JPWO2017094495A1 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

検査装置１は、第１の波長を有する第１の光及び第２の波長を有する第２の光を出力する光出力部３と、反射膜１３が計測対象物Ｄに対向するように配置される磁気光学結晶６と、第１の光及び前記第２の光を検出する光検出部７と、第１の光及び第２の光を磁気光学結晶６及び計測対象物Ｄに向けて導光すると共に、磁気光学結晶６で反射した第１の光と、計測対象物Ｄで反射した第２の光とを光検出部７に向けて導光する導光光学系４Ａと、を備え、導光光学系４Ａは、第１の光及び第２の光が選択的に光検出部７に入射するように、複数の光学素子による光路を切り替える光路切替素子Ｍを有している。

Description

本発明は、光プロービング技術を用いた検査装置及び検査方法に関する。

半導体デバイス等の計測対象物を検査する光プロービング技術では、光源から出射した光を計測対象物に照射し、計測対象物からの計測光（反射光）を光センサで検出して検出信号を取得する。光プロービング技術の一種であるＭＯＦＭ（Magneto-Optical Frequency Mapping）法では、磁気光学結晶を計測対象物に対向して配置し、磁気光学結晶の磁気光学効果に応じて偏光状態が変化した反射光を光センサで検出する。この方法では、計測対象物に生じている磁界の分布に基づいて、計測対象物の異常の有無の検出がなされる。例えば特許文献１では、サンプルに対して磁気光学フィルムを配置し、磁気光学フィルムに照射した直線偏光の光の反射光の画像をカメラで取得してサンプルの磁場及び電流の流れをマッピングする方法が開示されている。

特表２０１３−５４４３５２号公報

計測対象物の検査においては、光源から出射した光を計測対象物にも照射し、計測対象物のパターン（回路パターン等）を取得する場合がある。この場合、例えば計測対象物に生じている磁界の分布と、計測対象物のパターンとを重畳することで、異常が生じている位置の把握が容易となる。

ところで、磁気光学結晶における磁場に対する偏光の回転角は、一般に波長依存性を有している。例えば入射する光の波長が１μｍより短い場合、波長が短くなるに従って偏光の回転角が大きくなる。一方で、所望の計測対象物に対して好適な光の波長域は、磁気光学結晶において高い感度を有する波長域と異なる場合が考えられる。例えば半導体デバイスを計測対象物とする場合、シリコンに対して十分な透過性を有する光の波長域は、１μｍよりも長い赤外域である。これらの波長の差が大きくなると、光学素子の特性や光検出部の検出感度の波長依存性に起因して計測の精度が低下するおそれがある。しかしながら、波長の異なる光に対して別々の光路を設けると、多数の光学素子が必要となり、装置構成が複雑化してしまう問題がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る検査装置は、計測対象物の検査を行う検査装置であって、第１の波長を有する第１の光、及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を出力する光出力部と、第１の光を反射する反射面を有し、当該反射面が計測対象物に対向するように配置される磁気光学結晶と、第１の光及び第２の光を検出する光検出部と、複数の光学素子によって構成され、第１の光及び第２の光を磁気光学結晶及び計測対象物に向けて導光すると共に、磁気光学結晶で反射した第１の光と、計測対象物で反射した第２の光とを光検出部に向けて導光する導光光学系と、を備え、導光光学系は、第１の光及び第２の光が選択的に光検出部に入射するように、複数の光学素子による光路を切り替える光路切替素子を有している。

この検査装置では、磁気光学結晶で反射した第１の光の検出結果に基づいて計測対象物の異常の有無が検出され、計測対象物で反射した第２の光の検出結果に基づいて計測対象物のパターンを取得できる。第１の光及び第２の光を導光する導光光学系は、第１の光及び第２の光を選択的に光検出部に入射させる光路切替素子を有している。この光路切替素子により、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系で用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

また、光出力部は、第１の光を出射する第１の光源と、第２の光を出射する第２の光源とを有していてもよい。この場合、波長の異なる第１の光及び第２の光を十分な強度で出力でき、光源のＳＮ比を向上できる。

また、光検出部は、第１の光を検出する第１の光センサと、第２の光を検出する第２の光センサとを有していてもよい。この場合、第１の光及び第２の光に対して光検出部に十分な感度を持たせることができ、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

また、導光光学系は、第１の光の一の偏光成分を光検出部に導光する偏光制御素子を有していてもよい。これにより、磁気光学結晶での第１の光の偏光の変化を好適に検出できる。

また、導光光学系は、第１の光の他の偏光成分を光検出部に導光する偏光制御素子を更に有していてもよい。この場合、光検出部において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動の検出が可能となる。

また、導光光学系は、第２の光の一の偏光成分を光検出部に導光する偏光制御素子を有していていてもよい。これにより、導光光学系において、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で一層共通化することができる。

また、光路切替素子は、ファラデー回転子及び波長板によって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で光路切替素子を構成できる。

また、光路切替素子は、ダイクロイックミラーによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で光路切替素子を構成できる。

また、光路切替素子は、ガルバノミラーによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で光路切替素子を構成できる。

また、光路切替素子は、光学ミラーによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で光路切替素子を構成できる。

また、導光光学系は、ダイクロイックミラーを含んで構成され、ダイクロイックミラーは、偏光制御素子の前段側に配置されていてもよい。この場合、ダイクロイックミラーの後段の偏光制御素子によって光の偏光方向を揃えることができる。したがって、ダイクロイックミラーの反射側及び透過側のいずれに第１の光の光路及び第２の光の光路を形成してもよく、導光光学系の設計の自由度を担保できる。

また、計測対象物は、半導体デバイスであってもよい。この検査装置によれば、半導体デバイスの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

また、第１の波長は、第２の波長よりも短い波長であってもよい。磁気光学結晶や計測対象物に対してより好適な波長を用いることで、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

また、本発明の一側面に係る検査方法は、計測対象物に対向するように配置した磁気光学結晶を用いて計測対象物の検査を行う検査方法であって、第１の波長を有する第１の光、及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を導光光学系によって磁気光学結晶及び計測対象物に導光し、磁気光学結晶或いは計測対象物で反射した第１の光及び第２の光を検出するステップを備え、当該ステップは、光出力部から第１の光を出力し、導光光学系を介して光検出部で第１の光を検出するステップと、第２の光が光検出部に入射するように導光光学系の光路を選択的に切り替えるステップと、光出力部から第２の光を出力し、導光光学系を介して光検出部で第２の光を検出するステップと、を含む。

この検査方法では、例えば磁気光学結晶で反射した第１の光の検出結果に基づいて計測対象物の異常の有無を検出し、計測対象物で反射した第２の光の検出結果に基づいて計測対象物のパターンを取得できる。第１の光及び第２の光を導光する導光光学系において、第１の光及び第２の光を選択的に光検出部に入射させる光路を切り替えることで、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

この検査装置及び検査方法では、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

第１実施形態に係る検査装置を示す概略図である。 磁気光学結晶の一例を示す概略図である。 図１に示した検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 図１に示した検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第２実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第２実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第３実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第３実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第４実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第４実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第５実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第５実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第６実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第６実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第７実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第７実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第８実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第８実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第９実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第９実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第１０実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第１０実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第１１実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第１１実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第１２実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第１２実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第１３実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第１３実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。 第１４実施形態に係る検査装置における導光光学系での第１の光の光路を示す図である。 第１４実施形態に係る検査装置における導光光学系での第２の光の光路を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る検査装置及び検査方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る検査装置を示す概略図である。第１実施形態に係る検査装置１は、計測対象物Ｄの検査を行う装置である。検査装置１は、テスタユニット２と、光出力部３と、導光光学系４Ａと、対物レンズ５と、磁気光学結晶６と、光検出部７とを含んで構成されている。光出力部３、導光光学系４Ａ、対物レンズ５、磁気光学結晶６、及び光検出部７は、光学的にカップリングされている。計測対象物Ｄは、本実施形態では例えば半導体デバイスである。半導体デバイスとしては、例えばトランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタなどが挙げられる。

集積回路には、例えば小規模集積回路（ＳＳＩ）、中規模集積回路（ＭＳＩ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ）などが含まれる。計測対象物Ｄは、半導体デバイスに限られず、ガラス面上に形成されたアモルファストランジスタ、ポリシリコントランジスタ、有機トランジスタといった薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などであってもよい。

計測対象物Ｄには、テスタユニット２が電気的に接続される。テスタユニット２は、周波数解析部８に電気的に接続されている。テスタユニット２は、電源（図示せず）からの電力供給を受けて動作し、計測対象物Ｄに変調電流信号を繰り返し印加する。計測対象物Ｄでは、変調電流信号に伴って変調磁場が発生する。変調磁場に応じた光信号が後述の光検出部７によって検出されることにより、特定の周波数での計測光の検出がなされる。なお、テスタユニット２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電流信号を印加するものであってもよい。

光出力部３は、第１の波長を有する第１の光、及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を出力する部分である。第１の光及び第２の光は、ＣＷ光であってもよく、パルス光であってもよい。また、第１の光及び第２の光は、インコヒーレント光及びコヒーレント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、ＳＬＤ、ＡＳＥ光源、ＬＥＤなどが挙げられる。また、コヒーレントな光を出力する光源としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源などが挙げられる。光出力部３から出力された光は、導光光学系４Ａに入射する。

本実施形態では、第１の光の波長は、磁気光学結晶６における感度が十分に高い１μｍ以下の波長である。第１の光の波長は、例えば５３０ｎｍ以下の波長であることが好適である。また、第２の光の波長は、計測対象物Ｄに対して好適な波長である。計測対象物Ｄが半導体デバイスである場合、第２の光の波長は、シリコンに対して十分な透過性を有し、半導体デバイス内の内部構造で反射される１μｍ以上の波長であることが好適である。

光出力部３は、第１の光を出力する第１の光源と、第２の光を出力する第２の光源とを別々に備えたものであってもよく、単一の光源によって構成されたものであってもよい。光出力部３が別々の光源を備える場合、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を行う際には、光出力部３から第１の光が出力され、計測対象物Ｄのパターンの取得を行う際には、光出力部３から第２の光が出力される。光出力部３を単一の光源によって構成する場合、例えばＹＡＧレーザを光源とし、非線形光学結晶によって基本波（波長１０６４ｎｍ）から第２高調波（波長５３２ｎｍ）を発生させる。これらのうち、基本波を第２の光として用い、第２高調波を第１の光として選択的に用いる。

導光光学系４Ａは、第１の光及び第２の光を導光する部分である。導光光学系４Ａは、複数の光学素子によって構成されている。導光光学系４Ａは、第１の光及び第２の光を磁気光学結晶６及び計測対象物Ｄに向けて導光する。また、導光光学系４Ａは、磁気光学結晶６の反射膜１３（図２参照）で反射した第１の光と、計測対象物Ｄの内部を通って計測対象物Ｄの裏面（磁気光学結晶６と反対側の面）で反射した第２の光とを光検出部７に向けて導光する。導光光学系４Ａの詳細な構成は後述する。

対物レンズ５は、導光光学系４Ａによって導光された第１の光を磁気光学結晶６に集光する部分である。対物レンズ５は、ターレットなどにより、例えば倍率５倍の低倍率対物レンズと、例えば倍率５０倍の高倍率対物レンズとを切り替え可能となっている。対物レンズ５には、例えば磁気光学結晶６を保持するホルダが取り付けられている。対物レンズ５は、対物レンズ駆動部９によって第１の光及び第２の光の光軸方向に移動し、磁気光学結晶６に対する焦点位置が調整される。

磁気光学結晶６は、磁気光学効果により、計測対象物Ｄで発生した磁界に応じて、入力された光の偏光状態を変化させる部分である。磁気光学結晶６は、図２に示すように、結晶成長基板１１と、磁気光学効果層１２と、反射膜（反射面）１３とを備えている。結晶成長基板１１の一面１１ａ側は、第１の光及び第２の光の入射面となっている。磁気光学効果層１２は、磁性ガーネットなどからなる薄膜である。磁性ガーネットとしては、例えばガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）、イットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）、希土類・鉄・ガーネット（ＲＩＧ）などが挙げられる。磁気光学効果層１２は、結晶成長基板１１の他面１１ｂ側に１μｍ程度の厚さで成膜されている。

反射膜１３は、例えば誘電体多層膜である。反射膜１３は、磁気光学効果層１２における結晶成長基板１１と反対側の面に設けられている。反射膜１３は、第１の光を反射し、かつ第２の光を透過させる光学特性を有している。磁気光学結晶６は、図１に示すように、反射膜１３側が計測対象物Ｄ側を向くように計測対象物Ｄに対向して配置されている。第１の光は、結晶成長基板１１の一面１１ａ側から磁気光学結晶６に入射し、反射膜１３で反射して再び導光光学系４Ａに入射する。第２の光は、磁気光学結晶６を透過し、計測対象物Ｄの内部を通って計測対象物Ｄの裏面で反射し、再び磁気光学結晶６を透過して導光光学系４Ａに入射する。

光検出部７は、第１の光及び第２の光を検出する部分である。光検出部７を構成する光センサとしては、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、エリアイメージセンサなどが挙げられる。光検出部７は、第１の光に対して感度を有する第１の光センサと、第２の光に対して感度を有する第２の光センサとを別々に備えていてもよい。また、光検出部７は、第１の光と第２の光の双方に対して感度を有する単体の光センサによって構成されたものであってもよい。

光検出部７から出力された検出信号は、アンプ２１によって増幅され、増幅信号として周波数解析部８に入力される。周波数解析部８は、増幅信号における計測周波数成分を抽出し、当該抽出信号を解析信号として出力する部分である。周波数解析部８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、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）、ネットワーク・アナライザなどが用いられる。計測周波数は、例えばテスタユニット２によって計測対象物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８は、テスタユニット２から出力された変調電流信号と検出信号又は解析信号との位相差を示す位相信号を出力してもよい。

周波数解析部８により出力された解析信号は、コンピュータ２２に入力される。コンピュータ２２は、プロセッサ、メモリなどを含んで構成される。コンピュータ２２には、モニタなどの表示装置２３と、キーボード、マウスといった入力装置２４とが接続されている。コンピュータ２２は、テスタユニット２、光出力部３、導光光学系４Ａ、対物レンズ駆動部９、光検出部７、及び周波数解析部８等を制御する機能と、周波数解析部８から入力される解析信号或いは位相信号に基づいて、磁気分布画像（磁気強度画像、磁気位相画像）の作成、磁気周波数マッピング、磁気分布に基づく電流経路・電流方向を示す電流画像の作成、計測対象物Ｄにおける回路パターン等のパターン画像の作成といった各機能とを実行する。コンピュータ２２は、これらの各機能をプロセッサによって実行する。

磁気光学結晶６及び計測対象物Ｄに対する第１の光及び第２の光の照射位置を走査することにより、計測対象物Ｄにおける２次元的な磁場強度分布を示す磁気強度画像及びパターン画像が得られる。これらの画像を表示装置２３に表示することにより、計測対象物Ｄに異常の有無の検出及び異常箇所の特定を行うことができる。所定位置での磁場の周波数特性を検出する場合には、計測周波数を切り替えて磁気周波数マッピングを実行すればよい。また、コンピュータ２２で作成された磁気位相像や電流画像等を表示装置２３に表示して同様の特定を行ってもよい。また、高解像度の磁気強度画像及びパターン画像を得る場合には、第１の光及び第２の光の径や走査範囲を小さくして処理を実行すればよい。

なお、ロックイン検出を行わない場合には、特定の周波数成分の信号を出力する必要はなく、アンプ２１による増幅信号をそのまま解析信号として周波数解析部８から出力させればよい。表示装置２３には、磁気分布画像、電流画像、及びパターン画像を重畳して表示させるようにしてもよい。

続いて、上述した導光光学系４Ａの構成について、図３及び図４を参照しながら更に詳細に説明する。

図３に示すように、導光光学系４Ａは、複数の光学素子として、コリメータ３１Ａ〜３１Ｃと、ダイクロイックミラー３２と、偏光ビームスプリッタ３３と、ファラデー回転子３４と、λ／４波長板３５と、ガルバノミラー３６とによって構成されている。これらの複数の光学素子は、光学的にカップリングされている。偏光ビームスプリッタ３３及びファラデー回転子３４は、第１の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋを構成している。偏光ビームスプリッタ３３及びλ／４波長板３５は、第２の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌを構成している。

ファラデー回転子３４及びλ／４波長板３５は、第１の光及び第２の光が選択的に光検出部７に入射するように、上記光学素子による光路を切り替える光路切替素子Ｍを構成している。ファラデー回転子３４及びλ／４波長板３５は、例えばシリンダ等の駆動手段によって一方が光路に進出し、他方が光路から退避するようになっている。また、ダイクロイックミラー３２は、導光光学系４Ａの光路において、偏光制御素子Ｋの前段側に配置されている。

本実施形態では、ダイクロイックミラー３２は、第１の光を透過させ、第２の光を略直角に反射する。偏光ビームスプリッタ３３は、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する。ファラデー回転子３４は、入力される光の偏光面を２２．５°回転させる。

検査装置１を用いた計測対象物Ｄの検査方法は、第１の波長を有する第１の光、及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を導光光学系４Ａによって磁気光学結晶６及び計測対象物Ｄに導光し、磁気光学結晶６或いは計測対象物Ｄで反射した第１の光及び第２の光を検出するステップを備えている。このステップは、より詳細には、光出力部３から第１の光を出力し、導光光学系４Ａを介して光検出部７で第１の光を検出するステップと、第２の光が光検出部７に入射するように導光光学系４Ａの光路を選択的に切り替えるステップと、光出力部３から第２の光を出力し、導光光学系４Ａを介して光検出部７で第２の光を検出するステップと、を含む。

光出力部３から第１の光が出力される場合、図３に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、ファラデー回転子３４が導光光学系４Ａの光路に進出する。第１の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第１の光は、コリメータ３１Ａによって平行光化され、ダイクロイックミラー３２を透過して偏光ビームスプリッタ３３に入射する。第１の光は、偏光ビームスプリッタ３３を透過し、ファラデー回転子３４によって偏光面が２２．５°回転した状態で、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第１の光の入射位置、すなわち、磁気光学結晶６への第１の光の入射位置は、ガルバノミラー３６によって走査される。

磁気光学結晶６の反射膜１３で反射した第１の光は、計測対象物Ｄで発生した磁界（磁場強度）に応じた磁気光学効果（カー効果及びファラデー効果など）に応じて偏光面がα°回転し、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ａに入射する。第１の光は、ファラデー回転子３４によって偏光面が更に２２．５°回転する。ファラデー回転子３４を往復することで、偏光面が合計で４５＋α°回転した第１の光のうち、９０°の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ３３によって反射し、コリメータ３１Ｃによって集光された状態で光検出部７に出力される。光検出部７は、磁気光学効果に応じて偏光面がα°回転することによって生じる強度変調を検出する。

光出力部３から第２の光が出力される場合、図４に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、λ／４波長板３５が導光光学系４Ａの光路に進出する。第２の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第２の光は、コリメータ３１Ｂによって平行光化され、ダイクロイックミラー３２で反射して偏光ビームスプリッタ３３に入射する。第２の光は、偏光ビームスプリッタ３３を透過し、λ／４波長板３５によって円偏光となった状態で、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第２の光の入射位置、すなわち、計測対象物Ｄへの第２の光の入射位置は、ガルバノミラー３６によって走査される。

計測対象物Ｄの内部を通って反射した第２の光は、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ａに入射する。第２の光は、λ／４波長板３５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３３によって反射し、コリメータ３１Ｃによって集光された状態で光検出部７に出力される。

以上のように、この検査装置１では、磁気光学結晶６の反射膜１３で反射した第１の光の検出結果に基づいて計測対象物Ｄの異常の有無が検出され、計測対象物Ｄの内部を通って反射した第２の光の検出結果に基づいて計測対象物Ｄの回路パターン等を取得できる。第１の光及び第２の光を導光する導光光学系４Ａは、第１の光及び第２の光を選択的に光検出部７に入射させる光路切替素子Ｍを有している。この光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ａで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

本実施形態では、導光光学系４Ａを構成する光学素子のうち、ダイクロイックミラー３２、偏光ビームスプリッタ３３、ガルバノミラー３６、及びコリメータ３１Ｃを第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。また、本実施形態では、光出力部３が、第１の光を出射する第１の光源と、第２の光を出射する第２の光源とを有していることが好適である。この場合、波長の異なる第１の光及び第２の光を十分な強度で出力でき、計測結果のＳＮ比を向上できる。

なお、単体の光センサを用いる場合においては、波長依存性により、第１の光に対する感度と第２の光に対する感度とが異なることがある。この場合は、第１の光に対する感度を優先し、第１の光に対する感度が第２の光に対する感度よりも高い特性を有する光センサを用いることが好ましい。また、検査装置１では、ファラデー回転子３４及びλ／４波長板３５によって光路切替素子Ｍが構成されている。この場合、簡単な構成で光路切替素子Ｍを構成できる。
［第２実施形態］

第２実施形態に係る検査装置は、光検出部７において第１の光を検出する第１の光センサ７Ａと第２の光を検出する第２の光センサ７Ｂとを別々に備えている。また、これに伴って、導光光学系４Ｂの構成が第１実施形態と異なっている。より具体的には、導光光学系４Ｂでは、図５に示すように、導光光学系４Ａの構成に加え、ダイクロイックミラー４１と、コリメータ３１Ｄとが光路の後段側に更に配置されている。

第１の光の光路は、図５に示すように、磁気光学結晶６の反射膜１３で反射して偏光ビームスプリッタ３３で反射するまでは、第１実施形態と同様である。偏光ビームスプリッタ３３で反射した第１の光は、ダイクロイックミラー４１を透過し、コリメータ３１Ｃによって集光された状態で光検出部７の第１の光センサ７Ａに出力される。

第２の光の光路は、図６に示すように、計測対象物Ｄで反射して偏光ビームスプリッタ３３で反射するまでは、第１実施形態と同様である。偏光ビームスプリッタ３３で反射した第２の光は、ダイクロイックミラー４１で反射し、コリメータ３１Ｄによって集光された状態で光検出部７の第２の光センサ７Ｂに出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｂで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

また、本実施形態では、光検出部７が第１の光を検出する第１の光センサ７Ａと、第２の光を検出する第２の光センサ７Ｂとを有している。この場合、第１の光に高い感度を有する第１の光センサ７Ａと、第２の光に高い感度を有する第２の光センサ７Ｂとをそれぞれ配置することで、計測対象物の異常の有無の検出とパターンの取得とを精度実施できる。

さらに、本実施形態では、ダイクロイックミラー４１が偏光制御素子Ｋ，Ｌの前段側に配置されている。これにより、ダイクロイックミラー４１の後段の偏光制御素子Ｋ，Ｌによって光の偏光方向を揃えることができる。したがって、ダイクロイックミラー４１の反射側及び透過側のいずれに第１の光の光路及び第２の光の光路を形成してもよく、導光光学系４Ｂの設計の自由度を担保できる。

なお、本実施形態において、ダイクロイックミラー４１及びコリメータ３１Ｃ，３１Ｄに代えて、単体のコリメータと光カプラとを配置してもよい。波長毎に出力を分岐する光ファイバを用いることで、上記実施形態と同等の構成を実現できる。光カプラとしては、偏光保存シングルモード光カプラを用いることが好ましく、光ファイバとしては、偏光保存シングルモード光ファイバを用いることが好ましい。
［第３実施形態］

第３実施形態に係る検査装置は、導光光学系４Ｃにおいて、ガルバノミラー５６によって光路切替素子Ｍが構成されている点、及び光検出部７の第１の光センサ７Ａがそれぞれ独立した光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂを有する点で上記実施形態と異なっている。また、第３実施形態に係る検査装置は、導光光学系４Ｃにおいて、第１の光の一の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉ）７ａに導光する偏光制御素子Ｋ１と、第１の光の他の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉｉ）７ｂに導光する偏光制御素子Ｋ２とが配置されている点で第１実施形態と異なっている。

より具体的には、導光光学系４Ｃは、複数の光学素子として、コリメータ５１Ａ〜５１Ｅと、可視域用の偏光ビームスプリッタ５２Ａ，５２Ｂと、ファラデー回転子５３Ａ，５３Ｂと、近赤外域用の偏光ビームスプリッタ５４と、λ／４波長板５５と、ガルバノミラー５６とによって構成されている。

偏光ビームスプリッタ５２Ｂ及びファラデー回転子５３Ｂは、第１の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ１を構成している。偏光ビームスプリッタ５２Ａ及びファラデー回転子５３Ａは、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２を構成している。偏光ビームスプリッタ５４及びλ／４波長板５５は、第２の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌを構成している。

ガルバノミラー５６は、走査範囲の中心角度に第１のオフセット又は第２のオフセットを加えることにより、光路切替素子Ｍとして機能する。本実施形態では、例えばガルバノミラー５６の走査範囲が±３°、第１のオフセットが＋１０°、第２のオフセットが−１０°となっている。ガルバノミラー５６は、光出力部３から第１の光が出力する場合には、＋１０°±３°の範囲で回動し、光出力部３から第２の光が出力する場合には、−１０°±３°の範囲で稼働する。

ファラデー回転子５３Ａは、入力される光の偏光面を４５°回転させる。また、ファラデー回転子５３Ｂは、入力される光の偏光面を２２．５°回転させる。偏光ビームスプリッタ５２Ａは、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する。偏光ビームスプリッタ５２Ｂは偏光面が４５°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が１３５°の偏光成分の光を反射する。

光出力部３から第１の光が出力される場合、光路切替素子Ｍにおいて、ガルバノミラー５６に第１のオフセットが与えられる。第１の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第１の光は、図７に示すように、コリメータ５１Ａによって平行光化され、偏光ビームスプリッタ５２Ａを透過し、ファラデー回転子５３Ａによって偏光面が４５°回転する。また、第１の光は、偏光ビームスプリッタ５２Ｂを透過し、ファラデー回転子５３Ｂによって偏光面が更に２２．５°回転した後、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第１の光の入射位置、すなわち、磁気光学結晶６への第１の光の入射位置は、ガルバノミラー５６によって走査される。

磁気光学結晶６の反射膜１３で反射した第１の光は、計測対象物Ｄで発生した磁界（磁場強度）に応じた磁気光学効果（カー効果及びファラデー効果など）に応じて偏光面がα°回転し、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ｃに入射する。第１の光は、ファラデー回転子５３Ｂによって偏光面が更に２２．５°回転する。ファラデー回転子５３Ｂを往復した時点で、偏光面が合計で９０＋α°回転した第１の光のうち、１３５°の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ５２Ｂによって反射し、コリメータ５１Ｃによって集光された状態で光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉ）７ａに出力される。

また、第１の光のうち、偏光ビームスプリッタ５２Ｂを透過した偏光成分は、ファラデー回転子５３Ａによって偏光面が更に４５°回転し、偏光ビームスプリッタ５２Ａで反射した後、コリメータ５１Ｄによって集光された状態で光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉｉ）７ｂに出力される。光検出部７では、第１の光センサ７Ａに入力された光の差動が検出される。第１の光センサ７Ａは、磁気光学効果に応じて偏光面がα°回転することによって生じる強度変調を検出する。なお、光センサ７Ａは、独立した光センサを有する代わりに、複数の受光面を持つように構成されたものを用いてもよい。

光出力部３から第２の光が出力される場合、光路切替素子Ｍにおいて、ガルバノミラー５６に第２のオフセットが与えられる。第２の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第２の光は、図８に示すように、コリメータ５１Ｅによって平行光化され、偏光ビームスプリッタ５４を透過し、λ／４波長板５５によって円偏光となった状態で、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第２の光の入射位置、すなわち、計測対象物Ｄへの第２の光の入射位置は、ガルバノミラー５６によって走査される。

計測対象物Ｄの内部を通って反射した第２の光は、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ｃに入射する。第２の光は、λ／４波長板５５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ５４によって反射し、コリメータ５１Ｅによって集光された状態で光検出部７の第２の光センサ７Ｂに出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｃで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。また、ガルバノミラー５６のみで光路切替素子Ｍを構成しているので、光路切替素子Ｍを簡単に構成できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｃを構成する光学素子のうち、ガルバノミラー５６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。また、光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動検出を行うことが可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。

なお、本実施形態において、偏光ビームスプリッタ５４及びコリメータ５１Ｂ，５１Ｅに代えて、単体のコリメータと、光を直交する偏光成分に分ける光カプラを有する光ファイバとを配置してもよい。各偏光成分の出力を分岐する光ファイバを用いることで、上記実施形態と同等の構成を実現できる。光ファイバとしては、偏光保存シングルモード光ファイバを用いることが好ましい。
［第４実施形態］

第４実施形態に係る検査装置は、第３実施形態の変形例であり、図９及び図１０に示すように、導光光学系４Ｄにおいて、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２、及びコリメータ５１Ｄの配置が省略されている点で第３実施形態と異なっている。また、導光光学系４Ｄの偏光ビームスプリッタ５２Ｂが、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する点で第３実施形態と異なっている。その他の点は、第３実施形態と同様である。

図９に示すように、光検出部７の第１の光センサ７Ａには、偏光面が合計で９０°回転した第１の光のうち、偏光ビームスプリッタ５２Ｂによって反射した９０°の偏光成分のみが出力される。また、図１０に示すように、光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板５５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となった第２の光が出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｄで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。このような形態は、光源のＳＮ比が十分に確保できる場合に有用であり、導光光学系４Ｄに用いられる光学素子の点数を削減し、構成を簡単化できる。
［第５実施形態］

第５実施形態に係る検査装置は、図１１及び図１２に示すように、導光光学系４Ｅにおいて、ダイクロイックミラー６１によって光路切替素子Ｍが構成されている点で上記実施形態と異なっている。導光光学系４Ｅは、第３実施形態における導光光学系４Ｃに類似した構成を有し、ファラデー回転子５３Ｂとガルバノミラー５６との間にダイクロイックミラー６１が配置されている点で第３実施形態と相違している。

ダイクロイックミラー６１は、第１の光を透過させる。第１の光の光路は、図１１に示すように、第３実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂには、偏光制御素子Ｋ１及び偏光制御素子Ｋ２により、第１の光における互いに直交する偏光成分がそれぞれ出力され、差動が検出される。また、ダイクロイックミラー６１は、第２の光を反射する。第２の光の光路は、図１２に示すように、偏光ビームスプリッタ５４及びλ／４波長板５５がダイクロイックミラー６１に対して光学的に結合している点を除いて第３実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板５５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となった第２の光が出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｅで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。また、ダイクロイックミラー６１のみで光路切替素子Ｍを構成しており、物理的な動作が不要となるため、光路切替素子Ｍを簡単に構成できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｅを構成する光学素子のうち、ダイクロイックミラー６１及びガルバノミラー５６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。また、光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動の検出が可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。なお、検出可能な光量は低下するが、本実施形態において、ダイクロイックミラー６１の代わりにハーフミラーを用いてもよい。
［第６実施形態］

第６実施形態に係る検査装置は、第５実施形態の変形例であり、図１３及び図１４に示すように、導光光学系４Ｆにおいて、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２の配置が省略されている点で第５実施形態と異なっている。また、導光光学系４Ｆの偏光ビームスプリッタ５２Ｂが、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する点で第５実施形態と異なっている。その他の点は、第５実施形態と同様である。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｆで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。このような形態は、光源のＳＮ比が十分に確保できる場合に有用であり、導光光学系４Ｆに用いられる光学素子の点数を削減し、構成を簡単化できる。
［第７実施形態］

第７実施形態に係る検査装置は、図１５及び図１６に示すように、導光光学系４Ｇにおいて、光学ミラー７１によって光路切替素子Ｍが構成されている点で上記実施形態と異なっている。導光光学系４Ｇは、第５実施形態における導光光学系４Ｅに類似した構成を有し、ダイクロイックミラー６１に代えて光学ミラー７１が配置されている点で第５実施形態と相違している。

光学ミラー７１は、例えばシリンダ等の駆動手段によって光路への進出・退避が切り替えられるようになっている。光出力部３から第１の光が出力される場合、図１５に示すように、光学ミラー７１が光路から退避する。第１の光の光路は、第５実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂには、偏光制御素子Ｋ１及び偏光制御素子Ｋ２により、第１の光における互いに直交する偏光成分がそれぞれ出力され、差動が検出される。

光出力部３から第２の光が出力される場合、光学ミラー７１が光路に進出する。光学ミラー７１は、第２の光を反射する。第２の光の光路は、図１６に示すように、偏光ビームスプリッタ５４及びλ／４波長板５５が光学ミラー７１に対して光学的に結合している点を除いて第５実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板５５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となった第２の光が出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｇで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。また、光学ミラー７１の進退のみで光路切替素子Ｍを構成しているので、光路切替素子Ｍを簡単に構成できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｇを構成する光学素子のうち、光学ミラー７１及びガルバノミラー５６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。また、光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動検出を行うことが可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。
［第８実施形態］

第８実施形態に係る検査装置は、第７実施形態の変形例であり、図１７及び図１８に示すように、導光光学系４Ｈにおいて、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２の配置が省略されている点で第７実施形態と異なっている。また、導光光学系４Ｈの偏光ビームスプリッタ５２Ｂが、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する点で第７実施形態と異なっている。その他の点は、第７実施形態と同様である。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｈで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。このような形態は、光源のＳＮ比が十分に確保できる場合に有用であり、導光光学系４Ｈに用いられる光学素子の点数を削減し、構成を簡単化できる。
［第９実施形態］

第９実施形態に係る検査装置は、導光光学系４Ｉの構成が上記実施形態と異なっている。導光光学系４Ｉでは、第１実施形態と同様に、ファラデー回転子及びλ／４波長板によって光路切替素子Ｍが構成されている。導光光学系４Ｉの構成は、第５実施形態と類似しており、ファラデー回転子５３Ｂ及びλ／４波長板５５が光路切替素子Ｍとしてガルバノミラー５６の前段側に配置されている。ファラデー回転子５３Ｂ及びλ／４波長板５５は、例えばシリンダ等の駆動手段によって一方が光路に進出し、他方が光路から退避する。

ダイクロイックミラー６１は、偏光ビームスプリッタ５２Ｂと光路切替素子Ｍとの間に配置されている。ファラデー回転子５３Ｂは、光路切替素子Ｍを構成するほか、偏光ビームスプリッタ５２Ｂと協働し、第１の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ１を構成する。λ／４波長板５５は、光路切替素子Ｍを構成するほか、偏光ビームスプリッタ５４と協働し、第２の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌを構成する。

光出力部３から第１の光が出力される場合、図１９に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、ファラデー回転子５３Ｂが導光光学系４Ｉの光路に進出する。ダイクロイックミラー６１は、第１の光を透過させる。第１の光の光路は、ダイクロイックミラー６１とファラデー回転子５３Ｂとの位置関係が反対となっている点を除いて第５実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂには、偏光制御素子Ｋ１及び偏光制御素子Ｋ２により、第１の光における互いに直交する偏光成分がそれぞれ出力され、差動が検出される。

光出力部３から第２の光が出力される場合、図２０に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、λ／４波長板５５が導光光学系４Ｉの光路に進出する。第２の光の光路は、ダイクロイックミラー６１とλ／４波長板５５との位置関係が反対となっている点を除いて第５実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板５５を往復することで９０°の直線偏光となった第２の光が出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｉで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｉを構成する光学素子のうち、ダイクロイックミラー６１及びガルバノミラー５６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。また、光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動検出を行うことが可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。
［第１０実施形態］

第１０実施形態に係る検査装置は、第９実施形態の変形例であり、図２１及び図２２に示すように、導光光学系４Ｊにおいて、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２の配置が省略されている点で第９実施形態と異なっている。また、導光光学系４Ｊの偏光ビームスプリッタ５２Ｂが、偏光面が０°の偏光成分の光を透過させ、偏光面が９０°の偏光成分の光を反射する点で第９実施形態と異なっている。その他の点は、第９実施形態と同様である。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｊで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。このような形態は、光源のＳＮ比が十分に確保できる場合に有用であり、導光光学系４Ｊに用いられる光学素子の点数を削減し、構成を簡単化できる。
［第１１実施形態］

第１１実施形態に係る検査装置は、第１実施形態の変形例であり、図２３及び図２４に示すように、導光光学系４Ｋにおいて、第１の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ１と、第１の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｋ２とが配置されている点で第１実施形態と異なっている。また、第２の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌ１と、第２の光の他の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌ２とが配置されている点で第１実施形態と異なっている。

より具体的には、導光光学系４Ｋは、複数の光学素子として、コリメータ８１Ａ〜８１Ｄと、ダイクロイックミラー８２と、偏光ビームスプリッタ８３Ａ，８３Ｂと、ファラデー回転子８４Ａ，８４Ｂと、λ／４波長板８５と、ガルバノミラー８６とによって構成されている。また、光検出部７は、光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂを有している。

ファラデー回転子８４Ｂ及びλ／４波長板８５は、光路切替素子Ｍとしてガルバノミラー８６の前段側に配置されている。ファラデー回転子８４Ｂ及びλ／４波長板８５は、第１実施形態と同様に、シリンダ等の駆動手段によって一方が光路に進出し、他方が光路から退避する。

偏光ビームスプリッタ８３Ｂ及びファラデー回転子８４Ｂは、第１の光の一の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉ）７ａに導光する偏光制御素子Ｋ１を構成している。偏光ビームスプリッタ８３Ａ及びファラデー回転子８４Ａは、偏光制御素子Ｋ１の前段側に配置され、第１の光の他の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉｉ）７ｂに導光する偏光制御素子Ｋ２を構成している。

偏光ビームスプリッタ８３Ｂ及びλ／４波長板８５は、第２の光の一の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉ）７ａに導光する偏光制御素子Ｌ１を構成している。偏光ビームスプリッタ８３Ａ及びファラデー回転子８４Ａは、第２の光の他の偏光成分を光検出部７の光センサ（ｉｉ）７ｂに導光する偏光制御素子Ｌ２を構成している。ダイクロイックミラー８２は、偏光制御素子Ｋ２，Ｌ２の前段側に配置されている。

光出力部３から第１の光が出力される場合、図２３に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、ファラデー回転子８４Ｂが導光光学系４Ｋの光路に進出する。第１の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第１の光は、コリメータ８１Ａによって平行光化され、ダイクロイックミラー８２及び偏光ビームスプリッタ８３Ａを透過し、ファラデー回転子８４Ａによって偏光面が４５°回転する。また、第１の光は、偏光ビームスプリッタ８３Ｂを透過し、ファラデー回転子８４Ｂによって偏光面が２２．５°回転した後、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第１の光の入射位置、すなわち、磁気光学結晶６への第１の光の入射位置は、ガルバノミラー８６によって走査される。

磁気光学結晶６の反射膜１３で反射した第１の光は、計測対象物Ｄで発生した磁界（磁場強度）に応じた磁気光学効果（カー効果及びファラデー効果など）に応じて偏光面がα°回転し、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ｋに入射する。第１の光は、ファラデー回転子８４Ｂによって偏光面が更に２２．５°回転する。ファラデー回転子８４Ｂを往復することで、偏光面が９０＋α°回転した第１の光のうち、１３５°の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ８３Ｂによって反射し、コリメータ８１Ｃによって集光された状態で光検出部７の光センサ（ｉ）７ａに出力される。

また、第１の光のうち、偏光ビームスプリッタ８３Ｂを透過した偏光成分は、ファラデー回転子８４Ａによって偏光面が更に４５°回転し、偏光ビームスプリッタ８３Ａで反射した後、コリメータ８１Ｄによって集光された状態で光検出部７の光センサ（ｉｉ）７ｂに出力される。光検出部７では、入力された光の差動が検出される。光検出部７は、磁気光学効果に応じて偏光面がα°回転することによって生じる強度変調を検出する。

光出力部３から第２の光が出力される場合、図２４に示すように、光路切替素子Ｍにおいて、λ／４波長板８５が導光光学系４Ｋの光路に進出する。第２の光は、初期状態において０°の直線偏光である。第２の光は、コリメータ８１Ｂによって平行光化され、ダイクロイックミラー８２で反射する。ダイクロイックミラー８２で反射した第２の光は、偏光ビームスプリッタ８３Ａを透過し、ファラデー回転子８４Ａによって偏光面が回転する。また、第２の光は、偏光ビームスプリッタ８３Ｂを透過し、λ／４波長板８５によって円偏光となった状態で、対物レンズ５に導光される。対物レンズ５への第２の光の入射位置、すなわち、計測対象物Ｄへの第２の光の入射位置は、ガルバノミラー８６によって走査される。

計測対象物Ｄの内部を通って反射した第２の光は、再び対物レンズ５を通って導光光学系４Ｋに入射する。第２の光は、λ／４波長板８５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となる。第２の光のうち、１３５°の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ８３Ｂによって反射し、コリメータ３１Ｃによって集光された状態で光検出部７の光センサ（ｉ）７ａに出力される。

また、第２の光のうち、偏光ビームスプリッタ８３Ｂを透過した偏光成分は、ファラデー回転子８４Ａによって偏光面が更に回転する。第２の光のうち、９０°の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ８３Ａで反射した後、コリメータ８１Ｄによって集光された状態で光検出部７の光センサ（ｉｉ）７ｂに出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の波長及び第２の波長に適した波長依存性を有する光学素子を導光光学系４Ｋで用いる一方で、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｋを構成する光学素子のうち、ダイクロイックミラー８２、偏光ビームスプリッタ８３Ａ，８３Ｂ、ファラデー回転子８４Ａ、及びガルバノミラー８６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。このような形態は、これらの光学素子の波長特性及び光検出部の検出感度が第１の光の波長及び第２の光の波長の双方に適用できる場合に有用である。また、本実施形態では、光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動検出を行うことが可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。

また、本実施形態では、光路切替素子Ｍにおいて、ファラデー回転子８４Ｂが導光光学系４Ｋの光路に進出したままの状態で、光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂの双方で第２の光を同時に検出してもよい。この場合、光路切替素子Ｍにおいて、λ／４波長板８５が導光光学系４Ｋの光路に進出し、第２の光を光センサ（ｉ）７ａのみで検出した場合と同等の光量を光検出部７で検出することができる。
［第１２実施形態］

第１２実施形態に係る検査装置は、第１１実施形態の変形例であり、図２５及び図２６に示すように、導光光学系４Ｌにおいて、第２の光を光検出部７に出力させる構成が第１１実施形態と異なっている。より具体的には、導光光学系４Ｌでは、偏光ビームスプリッタ８３Ｂの出力側にダイクロイックミラー９１及びコリメータ８１Ｅが更に配置されている。また、導光光学系４Ｌでは、偏光ビームスプリッタ８３Ｂ及びλ／４波長板８５が、第２の光の一の偏光成分を光検出部７に導光する偏光制御素子Ｌを構成している。

第１の光の光路は、図２５に示すように、偏光ビームスプリッタ８３Ｂで反射した偏光成分がダイクロイックミラー９１を透過して光検出部７の第１の光センサ７Ａに出力される点を除いて第１１実施形態と同じである。第２の光の光路は、図２６に示すように、偏光ビームスプリッタ８３Ｂで反射した偏光成分がダイクロイックミラー９１で更に反射して光検出部７の第２の光センサ７Ｂに出力される。光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板８５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となった第２の光がコリメータ８１Ｅを介して出力される。

このような形態においても、上述した実施形態と同様に、光路切替素子Ｍにより、第１の光の光路を形成する光学素子と、第２の光の光路を形成する光学素子とを一部で共通化できる。したがって、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

本実施形態では、導光光学系４Ｌを構成する光学素子のうち、ダイクロイックミラー８２、偏光ビームスプリッタ８３Ａ，８３Ｂ、ファラデー回転子８４Ａ、及びガルバノミラー８６を第１の光の光路と第２の光の光路とで共通化できる。このような形態は、これらの光学素子の波長特性が第１の光の波長及び第２の光の波長の双方に適用できる場合に有用である。また、本実施形態では、光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂを有する光検出部７において、第１の光の一の偏光成分と、第１の光の他の偏光成分との差動の検出が可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。

さらに、本実施形態では、ダイクロイックミラー９１が偏光制御素子Ｋ１，Ｋ２，Ｌの前段側に配置されている。これにより、ダイクロイックミラー９１の後段の偏光制御素子Ｋ１，Ｋ２，Ｌによって光の偏光方向を揃えることができる。したがって、ダイクロイックミラー９１の反射側及び透過側のいずれに第１の光の光路及び第２の光の光路を形成してもよく、導光光学系４Ｌの設計の自由度を担保できる。
［第１３実施形態］

第１３実施形態に係る検査装置は、第７実施形態の変形例であり、図２７及び図２８に示すように、導光光学系４Ｍにおいて、光路切替素子Ｍとして構成された光学ミラー７１の前段に複数のガルバノミラー（ガルバノミラー５６Ａ、５６Ｂ）を有している点で第７実施形態と異なっている。

より具体的には、導光光学系４Ｍでは、光学ミラー７１が光路から退避することで第１の光を通過させる。第１の光の光路は、図２７に示すように、第７実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第１の光センサ７Ａの光センサ（ｉ）７ａ及び光センサ（ｉｉ）７ｂには、偏光制御素子Ｋ１及び偏光制御素子Ｋ２により、第１の光における互いに直交する偏光成分がそれぞれ出力され、差動が検出される。また、導光光学系４Ｍでは、光学ミラー７１が光路に進出することで第２の光を反射する。第２の光の光路は、図２８に示すように、第７実施形態と実質的に同じである。光検出部７の第２の光センサ７Ｂには、λ／４波長板５５を往復することで偏光面が９０°回転した直線偏光となった第２の光が出力される。

このような形態においても、光学ミラー７１の進退のみで光路切替素子Ｍを構成しているので、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。

本実施形態では、光検出部７において、第１の光における一の偏光成分と、第１の光における他の偏光成分との差動の検出が可能となる。したがって、光源のＳＮ比が比較的低い場合でも、計測対象物Ｄの異常の有無の検出を精度良く実施できる。なお、光路切替素子Ｍは、ダイクロイックミラーやハーフミラーで構成されていてもよい。この場合、物理的な動作が不要となるため、光路切替素子Ｍを一層簡単に構成できる。
［第１４実施形態］

第１４実施形態に係る検査装置は、第８実施形態の変形例であり、図２９及び図３０に示すように、導光光学系４Ｎにおいて、光路切替素子Ｍとして構成された光学ミラー７１の前段に複数のガルバノミラー（ガルバノミラー５６Ａ、５６Ｂ）を有している点で第８実施形態と異なっている。

このような形態においても、光路切替素子Ｍにより、構成の複雑化を回避しつつ、計測対象物Ｄの異常の有無の検出とパターンの取得とを精度良く両立できる。このような形態は、光源のＳＮ比が十分に確保できる場合に有用であり、導光光学系４Ｎに用いられる光学素子の点数を削減し、構成を簡単化できる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態で用いたファラデー回転子に代えて、可変偏光回転子（バリアブルローテータ）等を用いてもよい。

１…検査装置、３…光出力部、４Ａ〜４Ｎ…導光光学系、６…磁気光学結晶、７…光検出部、７Ａ…第１の光センサ、７Ｂ…第２の光センサ、３２，８２…ダイクロイックミラー、３４…ファラデー回転子（光路切替素子）、３５…λ／４波長板（光路切替素子）、５６…ガルバノミラー（光路切替素子）、６１…ダイクロイックミラー（光路切替素子）、７１…光学ミラー（光路切替素子）、Ｄ…計測対象物、Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）…偏光制御素子、Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）…偏光制御素子、Ｍ…光路切替素子。

Claims (14)

1. 計測対象物の検査を行う検査装置であって、
   第１の波長を有する第１の光、及び前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を出力する光出力部と、
   前記第１の光を反射する反射面を有し、当該反射面が前記計測対象物に対向するように配置される磁気光学結晶と、
   前記第１の光及び前記第２の光を検出する光検出部と、
   複数の光学素子によって構成され、前記第１の光及び前記第２の光を前記磁気光学結晶及び前記計測対象物に向けて導光すると共に、前記磁気光学結晶で反射した前記第１の光と、前記計測対象物で反射した前記第２の光とを前記光検出部に向けて導光する導光光学系と、を備え、
   前記導光光学系は、前記第１の光及び前記第２の光が選択的に前記光検出部に入射するように、前記複数の光学素子による光路を切り替える光路切替素子を有している検査装置。
2. 前記光出力部は、前記第１の光を出射する第１の光源と、前記第２の光を出射する第２の光源とを有している請求項１記載の検査装置。
3. 前記光検出部は、前記第１の光を検出する第１の光センサと、前記第２の光を検出する第２の光センサとを有している請求項１又は２記載の検査装置。
4. 前記導光光学系は、前記第１の光の一の偏光成分を前記光検出部に導光する偏光制御素子を有している請求項１〜３のいずれか一項記載の検査装置。
5. 前記導光光学系は、前記第１の光の他の偏光成分を前記光検出部に導光する偏光制御素子を更に有している請求項４記載の検査装置。
6. 前記導光光学系は、前記第２の光の一の偏光成分を前記光検出部に導光する偏光制御素子を有している請求項１〜５のいずれか一項記載の検査装置。
7. 前記光路切替素子は、ファラデー回転子及び波長板によって構成されている請求項４〜６のいずれか一項記載の検査装置。
8. 前記光路切替素子は、ダイクロイックミラーによって構成されている請求項４〜６のいずれか一項記載の検査装置。
9. 前記光路切替素子は、ガルバノミラーによって構成されている請求項４〜６のいずれか一項記載の検査装置。
10. 前記光路切替素子は、光学ミラーによって構成されている請求項４〜６のいずれか一項記載の検査装置。
11. 前記導光光学系は、ダイクロイックミラーを含んで構成され、
    前記ダイクロイックミラーは、前記偏光制御素子の前段側に配置されている請求項７記載の検査装置。
12. 前記計測対象物は、半導体デバイスである請求項１〜１１のいずれか一項記載の検査装置。
13. 前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短い波長である請求項１〜１２のいずれか一項記載の検査装置。
14. 計測対象物に対向するように配置した磁気光学結晶を用いて前記計測対象物の検査を行う検査方法であって、
    第１の波長を有する第１の光、及び前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を導光光学系によって前記磁気光学結晶及び前記計測対象物に導光し、前記磁気光学結晶或いは前記計測対象物で反射した前記第１の光及び前記第２の光を検出するステップを備え、
    前記ステップは、
    光出力部から前記第１の光を出力し、前記導光光学系を介して光検出部で前記第１の光を検出するステップと、
    前記第２の光が前記光検出部に入射するように前記導光光学系の光路を選択的に切り替えるステップと、
    前記光出力部から前記第２の光を出力し、前記導光光学系を介して前記光検出部で前記第２の光を検出するステップと、を含む検査方法。

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