JP5992147B2 - テラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、テラヘルツ波を用いて検査対象物の欠陥（特に気泡）を検査する検査装置及び検査方法に関する。

近年、電波と光波のちょうど中間領域にあるテラヘルツ波に注目が集まりつつある。テラヘルツ波は、送受信が困難なことから利用が遅れていた。しかし、最近のレーザ及び半導体技術の進歩等によりテラヘルツ波の利用が可能となってきた。学術分野により違いがあるが、テラヘルツ波は、波長で３０μｍ〜３ｍｍ、振動数では１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの領域を指す。

従来から、このテラヘルツ波を利用することにより検査対象物の物理量や物性を検査する装置が存在し、例えば、テラヘルツ波の透過率に基づいて、対象物の粒径を測定する粒径測定装置が存在する。

特開２００４−６１４５５号公報 特開２００６−７１４１２号公報

上述したようなテラヘルツ波の透過率を利用した検査装置のみならず、テラヘルツ波を測定対象物に照射し、その反射波を利用して、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥（気泡）検査を行う検査装置も考えられる。このような場合に、測定対象物の位置合わせが困難であることや反射波の強度が弱いという問題がある。

テラヘルツ波の反射波を利用した検査装置は、リファレンスの信号強度と測定対象物の信号強度から反射率を計算して、気泡がないときの反射率と気泡があるときの反射率が異なることから気泡の有無を判別する。あるいは、テラヘルツ波の反射波を利用した検査装置は、気泡がないときの反射テラヘルツ波強度と気泡があるときの反射テラヘルツ波強度とが異なることから気泡の有無を判別する。

気泡の有無を判別するにあたり、従来の検査装置は、例えばリファレンスとして測定対象物を設置する代わりにアルミミラーを設置し、アルミミラーに対してテラヘルツ波を照射して、その反射波の信号強度を測定する。その後、アルミミラーの代わりに測定対象物を設置し、測定対象物に対してテラヘルツ波を照射して、その反射波の信号強度を測定し、リファレンスの場合との比較を行うが、その際に、アルミミラーと測定対象物とは反射面の位置と角度が一致しなければならない。

反射面の位置が合わないと、測定対象物へのテラヘルツ波の径が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化して気泡の有無の判別が困難になる。また、反射面の角度が合わないと、テラヘルツ波受信アンテナに到達するテラヘルツ波強度が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化し、気泡の有無の判別が困難になる。

さらに、テラヘルツ波は、その照射強度に限界があるため、反射波の強度が弱い場合には上述したようなテラヘルツ波の反射波を利用した検査装置において正確な測定を行うことができないという問題も生ずる。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥（気泡）検査を行う際に、測定対象物の位置合わせを容易にし、また反射波の強度を向上することができるテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法を提供することを課題とする。

本発明に係るテラヘルツ波を用いた検査装置は、上記課題を解決するために、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、前記光分割部により発せられた第１レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振部と、前記光分割部により発せられた第２レーザ光に時間遅延を与える時間遅延部と、前記時間遅延部により時間遅延を与えられた第２レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振部により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部との間のテラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとがレファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあるか否かを検出する状態検出部と、前記状態検出部により検出された前記測定対象物の位置と傾きとがレファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあり、前記時間遅延部により与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査部とを備えることを特徴とする。

本発明の実施例１の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波発振アンテナの詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例１の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波受信アンテナの詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例１の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置において受光部により測定される第３レーザ光のレーザ強度を示す図である。 本発明の実施例１の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置においてリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合のテラヘルツ波の時間波形図である。 本発明の実施例２の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置において整合層を設けた場合の構成を示す図である。 本発明の実施例３の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施例３の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置における整合層付近の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例３の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図である。 本発明の実施例３の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例における整合層付近の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例３の形態のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図である。

以下、本発明のテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。図１を参照して、検査装置の構成を説明する。本実施例の検査装置は、レーザ１、ビームスプリッター２、ミラー３、レンズ４、テラヘルツ波発振アンテナ５、放物面ミラー６、時間遅延機構７、テラヘルツ波受信アンテナ８、ナイフエッジ９、レンズ１０、レーザ光源１１、受光部１２、信号発生器５０、ロックインアンプ５１、データ保持部５２、表示装置５３、及びデータ処理部５４により構成される。

なお、レーザ１、ビームスプリッター２、ミラー３、レンズ４、テラヘルツ波発振アンテナ５、テラヘルツ波受信アンテナ８、放物面ミラー６、時間遅延機構７、後述する測定対象物１００、レーザ光源１１、レンズ１０、ナイフエッジ９、及び受光部１２は、同一平面状にあるものとする。

レーザ１は、レーザ光を発する。このレーザ光は、数ピコ秒以下で強度が変化している。レーザ１はレーザダイオードを使用してもよく、レーザダイオードの代わりにフェムト秒パルスレーザを使用してもよい。また、レーザ光の波長は、後述するテラヘルツ波発振アンテナ５及びテラヘルツ波受信アンテナ８の低温成長ガリウムヒ素基板を励起できる波長であればよく、例えば７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度である。さらに、レーザ１によるレーザ出力強度は、エミッタ側に約３０ｍＷ、ディテクタ側に約１０ｍＷ出力する強度があればよい。

ビームスプリッター２は、本発明の光分割部に対応し、レーザ１により発せられたレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する。

ミラー３ａは、ビームスプリッター２により発せられた第１レーザ光を所定の方向に反射する。

レンズ４ａは、ミラー３ａにより反射された第１レーザ光を集光する。

テラヘルツ波発振アンテナ５は、本発明のテラヘルツ波発振部に対応し、ビームスプリッター２により発せられた第１レーザ光がミラー３ａ及びレンズ４ａを介して照射されることによりテラヘルツ波を発振する。

図２は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波発振アンテナ５の詳細な構成を示す図である。図２に示すように、テラヘルツ波発振アンテナ５は、シリコンレンズ２５に低温成長ガリウムヒ素基板２２が設けられた構成となっており、低温成長ガリウムヒ素基板２２上の電極２０に信号発生器５０が接続されている。電極２０は、例えばダイポール、ボウタイ等の形状を有しており、材質として主に金が用いられる。また、シリコンレンズ２５は、半球レンズあるいは超半球レンズを用いたものである。さらに、黒丸で示されたレーザ光２３は、ギャップに照射される第１レーザ光の照射箇所を示したものである。

信号発生器５０は、テラヘルツ波発振アンテナ５に電圧を印加し、繰り返し周波数として、例えば１１ｋＨｚ、±１０Ｖでテラヘルツ波を変調する。信号発生器５０の代わりに光学チョッパを用いてもよい。光学チョッパを用いる場合は、ビームスプリッター２とテラヘルツ波発振アンテナ５との間、もしくはビームスプリッター２とテラヘルツ波受信アンテナ８との間に設置する。

放物面ミラー６は、テラヘルツ波発振アンテナ５により発振されたテラヘルツ波をテラヘルツ波受信アンテナ８に導くためのミラーである。この放物面ミラー６は、テラヘルツ波の減衰がないものであればよく、例えば金属（鉄、アルミ等）が挙げられる。

ミラー３ｂは、ビームスプリッター２により発せられた第２レーザ光を所定の方向に反射し、時間遅延機構７内部に導く。

時間遅延機構７は、本発明の時間遅延部に対応し、ビームスプリッター２により発せられミラー３ｂを介して入射された第２レーザ光に時間遅延を与える。時間遅延機構７に要求される仕様の１例を挙げると、時間遅延機構７は、内部ミラーの移動範囲が２ｃｍ以上５ｃｍ以下あればよい。その移動速度は、最大で２０ｋｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）、最小で１ｋｐｐｓであればよい。また、移動ピッチは１０μｍ毎に動作すればよく、移動精度は０．０１５ｍｍであればよい。

ミラー３ｃ，３ｄは、時間遅延機構７により発せられた第２レーザ光を所定の方向に反射する。

レンズ４ｂは、ミラー３ｃ，３ｄにより反射された第２レーザ光を集光する。なお、ビームスプリッター２、ミラー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、及びレンズ４ａ，４ｂは、レーザ１によるレーザ光の出力強度に耐えることができ、またフェムト秒オーダーのパルス、もしくは数ピコ秒以下でレーザ強度が変化しているレーザ光に変化を与えないものがよい。

テラヘルツ波受信アンテナ８は、本発明のテラヘルツ波検出部に対応し、時間遅延機構７により時間遅延を与えられた第２レーザ光に基づいた検出タイミングでテラヘルツ波発振アンテナ５により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成する。テラヘルツ波受信アンテナ８は、テラヘルツ波を受信できる装置であればよく、例えばシリコンボロメータ等が挙げられる。

図３は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置におけるテラヘルツ波受信アンテナ８の詳細な構成を示す図である。図３に示すように、テラヘルツ波受信アンテナ８は、テラヘルツ波発振アンテナ５と同様の構成を有しており、シリコンレンズ２５に低温成長ガリウムヒ素基板２２が設けられている。ただし、テラヘルツ波受信アンテナ８の低温成長ガリウムヒ素基板２２上の電極２０には、信号発生器５０の代わりにロックインアンプ５１が接続されている。

ロックインアンプ５１は、信号発生器５０の参照信号に同期して、テラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号を増幅する。なお、ロックインアンプ５１は、電流増幅が１０^８程あればよい。

測定対象物１００は、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物であり、テラヘルツ波発振アンテナ５とテラヘルツ波受信アンテナ８との間のテラヘルツ波路中に設置されている。この測定対象物１００は、テラヘルツ波を反射して当該テラヘルツ波路の形成に寄与するものであり、その反射波がテラヘルツ波受信アンテナ８に導かれるように設置されている。

金属と塗膜との間や半導体ウェーハとエピ層との間に気泡が入り込んでしまう場合があり、本実施例の検査装置は、測定対象物１００の積層物中に気泡が存在するか否かを検査することができる。

レーザ光源１１、レンズ１０、ナイフエッジ９、及び受光部１２は、本発明の状態検出部に対応し、テラヘルツ波発振アンテナ５とテラヘルツ波受信アンテナ８との間のテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。

レーザ光源１１は、測定対象物１００に対して第３レーザ光を照射する。

レンズ１０は、レーザ光源１１により照射され測定対象物１００により反射された第３レーザ光を集光する。

受光部１２は、レンズ１０により集光された第３レーザ光を受光し、第３レーザ光の強度を検出する。なお、受光部１２による第３レーザ光強度の検出結果は、図示されない表示装置あるいは表示装置５３に表示される。

ナイフエッジ９は、レンズ１０と受光部１２との間に設けられ、位置を調節することでレンズ１０により集光された第３レーザ光を遮光できる。

これらにより構成される状態検出部の動作については後述する。

データ保持部５２及びデータ処理部５４は、本発明の検査部に対応し、状態検出部により検出された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあり、時間遅延機構７により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物１００の欠陥の有無を検査する。例えば、この検査部は、リファレンスとして測定対象物１００の代わりにアルミミラーを設置した場合の信号強度データを保持しており、これを参照することにより、測定対象物１００の欠陥の有無を推定する。

個々の構成について述べると、データ保持部５２は、テラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号に基づく信号強度データを保持する。また、データ処理部５４は、データ保持部５２に保持された信号強度データが示すピーク値に基づいて測定対象物１００の欠陥（気泡）の有無を検査すべく、データ保持部５２を参照する。一般的に、測定対象物１００の積層物中に気泡が存在する場合にはテラヘルツ波が散乱してしまい、時系列信号強度データのピーク値は、リファレンスに比して小さくなるという特徴を有する。

表示装置５３は、ロックインアンプ５１により出力された検出信号に基づく信号強度データや、検査部（データ保持部５２及びデータ処理部５４）が検査した結果を表示するための装置である。

また、表示装置５３は、時間遅延機構７内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する制御装置としての役割も有する。この表示装置５３は、必ずしも表示装置としての役割と制御装置としての役割を一体的に有している必要はなく、例えば「表示装置」と時間遅延機構７を制御する「制御装置」とが別々に設けられていてもよい。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ここでは、本実施例の検査装置は、測定対象物１００の積層物中における気泡の有無を判別するものとする。

最初に、ユーザは、測定対象物１００をテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置する。測定対象物１００は、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物であり、その反射波がテラヘルツ波受信アンテナ８に導かれるように設置される。

測定対象物１００の反射波を測定する場合には、測定対象物１００は、事前にリファレンスとして測定したアルミミラーと同じ場所に設置される必要がある。すなわち、本実施例の検査装置における状態検出部は、テラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する（状態検出ステップ）。

測定対象物１００をアルミミラーと同じ角度、同じ位置に設置するために、本実施例の検査装置は、状態検出部（レーザ光源１１とレンズ１０とナイフエッジ９と受光部１２と）を備え、測定対象物１００が参照用のテラヘルツ波形を測定するためのアルミミラーと同じ場所に設置されていることを確認することができる。

なお、レーザ光源１１は新たに設置してもよいし、レーザ１のレーザ光を分岐して使用してもよい。リファレンスとしてアルミミラーを設置した場合には、レーザ光源１１もしくはレーザ１のレーザ光を分岐した第３レーザ光は、アルミミラーに照射される。レンズ１０は、アルミミラーにより反射された第３レーザ光が通過するように設置されている。このレンズ１０は、レーザ光源１１と測定対象物１００との間、もしくは測定対象物１００とナイフエッジ９との間に設置されている。また受光部１２は、レーザ光を受光できるように設置されている。

ナイフエッジ９は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を微調整できるステージに設置されている。ナイフエッジ９の位置を動かして受光部１２でレーザ強度を測定することにより、本実施例の検査装置の状態検出部は、レンズ１０を通過した第３レーザ光の位置と径とを測定することができる。なお、図４は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置において受光部１２により測定される第３レーザ光のレーザ強度を示す図である。横軸はナイフエッジ９の位置を示し、縦軸はレーザ強度を示す。また、ピークの幅はレーザの幅を示し、ピークの位置はレーザの位置を示す。

ユーザは、測定対象物１００の測定を行う際に、アルミミラーを設置した時と同じピーク位置で、測定対象物１００のある測定点において、ピーク強度を測定できる位置になるまで繰り返し測定を行い、測定対象物１００をアルミミラーと同じ場所に移動する。

例えば、アルミミラー（あるいは測定対象物１００）とレンズ１０との距離に応じて、レンズ１０を通過した第３レーザ光の径は変化するので、ユーザは、径を揃えるように調整することによりレンズ１０までのアルミミラーと測定対象物１００との距離を揃えることができる。また、測定対象物１００とアルミミラーとの角度が異なる場合には、反射する第３レーザ光の位置も異なるので、ユーザは、第３レーザ光の位置を揃えるように調整することにより、アルミミラーと測定対象物１００との角度を揃えることができる。

すなわち、本実施例の検査装置における状態検出部は、ナイフエッジ９を動かすことでレーザ光の位置と径を測定するので、アルミミラーを設置した所に、測定対象物１００を設置し、同様の操作を行い測定対象物１００がアルミミラーと同じ位置に設置されていることを確認することができる。

次に、実際の検査について説明する。レーザ１は、レーザ光を発する。ビームスプリッター２は、レーザ１により発せられたレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光とに分割する（光分割ステップ）。ここで、第１レーザ光は、テラヘルツ波発振アンテナ５に向かうエミッタ側のレーザ光である。第２レーザ光は、テラヘルツ波受信アンテナ８に向かうディテクタ側のレーザ光である。

エミッタ側のレーザ光（第１レーザ光）は、レンズ４ａにより集光され、テラヘルツ波発振アンテナ５に照射される。第１レーザ光が照射されたテラヘルツ波発振アンテナ５は、信号発生器５０により電圧を印加されることで、テラヘルツ波を発振する（テラヘルツ波発振ステップ）。

発振したテラヘルツ波は、放物面ミラー６で反射し、テラヘルツ波受信アンテナ８に照射される。一方、ディテクタ側のレーザ光（第２レーザ光）は、エミッタ側と同様にテラヘルツ波受信アンテナ８に照射される。

このとき、ビームスプリッター２からテラヘルツ波発振アンテナ５を経てテラヘルツ波受信アンテナ８までの光学距離と、ビームスプリッター２からテラヘルツ波受信アンテナ８までの距離が一致するように光学部品を設置する。

テラヘルツ波発振アンテナ５から発振するテラヘルツ波はパルスであり、パルス幅は数ピコ秒のため一つのパルスを一回で受信することはできない。そこで、本実施例の検査装置は、テラヘルツ波発振アンテナ５にテラヘルツ波を繰り返し送信させておき、時間遅延機構７の光学距離を変えることで時間遅延を発生させ、テラヘルツ波の各箇所を１点ずつ順に測定することでテラヘルツ波を測定する。

すなわち、時間遅延機構７は、ビームスプリッター２により発せられミラー３ｂを介して入射された第２レーザ光に時間遅延を与える（時間遅延ステップ）。

テラヘルツ波受信アンテナ８は、時間遅延機構７により時間遅延を与えられた第２レーザ光に基づいた検出タイミングでテラヘルツ波発振アンテナ５により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成する（テラヘルツ波検出ステップ）。

具体的には、第２レーザ光がテラヘルツ波受信アンテナ８のギャップに照射されることで電子が励起し、そこにテラヘルツ波が照射されることで、電極２０に微小電流が流れる。ロックインアンプ５１は、信号発生器５０と同期をとるとともに、この微小電流を検出信号として検出して増幅する。

なお、ユーザは、参照用のテラヘルツ波形を測定するために、予め測定対象物１００の代わりにリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合の測定を行っておくものとする。図５は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置においてリファレンスとしてアルミミラーを設置した場合のテラヘルツ波の時間波形図である。

次に、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置は、ロックインアンプ５１による検出信号のピーク強度を計算し、予め保持していたリファレンスのピーク強度と比較する。具体的には、検査部（データ保持部５２及びデータ処理部５４）は、状態検出部により検出された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態（ここではリファレンスとして測定したアルミミラーの位置と傾きと一致）にあり、時間遅延機構７により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物１００の欠陥（気泡）の有無を検査する（検査ステップ）。

例えば、データ処理部５４は、予め保持しているアルミミラーを設置した場合の時系列信号強度データのピーク値と、測定対象物１００を設置した場合の時系列信号強度データのピーク値とを比較し、測定対象物１００を設置した場合のピーク値がアルミミラーの場合のピーク値に比して所定以上の差をもって小さい場合には、測定対象物１００の積層物中に気泡が存在すると判断する。

最後に、表示装置５３は、検査部（データ保持部５２及びデータ処理部５４）が検査することにより判明した測定対象物１００の欠陥の有無をディスプレイ等に表示する。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法によれば、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥（気泡）検査を行う際に、測定対象物１００の位置合わせを容易に行うことができる。

すなわち、テラヘルツ波の反射波を利用して検査を行う場合には、リファレンスとしてのアルミミラーと測定対象物１００とにおける反射面の位置と角度とが一致しなければならず、測定対象物１００の位置合わせが困難であるという問題がある。反射面の位置が合わないと、測定対象物へのテラヘルツ波の径が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化して気泡の有無の判別が困難になる。また、反射面の角度が合わないと、テラヘルツ波受信アンテナに到達するテラヘルツ波強度が異なり、測定のたびにテラヘルツ波の強度が変化し、気泡の有無の判別が困難になる。

しかしながら、本実施例の検査装置及び検査方法は、状態検出部（レーザ光源１１とレンズ１０とナイフエッジ９と受光部１２と）を備えることにより、測定対象物１００の位置と角度とが所定の状態にあるか否かを検出することができるので、測定対象物１００の位置合わせを容易に行うことができ、気泡の有無の判別を正確に行うことができる。

次に、本発明の実施例２のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成について説明する。図６は、本発明の実施例２のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の検査装置と異なる点は、ナイフエッジ９、レンズ１０、レーザ光源１１、及び受光部１２を備えておらず、代わりに制御装置５５を備えている点である。

制御装置５５は、時間遅延機構７内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御することができるとともに、測定対象物１００が設置されたステージのＸ，θ軸を制御して位置を調節することができる。

本実施例における制御装置５５とデータ処理部５４とは、本発明の状態検出部に対応し、テラヘルツ波発振アンテナ５とテラヘルツ波受信アンテナ８との間のテラヘルツ波路中にテラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。

すなわち、本実施例の状態検出部における制御装置５５は、測定対象物１００が設置されたステージを制御して測定対象物１００の位置と傾きとを変化させるとともに、時間遅延機構７を制御して時間遅延を変化させる。本実施例の状態検出部におけるデータ処理部５４は、テラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データに基づいて測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出する。

その他の構成は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。最初にユーザは、リファレンスを測定するために、アルミミラーを設置して測定を行い、図５に示すような時系列信号強度データを得る。データ保持部５２は、取得したリファレンスの時系列信号強度データのピーク位置を記憶する。

次にユーザは、測定対象物１００を設置する。制御装置５５は、測定対象物１００が設置されたステージのＸ軸を制御して位置を調節する。具体的には、制御装置５５は、測定対象物１００をＸ方向に少しずつずらし、ずらすたびに時間遅延機構７内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する。これにより、データ保持部５２は、Ｘ方向における各地点ごとに、測定対象物１００についても図５に示すような時系列信号強度データを得ることができる。データ処理部５４は、リファレンスの時系列信号強度データのピーク位置と測定対象物１００の時系列信号強度データのピーク位置とを比較し、Ｘ方向のどの地点に測定対象物１００が位置するときにピーク位置が一致するかを検出する。

制御装置５５は、リファレンスのピーク位置と測定対象物１００のピーク位置とが一致するように、測定対象物１００が設置されたステージのＸ方向における位置を調節する。

その後、制御装置５５は、測定対象物１００が設置されたステージのθ軸を制御して位置を調節する。θ軸の調整については、制御装置５５は、測定対象物１００をθ方向に少しずつずらし、ずらすたびに時間遅延機構７内部のミラーを移動させることにより、時間遅延量を制御する。これにより、データ保持部５２は、θ方向における各地点ごとに、測定対象物１００についての図５に示すような時系列信号強度データを得ることができる。

データ処理部５４は、θ方向のどの角度に測定対象物１００が位置しているときに、測定対象物１００の時系列信号強度データのピーク強度が最も強くなるかを検出する。制御装置５５は、測定対象物１００のピーク強度が最も強くなるように、測定対象物１００が設置されたステージのθ方向における位置（角度）を調節する。

このように、制御装置５５は、リファレンスのピーク位置と測定対象物１００のピーク位置とが一致するようにＸ方向の調整を行い、さらに測定対象物１００のピーク強度が最も強くなるようにθ方向の調整を行う。

検査部（データ保持部５２及びデータ処理部５４）は、状態検出部により検出された測定対象物１００の位置と傾きとが所定の状態にあり、時間遅延機構７により与えられる時間遅延を変化させた場合のテラヘルツ波受信アンテナ８により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて測定対象物１００の欠陥（気泡）の有無を検査する。

その他の作用は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。

上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る検査装置によれば、ナイフエッジ９、レンズ１０、レーザ光源１１、及び受光部１２の代わりに制御装置５５を状態検出部として用いたとしても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、変形例として、実施例１あるいは実施例２の検査装置は、測定対象物１００の表面に整合層１０１を設けることもできる。図７は、本発明の実施例１あるいは実施例２のテラヘルツ波を用いた検査装置において整合層１０１を設けた場合の構成を示す図である。

この整合層１０１は、測定対象物１００のテラヘルツ波を反射する側の表面に設けられ、測定対象物１００の１／√２の屈折率を有し、且つ厚さがテラヘルツ波の波長λの１／４（＝λ／４）である。

空気中から測定対象物１００に入射する場合に比して、整合層１０１を設置することにより測定対象物１００に入射するテラヘルツ波強度を向上することができ、反射波の強度も向上する。例えば、測定対象物１００がポリカーボネイトであれば、整合層１０１は、屈折率：１．１２の材料とする。波長が６００μｍとすれば、整合層１０１の厚みは１５０μｍとする。

このように、整合層１０１を備えた検査装置は、テラヘルツ波の反射波を利用して金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウェーハのエピ層等の積層物中の欠陥（気泡）検査を行う際に、反射波の強度を向上することができる。

図８は、本発明の実施例３のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。ただし、図中には示されていないが、本実施例の検査装置は、実施例１，２と同様に状態検出部を備えている。したがって、図８に示す検査装置は、図１と同様の状態検出部（ナイフエッジ９、レンズ１０、レーザ光源１１、及び受光部１２）か、あるいは図６と同様の状態検出部（制御装置５５）を備えているものとする。実施例１，２の検査装置の構成と異なる点は、整合層１０１を備えている点である。

本実施例に示す整合層１０１は、図７で説明した整合層１０１と異なり、テラヘルツ波発振アンテナ５とテラヘルツ波受信アンテナ８との間のテラヘルツ波路を埋めるように設けられ、測定対象物１００以上の屈折率を有し、且つテラヘルツ波発振アンテナ５とテラヘルツ波受信アンテナ８とに用いられる超高抵抗シリコン以下の屈折率を有する。また、図９は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置における整合層１０１付近の詳細な構成を示す図である。

その他の構成は、実施例１，２と同様であり、重複した説明を省略する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的には、実施例１，２の検査装置の動作と同様である。テラヘルツ波発振アンテナ５から発振したテラヘルツ波は、整合層１０１を透過し、測定対象物１００に照射され、反射したテラヘルツ波は整合層１０１を透過し、テラヘルツ波受信アンテナ８に到達する。

その他の作用は実施例２と同様であり、重複した説明を省略する。

上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係る検査装置によれば、実施例１，２と同様の効果を得ることができるのみならず、整合層１０１を備えているためにテラヘルツ波の反射波の強度を向上することができる。特に、本実施例の検査装置は、テラヘルツ波路を埋めるように設けられた整合層１０１を備えることにより、空気中にテラヘルツ波を照射する必要が無いため、図７に示す整合層１０１に比してさらにテラヘルツ波の強度を向上することができる。

なお、変形例として、整合層１０１中に、測定対象物１００にテラヘルツ波の焦点が合うように設けられたテラヘルツ波用レンズ１３を備えていてもよい。図１０は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図であり、整合層１０１中にテラヘルツ波用レンズ１３が設けられている。また、図１１は、図１０に示す検査装置における整合層１０１付近の詳細な構成を示す図である。

実施例３のような整合層１０１を有する構成の場合には、テラヘルツ波発振アンテナ５及びテラヘルツ波受信アンテナ８と測定対象物１００との間の距離が必然的に近くなってしまい、さらに整合層１０１中においてテラヘルツ波が広がってしまうことも懸念される。そこで、この検査装置は、図１０，１１に示すようにテラヘルツ波用レンズ１３を設け、テラヘルツ波を絞って焦点を測定対象物１００に合わせることにより、より正確に気泡の有無を判別することができる。

なお、図１２は、本実施例のテラヘルツ波を用いた検査装置の別の構成例を示す図であり、テラヘルツ波を測定対象物１００に反射させるのではなく透過させる検査装置に対して上述した整合層１０１を適用した場合を示す。この場合の検査装置は、テラヘルツ波を反射させるものではないため、測定対象物１００の位置を調整するための状態検出部は必要としないが、整合層１０１を備えていることによりテラヘルツ波の強度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ レーザ
２ ビームスプリッター
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ミラー
４ａ，４ｂ レンズ
５ テラヘルツ波発振アンテナ
６ 放物面ミラー
７ 時間遅延機構
８ テラヘルツ波受信アンテナ
９ ナイフエッジ
１０ レンズ
１１ レーザ光源
１２ 受光部
１３ テラヘルツ波用レンズ
２０ 電極
２２ 低温成長ガリウムヒ素基板
２３ レーザ光
２５ シリコンレンズ
５０ 信号発生器
５１ ロックインアンプ
５２ データ保持部
５３ 表示装置
５４ データ処理部
５５ 制御装置
１００ 測定対象物
１０１ 整合層

Claims (4)

1. 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、
   前記光分割部により発せられた第１レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振部と、
   前記光分割部により発せられた第２レーザ光に時間遅延を与える時間遅延部と、
   前記時間遅延部により時間遅延を与えられた第２レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振部により発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出部と、
   前記テラヘルツ波発振部と前記テラヘルツ波検出部との間のテラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとがレファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあるか否かを検出する状態検出部と、
   前記状態検出部により検出された前記測定対象物の位置と傾きとが前記レファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあり、前記時間遅延部により与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査部と、
   を備えることを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査装置。
2. 前記状態検出部は、
   前記測定対象物に対して第３レーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源により照射され前記測定対象物により反射された第３レーザ光の強度を検出する受光部と、
   前記測定対象物と前記受光部との間に設けられ、前記レーザ光源により照射され前記測定対象物により反射された第３レーザ光を集光するレンズと、
   前記レンズと前記受光部との間に設けられ、位置を調節することで前記レンズにより集光された第３レーザ光を遮光できるナイフエッジと、
   を有することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
3. 前記状態検出部は、前記測定対象物が設置されたステージを制御して前記測定対象物の位置と傾きとを変化させるとともに、前記時間遅延部を制御して時間遅延を変化させ、前記テラヘルツ波検出部により生成された検出信号に基づく時系列信号強度データに基づいて前記測定対象物の位置と傾きとが所定の状態にあるか否かを検出することを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ波を用いた検査装置。
4. 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ステップと、
   前記光分割ステップにより発せられた第１レーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振ステップと、
   前記光分割ステップにより発せられた第２レーザ光に時間遅延を与える時間遅延ステップと、
   前記時間遅延ステップにより時間遅延を与えられた第２レーザ光に基づいた検出タイミングで前記テラヘルツ波発振ステップにより発振されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じた検出信号を生成するテラヘルツ波検出ステップと、
   テラヘルツ波路中に前記テラヘルツ波を反射するように設置された測定対象物の位置と傾きとがレファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあるか否かを検出する状態検出ステップと、
   前記状態検出ステップにより検出された前記測定対象物の位置と傾きとが前記レファレンス測定用の対象の位置と傾きと同一の状態にあり、前記時間遅延ステップにより与えられる時間遅延を変化させた場合の前記テラヘルツ波検出ステップにより生成された検出信号に基づく時系列信号強度データのピーク値に基づいて前記測定対象物の欠陥の有無を検査する検査ステップと、
   を備えることを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査方法。

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