WO2018066359A1 - 検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents

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WO2018066359A1
WO2018066359A1 PCT/JP2017/033947 JP2017033947W WO2018066359A1 WO 2018066359 A1 WO2018066359 A1 WO 2018066359A1 JP 2017033947 W JP2017033947 W JP 2017033947W WO 2018066359 A1 WO2018066359 A1 WO 2018066359A1
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interface
waveform
terahertz wave
similarity
inspection apparatus
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PCT/JP2017/033947
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孝典 落合
小笠原　昌和
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パイオニア株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
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    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus, an inspection method, a computer program for causing a computer to execute such an inspection method, and a computer program for estimating the position of an interface between a plurality of layers constituting a sample using terahertz waves, for example.
  • the present invention relates to a technical field of a recording medium on which a computer program is recorded.
  • the terahertz wave inspection apparatus estimates (in other words, calculates or specifies) the characteristics of the sample in the following procedure.
  • pump light in other words, excitation light
  • ultrashort pulse laser light for example, femtosecond pulse laser light
  • the terahertz wave generating element generates a terahertz wave.
  • the terahertz wave generated by the terahertz wave generating element is irradiated to the sample.
  • the terahertz wave irradiated to the sample is another laser beam obtained by branching the ultrashort pulse laser beam as a reflected terahertz wave (or transmitted terahertz wave) from the sample, and is optically related to the pump beam.
  • the probe light in other words, excitation light
  • the terahertz wave detecting element detects the terahertz wave reflected or transmitted by the sample.
  • the terahertz wave inspection apparatus estimates the characteristics of the sample by analyzing the detected terahertz wave (that is, a terahertz wave in the time domain and a current signal).
  • the terahertz wave inspection apparatus when a laminate in which a plurality of layers are laminated is a sample, there is a film thickness of the layer.
  • An example of a terahertz wave inspection apparatus capable of estimating the film thickness is described in Patent Documents 1 and 2.
  • the terahertz wave inspection apparatus described in Patent Document 1 uses a pulse waveform (that is, a peak at which the amplitude is maximized) that appears in a detected terahertz wave (hereinafter referred to as “detected waveform”) in order to estimate the film thickness. ) Is detected.
  • This pulse waveform corresponds to a reflected wave of a terahertz wave from an interface of a certain layer (that is, an interface between a certain layer and another layer). For this reason, the terahertz wave described in Patent Document 1 estimates the thickness of a certain layer based on the time difference between a plurality of pulse waveforms.
  • the film thickness is estimated by comparing the reproduction result (that is, the reproduced pulse waveform) with the pulse waveform included in the actually detected detection waveform.
  • Both the terahertz wave inspection apparatuses described in Patent Documents 1 and 2 estimate the film thickness based on the pulse waveform included in the detection waveform.
  • the amplitude (in other words, the intensity) of the pulse waveform corresponding to the reflected wave from the interface of a certain layer may be reduced. That is, the pulse waveform may not appear clearly. In this case, the pulse waveform may be buried in noise, and as a result, the estimation accuracy of the film thickness is deteriorated.
  • the operation of estimating the film thickness of a certain layer is substantially This is equivalent to estimating the position of the interface of a certain layer.
  • the present invention provides an inspection apparatus, an inspection method, and a computer that can appropriately estimate the position of the interface of a plurality of layers based on terahertz waves from a sample in which a plurality of layers are stacked. It is an object of the present invention to provide a computer program to be executed and a recording medium on which such a computer program is recorded.
  • a first example of the inspection apparatus of the present invention includes an irradiation unit that irradiates a terahertz wave to a sample in which a plurality of layers are stacked, a detection unit that detects the terahertz wave from the sample and acquires a detection waveform; An estimation unit configured to estimate the positions of the interfaces of the plurality of layers based on a library showing the clarity of the detected waveform, the detected waveform, and an estimated waveform of the terahertz wave from the sample.
  • a first example of the inspection method of the present invention includes an irradiation step of irradiating a sample in which a plurality of layers are stacked with a terahertz wave, a detection step of detecting the terahertz wave from the sample and acquiring a detection waveform, An estimation step of estimating the positions of the interfaces of the plurality of layers based on a library showing the clarity of the detection waveform, the detection waveform, and the estimated waveform of the terahertz wave from the sample.
  • the first example of the computer program of the present invention causes a computer to execute the first example of the inspection method of the present invention described above.
  • the first example of the recording medium of the present invention is a recording medium on which the first example of the computer program of the present invention described above is recorded.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the terahertz wave inspection apparatus according to the first embodiment.
  • 2A is a cross-sectional view of the sample showing the optical path of the terahertz wave irradiated to the sample and the optical path of the terahertz wave reflected by the sample
  • FIG. 2B is a waveform diagram showing the detection waveform.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a flow of an estimation operation for estimating the position of the interface performed by the terahertz wave inspection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a table showing a library showing correspondence between interface candidate positions and estimated waveforms.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the terahertz wave inspection apparatus according to the first embodiment.
  • 2A is a cross-sectional view of the sample showing the optical path of the terahertz wave irradiated to the sample and the optical path of the terahertz wave reflected by the sample
  • FIG. 5A is a waveform diagram showing the operation for calculating the intelligibility from the detected waveform on the detected waveform.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing, on the detected waveform, a comparison target range that should be referred to in order to calculate the similarity in the first embodiment.
  • FIG. 7A is a waveform diagram showing a detection waveform in which a certain pulse wave is not clear
  • FIG. 7B is a waveform diagram showing a detection waveform in which all pulse waves are clear.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a sample in which four layers are stacked
  • FIG. 8B is a detection waveform detected by irradiating the sample in which four layers are stacked with a terahertz wave.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the terahertz wave inspection apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a flow of an estimation operation for estimating the interface position performed by the terahertz wave inspection apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a waveform diagram showing, on the detected waveform, a comparison target range that should be referred to in order to calculate the similarity in the second embodiment.
  • FIG. 12A is a waveform diagram showing the comparison target range in the second comparative example on the detected waveform and the estimated waveform, and FIG. 12B shows the similarity calculated at a certain timing in the second comparative example.
  • FIG. 13A is a waveform diagram showing the comparison target range on the detected waveform and the estimated waveform in the second embodiment
  • FIG. 13B shows the similarity calculated at a certain timing in the second embodiment.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a sample in which four layers are stacked
  • FIG. 14B is a detection waveform detected by irradiating the sample in which four layers are stacked with a terahertz wave.
  • the inspection apparatus includes an irradiation unit that irradiates a sample in which a plurality of layers are stacked with a terahertz wave, a detection unit that detects the terahertz wave from the sample and acquires a detection waveform, and the detection waveform
  • An estimation unit configured to estimate the positions of the interfaces of the plurality of layers based on a library indicating the clarity, the detected waveform, and the estimated waveform of the terahertz wave from the sample.
  • the inspection apparatus of the present embodiment it is possible to appropriately estimate the positions of the interfaces of a plurality of layers in consideration of clarity. For this reason, as will be described in detail in the embodiments described later, the inspection apparatus has a case where the interfacial pulse wave does not appear clearly (for example, it is buried in noise, or the variation increases every time it is detected). Even so, the position of the interface can be estimated appropriately.
  • the clarity is a clarity of an interface pulse wave that appears in the detection waveform corresponding to the interface.
  • the inspection apparatus can appropriately estimate the positions of the interfaces of the plurality of layers by using the clarity of the interface pulse wave.
  • the intelligibility is calculated based on the amplitude of the interface pulse wave.
  • the inspection apparatus can appropriately estimate the position of the interface using the intelligibility calculated based on the amplitude of the interface pulse wave.
  • the detection waveform includes a plurality of the interface pulse waves that respectively appear corresponding to the plurality of the interfaces.
  • the clarity of each interface pulse wave has a positive correlation with the ratio of the amplitude of each interface pulse wave to the sum of the amplitudes of the plurality of interface pulse waves.
  • the inspection apparatus can appropriately estimate the position of the interface using the intelligibility of each of the plurality of interface pulse waves.
  • the estimation unit estimates the position of the interface based on the similarity between the detected waveform and the estimated waveform and the clarity.
  • the inspection apparatus can appropriately estimate the position of the interface based on the similarity.
  • the detected waveform has a plurality of corresponding appearances corresponding to the plurality of interfaces, respectively.
  • the interface pulse wave is included, the intelligibility is the intelligibility of each of the plurality of interface pulse waves, and the estimation unit (i) sets each of the plurality of interface pulse waves as the detected waveform.
  • the similarity between each of the plurality of interface pulses is calculated by comparing with the estimated waveform, and (ii) after the plurality of similarities are weighted according to the plurality of clarity.
  • the position of the interface corresponding to the estimated waveform at which the combined similarity is equal to or greater than a predetermined threshold is estimated as the actual position of the interface, and the estimation unit determines the plurality of similarities.
  • the clarity is small To reduce the contribution to the summed similarity as the similarity of the surface pulse waves.
  • the inspection apparatus can appropriately estimate the position of the interface based on the similarity that is weighted according to the clarity.
  • the clarity of the estimation of the interface position is small.
  • the contribution of the interfacial pulse wave with a relatively small degree is also small. For this reason, even when the interface pulse wave does not appear clearly, the inspection apparatus appropriately adjusts the interface position while suppressing deterioration in the estimation accuracy of the interface position caused by the interface pulse wave that does not appear clearly. Can be estimated.
  • the inspection method of the present embodiment includes an irradiation step of irradiating a sample in which a plurality of layers are stacked with a terahertz wave, a detection step of detecting the terahertz wave from the sample and acquiring a detection waveform, An estimation step of estimating the positions of the interfaces of the plurality of layers based on a library showing the clarity, the detected waveform, and the estimated waveform of the terahertz wave from the sample.
  • the inspection apparatus of the present embodiment it is possible to preferably enjoy the same effects as the effects that the above-described inspection apparatus of the present embodiment can enjoy.
  • the inspection method of the present embodiment may adopt various aspects.
  • the computer program of the present embodiment causes a computer to execute the inspection method of the present embodiment described above.
  • the computer program of the present embodiment may adopt various aspects.
  • the recording medium of the present embodiment it is possible to suitably enjoy the same effects as those enjoyed by the above-described inspection apparatus of the present embodiment.
  • the recording medium of the present embodiment may adopt various aspects.
  • the recording medium is a computer-readable recording medium, for example.
  • the inspection apparatus of the present embodiment includes an irradiation unit, a detection unit, and an estimation unit.
  • the inspection method of the present embodiment includes an irradiation process, a detection process, and an estimation process.
  • the computer program of the present embodiment causes a computer to execute the inspection method of the present embodiment described above.
  • the computer program of this embodiment described above is recorded on the recording medium of this embodiment. Therefore, the position of the interface between the plurality of layers is appropriately estimated based on the terahertz wave from the sample in which the plurality of layers are stacked.
  • an inspection apparatus an inspection method, a computer program, and a recording medium
  • the description will be given below using an example in which an inspection apparatus, an inspection method, a computer program, and a recording medium are applied to a terahertz wave inspection apparatus.
  • the terahertz wave inspection apparatus estimates the position of the interface between the plurality of layers by detecting the terahertz wave irradiated on the sample in which the plurality of layers are stacked.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a terahertz wave inspection apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 irradiates a sample S on which a plurality of layers L are stacked with a terahertz wave THz propagating along a direction intersecting the stacking direction of the plurality of layers L. Further, the terahertz wave inspection apparatus 100 detects the terahertz wave THz reflected by the sample S (that is, the terahertz wave THz irradiated on the sample S).
  • the terahertz region is a frequency region that combines light straightness and electromagnetic wave transparency.
  • the terahertz region is a frequency region in which various substances have unique absorption spectra. Therefore, the terahertz wave inspection apparatus 100 can estimate (in other words, measure) the characteristics of the sample S by analyzing the terahertz wave THz irradiated on the sample S.
  • the description proceeds using a sample S in which three layers L (specifically, a layer L1, a layer L2, and a layer L3) are stacked.
  • the layers L1 to L3 are made of materials having different physical properties. At least one of the layers L1 to L3 may be made of a solid material. At least one of the layers L1 to L3 may be made of a liquid material. At least one of the layers L1 to L3 may be made of a gaseous material.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 estimates the positions of the interfaces B of the plurality of layers L constituting the sample S as the characteristics of the sample S.
  • the interface B is a surface that defines the boundary of a certain layer L.
  • the interface B is a surface that intersects the irradiation direction of the terahertz wave THz.
  • the interface B includes an interface B0, an interface B1, an interface B2, and an interface B3.
  • the layer L1 is in contact with the outside of the sample S via the interface B0. That is, the interface B0 defines the boundary between the layer L1 and the outside of the sample S.
  • the interface B0 is also the surface of the sample S
  • the interface B0 is hereinafter referred to as the surface B0.
  • the layer L1 is in contact with the layer L2 through the interface B1. That is, the interface B1 defines the boundary between the layer L1 and the layer L2.
  • the layer L2 is in contact with the layer L3 through the interface B2. That is, the interface B2 defines the layer L2 and the layer L3.
  • the layer L3 is in contact with the outside of the sample S via the interface B3. That is, the interface B3 defines the boundary between the layer L3 and the outside of the sample S. Since the interface B3 is also the back surface of the sample S, the interface B3 is hereinafter referred to as a back surface B3.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by employing a pump-probe method based on time delay scanning.
  • a pump-probe method based on time delay scanning.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 includes a pulse laser apparatus 101, a terahertz wave generating element 110 that is a specific example of an “irradiation unit”, a beam splitter 161, a reflecting mirror 162, and a reflecting mirror 163.
  • a half mirror 164 an optical delay mechanism 120, a terahertz wave detection element 130, which is a specific example of a “detection unit”, a bias voltage generation unit 141, an IV (current-voltage) conversion unit 142, And a control unit 150.
  • the pulse laser device 101 generates sub-picosecond order or femtosecond order pulse laser light LB having a light intensity corresponding to the drive current input to the pulse laser device 101.
  • the pulse laser beam LB generated by the pulse laser device 101 is incident on the beam splitter 161 via a light guide (not shown) (for example, an optical fiber).
  • the beam splitter 161 branches the pulsed laser light LB into pump light LB1 and probe light LB2.
  • the pump light LB1 is incident on the terahertz wave generating element 110 through a light guide path (not shown).
  • the probe light LB2 enters the optical delay mechanism 120 via a light guide path and a reflecting mirror 162 (not shown). Thereafter, the probe light LB2 emitted from the optical delay mechanism 120 is incident on the terahertz wave detection element 130 via the reflecting mirror 163 and a light guide path (not shown).
  • the terahertz wave generating element 110 emits a terahertz wave THz.
  • the terahertz wave generating element 110 includes a pair of electrode layers facing each other through a gap.
  • a bias voltage generated by the bias voltage generation unit 141 is applied to the gap via a pair of electrode layers.
  • an effective bias voltage for example, a bias voltage other than 0 V
  • the pump light LB1 is also applied to the photoconductive layer formed below the gap. Is irradiated. In this case, carriers are generated in the photoconductive layer irradiated with the pump light LB1 by light excitation by the pump light LB1.
  • the terahertz wave generating element 110 generates a pulse-shaped current signal in the order of subpicoseconds or in the order of femtoseconds corresponding to the generated carrier.
  • the generated current signal flows through the pair of electrode layers.
  • the terahertz wave generating element 110 emits the terahertz wave THz resulting from the pulsed current signal.
  • the terahertz wave THz emitted from the terahertz wave generating element 110 passes through the half mirror 164.
  • the terahertz wave THz transmitted through the half mirror 164 is applied to the sample S (particularly, the surface B0 of the layer L1).
  • the terahertz wave THz applied to the sample S is reflected by the sample S (in particular, the front surface B0, the interface B1, the interface B2, and the back surface B3).
  • the terahertz wave THz reflected by the sample S is reflected by the half mirror 164.
  • the terahertz wave THz reflected by the half mirror 164 enters the terahertz wave detection element 130.
  • the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz incident on the terahertz wave detecting element 130.
  • the terahertz wave detection element 130 includes a pair of electrode layers facing each other with a gap interposed therebetween.
  • the probe light LB2 is irradiated to the gap
  • the probe light LB2 is also irradiated to the photoconductive layer formed below the gap.
  • carriers are generated in the photoconductive layer irradiated with the probe light LB2 by light excitation by the probe light LB2.
  • a current signal corresponding to the carrier flows through the pair of electrode layers included in the terahertz wave detection element 130.
  • the signal intensity of the current signal flowing through the pair of electrode layers changes according to the light intensity of the terahertz wave THz.
  • a current signal whose signal intensity changes according to the light intensity of the terahertz wave THz is output to the IV conversion unit 142 via the pair of electrode layers.
  • the optical delay mechanism 120 adjusts the difference (that is, the optical path length difference) between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2. Specifically, the optical delay mechanism 120 adjusts the optical path length difference by adjusting the optical path length of the probe light LB2.
  • the timing at which the pump light LB1 enters the terahertz wave generation element 110 (or the timing at which the terahertz wave generation element 110 emits the terahertz wave THz) and the probe light LB2 at the terahertz wave detection element 130
  • the time difference from the timing at which the light enters (or the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz) is adjusted.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by adjusting the time difference.
  • the timing at which the probe light LB2 enters the terahertz wave detection element 130 is delayed by 1 picosecond.
  • the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is delayed by 1 picosecond.
  • the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is gradually shifted.
  • the terahertz wave detection element 130 can indirectly detect the waveform of the terahertz wave THz. That is, the lock-in detection unit 151 described later can detect the waveform of the terahertz wave THz based on the detection result of the terahertz wave detection element 130.
  • the current signal output from the terahertz wave detection element 130 is converted into a voltage signal by the IV conversion unit 142.
  • the control unit 150 performs a control operation for controlling the entire operation of the terahertz wave inspection apparatus 100.
  • the control unit 150 includes a CPU (Central Processing Unit) 150a and a memory 150b.
  • a computer program for causing the control unit 150 to perform a control operation is recorded in the memory 150b.
  • the computer program is executed by the CPU 150a, a logical processing block for performing a control operation is formed in the CPU 150a.
  • the computer program may not be recorded in the memory. In this case, the CPU 150a may execute a computer program downloaded via a network.
  • the control unit 150 performs an estimation operation for estimating the characteristics of the sample S based on the detection result of the terahertz wave detection element 130 (that is, the voltage signal output from the IV conversion unit 142).
  • the control unit 150 includes a lock-in detection unit 151, which is a specific example of “detection unit”, and a signal processing unit 152 as logical processing blocks formed inside the CPU 150a. ing.
  • the lock-in detection unit 151 performs synchronous detection on the voltage signal output from the IV conversion unit 142 using the bias voltage generated by the bias voltage generation unit 141 as a reference signal. As a result, the lock-in detection unit 151 detects a sample value of the terahertz wave THz. Thereafter, the same operation is repeated while appropriately adjusting the difference between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2 (that is, the optical path length difference).
  • the waveform (time waveform) of the terahertz wave THz detected by the detection element 130 can be detected.
  • the lock-in detection unit 151 outputs a detection waveform DW that is a waveform of the terahertz wave THz detected by the terahertz wave detection element 130 (that is, a waveform signal indicating the detection waveform DW) to the signal processing unit 152. That is, the lock-in detection unit 151 removes a noise component having a frequency different from that of the reference signal from the voltage signal output from the IV conversion unit 142. That is, the lock-in detection unit 151 performs relative detection using the voltage signal output from the IV conversion unit 142 and the reference signal, and thereby detects the detection waveform DW with relatively high sensitivity. Highly accurate detection.
  • a DC voltage may be applied to the terahertz wave generation element 110 as a bias voltage.
  • the detected waveform DW will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (b).
  • the terahertz wave THz is applied to the surface B0 of the sample S.
  • a part of the terahertz wave THz irradiated on the surface B0 is reflected by the surface B0.
  • the terahertz wave THz reflected by the surface B0 propagates from the sample S to the terahertz wave detecting element 130.
  • a part of the terahertz wave THz irradiated on the surface B0 passes through the surface B0 without being reflected by the surface B0.
  • the terahertz wave THz that has passed through the surface B0 passes through the inside of the sample S.
  • a part of the terahertz wave THz that has passed through the surface B0 is reflected by the interface B1, and another part of the terahertz wave THz that has passed through the surface B0 passes through the interface B1.
  • a part of the terahertz wave THz that has passed through the interface B1 is reflected by the interface B2, and another part of the terahertz wave THz that has passed through the interface B1 passes through the interface B2.
  • Part of the terahertz wave THz that has passed through the interface B2 is reflected by the back surface B3.
  • the terahertz wave THz reflected by the interface B1 the terahertz wave THz reflected by the interface B2
  • the terahertz wave THz reflected by the back surface B3 also propagate from the sample S to the terahertz wave detecting element 130. .
  • the detected waveform DW includes a pulse wave PW0 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the surface B0 and a pulse wave PW1 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the interface B1. Then, a pulse wave PW2 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the interface B2 and a pulse wave PW3 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the back surface B3 appear.
  • the signal processing unit 152 estimates the characteristics of the sample S based on the detection waveform DW output from the lock-in detection unit 151. For example, the signal processing unit 152 acquires the frequency spectrum of the terahertz wave THz using terahertz time domain spectroscopy, and estimates the characteristics of the sample S based on the frequency spectrum.
  • the signal processing unit 152 performs an estimation operation for estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 based on the detection waveform DW as an example of the control operation.
  • the signal processing unit 152 is a specific example of a clarity calculation unit 1521, a library construction unit 1522, and an “estimation unit” as logical processing blocks formed inside the CPU 150a.
  • a position estimation unit 1523 Note that specific examples of the operations of the intelligibility calculation unit 1521, the library construction unit 1522, and the position estimation unit 1523 will be described later in detail and will not be described here.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a flow of an estimation operation for estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 performed by the terahertz wave inspection apparatus 100.
  • the library construction unit 1522 is configured such that the library 1522a referred to for estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 is a memory 150b (or other arbitrary recording medium) provided in the control unit 150. ) Is stored (step S101). Specifically, the library construction unit 1522 determines whether the library 1522a constructed in the past by the library construction unit 1522 is stored in the memory 150b.
  • the library 1522a stores a waveform of the terahertz wave THz that is estimated to be detected by the terahertz wave detection element 130 when the sample S is irradiated with the terahertz wave THz (that is, an estimation result of the detection waveform DW).
  • the terahertz wave THz waveform included in the library 1522a is referred to as an “estimated waveform EW”.
  • the library 1522a stores the estimated waveform EW in association with candidate positions of the interface B1 and the interface B2 that can be assumed in the sample S.
  • the library 1522a has a waveform of the terahertz wave THz estimated to be detected by the terahertz wave detecting element 130 when the sample S existing at the candidate position where the interface B1 and the interface B2 are irradiated with the terahertz wave THz (that is, , Estimated waveform EW) is stored for each of a plurality of candidate positions.
  • the library 1522a includes (i) an estimated waveform EW corresponding to the sample S in which the interface B1 exists at the candidate position P11 and the interface B2 exists at the candidate position P21, and (ii) the interface B1 Estimated waveform EW corresponding to sample S present at candidate position P11 and interface B2 at candidate position P22, (iii) Sample S with interface B1 present at candidate position P11 and interface B2 present at candidate position P23 Corresponding estimated waveform EW, (iv) Estimated waveform EW corresponding to sample S where interface B1 is present at candidate position P12 and interface B2 is present at candidate position P21, (v) Interface B1 is present at candidate position P12 The estimated waveform EW corresponding to the sample S where the interface B2 is present at the candidate position P22, (vi) the interface B1 is present at the candidate position P12 and the interface B2 is present at the candidate position P23 Estimated waveform EW corresponding to sample S, (vii) Estimate
  • the library 1522a substantially estimates that the terahertz wave detection element 130 will detect when the sample S having a certain thickness in each of the layer L1 and the layer L2 is irradiated with the terahertz wave THz. It can be said that a plurality of waveforms of the wave THz (that is, the estimated waveform EW) are stored for each of a plurality of film thickness candidates.
  • step S101 when it is determined in step S101 that the library 1522a is stored in the memory 150b (step S101: Yes), the library constructing unit 1522 does not construct a new library 1522a. Therefore, the control unit 150 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 using the existing library 1522a stored in the memory 150b.
  • step S101 if it is determined that the library 1522a is not stored in the memory 150b (step S101: No), the library construction unit 1522 newly constructs the library 1522a (step S102).
  • step S104 the library construction unit 1522 first determines whether or not to construct the library 1522a using the previously acquired reference waveform BW (step S102).
  • the reference waveform BW is a waveform of the terahertz wave THz detected by the terahertz wave detection element 130 when the sample S (or an arbitrary object different from the sample S) is irradiated with the terahertz wave THz. This is a waveform of a terahertz wave THz which is a reference in construction.
  • step S102 when it is determined not to construct the library 1522a using the previously acquired reference waveform BW (step 102: No), the library construction unit 1522 newly acquires the reference waveform BW.
  • Step S102 Specifically, under the control of the library construction unit 1522, the sample S (or any object different from the sample S) is irradiated with the terahertz wave THz. As a result, a detection waveform DW is acquired. At least a part of the detected waveform DW (for example, a pulse wave PW0 corresponding to the surface B0) is used as the reference waveform BW.
  • step S102 determines whether the library 1522a is constructed using the previously acquired reference waveform BW (step 102: Yes). If it is determined in step S102 that the library 1522a is constructed using the previously acquired reference waveform BW (step 102: Yes), the library construction unit 1522 newly creates the reference waveform BW. Don't get.
  • the library construction unit 1522 constructs the library 1522a using the reference waveform BW (step S104). Specifically, the library constructing unit 1522 first has physical property values of the layers L1 to L3 (for example, dielectric constant, magnetic permeability, attenuation rate, conductivity, etc.) on the simulation model that simulates the sample S. Is set to an actual measurement value obtained by actually measuring the physical property values of the layers L1 to L3 in advance. Thereafter, the library construction unit 1522 calculates (in other words, reproduces) the estimated waveform EW while changing the positions of the interface B1 and the interface B2 on the simulation model.
  • the layers L1 to L3 for example, dielectric constant, magnetic permeability, attenuation rate, conductivity, etc.
  • the library construction unit 1522a may adopt an existing method for simulating the waveform of an electromagnetic wave as a method of calculating the estimated waveform EW.
  • an existing method there is an FDTD (Finite Difference Time Domain) method or an ADE-FDTD (Auxiliary Differential FDTD) method.
  • the terahertz wave generating element 110 emits the terahertz wave THz toward the surface B0 of the sample S (step S111).
  • the terahertz wave detection element 130 detects the terahertz wave THz reflected by the sample S (step S112). That is, the signal processing unit 152 acquires the detection waveform DW (step S112).
  • the intelligibility calculation unit 1521 calculates the intelligibility a of the detected waveform DW (step S121).
  • the clarity a is an index indicating whether or not the detected waveform DW is clear enough to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2 appropriately (in other words, with high accuracy). As the detection waveform DW becomes less clear (that is, the possibility that the positions of the interface B1 and the interface B2 cannot be estimated properly increases), the clarity a decreases.
  • the intelligibility calculator 1521 calculates the intelligibility a1 of the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 and the intelligibility a2 of the pulse wave PW2 corresponding to the interface B2 as the intelligibility a.
  • the pulse wave PW1 is not buried in noise.
  • the amplitude of the pulse wave PW is correspondingly large. That is, the greater the amplitude of the pulse wave PW, the higher the possibility that the position of the interface B1 can be estimated with high accuracy.
  • the clarity a1 of the pulse wave PW1 is an index determined based on the amplitude of the pulse wave PW1.
  • the clarity a1 of the pulse wave PW1 is an index that increases as the amplitude (particularly the maximum amplitude) of the pulse wave PW1 increases. That is, the clarity a1 of the pulse wave PW1 is an index having a positive correlation with the amplitude of the pulse wave PW1.
  • the clarity a2 of the pulse wave PW2 is also an index that increases as the amplitude (particularly, the maximum amplitude) of the pulse wave PW2 increases.
  • FIG. 5A shows an example of the detected waveform DW.
  • FIG. 5A shows an example in which the maximum amplitude of the pulse wave PW1 is A1, and the maximum amplitude of the pulse wave PW2 is A2.
  • the clarity a1 is the ratio of the maximum amplitude A1 of the pulse wave PW1 to the sum of the maximum amplitude A1 of the pulse wave PW1 and the maximum amplitude A2 of the pulse wave PW2 (or a value having a positive correlation with the ratio). ).
  • the intelligibility calculation unit 1521 converts the detection waveform DW into a detection waveform DW ′ that can appropriately specify the maximum amplitude A1 of the pulse wave PW1 and the maximum amplitude A2 of the pulse wave PW2, and based on the detection waveform DW ′.
  • the clarity a1 and the clarity a2 may be calculated.
  • the intelligibility calculation unit 1521 creates a time-frequency map of the detection waveform DW by performing continuous wavelet transform on the detection waveform DW. Thereafter, the intelligibility calculator 1521 extracts a waveform component corresponding to a specific frequency from the map as a detected waveform DW ′. For example, the clarity calculation unit 1521 extracts a waveform component corresponding to a frequency at which the pulse wave PW1 and the pulse wave PW2 are relatively clear from the map as the detection waveform DW ′.
  • the intelligibility calculator 1521 corresponds to a relatively low frequency (for example, a frequency range of hundreds of tens of GHz) in the frequency range of the terahertz wave THz (for example, a frequency range of 100 GHz to 1 THz) from the map.
  • the waveform component to be extracted is extracted as a detected waveform DW ′.
  • FIG. 5 shows an example of the extracted detection waveform DW ′.
  • the intelligibility calculator 1521 specifies the maximum intensity A1 'of the pulse wave PW1 and the maximum intensity A2' of the pulse wave PW2 from the detected waveform DW '.
  • the position estimation unit 1523 matches the detected waveform DW acquired in step S112 with the estimated waveform EW stored in the library 1522a (step S122). Specifically, the position estimation unit 1523 calculates the similarity R between the detected waveform DW and the estimated waveform EW.
  • the similarity R is an index indicating how much the detected waveform DW and the estimated waveform EW are present. Therefore, the similarity R is an index that increases as the detected waveform DW and the estimated waveform EW are similar. That is, the similarity R is substantially equivalent to the correlation coefficient between the detected waveform DW and the estimated waveform EW.
  • the position estimation unit 1523 calculates the similarity R11 between the pulse wave PW1 in the detection waveform DW and the pulse wave PW1 in the estimation waveform EW. Therefore, as shown in FIG. 6, the position estimation unit 1523 specifies the waveform range including the pulse wave PW1 for each of the detected waveform DW and the estimated waveform EW (in the example shown in FIG. 6, specified on the time axis). Waveform range) is designated as a comparison target range WR11 to be compared with each other in order to calculate the similarity R11.
  • the position estimation unit 1523 calculates a similarity R12 between the pulse wave PW2 in the detection waveform DW and the pulse wave PW2 in the estimation waveform EW. For this reason, as shown in FIG. 6, the position estimation unit 1523 targets the detected waveform DW and the estimated waveform EW, and includes a waveform range including the pulse wave PW2 (in the example shown in FIG. The waveform range specified by the range) is designated as the comparison target range WR12 to be compared with each other in order to calculate the similarity R12.
  • the position estimation unit 1523 may calculate the similarity R11 and the similarity R12 using an existing calculation method for calculating the similarity between two signal waveforms.
  • the following formula 1 and formula 2 are given as existing calculation methods. Note that in Equation 1 and in Equation 2, “u d (t)", the amplitude of the detected waveform DW at time t (where time t is the time belonging to the waveform range WR1 or wave range WR2 described above) shows a “U e (t)” indicates the amplitude of the estimated waveform EW at time t, “ ⁇ d ” indicates the average value (so-called DC component) of the amplitude of the detected waveform DW, and “ ⁇ e ” indicates the estimated An average value (so-called DC component) of the amplitude of the waveform EW is shown.
  • the clarity a1 is an index that decreases as the pulse wave PW1 becomes less clear (that is, as the amplitude of the pulse wave PW1 decreases).
  • the operation of multiplying the similarity R11 by the clarity a1 is equivalent to the operation of assigning a weight according to the clarity a1 to the similarity R11. That is, when calculating the similarity R, the operation of multiplying the similarity R11 by the clarity a1 is such that as the pulse wave PW1 becomes less clear, the similarity R11 of the pulse wave PW1 to the calculation of the similarity R becomes smaller. This is equivalent to an operation for reducing the contribution.
  • the clarity a2 is an index that becomes smaller as the pulse wave PW2 becomes less clear (that is, as the amplitude of the pulse wave PW2 becomes smaller), as described above.
  • the operation of multiplying the similarity R12 by the clarity a2 is equivalent to the operation of assigning a weight according to the clarity a2 to the similarity R12. That is, when calculating the similarity R, the operation of multiplying the similarity R12 by the clarity a2 is such that as the pulse wave PW2 becomes less clear, the similarity R12 of the pulse wave PW2 with respect to the calculation of the similarity R This is equivalent to an operation for reducing the contribution.
  • the position estimation unit 1523 repeats the calculation operation of the similarity R as described above for a plurality of estimated waveforms EW (or a part thereof) stored in the library 1522a. As a result, a plurality of similarities R corresponding to the plurality of estimated waveforms EW are calculated.
  • the position estimation unit 1523 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 based on the plurality of similarities R calculated in step S122 (step S123). Specifically, the position estimation unit 1523 specifies the estimated waveform EW corresponding to the largest similarity R among the plurality of similarities R. The position estimation unit 1523 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 associated with the specified estimated waveform EW as actual positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 can appropriately estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 uses the clarity a1 and the clarity a2 in order to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 has the interface B1 and the interface B2 even when the pulse waves PW1 and PW2 are not clear (for example, the amplitude of the pulse waves PW1 and PW2 becomes so small that they are buried in noise). Can be estimated appropriately.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) the reason will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).
  • FIG. 7A shows an example of a detection waveform DW in which the pulse wave PW1 is not clear (for example, the amplitude of the pulse wave PW1 becomes so small that it is buried in noise).
  • the pulse wave PW2 is clear (for example, the amplitude of the pulse wave PW2 increases so as not to be buried in noise).
  • the waveform of the pulse wave PW1 may vary each time the detection waveform DW is acquired due to a change in the relative magnitude relationship with noise.
  • the similarity R11 of the pulse wave PW1 may vary greatly every time the detection waveform DW is acquired.
  • the waveform of the pulse wave PW2 is less likely to vary each time the detection waveform DW is acquired.
  • the similarity R12 of the pulse wave PW2 is also unlikely to vary every time the detection waveform DW is acquired.
  • the similarity R11 is 0.30 ⁇ ⁇ (where ⁇ is a variation), and the similarity R12 is 0.98, taking the clarity a1 and a2 as an example.
  • the calculated similarity R (similarity R in the first embodiment) is compared with the similarity R (similarity R in the first comparative example) calculated without considering the claritys a1 and a2.
  • the clarity a1 is relatively small while the clarity a2 is relatively large.
  • the estimation accuracy of the positions of the interface B1 and the interface B2 is relatively deteriorated.
  • the variation of the similarity R is relatively small, it is possible to suppress the deterioration of the estimation accuracy of the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • FIG. 7B shows an example of a detection waveform DW in which both of the pulse waves PW1 and PW2 are clear.
  • the difference between the clarity a1 and the clarity a2 is smaller than when at least one of the pulse waves PW1 and PW2 is not clear.
  • variations in both the similarity R of the first example and the similarity R of the comparative example are relatively small. Therefore, the operation of estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 based on the clarity a1 and the clarity a2 is particularly effective when at least one of the pulse waves PW1 and PW2 is not clear.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the position of the back surface B3 by performing the same operation as when estimating the interface B1 and the interface B2 as well as the interface B1 and the interface B2. In this case, the terahertz wave inspection apparatus 100 calculates the clarity a3 of the pulse wave PW3 corresponding to the back surface B3, calculates the similarity R13 of the pulse wave PW3, and calculates the similarity R based on the similarity R13 and the clarity a3. Is calculated.
  • the clarity calculation device 1521 may not calculate at least one of the clarity a1 and the clarity a2 in step S121 of FIG. In this case, at least one of the clarity a1 and the clarity a2 may be manually designated by the user of the terahertz wave inspection apparatus 100. When both the clarity a1 and the clarity a2 are manually designated by the user, the terahertz wave inspection apparatus 100 may not include the clarity calculation unit 1521.
  • the position estimation unit 1523 replaces the estimation waveform EW corresponding to the largest similarity R among the plurality of similarities R with the predetermined threshold TH or more of the plurality of similarities R.
  • the estimated waveform EW corresponding to the similarity degree R may be specified.
  • the predetermined threshold TH is based on the relative positions of the detected waveform DW and the estimated waveform EW, and the positions of the interface B1 and the interface B2 indicated by the estimated waveform EW and the actual interface B1 and interface B2.
  • the position of the interface B1 and the interface B2 indicated by the estimated waveform EW and the actual interface due to the fact that the difference between the position and the detected waveform DW and the estimated waveform EW are not relatively similar to each other. It is set to an appropriate value according to the similarity R that can be distinguished from a state in which an error between the position of B1 and the interface B2 becomes unacceptably large.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 detects the terahertz wave THz reflected by the sample S, but may detect the terahertz wave THz transmitted through the sample S.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 estimates the characteristics of the sample S in which the three layers L (that is, the layers L1 to L3) are stacked. However, the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the characteristics of the sample S in which four or more layers L are stacked. That is, the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the positions of the interfaces B of the four or more layers L constituting the sample S.
  • FIG. 8A shows a sample S1 in which four layers L (specifically, a layer L11, a layer L12, a layer L13, and a layer L14) are stacked.
  • the interface B10 (that is, the surface B10) defines the boundary between the layer L11 and the outside of the sample S1.
  • the interface B11 defines the boundary between the layer L11 and the layer L12.
  • the interface B12 defines the boundary between the layer L12 and the layer L13.
  • the interface B13 defines the boundary between the layer L13 and the layer L14.
  • the interface B14 (that is, the back surface B14) defines the boundary between the layer L14 and the outside of the sample S1.
  • FIG. 8B shows a detection waveform DW detected by irradiating such a sample S1 with the terahertz wave THz.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the position of at least one of the interface B11, the interface B12, and the interface B13 (further, the back surface B14).
  • the intelligibility calculation unit 1521 performs the intelligibility a11 of the pulse wave PW11 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the interface B11 and the pulse wave PW12 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the interface B12.
  • the clarity a12 and the clarity a13 of the pulse wave PW13 corresponding to the terahertz wave THz reflected by the interface B13 are calculated.
  • A121 A12 / (A11 + A12 + A13)
  • a13 A13 / (A11 + A12 + A13) are used to calculate the clarity a11, the clarity a12, and the clarity a13.
  • the clarity calculation unit 1521 calculates the clarity a of each of the N pulse waves PW.
  • the clarity a of the pulse wave PW to be written is the ratio of the maximum amplitude of each pulse wave PW to the sum of the maximum amplitudes of the N pulse waves PW.
  • the position estimation unit 1523 calculates the similarity R by adding the multiplication results of the similarity of the N pulse waves PW and the clarity of the N pulse waves PW.
  • the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the characteristics of the sample S2 in which the two layers L are stacked. Even in this case, since the sample S2 has two interfaces including the back surface of the sample S, the terahertz wave inspection apparatus 100 estimates the characteristics of the sample S2 by performing the above-described operation. Can do.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the terahertz wave inspection apparatus 200 according to the second embodiment.
  • the same referential mark is attached
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 is different from the terahertz wave inspection apparatus 100 in that the signal processing unit 152 does not have to include the intelligibility calculation unit 1521.
  • Other configuration requirements of the terahertz wave inspection apparatus 200 may be the same as other configuration requirements of the terahertz wave inspection apparatus 100.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 is different from the terahertz wave inspection apparatus 100 in that at least a part of the operation of the position estimation unit 1523 is different. Other operations performed by the terahertz wave inspection apparatus 200 may be the same as other operations performed by the terahertz wave inspection apparatus 100.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a flow of an estimation operation for estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 performed by the terahertz wave inspection apparatus 200.
  • movement which the terahertz wave inspection apparatus 100 of 1st Example mentioned above performs the same step number is attached
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 performs the operations from step S ⁇ b> 101 to step S ⁇ b> 112 similarly to the terahertz wave inspection apparatus 100. That is, if the library 1522a is not stored in the memory 150b, the library construction unit 1522 constructs the library 1522a (step S101 to step S104). Thereafter, the terahertz wave generating element 110 emits the terahertz wave THz toward the surface B0 of the sample S (step S111). As a result, the terahertz wave detection element 130 detects the terahertz wave THz reflected by the sample S (step S112). That is, the signal processing unit 152 acquires the detection waveform DW (step S112).
  • the position estimation unit 1523 performs matching between the detected waveform DW acquired in step S112 and the estimated waveform EW stored in the library 1522a (step S222). Specifically, the position estimation unit 1523 calculates the similarity R between the detected waveform DW and the estimated waveform EW.
  • the position estimation unit 1523 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2, and the similarity R22 between the pulse wave PW2 in the detection waveform DW and the pulse wave PW2 in the estimation waveform EW. Is calculated. On the other hand, the position estimation unit 1523 calculates a similarity R21 between the pulse wave PW1 in the detection waveform DW and the pulse wave PW1 in the estimation waveform EW in order to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2. It does not have to be.
  • the position estimation unit 1523 corresponds to the interface B2 farther from the surface B0 than the interface B1 without calculating the similarity R21 of the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 in order to estimate the position of the interface B1.
  • the similarity R22 of the pulse wave PW2 to be calculated is calculated. Therefore, as shown in FIG. 11, the position estimation unit 1523 targets the detected waveform DW and the estimated waveform EW, and includes a waveform range that includes the pulse wave PW2 but does not include the pulse wave PW1 (example shown in FIG. 11). Then, the waveform range specified by the time range on the time axis is designated as the comparison target range WR22 to be compared with each other in order to calculate the similarity R22.
  • the calculation method of the similarity R22 may be the same as the calculation method of the similarity R11 and the similarity R12 described above, and detailed description thereof will be omitted.
  • the position estimation unit 1523 repeats the calculation operation of the similarity R22 for a plurality of estimated waveforms EW (or a part thereof) stored in the library 1522a. As a result, a plurality of similarities R22 corresponding to a plurality of estimated waveforms EW are calculated.
  • the position estimation unit 1523 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 based on the plurality of similarities R22 calculated in step S122 (step S123). Specifically, the position estimation unit 1523 specifies the estimated waveform EW corresponding to the largest similarity R22 among the plurality of similarities R22. The position estimation unit 1523 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 associated with the specified estimated waveform EW as actual positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 can appropriately estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 includes the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 while including the pulse wave PW2 corresponding to the interface B2 in order to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • a waveform range that does not exist is designated as a comparison target range WR22 to be compared with each other in order to calculate the similarity R22. That is, the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R22 of the pulse wave PW2, but does not calculate the similarity R21 of the pulse wave PW1.
  • the pulse wave PW should substantially include not only information related to the interface B2 (for example, information related to the position of the interface B2) but also information related to the interface B1 (for example, information related to the position of the interface B1). It is.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 is based on the similarity R22 of the pulse wave PW2 even when the pulse wave PW1 is not clear (for example, the amplitude of the pulse wave PW1 becomes so small that it is buried in noise).
  • the positions of the interface B1 and the interface B2 can be estimated appropriately.
  • FIG. 12A shows a comparison target range WR21 and a comparison target range WR22 specified by the terahertz wave inspection apparatus of the second comparative example.
  • the terahertz wave inspection apparatus of the second comparative example designates a waveform range including the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 as the comparison target range WR21 in order to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2, and corresponds to the interface B2.
  • a waveform range including the pulse wave PW2 is designated as the comparison target range WR22. Therefore, the terahertz wave inspection apparatus of the second comparative example calculates the similarity R21 of the pulse wave PW1 and the similarity R22 of the pulse wave PW2 in order to estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the similarity R21 may vary greatly every time the detection waveform DW is acquired.
  • the similarity R obtained by adding the similarity R21 and the similarity R22 may also vary each time the detection waveform DW is acquired. Due to the variation in the similarity R, as shown in FIG. 12B, the similarity R calculated from the detected waveform DW acquired at a certain timing is acquired a plurality of times at different timings. May greatly deviate from the average of a plurality of similarities R calculated from the detected waveform DW.
  • At least one position of the interface B1 and the interface B2 estimated by the variation of the detection waveform DW acquired from the same sample S is the interface B1 and the interface.
  • the comparison target range WR21 is not used. That is, the similarity R21 of the unclear pulse wave PW1 is not calculated. For this reason, the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the positions of the interface B1 and the interface B2 using the similarity R22. In this case, as shown in FIG. 13B, the variation in the similarity R22 is relatively small. For this reason, the similarity R22 calculated from the detected waveform DW acquired at a certain timing greatly deviates from the average of the plurality of similarities R22 calculated from the plurality of detected waveforms DW acquired a plurality of times at different timings. The possibility is small.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 can appropriately estimate the positions of the interface B1 and the interface B2.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the position of a certain interface B when the pulse wave PW corresponding to the certain interface B is not clear.
  • the similarity R of the pulse wave PW corresponding to the other interface B farther from the surface B0 than the one interface B is calculated, while the similarity R of the pulse wave PW corresponding to the one interface B is calculated. I can say no. Therefore, when the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 is not clear, the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates another position B (that is, farther from the surface B0 than the interface B1) in order to estimate the position of the interface B1.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 determines another interface B (that is, farther from the surface B0 than the interface B2) in order to estimate the position of the interface B2.
  • the similarity R23 of the pulse wave PW corresponding to the back surface B3) is calculated, while the similarity R22 of the pulse wave PW2 corresponding to the interface B2 is not calculated.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the position of a certain interface B based on the determination result of whether or not the pulse wave PW corresponding to the certain interface B is clear. Whether to calculate the similarity R of the pulse wave PW corresponding to the interface B may be determined. For example, when the pulse wave PW corresponding to a certain interface B is clear, the terahertz wave inspection apparatus 200 uses a pulse corresponding to the certain interface B to estimate the position of the certain interface B. The similarity R of the wave PW may be calculated. In this case, the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the positions of the interfaces B1 and B2 in consideration of the similarity R of the pulse wave PW corresponding to one interface B.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 corresponds to the one interface B in order to estimate the position of the one interface B.
  • the similarity R of the pulse wave PW to be calculated may not be calculated.
  • the criterion for determining whether or not the pulse wave PW is clear may be a criterion for determining whether or not the clarity a described in the first embodiment is greater than or equal to a predetermined threshold.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 determines another interface B (that is, farther from the surface B0 than the interface B1 in order to estimate the position of the interface B1). While calculating the similarity R of the pulse wave PW corresponding to at least one of the interface B2 and the back surface B3), the similarity R21 of the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 may not be calculated. On the other hand, when the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 is clear, the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R21 of the pulse wave PW1 corresponding to the interface B1 in order to estimate the position of the interface B1. May be.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the characteristics of the sample S in which the three layers L (that is, the layers L1 to L3) are stacked. However, the terahertz wave inspection apparatus 200 may estimate the characteristics of the sample S in which four or more layers L are stacked. That is, the terahertz wave inspection apparatus 100 may estimate the positions of the interfaces B of the four or more layers L constituting the sample S.
  • FIG. 14A shows a sample S1 in which four layers L (specifically, a layer L11, a layer L12, a layer L13, and a layer L14) are stacked (that is, the sample S1 shown in FIG. 8A).
  • FIG. 14B shows a detection waveform DW detected by irradiating such a sample S1 with the terahertz wave THz.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 corresponds to another interface B farther from the surface B10 than the interface B11 (that is, at least one of the interface B12, the interface B13, and the back surface B14) in order to estimate the position of the interface B11.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 has a pulse wave corresponding to another interface B that is farther from the front surface B10 than the interface B12 (that is, at least one of the interface B13 and the back surface B14). While calculating the similarity R of PW, the similarity R of the pulse wave PW12 corresponding to the interface B12 is not calculated.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R of the pulse wave PW14 corresponding to another interface B (that is, the back surface B14) farther from the front surface B10 than the interface B13 in order to estimate the position of the interface B13.
  • the similarity R of the pulse wave PW13 corresponding to the interface B13 is not calculated.
  • the terahertz wave inspection The apparatus 200 calculates the similarity R of one pulse wave PW that satisfies a predetermined criterion among the plurality of pulse waves PW, while calculating the similarity R of another pulse wave PW among the plurality of pulse waves PW. You don't have to.
  • the predetermined standard may include a first standard regarding a determination result of whether or not the pulse wave PW is clear.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may calculate the similarity R of one pulse wave PW in which the clarity a is equal to or greater than a predetermined threshold among the plurality of pulse waves PW.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may calculate the similarity R of one clearest pulse wave PW among the plurality of pulse waves PW.
  • the predetermined standard may include a second standard that the interface B corresponding to the pulse wave PW is farthest from the surface B10.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may calculate the similarity R of one pulse wave PW corresponding to one interface B farthest from the surface B10 among the plurality of pulse waves PW.
  • the pulse wave PW corresponding to the interface B farthest from the front surface B10 (that is, the back surface B14) is more likely to be clearer than the pulse waves PW corresponding to the other interfaces B.
  • the back surface B14 is in contact with a substance having a phase (for example, a gas phase) different from a phase (for example, a solid phase or a liquid phase) of the substance constituting the sample S1 because the back surface B14 is the end surface of the sample S1. Probability is high. As a result, since the reflectance of the back surface B14 with respect to the terahertz wave THz is relatively high, the pulse wave PW14 corresponding to the terahertz wave THz reflected on the back surface B14 may be clear (for example, most clearly). Because it is expensive.
  • a phase for example, a gas phase
  • a phase for example, a solid phase or a liquid phase
  • the predetermined standard is A third criterion that the pulse wave PW corresponds to the interface B that defines the boundary between substances of different phases may be included.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may calculate the similarity R of one pulse wave PW corresponding to the interface B that defines the boundary between substances of different phases among the plurality of pulse waves PW.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R of one pulse wave PW corresponding to the interface B that defines the boundary between the solid phase substance and the liquid phase substance among the plurality of pulse waves PW. May be.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R of one pulse wave PW corresponding to the interface B that defines the boundary between the solid phase substance and the gas phase substance among the plurality of pulse waves PW. May be.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 calculates the similarity R of one pulse wave PW corresponding to the interface B that defines the boundary between the liquid phase substance and the gas phase substance among the plurality of pulse waves PW. May be.
  • the wave inspection apparatus 200 can appropriately estimate the positions of the interface B1 and the interface B2 while improving the estimation accuracy of the interface B1 and the interface B2 (or suppressing deterioration of the estimation accuracy).
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may estimate the characteristics of the sample S2 in which the two layers L are stacked. Even in this case, since the sample S2 has two interfaces including the back surface of the sample S, the terahertz wave inspection apparatus 200 estimates the characteristics of the sample S2 by performing the above-described operation. Can do.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may include the constituent elements (for example, the intelligibility calculation unit 1521) included in the terahertz wave inspection apparatus 100 of the first embodiment described above.
  • the terahertz wave inspection apparatus 200 may perform the operation performed by the terahertz wave inspection apparatus 100 of the first embodiment described above (for example, the operation of estimating the positions of the interface B1 and the interface B2 based on the clarity a). That is, at least some of the configuration requirements described in the first embodiment may be combined with at least some of the configuration requirements described in the second embodiment. At least a part of the operation described in the first embodiment may be combined with at least a part of the operation described in the second embodiment. Alternatively, some of the components described in the above embodiments may not be used. Some of the operations described in the above embodiments may not be performed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and an inspection apparatus with such a change, An inspection method, a computer program, and a recording medium are also included in the technical scope of the present invention.
  • SYMBOLS 100 Terahertz wave inspection apparatus 101 Pulse laser apparatus 110 Terahertz wave generation element 120 Optical delay mechanism 130 Terahertz wave detection element 141 Bias voltage generation part 142 IV conversion part 150 Control part 150a CPU 150b memory 151 lock-in detection unit 152 signal processing unit 1521 intelligibility calculation unit 1522 library construction unit 1522a library 1523 position estimation unit 161 beam splitter 162, 163 reflector 164 half mirror LB1 pump light LB2 probe light THz terahertz wave S sample L, L1, L2, L3, L11, L12, L13, L14 Layer B, B1, B2, B11, B12, B13 Interface B0, B10 Front surface B3, B14 Back surface DW Detection waveform EW Estimated waveform BW Reference waveform PW0, PW1, PW2, PW3 Pulse wave a Clarity

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Abstract

検査装置１００は、複数の層Ｌが積層された試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射する照射部１１０と、試料からのテラヘルツ波を検出して検出波形ＤＷを取得する検出部１３０と、検出波形の明瞭度ａ、検出波形及びテラヘルツ波の推定波形ＥＷを示すライブラリ１５２２ａに基づいて、界面Ｂ１及びＢ２の位置を推定する推定部１５２３とを備える。

Description

検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体
　本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて試料を構成する複数の層の間の界面の位置を推定する検査装置、検査方法、コンピュータにこのような検査方法を実行させるコンピュータプログラム、及び、このようなコンピュータプログラムが記録された記録媒体の技術分野に関する。
　テラヘルツ波を用いた検査装置が知られている。テラヘルツ波検査装置は、以下の手順で、試料の特性を推定（言い換えれば、算出又は特定）する。まず、超短パルスレーザ光（例えば、フェムト秒パルスレーザ光）を分岐することで得られる一のレーザ光であるポンプ光（言い換えれば、励起光）が、バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子に照射される。その結果、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を発生する。テラヘルツ波発生素子が発生したテラヘルツ波は、試料に照射される。試料に照射されたテラヘルツ波は、試料からの反射テラヘルツ波（或いは、透過テラヘルツ波）として、超短パルスレーザ光を分岐することで得られる他のレーザ光であって且つポンプ光に対する光学的な遅延（つまり、光路長差）が付与されたプローブ光（言い換えれば、励起光）が照射されているテラヘルツ波検出素子に照射される。その結果、テラヘルツ波検出素子は、試料で反射又は透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波検査装置は、当該検出したテラヘルツ波（つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号）を解析することで、試料の特性を推定する。
　テラヘルツ波検査装置が推定可能な特性の一例として、複数の層が積層された積層物が試料である場合において、当該層の膜厚がある。膜厚を推定可能なテラヘルツ波検査装置の一例が、特許文献１及び２に記載されている。
　例えば、特許文献１に記載されたテラヘルツ波検査装置は、膜厚を推定するために、検出したテラヘルツ波（以降、“検出波形”と称する）に現れるパルス波形（つまり、振幅が極大となるピークを含むパルス波形）を検出している。このパルス波形は、ある層の界面（つまり、ある層と他の層との間の境界面）からのテラヘルツ波の反射波に相当する。このため、特許文献１に記載されたテラヘルツ波は、複数のパルス波形の間の時間差に基づいてある層の膜厚を推定している。
　例えば、特許文献２に記載されたテラヘルツ波検査装置は、膜厚を推定するために、ある膜厚の層が積層された試料によって反射されたテラヘルツ波に含まれるであろうと推定されるパルス波形を再現し、その再現結果（つまり、再現したパルス波形）と実際に検出された検出波形に含まれるパルス波形とを比較することで、膜厚を推定している。
特開２０１２－２２５７１８号公報 特開２０１４－１２２８７５号公報
　特許文献１及び２に記載されたテラヘルツ波検査装置は、いずれも、検出波形に含まれるパルス波形に基づいて膜厚を推定している。しかしながら、試料の状態によっては、ある層の界面からの反射波に相当するパルス波形の振幅（言い換えれば、強度）が小さくなってしまう可能性がある。つまり、パルス波形が明瞭に現れない可能性がある。この場合、パルス波形がノイズに埋もれてしまいかねず、結果として、膜厚の推定精度の悪化につながる。
　尚、ある層の界面からのテラヘルツ波の反射波に相当するパルス波形に基づいて膜厚が推定されていることを考慮すれば、ある層の膜厚を推定する動作は、実質的には、ある層の界面の位置を推定する動作と等価である。
　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、複数の層が積層された試料からのテラヘルツ波に基づいて、複数の層の界面の位置を適切に推定することが可能な検査装置、検査方法、コンピュータにこのような検査方法を実行させるコンピュータプログラム、及び、このようなコンピュータプログラムが記録された記録媒体を提供することを課題とする。
　本発明の検査装置の第１の例は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定部とを備える。
　本発明の検査方法の第１の例は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定工程とを備える。
　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検査方法の第１の例を実行させる。
　本発明の記録媒体の第１の例は、上述した本発明のコンピュータプログラムの第１の例が記録された記録媒体である。
図１は、第１実施例のテラヘルツ波検査装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は、試料に照射されるテラヘルツ波の光路及び試料によって反射されたテラヘルツ波の光路を示す試料の断面図であり、図２（ｂ）は、検出波形を示す波形図である。 図３は、第１実施例のテラヘルツ波検査装置が行う界面の位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図４は、界面の候補位置と推定波形との対応付けを示すライブラリを示すテーブルである。 図５（ａ）は、検出波形から明瞭度を算出する動作を、検出波形上で示す波形図である。 図６は、第１実施例において類似度を算出するために参照されるべき比較対象範囲を検出波形上で示す波形図である。 図７（ａ）は、あるパルス波が明瞭でない検出波形を示す波形図であり、図７（ｂ）は、全てのパルス波が明瞭である検出波形を示す波形図である。 図８（ａ）は、４つの層が積層された試料を示す断面図であり、図８（ｂ）は、４つの層が積層された試料にテラヘルツ波を照射することで検出される検出波形を示す波形図である。 図９は、第２実施例のテラヘルツ波検査装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、第２実施例のテラヘルツ波検査装置が行う界面の位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１は、第２実施例において類似度を算出するために参照されるべき比較対象範囲を検出波形上で示す波形図である。 図１２（ａ）は、第２比較例における比較対象範囲を検出波形及び推定波形上で示す波形図であり、図１２（ｂ）は、第２比較例においてあるタイミングで算出される類似度を、異なる複数のタイミングで取得された複数の検出波形から夫々算出される複数の類似度の平均と共に示すグラフである。 図１３（ａ）は、第２実施例における比較対象範囲を検出波形及び推定波形上で示す波形図であり、図１３（ｂ）は、第２実施例においてあるタイミングで算出される類似度を、異なる複数のタイミングで取得された複数の検出波形から夫々算出される複数の類似度の平均と共に示すグラフである。 図１４（ａ）は、４つの層が積層された試料を示す断面図であり、図１４（ｂ）は、４つの層が積層された試料にテラヘルツ波を照射することで検出される検出波形を示す波形図である。
　以下、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の実施形態について説明を進める。
　（検査装置の実施形態）
　＜１＞
　本実施形態の検査装置は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定部とを備える。
　本実施形態の検査装置によれば、明瞭度を考慮して、複数の層の界面の位置を適切に推定することができる。このため、後述の実施例で詳細に説明するように、検査装置は、界面パルス波が明瞭に現れない（例えば、ノイズに埋もれてしまったり、検出の都度ばらつきが大きくなってしまったりする）場合であっても、界面の位置を適切に推定することができる。
　＜２＞
　本実施形態の検査装置の他の態様では、前記明瞭度は、前記界面に対応して前記検出波形に現れる界面パルス波の明瞭度である。
　この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の明瞭度を用いることで、複数の層の界面の位置を適切に推定することができる。
　＜３＞
　上述の如く界面パルス波の明瞭度を用いる検査装置の他の態様では、前記明瞭度は、前記界面パルス波の振幅に基づいて算出される。
　この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の振幅に基づいて算出された明瞭度を用いて、界面の位置を適切に推定することができる。
　＜４＞
　上述の如く界面パルス波の振幅に基づいて明瞭度が算出される検査装置の他の態様では、前記検出波形には、複数の前記界面に夫々対応して現れる複数の前記界面パルス波が含まれており、各界面パルス波の前記明瞭度は、前記複数の界面パルス波の振幅の総和に対する各界面パルス波の振幅の比率と正の相関を有する。
　この態様によれば、検査装置は、複数の界面パルス波の夫々の明瞭度を用いて、界面の位置を適切に推定することができる。
　＜５＞
　本実施形態の検査装置の他の態様では、前記推定部は、前記検出波形と前記推定波形との間の類似度と、前記明瞭度とに基づいて、前記界面の位置を推定する。
　この態様によれば、検査装置は、類似度に基づいて、界面の位置を適切に推定することができる。
　＜６＞
　上述したように検出波形と推定波形との間の類似度に基づいて界面の位置を推定する検査装置の他の態様では、前記検出波形には、複数の前記界面に夫々対応して現れる複数の前記界面パルス波が含まれており、前記明瞭度は、前記複数の界面パルス波の夫々の明瞭度であり、前記推定部は、（ｉ）前記複数の界面パルス波の夫々を前記検出波形と前記推定波形との間で比較することで、前記複数の界面パルスの夫々の前記類似度を算出し、（ｉｉ）前記複数の類似度を、前記複数の明瞭度に応じた重み付けを行った後に合算し、（ｉｉｉ）合算した前記類似度が所定閾値以上になる前記推定波形に対応する前記界面の位置を、前記界面の実際の位置として推定し、前記推定部は、前記複数の類似度を合算する際に、前記明瞭度が小さい前記界面パルス波の類似度ほど前記合算した類似度への寄与度を小さくする。
　この態様によれば、検査装置は、明瞭度に応じた重み付けがなされた類似度に基づいて、界面の位置を適切に推定することができる。特に、合算した類似度に対して明瞭度が相対的に小さい界面パルス波（つまり、相対的に明瞭でない界面パルス波）の類似度の寄与度が小さくなるがゆえに、界面の位置の推定に対する明瞭度が相対的に小さい界面パルス波の寄与度もまた小さくなる。このため、界面パルス波が明瞭に現れない場合であっても、検査装置は、当該明瞭に現れない界面パルス波に起因した界面の位置の推定精度の悪化を抑制しながら、界面の位置を適切に推定することができる。
　（検査方法の実施形態）
　＜７＞
　本実施形態の検査方法は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定工程とを備える。
　本実施形態の検査装置によれば、上述した本実施形態の検査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。
　尚、本実施形態の検査装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態の検査方法も、各種態様を採用してもよい。
　（コンピュータプログラムの実施形態）
　＜８＞
　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検査方法を実行させる。
　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検査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。
　尚、本実施形態の検査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。
　＜９＞
　本実施形態の記録媒体には、上述した本実施形態のコンピュータプログラムが記録されている。
　本実施形態の記録媒体によれば、上述した本実施形態の検査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。
　尚、本実施形態の検査装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態の記録媒体も、各種態様を採用してもよい。また、記録媒体は、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
　本実施形態の検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体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。
　以上説明したように、本実施形態の検査装置は、照射部と、検出部と、推定部とを備える。本実施形態の検査方法は、照射工程と、検出工程と、推定工程とを備える。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検査方法を実行させる。本実施形態の記録媒体には、上述した本実施形態のコンピュータプログラムが記録されている。従って、複数の層が積層された試料からのテラヘルツ波に基づいて、複数の層の間の界面の位置が適切に推定される。
　以下、図面を参照しながら、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の実施例について説明する。特に、以下では、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体がテラヘルツ波検査装置に適用された例を用いて説明を進める。尚、テラヘルツ波検査装置は、複数の層が積層された試料に照射されたテラヘルツ波を検出することで、複数の層の界面の位置を推定する。
　（１）第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００
　はじめに、図１から図８（ｂ）を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００について説明する。
　（１－１）テラヘルツ波検査装置１００の構成
　初めに、図１を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００の構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、テラヘルツ波検査装置１００は、複数の層Ｌが積層された試料Ｓに対して、複数の層Ｌの積層方向に交わる方向に沿って伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚを照射する。更に、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓが反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。
　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、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、試料Ｓの特性を推定（言い換えれば、計測）することができる。
　第１実施例では、３つの層Ｌ（具体的には、層Ｌ１、層Ｌ２及び層Ｌ３）が積層された試料Ｓを用いて説明を進める。層Ｌ１から層Ｌ３は、互いに異なる物性を有する材料から構成されている。層Ｌ１から層Ｌ３の少なくとも一つは、固体状の材料から構成されていてもよい。層Ｌ１から層Ｌ３の少なくとも一つは、液体状の材料から構成されていてもよい。層Ｌ１から層Ｌ３の少なくとも一つは、気体状の材料から構成されていてもよい。
　テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓの特性として、試料Ｓを構成する複数の層Ｌの界面Ｂの位置を推定する。ここに、界面Ｂは、ある層Ｌの境界を規定する面である。特に、テラヘルツ波検査装置１００が界面Ｂの位置を推定する関係上、界面Ｂは、テラヘルツ波ＴＨｚの照射方向に交わる面である。第１実施例では、界面Ｂとして、界面Ｂ０、界面Ｂ１、界面Ｂ２及び界面Ｂ３が存在する。層Ｌ１は、界面Ｂ０を介して試料Ｓの外部に接している。つまり、界面Ｂ０は、層Ｌ１と試料Ｓの外部との境界を規定する。尚、界面Ｂ０は試料Ｓの表面でもあるため、以下では、界面Ｂ０を、表面Ｂ０と称する。層Ｌ１は、界面Ｂ１を介して層Ｌ２に接している。つまり、界面Ｂ１は、層Ｌ１と層Ｌ２との境界を規定する。層Ｌ２は、界面Ｂ２を介して層Ｌ３に接している。つまり、界面Ｂ２は、層Ｌ２と層Ｌ３を規定する。層Ｌ３は、界面Ｂ３を介して試料Ｓの外部に接している。つまり、界面Ｂ３は、層Ｌ３と試料Ｓの外部との境界を規定する。尚、界面Ｂ３は試料Ｓの裏面でもあるため、以下では、界面Ｂ３を、裏面Ｂ３と称する。
　界面Ｂの位置を推定するために試料Ｓに照射されるテラヘルツ波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、テラヘルツ波検査装置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検査装置１００についてより具体的に説明を進める。
　図１に示すように、テラヘルツ波検査装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、「照射部」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、「検出部」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とを備えている。
　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。
　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。
　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。
　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Ｓ（特に、層Ｌ１の表面Ｂ０）に照射される。試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓによって（特に、表面Ｂ０、界面Ｂ１、界面Ｂ２及び裏面Ｂ３の夫々によって）反射される。試料Ｓ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。
　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。
　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。テラヘルツ波検査装置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。
　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。
　制御部１５０は、テラヘルツ波検査装置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））１５０ａと、メモリ１５０ｂとを備える。メモリ１５０ｂ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ＣＰＵ１５０ａによって実行されることで、ＣＰＵ１５０ａ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、ＣＰＵ１５０ａ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。
　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Ｓの特性を推定する推定動作を行う。推定動作を行うために、制御部１５０は、ＣＰＵ１５０ａの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、「検出部」の一具体例であるロックイン検出部１５１と、信号処理部１５２とを備えている。
　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の波形である検出波形ＤＷ（つまり、検出波形ＤＷ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、ロックイン検出部１５１は、Ｉ－Ｖ変換部１４２から出力される電圧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、検出波形ＤＷ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、テラヘルツ波検査装置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。
　ここで、図２（ａ）から図２（ｂ）を参照しながら、検出波形ＤＷについて説明する。図２（ａ）に示すように、テラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓの表面Ｂ０に照射される。表面Ｂ０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、表面Ｂ０によって反射される。表面Ｂ０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓからテラヘルツ波検出素子１３０に伝搬していく。表面Ｂ０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、表面Ｂ０によって反射されることなく、表面Ｂ０を通過する。表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓの内部を透過していく。その後、表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、界面Ｂ１によって反射されると共に、表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの他の一部は、界面Ｂ１を通過する。界面Ｂ１を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、界面Ｂ２によって反射されると共に、界面Ｂ１を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの他の一部は、界面Ｂ２を通過する。界面Ｂ２を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、裏面Ｂ３によって反射される。このため、界面Ｂ１によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ、界面Ｂ２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ及び裏面Ｂ３によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚの夫々もまた、試料Ｓからテラヘルツ波検出素子１３０に伝搬していく。
　その結果、図２（ｂ）に示すように、検出波形ＤＷには、表面Ｂ０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ０、界面Ｂ１によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ１、界面Ｂ２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ２、及び、裏面Ｂ３によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ３が現れる。
　再び図１において、信号処理部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される検出波形ＤＷに基づいて、試料Ｓの特性を推定する。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Ｓの特性を推定する。
　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、検出波形ＤＷに基づいて、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する推定動作を行う。推定動作を行うために、信号処理部１５２は、ＣＰＵ１５０ａの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、明瞭度算出部１５２１と、ライブラリ構築部１５２２と、「推定部」の一具体例である位置推定部１５２３とを備える。尚、明瞭度算出部１５２１、ライブラリ構築部１５２２及び位置推定部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。
　（１－２）テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の推定動作
　続いて、図３を参照しながら、テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する推定動作について説明する。図３は、テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。
　図３に示すように、まず、ライブラリ構築部１５２２は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために参照されるライブラリ１５２２ａが、制御部１５０が備えるメモリ１５０ｂ（或いは、その他の任意の記録媒体）に格納されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ライブラリ構築部１５２２は、ライブラリ構築部１５２２が過去に構築したライブラリ１５２２ａが、メモリ１５０ｂに格納されているか否かを判定する。
　ここで、図４を参照しながら、ライブラリ１５２２ａについて説明する。ライブラリ１５２２ａは、試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、検出波形ＤＷの推定結果）を記憶している。以降、ライブラリ１５２２ａに含まれるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を、“推定波形ＥＷ”と称する。特に、ライブラリ１５２２ａは、推定波形ＥＷを、当該試料Ｓにおいて想定され得る界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の候補と対応付けて記憶している。つまり、ライブラリ１５２２ａは、界面Ｂ１及び界面Ｂ２がある候補位置に存在する試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、推定波形ＥＷ）を、複数の候補位置毎に複数記憶している。
　例えば、図４に示す例では、ライブラリ１５２２ａは、（ｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１１に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２１に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１１に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２２に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１１に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２３に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｖ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１２に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２１に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１２に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２２に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１２に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２３に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１３に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２１に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉｉ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１３に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２２に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、及び、（ｉｘ）界面Ｂ１が候補位置Ｐ１３に存在し且つ界面Ｂ２が候補位置Ｐ２３に存在する試料Ｓに対応する推定波形ＥＷを記憶している。図４から分かるように、界面Ｂ１の候補位置が変わると、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の位置もまた推定波形ＥＷ中において変わっている。同様に、界面Ｂ２の候補位置が変わると、界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２の位置もまた推定波形ＥＷ中において変わっている。
　尚、界面Ｂ１の位置が変わると層Ｌ１の膜厚もまた変わる。同様に、界面Ｂ２の位置が変わると層Ｌ１及び層Ｌ２の夫々の膜厚もまた変わる。従って、ライブラリ１５２２ａは、実質的には、層Ｌ１及び層Ｌ２の夫々がある膜厚となる試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、推定波形ＥＷ）を、膜厚の複数の候補毎に複数記憶しているとも言える。
　再び図３において、ステップＳ１０１の判定の結果、ライブラリ１５２２ａがメモリ１５０ｂに格納されていると判定される場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ライブラリ構築部１５２２は、新たにライブラリ１５２２ａを構築しない。このため、制御部１５０は、メモリ１５０ｂに格納されている既存のライブラリ１５２２ａを用いて、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する。
　他方で、ステップＳ１０１の判定の結果、ライブラリ１５２２ａがメモリ１５０ｂに格納されていないと判定される場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ライブラリ構築部１５２２は、ライブラリ１５２２ａを新たに構築する（ステップＳ１０２からステップＳ１０４）。具体的には、ライブラリ構築部１５２２は、まず、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２２ａを構築するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、基準波形ＢＷは、試料Ｓ（或いは、試料Ｓとは異なる任意の物体）にテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するテラヘルツ波ＴＨｚの波形であって、ライブラリ１５２２ａを構築する際に基準となるテラヘルツ波ＴＨｚの波形である。
　ステップＳ１０２の判定の結果、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２２ａを構築しないと判定される場合には（ステップ１０２：Ｎｏ）、ライブラリ構築部１５２２は、新たに基準波形ＢＷを取得する（ステップＳ１０２）。具体的には、ライブラリ構築部１５２２の制御下で、試料Ｓ（或いは、試料Ｓとは異なる任意の物体）にテラヘルツ波ＴＨｚが照射される。その結果、検出波形ＤＷが取得される。この検出波形ＤＷの少なくとも一部（例えば、表面Ｂ０に対応するパルス波ＰＷ０）が、基準波形ＢＷとして用いられる。
　他方で、ステップＳ１０２の判定の結果、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２２ａを構築すると判定される場合には（ステップ１０２：Ｙｅｓ）、ライブラリ構築部１５２２は、新たに基準波形ＢＷを取得しない。
　その後、ライブラリ構築部１５２２は、基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２２ａを構築する（ステップＳ１０４）。具体的には、ライブラリ構築部１５２２は、まず、試料Ｓを模擬するシミュレーションモデル上において、層Ｌ１から層Ｌ３の物性値（例えば、誘電率や、透磁率や、減衰率や、導電率等）を、層Ｌ１から層Ｌ３の物性値を事前に実際に計測することで得られた実測値に設定する。その後、ライブラリ構築部１５２２は、シミュレーションモデル上で界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を変えながら、推定波形ＥＷを算出（言い換えれば、再現）する。尚、ライブラリ構築部１５２２ａは、推定波形ＥＷの算出方法として、電磁波の波形を模擬するための既存の方法を採用してもよい。既存の方法の一例として、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ）法や、ＡＤＥ－ＦＤＴＤ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｅｑｕａｔｉｏｎ　ＦＤＴＤ）法）があげられる。
　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Ｓの表面Ｂ０に向けて出射する（ステップＳ１１１）。その結果、テラヘルツ波検出素子１３０は、試料Ｓ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）。つまり、信号処理部１５２は、検出波形ＤＷを取得する（ステップＳ１１２）。
　その後、明瞭度算出部１５２１は、検出波形ＤＷの明瞭度ａを算出する（ステップＳ１２１）。明瞭度ａは、検出波形ＤＷが、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に（言い換えれば、高精度に）推定することができる程度に明瞭であるか否か示す指標である。検出波形ＤＷが明瞭でなくなればなるほど（つまり、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができなくなる可能性が高くなるほど）、明瞭度ａが小さくなる。
　本実施例では、明瞭度算出部１５２１は、明瞭度ａとして、上述した界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の明瞭度ａ１及び界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２の明瞭度ａ２を算出する。界面Ｂ１の位置を高精度に推定するためには、パルス波ＰＷ１がノイズに埋もれていないことが好ましい。パルス波ＰＷ１がノイズに埋もれないためには、パルス波ＰＷの振幅が相応に大きいことが好ましい。つまり、パルス波ＰＷの振幅が大きくなればなるほど、界面Ｂ１の位置を高精度に推定できる可能性が高くなる。従って、本実施例では、パルス波ＰＷ１の明瞭度ａ１は、パルス波ＰＷ１の振幅に基づいて定まる指標であるものとする。具体的には、パルス波ＰＷ１の明瞭度ａ１は、パルス波ＰＷ１の振幅（特に、最大振幅）が大きくなればなるほど大きくなる指標であるものとする。つまり、パルス波ＰＷ１の明瞭度ａ１は、パルス波ＰＷ１の振幅と正の相関を有する指標であるものとする。パルス波ＰＷ２の明瞭度ａ２も同様に、パルス波ＰＷ２の振幅（特に、最大振幅）が大きくなればなるほど大きくなる指標であるものとする。
　ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しながら、明瞭度ａ１及びａ２についてより詳細に説明する。図５（ａ）は、検出波形ＤＷの一例を示している。図５（ａ）は、パルス波ＰＷ１の最大振幅がＡ１であり、パルス波ＰＷ２の最大振幅がＡ２である例を示している。本実施例では、明瞭度ａ１は、パルス波ＰＷ１の最大振幅Ａ１とパルス波ＰＷ２の最大振幅Ａ２との総和に対するパルス波ＰＷ１の最大振幅Ａ１の比率（或いは、当該比率と正の相関を有する値）である。同様に、明瞭度ａ２は、パルス波ＰＷ１の最大振幅Ａ１とパルス波ＰＷ２の最大振幅Ａ２との総和に対するパルス波ＰＷ２の最大振幅Ａ２の比率（或いは、当該比率と正の相関を有する値）である。つまり、ａ１＝Ａ１／（Ａ１＋Ａ２）であり、ａ２＝Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）である。
　但し、検出波形ＤＷの状態によっては、パルス波ＰＷ１及びパルス波ＰＷ２の少なくとも一方が明瞭でない（つまり、ノイズに埋もれてしまっている）可能性がある。この場合、パルス波ＰＷ１の最大振幅Ａ１及びパルス波ＰＷ２の最大振幅Ａ２の少なくとも一方を適切に特定できない可能性がある。そこで、明瞭度算出部１５２１は、検出波形ＤＷを、パルス波ＰＷ１の最大振幅Ａ１及びパルス波ＰＷ２の最大振幅Ａ２を適切に特定可能な検出波形ＤＷ’に変換し、当該検出波形ＤＷ’に基づいて明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２を算出してもよい。以下、検出波形ＤＷ’に基づいて明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２を算出する動作の一例について説明する。例えば、明瞭度算出部１５２１は、検出波形ＤＷに対して連続ウェーブレット変換を施すことで、検出波形ＤＷの時間－周波数マップを作成する。その後、明瞭度算出部１５２１は、当該マップからある特定の周波数に対応する波形成分を、検出波形ＤＷ’として抽出する。例えば、明瞭度算出部１５２１は、当該マップから、パルス波ＰＷ１及びパルス波ＰＷ２が相対的に明瞭となる周波数に対応する波形成分を、検出波形ＤＷ’として抽出する。例えば、明瞭度算出部１５２１は、当該マップから、テラヘルツ波ＴＨｚの周波数領域（例えば、１００ＧＨｚから１ＴＨｚの周波数領域）の中で相対的に低い周波数（例えば、百数十ＧＨｚの周波数領域）に対応する波形成分を、検出波形ＤＷ’として抽出する。尚、図５は、抽出した検出波形ＤＷ’の一例を示す。その後、明瞭度算出部１５２１は、検出波形ＤＷ’から、パルス波ＰＷ１の最大強度Ａ１’及びパルス波ＰＷ２の最大強度Ａ２’を特定する。尚、ウェーブレット変換に起因して、検出波形ＤＷ’は、検出波形ＤＷの振幅の二乗に比例する強度の単位で表される。その後、明瞭度算出部１５２１は、ａ１＝Ａ１’／（Ａ１’＋Ａ２’）及びａ２＝Ａ２’／（Ａ１’＋Ａ２’）という数式を用いて、明瞭度ａ１及びａ２を算出する。
　再び図３において、その後、位置推定部１５２３は、ステップＳ１１２で取得した検出波形ＤＷと、ライブラリ１５２２ａが記憶している推定波形ＥＷとのマッチングを行う（ステップＳ１２２）。具体的には、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとの間の類似度Ｒを算出する。尚、類似度Ｒは、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとがどれだけにているかを示す指標である。このため、類似度Ｒは、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとが似ていれば似ているほど大きくなる指標である。つまり、類似度Ｒは、実質的には、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとの間の相関係数と等価である。
　第１実施例では、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷ中のパルス波ＰＷ１と、推定波形ＥＷ中のパルス波ＰＷ１との間の類似度Ｒ１１を算出する。このため、図６に示すように、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷ及び推定波形ＥＷの夫々を対象に、パルス波ＰＷ１を含む波形範囲（図６に示す例では、時間軸上で特定される波形範囲）を、類似度Ｒ１１を算出するために相互に比較するべき比較対象範囲ＷＲ１１として指定する。
　更に、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷ中のパルス波ＰＷ２と、推定波形ＥＷ中のパルス波ＰＷ２との間の類似度Ｒ１２を算出する。このため、図６に示すように、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷ及び推定波形ＥＷの夫々を対象に、パルス波ＰＷ２を含む波形範囲（図６に示す例では、時間軸上において時間の範囲によって特定される波形範囲）を、類似度Ｒ１２を算出するために相互に比較するべき比較対象範囲ＷＲ１２として指定する。
　位置推定部１５２３は、２つの信号波形の類似度を算出するための既存の算出方法を用いて、類似度Ｒ１１及び類似度Ｒ１２を算出してもよい。既存の算出方法として、以下の数式１及び数式２があげられる。尚、数式１及び数式２中において、「ｕｄ（ｔ）」は、時刻ｔにおける検出波形ＤＷの振幅（但し、時刻ｔは、上述した波形範囲ＷＲ１又は波形範囲ＷＲ２に属する時刻）を示し、「ｕｅ（ｔ）」は、時刻ｔにおける推定波形ＥＷの振幅を示し、「μｄ」は、検出波形ＤＷの振幅の平均値（いわゆる、ＤＣ成分）を示し、「μｅ」は、推定波形ＥＷの振幅の平均値（いわゆる、ＤＣ成分）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　その後、位置推定部１５２３は、類似度Ｒ１１、類似度Ｒ１２、明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２に基づいて、類似度Ｒを算出する。具体的には、位置推定部１５２３は、類似度Ｒ＝類似度Ｒ１１×明瞭度ａ１＋類似度Ｒ１２×明瞭度ａ２という数式を用いて、類似度Ｒを算出する。
　明瞭度ａ１は、パルス波ＰＷ１が明瞭でなくなればなるほど（つまり、パルス波ＰＷ１の振幅が小さくなればなるほど）小さくなる指標であることは上述したとおりである。このため、類似度Ｒを算出する際に類似度Ｒ１１に対して明瞭度ａ１を掛け合わせる動作は、類似度Ｒ１１に対して明瞭度ａ１に応じた重み付けを付与する動作と等価である。つまり、類似度Ｒを算出する際に類似度Ｒ１１に対して明瞭度ａ１を掛け合わせる動作は、パルス波ＰＷ１が明瞭でなくなればなくなるほど、類似度Ｒの算出に対するパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ１１の寄与度を小さくする動作と等価である。
　同様に、明瞭度ａ２は、パルス波ＰＷ２が明瞭でなくなればなるほど（つまり、パルス波ＰＷ２の振幅が小さくなればなるほど）小さくなる指標であることは上述したとおりである。このため、類似度Ｒを算出する際に類似度Ｒ１２に対して明瞭度ａ２を掛け合わせる動作は、類似度Ｒ１２に対して明瞭度ａ２に応じた重み付けを付与する動作と等価である。つまり、類似度Ｒを算出する際に類似度Ｒ１２に対して明瞭度ａ２を掛け合わせる動作は、パルス波ＰＷ２が明瞭でなくなればなくなるほど、類似度Ｒの算出に対するパルス波ＰＷ２の類似度Ｒ１２の寄与度を小さくする動作と等価である。
　位置推定部１５２３は、このような類似度Ｒの算出動作を、ライブラリ１５２２ａが記憶している複数の推定波形ＥＷ（或いは、その一部）を対象に繰り替えし行う。その結果、複数の推定波形ＥＷに対応する複数の類似度Ｒが算出される。
　その後、位置推定部１５２３は、ステップＳ１２２で算出した複数の類似度Ｒに基づいて、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する（ステップＳ１２３）。具体的には、位置推定部１５２３は、複数の類似度Ｒのうち最も大きい類似度Ｒに対応する推定波形ＥＷを特定する。位置推定部１５２３は、特定した推定波形ＥＷに対応付けられている界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の実際の位置であると推定する。
　以上説明したように、第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができる。特に、第１実施例では、テラヘルツ波検査装置１００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２を用いている。その結果、テラヘルツ波検査装置１００は、パルス波ＰＷ１及びＰＷ２が明瞭でない（例えば、ノイズに埋もれてしまうほどにパルス波ＰＷ１及びＰＷ２の振幅が小さくなる）場合であっても、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができる。以下、その理由について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照しながら説明する。
　まず、図７（ａ）は、パルス波ＰＷ１が明瞭でない（例えば、ノイズに埋もれてしまうほどにパルス波ＰＷ１の振幅が小さくなる）検出波形ＤＷの例を示す。尚、図７（ａ）では、パルス波ＰＷ２は明瞭である（例えば、ノイズに埋もれてしまうことがないほどにパルス波ＰＷ２の振幅が大きくなる）ものとする。この場合、パルス波ＰＷ１の波形は、ノイズとの相対的な大小関係の変動に起因して、検出波形ＤＷの取得の都度ばらつく可能性がある。その結果、このようなパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ１１もまた、検出波形ＤＷの取得の都度大きくばらつく可能性がある。一方で、パルス波ＰＷ２の波形は、検出波形ＤＷの取得の都度ばらつく可能性が小さい。その結果、このようなパルス波ＰＷ２の類似度Ｒ１２もまた、検出波形ＤＷの取得の都度ばらつく可能性は小さい。
　ここで、一例として、類似度Ｒ１１は０．３０±σ（但し、σは、ばらつき）となり、類似度Ｒ１２は０．９８となる場合を例に挙げて、明瞭度ａ１及びａ２を考慮して算出される類似度Ｒ（第１実施例の類似度Ｒ）と、明瞭度ａ１及びａ２を考慮しないで算出される類似度Ｒ（第１比較例の類似度Ｒ）とを対比する。第１実施例では、パルス波形ＰＷ１が明瞭でないがゆえに、明瞭度ａ１が相対的に小さくなる一方で明瞭度ａ２が相対的に大きくなる。ここで、明瞭度ａ１が０．１であるものとすれば、第１実施例の類似度Ｒは、０．１×Ｒ１１＋０．９×Ｒ１２＝０．１×（０．３０±σ）＋０．９×０．９８＝０．９１±０．１σとなる。一方で、第１比較例では、類似度Ｒに対する類似度Ｒ１１及び類似度Ｒ１２の寄与率が同じになる。このため、比較例の類似度Ｒは、０．５×Ｒ１１＋０．５×Ｒ１２＝０．５×（０．３０±σ）＋０．５×０．９８＝０．６４±０．５σとなる。従って、第１比較例の類似度Ｒは、第１実施例の類似度Ｒと比較して、ばらつきが相対的に大きくなる。このため、検出の都度、類似度Ｒが最も大きくなる推定波形ＥＷが変わる可能性があり、結果として、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の推定精度が相対的に悪化する。しかるに、第１実施例では、類似度Ｒのばらつきが相対的に小さくなるがゆえに、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の推定精度の悪化が抑制可能である。
　参考までに、図７（ｂ）は、パルス波ＰＷ１及びＰＷ２の双方が明瞭である検出波形ＤＷの例を示す。この場合には、パルス波ＰＷ１及びＰＷ２の少なくとも一方が明瞭でない場合と比較して、明瞭度ａ１と明瞭度ａ２との差が小さくなる。このため、パルス波ＰＷ１及びＰＷ２の双方が明瞭である場合には、第１実施例の類似度Ｒ及び比較例の類似度Ｒの双方のばらつきは相対的に小さくなる。従って、明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２に基づく界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の推定動作は、パルス波ＰＷ１及びＰＷ２の少なくとも一方が明瞭でない場合に特に効果が大きい。
　尚、テラヘルツ波検査装置１００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２のみならず、界面Ｂ１及び界面Ｂ２を推定する場合と同様の動作を行うことで、裏面Ｂ３の位置を推定してもよい。この場合、テラヘルツ波検査装置１００は、裏面Ｂ３に対応するパルス波ＰＷ３の明瞭度ａ３を算出し、パルス波ＰＷ３の類似度Ｒ１３を算出し、類似度Ｒ１３及び明瞭度ａ３に基づいて類似度Ｒを算出する。
　明瞭度算出装置１５２１は、図３のステップＳ１２１において、明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２の少なくとも一方を算出しなくてもよい。この場合、明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２の少なくとも一方は、テラヘルツ波検査装置１００のユーザによって手動で指定されてもよい。明瞭度ａ１及び明瞭度ａ２の双方がユーザによって手動で指定される場合には、テラヘルツ波検査装置１００は、明瞭度算出部１５２１を備えていなくてもよい。
　位置推定部１５２３は、図３のステップＳ１２３において、複数の類似度Ｒのうち最も大きい類似度Ｒに対応する推定波形ＥＷを特定することに代えて、複数の類似度Ｒのうち所定閾値ＴＨ以上になる類似度Ｒに対応する推定波形ＥＷを特定してもよい。この場合、所定閾値ＴＨは、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとが相対的に類似していることに起因して推定波形ＥＷが示す界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置と実際の界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置との誤差が許容できる程度に小さい状態と、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとが相対的に類似していないことに起因して推定波形ＥＷが示す界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置と実際の界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置との誤差が許容できないほどに大きくなる状態とを区別可能な類似度Ｒに応じた適切な値に設定される。
　尚、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓによって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚを検出しているが、試料Ｓを透過したテラヘルツ波ＴＨｚを検出してもよい。
　（１－３）変形例
　上述した説明では、テラヘルツ波検査装置１００は、３つの層Ｌ（つまり、層Ｌ１から層Ｌ３）が積層された試料Ｓの特性を推定している。しかしながら、テラヘルツ波検査装置１００は、４つ以上の層Ｌが積層された試料Ｓの特性を推定してもよい。つまり、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓを構成する４つ以上の層Ｌの界面Ｂの位置を推定してもよい。
　例えば、図８（ａ）は、４つの層Ｌ（具体的には、層Ｌ１１、層Ｌ１２、層Ｌ１３及び層Ｌ１４）が積層された試料Ｓ１を示す。界面Ｂ１０（つまり、表面Ｂ１０）は、層Ｌ１１と試料Ｓ１の外部との境界を規定する。界面Ｂ１１は、層Ｌ１１と層Ｌ１２との境界を規定する。界面Ｂ１２は、層Ｌ１２と層Ｌ１３との境界を規定する。界面Ｂ１３は、層Ｌ１３と層Ｌ１４との境界を規定する。界面Ｂ１４（つまり、裏面Ｂ１４）は、層Ｌ１４と試料Ｓ１の外部との境界を規定する。また、図８（ｂ）は、このような試料Ｓ１にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される検出波形ＤＷを示す。
　この場合には、テラヘルツ波検査装置１００は、界面Ｂ１１、界面Ｂ１２、及び、界面Ｂ１３の少なくとも一つ（更には、裏面Ｂ１４）の位置を推定してもよい。但し、この場合には、明瞭度算出部１５２１は、界面Ｂ１１によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ１１の明瞭度ａ１１、界面Ｂ１２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ１２の明瞭度ａ１２、及び、界面Ｂ１３によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ１３の明瞭度ａ１３を算出する。具体的には、パルス波ＰＷ１１の最大振幅をＡ１１とし、パルス波ＰＷ１２の最大振幅をＡ１２とし、パルス波ＰＷ１３の最大振幅をＡ１３とすると、明瞭度算出部１５２１は、ａ１１＝Ａ１１／（Ａ１１＋Ａ１２＋Ａ１３）、ａ１２１＝Ａ１２／（Ａ１１＋Ａ１２＋Ａ１３）及びａ１３＝Ａ１３／（Ａ１１＋Ａ１２＋Ａ１３）という数式を用いて、明瞭度ａ１１、明瞭度ａ１２及び明瞭度ａ１３を算出する。更に、位置推定部１５２３は、パルス波ＰＷ１１の類似度をＲ１１とし、パルス波ＰＷ１２の類似度をＲ１２とし、パルス波ＰＷ１３の類似度をＲ１３とすると、Ｒ＝ａ１１×Ｒ１１＋ａ１２×Ｒ１２＋ａ１３×Ｒ１３という数式を用いて、類似度Ｒを算出する。
　つまり、明瞭度算出部１５２１は、ある界面Ｂの位置を推定するためにＮ個のパルス波ＰＷを用いる場合には、Ｎ個のパルス波ＰＷの夫々の明瞭度ａを算出する。この場合、書くパルス波ＰＷの明瞭度ａは、Ｎ個のパルス波ＰＷの最大振幅の総和に対する各パルス波ＰＷの最大振幅の比率となる。更に、位置推定部１５２３は、Ｎ個のパルス波ＰＷの類似度とＮ個のパルス波ＰＷの明瞭度との夫々の乗算結果を加算することで、類似度Ｒを算出する。
　また、テラヘルツ波検査装置１００は、２つの層Ｌが積層された試料Ｓ２の特性を推定してもよい。この場合であっても、試料Ｓ２には、試料Ｓの裏面を含む２つの界面が存在するがゆえに、テラヘルツ波検査装置１００は、上述した動作を行うことで、試料Ｓ２の特性を推定することができる。
　（２）第２実施例のテラヘルツ波検査装置２００
　続いて、図９から図１４（ｂ）を参照しながら、第２実施例のテラヘルツ波検査装置２００について説明する。
　（２－１）テラヘルツ波検査装置２００の構成
　初めに、図９を参照しながら、第２実施例のテラヘルツ波検査装置２００の構成について説明する。図９は、第２実施例のテラヘルツ波検査装置２００の構成を示すブロック図である。尚、上述した第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００が備える構成要件と同一の構成要件については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図９に示すように、テラヘルツ波検査装置２００は、テラヘルツ波検査装置１００と比較して、信号処理部１５２が明瞭度算出部１５２１を備えていなくてもよいという点で異なる。テラヘルツ波検査装置２００のその他の構成要件は、テラヘルツ波検査装置１００のその他の構成要件と同一であってもよい。
　更に、テラヘルツ波検査装置２００は、テラヘルツ波検査装置１００と比較して、位置推定部１５２３の動作の少なくとも一部が異なるという点で異なる。テラヘルツ波検査装置２００が行うその他の動作は、テラヘルツ波検査装置１００が行うその他の動作と同一であってもよい。
　（２－２）テラヘルツ波検査装置２００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置の推定動作
　続いて、図１０を参照しながら、テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する推定動作について説明する。図１０は、テラヘルツ波検査装置２００が行う界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。尚、上述した第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００が行う動作と同一の動作については、同一のステップ番号を付してその詳細な説明を省略する。
　図１０に示すように、テラヘルツ波検査装置２００は、テラヘルツ波検査装置１００と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１１２までの動作を行う。つまり、ライブラリ１５２２ａがメモリ１５０ｂに格納されていない場合には、ライブラリ構築部１５２２がライブラリ１５２２ａを構築する（ステップＳ１０１からステップＳ１０４）。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Ｓの表面Ｂ０に向けて出射する（ステップＳ１１１）。その結果、テラヘルツ波検出素子１３０は、試料Ｓ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）。つまり、信号処理部１５２は、検出波形ＤＷを取得する（ステップＳ１１２）。
　その後、位置推定部１５２３は、ステップＳ１１２で取得した検出波形ＤＷと、ライブラリ１５２２ａが記憶している推定波形ＥＷとのマッチングを行う（ステップＳ２２２）。具体的には、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷと推定波形ＥＷとの間の類似度Ｒを算出する。
　第２実施例では、位置推定部１５２３は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、検出波形ＤＷ中のパルス波ＰＷ２と、推定波形ＥＷ中のパルス波ＰＷ２との間の類似度Ｒ２２を算出する。一方で、位置推定部１５２３は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、検出波形ＤＷ中のパルス波ＰＷ１と、推定波形ＥＷ中のパルス波ＰＷ１との間の類似度Ｒ２１を算出しなくてもよい。つまり、位置推定部１５２３は、界面Ｂ１の位置を推定するために、当該界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１を算出することなく、当該界面Ｂ１よりも表面Ｂ０から遠い界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２の類似度Ｒ２２を算出する。このため、図１１に示すように、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷ及び推定波形ＥＷの夫々を対象に、パルス波ＰＷ２を含む一方でパルス波ＰＷ１を含まない波形範囲（図１１に示す例では、時間軸上において時間の範囲によって特定される波形範囲）を、類似度Ｒ２２を算出するために相互に比較するべき比較対象範囲ＷＲ２２として指定する。尚、類似度Ｒ２２の算出方法は、上述した類似度Ｒ１１及び類似度Ｒ１２の夫々の算出方法と同一であってもよいため、その詳細な説明を省略する。
　位置推定部１５２３は、このような類似度Ｒ２２の算出動作を、ライブラリ１５２２ａが記憶している複数の推定波形ＥＷ（或いは、その一部）を対象に繰り替えし行う。その結果、複数の推定波形ＥＷに対応する複数の類似度Ｒ２２が算出される。
　その後、位置推定部１５２３は、ステップＳ１２２で算出した複数の類似度Ｒ２２に基づいて、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する（ステップＳ１２３）。具体的には、位置推定部１５２３は、複数の類似度Ｒ２２のうち最も大きい類似度Ｒ２２に対応する推定波形ＥＷを特定する。位置推定部１５２３は、特定した推定波形ＥＷに対応付けられている界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の実際の位置であると推定する。
　以上説明したように、第２実施例のテラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができる。特に、第２実施例では、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２を含む一方で界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１を含まない波形範囲を、類似度Ｒ２２を算出するために相互に比較するべき比較対象範囲ＷＲ２２として指定する。つまり、テラヘルツ波検査装置２００は、パルス波ＰＷ２の類似度Ｒ２２を算出する一方で、パルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１を算出しない。ここで、界面Ｂ２が界面Ｂ１よりも表面Ｂ０から遠いがゆえに、パルス波ＰＷ２は、界面Ｂ１を通過したテラヘルツ波ＴＨｚが界面Ｂ２によって反射する（更には、その後界面Ｂ１を再度通過する）ことで得られる波形である。このため、パルス波ＰＷには、界面Ｂ２に関する情報（例えば、界面Ｂ２の位置に関する情報）のみならず、界面Ｂ１に関する情報（例えば、界面Ｂ１の位置に関する情報）も実質的に含まれているはずである。このため、テラヘルツ波検査装置２００は、パルス波ＰＷ１が明瞭でない（例えば、ノイズに埋もれてしまうほどにパルス波ＰＷ１の振幅が小さくなる）場合であっても、パルス波ＰＷ２の類似度Ｒ２２に基づいて、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができる。
　以下、その理由について、図１２（ａ）から図１３（ｂ）を参照しながら説明する。尚、以下では、パルス波ＰＷ１が明瞭でない一方でパルス波ＰＷ２が明瞭である検出波形ＤＷを用いて界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する動作を例にあげて説明を進める。
　まず、図１２（ａ）は、第２比較例のテラヘルツ波検査装置によって指定される比較対象範囲ＷＲ２１及び比較対象範囲ＷＲ２２を示す。第２比較例のテラヘルツ波検査装置は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１を含む波形範囲を比較対象範囲ＷＲ２１として指定し、界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２を含む波形範囲が比較対象範囲ＷＲ２２として指定する。このため、第２比較例のテラヘルツ波検査装置は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定するために、パルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１及びパルス波ＰＷ２の類似度Ｒ２２を算出する。その後、第２比較例のテラヘルツ波検査装置は、類似度Ｒ＝０．５×類似度Ｒ２１＋０．５×類似度Ｒ２２という数式を用いて類似度Ｒ２１及び類似度Ｒ２２を合算することで、類似度Ｒを算出する。
　ここで、パルス波ＰＷ１が明瞭でない場合には、類似度Ｒ２１が検出波形ＤＷの取得の都度大きくばらつく可能性があることは、第１実施例において説明したとおりである。その結果、類似度Ｒ２１と類似度Ｒ２２とを合算することで得られる類似度Ｒもまた、検出波形ＤＷの取得の都度ばらつく可能性がある。このような類似度Ｒのばらつきに起因して、図１２（ｂ）に示すように、あるタイミングで取得された検出波形ＤＷから算出された類似度Ｒが、異なるタイミングで複数回取得された複数の検出波形ＤＷから夫々算出された複数の類似度Ｒの平均から大きく乖離する可能性がある。その結果、同じ試料Ｓから取得した検出波形ＤＷのばらつき（特に、検出波形ＤＷのうちのパルス波ＰＷ１のばらつき）により、推定される界面Ｂ１及び界面Ｂ２の少なくとも一方の位置が、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の少なくとも一方の実際の位置から大きく乖離する可能性がある。
　一方で、第２実施例では、図１３（ａ）に示すように、比較対象範囲ＷＲ２１が用いられない。つまり、明瞭でないパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１が算出されることはない。このため、テラヘルツ波検査装置２００は、類似度Ｒ２２を用いて界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する。この場合、図１３（ｂ）に示すように、類似度Ｒ２２のばらつきが相対的に小さい。このため、あるタイミングで取得された検出波形ＤＷから算出された類似度Ｒ２２が、異なるタイミングで複数回取得された複数の検出波形ＤＷから夫々算出された複数の類似度Ｒ２２の平均から大きく乖離する可能性は小さい。その結果、同じ試料Ｓから取得した検出波形ＤＷのばらつき（特に、検出波形ＤＷのうちのパルス波ＰＷ１のばらつき）にかかわらず、推定される界面Ｂ１及び界面Ｂ２の少なくとも一方の位置が、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の少なくとも一方の実際の位置から大きく乖離する可能性は小さい。その結果、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定することができる。
　このような第２実施例の技術的効果を考慮すると、テラヘルツ波検査装置２００は、ある一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが明瞭でない場合に、ある一の界面Ｂの位置を推定するために、当該一の界面Ｂよりも表面Ｂ０から遠い他の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、当該一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出しないと言える。従って、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１が明瞭でない場合には、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１の位置を推定するために、当該界面Ｂ１よりも表面Ｂ０から遠い他の界面Ｂ（つまり、界面Ｂ２及び裏面Ｂ３の少なくとも一方）に対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、当該界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１を算出しない。同様に、界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２が明瞭でない場合には、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ２の位置を推定するために、当該界面Ｂ２よりも表面Ｂ０から遠い他の界面Ｂ（つまり、裏面Ｂ３）に対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒ２３を算出する一方で、当該界面Ｂ２に対応するパルス波ＰＷ２の類似度Ｒ２２を算出しない。
　但し、テラヘルツ波検査装置２００は、ある一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが明瞭であるか否かの判定結果に基づいて、ある一の界面Ｂの位置を推定するために、当該一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出するか否かを決定してもよい。例えば、テラヘルツ波検査装置２００は、ある一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが明瞭である場合には、ある一の界面Ｂの位置を推定するために、当該一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。この場合、テラヘルツ波検査装置２００は、一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒも考慮して、界面Ｂ１及びＢ２の位置を推定する。一方で、例えば、テラヘルツ波検査装置２００は、ある一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが明瞭でない場合には、ある一の界面Ｂの位置を推定するために、当該一の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出しなくてもよい。尚、パルス波ＰＷが明瞭であるか否かの判定基準は、第１実施例で説明した明瞭度ａが所定閾値以上であるか否かという基準であってもよい。
　一例として、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１が明瞭でない場合には、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１の位置を推定するために、当該界面Ｂ１よりも表面Ｂ０から遠い他の界面Ｂ（つまり、界面Ｂ２及び裏面Ｂ３の少なくとも一方）に対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、当該界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１を算出しなくてもよい。一方で、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１が明瞭である場合には、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１の位置を推定するために、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の類似度Ｒ２１を算出してもよい。
　（２－３）変形例
　上述した説明では、テラヘルツ波検査装置２００は、３つの層Ｌ（つまり、層Ｌ１から層Ｌ３）が積層された試料Ｓの特性を推定している。しかしながら、テラヘルツ波検査装置２００は、４つ以上の層Ｌが積層された試料Ｓの特性を推定してもよい。つまり、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓを構成する４つ以上の層Ｌの界面Ｂの位置を推定してもよい。
　例えば、図１４（ａ）は、４つの層Ｌ（具体的には、層Ｌ１１、層Ｌ１２、層Ｌ１３及び層Ｌ１４）が積層された試料Ｓ１（つまり、図８（ａ）に示す試料Ｓ１と同一の試料）を示す。図１４（ｂ）は、このような試料Ｓ１にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される検出波形ＤＷを示す。この場合、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１１の位置を推定するために、界面Ｂ１１よりも表面Ｂ１０から遠い他の界面Ｂ（つまり、界面Ｂ１２、界面Ｂ１３及び裏面Ｂ１４の少なくとも一つ）に対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、当該界面Ｂ１１に対応するパルス波ＰＷ１１の類似度Ｒを算出しなくてもよい。同様に、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１２の位置を推定するために、界面Ｂ１２よりも表面Ｂ１０から遠い他の界面Ｂ（つまり、界面Ｂ１３及び裏面Ｂ１４の少なくとも一つ）に対応するパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、当該界面Ｂ１２に対応するパルス波ＰＷ１２の類似度Ｒを算出しない。同様に、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１３の位置を推定するために、界面Ｂ１３よりも表面Ｂ１０から遠い他の界面Ｂ（つまり、裏面Ｂ１４）に対応するパルス波ＰＷ１４の類似度Ｒを算出する一方で、当該界面Ｂ１３に対応するパルス波ＰＷ１３の類似度Ｒを算出しない。
　推定したい一の界面Ｂよりも表面Ｂ１０から遠い他の界面Ｂが複数存在する（つまり、他の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが検出波形ＤＷ中に複数存在する）場合には、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうちの所定基準を満たす一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出する一方で、複数のパルス波ＰＷのうちのその他のパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出しなくてもよい。
　所定基準は、パルス波ＰＷが明瞭であるか否かの判定結果に関する第１基準を含んでいてもよい。この場合、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち明瞭度ａが所定閾値以上になる一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。或いは、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷの最も明瞭な一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。
　所定基準は、パルス波ＰＷに対応する界面Ｂが表面Ｂ１０から最も遠いという第２基準を含んでいてもよい。この場合、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち最も表面Ｂ１０から遠い一の界面Ｂに対応する一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。尚、表面Ｂ１０から最も遠い界面Ｂ（つまり、裏面Ｂ１４）に対応するパルス波ＰＷは、その他の界面Ｂに対応するパルス波ＰＷよりも明瞭になる可能性が高い。なぜならば、裏面Ｂ１４は、試料Ｓ１の末端面であるがゆえに、試料Ｓ１を構成する物質の相（例えば、固体相又は液体相）とは異なる相（例えば、気体相）の物質に接している可能性が高い。その結果、テラヘルツ波ＴＨｚに対する裏面Ｂ１４の反射率が相対的に高くなるがゆえに、裏面Ｂ１４に反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するパルス波ＰＷ１４が明瞭になる（例えば、最も明瞭になる）可能性が高いからである。
　第２基準が採用されるのが、異なる相の物質の間の境界を規定する界面Ｂに対応するパルス波ＰＷが明瞭になる可能性が高いという理由からであることを考慮すると、所定基準は、異なる相の物質の間の境界を規定する界面Ｂに対応するパルス波ＰＷであるという第３基準を含んでいてもよい。この場合、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち異なる相の物質の間の境界を規定する界面Ｂに対応する一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。例えば、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち固体相の物質と液体相の物質との間の境界を規定する界面Ｂに対応する一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。例えば、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち固体相の物質と気体相の物質との間の境界を規定する界面Ｂに対応する一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。例えば、テラヘルツ波検査装置２００は、複数のパルス波ＰＷのうち液体相の物質と気体相の物質との間の境界を規定する界面Ｂに対応する一つのパルス波ＰＷの類似度Ｒを算出してもよい。
　このような第１基準から第３基準の少なくとも一つが、複数のパルス波ＰＷのうち類似度Ｒを算出する対象となる一つのパルス波ＰＷを決定するための基準として採用されることで、テラヘルツ波検査装置２００は、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の推定精度を向上させながら（或いは、推定精度の悪化を抑制しながら）、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を適切に推定可能である。
　また、テラヘルツ波検査装置２００は、２つの層Ｌが積層された試料Ｓ２の特性を推定してもよい。この場合であっても、試料Ｓ２には、試料Ｓの裏面を含む２つの界面が存在するがゆえに、テラヘルツ波検査装置２００は、上述した動作を行うことで、試料Ｓ２の特性を推定することができる。
　尚、テラヘルツ波検査装置２００は、上述した第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００が備える構成要件（例えば、明瞭度算出部１５２１）を備えていてもよい。テラヘルツ波検査装置２００は、上述した第１実施例のテラヘルツ波検査装置１００が行う動作（例えば、明瞭度ａに基づいて界面Ｂ１及び界面Ｂ２の位置を推定する動作）を行ってもよい。つまり、第１実施例で説明した構成要件の少なくとも一部と、第２実施例で説明した構成要件の少なくとも一部とが組み合わせられてもよい。第１実施例で説明した動作の少なくとも一部と、第２実施例で説明した動作の少なくとも一部とが組み合わせられてもよい。或いは、上述の各実施例で説明した構成要件のうちの一部が用いられなくてもよい。上述の各実施例で説明した動作のうちの一部が行われなくてもよい。
　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検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
　１００　テラヘルツ波検査装置
　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
　１４１　バイアス電圧生成部
　１４２　Ｉ－Ｖ変換部
　１５０　制御部
　１５０ａ　ＣＰＵ
　１５０ｂ　メモリ
　１５１　ロックイン検出部
　１５２　信号処理部
　１５２１　明瞭度算出部
　１５２２　ライブラリ構築部
　１５２２ａ　ライブラリ
　１５２３　位置推定部
　１６１　ビームスプリッタ
　１６２、１６３　反射鏡
　１６４　ハーフミラー
　ＬＢ１　ポンプ光
　ＬＢ２　プローブ光
　ＴＨｚ　テラヘルツ波
　Ｓ　試料
　Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４　層
　Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３　界面
　Ｂ０、Ｂ１０　表面
　Ｂ３、Ｂ１４　裏面
　ＤＷ　検出波形
　ＥＷ　推定波形
　ＢＷ　基準波形
　ＰＷ０、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３　パルス波
　ａ　明瞭度

Claims (9)

  1. 　複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、
    　前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、
    　前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定部と
    　を備える検査装置。
  2. 　前記明瞭度は、前記界面に対応して前記検出波形に現れる界面パルス波の明瞭度である
    　請求項１に記載の検査装置。
  3. 　前記明瞭度は、前記界面パルス波の振幅に基づいて算出される
    　請求項２に記載の検査装置。
  4. 　前記検出波形には、複数の前記界面に夫々対応して現れる複数の前記界面パルス波が含まれており、
    　各界面パルス波の前記明瞭度は、前記複数の界面パルス波の振幅の総和に対する各界面パルス波の振幅の比率と正の相関を有する
    　請求項３に記載の検査装置。
  5. 　前記推定部は、前記検出波形と前記推定波形との間の類似度と、前記明瞭度とに基づいて、前記界面の位置を推定する
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
  6. 　前記検出波形には、複数の前記界面に夫々対応して現れる複数の前記界面パルス波が含まれており、
    　前記明瞭度は、前記複数の界面パルス波の夫々の明瞭度であり、
    　前記推定部は、（ｉ）前記複数の界面パルス波の夫々を前記検出波形と前記推定波形との間で比較することで、前記複数の界面パルスの夫々の前記類似度を算出し、（ｉｉ）前記複数の類似度を、前記複数の明瞭度に応じた重み付けを行った後に合算し、（ｉｉｉ）合算した前記類似度が所定閾値以上になる前記推定波形に対応する前記界面の位置を、前記界面の実際の位置として推定し、
    　前記推定部は、前記複数の類似度を合算する際に、前記明瞭度が小さい前記界面パルス波の類似度ほど前記合算した類似度への寄与度を小さくする
    　請求項５に記載の検査装置。
  7. 　複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、
    　前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、
    　前記検出波形の明瞭度、前記検出波形及び前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリに基づいて、前記界面の位置を推定する推定工程と
    　を備える検査方法。
  8. 　コンピュータに請求項７に記載の検査方法を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  9. 　請求項８に記載のコンピュータプログラムが記録された記録媒体。
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