特開 2025-9137 空洞共振器及びＥＳＲ測定装置

(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】P2025009137

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】空洞共振器及びＥＳＲ測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/00 20060101AFI20250110BHJP

   G01N 24/10 20060101ALI20250110BHJP

   G01R 33/60 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

G01N24/00 570G

G01N24/10 510Y

G01R33/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111931

(22)【出願日】2023-07-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業「ＣＦＲＰ複合材劣化のオペランドミクロ計測分析法と余寿命推定モデル」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504171134

【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 貴之

(72)【発明者】

【氏名】丸本 一弘

(72)【発明者】

【氏名】山口 世力

(57)【要約】

【課題】漏れ磁場を生じさせる空洞共振器を用いるＥＳＲ測定において、感度及び空間分解能を高める。
【解決手段】空洞共振器７０において、キャビティ本体７４は開口８２を有する。開口８２を通じて共振磁場８８の一部が外部空間７１Ｂへ漏れ出す。漏れ出た磁場が測定対象でＥＳＲを生じさせ且つそのＥＳＲを検出するためのプローブ磁場９０である。開口８２内には、開口８２の中心を横切る細長いスタブ８４が設けられている。このスタブ８４には誘導電流が流れる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＥＳＲ測定用の電磁波が入力される内部空間を有し、その内部空間において共振磁場を生じさせるキャビティ本体を含み、
前記キャビティ本体は、
前記内部空間と外部空間との間に設けられ、前記外部空間に漏れ出るプローブ磁場を生じさせる開口と、
前記開口内に設けられ、前記プローブ磁場に対して電磁気的に作用するスタブと、
を含む、ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項2】

請求項１記載の空洞共振器において、
前記スタブと前記プローブ磁場とが相互作用し、
前記スタブには誘導電流が流れる、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項3】

請求項１記載の空洞共振器において、
前記スタブの基端が前記開口の周縁に連結され、
前記スタブの先端が前記開口の周縁から隔てられている、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項4】

請求項１記載の空洞共振器において、
前記スタブは前記開口の中心を横切る中間部分を有する、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項5】

請求項４記載の空洞共振器において、
前記共振磁場における前記開口近傍の磁束方向は第１方向であり、
前記中間部分は前記第１方向に直交する第２方向に伸長している、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項6】

請求項５記載の空洞共振器において、
前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向を定義した場合に、前記中間部分の前記第３方向の厚みは２ｍｍ以下である、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項7】

請求項５記載の空洞共振器において、
前記スタブの前記第１方向の幅は前記第２方向にわたって実質的に同一である、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項8】

請求項５記載の空洞共振器において、
前記スタブは、
前記中間部分に連なり、前記開口の周縁に連結された基端を含む基端部分と、
前記中間部分に連なり、前記開口の周縁から隔てられた先端を含む先端部分と、
を有し、
前記中間部分における前記第１方向の幅が、前記第２方向において前記開口の中心からその両側へ離れるのに従って増大している、
ことを特徴とする空洞共振器。

【請求項9】

請求項１記載の空洞共振器と、
測定対象に対して前記開口を近接させた状態を維持しながら前記測定対象に対して前記空洞共振器を相対的に二次元走査することにより得られた一連のＥＳＲ信号に基づいて二次元ＥＳＲ画像を生成する画像生成器と、
を含むことを特徴とするＥＳＲ測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空洞共振器及びＥＳＲ測定装置に関し、特に、空洞共振器の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ＥＳＲ測定装置は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）を測定する測定である。より詳しくは、ＥＳＲ測定では、測定対象が有するラジカル（不対電子をもった化学物質）で生じるＥＳＲが測定される。ＥＳＲ測定によれば、ラジカルの定量等を行える。

【0003】

ＥＳＲ測定装置は、一般に、空洞共振器（キャビティ）を有する。空洞共振器内にマイクロ波が供給され、これにより空洞共振器の内部に高周波磁場としての共振磁場が生じる。典型的なＥＳＲ測定では、共振磁場中に配置された試料で生じるＥＳＲが測定される。

【0004】

ラジカルの二次元分布を測定する場合、放射窓を有するキャビティが用いられる。放射窓は、ハウジング又は容器としてのキャビティ本体に形成された貫通孔つまり開口である。放射窓を通じて、キャビティ内の共振磁場の一部が外界へ漏れ出る。漏れ出た磁場は漏れ磁場と呼ばれる。漏れ磁場はプローブとして機能する。その観点から見て、漏れ磁場はプローブ磁場である。

【0005】

放射窓に対して測定対象の表面を近接させつつ、放射窓に対して測定対象を二次元走査することにより（あるいは測定対象に対して放射窓を二次元走査することにより）、測定対象の表面における各位置でＥＳＲが測定される。そのような表面ＥＳＲ測定により二次元のラジカル分布情報が得られる。ラジカル分布情報が解析され、また画像化される。

【0006】

特許文献１～５には、ＥＳＲ測定用のキャビティが開示されている。各キャビティは放射窓を有する。いずれの放射窓も単なる開口であり、放射窓内には何らの部材も存在しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５－２０６０号公報

【特許文献2】特開平１１－６４２４３号公報

【特許文献3】特許第２８９２００５号公報

【特許文献4】特許第２９６７２２４号公報

【特許文献5】特許第５４８１６５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、漏れ磁場を生じさせる空洞共振器を用いるＥＳＲ測定において、感度及び空間分解能の一方又は両方を高めることにある。あるいは、漏れ磁場を生じさせる空洞共振器における新しい開口構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る空洞共振器は、ＥＳＲ測定用の電磁波が入力される内部空間を有し、その内部空間において共振磁場を生じさせるキャビティ本体を含み、前記キャビティ本体は、前記内部空間と外部空間との間に設けられ、前記外部空間に漏れ出るプローブ磁場を生じさせる開口と、前記開口内に設けられ、前記プローブ磁場に対して電磁気的に作用するスタブと、を含むことを特徴とする。

【0010】

本発明に係るＥＳＲ測定装置は、上記の空洞共振器と、測定対象に対して前記開口を近接させた状態を維持しながら前記測定対象に対して前記空洞共振器を相対的に二次元走査することにより得られた一連のＥＳＲ信号に基づいて二次元ＥＳＲ画像を生成する画像生成器と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、漏れ磁場を生じさせる空洞共振器を用いるＥＳＲ測定において、感度及び空間分解能の一方又は両方を高められる。あるいは、本発明によれば、漏れ磁場を生じさせる空洞共振器における新しい開口構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係るＥＳＲ測定装置の構成例を示す図である。

【図2】比較例に係る空洞共振器を示す図である。

【図3】比較例に係る開口を示す図である。

【図4】実施形態に係る空洞共振器を示す図である。

【図5】実施形態に係るスタブ付き開口を示す図である。

【図6】比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。

【図7】第１構成例に係るシミュレーション結果を示す図である。

【図8】第２構成例に係るシミュレーション結果を示す図である。

【図9】比較例に係るＥＳＲ信号を示す図である。

【図10】実施形態に係るＥＳＲ信号を示す図である。

【図11】第１実施例に係るＥＳＲ測定装置を示す図である。

【図12】第２実施例に係るＥＳＲ測定装置を示す図である。

【図13】スタブの第１変形例を示す図である。

【図14】スタブの第２変形例を示す図である。

【図15】スタブの第３変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

【0014】

（１）実施形態の概要
実施形態に係る空洞共振器は、ＥＳＲ測定用の電磁波が入力される内部空間を有し、その内部空間において共振磁場を生じさせるキャビティ本体を含む。キャビティ本体は、開口、及び、スタブを有する。開口は、内部空間と外部空間との間に設けられ、外部空間に漏れ出るプローブ磁場を生じさせる。スタブは、開口内に設けられ、プローブ磁場に対して電磁気的に作用する。

【0015】

上記構成によれば、共振磁場の一部が開口を通じて外部空間に漏れ出る。漏れ出た磁場がＥＳＲ測定用のプローブ磁場である。開口内に設けられたスタブがプローブ磁場に対して電磁気的に作用する。これにより、プローブ磁場の強度が大きくなり、あるいは、プローブ磁場の磁場分布がシャープになる。

【0016】

実施形態において、スタブは、プローブ磁場（及び共振磁場）と相互作用する受動素子である。スタブを中心としてスタブを取り囲むようにループ状の磁束（プローブ磁場の磁束）が生じる。スタブとプローブ磁場（及び共振磁場）の相互作用により、スタブには誘導電流が流れ、その結果、プローブ磁場における中心軸付近の磁束密度が高められる。

【0017】

キャビティ本体は、基本的に、非磁性金属材料により構成される。スタブがキャビティ本体と一体化されてもよいし、スタブがキャビティ本体とは別の部材により構成されてもよい。いずれにしても、スタブは導電性を有する材料により構成される。開口の形態は、例えば、円形、矩形又はその他である。開口縁に囲まれる平面を開口面と定義した場合、スタブは、開口面上に設けられ、あるいは、開口面の内側又は外側に設けられる。いずれの場合においても、開口から漏れ出るプローブ磁場と相互作用する位置に（つまり開口内に）、スタブが設けられる。

【0018】

実施形態においては、スタブの基端が開口の周縁に連結され、スタブの先端が開口の周縁から隔てられている。この構成によれば、スタブに誘導電流が流れ得る状態を確実に形成でき、あるいは、スタブにおいて誘導電流が流れ易くなる。

【0019】

実施形態においては、スタブは開口の中心を横切る中間部分を有する。開口の中心は、プローブ磁場の中心に相当する。換言すれば、開口の中心軸は、プローブ磁場の中心軸に相当する。開口の中心をスタブが横切ることにより、プローブ磁場の中心軸付近の磁束密度を高められる。これにより、プローブ磁場の強度分布がシャープになり、プローブ磁場が開口からより離れたところまで到達するようになる。

【0020】

実施形態において、共振磁場における開口近傍の磁束方向は第１方向である。スタブの中間部分は第１方向に直交する第２方向に伸長している。この構成によれば、誘導電流の増大により、プローブ磁場の強度を高められる。

【0021】

実施形態において、第１方向及び第２方向に直交する第３方向を定義した場合に、中間部分の第３方向の厚みは２ｍｍ以下である。スタブの第３方向の厚みを厚くした場合、磁場の漏洩が生じ難くなる。スタブの第３方向の厚みを薄くすれば、プローブ磁場が漏洩し易くなる。実施形態では、スタブそれ全体の第３方向の厚みが２ｍｍ以下とされる。

【0022】

ある実施例において、スタブの第１方向の幅は第２方向にわたって実質的に同一である。この構成によれば、スタブ製作が容易となる。スタブの先端を円弧状にすれば、対象物に対するスタブの接触時に、対象物及びスタブを保護できる。

【0023】

別の実施例において、スタブは、基端部分、先端部分及び中間部分を有する。基端部分は、中間部分に連なり、開口の周縁に連結された基端を含む部分である。先端部分は、中間部分に連なり、開口の周縁から隔てられた先端を含む部分である。中間部分は、基端部分と先端部分との間の部分である。中間部分における第１方向の幅が、第２方向において開口の中心からその両側へ離れるのに従って増大している。この構成によれば、プローブ磁場における中心部分の磁場強度がより大きくなり、且つ、中心部分の磁場分布がよりシャープになる。なお、スタブにおいて、中間部分は、スタブ中心軸方向に伸長し、開口中心を横切る部分であって、スタブ全長の１／３又はそれ以上に相当する部分である。

【0024】

実施形態に係るＥＳＲ測定装置は、空洞共振器、及び、画像生成器を有する。空洞共振器は、キャビティ本体を有する。キャビティ本体は、ＥＳＲ測定用の電磁波が入力される内部空間を有し、その内部空間において共振磁場を生じさせるものである。キャビティ本体は、開口、及び、スタブを有する。開口は、内部空間と外部空間との間に設けられ、外部空間に漏れ出るプローブ磁場を生じさせる。スタブは、開口内に設けられ、プローブ磁場に対して電磁気的に作用する。

【0025】

画像生成器は、測定対象に対して開口を近接させた状態を維持しながら測定対象に対して空洞共振器を相対的に二次元走査することにより得られた一連のＥＳＲ信号に基づいて二次元ＥＳＲ画像を生成するものである。

【0026】

上記構成を採用する場合、測定対象及び空洞共振器のいずれを運動させてもよい。測定対象が電気部品である場合、当該電気部品に電力又は信号を与えながら、当該電気部品で生じるＥＳＲが測定されてもよい。

【0027】

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係るＥＳＲ測定装置が示されている。ＥＳＲ測定装置は、測定対象で生じるＥＳＲを測定することにより測定対象を分析する装置である。

【0028】

図１において、符号１０は、マイクロ波回路を示している。発振器１２によりマイクロ波が生成される。マイクロ波の周波数は、所定の共鳴条件を満たすように定められる。生成されたマイクロ波が、減衰器１４及びサーキュレータ１６を介して、空洞共振器１７へ送られる。

【0029】

空洞共振器１７は、容器としてのキャビティ本体１８を有する。キャビティ本体１８には開口２０が形成されている。キャビティ本体１８の内部空間にマイクロ波が供給されると、その内部空間において高周波磁場としての共振磁場が生じる。共振磁場の一部が開口２０を通じて外部へ漏れ出す。漏れ出た磁場がプローブ磁場である。プローブ磁場が外部空間に配置された測定対象の表面に照射される。

【0030】

符号２４は静磁場を生成する電磁石を示している。空洞共振器１７は静磁場の中におかれる。符号２６は磁場変調用コイルを示している。磁場変調用コイル２６により生成された磁場により静磁場が変調される。磁場変調用コイル２６に対して、変調信号生成器２８が生成した変調信号が供給されている。

【0031】

測定対象の表面上において、プローブ磁場の照射によりＥＳＲが生じた場合、空洞共振器１７内の電気的状態が変化し、反射波３０が生じる。その反射波３０がＥＳＲ検出信号として処理される。具体的には、ＥＳＲ検出信号はサーキュレータ１６を介して位相検波器３４へ送られる。発振器１２で生成されたマイクロ波が移相器３２を介して位相検波器３４に送られている。位相検波器３４では、入力されたマイクロ波を利用して、入力されたＥＳＲ検出信号に対して位相検波を実施する。位相検波器３４から出力されたＥＳＲ検出信号がプリアンプ３６を介してロックインアンプ３８へ送られる。

【0032】

ロックインアンプ３８には、変調信号生成器２８で生成された変調信号が供給されている。ロックインアンプ３８において、位相検波器４０は、入力された変調信号を利用して、プリアンプ３６から出力されたＥＳＲ検出信号に対して位相検波を実施する。位相検波器４０から出力されたＥＳＲ検出信号がプリアンプ４２及びＡＤ変換器４４を介してＰＣ４６へ送られる。ＰＣ４６において、以上のように処理されたＥＳＲ検出信号が解析される。ＰＣ４６は、分光計又は信号解析器として機能するものである。

【0033】

後述するように、測定対象２２に対する空洞共振器１７の二次元走査により、測定対象２２の表面上における各位置でＥＳＲ信号が観測される。二次元走査により得られた一連のＥＳＲ信号に基づいて二次元画像が生成される。その二次元画像は、ラジカルの二次元分布を表す画像である。ＰＣ４６において、各位置でのラジカル量やラジカルの種類が解析されてもよい。

【0034】

図２及び図３には、比較例に係る空洞共振器５０が示されている。図２において、空洞共振器５０はキャビティ本体５４を有する。キャビティ本体５４は、開口５８及び開口６２を有する。キャビティ本体５４には、マイクロ波を伝送する導波管５２が接続されている。導波管５２から開口５８を通じてキャビティ本体５４の内部空間５１Ａへマイクロ波が供給される。これにより、内部空間５１Ａにおいて共振磁場６６が生じる（なお各破線は磁束を表現している）。なお、符号６４は導波管５２で生じる磁場を示している。

【0035】

キャビティ本体５４に形成された開口６２が放射窓として機能する。開口６２を通じて、共振磁場６６の一部が外部空間５１Ｂへ漏れ出る。その漏れ出た磁場がプローブ磁場６８である。プローブ磁場６８の一部分が外部空間５１Ｂに入り込んでおり、その一部分が測定対象の表面に照射される。

【0036】

図３には、比較例に係る空洞共振器５０において、キャビティ本体５４に形成された開口６２が示されている。図示された開口６２は、単純な円形の開口である。開口６２の内部には何らの部材も設けられていない。

【0037】

図４及び図５には、実施形態に係る空洞共振器７０が示されている。図４において、空洞共振器７０は、矩形又は箱状のキャビティ本体７４を有する。他の形態（例えば円筒形）を有するキャビティ本体を採用してもよい。キャビティ本体７４は、非磁性金属材料により構成され、例えば、それは銅により構成される。キャビティ本体７４は、開口７８及び開口８２を有する。図示の例では、開口７８はキャビティ本体７４が有する側面板７６に形成されており、開口８２はキャビティ本体７４が有する側面板８０に形成されている。

【0038】

キャビティ本体７４には導波管７２が接続されている。導波管７２から開口７８を介してキャビティ本体７４の内部空間７１Ａへマイクロ波が供給される。これにより内部空間７１Ａにおいて共振磁場８８が生じる。図４においては、共振磁場８８の磁束は、ＸＹ面に沿うループ状の形態を有している。符号８６は、導波管７２内で生じる磁場を示している。

【0039】

図５には、実施形態に係る空洞共振器７０において、キャビティ本体７４に形成された開口８２が示されている。開口８２は円形の開口であり、それはＹＺ面に平行に広がっている。開口８２内には、受動素子としてのスタブ８４が設けられている。スタブ８４は、Ｚ方向に沿って伸長しており、細長い板状の形態を有する。スタブ８４の基端９２は、円形の開口縁８２Ａに連結されている。スタブ８４の先端９４は、開口縁８２Ａに非接触で近接している。開口縁８２Ａと先端９４との間には微小の隙間が存在する。

【0040】

Ｆは、共振磁場において開口８２付近を通過する磁束を示している。磁束Ｆは、Ｙ方向に沿った流れである。磁束Ｆに直交するように、スタブ８４が設けられている。Ｌはスタブ８４の中心軸を示している。中心軸Ｌは、開口８２の中心Ｃを横切っている。実質的に見て、スタブ８４は、開口８２におけるＺ方向の全体に及んでいる。スタブ８４のＹ方向一方側には半円状の半開口が生じており、スタブ８４のＹ方向他方側には半円状の半開口が生じている。それら２つの半開口がプローブ磁場の磁束を通過させる通路として働く。

【0041】

スタブ８４は、図示の例において、キャビティ本体７４と一体化されている。スタブ８４は導電性材料である銅によって構成されている。スタブ８４が非磁性の他の導電性材料で構成されてもよい。スタブ８４がキャビティ本体７４とは別の部材で構成されてもよい。開口８２内の平面を開口面と定義した場合、実施形態において、スタブ８４は開口面上に位置している。開口面の内側又は外側にスタブ８４を設ける変形例も考えられる。実施形態では、スタブ８４は、開口面上を伸長し、開口８２の中心Ｃを横切っている。プローブ磁場の中心軸は、開口面に直交しており、開口８２の中心Ｃを通過している。

【0042】

図４に戻って、開口８２から漏れ出た磁場がプローブ磁場９０である。上述のように、開口８２内には、スタブ８４が設けられている。スタブ８４とプローブ磁場９０（及び共振磁場８８）とが電磁気的に相互作用する。その相互作用により、スタブに誘導電流（高周波誘導電流）が流れる。その結果、プローブ磁場９０の強度が大きくなり、プローブ磁場９０の強度分布がシャープになる。換言すれば、プローブ磁場９０がより遠くまで到達するようになる。

【0043】

なお、電気的に見て、スタブ８４は、リアクタンス及びキャパシタンスに相当する。それらの電気素子の作用により、開口８２付近の電気的な特性が変化し、プローブ磁場９０の強度が大きくなったと解釈してもよい。

【0044】

キャビティ本体７４の内部空間７１Ａに関し、そのＸ方向の大きさは例えば２０ｍｍであり、そのＹ方向の大きさは例えば２０ｍｍであり、そのＺ方向の大きさは例えば１０ｍｍである。開口８２の直径は例えば５ｍｍである。スタブ８４に関し、そのＺ方向の長さは例えば４．５ｍｍであり、そのＹ方向の幅は例えば０．５ｍｍであり、そのＸ方向の厚みは例えば０．３ｍｍである。本願明細書に記載した数値はいずれも例示に過ぎない。

【0045】

実施形態において、スタブ８４は、側面板８０の一部を構成しており、スタブ８４のＸ方向の厚みは、側面板８０のＸ方向の厚みと同じである。キャビティ本体７４の剛性の確保を考慮した場合、側面板８０の厚みを２ｍｍ、１ｍｍ又は０．５ｍｍとしてもよい。一般的には、その厚みを２ｍｍ以下にすれば、磁場が漏れ易くなる。スタブ８４を側面板８０とは異なる部材で構成してもよい。

【0046】

図４に示されるように、Ｚ方向に伸長したスタブ８４を中心として、スタブ８４を取り囲むようにループ状の磁束（プローブ磁場９０の磁束）が生じる。プローブ磁場９０におおいてその中心軸付近の磁束密度が高められており、プローブ磁場９０はその中心軸に沿って大きく伸長している。これは、ＥＳＲ測定での感度及び分解能の向上を意味する。

【0047】

図６、図７及び図８を用いて、シミュレーション結果について説明する。図６は、比較例に係るシミュレーション結果を示すものであり、図７は第１構成例に係るシミュレーション結果を示すものであり、図８は第２構成例に係るシミュレーション結果を示すものである。第１構成例及び第２構成例が実施形態に相当する。

【0048】

図６において、符号１００はシミュレーション条件を示している。プローブ磁場を生じさせる開口の直径Ｄ１は５ｍｍである。符号１０２は、シミュレーション条件１００の下で生成されたプローブ磁場の二次元強度分布を示している。横軸はＺ方向を示しており、縦軸はＹ方向を示している。グレースケール１０４は輝度と磁場強度との関係を示しており、ライン１０６は開口中心を横断する、Ｙ方向に平行な注目ラインを示している（後述する他の図においても同様である）。強度分布１０８は注目ライン１０６上の一次元強度分布である。横軸はＹ方向を示しており、縦軸は磁場強度を示している。

【0049】

図７において、符号１００は第１構成例についてのシミュレーション条件を示している。開口の直径Ｄ１は５ｍｍであり、スタブの長さＬ１は４．５ｍｍである。スタブの幅Ｗ１は０．５ｍｍである。図示されたシミュレーション条件１１０では、スタブにおける右端が基端であり、スタブにおける左端が先端である。シミュレーション条件１１０の下で生成されたプローブ磁場の二次元強度分布１１２において、Ｙ方向の中央部で、大きな正の磁場強度が生じている（白色部分を参照）。Ｙ方向における開口縁付近で、２つの大きな負の磁場強度が生じている（２つの黒色部分を参照）。強度分布１１４は、注目ライン１０６上の一次元強度分布である。Ｙ方向の中央には、大きな１つの正ピーク１１６が生じている。正ピーク１１６の右側及び左側には、大きな２つの負ピーク１１８，１２０が生じている。このようなプロファイルを有するプローブ磁場を利用することにより、感度及び分解能の両方を高められる。

【0050】

図８において、符号１２２は第２構成例についてのシミュレーション条件を示している。開口の直径Ｄ１は５ｍｍであり、スタブの長さＬ１は４．５ｍｍである。スタブの幅Ｗ２は１．７５ｍｍである。シミュレーション条件１２２の下で生成されたプローブ磁場の二次元強度分布１２４において、Ｙ方向の中央部で大きな正の磁場強度が生じている（白色部分を参照）。Ｙ方向における開口縁付近で、２つの大きな負の磁場強度が生じている（２つの黒色部分を参照）。強度分布１２６は、注目ライン１０６上の一次元強度分布である。Ｙ方向の中央には、大きな２つの正ピーク１２８，１３０が生じている。それらの右側及び左側には、大きな２つの負ピーク１３２，１３４が生じている。スタブの幅を大きくすると、正のピークが分裂するが、その分裂間隔はあまり大きくない。このようなプロファイルを有するプローブ磁場を利用することにより、感度及び分解能の両方を高められる。上記の分裂が問題となる場合には、スタブの幅を小さくすればよい。

【0051】

図７及び図８に示した第１構成例及び第２構成例によれば、図６に示した比較例におけるプローブ磁場強度の４倍又は５倍に相当する、プローブ磁場強度を得られる。よって、プローブ磁場が到達する距離を比較例の場合よりも大幅に増大できる。

【0052】

図９には、比較例に係る空洞共振器（図２及び図３を参照）を用いて取得されたＥＳＲ検出信号１３６が示されている。横軸は磁場強度軸であり、縦軸はＥＳＲの大きさを示している。図１０には、実施形態に係る空洞共振器（図４及び図５を参照）を用いて取得されたＥＳＲ検出信号１３８が示されている。図示されるように、実施形態によれば、比較例に比べて、ＥＳＲ検出信号の振幅を増大できる。

【0053】

図１１には、実施形態に係るＥＳＲ測定装置の第１実施例が示されている。ＥＳＲ測定装置は、装置本体１４０及び測定部１４２により構成される。測定部１４２は空洞共振器１４６及び磁場発生器を有する。空洞共振器１４６には、スタブを有する開口（放射窓）が形成されている。装置本体１４０は、マイクロ波回路、ロックインアンプ、分光計等を有している。装置本体１４０と測定部１４２との間には同軸ケーブル又はフレキシブル導波管が設けられる。図示された第１構成例においては、測定対象１４８の表面に沿って、マニュアルで測定部１４２が二次元走査される。２つの走査方向がｘ方向及びｙ方向である。測定対象１４８は、例えば板状の部材である。

【0054】

図１２には、実施形態に係る走査型ＥＳＲ測定装置の第２実施例が示されている。ＥＳＲ測定装置は、装置本体及び測定部により構成される。測定部は、空洞共振器を有する。図１２には、空洞共振器のキャビティ本体１５２が示されている。キャビティ本体１５２は円柱状の内部空間１５４を有し、その内部空間１５４に対して側方（紙面右側）からマイクロ波が導入される。これにより内部空間１５４において共振磁場１６０が生じる。キャビティ本体１５２の上部には、スタブ１５８を有する開口１５６が設けられている。開口１５６を通じて、共振磁場１６０の一部が漏れ出し、漏れ出た磁場がプローブ磁場１６２である。

【0055】

キャビティ本体１５２の上側に、具体的には、開口１５６に近接した位置に、測定対象が設けられている。測定対象は例えば半導体デバイスである。電気回路１６６は、測定対象に対して電源及び信号を供給するものである。電源及び信号が供給された状態で、測定対象に対してプローブ磁場が照射される。これにより測定対象で生じるＥＳＲが観測される。

【0056】

図１２に示す第２実施例においては、例えば、測定対象１６４をｘ方向及びｙ方向に搬送する搬送設備が設けられる。空洞共振器がｘ方向及びｙ方向に搬送されてもよい。

【0057】

図１３乃至図１５には、スタブについての幾つかの変形例が示されている。図１３において、第１変形例に係るスタブ１７０の先端１７２は半円状の形態を有する。スタブ１７０それ全体がＺ方向に伸長しつつ、開口の中心を横切っている。

【0058】

図１４において、第２変形例に係るスタブ１７４は、Ｚ方向に沿って伸長した部分（基端部分及び中間部分）１７６と、円弧状又は弓状に広がった先端部分１７８と、を有する。伸長した部分１７６が開口の中心を横切っている。先端部分１７８の端面１７８Ａは、開口縁の内面１８０Ａに非接触で近接している。第２変形例によれば、キャパシタ成分を増大できる。

【0059】

図１５において、第３変形例に係るスタブ１８２は、基端部分１８６、中間部分１８４、及び、先端部分１８８からなる。基端部分１８６は、開口縁に連なる基端を含む肥大した部分である。先端部分１８８は、開口縁から隔てられた先端を含む肥大した部分である。中間部分１８４は、基端部分１８６と先端部分１８８との間の部分である。中間部分１８４はＺ方向に伸長しており、具体的には、中間部分１８４のＹ方向の幅は、開口の中心Ｃにおいて最も小さく、その中心からＺ方向両側へ遠ざかるのに従って徐々に大きくなっている。このような構成を採用することにより、プローブ磁場の強度分布をよりシャープにできる。

【0060】

上記実施形態において、放射窓として機能する開口に対してスタブを設けることは容易である。よって、製造コストの増大はほとんど問題とならない。上記のように、開口内に受動素子としてのスタブを設けることにより、感度を増大でき且つ分解能を高められる。様々なＥＳＲ測定装置に対して上記のスタブ技術を適用し得る。

【符号の説明】

【0061】

１７，７０ 空洞共振器、１８，７４ キャビティ本体、２０，８２ 開口、８４ スタブ、８８ 共振磁場、９０ プローブ磁場。

【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】

【図15】