気信号に変換される。典型的な検出器アレイは、かなりの検出ノイズに起因してその感度が低い。この結果、多くの場合、光子が制限されたまたは表面が制限された型のものよりもむしろ、検出ノイズが制限された型において動作する検査システムとなる。いくつかの例では、光力の量を増大することによって検出ノイズが克服される。しかしながら、高出力の、レーザベースの検査システムでは、入射レーザビームの出力密度を増大すると、ウェーハ表面が損傷することがある。また、特に短波長における光力の増大によって、コストが増大し、信頼性リスクを招くことがある。
【０００６】
以前の検査システムは、その各々が特定用途における種々の利点および不具合を有する様々な検出器に依存してきた。例示的な検出器には、光電管（ＰＭＴ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＰＩＮダイオード、フォトダイオードなどが挙げられる。これらの検出器の各々には、それぞれの課題および欠陥がある。例えば、ＰＭＴは、概して、分厚く、高い駆動電圧を要求する。また、ＰＭＴは、大きなアレイには利用できない。ＣＣＤは、ＰＭＴと比較して最終的な感度を制限する内部読み出しノイズメカニズムを被る。
【０００７】
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）は、相当なゲインを提供し、必要な駆動電圧がＰＭＴよりも低い小さなセンサである。ＡＰＤは、二つの動作モードのうちの一つにおいて構成され得る。リニアモードでは、ＡＰＤにわたる電圧は、降伏電圧未満の値に設定される。このモードでのＡＰＤの出力は、検出される光の量に比例する信号である。ＡＰＤのゲインは、比較的低い値（例えば、１００×）に設定できる。ガイガーモードでは、ＡＰＤにわたる電圧は、降伏電圧を上回る値に設定される。このモードでは、ＡＰＤのゲインが非常に大きくなる。単一光子の吸収によって、コンパレータを通り抜け得るその出力において大きなパルスが生じ、きれいなＴＴＬのようなパルスが生成され得る。したがって、ガイガーモードにおいてＡＰＤを動作させることによって、非常に高い感度を実現できる。
【０００８】
しかしながら、ガイガーパルスを一旦止めると、ＡＰＤは、ある期間（すなわち、ＡＰＤに関連する「クエンチタイム」）が経過するまで別の光子の到達に反応しない（すなわち、「ブラインド」である）。ＡＰＤパルスが「クエンチ」された時点で、ＡＰＤは、再度、別の光子を検出可能となる。ガイガーモードで動作するＡＰＤに関連する典型的なクエンチタイムは、数百ピコ秒である。不運にも、このブラインド期間は、ガイガーモードで動作するＡＰＤのダイナミックレンジを限定する。したがって、現在のウェーハ検査システムにおけるそれらの有用性も限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウェーハ表面における熱損傷を避けつつ、ウェーハ表面における欠陥をより大きい感度において検出するために、表面検査システムに利用されるアレイベースの検出器の感度およびダイナミックレンジを改善することが所望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
高感度検査システムのダイナミックレンジを向上するための方法およびシステムが提示される。
【００１１】
一態様では、検査システムのダイナミックレンジの増大は、ウェーハ検査領域の各ピクセルから集めた光の一部を、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのアレイの方に導き、ウェーハ検査領域の各ピクセルから集めた光の別の一部を、光検出器の別のアレイ（例えば、リニアモードで動作するアバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、ＰＭＴ、ＣＣＤなどのアレイ）の方に導くことによって行われる。ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのアレイは、極端に低い光子計数を生成する表面の検査に有用である。光検出器の他のアレイが、より大きな数の散乱した光子を発生するより大きな欠陥の検査に有用である。ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのアレイは、検出器システム全体のダイナミックレンジを最適化するような、光検出器の他のアレイとは異なる分解能を有する。
【００１２】
一実施形態では、ウェーハ表面の検査領域の各ピクセルから散乱した光が集められ、ビームスプリッタに導かれる。ビームスプリッタは、集められた光の一部を、ガイガーモードで動作する所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含むアレイ検出器に導く。同様に、ビームスプリッタは、集められた光の別の一部を光検出器の別のアレイに導く。両方の検出器が、組み合わせて使用できる出力信号であって、異常の存在および高感度かつ大きなダイナミックレンジを持つそれらの特性を確定するための出力信号を生成する。
【００１３】
別の実施形態では、ウェーハ表面の検査領域の各ピクセルから散乱した光が集められ、ガイガーモードで動作する所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含むアレイ検出器に導かれる。集められた光の一部は、アレイ検出器に吸収される。集められた光の別の一部は、アレイ検出器の表面から反射して、光検出器の別のアレイの方に導かれる。両方の検出器が、組み合わせて使用できる出力信号であって、異常の存在および高感度かつ大きなダイナミックレンジを持つそれらの特性を確定するための出力信号を生成する。
【００１４】
なおも別の実施形態では、ウェーハ表面の検査領域の各ピクセルから散乱した光が集められ、積層配置に構成されたアレイ検出器に導かれる。入射光は、検出器の上面における第一の層に配置された光検出器の第一のアレイを通り抜け、光検出器の第二のアレイが、第一の層の下方の、検出器１６０の第二の層に配置される。光検出器の第一のアレイは、ガイガーモードで動作する所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含む。
【００１５】
別の態様では、アレイ検出器は、ガイガーモードで動作するＡＰＤに加えて他の光検出器を備えてよい。
【００１６】
一実施形態では、検出器は、マクロピクセルのリニアアレイを含む。各マクロピクセルは、ガイガーモードで動作し、同時に到達する複数の光子を適切にカウントするように並列接続された所定数のＡＰＤを含む。また、各マクロピクセルは、リニアモードで動作する所定数のＡＰＤを含む。さらに、各マクロピクセルは、別個の出力信号を生成するように構成できる。すなわち、このうちの一つの信号が、ガイガーモードで動作するＡＰＤによってカウントされる光子の数を表し、別の信号が、リニアモードで動作するＡＰＤによって検出される放射束を表す。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、マクロピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００１７】
別の実施形態では、検出器は、光検出器の別のリニアアレイ（例えば、リニアモードで動作するＡＰＤ）に隣接して配置された、ガイガーモードで動作するＡＰＤのリニアアレイを含む。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、両方のリニアアレイの隣接するピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００１８】
なおも別の実施形態では、検出器は、光検出器の別のリニアアレイ（例えば、リニアモードで動作するＡＰＤ）とインターリーブされた、ガイガーモードで動作するＡＰＤのリニアアレイを含む。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、両方のリニアアレイの隣接するピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００１９】
別の態様では、検出器アレイのＡＰＤは、ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間を切替可能に構成される。一実施形態では、リニアアレイ検出器は、制御信号に応答して、ＡＰＤ要素をガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えるように構成された駆動電子部品を含む。
【００２０】
一部の実施形態では、所定数のＡＰＤが、特定のスイッチング周波数および持続時間（例えば、パルス幅変調信号）において、ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えられる。スイッチング周波数および持続時間の値のいずれかまたは両方を、検出器アレイから受信した出力信号に基づいて調節することによって、ガイガーモードで動作するＡＰＤによって生成された出力データを強調または減衰できる。
【００２１】
他の一部の実施形態では、所定数のＡＰＤは、ガイガーモードで動作するＡＰＤの飽和レベルに基づいて、ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えられる。
【００２２】
上記内容は概要であり、したがって、当然、簡略化、一般化および詳細の省略を包含する。その結果、当業者は、概要が単なる実例であり、決して限定的ではないことを認識する。本明細書に記載する装置および／またはプロセスの他の態様、独創的な特徴および利点は、本明細書に説明する限定されない詳細な説明において明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガイガーモードで動作可能な所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含む光検出器の第一のアレイ、および光検出器の第二のアレイを含む検査システム１００の一実施形態を示す略図である。
【図２】別の実施形態における、ガイガーモードで動作可能な所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含む光検出器の第一のアレイ、および光検出器の第二のアレイを示す略図である。
【図３】なおも別の実施形態における、ガイガーモードで動作可能な所定数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含む光検出器の第一のアレイ、および光検出器の第二のアレイを示す略図である。
【図４】一実施形態における、ガイガーモードで動作可能なＡＰＤ、および他の光検出器の両方を利用する検出器を示す略図である。
【図５】別の実施形態における、ガイガーモードで動作可能なＡＰＤ、および他の光検出器の両方を利用する検出器を示す略図である。
【図６】なおも別の実施形態における、ガイガーモードで動作可能なＡＰＤ、および他の光検出器の両方を利用する検出器を示す略図である。
【図７】ガイガー動作モードとリニア動作モードとの間を切替可能なＡＰＤを含む検出器を示す略図である。
【図８】高感度検査システムのダイナミックレンジを向上する方法４００を示すフローチャートである。
【図９Ａ】それぞれ、マクロピクセル２１１Ａおよび２１１Ｂの前方に配置された、光導体要素２１０Ａおよび２１０Ｂを有する光導体アレイ２１０を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに描写したマクロピクセル２１１Ａ上に結像された、混合されていない、入射光２１２Ａの分布２１３を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ａに描写した光導体２１０Ａによって混合された、マクロピクセル２１１Ａ上に結像された、入射光２１２Ａの分布２１４を示す図である。
【図１０】別の実施形態における光導体アレイ２２０を示す図である。
【図１１】ダイナミックレンジを増大した一次元測定の実行に利用される光検出器の二次元アレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
背景技術の例および本発明の一部の実施形態における詳細をここに参照する。これらの例は、添付の図面に示す。
【００２５】
図１は、本明細書に記載する検査方法の実行に使用できる表面走査検査システム１００の一実施形態の簡略概略図である。簡略化のために、システムのいくつかの光学素子は省略した。例証として、折り返しミラー、偏光器、ビーム形成光学系、追加の光源、追加の集光器および追加の検出器を備えてよい。すべてのそのような変更は、本明細書に記載する本発明の範囲内である。本明細書に記載する検査システムは、パターン付きウェーハに加えて、パターン無しウェーハの検査にも使用できる。
【００２６】
図１に示すように、ウェーハ１２３は、一以上の照明源１０１によって生成された垂直入射ビーム１１１によって光を照射される。あるいは、照明サブシステムは、斜角の入射で試料に光ビームを導くように構成されてよい。一部の実施形態では、システム１００は、複数の光ビームを、例えば、斜め入射光ビームおよび垂直入射光ビームにおいて試料に導くように構成されてよい。複数の光ビームを、ほぼ同時にまたは連続的に試料に導くことができる。
【００２７】
照明源１０１は、例証として、レーザ、ダイオードレーザ、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンレーザ、固体レーザ、ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザ、キセノンアーク灯、ガス放電灯、およびＬＥＤアレイまたは白熱灯を備えてよい。光源は、ほぼ単色光または広帯域光を放出するように構成されてよい。概して、照明サブシステムは、比較的狭い波長域を有する光（例えば、ほぼ単色光または約２０ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、さらには約２ｎｍ未満の波長帯を有する光）を試料に導くように構成される。故に、光源が広帯域光源である場合には、照明サブシステムは、試料に導かれる光の波長を限定できる一以上のスペクトルフィルタを備えてよい。一以上のスペクトルフィルタは、帯域通過フィルタ、エッジフィルタおよび／またはノッチフィルタであってもよい。
【００２８】
図１に示す実施形態では、システム１００はビーム成形要素１０３を含む。これは、照射光１０４のビーム強度分布を再成形して、ウェーハ１２３の表面に結像する、照射光１１１の再成形されたビームを生成する。照射光１１１は、ウェーハ表面に導かれ、照明スポット１１５にわたってウェーハ１２３の表面に入射する。一実施形態では、ビーム成形要素１０３は、所望のビーム形状を生成するための回折光学素子を備える。他の実施形態では、ビーム成形要素１０３は、所望のビーム形状を生成するための光ビーム成形器を含む。他の実施形態では、ビーム成形要素１０３は、所望の強度プロファイルを生成するためのアポダイザを含む。しかしながら、アポダイザに関連して光力が減衰するために、光力のためには、アポダイザの使用を省略できない検査モードに限定することが好ましい。別の実施形態では、ビーム成形要素１０３は、２００３年８月１９日に公開され、その主題がその全体において参照により本明細書に組み入れられる、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ａｎｏｍａｌｉｅｓ  Ａｎｄ／Ｏｒ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ」と題された米国特許第６，６０８，６７６号に記載されているように、ウェーハ表面と平行に配置された円柱レンズである。
【００２９】
図１に示す実施形態では、ビームスプリッタ１０５が、再成形された照射光を対物レンズ１０９に導く。対物レンズ１０９は、再成形された照射光１１１を、ウェーハ１２３上の照明スポット１１５に集束する。このようにして、その形状およびサイズの照明スポット１１５が、ビーム成形要素１０３から放出された光の結像によってウェーハ１２３の表面上に形成される。
【００３０】
一部の実施形態では、反射光または散乱光が、検査システム１００によって、特定のサンプル期間にわたって照明スポット１１５のすべての領域から集められて検出される。このようにして、可能な限り多くの光が、検査システム１００によって集められる。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、反射光または散乱光は、検査システム１００によって、特定のサンプル期間にわたって照明スポット１１５の一部の領域から集められて検出される。
【００３１】
検査システム１００の集光経路における光学素子が、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルにわたる、ウェーハ１２３の表面から散乱および／または反射した光を集め、集められた光を、検出器サブシステムの一以上の要素に集束する。
【００３２】
一つの態様では、検出器サブシステムのダイナミックレンジの増大が、ウェーハ検査領域の各ピクセルから集めた光の一部を、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのアレイの方に導き、ウェーハ検査領域の各ピクセルから集めた光の別の一部を、光検出器の別のアレイ（例えば、リニアモードで動作するアバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、ＰＭＴ、ＣＣＤなどのアレイ）の方に導くことによって行われる。ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードのアレイは、極端に低い光子計数を生成する表面の検査に有用である。光検出器の他のアレイが、多量の散乱した光子を発生するより大きな欠陥の検査に有用である。
【００３３】
図１に示す実施形態では、ウェーハ１２３の表面における検査領域の各ピクセルから散乱した光は、対物レンズ１０９によって集められる。この光は、対物レンズ１０９を後方から通り抜け、ビームスプリッタ１０５に衝突する。ビームスプリッタ１０５は、集められた光１１６をビームスプリッタ１１７の方に導く。ビームスプリッタ１１７は、集められた光１１６の一部１１８を結像レンズ１１９に導く。結像レンズ１１９は、集められた光１１６の一部１１８を検出器１４０Ａに集束する。検出器１４０Ａは、ガイガーモードで動作する所定数のＡＰＤを含む。同様に、ビームスプリッタ１１７は、集められた光１１６の一部１２０を結像レンズ１２１に導く。結像レンズ１２１は、集められた光１１６の一部１２０を検出器１４０Ｂに集束する。ビームスプリッタ１１７は、集められた光１１６を、検出器１４０Ａと検出器１４０Ｂとに分配するように構成される。集められた光１１６の一部１１８，１２０は、等しくてもよいし、そうでなくてもよい。例えば、一部の実施形態では、ビームスプリッタは、集められた光１１６のより大きな一部を検出器１４０Ａの方に導くように構成されてよい。その一方で、他の実施形態では、ビームスプリッタ１１７は、集められた光１１６のより大きな一部を検出器１４０Ｂの方に導くように構成されてよい。図１に示すように、検出器サブシステム１４０Ａによって生成された出力信号１２７、および検出器サブシステム１４０Ｂによって生成された出力信号１２８が、異常の存在およびそれらの特性を確定する信号処理のためにコンピュータ１３２に供給される。
【００３４】
別の実施形態では、図２に示すように、集められた光１１６は、結像レンズ１５１によって検出器１５０Ａに結像する。集められた光１１６の一部は、ガイガーモードで動作する所定数のＡＰＤを含む検出器１５０Ａによって吸収される。集められた光１１６の別の一部１５３は、検出器１５０Ａの表面から反射して、検出器１５０Ｂに結像する。図２に示すように、検出器サブシステム１５０Ａによって生成された出力信号１５４、および検出器サブシステム１５０Ｂによって生成された出力信号１５５が、異常の存在およびそれらの特性を確定する信号処理のためにコンピュータ（例えば、コンピュータ１３２）に供給される。図２に示すように、検出器１５０Ａから反射した集められた光の一部は、検出器１５０Ｂに導かれ、検出器１５０Ｂの光検出器によって吸収される、または損失する。しかしながら、他の実施形態では、検出器１５０Ｂは、入射光１５３の一部を、なおも別の検出器などの方に反射するように構成されてよい。したがって、通例、図２に示す検出器の縦続配置は、任意の数の検出器を含むように拡大できる。
【００３５】
なおも別の実施形態では、図３に示すように、集められた光１１６は、検出器１６０に結像する。検出器１６０は、積層配置に構成されており、ここに入射光は、検出器１６０の上面における第一の層に配置された光検出器の第一のアレイ１６０Ａを通り抜け、光検出器の第二のアレイが、第一の層の下方の、検出器１６０の第二の層に配置される。この検出器配置は、「三次元検出器」と呼ばれることもある。なぜならば、検出器の活性領域が、検出器の表面にわたる二次元だけでなく、検出器の表面の下方の第三次元にも拡大しているからである。
【００３６】
図３に示すように、光検出器の第一のアレイ１６０Ａは、ガイガーモードで動作するＡＰＤを含む。出力信号１６３が、検出器１６０Ａによって生成される。また、光検出器の第二のアレイ１６０Ｂは、追加の光検出器（例えば、リニアモードで動作するＡＰＤ）を含む。出力信号１６４が、検出器サブシステム１６０Ｂによって生成される。出力信号１６３および１６４は、異常の存在およびそれらの特性を確定する信号処理のためにコンピュータ１３２に供給される。
【００３７】
図１に示す実施形態では、検出器サブシステム１４０は、明視野信号を生成する。しかしながら、通例、検査システム１００は、明視野、暗視野および共焦点などのさまざまな撮像モードを利用できる。図１に示すように、結像レンズ１１９および結像レンズ１２０は、対物レンズ１０９によって集められた光を、それぞれ、検出器アレイ１４０Ｂ，１４０Ａに結像する。しかしながら、また、ウェーハと同期して回転できる開口部またはフーリエフィルタを、対物レンズ１０９の後焦点面に設置してもよい。種々の開口部またはフーリエフィルタを使用することによって、明視野、暗視野および位相コントラストなどのさまざまな撮像モードを実施できる。参照により本明細書に組み入れられる米国特許第７，２９５，３０３号および米国特許第７，１３０，０３９号が、これらの撮像モードのさらなる詳細を記載している。別の例（図示せず）では、検出器は、より大きな画角で集められた散乱光を結像することによって暗視野像を生成する。別の例では、照明スポット１１５に一致するピンホールを、検出器（例えば、検出器１４０）の前方に設置して共焦点像を生成できる。参照により本明細書に組み入れられる米国特許第６，２０８，４１１号が、これらの撮像モードのさらなる詳細を記載している。また、表面検査システム１００のさまざまな態様が、共に参照により本明細書に組み入れられる米国特許第６，２７１，９１６号および米国特許第６，２０１，６０１号に記載されている。
【００３８】
一般に、検査システム１００の集光経路における光学素子は、レンズ、複合レンズまたは当技術分野において公知の任意の適切なレンズを備えてよい。あるいは、集光経路における任意の光学素子は、ミラーなどの反射型または部分的に反射型のものでもよい。また、特定の集光角を図１に示すが、集光光学系を任意の適切な集光角において配置してもよいことが理解されるはずである。集光角は、例えば、入射角および／または試料の局所的特性に応じて変えることができる。
【００３９】
図１〜図３に描写した実施形態を参照して前述したように、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａは、それぞれ、ガイガーモードで動作する所定数のＡＰＤを含む。一部の実施形態では、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａは、ガイガーモードで動作するＡＰＤのみを備えてよい。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａは、ガイガーモードで動作するＡＰＤに加えて他の光検出器を備えてよい。
【００４０】
図４に示す一実施形態では、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａは、マクロピクセル（例えば、マクロピクセル１７０）のリニアアレイを含む。各マクロピクセル１７０は、ガイガーモードで動作し、同時に到達する複数の光子を適切にカウントするように並列接続された所定数のＡＰＤを含む。また、各マクロピクセルは、リニアモードで動作する所定数のＡＰＤを含む。さらに、各マクロピクセルは、別個の出力信号を生成するように構成されてよい。すなわち、このうちの一つの信号が、ガイガーモードで動作するＡＰＤによってカウントされる光子の数を表し、別の信号が、リニアモードで動作するＡＰＤによって検出される放射束を表す。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、マクロピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００４１】
図５に示す別の実施形態では、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａが、検出器１８０と同じように構成される。検出器１８０は、ガイガーモードで動作するＡＰＤのリニアアレイ１８１、およびリニアアレイ１８１に隣接して配置された、光検出器（例えば、リニアモードで動作するＡＰＤ）の別のリニアアレイ１８２を含む。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、両方のリニアアレイ１８１およびリニアアレイ１８２の隣接するピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００４２】
図６に示す別の実施形態では、検出器１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａが、検出器１９０と同じように構成される。検出器１９０は、ガイガーモードで動作するＡＰＤのリニアアレイ１９１、およびそれとインターリーブされた光検出器（例えば、リニアモードで動作するＡＰＤ）の別のリニアアレイ１９２を含む。一部の実施形態では、ウェーハ表面における検査領域の各ピクセルから集めた光は、両方のリニアアレイ１９１およびリニアアレイ１９２の隣接するピクセルに結像する。それ故に、ウェーハ表面の検査領域における各ピクセルから集めた光の一部は、ガイガーモードで動作する一以上のＡＰＤによって検出され、同じピクセルから集めた光の別の一部は、同じ集積検出器内の別の光検出器によって検出される。
【００４３】
図１〜図３に描写した実施形態を参照して前述したように、検出器１４０Ｂ，１５０Ｂ，１６０Ｂは、それぞれ、所定数の光検出器を含む。一部の実施形態では、検出器１４０Ｂ，１５０Ｂ，１６０Ｂは、ガイガーモードで動作するＡＰＤを含まないが、当技術分野において公知のほぼ任意の他の光検出器を備えてよい。検出器の所望の性能特性、検査される試料の種類、および照明の構成に基づいて、本発明の一以上の実施形態内において使用するための特定の検出器を選択してもよい。例えば、検査に利用可能な光量が比較的低い場合には、時間遅延積分（ＴＤＩ）カメラなどの効率性を向上する検出器によって、システムの信号対雑音比およびスループットを増大させてもよい。しかしながら、検査に利用可能な光量および実行される検査の種類に応じて、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、ＰＩＮフォトダイオード、リニアモードで動作するＡＰＤ、光電管、および光電子増倍管（ＰＭＴ）などの他の検出器を使用してもよい。
【００４４】
しかしながら、いくつかの他の実施形態では、検出器１４０Ｂ，１５０Ｂ，１６０Ｂは、ガイガーモードで動作するＡＰＤに加えて、別の種類の光検出器も含む。限定されない例として、検出器１４０Ｂ，１５０Ｂ，１６０Ｂが、図４〜図６を参照して記載する実施形態に構成される。
【００４５】
他の光検出器に対する、検出器１４０Ａ，１４０Ｂ，１５０Ａ，１５０Ｂ，１６０Ａ，１６０Ｂのいずれかにおいてガイガーモードで動作するＡＰＤの割合は、検査システム１００の予期される動作条件に従い決定してもよい。例えば、光子計数が比較的小さいと予期される場合には、他の光検出器に対して、ガイガーモードで動作するＡＰＤをより多く含ませることができる。反対に、光子計数が比較的大きいと予期される場合には、他の光検出器に対して、より少ないガイガーモードで動作するＡＰＤを含ませることができる。通例、光子計数の中での相互作用、小さな欠陥による光散乱、検出器のクエンチタイム、および照射パルス長（パルス照射光源を使用する場合）によって、ダイナミックレンジを向上した、ガイガーモードにおけるＡＰＤアレイの設計が決定される。
【００４６】
例えば、一部の実施形態では、Ｑスイッチ（パルス）レーザが利用される。Ｑスイッチレーザは、高い光力をターゲットに伝えることが可能であり、したがって、欠陥検出感度を増大する。Ｑスイッチレーザにおけるパルス長は、通常、数百〜１００００Ｈｚの繰り返し率においておおよそ１０ナノ秒である。この範囲で動作するレーザが、二次元検査用途に有用である。
【００４７】
Ｑスイッチレーザの各パルスは、サンプル表面の１０５〜１０６のピクセルを照射する最大で１０１４の光子を放出できる。滑らかなパターン無しサンプルの表面における極めて小さな欠陥によって引き起こされる散乱は、おおよそ１０−６であり得る。それ故に、小さな欠陥では、ことによると、１００〜１０００の光子が、検出器アレイの各「マクロピクセル」に到達し得る。ガイガーモードで動作する各ＡＰＤのクエンチタイムが３００ピコ秒である場合には、レーザの３０ナノ秒パルス期間に、ガイガーモードで動作する各ＡＰＤによって検出できる光子は多くても百個である。それ故に、この例では、各マクロピクセルにおいてガイガーモードにおいて並列接続で動作する数個のＡＰＤによって、十分なダイナミックレンジを提供できる。より大きな数の光子、より長いクエンチタイムでは、ピーク感度を維持するために、ガイガーモードにおいて並列接続で動作するより多くのＡＰＤが必要となる。
【００４８】
一部の実施形態では、ガイガーモードで動作するように構成されるＡＰＤの数は、特定の検出器に対して固定される。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、検出器１４０Ａ，１４０Ｂ，１５０Ａ，１５０Ｂ，１６０Ａ，１６０Ｂのいずれかを、ガイガーモードで動作するように構成されるＡＰＤの数を調節するように構成できる。図７は、コンピュータ１３２からの制御コマンド２０２に応答して、アレイ２００のＡＰＤ要素をガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替えるように構成された駆動電子部品（図示せず）を含むリニアアレイ検出器２００を示す。ガイガーモードとリニアモードとの間でＡＰＤを切り替えるための例示的な技術は、２０１１年１０月６日公開のＴｈｏｍａｓ  Ｆｒａｃｈらによる「Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題された米国特許出願公開第２０１１／０２４０８６５  Ａ１号に記載されている。その主題はその全体が参照により本明細書に組み入れられる。一部の実施形態では、コンピュータ１３２は、特定のスイッチング周波数および持続時間（例えば、パルス幅変調信号）において、所定数のＡＰＤをガイガー動作モードとリニア動作モードとの間で切り替える。スイッチング周波数および持続時間の値のいずれかまたは両方を、検出器２００から受信した出力信号２０１に基づいて調節することによって、ガイガーモードで動作するＡＰＤによって生成された出力データを強調または減衰できる。これは、例えば、電圧変調をＡＰＤアレイに印加して、リニア型とガイガー型との間を度々切り替えるように検出器を駆動することによって実現できる。いくつかの他の実施形態では、コンピュータ１３２は、出力信号２０１に基づいて、ガイガーモードで動作するＡＰＤの飽和レベルを確定し、それに応じて、ガイガーモードで動作するＡＰＤの数を調節するための制御コマンド２０２を決定する。
【００４９】
図７に示すように、検査システム１００は、プロセッサ１４１およびコンピュータ可読メモリ１４２を含む。プロセッサ１４１とメモリ１４２とは、バス１４３を介して通信できる。メモリ１４２は、プログラムコードを保存するメモリ１４４を含む。このプログラムコードは、プロセッサ１４１によって実行されると、プロセッサ１４１に、各検出器の所望の動作モードを決定させ、検出器に、ガイガーモードで動作するＡＰＤの数を調節させる制御信号を生成させる。
【００５０】
一つのさらなる態様では、マイクロレンズアレイが、光検出器アレイの前方に配置され、検査領域の各ピクセルから集めた、入射光を、光検出器アレイのそれぞれの活性領域に集束する。このようにして、アレイの隣接する光検出器の間の「デッドスペース」に入射するような、入射光に関連する損失を最小化する。
【００５１】
別のさらなる態様では、光導体アレイが光検出器アレイの前方に配置されており、検査領域の各ピクセルから集めた光を、各々の対応する光検出器ピクセルに均等に分配する。図９Ａは、それぞれ、マクロピクセル２１１Ａおよび２１１Ｂの前方に配置された、光導体要素２１０Ａおよび２１０Ｂを有する光導体アレイ２１０を示す。マクロピクセル２１１Ａおよび２１１Ｂは、ガイガーモードで動作する所定数のＡＰＤを含む。マクロピクセルを含むＡＰＤ要素の各々（すなわち、サブピクセル）は、同時に到達する複数の光子を適切にカウントするように並列接続される。各マクロピクセルのダイナミックレンジを最大化するために、光導体アレイ２１０は、各マクロピクセルに対応する、入射光を、各マクロピクセルの活性要素（例えば、ガイガーモードで動作するＡＰＤ）にわたって均等に分配する。このようにして、特定のサブピクセルが飽和して入ってくる光子を適切にカウントできない可能性を最小化する。図９Ａに示すように、入射光２１２Ａは、検査領域の特定のピクセルに対応する。光導体要素２１０Ａは、入射光２１２Ａを受光して混合する。混合光は、その後、マクロピクセル２１１Ａの各サブピクセルにわたる均等な分布の光として、マクロピクセル２１１Ａに与えられる。このようにして、マクロピクセル２１１Ａは、最大ダイナミックレンジを持つ検査領域の対応するピクセルに集まった光子の数をカウントすることが可能である。同様に、入射光２１２Ｂは、検査領域の別の特定のピクセルに対応する。光導体要素２１０Ｂは、入射光２１２Ｂを受光して混合する。混合光は、その後、マクロピクセル２１１Ｂの各サブピクセルにわたる均等な分布の光として、マクロピクセル２１１Ｂに与えられる。図９Ｂは、マクロピクセル２１１Ａ上に結像された、混合されていない、入射光２１２Ａの分布２１３を示す。図９Ｂに示すように、入射光２１１Ａに関連する光子が比較的少数のサブピクセルに集中するため、マクロピクセル２１１Ａのサブピクセルの多くは活用されていない。その結果、入射光２１１Ａの集中した分布２１３の影響下にあるサブピクセルは、より簡単に飽和する。それ故に、マクロピクセル２１１Ａのダイナミックレンジが低下する。図９Ｃは、光導体２１０Ａによって混合された、マクロピクセル２１１Ａ上に結像された、入射光２１２Ａの分布２１４を示す。図９Ｃに示すように、入射光２１１Ａに関連する光子がすべてのサブピクセルにわたって均等に分配されているため、マクロピクセル２１１Ａのすべてのサブピクセルが活用されている。その結果、入射光２１１Ａの均等な分布２１４の影響下にある特定のサブピクセルは、飽和する可能性は低い。それ故に、マクロピクセル２１１Ａのダイナミックレンジが改善される。
【００５２】
図１０は、別の実施形態における光導体アレイ２２０を示す図である。図１０に示すように、光導体アレイ２２０は、それぞれ、マクロピクセル２２１Ａ〜２２１Ｅの前方に配置された光導体要素２２０Ａ〜２２０Ｅを含む。マクロピクセル２２１Ａ〜２２１Ｅの各々は、ガイガーモードで動作するＡＰＤのリニアアレイ（すなわち、サブピクセル）を含む。各マクロピクセルを含むＡＰＤ要素の各々（すなわち、サブピクセル）は、同時に到達する複数の光子を適切にカウントするように並列接続される。各マクロピクセルのダイナミックレンジを最大化するために、光導体アレイ２２０は、各マクロピクセルに対応する、入射光を、各マクロピクセルの活性要素（例えば、ガイガーモードで動作するＡＰＤ）にわたって均等に分配する。このようにして、特定のサブピクセルが飽和して入ってくる光子を適切にカウントできない可能性を最小化する。図１０に示すように、入射光２２２Ａは、検査領域の特定のピクセル（例えば、リニアストライプ）に対応する。光導体要素２２０Ａは、入射光２２２Ａを受光して混合する。混合光は、その後、マクロピクセル２２１Ａの各サブピクセルにわたる均等な分布の光として、マクロピクセル２２１Ａに与えられる。このようにして、マクロピクセル２２１Ａは、最大ダイナミックレンジを持つ検査領域の対応するピクセルに集まった光子の数をカウントすることが可能である。
【００５３】
別のさらなる態様では、ガイガーモードで動作するＡＰＤを含む光検出器の第一のアレイ（例えば、アレイ１４０Ａ、１５０Ａまたは１６０Ａ）の画像分解能は、光検出器の第二のアレイ、例えば、アレイ１４０Ｂ、１５０Ｂまたは１６０Ｂ）の画像分解能とは異なる。例えば、フォトダイオードアレイの各マクロピクセルにおいて、並列に連結されており、ガイガーモードで動作するＡＰＤの数によって、その特定のフォトダイオードアレイのダイナミックレンジが決定される。各マクロピクセルに関連するＡＰＤの数が増大すると、ダイナミックレンジも増大する。しかしながら、ＡＰＤの数が増大すると、固定サイズのＡＰＤのために対応するマクロピクセルのサイズも増大する。マクロピクセルのサイズの増大に伴い、画像分解能が低下する。それ故に、ガイガーモードで動作する実際の大きさのＡＰＤ要素の数に基づく、特定のマクロピクセルの画像分解能とダイナミックレンジとの間のトレードオフが存在する。好ましい実施形態では、より多くの光を受光する光検出器アレイは、ダイナミックレンジを増大するように、より多い数のサブピクセルを備えて設計される。その一方で、より少ない光を受光する別の光検出器アレイは、画像分解能を増大するように、より少ない数のサブピクセルを含む。好ましい実施形態では、光検出器アレイの一以上が、ガイガーモードで動作するＡＰＤを含む。
【００５４】
なおも別の態様では、ガイガーモードで動作するＡＰＤを含む光検出器の二次元アレイのダイナミックレンジは、分解能を損失しなくても増大する。図１１に示す実施形態では、ガイガーモードで動作する所定数のＡＰＤを各々が含む光検出器の二次元アレイが、ダイナミックレンジを増大した一次元測定の実行に利用される。図１１に示すように、二次元アレイ２３０は、光検出器の所定数の横列２３１Ａ〜２３１Ｊを含む。例えば、コンピュータ１３２によって実施される加算モジュール２３２が、各横列の要素を別々に読み出して、アレイ２３０の各縦列と、それらの縦列の位置に対応する時間遅延とを合計する。アレイ２３０の各光検出器のＡＰＤがガイガーモードで動作するため、各横列の要素の読み出し値は、デジタル値（すなわち、光子計数値）である。それ故に、縦列要素のその後の加算は、読み出しノイズがなく、正確に実行される。このようにして、一次元測定は、横列要素のサイズによって決定される分解能で実行される。その一方で、ダイナミックレンジは、各縦列において統合された要素の数だけ増大する。各縦列位置に関連する時間遅延は、検査されるサンプルの走査速度に基づく。例えば、サンプルの走査速度が増大すると、時間遅延は減少する。一部の実施形態では、縦列の要素は、直線にわたって統合される。しかしながら、通例、縦列の要素は、任意の曲線軌道にわたって統合できる。
【００５５】
一部の実施形態では、駆動および読み出し電子部品は、コストを減少し、かつデータ処理速度を改善するために、ＡＰＤと同じ基板上に構成される。
【００５６】
一部の実施形態では、ＡＰＤは、正面照明アバランシェフォトダイオードである。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、背面薄化アバランシェフォトダイオードが利用される。背面薄化ＡＰＤの使用は、短波長放射（例えば、深紫外線放射）に対する感度が所望されるときに好ましい場合がある。
【００５７】
一部の実施形態では、アレイのピクセル構造は、放射波長（例えば、ＤＵＶおよび蛍光シグナル）の範囲にわたる集光効率を最大化するように設計される。このようにして、アレイは、所定の範囲内のすべての放射波長に対して感度がよい。
【００５８】
過剰な光力を利用できる場合の一部の実施形態では、散乱された照明フィールドの中央部がスリット開口部に結像する。光は、開口部を通り抜けて広がり、検出器アレイに至る。したがって、感度が向上する。
【００５９】
一部の実施形態では、比較的大きな粒子のサイズは、飽和した検出器要素の群の端部に対応する検出器要素によって生成された出力信号に基づいて概算される。例えば、大きな粒子は、検出器アレイにおける欠陥の像の中央部において信号の飽和（すなわち、集光器レンズのパワースペクトル関数）を引き起こすことがある。飽和した検出器の縁部における検出器要素によって生成された出力信号を使用して、欠陥のサイズを概算する。
【００６０】
走査表面検査システムの一部の実施形態では、各検出器が、照明スポット１１５によって光を照射された検査領域から集めた光を表す単一の出力信号を生成する。単一の出力信号によって、ハイスループットでの欠陥の効率的検出が可能になる。いくつかの他の実施形態では、イメージング検出器（すなわち、照明スポット１１５によって光を照射された検査領域の各ピクセルにわたって集められた光を表す所定数の別個の出力信号を生成する検出器（複数可））が利用される。
【００６１】
システム１００は、各検出器によって検出された散乱信号の処理に必要なさまざまな電子構成要素（図示せず）も含む。例えば、システム１００は増幅回路を備えてよい。これは、検出器１４０Ａからの出力信号１２７および検出器１４０Ｂからの出力信号１２８を受信して、所定量だけ出力信号を増幅する。また、増幅された信号を、プロセッサ１４１内での使用に好適なデジタル形式に変換するためのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（図示せず）が含まれる。一実施形態では、プロセッサを、伝送媒体によってＡＤＣに直接に連結してもよい。あるいは、プロセッサが、ＡＤＣに連結された他の電子構成要素からの信号を受信してもよい。このようにして、プロセッサを、伝送媒体および任意の介在する電子構成要素によって間接的にＡＤＣに連結してもよい。
【００６２】
通例、プロセッサ１４１は、各検出器から得られた電気信号を使用して、ウェーハの特徴、欠陥または光散乱特性を検出するように構成される。検出器によって生成される信号は、各検出器によって検出された光の典型を示す。プロセッサは、当技術分野において公知の任意の適切なプロセッサを備えてよい。また、プロセッサは、当技術分野において公知の任意の適切な欠陥検出アルゴリズムまたは方法を使用するように構成されてよい。例えば、プロセッサは、ダイとデータベースとの比較または閾値化アルゴリズムを使用して、試料における欠陥を検出してもよい。
【００６３】
また、検査システム１００は、オペレータからの入力を受け取るのに有用な周辺デバイス（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンなど）、およびオペレータに出力を表示するのに有用な周辺デバイス（例えば、表示モニタ）を備えてよい。オペレータからの入力コマンドは、光力の制御に使用される閾値を調節するために、プロセッサが使用できる。結果生じた出力レベルは、グラフを用いて表示モニタ上にオペレータに提示してもよい。
【００６４】
図１に示す実施形態では、ウェーハ位置決めシステム１２５が、照射光１１１の固定ビームに従いウェーハ１２３を移動させる。ウェーハ位置決めシステム１２５は、ウェーハチャック１０８、運動制御装置１１４、回転ステージ１１０、および平行移動ステージ１１２を備える。ウェーハ１２３はウェーハチャック１０８上に支持される。ウェーハ１２３は、その幾何学的中心が回転ステージ１１０の回転軸とほぼ一直線になるように配置される。このようにして、回転ステージ１１０は、受け入れ可能な許容範囲内の規定された角速度ωで、その幾何学的中心を軸にしてウェーハ１２３を回転させる。また、平行移動ステージ１１２が、回転ステージ１１０の回転軸とほぼ垂直の方向に、特定の速度ＶＴにおいてウェーハ１２３を平行移動させる。運動制御装置１１４が、回転ステージ１１０によるウェーハ１２３の回転、および平行移動ステージ１１２によるウェーハ１２３の平行移動を調整することによって、走査表面検査システム１００内におけるウェーハ１２３の所望の走査運動を実現する。
【００６５】
一部の実施形態では、システム１００は、偏向器（図示せず）を備えてよい。一実施形態では、偏向器は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）であってもよい。他の実施形態では、偏向器は、機械走査アセンブリ、電子スキャナ、回転ミラー、多角形ベーススキャナ、レゾナントスキャナ、圧電スキャナ、検流計ミラー、または検流計を備えてよい。偏向器は、試料にわたって光ビームを走査する。一部の実施形態では、偏向器は、ほぼ一定の走査速度で試料にわたって光ビームを走査してもよい。
【００６６】
前述の検出スキームは、個々の照明スポット（例えば、照明スポット１１５）を参照して記載したが、本明細書に記載する方法およびシステムは、マルチスポット表面検査システムにも同じように応用できる。マルチスポット検査システムでは、所定数の照明スポットが同時に利用される。これらの照明スポットに、一以上の照明源から照射光が提供される。本明細書に記載するような検出器は、複数の照明スポットのうちの任意のものから反射または散乱する光の集光経路に選択的に設置できる。このようにして、任意の照明スポットにおける欠陥感度を改善できる。通常、照明スポットの構成では、検査トラックの連続する部分の間に検査結果をインターリーブでき、かつ検出器におけるクロストークを最小化するように、スポット間にかなりの間隔があけられる。参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願公開第２００９／０２２５３９９号は、マルチスポット走査技術のさらなる詳細を記載している。
【００６７】
図８は、ガイガーモードで動作可能なＡＰＤを含む検出システムのダイナミックレンジの向上に有用な例示的な方法４００のフローチャートを示す。限定するものではないが、一例では、図１を参照して記載する検査システム１００は、方法４００を実施するように構成される。しかしながら、通例、方法４００の実施は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されない。
【００６８】
ブロック４０１において、照明源によって照射光のビームを生成し、試料の表面に導く。
【００６９】
ブロック４０２において、照射光によって光を照射される試料の表面における検査領域の各ピクセルから光を集める。
【００７０】
ブロック４０３において、検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの光の第一の部分を、ガイガーモードで動作可能な第一の複数のアバランシェフォトダイオードを含む光検出器の第一のアレイにおいて受光する。
【００７１】
ブロック４０４において、集めたそれぞれの光の受光した第一の部分に基づいて、第一の複数の出力値を生成する。
【００７２】
ブロック４０５において、検査領域の各ピクセルから集めたそれぞれの光の第二の部分を、光検出器の第二のアレイにおいて受光する。
【００７３】
ブロック４０６において、集めたそれぞれの光の受光した第二の部分に基づいて、第二の複数の出力値を生成する。
【００７４】
さまざまな実施形態が、試料の検査に使用できる検査システムまたはツールに関して本明細書に記載される。「試料」という用語は、本明細書において、欠陥、特徴または当技術分野において公知の他の情報（例えば、ヘイズの量またはフィルム特性）について検査できるウェーハ、レチクルまたは任意の他のサンプルを指すのに使用される。
【００７５】
本明細書に使用するような「ウェーハ」という用語は、概して、半導体または非半導体材料から形成された基板を指す。材料の例は、限定するものではないが、単結晶シリコン、ガリウムヒ素およびリン化インジウムを含む。そのような基板は、一般的であり、かつ／または半導体作製設備において処理される。一部の例では、ウェーハは、単なる基板（すなわち、ベアウェーハ）を備えてよい。あるいは、ウェーハは、基板に形成される種々の材料の一以上の層を備えてよい。ウェーハに形成される一以上の層は、「パターン付き」でも、「パターン無し」でもよい。例えば、ウェーハは、繰り返し可能なパターン特徴を有する複数のダイを含んでよい。
【００７６】
「レチクル」は、レチクル作製プロセスにおける任意の段階のレチクルであってもよいし、半導体作製設備での使用のために発売されても、されなくてもよい完成したレチクルであってもよい。レチクルまたは「マスク」は、通常、その上にほぼ不透明な領域が形成され、パターンにおいて構成されている略透明な基板として定義される。基板は、例えば、石英などのガラス材料を含んでよい。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写されるように、リソグラフィプロセスの露出工程中にレジストで覆われたウェーハの上方に配置されてよい。
【００７７】
一以上の例示的な実施形態では、記載した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実装されてよい。ソフトウェアにおいて実装された場合には、機能は、コンピュータ可読媒体に保存されるか、またはコンピュータ可読媒体上の一以上の指示またはコードとして送信されてよい。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を促進する任意の媒体を含むコンピュータ記憶媒体および通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または特殊目的のコンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例証として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶装置、または指示もしくはデータ構造の形で所望のプログラムコード手段を運ぶかもしくは保存するのに使用でき、汎用もしくは特殊目的のコンピュータ、または汎用もしくは特殊目的のプロセッサによってアクセスできる任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体に適切に与えられる。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または他の離れた送信源から送信される場合には、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書に使用するようなディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含む。ここで、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通例、データを磁気的に再生するものであり、その一方で、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザを用いてデータを光学的に再生するものである。前述の組み合わせは、コンピュータ可読媒体の範囲内にも含まれるはずである。
【００７８】
若干数の特定の実施形態を教授的な目的のために前述したが、本特許文献の教示は、一般的適用性を有しており、前述の特定の実施形態に限定されない。一例を挙げれば、検査システム１００は、二つ以上の光源（図示せず）を備えてよい。これらの光源は、異なる形で構成されてよいし、同じ形に構成されてよい。例えば、光源は、同時または異なる時に、同じか異なる入射角で、同じか異なる照明領域でウェーハに導くことができる種々の特性を有する光を生成するように構成されてよい。光源は、本明細書に記載する実施形態のいずれかに従い構成されてよい。光源の一つを本明細書に記載する実施形態のいずれかに従い構成されてよいことに加えて、別の光源が、当技術分野において公知の任意の他の光源であってもよい。一部の実施形態では、検査システムは、二つ以上の照明領域にわたって同時にウェーハに光を照射してもよい。複数の照明領域は、空間的に重複してもよい。複数の照明領域は、空間的に区別されてよい。一部の実施形態では、検査システムは、二つ以上の照明領域にわたって異なる時にウェーハに光を照射してもよい。種々の照明領域は、一時的に重複してもよい（すなわち、ある程度の期間にわたって同時に光が照射される）。種々の照明領域は、一時的に区別されてよい。通例、照明領域の数は任意であってよく、各照明領域は、サイズ、向きおよび入射角が等しくてもよいし、異なっていてもよい。なおも別の例では、検査システム１００は、ウェーハ１２３の任意の運動とは独立して走査する、一以上の照明領域を持つ走査スポットシステムであってもよい。一部の実施形態では、照明領域は、走査線に沿う繰り返しのパターンにおいて走査されるように形成される。走査線は、ウェーハ１２３の走査運動と一直線でも、一直線でなくてもよい。本明細書に提示するように、ウェーハ位置決めシステム１２５は、回転および並進運動を調整することによってウェーハ１２３の運動を生成するが、なおも別の例では、ウェーハ位置決めシステム１００は、二つの並進運動を調整することによって、ウェーハ１２３の運動を生成してもよい。例えば、運動ウェーハ位置決めシステム１２５は、二つの直交する直線軸に沿って運動（例えば、Ｘ−Ｙ運動）を生成してもよい。そのような実施形態では、走査ピッチは、それぞれの運動軸に沿う、隣接する平行移動走査間の距離として定義できる。そのような実施形態では、検査システムは、照明源およびウェーハ位置決めシステムを含む。照明源は、照明領域にわたってウェーハの表面に放射を提供する。ウェーハ位置決めシステムは、ウェーハを、走査ピッチによって特徴づけられた走査運動において移動させる（例えば、一方向において前後に走査し、直交方向において走査ピッチと等しい量だけ段階的に進む）。
【００７９】
したがって、特許請求の範囲に説明するような本発明の範囲から逸脱することなく、記載した実施形態のさまざまな特徴のさまざまな変更、適合および組み合わせを、実施できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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