(57)【要約】【課題】デシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能な抵抗計測装置を提供する。【解決手段】被計測部材２に接触させる計測プローブ１０と、計測プローブ１０に接続されたキャパシタ１１と、キャパシタ１１を充電させる定電圧回路１２と、キャパシタ１１の充電電圧が第１の電圧から第２の電圧まで変化する時間を計測するタイマ２１と、少なくともタイマ２１の計時値とキャパシタ１１の容量値に基づいて、被計測部材２の抵抗値を算出する制御回路２０とを備える。本発明によれば、オームの法則に基づいて抵抗値を測定するのではなく、時定数に基づいて抵抗値を算出していることから、１０５〜１０１２Ω程度の直流抵抗を有するデシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測部材に接触させる計測プローブと、前記計測プローブに接続されたキャパシタと、前記キャパシタを充電させる充電手段と、前記キャパシタの充電電圧が第１の電圧から第２の電圧まで変化する時間を計測するタイマと、少なくとも前記タイマの計時値と前記キャパシタの容量値に基づいて、前記被計測部材の抵抗値を算出する制御手段とを備えることを特徴とする抵抗計測装置。
【請求項２】
前記充電手段は、前記キャパシタの充電電圧を複数段階に切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗計測装置。
【請求項３】
前記キャパシタは、容量値を複数段階に切り替え可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗計測装置。
【請求項４】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧のｅ（自然対数の底）倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の抵抗計測装置。
【請求項５】
計測プローブに接続されたキャパシタを充電させるステップと、被計測部材に前記計測プローブを接触させるステップと、前記キャパシタの充電電圧が第１の電圧から第２の電圧まで変化する時間を計測するステップと、少なくとも前記タイマの計時値と前記キャパシタの容量値に基づいて前記被計測部材の抵抗値を算出するステップとを備えることを特徴とする抵抗計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗計測装置及び抵抗計測方法に関し、特に、デシペイティブ（Dissipative）な導電性を有する材料の抵抗を計測するための抵抗計測装置及び抵抗計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子デバイスや、液晶表示パネル（ＬＣＤ）の製造ラインにおいては、仕掛かり中の製品や製造装置に静電気が蓄積することがあり、これが放電することによって製品の破壊をもたらすことがしばしばある。このため、製造ラインのどの部分でどの程度の静電気が帯電しているのか、正しく測定することは製造歩留まりを高める上で非常に重要である。このような背景から、本発明者は、金属棒を用いた接触型の電荷量測定装置をいくつか提案している（特許文献１〜５参照）。
【０００３】
ところで、このような静電気放電（ＥＳＤ）障害は、帯電型デバイス帯電モデル（ＣＤＭ）や低容量放電モデル（ＳＣＭ）と呼ばれる現象に大別され、そのいずれのモデルにおいても１０ｐＦ程度の静電容量を有していることが多い。ＥＳＤ障害を防止する方法としては、イオナイザーを用いて除電する方法の他、デシペイティブ材料を用いて緩やかに放電させる方法がある。
【０００４】
デシペイティブ材料とは、金属などの通常の導電（conductive）材料と、ガラスなどの絶縁（dielectric）材料との間の抵抗値を有する材料であり、１０５〜１０１２Ω程度の直流抵抗を有する。このような材料を用いた機材、例えば、マット、トレイ、マガジン、ピンセットなどを使用すれば、蓄積された静電気がデシペイティブ材料からなる機材を介して緩やかに放電されるため、エネルギーの局所集中を緩和することが可能となる。したがって、適切な抵抗値を有するデシペイティブ材料を各種機材に使用すれば、ＥＳＤ障害を効果的に防止することが可能となる。
【特許文献１】特許第３３７１８１７号公報
【特許文献２】特許第２９０８２４０号公報
【特許文献３】特許第３７０１４７０号公報
【特許文献４】特許第３４６６５１８号公報
【特許文献５】特許第３３７９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、デシペイティブ材料の抵抗値は、通常の導電材料に比べて非常に高いため、通常のテスターを用いて抵抗値を測定することは現実的に困難である。つまり、通常のテスターはオームの法則に基づいて抵抗値を測定する方式であるため、計測対象となる材料の抵抗値が高いと、検出すべき電流値が著しく小さくなり、計測不能となってしまう。検出すべき電流値を高めるためには、印加する電圧を高くする必要があり、この場合には電力量の増大により、計測対象となる材料を破損させてしまう。
【０００６】
このため、通常のテスターによる計測では１０７Ω程度が限界であり、デシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することは困難であった。
【０００７】
したがって、本発明は、デシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能な抵抗計測装置及び抵抗計測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】
本発明による抵抗計測装置は、被計測部材に接触させる計測プローブと、計測プローブに接続されたキャパシタと、キャパシタを充電させる充電手段と、キャパシタの充電電圧が第１の電圧から第２の電圧まで変化する時間を計測するタイマと、少なくともタイマの計時値とキャパシタの容量値に基づいて、被計測部材の抵抗値を算出する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による抵抗計測方法は、計測プローブに接続されたキャパシタを充電させるステップと、被計測部材に計測プローブを接触させるステップと、キャパシタの充電電圧が第１の電圧から第２の電圧まで変化する時間を計測するステップと、少なくともタイマの計時値とキャパシタの容量値に基づいて被計測部材の抵抗値を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、オームの法則に基づいて抵抗値を測定するのではなく、時定数に基づいて抵抗値を算出していることから、１０５〜１０１２Ω程度の直流抵抗を有するデシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能となる。
【００１１】
本発明における充電手段は、キャパシタの充電電圧を複数段階に切り替え可能であることが好ましい。これによれば、被計測部材の抵抗値がブレークダウン特性を有している場合であっても、抵抗値を正しく計測することが可能となる。
【００１２】
また、本発明におけるキャパシタは、容量値を複数段階に切り替え可能であることが好ましい。これによれば、時定数が可変となるため、計時値を所望の範囲に調整することが可能となる。
【００１３】
本発明において、第１の電圧は第２の電圧のｅ（自然対数の底）倍であることが好ましい。これによれば、計時値と容量値の逆数を乗じるだけで、抵抗値を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、時定数に基づいて抵抗値を算出していることから、通常のテスターとは異なり、１０５〜１０１２Ω程度の直流抵抗を有するデシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態による抵抗計測装置は、被計測部材２に接触させる計測プローブ１０と、計測プローブ１０に接続されたキャパシタ１１と、キャパシタ１１を充電させる定電圧回路１２とを備えている。被計測部材２は、デシペイティブ材料からなるマット、トレイ、マガジン、ピンセットなどの機材であり、グランド電位が与えられたステージ４上に載置される。
【００１８】
計測プローブ１０は、使用者がハンドリングするためのハンドル部１０ａとその先端に設けられた接触端１０ｂとを有している。ハンドル部１０ａは絶縁体からなり、接触端１０ｂは金属からなる。接触端１０ｂは、抵抗１３を介してキャパシタ１１の一端に接続されている。抵抗１３の抵抗値は、計測対象となる被計測部材２の抵抗値よりも十分に低い値に設定されている。特に限定されるものではないが、抵抗１３の抵抗値としては１０４Ω程度に設定することが好ましい。
【００１９】
キャパシタ１１は、帯電型デバイス帯電モデル（ＣＤＭ）や低容量放電モデル（ＳＣＭ）における静電容量を模したキャパシタである。したがって、その容量値としては実際の静電容量に近い値、例えば１０ｐＦ程度に設定することが好ましい。尚、キャパシタ１１の他端は、グランドに接続されている。
【００２０】
定電圧回路１２は、スイッチ回路１４を介してキャパシタ１１を充電させる充電手段として機能する。定電圧回路１２の出力電圧Ｖ０については任意であり、例えば１２Ｖに設定すればよい。スイッチ回路１４は、１つの固定端１４ａ及び２つの切り替え端１４ｂ，１４ｃを有する回路であり、制御回路２０による制御のもと、切り替え端１４ｂ，１４ｃのいずれか一方が固定端１４ａに接続される。図１に示すように、スイッチ回路１４の固定端１４ａはキャパシタ１１に接続され、切り替え端１４ｂは定電圧回路１２に接続され、切り替え端１４ｃは抵抗１５を介してオペアンプ１６に接続されている。
【００２１】
オペアンプ１６はインピーダンス変換する役割を果たし、これにより、オペアンプ１６に供給される電圧又はこれに連動した電圧がタイマ２１に供給されることになる。タイマ２１は、入力電圧が第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に変化するまでの時間を計測する回路である。ここで、スイッチ回路１４の切り替え端１４ｃが選択されている場合、タイマ２１の入力電圧はキャパシタ１１の充電電圧と一致或いはこれに連動するため、タイマ２１は、キャパシタ１１の充電電圧を間接的に監視していることになる。タイマ２１の計時値、つまり、入力電圧が第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に変化するまでの時間を示す値は、制御回路２０に供給される。
【００２２】
制御回路２０は、上述の通りスイッチ回路１４の切り替え制御を行うとともに、タイマ２１の計時値とキャパシタ１１の容量値を用いた演算を行うことによって、被計測部材２の抵抗値を算出する。算出された抵抗値は表示部２２に表示され、これにより使用者は被計測部材２の抵抗値を視覚的に認識することが可能となる。
【００２３】
次に、本実施形態による抵抗計測装置の操作方法及び動作について説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態による抵抗計測装置の操作方法及び動作を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、初期状態においては、制御回路２０はスイッチ回路１４の切り替え端１４ｂ側を選択しており、これにより、キャパシタ１１は定電圧回路１２の出力電圧Ｖ０に充電されている。実際に計測を行う場合には、使用者が図１に示すスタートボタン２３を押下する（ステップＳ１０）。これに応答して制御回路２０はスイッチ回路１４の切り替え端１４ｃ側を選択する（ステップＳ１１）。これにより、キャパシタ１１は定電圧回路１２から切り離され、計測プローブ１０を介して放電可能な状態となる。また、スタートボタン２３が押下されると、タイマ２１の計時値はリセットされる。
【００２６】
次に、使用者は計測プローブ１０の接触端１０ｂを被計測部材２に接触させる（ステップＳ１２）。このときの接触荷重は特に限定されず、例えば１０ｇ程度でよい。これにより、キャパシタ１１に充電された電荷は、抵抗１３及び計測プローブ１０を介して被計測部材２へと流れ出し、キャパシタ１１の充電電圧は徐々に低下する。電圧の低下速度は、キャパシタ１１の容量値Ｃと、被計測部材２の抵抗値Ｒの積（時定数）によって決まる。
【００２７】
この間、タイマ２１はオペアンプ１６の出力に基づいてキャパシタ１１の電圧を監視し、これが第１の電圧Ｖ１（＜Ｖ０）に達したか否かを判断する（ステップＳ１３）。その結果、キャパシタ１１の電圧が第１の電圧Ｖ１に達したと判断した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、タイマ２１は計時を開始する（ステップＳ１４）。第１の電圧Ｖ１の具体的な値については特に限定されないが、定電圧回路１２の出力電圧Ｖ０よりもやや低い電圧に設定することが好ましい。具体的には、定電圧回路１２の出力電圧Ｖ０が１２Ｖである場合、第１の電圧Ｖ１は１０Ｖに設定すればよい。
【００２８】
その後も、タイマ２１はオペアンプ１６の出力に基づいてキャパシタ１１の電圧を監視し、これが第２の電圧Ｖ２（＜Ｖ１）に達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。その結果、キャパシタ１１の電圧が第２の電圧Ｖ２に達したと判断した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、タイマ２１は計時を終了する（ステップＳ１６）。第２の電圧Ｖ２の具体的な値についても特に限定されないが、第１の電圧Ｖ１の１／ｅ（ｅは自然対数の底）に設定することが好ましい。つまり、第１の電圧Ｖ１が１０Ｖであれば、第２の電圧を１０／ｅＶ（≒３．６８Ｖ）に設定することが好ましい。これは、電圧が１／ｅに低下するのに要する時間であるτが、キャパシタ１１の容量値Ｃと被計測部材２の抵抗値Ｒの積と一致するからである。
【００２９】
このようにして得られた計時値（計時開始から計時終了までの時間を示す値）は、タイマ２１から制御回路２０へ供給され、これに応答して、制御回路２０は抵抗値Ｒの演算を行う（ステップＳ１７）。抵抗値Ｒは、
Ｒ＝τ／Ｃ
を演算することによって算出する。したがって、計時値＝τであれば、既知であるキャパシタ１１の容量値Ｃの逆数に計時値をそのまま乗じればよい。
【００３０】
そして、得られた抵抗値Ｒは表示部２２に表示され（ステップＳ１８）、これにより使用者は、被計測部材２の抵抗値を視覚的に認識することが可能となる。
【００３１】
このように、本実施形態による抵抗計測装置は、時定数に基づいて抵抗値を算出しているため、デシペイティブ材料の抵抗値を簡単且つ短時間で測定することが可能となる。例えば、キャパシタ１１の容量値Ｃを１０ｐＦとした場合、被計測部材２の抵抗値Ｒが１０５Ωオーダーであれば、１０−６（＝１０−１１×１０５）秒オーダーで計測が完了し、被計測部材２の抵抗値Ｒが１０１２Ωオーダーであれば、１０（＝１０−１１×１０１２）秒オーダーで計測が完了する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態による抵抗計測装置は、オームの法則に基づいて抵抗値を測定するのではなく、時定数に基づいて抵抗値を算出しているため、デシペイティブ材料の抵抗値を正しく計測することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。
【００３４】
図３は、本発明の好ましい第２の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態による抵抗計測装置は、定電圧回路１２が可変電圧回路１２ａに置き換えられ、これを制御する電圧切替スイッチ２４が追加されている点において、第１の実施形態による抵抗計測装置と相違している。その他の点は、第１の実施形態による抵抗計測装置と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３６】
可変電圧回路１２ａは複数種類の定電圧を発生可能な回路であり、これにより、キャパシタ１１の充電電圧を複数段階に切り替えることができる。電圧の切り替えは、使用者により操作される電圧切替スイッチ２４により行われる。発生可能な複数の電圧値は、互いに１０倍程度の差を有していることが好ましい。例えば、１２Ｖ及び１２０Ｖの２種類の電圧を発生可能とすればよい。
【００３７】
そして、実際に被計測部材２の抵抗値を測定する場合には、まず低電圧側（例えば１２Ｖ）を選択し、キャパシタ１１の充電電圧が第１の電圧（例えば１０Ｖ）から第２の電圧（例えば３．６８Ｖ）に変化する時間を計時することにより抵抗値を算出する。その結果、得られた抵抗値が予想される値と大きく異なった場合や、タイマ２１がタイムアウトした場合には、続いて高電圧側（例えば１２０Ｖ）を選択する。そして、キャパシタ１１の充電電圧が第１の電圧（例えば１００Ｖ）から第２の電圧（例えば３６．８Ｖ）に変化する時間を計時することにより、抵抗値を算出する。
【００３８】
これは、デシペイティブ材料からなる機材の表面には、高抵抗層（または絶縁層）が存在することがあり、一定以上の電圧（例えば５０Ｖ）を印加しないと導電性を示さないブレークダウン特性を有していることがあるからである。このような場合、キャパシタ１１の充電電圧がブレークダウン電圧未満であると、正しく計測を行うことができない。しかしながら、本実施形態のように、可変電圧回路１２ａを用いてキャパシタ１１の充電電圧を複数段階に切り替えれば、被計測部材２がブレークダウン特性を有している場合であって、抵抗値を正しく計測することが可能となる。
【００３９】
尚、可変電圧回路１２ａにより発生する電圧が高電圧であり、オペアンプ１６を破損するおそれがある場合には、図４に示すように、オペアンプ１６の入力部にキャパシタ３１，３２からなる容量分圧回路と抵抗３３を付加すればよい。
【００４０】
次に、本発明の好ましい第３の実施形態について説明する。
【００４１】
図５は、本発明の好ましい第３の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態による抵抗計測装置は、キャパシタ１１が可変キャパシタ１１ａに置き換えられ、これを制御する容量切替スイッチ２５が追加されている点において、第１の実施形態による抵抗計測装置と相違している。その他の点は、第１の実施形態による抵抗計測装置と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
可変キャパシタ１１ａは容量値を複数段階に切り替え可能な回路であり、容量の切り替えは、使用者により操作される容量切替スイッチ２５により行われる。切り替えられる複数の容量値は、互いに１０倍程度の差を有していることが好ましい。例えば、１０ｐＦ及び１００ｐＦの２種類の容量値に切り替え可能とすればよい。
【００４４】
実際に被計測部材２の抵抗値を測定する場合には、いずれの容量値を選択しても構わないが、被計測部材２の抵抗値に対して容量値が大きすぎるために、計時すべき時間が長くなりすぎたり、タイマ２１がタイムアウトしたりする場合には、可変キャパシタ１１ａの容量値を低容量側に切り替えて再試行すればよい。逆に、被計測部材２の抵抗値に対して容量値が小さすぎるために、計時すべき時間が短すぎ、正確な計時が困難である場合には、可変キャパシタ１１ａの容量値を大容量側に切り替えて再試行すればよい。
【００４５】
尚、本実施形態では、可変キャパシタ１１ａを用いて容量値を複数段階に切り替え可能としているが、これに加え、第２の実施形態のように、可変電圧回路１２ａを用いてキャパシタ１１の充電電圧を複数段階に切り替え可能としても構わない。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４７】
例えば、上記各実施形態では、使用者が操作するスタートボタン２３が備えられているが、これを計測プローブ１０に取り付けることにより、スタート操作を自動化することも可能である。つまり、図６（ａ）に示すように、接触端１０ｂの周囲に鞘状のスイッチ機構２３ａを設け、通常時においては、接触端１０ｂの先端がスイッチ機構２３ａから突出しないよう、バネ２３ｂなどを用いて付勢しておく。そして、実際に計測を行う場合には、図６（ｂ）に示すように、被計測部材２の表面によってスイッチ機構２３ａをハンドル部１０ａ側に押し込み、接触端１０ｂを被計測部材２に接触させる。このようなスイッチ機構２３ａの動きに連動して、スイッチ回路１４の切り替え及びタイマ２１のリセットを行えば、スタート操作を自動化することができる。
【００４８】
また、第２の実施形態では、可変電圧回路１２ａを用いてキャパシタ１１の充電電圧を複数段階に切り替え可能としているが、あらかじめ複数の計測プローブを設けておき、計測プローブごとに異なる定電圧回路を割り当てることによって同様の機能を達成させても構わない。同様に、第３の実施形態では、可変キャパシタ１１ａを用いて容量値を複数段階に切り替え可能としているが、あらかじめ複数の計測プローブを設けておき、計測プローブごとに異なるキャパシタを割り当てることによって同様の機能を達成させても構わない。
【００４９】
さらに、上記各実施形態において示した回路構成はあくまで本発明における一例であり、これと異なる回路構成を有していても構わない。
【００５０】
図７は、他の回路構成を採用した例による抵抗計測装置の構成を示す図である。図７に示す例では、定電圧回路１２がキャパシタ１１の他端側に接続されており、キャパシタ１１と定電圧回路１２との間にスイッチ回路４１及びインダクタ４２が接続された構成を有している。スイッチ回路４１のオン・オフは、制御回路２０によって制御される。このような回路構成においても、時定数を測定することが可能であり、これに基づいて抵抗値を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】本発明の好ましい第１の実施形態による抵抗計測装置の操作方法及び動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の好ましい第２の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図４】図３に示す抵抗計測装置の変形例を示す模式図である。
【図５】本発明の好ましい第３の実施形態による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図６】スイッチ機構２３ａを備えた計測プローブ１０の構成を示す図であり、（ａ）は非計測時における状態を示し、（ｂ）は計測時における状態を示している。
【図７】変形例による抵抗計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
２        被計測部材
４        ステージ
１０      計測プローブ
１０ａ    ハンドル部
１０ｂ    接触端
１１      キャパシタ
１１ａ    可変キャパシタ
１２      定電圧回路
１２ａ    可変電圧回路
１３，１５，３３    抵抗
１４，４１    スイッチ回路
１４ａ    スイッチ回路の固定端
１４ｂ，１４ｃ    スイッチ回路の切り替え端
１６      オペアンプ
２０      制御回路
２１      タイマ
２２      表示部
２３      スタートボタン
２３ａ    スイッチ機構
２３ｂ    バネ
２４      電圧切替スイッチ
２５      容量切替スイッチ
３１，３２    キャパシタ
４２      インダクタ
【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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