(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの複素誘電率の局部測定のためのプローブであって、前記プローブは、
少なくとも一組の間隔をあけて伸長し、誘電体の媒体により間隔が作られている平衡２導体伝送線路を有し、前記伝送線路は前記サンプルのかなり近傍に置かれているプローブ端を有し、前記伝送線路の前記プローブ端が一組の集束型金属被覆テーパ光ファイバーを含み、
(a)前記伝送線路の前記導体間で測定したキャパシタンスと電気的エネルギーの損失；
(b)前記伝送線路の前記プローブ端におけるマイクロ波信号の複素反射係数；
のいずれか一つを前記サンプルで測定する測定手段を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
反射係数を測定するための共振器構造を更に備え、前記共振器構造は、
伝送線路の一方の端で終端プレートに結合されている前記伝送線路と；
前記共振器構造に共振させるため前記共振器構造に影響を与える様に結合されている少なくとも一つの結合ループ；
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記誘電体の媒体が空気、循環液体及び高誘電率材料からなるグループの少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】
前記プローブが更に前記共振器構造のＱと共振周波数を測定する手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
【請求項５】
前記伝送線路の第一の導体と第二の導体間の間隔を変更する手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項６】
前記伝送線路の前記プローブ端と前記サンプル間の距離を調節する手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項７】
第二の結合ループの一方の端で前記共振器構造に影響を与える様に結合され、前記第二の結合ループの他の端で前記測定手段に影響を与える様に結合されている前記第二の結合ループを更に含むことを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
【請求項８】
前記伝送線路を囲む伝導性被覆を更に含み、前記被覆は前記サンプルの近傍で範囲が定められている開口を更に含み、前記伝送線路の前記プローブ端は前記サンプルに向かい前記開口を通して突き出ていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項９】
前記第一の導体と第二の導体間の間隔が前記伝送線路の前記プローブ端に向かう方向に細くなることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項１０】
前記伝送線路の前記プローブ端における前記第一の導体と第二の導体の端が前記サンプルに向かい先が細くなっていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項１１】
前記伝送線路の前記プローブ端が集束型走査トンネル顕微鏡の先端部を含むことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項１２】
サンプルの複素誘電率の局部測定のためのプローブであって、前記プローブは、
少なくとも一組の間隔をあけて伸長し、誘電体の媒体により間隔が作られている平衡２導体伝送線路を有し、前記伝送線路は前記サンプルのかなり近傍に置かれているプローブ端を有し、前記伝送線路の前記プローブ端が光ファイバーに形成された一組の伝導性ストリップを有し、前記伝導性ストリップが間隔をあけて前記光ファイバーに沿って伸長する光ファイバーを含み、
(a)前記伝送線路の前記導体間で測定したキャパシタンスと電気的エネルギーの損失；
(b)前記伝送線路の前記プローブ端におけるマイクロ波信号の複素反射係数；
のいずれか一つを前記サンプルで測定する測定手段を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項１３】
前記伝導性ストリップが互いに平行に伸長していることを特徴とする請求項１２に記載のプローブ。
【請求項１４】
前記伝導性ストリップが前記サンプルに向かう方向に先が細くなり集まっていることを特徴とする請求項１２に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は測定技術に関する。詳細には、この発明は材料の複素マイクロ波誘電率の極めて局部を測定するための技術に向けている。
【０００２】
より詳細には、この発明は材料の複素誘電率の局部判定を行うため調査中に材料のサンプルの大きさを明確に定めたプローブの領域を閉じ込めることができる平衡２導体伝送線路共振器に基づく材料の複素誘電率に対する非破壊判定のためのプローブに関する。
【０００３】
【従来の技術】
近接場走査型マイクロ波顕微鏡法の主要な目標の一つは横方向に対する高い感度及び／又は深さの選択性を有して材料の複素マイクロ波誘電率（誘電率及び導電率）を定量的に測定すること（即ち、材料の大きさを取り囲む環境の影響を考慮しないで小さな材料に対し特性を判定すること）である。これは例えば半導体デバイス又は複合材料の複素構造に対する測定で特に重要であり、例えば近接ライン又は下層の特性を知ること無しにあるライン又は層の誘電率を判定する必要がある。
【０００４】
マイクロ波顕微鏡法において、基本的な測定はサンプルの近傍に置かれているプローブからのマイクロ波の反射を判定することである。前記反射信号の位相と振幅はベクトルネットワークアナライザを使用し又は前記プローブに結合された共振器の共振周波数とＱの判定により直接判定することができる。
【０００５】
多くの場合、前記反射信号の位相は前記サンプルの誘電率の実数部に相関が大きいが、前記信号の振幅は前記誘電率（即ち前記サンプルのマイクロ波吸収）の虚数部により支配される。前記サンプルを通し前記プローブからマイクロ波伝播を測定することも可能であるが、この種の配置はサンプルの複素誘電率の局部判定を一般的に行うことは出来ない。
【０００６】
マイクロ波顕微鏡法における従来の多くの方法では同軸型プローブの形状を使用している。前記同軸プローブの回転対称形の配置に代わるものとして例えばコプレーナ導波管又はストリップライン導波管の様な平面構造がある。この種の装置では、中央導体の先端部の曲率直径又は曲率半径程度の画像の解像度が得られている。
【０００７】
しかし、この種の装置によりサンプルの電気特性が判定される間隔の大きさは前記中央導体の先端部の局部寸法のみによって判定されるのではなく、むしろ前記中央導体の先端部と接地（外側）導体又はシールド間の分離によって与えられる長さによって判定されることが明らかになっている。
【０００８】
それ故、前記先端部の曲率半径に匹敵する長さでは十分な影像のコントラストが容易に得られるが、材料のマイクロ波特性を定量的に判定するため、前記の特性は前記プローブの先端部と接地導体間の距離より少なくとも数倍の長さにわたり不均一でない様にする必要がある。
【０００９】
更に、前記プローブの露出部の固有の不平衡特性により対象とする領域内に双極子状の電流が流れるため、前記の形状の幾つかが複雑になる。放射量は環境、即ちサンプルの複素誘電率及びプローブ対サンプル間距離に極めて左右され、これらにより反射信号の振幅（反射測定）又は共振器のＱ（共振技術）が影響を受ける。結果は、サンプルのマイクロ波吸収に間違った判定となる危険性がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は材料の複素誘電率の局部を選択して判定するための技術を提供することである。
【００１１】
この発明の他の目的は所望のサンプルの大きさの環境に対し測定が依存することを非常に少なくした前記サンプルの大きさの中にプローブの領域を閉じ込めることができる平衡２導体間で信号の変換に対し対称性のある前記平衡２導体伝送線路共振器に基づく前記サンプルの複素誘電率の非破壊判定のための新規のプローブを提供することである。
【００１２】
この発明の更に他の目的は約１００ＧＨｚの周波数までの領域で、前記サンプルの複素誘電率が前記サンプルから反射したマイクロ波信号又はミリ波信号の位相と振幅を測定することと、２導体伝送線路により形成（又は結合）された共振器のＱにより、又は例えば伝送線路の２導体間で測定したキャパシタンスのいずれかにより高い精度で判定できる前記約１００ＧＨｚの周波数までの領域で応用できる測定技術を提供することである。
【００１３】
更に、この発明の目的はサンプルの大きさの変更、及び深さの輪郭に対し容易に制御でき明確に局部を測定できるプローブを使用しサンプルの複素誘電率を非常に正確に判定するための装置を提供することである。
【００１４】
この発明の原理によれば、この発明は空間的に離れており対称に配置された円形、半円形、矩形又は同様の断面の形状の一組の電気導体を備えた２導体伝送線路を含む非破壊測定の為の新規のプローブである。前記伝送線路の一方の端（ここでは“プローブ端”と言う）は測定される前記サンプルの近傍に置かれ、空間的な広がりが非常に小さな端に対し先が狭くなっている（又は尖っている）。信号は前記伝送線路を通り前記サンプルに向かい送られ、前記サンプルから反射された信号が判定される。この目的のため、前記伝送線路の反対側の端は前記反射信号の位相と振幅の判定のための電子部品に接続されている。前記反射信号の前記位相と振幅の測定は広帯域の周波数で行われる。
【００１５】
好適には、低廉な電子部品を使用しているにも拘わらず高感度で正確に測定するため、共振器は空気又は他の誘電体の媒体で離された導体を有する２導体平衡伝送線路の一部により形成されており、前記共振器の共振周波数とＱの測定が行われる。例えば、前記の様な誘電体の媒体には温度安定性のために循環の流体を、又は形状を小さくするため高誘電率材料を含むことができる。この種の実施例では、前記伝送線路の反対の端は終端プレートに結合されている。前記共振器との結合は前記共振器の近くに置かれている伝導性のループにより行われる。測定電子部品として第二の結合ループの使用を追加できることに注意する必要がある。
【００１６】
典型的には、前記伝送線路は奇数モードで動作する。即ち、前記奇数モードでは前記２つの導体の一方への電流の流れが前記他の導体への電流の流れと方向が反対である。
【００１７】
前記伝送線路又は前記共振器は金属性の被覆により部分的に取り囲むことができる。伝導性の被覆が使用されていれば、同軸伝送線路内に観察される偶数モードと同様に前記伝送線路も偶数モードにより支えられる。前記偶数モードで動作する時、前記サンプルと前記プローブ間の相互作用は同軸対称である。
【００１８】
前記プローブが共振器として動作する時、前記２つのモード（奇数及び偶数）は（拡散により）一般に２つの異なる共振周波数となり、それ故周波数領域で容易に独立した電力として分離され観察される。前記拡散を強くするため、誘電体材料が前記共振器の前記導体間に挟まれている。
【００１９】
前記共振器の２つの導体の間隔と前記導体の断面は共振周波数とＱに前記サンプルが起こす変化を十分正確に測定するのに十分大きな共振器のＱを保つため適切に選択する必要がある。例えば、前記間隔は１０ＧＨｚでＱ＞１０００の場合１ｍｍ程度又は１ｍｍを越えることが必要である。
【００２０】
前記共振器は高導電性材料で形成された円筒形の被覆で囲まれており、前記被覆は前記共振器からの放射と、前記共振器の特性に対する前記プローブの環境の影響が同時に取り除かれる。更に、前記被覆は前記サンプル領域の近くに開口を有しており、前記開口により前記共振器に対する前記サンプルの効率的結合が行われる。前記被覆の上側部分により終端プレートと電気接触が作られている。前記被覆の下側部分は前記サンプル領域に物理的及び可視的な接近を与えるため円錐形を有することができる。
【００２１】
前記２導体伝送線路共振器の前記プローブ端の断面の形状により前記サンプルの大きさが判定される。即ち、横方向と深さの両方の測定に対する空間的解像の判定が行われる。前記プローブ端における近接場電界分布の対称性のため主題の新規プローブにより前記サンプルの複素誘電率のインプレーン（in-plane）異方性が判定される。とりわけ、異なるプローブの方向により得られた測定は比較されたり互いに引き算される。
【００２２】
高い空間的解像を得るため、前記プローブ端における前記共振器の２導体の間隔と同様に直径も可能な最小の大きさまで所望の断面まで前記２導体の一方の先を細くし、直径より小さい値又は匹敵する値まで前記間隔を除々に少なくすることにより小さくされている。
【００２３】
更に、前記サンプルに最も近いそれぞれの導体の部分は尖った先に対し細くなっている走査型顕微鏡（ＳＴＭ）の先端部又は金属被膜の光ファイバーと置き換えることができる。この他に、２つの金属ストリップが反対側に付着されている光ファイバーを使用することができる。２つの金属ストリップが埋め込まれている前記光ファイバーの場合、前記光ファイバーは尖った先に向かい細くなっており、前記２つの金属線路は互いに徐々に閉じる様になっている。
【００２４】
これとは別に、伝送線路共振器の全体がプローブ端を細くしたり又は細くなっていないいずれかの場合のプローブ端を有した一体の光ファイバー（又は円筒形或いは同様の断面を有した他の誘電体の棒）から形成できる。この構造の場合、前記の先の細くなった部分を含む前記ファイバーには反対側に付着された２つの金属ストリップを有している。
【００２５】
更に、前記サンプルに最も近い前記伝送線路の部分は平らな基体の上に第一の伝導線路、誘電体の空間層及び第二の伝送線路を順次付着することにより形成された多層構造と置き換えできる。
【００２６】
好適には、前記２つのプローブの間隔は例えば圧電アクチュエータにより互いに前記導体の一方を動かすことにより調節される。他の例として、前記２つのプローブの間隔は静電気、磁気又は他の手段により調節できる。前記２つの導体間の分離を変更することにより、前記プローブ端の近くの電界分布を変化させ、その結果サンプルの大きさを変更できる。この方法では深さの輪郭を測定できる。
【００２７】
金属被覆光ファイバーを使用する実施例では、プローブ端での前記ファイバーの所望の分離は、前記ファイバーの一方から他の光ファイバーに伝送される光信号の振幅及び／又は位相を測定することにより観察できる。
【００２８】
前記プローブと前記サンプル間の距離はマイクロ波応答を追跡することにより、又は前記プローブと前記伝導性サンプル間のトンネル電流を制御することにより制御される。更に、近接場走査型光顕微鏡法の分野で周知の他のあらゆる距離測定技術を使用することができる。その種の技術にはせん断力の検出、音さ発振器及び光ファイバー内に発生する光信号のサンプル表面での反射が含まれている。
【００２９】
この発明の上記及びその他の新規の特徴と利点は添付の図面に関する次の説明から完全に理解される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１から図１１に関しては、平衡２導体伝送線路１２に、円筒形、半円筒形、矩形又は同種の断面を有した２つの空間的に分離し対称に配置された電気導体１３と１４を備えている前記平衡２導体伝送線路１２に基づくサンプル１１の複素誘電率の非破壊判定を行うためのプローブ１０を示している。前記導体は後に開示する様にガラスファイバーの上に付着した銅、タングステンＳＴＭチップ又は金ストリップから作られる。前記伝送線路１２のプローブ端１５は前記サンプル１１の近傍に置かれ、前記伝送線路１２の反対の端１６は反射信号の位相と振幅を判定するための電子部品に、又は以下に記載する目的のための共振器構造１８を形成するため終端プレート１７に接続されている。
【００３１】
前記プローブ１０は主に次の２つの実施例について想定している：
Ａ．信号を前記サンプル１１に送り、前記反射信号の前記位相と振幅を測定するための伝送線路として動作中の場合。この伝送線路は奇数モードとして、即ち前記２導体１３、１４に一方を流れる電流の方向が他方の前記導体を流れる電流の方向と反対のモードとして、又は伝導性被膜が前記伝導線路１２を囲むため使用される時の偶数モードとしてのいずれかで動作している。この実施例では、前記伝送線路１２の動作は封入物内で対称に結合されたマイクロストリップラインの場合に類似している。前記偶数モードで動作する時、前記サンプルと前記プローブ間の相互作用は従来の技術で周知の同軸対称性に似ている。前記伝送線路の配置により前記反射信号の前記位相と振幅の測定は周波数に対し広帯域であるが前記サンプルの特性に対する感度に対しては一般に満足できるものではなく、例えばベクトルネットワークアナライザの様な幾分高価で複雑な電子装置を追加して使用する必要がある。
Ｂ．低廉な装置を使用しているにも拘わらず高感度で高精度な結果を得るため、この発明のプローブ１０は誘電体の媒体１９により分離されている前記導体１３、１４を有した伝送線路１２の一部により形成されている共振器構造１８として想定している。前記誘電体の媒体１９は温度安定性のため空気、循環流体を、又は寸法を小さくするため高誘電率材料を含むことができる。
【００３２】
前記共振器構造１８の前記プローブ端１５は図１から図３、及び図８、図１１に最も良く示す様に前記終端プレート１７に結合されている伝送線路共振器構造１８の反対側の端１８により前記サンプル１１（基板上のイオン注入されたシリコン、金属、誘電体、金属膜又は誘電体膜とすることができる）の近傍に置かれる。前記共振器構造１８は前記サンプル１１の複素誘電率を判定するための前記共振器構造１８の共振周波数とＱを測定するため形成されている。
【００３３】
２導体１３、１４の間隔と前記導体の断面は共振周波数及びＱに対し前記サンプルにより生じた変化を正確に測定するのに十分高く共振器のＱを保つため好適に選ぶ必要がある。例えば、前記導体１３、１４の間隔は１０ＧＨｚでＱ＞１０００とするため１ｍｍ程度又は１ｍｍを越えるようにする必要がある。
【００３４】
この発明の前記プローブ１０が前記共振器として動作する時、一般に動作の奇数モード及び偶数モードは、前記信号の分散により２つの異なる共振周波数を生じ、周波数領域で容易に分離され、給電され、独立して観察される。又前記導体１３、１４間に挟まれた誘電体の媒体１９は前記の分散を強くする役目をしている。
【００３５】
前記共振器１８との結合は前記共振器１８の近くであり、伝導性被覆内に追加して置かれた結合ループ２０により行われる（図３、図８及び図１１に最も良く示しており、後述する）。概略を図１に示す様に、第二の追加結合ループ２１を測定電子部部品５０のために使用できる。この他に、サーキュレータ又は双方向カプラが前記共振器１８から反射され前記供給ループ内に戻る信号を分けるため使用される。前記共振器構造１８の共振周波数及びＱは当業者に周知な技術により判定できる。一般に使用されている１つの構成はD.E ステインハウエル（Steinhauer）、C.P.V アハコス（ahacos）、S.K デュッタ（Dutta）、F.C ウエルスタッド（Wellstood）及びS.M アンラゲ（Anlage）による応用物理レター（Applied Physics Letters）、１９９７年９月２２日、ナンバー１２、７１巻、１７３６から１７３８ページに示されている。特に、周波数変調マイクロ波信号（典型的には５ＧＨｚから１０ＧＨｚ、１ｍＷ）は例えばアジレントテクノロジー（Agilent Technologies、Palo Alto、California）のモデルHP83752Aの様なマイクロ波源から発生され前記共振器に送られる。前記の反射信号はダイトム（DiTom、San Jose、California）のモデルDMC6018の様なサーキュレータを通り例えばアジレントテクノロジー（Agilent Technologies、Palo Alto、California）のモデルHP8473Cの様な信号検出器に送られる。ダイオードの出力はマイクロ波源の周波数変調の周波数に等しい周波数での成分を有する電圧信号であり、前記のマイクロ波源の周波数変調の周波数は例えばパーキン  エルマー  アナリティカル  インストルメント（Perkin Elmer Analytical Instruments、Norwalk、Connecticut）のモデル7220の様なロックイン増幅器を使用して正確に検出される。前記ロックイン増幅器を使用して測定した電圧は前記共振器周波数と前記マイクロ波源の搬送周波数の差に比例する。前記マイクロ波信号の変調周波数の２倍の周波数での電圧成分は前記共振器のＱに比例する。前記電圧成分は再びパーキン  エルマー  アナリティカル  インストルメント（Perkin Elmer Analytical Instruments、Norwalk、Connecticut）のモデル7220の様なロックイン増幅器を使用して測定される。前記サンプルの複素誘電率は例えば測定した量を周知の材料に対して得られた校正データと比較することにより判定できる。
【００３６】
この発明の前記共振器構造１８は（２ｎ＋１）λ／４（ｎ＝０、１、２…）を形成し、共振器の長さは最小モードの周波数により決定され例えば１０ＧＨｚの場合約７．５ｍｍである。
【００３７】
前記共振器構造１８は図３、８及び図１１に示す様に高伝導材（Cu、Au、Ag、Al）で作られた円筒形の被覆２２内に囲まれている。前記被覆２２により前記共振器１８からの放射と前記共振器特性に対する前記プローブの環境の影響の両方が取り除かれる。特に、前記共振器１８の近傍で可動部品の取り替えの影響が取り除かれる。同時に、前記被覆２２は前記サンプル領域の近くに開口２３を有しており、この開口２３により前記サンプル１１を前記共振器１８に効率良く結合させることにより共振周波数とＱが前記サンプルのマイクロ波誘電率に依存する様にされる。前記導体１３と１４の間隔が前記被覆２２の内側直径に比較して小さい状況の場合前記共振器の特性は前記被覆があることにより殆ど影響されない。前記被覆２２の上側部分により終端プレート１７と電気接続が作られる。前記被覆２２の底部は前記サンプル領域と物理的及び可視的な接近を明確にするため円錐形を有することができる。
【００３８】
ここまでの記載の様に、前記共振器構造１８のプローブ端１５は測定のため前記サンプル１１の近傍に置かれる。前記プローブ端１５の断面の形状により前記サンプルの大きさ、即ち横方向及び深さの両方に対する空間解像が得られる。前記プローブ端１５の近接場電界分布が対称であるため、この発明の前記プローブ１０により前記サンプル１１の複素誘電率のインプレーン（in-plane）顕微鏡法を行うことができる。特に前記サンプル１１に対し異なるプローブの方向で得られる測定（又は全ての方向の走査）は前記顕微鏡法の判定のため相互に比較又は引き算を行うことができる。
【００３９】
前記被覆２２が前記プローブ１０に使用されているならば、前記プローブ端１５は前記被覆２２内に作られている開口２３を通過し更に越え突き出ている。前記被覆２２と前記共振器１８間の結合が弱いため、前記開口２３の直径は前記プローブ端１５での電界強度にも、前記共振器１８のＱにも影響せず、前記共振器１８の動作に対し前記サンプルへ影響を与えない。しかし、空間選択度（量的な解像度）を最適にするため、前記開口２３の直径は前記被覆２２を越えて広がる前記共振器１８の一部２４の長さ未満にする必要がある。この長さにより前記開口２３の直接の環境内にある弱い近接場と前記サンプル１１間の相互作用を取り除くことができる。前記被覆２２の外側にある前記共振器１８の一部２４に四重極の様な電流分布があるため、前記開口領域２３及び前記共振器１８の前記部分により無視できない量のマイクロ波遠接場放射が生ずる。更に、前記被覆２２の外側表面にマイクロ波電流は存在しない。従って、前記プローブ１０では従来の同軸形状よりも放射が非常に少なく、近接場による前記サンプル１１への相互作用の影響が殆どである。
【００４０】
高い空間解像度を得るため、言い換えればサンプルのマイクロ波特性を判定する寸法を小さくするため、プローブ端１５での導体１３と１４の直径及び間隔１９は図２から図１０に示す幾つかの方法で行うことができる可能な最小の寸法（１μｍ未満）まで小さくする必要がある。
【００４１】
図２と図３に示す様に、前記共振器のプローブ端１５の小さい寸法は、所望の断面まで２つの導体１３、１４のそれぞれを細くすることにより得られるが同時に２つの導体の間隔も直径未満の値又は匹敵する値まで徐々に小さくされる。
【００４２】
図４に示す様に、寸法の小さな前記共振器のプローブ端はサンプル１１の最も近くにある導体１３、１４の一部を多数の供給者から商業的に入手可能な走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）先端部２５と置き換えることにより達成される。
【００４３】
図５に示す様に、寸法の小さな共振器のプローブ端は前記サンプル１１に最も近い導体１３、１４のそれぞれの部分を、近接場光顕微鏡法で行われる様に先の尖った点に対し先が細くできる金属被覆光ファイバー２６と置き換えることにより得られる。
【００４４】
前記サンプル１１に最も近い前記伝送線路の部分は図６、７に示す様に２つの金属ストリップ２８、２９が前記光ファイバー２７の反対側の上に置かれている光ファイバー２７と置き換えることもできる。前記２つの金属ストリップ２８、２９は図７に最良に示す様に前記ストリップが先の尖った点に対し先が細くなっている金属ラインを形成すると同時に徐々に互いに近くまるまで持って来る様な方法で前記光ファイバー２７の上に付着できる。図６と７に示す配置の場合、クランプ３０により前記サンプル１１に対し所定の方向に前記光ファイバー２７が支えられる。
【００４５】
これとは別に、前記伝送線路共振器１８の全体は先が細くなっているか、又は細くなっていないプローブ端のいずれかを有した一体の光ファイバー（又は円筒或いは同様の断面を有した他の誘電体の棒）で作ることができる。この種の光ファイバー３１は図８に示す様に前記光ファイバーの反対側に付着されている２つの金属ストリップ３３と３４、前記共振器構造１８の前記終端プレート１７を通して突き出ている露出ファイバークラッド３５及び前記ファイバークラッド３５を囲み前記被覆２２の外に伸長するファイバージャケット３６を有した共振器部分３２を含んでいる。
【００４６】
図９に示すこの発明の前記プローブ１０の更に他の実施例では、前記サンプル１１の中央部に最も近い前記伝送線路の部分は前記第一の伝導線３９を誘電体のスペーサ層４０及びストリップラインと呼ぶ形状から形成される第二の伝導線４１を順次付着することにより平らな基体３８の上に形成された多層構造３７と置き換えることができる。
【００４７】
前記共振器１８の前記プローブ端１５の更に他の実施例を図１０に示している。図１０では前記サンプル１１に最も近い前記伝送線路の部分が平らな誘電体の基体４３に形成された先の細いスロットライン４２と置き換えられている。
【００４８】
図５から図８に示す実施例では、（複数の）光ファイバーが走査型近接場光顕微鏡法により前記サンプル１１を調べること、前記サンプルの光伝導性又は局部光学法に基づく幾つかのファイバーのいずれか１つの判定又は変更のため同時に使用できる。
【００４９】
この発明の前記プローブ１０により前記サンプルの大きさと深さの輪郭とを変える前記プローブ端１５の近くの電界分布に変化を生ずる前記導体１３、１４の分離を変えることができる。図２から図５に示す実施例では、前記プローブ端１５で前記２つのプローブの間隔は２つの導体１３又は１４の一方を動かすことにより調節できる。特に、圧電アクチュエータ４４は図１１に示す様にこの目的のために使用される。この他に、前記プローブ端１５で前記２つのプローブの前記分離は他の良く知られた静電気、磁気又は他の種類の手順のいずれか１つにより調節される。
【００５０】
図５に示す実施例では、前記プローブ端１５で前記ファイバー２６間の所望の分離は、１つのファイバー２６から他のファイバーに伝送する光信号の振幅及び／又は位相を測定することにより観察される。
【００５１】
図６と図７に示す実施例では、２つの伝導性ストリップ２８と２９を有するファイバー２７は、前記プローブ１０の先端で終端プレート内に形成されたスルーホールを通して共振器内に装着されている。
【００５２】
図１から図１０に示す全ての実施例で、前記プローブ１０と前記サンプル１１間の距離は図１に概略を示す装置５１により制御される。前記装置５１はマイクロ波の応答を追跡するため、又は前記プローブ１０と前記伝導性サンプル１１間のトンネル電流を制御するためのいずれかの役割をしている。図２から図５に示す実施例では、分離したトンネル電流のフィードバックが前記伝送線路１２の端１５と１６の両方のために使用され、導体１３と１４のそれぞれに独立して距離の制御が行われる。これにより、平坦でない表面、傾斜したサンプル等に対する測定が容易になる。同時に得られた空間配列情報は形状の変化を補正するため使用できる。
【００５３】
図５から図８に示す実施例で、前記装置５１（図１に概略を示している）は近接場走査型光顕微鏡法の分野で周知のあらゆる距離装置を含んでいる。前記の装置はせん断力の検出、音さ発信器及び前記ファイバーで発生する光信号のサンプルの表面での反射を含んでいる。前記プローブ１０と前記サンプル１１間のせん断力を検出するため、前記プローブ又は前記サンプルのいずれかを機械的に横方向に振動する必要がある。この発明の前記共振器１８の寸法が小さいことにより、特に図８に示す実施例に関して示す様に前記サンプルを固定させながら前記プローブ１０の全体を振動できる。
【００５４】
図５に示す実施例で、前記距離のフィードバックは両方のファイバー２６に個々に加えられ、導体のそれぞれに独立した距離の制御が行われる。この方法により平坦でない表面、傾斜したサンプル等に関する測定が容易になり、同時に得られた空間配列情報は形状の変化を補正するため使用できる。
【００５５】
図２から図５に示す実施例で前記サンプル領域の中心は、同軸の形状の場合とは反対に追加したプローブに対し物理的に接近できる。特に、前記プローブ対サンプルの距離を測定する方法の統合は簡単明瞭である。この種の方法は図５から図８に示す実施例に対し上記の内容に類似しており、光ファイバー、レーザビーム、せん断力センサ又はその他のものを含むことができる。
【００５６】
図２から図５に示す実施例の場合、前記プローブ対サンプルの距離を測定するため特に次の配置を取ることができる：
1)前記２つのマイクロ波導体の間にせん断力センサーを置くこと。この種のセンサーは典型的には誘電体材料から製造され、前記材料は前記サンプル領域内でマイクロ波の範囲の分布が歪む。
2)前記２つのマイクロ波導体間に光ファイバーを置くこと。前記光ファイバーの端から発せられた光信号は光ファイバー内に反射して戻る。前記反射した光信号の位相及び／又は振幅の検出により前記プローブ対サンプルの分離についての情報が与えられる。
3)前記サンプルが光の拡散反射体である場合、入射レーザビームは前記終端プレート内の穴を通り垂直下向きとなり、２つの電気導体間の前記サンプル領域に焦点を作る；更に位置検出器が前記装置の上の固定点に対する前記サンプル上のレーザスポットの位置を判定するため使用される。全ての光学部品と前記マイクロ波共振器が共通の参照構造の上に取り付けられていれば、前記プローブ対サンプルの分離が判定される。この種の距離センサーは当業者に周知であり商業的に入手できる。
4)前記サンプルが光の鏡面反射体の場合、レーザビームは２つの電気導体間の前記サンプルの空間の上にある角度で焦点を作り、位置検出器は前記装置上の固定点に対する前記サンプル上のレーザスポットの位置を判定するため使用される。全ての光学部品と前記マイクロ波共振器が共通の参照構造の上に取り付けられていれば、前記プローブ対サンプルの分離が判定される。この種の距離センサーは当業者に周知であり商業的に入手できる。
【００５７】
この発明は特別な形状とその実施例に関して記載したが、前述の他の種々の変更をこの発明の精神又は範囲を逸脱することなしに主張できることが正当に評価されるであろう。例えば同等の素子は特別に示し記載した内容に代えることができ、ある特定の特徴は他の特徴と独立して使用でき、更にある場合には素子の特別な位置は特許請求項に規定した様に全てこの発明の精神と範囲を逸脱することなしに取り消し又は挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先が細くないプローブ端を有するこの発明の２導体伝送線路共振器の概略を示す図である。
【図２】  先が細いプローブ端を有するこの発明の２導体伝送線路共振器の概略を示す図である。
【図３】  被覆を通り抜け突き出ているプローブ端を有する前記被覆内に囲まれているこの発明の２導体伝送線路共振器の概略を示す図である。
【図４】  ２つの接近した走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の先端部により形成されているこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図５】  ２つの接近した金属被覆の先が細くなった光ファイバーにより形成されているこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図６】  ２つの金属ストリップを有した光ファイバーにより形成されたこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図７】  ２つの金属ストリップを有し先の細くなった光ファイバーにより形成されたこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図８】  先の細くなった光ファイバーの内部に埋め込まれ、又はその上に付着された２つの金属ストリップを有する前記先の細くなった光ファイバーにより形成されたこの発明の共振器の概略を示す図である。
【図９】  先の細くなったストリップラインにより形成されたこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図１０】  先の細くなったスロットラインにより形成されたこの発明の共振器のプローブ端の概略を示す図である。
【図１１】  連続可変に深さを選択できるこの発明の顕微鏡プローブの概略を示す図である。
【符号の説明】
１０  プローブ
１１  サンプル
１２  平衡２導体伝送線路
１３、１４  ２つの空間的に分離され対称的に配置された電気導体
１５  プローブ端
１６  反対の端
１７  終端プレート
１８  共振器構造
１９  間隔
２０  結合ループ
２１  第二の光学結合ループ
２２  円筒被覆
２３  開口
２４  共振器の一部
２５  走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の先端部
２６  金属被覆光ファイバー
２７  光ファイバー
２８、２９  金属ストリップ
３０  クランプ
３１  光ファイバー
３２  共振器部分
３３、３４  金属ストリップ
３５  露出したファイバークラッド
３６  ファイバージャケット
３７  多層構造
３８  平らな基体
３９  第一の導線
４０  誘電体の間隔層
４１  第二の導線
４２  先の細くなったスロットライン
４３  平らな誘電体の基体
４４  圧電アクチュエータ
５０  測定の電子機器
５１  装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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