JPH06331712A - 光学プローブ・被測定対象間の距離制御方法および距離制御装置ならびに電気物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学プローブ（ＥＯプローブ，ＭＯプロー
ブ）と被測定回路との離間距離を正確に測定し、その測
定値をプローブの位置制御手段にフィードバックするこ
とで、光学プローブと被測定対象との離間距離を高精度
に制御する。 【構成】（１）電気物理量測定用光の光路に、該電気物
理量測定用光とは異なる波長帯域を持つ離間距離測定用
光を入射させ、（２）該距離測定用光を前記ＥＯプロー
ブ３１の先端面および前記被測定回路３２の表面におい
て反射させ、（３）ＥＯプローブ３１の先端面における
反射光と、被測定対象３２の表面における反射光との位
相差に基づいて、ＥＯプローブ３１の先端と被測定回路
３２との離間距離を測定し、（３）該測定値をＥＯプロ
ーブ３１の位置制御手段４１にフィードバックして離間
距離を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路などの電気物
理量測定（たとえば、内部ノード電圧の測定）に適用さ
れる光学プローブ・被測定対象間の距離制御方法および
装置ならびに電気物理量測定装置に係り、光学プローブ
と被測定対象との離間距離を正確に測定し、その測定値
をプローブの位置制御手段にフィードバックすることに
よって、該プローブと被測定対象との離間距離を高精度
に制御することができる上記方法および装置に関する。

【０００２】

【技術背景】集積回路等の試験においては、たとえば、
特開平１−２８６４３１公報に開示されているように、
電気光学結晶（電気光学効果を有する結晶）を用いた非
接触型のプローブ（以下、「ＥＯプローブ」と言う）を
被測定回路に近接させ、パルス幅の狭い光パルスを上記
結晶に照射し、該結晶内における偏光状態の変化を検出
することで、被測定回路の内部ノードの電圧を非接触、
無侵襲で超高速に試験する方法がある。

【０００３】この方法において、通常、測定感度は、Ｅ
Ｏプローブと被測定対象との離間距離に大きく依存し、
ＥＯプローブと被測定対象との離間距離の制御精度が高
ければ高いほど、精度の高い電圧測定が可能になる。ま
た、被測定回路の配線の幅を数μｍと考えたとき、回路
にゆう乱を与えず且つ十分な測定感度を得るためには、
ＥＯプローブの先端面と被測定対象との離間距離を１μ
ｍ程度に保つ必要がある。

【０００４】ＥＯプローブを被測定回路に近接させるた
めの具体的な方法として、従来、（１）ＥＯプローブを
被測定回路に一度接触させてから、所望の距離だけ離す
という作業により、ＥＯプローブと被測定回路の離間距
離を決める方法（１９９２年電子情報通信学会秋季大会
講演予講集Ｃ−３０９）、（２）特開平２−２３８３８
２公報に記されているように、二つの波長の光と、これ
らの二波長に対して光軸上色収差を有するレンズとを用
い、それぞれの波長の光をプローブ端面と被測定回路の
表面に焦点を結ばせることによってプローブを位置決め
する方法等が知られている。

【０００５】（１）の方法では、プローブを被測定回路
に接触させるという作業を伴うため、この接触の際にＥ
Ｏプローブや被測定回路が機械的に破壊される場合が生
ずる。

【０００６】さらに、この種の離間距離制御において
は、上記離間距離を測定しその測定値によってＥＯプロ
ーブを制御するというフィードバック系がない場合に
は、外的な振動の影響は避けられない。ところが、
（１）に代表される従来の方法では、離間距離を測定で
きないか、離間距離を高い精度で測定できないため、上
記のフィードバック系を採用することはできない。した
がって、高精度な離間距離制御は難しいと考えられる。

【０００７】また、（２）の方法では、焦点深度そのも
のが１μｍ程度存在するため、離間距離の設定値は数μ
ｍが限界と推察され、精度の高い離間距離測定は難しい
と考えられる。

【０００８】特に電圧の絶対値測定をする場合には、上
記離間距離に応じて電圧測定値を校正する必要があり、
このためには、離間距離を測定できること、および状況
に応じて任意に設定できることが望まれる。しかし、上
記（２）の方法では、離間距離は光学系設計の際に決定
されるため、これを電圧測定する際に任意に設定するこ
とはできない。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、非接触型の光学プローブ（Ｅ
Ｏプローブや磁気光学結晶プローブ（ＭＯプローブ））
を被測定対象に近接させて、所定の電気物理量（たとえ
は、集積回路の内部ノード電圧、集積回路の配線を流れ
る電流）を測定する装置に適用される光学プローブ・被
測定対象間の距離制御方法および距離制御装置におい
て、光学プローブと被測定回路との離間距離を正確に測
定し、その測定値をプローブの位置制御手段にフィード
バックすることで、光学プローブと被測定対象との離間
距離を高精度に制御することを目的としている。

【００１０】

【発明の概要】本発明の光学プローブ・被測定対象間の
距離制御方法および距離制御装置は、被測定対象表面の
電気物理量を測定する電気物理量測定装置に適用される
ものであり、前記距離制御方法は、（１）所定の波長帯
域を持つ距離測定用光を光学プローブ先端面および被測
定対象表面において反射させ、（２）光学プローブ先端
面における反射光と、被測定対象表面における反射光と
の位相差に基づいて、光学プローブ先端と被測定対象表
面との離間距離を測定し、（３）該測定値を光学プロー
ブの位置制御手段にフィードバックして、前記離間距離
を制御することを特徴とする。

【００１１】距離制御装置は、（１）電気物理量測定用
光とは異なる波長帯域を持つ距離測定用光を生成するた
めの光源と、（２）光学プローブ先端面における反射光
と、被測定対象表面における反射光との位相差に基づい
て、光学プローブ先端と被測定対象表面との離間距離を
測定するための手段と、（３）該測定値を光学プローブ
の位置制御手段にフィードバックして、前記離間距離を
制御する手段と、を有してなることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の光学プローブ・被測定対象
間の距離制御方法および装置は、非接触型の光学プロー
ブの透明先端面にて、電気物理量測定用光を反射させ、
該反射光の光学プローブ内での偏光状態変化を検出する
ことにより、被測定対象表面の電気物理量（内部ノード
電圧値、配線を流れる電流）を測定する装置にも適用さ
れる。なお、上記電気物理量測定用光として、通常はレ
ーザビームが使用される。

【００１３】本発明において、距離測定用光として、波
長帯域が前記電気物理量測定用光の波長帯域とは異なる
光が用いられる。また、距離測定用光を生成するための
光源は、通常コヒーレンス長の短い白色光源（たとえ
ば、ハロゲンランプ，ＬＥＤ等）および複数の光学フィ
ルタ等により構成される。

【００１４】本発明では、電気物理量測定用光の光路
に、該電気物理量測定用光とは異なる波長帯域を持つ距
離測定用光を入射する。この入射の手段として、通常ダ
イクロイックミラーが使用され、電気物理量測定用光，
距離測定用光の何れか一方を該ダイクロイックミラーに
透過させ、他方をダイクロイックミラーに反射させるこ
とで、上記入射を実現している。

【００１５】また、光学プローブ先端面における反射光
と、被測定対象表面における反射光との位相差に基づい
て、前記光学プローブ先端と被測定対象表面との離間距
離を測定するための手段として、マイケルソン干渉計
（通常は、可動式ミラー，光強度検出器等から構成され
る）等の周知の光学的手段が使用される。

【００１６】さらに、離間距離の測定値を光学プローブ
の位置制御手段にフィードバックして、前記離間距離を
制御するために、ピエゾ素子が使用される。本発明で
は、フィードバック制御を施すことにより外的な振動の
影響を受けず、高精度に離間距離が保たれる。また、離
間距離は必要に応じて任意の値に設定される。

【００１７】より具体的には、本発明では、前記距離測
定用光は前記電気物理量測定用光の波長帯域より短い波
長の所定帯域幅を持ち、該距離測定用光は前記光学プロ
ーブおよび光路長可変の反射ミラーに分路する。そし
て、前記反射ミラーからの反射光と、前記光学プローブ
先端面および前記被測定対象表面からの反射光とを干渉
させ、これらの反射光の位相差が変化することにより得
られる干渉出力に基づき前記離間距離を制御する。

【００１８】距離測定用光を、二つの光路に分路させる
ための手段として、ビームスプリッタが採用される。ま
た、反射ミラーにおいて反射された距離測定用光の光路
長を変化させるために、光路長増減手段が設けられる。
この光路長増減手段としては、代表的には反射ミラーと
一体に駆動するピエゾ素子が用いられる。

【００１９】反射ミラーからの反射光と、前記光学プロ
ーブの先端面および被測定対象表面からの反射光とを干
渉させるための干渉手段として、通常は、上記ビームス
プリッタが併用される。すなわち、ビームスプリッタに
入射した距離測定用光は、前述したようにに一度は二路
に分路して出力されるが、これらの光は光学プローブの
先端面，被測定対象表面で反射され、および反射ミラー
により反射されて、ビームスプリッタに再び戻り、両反
射光はここで干渉される。なお、この干渉手段からの干
渉出力光は光検出器により受光されることになる。

【００２０】そして、距離測定用光の干渉により得られ
る干渉ピークの位置から、光学プローブと被測定対象と
の離間距離を測定し、その測定値を光学プローブの位置
制御手段にフィードバックしながら光学プローブを被測
定対象に近接させるため、光源にハロゲンランプを用い
た場合、１μｍ以下まで距離測定を行いながら光学プロ
ーブを被測定対象に近づけることができる。また、その
際、フィードバック制御により０．１μｍ以下の位置決
め精度が実現可能と考えられる。

【００２１】なお、距離測定用光は光学プローブの先端
面および被測定対象表面において反射し、電気物理量測
定用光は光学プローブの先端面で反射され、同一光路を
伝搬する。電気物理量測定のためには、上記光路から電
気物理量測定用光を分離する必要がある。電気物理量測
定用光と距離測定用光とは、ダイクロイックミラー等に
より分離できるので、距離測定用光が電気物理量測定用
光に悪影響を及ぼすことはない。

【００２２】また、本発明では、前記距離測定用光は前
記電気物理量測定用光の波長帯域より短い波長の所定帯
域幅を持ち、前記光学プローブ先端面および前記被測定
対象表面において前記距離測定用光を反射させる。そし
て、この反射光を二つの光路に分路させ、両光路に反射
ミラーを設け、そのうち一方の反射ミラーの光路長を変
化させ、両反射ミラーからの反射光を干渉させ、これら
の反射光の位相差が変化することにより得られる干渉出
力に基づき、前記離間距離を制御する。

【００２３】先に述べた具体的な例では、距離測定用光
をまず二つの光路に分路して、これらを電気光学結晶ブ
ローブ，被測定対象側と反射ミラー側に分路したが、こ
こでは距離測定用光は分路することなく電気光学結晶ブ
ローブ，被測定対象側に送られ、電気光学結晶ブローブ
の先端面および被測定対象表面で反射した光を、ビーム
スプリッタにより二つの光路に分路させている。

【００２４】そして、両光路に設けられた一対の反射ミ
ラー（そのうち一方が光路長を変化させ得る反射ミラ
ー）からの反射光を干渉手段により干渉させている。こ
の場合にも、光学プローブの先端面および被測定対象表
面からの反射光を二つの光路に分路するための手段とし
て、ビームスプリッタが採用される。また、干渉手段と
して該ビームスプリッタを用いることができる。

【００２５】なお、光学プローブへ光を導くための手段
として光ファイバを用いることができる。さらに、ビー
ムスプリッタおよび干渉手段を光ファイバカップラによ
り構成し、各光路を光ファイバで構成することもでき
る。

【００２６】

【実施例】

〔第１実施例〕図１は、本発明の第１実施例を示す図で
あり、ＥＯプローブ・被測定対象間の距離制御系全体を
示している。

【００２７】同図において、白色光源１（ここでは、ハ
ロゲンランプ）から発せられた白色光は、集光レンズ
３，ピンホール４，コリメートレンズ５で構成されるコ
リメート光学系を通過し平行光とされる。また、上記白
色光の光路には、熱線吸収フィルタ２および色温度変換
フィルタ（同図では光学フィルタ６で示す）が設けられ
ており、熱線吸収フィルタ２は白色光源１の波長帯域を
可視光領域とするとともに、光学フィルタ６が距離測定
の分解能を向上させている。上記１〜６の符号で示され
る各構成要素により、距離測定用光を生成するための光
源が構成される。

【００２８】そして、上記光源からの光は、ビームスプ
リッタ７により二つの光路に分路される。これらの光路
のうち一方の光路には、ダイクロイックミラー８を介し
て非接触型のＥＯプローブ３１が設けられており、ＥＯ
プローブ３１の先端側には被測定対象（被測定回路３
２）が配置されている。また、上記二つの光路のうち、
他方の光路には色分散補償媒体２４を介して光軸方向に
移動する反射ミラー１０が設けられている。ＥＯプロー
ブ３１の先端面および被測定回路３２の表面において反
射した距離測定用光、および反射ミラー１０において反
射した距離測定用光は、ビームスプリッタ７で合成され
た後、集光レンズ９で集光され、光検出器３３に受光さ
れてその強度が測定される。

【００２９】本実施例では、反射ミラー１０はピエゾ素
子４４で高精度に光軸に沿って走査される。この走査に
より、ビームスプリッタ７と反射ミラー１０間の光路長
が連続的に変化し、光検出器３３は反射ミラー１０の位
置の関数としての干渉光強度を測定することができる。

【００３０】以下、白色光干渉に基づいた離間距離測定
の原理を簡単に説明する。ここでは、ＥＯプローブ３１
と被測定回路３２との離間距離の測定が目的であるた
め、電気物理量測定用光は考慮しないものとする。

【００３１】図１においては、白色光源１としてコヒー
レンス長の短いハロゲンランプを用いており、反射ミラ
ー１０を光軸にそって移動させた場合、ミラー位置がＥ
Ｏプローブ３１側の二つの反射面（すなわち、該プロー
ブ３１の先端面と被測定回路３２の表面）の位置と光路
長で一致したときにのみ干渉出力が大きく現れる。

【００３２】図１の光検出器３３により測定される上記
干渉出力によるＥＯプローブ３１の端面と被測定回路３
２表面との離間距離の測定の例を図２を参照しつつ説明
する。同図に示した二つのピークのうちＩ０はＥＯプロ
ーブ３１の先端面からの反射光と反射ミラー１０からの
反射光との干渉を、またＩ１は被測定回路３２表面から
の反射光と反射ミラー１０からの反射光との干渉を表し
ている。これら二つの干渉のピークの差（反射ミラー１
０の移動距離（移動方向をＺで示す））から、ＥＯプロ
ーブ３１の端面と被測定回路３２表面との離間距離ｄを
測定できる。

【００３３】この測定においては、距離分解能は一つの
干渉出力の包洛線（図２では破線で示す）の半値幅で決
まる。干渉出力は干渉に寄与する光のスペクトルとフー
リエ変換の関係にある。光のスペクトル分布をガウシア
ン分布と仮定したときの半値幅をΔλ、距離分解能をΔ
ζとすると、

【００３４】

【数１】Δζ＝（２・ｌｎ２／π）・｛（λ_ｃ ^２−Δλ
^２／４）／Δλ｝

【００３５】なる関係があり、また、干渉のフリンジは
中心波長λｃの１／２の周期で現れる。たとえば、λ_ｃ
＝０．６μｍ，Δλ＝０．３μｍであるとすると、Δζ
＝０．５μｍである。したがって、干渉出力のピークを
鋭くし、離間距離の分解能を高めるためには、干渉に寄
与する光のスペクトル分布を高帯域な分布とし、かつそ
の中心波長は短い方が良いことになる。また、今のよう
に二つの干渉ピークを分離して測定するためには、一方
の干渉ピークが他方に影響しないことが望まれるため、
フーリエ変換によりサイドローブが出ないような分布を
もつ光スペクトルを形成する必要がある。そのために
は、ガウシアン分布の光スペクトルであることが望まし
い。よって、図３に示すような可視光帯域のスペクトル
分布の光を図１において説明した光学フィルタ６によっ
て形成すれば良いことになる。このようなスペクトル帯
域を有する光を用いれば、１μｍ以下の離間距離分解能
を得ることができる。

【００３６】こうして、図１に示したように、光検出器
３３の出力から、信号処理回路４３により離間距離ｄが
測定され、この測定値はフィードバック回路４２を介し
てプローブ位置制御手段４１にフィードバックされる。
そして、ＥＯプローブ３１と被測定回路３２の離間距離
が所望の値になるようにＥＯプローブ３１が制御され
る。

【００３７】また、電気物理量測定用光（ここでは、電
圧測定用のレーザ光）には近赤外領域、すなわち１．３
μｍまたは１．５μｍ帯の光を用いることにより、この
電気物理量測定用光と可視光領域の白色光である距離測
定用光とは波長帯域で十分分離される（図３参照）。な
お、電圧測定用光学系を図１に符号４５で示す。

【００３８】図１において、ダイクロイックミラー８
は、電気物理量測定用光の光路に距離測定用光を入射さ
せ、両測定用光をＥＯプローブ３１に導き入れる一方、
ＥＯプローブ３１の先端面と被測定回路３２の表面で反
射した光を、電気物理量測定用光と距離測定用光に分け
ている。なお、ダイクロイックミラー８および電圧測定
用光学系４５は、必ずしもビームスプリッタ７とＥＯプ
ローブ３１との間に配置する必要はなく、ビームスプリ
ッタ７の光源側に配置することもできる。

【００３９】ところで、ビームスプリッタ７により分路
した二つの光路において、色分散特性が等価でないと干
渉出力の包絡線が広がり、離間距離測定の分解能が低下
する。したがって、図１においては、反射ミラー１０側
の光路中には石英ガラスや光ファイバなどの色分散補償
媒体２４を挿入し、ＥＯプローブ３１側の光路に存在す
る色分散を補正している。

【００４０】〔第２実施例〕図４は、本発明の第２実施
例を示す図であり、ＥＯプローブ・被測定対象間の距離
制御系全体を示している。

【００４１】白色光源１から発せられた距離測定用光
は、第１実施例と同様に熱線吸収フィルタ２および光学
フィルタ６を通り、かつ前述したコリメート光学系で平
行光とされた後、ハーフミラー１２，ダイクロイックミ
ラー８を介してＥＯプローブ３１と被測定回路３２とに
導かれる。ＥＯプローブ３１の先端面と、被測定回路３
２の表面で反射された光は、ハーフミラー１２を介して
ビームスプリッタ７に導かれる。

【００４２】ビームスプリッタ７により分路された二つ
の光路には、同等な反射ミラー１０，１１が配置されて
おり、これら各ミラー１０，１１からの反射光は、ビー
ムスプリッタ７において干渉される。この干渉光は集光
レンズ９により集光され、さらに光検出器３３に受光さ
れて光強度として検出される。ここでは、一方の反射ミ
ラー１１は固定とされているが、他方の反射ミラー１０
はピエゾ素子４４で光軸方向に高精度に走査できるよう
に構成されている。この走査により、上記二つの光路の
光路差は連続的に変化することになる。

【００４３】反射ミラー１０を光軸に沿って移動させる
と、第１実施例で説明した白色光干渉の原理に従って、
図５に示すような干渉出力が得られる。同図において、
ビームスプリッタ７から両反射ミラー１０、１１までの
光路長が一致するＺ＝０の位置で干渉出力が最大とな
り、その前後±ｄの対称な位置に干渉出力が現れる。こ
の離間距離ｄはＥＯプローブ３１と被測定回路３２の表
面との離間距離に相当するので、干渉出力から該離間距
離ｄを測定することができる。なお、図５において、包
絡線を破線で示す。

【００４４】上記測定値は、第１実施例におけると同
様、信号処理回路４３，フィードバック回路４２を介し
てプローブ位置制御手段４１にフィードバックされ、Ｅ
Ｏプローブ３１の先端面と被測定回路３２の表面の離間
距離ｄが所望の値となるようにＥＯプローブ３１の位置
が制御される。また、電圧測定用のレーザ光は、第１実
施例の場合と同様に、ダイクロイックミラー８によりＥ
Ｏプローブ３１に導かれる。

【００４５】この第２実施例では、ビームスプリッタ７
により分路された二つの光路において色分散特性は完全
に等価なので、色分散による離間距離分解能の低下はな
く、白色光のスペクトル分布で決まる距離分解能を得る
ことができる。

【００４６】〔第３実施例〕図１に示した距離制御系に
おいては、両端に集光レンズ１３，１４が設けられた光
ファイバ１５を用いて、ＥＯプローブ３１に距離測定用
光や電気物理量測定用光を導入することができる（図６
参照）。この場合、被測定回路３２に近接されるＥＯプ
ローブ３１と、他の光学系が光ファイバ１５によって分
離されるため、装置の発する振動やノイズに影響されな
いＥＯプローブ３１と被測定回路３２の表面との高精度
な離間距離制御が可能となる。また、ＥＯプローブ３１
に光を導く際のアラインメントが容易となる。

【００４７】ただし、ＥＯプローブ３１がビームスプリ
ッタ７により分路された二つの光路のうちの一方の光路
に配置されているため、光ファイバ１５によりＥＯプロ
ーブ３１に距離測定用光を導く場合は、反射ミラー１０
側の光路にも同じ特性かつ同じ長さの光ファイバを配置
することにより、上記した色分散を補償し分解能の低下
を避ける必要がある。

【００４８】反射ミラー１０側の光路に光ファイバを用
いる場合、図７に示したピエゾリングアクチュエータ２
５で構成されるファイバ位相変調器２３（ピエゾリング
に光ファイバが巻回されてなるピエゾ駆動装置４６によ
り駆動する装置）により反射ミラー側の光路長を変化さ
せてもよい。この場合、反射ミラーのアラインメントの
必要がなくなるので、光路長を変化させる際の安定性が
向上する。

【００４９】〔第４実施例〕図２に示した距離制御系に
おいても、第３実施例と同様、光ファイバ１５を用いて
ＥＯプローブ３１に距離測定用光や電気物理量測定用光
を導入することができる（図６参照）。この場合、第３
実施例で述べたと同様な効果が期待されることはもちろ
んである。

【００５０】上記、図１，図４ではビームスプリッタ７
により干渉計を構成する場合を説明したが、ビームスプ
リッタ７を用いることなく、各光路を図８に示すような
光ファイバカップラ２２で構成することもできる。ま
た、上記図４（第２実施例）では、ビームスプリッタ７
により分路した二つの光路のうち一方の光路長を反射ミ
ラー１０により変化させる場合を示したが、本発明はこ
れに限らず、同図のハーフミラー１２で取り出された光
を二つの光路に分路し、これら二つの光に光路差を与え
るものであれば、光路長を変化させる手段として他のも
のを採用することができる。

【００５１】たとえば、図９（Ａ）に示すような二つの
偏光子１８、２０とウオラストンプリズム１９で構成さ
れる偏光干渉計を用いることができる。このこの偏光干
渉計では、直角に偏光された二つの光の位相差が光軸に
垂直な一次元方向に変化するため、ＣＣＤ３４などのア
レイ状の光検出器を用いて、干渉出力を空間的に得、こ
れを信号処理回路４３で処理することができる。

【００５２】また、図９（Ｂ）に示すように光ファイバ
カップラ２１を用いて、同様の機能を構成することもで
きる。同図（Ｂ）では、集光レンズ１６により光ファイ
バー１７ａの端面に集光されて距離測定用光は光ファイ
バカップラ２１を介して二路に分路した光ファイバー１
７ｂ，１７ｂの端面からＣＣＤ３４に照射される。ＣＣ
Ｄ３４表面上の、両光ファイバー１７ｂの照射口からの
距離が異なる点において干渉が生じる。信号処理回路４
３はＣＣＤ３４からの空間的な干渉出力を処理すること
で図９（Ａ）と同様の測定を行っている。

【００５３】このように、空間的に干渉出力を得る場
合、反射ミラー１０などの機械的な走査に伴う振動など
の影響がなくなり、かつ電気的な走査により干渉出力が
得られるため、離間距離測定の速さが大幅に改善され
る。さらに、上記実施例においては白色光源１としてハ
ロゲンランプを仮定したが、ＥＯプローブと被測定回路
との間に要求される離間距離に応じて、白色光源１は適
宜のものが選択される。たとえば、離間距離が１０μｍ
程度であるならＬＥＤが、また数１０μｍであるならＳ
ＬＤなどの低コヒーレント光源が採用される。

【００５４】なお、ここでは被測定回路３２の内部ノー
ドの電圧値を測定するＥＯプローブ３１の位置決め方法
について記述したが、本発明は、ここで対象としたＥＯ
プローブ３１の位置決め方法のみに限定されるものでは
ない。すなわち、光を用いた物理量測定用のプローブを
被測定対象に対して１μｍから数１０μｍの離間距離に
保つ必要がある場合において、プローブ材料が光源の光
に対して透明であるようなＥＯプローブ以外のプローブ
を該ＥＯプローブに代えて用いた場合にも、本発明の離
間距離制御を行うことができる。

【００５５】〔第５実施例〕たとえば、図１０に示すよ
うな回路内部の非接触電流測定装置が考えられる。同図
の装置は、基板５３上に形成された被測定回路５２に、
先端が透明な磁気光学プローブ（ＭＯプローブ）５１を
近接して配置し、被測定回路５２を流れる電流を測定す
るものである。すなわち、この装置は、回路内部の被測
定回路５２を流れる電流によって形成される磁界（同図
において、磁力線を破線で示す）を、磁気光学効果を持
つ結晶により、電流測定用（レーザ）光の偏光面の回転
に置き換えて測定するもので、偏光面の回転角度を測定
することにより、電流値を得ることができる。この電流
測定装置に本発明のプローブ制御技術を適用すると、プ
ローブの制御が格段に向上する。なお、ＥＯプローブに
代えて使用される上記のＭＯプローブの材質は、ＹＡＧ
（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＹＡＧ
（イットリウム・鉄・ガーネット）である。

【００５６】前記ＥＯプローブやＭＯプローブの実施例
から明かなように、透明な材質で端面を有する部材が被
測定部位と一定間隔を隔てて定位されるから、この部材
に固定されたその他のプローブも使用できる。

【００５７】なお、上記実施例では横方向の位置決めに
ついては説明しなかったが、これは従来と同様の方法に
より行われるため、説明を省略する。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
のような効果を奏することができる。 （１）光学プローブと被測定回路との離間距離を常に測
定しながら光学プローブを近接させるため、光学プロー
ブを被測定回路に接触させることがなく、かつ任意の離
間距離に設定することができる。さらに、離間距離の測
定値をプローブ位置制御手段にフィードバックすること
により、高精度且つ高安定に位置決めすることができ
る。

【００５９】（２）距離測定用光と、電気物理量測定用
光とを波長帯域で分離することができるので、距離測定
用光が電圧測定に悪影響を与えることはない。

【００６０】（３）光学プローブや光ファイバ内での色
分散の影響を考慮する必要がなくなり、干渉に寄与する
光のスペクトル帯域で決まる距離測定の分解能を得るこ
ともできる。

【００６１】（４）電気物理量の測定に用いる非接触型
の測定装置の信頼性が格段に向上し、被測定回路の内部
ノードの電圧値等の高精度な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１の実施例において得られる干渉出力を説明
する図である。

【図３】本発明における距離測定用光に要求されるスペ
クトル分布と、電気物理量測定用光との波長帯域での分
離の様子を説明する図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図である。

【図５】図４の実施例において得られる干渉出力を説明
する図である。

【図６】本発明の距離制御装置において、光ファイバを
用いてＥＯプローブへ光を導く実施例を説明する図であ
る。

【図７】光路長の変化を、ファイバ位相変調器で構成し
た例を説明する図である。

【図８】図１及び図４におけるビームスプリッタを光フ
ァイバカップラで構成した例を説明する図である。

【図９】（Ａ）は偏光干渉計とＣＣＤなどのアレイ状の
光検出器を用いて、干渉出力を空間的に得る一つの例を
示す図、（Ｂ）は光ファイバとＣＣＤなどのアレイ状の
光検出器を用いて、干渉出力を空間的に得る一つの例を
示す図である。

【図１０】本発明の第５実施例を示す図であり、ＭＯプ
ローブによる電流測定装置の説明図である。

【符号の説明】

１：白色光源 ２：熱線吸収フィルタ ３，９，１３，１６：集光レンズ ４：ピンホール ５：コリメートレンズ ６：光学フィルタ ７：ビームスプリッタ ８：ダイクロイックミラー １０，１１：反射ミラー １２：ハーフミラー １３，１４：集光レンズ １５：光ファイバ １６：集光レンズ １８，２０：偏光子 １９：ウオラストンプリズム ２１，２２：光ファイバカップラ ２３：光ファイバ位相変調器 ２４：色分散補償媒体 ３１：ＥＯプローブ ３２：被測定回路 ３３：光検出器 ３４：ＣＣＤ ４１：プローブ位置制御手段 ４２：フィードバック回路 ４３：信号処理回路 ４４：ピエゾ素子 ４５：電圧測定用光学系 ４６：ピエゾ駆動装置 ５１：ＭＯプローブ ５２：被測定回路 ５３：基板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象表面の電気物理量を測定する
   電気物理量測定装置に適用される光学プローブ・被測定
   対象間の距離制御方法において、 所定の波長帯域を持つ距離測定用光を光学プローブの透
   明な先端面および被測定対象表面において反射させ、 前記光学プローブ先端面における反射光と、前記被測定
   対象表面における反射光との位相差に基づいて、前記光
   学プローブ先端と前記被測定対象との離間距離を測定
   し、 該測定値を前記光学プローブの位置制御手段にフィード
   バックして前記離間距離を制御する、ことを特徴とする
   光学プローブ・被測定対象間の距離制御方法。
2. 【請求項２】 被測定対象表面の電気物理量を測定する
   電気物理量測定装置に適用される光学プローブ・被測定
   対象間の距離制御装置において、 前記電気物理量測定用光とは異なる波長帯域を持つ距離
   測定用光を生成するための光源と、 前記被測定対象との離間距離調節を行う位置制御手段が
   設けられた前記光学プローブと、 前記光学プローブ先端面における反射光と、前記被測定
   対象表面における反射光との位相差に基づいて、前記光
   学プローブ先端と前記被測定対象との離間距離を測定す
   るための手段と、 該測定値を光学プローブの位置制御手段にフィードバッ
   クして前記離間距離を制御する手段と、を有してなるこ
   とを特徴とする光学プローブ・被測定対象間の距離制御
   装置。
3. 【請求項３】 前記電気物理量が電圧または電流であ
   り、かつ前記距離測定用光は該電気物理量測定用光とは
   異なる波長帯域を持つことを特徴とする請求項１に記載
   の光学プローブ・被測定対象間の距離制御方法。
4. 【請求項４】 前記電気物理量が電圧または電流であ
   り、かつ前記距離測定用光の光源は該電気物理量測定用
   光とは異なる波長帯域を持つ光を生成することを特徴と
   する請求項２に記載の光学プローブ・被測定対象間の距
   離制御装置。
5. 【請求項５】 前記距離測定用光は前記電気物理量測定
   用光の波長帯域より短い波長の所定帯域幅を持ち、該距
   離測定用光は前記光学プローブおよび光路長可変の反射
   ミラーに分路し、 前記反射ミラーからの反射光と、前記光学プローブ先端
   面および前記被測定対象表面からの反射光とを干渉さ
   せ、これらの反射光の位相差が変化することにより得ら
   れる干渉出力に基づき前記離間距離を制御することを特
   徴とする請求項１，３に記載の光学プローブ・被測定対
   象間の距離制御方法。
6. 【請求項６】 前記距離測定用光は前記電気物理量測定
   用光の波長帯域より短い波長の所定帯域幅を持ち、 前記離間距離を測定するための手段が、 該距離測定用光を前記光学プローブおよび光路長可変の
   反射ミラーに分路させるためのビームスプリッタと、 前記反射ミラーの光路長を変化させる光路長増減手段
   と、 前記反射ミラーからの反射光と、 前記光学プローブ先端面および前記被測定対象表面から
   の反射光とを干渉させるための干渉手段と、 前記干渉手段からの干渉出力光を受光してその強度を検
   出する光検出器と、 前記光検出器の出力を信号処理し、前記光学プローブ先
   端と前記被測定対象との離間距離を測定する信号処理回
   路と、を有してなり、 前記離間距離を制御する手段が、前記信号処理回路の出
   力を前記光学プローブの位置制御手段にフィードバック
   して前記離間距離を制御するフィードバック回路を有し
   てなる、ことを特徴とする請求項２，４に記載の光学プ
   ローブ・被測定対象間の距離制御装置。
7. 【請求項７】 前記距離測定用光は前記電気物理量測定
   用光の波長帯域より短い波長の所定帯域幅を持ち、 前記光学プローブ先端面および前記被測定対象表面にお
   いて前記距離測定用光を反射させ、この反射光を二つの
   光路に分路させ、 両光路に反射ミラーを設け、そのうち一方の反射ミラー
   の光路長を変化させ、 両反射ミラーからの反射光を干渉させ、これらの反射光
   の位相差が変化することにより得られる干渉出力に基づ
   き、前記離間距離を制御する、ことを特徴とする請求項
   １，３に記載の光学プローブ・被測定対象間の距離制御
   方法。
8. 【請求項８】 前記距離測定用光は前記電気物理量測定
   用光の波長帯域より短い波長の所定帯域幅を持ち、 前記離間距離を測定するための手段が、 前記光学プローブの先端面および前記被測定対象表面に
   おいて反射された、反射光を二つの光路に分路させるビ
   ームスプリッタと、 両光路に設けられた一対の反射ミラーであって、そのう
   ち一方が光路長を変化させ得る反射ミラーと、 両反射ミラーからの反射光を干渉させるための干渉手段
   と、 前記干渉手段からの干渉出力光を受光してその強度を検
   出する光検出器と、を有してなり、 前記離間距離を制御する手段が、前記信号処理回路の出
   力を前記光学プローブの位置制御手段にフィードバック
   して前記離間距離を制御するフィードバック回路を有し
   てなる、ことを特徴とする請求項２，４に記載の光学プ
   ローブ・被測定対象間の距離制御装置。
9. 【請求項９】 請求項２，４，６または８に記載の距離
   制御装置が設けられてなる電気物理量測定装置であっ
   て、前記光学プローブ内での電気物理量測定用光の偏光
   状態変化を検出することで、被測定配線の電圧または電
   流を求めることを特徴とする電気物理量測定装置。