(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波のテラヘルツパルスを生成するパルスレーザ生成部と、
前記パルスレーザ生成部１で生成されたパルスレーザ光を第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とに分割するビームスプリッタと、
前記第１のパルスレーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生器と、
前記テラヘルツ波発生器の送信アンテナから生成された第１のテラヘルツ波を所定のビームサイズに集光して被測定物に照射し、当該被測定物から反射した第２のテラヘルツ波を予め定めるテラヘルツ検出器の受信アンテナに集光するテラヘルツ波ガイド部と、
前記第２のパルスレーザ光を予め定められた第２の光路長に対して、予め定める定ピッチで逐次光路長を移動して、前記テラヘルツ受信アンテナに到達する時間を逐次積算して時間遅延する時間遅延設定部と、
前記時間遅延設定部により設定された光路長に基づいて前記第２のパルスレーザ光が到達したタイミングで、前記受信アンテナで検出された前記第２のテラヘルツ波を検出し、当該第２のテラヘルツ波の強度に応じたテラヘルツ波信号を生成するテラヘルツ波検出器と、
前記第１のパルスレーザ光を一定の低周波数で変調し、前記テラヘルツ波信号をサンプリングするサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成部と、前記被測定物の測定点を予め定めるピッチで移動させるＸＹテーブル部と、
前記ＸＹテーブル部で設定された測定点において、予め設定される前記時間遅延設定部で設定される遅延時間毎に、前記テラヘルツ波検出器で検出された前記テラヘルツ波信号を前記サンプリング信号で同期検波してテラヘルツ波検出信号を生成するロックインアンプと、
前記ロックインアンプで生成された前記テラヘルツ波検出信号をテラヘルツ波の時間波形に相当する時系列データとして時系列に記憶するとともに、予め基準サンプルの時間波形に相当する基準時系列データを求め、さらに、当該基準時系列データに基づいて予め設定される基準ピーク位置とその強度データと、当該基準時系列データに基づいて予め設定される前記基準ピーク位置の左右２点の基準測定位置とその強度データとを対応付けて記憶しておくデータ保持部と、当該基準ピーク位置と基準測定位置での前記時系列データと前記基準時系列データとの強度データを比較して、前記被測定物の異常を検出するデータ処理部と、当該データ処理部で処理された異常の測定点の位置を表示する表示部と、を備える信号処理部と、
を備え、
前記ビームスプリッタを出射点とする前記第１のパルスレーザ光が前記被測定物を経由して前記テラヘルツ波検出器の前記受信アンテナに至る第１の光路長と、前記ビームスプリッタを出射点とする前記第２のパルスレーザ光が前記時間遅延設定部を経由して前記テラヘルツ波検出器の前記受信アンテナに至る第２の光路長とが等しく成る位置に設定し、且つ、前記パルスレーザ光の光軸上、および、当該第１の光路長と当該第２の光路長のテラヘルツ波の光軸上の各部は、同一平面上となるように設け、
前記Ｘ−Ｙテーブル部は、前記被測定物を予め定める測定点に移動し、
前記時間遅延設定部は、前記分割された前記第２のパルスレーザが、前記受信アンテナに到達する時間を予め設定された遅延時間となる位置に逐次前記第２の光路長を遅延し、
前記ロックインアンプは、前記測定点に対して、予め設定された前記遅延時間に対応する前記基準ピーク位置および前記基準測定位置での前記テラヘルツ波検出信号を生成し、
前記信号処理部は、予め設定された前記基準ピーク位置および前記基準測定位置について前記基準時系列データと測定した前記時系列データとの強度データを比較し、
さらに、ピーク位置のずれと強度データの差とが予め設定された値以上の場合に異常と判定し、
前記時系列データに対する周波数変換を行わず、さらに、予め設定された前記基準ピーク位置と前記基準測定位置についてのデータ強度の差を用いて異常の有無を判定し、検査時間を短縮するようにしたことを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査装置。
【請求項２】
テラヘルツ波を利用した被測定物の検査方法であって、
予め基準サンプルを用いてテラヘルツ波信号の時間波形を求め、当該時間波形に基づいて予め設定される基準ピーク位置とその強度データと、当該時間波形に基づいて予め設定される前記基準ピーク位置と左右２点の基準測定位置とその強度データとを予め求めておくステップと、
前記被測定物の測定点の時間波形について、前記基準ピーク位置および前記基準測定位置について、被測定物の強度データを求めるステップと、
前記基準サンプルと前記被測定物との前記基準ピーク位置および前記基準測定位置の強度データを比較して、ピーク位置のずれと強度データの差とが予め設定された値以上の場合に異常と判定し、異常の有無を判定するステップと、から成り、
テラヘルツ波の時間波形からその周波数スペクトルを求めず、且つ、時間波形を予め測定された基準位置の強度データをサンプリングして、測定時間を短縮するようにしたことを特徴とするテラヘルツ波を用いた検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、テラヘルツ波を用いた検査装置、及びその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電波と光波のちょうど中間領域にあるテラヘルツ波を用いた技術に注目が集まりつつある。テラヘルツ波は、実時間測定が不可能な高速パルス生成や、高速時間波形を再構築することが困難なことからその利用が遅れていた。
【０００３】
しかし、最近のレーザ及び半導体技術の進歩等によりテラヘルツ波の測定が可能となってきた。学術分野により違いがあるが、テラヘルツ波の波長は、一般には波長で３０μｍ〜３ｍｍ、振動数では１００ＧＨｚ（１０９Ｈｚ）〜１０ＴＨｚ（１０１２Ｈｚ）の領域を指す。
【０００４】
従来から、このテラヘルツ波を利用することにより被測定物の物理量や物性を検査する装置が存在し、例えば、テラヘルツ波の伝播時間の差、または、強度の差から粉体の充填密度などの物性の測定装置（例えば、特許文献１参照。）や、テラヘルツ波の強度を検出して容器に収納された粉体、気泡などの散乱物を開封することなく非破壊で検出する散乱物検出装置（例えば、特許文献２参照。）、などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６１４５５号公報
【特許文献２】特許第４４８０１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなテラヘルツ波の透過率を利用した検査装置のみならず、テラヘルツ波を被測定物に照射し、その反射波を利用して、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウエハ（Wafer）のエピ層等の積層物中の欠陥（気泡）検査を行う検査装置の要求がある。
【０００７】
テラヘルツ波の反射波を利用した検査装置は、気泡がないときの反射テラヘルツ波の強度と気泡があるときの反射テラヘルツ波強度とが異なることから気泡の有無を判別するものであるが、被測定物の測定面の全面を測定しようとすると、測定時間が厖大となる問題がある。
【０００８】
その理由は、テラヘルツ時間領域分光法（THz-time domain spectroscopy）において超高速時間波形を再構築するポンプ・プローブ方式と呼ばれる測定方法にある。
【０００９】
一般にポンプ・プローブ方式では、数１０MHzのパルスレーザ光から生成されたテラヘルツ波と、このパルスレーザ光を分岐して生成されたプローブパルス光とが重なるタイミングを機械式のステージにより時間遅延し、重なるタイミング毎にプローブパルス光のパルス幅で時間的に切り出されたテラヘルツ波の強度を求めてつなぎ合わせて時間波形再構築する。
【００１０】
そして、求めたテラヘルツ波の時間波形からその周波数スペクトルを演算により求める。
【００１１】
１つの測定箇所では、例えば、１０２４点程度の多数の測定が必要であるが、機械式ステージによる時間遅延走査と、周波数スペクトルを求めるための演算とが必要であることから、分単位の時間を要していた。
【００１２】
さらに、その測定面積が大きくなるとその全面を検査するために、例えば、１００ｍｍφ程度のウエハの場合は、テラヘルツ波の径を５ｍｍφとしても数日を要する場合があり、その測定時間を短縮することが求められていた。
【００１３】
本発明の課題は、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウエハのエピ層等の積層膜中の欠陥検査の測定時間を短縮した、テラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本実施例のテラヘルツ検査装置は、高周波のテラヘルツパルスを生成するパルスレーザ生成部と、前記パルスレーザ生成部１で生成されたパルスレーザ光を第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とに分割するビームスプリッタと、前記第１のパルスレーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生器と、前記テラヘルツ波発生器の送信アンテナから生成された第１のテラヘルツ波を所定のビームサイズに集光して被測定物に照射し、当該被測定物から反射した第２のテラヘルツ波を予め定めるテラヘルツ検出器の受信アンテナに集光するテラヘルツ波ガイド部と、前記第２のパルスレーザ光を予め定められた第２の光路長に対して、予め定める定ピッチで逐次光路長を移動して、前記テラヘルツ受信アンテナに到達する時間を逐次積算して時間遅延する時間遅延設定部と、前記時間遅延設定部により設定された光路長に基づいて前記第２のパルスレーザ光が到達したタイミングで、前記受信アンテナで検出された前記第２のテラヘルツ波を検出し、当該第２のテラヘルツ波の強度に応じたテラヘルツ波信号を生成するテラヘルツ波検出器と、前記第１のパルスレーザ光を一定の低周波数で変調し、前記テラヘルツ波信号をサンプリングするサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成部と、前記被測定物の測定点を予め定めるピッチで移動させるＸＹテーブル部と、前記ＸＹテーブル部で設定された測定点において、予め設定される前記時間遅延設定部で設定される遅延時間毎に、前記テラヘルツ波検出器で検出された前記テラヘルツ波信号を前記サンプリング信号で同期検波してテラヘルツ波検出信号を生成するロックインアンプと、前記ロックインアンプで生成された前記テラヘルツ波検出信号をテラヘルツ波の時間波形に相当する時系列データとして時系列に記憶するとともに、予め基準サンプルの時間波形に相当する基準時系列データを求め、さらに、当該基準時系列データに基づいて予め設定される基準ピーク位置とその強度データと、当該基準時系列データに基づいて予め設定される前記基準ピーク位置の左右２点の基準測定位置とその強度データとを対応付けて記憶しておくデータ保持部と当該基準ピーク位置と基準測定位置での前記時系列データと前記基準時系列データとの強度データを比較して、前記被測定物の異常を検出するデータ処理部と、当該データ処理部で処理された異常の測定点の位置を表示する表示部と、を備える信号処理部と、を備え、前記ビームスプリッタを出射点とする前記第１のパルスレーザ光が前記被測定物を経由して前記テラヘルツ波検出器の前記受信アンテナに至る第１の光路長と、前記ビームスプリッタを出射点とする前記第２のパルスレーザ光が前記時間遅延設定部を経由して前記テラヘルツ波検出器の前記受信アンテナに至る第２の光路長とが等しく成る位置に設定し、且つ、前記パルスレーザ光の光軸上、および、当該第１の光路長と当該第２の光路長のテラヘルツ波の光軸上の各部は、同一平面上となるように設け、前記Ｘ−Ｙテーブル部は、前記被測定物を予め定める測定点に移動し、前記時間遅延設定部は、前記分割された前記第２のパルスレーザが、前記受信アンテナに到達する時間を予め設定された遅延時間となる位置に逐次前記第２の光路長を遅延し、前記ロックインアンプは、前記測定点に対して、予め設定された前記遅延時間に対応する前記基準ピーク位置および前記基準測定位置での前記テラヘルツ波検出信号を生成し、前記信号処理部は、予め設定された前記基準ピーク位置および前記基準測定位置について前記基準時系列データと測定した前記時系列データとの強度データを比較し、さらに、ピーク位置のずれと強度データの差とが予め設定された値以上の場合に異常と判定し、前記時系列データに対する周波数変換を行わず、さらに、予め設定された前記基準ピーク位置と前記基準測定位置についてのデータ強度の差を用いて異常の有無を判定し、検査時間を短縮するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本実施例のテラヘルツ検査装置は、テラヘルツ波を利用した被測定物の検査方法であって、
予め基準サンプルを用いてテラヘルツ波信号の時間波形を求め、当該時間波形に基づいて予め設定される基準ピーク位置とその強度データと、当該時間波形に基づいて予め設定される前記基準ピーク位置の左右２点の基準測定位置とその強度データを予め求めておくステップと、前記被測定物の測定点の時間波形について、前記基準ピーク位置および前記基準測定位置について、被測定物の強度データを求めるステップと、前記基準サンプルと前記被測定物との前記基準ピーク位置および前記基準測定位置の強度データを比較して、ピーク位置のずれと強度データの差とが予め設定された値以上の場合に異常と判定し、異常の有無を判定するステップと、から成り、テラヘルツ波の時間波形からその周波数スペクトルを求めず、且つ、時間波形を予め測定された基準位置の強度データをサンプリングして、測定時間を短縮するようにしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。
【図２】テラヘルツ波発生器の構成を示す図である。
【図３】テラヘルツ波検出器の構成を示す図である。
【図４】欠陥の検出動作を説明する図。
【図５】実施例２のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１のテラヘルツ波を用いた検査装置の構成を示す図である。図１を参照して検査装置の構成を説明する。本実施例で説明する検査装置の測定物は、金属板の塗膜、半導体ウエハのエピ層などの平面板上の積層膜中に生成される気泡等の数百μ〜数μの微小欠陥とし、これを全面検査する場合について説明する。
【００１９】
本実施例の検査装置は、パルスレーザ生成部１、ビームスプリッタ２、テラヘルツ波発生器３、テラヘルツ波ガイド部４、時間遅延設定部５、テラヘルツ波検出器７、ＸＹテーブル部１０、サンプリング信号生成部５０、ロックインアンプ５１、及び信号処理部５２を備える。
【００２０】
各部の構成は、高周波数のテラヘルツパルスを生成するパルスレーザ生成部１と、パルスレーザ生成部１で生成されたパルスレーザ光を第１のパルスレーザ光（ポンピング光とも言う）と第２のパルスレーザ光（プローブパルス光とも言う）とに分割するビームスプリッタ２と、第１のパルスレーザ光が照射されることによりテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生器３と、テラヘルツ波発生器３の送信アンテナから生成された第１のテラヘルツ波を所定のビームサイズに集光して被測定物１００に照射し、当該被測定物１００から反射した第２のテラヘルツ波を予め定めるテラヘルツ検出器７の受信アンテナに集光するテラヘルツ波ガイド部４と、とを備える。
【００２１】
更に、第２のパルスレーザ光を予め定められた後述する第２の光路長に対して、予め定める定ピッチで逐次光路長を移動して、テラヘルツ検出器７の受信アンテナに到達する時間を逐次積算して時間遅延する時間遅延設定部５と、時間遅延設定部５により設定された光路長に基づいて第２のパルスレーザ光が到達したタイミングで、テラヘルツ検出器７の受信アンテナで検出された第２のテラヘルツ波を検出し、第２のテラヘルツ波の強度に応じたテラヘルツ波信号ｓ１を生成するテラヘルツ波検出器７と、を備える。
【００２２】
更に、第１のパルスレーザ光を一定の低周波数で変調し、テラヘルツ波信号ｓ１を予め定められる時間サンプリングするサンプリング信号ｓ４を生成するサンプリング信号生成部５０と、被測定物１００の測定点を予め定めるピッチ（距離）で移動させるＸＹテーブル部１０と、ＸＹテーブル部１０で設定された測定点において、予め設定される時間遅延設定部５で設定される遅延時間毎に、テラヘルツ波検出器７で検出されたテラヘルツ波信号ｓ１をサンプリング信号ｓ４で同期検波してテラヘルツ波検出信号ｓ２を生成するロックインアンプ５１と、を備える。
【００２３】
そして、ロックインアンプ５１で生成されたテラヘルツ波検出信号ｓ２をテラヘルツ波の時間波形に相当する時系列データｓ３として時系列に記憶するデータ保持部５２ａと、データ保持部５２ａには、予め被測定物１００の詳細を後述する正常部の品質基準となる基準サンプルの時間波形に相当する基準時系列データを求め、さらに、基準時系列データから基準ピーク位置とその近傍の基準測定位置を定め、当該位置での時系列データと基準時系列データとの強度データを比較して、被測定物１００の異常を検出するデータ処理部５２ｂと、データ処理部５２ｂで処理された異常の測定点の位置を表示する表示部５２ｃと、を備える信号処理部５２と、を備える。
【００２４】
次に、各部の詳細構成と詳細設定について説明する。パルスレーザ生成部１は、数ピコ秒（１０−１２秒）以下で強度が変化しているパルスレーザ光を生成する。パルスレーザ生成部１はレーザダイオード、または、レーザダイオードの代わりにフェムト秒（１０−１５秒）パルスレーザを使用してもよい。
【００２５】
また、パルスレーザ光の波長は、後述するテラヘルツ波の送信アンテナ及びテラヘルツ波の受信アンテナの後述する低温成長ガリウムヒ素基板を励起できる波長であればよく、例えば、７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度である。さらに、パルスレーザ光の出力強度は、エミッタ側（テラヘルツ波発生器３の入力側）で約３０ｍＷ、ディテクタ側（テラヘルツ波検出器７の入力側）で約１０ｍＷ程度の出力強度があればよい。
【００２６】
また、ビームスプリッタ２は、パルスレーザ生成部１より発せられたパルスレーザ光を第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光とに分割する。
【００２７】
ところで、ビームスプリッタ２を出射点とする第１のパルスレーザ光が被測定物１００を経由してテラヘルツ波検出器７の受信アンテナに至る第１の光路長と、ビームスプリッタ２を出射点とする第２のパルスレーザ光が時間遅延設定部５を経由してテラヘルツ波検出器７の受信アンテナに至る第２の光路長とが等しくなる位置に設定し、且つ、第１及び第２のパルスレーザ光の光軸上、および、当該第１の光路長と当該第２の光路長のテラヘルツ波の光軸上に備える各部は、同一平面上となるように設ける。
【００２８】
次に、テラヘルツ波発生器３の詳細構成について説明する。テラヘルツ波発生器３は、第１のパルスレーザ光を所定の光軸方向に反射するミラー３ａ、ミラー３ａで反射した第１のパルスレーザ光を送信アンテナ３ｃに集光するレンズ３ｂ、及びテラヘルツ波を生成する送信アンテナ３ｃから構成される。
【００２９】
送信アンテナ３ｃは、図２に示すように、シリコンレンズ２５と、低温成長ガリウムヒ素基板２２と、低温成長ガリウムヒ素基板２２上に設けられる電極２０と、を備え、電極２０とサンプリング信号生成部５０が接続されている。
【００３０】
この電極２０は、例えば、ダイポール、ボウタイ等の形状を有しており、材質として主に金が用いられる。また、シリコンレンズ２５は、半球レンズあるいは超半球レンズを用いたものである。さらに、アンテナとなる電極２０の黒丸で示された中央のギャップ間に、レンズ３ｂにより第１のパルスレーザ光が集光される。
【００３１】
また、テラヘルツ検出器７は、第２のパルスレーザ光を所定の光軸方向に反射するミラー７ａ、ミラー７ａで反射した第１のパルスレーザ光を受信アンテナ７ｃに集光するレンズ７ｂ、及びテラヘルツ波を生成する受信アンテナ７ｃから構成される。
【００３２】
受信アンテナ７ｃは、時間遅延設定部７により時間遅延を与えられた第２のパルスレーザ光に基づいた検出タイミングで受信アンテナ７ｃにより検出されたテラヘルツ波を検出し、検出したテラヘルツ波の強度に応じたテラヘルツ波信号ｓ１を生成する。
【００３３】
受信アンテナ７ｃは、図３に示すように送信アンテナ３ｃと同様の構成を有しており、シリコンレンズ２５に低温成長ガリウムヒ素基板２２が設けられている。ただし、受信アンテナ７ｃの低温成長ガリウムヒ素基板２２上の電極２０には、サンプリング信号生成部５０に代わりにロックインアンプ５１が接続されている。
【００３４】
さらに詳細には、第２のパルスレーザ光が受信アンテナ７ｃのギャップに照射されると電子が励起し、そこに第２のテラヘルツ波が照射されると電極２０に微小電流が流れる。ロックインアンプ５１は、サンプリング信号生成部５０のサンプリング信号ｓ４で同期をとるとともに、この微小電流を増幅してテラヘルツ波検出信号ｓ２として出力する。
【００３５】
次に、時間遅延設定部５は、ビームスプリッタ２によりた第２のパルスレーザ光に時間遅延を与える。時間遅延設定部５は、被測定物１００から反射したテラヘルツ波の時間波形を再現する分解能を有するように、予め設定されるピッチで設定する可動鏡を備える時間遅延機構部５ａと、その移動速度とピッチ（移動量）とを制御する遅延時間制御部５ｂとを備える。
【００３６】
例えば、照射される数ピコ秒のパルスレーザ光のパルスを８０ＭＨｚの高周波で点滅する場合、生成される１つのテラヘルツ波のパルス幅は、４００μｍ（時間換算、１．３ピコ秒）相当が生成されるので、例えば、このピッチを８μｍ（時間換算２６フェムト秒）の分解能で設定すると、５０点が分解可能となる。
【００３７】
次に、ＸＹテーブル部１０は、ＸＹテーブル１０ａとそのＸＹテーブル１０ａ上に置かれる被測定物１００の座標位置を、放物面鏡４ｂで集光されたテラヘルツ波の位置に順次移動する位置制御部１０ｂとを備える。
【００３８】
また、サンプリング信号生成部５０は、例えば、テラヘルツ波発生器３に照射される８０ＭＨｚの第１のレーザパルス光に対して、１１ｋＨｚ±１０Ｖの変調信号を生成し、送信アンテナ３ｃに印加するとともに、この変調信号をサンプリング信号ｓ４としてロックインアンプ５１に入力する。
【００３９】
サンプリング信号生成部５０の代わりに光学チョッパを用いてもよい。光学チョッパを用いる場合は、ビームスプリッタ２と送信アンテナ３ｃとの間、もしくはビームスプリッタ２と受信アンテナ７ｃとの間に設置する。
【００４０】
次に、テラヘルツ波ガイド部４の詳細構成について説明する。被測定物１００は平面形状の場合、テラヘルツ波発生器３で生成されたテラヘルツ波を平行ビームとする第１の放物面鏡４ａと、平行ビームを被測定物１００の測定位置に集光させる第２の放物面鏡４ｂと、第１の放物面鏡４ａと第２の放物面鏡４ｂとの間に設けられ、平行ビームを透過させて第２の放物面鏡４ｂの第１の方向に送るとともに、被測定物１００から反射したテラヘルツ波を異なる第２の方向に反射させるビームスプリッタ４ｄと、ビームスプリッタ４ｄで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出器７に集光する第３の放物面鏡４ｃと、を備える。
【００４１】
この放物面鏡４ａ〜４ｃは、テラヘルツ波の減衰がないものであればよく、例えば金属（鉄、アルミ等）が使用できる。
【００４２】
また、被測定物１００表面でのテラヘルツ波のビーム径は、要求される空間分解能と検査速度とがトレードオフとなるので、両者の兼ね合いでその最適値が予め設定される。例えば、要求される気泡の径を１００μｍとすると、被測定物１００の表面でのテラヘルツ波のビーム径を１ｍｍとし、両者の面積比を検出可能なＳ／Ｎ比（ここでは、１／１００）の目安を定め、実際の実測定でＳ／Ｎ比を検証して最適値を選択する。
【００４３】
この被測定物１００表面テラヘルツ波のビーム径は、放物面鏡４ｂの焦点距離と入射するテラヘルツ波の径とから設定することができる。同様に、テラヘルツ波検出器７の焦光位置でのビーム径は、放物面鏡４ｃの焦点距離と入射するテラヘルツ波の径とから設定することができる。
【００４４】
また、テラヘルツ波の投受光角度は、被測定物１００の表裏面の反射特性で適宜最適な系を選択するが、ここでは、被測定物１００表面の鉛直方向から投光し、放物面鏡４ａと放物面鏡４ｂとの平行ビーム光路上にテラヘルツ波用のビームスプリッタ４ｄを設け反射波を鉛直方向から受光する、エネルギーロスの少ない正反射光学系とする。
【００４５】
次に、信号処理部５２は、データ保持部５２ａ、及びデータ処理部５２ｂ、及び表示部５２ｃを備える。
【００４６】
時間遅延設定部５により順次設定される時間遅延に基づいて、受信アンテナ７ｃで検出されたテラヘルツ波信号ｓ１はロックインアンプ５１で増幅され、テラヘルツ波検出信号ｓ２と成る。
【００４７】
そして、信号処理部５２は、順次生成されるこのテラヘルツ波検出信号ｓ２から、遅延時間に対応して時系列データｓ３を生成し、この時系列データの変化から被測定物１００の欠陥の有無を検査する。
【００４８】
時系列データｓ３から欠陥の有無を判定する方法は、予め被測定物１００の品質基準となる基準サンプルを使用して、その基準時系列データをデータ保持部５２ａに記憶しておき、データ処理部５２ｂでこの基準時系列データと測定した時系列データｓ３とを比較して、被測定物１００の欠陥の有無を判定する。
【００４９】
一般的に、被測定物１００の塗膜などが多層積層されている中に気泡が存在する場合にはテラヘルツ波が散乱し、時系列データのピーク値は、基準サンプルの基準時系列データに対して小さくなったり、位置がずれたりする。
【００５０】
そこで、データ処理部５２ｂは、基準時系列データに基づいて予め設定された基準ピーク位置とその近傍の複数の基準位置に対応する時系列データｓ３を測定し、対応する位置の強度データを比較して、欠陥の有無を判定する。
【００５１】
データ保持部５２ａは、時間遅延制御部５ｂから遅延設定位置信号を受信して時系列データを生成し記憶する。また、データ処理部５２ｂは、測定位置制御部１０ａから測定位置信号を受信して、検出した欠陥の位置を対応付けして表示部５２ｃに表示させる。
【００５２】
次に、本実施例の動作を説明する前に本発明の動作原理を説明する。本発明の動作原理は、テラヘルツ波を被測定物に照射して、その反射波の時間波形の基準サンプルで予め測定して基準時系列データを求めておく。そして、この基準時系列データからその強度がピークを示す基準ピーク位置と、この基準ピーク位置の近傍の複数点を基準測定位置として定めておく。
【００５３】
そして、被測定物１００の各測定点についての時系列データの強度を、この基準ピーク位置と基準測定位置について求め、基準サンプルと被測定物の対応する位置の強度データとを比較して、ピーク位置のずれ、及び強度データの差から欠陥の有無を判定するものである。
【００５４】
すなわち、テラヘルツ波信号の強度データを予め定めた位置のみに限定して測定し（周波数スペクトルを求めることなく）、且つ、予め求めておいた基準サンプルのデータとの比較により欠陥の有無を判定して、大幅な測定時間の短縮を図るものである。
【００５５】
したがって、基準サンプルによる基準ピーク位置、その近傍の複数の基準測定位置は、時間波形の特徴を、少ない測定点で求めるものなので、被測定物１００の品種毎に、また、その測定位置により複数の位置を定めるようにしても良い。
【００５６】
例えば、金属の多層塗膜の場合には、塗膜の表面反射、裏面反射があるため多重反射によりそのピーク位置は複数の点が現れるが、塗膜の部位により時間波形のピーク位置が異なるので、検査対象とすると塗膜の部位毎に比較する位置と、判定基準とを定めるようにしても良い。
【００５７】
基準サンプルは、被測定物１００の表面に近似した取り扱いし易いアルミミラーなどのようなものでも良い
次に、この動作原理に基づく、信号処理部５２で処理されるテラヘルツ波を利用した検査装置の欠陥の判定動作について図４を参照して説明する。
【００５８】
図４（ａ）は、半導体ウエハの測定位置を示すもので、ＸＹテーブル１０ａ上に置かれた半導体ウエハは、測定位置制御部１０ｂで順次位置設定され、その全測定点についてもれなく欠陥の有無が判定される。
【００５９】
図４（ｂ）は、基準サンプルに基づく時間波形を示し、横軸は遅延時間設定部５で設定された時間波形を示し、縦軸はその強度を示す。図４（ｃ）は図４（ｂ）の基準ピーク位置の拡大図を示し、太い破線が予め測定しておく基準サンプルでの基準時系列データを示し、細い破線が実際の被測定物１００による時系列データを示す。
【００６０】
実測定においては、細い破線の時系列データは、基準ピーク位置Ｐ１と、その両側近傍の基準測定点、Ｐ２、Ｐ３の２点について黒丸印で示す箇所の強度データのみを測定する。
【００６１】
図４（ｃ）の場合は、ピーク位置のずれは判定できないが、その近傍の基準測定点Ｐ２での強度差がΔａ１であることを示し、図４（ｄ）の場合は、ピーク位置ｐ３が基準ピーク位置とΔｔずれ、基準ピーク位置Ｐ１での強度差がΔａ２であることを示す。
【００６２】
そして、図４に示すようなピーク位置のずれ、及び強度データの差を比較して、その特徴抽出点を限定した少ない測定点のデータで時間波形の変化パターンを捕らえて欠陥の有無を判定する。
【００６３】
次に、このように構成された検査装置の動作について説明する。先ず、Ｘ−Ｙテーブル部１０は、被測定物１００を予め定める測定点に移動させる。
【００６４】
そして、時間遅延設定部５は、分割された第２のパルスレーザ光が、受信アンテナ７ｃに到達する時間を、予め設定された遅延時間となる位置に逐次第２の光路長を遅延設定する。
【００６５】
次に、ロックインアンプ５１は、測定点に対して、予め設定された前記遅延時間に対応する基準ピーク位置および基準測定位置のテラヘルツ波検出信号ｓ４を検出し信号処理部５２に送る。
【００６６】
信号処理部５２は、基準ピーク位置および基準測定位置の時系列データと、基準時系列データと時系列データとの強度データを比較し、ピーク位置のずれと強度データの差とが予め設定された値以上の場合に異常と判定する。
【００６７】
上述したように、本発明の実施例１に係るテラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法によれば、時間波形の周波数変換を行わず、さらに、予め設定された基準ピーク位置と基準測定位置について、ピーク位置のずれと強度データとの差を用いて異常の有無を判定し、金属の腐食を防ぐための塗膜や半導体ウエハのエピ層等の積層物中の欠陥検査を行う際に、測定時間の短縮を図ることができる。
【実施例２】
【００６８】
次に、本発明の実施例２のテラヘルツ波を用いた検査方法について図５を参照して説明する。実施例２の各部について、実施例１の各部と同一のものは同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６９】
実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１のテラヘルツ波ガイド部４は、被測定物１００に対してテラヘルツ波の投受光角度を鉛直方向としたが、実施例２は、投受光角度を同じ角度とする正反射光学系（例えば、３０°〜６０°）、または、投受光角度が異なる角度とする乱反射光学系（例えば、投光角度３０°，受光角度４５°）を選択できるようにしたことにある。
【００７０】
このようなテラヘルツ波ガイド部４によれば、多層膜を備える被測定物に対して、ピーク位置の位置ずれが拡大して検出できるだけでなく、夫々の膜毎の測定を同時に行うことも可能となる。
【００７１】
尚、実施例は、テラヘルツ波の反射波から被測定物の異常を検出する検査装置を例として説明したが、本発明の原理は、テラヘルツ波の透過波から被測定物の異常を検出する検査装置の場合にも適用できることは、言うまでもない。
【００７２】
本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１  パルスレーザ生成部
２  ビームスプリッタ
３  テラヘルツ波発生器
３ａ  ミラー
３ｂ  レンズ
３ｃ  送信アンテナ
４  テラヘルツ波ガイド部
４ａ  放物面鏡
４ｂ  放物面鏡
４ｃ  放物面鏡
４ｄ  ビームスプリッタ
４ｅ  ミラー
４ｆ  一対の放物面鏡
４ｇ  一対の放物面鏡
４ｈ  ミラー
５  時間遅延設定部
５ａ  時間遅延機構部
５ｂ  時間遅延設定部
７  テラヘルツ波検出器
７ａ  ミラー
７ｂ  レンズ
７ｃ  受信アンテナ
１０  ＸＹテーブル部
１０ａ  テーブル
１０ｂ  位置制御部
２０  電極
２２  低温成長ガリウム砒素基板
２５  シリコンレンズ
５０  サンプリング信号生成部
５１  ロックインアンプ
５２  信号処理部
５２ａ  データ保持部
５２ｂ  データ処理部
５２ｃ  表示部
１００  被測定物
ｓ１  テラヘルツ波信号
ｓ２  テラヘルツ波検出信号
ｓ３  時系列データ
ｓ４  サンプリング信号
Ｐ１  基準ピーク位置
Ｐ２、Ｐ３  基準測定位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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