WO2007018186A1

WO2007018186A1 - 微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラム

Info

Publication number: WO2007018186A1
Application number: PCT/JP2006/315610
Authority: WO
Inventors: Masami Yakabe; Naoki Ikeuchi
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-02-15
Also published as: TWI293367B; JPWO2007018186A1; TW200722756A

Abstract

　３次元加速度センサの測定チップをチャックに装着し（ＳＰ１）、プローブ針を測定チップに移動させ（ＳＰ２）、フリッティング制御を行って（ＳＰ４）、プローブ針を測定チップの電極パッドに接続し、ＤＣテストを行った（ＳＰ７～ＳＰ１０）後、スピーカから測定チップの可動部にテスト音波を与えて加振テストを行い（ＳＰ１１～ＳＰ１３）、その結果に基づいて３次元加速度センサの特性を測定する。

Description

明細書

微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラム

技術分野

[0001] この発明は、微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムに関する。より特定的には、この発明は、例えば、 MEMS (Micro Electro Mechanical Syst ems)を検査する微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムに関する背景技術

[0002] 近年、特に半導体微細加工技術などを用いて、機械 '電子'光 '化学などの多用な機能を集積ィ匕したデバイスである MEMSが注目されている。これまでに実用化された MEMS技術としては、例えば自動車'医療用の各種センサとして、マイクロセンサである加速度センサや圧力センサ，エアーフローセンサなどの MEMSデバイスがある。

[0003] また、インクジェットプリンタヘッドに、この MEMS技術を採用することにより、インクを噴出するノズル数の増加と正確なインクの噴出が可能となる。これにより、画質の向上と印刷スピードの高速ィ匕を図ることが可能となっている。さらには、反射型のプロジェクタにぉ、て用いられて、るマイクロミラーアレイなども一般的な MEMSデバイスとして知られている。

[0004] 今後、 MEMS技術を利用したさまざまなセンサゃァクチユエータが開発されることにより、光通信 'モパイル機器への応用、計算機の周辺機器への応用、さらにはバイォ分析や携帯用電源への応用へと展開することが期待されている。技術調査レポ一ト第 3号 (経済産業省産業技術環境局技術調査室製造産業局産業技術課発行)には、 MEMSに関する技術の現状と課題という議題で種々の MEMS技術が紹介されている。

[0005] 一方、 MEMSデバイスの発展に伴い、微細な構造などであるがゆえにそれを適正に検査する方式も重要になってくる。従来においては、ノッケージ後にデバイスを回転させたり、あるいは振動などの手段を用いて、その特性の測定を実行してきた。微細加工技術後の製造の初期段階において、ウェハの状態が良好であるかなどの適正な検査を実行して不良を検出することにより、歩留まりを向上させ、製造コストをより低減することが可能になる。

[0006] 特開平 5— 34371号公報には、一例としてウェハ上に形成された加速度センサに対して、空気を吹付けることにより変化する加速度センサの抵抗値を検出し、加速度センサの特性を判別する検査方式が提案されて、る。

[0007] 一般に、加速度センサなどの微小な可動部を有する構造体は、微小な動きに対してもその応答特性が変化する。したがって、その特性を測定するためには、精度の高い検査をする必要がある。特開平 5— 34371号公報に示されるような空気の吹付けによりデバイスに変化を加える場合には、微調整を施して加速度センサの特性を測定しなければならない。このためには、気体の流量を制御するとともに均一にデバイスに気体を吹付けて精度の高い検査を実行する必要がある。しかし、このような検査は、極めて困難であり、例え実行するとしても、複雑かつ高価なテスタを設けなければならない。

発明の開示

[0008] そこで、この発明の目的は、比較的簡単な構成で微小な可動部を有する構造体を精度よく検査できる微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムを提供することである。

[0009] この発明は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査装置であって、音波発生手段力テスト音波を発生するための音波信号を出力する音波信号出力手段と、音波信号出力手段力出力された音波信号で音波発生手段を駆動するための増幅手段と、増幅手段から出力された音波信号に基づいて音波発生手段力発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する測定手段と、測定手段によって測定された出力値に基づヽて、微小構造体の特性を評価する特性評価手段とを備える。

[0010] このように音波信号に基づくテスト音波によって微小構造体の可動部を動力して、微小構造体の特性を評価できる。 [0011] 好ましくは、微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、プローブカードは、微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも 1対のプローブ針を含み、少なくとも 1対のプローブ針を同一の電極に接触させたときの少なくとも 1対のプローブ針間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、プローブカードに電圧を供給するための電源と、少なくとも 1対のプローブ針を同一の電極に接触させた状態で電源から少なくとも 1対のプローブ針に電圧を印加し、抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第 1の値以下になるまで電圧を上昇させて、少なくとも 1対のプローブ針間の導通を制御する制御手段とを含む。

[0012] このような導通制御により、いわゆるフリツティング現象を利用して電極とプローブ針との導通を確実にできる。

[0013] 好ましくは、微小構造体を上下させるためのステージを含み、制御手段は、抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第 2の値以下であることに応じて、ステージを制御して少なくとも 1対のプローブ針を電極に差込む。

[0014] 各微小構造体の高さが異なっていても、抵抗値を測定することで、針圧が一定になるように少なくとも 1対のプローブ針と電極との接続状態を調整できる。

[0015] 好ましくは、テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と出力値との関係をテープルとして予め記憶する記憶手段を含み、特性評価手段は、テスト音波を与えたときに対応する出力値を記憶手段のテーブル力読み出して、微小構造体が対応する出力値を出力しているかを評価する。

[0016] 好ましくは、微小構造体は、少なくとも 2つ以上の動きを有する可動部と、少なくとも 2つ以上の動きを検出する検出回路とを含み、プローブ針を介して微小構造体の電極に直流電圧を印加したときに、検出回路から出力される直流電圧を測定する直流電圧検査手段を含む。検出回路の出力を監視することで、電圧が所定の範囲内にあるかを確認できる。

[0017] 好ましくは、音波信号出力手段は、音波信号として 1つの正弦波信号または複数の周波数信号を発生する。複数の周波数信号は、ホワイトノイズ信号である。ホワイトノィズ信号で音圧を与えることで、全周波数帯域における加振テストを行うことができ、音圧を一定にして正弦波信号の周波数をスイープさせることで得られる出力電圧特性から共振周波数を特定することが可能になる。

[0018] この発明の他の局面は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査方法であって、音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する工程と、出力した音波信号を増幅して音波発生手段を駆動する工程と、音波信号に基づいて音波発生手段から発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する工程と、測定された出力値に基づいて、微小構造体の特性を評価する工程とを備える。

[0019] このような検査方法においても、音波信号に基づくテスト音波によって微小構造体の可動部を動かして、微小構造体の特性を評価できる。

[0020] より好ましくは、微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、プロ一ブカードは、微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも 1対のプローブ針を含み、少なくとも 1対のプローブ針を同一の電極に接触させた状態で少なくとも 1対のプローブ針に電圧を印加し、測定された抵抗値が予め定める第 1の値以下になるまで電圧を上昇させて、少なくとも 1対のプローブ針間の導通を制御する工程を含む。

[0021] 好ましくは、少なくとも 1対のプローブ針を同一の電極に接触させたときの少なくとも 1対のプローブ針間の抵抗値を測定する工程と、測定された抵抗値が予め定める第 2の値以下であることに応じて、少なくとも 1対のプローブ針を電極に差込む工程とを含む。

[0022] この発明のさらに他の局面は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、コンピュータで微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査プログラムであって、音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力するステップと、出力した音波信号を増幅して音波発生手段を駆動するステップと、音波信号に基づ、て音波発生手段から発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定するステップと、測定された出力値に基づいて、微小構造体の特性を評価するステップとを備える。

[0023] この検査プログラムを実行することにより、音波信号によって微小構造体の可動部を動かすことで微小構造体の特性を測定できる。

[0024] この発明によれば、可動部を有する微小構造体に対してテスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、音波発生手段に音波信号を出力し、出力された音波信号による微小構造体の可動部の動きに応じて与えられる信号に基づいて、微小構造体の特性を評価するようにしたので、比較的簡単な構成で微小な可動部を有する構造体を精度よく検査できる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]微小構造体が形成されたウェハを示す外観斜視図である。

[図 2]図 1に示した微小構造体の一例の 3軸加速度センサチップを示す概略図である

[図 3]ホイートストンブリッジの回路図である。

[図 4]プローブカードを説明するための図である。

[図 5]この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置のブロック図である。

[図 6]この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の全体の動作を説明するためのフローチャートである。

[図 7]図 6に示したチャック高さ制御のフローチャートを示す図である。

[図 8]図 6に示した「フリツティング正常力」の判断処理のフローチャートを示す図である。

[図 9]図 6に示した「DCテスト正常力」の判断処理のフローチャートを示す図である。

[図 10]図 6に示した「加振テスト正常力」の判断処理のフローチャートを示す図である

[図 11]図 10に示した加振 ·測定シーケンスのフローチャートを示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 図 1は、この発明の一実施形態の微小構造体の検査装置で検査される 3軸加速度センサチップが形成されたウェハを示す外観斜視図であり、図 2は、図 1に示した 3軸加速度センサチップを一部破断して示す概略図であり、図 3はホイートストンブリッジの回路図である。

[0027] 図 1に示すように基板としてのウェハ 1上には、微小構造体である複数の 3軸加速度センサチップ 2が形成されている。 3軸加速度センサチップ 2には、図 2に示すように周辺に複数の電極パッド PDが形成されており、少なくとも 2つ以上の動きを有する可動部として、中央に 4個の重錘体 ARが設けられている。各重錐体 ARは、四角柱で形成されており、四角柱の 1つの角部分が 4本の板状のビーム BMの中央部に連結されて支持されている。四角柱構造を採用することで、重錐体 ARを大きくすると同時にビーム長も長くすることができるため、小型であっても高感度な加速度センサを実現できる。

[0028] ビーム BMは X, Yの 2軸で互いに直交するように形成されている。 X軸方向に延びるビーム BMの表面には、 X軸検出用のピエゾ抵抗素子が拡散抵抗として、 1軸あたり 4個設けられている。この 4個のピエゾ抵抗素子に対して平行に、 Z軸検出用の 4個のピエゾ抵抗素子が設けられている。 Y軸方向に延びるビーム BMの表面には Y軸検出用の 4個のピエゾ抵抗素子が設けられている。

[0029] 図 2に示した 3軸加速度センサチップ 2は、安価な ICプロセスを利用することができるとともに、検出素子である抵抗素子を小さく形成しても、感度低下がないため、小型化および低コストィ匕に有利である。

[0030] 各軸に対応して設けられた 4個のピエゾ抵抗素子は、それぞれが図 3に示す検出回路としてのホイートストンブリッジ回路の抵抗 R1〜R4を構成している。ホイートストンブリッジ回路は、 X軸， Y軸， Z軸のそれぞれに対応して、 3軸加速度センサチップ 2 上に 3つ設けられている。各軸に対応して設けられるホイートストンブリッジ回路により、重錐体 ARが加速度 (慣性力）を受けると、ビーム BMが変形し、その表面に形成されたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化により、各軸に対応して加速度が検出される。

[0031] ピエゾ抵抗素子は、加えられた歪によってその抵抗値が変化する性質 (ピエゾ抵抗効果)を持っており、引張歪の場合は抵抗値が増加し、圧縮歪の場合は抵抗値が減少する。図 3に示したホイートストンブリッジ回路の一端に電圧 Vddを印加し、他端を GNDに接地する。中間点から出力される出力電圧 Voutは、 X, Υ, Z軸に関して、次式に示す電圧 Vx (y) out, Vzoutで表される。

[0032] Vx (y) out= {R3/ (R2+R3) -R4/ (Rl +R4) } -Vdd

Vzout = {R3Z (Rl +R3) -R4/ (R2+R4) } · Vdd このように、 X, Y, ζ軸のそれぞれに対応するホイートストンブリッジ回路により、出力各軸の加速度成分を、独立に分離した出力電圧として検出できる。なお、 3軸加速度センサチップ 2は、加速度の DC成分も検出できるため、重力加速度を検出する傾斜角センサとしても用いることができる。

[0033] 図 4は、この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置に用いられるプローブカードを説明するための概念図である。

[0034] 図 1に示したウェハ 1は、チャック 8上に搭載されている。チャック 8はウェハ 1を種々の温度環境に設定可能なようにヒータを内蔵して、て、ステージとしての移動機構である Zステージ 9と、 X テージ 10と、 Yステージ 11とにより 3軸方向に移動可能になつている。また、チャック 8はウェハ 1を Θ方向に正逆回転可能になっている。

[0035] ウェハ 1の上方には、プローブカード 4が配置されている。プローブカード 4は、回路基板 5を含み、この回路基板 5には、複数のプローブ針 6がウェハ 1に対向するように取付けられている。回路基板 5には、音波発生手段としてのスピーカ 3とマイクロホン 7とがウェハ 1に対向するように設けられている。プローブ針 6は、 3軸加速度センサチップ 2の電極パッド PDに接触することで電気的に接続される。回路基板 5には、スピ一力 3からウェハ 1の 3軸加速度センサチップ 2の可動部に対して所定の周波数および所定の音圧でテスト音波が出力されるように、所定の領域に開口部が形成されている。マイクロホン 7はテスト音波を検出する。

[0036] なお、図 4では図示していないが、ウェハ 1とプローブカード 4との間は、スピーカ 3 力も発生されたテスト音波が、所定の音圧で複数の 3軸加速度センサチップ 2の内、所定の 3軸加速度センサチップ 2の可動部のみに加えられるように密閉されている。

[0037] 電極パッド PDは、プローブ針 6と電気的に接続される検査用電極であり、図 2に示すように 3軸加速度センサチップ 2の周辺に形成されている。したがって、プローブ針 6で囲まれる領域において開口部を設けて、その上にスピーカ 3を配置することにより、所定の 3軸加速度センサチップ 2の可動部の真上力テスト音波を出力することができる。

[0038] 図 5はこの発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の一例のテスタのブロック図である。図 5において、テスタ 20は、スイッチング回路 30を介してプローブ力ード 4に接続されているとともにプローノ Oにも接続されている。スイッチング回路 30 は、テスタ 20と、プローブ針 6との間の接続態様を切換える。

[0039] テスタ 20は、特性評価手段および制御手段として作動するコントローラ 21と、音波信号出力手段として作動するファンクションジェネレータ 22と、スピーカ 3を電気的に駆動する増幅手段として作動するパワーアンプ 23と、各種測定値を測定する測定手段および直流電圧検査手段として作動するデバイス測定器 24と、抵抗値測定手段として作動する抵抗測定器 25と、パルス発生器 26と、電源回路 27, 28と、入力部 31と、表示部 32と、記憶手段として作動するメモリ 33とを含む。

[0040] コントローラ 21はテスタ 20の全体の動作を制御するものであり、コンピュータにより構成されている。また、コントローラ 21にはプローノ Oが接続されている。プローバ 4 0は、図 4に示したチャック 8と、 Zステージ 9と、 Xステージ 10と、 Yステージ 11とをそれぞれ対応する軸方向へ移動させるための制御を行う。

[0041] ファンクションジェネレータ 22は、正弦波信号や複数の周波数信号としてのホワイトノイズなどのテスト用の信号波形を発生する。ファンクションジェネレータ 22の出力は、パワーアンプ 23に与えられて増幅され、プローブカード 4に搭載されているスピー力 3に供給される。デバイス測定器 24は、例えば AZDコンバータなどにより構成されており、プローブ針 6から与えられるホイートストンブリッジ回路の出力電圧値や消費電流値やマイクロホン 7で検出したテスト音波などの出力値をデジタル信号に変換してコントローラ 21に与える。抵抗測定器 25は、プローブカード 4から与えられる抵抗値などを測定してコントローラ 21に出力する。

[0042] スイッチング回路 30は、ノルス発生器 26から与えられるパルス信号に応じて導通し、電源回路 27から出力される 3Vの電圧、または電源回路 28から出力される 5Vの電圧を切換えてプローブカード 4に供給する。また、スイッチング回路 30は、パルス発生器 26から与えられるパルス信号に応じて導通し、プローブカード 4に含まれて、るホイートストンブリッジ回路から出力される出力電圧値や消費電流値や、マイクロホン 7で検出したテスト音波をデバイス測定器 24に出力する。さらに、スイッチング回路 3 0は、パルス発生器 26から与えられるパルス信号に応じて導通し、プローブ針 6と電極パッド PDとの間の抵抗値を抵抗測定器 25に出力する。 [0043] 電源回路 27は 3軸加速度センサチップ 2を電気的に動作させるために、例えば 3V の電圧を、スイッチング回路 30を介して、プローブカード 4に供給する。電源回路 28 はフリツティングに必要な例えば 5Vの電圧をスイッチング回路 30を介して、プローブカード 4に供給する。入力部 31は検査に必要な情報を入力し、表示部 32は検査結果を表示する。

[0044] メモリ 33は検査結果などを記憶するとともに、テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と微小構造体 2の動きを示す電圧値との関係をテーブルとして記憶している。コントローラ 21は、テスト音波を与えたときに対応する電圧値をメモリ 33のテーブルから読み出して、微小構造体 2が対応する電圧値を出力しているかを評価する。すなわち、コントローラ 21は、微小構造体 2の動きのデータテーブルと、デバイス測定器 24 および抵抗測定器 25から出力される測定値とをデータとして微小構造体の特性を評価する。

[0045] 図 6はこの発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。検査装置は、このフローチャートに基づくプログラムを実行することにより、微小構造体の検査を行う。

[0046] 次に、図 6を参照して、この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の概略の動作について説明する。なお、図 6に示す主要な処理工程については、図 7 〜図 11に示すフローチャートを参照して後で詳細に説明する。

[0047] まず、オペレータはウェハ 1を図 4に示したチャック 8上に載置する。コントローラ 21 は、ステップ（図示では SPと略称する） SP1において、ウェハ 1がロードされたことを判別すると、ステップ SP2において、駆動信号を出力し、プローブ基板 5のプローブ針 6 を測定チップの電極パッド PD上に移動させる。すなわち、図 4で説明したホイートストンブリッジ回路の出力電圧をテスタ 20で測定することを可能にするために、プローブ針 6が電極パッド PDに対向するようにテージ 10と、 Yステージ 11とにより X軸方向と Y軸方向とを位置決めする。

[0048] ステップ SP3において、チャック高さ制御を行う。チャック高さ制御では、 1対のプローブ針 6間の電気的抵抗値が変化するのを検出することによって、針が電極パッド P Dに接触したことを検知し、その点から一定の高さ分 (以下、オーバードライブ量と称する。）だけプローブ針 6を電極パッド PDに押付ける。特に、 MEMSのようにウェハ 1 に立体構造を形成する加工では、ウェハ 1の表面を完全な平面に保つことは困難である。ウェハ 1のわずかな反りなどにより、 3軸加速度センサチップ 2ごとに、高さのばらつきが例えば数十/ z m生じており、高さが異なっている。

[0049] そこで、 1対のプローブ針 6の先端が電極パッド PDに接触したことを検知し、一定のオーバードライブ量で 1対のプローブ針 6を電極パッド PDに押付けてチャック高さ制御を行う。これによつて、 3軸加速度センサチップ 2ごとに高さが異なっていても、 1対のプローブ針 6を電極パッド PDに押付けるときの針圧を一定にする。

[0050] なお、 1対のプローブ針 6は、同一の電極パッド PDに対して、垂直な方向から接触させるのが好ましい。斜め方向から接触させた場合には、針圧の影響が X軸および Y 軸に現れる可能性がある力である。

[0051] また、 1対のプローブ針 6の先端が電極パッド PDに接触した力否かの検知は、抵抗値を測定する以外に、例えば、レーザ計測によってプローブ針 6と、電極パッド PDとの間の距離を測定したり、プローブ針 6の先端と電極パッド PDとの画像力も形状を抽出して接触状態を測定するようにしてもよい。プローブ針 6の先端が電極パッド PDに接触したことを検知し、その点から一定のオーバードライブ量だけプローブ針 6を電極パッド PD方向に移動することにより、針圧は一定の小さい値に保たれる。プローブ針 6と電極パッド PDの接触抵抗を小さくし、かつプローブ針 6の針圧による応力を無視できる程度に抑えるように、オーバードライブ量は、予め適切な値に定められている。

[0052] なお、ウェハ 1の全ての 3軸加速度センサチップ 2を順次測定していくごとに、測定前にプローブ針 6を接触させてから予め定められたオーバードライブ量だけ変位させる。それによつて、 3軸加速度センサチップ 2に与える影響を最小にして、 3軸加速度センサチップ 2ごとに同じ条件で検査を行うことができる。

[0053] 次に、ステップ SP4において、フリツティング現象に基づくフリツティング制御を行う。

ここでフリツティング現象とは、金属（この実施形態では電極パッド PD)の表面に形成された酸ィ匕膜に印加される電位傾度が 10⁵〜10⁶V/cm程度になると、酸ィ匕膜の厚さや金属の組成の不均一性により電流が流れて酸化膜が破壊される現象をヽぅ。フリッティング制御を行うために、 1対のプローブ針 6の先端を同一の電極パッド PDに接触させた状態で電源回路 28から 1対のプローブ針 6の一方に電圧を印加する。そして、電圧を徐々に上昇させると、 1対のプローブ針 6に印加される電圧差に基づくフリッティング現象により、電極パッドの中の 1対のプローブ針 6の間の酸ィ匕膜を破って電流が流れる。これにより、プローブ針 6と電極パッド PDとの間で電気的に導通する。なお、フリツティング制御は、各 1対のプローブ針 6ごとに行われる。

[0054] ステップ SP5において、フリツティングが正常に行われた力否かを判別する。すなわち、スイッチング回路 30により 1対のプローブ針 6の接続を電源回路 28から抵抗測定器 25の入力側に切換える。これにより、プローブ針 6と電極パッド PDとの間の接触抵抗値が抵抗測定器 25で測定されてコントローラ 21に与えられる。コントローラ 21は、その接触抵抗値を判断することで、フリツティングが正常に行われたカゝ否かを判別する。もし、フリツティングが正常に行われていないことを判別したときには、ステップ SP 6において、 Zステージ 9を駆動して、ウェハ 1を下降させる。そして、ステップ SP3〜S P5の処理を繰り返す。

[0055] フリツティングが正常に行われていれば、ステップ SP7において、パルス発生器 26 力もパルス信号を出力してスイッチング回路 30を切換える。この切換により、電極パッド PD力も電圧が取出されてデバイス測定器 24に与えられ、コントローラ 21はデバイス測定器 24の出力に基づいて、 DC電圧のテストを行う。この DC電圧のテストは、 X, Υ, Z軸のそれぞれに対応するホイートストンブリッジ回路の出力電圧 Voutが所定の電圧になっているかの判別である。

[0056] ステップ SP8において、コントローラ 21は、 DCテストが正常に行われたか否かを判別する。正常に行われな力つたことを判別したときには、ステップ SP9において、 n回目の DCテストを行ったカゝ否かを判別する。 n回目以下であれば、再度ステップ SP8 において DCテストを行う。 DCテストを n回行ったときには、ステップ SP10において、 DCテストの結果をメモリ 33にセーブした後、ステップ SP14に進む。このときは測定チップが不良であるので加振テストを行わな!/、。

[0057] ステップ SP8において、 DCテストが正常に行われたことを判別したときには、ステツプ SP11において加振テストを行う。加振テストは、ファンクションジェネレータ 22から正弦波信号あるいはホワイトノイズ信号を発生させることによって行われる。そして、パワーアンプ 23で正弦波信号あるいはホワイトノイズ信号を増幅し、プローブカード 4 に搭載されているスピーカ 3に出力する。スピーカ 3から所定の音圧のテスト音波を発生し、測定チップの可動部を振動させる。コントローラ 21は、このテスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と、各テスト音波による可動部の動きとの関係を予めメモリ 3 3のテーブルに記憶しているので、テスト音波を可動部に与えたときに対応する動きを測定する。

[0058] 具体的には、この動きに基づいて変化するピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化について、プローブ針 6を介して与えられる電圧に基づいて特性を測定する。例えば、テスト音波の音圧の変化に応答して、測定チップの抵抗値が線形に変化している力などにより特性を測定する。印加される加速度とホイートストンブリッジ回路の出力電圧とは、ほぼ線形の関係にあるので、線形に変化しているかを判別することで測定チップの良否を判定できる。また、正弦波信号をスイープしてテスト音波を発生させれば、共振周波数やその共振周波数における振幅を測定することができる。

[0059] このとき、マイクロホン 7によりスピーカ 3から測定チップに対して与えられるテスト音波を検出する。その検出信号をデバイス測定器 24でデジタル信号に変換してコントローラ 21に与え、所定のテスト音波が測定チップの可動部に到達しているかを判断する。

[0060] ステップ SP11において、加振テストが正常に行われな力つたことを判別したときには、ステップ SP12において、 n回目の加振テストであるかを判別する。 n回目以下であれば、ステップ SP11において、再度加振テストを行う。 n回行ったことを判別したときには、ステップ SP13において、直線性や X, Υ, Zの各軸における共振周波数と、その共振周波数における振幅などのデータをメモリ 33にセーブする。

[0061] 加振テストが終了すると、ステップ SP14において、パルス発生器 26の出力をオフにし、ステップ SP15において、ウェハ 1を下降させる。そして、ステップ SP16において測定チップがある力否かを判別する。測定チップがあることを判別すれば、ステツプ SP2において、プローブ針 6を次の測定チップの位置に対応するように、 Xステージ 10と Yステージ 11とを移動させる。 [0062] ステップ SP 16において、次にテストすべき測定チップのないことを判別したときには、オペレータはチャック 8から測定チップを取り出す。ステップ SP17においてウェハ 1がアンロードされたことを判別すると、ステップ SP 18において、測定温度の変更がある力否かを判別する。温度変更がなければ、一連の処理を終了し、温度変更があればステップ SP19でチャック 8の温度を変更して、ステップ SP2に進み、以下、上述の説明と同様の処理を行う。

[0063] ステップ SP1〜SP19の処理の結果、得られた測定値のデータは、コントローラ 21 に出力される。コントローラ 21は、測定値のデータに基づいて、微小構造体 2の特性を評価する。

[0064] 図 7は、図 6のステップ SP3に示したチャック高さ制御の詳細を示すフローチャートである。チャック高さ制御では、ステップ SP31において、パルス発生器 26からのパルス信号によりスイッチング回路 30を切換えて、プローブ針 6をテスタ 20の抵抗測定器 25の入力に接続する。ステップ SP32において、 1対のプローブ針 6の間の抵抗値を抵抗測定器 25により測定し、測定した抵抗値をコントローラ 21に出力する。

[0065] コントローラ 21は、ステップ SP33において、抵抗値が第 2の値である所定値以下であるカゝ否かを判別し、所定値以下であれば、プローブ針 6と電極パッド PDとの接触が良好であると判断する。ステップ SP34において、 Zステージ 9を所定の高さだけ上昇させてプローブ針 6を電極パッド PDに差込む。

[0066] ステップ SP33にお、て、抵抗値が所定値以下でな、ことを判別したときには、プローブ針 6と電極パッド PDとの接触が良好でないと判別し、ステップ SP35において、 Z ステージ 9を上昇させてチャック 8の高さ調整を行う。このチャック高さ制御を行うことにより、ウェハ 1の反りなどにより、 3軸加速度センサチップ 2に高さのばらつきがあつてもプローブ針 6と電極パッド PDとの接触状態を良好にすることができる。

[0067] 図 8は、図 6に示したステップ SP5のフリツティングが正常であるかの詳細を示すフロ一チャートである。ステップ SP61において、電極パッド nを選択し、ステップ SP62において、抵抗測定器 25で抵抗値を測定し、その抵抗値を示すデータをコントローラ 2 1に出力する。

[0068] ステップ SP63において、抵抗値が第 1の値である所定値より小さいか否かを判別し、フリツティングが正常に行われた力否かを判別する。ステップ SP63において、抵抗測定値が所定値以下でないことを判別したときには、ステップ SP64において、フリツティングが不良であると判別する。

[0069] 図 9は、図 6に示したステップ SP8の DCテスト正常かの判断処理のフローチャートを示す図である。コントローラ 21は、ステップ SP71において、デバイス測定器 24を介して与えられる電圧を測定し、ステップ SP72において電流を測定する。ステップ SP7 3にお!/、て DC電圧が所定のしき!/、値電圧の範囲内に収まって!/、て適正であるか否かを判別する。

[0070] ステップ SP74において、 X軸， Y軸， Z軸に対応するホイートストンブリッジ回路の出力電圧 Voutのオフセット電圧を計測する。ステップ SP75において、オフセット電圧が所定のしき、値電圧の範囲内に収まって、て適正である力否かを判別する。ォフセット電圧が適正であれば、ステップ SP76において DCテストが正常であると判別する。そして、ステップ SP77において、テスト結果の DC電圧をメモリ 33に記憶する。

[0071] ステップ SP73において、 DC電圧が所定のしきい値電圧の範囲外であると判別したときあるいは、ステップ SP75において、オフセット電圧が所定のしきい値電圧の範囲外であると判別したときには、ステップ SP78において、 DCテスト不良であると判別する。そして、ステップ SP77において、 DCテスト不良であることをメモリ 33に記憶する。 DCテスト不良と判定された測定チップはオペレータによって除去される。

[0072] 図 10は、図 6に示したステップ SP11の「加振テスト OK力」の判断処理のフローチヤートを示す図であり、図 11は、図 10に示した加振'測定シーケンスのフローチャートを示す図である。

[0073] 図 10に示す加振テストでは、ステップ SP80において加振'測定シーケンスが実行される。この加振 ·測定シーケンスでは、図 11に示すステップ SP91においてファンクシヨンジェネレータ 22で設定されるべき波形の選択が行われる。波形としてホワイトノィズを選択したときには、ステップ SP92において、ファンクションジェネレータ 22でホワイトノイズ信号の AC振幅を設定する。ステップ SP93において、設定された AC振幅でホワイトノイズ信号が出力される。ホワイトノイズ信号は、パワーアンプ 23で増幅され、プローブカード 4に搭載されているスピーカ 3に出力される。 [0074] 増幅されたホワイトノイズ信号がスピーカ 3に与えられても直ぐに音波は安定して出力されない。そこで、スピーカ 3からホワイトノイズ信号に基づく音波が安定して出力されるまで、ステップ SP94において所定の時間だけ待機する。その後、スピーカ 3から出力されるホワイトノイズ信号の音波に基づいて、測定チップの可動部が振動し、ホィートストンブリッジ回路の出力が変化する。コントローラ 21は、ステップ SP95において、ホイートストンブリッジ回路の出力変化に基づいて、 FFT(Fast Fourer Trans form:高速フーリエ変換）により X軸， Y軸， Z軸のそれぞれの出力値の計測を行う。

[0075] FFTで計測することで、出力信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出することができる。そして、ステップ SP96において、 FFT結果から尖頭値周波数と振幅とが測定される。ステップ SP97においてホワイトノイズの出力が停止される。ホワイトノイズは、全周波数帯域にわたって、一様な大きさの成分を持つ雑音信号であるので、ホワイトノイズに基づくテスト音波で加振テストを行うことで、全周波数帯域における加振テストが行える。

[0076] ステップ SP91において、波形として正弦波信号を選択したときには、ステップ SP9 8において、ファンクションジヱネレータ 22で正弦波信号の周波数と振幅とを設定する。ステップ SP99において、ファンクションジェネレータ 22から正弦波信号を出力する。正弦波信号は、パワーアンプ 23で増幅され、プローブカード 4に搭載されているスピーカ 3に出力される。

[0077] 増幅された正弦波信号力スピーカ 3に与えられても直ぐに音波は安定して出力されないので、スピーカ 3から正弦波信号に基づく音波が安定して出力されるまで、ステツプ SP100において、所定の時間だけ待機する。ステップ SP101において、正弦波信号の音波に基づく測定チップの可動部の振動により現れるホイートストンブリッジ回路の出力変化に基づいて、 X軸， Y軸， Z軸の出力の変化力FFTで計測される。そして、ステップ SP102において、 FFT結果力も尖頭値周波数と振幅とが測定される。ステツプ SP103において、正弦波信号の出力を停止するか否かを選択し、正弦波信号の出力を停止することを選択したときには、ステップ SP104において、周波数特性力も尖頭値，周波数，振幅を検出し、ステップ SP97において、ファンクションジエネレータ 22による正弦波信号の出力を停止する。 [0078] ステップ SP103において、正弦波信号の出力を停止しないことを判別したときには、ステップ SP105において、正弦波信号の周波数を + α Ηζし、ステップ SP99に戻り、その正弦波信号を出力する。ステップ SP99〜SP105の処理を繰返すことで、正弦波信号の周波数をスイープさせながら加振テストを行うことができる。

[0079] 正弦波信号を音波信号として用いると、音圧を一定にして周波数をスイープさせることで得られる出力電圧の特性カゝら共振周波数を特定することが可能になる。この共振周波数が所望の周波数であるかを判定することも可能になる。すなわち、 3軸加速度センサチップ 2の可動部が共振することにより、可動部は最大の変位量になる。この最大の変位量から共振周波数を特定して、所定の共振周波数が得られるカゝ否かを判定することで、測定チップが不良であるかを判別できる。

[0080] 図 10に示したステップ SP80における加振 ·測定シーケンスを行った後、ステップ S P81において加振テストの判定処理を行う。この判定は、 X軸の尖頭値周波数が X, Y, Z軸のしきい値の最小値および最大値の範囲内に入っているかなどを判別することによって行われる。ステップ SP82において、加振テストが正常に行われたことを判別したときには、ステップ SP83でその結果をメモリ 33に記憶する。加振テストが正常に行われな力つたときには、ステップ SP84において、不良と判定し、加振テストが不良であることをメモリ 33に記憶する。加振テストが不良と判定された測定チップは、ォペレータによって除去される。

[0081] なお、上述の説明では、 3軸加速度センサチップ 2のビーム BMにピエゾ抵抗素子を設けた例について説明したが、これに限ることなぐ容量素子やリアクタンス素子などのインピーダンス値の変化若しくはインピーダンス値の変化に基づく電圧，電流，周波数，位相差および遅延時間などの変化を検出し、特性を判定するようにしてもよい。

[0082] また、上述の説明では、音波出力手段としてスピーカ 3を用いた例について説明した力これに限ることなく、 3軸加速度センサチップ 2の可動部を動かすことが可能な他の可動手段を用いてもょ、。

[0083] さらに、上述の説明では、この発明を 3軸加速度センサチップ 2の特性を検査する場合について説明した力これに限ることなぐその他の MEMSデバイスの微小構造体の可動部に対して、テストを行う場合にもこの発明を適用できる。

[0084] 以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明した力この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

産業上の利用可能性

[0085] この発明の微小構造体の検査装置および検査方法は、 3軸加速度センサなどの M EMSデバイスを検査するのに利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査装置であって、

前記音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する音波信号出力手段と、

前記音波信号出力手段から出力された音波信号で前記音波発生手段を駆動するための増幅手段と、

前記増幅手段から出力された音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する測定手段と、

前記測定手段によって測定された出力値に基づいて、前記微小構造体の特性を評価する特性評価手段とを備える、微小構造体の検査装置。

[2] 前記微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されて!ヽて、

前記プローブカードは、前記微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも 1対のプローブ針を含み、

前記少なくとも 1対のプローブ針を前記同一の電極に接触させたときの前記少なくとも 1対のプローブ針間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、

前記プローブカードに電圧を供給するための電源と、

前記少なくとも 1対のプローブ針を前記同一の電極に接触させた状態で前記電源力前記少なくとも 1対のプローブ針に電圧を印加し、前記抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第 1の値以下になるまで前記電圧を上昇させて、前記少なくとも 1対のプローブ針間の導通を制御する制御手段とを含む、請求項 1に記載の微小構造体の検査装置。

[3] 前記微小構造体を上下させるためのステージを含み、

前記制御手段は、前記抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第 2の値以下であることに応じて、前記ステージを制御して前記少なくとも 1対のプロ一ブ針を前記電極に差込む、請求項 2に記載の微小構造体の検査装置。

[4] 前記テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と前記出力値との関係をテープルとして予め記憶する記憶手段を含み、

前記特性評価手段は、前記テスト音波を与えたときに対応する出力値を前記記憶手段のテーブルから読み出して、前記微小構造体が対応する出力値を出力しているかを評価する、請求項 1に記載の微小構造体の検査装置。

[5] 前記微小構造体は、

少なくとも 2つ以上の動きを有する可動部と、

前記少なくとも 2つ以上の動きを検出する検出回路とを含み、

前記プローブ針を介して前記微小構造体の電極に直流電圧を印加したときに、前記検出回路から出力される直流電圧を測定する直流電圧検査手段を含む、請求項 3に記載の微小構造体の検査装置。

[6] 前記音波信号出力手段は、前記音波信号として 1つの正弦波信号または複数の周波数信号を発生する、請求項 1に記載の微小構造体の検査装置。

[7] 前記複数の周波数信号は、ホワイトノイズ信号である、請求項 6に記載の微小構造体の検査装置。

[8] 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査方法であって、

前記音波発生手段力テスト音波を発生するための音波信号を出力する工程と、前記出力した音波信号を増幅して前記音波発生手段を駆動する工程と、前記音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する工程と、

前記測定された出力値に基づ!ヽて、前記微小構造体の特性を評価する工程とを備える、微小構造体の検査方法。

[9] 前記微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されて!ヽて、

前記少なくとも 1対のプローブ針を前記同一の電極に接触させた状態で前記少なくとも 1対のプローブ針に電圧を印加し、前記測定された抵抗値が予め定める第 1の値以下になるまで前記電圧を上昇させて、前記少なくとも 1対のプローブ針間の導通を制御する工程を含む、請求項 8に記載の微小構造体の検査装置。

[10] 前記少なくとも 1対のプローブ針を前記同一の電極に接触させたときの前記少なくとも 1対のプローブ針間の抵抗値を測定する工程と、

前記測定された抵抗値が予め定める第 2の値以下であることに応じて、前記少なくとも 1対のプローブ針を前記電極に差込む工程とを含む、請求項 9に記載の微小構造体の検査方法。

[11] 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、コンピュータで前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査プログラムであって、

前記音波発生手段力テスト音波を発生するための音波信号を出力するステップと前記出力した音波信号を増幅して前記音波発生手段を駆動するステップと、前記音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定するステップと、前記測定された出力値に基づ!、て、前記微小構造体の特性を評価するステップとを備える、微小構造体の検査プログラム。