(57)【要約】【課題】  静電気から保護すべき保護対象物に帯電した電荷の放電に対する導電性部材の実効抵抗値を適切に測定することができる抵抗測定装置および方法を提供する。【解決手段】  電極１００と所定ノード（接地）との間に所定容量のコンデンサ２０４を接続する。電極１００は装置本体に固定されている。装置本体には、表面電位計２０１、演算処理部２０２、表示部２０３、コンデンサ２０４、電圧源２０５、スイッチ２０６が設けられる。被測定対象物の抵抗を測定する場合、スイッチ２０６を閉じてコンデンサ２０４を電圧源２０５により予め充電しておく。そして、スイッチ２０６を開き、電極１００を被測定対象物に当接させ、コンデンサ２０４を放電させる。このとき、電極１００の電圧を表面電位計２０１により測定する。この電圧測定結果に基づき被測定対象物の時定数を取得し、この時定数を被測定対象物の抵抗値に換算して出力する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物に当接される電極と、
前記電極と所定ノードとの間に接続された容量性素子と、
前記容量素子を試験規格よりも高い任意の電圧に充電する充電手段と、
前記電極が被測定対象物に当接されることにより前記容量素子が放電される際の前記電極の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段の測定結果に基づき前記被測定対象物の時定数を取得する時定数取得手段と、
前記時定数を前記被測定対象物の抵抗値に換算する抵抗値換算手段と、
を備えた抵抗測定装置。
【請求項２】
前記時定数取得手段は、
前記電圧測定手段により測定された電圧が、前記試験規格に応じた所定の第１電圧から、前記時定数を規定する所定係数を前記第１電圧に乗じて得られる第２電圧に変化するまでの時間を計時し、該時間を前記時定数として出力することを特徴とする請求項１に記載された抵抗値測定装置。
【請求項３】
前記電圧測定手段は、表面電位計であることを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載された抵抗値測定装置。
【請求項４】
前記電極は、前記被測定対象物が静電保護用部材として適用される装置に応じた形状を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載された抵抗値測定装置。
【請求項５】
前記電極に加えられる荷重を測定する荷重測定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載された抵抗値測定装置。
【請求項６】
（ａ）測定の際に被測定対象物に当接されるべき電極に接続された所定の容量性素子を、試験規格よりも高い任意の電圧に予め充電する充電ステップと、
（ｂ）前記電極を前記被測定対象物に当接させることにより、前記電極に接続された容量性素子を放電させる放電ステップと、
（ｃ）前記容量素子が放電される際の前記電極の電圧を測定する電圧測定ステップと、
（ｄ）前記電極の電圧測定結果に基づき前記被測定対象物の時定数を取得する時定数取得ステップと、
（ｅ）前記時定数を前記被測定対象物の抵抗値に換算する抵抗値換算ステップと、
を含む抵抗測定方法。
【請求項７】
前記時定数取得ステップでは、
前記電圧測定ステップで測定された電圧が、前記試験規格に応じた所定の第１電圧から、前記時定数を規定する所定係数を前記第１電圧に乗じて得られる第２電圧に変化するまでの時間を計時し、該時間を前記時定数として出力することを特徴とする請求項６に記載された抵抗値測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の電子部品を静電気から保護するために用いられる導電性部材の抵抗を測定する抵抗測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術を用いて製造される半導体装置は、静電気のダメージを受けやすいため、製造現場では、抵抗値が１ｋΩ〜１０１４Ω程度の導電性部材が、半導体装置を静電気から保護するための静電保護用部材として用いられている。具体的には、静電保護用の導電性部材は、半導体装置を取り扱うために用いられるピンセットの先端部、作業場所の床面、半導体装置を載置する作業台の上面、半導体装置を収納するトレーや梱包材、指サック、静電気除去用リストバンド、作業靴の靴底などに用いられている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、上述の導電性部材の抵抗値が低すぎると、保護対象物の半導体装置に帯電した電荷が瞬時に放電するため、過大な放電電流が発生し、保護対象物にダメージを与える。このため、保護対象物に帯電した電荷による放電電流を抑制すると共に帯電を防止する必要上、導電性部材の抵抗値を上述の１ｋΩ〜１０１４Ω程度の適正値に設定する必要があり、この抵抗値を測定評価するための手段が要請されている。
【０００４】
図４を参照して、導電性部材の抵抗値を測定するための従来方法を説明する。同図に示す例は、作業場所の床面に敷かれる導電性マット１０００の抵抗を測定する場合を示し、被測定対象物の導電性マット１０００は金属板１１０の上に敷かれ、このマット１０００の上に重さ２キログラム程の電極１３００が載置される。また、電極１３００と金属板１１００との間に抵抗計１２００が接続される。
【０００５】
電極１３００の重さは、導電性マット１０００に加えられる作業者の体重を表現したものであり、この電極１３００により導電性部材に加えられる荷重が大きい程、測定値として得られる抵抗値が小さくなる傾向を示す。このため、静電気対策上の安全を見込んで、電極１３００の重さは実際の人体による荷重よりも小さく設定され、一般には２キログラム程度に設定されている。この従来技術によれば、マット１０００に約２キログラムの荷重が加えられた状態で抵抗計１２００によりマット１０００の抵抗値が測定される。
【特許文献１】特開平９−１４３２７９号公報
【特許文献２】特開平８−２０４３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来方法に係る抵抗値測定方法によれば、導電性部材に載置される保護対象物が半導体装置等のような場合、導電性部材と保護対象物との間の接触面積が極めて小さく、且つ保護対象物により導電性部材に加えられる荷重が小さくなる。このため、保護対象物に帯電した電荷が導電性部材を介して放電せず、従って導電性部材の抵抗値を測定することができないという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、静電気から保護すべき保護対象物と導電性部材との間の接触面積や荷重の影響を受けることなく、保護対象物に帯電した電荷の放電に対する導電性部材の実効抵抗値を適切に測定することができる抵抗測定装置および方法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】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、この発明に係る抵抗測定装置は、被測定対象物に当接される電極と、前記電極と所定ノードとの間に接続された容量性素子と、前記容量素子を試験規格よりも高い任意の電圧に充電する充電手段と、前記電極が被測定対象物に当接されることにより前記容量素子が放電される際の前記電極の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段の測定結果に基づき前記被測定対象物の時定数を取得する時定数取得手段と、前記時定数を前記被測定対象物の抵抗値に換算する抵抗値換算手段と、を備える。
【０００９】
前記抵抗測定装置において、例えば、前記時定数取得手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧が、前記試験規格に応じた所定の第１電圧から、前記時定数を規定する所定係数を前記第１電圧に乗じて得られる第２電圧に変化するまでの時間を計時し、該時間を前記時定数として出力することを特徴とする。
【００１０】
また、前記抵抗測定装置において、例えば、前記電圧測定手段は、表面電位計であることを特徴とする。
また、前記抵抗測定装置において、例えば、前記電極は、前記被測定対象物が静電保護用部材として適用される装置に応じた形状を有することを特徴とする。
また、前記抵抗測定装置において、例えば、前記電極に加えられる荷重を測定する荷重測定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る抵抗測定方法は、（ａ）測定の際に被測定対象物に当接されるべき電極に接続された所定の容量性素子を、試験規格よりも高い任意の電圧に予め充電する充電ステップと、（ｂ）前記電極を前記被測定対象物に当接させることにより、前記電極に接続された容量性素子を放電させる放電ステップと、（ｃ）前記容量素子が放電される際の前記電極の電圧を測定する電圧測定ステップと、（ｄ）前記電極の電圧測定結果に基づき前記被測定対象物の時定数を取得する時定数取得ステップと、（ｅ）前記時定数を前記被測定対象物の抵抗値に換算する抵抗値換算ステップと、を含む。
【００１２】
また、前記抵抗測定方法において、例えば、前記時定数取得ステップでは、前記電圧測定ステップで測定された電圧が、前記試験規格に応じた所定の第１電圧から、前記時定数を規定する所定係数を前記第１電圧に乗じて得られる第２電圧に変化するまでの時間を計時し、該時間を前記時定数として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、静電気から保護すべき保護対象物と導電性部材との間の接触面積や荷重の影響を受けることなく、保護対象物に帯電した電荷の放電に対する導電性部材の実効抵抗値を適切に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る抵抗測定装置１の概観を概略的に示す図である。同図に示すように、この抵抗測定装置１は、測定の際に被測定対象物（図示せず）に当接されるべき電極１００と、装置本体２００とから構成され、電極１００は、電気的に絶縁された状態で装置本体２００に固定されている。
【００１５】
図２に、本抵抗測定装置の構成を示す。同図に示す構成要素のうち、表面電位計２０１、演算処理部２０２、表示部２０３、コンデンサ（容量性素子）２０４、電圧源２０５、スイッチ２０６は、上述の装置本体２００に収納されている。コンデンサ２０４の容量値は、切替可能（可変）となっており、複数の所定容量値の中から選択可能となっている。後述するように、この容量値は、抵抗値の測定レンジを決定する意味を有している。
【００１６】
ここで、コンデンサ２０４は、電極１００と、接地された装置本体２００の筐体（所定ノード）との間に接続されている。即ち、コンデンサ２０４は、一端が接地電位（グランド電位）とされ、他端が電極１００に接続されたコンデンサ回路を形成する。また、電極１００と接地との間には、このコンデンサ２０４を試験規格よりも高い所定の電圧に充電するための充電手段として、電圧源２０５とスイッチ２０６とからなる直列回路が上記コンデンサ２０４に対して並列に接続されている。
【００１７】
また、上記電極１００の表面に対向するようにして、電圧測定手段として表面電位計２０１が装置本体２００に設けられている。表面電位計２０１の測定結果を示す信号は、抵抗値の演算処理を実行する演算処理部２０２に与えられ、この演算処理部２０２の演算結果を示す信号は表示部２０３に与えられる。なお、特に図示していないが、上記表面電位計２０１、演算処理部２０２、および表示部２０３の各部に対する給電回路も装置本体２００に内蔵されている。
【００１８】
次に、本実施形態の動作を説明する。
測定の際、まず、作業者の操作によりスイッチ２０６を閉じ、電圧源２０５により接地と電極１００との間に試験規格よりも高い所定の電圧Ｖｉｎｔを印加する。これにより、電極１００に接続されたコンデンサ２０４を、電圧Ｖｉｎｔに予め充電する。コンデンサ２０４が電圧Ｖｉｎｔに充電されると、これを表面電位計２０１が検出し、演算処理部２０２がスイッチ２０６を開放制御する。これにより、コンデンサ２０４が電圧Ｖｉｎｔに充電された状態に維持され、電極１００は、コンデンサ２０６に蓄えられた電荷に帯電した状態となる。
【００１９】
続いて、作業者が、図示しない被測定対象物に電極１００を接触させる。ここで、被測定対象物とは、例えば、片面をグランド面に接触した導電体の物体（マット、電子デバイス用のトレーや梱包材など）であり、測定対象量の抵抗Ｒ（図示なし）を有する。電極１００を被測定対象物に接触させると、電極１００に接続されたコンデンサ２０４に蓄えられた電荷が被測定対象物を介して放電され、電圧Ｖｉｎｔに充電されたコンデンサ２０４の電荷は、被測定対象物の抵抗Ｒを介してグランドに流れ、電極１００の電圧Ｖが、図３に点線で示すように、電圧Ｖｉｎｔから時間の経過とともに指数関数的に低下してゼロ（グランド電位）に近づく。
【００２０】
このとき、被測定対象物に印加される電圧Ｖは、図３に実線で示され、次式（１）で表される。
Ｖ＝Ｖ１×exp(-ｔ／ＣＲ)                        ・・・（１）
上式（１）において、Ｃはコンデンサ２０４の容量であり、Ｒは被測定対象物の抵抗である。これらの積ＣＲは時定数と呼ばれ、これをτで表す。また、Ｖ１は放電ピーク電圧であり、ｔは時間である。
【００２１】
表面電位計２０１は、電極１００の表面電位を常時測定し、その測定結果を、タイマー回路を含む演算処理部２０２に出力する。
演算処理部２０２は、表面電位計２０１から測定結果を入力すると、以下のように、この測定結果に基づき被測定対象物の抵抗Ｒを演算する。即ち、演算処理部２０２は、表面電位計２０１の測定結果から被測定対象物の時定数τを取得し、この取得した時定数を被測定対象物の抵抗Ｒに換算する。
【００２２】
ここで、図３を参照して、時定数τの取得方法を説明する。同図において、実線は、放電電流が被測定対象を介して流れることによって被測定対象物に発生する電圧波形を示し、破線は、コンデンサ２０４の放電電圧波形を示す。同図に示すように、時刻ｔ０で、上述の電極１００が被測定対象物に当接されると、これにより、コンデンサ２０４が放電され、その端子電圧が徐々に低下する。一方、コンデンサ２０４の放電電流が被測定対象物の抵抗Ｒを流れ、この被測定対象物には、放電ピーク電圧Ｖ１をピーク値として徐々に減少する電圧が発生する。この放電ピーク電圧Ｖ１は、試験規格に応じたものであり、例えば１０００Ｖである。即ち、上述の充電電圧Ｖｉｎｔ（即ち、電圧源２０５の電圧）は、放電ピーク電圧Ｖ１が試験規格で定められた所定値となるように適切に設定される。
【００２３】
図３に実線で示される電圧波形は、被測定対象物の時定数τに応じたものとなる。
ここで、ｔ＝ＣＲとし、そのときの電圧ＶをＶ２とすれば、上式（１）から次式（２）が得られる。ただし、ｅは自然対数の底である。
Ｖ２＝Ｖ１／ｅ                          ・・・（２）
被測定対象物の時定数τ（＝ＣＲ）は、放電ピーク電圧Ｖ１が測定された時刻ｔ１から、上式（２）の電圧Ｖ２が測定される時刻ｔ２までの経過時間として測定される。上式（２）より、電圧Ｖ２は、放電ピーク電圧Ｖ１に自然対数の底ｅの逆数（所定係数＝約０．３７）を乗算して得られ、放電ピーク電圧Ｖ１の約３７パーセントの値となる。
【００２４】
演算処理部２０２は、上述のようにして取得した時定数τから被測定対象物の抵抗Ｒを算出する。即ち、抵抗Ｒをτ／Ｃから算出する。
一例として、コンデンサ２０４の容量値Ｃを０．１ｐＦとし、時定数τとして０．１秒が測定された場合、抵抗Ｒとして１Ｍオームが得られる。
【００２５】
本実施形態では、表面電位計２０１を用いている関係上、測定値の下限は、表面電位計２０１の動作周波数に依存する。即ち、表面電位計２０１は、１秒間に５００〜１０００回程度の頻度で開閉動作するゲートを介して電極１００からの電気力線を取り込み、そのときに誘導される電圧波形から電位を検出している。このため、図３に実線で示す電圧波形の時定数τの値が小さくなると、表面電位計２０１による定数数τの測定精度が低下する。
【００２６】
一方、測定値の上限は、作業者が電極１００を被測定対象物に当接した状態を維持する時間に依存する。即ち、電極１００を被測定対象物に当接した状態をながく保つほど、時定数τの上限が改善され、従って測定値の上限が改善される。しかしながら、作業時間には限りがあるため、例えば時定数τの上限を１００秒に制限すれば、抵抗値Ｒとして１ＧΩまで測定できることになる（Ｃ＝０．１ｐＦの場合）。
【００２７】
また、コンデンサ２０４の容量値Ｃを変えれば、同一の時定数τに対する抵抗値Ｒが異なるから、コンデンサ２０４の容量値Ｃを測定レンジ切替用のパラメータとすることができる。即ち、表面電位計２０１の周波数特性に基づく測定精度上の理由から時定数τを一定範囲に制限したとしても、コンデンサ２０４の容量値Ｃを切り替えることにより、抵抗値Ｒの表示範囲を切り替えることができ、結果として、表面電位計２０１の周波数特性上の制約にかかわらず、抵抗値Ｒの測定範囲を改善することができる。
【００２８】
一例として、容量値Ｃおよび時定数τに対する抵抗値Ｒの測定可能範囲を示す。
Ｃ＝１０μＦ，τ＝０．０１〜９９秒の場合、Ｒ＝１０３〜１０７Ω。
Ｃ＝０．１μＦ，τ＝０．０１〜９９秒の場合、Ｒ＝１０５〜１０９Ω。
Ｃ＝１０００ｐＦ，τ＝０．０１〜９９秒の場合、Ｒ＝１０７〜１０１１Ω。
即ち、この例から理解されるように、時定数τの測定範囲を０．０１〜９９秒に固定したとしても、コンデンサ２０４の容量値Ｃを切り替えることにより、抵抗値Ｒの測定範囲を任意に変えることができる。従って表面電位計２０１の周波数特性の制約を受けることなく、抵抗値Ｒの測定範囲を拡大することができる。
【００２９】
以上、この発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施形態では、電圧測定手段として表面電位計２０１を用いたが、通常の電圧計を用いてもよい。ただし、通常の電圧計を用いた場合、高電圧に対する安全上の理由から、測定電圧の上限が制限される不都合がある。これに対し、上述の実施形態では表面電位計２０１を用いているので、通常の電圧計を用いた場合の上述の不都合を回避することができ、測定電圧の上限を大幅に拡大することができる。
【００３０】
また、上述の実施形態では、電極１００に形状については特に限定しなかったが、この形状を、被測定対象物が静電保護用部材として適用される装置に応じた形状を有するものとすれば、実際に保護対象とされる装置を用いた場合に近似した測定を行うことができ、一層測定精度を改善することができる。この電極１００の形状の具体例としては、被測定対象物による静電気保護対象とされる半導体チップが封止されたパッケージのリード端子と同一形状、針状、球状、板状などが挙げられる。
【００３１】
さらに、電極１００が被測定対象物に当接されることにより、この電極１００に加えられる荷重を測定する荷重測定手段をさらに備えるものとしてもよい。これにより、荷重を考慮に入れて放電を適切に再現することができ、さらに一層精度よく被測定対象物の抵抗値を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る抵抗測定装置の概観を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る抵抗測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る抵抗測定装置の動作原理を説明するための波形図である。
【図４】従来技術に係る抵抗測定方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００；電極、２００；装置本体、２０１；表面電位計、２０２；演算処理部、２０３；表示部、２０４；コンデンサ、２０５；電圧源、２０６；スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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