用太赫兹波获取样本信息的信息获取装置和信息获取方法

用太赫兹波获取样本信息的信息获取装置和信息获取方法
【专利摘要】一种用太赫兹波获取样本信息的信息获取装置和信息获取方法。该信息获取装置包括：照射单元，被配置为通过与样本接触的透射构件用太赫兹波照射样本的照射位置；检测单元，被配置为检测由透射构件反射的太赫兹波和由样本反射的太赫兹波；波形获取单元，被配置为通过使用检测单元的检测结果来获取透射构件反射的太赫兹波的时间波形和样本反射的太赫兹波的时间波形；及信息获取单元，被配置为通过使用透射构件反射的太赫兹波的时间波形、样本反射的太赫兹波的时间波形、及与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息。
【专利说明】用太赫兹波获取样本信息的信息获取装置和信息获取方法

【技术领域】
[0001]实施例的一个公开方面涉及一种通过使用太赫兹波获取样本的信息的信息获取装置和信息获取方法。

【背景技术】
[0002]近年来，使用具有30GHz至30THz的范围内的频率的电磁波(所谓的太赫兹波)的各种检查技术得到了发展。日本专利N0.4046158描述了一种通过使用太赫兹波的透射性来执行无损检查的测量方法。该方法用太赫兹波的超短脉冲照射样本，检测来自该样本的反射波以获得时间波形，并从该时间波形检查样本的每层的配置和状态。
[0003]如P.U.Jepsen 等人在 Optics Express, (2007)，15，14717 中所指示的，可以详细地检查时间波形的峰值波形，并且可以获得界面附近的位置处的与峰值波形相应的复折射率光谱。已知，许多材料在太赫兹波的频带中具有特定吸收性，从而提供对于材料分析新方法的预期。此外，日本专利公开N0.2011-112548公开了一种测量活体样本的前表面对于太赫兹波的折射率分布并且显现该结果的技术。这样的使用太赫兹波的检查技术提供对于医疗用途的应用的预期，医疗用途的应用比如是使用其中存活组织的折射率和反射率根据部位和状态(正常细胞或肿瘤细胞)而变化的现象的病理诊断。
[0004]在用反射系统进行测量时，除了样本反射的太赫兹波之外，还测量反射镜反射的太赫兹波，并且通过使用这些太赫兹波的时间波形来获取样本的信息。然而，如果样本的前表面和反射镜的前表面的位置不同，或者如果太赫兹波的强度在每一次测量时都有变化，则不能进行正确的比较，因此，测量精度可能降低。为了解决这个问题，使用通过使用透射太赫兹波的板形透射构件进行测量的方法。这是在透射构件接触样本的同时用太赫兹波通过透射构件来照射样本的方法。
[0005]过去，基于透射构件在平面中具有均匀厚度的假定，执行各种类型的测量。然而，难以制造在平面中具有均匀厚度的透射构件。预期厚度可能不同于在实际测量位置处的厚度，或者透射构件的厚度可能在太赫兹波的每一个照射位置处都有变化。因此，难以一直满足当前预期的精度。


【发明内容】

[0006]根据实施例的一方面，一种获取样本的信息的信息获取装置包括:照射单元，被配置为通过与样本接触的透射构件用太赫兹波照射样本的照射位置；检测单元，被配置为检测透射构件反射的太赫兹波和样本反射的太赫兹波；波形获取单元，被配置为通过使用检测单元的检测结果来获取透射构件反射的太赫兹波的时间波形和样本反射的太赫兹波的时间波形；以及信息获取单元，被配置为通过使用透射构件反射的太赫兹波的时间波形、样本反射的太赫兹波的时间波形、及与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息。
[0007]根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本公开的更多特征将变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1是说明根据实施例的测量期间的太赫兹波的路径的图示。
[0009]图2是说明根据示例I的信息获取装置的配置的图示。
[0010]图3A是说明根据示例I的样本和透射构件的布置的图示。
[0011]图3B是说明根据示例I的样本和透射构件的布置的透视图。
[0012]图4A是说明根据示例I的由镜面反射的太赫兹波的时间波形的图示。
[0013]图4B是说明根据示例I的在仅具有透射构件的区域中反射的太赫兹波的时间波形的图示。
[0014]图4C是说明根据示例I的在布置有样本的区域中反射的太赫兹波的时间波形的图示。
[0015]图5是说明根据示例I的测量过程的示例的流程图。
[0016]图6A是根据示例I的透射构件的厚度的误差的分布图。
[0017]图6B是在示例I中获取的折射率光谱。
[0018]图6C是在校正透射构件的厚度之前0.8THz的折射率的分布图。
[0019]图6D是在校正透射构件的厚度之后0.8THz的折射率的分布图。
[0020]图7是说明根据示例3的信息获取装置的配置的图示。
[0021]图8是说明根据示例4的测量过程的流程图。
[0022]图9是说明测量期间的窗厚度的误差的分布和平均的图示。
[0023]图10是说明根据示例5的测量过程的流程图。
[0024]图11是说明根据示例6的信息获取装置的图示。
[0025]图12A是说明根据示例2的样本和透射构件的布置的图示。
[0026]图12B是说明根据示例2的壳体内部的配置的图示。
[0027]图13A是在示例2中获取的折射率光谱。
[0028]图13B是在示例2中获取的吸收系数光谱。

【具体实施方式】
[0029]下面参照附图描述本公开的实施例。
[0030]在这个实施例中，使很好地透射太赫兹波的透射构件与样本接触，然后通过该透射构件用太赫兹波照射样本。透射构件是具有已知的复折射率的板形构件。使透射构件与样本接触以使样本平面化，并且使来自由透射构件的前表面反射的太赫兹波的时间波形中的太赫兹波的强度变化标准化。根据这个实施例的信息获取装置检测由透射构件的前表面反射的太赫兹波和由样本的前表面反射的太赫兹波，并通过时域光谱技术(TDS)来获取时间波形。通过分析所获取的时间波形，可以获取样本的信息，包括样本的属性(诸如样本的反射率和复折射率光谱)以及样本的形状等。具体地，使用与来自透射构件的前表面的反射波相对应的时间波形以及与来自样本的前表面(透射构件的后表面与样本之间的界面)的反射波相对应的时间波形。在本说明书中，“透射构件的前表面”被定义为从照射单元发射的太赫兹波首先到达的表面。相反表面被定义为“透射构件的后表面”。
[0031]此外，在本说明书中，“样本的信息”被定义为包括样本的“属性”和“形状”中的至少一个。具体地，样本的“属性”被定义为包括样本的复振幅反射率、复折射率、复介电常数、反射率、折射率、吸收系数、介电常数和导电率。
[0032]此外，样本的“形状”被定义为包括样本的外部形状、样本中的物质的形状、样本中包括预定属性的区域的形状、以及样本中的层的厚度。可以通过使用在检测到由样本中属性改变的界面反射的太赫兹波的时间波形的时间与检测到由透射构件或另一界面反射的太赫兹波的时间波形的时间之间的差，来获取样本中的物质的形状和样本中的层的厚度。此外，样本中具有预定属性的区域的形状是其中样本的属性值相同或在预定范围内的区域的形状。例如，当复折射率被作为样本的属性获取时，如果改变显示方法以使得其中复折射率是预定值的区域用蓝色指示并且其他区域用红色指示，则可以获取具有预定属性的区域的形状。样本的信息的类型可以由用户适当选择。
[0033]用于测量的透射构件期望地具有平坦的、彼此平行的前表面和后表面，并且在平面中具有均匀厚度。为了获取与样本的属性或形状相关的信息，要求正确地识别当太赫兹波通过透射构件时所产生的影响，因为该影响根据透射构件的厚度而变化。然而，难以通过相关领域的测量方法来一直满足当前预期的精度。因此，需要一种即使使用在平面中不具有均匀厚度的透射构件，也可以高精度地获取样本的信息的技术。此外，需要一种即使每个透射构件的厚度不同，也可以高精度地获取样本的信息的技术。
[0034]在这个实施例中，获取与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息，并且使用该信息来获取样本的信息。因此，即使用于测量的透射构件的厚度不均匀，也可以获取高精度的测量结果。
[0035]图1是示出测量期间透射构件、样本和太赫兹波之间的位置关系的截面图。参照图1描述该实施例的概要。
[0036]附图标记101表示为了布置样本的用于测量的透射构件。透射构件的材料期望地可以是很好地透射太赫兹波并且具有稳定特性的已知材料。此外，该材料期望地可以具有某一硬度。具体地，该材料可以是石英基板、单晶硅板等。可以用透射系统通过例如太赫兹时域光谱技术来容易地测量复折射率光谱。
[0037]透射构件101的后表面接触样本102。此时，透射构件101可以没有间隙地与样本102紧密接触。
[0038]此外，可以在透射构件101的前表面的一部分上提供反射镜103。反射镜103是通过气相沉积法等用金属薄膜形成的。反射镜103用于获得参考光。后面将描述细节。此夕卜，反射镜103用作当将所获得的测量结果与从实际样本102获得的或通过不同测量方法获得的测量结果进行比较时的标记，以使这些测量结果的位置彼此对应。
[0039]这里作为示例描述对于样本102的复折射率的测量；然而，本公开不限于此。
[0040]将样本102适当地布置在装置中，然后用太赫兹波脉冲的入射波104 (Eitl)照射反射镜103上的位置A0，并测量反射波105 (EJ。反射波105 (Eo0)很好地表示入射波104(Ei0),并且因此是用于预先知道所产生的太赫兹波的波形的参考波。此外，如上所述，反射波105 (Etjci)可以用作用于识别照射位置的标记。根据装置配置等，有时可能不需要参考波的测量，因此，可以仅当操作者确定需要测量时才执行参考波的测量。
[0041]用太赫兹波脉冲的入射波106 (Eil)照射其中在透射构件101的后表面上没有布置样本102并且仅提供有透射构件101的区域中的位置Al，并测量反射波lOWU。反射波109包括来自透射构件101的前表面的反射波107(EtjllX被透射构件101的后表面反射一次并且返回的反射波108化。12)、以及被透射构件101的后表面反射至少两次(未示出，但是以相同的方式)并且返回的反射波组。假定通过测量仅设有透射构件101的区域而获得的数据是参考数据。
[0042]参考数据用于检查当太赫兹波在透射构件101中往返时给予太赫兹波的影响。因此，参考数据不限于反射波107和反射波108的时间波形，而是可以包括透射构件101在位置BI处的厚度、或通过对所获得的时间波形执行傅立叶变换而获得的频谱。
[0043]此外，参考数据可以是通过测量具有与用于测量的透射构件101的复折射率大致相等的复折射率的构件而获得的数据。此外，可以仅测量透射构件101，并且可以在使透射构件101与样本102接触之前获取参考数据。
[0044]在照射斑点Al处，入射波106以入射角Θ j入射在透射构件101的前表面上，并且以折射角Θ t在透射构件中传播。透射构件101在照射斑点Al处的厚度为dwl。在图1中，反射波107 (E011)在空气中从Al传播到Cl，反射波108 (E0l2)在透射构件101中从Al传播到BI，然后再传播到D1。因此，在反射波107 (Etjll)与108 (Et5l2)之间产生相位差。该相位差在时间波形中表现为时间差。假定该时间差为AtA1。时间差AtA1取决于入射角θ”透射构件101的厚度dwl、以及透射构件101的折射率nw，并且由如下的表达式(I)给出:

【权利要求】
1.一种获取样本的信息的信息获取装置，包括: 照射单元，被配置为通过与样本接触的透射构件用太赫兹波照射样本的照射位置； 检测单元，被配置为检测由透射构件反射的太赫兹波和由样本反射的太赫兹波； 波形获取单元，被配置为通过使用检测单元的检测结果来获取由透射构件反射的太赫兹波的时间波形和由样本反射的太赫兹波的时间波形；及 信息获取单元，被配置为通过使用由透射构件反射的太赫兹波的时间波形、由样本反射的太赫兹波的时间波形、以及与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息。
2.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，所述信息获取单元通过使用所述时间波形、与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息和参考数据来获取所述样本的信息，所述参考数据是通过如下方式获得的:用太赫兹波照射透射构件或具有与透射构件的折射率大致相等的折射率的物质、并获取由透射构件或所述物质的前表面反射的太赫兹波的时间波形和由透射构件或所述物质的后表面反射的太赫兹波的时间波形。
3.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，由透射构件反射的太赫兹波是由透射构件的前表面反射的太赫兹波。
4.根据权利要求2所述的信息获取装置，其中，所述参考数据是通过如下方式获得的数据:用太赫兹波照射其中透射构件不与样本接触的区域，并获取由透射构件的前表面反射的太赫兹波的时间波形和由透射构件的后表面反射的太赫兹波的时间波形。
5.根据权利要求2所述的信息获取装置，其中，所述参考数据是通过如下方式获得的数据:获取在使透射构件与样本接触之前由透射构件或所述物质的前表面反射的太赫兹波的时间波形、以及在使透射构件与样本接触之前由透射构件或所述物质的后表面反射的太赫兹波的时间波形。
6.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，所述信息获取单元通过使用由透射构件反射的太赫兹波的时间波形和由样本反射的太赫兹波的时间波形来获取与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息。
7.根据权利要求1所述的信息获取装置，还包括: 位置改变单元，被配置为改变太赫兹波的照射位置， 其中，针对由位置改变单元改变的每个照射位置，信息获取单元通过使用与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息。
8.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，透射构件的厚度不均匀。
9.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，信息获取单元通过使用与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息并校正因为透射构件的厚度不均匀而产生的误差，来获取样本的信息。
10.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，太赫兹波是脉冲波。
11.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，透射构件具有已知的折射率。
12.根据权利要求1所述的信息获取装置， 其中，照射单元包括被配置为产生太赫兹波的发生单元，并且 其中，信息获取装置还包括被配置为调整发生单元产生太赫兹波或检测单元检测太赫兹波的时间点的调整单元。
13.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，信息获取单元通过使用检测到由透射构件反射的太赫兹波的时间波形的时间与检测到由样本反射的太赫兹波的时间波形的时间之间的差作为与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息，来获取样本的属性或形状的信息。
14.根据权利要求2所述的信息获取装置，其中，信息获取单元通过使用透射构件在照射位置处的厚度与通过使用所述参考数据而获取的透射构件的厚度之间的差作为与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息，来获取样本的信息。
15.根据权利要求2所述的信息获取装置，其中，信息获取单元通过使用在由透射构件反射的太赫兹波与由样本反射的太赫兹波之间产生的相位差作为与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息。
16.根据权利要求2所述的信息获取装置，其中，所述参考数据是包括以下中的至少一个的数据:由透射构件或所述物质的前表面反射的太赫兹波的时间波形、由透射构件或所述物质的后表面反射的太赫兹波的时间波形、通过使用这些时间波形而获取的频谱、以及透射构件或所述物质的厚度。
17.根据权利要求2所述的信息获取装置，还包括被配置为存储所述参考数据的存储器单元。
18.根据权利要求1所述的信息获取装置，其中，所述信息获取单元获取所述样本的复折射率。
19.一种获取样本的 信息的信息获取方法，包括: 通过与样本接触的透射构件用太赫兹波照射样本的照射位置； 检测由透射构件反射的太赫兹波和由样本反射的太赫兹波以提供检测结果； 获取由透射构件反射的太赫兹波的时间波形和由样本反射的太赫兹波的时间波形，这些时间波形都是通过使用所述检测结果而获取的；及 通过使用由透射构件反射的太赫兹波的时间波形、由样本反射的太赫兹波的时间波形、以及与透射构件在照射位置处的厚度相关的信息来获取样本的信息，这些时间波形都是通过使用所述检测结果而获取的。
【文档编号】G01N21/31GK104076002SQ201410112135
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】洼田央一, 山口小百合 申请人:佳能株式会社