JP6913261B2 - Measuring device, measuring method and computer program - Google Patents
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本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて試料の屈折率を計測する計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムの技術分野に関する。 The present invention relates to the technical fields of a measuring device, a measuring method and a computer program for measuring the refractive index of a sample using, for example, a terahertz wave.
試料の屈折率を計測するための計測装置として、テラヘルツ波を用いた計測装置が知られている。例えば、特許文献1には、試料と接している透過部材を介してテラヘルツ波を試料に照射すると共に、透過部材で反射したテラヘルツ波の時間波形及び試料で反射したテラヘルツ波の時間波形に基づいて試料の屈折率を取得する情報取得装置が記載されている。例えば、特許文献2には、反射部材と板状部材との間に配置された検体に対して板状部材を介してテラヘルツ波を照射すると共に、板状部材と検体との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形及び検体と反射部材との界面で反射したテラヘルツ波の時間波形に基づいて検体の屈折率を取得する情報取得装置が記載されている。 As a measuring device for measuring the refractive index of a sample, a measuring device using a terahertz wave is known. For example, Patent Document 1 irradiates a sample with a terahertz wave through a transmission member in contact with the sample, and based on the time waveform of the terahertz wave reflected by the transmission member and the time waveform of the terahertz wave reflected by the sample. An information acquisition device for acquiring the refractive index of a sample is described. For example, in Patent Document 2, a sample arranged between a reflective member and a plate-shaped member is irradiated with a terahertz wave through the plate-shaped member, and the terahertz reflected at the interface between the plate-shaped member and the sample is reflected. An information acquisition device that acquires the refractive index of a sample based on the time waveform of the wave and the time waveform of the terahertz wave reflected at the interface between the sample and the reflective member is described.
特許文献1及び2に記載された情報取得装置では、屈折率を計測するためには、試料(言い換えれば、検体)に対して特殊な部材(具体的には、透過部材、又は、板状部材及び反射部材)を密着させる必要がある。しかしながら、何らかの要因によって、特殊な部材を試料に密着させることができない可能性が出てくる。この場合、特許文献1及び2に記載された情報取得装置が試料の屈折率を計測することができないという技術的問題点が生ずる。 In the information acquisition apparatus described in Patent Documents 1 and 2, in order to measure the refractive index, a member (specifically, a transmission member or a plate-like member) special to the sample (in other words, the sample) is used. And the reflective member) need to be in close contact. However, for some reason, there is a possibility that the special member cannot be brought into close contact with the sample. In this case, there arises a technical problem that the information acquisition apparatus described in Patent Documents 1 and 2 cannot measure the refractive index of the sample.
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、試料の屈折率を計測するために試料に何らかの特殊な部材を接触させなくてもよい計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。 Examples of the problems to be solved by the present invention include the above. An object of the present invention is to provide a measuring device, a measuring method, and a computer program that do not require contact of any special member with the sample in order to measure the refractive index of the sample.
本発明の計測装置の第1の例は、試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得手段と、前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出手段とを備える。 The first example of the measuring apparatus of the present invention includes the first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the surface irradiated with the terahertz wave. The second time required for the terahertz wave to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample located on the opposite side of the front surface is the second time required for the plurality of irradiation positions of the terahertz wave having different positions with respect to the sample. An acquisition means for each acquisition and a calculation means for calculating the refractive index of the sample based on the first and second hours are provided.
本発明の計測方法の第1の例は、試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得工程と、前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出工程とを備える。 The first example of the measurement method of the present invention is the first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the surface irradiated with the terahertz wave. The second time required for the terahertz wave to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample located on the opposite side of the front surface is the second time required for the plurality of irradiation positions of the terahertz wave having different positions with respect to the sample. Each includes an acquisition step of acquiring the sample and a calculation step of calculating the refractive index of the sample based on the first and second hours.
本発明のコンピュータプログラムの第1の例は、コンピュータに上述した本発明の計測方法の第1の例を実行させる。 The first example of the computer program of the present invention causes a computer to execute the first example of the measurement method of the present invention described above.
以下、計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムの実施形態について説明を進める。 Hereinafter, the measuring device, the measuring method, and the embodiment of the computer program will be described.
(計測装置の実施形態)
<1>
本実施形態の計測装置は、試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得手段と、前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出手段とを備える。
(Embodiment of measuring device)
<1>
In the measuring device of the present embodiment, the first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are said to be the same. The second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample located on the opposite side of the front surface is acquired for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample. It is provided with an acquisition means for calculating the refractive index of the sample based on the first and second hours.
本実施形態の計測装置によれば、後に具体的な数式を用いて詳述するように、試料に何らかの特殊な部材を接触させることなく、複数の照射位置に対応する複数の第1時間及び複数の第2時間に基づいて、試料の屈折率を好適に計測する(つまり、算出する)ことができる。 According to the measuring device of the present embodiment, as will be described in detail later using a specific mathematical formula, a plurality of first hours and a plurality of irradiation positions corresponding to a plurality of irradiation positions without contacting the sample with any special member. The refractive index of the sample can be suitably measured (that is, calculated) based on the second time of.
<2>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記照射位置毎に、前記表面と前記裏面との間の物理的な距離である前記試料の厚さが異なる。
<2>
In another aspect of the measuring device of the present embodiment, the thickness of the sample, which is the physical distance between the front surface and the back surface, differs for each irradiation position.
この態様によれば、試料の厚さが異なる複数の照射位置にテラヘルツ波が照射されることで、計測装置は、試料の屈折率を好適に計測する(つまり、算出する)ことができる。 According to this aspect, the terahertz wave is irradiated to a plurality of irradiation positions having different sample thicknesses, so that the measuring device can suitably measure (that is, calculate) the refractive index of the sample.
<3>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記表面に向けて前記テラヘルツ波を照射する照射手段と、前記試料によって反射された前記テラヘルツ波を検出する検出手段とを更に備え、前記所定位置は、前記検出手段が設置されている位置であり、前記第1時間は、前記照射手段が前記テラヘルツ波を照射してから前記表面で反射された前記テラヘルツ波が前記検出手段に到達するまでに要する時間であり、前記第2時間は、前記照射手段が前記テラヘルツ波を照射してから前記裏面で反射された前記テラヘルツ波が前記検出手段に到達するまでに要する時間である。
<3>
In another aspect of the measuring device of the present embodiment, the irradiation means for irradiating the terahertz wave toward the surface and the detection means for detecting the terahertz wave reflected by the sample are further provided, and the predetermined position is located. , The position where the detection means is installed, and the first time is required from the irradiation of the terahertz wave by the irradiation means until the terahertz wave reflected on the surface reaches the detection means. The second time is the time required for the terahertz wave reflected on the back surface to reach the detection means after the irradiation means irradiates the terahertz wave.
この態様によれば、計測装置は、照射手段及び検出手段を用いて、試料の屈折率を好適に計測することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample by using the irradiation means and the detecting means.
<4>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記試料を含む移動対象物を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を変更する変更手段を更に備える。
<4>
In another aspect of the measuring device of the present embodiment, the changing means for changing the irradiation position is further provided by moving the moving object including the sample along a predetermined moving direction.
この態様によれば、計測装置は、位置が互いに異なる複数の照射位置の夫々毎の第1及び第2時間を好適に取得することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably acquire the first and second hours for each of the plurality of irradiation positions having different positions.
<5>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記試料、前記照射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一つを含む移動対象物を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を変更する変更手段を更に備える。
<5>
In another aspect of the measuring device of the present embodiment, the irradiation position is moved by moving a moving object including at least one of the sample, the irradiation means, and the detection means along a predetermined movement direction. Further provided with a changing means for changing.
この態様によれば、計測装置は、位置が互いに異なる複数の照射位置の夫々毎の第1及び第2時間を好適に取得することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably acquire the first and second hours for each of the plurality of irradiation positions having different positions.
<6>
上述の如く移動対象物を移動させる計測装置の他の態様では、前記移動方向が前記裏面に平行である場合には、前記取得手段は、前記照射位置が第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第1位置とは異なる第2位置となる場合の前記第1及び第2時間を取得する。
<6>
In another aspect of the measuring device for moving the moving object as described above, when the moving direction is parallel to the back surface, the acquisition means obtains the first position when the irradiation position is the first position. And the second time, and the first and second hours when the irradiation position is a second position different from the first position are acquired.
この態様によれば、移動方向が試料の裏面に平行である場合には、照射位置が変更された場合であっても、所定位置(或いは、テラヘルツ波の照射位置及びテラヘルツ波の検出位置のうちの少なくとも一方)と試料の裏面との間の距離が変わることはない。この場合には、計測装置は、2つの異なる照射位置に夫々対応する2つの第1時間及び2つの第2時間を取得すれば、試料の屈折率を好適に計測することができる。つまり、計測装置は、試料の屈折率を計測するために、3つ以上の照射位置に夫々対応する3つ以上の第1時間及び3つ以上の第2時間を取得しなくてもよい。 According to this aspect, when the moving direction is parallel to the back surface of the sample, even if the irradiation position is changed, the predetermined position (or the terahertz wave irradiation position and the terahertz wave detection position) The distance between (at least one of) and the back surface of the sample does not change. In this case, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample by acquiring the two first time and the two second time corresponding to the two different irradiation positions. That is, the measuring device does not have to acquire three or more first hours and three or more second hours corresponding to each of the three or more irradiation positions in order to measure the refractive index of the sample.
<7>
上述の如く照射位置が第1位置となる場合の第1及び第2時間並びに照射位置が第2位置となる場合の第1及び第2時間を取得する計測装置の他の態様では、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta1及びtb1と定義し、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta2及びtb2と定義し、変数Δt1を数式1で定義し、変数Δt2を数式2で定義し、屈折率をnと定義すると、前記移動方向が前記裏面に平行である場合には、前記算出手段は、数式3に基づいて、前記屈折率を算出する。
<7>
In another aspect of the measuring device that acquires the first and second hours when the irradiation position is the first position and the first and second hours when the irradiation position is the second position as described above, the irradiation position. The first and second hours when is the first position are defined as ta1 and tb1, respectively, and the first and second hours when the irradiation position is the second position are ta2, respectively. And t b2 , the variable Δt 1 is defined by the mathematical formula 1, the variable Δt 2 is defined by the mathematical formula 2, and the refractive index is defined as n. The calculation means calculates the refractive index based on the mathematical formula 3.
この態様によれば、計測装置は、数式1から数式3に基づく演算を行うことで、第1及び第2時間に基づいて、試料の屈折率を好適に計測することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample based on the first and second hours by performing the calculation based on the mathematical formulas 1 to 3.
<8>
上述の如く移動対象物を移動させる計測装置の他の態様では、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記移動手段は、前記移動方向を固定したまま前記移動対象物を移動させることで、前記照射位置を、互いに異なる第1位置、第2位置及び第3位置へと順に変更し、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記取得手段は、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間を取得し、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記取得手段は、前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置を前記第1位置から前記第2位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量、及び、前記照射位置を前記第2位置から前記第3位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量に基づいて、前記屈折率を算出する。
<8>
In another aspect of the measuring device for moving the moving object as described above, when the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is flat, the moving means keeps the moving direction fixed. By moving the moving object, the irradiation positions are changed in order to different first positions, second positions, and third positions, and the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is a flat surface. In some cases, the acquisition means has the first and second hours when the irradiation position is the first position, and the first and second hours when the irradiation position is the second position. Further, when the first and second hours when the irradiation position is the third position are acquired and the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is flat, the acquisition means , The first and second hours, and the amount of movement of the moving object when the irradiation position is changed from the first position to the second position, and the irradiation position is changed from the second position to the second position. The refractive index is calculated based on the amount of movement of the moving object when changing to the third position.
この態様によれば、移動方向が試料の裏面に平行でない場合には、照射位置が変更されると、所定位置(或いは、テラヘルツ波の照射位置及びテラヘルツ波の検出位置のうちの少なくとも一方)と試料の裏面との間の距離もまた変わる。この場合には、計測装置は、3つの異なる照射位置に夫々対応する3つの第1時間及び3つの第2時間を取得すれば、試料の屈折率を好適に計測することができる。つまり、計測装置は、試料の屈折率を計測するために、4つ以上の照射位置に夫々対応する4つ以上の第1時間及び4つ以上の第2時間を取得しなくてもよい。 According to this aspect, when the moving direction is not parallel to the back surface of the sample, when the irradiation position is changed, the predetermined position (or at least one of the terahertz wave irradiation position and the terahertz wave detection position) is set. The distance to the back of the sample also changes. In this case, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample by acquiring the three first hours and the three second hours corresponding to the three different irradiation positions. That is, the measuring device does not have to acquire four or more first hours and four or more second hours corresponding to each of the four or more irradiation positions in order to measure the refractive index of the sample.
<9>
上述の如く照射位置が第1位置となる場合の第1及び第2時間、照射位置が第2位置となる場合の第1及び第2時間並びに照射位置が第3位置となる場合の第1及び第2時間を取得する計測装置の他の態様では、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta1及びtb1と定義し、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta2及びtb2と定義し、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta3及びtb3と定義し、変数Δt1を数式4で定義し、変数Δt2を数式5で定義し、変数Δt3を数式6で定義し、前記照射位置を前記第1位置から前記第2位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量をP1と定義し、前記照射位置を前記第2位置から前記第3位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量をP2と定義し、屈折率をnと定義すると、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記算出手段は、数式7に基づいて、前記屈折率を算出する。
<9>
As described above, the first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second times when the irradiation position is the third position. In another aspect of the measuring device for acquiring the second time, the first and second hours when the irradiation position is the first position are defined as ta1 and tb1, respectively, and the irradiation position is the first position. The first and second hours when the two positions are set are defined as ta2 and t b2, respectively, and the first and second hours when the irradiation position is the third position are defined as ta3 and t b3, respectively. The variable Δt 1 is defined by the formula 4, the variable Δt 2 is defined by the formula 5, the variable Δt 3 is defined by the formula 6, and the irradiation position is changed from the first position to the second position. The moving amount of the moving object in the case of changing the irradiation position from the second position to the third position is defined as P2, and the refractive index is defined as P2. Is defined as n, and when the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is flat, the calculation means calculates the refractive index based on the mathematical formula 7.
この態様によれば、計測装置は、数式4から数式7に基づく演算を行うことで、第1及び第2時間に基づいて、試料の屈折率を好適に計測することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample based on the first and second hours by performing the calculation based on the formulas 4 to 7.
<10>
上述の如く移動対象物を移動させる計測装置の他の態様では、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記移動手段は、(i)前記照射位置を、互いに異なる第1位置、第2位置及び第3位置へと順に変更するように、且つ、(ii)前記第1位置から前記第2位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量が、前記照射位置を前記第2位置から前記第3位置へと変更する場合の前記移動対象物の移動量と同一になるように、前記移動方向を固定したまま前記移動対象物を移動させ、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記取得手段は、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間を取得する。
<10>
In another aspect of the measuring device for moving the moving object as described above, when the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is flat, the moving means (i) sets the irradiation position. The amount of movement of the moving object when the first position, the second position, and the third position, which are different from each other, are changed in order, and (ii) the first position is changed to the second position. The moving object is moved while the moving direction is fixed so as to be the same as the moving amount of the moving object when the irradiation position is changed from the second position to the third position. When the moving direction is not parallel to the back surface and the back surface is flat, the acquisition means uses the first and second hours when the irradiation position is the first position, and the irradiation position is the first position. The first and second hours when the second position is set, and the first and second hours when the irradiation position is the third position are acquired.
この態様によれば、上述したように、移動方向が試料の裏面に平行でない場合には、計測装置は、3つの照射位置に夫々対応する3つの第1時間及び3つの第2時間を取得すれば、試料の屈折率を好適に計測することができる。 According to this aspect, as described above, when the moving direction is not parallel to the back surface of the sample, the measuring device obtains three first hours and three second hours corresponding to the three irradiation positions, respectively. For example, the refractive index of the sample can be preferably measured.
<11>
上述の如く照射位置が第1位置となる場合の第1及び第2時間、照射位置が第2位置となる場合の第1及び第2時間並びに照射位置が第3位置となる場合の第1及び第2時間を取得する計測装置の他の態様では、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta1及びtb1と定義し、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta2及びtb2と定義し、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間を夫々ta3及びtb3と定義し、変数Δt1を数式8で定義し、変数Δt2を数式9で定義し、変数Δt3を数式10で定義し、屈折率をnと定義すると、前記移動方向が前記裏面に平行でなく且つ前記裏面が平面である場合には、前記算出手段は、数式11に基づいて、前記屈折率を算出する。
<11>
As described above, the first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second times when the irradiation position is the third position. In another aspect of the measuring device that acquires the second time, the first and second hours when the irradiation position is the first position are defined as ta1 and tb1, respectively, and the irradiation position is the first position. The first and second hours when the two positions are set are defined as ta2 and t b2, respectively, and the first and second hours when the irradiation position is the third position are defined as ta3 and t b3, respectively. If the variable Δt 1 is defined by the mathematical formula 8, the variable Δt 2 is defined by the mathematical formula 9, the variable Δt 3 is defined by the
この態様によれば、計測装置は、数式8から数式11に基づく演算を行うことで、第1及び第2時間に基づいて、試料の屈折率を好適に計測することができる。 According to this aspect, the measuring device can suitably measure the refractive index of the sample based on the first and second hours by performing the calculation based on the mathematical formulas 8 to 11.
<12>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記算出手段は更に、算出した前記屈折率に基づいて、前記表面と前記裏面との間の物理的な距離である前記試料の厚さを算出する。
<12>
In another aspect of the measuring device of the present embodiment, the calculation means further calculates the thickness of the sample, which is the physical distance between the front surface and the back surface, based on the calculated refractive index. ..
この態様によれば、計測装置は、屈折率に加えて、試料の厚さを計測する(つまり、算出する)ことができる。 According to this aspect, the measuring device can measure (ie, calculate) the thickness of the sample in addition to the refractive index.
(計測方法の実施形態)
<13>
本実施形態の計測方法は、試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得工程と、前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出工程とを備える。
(Embodiment of measurement method)
<13>
In the measurement method of the present embodiment, the first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are said to be the same. The second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample located on the opposite side of the front surface is acquired for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample. The acquisition step is provided with a calculation step of calculating the refractive index of the sample based on the first and second hours.
本実施形態の計測装置によれば、上述した本実施形態の計測装置が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。 According to the measuring device of the present embodiment, it is possible to preferably enjoy the same effect as the effect that can be enjoyed by the measuring device of the present embodiment described above.
尚、本実施形態の計測装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態の計測方法も、各種態様を採用してもよい。 In addition, various aspects may be adopted as the measurement method of this embodiment corresponding to various aspects adopted by the measuring apparatus of this embodiment.
(コンピュータプログラムの実施形態)
<14>
本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータに上述した本実施形態の計測方法を実行させる。
(Implementation of computer program)
<14>
The computer program of the present embodiment causes a computer to execute the measurement method of the present embodiment described above.
本実施形態のコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態の計測装置が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。 According to the computer program of the present embodiment, it is possible to preferably enjoy the same effect as that of the measuring device of the present embodiment described above.
尚、本実施形態の計測装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態のコンピュータプログラムも、各種態様を採用してもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。 The computer program of the present embodiment may also adopt various aspects corresponding to the various aspects adopted by the measuring device of the present embodiment. Further, the computer program may be recorded on a computer-readable recording medium.
本実施形態の計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムの作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。 The operation and other gains of the measuring device, measuring method, and computer program of the present embodiment will be described in more detail in the following examples.
以上説明したように、本実施形態の計測装置は、取得手段と、算出手段とを備える。本実施形態の計測方法は、取得工程と、算出工程とを備える。本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータに上述した本実施形態の計測方法を実行させる。従って、試料に何らかの特殊な部材を接触させない場合であっても、試料の屈折率が計測される。 As described above, the measuring device of the present embodiment includes an acquisition means and a calculation means. The measurement method of the present embodiment includes an acquisition step and a calculation step. The computer program of the present embodiment causes a computer to execute the measurement method of the present embodiment described above. Therefore, the refractive index of the sample is measured even when the sample is not brought into contact with any special member.
以下、図面を参照しながら、計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムの実施例について説明する。特に、以下では、計測装置、計測方法及びコンピュータプログラムが、テラヘルツ波THzを試料10に照射することで当該試料10の屈折率nを計測するテラヘルツ波計測装置100に適用された例を用いて説明を進める。
Hereinafter, examples of the measuring device, the measuring method, and the computer program will be described with reference to the drawings. In particular, in the following, the measuring device, the measuring method and the computer program will be described with reference to an example applied to the terahertz
(1)テラヘルツ波計測装置100の構成
初めに、図1を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置100の構成について説明する。図1は、本実施例のテラヘルツ波計測装置100の構成を示すブロック図である。
(1) Configuration of Terahertz
図1に示すように、テラヘルツ波計測装置100は、テラヘルツ波THzを試料10に照射すると共に、試料10が反射したテラヘルツ波THz(つまり、試料10に照射されたテラヘルツ波THz)を検出する。
As shown in FIG. 1, the terahertz
テラヘルツ波THzは、1テラヘルツ(1THz=1012Hz)前後の周波数領域(つまり、テラヘルツ領域)に属する電磁波成分を含む電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置100は、試料10に照射されたテラヘルツ波THzを解析することで、試料10の特性を計測することができる。本実施例では、テラヘルツ波計測装置100は、試料10に照射されたテラヘルツ波THzを解析することで、試料10の特性の一例である試料10の屈折率nを計測することができる。
The terahertz wave THz is an electromagnetic wave including an electromagnetic wave component belonging to a frequency region (that is, a terahertz region) around 1 terahertz (1 THz = 10 12 Hz). The terahertz region is a frequency region that has both the straightness of light and the transmission of electromagnetic waves. The terahertz region is the frequency domain in which various substances have their own absorption spectra. Therefore, the terahertz
ここで、テラヘルツ波THzの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波THzの波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置100は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用することで、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出する。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置100についてより具体的に説明を進める。
Here, since the period of the terahertz wave THz is a period on the order of subpicoseconds, it is technically difficult to directly detect the waveform of the terahertz wave THz. Therefore, the terahertz
図1に示すように、テラヘルツ波計測装置100は、パルスレーザ装置101と、「照射手段」の一具体例であるテラヘルツ波発生素子110と、ビームスプリッタ161と、反射鏡162と、反射鏡163と、ハーフミラー164と、光学遅延機構120と、「検出手段」の一具体例であるテラヘルツ波検出素子130と、バイアス電圧生成部141と、I−V(電流−電圧)変換部142と、制御部150と、ステージ170を備えている。
As shown in FIG. 1, the terahertz
パルスレーザ装置101は、当該パルスレーザ装置101に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光LBを生成する。パルスレーザ装置101が生成したパルスレーザ光LBは、不図示の導光路(例えば、光ファイバ等)を介して、ビームスプリッタ161に入射する。
The
ビームスプリッタ161は、パルスレーザ光LBを、ポンプ光LB1とプローブ光LB2とに分岐する。ポンプ光LB1は、不図示の導光路を介して、テラヘルツ波発生素子110に入射する。一方で、プローブ光LB2は、不図示の導光路及び反射鏡162を介して、光学遅延機構120に入射する。その後、光学遅延機構120から出射したプローブ光LB2は、反射鏡163及び不図示の導光路を介して、テラヘルツ波検出素子130に入射する。
The
テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを出射する。具体的には、テラヘルツ波発生素子110は、ギャップを介して互いに対向する一対の電極層を備えている。ギャップには、一対の電極層を介して、バイアス電圧生成部141が生成したバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧(例えば、0Vでないバイアス電圧)がギャップに印加されている状態でポンプ光LB1がギャップに照射されると、ギャップの下側に形成されている光伝導層にもまたポンプ光LB1が照射される。この場合、ポンプ光LB1が照射された光伝導層には、ポンプ光LB1による光励起によってキャリアが発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子110には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。発生した電流信号は、一対の電極層に流れる。その結果、テラヘルツ波発生素子110は、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波THzを出射する。
The terahertz
テラヘルツ波発生素子110から出射したテラヘルツ波THzは、ハーフミラー164を透過する。その結果、ハーフミラー164を透過したテラヘルツ波THzは、試料10(特に、試料10の表面10a)に照射される。試料10に照射されたテラヘルツ波THzは、試料10によって(特に、試料の表面10a及び裏面10bの夫々によって)反射される。試料10によって反射されたテラヘルツ波THzは、ハーフミラー164によって反射される。ハーフミラー164によって反射されたテラヘルツ波THzは、テラヘルツ波検出素子130に入射する。
The terahertz wave THz emitted from the terahertz
テラヘルツ波検出素子130は、テラヘルツ波検出素子130に入射するテラヘルツ波THzを検出する。具体的には、テラヘルツ波検出素子130は、ギャップを介して互いに対向する一対の電極層を備えている。ギャップにプローブ光LB2が照射されると、ギャップの下側に形成されている光伝導層にもまたプローブ光LB2が照射される。この場合、プローブ光LB2が照射された光伝導層には、プローブ光LB2による光励起によってキャリアが発生する。その結果、キャリアに応じた電流信号が、テラヘルツ波検出素子130が備える一対の電極層に流れる。プローブ光LB2がギャップに照射されている状態でテラヘルツ波検出素子130にテラヘルツ波THzが照射されると、一対の電極層に流れる電流信号の信号強度は、テラヘルツ波THzの光強度に応じて変化する。テラヘルツ波THzの光強度に応じて信号強度が変化する電流信号は、一対の電極層を介して、I−V変換部142に出力される。
The terahertz
光学遅延機構120は、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の差分(つまり、光路長差)を調整する。具体的には、光学遅延機構120は、プローブ光LB2の光路長を調整することで、光路長差を調整する。光路長差が調整されると、ポンプ光LB1がテラヘルツ波発生素子110に入射するタイミング(或いは、テラヘルツ波発生素子110がテラヘルツ波THzを出射するタイミング)と、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミング(或いは、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミング)との時間差が調整される。テラヘルツ波計測装置100は、この時間差を調整することで、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出する。例えば、光学遅延機構120によってプローブ光LB2の光路が0.3ミリメートル(但し、空気中での光路長)だけ長くなると、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミングが1ピコ秒だけ遅くなる。この場合、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングが、1ピコ秒だけ遅くなる。テラヘルツ波検出素子130に対して同一の波形を有するテラヘルツ波THzが数十MHz程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングを徐々にずらすことで、テラヘルツ波検出素子130は、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出することができる。つまり、後述するロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130の検出結果に基づいて、テラヘルツ波THzの波形を検出することができる。
The
テラヘルツ波検出素子130から出力される電流信号は、I−V変換部142によって、電圧信号に変換される。
The current signal output from the terahertz
制御部150は、テラヘルツ波計測装置100の全体の動作を制御するための制御動作を行う。制御部150は、CPU(Central Processing Unit))と、メモリとを備える。メモリには、制御部150に制御動作を行わせるためのコンピュータプログラムが記録されている。当該コンピュータプログラムがCPUによって実行されることで、CPUの内部には、制御動作を行うための論理的な処理ブロックが形成される。但し、メモリにコンピュータプログラムが記録されていなくてもよい。この場合、CPUは、ネットワークを介してダウンロードしたコンピュータプログラムを実行してもよい。
The
制御部150は、制御動作の一例として、テラヘルツ波検出素子130の検出結果(つまり、I−V変換部142が出力する電圧信号)に基づいて、試料10の特性を計測する計測動作を行う。計測動作を行うために、制御部150は、CPUの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、ロックイン検出部151と、信号処理部152とを備えている。
As an example of the control operation, the
ロックイン検出部151は、I−V変換部142から出力される電圧信号に対して、バイアス電圧生成部141が生成するバイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、ロックイン検出部151は、テラヘルツ波THzのサンプル値を検出する。その後、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の差分(つまり、光路長差)を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、ロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形(時間波形)を検出することができる。ロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号を、信号処理部152に対して出力する。つまりロックイン検出部151は、I−V変換部142から出力される電圧信号(つまり、テラヘルツ波THzの検出信号)から参照信号とは異なる周波数のノイズ成分を除去する。即ちロック印検出部151は、検出信号と参照信号とを用いて同期検波をすることによって、時間波形信号を相対的に高い感度で且つ相対的に高精度に検波する。尚、テラヘルツ波計測装置100がロックイン検出を用いない場合は、テラヘルツ波発生素子110には、バイアス電圧として直流電圧が印加されればよい。
The lock-in
信号処理部152は、ロックイン検出部151から出力される波形信号に基づいて、試料10の特性を計測する。例えば、信号処理部152は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波THzの周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて試料10の特性を計測する。
The
本実施例では特に、信号処理部152は、制御動作の一例として、ロックイン検出部151から出力される波形信号に基づいて、試料10の屈折率nを計測する計測動作を行う。更に、信号処理部152は、制御動作の一例として、ロックイン検出部151から出力される波形信号に基づいて、試料10の厚さd(つまり、試料10に対してテラヘルツ波THzが入射する方向に沿った厚さd)を計測する計測動作を行う。尚、ここでいう厚さdは、「表面10aと裏面10bとの間の物理的な距離」を意味する。計測動作を行うために、信号処理部152は、CPUの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、「取得手段」の一具体例である検出時間取得部1521と、「算出手段」の一具体例である屈折率算出部1522と、「算出手段」の一具体例である厚さ算出部1523とを備える。尚、検出時間取得部1521、屈折率算出部1522、厚さ算出部1523の動作の具体例については、後に詳述するためここでの説明を省略する。
In this embodiment, in particular, the
ステージ170は、試料10を保持する。図1に示す例では、ステージ170は、試料10の裏面10bがステージ170側を向くように、試料10を保持している。ステージ170は、試料10を保持したまま、所定の移動方向に沿って移動可能である。ステージ170が移動すると、テラヘルツ波THzの試料10上での照射位置が変わる。
The
ステージ170の移動は、制御部150によって制御される。具体的には、制御部150は、CPUの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、照射位置変更部153を備える。照射位置変更部153は、テラヘルツ波THzの照射位置を調整する(例えば、所望位置に変更する)ように、ステージ170の移動を制御する。
The movement of the
尚、照射位置変更部153は、ステージ170を移動させることに加えて又は代えて、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130のうちの少なくとも一方を移動させることで、テラヘルツ波THzの照射位置を調整してもよい。
The irradiation
(2)テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する計測動作
続いて、図2から図7を参照しながら、テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する計測動作について説明する。本実施例では、テラヘルツ波計測装置100は、屈折率n及び厚さdを計測する計測動作として、2種類の計測動作(第1計測動作及び第2計測動作)のうちの少なくとも一方を行う。以下、屈折率n及び厚さdを計測する第1計測動作、及び、屈折率n及び厚さdを計測する第2計測動作について順に説明する。
(2) Measurement operation for measuring the refractive index n and the thickness d performed by the terahertz
(2−1)屈折率n及び厚さdを計測する第1計測動作
はじめに、図2を参照しながら、テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する第1計測動作について説明する。図2は、テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する第1計測動作の流れの一例を示すフローチャートである。
(2-1) First measurement operation for measuring the refractive index n and the thickness d First , with reference to FIG. 2, the first measurement operation for measuring the refractive index n and the thickness d performed by the terahertz
図2に示すように、照射位置変更部153は、テラヘルツ波THzの照射位置が、試料10の表面10a上の第1位置になるように、ステージ170を制御する(ステップS101)。
As shown in FIG. 2, the irradiation
その後、テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを試料10の表面10aに向けて出射する(ステップS102)。つまり、テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを、試料10の表面10a上の第1位置に照射する(ステップS102)。
After that, the terahertz
試料10aに照射されたテラヘルツ波THzは、試料10によって反射される。ここで、図3を参照しながら、試料10によるテラヘルツ波THzの反射について説明する。図3は、試料10に照射されるテラヘルツ波THzの光路及び試料10によって反射されたテラヘルツ波THzの光路を示す試料10の断面図である。
The terahertz wave THz applied to the
図3に示すように、試料10に照射されたテラヘルツ波THzの一部は、試料10の表面10aによって反射される。表面10aによって反射されたテラヘルツ波THzは、試料10からテラヘルツ波検出素子130に伝搬していく。
As shown in FIG. 3, a part of the terahertz wave THz irradiated to the
一方で、試料10に照射されたテラヘルツ波THzの一部は、表面10aによって反射されることなく、試料10の内部を透過していく。その後、試料10の内部を透過したテラヘルツ波THzは、試料10の裏面10bに到達する。その結果、試料10の内部を透過したテラヘルツ波THzの一部は、試料10の裏面10bによって反射される。裏面10bによって反射されたテラヘルツ波THzは、再び試料10の内部を透過していく。その後、試料10の内部を透過したテラヘルツ波THzは、試料10の表面10aに到達する。その結果、裏面10bによって反射されたテラヘルツ波THzの一部は、試料10からテラヘルツ波検出素子130に伝搬していく。
On the other hand, a part of the terahertz wave THz irradiated to the
尚、本実施例において、表面10a及び裏面10bは、試料10内でのテラヘルツ波THzの伝搬方向(図1及び図3で言えば、図面横方向)に沿って対向する試料10の2つの外面を意味する。この場合、表面10aは、2つの外面のうちテラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130に近い一方の外面に相当する。一方で、裏面10bは、2つの外面のうちテラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130から遠い他方の外面に相当する。
In this embodiment, the
また、試料10の裏面10bによるテラヘルツ波THzの反射を促進するべく、試料10の裏面10bに接する又は密着するように反射部材が配置されていてもよい。
Further, in order to promote the reflection of the terahertz wave THz by the
再び図2において、試料10によって反射されたテラヘルツ波THzは、テラヘルツ波検出素子130によって検出される(ステップS102)。その結果、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号が、信号処理部152に入力される。
Again, in FIG. 2, the terahertz wave THz reflected by the
その後、検出時間取得部1521は、信号処理部152に入力された波形信号に基づいて、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1を取得する(ステップS103)。つまり、テラヘルツ波計測装置100は、第1位置に照射されたテラヘルツ波THzの検出結果に基づいて、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1を取得する。検出時間取得部1521は、テラヘルツ波THzを第1位置に照射した場合に取得された第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1を、屈折率算出部1522に出力する。尚、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1は、夫々、「第1時間」及び「第2時間」の一具体例である。
After that, the detection
ここで、図4を参照しながら、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1の取得動作について説明する。図4は、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形信号を示すグラフである。
Here, the acquisition operation of the first detection time ta1 and the second detection time t b1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing a waveform signal of the terahertz wave THz detected by the terahertz
図4に示すように、波形信号には、表面10aで反射されたテラヘルツ波THzに相当する波形信号及び裏面10bで反射されたテラヘルツ波THzに相当する波形信号が含まれている。裏面10bで反射されたテラヘルツ波THzが試料10の内部を透過した後にテラヘルツ波検出素子130に到達する一方で、表面10aで反射されたテラヘルツ波THzは試料の10の内部を透過することなくテラヘルツ波検出素子130に到達する。このため、裏面10bで反射されたテラヘルツ波THzは、表面10aで反射されたテラヘルツ波THzよりも時間的に遅れてテラヘルツ波検出素子130に到達する。従って、波形信号上でも、裏面10bで反射されたテラヘルツ波THzに相当する波形信号は、表面10aで反射されたテラヘルツ波THzに相当する波形信号よりも時間的に遅れている。
As shown in FIG. 4, the waveform signal includes a waveform signal corresponding to the terahertz wave THz reflected on the
第1検出時間ta1は、テラヘルツ波発生素子110がテラヘルツ波THzの照射を開始してから試料10の表面10aで反射されたテラヘルツ波THzがテラヘルツ波検出素子130に到達するまでに要する時間である。一方で、第2検出時間tb1は、テラヘルツ波発生素子110がテラヘルツ波THzの照射を開始してから試料10の裏面10bで反射されたテラヘルツ波THzがテラヘルツ波検出素子130に到達するまでに要する時間である。検出時間取得部1521は、波形信号を解析することで、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1を容易に取得する(言い換えれば、算出する又は特定する)ことができる。
The first detection time ta1 is the time required from when the terahertz
再び図2において、その後、テラヘルツ波計測装置100は、照射位置を変更した後に、上述した動作(つまり、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2を取得する動作)を再度行う。具体的には、照射位置変更部153は、テラヘルツ波THzの照射位置が、試料10の表面10a上の第2位置(但し、第2位置は、第1位置とは異なる)になるように、ステージ170を制御する(ステップS101)。その結果、ステージ170は、所定の移動方向に沿って所定の移動量だけ移動する。
In FIG. 2 again, after that, the terahertz
ここで、図5を参照しながら、テラヘルツ波THzが照射される第1位置及び第2位置について説明する。図5は、第1位置に照射されるテラヘルツ波THzの光路及び第2位置に照射されるテラヘルツ波THzの光路を示す試料10の断面図である。
Here, the first position and the second position where the terahertz wave THz is irradiated will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a
図5に示すように、第1動作例では、第1及び第2位置は、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L11と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L21とが同一であるという第1条件を満たす。更に、第1及び第2位置は、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L13と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L23とが同一であるという第2条件を満たす。つまり、照射位置変更部153は、第1及び第2条件を満たすように、ステージ170を制御する。言い換えれば、照射位置変更部153は、第1及び第2条件を満たす第1位置及び第2位置の夫々にテラヘルツ波THzが照射されるように、ステージ170を制御する。
As shown in FIG. 5, in the first operation example, the first and second positions are the distances between the terahertz
第1及び第2条件を満たすようにステージ170を制御するために、照射位置変更部153は、ステージ170の移動方向が試料10の裏面10bと平行になるように、ステージ170を制御する。言い換えれば、第1及び第2条件を満たすようにステージ170を制御するために、照射位置変更部153は、試料10の裏面10bに平行な方向に沿ってステージ170が移動するように、ステージ170を制御する。その結果、テラヘルツ波THzの照射位置が変更される場合であっても、テラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離が変わることはない。同様に、テラヘルツ波THzの照射位置が変更される場合であっても、テラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離が変わることはない。
In order to control the
尚、ここでいう「裏面10bに平行な方向に沿ってステージ170が移動する」状態とは、「第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのステージ170と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのステージ170とが、裏面10bに平行な方向に沿って並ぶように、ステージ170が移動する」状態を意味する。このような状態は、裏面10bに平行な第1方向のみに沿ってステージ170が移動することによって実現される。或いは、このような状態は、裏面10bに平行な第1方向及び裏面10bに交わる第2方向に沿ってステージ170が移動する場合であっても、第2方向に沿ったステージ170の移動量がトータルでゼロになる(つまり、相殺される)限りは、実現される。
The state in which the
尚、照射位置変更部153が、ステージ170を移動させることに加えて又は代えて、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130のうちの少なくとも一方を移動させることで、テラヘルツ波THzの照射位置を調整してもよいことは上述したとおりである。この場合においても、照射位置変更部153が、第1及び第2条件を満たすように、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130のうちの少なくとも一方を移動させる。
The irradiation
加えて、図5に示すように、第1動作例では、第1及び第2位置は、第1位置における試料10の厚さd1が、第2位置における試料10の厚さd2とは異なるという第3条件を満たす。つまり、照射位置変更部153は、第3条件を満たすように、ステージ170を制御する。言い換えれば、照射位置変更部153は、第3条件を満たす第1位置及び第2位置の夫々にテラヘルツ波THzが照射されるように、ステージ170を制御する。
In addition, as shown in FIG. 5, in the first operation example, the thickness d1 of the
第3条件が満たされるためには、試料10は、試料10の厚さdにばらつきがあるという条件を満たすことが好ましい。厚さdのばらつきは、試料10の表面10aに意図的に形成された凹凸(例えば、段差や、曲面等)に起因した厚さdのばらつきを含んでいてもよい。或いは、厚さdのばらつきは、仕上げ加工の精度に依存する試料10の表面10aの粗さに起因した厚さdのばらつきを含んでいてもよい。
In order to satisfy the third condition, it is preferable that the
尚、試料10の裏面10bは平面である場合には、第1及び第2位置が上述した第1及び第2条件を満たしやすくなる。このため、第1計測動作においては、試料10の裏面10bは平面であることが好ましい。
When the
その後、テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを、試料10の表面10a上の第2位置に照射する(ステップS112)。その後、テラヘルツ波検出素子130は、試料10によって反射されたテラヘルツ波THzを検出する(ステップS112)。その結果、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号が、信号処理部152に入力される。その後、検出時間取得部1521は、信号処理部152に入力された波形信号に基づいて、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2を取得する(ステップS113)。つまり、テラヘルツ波計測装置100は第2位置に照射されたテラヘルツ波THzの検出結果に基づいて、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2を取得する。検出時間取得部1521は、テラヘルツ波THzを第2位置に照射した場合に取得された第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2を、屈折率算出部1522に出力する。尚、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2は、夫々、「第1時間」及び「第2時間」の一具体例である。
After that, the terahertz
その後、屈折率算出部1522は、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1、並びに、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2に基づいて、試料10の屈折率nを算出する(ステップS121)。具体的には、屈折率算出部1522は、数式12を用いて、屈折率nを算出する。尚、数式12中のΔt1は、第1位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の内部を透過するために要する時間に相当する。つまり、数式12中のΔt1は、第1位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の表面10aから裏面10bを介して再度表面10aに到達するために要する時間に相当する。このため、Δt1は、Δt1=tb1−ta1という数式から算出可能である。数式12中のΔt2は、第2位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の内部を透過するために要する時間に相当する。つまり、数式12中のΔt2は、第2位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の表面10aから裏面10bを介して再度表面10aに到達するために要する時間に相当する。このため、Δt2は、Δt2=tb2−ta2という数式から算出可能である。
After that, the refractive
ここで、上述した図5を参照しながら、数式12を用いて屈折率nを算出可能な理由について説明する。尚、以下の説明では、説明の便宜上、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L11と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L21と、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L13と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L23とが、いずれも同一である(便宜上、Lである)ものとする。つまり、L11=L13=L21=L23=Lであるものとする。但し、L11=L21≠L13=L23である場合であっても、後述する説明中の「L」を「(L11+L13)/2」又は「(L21+L23)/2」に置き換えれば、数式12を用いて屈折率nを算出可能な理由に変わりはないことが分かる。
Here, the reason why the refractive index n can be calculated using the mathematical formula 12 will be described with reference to FIG. 5 described above. In the following description, for convenience of explanation, the distance L11 between the terahertz
まず、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から裏面10bに至るまでに要する時間は、第2検出時間tb1の半分である。第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から裏面10bに至るまでの光路長(つまり、光学距離)は、(L−d1)+n×d1である(但し、説明の便宜上、試料10が空気中に位置しており、且つ、空気の屈折率を1と近似する)。従って、空気中のテラヘルツ波THzの速度をcと定義すると、数式13が成立する。同様の理由から、第2位置に関連する数式14もまた成立する。
First, the time required for the terahertz wave THz to reach the
一方で、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から表面10aに至るまでに要する時間は、第1検出時間ta1の半分である。第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から表面10aに至るまでの光路長(つまり、光学距離)は、L−d1である。従って、数式15が成立する。同様の理由から、第2位置に関連する数式16もまた成立する。
On the other hand, the time required for the terahertz wave THz to reach the
数式13に対して数式15を代入することで、数式13から変数d1を消去することができる。変数d1が消去された数式13をnについて解くと、数式17が得られる。数式14に対して数式16を代入することで、数式14から変数d2を消去することができる。変数d2が消去された数式14をnについて解くと、数式18が得られる。 By substituting the equation 15 for the equation 13, the variable d1 can be deleted from the equation 13. When the formula 13 in which the variable d1 is deleted is solved for n, the formula 17 is obtained. By substituting the equation 16 for the equation 14, the variable d2 can be deleted from the equation 14. Solving the formula 14 with the variable d2 eliminated for n gives the formula 18.
数式17に対して数式18を代入することで、数式17から変数nを消去することができる。変数nが消去された数式17をLについて解くと、数式19が得られる。 By substituting the equation 18 for the equation 17, the variable n can be deleted from the equation 17. When the formula 17 in which the variable n is eliminated is solved for L, the formula 19 is obtained.
数式19を数式17に代入することで、数式17から変数Lを消去することができる。変数Lが消去された数式17をnについて解くと、上述した数式12が得られる。 By substituting Equation 19 into Equation 17, the variable L can be eliminated from Equation 17. When the formula 17 in which the variable L is eliminated is solved for n, the above-mentioned formula 12 is obtained.
再び図2において、その後、厚さ算出部1523は、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2、並びに、ステップS121で算出した屈折率nに基づいて、試料10の厚さdを算出する(ステップS122)。第1動作例では、上述したように第1位置における試料10の厚さd1と第2位置における試料10の厚さd2とが異なる。従って、厚さ算出部1523は、厚さd1及びd2の夫々を算出する。具体的には、厚さ算出部1523は、d1=(c/n)×Δt1/2という数式を用いて、厚さd1を算出する。厚さ算出部1523は、d2=(c/n)×Δt2/2という数式を用いて、厚さd2を算出する。
Again in FIG. 2, after that, the
以上説明したように、本実施例のテラヘルツ計測装置100は、第1計測動作を実行することで、試料10の屈折率nを好適に計測する(つまり、算出する)ことができる。特に、本実施例のテラヘルツ計測装置100は、試料10の厚さdが異なる複数の照射位置にテラヘルツ波THzを照射することで、試料10に何らかの特殊な部材を接触させることなく、屈折率nを好適に計測することができる。更に、本実施例のテラヘルツ計測装置100は、屈折率nを好適に計測することができるがゆえに、試料10の厚さdもまた好適に計測することができる。
As described above, the
ここで、屈折率nを計測することなく試料10の厚さdを計測する比較例のテラヘルツ波計測装置の一例として、単一の照射位置にテラヘルツ波THzを照射することで厚さdを計測するテラヘルツ波計測装置が想定される。この場合、比較例のテラヘルツ波計測装置は、第1検出時間ta及び第2検出時間tbを取得する。更に、比較例のテラヘルツ波計測装置は、厚さd=c×(tb−ta)/2という数式を用いて、試料10の厚さdを計測する。しかしながら、上述したように、試料10の内部でのテラヘルツ波THzの速度c’は、屈折率nに応じて変動する。このため、比較例のテラヘルツ波計測装置によって計測される厚さdは、試料10の本来の厚さd=(c/n)×(tb−ta)/2よりも大きな値となってしまう。
Here, as an example of a terahertz wave measuring device of a comparative example in which the thickness d of the
このため、比較例のテラヘルツ波計測装置100は、本来の厚さdを計測するためには、屈折率nを計測する必要がある。しかしながら、特許文献1及び2に記載されているように、屈折率nの計測には手間がかかるのが一般的である。しかしながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置100は、比較的容易に屈折率nを計測することができると言う大きな利点を有している。
Therefore, the terahertz
尚、上述した数式12は、数式13から数式16より構成される連立方程式(つまり、L、d1、d2及びnを未知数とする4つの方程式からなる連立方程式)をnについて解くことで得られる数式であるとも言える。このため、テラヘルツ波計測装置100は、数式12を用いることに代えて、数式13から数式16より構成される連立方程式をnについて解くことで、屈折率nを算出してもよい。例えば、テラヘルツ波計測装置100は、nの仮定値を連立方程式に代入することで連立方程式が成立するか否かを判断し、連立方程式が成立するまで連立方程式に代入するnの仮定値を調整する動作を繰り返してもよい。この場合、連立方程式が成立するnの仮定値が、試料10の屈折率nに相当する。
The above-mentioned mathematical formula 12 is a mathematical formula obtained by solving a simultaneous equation composed of the mathematical formulas 13 to 16 (that is, a simultaneous equation consisting of four equations having L, d1, d2 and n as unknown variables) for n. It can be said that. Therefore, the terahertz
(2−2)屈折率n及び厚さdを計測する第2計測動作
続いて、図6を参照しながら、テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する第2計測動作について説明する。図6は、テラヘルツ波計測装置100が行う屈折率n及び厚さdを計測する第2計測動作の流れの一例を示すフローチャートである。
(2-2) Second measurement operation for measuring the refractive index n and the thickness d Next, referring to FIG. 6, the second measurement operation for measuring the refractive index n and the thickness d performed by the terahertz
上述した第1計測動作では、ステージ170は、試料10の裏面10bに平行な方向に沿って移動している。つまり、テラヘルツ波THzの照射位置が変更される場合であっても、テラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離及びテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離が変わらない。しかしながら、ステージ170の移動条件や、試料10の状態(特に、裏面10bの状態)によっては、ステージ170は、試料10の裏面10bに平行な方向に沿って移動することができない場合もある。つまり、テラヘルツ波THzの照射位置が変更されると、テラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離及びテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離のうちの少なくとも一方が変わってしまう場合もある。
In the first measurement operation described above, the
この場合には、テラヘルツ波計測装置100は、第1計測動作を行ったとしても、屈折率nを計測することは困難である。このため、ステージ170が試料10の裏面10bに平行な方向に沿って移動することができない場合には、テラヘルツ波計測装置100は、第2計測動作を行うことで屈折率nを計測する。但し、第2計測動作は、裏面10bが平面である(言い換えれば、裏面10bに意図的に凹凸が形成されていない)試料10に対して行われる。
In this case, it is difficult for the terahertz
具体的には、図6に示すように、照射位置変更部153は、テラヘルツ波THzの照射位置が、試料10の表面10a上の第1位置になるように、ステージ170を制御する(ステップS201)。テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを、第1位置に照射する(ステップS202)。その後、テラヘルツ波検出素子130は、試料10によって反射されたテラヘルツ波THzを検出する(ステップS202)。その結果、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号が、信号処理部152に入力される。その後、検出時間取得部1521は、信号処理部152に入力された波形信号に基づいて、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1を取得する(ステップS203)。尚、ステップS201、ステップS202及びステップS203の動作は、特段の説明がない場合には、夫々、第1計測動作のステップS101、ステップS102及びステップS103の動作と同一であってもよい。
Specifically, as shown in FIG. 6, the irradiation
その後、照射位置変更部153は、試料10の表面10a上の第2位置(但し、第2位置は、第1位置とは異なる)になるように、ステージ170を制御する(ステップS211)。その結果、ステージ170は、照射位置を第1位置から第2位置に変更するために、所定の第1移動量P1だけ所定の移動方向に沿って移動する。
After that, the irradiation
但し、第2計測動作は、主としてステージ170が試料10の裏面10bに平行な方向に沿って移動することができない場合に行われる動作である。このため、照射位置変更部153は、照射位置を第2位置に変更する際には、テラヘルツ波THzの照射位置が変更される場合であってもテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離が変わらないという上述した第1条件を満たすように、ステージ170を制御しなくてもよい。同様に、照射位置変更部153は、照射位置を第2位置に変更する際には、テラヘルツ波THzの照射位置が変更される場合であってもテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離が変わらないという上述した第2条件を満たすように、ステージ170を制御しなくてもよい。
However, the second measurement operation is mainly performed when the
その後、テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを、第2位置に照射する(ステップS212)。その後、テラヘルツ波検出素子130は、試料10によって反射されたテラヘルツ波THzを検出する(ステップS212)。その結果、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号が、信号処理部152に入力される。その後、検出時間取得部1521は、信号処理部152に入力された波形信号に基づいて、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2を取得する(ステップS213)。尚、ステップS211、ステップS212及びステップS213の動作は、特段の説明がない場合には、夫々、第1計測動作のステップS101、ステップS102及びステップS103の動作と同一であってもよい。
After that, the terahertz
その後、照射位置変更部153は、試料10の表面10a上の第3位置(但し、第3位置は、第1位置及び第2位置とは異なる)になるように、ステージ170を制御する(ステップS221)。その結果、ステージ170は、照射位置を第2位置から第3位置に変更するために、所定の第2移動量P2だけ所定の移動方向に沿って移動する。
After that, the irradiation
第2計測動作では特に、照射位置変更部153は、照射位置を第2位置から第3位置に変更する場合のステージ170の移動方向が、照射位置を第1位置から第2位置に変更する場合のステージ170の移動方向と同一になるように、ステージ170を制御する。つまり、照射位置変更部153は、照射位置を第1位置から第2位置を経由して第3位置に変更する場合のステージ170の移動方向が固定されるように、ステージ170を制御する。
In the second measurement operation, particularly when the irradiation
また、第2計測動作が主としてステージ170が試料10の裏面10bに平行な方向に沿って移動することができない場合に行われる動作である。このため、照射位置変更部153は、照射位置を第3位置に変更する際には、上述した第1条件を満たすように、ステージ170を制御しなくてもよい。同様に、照射位置変更部153は、照射位置を第3位置に変更する際には、上述した第2条件を満たすように、ステージ170を制御しなくてもよい。
The second measurement operation is mainly performed when the
その後、テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを、第3位置に照射する(ステップS222)。その後、テラヘルツ波検出素子130は、試料10によって反射されたテラヘルツ波THzを検出する(ステップS222)。その結果、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号が、信号処理部152に入力される。その後、検出時間取得部1521は、信号処理部152に入力された波形信号に基づいて、第1検出時間ta3及び第2検出時間tb3を取得する(ステップS223)。尚、ステップS221、ステップS222及びステップS223の動作は、特段の説明がない場合には、夫々、第1計測動作のステップS101、ステップS102及びステップS103の動作と同一であってもよい。
After that, the terahertz
その後、屈折率算出部1522は、第1検出時間ta1及び第2検出時間tb1、第1検出時間ta2及び第2検出時間tb2、並びに、第1検出時間ta3及び第2検出時間tb3に基づいて、試料10の屈折率nを算出する(ステップS231)。具体的には、屈折率算出部1522は、数式20を用いて、屈折率nを算出する。尚、数式20中のΔt1及びΔt2は、第1計測動作の説明時に既に説明済みである。数式20中のΔt3は、第3位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の内部を透過するために要する時間に相当する。つまり、数式20中のΔt3は、第3位置にテラヘルツ波THzを照射した場合において、テラヘルツ波THzが試料10の表面10aから裏面10bを介して再度表面10aに到達するために要する時間に相当する。このため、Δt3は、Δt3=tb3−ta3という数式から算出可能である。
Thereafter, the refractive
ここで、図7を参照しながら、数式20を用いて屈折率nを算出可能な理由について説明する。図7は、第1位置に照射されるテラヘルツ波THzの光路、第2位置に照射されるテラヘルツ波THzの光路及び第3位置に照射されるテラヘルツ波THzの光路を示す試料の断面図である。 Here, the reason why the refractive index n can be calculated using the mathematical formula 20 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a cross-sectional view of a sample showing a terahertz wave THz optical path irradiated to the first position, a terahertz wave THz optical path irradiated to the second position, and a terahertz wave THz optical path irradiated to the third position. ..
尚、以下の説明では、説明の便宜上、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L11と、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L13は、同一である(便宜上、L1である)ものとする。第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L21と、第2位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L23は、同一である(便宜上、L2である)ものとする。第3位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離L31と、第3位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でのテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離L33は、同一である(便宜上、L3である)ものとする。但し、L11≠L13である場合であっても、後述する説明中の「L1」を「(L11+L13)/2」に置き換えれば、数式20を用いて屈折率nを算出可能な理由に変わりはないことが分かる。L21≠L23である場合であっても、後述する説明中の「L2」を「(L21+L23)/2」に置き換えれば、数式20を用いて屈折率nを算出可能な理由に変わりはないことが分かる。L31≠L33である場合であっても、後述する説明中の「L3」を「(L31+L33)/2」に置き換えれば、数式20を用いて屈折率nを算出可能な理由に変わりはないことが分かる。
In the following description, for convenience of explanation, the distance L11 between the terahertz
また、以下の説明では、第1位置における試料10の厚さdは、d1であるものとする。第2位置における試料10の厚さdは、d2であるものとする。第3位置における試料10の厚さdは、d3であるものとする。
Further, in the following description, it is assumed that the thickness d of the
まず、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から裏面10bに至るまでに要する時間は、第2検出時間tb1の半分である。第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から裏面10bに至るまでの光路長(つまり、光学距離)は、(L1−d1)+n×d1である(但し、説明の便宜上、試料10が空気中に位置しており、且つ、空気の屈折率を1と近似する)。従って、空気中のテラヘルツ波THzの速度をcと定義すると、数式21が成立する。同様の理由から、第2位置に関連する数式22及び第3位置に関連する数式23もまた成立する。
First, the time required for the terahertz wave THz to reach the
一方で、第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から表面10aに至るまでに要する時間は、第1検出時間ta1の半分である。第1位置にテラヘルツ波THzが照射されている状況下でテラヘルツ波THzがテラヘルツ波発生素子110から表面10aに至るまでの光路長(つまり、光学距離)は、L1−d1である。従って、数式24が成立する。同様の理由から、第2位置に関連する数式25及び第3位置に関連する数式26もまた成立する。
On the other hand, the time required for the terahertz wave THz to reach the
数式21中の「L1−d1」に数式24の「c×ta1/2」を代入することで得られる数式をd1について解くと、数式27が得られる。数式22中の「L2−d2」に数式25の「c×ta2/2」を代入することで得られる数式をd2について解くと、数式28が得られる。数式23中の「L3−d3」に数式26の「c×ta3/2」を代入することで得られる数式をd3について解くと、数式28が得られる。 When the mathematical formula obtained by substituting "c × ta1 / 2" of the mathematical formula 24 into "L1-d1" in the mathematical formula 21 is solved for d1, the mathematical formula 27 is obtained. When the mathematical formula obtained by substituting "c × ta2 / 2" of the mathematical formula 25 into "L2-d2" in the mathematical formula 22 is solved for d2, the mathematical formula 28 is obtained. When the mathematical formula obtained by substituting "c × ta3 / 2" of the mathematical formula 26 into "L3-d3" in the mathematical formula 23 is solved for d3, the mathematical formula 28 is obtained.
一方で、上述したように裏面10bが平面であるため、ステージ170の移動方向に対する裏面10bの傾きは一定である。従って、数式30が成立する。
On the other hand, since the
この数式30に対して数式24、数式25及び数式26を代入することで得られる数式を整理すると、数式31が得られる。 When the mathematical formulas obtained by substituting the mathematical formulas 24, 25 and 26 into the mathematical formula 30 are arranged, the mathematical formula 31 is obtained.
数式31に対して数式27、数式28及び数式29を代入することで得られる数式を整理すると、上述した数式20が得られる。 By rearranging the mathematical formulas obtained by substituting the mathematical formulas 27, 28 and 29 with respect to the mathematical formula 31, the above-mentioned mathematical formula 20 can be obtained.
再び図2において、その後、厚さ算出部1523は、試料10の厚さd(つまり、厚さd1、d2及びd3)を算出する(ステップS232)。具体的には、厚さ算出部1523は、d1=(c/n)×Δt1/2という数式を用いて、厚さd1を算出する。厚さ算出部1523は、d2=(c/n)×Δt2/2という数式を用いて、厚さd1を算出する。厚さ算出部1523は、d3=(c/n)×Δt3/2という数式を用いて、厚さd1を算出する。
Again in FIG. 2, the
以上説明したように、本実施例のテラヘルツ計測装置100は、第2計測動作を実行することで、第1計測動作を実行する場合に享受可能な効果と同様の効果を享受することができる。特に、テラヘルツ波計測装置100は、テラヘルツ波THzの照射位置が変更されることでテラヘルツ波発生素子110と裏面10bとの間の距離及びテラヘルツ波検出素子130と裏面10bとの間の距離のうちの少なくとも一方が変わってしまう場合であっても、試料10の屈折率nを好適に計測する(つまり、算出する)ことができる。
As described above, the
尚、照射位置を第1位置から第2位置に変更する場合のステージ170の移動量P1と照射位置を第2位置から第3位置に変更する場合のステージ170の移動量P2とが同一である場合には、上述した数式20は、数式31となる。従って、移動量P1と移動量P2とが同一になるように照射位置変更部153がステージ170を制御する場合には、屈折率算出部1522は、数式20に代えて、数式32を用いて、屈折率nを算出してもよい。
The movement amount P1 of the
また、上述した数式20は、数式21から数式26及び数式30より構成される連立方程式(つまり、L1、L2、L3、d1、d2、d3及びnを未知数とする7つの方程式からなる連立方程式)をnについて解くことで得られる数式であるとも言える。このため、テラヘルツ波計測装置100は、数式20を用いることに代えて、数式21から数式26及び数式30より構成される連立方程式をnについて解くことで、屈折率nを算出してもよい。
Further, the above-mentioned formula 20 is a simultaneous equation composed of the formulas 21 to 26 and 30 (that is, a simultaneous equation consisting of seven equations having L1, L2, L3, d1, d2, d3 and n as unknowns). It can be said that it is a mathematical formula obtained by solving for n. Therefore, instead of using the equation 20, the terahertz
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う計測装置、計測方法、及び、コンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of claims and within a range not contrary to the gist or idea of the invention that can be read from the entire specification. Measuring methods and computer programs are also included in the technical scope of the present invention.
10 試料
10a 表面
10b 裏面
100 テラヘルツ波計測装置
101 パルスレーザ装置
110 テラヘルツ波発生素子
120 光学遅延機構
130 テラヘルツ波検出素子
150 制御部
151 ロックイン検出部
152 信号処理部
1521 検出時間取得部
1522 屈折率算出部
1523 厚さ算出部
153 照射位置変更部
170 ステージ
LB1 ポンプ光
LB2 プローブ光
THz テラヘルツ波
10
Claims (8)
試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得手段と、
前記計測装置に対する前記試料の相対位置を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を、互いに異なる第1位置、第2位置及び第3位置へと順に変更する変更手段と、
前記取得手段により取得された、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間と、前記照射位置を前記第1位置から前記第2位置へと変更する場合の前記相対位置の第1の移動量、及び、前記照射位置を前記第2位置から前記第3位置へと変更する場合の前記相対位置の第2の移動量とに基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 It ’s a measuring device,
The first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are located on the opposite side of the surface. An acquisition means for acquiring the second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample.
By moving the relative position of the sample with respect to the measuring device along a predetermined moving direction, the irradiation position is changed in order to the first position, the second position, and the third position, which are different from each other.
The first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second hours acquired by the acquisition means. The first and second hours when the irradiation position is the third position, and the first movement amount of the relative position when the irradiation position is changed from the first position to the second position. Further, it is provided with a calculation means for calculating the refractive index of the sample based on the second movement amount of the relative position when the irradiation position is changed from the second position to the third position. Characteristic measuring device.
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得手段と、
前記計測装置に対する前記試料の相対位置を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を、第1位置、前記第1位置から前記移動方向に沿って第1距離離れた第2位置及び前記第2位置から前記移動方向に沿って第1距離離れた第3位置へと順に変更する変更手段と、
前記取得手段により取得された、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 It ’s a measuring device,
The first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are located on the opposite side of the surface. An acquisition means for acquiring the second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample.
By moving the relative position of the sample with respect to the measuring device along a predetermined moving direction, the irradiation position is moved to the first position, the second position separated from the first position by the first distance along the moving direction. And the changing means for sequentially changing from the second position to the third position separated by the first distance along the moving direction.
The first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second hours acquired by the acquisition means. A measuring device including a calculation means for calculating the refractive index of the sample based on the first and second times when the irradiation position is the third position.
ことを特徴とする請求項3に記載の計測装置。
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1 or 2, wherein the changing means moves the relative position along the moving direction that is not parallel to the back surface when the back surface of the sample is flat.
試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得工程と、
前記計測装置に対する前記試料の相対位置を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を、互いに異なる第1位置、第2位置及び第3位置へと順に変更する変更工程と、
前記取得工程において取得された、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間と、前記照射位置を前記第1位置から前記第2位置へと変更する場合の前記相対位置の第1の移動量、及び、前記照射位置を前記第2位置から前記第3位置へと変更する場合の前記相対位置の第2の移動量とに基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出工程と
を含むことを特徴とする計測方法。 It is a measurement method using a measuring device.
The first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are located on the opposite side of the surface. An acquisition step of acquiring a second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample.
A change step of changing the irradiation position to a first position, a second position, and a third position, which are different from each other, by moving the relative position of the sample with respect to the measuring device along a predetermined moving direction.
The first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second hours acquired in the acquisition step. The first and second hours when the irradiation position is the third position, and the first movement amount of the relative position when the irradiation position is changed from the first position to the second position. It also includes a calculation step of calculating the refractive index of the sample based on the second movement amount of the relative position when the irradiation position is changed from the second position to the third position. Characteristic measurement method.
試料の表面に照射されたテラヘルツ波が前記表面で反射された後に所定位置に到達するまでに要する第1時間、及び、前記表面に照射された前記テラヘルツ波が前記表面の反対側に位置する前記試料の裏面で反射された後に前記所定位置に到達するまでに要する第2時間を、前記試料に対する位置が互いに異なる前記テラヘルツ波の複数の照射位置の夫々毎に取得する取得工程と、
前記計測装置に対する前記試料の相対位置を所定の移動方向に沿って移動させることで、前記照射位置を、第1位置、前記第1位置から前記移動方向に沿って第1距離離れた第2位置及び前記第2位置から前記移動方向に沿って第1距離離れた第3位置へと順に変更する変更工程と、
前記取得工程において取得された、前記照射位置が前記第1位置となる場合の前記第1及び第2時間、前記照射位置が前記第2位置となる場合の前記第1及び第2時間、並びに、前記照射位置が前記第3位置となる場合の前記第1及び第2時間に基づいて、前記試料の屈折率を算出する算出工程と
を備えることを特徴とする計測方法。 It is a measurement method using a measuring device.
The first time required for the terahertz wave irradiated on the surface of the sample to reach a predetermined position after being reflected by the surface, and the terahertz wave irradiated on the surface are located on the opposite side of the surface. An acquisition step of acquiring a second time required to reach the predetermined position after being reflected by the back surface of the sample for each of a plurality of irradiation positions of the terahertz waves having different positions with respect to the sample.
By moving the relative position of the sample with respect to the measuring device along a predetermined moving direction, the irradiation position is moved to the first position, the second position separated from the first position by the first distance along the moving direction. And the changing step of sequentially changing from the second position to the third position separated by the first distance along the moving direction.
The first and second hours when the irradiation position is the first position, the first and second hours when the irradiation position is the second position, and the first and second hours acquired in the acquisition step. A measurement method comprising a calculation step of calculating the refractive index of the sample based on the first and second times when the irradiation position is the third position.
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