JP5783097B2 - プローブ組立体、これを用いた測定装置、及び、研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ（電気測定用接触子）組立体に関し、具体的には回路基板上に取り付けられた電子部品の電極に接触して電気抵抗を測定する装置や、磁気変換素子に接触して抵抗値をモニタしながら研磨する研磨装置などで用いられるプローブ組立体に関する。

電子部品は、その市場性から小型化及び薄型化の進展が著しいことが知られている。例えば現在、薄膜磁気ヘッドでは、浮上面（ＡＢＳ、Air Bearing Surface）から裏面までの距離（ＭＲヘッドスライダの厚さ）が、８０μｍを下回っており、その結果、ＭＲヘッドスライダの電極の辺は８０μｍを下回ることとなる。

上述した薄膜磁気ヘッドの製造工程において、浮上面を研磨する研磨装置については、従来より、種々の構造のものが提案され、実用に供されている。例えば、特許文献１には、基板上に形成された薄膜磁気変換素子の列（ロー・バー）の浮上面を研磨しながら磁気抵抗素子の抵抗値を測定し、測定された抵抗値から、磁気抵抗素子が所定の高さに達したと判断したとき、研磨を停止させる研磨装置が開示されている。特許文献１の抵抗値測定手段は、ロー・バーを固定する保持具と、加圧棒との間にフラットケーブルを挟み、フラットケーブルの導体露出部の配置を磁気抵抗素子と同じピッチとして加圧接触することで、抵抗値を測定する。

また、特許文献２には、薄膜磁気変換素子が設けられたロー・バーを研磨する際に用いられるプローブ組立体が開示されている。特許文献２のプローブ組立体は、弾性曲げ変形が可能なプローブと、ストッパとを有し、ストッパは、先端部に第一の曲げ変位が生じるようにプローブに曲げ変形を与え、且つ、先端部が該第一の曲げ変位より小さい曲げ変位となることを阻止しながら、前記第一の曲げ変位で保持する。

しかし、ＭＲヘッドスライダの厚さが８０μｍを下回っている現状製品に対し、特許文献１の開示内容では、フラットケーブルの電極面と、ＭＲヘッドスライダの電極面とを密着させることができず、接触不良を起こすなどの問題が生じる。

同様に、特許文献２の開示内容では、現状のＭＲヘッドスライダに対してプローブの高さを高精度で制御し、ロー・バーの電極に接触し、且つ、研磨皿に接触しない高さにプローブを維持することができない。しかも、プローブの先端が下方に突き出る構造では、プローブ先端が研磨皿に接触し、プローブ電極が破損する。

上述したプローブの信頼性の問題は、ロー・バー状態の薄膜磁気ヘッドの浮上面の研磨工程に限られず、例えば回路基板上に取り付けられた微小電子部品の電気測定工程においても生じる。

特開平２−９５５７２号公報 特開２００８−２１７９２１号公報

本発明の課題は、接触不良や破損が生ぜず、優れた信頼性を有するプローブ組立体、及び、これを用いた研磨装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るプローブ組立体は、ホルダと、プローブと、フィルムとを含む。プローブは、先端部分にプローブ電極を有し、ホルダに取り付けられている。フィルムは、一端側がホルダによって支持され、他端側がプローブ電極の下にある。

本発明に係るプローブ組立体は、研磨装置や測定装置などに用いられる。すなわち、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物の電極に接触し、電気抵抗を受け取りながら、研磨対象物の研磨量を制御するものであって、研磨皿と、プローブ組立体とを有している。プローブ組立体は、プローブを研磨皿に下降させたとき、フィルムが、プローブ電極と、研磨皿との間に位置する。

上述したように、本発明に係る研磨装置を構成するプローブ組立体において、プローブは先端部分にプローブ電極を有し、ホルダに取り付けられており、フィルムは、一端側がホルダによって支持され、他端側がプローブ電極の下にあるから、プローブ組立体を下降させると、プローブとともにフィルムも下降する。ここで、フィルムはプローブより先に研磨皿に接触し、プローブ電極と、研磨皿との間に位置する。換言すれば、プローブを下降させても、プローブ電極は研磨皿に直接接触しないため、プローブ電極の損傷をフィルムによって回避することができる。

また、プローブをフィルムに密着するまで下降させても研磨皿に直接接触しないため、プローブの高さを高精度で制御することができる。すなわち、プローブを研磨皿に下降させたとき、プローブ電極は、フィルム上に位置し、フィルムの厚みの分だけ研磨皿から離れた位置に位置決めされるから、フィルムの厚みよってローブ電極の高さを高精度で制御し、接触不良を回避することができる。

他方、本発明に係る測定装置は、測定対象物の電極に接触し、電気抵抗を測定するものであって、プローブ組立体を測定対象物に下降させたとき、プローブとともにフィルムも下降する。ここで、フィルムはプローブより先に測定対象物に接触し、プローブ電極と、測定対象物との間に位置する。換言すれば、プローブを下降させても、プローブ電極は測定対象物に直接接触しないため、プローブ電極の損傷をフィルムによって回避することができる。

また、プローブをフィルムに密着するまで下降させても測定対象物に直接接触しないため、プローブの高さを高精度で制御することができる。すなわち、プローブを測定対象物に下降させたとき、プローブ電極は、フィルム上に位置し、フィルムの厚みの分だけ測定対象物から離れた位置に位置決めされるから、フィルムの厚みよってローブ電極の高さを高精度で制御し、接触不良を回避することができる。

以上述べたように、本発明によれば、接触不良や破損が生ぜず、優れた信頼性を有するプローブ組立体、及び、これを用いた研磨装置を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。

本発明の実施形態に係るプローブについて一部を省略して示す断面図である。 本発明のもう一つの実施形態に係る研磨装置の正面図である。 図２の研磨装置の一部を取り出して示す平面図である。 図２及び図３の研磨装置の研磨工程を示す部分断面図である。 図４に示した工程の後の工程を示す図である。 図５に示した工程の後の工程を示す図である。 本発明に係るプローブ組立体を用いた電気測定装置の実施形態を示す部分断面図である。

図１乃至図７において同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。図１のプローブ組立体は、ホルダ１と、クランプ２と、プローブ３と、ハイトガイド４と、フィルム５とを含む。

ホルダ１は、断面でみて先端部分が略三角形となる先細り形状を有し、上面１５と、下面１６とを有している。違う言葉で説明すると、ホルダ１は、下面１６を基準面としたとき、下面１６に対して傾斜する上面１５を有し、上面１５はホルダ１の先端方向（Ｌ）に沿って高さ（又は厚み）が減少する方向に傾斜している。

クランプ２は、ホルダ１の下面１６の側に間隔を隔てて配置され、下面１６と、下面１６に相対向する上面２５との間に隙間ｇが形成される。隙間ｇは、クランプ２の締め付け操作により拡縮することができる。

プローブ３は、先端部分にプローブ電極３１を有し、ホルダ１に取り付けられている。より詳細に説明すると、図１のプローブ３は、フレキシブル基板様の構成を持ち、樹脂製の基板部３０にパターンとして形成されたプローブ電極３１を先端部のみ露出させて接触子としている。プローブ３は、弾性曲げ変形が可能な可撓性を有する基板部３０と、プローブ電極３１とを有している。基板部３０は、長手方向Ｌでみた中間部分において、長手方向Ｌに交差する幅方向Ｗに沿って伸びる屈曲部３２を有し、屈曲部３２を基準として先端部分３３と後端部分３４とに区画されている。

プローブ電極３１は、電気抵抗信号を検知するものであって、先端部分３３の下面に取り付けられ、先端部分３３から長手方向Ｌに突出している。図１の基板部３０は、後端部分３４の下面がホルダ１の上面１５に取り付けられ、取り付けられた状態で先端部分３３、及び、プローブ電極３１が一点鎖線で示す密着対象物の表面と平行するように屈曲部３２が形成されている。

ハイトガイド４は、プローブ３、及び、プローブ電極３１の高さ位置を決定するものであって、プローブ３の先端部分３３の上面側に配置され、プローブ３を高さ方向Ｔへ移動させるとともに、プローブ３が一点鎖線で示す密着対象物の表面にあるときにプローブ３の浮上動作を規制する。

フィルム５は、一端側がホルダ１によって支持され、他端側がプローブ電極３１の下にある。図１のフィルム５は、クランプ２によって所定の角度を以て、ホルダ１の下面１６に取り付けられている。フィルム５は、ホルダ１とクランプ２との間の隙間ｇに配置され、クランプ２によって隙間ｇに、着脱可能に、機械的に締結されている。

フィルム５は、プローブ組立体１０の具体的な用途に追従して、適宜材料が選択される。具体的には、図１のプローブ組立体１０を研磨装置に用いる場合（図２乃至６）、フィルム５は耐摩耗性を有する樹脂材料で構成される。他方、プローブ組立体１０が小型電子部品のプロービングに用いられる場合（図７）、フィルム５は電気絶縁性を有する樹脂材料で構成される。

図２は本発明のもう一つの実施形態に係る研磨装置の正面図、図３は図２の研磨装置の一部を取り出して示す平面図である。図２及び図３は、プローブ組立体１０と、研磨皿６４とを有し、研磨対象物の電極に接触し、電気抵抗を受け取りながら、研磨対象物の研磨量を制御する研磨装置の実施形態であって、具体的には、ロー・バー状態の薄膜磁気ヘッドの浮上面（ＡＢＳ、Air Bearing Surface）を研磨する研磨装置である。

プローブ組立体１０は、キーパ６１に保持されたロー・バー６２の電極から電気抵抗を受け取りながら、ロー・バー６２の研磨量を制御するために用いられる。研磨対象物のロー・バー６２は、薄膜ヘッドスライダを一列に並べた棒状の集合体であって、後の工程で個片の薄膜ヘッドスライダに切り分けられる。ロー・バー６２の研磨は浮上面に対して行い、ロー・バー６２の側面には薄膜ヘッドスライダの電極６３が露出している。

図２及び図３の研磨装置は、研磨皿６４と、スピンドル６５と、ヘッド６６とを含む。研磨皿６４は、表面に研磨粒子を含んだ研磨材（図示しない）が塗布されており、スピンドル６５に連結され、ロー・バー６２と相対的に移動する。スピンドル６５は、図示しない駆動部に接続されており、駆動部を作動させることにより、所定の回転数で研磨皿６４を回転させる。

研磨対象物であるロー・バー６２は、ヘッド６６に着脱自在に固定され、ヘッド６６を図中Ｌ方向へ移動させることにより回転する研磨皿６４に押し付けられる。具体的にヘッド６６は、ロー・バー６２と、研磨皿６４とが接触する直前にスピンドル６５の駆動系をトルク制御に切り替えることにより、ロー・バー６２を、所定の圧力で研磨皿６４の表面に加圧する。加圧手段は、バネや空気圧でもよい。ヘッド６６は、ロー・バー６２を加圧しながら研磨皿６４の表面に延在する図中Ｗ方向に移動させることにより、研磨の偏りが防止される。

上述した研磨工程の目的は、薄膜ヘッドスライダの素子部分のスロートハイトを調整するもので、この調整によって薄膜ヘッドスライダの電気抵抗値が変わる。古くは電気抵抗値をスロートハイトと置き換え、所望のスロートハイトになるまでオープン制御で研磨を行ったが、近年は薄膜ヘッドスライダのスライダ電極から電気抵抗値そのものをモニタしながら適正な値になるまで研磨を行う。研磨作業において、プローブ組立体１０のプローブ電極３１を、薄膜ヘッドスライダ電極６３に接触させ、薄膜ヘッドスライダの電気抵抗値をモニタする動作について図４乃至図６を参照して説明する。

図４のプローブ組立体１０は、研磨中のロー・バー６２に対し、プローブ３の先端が研磨皿６４の表面と略平行となるように近づける。すなわち、まずロー・バー６２から所定距離離れた位置にハイトガイド４を作動させて、プローブ組立体１０を高さ方向Ｔに下降させる。プローブ３を下降させると、この下降動作に同期してフィルム５も下降する。フィルム５は所定の角度を以て取り付けられており、その先端部分はプローブ３より先に研磨皿６４に接触する。

次に、図５に示すように、さらに下降を続けると、フィルム５の先端は折れ曲がり、プローブ３およびプローブ電極３１、研磨皿６４の間に位置する。フィルム５の厚さは、ロー・バー６２に設けられたスライダ電極の下辺と、研磨皿６４の表面との距離ｔに一致し、プローブ電極３１がスライダ電極６３と略同一のｔ値となったところで下降を停止する。

次に、図６に示すように、プローブ３を研磨皿６４の表面と平行な方向に移動し、スライダ電極６３とプローブ電極３１を接触させる。

ところで、既に説明した所ではあるが、この種の電子部品は、その市場性から小型化及び薄型化の進展が著しいことが知られている。例えば、薄膜磁気ヘッドの浮上面からその裏面までの距離（ＭＲヘッドスライダの厚さ）は、現在８０μｍを下回っており、その結果、ＭＲヘッドスライダの電極の辺は、さらに８０μｍを下回ることとなる。一例として、スライダ電極６３の下辺から、浮上面までの距離は２５μｍ程度であり、従ってプローブ電極３１は研磨皿６４の表面から２５μｍ上昇した位置に固定されなければならない。

さらに研磨皿６４の表面には、うねりや傾きが存在するため、実質的に２５μｍを下回る位置精度でプローブ電極３１の位置を固定する必要がある。

しかし、現実には可撓性のあるプローブ３をミクロンオーダーの位置に固定するのは困難で、プローブ３が研磨皿６４に接触し、研磨剤によって損傷してしまうという問題が生じる。

従来技術では上述した問題を解決することができない。例えば、基板上に形成された薄膜磁気変換素子の列（ロー・バー）の浮上面を研磨しながら磁気抵抗素子の抵抗値を測定し、測定された抵抗値から、磁気抵抗素子が所定の高さに達したと判断したとき、研磨を停止させる研磨装置（特許文献１参照）において、抵抗値測定手段は、ロー・バーを固定する保持具と、加圧棒との間にフラットケーブルを挟み、フラットケーブルの導体露出部の配置をＭＲヘッドスライダの端子と同じピッチとして加圧接触することで、ＭＲヘッドスライダの抵抗値を測定する。しかし、上述したような従来の研磨装置では、ＭＲヘッドスライダの厚さが８０μｍを下回っている現状製品に対し、フラットケーブルの電極面と、ＭＲヘッドスライダの電極面とを密着させることができず、接触不良を起こすなどの問題が生じる。

同様に、薄膜磁気変換素子が設けられたロー・バーを研磨する際に用いられるプローブ組立体（特許文献２）において、弾性曲げ変形が可能なプローブと、ストッパとを有し、ストッパは、先端部に第一の曲げ変位が生じるようにプローブに曲げ変形を与え、且つ、先端部が該第一の曲げ変位より小さい曲げ変位となることを阻止しながら、前記第一の曲げ変位で保持する構成では、現状のＭＲヘッドスライダに対してプローブの高さを高精度で制御すること、すなわちロー・バー６２の電極６３に接触し、且つ、研磨皿６４に接触しない高さを維持することができない。また、プローブ組立体１０において、プローブ３の先端部が下方に突き出る構造では、同先端部が研磨皿６４に接触し、プローブ電極３１が破損する。

これに対し、図１乃至図６を参照して説明したプローブ組立体１０、及び、これを用いた研磨装置は、プローブ３と研磨皿６４の間にフィルム５を介在させることにより、上述した問題を解決する。すなわち、プローブ組立体１０を下降させると、フィルム５は、プローブ３とともに下降し、その先端がプローブ３より先に研磨皿６４に接触し、さらに下降を続けると、フィルム５の先端は折れ曲がり、プローブ３およびプローブ電極３１、研磨皿６４の間に位置する。従って、プローブ３はフィルム５に密着するまで下降させても研磨皿６４に直接接触しないため、プローブ電極３１が損傷する不具合は生じない。

上述したように、プローブ３を研磨皿６４に下降させたとき、プローブ電極３１は、フィルム５上に位置し、フィルム５の厚みｔの分だけ研磨皿６４から離れた位置に位置決めされるから、フィルム５の厚みｔよってプローブ電極３１の高さを高精度で制御し、接触不良を回避することができる。

しかも、フィルム５はプローブ３とともにホルダ１にクランプ２によって締結されているから、プローブ３を外す必要はない。フィルム５は研磨皿６４の表面と直接接触するため損傷するが、フィルム５は、プローブ３とは異なり電極パターンなどはないため安価であり、さらにフィルム５は着脱可能となっているから容易に交換することができる。

図７は本発明に係るプローブ組立体１０を用いた電気測定装置の実施形態を示す部分断面図である。小型化及び薄型化の進展が著しい電子部品の製造過程で用いられるプローブ３の接触不良や破損、その他の信頼性の問題は、薄膜磁気ヘッドの浮上面の研磨工程に限られず、図７に示すように、回路基板７０上に表面実装された電子部品７２の電気測定工程においても生じる。

図７は、プローブ組立体１０を有し、測定対象物の電極に接触し、電気抵抗を測定する測定装置であって、具体的に、測定対象物は、回路基板７０上に取り付けられた電子部品７２である。図７の実施形態において、回路基板７０上には導体パターン７１が形成されており、電子部品７２は電極７３によって導体パターン７１と電気的に接続されている。

図１乃至図６を参照して説明したプローブ組立体１０を、微小電極７３の安定プロービングの一手法として、図７に示すように小型電子部品のプロービングにも応用する場合、フィルム５は電気絶縁性を有する樹脂材料で構成される。

図７の実施形態によると、図１乃至図６を参照して説明した利点をすべて有するとともに、プローブ組立体１０を回路基板７０に下降させたとき、フィルム５が、プローブ電極３１と、回路基板７０の表面との間に位置するから、プローブ電極３１と、導体パターン７１との電気的に遮断され、その結果、微小電極７３の安定プロービングを実現することができる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種種の変形態様を採り得ることは自明である。

１０ プローブ組立体
１ ホルダ
１５ 上面
１６ 下面
２ クランプ
３ プローブ
３０ 基板部
３１ プローブ電極
５ フィルム
６３ ロー・バーの電極
６４ 研磨皿
ｇ 隙間（間隔）

Claims (7)

1. プローブと、ホルダと、フィルムとを含むプローブ組立体であって、
   前記プローブは、先端部分にプローブ電極を有し、前記ホルダに取り付けられており、
   前記フィルムは、一端側が前記ホルダによって支持され、他端側が前記プローブ電極の下にある、
   プローブ組立体。
2. 請求項１に記載されたプローブ組立体であって、
   前記フィルムは、前記ホルダに着脱可能に支持されている、
   プローブ組立体。
3. プローブ組立体を有し、測定対象物の電極に接触し、電気抵抗を測定する測定装置であって、
   前記プローブ組立体は、請求項１又は２に記載されたものでなり、前記プローブ組立体を前記測定対象物に下降させたとき、前記フィルムが、前記プローブ電極と、前記測定対象物の表面との間に位置する、
   測定装置。
4. 請求項３に記載された測定装置であって、
   前記測定対象物は、回路基板上に取り付けられた電子部品であり、前記プローブ組立体を前記回路基板に下降させたとき、前記フィルムが、前記プローブ電極と、前記回路基板の表面との間に位置する、
   測定装置。
5. 請求項４に記載された測定装置であって、
   前記フィルムの厚さは、前記電子部品の電極の下辺から、前記回路基板の表面までの高さと一致する、
   測定装置。
6. 研磨皿と、プローブ組立体とを有し、研磨対象物の電極に接触し、電気抵抗を受け取りながら、前記研磨対象物の研磨量を制御する研磨装置であって、
   前記プローブ組立体は、請求項１又は２に記載されたものでなり、前記プローブ組立体を前記研磨皿に下降させたとき、前記フィルムが、前記プローブ電極と、前記研磨皿との間に位置する、
   研磨装置。
7. 請求項６に記載された研磨装置であって、
   前記フィルムの厚さは、前記研磨対象物の電極の下辺と、前記研磨皿の表面との距離に一致する、
   研磨装置。

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