JP2017067613A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＨｚ−ＴＤＳを短時間でかつ精度良く行う技術を提供する。
【解決手段】テラヘルツ波検出器４は、第２レーザ光Ｌ２が入射したときに、第１レーザ光Ｌ１を受光した試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度を検出する。遅延ステージ３１は、第２レーザ光Ｌ２に時間遅延を与える。ロックインアンプ５は、テラヘルツ波検出器４が生成した検出信号を増幅する。ＡＤコンバーター５１は、遅延ステージ制御部３５から送られるトリガーパルス信号に基づき、遅延ステージ３１が規定の位置を通過する毎に、ロックインアンプ５で増幅された検出信号を取得し、制御部６に渡す。時定数設定部６０は、指定された遅延ステージ３１の速度Ｖ１に対応する時定数τを、時定数・速度テーブルＤＴ１から取得し、その時定数τをロックインアンプ５に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、テラヘルツ時間領域分光法によって試料を検査する技術に関する。

特許文献１，２には、半導体デバイスを検査する装置が開示されている。具体的には、フェムト秒レーザを照射して発生したテラヘルツ波をテラヘルツ波時間領域分光法（Terahertz-Time Domain Spectroscopy：ＴＨｚ−ＴＤＳ）で計測することで、半導体デバイスの欠陥検出または半導体デバイスの性能評価などの検査を行う技術が開示されている。

ＴＨｚ−ＴＤＳでは、パルス状のフェムト秒レーザから出射されたレーザ光が、ビームスプリッターでポンプ光とプローブ光に分割される。そして、ポンプ光を試料に照射してテラヘルツ波を発生させ、当該テラヘルツ波がテラヘルツ波検出器で検出される。テラヘルツ波検出器は、例えば光伝導アンテナで構成されており、プローブ光が照射されたときに、テラヘルツ波の電界強度を検出する。このプローブ光に時間遅延を与えることで、テラヘルツ波検出器において、テラヘルツ波の電界強度が異なる位相で検出される。また、テラヘルツ波検出器が出力する検出信号は、ロックインアンプで増幅される。そして、取り込まれた位相毎のテラヘルツ波の電界強度から、テラヘルツ波の時間波形が復元される。

ここで、プローブ光に時間遅延を与える具体的構成として、プローブ光を反射させるミラーを備えた遅延ステージが、プローブ光の光路上に設けられる。当該遅延ステージをプローブ光の光路に沿って移動させることで、プローブ光の光路長を変更させる。これによって、プローブ光がテラヘルツ波検出器に到達するまでにかかる時間を変更することができる。

ここで、遅延ステージの送り方式として、電界強度を取得したい位相に対応した規定の位置に移動する毎に遅延ステージを停止させて、テラヘルツ波の電界強度を検出する「ステップ送り」を採用することが考えられる。この場合、テラヘルツ波測定の精度が高いメリットがある。しかしながら、遅延ステージの移動と停止を複数回繰り返すため、テラヘルツ波の時間波形復元に時間がかかってしまう。そこで、他の送り方式として、遅延ステージを停止させずに、遅延ステージが規定の位置を通過する度にテラヘルツ波の電界強度を検出する「高速送り」を採用することも考えられる。この場合、遅延ステージを停止させることなく一定速度で移動させるため、ステップ送りの場合に比べてテラヘルツ波の計測時間を大幅に短縮できる。

特開２０１３−６１２１９号公報 特開２０１３−１９８６１号公報

しかしながら、高速送りを採用した場合、ロックインアンプの時定数および遅延ステージの速度の設定値が不適切な場合、シグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が悪化したり、あるいは、位相ずれが発生するなど、適切な測定が困難となる場合があった。このため、遅延ステージの速度を高めたい場合には、ロックインアンプの時定数を一意に決定することができず、試行錯誤により設定する必要があった。このため、作業が煩雑となっていた。

そこで、本発明は、ＴＨｚ−ＴＤＳを短時間でかつ精度良く行う技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、パルス状のレーザ光の照射に応じてテラヘルツ波を放射する試料を検査する検査装置であって、パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割部と、前記第２レーザ光が入射したときに、前記第１レーザ光を受光した前記試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度を検出するテラヘルツ波検出器と、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射する反射ミラーを有する遅延ステージと、前記遅延ステージを前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って往復移動させる遅延ステージ駆動部とを有し、前記遅延ステージを駆動することで前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延機構と、前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号を増幅するロックインアンプと、前記遅延ステージが規定の位置を通過する毎に、前記ロックインアンプで増幅された前記検出信号を取得するデータ取得部と、前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージ駆動部によって移動する前記遅延ステージの速度とが対応付けして記録されている時定数・速度テーブルと、前記遅延ステージの速度を指定する操作を受け付ける操作部と、前記遅延ステージが前記操作部で指定された速度で移動するように、前記遅延ステージ駆動部を制御する遅延ステージ駆動制御部と、前記時定数・速度テーブルに基づき、前記ロックインアンプの時定数を、前記遅延ステージの前記指定された速度に対応する値に設定する時定数設定部とを備える。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置であって、前記操作部が、前記遅延ステージの速度について、互いに異なる複数の速度の中から選択する選択操作を受け付け、前記遅延ステージ駆動制御部が、前記操作部を介して選択された速度で前記遅延ステージを移動させる。

また、第３の態様は、パルス状のレーザ光の照射に応じてテラヘルツ波を放射する試料を検査する検査方法であって、(a)レーザ光源から出射されたパルス状のレーザ光を光分割部で第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割工程と、(b)前記第１レーザ光を試料に照射する照射工程と、(c)前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射するミラーを有する遅延ステージを、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って移動させることで、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延ステージ移動工程と、(d)前記第２レーザ光が入射したときに、前記第１レーザ光を受光した前記試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度をテラヘルツ波検出器で検出する工程と、(e)前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号をロックインアンプで増幅する増幅工程と、(f)前記遅延ステージ移動工程における前記遅延ステージの速度を、指定された指定速度に設定する速度設定工程と、(g)前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージの速度とを対応付けした時定数・速度テーブルに基づき、前前記ロックインアンプの時定数を、前記指定速度に対応する値に設定する時定数設定工程とを含む。

また、第４の態様は、第３の態様に係る検査方法であって、(A)前記遅延ステージを規定の各位置で固定して、前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって参照用時間波形を復元する参照用時間波形復元工程と、(B)前記ロックインアンプの前記時定数を第１時定数に設定し、かつ、前記遅延ステージの速度を第１速度で移動させて、前記遅延ステージが複数の規定の位置を通過する毎に前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって、前記試料から放射される前記テラヘルツ波の第１時間波形を復元する第１時間波形復元工程と、(C)前記第１時間波形及び前記参照用時間波形の位相差を計測することによって、位相ずれが起きているか否かを判定する第１判定工程と、(D)前記第１判定工程にて、位相ずれが起きていないと判定された場合、前記第１時定数及び前記第１速度を時定数・速度テーブルに記録する記録工程と、(E)前記第１判定工程にて、位相ずれが起きていると判定された場合、前記時定数を前記第１時定数よりも小さい第２時定数に設定し、かつ、前記遅延ステージの速度を前記第１速度で移動させて、前記遅延ステージが複数の規定の位置を通過する毎に前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって、前記試料から放射される前記テラヘルツ波の第２時間波形を復元する第２時間波形復元工程と、(F)前記第２時間波形と前記参照用時間波形の位相差を計測することによって、位相ずれが起きているか否かを判定する第２判定工程とを含む。

また、第５の態様は、第４の態様に係る検査方法であって、前記第１判定工程において、前記参照用時間波形及び前記第１時間波形における、最大ピークまたは最小ピークについて前記位相差が計測される。

また、第６の態様は、テラヘルツ波を照射することによって、試料を検査する検査装置であって、パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割部と、前記第１レーザ光の受光に応じて、試料に照射されるテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波放射体と、前記第２レーザ光が入射したときに、前記試料を透過または反射した前記テラヘルツ波の電界強度を検出するテラヘルツ波検出器と、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射する反射ミラーを有する遅延ステージと、前記遅延ステージを前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って往復移動させる遅延ステージ駆動部とを有し、前記遅延ステージを駆動することで前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延機構と、前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号を増幅するロックインアンプと、前記遅延ステージが規定の位置を通過する毎に、前記ロックインアンプで増幅された前記検出信号を取得するデータ取得部と、前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージ駆動部によって移動する前記遅延ステージの速度とが対応付けして記録されている時定数・速度テーブルと、前記遅延ステージの速度を指定する操作を受け付ける操作部と、前記遅延ステージが前記操作部で指定された速度で移動するように、前記遅延ステージ駆動部を制御する遅延ステージ駆動制御部と、前記時定数・速度テーブルに基づき、前記ロックインアンプの時定数を、前記遅延ステージの前記指定された速度に対応する値に設定する時定数設定部とを備える。

第１の態様に係る検査装置によると、予め定められた時定数・速度テーブルに基づいて、指定された遅延ステージの速度に対応するロックインアンプの時定数を決定することができる。したがって、ＴＨｚ−ＴＤＳを行う際に、遅延ステージを停止させない高速送りを採用した場合でも、測定精度の低下を抑制しつつ測定時間の短縮を図ることができる。

第２の態様に係る検査装置によると、複数の速度の中から選択することで、遅延ステージの速度の指定と、ロックインアンプの時定数の設定を容易に行うことができる。

第３の態様に係る検査方法によると、予め定められた時定数・速度テーブルに基づいて、指定された遅延ステージの速度に対応するロックインアンプの時定数を決定することができる。したがって、ＴＨｚ−ＴＤＳを行う際に、遅延ステージを停止させない高速送りを採用した場合でも、測定精度の低下を抑制しつつ測定時間の短縮を図ることができる。

第４の態様に係る検査方法よると、時定数・速度テーブルを生成する際に、ロックインアンプの時定数を大きい値から順に小さくしていって、遅延ステージの速度毎に位相ずれの起きない時定数を決定できる。これによって、時定数・速度テーブルにおいて、時定数が必要以上に小さい値に決定されることを抑制できるため、テラヘルツ波の電界強度のＳ／Ｎ比が低下することを効果的に抑制できる。

第５の態様に係る検査方法によると、テラヘルツ波の時間波形において、比較的特定が容易な最大ピーク及び最小ピークの位相に基づいて位相差を取得する、位相ずれの判定を正確に行うことができる。

第６の態様に係る検査装置によると、予め定められた時定数・速度テーブルに基づいて、指定された遅延ステージの速度に対応するロックインアンプの時定数を決定することができる。したがって、ＴＨｚ−ＴＤＳを行う際に、遅延ステージを停止させない高速送りを採用した場合にも、測定精度の低下を抑制しつつ測定時間の短縮を図ることができる。

実施形態に係る検査装置を示す概略構成図である。 実施形態に係る制御部と、検査装置の各要素との接続関係を示す概略図である。 ステップ送り方式を説明するための図である。 高速送り方式を説明するための図である。 遅延ステージの速度が４０μｍ／ｓの高速送りで測定されたテラヘルツ波の時間波形を示す図である。 遅延ステージの速度が２５０μｍ／ｓの高速送りで測定されたテラヘルツ波の時間波形を示す図である。 時定数・速度テーブルの生成処理を示す流れ図である。 高速送りにより得た時間波形及びステップ送りにより得た時間波形を示す図である。 図７に示す生成処理によって生成された時定数・速度テーブルの一例を示す図である。 検査装置にて実行される検査処理を示す流れ図である。 変形例に係る検査装置を示す概略構成図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

＜１． 実施形態＞
図１は、実施形態に係る検査装置１００を示す概略構成図である。図２は、実施形態に係る制御部６と、検査装置１００の各要素との接続関係を示す概略図である。

検査装置１００は、パルス状の第１レーザ光Ｌ１を受光することでテラヘルツ波（周波数が０．１ＴＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波）を放射する試料９（テラヘルツ波放射体）を検査する。より具体的には、検査装置１００は、試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を、ＴＨｚ−ＴＤＳで復元することで、試料９の特性を検査する。

試料９には、半導体デバイス及びフォトデバイスが含まれる。本願においては、半導体デバイスとは、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの半導体で形成されたトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサ、ワイドギャップ半導体を用いたパワーデバイスなどの電子デバイスをいう。また、フォトデバイスとは、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤ、レーザなど、半導体の光電効果を利用する電子デバイスをいう。

検査装置１００は、フェムト秒レーザ１、ビームスプリッター２、遅延機構３、テラヘルツ波検出器４、ロックインアンプ５、制御部６及び保持台８を備えている。

＜フェムト秒レーザ１＞
フェムト秒レーザ１は、パルス状のレーザ光ＬＢ１を出射するレーザ光源である。レーザ光ＬＢ１は、例えば、波長が３６０ｎｍ以上１μｍ以下の可視光領域の光であり、具体的には、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光である。もちろん、レーザ光ＬＢ１は、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光領域）の光であってもよい。

＜ビームスプリッター２＞
ビームスプリッター２は、フェムト秒レーザ１から出射されたレーザ光ＬＢ１を、第１レーザ光Ｌ１と、第２レーザ光Ｌ２とに分割する光分割部である。第１レーザ光Ｌ１は、光路上に配されたレンズ群（不図示）で適宜集光され、試料９に照射される。第１レーザ光Ｌ１が試料９に照射されることによって、試料９からテラヘルツ波ＬＴ１が放射される。また、第２レーザ光Ｌ２は、一対の放物面鏡２００，２０２を介して、後述するテラヘルツ波検出器４に導かれる。

＜遅延機構３＞
遅延機構３は、第２レーザ光Ｌ２に時間遅延を与える。具体的には、遅延機構３は、遅延ステージ３１と、遅延ステージ駆動部３３と、遅延ステージ駆動制御部３５とを備える。

遅延ステージ３１は、第２レーザ光Ｌ２の光路上に設けられている。遅延ステージ３１は、第２レーザ光Ｌ２を、入射方向と平行な方向に、かつ、入射時の光軸からずらして反射する反射ミラー３１０を備える。

遅延ステージ駆動部３３は、遅延ステージ３１を、第２レーザ光Ｌ２の光路に沿って直線的に往復移動させる。遅延ステージ駆動制御部３５は、遅延ステージ駆動部３３に駆動信号を与えることによって、遅延ステージ３１の動作を制御する。

＜テラヘルツ波検出器４＞
テラヘルツ波検出器４は、第１レーザ光Ｌ１を受光した試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度に応じた検出信号を生成し、当該検出信号をロックインアンプ５に出力する。

具体的には、テラヘルツ波検出器４は、光伝導アンテナ４１と半球レンズ４３で構成されている。光伝導アンテナ４１は、例えば、低温成長ガリウムヒ素基板の上に、ダイポールまたはボウタイなどの形状の電極が設けられている。半球レンズ４３は、入射するテラヘルツ波ＬＴ１を電極間ギャップに集光する。そして、光伝導アンテナ４１は、第２レーザ光Ｌ２が入射したときにテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度に応じた電流を発生させる。光伝導アンテナ４１で発生した電流は、電流検出アンプ４５によって、ロックインアンプ５に出力される。

ロックインアンプ５は、テラヘルツ波検出器４が生成した検出信号を増幅する。具体的には、ロックインアンプ５は、電流検出アンプ４５が出力した電流を増幅して、その振幅を取得する。ロックインアンプ５は、増幅した検出信号をＡＤコンバーター５１に出力する。ＡＤコンバーター５１に出力された検出信号は、ＡＤコンバーター５１によってデジタル情報に変換され、制御部６に取込まれる。なお、図２に示すように、遅延ステージ駆動制御部３５はＡＤコンバーター５１にトリガーパルス信号を出力する。ＡＤコンバーター５１は、このトリガーパルス信号を受信したときに入力された検出信号を、デジタル情報に変換して制御部６に出力する。

＜制御部６＞
制御部６は、検査装置１００の全体の動作制御するように構成されている。制御部６は、一般的なコンピュータとしての構成（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなど）を備えている。また、制御部６は、記憶部６１を備えている。なお、記憶部６１は、ＲＡＭなどの一時的に情報を記憶するものも含む。

ＣＰＵは、記憶部６１にインストールされたプログラムに従って動作することによって、ロックインアンプ５の時定数τを設定する時定数設定部６０として機能する。

記憶部６１には、検査装置１００の各要素を制御するための制御プログラムのほか、時定数・速度テーブルＤＴ１が保存されている。時定数・速度テーブルＤＴ１は、ロックインアンプ５に設定される時定数τと、遅延機構３の遅延ステージ３１の速度Ｖ１とを対応付けして記録されたデータである。時定数・速度テーブルＤＴ１については後述する。

また、制御部６には、表示部６３及び操作部６５が接続されている。表示部６３は液晶ディスプレイなどで構成されており、各種情報を表示する。操作部６５は、マウス、キーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。操作部６５がオペレータからの各種情報入力を受け付けることで、制御部６に対して、その入力に応じた命令が与えられる。

＜保持台８＞
保持台８は試料９を保持する保持面を有する。ここでは、保持台８の保持面は水平面を成しており、板状の試料９を保持するように構成されている。保持台８の保持面には、試料９を保持する保持機構が適宜設けられる。保持機構としては、例えば、試料９を両側から挟持するもの、試料９の裏面側に接着する粘着性を有するシート状のもの、あるいは、保持面に形成された吸着孔を通じて試料９を吸着するものなどが採用される。もちろん、保持機構を省略して、試料９が保持台８の保持面に置かれるようにしてもよい。

保持台８は図示を省略する駆動部によって、保持面に平行でありかつ互いに直交する２つの軸方向に移動可能とされている。保持台８が２つの軸方向に移動することで、試料９に対する第１レーザ光Ｌ１の照射位置が任意に変更される。

上述したように、検査装置１００では、ＴＨｚ−ＴＤＳでテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元される。時間波形を復元するためには、テラヘルツ波ＬＴ１の異なる位相毎の電界強度を測定する必要がある。そこでテラヘルツ波検出器４にて、テラヘルツ波ＬＴ１の検出タイミングを変更するため、遅延機構３の遅延ステージ３１を移動させることによって、第２レーザ光Ｌ２に遅延時間が与えられる。このときの遅延ステージ３１の送り方式としては、「ステップ送り」及び「高速送り」の２つの方式がある。以下、それぞれの送り方式について詳細に説明する。

＜ステップ送り＞
図３は、ステップ送り方式を説明するための図である。図３に示すグラフにて、横軸は時間を示しており、縦軸は遅延ステージ３１の移動速度を示している。このステップ送りでは、試料９上の測定ポイントでテラヘルツ波ＬＴ１を測定する際、遅延ステージ３１を、規定のスタートポジションから移動させ、そして、直線軌道上の各規定位置（位置ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４，・・・）で停止させる。そして、遅延ステージ３１が各規定位置で停止している間に、テラヘルツ波検出器４で検出されるテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度が、制御部６に取込まれる。

ステップ送りの場合、遅延ステージ３１を各規定位置で固定してテラヘルツ波ＬＴ１を測定するため、テラヘルツ波測定の精度が高いというメリットがある。しかしながら、遅延ステージ３１の移動及び停止を繰り返すため、測定時間が長くなるというデメリットがある。以下、ステップ送りによるテラヘルツ波測定を「ステップ法」と称する場合がある。

＜高速送り＞
図４は、高速送り方式を説明するための図である。図４に示すグラフにおいて、横軸は時間を示しており、縦軸は遅延ステージ３１の移動速度を示している。この高速送りでは、試料９上の測定ポイントでテラヘルツ波ＬＴ１を測定する際、遅延ステージ３１を、規定のスタートポジションＳＰから移動を開始し、各規定位置で停止させることなく一定の速度Ｖ１で通過させて、規定のゴールポジションＧＰまで移動させる。そして、図２にて説明したように、各規定位置を通過する度に、トリガーパルス信号が遅延ステージ駆動制御部３５からＡＤコンバーター５１に出力される。これによって、テラヘルツ波ＬＴ１の検出信号が制御部６に取込まれる。ＡＤコンバーター５１は、遅延ステージ３１が規定の位置を通過する毎にテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度のデータを取得するデータ取得部の一例である。以下、高速送りによるテラヘルツ波測定を「高速法」と称する場合がある。

この高速送りの場合、遅延ステージを各規定位置で停止させないため、ステップ送りの場合に比べると大幅に測定時間を短縮できるというメリットがある。しかしながら、遅延ステージ３１が各規定位置に停止しないため、遅延ステージ３１の速度Ｖ１やロックインアンプ５の時定数τの設定が不適切であると、テラヘルツ波ＬＴ１の検出信号のＳ／Ｎ比が悪化したり、テラヘルツ波ＬＴ１の位相ずれが発生したりするおそれがある。

図５は、遅延ステージ３１の速度Ｖ１が４０μｍ／ｓの高速送りで測定されたテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を示す図である。図６は、遅延ステージ３１の速度が２５０μｍ／ｓの高速送りで測定されたテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を示す図である。図４及び図５において、横軸は時間を示し、縦軸は電界強度を示している。図５に示す時間波形ＴＷ１１，ＴＷ１２，ＴＷ１３及び図６に示す時間波形ＴＷ１１ａ，ＴＷ１２ａ，ＴＷ１３ａは、それぞれ、ロックインアンプ５の時定数τを１ｍｓ、３０ｍｓ及び１００ｍｓとしたときの時間波形である。また、図５及び図６に示す時間波形ＴＷ２は、ステップ送りで測定されたテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形である。

まず、図５に示すように、速度Ｖ１が比較的小さい４０μｍ／ｓの場合、時間波形ＴＷ１１，ＴＷ１２，ＴＷ１３は、ステップ送りの時間波形ＴＷ２と略一致しており、位相ずれはほぼ発生していない。すなわち、時定数τが１ｍｓ、３０ｍｓ及び１００ｍｓのいずれの場合でも、位相ずれはほとんど発生しない。しかしながら、時定数τが１ｍｓと小さい場合の時間波形ＴＷ１１では、ノイズが発生しているため、Ｓ／Ｎ比が悪化している。

一方、図６に示すように、速度Ｖ１が比較的大きい２５０μｍ／ｓの場合、時定数τが大きくなるに連れて、ステップ送りの時間波形ＴＷ２に対して位相遅れが大きくなっている。また、時定数τが１ｍｓと小さい時間波形ＴＷ１１ａには、やはりノイズが発生しており、Ｓ／Ｎ比が悪化している。

このように、遅延ステージ３１の速度Ｖ１を高速に設定すると、位相ずれが発生しやすい。そこで、検査装置１００では、高速送り方式を採用した場合に、設定された速度Ｖ１に対して、時定数τを適切に設定するため、時定数・速度テーブルＤＴ１が予め用意される。そして、テラヘルツ波測定時に、時定数設定部６０が、時定数・速度テーブルＤＴ１に基づいて、速度Ｖ１に適した時定数τを設定することで、テラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を良好に復元することが可能となっている。次に、時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理について説明する。

＜時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理＞
図７は、時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理を示す流れ図である。この処理は、特に断らない限り、制御部６の制御下で行われるものとする。

まず、図７に示すように、ステップ送りによって、テラヘルツ波測定（すなわち、ＴＨｚ−ＴＤＳ）が行われる（ステップＳ１１）。この測定によって復元される時間波形は、参照用の時間波形として記憶部６１などに保存される。

続いて、遅延ステージ３１の速度Ｖ１及びロックインアンプ５の時定数τが設定される（ステップＳ１２）。ここでは、速度Ｖ１が比較的低速度（例えば、４０μｍ／ｓ）に設定され、時定数τはロックインアンプ５で設定可能な最大値（例えば、１００ｍｓ）に設定される。そして、この設定された値に基づく高速送りで、テラヘルツ波測定が行われる（ステップＳ１３）。これによって、比較用の時間波形が復元される。

続いて、ステップＳ１１にて復元されたステップ送りによる参照用の時間波形と、ステップＳ１３にて復元された高速送りによる比較用の時間波形とが比較され、位相ずれが起きていないかどうか判定される（ステップＳ１４）。ここで、位相ずれの有無の判定基準について、図８を参照しつつ説明する。

図８は、高速送りにより得た時間波形ＴＷ１及びステップ送りにより得た時間波形ＴＷ２を示す図である。図８に示すように、時間波形ＴＷ１，ＴＷ２は、最大ピークＰｍａｘと最小ピークＰｍｉｎとを有する。そこで、最大ピークＰｍａｘ間の位相差ｂ１と、最小ピークＰｍｉｎ間の位相差ｂ２が計測される。そして、位相差ｂ１及び位相差ｂ２を、ステップ送りの時間波形ＴＷ２における最大ピークＰｍａｘと最小ピークＰｍｉｎの時間差ａで割ることで、位相差を示す指標値として（ｂ１／ａ）と（ｂ２／ａ）が得られる。

続いて、これらの指標値と適宜設定された閾値ＴＨとが比較される。２つの指標値が閾値ＴＨよりも大きい場合（すなわち、ＴＨ＞ｂ１／ａかつＴＨ＞ｂ２／ａのとき）は、位相ずれがあると判定される。また、２つの指標値のうち少なくとも一方が閾値ＴＨ以下の場合（ＴＨ≦ｂ１／ａまたはＴＨ≦ｂ２／ａのとき）は、位相ずれがないと判定される。

なお、位相差ｂ１，ｂ２を時間差ａで割ったものを指標値とすることは必須ではなく、例えば、位相差ｂ１，ｂ２を指標値として、適宜設定された閾値と比較してもよい。また、２つの位相差ｂ１，ｂ２の双方を指標値とすることは必須ではなく、どちらか一方のみを指標値としてもよい。さらにまた、最大ピークＰｍａｘ間または最小ピークＰｍｉｎ間で位相差を計測したものを指標値とすることは必須ではない。例えば、最大ピークＰｍａｘ及び最小ピークＰｍｉｎ以外のその他のピークにて、時間波形ＴＷ１，ＴＷ２の位相差を計測し、それを指標値としてもよい。また、時間波形ＴＷ１，ＴＷ２について、ピーク以外の位相（例えば、電界強度がゼロとなるときの位相）を抽出することで、これらの位相差を計測して、それを指標値としてもよい。

図７に戻って、高速送りの時間波形とステップ送りの時間波形とに、位相ずれがあると判定された場合（ステップＳ１４にてＮＯ）、時定数τが先に設定された値よりも小さい値に設定される（ステップＳ１５）。そして、再びステップＳ１３の高速送りでテラヘルツ波測定が行われる。一方、ステップＳ１４にて位相ずれがないと判定された場合（ステップＳ１４にてＹＥＳ）、ステップＳ１３で復元された時間波形のＳ／Ｎ比が算出される（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１４にて位相ずれがないと判定されたときの時定数τ及び速度Ｖ１、並びに、ステップＳ１６で算出されたＳ／Ｎ比が、時定数・速度テーブルＤＴ１に追加される（ステップＳ１７）。

続けて、ステップＳ１３で駆動された遅延ステージ３１の速度Ｖ１が、遅延ステージ３１の速度の上限値Ｖｍａｘかどうかが判定される（ステップＳ１８）。遅延ステージ３１の速度Ｖ１が上限値Ｖｍａｘ未満である場合（ステップＳ１８にてＮＯ）、速度Ｖ１が所定値だけ大きい値に設定され（ステップＳ１９）、かつ、時定数τが最大値に設定されて、ステップＳ１３の高速送りでのテラヘルツ波測定が実行される。ステップＳ１８にて、遅延ステージ３１の速度Ｖ１が上限値Ｖｍａｘ以下である場合（ステップＳ１８にてＹＥＳ）、時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理が完了する。

図９は、図７に示す生成処理によって生成された時定数・速度テーブルＤＴ１の一例を示す図である。図９に示すように、時定数・速度テーブルＤＴ１では、遅延ステージ３１の異なる速度Ｖ１毎に、位相ずれが起きないと判定された時定数τが設定されているとともに、Ｓ／Ｎ比情報が記録されている。Ｓ／Ｎ比情報は、時間波形の振幅に対するノイズ部分の振幅の割合をパーセンテージで示したものである。Ｓ／Ｎ比情報の値が大きいほどＳ／Ｎ比が低い（すなわち、ノイズが大きい）といえる。

図５及び図６で説明したように、時定数τが小さすぎる場合、Ｓ／Ｎ比が悪化する。そこで、図８に示す時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理では、時定数τを、まずステップＳ１２にて最大値に設定してから、ステップＳ１５にて順次下げていき、位相ずれが起きないと判定される時定数τが決定している。これによって、Ｓ／Ｎ比が低くなりすぎないように、時定数τを好適に決定することができる。

また、図８に示す時定数・速度テーブルＤＴ１の生成処理では、遅延ステージ３１の速度Ｖ１を、まずステップＳ１２にて低速度（例えば、４０μｍ／ｓ）に設定し、ステップＳ１９にて上げていくようにしている。しかしながら、遅延ステージ３１の速度Ｖ１を、まずステップＳ１２にて高速度（例えば、５００μｍ／ｓ）に設定し、ステップＳ１９にて下げていくようにしてもよい。また、ステップＳ１９において、速度Ｖ１を任意に上げ下げすることで、時定数・速度テーブルＤＴ１の生成に必要とされる全ての速度Ｖ１毎に時定数τが決定されるようにしてもよい。

＜試料９の検査＞
図１０は、検査装置１００にて実行される検査処理の流れ図である。ここでは、検査対象物である試料９が、保持台８に保持されているものとする。また、以下の各工程は、特に断らない限り、制御部６の制御下で行われるものとする。

検査処理が開始されると、まず、遅延ステージ３１の速度Ｖ１がオペレータによって指定される（ステップＳ２１）。例えば、オペレータが検査を短時間で行いたい場合には、高速度に設定される。また、精度を優先させる場合には、低速度に設定される。また、検査時間の短縮化と検査精度とを両立させる場合には、中速度に設定される。このとき、表示部６３に、「速度優先」、「精度優先」、「中間」などを表記したボタンを表示しておき、オペレータがいずれかのボタンを選択することで、速度Ｖ１が自動で設定されるようにしてもよい。また、オペレータが速度Ｖ１の数値を直接入力することで、速度Ｖ１が設定されるようにしてもよい。また、時定数・速度テーブルＤＴ１を表示部６３に表示し、時定数・速度テーブルＤＴ１に記録されているいくつかの速度Ｖ１の中から、所望の速度を選択したり、あるいはその数値を入力することで、その速度を指定できるようにしてもよい。

また、第２レーザ光Ｌ２に与えられる遅延時間の幅（すなわち、遅延ステージ３１の総移動距離に対応する）の大きさ毎に、速度Ｖ１を設定しておくことも可能である。そして、オペレータが、遅延時間の幅を指定することによって、速度Ｖ１が自動で指定されるようにしてもよい。この場合、遅延時間の幅が大きいほど、速度Ｖ１を大きくすることで、テラヘルツ波測定の時間短縮を図ることができる。

続いて、ロックインアンプ５の時定数τの設定が行われる（ステップＳ２２）。具体的には、制御部６が、ステップＳ２１で設定された速度Ｖ１に適合する時定数τの値を、時定数・速度テーブルＤＴ１から取得し、ロックインアンプ５に渡され、設定される。なお、ステップＳ２１において、数値入力で速度Ｖ１が指定された場合に、その指定の速度Ｖ１が時定数・速度テーブルにないときも想定される。この場合、指定の速度Ｖ１に近い速度の時定数τに設定されるようにしてもよい。

続いて、試料９について、高速送りでのテラヘルツ波測定が行われる（ステップＳ２３）。詳細には、第１レーザ光Ｌ１を試料９に照射しつつ、試料から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１をテラヘルツ波検出器４で検出する。このとき、遅延ステージ３１をステップＳ２１で設定された速度Ｖ１で高速送りすることで第２レーザ光Ｌ２に時間遅延を与えられる。これによって、テラヘルツ波ＬＴ１の電界強度が、異なる位相毎に検出される。また、ロックインアンプ５は、ステップＳ２２で設定された時定数τで、テラヘルツ波検出器４の検出信号を増幅する。増幅された検出信号は、遅延ステージ駆動制御部３５からトリガーパルス信号が送られるタイミングでＡＤコンバーター５１によってデジタル情報に変換される。そしてデジタル情報の検出信号は、制御部６に取込まれる。

なお、ステップＳ２３において、試料９の複数の測定ポイントを測定する場合、１つの測定ポイントでのテラヘルツ波ＬＴ１の計測が終わると、次の測定ポイントに第１レーザ光Ｌ１が照射されるように、保持台８を試料９の表面に平行な方向へ移動させるとよい。これによって、試料９を第１レーザ光Ｌ１で走査することもできる。なお、保持台８を移動させることで試料９を移動させるのではなく、第１レーザ光Ｌ１の光路を変更することによって、試料９に対する第１レーザ光Ｌ１の照射位置が変更されてもよい。例えば、光路を変更する手段として、ガルバノミラーなどを利用することが考えられる。ガルバノミラーを揺動させることで、第１レーザ光Ｌ１の向きを変更することができる。

＜２． 変形例＞
上記実施形態に係る検査装置１００では、第２レーザ光Ｌ２の光路上に遅延機構３を設け、第２レーザ光Ｌ２に時間遅延を与えるようにしている。しかしながら、第１レーザ光Ｌ１の光路上に遅延機構３を設け、第１レーザ光Ｌ１に時間遅延を与えるようにしてもよい。第１レーザ光Ｌ１に時間遅延を与えることで、テラヘルツ波検出器４において、テラヘルツ波ＬＴ１を異なる位相で検出することが可能である。

また、上記実施形態に係る検査装置１００では、テラヘルツ波放射体である試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１そのものを検出している。しかしながら、テラヘルツ波放射体から放射されたテラヘルツ波ＬＴ１を、別の試料に照射して、その試料を反射または透過したテラヘルツ波ＬＴ１をテラヘルツ波検出器４にて検出するようにしてもよい。この構成について、図１１を参照しつつ説明する。

図１１は、変形例に係る検査装置１００Ａを示す概略構成図である。検査装置１００Ａは、テラヘルツ波放射体２１を備えている。テラヘルツ波放射体２１は、光伝導アンテナ２１０と半球レンズ２１３で構成されている。光伝導アンテナ２１０は、光伝導アンテナ４１と略同一の構成を有する。ここでは、光伝導アンテナ２１０に第１レーザ光Ｌ１が照射されることによって、テラヘルツ波ＬＴ１が発生する。当該テラヘルツ波ＬＴ１は、半球レンズ２１３で拡散され、さらに、一対の放物面鏡２０４，２０６によって集光されて、試料９Ａに照射される。

検査装置１００Ａのテラヘルツ波検出器４は、試料９Ａを透過したテラヘルツ波ＬＴ１を検出する。このため、保持台８は、テラヘルツ波ＬＴ１を透過し易い素材で構成されているか、もしくは、テラヘルツ波ＬＴ１を通過させる貫通孔が形成されていてもよい。

検査装置１００Ａにおいても、試料９Ａを透過したテラヘルツ波ＬＴ１について、Ｔｈｚ−ＴＤＳを行う場合には、遅延機構３を使用して、第２レーザ光Ｌ２に時間遅延が与えられる。そして、図２に示すロックインアンプ５等を使用して、テラヘルツ波ＬＴ１の電界強度が検出される。つまり、検査装置１００Ａにおいても、遅延ステージ３１を高速送りしてＴＨｚ−ＴＤＳを実行する場合には、遅延ステージ３１の速度Ｖ１に適した時定数τをロックインアンプ５に設定することが望ましい。このため、検査装置１００Ａにおいても、図９に示すような時定数・速度テーブルＤＴ１を予め生成しておくことが考えられる。

また、検査装置１００Ａでは、試料９Ａを透過したテラヘルツ波ＬＴ１をテラヘルツ波検出器４で検出するように構成されている。しかしながら、試料９Ａを反射したテラヘルツ波ＬＴ１をテラヘルツ波検出器４で検出するようにしてもよい。このような構成は、試料９Ａのテラヘルツ波透過率が低い場合に好適である。反射テラヘルツ波について、ＴＨｚ−ＴＤＳを適用する場合にも、図９に示すような時定数・速度テーブルＤＴ１を予め生成しておくことが望ましい。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。また、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

１００ 検査装置
１ フェムト秒レーザ
２ ビームスプリッター
３ 遅延機構
３１ 遅延ステージ
３１０ 反射ミラー
３３ 遅延ステージ駆動部
３５ 遅延ステージ駆動制御部
４ テラヘルツ波検出器
４１ 光伝導アンテナ
４３ 半球レンズ
４５ 電流検出アンプ
５ ロックインアンプ
５１ ＡＤコンバーター（データ取得部）
６ 制御部
６０ 時定数設定部
６１ 記憶部
８ 保持台
９ 試料
ＤＴ１ 時定数・速度テーブル
Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光
ＬＣ１〜ＬＣ４ 規定の位置
ＬＴ１ テラヘルツ波
Ｐｍａｘ 最大ピーク
Ｐｍｉｎ 最小ピーク
ＴＷ１１〜ＴＷ１３ 時間波形
ＴＷ１１ａ〜ＴＷ１３ａ 時間波形
ＴＷ２ 時間波形（参照用時間波形）

Claims (6)

1. パルス状のレーザ光の照射に応じてテラヘルツ波を放射する試料を検査する検査装置であって、
   パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割部と、
   前記第２レーザ光が入射したときに、前記第１レーザ光を受光した前記試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度を検出するテラヘルツ波検出器と、
   前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射する反射ミラーを有する遅延ステージと、前記遅延ステージを前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って往復移動させる遅延ステージ駆動部とを有し、前記遅延ステージを駆動することで前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延機構と、
   前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号を増幅するロックインアンプと、
   前記遅延ステージが規定の位置を通過する毎に、前記ロックインアンプで増幅された前記検出信号を取得するデータ取得部と、
   前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージ駆動部によって移動する前記遅延ステージの速度とが対応付けして記録されている時定数・速度テーブルと、
   前記遅延ステージの速度を指定する操作を受け付ける操作部と、
   前記遅延ステージが前記操作部で指定された速度で移動するように、前記遅延ステージ駆動部を制御する遅延ステージ駆動制御部と、
   前記時定数・速度テーブルに基づき、前記ロックインアンプの時定数を、前記遅延ステージの前記指定された速度に対応する値に設定する時定数設定部と、
   を備える、検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置であって、
   前記操作部が、前記遅延ステージの速度について、互いに異なる複数の速度の中から選択する選択操作を受け付け、
   前記遅延ステージ駆動制御部が、前記操作部を介して選択された速度で前記遅延ステージを移動させる、検査装置。
3. パルス状のレーザ光の照射に応じてテラヘルツ波を放射する試料を検査する検査方法であって、
   (a) レーザ光源から出射されたパルス状のレーザ光を光分割部で第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割工程と、
   (b) 前記第１レーザ光を試料に照射する照射工程と、
   (c) 前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射するミラーを有する遅延ステージを、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って移動させることで、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延ステージ移動工程と、
   (d)前記第２レーザ光が入射したときに、前記第１レーザ光を受光した前記試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度をテラヘルツ波検出器で検出する工程と、
   (e) 前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号をロックインアンプで増幅する増幅工程と、
   (f) 前記遅延ステージ移動工程における前記遅延ステージの速度を、指定された指定速度に設定する速度設定工程と、
   (g) 前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージの速度とを対応付けした時定数・速度テーブルに基づき、前前記ロックインアンプの時定数を、前記指定速度に対応する値に設定する時定数設定工程と、
   を含む、検査方法。
4. 請求項３に記載の検査方法であって、
   (A) 前記遅延ステージを規定の各位置で固定して、前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって参照用時間波形を復元する参照用時間波形復元工程と、
   (B) 前記ロックインアンプの前記時定数を第１時定数に設定し、かつ、前記遅延ステージの速度を第１速度で移動させて、前記遅延ステージが複数の規定の位置を通過する毎に前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって、前記試料から放射される前記テラヘルツ波の第１時間波形を復元する第１時間波形復元工程と、
   (C) 前記第１時間波形及び前記参照用時間波形の位相差を計測することによって、位相ずれが起きているか否かを判定する第１判定工程と、
   (D) 前記第１判定工程にて、位相ずれが起きていないと判定された場合、前記第１時定数及び前記第１速度を時定数・速度テーブルに記録する記録工程と、
   (E) 前記第１判定工程にて、位相ずれが起きていると判定された場合、前記時定数を前記第１時定数よりも小さい第２時定数に設定し、かつ、前記遅延ステージの速度を前記第１速度で移動させて、前記遅延ステージが複数の規定の位置を通過する毎に前記テラヘルツ波の電界強度を検出することによって、前記試料から放射される前記テラヘルツ波の第２時間波形を復元する第２時間波形復元工程と、
   (F) 前記第２時間波形と前記参照用時間波形の位相差を計測することによって、位相ずれが起きているか否かを判定する第２判定工程と、
   を含む、検査方法。
5. 請求項４に記載の検査方法であって、
   前記第１判定工程において、前記参照用時間波形及び前記第１時間波形における、最大ピークまたは最小ピークについて前記位相差が計測される、検査方法。
6. テラヘルツ波を照射することによって、試料を検査する検査装置であって、
   パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する光分割部と、
   前記第１レーザ光の受光に応じて、試料に照射されるテラヘルツ波を放射するテラヘルツ波放射体と、
   前記第２レーザ光が入射したときに、前記試料を透過または反射した前記テラヘルツ波の電界強度を検出するテラヘルツ波検出器と、
   前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方を反射する反射ミラーを有する遅延ステージと、前記遅延ステージを前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方の光路に沿って往復移動させる遅延ステージ駆動部とを有し、前記遅延ステージを駆動することで前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光のうち一方に時間遅延を与える遅延機構と、
   前記テラヘルツ波検出器が生成した検出信号を増幅するロックインアンプと、
   前記遅延ステージが規定の位置を通過する毎に、前記ロックインアンプで増幅された前記検出信号を取得するデータ取得部と、
   前記ロックインアンプの時定数と、前記遅延ステージ駆動部によって移動する前記遅延ステージの速度とが対応付けして記録されている時定数・速度テーブルと、
   前記遅延ステージの速度を指定する操作を受け付ける操作部と、
   前記遅延ステージが前記操作部で指定された速度で移動するように、前記遅延ステージ駆動部を制御する遅延ステージ駆動制御部と、
   前記時定数・速度テーブルに基づき、前記ロックインアンプの時定数を、前記遅延ステージの前記指定された速度に対応する値に設定する時定数設定部と、
   を備える、検査装置。

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