特許 6091880 電磁波測定装置、測定方法、プログラム、記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6091880

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】電磁波測定装置、測定方法、プログラム、記録媒体

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20170227BHJP

   G01N 21/55 20140101ALN20170227BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 Z

   !G01N21/55

【請求項の数】11

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-276428(P2012-276428)

(22)【出願日】2012年12月19日

(65)【公開番号】特開2014-119407(P2014-119407A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年8月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】390005175

【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト

(74)【代理人】

【識別番号】100097490

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 益稔

(72)【発明者】

【氏名】小野 茂

(72)【発明者】

【氏名】塩田 和教

(72)【発明者】

【氏名】橋本 昌一

(72)【発明者】

【氏名】入澤 昭好

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８６３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８５８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１３２５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３７６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３００２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３４１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 N.Hasegawa et al，Thickness measurement of iron-oxide layers on steel plates using terahertz reflectometry，2011 International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves，米国，IEEE，２０１１年，p.1-2

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｂ １５／００ − １５／０８

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ − ２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、
前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器と、
前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得部と、
前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録部と、
前記周波数成分取得部により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出部と、
を備えた電磁波測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容は、前記電磁波の各層における反射および吸収に基づいて導出されたものである、
電磁波測定装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容は、既知の前記厚さ指示量に対応づけられた前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅の測定値から推定されたものである、
電磁波測定装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記厚さ指示量は、前記被測定物におけるいずれか一つの層の厚さを前記被測定物の厚さで割った値である、
電磁波測定装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記厚さ指示量は、前記被測定物におけるいずれか一つの層の厚さを前記被測定物における他の一つの層の厚さで割った値である、
電磁波測定装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記基板は金属板である、
電磁波測定装置。

【請求項7】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
既知の前記厚さ指示量に対応づけられた前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅の測定値から、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容に基づき得られた前記厚さ指示量と、前記既知の厚さ指示量との間の誤差のばらつきを、前記周波数成分ごとに導出する誤差ばらつき導出部と、
前記誤差ばらつき導出部の導出結果に基づき、前記周波数成分取得部において取得する前記周波数成分の振幅の周波数の範囲を決定する周波数範囲決定部と、
を備えた電磁波測定装置。

【請求項8】

請求項１に記載の電磁波測定装置であって、
前記電磁波検出器は、さらに、前記被測定物に入射され前記被測定物の表面により反射された前記電磁波である表面反射電磁波を検出し、
前記電磁波測定装置は、
前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波および前記表面反射電磁波の電場が極値をとるタイミングを取得する極値タイミング取得部と、
前記極値タイミング取得部が取得したタイミングの時間差から、前記被測定物の厚さを導出する合計厚さ導出部と、
前記厚さ指示量導出部が導出した前記厚さ指示量と、前記合計厚さ導出部が導出した前記被測定物の厚さとに基づき、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを導出する層厚さ導出部と、
を備えた電磁波測定装置。

【請求項9】

基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力工程と、
前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出工程と、
前記電磁波検出工程により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、
前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、
前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程と、
を備えた電磁波測定方法。

【請求項10】

基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器とを備えた電磁波測定装置における電磁波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記電磁波測定処理が、
前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、
前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、
前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程と、
を備えたプログラム。

【請求項11】

基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器とを備えた電磁波測定装置における電磁波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記電磁波測定処理が、
前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、
前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、
前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程と、
を備えた記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、層構造を有する試料について、電磁波（周波数が0.01[THz]以上100[THz]以下）（例えば、テラヘルツ波（例えば、周波数が0.03[THz]以上10[THz]以下））を使用して、層を非破壊で測定することに関する。

【背景技術】

【0002】

層構造を有する試料を非破壊試験により試験するために、試料にテラヘルツ波を照射して、層の各々によって反射されたテラヘルツ波を検出することが知られている（例えば、特許文献１の要約を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２３７６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、層どうしの境界面による反射波が測定できない場合がある。例えば、隣接した層の各々の屈折率がほぼ等しい場合は、層どうしの境界面による反射波が測定できないことがある。また、試料の最下層が金属面に載せられている場合は、金属面の反射波が強い。このため、試料の最下層に近い層どうしの境界面による反射波を、金属面の反射波と区別し難いことがある。よって、かかる境界面による反射波を測定できないことがある。このような場合には、上記の従来技術では試料の試験ができない。

【0005】

そこで、本発明は、層構造を有する被測定物に電磁波を照射しながらも、層どうしの境界面による反射波を測定することなく、被測定物の測定を行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明にかかる電磁波測定装置は、基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器と、前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得部と、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録部と、前記周波数成分取得部により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出部とを備えるように構成される。

【0007】

上記のように構成された電磁波測定装置によれば、電磁波出力器が、基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する。電磁波検出器が、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する。周波数成分取得部が、前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する。厚さ・振幅特性記録部が、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する。厚さ指示量導出部が、前記周波数成分取得部により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する。

【0008】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容が、前記電磁波の各層における反射および吸収に基づいて導出されたものであるようにしてもよい。

【0009】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容が、既知の前記厚さ指示量に対応づけられた前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅の測定値から推定されたものであるようにしてもよい。

【0010】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記厚さ指示量が、いずれか一つの層の厚さを前記被測定物の厚さで割った値であるようにしてもよい。

【0011】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記厚さ指示量が、いずれか一つの層の厚さを他の一つの層の厚さで割った値であるようにしてもよい。

【0012】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記基板が金属板であるようにしてもよい。

【0013】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、既知の前記厚さ指示量に対応づけられた前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅の測定値から、前記厚さ・振幅特性記録部の記録内容に基づき得られた前記厚さ指示量と、前記既知の厚さ指示量との間の誤差のばらつきを、前記周波数成分ごとに導出する誤差ばらつき導出部と、前記誤差ばらつき導出部の導出結果に基づき、前記周波数成分取得部において取得する前記周波数成分の振幅の周波数の範囲を決定する周波数範囲決定部とを備えるようにしてもよい。

【0014】

なお、本発明にかかる電磁波測定装置は、前記電磁波検出器が、さらに、前記被測定物に入射され前記被測定物の表面により反射された前記電磁波である表面反射電磁波を検出し、前記電磁波測定装置は、前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波および前記表面反射電磁波の電場が極値をとるタイミングを取得する極値タイミング取得部と、前記極値タイミング取得部が取得したタイミングの時間差から、前記被測定物の厚さを導出する合計厚さ導出部と、前記厚さ指示量導出部が導出した前記厚さ指示量と、前記合計厚さ導出部が導出した前記被測定物の厚さとに基づき、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを導出する層厚さ導出部とを備えるようにしてもよい。

【0015】

本発明は、基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力工程と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出工程と、前記電磁波検出工程により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程とを備えた電磁波測定方法である。

【0016】

本発明は、基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器とを備えた電磁波測定装置における電磁波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記電磁波測定処理が、前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程とを備えたプログラムである。

【0017】

本発明は、基板上に配置され二つ以上の層を有する被測定物に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する電磁波出力器と、前記被測定物に入射され、前記基板により反射され、前記被測定物を透過した前記電磁波である基板面反射電磁波を検出する電磁波検出器とを備えた電磁波測定装置における電磁波測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記電磁波測定処理が、前記電磁波検出器により検出された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅を取得する周波数成分取得工程と、前記被測定物のいずれか一つ以上の層の厚さを示す厚さ指示量と、前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅との関係を記録する厚さ・振幅特性記録工程と、前記周波数成分取得工程により取得された前記基板面反射電磁波の周波数成分の振幅と、前記厚さ・振幅特性記録工程の記録内容とに基づき、前記厚さ指示量を導出する厚さ指示量導出工程とを備えた記録媒体である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態にかかる電磁波測定装置１００の構成を示す図である。

【図2】２層構造の被測定物１および基板２０により反射された電磁波を示す図（図２（ａ）参照）および反射された電磁波の時間波形を示す図（図２（ｂ）参照）である。

【図3】第一の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。

【図4】電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波の周波数成分の振幅を取得するための図であり、全反射したテラヘルツ波の光路（図４（ａ）参照）、全反射したテラヘルツ波の時間波形（図４（ｂ）参照）である。

【図5】電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波を実際に層１ａまたは層１ｂに入射したときの光路を示す図（図５（ａ）参照）、反射したテラヘルツ波の時間波形を示す図（図５（ｂ）参照）である。

【図6】ある周波数（例えば、f_n[THz]）についての、定量モデル記録部１２ｄの記録内容を示す図である。

【図7】膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆによる膜厚比rの導出を説明するための図である。

【図8】第一の実施形態の変形例にかかる定量モデルの導出法を説明する図である。

【図9】第二の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。

【図10】周波数f_n[THz]の成分について、誤差ばらつき導出部１２ｇが誤差のばらつきを導出する方法を説明する図である。

【図11】第三の実施形態にかかる２層構造の被測定物１および基板２０により反射された電磁波を示す図（図１１（ａ）参照）および反射された電磁波の時間波形が極値をとるタイミングを示す図（図１１（ｂ）参照）である。

【図12】第三の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【0020】

第一の実施形態
図１は、本発明の実施形態にかかる電磁波測定装置１００の構成を示す図である。図２は、２層構造の被測定物１および基板２０により反射された電磁波を示す図（図２（ａ）参照）および反射された電磁波の時間波形を示す図（図２（ｂ）参照）である。

【0021】

本発明の実施形態にかかる電磁波測定装置１００は、電磁波出力器２、電磁波検出器４、層解析装置１０を備える。電磁波測定装置１００は、被測定物１を測定するためのものである。

【0022】

被測定物１は、図２（ａ）を参照して、層１ａ、層１ｂを有する。層１ａの方が、層１ｂよりも上にある。なお、被測定物１は基板２０の上に配置されており、層１ｂが基板２０に接している。例えば、基板２０は金属板（材質は、例えばアルミニウムである）であり、層１ｂには金属板の平面が接している。この金属板の平面が平面ミラーの役割を果たしている。ただし、基板２０は、複素屈折率が分かっている基板であればよく、基板２０と層１ｂとの界面の反射率が高いものが好ましい。

【0023】

なお、本発明の実施形態では、被測定物１は二つの層を有しているが、三つ以上の層を有していてもよい。

【0024】

電磁波出力器２は、被測定物１に向けて、0.01[THz]以上100[THz]以下の周波数の電磁波を出力する。なお、被測定物１に向けて出力される電磁波の周波数は、テラヘルツ波帯（例えば、0.03[THz]以上10[THz]以下）を含むものである。そこで、本発明の全ての実施形態においては、電磁波の一例として、テラヘルツ波を想定している。

【0025】

図２（ａ）を参照して、被測定物１に向けて出力されたテラヘルツ波は、空気中（屈折率＝１）を進み、被測定物１に入射される。入射されたテラヘルツ波の一部は、層１ａを透過して層１ｂに進入し、基板２０により反射され、層１ｂを透過してさらに層１ａを透過し（被測定物１を透過する）、被測定物１の外部に出射される。すなわち、テラヘルツ波が、被測定物１に入射され、基板２０により反射され、被測定物１を透過する。このようにして、被測定物１を透過した電磁波（例えば、テラヘルツ波）を基板面反射電磁波という。

【0026】

電磁波検出器４は、基板面反射電磁波を検出する。ただし、電磁波検出器４には、基板面反射電磁波だけではなく、基板２０以外の面により反射された電磁波（例えば、層１ａの表面により反射されたテラヘルツ波（表面反射電磁波という））も入射されてしまう。

【0027】

ただし、図２（ｂ）を参照して、表面反射電磁波の方が、基板面反射電磁波よりも早く、電磁波検出器４に到達する。これにより、表面反射電磁波と基板面反射電磁波とを区別することができる。すなわち、反射された電磁波のうち遅く到達した方が、基板面反射電磁波である。

【0028】

なお、層１ａと層１ｂとの境界面において反射する電磁波については、測定する必要が無いので、特に検出の対象としない（そもそも、検出不能である場合もある）。

【0029】

電磁波検出器４は、基板面反射電磁波と時間との対応関係（すなわち、時間波形）を出力する。電磁波検出器４は、基板面反射電磁波を、例えば電圧（またはパワーなど）として検出する。本発明の実施形態においては、電磁波検出器４が、基板面反射電磁波を電圧として検出するものとして説明する。

【0030】

図３は、第一の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。層解析装置１０は、単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂ、定量モデル導出部１２ｃ、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄ、周波数成分取得部１２ｅ、膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆを有する。

【0031】

単層膜特性記録部１２ａは、層１ａおよび層１ｂにおけるテラヘルツ波の反射および吸収に関する特性を記録する。例えば、層１ａおよび層１ｂにおけるテラヘルツ波の吸収係数、表面反射率および界面反射率を記録する。

【0032】

単層膜特性記録部１２ａの記録内容は、例えば、任意の測定装置により、以下のような測定を行うことにより生成できる。

【0033】

まず、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波の周波数成分の振幅を取得する。

【0034】

図４は、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波の周波数成分の振幅を取得するための図であり、全反射したテラヘルツ波の光路（図４（ａ）参照）、全反射したテラヘルツ波の時間波形（図４（ｂ）参照）である。

【0035】

まず、図４（ａ）に示すように、空気中（屈折率＝１）を進むテラヘルツ波を、任意の入射角β_inで平面ミラーに入射すると、全反射する。この全反射したテラヘルツ波を、例えば電圧として検出し、テラヘルツ波の時間波形を取得する。すると、図４（ｂ）に示すような、全反射したテラヘルツ波の時間波形が得られる。この時間波形により示されるテラヘルツ波を、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）することにより、周波数成分の振幅を取得する。すなわち、ＦＦＴにより、全反射したテラヘルツ波を、周波数成分A_nsin(2πf・nt＋θ_n)の総和として表現し、周波数f・nの各々について、振幅A_nを取得する。ただし、ｎは０以上Ｎ以下の全ての値をとる整数、Ｎは正の整数、ｆは所定の周波数[Hz]、θ_nは周波数成分の位相である。全反射したテラヘルツ波の周波数成分の振幅をI_refと表記する。

【0036】

例えば、fを0.1[THz]、Ｎを30とした場合、全反射したテラヘルツ波は、周波数0THzの成分、周波数0.1THzの成分、周波数0.2THzの成分、…、周波数2.9THzの成分、周波数3.0THzの成分の総和として表され、これらの周波数成分の各々について振幅I_ref(0THz)、I_ref(0.1THz)、I_ref(0.2THz)、…、I_ref(2.9THz)、I_ref(3.0THz)を取得する。

【0037】

I_refは周波数成分ごとに取得されるので、I_refは周波数の関数である。よって、上記の例では、I_refの引数として周波数を記載している。ただし、以後、I_refの引数として周波数を記載することは省略する。

【0038】

図５は、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波を実際に層１ａまたは層１ｂに入射したときの光路を示す図（図５（ａ）参照）、反射したテラヘルツ波の時間波形を示す図（図５（ｂ）参照）である。

【0039】

ここで、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波を、空気中（屈折率＝１）を進行させて、実際に層１ａに入射する。ただし、層１ａは基板２０に載せておく。このときの、層１ａの表面により反射されたテラヘルツ波（表面反射成分）の周波数成分の振幅I_sur-aと、層１ａと基板２０との界面により反射されたテラヘルツ波（基板面反射成分）の周波数成分の振幅I_met-aとを測定する。

【0040】

さらに、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波を、空気中（屈折率＝１）を進行させて、実際に層１ｂに入射する。ただし、層１ｂは基板２０に載せておく。このときの、層１ｂの表面により反射されたテラヘルツ波（表面反射成分）の周波数成分の振幅I_sur-bと、層１ｂと基板２０との界面により反射されたテラヘルツ波（基板面反射成分）の周波数成分の振幅I_met-bとを測定する。

【0041】

ただし、図４において全反射されたテラヘルツ波と同じテラヘルツ波を図５においても層１ａまたは層１ｂに入射するものとする。

【0042】

図５（ａ）を参照して、テラヘルツ波を層１ａ（または層１ｂ）を入射すると、層１ａの表面により反射される成分（表面反射成分）と、層１ａと基板２０との界面により反射される成分（基板面反射成分）とが得られる。この表面反射成分および基板面反射成分を、例えば電圧として検出し、両者の時間波形を取得する。すると、図５（ｂ）に示すような、表面反射成分および基板面反射成分の時間波形が得られる。

【0043】

図５（ｂ）を参照して、表面反射成分の方が、基板面反射成分よりも早く検出される。これにより、表面反射成分と基板面反射成分とを区別することができる。すなわち、反射成分のうち早く（遅く）到達した方が、表面反射成分（基板面反射成分）である。

【0044】

層１ａ（層１ｂ）による表面反射成分の時間波形により示されるテラヘルツ波を、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）することにより、層１ａ（層１ｂ）による表面反射成分の周波数成分の振幅I_sur-a（I_sur-b）を取得する。周波数成分の振幅とはどのようなものであるかは、先にI_refについて説明した場合と同様である。なお、I_refについての表記と同様に、表面反射成分の周波数成分の振幅I_sur-a（I_sur-b）の引数として周波数を記載することは省略する。

【0045】

層１ａ（層１ｂ）による基板面反射成分の時間波形により示されるテラヘルツ波を、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）することにより、層１ａ（層１ｂ）による基板面反射成分の周波数成分の振幅I_met-a（I_met-b）を取得する。周波数成分の振幅とはどのようなものであるかは、先にI_refについて説明した場合と同様である。なお、I_refについての表記と同様に、基板面反射成分の周波数成分の振幅I_met-a（I_met-b）の引数として周波数を記載することは省略する。

【0046】

単層膜特性記録部１２ａが記録する層１ａにおけるテラヘルツ波の吸収係数α_aおよび表面反射率R_sur-aは、以下のとおりである。ただし、図５（ａ）を参照して、屈折角β_tは、入射角β_inおよび層１ａ（層１ｂ）の屈折率n_a（n_b）から、スネルの法則により導出することができる。なお、入射角β_inおよび層１ａ（層１ｂ）の屈折率n_a（n_b）は既知であるものとし、屈折率n_aおよびn_bは単層膜特性記録部１２ａに記録しておく。また、層１ａの厚さをd_aとする。

【0047】

【数1】

単層膜特性記録部１２ａが記録する層１ｂにおけるテラヘルツ波の吸収係数α_bおよび表面反射率R_sur-bは、以下のとおりである。また、層１ｂの厚さをd_bとする。

【0048】

【数2】

なお、単層膜特性記録部１２ａが記録する界面反射率R_intは、層１ａと層１ｂとを重ね合わせたときの層１ａと層１ｂとの境界面の反射率であり、以下のように表される。ただし、層１ａの複素屈折率n₂＋jk₂および層１ｂの複素屈折率n₃＋jk₃は既知であるものとする。なお、n₂およびn₃は、それぞれ、層１ａおよび層１ｂの上記の屈折率n_aおよびn_bと同じものである。

【0049】

【数3】

単層膜特性記録部１２ａは、例えば、上記のように、層１ａおよび層１ｂにおけるテラヘルツ波の吸収係数α_a、α_b、表面反射率R_sur-a、R_sur-bおよび界面反射率R_intを記録する。

【0050】

さらに、単層膜特性記録部１２ａは、例えば、層１ｂと基板２０との境界面の反射率R_sub（基板反射率）を記録しておく。基板反射率R_subは、以下のように表される。ただし、基板２０の複素屈折率n₄＋jk₄は既知であるものとする。

【0051】

【数4】

なお、下記の表に、層１ａおよび層１ｂに関する変数の定義を記載しておく。

【0052】

【表1】

測定条件入力部１２ｂは、被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波について、その周波数成分の振幅I_ref-ab、入射角β_in-abおよび被測定物１における層の配置（層１ａが上で、層１ｂが下）、被測定物１の厚さd（層１ａおよび層１ｂの厚さd_a、d_bの合計）を層解析装置１０に入力するためのものである。この入力は、例えば、電磁波測定装置１００のユーザが行う。

【0053】

なお、電磁波出力器２が被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波の周波数成分の振幅I_ref-abおよび入射角β_in-abは、単層膜特性記録部１２ａの記録内容の生成に用いたテラヘルツ波の周波数成分の振幅I_refおよび入射角β_inと同じ値とすることができる。以後、振幅I_ref-abおよび入射角β_in-abは、振幅I_refおよび入射角β_inと同じ値であるとし、I_ref、β_inと表記する。

【0054】

定量モデル導出部１２ｃは、被測定物１のいずれか一つ以上の層（層１ａおよび層１ｂのいずれか一つ以上）の厚さを示す厚さ指示量と、基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅との関係（定量モデル）を導出する。

【0055】

定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄは、定量モデル導出部１２ｃが導出した上記の関係（定量モデル）を記録する。

【0056】

厚さ指示量は、例えば、いずれか一つの層（例えば、層１ａ）の厚さを被測定物１の厚さ（すなわち、層１ａと層１ａとの厚さの合計）で割った値である。また、厚さ指示量は、例えば、いずれか一つの層（例えば、層１ａ）の厚さを、他の一つの層（例えば、層１ｂ）の厚さで割った値である。

【0057】

これ以降、厚さ指示量としては、層１ａの厚さd_aを、被測定物１の厚さd（すなわち、層１ａの厚さd_aと層１ｂの厚さd_bとの合計）で割った値（膜厚比という）として、本発明の実施形態を説明する。

【0058】

図６は、ある周波数（例えば、f_n[THz]）についての、定量モデル記録部１２ｄの記録内容を示す図である。定量モデル記録部１２ｄは、周波数ごとに、膜厚比r（=d_a／d）と基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metとの対応関係を記録する。この定量モデルは、単層膜特性記録部１２ａの記録内容および測定条件入力部１２ｂによる入力により、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metを推定したものである。なお、定量モデルは、周波数ごと（例えば、f_n = 1.0、1.1、1.2[THz]）に導出し、記録しておく。定量モデルは、上記の対応関係がわかるものであればよく、例えば、グラフ、表、数式などが考えられる。

【0059】

基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metは、以下のように表される。ただし、図２（ａ）を参照して、屈折角β_tは層１ａによる屈折についての屈折角であり、屈折角β_t1は層１ｂによる屈折についての屈折角である。

【0060】

【数5】

表面反射率R_sur-aは層１ａによるテラヘルツ波の反射、界面反射率R_intは層１ａおよび層１ｂ（層１ａと層１ｂの界面）によるテラヘルツ波の反射、基板反射率R_subは基板２０によるテラヘルツ波の反射の程度を意味する。

【0061】

吸収係数α_a、α_bは、それぞれ、層１ａおよび層１ｂにおけるテラヘルツ波の吸収の程度を意味する。

【0062】

このように、テラヘルツ波（電磁波）の各層における反射および吸収に基づいて、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄの記録する定量モデルが導出されている。

【0063】

なお、上記のように基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metを推定するために必要なパラメータのうち、表面反射率R_sur-a、界面反射率R_int、基板反射率R_subおよび吸収係数α_a、α_bは、単層膜特性記録部１２ａに記録されているものを、定量モデル導出部１２ｃが利用する。また、振幅I_refおよび被測定物１の厚さdは、測定条件入力部１２ｂにより入力されたものを、定量モデル導出部１２ｃが用いる。さらに、屈折角β_t、β_t1は、測定条件入力部１２ｂにより入力された入射角β_inおよび層の配置（層１ａが上で、層１ｂが下）、単層膜特性記録部１２ａに記録されている層１ａおよび層１ｂの屈折率n_aおよびn_bからスネルの法則により、定量モデル導出部１２ｃにおいて導出される。

【0064】

周波数成分取得部１２ｅは、電磁波出力器２が被測定物１にテラヘルツ波を入射し（周波数成分の振幅I_ref）、電磁波検出器４により検出された基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅を取得する。まず、周波数成分取得部１２ｅは、電磁波検出器４から基板面反射電磁波（例えば、電圧として検出される）の時間波形を取得すると、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）することにより、周波数成分の振幅I_metを取得する。周波数成分の振幅とはどのようなものであるかは、先にI_refについて説明した場合と同様である。なお、I_refについての表記と同様に、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metの引数として周波数を記載することは省略する。この振幅I_metは実測値である。

【0065】

膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆは、周波数成分取得部１２ｅにより取得された基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metと、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄの記録内容である定量モデル（図６参照）とに基づき、厚さ指示量（膜厚比r（=d_a／d））を導出する。

【0066】

図７は、膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆによる膜厚比rの導出を説明するための図である。なお、図７においては、定量モデルがグラフである場合を想定している。

【0067】

図７を参照して、周波数成分取得部１２ｅにより取得された基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）（図７（１）参照）を縦軸の座標として有する定量モデルのグラフ上の点の横軸の座標が、膜厚比r_X（図７（２）参照）である。

【0068】

このように、周波数ごと（例えば、f_n = 1.0、1.1、1.2[THz]）に、定量モデルから膜厚比r_Xを求めていく。

【0069】

例えば、周波数1.0THzについての定量モデルおよび振幅I_met（実測値）から求めた膜厚比r_Xと、周波数1.1THzについての定量モデルおよび振幅I_met（実測値）から求めた膜厚比r_Xと、周波数1.2THzについての定量モデルおよび振幅I_met（実測値）から求めた膜厚比r_Xとの平均を、被測定物１の膜厚比r_Xとして、膜厚比導出部１２ｆが出力するようにすることが考えられる。

【0070】

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

【0071】

（１）定量モデルの導出および記録
第一の実施形態にかかる電磁波測定装置１００は、被測定物１を測定する前に、厚さ指示量（膜厚比r（=d_a／d））と基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅I_metとの関係（定量モデル）を、周波数f_n[THz]ごとに、定量モデル導出部１２ｃにより導出し、定量モデル記録部１２ｄに記録しておく（図６参照）。

【0072】

まず、入射するテラヘルツ波を測定し（図４参照）、振幅I_refを導出する。次に、層１ａおよび層１ｂを測定し（図５参照）、層１ａおよび層１ｂによる表面反射成分の周波数成分の振幅I_sur-a（I_sur-b）、基板面反射成分の周波数成分の振幅I_met-a（I_met-b）を導出する。これらの導出結果に基づき、層１ａ（層１ｂ）におけるテラヘルツ波の吸収係数α_a（α_b）および表面反射率R_sur-a（R_sur-b）を導出し（式（１）および式（２）を参照）、単層膜特性記録部１２ａに記録する。この他、上記のように（式（３）および式（４）を参照）、界面反射率R_intおよび基板反射率R_subを求めて記録しておく。

【0073】

次に、測定条件入力部１２ｂにより、被測定物１に入射する予定のテラヘルツ波について、その周波数成分の振幅I_ref、入射角β_inおよび被測定物１における層の配置（層１ａが上で、層１ｂが下）、被測定物１の厚さd（層１ａおよび層１ｂの厚さd_a、d_bの合計）を入力する。

【0074】

定量モデル導出部１２ｃは、上記のように（式（５）を参照）、単層膜特性記録部１２ａの記録内容および測定条件入力部１２ｂからの入力に基づき、厚さ指示量（膜厚比r（=d_a／d））と基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅I_metとの関係（定量モデル）を、周波数f_n[THz]ごとに導出する。導出された定量モデルは、定量モデル記録部１２ｄに記録しておく（図６参照）。

【0075】

（２）被測定物１の膜厚比rの測定
次に、第一の実施形態にかかる電磁波測定装置１００は、被測定物１を測定し、定量モデル記録部１２ｄに記録された定量モデルを参照しながら、被測定物１の膜厚比r_Xを導出する。

【0076】

まず、図２（ａ）を参照して、電磁波出力器２が被測定物１に向けて、テラヘルツ波を出力する。入射されたテラヘルツ波の一部は、基板２０により反射され、被測定物１を透過する（基板面反射電磁波）。この基板面反射電磁波は、層１ａの表面により反射されたテラヘルツ波（表面反射電磁波）よりも遅く（図２（ｂ）参照）、電磁波検出器４に到達する。このことから、電磁波検出器４は基板面反射電磁波および表面反射電磁波を区別する。さらに、電磁波検出器４は、基板面反射電磁波を電圧として検出し、時間との対応関係を、層解析装置１０の周波数成分取得部１２ｅに与える。

【0077】

周波数成分取得部１２ｅは、基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅I_metを取得する（実測値）。

【0078】

図７を参照して、膜厚比導出部１２ｆは、周波数成分取得部１２ｅから振幅I_met（実測値）を受け（図７（１）参照）、振幅I_met（実測値）を縦軸の座標として有する定量モデルのグラフの点の横軸の座標を、定量モデル記録部１２ｄの記録内容から読み取り、膜厚比r_Xとする（図７（２）参照）。かかる膜厚比r_Xの導出は周波数ごと（例えば、f_n = 1.0、1.1、1.2[THz]）に行われる。そこで、例えば、周波数ごとに導出した膜厚比r_Xを平均することにより、被測定物１の膜厚比r_Xを導出する。

【0079】

第一の実施形態によれば、層構造（層１ａ、層１ｂ）を有する被測定物１にテラヘルツ波を照射しながらも、層１ａと層１ｂとの境界面による反射波を測定することなく、基板面反射電磁波（図２参照）を測定することで、被測定物１の膜厚比r_Xの測定を行うことができる。これは、層１ａと層１ｂとの境界面による反射波が測定困難または測定不能な場合に、特に有益である。

【0080】

なお、第一の実施形態においては、厚さ指示量（膜厚比r（=d_a／d））と基板面反射電磁波（図２参照）の周波数成分の振幅I_metとの関係（定量モデル）を、表面反射率および吸収係数などから導出するようにしている。しかし、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄの記録する定量モデルの導出は、これに限らず、既知の膜厚比を有する被測定物１を実測することにより行うことも可能である。

【0081】

図８は、第一の実施形態の変形例にかかる定量モデルの導出法を説明する図である。第一の実施形態の変形例においては、まず、（１）既知の膜厚比を有する被測定物１を電磁波測定装置１００により実測し、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を、周波数成分取得部１２ｅから得る。そして、（２）周波数ごと（例えば、f_n = 1.0、1.1、1.2[THz]）に、既知の膜厚比に対応づけられた基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）（（１）により得られたもの）から定量モデルを推定する。定量モデルの推定は、例えば、定量モデルを示すグラフを直線と仮定し、この直線を回帰分析（例えば、最小自乗法）により求めることが考えられる。また、必要に応じ、既知の膜厚比に対応づけられた基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を主成分分析してもよい。

【0082】

なお、第一の実施形態の変形例においては、単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂおよび定量モデル導出部１２ｃは使用しない。

【0083】

第二の実施形態
第二の実施形態にかかる電磁波測定装置１００は、層解析装置１０が誤差ばらつき導出部１２ｇおよび周波数範囲決定部１２ｈを備え、周波数成分取得部１２ｅにおいて取得する周波数成分の振幅I_metの周波数の範囲を決定する点が、第一の実施形態にかかる電磁波測定装置１００と異なる。

【0084】

電磁波測定装置１００が、電磁波出力器２、電磁波検出器４、層解析装置１０を備え、被測定物１を測定するためのものであることは、第一の実施形態と同じである（図１参照）。また、被測定物１の構成（図２（ａ）参照）も、電磁波検出器４が基板面反射電磁波を検出すること（図２（ｂ）参照）も第一の実施形態と同じである。

【0085】

図９は、第二の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。層解析装置１０は、単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂ、定量モデル導出部１２ｃ、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄ、周波数成分取得部１２ｅ、膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆ、誤差ばらつき導出部１２ｇ、周波数範囲決定部１２ｈを有する。以下、第一の実施形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0086】

単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂ、定量モデル導出部１２ｃおよび定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

【0087】

周波数成分取得部１２ｅは、膜厚比が未知である被測定物１の測定の前に、既知の膜厚比を有する被測定物１の実測結果から、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を得る。

【0088】

誤差ばらつき導出部１２ｇは、周波数成分取得部１２ｅから既知の膜厚比に対応づけられた基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metの測定値（実測値）を受ける。さらに、誤差ばらつき導出部１２ｇは、周波数成分取得部１２ｅから受けた振幅I_metの測定値から定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄの記録内容（定量モデル）に基づき得られた膜厚比と、既知の膜厚比との間の誤差のばらつきを、周波数f_n[THz]の成分ごとに導出する。

【0089】

図１０は、周波数f_n[THz]の成分について、誤差ばらつき導出部１２ｇが誤差のばらつきを導出する方法を説明する図である。

【0090】

まず、（０）定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄには、予め、定量モデルが記録されている。ここで、（１）誤差ばらつき導出部１２ｇは、周波数成分取得部１２ｅから、既知の膜厚比について、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を得る。さらに、誤差ばらつき導出部１２ｇは、（２）振幅I_met（実測値）から、定量モデルにより膜厚比（推定値）を得ておき（振幅I_met（実測値）を縦軸の座標として有する定量モデルのグラフ上の点の横軸の座標が、膜厚比（推定値）となる）、（膜厚比（推定値））−（既知の膜厚比（真の値））を誤差とする。

【0091】

誤差ばらつき導出部１２ｇは、既知の膜厚比について得られた振幅I_met（実測値）の各々について誤差を求める。図１０の例では、４点のプロットにつき振幅I_met（実測値）が得られるので、かかる４点につき誤差を求める。かかる誤差のばらつきとして、誤差ばらつき導出部１２ｇは、誤差の２乗平均平方根を取得する。すなわち、誤差ばらつき導出部１２ｇは、誤差を２乗したものを平均し（図１０の例では、４点について誤差を２乗したものの総和を４で割った値）、平方根をとった値を、誤差のばらつきとして求める。

【0092】

このように、誤差ばらつき導出部１２ｇは、誤差の２乗平均平方根を周波数f_n[THz]の成分ごとに導出する。例えば、誤差ばらつき導出部１２ｇは、f_n = 0, 0.1, 0.2, … , 2.9, 3.0[THz]について、誤差の２乗平均平方根を求める。なお、誤差の２乗平均平方根が小さい程、定量モデルによる膜厚比の推定が正しいということを意味している。

【0093】

周波数範囲決定部１２ｈは、誤差ばらつき導出部１２ｇの導出結果に基づき、周波数成分取得部１２ｅにおいて取得する周波数成分の振幅I_metの周波数f_n[THz]の範囲を決定する。

【0094】

周波数範囲決定部１２ｈは、ある周波数f_n[THz]の範囲（例えば、1.0THz以上1.2THz以下であり、f_n = 1.0, 1.1, 1.2 [THz]である）について、誤差ばらつき導出部１２ｇの導出結果の平均をとる。例えば、周波数範囲決定部１２ｈは、周波数1.0[THz]の成分についての誤差ばらつき（２乗平均平方根）と、周波数1.1[THz]の成分についての誤差ばらつき（２乗平均平方根）と、周波数1.2[THz]の成分についての誤差ばらつき（２乗平均平方根）との平均をとる。

【0095】

このようにして、周波数範囲決定部１２ｈは、あらゆる周波数範囲について、誤差ばらつきの平均を求める。そこで、周波数範囲決定部１２ｈは、誤差ばらつきの平均が最小（または所定値以下）になるような周波数f_nの範囲を決定する。

【0096】

このようにして決定された周波数f_nの範囲（例えば、1.0THz以上1.6THz以下であり、f_n = 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6[THz]である）は、周波数成分取得部１２ｅに与えられる。そして、周波数成分取得部１２ｅは、未知の膜厚比を有する被測定物１の実測結果から、決定された周波数f_nの範囲について、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を得る。それ以降の動作は、第一の実施形態と同様である。

【0097】

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

【0098】

まず、「（１）定量モデルの導出および記録」は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

【0099】

次に、周波数成分取得部１２ｅが、既知の膜厚比を有する被測定物１の実測結果から、基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_met（実測値）を得る。この振幅I_met（実測値）が、誤差ばらつき導出部１２ｇに与えられる。誤差ばらつき導出部１２ｇは、定量モデル記録部１２ｄに記録された定量モデルおよび振幅I_met（実測値）から、膜厚比の誤差（図１０の（２）を参照）を導出し、かかる誤差のばらつき（２乗平均平方根）を、周波数f_n[THz]の成分ごとに導出する。

【0100】

周波数範囲決定部１２ｈは、誤差ばらつき導出部１２ｇの導出結果を、ある周波数f_n[THz]の範囲内で平均し、それが最小（または所定値以下）となるような周波数f_n[THz]の範囲を決定する。決定された周波数f_n[THz]の範囲（例えば、1.0THz以上1.6THz以下であり、f_n = 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6[THz]である）は、周波数成分取得部１２ｅに与えられる。

【0101】

この後、「（２）被測定物１の膜厚比rの測定」は、第一の実施形態とほぼ同様である。ただし、周波数成分取得部１２ｅは、周波数範囲決定部１２ｈにより決定された周波数f_n[THz]の範囲について、周波数成分の振幅I_metを取得する。

【0102】

第二の実施形態によれば、定量モデルを用いた膜厚比の推測の誤差ばらつきが最小（または所定値以下）となるような周波数f_n[THz]の範囲の基板面反射電磁波の周波数成分の振幅I_metを、周波数成分取得部１２ｅが取得して、未知の膜厚比を有する被測定物１の膜厚比を膜厚比導出部１２ｆが導出するようにするので、電磁波測定装置１００による膜厚比の測定誤差を最小（または所定値以下）とすることができる。

【0103】

第三の実施形態
第三の実施形態にかかる電磁波測定装置１００は、被測定物１の厚さd（すなわち、層１ａの厚さd_aと層１ｂの厚さd_bとの合計）を測定する点が、第二の実施形態にかかる電磁波測定装置１００と異なる。

【0104】

電磁波測定装置１００が、電磁波出力器２、電磁波検出器４、層解析装置１０を備え、被測定物１を測定するためのものであることは、第一の実施形態と同じである（図１参照）。また、被測定物１の構成（図２（ａ）参照）も第一の実施形態と同じである。

【0105】

ただし、電磁波検出器４が、基板面反射電磁波を検出すること（図２（ｂ）参照）のみならず、さらに、表面反射電磁波をも検出する点が第一の実施形態と異なる。すなわち、電磁波検出器４は、基板面反射電磁波と時間との対応関係（すなわち、時間波形）を出力するのみならず、さらに、表面反射電磁波と時間との対応関係（すなわち、時間波形）をも出力する。基板面反射電磁波と時間との対応関係および表面反射電磁波と時間との対応関係は、ピーク時点取得部１２ｊに与えられる。

【0106】

ただし、表面反射電磁波は、第一の実施形態においても説明したが、層１ａの表面により反射されたテラヘルツ波である。すなわち、表面反射電磁波は、被測定物１に入射され、被測定物１の表面により反射された電磁波（テラヘルツ波）である。

【0107】

なお、電磁波検出器４は、表面反射電磁波を、例えば電圧（またはパワーなど）として検出する。本発明の実施形態においては、電磁波検出器４が、表面反射電磁波を（基板面反射電磁波と同様に）電圧（電場）として検出するものとして説明する。

【0108】

図１１は、第三の実施形態にかかる２層構造の被測定物１および基板２０により反射された電磁波を示す図（図１１（ａ）参照）および反射された電磁波の時間波形が極値をとるタイミングを示す図（図１１（ｂ）参照）である。

【0109】

図１２は、第三の実施形態にかかる層解析装置１０の構成を示す機能ブロック図である。層解析装置１０は、単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂ、定量モデル導出部１２ｃ、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄ、周波数成分取得部１２ｅ、膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆ、誤差ばらつき導出部１２ｇ、周波数範囲決定部１２ｈ、ピーク時点取得部（極値タイミング取得部）１２ｊ、合計膜厚導出部（合計厚さ導出部）１２ｋ、各層厚導出部（層厚さ導出部）１２ｍを有する。以下、第二の実施形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0110】

単層膜特性記録部１２ａ、測定条件入力部１２ｂ、定量モデル導出部１２ｃ、定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）１２ｄ、周波数成分取得部１２ｅおよび膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆは、第二の実施形態と同様であり、説明を省略する。

【0111】

ピーク時点取得部１２ｊは、電磁波検出器４により検出された表面反射電磁波および基板面反射電磁波の時間波形（図１１（ｂ）参照）を受ける。

【0112】

ピーク時点取得部（極値タイミング取得部）１２ｊは、さらに、電磁波検出器４により検出された表面反射電磁波および基板面反射電磁波の電場が極値をとるタイミングt₀、t₁を取得する。

【0113】

ここで、図１１を参照して、表面反射電磁波の時間波形は、タイミング（時間）t₀において、極値E₀をとる。また、基板面反射電磁波の時間波形は、タイミング（時間）t₁において、極値E₁をとる。そこで、ピーク時点取得部１２ｊは、表面反射電磁波の電場が極値をとるタイミングt₀および基板面反射電磁波の電場が極値をとるタイミングt₁を出力する。

【0114】

合計膜厚導出部（合計厚さ導出部）１２ｋは、ピーク時点取得部１２ｊが取得したタイミングt₀、t₁の時間差Δtから、被測定物１の厚さd（合計膜厚、すなわち、層１ａの厚さd_aと層１ｂの厚さd_bとの合計）を導出する。

【0115】

ただし、被測定物１の厚さdは、cを光速とし、n_aとn_bとがほぼ等しいとすると、d = cΔt／(2n_a)である。

【0116】

各層厚導出部（層厚さ導出部）１２ｍは、膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）１２ｆが導出した厚さ指示量（膜厚比r（=d_a／d））と、合計膜厚導出部（合計厚さ導出部）１２ｋが導出した被測定物１の厚さdとに基づき、被測定物１のいずれか一つ以上の層１ａ、１ｂの厚さを導出する。

【0117】

例えば、各層厚導出部１２ｍは、被測定物１の厚さdに膜厚比rを乗じて、層１ａの厚さd_aを求める。また、各層厚導出部１２ｍは、被測定物１の厚さdから層１ａの厚さd_aを減じて、層１ｂの厚さd_bを求める。

【0118】

なお、第三の実施形態にかかる層解析装置１０は、誤差ばらつき導出部１２ｇおよび周波数範囲決定部１２ｈを備えなくても動作可能である。

【0119】

次に、第三の実施形態の動作を説明する。ただし、第二の実施形態と同様な動作は説明を省略する。

【0120】

まず、ピーク時点取得部１２ｊは、電磁波検出器４により検出された表面反射電磁波および基板面反射電磁波の時間波形（図１１（ｂ）参照）を受ける。なお、ピーク時点取得部１２ｊがこれらの時間波形を受けるタイミングは、周波数成分取得部１２ｅが基板面反射電磁波の時間波形を取得するタイミングより前でも後でもよい。

【0121】

ピーク時点取得部１２ｊが取得したタイミングt₀、t₁（図１１（ｂ）参照）は、合計膜厚導出部１２ｋに与えられ、合計膜厚導出部１２ｋにより、被測定物１の厚さ（合計膜厚）dが導出される。被測定物１の厚さ（合計膜厚）dは、各層厚導出部１２ｍに与えられる。

【0122】

なお、膜厚比導出部１２ｆが膜厚比を導出する際の動作は、第二の実施形態と同様な動作であり説明を省略する。

【0123】

各層厚導出部１２ｍには、膜厚比導出部１２ｆから膜厚比r（=d_a／d）が与えられる。各層厚導出部１２ｍは、膜厚比r（=d_a／d）および被測定物１の厚さdから、層１ａの厚さd_aおよび層１ｂの厚さd_bを求める。

【0124】

第三の実施形態によれば、被測定物１の厚さdが、たとえ既知でなくても、被測定物１の厚さdを導出して、層１ａの厚さd_aおよび層１ｂの厚さd_bのいずれか一つ以上を求めることができる。

【0125】

また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分、例えば層解析装置１０を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。

【符号の説明】

【0126】

２０ 基板
１ 被測定物
１ａ、１ｂ 層
１００ 電磁波測定装置
２ 電磁波出力器
４ 電磁波検出器
１０ 層解析装置
１２ａ 単層膜特性記録部
１２ｂ 測定条件入力部
１２ｃ 定量モデル導出部
１２ｄ 定量モデル記録部（厚さ・振幅特性記録部）
１２ｅ 周波数成分取得部
１２ｆ 膜厚比導出部（厚さ指示量導出部）
１２ｇ 誤差ばらつき導出部
１２ｈ 周波数範囲決定部
１２ｊ ピーク時点取得部（極値タイミング取得部）
１２ｋ 合計膜厚導出部（合計厚さ導出部）
１２ｍ 各層厚導出部（層厚さ導出部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】