JP2644332B2 - 平行板誘電分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は平行板電極を使用することにより試料の誘電
特性を分析する装置に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする問題点］ 試料の誘電特性を温度の関数として測定することによ
り試料の物理的特性および化学的特性に関する貴重な情
報が得られることはよく知られている。このような測定
は、多年の間、試料を平行板電極の間に配置し、これら
の電極の一方（すなわち、励起電極）に電気信号を印加
しかつ他方の電極（すなわち、応答電極）からの電気信
号を測定することにより行われてきた。次の方程式が使
用される。

Ｃ＝e₀e′A/d 式中、 Ｃ＝キヤパシタンス e₀＝自由空間の誘電率（定数） ｅ′＝（測定される）試料の誘電率 Ａ＝平行板応答電極の面積 ｄ＝励起電極板と応答電極板との間の距離 平行板電極の面積および励起電極と応答電極との間の
距離が知られていれば、キヤパシタンスを測定すること
により試料を誘電率（ｅ′）を容易に算出することがで
きる。しかしながら、これらの測定を行うときに起こる
共通のジレンマは電極板の間の距離を正確に測定するこ
とである。これは、大部分の測定が温度の関数としてな
されかつ試料の寸法が測定が進行するにつれて変化する
ことに起因している。しかしながら、この事実にもかか
わらず、従来技術の平行板誘電分析装置は、通常、電極
間の距離を室温における試料の厚さであると想定してき
た。したがって、材料が温度の関数として膨脹収縮する
につれて、次の係数による測定値の誤差が生ずる。

ある場合には、この誤差は材料の熱膨脹係数（CTE）
（ある程度の精度で知られていると想定する）の余裕を
みておくことにより補正される。しかし、材料がそのガ
ラス転移温度を通過するときにCTEが変化するので、こ
れは正確な修正にはならない。また、CTEは試料に力を
作用しないと仮定するので、これは固体試料の誘電率の
測定を行う場合に実際的ではない。

すべての既知の装置は、当初、試料に一定の力を加え
てそのモード（一定の力）において実験を行うかまたは
電極板の間隔を設定して実験中その間隔を一定に保つ
（一定の距離に保つ）ようになっている。高温において
一定の力を加えるモードにおいては、試料が融解すると
きに２個の電極板が接触して短絡し、その実験が早目に
終了する。定距離モードにおいては、試料が融解すれ
ば、実験は同様に早目に終了する。

慣用の平行板誘電分析装置に関する別の一つの重要な
実際の問題は、現在の分析装置が鋼板または金めっきし
た金属板を使用することから発生している。試料は、そ
のガラス転移温度T_G（重要な温度）を過ぎた後、流れ始
め、そして冷却するにつれて、高度に磨かれかつ精密仕
上げされた電極板に粘着する。したがって、試料を掻き
取るために、装置から電極板を多数回取り外さなければ
ならない。その後、次の実験のための電極板の平行度を
保証するために、電極板を再研削しなければならない。
これはコスト高の多大な時間を要する作業になる。一つ
の一般に普及している代わりの方法は試料の除去を容易
にするために薄い剥離フイルム（すなわち、テフロン、
フルオロカーボン重合体）を使用することである。しか
しながら、このフイルムは誘電特性の測定に影響をおよ
ぼしかつ実験温度をテフロン剥離フイルムの融点よりも
低い温度に制限する。（単一板誘電分析装置において
は、金の導体を備えたセラミツクセンサが使用される。
情報開示記事のマイクロメツト（Micromet）製品の文献
−マイクロメツト・オイメトリツクシステムII（Microm
et Eumetric System II）の微小誘電率測定器に使用さ
れるオプシヨンＳ−60二機能セラミツクセンサ参照） 誘電率の測定は温度の関数として通常監視しなければ
ならないので、試料の温度の正確な測定もまた重要であ
る。平行板誘電率測定装置においては、代表的には、熱
電対が試料の端縁および電極板に可能な限り接近して接
触しないように配置されかつ試料温度が熱電対の温度で
あると想定される。（熱電対上で試料を融解させると、
実験後に熱電対の広範囲の清掃または処分が必要にな
る。）しかし、この温度測定は試料の温度を直接に測定
するのと同程度の正確さはないことは明らかである。
（単一板誘電分析装置においては、電極に熱ダイオード
を組み込むことが知られている。情報開示記事のマイク
ロメツト製品の文献−マイクロメツト・オイメトリツク
システムIIの微小誘電率測定器に使用されるオプシヨン
Ｓ−１積分回路誘電センサ参照） 電極を試料と常に接触させるために試料が膨脹収縮し
または融解するにつれて電極間の間隔を変更することが
できる誘電分析装置が必要である。分析装置は、電極間
の間隔を変更するときに、電極間の間隔と関係無く誘電
率の計算が正確になるように電極間の距離を検出するこ
とも可能でなければならない。電極の表面が損傷したと
きに容易に取り換えられる電極を有する誘電分析装置も
また必要である。最後に、試料の正確な温度を指示する
誘電分析装置が必要になる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は試料の誘電特性を温度の関数として測定する
平行板電極を使用した改良された装置を提供するもの
で、この装置は次の装置を備えている。

（ａ）電極間の変化する距離を正確に測定する距離セン
サ、例えば、線形電圧差動変圧器（LDVT）および電極を
位置決めするために距離センサに応答する手段。

（ｂ）試料に作用した力を測定する力変換器および電極
間の間隔を変更することにより所望の力を与えるために
力変換器に応答する手段。

（ｃ）表面に導体を接着させたセラミツクサブストレー
トからなる厚手フイルム技術を使用して製造された使い
棄て電極。

（ｄ）電極の一方に組み込まれた温度センサ、例えば、
電極の一方の表面に施された金属製ストリツプおよび該
金属製ストリツプの両端の抵抗を測定する手段。

［実施例および作用］ さて、第１図について述べると、この誘電分析装置は
固定励起電極（２）と、励起電極（２）の上方に配置さ
れた可動応答電極（３）とを含む。電極（２）、（３）
は相互に平行に配置されかつそれらの間に試料（１）を
受け入れるようになっている。励起電極（２）に電気信
号が送られる。この電気信号は試料（１）を通って応答
電極（３）中に送られる。その後、電極（３）からの出
力信号が中央処理装置（CPU）（７）に送られる。

励起電極（２）は加熱装置（11）と接触している。誘
電特性を温度の関数として計算するために、加熱装置
（11）が試料の温度を変更するために使用される。コン
ピユータ（８）には、熱的方法がプログラムされてい
る。コンピユータ（８）はCPU（７）に指令を与える。
次に、CPU（７）は加熱装置（11）を制御する。試料の
温度は励起電極（２）に適用される温度センサ（６）に
より測定される。温度センサ（６）からの信号は温度を
計算するためにCPU（７）に送られ、そしてこのデータ
はその後データを記憶しかつさらに分析するためにコン
ピユータ（８）に送られる。

試料の温度が変化するにつれて、試料の厚さがその熱
膨脹係数の関数として変化する。これにより、電極間の
距離を変更することができる。試料の誘電特性の計算は
電極間の正しい距離を知ることができるか否かにより左
右されるので、この誘電分析装置は電極間の距離を測定
するための距離センサ（４）を含む。距離センサ（４）
はCPU（７）に信号を送る。CPU（７）はこの信号を使用
して電極間の距離を測定する。その後、CPU（７）は、
試料の誘電特性を計算するために、励起電極（２）への
入力信号、応答電極（３）からの出力信号および応答電
極（３）の表面積と共にこの距離の計算値を使用する。
その後、試料の誘電特性に関するデータは、データの記
憶および分析のためにコンピユータ（８）に送られる。

そのうえ、コンピュータ（８）は、モータ（９）を使
用して応答電極（３）を上下動することにより電極間の
間隔を変更する指令をCPU（７）に送るようにプログラ
ムすることができる。この特徴は、試料が融解する場合
に、電極が相互に接触せず、実験を早目に終了すること
を保証するために重要である。

この誘電分析装置は、電極が試料と常に接触すること
を保証するために、力変換器（５）を含む。力変換器
（５）は応答電極（３）により試料に作用した力を測定
する。力変換器（５）はCPU（７）に信号を送る。CPU
（７）において、信号が処理されて試料に力が加えられ
る。コンピユータ（８）はモータ（９）を使用して応答
電極（３）を上下動することにより試料に所望の力を与
えるためにCPU（７）に指令するようにプログラムする
ことができる。

コンピユータ（８）は、通常の状態の下では、試料の
厚さが温度の関数として変化するときに電極が試料と接
触していることを保証するために、最小の一定の力を試
料に作用させた状態で作動するようにCPU（７）に指令
するようにプログラムされている。しかしながら、コン
ピユータ（８）はまたある最小の電極間隔において一定
の力を作用させるモードが無効になるようにプログラム
することができる。これは、試料が融解する場合に、電
極が相互に接触せず、したがって短絡しないことを保証
する。

誘電率測定装置の好ましい実施例は第２図に示してあ
る。鋼製のデイスク形の固定ベース（21）が水平面内に
配置され、かつ該ベースの上面には等しい長さの３個の
鋼製の垂直柱（25a）、（25b）および（25c）が取り付
けられている。柱（25a）、（25b）、（25c）はベース
（21）の周囲のまわりに構成されている。鋼製柱（25
a）、（25b）、（25c）の頂部は上側ベース（26）にボ
ルトで留められている。上側ベース（26）もまたベース
（21）に平行に配置されたスチールデイスクである。

ベース（21）の上面には、モータ（9a）がボルトによ
り留められている。モータ（9a）の円筒体の軸線に沿っ
てシヤフト（23）が配置されている。シヤフト（23）の
下端部はスチールデイスクであるプレート（24）と連結
されている。当業者に明らかであるように、多数の異な
る型式のモータを使用することができる。本発明の好ま
しい実施例においては、モータ（9a）はイースタン・エ
ア・デバイシス（Eastern Air Devices）により製造さ
れた永久磁石ステツピング直流電動機、EADサイズ４、
モデル番号LA34AGK−９である。プレート（24）は水平
面内に配置され、かつその上面には等しい長さの鋼製の
３個の垂直柱（27a）、（27b）および（27c）がボルト
により留められている。鋼製の垂直柱（27a）、（27
b）、（27c）はベース（21）および上側ベース（26）の
軸受（29）を貫通している。柱（27a）、（27b）および
（27c）の頂部は上側のプレート（28）にボルトで留め
られている。プレート（28）もまた平行な平面内に配置
されたスチールデイスクである。

モータ（9a）が作動するに伴って、シヤフト（23）が
上下動してそれによりプレート（24）および上側プレー
ト（28）を上下動する。

上側ベース（26）の上面には、加熱装置（11a）が取
り付けられている。加熱装置（11a）は試料を加熱する
ために使用されかつ付属したサポートを有する炉からな
っている。当業者に明らかであるように、多数の異なる
型式の炉を使用することができよう。本発明の好ましい
実施例においては、炉はマイカで被覆されたインコネル
ヒータである。加熱装置（11a）の上面には、ブロツク
（42）が接触して取り付けられている。ブロツク（42）
は黄銅製であることが好ましくかつ励起電極のプラツト
ホームの役目をする。ブロツク（42）は励起電極を所定
位置に保持するようなサイズのくぼみ（43）を有するボ
ウル形の支持部材である。（この器械はくぼみ（43）が
交互に嵌合した単一面電極を保持するために使用される
ように使用することもできる。） 上側プレート（28）の底面はラムユニツト（32）を摺
動可能に受け入れるように形成された溝（31）を有して
いる。ラム（32）は応答電極（3a）を取外し可能に保持
するように設計されたセラミツクハウジングである。ラ
ムユニツト（32）はまた励起電極（2a）および応答電極
（3a）用の電気接点と、温度センサとを含む。ラム（3
2）の側部には、垂直プランジヤ（34）が取り付けら
れ、この垂直プランジャ（34）は外方に延び、その後下
方に延びている。ラムユニツト（32）については、以下
にさらに詳細に説明する。

応答電極（3a）と励起電極（2a）との間の距離を決定
する手段が設けられている。ブロツク（42）、加熱装置
（11a）および上側ベース（26）はプランジヤ（34）の
真下に線形電圧差動変圧器（LVDT）（77）が配置される
ようなサイズに形成されかつ配置された凹部を含む。ラ
ムユニツト（32）が応答電極（3a）を試料と接触させる
位置に下降されるときに、プランジヤ（34）がLVDT（7
7）の鉄心に取り付けられたばね負荷された鋼桿（71）
を押し下げる。LVDT（77）は従来技術において良く知ら
れているLVDTと同様に動作する。ばね負荷された鋼桿
（71）はプランジヤ（34）により押し下げられかつその
鉄心はLVDTコイルを通して移動する。LVDTコイルは移動
鉄心に対してその位置が固定されている。これにより応
答電極と励起電極との間の距離を非常に正確に決定する
ことができる。本発明の好ましい実施例のLVDTはトラン
ス・テツク・インコーポレーテツド（Trans−Teklnc.）
により製造された型式TRANS TEK AC−AC＃0291−0000で
ある。

プレート（24）は力変換器（61）を含む。本願に使用
される当業者に知られている多数の型式の力変換器があ
る。本発明の好ましい実施例において、力変換器はリビ
ア（Revere）モデルFT30−40の型式の２個のソリツドス
テートひずみ計力変換器の端部を締めつける２個のスチ
ールブロツクを含む。両方の力センサの他方の端部はモ
ータのシヤフト（23）に強固に固定されたブロツク中に
締めつけられている。この構造によりモータ（9a）がプ
レート（24）に作用する力を正確に測定することができ
る。ラムユニツト（32）が試料と接触するときに、測定
される力は試料に作用する力と等しい。

ラムユニツト（32）の下側には、応答電極（3a）が取
外し可能に連結されている。応答電極（3a）（第４図お
よび第６図参照）は、表面に形成された金製導体（51）
の丸い薄層を有する正方形の薄いセラミックウェハ支持
体（33）を備えている。ガードリング（52）が金製導体
（51）を囲繞している。ガードリング（52）は、金製導
体（51）を基本的に囲繞するが、導体（51）とは接触し
ていないセラミック支持体（33）に設けられた第２の薄
い円形の同心状の金製の層である。（ガードリングはこ
の技術分野によく知られかつ応答電極（3a）が受けた信
号がフリンジ磁界（fringingfield）により影響をうけ
ないことを保証するために使用される。応答電極（3a）
は正方形の対向した隅部のセラミックウェハを完全に貫
通して延びる２個の金めっきされた穴（53a）および（5
3b）を有している。これらの金めっきされた穴（53
a）、（53b）は電気接点としてまた応答電極（3a）を所
定位置に保持するために使用される機械的なグリツプの
ための受部として使用される。金めっきされた穴（53
a）は薄い金製ストリツプ（55）を介して金製導体（5
1）と電気的に接触している。ガードリング（52）は金
製導体（51）とガードリング（52）との間に電気的な接
続がなされないように金製ストリツプ（55）のまわりで
「破断」されている。金めっきされた穴（53b）はガー
ドリング（52）と交差しており、したがって、穴（53
b）はガードリング（52）と電気的に接触している。

励起電極（2a）（第５図および第７図参照）は表面に
施された丸い金製の薄層（102）を有する薄い正方形の
セラミツクウェハである。励起電極（2a）はブロツク
（42）のくぼみ（43）内に金製導体（102）が対向する
ように配置される。したがって、励起電極（2a）は所定
位置に容易に配置されまたは除去される。金製導体（10
2）は金製ストリツプ（107）を介して接点と電気的に接
触している。また、セラミツクウェハ（101）の表面に
は金属ストリツプ（104）が設けられている。金属スト
リツプ（104）は金製導体（102）の外周の周辺に半円形
をなしてしかも金製導体（102）と接触しないように延
びた好ましくはプラチナで構成されたストリツプであ
る。金属ストリツプ（104）の端末の位置には、電気接
点（105a）および（105b）が配置されている。金属スト
リツプ（104）は抵抗温度素子（RTD）の役目をする。金
属の抵抗を測定することにより金属の温度を決定するこ
とができることは良く知られている原理である。金属ス
トリツプ（104）が試料と直接に接触しているので、試
料の非常に正確な温度の読みが得られる。

励起電圧および応答電極は両方共当業者に良く知られ
た厚手フイルムハイブリツド技術（スクリーン印刷され
た導体層）を使用して製造される。

第３図は上側プレート（28）、ラムユニツト（32）、
応答電極（3a）、試料（１）、応答電極（2a）、ブロツ
ク（42）、炉（11a）および上側ベース（26）の横断面
を示している。応答電極（2a）はブロツク（42）のくぼ
み（43）内に着座している。試料は励起電極（2a）の上
面上に配置されている。応答電極（3a）は試料の上面と
接触してかつラムユニツト（32）に取外し可能に取り付
けられている。

ラムユニツト（32）への応答電極（3a）の取付けおよ
び取外しは固定ピン（150）および可動ピン（151）を使
用して行われる。これらのピン（150）、（151）は機械
的なグリツプおよび電気接点の両方の役目をする。ピン
（150）、（151）は応答電極（3a）の金めっきされた穴
（53a）および（53b）中に嵌合するようなサイズに形成
されかつ隔置されている。ピン（150）は穴（53a）内に
挿入されかつピン（151）は穴（53b）内に挿入されてい
る。固定ピン（150）はラムユニツト（32）の凹部内に
着座している。可動ピン（151）はピボツトねじ（153）
によりラムユニツト（32）に枢着された回転ハウジング
（152）内に着座している。第３図には、ピボツトねじ
（153）の一方のみを示してある。回転ハウジング（15
2）はピボツトねじ（153）のまわりに回転ハウジングを
逆時計回りに付勢する力を与えるばねピン（155）を含
む。これにより、穴（53b）の内面を把持しかつ応答電
極（3a）を所定位置に保持する逆時計回りの力がピン
（151）に作用する。応答電極（3a）を取り外すため
に、回転ハウジング（152）の上側の露出した部分に矢
印（100）で示すように圧力を作用させる。この圧力は
ばねピン（155）が作用する力と反対に作用して回転ハ
ウジング（152）およびピン（151）を時計回りに回転さ
せる。ピン（151）の回転により応答電極（3a）がピン
（150）およびピン（151）からすべり落ちることが可能
になる。

励起電極（2a）（第５図および第７図に示した）はブ
ロツク（42）のくぼみ（43）内に着座している。導体
（102）を励起しかつプラチナ製ストリツプ（104）の両
端間の抵抗を測定するために必要な電気信号が第８図に
示すように導電ポーゴーピン（161）、（162および（16
3）を介して受信される。第３図では、ピン（163）のみ
を示してある。これらのピンはラムユニツト（32）のセ
ラミツクハウジング内に着座させた共通のばね負荷され
た導電ポーゴーピンである。ピン（161）、（162）およ
び（163）はラムユニツト（32）を下降させたときにピ
ンが励起電極（2a）表面上のそれらのそれぞれの電気接
点（105a）、（105b）および（103）と接触するように
配置されている。ピン（161）は電気接点（105b）と接
触し、ピン（162）は電気接点（103）と接触し、かつピ
ン（163）は電気接点（105a）と接触している。

［装置の操作］ ラムユニツト（32）は最初に器械から切り離される。
回転ハウジング（152）が（第３図に示すように）時計
回りに回転するように圧力を加えたときにピン（150）
および（152）を穴（53a）および（53b）にすべらせて
通し、それにより、応答電極（3a）がラムユニツト（3
2）に取り付けられる。ばね負荷されている回転ハウジ
ングをはなすと、応答電極（3a）が「グリップ」され、
その金製導体（51）を下向きにして所定位置に保持され
る。その後、ラムユニツト（32）を溝（31）内にすべら
せることによりラムユニツト（32）が上側プレート（2
8）に固定される。その後、ラムユニツト（32）は蝶ね
じ（158）を締めつけることによりしっかりと固定され
る。励起電極（2a）は金製導体（102）およびプラチナ
製のRTD（104）が上向きの状態でブロツク（42）のくぼ
み（43）内に配置される。

このときに、較正が開始される。モータ（9a）が駆動
を開始してラムユニツト（32）を励起電極（2a）に向か
って移動する。ポーゴーピン（161）、（162）および
（163）が電気接点（105b）、（103）および（105a）と
それぞれ電気的に接続する。モータ（9a）は電極（2a）
および（3a）が相互に接触するまで駆動し続ける。この
点において、LVDT較正は0.0ミリメートルに設定され
る。モータ（9a）の回転方向が逆になり、ラムユニツト
（32）が上方に移動して装置からすべての機械的なバツ
クラツシをなくす。この点において、LVDTが読み取ら
れ、その後、所定数のモータのステツプが計数されなが
ら、ラムユニツト（32）が再び上方に移動する。その
後、別のLVDTの較正が読み取られる。モータの親ねじの
ピツチおよび駆動したステツプの数を知ることにより、
理論的な移動距離を算出することができる。LVDTの二点
較正が完了しかつコンピユータ（８）に記憶される。

LVDTの利得が判明すると、モータ（9a）はラムユニツ
ト（32）を電極間の選択された距離まで下方に駆動す
る。そのときに、励起電極（2a）に正弦波電圧が印加さ
れる。それにより得られる電流が応答電極（3a）におい
てモニターされる。乾燥空気の誘電特性が判明すると、
誘電率の測定のために電極が較正される。同時に、プラ
チナ製ストリツプ（104）の抵抗が測定されかつ較正さ
れる。（炉ブロツクの温度が炉ブロツク内に埋設された
熱電対を介して求められると、RTDが熱電対の温度に対
して較正される。）すべての較正値が記憶された後、ラ
ムユニツト（32）が全開位置まで移動する。その後、所
要の試料が励起電極（2a）上に配置される。一定の力を
加えまたは一定の間隔を保った状態での実験が選択され
る。閾値（最小値／最大値）が決定されかつコンピユー
タ（８）にプログラムされる。熱的方法がコンピユータ
（８）にプログラムされる。実験の開始準備が完了す
る。

そのとき、ラムユニツト（32）が選択された力または
間隔に基づいて移動しかつ加熱装置（11a）の熱的方法
により試料のキヤパシタンスの測定を開始する。実験が
進行するにつれて、コンピユータ（８）が力および間隔
を動的に監視しかつモータ（9a）をそれに応じて駆動し
てオペレータにより選択されたパラメータを維持する。

キヤパシタンスを測定することにより、試料（ｅ′）
の誘電率を次の方程式を用いて容易に算出することがで
きる。

Ｃ＝e₀e′Ad 式中、 Ｃ＝キヤパシタンス e₀＝自由空間の誘電率（定数） ｅ′＝（測定される）試料の誘電率 Ａ＝平行板応答電極の面積 ｄ＝励起電極板と応答電極板との間の距離 以上、本発明を詳細に説明したが、本発明はさらに次
の実施態様によってこれを要約して示すことができる。

１） 試料を間に受け入れるようになった励起電極およ
び応答電極を有し、前記電極はそれらの間の距離を調節
するために位置決め可能であり、さらに、試料の温度を
検出するようになった温度センサと、励起電極に入力電
気信号を供給する手段と、出力信号を供給するための応
答電極と接続された手段と、を有し、 励起電極に入力された電気信号が試料を通過して応答
電極中に入り、出力電気信号になり、その結果、入力電
気信号および出力電気信号を測定することにより、電極
間の距離および応答電極の表面積を知ることで試料の誘
電特性を算出することができるようにした試料の誘電特
性を測定する装置において、 （ａ）電極間の距離を測定する距離センサ、および電極
を相対的に位置決めするために距離センサに応答する手
段を有し、 （ｂ）前記試料に加えられた力を測定する力変換器およ
び電極間の間隔を変更するために前記力変換器に応答す
る手段を有し、 （ｃ）前記電極は導体が設けられているセラミック支持
体からなり、 （ｄ）前記温度センサは前記電極の一方に施されている
金属製ストリップと前記金属製ストリップの両端間の抵
抗を測定する手段とからなる、ことを特徴とする試料の
誘電特性を測定する装置。

２） 前記距離センサが線形電圧差動変圧器であること
を特徴とする請求項１記載の装置。

３） 前記力変換器が能動フルブリッジひずみ計である
ことを特徴とする請求項２記載の装置。

４） 電極間の間隔を変更することにより所望の力を与
えるように力変換器に応答する手段が （ａ）中央処理装置と、 （ｂ）コンピュータと、 （ｃ）モータと、 を備えてなり、 前記力変換器が、処理し、かつ前記の所望の力と比較
するために信号を中央処理装置に送り、中央処理装置が
モータに電極間の間隔をしかるべく変更するように指令
し、かつ処理されたデータを記憶するためにコンピュー
タに送ることを特徴とする請求項３記載の装置。

５） 電極を位置決めするために距離センサに応答する
手段が （ａ）前記中央処理装置と、 （ｂ）前記主コンピュータと、 （ｃ）前記モータと、 を備えてなり、 前記距離センサが、処理し、かつ所望の電極間隔と比
較するために信号を中央処理装置に送り、その後、中央
処理装置がモータに電極間の間隔をしかるべく変更する
ように指令し、かつ処理されたデータを記憶するために
コンピュータに送ることを特徴とする請求項４記載の装
置。

６） 前記コンピュータが、電極間の間隔および力に対
して閉じたループ制御を行うようにプログラムされてい
ることを特徴とする請求項５記載の装置。

７） 試料を間に受け入れるようになった励起電極およ
び応答電極を有し、前記電極はそれらの間の距離を調節
するために位置決め可能であり、さらに、試料の温度を
検出するようになった温度センサと、励起電極に入力電
気信号を供給する手段と、出力信号を供給するための応
答電極と接続された手段と、を有し、 前記励起電極に入力された前記電気信号が前記試料を
通過して前記応答電極中に入り、前記出力電気信号にな
り、その結果、前記入力電気信号および出力電気信号を
測定することにより、前記電極間の距離および前記応答
電極の表面積を知ることで前記試料の誘電特性を算出す
ることができるようにした試料の誘電特性を測定する装
置において、 （ａ） 前記電極間の距離を測定する距離センサと、前
記電極の相対的な位置決めをするための前記距離センサ
に応答する手段と、 （ｂ） 前記試料に作用した力を測定する力変換器であ
って、そこでは、前記距離センサに応答する前記手段が
また電極間の間隔を変更する前記力変換器に応答する、
前記力変換器と、 （ｃ） 少なくとも前記電極の一つが、セラミック支持
体からなること、 を有することを特徴とする試料の誘電特性を測定する装
置。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘電分析装置の略図、第２図は内部を示すため
に諸部分を破断した誘電分析装置の斜視図、第３図は誘
電分析装置のラムユニツトの拡大一部欠載垂直断面図、
第４図は第３図を４−４線から見た応答電極の底部の平
面図、第５図は第３図を５−５線から見た励起電極の頂
部の平面図、第６図は第４図を６−６線に沿って裁った
応答電極の断面図、第７図は第５図を７−７線に沿って
裁った励起電極の断面図、第８図は第３図を平面８−８
に沿って見た第３図の誘電分析装置の一部欠載側面図で
あって、その後方の構造をより明瞭に示すためにブロツ
ク（42）の最も近い壁部を破断して示した図である。 （１）……試料、（２）……励起電極、（３）……応答
電極、（４）……距離センサ、（５）……力変換器、
（６）……温度センサ、（７）……中央処理装置、
（８）……コンピユータ、（９）……モータ、（11）…
…加熱装置、（9a）……モータ、（11a）……加熱装
置、（2a）……励起電極、（3a）……応答電極、（32）
……ラムユニツト、（33）……ウェハ支持体、（51）…
…導体、（52）……ガードリング、（53a）、（53b）…
…穴、（55）……ストリツプ、（77）……変圧器、（10
1）……ウェハ、（102）……金の層、（103）……接
点、（104）……金属ストリツプ、（105a）、（105b）
……接点、（107）……ストリツプ、（150）、（151）
……ピン、（152）……回転ハウジング、（161）、（16
2）、（163）……ポーゴーピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨン・ロバート・リーダー・ジユニア アメリカ合衆国デラウエア州（19711) ニユーアーク．フアイアチエイスサーク ル12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を間に受け入れるようになった励起電
   極および応答電極を有し、前記電極はそれらの間の距離
   を調節するために位置決め可能であり、さらに、試料の
   温度を検出するようになった温度センサと、励起電極に
   入力電気信号を供給する手段と、前記応答電極に接続さ
   れて該応答電極から出力電気信号を受ける手段と、を有
   し、 前記励起電極に入力された入力電気信号が所定温度に設
   定された試料を通過して前記応答電極中に入り、出力電
   気信号になり、その結果、入力電気信号および出力電気
   信号を測定することにより、前記励起電極と前記応答電
   極間の距離および前記応答電極の表面積を測定すること
   で試料の誘電特性を算出することができるようにした試
   料の誘電特性を測定する装置において、 （ａ）前記励起電極と前記応答電極間の距離を測定する
   距離センサ、および前記電極を相対的に位置決めするた
   めに距離センサに応答する手段を有し、 （ｂ）前記試料に加えられた力を測定する力変換器およ
   び前記電極間の間隔を変更するために前記力変換器に応
   答する手段を有し、 （ｃ）前記両電極は導体が設けられているセラミックス
   支持体からなり、 （ｄ）前記温度センサは前記電極の一方に施されている
   金属製ストリップと前記金属製ストリップの両端間の抵
   抗を測定する手段とからなる、ことを特徴とする試料の
   誘電特性を測定する装置。
2. 【請求項２】前記距離センサが線形電圧差動変圧器であ
   ることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記力変換器が能動フルブリッジひずみ計
   であることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】前記励起電極と応答電極間の間隔を変更す
   ることにより所望の力を与えるように前記力変換器に応
   答する手段が （ａ）中央処理装置と、 （ｂ）コンピュータと、 （ｃ）前記応答電極を移動させるモータと、 を備えてなり、 前記力変換器が、信号を処理して前記の所望の力と比較
   する前記中央処理装置に信号を送り、該中央処理装置が
   前記モータに前記電極間の間隔をしかるべく変更するよ
   うに指令し、かつ処理されたデータを記憶するために前
   記コンピュータに送ることを特徴とする請求項３記載の
   装置。
5. 【請求項５】前記応答電極を位置決めするために距離セ
   ンサに応答する手段が （ａ）前記中央処理装置と、 （ｂ）前記コンピュータと、 （ｃ）前記応答電極を移動させる前記モータと、 を備えてなり、 前記距離センサが、信号を処理して所望の前記電極間隔
   と比較する前記中央処理装置に信号を送り、その後、中
   央処理装置が前記モータに前記励起電極と応答電極間の
   間隔をしかるべく変更するように指令し、かつ処理され
   たデータを記憶するために前記コンピュータに送ること
   を特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】前記コンピュータが、前記励起電極と応答
   電極間の間隔および力に対して閉じたループ制御を行う
   ようにプログラムされていることを特徴とする請求項５
   記載の装置。
7. 【請求項７】試料を間に受け入れるようになった励起電
   極および応答電極を有し、前記電極はそれらの間の距離
   を調節するために位置決め可能であり、さらに、試料の
   温度を検出するようになった温度センサと、励起電極に
   入力電気信号を供給する手段と、前記応答電極に接続さ
   れて該応答電極から出力電気信号を受ける手段と、を有
   し、 前記励起電極に入力された前記入力電気信号が前記試料
   を通過して前記応答電極中に入り、前記出力電気信号に
   なり、その結果、前記入力電気信号および出力電気信号
   を測定することにより、前記電極間の距離および前記応
   答電極の表面積を測定することで前記試料の誘電特性を
   算出することができるようにした試料の誘電特性を測定
   する装置において、 （ａ）前記電極間の距離を測定する距離センサと、前記
   電極の相対的な位置決めをするための前記距離センサに
   応答する手段と、 （ｂ）前記試料に作用した力を測定する力変換器であっ
   て、そこでは、前記距離センサに応答する前記手段がま
   た電極間の間隔を変更する前記力変換器に応答する、前
   記力変換器と、 （ｃ）少なくとも前記電極の一つが、導体が設けられて
   いるセラミック支持体からなること、 を有することを特徴とする試料の誘電特性を測定する装
   置。