JP2000009812A

JP2000009812A - 電圧波形測定プローブ

Info

Publication number: JP2000009812A
Application number: JP10172366A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nagai; 利明永井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧波形測定プローブに関し、プローブ先端
電極や探針に起因する浮遊容量の影響を抑制してプロー
ブの入力容量を低減し、また、探針を電気光学効果を持
つ結晶に対して着脱自在に取り付ける。【解決手段】電気光学効果を持つ電気光学素子２を透
過した光の偏光状態の変化を検出することにより電圧波
形を測定する電圧波形測定プローブ１の電気光学素子２
の一端に容量結合部７を有するプローブ電極３を取り付
けるとともに、プローブ電極３を構成するプローブ先端
電極５或いは針状電極６を、電気光学素子２側に設けた
プローブ接続電極４に対して着脱自在に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電圧波形測定プロー
ブに関するものであり、特に、プローブ先端針の固着構
造に特徴のある電気光学効果を用いて半導体大規模集積
回路装置（ＬＳＩ装置）内部の微細配線に印加されてい
る電圧を測定するための電圧波形測定プローブに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体大規模集積回路装置等の半導体装
置を設計・製造する上で、半導体装置内部の配線に印加
されている電圧波形を正確に捕らえておくことは必要不
可欠であるが、半導体装置の集積度の向上に伴って、配
線幅は狭くなってきており、光学顕微鏡を用いて微細配
線にプローブを接触させて電圧波形を測定する従来の方
法では対応が難しくなってきている。

【０００３】この様な問題を解決するものとして、電気
光学効果を持つ結晶、即ち、電気光学結晶（ＥＯ結晶）
を用いた光テスタが使用されており、測定点の近傍に配
置した電気光学結晶にレーザ光を照射し、配線に印加さ
れた電圧に基づいて電気光学結晶に誘起された複屈折率
変化による電気光学結晶を透過または反射したレーザ光
の偏光状態変化を検出し、その偏光量に基づいて電圧を
測定するものである（必要ならば、Ｊ．Ａ．Ｖａｌｄｍ
ａｎｉｓ，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬｅｔｔｅｒｓ，
Ｖｏｌ．２３，ｐ．１３０８，１９８７参照）。

【０００４】この場合に使用するレーザ光は、ＣＷ光
（連続発振光）を用いることもあるが、より高速な電気
信号波形を測定するために、超短パルス光を用いてサン
プリングを行う電気光学サンプリング法が用いられてお
り、この方法においては、電気光学効果の応答が早く、
且つ、光パルスも極めて短いものが得られるため、超高
時間分解能が得られる。

【０００５】しかし、通常この電気光学サンプリング法
においては、空間分解能がレーザ光のビーム径で制限さ
れるため、サブミクロンオーダーの幅の微細配線の電圧
測定を行うことができず、そのために、導電性を有する
Ｗ等からなる先端の鋭い探針を電気光学結晶に取付けて
プローブ自身にＡＦＭ（原子間力顕微鏡）機能を持た
せ、この探針を配線に接触させることによりサブミクロ
ンオーダーの幅の微細配線の電圧測定を可能にしてい
る。

【０００６】ここで、図６を参照して、実用化されてい
る従来の電気光学効果を用いたプローブを説明する。図６参照図６は、電気光学効果を用いた従来のプローブの一例の
概略的断面図であり、プローブは、プローブヘッド３
１、プローブヘッド３１を支持する支持筐体３２、プロ
ーブヘッド３１を走査するピエゾアクチュエータによる
ＸＹＺピエゾステージ３３、プローブヘッド３１にレー
ザ光を照射するレーザ光源４１、及び、照射したレーザ
光の反射光から電圧の検出を行う偏光解析部３４から構
成されている。

【０００７】この内、プローブヘッド３１は、Ｂｉ₁₂Ｓ
ｉＯ₂₀或いはＺｎＴｅ等の電気光学結晶３５、電気光学
結晶３５の一方の面に反射電極（図示せず）を介して取
り付けられた探針３６、ＧＮＤ電位等の参照電圧を印加
するためのＩＴＯ等の透明電極（図示せず）を設けた電
気光学結晶３５の他方の面に対向固定されるチューブ３
７、チューブ３７を支持する２枚の平行な板バネ３８，
３９から構成される。

【０００８】このチューブ３７は、水平方向に高剛性を
有し、且つ、垂直方向には低剛性であり、探針３６の変
位により探針３６が配線等に接触した場合のチューブ３
７の上下動は、容量式変位センサ４０によって測定され
る。

【０００９】また、偏光解析部３４には、レーザダイオ
ードを備えたレーザ光源４１からのパルスレーザ光４２
を透過すると共に、電気光学結晶３５からの反射光の内
の特定の偏光成分を光検出器４８に導く偏光ビームスプ
リッタ４３、反射光の偏光軸を回転させるファラデー回
転子４４、ファラデー回転子４４を透過したパルスレー
ザ光４２を透過すると共に、電気光学結晶３５からの反
射光の内の特定の偏光成分を光検出器４７に導く偏光ビ
ームスプリッタ４５、偏光ビームスプリッタ４５を透過
した直線偏光のパルスレーザ光４２を楕円偏光に変換す
るλ／４板４６、２つの光検出器４７，４８の検出出力
を入力してその差動出力を電圧波形として出力する差動
増幅器（図示を省略）等から構成される。

【００１０】この場合、探針３６が接触している配線に
印加されている被測定信号によって電気光学結晶３５の
屈折率がポッケルス効果によって変化し、それによって
この電気光学結晶３５の内部を通過するレーザ光の偏光
状態が変化し、この偏光状態が変化した反射光を偏光解
析部３４に設けたλ／４板４６で直線偏光に変換し、直
線偏光の内の一方の成分、例えば、Ｓ偏光成分を偏光ビ
ームスプリッタ４５で選択的に反射して光検出器４７で
検出される。

【００１１】一方、偏光ビームスプリッタ４５を透過し
た直線偏光の内の他方の成分、例えば、Ｐ偏光成分は、
ファラデー回転子４４によって偏光軸が偏光ビームスプ
リッタ４３で反射が生ずるように回転され、反射した光
は光検出器４８で検出され、光検出器４７で検出された
出力と、光検出器４８で検出された出力を差動増幅器で
比較増幅するものであり、差動増幅器の出力、即ち、光
検出器４７で検出された出力と、光検出器４８で検出さ
れた出力との比率の変化により配線に印加されている被
測定信号を検出するものである。

【００１２】この様な電圧波形測定プローブにおいて、
電気光学結晶３５の透明電極側にＧＮＤ電位等の一定の
参照電圧を印加しているので、電気光学結晶３５の両端
にかかる電圧が一定となり、正確な電圧振幅の測定が可
能になる。

【００１３】また、この様な電気光学結晶３５の電気光
学効果は極めて微小であるため、直流電圧成分を高い精
度で測定することは難しいが、電気光学結晶３５は僅か
な電気伝導性を有するので、電気光学結晶３５の参照電
極となる透明電極から配線を引き出して高インピーダン
ス入力の増幅器に接続することで、直流電圧成分も高い
精度で測定することが可能になる（必要ならば、特願平
８−２６３３９７号参照）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この様な電圧測定プロ
ーブを用いて高周波デバイス、ＤＲＡＭ（ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ）、或いは、ＳＲＡＭ
（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）の内部
回路等の敏感な回路の電圧波形に影響を与えることなく
精度良く測定するためには、入力容量の極めて小さなプ
ローブヘッド使用する必要がある。

【００１５】しかし、測定対象の電圧を電気光学結晶に
確実に印加するために、電気光学結晶にプローブ先端電
極や探針をコンタクトすると、電気光学結晶の持つ容量
や導電性部材であるプローブ先端電極や探針に起因して
浮遊容量が増加し、この浮遊容量が測定対象への負荷と
なり、正確な電圧波形測定ができなくなるという問題が
ある。

【００１６】また、探針として先端が極めて細い針を使
用すれば、ＬＳＩ内部のサブミクロン幅の配線の電圧波
形測定も可能となり、且つ、この探針をＡＦＭ動作させ
て画像をえることによってプローブ位置を決定すること
も可能になるが、この場合には、探針の先端が極めて細
いため、配線との接触或いはＡＦＭ動作において探針の
先端が曲がりやすくなる。探針先端が曲がってしまう
と、ＡＦＭの分解能が劣化し、配線への電気的コンタク
トも困難になるので、探針を磁石で吸着するようにする
などして交換可能にしておく必要があるが、その場合に
は、探針取り付け部分の大型化して、浮遊容量が増加し
てしまうという問題がある。

【００１７】したがって、本発明は、プローブ先端電極
や探針に起因する浮遊容量の影響を抑制してプローブの
入力容量を低減し、また、探針を電気光学効果を持つ電
気光学結晶に対して着脱自在に取り付けることを目的と
する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。図１参照（１）本発明は、電気光学効果を持つ電気光学素子２の
一端に容量結合部７を有するプローブ電極３を取り付け
るとともに、電気光学素子２を透過した光の偏光状態の
変化を検出することにより電圧波形を測定する電圧波形
測定プローブ１において、プローブ電極３を構成するプ
ローブ先端電極５或いは針状電極６が、電気光学素子２
側に設けたプローブ接続電極４に対して着脱自在に取り
付けられることを特徴とする。

【００１９】この様に、プローブ電極３を電気光学素子
２に着脱自在に取り付けることにより、針状電極６先端
の微細化により被測定配線に接触した針状電極６先端が
曲がった場合に、簡単に交換することができるので、Ａ
ＦＭ分解能と配線への電気的コンタクト性能を低下させ
ずに測定することができる。

【００２０】また、この場合、プローブ電極３に意図的
に直列容量を設けることによって、電気光学素子２の両
端電極間の容量をＣ₀、容量結合部７の容量をＣ₁とし
た場合、浮遊容量を無視した場合、その全体の容量Ｃ
は、Ｃ＝（Ｃ₀×Ｃ₁）／（Ｃ₀＋Ｃ₁）となり、Ｃ₁を小さくすることによってプローブの入力
容量を任意に小さくすることができる。

【００２１】特に、容量結合部７の取り付け位置を、で
きるだけ針状電極６の先端に近い位置にすることによっ
て、それ以降の金属部分による浮遊容量は等価的に容量
結合部７の容量Ｃ₁に直列接続されることになるので、
入力容量の増加を防ぐことができる。さらに、容量結合
部７の容量値Ｃ₁の異なるものを作成しておけば、用途
に応じて使い分けたり、或いは、容量結合部７を持たな
い通常の探針に付け替えることも可能である。

【００２２】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、プローブ先端電極５或いはプローブ接続電極４の一
方が永久磁石によって構成され、且つ、プローブ先端電
極５或いはプローブ接続電極４の他方が永久磁石或いは
強磁性体によって構成され、両者の間に容量結合部７を
設けたことを特徴とする。

【００２３】この様に、着脱を永久磁石、特に、アルニ
コ系磁石、フェライト磁石等の磁化した保磁力の大きな
強磁性体と、強磁性体、特に、電磁軟鉄等の磁化してい
ない高透磁率の強磁性体、或いは、永久磁石同士の磁力
によって行うことにより、着脱が容易になるが、そのた
めには、永久磁石或いは強磁性体としてある程度の大き
さが必要になり、大きさに伴う浮遊容量の増加の影響を
緩和するためには、プローブ先端電極５或いはプローブ
接続電極４を電気光学素子２側に設けたプローブ接続電
極４に対して容量結合部７を介して着脱自在に取り付け
れば良く、それによって、着脱構造の周りの浮遊容量の
影響をあまり受けずに効果的に入力容量を低減すること
ができる。なお、プローブ先端電極５或いはプローブ接
続電極４の一方を磁化していない強磁性体、或いは、保
磁力の小さな強磁性体とする場合には、形状が薄い場合
などには斜めに付いたりして吸着が不安定となる場合が
あるが、両方とも保磁力の大きな永久磁石とし、互いに
異なる極同士を接合面とすれば、より安定に吸着するこ
とができる。

【００２４】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、容量結合部７が抵抗体によって構成さ
れることを特徴とする。

【００２５】この様に、容量結合部７を抵抗体で構成す
ることにより、等価的には、容量結合部７の容量Ｃ₁に
抵抗Ｒ₁が並列接続した構成になり、この抵抗Ｒ₁が電
気光学素子２に直列接続された状態となるので、直流電
圧を電気光学素子２に導き、簡単な容量結合部７の構成
によって低周波さらには直流電圧までの測定が可能にな
る。

【００２６】（４）また、本発明は、上記（２）におい
て、容量結合部７が高抵抗性または絶縁性の強磁性体或
いは高抵抗性または絶縁性の永久磁石のいずれかで構成
されることを特徴とする。

【００２７】この様に、容量結合部７を高抵抗性または
絶縁性の強磁性体で構成した場合には、プローブ先端電
極５或いはプローブ接続電極４の一方を構成する永久磁
石に対して着脱自在にするための強磁性体を別個に設け
る必要がなく、また、容量結合部７を永久磁石で構成す
る場合には、プローブ先端電極５或いはプローブ接続電
極４の一方を構成する永久磁石または強磁性体に対して
着脱自在にするための永久磁石を別個に設ける必要がな
く、いずれの場合にも構成が簡素化され、さらに、磁力
による結合が誘電体層等を介することなく直接的に行わ
れるので、取り付けが強固になる。なお、高抵抗性また
は絶縁性の強磁性体或いは高抵抗性または絶縁性の永久
磁石としては、フェライト磁石、プラスチックマグネッ
ト、或いは、ゴムマグネット等を使用することができ、
それぞれ、磁化した永久磁石、或いは、磁化していない
強磁性体として使用できる。

【００２８】（５）また、本発明は、上記（１）ないし
（４）のいずれかにおいて、容量結合部７が、容量結合
部７の容量に並列接続される抵抗成分を有し、電気光学
素子２の両端電極間の容量をＣ₀、抵抗をＲ₀とし、容
量結合部７の容量をＣ₁、抵抗をＲ₁とした場合、Ｒ₀×Ｃ₀＝Ｒ₁×Ｃ₁ の関係に設定したことを特徴とする。

【００２９】この様に、容量結合部７に抵抗Ｒ₁の抵抗
成分を有するように構成することによって、この抵抗Ｒ
₁が電気光学素子２に直列接続された状態となり、電気
光学素子２の両端にかかる電圧の周波数特性ｒ（ω）
は、ｒ（ω）＝１／〔１＋（Ｒ₁／Ｒ₀）×（１＋ｊω・Ｃ
₀・Ｒ₀）／（１＋ｊω・Ｃ₁・Ｒ₁）〕で表されるので、Ｒ₀×Ｃ₀＝Ｒ₁×Ｃ₁とすることに
よって、ｒ（ω）＝１／〔１＋（Ｒ₁／Ｒ₀）〕となり、電気光学結晶の両端にかかる電圧の周波数特性
ｒ（ω）をフラットにすることができる。

【００３０】なお、電気光学素子２と容量結合部７の間
の部分のもつ浮遊容量が無視できない場合には、浮遊容
量の影響を相殺するように抵抗Ｒ₁を設定しても良い
し、或いは、電気光学素子２の両端電極間の抵抗Ｒ₀を
電気光学素子２に不純物を混入したり或いは表面に薄膜
抵抗を付けることによって調整しても良いし、さらに
は、電気光学素子２に光を照射して生じる光導電により
抵抗を調整しても良い。

【００３１】

【発明の実施の形態】ここで、図２を参照して、本発明
の第１の実施の形態を説明する。図２（ａ）参照図２（ａ）は本発明の第１の実施の形態のプローブを概
略的断面図であり、ＺｎＴｅからなる電気光学結晶１１
の一方の面には参照電圧を印加するＩＴＯからなる透明
電極１２を設け、他方の面には信号印加電極となるＡｕ
からなる反射電極１３を設け、この反射電極１３に対し
て、表面をＡｕメッキした永久磁石１４を融着し、この
永久磁石１４がプローブ接続電極となる。なお、金属強
磁性体自体或いは金属強磁性体を用いた永久磁石は一応
導電性を有するものの、高周波においては表皮効果が顕
著になり導電性が低下する虞があるので、接触面や導電
性を必要とする場合にはＡｕメッキを施すことが望まし
い。

【００３２】次いで、上下表面がＡｕメッキされたガラ
スからなる誘電体層１５と表面をＡｕメッキした高透磁
率の電磁軟鉄からなる強磁性体層１６を融着させる。な
お、この両面にＡｕメッキが施された誘電体層１５が容
量結合部を構成し、また、強磁性体層１６がプローブ先
端電極となる。

【００３３】一方、探針１７については、ＮａＯＨを用
いた電解エッチング法によってＷ（タングステン）をエ
ッチングすることによって、先端部を尖らせ、主要部の
直径φ₁、底面の直径φ₂、テーパ状部の長さｈが用途
に応じた所定の値となるようにする。

【００３４】次いで、この探針１７の底面側に、Ａｕ−
Ｓｎ合金（図示せず）を蒸着し、強磁性体層１６と融着
することによって、着脱自在のプローブ探針部が形成さ
れ、プローブ接続電極となる永久磁石１４の強磁性体層
１６に作用する磁力を利用して、プローブ探針部を電気
光学結晶１１に対して着脱自在に取り付けるものであ
る。

【００３５】図２（ｂ）参照図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したプローブの等価回路
図であり、誘電体層１５の有する抵抗を含めたプローブ
探針部のプローブ抵抗２０をＲ₁、誘電体層１５による
容量結合部のプローブ結合容量２１をＣ₁とした場合、
抵抗Ｒ₀の電気光学結晶抵抗１８と容量Ｃ₀の電気光学
結晶容量１９の並列接続回路によって等価的に表される
電気光学結晶１１に対して抵抗Ｒ₁と容量Ｃ₁の並列接
続回路が直列接続した状態となる。

【００３６】この場合、浮遊容量を無視し、誘電体層１
５の抵抗が無限大であると近似すると、Ｒ₁は無限大に
なり、したがって、容量Ｃ₀と容量Ｃ₁の直列接続回路
で近似されることになり、プローブ先端電極２２とＧＮ
Ｄ電位との間のプローブ全体の容量Ｃは、Ｃ＝（Ｃ₀×Ｃ₁）／（Ｃ₀＋Ｃ₁）となり、容量Ｃ₁を小さくすることによって、容量Ｃを
任意に小さくすることができる。

【００３７】例えば、電気光学結晶１１の容量Ｃ₀が、
Ｃ₀＝０．５ｐＦであるとき、容量結合部の容量Ｃ₁を
Ｃ₁＝０．１ｐＦとすると、プローブ全体の容量Ｃは、
Ｃ≒０．０８ｐＦとなり、電気光学結晶１１の容量Ｃ₀
の１／６にすることができ、かなり低入力容量のプロー
ブを構成することができ、それによって、高周波デバイ
ス、ＤＲＡＭ、或いは、ＳＲＡＭの内部回路等の敏感な
電圧波形に影響を与えることなく電圧波形測定が可能に
なる。

【００３８】また、上記の第１の実施の形態において
は、永久磁石１４を用いてプローブ探針部を電気光学結
晶１１に対して着脱自在に取り付けているので、探針１
７を配線に接触させた際、或いは、ＡＦＭ動作をさせた
際に探針１７の先端部が曲がった場合に、永久磁石１４
の磁力による取り付け部に力を加えることによって、容
易にプローブ探針部を取り外して交換することができる
ので、常に高いＡＦＭ分解能と、安定した配線への電気
的コンタクト性能を保つことが可能になる。

【００３９】また、上述の様に、永久磁石１４の磁力に
よってプローブ探針部を取り付ける場合、使用に耐え得
る取り付け強度を得るためには、永久磁石１４及び強磁
性体層１６の大きさもある程度必要になり、必要となる
大きさに伴って浮遊容量も増加するが、上記の第１の実
施の形態のように、永久磁石１４と強磁性体層１６との
間に誘電体層１５を設けて容量結合することにより、着
脱構造の周りの浮遊容量の影響をあまり受けることなく
入力容量を低減することができる。

【００４０】次に、図３を参照して、本発明の第１の実
施の形態の二つの変形例を説明する。図３（ａ）参照図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の変形例の概
略的断面図であり、上記の第１の実施の形態との違い
は、プローブ接続電極側を強磁性体層１６とし、プロー
ブ先端電極側を永久磁石１４にしたものであり、その他
の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。

【００４１】この場合の得られる効果も、上記の第１の
実施の形態と同様であり、入力容量を任意に小さくする
ことができるととともに、プローブ探針部を着脱自在に
取り付けているのでその交換が容易になる。

【００４２】図３（ｂ）参照図３（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の他の変形例
の概略的断面図であり、上記の第１の実施の形態との違
いは、プローブ先端電極側も永久磁石２３にしたもので
あり、その他の構成は上記の第１の実施の形態と全く同
様である。

【００４３】この場合の得られる効果も、上記の第１の
実施の形態と同様に入力容量を任意に小さくすることが
できるととともに、プローブ探針部を着脱自在に取り付
けているのでその交換が容易になり、また、この場合に
は、両方を永久磁石で構成しているので、接着力がより
強固になり、或いは、同じ接着力にした場合には、永久
磁石１４，２３の大きさを小さくすることができ、それ
によって、浮遊容量の影響をより低減することができ
る。なお、プローブ先端電極側或いはプローブ接続電極
側の一方を強磁性体強磁性体とした場合には、形状が薄
い場合などには斜めに付いたりして吸着が不安定となる
場合があるが、この変形例の様に両方とも保磁力の大き
な永久磁石とし、互いに異なる極同士を接合面とすれ
ば、より安定に吸着することができる。

【００４４】次に、図４を参照して、本発明の第２の実
施の形態のプローブ及びその変形例を説明する。図４（ａ）参照図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のプローブの
概略的断面図であり、上記の第１の実施の形態と同様
に、ＺｎＴｅからなる電気光学結晶１１の一方の面には
参照電圧を印加するＩＴＯからなる透明電極１２を設
け、他方の面には信号印加電極となるＡｕからなる反射
電極１３を設け、この反射電極１３に対して、表面をＡ
ｕメッキした永久磁石１４を融着し、この永久磁石１４
がプローブ接続電極となる。

【００４５】次いで、上下表面がＡｕメッキされたフェ
ライト層２４と表面をＡｕメッキした非磁性体のプロー
ブ先端金属電極２５を融着させる。

【００４６】次いで、上記の第１の実施の形態と同様の
形状の探針１７の底面側に、Ａｕ−Ｓｎ合金（図示せ
ず）を蒸着し、プローブ先端金属電極２５と融着するこ
とによって、着脱自在のプローブ探針部が形成され、プ
ローブ接続電極となる永久磁石１４のフェライト層２４
に作用する磁力を利用して、プローブ探針部を電気光学
結晶１１に対して着脱自在に取り付けるものである。

【００４７】この本発明の第２の実施の形態において
も、フェライト層２４によって形成される容量Ｃ₁が、
電気光学結晶１１の容量Ｃ₀に対して直列接続された構
成となるので、フェライト層２４によって形成される容
量Ｃ₁を調整することによって入力容量を任意に小さく
することができ、また、取り付けに磁力結合を用いてい
るのでプローブ探針部の交換が容易になる。

【００４８】また、この本発明の第２の実施の形態にお
いては、プローブ接続電極となる永久磁石１４の磁力の
作用するフェライト層２４自体を容量結合部としている
ので、第１の実施の形態のように誘電体層１５を挟んで
結合させることなく、両者を直接結合させているので、
接着力が強くなり、したがって、永久磁石１４及びフェ
ライト層２４のサイズをそれほど大きくする必要がない
ので、電気光学結晶１１に直列接続する浮遊容量を小さ
くすることができ、それによって、入力容量を小さくす
ることができる。

【００４９】また、容量結合部を構成するフェライト層
２４をプローブ接続電極としてではなく、プローブ探針
部側に設けているので、フェライト層２４から探針１７
にかけての金属部分の浮遊容量は容量結合部の容量Ｃ₁
に直列に接続された状態となり、それによって、入力容
量の増大を防止することができる。

【００５０】図４（ｂ）参照図４（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態のプローブの
変形例の概略的断面図であり、図４（ａ）に示した第２
の実施の形態との相違は、容量結合部兼磁力結合部をフ
ェライト層２４の代わりにプラスチックマグネット２６
によって構成した点であり、それ以外の構成は上記の第
２の実施の形態と全く同様である。

【００５１】この本発明の第２の実施の形態の変形例に
おいても、上記の第２の実施の形態と同様に、入力容量
の低減、プローブ探針部の交換の容易化、及び、浮遊容
量の低減の効果が得られるものであるが、この場合に
は、磁石同士の結合を利用しているので、結合力がより
強固になる。

【００５２】また、この場合も、容量結合部を構成する
プラスチックマグネットをプローブ接続電極としてでは
なく、プローブ探針部側に設けているので、プラスチッ
クマグネット２６から探針１７にかけての金属部分の浮
遊容量は容量結合部の容量Ｃ ₁に直列に接続された状態
となり、それによって、入力容量の増大を防止すること
ができる。

【００５３】次に、図５を参照して、本発明の第３の実
施の形態のプローブ及びその変形例を説明する。図５（ａ）参照図５（ａ）は、本発明の第３の実施の形態のプローブの
概略的断面図であり、上記の第１の実施の形態と同様
に、ＺｎＴｅからなる電気光学結晶１１の一方の面には
参照電圧を印加するＩＴＯからなる透明電極１２を設
け、他方の面には信号印加電極となるＡｕからなる反射
電極１３を設け、この反射電極に対して、表面をＡｕメ
ッキした永久磁石１４を融着し、この永久磁石１４がプ
ローブ接続電極となる。

【００５４】次いで、上下表面がＡｕメッキされたガラ
スからなる誘電体層１５の側面に炭素被膜或いはＮｉ−
Ｃｒ等からなる抵抗体層２７を設け、この誘電体層１５
と表面をＡｕメッキした非磁性体のプローブ先端金属電
極２５を融着させる。

【００５５】次いで、上記の第１の実施の形態と同様の
形状の探針１７の底面側に、Ａｕ−Ｓｎ合金（図示せ
ず）を蒸着し、プローブ先端金属電極２５と融着するこ
とによって、着脱自在のプローブ探針部が形成され、プ
ローブ接続電極となる永久磁石１４のフェライト層２４
に作用する磁力を利用して、プローブ探針部を電気光学
結晶１１に対して着脱自在に取り付けるものであり、こ
の場合には、Ａｕメッキ層及び抵抗体層２７を介してプ
ローブ探針部と電気光学結晶１１とが抵抗によって直列
接続されることになる。

【００５６】この場合の等価回路は図２（ｂ）に示した
等価回路と同様であり、容量結合部の容量Ｃ₁に対し、
抵抗体層２７の抵抗成分Ｒ₁が並列接続された状態とな
るので、この場合の電気光学結晶１１の透明電極１２と
反射電極１３との間にかかる電圧の周波数特性ｒ（ω）
は、ｒ（ω）＝１／〔１＋（Ｒ₁／Ｒ₀）×（１＋ｊω・Ｃ
₀・Ｒ₀）／（１＋ｊω・Ｃ₁・Ｒ₁）〕で表される。

【００５７】したがって、抵抗体層２７の抵抗成分Ｒ₁
を調整することによってＲ₀×Ｃ₀＝Ｒ₁×Ｃ₁とした
場合に、ｒ（ω）＝１／〔１＋（Ｒ₁／Ｒ₀）〕となり、電気光学結晶１１の両端にかかる電圧の周波数
特性ｒ（ω）は抵抗の比Ｒ₁／Ｒ₀によって決定される
ので、周波数ωに依存することなくフラットにすること
ができる。なお、電気光学結晶１１と容量結合部との間
の部分のもつ浮遊容量が無視できない場合には、浮遊容
量の影響を相殺するように、抵抗体層２７の抵抗Ｒ₁を
設定すれば良い。

【００５８】また、この本発明の第３の実施の形態にお
いても、上記の第１の実施の形態と同様に、入力容量の
低減、及び、プローブ探針部の交換の容易化、及び、浮
遊容量の低減の効果が得られるものである。

【００５９】図５（ｂ）参照図５（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態のプローブの
変形例の概略的断面図であり、図５（ａ）に示した第２
の実施の形態との相違は、容量結合部兼抵抗結合部を誘
電体層１５及びその側面に設けた抵抗体層２７の代わり
に、所定の誘電率を有する炭素粉と樹脂を混合した抵抗
体層２８のみによって構成した点であり、それ以外の構
成は上記の第３の実施の形態と全く同様である。

【００６０】この本発明の第３の実施の形態の変形例に
おいても、上記の第３の実施の形態と同様に、入力容量
の低減、プローブ探針部の交換の容易化、及び、電気光
学結晶１１の両端にかかる電圧の周波数特性ｒ（ω）の
フラット化の効果が得られるものであるが、この場合に
は、容量結合部兼抵抗結合部を単一の抵抗体層２８によ
って構成しているので、容量結合部兼抵抗結合部の構成
が簡素化される。

【００６１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるも
のではなく、各種の変更が可能であり、例えば、電気光
学結晶としてはＺｎＴｅを用いているが、電気光学効果
を有する結晶ならばどの様なものを用いても良いもので
あり、例えば、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀（ＢＳＯ）やＧａＡｓを
用いても良いものである。

【００６２】また、容量結合部を構成する誘電体層１５
もガラスに限られるものではなく、セラミックス等の誘
電体として通常用いられているものを使用しても良いも
のであり、さらには、誘電体層の代わりに、容量の値が
明らかな市販されている円板形状のコンデンサやチップ
コンデンサを使用しても良いものである。

【００６３】また、強磁性体層を構成する素材は電磁軟
鉄に限られるものではなく、ソフトフェライト等の他の
強磁性体でも良く、また、永久磁石としては、ハードフ
ェライトやアルニコ系磁石を用いれば良い。

【００６４】また、本発明のプローブヘッドを組み込む
電圧波形測定プローブの具体的構成も、図７に示した構
成に限られるものではなく、特に、偏光解析部の構成と
しては、電気光学結晶の複屈折率により比率が変化した
二種類の偏光成分が、異なった光検出器に分離して入力
され、その差動出力が得られる構成であればどの様な構
成を採用しても良いものであり、さらには、偏光の一成
分のみを検出して、差動増幅器を使用しないタイプの電
圧波形測定プローブを用いても良いものである。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、電気光学効果を利用し
た電圧波形測定プローブのヘッドを、電気光学結晶及び
電気光学結晶に対して容量結合部を介して磁力結合を用
いて着脱自在に取り付けたプローブ探針によって構成し
ているので、プローブ探針部の交換が容易になり、ま
た、プローブ探針部を交換可能にするための着脱部分で
浮遊容量が生じても、容量結合部を設けているのプロー
ブ入力抵抗を小さく抑えることができ、それによって、
被測定配線の近傍の凹凸像を短時間で正確に取得するこ
とができるので、半導体大規模集積回路装置の内部配線
に印加される電圧波形の測定を高速に、且つ、正確に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態のプローブの説明図
である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例の概略的断
面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のプローブ及びその
変形例の概略的断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態のプローブ及びその
変形例の概略的断面図である。

【図６】従来のプローブの概略的断面図である。

【符号の説明】

１電圧波形測定プローブ２電気光学素子３プローブ電極４プローブ接続電極５プローブ先端電極６針状電極７容量結合部１１電気光学結晶１２透明電極１３反射電極１４永久磁石１５誘電体層１６強磁性体層１７探針１８電気光学素子抵抗１９電気光学素子容量２０プローブ抵抗２１プローブ結合容量２２プローブ先端電極２３永久磁石２４フェライト層２５プローブ先端金属電極２６プラスチックマグネット２７抵抗体層２８抵抗体層３１プローブヘッド３２支持筐体３３ＸＹＺピエゾステージ３４偏光解析部３５電気光学結晶３６探針３７チューブ３８板バネ３９板バネ４０容量式変位センサ４１レーザ光源４２パルスレーザ光４３偏光ビームスプリッタ４４ファラデー回転子４５偏光ビームスプリッタ４６ λ／４板４７光検出器４８光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を持つ電気光学素子の一端
に容量結合部を有するプローブ電極を取り付けるととも
に、前記電気光学素子を透過した光の偏光状態の変化を
検出することにより電圧波形を測定する電圧波形測定プ
ローブにおいて、前記プローブ電極を構成するプローブ
先端電極或いは針状電極が、前記電気光学素子側に設け
たプローブ接続電極に対して着脱自在に取り付けられる
ことを特徴とする電圧波形測定プローブ。
【請求項２】上記プローブ先端電極或いはプローブ接
続電極の一方が永久磁石によって構成され、且つ、前記
プローブ先端電極或いはプローブ接続電極の他方が永久
磁石或いは強磁性体によって構成され、両者の間に上記
容量結合部を設けたことを特徴とする請求項１記載の電
圧波形測定プローブ。
【請求項３】上記容量結合部が、抵抗体によって構成
されることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧
波形測定プローブ。
【請求項４】上記容量結合部が、高抵抗性または絶縁
性の強磁性体或いは高抵抗性または絶縁性の永久磁石の
いずれかによって構成されることを特徴とする請求項１
記載の電圧波形測定プローブ。
【請求項５】上記容量結合部が、前記容量結合部の容
量に並列接続される抵抗成分を有し、上記電気光学素子
の両端電極間の容量をＣ₀、抵抗をＲ₀とし、前記容量
結合部の容量をＣ₁、抵抗をＲ₁とした場合、Ｒ₀×Ｃ₀＝Ｒ₁×Ｃ₁ の関係に設定したことを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか１項に記載の電圧波形測定プローブ。