JP2016176808A - テラヘルツ波顕微鏡および焦点制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察精度を高めることができるテラヘルツ波顕微鏡および焦点制御方法を提供すること。
【解決手段】テラヘルツ波顕微鏡は、支持部と、光源と、光学機構と、制御機構とを具備する。前記支持部は、観察対象を支持する。前記光源は、励起光を発生する。前記光学機構は、前記観察対象に前記励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成される。前記制御機構は、前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定するように構成され、その測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御するように構成される。
【選択図】図２

Description

本技術は、テラヘルツ電磁波を利用したテラヘルツ波顕微鏡、また、それに用いられる光学系の焦点制御方法に関する。

特許文献１に記載の半導体装置の製造システムでは、テラヘルツ電磁波（以下、単にテラヘルツ波という。）を利用して、非接触で半導体デバイスを検査する方法が用いられている。この検査方法では、検査対象である半導体デバイスに、例えば超短パルスレーザ等、励起用のパルスレーザを照射することにより発生するテラヘルツ波が、その半導体デバイスの内部の電界分布や配線欠陥の影響を受けることを利用し、半導体デバイスの欠陥を検査する（例えば特許文献１参照）。

このようなテラヘルツ波を用いた検査方法では、検査対象から発生するテラヘルツ波を高い効率で検出することが求められる。検査対象から発生するテラヘルツ波が微弱である場合や、検出素子への収束効率が低い場合には、テラヘルツ波の検出効率は低下してしまう。

そこで、特許文献２に記載のテラヘルツ波顕微鏡では、低損失なテラヘルツ集光光学系（楕円形状の反射面）の２つの焦点位置にテラヘルツ発生源（観察対象）とテラヘルツ検出器を置くことで検出素子への収束効率を高めることを実現している。

特開2006-156978号公報 特開2014-219306号公報

このようなテラヘルツ波顕微鏡では、観察対象の位置が変化して光学系の焦点から外れてしまうと、検出器におけるテラヘルツ波の強度が低下し、電磁波から電流への変換効率が低下する。そうすると、検出信号の強度低下が起こるため、検出精度、つまり観察精度が低下する。

本技術の目的は、観察精度を高めることができるテラヘルツ波顕微鏡および焦点制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術に係るテラヘルツ波顕微鏡は、支持部と、光源と、光学機構と、制御機構とを具備する。
前記支持部は、観察対象を支持する。
前記光源は、励起光を発生する。
前記光学機構は、前記観察対象に前記励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成される。
前記制御機構は、前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定するように構成され、その測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御するように構成される。
本技術では、制御機構が、光学機構の焦点を、支持部に支持された観察対象に合わせるよう構成される。したがって、光学機構によって取得されるテラヘルツ波の強度低下を防止することができるので、光学機構は適切な検出信号を得ることができる。これにより、観察精度を高めることができる。

前記光学機構は、励起光照射部と、取出部と、検出部とを有してもよい。
前記励起光照射部は、第１焦点を有し、前記観察対象に前記励起光を照射する。
前記取出部は、第２焦点および第３焦点を有し、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を取り出す。
前記検出部は、前記取出部により取り出されたテラヘルツ波を検出する。
前記制御機構は、前記第１焦点および前記第２焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、かつ、前記第３焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成されてもよい。

前記テラヘルツ波顕微鏡は、前記光源からの前記励起光からプローブ光を生成する生成部をさらに具備してもよい。
前記光学機構は、プローブ光照射部と、光学遅延部とを有してもよい。
前記プローブ光照射部は、第４焦点を有し、前記生成部により生成された前記プローブ光を前記検出部に照射する。
前記光学遅延部は、前記プローブ光の光路長を調整する。
前記制御機構は、さらに前記第３焦点および前記第４焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成されてもよい。
これにより、プローブ光を用いた同期検波によってテラヘルツ波を検出する形態の光学機構おいても、検出器で取得されるテラヘルツ波の強度低下を防止することができる。その結果、観察精度が向上する。

前記制御機構は、撮像部と、前記撮像部で撮影された前記観察対象の画像データに基づき、前記測定情報を得るように構成された処理部とを有してもよい。
これにより、制御機構は、画像処理によって、測定情報、すなわち焦点誤差を測定することができる。

前記制御機構は、前記観察対象に応じた、前記光学機構の焦点距離のオフセット値を取得する取得部を有してもよい。この場合、前記制御機構は、前記測定情報および前記取得されたオフセット値に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成されてもよい。
焦点制御において観察対象の厚さが考慮されたオフセット値が使用されることにより、観察精度を高めることができる。

観察対象を支持する支持部と、観察対象に励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成された光学機構とを備えるテラヘルツ波顕微鏡による焦点制御方法である。
前記焦点制御方法は、前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定することを含む。
前記焦点誤差の測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動が制御される。

以上、本技術によれば、テラヘルツ波顕微鏡による観察精度を高めることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

図１Ａは、本技術に係るテラヘルツ波顕微鏡の基本的な光学系を示す図である。図１Ｂは、図１Ａに光学系において、焦点ずれが発生した状態を示す。 図２は、本技術の第１の実施形態に係るテラヘルツ波顕微鏡の全体構成を示す。 図３は、テラヘルツ波顕微鏡の動作を示すフローチャートである。 図４Ａ、Ｂは、図３におけるステップ１０５および１０６の光学機構の動作を示す図である。 図５Ａは、励起光およびテラヘルツを合わせた光路長と、プローブ光の光路長を示す。図５Ｂは、図５Ａにおいて、それらの光路長の光路差が生じた状態を示す。 図６は、検出部で得られる検出信号を示す。 図７は、励起光照射部、取出部、検出部およびプローブ光照射部を含む光学系の合焦点状態を示す。 図８は、テラヘルツ波顕微鏡の第２の実施形態に係る処理を示すフローチャートである。

１．テラヘルツ波顕微鏡の原理

図１Ａは、本技術に係るテラヘルツ波顕微鏡の基本的な光学系を示す図である。テラヘルツ波顕微鏡は、観察対象Ｔをテラヘルツ波Ｗにより観察する装置である。テラヘルツ波顕微鏡は、励起光Ｌ０を発生する励起光源１１と、観察対象Ｔにその励起光Ｌ０を照射することで、観察対象Ｔから発生するテラヘルツ波Ｗを検出するように構成された光学機構１２０とを備える。

励起光源１１は、観察対象Ｔを励起する励起用のパルスレーザを発生する光源である。励起光源１１は、パルスレーザとして、例えば、2μm以下の波長および100ps以下のパルス幅を有する、超短パルスレーザが用いられる。

観察対象Ｔは、典型的には、主に半導体材料を用いた半導体デバイスであり、例えば半導体レーザや発光ダイオード等の発光デバイスである。あるいは、観察対象Ｔは、半導体材料を用いた、ＩＣ（Integrated Circuit）やその他のデバイスであってもよい。観察対象Ｔが電子部品である場合、それらの電子部品は、実装基板に実装された電子部品である場合が多い。図１Ａ、Ｂではその実装基板は図示されていない。観察対象Ｔはここでは図示しない支持部によって支持される。

光学機構１２０は、励起光照射部２２、取出部２４および検出部２６を備える。励起光照射部２２は、観察対象Ｔに励起光Ｌ０を集光する機能を有する。

取出部２４は、励起光照射部２２との間に観察対象Ｔを挟むように配置されている。主に半導体材料を含む観察対象Ｔにパルスレーザが照射されると、観察対象Ｔから、例えば10¹⁰(Hz)以上10¹⁴(Hz)以下の周波数を有するテラヘルツ波Ｗが発生する。取出部２４は、観察対象Ｔから発生するテラヘルツ波Ｗを取り出して後段の検出部２６に集束させる機能を有する。

励起光照射部２２および取出部２４は、主に１つまたは複数のレンズを含む集光光学系によりそれぞれ構成される。例えば取出部２４としては、誘電体レンズが用いられる。

検出部２６は、取出部２４により取り出されたテラヘルツ波を受け、それを電気信号に変換する機能を有する。検出部２６は、典型的には光伝導素子を含む。光伝導素子は、光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photoconductive Antenna）とも呼ばれ、テラヘルツ波を検出することが可能な構造を有する。その構造は公知のものでよく、例えば特開2014-219306で開示された光伝導素子が好適である。

光学機構１２０は、第１焦点Ｆ１、第２焦点Ｆ２、および第３焦点Ｆ３を有する。具体的には、励起光照射部２２は、観察対象Ｔ側に配置された第１焦点Ｆ１を有する。取出部２４は、観察対象Ｔ側に配置された第２焦点Ｆ２と、検出部２６側に配置された第３焦点Ｆ３を有する。第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２が観察対象Ｔの位置にあり、かつ、第３焦点Ｆ３が検出部２６の位置にある時、検出部２６で検出される検出信号の強度が最も高くなり、つまり高SN比の信号が得られるため、高精度な観察を行うことができる。

このように構成されたテラヘルツ波顕微鏡において、図１Ｂの白矢印（変位量Ｄ）に示すように、焦点（第１焦点Ｆ１）が観察対象Ｔの位置からずれた場合、次のような問題が発生する。すなわち、第１焦点Ｆ１が観察対象Ｔの位置から外れると、観察対象に照射される光量が不十分となり、観察対象Ｔの位置での励起光Ｌ０のエネルギー密度が低下し、観察対象Ｔからのテラヘルツ波Ｗの放射量が低下する。

例えば、雰囲気温度の経時変化による実装基板の変形によって、観察対象Ｔの位置が変動し焦点から外れる場合がある。あるいは、基板が、フレキシブル基板であったり、または、曲面等、非平面の実装面を有する等、３次元の実装面を有する基板である場合、焦点ずれが起こりやすい。あるいは、１つの実装基板に観察対象Ｔが複数設けられる場合、観察対象Ｔごとに焦点が変わる場合もある。

観察対象Ｔの位置変化（つまり焦点ずれ）は、すなわち、観察対象Ｔからのテラヘルツ波の発生位置の変化を意味する。したがって、取出部２４によるテラヘルツ波の検出部２６への放射量が不十分になり、検出部２６におけるテラヘルツ波の強度が低下するため、テラヘルツ波から電流への変換効率が低下する。

以上述べたテラヘルツ波の放射量の低下と、テラヘルツ波から電流への変換効率の低下とが、相乗効果で、検出部２６による検出信号の強度低下を引き起こす。

２．第１の実施形態

１）テラヘルツ波顕微鏡の構成

図２は、本技術の第１の実施形態に係るテラヘルツ波顕微鏡の全体構成を示す。なお、これ以降の説明では、図１Ａで示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

テラヘルツ波顕微鏡１００の光学系は、励起光源１１、変調器１３、ハーフミラー１２、１４、光学機構２０、および反射ミラー１６、１７、１８、１９を備える。光学機構２０は、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８、および光学遅延部２３を主に有する。

ハーフミラー１２は、励起光源１１から発せられたパルスレーザの一部を反射し、その反射光を変調器１３に導く機能を有する。変調器１３は、ハーフミラー１２からの反射光の強度を変調する機能を有する。変調器１３としては、例えば光チョッパ等が用いられる。ハーフミラー１４は、変調器１３から出力された変調されたパルスレーザを反射し、その反射光を励起光照射部２２に導く機能を有する。

励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６は、図１Ａで示したものと同様の構成を有する。プローブ光照射部２８は、プローブ光Ｌ１を観察対象Ｔに照射する機能を有する。プローブ光Ｌ１は、上記ハーフミラー１２を透過するパルスレーザの一部である。この場合、ハーフミラー１２は、プローブ光Ｌ１を生成する「生成部」として機能する。ハーフミラー１２を透過したパルスレーザは、適切な位置にそれぞれ配置された反射ミラー１６〜１９、また、光学遅延部２３を介して、プローブ光照射部２８に導かれる。

プローブ光照射部２８は、検出部２６側に配置された第４焦点Ｆ４を有する。観察対象Ｔの観察時には、プローブ光照射部２８は、第４焦点Ｆ４が検出部２６の位置に配置された状態が維持される。

光学遅延部２３は、例えば２つの反射ミラー２３１、２３２と、これら移動可能に支持する遅延ステージ２３Ａとを有する。反射ミラー２３１、２３２により、例えばリトロリフレクタが構成される。

このように構成された光学遅延部２３は、遅延ステージ２３Ａが、光の進行方向（図２においてｚ方向）に移動することにより、プローブ光照射部２８へ入射するプローブ光Ｌ１の光路長を変化させることができる。パルスレーザの、検出部２６への到達時刻もその光路長に応じて変わるので、その結果、光学遅延部２３は、所定のタイミングでプローブ光Ｌ１（サンプリングパルスレーザ）を出力することが可能となる。光学遅延部２３によって、そのプローブ光Ｌ１の出力タイミングが制御されることにより、検出部２６によるテラヘルツ波の検出タイミングが制御される。この結果、検出部２６は、テラヘルツ波の電界強度の時間波形を取得することが可能となる（図６参照）。

光学機構２０は、励起光照射部２２を光軸方向（つまりｚ方向）に移動させるステージ２２Ａを備える。同様に、光学機構２０は、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８を光軸方向にそれぞれ移動させるステージ２４Ａ、２６Ａ、２８Ａを備える。

また、テラヘルツ波顕微鏡１００は、観察対象Ｔを支持する支持部４０、制御部１０、カメラ１５（撮像部）、各ステージコントローラ３２、３４、３６、３８、支持部コントローラ３５、遅延ステージコントローラ３３、プリアンプ３７、ロックインアンプ３９を備える。

支持部４０は、観察対象Ｔが実装された実装基板Ｓ等を支持するように構成され、また、この実装基板Ｓを２次元内で移動させるように構成されている。その２次元とは、実装基板Ｓの平面であるｘ−ｙ面である。支持部コントローラ３５は、この支持部４０の移動を制御する機能を有する。

制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のハードウェアを備えたコンピュータで構成される。制御部１０は、カメラ１５、各ステージコントローラ３２、３４、３６、３８、支持部コントローラ３５、遅延ステージコントローラ３３、プリアンプ３７、およびロックインアンプ３９を統括的に制御する機能を有する。また、制御部１０は、検出部２６で得られた信号を取得し、その信号に基づき、観察対象Ｔの観察結果を出力する機能を有する。

カメラ１５は、観察対象Ｔの画像光を取得し、その画像データを制御部１０に送るように構成されている。励起光源１１とは別の図示しない照明光学系が設けられ、その照明光の観察対象Ｔからの反射光を、カメラ１５が画像光として取得する。図示しない照明光学系の光源は、例えば、観察対象Ｔの近傍、または励起光照射部２２の近傍に設けられたリング状の形状を有するように構成されるが、もちろんそれらとは別の位置から照明光を発生する構成であってもよい。その観察対象Ｔからの反射光は、励起光照射部２２およびハーフミラー１４を介して、カメラ１５に入射する。すなわち、カメラ１５は、励起光の観察対象Ｔへの照射状態を観察することができる。

あるいは、別途の照明光学系が用いられる形態に限られず、励起光源１１が照明光学系の光源として用いられてもよい。この場合、カメラ１５が取得する画像光は、励起光Ｌ０によって観察対象Ｔで反射し散乱する光である。

各ステージコントローラ３２、３４、３６、３８は、制御部１０による制御にしたがって、各ステージ２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、２８Ａのｚ方向の移動を制御する機能を有する。支持部コントローラ３５は、制御部１０による制御にしたがって、支持部４０のｘ−ｙ平面内の移動を制御する機能を有する。遅延ステージコントローラ３３は、制御部１０による制御にしたがって、光学遅延部２３の遅延ステージ２３Ａのｚ方向の移動を制御する機能を有する。

プリアンプ３７は、検出部２６から出力される検出信号を増幅する機能を有する。ロックインアンプ３９は、その増幅された信号に基づく同期検波によって、テラヘルツ波の所望のタイミングにおける強度に比例した信号を取得する機能を有する。ロックインアンプ３９で得られた信号は制御部１０へ送られる。

２）テラヘルツ波顕微鏡の動作

図３は、テラヘルツ波顕微鏡１００の動作を示すフローチャートである。説明の便宜的上、この動作の主体を制御部１０として説明する。

テラヘルツ波顕微鏡１００の初期設定として、制御部１０は、処理対象となる観察対象Ｔを実装した実装基板Ｓに関するデータを取得する。具体的には、制御部１０は、実装基板Ｓ上のｘ−ｙ面内における観察対象Ｔの座標データを少なくとも取得する（ステップ１０１）。実装基板Ｓ上に複数の観察対象Ｔが実装されている場合、制御部１０は、観察対象Ｔごとに座標データを取得する。

実装基板Ｓが支持部４０に支持される。支持部コントローラ３５は、制御部１０による観察対象Ｔの座標データに基づく制御にしたがって、支持部４０を移動させる（ステップ１０２）。具体的には、支持部コントローラ３５は、光学機構２０の光軸（ここでは、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６およびプローブ光照射部２８の共通のｚ方向の光軸）が観察対象Ｔを通るように、支持部４０をｘ−ｙ平面内で移動させる。

制御部１０は、励起光源１１からパルスレーザを発生させ、観察対象Ｔにパルスレーザが照射される（ステップ１０３）。一方、カメラ１５は、観察対象Ｔから反射する画像光を、励起光照射部２２を介して取得し、制御部１０はその画像データを取得する（ステップ１０４）。

制御部１０は、その画像データに基づき、光学機構２０による観察対象Ｔの位置の焦点誤差を測定し、測定情報を得る（ステップ１０５）。制御部１０は、その測定情報（焦点誤差）に基づき、支持部４０に対する光学機構２０の移動を制御する（ステップ１０６）。なお、制御部が焦点誤差を測定する代わりに、カメラに内蔵された演算部が、焦点誤差を測定してもよい。この場合、制御部や演算部は、「処理部」として機能する。

このようなステップ１０５および１０６の処理では、制御部１０、各ステージコントローラステージコントローラ３２、３４、３６、３８、支持部コントローラ３５、および遅延ステージコントローラ３３は、「制御機構」として機能する。

図４Ａ、Ｂは、ステップ１０５および１０６の光学機構２０の動作を示す図である。

ステップ１０５では、制御部１０は、具体的に次のような処理を実行する。制御部１０は、励起光照射部２２の第１焦点Ｆ１の、観察対象Ｔの位置からの変位量Ｄ（図１Ｂ参照）である焦点誤差を測定し、その測定情報を得る。焦点誤差は、例えば位相差法やコントラスト法等の公知の方法によって得られる。

ステップ１０６では、制御部１０は、その測定情報に基づき、第１焦点Ｆ１を観察対象Ｔの位置に合わせるように、ステージコントローラ３２の光軸方向（ｚ方向）の移動を制御する。具体的には、制御部１０は、その焦点誤差が実質的にゼロとなるような移動量情報を、ステージコントローラ３２に出力し、ステージコントローラ３２はその移動量情報にしたがい励起光照射部２２を駆動する。

また、ステップ１０６では、制御部１０は、上記同様にその焦点誤差の測定情報（変位量Ｄ）に基づき、ステージコントローラ３４、３６、３８の移動をそれぞれ制御する。具体的には、制御部１０は、その焦点誤差が実質的にゼロとなるような移動量情報を、ステージコントローラ３４、３６、３８に出力する。そして、それらステージコントローラ３４、３６、３８は、その移動量情報にしたがい、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８をそれぞれ駆動する。

図４Ａを参照して、上記のように、各ステージコントローラ３２、３４、３６、３８は、変位量Ｄの分、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６、およびプローブ光照射部２８を移動させる。これにより、第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２が観察対象Ｔの位置に合わせられ、第３焦点Ｆ３および第４焦点Ｆ４が検出部２６の位置に合わせられる。すなわち、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８が一体的に、変位量Ｄの分移動する。

ここで、図４Ａに示した状態では、観察位相のずれが発生しているため、このままでは最適な状態とは言えない。図６は、検出部２６で得られる検出信号を示す。横軸は時間、縦軸は電界強度を示す。最適なサンプリングのタイミングＴｐでは、最大の電界強度を得ることができる。しかし、観察位相がずれる、つまりサンプリングタイミングがＴｐからＴｐ'にずれることにより、電界強度である検出信号は、その分低下する。

具体的には、図５Ａに示すように、観察位相は、励起光Ｌ０（図２参照）とテラヘルツ波Ｗを合わせた光路ＯＰ１の光路長と、プローブ光Ｌ１（図２参照）の光路ＯＰ２の光路長の光路差によって決定される。それぞれの光路長を、上記図４Ａにおける各ステージ２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、２８Ａの一体的な移動の前後で比較する。そうすると、図５Ｂに示すように、光路ＯＰ１の光路長が変位量Ｄの分長くなり、一方、光路ＯＰ２の光路長がＤ分短くなるので、光路差が新たに２Ｄ発生し、観察位相にずれが発生する。

この観察位相のずれを無くすには、光路ＯＰ２を２Ｄ分長くすればよい。そこで、図４Ｂに示すように、制御部１０は、観察位相のずれ、すなわち上記光路差２Ｄが実質的にゼロとなるような移動量情報を、遅延ステージコントローラ３３に出力する。遅延ステージコントローラ３３は、その移動量情報にしたがって遅延ステージ２３Ａを駆動する。本実施形態に係る光学遅延部２３は、リトロリフレクタのような折り返し型の光路を有するので、遅延ステージコントローラ３３は、遅延ステージ２３Ａを変位量Ｄ分移動させる。

以上のように、本実施形態に係るテラヘルツ波顕微鏡１００は、カメラ１５および励起光照射部２２によって得られる観察対象Ｔの画像光について、合焦点のためのフィードバック制御を実行するものである。

観察対象Ｔで欠陥等が発生している場合とそうでない場合とで、検出部２６で得られる信号（図６参照）が異なる。したがって、制御部１０は、例えば閾値判定や、信号のパターンマッチング判定によって、欠陥の有無を検出することができる。

図７は、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６およびプローブ光照射部２８を含む光学系の実際の合焦点状態を示す。このように、励起光照射部２２の第１焦点Ｆ１と、取出部２４の第２焦点Ｆ２とが、観察対象Ｔの位置で一致している。また、取出部２４の第３焦点Ｆ３と、プローブ光照射部２８の第４焦点Ｆ４とが、検出部２６の位置で一致している。

以上、本実施形態では、観察対象Ｔの位置が所期の位置から変動したとしても、光学機構２０の焦点が支持部４０に支持された観察対象Ｔに合わせられる。したがって、テラヘルツ波顕微鏡１００は、検出部２６によって取得されるテラヘルツ波の強度低下を防止することができ、検出部２６は適切な検出信号を得ることができる。これにより、観察精度を高めることができる。

すなわち、取出部２４によるテラヘルツ波の検出部２６の集束が最適となり、かつ、検出部２６におけるテラヘルツ波の強度が最適となるため、テラヘルツ波から電流への変換効率が最適となる。これにより、検出部２６はSN比の高い信号を得ることができ、観察精度を高めることができる。

特に、本実施形態では、観察位相のずれに対応する光路差を無くすように、光学遅延部２３が駆動されるので、より高精度な検出信号を得ることができる。

実装基板Ｓ上に複数の観察対象Ｔがある場合、観察対象Ｔごとに、制御部１０は、図３に示したフローを実行する。例えば、非平面の実装面を有する実装基板上に実装された複数の観察対象を観察する場合、同じ種類の観察対象であっても、観察対象ごとに焦点位置が異なるので、本技術はこれに対処できる有利な技術である。

２．第２の実施形態

上記第１の実施形態において、カメラ１５は、観察対象Ｔの表面で反射した光を画像光として取得する。図７に示したように、合焦点状態では、励起光照射部２２の第１焦点Ｆ１は、観察対象Ｔの表面ではなく、その内部で第２焦点Ｆ２と一致することが多い。したがって、カメラ１５および励起光照射部２２を含む光学系の焦点が、励起光照射部２２および取出部２４を含む光学系の焦点（第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２）と一致しない場合がある。

かかる事態を回避するため、本技術の第２の実施形態に係るテラヘルツ波顕微鏡１００の制御部１０は、例えば光学機構２０の焦点距離のオフセット値を取得する。この場合、制御部１０は「取得部」として機能する。そして制御部１０は、焦点誤差にそのオフセット値を加えて得られる演算値に基づき、焦点制御を実行するように構成される。

図８は、その処理を示すフローチャートである。図８において、図３と異なる処理は、ステップ２０１、２０６である。

ステップ２０１では、制御部１０は、観察対象Ｔの厚さデータ（図７に示す「Ｅ１」）を取得する。ステップ２０６では、制御部１０は、測定された焦点誤差である測定情報と、その厚さデータとに基づき、光学機構２０の移動を制御する。例えば観察対象Ｔの、光軸方向における実質的に中心に、第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２がある状態を合焦点状態とする場合、上記オフセット値は、観察対象Ｔの厚さＥ１の１／２として計算される。すなわち焦点誤差にオフセット値であるＥ１／２を加えた（あるいは引いた）値が、実際の焦点誤差となる。

以上のように、本実施形態では、観察対象Ｔの厚さが考慮されたオフセット値が使用されることにより、観察対象Ｔに応じて適切な合焦点状態を得ることができ、観察精度を高めることができる。

なお、実装基板Ｓ上に複数の観察対象Ｔが設けられる場合、制御部１０は、観察対象Ｔごと、または観察対象Ｔの種類ごとの厚さデータを取得すればよい。

オフセット値は、観察対象Ｔの厚さＥ１の１／２である形態に限られない。例えば、観察対象Ｔの種類（ここでは、材料、構造、および／または形状等）に応じてオフセット値が異なっていてもよい。
［他の種々の実施形態］

本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

上記実施形態では、ｚ方向で固定の観察対象Ｔに対して、光学機構２０がｚ方向に移動して焦点制御が行われた。しかし、光学機構２０（ここでは、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８および光学遅延部２３を含む機構）がｚ方向で固定であり、観察対象Ｔを支持する支持部４０が、制御部１０の制御にしたがってｚ方向に移動する構成であってもよい。

上記実施形態では、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８および光学遅延部２３には、個別にステージ２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、２８Ａがそれぞれ設けられ、それらステージが個別に移動するように構成されていた（移動量（変位量Ｄ）は同じである）。しかし、これら５つの要素のうち少なくとも２つが、１つの共通のステージにより移動するように構成されていてもよい。例えば、取出部２４、検出部２６およびプローブ光照射部２８が、１つの共通のステージに一体的に取り付けられていてもよい。この場合、第３焦点Ｆ３および第４焦点Ｆ４が検出部２６の位置に合致するように、これらの要素がその共通ステージに取り付けられる。あるいは、取出部２４、検出部２６、プローブ光照射部２８および光学遅延部２３が、１つの共通のステージに一体的に取り付けられていてもよい。

上記実施形態では、励起光照射部２２、取出部２４、検出部２６およびプローブ光照射部２８は、ｚ方向に一直線上に配置されていた。しかし、励起光照射部２２からプローブ光照射部２８までの間にミラー等が配置され、その光路が１回以上折られるように構成されていてもよい。

上記実施形態では、焦点誤差の測定情報を得る手段としてカメラ１５が用いられた。しかし、距離計が用いられてもよい。距離計としては、例えばレーザ距離計が用いられる。例えば光学機構２０に対する観察対象Ｔの基準位置が予め定められ、距離計は、その基準位置からの観察対象Ｔの位置ずれ（図２においてｚ方向のずれ）を測定するように構成される。制御部１０は、その測定情報を焦点誤差として使用する。

本技術は、上記図１で示したように、図２で示した光学遅延部２３を備えていないテラヘルツ波顕微鏡にも適用可能である。この場合、検出部２６で検出信号を得るために、サンプリングパルスレーザに代わるゲート信号を発生するデバイスが、光学遅延部２３の代わりに設けられる。

上記実施形態では、観察対象Ｔとして半導体材料を含む部品を例に挙げたが、生体（例えば生体組織や細胞等）を観察対象としてもよい。この場合、光源からの照射光学系としては、上記励起光源１１と、半導体材料を含むデバイスとを含む。そして、検出部２６は、半導体材料から発生するテラヘルツ波が、生体に照射され、生体から反射または透過したテラヘルツ波を検出する。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
観察対象を支持する支持部と、
励起光を発生する光源と、
前記観察対象に前記励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成された光学機構と、
前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定するように構成され、その測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御するように構成された制御機構と
を具備するテラヘルツ波顕微鏡。
（２）
前記（１）に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
前記光学機構は、
第１焦点を有し、前記観察対象に前記励起光を照射する励起光照射部と、
第２焦点および第３焦点を有し、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を取り出す取出部と、
前記取出部により取り出されたテラヘルツ波を検出する検出部と
を有し、
前記制御機構は、前記第１焦点および前記第２焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、かつ、前記第３焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
テラヘルツ波顕微鏡。
（３）
前記（２）に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
前記光源からの前記励起光からプローブ光を生成する生成部をさらに具備し、
前記光学機構は、
第４焦点を有し、前記生成部により生成された前記プローブ光を前記検出部に照射するプローブ光照射部と、
前記プローブ光の光路長を調整する光学遅延部と
を有し、
前記制御機構は、さらに前記第３焦点および前記第４焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
テラヘルツ波顕微鏡。
（４）
前記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
前記制御機構は、
撮像部と、
前記撮像部で撮影された前記観察対象の画像データに基づき、前記測定情報を得るように構成された処理部と
を有する
テラヘルツ波顕微鏡。
（５）
前記（１）から（４）のうちいずれか１項に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
前記制御機構は、前記観察対象に応じた、前記光学機構の焦点距離のオフセット値を取得する取得部を有し、前記測定情報および前記取得されたオフセット値に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
テラヘルツ波顕微鏡。
（６）
観察対象を支持する支持部と、観察対象に励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成された光学機構とを備えるテラヘルツ波顕微鏡による焦点制御方法であって、
前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定し、
前記焦点誤差の測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御する
焦点制御方法。

Ｌ０…励起光
Ｌ１…プローブ光
Ｆ１…第１焦点
Ｆ２…第２焦点
Ｆ３…第３焦点
Ｆ４…第４焦点
１０…制御部
１１…励起光源
１５…カメラ
２０、１２０…光学機構
２２…励起光照射部
２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、２８Ａ…ステージ
２３…光学遅延部
２３Ａ…遅延ステージ
２４…取出部
２６…検出部
２８…プローブ光照射部
３２、３４、３６、３８…ステージコントローラ
３３…遅延ステージコントローラ
３５…支持部コントローラ
４０…支持部
１００…テラヘルツ波顕微鏡

Claims (6)

1. 観察対象を支持する支持部と、
   励起光を発生する光源と、
   前記観察対象に前記励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成された光学機構と、
   前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定するように構成され、その測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御するように構成された制御機構と
   を具備するテラヘルツ波顕微鏡。
2. 請求項１に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
   前記光学機構は、
   第１焦点を有し、前記観察対象に前記励起光を照射する励起光照射部と、
   第２焦点および第３焦点を有し、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を取り出す取出部と、
   前記取出部により取り出されたテラヘルツ波を検出する検出部と
   を有し、
   前記制御機構は、前記第１焦点および前記第２焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、かつ、前記第３焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
   テラヘルツ波顕微鏡。
3. 請求項２に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
   前記光源からの前記励起光からプローブ光を生成する生成部をさらに具備し、
   前記光学機構は、
   第４焦点を有し、前記生成部により生成された前記プローブ光を前記検出部に照射するプローブ光照射部と、
   前記プローブ光の光路長を調整する光学遅延部と
   を有し、
   前記制御機構は、さらに前記第３焦点および前記第４焦点を前記検出部の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
   テラヘルツ波顕微鏡。
4. 請求項１に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
   前記制御機構は、
   撮像部と、
   前記撮像部で撮影された前記観察対象の画像データに基づき、前記測定情報を得るように構成された処理部と
   を有する
   テラヘルツ波顕微鏡。
5. 請求項１に記載のテラヘルツ波顕微鏡であって、
   前記制御機構は、前記観察対象に応じた、前記光学機構の焦点距離のオフセット値を取得する取得部を有し、前記測定情報および前記取得されたオフセット値に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記相対移動の制御を実行するように構成される
   テラヘルツ波顕微鏡。
6. 観察対象を支持する支持部と、観察対象に励起光を照射することで、前記観察対象から発生するテラヘルツ波を検出するように構成された光学機構とを備えるテラヘルツ波顕微鏡による焦点制御方法であって、
   前記支持部に支持された前記観察対象の焦点誤差を測定し、
   前記焦点誤差の測定情報に基づき、前記光学機構の焦点を前記観察対象の位置に合わせるように、前記支持部および前記光学機構の相対移動を制御する
   焦点制御方法。

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