光差分检测器及检查装置

技术领域

本发明涉及一种光差分检测器及检查装置。

背景技术

一直以来，已知有利用雪崩光电二极管(avalanche photodiode，以下“APD”)的光差分检测器。例如专利文献1所记载的检测器具备：连接于正偏压产生电路的第一APD、连接于负偏压产生电路的第二APD、及配置于这些APD的后级的放大器，具有可差分放大的结构。第一APD及第二APD相对于放大器电连接且串联连接，对放大器输入自2个APD分别输出的检测信号的差分。在这样的检测器中，由于去除来自2个APD的同相信号，并去除同相噪声，因而可以高SN比进行光检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7659981号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在APD中，通过在阴极与阳极之间施加的偏压，确定相对于光的信号电流的放大率。在将APD用作光差分检测器时，需要以2个APD的放大率相等的方式对各APD施加偏压。然而，需要对APD施加100V左右的比较高的偏压，而有难以使正负偏压高精度地一致等的问题。另外，实际上在APD的每个个体存在相对于偏压的放大率的偏差，另外，也有APD的温度特性所致的影响。因而，可认为即使对2个APD施加绝对值相等的偏压，2个APD的放大率也不一致，而无法充分地获得同相噪声的去除效果。

本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于，提供一种使偏压的调整容易化且充分地提高同相噪声的去除效果的光差分检测器及利用其的检查装置。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的一方面所涉及的光差分检测器具备：第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管，将对应于输入光的信号电流放大并输出；对第一雪崩光电二极管施加第一偏压的第一电压施加部、及对第二雪崩光电二极管施加第二偏压的第二电压施加部；差分放大器，第一雪崩光电二极管与第二雪崩光电二极管并联连接，将自第一雪崩光电二极管输出的第一信号电流与自第二雪崩光电二极管输出的第二信号电流差分放大；及反馈控制部，以第一雪崩光电二极管的第一监视用电流的低频成分与第二雪崩光电二极管的第二监视用电流的低频成分相等的方式控制第一偏压及第二偏压的至少一者。

在该光差分检测器中，第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管相对于差分放大器并联连接。根据该结构，由于只要对第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管施加正负的一个极性的偏压即可，因而可使偏压的调整容易化。此外，通过利用第一监视用电流的低频成分及第二监视用电流的低频成分控制第一偏压及第二偏压的至少一者，而可使各雪崩光电二极管的放大率一致。其结果，由于充分地去除来自各雪崩光电二极管的同相信号，而提高同相噪声的去除效果，因而可以高SN比进行光检测。

也可以是第一监视用电流是通过第一偏压的施加而在第一雪崩光电二极管流动的第一偏置电流，第二监视用电流是通过第二偏压的施加而在第二雪崩光电二极管流动的第二偏置电流。此时，可简便地实现对控制电压进行控制的反馈控制部的结构。另外，由于可不管输入光的强弱而进行低频成分的监视，因而可确保反馈控制的稳定性。

也可以是第一监视用电流是自第一雪崩光电二极管输出的第一信号电流，第二监视用电流是自第二雪崩光电二极管输出的第二信号电流。此时，也可简便地实现对控制电压进行控制的反馈控制部的结构。

另外，本发明的一方面所涉及的光差分检测器具备：第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管，将对应于输入光的信号电流放大并输出；对第一雪崩光电二极管施加第一偏压的第一电压施加部、及对第二雪崩光电二极管施加第二偏压的第二电压施加部；差分放大器，第一雪崩光电二极管与第二雪崩光电二极管并联连接，将自第一雪崩光电二极管输出的第一信号电流与自第二雪崩光电二极管输出的第二信号电流差分放大；光衰减器，使朝第一雪崩光电二极管的输入光或朝第二雪崩光电二极管的输入光衰减；及反馈控制部，以第一雪崩光电二极管的第一监视用电流的低频成分与第二雪崩光电二极管的第二监视用电流的低频成分相等的方式控制由光衰减器得到的输入光的衰减量。

在该光差分检测器中，第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管相对于差分放大器并联连接。根据该结构，由于只要对第一雪崩光电二极管及第二雪崩光电二极管施加正负的一个极性的偏压即可，因而可使偏压的调整容易化。此外，通过利用第一监视用电流的低频成分及第二监视用电流的低频成分控制由光衰减器得到的输入光的衰减量，而可使朝各雪崩光电二极管的输入光的光量一致。其结果，由于充分地去除来自各雪崩光电二极管的同相信号，而提高同相噪声的去除效果，因而可以高SN比进行光检测。

也可以是第一监视用电流是通过第一偏压的施加而在第一雪崩光电二极管流动的第一偏置电流，第二监视用电流是通过第二偏压的施加而在第二雪崩光电二极管流动的第二偏置电流。此时，可简便地实现控制输入光的衰减量的反馈控制部的结构。

也可以是第一监视用电流是自第一雪崩光电二极管输出的第一信号电流，第二监视用电流是自第二雪崩光电二极管输出的第二信号电流。此时，也可简便地实现控制输入光的衰减量的反馈控制部的结构。

另外，本发明的一方面所涉及的检查装置具备：光源，朝向测量对象物输出检查光；磁光晶体，与测量对象物相对地配置；及上述光差分检测器；第一雪崩光电二极管检测自光源输出且由磁光晶体反射的具有第一偏光成分的第一检查光，第二雪崩光电二极管检测自光源输出且由磁光晶体反射的具有第二偏光成分的第二检查光。

在该检查装置中，在光差分检测器中，可使各雪崩光电二极管的放大率或朝各雪崩光电二极管的输入光的光量一致。其结果，充分地去除来自各雪崩光电二极管的同相信号，而提高同相噪声的去除效果。因而，可以高SN比进行光检测，而可以高精度实施测量对象物的检查。

发明的效果

在该光差分检测器及检查装置中，使偏压的调整容易化，且充分地提高同相噪声的去除效果。

附图说明

图1是显示检查装置的一实施方式的图。

图2是显示光差分检测器的第一实施方式的图。

图3是显示光差分检测器的第二实施方式的图。

图4是显示光差分检测器的第三实施方式的图。

图5是显示光差分检测器的第四实施方式的图。

图6是显示电压施加部的变形例的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边针对本发明的一方面所涉及的光差分检测器及检查装置的优选的实施方式详细地说明。

[检查装置]

图1是显示检查装置的一实施方式的图。该图所示的检查装置1构成为通过利用检查光L而特定测量对象物即半导体器件D中的异常产生部位的装置。检查装置1作为用于对检查光L进行导光及检测的要素，具备光源2、光分割光学系统3、光扫描仪4、物镜5、磁光晶体6、光传感器7、及放大器8。另外，检查装置1作为用于解析检查光L的要素，具备：测试单元9、频率解析部10、计算机11、显示装置12、及输入装置13。

作为测量对象物即半导体器件D，例如有：包含二极管或功率晶体管等的个别半导体元件(离散元件)、光电元件、传感器/致动器、或由MOS(Metal-Oxide-Semiconductor(金属氧化物半导体))构造或双极构造的晶体管构成的逻辑LSI(Large Scale Integration(大规模集成电路))、存储器元件、线性IC(Integrated Circuit(集成电路))等、及它们的混合器件等。另外，半导体器件D也可为包含半导体器件的封装件、复合基板等。

光源2是朝向磁光晶体6及半导体器件D输出检查光L的装置。检查光L可为CW(continuous wave(连续波))光及脉冲光的任一者。另外，检查光L也可为不相干的光及相干的光的任一者。作为输出不相干的光的光源，可举出例如SLD(Super Luminescent Diode(超发光二极管))、ASE(Amplified Spontaneous Emission(放大自发射))、及LED(LightEmitting Diode(发光二极管))等。作为输出相干的光的光源2，可使用固体激光光源或半导体激光光源等。

另外，检查光L的波长为例如530nm以上。检查光L的波长也可为1064nm以上。自光源2输出的检查光L经由例如偏光保存单模光耦合器及探测光用的偏光保存单模光纤而通过光分割光学系统3被导引至光扫描仪4。

光扫描仪4由例如电流计镜或MEMS(micro electromechanical system(微机电系统))镜等的光扫描元件构成。光扫描仪4相对于磁光晶体6的入射面6i上的选择区域扫描检查光L。选择区域通过例如利用输入装置13对计算机11输入的用户的操作而设定。选择区域相对于磁光晶体6的入射面6i设定为二维的区域、一维的线、或点。

物镜5将由光分割光学系统3及光扫描仪4导引的检查光L聚光至磁光晶体6。物镜5构成为可通过转塔等切换为低倍物镜(例如5倍)及高倍物镜(例如50倍)。在物镜5安装有物镜驱动部14。物镜5通过该物镜驱动部14沿检查光L的光轴方向OD位移，从而在光轴方向OD上调整物镜5的焦点位置。

磁光晶体6通过磁光效应而对应于在半导体器件D产生的磁场，使自入射面6i输入的检查光L的偏光状态变化。例如当在半导体器件D中发生产生泄漏电流等的故障时，在故障部位中可能产生与正常时不同的磁场的变化。因而，在磁光晶体6中，故障部位上的磁场的变化作为检查光L的偏光状态的变化而输出。

在磁光晶体6反射的检查光L通过物镜5及光扫描仪4返回光分割光学系统3，经由返回光用的光纤被导光至光传感器7。此处，光传感器7由下述的光差分检测器21A～21D的任一者构成。光传感器7具有检测在磁光晶体6反射的检查光L的不同偏光成分的2个检测元件(第一APD 22A及第二APD 22B，参照图2等)。光传感器7对放大器8输出基于由这些检测元件检测的光的强度的差分信号。

光分割光学系统3构成为包含法拉第旋转器及偏光分束器。在磁光晶体6反射的检查光L的S偏光成分(第一检查光)由第一偏光分束器反射而朝光传感器7的一个检测元件入射。另外，在磁光晶体6反射的检查光L的P偏光成分的偏光面通过法拉第旋转器而旋转，从而成为S偏光成分的光。该S偏光成分的光(第二检查光)由第二偏光分束器反射而朝光传感器7的另一检测元件入射。

自光传感器7输出的差分信号由放大器8放大，并作为放大信号朝频率解析部10输入。频率解析部10抽出放大信号的测量频率成分，将抽出的信号作为解析信号朝计算机11输出。测量频率基于对例如半导体器件D施加的调制电流信号的调制频率设定。作为频率解析部10，可使用例如锁相放大器、光谱分析仪、网络分析仪、数字化器、及跨域分析器(注册商标)等。

在本实施方式中，由测试单元9对半导体器件D重复施加规定的调制电流信号。测试单元9通过例如时序信号缆线电连接于频率解析部10。在半导体器件D中，伴随着该调制电流信号产生调制磁场。通过对应于调制磁场的光信号由下述的光传感器7检测，而可进行基于规定的频率的锁相检测。通过进行锁相检测而可提高S/N。此外，测试单元9可不一定施加调制电流信号，可施加产生对应于检测频率的脉冲光的CW(continuous wave(连续波))电流信号。

计算机11构成为物理上具备例如RAM、ROM等的存储器、及CPU等的处理器、通信接口、硬盘等的储存部。作为上述的计算机11可举出例如个人计算机、微电脑、云服务器、智能装置(智能手机、平板终端等)等。在计算机11连接有输入例如来自使用者的操作的输入装置13、及用于对用户显示测量结果等的显示装置23。计算机11利用处理器执行控制光源2、光扫描仪4、物镜驱动部14、测试单元9、光传感器7、频率解析部10的功能。另外，计算机11利用处理器执行产生基于来自频率解析部10的解析信号的磁分布图像或磁频率图等的功能。

[光差分检测器的第一实施方式]

其次，针对构成上述的光传感器7的光差分检测器更详细地说明。图2是显示光差分检测器的第一实施方式的图。该光差分检测器21A作为检测元件具备2个雪崩光电二极管(以下称为“APD”)。光差分检测器21A将自这些APD分别输出的检测信号的差分放大并输出。在自光差分检测器21A输出的差分信号中，去除来自2个APD的同相信号，并去除同相噪声。因而，在该光差分检测器21A中，可以高SN比进行光检测。

光差分检测器21A如图2所示构成为具备：第一APD 22A及第二APD 22B、第一电压施加部23A及第二电压施加部23B、多个电流电压转换器24、差分放大器25、及反馈控制部26。

第一APD 22A及第二APD 22B是将对应于输入光的信号电流放大并输出的检测元件。第一APD 22A及第二APD 22B具有相互独立的偏压电路。也即，第一APD 22A的信号电流的放大率由自第一电压施加部23A施加的第一偏压VA

对第一APD 22A输入的输入光L1是在磁光晶体6反射的检查光L的S偏光成分的光(第一检查光)。第一APD 22A输出对应于输入光L1的强度的第一信号电流IA

第一电压施加部23A是对第一APD 22A供给第一偏压VA

第一APD 22A及第二APD 22B相对于差分放大器25电连接且并联连接。因而，第一偏压VA

反馈控制部26是控制第一偏压VA

自第一电压施加部23A输出对第一APD 22A供给的第一偏置电流IB

误差放大器28作为输出端子具有误差端子ERR。误差放大器28抽出所输入的2个电压的低频成分，并将对这些低频成分进行差分而获得的差分电压对第二电阻分压电路27B输出。因而，误差端子ERR的电位对应于差分电压而变化。在第二电压施加部23B中，当开关SW连接于接地端子GND时，不执行反馈控制。另一方面，在第二电压施加部23B中，当开关SW连接于误差端子ERR时，以对误差放大器28输入的2个低频成分彼此相等的方式执行反馈控制。在开关SW连接于误差端子ERR时，来自误差放大器28的输出电压中的通过第二电阻分压电路27B被电阻分压的电压为第二电压施加部23B的控制电压cont2。即，基于误差放大器28的输出电压调整自第二电压施加部23B对第二APD 22B施加的第二偏压VA

如以上所说明的那样，在该光差分检测器21A中，第一APD 22A及第二APD 22B相对于差分放大器25并联连接。根据该结构，由于与将2个APD相对于放大器电连接且串联连接的情况不同，只要对第一APD 22A及第二APD 22B施加正负的一个极性的偏压即可，因而可使偏压的调整容易化。此外，通过利用第一监视用电流IM

另外，在光差分检测器21A中，第一监视用电流IM

[光差分检测器的第二实施方式]

图3是显示光差分检测器的第二实施方式的图。第二实施方式的光差分检测器21B中，第一APD 22A及第二APD 22B相对于差分放大器25并联连接的点与第一实施方式共通，另一方面，用于反馈控制的监视用电流与第一实施方式不同。

在光差分检测器21B中，第一监视用电流IM

在该光差分检测器21B中，由于只要对第一APD 22A及第二APD22B施加正负的一个极性的偏压即可，因而也可使偏压的调整容易化。另外，通过利用第一监视用电流IM

另外，在光差分检测器21B中，第一监视用电流IM

[光差分检测器的第三实施方式]

图4是显示光差分检测器的第三实施方式的图。第三实施方式的光差分检测器21C中，第一APD 22A及第二APD 22B相对于差分放大器25并联连接的点与第一实施方式及第二实施方式共通，另一方面，反馈控制的对象是对第一APD 22A及第二APD 22B输入的输入光L1、L2的光量的点与第一实施方式及第二实施方式不同。

在光差分检测器21C中，如图4所示，第一监视用电流IM

另外，在光差分检测器21C配置有使朝第一APD 22A的输入光L1或朝第二APD 22B的输入光L2衰减的光衰减器30。在光差分检测器21C中，由误差放大器28及光衰减器30构成控制对第二APD 22B输入的输入光L1、L2的衰减量的反馈控制部26。在本实施方式中，光衰减器30连接于第二APD 22B的输入侧，调整输入光L2的光量。另外，在光衰减器30连接有误差放大器28的误差端子ERR。在光衰减器30中，以对误差放大器28输入的2个电压的低频成分彼此相等的方式执行输入光L2的光量的反馈控制。

在该光差分检测器21C中，由于只要对第一APD 22A及第二APD22B施加正负的一个极性的偏压即可，因而也可使偏压的调整容易化。另外，通过利用第一监视用电流IM

另外，在光差分检测器21C中，第一监视用电流IM

[光差分检测器的第四实施方式]

图5是显示光差分检测器的第四实施方式的图。第四实施方式的光差分检测器21D的用于反馈控制的监视用电流与第三实施方式不同。

在光差分检测器21D中，如图5所示，第一监视用电流IM

在该光差分检测器21D中，由于只要对第一APD 22A及第二APD22B施加正负的一个极性的偏压即可，因而也可使偏压的调整容易化。另外，通过利用第一监视用电流IM

另外，在光差分检测器21D中，第一监视用电流是自第一APD 22A输出的第一信号电流，第二监视用电流是自第二APD 22B输出的第二信号电流。利用该结构可简便地实现控制输入光L2的衰减量的反馈控制部26的结构。

[光差分检测器的变形例]

本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，通过第一电阻分压电路27A产生第一电压施加部23A的控制电压cont1，通过第二电阻分压电路27B产生第二电压施加部23B的控制电压cont2。然而，在产生控制电压时不一定需要利用电阻分压，可利用例如DAC(Digital to Analog Converter(数字模拟转换器))或微电脑产生控制电压。

此时，DAC或微电脑可包含于第一电压施加部23A及第二电压施加部23B。因而，在第一实施方式及第二实施方式的情况下，如图6的(a)所示，只要将第一电压施加部23A连接于接地端子GND即可，只要将第二电压施加部23B连接于开关SW即可。另外，在第三实施方式及第四实施方式的情况下，如图6的(b)所示，只要将第一电压施加部23A及第二电压施加部23B分别连接于接地端子GND即可。

符号的说明

1…检查装置、2…光源、6…磁光晶体、21A～21D…光差分检测器、22A…第一APD、22B…第二APD、23A…第一电压施加部、23B…第二电压施加部、25…差分放大器、26…反馈控制部、30…光衰减器、D…半导体器件(测量对象物)、L1、L2…输入光、IM