CN104142571A - 光学系统、太赫兹发射显微镜和用于制造器件的方法 - Google Patents

光学系统、太赫兹发射显微镜和用于制造器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了光学系统、太赫兹发射显微镜和用于制造器件的方法。所述光学系统包括：提取部，所述提取部的折射率与观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的太赫兹电磁波；以及椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述光电导元件被构造用于检测由所述提取部提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。本发明能够增大太赫兹电磁波的检测精度。

Description

光学系统、太赫兹发射显微镜和用于制造器件的方法
技术领域
本发明涉及一种利用太赫兹电磁波的太赫兹发射显微镜(terahertzemission microscope)。本发明也涉及均被用于这种太赫兹发射显微镜中的光电导元件和透镜。本发明还涉及一种用于制造器件的方法。该方法包括通过使用所述太赫兹发射显微镜来观察该器件。
背景技术
日本专利申请特许公开案No.2006-156978披露了一种用于制造半导体装置的系统。该系统采用了非接触地检查半导体器件的方法。该方法利用太赫兹电磁波。根据这种检查方法，把激发用脉冲激光(例如超短脉冲激光等)照射在半导体器件(即，检查对象)上。然后，该半导体器件生成太赫兹电磁波。太赫兹电磁波会受到半导体器件的电场分布和配线缺陷的影响。上述检查方法在检查半导体器件内的缺陷时利用了这一现象。
即使在无偏电压(no-biased voltage)的条件下，在半导体器件内的MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)晶体管的p-n结、金属半导体的表面等中也会生成内建电场(built-in electric field)。正因如此，根据这样的利用太赫兹电磁波的检查方法，能够在无偏状态的条件下(即，非接触地)检查缺陷。
发明内容
这样的利用太赫兹电磁波的检查方法所必需的是：以高的精度来检测从半导体器件生成的太赫兹电磁波。比如说从半导体器件生成的太赫兹电磁波微弱的情况，又比如说检测元件上的集光效率低的情况，在这些情况和其他情况下，太赫兹电磁波的检测精度就会减小。
考虑到上述情况，目前期望的是提供一种能够增大太赫兹电磁波的检测精度的太赫兹发射显微镜。此外，还期望的是，提供一种被用于该太赫兹发射显微镜中的光学系统，以及提供一种用于制造器件的方法。
本发明的一个实施例提供了一种光学系统，其包括：提取部，所述提取部的折射率与观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的太赫兹电磁波；以及椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述光电导元件被构造用于检测由所述提取部提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
根据所述光学系统，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合。所述提取部提取从所述观察对象生成的所述太赫兹电磁波。而且，所述椭球面状反射面将所述太赫兹电磁波从所述观察对象引导至所述光电导元件。所述观察对象处于所述第一焦点上。所述光电导元件处于所述第二焦点上。因此，增大了所述太赫兹电磁波的提取效率，并且增大了所述光电导元件上的集光效率。因而，可以增大所述太赫兹电磁波的检测精度。
所述观察对象是被观察的器件。
因此，例如能够以高的精度检查所述器件中的缺陷。
所述提取部可以是第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，并且所述椭球面状反射面可以是椭球面镜(ellipsoidalmirror)。
如上所述，所述第一固体浸没透镜可以被用作所述提取部。所述第一固体浸没透镜包括平面状的所述提取表面和曲面状的所述输出表面。正因如此，可以高效地提取并且输出所述太赫兹电磁波。而且，由于使用了所述椭球面镜，因而增大了所述集光效率。
所述光学系统还可以包括集光部，所述集光部的折射率与所述光电导元件的折射率近似相同，所述集光部与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上。
所述光学系统包括所述集光部。所述集光部与所述光电导元件在光学上耦合。正因如此，所述集光部可以增大集光效率和所述太赫兹电磁波的检测精度。
所述集光部可以是第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，所述入射表面是曲面的，由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
如上所述，所述第二固体浸没透镜可以被用作所述集光部。所述第二固体浸没透镜包括曲面状的所述入射表面和平面状的所述耦合表面。正因如此，可以高效地聚集所述太赫兹电磁波。
可以在所述椭球面镜上形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的聚集效率。
所述椭球面镜可以是由反射所述太赫兹电磁波的材料制成的。
正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的聚集效率。而且，可以减少部件的数量。
所述提取部可以提取在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的所述太赫兹电磁波，并且在所述第一固体浸没透镜的所述提取表面上可以形成有第一膜构件，所述第一膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
正因如此，可以抑制因入射到所述第一固体浸没透镜的所述脉冲激光而造成的太赫兹电磁波的生成。因此，可以增大从被观察的所述器件生成的所述太赫兹电磁波的检测精度。
在所述第二固体浸没透镜的所述入射表面上可以形成有第二膜构件，所述第二膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
正因如此，可以抑制因入射到所述第二固体浸没透镜或所述光电导元件的所述脉冲激光而造成的太赫兹电磁波的生成。因此，可以增大从被观察的所述器件生成的所述太赫兹电磁波的检测精度。
所述第一固体浸没透镜的所述提取表面与所述器件之间的距离可以是1mm(毫米)以下。
正因如此，可以充分地提取所述太赫兹电磁波。
所述第二固体浸没透镜的所述耦合表面与所述光电导元件之间的距离可以是1mm以下。
正因如此，可以充分地聚集所述太赫兹电磁波。
所述提取部可以由椭球面透镜构成，所述椭球面透镜包括第一表面，所述第一表面是平面的，所述第一表面邻近于或邻接于所述器件。并且所述椭球面状反射面可以是所述椭球面透镜的第二表面，所述第二表面是椭球面状的。
如上所述，所述提取部可以是椭球面透镜，并且所述椭球面状反射面可以是该椭球面透镜。利用这种构造，也可以增大所述太赫兹电磁波的提取效率、集光效率和检测精度。
所述光学系统还可以包括耦合表面，所述耦合表面与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述第二表面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上，所述耦合表面是所述椭球面透镜的第三表面，所述第三表面是平面的，所述第三表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的聚集效率。
在所述第二表面上可以形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的聚集效率。
所述提取部可以提取在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的所述太赫兹电磁波，并且在所述第一表面上可以形成有膜构件，所述膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
正因如此，可以抑制因入射到所述椭球面透镜的所述脉冲激光而造成的太赫兹电磁波的生成。因此，可以增大从被观察的所述器件生成的所述太赫兹电磁波的检测精度。
所述第一表面与所述器件之间的距离可以是1mm以下，并且所述第三表面与所述光电导元件之间的距离可以是1mm以下。
正因如此，可以充分地提取所述太赫兹电磁波且将所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上。
所述提取部可以包括第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面是椭球面透镜的椭球面状表面，所述椭球面透镜包括第一安装部，所述第一固体浸没透镜被安装于所述第一安装部上。
如上所述，所述提取部和所述椭球面状反射面可以是所述第一固体浸没透镜与所述椭球面透镜的结合。利用这种构造，也可以增大所述太赫兹电磁波的提取效率、集光效率和检测精度。
所述光学系统还可以包括第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，由所述椭球面状表面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件，所述第二固体浸没透镜被安装于第二安装部上，所述第二安装部被形成于所述椭球面透镜上。
如上所述，还可以使用与所述光电导元件在光学上耦合的所述第二固体浸没透镜。所述第二固体浸没透镜被安装于所述第二安装部上。所述第二安装部被形成于所述椭球面透镜上。正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的聚集效率。
所述第一固体浸没透镜的第一折射率可以与所述器件的折射率近似相同，并且所述第二固体浸没透镜的第二折射率可以与所述光电导元件的折射率近似相同。
如上所述，所述第一固体浸没透镜的折射率可以被任意地设定，并且所述第二固体浸没透镜的折射率可以被任意地设定。正因如此，可以增大所述太赫兹电磁波的提取效率，并且可以增大所述集光效率。
本发明的另一实施例提供了一种太赫兹发射显微镜，其包括：光源，所述光源被构造用于生成脉冲激光；光电导元件，所述光电导元件被构造用于检测太赫兹电磁波，所述太赫兹电磁波是在所述脉冲激光照射于观察对象上的情况下而被生成的；提取部，所述提取部的折射率与所述观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的所述太赫兹电磁波；以及椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，所述光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
所述光源可以被构造成用所述脉冲激光照射所述观察对象，使所述观察对象生成具有1010Hz以上且1014Hz以下的频率的太赫兹电磁波。
所述光源可以被构造用于生成具有2μm(微米)以下的波长且具有100ps(皮秒)以下的脉冲宽度的脉冲激光。
本发明的又一实施例提供了一种用于制造器件的方法，所述方法包括通过使用太赫兹发射显微镜来检测所述器件中的缺陷的工序。所述方法包括：从光源生成脉冲激光；将提取部与所述器件在光学上耦合，使得能够提取从所述器件生成的太赫兹电磁波，所述提取部的折射率与所述器件的折射率近似相同；通过椭球面状反射面将所提取的所述太赫兹电磁波从所述器件引导至光电导元件，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述器件处于所述第一焦点上，所述光电导元件处于所述第二焦点上；并且通过所述光电导元件来检测所述太赫兹电磁波。
如上所述，根据本发明，可以增大太赫兹电磁波的检测精度。
本发明的这些和其他目的、特征和优点将会借助于下列的对如附图所示的本发明最佳实施例的详细说明而变得更明显。
附图说明
图1是示意性地示出了第一实施例的太赫兹发射显微镜的构造的图；
图2是示意性地示出了第一实施例的导光用光学系统的构造的图；
图3是图2中的第一固体浸没透镜(first solid immersion lens)经过放大之后的图；
图4是图2中的第二固体浸没透镜(second solid immersion lens)经过放大之后的图；
图5是示出了太赫兹发射显微镜的操作示例的流程图；
图6是示意性地示出了太赫兹波的电场强度的时间波形的示例的图；
图7是示出了电场强度的二维映射的示例的图；
图8A和图8B是示意性地示出了从对象器件生成的太赫兹波T的路径的图；
图9是示出了用于表明由本发明的太赫兹发射显微镜检测到的太赫兹波的时间波形和用于表明由现有技术的装置检测到的太赫兹波的时间波形的图；
图10是示意性地示出了第二实施例的导光用光学系统的构造的图；
图11是示意性地示出了第二实施例的导光用光学系统的构造的图；
图12是示意性地示出了第三实施例的导光用光学系统的构造的图；并且
图13是示意性地示出了另一实施例的导光用光学系统的构造的图。
具体实施方式
以下，将参照附图来说明本发明的实施例。
第一实施例
太赫兹发射显微镜的构造
图1是示意性地示出了本发明的第一实施例的太赫兹发射显微镜的构造的图。太赫兹发射显微镜100包括激发光源1、半透半反镜(halfmirror)2、第一照射光学系统10、第二照射光学系统20、导光用光学系统30、光电导元件60和载物台70。
激发光源1是如下的光源：其被构造用于生成用于激发的脉冲激光。该脉冲激光会激发被安装于载物台70上的观察对象。此处，观察对象是作为检查对象的器件(以下称作“对象器件S”。)。激发光源1生成脉冲激光。例如，激发光源1生成波长为2μm以下且宽度为100ps以下的超短脉冲激光。
半透半反镜2将从激发光源1生成的脉冲激光L1的一部分反射。半透半反镜2将该反射光引导至第一照射光学系统10。而且，半透半反镜2将上述脉冲激光的一部分透射。这一部分脉冲激光进入第二照射光学系统20。
第一照射光学系统10包括强度调制器11、半透半反镜12、图像提取部13和会聚透镜14。它们的构造没有特别地限制。例如，强度调制器11是光学斩波器(optical chopper)或诸如此类。图像提取部13是CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)或诸如此类。半透半反镜2反射脉冲激光L1。该脉冲激光L1穿过强度调制器11。半透半反镜12反射该脉冲激光L1。该脉冲激光L1入射到会聚透镜14。会聚透镜14将该脉冲激光L1引导至载物台70上的对象器件S。
脉冲激光L1照射在对象器件S上。然后，对象器件S生成太赫兹波T。例如，该太赫兹波T的频率是1010Hz以上且1014Hz以下。具体地，脉冲激光入射到对象器件S中。然后，在对象器件S中出现自由电子。对象器件S的内部电场使自由电子加速。结果，出现瞬态电流。该瞬态电流生成偶极辐射(dipole radiation)。于是，发射出太赫兹电磁波(以下称作“太赫兹波T”)。需要注意的是，太赫兹波T的波长不限于上述波长范围。
典型地，对象器件S是主要由半导体材料制成的半导体器件。例如，对象器件S是诸如半导体激光器或发光二极管等发光器件。在本实施例中，各半导体器件16被安装于基板15上。在这种状态下对太赫兹波T进行检测。也就是说，对象器件S包括基板15和半导体器件16全体。如图1所示，载物台70固持着基板15。在这种状态下使载物台70移动。正因如此，对象器件S可以移动到预定的检查位置。
半透半反镜12部分地透射光，并且将该光引导至图像提取部13。使用者可以确认脉冲激光L1是否照射在预定的位置上。在本实施例中，多个半导体器件16被安装于基板15上。脉冲激光L1照射在基板15上。这时，使用者可以确认脉冲激光L1是否照射在预定的半导体器件16上。
第二照射光学系统20包括两个反射镜21和22、光学延迟路径23和会聚透镜24。脉冲激光进入第二照射光学系统20。反射镜21反射该脉冲激光。该脉冲激光进入光学延迟路径23。光学延迟路径23生成取样脉冲激光L2。光电导元件60使用该取样脉冲激光L2从而在任意时刻检测太赫兹波T。从光学延迟路径23生成的取样脉冲激光L2经由反射镜22和会聚透镜24而入射到光电导元件60。
典型地，光学延迟路径23使用了被构造成使镜子(未图示)移动的移动机构等。光学延迟路径23可变地控制具有规则间隔的脉冲激光的光程长度。在本实施例中，使用了单轴载物台和回射器(retroreflector)等等。使单轴载物台移动。结果，光程长度得以被控制。脉冲激光到达光电导元件60的时间也会根据光程长度而改变。结果，光学延迟路径23就可以在预定时刻输出取样脉冲激光L2。取样脉冲激光L2的输出时刻得以被控制。正因如此，太赫兹波T的检测时刻得以被控制。因而，可以获得太赫兹波T的电场强度的时间波形。
导光用光学系统30是如下这样的光学系统：其被构造用于将从对象器件S生成的太赫兹波T引导至光电导元件60。稍后将详细说明导光用光学系统30。
光电导元件60还被称作光电导天线(PCA：photoconductiveantenna)。光电导元件60具有能够检测太赫兹波T的构造。光电导元件60的构造可以是已知的。例如，光电导元件60包括基板61(其作为基底材料)和电极62(参见图4)。各电极62被形成于基板61上。各电极62被独立地布置着，且电极62之间存在小的间隙。各电极62被布置成使得各电极62形成天线。此外，光电导膜(未图示)被形成于基板61上。激发光照射在该光电导膜上。然后，生成了光载流子。典型地，基板61是由GaAs系半导体材料制成的。或者，基板61可以由另一材料制成。各电极62被形成于基板61的表面63上。上述的取样脉冲激光L2入射到该表面63。来自对象器件S的太赫兹波T入射到与表面63不同的表面(即入射表面64)。在本实施例中，入射表面64是表面63的相反侧。
在电极62之间流动的电流(或电极62之间的电压)根据从对象器件S生成的太赫兹波T的振幅而改变。当太赫兹波T入射到基板61上的电极62之间的间隙时，太赫兹发射显微镜100测量出在取样脉冲激光L2入射到光电导元件60的时刻下的电极62之间的电流(或电压)。结果，太赫兹发射显微镜100就能够以波形获得每次当取样脉冲激光L2入射到光电导元件60时太赫兹波T的振幅值。
此外，如图1所示，太赫兹发射显微镜100包括控制器80、载物台控制器81、光学延迟轴载物台控制器82、前置放大器83和锁相放大器(lock-in amplifier)84。载物台控制器81控制载物台70的移动。光学延迟轴载物台控制器82控制单轴载物台的移动。单轴载物台被构造用于延迟光程长度。前置放大器83被构造用于放大由光电导元件60获得的电流。锁相放大器84被构造成利用具有通过强度调制器11而获得的调制频率的输入信号来对信号进行锁相检测。控制器80控制强度调制器11、图像提取部13、载物台控制器81、光学延迟轴载物台控制器82、前置放大器83和锁相放大器84。控制器80可以是例如PC(个人计算机)等。或者，控制器80可以是包括CPU、ROM等的控制块。
导光用光学系统的构造
图2是示意性地示出了本实施例的导光用光学系统30的构造的图。图3示出了图2中的第一固体浸没透镜31经放大之后的图。图4示出了图2中的第二固体浸没透镜32经放大之后的图。导光用光学系统30包括第一固体浸没透镜31、第二固体浸没透镜32和椭球面镜33。椭球面镜33被布置成使得椭球面镜33包围第一固体浸没透镜31和第二固体浸没透镜32。
在本实施例中，第一固体浸没透镜31具有与对象器件S(即观察对象)的折射率近似相等的折射率。第一固体浸没透镜31与对象器件S在光学上耦合。结果，第一固体浸没透镜31提取从对象器件S生成的太赫兹波T。简而言之，第一固体浸没透镜31扮演提取部的角色。
此处，“折射率”意指太赫兹电磁波段的折射率。此外，短句“与对象器件S的折射率近似相等的折射率”意指第一固体浸没透镜31的与提取了太赫兹波T的部分的折射率近似相等的折射率。如图2所示，在本实施例中，脉冲激光L1照射在半导体器件16的前表面17侧。太赫兹波T从基板15的后表面18侧被提取。也就是说，从其提取了太赫兹波T的部分是基板15的后表面18。与对象器件S的折射率近似相等的折射率是与基板15的折射率近似相等的折射率。
而且，短句“第一固体浸没透镜31与对象器件S在光学上耦合”意指第一固体浸没透镜31与对象器件S近场耦合或者第一固体浸没透镜31邻接于对象器件S。也就是说，该短句意指：当第一固体浸没透镜31邻近于对象器件S时，第一固体浸没透镜31能够提取太赫兹波T作为近场光(瞬逝光)。或者，该短句意指，当第一固体浸没透镜31邻接于对象器件S时，第一固体浸没透镜31能够将从对象器件S生成的太赫兹波T按原样提取出来。在本说明中，短语“在光学上耦合”从概念上讲包括这两种状态。
第一固体浸没透镜31包括提取表面34和输出表面35。提取表面34是平面的。提取表面34邻近于或邻接于对象器件S。输出表面35是曲面的。输出表面35输出在提取表面34处提取出来的太赫兹波T。第一固体浸没透镜31可以由任何材料制成。例如，第一固体浸没透镜31是由诸如Si或Ge等半导体、或者诸如Al2O3或SiO2等介电材料制成的。在使得太赫兹电磁波段的折射率近似等于基板15的折射率的情形下，可以任意地选择该材料。
第一固体浸没透镜31可以具有任何形状。第一固体浸没透镜31可以被任意地设计。第一固体浸没透镜31可以基于各半导体器件16的大小或厚度、基板15(对象器件S包括基板15和半导体器件16)的大小或厚度、椭球面镜33(稍后予以说明)的大小或曲率、或第一固体浸没透镜31与光电导元件60之间的距离等等而被任意地设计。曲面状的输出表面35可以不是半球。曲面状的输出表面35可以是半球的一部分，或者可以是非球面形状或菲涅尔透镜等。在本实施例中，第一固体浸没透镜31具有平面状的提取表面34和曲面状的输出表面35。正因如此，第一固体浸没透镜31能够高效地提取并且输出太赫兹波T。
在本实施例中，第一固体浸没透镜31的提取表面34与基板15的后表面18之间的距离是1mm以下。正因如此，第一固体浸没透镜31能够充分地提取太赫兹波T。上述这个值是以太赫兹电磁波段的波长为基础的。然而，第一固体浸没透镜31的提取表面34与基板15的后表面18之间的距离可以不是1mm以下。只要第一固体浸没透镜31能够提取太赫兹波T，那么第一固体浸没透镜31的提取表面34与基板15的后表面18之间的距离可以被任意地确定。
如图3所示，第一膜构件36被形成于第一固体浸没透镜31的提取表面34上。第一膜构件36透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1。正因如此，第一膜构件36能够防止脉冲激光L1入射到第一固体浸没透镜31。因而，第一膜构件36能够防止第一固体浸没透镜31生成太赫兹波T。结果，就可以增大从对象器件S生成的太赫兹波T的检测精度。
第一膜构件36的材料例如是介电材料膜(SiO2、SiN等)、半导体膜(Si、GaAs等)、金属膜(Al、Cu等)或诸如此类。第一膜构件36可以是单层膜或多层膜。
第一膜构件36是通过下面的成膜工艺而被形成的。该成膜工艺的示例包括气相沉积、溅射等。例如，设计者基于要被反射的脉冲激光的波长且基于预定的反射率来模拟光学多层薄膜。基于该模拟，设计者设计出第一膜构件36的膜厚、该膜的数量和材料。为了在脉冲激光L1照射于第一膜构件36上时第一膜构件36不会生成太赫兹波T，所有的材料理想地都应当是介电材料。然而，所要求的只是：从第一膜构件36生成的太赫兹波T的量是微小的。即，第一膜构件36并非必须是由介电材料制成的。也就是说，可以这样来确定由光电导元件60检测的信号的S/N比(信噪比)：只要本来应当被检测的来自对象器件S的太赫兹波T能够毫无困难地被检测即可。
如图2所示，椭球面镜33包括第一开口37、反射面38和第二开口39。第一开口37处于基板15的后表面18侧。反射面38包围第一固体浸没透镜31和第二固体浸没透镜32。第二开口39处于光电导元件60的入射表面64侧(参见图4)。反射面38被设计成使得反射面38是具有两个焦点的椭圆。在本实施例中，对象器件S被布置于第一焦点41上，即上述两个焦点中的一者处。光电导元件60被布置于第二焦点42上，即上述两个焦点中的另一者处。正因如此，可以高效地将太赫兹波T从第一焦点41上的对象器件S引导至第二焦点42上的光电导元件60。
在本实施例中，处于第一焦点41上的是如下的点：半导体器件16与基板15在该点处相接触，且当沿脉冲激光L1的入射方向观看半导体器件16时该点大致处于半导体器件16的中央处。此外，处于第二焦点42上的是光电导元件60的形成有电极62的表面63侧(参见图4)。正因如此，可以以高的精度检测从对象器件S生成的太赫兹波T。需要注意的是，可以调整被布置于第一焦点41上的点和被布置于第二焦点42上的点。也就是说，处于第一焦点41上的可以是对象器件S的另一点(另一部分)。处于第二焦点42上的可以是光电导元件60的另一点(另一部分)。
在本实施例中，椭球面镜33具有第一焦点41和第二焦点42。对象器件S处于第一焦点41上。光电导元件60处于第二焦点42上。光电导元件60被构造用于检测由第一固体浸没透镜31提取的太赫兹波T。椭球面镜33将所提取的太赫兹波T引导至光电导元件60。也就是说，椭球面镜33起到椭球面状反射面的作用。
而且，在本实施例中，反射膜构件43被形成于椭球面镜33的反射面38上。反射膜构件43反射太赫兹波。正因如此，可以增大太赫兹波T的聚集效率。反射膜构件43可以由任意材料制成。反射膜构件43可以通过任何加工方法而被形成。例如，对任意的母材进行机械加工或模制成型。把用于反射太赫兹波T的材料涂覆在反射面38上。或者，可以把反射膜构件43形成于反射面38的一部分上。
代替反射膜构件43的形成方案的是，例如，椭球面镜33本身可以由诸如铝等能够反射太赫兹波T的材料制成。例如，由这样的材料制成的椭球面镜33可以被切割。可以按此方式来形成反射膜构件43。也由于有这样的反射膜构件43，可以增大太赫兹波T的聚集效率。而且，可以减少部件的数量，装置可以被小型化，并且可以降低成本。
如果没有设置反射膜构件43，那么可以将反射损失减少，并且可以将检测精度提高。另一方面，如果设置了反射膜构件43，那么就减轻了对光学设计的限制。于是，反射膜构件43扮演着例如使装置小型化的重要角色。
在本实施例中，第二固体浸没透镜32的折射率与光电导元件60的折射率近似相同。第二固体浸没透镜32与光电导元件60在光学上耦合。因此，第二固体浸没透镜32把由椭球面镜33引导的太赫兹波T聚集到光电导元件60上。也就是说，第二固体浸没透镜32起到集光部的作用。
如图4所示，第二固体浸没透镜32包括入射表面45和耦合表面46。由椭球面镜33引导的太赫兹波T入射到入射表面45。入射表面45是曲面的。耦合表面46邻近于或邻接于光电导元件60。耦合表面46是平面的。第二固体浸没透镜32可以由任何材料制成。例如，第二固体浸没透镜32可以由诸如Si或Ge等半导体、或者诸如Al2O3或SiO2等介电材料制成。只要使得太赫兹电磁波段的折射率近似等于光电导元件60(基板61)的折射率，可以任意地选择该材料。
第二固体浸没透镜32可以具有任何形状。第二固体浸没透镜32可以被任意地设计。例如，曲面状的入射表面45可以不是半球。曲面状的入射表面45可以是半球的一部分，或者可以是非球面形状或菲涅尔透镜等。在本实施例中，第二固体浸没透镜32具有曲面状的入射表面45和平面状的耦合表面46。正因如此，第二固体浸没透镜32能够高效地聚集太赫兹波T。
在本实施例中，第二固体浸没透镜32的耦合表面46与光电导元件60的基板61的入射表面64之间的距离是1mm以下。正因如此，第二固体浸没透镜32能够充分地聚集太赫兹波T。耦合表面46与入射表面64之间的距离可以不是1mm以下。
如图4所示，第二膜构件47被形成于第二固体浸没透镜32的入射表面45上。第二膜构件47透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1。正因如此，第二膜构件47能够防止脉冲激光L1入射到第二固体浸没透镜32和光电导元件60。因此，第二膜构件47能够防止第二固体浸没透镜32和光电导元件60生成太赫兹波T。因而，可以增大从对象器件S生成的太赫兹波T的检测精度。
第二膜构件47的材料例如是介电材料膜(SiO2、SiN等)、半导体膜(Si、GaAs等)、金属膜(Al、Cu等)或诸如此类。第二膜构件47可以是单层膜或多层膜。而且，第二膜构件47的形成方法与第一膜构件36的形成方法类似。例如，第二膜构件47可以基于模拟等而被形成。或者，第二膜构件47可以通过另一方法而被形成。
太赫兹发射显微镜的操作
图5是示出了太赫兹发射显微镜100的操作示例的流程图。将对象器件S的基板15固定在载物台70上(步骤101)。在本实施例中，将试样布置于基板15上。该试样是半导体器件16(即检查对象)的标准。载物台70移动到如下所述的位置(标准试样位置)。也就是说，标准试样处于脉冲激光L1照射到的位置处(步骤102)。将脉冲激光L1照射在标准试样上(步骤103)。在照射下，光学延迟路径23的单轴载物台进行移动。因此，在光电导元件60的检测时刻发生改变的同时，获得电场强度(步骤104)。构建时间波形(步骤105)。
图6是示意性地示出了时间波形的示例的图。例如，获得标准试样的时间波形A(图6的上部所示)。时间波形A示出了正常器件的时间波形。获得缺陷器件的时间波形B(图6的下部所示)。该缺陷器件内部具有缺陷。时间波形B示出了低的电场强度。或者，可以获得电场强度异常地高于时间波形A的电场强度的时间波形作为缺陷器件的时间波形。不管以何种方式，已知的是，缺陷器件的时间波形不同于正常器件的时间波形A。
基于所获得的时间波形A，获得在电场强度最高时的时间Tp处的单轴载物台的位置。将光学延迟路径23的单轴载物台移动到那个位置。将光学延迟路径23的单轴载物台固定在那个位置(步骤106)。在这种情形下，载物台70进行移动。脉冲激光L1依次照射到基板15上的各半导体器件16(步骤107)。在本实施例中，多个半导体器件16处在基板15上。例如，基板15上的半导体器件16的数量是n×n个(在纵向上为n列且在横向上为n行)。各半导体器件16分别具有它的位置坐标。例如，左下角的半导体器件16的坐标是(0，0)。各半导体器件16的位置坐标分别是基于这个坐标而被设定的。半导体器件16的数量、半导体器件16的排列方式和坐标设定方式不局限于上述说明。
相继地获得各半导体器件16的位置坐标处的太赫兹波T的电场强度。也就是说，所设定的坐标信息与电场强度的信息是相关联的。顺序地获得所设定的坐标信息和电场强度的信息(步骤108)。这时的操作可以是所谓的分步重复方法(step-and-repeat method)。该分步重复方法包括如下的操作：即，移动，停止，获得电场强度，然后移动。或者，该操作可以是扫描方法。在该扫描方法中，在载物台70移动的同时，顺序地获得电场强度。
基于所获得的信息，构建时间Tp时的太赫兹电场强度的二维映射(步骤109)。二维映射对应于半导体器件16的位置坐标。图7是示出了电场强度的二维映射90的示例的图。例如，假定从底部到顶部(即，一行一行地)横向地扫描半导体器件16。然后，存储电场强度值。此处，电场强度值与坐标信息是相关联的。在图7中，各正方形91对应于各位置坐标。各正方形91的颜色对应于所获得的电场强度值。例如，电场强度越小，则颜色越暗。这样的二维映射90被创建出来。结果，可以获得具有较小电场强度的缺陷器件的位置坐标(例如，正方形91a的坐标(X4,Y2))。
需要注意的是，在一些缺陷模式中，缺陷器件的太赫兹电场强度可能会大于正常器件的太赫兹电场强度。无论在何种情况下，基于正常器件的太赫兹电场强度来确定阈值。然后，获得具有过小的太赫兹电场强度或过大的太赫兹电场强度的器件的位置坐标。然后，判定该器件为缺陷器件(步骤110)。
如上所述，根据本实施例的导光用光学系统30，第一固体浸没透镜31与对象器件S(即，观察对象)在光学上耦合。第一固体浸没透镜31提取从对象器件S生成的太赫兹波T。而且，椭球面镜33把来自于第一焦点41上的对象器件S的太赫兹波T引导至第二焦点42上的光电导元件60。因此，增大了太赫兹波T的提取效率，并且增大了光电导元件60上的对于太赫兹波T的聚集效率。于是，可以提高太赫兹波T的检测精度。
在检测太赫兹波T、检查缺陷等的情况下，需要以高的精度检测从对象器件S生成的太赫兹波T。然而，在许多情况下，从对象器件S生成的太赫兹波T是极其弱的。因此，难于以高的精度检测太赫兹波T。
图8A和图8B是示意性地示出了从对象器件S生成的太赫兹波T的路径的图。例如，假定对象器件S是诸如半导体激光器或发光二极管等发光器件。在这种情况下，大多数时候按照如下方式来设计该器件。也就是说，该器件的厚度方向与该器件的p-n结的内部电场的方向相同或接近。正因如此，作为太赫兹波的起源的偶极矩(dipole moment)的方向与该器件的厚度方向相同。正因如此，从对象器件S辐射的几乎所有的太赫兹波T都由于全反射而被困在基板15中。也就是说，如图8A所示，对象器件S生成了所有方向上的太赫兹波T。然而，如图8B所示，只有太赫兹波T1才辐射到外部。太赫兹波T1的入射角θ小于布儒斯特角θB。太赫兹波T2被困住。太赫兹波T2的入射角θ大于布儒斯特角θB。
此外，假定抛物面镜(parabolic mirror)被用来将太赫兹波T聚集。在这种情况下，当抛物面镜能够将太赫兹波T聚集起来时所对应的辐射角不局限于该器件的法线方向附近。如同从上述说明中所理解的，从对象器件S生成的极小百分比的太赫兹电磁波分量会被引导至光电导元件。因此，对于从对象器件S生成的太赫兹波T的检测精度就减小了。S/N比降低了。
一种使用温斯顿锥镜(Winstone cone mirror)的方法可以被用来将更宽辐射角度的太赫兹波T聚集。然而，在温斯顿锥镜中被反射的太赫兹电磁波的分量具有不同的光路。正因如此，在聚光位置处的太赫兹电磁波脉冲是模糊不清的。于是，有时可能会把正常器件错误地判定为缺陷器件。
根据本实施例的太赫兹发射显微镜100，第一固体浸没透镜31邻近于或邻接于基板15。正因如此，第一固体浸没透镜31能够充分地提取被困在基板15中的太赫兹波T。也就是说，可以将更宽辐射角度的太赫兹波聚集起来。而且，椭球面镜33能够高效率地、无时间差地把所提取的具有某些光程长度的太赫兹波T聚集到光电导元件60上。因此，可以增大太赫兹波T的检测精度，并且可以提高S/N比。
此外，当检测太赫兹波T时，同时检测了周围的太赫兹波。周围的太赫兹波可能会导致噪声。脉冲激光L1直接照射在对象器件S上。正因如此，脉冲激光L1可能被对象器件S反射，可能在对象器件S中扩散，可能透过对象器件S，等等。脉冲激光L1可能会与所生成的太赫兹波T一起入射到导光用光学系统30。进一步地，脉冲激光L1可能会照射在第一固体浸没透镜31和第二固体浸没透镜32以及光电导元件60上。假定第一固体浸没透镜31和第二固体浸没透镜32以及光电导元件60都是由半导体材料制成的。在这种情况下，由于光登伯效应(photo-Dembereffect)等，第一固体浸没透镜31、第二固体浸没透镜32或光电导元件60通过它们自身而生成太赫兹波。当出现了这样的太赫兹波辐射时，难以将这样的太赫兹波从由测量对象生成的太赫兹波T中除掉。结果，S/N比就进一步减小了。
考虑到上述情形，太赫兹发射显微镜100的光学系统可以包括透明导电膜涂层板，该透明导电膜涂层板反射太赫兹波并且透射超短脉冲激光。然而，出现了被该透明导电膜涂层板反射的超短脉冲激光的反射损失。正因如此，在可用的激光输出受到限制的情况下，S/N比终究还是减小了。这是个问题。
考虑到上述情形，根据本发明，将第一膜构件36形成于第一固体浸没透镜31的提取表面34上。第一膜构件36透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1。而且，将第二膜构件47形成于第二固体浸没透镜32的入射表面45上。第二膜构件47透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1。第一膜构件36和第二膜构件47反射了会生成不必要的太赫兹波的脉冲激光L1。因此，可以增大对于本来应当被检测的从对象器件S生成的太赫兹波T的检测精度。
图9是示出了时间波形A和时间波形B的图。时间波形A示出了由本发明的太赫兹发射显微镜100检测到的太赫兹波。时间波形B示出了由现有技术的装置检测到的太赫兹波。在该测量中，钛宝石飞秒激光器(脉冲宽度是100ps，重复频率是80MHz(兆赫)，中心波长是800nm(纳米))被用作超短脉冲激光器。而且，蝶形天线(bow-tie antenna)光电导元件(其对0.1THz(太赫)至5THz的频率敏感)被用作光电导元件。如图9所示，应当理解的是，根据本发明，极大地增大了太赫兹波的聚集效率。
第二实施例
将说明本发明的第二实施例的导光用光学系统。在下面的说明中，将不会说明或将会简化说明与上述实施例的导光用光学系统30的构造和作用相同的构造和作用。
图10和图11均是示意性地示出了本实施例的导光用光学系统230的构造的图。根据第一实施例，第一固体浸没透镜31起到提取部的作用。椭球面镜33起到椭球面状反射面的作用。而且，第二固体浸没透镜32起到集光部的作用。在第二实施例中，如图10所示，椭球面透镜250起到提取部、椭球面状反射面和集光部的作用。
椭球面透镜250包括第一表面251和第二表面252。平面状的第一表面251邻近于或邻接于对象器件S的后表面18。椭球面状的第二表面252具有第一焦点241和第二焦点242。而且，椭球面透镜250包括第三表面253。平面状的第三表面253邻近于或邻接于光电导元件60。第一表面251与对象器件S在光学上耦合。第二表面252将太赫兹波T从对象器件S引导至光电导元件60。对象器件S处于第一焦点241上。光电导元件60处于第二焦点242上。第三表面253与光电导元件60在光学上耦合从而把由第二表面252引导的太赫兹波T聚集到光电导元件60上。在本实施例中，第三表面253起到耦合表面的作用。
椭球面透镜250可以由任何材料制成，并且可以由与第一固体浸没透镜31的上述材料相同的材料制成。典型地，椭球面透镜250的折射率与对象器件S的折射率近似相同。正因如此，椭球面透镜250可以充分地提取太赫兹波T。需要注意的是，为了主要增大光电导元件60的集光效率，椭球面透镜250的折射率可以与光电导元件60的折射率近似相同。假定对象器件S的折射率与光电导元件60的折射率近似相同。在这种情况下，椭球面透镜250的折射率可以与对象器件S的折射率或光电导元件60的折射率近似相同。正因如此，可以增大提取效率和集光效率。
椭球面透镜250的第一表面251与对象器件S的后表面18之间的距离是1mm以下。而且，第三表面253与光电导元件60之间的距离是1mm以下。正因如此，椭球面透镜250可以充分地提取太赫兹波T，并且可以把太赫兹波T聚集到光电导元件60上。需要注意的是，椭球面透镜250的第一表面251与对象器件S的后表面18之间的距离可以不是1mm以下。第三表面253与光电导元件60之间的距离可以不是1mm以下。
如图11所示，在第一表面251上形成有膜构件255。在第三表面253上形成有膜构件255。每个膜构件255都透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1。正因如此，可以防止脉冲激光L1入射到椭球面透镜250，并且可以防止椭球面透镜250和光电导元件60生成太赫兹电磁波。结果，可以增大从对象器件S生成的太赫兹波T的检测精度。膜构件255的材料可以与第一膜构件36和第二膜构件47的上述材料相同。膜构件255的制造方法可以与第一膜构件36和第二膜构件47的上述制造方法相同。需要注意的是，也可以在第一表面251和第三表面253中的任一者上形成有该膜构件。
而且，如图10和图11所示，反射膜构件256被形成于椭球面状的第二表面252上。反射膜构件256反射太赫兹波T。正因如此，可以增大太赫兹波T的聚集效率。反射膜构件256可以由任何材料制成，并且可以通过任何方法而被形成。
如上所述，椭球面透镜250可以起到提取部和椭球面状反射面的作用。根据这种构造，也可以增大太赫兹波T的提取效率。可以增大太赫兹波T的聚集效率。可以增大检测精度。而且，导光用光学系统230不包含空气。正因如此，可以抑制因空气的波动或水分而导致的衰减。可以抑制空气与光学器件之间的界面处的菲涅尔反射损失。可以抑制其他缺陷。而且，可以减少部件的数量。可以使装置小型化，可以减少成本，等等。
第三实施例
图12是示意性地示出了本发明的第三实施例的导光用光学系统的构造的图。导光用光学系统330包括第一固体浸没透镜331、椭球面透镜350和第二固体浸没透镜332。第一固体浸没透镜331和第二固体浸没透镜332与第一实施例中的第一固体浸没透镜和第二固体浸没透镜相同。
椭球面透镜350包括第一安装部351和第二安装部352。第一固体浸没透镜331被安装于第一安装部351中。第二固体浸没透镜332被安装于第二安装部352中。凹部361起到第一安装部351的作用。凹部361的曲面对应于第一固体浸没透镜331的输出表面335的形状。凹部362起到第二安装部352的作用。凹部362的曲面对应于第二固体浸没透镜332的入射表面345的形状。这两个固体浸没透镜分别被安装于上述两个凹部中。因此，构造出了本实施例的导光用光学系统330。需要注意的是，第一安装部351和第二安装部352的构造不局限于上述构造。第一安装部351和第二安装部352的构造可以被任意地设计。
第一固体浸没透镜331的折射率(第一折射率)与对象器件S的基板15的折射率近似相同。第二固体浸没透镜332的折射率(第二折射率)与光电导元件60的折射率近似相同。椭球面透镜350的折射率可以被任意地设定。例如，椭球面透镜350的折射率可以与第一折射率和第二折射率中的一者近似相同。或者，椭球面透镜350的折射率可以是第一折射率和第二折射率的中间值。只要椭球面透镜350能够有效地引导太赫兹波T，那么可以任意地设定椭球面透镜350的折射率。根据本实施例，导光用光学系统330也不包含空气。正因如此，可以抑制因空气而造成的衰减、反射损失等。
如上所述，第一固体浸没透镜331和第二固体浸没透镜332以及椭球面透镜350可以被组装在一起，从而构造成提取部、椭球面状反射面和集光部。由于这样的构造，也可以增大太赫兹波T的提取效率、太赫兹波T的聚集效率和检测精度。
用于反射太赫兹波T的反射膜构件可以被形成于椭球面透镜350的反射面370上。而且，用于透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1的膜构件可以被形成于第一固体浸没透镜331的提取表面334上。用于透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1的膜构件可以被形成于第二固体浸没透镜332的入射表面345上。
其他实施例
本发明不限于上述各实施例。可以采用其他的各种各样的实施例。
图13是示意性地示出了另一实施例的导光用光学系统的构造的图。导光用光学系统430是第一实施例的导光用光学系统30的一种变形例。
根据第一实施例的导光用光学系统30，第一固体浸没透镜31处于对象器件S的基板15的后表面18侧。太赫兹波T是在基板15的后表面18侧被提取的。这样的构造适合于从半导体器件16辐射的太赫兹波T在基板15侧更强的情况。这样的构造也适合于太赫兹波T的透射分量被使用的情况。
相反，如图13所示，导光用光学系统430可以处于对象器件S的半导体器件16侧，即脉冲激光L1的入射侧。例如，孔470被形成于椭球面镜433的一部分上。反射镜471被设置于导光用光学系统430中。脉冲激光L1穿过孔470，然后照射到导光用光学系统430中。反射镜471反射该脉冲激光L1。于是，该脉冲激光L1透过第一固体浸没透镜431，然后照射在半导体器件16上。导光用光学系统430包括第一固体浸没透镜431和第二固体浸没透镜432以及椭球面镜433。由于具有这样的构造的导光用光学系统430，也可以增大太赫兹波T的提取效率、太赫兹波T的聚集效率和检测精度。需要注意的是，根据本实施例，第一固体浸没透镜431的提取表面434不需要用来透射太赫兹波T且反射脉冲激光L1的膜构件。
本实施例的构造适合于从半导体器件16辐射的太赫兹波T在半导体器件16的前表面侧更强的情况。本实施例的构造也适合于太赫兹波T的反射分量被使用的情况。而且，基板15可以依靠其自身的材料而不透射太赫兹波T。导光用光学系统430还适合于这样的情况。
在上述各实施例中，椭球面镜或椭球面透镜起到椭球面状反射面的作用。该椭球面状反射面从基板的后表面延伸到光电导元件的入射表面。也就是说，该椭球面状反射面从提取部的提取表面延伸到集光部的耦合表面。椭球面状反射面的范围可以不局限于上述范围。椭球面状反射面可以被设置于更宽的范围内。例如，椭球面状反射面可以从对象器件的前侧(入射侧)延伸到光电导元件的后侧。
利用上述这样的构造，椭球面状反射面可以把作为抵达对象器件的前侧的辐射分量(反射分量)的太赫兹波聚集到光电导元件上。而且，椭球面状反射面可以把会传播到光电导元件的后侧的太赫兹波反射至该光电导元件。这样，光电导元件可以聚集太赫兹波。结果，可以将更大量的太赫兹波聚集到光电导元件上。可以增大太赫兹波的检测精度。请注意，可供选择的是，可以使用完全封闭的椭球面状反射面。在这种情况下，例如，可以任意地形成有孔等。于是，脉冲激光和取样脉冲激光L2可以通过该孔等进行照射。
在上述各实施例中，观察对象是半导体器件等。本发明被运用以检查半导体器件中的缺陷。本发明不局限于此。本发明还可以被运用以检查其他领域中的各种各样的观察对象。例如，本发明可以被运用于安全领域中，从而检查食品中的异物混入(food tampering)、信封等内的内容、建筑物内壁的缺陷等。而且，本发明也可以不被用来检查如上所述的半导体器件中的缺陷。本发明可以被运用于材料和生物检查的领域中，从而检查生物分子等。本发明还可以被运用于医学领域中。观察对象可以是生物样品等。本发明可以被用来检查癌症，从而做出各种诊断等。另外，例如，本发明还可以被运用于农业领域中，从而监控植物中的水分。此外，例如，本发明还可以被用来检查伪造的电子卡等。本发明还可以被运用于任何其他用途。例如，本发明可以被用来把太赫兹电磁波聚集到预定点上，从而控制材料。本发明可以被运用于利用太赫兹电磁波的通信。本发明也可以被运用于其他领域中。
上述各实施例中的至少两个特征可以被组合起来。
请注意，本发明可以采用下列构造。
(1)一种光学系统，其包括：
提取部，所述提取部的折射率与观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的太赫兹电磁波；以及
椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述光电导元件被构造用于检测由所述提取部提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
(2)根据(1)所述的光学系统，其中，所述观察对象是被观察的器件。
(3)根据(2)所述的光学系统，其中，
所述提取部是第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，并且
所述椭球面状反射面是椭球面镜。
(4)根据(1)至(3)中的任一者所述的光学系统，其还包括集光部，所述集光部的折射率与所述光电导元件的折射率近似相同，所述集光部与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上。
(5)根据(4)所述的光学系统，其中，所述集光部是第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，所述入射表面是曲面的，由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
(6)根据(3)至(5)中的任一者所述的光学系统，其中，在所述椭球面镜上形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
(7)根据(3)至(5)中的任一者所述的光学系统，其中，所述椭球面镜是由反射所述太赫兹电磁波的材料制成的。
(8)根据(3)至(7)中的任一者所述的光学系统，其中，
所述提取部提取的所述太赫兹电磁波是在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的，并且
在所述第一固体浸没透镜的所述提取表面上形成有第一膜构件，所述第一膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
(9)根据(5)至(8)中的任一者所述的光学系统，其中，在所述第二固体浸没透镜的所述入射表面上形成有第二膜构件，所述第二膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
(10)根据(3)至(9)中的任一者所述的光学系统，其中，所述第一固体浸没透镜的所述提取表面与所述器件之间的距离是1mm以下。
(11)根据(5)至(10)中的任一者所述的光学系统，其中，所述第二固体浸没透镜的所述耦合表面与所述光电导元件之间的距离是1mm以下。
(12)根据(2)所述的光学系统，其中，
所述提取部是椭球面透镜，所述椭球面透镜包括第一表面，所述第一表面是平面的，所述第一表面邻近于或邻接于所述器件，并且
所述椭球面状反射面是所述椭球面透镜的第二表面，所述第二表面是椭球面状的。
(13)根据(12)所述的光学系统，其还包括耦合表面，所述耦合表面与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述第二表面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上，所述耦合表面是所述椭球面透镜的第三表面，所述第三表面是平面的，所述第三表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
(14)根据(12)或(13)所述的光学系统，其中，在所述第二表面上形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
(15)根据(12)至(14)中的任一者所述的光学系统，其中，
所述提取部提取的所述太赫兹电磁波是在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的，并且
在所述第一表面上形成有膜构件，所述膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
(16)根据(13)至(15)中的任一者所述的光学系统，其中，
所述第一表面与所述器件之间的距离是1mm以下，并且
所述第三表面与所述光电导元件之间的距离是1mm以下。
(17)根据(2)所述的光学系统，其中，所述提取部包括第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面是椭球面透镜的椭球面状表面，所述椭球面透镜包括第一安装部，所述第一固体浸没透镜被安装于所述第一安装部上。
(18)根据(17)所述的光学系统，其还包括第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，由所述椭球面状表面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件，所述第二固体浸没透镜被安装于第二安装部上，所述第二安装部被形成于所述椭球面透镜上。
(19)根据(18)所述的光学系统，其中，
所述第一固体浸没透镜的第一折射率与所述器件的折射率近似相同，并且
所述第二固体浸没透镜的第二折射率与所述光电导元件的折射率近似相同。
(20)一种太赫兹发射显微镜，其包括：
光源，所述光源被构造用于生成脉冲激光；
光电导元件，所述光电导元件被构造用于检测太赫兹电磁波，所述太赫兹电磁波是在所述脉冲激光照射于观察对象上的情况下而被生成的；
提取部，所述提取部的折射率与所述观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的所述太赫兹电磁波；以及
椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，所述光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
(21)根据(20)所述的太赫兹发射显微镜，其中，所述光源被构造成用所述脉冲激光照射所述观察对象，由此所述观察对象生成频率为1010Hz以上且1014Hz以下的太赫兹电磁波。
(22)根据(20)或(21)所述的太赫兹发射显微镜，其中，所述光源被构造用于生成波长为2μm以下且脉冲宽度为100ps以下的脉冲激光。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年3月14日提交的日本优先权专利申请JP2013-099245的优先权权益，且将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

Claims (23)

1.一种光学系统，其包括：
提取部，所述提取部的折射率与观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的太赫兹电磁波；以及
椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述光电导元件被构造用于检测由所述提取部提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述观察对象是被观察的器件。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，
所述提取部是第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，并且
所述椭球面状反射面是椭球面镜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其还包括集光部，所述集光部的折射率与所述光电导元件的折射率近似相同，所述集光部与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述集光部是第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，所述入射表面是曲面的，由所述椭球面状反射面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
6.根据权利要求3所述的光学系统，其中，在所述椭球面镜上形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
7.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述椭球面镜是由反射所述太赫兹电磁波的材料制成的。
8.根据权利要求3所述的光学系统，其中，
所述提取部提取的所述太赫兹电磁波是在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的，并且
在所述第一固体浸没透镜的所述提取表面上形成有第一膜构件，所述第一膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
9.根据权利要求5所述的光学系统，其中，在所述第二固体浸没透镜的所述入射表面上形成有第二膜构件，所述第二膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
10.根据权利要求3、6至8中任一项所述的光学系统，其中，所述第一固体浸没透镜的所述提取表面与所述器件之间的距离是1mm以下。
11.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述第二固体浸没透镜的所述耦合表面与所述光电导元件之间的距离是1mm以下。
12.根据权利要求2所述的光学系统，其中，
所述提取部由椭球面透镜构成，所述椭球面透镜包括第一表面，所述第一表面是平面的，所述第一表面邻近于或邻接于所述器件，并且
所述椭球面状反射面是所述椭球面透镜的第二表面，所述第二表面是椭球面状的。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其还包括耦合表面，所述耦合表面与所述光电导元件在光学上耦合，使得能够将由所述第二表面引导的所述太赫兹电磁波聚集到所述光电导元件上，所述耦合表面是所述椭球面透镜的第三表面，所述第三表面是平面的，所述第三表面邻近于或邻接于所述光电导元件。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其中，在所述第二表面上形成有反射膜构件，所述反射膜构件反射所述太赫兹电磁波。
15.根据权利要求13所述的光学系统，其中，
所述提取部提取的所述太赫兹电磁波是在脉冲激光照射于所述器件上的情况下而被生成的，并且
在所述第一表面和所述第三表面中的至少一者上形成有膜构件，所述膜构件透射所述太赫兹电磁波且反射所述脉冲激光。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的光学系统，其中，
所述第一表面与所述器件之间的距离是1mm以下，并且
所述第三表面与所述光电导元件之间的距离是1mm以下。
17.根据权利要求2所述的光学系统，其中，
所述提取部包括第一固体浸没透镜，所述第一固体浸没透镜包括提取表面和输出表面，所述提取表面是平面的，所述提取表面邻近于或邻接于所述器件，所述输出表面是曲面的，所述输出表面输出所提取的所述太赫兹电磁波，所述椭球面状反射面是椭球面透镜的椭球面状表面，所述椭球面透镜包括第一安装部，所述第一固体浸没透镜被安装于所述第一安装部上。
18.根据权利要求17所述的光学系统，其还包括第二固体浸没透镜，所述第二固体浸没透镜包括入射表面和耦合表面，由所述椭球面状表面引导的所述太赫兹电磁波入射到所述入射表面，所述耦合表面是平面的，所述耦合表面邻近于或邻接于所述光电导元件，所述椭球面透镜包括第二安装部，所述第二固体浸没透镜被安装于所述第二安装部上。
19.根据权利要求18所述的光学系统，其中，
所述第一固体浸没透镜的第一折射率与所述器件的折射率近似相同，
所述第二固体浸没透镜的第二折射率与所述光电导元件的折射率近似相同，并且
所述椭球面透镜的折射率与所述第一折射率和所述第二折射率中的一者近似相同，或者所述椭球面透镜的折射率是所述第一折射率和所述第二折射率的中间值。
20.一种太赫兹发射显微镜，其包括：
光源，所述光源被构造用于生成脉冲激光；
光电导元件，所述光电导元件被构造用于检测太赫兹电磁波，所述太赫兹电磁波是在所述脉冲激光照射于观察对象上的情况下而被生成的；
提取部，所述提取部的折射率与所述观察对象的折射率近似相同，所述提取部与所述观察对象在光学上耦合，使得能够提取从所述观察对象生成的所述太赫兹电磁波；以及
椭球面状反射面，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述观察对象被布置于所述第一焦点上，所述光电导元件被布置于所述第二焦点上，所述椭球面状反射面用于将所提取的所述太赫兹电磁波引导至所述光电导元件。
21.根据权利要求20所述的太赫兹发射显微镜，其中，所述光源被构造成用所述脉冲激光照射所述观察对象，使所述观察对象生成频率为1010Hz以上且1014Hz以下的太赫兹电磁波。
22.根据权利要求20或21所述的太赫兹发射显微镜，其中，所述光源被构造用于生成波长为2μm以下且脉冲宽度为100ps以下的脉冲激光。
23.一种用于制造器件的方法，所述方法包括通过使用太赫兹发射显微镜来检测所述器件中的缺陷的工序，所述方法包括：
从光源生成脉冲激光；
将提取部与所述器件在光学上耦合，使得能够提取从所述器件生成的太赫兹电磁波，所述提取部的折射率与所述器件的折射率近似相同；
通过椭球面状反射面将所提取的所述太赫兹电磁波从所述器件引导至光电导元件，所述椭球面状反射面具有第一焦点和第二焦点，所述器件处于所述第一焦点上，所述光电导元件处于所述第二焦点上；以及
通过所述光电导元件来检测所述太赫兹电磁波。
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