JPH09251032A - 測定プローブ、その製造方法及びその針交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定プローブに関し、組み立てが簡単で、し
かも、高い精度で変位検出をすること、及び、針先端部
を容易に交換する。 【解決手段】 針先端部を測定対象に接触させる探針部
１１と、探針部１１上に設けた光学式の電圧検出手段１
２と、一方に電圧検出手段１２が取り付けられ、他方が
可動電極13Ａを成す中空管１３と、探針部１１の上下方
向の移動を自由にさせるように中空管１３を支持する導
電性の可動梁部１４と、可動電極13Ａに対向して配置さ
れた対向電極１５と、該電極１５の上下方向の移動を調
整するギャップ調整ネジ１６と、このネジ１６及び対向
電極１５を支持する導電性の電極支持部１７と、可動梁
部１７と電極保持部１７との間に設けた絶縁リング１８
とを備え、両電極13Ａ、１５とが対向した状態で可動梁
部１７と電極保持部１７と絶縁リング１８とが低融点金
属膜を介して熱接合された一体構造を成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定プローブ、そ
の製造方法及びその針交換方法に関するものであり、更
に詳しく言えば、半導体チップ上の微細配線の電圧を測
定する装置や、その表面形状を取得する装置の測定プロ
ーブの構造及びその針の交換方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（以下ＬＳＩという）装
置を設計・製造する上でトランジスタ回路の動作解析等
のために半導体チップ内部の電圧を正確に測定する必要
がある。一方、近年のＬＳＩ装置は集積度が向上し、こ
れに従って配線幅が益々狭くなっている。チップ内部の
微細配線の電圧を測定する装置としては、電子ビームを
用いた装置が知られているが、半導体回路の高集積化及
びその動作スピードの高速化により電子ビーム装置では
測定速度と測定性能が不十分になりつつある。

【０００３】そこで、微細配線に対応可能な検査技術及
び電圧波形の観測技術の開発が望まれる中で、本発明者
らは原子間力顕微鏡の技術を応用した導電性の微細プロ
ーブによる配線探索機能と光ビームによる電圧測定機能
を備えた装置を考案した。図２１（Ａ）は、従来例に係
る電圧測定装置の測定プローブの断面図である。測定プ
ローブは不図示の電圧測定装置のアクチュエータに設け
られる。アクチュエータは、当該測定プローブを垂直方
向に移動するものである。図２１（Ａ）において、１は
測定対象に接触させる探針部である。探針部１はタング
ステン等の硬質の金属の先を尖らせたものである。２は
探針部１の上端に設けられた光反射膜である。光反射膜
２は測定対象の電圧を測定するためのレーザ光を反射す
る。３は反射膜上に設けられた電気光学結晶である。電
気光学結晶３は測定対象の電圧によって複屈折性を生
じ、レーザ光の偏光状態を変えるものである。

【０００４】４は電気光学結晶３上に設けられた透明電
極である。透明電極４は接地線に接続される。５は透明
電極４上に設けられた絶縁性の導光管である。導光管５
は、レーザ光を電気光学結晶に導くために設けている。
６は探針部の軸に接合した可動電極、７Ａ，７Ｂは可動
電極６と共に容量型センサを構成する対向電極である。
８Ａ及び８Ｂは導光管を支持するＹ字型の梁部である。
梁部８Ａ及び８Ｂは容量型センサを挟んで上下に設けら
れ、導光管５の上下方向の移動を自由にさせている。図
２１（Ｂ）に上から見たＹ字型の梁部を示している。９
は対向電極７Ａ，７Ｂ及び梁部８Ａ，８Ｂを支持する絶
縁性の枠体である。

【０００５】なお、電気光学結晶３と探針部１とは、図
２１（Ｃ）に示すように、電気光学結晶３上に反射膜３
と接合層２Ａと積層して形成したものと、探針部１上に
接合層１Ａを形成したものとを低融点金属膜１０を介し
て加熱圧接することにより接合している。探針部１の交
換はピンセット等により探針部１を把持し熱により接合
している。

【０００６】次に、当該測定プローブの動作原理を説明
する。このプローブは２つの機能を有している。第１は
変位検出機能である。すなわち、探針部１を測定対象に
接触させると、探針部１が上方向に押し上げられる。こ
の結果、導光管５も上方向に移動する。この移動によっ
て、対向電極７Ａと可動電極６とのギャップが大きくな
り、可動電極６と可動電極７Ｂとのギャップが狭くな
る。これにより、梁部８Ａ及び８Ｂが撓み、２組の電極
７Ａ、７Ｂ及び６が作る容量が変化する。この容量変化
を検出することにより、探針部１が測定対象から受ける
力を検出することができる。この機能を応用すると、測
定対象の表面の凹凸形状を取得することができる（原子
間力顕微鏡）。

【０００７】第２は電圧検出機能である。まず、測定対
象に電圧を印加し、透明電極を接地した状態で、レーザ
光を導光管５を介して電気光学結晶３に導く。すると、
電気光学結晶３を通過したレーザ光は光反射膜２で反射
する。このとき、電気光学結晶３は透明電極４と反射膜
間の電界によって複屈折性を生じる。これにより、レー
ザ光の偏光状態が変化する。この偏光状態変化量は測定
対象に印加された電圧に依存する。この偏光状態変化量
から測定対象の電圧を測定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の測定プローブでは、次のような問題がある。 図２１（Ａ）に示すように容量型センサは、枠体９
の中に設けた対向電極７Ａ及び７Ｂの間に可動電極６を
配置することにより構成しなければならないので、組み
立てが非常に困難となる。プローブの製作再現性が悪
い。

【０００９】 また、図２１（Ａ）に示すように、梁
部８Ａ及び８Ｂは容量型センサを挟んで上下に設けら
れ、しかも、同図（Ｂ）に示すように直線状の梁部８Ａ
及び８Ｂが枠体９の内壁に接着材により接合されてい
る。このため、組み立て時に梁部８Ａ、８Ｂが何らかの
原因で撓むと、導光管５を精度良く支持することができ
なくなる。ここで、１本の梁部の長さをＬ／２、幅を
Ｗ、厚さをｔとし、梁部（バネ材）のヤング率をＥとす
ると、バネ定数Ｋは、（１）式、すなわち、 Ｋ＝１６ＥＷｔ³ ／Ｌ³ ……（１） により与えられる。従って、水平方向に引っ張られる力
が過大になって梁部８Ａ、８Ｂが撓むと、このバネ定数
Ｋが大きくなる。Ｋが大きくなると、測定対象から受け
る１μｍ以下の微細な力を正確に検出することが困難と
なる。

【００１０】 更に、図２１（Ｃ）に示すように、低
融点金属膜１０を介して電気光学結晶３と探針部１とを
加熱圧接しているので、低融点金属膜が接合層２Ａを通
って反射層２に入り込み該反射層２を曇らせてしまう。
この結果、反射層２の反射率が不均等になることから、
レーザ光の偏光状態変化量に誤差が含まれてしまい、精
度良い電圧を測定することが困難となる。

【００１１】 なお、探針部１は、ピンセット等を用
いて交換しなくてはならないので、手数が多くかかる。
本発明は、かかる従来例の課題に鑑み創作されたもので
あり、組み立てが簡単で、しかも、高い精度で変位検出
をすること、及び、針先端部を容易に交換することが可
能となる測定プローブ、その製造方法及びその針交換方
法の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の測定
プローブは、その一実施の形態を図１に示すように、固
定電極を支持する支持手段と、前記固定電極に対向して
容量を形成する可動電極を一端に設けた中空の導光管
と、前記導光管の一端に接続して該導光管を支持する弾
性体と、前記導光管の他端に設けられた電気光学変換素
子と、前記電気光学変換素子に接続した探針部と、前記
支持手段と弾性体との間に設けた絶縁体と、前記支持手
段と絶縁体との間及び前記絶縁体と弾性体との間を接着
する低融点金属膜とを備えていることを特徴とする。

【００１３】本発明の第２の測定プローブは、その一実
施の形態を図９に示すように、探針部と、前記探針部を
支持する弾性体と、前記探針部に設けられた磁性体と、
前記磁性体の近傍に配置した電磁コイルと、前記電磁コ
イルを支持する支持手段とを備えていることを特徴とす
る。本発明の第１及び第２の測定プローブは、その一実
施の形態を図１に示すように、前記弾性体は、前記絶縁
体又は支持手段と接着する枠部と、前記枠部から前記導
光管又は探針部の中央に向かって延びた複数の梁部とを
有し、前記枠部と梁部とが一体的に形成された薄板から
成ることを特徴とする。

【００１４】本発明の測定プローブの製造方法は、その
一実施の形態を図２及び図３に示すように一端を電気光
学変換素子が取り付くように座状に加工し、他端を可動
電極が成すように鍔状に加工した導光管と前記導光管を
支持する導電性の弾性体とを第１の部品ユニットに組み
立てる工程と、前記可動電極に対向させる固定電極と前
記固定電極を上下方向に移動する移動手段と前記固定電
極を支持する導電性の支持手段とを第２の部品ユニット
に組み立てる工程と、前記第１の部品ユニットの可動電
極と、前記第２の部品ユニットの固定電極とが対向する
ように前記第１の部品ユニットと第２の部品ユニットと
を向き合わせ、前記第１の部品ユニットと第２の部品ユ
ニットとの間に絶縁体を形成する工程と、前記第１の部
品ユニットと絶縁体の間及び該絶縁体と前記第２の部品
ユニットとの間に低融点金属膜を形成する工程と、前記
低融点金属膜に熱を加えて前記第１の部品ユニットと前
記第２の部品ユニットとを圧接する工程とを有している
ことを特徴とする。

【００１５】本発明の測定プローブの製造方法におい
て、その一実施の形態を図４及び図５に示すように、前
記導光管側の面とは反対の面に光反射層と、該光反射層
上にブロック層と、該ブロック層上に接合層とを順次積
層した電気光学結晶から成る電気光学変換素子を形成
し、前記探針部の針保持部の端面に接合層を形成し、前
記電気光学変換素子の接合層と前記針保持部の接合層と
の間に低融点金属膜を形成して熱接合することを特徴と
する。

【００１６】本発明の測定プローブの第１の針交換方法
は、その一実施の形態を図１０に示すように測定対象に
接触させる探針部を備えた測定プローブの針交換方法に
おいて、予め前記探針部を針保持部と針先端部とに分離
して形成し、前記針保持部を磁化しておき、前記針保持
部に針先端部を取付ける場合は前記針保持部を針先端部
に近づけて該針先端部を引き付け、前記針保持部から針
先端部を取り外す場合は前記針保持部の磁力を打ち消す
磁力を針先端部に加えて前記針保持部から針先端部を落
すことを特徴とする。

【００１７】本発明の第２の針交換方法は第１の針交換
方法において、その一実施の形態を図１１に示すように
前記Ｓｉ基板をエッチングして２次元格子状の共通梁の
一部を成した複数の針先端部を形成することを特徴とす
る。本発明の第２の針交換方法において、その一実施の
形態を図１３に示すように前記針先端部の尖った部分を
保護するような凹部を設けた針保護具を予め形成し、前
記針保持部に針先端部を取り付ける場合は前記針保護具
によって針先端部の尖った部分を保護し、その後、前記
針先端部を保護した部分の反対側から前記針保持部を押
し付けて当該針先端部の周囲の梁を壊すことを特徴とす
る。

【００１８】本発明の測定プローブの第３の針交換方法
は、その一実施の形態を図１４に示すように測定対象に
接触させる探針部を備えた測定プローブの針交換方法に
おいて、前記探針部を針保持部と針先端部とに分離して
形成し、予め、前記針保持部を磁化しておくと共に針先
端部が下に向くように該針先端部を針収納部に収納して
おき、前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は、針
収納部に収められた針先端部に前記針保持部を近づけて
針保持部の磁力により針先端部を取付け、前記針保持部
から針先端部を取り外す場合は、前記針保持部に付いた
針先端部を前記針収納部に挿入し、前記針保持部又は前
記針収納部を水平方向に移動して前記針保持部と針先端
部とを分離することを特徴とする。

【００１９】本発明の第４の針交換方法は、その一実施
の形態を図１６〜図１８に示すように、測定対象に接触
させる探針部を備えた測定プローブの針交換方法におい
て、前記探針部を針保持部と針先端部とに分離し、か
つ、前記針先端部の周囲に鐔状の突起を形成し、予め、
前記針保持部を磁化しておくと共に前記針先端部の先端
が下に向くように該針先端部を針収納部に収納してお
き、前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は、前記
針収納部に収められた針先端部に前記針保持部を近づけ
て前記針保持部の磁力により針先端部を取付け、前記針
保持部から針先端部を取り外す場合は、前記突起を伴っ
た針先端部を針外し具に挿入し、前記突起を針外し具に
引っかけるように針保持部又は前記針外し具を水平方向
に移動して前記針保持部と針先端部とを分離することを
特徴とする。

【００２０】本発明の第１〜第４の針交換方法におい
て、前記探針部の上下方向の移動を検出する検出手段を
設け、前記検出手段の出力によって前記針先端部が針保
持部に取付けられたか否を判定することを特徴とする。
本発明の測定プローブの第５の針交換方法は、その一実
施の形態を図１９に示すように測定対象に接触させる探
針部を備えた測定プローブの針交換方法において、前記
探針部を針保持部と針先端部とに分離して形成し、前記
針保持部に針先端部を取り付ける場合は、前記針保持部
と前記針先端部との間に低融点金属を形成し、前記針保
持部と針先端部とを重ね合わせて加圧し、前記加圧状態
下において前記低融点金属を加熱し、その後、前記低融
点金属を徐々に冷却し、前記針保持部から針先端部を取
り外す場合は、前記低融点金属を加熱することを特徴と
し、上記目的を達成する。

【００２１】本発明に係る第１の測定プローブでは、可
動電極と固定電極とが対向した状態で弾性体と絶縁体と
支持手段とが低融点金属膜を介して接合されている。従
って、弾性体と支持手段とが作る狭い空間内に導光管の
可動電極と、支持手段の固定電極から成る位置検出器
（容量型センサ）を簡単に構成することができる。この
センサの動作原理は以下の通りである。まず、電気光学
変換素子の一端に取付けられた探針部が測定対象に接触
すると、探針部が上方向に押し上げられるので、可動電
極と固定電極との間の距離が狭くなる。この結果、容量
が増加する。この容量変化から探針部の変位が検出でき
るので測定対象の凹凸形状を測定することができる。こ
の容量のギャップは、移動手段を調整して固定電極を上
下方向に移動することにより決めることができる。な
お、測定対象の電圧を測定する場合は、探針部を測定対
象に接触させ、電気光学変換素子によって光学的に取得
することができる。

【００２２】本発明に係る第２の測定プローブでは、探
針部に取付けられた磁性体の周囲に電磁コイルが配置さ
れているので、探針部の上下動によって、磁性体が電磁
コイル中を上下する。この上下動によって電磁コイルの
出力電圧が変化するので、この変化から探針部の変位が
検出できる。したがって、電磁型センサが構成できる。
また、電磁型センサの出力から測定対象の凹凸形状を測
定することができる。差動トランスを磁性体の移動方向
に配置することにより、探針部の垂直方向の変位を精度
良く検出できる。探針部が水平方向に振れてもほとんど
出力が変化しない。

【００２３】本発明の第１及び第２の測定プローブで
は、枠部から導光管又は探針部の中央に向かって延びた
複数の梁部を有した弾性体を使用して測定プローブを製
造することができるので、組み立てが容易になる。ま
た、弾性体の梁部が導光管や磁性体から枠体に向かって
曲線形状を成しているので、当該測定プローブの組み立
て時に、弾性体や支持手段との間にずれが生じても、曲
線形状の梁部が撓むので水平方向の張力のバラツキを吸
収することができる。

【００２４】本発明に係る測定プローブの製造方法で
は、可動電極及び弾性体を組み上げた第１の部品ユニッ
トと、移動手段及び固定電極を組み上げた第２の部品ユ
ニットとの間に絶縁体を形成し、その後、第１の部品ユ
ニットと絶縁体の間及び該絶縁体と第２の部品ユニット
との間に形成した低融点金属膜を熱接合している。従っ
て、第１の部品ユニットと第２の部品ユニットとをボル
ト等の締め付け具に依らずに絶縁体を挟んだ状態で第１
の部品ユニットと第２の部品ユニットとが一体化でき
る。この結果、第１の部品ユニットと第２の部品ユニッ
トとの間の狭い空間に容量型センサを備えた測定プロー
ブを再現性良く製造することができる。なお、容量型セ
ンサは可動電極と固定電極から成り、そのギャップは、
移動手段により固定電極を上下方向に移動することで容
易に調整することができる。

【００２５】本発明の測定プローブの製造方法におい
て、電気光学結晶上の光反射層とその接合層の間にブロ
ック層を形成しているので、電気光学変換素子と針保持
部とを熱接合する際に、光反射層に浸透しようとする低
融点金属膜がこのブロック層によって阻止できる。した
がって、電気光学結晶上の光反射層の所定の反射率を維
持することができる。

【００２６】本発明の測定プローブの第１の針交換方法
では、探針部から針先端部が分離された針保持部を予め
磁化しておき、この針保持部に針先端部を取付ける場合
は、針保持部を針先端部に近づけて該針先端部を引き付
け、針保持部から針先端部を取り外す場合は針保持部の
磁力を打ち消す磁力を加えて針先端部を落している。従
って、探針部の針先端部のみが簡単に交換できるし、探
針部は針先端部のみを製造すれば足りる。また、ピンセ
ット等を用いずに針先端部を再現性良く交換することが
できる。

【００２７】本発明の第２の針交換方法では、複数の針
先端部が、２次元格子状の共通梁にくっ付いた状態で形
成されている。したがって、共通梁から針先端部を１個
づつ外して交換することができる。本発明の第３の針交
換方法では、探針部から針先端部を分離した針保持部を
予め磁化しておき、この針保持部に針先端部を取付ける
場合は、針の先端が下に向くように針収納部に収納され
た針先端部に、針保持部を近づけて針保持部の磁力によ
り針を取付ける。また、針保持部から針を取り外す場合
は、針保持部に付いた針を針収納部に挿入し、針保持部
又は針収納部を水平方向に移動して針保持部と針とを分
離している。

【００２８】従って、本発明の第１の針交換方法と同様
に探針部の針先端部のみを再現性良く交換することがで
きる。また、探針部は針先端部のみを製造すれば足り
る。本発明の第４の針交換方法では、探針部から針先端
部が分離された針保持部を予め磁化しておき、この針保
持部に針先端部を取付ける場合は、第３の針交換方法と
同様に、針先端部が下に向くように針収納部に収納され
た針先端部に、針保持部を近づけて針保持部の磁力によ
り針先端部を取付ける。

【００２９】また、針保持部から針先端部を取り外す場
合は、針先端部を針外し具に挿入し、針先端部の突起を
針外し具に引っかけるように針保持部又は針収納部を水
平方向に移動して針保持部と針先端部とを分離してい
る。従って、本発明の第１、第２及び第３の針交換方法
と同様に探針部の針先端部のみを再現性良く交換するこ
とができる。また、探針部は針先端部のみを製造すれば
足りる。

【００３０】本発明の第５の針交換方法では、針保持部
に針先端部を取付ける場合は、針先端部と針保持部との
間に低融点金属を介して熱接合し、針保持部から針先端
部を取り外す場合は、針先端部と針保持部との間の接合
面に熱を与えて分離している。従って、本発明の第１、
第２、第３及び第４の針交換方法と同様に探針部の針先
端部のみを再現性良く交換することができる。また、探
針部は針先端部のみを製造すれば足りる。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、図を参照しながら本発明の
実施の形態について説明をする。図１〜２０は、本発明
の実施の形態に係る測定プローブ、その製造方法及びそ
の針交換方法の説明図である。 （１）第１の実施の形態 図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る測定プ
ローブの断面図であり、同図（Ｂ）は、上面から見た測
定プローブの半分の図を示している。

【００３２】図１（Ａ）において、１１は針先端部を測
定対象に接触させる探針部である。本実施の形態では針
交換を容易にするために、探針部１１を後述するように
針先端部と針保持部とに分けている。１２は、探針部１
１上に設けた電気光学変換素子である。電気光学変換素
子１２は透明電極、電気光学結晶及び光反射膜等から成
る。電気光学結晶と探針部１１の針保持部との接合方法
については第４の実施の形態において説明する。

【００３３】１３は、一方に電気光学変換素子１２が取
り付けられ、他方が可動電極13Ａを成す導光管である。
導光管１３の一端は電気光学変換素子１２が取り付くよ
うに座状に加工されている。その他端は可動電極13Ａが
成すように鍔状に加工されている。導光管１３は電気光
学変換素子１２を取り付ける座状と可動電極13Ａとを絶
縁するような構造になっている。なお、可動電極13Ａ
は、容量型センサの一方の電極を構成する。

【００３４】１４は、探針部１１の上下方向の移動を自
由にさせるように導光管１３を支持する導電性の可動梁
部である。可動梁部１４は弾性体の一例であり、板バネ
を構成する。また、可動梁部１４は上下２つの梁部と、
この梁部を固定する絶縁リングから成る。上の梁部は可
動電極13Ａに導通する引出し電極13Ｄに接続し、下の梁
部は電気光学結晶の透明電極に導通する引出し電極13Ｅ
に接続する。なお、可動梁部１４に応力吸収機能を備え
たものについては、図６〜８で説明する。

【００３５】１５は、可動電極13Ａに対向して配置され
た対向電極（固定電極）である。対向電極１５は容量型
センサの他方の電極を構成する。１６は、対向電極１５
の上下方向の移動を調整するギャップ調整ネジである。
ギャップ調整ネジ１６は移動手段の一例である。１７は
ギャップ調整ネジ１６及び対向電極１５を支持する導電
性の電極支持部である。電極支持部１７は支持手段の一
例である。

【００３６】１８は、可動梁部１４と電極支持部１７と
の間に設けた絶縁リングである。１９は遮蔽板であり、
引出し電極13Ｄと共に接地して使用する。２０は引出し
電極13Ｅと遮蔽板１９との間に設けた絶縁リングであ
る。２１は電極支持部１７と接続リング２２との間に設
けた絶縁リングである。接続リング２２は不図示のアク
チュエータと当該測定プローブを接続するものである。

【００３７】本実施の形態では、可動電極13Ａと対向電
極１５とが対向した状態で、可動梁遮蔽板１９と絶縁リ
ング２０との間、絶縁リング２０と引出し電極13Ｅとの
間、引出し電極13Ｅと可動梁部１４との間、可動梁部１
４と引出し電極13Ｄとの間、引出し電極13Ｄと絶縁リン
グ１８との間、絶縁リング１８と電極支持部１７の間、
電極支持部１７と絶縁リング２１との間及び、絶縁リン
グ２１と接続リング２２との間が各々低融点金属膜を介
して熱接合されている。このように測定プローブが一体
構造を成している。

【００３８】次に、本実施の形態に係る測定プローブの
動作原理を説明する。まず、電気光学変換素子１２の先
に取付けられた探針部１１が測定対象に接触すると、探
針部１１が上方向に押し上げられるので、可動電極13Ａ
と対向電極１５との間の距離が狭くなる。この結果、可
動電極13Ａと対向電極１５とが作る容量が増加する。こ
の容量変化から探針部１１の変位を検出する。探針部１
１を水平方向に移動することにより、測定対象の凹凸形
状を測定することができる。

【００３９】なお、測定対象の電圧を測定する方法は、
従来技術と同様である。まず、測定対象に電圧を印加
し、透明電極を接地した状態で、探針部１１を測定対象
に接触させ、導光管１３を通して電気光学変換素子１２
にレーザ光を導く。すると、電気光学変換素子１２を通
過したレーザ光は不図示の光反射膜で反射する。このと
き、電気光学変換素子１２では透明電極と光反射膜間の
電界によって電気光学結晶に複屈折性が生じる。これに
より、レーザ光の偏光状態が変化する。この偏光状態変
化量は測定対象に印加された電圧に依存する。この偏光
状態変化量から測定対象の電圧を測定することができ
る。

【００４０】このように本発明の第１の実施の形態に係
る第１の測定プローブでは、可動電極13Ａと対向電極１
５とが対向した状態で、可動梁遮蔽板１９と絶縁リング
２０との間、絶縁リング２０と引出し電極13Ｅとの間、
引出し電極13Ｅと可動梁部１４との間、可動梁部１４と
引出し電極13Ｄとの間、引出し電極13Ｄと絶縁リング１
８との間、絶縁リング１８と電極支持部１７の間、電極
支持部１７と絶縁リング２１との間及び、絶縁リング２
１と接続リング２２との間が各々低融点金属膜を介して
熱接合され、一体構造を成している。

【００４１】このため、可動梁部１４及び電極支持部１
７と絶縁リング１８とが作る狭い空間内に容量型センサ
を備えた簡単な構造の測定プローブが提供できる。この
容量のギャップは、ギャップ調整ネジ１６を調整して対
向電極１５を上下方向に移動することにより決めること
ができる。従って、この測定プローブを電圧波形測定装
置や表面形状測定装置に応用できる。

【００４２】次に、本発明の第１の実施の形態に係る測
定プローブの製造方法について説明をする。図２及び図
３は測定プローブの形成工程図を示している。まず、図
２（Ａ）において、導光管１３と導電性の可動梁部１４
とを組み立てて第１の部品ユニット100 にする。導光管
１３は、容量型センサの一方の電極となる可動電極13Ａ
と、可動梁部１４を絶縁する環状絶縁管13Ｂと、電気光
学結晶を取り付ける座状部を設けた導電性の管部13Ｃの
３つの部品から成る。

【００４３】可動電極13ＡはＡｕやＣｕ等の金属板に管
部13Ｃの内径とほぼ同じ径の穴を開け、電極部を鍔状に
加工する。環状絶縁管13Ｂは加工が容易なセラミックス
を用いる。絶縁管13Ｂの内径は管部13Ａの内径とほぼ同
じにする。導電性の管部13Ｃは、直径２．５ｍｍφ程度
のアルミニウム管を用い、一端を内側に折り込んで座状
に形成する。管部13Ａはアルミニウムに限らず、軽い物
質であれば良い。座状に形成することで電気光学変換素
子１２が取り付け易くなる。

【００４４】可動梁部１４は可動電極13Ａに導通する上
部板バネ部14Ａと、管部13Ａに導通する下部板バネ部14
Ｂと、上部板バネ部14Ａと下部板バネ部14Ｂとを絶縁す
る絶縁リング14Ｃから成る。上部板バネ部14Ａ及び下部
板バネ部14Ｂは、膜厚２０μｍ程度のステンレス箔から
加工する。その形状については第３の実施の形態におい
て説明する。絶縁リング14Ｃはセラミックス等を用い
る。リング14Ｃの外径は２０〜２５ｍｍφ程度である。

【００４５】各部品の接合は、まず、絶縁管13Ｂや絶縁
リング14Ｃの端面にＮｉ又はＡｕメッキを施し、管部13
Ａの端面にＡｕメッキを施し、上部板バネ部14Ａ及び下
部板バネ部14ＢにＡｕメッキを施しておく。この状態
で、各部品間に金属シート（Ｚｎ）を挟み込んで図２
（Ａ）に示すように軸方向に配列し、その後、軸方向か
ら部品へ力を加えた状態で、４００〜５００℃程度に加
熱する。加熱後、当該部品を徐々に冷却する。これによ
り、各部品間の接触面に金属化合物（Ａｕ−Ｚｎ）が生
成され、各部品間が固着し、第１の部品ユニット100 が
完成する。

【００４６】次に、図２（Ｂ）において、対向電極１５
とギャップ調整ネジ１６と導電性の電極支持部１７とを
組み立てて第２の部品ユニット200 にする。対向電極１
５は、外径２．５ｍｍφ程度の金属管から形成する。一
端は可動電極13Ａに対向させるために鍔状に加工する。
対向電極１５の外側の面に雄ネジを切って置く。ネジピ
ッチは微小なほど、高い精度でギャップ調整ができる。

【００４７】ギャップ調整ネジ１６は環状の金属から形
成する。ギャップ調整ネジ１６の内側の面には、対向電
極１５の雄ネジに適合した雌ネジを切って置く。電極支
持部１７は、厚さ１ｍｍ程度、外径２０〜２５ｍｍφ程
度の円形の金属（黄銅又はＮｉ鋼）板から作成する。ま
た、電極支持部１７の中心に対向電極１５を挿入する開
口部を形成する。各部品の係合は、まず、電極支持部１
７の下部から、鍔状を下にして対向電極１５を挿入し、
電極支持部１７の上部からギャップ調整ネジ１６によっ
て、対向電極１５をネジ止めする。これにより、電極支
持部１７と対向電極１５とが仮組され、第２の部品ユニ
ット200 が完成する。次いで、図２（Ｃ）に示すよう
に、第１の部品ユニット100 の可動電極13Ａと、第２の
部品ユニット200 の対向電極１５とが対向するように第
１の部品ユニット100 と第２の部品ユニット200 とを向
き合わせ、第１の部品ユニット100 と第２の部品ユニッ
ト200 との間に絶縁リング１８及び引出し電極13Ｄを形
成する。引出し電極13Ｄは上部板バネ部14Ａを介して可
動電極13Ａに導通させるものである。絶縁リング１８は
電極支持部１７と引出し電極13Ｄとを絶縁するものであ
る。

【００４８】第１の部品ユニット100 の下部には引出し
電極13Ｅ、絶縁リング２０及び遮蔽板１９を形成する。
引出し電極13Ｅは下部板バネ部14Ｂを介して管部13Ｃに
導通させるものである。絶縁リング２０は引出し電極13
Ｅと遮蔽板１９とを絶縁するものである。引出し電極13
Ｄ、13Ｅは厚さ１ｍｍ程度の黄銅又はＮｉ鋼から形成
し、遮蔽板１９は厚さ０．５ｍｍ程度の黄銅又はＮｉ鋼
から形成する。

【００４９】各部品の接合は、前工程で接合した部分が
溶融することが無いように、より低温のプロセスより行
う。まず、絶縁リング１８、２０の端面にＮｉ又はＡｕ
−Ｓｎメッキを施し、引出し電極13Ｄ、13Ｅ、電極支持
部１７及び遮蔽板１９の端部にＡｕ−Ｓｎメッキを施
す。この状態で、図２（Ｂ）に示すように軸方向に配列
し、その後、軸方向から部品へ力を加えた状態で、２４
０℃程度で加熱する。加熱後、当該部品を徐々に冷却す
る。この結果、両部品ユニット100 、200 が固着する。
対向電極１５は仮固定して置く。

【００５０】更に、図３に示すようなユニット組み立て
用治具600 を用いて電気光学変換素子１２、接続リング
２２及び絶縁リング２３を先の部品ユニットに接合す
る。電気光学変換素子１２は予め針保持部を接合してお
く。その接合方法については第２の実施の形態において
説明する。接続リング２２は厚さ２．０ｍｍ程度の黄銅
又はＮｉ鋼から環状に形成する。接続リング２２は不図
示の上下動アクチュエータに取り付ける部分であり、絶
縁リング２４は電極支持部１７と接続リング２２とを絶
縁するものである。

【００５１】ユニット組み立て用治具600 は、内側に段
を付けた凹部を有する枠体から成る。当該治具600 の底
部には、当該部品ユニットの遮蔽部１９を受ける止める
面があり、更に、この面から下がった位置に、電気光学
変換素子１２を受ける止める面がある。そして、底部の
中心には電気光学変換素子１２の針保持部が入る開口部
が設けられている。なお、組み立て時に部品が歪まない
ように、当該治具600の上面から各面までの深さを規定
しておく。

【００５２】各部品の接合は、前工程でＡｕ−Ｓｎプロ
セスを用いた場合には、当該工程で接合した部分が溶融
することが無いように、融点の低い金属膜を形成する。
低融点金属膜にはインジウム等を用いる。まず、絶縁リ
ング２３の端面にＮｉ及びＡｕメッキを施し、接続リン
グ２２、電気光学変換素子１２及び導光管１３の端部に
Ａｕメッキを施す。これらの部品の間にインジウムを施
す。この状態で、図３に示すような、ユニット組み立て
用治具600 に、部品を順に格納し、その後、軸方向に加
圧した状態で、１７０℃程度で加熱する。加熱後、当該
部品を徐々に冷却する。

【００５３】これにより、図１（Ａ）に示すような容量
型センサを備えた測定プローブが完成する。なお、容量
型センサは可動電極13Ａと対向電極１５から成り、その
ギャップは、ギャップ調整ネジ１６により対向電極１５
を上下方向に移動することにより容易に調整することが
できる。接合が完了した後に、対向電極１５の仮固定を
解除し、ギャップ間隔を所望の値、例えば、１０μｍに
調整する。この調整時に、過大な荷重が可動梁部１４に
かからないように、ユニット組み立て用治具600 の中心
部に電気光学変換素子１２を保持するようにする。その
後、対向電極１５の本固定を行う。対向電極１５の本固
定には、収縮、経時変化の少ない接着剤を用いる。

【００５４】このようにして本発明の第１の実施の形態
に係る測定プローブの製造方法では、導光管１３及び可
動梁部１４を組み上げた第１の部品ユニット100 と、対
向電極１５及びギャップ調整ネジ１６を組み上げた第２
の部品ユニット200 との間に絶縁リング１８及び引出し
電極13Ｄを形成し、しかも、第１の部品ユニット100と
絶縁リング１８の間及び該絶縁リング１８と第２の部品
ユニット200 との間にＡｕ−Ｓｎ膜を施し、これら部品
を軸方向に加圧した状態で、前工程の加熱温度（４００
〜５００℃）よりも低い約２４０℃程度の加熱温度によ
り熱接合している。

【００５５】従って、第１の部品ユニット100 を崩さ
ず、しかも、第１の部品ユニット100と第２の部品ユニ
ット200 とをボルト等の締め付け具に依らずに絶縁リン
グ１８や引出し電極13Ｄを挟んだ状態で第１の部品ユニ
ット100 と第２の部品ユニット200 とを一体化できる。
この結果、第１の部品ユニット100 と第２の部品ユニッ
ト200 との間の狭い空間に容量型センサを備えた測定プ
ローブを再現性良く製造することができる。

【００５６】また、本実施の形態では第１の部品ユニッ
ト100 と第２の部品ユニット200 との接合にＡｕ−Ｓｎ
膜を施す場合について説明したが、より高温のプロセス
としてはＡｕ−Ｃｒ等の組み合わせも利用することがで
きる。同程度のプロセスとしてはＡｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｐ
ｂ等の組み合わせも利用することができる。このように
共晶し得る異なった種類の金属を形成することにより、
ボルト等の締め付け具に依らずに部品ユニットが一体化
できる。

【００５７】本実施の形態では、説明の便宜上、各段階
に分離して組み立てる方法について説明をしたが、本発
明ではこれらの工程によって制限されるものではなく、
更なる工程の簡素化もしくはより細かな工程の分離が可
能であることは言うまでもない。 （２）第２の実施の形態 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係
る電気光学結晶と針保持部とを接合する工程図を示して
いる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る
測定プローブの電気光学変換素子１２に探針部１１の針
保持部11Ａのみを取り付ける場合を示している。

【００５８】図４（Ａ）において、まず、電気光学変換
素子１２を作成する。電気光学変換素子１２は電気光学
結晶12Ａと光反射膜12Ｂと不図示の透明電極から成る。
光反射膜12Ｂは図１に示したような導光管１３側の面と
は反対の面に形成する。光反射膜12Ｂは電気光学結晶12
Ａ上に膜厚数千Å程度のＡｕ（金）膜を真空蒸着法等よ
り形成する。光反射膜12Ｂは、電気光学結晶12Ａとの付
着強度や反射率を考慮すると、Ａｕ膜の他、Ａｌ（アル
ミニウム）膜、Ｃｕ（銅）膜及びＮｉ（ニッケル）膜等
を用いることができる。

【００５９】次に、光反射膜12Ｂ上にブロック層12Ｃを
形成する。ブロック層12Ｃは膜厚数千Å程度のＣｒ（ク
ロム）膜を真空蒸着法等より形成する。Ｃｒ膜は熱接合
時の低融点金属の浸透を防ぐために用いている。ブロッ
ク層12Ｃには低融点金属に対して反応性が低い金属なら
ばＣｒ以外の金属を用いることができる。その後、ブロ
ック層12Ｃ上に接合層12Ｄを形成する。接合層12Ｄは膜
厚数千Å程度のＡｕ膜を真空蒸着法等より形成する。こ
れにより、光反射膜12Ｂ、ブロック層12Ｃ及び接合層12
Ｄを順次積層した電気光学結晶12Ａから成る電気光学変
換素子１２が完成する。

【００６０】次に、図４（Ｂ）において、探針部１１の
針保持部11Ａを形成する。針保持部11Ａは直径２ｍｍ、
長さ５ｍｍ程度のタングステンの丸棒から成り、針先端
部は別に作成して後で取り付ける構造である。針保持部
11Ａの電気光学変換素子側の面に接合層11Ｂを形成す
る。接合層11Ｂは膜厚数千Å程度のＡｕ膜を真空蒸着法
等より形成する。

【００６１】そして、図４（Ｃ）において、電気光学変
換素子１２の接合層12Ｄと針保持部11Ａの接合層11Ｂと
の間に低融点金属膜２４を形成して熱接合する。加熱温
度は１７０℃程度である。低融点金属膜２４にはインジ
ウム（Ｉｎ）を用いる。インジウムの融点は１５６℃で
ある。この温度よりも、接合部を１０℃から２０℃程度
の高い温度にすると、接合層（Ａｕ膜）12Ｄや針保持部
11Ａの接合層（Ａｕ膜）11Ｂがインジウムと融合する。
このときインジウムが光反射層（Ａｕ膜）12Ｃに浸透し
ようとするが、ブロック層12Ｃ（Ｃｒ膜）によって阻止
される。そして、徐々に冷却すると、電気光学変換素子
１２と針保持部11Ａとが接合する。

【００６２】このようにして、本発明の第２の実施の形
態に係る測定プローブの製造方法では、電気光学結晶12
Ａ上の光反射層12Ｂとその接合層12Ｄの間にブロック層
12Ｃを形成しているので、電気光学変換素子１２と針保
持部11Ａとを熱接合するときに、光反射層12Ｂに浸透し
ようとするインジウムがこのブロック層12Ｃによって阻
止できる。

【００６３】したがって、インジウムの浸透からブロッ
ク層12Ｃの下の光反射層12Ｂを保護することができるの
で、電気光学結晶12Ａ上の光反射層12Ｂの所定の反射率
を維持することができる。光反射層12Ｂの機能を損なわ
ずに電気光学変換素子１２と針保持部11Ａとが接合でき
る。本実施の形態では、光反射層12Ｂとブロック層12Ｃ
とを別々に形成する場合について説明したが、図５
（Ａ）に示すように、光反射層12Ｂとブロック層12Ｃと
を兼用したブロック兼用光反射層２７を設けても良い。
ブロック兼用光反射層２７にはＣｒ膜を用いる。これに
より、成膜工程が省略できる。

【００６４】また、本実施の形態では光反射層12Ｂが単
層の場合について説明したが、付着強度を受け持つ透明
な層と、光を反射する層を組合せたような積層構造であ
っても良い。更に、本実施の形態では光反射層12Ｂ、ブ
ロック層12Ｄ及び接合層12Ｄを順次積層する場合につい
て説明したが、光反射層12Ｂとブロック層12Ｃ又はブロ
ック層12Ｃと接合層12Ｄの間の付着強度が弱かったり、
熱融合反応が安定しないときには図５（Ｂ）に示すよう
に、これらの層の間につなぎ層を設けても良い。図５
（Ｂ）において、２５及び２６はつなぎ層である。つな
ぎ層２５にはＡｕＩｎ合金膜を用い、つなぎ層２６には
ＮｉＣｒ合金膜を用いる。

【００６５】このように光反射層12Ｂとブロック層12Ｃ
との間にＮｉＣｒ合金膜を用い、ブロック層12Ｃと接合
層12Ｄの間にＡｕＩｎ合金膜を用いることにより、光反
射層12Ｂの機能を損なわずに電気光学変換素子１２と針
保持部11Ａとが接合できる。これにより、電気光学効果
を利用した電圧測定装置の測定プローブの提供に寄与す
るところが大きい。

【００６６】（３）第３の実施の形態 図６及び図７は、本発明の第３の実施の形態に係る測定
プローブの可動梁部の構成図を示している。第３の実施
の形態では第１の実施の形態に係る測定プローブの可動
梁部に応力吸収機能を持たせたものである。図６（Ａ）
において、２８は導光管等を水平方向から支持する応力
吸収機能付き可動梁部である。可動梁部２８は、４本の
長い直線梁８１、８３、８５、８７と、同一平面におい
てこの直線梁８１から９０°屈曲した形状の短い梁８
２、同様に、直線梁８３から９０°屈曲した形状の短い
梁８４、直線梁８５から９０°屈曲した形状の短い梁８
６、直線梁８７から９０°屈曲した形状の短い梁８８
と、短い梁８２、８４、８６、８８や導光管等を固定す
る内側枠体８９と、直線梁８１、８３、８５、８７を固
定する外側枠体810 とを有している。内側枠体８９に
は、導光管等を収めるための直径２．５ｍｍφ程度の開
口部811 が設けられている。外側枠体810 の直径は２０
〜２５ｍｍ程度である。

【００６７】直線梁８１、８３、８５、８７は板バネを
構成する。Ｌは直線梁８１、８３、８５、８７の各々の
長さであり、その値は１０ｍｍ程度である。Ｗは、これ
らの梁の幅であり、その値は０．７５ｍｍ程度である。
不図示のｔは、各々の梁及び枠体の厚みであり、その値
は２０μｍ程度である。このような９０°に屈曲した梁
部を持つ可動梁部２８では、短い梁８２、８４、８６、
８８によるバネが充分に固いとして無視できる。したが
って、この可動梁部２８のバネ係数Ｋは、従来技術と同
様に（１）式により近似できる。本実施の形態では可動
梁部２８のバネ係数Ｋは、約７０Ｎ／ｍ程度となる。

【００６８】次に、可動梁部２８の形成方法を説明す
る。まず、厚さ２０μｍ程度のステンレスの箔にレジス
ト膜をパターニングする。そして、レジスト膜をマスク
にして、ステンレスの箔をエッチングする。これによ
り、図６（Ａ）に示すような内側枠体８９に開口部811
を有し、内側枠体８９から短い梁８２、８４、８６、８
８が延び、更に、短い梁８２、８４、８６、８８から各
々９０°に屈曲した直線梁８１、８３、８５、８７を有
し、この直線梁８１、８３、８５、８７と外側枠体810
とが一体化した可動梁部２８を作成することができる。
可動梁部２８を一体化することで、プローブ組み立て時
の位置ずれ等の誤差の発生自体も極力抑えることができ
る。

【００６９】図６（Ｂ）は、他の形状の可動梁部２９を
示している。図６（Ｂ）において、可動梁部２９は、内
側枠体９９から外側枠体910 に延びた直線梁９１、９
３、９５、９７がローマ字の「Ｔ」形状を有している。
直接、直線梁９１、９３、９５、９７を外側枠体910 に
接合せずに、９０°に折れ曲がった短い梁９２、９４、
９６、９８に接続する。このようにすると短い梁９２、
９４、９６、９８が水平方向の応力を吸収するようにな
る。

【００７０】図７（Ａ）は、応力吸収機能付き可動梁部
の機能説明図を示している。図７（Ａ）において、28Ａ
は導光管１３の上部を支持する上部板バネ部であり、28
Ｂは導光管１３の下部を支持する上部板バネ部である。
Ｒｄは直線梁９１、９３、９５、９７等の板バネによる
弾性部であり、Ｒｏは９０°に折れ曲がった短い梁９
２、９４、９６、９８による張力開放部である。

【００７１】張力開放部Ｒｏは、図７（Ａ）に示すよう
に外側枠体810 と導光管１３との間において、弾性部Ｒ
ｄと直列に接続されていると考えられ、組み立て時にず
れ等が生じても、水平方向の張力を開放するように動作
する。このような動作は、図６（Ａ）や（Ｂ）に示した
ような短い梁８２、８４、８６、８８又は９２、９４、
９６、９８が水平方向の応力を吸収することにより達成
する。

【００７２】このようにして、本発明の第３の実施の形
態に係る測定プローブでは、可動梁部２８の直線梁８
１、８３、８５、８７が導光管１３から外側枠体810 へ
向かって９０°に曲がった短い梁８２、８４、８６、８
８を経由して延びているので、当該測定プローブの組み
立て時に、可動梁部２８や図１に示したような電極支持
部１７との間にずれが生じても、短い梁８２、８４、８
６、８８が撓んで内側枠体８９を回転させるようにな
る。

【００７３】したがって、水平方向の張力のバラツキを
可動梁部２８によって吸収することができるので、組み
立て時にずれ等が生じても、直線梁８１、８３、８５、
８７に過大な張力がかからないため、バネ定数Ｋの誤差
が小さくなる。本実施の形態では、導光管１３の左右を
対称的に張力開放部Ｒｏを設ける場合について説明した
が、図７（Ｂ）に示すように、張力開放部Ｒｏは片側の
みに設けても良い。このようにしても直線梁が中心方向
に歪んで張力を開放し、柔らかいバネ効果の弾性部Ｒｂ
を構成する。

【００７４】また、本実施の形態では、図６（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、弾性部Ｒｄと張力開放部Ｒｏが機
構的に明確に分かれている場合について説明したが、図
８（Ａ）及び（Ｂ）に示すような曲線状の梁で構成して
も良い。図８（Ａ）において、可動梁部３０は、内側枠
体101 から外側枠体102 に延びた円弧状の梁103 〜106
を有している。本実施の形態では円弧状の梁103 と104
との間を途中で広げるようにし、円弧状の梁105 と106
との間を途中で広げるようにしている。このようにする
と組み立て時に、円弧状の梁103 と104 との間が伸縮し
たり、円弧状の梁105 と106 との間が伸縮したりして水
平方向の応力を吸収するようになる。

【００７５】更に、図８（Ｂ）において、可動梁部３１
は、内側枠体301 から外側枠体302に延びたローマ字の
「Ｓ」形状の梁303 〜305 を有している。このようにす
ると「Ｓ」形状の梁303 、304 又は305 が伸縮して、水
平方向の応力を吸収するようになる。これにより、柔ら
かいバネ効果が導光管１３に与えられるので、探針部１
１に偏った力が加わらない。また、半導体チップ上の配
線に必要以上の力を与えることが無くなる。

【００７６】（４）第４の実施の形態の説明 図９（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る測定プ
ローブの構成図を示している。第４の実施の形態では、
第１〜第３の実施の形態と異なり容量型センサの代わり
に電磁型センサを設けているものである。図９（Ａ）に
おいて、４１は針先端部を測定対象に接触させる探針部
であり、４２は、探針部４１に連続した軸に取付けられ
た磁性体である。磁性体４２には透磁性の高い物質を用
いる。透磁性の高い物質は、純鉄、軟鋼、Ｎｉ−Ｆｅ合
金又はフェライト等である。磁性体４２はこれらの物質
のいずれかを探針部４１の軸の一部に巻き付けることに
より形成する。このようにしてコアが形成できる。ま
た、この軸に導光管を用いれば、第１の実施の形態で説
明したような電気光学変換素子を取り付けることができ
る。

【００７７】43Ａは、探針部４１の上下方向の移動を自
由にするように探針部４１の上部の軸を支持する可動梁
部であり、43Ｂは、探針部４１の下部の軸を支持する可
動梁部である。可動梁部43Ａ及び43Ｂには第３の実施の
形態で説明したような応力吸収機能付きの梁部を用いる
と良い。組み立て時の水平方向の張力が吸収できるよう
になる。

【００７８】４４は、磁性体４２を取り囲む位置に配置
された電磁コイルである。電磁コイル４４は差動トラン
スを構成するようにする。差動トランス４４は、磁性体
４２を取り囲む位置に３つのコイルを垂直方向に配置し
て結合させ、両端の２つのコイルの捲線の方向を逆向き
にすることにより構成できる。１つのコイル（一次側と
いう）は巻数がｎ１であり、他の２つのコイル（二次側
という）の巻数は共にｎ２である。差動トランスは、そ
の一次側に交流電圧を印加し、その二次側から起電力を
取り出すようにする。二次側から取り出した起電力から
探索部４１の変位を検出する。

【００７９】４５は、差動トランス４４を支持する枠体
であり、４６は、測定プローブを垂直方向に移動するア
クチュエータである。アクチュエータ４６にはピエゾ駆
動素子を用いる。次に、本実施の形態に係る電磁センサ
の動作原理を説明する。まず、差動トランスの一次側に
交流電圧を印加し、その二次側から起電力を取り出すよ
うにする。この状態で、探針部４１の針先端部を測定対
象に接触させると、探針部４１が上方向に押し上げられ
るので、可動梁部１４によって支持されている磁性体４
２が差動トランス４４中で上方向に移動する。

【００８０】差動トランス４４は、図９（Ｂ）に示すよ
うに、磁性体４２が中央にあるときは、二次側に電圧
（Ｖａ＝Ｖｂ＝０）を発生しないが、磁性体４２が上に
動くと上のコイルとの結合が強くなって正の位相の電圧
Ｖａが誘起する。反対に磁性体４２が下に動くと下のコ
イルとの結合が強くなって逆の位相の電圧Ｖｂが誘起す
る。この出力電圧の変化から探針部４１の変位を検出す
ることにより、測定対象から探針部４１への押し付け力
を求めることができる。この押し付け力によって、測定
対象の凹凸形状を測定することができる（原子間力顕微
鏡）。

【００８１】このようにして、本発明の第４の実施の形
態に係る測定プローブでは、探針部４１の軸に取付けら
れた磁性体４２の周囲に差動トランス４４が配置されて
いる。したがって、探針部４１の上下動により差動トラ
ンス４４中を上下する磁性体４２により誘起した電圧Ｖ
ａ、Ｖｂの変化から探針部４１の変位を検出することが
できる。

【００８２】これにより、探針部４１の変位を電気信号
に変える電磁型センサを備えた簡単かつコンパクトな構
造の測定プローブが提供できる。この測定プローブを電
圧波形測定装置や表面形状測定装置に応用できる。ま
た、本実施の形態では、従来技術の容量型センサの可動
電極の体積に比べてコアの体積を小さくすることができ
る。このため、可動梁部43Ａや43Ｂへの負担を軽くする
ことができる。コアの荷重が減ると、可動梁部43Ａや43
Ｂが安定する時間が速くなるので、高速走査が可能とな
る。

【００８３】（５）第５の実施の形態 図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第５の実施の形態に
係る測定プローブの針交換方法の説明図を示している。
第５の実施の形態では第１〜第４の実施の形態で説明し
たような測定プローブの針先端部を交換するものであ
る。図１０（Ａ）において、予め探針部を針保持部11Ａ
と針先端部５１とに分離して形成する。針先端部５１
は、まず、導電性のＳｉ基板にレジスト膜をパターニン
グし、その後、このレジスト膜をマスクにしてＳｉ基板
をエッチングすることにより形成する。針先端部５１の
直径は１ｍｍφ程度である。レジスト膜のパターニング
は、針先端部５１を画定するときと、先端部を尖らせる
ときと分けて行う。エッチング液にはＫＯＨ（水酸化カ
リウム）の水溶液を用いる。先端部は、複数回のエッチ
ングにより尖らすことができる。

【００８４】そして、尖らされた先端部とは反対の面に
軟磁性膜５２を形成する。軟磁性膜５２には、鉄（Ｆ
ｅ）やＦｅ・Ｎｉの合金膜を用いる。軟磁性膜５２は真
空蒸着法やメッキ法により形成する。針保持部11Ａの形
成方法は第２の実施の形態において説明した通りであ
る。針吸着のためには、永久磁石をタングステンに接着
しておけばよい。または磁性材料をタングステン棒先端
に固着させコイル等により磁化しても良い。

【００８５】次に、針保持部11Ａに針先端部５１を取付
ける場合は、図１０（Ｂ）において、完成した針先端部
５１を載置台に置く。載置台は針先を保護するような構
造が好ましい。そして針保持部11Ａをゆっくりと針先端
部５１に近づける。すると、図１０（Ｂ）に示すよう
に、針保持部11Ａが磁力により針先端部５１を引き付け
る。これにより、針先端部５１の取付けが完了する。

【００８６】また、針保持部11Ａから針先端部５１を取
り外す場合は、図１０（Ｃ）に示すような先端部剥離用
の電磁コイル５３上に針先端部５１を移動する。この電
磁コイルは、直流駆動する方式と交流駆動する方式があ
る。直流方式では、針保持部11Ａの磁力を打ち勝つよう
な大きな磁力を針先端部５１に加えて針保持部11Ａから
針先端部５１を落すようになる。したがって第１の実施
の形態で説明したような可動梁部に大きな力が加わらな
いようにストッパを設けて置く必要がある。

【００８７】このようにして本発明の第５の実施の形態
に係る測定プローブの針交換方法では、探針部から針先
端部５１を分離した針保持部11Ａを予め磁化しておき、
この針保持部11Ａに針先端部５１を取付ける場合は、針
保持部11Ａを針先端部５１に近づけて該針先端部５１を
引き付け、針保持部11Ａから針先端部５１を取り外す場
合は針保持部11Ａの磁力を打ち消す磁力を加えて針先端
部５１を落している。従って、探針部の針先端部５１の
みが簡単に交換できるし、探針部は針先端部５１のみを
製造すれば足りる。また、ピンセット等を用いずに針先
端部５１の交換を再現性良く行うことができる。

【００８８】本実施の形態では、針先端部５１は、Ｓｉ
基板を素材にした先端部と、その反対の面に形成した軟
磁性膜５２から構成するので、針先端部全体を磁性体に
より構成しなくても済む。また、Ｓｉ基板を素材とした
ので、全体をタングステン等の金属により構成する場合
に比べてコストダウンを図ることができる。（６）第６
の実施の形態図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第６の
実施の形態に係る測定プローブの針交換方法を説明する
図を示している。第６の実施の形態では第５の実施の形
態と異なり共通梁にくっついた状態の針を専用治具を使
用して交換をしようとするものである。

【００８９】図１１（Ａ）において、まず、複数の針先
端部201 が２次元格子状の共通梁202 の一部を成した針
先端部アレイ203 を形成する。針先端部アレイ203 は、
導電性のＳｉ基板にレジスト膜をパターニングし、その
後、このレジスト膜をマスクにしてＳｉ基板をエッチン
グすることにより形成する。Ｓｉ基板は厚さ１００μｍ
程度であり、針先端部201 の直径は１ｍｍφ程度であ
る。

【００９０】図１１（Ｂ）において、共通梁202 を成す
格子の一辺の長さＮは５ｍｍ程度である。共通梁202 と
共通梁202 との間には開口部が設けられている。この開
口部は専用治具を当てがうために必要となる。なお、エ
ッチング液には第５の実施の形態と同様にＫＯＨ（水酸
化カリウム）の水溶液を用いる。先端部は複数回のエッ
チングにより尖らす。

【００９１】更に、図１１（Ｃ）に示すように、尖らさ
れた先端部とは反対の面に軟磁性膜５２を形成する。軟
磁性膜５２の材質及び製法は、第５の実施の形態と同様
である。これにより、複数の針先端部201 が２次元格子
状の共通梁202 の一部を成した針先端部アレイ203 を形
成することができる。なお、図１２（Ａ）は、尖らされ
た先端部を凹部内に設けた他の針先端部アレイ205 を示
している。凹部内に針先端部204 を形成することによ
り、他の形成工程の際に針先端部204 を保護することが
できる。

【００９２】また、図１２（Ｂ）は、針先端部アレイ20
3 の個々の針先端部201 の両脇（周囲）の共通梁202 に
溝206 を設けた状態を示している。溝206 は、尖らされ
た先端部を有する面の共通梁202 に設ける。溝206 はレ
ーザ加工により形成する。レーザ加工にはＹＡＧ、ＣＯ
₂ 、エキシマレーザ等を用いる。この溝206 は等方性の
エッチングにより形成しても良い。このようにすると溝
206 を境界にして共通梁202 から針先端部201 を容易に
分離することができる。

【００９３】次に、共通梁202 から針先端部201 を分離
させるための針先端保護付き切断具について説明する。
図１３（Ａ）は、針先端保護付き切断具の断面図を示し
ている。図１３（Ａ）において、401 は、針先端を保護
する凹部 401Ａを設けた切断部である。切断部401 は、
図１２（Ｂ）で説明した針先端部201 の両脇（周囲）の
溝206 に一致するような間隔で突起 401Ｂを設けてい
る。切断部401 の材質はＦｅや黄銅等の金属である。切
断部401 は四角柱状でも、円柱状に形成しても良い。

【００９４】402は切断部401 を収納する枠体であり、
切断部401 の断面形状に合わせた凹部を設けている。そ
して、凹部内にスプリング403 を設けている。スプリン
グ403は切断部401 を押し上げるように機能し、上から
の押し付け力とスプリング403の反発力によって共通梁2
02 から針先端部201 が分離できる。これにより、針先
端保護付き切断具400 を構成する。

【００９５】次に、図１３（Ｂ）を参照しながら、共通
梁にくっついた状態の針先端部を針先端保護付き切断具
を使用して交換する場合について説明をする。図１３
（Ｂ）において、針保持部11Ａに針先端部201 を取付け
る場合、針先端部アレイ203 を切断具400 に置く。この
とき、切断具400 の突起 401Ｂと針先端部201 の溝206
と位置合わせをする。これにより、針先端部201 の尖っ
た部分が凹部 401Ａに入り込み、針先端が保護される。
そして、針保持部11Ａをゆっくりと針先端部201 に近づ
け押しつける。すると、針保持部11Ａが磁力により針先
端部５１を引き付ける。これと共に当該針先端部201 の
周囲の溝206 が壊れる。これにより、溝206 を境界にし
て共通梁202 から針先端部201 が容易に分離し、針先端
部201 の取付けが完了する。なお、針保持部11Ａから針
先端部201 を取り外す場合は、第５の実施の形態に説明
した通りである。したがって、その説明を省略する。

【００９６】このようにして本発明の第６の実施の形態
に係る測定プローブの針交換方法では複数の針先端部20
1 が、２次元格子状の共通梁202 にくっ付いた状態で形
成されている。このため、針先端保護付き切断具400 を
使用して共通梁202 から針先端部201 を１個づつ外して
交換することができる。すなわち、本実施の形態では、
針先端部201 の尖った部分を切断具400 の凹部401Ａに
より保護した状態で、軟磁性膜５２を形成した側から針
保持部11Ａを押し付けて当該針先端部201 の周囲の共通
梁202 を壊している。

【００９７】従って、共通梁202 から１個の針先端部20
1 のみを分離させることができる。この結果、針交換前
に針先端部201 をバラバラにしないで済むので針先端部
201の交換が容易になる。更に、本実施の形態では、個
々針先端部201 の共通梁202 に溝206 を設け、針先端保
護付き切断具400 によって共通梁202 から針先端部201
を壊しているので、針交換時の針先端部201 の共通梁20
2 のみを再現性良く分離することができる。この結果、
共通梁202 から１個の針先端部201 を容易に分離するこ
とができる。これにより、自動針交換可能な測定プロー
ブが提供できる。

【００９８】（７）第７の実施の形態 図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第７の実施の形態に
係る測定プローブの針交換方法を説明する図を示してい
る。第７の実施の形態では第５及び６の実施の形態と異
なり、針付き磁性ビーズを磁力を利用して専用収納具か
ら出し入れすることにより針交換を行うものである。

【００９９】本実施の形態では、予め、探針部を針保持
部６１と針付き磁性体ビーズ６３とに分離して形成す
る。磁性体ビーズ６３は直径１．５ｍｍφ程度の磁性体
に、直径０．５ｍｍφ程度、長さ１ｍｍ程度の針を接合
することにより形成する。そして、針保持部６１を磁化
しておく。その磁化は電磁コイルによる方法と、永久磁
石を接合する方法がある。本実施の形態では磁石６２を
針保持部６１を接着している。また、磁性体ビーズ６３
は専用の針収納部６４に収納しておく。針収納部６４は
段付き開口部を有し、段付き開口部は磁性体ビーズ６３
の外縁が引っ掛かる部分と針が収まる部分から成る。磁
性体ビーズ６３は、針が下に向くように針収納部６４に
収めて置く。

【０１００】次に図１４及び図１５を参照しながら針交
換方法について説明をする。針保持部６１に磁性体ビー
ズ６３を取り付ける場合は、図１４（Ａ）において、ま
ず、針収納部６４に向けて針保持部６１を垂直方向に降
下させて行く。そして、図１４（Ｂ）に示すように、針
収納部６４に収められた磁性体ビーズ６３に針保持部６
１を近づけて針保持部６１の磁力により磁性体ビーズ６
３を取付ける。その後、図１４（Ｃ）、（Ｄ）に示すよ
うに、針収納部６４から外部へ針保持部６１に付いた磁
性体ビーズ６３をゆっくりと引き上げる。これにより針
の取付けが完了する。

【０１０１】また、針保持部６１から磁性体ビーズ６３
を取り外す場合は、図１５（Ａ）において、まず、針収
納部６４の空いている開口部に向けて、磁性体ビーズ６
３が付いた針保持部６１を垂直方向に降下させて行く。
そして、図１５（Ｂ）に示すように、針収納部６４の開
口部に磁性体ビーズ６３を挿入する。その後、図１５
（Ｃ）に示すように、針保持部６１又は針収納部６４を
水平方向に移動して針保持部６１から磁性体ビーズ６３
を分離する。これにより、図１５（Ｄ）に示すように、
針の取外しが完了する。

【０１０２】このようにして本発明の第７の実施の形態
に係る測定プローブの針交換方法では、針保持部６１の
先端に予め磁石を接合しておき、この針保持部６１に磁
性体ビーズ６３を取付ける場合は、針の先端が下に向く
ように針収納部６４に収納された磁性体ビーズ６３に、
針保持部６１を近づけて針保持部６１の磁力により針を
取付ける。また、針保持部６１から針を取り外す場合
は、針保持部６１に付いた針を針収納部６４に挿入し、
針保持部６１又は針収納部６４を水平方向に移動して針
保持部６１と針とを分離している。

【０１０３】従って、本発明の第１の針交換方法と同様
に探針部の磁性体ビーズ６３のみを再現性良く交換する
ことができる。また、探針部は針付き磁性体ビーズ６３
のみを製造すれば足りる。 （８）第８の実施の形態 図１６（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第８の実施の形態に
係る測定プローブの針交換方法を説明する図を示してい
る。第８の実施の形態では、第７の実施の形態と異な
り、専用の針外し具を用いて針付き磁性ビーズを取り外
すものである。また、探針部の上下方向の移動を検出す
る検出手段を設けておき、この検出手段によって針の取
付け有無を確認するものである。

【０１０４】本実施の形態では、予め、探針部を針保持
部７６と針付き磁性体ビーズ７１とに分離して形成す
る。磁性体ビーズ７１は図１６（Ａ）に示すように、直
径１．５ｍｍφ程度の磁性体の周囲に鍔状（円盤状）の
突起71Ａを設け、この突起と磁性体との間に段差を設け
ている。この段差は針外し具の薄板の厚みより大きな値
である。この磁性体には第７の実施の形態と同様に直径
０．５ｍｍφ程度、長さ１ｍｍ程度の針71Ｂが接合され
ている。

【０１０５】図１６（Ｂ）は針外し具の断面図を示して
いる。図１６（Ｂ）において、７２は針外し具であり、
厚み数百μｍ程度のフィルム状の薄板72Ｂと、薄板72Ｂ
を支える橋脚部72Ａから成る。橋脚部72Ａは枠体として
も良い。薄板72Ｂは図１６（Ｃ）に示すように、突起71
Ａを伴った磁性体ビーズ７１がそのまま入る抜き穴７３
を有している。抜き穴７３は開口幅φ２の開口領域と、
この開口領域に連続して該突起71Ａの幅よりも狭い開口
幅φ１の開口領域を設けている。

【０１０６】なお、抜き穴７３は開口幅φ１及びφ２の
ように区別しても良いが、図１６（Ｄ）に示すように開
口領域を徐々に狭くした抜き穴７５としても良い。７４
は抜き穴７５を設けた針外し具を示している。すなわ
ち、針外し具の製造条件としては、突起71Ａを伴った
針71Ｂが差し込める抜き穴７３が有ること、薄板72Ｂ
の面に沿って水平方向に移動することで径が小さくな
り、突起71Ａが薄板72Ｂに掛かるようになること、針
71Ｂの段差より薄板72Ｂの厚さが薄いことが挙げられ
る。

【０１０７】次に図１７及び図１８を参照しながら針交
換方法について説明をする。最初に針保持部７６を磁化
しておく。その磁化方法は第７の実施の形態で説明した
通りである。本実施の形態では磁石７７を針保持部７６
を接着している。また、磁性体ビーズ７１は専用の針収
納部７８に収納しておく。針収納部７８は開口部を有
し、この開口部の幅は磁性体ビーズ７１の鍔状の突起が
引っ掛かるようにされている。磁性体ビーズ７１は、針
が下に向くように針収納部７８に収めて置く。

【０１０８】例えば、針保持部７６に磁性体ビーズ７１
を取り付ける場合は、図１７（Ａ）において、まず、針
収納部７８に向けて針保持部７６を垂直方向に降下させ
て行く。そして、図１７（Ｂ）に示すように、針収納部
７８に収められた磁性体ビーズ７１に針保持部７６を近
づけて針保持部７６の磁力により磁性体ビーズ７１を取
付ける。このとき、検出手段の出力によって磁性体ビー
ズ７１が針保持部７６に取付けられたか否を判定する。
例えば、検出手段が針保持部７６の下方向の移動を検出
した場合は、この検出結果から「針保持部７６に磁性体
ビーズ７１が取付けられた状態」を判定することができ
る。

【０１０９】この検出手段の出力によって磁性体ビーズ
７１が針保持部７６に取付けられたことが確認される
と、図１７（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、針収納部７８
から外部へ針保持部７６に付いた磁性体ビーズ７１をゆ
っくりと引き上げる。これにより針の取付けが完了す
る。また、針保持部７６から磁性体ビーズ７１を取り外
す場合は、図１８（Ａ）において、まず、針外し具７２
の抜き穴７３に向けて、磁性体ビーズ７１が付いた針保
持部７６を垂直方向に降下させて行く。そして、針外し
具７２の抜き穴７３に磁性体ビーズ７１を挿入する。磁
性体ビーズ７１の突起71Ａが薄板72Ａよりも下に位置す
るまで挿入する。

【０１１０】その後、図１８（Ｂ）に示すように、針保
持部７６又は針外し具７２を水平方向に移動する。この
移動によって、磁性体ビーズ７１の突起71Ａが針外し具
の薄板72Ａに引っかかるようになる。そして、図１８
（Ｃ）に示すように磁性体ビーズ７１が抜き穴７３の終
端部に到達する。この状態で、図１８（Ｄ）に示すよう
に更に、針保持部７６を水平方向に移動する。これによ
り、図１８（Ｅ）に示すように、針保持部７６から磁性
体ビーズ７１が分離する。分離した磁性体ビーズ７１は
落下する。このとき、検出手段の出力によって磁性体ビ
ーズ７１が針保持部７６から外されたか否を判定する。
例えば、検出手段が針保持部７６の上方向の移動を検出
した場合は、この検出結果から「磁性体ビーズ７１が針
保持部７６から取り外された状態」を判定することがで
きる。これにより、針の取外しが完了する。

【０１１１】このようにして、本発明の第８の実施の形
態に係る測定プローブの針交換方法では、探針部から磁
性体ビーズ７１が分離された針保持部７６を予め磁化し
ておき、この針保持部７６に磁性体ビーズ７１を取付け
る場合は、第７の実施の形態と同様に、磁性体ビーズ７
１が下に向くように針収納部７８に収納された磁性体ビ
ーズ７１に、針保持部７６を近づけて針保持部７６の磁
力により磁性体ビーズ７１を取付ける。

【０１１２】また、針保持部７６から磁性体ビーズ７１
を取り外す場合は、突起71Ａが隠れるまで磁性体ビーズ
７１をそのまま針外し具７２の抜き穴７３に挿入し、こ
の状態で針保持部７６又は針収納部７８を水平方向に移
動すると、突起71Ａが幅の狭い領域に移動される。この
結果、突起71Ａが徐々に薄板に引っかけられる。したが
って、磁性体ビーズ７１がこの薄板72Ａによって、針保
持部７６から磁性体ビーズ７１を再現性良く分離するこ
とができる。

【０１１３】これにより、本発明の第７の実施の形態と
同様に探針部の磁性体ビーズ７１のみを再現性良く交換
することができる。また、探針部は磁性体ビーズ７１の
みを製造すれば足りる。更に、本実施の形態では、針交
換時に、検出手段が探針部の下方向の移動を検出した場
合は、この検出結果から「針保持部７６に磁性体ビーズ
７１が取付けられた状態」を判定することができる。ま
た、検出手段が探針部の上方向の移動を検出した場合
は、この検出結果から「磁性体ビーズ７１が針保持部７
６から取り外された状態」を判定することができる。し
たがって、電圧波形測定装置や表面形状測定装置におい
て、針交換の有無を自動認識することができる。針外し
のための複雑な機構無しに、自動針交換を実現すること
が可能となる。

【０１１４】（９）第９の実施の形態 図１９（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第９の実施の形態に係
る測定プローブの針交換方法を説明する図を示してい
る。第９の実施の形態では第５の実施の形態と異なり、
磁力によらずに熱を介して針先端部の取付け又は取外し
をするものである。本実施の形態では、第５の実施の形
態と同様に探針部を針保持部11Ａと針先端部５１とに分
離して形成する。そして、針保持部11Ａに針先端部５１
を取付ける場合は、図１９（Ａ）に示すように、針保持
部11Ａと針先端部５１との間に低融点金属膜５５を形成
し、針保持部11Ａと針先端部５１とを重ね合わせて加圧
し、加圧状態下において低融点金属膜５５を加熱する。
低融点金属膜５５には、低温ハンダ等を用いる。低融点
金属膜５５を針先端部５１に形成する前に、当該金属膜
５３に馴染み易いＡｕ膜等を蒸着法やメッキ法により形
成しておくと良い。加熱手段には赤外線ランプ５４等を
用いる。

【０１１５】その後、図１９（Ｂ）において、赤外線ラ
ンプ５４をオフして、低融点金属膜５５を徐々に冷却す
ることにより針保持部11Ａと針先端部５１とを取付け
る。また、針保持部11Ａから針先端部５１を取外す場合
は、図１９（Ｃ）に示すように、低融点金属膜５５を加
熱し、針先端部５１を針保持部11Ａから外す。このよう
にして本発明の第９の実施の形態に係る測定プローブの
針交換方法では、針保持部11Ａに針先端部５１を取付け
る場合は、針先端部５１と針保持部11Ａとの間に低融点
金属膜５５を介して熱接合し、針保持部11Ａから針先端
部５１を取り外す場合は、針先端部５１と針保持部11Ａ
との間の接合面に熱を与えて分離している。従って、本
発明の第５の実施の形態と同様に探針部の針先端部５１
のみを再現性良く交換することができる。また、探針部
は針先端部５１のみを製造すれば足りる。

【０１１６】（１０）第１０の実施の形態 図２０は、本発明の第１０の実施の形態に係る走査プロ
ーブ型顕微鏡の構成図を示している。第１０の実施の形
態では第１〜第５の実施の形態で説明した測定プローブ
を用いて試料の表面形状を取得するものである。また、
本実施の形態では第６〜第９の実施の形態で説明した針
交換方法により針先端部を交換するものである。

【０１１７】図２０において、500 は走査プローブ型顕
微鏡である。501 は測定プローブであり、第１〜第５の
実施の形態で説明した測定プローブのいずれかを用いて
いる。表面形状のみを取得するのであれば、第４の実施
の形態で説明した電磁型センサを備えた測定プローブが
適している。また、試料507 の電圧を測定するのであれ
ば、第１の実施の形態で説明した容量型センサを備えた
測定プローブが適している。502 は測定プローブ501 を
垂直方向に上げ下げする上下動アクチュエータであり、
503 は上下動アクチュエータ502 を水平方向に移動する
微動ステージであり、504 は試料507 をＸ、Ｙ方向に移
動する粗位置決め用ステージであり、505 、506 は粗位
置決め用ステージ505 を駆動するモータである。507 は
半導体ウエハ等の試料（測定対象）である。

【０１１８】次に当該顕微鏡の動作を説明する。まず、
粗位置決め用ステージ505 に試料507 を載置する。測定
プローブ501 の針保持部に針先端部が付いているか否か
を確認する。針先端部が付いていない場合には、第６〜
第９の実施の形態で説明したような針交換方法により針
先端部を取り付ける。そして、粗位置決め用ステージ50
4 を測定プローブ501 下に移動する。その後、微動ステ
ージ503 と上下動アクチェータ502 を用いて測定プロー
ブ501 を試料表面に接触させ、測定プローブ501 の容量
型センサ等の出力から試料507 の３次元形状を取得す
る。なお、針先端部を交換する場合には、第６〜第９の
実施の形態で説明したような針交換方法により針先端部
を取り換える。

【０１１９】このようにして本発明の第１０の実施の形
態に係る走査プローブ型顕微鏡では、第１〜第５の実施
の形態で説明した測定プローブを用いているので、高い
精度により試料507 の表面形状を取得することができ
る。このため、走査プローブ型顕微鏡の信頼性が向上す
る。また、本実施の形態では第６〜第９の実施の形態で
説明した針交換方法により簡単に針先端部のみを交換す
ることができる。したがって、短時間に針が交換できる
ことから走査プローブ型顕微鏡の稼働効率が向上する。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の測定プロ
ーブによれば、可動電極が固定電極に対向した状態で弾
性体と支持手段と絶縁体とが一体構造を成しているの
で、狭い空間内に容量型センサを備えた簡単な構造の測
定プローブが提供できる。本発明の他の測定プローブで
は、磁性体の周囲に配置された電磁コイルの起電力が、
磁性体の上下動によって変わることから、この電圧変化
により探針部の変位を検出することができる。したがっ
て、電磁型センサを備えた簡単な構造の測定プローブが
提供できる。

【０１２１】本発明の他の測定プローブでは、弾性体の
梁部が導光管や磁性体から枠体に向かって曲線形状を成
しているので、当該測定プローブの組み立て時にずれが
生じても、曲線形状の梁部が撓むので水平方向の張力の
バラツキを吸収することができる。本発明に係る測定プ
ローブの製造方法では、第１の部品ユニットと絶縁体と
第２の部品ユニットとを低融点金属膜を介して熱接合し
ているので、両部品ユニットをボルト等の締め付け具に
依らずに一体化できる。このため、両部品ユニット間の
狭い空間に容量型センサを備えた測定プローブを簡単に
しかも再現性良く製造することができる。

【０１２２】本発明の測定プローブの製造方法では、電
気光学結晶上の光反射層とその接合層の間にブロック層
を形成しているので、このブロック層によって、光反射
層に浸透しようとする低融点金属が阻止できる。したが
って、電気光学結晶上の光反射層を反射率を維持するこ
とができる。本発明の測定プローブの針交換方法では、
探針部から分離した針先端部を磁力によって針保持部に
取付ける構造なので、針先端部のみが簡単に交換できる
し、針先端部のみを必要数製造すれば足りる。また、短
時間に針先端部の交換を再現性良く行うことができる。

【０１２３】本発明の他の針交換方法では、複数の針先
端部が２次元格子状の共通梁にくっ付いた状態で形成さ
れているので、共通梁から針先端部を１個づつ外して交
換することができる。本発明の他の針交換方法では、探
針部から分離した針先端部を専用の針外し具を用いて針
保持部から取り外すものなので、針先端部のみが簡単に
しかも再現性良く交換できるし、針先端部のみを必要数
製造すれば足りる。

【０１２４】これらにより、測定プローブのコスト低減
に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る測定プローブ
の構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る測定プローブ
の形成工程図（その１）である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る測定プローブ
の形成工程図（その２）である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る測定プローブ
の電気光学結晶と針保持部とを接合する工程図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る接合方法の変
形例の説明図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る測定プローブ
の応力吸収機能付き梁部の平面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る応力吸収梁機
能付き梁部の機能説明図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る他の応力吸収
機能付き梁部の平面図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る測定プローブ
の構成図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る測定プロー
ブの針交換方法の説明図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態に係る測定プロー
ブの針交換方法の説明図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る共通梁に付
いた針先端部の断面図である。

【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る針先端保護
付き切断具及び針取付け時の断面図である。

【図１４】本発明の第７の実施の形態に係る測定プロー
ブの針取付け時の説明図である。

【図１５】本発明の第７の実施の形態に係る測定プロー
ブの針取外し時の説明図である。

【図１６】本発明の第８の実施の形態に係る測定プロー
ブの針と針外し具の構成図である。

【図１７】本発明の第８の実施の形態に係る測定プロー
ブの針取付け時の説明図である。

【図１８】本発明の第８の実施の形態に係る測定プロー
ブの針取外し時の説明図である。

【図１９】本発明の第９の実施の形態に係る測定プロー
ブの針交換方法の説明図である。

【図２０】本発明の第１０の実施の形態に係る測定プロ
ーブを応用した走査プローブ顕微鏡の構成図である。

【図２１】従来例に係る測定プローブの構成図である。

【符号の説明】

１，１１，４１…探針部、11Ａ，６１，７６…針保持
部、１２…電気光学変換素子、３，12Ａ…電気光学結
晶、４…透明電極、２，12Ｂ…光反射膜、12Ｃ…ブロッ
ク層、１Ａ，１Ｂ，11Ｂ，12Ｄ…接合層、12Ａ…電気光
学結晶、５，１３…導光管、６，13Ａ…可動電極、13Ｂ
…環状絶縁管、13Ｃ…管部、13Ｄ，13Ｅ…引出し電極、
８Ａ，８Ｂ，１４，２８，２９，３０，３１，43Ａ，43
Ｂ…可動梁部、14Ａ，28Ａ…上部板バネ部、14Ｂ，28Ｂ
…下部板バネ部、７Ａ，７Ｂ，１５…対向電極（固定電
極）、１６…ギャップ調整ネジ、１７…電極支持部、14
Ｃ，１８，２０、２１，２３…絶縁リング、１９…遮蔽
板、２２…接続リング、１０，２４，５５…低融点金属
膜、２５，２６…つなぎ層、２７…ブロック兼用光反射
層、４２…磁性体、４４…電磁コイル（差動トラン
ス）、９，４５, 402 …枠体、５１，201 ，204 …針先
端部、５２…軟磁性膜、５４…赤外線ランプ、６２，７
７…磁石、６３，７１…針付き磁性体ビーズ、６４，７
８…針収納部、71Ａ…突起、71Ｂ…針、７２，７４…針
外し具、72Ａ…薄板、72Ｂ…橋脚部、７３，７５…抜き
穴、８１，８３，８５，８７，９１，９３，９５，９７
…直線梁、８２，８４，８６，８８，９２，９４，９
６，９８…短い梁、８９，９９，101 ，301 …内側枠
体、５３…電磁コイル、100 …第１の部品ユニット、20
0 …第２の部品ユニット。102 ，302 , 810 ，910 …外
側枠体、103 〜106 …円弧状の梁、203 、205 …針先端
部アレイ、202 …共通梁、206 …溝、 303〜305 …
「Ｓ」形状の梁、401 …切断部、 401Ｂ…突起、403 …
スプリング、400 …針先端保護付き切断具、500 …走査
プローブ型顕微鏡、501 …測定プローブ、502 …上下動
アクチュエータ、503 …微動ステージ、504 …粗位置決
め用ステージ、505, 506…モータ、600 …ユニット組み
立て用治具、811 …開口部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者 尾崎 一幸 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 関口 英紀 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 阪田 裕司 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 藤井 彰 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 宮本 晶規 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 梅原 康敏 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 原 俊彦 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 小木曽 祥明 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極を支持する支持手段と、 前記固定電極に対向して容量を形成する可動電極を一端
   に設けた中空の導光管と、 前記導光管の一端に接続して該導光管を支持する弾性体
   と、 前記導光管の他端に設けられた電気光学変換素子と、 前記電気光学変換素子に接続した探針部と、 前記支持手段と弾性体との間に設けた絶縁体と、 前記支持手段と絶縁体との間及び前記絶縁体と弾性体と
   の間を接着する低融点金属膜とを備えていることを特徴
   とする測定プローブ。
2. 【請求項２】 前記固定電極を上下方向に移動する移動
   手段を設けていることを特徴とする請求項１記載の測定
   プローブ。
3. 【請求項３】 探針部と、 前記探針部を支持する弾性体と、 前記探針部の外面に設けられた磁性体と、 前記磁性体の周囲に配置した電磁コイルと、前記電磁コ
   イルを支持する支持手段とを備えていることを特徴とす
   る測定プローブ。
4. 【請求項４】 前記電磁コイルは、前記磁性体の移動方
   向に３つのコイルを並べて配置した差動トランスである
   ことを特徴とする請求項３記載の測定プローブ。
5. 【請求項５】 前記弾性体は、前記絶縁体又は支持手段
   と接着する枠部と、前記枠部から前記導光管又は探針部
   の中央に向かって延びた複数の梁部とを有し、前記枠部
   と梁部とが一体的に形成された薄板から成ることを特徴
   とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定プロ
   ーブ。
6. 【請求項６】 前記梁部は、複数の曲線形状を成してい
   ることを特徴とする請求項５に記載の測定プローブ。
7. 【請求項７】 一端を電気光学変換素子が取り付くよう
   に座状に加工し、他端を可動電極が成すように鍔状に加
   工した導光管と前記導光管を支持する導電性の弾性体と
   を第１の部品ユニットに組み立てる工程と、 前記可動電極に対向させる固定電極と前記固定電極を上
   下方向に移動する移動手段と前記固定電極を支持する導
   電性の支持手段とを第２の部品ユニットに組み立てる工
   程と、 前記第１の部品ユニットの可動電極と、前記第２の部品
   ユニットの固定電極とが対向するように前記第１の部品
   ユニットと第２の部品ユニットとを向き合わせ、前記第
   １の部品ユニットと第２の部品ユニットとの間に絶縁体
   を形成する工程と、 前記第１の部品ユニットと絶縁体の間及び該絶縁体と前
   記第２の部品ユニットとの間に低融点金属膜を形成する
   工程と、 前記低融点金属膜に熱を加えて前記第１の部品ユニット
   と前記第２の部品ユニットとを圧接する工程とを有して
   いることを特徴とする測定プローブの製造方法。
8. 【請求項８】 前記弾性体と絶縁体の間及び該絶縁体と
   前記支持手段との間に低融点金属膜を形成し、その後、
   前記弾性体、絶縁体及び支持手段を重ね合わせて加圧
   し、前記加圧状態下において前記低融点金属を加熱し、
   その後、前記低融点金属を徐々に冷却することを特徴と
   する請求項７記載の測定プローブの製造方法。
9. 【請求項９】 前記弾性体と絶縁体の間及び該絶縁体と
   前記支持手段との間に共晶し得る異なった種類の金属を
   形成し、その後、前記弾性体、絶縁体及び支持手段を重
   ねて加圧し、前記加圧状態下において前記異種の金属を
   加熱し、その後、前記異種の金属を徐々に冷却すること
   を特徴とする請求項７記載の測定プローブの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記導光管に電気光学変換素子を取り
    付ける工程と、前記電気光学変換素子に探針部の針保持
    部を取り付ける工程とを有していることを特徴とする請
    求項７記載の測定プローブの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記導光管側の面とは反対の面に光反
    射層と、該光反射層上にブロック層と、該ブロック層上
    に接合層とを順次積層した電気光学結晶から成る電気光
    学変換素子を形成し、 前記探針部の針保持部の端面に接合層を形成し、 前記電気光学変換素子の接合層と前記針保持部の接合層
    との間に低融点金属膜を形成して熱接合することを特徴
    とする請求項１０記載の測定プローブの製造方法。
12. 【請求項１２】 測定対象に接触させる探針部を備えた
    測定プローブの針交換方法において、 予め前記探針部を針保持部と針先端部とに分離して形成
    し、前記針保持部を磁化しておき、前記針保持部に針先
    端部を取付ける場合は前記針保持部を針先端部に近づけ
    て該針先端部を引き付け、前記針保持部から針先端部を
    取り外す場合は前記針保持部の磁力を打ち消す磁力を針
    先端部に加えて前記針保持部から針先端部を落すことを
    特徴とする測定プローブの針交換方法。
13. 【請求項１３】 前記針先端部は、導電性のＳｉ基板を
    エッチングすることによって尖らされた先端部と、前記
    先端部の反対の面に形成した磁性膜とを有し、前記Ｓｉ
    基板をエッチングして２次元格子状の共通梁の一部を成
    した複数の針先端部を形成することを特徴とする請求項
    １２項に記載の測定用プローブの針交換方法。
14. 【請求項１４】 前記針先端部の尖った部分を保護する
    ような凹部を設けた針保護具を予め形成し、 前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は前記針保護
    具によって針先端部の尖った部分を保護し、その後、前
    記針先端部を保護した部分の反対側から前記針保持部を
    押し付けて当該針先端部の周囲の梁を壊すことを特徴と
    する請求項１３項に記載の測定用プローブの針交換方
    法。
15. 【請求項１５】 前記共通梁の一部を成した個々の針先
    端部の周囲の梁に溝を設けていることを特徴とする請求
    項１３項に記載の測定用プローブの針交換方法。
16. 【請求項１６】 前記針保護具は、共通梁から針先端部
    を分離する切断部を設けていることを特徴とする請求項
    １４項に記載の測定用プローブの針交換方法。
17. 【請求項１７】 測定対象に接触させる探針部を備えた
    測定プローブの針交換方法において、 前記探針部を針保持部と針先端部とに分離して形成し、
    予め、前記針保持部を磁化しておくと共に針先端部が下
    に向くように該針先端部を針収納部に収納しておき、 前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は、針収納部
    に収められた針先端部に前記針保持部を近づけて針保持
    部の磁力により針先端部を取付け、 前記針保持部から針先端部を取り外す場合は、前記針保
    持部に付いた針先端部を前記針収納部に挿入し、前記針
    保持部又は前記針収納部を水平方向に移動して前記針保
    持部と針先端部とを分離することを特徴とする測定プロ
    ーブの針交換方法。
18. 【請求項１８】 測定対象に接触させる探針部を備えた
    測定プローブの針交換方法において、 前記探針部を針保持部と針先端部とに分離し、かつ、前
    記針先端部の周囲に鐔状の突起を形成し、予め、前記針
    保持部を磁化しておくと共に前記針先端部の先端が下に
    向くように該針先端部を針収納部に収納しておき、 前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は、前記針収
    納部に収められた針先端部に前記針保持部を近づけて前
    記針保持部の磁力により針を取付け、 前記針保持部から針先端部を取り外す場合は、前記突起
    を伴った針先端部を針外し具に挿入し、前記突起を針外
    し具に引っかけるように針保持部又は前記針外し具を水
    平方向に移動して前記針保持部と針先端部とを分離する
    ことを特徴とする測定プローブの針交換方法。
19. 【請求項１９】 前記針外し具は、前記突起を伴った針
    先端部がそのまま入る開口領域と、前記開口領域に連続
    して該突起の幅よりも狭い幅の開口領域を設けた薄板
    と、前記薄板を保持する枠体とを有することを特徴とす
    る請求項１８に記載の測定プローブの針交換方法。
20. 【請求項２０】 前記探針部の上下方向の移動を検出す
    る検出手段を設け、前記検出手段の出力によって前記針
    先端部が針保持部に取付けられたか否を判定することを
    特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の
    測定用プローブの針交換方法。
21. 【請求項２１】 測定対象に接触させる探針部を備えた
    測定プローブの針交換方法において、 前記探針部を針保持部と針先端部とに分離して形成し、
    前記針保持部に針先端部を取り付ける場合は、前記針保
    持部と前記針先端部との間に低融点金属を形成し、前記
    針保持部と針先端部とを重ね合わせて加圧し、前記加圧
    状態下において前記低融点金属を加熱し、その後、前記
    低融点金属を徐々に冷却し、前記針保持部から針先端部
    を取り外す場合は、前記低融点金属を加熱することを特
    徴とする測定プローブの針の交換方法。