JP4998004B2

JP4998004B2 - 抵抗測定方法

Info

Publication number: JP4998004B2
Application number: JP2007035009A
Authority: JP
Inventors: 豊福井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: US20080197864A1; JP2008197056A

Description

本発明は、一般には、被測定素子の抵抗を測定する抵抗測定方法に係り、特に、複数のプローブを使用する抵抗測定方法に関する。本発明は、例えば、ハードディスク装置（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ：ＨＤＤ）に搭載されるヘッドの抵抗を測定する４端子抵抗測定方法又は６端子抵抗測定方法に好適である。

近年のインターネット等の普及に伴って大容量で安価なＨＤＤを提供する需要が増大している。大容量化の需要に応えるために面記録密度を増加すると、磁気記録情報の最小単位である１ビットの記録媒体上での面積が縮小するため、かかる領域に対して情報を記録再生するヘッドの小型化が進められている。

ヘッドは、書き込み素子と読み取り素子とを有し、これらは製造時には同一のウエハ上にバーと呼ばれる単位で複数配置されて抵抗測定が行われる。抵抗測定においては４端子測定装置や６端子測定装置が知られている。４端子測定装置や６端子測定装置はいずれもプローブを使用し、かかるプローブは２つ一組にして被測定素子に接続された一対のパッドに接触される。

その他の従来技術としては、例えば、特許文献１及び２がある。
特許３２７６３７６号明細書特許３４２００９２号明細書

ウエハにより多くのヘッドを配置するためにヘッドの小型化と共にパッドも従来の１００μｍ角から５０μｍ乃至７０μｍ角と小型化されている。これに伴い、パッドに押し当てるプローブの先端部の径は従来の５０μｍから２０μｍ乃至３０μｍと小型化されるようになった。このようにプローブが細くなると製造が困難になり、機械的強度も低下する。ウエハには２万個程度の素子が搭載されており、２０μｍのプローブの耐久性が３０万回であるとするとウエハ１５枚程度でプローブを交換しなければならず、交換頻度が高いためにランニングコストが高かった。更に、一つのパッドに２つのプローブを互いに接触しないように配置することも困難であり、作業に高度の熟練を要した。ランニングコストが高かったり、プローブの製造や配置が困難になったりすることはヘッド、ひいてはそれを使用するＨＤＤのコストアップをもたらす。

本発明は、径の大きいプローブを使用することができる抵抗測定方法に関する。

本発明の一実施例としての抵抗測定方法は、各々が被測定素子と当該被測定素子に電気的に接続された一対のパッドとを有する３個以上の組の前記被測定素子に、６端子抵抗測定が可能な測定装置を利用して電流を流すと共に前記被測定素子に生じる電圧を測定し、電流と電圧から前記被測定素子の抵抗値を算出する抵抗測定方法において、３個以上の組の前記被測定素子を環状に直列接続する試験用の電気接続パターンを形成し、前記３個以上の組の前記被測定素子の一対のパッドに前記測定装置の一対の電圧測定用プローブを接触させ、前記一対のパッドの各々と前記電気接続パターンで電気接続された一対のパッドに前記測定装置の一対の電流印加用プローブを接触させ、残りの試験用の電気接続パターンで互いに接続された一対以上のパッドの中の一対のパッドに前記測定装置の一対のガード用プローブを接触させることを特徴とする。かかる抵抗測定方法によれば、一つのパッドには一つのプローブしか接触しないので、プローブの径を大きくすることができる。従って、プローブの製造と測定作業が容易になり、機械的強度とランニングコストが改善する。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、径の大きいプローブを使用することができる抵抗測定方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の抵抗測定方法について説明する。

実施例１の抵抗測定方法は、４端子抵抗測定機能を有する測定装置１０を利用する。測定装置１０は、被測定素子（ＤｅｖｉｃｅＵｎｄｅｒＴｅｓｔ：ＤＵＴ）に電流を流すと共にＤＵＴ３に生じる電圧を測定し、電流と電圧から抵抗値を算出する。

図１に示すように、ＤＵＴ３には一対のパッド４が電気的に接続されている。ここで、図１は、実施例１の抵抗測定方法を適用する測定システムのブロック図である。ＤＵＴ３と一対のパッド４を一組として複数組がバー２に形成されている。

本実施例のＤＵＴ３はＨＤＤに適用されるヘッド素子であり、図１では、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと区別されている。Ｒａ１、Ｒａ２は製造プロセス確認用素子で同一種類の素子である。Ｒｂ１、Ｒｂ２は読み取り素子で同一種類の素子である。Ｒｃ１、Ｒｃ２は書き込み素子で同一種類の素子である。最終的には、ＤＵＴ３の必要部分のみがバー２から切り出されて製品（ヘッド）となる。

パッド４は、５０μｍ角乃至７０μｍ角の矩形形状導電部である。パッド４は、例えば、銅を含む積層構造を有し、最上層には金を蒸着することによって製造される。

図２に示すように、バー２はウエハＷから切り出される。ここで、図２は、ウエハＷの概略平面図と切り出されたバー２の一例の概略平面図である。図２に示すように、バー２はウエハＷのオリフラＯＦと平行に配列されている。図２に示すように、バー２内の各組のＤＵＴ３とパッド４の配置は図１に示すものに限定されない。

測定装置１０は、４端子抵抗測定機能を有する４端子抵抗測定装置であってもよいし、６端子抵抗測定装置であってもよいが、本実施例は、６端子抵抗測定装置を使用する。かかる６端子抵抗測定装置には、例えば、ケースレー社製２４００シリーズソースメータを使用することができる。本実施例では、測定装置１０の一対の電流端子（Ｉ＋とＩ−）と一対の電圧端子（Ｓ＋とＳ−）のみを使用し、ガード端子（Ｇｕａｒｄ及びＧｕａｒｄＳｅｎｓｅ）は使用しない。

測定装置１０は、図３に示すように、ケーブル１１とコネクタ１２を介してプリント基板１３の表面１３ａに接続される。また、プリント基板１３は、図３及び図４に示すように、裏面１３ｂに固定されたランド１４を介してプローブ１５に接続されている。プローブ１５は、タングステンや銅合金などから構成される。図３に示すように、プローブ１５はパッド４に接触する先端部１６を有する。ここで、図３は、実施例１の測定システムの概略側面図であり、図４は図３に示すプリント基板１３の背面図である。

図１においては、プローブ１５は、＋側の電流端子Ｉ＋に接続されたプローブ１５ａ、−側の電流端子Ｉ−に接続されたプローブ１５ｂ、＋側の電圧センス端子Ｓ＋に接続されたプローブ１５ｃ、−側の電圧センス端子Ｓ−に接続されたプローブ１５ｄとして区別されている。また、プローブ１５ａ乃至１５ｄに接続されるパッド４もそれぞれパッド４ａ乃至４ｄとして区別されている。

図１では、ＤＵＴ３としてＲｂ２を選択した場合を示している。以下、図５を参照して、実施例１の抵抗測定方法について説明する。

まず、複数の組のＤＵＴ３を直列接続する試験用の電気接続パターン５を形成する（ステップ１００２）。図１において、パターン５を点線で示す。パターン５は、例えば、パッド４の最上層形成工程で同様に金を蒸着することによって形成することができる。もちろん、パターン５をパッド４の中間層形成工程で同様に形成してもよい。

次に、ＤＵＴ３（Ｒｂ２）の一対のパッド４ｃ及び４ｄに測定装置１０の一対の電圧測定用プローブ１５ｃ及び１５ｄを接触させる（ステップ１００４）。次に、電圧測定用プローブ１５ｃ及び１５ｄが接触している一対のパッド４ｃ及び４ｄとパターン５で電気接続された一対のパッド４ａ及び４ｂに測定装置１０の一対の電流印加用プローブ１５ａ及び１５ｂを接触させる（ステップ１００６）。従来は、パッド４ｃにプローブ１５ａと１５ｃが接触され、パッド４ｄにプローブ１５ｂと１５ｄが接触されていた。このため、先端部１６におけるプローブ１５の径を小さくせざるを得ず、プローブの製造と測定作業が困難であり、また、プローブの機械的強度が低下し、ランニングコストが高くなっていた。これに対して、本実施例は、図１に示すように、一つのパッド４に一つのプローブ１５しか接触させないので、先端部１６におけるプローブ１５の径を大きくすることができる。従って、プローブ１５の製造が容易になると共に２本のプローブを接触させないようにパッドに配置する必要がないので測定作業も容易になる。更に、プローブ１５の径を増加して機械的強度を高めることができるのでプローブ１５の寿命が延びる。また、それにより、プローブ１５の交換頻度が減るので測定のランニングコストが改善する。更に、同数の素子を測定する場合を考えるとプローブの本数が半減するのでコストも削減される。

次に、電流印加用プローブ１５ａ及び１５ｂを介して電流を流すと共にＤＵＴ３に生じる電圧を電圧測定用プローブ１５ｃ及び１５ｄを介して測定する（ステップ１００８）。電流は端子Ｉ＋から端子Ｉ−へと流れ、例えば、１０ｍＡである。測定される電圧は、例えば、１００ｍＶとなる。次に、電流と測定された電圧からＤＵＴ３の抵抗値１０Ωを算出する（ステップ１０１０）。

図１に示すパターン５の構成では、図６に示すように、両端にあるＤＵＴ３（例えば、Ｒｃ２）に対して図１に示すパッド４ｂに相当するパッドがなくなり、実施例１の抵抗測定方法を適用することができない。ここで、図６は、図１に示す測定システムの問題を説明する平面図である。

以下、図７及び図８に示すように、実施例２の抵抗測定方法について説明する。なお、図８において図６と同一のステップには同一の参照番号を付し、説明を省略する。図７は実施例２の測定システムの概略ブロック図である。図８は、実施例２の抵抗測定方法を説明するためのフローチャートである。

図８に示すように、実施例２の抵抗測定方法は、ステップ１００２と１００４の間に、直列接続された複数の組の両端に位置する一対のパッド４と各々が試験用の電気接続パターン５で電気接続された試験用の一対のパッド６を形成する（ステップ１００３）。図７における右側のパッド６が図１に示すパッド４ｂと同様の効果を奏する。両端のＤＵＴ３（図７ではＲａ１とＲｃ２）の外側にパッド６を形成することによって両端のＤＵＴ３の抵抗測定が可能になる。パッド６はパッド４と同様の工程でパッド４と共に形成するが、特に抵抗が非常に大きくない限り、パッド４と違う材質（チタンなど）で形成されてもよい。

本実施例でも、図７に示すように、一つのパッド４、６に一つのプローブ１５しか接触させないので、先端部１６におけるプローブ１５の径を大きくすることができる。従って、プローブ１５の製造が容易になると共に２本のプローブを接触させないようにパッドに配置する必要がないので作業に高度の熟練を要しない。更に、プローブ１５の径を増加して機械的強度を高めることができるのでプローブ１５の寿命が延びる。また、それにより、プローブ１５の交換頻度が減るので測定のランニングコストが改善する。更に、同数の素子を測定する場合を考えるとプローブの本数が半減するのでコストも削減される。

実施例３は、図６に示す問題を実施例２とは異なり、試験用パッド6を形成しない構成で解決する。実施例３は、図９に示すように、６端子抵抗測定装置としての測定装置１０と、マトリクススイッチ２０とを使用する。ここで、図９は、実施例３の測定システムの概略ブロック図である。

測定装置１０は、図１及び図７と異なり、一対のガード端子（Ｇｕａｒｄ及びＧｕａｒｄＳｅｎｓｅ）も使用する。６端子抵抗測定装置は、図１０に示すように環状に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲｓを含む回路網の端子１７及び１９間の抵抗Ｒ１を測定する装置である。左側の４つの丸印の端子は一対の電流端子と一対の電圧センス端子であり、上から端子Ｓ＋、端子Ｉ＋、端子Ｉ−、端子Ｓ−に相当する。一対のガード端子は、抵抗Ｒ１と並列に接続された抵抗Ｒ２及びＲｓの中間端子１８に接続され、端子１７と１８が等電位になるように働く。この結果、Ｒ２には電流が流れず、Ｒ１のみに測定電流Ｉｔｅｓｔが流れる。図９においては、Ｇｕａｒｄ端子に接続されたプローブを１５ｅ、ＧｕａｒｄＳｅｎｓｅ端子に接続されたプローブを１５ｆとし、それらに対応するパッド４を４ｅ及び４ｆとして区別している。

マトリクススイッチ２０は、測定装置１０の６つの端子に接続された６つの入力端子と６つの出力端子とを有し、測定装置１０のバー２への接続を切り替える。図９に示すマトリクススイッチ２０において、黒丸スイッチは入力端子と出力端子を接続し、×印の丸スイッチは入力端子と出力端子を接続していない。

図９では、ＤＵＴ３としてＲｂ２を選択した場合を示している。以下、図１１を参照して、実施例３の抵抗測定方法について説明する。

まず、３個以上の組のＤＵＴ３を環状に直列接続する試験用の電気接続パターン５を形成する（ステップ１１０２）。図１と異なる点は、パターン５が環状に形成され、パッド４ｅと４ｆが接続されている点である。次に、ステップ１００４及び１００６が行われ、プローブ１５ａ乃至１５ｄがパッド４ａ乃至４ｄと接触される。次に、残りの一対のパッド４ｅ及び４ｆに測定装置１０の一対のガード用プローブ１５ｅ及び１５ｆを接触させる（ステップ１１０４）。次に、ステップ１００８及び１０１０が行われる。図１０を参照して説明したように、端子１７と１８が等電位となるので、図９において、パッド４ａからＲａ２へは電流が流れず、Ｒｂ２には測定電流のすべてが流れそれ以外の電流は流れない。

また、図１２は、ＤＵＴ３として右端のＲｃ２を選択した場合を示しており、図１１と同様の方法を適用してＤＵＴ３の抵抗を測定することができる。

本実施例でも、図９に示すように、一つのパッド４に一つのプローブ１５しか接触させないので、先端部１６におけるプローブ１５の径を大きくすることができる。従って、プローブ１５の製造が容易になると共に２本のプローブを接触させずにパッドに配置する必要がないので作業に高度の熟練を要しない。更に、プローブ１５の径を増加して機械的強度を高めることができるのでプローブ１５の寿命が延びる。また、それにより、プローブ１５の交換頻度が減るので測定のランニングコストが改善する。更に、同数の素子を測定する場合を考えるとプローブの本数が半減するのでコストも削減される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１の抵抗測定方法を適用する測定システムのブロック図である。バーを複数搭載したウエハとそのバーの拡大平面図である。実施例１の測定システムの概略側面図である。図３に示すプリント基板の背面図である。実施例１の抵抗測定方法を説明するためのフローチャートである。図１に示す測定システムの構成の問題を説明する平面図である本発明の実施例２の抵抗測定方法を適用する測定システムのブロック図である。実施例２の抵抗測定方法を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例３の抵抗測定方法を適用する測定システムのブロック図である。図９に示す測定装置の６端子抵抗測定の原理を説明する回路図である。実施例３の抵抗測定方法を説明するためのフローチャートである。図９に示す測定システムが図９とは異なる被測定素子を測定する場合の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２バー
３被測定素子（ＤＵＴ）
４、６パッド
５電気接続パターン
１０測定装置
１５（１５ａ−１５ｆ）プローブ
２０マトリクススイッチ

Claims

各々が被測定素子と当該被測定素子に電気的に接続された一対のパッドとを有する３個以上の組の前記被測定素子に、６端子抵抗測定が可能な測定装置を利用して電流を流すと共に前記被測定素子に生じる電圧を測定し、電流と電圧から前記被測定素子の抵抗値を算出する抵抗測定方法において、
３個以上の組の前記被測定素子を環状に直列接続する試験用の電気接続パターンを形成し、前記３個以上の組の前記被測定素子の一対のパッドに前記測定装置の一対の電圧測定用プローブを接触させ、前記一対のパッドの各々と前記電気接続パターンで電気接続された一対のパッドに前記測定装置の一対の電流印加用プローブを接触させ、残りの試験用の電気接続パターンで互いに接続された一対以上のパッドの中の一対のパッドに前記測定装置の一対のガード用プローブを接触させることを特徴とする抵抗測定方法。