JP2000121525A - 荷重負荷電気抵抗測定試験機、及び硬さ試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押し込み量と電気抵抗との関係を測定可能に
することにより新たな材料特性評価が可能な荷重負荷電
気抵抗測定試験機、及び荷重負荷電気抵抗測定機能を具
備した硬さ試験機を提供する。 【解決手段】 荷重負荷電気抵抗測定試験機（１）にお
いて、導電性を有し、試料台（２１）に載置された試料
（ｓ）に荷重を負荷する導電性圧子（２２）と、前記導
電性圧子が試料を押圧する際の押し込み量の変化を測定
する押し込み量測定手段（２３、例えば、変位計）と、
前記導電性圧子と、前記試料或いは前記試料台とに接続
され、前記導電性圧子が試料を押圧する際の当該試料の
電気抵抗値の変化を測定する電気抵抗測定手段（２７、
例えば、ミリオームメータ）と、を備え、前記押し込み
量測定手段により測定された押し込み量データと、前記
電気抵抗測定手段により測定された電気抵抗値データ
と、に基づいて所定の解析を行うように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、半導体
等の試料表面に荷重を負荷した際の電気抵抗を測定する
荷重負荷電気抵抗測定試験機、及び荷重負荷電気抵抗測
定機能を有する硬さ試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子表面の材料特性を評価
する試験機として微小硬さ試験機が知られている。この
微小硬さ試験機は、四角錐圧子、若しくは三角錐圧子を
試料に微小荷重で押し込んだ時の押し込み量を測定し、
荷重と押し込み量から硬さを算出したり、或いは算出し
たデータをグラフ化して材料の強度特性を解析する試験
機である。ところで、半導体等においては、部品相互間
で接触した場合の電気抵抗値の挙動は、半導体特性の精
度に大きく影響を及ぼす要因となる可能性がある。従っ
て、電気的特性に優れた材料の開発のため、試料に荷重
を負荷して押し込みを形成する際の押し込み量と電気抵
抗値との関係を測定して、その測定データを解析したい
というニーズがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の微小硬さ試験機においては、単に押し込み量と荷重
の関係から硬さを測定することのみを目的としており、
圧子としては絶縁性のダイヤモンド圧子を使用していた
ため、荷重負荷時の試料への押し込み量と電気抵抗値と
の関係を測定することが出来なかった。

【０００４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、押し込み量と電気抵抗との関係を測
定可能にすることにより新たな材料特性評価が可能な荷
重負荷電気抵抗測定試験機、及び荷重負荷電気抵抗測定
機能を具備した硬さ試験機を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、荷重負荷電気抵抗測定試験
機（１）において、導電性を有し、試料台（２１）に載
置された試料（ｓ）に荷重を負荷する導電性圧子（２
２）と、前記導電性圧子が試料を押圧する際の押し込み
量の変化を測定する押し込み量測定手段（２３、例え
ば、変位計）と、前記導電性圧子と、前記試料或いは前
記試料台とに接続され、前記導電性圧子が試料を押圧す
る際の当該試料の電気抵抗値の変化を測定する電気抵抗
測定手段（２７、例えば、ミリオームメータ）と、を備
え、前記押し込み量測定手段により測定された押し込み
量データと、前記電気抵抗測定手段により測定された電
気抵抗値データと、に基づいて所定の解析を行うように
構成されたことを特徴としている。

【０００６】請求項１記載の発明によれば、押し込み量
測定手段により導電性圧子が試料を押圧する際の押し込
み量の変化が測定されるとともに、電気抵抗値測定手段
により荷重負荷時の当該試料の電気抵抗値の変化が測定
され、これによって押し込み量と電気抵抗値との関係を
解析出来ることとなって、従来にない材料評価が出来
る。従って、この荷重負荷電気抵抗測定試験機を使うこ
とにより従来にない優れた電気的物性を有する材料の開
発への貢献が可能となる。

【０００７】ここで、導電性圧子としては、例えば、
金、或いは超鋼合金製のものを使用するが、これに限ら
ず導電性を有し、試料にくぼみを形成可能な材料のもの
であればどのような材料のもの用いてもよい。導電性圧
子の形状も、特に限定するものではないが、例えば、超
鋼合金製のものを使用した場合などは、加工性の点から
円錐型としてもよい。押し込み量測定手段としては、例
えば、変位計を用いるが、これに限らず、歪み計でもよ
く、圧子による押し込み量変化を測定可能なものであれ
ばどのようなものであってもよい。電気抵抗値測定手段
としては、例えば、ミリオームメータなどの抵抗計を使
用する。

【０００８】請求項２記載の発明は、硬さ試験機（１
０）において、導電性を有する導電性圧子（１２）と、
硬さを測定するための硬さ測定用圧子とを両方を備える
か、若しくは選択的に取付可能な圧子取付部（１３、例
えば、回転体）と、前記硬さ測定用圧子によって試料に
形成されたくぼみから試料の硬さを測定する硬さ測定機
構部（１６、例えば、光学システム）と、前記導電性圧
子が試料を押圧する際の押し込み量の変化を測定する押
し込み量測定手段（１７、例えば、変位計）と、前記導
電性圧子と、前記試料或いは試料台とに接続され、前記
導電性圧子が試料を押圧する際の当該試料の電気抵抗値
の変化を測定する電気抵抗値測定手段（１８、例えば、
ミリオームメータ）と、を備え、前記押し込み量測定手
段により測定された押し込み量データと、前記電気抵抗
測定手段により測定された電気抵抗値データと、に基づ
いて所定の解析を行うように構成されたことを特徴とし
ている。

【０００９】請求項２記載の発明によれば、圧子取付部
に取り付けられた硬さ測定用圧子を用いて試験を行った
場合には、硬さ測定機構部により試料の硬さが測定さ
れ、導電性圧子を用いて試験を行った場合には、押し込
み量測定手段により導電性圧子が試料を押圧する際の押
し込み量の変化が測定されるとともに、電気抵抗値測定
手段により荷重負荷時の当該試料の電気抵抗値の変化が
測定されるので、一つに試験機で異なる二つの試験を行
うことが出来ることとなって、両試験で測定される物性
を関連付けて解析することが出来る。従って、この硬さ
試験機を使うことにより従来にない優れた機械的性質と
電気的物性とを有する材料の開発への貢献が可能とな
る。

【００１０】ここで、硬さ測定機構部とは、例えば、圧
子によって形成されたくぼみを観察する顕微鏡と、顕微
鏡で観察した圧子の大きさや深さを測定する装置などに
より構成されるが、硬さを測定可能な機構であればどの
ようなものでもよい。押し込み量測定手段と電気抵抗測
定手段は硬さ試験機に予め組み込まれた構成のものでも
よいし、後付したものでもよい。後付けにすることによ
り、例えば、通常状態においては、硬さ試験として使用
して、電気抵抗の測定が必要な場合にのみ、押し込み量
測定手段と電気抵抗測定手段を取り付けることが出来る
こととなって、使い勝手がよくなる。具体的に説明する
と、この硬さ試験機により硬さ測定を行う場合、この電
気抵抗を測定するために必要な押し込み量測定手段と電
気抵抗測定手段が初めから取り付けられて取り外せない
ものとしたならば、これらが邪魔となるが、通常状態で
外しておければ、硬さ試験機自体シンプルなものとなり
使い勝手がよくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明に係る
荷重負荷電気抵抗測定試験機、及び硬さ試験機の実施の
形態を詳細に説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、本発明に係る荷重負荷電
気抵抗測定機の要部構成を示すブロック図である。図１
に示す荷重負荷電気抵抗測定機１は、荷重を負荷するこ
とによる試料の押し込み量（変位）と電気抵抗値を測定
する荷重負荷電気抵抗測定部２と、この荷重負荷電気抵
抗測定部２によって測定された試料ｓの押し込み量と電
気抵抗値を入力して種々の解析を行うパーソナルコンピ
ュータ３と、このパーソナルコンピュータ３によって解
析されたデータを画面表示するＣＲＴ（Cathode Ray T
ube）４と、前記荷重負荷電気抵抗測定部２から出力さ
れた試料ｓの押し込み量と電気抵抗値、及び前記パーソ
ナルコンピュータ３によって解析されたデータを印刷表
示するプリンタ５などにより概略構成される。

【００１２】前記荷重負荷電気抵抗測定部２は、更に、
試料台２１と、この試料台２１に載置される試料ｓに所
定の荷重で押しつける圧子２２と、この圧子２２を試料
に押しつけた際の押し込み量を測定する押し込み量測定
手段としての変位計２３と、この荷重負荷電気抵抗測定
部２の各動作を制御する制御部２４と、この制御部２４
の制御によって試料ｓに負荷する力を生じさせるフォー
スコイル２５と、このフォースコイル２５によって生じ
た力を圧子２２を介して試料ｓに伝達するレバー２６
と、前記試料ｓと前記圧子２２とに接続され試料ｓに生
じる電気抵抗値を測定する電気抵抗値測定手段としての
ミリオームメータ２７などを備えている。

【００１３】前記圧子２２は、導電性を有する材料から
なり、例えば、金、或いは超鋼合金性のものにより出来
ている。そして、制御部２４により荷重負荷命令が出力
された場合に、フォースコイル２５により試料ｓに所定
の荷重を負荷するための力が発生され、この力がレバー
２６の一方の端部に取り付けられた圧子２２に伝達され
て試料ｓに所定の荷重が負荷される。このときの圧子２
２の押し込み量の変化は変位計２３により測定され、該
押し込み量データは、制御部２４を介してパーソナルコ
ンピュータ３に出力されるとともに、プリンタ５からも
出力される。また、この際、荷重データも出力される。

【００１４】前記ミリオームメータ２７の一方の端子２
７ａは、導線２８により試料ｓに接続され、他方の端子
２７ｂは、導線２９により中継端子２７ｃを介して圧子
２２に接続されている。そして、荷重負荷時の試料ｓに
生じる電気抵抗値の変化は、前記ミリオームメータ２７
で測定され、該電気抵抗値データは、パーソナルコンピ
ュータ３に出力されるとともに、プリンタ５からも出力
される。前記パーソナルコンピュータ３は、入力された
押し込み量データ、電気抵抗値データ、及び荷重データ
をグラフ化するとともに、予め作成された所定の解析ソ
フトにより種々の解析が可能となっている。

【００１５】次に、前記荷重負荷電気抵抗測定機１を使
った試験の試験結果の例を図２に示す。図２に示したグ
ラフは、金蒸着膜した試料ｓの表面に金製の圧子２２に
よって所定の荷重で押しつけた場合の実験結果であり、
上段ａに荷重、中段ｂに押し込み量、下段ｃに電気抵抗
の荷重負荷スタートからエンドまでのそれぞれの経時変
化を示したグラフである。このように、この荷重負荷電
気抵抗測定機１によれば、押し込み量と電気抵抗値との
関係が明確に分かるので、従来の試験機では出来なかっ
た解析が可能となるので、従って、この荷重負荷電気抵
抗測定試験機１を使うことにより従来にない優れた電気
的物性を有する材料の開発への貢献が可能となる。

【００１６】［第２の実施の形態］この第２の実施の形
態では、第１の実施の形態で説明した荷重負荷時の押し
込み量と電気抵抗値の関係を測定可能な機構を硬さ試験
機に後付けで取付可能な構成としているものである。図
３は、本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示すブロッ
ク図である。図３に示す硬さ試験機１０は、試験機本体
１０ａと、この試験機本体１０の下部に取り付けられ水
平面２軸方向に往復動可能な試料台１１と、圧子１２を
取り付ける圧子取付部としての回転体１３と、を備え、
この圧子１２により試料台１１に載置された試料ｓの表
面を押圧してくぼみを形成し、このくぼみの大きさを測
定することによって試料ｓの硬さを測定するものであ
る。

【００１７】前記回転体１３は、前記試料台１１と対峙
するように設けられ、この回転体１３の下面には圧子１
２や対物レンズ１４が着脱自在に取り付けられている。
この硬さ試験機１０には、硬さ測定機構部として、前記
対物レンズ１４に加えて、光源（図示省略）、接眼レン
ズ１５、及びビデオライン等を備え、光学顕微鏡の機能
を有する光学システム１６が設けられている。この光学
システムによって、試料表面に光を照射し、また、試料
Ｓの表面に形成されたくぼみを対物レンズによって拡大
し、観察出来るようになっている。この場合、例えば、
ＣＲＴ（図示省略）によって観察しながら、くぼみの大
きさを計測することも出来るようになっている。また、
この硬さ試験機１０には、前記圧子１２による押圧時の
試料ｓの押し込み量（変位）を測定する押し込み量測定
手段としての変位計１７と、前記試料ｓと前記圧子１２
とに接続され、試料ｓに生じる電気抵抗値を測定する電
気抵抗値測定手段としてのミリオームメータ１８とを備
えている。

【００１８】続いて、上記構成の硬さ試験機１０による
硬さ測定動作、及び電気測定動作について説明する。ま
ず、硬さ測定を行う場合、前記回転体１３に硬さ測定用
圧子（例えば、ダイヤモンド圧子）１２を取り付ける。
次いで、試料台１１に試料ｓを載置して、試料台１１を
移動させて測定位置を設定する。この状態でスタートス
イッチ（図示省略）を操作すると、予め設定された荷
重、速度で圧子１２が下降して試料ｓを押圧し、所定時
間経過後、圧子１２が上昇して試料ｓから離れる。次い
で、回転体１３が回転して、対物レンズ１４が試料ｓに
形成されたくぼみを観察してその大きさにより硬さを算
出する。

【００１９】電気抵抗値の測定を行う場合には、前記回
転体１３に導電性圧子（例えば、金製）１２を取り付け
るとともに、試料ｓと圧子１２とに導線１９の一方を接
続し、他方をミリオームメータ１８に接続する。この状
態でスタートスイッチ（図示省略）を操作すると、予め
設定された荷重、速度で圧子１２が下降して試料ｓを押
圧し、所定時間経過後、圧子１２が上昇して試料ｓから
離れる。このとき、前記変位計１７によって、押圧時の
圧子１２の押し込み量の変化が測定され、前記ミリオー
ムメータ１８により、押圧時の試料ｓの電気抵抗値の変
化が測定される。そして、図示しないパーソナルコンピ
ュータなどにより、押し込み量と電気抵抗値の関係を解
析できる。

【００２０】以上説明した硬さ試験機１０によれば、回
転体１３に取り付けられた硬さ測定用圧子１２を用いて
試験を行った場合には、光学システム１６により試料ｓ
の硬さが測定され、導電性圧子１２を用いて試験を行っ
た場合には、変位計１７により圧子１２の押し込み量の
変化が測定されるとともに、ミリオームメータ１８に荷
重負荷時の当該試料ｓの電気抵抗値の変化が測定される
ので、一つに試験機で異なる二つの試験を行うことが出
来ることとなって、両試験で測定される物性を関連付け
て解析することが出来る。従って、この硬さ試験機１０
を使うことにより従来にない優れた機械的性質と電気的
物性とを有する材料の開発への貢献が可能となる。

【００２１】なお、変位計と、ミリオームメータは、既
存の硬さ試験機に後付けできるようにしてもよい。この
ようにすることにより、通常状態においては、硬さ試験
として使用して、電気抵抗の測定が必要な場合にのみ、
前記変位計１７と、前記ミリオームメータ１８を取り付
けることが出来ることとなって、使い勝手がよくなる。
即ち、この硬さ試験機１０により硬さ測定を行う場合、
この電気抵抗を測定するために必要な変位計１７とミリ
オームメータ１８が初めから取り付けられて取り外せな
いものとしたならば、これらが邪魔となるが、通常状態
で外しておければ、硬さ試験機自体シンプルなものとな
り使い勝手がよくなる。また、電気抵抗値を測定するた
めの導線は、直接試料に取り付けるのではなく、試料台
２１に取り付けるものでもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、押し込み
量測定手段により導電性圧子に荷重が負荷される試料の
荷重負荷部の押し込み量の変化が測定されるとともに、
電気抵抗値測定手段により荷重負荷時の当該試料の電気
抵抗値の変化が測定され、解析手段により押し込み量と
電気抵抗値との関係を測定出来ることとなって、従来に
ない材料評価が出来る。従って、この荷重負荷電気抵抗
測定試験機を使うことにより従来にない優れた電気的物
性を有する材料の開発への貢献が可能となる。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、圧子取付部
に取り付けられた硬さ測定用圧子を用いて試験を行った
場合には、硬さ測定機構部により試料の硬さが測定さ
れ、導電性圧子を用いて試験を行った場合には、押し込
み量測定手段により試料の荷重負荷部の押し込み量の変
化が測定されるとともに、電気抵抗値測定手段により荷
重負荷時の当該試料の電気抵抗値の変化が測定されるの
で、一つに試験機で異なる二つの試験を行うことが出来
ることとなって、両試験で測定される物性を関連付けて
解析することが出来る。従って、この硬さ試験機を使う
ことにより従来にない優れた機械的性質と電気的物性と
を有する材料の開発への貢献が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷重負荷電気抵抗測定装置の要部
構成を示すブロック図である。

【図２】荷重負荷電気抵抗測定機を使った試験の試験結
果の例を示したグラフである。

【図３】本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 荷重負荷電気抵抗測定機 ２ 荷重負荷電気抵抗測定部 ３ パーソナルコンピュータ １０ 硬さ試験機 １１ 試料台 １２ 圧子 １３ 回転体（圧子取付部） １６ 光学システム（硬さ測定機構部） １７ 変位計（押し込み量測定手段） １８ ミリオームメータ（電気抵抗値測定手段） ２１ 試料台 ２２ 圧子 ２３ 変位計（押し込み量測定手段） ２４ 制御部 ２７ ミリオームメータ（電気抵抗値測定手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有し、試料台に載置された試料
   に荷重を負荷する導電性圧子と、 前記導電性圧子が試料を押圧する際の押し込み量の変化
   を測定する押し込み量測定手段と、 前記導電性圧子と、前記試料或いは前記試料台とに接続
   され、前記導電性圧子が試料を押圧する際の該試料の電
   気抵抗値の変化を測定する電気抵抗測定手段と、 を備え、 前記押し込み量測定手段により測定された押し込み量デ
   ータと、前記電気抵抗測定手段により測定された電気抵
   抗値データと、に基づいて所定の解析を行うように構成
   されたことを特徴とする荷重負荷電気抵抗測定試験機。
2. 【請求項２】 導電性を有する導電性圧子と、硬さを測
   定するための硬さ測定用圧子とを両方備えるか、若しく
   はそれらを選択的に取付可能な圧子取付部と、 前記硬さ測定用圧子によって試料に形成されたくぼみか
   ら試料の硬さを測定する硬さ測定機構部と、 前記導電性圧子が試料を押圧する際の押し込み量の変化
   を測定する押し込み量測定手段と、 前記導電性圧子と、前記試料或いは前記試料台とに接続
   され、前記導電性圧子が試料を押圧する際の該試料の電
   気抵抗値の変化を測定する電気抵抗測定手段と、 を備え、 前記押し込み量測定手段により測定された押し込み量デ
   ータと、前記電気抵抗測定手段により測定された電気抵
   抗値データと、に基づいて所定の解析を行うように構成
   されたことを特徴とする硬さ試験機。