JP2010048597A - 微小構造体の検査装置および微小構造体の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な可動部を有する微小構造体を簡易に精度よく検査できる微小構造体の検査装置および微小構造体の検査方法を提供する。
【解決手段】ウェハ検査装置のプローブカードは、プローブ針７と近接電極８と、それらを固定するプローブ板６と、を備える。近接電極８は、測定対象物のＭＥＭＳ可動部１４ａに近接し、かつ接触しない高さとする。電極パッド１３にプローブ針７を接触させ、電気的に接続するとともに、ウェハとプローブカードの位置合わせを行う。近接電極８からＭＥＭＳ可動部１４ａへ向けて、インパルス電圧を印加する。ＭＥＭＳ可動部１４ａは、近接電極８に発生する静電引力に引き寄せられ、強制的に変位を与えられた後は、振動しながら減衰し、静止する。プローブ針７を介して、静電容量の変化やピエゾ抵抗の変化などにより電気信号を検出し、可動部の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）などを評価する。
【選択図】図３

Description

本発明は、微小構造体の検査装置および微小構造体の検査方法に関する。

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（Micro Electro Mechanical Systems）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等にＭＥＭＳデバイスが搭載されてきている。

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。従来においては、パッケージ後にデバイスを回転させることや、あるいは振動等の手段を用いてその特性の評価を実行してきたが、微細加工後のウェハ状態またはチップに切り分けた状態において、適正な検査を実行して不良を検出することが望ましい。パッケージングの前に検査することにより、コストとスループットを向上させ、製造コストをより低減することが可能となる。

特許文献１には、ＭＥＭＳセンサの検査方法として、可動部を有する構造体（コンデンサ）にＲＦ（高周波）で電気信号を入力し、検知した出力信号より、共鳴周波数、ばね定数、減衰比、周波数特性および履歴（動作特性）を検出する方法が記載されている。なお、電気信号の入力は、ＲＦ（高周波）で行われる。

米国特許出願公開第２００７／００８０６９５号明細書

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。

特許文献１に記載された電気信号の入力は、ＲＦ（高周波）を用いており、電波、音波などが考えられるが、例えば音波の場合は、外部から超音波などを与え可動部を振動させるが、外部変位源が必要となり、その装置が複雑かつ高コストであったり、正確に振動を印加することが困難である。また、変位を付与する方法の多くは、変位を加える方向が決まっているため、実際に微小構造体の可動部の可動する方向へ変位を与えられないことがあった。また、電気信号の入出力において、信号が完全に分離されず、検出の際にノイズが発生したり、精度が低くなるおそれがあった。

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、微小な可動部を有する微小構造体を簡易に精度よく検査できる微小構造体の検査装置および微小構造体の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、
前記基板上に形成された前記微小構造体の検査用電極と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から離隔して、前記可動部に対して電界を及ぼしうる近接電極と、
前記近接電極と前記基板との間に電圧を印加する加電圧手段と、
前記近接電極が及ぼす電界により与えられた前記可動部の変位を、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検出手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記近接電極は、前記微小構造体の可動部に対して、該可動部の可動方向にあることを特徴とする。

好ましくは、前記近接電極は、前記微小構造体の可動部の可動方向にほぼ平行な面内に少なくとも２つ以上あり、
前記加電圧手段は、前記２つ以上の近接電極に所定の順番で電圧を印加することを特徴とする。

好ましくは、前記近接電極は、前記プローブ針を固定支持するプローブカードに取り付けられてい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電極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対向する近接電極に電圧を印加し、静電引力を発生させ、前記可動部に変位を与える加電圧ステップと、
前記可動部の変位を、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、
前記電気信号で検出した可動部の変位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。

好ましくは、前記評価ステップは、
前記検出ステップで検出した電気信号に基づいて前記可動部のＱ値を算出する算出ステップと、
前記Ｑ値が所定の範囲にあるときに前記微小構造体を正常と判断し、前記所定の範囲外にあるときに前記微小構造体が不良品であると判断する、判定ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記加電圧ステップは、前記可動部の可動方向と同方向にある前記近接電極に、電圧を印加することを特徴とする。

好ましくは、前記加電圧ステップは、前記可動部の可動方向に平行な面内に少なくとも２つ以上ある前記近接電極に、所定の順番で電圧を印加することを特徴とする。

好ましくは、前記加電圧ステップは、前記近接電極にインパルス電圧を印加することを特徴とする。

さらに好ましくは、前記加電圧ステップは、前記近接電極にステップ電圧を印加することを特徴とする。

本発明に係る微小構造体の測定装置および微小構造体の測定方法は、微小な可動部を有する微小構造体を簡易に精度よく検査できる微小構造体の検査装置および微小構造体の検査方法を提供できる。

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。図１は、本発明の実施の形態における微小構造体の検査装置の構成概略図である。図２は、本発明におけるプローブカードの側面図である。

ウェハ検査装置１は、テスタ２と、プローバ３と、ステージ（チャック装置）４と、プローブカード５と、パフォーマンスボード９と、テストヘッド１０と、を備える。テスタ２にある制御部Ｔ２で、テスタ２全体、および、印加部Ｔ３、測定部Ｔ４、位置測定部Ｔ５、の各々は制御される。テスタ２は入出力インターフェースＴ１を介してパソコンなどの外部機器であるデータ入出力部Ｔ０と接続されている。データ入出力部Ｔ０では、制御部Ｔ２へ対して、測定したデータの合否判定の元となるデータの入力や、実際に測定したデータの出力などが行われる。

ステージ４は、可動部を有する微小構造体を含む、テスト対象物であるウェハＷを固定する。ステージ４およびテストヘッド１０のいずれかもしくは両方は、水平移動（Ｘ軸、Ｙ軸、θ回転）および昇降（Ｚ軸）が可能で、ウェハＷをプローブカード５に対向させ、所定の位置に支持できる。パフォーマンスボード９は、プローブカード５を固定し、かつ、テストヘッド１０とプローブカード５との間で信号伝送を仲介する役割を有する。

図２に示すようにプローブカード５は、プローブ板６により、プローブ針７と近接電極８との配置が固定される。プローブ板６は、ウェハＷを覆う大きさで、測定するウェハＷに合わせて、プローブ針７および近接電極８の数と配置は任意に設定される。ここで近接電極８は、絶縁体からなる電極板Ｄの上にチップ状の電極を形成したものを用いているが、棒状の電極をプローブ板６に直接形成してもかまわない。プローブ針７の高さは、近接電極８と測定対象物が接触せず、かつ、近接して静電引力が充分に働く距離となるように、近接電極８の高さに所望の間隙を加えた高さとする。

半導体製造において、チップに切り離す前の状態で、ウェハＷの電気的検査を行う。ウェハＷは複数のチップが並び、個々のチップは、シリコン基板の上に、微小構造体と電極パッドを備えている。ウェハＷはステージ４に固定され、ウェハＷに対向する側のパフォーマンスボード９にプローブカード５は装着される。

水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）および高さ方向（Ｚ軸方向）の調整は、アライメントカメラ１１で外部から観察した位置情報が、テスタ２の位置測定部Ｔ５から制御部Ｔ２に送られることで制御される。また、ウェハＷ上の電極パッド１３に接触するプローブ針７の位置を検出することで、プローブカード５の水平方向の位置を制御でき、電極パッド１３にかかるプローブ針７の圧力を検出することで、高さ方向についても制御できる。電極パッド１３とプローブ針７による位置合わせと、アライメントカメラ１１を使用する位置合わせを併用しても構わない。

プローブカード５がウェハＷと所定部位で接触したことを確認し、テスタ２の印加部Ｔ３より、プローブカード５の近接電極８を介してインパルス電圧を印加する。近接電極８と微小構造体の可動部との間に静電引力が発生し、可動部は近接電極８側に引き寄せられるが、すぐに静電引力は消滅し、可動部を引き寄せる力が消える。これが可動部のステップ入力となり、微小構造体の可動部は、強制変位を与えられた後は自由に振動をし、いずれは減衰して静止する。

可動部を振動させている状態で、電極パッド１３と電気的に接続したプローブ針７を介して測定部Ｔ４で電気信号を検出する。例えば、静電容量の変化を用いて電気信号を検出する場合は、電圧を印加して可動部に変位を与えたときに、端子間に流れる電流（過度電流）により測定し、変位量などの電気信号のデータとして情報を得る。測定部Ｔ４で得られた電気信号のデータ（生データ）は制御部Ｔ２に出力される。制御部Ｔ２で、生データは数値処理など加工が施され、例えば周波数特性（Ｑ値、減衰特性）などに変換されることで、可動部の特性を評価することができる。測定部Ｔ４で検出した電気信号を適当な大きさにするために、信号を増幅する調整部を備え、測定部Ｔ４から調整部を介して制御部Ｔ２へデータを出力してもよい。

可動部に変位を与えるための端子である近接電極８と、電気信号の入出力のための端子であるプローブ針７とは別に備えられているので、電気信号の検出が容易である。信号ノイズの発生もなく、測定精度も高くなり、可動部の特性、例えば周波数特性（Ｑ値、減衰特性）などを評価しやすくなる。静電容量の変化による電気信号を検出する方法以外にも、電流を印加して、ピエゾ抵抗の変化や、ホイートストンブリッジによる抵抗測定などの方法がある。

図３は、微小構造体の可動部がＺ軸方向に可動する場合に用いるプローブカード５の部分拡大図を示す。図中の太矢印は、微小構造体の可動部の可動方向を示し、静止した位置を中心に上下（Ｚ軸方向）に振動する。プローブカード５は、プローブ針７と近接電極８と、それらを固定するプローブ板６と、を備える。近接電極８の高さは、プローブ針７がシリコン基板１２の電極パッド１３に接触したときにＭＥＭＳ可動部１４ａのＺ軸方向の最大変位にあそびの分の間隙を設けた高さであって、ＭＥＭＳ可動部１４ａに近接し、かつ接触しない高さとする。電極パッド１３と接触するプローブ針７により、プローブカード５の位置を検出し、シリコン基板１２とプローブカード５の位置合わせを行う。

ＭＥＭＳ可動部１４ａがＺ軸方向に変位する場合、近接電極８はウェハＷのＭＥＭＳ可動部１４ａと垂直な位置関係であることが望ましい。近接電極８からＭＥＭＳ可動部１４ａへ向けて、検出した測定結果で充分な応答性のある電気信号が得られる電圧を、インパルス電圧の形で印加する。近接電極８がＭＥＭＳ可動部１４ａの斜め上方にある場合でも、静電引力の垂直成分（Ｚ軸方向成分）が、充分な応答性のある電気信号が得られる電圧以上であればよい。ＭＥＭＳ可動部１４ａは、近接電極８に発生する静電引力に引き寄せられるが、すぐに静電引力がなくなり、元の位置に戻ろうとする。これがＭＥＭＳ可動部１４ａのステップ入力となり、強制的に動かされた後は、自由に上下に振動しながら減衰し、静止する。

ＭＥＭＳ可動部１４ａは、プローブカード５のプローブ針７の端子と電極パッド１３が接続した部分より、プローブ針７を介して、例えば静電容量の変化やピエゾ抵抗の変化により電気信号のデータを検出する。得られた電気信号のデータを数値処理して、可動部の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を評価し、パソコンなどで入力したデータをもとに良否判断を行う。

図４は、微小構造体の可動部がＸ軸方向に可動する場合に用いるプローブカード５の部分拡大図を示す。図中の太矢印は、微小構造体の可動部の可動方向を示し、静止した位置を中心に左右（Ｘ軸方向）に振動する。ＭＥＭＳ可動部１４ｂがＸ軸方向に変位する場合、近接電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅは、ＭＥＭＳ可動部１４ｂの変位方向（ここではＸ軸方向）と同じ方向に連続して、ＭＥＭＳ可動部１４ｂと垂直に配置されることが望ましい。

ここでは５つの近接電極８を並べているが、近接電極８は少なくとも２つ以上であって、連続した近接電極８を結ぶ方向と、ＭＥＭＳ可動部１４ｂの変位方向が同軸内にあればかまわない。連続した近接電極８を結ぶ方向が一直線上にない場合や、近接電極８がＭＥＭＳ可動部１４ｂから斜め上方にある場合であっても、Ｘ軸方向に分解した静電引力によりＭＥＭＳ可動部１４ｂが変位し、測定に充分な電気信号を得ることができればかまわない。近接電極８の高さは、ＭＥＭＳ可動部１４ｂに近接しており、かつ、接触しない高さとする。

近接電極８に、ＭＥＭＳ可動部１４ｂの変位する方向（ここではＸ軸方向）に合わせて、近接電極８ａから順に、近接電極８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅの順番で電圧を、インパルス電圧の形で印加する。静電引力が順に発生し、ＭＥＭＳ可動部１４ｂは、近接電極８ａから順に、近接電極８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅに引き寄せられる。ＭＥＭＳ可動部１４ｂはＸ軸方向にのみ可動できるので、各々の近接電極８に発生する静電引力の、Ｘ軸方向に分解した静電引力により引き寄せられる。結果として近接電極８ａから近接電極８ｅの方向へ強制的に動かされ、これがＭＥＭＳ可動部１４ｂのステップ入力となる。ＭＥＭＳ可動部１４ｂは強制的に動かされた後は、自由に左右に振動しながら、減衰し静止する。

ＭＥＭＳ可動部１４ｂは、プローブカード５のプローブ針７の端子と電極パッド１３が接続した部分より、プローブ針７を介して、例えば静電容量の変化やピエゾ抵抗の変化により電気信号のデータを検出する。得られた電気信号のデータを数値処理して、可動部の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を評価し、パソコンなどで入力したデータをもとに良否判断を行う。

図３および図４において、近接電極８にインパルス電圧を印加したときに得られる静電引力は、ＭＥＭＳ可動部１４ａ、１４ｂを引き寄せるのに充分な大きさとならない場合がある。その場合は、数本の近接電極８を一箇所に集中して並べ、充分な静電引力を発生させるものとする。数本の近接電極８を集中して並べた近接電極８は、近接電極８の集合体であるが、ほぼ一箇所より力は作用するものであるので、便宜的に近接電極８と称する。複数の近接電極８を並べる場合においては、複数箇所より力は作用し、近接電極８の集合体とは異なる。また、複数の近接電極８についても、充分な静電引力を得るために、複数箇所に近接電極８の集合体（便宜的に、複数の近接電極８と称する）を配置することもある。

検査する対象である可動部を有する微小構造体の例として加速度センサを挙げ、図５を用いて構造を説明する。ピエゾ抵抗型の加速度センサは、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。

図５（ａ）は、３軸加速度センサの平面図である。加速度センサ２０は、電極パッド１３、重錘体１４、検出素子１５、振動部１６、ビーム１７、フレーム１８、を備える。このピエゾ抵抗型の３軸加速度センサ２０の動作原理は、重錘体１４が加速度（慣性力）を受けると、ビーム１７が変形し、その表面に形成されたピエゾ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。

中央の重錘体１４は、Ｘ、Ｙの２軸方向で互いに直交するように形成された４本のビーム１７で支持される。軸方向で見ると、検出素子１５はビームの両端に２つずつ備え、計４つの検出素子１５が直線に並ぶ。Ｚ軸方向の検出素子１５は、Ｘ軸方向の検出素子１５の横に配置されている。拡散抵抗として設けられたピエゾ抵抗素子からなる検出素子１５の抵抗値の変化を、検出素子１５と金属配線などで連結された電極パッド１３を介して、出力電圧により検出される。出力電圧は、３軸それぞれに独立に組み込まれた電気量の測定回路（ホイートストンブリッジ）の抵抗値の測定により、各軸に対して検出される。

図５（ｂ）はＸ軸方向（Ｙ軸方向）の加速度を受けた場合、（ｃ）はＺ軸方向の加速度を受けた場合の重錘体１４とビーム１７の変形を説明する概念図である。図中の太矢印Ａｘ（Ａｙ）、Ａｚは加速度の向きを表す。Ｘ軸方向検出素子１５をＲｘ１〜Ｒｘ４、Ｙ軸方向検出素子１５をＲｙ１〜Ｒｙ４、Ｚ軸方向検出素子１５をＲｚ１〜Ｒｚ４、として示す。これら検出素子１５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。例えば各軸においては、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。

本発明の実施の形態における微小構造体の検査装置１を用いて、図６の３軸方向に変位できる加速度センサ２０を一部に含むウェハＷの検査を行う。プローブカード５は、図４に示す近接電極８を複数（本実施の例では５本）備え、Ｘ軸方向に連続して配置されたものを用いる。

ステージ４にウェハＷを固定し、テストヘッド１０のパフォーマンスボード９にプローブカード５を固定する。ウェハＷとプローブカード５の位置を、アライメントカメラ１１、もしくは、電極パッド１３とプローブ針７の各々に接触時にかかる圧力の検知などにより、テストヘッド１０を水平移動（Ｘ軸、Ｙ軸、θ回転）および昇降（Ｚ軸）させ、ウェハＷをプローブカード５に対向させ、所定の位置に支持する。このとき、電極パッド１３とプローブ針７は接触し、電気的に接続した状態である。

プローブカード５の複数ある近接電極８は、加速度センサ２０に対向し、近接する高さで固定されている。近接電極８の配置は、測定対象物の水平方向の変位がＸ軸、もしくはＹ軸の一方向の場合、連続した近接電極８は、できるだけ測定対象物の変位方向と同軸上であることが望ましい。測定対象物の水平方向の変位が２軸で表されるときは、任意に配置が可能であるが、測定対象物の変位する方向に合わせて近接電極８を配置することが望ましい。ただし、どちらか１軸上に限定して近接電極８を配置した場合は、他軸方向へは変位を付与できない。

近接電極８ａから順に、近接電極８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅの順番で電圧を、インパルス電圧の形で印加する。静電引力が順に発生し、重錘体１４は、近接電極８ａから順に、近接電極８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅに引き寄せられる。重錘体１４は、上方から静電引力に引き寄せられるためＺ軸方向にも変位しながら、結果として近接電極８ａから近接電極８ｅの方向へ強制的に動かされることになる。強制変位を与えられた重錘体１４は振動を開始し、減衰し静止する。

重錘体１４は実際には加速度を受けていないが、Ｘ軸方向に加速度を受けたのと同じ状態になり、図５（ｂ）の様に、Ｘ軸方向への変位を示す。ビーム１７にひずみが生じ、ビーム１７上に備えられた検出素子１５のピエゾ抵抗効果により、抵抗値の増減が起こる。軸方向に独立して分離した抵抗値の変化を、電極パッド１３を介して、出力電圧としてプローブ針７で検出する。得られた電気信号のデータを数値処理し、加速度センサ２０の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を評価し、パソコンなどで入力したデータをもとに良否判断を行う。

また、複数ある近接電極８へ、同時にインパルス電圧を印加した場合は、重錘体１４はＺ軸方向へ強制的に動かされることになる。重錘体１４の重心の位置と、近接電極８を介して発生する静電引力の水平方向の合力の位置が一致した場合は、図５（ｃ）の様にＺ軸方向にのみ変位する。一致しない場合は、Ｚ軸方向および水平方向も変位する。出力電圧は３軸それぞれに独立に検出され、各軸方向について、加速度センサ２０の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を測定する。

図６のフローチャートを用いて、本発明の実施の形態における微小構造体の検査方法について説明する。微小構造体の検査装置１は、図１に示した装置を使用する。プローブカード５は、図２を参照する。ウェハＷは、図５（ａ）の３軸加速度センサを有するチップを複数備える。

図６を参照して、まずウェハＷの検査を開始する（ステップＳ０）。次に、電極パッド１３に、信号出力端子の役割を有するプローブ針７を接触させる（ステップＳ１）。

次に、近接電極８から出力するテスト電圧を設定する（ステップＳ２）。具体的には、まず、必要な静電引力を仮定し、電圧と静電引力の関係を用いた理論値もしくは過去の実験データなどの実測値より、印加するのに適していると予測される電圧を求めておく。これがテスト電圧の１つの値であり、テスト電圧は数パターン用意しておくことが望ましい。データ入出力部Ｔ０で適当なテスト電圧を選択し、制御部Ｔ２でのテスト電圧を設定しておく。制御部Ｔ２より印加部Ｔ３へ、設定された電圧で近接電極８に対してインパルス電圧を出力するように指示が出され、近接電極８を介してウェハＷの加速度センサ２０に対してテスト電圧を印加する。

次に、プローブ針７を用いて、抵抗値の変化より、電気信号を検出する（ステップＳ３）。ピエゾ抵抗効果により抵抗値が変化し、電位差が生じ、加速度センサ２０の重錘体１４の変位量を電気信号として検出できる。電極パッド１３と電気的に接続したプローブ針７を介して、測定部Ｔ４で電気信号を検出し、制御部Ｔ２に出力される。ステップ入力となる電圧を印加する近接電極８とは別に備えられたプローブ針７で電気信号の入出力を行うので、電気的分離を要せず、また、ノイズの発生も低減する。

次に、制御部Ｔ２は、得られた電気信号のデータを数値処理することで、可動部の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を測定して、所望のテスト電圧が得られているかどうかを判定する（ステップＳ４）。判定は、数値処理した後のデータから、評価に十分な周波数特性を読み取れることが基準となる。

制御部Ｔ２は、所望のテスト電圧であると判定した場合には（ステップＳ４；ＹＥＳ）、次のステップＳ５に進み、加速度センサ２０の特性値より検査する。一方、所望のテスト電圧でないと判定した場合には（ステップＳ４；ＮＯ）、再びステップＳ２に戻りテスト電圧を再設定する。そして、実際のウェハＷの検査工程においては、このテスト電圧を記録しておき、制御部Ｔ２は近接電極８への印加する電圧の大きさを制御することにより、上述したテスト時におけるステップＳ２ないしＳ４の処理を省略することも可能である。

次に、近接電極８を介して加速度センサ２０に対して、得られたテスト電圧と同等の大きさの電圧を印可する（ステップＳ５）。

ここで、近接電極８を用いて電圧を印加し、重錘体１４へのステップ入力となる加速度センサ２０に強制変位を与える方法について説明する。

加速度センサ２０に対応する近接電極８が１つのときは、加速度センサ２０に向けて電圧を印加した場合、近接電極８に発生する静電引力に、重錘体１４は引き寄せられる。そのため、近接電極８と加速度センサ２０の位置関係により、重錘体１４に加わる力の方向は影響される。重錘体１４の変位量は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれより電気信号のデータを検出し、各軸毎に数値処理し、周波数特性（Ｑ値、減衰特性）を測定する。測定した重錘体１４のデータと、パソコンで入力した良品などのデータを比較して、良否判断を行う。近接電極８が重錘体１４の重心の位置と垂直にある場合は、Ｚ軸方向にのみ強制変位を与えることが可能となる。

加速度センサ２０に対応する近接電極８が複数ある場合は、複数の近接電極８に同時に電圧を印加する場合と、順に電圧を印可する場合とで、強制変位の与え方は異なる。同時に近接電極８に電圧を印加する場合は、近接電極８が１つの場合と同じであり、各々の近接電極８によって発生する静電引力の水平方向の合力の向きに、重錘体１４は引き寄せられる。順に近接電極８に電圧を印可する場合は、その順番に従って重錘体１４は静電引力により引き寄せられる。

具体的には、複数ある近接電極８の中で、連続して電圧を印加した２つの近接電極８を結ぶ線上であって、先に電圧を印加した近接電極８から後に電圧を印加した近接電極８に向かう方向に、見かけの静電引力が働く。複数の近接電極８のそれぞれに、順に静電引力が発生し、それぞれに対して、先に電圧を印加した近接電極８から、後に電圧を印加した近接電極８に見かけの静電引力が働くので、結果として、電圧を印加した順の方向に合わせて、強制変位が与えられ、重錘体１４は変位する。このとき、静電引力を発生させるために近接電極８に印加する電圧は、インパルス電圧もしくはステップ電圧であることが望ましい。

次に、重錘体１４の変位量を、電気信号により検出する（ステップＳ６）。ピエゾ抵抗素子からなる検出素子１５は、重錘体１４を支持するビーム１７に備えられており、重錘体１４の変位を受けて抵抗値が変化しする。抵抗値の変化により電位差が生じるので、変位量などを電気信号のデータとして測定部Ｔ４で検出することができる。

続いて、測定部Ｔ４で得られた電気信号のデータを、制御部Ｔ２に伝達し、制御部Ｔ２で必要な情報が得られるデータの形に数値処理などが施される（ステップＳ７）。例えば、ある物質が振動するときの変位量が与えられ、その数値をフーリエ変換することで、その物質の共振周波数を求めることができる。

次に、制御部Ｔ２は、ステップＳ７で得られた周波数特性（Ｑ値、減衰特性）などの特性値すなわち測定データが、許容範囲であるかどうかを判定する（ステップＳ８）。予めデータ入出力部Ｔ０より、良品のときの測定データやしきい値などを制御部Ｔ２に入力し、許容範囲を設定しておく。測定データが許容範囲であると判定された場合には（ステップＳ８；ＹＥＳ）、合格であるとし（ステップＳ９）、必要であればデータの出力および保存を実行する。制御部Ｔ２において、許容範囲の判定の一例として、得られた電気信号をもとに解析された加速度センサ２０の周波数特性（Ｑ値、減衰特性）が、所定の数値を示しているかどうかを判定することにより、その加速度センサ２０が不良品でないかどうかを判定することができる。なお、データの保存については、図示しないが制御部Ｔ２からの指示に基づいてテスタ２内部に設けられたメモリ等の記憶部に記憶されるものとする。

また、制御部Ｔ２は、測定データが、許容範囲ではないと判定された場合には（ステップＳ８；ＮＯ）、不合格とする（ステップＳ１０）。許容範囲外と判定されたチップはマーキングされ、チップ切り出し後に除去するなどして、良品との選別が行われる。

さらに次の検査すべきチップがある場合には（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、最初のステップＳ１に戻り、次の検査チップに対して再び上述した検査を実行する。次に検査するチップがない場合には（ステップＳ１１；ＮＯ）、ウェハＷの検査（テスト）を終了する（ステップＳ１２）。

従来は、水平方向へ可動する可動部を有する微小構造体であっても、水平方向へ駆動する変位を付与することは困難で、検査時に、実際の変位方向に合わせた駆動を確認できないこともあった。上述した近接電極８を用いて重錘体１４に強制変位を与える方法により、微小構造体の可動部の可動方向に合わせて、変位を与えることができる。特に、少なくとも２つ以上の近接電極８を用いることで、微小構造体の可動部の駆動に合わせて、強制変位を与えることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態では、３軸加速度センサを例に挙げたが、マイクロフォンやジャイロセンサなど、可動部を有する微小構造体の検査に用いることができる。フィッシュボーンセンサなど複数の可動部を有するセンサも検査可能である。また、可動部の動きに応答してピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を出力電圧により検出し、判定する構成について説明したが、特に抵抗素子に限られず容量素子やリアクタンス素子等のインピーダンス値の変化も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、遅延時間および位置等の変化を検出し、判定する構成とすることも可能である。

微小構造体の検査装置の構成についても、本発明の実施の形態で説明したものに限られない。また、装置の一部を構成するプローブカードの構造、およびプローブ針や近接電極の配置や数についても、テストする対象物に合わせて任意に設定することが可能である。

本発明の実施の形態に係る微小構造体の検査装置全体の構成概略図である。 プローブカードの側面図である。 プローブカードの部分図で、測定物の可動部が高さ方向（Ｚ軸方向）に動く場合の例を示す。 プローブカードの部分図で、測定物の可動部が水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）に動く場合の例を示す。 可動部を有する微小構造体の例で、（ａ）は、３軸加速度センサの平面図である。（ｂ）は、Ｘ軸方向（Ｙ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。（ｃ）は、Ｚ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。 本発明の実施の形態に係る微小構造体の検査方法を示す全体のフローチャート図である。

符号の説明

１ ウェハ検査装置
２ テスタ
３ プローバ
４ ステージ（チャック装置）
５ プローブカード
７ プローブ針
８、８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄ、８ｅ 近接電極
１２ シリコン基板
１３ 電極パッド
１４ 重錘体
１４ａ、１４ｂ ＭＥＭＳ可動部
１５ 検出素子
２０ 加速度センサ
Ｗ ウェハ

Claims (10)

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、
   前記基板上に形成された前記微小構造体の検査用電極と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から離隔して、前記可動部に対して電界を及ぼしうる近接電極と、
   前記近接電極と前記基板との間に電圧を印加する加電圧手段と、
   前記近接電極が及ぼす電界により与えられた前記可動部の変位を、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検出手段と、
   を備えることを特徴とする微小構造体の検査装置。
2. 前記近接電極は、前記微小構造体の可動部に対して、該可動部の可動方向にあることを特徴とする請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
3. 前記近接電極は、前記微小構造体の可動部の可動方向にほぼ平行な面内に少なくとも２つ以上あり、
   前記加電圧手段は、前記２つ以上の近接電極に所定の順番で電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
4. 前記近接電極は、前記プローブ針を固定支持するプローブカードに取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の微小構造体の検査装置。
5. 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電極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対向する近接電極に電圧を印加し、静電引力を発生させ、前記可動部に変位を与える加電圧ステップと、
   前記可動部の変位を、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、
   前記電気信号で検出した可動部の変位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。
6. 前記評価ステップは、
   前記検出ステップで検出した電気信号に基づいて前記可動部のＱ値を算出する算出ステップと、
   前記Ｑ値が所定の範囲にあるときに前記微小構造体を正常と判断し、前記所定の範囲外にあるときに前記微小構造体が不良品であると判断する、判定ステップと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の微小構造体の検査方法。
7. 前記加電圧ステップは、前記可動部の可動方向と同方向にある前記近接電極に、電圧を印加することを特徴とする請求項５または６に記載の微小構造体の検査方法。
8. 前記加電圧ステップは、前記可動部の可動方向に平行な面内に少なくとも２つ以上ある前記近接電極に、所定の順番で電圧を印加することを特徴とする請求項５または６に記載の微小構造体の検査方法。
9. 前記加電圧ステップは、前記近接電極にインパルス電圧を印加することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の微小構造体の検査方法。
10. 前記加電圧ステップは、前記近接電極にステップ電圧を印加することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の微小構造体の検査方法。

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