JPWO2019044600A1 - 光学測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

パルス波を走査して試料に照射する照射部と、パルス波の試料からの反射波を受信する受信部と、パルス波の複数の走査位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する波形補正部と、を有する。

Description

本発明は、電磁波を試料に照射して当該試料の特性を測定及び分析する光学測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体に関する。

従来から、電波と赤外光との間の周波数帯（例えば０．１〜１０ＴＨｚ）の電磁波であるテラヘルツ波を試料に照射し、当該試料からの反射波又は透過波を時間領域分光法によって測定する技術が知られている。これによって、例えば、試料を破壊することなく試料の内部構成などを調査することができる。例えば、特許文献１には、テラヘルツ波パルスの発生部及び測定物からのテラヘルツ波パルスの検出部を含む測定装置が開示されている。

特開2017-026358号公報

光学測定装置においては、例えば、パルス状の電磁波を試料に走査して照射し、その電磁波の走査位置の各々において当該試料によって反射された電磁波（反射波）をタイムオブフライト法によって測定することで、当該試料の断面構造を調査することができる。例えば、光学測定装置は、当該試料からの当該反射波を示す検出信号の時間波形を当該走査位置毎に生成し、当該時間波形内のピーク（パルス位置）に基づいて、当該試料の断面画像を生成する。

ここで、例えば、試料が複数の材料の層を含む場合、当該試料からの反射波には、当該試料の表面からの反射波と、当該試料内における各層の界面からの反射波とが含まれる。また、当該試料からの反射波の各々においては、その当該試料に照射されてから装置の受光部に到達するまでの光路長（光学距離）が互いに異なる。従って、時間波形のピークが実際の各層の界面に対応する位置とは異なる位置にある場合がある。

この場合、正確な断面画像を得られない場合がある。例えば、実際の試料が平坦な界面を有する場合でも、断面画像では当該平坦な界面が屈曲して表示される場合や凹凸面として表示される場合がある。この場合、試料の断面構造を正確に把握することができなくなる場合がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、各走査位置での試料からの電磁波の時間波形に対して適切な処理を行い、試料の断面構造を正確かつ明確に把握することが可能な光学測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体を提供することを課題の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、パルス波を走査して試料に照射する照射部と、パルス波の試料からの反射波を受信する受信部と、パルス波の複数の走査位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する波形補正部と、を有することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、パルス波を走査して試料に照射するステップと、パルス波の試料からの反射波を受信するステップと、パルス波の複数の走査位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成するステップと、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正するステップと、を含むことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、光学測定装置を、パルス波を走査して試料に照射する照射部と、パルス波の試料からの反射波を受信する受信部と、パルス波の複数の走査位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する波形補正部と、として動作させることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、光学測定装置を、パルス波を走査して試料に照射する照射部と、パルス波の試料からの反射波を受信する受信部と、パルス波の複数の走査位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する波形補正部と、として動作させるプログラムが記録されていることを特徴としている。

実施例１に係る光学測定装置の斜視図である。 実施例１に係る光学測定装置における走査ヘッドの構成を示す図である。 実施例１に係る光学測定装置における信号処理部のブロック図である。 実施例１に係る光学測定装置における波形補正部のブロック図である。 実施例１に係る光学測定装置によって生成される補正前の時間波形の例を示す図である。 実施例１に係る光学測定装置によって生成される補正前の断面画像の例を示す図である。 実施例１に係る光学測定装置によって生成される補正後の時間波形の例を示す図である。 実施例１に係る光学測定装置によって生成される補正後の断面画像の例を示す図である。 実施例１に係る光学測定装置の動作フローを示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る光学測定装置１０の構成を模式的に示す図である。また、図２は、光学測定装置１０における走査ヘッド１１の構成を模式的に示す図である。図１及び図２を用いて、光学測定装置１０の全体構成について説明する。

まず、図１に示すように、光学測定装置１０は、パルス化された電磁波（パルス波又は走査波と称する場合がある）Ｗ１を走査しつつ試料ＳＡに照射する走査ヘッド１１を有する。走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１の照射部として機能する。また、走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１の試料ＳＡからの反射波Ｗ２を受信する受信部として機能する。

本実施例においては、光学測定装置１０は、パルス波Ｗ１としてテラヘルツ波を試料（測定対象物）ＳＡに照射し、試料ＳＡによって反射されたテラヘルツ波を時間領域分光法によって測定する測定装置である。なお、本明細書においては、テラヘルツ波とは、電波と赤外光との間の周波数帯（例えば０．１〜１０ＴＨｚ）の電磁波をいう。

また、本実施例においては、光学測定装置１０は、試料ＳＡの載置面ＭＳを有する載置テーブル１１Ｔを有する。走査ヘッド１１は、載置テーブル１１Ｔの載置面ＭＳに対向する対向面を有し、当該対向面にパルス波Ｗ１の出射部及び反射波Ｗ２の入射部（受光部）となる開口部（図示せず）が設けられている。

また、走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１の出射部を、載置面ＭＳの面内方向（載置面ＭＳに平行な方向）に移動させる移動機構（図示せず）を有する。載置面ＭＳ上におけるパルス波Ｗ１が照射される領域（被照射点）は当該移動機構によって移動され、これによってパルス波Ｗ１が試料ＳＡ上を走査される。

本実施例においては、光学測定装置１０は、走査ヘッド１１内に、電磁波発生素子及び電磁波検出素子を有する。光学測定装置１０は、当該電磁波発生素子及び電磁波検出素子をそれぞれ励起する励起光Ｌ０１及びＬ０２を生成する励起光源部１２を有する。励起光源部１２は、励起光Ｌ０１及びＬ０２として、フェムト秒のパルス幅を有するようにパルス化されたレーザ光を生成する。

走査ヘッド１１内においては、当該電磁波発生素子がパルス波Ｗ１を試料ＳＡに対して出射すると共に、当該電磁波検出素子がパルス波Ｗ１の試料ＳＡからの反射波を受信する。当該電磁波検出素子は、試料ＳＡから受信した反射波を示す信号（検出信号）Ｓ１を生成する。光学測定装置１０は、この検出信号Ｓ１に対して種々の信号処理を行う信号処理部１３を有する。

また、光学測定装置１０は、信号処理部１３によって処理された処理結果を表示する表示部１４を有する。本実施例においては、信号処理部１３は、試料ＳＡの断面画像などを生成し、表示部１４はこれを表示する。また、光学測定装置１０は、走査ヘッド１１、励起光源部１２、信号処理部１３及び表示部１４の動作を制御する制御部１５を有する。

次に、図２を用いて、走査ヘッド１１について説明する。走査ヘッド１１内には、電磁波発生素子２０及び電磁波検出素子３０が搭載されている。電磁波発生素子２０は、励起光Ｌ０１を受けて励起され、パルス波Ｗ１としてテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生素子である。走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１を走査しつつ試料ＳＡに照射する。

また、電磁波検出素子３０は、励起光Ｌ０２を受けて励起され、試料ＳＡによって反射された電磁波（反射波又は受信波と称する場合がある）Ｗ２としてテラヘルツ波を受信し、これを検出するテラヘルツ波検出素子である。電磁波検出素子３０が走査ヘッド１１における反射波Ｗ２の受信部として機能する。

また、本実施例においては、走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１を集光する集光レンズＬＺと、反射波Ｗ２をパルス波Ｗ１から分離して電磁波検出素子３０に入射させるビームスプリッタＢＳと、を有する。

また、本実施例においては、励起光源部１２は、励起光Ｌ０２を遅延させて電磁波検出素子３０に到達させる光学遅延装置（図示せず）を有する。光学測定装置１０は、当該光学遅延装置によって励起光Ｌ０２の電磁波検出素子３０までの到達時間を調節し、これによって反射波Ｗ２としてのテラヘルツ波を時間領域で分光して測定する。

図３は、信号処理部１３の構成を示すブロック図である。本実施例においては、信号処理部１３は、走査ヘッド１１によるパルス波Ｗ１の走査位置の各々に対応する反射波Ｗ２を示す信号（検出信号）Ｓ１を取得する検出信号取得部（以下、単に信号取得部と称する）１３Ａを有する。信号取得部１３Ａは、例えば、パルス波Ｗ１の走査位置情報を制御部１５から取得し、反射波Ｗ２の検出信号Ｓ１を走査ヘッド１１の電磁波検出素子３０から取得する。

また、信号処理部１３は、当該走査位置毎の検出信号Ｓ１の時間変化を示す複数の時間波形を生成する時間波形生成部（以下、単に波形生成部と称する）１３Ｂを有する。また、信号処理部１３は、波形生成部１３Ｂによって生成された複数の時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、当該時間波形の当該少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて当該時間波形の各々を補正する時間波形補正部（以下、単に波形補正部と称する）を有する。

ここで、図４を参照して、波形補正部１３Ｃの構成について説明する。図４は、波形補正部１３Ｃのブロック図である。本実施例においては、波形補正部１３Ｃは、波形生成部１３Ｂが生成した複数の時間波形の各々について、その波形内のピークを検出するピーク検出部１３Ｃ１を有する。ピーク検出部１３Ｃ１は、時間波形の各々を解析し、その波形内のピークの位置（時間座標）及び振幅（信号強度）を検出する。

また、波形補正部１３Ｃは、当該時間波形の中から、補正の基準となる基準波形（１の時間波形）を決定する基準波形決定部１３Ｃ２を有する。また、基準波形決定部１３Ｃ２は、基準波形の他の時間波形を補正波形（他の時間波形）として決定する。

また、波形補正部１３Ｃは、時間波形の各々のピークの中から補正の基準となる基準ピークを決定し、当該補正波形の基準ピークの位置を当該基準波形の基準ピークに揃えるように、補正波形の時間座標を補正する時間座標補正部１３Ｃ３を有する。

図３を再度参照すると、信号処理部１３は、波形生成部１３Ｂ及び波形補正部１３Ｃによって生成された複数の時間波形に基づいて試料ＳＡの断面構造を示す画像（断面画像）を生成する画像生成部１３Ｄを有する。

本実施例においては、画像生成部１３Ｄは、時間波形毎のパルス波Ｗ１の走査情報を取得する走査情報取得部１３Ｄ１と、試料ＳＡにおけるパルス波Ｗ１の照射方向（光軸方向）、すなわち載置テーブル１１Ｔの載置面ＭＳに垂直な方向における断面画像を生成する断面画像生成部１３Ｄ２と、を有する。

例えば、走査情報取得部１３Ｄ１は、時間波形の各々に対応する走査ヘッド１１の走査位置、すなわち試料ＳＡ上のパルス波Ｗ１の照射位置と時間波形とを対応付ける情報を取得する。断面画像生成部１３Ｄ２は、波形生成部１３Ｂによって生成された時間波形のピーク及びその時間波形に対応するパルス波Ｗ１の走査位置に基づいて、試料ＳＡにおけるパルス波Ｗ１の走査方向に沿った断面を示す画像データを生成する。

次に、図５及び図６を用いて、波形生成部１３Ｂ及び画像生成部１３Ｄの動作例について説明する。図５は、波形生成部１３Ｂによって生成された試料ＳＡの時間波形ＷＦ０の例を示す図である。図６は、図５に示す時間波形ＷＦ０に基づいて画像生成部１３Ｄに生成された試料ＳＡの断面画像ＩＭ０の例を示す図である。なお、図５及び図６は、波形補正部１３Ｃによる波形の補正が行われていない場合の時間波形ＷＦ０及び断面画像ＩＭ０の例を示す図である。

まず、試料ＳＡの実際の断面例を図５に示す。例えば、試料ＳＡが金属板ＭＰ及び金属板ＭＰ上に形成された塗膜ＣＦからなる場合において、走査ヘッド１１の走査線に沿った方向（走査方向Ｄ１）における試料ＳＡが図５に示す形状を有する場合の波形生成部１３Ｂ及び画像生成部１３Ｄの動作例について説明する。

例えば、金属板ＭＰの上面ＰＬ１における塗膜ＣＦが形成されていない部分を第１の走査位置Ｐ１とし、塗膜ＣＦの相対的に膜厚が小さい部分を第２の走査位置Ｐ２とし、塗膜ＣＦの相対的に膜厚が大きい部分を第３の走査位置Ｐ３とする。

第１の走査位置Ｐ１では、反射波Ｗ２は、金属板ＭＰの上面ＰＬ１によって反射されたテラヘルツ波パルスを含む。従って、波形生成部１３Ｂは、第１の走査位置Ｐ１における検出信号Ｓ１（Ｐ１）の時間波形ＷＦ０（Ｐ１）として、金属板ＭＰの上面ＰＬ１に対応する時間座標（時間位置）ｔ１にピークＰＫ１を有する波形を生成する。

一方、第２及び第３の走査位置Ｐ２及びＰ３では、反射波Ｗ２は、塗膜ＣＦの表面（上面）ＰＬ２によって反射されたテラヘルツ波パルスと、金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３（すなわち金属板ＭＰの上面ＰＬ１における塗膜ＣＦに覆われた部分ＰＬ１１）によって反射されたテラヘルツ波パルスと、を含む。

従って、波形生成部１３Ｂは、第２の走査位置Ｐ２における検出信号Ｓ１（Ｐ２）の時間波形ＷＦ０（Ｐ２）として、塗膜ＣＦの表面ＰＬ２に対応する時間座標（時間位置）ｔ２にピークＰＫ２１を、金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３に対応する時間座標ｔ３にピークＰＫ２２を、それぞれ有する波形を生成する。

同様に、波形生成部１３Ｂは、第３の走査位置Ｐ３における検出信号Ｓ１（Ｐ３）の時間波形ＷＦ０（Ｐ３）として、塗膜ＣＦの表面ＰＬ２に対応する時間座標（時間位置）ｔ４にピークＰＫ３１を、金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３に対応する時間座標ｔ５にピークＰＫ３２を、それぞれ有する波形を生成する。

波形生成部１３Ｂは、このようにして、パルス波Ｗ１の試料ＳＡ上での複数の走査位置（例えば走査位置Ｐ１〜Ｐ３）における検出信号Ｓ１の時間変化を示す複数の時間波形ＷＦ０を生成する。なお、波形生成部１３Ｂは、例えば所定の時間領域ＴＲ０を時間波形ＷＦ０のデータ領域として設定し、この時間領域ＴＲ０での波形を生成する。

図６は、時間波形ＷＦ０に基づいて画像生成部１３Ｄが生成した断面画像ＩＭ０を示す図である。断面画像ＩＭ０中における左側の線ＬＮ１は、金属板ＭＰの露出した上面ＰＬ１に対応する線であり、右側上部の線ＬＮ２は塗膜ＣＦの上面ＰＬ２に対応する線であり、右側下部の線ＬＮ３は金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３に対応する線である。

なお、例えばピーク位置ＰＫ１、ＰＫ２２及びＰＫ３２が金属板ＭＰの上面ＰＬ１（ＰＬ１１）、すなわち同一面に対応するピークであることは、例えば、時間波形ＷＦ０（Ｐ１）〜ＷＦ０（Ｐ３）におけるピークの個数、ピークの各々の位置（時間座標）、当該ピーク位置での振幅などに基づいて判定すればよい。

例えば、画像生成部１３Ｄは、各時間波形ＷＦ０（Ｐ１）〜ＷＦ０（Ｐ３）における最も時間座標が大きい（遅い）ピークを同一面に対応するピークであると判定する。また、例えば、所定の時間領域内で検出されたピークを同一面に対応するピークであると判定してもよいし、所定の閾値を超える振幅のピークを同一面に対応するピークであると判定してもよい。また、これらの複数の判定条件を用いて同一面に対応するピークを判定してもよい。

図６に示すように、波形生成部１３Ｂが生成した時間波形ＷＦ０、すなわち波形補正部１３Ｃによる補正処理が施されない場合（補正前）の時間波形に基づいて断面画像ＩＭ０を生成する場合、実際には平坦な金属板ＭＰの上面ＰＬ１が屈曲して表示される。これは、電磁波発生素子２０からパルス波Ｗ１が出射されてから電磁波検出素子３０によって反射波Ｗ２として検出されるまでのテラヘルツ波の光路長が第１〜第３の走査位置Ｐ１〜Ｐ３の各々間で異なることに起因する。

具体的には、第１の走査位置Ｐ１では、金属板ＭＰの上面ＰＬ１で反射された反射波Ｗ２は、空気以外の媒体を通らずに検出される。一方、第２の走査位置Ｐ２及びＰ３では、金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３で反射された反射波Ｗ２は、塗膜ＣＦ内を透過した（往復した）後に検出される。従って、塗膜ＣＦの屈折率に応じて、塗膜ＣＦを透過した分だけ、反射波Ｗ２の電磁波検出素子３０までの到達時間が異なる（本実施例においては到達時間が遅れる）。

従って、例えば図５に示すように、第２及び第３の走査位置Ｐ２及びＰ３に対応する時間波形ＷＦ０（Ｐ２）及びＷＦ０（Ｐ３）における金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３に対応するピークＰＫ２２及びＰＫ３２の位置ｔ３及びｔ５は、第１の走査位置Ｐ１における時間波形ＷＦ０（Ｐ１）のピークＰＫ１の位置ｔ１からズレる。これによって、実際には平坦な面ＰＬ１が屈曲して表示されることとなる。このように、タイムオブフライト法によって試料ＳＡの断面画像を生成する場合、断面画像ＩＭ０のように、実際とは異なる断面構造を示す画像が生成される場合がある。

次に、図７及び図８を用いて、波形補正部１３Ｃ及びこれに基づいた画像生成部１３Ｄの動作について説明する。図７は、波形補正部１３Ｃによって生成された（補正後の）時間波形ＷＦ１及びＷＦ２を示す図である。また、図８は、補正された時間波形ＷＦ１及びＷＦ２に基づいて生成された試料ＳＡの断面画像ＩＭ１を示す図である。

まず、図７に示すように、波形補正部１３Ｃは、基準波形決定部１３Ｃ２によって、時間波形ＷＦ０の中から補正の基準となる基準波形（１の時間波形）ＷＦ１と、補正の対象となる補正波形（他の時間波形）ＷＦ２とを決定する。

また、波形補正部１３Ｃの時間座標補正部１３Ｃ３は、時間波形ＷＦ０の各々のピークの位置、振幅及び個数に基づいて、時間波形ＷＦ０の各々における基準ピークを決定する。例えば、各時間波形ＷＦ０における基準ピークは、例えば、所定の時間座標の範囲内に存在するピーク、所定の閾値以上の振幅を有するピーク、及び／又は同一波形内の複数のピークの中で所定番目のピークであるなど、種々の条件を考慮して決定することができる。

また、時間座標補正部１３Ｃ３は、補正波形ＷＦ２における基準ピークの位置を基準波形ＷＦ１における基準ピークに揃えるように、補正波形ＷＦ２の時間座標を補正する。例えば、時間座標補正部１３Ｃ３は、各基準ピークの時間座標を揃えた新たな時間波形を生成する。

本実施例においては、波形補正部１３Ｃのピーク検出部１３Ｃ１は、時間波形ＷＦ０におけるピークＰＫ１〜ＰＫ３２を検出する。また、基準波形決定部１３Ｃ２は、第１の走査位置Ｐ１における時間波形ＷＦ０（Ｐ１）を基準波形ＷＦ１として決定し、第２及び第３の走査位置Ｐ２及びＰ３における時間波形ＷＦ０（Ｐ２）及びＷＦ０（Ｐ３）を補正波形ＷＦ２として決定する。

また、時間座標補正部１３Ｃ３は、時間波形ＷＦ０（Ｐ１）のピークＰＫ１、時間波形ＷＦ０（Ｐ２）のピークＰＫ２２、及び時間波形ＷＦ０（Ｐ３）のピークＰＫ３２を補正の基準となる基準ピークとして決定する（選択する）。また、時間座標補正部１３Ｃ３は、補正波形ＷＦ２の基準ピークであるピークＰＫ２２及びＰＫ３２の位置を基準波形ＷＦ１の基準ピークＰＫ１に揃えるように、補正波形ＷＦ２の時間座標を補正する。

図７に示すように、時間座標補正部１３Ｃ３は、補正波形ＷＦ２の基準ピークＰＫ２２及びＰＫ３２の位置を基準波形ＷＦ１の基準ピークＰＫ１に揃えるように、補正波形ＷＦ２（Ｐ２）及びＷＦ２（Ｐ３）の時間座標を補正する。これによって、まず、補正波形ＷＦ２（Ｐ２）におけるピークＰＫ２２の時間座標は、座標ｔ３から座標ｔ１と同一座標である座標ｔ３１に移動する（シフトする）。また、本実施例においては、補正波形ＷＦ２（Ｐ２）は、全体として座標ｔ３と座標ｔ１との間の差分Ａだけオフセットされる。

同様に、補正波形ＷＦ２（Ｐ３）におけるピークＰＫ３２の時間座標は、座標ｔ５から座標ｔ１と同一座標である座標ｔ５１にシフトする。また、補正波形ＷＦ２（Ｐ３）は、その全体が、座標ｔ５と座標ｔ１との間の差分Ｂだけオフセットされる。

なお、時間座標補正部１３Ｃ３は、例えばピーク位置及び振幅などに基づいて、時間波形ＷＦ０のうち、基準ピーク（すなわち試料ＳＡの同一面に対応するピーク）が存在しない時間波形ＷＦ０を検出してもよい。この場合、当該時間波形は補正されなければよい。

なお、基準波形ＷＦ１及び補正波形ＷＦ２と、各時間波形の基準ピークは、例えば、補正前の断面画像ＩＭ０を観察したオペレータによって指定されてもよい。すなわち、例えば、基準波形ＷＦ１は、基準波形決定部１３Ｃ２が決定してもよいし、外部から指定されてもよい。

また、基準波形決定部１３Ｃ２は、時間波形ＷＦ０の中から、例えば任意の１つの時間波形を、基準波形ＷＦ１として決定してもよい。また、基準波形決定部１３Ｃ２は、同一面に対応する基準ピークのうち、最も時間座標が小さい（早い）ピークを含む時間波形ＷＦ０を基準波形ＷＦ１として決定してもよい。

図８は、補正後の時間波形ＷＦ１及びＷＦ２に基づいて生成された断面画像ＩＭ１を示す図である。図８に示すように、例えば、同一面である金属板ＭＰの上面ＰＬ１及び金属板ＭＰと塗膜ＣＦとの界面ＰＬ３を示す線ＬＮ１１及びＬＮ３１が平坦に表示されている。すなわち、実際の断面構造に近い画像を得られたことがわかる。

なお、本実施例においては、補正波形ＷＦ２の時間座標をオフセットする場合について説明した。すなわち、波形補正部１３Ｃが補正波形ＷＦ２の形状は調節せず、時間座標のみをシフトする補正を行う場合について説明した。波形補正部１３Ｃがこのような補正を行うことで、図６及び図８に示すように、断面画像の精度が大幅に向上する。

また、時間波形毎に基準ピークの位置を揃えることで、当該基準ピークに対応する試料ＳＡの同一の面が平坦に表示される。これによって、例えば、載置テーブル１１Ｔが走査ヘッド１１に対して傾斜している場合であっても、当該同一面は平坦に表示される。従って、例えば載置テーブル１１Ｔ、すなわち試料ＳＡと走査ヘッド１１との厳密な位置合わせを行う必要がない。また、当該厳密な位置合わせを行う複雑な機構を設ける必要がない。すなわち、信号処理部１３に波形補正を行う部分（回路）を設けることで、容易に正確な断面画像を得ることができる。

しかし、波形補正部１３Ｃの構成はこれに限定されない。例えば、波形補正部１３Ｃは、時間座標を補正した上で、各波形内のピーク位置を微調節するように構成されていてもよい。例えば、波形補正部１３Ｃは、試料ＳＡの各層（例えば金属板ＭＰ及び塗膜ＣＦ）の屈折率を算出し、当該屈折率と、波形内におけるピーク間（例えば図５におけるピークＰＫ２１及びＰＫ２２間）の距離とに基づいて、当該ピークの各々の時間座標のシフト量を調節してもよい。これによって、より正確に断面画像を生成及び表示させることができ、より正確に試料ＳＡの断面構造を把握することができる。

なお、補正後の時間波形ＷＦ１及びＷＦ２は、時間座標がオフセットされることで、全ての時間座標が重複する領域（時間領域ＴＲ１）と、時間座標が部分的に欠落する領域とが形成される。

時間座標補正部１３Ｃ３は、例えば、この全ての時間波形ＷＦ１及びＷＦ２で時間座標が重複する時間領域ＴＲ１を補正後の時間波形ＷＦ１及びＷＦ２のデータ領域として設定し、他の欠落した領域を除去してもよい。なお、時間座標補正部１３Ｃ３は、当該重複しない時間領域を補充するように時間波形ＷＦ１及びＷＦ２に新たな時間座標を設けてもよいし、その新たな時間座標に対してオフセット後に飛び出した時間座標上の波形を加えてもよい。

図９は、光学測定装置１０による測定動作のフローの例を示す図である。光学測定装置１０は、例えば図９に示すフローに従って動作を行う。まず、走査ヘッド１１（照射部）によって試料ＳＡの表面を走査するようにパルス波Ｗ１を照射する。また、走査ヘッド１１（受信部）は、走査中の試料ＳＡの位置からの反射波Ｗ２を受信する（ステップＳ１１）。また、走査ヘッド１１内の電磁波検出素子３０は、反射波Ｗ２を示す検出信号Ｓ１を生成する。信号処理部１３の信号取得部１３Ａは、試料ＳＡからの反射波Ｗ２を示す検出信号Ｓ１を取得する。

続いて、波形生成部１３Ｂは、パルス波Ｗ１の走査位置（例えば走査位置Ｐ１〜Ｐ３）毎の検出信号Ｓ１の時間変化を示す時間波形ＷＦ０を生成する（ステップＳ１２）。次に、画像生成部１３Ｄは、時間波形ＷＦ０に基づいて試料ＳＡの断面画像ＩＭ０を生成する。また、表示部１４は、断面画像ＩＭ０を表示する（ステップＳ１３）。

続いて、波形補正部１３Ｃは、ピーク検出部１３Ｃ１によって、時間波形ＷＦ０の各々のピークを検出する（ステップＳ１４）。また、波形補正部１３Ｃは、時間波形ＷＦ０の各々のピークの位置に基づいて、時間波形ＷＦ０の各々を補正する（ステップＳ１５）。

本実施例においては、まず、基準波形決定部１３Ｃ２は、補正基準となる基準波形ＷＦ１を決定する（ステップＳ１５Ａ）。次に、時間座標補正部１３Ｃ３は、時間波形ＷＦ０毎の基準ピークを決定する（ステップＳ１５Ｂ）。続いて、時間座標補正部１３Ｃ３は、補正波形ＷＦ２の基準ピークを基準波形ＷＦ１の基準ピークに揃えるように、補正波形ＷＦ２の時間座標を補正する（ステップＳ１５Ｃ）。

画像生成部１３Ｄは、波形補正部１３Ｃによって補正された時間波形ＷＦ１及びＷＦ２に基づいて試料ＳＡの断面画像ＩＭ１を生成する。また、表示部１４は断面画像ＩＭ１を表示する（ステップＳ１６）。

なお、本実施例においては、光学測定装置１０が励起光源部１２、表示部１４及び制御部１５を有する場合について説明した。しかし、光学測定装置１０は、励起光源部１１、表示部１４及び制御部１５を有していなくてもよい。また、本実施例においては、光学測定装置１０が試料ＳＡの載置テーブル１１Ｔを有する場合について説明したが、光学測定装置１０は載置テーブル１１Ｔを有していなくてもよい。また、信号処理部１３及び波形補正部１３Ｃの構成は一例に過ぎない。

また、本実施例においては、光学測定装置１０が、電磁波発生素子２０及び電磁波検出素子３０を含む走査ヘッド１１を有する場合について説明したが、光学測定装置１０は、例えばパルス波Ｗ１を走査して試料ＳＡに照射する照射部と、試料ＳＡからの反射波Ｗ２を受信する受信部を有していればよい。例えば、走査ヘッド１１は、電磁波発生素子２０及び電磁波検出素子３０を内蔵していなくてもよい。例えば、走査ヘッド１１は、パルス波Ｗ１の出射部及び反射波Ｗ２の受信部を有していればよい。

また、本実施例においては、パルス波Ｗ１及び反射波Ｗ２としてテラヘルツ波を測定することで試料ＳＡの断面構造を分析する場合について説明した。しかし、光学測定装置１０は、パルス化された電磁波を照射及び測定し、これによって試料ＳＡの分析を行うように構成されていればよい。例えば赤外線などのテラヘルツ波以外の電磁波を用いる場合、励起光源部１１が設けられる必要はない。

また、本実施例においては、断面画像生成部１３Ｄ２が試料ＳＡにおける載置テーブル１１Ｔの載置面ＭＳに垂直な方向の断面画像を生成する場合について説明した。しかし、断面画像生成部１３Ｄ２は、当該載置面ＭＳに垂直な方向の試料ＳＡの断面画像のみならず、載置面ＭＳに平行な方向の断面画像を生成してもよい。

例えば、光学測定装置１０は、走査ヘッド１１が載置面ＭＳの面内方向において２次元的にパルス波Ｗ１を走査するように構成されていてもよい。断面画像生成部１３Ｄ２は、例えば載置面ＭＳからの距離に応じた試料ＳＡの載置面ＭＳに平行な方向の断面を示す画像データを生成してもよい。また、断面画像生成部１３Ｄ２は、試料ＳＡの断面を示す画像（すなわち試料ＳＡの内部画像）を生成するのみならず、試料ＳＡの表面、例えば試料ＳＡの走査ヘッド１１側の表面や載置テーブル１１Ｔ側の表面を示す画像データを生成してもよい。

このように、本実施例においては、光学測定装置１０は、パルス波Ｗ１を走査して試料ＳＡに照射する照射部（走査ヘッド１１）と、パルス波Ｗ１の試料ＳＡからの反射波Ｗ２を受信する受信部（電磁波検出素子３０）と、走査位置Ｐ１〜Ｐ３の各々における反射波Ｗ２を示す信号Ｓ１の時間波形ＷＦ０を生成する波形生成部１３Ｂと、を有する。

また、光学測定装置１０は、当該時間波形ＷＦ０の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形ＷＦ０の各々内のピークの位置に基づいて、時間波形ＷＦ０の各々を補正する波形補正部１３Ｃを有する。これによって、各走査位置Ｐ１〜Ｐ３での試料ＳＡからの電磁波の時間波形ＷＦ０に対して適切な処理を行い、試料ＳＡの断面構造を正確かつ明確に把握することが可能な光学測定装置１０を提供することが可能となる。

また、本発明は、例えば図９に示した手順を経ることで、パルス波Ｗ１を用いた光学的な測定方法としても実施することができる。

すなわち、例えば、本発明による測定方法は、パルス波Ｗ１を走査して試料ＳＡに照射するステップ（ステップＳ１１）と、パルス波Ｗ１の試料ＳＡからの反射波Ｗ２を受信するステップ（ステップＳ１１）と、走査位置Ｐ１〜Ｐ３の各々における反射波Ｗ２の信号Ｓ１の時間波形ＷＦ０を生成するステップ（ステップＳ１２）と、当該複数の時間波形ＷＦ０の各々における少なくとも１つのピークを検出し（ステップＳ１４）、時間波形ＷＦ０の各々内のピークの位置に基づいて、時間波形ＷＦ０の各々を補正するステップ（ステップＳ１５）とを含む。

これによって、各走査位置Ｐ１〜Ｐ３での試料ＳＡからの電磁波の時間波形ＷＦ０に対して適切な処理を行い、試料ＳＡの断面構造を正確かつ明確に把握することが可能な測定方法を提供することが可能となる。

また、本発明は、例えば図９に示した動作フローを光学測定装置に行わせるプログラムとしても実施することができる。

すなわち、例えば、本発明によるプログラムは、光学測定装置を、パルス波Ｗ１を走査して試料ＳＡに照射する照射部（走査ヘッド１１）と、パルス波Ｗ１の試料ＳＡからの反射波Ｗ２を受信する受信部（電磁波検出素子３０）と、走査位置Ｐ１〜Ｐ３の各々における反射波Ｗ２を示す信号Ｓ１の時間波形ＷＦ０を生成する波形生成部１３Ｂと、を有する。

また、本発明によるプログラムは、当該複数の時間波形ＷＦ０の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形ＷＦ０の各々内のピークの位置に基づいて、時間波形ＷＦ０の各々を補正する波形補正部１３Ｃと、として動作させる。

また、本発明は、上記したようなプログラムが記録された記録媒体としても実施することができる。これによって、各走査位置Ｐ１〜Ｐ３での試料ＳＡからの電磁波の時間波形ＷＦ０に対して適切な処理を行い、試料ＳＡの断面構造を正確かつ明確に把握することが可能なプログラム及び記録媒体を提供することが可能となる。

１０ 光学測定装置
１１ 走査ヘッド（照射部）
１３ 信号処理部
１３Ｂ 波形生成部
１３Ｃ 波形補正部
１３Ｃ４ 時間座標補正部

請求項１に記載の発明は、パルス波を載置面に載置された試料に照射し、且つ載置面に沿ってパルス波の照射位置を変化させる照射部と、パルス波の試料からの反射波を受信する受信部と、パルス波の複数の照射位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する波形補正部と、を有することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、光学測定装置が実行する測定方法であって、パルス波を載置面に載置された試料し、且つ載置面に沿ってパルス波の照射位置を変化させる走査ステップと、パルス波の試料からの反射波を受信する受信ステップと、パルス波の複数の照射位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する生成ステップと、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する補正ステップと、を含むことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、光学測定装置に、パルス波を載置面に載置された試料に照射し、且つ載置面に沿ってパルス波の照射位置を変化させる走査ステップと、パルス波の試料からの反射波を受信する受信ステップと、パルス波の複数の照射位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する生成ステップと、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する補正ステップと、を実行させることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、光学測定装置に、パルス波を載置面に載置された試料に照射し、且つ載置面に沿ってパルス波の照射位置を変化させる走査ステップと、パルス波の試料からの反射波を受信する受信ステップと、パルス波の複数の照射位置の各々における反射波を示す信号の時間波形を生成する生成ステップと、時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、時間波形の少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて時間波形の各々を補正する補正ステップと、を実行させるプログラムが記録されていることを特徴としている。

Claims (7)

1. パルス波を走査して試料に照射する照射部と、
   前記パルス波の前記試料からの反射波を受信する受信部と、
   前記パルス波の複数の走査位置の各々における前記反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、
   前記時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、前記時間波形の前記少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて前記時間波形の各々を補正する波形補正部と、を有することを特徴とする光学測定装置。
2. 前記波形補正部は、
   前記時間波形の中から、補正の基準となる１の時間波形を決定する補正波形決定部と、
   前記時間波形の各々における前記少なくとも１つのピークの中から、補正の基準となる基準ピークを決定し、他の時間波形の各々における前記基準ピークの位置を前記１の時間波形における前記基準ピークに揃えるように、前記他の時間波形の時間座標を補正する時間座標補正部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。
3. 前記時間座標補正部は、前記時間波形の各々における前記少なくとも１つのピークの位置、振幅及び個数に基づいて、前記基準ピークを決定することを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。
4. 前記波形補正部によって補正された前記時間波形に基づいて、前記試料の断面画像を生成する画像生成部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光学測定装置。
5. パルス波を走査して試料に照射するステップと、
   前記パルス波の前記試料からの反射波を受信するステップと、
   前記パルス波の複数の走査位置の各々における前記反射波を示す信号の時間波形を生成するステップと、
   前記時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、前記時間波形の前記少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて前記時間波形の各々を補正するステップと、を含むことを特徴とする測定方法。
6. 光学測定装置を、
   パルス波を走査して試料に照射する照射部と、
   前記パルス波の前記試料からの反射波を受信する受信部と、
   前記パルス波の複数の走査位置の各々における前記反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、
   前記時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、前記時間波形の前記少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて前記時間波形の各々を補正する波形補正部と、として動作させることを特徴とするプログラム。
7. 光学測定装置を、
   パルス波を走査して試料に照射する照射部と、
   前記パルス波の前記試料からの反射波を受信する受信部と、
   前記パルス波の複数の走査位置の各々における前記反射波を示す信号の時間波形を生成する波形生成部と、
   前記時間波形の各々における少なくとも１つのピークを検出し、前記時間波形の前記少なくとも１つのピークの位置の各々に基づいて前記時間波形の各々を補正する波形補正部と、として動作させるプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。