JP2019207946A - 光差分検出器及び検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バイアス電圧の調整が容易化され、同相雑音の除去効果を十分に高められる光差分検出器及びこれを用いた検査装置を提供する。【解決手段】光差分検出器２１Ａは、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂと、第１のＡＰＤ２２Ａに第１のバイアス電圧を印加する第１の電圧印加部２３Ａ、及び第２のＡＰＤ２２Ｂに第２のバイアス電圧を印加する第２の電圧印加部２３Ｂと、第１のＡＰＤ２２Ａと第２のＡＰＤ２２Ｂとが並列に接続され、第１のＡＰＤ２２Ａからの第１の信号電流と、第２のＡＰＤ２２Ｂからの第２の信号電流とを差分増幅する差分増幅器２５と、第１のＡＰＤ２２Ａにおける第１のモニタ用電流の低周波成分と、第２のＡＰＤ２２Ｂにおける第２のモニタ用電流の低周波成分とが等しくなるように第２のバイアス電圧を制御するフィードバック制御部２６とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光差分検出器及び検査装置に関する。
従来、アバランシェフォトダイオード（avalanche photodiode：以下「ＡＰＤ」）を用いた光差分検出器が知られている。例えば特許文献１に記載の検出器は、正のバイアス生成回路に接続された第１のＡＰＤと、負のバイアス生成回路に接続された第２のＡＰＤと、これらのＡＰＤの後段に配置された増幅器と、を備え、差分増幅可能な構成を有している。第１のＡＰＤ及び第２のＡＰＤは、増幅器に対して電気的に直列に接続され、増幅器には、２つのＡＰＤからそれぞれ出力される検出信号の差分が入力される。このような検出器では、２つのＡＰＤからの同相信号が除去され、同相雑音が除去されるため、高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
米国特許第７６５９９８１号公報
ＡＰＤでは、カソードとアノードとの間に印加されるバイアス電圧によって、光に対する信号電流の増幅率が定まる。光差分検出器としてＡＰＤを用いる場合には、２つのＡＰＤの増幅率が等しくなるように各ＡＰＤにバイアス電圧を印加する必要がある。しかしながら、ＡＰＤには、１００Ｖ程度の比較的高いバイアス電圧を印加する必要があり、正負のバイアス電圧を精度良く揃えることが難しいという問題がある。また、実際にはＡＰＤの個体毎にバイアス電圧に対する増幅率のばらつきがあり、また、ＡＰＤの温度特性による影響もある。そのため、絶対値が等しいバイアス電圧を２つのＡＰＤに印加したとしても、２つのＡＰＤの増幅率が揃わず、同相雑音の除去効果が十分に得られなくなることが考えられる。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、バイアス電圧の調整が容易化され、同相雑音の除去効果を十分に高められる光差分検出器及びこれを用いた検査装置を提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る光差分検出器は、入力光に応じた信号電流を増幅して出力する第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードと、第１のアバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を印加する第１の電圧印加部、及び第２のアバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電圧を印加する第２の電圧印加部と、第１のアバランシェフォトダイオードと第２のアバランシェフォトダイオードとが並列に接続され、第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流と、第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流とを差分増幅する差分増幅器と、第１のアバランシェフォトダイオードにおける第１のモニタ用電流の低周波成分と、第２のアバランシェフォトダイオードにおける第２のモニタ用電流の低周波成分とが等しくなるように、第１のバイアス電圧及び第２のバイアス電圧の少なくとも一方を制御するフィードバック制御部と、を備える。
この光差分検出器では、第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードが差分増幅器に対して並列に接続されている。この構成によれば、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。その上で、第１のモニタ用電流の低周波成分及び第２のモニタ用電流の低周波成分を用いて第１のバイアス電圧及び第２のバイアス電圧の少なくとも一方を制御することで、各アバランシェフォトダイオードの増幅率を揃えることが可能となる。この結果、各アバランシェフォトダイオードからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
第１のモニタ用電流は、第１のバイアス電圧の印加によって第１のアバランシェフォトダイオードに流れる第１のバイアス電流であり、第２のモニタ用電流は、第２のバイアス電圧の印加によって第２のアバランシェフォトダイオードに流れる第２のバイアス電流であってもよい。この場合、制御電圧を制御するフィードバック制御部の構成を簡便に実現できる。また、入力光の強弱に依らずに低周波成分のモニタが可能となるため、フィードバック制御の安定性を確保できる。
第１のモニタ用電流は、第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流であり、第２のモニタ用電流は、第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流であってもよい。この場合も、制御電圧を制御するフィードバック制御部の構成を簡便に実現できる。
また、本発明の一側面に係る光差分検出器は、入力光に応じた信号電流を増幅して出力する第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードと、第１のアバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を印加する第１の電圧印加部、及び第２のアバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電圧を印加する第２の電圧印加部と、第１のアバランシェフォトダイオードと第２のアバランシェフォトダイオードとが並列に接続され、第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流と、第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流とを差分増幅する差分増幅器と、第１のアバランシェフォトダイオードへの入力光又は第２のアバランシェフォトダイオードへの入力光を減衰させる光減衰器と、第１のアバランシェフォトダイオードにおける第１のモニタ用電流の低周波成分と、第２のアバランシェフォトダイオードにおける第２のモニタ用電流の低周波成分とが等しくなるように、光減衰器による入力光の減衰量を制御するフィードバック制御部と、を備える。
この光差分検出器では、第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードが差分増幅器に対して並列に接続されている。この構成によれば、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。その上で、第１のモニタ用電流の低周波成分及び第２のモニタ用電流の低周波成分を用いて光減衰器による入力光の減衰量を制御することで、各アバランシェフォトダイオードへの入力光の光量を揃えることが可能となる。この結果、各アバランシェフォトダイオードからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
第１のモニタ用電流は、第１のバイアス電圧の印加によって第１のアバランシェフォトダイオードに流れる第１のバイアス電流であり、第２のモニタ用電流は、第２のバイアス電圧の印加によって第２のアバランシェフォトダイオードに流れる第２のバイアス電流であってもよい。この場合、入力光の減衰量を制御するフィードバック制御部の構成を簡便に実現できる。
第１のモニタ用電流は、第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流であり、第２のモニタ用電流は、第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流であってもよい。この場合も、入力光の減衰量を制御するフィードバック制御部の構成を簡便に実現できる。
また、本発明の一側面に係る検査装置は、計測対象物に向けて検査光を出力する光源と、計測対象物に対向して配置される磁気光学結晶と、上記光差分検出器と、を備え、第１のアバランシェフォトダイオードは、光源から出力して磁気光学結晶で反射した第１の偏光成分を有する第１の検査光を検出し、第２のアバランシェフォトダイオードは、光源から出力して磁気光学結晶で反射した第２の偏光成分を有する第２の検査光を検出する。
この検査装置では、光差分検出器において、各アバランシェフォトダイオードの増幅率或いは各アバランシェフォトダイオードへの入力光の光量を揃えることが可能となる。この結果、各アバランシェフォトダイオードからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められる。したがって、高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となり、高い精度で計測対象物の検査を実施できる。
この光差分検出器及び検査装置では、バイアス電圧の調整が容易化され、同相雑音の除去効果を十分に高められる。
検査装置の一実施形態を示す図である。 光差分検出器の第１実施形態を示す図である。 光差分検出器の第２実施形態を示す図である。 光差分検出器の第３実施形態を示す図である。 光差分検出器の第４実施形態を示す図である。 電圧印加部の変形例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る光差分検出器及び検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
［検査装置］
図１は、検査装置の一実施形態を示す図である。同図に示す検査装置１は、検査光Ｌを用いることにより、計測対象物である半導体デバイスＤにおける異常発生個所を特定する装置として構成されている。検査装置１は、検査光Ｌを導光及び検出するための要素として、光源２と、光分割光学系３と、光スキャナ４と、対物レンズ５と、磁気光学結晶６と、光センサ７と、アンプ８とを備えている。また、検査装置１は、検査光Ｌを解析するための要素として、テスタユニット９と、周波数解析部１０と、コンピュータ１１と、表示装置１２と、入力装置１３とを備えている。
計測対象物である半導体デバイスＤとしては、例えばダイオードやパワートランジスタ等を含む個別半導体素子（ディスクリート）、オプトエレクトロニクス素子、センサ／アクチュエータ、あるいは、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造やバイポーラ構造のトランジスタで構成されるロジックＬＳＩ（Large Scale Integration）、メモリ素子、リニアＩＣ（IntegratedCircuit）等、及びこれらの混成デバイス等がある。また、半導体デバイスＤは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。
光源２は、磁気光学結晶６及び半導体デバイスＤに向けて検査光Ｌを出力する装置である。検査光Ｌは、ＣＷ（continuous wave）光及びパルス光のいずれであってもよい。また、検査光Ｌは、インコヒーレントな光及びコヒーレントな光のいずれであってもよい。インコヒーレントな光を出力する光源としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＡＳＥ（AmplifiedSpontaneous Emission）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が挙げられる。また、コヒーレントな光を出力する光源２としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源等を用いることができる。
また、検査光Ｌの波長は、例えば５３０ｎｍ以上となっている。検査光Ｌの波長は、１０６４ｎｍ以上であってもよい。光源２から出力された検査光Ｌは、例えば偏光保存シングルモード光カプラ及びプローブ光用の偏光保存シングルモード光ファイバを介し、光分割光学系３を通って光スキャナ４に導かれる。
光スキャナ４は、例えばガルバノミラーやＭＥＭＳ（micro electromechanical system）ミラー等の光走査素子によって構成されている。光スキャナ４は、磁気光学結晶６の入射面６ｉ上の選択領域に対して検査光Ｌを走査する。選択領域は、例えば入力装置１３によってコンピュータ１１に入力されたユーザの操作によって設定される。選択領域は、磁気光学結晶６の入射面６ｉに対し、２次元のエリア、１次元のライン、或いはスポット的に設定される。
対物レンズ５は、光分割光学系３及び光スキャナ４によって導かれた検査光Ｌを磁気光学結晶６に集光する。対物レンズ５は、ターレット等により、低倍率対物レンズ（例えば５倍）と高倍率対物レンズ（例えば５０倍）とに切替可能に構成されている。対物レンズ５には、対物レンズ駆動部１４が取り付けられている。この対物レンズ駆動部１４によって対物レンズ５が検査光Ｌの光軸方向ＯＤに沿って変位することにより、対物レンズ５の焦点位置が光軸方向ＯＤに調整される。
磁気光学結晶６は、磁気光学効果により、半導体デバイスＤで発生した磁界に応じて、入射面６ｉから入力された検査光Ｌの偏光状態を変化させる。例えば半導体デバイスＤにおいてリーク電流が発生している等の故障が生じている場合、故障箇所では正常時とは異なる磁界の変化が生じ得る。したがって、磁気光学結晶６では、故障箇所における磁界の変化が検査光Ｌの偏光状態の変化として出力されることとなる。
磁気光学結晶６で反射した検査光Ｌは、対物レンズ５及び光スキャナ４を通って光分割光学系３に戻り、戻り光用の光ファイバを介して光センサ７に導光される。ここでは、光センサ７は、後述する光差分検出器２１Ａ〜２１Ｄのいずれかによって構成されている。光センサ７は、磁気光学結晶６で反射した検査光Ｌの異なる偏光成分を検出する２つの検出素子（第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂ：図２等参照）を有しており、これらの検出素子によって検出された光の強度に基づく差分信号をアンプ８に出力する。
光分割光学系３は、ファラデー回転子及び偏光ビームスプリッタを含んで構成されている。磁気光学結晶６で反射した検査光ＬのＳ偏光成分（第１の検査光）は、第１の偏光ビームスプリッタによって反射され、光センサ７の一方の検出素子に入射する。また、磁気光学結晶６で反射した検査光ＬのＰ偏光成分は、ファラデー回転子によって偏光面が回転してＳ偏光成分の光となる。このＳ偏光成分の光（第２の検査光）は、第２の偏光ビームスプリッタによって反射され、光センサ７の他方の検出素子に入射する。
光センサ７から出力された差分信号は、アンプ８によって増幅され、増幅信号として周波数解析部１０に入力される。周波数解析部１０は、増幅信号における計測周波数成分を抽出し、抽出した信号を解析信号としてコンピュータ１１に出力する。計測周波数は、例えば半導体デバイスＤに印加される変調電流信号の変調周波数に基づいて設定される。周波数解析部１０としては、例えばロックインアンプ、スペクトラムアナライザ、ネットワークアナライザ、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）等を用いることができる。
本実施形態では、テスタユニット９によって半導体デバイスＤに所定の変調電流信号が繰り返し印加される。テスタユニット９は、例えばタイミング信号ケーブルにより周波数解析部１０に電気的に接続されている。半導体デバイスＤでは、当該変調電流信号に伴い変調磁場が発生する。変調磁場に応じた光信号が後述する光センサ７に検出されることによって、特定の周波数に基づくロックイン検出が可能となる。ロックイン検出を行うことによってＳ／Ｎを向上させることができる。なお、テスタユニット９は、必ずしも変調電流信号を印加するものでなくてもよく、検出周波数に応じたパルス光を発生させるＣＷ（continuous wave）電流信号を印加するものであってもよい。
コンピュータ１１は、物理的には、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ等のプロセッサ、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。かかるコンピュータ１１としては、例えばパーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。コンピュータ１１には、例えばユーザからの操作が入力される入力装置１３と、ユーザに計測結果等を示すための表示装置２３とが接続されている。コンピュータ１１は、プロセッサにより、光源２、光スキャナ４、対物レンズ駆動部１４、テスタユニット９、光センサ７、周波数解析部１０を制御する機能を実行する。また、コンピュータ１１は、プロセッサにより、周波数解析部１０からの解析信号に基づく磁気分布画像或いは磁気周波数プロット等を生成する機能を実行する。
［光差分検出器の第１実施形態］
次に、上述した光センサ７を構成する光差分検出器について更に詳細に説明する。図２は、光差分検出器の第１実施形態を示す図である。この光差分検出器２１Ａは、検出素子として２つのアバランシェフォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」と称す）を備え、これらのＡＰＤからそれぞれ出力される検出信号の差分を増幅して出力する装置である。光差分検出器２１Ａから出力される差分信号では、２つのＡＰＤからの同相信号が除去され、同相雑音が除去される。このため、高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となっている。
光差分検出器２１Ａは、図２に示すように、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂと、第１の電圧印加部２３Ａ及び第２の電圧印加部２３Ｂと、複数の電流電圧変換器２４と、差分増幅器２５と、フィードバック制御部２６とを備えて構成されている。
第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂは、入力光に応じた信号電流を増幅して出力する検出素子である。第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂは、互いに独立したバイアス回路を有している。すなわち、第１のＡＰＤ２２Ａによる信号電流の増幅率は、第１の電圧印加部２３Ａから印加される第１のバイアス電圧ＶＡ１によって制御され、第２のＡＰＤ２２Ｂによる信号電流の増幅率は、第２の電圧印加部２３Ｂから印加される第２のバイアス電圧ＶＡ２によって制御される。第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂは、差分増幅器２５に対して電気的に並列に接続されている。
第１のＡＰＤ２２Ａに入力される入力光Ｌ１は、磁気光学結晶６で反射した検査光ＬのＳ偏光成分の光（第１の検査光）である。第１のＡＰＤ２２Ａは、入力光Ｌ１の強度に応じた第１の信号電流ＩＡ１を出力する。第１の信号電流ＩＡ１は、電流電圧変換器２４によって第１の信号電圧ＶＢ１に変換され、第１の信号電圧ＶＢ１は、差分増幅器２５に入力される。第２のＡＰＤ２２Ｂに入力される入力光Ｌ２は、磁気光学結晶６で反射した検査光ＬのＰ偏光成分であり、ファラデー回転子によって偏光面が回転してＳ偏光成分となった光（第２の検査光）である。第２のＡＰＤ２２Ｂは、入力光Ｌ２の強度に応じた第２の信号電流ＩＡ２を出力する。第２の信号電流ＩＡ２は、電流電圧変換器２４によって第２の信号電圧ＶＢ２に変換され、第２の信号電圧ＶＢ２は、差分増幅器２５に入力される。
第１の電圧印加部２３Ａは、第１のＡＰＤ２２Ａに第１のバイアス電圧ＶＡ１を供給する部分である。第１の電圧印加部２３Ａには、第１の抵抗分圧回路２７Ａが接続されており、当該第１の抵抗分圧回路２７Ａによって第１の電圧印加部２３Ａにおける制御電圧ｃｏｎｔ１が生成される。第２の電圧印加部２３Ｂは、第２のＡＰＤ２２Ｂに第２のバイアス電圧ＶＡ２を供給する部分である。第２の電圧印加部２３Ｂには、第２の抵抗分圧回路２７Ｂが接続されており、当該第２の抵抗分圧回路２７Ｂによって第２の電圧印加部２３Ｂにおける制御電圧ｃｏｎｔ２が生成される。
第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂは、差分増幅器２５に対して電気的に並列に接続されているため、第１のバイアス電圧ＶＡ１及び第２のバイアス電圧ＶＡ２は、正負いずれか一方の極性を有していればよい。本実施形態では、第１のバイアス電圧ＶＡ１及び第２のバイアス電圧ＶＡ２は、いずれも正のバイアス電圧となっている。差分増幅器２５は、第１のＡＰＤ２２Ａからの第１の信号電圧と、第２のＡＰＤ２２Ｂからの第２の信号電圧との差分を増幅した差分信号を生成する。差分増幅器２５は、生成した差分信号をアンプ８（図１参照）に出力する。
フィードバック制御部２６は、第１のバイアス電圧ＶＡ１及び第２のバイアス電圧ＶＡ２の少なくとも一方を制御する部分である。本実施形態では、フィードバック制御部２６は、第２のバイアス電圧ＶＡ２を制御する。第２のバイアス電圧ＶＡ２の制御にあたって、フィードバック制御部２６は、エラー増幅器２８を備えている。また、第２の電圧印加部２３Ｂの第２の抵抗分圧回路２７Ｂには、接地端子ＧＮＤとエラー端子ＥＲＲとを切り替えるスイッチＳＷが設けられている。
第１の電圧印加部２３Ａからは、第１のＡＰＤ２２Ａに供給される第１のバイアス電流ＩＢ１（第１のモニタ用電流ＩＭ１）が出力される。第１のバイアス電流ＩＢ１は、電流電圧変換器２４によって電圧に変換された後、エラー増幅器２８に入力される。第２の電圧印加部２３Ｂからは、第２のＡＰＤ２２Ｂに供給される第２のバイアス電流ＩＢ２（第２のモニタ用電流ＩＭ２）が出力される。第２のバイアス電流ＩＢ２は、電流電圧変換器２４によって電圧に変換された後、エラー増幅器２８に入力される。
エラー増幅器２８は、出力端子としてエラー端子ＥＲＲを有している。エラー増幅器２８は、入力された２つの電圧の低周波成分を抽出し、これらの低周波成分を差分して得られた差分電圧を第２の抵抗分圧回路２７Ｂに出力する。このため、エラー端子ＥＲＲの電位は、差分電圧に応じて変化する。第２の電圧印加部２３Ｂでは、スイッチＳＷが接地端子ＧＮＤに接続されている場合には、フィードバック制御が実行されないが、スイッチＳＷがエラー端子ＥＲＲに接続されている場合には、エラー増幅器２８に入力される２つの低周波成分が互いに等しくなるようにフィードバック制御が実行される。スイッチＳＷがエラー端子ＥＲＲに接続されている場合、エラー増幅器２８のからの出力電圧のうち、第２の抵抗分圧回路２７Ｂによって抵抗分圧された電圧が第２の電圧印加部２３Ｂの制御電圧ｃｏｎｔ２となる。つまり、エラー増幅器２８の出力電圧に基づいて第２の電圧印加部２３Ｂから第２のＡＰＤ２２Ｂに印可される第２のバイアス電圧ＶＡ２が調整されることとなる。
以上説明したように、この光差分検出器２１Ａでは、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂが差分増幅器２５に対して並列に接続されている。この構成によれば、２つのＡＰＤを増幅器に対して電気的に直列に接続する場合とは異なり、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。その上で、第１のモニタ用電流ＩＭ１の低周波成分及び第２のモニタ用電流ＩＭ２の低周波成分を用いて第１のバイアス電圧ＶＡ１及び第２のバイアス電圧ＶＡ２の少なくとも一方（ここでは第２のバイアス電圧ＶＡ２）を制御することで、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂの増幅率を揃えることが可能となる。この結果、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、検査装置１において高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
また、光差分検出器２１Ａでは、第１のモニタ用電流ＩＭ１が第１のバイアス電圧ＶＡ１の印加によって第１のＡＰＤ２２Ａに流れる第１のバイアス電流ＩＢ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２が第２のバイアス電圧ＶＡ２の印加によって第２のＡＰＤ２２Ｂに流れる第２のバイアス電流ＩＢ２である。このような構成により、制御電圧を制御するフィードバック制御部２６の構成を簡便に実現できる。また、入力光Ｌ１，Ｌ２の強弱に依らずに低周波成分のモニタが可能となるため、フィードバック制御の安定性を確保できる。
［光差分検出器の第２実施形態］
図３は、光差分検出器の第２実施形態を示す図である。第２実施形態に係る光差分検出器２１Ｂは、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂが差分増幅器２５に対して並列に接続されている点が第１実施形態と共通している一方、フィードバック制御に用いるモニタ用電流が第１実施形態と相違している。
光差分検出器２１Ｂでは、第１のモニタ用電流ＩＭ１は、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流ＩＡ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２は、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流ＩＡ２である。より詳細には、図３に示すように、光差分検出器２１Ｂでは、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流ＩＡ１は、電流電圧変換器２４によって第１の信号電圧ＶＢ１に変換され、第１の信号電圧ＶＢ１は、差分増幅器２５とエラー増幅器２８の双方に入力される。また、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流ＩＡ２は、電流電圧変換器２４によって第２の信号電圧ＶＢ２に変換され、第２の信号電圧ＶＢ２は、差分増幅器２５とエラー増幅器２８の双方に入力される。
このような光差分検出器２１Ｂにおいても、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。また、第１のモニタ用電流ＩＭ１の低周波成分及び第２のモニタ用電流ＩＭ２の低周波成分を用いて第１のバイアス電圧ＶＡ１及び第２のバイアス電圧ＶＡ２の少なくとも一方（ここでは第２のバイアス電圧ＶＡ２）を制御することで、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂの増幅率を揃えることが可能となる。したがって、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、検査装置１において高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
また、光差分検出器２１Ｂでは、第１のモニタ用電流ＩＭ１は、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流ＩＡ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２は、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流ＩＡ２である。このような構成により、制御電圧を制御するフィードバック制御部２６の構成を簡便に実現できる。
［光差分検出器の第３実施形態］
図４は、光差分検出器の第３実施形態を示す図である。第３実施形態に係る光差分検出器２１Ｃは、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂが差分増幅器２５に対して並列に接続されている点が第１実施形態及び第２実施形態と共通している一方、フィードバック制御の対象が第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂに入力される入力光Ｌ１，Ｌ２の光量である点で第１実施形態及び第２実施形態と相違する。
光差分検出器２１Ｃでは、図４に示すように、第１のモニタ用電流ＩＭ１は、第１のバイアス電圧ＶＡ１の印加によって第１のＡＰＤ２２Ａに流れる第１のバイアス電流ＩＢ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２は、第２のバイアス電圧ＶＡ２の印加によって第２のＡＰＤ２２Ｂに流れる第２のバイアス電流ＩＢ２である。第１のバイアス電流ＩＢ１及び第２のバイアス電流ＩＢ２は、いずれも電流電圧変換器２４によって電圧に変換された後、エラー増幅器２８に入力される。
また、光差分検出器２１Ｃには、第１のＡＰＤ２２Ａへの入力光Ｌ１又は第２のＡＰＤ２２Ｂへの入力光Ｌ２を減衰させる光減衰器３０が配置されており、エラー増幅器２８と光減衰器３０とによって、第２のＡＰＤ２２Ｂに入力される入力光Ｌ１，Ｌ２の減衰量を制御するフィードバック制御部２６が構成されている。本実施形態では、光減衰器３０は、第２のＡＰＤ２２Ｂの入力側に接続され、入力光Ｌ２の光量を調整する。また、光減衰器３０には、エラー増幅器２８のエラー端子ＥＲＲが接続されている。光減衰器３０では、エラー増幅器２８に入力される２つの電圧の低周波成分が互いに等しくなるように、入力光Ｌ２の光量のフィードバック制御が実行される。
このような光差分検出器２１Ｃにおいても、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。また、第１のモニタ用電流ＩＭ１の低周波成分及び第２のモニタ用電流ＩＭ２の低周波成分を用いて光減衰器３０による入力光Ｌ２の減衰量を制御することで、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂへの入力光Ｌ１，Ｌ２の光量を揃えることが可能となる。この結果、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、検査装置１において高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
また、光差分検出器２１Ｃでは、第１のモニタ用電流ＩＭ１が第１のバイアス電圧ＶＡ１の印加によって第１のＡＰＤ２２Ａに流れる第１のバイアス電流ＩＢ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２が第２のバイアス電圧ＶＡ２の印加によって第２のＡＰＤ２２Ｂに流れる第２のバイアス電流ＩＢ２である。このような構成により、入力光Ｌ２の減衰量を制御するフィードバック制御部２６の構成を簡便に実現できる。
［光差分検出器の第４実施形態］
図５は、光差分検出器の第４実施形態を示す図である。第４実施形態に係る光差分検出器２１Ｄは、フィードバック制御に用いるモニタ用電流が第３実施形態と相違している。
光差分検出器２１Ｄでは、図５に示すように、第１のモニタ用電流ＩＭ１は、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流ＩＡ１であり、第２のモニタ用電流ＩＭ２は、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流ＩＡ２である。光差分検出器２１Ｄでは、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流ＩＡ１は、電流電圧変換器２４によって第１の信号電圧ＶＢ１に変換され、第１の信号電圧ＶＢ１は、差分増幅器２５とエラー増幅器２８の双方に入力される。また、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流ＩＡ２は、電流電圧変換器２４によって第２の信号電圧ＶＢ２に変換され、第２の信号電圧ＶＢ２は、差分増幅器２５とエラー増幅器２８の双方に入力される。光減衰器３０では、エラー増幅器２８に入力される２つの電圧の低周波成分が互いに等しくなるように、入力光Ｌ２の光量のフィードバック制御が実行される。
このような光差分検出器２１Ｄにおいても、正負の一方の極性のバイアス電圧を第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂに印加すればよいため、バイアス電圧の調整が容易化される。また、第１のモニタ用電流ＩＭ１の低周波成分及び第２のモニタ用電流ＩＭ２の低周波成分を用いて光減衰器３０による入力光Ｌ２の減衰量を制御することで、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂへの入力光Ｌ１，Ｌ２の光量を揃えることが可能となる。この結果、第１のＡＰＤ２２Ａ及び第２のＡＰＤ２２Ｂからの同相信号が十分に除去され、同相雑音の除去効果が高められるので、検査装置１において高いＳＮ比をもって光検出を行うことが可能となる。
また、光差分検出器２１Ｄでは、第１のモニタ用電流は、第１のＡＰＤ２２Ａから出力される第１の信号電流であり、第２のモニタ用電流は、第２のＡＰＤ２２Ｂから出力される第２の信号電流である。このような構成により、入力光Ｌ２の減衰量を制御するフィードバック制御部２６の構成を簡便に実現できる。
［光差分検出器の変形例］
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第１の電圧印加部２３Ａの制御電圧ｃｏｎｔ１を第１の抵抗分圧回路２７Ａによって生成し、第２の電圧印加部２３Ｂの制御電圧ｃｏｎｔ２を第２の抵抗分圧回路２７Ｂによって生成しているが、制御電圧の生成には必ずしも抵抗分圧を用いる必要はなく、例えばＤＡＣ（Digital to Analog Converter）やマイクロコンピュータを用いて制御電圧を生成してもよい。
この場合、ＤＡＣやマイクロコンピュータは、第１の電圧印加部２３Ａ及び第２の電圧印加部２３Ｂに含まれ得る。したがって、第１実施形態及び第２実施形態の場合では、図６（ａ）に示すように、第１の電圧印加部２３Ａを接地端子ＧＮＤに接続すればよく、第２の電圧印加部２３ＢをスイッチＳＷに接続すればよい。また、第３実施形態及び第４実施形態の場合では、図６（ｂ）に示すように、第１の電圧印加部２３Ａ及び第２の電圧印加部２３Ｂをそれぞれ接地端子ＧＮＤに接続すればよい。
１…検査装置、２…光源、６…磁気光学結晶、２１Ａ〜２１Ｄ…光差分検出器、２２Ａ…第１のＡＰＤ、２２Ｂ…第２のＡＰＤ、２３Ａ…第１の電圧印加部、２３Ｂ…第２の電圧印加部、２５…差分増幅器、２６…フィードバック制御部、３０…光減衰器、Ｄ…半導体デバイス（計測対象物）、Ｌ１，Ｌ２…入力光、ＩＭ１…第１のモニタ用電流、ＩＭ２…第２のモニタ用電流、ＶＡ１…第１のバイアス電圧、ＶＡ２…第２のバイアス電圧、ＩＡ１…第１の信号電流、ＩＡ２…第２の信号電流、ＩＢ１…第１のバイアス電流、ＩＢ２…第２のバイアス電流。

Claims (7)

  1. 入力光に応じた信号電流を増幅して出力する第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードと、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を印加する第１の電圧印加部、及び前記第２のアバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電圧を印加する第２の電圧印加部と、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとが並列に接続され、前記第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流と、前記第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流とを差分増幅する差分増幅器と、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードにおける第１のモニタ用電流の低周波成分と、前記第２のアバランシェフォトダイオードにおける第２のモニタ用電流の低周波成分とが等しくなるように、前記第１のバイアス電圧及び前記第２のバイアス電圧の少なくとも一方を制御するフィードバック制御部と、を備えた光差分検出器。
  2. 前記第１のモニタ用電流は、前記第１のバイアス電圧の印加によって前記第１のアバランシェフォトダイオードに流れる第１のバイアス電流であり、
    前記第２のモニタ用電流は、前記第２のバイアス電圧の印加によって前記第２のアバランシェフォトダイオードに流れる第２のバイアス電流である請求項１記載の光差分検出器。
  3. 前記第１のモニタ用電流は、前記第１のアバランシェフォトダイオードから出力される前記第１の信号電流であり、
    前記第２のモニタ用電流は、前記第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流である請求項１記載の光差分検出器。
  4. 入力光に応じた信号電流を増幅して出力する第１のアバランシェフォトダイオード及び第２のアバランシェフォトダイオードと、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードに第１のバイアス電圧を印加する第１の電圧印加部、及び前記第２のアバランシェフォトダイオードに第２のバイアス電圧を印加する第２の電圧印加部と、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとが並列に接続され、前記第１のアバランシェフォトダイオードから出力される第１の信号電流と、前記第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流とを差分増幅する差分増幅器と、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードへの入力光又は前記第２のアバランシェフォトダイオードへの入力光を減衰させる光減衰器と、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードにおける第１のモニタ用電流の低周波成分と、前記第２のアバランシェフォトダイオードにおける第２のモニタ用電流の低周波成分とが等しくなるように、前記光減衰器による前記入力光の減衰量を制御するフィードバック制御部と、を備えた光差分検出器。
  5. 前記第１のモニタ用電流は、前記第１のバイアス電圧の印加によって前記第１のアバランシェフォトダイオードに流れる第１のバイアス電流であり、
    前記第２のモニタ用電流は、前記第２のバイアス電圧の印加によって前記第２のアバランシェフォトダイオードに流れる第２のバイアス電流である請求項４記載の光差分検出器。
  6. 前記第１のモニタ用電流は、前記第１のアバランシェフォトダイオードから出力される前記第１の信号電流であり、
    前記第２のモニタ用電流は、前記第２のアバランシェフォトダイオードから出力される第２の信号電流である請求項４記載の光差分検出器。
  7. 計測対象物に向けて検査光を出力する光源と、
    前記計測対象物に対向して配置される磁気光学結晶と、
    請求項１〜６のいずれか一項記載の光差分検出器と、を備え、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードは、前記光源から出力して前記磁気光学結晶で反射した第１の偏光成分を有する第１の検査光を検出し、
    前記第２のアバランシェフォトダイオードは、前記光源から出力して前記磁気光学結晶で反射した第２の偏光成分を有する第２の検査光を検出する検査装置。
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