JP2007101330A - 磁界センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁界センサにおいて、小型化による磁界検出感度の低下を抑制しつつ、高周波磁界を高感度、高空間分解能で検出できる。
【解決手段】 本発明による磁界センサは、切り欠き部１０７を有するループ開口部１０９を備えるループ部１１１と、ループ部１１１に接続され、ループ開口部１０９に鎖交する磁界によってループ部１１１に発生する誘導起電力を外部に伝送するリード部１１０とを具備し、ループ部１１１におけるストリップ導体１１８の線幅は、リード部におけるストリップ導体１１７の線幅より細くなるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波の磁界を測定するための磁界センサに関し、特に、シールディドループ磁界センサに関する。

今日では、電子機器の高速化、高機能化が急速に進んでおり、これに伴って、電子機器では不要な電磁放射が発生しやすくなり、他の電子機器または電子回路の誤動作の原因となることが知られている。この電磁放射の原因の一つとして、半導体デバイスの高速動作に伴い回路内の電源供給系を流れる不要な高周波ノイズ電流が知られており、ＬＳＩ等の設計あるいは開発の早期から高周波ノイズ電流を抑制することが望まれている。

このため、ＬＳＩ等の内部に発生する高周波ノイズ電流の経路を特定する技術として、近傍磁界を計測することによって高周波ノイズ電流の経路を非接触で特定する技術がある。これは、ＬＳＩを実動作させた状態におけるチップ内部の高周波電流による磁界分布を測定して高周波電流の経路を特定する技術である。又、新たに磁界を電流に変換する手法やシールディッドループ構造を小型化した微小磁界プローブ等により、非接触で高精度な測定が可能となっている。このような技術により、高精度なＬＳＩ電源系モデルの作成や、ＥＭＩの低減を考慮した回路設計を行うためのデータ取得など、ＬＳＩの回路設計の効率化が図れるとともに、ＬＳＩの設計・開発において早期の段階において高周波ノイズ電流抑制効果の検証が可能となっている。

高周波ノイズ電流を測定するために用いられる磁界センサには、数十ＭＨｚから数ＧＨｚの帯域の磁界を検出する従来のセンサに関する技術としていくつか知られている。例えば、特許第３０８５６５１号（特許文献１）及び特開２０００−１７１５３５号公報（特許文献２）に、トリプレート構造のストリップ線路を有し、電界シールド性能に優れるシールディドループ磁界センサが開示されている。

図１は、特許文献１に記載されている従来の磁界センサの構成の概略図である。特許文献１に記載されている従来の磁界センサ１は、３層の導体層により構成されるシールディドループ磁界センサに関するものである。図１（ａ）〜図１（ｃ）のそれぞれは、Ｚ軸正方向に順に積層される最下層導体２、中間層導体３、最上層導体４のＸＹ平面における平面図である。図１（ｄ）は、最下層導体２、中間層導体３、最上層導体４をＺ軸正方向に順に積層した磁界センサ１のＸＹ平面における平面図である。ただし、中間層導体３は、透視されて表示されている。ここで、最下層導体２と中間層導体３との間には厚みが一定の層間絶縁膜が形成されている。又、中間層導体３と最上層導体４の間にも厚みが一定の層間絶縁膜が形成されている。

図１（ａ）を参照して、最下層導体２は、ａ線を境にしてＸ軸方向負側の直線状導体パターン５と正側のＣ字状導体パターン６とから構成される。又、Ｃ字状導体パターン６は、Ｃ字状の切り欠き部であるギャップ部７を有している。同様に、図１（ｃ）を参照して、最上層導体４は、ａ線を境にしてＸ軸方向負側の直線状導体パターン５’と正側のＣ字状導体パターン６’とから構成される。又、Ｃ字状導体パターン６’は、Ｃ字状の切り欠き部であるギャップ部７を有している。最下層導体２と最上層導体４はともに同じ形状で、相対向している。

図１（ｂ）に示される中間層導体３は、最下層導体２と最上層導体４との間に挟みこまれ、直線状導体パターン５と、Ｃ字状導体パターン６のＹ軸方向上側半周部の中心線に沿うようにして、最下層導体２及び最上層導体４より幅の狭い導体パターンが伸びる柄杓状パターンである。又、中間層導体３は、Ｃ字状導体パターン６先端のギャップ部７を横切り、ギャップ部７より少しＹ軸方向下側でループ部側中間層導体の終点８となるように設けられる。中間層導体３の終点８において、中間層導体３のパターンは最下層導体２及び最上層導体４と電気的に接続されている。

図１（ｄ）を参照して、Ｃ字状導体パターン６及び６’のＹ軸方向正側の半周部、及び直線状導体パターン５及び５’の領域において、最下層導体２と中間層導体３と最上層導体４とによってストリップ線路が形成される。ここでは、最下層導体２、最上層導体４の導体パターンがグランド、中間層導体３がストリップ導体となっている。電磁誘導の法則によりループ開口部９に鎖交する磁束の時間変化に応じて誘導起電力が生じ、誘導起電力がストリップ線路を伝送するため、高周波コネクタを計測器と高周波ケーブルを介して接続することにより、この誘導起電力が計測される。この磁界センサはストリップ線路を利用しているため電界シールドの効果があり、電界による誘起電圧を抑制する構造となっている。又、ストリップ導体の幅を一定に保つことにより、ストリップ線路部の特性インピーダンスが一定に保たれるため、この磁界センサは主に磁界による出力電圧を効率良く取り出せるという特徴がある。

特許文献２に記載の磁界センサは、第１層、第２層、第３層の３層の導体が積層されて構成されたストリップ線路を用いた磁界センサである。第１層は直線状導体パターンをＪ字状導体パターンの最長の直線状導体の中点に垂直に配した層である。第３層は第１層と同一の導体パターンを有する。第２層は、第１層及び第３層の導体パターンの幅中心に沿って柄杓型導体パターンと、Ｊ字状導体パターンの屈曲部と向かい合ってループを形成するようなＬ字状導体パターンとを配した層である。Ｌ字状導体パターンの一端は前記柄杓型導体パターンに繋がり、その他端は第１層及び第３層のＪ字導体パターンの直線状導体の端部に接続されている。

このように、特許文献２に記載されている従来の磁界センサは、図１に示した従来の磁界センサのＣ字状導体パターン６及び６’をＪ字状に変え、その代わりに中間層導体３の先端部にＬ字状導体パターンが加わったものである。動作原理、及び磁界センサとしての特徴は特許文献１に記載されている従来の磁界センサと同じである。

以下に、中間層導体としてＣ字状導体を有し、３層の導体から構成されるストリップ線路を利用した磁界センサの開示例が示される。

特開２０００−３３８２０６号公報に記載の、第１層、第２層、第３層から構成される磁界センサが開示されている（特許文献３参照）。特許文献３を参照して、第１層は、５つの直線状導体から成るほぼＣ字状導体パターンと、Ｃ字状導体パターンのうち最も長い直線状導体の中点に垂直に配置されるように電気的に接続した直線状導体パターンであって、断面形状がほぼ長方形で一定の導体パターンから構成される。第２層は、Ｃ字状導体パターンの上側の半周部と直線状導体パターンの中心に沿うようにして、断面形状がほぼ長方形で一定の各辺が直線状導体であり、その幅が第１層のＣ字状導体パターンより小さい電気的に接続したコ字状導体パターンと直線状導体パターンから構成される。

特開２００１−１０２８１７号公報に、ストリップ線路のシールド性能を強化して周囲電磁ノイズの影響やクロストーク等の電磁的な干渉が抑制されたシールディドループ型磁界センサが記載されている（特許文献４参照）。特許文献４を参照して、多層回路基板に形成されたトリプレートのストリップ線路において、内導体を挟む二つのグランドのパターン幅は、内導体のパターン幅の１０倍以下程度の有限の幅である。又、グランドの幅方向の両端において二つのグランドはヴィアを介して短絡され、そのヴィアはストリップ線路の伝送方向となる長手方向に複数設けられる。隣接するストリップ線路も同様の構成である。このため、各ストリップ線路の断面は、一つの内導体が、それを挟む二つのグランドと両側のヴィアで囲まれた形状となるので、周囲電磁ノイズの影響やクロストーク等の電磁的な干渉が抑制される。

特開２００３−１１４２６５号公報に、ストリップ線路のシールド性能を強化し、電磁的な干渉を抑制して信頼性の高い磁界計測を可能にするシールディドループ型磁界センサが記載されている（特許文献５参照）。特許文献５を参照して、多層回路基板に形成されたトリプレートのストリップ線路に形成されたリード部は、内導体と、内導体を挟む有限幅の２つのグランドと、グランドの幅方向の両端において２つのグランドを短絡するヴィアによって構成される。ヴィアはストリップ線路の伝送方向となる長手方向に複数設けられ、ストリップ線路の断面を、一つの内導体がそれを挟む二つのグランドと両側のヴィアで囲まれた形状にすることにより、周囲からの電磁的な干渉が抑制される。磁界検出用ループ部のループ開口部を鎖交する磁界によって生じた出力はストリップ線路モードとしてリード部を経由して出力される。

特開２００４−０６９３３７号公報に、高周波磁界強度に対して超高周波まで滑らから応答を示す磁界センサが記載されている（特許文献６参照）。特許文献６に記載の磁界センサは、トリプレート型のストリップ線路構造を有するシールディドループコイル型の磁気センサ１０であって、１ターンのループ状のグランド線路を並列接続したインダクタンスをＬとし、ギャップを間にして対向する１ターンのループ状のグランド線路端側電極間で高周波的に形成される合成容量をＣとするとき、積（Ｌ×Ｃ）が２．５×１０−２０以下とされ、且つ１ターンのループ状のグランド線路の最外周長が５０ｍｍ以下である。

一方、半導体集積回路は、年々、微細化されており、微細な配線を流れる高周波ノイズ電流の経路の特定や、個々の配線に流れる電流値の評価を行うためには、磁界センサの空間分解能を高めることが必要である。このような計測において検出磁界の空間分解能を高めるためには、一般に磁界センサを配線に近づけると同時に磁界検出部を小型化する必要がある。

図１に示される磁界センサ１における直線状導体パターン５及び５’側をリード部１０、Ｃ字状導体パターン６及び６’側をループ部１１としたとき、図１に記載された磁界センサによる検出磁界の空間分解能を高めるためには、ループ部１１におけるＣ字状パターン６及び６’の横幅を小さくすれば良い。ここで、磁界検出感度はループ開口部９を鎖交する磁束に比例するため、ループ開口部９の面積が減少すればそれだけ検出感度が低下する。仮にループ開口部９の寸法が等しい場合、Ｃ字状導体パターン６及び６’の幅が細いほどループ部１１の横幅が小さくなるため、空間分解能が高くなる。

又、ループ部１１の外形寸法が同じ場合、Ｃ字状導体パターン６及び６’の幅が細いほどループ開口部９の面積が増加するため、磁界検出感度は増加する。よってループ部１１の外形寸法が同じ場合、磁界検出感度を高めるためにはＣ字状導体パターン６及び６’の幅を細くすれば良いのだが、Ｃ字状導体パターン６の幅は中間層導体３の導体パターン幅に比べて大きいため、Ｃ字状導体パターン６の幅の小型化の限界はストリップ導体幅に依存する。

特許文献１から６に記載された磁界センサにおいてはストリップ導体幅を一定としているため、ストリップ導体幅を太くすると、それに合わせてＣ字状導体パターン６の幅も太くする必要があり、結果として磁界検出感度の低下を招く。又、逆にストリップ導体を極端に細くして、それに合わせてＣ字状導体パターン６の幅を細くした場合、ループ開口部９を鎖交する磁束も増加するが、ストリップ導体の抵抗成分が大きくなるため、ストリップ導体での電圧降下が増大し、結果として磁界検出感度向上が妨げられるという問題が生じる。
特許第３０８５６５１号 特開２０００−１７１５３５号公報 特開２０００−３３８２０６号公報 特開２００１−１０２８１７号公報 特開２００３−１１４２６５号公報 特開２００４−０６９３３７号公報

本発明の目的は、高周波磁界を高空間分解能で検出できる磁界センサを提供することにある。

本発明の他の目的は、小型化による磁界検出感度の低下を抑制可能な磁界センサを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、電界シールド効果の高い磁界センサを提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。この番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

以上のような課題を解決するため、本発明による磁界センサは、ループ部（１１１、２１１、３１１）と、ループ部（１１１、２１１、３１１）に接続され、ループ部（１１１、２１１、３１１）に鎖交する磁界によってループ部（１１１、２１１、３１１）に発生する誘導起電力を外部に伝送するリード部（１１０、２１０、３１０）とを具備する。

ループ部（１１１、２１１、３１１）は、グランドを形成する２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）と、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）に第１の絶縁膜（１１６及び１２０、２１６及び２２０、３１６及び３２０）を介して挟まれてストリップ導体を形成するループ部側中間層導体（１１８、２１８、３１８）とを含むストリップ線路を備える。又、リード部（１１０、２１０、３１０）は、グランドを形成する２つのリード部側導体（１０５及び１０５’、２１３及び２２１、３１３及び３２１）と、２つのリード部側導体（１０５及び１０５’、２１３及び２２１、３１３及び３２１）に第２の絶縁膜（１１５及び１１９、２１５及び２１９、３１５及び３１９）を介して挟まれ、ストリップ導体を形成するリード部側中間層導体（１１７、２１７、３１７）とを含むストリップ線路を備える。

２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）のそれぞれは、第１の半周部と第２の半周部を有し、第１の半周部と第２の半周部の一端は相互に接続され、他端は切り欠き部（１０７、２０７、３０７）として離隔されるようにループが形成される。ループ部側中間層導体（１１８、２１８、３１８）は、第１の半周部に沿って、切り欠き部（１０７、２０７、３０７）を横断するように設けられ、一端が２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の第２の半周部に接続され、他端がリード部側中間層導体（１１７、２１７、３１７）に接続される。

以上のような構成の磁界センサにおいて、本発明による磁界センサにおけるループ部側中間層導体（１１８、２１８、３１８）の線幅は、リード部側中間層導体（１１７、２１７、３１７）の線幅よりも細くなるように構成される。このため、ループ部（１１１、２１１、３１１）のストリップ線路における伝送特性を劣化させることなく２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の幅を狭めることができる。

２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の幅を細くすることにより、ループ外形寸法が等しく、且つ、ループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の幅が太い磁界センサに比べてループ開口部（１０９、２０９、３０９）の面積が増加する。それに伴いループ開口部（１０９、２０９、３０９）を鎖交する磁束が増加するため、磁界検出感度が増加する。

又、ＬＳＩ等の配線近傍の磁界を計測する場合、空間分解能を高めるためには、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の外形横寸法を大幅に小さくすることが必要となるが、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の幅を細くすることにより、開口部（１０９、２０９、３０９）の寸法が等しく、且つ２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の幅が太いループ磁界センサに比べて外形横寸法が小さくなるため、配線近傍の磁界計測を行う際に磁界センサの空間分解能が向上することができる。

更に、ループ部（１１１、２１１、３１１）リード部（１１０、２１０、３１０）との境界でストリップ導体幅が細くなるため、ループ部（１１１、２１１、３１１）から離れた位置でストリップ導体幅が細くなる場合に比べストリップ導体の電気抵抗が小さくなり、ストリップ導体での電圧降下も大きくならず、ストリップ導体での電圧降下による磁界検出感度の低下を防ぐことができる。

本発明による磁界センサは、第１の絶縁膜（１１６及び１２０、２１６及び２２０、３１６及び３２０）の誘電率が、第２の絶縁膜（１１５及び１１９、２１５及び２１９、３１５及び３１９）の誘電率より高くなるように構成されることが好ましい。このようにループ部（１１１、２１１、３１１）とリード部（１１０、２１０、３１０）のストリップ線路における誘電率を変化させることによって、ループ部（１１１、２１１、３１１）側の方がリード部（１１０、２１０、３１０）側に比べストリップ導体幅が細くなっても、リード部（１１０、２１０、３１０）側とループ部（１１１、２１１、３１１）側の特性インピーダンスを一定に保つことができる。

又、第１の絶縁膜（１１６及び１２０、２１６及び２２０、３１６及び３２０）の厚さが、第２の絶縁膜（１１５及び１１９、２１５及び２１９、３１５及び３１９）の厚さより薄くなるように構成されることが好ましい。このようにループ部（１１１、２１１、３１１）とリード部（１１０、２１０、３１０）のストリップ線路における絶縁膜の膜厚を変化させることによって、ループ部（１１１、２１１、３１１）側の方がリード部（１１０、２１０、３１０）側に比べストリップ導体幅が細くなっても、リード部（１１０、２１０、３１０）側とループ部（１１１、２１１、３１１）側の特性インピーダンスを一定に保つことができる。

更に、ループ部（１１１、２１１、３１１）側の第１の絶縁膜（１１６及び１２０、２１６及び２２０、３１６及び３２０）としてリード部（１１０、２１０、３１０）側の第２の絶縁体（１１５及び１１９、２１５及び２１９、３１５及び３１９）よりも誘電率が高く、膜厚の薄い材料を用いることが好ましい。

加えて、第１の絶縁膜（１１６及び１２０、２１６及び２２０、３１６及び３２０）の厚さと、第２の絶縁膜（１１５及び１１９、２１５及び２１９、３１５及び３１９）の厚さは一定となるように構成されることが好ましい。
磁界センサ。

本発明による磁界センサでは、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）のうちの一方と、２つのリード部側導体（１０５及び１０５’、２１３及び２２１、３１３及び３２１）のうちの一方とが接続され、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）のうちの他方と２つのリード部側導体（１０５及び１０５’、２１３及び２２１、３１３及び３２１）のうちの他方とが接続される。このような構成により、磁界センサにおける導体層を３層にでき、製造が容易にできる。

又、リード部（１１０、２１０、３１０）におけるストリップ線路の入力インピーダンスは、リード部（１１０、２１０、３１０）に接続される外部装置の入力インピーダンスと整合するように構成されることが好ましい。これにより、伝送特性の劣化を防止できる。

更に、２つのループ状導体（１０６及び１０６’、２１４及び２２２、３１４及び３２２）の線幅は、ループ部側中間層導体（１１８、２１８、３１８）の線幅の４倍から１０倍であることが好ましい。

本発明による磁界センサにおける２つのリード部側導体（１０５及び１０５’、２１３及び２２１、３１３及び３２１）は、リード部側中間層導体（１１７、２１７、３１７）を伝送方向に平行な面で囲むように相互に接続され、シールド型ストリップ線路を形成することが好ましい。このような構成により、ストリップ線路部の大部分がシールド型ストリップ線路構造を形成できるため、電界シールド効果が向上する。

以上のような構成により、本発明による磁界センサによれば、高周波磁界を高空間分解能で検出できる。

又、小型化による磁界検出感度の低下を抑制し、高周波磁界を高感度で検出できる。

更に、電界シールド効果が強化され、周囲電磁ノイズの影響やクロストークの電磁的な干渉を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明による磁界センサの実施の形態が説明される。本発明による磁界センサは、電子機器に内在する半導体集積回路上でのＭＨｚ帯からＧＨｚ帯までの高周波の磁界計測や高周波電流の推定に使用される。例えば、ＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策用検査のための電磁ノイズの測定、電磁ノイズ発生源の特定等が可能となる高空間分解能近傍磁界計測に使用される磁界センサが挙げられる。又、本発明の磁界センサの可逆性により、微細領域での電磁耐性試験のために使用される微小な磁界発生器も挙げられる。以下では、同一及び相当部分には同一符号を付して説明される。

（第１の実施の形態）
図２〜図５を参照して、本発明による磁界センサの第１の実施の形態が説明される。
図２は、第１の実施の形態における磁界センサ１０１の構成の概念図である。図２を参照して、磁界センサ１０１は、Ｚ軸性方向に順に積層される最下層導体１０２、中間層導体１０３、最上層導体１０４とを備える。図２（ａ）〜図２（ｃ）のそれぞれは、最下層導体１０２、中間層導体１０３、最上層導体１０４のＸＹ平面における概略的な平面図である。又、図２（ｄ）は、最下層導体１０２、中間層導体１０３、最上層導体１０４をＺ軸正方向に順に積層した磁界センサ１０１のＸＹ平面における概略的な平面図である。ただし、中間層導体１０３は、透視されて表示されている。

図３は、磁界センサ１０１を概略的に示す分解斜視図である。図４（ａ）は、図２（ｄ）に示された磁界センサ１０１をｃ−ｃ’線で、図４（ｂ）は磁界センサ１０１をｄ−ｄ’線で、図４（ｃ）は磁界センサ１０１をｅ−ｅ’線で、図４（ｄ）は磁界センサ１０１をｆ−ｆ’線で、図４（ｅ）は磁界センサ１０１をｇ−ｇ’線でそれぞれ切ったときの断面構造を模式的に示す図である。

図２（ａ）を参照して、最下層導体１０２は、Ｘ軸方向負側の直線状導体パターン１０５と正側のＣ字状導体パターン１０６とを備える。又、Ｃ字状導体パターン１０６は、Ｃ字状の凹部であるループ開口部１０９と、Ｃ字状の切り欠き部であるギャップ部１０７を有している。同様に、図２（ｃ）を参照して、最上層導体１０４は、Ｘ軸方向負側の直線状導体パターン１０５’と正側のＣ字状導体パターン１０６’とを備える。又、Ｃ字状導体パターン１０６’は、Ｃ字状の凹部であるループ開口部１０９と、Ｃ字状の切り欠き部であるギャップ部１０７を有している。最下層導体１０２と最上層導体１０４はともに同じ形状で、相対向している。

図２（ｂ）に示される中間層導体１０３は、最下層導体１０２と最上層導体１０４との間に挟みこまれ、直線状導体パターン１０５と、Ｃ字状導体パターン１０６のＹ軸方向上側半周部の中心線に沿うようにして、最下層導体１０２及び最上層導体１０４より幅の狭い導体パターンが伸びる柄杓状パターンである。又、中間層導体１０３は、Ｃ字状導体パターン１０６先端のギャップ部１０７を横切り、ギャップ部１０７より少しＹ軸方向下側でループ部側中間層導体終点１０８となるように設けられる。中間層導体終点１０８において、中間層導体１０３のパターンは最下層導体１０２及び最上層導体１０４と電気的に接続されている。

図２（ｂ）を参照して、本発明に係る中間層導体１０３は、ｂ線を境にしてＸ軸方向負側のリード部側中間層導体１１７と、正側のループ部側中間層導体１１８とを備える。リード部側中間層導体１１７の幅は、ループ部側中間層導体１１８の幅より広くなっている。図２（ｄ）を参照して、中間層導体１０３の幅が変化するｂ線を境にして、磁界センサ１０１におけるＸ軸方向負側をリード部１１０、正側をループ部１１１とする。

図３を参照して、本形態の磁界センサ１０１は、基板１１２上に下層から順に、最下層導体１０２、第１層間絶縁膜、中間層導体１０３、第２層間絶縁膜、最上層導体１０４が積層されている。ここで、第１層間絶縁膜は、ｂ線を境に誘電率の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部１１０側のリード部側第１層間絶縁膜１１５と、ループ部１１１側のループ部側第１層間絶縁膜１１６とを備える。又、同様に、第２層間絶縁膜は、ｂ線を境に誘電率の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部１１０側のリード部側第２層間絶縁膜１１９と、ループ部１１１側のループ部側第２層間絶縁膜１２０とを備える。

このような構成により、磁界センサ１０１のループ部１１１がプリント配線等の磁界発生源に接近すると、ループ開口部１０９に鎖交する磁束の時間変化に応じて誘導起電力が生じ、誘導起電力がリード部１１０に伝送される。リード部１１０を介してスペクトラムアナライザ等の測定器に、この誘導起電力を入力することによって、ＬＳＩ等の高周波ノイズ電流に起因する磁界を非接触で測定することができる。

図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、最下層導体１０２と中間層導体１０３との間に形成されているループ部側第１層間絶縁膜１１６とリード部側第１層間絶縁膜１１５の膜厚は一定である。又、中間層導体１０３と最上層導体１０４の間に形成されているループ部側第２層間絶縁膜１２０とリード部側第２層間絶縁膜１１９の膜厚は一定である。ここで、ループ部側第１層間絶縁膜１１６とループ部側第２層間絶縁膜１２０（以下、両者を合わせてループ部側絶縁膜と呼ぶ）は同じ誘電体材料であり、リード部側第１層間絶縁膜１１５とリード部側第２層間絶縁膜１１９（以下、両者を合わせてリード部側絶縁膜と呼ぶ）は同じ誘電体材料である。又、ループ部側絶縁膜とリード部側絶縁膜を比較すると、使用される材料の誘電率はループ部側絶縁膜の方が大きい。絶縁膜１２５は、磁界センサ１０１の外側に相当するため、絶縁膜１２５の材料としては特に指定はなく、ループ部側絶縁膜もしくはリード部側絶縁膜に使われる材料と同じものでも別のものでも良く、製造プロセスを容易にする材料を選ぶことが可能である。

図４（ａ）、（ｄ）及び（ｅ）を参照して、最下層導体１０２と中間層導体１０３と最上層導体１０４とによってストリップ線路が形成される。ストリップ線路の特性インピーダンスは、誘電体の膜厚が等しい場合、誘電体材料の誘電率とストリップ導体幅に依存し、同じ誘電体材料を使った場合はストリップ導体幅が広いほど特性インピーダンスは低くなる。又、ストリップ導体幅が等しい場合は誘電体材料の誘電率が高いほど特性インピーダンスは低くなる。従って、ループ部側絶縁膜の材料の誘電率を高くすることによって、リード部１１０側とループ部１１１側のストリップ線路の特性インピーダンスを一定に保ったまま、ループ部１１１のストリップ導体幅をリード部１１０側よりも狭くすることが可能となる。

図４（ｄ）のｆ−ｆ’線での断面図が示すようにループ部１１１の上側半周部（図２（ｄ）を参照してループ部１１１におけるｄ−ｄ’からＹ軸方向正側部分）は、ストリップ線路を形成している。又、リード部１１０側も図４（ｅ）のｇ−ｇ’線での断面図が示すようにストリップ線路を形成している。両者とも最下層導体１０２、最上層導体１０４の導体パターンがグランド、中間層導体１０３がストリップ導体となっている。

本発明による磁界センサ１０１は、ｂ線を境にしてループ部１１１側とリード部１１０側ではストリップ導体幅と層間絶縁膜材料が異なる。又、ループ部１１１側及びリード部１１０側のストリップ導体は、ループ部１１１側、及びリード部１１０側のそれぞれにおいて線幅は一定であり、ｂ線を境にして中間層導体１０３の線幅が変化し、ループ部１１１側の方がリード部１１０側よりも狭くなっている。この際、ループ部１１１のストリップ線路を構成している部分おいて、最下層導体１０２、最上層導体１０４のＣ字状導体パターン１０６の幅は、第２導体により構成されるストリップ導体の幅に対して少なくとも４倍以上であることが好ましい。このように、ループ部１１１側の中間層導体１０３の線幅が狭くなることにより、ループ部１１１側のＣ字状導体パターン１０６及び１０６’の幅を細くするが可能となる。又、ループ部１１１側のＣ字状導体パターン１０６、１０６’の幅は実用上、ストリップ導体であるループ部側中間層導体１１８の幅に対して４〜１０倍であることが望ましい。

ループ部１１１側とリード部１１０側のストリップ線路の特性インピーダンスが異なる場合、ループ部１１１において、磁界により検出された誘導起電力を効率よく取り出すことができなくなる。そこで、ループ部１１１側とリード部１１０側で誘電率の異なる絶縁膜材料を用いることにより、ループ部１１１側とリード部１１０側のストリップ線路の特性インピーダンスを等しくさせることが可能である。

一方、図４（ｃ）を参照して、中間層導体終点１０８において中間層導体１０３は最下層導体１０２及び最上層導体１０４とビアコンタクトされている。図３の分解斜視部に示されるように、ループ部側第１層間絶縁膜１１６とループ部側第２層間絶縁膜１２０とには、それぞれ中間層導体１０３と最下層導体１０２及び最上層導体１０４とビアコンタクトさせるためのコンタクトプラグ１２３が形成されている。尚、図２（ｂ）において、ｄ−ｄ’線を軸として中間層導体１０３のパターンを上下反転させた構造にしてもよい。その場合も磁界センサとしての機能は同じである。

図４（ｅ）を参照して、リード部１１０における最下層導体１０２及び最上層導体１０４がその両端部でともに接触し、シールド型のストリップ線路が形成される。シールド型ストリップ線路は、内部導体が絶縁体を介して外部導体により完全に取り囲まれる構造を有する同軸線路と同様に、ストリップ導体である中間層導体１０３が絶縁体を介して最下層導体１０２と最上層導体１０４により完全に取り囲まれる構造となるので、外部電界が存在しても外側の最下層導体１０２と最上層導体１０４により電界がシールドされる。従って、電界シールド特性が優れるという効果がもたらされる。

リード部１１０側の領域がシールド型ストリップ線路を形成しているのに対し、ループ部１１１においては、図４（ａ）及び図４（ｄ）に示されるように、最下層導体１０２と最上層導体１０４の両端部は接触していない、いわゆるストリップ線路を構成している。これは、電界シールド特性の観点からはシールド型ストリップ線路の方が好ましいが、最下層導体１０２と最上層導体１０４を接触させるためのスペースを確保するために最下層導体１０２と最上層導体１０４におけるＣ字状導体パターン１０６の幅を大きくする必要があり、結果として磁界センサ１０１の磁界検出感度向上を妨げてしまうからである。

図５はリード部側第１層間絶縁膜１１５とループ部側第１層間絶縁膜１１６の積層後に生じるｂ線周辺における段差を平坦化させるプロセスを概略的に示す図である。図５（ａ）に示されるようにリード部側第１層間絶縁膜１１５とループ部側第１層間絶縁膜１１６との上面部に段差が生じた場合、図５（ｂ）に示されるように上面を平坦化して、段差を除去する。これによりストリップ線路を形成している部分におけるリード部側第１層間絶縁膜１１５とループ部側第１層間絶縁膜１１６の厚みを一定にすることが可能となる。又、リード部側第１層間絶縁膜１１５とループ部側第１層間絶縁膜１１６の境界であるｂ線周辺で段差が生じた場合に、そのまま中間層導体１０３を積層させると段差によって中間層導体１０３が断線する恐れがあるが、平坦化により断線を防ぐことが可能となる。

電磁誘導の法則によりループ開口部１０９に鎖交する磁束の時間変化に応じて生じた誘導起電力はシールド型ストリップ線路を構成するリード部１１０に伝送される。このリード部１１０に高周波コネクタを計測器と高周波ケーブルを介して接続し、この誘導起電力が計測される。一般に数十ＭＨｚ以上の高周波回路においては、信号損失を小さくするためのインピーダンス整合が重要となる。本発明においても高周波伝送特性を維持する必要があるので、リード部１１０の特性インピーダンスが計測器の入力インピーダンス（５０Ω）、及び計測器と本発明の磁界センサ１０１と接続する高周波ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）と整合するように、ストリップ線路における各絶縁膜の厚みと誘電率、及びストリップ導体の厚みと幅を調節することが好ましい。

磁界センサ１０１の空間分解能に寄与する要因は、Ｃ字状導体パターン１０６及び１０６’の外形横幅寸法である。又、磁界センサ１０１の磁界検出感度に寄与する要因は、ループ開口部１０９の面積である。磁界センサ１０１を用いて配線近傍の磁界を計測する際、空間分解能を高めるためには、これらの空間分解能に寄与する要因となるＣ字状導体パターン１０６及び１０６’の外形横幅寸法を大幅に小さくすることが必要となる。本発明の磁界センサ１０１は、ループ部側中間層導体１１８を細くできるため、Ｃ字状導体パターン１０６及び１０６’の幅を従来型磁界センサ１に比べて細くすることができる。このため、ループ開口部１０９の寸法が同じ場合、本発明の磁界センサ１０１の方がＣ字状導体パターン１０６及び１０６’の外形横幅寸法は従来型磁界センサ１に比べて狭くなり、同じ磁界検出感度を持ちながら空間分解能を高めることができる。

又、磁界センサ１０１のＣ字状導体パターン１０６及び１０６’の外形横幅寸法、及び外形縦幅寸法が従来型磁界センサ１と同じ場合、本発明による磁界センサ１０１のループ開口部１０９の面積は磁界センサ１に比べて広くなるため、同じ空間分解能を持ちながら磁界検出感度を高めることができる。

（第２の実施の形態）
図６〜図１２を参照して、本発明による磁界センサの第２の実施の形態が説明される。

図６は、第２の実施の形態における磁界センサ２０１を概略的に示す分解斜視図である。
図７は、磁界センサ２０１を構成する各層の導体を重ね合わせた様子を概略的に示す平面図である。図８（ａ）は、磁界センサ２０１をｉ−ｉ’線で切ったときの断面構造を模式的に示す図であり、図８（ｂ）は磁界センサ２０１をｊ−ｊ’線で切ったときの断面構造を模式的に示す図である。

図６を参照して、本形態の磁界センサ２０１は、基板２１２上に下層から順に、リード部側下層導体２１３、ループ部側下層導体２１４、第１層間絶縁膜、中間層導体２０３、第２層間絶縁膜、ループ部側上層導体２２２、リード部側上層導体２２１が積層されている。ここで、第１層間絶縁膜は、図７で示されるｈ線を境に、膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部２１０側のリード部側第１層間絶縁膜２１５と、ループ部２１１側のループ部側第１層間絶縁膜２１６とを備える。又、同様に、第２層間絶縁膜は、ｈ線を境に膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部２１０側のリード部側第２層間絶縁膜２１９と、ループ部２１１側のループ部側第２層間絶縁膜２２０とを備える。

ここで、ループ部側第１層間絶縁膜２１６及びループ部側第２層間絶縁膜２２０（以下、両者を合わせてループ部側絶縁膜と呼ぶ）と、リード部側第１層間絶縁膜２１５及びリード部側第２層間絶縁膜２１９（以下、両者を合わせてリード部側絶縁膜と呼ぶ）は同じ誘電体材料である。又、ループ部側絶縁膜の膜厚は、リード部側絶縁膜に比べて薄く形成されている。絶縁膜２２５は、磁界センサ２０１の外側に相当するため、絶縁膜２２５の材料としては特に指定はなく、ループ部側絶縁膜もしくはリード部側絶縁膜に使われる材料と同じものでも別のものでも良く、製造プロセスを容易にする材料を選ぶことが可能である。

図７を参照して、ループ部側下層導体２１４及びループ部側上層導体２２２は、Ｃ字状の導体パターンであり、Ｃ字状の凹部であるループ開口部２０９と、Ｃ字状の切り欠き部であるギャップ部２０７を有している。又、リード部側下層導体２１３及びリード部側上層導体２２１は、ループ開口部２０９に鎖交する磁束の時間変化に応じて生じる誘導起電力を、外部の測定器に伝送する直線状導体パターンである。中間層導体２０３は、直線状導体パターンとＣ字状導体パターンのＹ軸方向上側半周部の中心線に沿うようにして、下層の導体パターン及び上層の導体パターンより幅の狭い導体パターンが伸びる柄杓状パターンである。

又、中間層導体２０３は、Ｃ字状導体パターンのギャップ部２０７を横切り、ギャップ部２０７より少しＹ軸方向下側で中間層導体の終点２０８となるように設けられる。中間層導体終点２０８において、中間層導体２０３のパターンはループ側下層導体２１４及びループ側上層導体２２２と電気的に接続されている。更に、中間層導体２０３はｈ線を境に、リード部２１０側のリード部側中間層導体２１７と、ループ部２１１側のループ部側中間層導体２１８とを備える。ここで、リード部側中間層導体２１７の線幅は、ループ部側中間層導体２１８の線幅よりも広くなっている。

図８（ａ）を参照して、ｈ線を境にしてループ部２１１側は、ループ部側下層導体２１４、ループ部側第１層間絶縁膜２１６、ループ部側中間層導体２１８、ループ部側第２層間絶縁膜２２０、ループ部側上層導体２２２によりストリップ線路が構成される。又、図８（ｂ）を参照して、ｈ線を境にしてリード部２１０側は、リード部側下層導体２１３、リード部側第１層間絶縁膜２１５、リード部側中間層導体２１７、リード部側第２層間絶縁膜２１９、リード部側上層導体２２１により、本発明に係る第１の実施形態におけるリード部１１０同様、シールド型ストリップ線路が構成される。

第２の実施の形態における磁界センサ２０１は、同じ誘電率を有するループ部側絶縁膜及びリード部側絶縁膜によってストリップ線路を形成している。しかし、ループ部側絶縁膜の膜厚がリード部側絶縁膜に比べて薄いため、リード部２１０側とループ部２１１側のストリップ線路の特性インピーダンスを一定に保ったまま、境界ｈにおいてループ部２１１のストリップ導体幅をリード部２１０よりも狭くすることが可能となる。従って、第２の実施の形態における磁界センサ２０１は、ループ部側中間層導体２１８を細くできるため、Ｃ字状導体パターンの幅を従来型磁界センサ１に比べて細くすることができる。このため、ループ開口部２０９の寸法が同じ場合、本発明の磁界センサ２０１の方がＣ字状導体パターンの外形横幅寸法は従来型磁界センサ１に比べて狭くなり、同じ磁界検出感度を持ちながら空間分解能を高めることができる。

又、磁界センサ２０１のＣ字状導体パターンの外形横幅寸法、及び外形縦幅寸法が従来型磁界センサ１と同じ場合、本発明による磁界センサ２０１のループ開口部２０９の面積は磁界センサ１に比べて広くなるため、同じ空間分解能を持ちながら磁界検出感度を高めることができる。

磁界センサ２０１の電界シールド特性を高めるためには、図８（ｂ）に示されるリード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４との間の段差の部分も導体によって覆うように電気的に接続することが望ましい。又、図８（ｂ）に示されるリード部側上層導体２２１とループ部側上層導体２２２についても同様に段差の部分を導体によって覆うように電気的に接続することが望ましい。

図９は電界シールド特性を高めるための電気的接続を施した磁界センサ２０１ａの断面構造を概略的に示す。図９（ａ）は、図８におけるｊ−ｊ’線で磁界センサ２０１ａを切ったときの断面構造を概略的に示す図であり、図９（ｂ）は、ｋ−ｋ’線で磁界センサ２０１ａを切ったときの断面構造を概略的に示す図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、磁界センサ２０１ａでは、磁界センサ２０１におけるリード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４とが導体によって結合した最下層導体２０２と、リード部側上層導体２２１とループ部側上層導体２２２とが導体によって結合した最上層導体２０４とを有している。磁界センサ２０１ａは、基板２１２上に下層側から順に、最下層導体２０２、第１層間絶縁膜２３１ａ、中間層導体２０３、第２層間絶縁膜２３２ａ、第３層間絶縁膜２３３ａ、最上層導体２０４が積層されて形成されている。第３層絶縁膜２３３ａによって、最上層導体２０４は、境界ｈにおいて段差構造が形成される。又、最下層導体２０２に段差構造を持たせるために、下地絶縁膜２３０が基板２１２上に形成されている。ここで、第１層間絶縁膜２３１ａ、第２層間絶縁膜２３２ａ、第３層間絶縁膜２３３ａは同じ誘電体材料であるとするが、下地絶縁膜２３０は、第１層間絶縁膜２３１ａ、第２層間絶縁膜２３２ａ、第３層間絶縁膜２３３ａとは別の誘電体材料でも良い。

図１０は、電界シールド特性を高めるための電気的接続を施した磁界センサ２０１ａを作製するための成膜工程を概略的に示す図である。図１０では、磁界センサ２０１ａをｊ−ｊ’線で切ったときの断面構造により磁界センサ２０１ａの成膜工程が示される。（ａ）最初に基板２１２上に下地絶縁膜２３０が成膜され、（ｂ）つづいて、最下層導体２０２が、例えば微細めっき法により形成されることにより、最下層導体２０２は段差構造となる。ｃ）最下層導体２０２及び下地絶縁膜２３０上に、第１層間絶縁膜２３１ａが成膜され、（ｄ）中間層導体２０３が形成され、（ｅ）第２層間絶縁膜２３２ａが成膜される。（ｆ）一方、第２層間絶縁膜２３２ａ形成後にリード部２１０側のみに、第３層間絶縁膜２３３ａを成膜させることにより、ｈ線を境に段差を持たせることが可能となる。（ｇ）この上に最上層導体２０４を形成することで、最上層導体２０４に段差構造を持たせることができる。

磁界センサ２０１ａは、ｈ線で生ずる段差において、最下層導体２０２及び最上層導体２０４が切断する恐れがある。このため、磁界センサ２０１の電界シールド特性を高めるために、図８（ｂ）に示されるリード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４との間との段差の部分と、図８（ｂ）に示されるリード部側上層導体２２１とループ部側上層導体２２２との間の段差の部分を複数のヴィアによって電気的に接続することが有効である。

図１１は、電界シールド特性を高めるための電気的接続としてヴィアを用いた磁界センサ２０１ｂにおける断面構造を概略的に示す。図１１（ａ）は、図８におけるｊ−ｊ’線で磁界センサ２０１ｂを切ったときの断面構造を概略的に示す図であり、図１１（ｂ）は、ｋ−ｋ’線で磁界センサ２０１ｂを切ったときの断面構造を概略的に示す図である。磁界センサ２０１ｂは、基板２１２上に下層側から順に、リード部側下層導体２１３、第１層間絶縁膜２３１ｂ、ループ部側下層導体２１４、第２層間絶縁膜２３２ｂ、中間層導体２０３、第３層間絶縁膜２３３ｂ、ループ部側上層導体２２２、第４層絶縁膜２３４ｂ、リード部側上層導体２２１が積層されて形成されている。ここで、第１層間絶縁膜２３１ｂによって、リード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４との間に段差構造が形成される。又、第４層間絶縁膜２３４ｂが第３層間絶縁膜２３３ｂ上に形成されていることによって、リード部側上層導体２２１とループ部側上層導体２２２との間に段差構造が形成される。更に、リード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４とをヴィア２２４により接続させることにより、電界シールド性能が増す。同様に、ループ部側上層導体２２２とリード部側上層導体２２１をヴィア２２４により接続させることにより、電界シールド性能が増す。第１層間絶縁膜２３１ｂ、第２層間絶縁膜２３２ｂ、第３層間絶縁膜２３３ｂ、第４層絶縁膜２３４ｂは全て同じ誘電体材料であるとする。

図１２は、電界シールド特性を高めるため、ヴィアを用いて電気的接続を施した磁界センサ２０１ｂを作製するための成膜工程を概略的に示す図である。図１２では、磁界センサ２０１ｂをｊ−ｊ’線で切ったときの断面構造により磁界センサ２０１ｂの成膜工程が示される。（ａ）最初に基板２１２上にリード部側下層導体２１３が形成され、（ｂ）つづいて、第１層間絶縁膜２３１ｂが成膜され、第１層間絶縁膜２３１ｂ上に、ヴィア２２４を形成するためのヴィアホールが形成される。（ｃ）次に、ループ部側下層導体２１４が形成されるとともに、リード部側下層導体２１３とループ部側下層導体２１４とを接続するヴィア２２４が形成される。（ｄ）第２層間絶縁膜２３２ｂが、ループ部側下層導体２１４及び第１層間絶縁膜２３１ｂ上に成膜される。（ｅ）次に、中間層導体２０３が形成され、（ｆ）第３層間絶縁膜２３３ｂが成膜され、（ｇ）ループ部側上層導体２２２が形成される。（ｈ）第３層間絶縁膜２３３ｂ及びループ部側上層導体２２２上に、第４層間絶縁膜２３４ｂが成膜され、第４層間絶縁膜２３４ｂ上に、ヴィア２２４を形成するためのヴィアホールが形成される。（ｉ）最後に、リード部側上層導体２２１が形成されるとともに、リード部側上層導体２２１とループ部側上層導体２２２とを接続するヴィア２２４が形成される。

図１２に示される製造プロセスにより、リード部２１０側の導体とループ部側の導体とを電気的に接続し、ループ磁界センサ２０１ｂ内のストリップ線路構造における内部絶縁体膜厚をリード部２１０側とループ部２１１側とで変化させることが可能となる。尚、第２層間絶縁膜２３２ｂの積層後、第２層間絶縁膜２３２ｂの上面においてループ部２１１とリード部２１０の境界であるｈ線で生ずる段差によって、第２層間絶縁膜２３２ｂ上に積層される中間層導体２０３が断線する恐れがある場合、必要に応じて第２層間絶縁膜２３２ｂの上面を平坦化することにより段差をなくすことが可能である。

以上、第２の実施形態の磁界センサ２０１、２０１ａ、２０１ｂを構成するストリップ線路部においては、本発明に係る第１の実施形態と同様に高周波伝送特性を維持する必要があるので、ストリップ路線の特性インピーダンスが計測器の入力インピーダンス（５０Ω）、及び計測器と本発明の磁界センサと接続する高周波ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）と整合するように、リード部２１０における各絶縁体の厚みと誘電率、及びストリップ導体の厚みと幅を調節することが好ましい。

（第３の実施の形態）
図１３を参照して、本発明による磁界センサの第３の実施の形態が説明される。

本発明による第３の実施形態の磁界センサ３０１を構成する各層の導体を重ね合わせた様子を概略的に示す平面図は、図７に示される磁界センサ２０１を構成する各層の導体を重ね合わせた様子を概略的に示す平面図と同じである。ただし、図面に記載の符号は、磁界センサ２０１を磁界センサ３０１に、ギャップ２０７をギャップ３０７に、中間層導体終点２０８を中間層導体終点３０８に、ループ開口部２０９をループ開口部３０９に、リード部２１０をリード部３１０に、ループ部２１１をループ部３１１に、リード部側中間層導体２１７をリード部側中間層導体３１７に、ループ部側中間層導体２１８をループ部側導体３１８に読み替えて説明される。

本発明による磁界センサ３０１は、リード部３１０とループ部３１１とにそれぞれ形成されるストリップ線路内における絶縁膜の誘電率及び膜厚が異なるように形成される。すなわち、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた構成を有することで、リード部３１０に比べ、ループ部３１１のストリップ導体幅をより効率的に狭くすることができる。

図１３は本発明に係る第１の実施形態と本発明に係る第２の本発明に係る実施形態を組み合わせた本発明に係る第３の実施形態の磁界センサ３０１ａを図７におけるｊ−ｊ’線で切ったときの断面構造を概略的に示す図である。図１３（ａ）は図９に示したような第２形態の磁界センサ２０１ａと同様に電界シールド特性を強化するための電気的接続を施した第３形態の磁界センサ３０１ａの断面構造図である。図１３（ｂ）は図１１に示したような第２形態の磁界センサ２０１ｂと同様に、電界シールド特性を高めるための電気的接続としてヴィアを用いた第３形態の磁界センサ３０１ｂの断面構造図である。

図１３（ａ）を参照して、本形態の磁界センサ３０１ａは、基板３１２上に下層から順に、最下層導体３０２、第１層間絶縁膜、中間層導体３０３、第２層間絶縁膜、最上層導体３０４が積層されている。ここで、第１層間絶縁膜は、ｈ線を境に誘電率及び膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部３１０側のリード部側第１層間絶縁膜３１５と、ループ部３１１側のループ部側第１層間絶縁膜３１６とを備える。又、同様に、第２層間絶縁膜は、ｈ線を境に誘電率及び膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部３１０側のリード部側第２層間絶縁膜３１９と、ループ部３１１側のループ部側第２層間絶縁膜３２０とを備える。

図１３（ｂ）を参照して、本形態の磁界センサ３０１ｂは、基板３１２上に下層から順に、リード部側下層導体３１３、ループ部側下層導体３１４、第１層間絶縁膜、中間層導体３０３、第２層間絶縁膜、ループ部側上層導体３２２、リード部側上層導体３２１が積層されている。ここで、第１層間絶縁膜はｈ線を境に、誘電率及び膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部３１０側のリード部側第１層間絶縁膜３１５と、ループ部３１１側のループ部側第１層間絶縁膜３１６とを備える。又、同様に、第２層間絶縁膜はｈ線を境に、誘電率及び膜厚の異なる絶縁膜材料が用いられ、リード部３１０側のリード部側第２層間絶縁膜３１９と、ループ部３１１側のループ部側第２層間絶縁膜３２０とを備える。

又、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示される絶縁膜３２５は、磁界センサ３０１ａ、３０１ｂの外側に相当するため、絶縁膜３２５の材料としては特に指定はなく、ループ部側絶縁膜もしくはリード部側絶縁膜に使われる材料と同じものでも別のものでも良く、製造プロセスを容易にする材料を選ぶことが可能である。

図１３（ａ）を参照して、第１の実施の形態における磁界センサ１０１と同様に、磁界センサ３０１ａのリード部３１０における最下層導体３０２及び最上層導体３０４の両端部が接触するように設けられる。このため、最下層導体３０２及び最上層導体３０４をグランド、中間層導体３０３をストリップ線路としたシールド型のストリップ線路が形成される。又、ループ部３１１において、最下層導体３０２及び最上層導体３０４をグランド、中間層導体３０３をストリップ導体としてストリップ線路が形成される。

図１３（ｂ）を参照して、第１の実施の形態における磁界センサ１０１と同様に、磁界センサ３０１ｂのリード部３１０におけるリード部側下層導体３１３及びリード部側上層導体３２１の両端部が接触するように設けられる。このため、リード部３１０において、リード部側下層導体３１３及びリード部側上層導体３２１をグランド、中間層導体３０３をストリップ導体としたシールド型のストリップ線路が形成される。又、ループ部３１１において、ループ部側下層導体３１４及びループ部側上層導体３２２をグランド、中間層導体３０３をストリップ導体としてストリップ線路が形成される。

ここで、リード部側第１層間絶縁膜３１５とリード部側第２層間絶縁膜３１９（以下、両者を合わせてリード部側絶縁膜と呼ぶ）は同じ誘電体材料であるとする。又、ループ部側第１層間絶縁膜３１６とループ部側第２層間絶縁膜３２０（以下、両者を合わせてループ部側絶縁膜と呼ぶ）も同じ誘電体材料であるとする。本実施の形態における磁界センサ３０１ａ及び３０１ｂは、ループ部側絶縁膜に使用される誘電体材料の誘電率がリード部側絶縁膜に比べて大きく、ループ部側絶縁膜の膜厚がリード部側絶縁膜に比べて薄くなるように設計される。これにより、リード部３１０とループ部３１１のそれぞれに構成されているストリップ線路の特性インピーダンスを一定に保ったまま、ループ部３１１側がストリップ導体幅をリード部側よりも狭くすることが可能となる。

このように本実施の形態における磁界センサ３０１では、ループ部３１１側の方がリード部３１０側に比べストリップ導体幅が細くなる構造であるため、ループ部３１１のストリップ線路における伝送特性を劣化させることなくＣ字状導体パターンの幅を狭めることができる。従って、ループ開口部３０９の面積が増加し、それに伴いループ内部を鎖交する磁束が増加するため、磁界検出感度が高まる。又、ループ開口部３０９の寸法が等しく、且つループ部３１１におけるＣ字状導体パターンの外形横寸法が小さいため、配線近傍の磁界計測を行う際に磁界センサの空間分解能が向上する。

本発明による第３の実施の形態の磁界センサ３０１ａ、３０１ｂのストリップ線路部においては本発明による第１〜第３の実施の形態と同様に、高周波伝送特性を維持する必要があるので、ストリップ路線の特性インピーダンスが計測器の入力インピーダンス（５０Ω）、及び計測器と本発明の磁界センサと接続する高周波ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）と合うように、リード部３１０側のストリップ線路部とループ部３１１側のストリップ線路部それぞれについて、絶縁体の厚みと誘電率、およびストリップ導体の厚みと幅を調節することが好ましい。

以上、本発明による第１〜第３の実施の形態における磁界センサは、例えば半導体や、磁気記憶ヘッドの製造プロセスを用いることにより製造することが可能であり、容易に小型化が可能である。又、例えば磁気記憶ヘッドの製造プロセスを用いた場合、導体厚を０．５μｍ程度まで薄くすることができ、また導体パターンも１μｍ程度まで加工が可能であるため、ループ部の外形寸法は、２０〜３０μｍ程度にすることが可能である。このため、センサとしての空間分解能も５０μｍ以下にすることが可能である。更に、半導体プロセスを用いた場合はさらなる小型化が可能であり、さらなる空間分解能を期待できる。

又、本発明による磁界センサは、ループ部付近でストリップ導体幅が細くなるため、ループ部から離れた位置でストリップ導体幅が細くなる場合に比べストリップ導体の電気抵抗が小さくなり、ストリップ導体での電圧降下も大きくならずに済み、結果としてストリップ導体での電圧降下による磁界検出感度の低下を防ぐことができる。

更に、本発明による磁界センサは、リード部の大部分をシールド型ストリップ線路構造としているため、電界シールドの効果があり、電界による誘起電圧を抑制することができる。又、ストリップ線路の特性インピーダンスの設計が可能なために反射等の影響も抑制できるので低損失で、またＧＨｚ帯での使用も可能な広帯域な周波数特性が得られる。また、小型化により自己インダクタンスも小さくなり、高周波帯での感度の低下を低減できる。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。本実施の形態におけるループ部の上面から見た（Ｚ軸方向から見た）形状は方形であるが、ループ開口部があれば、方形でも円形でも良い。又、ギャップの位置は、リード部に対し対向する位置でも、対向する位置からずれた位置でも構わない。又、本発明の磁界センサは、可逆性により微小な磁界発生器として用いることもできる。それにより、微小領域での電磁イミュニティ試験のための磁界発生器として利用することができる。

図１（ａ）は、従来技術による磁界センサを構成する最下層導体を概略的に示す平面図である。 図１（ｂ）は、従来技術による磁界センサを構成する中間層導体を概略的に示す平面図である。 図１（ｃ）は、従来技術による磁界センサを構成する最上層導体を概略的に示す平面図である。 図１（ｄ）は、従来技術による磁界センサを概略的に示す平面図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態における、本発明による磁界センサを構成する最下層導体を概略的に示す平面図である。 図２（ｂ）は、第１の実施の形態における、本発明による磁界センサを構成する中間層導体を概略的に示す平面図である。 図２（ｃ）は、第１の実施の形態における、本発明による磁界センサを構成する最上層導体を概略的に示す平面図である。 図２（ｄ）は、第１の実施の形態における、本発明による磁界センサを概略的に示す平面図である。 図３は、第１の実施の形態における、本発明による磁界センサを概略的に示す斜視図である。 図４（ａ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサのｃ−ｃ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図４（ｂ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサのｄ−ｄ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図４（ｃ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサのｅ−ｅ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図４（ｄ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサのｆ−ｆ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図４（ｅ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサのｇ−ｇ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施の形態において、本発明による磁界センサの製造プロセスにおける、ループ部第１層間絶縁膜とリード部第１層間絶縁膜積層後に生じうるｂ線周辺における段差を平坦化させるプロセスを概略的に示す図である。 図６は、第２の実施の形態における、本発明による磁界センサを概略的に示す斜視図である。 図７は、第２の実施の形態における、本発明による磁界センサを構成する各層の導体を重ね合わせた様子を概略的に示す平面図である。 図８（ａ）は、第２の実施の形態において、本発明による磁界センサのｉ−ｉ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図８（ｂ）は、第２の実施の形態において、本発明による磁界センサのｊ−ｊ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図９（ａ）は、第２の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続を施した磁界センサのｊ−ｊ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図９（ｂ）は、第２の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続を施した磁界センサのｋ−ｋ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図１０（ａ）から（ｇ）は、第２の実施の形態における磁界センサの成膜工程をｊ−ｊ’線断面によって概略的に示した図である。 図１１（ａ）は、第２の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続としてヴィアを用いた磁界センサのｊ−ｊ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図１１（ｂ）は、第２の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続としてヴィアを用いた磁界センサのｋ−ｋ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図１２（ａ）から（ｉ）は、第２の実施の形態における磁界センサの成膜工程をｊ−ｊ’線断面によって概略的に示した図である。 図１３（ａ）は、第３の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続を施した磁界センサのｊ−ｊ’線における断面構造を概略的に示す図である。 図１３（ｂ）は、第３の実施の形態において、電界シールド特性を高めるための電気的接続としてヴィアを用いた磁界センサのｊ−ｊ’線における断面構造を概略的に示す図である。

符号の説明

１、１０１、２０１、２０１ａ、２０１ｂ、３０１、３０１ａ、３０１ｂ ： 磁界センサ
２、１０２、２０２、３０２ ： 最下層導体
３、１０３、２０３、３０３ ： 中間層導体
４、１０４、２０４、３０４ ： 最上層導体
５、１０５、１０５’ ： 直線状導体パターン
６、１０６、１０６’ ： Ｃ字状導体パターン
７、１０７、２０７、３０７ ： ギャップ部
８、１０８、２０８、３０８ ： 中間層導体終点
９、１０９、２０９、３０９ ： ループ開口部
１０、１１０、２１０、３１０ ： リード部
１１、１１１、２１１、３１１ ： ループ部
１１２、２１２、３１２ ： 基板
２１３、３１３ ： リード部側下層導体
２１４、３１４ ： ループ部側下層導体
１１５、２１５、３１５ ： リード部側第１層間絶縁膜
１１６、２１６、３１６ ： ループ部側第１層間絶縁膜
１１７、２１７、３１７ ： リード部側中間層導体
１１８、２１８、３１８ ： ループ部側中間層導体
１１９、２１９、３１９ ： リード部側第２層間絶縁膜
１２０、２２０、３２０ ： ループ部側第２層間絶縁膜
２２１、３２１ ： リード部側上層導体
２２２、３２２ ： ループ部側上層導体
１２３ ： コンタクトプラグ
１２４、２２４、３２４ ： ビア
１２５、２２５、３２５ ： 絶縁膜
２３０ ： 下地絶縁膜
２３１ａ、２３１ｂ ： 第１層間絶縁膜
２３２ａ、２３２ｂ ： 第２層間絶縁膜
２３３ａ、２３３ｂ ： 第３層間絶縁膜
２３４ｂ ： 第４層間絶縁膜

Claims (8)

1. ループ部と、
   前記ループ部に接続され、前記ループ部に鎖交する磁界によって前記ループ部に発生する誘導起電力を外部に伝送するリード部とを具備し、
   前記ループ部は、グランドを形成する２つのループ状導体と、前記２つのループ状導体に第１の絶縁膜を介して挟まれてストリップ導体を形成するループ部側中間層導体とを含むストリップ線路を備え、
   前記リード部は、グランドを形成する２つのリード部側導体と、前記２つのリード部側導体に第２の絶縁膜を介して挟まれてストリップ導体を形成し、前記ループ部側中間層導体に接続されるリード部側中間層導体とを含むストリップ線路を備え、
   前記２つのループ状導体のそれぞれは、第１の半周部と第２の半周部を有し、
   前記第１の半周部と前記第２の半周部の一端は相互に接続され、他端は切り欠き部として離隔されるようにループが形成され、
   前記ループ部側中間層導体は、前記第１の半周部に沿って、前記切り欠き部を横断するように設けられ、一端が前記２つのループ状導体における前記第２の半周部に接続され、他端が前記リード部側中間層導体に接続され、
   前記ループ部側中間層導体の線幅は、前記リード部側中間層導体の線幅よりも細い
   磁界センサ。
2. 請求項１に記載の磁界センサにおいて、
   前記第１の絶縁膜の誘電率は、前記第２の絶縁膜の誘電率より高い
   磁界センサ。
3. 請求項１又は２に記載の磁界センサにおいて、
   前記第１の絶縁膜の厚さは、前記第２の絶縁膜の厚さより薄い
   磁界センサ。
4. 請求項１から３いずれか１項に記載の磁界センサにおいて、
   前記第１の絶縁膜の厚さと、前記第２の絶縁膜の厚さは一定である
   磁界センサ。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載の磁界センサにおいて、
   前記２つのループ状導体のうちの一方と前記２つのリード部側導体のうちの一方とが接続され、前記２つのループ状導体のうちの他方と前記２つのリード部側導体のうちの他方とが接続される
   磁界センサ。
6. 請求項１から５いずれか１項に記載の磁界センサにおいて、
   前記リード部におけるストリップ線路の入力インピーダンスは、前記リード部に接続される外部装置の入力インピーダンスと整合する
   磁界センサ。
7. 請求項１から６いずれか１項に記載の磁界センサにおいて、
   前記２つのループ状導体の線幅は、前記ループ部側中間層導体の線幅の４倍から１０倍である
   磁界センサ。
8. 請求項１から７いずれか１項に記載の磁界センサにおいて、
   前記２つのリード部側導体は、前記リード部側中間層導体を前記伝送方向に平行な面で囲むように相互に接続され、シールド型ストリップ線路を形成する
   磁界センサ。

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