(57)【要約】【課題】平行平板試料内部で多重反射したパルスを含む透過時系列パルス光あるいは反射時系列検出パルス光をインコヒーレントとして解析することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る。【解決手段】平行平板試料２０にテラヘルツパルス光を照射し、テラヘルツパルス光が照射された平行平板試料２０から反射もしくは透過する検出パルス光を検出する。平行平板試料２０の内部で多重反射したパルスを含む検出パルス光から各パルスを分離抽出する。分離した各波形に対してフーリエ変換を行いそれらの絶対値の総和をとる。リファレンス光に対してフーリエ変換して基準絶対値を算出する。検出パルスに対する絶対値と基準絶対値との比を取ってインコヒーレントとして解析することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る。【選択図】　図１
2004101510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を用いた分光計測方法において、
平行平板試料にパルス光を照射し、
パルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とするパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項２】
テラヘルツパルス光を用いた分光計測方法において、
平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射し、
テラヘルツパルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項３】
請求項２の分光計測方法において、
前記インコヒーレントな解析処理は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理であることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項４】
請求項２の分光計測方法において、
前記インコヒーレントな解析処理は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
分離した各パルスに対して周波数分析を行い、
参照パルスに対して周波数分析を行い、
分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理であることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項５】
請求項２の分光計測方法において、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、
各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和（総和値）を算出し、
参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出し、
前記総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得ることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかの分光計測方法において、
前記テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、前記テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、前記各基板による多重反射と、前記平行平板試料による多重反射が分離されるように定めることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測方法。
【請求項７】
パルス光を用いた分光計測装置において、
平行平板試料にパルス光を照射する照射手段と、
パルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出する検出器と、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とするパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項８】
テラヘルツパルス光を用いた分光計測装置において、
平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射するテラヘルツパルス光発生器と、テラヘルツパルス光が照射された前記平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出するテラヘルツパルス光検出器と、
前記平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな前記検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項９】
請求項８の分光計測装置において、
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項１０】
請求項８の分光計測装置において、
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
分離した各パルスに対して周波数分析を行う第１周波数分析手段と、
参照パルスに対して周波数分析を行う第２周波数分析手段と、
分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項１１】
請求項８の分光計測装置において、
前記解析手段は、
前記平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、
各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和（総和値）を算出する第１算出手段と、
参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出する第２算出手段と、
前記総和値と参照値の比を算出して干渉パターンを含まないスペクトルを得る第３算出手段とを含むことを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれかの分光計測装置において、
前記テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、前記テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、前記各基板による多重反射と、前記平行平板試料による多重反射が分離されるように定めることを特徴とするテラヘルツパルス光を用いた分光計測装置。
【請求項１３】
パルス光が照射された平行平板試料から該平行平板試料内部で多重反射したパルスを含んで反射もしくは透過する検出パルス光を検出して、前記検出パルス光により計測時系列波形を得、
前記平行平板試料に代えて完全反射ミラーを配設した状態でパルス光を照射して前記完全反射ミラーから反射されて検出されたパルス光により、もしくは前記平行平板試料を配設しない状態でパルス光を照射して直接に検出されたパルス光により基準時系列波形を得、
前記計測時系列波形と前記基準時系列波形のデコンボリューションを求め、時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形を得ることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。
【請求項１４】
請求項１３の分光計測データの解析方法において、
前記デコンボリューションは、
前記計測時系列波形と前記基準時系列波形のフーリエ変換を行った後に所定の演算を行い、
前記演算結果のフーリエ逆変換を行う過程を有することを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。
【請求項１５】
請求項１４の分光計測データの解析方法において、
前記所定の演算は、前記平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、前記計測時系列波形を出力信号、前記基準時系列波形を装置関数と看做したときに、インバース・フィルタを用いる演算であることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。
【請求項１６】
請求項１４の分光計測データの解析方法において、
前記所定の演算は、前記平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、前記計測時系列波形を出力信号、前記基準時系列波形を装置関数と看做したときに、ウィナー・ヘルストローム・フィルタを用いる演算であることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれかの分光計測データの解析方法において、
前記パルス光としてテラヘルツパルス光を用いることを特徴とするパルス光を用いた分光計測データの解析方法。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれかの分光計測データの解析方法で得られた時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形に対して請求項１〜１２のいずれかのインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とするパルス光を用いた分光計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行平板試料のスペクトルを解析する際に、試料内部の多重反射を考慮に入れ、かつ干渉パターンを含まないスペクトルを得るためのパルス分光計測方法および装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
テラヘルツパルス光を光源とするテラヘルツ時間領域分光法が知られている。このテラヘルツ時間領域分光法により平行平板試料の透過時系列波形あるいは反射時系列波形を測定した場合、透過測定では試料内部で多重反射したパルスが見られ、反射測定では試料裏面で反射したパルスと内部で多重反射したパルスが見られる。この測定波形は、各パルス間の位相差が一定である、すなわち、各パルスがコヒーレントな状態である。そのため、多重反射したパルスや裏面反射したパルスを含めて解析を行った場合、解析結果に干渉パターンが現われる。この干渉パターンは試料の厚さからの寄与が大きく、試料内部における物理量のみを反映したものではない。例えば、厚さ以外は全く同じ試料を測定した場合、両解析結果には異なる干渉パターンが現われる。
【０００３】
本発明は、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含む透過時系列パルス光あるいは反射時系列検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得るパルス光を用いた分光計測方法および装置を提供するものである。また、本発明は、平行平板試料以外のものに起因する多重反射による計測結果への影響を除去するようにした分光計測データの解析方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明によるパルス光を用いた分光計測方法は、平行平板試料にパルス光を照射し、パルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出し、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とする。
（２）テラヘルツパルス光を用いた分光計測方法に本発明を適用する場合、インコヒーレントな解析処理は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する処理と、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理とを含むことができる。あるいは、インコヒーレントな解析処理は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する処理と、分離した各パルスに対して周波数分析を行う処理と、参照パルスに対して周波数分析を行う処理と、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理とを含むことができる。
（３）インコヒーレントな解析処理は、好ましくは、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和（総和値）を算出し、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出し、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る処理である。
（４）本発明によるパルス光を用いた分光計測装置は、平行平板試料にパルス光を照射する照射手段と、パルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出する検出器と、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備えることを特徴とする。
（５）テラヘルツパルス光を用いた分光計測装置に本発明を適用した分光計測装置は、平行平板試料にテラヘルツパルス光を照射するテラヘルツパルス光発生器と、テラヘルツパルス光が照射された平行平板試料から反射もしくは透過する検出パルス光を検出するテラヘルツパルス光検出器と、平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得る解析手段とを備える。
（６）解析手段は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことができる。あるいは、解析手段は、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、分離した各パルスに対して周波数分析を行う第１周波数分析手段と、参照パルスに対して周波数分析を行う第２周波数分析手段と、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいて干渉パターンを含まないスペクトルを得る処理手段とを含むことができる。
（７）解析手段は、好ましくは、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離する分離手段と、各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和（総和値）を算出する第１算出手段と、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出する第２算出手段と、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る第３算出手段とを含む。
（８）好ましくは、テラヘルツパルス光発生器の基板の厚さと、テラヘルツパルス光検出器の基板の厚さと、平行平板試料の厚さのそれぞれを、各基板による多重反射と、平行平板試料による多重反射が分離されるように定める。
（９）本発明によるパルス光を用いた分光計測データの解析方法は、パルス光が照射された平行平板試料からその試料内部で多重反射したパルスを含んで反射もしくは透過する検出パルス光を検出して、検出パルス光により計測時系列波形を得、平行平板試料に代えて完全反射ミラーを配設した状態でパルス光を照射して完全反射ミラーから反射されて検出されたパルス光により、もしくは平行平板試料を配設しない状態でパルス光を照射して直接に検出されたパルス光により基準時系列波形を得、計測時系列波形と基準時系列波形のデコンボリューションを求め、時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形を得ることを特徴とする。
（１０）デコンボリューションは、計測時系列波形と基準時系列波形のフーリエ変換を行った後に所定の演算を行い、その演算結果のフーリエ逆変換を行うことが好ましい。
（１１）その演算は、平行平板試料からのみの時系列波形を入力信号、計測時系列波形を出力信号、基準時系列波形を装置関数と看做して、インバース・フィルタを用いた演算であってもよい。また、インバース・フィルタの代りにウィナー・ヘルストローム・フィルタを使用してもよい。これらの分光計測データの解析方法は、パルス光としてテラヘルツパルス光を用いた場合にも適用できる。
（１２）また、本発明によるパルス光を用いた分光計測方法は、上記（９）〜（１１）で得られた時間軸上で各多重反射パルス光が分離された時系列波形（入力信号）に対して上記（１）〜（８）のインコヒーレントな解析処理を行い、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１〜図１０を参照して本発明によるテラヘルツパルス光を使用した分光計測装置の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態の分光計測装置は、テラヘルツパルス光が照射される平行平板試料内部で多重反射したパルスを含むコヒーレントな透過時系列パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することにより、干渉パターンを含まないスペクトルを得るものである。
【０００６】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるテラヘルツパルス光を使用した透過式分光計測装置の概略構成図である。本実施の形態による分光計測装置では、図１に示すように、レーザ光源等で構成されるフェムト秒パルス光源１から放射されたフェムト秒パルス光Ｌ１が、ビームスプリッタ２で２つのパルス光Ｌ２，Ｌ３に分割される。
【０００７】
分割された一方のパルス光Ｌ２は、テラヘルツ光発生器（光源）７を励起して発生器７にテラヘルツパルス光を発生させるためのポンプパルス（パルス励起光）となる。ポンプパルスＬ２は、チョッパ３によりチョッピングされた後に、平面反射鏡４，５，６を経て、テラヘルツ光発生器７へ導かれる。分割された他方のパルス光Ｌ３は、テラヘルツパルス光を検出するタイミングを定めるためのプローブパルス（サンプリングパルス光）となる。プローブパルスＬ３は、平面反射鏡８、２枚もしくは３枚の平面反射鏡が組み合わされてなる可動鏡９、及び平面反射鏡１０を経て、テラヘルツ光検出器１１へ導かれる。
【０００８】
プローブパルスＬ３の光路上に配置された可動鏡９は、移動機構１２により矢印Ｘ方向に移動可能となっている。移動機構１２は、制御・演算処理部２３により制御される。可動鏡９の移動量に応じて、プローブパルスＬ３の光路長が変わり、プローブパルスＬ３が検出器１１へ到達する時間が遅延する。すなわち、本実施の形態では、可動鏡９及び移動機構１２が、プローブパルスＬ３が検出器１１に到達する時間を変更する時間遅延装置を構成している。
【０００９】
一方、ポンプパルスＬ２により発生器７が励起されると、発生器７からテラヘルツパルス光Ｌ４が放射される。テラヘルツパルス光Ｌ４としては、概ね０．１×１０１２から１００×１０１２ヘルツまでの周波数領域の光が望ましい。テラヘルツパルス光Ｌ４は、放物面鏡等の曲面鏡１３，１４を経て集光位置に集光される。
【００１０】
本実施の形態では、この集光位置には、被測定物２０の測定部位が配置される。ここでは、被測定物２０は、厚みｄが既知の平行平板をなす板状試料とされ、均一な物質で構成されているものとする。もっとも、被測定物２０はこれに限定されるものではなく、例えば、テラヘルツパルス光を局所的に照射する場合には、厚みｄは、既知であれば測定部位ごとに異なっていてもよい。
【００１１】
被測定物２０は、テラヘルツパルス光Ｌ４の被測定物２０に対する光軸が被測定物２０の面の法線とほぼ一致するように配置されている。測定精度を高めるためには入射角度分布が狭い方が良いので、被測定物２０に入射するテラヘルツパルス光Ｌ４の最も外側の光線と光軸とのなす角θが小さい方が良い。一方、イメージとして空間分解能を高めるためには、角度θが大きい方が良い。従って、必要に応じて角度θを決定する必要がある。
【００１２】
イメージが不必要な場合には、図面には示していないが、テラヘルツパルス光Ｌ４が被測定物２０に対して平行光として入射するような照射光学系を採用した方が、測定精度を向上させる上でより好ましい。以下の説明では、テラヘルツパルス光が被測定物２０に垂直に入射するものとして説明するが、斜入射の場合も同様に考えることができる。
【００１３】
本実施の形態では、被測定物２０は、ステージ等の移動機構２６によって、被測定物２０の面内の方向に２次元的に移動可能となっている。これにより、被測定物２０の面に沿って、被測定物２０の測定部位を２次元的に走査することができる。
【００１４】
被測定物２０を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５は、放物面鏡等の曲面鏡１５，１６を経て、検出器１１により検出される。検出器１１により検出されたテラヘルツパルス光Ｌ５は、電気信号に変換されて、増幅器２１に送られる。
【００１５】
フェムト秒パルス光源１から放射されるフェムト秒パルス光Ｌ１の繰り返し周期は、数ＫＨｚからＭＨｚオーダーである。したがって、発生器７から放射されるテラヘルツパルス光Ｌ４も、数ＫＨｚからＭＨｚオーダーの繰り返しで放射される。現存する検出器１１では、このテラヘルツパルス光の波形を瞬時に、その形状のまま計測することは不可能である。
【００１６】
したがって、本実施の形態では、同じ波形のテラヘルツパルス光Ｌ４が数ＫＨｚからＭＨｚオーダーの繰り返しで放射されることを利用して、ポンプパルスＬ２とプローブパルスＬ３との間に時間遅延を設けてテラヘルツパルス光Ｌ５の波形を計測する方法、いわゆるポンプ−プローブ法を採用している。すなわち、テラヘルツ光発生器７を作動させるポンプパルスＬ２に対して、テラヘルツ光検出器１１を作動させるタイミングをτ秒だけ遅らせることにより、τ秒だけ遅れた時点でのテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度を検出器１１で測定できる。言い換えれば、プローブパルスＬ３は、テラヘルツ光検出器１１に対してゲートをかけていることになる。
【００１７】
可動鏡９を徐々に移動させることにより、遅延時間τを徐々に変えることができる。上述した時間遅延装置によってゲートをかけるタイミングをずらすことにより、繰り返し到来するテラヘルツパルス光Ｌ５の各遅延時間τごとの時点の電場強度を検出器１１から電気信号として順次得ることができる。これにより、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（ｔ）を計測することができる。
【００１８】
なお、テラヘルツ光検出器１１は、プローブパルスＬ３を受けた時のみ光励起キャリアを生ずるようになっている。この時にテラヘルツパルス光の電場がかかっていれば、その電場に比例した光伝導電流が流れる。このとき測定される電流Ｊ（τ）は、テラヘルツパルス光の電場Ｅ（ｔ）と光励起キャリアの光伝導度ｇ（ｔ−τ）を用いて表すことができる。すなわち、Ｊ（τ）＝∫Ｅ（ｔ）ｇ（ｔ−τ）ｄｔと表すことができる。光伝導度ｇ（ｔ−τ）は、デルタ関数的な特性を有するので、測定された電流値Ｊ（τ）は到来するテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度Ｅ（ｔ）に比例すると考えることができる。検出器１１から増幅器２１に送られた電気信号は、増幅器２１で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器２２でＡ／Ｄ変換される。
【００１９】
本実施の形態では、テラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度を示す時系列波形Ｅ（ｔ）の計測時には、制御・演算処理部２３は、移動機構１２に制御信号を送信して、遅延時間τを徐々に変化させながら、Ａ／Ｄ変換器２２から順次入力されるデータをメモリ２３Ａに格納する。これによって、被測定物２０のある測定部位を透過したテラヘルツパルス光Ｌ５の電場強度の時系列波形Ｅ（ｔ）を示すデータ全体がメモリ２３Ａに格納される。その後、制御・演算処理部２３は、移動機構２６に制御信号を送信して、被測定物２０の測定部位を２次元的に順次走査することにより、各測定部位について、時系列波形Ｅ（ｔ）を示すデータ全体をメモリ２３Ａに格納する。
【００２０】
本実施の形態では、発生器７と検出器１１との間の光路（本実施の形態では、図１に示すテラヘルツパルス光Ｌ４の集光位置）に被測定物２０が配置された状態で計測されるテラヘルツパルス光の電場強度の時系列波形Ｅ（ｔ）を、計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）と呼ぶ。
【００２１】
被測定物２０を透過するテラヘルツパルス光には、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示される様々なパターンの透過光が含まれる。図２（ａ）は、被測定物２０の内部で反射せずに透過する光（多重反射でない透過光）、図２（ｂ）は、被測定物２０の内部で２回反射して透過する光（１回多重反射した光）、図２（ｃ）は、被測定物２０の内部で４回反射して透過する光（２回多重反射した光）、図２（ｄ）は、被測定物２０の内部で２ｋ回反射して透過する光（ｋ回多重反射した光）をそれぞれ示している。ここで、ｋは０以上の整数である。
【００２２】
テラヘルツ時間領域分光法により得られる透過時系列波形の概念図を図３に、反射時系列波形の概念図を図４に示す。このような形で測定される波形ｆ（ｔ）に対して、そのフーリエ変換Ｆ（ω）を計算し、リファレンス光のフーリエ変換との比をとることで、透過率もしくは反射率を解析すると、多重反射の影響により図５に示されるような干渉パターンが現われる。この干渉パターンは、試料の厚さからの寄与が大きく、試料内部における物理量のみを反映していない。
【００２３】
そこで、図６（ａ）に示されるように、屈折率ｎ０の媒質中に置かれた試料（屈折率ｎ１）に、光が垂直に入射する場合を考える。ここで、図中ｔ０、ｔ１およびｒ０、ｒ１は屈折率ｎ０の媒質と試料との境界面での振幅透過率および振幅反射率である。ｔ０は屈折率ｎ０の媒質から試料に入射する光の振幅透過率を表し、ｔ１は試料から屈折率ｎ０の媒質に出射する光の振幅透過率を表す。また、ｒ０は試料により反射する光の振幅反射率を表し、ｒ１は屈折率ｎ０の媒質により反射する光の振幅反射率を表す。
【００２４】
この場合、各境界面での振幅透過率および反射率は、それぞれ、
【数１】
2004101510.tif 000003
【数２】
2004101510.tif 000004
で与えられる。
【００２５】
通常、試料を透過した光の振幅透過率ｔは、
【数３】
2004101510.tif 000005
で表される。１行目の右辺第１項は直接透過した光を表し、第２項および第３項はそれぞれ、試料内部で１回多重反射した透過光と２回多重反射した透過光を表している（図６（ｂ）参照）。ここで、θは、
【数４】
2004101510.tif 000006
で与えられる。ｃは真空中の光速、ｄは試料の厚さである。
【００２６】
また、試料で反射した光の振幅反射率ｒは、
【数５】
2004101510.tif 000007
で表される。１行目の右辺第１項は試料の表面で反射した光を表し、第２項は裏面で反射した光を表している。第３項および第４項はそれぞれ、試料内部で１回多重反射した光と２回多重反射した光を表している（図６（ｂ）参照）。式（３）および式（５）は、各光の位相情報を保ったままそれぞれの振幅が足し合わされた場合の、振幅透過率および振幅反射率に対応している。すなわち、各光がコヒーレントとして取り扱われている。
【００２７】
これに対して、裏面反射および各多重反射の振幅の絶対値を取って位相情報を取り除き、その大きさのみを足し合わせると、各光がインコヒーレントな場合に対応する。したがって、式（３）および式（５）をそれぞれ、
【数６】
2004101510.tif 000008
【数７】
2004101510.tif 000009
とすると、各光がインコヒーレントな場合の振幅透過率および振幅反射率に対応する。
【００２８】
式（３）と式（５）、および式（６）と式（７）は無限回までの多重反射をすべて含んでいる。コヒーレントな場合の式（３）と、インコヒーレントな場合の数式（６）を用いて計算したシリコンウェハの振幅透過率を図７に示す。ここから明らかなように、コヒーレントな場合に見られる干渉パターンが、インコヒーレントな場合では、まったく見られない。このことから、測定された各光をインコヒーレントとして解析することができれば、多重反射を考慮に入れても、干渉パターンを含まないスペクトルを測定することができる。
【００２９】
通常、テラヘルツ時間領域分光法で得られた測定波形を解析する場合、裏面反射光および各多重反射光はコヒーレントとして解析される。しかし、テラヘルツ時間領域分光法ではフェムト秒パルス光源が使用される。そこで、平行平板試料からの時系列透過パルス列あるいは時系列反射パルス列に含まれる時系列波形のそれぞれのパルスを抽出することにより、検出パルス光に対してインコヒーレントな解析処理を実行することが可能になる。
【００３０】
図３で示される透過時系列波形ｆ（ｔ）を、図８（ａ）〜（ｄ）で示される個々の波の足し合わせ、あるいは図４で示される反射時系列波形ｆ（ｔ）を、図９（ａ）〜（ｄ）で示される個々の波の足し合わせであると考える。すなわち、ウェハを透過する透過パルスは図８（ａ）〜（ｄ）の個々パルスを含む時系列パルスである。一方、ウェハを反射する反射パルスは図９（ａ）〜（ｄ）の個々パルスを含む時系列パルスである。
【００３１】
すなわち、透過パルスは、ウエハを透過するパルスを表す図８（ａ）の波をａ（ｔ）、１回目の多重反射を経て透過するパルスを表す図８（ｂ）の波をｂ（ｔ）、２回目の多重反射パルスを表す図８（ｃ）の波をｃ（ｔ）、３回目の多重反射パルスを表す図８（ｄ）の波をｄ（ｔ）とする。一方、反射パルスはウェハ表面での反射パルスを表す図９（ａ）の波をａ（ｔ）、裏面での反射パルスを表す図９（ｂ）の波をｂ（ｔ）、１回目の多重反射パルスを表す図９（ｃ）の波をｃ（ｔ）、２回目の多重反射パルスを表す図９（ｄ）の波をｄ（ｔ）とする。透過時系列パルスまたは反射時系列パルスを示すｆ（ｔ）は、
【数８】
2004101510.tif 000010
で与えられる。
【００３２】
またａ（ｔ）、ｂ（ｔ）、ｃ（ｔ）、ｄ（ｔ）の各パルスのフーリエ変換をそれぞれ、Ａ（ω）、Ｂ（ω）、Ｃ（ω）、Ｄ（ω）とする。このとき、ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ω）は、
【数９】
2004101510.tif 000011
とすることができる。これとリファレンス光のフーリエ変換との比をとったものは、無限回の多重反射を含む振幅透過率（式（３））または振幅反射率（式（５））を、有限回の多重反射で打ち切ったものに対応する。なお、リファレンス光は、透過型では、試料を取り除いた状態でフェムト秒パルス光源１からテラヘルツパルス光を検出器１１へ照射したときに検出される光の波形である。一方、反射型では、計測対象試料に代えて反射率１００％の基準試料を配置してフェムト秒パルス光源１からテラヘルツパルス光を検出器１１へ照射したときに検出される光の波形である。
【００３３】
そこで、各波をフーリエ変換し、その絶対値をとって足し合わせる場合を考える。このときの各波の足し合わせＦｉｎｃｏｈ（ω）は、
【数１０】
2004101510.tif 000012
であり、これとリファレンス光のフーリエ変換の絶対値との比をとると、インコヒーレントな場合の振幅反射率（式（６））または振幅反射率（数（７））を、有限回の多重反射で打ち切ったものに対応する。すなわち、測定結果の各パルスを個別にフーリエ変換し、個々の振幅の絶対値を足し合わせることで、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【００３４】
以上のような解析手法は、光源がパルス光であるときに可能になる。例えば、従来のフーリエ変換赤外分光法では、通常、光源として連続光が用いられている。この場合、各多重反射パルスを個々に分離することはできない。すなわち、コヒーレントとして解析すべきか、インコヒーレントとして解析すべきかは光源のコヒーレンス長により一意的に決定される。したがって、本発明による分光計測方法および装置は、テラヘルツパルス光を用いたものに限らず、その他のパルス光を用いた分光計測方法および装置に適用することができる。
【００３５】
ここで、本実施の形態で採用されている、計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）に基づいて被測定物２０のスペクトルを解析する手順を図１０のフローチャートを参照して説明する。
発生器７と検出器１１との間の光路上に被測定物２０を配置しない状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の基準時系列波形Ｅｒｅｆ（ｔ）を予め計測しておく（ステップＳ１）。計測結果はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変換され、メモリ２３Ａに記憶される。制御・演算処理部２３はメモリ２３Ａに記憶した基準時系列波形Ｅｒｅｆ（ｔ）を読み出してフーリエ変換を実行する。さらに、フーリエ変換した結果の絶対値（基準絶対値と呼ぶ）を算出して記憶する（ステップＳ２）。
【００３６】
発生器７と検出器１１との間の光路上に被測定物２０を配置した状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）を計測する（ステップＳ３）。計測結果はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変換され、メモリ２３Ａに記憶される。この計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）は概念図として図３に示すような時系列波形である。制御・演算処理部２３はメモリ２３Ａに記憶した計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）を読み出し、計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）を構成する図８（ａ）〜（ｄ）に示すパルス波形をそれぞれ分離抽出する（ステップＳ４）。分離抽出した各パルス波形に対してフーリエ変換を順次実行してそれらの絶対値を算出し、その総和（式（１０）に対応する総和値）を算出する（ステップＳ５）。この総和値と基準絶対値との比を取る（ステップＳ６）。これにより、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【００３７】
第１の実施の形態の分光計測装置では次の点も考慮している。
測定系には平板試料による多重反射だけでなく、光源もしくは検出器による多重反射が存在する場合がある。テラヘルツ時間領域分光法で使用するテラヘルツパルス光源（図１の光発生器７）は、アンテナ基板（ガリウム砒素基板）でテラヘルツパルス光を生成し、テラヘルツパルス光検出器（図１の光検出器１１）は、アンテナ基板（ガリウム砒素基板）でテラヘルツパルス光を検出する。したがって、光源７および検出器１１に用いているアンテナ基板（ガリウム砒素基板）の厚さと屈折率、および測定する平板試料２０の厚さと屈折率の関係から、試料２０内部での多重反射を経た透過光もしくは反射光が、アンテナ基板７，１１による多重反射光と同じタイミングで測定される場合がある。この場合、試料２０の多重反射とアンテナ基板７，１１の多重反射を分離することができず、検出パルス波形をインコーヒレントとして解析する上記手法を採用することができない。
【００３８】
そこで、上記解析手法を用いるためには、アンテナ基板７，１１と平板試料２０の厚さおよび屈折率の関係から、両者の多重反射が分離できるように、アンテナ基板７，１１および平板試料２０の厚さを最適化する必要がある。例えば、厚さ１０００μｍのシリコンウェハを測定する場合を考える。
【００３９】
テラヘルツパルス光源７および検出器１１のアンテナ基板として用いているガリウム砒素の屈折率は約３．６であり、シリコンの屈折率は約３．４である。したがって、アンテナ基板７，１１の厚さが９４５μｍ程度だと、シリコンウェハ２０の裏面反射光および多重反射光とアンテナ基板７，１１での多重反射光が、ほぼ同じタイミングで測定される。そこで、例えばアンテナ基板７，１１の厚さを測定試料２０の４分の１である２３５μｍ程度にしたとする。この場合、アンテナ基板７，１１による４回目の多重反射が、シリコンウェハ２０の裏面反射とほぼ同じタイミングで測定される。
【００４０】
しかし、アンテナ基板７，１１による４回目の多重反射は十分減衰し、シリコンウェハ２０での裏面反射に比べて弱いため、無視することができる。また、テラヘルツパルスの幅は約１ｐｓであり、この間に光は約３００μｍ進む。この距離は、アンテナ基板７，１１を往復する光路長にアンテナ基板７，１１の屈折率を掛けたもの（約１７００μｍ）よりも、十分短い。したがって、各パルス光は空間的に離れており、アンテナ基板７，１１の多重反射と平行平板試料２０の多重反射を分離して解析することができる。
【００４１】
−第２の実施の形態−
これまで説明してきたインコヒーレントな解析手法は、テラヘルツ光発生器のアンテナ基板７やテラヘルツ光検出器のアンテナ基板１１の厚さを変更することによりアンテナ基板からの多重反射を予め除去して、平行平板試料２０の多重反射のみを取り出して解析するものである。しかし、アンテナ基板７，１１の厚さを変更することは、平行平板試料２０の厚さが変わる度に行わなければならないので、手間も費用もかかる。なお、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器では、アンテナ基板７，１１以外にも多重反射をもたらす要因はあるが、アンテナ基板７，１１が最大の要因なので、これらに代表させる。
【００４２】
以下、アンテナ基板７，１１の厚さを変更することなく、アンテナ基板７，１１による多重反射があってもこの影響を除去し、平行平板試料２０内部での多重反射を経た各パルスを分離する手法について説明する。
【００４３】
図１５は、テラヘルツ時間領域分光法により得られる透過時系列波形の概念図である。以下、透過時系列波形の縦軸が振幅、横軸が時間を表す。図１５（ａ）は、アンテナ基板７，１１による多重反射を全く含まない理想的な透過時系列波形Ａである。透過時系列波形Ａにおいて、一番左のパルス▲１▼は、シリコンウェハ２０の内部での反射なしに透過したもの、パルス▲２▼は、ウェハ２０の内部で１回多重反射して透過したもの、パルス▲３▼は、ウェハ２０の内部で２回多重反射して透過したもの、パルス▲４▼は、ウェハ２０の内部で３回多重反射して透過したものである。このような理想的な場合は、時間領域で各パルスを分離することは容易であり、直ちに前述したインコヒーレントな解析手法が適用できる。
【００４４】
図１５（ｂ）は、シリコンウェハ２０を配設しないで得られた透過時系列波形Ｂ、すなわち基準時系列波形Ｂである。この基準時系列波形Ｂには、直接にテラヘルツ光発生器からテラヘルツ光検出器へ入射したパルス▲５▼と、アンテナ基板７，１１による多重反射パルス▲６▼および▲７▼が現れる。
【００４５】
図１５（ｃ）は、シリコンウェハ２０を配設して得られた現実的な透過時系列波形Ｃ、すなわち計測時系列波形Ｃである。これは、図１５（ｂ）の基準時系列波形Ｂに図１５（ａ）の理想的な透過時系列波形Ａが重畳したものである。直接この計測時系列波形Ｃから透過時系列波形Ａの各パルスを分離することは極めて困難である。従って、透過時系列波形Ａに現れた多重反射の影響と基準時系列波形Ｂに現れた多重反射の影響を分離するためには、前述したように、アンテナ基板７，１１の厚さを変更する必要があった。
【００４６】
本実施の形態では、デコンボリューション（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）を利用することにより、基準時系列波形Ｂと計測時系列波形Ｃの両方に含まれる信号成分を除去する手法を採っている。この信号成分は、具体的には、アンテナ基板７，１１の多重反射によるものである。
今、透過時系列波形Ａを入力信号ｈ（ｔ）、基準時系列波形Ｂを装置関数ｆ（ｔ）、計測時系列波形Ｃを出力信号ｇ（ｔ）と考えると、基準時系列波形Ｂと計測時系列波形Ｃは、実際に測定されているので、装置関数ｆ（ｔ）と出力信号ｇ（ｔ）は既知である。デコンボリューションは、装置関数ｆ（ｔ）と出力信号ｇ（ｔ）が既知であるときに、入力信号ｈ（ｔ）を求める計算法である。デコンボリューションの計算には、高効率の演算アルゴリズムである高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使うと便利である。
【００４７】
先ず、入力信号ｈ（ｔ）と装置関数ｆ（ｔ）のコンボリューションが出力信号ｇ（ｔ）であるから、デコンボリューションはこの逆演算である。デコンボリューションを計算するためには、一般に、フーリエ変換を利用するのが効率的である。入力信号ｈ（ｔ）、装置関数ｆ（ｔ）および出力信号ｇ（ｔ）は、総て時間ｔの関数であるから、フーリエ変換すると、それぞれＨ（ω）、Ｆ（ω）およびＧ（ω）となり、これらは総て周波数ωの関数であり、式１１が成立する。
【数１１】
Ｈ（ω）＝Ｇ（ω）／Ｆ（ω）　　　　・・・（１１）
Ｈ（ω）は、Ｇ（ω）にＦ（ω）の逆数を乗じたものであるから、インバース・フィルタに相当する１／Ｆ（ω）を用いてＨ（ω）を算出したことになる。式１１により求めたＨ（ω）をフーリエ逆変換すれば、求めたい入力信号ｈ（ｔ）を算出できる。
従って、シリコンウェハ２０からのみのパルス▲１▼〜▲４▼を完全に分離することができる。
【００４８】
ここで、式１１のＨ（ω）は、Ｇ（ω）をＦ（ω）で除したものであるから、Ｈ（ω）をフーリエ逆変換した入力信号ｈ（ｔ）には、計測時系列波形Ｃと基準時系列波形Ｂとの比を求めることに相当する演算が含まれている。これは、振幅透過率に相当する量になっている。
【００４９】
上述したインバース・フィルタは、信号強度に対してノイズが大きい周波数帯域では十分に機能しないという欠点がある。すなわち、ノイズのみが強調され、式１１の分子、分母で表される信号成分がともに小さくなるために、計算結果は不正確になる恐れがある。
この欠点を除くために、インバース・フィルタの代わりに、ウィナー・ヘルストローム・フィルタ（Ｗｉｅｎｅｒ−Ｈｅｌｓｔｒｏｍ　Ｆｉｌｔｅｒ）を用いるとよい。ウィナー・ヘルストローム・フィルタを用いた場合は、式１１に対応する式１２が成立する。
【数１２】
Ｈ（ω）＝Ｆ（ω）＊・Ｇ（ω）／（｜Ｆ（ω）｜２＋｜Ｎ（ω）｜２）　・・・（１２）
Ｆ（ω）＊は複素共役を表し、Ｎ（ω）はノイズの周波数スペクトルである。式１１と同様に、式１２のＨ（ω）をフーリエ逆変換すれば、求めたい入力信号ｈ（ｔ）を算出できる。このｈ（ｔ）は、Ｓ／Ｎ比が統計的に最大となるので、ノイズが含まれている周波数帯域でもノイズの影響を抑えた値を算出することができる。
【００５０】
本実施の形態では、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器に起因する多重反射パルスを除去して、被測定物（シリコンウェハ）２０からのみの各パルスを分離抽出することができる。これにより、テラヘルツ光発生器やテラヘルツ光検出器のアンテナ基板７，１１の厚さを被測定物２０の厚さに応じて変更する手間を省くことができる。
【００５１】
本実施の形態では、上述した第１の実施の形態、すなわち被測定物２０を透過した透過光に関する計測時系列波形の多重反射パルスの分離について説明したが、後述する被測定物２０から反射する反射光に関する計測時系列波形の多重反射パルスの分離についても適用できる。
【００５２】
−第３の実施の形態−
図１１は、本発明の第３の実施の形態による分光計測装置を模式的に示す概略構成図である。図１１おいて、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態による分光計測装置が前述した第１の実施の形態と異なる点は、以下の通りである。すなわち、第１の実施の形態では、被測定物２０の透過光が検出器１１で検出されるのに対し、本実施の形態では、被測定物２０の反射光が検出器１１で検出される点と、制御・演算処理部２３の動作である。
【００５４】
上述した第１の実施の形態では、被測定物２０の各測定部位について、透過光に関する計測時系列波形Ｅｓａｍ（ｔ）を取得していたのに対し、本実施の形態では、同様の手法により、被測定物２０の各測定部位について、反射光に関する計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）を取得する。
【００５５】
被測定物２０で反射するテラヘルツパルス光には、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示される様々なパターンの反射光が含まれる。図１２（ａ）は、被測定物２０の入射面（検出器１１側の面）でのみ反射する光（内部で１回も反射せずに、多重反射でない反射光）、図１２（ｂ）は、被測定物２０の検出器１１と反対側の面で１回のみ反射する光（内部で１回反射するが、多重反射でない反射光）、図１２（ｃ）は、被測定物２０の内部で３回反射した光（１回多重反射した光）、図１２（ｄ）は、被測定物２０の内部で（２ｋ−１）回反射した光（（ｋ−１）回多重反射した光）をそれぞれ示している。ここで便宜上、ｋを０以上の整数とし、図１２（ｂ）に示した光を０回多重反射した光、図１２（ａ）に示した光を−１回多重反射した光と呼ぶことにする。なお、図１２において、反射回数は、被測定物２０の内部での反射回数を示している。
【００５６】
テラヘルツ時間領域分光法により得られる反射時系列波形ｆ（ｔ）の概念図は図４に示したとおりである。図４で示される測定時系列波形ｆ（ｔ）を、図９（ａ）〜（ｄ）で示される個々の波の足し合わせであると考える。すなわち、平行平板試料２０の表面での反射パルスを表す図９（ａ）の波をａ（ｔ）、裏面での反射パルスを表す図９（ｂ）の波をｂ（ｔ）、１回目の多重反射パルスを表す図９（ｃ）の波をｃ（ｔ）、２回目の多重反射パルスを表す図９（ｄ）の波をｄ（ｔ）とする。これら図９（ａ）〜（ｄ）に示す各波形をフーリエ変換してそれらの絶対値の総和（総和値）をとる。そして、リファレンス光に対してフーリエ変換を行い、その絶対値（基準絶対値）をとる。検出パルス光に関する総和値と基準絶対値の比を算出して平行平板試料のスペクトルを解析する。
【００５７】
第３の実施の形態で採用されている、計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）に基づいて被測定物２０のスペクトルを解析する手法について図１３のフローチャートを参照して詳細に説明する。発生器７と検出器１１との間の光路上に、被測定物２０に代えて、既知の複素屈折率及び既知の厚みを持つ試料を配置する。この試料の反射率はほぼ１００％であることが好ましい。この状態で、計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）を取得する場合と同様に、反射光に関するテラヘルツパルス光の電場強度の基準時系列波形Ｅｒｅｆ’（ｔ）を計測する（ステップＳ１１）。計測結果はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変換され、メモリ２３Ａに記憶される。制御・演算処理部２３はメモリ２３Ａに記憶した基準時系列波形Ｅｒｅｆ’（ｔ）を読み出してフーリエ変換を実行する。さらに、フーリエ変換した結果の絶対値（基準絶対値と呼ぶ）を算出して記憶する（ステップＳ１２）。
【００５８】
発生器７と検出器１１との間の光路上に被測定物２０を配置した状態で、テラヘルツパルス光の電場強度の計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）を計測して記憶する（ステップＳ１３）。計測結果はＡ／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変換され、メモリ２３Ａに記憶される。この計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）は概念図として図４に示すような時系列波形である。制御・演算処理部２３はメモリ２３Ａに記憶した計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）を読み出し、計測時系列波形Ｅｓａｍ’（ｔ）を構成する図９（ａ）〜（ｄ）に示すパルス波形をそれぞれ分離抽出する（ステップＳ１４）。分離抽出したパルス波形に対してフーリエ変換を順次実行してその絶対値を算出し、その総和（式（１０）に対応する総和値）を算出する（ステップＳ１５）。この総和値と基準絶対値との比を取る（ステップＳ１６）。これにより、各パルスをインコヒーレントとして解析することができる。
【００５９】
本発明の効果を確認するために、実際にシリコンウェハを反射測定し解析した。図１４（ａ）にシリコンウェハの反射時系列波形を示す。図１４（ａ）のグラフから、シリコンウェハの測定波形が、２回目の多重反射までのパルスを含んでいることが分かる。この測定波形を、通常の解析手法で解析した結果が図１４（ｂ）のグラフであり、本解析手法を用いて解析した結果が図１４（ｃ）のグラフである。これより、実際の測定においても本解析手法を用いることで、多重反射を含み、かつ干渉パターンのない解析結果を得られるようになることがわかる。
【００６０】
ここで、インコヒーレントな解析処理とは、解析処理後に干渉パターンのないスペクトルを得るような処理である。したがって、インコヒーレントな解析処理は上記実施の形態に限定されない。たとえば、平行平板試料からの時系列検出パルス光をパルス毎に分離し、分離した複数のパルスと参照パルスとに基づいた解析処理を行う処理であればどのような手法でも良い。一例としては、分離した各パルスに対して周波数分析を行い、参照パルスに対して周波数分析を行い、分離した各パルスに対する周波数分析結果と参照パルスに対する周波数分析結果に基づいた解析処理である。
【００６１】
また以上では、分離した各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値の総和（総和値）を算出し、参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出し、総和値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得るようにした。しかし次のような処理でも良い。
（１）分離した各パルスに対してフーリエ変換を行い、各パルスに対するフーリエ変換結果の絶対値を算出する。
（２）参照パルスに対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換結果の絶対値（参照値）を算出する。
（３）分離パルスの絶対値と参照値の比を算出して検出パルス光のスペクトルを得る。この場合、算出される比は複数得られるので、それらの総和を用いても良いし、個々の比を用いても良い。
【００６２】
なお、本発明はテラヘルツパルス光以外の種々のパルスの分光計測に適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、測定結果における各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うことにより、多重反射を含んだ場合においても、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることが可能になる。
また、本発明によれば、テラヘルツ時間領域分光法の光源として用いているパルス光の特徴を活かすことにより、測定結果の各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うので、多重反射したパルスや裏面反射したパルスを含んでいる場合にも、干渉パターンを含まないスペクトルを得ることが可能になる。
さらに、本発明によれば、平行平板試料以外のものに起因する多重反射による測定結果への影響を除去するようにしたので、測定結果の各パルスに対してインコヒーレントな解析処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による透過型テラヘルツ分光計測装置を示す概略構成図
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における平行平板試料の透過パルスを説明する図。
【図３】図３は透過時系列波形の概念図
【図４】図４は反射時系列波形の概念図
【図５】図５は、干渉パターンを含む透過率もしくは反射率の解析結果を示す図
【図６】図６（ａ）は屈折率の異なる界面での透過と反射を説明する図
図６（ｂ）は各多重反射回数における透過光と反射光を説明する図
【図７】図７は、コヒーレントとインコヒーレントな場合における、無限回の多重反射を含んだ透過光の複素振幅の計算結果を示す図
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、透過時系列波形をインコヒーレントとして取り扱う場合の分離した波形の概念図
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、反射時系列波形をインコヒーレントとして取り扱う場合の分離した波形の概念図
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態による透過型テラヘルツ分光計測装置の制御・演算処理部の動作を示す概略フローチャート
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態による反射型テラヘルツ分光計測装置を示す概略構成図
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態における平行平板試料の反射パルスを説明する図。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態による反射型テラヘルツ分光計測装置の制御・演算処理部の動作を示す概略フローチャート
【図１４】図１４（ａ）は、実際に測定されたシリコンウェハの反射時系列波形図
図１４（ｂ）は、通常の解析手法により得られるシリコンウェハの解析結果を示す図
図１４（ｃ）は、本解析手法により得られるシリコンウェハの解析結果を示す図
【図１５】図１５（ａ）は、アンテナ基板７，１１による多重反射を全く含まない理想的な透過時系列波形図
図１５（ｂ）は、平行平板試料２０を配設しないで得られた透過時系列波形Ｂ、すなわち基準時系列波形図
図１５（ｃ）は、平行平板試料２０を配設して得られた現実的な透過時系列波形Ｃ、すなわち計測時系列波形図
【符号の説明】
１：フェムト秒パルス光源　　　　７：テラヘルツ光発生器
９：可動鏡　　　　　　　　　　１１：テラヘルツ光検出器
２０：平行平板試料　　　　　　　２３：制御・演算処理部
【図１】
2004101510.tif 000013
【図２】
2004101510.tif 000014
【図３】
2004101510.tif 000015
【図４】
2004101510.tif 000016
【図５】
2004101510.tif 000017
【図６】
2004101510.tif 000018
【図７】
2004101510.tif 000019
【図８】
2004101510.tif 000020
【図９】
2004101510.tif 000021
【図１０】
2004101510.tif 000022
【図１１】
2004101510.tif 000023
【図１２】
2004101510.tif 000024
【図１３】
2004101510.tif 000025
【図１４】
2004101510.tif 000026
【図１５】
2004101510.tif 000027