JP2005207926A - Method and instrument for measuring resistance - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a resistance measuring apparatus and method for measuring the resistance of a conductive member used to protect an electronic component such as a semiconductor device from static electricity.
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)。 Since a semiconductor device manufactured using microfabrication technology is easily damaged by static electricity, a conductive member having a resistance value of about 1 kΩ to 10 14 Ω is statically protected from static electricity at the manufacturing site. Used as an electrical protection member. Specifically, the conductive member for electrostatic protection stores the tip of tweezers used for handling the semiconductor device, the floor surface of the work place, the upper surface of the work table on which the semiconductor device is placed, and the semiconductor device. It is used for trays, packing materials, finger sack, wristbands for removing static electricity, and shoe soles of work shoes (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
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。 By the way, if the resistance value of the conductive member described above is too low, the electric charge charged on the semiconductor device to be protected is instantaneously discharged, so that an excessive discharge current is generated and damages the protection target. For this reason, it is necessary to set the resistance value of the conductive member to an appropriate value of about 1 kΩ to 10 14 Ω as described above in order to suppress the discharge current due to the charge charged on the object to be protected and prevent charging. A means for measuring and evaluating the resistance value is required.
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。
A conventional method for measuring the resistance value of the conductive member will be described with reference to FIG. The example shown in the figure shows a case where the resistance of the
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。
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。 However, according to the resistance value measuring method according to the conventional method described above, when the protection target placed on the conductive member is a semiconductor device or the like, the contact area between the conductive member and the protection target is small. It is extremely small and the load applied to the conductive member by the object to be protected is small. For this reason, there is a problem that the electric charge charged on the object to be protected is not discharged through the conductive member, and therefore the resistance value of the conductive member cannot be measured.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and discharge of electric charges charged on an object to be protected without being affected by the contact area or load between the object to be protected and the conductive member to be protected from static electricity. An object of the present invention is to provide a resistance measuring apparatus and method capable of appropriately measuring the effective resistance value of a conductive member against the above.
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。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
That is, the resistance measuring apparatus according to the present invention includes an electrode that is in contact with an object to be measured, a capacitive element connected between the electrode and a predetermined node, and an arbitrary element that is higher than a test standard. Charging means for charging to the voltage of the electrode, voltage measuring means for measuring the voltage of the electrode when the capacitive element is discharged when the electrode is in contact with the object to be measured, and measurement by the voltage measuring means Time constant acquisition means for acquiring a time constant of the object to be measured based on a result, and resistance value conversion means for converting the time constant into a resistance value of the object to be measured.
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。 In the resistance measurement device, for example, the time constant acquisition unit may be configured such that the voltage measured by the voltage measurement unit obtains a predetermined coefficient that defines the time constant from a predetermined first voltage according to the test standard. The time until the second voltage obtained by multiplying by one voltage is measured, and the time is output as the time constant.
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。
In the resistance measuring apparatus, for example, the voltage measuring means is a surface potentiometer.
In the resistance measurement device, for example, the electrode has a shape corresponding to a device to which the measurement object is applied as an electrostatic protection member.
Further, the resistance measuring device further includes, for example, load measuring means for measuring a load applied to the electrode.
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。 In the resistance measuring method according to the present invention, (a) a predetermined capacitive element connected to an electrode to be brought into contact with an object to be measured at the time of measurement is charged in advance to an arbitrary voltage higher than the test standard. A charging step; (b) a discharging step in which the capacitive element connected to the electrode is discharged by bringing the electrode into contact with the object to be measured; and (c) when the capacitive element is discharged. A voltage measurement step for measuring the voltage of the electrode; (d) a time constant acquisition step for acquiring a time constant of the object to be measured based on a voltage measurement result of the electrode; and (e) a time constant of the measurement target. And a resistance value conversion step for converting into the resistance value of the object.
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。 In the resistance measurement method, for example, in the time constant acquisition step, the voltage measured in the voltage measurement step is a predetermined coefficient that defines the time constant from a predetermined first voltage according to the test standard. The time until the second voltage obtained by multiplying the first voltage is measured, and the time is output as the time constant.
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。 According to the present invention, the effective resistance value of the conductive member against the discharge of the electric charge charged on the protection target without being affected by the contact area or load between the protection target and the conductive member to be protected from static electricity. Can be measured appropriately.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overview of a resistance measuring apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in the figure, the resistance measuring apparatus 1 is composed of an
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。
FIG. 2 shows the configuration of the resistance measuring apparatus. Among the components shown in the figure, the
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。
Here, the
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。
Further, a
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。
Next, the operation of this embodiment will be described.
At the time of measurement, first, the
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。
Subsequently, an operator brings the
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。
At this time, the voltage V applied to the object to be measured is indicated by a solid line in FIG. 3 and is expressed by the following equation (1).
V = V1 × exp (-t / CR) (1)
In the above equation (1), C is the capacitance of the
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。
The surface
When the
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。
Here, a method for obtaining the time constant τ will be described with reference to FIG. In the figure, a solid line indicates a voltage waveform generated in the object to be measured as a discharge current flows through the object to be measured, and a broken line indicates a discharge voltage waveform of the
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。
The voltage waveform indicated by the solid line in FIG. 3 corresponds to the time constant τ of the object to be measured.
Here, if t = CR and the voltage V at that time is V2, the following equation (2) is obtained from the above equation (1). Where e is the base of the natural logarithm.
V2 = V1 / e (2)
The time constant τ (= CR) of the measurement object is measured as an elapsed time from the time t1 when the discharge peak voltage V1 is measured to the time t2 when the voltage V2 of the above equation (2) is measured. From the above equation (2), the voltage V2 is obtained by multiplying the discharge peak voltage V1 by the reciprocal of the base e of the natural logarithm (predetermined coefficient = about 0.37), and has a value of about 37 percent of the discharge peak voltage V1. Become.
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。
The
As an example, when the capacitance value C of the
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。
In the present embodiment, since the
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)。
On the other hand, the upper limit of the measured value depends on the time during which the operator maintains the state in which the
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。
Further, if the capacitance value C of the
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。
As an example, the measurable range of the resistance value R with respect to the capacitance value C and the time constant τ is shown.
When C = 10 μF and τ = 0.01 to 99 seconds, R = 103 to 10 7 Ω.
When C = 0.1 μF and τ = 0.01 to 99 seconds, R = 105 to 10 9 Ω.
When C = 1000 pF and τ = 0.01 to 99 seconds, R = 107 to 10 11 Ω.
That is, as understood from this example, even if the measurement range of the time constant τ is fixed to 0.01 to 99 seconds, the measurement range of the resistance value R can be arbitrarily set by switching the capacitance value C of the
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。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention are also included in the present invention. For example, in the above-described embodiment, the
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。
In the above-described embodiment, the shape of the
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。
Furthermore, it is good also as a thing further provided with the load measurement means which measures the load applied to this
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。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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。 An electrode in contact with an object to be measured;
A capacitive element connected between the electrode and a predetermined node;
Charging means for charging the capacitive element to an arbitrary voltage higher than a test standard;
Voltage measuring means for measuring a voltage of the electrode when the capacitive element is discharged by contacting the electrode with an object to be measured;
Time constant obtaining means for obtaining a time constant of the object to be measured based on a measurement result of the voltage measuring means;
Resistance value conversion means for converting the time constant into a resistance value of the object to be measured;
A resistance measuring device.
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。 The time constant acquisition means includes
Until the voltage measured by the voltage measuring means changes from a predetermined first voltage according to the test standard to a second voltage obtained by multiplying the first voltage by a predetermined coefficient that defines the time constant. 2. The resistance value measuring apparatus according to claim 1, wherein time is measured and the time is output as the time constant.
(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。 (A) a charging step of precharging a predetermined capacitive element connected to an electrode to be brought into contact with an object to be measured at the time of measurement to an arbitrary voltage higher than a test standard;
(B) a discharging step of discharging the capacitive element connected to the electrode by bringing the electrode into contact with the object to be measured;
(C) a voltage measuring step for measuring a voltage of the electrode when the capacitive element is discharged;
(D) a time constant acquisition step of acquiring a time constant of the object to be measured based on a voltage measurement result of the electrode;
(E) a resistance value conversion step for converting the time constant into a resistance value of the object to be measured;
A resistance measurement method including:
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。 In the time constant acquisition step,
Until the voltage measured in the voltage measurement step changes from a predetermined first voltage according to the test standard to a second voltage obtained by multiplying the first voltage by a predetermined coefficient that defines the time constant. 7. The resistance value measuring method according to claim 6, wherein time is measured and the time is output as the time constant.
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