2023-97235 磁界センサ及び磁界センサヘッドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023097235

(43)【公開日】2023-07-07

(54)【発明の名称】磁界センサ及び磁界センサヘッドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20230630BHJP

   G01R 15/24 20060101ALI20230630BHJP

   H01F 10/08 20060101ALN20230630BHJP

   H01F 1/00 20060101ALN20230630BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

G01R15/24 E

H01F10/08

H01F1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021213494

(22)【出願日】2021-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】関 弘子

(72)【発明者】

【氏名】宮本 光教

(72)【発明者】

【氏名】久保 利哉

(72)【発明者】

【氏名】饗場 哲也

【テーマコード（参考）】

2G017

2G025

5E040

5E049

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AC06

2G017AC08

2G017AD12

2G017AD14

2G017AD15

2G017BA05

2G025AA01

2G025AA05

2G025AB10

2G025AC06

5E040CA20

5E049BA16

(57)【要約】

【課題】本発明は、計測時にセンサヘッドを破損することが無く、微細な電線や小型部品でも正確な磁界測定が可能な磁界センサを提供することを目的とする。
【解決手段】本開示の一実施形態に係る磁界センサは、導体の周囲の磁界を測定するための磁界センサであって、光ファイバと、光ファイバの一方の端面に配置された磁性膜と、磁性膜の前記光ファイバと反対側の面に配置された反射膜と、磁性膜を内在させ、光ファイバを保持する磁界センサヘッドと、を有し、磁界センサヘッドは、導体が伸延する方向と直交する第１主面側から当該第１主面と対向する第２主面まで貫通し、導体を挟み込み可能で、磁性膜に向かって切り欠かれた切り欠き部を有する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体の周囲の磁界を測定するための磁界センサであって、
光ファイバと、
前記光ファイバの一方の端面に配置された磁性膜と、
前記磁性膜の前記光ファイバと反対側の面に配置された反射膜と、
前記磁性膜を内在させ、前記光ファイバを保持する磁界センサヘッドと、を有し、
前記磁界センサヘッドは、導体が伸延する方向と直交する第１主面側から当該第１主面と対向する第２主面まで貫通し、導体を挟み込み可能で、前記磁性膜に向かって切り欠かれた切り欠き部を有する、
ことを特徴とする磁界センサ。

【請求項2】

前記磁性膜の周辺に配置された磁性体をさらに有する、請求項１に記載の磁界センサ。

【請求項3】

前記磁界センサヘッドはシリコンからなる、請求項１または２に記載の磁界センサ。

【請求項4】

前記磁性体を充填するための第１凹部をさらに有する、請求項２に記載の磁界センサ。

【請求項5】

前記磁界センサヘッドは、前記光ファイバの長手方向に延在する第２凹部を有する、請求項４に記載の磁界センサ。

【請求項6】

前記第１凹部は、前記第２凹部よりも深く形成されている、請求項５に記載の磁界センサ。

【請求項7】

前記磁界センサヘッドは、前記光ファイバの中心を通る平面について面対称の２つの部材からなる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁界センサ。

【請求項8】

請求項６に記載の磁界センサヘッドの製造方法であって、
シリコン基板の所定の第１領域に深掘反応性イオンエッチングを行って前記第１凹部を形成するステップを有する、
磁界センサヘッドの製造方法。

【請求項9】

第１のシリコン基板の所定の第１領域に深掘反応性イオンエッチングにより第１凹部を形成するステップと、
第２のシリコン基板の前記第１領域と面対称となる領域に深掘反応性イオンエッチングにより第３凹部を形成するステップと、
前記第１のシリコン基板の所定の第２領域をエッチングして第２凹部を形成するステップと、
前記第２のシリコン基板の前記第２領域と面対称となる領域をエッチングして第４凹部を形成するステップと、
前記第１凹部及び前記第３凹部が対向し、かつ、前記第２凹部及び前記第４凹部が対向するようにして、前記第１のシリコン基板及び前記第２のシリコン基板を向かい合わせて接合するステップと、
を有することを特徴とする磁界センサヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁界センサ及び磁界センサヘッドの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属磁性体のファラデー効果を利用して電流値を測定することが可能な磁界センサ装置が報告されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の磁界センサ装置は、光ファイバと、光ファイバの端面に設けられた、金属磁性体を含む光透過膜と、透過膜上に設けられた反射膜とを有する磁界センサ素子を備えている。

【0003】

従来の磁界センサ装置は、磁界センサ素子の端部に設けられた金属磁性体を含む光透過膜に導体を近づけて、検出した磁界強度から導体に流れる電流を測定するというものである。

【0004】

光ファイバを用いた従来の磁界センサは極めて細径であるため壊れやすいという問題がある。また、磁界センサが小型であるため、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子や、微細な電線の電流を測定するための磁界センサの位置決めが難しいという問題がある。

【0005】

小型電子部品の電流を測定するためには、絶縁性を有し、寸法精度の良いセンサヘッドが求められる。しかしながら、センサヘッドを樹脂により形成した場合には寸法精度が悪くなるという問題がある。一方、センサヘッドを、金属材料を用いて切削加工等により形成することにより、高い精度が得られるが、金属材料は導体であるため、センサヘッドには適さない。さらに、樹脂や金属を用いて形成したセンサヘッドは、高温環境において熱膨張により変形してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－２８４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、計測時にセンサヘッドを破損することが無く、微細な電線や小型部品でも正確な磁界（電流）測定が可能な磁界センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一実施形態に係る磁界センサは、導体の周囲の磁界を測定するための磁界センサであって、光ファイバと、光ファイバの一方の端面に配置された磁性膜と、磁性膜の光ファイバと反対側の面に配置された反射膜と、磁性膜を内在させ、光ファイバを保持する磁界センサヘッドと、を有し、磁界センサヘッドは、導体が伸延する方向と直交する第１主面側から当該第１主面と対向する第２主面まで貫通し、導体を挟み込み可能で、磁性膜に向かって切り欠かれた切り欠き部を有する、ことを特徴とする。

【0009】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、磁性膜の周辺に配置された磁性体をさらに有することが好ましい。

【0010】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、磁界センサヘッドはシリコンからなることが好ましい。

【0011】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、磁性体を充填するための第１凹部をさらに有することが好ましい。

【0012】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、光ファイバの長手方向に延在する第２凹部をさらに有することが好ましい。

【0013】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、第１凹部は、第２凹部よりも深く形成されていることが好ましい。

【0014】

本開示の一実施形態に係る磁界センサにおいて、磁界センサヘッドは、光ファイバの中心を通る平面について面対称の２つの部材からなることが好ましい。

【0015】

本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法は、シリコン基板の所定の第１領域に深掘反応性イオンエッチングを行って第１凹部を形成するステップを有することを特徴とする。

【0016】

本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法は、第１のシリコン基板の所定の第１領域に深掘反応性イオンエッチングにより第１凹部を形成するステップと、第２のシリコン基板の第１領域と面対称となる領域に深掘反応性イオンエッチングにより第３凹部を形成するステップと、第１のシリコン基板の所定の第２領域をエッチングして第２凹部を形成するステップと、第２のシリコン基板の第２領域と面対称となる領域をエッチングして第４凹部を形成するステップと、第１凹部及び第３凹部が対向し、かつ、第２凹部及び第４凹部が対向するようにして、第１のシリコン基板及び第２のシリコン基板を向かい合わせて接合するステップと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本開示の一実施形態に係る磁界センサによれば、計測時にセンサヘッドを破損することが無く、微細な電線や小型部品でも正確な磁界測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本開示の一実施形態に係る磁界センサを用いた磁界センサ装置の構成図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る磁界センサ装置の信号処理部の回路ブロック図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る磁界センサの斜視図である。

【図4】本開示の一実施形態に係る磁界センサの斜視図であって、導体を係合させた状態を示す図である。

【図5】本開示の一実施形態に係る磁界センサを構成する磁界センサヘッドの図４のＡ－Ａ線における断面図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る磁界センサを構成する第１部材であって、図４のＢ－Ｂ線で切断した第１部材の斜視図である。

【図7】本開示の一実施形態に係る磁界センサを構成する第１部材の図６のＣ－Ｃ線における断面図である。

【図8】本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッドの第１部材の平面図である。

【図9】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法の第１～第３工程を説明するための断面工程図である。

【図10】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法の第４～第６工程を説明するための断面工程図である。

【図11】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法の第７～第９工程を説明するための断面工程図である。

【図12】本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッドを構成する第１部材及び第２部材の断面図である。

【図13】本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッドを構成する第１部材及び第２部材を接合した状態の断面図である。

【図14】本開示の一実施形態に係る磁界センサを用いて、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の端子電流によって生じる磁界強度を測定する状態を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して、本発明に係る磁界センサ及び磁界センサヘッドの製造方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0020】

図１に本開示の一実施形態に係る磁界センサを用いた磁界センサ装置１０００の構成図を示す。磁界センサ装置１０００は、導体２００に流れる電流によって生じる導体の周囲の磁界を測定する。測定した磁界から電流を算出することができる。

【0021】

磁界センサ装置１０００は、発光部６０と、光分岐部８０と、磁界センサヘッド１０１と、検出信号発生部４０とを有する。発光部６０は、発光素子６１と、アイソレータ６２と、偏光子６３とを有する。

【0022】

発光素子６１は、例えば、半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子６１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を用いることができる。

【0023】

アイソレータ６２は、発光素子６１から入射された光を光分岐部８０側に透過すると共に、光分岐部８０から入射された光を発光素子６１側に透過しないようにすることで、発光素子６１を保護する。アイソレータ６２は、例えば、偏光依存型光アイソレータであり、あるいは、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。

【0024】

偏光子６３は、発光素子６１から出射された光を直線偏波光に偏光するための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子６３で得られる直線偏波光は、光分岐部８０を介して磁界センサヘッド１０１に入射光Ｌ１として入射される。

【0025】

光分岐部８０は、発光部６０から出射された光を磁界センサヘッド１０１に透過すると共に、磁界センサヘッド１０１から出射された戻り光Ｌ２を検出信号発生部４０に分岐する。光分岐部８０は、例えば、ハーフミラーであるが、光ファイバを結合分岐する光カプラ、光を分割するビームスプリッタ、及び光サーキュレータ等の光を分波可能な他の光学素子であってもよい。

【0026】

磁界センサ１００は、光ファイバ１と、光ファイバ１の一方の端面に配置された磁性膜１１と、磁性膜１１の光ファイバ１と反対側の面に配置された反射膜１２と、磁性膜１１を内在させ、光ファイバ１を保持する磁界センサヘッド１０１と、を有する。光ファイバ１は、第１偏波保持ファイバと、第２偏波保持ファイバと、ＧＩファイバと、を備えてよい。光ファイバ１が折れ曲がるのを防止するために磁界センサヘッド１０１の端部に補強部材４を設けることが好ましい。

【0027】

磁界センサヘッド１０１は、発光部６０が出射した直線偏波光が入射光Ｌ１として導入されると共に、導入された入射光Ｌ１に応じた戻り光Ｌ２を導出する。

【0028】

検出信号発生部４０は、偏光分離素子４１と、第１受光素子４２と、第２受光素子４３と、信号処理部５０とを有し、光ファイバ１から導出された戻り光Ｌ２を受光する。偏光分離素子４１は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型、及び光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、光ファイバ１から導出された戻り光Ｌ２をＰ偏光成分４４とＳ偏光成分４５とに分離する。

【0029】

第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、例えば、ＰＩＮフォトダイオードである。第１受光素子４２はＰ偏光成分４４を受光し、第２受光素子４３はＳ偏光成分４５を受光する。第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、受光した光を光電変換して、受光した光の光量に応じた電気信号を出力する。

【0030】

（信号処理回路）
図２に、信号処理部５０の回路ブロック図を示す。信号処理部５０は、第１増幅回路５１と、第２増幅回路５２と、第１除算回路５３と、第２除算回路５４と、差動増幅回路５５とを有する。信号処理部５０は、第１受光素子４２及び第２受光素子４３により光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、検出した数値を電流値に置き換える。

【0031】

第１増幅回路５１及び第２増幅回路５２は、それぞれオペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ増幅回路である。

【0032】

第１増幅回路５１は、第１受光素子４２からＰ偏光成分４４の光量Ｌｐに応じた第１電気信号Ｅｐ１が入力され、入力された第１電気信号Ｅｐ１を増幅して第１増幅電気信号Ｅｐ２を出力する。第２増幅回路５２は、第２受光素子４３からＳ偏光成分４５の光量Ｌｓに応じた第２電気信号Ｅｓ１が入力され、入力された第２電気信号Ｅｓ１を増幅して第２増幅電気信号Ｅｓ２を出力する。

【0033】

第１除算回路５３及び第２除算回路５４は、それぞれオペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ除算回路である。

【0034】

第１除算回路５３は、第２増幅電気信号Ｅｓ２で第１増幅電気信号Ｅｐ２を除算し、除算した出力値を示す第１アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅回路５５のマイナス入力端子に出力する。第２除算回路５４は、第１増幅電気信号Ｅｐ２で第２増幅電気信号Ｅｓ２を除算し、除算した出力値を示す第２アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅回路５５のプラス入力端子に出力する。

【0035】

差動増幅回路５５は、例えば、オペアンプであり、第１除算回路５３から入力される第１アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）と第２除算回路５４から入力される第２アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅して検出信号Ｅｄを出力する。検出信号は、導体２００に電流を流したときの磁性膜１１におけるファラデー回転角に比例するため、検出信号Ｅｄから、導体２００に流れる電流を算出することができる。

【0036】

磁界センサヘッド１０１は、導体が伸延する方向と直交する第１主面１０Ｓ側から当該第１主面１０Ｓと対向する第２主面２０Ｓまで貫通し、導体を挟み込み可能で、磁性膜１１に向かって切り欠かれた切り欠き部３２を有する。ここで、磁界センサヘッド１０１において、光ファイバ１を保持する部分を保持部２と称し、切り欠き部３２が設けられている部分を係合部３と称する。

【0037】

図３に、本開示の一実施形態に係る磁界センサ１０１の斜視図を示す。図４に、本開示の一実施形態に係る磁界センサ１０１の斜視図であって、導体２００を係合させた状態の斜視図を示す。切り欠き部３２に導体２００を係合させることにより、磁界センサヘッド１０１を導体２００に正確に位置決めすることができる。

【0038】

切り欠き部３２は所定の幅Ｗのスリットを有する。切り欠き部３２は、導体２００を挟み込むことができるように、切り欠き部３２の幅Ｗは導体２００の直径Ｒ以上であることが好ましい。なお、「挟み込む」とは、導体２００が切り欠き部３２を構成する係合部３の内周面と接している場合に限られず、導体２００と係合部３の内周面と離間している場合を含む。

【0039】

図１～図４において、切り欠き部３２が直線状のスリットである例を示したが、このような例には限られず、切り欠き部３２は曲線状のスリットであってもよい。例えば、切り欠き部３２を屈曲させることにより、磁界センサヘッド１０１または導体２００の一方が振動した場合であっても、導体２００と磁性膜１１との相対的な位置の変動を抑制することができる。

【0040】

図４に示すように、導体２００の長手方向（ｚ方向）は光ファイバ１の長手方向（ｘ方向）と直交している、その結果、図１に示すように、導体２００に電流が流れたときに生じる磁束２０１は磁性膜１１に対して直交する。導体２００に電流が流れたときに生じる磁界の大きさに応じて磁性膜１１で生じるファラデー回転の角度を検出することにより、導体２００に流れる電流の大きさを検出することができる。

【0041】

磁界センサヘッド１０１は、磁性膜１１の周辺に配置された磁性体３１（図１参照）を有することが好ましい。磁性体３１を磁性膜１１の周辺に配置することにより、磁性膜１１の周辺における磁束密度を高くすることができる。図１に示すように、導体２００に電流が流れたときに、磁性体３１における磁束を２０１ａ、磁性体３１が配置されていない領域における磁束を２０１ｂとすると、磁束２０１ａの密度は磁束２０１ｂの密度より高い。磁性膜１１の近傍には磁性体３１が存在するため、磁束２０１ａの影響を受けて、磁性体３１が存在しない場合に比べて、磁性膜１１における磁束密度を高くすることができる。その結果、磁性体３１を設けない場合に比べて、磁界センサの感度を向上させることができる。

【0042】

磁性体３１は、樹脂で固められたアモルファス鉄粉を含むことが好ましい。磁性体３１をアモルファス鉄粉で構成した場合の比透磁率は２０程度である。導体２００の周囲に生じた磁束２０１は、比透磁率が高い磁性体３１において密度が高くなるため、磁性膜１１の周辺に磁性体３１を配置することにより、磁性膜１１における磁界強度を高くすることができる。

【0043】

図３及び図４に示すように、磁界センサヘッド１０１は、光ファイバ１の中心を通る平面について面対称の２つの部材（１０、２０）からなることが好ましい。磁界センサヘッド１０１を面対称の２つの部材（１０、２０）によって構成することにより、磁界センサヘッド１０１内に光ファイバ１及び磁性体３１を配置するための凹部を容易に形成することができる。

【0044】

図５に、本開示の一実施形態に係る磁界センサを構成する磁界センサヘッド１０１の図４のＡ－Ａ線における断面図を示す。磁界センサヘッド１０１は、導体２００が伸延する方向と直交する第１主面１０Ｓ側から当該第１主面１０Ｓと対向する第２主面２０Ｓまで貫通し、導体２００を挟み込み可能で、磁性膜１１に向かって切り欠かれた切り欠き部３２を有する。即ち、導体２００はｚ方向に伸延しており、第１主面１０Ｓ及び第２主面２０Ｓは、ｚ方向と直交している。ここで、第１主面１０Ｓ及び第２主面２０Ｓは、磁界センサヘッド１０１を構成する面のうち最も広い面積を有する面をいう。切り欠き部３２は、係合部３の外周部から磁性膜１１の近傍まで切り欠かれた構造を有しているため、導体２００を容易に磁性膜１１に近づけることができ、導体２００に流れる電流によって生じる磁界の検出感度を向上させることができる。

【0045】

図６に、本開示の一実施形態に係る磁界センサを構成する第１部材１０であって、図４のＢ－Ｂ線で切断した第１部材１０の斜視図を示す。磁界センサヘッド１０１は、磁性体３１（図１参照）を充填するための第１凹部３３をさらに有することが好ましい。図６においては、第１凹部３３に充填する磁性体を省略している。

【0046】

磁界センサヘッド１０１は、光ファイバ１の長手方向に延在する第２凹部（２１～２４）をさらに有することが好ましい。第２凹部（２１～２４）を設けることにより、磁界センサヘッド１０１の内部に光ファイバ１を保持することができる。

【0047】

図７に、本開示の一実施形態に係る磁界センサ１０１を構成する第１部材１０の図６のＣ－Ｃ線における断面図を示す。第１凹部３３は、第２凹部（２１～２４）よりも深く形成されていることが好ましい。即ち、図７に示すように、第１部材１０の表面Ｓから第１凹部３３の底面３３Ｓまでの深さをｄ１とし、第１部材１０の表面Ｓから第２凹部２２の底面２２Ｓまでの深さをｄ２としたとき、ｄ１はｄ２より大きいことが好ましい。

【0048】

光ファイバ１の径は１００μｍ程度であるため、第２凹部（２１～２４）の深さは、５０μｍ程度である。これに対して、磁界センサヘッドを構成する基板の厚さは５００μｍ程度である。また、導体２００により生じる磁束密度を高くするためには、磁界センサヘッド１０１に充填する磁性体３１の量が所定量以上あることが好ましい。そこで、第１凹部３３を第２凹部（２１～２４）よりも深く形成して、磁性体３１の量を所定量以上とすることが好ましい。

【0049】

磁界センサヘッド１０１はシリコンからなることが好ましい。磁界センサヘッド１０１をシリコンで形成することにより、微細な構造を有する磁界センサヘッド１０１を容易に作製することができる。また、シリコンは熱膨張係数が小さいため、高温環境下においても磁界センサヘッド１０１の変形を抑制することができる。

【0050】

上記の説明において、磁界センサヘッド１０１の構造として、半円形状の係合部３を備えた構造を例にとって説明したが、磁界センサヘッド１０１の形状は、このような形状には限られない。図８に本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッドの第１部材の平面図を示す。図８に示した磁界センサヘッド１０２は、切り欠き部３２の長手方向が光ファイバ１と平行となるように形成されている。また、磁性体３１は導体２００の周囲を囲むように配置されている。

【0051】

上述したように、磁界センサヘッド１０１には、光ファイバを配置するための第２凹部（２１～２４）が形成されている。光ファイバは図８の左側から挿入し、４つの凹部からなら第２凹部（２１～２４）のうちの３つ目の第２凹部２３に磁性膜及び反射膜を配置させる。このとき、磁性膜及び反射膜の位置を所定の位置に配置するために、第２凹部２３の近傍の第１凹部３３は第２凹部２３に向かって狭くなっている。このような構造とすることにより、光ファイバの先端部に配置した磁性膜の位置と導体２００との間の距離を所定の範囲内とすることができ、測定データのばらつきを抑制することができる。

【0052】

次に、本開示の実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法について説明する。図９～図１１に本開示の一実施形態に係る磁界センサヘッド１０２の製造方法を説明するための断面工程図を示す。図９～図１１に示した断面図は図８のＣ－Ｃ線における断面図である。

【0053】

まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板７の裏面にレジスト８１を塗布し、マスクを用いて露光した後、現像して、磁界センサヘッド１０２の外形形状に合わせてパターニングを行う（第１工程）。シリコン基板７の厚さは、例えば６２５μｍである。

【0054】

次に、図９（ｂ）に示すように、深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）法により、シリコン基板７の裏面を選択的に１５０～２００μｍエッチングする（第２工程）。後述するように、シリコン基板７のうち、磁界センサヘッド１０２の外周部分に相当する領域は、最終的に深さ方向に全て除去するが、このエッチングは表面及び裏面から行う。このように、シリコン基板７の表面及び裏面をエッチングして磁界センサヘッド１０２の外周部分を除去することにより、磁界センサヘッド１０２の外形を容易に形成することができる。即ち、シリコン基板７の表面または裏面のみからエッチングを行うと、エッチング時間の長期化によりレジストがダメージを受け、レジストの形状が異常となる恐れがある。これに対して、シリコン基板７の表面及び裏面から所定の深さでエッチングを行うことにより、それぞれのエッチング時間を短縮することができるため、レジストのダメージを抑制することができる。

【0055】

次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト８１を剥離した後、シリコン基板７の表面及び裏面を含む全面に熱酸化によりシリコン酸化膜（以下、単に「酸化膜」あるいは「熱酸化膜」という）９を形成する（第３工程）。熱酸化膜は、例えば、酸化拡散炉を用いて、９００～１１００℃程度に加熱した石英管の炉の中にシリコン基板７を載置し、酸素等のガスを導入し酸化させることによって形成することができる。

【0056】

その後、シリコン基板７の表面にレジスト８２を塗布し、マスクを用いて露光した後、現像して、磁界センサヘッドの凹部を形成しない領域に合わせてパターニングを行う。

【0057】

次に、図１０（ａ）に示すように、レジスト８２を用いて、シリコン基板７の表面に形成した酸化膜をドライエッチングにより選択的に除去して、レジスト８２と同一のパターンの酸化膜９１を形成する（第４工程）。

【0058】

次に、図１０（ｂ）に示すように、レジスト８２を剥離する（第５工程）。

【0059】

次に、図１０（ｃ）に示すように、シリコン基板７の表面にレジスト８３を塗布し、マスクを用いて露光した後、現像して、第１凹部の形状に合わせてパターニングを行う（第６工程）。ここで、シリコン基板７の表面において、レジスト８３で覆われていない領域を第１領域７１とする。

【0060】

次に、図１１（ａ）に示すように、ＤＲＩＥ法により、シリコン基板７の第１領域７１を３５０～４００μｍエッチングする（第７工程）。これにより、シリコン基板７に第１凹部３３が形成される。なお、図１１（ａ）における破線Ｓ１はシリコン基板７のエッチング前の表面の位置を示している。

【0061】

次に、図１１（ｂ）に示すように、レジスト８３を剥離する（第８工程）。このとき、シリコン基板７の表面には、酸化膜９１が残る。ここで、シリコン基板７の表面において、酸化膜９１で覆われていない領域を第２領域７２とする。

【0062】

次に、図１１（ｃ）に示すように、酸化膜９１をマスクとして、シリコン基板７を１３０μｍ程度ドライエッチングして、第２凹部（２１～２４）を形成する（第９工程）。上述したように、第１凹部３３の深さｄ１は第２凹部（２１～２４）の深さｄ２より大きい。また、このとき、図９（ｂ）に示したようにシリコン基板７の裏面側からエッチングした外周部分を図１１（ｃ）に示すように表面側からもエッチングすることにより、磁界センサヘッド１０２の外周部分を除去することができる。

【0063】

次に、酸化膜９及び９１を除去する。以上のようにして、本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッド１０２を構成する第１部材１０を形成することができる。図１２に本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッド１０２を構成する第１部材１０及び第２部材２０の断面図を示す。図９～図１１に示した製造工程と同様にして、シリコン基板を用いて、第１部材１０と接合する第２部材２０を形成する。第２部材２０は第１部材１０と面Ｓ１を基準にして面対称の構造を有する。

【0064】

具体的には、第２部材２０は、第１部材１０の第１凹部３３と対称となるように、第３凹部３４を有する。さらに、第２部材２０は、第１部材１０の第２凹部（２１～２４）と対称となるように、第４凹部（２５～２８）を有する。

【0065】

第２部材２０の破線Ｓ２はシリコン基板のエッチング前の表面の位置を示している。第３凹部３４の深さは第１凹部３３の深さと同一であってよい。また、第４凹部（２５～２８）の深さは第２凹部（２１～２４）の深さと同一であってよい。このようにすることで、第１部材１０と第２部材２０のエッチング工程を同時に行うことができる。

【0066】

図１２に示すように、第１凹部３３と第３凹部３４が対向し、第２凹部（２１～２４）と第４凹部（２５～２８）が対向するように配置し、第１部材１０と第２部材２０とを接着剤等により接合させる。

【0067】

図１２に示した第１部材１０と第２部材２０の両者を製造するプロセスは以下のとおりである。まず、シリコン基板７（第１のシリコン基板）の所定の第１領域７１（図１０（ｃ）参照）に深掘反応性イオンエッチングにより第１凹部３３を形成する。次に、第２のシリコン基板（図示せず）の第１領域７１と面対称となる領域に深掘反応性イオンエッチングにより第３凹部３４を形成する。

【0068】

次に、シリコン基板７（第１のシリコン基板）の所定の第２領域７２（図１１（ｂ）参照）をエッチングして第２凹部（２１～２４）を形成する。次に、第２のシリコン基板（図示せず）の第２領域７２と面対称となる領域をエッチングして第４凹部（２５～２８）を形成する。

【0069】

次に、第１凹部３３及び第３凹部３４が対向し、かつ、第２凹部（２１～２４）及び第４凹部（２５～２８）が対向するようにして、第１のシリコン基板及び第２のシリコン基板を向かい合わせて接合する。

【0070】

図１３に、本開示の一実施形態の変形例に係る磁界センサヘッド１０２を構成する第１部材１０及び第２部材２０を接合した状態の断面図を示す。図１３には、光ファイバ１を第２凹部（２１～２４）及び第４凹部（２５～２８）に配置し、第１凹部３３及び第３凹部３４に磁性体３１を充填した状態を示している。

【0071】

図１３において、磁性膜１１を第２凹部２３と第４凹部２７との間に配置した例を示しているがこのような例には限定されない。即ち、磁性膜１１を第２凹部２２と第４凹部２６との間に配置してもよく、磁性膜１１を第２凹部２４と第４凹部２８との間に配置してもよい。即ち、図８に示すように、導体２００を切り欠き部３２のどの位置に配置するかに応じて、磁性膜１１の位置を任意の位置に設定してよい。

【0072】

（ＦＥＴの測定例）
図１４は、本開示の一実施形態に係る磁界センサを用いて、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の端子電流によって生じる磁界強度を測定する状態を示す斜視図である。ＦＥＴ３００が、第１基板４０１に対して垂直に配置された第２基板４０２に設けられ、ＦＥＴ３００の３つの端子（３０１～３０３）が第１基板４０１に接続されている。このとき、端子３０２に流れる電流によって生じる磁界強度を測定する際には、端子３０２に磁界センサヘッド１０２を端子３０２に係合させる。

【0073】

磁界センサヘッド１０２は切り欠き部を有しているため、ＦＥＴ等の小型の電子デバイスの端子に対して容易に係合させることができる。

【0074】

一般的にＦＥＴ等の電子デバイスの端子は数ｍｍ程度であり、また、磁界センサに用いる光ファイバの径も１００μｍ程度であるため、光ファイバの先端に設けた磁性膜を測定対象の端子近傍に近接させることは難しい。しかしながら、本開示の実施形態に係る磁界センサによれば、切り欠き部によって導体を挟み込むことができるため、磁界センサに内在する磁性膜を容易に導体に近接させることができる。

【0075】

以上の説明において、磁界センサヘッドの例として、半円状の係合部に切り欠き部を設けた構造（１０１）、及び、所謂十手状の構造（１０２）の例を示したがこれらは一例であって、これらの構造には限定されない。

【符号の説明】

【0076】

１ 光ファイバ
２ 保持部
３ 係合部
７ シリコン基板
１０ 第１部材
１０Ｓ 第１主面
１１ 磁性膜
１２ 反射膜
２０ 第２部材
２０Ｓ 第２主面
２１～２４ 第２凹部
２５～２８ 第４凹部
３１ 磁性体
３２ 切り欠き部
３３ 第１凹部
３４ 第３凹部
１０１、１０２ 磁界センサヘッド
２００ 導体
１０００ 磁界センサ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】