WO2016132452A1

WO2016132452A1 - テラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: WO2016132452A1
Application number: PCT/JP2015/054284
Authority: WO
Inventors: 孝典落合; 一雄 ▲高▼橋
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2017-08-17

Abstract

テラヘルツ波計測装置（１００）は、計測対象物（１０）にテラヘルツ波（ＴＨｚ）を照射する照射手段（１１０）と、計測対象物に照射されたテラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段（１３０、１５１）と、計測対象特性の状態が互いに異なる複数の計測対象物にテラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性（１７１）を記憶する記憶手段（１７０）と、第１検出信号の信号特性及び複数の第２検出信号の信号特性に基づいて、計測対象物の計測対象特性を特定する特定手段（１５２）とを備える。

Description

テラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラム

　本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて計測対象物の特性（例えば、計測対象物の膜厚）を計測するテラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラムの技術分野に関する。

　計測対象物の特性を計測するための装置として、テラヘルツ波計測装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、計測対象物の特性を計測する。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、計測対象物に照射される。計測対象物に照射されたテラヘルツ波は、計測対象物からの反射テラヘルツ波又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、計測対象物で反射又は透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波計測装置は、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、計測対象物の特性を計測する。

　テラヘルツ波計測装置が計測可能な特性の一例として、計測対象物の膜厚がある。例えば、特許文献１には、テラヘルツ波計測装置の一例として、計測対象物（例えば、基板上の塗装膜）の膜厚を計測する検査装置が記載されている。

　その他、本願発明に関連する先行技術文献として、非特許文献１がある。

特開２０１２－２２５７１８号公報

Ｔａｋａｓｈｉ　Ｙａｓｕｄａ、Ｔｅｔｓｕｏ　Ｉｗａｔａ、Ｔｓｕｔｏｍｕ　Ａｒａｋｉ、Ｔａｋｅｓｈｉ　Ｙａｓｕｉ、「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｐａｉｎｔ　ｆｉｌｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｆｏｒ　ＴＨｚ　ｐａｉｎｔ　ｍｅｔｅｒｓ　ｂｙ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ」、ＡＰＰＬＩＥＤ　ＯＰＴＩＣＳ，２００７年１０月２０日、Ｖｏｌ．４６、Ｎｏ．３０、ｐ．７５１８－７５２６

　特許文献１に記載された検査装置は、ロックインアンプを用いて計測対象物で反射したテラヘルツ波の検出結果（例えば、時間波形）である検出信号を生成し、当該検出信号中の２つのピークを検出し、当該２つのピークの間の時間差に基づいて膜厚を計測している。このため、検出信号の状態に依存して、膜厚を好適に計測できない可能性があるという技術的問題点が生ずる。例えば、塗装膜が非常に薄い場合には、塗装膜の表面で反射されたテラヘルツ波に対応するピークと塗装膜の裏面で反射されたテラヘルツ波に対応するピークとの間の時間差が非常に小さくなってしまう。このため、検出信号中において当該２つのピークが重なり合ってしまう可能性がある。この場合、２つのピークの時間差を検出することが困難であるがゆえに、２つのピークの時間差に基づいて膜厚を好適に計測できない可能性があるという技術的問題点が生ずる。

　尚、このような技術的問題点は、計測対象物の膜厚を計測する場合に限らず、計測対象物の任意の特性を計測する場合においても同様に生ずる。

　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、計測対象物の特性を好適に計測ことが可能なテラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

　上記課題を解決するテラヘルツ波計測装置は、計測対象物にテラヘルツ波を照射する照射手段と、前記計測対象物に照射された前記テラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段と、計測対象特性の状態が互いに異なる複数の前記計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性を記憶する記憶手段と、前記検出手段が生成した前記第１検出信号の信号特性及び前記記憶手段が記憶している前記複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する特定手段とを備える。

図１は、本実施例のテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。図２は、本実施例の光遅延器の構成を示す上面図である。図３は、テラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ波検出素子の夫々の構成を示す斜視図である。図４は、テラヘルツ波計測装置の動作（特に、計測対象物の膜厚を計測する動作）の全体の流れを示すフローチャートである。図５は、基準波形を取得する際に用いられる実波形信号及び当該実波形信号から得られる基準波形を示すグラフである。図６は、ライブラリ情報の生成動作の流れを示すフローチャートである。図７（ａ）は、計測対象物に照射されたテラヘルツ波の反射態様を示す断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す計測対象物によって反射されたテラヘルツ波の波形を示す実波形信号である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、夫々、膜の実際の物理的な厚さ（つまり、膜厚）と膜の表面と膜の裏面との間の光学的距離との間の関係を示すグラフである。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、夫々、導電率と振幅比の関係を示すグラフである。図１０は、ライブラリ情報を生成するためのシミュレーションで用いられる座標空間内での誘電率、透磁率及び導電率を示すグラフである。シミュレーション空間内のテラヘルツ波ＴＨｚの伝播態様を示すグラフである。実波形信号及びライブラリ波形信号を示すグラフである。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、夫々、ライブラリ波形信号に対応する膜厚と当該ライブラリ信号から算出される相関度との関係を示すグラフである。図１４（ａ）は、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、本実施例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフである。図１５（ａ）は、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフであり、図１５（ｂ）は、本実施例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフである。図１６（ａ）は、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、本実施例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフである。図１７（ａ）は、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフであり、図１７（ｂ）は、本実施例のテラヘルツ波計測装置による膜厚の計測結果を示すグラフである。

　以下、本発明のテラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラムの実施形態について説明を進める。

　＜１＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置は、計測対象物にテラヘルツ波を照射する照射手段と、前記計測対象物に照射された前記テラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段と、計測対象特性の状態が互いに異なる複数の前記計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性を記憶する記憶手段と、前記検出手段が生成した前記第１検出信号の信号特性及び前記記憶手段が記憶している前記複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する特定手段とを備える。

　本実施形態のテラヘルツ波計測装置によれば、照射手段及び検出手段の動作により、計測対象物に照射されたテラヘルツ波が検出される。具体的には、照射手段は、テラヘルツ波を発生させる。照射手段が発生したテラヘルツ波は、計測対象物に照射される。検出手段は、計測対象物によって反射された又は計測対象物を透過したテラヘルツ波を検出する。その結果、検出手段は、検出したテラヘルツ波を示す第１検出信号を生成する。テラヘルツ波計測装置は、第１検出手段を用いて、計測対象物の計測対象特性を計測する（言い換えれば、算出する、推定する又は特定する）。尚、後述するように、計測対象特性は、例えば、計測対象物の膜厚である。

　テラヘルツ波計測装置は、計測対象物の計測対象特性を計測するために、記憶手段と、特定手段とを備える。

　記憶手段は、複数の第２検出信号の信号特性を記憶（言い換えれば、保存又は格納）している。尚、信号特性は、第２検出信号の特徴を直接的に又は間接的に特定することが可能な任意のパラメータ又は指標値である。信号特性として、例えば、第２検出信号の時間波形を特定可能な任意のパラメータ又は指標値（例えば、第２検出信号の信号レベルを示すパラメータ等）が一例としてあげられる。

　各第２検出信号は、計測対象特性が所定状態となる計測対象物にテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される検出信号である。特に、各第２検出信号は、計測対象特性の状態が互いに異なる複数の計測対象物のうちのある一つの計測対象物にテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される検出信号である。このため、記憶手段は、例えば、計測対象特性が第１状態となる計測対象物＃１にテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される第２検出信号＃１の信号特性と、計測対象特性が第１状態とは異なる第２状態となる計測対象物＃２にテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される第２検出信号＃２の信号特性と、計測対象特性が第１状態から第２状態とは異なる第３状態となる計測対象物＃３にテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される第２検出信号＃３の信号特性と、・・・、計測対象特性が第１状態から第ｋ－１（但し、ｋは２以上の整数）状態とは異なる第ｋ状態となる計測対象物＃ｋにテラヘルツ波が照射された場合に検出手段が検出すると想定される第２検出信号＃ｋの信号特性とを記憶している。つまり、記憶手段が記憶している複数の第２検出信号の信号特性は、夫々、互いに異なる複数の計測対象特性の状態に対応している。言い換えれば、記憶手段が記憶している各第２検出信号の信号特性は、ある固有の計測対象特性の状態に対応している。

　特定手段は、照射手段がテラヘルツ波を照射した計測対象物（典型的には、計測対象特性が不明な計測対象物）の計測対象特性を特定する。つまり、特定手段は、照射手段がテラヘルツ波を照射した計測対象物の計測対象特性の状態を特定する。本実施形態では、特定手段は、検出手段が生成した第１検出信号の信号特性及び記憶手段が記憶している複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性の双方に基づいて、計測対象物の計測対象特性を特定する。ここで、上述したように、記憶手段が記憶している各第２検出信号の信号特性は、ある固有の計測対象特性の状態に対応している。従って、第１検出信号の信号特性と一定の相関がある第２検出信号の信号特性が存在する場合には、照射手段がテラヘルツ波を照射した計測対象物の計測対象特性は、第１検出信号の信号特性と一定の相関がある信号特性を有する第２検出信号に対応する計測対象特性の状態となっている可能性が高い。例えば、計測対象特性が膜厚である場合には、照射手段がテラヘルツ波を照射した計測対象物の膜厚は、第１検出信号の信号特性と一定の相関がある信号特性を有する第２検出信号に対応する膜厚である可能性が高い。従って、特定手段は、検出手段が生成した第１検出信号の信号特性及び記憶手段が記憶している複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性の双方に基づいて、計測対象物の計測対象特性を好適に特定することができる。

　特に、本実施形態では、特定手段は、検出手段が検出した第１検出信号の信号特性に加えて、記憶手段が記憶している複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性にも基づいて、計測対象物の計測対象特性を特定する。従って、本実施形態のテラヘルツ波計測装置では、記憶手段が記憶している複数の第２検出信号の信号特性に基づくことなく計測対象特性を計測する比較例のテラヘルツ波計測装置と比較して、第１検出信号の状態に依存して計測対象特性を好適に計測できなくなる可能性が相対的に小さくなる。つまり、本実施形態のテラヘルツ波計測装置では、検出手段が検出した第１検出信号の信号特性のみに基づいて計測対象特性を計測する比較例のテラヘルツ波計測装置と比較して、第１検出信号の状態に依存して計測対象特性を好適に計測できなくなる可能性が相対的に小さくなる。従って、テラヘルツ波計測装置は、計測対象物の計測対象特性を好適に計測することができる。

　更に、本実施形態では、記憶手段が複数の第２検出信号の信号特性を記憶しているがゆえに、特定手段は、計測対象特性を新たに特定する都度、第１検出信号の信号特性と共に用いる第２検出信号の信号特性を新たに算出しなくてよい。具体的には、例えば、特定手段は、計測対象特性を新たに特定する都度、第１検出信号の信号特性と比較するために用いる第２検出信号の信号特性を新たに算出しなくてよい。通常は、精度の高い解析は計算時間を要するためリアルタイム計測には向かない。しかしながら、本実施形態では、計測対象特性を特定する前に、予め精度の高い解析が行われ、第２検出信号が予め記憶される。このため、処理負荷が少なく、高精度なリアルタイム計測が容易となる。従って、本実施形態のテラヘルツ波計測装置では、計測対象特性を新たに特定する都度第１検出信号自身を重回帰分析により解析するテラヘルツ波計測装置（例えば、非特許文献１に記載されたテラヘルツ波計測装置）の処理負荷と比較して、計測対象特性の計測に要する処理負荷が低減され、高精度にリアルタイム計測が容易となる。

　＜２＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、当該テラヘルツ波計測装置が備える又は当該テラヘルツ波計測装置とは独立して設けられる生成装置は、前記計測対象特性が所定状態となる前記計測対象物に実際に照射された前記テラヘルツ波を実際に検出することで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成し、前記記憶手段は、前記生成装置が生成した前記複数の第２検出信号の信号特性を記憶する。

　この態様によれば、特定手段は、生成装置が生成し且つ記憶手段が記憶している複数の第２検出信号の信号特性のうちの少なくとも一つに基づいて、計測対象物の計測対象特性を好適に特定することができる。

　加えて、生成装置は、計測対象物に実際に照射されたテラヘルツ波を実際に検出することで、複数の第２検出信号の信号特性を生成することができる。このため、生成装置は、相対的に信頼性（言い換えれば、精度）が高い複数の第２検出信号の信号特性を生成することができる。

　＜３＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、当該テラヘルツ波計測装置が備える又は当該テラヘルツ波計測装置とは独立して設けられる生成装置は、前記計測対象特性の状態が互いに異なる前記複数の計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合の前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成し、前記記憶手段は、前記生成装置が生成した前記複数の第２検出信号の信号特性を記憶する。

　この態様によれば、特定手段は、生成手段が生成し且つ記憶手段が記憶している複数の第２検出信号の信号特性のうちの少なくとも一つに基づいて、計測対象物の計測対象特性を好適に特定することができる。

　加えて、生成装置は、シミュレーションを用いて、複数の第２検出信号の信号特性を生成することができる。このため、生成装置は、複数の第２検出信号の信号特性を相対的に簡易的に生成することができる。

　＜４＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、当該テラヘルツ波計測装置が備える又は当該テラヘルツ波計測装置とは独立して設けられる生成装置は、（ｉ）前記計測対象特性が所定状態となる前記計測対象物に実際に照射された前記テラヘルツ波を実際に検出することで、前記計測対象物の電磁特性を算出し、（ｉｉ）前記計測対象特性の状態が互いに異なる前記複数の計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合の前記テラヘルツ波の伝搬態様を、当該生成装置が算出した前記電磁特性を用いてシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成する。

　加えて、生成装置は、計測対象物に実際に照射されたテラヘルツ波の実際の検出結果を考慮したシミュレーションを用いて、複数の第２検出信号の信号特性を生成することができる。このため、生成装置は、相対的に信頼性（言い換えれば、精度）が高い複数の第２検出信号の信号特性を相対的に簡易的に生成することができる。

　尚、ここで言う「電磁特性」は、電磁波であるテラヘルツ波の伝搬に影響を与える又は与える可能性がある特性を直接的に若しくは間接的に示すパラメータ又は指標値である。このような電磁特性として、例えば、後述する導電率及び誘電率のうちの少なくとも一方が一例としてあげられる。このような電磁特性として、例えば、後述する透磁率が他の一例としてあげられる。

　＜５＞
　上述の如く生成装置が計測対象物の電磁特性を算出することで複数の第２検出信号を生成するテラヘルツ波計測装置の態様では、前記電磁特性は、前記計測対象物の誘電率及び前記計測対象物の導電率のうちの少なくとも一方を含む。

　この態様によれば、生成装置は、計測対象物の誘電率及び計測対象物の導電率のうちの少なくとも一方を用いて、複数の第２検出信号の信号特性を好適に生成することができる。

　＜６＞
　上述の如く生成装置がテラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで複数の第２検出信号の信号特性を生成するテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記生成装置は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄ）を用いて前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成する。

　この態様によれば、生成装置は、時間領域差分法を用いてテラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、複数の第２検出信号の信号特性を好適に生成することができる。

　＜７＞
　上述の如く生成装置がテラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで複数の第２検出信号の信号特性を生成するテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記生成装置は、（ｉ）当該テラヘルツ波を反射可能な反射物体に前記テラヘルツ波を実際に照射するように前記照射手段を制御し、（ｉｉ）前記反射物体によって反射された前記テラヘルツ波を検出することで、前記発生手段が照射する前記テラヘルツ波の基準波形を特定し、（ｉｉｉ）前記基準波形に基づいて前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションする。

　この態様によれば、生成装置は、発生手段が実際に照射するテラヘルツ波の波形に相当する基準波形を用いてテラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、複数の第２検出信号の信号特性を好適に生成することができる。

　＜８＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記記憶手段は、前記検出手段が前記第１検出信号を生成する前に、前記複数の第２検出信号の信号特性を予め記憶している。

　この態様によれば、特定手段は、計測対象特性を特定する都度、第１検出信号の信号特性と共に用いる第２検出信号の信号特性を算出しなくてよい。従って、本実施形態のテラヘルツ波計測装置では、計測対象特性を特定する都度第１検出信号自身を重回帰分析により解析するテラヘルツ波計測装置の処理負荷と比較して、計測対象特性の計測に要する処理負荷が低減され、高精度なリアルタイム計測が容易となる。

　＜９＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記計測対象特性は、前記計測対象物の膜厚を含む。

　この態様によれば、特定手段は、検出手段が検出した第１検出信号の信号特性及び記憶手段が記憶している複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性の双方に基づいて、計測対象物の膜厚を好適に特定することができる。

　＜１０＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測装置の他の態様では、前記特定手段は、前記第１検出信号の信号特性と前記複数の第２検出信号の夫々の信号特性との間の相関関係に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する。

　この態様によれば、特定手段は、検出手段が検出した第１検出信号の信号特性及び記憶手段が記憶している複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性の双方に基づいて、計測対象物の計測対象特性を好適に特定することができる。

　（テラヘルツ波計測方法の実施形態）
　＜１１＞
　本実施形態のテラヘルツ波計測方法の他の態様では、計測対象物にテラヘルツ波を照射する照射手段と、前記計測対象物に照射された前記テラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段とを備えるテラヘルツ波計測装置を用いて、前記計測対象物の計測対象特性と計測するテラヘルツ波計測方法であって、計測対象特性の状態が互いに異なる複数の前記計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性を、当該複数の第２検出信号の信号特性を記憶する記憶手段から取得する取得工程と、前記検出手段が生成した前記第１検出信号の信号特性及び前記取得工程において取得された前記複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する特定工程とを備える。

　本実施形態のテラヘルツ波計測方法は、上述した本実施形態のテラヘルツ波計測装置が享受することが可能な効果を好適に享受することができる。上述した本実施形態のテラヘルツ波計測装置が採用し得る各態様に対応して、本実施形態のテラヘルツ波計測方法もまた各態様を採用することができる。

　＜１２＞
　（コンピュータプログラムの実施形態）
　本実施形態のコンピュータプログラムの実施形態は、コンピュータに上述した本実施形態のテラヘルツ波計測方法を実行させる。

　本実施形態のコンピュータプログラムは、上述した本実施形態のテラヘルツ波計測装置が享受することが可能な効果を好適に享受することができる。上述した本実施形態のテラヘルツ波計測装置が採用し得る各態様に対応して、本実施形態のコンピュータプログラムもまた各態様を採用することができる。本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な任意の記録媒体に記録されていてもよい。

　本実施形態のテラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラム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、本実施形態のテラヘルツ波計測装置は、照射手段と、検出手段と、記憶手段と、特定手段とを備える。本実施形態のテラヘルツ波計測方法は、取得工程と、特定工程とを備える。本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータに本実施形態のテラヘルツ波計測方法を実行させる。従って、計測対象物の特性を好適に計測ことができる。

　以下、図面を参照しながら、本発明のテラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラムの実施例についての説明を進める。

　（１）テラヘルツ波計測装置１００の構成
　初めに、図１を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００の構成について説明する。図１は、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００の構成を示すブロック図である。

　図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波ＴＨｚを計測対象物１０に照射すると共に、計測対象物１０を透過した又は計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。尚、図１に示す例では、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚを検出している。

　テラヘルツ波ＴＨｚは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０^１２Ｈｚ）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、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、計測対象物１０の特性を計測することができる。

　本実施例では、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの検出結果に基づいて、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの波形（典型的には、時間波形であり、以下同じ）を示す実波形信号を生成する。尚、実波形信号は、上述した「第１検出信号」の一具体例である。その上で、テラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号に基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する。具体的には、計測対象物１０は、基板１１と、当該基板１１上に塗布された少なくとも一つの膜１２とを含む。尚、以下では、説明の便宜上、基板１１上に１つの膜１２が積層されているものとする。テラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号に基づいて、膜１２の厚さ（つまり、膜厚ｄ）を計測する。

　但し、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０の膜厚ｄとして、少なくとも一つの膜１２の厚さに加えて又は代えて、基板１１の厚さを計測してもよい。この場合、計測対象物１０は、膜１２を備えていなくてもよい。或いは、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０の任意の特性を計測してもよい。この場合、計測対象物１０は、基板１１及び膜１２のうちの少なくとも一方を含んでいなくてもよい。

　ここで、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、テラヘルツ波計測装置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。

　図１に示すように、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、「照射手段」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、「検出手段」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、「記憶手段」の一具体例であるメモリ１７０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。

　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、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の光路長差を調整する。ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の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を発生させるタイミング）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。テラヘルツ波計測装置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。

　ここで、図２を参照して、光学遅延機構１２０の構成について説明する。図２は、光学遅延機構１２０の構成を示す平面図及び断面図である。尚、図２に示す光学遅延機構１２０はあくまで一例であり、図２に示す構成とは異なる構成を有する光遅延機構が用いられてもよい。

　図２に示すように、光学遅延機構１２０は、複数の（図２では、４つの）再帰反射鏡１２１（１２１ａから１２１ｄ）と、回転基板１２２とを備えている。

　各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を再帰反射する。つまり、各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を、当該プローブ光ＬＢ２の入射方向と平行な方向に向けて反射する。各再帰反射鏡１２１は、当該各再帰反射鏡１２１に入射してくるプローブ光ＬＢ２を、光学遅延機構１２０の外部（例えば、反射鏡１６３）に向けて反射する。

　複数の再帰反射鏡１２１は、回転基板１２２の回転軸１２２ａを中心とする円周Ｃ上に、等間隔に配置されている。回転基板１２２の回転軸１２２ａは、不図示のモータの回転軸に連結されている。従って、回転基板１２２は、モータの動作により回転可能である。その結果、複数の再帰反射鏡１２１の夫々は、回転基板１２２の回転に伴って、円周Ｃ上を周回する。このような再帰反射鏡１２１の移動により、プローブ光ＬＢ２の光路長が調整される。

　再び図１において、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。

　ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら、ポンプ光ＬＢ１が照射されるテラヘルツ波発生素子１１０及びプローブ光ＬＢ２が照射されるテラヘルツ検出素子１３０について更に詳細に説明する。図３（ａ）は、テラヘルツ波発生素子１１０の構成を示す斜視図である。図３（ａ）は、テラヘルツ波検出素子１３０の構成を示す斜視図である。尚、図３（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０及び図３（ｂ）に示すテラヘルツ波検出素子１３０の構成はあくまで一例である。このため、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す構成とは異なる構成を有する光伝導アンテナ又は光伝導スイッチが、テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の少なくとも一方として用いられてもよい。

　図３（ａ）に示すように、テラヘルツ波発生素子１１０は、基板１１１と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１１２と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１１３とを備えている。

　基板１１１は、例えば、ＧａＡｓ（Ｇａｌｌｉｕｍ　Ａｒｓｅｎｉｄｅ）基板等の半導体基板である。アンテナ１１２及びアンテナ１１３の夫々は、長手方向に延在する形状を有するモノポールアンテナである。アンテナ１１２及びアンテナ１１３は、短手方向に沿って並列するように基板１１１上に配置される。アンテナ１１２とアンテナ１１３との間には、数マイクロメートル程度のギャップ（つまり、間隙）１１４が確保される。従って、アンテナ１１２及びアンテナ１１３全体として、ダイポールアンテナを構成する。

　ギャップ１１４には、アンテナ１１２及びアンテナ１１３を介して、バイアス電圧生成部１４１から出力される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１１４に印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップ１１４に照射されると、テラヘルツ波発生素子１１０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。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０には、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波ＴＨｚが発生する。

　図３（ｂ）に示すように、テラヘルツ波検出素子１３０もまた、テラヘルツ波発生素子１１０と同様の構成を有している。つまり、テラヘルツ波検出素子１３０は、基板１３１と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１３２と、アンテナ（言い換えれば、伝送線路）１３３とを備えている。基板１３１、アンテナ１３２及びアンテナ１３３は、夫々、基板１１１、アンテナ１１２及びアンテナ１１３と同様の構成を有している。

　プローブ光ＬＢ２がギャップ１３４に照射されると、テラヘルツ波検出素子１３０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。プローブ光ＬＢ２がギャップ１３４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、ギャップ１３４には、テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じた信号強度を有する電流信号が発生する。当該電流信号は、アンテナ１３２及びアンテナ１３３を介して、Ｉ－Ｖ変換部１４２に出力される。

　再び図１において、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。ハーフミラー１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚは、計測対象物１０に照射される。計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、計測対象物１０によって反射される。計測対象物１０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。

　その結果、テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波ＴＨｚを検出する。つまり、テラヘルツ波検出素子１３０からは、テラヘルツ波ＴＨｚの強度に応じた信号強度を有する電流信号が出力される。

　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、例えばメモリ等に格納されているコンピュータプログラムを実行することで、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、計測対象物１０の膜厚ｄ（つまり、膜１２の厚さ）を計測する。計測対象物１０の膜厚ｄを計測するために、制御部１５０は、「検出手段」の一具体例であるロックイン検出器１５１と、「特定手段」の一具体例である膜厚計測部１５２とを備えている。更に、制御部１５０が計測対象物１０の膜厚ｄを計測するために、メモリ１７０には、複数のライブラリ波形信号の信号特性（例えば、強度、信号レベル又は電圧値の時間推移）を示すライブラリ情報１７１が格納されている。尚、各ライブラリ波形信号は、上述した「第２検出信号」の一具体例である。

　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１５２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１５２は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示す実波形信号を出力する。

　膜厚計測部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される実波形信号に基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する。尚、膜厚ｄの計測動作については後に詳述するが、ここではその概略を簡単に説明する。まず、膜厚計測部１５２は、実波形信号の信号特性とライブラリ情報１７１が示す複数のライブラリ波形信号の夫々の信号特性との間の相関度Ｒ（言い換えれば、類似度又は近似度）を算出する。膜厚計測部１５２は、算出した相関度Ｒに基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する。

　ここで、ライブラリ情報１７１が信号特性を示す各ライブラリ波形信号は、膜厚ｄが互いに異なる複数の計測対象物１０のうちのある一つの計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合にロックイン検出部１５１が検出するであろうと想定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示す。このため、例えば、メモリ１７０には、膜厚ｄが第１の厚さｄ（１）となる計測対象物１０＃１にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合にロックイン検出部１５１が検出するであろうと想定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示すライブラリ波形信号＃１の信号特性と、膜厚ｄが第１の厚さｄ（１）とは異なる第２の厚さｄ（２）となる計測対象物１０＃２にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合にロックイン検出部１５１が検出するであろうと想定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示すライブラリ波形信号＃２の信号特性と、・・・、膜厚ｄが第１の厚さｄ（１）から第ｋ－１（但し、ｋは２以上の整数）の厚さｄ（ｋ－１）とは異なる第ｋの厚さｄ（ｋ）となる計測対象物１０＃ｋにテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合にロックイン検出部１５１が検出するであろうと想定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示すライブラリ波形信号＃ｋの信号特性とを示すライブラリ情報１７１を格納している。つまり、各ライブラリ波形信号の信号特性は、計測対象物１０の膜厚ｄ並びに基板１１の種類及び膜１２の種類に固有の信号特性となる。

　計測対象物１０の膜厚ｄは、実波形信号の信号特性との間の相関度Ｒが最も大きくなる信号特性を有するライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄである可能性が高い。このため、膜厚計測部１５２は、実波形信号及び複数のライブラリ波形信号（或いは、少なくとも一つのライブラリ波形信号）に基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを計測することができる。

　制御部１５０は更に、ライブラリ生成部１５３を備えている。ライブラリ生成部１５３は、複数のライブラリ波形信号を生成する。ライブラリ生成部１５３が生成した複数のライブラリ波形信号の信号特性は、ライブラリ情報１７１としてメモリ１７０に格納される。このとき、ライブラリ生成部１５３は、ロックイン検出部１５１から出力される実波形信号を用いて、複数のライブラリ波形信号を生成してもよい。或いは、ライブラリ生成部１５３は、ロックイン検出部１５１から出力される実波形信号に加えて又は代えて、シミュレーションを用いて、複数のライブラリ波形信号を生成してもよい。

　但し、制御部１５０（或いは、テラヘルツ波計測装置１００）は、ライブラリ生成部１５３を備えていなくてもよい。テラヘルツ波計測装置１００とは異なる装置がライブラリ生成部１５３を備えていてもよい。この場合、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波計測装置１００とは異なる装置が備えるライブラリ生成部１５３が生成した複数のライブラリ波形信号の信号特性を、ライブラリ情報１７１としてメモリ１７０に格納することが好ましい。

　（２）テラヘルツ計測装置１００の動作
　続いて、図４から図１３を参照しながら、テラヘルツ波計測装置１００の動作（特に、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する動作）について説明する。

　（２－１）テラヘルツ計測装置１００の動作の全体の流れ
　はじめに、図４を参照しながら、テラヘルツ波計測装置１００の動作（特に、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する動作）の全体の流れについて説明する。図４は、テラヘルツ波計測装置１００の動作（特に、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する動作）の全体の流れを示すフローチャートである。

　図４に示すように、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０（つまり、膜厚ｄを計測するためにテラヘルツ波計測装置１００に搭載されている計測対象物１０）に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。

　例えば、ライブラリ生成部１５３は、何らかのライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されているか否かを判定してもよい。何らかのライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていない場合には、ライブラリ生成部１５３は、膜厚の計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていないと判定する。

　或いは、何らかのライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されている場合であっても、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ情報１７１が、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０と同一種類の計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合に検出されるであろうと想定されるライブラリ波形信号の信号特性を格納しているか否かを判定してもよい。膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０と同一種類の計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合に検出されるであろうと想定されるライブラリ波形信号の信号特性をライブラリ情報１７１が格納していない場合には、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていないと判定する。一方で、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０と同一種類の計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射された場合に検出されるであろうと想定されるライブラリ波形信号の信号特性をライブラリ情報１７１が格納している場合には、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていると判定する。

　ステップＳ１１の判定の結果、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていないと判定される場合には（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ライブラリ波形生成部１５３は、ライブラリ情報１７１を新たに生成する。この場合、ライブラリ波形生成部１５３は、まず、既に取得済みの基準波形を用いてライブラリ情報１７１を生成するか否かを判定する（ステップＳ１２）。

　ここで、基準波形は、テラヘルツ波発生素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚの波形を意味する。つまり、基準波形は、計測対象物１０に照射される前のテラヘルツ波ＴＨｚの波形を意味する。ライブラリ生成部１５３は、この基準波形のテラヘルツ波ＴＨｚが計測対象物１０を介してどのように伝搬していくかをシミュレーションすることで、ライブラリ情報１７１を生成する。つまり、ライブラリ生成部１５３は、計測対象物１０の各界面で反射されるテラヘルツ波ＴＨｚや計測対象物１０内で多重反射されるテラヘルツ波ＴＨｚ等を合成するシミュレーションを行うことで、計測対象物１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示すライブラリ波形信号を生成する。

　ステップＳ１２の判定の結果、既に取得済みの基準波形を用いてライブラリ情報１７１を生成しないと判定される場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ライブラリ生成部１５３は、基準波形を新たに取得する。尚、基準波形の取得動作については、図５を参照しながら後に詳述する。

　他方で、ステップＳ１２の判定の結果、既に取得済みの基準波形を用いてライブラリ情報１７１を生成すると判定される場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ライブラリ生成部１５３は、基準波形を新たに取得しなくてもよい。

　その後、ライブラリ生成部１５３は、既に取得済みの又はステップＳ１３で新たに取得された基準波形を用いて、ライブラリ情報１７１を生成する（ステップＳ１４）。尚、ライブラリ情報１７１の生成動作については、図６から図１１を参照しながら後に詳述する。

　他方で、ステップＳ１１の判定の結果、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されていると判定される場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ライブラリ生成部１５３は、ステップＳ１２からステップＳ１４までの動作を行わなくてもよい。

　但し、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対応するライブラリ情報１７１がメモリ１７０に格納されている場合であっても、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ情報１７１を新たに生成してもよい。例えば、テラヘルツ波計測装置１００に生ずる何らかの内的要因又はその他の外的要因に起因して、メモリ１７０に格納されているライブラリ情報１７１を生成した時点での基準波形と現在の基準波形とが一致しない場合がある。この場合には、ライブラリ生成部１５３は、基準波形を新たに取得すると共に新たに取得した基準波形を用いてライブラリ情報１７１を新たに生成してもよい。

　尚、テラヘルツ波計測装置１００とは異なる装置がライブラリ生成部１５３を備えている場合には、テラヘルツ波計測装置１００は、ステップＳ１１からステップＳ１４の動作を行わなくてもよい。この場合、テラヘルツ波計測装置１００とは異なる装置が備えるライブラリ生成部１５３が、ステップＳ１１からステップＳ１４の動作を行うことが好ましい。

　その後、膜厚計測部１５２は、実波形信号を取得する（ステップＳ１５）。具体的には、テラヘルツ波発生素子１１０は、膜厚計測部１５２の制御下で、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０に対して、テラヘルツ波ＴＨｚを照射する。その結果、膜厚計測部１５２は、ロックイン検出部１５１から実波形信号を取得する。

　その後、膜厚計測部１５２は、実波形信号の信号特性とライブラリ情報１７１が示す複数のライブラリ波形信号の夫々の信号特性との間の相関度Ｒを算出する（ステップＳ１６）。例えば、膜厚計測部１５２は、実波形信号の波形及び各ライブラリ波形信号の波形に対してパターンマッチング処理を行うことで、相関度Ｒを算出してもよい。尚、相関度Ｒの算出動作（パターンマッチング動作）については、図１２を参照しながら後に詳述する。

　その後、膜厚計測部１５２は、ステップＳ１６で算出した相関度Ｒに基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを特定（つまり、計測）する（ステップＳ１７）。尚、相関度Ｒに基づく計測対象物１０の膜厚の特定動作については、図１３を参照しながら後に詳述する。

　（２－２）基準波形の取得動作
　続いて、図５を参照しながら、基準波形の取得動作（図４のステップＳ１３）について説明する。図５は、基準波形を取得する際に用いられる実波形信号及び当該実波形信号から得られる基準波形を示すグラフである。

　ライブラリ生成部１５３が基準波形を取得する際には、ライブラリ生成部１５３の制御下で、以下の動作が行われる。

　まず、テラヘルツ波計測装置１００に、金属板等の高反射物体（好ましくは、テラヘルツ波の反射率が１００％又は１００％に近い物体）が搭載される。その後、テラヘルツ波発生素子１１０は、高反射物体に対してテラヘルツ波ＴＨｚを照射する。その結果、ロックイン検出部１５１は、実波形信号を取得する。例えば、図５の上部は、ロックイン検出部１５１が取得した実波形信号の一例を示す。ここで、テラヘルツ波発生素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚが高反射物体で反射される際には、テラヘルツ波ＴＨｚが反転する。このため、図５の上部に示す実波形信号は、テラヘルツ波発生素子１１０が出射したテラヘルツ波ＴＨｚの信号レベルを反転させることで得られる信号に相当する。従って、ライブラリ生成部１５３は、ロックイン検出部１５１が取得した実波形信号の信号レベルを反転させることで、反転信号を取得する。例えば、図５の下部は、ロックイン検出部１５１が取得した実波形信号を反転させることで取得される反転信号の一例を示す。ライブラリ生成部１５３は、反転信号の波形を、基準波形として取得する。

　尚、図５の下部に示すように、ライブラリ生成部１５３は、高反射物体にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで取得される実波形信号のうちテラヘルツ波ＴＨｚのパルスが現れる時間領域内の実波形信号の信号レベルを反転することが好ましい。

　また、ライブラリ生成部１５３は、高反射物体に対してテラヘルツ波ＴＨｚを複数回照射することで夫々取得される複数の実波形信号を取得し、当該複数の実波形信号の信号レベルを反転させることで得られる複数の反転信号を取得し、当該複数の反転信号の信号レベルを平均化することで得られる平均信号の波形を、基準波形として取得してもよい。

　また、ライブラリ生成部１５３は、実波形信号の信号レベルを実波形信号の最大振幅で規格化した後に、当該規格化された実波形信号の信号レベルを反転させてもよい。

　尚、上述した基準波形の取得動作はあくまで一例である。このため、ライブラリ生成部１５３は、上述した方法とは異なる方法を用いて、基準波形を取得してもよい。

　（２－３）ライブラリ情報１７１の生成動作
　続いて、図６を参照しながら、ライブラリ情報１７１の生成動作（図４のステップＳ１４）について説明する。図６は、ライブラリ情報１７１の生成動作の流れを示すフローチャートである。

　図６に示すように、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０が備える膜１２の誘電率ε及び導電率σが算出済みであるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。

　ステップＳ１４０の判定の結果、誘電率ε及び導電率σが算出済みでないと判定される場合には（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０が備える膜１２の誘電率ε及び導電率σを算出する（ステップＳ１４１）。

　具体的には、ライブラリ生成部１５３は、まず、膜１２の群屈折率ｎ_ｇを算出する。尚、群屈折率ｎ_ｇは、様々な波長の光成分を含むテラヘルツ波ＴＨｚに対する膜１２の屈折率を意味する。以下、図７（ａ）及び図７（ｂ）並びに図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しながら、群屈折率ｎ_ｇの２つの算出方法について説明する。図７（ａ）は、計測対象物１０ａに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの反射態様を示す断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す計測対象物１０ａによって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示す実波形信号である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、夫々、膜１２ａの実際の物理的な厚さ（つまり、膜厚）と膜１２ａの表面と膜１２ａの裏面との間の光学的距離ＯＤとの間の関係を示すグラフである。

　第１の算出方法では、膜厚ｄの計測対象となっている計測対象物１０が備える基板１１及び膜１２と夫々同一種類の基板１１ａ及び膜１２ａを有し且つ当該膜１２ａの厚さ（つまり、膜厚ｄ）が既知である計測対象物１０ａが、テラヘルツ波計測装置１００に搭載される。この場合、計測対象物１０ａの膜厚ｄは、後述するピークＰ１とピークＰ２とが時間軸に沿って明確に分離される程度に大きいことが好ましい。テラヘルツ波発生素子１１０は、ライブラリ生成部１５３の制御の下で、計測対象物１０ａに対してテラヘルツ波ＴＨｚを照射する。計測対象物１０ａに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、図７（ａ）に示すように、少なくとも、膜１２ａの表面及び膜１２ａの裏面（つまり、膜１２ａと基板１１ａとの間の界面）によって反射される。その結果、ライブラリ生成部１５３は、図７（ｂ）に示すように、膜１２ａの表面で反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するピークＰ１及び膜１２ａの裏面で反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するピークＰ２を含む実波形信号を取得する。その後、ライブラリ生成部１５３は、ピークＰ１とピークＰ２との間の時間差ΔＰを計測する。その後、ライブラリ生成部１５３は、計測した時間差ΔＰに基づいて、膜１２ａの表面と膜１２ａの裏面との間の光学的距離ＯＤを算出する。その結果、膜１２ａの実際の物理的な厚さ（つまり、膜厚ｄ）と、膜１２ａの表面と膜１２ａの裏面との間の光学的距離ＯＤとの間の関係が判明する。ライブラリ生成部１５３は、以上の動作を、膜厚ｄが互いに異なる複数の計測対象物１０ａを対象として行う。その結果、図８（ａ）に示すように、膜厚ｄと光学的距離ＯＤとの間の関係を示す複数のプロット点が、膜厚ｄと光学的距離ＯＤとの間の関係を示すための座標平面上にプロットされる。その後、図８（ｂ）に示すように、ライブラリ生成部１５３は、複数のプロット点を近似する直線を規定する。群屈折率ｎ_ｇは、光学距離ＯＤ＝群屈折率ｎ_ｇ×膜厚ｄという数式によって特定される。従って、ライブラリ生成部１５３は、図８（ｂ）に示す近似曲線から、群屈折率ｎ_ｇを算出することができる。

　第２の算出方法においても、第１の算出方法と同様に、基板１１ａ及び膜１２ａを有し且つ当該膜１２ａの厚さが既知である計測対象物１０ａが、テラヘルツ計測装置１００に搭載される。更に、ライブラリ生成部１５３は、計測対象物１０ａに対してテラヘルツ波ＴＨｚを照射するようにテラヘルツ波発生素子１１０を制御することで、実波形信号を取得する。更に、ライブラリ生成部１５３は、実波形信号に基づいて、時間差ΔＰを計測する。その後、ライブラリ生成部１５３は、群屈折率ｎ_ｇ＝時間差ΔＰ×光速ｃ／（２×膜厚ｄ）という数式を用いて、群屈折率ｎ_ｇを算出する。第２の算出方法においても、測位誤差を排除するために、ライブラリ生成部１５３は、膜厚ｄが互いに異なる複数の計測対象物１０ａを対象として上述した動作を行うことで複数の群屈折率ｎ_ｇを算出すると共に、当該複数の群屈折率ｎ_ｇの平均値を、膜１２の群屈折率ｎ_ｇとして採用してもよい。

　続いて、ライブラリ生成部１５３は、群屈折率ｎ_ｇを用いて、比誘電率ε_ｒを算出する。具体的には、ライブラリ生成部１５３は、数式１を用いて、比誘電率ε_ｒを算出する。

　その後、ライブラリ生成部１５３は、比誘電率ε_ｒに対して真空中の誘電率ε_０を掛け合わせることで、膜１２の誘電率εを算出する。

　誘電率εの算出と並行して、ライブラリ生成部１５３は、膜１２の導電率σを算出する。以降、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しながら、導電率σの算出方法について説明する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、夫々、導電率σと後述する振幅比Ａ２／Ａ１の関係を示すグラフである。

　具体的には、導電率σが算出される場合にも、誘電率εが算出される場合と同様に、基板１１ａ及び膜１２ａを有し且つ当該膜１２ａの厚さが既知である計測対象物１０ａが、テラヘルツ波計測装置１００に搭載される。更に、ライブラリ生成部１５３は、計測対象物１０ａに対してテラヘルツ波ＴＨｚを照射するようにテラヘルツ波発生素子１１０を制御することで、実波形信号を取得する。その後、ライブラリ生成部１５３は、ピークＰ１の振幅Ａ１及びピークＰ２の振幅Ａ２を算出する。尚、本実施形態では、「ピークＰ１の振幅Ａ１」は、ピークＰ１付近における実波形信号の最大信号レベルと実波形信号の最小信号レベルとの差を意味するものとする。同様に、本実施形態では、「ピークＰ２の振幅Ａ２」は、ピークＰ２付近における実波形信号の最大信号レベルと実波形信号の最小信号レベルとの差を意味するものとする。更に、ライブラリ生成部１５３は、振幅Ａ１と振幅Ａ２との比（以降、“振幅比Ａ２／Ａ１”と称する）を算出する。一方で、ライブラリ生成部１５３は、シミュレーションを用いて、膜１２ａの導電率σを変化させた場合の振幅比Ａ２／Ａ１の変化の態様を特定する。具体的には、ライブラリ生成部１５３は、ある導電率σの膜１２ａを有する計測対象物１０ａに対してテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合に算出されるであろうと想定される振幅比Ａ２／Ａ１を、シミュレーションを用いて算出する。その際、基準波形を利用することで算出精度が向上する。ライブラリ生成部１５３は、導電率σを変化させながらシミュレーションを繰り返す。その結果、図９（ａ）に示すように、導電率σと振幅比Ａ２／Ａ１との間の関係を示す複数のプロット点が、導電率σと振幅比Ａ２／Ａ１との間の関係を示すための座標平面上にプロットされる。その後、図９（ｂ）に示すように、ライブラリ生成部１５３は、複数のプロット点を近似する直線を規定する。例えば、ライブラリ生成部１５３は、複数のプロット点を近似する直線を規定することで、振幅比Ａ２／Ａ１＝Ｋ１×導電率σ＋Ｋ２（但し、Ｋ１及びＫ２の夫々は、定数）という数式を特定する。その後、ライブラリ生成部１５３は、シミュレーションによって得られた振幅比Ａ２／Ａ１＝Ｋ１×導電率σ＋Ｋ２という数式に対して、実波形信号から算出された振幅比Ａ２／Ａ１を代入することで、膜１２ａの実際の導電率σを算出することができる。

　他方で、ステップＳ１４０の判定の結果、誘電率ε及び導電率σが算出済みであると判定される場合には（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、ライブラリ生成部１５３は、誘電率ε及び導電率σを新たに算出しなくてもよい。この場合、ライブラリ生成部１５３は、算出済みの誘電率ε及び導電率σを用いて、以下の動作を行う。

　尚、ライブラリ生成部１５３は、膜１２の誘電率ε及び導電率σを算出することに加えて又は代えて、基板１１の誘電率ε及び導電率σを算出してもよい。基板１１の誘電率ε及び導電率σの算出方法は、膜１２の誘電率ε及び導電率σの算出方法と同一であってもよい。

　再び図６において、その後、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ波形信号の算出対象となる膜厚ｄの初期値を設定する（ステップＳ１４２）。膜厚ｄの初期値の設定の結果、テラヘルツ発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚがテラヘルツ検出素子１３０に到達するまでに伝搬する空間の誘電率ε及び導電率σが決定する。具体的には、図１０に示すライブラリ情報１７１を生成するためのシミュレーションで用いられる座標空間（以下、“シミュレーション空間”と称する）を用いて説明する。図１０は、テラヘルツ波ＴＨｚの伝搬方向がＺ軸方向に一致するシミュレーション空間を示す。このシミュレーション空間内では、Ｚ軸方向の位置（つまり、伝搬位置）によって誘電率ε及び導電率σが変化する。例えば、膜１２が存在する位置の誘電率εは、基板１１が存在する位置の誘電率ε並びに膜１２及び基板１１が存在しない位置の誘電率εとは異なる。例えば、膜１２が存在する位置の導電率σは、基板１１が存在する位置の導電率σ並びに膜１２及び基板１１が存在しない位置の導電率σとは異なる。

　尚、図１０に示すように、Ｚ軸方向の位置（つまり、伝搬位置）によって透磁率μは変化しないものとする。このため、ライブラリ生成部１５３は、固定値である透磁率μを、ライブラリ情報１７１を生成するために参照するべきパラメータとして保有していればよい。但し、Ｚ軸方向の位置によって透磁率μが変化してもよい。

　再び図６において、その後、ライブラリ生成部１５３は、波源を設定する（ステップＳ１４３）。つまり、ライブラリ生成部１５３は、基準波形のテラヘルツ波ＴＨｚの出射位置（つまり、テラヘルツ波発生素子１１０の位置）を、シミュレーション空間内に設定する。尚、ライブラリ生成部１５３は、波源の設定に加えて、基準波形のテラヘルツ波ＴＨｚの到達位置（つまり、テラヘルツ波検出素子１３０の位置）を、シミュレーション空間内に設定してもよい。

　その後、ライブラリ生成部１５３は、基準波形のテラヘルツ波ＴＨｚが波源より出射されてからの経過時間に相当する時刻ｔを、初期値「０」に設定する（ステップＳ１４４）。

　その後、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ波形信号を算出する（ステップＳ１４４）。具体的には、ライブラリ生成部１５３は、ステップＳ１４１で算出した誘電率ε及び導電率σ並びに固定値である透磁率μに基づくシミュレーションを行うことで、ある膜厚ｄの計測対象物１０に対して照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの伝搬態様を算出する。本実施例では、ライブラリ生成部１５３は、シミュレーション方法として、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ）法を用いる。以下、図１１を参照しながら、ＦＤＴＤ法を用いてライブラリ波形信号を算出する動作について説明する。図１１は、シミュレーション空間内のテラヘルツ波ＴＨｚの伝播態様を示すグラフである。

　図１１に示すように、便宜上、ライブラリ生成部１５３は、１次元方向（Ｚ軸方向）に伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚの伝搬態様を算出するものとする。尚、図１１に示すように、シミュレーション空間内では、テラヘルツ波ＴＨｚの電場の振動方向がｙ方向であり、テラヘルツ波ＴＨｚの磁場の振動方向がｘ方向であるものとする。また、時刻ｔでの位置ｚにおけるテラヘルツ波ＴＨｚの電場をＥ_ｙ（ｚ、ｔ）とする。また、時刻ｔでの位置ｚにおけるテラヘルツ波ＴＨｚの磁場をＨ_ｘ（ｚ、ｔ）とする。

　この場合、時刻ｔ＋Δｔ／２における電場Ｅｙ（ｚ、ｔ＋Δｔ）と時刻ｔ－Δｔ／２における電場Ｅ_ｙ（ｚ、ｔ－Δｔ）との関係は、数式２に示す関係となる。同様に、時刻ｔ＋Δｔ／２における磁場Ｈｘ（ｚ、ｔ＋Δｔ）と時刻ｔ－Δｔ／２における磁場Ｈ_ｘ（ｚ、ｔ－Δｔ）との関係は、数式３に示す関係となる。但し、Δｔは、時刻の基準シフト量（刻み幅）を示し、Δｚは、位置の基準シフト量（刻み幅）を示す。

　尚、「ε（ｚ）」は、位置ｚにおける誘電率εを示す。「μ（ｚ）」は、位置ｚにおける透磁率μを示す。「σ（ｚ）」は、位置ｚにおける導電率σを示す。

　数式２及び数式３に示す関係を考慮すれば、ライブラリ生成部１５３は、数式４を用いて電場Ｅ_ｙ（ｚ、ｔ）を算出することができ、且つ、数式５を用いて磁場Ｈ_ｘ（ｚ、ｔ）を算出することができる。特に、ライブラリ生成部１５３は、数式４及び数式５を用いて、シミュレーション空間内でのテラヘルツＴＨｚの到達位置（つまり、テラヘルツ波検出素子１３０の配置位置）ｚ０における電場Ｅ_ｙ（ｚ０、ｔ）及び磁場Ｈ_ｘ（ｚ０、ｔ）を、時刻ｔが最大値ｔｍａｘを超過するまで時刻ｔをインクリメントしながら繰り返し算出する（図６のステップＳ１４５、ステップＳ１４６及びステップＳ１４８）。尚、時刻ｔの最大値ｔｍａｘは、テラヘルツ波発生素子１１０（或いは、波源）から出射したテラヘルツ波ＴＨｚがテラヘルツ波検出素子１３０に到達するまでの時間に相当する。その結果、ライブラリ生成部１５３は、電場Ｅ_ｙ（ｚ０、ｔ）及び磁場Ｈ_ｘ（ｚ０、ｔ）によって特定されるライブラリ波形信号を算出することができる。

　ライブラリ生成部１５３は、上に示したシミュレーションを、膜厚ｄを変えながら、繰り返し行う（ステップＳ１４７及びステップＳ１４９）。その結果、ライブラリ生成部１５３は、夫々が固有の膜厚ｄに対応する複数のライブラリ波形信号を生成することができる。つまり、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ情報１７１を生成することができる。

　尚、上述したライブラリ情報１７１の生成動作はあくまで一例である。このため、ライブラリ生成部１５３は、上述した方法とは異なる方法を用いて、ライブラリ情報１７１を生成してもよい。

　（２－４）相関度Ｒの算出動作（パターンマッチング動作）
　続いて、図１２を参照しながら、実波形信号の信号特性とライブラリ情報１７１が示す複数のライブラリ波形信号の夫々の信号特性との間の相関度Ｒの算出動作（図４のステップＳ１６）について説明する。図１２は、実波形信号及びライブラリ波形信号を示すグラフである。

　図１２に示すように、実波形信号の信号レベルがｕ_ｒ（ｔ）であり、ライブラリ波形信号の信号レベルがｕ_ｌ（ｔ）であるものとする。この場合、ライブラリ生成部１５３は、数式６を用いて相関度Ｒを算出する。但し、実波形信号の信号レベルｕ_ｒ（ｔ）の時間平均値（いわゆる、ＤＣ成分）がＡｖ_ｒであり、ライブラリ波形信号の信号レベルｕ_ｌ（ｔ）の時間平均値がＡｖ_ｌであるものとする。

　尚、実波形信号の波形とライブラリ波形信号の波形とが相似する場合であっても、実波形信号の振幅（典型的には、最大振幅）とライブラリ波形信号の振幅とが大きく異なる場合には、相関度Ｒが相対的に小さくなってしまう可能性がある。このため、振幅のばらつきに起因して相関度Ｒが意図しない値になってしまうことを避けるために、ライブラリ生成部１５３は、実波形信号の信号レベルを実波形信号の最大振幅で規格化し、且つ、ライブラリ波形信号の信号レベルをライブラリ波形信号の最大振幅で規格化してもよい。この場合、上述した数式６では、規格化された実波形信号の信号レベルがｕ_ｒ（ｔ）となり、規格化されたライブラリ波形信号の信号レベルがｕ_ｌ（ｔ）となる。

　更に、ライブラリ生成部１５３は、実波形信号のうちテラヘルツ波ＴＨｚのパルスが現れる時間領域内の実波形信号の信号レベル及びライブラリ波形信号のうちテラヘルツ波ＴＨｚのパルスが現れる時間領域内のライブラリ波形信号の信号レベルを用いて、相関度Ｒを算出してもよい。言い換えれば、ライブラリ生成部１５３は、相関度Ｒを算出する際には、実波形信号のうちテラヘルツ波ＴＨｚのパルスが現れない時間領域内の実波形信号の信号レベル及びライブラリ波形信号のうちテラヘルツ波ＴＨｚのパルスが現れない時間領域内のライブラリ波形信号の信号レベルを用いなくてもよい。

　尚、上述した相関度Ｒの算出動作はあくまで一例である。このため、ライブラリ生成部１５３は、上述した方法とは異なる方法を用いて、相関度Ｒを算出してもよい。

　（２－５）相関度Ｒに基づく計測対象物１０の膜厚ｄの推定動作
　続いて、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を参照しながら、相関度Ｒに基づく計測対象物１０の膜厚ｄの推定動作（図４のステップＳ１７）について説明する。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、夫々、ライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄと当該ライブラリ信号から算出される相関度Ｒとの関係を示すグラフである。

　図１３（ａ）に示すように、ライブラリ生成部１５３は、図４のステップＳ１６で各ライブラリ波形信号に基づいて算出された相関度Ｒを、各ライブラリ波形信号に基づいて算出された相関度Ｒと各ライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄとの間の関係を示す座標平面上にプロットすることができる。その結果、ライブラリ生成部１５３は、相関度Ｒの大小関係を認識することができる。この場合、例えば、ライブラリ生成部１５３は、最も高い相関度Ｒが算出されたライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄが、計測対象物１０の膜厚ｄであると推定する。

　但し、図１３（ｂ）に示すように、ライブラリ生成部１５３は、プロットされた相関度Ｒを近似する曲線を規定し、当該相関度Ｒを近似する曲線の最大値に対応する膜厚ｄが、計測対象物１０の膜厚ｄであると推定してもよい。

　（３）テラヘルツ波計測装置１００の技術的効果
　以上説明したように、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号及び複数のライブラリ波形信号に基づいて、計測対象物１０の膜厚ｄを計測する。より具体的には、テラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号の信号レベルと複数のライブラリ波形信号の夫々の信号レベルとの間の相関度Ｒを算出すると共に、相関度Ｒが最も高くなるライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄを、計測対象物１０の膜厚ｄとして特定する。このため、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００では、ライブラリ波形信号に基づくことなく実波形信号中のピークＰ１とピークＰ２との間の時間差ΔＰに基づいて膜厚ｄを計測する比較例のテラヘルツ波計測装置と比較して、実波形信号の状態に依存して膜厚ｄを好適に計測できなくなる可能性が相対的に小さくなる。従って、テラヘルツ波計測装置１００は、計測対象物１０の膜厚ｄを好適に計測することができる。

　以下、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）、並びに、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）を参照しながら、テラヘルツ波計測装置１００が計測対象物１０の膜厚ｄを好適に計測することができる例について、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚ｄの計測結果と比較しながら説明する。図１４（ａ）から図１７（ａ）は、夫々、比較例のテラヘルツ波計測装置による膜厚ｄの計測結果を示すグラフである。図１４（ｂ）から図１７（ｂ）は、夫々、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００による膜厚ｄの計測結果を示すグラフである。

　図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、夫々、膜厚ｄが相対的に大きい計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される実波形信号を示している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、計測対象物１０の膜厚ｄが相対的に大きい場合には、実波形信号中のピークＰ１とピークＰ２とが時間軸上で明確に分離される。所定の閾値以上となる信号レベルが現れる領域に実波形信号のピークが存在すると判定することが一般的であることを考慮すると、比較例のテラヘルツ波計測装置は、２つのピークＰ１及びＰ２を好適に特定することができる。その結果、比較例のテラヘルツ波計測装置は、膜厚ｄを好適に計測することができる。本実施例のテラヘルツ波計測装置１００もまた、実波形信号とライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出することで、膜厚ｄを好適に計測することができる。

　尚、説明の便宜上、図１４（ｂ）の実波形信号は、図１４（ａ）に示す実波形信号のうちピークＰ１及びＰ２が現れる領域部分の信号を時間軸方向に拡大することで得られる信号となっている。このような図１４（ａ）の実波形信号の時間軸のオーダーと図１４（ｂ）の実波形信号の時間軸のオーダーとの差異は、実波形信号及びライブラリ波形信号の双方を明確に表示するための形式的な差異に過ぎない。以下の、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）、並びに、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）においても同様である。

　図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、夫々、膜厚ｄが相対的に小さい計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される実波形信号を示している。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、計測対象物１０の膜厚ｄが相対的に小さい場合には、実波形信号中のピークＰ１とピークＰ２とが時間軸上で明確に分離されない可能性がある。このため、比較例のテラヘルツ波計測装置は、２つのピークＰ１及びＰ２を好適に特定することができない。その結果、比較例のテラヘルツ波計測装置は、膜厚ｄを好適に計測することができない。しかしながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号の状態に関わらずに実波形信号とライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出することができるがゆえに、膜厚ｄを好適に計測することができる。

　図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、夫々、膜１２の反射率が相対的に小さい計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される実波形信号を示している。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、膜１２の反射率が相対的に小さい場合には、実波形信号中のピーク（図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示す例では、ピークＰ１）の信号レベルが相対的に小さくなる。このため、ピークの信号レベルが閾値未満になってしまう場合には、比較例のテラヘルツ波計測装置は、２つのピークＰ１及びＰ２を好適に特定することができない。その結果、比較例のテラヘルツ波計測装置は、膜厚ｄを好適に計測することができない。しかしながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号の状態に関わらずに実波形信号とライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出することができるがゆえに、膜厚ｄを好適に計測することができる。

　図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、夫々、２つの膜１２を備える計測対象物１０にテラヘルツ波ＴＨｚを照射することで検出される実波形信号を示している。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、計測対象物１０が２つの膜１２を備えている場合には、実波形信号は、第１の膜１２の表面によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するピークＰ１、第１の膜１２の裏面と第２の膜１２の表面との間の界面によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するピークＰ２及び第２の膜１２の裏面と基板１１との間の界面によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに対応するピークＰ３を含む。この場合、計測対象物１０の膜厚ｄが相対的に小さい場合（図１５（ａ）及び図１５（ｂ）参照）と同様に、ピークＰ１とピークＰ２とが時間軸上で明確に分離されない可能性がある。或いは、計測対象物１０の膜厚ｄが相対的に小さい場合（図１５（ａ）及び図１５（ｂ）参照）と同様に、ピークＰ２とピークＰ３とが時間軸上で明確に分離されない可能性がある。このため、比較例のテラヘルツ波計測装置は、３つのピークＰ１からＰ３の全てを好適に特定することができない。その結果、比較例のテラヘルツ波計測装置は、膜厚ｄ（典型的には、第１の膜１２の厚さ及び第２の膜１２の厚さの双方）を好適に計測することができない。しかしながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号の状態に関わらずに実波形信号とライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出することができるがゆえに、膜厚ｄを好適に計測することができる。

　尚、計測対象物１０が３つ以上の膜１２を備えている場合であっても、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号の状態に関わらずに実波形信号とライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出することができるがゆえに、膜厚ｄを好適に計測することができる。

　このように、本実施形態のテラヘルツ波計測装置１００は、ライブラリ波形信号に基づくことなく実波形信号中のピークＰ１とピークＰ２との間の時間差に基づいて膜厚ｄを計測する比較例のテラヘルツ波計測装置が計測できない膜厚ｄであっても、好適に計測することができる。

　更に、メモリ１７０にライブラリ情報１７１が格納されているがゆえに、本実施例のテラヘルツ計測装置１００は、膜厚ｄを新たに計測する都度、相関度Ｒを算出するために用いるライブラリ波形信号を新たに算出しなくてよい。従って、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００では、相関度Ｒを算出するために用いるライブラリ波形信号を膜厚ｄの新たな計測の都度実波形信号自身を重回帰分析により解析するテラヘルツ波計測装置（例えば、非特許文献１のテラヘルツ波計測装置）の処理負荷と比較して、膜厚ｄの計測に要する処理負荷が低減され、高精度なリアルタイム計測が容易となる。

　尚、上述の説明では、テラヘルツ波計測装置１００は、膜厚ｄを計測している。しかしながら、テラヘルツ波計測装置１００は、実波形信号及びライブラリ波形信号に基づいて、計測対象物１０の他の任意の特性を計測してもよい。但し、この場合には、各ライブラリ波形信号の信号特性は、計測対象物１０の他の特性並びに基板１１の種類及び膜１２の種類に固有の信号特性となる。

　また、ロックイン検出部１５１は、サンプル値を検出する間隔であるサンプリング間隔で、テラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を検出する。従って、ロックイン検出部１５１から出力される実波形信号の時間軸方向の分解能は、プローブ光ＬＢ２の光路長の単位調整量に依存するサンプリング間隔によって制限されている。このため、膜厚計測部１５２及びライブラリ生成部１５３のうちの少なくとも一方は、実波形信号を構成するテラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を補間してもよい。例えば、ライブラリ生成部１５３は、基準波形を取得する際に、実波形信号を構成するテラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を補間してもよい。例えば、ライブラリ生成部１５３は、ライブラリ情報１７１を生成する際に、実波形信号を構成するテラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を補間してもよい。例えば、膜厚計測部１５２は、膜厚ｄを計測する際に、実波形信号を構成するテラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を補間してもよい。

　膜厚計測部１５２は、実波形信号を構成するテラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を補間することに加えて又は変えて、図１３（ａ）又は図１３（ｂ）に示す複数の相関度Ｒを補間してもよい。

　膜厚計測部１５２は、計測対象物１０の膜厚ｄに応じて、膜厚ｄの計測方法を変えてもよい。例えば、膜厚ｄが相対的に大きい（或いは、所定値よりも大きい）場合には、膜厚計測部１５２は、ライブラリ波形信号を用いることなく（つまり、相関度Ｒを算出することなく）、実波形信号中の２つのピークの間の時間差ΔＰに基づいて、膜厚ｄを計測してもよい。一方で、例えば、膜厚ｄが相対的に小さい（或いは、所定値よりも小さい）場合には、膜厚計測部１５２は、ライブラリ波形信号から算出される相関度Ｒに基づいて、膜厚ｄを計測してもよい。

　上述の説明では、膜厚計測部１５２は、実波形信号と複数のライブラリ波形信号の夫々との間の相関度Ｒを算出してもよい。しかしながら、膜厚計測部１５２は、実波形信号と複数のライブラリ波形信号のうちのある一つのライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを算出してもよい。この場合、相関度Ｒが所定閾値以上である場合には、膜厚計測部１５２は、相関度Ｒが所定値以上となるライブラリ波形信号に対応する膜厚ｄが、計測対象物１０の膜厚ｄであると推定してもよい。他方で、相関度Ｒが所定値以上でない場合には、膜厚計測部１５２は、実波形信号と複数のライブラリ波形信号のうちの別の一つのライブラリ波形信号との間の相関度Ｒを新たに算出すると共に、当該新たに算出した相関度Ｒが所定値以上であるか否かを判定してもよい。

　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テラヘルツ波計測装置、テラヘルツ波計測方法及びコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

　１０　計測対象物
　１１　基板
　１２　膜
　１００　テラヘルツ波計測装置
　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
　１２１　再帰反射鏡
　１２２　回転基板
　１３０　テラヘルツ波検出素子
　１５０　制御部
　１５１　ロックイン検出部
　１５２　膜厚計測部
　１５３　ライブラリ生成部
　１７０　メモリ
　１７１　ライブラリ情報
　ＬＢ１　ポンプ光
　ＬＢ２　プローブ光
　ＴＨｚ　テラヘルツ波

Claims

　計測対象物にテラヘルツ波を照射する照射手段と、
　前記計測対象物に照射された前記テラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段と、
　計測対象特性の状態が互いに異なる複数の前記計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性を記憶する記憶手段と、
　前記検出手段が生成した前記第１検出信号の信号特性及び前記記憶手段が記憶している前記複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する特定手段と
　を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測装置。
　当該テラヘルツ波計測装置が備える又は当該テラヘルツ波計測装置とは独立して設けられる生成装置は、前記計測対象特性が所定状態となる前記計測対象物に実際に照射された前記テラヘルツ波を実際に検出することで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成し、
　前記記憶手段は、前記生成装置が生成した前記複数の第２検出信号の信号特性を記憶する
　ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記生成装置は、前記計測対象特性の状態が互いに異なる前記複数の計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合の前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成し、
　前記記憶手段は、前記生成装置が生成した前記複数の第２検出信号の信号特性を記憶する
　ことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波計測装置。
　当該テラヘルツ波計測装置が備える又は当該テラヘルツ波計測装置とは独立して設けられる生成装置は、（ｉ）前記計測対象特性が所定状態となる前記計測対象物に実際に照射された前記テラヘルツ波を実際に検出することで、前記計測対象物の電磁特性を算出し、（ｉｉ）前記計測対象特性の状態が互いに異なる前記複数の計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合の前記テラヘルツ波の伝搬態様を、当該生成装置が算出した前記電磁特性を用いてシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成する
　ことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記電磁特性は、前記計測対象物の誘電率及び前記計測対象物の導電率のうちの少なくとも一方を含む
　ことを特徴とする請求項４に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記生成装置は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄ）を用いて前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションすることで、前記複数の第２検出信号の信号特性を生成する
　ことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記生成装置は、（ｉ）当該テラヘルツ波を反射可能な反射物体に前記テラヘルツ波を実際に照射するように前記照射手段を制御し、（ｉｉ）前記反射物体によって反射された前記テラヘルツ波を検出することで、前記発生手段が照射する前記テラヘルツ波の基準波形を特定し、（ｉｉｉ）前記基準波形に基づいて前記テラヘルツ波の伝搬態様をシミュレーションする
　ことを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記記憶手段は、前記検出手段が前記第１検出信号を生成する前に、前記複数の第２検出信号の信号特性を予め記憶している
　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記計測対象特性は、前記計測対象物の膜厚を含む
　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
　前記特定手段は、前記第１検出信号の信号特性と前記複数の第２検出信号の夫々の信号特性との間の相関関係に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する
　ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のテラヘルツ波計測装置。
　計測対象物にテラヘルツ波を照射する照射手段と、前記計測対象物に照射された前記テラヘルツ波を検出することで、第１検出信号を生成する検出手段とを備えるテラヘルツ波計測装置を用いて、前記計測対象物の計測対象特性を計測するテラヘルツ波計測方法であって、
　計測対象特性の状態が互いに異なる複数の前記計測対象物に前記テラヘルツ波が照射された場合に夫々検出されると想定される複数の第２検出信号の信号特性を、当該複数の第２検出信号の信号特性を記憶する記憶手段から取得する取得工程と、
　前記検出手段が生成した前記第１検出信号の信号特性及び前記取得工程において取得された前記複数の第２検出信号のうちの少なくとも一つの信号特性に基づいて、前記計測対象物の前記計測対象特性を特定する特定工程と
　を備えることを特徴とするテラヘルツ波計測方法。
　コンピュータに請求項１１に記載されたテラヘルツ波計測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。