KR20180088790A

KR20180088790A - 검사 장치 및 검사 방법

Info

Publication number: KR20180088790A
Application number: KR1020187010009A
Authority: KR
Inventors: 도모노리 나카무라
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-08-07
Also published as: WO2017094495A1; KR102523172B1; TWI726007B; CN108369211A; TW201725372A; US10976284B2; US10564126B2; JPWO2017094495A1; JP6940413B2; US20200132629A1; US20180348165A1; CN108369211B

Abstract

검사 장치(1)는 제1 파장을 가지는 제1 광 및 제2 파장을 가지는 제2 광을 출력하는 광 출력부(3)와, 반사막(13)이 계측 대상물(D)에 대향하도록 배치되는 자기 광학 결정(6)과, 제1 광 및 상기 제2 광을 검출하는 광 검출부(7)와, 제1 광 및 제2 광을 자기 광학 결정(6) 및 계측 대상물(D)을 향해서 도광함과 아울러, 자기 광학 결정(6)에서 반사된 제1 광과, 계측 대상물(D)에서 반사된 제2 광을 광 검출부(7)를 향해서 도광하는 도광 광학계(4A)를 구비하고, 도광 광학계(4A)는 제1 광 및 제2 광이 선택적으로 광 검출부(7)에 입사되도록, 복수의 광학 소자에 의한 광로를 전환하는 광로 전환 소자(M)를 가지고 있다.

Description

검사 장치 및 검사 방법

본 발명은 광 프로빙 기술을 이용한 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 등의 계측 대상물을 검사하는 광 프로빙 기술에서는, 광원으로부터 출사된 광을 계측 대상물에 조사하고, 계측 대상물로부터의 계측광(반사광)을 광 센서로 검출하여 검출 신호를 취득한다. 광 프로빙 기술의 일종인 MOFM(Magneto-Optical Frequency Mapping)법에서는, 자기 광학 결정을 계측 대상물에 대향하여 배치하고, 자기 광학 결정의 자기 광학 효과에 따라 편광 상태가 변화된 반사광을 광 센서로 검출한다. 이 방법에서는, 계측 대상물에 생겨 있는 자계(磁界)의 분포에 기초하여, 계측 대상물의 이상(異常)의 유무의 검출이 이루어진다. 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 샘플에 대해서 자기 광학 필름을 배치하고, 자기 광학 필름에 조사한 직선 편광의 광의 반사광의 화상을 카메라로 취득하여 샘플의 자기장 및 전류의 흐름을 매핑하는 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특표 2013－544352호 공보

계측 대상물의 검사에 있어서는, 광원으로부터 출사된 광을 계측 대상물에도 조사하여, 계측 대상물의 패턴(회로 패턴 등)을 취득하는 경우가 있다. 이 경우, 예를 들면 계측 대상물에 생겨 있는 자계의 분포와, 계측 대상물의 패턴을 중첩함으로써, 이상이 생겨 있는 위치의 파악이 용이해진다.

그런데, 자기 광학 결정에 있어서의 자기장에 대한 편광의 회전각은, 일반적으로 파장 의존성을 가지고 있다. 예를 들면 입사되는 광의 파장이 1㎛보다 짧은 경우, 파장이 짧아짐에 따라서 편광의 회전각이 커진다. 한편으로, 원하는 계측 대상물에 대해서 적합한 광의 파장 대역은, 자기 광학 결정에 있어서 높은 감도를 가지는 파장 대역과 상이한 경우를 생각할 수 있다. 예를 들면 반도체 디바이스를 계측 대상물로 하는 경우, 실리콘에 대해서 충분한 투과성을 가지는 광의 파장 대역은, 1㎛ 보다도 긴 적외 대역이다. 이들 파장의 차가 커지면, 광학 소자의 특성이나 광 검출부의 검출 감도의 파장 의존성에 기인하여 계측의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 그렇지만, 파장이 상이한 광에 대해서 다른 광로를 마련하면, 다수의 광학 소자가 필요하여, 장치 구성이 복잡해져 버린다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제의 해결을 위해서 이루어진 것으로, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있는 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치는, 계측 대상물의 검사를 행하는 검사 장치로서, 제1 파장을 가지는 제1 광, 및 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 출력하는 광 출력부와, 제1 광을 반사하는 반사면을 가지고, 당해 반사면이 계측 대상물에 대향하도록 배치되는 자기 광학 결정과, 제1 광 및 제2 광을 검출하는 광 검출부와, 복수의 광학 소자에 의해서 구성되어, 제1 광 및 제2 광을 자기 광학 결정 및 계측 대상물을 향해서 도광(道光)함과 아울러, 자기 광학 결정에서 반사된 제1 광과, 계측 대상물에서 반사된 제2 광을 광 검출부를 향해서 도광하는 도광 광학계를 구비하고, 도광 광학계는 제1 광 및 제2 광이 선택적으로 광 검출부에 입사되도록, 복수의 광학 소자에 의한 광로를 전환하는 광로 전환 소자를 가지고 있다.

이 검사 장치에서는, 자기 광학 결정에서 반사된 제1 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물의 이상의 유무가 검출되고, 계측 대상물에서 반사된 제2 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물의 패턴을 취득할 수 있다. 제1 광 및 제2 광을 도광하는 도광 광학계는, 제1 광 및 제2 광을 선택적으로 광 검출부에 입사시키는 광로 전환 소자를 가지고 있다. 이 광로 전환 소자에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

또, 광 출력부는 제1 광을 출사하는 제1 광원과, 제2 광을 출사하는 제2 광원을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 파장이 상이한 제1 광 및 제2 광을 충분한 강도로 출력할 수 있어, 광원의 SN비를 향상시킬 수 있다.

또, 광 검출부는 제1 광을 검출하는 제1 광 센서와, 제2 광을 검출하는 제2 광 센서를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 제1 광 및 제2 광에 대해서 광 검출부에 충분한 감도를 갖게 할 수 있어, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

또, 도광 광학계는 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 가지고 있어도 된다. 이것에 의해, 자기 광학 결정에서의 제1 광의 편광의 변화를 적합하게 검출할 수 있다.

또, 도광 광학계는 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 추가로 가지고 있어도 된다. 이 경우, 광 검출부에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동(差動)의 검출이 가능해진다.

또, 도광 광학계는 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 가지고 있어도 된다. 이것에 의해, 도광 광학계에 있어서, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 한층 공통화할 수 있다.

또, 광로 전환 소자는 패러데이 회전자 및 파장판에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 간단한 구성으로 광로 전환 소자를 구성할 수 있다.

또, 광로 전환 소자는, 다이크로익 미러(dichroic mirror)에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 간단한 구성으로 광로 전환 소자를 구성할 수 있다.

또, 광로 전환 소자는 갈바노 미러(galvano mirror)에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 간단한 구성으로 광로 전환 소자를 구성할 수 있다.

또, 광로 전환 소자는 광학 미러에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 간단한 구성으로 광로 전환 소자를 구성할 수 있다.

또, 도광 광학계는 다이크로익 미러를 포함하여 구성되고, 다이크로익 미러는 편광 제어 소자의 전단(前段)측에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 다이크로익 미러의 후단의 편광 제어 소자에 의해서 광의 편광 방향을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러의 반사측 및 투과측의 어느 쪽에 제1 광의 광로 및 제2 광의 광로를 형성해도 되어, 도광 광학계의 설계의 자유도를 담보할 수 있다.

또, 계측 대상물은 반도체 디바이스여도 된다. 이 검사 장치에 의하면, 반도체 디바이스의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

또, 제1 파장은 제2 파장보다도 짧은 파장이어도 된다. 자기 광학 결정이나 계측 대상물에 대해서 보다 적합한 파장을 이용함으로써, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

또, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 방법은, 계측 대상물에 대향하도록 배치한 자기 광학 결정을 이용하여 계측 대상물의 검사를 행하는 검사 방법으로서, 제1 파장을 가지는 제1 광, 및 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 도광 광학계에 의해서 자기 광학 결정 및 계측 대상물로 도광하고, 자기 광학 결정 혹은 계측 대상물에서 반사한 제1 광 및 제2 광을 검출하는 스텝을 구비하고, 당해 스텝은 광 출력부로부터 제1 광을 출력하고, 도광 광학계를 통해서 광 검출부에서 제1 광을 검출하는 스텝과, 제2 광이 광 검출부에 입사하도록 도광 광학계의 광로를 선택적으로 전환하는 스텝과, 광 출력부로부터 제2 광을 출력하고, 도광 광학계를 통해서 광 검출부에서 제2 광을 검출하는 스텝을 포함한다.

이 검사 방법에서는, 예를 들면 자기 광학 결정에서 반사된 제1 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물의 이상의 유무를 검출하고, 계측 대상물에서 반사된 제2 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물의 패턴을 취득할 수 있다. 제1 광 및 제2 광을 도광하는 도광 광학계에 있어서, 제1 광 및 제2 광을 선택적으로 광 검출부에 입사시키는 광로를 전환함으로써, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

이 검사 장치 및 검사 방법에서는, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 검사 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 자기 광학 결정의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 7은 제3 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 9는 제4 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 10은 제4 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 11은 제5 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 12는 제5 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 13은 제6 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 14는 제6 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 15는 제7 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 16은 제7 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 17은 제8 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 18은 제8 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 19는 제9 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 20은 제9 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 21은 제10 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 22는 제10 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 23은 제11 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 24는 제11 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 25는 제12 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 26은 제12 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 27은 제13 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 28은 제13 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 29는 제14 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제1 광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 30은 제14 실시 형태에 따른 검사 장치에 있어서의 도광 광학계에서의 제2 광의 광로를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치 및 검사 방법의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

［제1 실시 형태］

도 1은 제1 실시 형태에 따른 검사 장치를 나타내는 개략도이다. 제1 실시 형태에 따른 검사 장치(1)는 계측 대상물(D)의 검사를 행하는 장치이다. 검사 장치(1)는 테스터 유닛(2)과, 광 출력부(3)와, 도광 광학계(4A)와, 대물 렌즈(5)와, 자기 광학 결정(6)과, 광 검출부(7)를 포함하여 구성되어 있다. 광 출력부(3), 도광 광학계(4A), 대물 렌즈(5), 자기 광학 결정(6), 및 광 검출부(7)는, 광학적으로 커플링되어 있다. 계측 대상물(D)은, 본 실시 형태에서는 예를 들면 반도체 디바이스이다. 반도체 디바이스로서는, 예를 들면 트랜지스터 등의 PN 접합을 가지는 집적 회로, 대전류용/고압용 MOS 트랜지스터 및 바이폴러 트랜지스터 등을 들 수 있다.

집적 회로에는, 예를 들면 소규모 집적 회로(SSI), 중규모 집적 회로(MSI), 대규모 집적 회로(LSI), 초대규모 집적 회로(VLSI), 울트라 대규모 집적 회로(ULSI), 기가·스케일 집적 회로(GSI) 등이 포함된다. 계측 대상물(D)은 반도체 디바이스로 한정되지 않고, 유리면상에 형성된 아모퍼스 트랜지스터, 폴리 실리콘 트랜지스터, 유기 트랜지스터와 같은 박막 트랜지스터(TFT) 등이어도 된다.

계측 대상물(D)에는, 테스터 유닛(2)이 전기적으로 접속된다. 테스터 유닛(2)은 주파수 해석부(8)에 전기적으로 접속되어 있다. 테스터 유닛(2)은 전원(도시하지 않음)으로부터의 전력 공급을 받아 동작하여, 계측 대상물(D)에 변조 전류 신호를 반복하여 인가한다. 계측 대상물(D)에서는, 변조 전류 신호에 따라서 변조 자기장이 발생한다. 변조 자기장에 따른 광 신호가 후술하는 광 검출부(7)에 의해서 검출됨으로써, 특정의 주파수에서의 계측광의 검출이 이루어진다. 또한, 테스터 유닛(2)은 반드시 변조 전류 신호를 인가하는 것이 아니어도 되고, 검출 주파수에 따른 펄스 광을 발생시키는 CW 전류 신호를 인가하는 것이이도 된다.

광 출력부(3)는 제1 파장을 가지는 제1 광, 및 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 출력하는 부분이다. 제1 광 및 제2 광은, CW 광이어도 되고, 펄스 광이어도 된다. 또, 제1 광 및 제2 광은, 인코히런트(incoherent)광 및 코히런트광 중 어느 것이어도 된다. 인코히런트한 광을 출력하는 광원으로서는, SLD, ASE 광원, LED 등을 들 수 있다. 또, 코히런트한 광을 출력하는 광원으로서는, 고체 레이저 광원이나 반도체 레이저 광원 등을 들 수 있다. 광 출력부(3)로부터 출력된 광은, 도광 광학계(4A)에 입사된다.

본 실시 형태에서는, 제1 광의 파장은 자기 광학 결정(6)에 있어서의 감도가 충분히 높은 1㎛ 이하의 파장이다. 제1 광의 파장은, 예를 들면 530nm 이하의 파장인 것이 바람직하다. 또, 제2 광의 파장은 계측 대상물(D)에 대해서 적합한 파장이다. 계측 대상물(D)이 반도체 디바이스인 경우, 제2 광의 파장은 실리콘에 대해서 충분한 투과성을 가지고, 반도체 디바이스 내의 내부 구조에서 반사되는 1㎛ 이상의 파장인 것이 바람직하다.

광 출력부(3)는 제1 광을 출력하는 제1 광원과, 제2 광을 출력하는 제2 광원을 별개로 구비한 것이이도 되고, 단일의 광원에 의해서 구성된 것이이도 된다. 광 출력부(3)가 별개의 광원을 구비하는 경우, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 행할 때에는, 광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되고, 계측 대상물(D)의 패턴의 취득을 행할 때에는, 광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력된다. 광 출력부(3)를 단일의 광원에 의해서 구성하는 경우, 예를 들면 YAG 레이저를 광원으로 하고, 비선형 광학 결정에 의해서 기본파(파장 1064nm)로부터 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다. 이들 중, 기본파를 제2 광으로서 이용하고, 제2 고조파를 제1 광으로서 선택적으로 이용한다.

도광 광학계(4A)는 제1 광 및 제2 광을 도광하는 부분이다. 도광 광학계(4A)는 복수의 광학 소자에 의해서 구성되어 있다. 도광 광학계(4A)는 제1 광 및 제2 광을 자기 광학 결정(6) 및 계측 대상물(D)을 향해서 도광한다. 또, 도광 광학계(4A)는 자기 광학 결정(6)의 반사막(13)(도 2 참조)에서 반사된 제1 광과, 계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 계측 대상물(D)의 이면(자기 광학 결정(6)과 반대측의 면)에서 반사된 제2 광을 광 검출부(7)를 향해서 도광한다. 도광 광학계(4A)의 상세한 구성은 후술한다.

대물 렌즈(5)는 도광 광학계(4A)에 의해서 도광된 제1 광을 자기 광학 결정(6)에 집광하는 부분이다. 대물 렌즈(5)는 터릿(turret) 등에 의해, 예를 들면 배율 5배의 저배율 대물 렌즈와, 예를 들면 배율 50배의 고배율 대물 렌즈를 전환 가능하게 되어 있다. 대물 렌즈(5)에는, 예를 들면 자기 광학 결정(6)을 유지하는 홀더가 장착되어 있다. 대물 렌즈(5)는 대물 렌즈 구동부(9)에 의해서 제1 광 및 제2 광의 광축 방향으로 이동하여, 자기 광학 결정(6)에 대한 초점 위치가 조정된다.

자기 광학 결정(6)은 자기 광학 효과에 의해, 계측 대상물(D)에서 발생한 자계에 따라서, 입력된 광의 편광 상태를 변화시키는 부분이다. 자기 광학 결정(6)은, 도 2에 나타내는 것처럼, 결정 성장 기판(11)과, 자기 광학 효과층(12)과, 반사막(반사면)(13)을 구비하고 있다. 결정 성장 기판(11)의 일면(11a)측은, 제1 광 및 제2 광의 입사면이 되어 있다. 자기 광학 효과층(12)은 자성 가닛(garnet) 등으로 이루어지는 박막(薄膜)이다. 자성 가닛으로서는, 예를 들면 가돌리늄(gadolinium)·갈륨·가닛(GGG), 이트륨(yttrium)·철·가닛(YIG), 희토류·철·가닛(RIG) 등을 들 수 있다. 자기 광학 효과층(12)은 결정 성장 기판(11)의 타면(11b)측에 1㎛ 정도의 두께로 성막되어 있다.

반사막(13)은, 예를 들면 유전체 다층막이다. 반사막(13)은 자기 광학 효과층(12)에 있어서의 결정 성장 기판(11)과 반대측의 면에 마련되어 있다. 반사막(13)은 제1 광을 반사하고, 또한 제2 광을 투과시키는 광학 특성을 가지고 있다. 자기 광학 결정(6)은, 도 1에 나타내는 것처럼, 반사막(13)측이 계측 대상물(D)측을 향하도록 계측 대상물(D)에 대향해서 배치되어 있다. 제1 광은 결정 성장 기판(11)의 일면(11a)측으로부터 자기 광학 결정(6)에 입사되고, 반사막(13)에서 반사되어 다시 도광 광학계(4A)에 입사된다. 제2 광은 자기 광학 결정(6)을 투과하여, 계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 계측 대상물(D)의 이면에서 반사되어, 다시 자기 광학 결정(6)을 투과하여 도광 광학계(4A)에 입사된다.

광 검출부(7)는 제1 광 및 제2 광을 검출하는 부분이다. 광 검출부(7)를 구성하는 광 센서로서는, 예를 들면 포토 다이오드, 애벌란시 포토 다이오드, 광 전자 증배관, 에어리어 이미지 센서 등을 들 수 있다. 광 검출부(7)는 제1 광에 대해서 감도를 가지는 제1 광 센서와, 제2 광에 대해서 감도를 가지는 제2 광 센서를 별개로 구비하고 있어도 된다. 또, 광 검출부(7)는 제1 광과 제2 광의 양쪽에 대해서 감도를 가지는 단일 부품의 광 센서에 의해서 구성된 것이이도 된다.

광 검출부(7)로부터 출력된 검출 신호는, 앰프(21)에 의해서 증폭되어, 증폭 신호로서 주파수 해석부(8)에 입력된다. 주파수 해석부(8)는 증폭 신호에 있어서의 계측 주파수 성분을 추출하고, 당해 추출 신호를 해석 신호로서 출력하는 부분이다. 주파수 해석부(8)로서는, 예를 들면 록 인 앰프, 스펙트럼 애널라이저, 디지타이저, 크로스·도메인·애널라이저(등록상표), 네트워크·애널라이저 등이 이용된다. 계측 주파수는, 예를 들면 테스터 유닛(2)에 의해서 계측 대상물(D)에 인가되는 변조 전류 신호의 변조 주파수에 기초하여 설정된다. 주파수 해석부(8)는 테스터 유닛(2)으로부터 출력된 변조 전류 신호와 검출 신호 또는 해석 신호의 위상차를 나타내는 위상 신호를 출력해도 된다.

주파수 해석부(8)에 의해 출력된 해석 신호는, 컴퓨터(22)에 입력된다. 컴퓨터(22)는 프로세서, 메모리 등을 포함하여 구성된다. 컴퓨터(22)에는 모니터 등의 표시 장치(23)와, 키보드, 마우스와 같은 입력 장치(24)가 접속되어 있다. 컴퓨터(22)는 테스터 유닛(2), 광 출력부(3), 도광 광학계(4A), 대물 렌즈 구동부(9), 광 검출부(7), 및 주파수 해석부(8) 등을 제어하는 기능과, 주파수 해석부(8)로부터 입력되는 해석 신호 혹은 위상 신호에 기초하여, 자기 분포 화상(자기 강도 화상, 자기 위상 화상)의 작성, 자기 주파수 매핑, 자기 분포에 기초하는 전류 경로·전류 방향을 나타내는 전류 화상의 작성, 계측 대상물(D)에 있어서의 회로 패턴 등의 패턴 화상의 작성과 같은 각 기능을 실행한다. 컴퓨터(22)는 이들의 각 기능을 프로세서에 의해서 실행한다.

자기 광학 결정(6) 및 계측 대상물(D)에 대한 제1 광 및 제2 광의 조사 위치를 주사함으로써, 계측 대상물(D)에 있어서의 2차원적인 자기장 강도 분포를 나타내는 자기 강도 화상 및 패턴 화상이 얻어진다. 이들 화상을 표시 장치(23)에 표시함으로써, 계측 대상물(D)에 이상의 유무에 대한 검출 및 이상 지점의 특정을 행할 수 있다. 소정 위치에서의 자기장의 주파수 특성을 검출하는 경우에는, 계측 주파수를 전환하여 자기 주파수 매핑을 실행하면 된다. 또, 컴퓨터(22)에서 작성된 자기 위상상(位相像)이나 전류 화상 등을 표시 장치(23)에 표시하여 마찬가지의 특정을 행해도 된다. 또, 고해상도의 자기 강도 화상 및 패턴 화상을 얻는 경우에는, 제1 광 및 제2 광의 지름이나 주사 범위를 작게 하여 처리를 실행하면 된다.

또한, 록 인 검출을 행하지 않는 경우에는, 특정의 주파수 성분의 신호를 출력할 필요는 없고, 앰프(21)에 의한 증폭 신호를 그대로 해석 신호로서 주파수 해석부(8)로부터 출력시키면 된다. 표시 장치(23)에는 자기 분포 화상, 전류 화상, 및 패턴 화상을 중첩하여 표시시키도록 해도 된다.

이어서, 상술한 도광 광학계(4A)의 구성에 대해서, 도 3 및 도 4를 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.

도 3에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4A)는 복수의 광학 소자로서, 콜리메이터(31A~31C)와, 다이크로익 미러(32)와, 편광 빔 스플리터(33)와, 패러데이 회전자(34)와, λ／4 파장판(35)과, 갈바노 미러(36)에 의해서 구성되어 있다. 이들 복수의 광학 소자는, 광학적으로 커플링되어 있다. 편광 빔 스플리터(33) 및 패러데이 회전자(34)는, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(33) 및 λ／4 파장판(35)은, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L)를 구성하고 있다.

패러데이 회전자(34) 및 λ／4 파장판(35)은, 제1 광 및 제2 광이 선택적으로 광 검출부(7)에 입사되도록, 상기 광학 소자에 의한 광로를 전환하는 광로 전환 소자(M)를 구성하고 있다. 패러데이 회전자(34) 및 λ／4 파장판(35)은, 예를 들면 실린더 등의 구동 수단에 의해서 한 쪽이 광로로 진출하고, 다른 쪽이 광로로부터 퇴피(退避)하도록 되어 있다. 또, 다이크로익 미러(32)는 도광 광학계(4A)의 광로에 있어서, 편광 제어 소자(K)의 전단(前段)측에 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(32)는 제1 광을 투과시키고, 제2 광을 대략 직각으로 반사한다. 편광 빔 스플리터(33)는 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사한다. 패러데이 회전자(34)는 입력되는 광의 편광면을 22.5°회전시킨다.

검사 장치(1)를 이용한 계측 대상물(D)의 검사 방법은, 제1 파장을 가지는 제1 광, 및 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 도광 광학계(4A)에 의해서 자기 광학 결정(6) 및 계측 대상물(D)로 도광하고, 자기 광학 결정(6) 혹은 계측 대상물(D)에서 반사된 제1 광 및 제2 광을 검출하는 스텝을 구비하고 있다. 이 스텝은, 보다 상세하게는, 광 출력부(3)로부터 제1 광을 출력하고, 도광 광학계(4A)를 통해서 광 검출부(7)에서 제1 광을 검출하는 스텝과, 제2 광이 광 검출부(7)에 입사하도록 도광 광학계(4A)의 광로를 선택적으로 전환하는 스텝과, 광 출력부(3)로부터 제2 광을 출력하고, 도광 광학계(4A)를 통해서 광 검출부(7)에서 제2 광을 검출하는 스텝을 포함한다.

광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우, 도 3에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 패러데이 회전자(34)가 도광 광학계(4A)의 광로로 진출한다. 제1 광은 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제1 광은 콜리메이터(31A)에 의해서 평행광화되고, 다이크로익 미러(32)를 투과하여 편광 빔 스플리터(33)에 입사된다. 제1 광은 편광 빔 스플리터(33)를 투과하여, 패러데이 회전자(34)에 의해서 편광면이 22.5° 회전된 상태로, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제1 광의 입사 위치, 즉, 자기 광학 결정(6)으로의 제1 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(36)에 의해서 주사된다.

자기 광학 결정(6)의 반사막(13)에서 반사된 제1 광은, 계측 대상물(D)에서 발생한 자계(자기장 강도)에 따른 자기 광학 효과(커어 효과(Kerr effect) 및 패러데이 효과 등)에 따라 편광면이 α°회전되어, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4A)에 입사된다. 제1 광은 패러데이 회전자(34)에 의해서 편광면이 추가로 더 22.5°회전된다. 패러데이 회전자(34)를 왕복함으로써, 편광면이 합계로 45＋α° 회전된 제1 광 중, 90°의 편광 성분만이 편광 빔 스플리터(33)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(31C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)에 출력된다. 광 검출부(7)는 자기 광학 효과에 따라 편광면이 α° 회전됨으로써 생기는 강도 변조를 검출한다.

광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우, 도 4에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, λ／4 파장판(35)이 도광 광학계(4A)의 광로로 진출한다. 제2 광은 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제2 광은 콜리메이터(31B)에 의해서 평행광화되고, 다이크로익 미러(32)에서 반사되어 편광 빔 스플리터(33)에 입사된다. 제2 광은 편광 빔 스플리터(33)를 투과하여, λ／4 파장판(35)에 의해서 원편광(圓偏光)이 된 상태로, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제2 광의 입사 위치, 즉, 계측 대상물(D)로의 제2 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(36)에 의해서 주사된다.

계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 반사된 제2 광은, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4A)에 입사된다. 제2 광은 λ／4 파장판(35)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 되고, 편광 빔 스플리터(33)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(31C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)에 출력된다.

이상과 같이, 이 검사 장치(1)에서는, 자기 광학 결정(6)의 반사막(13)에서 반사된 제1 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물(D)의 이상의 유무가 검출되고, 계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 반사된 제2 광의 검출 결과에 기초하여 계측 대상물(D)의 회로 패턴 등을 취득할 수 있다. 제1 광 및 제2 광을 도광하는 도광 광학계(4A)는, 제1 광 및 제2 광을 선택적으로 광 검출부(7)에 입사시키는 광로 전환 소자(M)를 가지고 있다. 이 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4A)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4A)를 구성하는 광학 소자 중, 다이크로익 미러(32), 편광 빔 스플리터(33), 갈바노 미러(36), 및 콜리메이터(31C)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 광 출력부(3)가 제1 광을 출사하는 제1 광원과, 제2 광을 출사하는 제2 광원을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 파장이 상이한 제1 광 및 제2 광을 충분한 강도로 출력할 수 있어, 계측 결과의 SN비를 향상시킬 수 있다.

또한, 단일 부품의 광 센서를 이용하는 경우에 있어서는, 파장 의존성에 의해, 제1 광에 대한 감도와 제2 광에 대한 감도가 상이한 경우가 있다. 이 경우는 제1 광에 대한 감도를 우선하여, 제1 광에 대한 감도가 제2 광에 대한 감도보다도 높은 특성을 가지는 광 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 검사 장치(1)에서는, 패러데이 회전자(34) 및 λ／4 파장판(35)에 의해서 광로 전환 소자(M)가 구성되어 있다. 이 경우, 간단한 구성으로 광로 전환 소자(M)를 구성할 수 있다.

［제2 실시 형태］

제2 실시 형태에 따른 검사 장치는, 광 검출부(7)에 있어서 제1 광을 검출하는 제1 광 센서(7A)와 제2 광을 검출하는 제2 광 센서(7B)를 별개로 구비하고 있다. 또, 이것에 따라서, 도광 광학계(4B)의 구성이 제1 실시 형태와 상이하다. 보다 구체적으로는, 도광 광학계(4B)에서는, 도 5에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4A)의 구성에 더하여, 다이크로익 미러(41)와, 콜리메이터(31D)가 광로의 후단 측에 추가로 배치되어 있다.

제1 광의 광로는, 도 5에 나타내는 것처럼, 자기 광학 결정(6)의 반사막(13)에서 반사되어 편광 빔 스플리터(33)에서 반사될 때까지는, 제1 실시 형태와 같다. 편광 빔 스플리터(33)에서 반사된 제1 광은, 다이크로익 미러(41)를 투과하여, 콜리메이터(31C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)에 출력된다.

제2 광의 광로는, 도 6에 나타내는 것처럼, 계측 대상물(D)에서 반사되고 편광 빔 스플리터(33)에서 반사될 때까지는, 제1 실시 형태와 같다. 편광 빔 스플리터(33)에서 반사된 제2 광은, 다이크로익 미러(41)에서 반사되고, 콜리메이터(31D)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4B)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 광 검출부(7)가 제1 광을 검출하는 제1 광 센서(7A)와, 제2 광을 검출하는 제2 광 센서(7B)를 가지고 있다. 이 경우, 제1 광에 높은 감도를 가지는 제1 광 센서(7A)와, 제2 광에 높은 감도를 가지는 제2 광 센서(7B)를 각각 배치함으로써, 계측 대상물의 이상 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

추가로, 본 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(41)가 편광 제어 소자(K, L)의 전단측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 다이크로익 미러(41)의 후단의 편광 제어 소자(K, L)에 의해서 광의 편광 방향을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러(41)의 반사측 및 투과측의 어느 쪽에 제1 광의 광로 및 제2 광의 광로를 형성해도 되어, 도광 광학계(4B)의 설계의 자유도를 담보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 다이크로익 미러(41) 및 콜리메이터(31C, 31D)를 대신하여, 단일 부품의 콜리메이터와 광 커플러를 배치해도 된다. 파장마다 출력을 분기하는 광 파이버를 이용함으로써, 상기 실시 형태와 동등한 구성을 실현할 수 있다. 광 커플러로서는, 편광 보존 싱글 모드 광 커플러를 이용하는 것이 바람직하고, 광 파이버로서는, 편광 보존 싱글 모드 광 파이버를 이용하는 것이 바람직하다.

［제3 실시 형태］

제3 실시 형태에 따른 검사 장치는 도광 광학계(4C)에 있어서, 갈바노 미러(56)에 의해서 광로 전환 소자(M)가 구성되어 있는 점, 및 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)가 각각 독립된 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)를 가지는 점에서 상기 실시 형태와 상이하다. 또, 제3 실시 형태에 따른 검사 장치는, 도광 광학계(4C)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(i)(7a)로 도광하는 편광 제어 소자(K1)와, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(ii)(7b)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)가 배치되어 있는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다.

보다 구체적으로는, 도광 광학계(4C)는 복수의 광학 소자로서, 콜리메이터(51A~51E)와, 가시대역용 편광 빔 스플리터(52A, 52B)와, 패러데이 회전자(53A, 53B)와, 근적외대역용 편광 빔 스플리터(54)와, λ／4 파장판(55)과, 갈바노 미러(56)에 의해서 구성되어 있다.

편광 빔 스플리터(52B) 및 패러데이 회전자(53B)는, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K1)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(52A) 및 패러데이 회전자(53A)는, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(54) 및 λ／4 파장판(55)은, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L)를 구성하고 있다.

갈바노 미러(56)는 주사 범위의 중심 각도에 제1 오프셋 또는 제2 오프셋을 더함으로써, 광로 전환 소자(M)로서 기능한다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면 갈바노 미러(56)의 주사 범위가 ±3°, 제1 오프셋이 ＋10°, 제2 오프셋이 -10°로 되어 있다. 갈바노 미러(56)는 광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우에는, ＋10°±3°의 범위에서 회동하고, 광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우에는, －10°±3°의 범위에서 가동한다.

패러데이 회전자(53A)는 입력되는 광의 편광면을 45°회전시킨다. 또, 패러데이 회전자(53B)는 입력되는 광의 편광면을 22.5°회전시킨다. 편광 빔 스플리터(52A)는 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사한다. 편광 빔 스플리터(52B)는 편광면이 45°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 135°인 편광 성분의 광을 반사한다.

광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 갈바노 미러(56)에 제1 오프셋이 주어진다. 제1 광은 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제1 광은 도 7에 나타내는 것처럼, 콜리메이터(51A)에 의해서 평행광화되어, 편광 빔 스플리터(52A)를 투과하고, 패러데이 회전자(53A)에 의해서 편광면이 45° 회전된다. 또, 제1 광은 편광 빔 스플리터(52B)를 투과하여, 패러데이 회전자(53B)에 의해서 편광면이 추가로 더 22.5° 회전된 후, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제1 광의 입사 위치, 즉, 자기 광학 결정(6)으로의 제1 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(56)에 의해서 주사된다.

자기 광학 결정(6)의 반사막(13)에서 반사된 제1 광은, 계측 대상물(D)에서 발생한 자계(자기장 강도)에 따른 자기 광학 효과(커어 효과 및 패러데이 효과 등)에 따라 편광면이 α° 회전되어, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4C)에 입사된다. 제1 광은 패러데이 회전자(53B)에 의해서 편광면이 추가로 더 22.5° 회전된다. 패러데이 회전자(53B)를 왕복한 시점에서, 편광면이 합계로 90＋α° 회전된 제1 광 중, 135°의 편광 성분만이 편광 빔 스플리터(52B)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(51C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(i)(7a)에 출력된다.

또, 제1 광 중, 편광 빔 스플리터(52B)를 투과한 편광 성분은, 패러데이 회전자(53A)에 의해서 편광면이 추가로 더 45° 회전되어, 편광 빔 스플리터(52A)에서 반사된 후, 콜리메이터(51D)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(ii)(7b)에 출력된다. 광 검출부(7)에서는, 제1 광 센서(7A)에 입력된 광의 차동이 검출된다. 제1 광 센서(7A)는 자기 광학 효과에 따라 편광면이 α° 회전됨으로써 생기는 강도 변조를 검출한다. 또한, 광 센서(7A)는 독립된 광 센서를 가지는 대신에, 복수의 수광면을 가지도록 구성된 것을 이용해도 된다.

광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 갈바노 미러(56)에 제2 오프셋이 주어진다. 제2 광은, 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제2 광은, 도 8에 나타내는 것처럼, 콜리메이터(51E)에 의해서 평행광화되고, 편광 빔 스플리터(54)를 투과하여, λ／4 파장판(55)에 의해서 원편광이 된 상태로, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제2 광의 입사 위치, 즉, 계측 대상물(D)로의 제2 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(56)에 의해서 주사된다.

계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 반사된 제2 광은, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4C)에 입사된다. 제2 광은 λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 되고, 편광 빔 스플리터(54)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(51E)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4C)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 또, 갈바노 미러(56)만으로 광로 전환 소자(M)를 구성하고 있으므로, 광로 전환 소자(M)를 간단하게 구성할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4C)를 구성하는 광학 소자 중, 갈바노 미러(56)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 또, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동 검출을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 편광 빔 스플리터(54) 및 콜리메이터(51B, 51E)를 대신하여, 단일 부품의 콜리메이터와, 광을 직교하는 편광 성분으로 나누는 광 커플러를 가지는 광 파이버를 배치해도 된다. 각 편광 성분의 출력을 분기하는 광 파이버를 이용함으로써, 상기 실시 형태와 동등한 구성을 실현할 수 있다. 광 파이버로서는, 편광 보존 싱글 모드 광 파이버를 이용하는 것이 바람직하다.

［제4 실시 형태］

제4 실시 형태에 따른 검사 장치는 제3 실시 형태의 변형예로서, 도 9 및 도 10에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4D)에 있어서, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2), 및 콜리메이터(51D)의 배치가 생략되어 있는 점에서 제3 실시 형태와 상이하다. 또, 도광 광학계(4D)의 편광 빔 스플리터(52B)가, 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사하는 점에서 제3 실시 형태와 상이하다. 그 외의 점은, 제3 실시 형태와 같다.

도 9에 나타내는 것처럼, 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)에는, 편광면이 합계로 90° 회전된 제1 광 중, 편광 빔 스플리터(52B)에 의해서 반사된 90°의 편광 성분만이 출력된다. 또, 도 10에 나타내는 것처럼, 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된 제2 광이 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4D)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 이러한 형태는, 광원의 SN비를 충분히 확보할 수 있는 경우에 유용하며, 도광 광학계(4D)에 이용되는 광학 소자의 부품수를 삭감하여, 구성을 간단화할 수 있다.

［제5 실시 형태］

제5 실시 형태에 따른 검사 장치는, 도 11 및 도 12에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4E)에 있어서, 다이크로익 미러(61)에 의해서 광로 전환 소자(M)가 구성되어 있는 점에서 상기 실시 형태와 상이하다. 도광 광학계(4E)는 제3 실시 형태에 있어서의 도광 광학계(4C)에 유사한 구성을 가지고, 패러데이 회전자(53B)와 갈바노 미러(56)의 사이에 다이크로익 미러(61)가 배치되어 있는 점에서 제3 실시 형태와 상위하다.

다이크로익 미러(61)는 제1 광을 투과시킨다. 제1 광의 광로는, 도 11에 나타내는 것처럼, 제3 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)에는, 편광 제어 소자(K1) 및 편광 제어 소자(K2)에 의해, 제1 광에 있어서의 서로 직교하는 편광 성분이 각각 출력되어, 차동이 검출된다. 또, 다이크로익 미러(61)는 제2 광을 반사한다. 제2 광의 광로는, 도 12에 나타내는 것처럼, 편광 빔 스플리터(54) 및 λ／4 파장판(55)이 다이크로익 미러(61)에 대해서 광학적으로 결합되어 있는 점을 제외하고 제3 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된 제2 광이 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4E)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 또, 다이크로익 미러(61)만으로 광로 전환 소자(M)를 구성하고 있고, 물리적인 동작이 불필요해지기 때문에, 광로 전환 소자(M)를 간단하게 구성할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4E)를 구성하는 광학 소자 중, 다이크로익 미러(61) 및 갈바노 미러(56)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 또, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동의 검출이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다. 또한, 검출 가능한 광량은 저하되지만, 본 실시 형태에 있어서, 다이크로익 미러(61) 대신에 하프 미러를 이용해도 된다.

［제6 실시 형태］

제6 실시 형태에 따른 검사 장치는, 제5 실시 형태의 변형예로서, 도 13 및 도 14에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4F)에 있어서, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)의 배치가 생략되어 있는 점에서 제5 실시 형태와 상이하다. 또, 도광 광학계(4F)의 편광 빔 스플리터(52B)가, 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사하는 점에서 제5 실시 형태와 상이하다. 그 외의 점은, 제5 실시 형태와 같다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4F)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 이러한 형태는, 광원의 SN비를 충분히 확보할 수 있는 경우에 유용하며, 도광 광학계(4F)에 이용되는 광학 소자의 부품수를 삭감하여, 구성을 간단화할 수 있다.

［제7 실시 형태］

제7 실시 형태에 따른 검사 장치는, 도 15 및 도 16에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4G)에 있어서, 광학 미러(71)에 의해서 광로 전환 소자(M)가 구성되어 있는 점에서 상기 실시 형태와 상이하다. 도광 광학계(4G)는, 제5 실시 형태에 있어서의 도광 광학계(4E)에 유사한 구성을 가지고, 다이크로익 미러(61)를 대신하여 광학 미러(71)가 배치되어 있는 점에서 제5 실시 형태와 상위하다.

광학 미러(71)는, 예를 들면 실린더 등의 구동 수단에 의해서 광로로의 진출·퇴피가 전환되도록 되어 있다. 광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우, 도 15에 나타내는 것처럼, 광학 미러(71)가 광로로부터 퇴피한다. 제1 광의 광로는 제5 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)에는, 편광 제어 소자(K1) 및 편광 제어 소자(K2)에 의해, 제1 광에 있어서의 서로 직교하는 편광 성분이 각각 출력되어, 차동이 검출된다.

광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우, 광학 미러(71)가 광로로 진출한다. 광학 미러(71)는 제2 광을 반사한다. 제2 광의 광로는, 도 16에 나타내는 것처럼, 편광 빔 스플리터(54) 및 λ／4 파장판(55)이 광학 미러(71)에 대해서 광학적으로 결합되어 있는 점을 제외하고 제5 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된 제2 광이 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4G)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 또, 광학 미러(71)의 진퇴(進退)만으로 광로 전환 소자(M)를 구성하고 있으므로, 광로 전환 소자(M)를 간단하게 구성할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4G)를 구성하는 광학 소자 중, 광학 미러(71) 및 갈바노 미러(56)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 또, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동 검출을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

［제8 실시 형태］

제8 실시 형태에 따른 검사 장치는, 제7 실시 형태의 변형예로서, 도 17 및 도 18에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4H)에 있어서, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)의 배치가 생략되어 있는 점에서 제7 실시 형태와 상이하다. 또, 도광 광학계(4H)의 편광 빔 스플리터(52B)가, 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사하는 점에서 제7 실시 형태와 상이하다. 그 외의 점은, 제7 실시 형태와 같다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4H)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 이러한 형태는, 광원의 SN비를 충분히 확보할 수 있는 경우에 유용하며, 도광 광학계(4H)에 이용되는 광학 소자의 부품수를 삭감하여, 구성을 간단화할 수 있다.

［제9 실시 형태］

제9 실시 형태에 따른 검사 장치는, 도광 광학계(4I)의 구성이 상기 실시 형태와 상이하다. 도광 광학계(4I)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 패러데이 회전자 및 λ／4 파장판에 의해서 광로 전환 소자(M)가 구성되어 있다. 도광 광학계(4I)의 구성은, 제5 실시 형태와 유사하며, 패러데이 회전자(53B) 및 λ／4 파장판(55)이 광로 전환 소자(M)로서 갈바노 미러(56)의 전단(前段)측에 배치되어 있다. 패러데이 회전자(53B) 및 λ／4 파장판(55)은, 예를 들면 실린더 등의 구동 수단에 의해서 한 쪽이 광로로 진출하고, 다른 쪽이 광로로부터 퇴피한다.

다이크로익 미러(61)는 편광 빔 스플리터(52B)와 광로 전환 소자(M)의 사이에 배치되어 있다. 패러데이 회전자(53B)는 광로 전환 소자(M)를 구성하는 것 외에, 편광 빔 스플리터(52B)와 협동하여, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K1)를 구성한다. λ／4 파장판(55)은 광로 전환 소자(M)를 구성하는 것 외에, 편광 빔 스플리터(54)와 협동하여, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L)를 구성한다.

광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우, 도 19에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 패러데이 회전자(53B)가 도광 광학계(4I)의 광로로 진출한다. 다이크로익 미러(61)는 제1 광을 투과시킨다. 제1 광의 광로는 다이크로익 미러(61)와 패러데이 회전자(53B)의 위치 관계가 반대로 되어 있는 점을 제외하고 제5 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)에는, 편광 제어 소자(K1) 및 편광 제어 소자(K2)에 의해, 제1 광에 있어서의 서로 직교하는 편광 성분이 각각 출력되어, 차동이 검출된다.

광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우, 도 20에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, λ／4 파장판(55)이 도광 광학계(4I)의 광로로 진출한다. 제2 광의 광로는 다이크로익 미러(61)와 λ／4 파장판(55)의 위치 관계가 반대로 되어 있는 점을 제외하고 제5 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 90°의 직선 편광이 된 제2 광이 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4I)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4I)를 구성하는 광학 소자 중, 다이크로익 미러(61) 및 갈바노 미러(56)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 또, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동 검출을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

［제10 실시 형태］

제10 실시 형태에 따른 검사 장치는, 제9 실시 형태의 변형예로서, 도 21 및 도 22에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4J)에 있어서, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)의 배치가 생략되어 있는 점에서 제9 실시 형태와 상이하다. 또, 도광 광학계(4J)의 편광 빔 스플리터(52B)가, 편광면이 0°인 편광 성분의 광을 투과시키고, 편광면이 90°인 편광 성분의 광을 반사하는 점에서 제9 실시 형태와 상이하다. 그 외의 점은, 제9 실시 형태와 같다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4J)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 이러한 형태는, 광원의 SN비를 충분히 확보할 수 있는 경우에 유용하며, 도광 광학계(4J)에 이용되는 광학 소자의 부품수를 삭감하여, 구성을 간단화할 수 있다.

［제11 실시 형태］

제11 실시 형태에 따른 검사 장치는, 제1 실시 형태의 변형예로서, 도 23 및 도 24에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4K)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K1)와, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)가 배치되어 있는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 또, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L1)와, 제2 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L2)가 배치되어 있는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다.

보다 구체적으로는, 도광 광학계(4K)는 복수의 광학 소자로서, 콜리메이터(81A~81D)와, 다이크로익 미러(82)와, 편광 빔 스플리터(83A, 83B)와, 패러데이 회전자(84A, 84B)와, λ／4 파장판(85)과, 갈바노 미러(86)에 의해서 구성되어 있다. 또, 광 검출부(7)는 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)를 가지고 있다.

패러데이 회전자(84B) 및 λ／4 파장판(85)은, 광로 전환 소자(M)로서 갈바노 미러(86)의 전단측에 배치되어 있다. 패러데이 회전자(84B) 및 λ／4 파장판(85)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 실린더 등의 구동 수단에 의해서 한 쪽이 광로로 진출하고, 다른 쪽이 광로로부터 퇴피한다.

편광 빔 스플리터(83B) 및 패러데이 회전자(84B)는, 제1 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(i)(7a)로 도광하는 편광 제어 소자(K1)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(83A) 및 패러데이 회전자(84A)는, 편광 제어 소자(K1)의 전단측에 배치되어, 제1 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(ii)(7b)로 도광하는 편광 제어 소자(K2)를 구성하고 있다.

편광 빔 스플리터(83B) 및 λ／4 파장판(85)은, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(i)(7a)로 도광하는 편광 제어 소자(L1)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(83A) 및 패러데이 회전자(84A)는, 제2 광의 다른 편광 성분을 광 검출부(7)의 광 센서(ii)(7b)로 도광하는 편광 제어 소자(L2)를 구성하고 있다. 다이크로익 미러(82)는 편광 제어 소자(K2, L2)의 전단측에 배치되어 있다.

광 출력부(3)로부터 제1 광이 출력되는 경우, 도 23에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 패러데이 회전자(84B)가 도광 광학계(4K)의 광로로 진출한다. 제1 광은 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제1 광은 콜리메이터(81A)에 의해서 평행광화되고, 다이크로익 미러(82) 및 편광 빔 스플리터(83A)를 투과하여, 패러데이 회전자(84A)에 의해서 편광면이 45° 회전된다. 또, 제1 광은 편광 빔 스플리터(83B)를 투과하여, 패러데이 회전자(84B)에 의해서 편광면이 22.5° 회전된 후, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제1 광의 입사 위치, 즉, 자기 광학 결정(6)으로의 제1 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(86)에 의해서 주사된다.

자기 광학 결정(6)의 반사막(13)에서 반사된 제1 광은, 계측 대상물(D)에서 발생한 자계(자기장 강도)에 따른 자기 광학 효과(커어 효과 및 패러데이 효과 등)에 따라 편광면이 α°회전되어, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4K)에 입사된다. 제1 광은 패러데이 회전자(84B)에 의해서 편광면이 추가로 더 22.5° 회전된다. 패러데이 회전자(84B)를 왕복함으로써, 편광면이 90＋α° 회전된 제1 광 중, 135°의 편광 성분만이 편광 빔 스플리터(83B)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(81C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 광 센서(i)(7a)에 출력된다.

또, 제1 광 중, 편광 빔 스플리터(83B)를 투과한 편광 성분은, 패러데이 회전자(84A)에 의해서 편광면이 추가로 더 45° 회전되어, 편광 빔 스플리터(83A)에서 반사된 후, 콜리메이터(81D)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 광 센서(ii)(7b)에 출력된다. 광 검출부(7)에서는, 입력된 광의 차동이 검출된다. 광 검출부(7)는 자기 광학 효과에 따라 편광면이 α° 회전됨으로써 생기는 강도 변조를 검출한다.

광 출력부(3)로부터 제2 광이 출력되는 경우, 도 24에 나타내는 것처럼, 광로 전환 소자(M)에 있어서, λ／4 파장판(85)이 도광 광학계(4K)의 광로로 진출한다. 제2 광은 초기 상태에 있어서 0°의 직선 편광이다. 제2 광은 콜리메이터(81B)에 의해서 평행광화되고, 다이크로익 미러(82)에서 반사된다. 다이크로익 미러(82)에서 반사된 제2 광은, 편광 빔 스플리터(83A)를 투과하여, 패러데이 회전자(84A)에 의해서 편광면이 회전한다. 또, 제2 광은 편광 빔 스플리터(83B)를 투과하여, λ／4 파장판(85)에 의해서 원편광이 된 상태로, 대물 렌즈(5)로 도광된다. 대물 렌즈(5)로의 제2 광의 입사 위치, 즉, 계측 대상물(D)로의 제2 광의 입사 위치는, 갈바노 미러(86)에 의해서 주사된다.

계측 대상물(D)의 내부를 통과하여 반사된 제2 광은, 다시 대물 렌즈(5)를 통과하여 도광 광학계(4K)에 입사된다. 제2 광은 λ／4 파장판(85)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된다. 제2 광 중, 135°의 편광 성분만이 편광 빔 스플리터(83B)에 의해서 반사되어, 콜리메이터(31C)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 광 센서(i)(7a)에 출력된다.

또, 제2 광 중, 편광 빔 스플리터(83B)를 투과한 편광 성분은, 패러데이 회전자(84A)에 의해서 편광면이 추가로 더 회전한다. 제2 광 중, 90°의 편광 성분만이 편광 빔 스플리터(83A)에서 반사된 후, 콜리메이터(81D)에 의해서 집광된 상태로 광 검출부(7)의 광 센서(ii)(7b)에 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 파장 및 제2 파장에 적합한 파장 의존성을 가지는 광학 소자를 도광 광학계(4K)에서 이용하는 한편으로, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4K)를 구성하는 광학 소자 중, 다이크로익 미러(82), 편광 빔 스플리터(83A, 83B), 패러데이 회전자(84A), 및 갈바노 미러(86)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 이러한 형태는, 이들 광학 소자의 파장 특성 및 광 검출부의 검출 감도가 제1 광의 파장 및 제2 광의 파장의 양쪽에 적용할 수 있는 경우에 유용하다. 또, 본 실시 형태에서는, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동 검출을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 광로 전환 소자(M)에 있어서, 패러데이 회전자(84B)가 도광 광학계(4K)의 광로로 진출한 채의 상태로, 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)의 양쪽에서 제2 광을 동시에 검출해도 된다. 이 경우, 광로 전환 소자(M)에 있어서, λ／4 파장판(85)이 도광 광학계(4K)의 광로로 진출하여, 제2 광을 광 센서(i)(7a)만으로 검출했을 경우와 동등한 광량을 광 검출부(7)에서 검출할 수 있다.

［제12 실시 형태］

제12 실시 형태에 따른 검사 장치는 제11 실시 형태의 변형예로서, 도 25 및 도 26에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4L)에 있어서, 제2 광을 광 검출부(7)에 출력시키는 구성이 제11 실시 형태와 상이하다. 보다 구체적으로는, 도광 광학계(4L)에서는, 편광 빔 스플리터(83B)의 출력측에 다이크로익 미러(91) 및 콜리메이터(81E)가 추가로 배치되어 있다. 또, 도광 광학계(4L)에서는, 편광 빔 스플리터(83B) 및 λ／4 파장판(85)이, 제2 광의 일 편광 성분을 광 검출부(7)로 도광하는 편광 제어 소자(L)를 구성하고 있다.

제1 광의 광로는, 도 25에 나타내는 것처럼, 편광 빔 스플리터(83B)에서 반사된 편광 성분이 다이크로익 미러(91)를 투과하여 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)에 출력되는 점을 제외하고 제11 실시 형태와 같다. 제2 광의 광로는, 도 26에 나타내는 것처럼, 편광 빔 스플리터(83B)에서 반사된 편광 성분이 다이크로익 미러(91)에서 추가로 더 반사되어 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에 출력된다. 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(85)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된 제2 광이 콜리메이터(81E)를 통해서 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 광로 전환 소자(M)에 의해, 제1 광의 광로를 형성하는 광학 소자와, 제2 광의 광로를 형성하는 광학 소자를 일부에서 공통화할 수 있다. 따라서, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광 광학계(4L)를 구성하는 광학 소자 중, 다이크로익 미러(82), 편광 빔 스플리터(83A, 83B), 패러데이 회전자(84A), 및 갈바노 미러(86)를 제1 광의 광로와 제2 광의 광로에서 공통화할 수 있다. 이러한 형태는, 이들 광학 소자의 파장 특성이 제1 광의 파장 및 제2 광의 파장의 양쪽에 적용할 수 있는 경우에 유용하다. 또, 본 실시 형태에서는, 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)를 가지는 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광의 일 편광 성분과, 제1 광의 다른 편광 성분의 차동의 검출이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다.

추가로, 본 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(91)가 편광 제어 소자(K1, K2, L)의 전단측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 다이크로익 미러(91)의 후단의 편광 제어 소자(K1, K2, L)에 의해서 광의 편광 방향을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 다이크로익 미러(91)의 반사측 및 투과측의 어느 쪽에 제1 광의 광로 및 제2 광의 광로를 형성해도 되어, 도광 광학계(4L)의 설계의 자유도를 담보할 수 있다.

［제13 실시 형태］

제13 실시 형태에 따른 검사 장치는 제7 실시 형태의 변형예로서, 도 27 및 도 28에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4M)에 있어서, 광로 전환 소자(M)로서 구성된 광학 미러(71)의 전단에 복수의 갈바노 미러(갈바노 미러(56A, 56B))를 가지고 있는 점에서 제7 실시 형태와 상이하다.

보다 구체적으로는, 도광 광학계(4M)에서는, 광학 미러(71)가 광로로부터 퇴피함으로써 제1 광을 통과시킨다. 제1 광의 광로는, 도 27에 나타내는 것처럼, 제7 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제1 광 센서(7A)의 광 센서(i)(7a) 및 광 센서(ii)(7b)에는, 편광 제어 소자(K1) 및 편광 제어 소자(K2)에 의해, 제1 광에 있어서의 서로 직교하는 편광 성분이 각각 출력되어, 차동이 검출된다. 또, 도광 광학계(4M)에서는, 광학 미러(71)가 광로로 진출함으로써 제2 광을 반사한다. 제2 광의 광로는, 도 28에 나타내는 것처럼, 제7 실시 형태와 실질적으로 같다. 광 검출부(7)의 제2 광 센서(7B)에는, λ／4 파장판(55)을 왕복함으로써 편광면이 90° 회전된 직선 편광이 된 제2 광이 출력된다.

이러한 형태에 있어서도, 광학 미러(71)의 진퇴만으로 광로 전환 소자(M)를 구성하고 있으므로, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 광 검출부(7)에 있어서, 제1 광에 있어서의 일 편광 성분과, 제1 광에 있어서의 다른 편광 성분의 차동의 검출이 가능해진다. 따라서, 광원의 SN비가 비교적 낮은 경우에도, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출을 정밀도 좋게 실시할 수 있다. 또한, 광로 전환 소자(M)는 다이크로익 미러나 하프 미러로 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 물리적인 동작이 불필요해지기 때문에, 광로 전환 소자(M)를 한층 간단하게 구성할 수 있다.

［제14 실시 형태］

제14 실시 형태에 따른 검사 장치는 제8 실시 형태의 변형예로서, 도 29 및 도 30에 나타내는 것처럼, 도광 광학계(4N)에 있어서, 광로 전환 소자(M)로서 구성된 광학 미러(71)의 전단에 복수의 갈바노 미러(갈바노 미러(56A, 56B))를 가지고 있는 점에서 제8 실시 형태와 상이하다.

이러한 형태에 있어서도, 광로 전환 소자(M)에 의해, 구성의 복잡화를 회피하면서, 계측 대상물(D)의 이상의 유무에 대한 검출과 패턴의 취득을 정밀도 좋게 양립시킬 수 있다. 이러한 형태는, 광원의 SN비를 충분히 확보할 수 있는 경우에 유용하며, 도광 광학계(4N)에 이용되는 광학 소자의 부품수를 삭감하여, 구성을 간단화할 수 있다.

이상, 본 발명의 각 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서 이용한 패러데이 회전자를 대신하여, 가변 편광 회전자(variable rotator) 등을 이용해도 된다.

1 … 검사 장치 3 … 광 출력부
4A~4N … 도광 광학계 6 … 자기 광학 결정
7 … 광 검출부 7A … 제1 광 센서
7B … 제2 광 센서 32, 82 … 다이크로익 미러
34 … 패러데이 회전자(광로 전환 소자)
35 … λ／4 파장판(광로 전환 소자)
56 … 갈바노 미러(광로 전환 소자)
61 … 다이크로익 미러(광로 전환 소자)
71 … 광학 미러(광로 전환 소자) D … 계측 대상물
K(K1, K2) … 편광 제어 소자 L(L1, L2) … 편광 제어 소자
M … 광로 전환 소자

Claims

계측 대상물의 검사를 행하는 검사 장치로서,
제1 파장을 가지는 제1 광, 및 상기 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 출력하는 광 출력부와,
상기 제1 광을 반사하는 반사면을 가지고, 당해 반사면이 상기 계측 대상물에 대향하도록 배치되는 자기 광학 결정과,
상기 제1 광 및 상기 제2 광을 검출하는 광 검출부와,
복수의 광학 소자에 의해서 구성되어, 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 상기 자기 광학 결정 및 상기 계측 대상물을 향해서 도광(道光)함과 아울러, 상기 자기 광학 결정에서 반사된 상기 제1 광과, 상기 계측 대상물에서 반사된 상기 제2 광을 상기 광 검출부를 향해서 도광하는 도광 광학계를 구비하고,
상기 도광 광학계는, 상기 제1 광 및 상기 제2 광이 선택적으로 상기 광 검출부에 입사되도록, 상기 복수의 광학 소자에 의한 광로를 전환하는 광로 전환 소자를 가지고 있는 검사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 출력부는 상기 제1 광을 출사하는 제1 광원과, 상기 제2 광을 출사하는 제2 광원을 가지고 있는 검사 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 광 검출부는 상기 제1 광을 검출하는 제1 광 센서와, 상기 제2 광을 검출하는 제2 광 센서를 가지고 있는 검사 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도광 광학계는 상기 제1 광의 일 편광 성분을 상기 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 가지고 있는 검사 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 도광 광학계는 상기 제1 광의 다른 편광 성분을 상기 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 추가로 가지고 있는 검사 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도광 광학계는 상기 제2 광의 일 편광 성분을 상기 광 검출부로 도광하는 편광 제어 소자를 가지고 있는 검사 장치.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광로 전환 소자는 패러데이 회전자 및 파장판에 의해서 구성되어 있는 검사 장치.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광로 전환 소자는 다이크로익 미러에 의해서 구성되어 있는 검사 장치.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광로 전환 소자는 갈바노 미러에 의해서 구성되어 있는 검사 장치.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광로 전환 소자는 광학 미러에 의해서 구성되어 있는 검사 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 도광 광학계는 다이크로익 미러를 포함하여 구성되고,
상기 다이크로익 미러는 상기 편광 제어 소자의 전단(前段)측에 배치되어 있는 검사 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측 대상물은 반도체 디바이스인 검사 장치.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다도 짧은 파장인 검사 장치.
계측 대상물에 대향하도록 배치한 자기 광학 결정을 이용하여 상기 계측 대상물의 검사를 행하는 검사 방법으로서,
제1 파장을 가지는 제1 광, 및 상기 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 가지는 제2 광을 도광 광학계에 의해서 상기 자기 광학 결정 및 상기 계측 대상물로 도광하고, 상기 자기 광학 결정 혹은 상기 계측 대상물에서 반사된 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 검출하는 스텝을 구비하고,
상기 스텝은,
광 출력부로부터 상기 제1 광을 출력하고, 상기 도광 광학계를 통해서 광 검출부에서 상기 제1 광을 검출하는 스텝과,
상기 제2 광이 상기 광 검출부에 입사되도록 상기 도광 광학계의 광로를 선택적으로 전환하는 스텝과,
상기 광 출력부로부터 상기 제2 광을 출력하고, 상기 도광 광학계를 통해서 상기 광 검출부에서 상기 제2 광을 검출하는 스텝을 포함하는 검사 방법.