JP2007188972A - 微小構造体の検査装置、及び微小構造体の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度の小さいセンサやセンサ部が外界から遮断された構成となっているセンサでも、動的試験を行うことができる検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成された可動部１６ａを有する、少なくとも１つの微小構造体１６の特性を評価する微小構造体の検査装置であって、微小構造体１６の電気信号を取り出すために、微小構造体１６に形成されたパッド８ａに電気的に接続するプローブ針４ａと、微小構造体１６の可動部１６ａに振動を伝達するために、微小構造体１６に接触する接触子１１と、接触子１１を介して可動部１６ａに振動を印加するための振動制御素子１０と、振動制御素子１０から接触子１１を介して微小構造体１６に印加された振動に応答した微小構造体１６の可動部１６ａの動きを、プローブ針４ａを介して得られる電気信号によって検出し、検出結果に基づいて微小構造体１６の特性を評価する評価手段と、を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、微小構造体たとえばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を検査する検査装置、及び検査方法に関する。

近年、特に半導体微細加工技術等を用いて、機械・電子・光・化学等の多用な機能を集積化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、たとえば自動車又は医療用の各種センサがあり、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等にＭＥＭＳデバイスが搭載されてきている。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り、画質の向上と印刷スピードの高速化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おいて用いられているマイクロミラーアレイ等も一般的なＭＥＭＳデバイスとして知られている。

また、今後ＭＥＭＳ技術を利用したさまざまなセンサやアクチュエータが開発されることにより光通信・モバイル機器への応用、計算機の周辺機器への応用、さらにはバイオ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。

一方で、ＭＥＭＳデバイスの発展に伴い、微細な構造等であるがゆえにそれを適正に検査する方式も重要となってくる。従来、ＭＥＭＳデバイスをパッケージした後にデバイスをパッケージごと回転させたり、あるいは振動させたりしてデバイスの特性の評価を実行してきたが、微細加工後のウエハ状態等の初期段階において適正な検査を実行して不良を検出することにより、製品の歩留りを向上させ、製造コストをより低減することが望ましい。

特許文献１においては、一例としてウエハ上に形成された加速度センサに対して、空気を吹き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て加速度センサの特性を判別する検査方式が提案されている。

また、特許文献２は、振動子を有する角速度センサにおいて、振動子単体で実機と同様に、振動子特性の検査を行なえるようにするために、振動子に設けられた振動子を駆動するための駆動電極と、駆動状態をモニタし自励発振させるため帰還用のモニタ電極及び角速度出力を取り出す為のパット電極に、駆動振動の振動周波数以上の共振周波数を有する検査用プローブを接触させ、これらプローブを介して、振動子の駆動または検出振動の各振動状態を電気信号として測定することにより、オフセット電圧等の振動子特性を検査する技術が記載されている。
特開平５−３４３７１号公報 特開２０００−７４６７４号公報

一般に、加速度センサ等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デバイスである。したがって、その特性を評価するためには、精度の高い検査をする必要がある。上記特許文献１に示されるような空気の吹き付けによりデバイスに変化を加える場合にも微調整を施して加速度センサの特性を評価しなければならないが、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き付けて精度の高い検査を実行することは極めて困難であり、たと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。

特許文献２の技術は、デバイス自体が振動子を備え、振動子に加わるコリオリ力によって、角速度を検出するセンサを対象とするものであって、一般の加速度センサ等には応用できない。また、振動子が振動しても検査用プローブとパッド電極との接触を保つために、振動子のパッド電極に接触する検査用プローブの共振周波数を駆動振動の振動周波数以上とすることがポイントである。振動子にコリオリ力を加えて特性を検査するには、センサ自体に何らかの方法で角速度を加える必要がある。

加速度センサをウエハ状態で検査する方法として、音波をセンサの可動部に加えて可動部の動きを検出する方法がある。しかし、検出感度の小さいセンサやセンサ部が外界から遮断された構成となっているセンサでは、音を印加するだけでは入力物理量（エネルギー）が不足して充分な可動部の振動が得られないため、充分な動的試験が行えないことがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度の小さいセンサやセンサ部が外界から遮断された構成となっているセンサでも、動的試験を行うことができる検査装置及び検査方法を提供することである。

本発明の第１の観点に係る微小構造体の検査装置は、基板上に形成された可動部を有する、少なくとも１つの微小構造体の特性を評価する微小構造体の検査装置であって、
前記微小構造体の電気信号を取り出すために、前記微小構造体に形成されたパッドに電気的に接続するプローブ針と、
前記微小構造体の可動部に振動を伝達するために、前記微小構造体に接触する接触子と、
前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に振動を印加するための振動制御素子と、
前記振動制御素子から前記接触子を介して前記微小構造体に印加された振動に応答した前記微小構造体の可動部の動きを、前記プローブ針を介して得られる電気信号によって検出し、検出結果に基づいて前記微小構造体の特性を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記評価手段と接続されるプローブカードであって、
前記プローブ針と、
前記接触子と、
前記振動制御素子と、
を含むプローブカードを備えることを特徴とする。

さらに、前記プローブカードは、前記振動制御素子と前記プローブ針との間に、前記振動制御素子の振動が前記プローブ針に伝達することを防止する防振構造を備えることを特徴とする。

特に、前記振動制御素子は、
圧電素子を含み、
前記圧電素子に電圧を印加することによって、前記微小構造体の可動部に印加する振動を制御する、
ことを特徴とする。

また、前記振動制御素子は、
膜構造又は梁構造を有する構造体を備え、
前記構造体に音波を印加することによって、前記微小構造体の可動部に印加する振動を制御する、
ことを特徴とする。

なお、前記接触子は、１つもしくは２つ以上の片持ち梁で構成されていてもよい。

特に、前記微小構造体の可動部が、前記基板上に形成された固定部で囲われている場合、
前記接触子は、微小構造体の可動部を囲っている前記固定部に接触することを特徴とする。

好ましくは、前記接触子は、前記プローブ針と同じ材質及び構造を有することを特徴とする。

又は、前記振動制御素子と前記接触子が一体で構成されていることを特徴とする。

特に、前記微小構造体は、前記基板上に形成された加速度センサであることを特徴とする。

さらに、前記微小構造体は、半導体ウエハに形成されたデバイスであることを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る微小構造体の検査方法は、基板上に形成された可動部を有する、少なくとも１つの微小構造体の電気信号を取り出すために、前記微小構造体に形成されたパッドにプローブ針を接触させるステップと、
前記微小構造体の可動部に振動を伝達するために、振動を印加するための振動制御素子を備える接触子を前記微小構造体に接触させるステップと、
前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に振動を印加するステップと、
前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に印加された振動に応答した前記微小構造体の可動部の動きを、前記プローブ針を介して得られる電気信号によって検出するステップと、
前記電気信号によって検出した可動部の動きに基づいて前記微小構造体の特性を評価するステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る微小構造体の検査装置及び検査方法は、微小構造体に接触する接触子を介して微小構造体の可動部に振動を与え、微小構造体の可動部の動きを検出して、その特性を評価する。微小構造体の可動部は、微小構造体に接触する接触子を介して振動が伝達されて動かされるため、検出感度の小さいセンサやセンサ部が外界から遮断された構成となっているセンサでも、効率よくかつ精度よく検査を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る検査装置１の概略構成図である。図１において、検査装置１は、テスト対象物、例えばウエハ８を搬送するローダ部１２と、ウエハ８の電気的特性検査を行うプローバ部１５と、プローバ部１５を介してウエハ８に形成された加速度センサの特性値を測定する検査制御部２とを備える。

ローダ部１２は、例えば２５枚のウエハ８が収納されたカセットを載置する載置部（図示せず）と、この載置部のカセットからウエハ８を一枚ずつ搬送するウエハ搬送機構とを備えている。

ウエハ搬送機構としては、直交する三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の移動機構であるＸ−Ｙ−Ｚテーブル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを介して三軸方向に移動すると共に、Ｚ軸の回りにウエハ８を回転させるメインチャック１４とが設けられている。具体的には、Ｙ方向に移動するＹテーブル１２Ａと、このＹテーブル１２Ａ上をＸ方向に移動するＸテーブル１２Ｂと、このＸテーブル１２Ｂの中心と軸芯を一致させて配置されたＺ方向に昇降するＺテーブル１２Ｃとを有し、メインチャック１４をＸ、Ｙ、Ｚ方向へ移動させる。また、メインチャック１４は、Ｚ軸回りの回転駆動機構を介して、所定の範囲で正逆方向に回転する。

プローバ部１５は、プローブカード４とプローブカード４を制御するプローブ制御部１３とを備える。プローブカード４は、ウエハ８上に例えば銅、銅合金、アルミニウムなどの導電性金属によって形成された電極パッド８ａ（図９参照）と検査用プローブ針４ａ（以下単にプローブともいう）とを接触させ、フリッティング現象を利用して、電極パッド８ａとプローブ針４ａの接触抵抗を低減させて電気的に導通させる。また、プローブカード４は、ウエハ８に形成された加速度センサ１６（図９参照）に振動を与える振動制御素子１０（図２参照）を備える。プローブ制御部１３は、プローブカード４のプローブ針４ａと振動制御素子１０を制御し、ウエハ８に形成された加速度センサ１６に所定の振動を加えて、加速度センサ１６の駆動部の動きをプローブを介して電気信号として検出する。

プローバ部１５は、プローブカード４のプローブ針４ａとウエハ８との位置合わせを行うアラインメント機構（図示せず）を備える。プローバ部１５は、プローブカード４の振動制御素子１０に接続する接触子１１（図９参照）を、ウエハ８の加速度センサ１６に接触させて、加速度センサ１６に振動を与える。また、プローバ部１５は、プローブカード４のプローブ針４ａとウエハ８の電極パッド８ａを電気的に接触させてウエハ８に形成された加速度センサ１６の特性値の測定を行う。

図２は、図１の検査装置１の検査制御部２とプローバ部１５の構成を示すブロック図である。検査制御部２とプローバ部１５とによって、加速度センサ評価測定回路が構成される。

検査制御部２は、図２に示すように、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４、入出力部２５及び表示部２６を備える。主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４、入出力部２５及び表示部２６はいずれも内部バス２０を介して制御部２１に接続されている。

制御部２１はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部２３に記憶されているプログラムに従って、ウエハ８に形成されたセンサの特性、例えば抵抗の抵抗値やセンサを構成する回路の電流、電圧などを測定するための処理を実行する。

主記憶部２２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部２３に記憶されているプログラムをロードし、制御部２１の作業領域として用いられる。

外部記憶部２３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc Rewritable）等の不揮発性メモリから構成され、前記の処理を制御部２１に行わせるためのプログラムを予め記憶し、また、制御部２１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部２１に供給し、制御部２１から供給されたデータを記憶する。

入力部２４はキーボード及びマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボード及びポインティングデバイス等を内部バス２０に接続するインターフェース装置から構成されている。入力部２４を介して、評価測定開始や測定方法の選択などが入力され、制御部２１に供給される。

入出力部２５は、検査制御部２が制御する対象のプローブ制御部１３と接続するシリアルインタフェース又はＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。入出力部２５を介して、プローブ制御部１３にウエハ８の電極パッド８ａとの接触、電気的導通、それらの切替、及び加速度センサ１６に加える振動の制御などを指令する。また、測定した結果を入力する。

表示部２６は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、測定した結果である周波数応答特性などを表示する。

プローブ制御部１３は、振動制御部３と、フリッティング用回路５と、特性評価部６及び切替部７を備える。特性評価部６は、プローブカード４に加速度センサ１６の電気信号を測定するための電源を供給し、加速度センサ１６を流れる電流と端子間の電圧等を測定する。

振動制御部３は、ウエハ８に形成された加速度センサ１６の可動部１６ａ（図９参照）に振動を加えるために、プローブカード４に備えられた振動制御素子１０を制御する。振動制御素子１０に印加する信号の周波数と電力を制御して、加速度センサ１６に所定の振動が加わるようにする。

フリッティング用回路５は、ウエハ８の電極パッド８ａに接触させたプローブカード４のプローブ針４ａに電流を供給し、プローブ針４ａと電極パッド８ａの間にフリッティング現象を起こして、プローブ針４ａと電極パッドの接触抵抗を低減させる回路である。

特性評価部６は、微小構造体の特性を計測して評価する。例えば、ウエハ８に振動や圧力を加えて、加速度センサ１６の応答を測定し、設計した基準の範囲に収まっているかどうかを検査する。

切替部７は、プローブカード４の各プローブ針４ａとフリッティング用回路５又は特性評価部６との接続を切り替える。

本実施の形態に従う検査方法について説明する前にまずテスト対象物である微小構造体の３軸加速度センサ１６について説明する。

図３は、３軸加速度センサ１６のデバイス上面から見た図である。図３に示されるように、ウエハ８に形成されるチップＴＰには、複数の電極パッドＰＤがその周辺に配置されている。そして、電気信号を電極パッドＰＤに対して伝達、あるいは電極パッドＰＤから伝達するために、金属配線が設けられている。そして、中央部には、クローバ型を形成する４つの重錘体ＡＲが配置されている。

図４は、３軸加速度センサ１６の概略図である。図４に示す３軸加速度センサ１６はピエゾ抵抗型であり、検出素子であるピエゾ抵抗素子が拡散抵抗として設けられている。このピエゾ抵抗型の加速度センサ１６は、安価なＩＣプロセスを利用して製造できる。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・低コスト化に有利である。

具体的な構成としては、中央の重錘体ＡＲは、４本のビームＢＭで支持された構造となっている。ビームＢＭはＸ、Ｙの２軸方向で互いに直交するように形成されており、１軸当たりに４つのピエゾ抵抗素子を備えている。Ｚ軸方向検出用の４つのピエゾ抵抗素子は、Ｘ軸方向検出用ピエゾ抵抗素子の横に配置されている。重錘体ＡＲの上面形状はクローバ型を形成し、中央部でビームＢＭと連結されている。このクローバ型構造を採用することにより、重錘体ＡＲを大きくすると同時にビーム長を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１６を実現することが可能である。

このピエゾ抵抗型の３軸加速度センサ１６の動作原理は、重錘体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加速度を検出するメカニズムである。そしてこのセンサ出力は、３軸それぞれに独立に組み込まれたホイートストンブリッジの出力から取り出す構成に設定されている。

図５は、各軸方向の加速度を受けた場合の重錘体とビームの変形を説明する概念図である。図５に示されるようにピエゾ抵抗素子は、加えられたひずみによってその抵抗値が変化する性質（ピエゾ抵抗効果）を有しており、引っ張り歪みの場合は抵抗値が増加し、圧縮歪みの場合は抵抗値が減少する。本例においては、Ｘ軸方向用ピエゾ抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4、Ｙ軸方向検出用ピエゾ抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4及びＺ軸方向検出用ピエゾ抵抗素子Ｒz1〜Ｒz4が一例として示されている。

図６は、各軸に対して設けられるホイートストンブリッジの回路構成図である。図６（ａ）は、Ｘ（Ｙ）軸におけるホイートストンブリッジの回路構成図である。Ｘ軸及びＹ軸の出力電圧としてはそれぞれＶxout及びＶyoutとする。図６（ｂ）は、Ｚ軸におけるホイートストンブリッジの回路構成図である。Ｚ軸の出力電圧としてはＶzoutとする。

上述したように、加えられた歪みによって各軸の４つのピエゾ抵抗素子の抵抗値は変化し、この変化に基づいて各ピエゾ抵抗素子は、例えばＸ軸Ｙ軸においては、ホイートストンブリッジで形成される回路の出力各軸の加速度成分が独立に分離された出力電圧として検出される。なお、上記の回路が構成されるように図３で示されるような、金属配線等が連結され、所定の電極パッド８ａから各軸に対する出力電圧が検出されるように構成されている。

また、この３軸加速度センサ１６は、加速度の直流成分も検出することができるため、重力加速度を検出する傾斜角センサ、すなわち角速度センサとしても用いることが可能である。本実施の形態では、加速度センサ１６を例に説明するが、本発明は可動部１６ａを備えるあらゆるデバイスに応用することができる。例えば、圧力センサ等の動的な特性の測定に用いることができる。また、薄膜式のデバイス、例えば、ひずみゲージ等に振動を加えて動特性の測定に用いることができる。

図７は、３軸加速度センサ１６の傾斜角に対する出力応答を説明する図である。図７に示されるように、センサをＸ、Ｙ、Ｚ軸周りに回転させ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれのブリッジ出力をデジタルボルトメータで測定したものである。センサの電源としては低電圧電源＋５Ｖを使用している。なお、図７に示される各測定点は、各軸出力のゼロ点オフセットを算術的に減じた値がプロットされている。

図８は、重力加速度（入力）とセンサ出力との関係を説明する図である。図８に示される入出力関係は、図７の傾斜角の余弦からＸ、Ｙ、Ｚ軸にそれぞれ関わっている重力加速度成分を計算し、重力加速度（入力）とセンサ出力との関係を求めて、その入出力の線形性を評価したものである。すなわち加速度と出力電圧との関係はほぼ線形である。

再び図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態における微小構造体の検査方法は、微小構造体である３軸加速度センサ１６に対して、振動制御素子１０によって振動を加えることにより、その振動に基づく微小構造体の可動部１６ａの動きを検出してその特性を評価する方式である。

次に、本発明の実施の形態における加速度センサ１６の評価方法について説明する。図９は、プローブカード４とウエハ８の構成を表す断面図である。ウエハ８は、可動部１６ａを備える加速度センサ１６が形成されており、ウエハ８の上に加速度センサ１６の電気信号を取り出すための電極パッド８ａが形成されている。

プローブカード４は、電極パッド８ａに接続する複数のプローブ針４ａと、加速度センサ１６の可動部１６ａに加える振動を発生する振動制御素子１０と、加速度センサ１６の一部に接触して振動制御素子１０の振動を加速度センサ１６の可動部１６ａに伝える接触子１１を備える。プローブカード４のプローブ針４ａと接触子１１は、同時にそれぞれ電極パッド８ａと加速度センサ１６の所定の場所に接触するように形成されている。プローブ針４ａと接触子１１は所定の距離になるように形成されていて、プローブ針４ａと接触子１１を独立に位置決め制御しなくても、プローブカード４の位置決め制御を行うだけで、プローブ針４ａと接触子１１がそれぞれ加速度センサ１６の所定の場所に同時に接触する。その結果、プローブ針４ａをウエハ８の所定の位置に接触させる従来のアラインメント機構をそのまま用いることができる。

通常、プローブ針４ａと電気的に接続する検査用電極である電極パッド８ａはセンサの周辺領域に形成される。そこで、センサの中央付近にある可動部１６ａ（重錘体）の近傍に接触子１１が接触するように、プローブ針４ａで囲まれる領域に振動制御素子１０と接触子１１を設けることができる。可動部１６ａは、重錘体ＡＲ又はビームＢＭ、あるいはセンサがメンブレン（膜）構造の場合の膜などである。

振動制御素子１０は、例えば、圧電素子で構成することができる。接触子１１を、その一端がプローブカード４に固定された片持ち梁構造として、その梁構造の一部に振動制御素子１０である圧電素子を接触させて、接触子１１を圧電素子で振動させることができる。振動制御素子１０としては他に、動電型、電磁型、静電型などのアクチュエータを用いることができる。

振動制御素子１０及び接触子１１の振動方向は、加速度センサ１６が独立に検出できる加速度の方向（軸）とは異なる方向に設定してある。例えば、加速度センサ１６が図９の上下（Ｚ軸）、左右（Ｘ軸）、紙面の前後方向（Ｙ軸）の３軸の加速度を独立に検出するセンサの場合、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸にそれぞれ直角又は平行でない角度を振動方向とする。振動方向を加速度センサ１６の検出軸と異なる方向とすることによって、１つの振動制御素子１０及び接触子１１の振動によって、加速度センサ１６の各自由度を同時に検査することができる。

振動制御素子１０及び接触子１１が２以上の方向に振動するものであってもよい。また、異なる方向に振動する２つ以上の振動制御素子１０及び振動子を組み合わせて用いてもよい。異なる方向に動作可能な片持ち梁構造の接触子１１を組み合わせて用いることによって、加速度センサ１６の可動部１６ａに異なるモードの振動を加えることができる。

加速度センサ１６等のＭＥＭＳデバイスのように、可動部１６ａを有する微小構造体で、ピエゾ抵抗などを用いている場合は特に、プローブ針４ａの針圧によって応答特性が変化する。従って、センサ等の応答特性のように精度の高い計測を行うためには、可能な限り針圧等の外乱の影響をなくすことが望ましい。

プローブ針４ａと電極パッド８ａの電気的接続には、接触抵抗を低く保ちながら針圧を小さくするためにフリッティング現象を利用する。フリッティング現象を利用するには、２本のプローブ針４ａを一対として、一つの電極パッド８ａに接触させる。一対のプローブ針４ａと電極パッド８ａを接触させたのち、プローブカード４をフリッティング用回路５に接続して、ウエハ８の電極パッド８ａに接触させたプローブカード４のプローブ針４ａに電流を供給し、プローブ針４ａと電極パッド８ａの間にフリッティング現象を起こして接触抵抗を低減させる。そして、切換部７を切り替えて、プローブカード４を特性評価部６に接続する。

前述のとおり、検査装置１の検査制御部２は、プローバ部１５のアラインメント機構を制御して、ウエハ８の電極パッド８ａにプローブ針４ａを接触させる。同時に、接触子１１を加速度センサ１６に接触させる。

ついで、振動制御部３に指令して、振動制御素子１０から振動を発生させると、接触子１１を通じて加速度センサ１６の可動部１６ａに振動が加わる。加速度センサ１６の可動部１６ａに振動を与えながら、プローブ針４ａで加速度センサ１６の電気信号を検出し、加速度センサ１６の特性を評価する。

加速度センサ１６の特性を評価するには、可動部１６ａに加える振動の周波数成分と振幅を所定の値になるように制御して、加速度センサ１６の応答を検出する。可動部１６ａに加える振動の周波数を変化させて加速度センサ１６の応答を測定することにより、加速度センサ１６の周波数応答特性を調べることができる。可動部１６ａに加える振動として、所定の周波数範囲で擬似的なホワイトノイズを用いてもよい。ホワイトノイズを振動として加えると、加振周波数を変えながら応答を調べなくても、その周波数範囲における応答特性を検査することができる。

次に、本発明の実施の形態１に従う微小構造体の検査方法について説明する。図１０は本発明の実施の形態に係る検査装置１の動作の一例を示すフローチャートである。なお、検査制御部２の動作は、制御部２１が主記憶部２２、外部記憶部２３、入力部２４、入出力部２５及び表示部２６と協働して行う。

検査制御部２はまず、ウエハ８がメインチャック１４に載置され、測定開始が入力されるのを待機する（ステップＳ１）。測定開始指令が入力部２４から入力されて制御部２１に指示されると、制御部２１は、入出力部２５を介して、プローバ制御部１３にプローブ針４ａをウエハ８の電極パッド８ａに接触するよう指令する（ステップＳ２）。同時に、接触子１１を加速度センサ１６の可動部１６ａ又はその近傍に接触させる。ついで、プローバ制御部１３にフリッティング用回路５によって、プローブ針４ａと電極パッド８ａを導通させるように指令する（ステップＳ３）。

本実施の形態では、電極パッド８ａをプローブ針４ａをフリッティング現象を利用して接触抵抗を低減させるが、接触抵抗を低減して導通させる方法としては、フリッティング技術以外の方法を利用してもよい。例えば、プローブ針４ａに超音波を伝導して、電極パッド８ａ表面の酸化膜を部分的に破って、電極パッド８ａとプローブ針４ａの接触抵抗を低減させる方法を用いることができる。

そこで、測定方法の選択を入力する（ステップＳ４）。測定方法は、予め外部記憶部２３に記憶されていてもよいし、測定の都度、入力部２４から入力されてもよい。測定方法が入力されると、入力された測定方法によって用いる測定回路、及び可動部１６ａに印加する周波数と振幅を設定する（ステップ５）。

選択される測定方法としては、例えば、周波数を順次変化させてそれぞれの周波数での応答を検査する周波数掃引検査（周波数スキャン）、所定の周波数範囲の擬似ホワイトノイズを印加して応答を検査するホワイトノイズ検査、周波数を所定の値に固定して振動の振幅を変化させて応答を検査する直線性検査などがある。また、振動制御素子１０及び接触子１１が異なるモードの振動方向を有する場合、それらの振動モードを組み合わせて検査を行うかを設定する。

ついで、設定した測定方法で振動制御素子１０を制御して、加速度センサ１６の可動部１６ａを振動させながら、プローブ針４ａから加速度センサ１６の応答である電気信号を検出し、加速度センサ１６の応答特性を検査する（ステップＳ６）。そして、検出した測定結果を外部記憶部２３に記憶すると同時に、表示部２６に測定結果を表示する（ステップＳ７）。

加速度センサ１６の可動部１６ａは、加速度センサ１６に接触する接触子１１を介して振動が伝達されて動かされるため、検出感度の小さいセンサでも、効率よくかつ精度よく検査を行うことができる。また、空気を吹き付けて可動部１６ａの変位を検査する方法や、ガス圧を印加してセンサの応答を検査する方法に比べて、可動部１６ａに加える振動の方向を選定できるので、多軸センサの複数の検出軸方向について同時に検査することができる。

（実施の形態１の変形例）
図１１は、プローブ針４ａと振動制御素子１０及び接触子１１の異なる構成を示す図である。図１１の例では、プローブ針４ａとプローブカード４の間に緩衝材１７ａを設けた構造になっている。振動制御素子１０及び接触子１１とプローブカード４の間にも緩衝材１７ｂが設けられている。緩衝材１７ｂによって、振動制御素子１０で発生する振動は、プローブカード４に伝わりにくく、また、緩衝材１７ａによってプローブカード４からプローブ針４ａに伝わる振動を抑えることができる。プローブ針４ａの振動を抑えることができるので、プローブ針４ａと電極パッド８ａの接続が安定し、また、検査対象の加速度センサ１６に接触子１１以外の振動が印加されない。その結果、加速度センサ１６の検査を精確に行うことができる。

緩衝材１７ａ、１７ｂとしては、ゴムのように振動を吸収する減衰特性を有する弾性体を用いることができる。緩衝材１７ａ、１７ｂに代わる構造として、バネと減衰器を組み合わせた構造でもよい。また、回転振動を抑えるために、ピボット構造又はジンバル（gimbal）構造としてもよい。さらに、それらの構造を組み合わせて用いてもよい。なお、振動制御素子１０が発生する振動が＠プローブ針４ａに伝わらないようにするため、振動制御素子１０及び接触子１１をプローブカード４から分離し、プローブカード４とは独立にウエハ８に接触させる構造としてもよい。振動制御素子１０及び接触子１１をプローブカード４と独立にウエハ８に接触させる構造では、アラインメント機構が複雑になる。

図１２は、振動制御素子１０の異なる構成を示す図である。図１２では、接触子１１はプローブカード４の穴部４ｂに張られた膜１８に固定されている。穴部４ｂの上に音波発生装置（スピーカ１９等）が設けられている。音波発生装置で発生した音波は穴部４ｂを通じて膜１８を振動させる。膜１８の振動が振動子を介してウエハ８上の加速度センサ１６に伝わる。膜１８の振動がプローブカード４に伝わらないように、膜１８の支持部材４ｃとプローブカード４の間に緩衝材を設けることが望ましい。

音波では直接、可動部１６ａに充分な振動を加えることができない場合でも、膜１８によって音波の振動を増幅して接触子１１を介して可動部１６ａを振動させることができる。プローブカード４にアクチュエータを設けないので、プローブカード４の構造が簡単になる。

図１３は、加速度センサ１６の可動部１６ａがカバー９で囲われている場合の、接触子１１の構成例を示す図である。加速度センサ１６の可動部１６ａは、カバー９で囲われている。そのため、加速度センサ１６の可動部１６ａを直接、振動させることができない。カバー９がある程度堅いと、音波はカバー９の内部に充分伝わらず、可動部１６ａは検査に必要なほど充分に振動しない。この場合でも、接触子１１を加速度センサ１６のカバー９に接触させて、カバー９を振動させることによって、可動部１６ａを振動させることができる。

図１３に示すように、加速度センサ１６のカバー９に接触する接触子１１を介して振動が伝達されて、可動部１６ａが動かされるため、センサ部が外界から遮断された構成となっているセンサでも、効率よくかつ精度よく検査を行うことができる。

図１４は、接触子１１がプローブ針４ａと同じ構造を有する場合の例を示す図である。図１４の例では、接触子１１はプローブ針４ａと同じようにプローブカード４に形成される。接触子１１の一部に振動制御素子１０の動作部を接触させて、接触子１１を振動させる。振動制御素子１０で発生する振動は、プローブ針４ａと同じ構造を有する接触子１１を介して、加速度センサ１６に伝わり、可動部１６ａを振動させる。

図１４の例では、接触子１１がプローブ針４ａと同じ構造を有するので、プローブカード４の製作が容易である。また、プローブ針４ａと接触子１１が同時にウエハ８に接触するように、プローブカード４を精度よく製作できる。

図１５は、接触子１１が振動制御素子１０と一体に形成されている場合の例を示す図である。図９の例では、接触子１１はプローブカード４に一端が固定された片持ち梁構造で、接触子１１と別に設けられた振動制御素子１０から振動を受ける構造であるが、図１５の例では、振動制御素子１０そのものが接触子１１になっている。例えば、圧電素子の一部を延長して、接触子１１として形成する。又は導電型、電磁型あるいは静電型のアクチュエータの一部を延長して接触子１１として形成する。

図１５の構成例では、振動制御素子１０と独立な接触子１１を設ける必要がないので、プローブカード４の製作が簡単になる。

その他、前記のハードウエア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更及び修正が可能である。

検査装置１の検査制御部２は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読みとり可能な記録媒体（フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する検査制御部２を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで本発明の検査制御部２を構成してもよい。

また、前記の各機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

また、搬送波に上述のコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。

本発明の実施の形態に係る微小構造体の検査装置の概略構成図である。 図１の抵抗測定システムの抵抗測定制御部とプローバ部の構成を示すブロック図である。 ３軸加速度センサのデバイス上面から見た図である。 ３軸加速度センサの概略図である。 各軸方向の加速度を受けた場合の重錐体とビームの変形を説明する概念図である。 各軸に対して設けられるホイートストンブリッジの回路構成図である。 ３軸加速度センサの傾斜角に対する出力応答を説明する図である。 重力加速度（入力）とセンサ出力との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプローブカードとウエハの構成を表す断面図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。 プローブ針と振動制御素子及び接触子の異なる構成を示す図である。 振動制御素子の異なる構成を示す図である。 加速度センサの可動部がカバーで囲われている場合の、接触子の構成例を示す図である。 接触子がプローブ針と同じ構造を有する場合の例を示す図である。 接触子が振動制御素子と一体に形成されている場合の例を示す図である。

符号の説明

１ 検査装置
２ 検査制御部
３ 振動制御部
４ プローブカード
４ａ プローブ針
４ｂ 穴部
４ｃ 支持部材
５ フリッティング用回路
６ 特性評価部（評価手段）
７ 切替部
８ ウエハ（基板）
８ａ 電極パッド（パッド）
９ カバー（固定部）
１０ 振動制御素子
１１ 接触子
１３ プローブ制御部
１５ プローバ部
１６ 加速度センサ（微小構造体）
１６ａ 可動部
１７ａ、１７ｂ 緩衝材（防振構造）
１８ 膜（構造体）
１９ スピーカ
２０ 内部バス
２１ 制御部
２２ 主記憶部
２３ 外部記憶部
２４ 入力部
２５ 入出力部
２６ 表示部（表示手段）
ＡＲ 重錘体（可動部）
ＴＰ チップ（微小構造体）

Claims (12)

1. 基板上に形成された可動部を有する、少なくとも１つの微小構造体の特性を評価する微小構造体の検査装置であって、
   前記微小構造体の電気信号を取り出すために、前記微小構造体に形成されたパッドに電気的に接続するプローブ針と、
   前記微小構造体の可動部に振動を伝達するために、前記微小構造体に接触する接触子と、
   前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に振動を印加するための振動制御素子と、
   前記振動制御素子から前記接触子を介して前記微小構造体に印加された振動に応答した前記微小構造体の可動部の動きを、前記プローブ針を介して得られる電気信号によって検出し、検出結果に基づいて前記微小構造体の特性を評価する評価手段と、
   を備えることを特徴とする微小構造体の検査装置。
2. 前記評価手段と接続されるプローブカードであって、
   前記プローブ針と、
   前記接触子と、
   前記振動制御素子と、
   を含むプローブカードを備える請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
3. 前記プローブカードは、前記振動制御素子と前記プローブ針との間に、前記振動制御素子の振動が前記プローブ針に伝達することを防止する防振構造を備えることを特徴とする請求項２に記載の微小構造体の検査装置。
4. 前記振動制御素子は、
   圧電素子を含み、
   前記圧電素子に電圧を印加することによって、前記微小構造体の可動部に印加する振動を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
5. 前記振動制御素子は、
   膜構造又は梁構造を有する構造体を備え、
   前記構造体に音波を印加することによって、前記微小構造体の可動部に印加する振動を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
6. 前記接触子は、１つもしくは２つ以上の片持ち梁で構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
7. 前記微小構造体の可動部が、前記基板上に形成された固定部で囲われている場合、
   前記接触子は、微小構造体の可動部を囲っている前記固定部に接触することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
8. 前記接触子は、前記プローブ針と同じ材質及び構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
9. 前記振動制御素子と前記接触子が一体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
10. 前記微小構造体は、前記基板上に形成された加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
11. 前記微小構造体は、半導体ウエハに形成されたデバイスであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の微小構造体の検査装置。
12. 基板上に形成された可動部を有する、少なくとも１つの微小構造体の電気信号を取り出すために、前記微小構造体に形成されたパッドにプローブ針を接触させるステップと、
    前記微小構造体の可動部に振動を伝達するために、振動を印加するための振動制御素子を備える接触子を前記微小構造体に接触させるステップと、
    前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に振動を印加するステップと、
    前記接触子を介して前記微小構造体の可動部に印加された振動に応答した前記微小構造体の可動部の動きを、前記プローブ針を介して得られる電気信号によって検出するステップと、
    前記電気信号によって検出した可動部の動きに基づいて前記微小構造体の特性を評価するステップと、
    を備えることを特徴とする微小構造体の検査方法。

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