JP4856426B2 - Micro structure inspection apparatus and micro structure inspection method - Google Patents
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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。 The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for inspecting a microstructure such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
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。 In recent years, MEMS, which is a device in which various functions such as mechanical, electronic, optical, chemical, etc., are integrated, particularly using semiconductor microfabrication technology, has attracted attention. Examples of MEMS technology that has been put to practical use so far include various sensors for automobiles and medical use, and MEMS devices have been mounted on acceleration sensors, pressure sensors, air flow sensors, and the like, which are microsensors. In addition, by adopting this MEMS technology in an ink jet printer head, it is possible to increase the number of nozzles that eject ink and to eject ink accurately, thereby improving image quality and increasing printing speed. Yes. Furthermore, a micromirror array used in a reflective projector is also known as a general MEMS device.
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。 In the future, various sensors and actuators using MEMS technology will be developed, which will be applied to optical communication and mobile devices, computer peripherals, bioanalysis and portable power supplies. Is expected to be.
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。 On the other hand, with the development of MEMS devices, a method for appropriately inspecting the fine structure is also important because of the fine structure. Conventionally, device characteristics are evaluated by rotating or vibrating the device after packaging the MEMS device. However, proper inspection is performed at the initial stage of the wafer state after microfabrication. Therefore, it is desirable to improve the product yield and reduce the manufacturing cost by detecting defects.
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。
In
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。
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。
In general, a structure having a minute movable part such as an acceleration sensor is a device whose response characteristics change even with a minute movement. Therefore, in order to evaluate the characteristics, it is necessary to perform a highly accurate inspection. Even when changes are made to the device by blowing air as shown in
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。
The technology of
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。 As a method of inspecting the acceleration sensor in a wafer state, there is a method of detecting the movement of the movable part by applying sound waves to the movable part of the sensor. However, a sensor with a low detection sensitivity or a sensor with a configuration in which the sensor unit is cut off from the outside world, the input physical quantity (energy) is insufficient just by applying sound, and sufficient vibration of the movable part cannot be obtained. A sufficient dynamic test may not be performed.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is an inspection apparatus capable of performing a dynamic test even with a sensor having a low detection sensitivity or a sensor having a configuration in which a sensor unit is cut off from the outside. And providing an inspection method.
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。
A microstructure inspection apparatus according to a first aspect of the present invention is a microstructure inspection apparatus that has a movable portion formed on a substrate and evaluates the characteristics of at least one microstructure.
A probe needle electrically connected to a pad formed on the microstructure to extract an electrical signal of the microstructure;
A contact that contacts the microstructure in order to transmit vibration to the movable part of the microstructure;
A vibration control element for applying vibration to the movable part of the microstructure via the contact;
The movement of the movable portion of the microstructure in response to vibration applied to the microstructure via the contact from the vibration control element is detected by an electrical signal obtained via the probe needle, and the detection result An evaluation means for evaluating the characteristics of the microstructure based on
It is characterized by providing.
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。
Preferably, a probe card connected to the evaluation means,
The probe needle;
The contact;
The vibration control element;
A probe card including
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。 Furthermore, the probe card is provided with an anti-vibration structure that prevents the vibration of the vibration control element from being transmitted to the probe needle between the vibration control element and the probe needle.
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。
In particular, the vibration control element is
Including a piezoelectric element,
By controlling the vibration applied to the movable part of the microstructure by applying a voltage to the piezoelectric element,
It is characterized by that.
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。
The vibration control element is
Comprising a structure having a membrane structure or a beam structure;
By controlling the vibration applied to the movable part of the microstructure by applying sound waves to the structure,
It is characterized by that.
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。 The contact may be composed of one or two or more cantilevers.
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。
In particular, when the movable part of the microstructure is surrounded by a fixed part formed on the substrate,
The contact is in contact with the fixed part surrounding the movable part of the microstructure.
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。 Preferably, the contact has the same material and structure as the probe needle.
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。 Alternatively, the vibration control element and the contact are integrally formed.
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。 In particular, the microstructure is an acceleration sensor formed on the substrate.
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。 Furthermore, the microstructure is a device formed on a semiconductor wafer.
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。
A method for inspecting a microstructure according to a second aspect of the present invention is formed on the microstructure in order to extract an electric signal of at least one microstructure having a movable portion formed on a substrate. Contacting the probe needle with the pad;
Contacting a contact having a vibration control element for applying vibration to the microstructure to transmit vibration to the movable part of the microstructure;
Applying a vibration to the movable part of the microstructure via the contact;
Detecting the movement of the movable part of the microstructure in response to vibration applied to the movable part of the microstructure via the contact by an electrical signal obtained via the probe needle;
Evaluating the characteristics of the microstructure based on the movement of the movable part detected by the electrical signal;
It is characterized by providing.
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。 The inspection apparatus and inspection method for a microstructure according to the present invention provide vibration to the movable part of the microstructure via a contactor that contacts the microstructure, detects the movement of the movable part of the microstructure, Evaluate its properties. Since the movable part of the microstructure is moved by vibration transmitted through a contactor that contacts the microstructure, even a sensor with a low detection sensitivity or a sensor that is configured to be blocked from the outside world, Inspection can be performed efficiently and accurately.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
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。
The
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。
The wafer transfer mechanism moves in three axes via XYZ tables 12A, 12B, and 12C, which are three orthogonal axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis). A
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。
The
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。
The
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。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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。
The external storage unit 23 includes a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory), a flash memory, a hard disk, a DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random-Access Memory), a DVD-RW (Digital Versatile Disc Rewritable), and the like. A program for causing the
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。
The
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。
The input /
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Before describing the inspection method according to the present embodiment, first, the microstructure
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。
FIG. 3 is a view of the
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。
FIG. 4 is a schematic diagram of the
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。
As a specific configuration, the center weight AR is supported by four beams BM. The beam BM is formed so as to be orthogonal to each other in the X-axis and Y-axis directions, and includes four piezoresistive elements per axis. Four piezoresistive elements for detecting the Z-axis direction are arranged beside the piezoresistive elements for detecting the X-axis direction. The top surface shape of the weight body AR forms a clover shape, and is connected to the beam BM at the center. By adopting this crowbar type structure, the weight AR can be enlarged and the beam length can be increased at the same time, so that it is possible to realize a highly
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。
The principle of operation of the piezoresistive
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。 FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining deformation of the weight body and the beam when acceleration in each axial direction is received. As shown in FIG. 5, the piezoresistive element has a property that its resistance value changes due to applied strain (piezoresistive effect). In the case of tensile strain, the resistance value increases, and in the case of compressive strain. The resistance value decreases. In this example, X-axis direction piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Y-axis direction detecting piezoresistive elements Ry1 to Ry4, and Z-axis direction detecting piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are shown as examples.
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。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a Wheatstone bridge provided for each axis. FIG. 6A is a circuit configuration diagram of the Wheatstone bridge in the X (Y) axis. The output voltages of the X axis and Y axis are Vxout and Vyout, respectively. FIG. 6B is a circuit configuration diagram of the Wheatstone bridge in the Z-axis. The output voltage of the Z axis is Vzout.
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。
As described above, the resistance values of the four piezoresistive elements on each axis change due to the applied strain. Based on this change, each piezoresistive element is formed by a Wheatstone bridge, for example, on the X axis and the Y axis. The acceleration component of each output axis of the circuit is detected as an independent output voltage. As shown in FIG. 3, metal wiring or the like is connected so that the above-described circuit is configured, and an output voltage for each axis is detected from a
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。
Further, since the
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。
FIG. 7 is a diagram illustrating an output response to the tilt angle of the
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。 FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between gravitational acceleration (input) and sensor output. The input / output relationship shown in FIG. 8 is to calculate the gravitational acceleration components related to the X, Y, and Z axes from the cosine of the inclination angle of FIG. 7 and obtain the relationship between the gravitational acceleration (input) and the sensor output. The linearity of the input / output is evaluated. That is, the relationship between acceleration and output voltage is almost linear.
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。
Referring to FIGS. 1 and 2 again, the micro structure inspection method according to the embodiment of the present invention applies vibration to the
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。
Next, a method for evaluating the
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。
The
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。
Usually, an
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。
The
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。
The vibration direction of the
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。
The
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。
In the case where a piezoresistor or the like is used in a microstructure having a
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。
The electrical connection between the
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。
As described above, the
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。
Next, when the
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。
In order to evaluate the characteristics of the
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。
Next, a microstructure inspection method according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the
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)。
The
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。
In the present embodiment, the contact resistance of the
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)。
Therefore, the selection of the measurement method is input (step S4). The measurement method may be stored in advance in the external storage unit 23 or may be input from the
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。
As a measurement method to be selected, for example, a frequency sweep test (frequency scan) in which the response at each frequency is inspected by sequentially changing the frequency, and a white in which the response is inspected by applying pseudo white noise in a predetermined frequency range. There is a noise test, a linearity test in which a response is tested by changing the amplitude of vibration while fixing the frequency to a predetermined value. Moreover, when the
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)。
Next, the
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。
Since the
(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。
(Modification of Embodiment 1)
FIG. 11 is a diagram illustrating different configurations of the
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。
As the
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。
FIG. 12 is a diagram illustrating a different configuration of the
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。
Even when sufficient vibrations cannot be directly applied to the
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。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the
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。
As shown in FIG. 13, the vibration is transmitted through the
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。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which the
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。
In the example of FIG. 14, since the
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。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which the
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。
In the configuration example of FIG. 15, since it is not necessary to provide the
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。 In addition, the hardware configuration and the flowchart described above are merely examples, and can be arbitrarily changed and modified.
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。
The
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。 When each of the above functions is realized by sharing an OS (operating system) and an application program, or by cooperation between the OS and the application program, only the application program part is stored in a recording medium or a storage device. Also good.
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。 It is also possible to superimpose the above computer program on a carrier wave and distribute it via a communication network.
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)
1 Inspection device
2 Inspection control unit
3 Vibration control unit
4 Probe card
4a Probe needle
4b hole
4c Support member
5 Fritting circuit
6 Characteristic evaluation unit (evaluation means)
7 Switching part
8 Wafer (substrate)
8a Electrode pad (pad)
9 Cover (fixed part)
10 Vibration control element
11 Contact
13 Probe controller
15 Prober Club
16 Acceleration sensor (micro structure)
16a
18 Membrane (Structure)
19 Speaker
20 Internal bus
21 Control unit
22 Main memory
23 External storage
24 Input section
25 I / O section
26 Display section (display means)
AR weight body (movable part)
TP chip (micro structure)
Claims (12)
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。 A microstructure inspection apparatus for evaluating the characteristics of at least one microstructure having a movable part formed on a substrate,
A probe needle electrically connected to a pad formed on the microstructure to extract an electrical signal of the microstructure;
A contact that contacts the microstructure in order to transmit vibration to the movable part of the microstructure;
A vibration control element for applying vibration to the movable part of the microstructure via the contact;
The movement of the movable portion of the microstructure in response to vibration applied to the microstructure via the contact from the vibration control element is detected by an electrical signal obtained via the probe needle, and the detection result An evaluation means for evaluating the characteristics of the microstructure based on
An inspection apparatus for a micro structure, comprising:
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。 A probe card connected to the evaluation means,
The probe needle;
The contact;
The vibration control element;
The micro structure inspection apparatus according to claim 1, further comprising a probe card including:
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。 The vibration control element is
Including a piezoelectric element,
By controlling the vibration applied to the movable part of the microstructure by applying a voltage to the piezoelectric element,
The micro structure inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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。 The vibration control element is
Comprising a structure having a membrane structure or a beam structure;
By controlling the vibration applied to the movable part of the microstructure by applying sound waves to the structure,
The micro structure inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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。 When the movable part of the microstructure is surrounded by a fixed part formed on the substrate,
7. The microstructure inspection apparatus according to claim 1, wherein the contact is in contact with the fixed portion that surrounds the movable portion of the microstructure.
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。 Contacting a probe needle with a pad formed on the microstructure to extract an electrical signal of at least one microstructure having a movable part formed on the substrate;
Contacting a contact having a vibration control element for applying vibration to the microstructure to transmit vibration to the movable part of the microstructure;
Applying a vibration to the movable part of the microstructure via the contact;
Detecting the movement of the movable part of the microstructure in response to vibration applied to the movable part of the microstructure via the contact by an electrical signal obtained via the probe needle;
Evaluating the characteristics of the microstructure based on the movement of the movable part detected by the electrical signal;
A method for inspecting a micro structure characterized by comprising:
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