特許 6754446 検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体

(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】6754446

(24)【登録日】2020年8月25日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/02 20060101AFI20200831BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20200831BHJP

   G01B 11/06 20060101ALI20200831BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20200831BHJP

   G01N 21/49 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   G01B15/02 C

   G01B11/00 A

   G01B11/06 Z

   G01N21/17 B

   G01N21/49 Z

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-554886(P2018-554886)

(86)(22)【出願日】2017年11月14日

(86)【国際出願番号】JP2017040908

(87)【国際公開番号】WO2018105332

(87)【国際公開日】20180614

【審査請求日】2019年5月22日

(31)【優先権主張番号】特願2016-236666(P2016-236666)

(32)【優先日】2016年12月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104765

【弁理士】

【氏名又は名称】江上 達夫

(72)【発明者】

【氏名】落合 孝典

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 昌和

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１３２４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１３７１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１０９４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １５／０２

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｂ １１／０６

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

Ｇ０１Ｎ ２１／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、
前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、
前記検出波形のうち前記複数の層の界面に対応する界面パルス波の状態に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択部と、
前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記界面の位置を推定する推定部と
を備える検査装置。

【請求項2】

前記界面パルス波の状態は、前記界面パルス波の極大値及び極小値の出現位置の相対関係及び前記極大値と前記極小値との間における前記界面パルス波の波形の傾きの少なくとも一つを含む
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記界面パルス波は、隣り合う２つの層であって且つ当該隣り合う２つの層の前記テラヘルツ波に対する屈折率の大小関係が当該隣り合う２つの層の状態に応じて反転する２つの層の境界を規定する前記界面に対応する
請求項１又は２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記界面パルス波は、第１の層と相の状態が変わる第２の層との境界を規定する前記界面に対応する
請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項5】

前記選択部は、前記界面パルス波の状態が第１状態である場合には、前記ライブラリのうちの第１部分を選択し、前記界面パルス波の状態が前記第１状態とは異なる第２状態である場合には、前記ライブラリのうちの前記第１部分とは異なる第２部分を選択する
請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項6】

複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、
前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、
前記検出波形のうち前記複数の層の界面に対応する界面パルス波の状態に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択工程と、
前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記界面の位置を推定する推定工程と
を備える検査方法。

【請求項7】

コンピュータに請求項６に記載の検査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。

【請求項8】

請求項７に記載のコンピュータプログラムが記録された記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばテラヘルツ波を用いて試料を構成する複数の層の間の界面の位置を推定する検査装置、検査方法、コンピュータにこのような検査方法を実行させるコンピュータプログラム、及び、このようなコンピュータプログラムが記録された記録媒体の技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

テラヘルツ波を用いた検査装置が知られている。テラヘルツ波検査装置は、以下の手順で、試料の特性を推定（言い換えれば、算出又は特定）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、試料に照射される。試料に照射されたテラヘルツ波は、試料からの反射テラヘルツ波（或いは、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、試料で反射又は透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波検査装置は、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、試料の特性を推定する。

【0003】

テラヘルツ波検査装置が推定可能な特性の一例として、複数の層が積層された積層物が試料である場合において、当該層の膜厚がある。膜厚を推定可能なテラヘルツ波検査装置の一例が、特許文献１に記載されている。具体的には、特許文献１に記載されたテラヘルツ波検査装置は、膜厚を推定するために、あるパラメータ（例えば、膜厚や、材料等）によって特定される試料が反射したテラヘルツ波に含まれるであろうと推定されるパルス波形（以降、“推定波形”と称する）と実際に検出されたテラヘルツ波（以降、“検出波形”と称する）とを比較する動作を、異なるパラメータに対応する複数の推定波形を対象に複数回繰り返すことで、膜厚を推定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２２５７１８号公報

【特許文献2】特開２０１４−１２２８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたテラヘルツ波検査装置は、予め定められている全てのパラメータに対応する全ての推定波形の夫々と検出波形とを比較する必要がある。従って、膜厚を推定するための演算コストが相対的に大きくなってしまう。

【0006】

尚、ある層の界面からのテラヘルツ波の反射波に相当するパルス波形に基づいて膜厚が推定されていることを考慮すれば、ある層の膜厚を推定する動作は、実質的には、ある層の界面の位置を推定する動作と等価である。

【0007】

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、相対的に小さい演算コストで複数の層の界面の位置を適切に推定することが可能な検査装置、検査方法、コンピュータにこのような検査方法を実行させるコンピュータプログラム、及び、このようなコンピュータプログラムが記録された記録媒体を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の検査装置の第１の例は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、前記検出波形に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択部と、前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定部とを備える。

【0009】

本発明の検査方法の第１の例は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、前記検出波形に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択工程と、前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定工程とを備える。

【0010】

本発明のコンピュータプログラムの第１の例は、コンピュータに上述した本発明の検査方法の第１の例を実行させる。

【0011】

本発明の記録媒体の第１の例は、上述した本発明のコンピュータプログラムの第１の例が記録された記録媒体である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施例のテラヘルツ波検査装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２（ａ）は、試料に照射されるテラヘルツ波の光路及び試料によって反射されたテラヘルツ波の光路を示す試料の断面図であり、図２（ｂ）は、検出波形を示す波形図である。

【図3】図３は、本実施例のテラヘルツ波検査装置が行う界面の位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、界面の候補位置と推定波形との対応付けを示すライブラリを示すテーブルである。

【図5】図５（ａ）は、管路層が液体の層になる試料におけるパルス波の形状を示す波形図であり、図５（ｂ）は、管路層が気体の層になる試料におけるパルス波の形状を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の実施形態について説明を進める。

【0014】

（検査装置の実施形態）
＜１＞
本実施形態の検査装置は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射部と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出部と、前記検出波形に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択部と、前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定部とを備える。

【0015】

本実施形態の検査装置によれば、検出波形に基づいて選択されるライブラリの一部と検出波形とに基づいて、界面の位置を推定することができる。つまり、検査装置は、ライブラリの全てと検出波形とに基づいて、界面の位置を推定しなくてもよくなる。このため、検査装置は、相対的に小さい演算コストで複数の層の界面の位置を適切に推定することができる。

【0016】

＜２＞
本実施形態の検査装置の他の態様では、前記選択部は、前記検出波形のうち前記界面に対応する界面パルス波の状態に基づいて、前記ライブラリの一部を選択する。

【0017】

この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の状態に基づいて、ライブラリの一部を適切に選択することができる。

【0018】

＜３＞
上述の如く界面パルス波の状態に基づいてライブラリの一部を選択する検査装置の他の態様では、前記界面パルス波の状態は、前記界面パルス波の極大値及び極小値の出現位置の相対関係及び前記極大値と前記極小値との間における前記界面パルス波の波形の傾きの少なくとも一つを含む。

【0019】

この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の状態に基づいて、ライブラリの一部を適切に選択することができる。

【0020】

＜４＞
上述の如く界面パルス波の状態に基づいてライブラリの一部を選択する検査装置の他の態様では、前記界面パルス波は、隣り合う２つの層であって且つ当該２つの層の前記テラヘルツ波に対する屈折率の大小関係が当該２つの層の状態に応じて反転する２つの層の境界を規定する前記界面に対応する。

【0021】

この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の状態に基づいて、ライブラリの一部を適切に選択することができる。

【0022】

＜５＞
上述の如く界面パルス波の状態に基づいてライブラリの一部を選択する検査装置の他の態様では、前記界面パルス波は、第１の層と相の状態が変わる第２の層との境界を規定する前記界面に対応する。

【0023】

この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の状態に基づいて、ライブラリの一部を適切に選択することができる。

【0024】

＜６＞
上述の如く界面パルス波の状態に基づいてライブラリの一部を選択する検査装置の他の態様では、前記選択部は、前記界面パルス波の状態が第１状態である場合には、前記ライブラリのうちの第１部分を選択し、前記界面パルス波の状態が前記第１状態とは異なる第２状態である場合には、前記ライブラリのうちの前記第１部分とは異なる第２部分を選択する。

【0025】

この態様によれば、検査装置は、界面パルス波の状態に基づいて、ライブラリの一部を適切に選択することができる。

【0026】

（検査方法の実施形態）
＜７＞
本実施形態の検査方法は、複数の層が積層された試料にテラヘルツ波を照射する照射工程と、前記試料からの前記テラヘルツ波を検出して検出波形を取得する検出工程と、前記検出波形に基づいて、前記試料からの前記テラヘルツ波の推定波形を示すライブラリのうちの一部を選択する選択工程と、前記検出波形と前記選択された一部のライブラリとに基づいて、前記複数の層の界面の位置を推定する推定工程とを備える。

【0027】

本実施形態の検査装置によれば、上述した本実施形態の検査装置が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。

【0028】

尚、本実施形態の検査装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態の検査方法も、各種態様を採用してもよい。

【0029】

（コンピュータプログラムの実施形態）
＜８＞
本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータに上述した本実施形態の検査方法を実行させる。

【0030】

本実施形態のコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態の検査装置が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。

【0031】

尚、本実施形態の検査装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態のコンピュータプログラムも、各種態様を採用してもよい。

【0032】

＜９＞
本実施形態の記録媒体には、上述した本実施形態のコンピュータプログラムが記録されている。

【0033】

本実施形態の記録媒体によれば、上述した本実施形態の検査装置が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。

【0034】

尚、本実施形態の検査装置が採用する各種態様に対応して、本実施形態の記録媒体も、各種態様を採用してもよい。また、記録媒体は、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【0035】

本実施形態の検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体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。

【0036】

以上説明したように、本実施形態の検査装置は、照射部と、検出部と、選択部と、推定部とを備える。本実施形態の検査方法は、照射工程と、検出工程と、選択工程と、推定工程とを備える。本実施形態のコンピュータプログラムは、コンピュータに上述した本実施形態の検査方法を実行させる。本実施形態の記録媒体には、上述した本実施形態のコンピュータプログラムが記録されている。従って、相対的に小さい演算コストで複数の層の界面の位置を適切に推定することができる。

【実施例】

【0037】

以下、図面を参照しながら、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の実施例について説明する。特に、以下では、検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体がテラヘルツ波検査装置に適用された例を用いて説明を進める。尚、テラヘルツ波検査装置は、複数の層が積層された試料に照射されたテラヘルツ波を検出することで、複数の層の界面の位置を推定する。

【0038】

（１）テラヘルツ波検査装置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検査装置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検査装置１００の構成を示すブロック図である。

【0039】

図１に示すように、テラヘルツ波検査装置１００は、複数の層Ｌが積層された試料Ｓに対して、複数の層Ｌの積層方向に交わる方向に沿って伝搬するテラヘルツ波ＴＨｚを照射する。更に、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓが反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。

【0040】

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）に属する電磁波成分を含む電磁波である。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、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、試料Ｓの特性を推定（言い換えれば、計測）することができる。

【0041】

本実施例では、試料Ｓが、内部を薬液が流れる配管である例を用いて説明を進める。この場合、試料Ｓは、図１に示すように、複数の層Ｌとして、管壁層Ｌ１と、管壁層Ｌ２と、管路層Ｌ３とを備えている。管壁層Ｌ１は、配管を構成する筒状の管壁のうち管壁層Ｌ２よりも外側（つまり、管路層Ｌ３から遠い側）に位置する筒状の壁部分である。管壁層Ｌ１は、配管を構成する筒状の管壁のうち管路層Ｌ３を流れる薬液が浸透していない筒状の壁部分である。管壁層Ｌ２は、配管を構成する筒状の管壁のうち管壁層Ｌ１よりも内側（つまり、管路層Ｌ３に近い側）に位置する筒状の壁部分である。管壁層Ｌ２は、配管を構成する筒状の管壁のうち管路層Ｌ３を流れる薬液が浸透した筒状の壁部分である。管路層Ｌ３は、管壁層Ｌ２によって囲まれた、薬液が流れる流路に相当する層である。管路層Ｌ３を薬液が流れている場合には、管路層Ｌ３は、液体の層となる。一方で、管路層Ｌ３を薬液が流れていない場合には、管路層Ｌ３は、気体（例えば、空気等）の層となる。従って、管路層Ｌ３は、相が変化し得る層であるとも言える。

【0042】

管壁層Ｌ１が、薬液が浸透していない壁部分である一方で、管壁層Ｌ２が、薬液が浸透した壁部分であるがゆえに、管壁層Ｌ１の物性は、管壁層Ｌ２の物性とは異なる。更に、薬液層Ｌ３の物性は、配管層Ｌ１及び配管層Ｌ２の物性とは異なる。

【0043】

尚、管路層Ｌ３を一度も薬液が流れていない場合（或いは、管路層Ｌ３を薬液が流れていた時間が所定時間未満の場合、以下同じ）には、配管を構成する管壁に薬液が浸透することはない。このため、管壁の全体が管壁層Ｌ１となる。つまり、管路層Ｌ３を一度も薬液が流れていない場合には、試料Ｓは、管壁層Ｌ２を備えておらず、管壁層Ｌ１と管路層Ｌ３とから構成される。一方で、管路層Ｌ３を一度でも薬液が流れた場合（或いは、管路層Ｌ３を薬液が流れていた時間が所定時間より長い場合、以下同じ）には、配管を構成する管壁に薬液が浸透する。このため、管壁の一部が管壁層Ｌ１となると共に、管壁の他の一部が管壁層Ｌ２となる。つまり、管壁層Ｌ１のうちの少なくとも一部は、管壁層Ｌ１に当初接していた管路層Ｌ３を流れる薬液の影響を受けて変質し、その結果、管壁層Ｌ１のうち変質した部分が、管壁層Ｌ２に変わる。

【0044】

テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓの特性として、試料Ｓを構成する複数の層Ｌの界面Ｂの位置を推定する。ここに、界面Ｂは、ある層Ｌの境界を規定する面である。特に、テラヘルツ波検査装置１００が界面Ｂの位置を推定する関係上、界面Ｂは、テラヘルツ波ＴＨｚの照射方向に交わる面である。本実施例では、界面Ｂとして、界面Ｂ０、界面Ｂ１及び界面Ｂ２が存在する。界面Ｂ０は、管壁層Ｌ１と試料Ｓの外部との境界を規定する。つまり、管壁層Ｌ１は、界面Ｂ０を介して試料Ｓの外部に接している。尚、界面Ｂ０は試料Ｓの表面でもあるため、以下では、界面Ｂ０を、表面Ｂ０と称する。界面Ｂ１は、管壁層Ｌ１と管壁層Ｌ２との境界を規定する。つまり、管壁層Ｌ１は、界面Ｂ１を介して管壁層Ｌ２に接している。界面Ｂ２は、管壁層Ｌ２と管路層Ｌ３との境界を規定する。つまり、管壁層Ｌ２は、界面Ｂ２を介して管路層Ｌ３に接している。

【0045】

界面Ｂの位置を推定するために試料Ｓに照射されるテラヘルツ波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、テラヘルツ波検査装置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。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波検査装置１００についてより具体的に説明を進める。

【0046】

図１に示すように、テラヘルツ波検査装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、「照射部」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、「検出部」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とを備えている。

【0047】

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。

【0048】

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。その後、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。

【0049】

テラヘルツ波発生素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚを出射する。具体的には、テラヘルツ波発生素子１１０は、ギャップを介して互いに対向する一対の電極層を備えている。ギャップには、一対の電極層を介して、バイアス電圧生成部１４１が生成した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）がギャップに印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップに照射されると、ギャップの下側に形成されている光伝導層にもまたポンプ光ＬＢ１が照射される。この場合、ポンプ光ＬＢ１が照射された光伝導層には、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。発生した電流信号は、一対の電極層に流れる。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０は、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波ＴＨｚを出射する。

【0050】

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。その結果、ハーフミラー１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓ（特に、層Ｌ１の表面Ｂ０）に照射される。試料Ｓに照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓによって（特に、表面Ｂ０、界面Ｂ１及び界面Ｂ２の夫々によって）反射される。試料Ｓ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。

【0051】

テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波検出素子１３０に入射するテラヘルツ波ＴＨｚを検出する。具体的には、テラヘルツ波検出素子１３０は、ギャップを介して互いに対向する一対の電極層を備えている。ギャップにプローブ光ＬＢ２が照射されると、ギャップの下側に形成されている光伝導層にもまたプローブ光ＬＢ２が照射される。この場合、プローブ光ＬＢ２が照射された光伝導層には、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。その結果、キャリアに応じた電流信号が、テラヘルツ波検出素子１３０が備える一対の電極層に流れる。プローブ光ＬＢ２がギャップ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、一対の電極層に流れる電流信号の信号強度は、テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じて変化する。テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じて信号強度が変化する電流信号は、一対の電極層を介して、Ｉ−Ｖ変換部１４２に出力される。

【0052】

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、光路長差を調整する。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を出射するタイミング）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。テラヘルツ波検査装置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。

【0053】

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。

【0054】

制御部１５０は、テラヘルツ波検査装置１００の全体の動作を制御するための制御動作を行う。制御部１５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１５０ａと、メモリ１５０ｂとを備える。メモリ１５０ｂには、制御部１５０に制御動作を行わせるためのコンピュータプログラムが記録されている。当該コンピュータプログラムがＣＰＵ１５０ａによって実行されることで、ＣＰＵ１５０ａの内部には、制御動作を行うための論理的な処理ブロックが形成される。但し、メモリ１５０ｂにコンピュータプログラムが記録されていなくてもよい。この場合、ＣＰＵ１５０ａは、ネットワークを介してダウンロードしたコンピュータプログラムを実行してもよい。

【0055】

制御部１５０は、制御動作の一例として、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、試料Ｓの特性を推定する推定動作を行う。推定動作を行うために、制御部１５０は、ＣＰＵ１５０ａの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、「検出部」の一具体例であるロックイン検出部１５１と、信号処理部１５２とを備えている。

【0056】

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の光路長との間の差分（つまり、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１５１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１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚの波形である検出波形ＤＷ（つまり、検出波形ＤＷを示す波形信号）を、信号処理部１５２に対して出力する。つまり、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から参照信号とは異なる周波数のノイズ成分を除去する。即ち、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と参照信号とを用いて同期検波をすることによって、検出波形ＤＷを、相対的に高い感度で且つ相対的に高精度に検波する。尚、テラヘルツ波検査装置１００がロックイン検出を用いない場合は、テラヘルツ波発生素子１１０には、バイアス電圧として直流電圧が印加されればよい。

【0057】

ここで、図２（ａ）から図２（ｂ）を参照しながら、検出波形ＤＷについて説明する。図２（ａ）に示すように、テラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓの表面Ｂ０に照射される。表面Ｂ０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、表面Ｂ０によって反射される。表面Ｂ０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓからテラヘルツ波検出素子１３０に伝搬していく。表面Ｂ０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、表面Ｂ０によって反射されることなく、表面Ｂ０を通過する。表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚは、試料Ｓの内部を透過していく。その後、表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、界面Ｂ１によって反射されると共に、表面Ｂ０を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの他の一部は、界面Ｂ１を通過する。界面Ｂ１を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの一部は、界面Ｂ２によって反射されると共に、界面Ｂ１を通過したテラヘルツ波ＴＨｚの他の一部は、界面Ｂ２を通過する。このため、界面Ｂ１によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚ及び界面Ｂ２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚの夫々もまた、試料Ｓからテラヘルツ波検出素子１３０に伝搬していく。

【0058】

その結果、図２（ｂ）に示すように、検出波形ＤＷには、表面Ｂ０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ０、界面Ｂ１によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ１及び界面Ｂ２によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚに相当するパルス波ＰＷ２が現れる。

【0059】

再び図１において、信号処理部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される検出波形ＤＷに基づいて、試料Ｓの特性を推定する。例えば、信号処理部１５２は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波ＴＨｚの周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて試料Ｓの特性を推定する。

【0060】

本実施例では特に、信号処理部１５２は、制御動作の一例として、検出波形ＤＷに基づいて、界面Ｂの位置を推定する推定動作を行う。推定動作を行うために、信号処理部１５２は、ＣＰＵ１５０ａの内部に形成される論理的な処理ブロックとして、ライブラリ構築部１５２１と、「選択部」の一具体例であるライブラリ選択部１５２２と、「推定部」の一具体例である位置推定部１５２３とを備える。尚、ライブラリ構築部１５２１、ライブラリ選択部１５２２及び位置推定部１５２３の動作の具体例については、後に詳述するためここでの説明を省略する。

【0061】

（２）テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂの位置の推定動作
続いて、図３を参照しながら、テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂの位置を推定する推定動作について説明する。図３は、テラヘルツ波検査装置１００が行う界面Ｂの位置を推定する推定動作の流れの一例を示すフローチャートである。尚、以下では、界面Ｂの位置を推定する推定動作の一例として、界面Ｂ１の位置を推定する推定動作について説明する。但し、テラヘルツ波検査装置１００は、界面Ｂ１の位置を推定する推定動作と同様の態様で、界面Ｂ１とは異なる他の界面Ｂ（例えば、表面Ｂ０及び界面Ｂ２の少なくとも一方）の位置を推定する推定動作を行ってもよい。

【0062】

図３に示すように、まず、ライブラリ構築部１５２１は、界面Ｂ１の位置を推定するために参照されるライブラリ１５２１ａが、制御部１５０が備えるメモリ１５０ｂ（或いは、その他の任意の記録媒体）に格納されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ライブラリ構築部１５２１は、ライブラリ構築部１５２１が過去に構築したライブラリ１５２１ａが、メモリ１５０ｂに格納されているか否かを判定する。

【0063】

ここで、図４を参照しながら、ライブラリ１５２１ａについて説明する。ライブラリ１５２１ａは、試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、検出波形ＤＷの推定結果）を記憶している。以降、ライブラリ１５２１ａに含まれるテラヘルツ波ＴＨｚの波形を、“推定波形ＥＷ”と称する。特に、ライブラリ１５２１ａは、推定波形ＥＷを、当該試料Ｓにおいて想定され得る界面Ｂ１の位置の候補と対応付けて記憶している。つまり、ライブラリ１５２１ａは、界面Ｂ１がある候補位置に存在する試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、推定波形ＤＷ）を、複数の候補位置毎に複数記憶している。

【0064】

尚、界面Ｂ１の位置は、管壁層Ｌ１の膜厚及び管壁層Ｌ２の膜厚によって変動し得る。このため、本実施例では、ライブラリ１５２１ａは、推定波形ＥＷを、当該試料Ｓにおいて想定され得る管壁層Ｌ１及びＬ２の夫々の膜厚の候補と対応付けて記憶しているものとする。つまり、ライブラリ１５２１ａは、管壁層Ｌ１及びＬ２の夫々がある膜厚となる試料Ｓにテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するであろうと推定されるテラヘルツ波ＴＨｚの波形（つまり、推定波形ＥＷ）を、膜厚の複数の候補毎に複数記憶しているものとする。

【0065】

加えて、上述したように、管路層Ｌ３は、管路層Ｌ３を薬液が流れている場合に液体の層となる一方で、管路層Ｌ３を薬液が流れていない場合には気体の層となる。つまり、界面Ｂ２は、固体の層である管壁層Ｌ２（或いは、管壁層Ｌ１）と液体の層である管路層Ｌ３との境界を規定する場合もあれば、固体の層である管壁層Ｌ２（或いは、管壁層Ｌ１）と気体の層である管路層Ｌ３との境界を規定する場合もある。管路層Ｌ３が液体の層である場合には、管壁層Ｌ２（或いは、管壁層Ｌ１）のテラヘルツ波ＴＨｚに対する群屈折率は、管路層Ｌ３のテラヘルツ波ＴＨｚに対する群屈折率よりも小さくなる。一方で、管路層Ｌ３が気体の層である場合には、管壁層Ｌ２（或いは、管壁層Ｌ１）のテラヘルツ波ＴＨｚに対する群屈折率は、管路層Ｌ３のテラヘルツ波ＴＨｚに対する群屈折率よりも大きくなる。このため、管路層Ｌ３が液体の層である場合におけるパルス波ＰＷ２の形状は、管路層Ｌ３が気体の層である場合におけるパルス波ＰＷ２の形状に対して反転する。従って、ライブラリ１５２１ａもまた、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷとを記憶している。

【0066】

例えば、図４に示す例では、ライブラリ１５２１ａは、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷとして、図４の上部に示すように、（ｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｖ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、及び、（ｉｘ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷを記憶している。更に、ライブラリ１５２１ａは、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷとして、図４の下部に示すように、（ｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々１．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｉｖ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々２．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び１．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、（ｖｉｉｉ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び２．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷ、及び、（ｉｘ）管壁層Ｌ１及びＬ２の膜厚が夫々３．０及び３．０になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷを記憶している。

【0067】

図４から分かるように、界面Ｂ１の候補位置が変わると、界面Ｂ１に対応するパルス波ＰＷ１の位置もまた推定波形ＥＷ中において変わっている。更に、管路層Ｌ３が液体の層である場合におけるパルス波ＰＷ２の形状（図４の上部参照）は、管路層Ｌ３が気体の層である場合におけるパルス波ＰＷ２の形状（図４の下部参照）に対して反転することが分かる。

【0068】

再び図３において、ステップＳ１０１の判定の結果、ライブラリ１５２１ａがメモリ１５０ｂに格納されていると判定される場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ライブラリ構築部１５２１は、新たにライブラリ１５２１ａを構築しない。このため、制御部１５０は、メモリ１５０ｂに格納されている既存のライブラリ１５２１ａを用いて、界面Ｂ１の位置を推定する。

【0069】

他方で、ステップＳ１０１の判定の結果、ライブラリ１５２１ａがメモリ１５０ｂに格納されていないと判定される場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ライブラリ構築部１５２１は、ライブラリ１５２１ａを新たに構築する（ステップＳ１０２からステップＳ１０４）。具体的には、ライブラリ構築部１５２１は、まず、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２１ａを構築するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、基準波形ＢＷは、試料Ｓ（或いは、試料Ｓとは異なる任意の物体）にテラヘルツ波ＴＨｚを照射した場合にテラヘルツ波検出素子１３０が検出するテラヘルツ波ＴＨｚの波形であって、ライブラリ１５２１ａを構築する際に基準となるテラヘルツ波ＴＨｚの波形である。

【0070】

ステップＳ１０２の判定の結果、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２１ａを構築しないと判定される場合には（ステップ１０２：Ｎｏ）、ライブラリ構築部１５２１は、新たに基準波形ＢＷを取得する（ステップＳ１０２）。具体的には、ライブラリ構築部１５２１の制御下で、試料Ｓ（或いは、試料Ｓとは異なる任意の物体）にテラヘルツ波ＴＨｚが照射される。その結果、検出波形ＤＷが取得される。この検出波形ＤＷの少なくとも一部（例えば、表面Ｂ０に対応するパルス波ＰＷ０）が、基準波形ＢＷとして用いられる。

【0071】

他方で、ステップＳ１０２の判定の結果、以前に取得済みの基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２１ａを構築すると判定される場合には（ステップ１０２：Ｙｅｓ）、ライブラリ構築部１５２１は、新たに基準波形ＢＷを取得しない。

【0072】

その後、ライブラリ構築部１５２１は、基準波形ＢＷを用いてライブラリ１５２１ａを構築する（ステップＳ１０４）。具体的には、ライブラリ構築部１５２１は、まず、試料Ｓを模擬するシミュレーションモデル上において、管壁層Ｌ１から管路層Ｌ３の物性値（例えば、誘電率や、透磁率や、減衰率や、導電率等）を、管壁層Ｌ１から管路Ｌ３の物性値を事前に実際に計測することで得られた実測値に設定する。その後、ライブラリ構築部１５２１は、シミュレーションモデル上で界面Ｂ１の位置（つまり、管壁層Ｌ１及びＬ２の夫々の膜厚）を変えながら、推定波形ＥＷを算出する。尚、ライブラリ構築部１５２１は、推定波形ＥＷの算出方法として、電磁波の波形を模擬するための既存の方法を採用してもよい。既存の方法の一例として、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法や、ＡＤＥ−ＦＤＴＤ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ＦＤＴＤ）法）があげられる。

【0073】

その後、テラヘルツ波発生素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚを試料Ｓの表面Ｂ０に向けて出射する（ステップＳ１１１）。その結果、テラヘルツ波検出素子１３０は、試料Ｓによって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚを検出する（ステップＳ１１２）。つまり、信号処理部１５２は、検出波形ＤＷを取得する（ステップＳ１１２）。

【0074】

その後、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷとライブラリ１５２１ａが記憶している推定波形ＥＷとのマッチングを行う（つまり、両者を比較する）ことで、界面Ｂ１の位置を推定する（ステップＳ１２１からステップＳ１２３）。本実施例では特に、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷとライブラリ１５２１ａが記憶している全ての推定波形ＥＷとのマッチングを行うことに代えて、検出波形ＤＷとライブラリ１５２１ａが記憶している推定波形ＥＷのうちの一部とのマッチングを行うことで、界面Ｂ１の位置を推定する（ステップＳ１２１からステップＳ１２３）。尚、以降、検出波形ＤＷとマッチングするべき推定波形ＥＷを、“部分推定波形ＥＷ’”と称する。

【0075】

具体的には、上述したように、ライブラリ１５２１ａは、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷとを記憶している。一方で、検出波形ＤＷに含まれているパルス波ＰＷ２の形状は、管路層Ｌ３が液体の層になるか又は気体の層になるかを実質的に示している。従って、検出波形ＤＷに含まれているパルス波ＰＷ２の形状が、管路層Ｌ３が液体の層になることを示している場合には、位置推定部１５２３は、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと検出波形ＤＷとのマッチングを行わなくても、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと検出波形ＤＷとのマッチングを行うことで、界面Ｂ１の位置を推定することができる。従って、この場合には、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷが、部分推定波形ＥＷ’となる。同様に、検出波形ＤＷに含まれているパルス波ＰＷ２の形状が、管路層Ｌ３が気体の層になることを示している場合には、位置推定部１５２３は、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと検出波形ＤＷとのマッチングを行わなくても、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷと検出波形ＤＷとのマッチングを行うことで、界面Ｂ１の位置を推定することができる。従って、この場合には、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓに対応する推定波形ＥＷが、部分推定波形ＥＷ’となる。

【0076】

検出波形ＤＷと部分推定波形ＥＷ’とのマッチングを行うことで界面Ｂ１の位置を推定するために、ライブラリ選択部１５２２は、まず、ライブラリ１５２１ａが記憶している全ての推定波形ＥＷの中から、検出波形ＤＷとマッチングするべき部分推定波形ＥＷ’を選択する（ステップＳ１２１）。具体的には、ライブラリ選択部１５２２は、パルス波ＰＷ２の形状に基づいて、部分推定波形ＥＷ’を選択する。

【0077】

ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しながら、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２の形状と、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２の形状との違いについて説明する。

【0078】

図５（ａ）は、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓにおける検出波形ＤＷの形状を示す波形図である。管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓでは、管壁層Ｌ２の群屈折率が管路層Ｌ３の群屈折率よりも小さくなるがゆえに、パルス波ＰＷ２の形状は、極小値ＭＩＮ２が極大値ＭＡＸ２よりも先に現れる形状になる。言い換えれば、パルス波ＰＷ２の形状は、極小値ＭＩＮ２と極大値ＭＡＸ２との間において信号レベルが増加する（つまり、パルス波ＰＷ２の波形の傾きが正になる）形状になる。

【0079】

一方で、図５（ｂ）は、管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓにおける検出波形ＤＷの形状を示す波形図である。管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓでは、管壁層Ｌ２の群屈折率が管路層Ｌ３の群屈折率よりも大きくなるがゆえに、パルス波ＰＷ２の形状は、極小値ＭＩＮ２が極大値ＭＡＸ２よりも後に現れる形状になる。言い換えれば、パルス波ＰＷ２の形状は、極大値ＭＡＸ２と極小値ＭＡＸ１との間において信号レベルが減少する（つまり、パルス波ＰＷ２の波形の傾きが負になる）形状になる。

【0080】

つまり、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２と管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２とは、パルス波ＰＷ２の極大値及び極小値の出現位置の相対関係が異なるという点から区別可能である。或いは、管路層Ｌ３が液体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２と管路層Ｌ３が気体の層になる試料Ｓにおけるパルス波ＰＷ２とは、極大値及び極小値の間におけるパルス波ＰＷ２の波形の傾きが異なるという点から区別可能である。ライブラリ選択部１５２２は、このようなパルス波ＰＷ２の形状に着目して、ライブラリ１５２１ａの中から部分推定波形ＥＷ’を選択する。

【0081】

再び図３において、その後、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷと、ステップＳ１２１で選択された部分推定波形ＥＷ’とのマッチングを行う（ステップＳ１２２）。具体的には、位置推定部１５２３は、検出波形ＤＷと部分推定波形ＥＷ’との間の類似度Ｒを算出する。尚、類似度Ｒは、検出波形ＤＷと部分推定波形ＥＷ’とがどれだけにているかを示す指標である。このため、類似度Ｒは、検出波形ＤＷと部分推定波形ＥＷ’とが似ていれば似ているほど大きくなる指標である。つまり、類似度Ｒは、実質的には、検出波形ＤＷと部分推定波形ＥＷ’との間の相関係数と等価である。

【0082】

位置推定部１５２３は、２つの信号波形の類似度を算出するための既存の算出方法を用いて、類似度Ｒを算出してもよい。既存の算出方法として、以下の数式１及び数式２があげられる。尚、数式１及び数式２中において、「ｕ_ｄ（ｔ）」は、時刻ｔにおける検出波形ＤＷの振幅（但し、時刻ｔは、上述した比較対象範囲ＷＲに属する時刻）を示し、「ｕ_ｅ（ｔ）」は、時刻ｔにおける部分推定波形ＥＷ’の振幅を示し、「μ_ｄ」は、検出波形ＤＷの振幅の平均値（いわゆる、ＤＣ成分）を示し、「μ_ｅ」は、部分推定波形ＥＷ’の振幅の平均値（いわゆる、ＤＣ成分）を示す。

【0083】

【数1】

【0084】

【数2】

【0085】

位置推定部１５２３は、このような類似度Ｒの算出動作を、ステップＳ１２１で選択された全ての部分推定波形ＥＷ’を対象に繰り替えし行う。その結果、複数の部分推定波形ＥＷ’に対応する複数の類似度Ｒが算出される。

【0086】

その後、位置推定部１５２３は、ステップＳ１２２で算出した複数の類似度Ｒに基づいて、界面Ｂ１の位置を推定する（ステップＳ１２３）。具体的には、位置推定部１５２３は、複数の類似度Ｒのうち最も大きい類似度Ｒに対応する部分推定波形ＥＷ’を特定する。位置推定部１５２３は、特定した部分推定波形ＥＷ’に対応付けられている界面Ｂ１の位置を、界面Ｂ１の実際の位置であると推定する。

【0087】

（４）テラヘルツ波検査装置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検査装置１００は、界面Ｂ１の位置（つまり、試料Ｓ中の界面Ｂの位置）を適切に推定することができる。特に、テラヘルツ波検査装置１００は、検出波形ＤＷとライブラリ１５２１ａが記憶している全ての推定波形ＥＷとのマッチングを行うことなく、界面Ｂ１の位置を推定することができる。このため、検出波形ＤＷとライブラリ１５２１ａが記憶している全ての推定波形ＥＷとのマッチングを行う比較例のテラヘルツ波検査装置と比較して、界面Ｂ１の位置を推定するために要する演算コストを低減可能である。更には、テラヘルツ波検査装置１００は、検出波形ＤＷとマッチングするべき部分推定波形ＥＷ’を選択するためのユーザの指示を必要とすることなく、検出波形ＤＷに基づいて（特に、パルス波ＰＷ２に基づいて）部分推定波形ＥＷ’を選択することができる。このため、ユーザの手間がかからないという利点もある。

【0088】

尚、上述の説明では、テラヘルツ波検査装置１００は、部分推定波形ＥＷ’を直接的に選択するライブラリ選択部１５２２を備えている。しかしながら、テラヘルツ波検査装置１００は、ライブラリ選択部１５２２を備えていなくてもよい。この場合であっても、ライブラリ１５２１ａが記憶している推定波形ＥＷのうちの一部と検出波形ＤＷとのマッチングが位置推定部１５２３によって行われる（つまり、ライブラリ１５２１ａが記憶している推定波形ＥＷのうちの他の一部と検出波形ＤＷとのマッチングが位置推定部１５２３によって行われない）限りは、実質的には、ライブラリ１５２１ａが記憶している推定波形ＥＷのうちの一部が部分推定波形ＥＷ’として選択されていると言える。つまり、本実施例において、「部分推定波形ＥＷ’の選択」とは、部分推定波形ＥＷ’を直接的に選択する動作のみならず、選択位置推定部１５２３によって検出波形ＤＷとマッチングされる推定波形ＥＷを絞り込む（言い換えれば、特定する）ことが可能な任意の動作を含む。

【0089】

また、上述した説明では、試料Ｓが、内部を薬液が流れる配管である例を用いて説明を進めた。しかしながら、試料Ｓは、２つ以上の層Ｌが積層された試料であってもよい。この場合、２つ以上の層Ｌは、互いに異なる物性を有する材料から構成されていてもよい。２つ以上の層Ｌの少なくとも一つは、固体状の材料から構成されていてもよい。２つ以上の層Ｌの少なくとも一つは、液体状の材料から構成されていてもよい。２つ以上の層Ｌの少なくとも一つは、気体状の材料から構成されていてもよい。この場合においても、テラヘルツ波検査装置１００は、検出波形ＤＷに基づいて部分推定波形ＥＷ’を選択することで、界面Ｂを推定してもよい。具体的には、テラヘルツ波検査装置１００は、検出波形ＤＷに含まれるある特定のパルス波ＰＷの状態（例えば、上述した形状）に基づいて、部分推定波形ＥＷ’を選択してもよい。特定のパルス波ＰＷの一例として、ある層Ｌと、相の状態が変わる（例えば、液体から気体若しくは固体へ、気体から固体若しくは液体へと、又は、固体から液体若しくは気体へ変わる）ことが可能な層Ｌとの境界Ｂに対応するパルス波ＰＷがあげられる。特定のパルス波ＰＷの他の一例として、群屈折率の大小関係が反転し得る隣り合う２つの層Ｌ（つまり、群屈折率の大小関係が、第１の層Ｌの群屈折率が第２の層Ｌの群屈折率よりも大きい状態と、第１の層Ｌの群屈折率が第２の層Ｌの群屈折率よりも小さい状態との間で切り替わることが可能な、隣り合う第１及び第２の層Ｌ）の境界Ｂに対応するパルス波ＰＷがあげられる。

【0090】

また、テラヘルツ波検査装置１００は、試料Ｓによって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚを検出しているが、試料Ｓを透過したテラヘルツ波ＴＨｚを検出してもよい。

【0091】

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検査装置、検査方法、コンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0092】

１００ テラヘルツ波検査装置
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
１３０ テラヘルツ波検出素子
１４１ バイアス電圧生成部
１４２ Ｉ−Ｖ変換部
１５０ 制御部
１５０ａ ＣＰＵ
１５０ｂ メモリ
１５１ ロックイン検出部
１５２ 信号処理部
１５２１ ライブラリ構築部
１５２１ａ ライブラリ
１５２２ ライブラリ選択部
１５２３ 位置推定部
１６１ ビームスプリッタ
１６２、１６３ 反射鏡
１６４ ハーフミラー
ＬＢ１ ポンプ光
ＬＢ２ プローブ光
ＴＨｚ テラヘルツ波
Ｓ 試料
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 層
Ｂ、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２ 界面
ＤＷ 検出波形
ＥＷ 推定波形
ＢＷ 基準波形
ＰＷ０、ＰＷ１、ＰＷ２ パルス波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】