JP6286863B2 - 光学系、及びテラヘルツ放射顕微鏡 - Google Patents

Description

本技術は、テラヘルツの電磁波を利用したテラヘルツ放射顕微鏡、これに用いられる、光伝導素子及びレンズに関し、また、テラヘルツ放射顕微鏡によりデバイスを観察する工程を含む、そのデバイスの製造方法に関する。

特許文献１に記載の半導体装置の製造システムでは、テラヘルツ電磁波を利用して、非接触で半導体デバイスを検査する方法が用いられている。これらの検査方法は、検査対象である半導体デバイスに、例えば超短パルスレーザー等、励起用のパルスレーザーを照射することにより発生するテラヘルツ電磁波が、その半導体デバイスの内部の電界分布や配線欠陥の影響を受けることを利用し、半導体デバイスの欠陥を検査する。

半導体デバイス内には、無バイアス電圧下においてもＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを構成するｐｎ接合部や金属半導体表面等にビルトイン電界が発生している。従って、これらのようなテラヘルツ電磁波を利用した検査方法は、無バイアス状態、即ち非接触で欠陥の検査を行うことが可能である。

特開２００６−１５６９７８号公報

このようなテラヘルツ電磁波を用いた検査方法では、半導体デバイスから発生するテラヘルツ電磁波を高い精度で検出することが求められる。半導体デバイスから発生するテラヘルツ電磁波が微弱であったり、検出素子への集光効率が低い場合等では、テラヘルツ電磁波の検出精度は低下してしまう。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができるテラヘルツ放射顕微鏡、これに用いられる光学系、及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光学系は、取出部と、楕円形状の反射面とを具備する。
前記取出部は、観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生するテラヘルツ電磁波を取り出す。
前記楕円形状の反射面は、前記観察対象物が配置される第１の焦点と、前記取出部により取り出された前記テラヘルツ電磁波を検出する光伝導素子が配置される第２の焦点とを有し、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ導く。

この光学系では、観察対象物と光学的に結合される取出部により、観察対象物から発生するテラヘルツ電磁波が取り出される。また楕円形状の反射面により、第１の焦点に配置された観察対象物から、第２の焦点に配置された光伝導素子へ、テラヘルツ電磁波が導かれる。これによりテラヘルツ電磁波の取り出し効率、及び光伝導素子への集光効率が向上される。この結果、テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

前記観察対象物は、観察対象となるデバイスであってもよい。
例えばデバイスの欠陥検査等を高い精度で実行することが可能となる。

前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズからなってもよい。この場合、前記楕円形状の反射面は、楕円面鏡であってもよい。
このように取出部として第１の固浸レンズが用いられてもよい。平面形状でなる取出面と、曲面形状でなる出射面とを有することで、効率よくテラヘルツ電磁波を取り出して出射することが可能となる。また楕円面鏡が用いられることで、集光効率も向上される。

前記光学系は、さらに、集光部を具備してもよい。
前記集光部は、前記光伝導素子の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記光伝導素子と光学的に結合されることで、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光させる。
この光学系では、光伝導素子と光学的に結合される集光部が備えられる。この集光部により集光効率が向上され、テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

前記集光部は、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する曲面形状の入射面と、前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の結合面とを有する第２の固浸レンズからなってもよい。
このように集光部として第２の固浸レンズが用いられてもよい。曲面形状でなる入射面と、平面形状でなる結合面とを有することで、効率よくテラヘルツ電磁波を集光させることが可能となる。

前記楕円面鏡には、前記テラヘルツ電磁波を反射させる反射膜材が形成されてもよい。
これによりテラヘルツ電磁波の集光効率を向上させることができる。

前記楕円面鏡は、前記テラヘルツ電磁波を反射させる材料からなってもよい。
これによりテラヘルツ電磁波の集光効率を向上させることができる。また部品点数を少なくすることができる。

前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出してもよい。この場合、前記第１の固浸レンズの取出面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第１の膜材が形成されてもよい。
これによりパルスレーザーが第１の固浸レンズに入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。この結果、観察対象となるデバイスから発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

前記第２の固浸レンズの入射面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第２の膜材が形成されてもよい。
これによりパルスレーザーが第２の固浸レンズ又は光伝導素子に入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。この結果、観察対象となるデバイスから発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

前記第１の固浸レンズの取出面は、前記デバイスから１ｍｍ以下の範囲内に配置されてもよい。
これによりテラヘルツ電磁波を十分に取り出すことができる。

前記第２の固浸レンズの結合面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置されてもよい。
これによりテラヘルツ電磁波を十分に集光させることが可能となる。

前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の第１の面を有する楕円レンズからなってもよい。この場合、前記楕円形状の反射面は、前記楕円レンズが有する楕円形状の第２の面からなってもよい。
このように取出部及び楕円形状の反射面が、楕円レンズにより構成されてもよい。このような構成においても、テラヘルツ電磁波の取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。

前記光学系は、さらに、結合面を具備してもよい。
前記結合面は、前記楕円レンズが有する前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の第３の面からなり、前記第２の面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光するために、前記光伝導素子と光学系に結合される。
これによりテラヘルツ電磁波の集光効率を向上させることができる。

前記第２の面には、前記テラヘルツ電磁波を反射させる反射膜材が形成されてもよい。
これによりテラヘルツ電磁波の集光効率を向上させることができる。

前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出してもよい。この場合、前記第１の面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材が形成されてもよい。
これによりパルスレーザーが楕円レンズに入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。この結果、観察対象となるデバイスから発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

前記第１の面は、前記デバイスから１ｍｍ以下の範囲内に配置されてもよい。この場合、前記第３の面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置されてもよい。
これによりテラヘルツ電磁波を十分に取り出して光伝導素子へ集光させることができる。

前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズを含んでもよい。この場合、前記楕円形状の反射面は、前記第１の固浸レンズが取り付けられる第１の取付部が形成された楕円レンズが有する楕円形状の面からなってもよい。
このように取出部及び楕円形状の反射面が、第１の固浸レンズと楕円レンズとの組み合わせにより構成されてもよい。このような構成においても、テラヘルツ電磁波の取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。

前記光学系は、さらに、第２の固浸レンズを具備してもよい。
前記第２の固浸レンズは、前記楕円形状の面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の結合面とを有し、前記楕円レンズに形成された第２の取付部に取り付けられる。
このように光伝導素子と光学的に結合される第２の固浸レンズがさらに用いられてもよい。第２の固浸レンズは楕円レンズに形成された第２の取付部に取り付けられえる。これによりテラヘルツ電磁波の集光効率を向上させることができる。

前記第１の固浸レンズは、前記デバイスの屈折率と略等しい第１の屈折率を有してもよい。この場合、前記第２の固浸レンズは、前記光伝導素子の屈折率と略等しい第２の屈折率を有してもよい。
このように第１及び第２のレンズの各屈折率を適宜設定することで、テラヘルツ電磁波の取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となる。

本技術の一形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡は、光源と、光伝導素子と、取出部と、楕円形状の反射面とを具備する。
前記光源は、パルスレーザーを発生する。
前記光伝導素子は、観察対象物に前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する。
前記取出部は、前記観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出す。
前記楕円形状の反射面は、前記観察対象物が配置される第１の焦点と、前記光伝導素子が配置される第２の焦点とを有し、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ導く。

前記光源は、前記観察対象物に前記パルスレーザーを照射することにより、10¹⁰(Hz)以上10¹⁴(Hz)以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させてもよい。

前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生してもよい。

本技術の一形態に係るデバイスの製造方法は、テラヘルツ放射顕微鏡を利用してデバイスの欠陥を検査する工程を含むデバイスの製造方法であって、光源によりパルスレーザーを発生させることを含む。
前記デバイスの屈折率と略等しい屈折率を有する取出部が、前記デバイスと光学的に結合されることで、前記デバイスから発生する前記テラヘルツ電磁波が取り出される。
第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円形状の反射面により、前記第１の焦点に配置された前記デバイスから前記第２の焦点に配置された光伝導素子へ、前記取り出されたテラヘルツ電磁波が導かれる。
前記光伝導素子により前記テラヘルツ電磁波が検出される。

以上のように、本技術によれば、ラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。

第１の実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡の構成を概略的に示す図である。 本実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。 図２に示す第１の固浸レンズを拡大して示す図である。 図２に示す第２の固浸レンズを拡大して示す図である。 テラヘルツ放射顕微鏡の動作例を示すフローチャートである。 テラヘルツ波の電界強度の時間波形の一例を模式的に示すグラフである。 電界強度の２次元マップの一例を示す図である。 対象デバイスから発生するテラヘルツ波Ｔの進路を模式的に示す図である。 本技術に係るテラヘルツ放射顕微鏡を用いて検出された時間波形と、従来の構成を有する装置により検出された時間波形とを示すグラフである。 第２の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。 第２の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。 第３の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。 その他の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
［テラヘルツ放射顕微鏡の構成］
図１は、本技術の第１の実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡の構成を概略的に示す図である。テラヘルツ放射顕微鏡１００は、励起光源１と、ハーフミラー２と、第１の照射光学系１０と、第２の照射光学系２０と、導光光学系３０と、光伝導素子６０と、ステージ７０とを有する。

励起光源１は、ステージ７０上に配置された観察対象、ここでは検査対象となるデバイス（以下、対象デバイスＳという。）を励起する励起用のパルスレーザーを発生する光源である。励起光源１は、パルスレーザーとして、例えば、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有する、超短パルスレーザーが用いられる。

ハーフミラー２は、励起光源１から発生したパルスレーザーＬ１の一部を反射させてその反射光を第１の照射光学系１０に導く。また、ハーフミラー２を透過したパルスレーザーは、第２の照射光学系２０に入射する。

第１の照射光学系１０は、強度変調器１１と、ハーフミラー１２と、撮像部１３と、集光レンズ１４とを有する。これらの具体的な構成は限定されない。例えば強度変調器１１としては光チョッパー等が用いられ、撮像部１３としてはＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等が用いられる。ハーフミラー２によって反射されたパルスレーザーＬ１は、強度変調器１１を通過し、ハーフミラー１２により反射されて集光レンズ１４に入射する。集光レンズ１４は、そのパルスレーザーＬ１を、ステージ７０上の対象デバイスＳに導く。

対象デバイスＳにパルスレーザーＬ１が照射されると、対象デバイスＳから、例えば10¹⁰(Hz)以上10¹⁴(Hz)以下の周波数を有するテラヘルツ波Ｔが発生する。具体的には、対象デバイスＳにパルスレーザーが入射すると、対象デバイスＳの内部で自由電子が発生し、その自由電子が対象デバイスＳの内部電界で加速されることにより過渡電流が生じる。この過渡電流が双極子放射を起こすことにより、テラヘルツ電磁波（以下、テラヘルツ波Ｔと記載する）が放射される。なお上記した波長の範囲に限定されるわけではない。

対象デバイスＳは、典型的には、主に半導体材料を用いた半導体デバイスであり、例えば半導体レーザーや発光ダイオード等の発光デバイスである。本実施形態では、基板１５上に半導体デバイス１６が配置された状態で、テラヘルツ波Ｔの検出が行われる。従って、基板１５及び半導体デバイス１６の全体が、対象デバイスＳとなる。図１に示すように、ステージ７０により基板１５が保持される。この状態でステージ７０が移動することにより、対象デバイスＳが所望の検査位置に移動可能となっている。

ハーフミラー１２を透過した光は、撮像部１３に導かれ、パルスレーザーＬ１が所望の位置に照射されているかを確認することが可能となっている。本実施形態では、基板１５上に配置された複数の半導体デバイス１６に、パルスレーザーＬ１が照射される。この際、所望の半導体デバイス１６にパルスレーザーＬ１が照射されているか確認可能である。

第２の光学系２０は、２つの反射ミラー２１、２２と、光学遅延路２３と、集光レンズ２４とを有する。第２の光学系２０に入射したパルスレーザーは、反射ミラー２１により反射されて、光学遅延路２３に入射する。光学遅延路２３は、光伝導素子６０によりテラヘルツ波Ｔを任意のタイミングで検出するためのサンプリングパルスレーザーＬ２を生成する。光学遅延路２３により生成されたサンプリングパルスレーザーＬ２は、反射ミラー２２及び集光レンズ２４を介して、光伝導素子６０に入射する。

典型的には、光学遅延路２３は、図示しないミラーを移動させる移動機構等を用いて、一定間隔のパルスレーザーの光路長を可変に制御する。本実施形態では、１軸ステージ及びリトロリフレクター等が用いられ、１軸ステージが動かされることで光路長が制御される。レーザーパルスの、光伝導素子６０への到達時刻もその光路長に応じて変わるので、その結果、光学遅延路２３は、所定のタイミングでサンプリングパルスレーザーＬ２を出力することが可能となる。サンプリングレーザＬ２の出力タイミングが制御されることで、テラヘルツ波Ｔの検出タイミングが制御される。この結果、テラヘルツ波Ｔの電界強度の時間波形を取得することが可能となる。

導光光学系３０は、対象デバイスＳから発生したテラヘルツ波Ｔを光伝導素子３０へ導く光学系である。詳しくは後述する。

光伝導素子６０は、光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photoconductive Antenna）とも呼ばれ、テラヘルツ波Ｔを検出することが可能な構造を有する。その構造は公知のものでもよい。例えば基材となる基板６１と、基板６１上に形成された電極６２とを含む（図４参照）。これら電極６２は、電極６２間に微小な間隙が設けられるように離間して配置され、アンテナを形成するように配置されている。また、基板６１上には、図示しない光伝導膜が形成され、光伝導膜に励起光が照射されると光キャリアが発生する。基板６１は、典型的にはGaAs系の半導体材料でなるが、この材料に限られない。この基板６１の、電極６２が形成されている面６３に、上述のサンプリングパルスレーザーＬ２が入射し、その面６３とは異なる面、本実施形態ではその反対側である入射面６４に、対象デバイスＳからのテラヘルツ波Ｔが入射する。

対象デバイスＳで発生したテラヘルツ波Ｔの振幅に応じて、電極６２間に流れる電流（またはその電極６２間の電圧）が変化する。テラヘルツ放射顕微鏡１００は、テラヘルツ波Ｔが基板６１上の電極６２間に入射している時に、サンプリングパルスレーザーＬ２が光伝導素子６０に入射されるタイミングで電極５１間の電流（または電圧）を測定する。これにより、テラヘルツ放射顕微鏡１００は、そのタイミングごとのテラヘルツ波Ｔの振幅値を、波形として得ることができる。

また図１に示すように、テラヘルツ放射顕微鏡１００は、制御部８０、ステージコントローラ８１、光学遅延軸ステージコントローラ８２、プリアンプ８３、及びロックインアンプ８４を有する。ステージコントローラ８１は、ステージ７０の移動を制御する。光学遅延軸ステージコントローラ８２は、光路長を遅延させるための１軸ステージの移動を制御する。プリアンプ８３は、光伝導素子６０にて得られた電流を増幅させる。ロックインアンプ８４は、強度変調器１１で得られる変調周波数でロックイン検出するために用いられる。強度変調器１１、撮像部１３、ステージコントローラ８１、光学遅延軸ステージコントローラ８２、プリアンプ８３、及びロックインアンプ８４は、制御部８０により制御される。制御部８０は、例えばＰＣ等により構成されてもよいし、ＣＰＵやＲＯＭ等からなる制御ブロックにより構成されてもよい。

［導光光学系の構成］
図２は、本実施形態に係る導光光学系３０の構成を概略的に示す図である。図３は、図２に示す第１の固浸レンズ３１を拡大して示す図である。図４は、図２に示す第２の固浸レンズ３２を拡大して示す図である。導光光学系３０は、第１の固浸レンズ３１と、第２の固浸レンズ３２と、これらを囲むように配置される楕円面鏡３３とを有する。

第１の固浸レンズ３１は、本実施形態において、観察対象である対象デバイスＳの屈折率と略等しい屈折率を有し、対象デバイスＳと光学的に結合されることで、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔを取り出す取出部として機能する。

ここでいう屈折率は、テラヘルツ電磁波帯における屈折率を意味する。また対象デバイスＳの屈折率と略等しい屈折率とは、テラヘルツ波Ｔを取り出す部分の屈折率と略等しい屈折率を意味する。図２に示すように、本実施形態では、半導体デバイス１６の表面１７側からパルスレーザーＬ１が照射され、基板１５の背面１８側からテラヘルツ波Ｔが取り出される。従ってテラヘルツ波Ｔを取り出す部分は、基板１５の背面１８となり、対象デバイスＳの屈折率と略等しい屈折率は、基板１５の屈折率と略等しい屈折率となる。

また対象デバイスＳと光学的に連結されるとは、対象デバイスＳと近接場結合される、又は対象デバイスＳと当接されることを意味する。すなわち、対象デバイスＳと近接することで、近接場光（エバネッセント光）として、テラヘルツ波Ｔを取り出すことが可能な状態を意味する。又は、対象デバイスＳと当接することで、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔをそのまま取り出すことが可能な状態であることを意味する。この２つの状態を含む概念として、本説明では、光学的に連結する、という言葉を用いる。

第１の固浸レンズ３１は、対象デバイスＳに近接又は当接される平面形状の取出面３４と、取出されたテラヘルツ波Ｔを出射する曲面形状の出射面３５とを有する。第１の固浸レンズ３１の材料は限定されず、例えばSi、Ge等の半導体やAl₂O₃、SiO₂等の誘電体が用いられる。テラヘルツ電磁波帯の屈折率が基板１５の屈折率と略等しくなるように、適宜材料が選択されてよい。

第１の固浸レンズ３１の形状も限定されず適宜設計されてよい。対象デバイスＳとなる半導体デバイス１６及び基板１５の大きさや厚み、以下に説明する楕円面鏡３３の大きさや曲率、又は光伝導素子６０までの距離等をもとに、適宜設計されてよい。曲面形状の出射面３５に関しても、半球形状を有する形態に限られず、半球の一部の形状、非球面形状、フレネルレンズ等の形状を有していてもよい。本実施形態では、平面形状でなる取出面３４と、曲面形状でなる出射面３５とを有することで、効率よくテラヘルツ波Ｔを取り出して出射することが可能となっている。

本実施形態では、第１の固浸レンズ３１の取出面３４が、基板１５の背面１８から１ｍｍ以下の範囲内に配置される。これによりテラヘルツ波Ｔを十分に取り出すことが可能となる。この数値は、テラヘルツ電磁波帯の波長をもとに考案された数値である。しかしながら取出面３４の位置が、この範囲内に配置される場合に限定されるわけではない。テラヘルツ波Ｔを取り出すことが可能な範囲で適宜設定されてよい。

図３に示すように、第１の固浸レンズ３１の取出面３４には、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる第１の膜材３６が形成される。これによりパルスレーザーＬ１が第１の固浸レンズ３１に入射して、第１の固浸レンズ３１からテラヘルツ波Ｔが発生してしまうことを防止することができる。この結果、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。

第１の膜材３６の材料としては、例えばSiO2、SiN等の誘電体膜、Si、GaAs等の半導体膜、Al、Cuなどの金属膜等が用いられる。第１の膜材３６は、単層膜として形成されてもよいし、多層膜として形成されてもよい。

第１の膜材３６の形成方法としては、例えば蒸着、スパッタリング等の成膜プロセスが用いられる。例えば設計者は、反射させたいパルスレーザーの波長及び所望の反射率に基づいて、光学多層薄膜のシミュレーションを行い、第１の膜材３６の膜厚、膜数及び材質を設計する。第１の膜材３６でのパルスレーザーＬ１によるテラヘルツ波Ｔの発生を回避するためには、全ての材料を誘電体とすることが理想的ではあるが、そこでのテラヘルツ波Ｔの発生量が少なければ良いので、必ずしも誘電体には限られない。すなわち、本来検出したい、対象デバイスＳからのテラヘルツ波Ｔを問題なく検出できる程度に、光伝導素子６０で検出される信号のS/N比を得られていればよい。

図２に示すように楕円面鏡３３は、基板１５の背面１８側に配置される第１の開口３７と、第１及び第２の固浸レンズ３１及び３２の周囲を囲む反射面部３８と、光伝導素子６０の入射面６４側に配置される第２の開口３９を有する。反射面部３８は、２つの点を焦点とする楕円形状に設計されている。本実施形態では、２つの焦点のうちの第１の焦点４１に対象デバイスＳが配置される。一方の第２の焦点４２には、光伝導素子６０が配置される。これにより第１の焦点４１に配置された対象デバイスＳから、第２の焦点４２に配置された光伝導素子６０へ、テラヘルツ波Ｔを効率よく導くことが可能となる。

本実施形態では、半導体デバイス１６と基板１５とが接する点であり、パルスレーザーＬ１の入射方向から見た半導体デバイス１６の略中央の点が、第１の焦点４１に配置される。また光伝導素子６０の、電極６２が形成されている面６３側が第２の焦点４２に配置される。これにより対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔを高精度に検出可能となっている。なお、第１及び第２の焦点４１及び４２に合わせられる点は調整されてよい。すなわち対象デバイスＳ及び光伝導素子６０の他の点（他の部分）が第１及び第２の焦点４１及び４２に合わせられてもよい。

楕円面鏡３３は、本実施形態において、対象デバイスＳが配置される第１の焦点４１と、第１の固浸レンズ３１により取り出されたテラヘルツ波Ｔを検出する光伝導素子６０が配置される第２の焦点４２とを有し、取り出されたテラヘルツ波Ｔを光伝導素子６０へ導く、楕円形状の反射面として機能する。

また本実施形態では、楕円面鏡３３の反射面部３８には、テラヘルツ波Ｔを反射させる反射膜材４３が形成される。これによりテラヘルツ波Ｔの集光効率を向上させることができる。反射膜材４３の材料は限定されず、任意のものが用いられてよい。またその形成方法も限定されない。例えば任意の母材が機械加工や成型により形成され、その反射面部４３にテラヘルツ波Ｔを反射する材料がコーティングされる。反射面部３８の一部に反射膜材４３が形成されてもよい。

反射膜材４３の形成にかえて、楕円面鏡３３自体が、例えばアルミニウム等のテラヘルツ波Ｔを反射させる材料により、切削加工等で形成されてもよい。これによってもテラヘルツ波Ｔの集光効率を向上させることが可能となる。また部品点数を少なくすることが可能となり小型化やコスト削減等を図ることができる。

反射膜材４３が用いられない方が、反射ロスが少なくなり、検出精度を向上させることができる。一方で、反射膜材４３が用いられる場合、光学的な設計の制約が緩和され、装置の小型化等に有利である。

第２の固浸レンズ３２は、本実施形態において、光伝導素子６０の屈折率と略等しい屈折率を有し、光伝導素子６０と光学的に結合されることで、楕円面鏡３３により導かれたテラヘルツ波Ｔを光伝導素子６０へ集光させる集光部として機能する。

図４に示すように、第２の固浸レンズ３２は、楕円面鏡３３により導かれたテラヘルツ波Ｔが入射する曲面形状の入射面４５と、光伝導素子６０に近接又は当接される平面形状の結合面４６とを有する。第２の固浸レンズ３２の材料は限定されず、例えばSi、Ge等の半導体やAl₂O₃、SiO₂等の誘電体が用いられる。テラヘルツ電磁波帯の屈折率が光伝導素子６０（基板６１）の屈折率と略等しくなるように、適宜材料が選択されてよい。

第２の固浸レンズ３２の形状も限定されず適宜設計されてよい。例えば曲面形状の入射面４５は、半球形状を有する形態に限られず、半球の一部の形状、非球面形状、フレネルレンズ等の形状を有していてもよい。本実施形態では、曲面形状でなり入射面４５と、平面形状でなる結合面４６とを有することで、効率よくテラヘルツ波Ｔを集光することが可能となる。

本実施形態では、第２の固浸レンズ３２の結合面４６が、光伝導素子６０の基板６１の入射面６４から１ｍｍ以下の範囲内に配置される。これによりテラヘルツ波Ｔを十分に集光させることが可能となる。結合面４６の位置が、この範囲内に配置される場合に限定されるわけではない。

図４に示すように、第２の固浸レンズの入射面４５には、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる第２の膜材４７が形成される。これによりパルスレーザーＬ１が第２の固浸レンズ３２又は光伝導素子６０に入射して、これらからテラヘルツ波Ｔが発生してしまうことを防止することができる。この結果、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。

第２の膜材４７の材料としては、例えばSiO2、SiN等の誘電体膜、Si、GaAs等の半導体膜、Al、Cuなどの金属膜等が用いられる。第２の膜材４７は、単層膜として形成されてもよいし、多層膜として形成されてもよい。また第２の膜材４７の形成方法としては、第１の膜材３６の形成方法と同様に、例えばシミュレーション等が行われることで形成される。他の方法が用いられてもよい。

［テラヘルツ放射顕微鏡の動作］
図５は、テラヘルツ放射顕微鏡１００の動作例を示すフローチャートである。対象デバイスＳの基板１５がステージ７０に固定される（ステップ１０１）。本実施形態では、基板１５上に検査対象の半導体デバイス１６の標準となる試料が配置されている。その標準試料がパルスレーザーＬ１の照射ポイントに配置される位置（標準試料位置）に、ステージ７０が移動される（ステップ１０２）。標準試料にパルスレーザーＬ１が照射される（ステップ１０３）。その状態で光学遅延路２３の１軸ステージが動かされる。これにより光伝導素子６０の検出タイミングが変更されながら電界強度が取得され、時間波形が構築される（ステップ１０４、１０５）。

図６は、時間波形の一例を模式的に示すグラフである。例えば標準試料の時間波形として、図６の上側に示すような時間波形Ａが取得される。これは正常なデバイスの時間波形に相当する。内部に欠陥がある欠陥デバイスでは、図６の下側に示すような電荷強度が低い時間波形Ｂが得られる。あるいは、時間波形Ａよりも電界強度が異常に高い時間波形が得られる場合もある。いずれにせよ、欠陥デバイスの場合は、正常デバイスの時間波形Ａと異なる時間波形が取得されることがわかっている。

得られた時間波形Ａから、電界強度がピークとなる位置Ｔｐに、光学遅延路２３の１軸ステージが移動されて固定される（ステップ１０６）。この状態で、ステージ７０が移動され、基板１５上に配置されている半導体デバイス１６にパルスレーザーＬ１が順番に照射される（ステップ１０７）。本実施形態では、基板１５上に複数の半導体デバイス１６が配置される。例えば縦及び横にそれぞれｎ個ずつ並べられたｎ×ｎ個の半導体デバイス１６が配置される。各半導体デバイス１６には、位置座標が設定される。例えば左下の半導体デバイス１６の座標が（０，０）と設定され、それを基準として、各半導体デバイス１６の位置座標が設定される。半導体デバイス１６の数や配置方法、及び座標の設定方法は限定されない。

半導体デバイス１６の位置座標に応じて、テラヘルツ波Ｔの電界強度が連続して取得される。すなわち設定された座標情報と、電界強度の情報とが対応付けられて順次取得される（ステップ１０８）。この時の動作は移動、停止、電界強度取得、移動となる所謂ステップアンドリピート方式でもよい。またステージ７０を移動しながら電界強度を連続的に取得するスキャン方式でもよい。

取得された情報をもとに、時間Ｔｐにおける、半導体デバイス１６の位置座標に応じたテラヘルツ電界強度の２次元マップが構築される（ステップ１０９）。図７は、電界強度の２次元マップ９０の一例を示す図である。例えば横方向へのスキャンが、下から上に段を変えて行われるとする。そして電界強度の値が座標情報と対応付けられて記憶される。図７では、取得された電界強度の値に応じて、位置座標に対応するマス目９１に色が付されている。例えば電界強度が小さいほど、濃い色が付される。このような２次元マップ９０を作成することで、電界強度が小さい欠陥デバイスの位置座標（例えばマス目９１ａの座標（ｘ４，ｙ２））を取得することができる。

なお、欠陥モードによっては、欠陥デバイスのテラヘルツ電界強度は正常よりも強まることもある。いずれにせよ、正常デバイスのテラヘルツ電界強度から閾値を決定し、電界強度が過小、または過大となるテラヘルツ電界強度の位置座標を取得し、欠陥デバイスと判定すればよい。

以上、本実施形態に係る導光光学系３０では、観察対象であるデバイスＳと光学的に結合される第１の固浸レンズ３１により、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔが取り出される。また楕円面鏡３３により、第１の焦点４１に配置された対象デバイスＳから、第２の焦点４２に配置された光伝導素子６０へ、テラヘルツ波Ｔが導かれる。これによりテラヘルツ波Ｔの取り出し効率、及び光伝導素子６０への集光効率が向上される。この結果、テラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。

テラヘルツ波Ｔを検出して欠陥検査等を行う場合には、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔを高い精度で検出することが求められる。しかしながら対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔが非常に微弱であり、精度よく検出することが難しい場合も多い。

図８は、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔの進路を模式的に示す図である。例えば対象デバイスＳが、半導体レーザーあるいは発光ダイオード等の、発光デバイスである場合には、そのデバイスのpn接合の内部電界の方向と同じまたはそれに近くなるように、そのデバイスの厚さ方向が設計されている場合が多い。このため、テラヘルツ波の元となる双極子モーメントの方向がデバイス厚み方向となるため、そこから放射されるテラヘルツ波Ｔのほとんどが基板１５の内部に全反射により閉じ込められてしまう。すなわち図８Ａに示すように、テラヘルツ波Ｔは全方位にわたって発生するが、図８Ｂに示すように、このうち入射角θがブリュースター各θ_Bよりも小さいテラヘルツ波Ｔ１しか外部に放射されない。入射角θがブリュースター各θ_Bよりも大きいテラヘルツ波Ｔ２は閉じ込められてしまう。

またテラヘルツ波Ｔの集光用として放物面鏡が用いられる場合、集光可能な放射角がデバイス法線方向付近に限定されている。以上より、対象デバイスＳで発生したテラヘルツ電磁波成分のうち、光伝導素子まで導光される割合は極めて小さいものとなる。この結果、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度が低下し、S/N比が低くなってしまう。

広い放射角のテラヘルツ波Ｔを集光するために、ウィンストンコーンミラーを用いる方法も考えられる。しかしながら、ウィンストンコーンミラー内で反射された各テラヘルツ電磁波成分は光路差を有しているため、集光位置におけるテラヘルツ電磁波パルスがなまったものとなってしまう。この結果、正常デバイスが欠陥デバイスと誤って判定されてしまうといったことが起こってしまう。

本実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡１００では、第１の固浸レンズ３１が基板１５に近接又は当接されることにより、基板１５内に閉じ込められたテラヘルツ波Ｔを十分に取り出すことが可能となる。すなわち広い放射角のテラヘルツ波を集光することができる。また楕円面鏡３３により、取出したテラヘルツ波Ｔを高効率で、一定の光路長により時間差なく、光伝導素子６０に集光させることができる。これによりテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができ、S/N比を向上させることが可能となる。

またテラヘルツ波Ｔの検出においては、周囲からのテラヘルツ波を同時に検出してしまい、それがノイズの原因となる場合がある。対象デバイスＳに直接パルスレーザーＬ１が照射されるので、対象デバイスＳで反射、散乱、透過などしたパルスレーザーＬ１が、そこで発生したテラヘルツ波Ｔと一緒に導光光学系３０内に入射する場合がある。そして第１及び第２の固浸レンズ３１及び３２や光伝導素子６０にパルスレーザーＬ１が照射されてしまうことも起こり得る。これらの材料として半導体材料が用いられる場合には、光デンバー効果等により、第１及び第２の固浸レンズ３１及び３２自身から、又は光伝導素子６０自身からテラヘルツ波が発生してしまう。このようなテラヘルツ波放射が起こると、測定したい対象からのテラヘルツ波Ｔと分離することが困難となり、結果として更にS/N比が低下してしまう。

この問題に対処するために、テラヘルツ波を反射し、超短パルスレーザーを透過する透明導電膜コーティング基板を、テラヘルツ放射顕微鏡１００の光学系内に配置することも考えらえる。しかしながら、透明導電膜コーティング基板による超短パルスレーザーの反射損失が生じるために、利用可能なレーザー出力が限られている場合には、結局S/N比が低下するという問題がある。

本技術は、このような問題を解決するために、第１の固浸レンズ３１の取出面３４に、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる第１の膜材３６が形成される。また、第２の固浸レンズ３２の入射面４５に、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる第２の膜材４７が形成される。これらの膜材により、不要なテラヘルツ波の発生の原因となるパルスレーザーＬ１が反射される。その結果、本来検出したい、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。

図９は、本技術に係るテラヘルツ放射顕微鏡１００を用いて検出されたテラヘルツ波の時間波形Ａと、従来の構成を有する装置により検出された時間波形Ｂとを示すグラフである。この測定では、超短パルスレーザーはパルス幅100ps、繰り返し周波数80MHz、中心波長800nmのチタンサファイアフェムト秒レーザーが用いられた。また光伝導素子には0.1THzから5THzの周波数に感度を持つボウタイアンテナ型光伝導素子が用いられた。図９に示すように、本技術によりテラヘルツ波の集光効率が大幅に向上することが確認できる。

＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の導光光学系について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した導光光学系３０における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。

図１０及び図１１は、本実施形態に係る導光光学系２３０の構成を概略的に示す図である。上記の実施形態では、第１の固浸レンズ３１により取出部が構成され、楕円面鏡３３により楕円形状の反射面が構成された。また第２の固浸レンズ３２により集光部が構成された。本実施形態では、図１０に示す楕円レンズ２５０により、取出部、楕円形状の反射面、及び集光部が構成される。

楕円レンズ２５０は、対象デバイスＳの背面１８に近接又は当接される平面形状の第１の面２５１と、第１及び第２の焦点２４１及び２４２を有する楕円形状の第２の面２５２を有する。また楕円レンズ２５０は、光伝導素子６０に近接又は当接される平面形状の第３の面２５３を有する。第１の面２５１は、対象デバイスＳと光学的に結合される。第２の面２５２は、テラヘルツ波Ｔを、第１の焦点２４１に配置された対象デバイスＳから第２の焦点２４２に配置された光伝導素子６０へ導く。第３の面２５３は、第２の面２５２により導かれたテラヘルツ波Ｔを光伝導素子６０へ集光するために、光伝導素子６０と光学系に結合される。第３の面２５３は、本実施形態において、結合面として機能する。

楕円レンズ２５０の材料は限定されず、上記した第１の固浸レンズ３１と同様の材料で形成されてよい。楕円レンズ２５０の屈折率は、典型的には、対象デバイスＳの屈折率と略等しくなるように設定される。これによりテラヘルツ波Ｔを十分に取り出すことができる。なお、光伝導素子６０への集光効率を主に向上させるために、楕円レンズ２５０の屈折率が、光伝導素子６０の屈折率と略等しく設定されてもよい。対象デバイスＳの屈折率と光伝導素子６０の屈折率とが略等しい場合には、楕円レンズ２５０の屈折率もその大きさに合わせればよい。これにより、取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となる。

楕円レンズ２５０の第１の面２５１は、対象デバイスＳの背面１８から１ｍｍ以下の範囲に配置される。また第３の面２５３は、光伝導素子６０から１ｍｍ以下の範囲内に配置される。これによりテラヘルツ波Ｔを十分に取り出して光伝導素子６０へ集光させることができる。なおこの範囲に限定されるわけではない。

図１１に示すように、第１の面２５１及び第３の面２５３には、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる膜材２５５がそれぞれ形成される。これによりパルスレーザーＬ１が楕円レンズ２５０に入射して、楕円レンズ２５０や光伝導素子６０からテラヘルツ電磁波が発生してしまうことを防止することができる。この結果、対象デバイスＳから発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。膜材２５５の材料及び形成方法は、上記した第１及び第２の膜材３６及び４７について記載したものと同様でよい。なお、第１及び第３の面２５１及び２５３のいずれか一方に膜材が形成されてもよい。

また図１０及び図１１に示すように、楕円形状の第２の面２５２には、テラヘルツ波Ｔを反射させる反射膜材２５６が形成される。これによりテラヘルツ波Ｔの集光効率を向上させることができる。反射膜材２５６の材料や形成方法は限定されない。

このように取出部及び楕円形状の反射面が、楕円レンズ２５０により構成されてもよい。このような構成においても、テラヘルツ波Ｔの取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。また、導光光学系２３０内に空気が含まれないので、空気の揺らぎや水分による減衰、空気と光学素子界面とによるフレネル反射ロス等を抑えることが可能となる。また部品点数を削減することが可能となり、装置の小型化やコストの削減等を図ることができる。

＜第３の実施形態＞
図１２は、本技術の第３の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。この導光光学系３３０は、第１の固浸レンズ３３１と、楕円レンズ３５０と、第２の固浸レンズ３３２とを有する。第１及び第２の固浸レンズ３３１及び３３２は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

楕円レンズ３５０は、第１の固浸レンズ３３１が取り付けられる第１の取付部３５１と、第２の固浸レンズ３３２が取り付けられる第２の取付部３５２とを有する。第１の取付部３５１は、第１の固浸レンズ３３１の出射面３３５の形状に応じた曲面形状を有する凹部３６１からなる。第２の取付部３５２は、第２の固浸レンズ３３２の入射面３４５の形状に応じた曲面形状を有する凹部２６２からなる。これら凹部に、２つの固浸レンズが取り付けられることで、本実施形態に係る導光光学系３３０が構成される。なお第１及び第２の取付部３５１及び３５２の構成は、上記したものに限定されず、適宜設計されてよい。

第１の固浸レンズ３３１は、第１の屈折率として、対象デバイスＳの基板１５の屈折率と略等しい屈折率を有する。第２の固浸レンズ３３２は、第２の屈折率として、光伝導素子６０の屈折率と略等しい屈折率を有する。楕円レンズ３５０の屈折率は、適宜設定されてよい。例えば第１の屈折率、及び第２の屈折率のいずれか一方と略等しく設定されてもよい。あるいは、第１の屈折率と第２の屈折率との中間の値となる屈折率が設定されてもよい。テラヘルツ波Ｔを効率よく導くことが可能な屈折率が適宜設定されればよい。本実施形態でも、導光光学系３３０内に空気が含まれないので、空気による減衰や反射ロス等を抑えることが可能となる。

このように第１及び第２の固浸レンズ３３１及び３３２と、楕円レンズ３５０とが組み合わされることで、取出部、楕円形状の反射面、及び集光部が構成されてもよい。このような構成においても、テラヘルツ波Ｔの取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。

楕円レンズ３５０の反射面３７０に、テラヘルツ波Ｔを反射させる反射膜材が形成されてもよい。また第１の固浸レンズ３３２の取出面３３４、及び第２の固浸レンズ３３２の入射面３４５に、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる膜材が形成されてもよい。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

図１３は、その他の実施形態に係る導光光学系の構成を概略的に示す図である。この導光光学系４３０は、第１の実施形態に係る導光光学系３０の変形例ともいえる。

第１の実施形態に係る導光光学系３０は、対象デバイスＳの基板１５の背面１８側に第１の固浸レンズ３１が配置され、基板１５の背面１８側からテラヘルツ波Ｔが取り出された。このような構成は、半導体デバイス１６から放射されるテラヘルツ波Ｔが基板１５側に強い場合や、テラヘルツ波Ｔの透過成分を利用する場合に適している。

これに対して、図１３に示すように、対象デバイスＳの半導体デバイス１５側、すなわちパルスレーザーＬ１の入射側に、導光光学系４３０が配置されてもよい。例えば楕円面鏡４３３の一部に孔４７０が形成され、導光光学系２３０内に反射ミラー４７１が配置される。孔４７０を介してパルスレーザーＬ１が導光光学系４３０内に照射され、反射ミラー４７１により反射される。そして第１の固浸レンズ４３１を介して半導体デバイス１６にパルスレーザーＬ１が照射される。このような構成においても、第１及び第２の固浸レンズ４３１及び４３２、反射面鏡４３３を有する導光光学系４３０により、テラヘルツ波Ｔの取り出し効率及び集光効率を向上させることが可能となり、検出精度を向上させることができる。なお、本実施形態においては、第１の固浸レンズ４３１の取出面４３４には、テラヘルツ波Ｔを透過させ、パルスレーザーＬ１を反射させる膜材は不要である。

この実施形態に係る構成は、半導体デバイス１６から放射されるテラヘルツ波Ｔが半導体デバイス１６の表面側に強い場合や、テラヘルツ波Ｔの反射成分を利用する場合に適している。また基板１６の材料によっては、テラヘルツ波Ｔが透過できないものある。このような場合においても、ここで説明した導光光学系４３０が有用である。

上記の実施形態では、楕円面鏡及び楕円レンズにより構成される楕円形状の反射面が、基板の背面から光伝導素子の入射面の間の範囲に配置された。すなわち取出部の取出面から集光部の結合面までの範囲に楕円形状の反射面が配置された。これに限定されず、例えば対象デバイスの前方側（入射側）から光伝導素子の後方側にかけて、より大きな範囲にわたって、楕円形状の反射面が配置されてもよい。

これにより対象デバイスの前方側への放射成分（反射成分）のテラヘルツ波を光伝導素子に集光させることが可能となる。また光伝導素子の後方側に進んだテラヘルツ波を光伝導素子に反射させて集光させることも可能となる。この結果、より多くのテラヘルツ波を光伝導素子に集光させることが可能となり、テラヘルツ波の検出精度を向上させることが可能となる。なお、全面が閉じられた楕円形状の反射面が用いられてもよい。この場合、例えば適宜孔等が形成されて、パルスレーザーの照射やサンプリングパルスレーザーＬ２の照射が行われればよい。

上記では、半導体デバイス等を観察対象とし、その欠陥検査に本技術が用いられた。これに限定されず、他の分野における種々の観察対象物に対しても、本技術は適用可能である。例えばセキュリティ分野において、食品に対する異物混入検査、封筒等の内部検査、建造物内壁の欠陥検査等に、本技術は適用可能である。また材料・生体検査の分野において、上記した半導体デバイスの欠陥検査の他に、生体分子の検査等も行うことができる。医療分野においても、本技術を用いることで、生体サンプル等を観察対象として、癌の検査や種々の診断等を行うことができる。また農業の分野においても、植物の水分モニタリング等が可能である。さらにＩＣカード等の偽造防止検査等にも適用可能である。その他、例えばテラヘルツ電磁波を所定のポイントに集光させて物質の制御をおこなう場合や、テラヘルツ電磁波を用いて通信を行う場合等において、本技術は適用可能である。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生するテラヘルツ電磁波を取り出す取出部と、
前記観察対象物が配置される第１の焦点と、前記取出部により取り出された前記テラヘルツ電磁波を検出する光伝導素子が配置される第２の焦点とを有し、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ導く、楕円形状の反射面と
を具備する光学系。
（２）（１）に記載の光学系であって、
前記観察対象物は、観察対象となるデバイスである
光学系。
（３）（２）に記載の光学系であって、
前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズからなり、
前記楕円形状の反射面は、楕円面鏡である
光学系。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、さらに、
前記光伝導素子の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記光伝導素子と光学的に結合されることで、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光させる集光部を具備する
光学系。
（５）（４）に記載の光学系であって、
前記集光部は、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する曲面形状の入射面と、前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の結合面とを有する第２の固浸レンズからなる
光学系。
（６）（３）から（５）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記楕円面鏡には、前記テラヘルツ電磁波を反射させる反射膜材が形成される
光学系。
（７）（３）から（５）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記楕円面鏡は、前記テラヘルツ電磁波を反射させる材料からなる
光学系。
（８）（３）から（７）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
前記第１の固浸レンズの取出面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第１の膜材が形成される
光学系。
（９）（５）から（８）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記第２の固浸レンズの入射面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第２の膜材が形成される
光学系。
（１０）（３）から（９）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記第１の固浸レンズの取出面は、前記デバイスから１ｍｍ以下の範囲内に配置される
光学系。
（１１）（５）から（１０）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記第２の固浸レンズの結合面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置される
光学系。
（１２）（２）に記載の光学系であって、
前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の第１の面を有する楕円レンズからなり、
前記楕円形状の反射面は、前記楕円レンズが有する楕円形状の第２の面からなる
光学系。
（１３）（１２）に記載の光学系であって、さらに、
前記楕円レンズが有する前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の第３の面からなる、前記第２の面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光するために、前記光伝導素子と光学系に結合される結合面を具備する
光学系。
（１４）（１２）又は（１３）に記載の光学系であって、
前記第２の面には、前記テラヘルツ電磁波を反射させる反射膜材が形成される
光学系。
（１５）（１２）から（１４）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
前記第１の面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材が形成される
光学系。
（１６）（１３）から（１５）のうちいずれか１つに記載の光学系であって、
前記第１の面は、前記デバイスから１ｍｍ以下の範囲内に配置され、
前記第３の面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置される
光学系。
（１７）（２）に記載の光学系であって、
前記取出部は、前記デバイスに近接又は当接される平面形状の取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズを含み、
前記楕円形状の反射面は、前記第１の固浸レンズが取り付けられる第１の取付部が形成された楕円レンズが有する楕円形状の面からなる
光学系。
（１８）（１７）に記載の光学系であって、さらに、
前記楕円形状の面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記光伝導素子に近接又は当接される平面形状の結合面とを有し、前記楕円レンズに形成された第２の取付部に取り付けられる第２の固浸レンズを具備する
光学系。
（１９）（１８）に記載の光学系であって、
前記第１の固浸レンズは、前記デバイスの屈折率と略等しい第１の屈折率を有し
前記第２の固浸レンズは、前記光伝導素子の屈折率と略等しい第２の屈折率を有する
光学系。
（２０）パルスレーザーを発生する光源と、
観察対象物に前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する光伝導素子と、
前記観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出す取出部と、
前記観察対象物が配置される第１の焦点と、前記光伝導素子が配置される第２の焦点とを有し、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ導く、楕円形状の反射面と
を具備するテラヘルツ放射顕微鏡。
（２１）（２０）に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
前記光源は、前記観察対象物に前記パルスレーザーを照射することにより、10¹⁰(Hz)以上10¹⁴(Hz)以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させる
テラヘルツ放射顕微鏡。
（２２）（２０）又は（２１）に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生する
テラヘルツ放射顕微鏡。

Ｌ１…パルレーザー
Ｓ…対象デバイス
１…励起光源
３０、２３０、３３０、４３０…導光光学系
３１、３３１、４３１…第１の固浸レンズ
３２、３３２、４３２…第２の固浸レンズ
３３、４３３…楕円面鏡
３６…第１の膜材
４１、２４１…第１の焦点
４２、２４２…第２の焦点
４３…反射膜材
４７…第２の膜材
６０…光伝導素子
１００…テラヘルツ放射顕微鏡１００
２５０、３５０…楕円レンズ

Claims (22)

1. 長軸方向に沿って互いに対向する第１及び第２の端部と、前記第１の端部よりも内部側に位置する前記第１の端部側の第１の焦点と、前記第２の端部よりも内部側に位置する前記第２の端部側の第２の焦点とを有する、楕円形状の反射面と、
   前記第１の焦点に配置される観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生するテラヘルツ電磁波を取り出して前記楕円形状の反射面に出射する取出部と、
   前記第２の焦点に配置される前記テラヘルツ電磁波を検出する光伝導素子の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記光伝導素子と光学的に結合されることで、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光させる集光部と
   を具備し、
   前記取出部は、前記観察対象物に対して前記第２の端部側から近接又は当接される平面形状の取出面を有し、前記観察対象物にパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
   前記集光部は、前記光伝導素子に対して前記第１の端部側から近接又は当接される平面形状の結合面を有する
   光学系。
2. 請求項１に記載の光学系であって、
   前記第１の端部は、前記観察対象物が配置される前記第１の焦点に向けて形成された第１の孔部を有し、
   前記第２の端部は、前記光伝道素子が配置される前記第２の焦点に向けて形成された第２の孔部を有する
   光学系。
3. 請求項１に記載の光学系であって、
   前記第１及び前記第２の端部の各々は、閉じられている
   光学系。
4. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載の光学系であって、
   前記観察対象物は、観察対象となるデバイスである
   光学系。
5. 請求項４に記載の光学系であって、
   前記取出部は、前記デバイスに対して前記第２の端部側から近接又は当接される平面形状の前記取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズからなり、
   前記楕円形状の反射面は、楕円面鏡である
   光学系。
6. 請求項１から５のうちいずれか１項に記載の光学系であって、
   前記集光部は、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する曲面形状の入射面と、前記光伝導素子に対して前記第１の端部側から近接又は当接される平面形状の前記結合面とを有する第２の固浸レンズからなる
   光学系。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の光学系であって、
   前記楕円形状の反射面には、前記テラヘルツ電磁波を反射させる反射膜材が形成される
   光学系。
8. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の光学系であって、
   前記楕円形状の反射面は、前記テラヘルツ電磁波を反射させる材料からなる
   光学系。
9. 請求項５に記載の光学系であって、
   前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
   前記第１の固浸レンズの取出面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第１の膜材が形成される
   光学系。
10. 請求項６に記載の光学系であって、
    前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
    前記第２の固浸レンズの入射面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる第２の膜材が形成される
    光学系。
11. 請求項５又は９に記載の光学系であって、
    前記第１の固浸レンズの取出面は、前記デバイスから１ｍｍ以下の範囲内に配置される
    光学系。
12. 請求項６又は１０に記載の光学系であって、
    前記第２の固浸レンズの結合面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置される
    光学系。
13. 請求項２に記載の光学系であって、
    前記楕円形状の反射面は、前記第１の端部に前記第１の焦点まで延在する前記第１の孔部が形成され前記第２の端部に前記第２の焦点まで延在する前記第２の孔部が形成された楕円レンズが有する楕円形状の面からなり、
    前記取出部の前記取出面は、前記第１の孔部に配置される前記観察対象物と光学的に結合される、前記第１の孔部の一部からなり、
    前記集光部の結合面は、前記第２の孔部に配置される前記光電導素子と光学的に結合される、前記第２の孔部の一部からなる
    光学系。
14. 請求項１３に記載の光学系であって、
    前記取出部は、前記デバイスにパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
    前記取出面には、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材が形成される
    光学系。
15. 請求項１３又は１４に記載の光学系であって、
    前記取出面は、前記観察対象物から１ｍｍ以下の範囲内に配置され、
    前記結合面は、前記光伝導素子から１ｍｍ以下の範囲内に配置される
    光学系。
16. 請求項２に記載の光学系であって、
    前記取出部は、前記観察対象物に対して前記第２の端部側から近接又は当接される平面形状の前記取出面と、前記取り出されたテラヘルツ電磁波を出射する曲面形状の出射面とを有する第１の固浸レンズを含み、
    前記集光部は、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波が入射する曲面形状の入射面と、前記光伝導素子に対して前記第１の端部側から近接又は当接される平面形状の前記結合面とを有する第２の固浸レンズを含み、
    前記楕円形状の反射面は、前記第１の焦点まで延在する前記第１の孔部に前記第１の固浸レンズが取り付けられる第１の取付部が形成され、前記第２の焦点まで延在する前記第２の孔部に前記第２の固浸レンズが取り付けられる第２の取付部が形成された楕円レンズが有する楕円形状の面からなる
    光学系。
17. 請求項１６に記載の光学系であって、
    前記第１の固浸レンズは、前記観察対象物の屈折率と略等しい第１の屈折率を有し
    前記第２の固浸レンズは、前記光伝導素子の屈折率と略等しい第２の屈折率を有する
    光学系。
18. 請求項１６に記載の光学系であって、
    前記楕円レンズは、前記第１の屈折率又は前期第２の屈折率に略等しい屈折率を有する
    光学系。
19. 請求項１６に記載の光学系であって、
    前記楕円レンズは、前記第１の屈折率及び前記第２の屈折率の略中間の屈折率を有する
    光学系。
20. パルスレーザーを発生する光源と、
    観察対象物に前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する光伝導素子と、
    長軸方向に沿って互いに対向する第１及び第２の端部と、前記第１の端部よりも内部側に位置する前記第１の端部側の第１の焦点と、前記第２の端部よりも内部側に位置する前記第２の端部側の第２の焦点とを有する、楕円形状の反射面と、
    前記第１の焦点に配置される観察対象物の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記観察対象物と光学的に結合されることで、前記観察対象物から発生するテラヘルツ電磁波を取り出して前記楕円形状の反射面に出射する取出部と、
    前記第２の焦点に配置される前記光伝導素子の屈折率と略等しい屈折率を有し、前記光伝導素子と光学的に結合されることで、前記楕円形状の反射面により導かれた前記テラヘルツ電磁波を前記光伝導素子へ集光させる集光部と
    を具備し、
    前記取出部は、前記観察対象物に対して前記第２の端部側から近接又は当接される平面形状の取出面を有し、前記観察対象物にパルスレーザーが照射されることにより発生する前記テラヘルツ電磁波を取り出し、
    前記集光部は、前記光伝導素子に対して前記第１の端部側から近接又は当接される平面形状の結合面を有する
    テラヘルツ放射顕微鏡。
21. 請求項２０に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
    前記光源は、前記観察対象物に前記パルスレーザーを照射することにより、10¹⁰(Hz)以上10¹⁴(Hz)以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させる
    テラヘルツ放射顕微鏡。
22. 請求項２０又は２１に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
    前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生する
    テラヘルツ放射顕微鏡。