JP2004101510A - Method of and apparatus for spectroscopic measurement using pulsed light - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行平板試料のスペクトルを解析する際に、試料内部の多重反射を考慮に入れ、かつ干渉パターンを含まないスペクトルを得るためのパルス分光計測方法および装置に関するものである。
【0002】
【発明の背景】
テラヘルツパルス光を光源とするテラヘルツ時間領域分光法が知られている。このテラヘルツ時間領域分光法により平行平板試料の透過時系列波形あるいは反射時系列波形を測定した場合、透過測定では試料内部で多重反射したパルスが見られ、反射測定では試料裏面で反射したパルスと内部で多重反射したパルスが見られる。この測定波形は、各パルス間の位相差が一定である、すなわち、各パルスがコヒーレントな状態である。そのため、多重反射したパルスや裏面反射したパルスを含めて解析を行った場合、解析結果に干渉パターンが現われる。この干渉パターンは試料の厚さからの寄与が大きく、試料内部における物理量のみを反映したものではない。例えば、厚さ以外は全く同じ試料を測定した場合、両解析結果には異なる干渉パターンが現われる。
【0003】
本発明は、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含む透過時系列パルス光あるいは反射時系列検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得るパルス光を用いた分光計測方法および装置を提供するものである。また、本発明は、平行平板試料以外のものに起因する多重反射による計測結果への影響を除去するようにした分光計測データの解析方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明によるパルス光を用いた分光計測方法は、平行平板試料にパルス光を照射し、パルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とする。
(2)テラヘルツパルス光を用いた分光計測方法に本発明を適用する場合、インコヒーレントな解析処理は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する処理と、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理とを含むことができる。あるいは、インコヒーレントな解析処理は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する処理と、分離した各パルスに対して周波数分析を行う処理と、参照パルスに対して周波数分析を行う処理と、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理とを含むことができる。
(3)インコヒーレントな解析処理は、好ましくは、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和(総和値)を算出し、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出し、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る処理である。
(4)本発明によるパルス光を用いた分光計測装置は、平行平板試料にパルス光を照射する照射手段と、パルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出する検出器と、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とする。
(5)テラヘルツパルス光を用いた分光計測装置に本発明を適用した分光計測装置は、平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射するテラヘルツパルス光発生器と、テラヘルツパルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出するテラヘルツパルス光検出器と、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備える。
(6)解析手段は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことができる。あるいは、解析手段は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、分離した各パルスに対して周波数分析を行う第1周波数分析手段と、参照パルスに対して周波数分析を行う第2周波数分析手段と、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことができる。
(7)解析手段は、好ましくは、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和(総和値)を算出する第1算出手段と、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出する第2算出手段と、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る第3算出手段とを含む。
(8)好ましくは、テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、各基板による多重反射と、平行平板試料による多重反射が分離されるように定める。
(9)本発明によるパルス光を用いた分光計測データの解析方法は、パルス光が照射された平行平板試料からその試料内部で多重反射したパルスを含んで反射もしくは透過する検出パルス光を検出して、検出パルス光により計測時系列波形を得、平行平板試料に代えて完全反射ミラーを配設した状態でパルス光を照射して完全反射ミラーから反射されて検出されたパルス光により、もしくは平行平板試料を配設しない状態でパルス光を照射して直接に検出されたパルス光により基準時系列波形を得、計測時系列波形と基準時系列波形のデコンボリューションを求め、時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形を得ることを特徴とする。
(10)デコンボリューションは、計測時系列波形と基準時系列波形のフーリエ変換を行った後に所定の演算を行い、その演算結果のフーリエ逆変換を行うことが好ましい。
(11)その演算は、平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、計測時系列波形を出力信号、基準時系列波形を装置関数と看做して、インバース・フィルタを用いた演算であってもよい。また、インバース・フィルタの代りにウィナー・ヘルストローム・フィルタを使用してもよい。これらの分光計測データの解析方法は、パルス光としてテラヘルツパルス光を用いた場合にも適用できる。
(12)また、本発明によるパルス光を用いた分光計測方法は、上記(9)〜(11)で得られた時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形(入力信号)に対して上記(1)〜(8)のインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
−第1の実施の形態−
図1〜図10を参照して本発明によるテラヘルツパルス光を使用した分光計測装置の第1の実施の形態について説明する。第1の実施の形態の分光計測装置は、テラヘルツパルス光が照射される平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな透過時系列パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得るものである。
【0006】
図1は、本発明の第1の実施の形態によるテラヘルツパルス光を使用した透過式分光計測装置の概略構成図である。本実施の形態による分光計測装置では、図1に示すように、レーザ光源等で構成されるフェムト秒パルス光源1から放射されたフェムト秒パルス光L1が、ビームスプリッタ2で2つのパルス光L2,L3に分割される。
【0007】
分割された一方のパルス光L2は、テラヘルツ光発生器(光源)7を励起して発生器7にテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプパルス(パルス励起光)となる。ポンプパルスL2は、チョッパ3によりチョッピングされた後に、平面反射鏡4,5,6を経て、テラヘルツ光発生器7へ導かれる。分割された他方のパルス光L3は、テラヘルツパルス光を検出するタイミングを定めるためのプローブパルス(サンプリングパルス光)となる。プローブパルスL3は、平面反射鏡8、2枚もしくは3枚の平面反射鏡が組み合わされてなる可動鏡9、及び平面反射鏡10を経て、テラヘルツ光検出器11へ導かれる。
【0008】
プローブパルスL3の光路上に配置された可動鏡9は、移動機構12により矢印X方向に移動可能となっている。移動機構12は、制御・演算処理部23により制御される。可動鏡9の移動量に応じて、プローブパルスL3の光路長が変わり、プローブパルスL3が検出器11へ到達する時間が遅延する。すなわち、本実施の形態では、可動鏡9及び移動機構12が、プローブパルスL3が検出器11に到達する時間を変更する時間遅延装置を構成している。
【0009】
一方、ポンプパルスL2により発生器7が励起されると、発生器7からテラヘルツパルス光L4が放射される。テラヘルツパルス光L4としては、概ね0.1×1012から100×1012ヘルツまでの周波数領域の光が望ましい。テラヘルツパルス光L4は、放物面鏡等の曲面鏡13,14を経て集光位置に集光される。
【0010】
本実施の形態では、この集光位置には、被測定物20の測定部位が配置される。ここでは、被測定物20は、厚みdが既知の平行平板をなす板状試料とされ、均一な物質で構成されているものとする。もっとも、被測定物20はこれに限定されるものではなく、例えば、テラヘルツパルス光を局所的に照射する場合には、厚みdは、既知であれば測定部位ごとに異なっていてもよい。
【0011】
被測定物20は、テラヘルツパルス光L4の被測定物20に対する光軸が被測定物20の面の法線とほぼ一致するように配置されている。測定精度を高めるためには入射角度分布が狭い方が良いので、被測定物20に入射するテラヘルツパルス光L4の最も外側の光線と光軸とのなす角θが小さい方が良い。一方、イメージとして空間分解能を高めるためには、角度θが大きい方が良い。従って、必要に応じて角度θを決定する必要がある。
【0012】
イメージが不必要な場合には、図面には示していないが、テラヘルツパルス光L4が被測定物20に対して平行光として入射するような照射光学系を採用した方が、測定精度を向上させる上でより好ましい。以下の説明では、テラヘルツパルス光が被測定物20に垂直に入射するものとして説明するが、斜入射の場合も同様に考えることができる。
【0013】
本実施の形態では、被測定物20は、ステージ等の移動機構26によって、被測定物20の面内の方向に2次元的に移動可能となっている。これにより、被測定物20の面に沿って、被測定物20の測定部位を2次元的に走査することができる。
【0014】
被測定物20を透過したテラヘルツパルス光L5は、放物面鏡等の曲面鏡15,16を経て、検出器11により検出される。検出器11により検出されたテラヘルツパルス光L5は、電気信号に変換されて、増幅器21に送られる。
【0015】
フェムト秒パルス光源1から放射されるフェムト秒パルス光L1の繰り返し周期は、数KHzからMHzオーダーである。したがって、発生器7から放射されるテラヘルツパルス光L4も、数KHzからMHzオーダーの繰り返しで放射される。現存する検出器11では、このテラヘルツパルス光の波形を瞬時に、その形状のまま計測することは不可能である。
【0016】
したがって、本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光L4が数KHzからMHzオーダーの繰り返しで放射されることを利用して、ポンプパルスL2とプローブパルスL3との間に時間遅延を設けてテラヘルツパルス光L5の波形を計測する方法、いわゆるポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器7を作動させるポンプパルスL2に対して、テラヘルツ光検出器11を作動させるタイミングをτ秒だけ遅らせることにより、τ秒だけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光L5の電場強度を検出器11で測定できる。言い換えれば、プローブパルスL3は、テラヘルツ光検出器11に対してゲートをかけていることになる。
【0017】
可動鏡9を徐々に移動させることにより、遅延時間τを徐々に変えることができる。上述した時間遅延装置によってゲートをかけるタイミングをずらすことにより、繰り返し到来するテラヘルツパルス光L5の各遅延時間τごとの時点の電場強度を検出器11から電気信号として順次得ることができる。これにより、テラヘルツパルス光L5の電場強度の時系列波形E(t)を計測することができる。
【0018】
なお、テラヘルツ光検出器11は、プローブパルスL3を受けた時のみ光励起キャリアを生ずるようになっている。この時にテラヘルツパルス光の電場がかかっていれば、その電場に比例した光伝導電流が流れる。このとき測定される電流J(τ)は、テラヘルツパルス光の電場E(t)と光励起キャリアの光伝導度g(t−τ)を用いて表すことができる。すなわち、J(τ)=∫E(t)g(t−τ)dtと表すことができる。光伝導度g(t−τ)は、デルタ関数的な特性を有するので、測定された電流値J(τ)は到来するテラヘルツパルス光L5の電場強度E(t)に比例すると考えることができる。検出器11から増幅器21に送られた電気信号は、増幅器21で増幅された後に、A/D変換器22でA/D変換される。
【0019】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光L5の電場強度を示す時系列波形E(t)の計測時には、制御・演算処理部23は、移動機構12に制御信号を送信して、遅延時間τを徐々に変化させながら、A/D変換器22から順次入力されるデータをメモリ23Aに格納する。これによって、被測定物20のある測定部位を透過したテラヘルツパルス光L5の電場強度の時系列波形E(t)を示すデータ全体がメモリ23Aに格納される。その後、制御・演算処理部23は、移動機構26に制御信号を送信して、被測定物20の測定部位を2次元的に順次走査することにより、各測定部位について、時系列波形E(t)を示すデータ全体をメモリ23Aに格納する。
【0020】
本実施の形態では、発生器7と検出器11との間の光路(本実施の形態では、図1に示すテラヘルツパルス光L4の集光位置)に被測定物20が配置された状態で計測されるテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形E(t)を、計測時系列波形Esam(t)と呼ぶ。
【0021】
被測定物20を透過するテラヘルツパルス光には、図2(a)〜図2(d)に示される様々なパターンの透過光が含まれる。図2(a)は、被測定物20の内部で反射せずに透過する光(多重反射でない透過光)、図2(b)は、被測定物20の内部で2回反射して透過する光(1回多重反射した光)、図2(c)は、被測定物20の内部で4回反射して透過する光(2回多重反射した光)、図2(d)は、被測定物20の内部で2k回反射して透過する光(k回多重反射した光)をそれぞれ示している。ここで、kは0以上の整数である。
【0022】
テラヘルツ時間領域分光法により得られる透過時系列波形の概念図を図3に、反射時系列波形の概念図を図4に示す。このような形で測定される波形f(t)に対して、そのフーリエ変換F(ω)を計算し、リファレンス光のフーリエ変換との比をとることで、透過率もしくは反射率を解析すると、多重反射の影響により図5に示されるような干渉パターンが現われる。この干渉パターンは、試料の厚さからの寄与が大きく、試料内部における物理量のみを反映していない。
【0023】
そこで、図6(a)に示されるように、屈折率n0の媒質中に置かれた試料(屈折率n1)に、光が垂直に入射する場合を考える。ここで、図中t0、t1およびr0、r1は屈折率n0の媒質と試料との境界面での振幅透過率および振幅反射率である。t0は屈折率n0の媒質から試料に入射する光の振幅透過率を表し、t1は試料から屈折率n0の媒質に出射する光の振幅透過率を表す。また、r0は試料により反射する光の振幅反射率を表し、r1は屈折率n0の媒質により反射する光の振幅反射率を表す。
【0024】
この場合、各境界面での振幅透過率および反射率は、それぞれ、
【数1】
【数2】
で与えられる。
【0025】
通常、試料を透過した光の振幅透過率tは、
【数3】
で表される。1行目の右辺第1項は直接透過した光を表し、第2項および第3項はそれぞれ、試料内部で1回多重反射した透過光と2回多重反射した透過光を表している(図6(b)参照)。ここで、θは、
【数4】
で与えられる。cは真空中の光速、dは試料の厚さである。
【0026】
また、試料で反射した光の振幅反射率rは、
【数5】
で表される。1行目の右辺第1項は試料の表面で反射した光を表し、第2項は裏面で反射した光を表している。第3項および第4項はそれぞれ、試料内部で1回多重反射した光と2回多重反射した光を表している(図6(b)参照)。式(3)および式(5)は、各光の位相情報を保ったままそれぞれの振幅が足し合わされた場合の、振幅透過率および振幅反射率に対応している。すなわち、各光がコヒーレントとして取り扱われている。
【0027】
これに対して、裏面反射および各多重反射の振幅の絶対値を取って位相情報を取り除き、その大きさのみを足し合わせると、各光がインコヒーレントな場合に対応する。したがって、式(3)および式(5)をそれぞれ、
【数6】
【数7】
とすると、各光がインコヒーレントな場合の振幅透過率および振幅反射率に対応する。
【0028】
式(3)と式(5)、および式(6)と式(7)は無限回までの多重反射をすべて含んでいる。コヒーレントな場合の式(3)と、インコヒーレントな場合の数式(6)を用いて計算したシリコンウェハの振幅透過率を図7に示す。ここから明らかなように、コヒーレントな場合に見られる干渉パターンが、インコヒーレントな場合では、まったく見られない。このことから、測定された各光をインコヒーレントとして解析することができれば、多重反射を考慮に入れても、干渉パターンを含まないスペクトルを測定することができる。
【0029】
通常、テラヘルツ時間領域分光法で得られた測定波形を解析する場合、裏面反射光および各多重反射光はコヒーレントとして解析される。しかし、テラヘルツ時間領域分光法ではフェムト秒パルス光源が使用される。そこで、平行平板試料からの時系列透過パルス列あるいは時系列反射パルス列に含まれる時系列波形のそれぞれのパルスを抽出することにより、検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することが可能になる。
【0030】
図3で示される透過時系列波形f(t)を、図8(a)〜(d)で示される個々の波の足し合わせ、あるいは図4で示される反射時系列波形f(t)を、図9(a)〜(d)で示される個々の波の足し合わせであると考える。すなわち、ウェハを透過する透過パルスは図8(a)〜(d)の個々パルスを含む時系列パルスである。一方、ウェハを反射する反射パルスは図9(a)〜(d)の個々パルスを含む時系列パルスである。
【0031】
すなわち、透過パルスは、ウエハを透過するパルスを表す図8(a)の波をa(t)、1回目の多重反射を経て透過するパルスを表す図8(b)の波をb(t)、2回目の多重反射パルスを表す図8(c)の波をc(t)、3回目の多重反射パルスを表す図8(d)の波をd(t)とする。一方、反射パルスはウェハ表面での反射パルスを表す図9(a)の波をa(t)、裏面での反射パルスを表す図9(b)の波をb(t)、1回目の多重反射パルスを表す図9(c)の波をc(t)、2回目の多重反射パルスを表す図9(d)の波をd(t)とする。透過時系列パルスまたは反射時系列パルスを示すf(t)は、
【数8】
で与えられる。
【0032】
またa(t)、b(t)、c(t)、d(t)の各パルスのフーリエ変換をそれぞれ、A(ω)、B(ω)、C(ω)、D(ω)とする。このとき、f(t)のフーリエ変換F(ω)は、
【数9】
とすることができる。これとリファレンス光のフーリエ変換との比をとったものは、無限回の多重反射を含む振幅透過率(式(3))または振幅反射率(式(5))を、有限回の多重反射で打ち切ったものに対応する。なお、リファレンス光は、透過型では、試料を取り除いた状態でフェムト秒パルス光源1からテラヘルツパルス光を検出器11へ照射したときに検出される光の波形である。一方、反射型では、計測対象試料に代えて反射率100%の基準試料を配置してフェムト秒パルス光源1からテラヘルツパルス光を検出器11へ照射したときに検出される光の波形である。
【0033】
そこで、各波をフーリエ変換し、その絶対値をとって足し合わせる場合を考える。このときの各波の足し合わせFincoh(ω)は、
【数10】
であり、これとリファレンス光のフーリエ変換の絶対値との比をとると、インコヒーレントな場合の振幅反射率(式(6))または振幅反射率(数(7))を、有限回の多重反射で打ち切ったものに対応する。すなわち、測定結果の各パルスを個別にフーリエ変換し、個々の振幅の絶対値を足し合わせることで、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【0034】
以上のような解析手法は、光源がパルス光であるときに可能になる。例えば、従来のフーリエ変換赤外分光法では、通常、光源として連続光が用いられている。この場合、各多重反射パルスを個々に分離することはできない。すなわち、コヒーレントとして解析すべきか、インコヒーレントとして解析すべきかは光源のコヒーレンス長により一意的に決定される。したがって、本発明による分光計測方法および装置は、テラヘルツパルス光を用いたものに限らず、その他のパルス光を用いた分光計測方法および装置に適用することができる。
【0035】
ここで、本実施の形態で採用されている、計測時系列波形Esam(t)に基づいて被測定物20のスペクトルを解析する手順を図10のフローチャートを参照して説明する。
発生器7と検出器11との間の光路上に被測定物20を配置しない状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の基準時系列波形Eref(t)を予め計測しておく(ステップS1)。計測結果はA/D変換器22でデジタルデータに変換され、メモリ23Aに記憶される。制御・演算処理部23はメモリ23Aに記憶した基準時系列波形Eref(t)を読み出してフーリエ変換を実行する。さらに、フーリエ変換した結果の絶対値(基準絶対値と呼ぶ)を算出して記憶する(ステップS2)。
【0036】
発生器7と検出器11との間の光路上に被測定物20を配置した状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の計測時系列波形Esam(t)を計測する(ステップS3)。計測結果はA/D変換器22でデジタルデータに変換され、メモリ23Aに記憶される。この計測時系列波形Esam(t)は概念図として図3に示すような時系列波形である。制御・演算処理部23はメモリ23Aに記憶した計測時系列波形Esam(t)を読み出し、計測時系列波形Esam(t)を構成する図8(a)〜(d)に示すパルス波形をそれぞれ分離抽出する(ステップS4)。分離抽出した各パルス波形に対してフーリエ変換を順次実行してそれらの絶対値を算出し、その総和(式(10)に対応する総和値)を算出する(ステップS5)。この総和値と基準絶対値との比を取る(ステップS6)。これにより、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【0037】
第1の実施の形態の分光計測装置では次の点も考慮している。
測定系には平板試料による多重反射だけでなく、光源もしくは検出器による多重反射が存在する場合がある。テラヘルツ時間領域分光法で使用するテラヘルツパルス光源(図1の光発生器7)は、アンテナ基板(ガリウム砒素基板)でテラヘルツパルス光を生成し、テラヘルツパルス光検出器(図1の光検出器11)は、アンテナ基板(ガリウム砒素基板)でテラヘルツパルス光を検出する。したがって、光源7および検出器11に用いているアンテナ基板(ガリウム砒素基板)の厚さと屈折率、および測定する平板試料20の厚さと屈折率の関係から、試料20内部での多重反射を経た透過光もしくは反射光が、アンテナ基板7,11による多重反射光と同じタイミングで測定される場合がある。この場合、試料20の多重反射とアンテナ基板7,11の多重反射を分離することができず、検出パルス波形をインコーヒレントとして解析する上記手法を採用することができない。
【0038】
そこで、上記解析手法を用いるためには、アンテナ基板7,11と平板試料20の厚さおよび屈折率の関係から、両者の多重反射が分離できるように、アンテナ基板7,11および平板試料20の厚さを最適化する必要がある。例えば、厚さ1000μmのシリコンウェハを測定する場合を考える。
【0039】
テラヘルツパルス光源7および検出器11のアンテナ基板として用いているガリウム砒素の屈折率は約3.6であり、シリコンの屈折率は約3.4である。したがって、アンテナ基板7,11の厚さが945μm程度だと、シリコンウェハ20の裏面反射光および多重反射光とアンテナ基板7,11での多重反射光が、ほぼ同じタイミングで測定される。そこで、例えばアンテナ基板7,11の厚さを測定試料20の4分の1である235μm程度にしたとする。この場合、アンテナ基板7,11による4回目の多重反射が、シリコンウェハ20の裏面反射とほぼ同じタイミングで測定される。
【0040】
しかし、アンテナ基板7,11による4回目の多重反射は十分減衰し、シリコンウェハ20での裏面反射に比べて弱いため、無視することができる。また、テラヘルツパルスの幅は約1psであり、この間に光は約300μm進む。この距離は、アンテナ基板7,11を往復する光路長にアンテナ基板7,11の屈折率を掛けたもの(約1700μm)よりも、十分短い。したがって、各パルス光は空間的に離れており、アンテナ基板7,11の多重反射と平行平板試料20の多重反射を分離して解析することができる。
【0041】
−第2の実施の形態−
これまで説明してきたインコヒーレントな解析手法は、テラヘルツ光発生器のアンテナ基板7やテラヘルツ光検出器のアンテナ基板11の厚さを変更することによりアンテナ基板からの多重反射を予め除去して、平行平板試料20の多重反射のみを取り出して解析するものである。しかし、アンテナ基板7,11の厚さを変更することは、平行平板試料20の厚さが変わる度に行わなければならないので、手間も費用もかかる。なお、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器では、アンテナ基板7,11以外にも多重反射をもたらす要因はあるが、アンテナ基板7,11が最大の要因なので、これらに代表させる。
【0042】
以下、アンテナ基板7,11の厚さを変更することなく、アンテナ基板7,11による多重反射があってもこの影響を除去し、平行平板試料20内部での多重反射を経た各パルスを分離する手法について説明する。
【0043】
図15は、テラヘルツ時間領域分光法により得られる透過時系列波形の概念図である。以下、透過時系列波形の縦軸が振幅、横軸が時間を表す。図15(a)は、アンテナ基板7,11による多重反射を全く含まない理想的な透過時系列波形Aである。透過時系列波形Aにおいて、一番左のパルス▲1▼は、シリコンウェハ20の内部での反射なしに透過したもの、パルス▲2▼は、ウェハ20の内部で1回多重反射して透過したもの、パルス▲3▼は、ウェハ20の内部で2回多重反射して透過したもの、パルス▲4▼は、ウェハ20の内部で3回多重反射して透過したものである。このような理想的な場合は、時間領域で各パルスを分離することは容易であり、直ちに前述したインコヒーレントな解析手法が適用できる。
【0044】
図15(b)は、シリコンウェハ20を配設しないで得られた透過時系列波形B、すなわち基準時系列波形Bである。この基準時系列波形Bには、直接にテラヘルツ光発生器からテラヘルツ光検出器へ入射したパルス▲5▼と、アンテナ基板7,11による多重反射パルス▲6▼および▲7▼が現れる。
【0045】
図15(c)は、シリコンウェハ20を配設して得られた現実的な透過時系列波形C、すなわち計測時系列波形Cである。これは、図15(b)の基準時系列波形Bに図15(a)の理想的な透過時系列波形Aが重畳したものである。直接この計測時系列波形Cから透過時系列波形Aの各パルスを分離することは極めて困難である。従って、透過時系列波形Aに現れた多重反射の影響と基準時系列波形Bに現れた多重反射の影響を分離するためには、前述したように、アンテナ基板7,11の厚さを変更する必要があった。
【0046】
本実施の形態では、デコンボリューション(deconvolution)を利用することにより、基準時系列波形Bと計測時系列波形Cの両方に含まれる信号成分を除去する手法を採っている。この信号成分は、具体的には、アンテナ基板7,11の多重反射によるものである。
今、透過時系列波形Aを入力信号h(t)、基準時系列波形Bを装置関数f(t)、計測時系列波形Cを出力信号g(t)と考えると、基準時系列波形Bと計測時系列波形Cは、実際に測定されているので、装置関数f(t)と出力信号g(t)は既知である。デコンボリューションは、装置関数f(t)と出力信号g(t)が既知であるときに、入力信号h(t)を求める計算法である。デコンボリューションの計算には、高効率の演算アルゴリズムである高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を使うと便利である。
【0047】
先ず、入力信号h(t)と装置関数f(t)のコンボリューションが出力信号g(t)であるから、デコンボリューションはこの逆演算である。デコンボリューションを計算するためには、一般に、フーリエ変換を利用するのが効率的である。入力信号h(t)、装置関数f(t)および出力信号g(t)は、総て時間tの関数であるから、フーリエ変換すると、それぞれH(ω)、F(ω)およびG(ω)となり、これらは総て周波数ωの関数であり、式11が成立する。
【数11】
H(ω)=G(ω)/F(ω) ・・・(11)
H(ω)は、G(ω)にF(ω)の逆数を乗じたものであるから、インバース・フィルタに相当する1/F(ω)を用いてH(ω)を算出したことになる。式11により求めたH(ω)をフーリエ逆変換すれば、求めたい入力信号h(t)を算出できる。
従って、シリコンウェハ20からのみのパルス▲1▼〜▲4▼を完全に分離することができる。
【0048】
ここで、式11のH(ω)は、G(ω)をF(ω)で除したものであるから、H(ω)をフーリエ逆変換した入力信号h(t)には、計測時系列波形Cと基準時系列波形Bとの比を求めることに相当する演算が含まれている。これは、振幅透過率に相当する量になっている。
【0049】
上述したインバース・フィルタは、信号強度に対してノイズが大きい周波数帯域では十分に機能しないという欠点がある。すなわち、ノイズのみが強調され、式11の分子、分母で表される信号成分がともに小さくなるために、計算結果は不正確になる恐れがある。
この欠点を除くために、インバース・フィルタの代わりに、ウィナー・ヘルストローム・フィルタ(Wiener−Helstrom Filter)を用いるとよい。ウィナー・ヘルストローム・フィルタを用いた場合は、式11に対応する式12が成立する。
【数12】
H(ω)=F(ω)*・G(ω)/(|F(ω)|2+|N(ω)|2) ・・・(12)
F(ω)*は複素共役を表し、N(ω)はノイズの周波数スペクトルである。式11と同様に、式12のH(ω)をフーリエ逆変換すれば、求めたい入力信号h(t)を算出できる。このh(t)は、S/N比が統計的に最大となるので、ノイズが含まれている周波数帯域でもノイズの影響を抑えた値を算出することができる。
【0050】
本実施の形態では、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器に起因する多重反射パルスを除去して、被測定物(シリコンウェハ)20からのみの各パルスを分離抽出することができる。これにより、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器のアンテナ基板7,11の厚さを被測定物20の厚さに応じて変更する手間を省くことができる。
【0051】
本実施の形態では、上述した第1の実施の形態、すなわち被測定物20を透過した透過光に関する計測時系列波形の多重反射パルスの分離について説明したが、後述する被測定物20から反射する反射光に関する計測時系列波形の多重反射パルスの分離についても適用できる。
【0052】
−第3の実施の形態−
図11は、本発明の第3の実施の形態による分光計測装置を模式的に示す概略構成図である。図11おいて、図1中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0053】
本実施の形態による分光計測装置が前述した第1の実施の形態と異なる点は、以下の通りである。すなわち、第1の実施の形態では、被測定物20の透過光が検出器11で検出されるのに対し、本実施の形態では、被測定物20の反射光が検出器11で検出される点と、制御・演算処理部23の動作である。
【0054】
上述した第1の実施の形態では、被測定物20の各測定部位について、透過光に関する計測時系列波形Esam(t)を取得していたのに対し、本実施の形態では、同様の手法により、被測定物20の各測定部位について、反射光に関する計測時系列波形Esam’(t)を取得する。
【0055】
被測定物20で反射するテラヘルツパルス光には、図12(a)〜図12(d)に示される様々なパターンの反射光が含まれる。図12(a)は、被測定物20の入射面(検出器11側の面)でのみ反射する光(内部で1回も反射せずに、多重反射でない反射光)、図12(b)は、被測定物20の検出器11と反対側の面で1回のみ反射する光(内部で1回反射するが、多重反射でない反射光)、図12(c)は、被測定物20の内部で3回反射した光(1回多重反射した光)、図12(d)は、被測定物20の内部で(2k−1)回反射した光((k−1)回多重反射した光)をそれぞれ示している。ここで便宜上、kを0以上の整数とし、図12(b)に示した光を0回多重反射した光、図12(a)に示した光を−1回多重反射した光と呼ぶことにする。なお、図12において、反射回数は、被測定物20の内部での反射回数を示している。
【0056】
テラヘルツ時間領域分光法により得られる反射時系列波形f(t)の概念図は図4に示したとおりである。図4で示される測定時系列波形f(t)を、図9(a)〜(d)で示される個々の波の足し合わせであると考える。すなわち、平行平板試料20の表面での反射パルスを表す図9(a)の波をa(t)、裏面での反射パルスを表す図9(b)の波をb(t)、1回目の多重反射パルスを表す図9(c)の波をc(t)、2回目の多重反射パルスを表す図9(d)の波をd(t)とする。これら図9(a)〜(d)に示す各波形をフーリエ変換してそれらの絶対値の総和(総和値)をとる。そして、リファレンス光に対してフーリエ変換を行い、その絶対値(基準絶対値)をとる。検出パルス光に関する総和値と基準絶対値の比を算出して平行平板試料のスペクトルを解析する。
【0057】
第3の実施の形態で採用されている、計測時系列波形Esam’(t)に基づいて被測定物20のスペクトルを解析する手法について図13のフローチャートを参照して詳細に説明する。発生器7と検出器11との間の光路上に、被測定物20に代えて、既知の複素屈折率及び既知の厚みを持つ試料を配置する。この試料の反射率はほぼ100%であることが好ましい。この状態で、計測時系列波形Esam’(t)を取得する場合と同様に、反射光に関するテラヘルツパルス光の電場強度の基準時系列波形Eref’(t)を計測する(ステップS11)。計測結果はA/D変換器22でデジタルデータに変換され、メモリ23Aに記憶される。制御・演算処理部23はメモリ23Aに記憶した基準時系列波形Eref’(t)を読み出してフーリエ変換を実行する。さらに、フーリエ変換した結果の絶対値(基準絶対値と呼ぶ)を算出して記憶する(ステップS12)。
【0058】
発生器7と検出器11との間の光路上に被測定物20を配置した状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の計測時系列波形Esam’(t)を計測して記憶する(ステップS13)。計測結果はA/D変換器22でデジタルデータに変換され、メモリ23Aに記憶される。この計測時系列波形Esam’(t)は概念図として図4に示すような時系列波形である。制御・演算処理部23はメモリ23Aに記憶した計測時系列波形Esam’(t)を読み出し、計測時系列波形Esam’(t)を構成する図9(a)〜(d)に示すパルス波形をそれぞれ分離抽出する(ステップS14)。分離抽出したパルス波形に対してフーリエ変換を順次実行してその絶対値を算出し、その総和(式(10)に対応する総和値)を算出する(ステップS15)。この総和値と基準絶対値との比を取る(ステップS16)。これにより、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【0059】
本発明の効果を確認するために、実際にシリコンウェハを反射測定し解析した。図14(a)にシリコンウェハの反射時系列波形を示す。図14(a)のグラフから、シリコンウェハの測定波形が、2回目の多重反射までのパルスを含んでいることが分かる。この測定波形を、通常の解析手法で解析した結果が図14(b)のグラフであり、本解析手法を用いて解析した結果が図14(c)のグラフである。これより、実際の測定においても本解析手法を用いることで、多重反射を含み、かつ干渉パターンのない解析結果を得られるようになることがわかる。
【0060】
ここで、インコヒーレントな解析処理とは、解析処理後に干渉パターンのないスペクトルを得るような処理である。したがって、インコヒーレントな解析処理は上記実施の形態に限定されない。たとえば、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理を行う処理であればどのような手法でも良い。一例としては、分離した各パルスに対して周波数分析を行い、参照パルスに対して周波数分析を行い、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理である。
【0061】
また以上では、分離した各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和(総和値)を算出し、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出し、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得るようにした。しかし次のような処理でも良い。
(1)分離した各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値を算出する。
(2)参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出する。
(3)分離パルスの絶対値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る。この場合、算出される比は複数得られるので、それらの総和を用いても良いし、個々の比を用いても良い。
【0062】
なお、本発明はテラヘルツパルス光以外の種々のパルスの分光計測に適用することができる。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、測定結果における各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、多重反射を含んだ場合においても、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることが可能になる。
また、本発明によれば、テラヘルツ時間領域分光法の光源として用いているパルス光の特徴を活かすことにより、測定結果の各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うので、多重反射したパルスや裏面反射したパルスを含んでいる場合にも、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることが可能になる。
さらに、本発明によれば、平行平板試料以外のものに起因する多重反射による測定結果への影響を除去するようにしたので、測定結果の各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態による透過型テラヘルツ分光計測装置を示す概略構成図
【図2】図2は、本発明の第1の実施の形態における平行平板試料の透過パルスを説明する図。
【図3】図3は透過時系列波形の概念図
【図4】図4は反射時系列波形の概念図
【図5】図5は、干渉パターンを含む透過率もしくは反射率の解析結果を示す図
【図6】図6(a)は屈折率の異なる界面での透過と反射を説明する図
図6(b)は各多重反射回数における透過光と反射光を説明する図
【図7】図7は、コヒーレントとインコヒーレントな場合における、無限回の多重反射を含んだ透過光の複素振幅の計算結果を示す図
【図8】図8(a)〜(d)は、透過時系列波形をインコヒーレントとして取り扱う場合の分離した波形の概念図
【図9】図9(a)〜(d)は、反射時系列波形をインコヒーレントとして取り扱う場合の分離した波形の概念図
【図10】図10は、本発明の第1の実施の形態による透過型テラヘルツ分光計測装置の制御・演算処理部の動作を示す概略フローチャート
【図11】図11は、本発明の第3の実施の形態による反射型テラヘルツ分光計測装置を示す概略構成図
【図12】図12は、本発明の第3の実施の形態における平行平板試料の反射パルスを説明する図。
【図13】図13は、本発明の第3の実施の形態による反射型テラヘルツ分光計測装置の制御・演算処理部の動作を示す概略フローチャート
【図14】図14(a)は、実際に測定されたシリコンウェハの反射時系列波形図
図14(b)は、通常の解析手法により得られるシリコンウェハの解析結果を示す図
図14(c)は、本解析手法により得られるシリコンウェハの解析結果を示す図
【図15】図15(a)は、アンテナ基板7,11による多重反射を全く含まない理想的な透過時系列波形図
図15(b)は、平行平板試料20を配設しないで得られた透過時系列波形B、すなわち基準時系列波形図
図15(c)は、平行平板試料20を配設して得られた現実的な透過時系列波形C、すなわち計測時系列波形図
【符号の説明】
1:フェムト秒パルス光源 7:テラヘルツ光発生器
9:可動鏡 11:テラヘルツ光検出器
20:平行平板試料 23:制御・演算処理部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse spectrometry method and apparatus for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern while taking into account multiple reflection inside a sample when analyzing a spectrum of a parallel plate sample.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Terahertz time-domain spectroscopy using terahertz pulse light as a light source is known. When a transmission time series waveform or a reflection time series waveform of a parallel plate sample is measured by this terahertz time domain spectroscopy, a pulse reflected multiple times inside the sample is seen in the transmission measurement, and a pulse reflected inside the sample is reflected in the reflection measurement. The pulse reflected multiple times is seen at. In this measurement waveform, the phase difference between each pulse is constant, that is, each pulse is in a coherent state. Therefore, when the analysis is performed including the pulse reflected by the multiple reflection and the pulse reflected by the back surface, an interference pattern appears in the analysis result. This interference pattern largely contributes from the thickness of the sample, and does not reflect only the physical quantity inside the sample. For example, when exactly the same sample is measured except for the thickness, different interference patterns appear in both analysis results.
[0003]
The present invention provides a pulse that obtains a spectrum that does not include an interference pattern by performing incoherent analysis processing on transmission time-series pulse light or reflection time-series detection pulse light that includes a pulse that is multiple reflected inside a parallel plate sample. An object of the present invention is to provide a spectroscopic measurement method and apparatus using light. Further, the present invention provides a method for analyzing spectroscopic measurement data in which an influence on a measurement result due to multiple reflection caused by a material other than a parallel plate sample is removed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
(1) A spectroscopic measurement method using pulsed light according to the present invention includes irradiating a parallel plate sample with pulse light, detecting a detection pulse light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the pulse light, and detecting the parallel plate sample. By performing incoherent analysis processing on coherent detection pulse light including internally multiple reflected pulses, a spectrum that does not include an interference pattern is obtained.
(2) When the present invention is applied to a spectroscopic measurement method using terahertz pulsed light, incoherent analysis processing includes processing for separating a time-series detection pulsed light from a parallel plate sample for each pulse, and a plurality of separated pulsed lights. An analysis process based on the pulse and the reference pulse may be included. Alternatively, the incoherent analysis process includes a process of separating time-series detection pulse light from a parallel plate sample for each pulse, a process of performing frequency analysis on each separated pulse, and a frequency analysis of a reference pulse. Processing to be performed and analysis processing based on the frequency analysis result for each separated pulse and the frequency analysis result for the reference pulse can be included.
(3) The incoherent analysis processing preferably separates the time-series detection pulse light from the parallel plate sample for each pulse, performs Fourier transform on each pulse, and calculates the absolute value of the Fourier transform result for each pulse. The sum (sum value) is calculated, the Fourier transform is performed on the reference pulse, the absolute value (reference value) of the Fourier transform result is calculated, the ratio of the sum value to the reference value is calculated, and the spectrum of the detected pulse light is calculated. It is a process to obtain.
(4) A spectrometer using pulsed light according to the present invention comprises: an irradiating means for irradiating a parallel plate sample with pulsed light; and a detecting means for detecting a detected pulsed light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the pulsed light. And an analyzing means for performing an incoherent analysis process on a coherent detection pulse light including a pulse multiply reflected inside the parallel plate sample, thereby obtaining a spectrum without an interference pattern. .
(5) A spectrometer that applies the present invention to a spectrometer using terahertz pulse light includes a terahertz pulse light generator that irradiates terahertz pulse light to a parallel plate sample, and a parallel plate sample that is irradiated with terahertz pulse light. The terahertz pulse light detector that detects the detection pulse light that is reflected or transmitted from the sample, and the incoherent analysis processing for the coherent detection pulse light that includes the pulse that is multiple-reflected inside the parallel plate sample, the interference pattern is formed. Analysis means for obtaining a spectrum that does not include the spectrum.
(6) analyzing means for separating the time-series detection pulsed light from the parallel plate sample for each pulse, and processing means for obtaining a spectrum without an interference pattern based on the plurality of separated pulses and the reference pulse; Can be included. Alternatively, the analyzing means includes a separating means for separating the time-series detection pulsed light from the parallel plate sample for each pulse, a first frequency analyzing means for performing a frequency analysis on each of the separated pulses, and a frequency analyzing means for the reference pulse. A second frequency analysis unit for performing analysis and a processing unit for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern based on a frequency analysis result for each separated pulse and a frequency analysis result for a reference pulse can be included.
(7) Preferably, the analyzing means is a separating means for separating the time-series detected pulsed light from the parallel plate sample for each pulse, performs a Fourier transform on each pulse, and calculates an absolute value of a Fourier transform result for each pulse. First calculating means for calculating the sum (total value), second calculating means for performing Fourier transform on the reference pulse and calculating the absolute value (reference value) of the Fourier transform result, and a ratio of the sum value to the reference value And a third calculating means for obtaining the spectrum of the detected pulse light.
(8) Preferably, the thickness of the substrate of the terahertz pulse light generator, the thickness of the substrate of the terahertz pulse light detector, and the thickness of the parallel plate sample are respectively multiplied by each substrate and multiplexed by the parallel plate sample. Determine that reflections are separated.
(9) In the method for analyzing spectroscopic measurement data using pulsed light according to the present invention, a detection pulse light reflected or transmitted from a parallel plate sample irradiated with pulsed light, including a pulse multiple reflected inside the sample, is detected. The measurement time-series waveform is obtained by the detected pulse light, and the pulse light is irradiated in a state in which a perfect reflection mirror is provided in place of the parallel plate sample. Irradiate pulsed light without placing a flat sample to obtain a reference time-series waveform from the directly detected pulse light, obtain the deconvolution of the measured time-series waveform and the reference time-series waveform, and multiplex each on the time axis. It is characterized in that a time-series waveform in which the reflected pulse light is separated is obtained.
(10) In the deconvolution, it is preferable to perform a predetermined operation after performing a Fourier transform of the measured time-series waveform and the reference time-series waveform, and to perform an inverse Fourier transform of the operation result.
(11) The calculation is an operation using an inverse filter, considering the time series waveform only from the parallel plate sample as an input signal, the measurement time series waveform as an output signal, and the reference time series waveform as an apparatus function. You may. In addition, a Wiener-Hellstrom filter may be used instead of the inverse filter. These methods of analyzing spectroscopic measurement data can also be applied to a case where terahertz pulse light is used as pulse light.
(12) In the spectroscopic measurement method using pulsed light according to the present invention, the time-series waveform (input signal) in which each multiple reflected pulsed light is separated on the time axis obtained in (9) to (11). The incoherent analysis processes (1) to (8) described above are performed to obtain a spectrum that does not include an interference pattern.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
-1st Embodiment-
A first embodiment of a spectrometer using terahertz pulse light according to the present invention will be described with reference to FIGS. The spectrometer according to the first embodiment performs an incoherent analysis process on a coherent transmission time-series pulse light including a pulse multiply reflected inside a parallel plate sample irradiated with a terahertz pulse light. , To obtain a spectrum that does not include an interference pattern.
[0006]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a transmission-type spectrometer using terahertz pulsed light according to the first embodiment of the present invention. In the spectrometer according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a femtosecond pulse light L1 emitted from a femtosecond
[0007]
One of the divided pulse lights L2 becomes a pump pulse (pulse excitation light) for exciting the terahertz light generator (light source) 7 and causing the generator 7 to generate terahertz pulse light. After being pumped by the
[0008]
The movable mirror 9 arranged on the optical path of the probe pulse L3 can be moved by the moving
[0009]
On the other hand, when the generator 7 is excited by the pump pulse L2, the generator 7 emits terahertz pulse light L4. As the terahertz pulse light L4, approximately 0.1 × 10 12 From 100 × 10 12 Light in the frequency range up to Hertz is desirable. The terahertz pulse light L4 is condensed at a light condensing position via
[0010]
In the present embodiment, a measurement site of the device under
[0011]
The device under
[0012]
When an image is not necessary, although not shown in the drawings, it is better to employ an irradiation optical system in which the terahertz pulse light L4 is incident on the
[0013]
In the present embodiment, the
[0014]
The terahertz pulse light L5 transmitted through the device under
[0015]
The repetition period of the femtosecond pulse light L1 emitted from the femtosecond pulse
[0016]
Therefore, in the present embodiment, a time delay is provided between the pump pulse L2 and the probe pulse L3 by utilizing the fact that the terahertz pulse light L4 having the same waveform is repeatedly emitted from several KHz to the order of MHz. A method of measuring the waveform of the pulse light L5, that is, a so-called pump-probe method is employed. That is, by delaying the timing of activating the
[0017]
By gradually moving the movable mirror 9, the delay time τ can be gradually changed. By shifting the timing of gate application by the above-described time delay device, the electric field intensity at each delay time τ of the repeatedly arriving terahertz pulse light L5 can be sequentially obtained from the
[0018]
Note that the
[0019]
In the present embodiment, when measuring the time-series waveform E (t) indicating the electric field intensity of the terahertz pulse light L5, the control /
[0020]
In the present embodiment, measurement is performed in a state where the
[0021]
The terahertz pulse light transmitted through the device under
[0022]
FIG. 3 is a conceptual diagram of a transmission time-series waveform obtained by terahertz time-domain spectroscopy, and FIG. 4 is a conceptual diagram of a reflection time-series waveform. When the Fourier transform F (ω) of the waveform f (t) measured in this manner is calculated, and the ratio between the Fourier transform and the Fourier transform of the reference light is calculated, the transmittance or the reflectance is analyzed. Due to the effect of multiple reflection, an interference pattern as shown in FIG. 5 appears. This interference pattern largely contributes from the thickness of the sample, and does not reflect only the physical quantity inside the sample.
[0023]
Therefore, as shown in FIG. 6A, consider a case where light is vertically incident on a sample (refractive index n1) placed in a medium having a refractive index n0. Here, in the drawing, t0, t1 and r0, r1 are the amplitude transmittance and the amplitude reflectance at the interface between the medium having the refractive index n0 and the sample. t0 represents the amplitude transmittance of light incident on the sample from the medium having the refractive index n0, and t1 represents the amplitude transmittance of light emitted from the sample to the medium having the refractive index n0. R0 represents the amplitude reflectance of light reflected by the sample, and r1 represents the amplitude reflectance of light reflected by a medium having a refractive index n0.
[0024]
In this case, the amplitude transmittance and reflectance at each interface are
(Equation 1)
(Equation 2)
Given by
[0025]
Usually, the amplitude transmittance t of the light transmitted through the sample is
[Equation 3]
Is represented by The first term on the right side of the first row represents light that has directly transmitted, and the second and third terms respectively represent transmitted light that has undergone multiple reflection once and transmission light that has undergone multiple reflection twice inside the sample (FIG. 6 (b)). Where θ is
(Equation 4)
Given by c is the speed of light in a vacuum, and d is the thickness of the sample.
[0026]
The amplitude reflectance r of the light reflected by the sample is
(Equation 5)
Is represented by The first term on the right side of the first row represents light reflected on the front surface of the sample, and the second term represents light reflected on the back surface. The third and fourth terms respectively represent light that has been multiply reflected once and light that has been multiply reflected twice inside the sample (see FIG. 6B). Equations (3) and (5) correspond to the amplitude transmittance and the amplitude reflectance when the respective amplitudes are added together while maintaining the phase information of each light. That is, each light is treated as coherent.
[0027]
On the other hand, taking the absolute values of the amplitudes of the back reflection and the multiple reflections to remove the phase information and adding only the magnitudes corresponds to the case where each light is incoherent. Therefore, equations (3) and (5) are
(Equation 6)
(Equation 7)
Then, it corresponds to the amplitude transmittance and the amplitude reflectance when each light is incoherent.
[0028]
Equations (3) and (5) and Equations (6) and (7) include all multiple reflections up to infinity. FIG. 7 shows the amplitude transmittance of the silicon wafer calculated using Equation (3) for the coherent case and Equation (6) for the incoherent case. As is clear from this, the interference pattern seen in the coherent case is not seen at all in the incoherent case. From this, if each measured light can be analyzed as incoherent, a spectrum that does not include an interference pattern can be measured even if multiple reflections are taken into account.
[0029]
Normally, when analyzing a measurement waveform obtained by terahertz time domain spectroscopy, the backside reflected light and each multiple reflected light are analyzed as coherent. However, terahertz time-domain spectroscopy uses femtosecond pulsed light sources. Therefore, it is possible to execute incoherent analysis processing on the detected pulse light by extracting each pulse of the time series waveform included in the time series transmitted pulse train or time series reflected pulse train from the parallel plate sample. Become.
[0030]
The transmission time-series waveform f (t) shown in FIG. 3 is added to the individual waves shown in FIGS. 8A to 8D, or the reflection time-series waveform f (t) shown in FIG. This is considered to be the sum of the individual waves shown in FIGS. 9 (a) to 9 (d). That is, the transmitted pulse transmitted through the wafer is a time-series pulse including the individual pulses shown in FIGS. On the other hand, the reflected pulses reflecting the wafer are time-series pulses including the individual pulses shown in FIGS.
[0031]
That is, as the transmission pulse, the wave of FIG. 8A representing the pulse transmitted through the wafer is represented by a (t), and the wave of FIG. 8B representing the pulse transmitted through the first multiple reflection is represented by b (t). The wave of FIG. 8C representing the second multiple reflection pulse is represented by c (t), and the wave of FIG. 8D representing the third multiple reflection pulse is represented by d (t). On the other hand, as for the reflection pulse, the wave of FIG. 9A representing the reflection pulse on the wafer surface is represented by a (t), and the wave of FIG. 9B representing the reflection pulse on the back surface is represented by b (t). The wave in FIG. 9C representing the reflected pulse is denoted by c (t), and the wave in FIG. 9D representing the second multiple reflected pulse is denoted by d (t). F (t) indicating a transmission time series pulse or a reflection time series pulse is
(Equation 8)
Given by
[0032]
Further, the Fourier transform of each pulse of a (t), b (t), c (t), and d (t) is A (ω), B (ω), C (ω), and D (ω), respectively. . At this time, the Fourier transform F (ω) of f (t) is
(Equation 9)
It can be. The ratio between this and the Fourier transform of the reference light is obtained by converting the amplitude transmittance (Equation (3)) or the amplitude reflectance (Equation (5)) including infinite multiple reflections into a finite number of multiple reflections. Corresponds to censored. In the case of the transmission type, the reference light has a waveform of light detected when the terahertz pulse light is irradiated from the femtosecond pulse
[0033]
Therefore, a case is considered in which each wave is subjected to Fourier transform, and its absolute value is taken and added. The sum Fincoh (ω) of each wave at this time is
(Equation 10)
By taking the ratio of this to the absolute value of the Fourier transform of the reference light, the amplitude reflectivity (Equation (6)) or the amplitude reflectivity (Equation (7)) in the incoherent case is multiplexed finite times. Corresponds to one censored by reflection. That is, each pulse of the measurement result is individually subjected to Fourier transform, and the absolute value of each amplitude is added, whereby each pulse can be analyzed as incoherent.
[0034]
The above analysis method becomes possible when the light source is pulsed light. For example, in the conventional Fourier transform infrared spectroscopy, continuous light is usually used as a light source. In this case, each multiple reflection pulse cannot be separated individually. That is, whether to analyze as coherent or incoherent is uniquely determined by the coherence length of the light source. Therefore, the spectroscopic measurement method and apparatus according to the present invention are not limited to those using terahertz pulsed light, but can be applied to other spectroscopic measurement methods and apparatuses using pulsed light.
[0035]
Here, a procedure of analyzing the spectrum of the
A reference time-series waveform Eref (t) of the electric field intensity of the terahertz pulse light is measured in advance in a state where the device under
[0036]
The measurement time-series waveform Esam (t) of the electric field intensity of the terahertz pulse light is measured with the device under
[0037]
The spectrometer according to the first embodiment also considers the following points.
In some measurement systems, not only multiple reflections due to a flat sample but also multiple reflections due to a light source or a detector exist. A terahertz pulse light source (the light generator 7 in FIG. 1) used in the terahertz time domain spectroscopy generates a terahertz pulse light with an antenna substrate (gallium arsenide substrate) and a terahertz pulse light detector (the
[0038]
Therefore, in order to use the above analysis method, the
[0039]
Gallium arsenide used as the antenna substrate of the terahertz pulse light source 7 and the
[0040]
However, the fourth multiple reflection by the
[0041]
-2nd Embodiment-
The incoherent analysis method described so far removes multiple reflections from the antenna substrate in advance by changing the thickness of the antenna substrate 7 of the terahertz light generator and the
[0042]
Hereinafter, without changing the thicknesses of the
[0043]
FIG. 15 is a conceptual diagram of a transmission time-series waveform obtained by terahertz time-domain spectroscopy. Hereinafter, the vertical axis of the transmission time-series waveform indicates amplitude, and the horizontal axis indicates time. FIG. 15A shows an ideal transmission time-series waveform A that does not include any multiple reflection by the
[0044]
FIG. 15B shows a transmission time series waveform B obtained without disposing the
[0045]
FIG. 15C shows a realistic transmission time-series waveform C obtained by disposing the
[0046]
In the present embodiment, a technique is employed in which signal components included in both the reference time-series waveform B and the measurement time-series waveform C are removed by using deconvolution. This signal component is specifically caused by multiple reflections of the
Now, assuming that the transmission time series waveform A is an input signal h (t), the reference time series waveform B is a device function f (t), and the measurement time series waveform C is an output signal g (t), Since the measurement time-series waveform C is actually measured, the device function f (t) and the output signal g (t) are known. Deconvolution is a calculation method for obtaining the input signal h (t) when the device function f (t) and the output signal g (t) are known. For the calculation of deconvolution, it is convenient to use fast Fourier transform (FFT), which is a highly efficient operation algorithm.
[0047]
First, since the convolution of the input signal h (t) and the device function f (t) is the output signal g (t), deconvolution is the inverse operation of this. In order to calculate the deconvolution, it is generally efficient to use the Fourier transform. Since the input signal h (t), the device function f (t) and the output signal g (t) are all functions of the time t, they are H (ω), F (ω) and G (ω ), Which are all functions of the frequency ω, and
[Equation 11]
H (ω) = G (ω) / F (ω) (11)
Since H (ω) is obtained by multiplying G (ω) by the reciprocal of F (ω), H (ω) is calculated using 1 / F (ω) corresponding to an inverse filter. . The input signal h (t) to be obtained can be calculated by performing an inverse Fourier transform on H (ω) obtained by
Therefore, the pulses (1) to (4) only from the
[0048]
Here, since H (ω) in
[0049]
The above-mentioned inverse filter has a drawback that it does not function sufficiently in a frequency band where noise is large with respect to signal strength. That is, only the noise is emphasized, and the signal components represented by the numerator and the denominator of
In order to eliminate this disadvantage, a Wiener-Helstrom filter may be used instead of the inverse filter. When the Wiener-Herstrom filter is used,
(Equation 12)
H (ω) = F (ω) * ・ G (ω) / (| F (ω) | 2 + | N (ω) | 2 ) (12)
F (ω) * Represents a complex conjugate, and N (ω) is a frequency spectrum of noise. Similarly to
[0050]
In the present embodiment, it is possible to separate and extract each pulse only from the device under test (silicon wafer) 20 by removing multiple reflection pulses caused by the terahertz light generator or the terahertz light detector. This can save the trouble of changing the thickness of the
[0051]
In the present embodiment, the above-described first embodiment, that is, separation of multiple reflection pulses of a measurement time-series waveform related to transmitted light transmitted through the device under
[0052]
-Third embodiment-
FIG. 11 is a schematic configuration diagram schematically showing a spectrometer according to the third embodiment of the present invention. 11, elements that are the same as elements in FIG. 1 or that correspond to elements in FIG. 1 are given the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
[0053]
The difference between the spectrometer according to the present embodiment and the first embodiment described above is as follows. That is, in the first embodiment, the transmitted light of the
[0054]
In the above-described first embodiment, the measurement time-series waveform Esam (t) regarding the transmitted light is acquired for each measurement site of the
[0055]
The terahertz pulse light reflected by the device under
[0056]
The conceptual diagram of the reflected time-series waveform f (t) obtained by the terahertz time-domain spectroscopy is as shown in FIG. The measurement time-series waveform f (t) shown in FIG. 4 is considered to be the sum of the individual waves shown in FIGS. 9 (a) to 9 (d). That is, the wave of FIG. 9A representing the reflected pulse on the front surface of the
[0057]
A method of analyzing the spectrum of the device under
[0058]
With the device under
[0059]
In order to confirm the effects of the present invention, a silicon wafer was actually measured for reflection and analyzed. FIG. 14A shows a reflection time-series waveform of a silicon wafer. From the graph of FIG. 14A, it can be seen that the measured waveform of the silicon wafer includes pulses up to the second multiple reflection. FIG. 14B is a graph showing the result of analyzing the measured waveform by a normal analysis method, and FIG. 14C is a graph showing the result of analysis using the present analysis method. From this, it can be seen that the use of the present analysis technique in actual measurement can also provide an analysis result that includes multiple reflections and has no interference pattern.
[0060]
Here, the incoherent analysis process is a process for obtaining a spectrum without an interference pattern after the analysis process. Therefore, the incoherent analysis processing is not limited to the above embodiment. For example, any method may be used as long as it separates the time-series detection pulse light from the parallel plate sample for each pulse and performs an analysis process based on the plurality of separated pulses and the reference pulse. As an example, a frequency analysis is performed on each separated pulse, a frequency analysis is performed on a reference pulse, and an analysis process is performed based on a frequency analysis result on each separated pulse and a frequency analysis result on a reference pulse.
[0061]
In the above description, Fourier transform is performed on each separated pulse, the sum of the absolute values of the Fourier transform results for each pulse (sum value) is calculated, Fourier transform is performed on the reference pulse, and the absolute value of the Fourier transform result is calculated. The value (reference value) was calculated, and the ratio of the total value to the reference value was calculated to obtain the spectrum of the detected pulse light. However, the following processing may be performed.
(1) Fourier transform is performed on each separated pulse, and the absolute value of the Fourier transform result for each pulse is calculated.
(2) Fourier transform is performed on the reference pulse, and the absolute value (reference value) of the Fourier transform result is calculated.
(3) The spectrum of the detected pulse light is obtained by calculating the ratio between the absolute value of the separation pulse and the reference value. In this case, since a plurality of calculated ratios are obtained, a total sum of them may be used, or individual ratios may be used.
[0062]
The present invention can be applied to spectroscopic measurement of various pulses other than the terahertz pulse light.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, by performing incoherent analysis processing on each pulse in the measurement result, it is possible to obtain a spectrum that does not include an interference pattern even when multiple reflections are included.
In addition, according to the present invention, by taking advantage of the characteristics of pulse light used as a light source in terahertz time-domain spectroscopy, incoherent analysis processing is performed on each pulse of a measurement result. Even when a pulse reflected from the back surface is included, a spectrum that does not include an interference pattern can be obtained.
Furthermore, according to the present invention, since the influence on the measurement result due to multiple reflections caused by things other than the parallel plate sample is removed, incoherent analysis processing can be performed on each pulse of the measurement result. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a transmission type terahertz spectrometer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating transmitted pulses of a parallel plate sample according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a transmission time-series waveform.
FIG. 4 is a conceptual diagram of a reflected time-series waveform;
FIG. 5 is a diagram showing an analysis result of transmittance or reflectance including an interference pattern;
FIG. 6A is a diagram for explaining transmission and reflection at interfaces having different refractive indexes.
FIG. 6B is a diagram illustrating transmitted light and reflected light at each multiple reflection number.
FIG. 7 is a diagram showing a calculation result of a complex amplitude of transmitted light including infinite multiple reflections in the case of coherent and incoherent cases.
FIGS. 8A to 8D are conceptual diagrams of separated waveforms when a transmitted time-series waveform is treated as incoherent.
FIGS. 9A to 9D are conceptual diagrams of separated waveforms when a reflected time-series waveform is treated as incoherent.
FIG. 10 is a schematic flowchart showing the operation of a control / arithmetic processing unit of the transmission type terahertz spectrometer according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a reflection type terahertz spectrometer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view for explaining reflected pulses of a parallel plate sample according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic flowchart showing an operation of a control / arithmetic processing unit of the reflection type terahertz spectrometer according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 14 (a) is a reflection time-series waveform diagram of a silicon wafer actually measured.
FIG. 14B shows an analysis result of a silicon wafer obtained by a normal analysis method.
FIG. 14C shows an analysis result of a silicon wafer obtained by the present analysis method.
FIG. 15A is an ideal transmission time-series waveform diagram that does not include multiple reflections at all by the
FIG. 15B is a transmission time series waveform B obtained without disposing the
FIG. 15C shows a realistic transmission time-series waveform C obtained by disposing the
[Explanation of symbols]
1: Femtosecond pulse light source 7: Terahertz light generator
9: movable mirror 11: terahertz light detector
20: Parallel plate sample 23: Control / arithmetic processing unit
Claims (18)
平行平板試料にパルス光を照射し、
パルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とするパルス光を用いた分光計測方法。In a spectroscopic measurement method using pulsed light,
Irradiate the parallel plate sample with pulsed light,
Detecting detection pulse light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the pulse light,
A spectroscopic measurement method using pulsed light, wherein incoherent analysis processing is performed on the coherent detection pulsed light including a pulse that is multiply reflected inside the parallel plate sample to obtain a spectrum that does not include an interference pattern. .
平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射し、
テラヘルツパルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。In a spectroscopic measurement method using terahertz pulse light,
Irradiate the terahertz pulse light to the parallel plate sample,
Detecting the detection pulse light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the terahertz pulse light,
Spectroscopic measurement using terahertz pulse light, wherein an incoherent analysis process is performed on the coherent detection pulse light including a pulse reflected multiple times inside the parallel plate sample to obtain a spectrum that does not include an interference pattern. Method.
前記インコヒーレントな解析処理は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理であることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。In the spectral measurement method according to claim 2,
The incoherent analysis processing includes:
The time-series detection pulse light from the parallel plate sample is separated for each pulse,
A spectral measurement method using terahertz pulse light, which is an analysis process based on a plurality of separated pulses and a reference pulse.
前記インコヒーレントな解析処理は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
分離した各パルスに対して周波数分析を行い、
参照パルスに対して周波数分析を行い、
分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理であることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。In the spectral measurement method according to claim 2,
The incoherent analysis processing includes:
The time-series detection pulse light from the parallel plate sample is separated for each pulse,
Perform frequency analysis on each separated pulse,
Perform frequency analysis on the reference pulse,
A spectral measurement method using terahertz pulse light, which is an analysis process based on a frequency analysis result for each separated pulse and a frequency analysis result for a reference pulse.
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和(総和値)を算出し、
参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出し、
前記総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得ることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。In the spectral measurement method according to claim 2,
The time-series detection pulse light from the parallel plate sample is separated for each pulse,
Fourier transform is performed on each pulse, and the sum of the absolute values (sum value) of the Fourier transform result for each pulse is calculated.
Perform a Fourier transform on the reference pulse, calculate the absolute value (reference value) of the Fourier transform result,
A spectral measurement method using terahertz pulsed light, wherein a spectrum of the detected pulsed light is obtained by calculating a ratio of the total value to a reference value.
前記テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、前記テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、前記各基板による多重反射と、前記平行平板試料による多重反射が分離されるように定めることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。In any one of claims 2 to 5,
Each of the thickness of the substrate of the terahertz pulse light generator, the thickness of the substrate of the terahertz pulse light detector, and the thickness of the parallel plate sample is determined by multiple reflection by each substrate and multiple reflection by the parallel plate sample. A spectroscopic measurement method using terahertz pulsed light, characterized in that it is determined to be separated.
平行平板試料にパルス光を照射する照射手段と、
パルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出する検出器と、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とするパルス光を用いた分光計測装置。In a spectrometer using pulsed light,
Irradiation means for irradiating the parallel plate sample with pulsed light,
A detector for detecting a detection pulse light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the pulse light,
Analyzing means for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern by performing an incoherent analysis process on the coherent detection pulse light including a pulse that is multiply reflected inside the parallel plate sample. A spectrometer using pulsed light.
平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射するテラヘルツパルス光発生器と、テラヘルツパルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出するテラヘルツパルス光検出器と、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。In a spectrometer using terahertz pulsed light,
A terahertz pulse light generator that irradiates a terahertz pulse light to a parallel plate sample, and a terahertz pulse light detector that detects a detection pulse light reflected or transmitted from the parallel plate sample irradiated with the terahertz pulse light,
Analyzing means for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern by performing an incoherent analysis process on the coherent detection pulse light including a pulse that is multiply reflected inside the parallel plate sample. A spectrometer using terahertz pulse light.
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。The spectrometer according to claim 8,
The analysis means,
Separation means for separating the time-series detection pulsed light from the parallel plate sample for each pulse,
A spectrometer using terahertz pulsed light, comprising: processing means for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern based on a plurality of separated pulses and a reference pulse.
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
分離した各パルスに対して周波数分析を行う第1周波数分析手段と、
参照パルスに対して周波数分析を行う第2周波数分析手段と、
分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。The spectrometer according to claim 8,
The analysis means,
Separation means for separating the time-series detection pulsed light from the parallel plate sample for each pulse,
First frequency analysis means for performing frequency analysis on each of the separated pulses;
Second frequency analysis means for performing frequency analysis on the reference pulse;
A spectrometer using terahertz pulse light, comprising: processing means for obtaining a spectrum that does not include an interference pattern based on a frequency analysis result for each separated pulse and a frequency analysis result for a reference pulse.
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和(総和値)を算出する第1算出手段と、
参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値(参照値)を算出する第2算出手段と、
前記総和値と参照値の比を算出して干渉パターンを含まないスペクトルを得る第3算出手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。The spectrometer according to claim 8,
The analysis means,
Separation means for separating the time-series detection pulsed light from the parallel plate sample for each pulse,
First calculating means for performing Fourier transform on each pulse, and calculating the sum of the absolute values of the Fourier transform results (sum value) for each pulse;
Second calculating means for performing Fourier transform on the reference pulse and calculating an absolute value (reference value) of the Fourier transform result;
A third calculating means for calculating a ratio of the sum value and the reference value to obtain a spectrum that does not include an interference pattern, wherein the spectrometer uses terahertz pulsed light.
前記テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、前記テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、前記各基板による多重反射と、前記平行平板試料による多重反射が分離されるように定めることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。The spectrometer according to any one of claims 8 to 11,
Each of the thickness of the substrate of the terahertz pulse light generator, the thickness of the substrate of the terahertz pulse light detector, and the thickness of the parallel plate sample is determined by multiple reflection by each substrate and multiple reflection by the parallel plate sample. A spectrometer using terahertz pulsed light, characterized in that it is determined to be separated.
前記平行平板試料に代えて完全反射ミラーを配設した状態でパルス光を照射して前記完全反射ミラーから反射されて検出されたパルス光により、もしくは前記平行平板試料を配設しない状態でパルス光を照射して直接に検出されたパルス光により基準時系列波形を得、
前記計測時系列波形と前記基準時系列波形のデコンボリューションを求め、時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形を得ることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。Detecting a detection pulse light reflected or transmitted including a pulse multiply reflected inside the parallel plate sample from the parallel plate sample irradiated with the pulse light, obtaining a measurement time-series waveform by the detection pulse light,
Pulse light is emitted by irradiating pulse light in a state where a perfect reflection mirror is provided in place of the parallel plate sample, and pulse light is detected by being reflected from the perfect reflection mirror or in a state where the parallel plate sample is not provided. Irradiates the reference time series waveform with the pulse light detected directly,
Analysis of spectrometry data using pulsed light, wherein deconvolution of the measured time-series waveform and the reference time-series waveform is obtained, and a time-series waveform obtained by separating each of multiple reflected pulse lights on a time axis is obtained. Method.
前記デコンボリューションは、
前記計測時系列波形と前記基準時系列波形のフーリエ変換を行った後に所定の演算を行い、
前記演算結果のフーリエ逆変換を行う過程を有することを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。The method for analyzing spectral measurement data according to claim 13,
The deconvolution is:
Perform a predetermined operation after performing the Fourier transform of the measured time series waveform and the reference time series waveform,
A method of analyzing spectral measurement data using pulsed light, comprising a step of performing an inverse Fourier transform of the operation result.
前記所定の演算は、前記平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、前記計測時系列波形を出力信号、前記基準時系列波形を装置関数と看做したときに、インバース・フィルタを用いる演算であることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。In the method for analyzing spectral measurement data according to claim 14,
The predetermined operation is an operation using an inverse filter when the time series waveform only from the parallel plate sample is an input signal, the measurement time series waveform is an output signal, and the reference time series waveform is regarded as a device function. A method for analyzing spectroscopic measurement data using pulsed light, characterized in that:
前記所定の演算は、前記平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、前記計測時系列波形を出力信号、前記基準時系列波形を装置関数と看做したときに、ウィナー・ヘルストローム・フィルタを用いる演算であることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。In the method for analyzing spectral measurement data according to claim 14,
The predetermined operation is a Wiener-Hellstrom filter when the time series waveform only from the parallel plate sample is an input signal, the measurement time series waveform is an output signal, and the reference time series waveform is regarded as an apparatus function. A method of analyzing spectroscopic measurement data using pulsed light, wherein the method is an operation using a pulse light.
前記パルス光としてテラヘルツパルス光を用いることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。In the method for analyzing spectral measurement data according to any one of claims 13 to 16,
A method for analyzing spectroscopic measurement data using pulsed light, wherein terahertz pulsed light is used as the pulsed light.
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