JP5121202B2 - プローブカードおよび微小構造体の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小構造体たとえばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を検査するためのプローブカード及び検査装置に関する。

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、パッケージ後の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。
特開平５−３４３７１号公報

微小な可動部を有するＭＥＭＳデバイスはその特性を検査する際には、外部から物理的な刺激を与える必要がある。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。

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。音波をセンサの可動部に加える方法では、テスト音波が微小構造体に対して有効に加わるようにするために、センサの電極に接触させるプローブを備えるプローブカードに開口領域が設けられる。プローブカードの微小構造体側の表面は、カード形成材料からなる平面である。

プローブカードとウエハは平面で構成されているので、テスト音波をセンサの可動部に出力する時に、ウエハ表面とプローブカード表面との間で、反響による音波の干渉が生じる。そのため、微小構造体表面で所望の音圧を得るために特定の周波数領域で音源に過大な入力が必要な場合がある。また、その過大な入力を原因として高調波が発生するなどして、その周波数領域で正常なテストができないことがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、微小構造体の可動部に対して音波を出力してその特性を評価する検査装置において、音源に過大な入力を必要とせず、正常に特性の動的試験を行うことができる検査装置を提供するこを目的とする。

本発明の第１の観点に係るプローブカードは、基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
前記プローブカードの前記基板に対向する面に設けられた、前記テスト音波を吸収する吸音手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第２の観点に係るプローブカードは、基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
前記プローブカードの前記基板に対向する面に設けられた、前記テスト音波を拡散する方向に反射させる音波拡散手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第３の観点に係るプローブカードは、基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
前記プローブカードと前記基板との間に、前記テスト音波を前記微小構造体の近傍領域から外部に伝播することを抑制する遮蔽手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記音波調整手段は、前記テスト音波を前記微小構造体の可動部に集中させる音波集中手段を含むことを特徴とする。

本発明の第４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評価手段を備える微小構造体の検査装置であって、
前記微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力する音波発生手段と、
本発明の第１の観点ないし第３の観点のいずれかに係るプローブカードと、
前記プローブカードと接続され、前記微小構造体の特性を評価するための評価手段とを備え、
前記評価手段は、前記プローブを介して前記音波発生手段により出力された前記テスト音波に応答した前記微小構造体の可動部の動きを検出し、その検出結果に基づいて前記微小構造体の特性を評価する、
ことを特徴とする。

本発明に係るプローブカード及び微小構造体の検査装置は、広い周波数領域で一定の音圧を再現性よく微小構造体に対して印加することができる。よって、テスト音源に対する過大な電気入力が不要になる。そして、特定の周波数領域でのテストデータの欠落が無くなりテストデータへの信頼性が高まる。

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ＰＤ（図３参照）と検査用のプローブ４ａ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ＰＤとプローブ４ａの接触抵抗を低減させて電気的に導通させる。

また、プローバ部１５は、ウエハ８に形成された加速度センサ１６（図３参照）の可動部１６ａ（図８参照）に対して音波を印加するスピーカ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４ａとスピーカ１０を制御し、ウエハ８に形成された加速度センサ１６に所定の変位を加えて、加速度センサ１６の可動部１６ａの動きをプローブ４ａ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のプローブ４ａとウエハ８の電極パッドＰＤ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ＰＤとの接触、電気的導通、それらの切替、及び加速度センサ１６の可動部１６ａに対して出力するテスト音波の周波数と音圧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、スピーカ制御部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。

スピーカ制御部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）に変位を加えるために、スピーカ１０から放射する音波の周波数と音圧を制御する。スピーカ１０から放射する音波を制御して、加速度センサ１６の可動部１６ａに所定の変位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ＰＤに接触させたプローブカード４のプローブ４ａに電流を供給し、プローブ４ａと電極パッドＰＤの間にフリッティング現象を起こして、プローブ４ａと電極パッドＰＤ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、可動部１６ａに静的又は動的な変位を加えて、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、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ＡＲとビームＢＭ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ＰＤ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。

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、スピーカ１０によってテスト音波を加えることにより、その音波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７は、ウエハ８上の微小構造体を検査する概念構成図である。プローブカード４は、テスト音波出力部であるスピーカ１０を備える。スピーカ１０の音波が検査対象のチップＴＰに当たるように、プローブカード４には、テスト音波出力部の位置に開口領域が形成されている。プローブカード４には、プローブ４ａが開口領域にせり出すように取り付けられている。また、開口領域の近くにマイクＭが備えられる。マイクＭによって、チップＴＰの近傍の音波を捉え、チップＴＰに印加される音波が所望の周波数成分になるように、スピーカ１０から出力されるテスト音波を制御する。

スピーカ制御部３は、プローバ部１５に与えられるテスト指示に応答してテスト音波を出力するものとする。これにより、例えば、３軸加速度センサ１６の可動部１６ａが動くことになり、フリッティング現象により導通したプローブ４ａを介して検査用電極から可動部１６ａの動きに応じた信号を検出することが可能である。この信号をプローブ制御部１３で測定して解析することによりデバイス検査を実行することも可能である。

図８は、スピーカ１０から出力されたテスト音波を調整しない場合のプローブカード４の構成を示す断面図である。ウエハ８の加速度センサ１６は、理解を容易にするために１つだけ描かれている。実際にはウエハ８に加速度センサ１６が複数個形成されている。図８では、可動部１６ａが上方に変位している様子を示す。

ウエハ８は真空チャックのチャックトップ９に載置される。真空チャックはチャックトップ９の上面に真空溝９１が形成されている。真空溝９１はチャックトップ９の中を通る導通管で真空チャンバ（図示せず）に接続され、内部の気体が吸引される。真空溝９１の負圧によって、ウエハ８はチャックトップ９に吸着される。

ウエハ８の加速度センサ１６は、前述のとおり、重錘体ＡＲの両側をビームＢＭで支持された両持ち梁構造の可動部１６ａを備える。ＢＭにはピエゾ抵抗Ｒが形成されており、ビームＢＭの変形に伴う歪みを信号として出力する。加速度センサ１６の電極にプローブ４ａが接触し、ピエゾ抵抗Ｒの信号を外部に出力する。プローブカード４の上にスピーカ１０が配置され、テスト音波を可動部１６ａに印加する。

スピーカ１０から出力されたテスト音波は、プローブカード４の開口領域４ｂからプローブカード４とウエハ８の間に回り込み、反射されて可動部１６ａに戻る。また、テスト音波はプローブカード４の外側からプローブカード４とウエハ８の間に回り込み、可動部１６ａに達する。スピーカ１０から出力されるテスト音波の直接波と、プローブカード４とウエハ８の間で反射されたテスト音波と、プローブカード４の外側から回り込んだテスト音波が可動部１６ａで干渉する。その結果、ある周波数では可動部１６ａの場所でテスト音波が弱まることになる。

なお、プローブカード４の外周に接続する筒状の部材を設けて、スピーカ１０を覆い、プローブカード４の外側からプローブカード４とウエハ８の間にテスト音波が回り込むのを抑制する構造としてもよい。

スピーカ制御部３は可動部１６ａに所定の変動を加えるために、マイクＭで可動部１６ａの近傍のテスト音波を検出し、テスト音波が所定の周波数と音圧になるようにスピーカ１０の出力を制御する。反射波や回折波の干渉によってある周波数のテスト音波の音圧が弱くなると、スピーカ制御部３は所定の音圧になるようにスピーカ１０への入力電圧を高くする。その結果、干渉による減衰が生じている周波数では、スピーカ１０の入力電圧が高くなり、場合によっては過大な入力電圧になる。また過大な入力を原因とする高調波が発生することにもなる。入力電圧を大きくすると雑音成分も増加し、高調波歪みと共にＳ／Ｎ比を劣化させる。

図９は、本実施の形態１に係るプローブカード４の構成を示す断面図である。図９では、チャックトップ９を省略している。プローブカード４のウエハ８に対向する面に、吸音材１１が形成されている。吸音材１１は、弾力性があって内部損失の大きい材質、例えば、発泡した高分子材料で形成する。吸音材１１は、広い周波数帯域で音波吸収率の高い材質、例えばスポンジ等が好ましい。

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２０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、プローブ制御部１３にプローブ４ａをウエハ８の電極パッドＰＤに位置合わせして接触するよう指令し（ステップＳ２）、ついで、プローブ制御部１３にフリッティング用回路５によって、プローブ４ａと電極パッドＰＤを導通させるように指令する（ステップＳ２）。

本実施の形態では、フリッティング現象を利用して電極パッドＰＤとプローブ４ａの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４ａに超音波を伝導して、電極パッドＰＤ表面の酸化膜を部分的に破って、電極パッドＰＤとプローブ４ａの接触抵抗を低減させる方法を用いることができる。

ついで、測定方法の選択を入力する（ステップＳ３）。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に印加するテスト音波の周波数と音圧などを設定する（ステップＳ４）。

選択される測定方法としては、例えば、テスト音波の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音圧を変化させて応答を検査する直線性検査などがある。

ついで、設定した測定方法でスピーカ制御部３を制御して、加速度センサ１６の可動部１６ａを変位させながら、プローブ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Ｓ５）。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Ｓ６）。

実施の形態１では、加速度センサ１６の可動部１６ａに対してテスト音波を出力しながら、加速度センサ１６を検査する。そのとき、プローブカード４とウエハ８の間に回り込んだテスト音波は、吸音材１１によって吸収され、可動部１６ａへの反射波及び回折波が減衰される。したがって、可動部１６ａにおけるテスト音波の干渉が軽減される。その結果、干渉が発生していた周波数でのスピーカ１０への入力電圧を下げることができる。同時に、高調波の発生を抑えることができる。入力電圧を下げるので雑音成分が減少し、高調波の抑制と合わせてＳ／Ｎ比が向上する。そして、特定の周波数領域でのテストデータの欠落が無くなりテストデータへの信頼性が高まる。また、スピーカ１０に対する過大な電気入力が不要になり、検査装置１の寿命が延びる。

（実施例１）
図１０は、スピーカ１０から出力されたテスト音波を調整しない場合（すなわち図８）の、スピーカ１０への入力電圧を示すグラフである。図１１は、マイクＭで検出したテスト音波の周波数成分を示すグラフである。図１１に示すように、可動部１６ａの近傍におけるテスト音波の音圧が、検査する周波数に亘って一定になるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した結果が図１０の入力電圧である。

図１１に示すように、マイクＭで検出したテスト音波の音圧が各周波数で１１０ｄＢになるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した。図１０の入力電圧Ａに示すように、１５８０Ｈｚ付近と、３２４０Ｈｚ付近に著しいピークがある。それらの近くの周波数においてテスト音波が干渉によって減衰しているので、それを補うために入力電圧が高くなっている。

図１２は、図９に示す実施の形態１の構成におけるスピーカ１０への入力電圧Ｂを示すグラフである。対比のために、出力されたテスト音波を調整しない場合のスピーカ１０への入力電圧Ａを合わせて記載している。この場合も、マイクＭで検出したテスト音波の音圧が各周波数で１１０ｄＢになるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した。

吸音材１１によってプローブカード４とウエハ８の間の反射波及び回折波が減衰するので、可動部１６ａにおけるテスト音波の干渉が軽減され、入力電圧Ｂはピークが小さくなっている。特に３２４０Ｈｚ付近のピークは解消している。全体に入力電圧Ｂはほぼ０．９Ｖ以下であり、過大な入力電圧（例えば１．０Ｖ以上）の周波数がない。

入力電圧Ｂの方が入力電圧Ａより大きい周波数もあるが、その領域では干渉によってテスト音波が強められていると考えられる。しかし、その領域でも吸音材１１がない場合（入力電圧Ａ）は、干渉によってテスト音波波形の歪みや高調波の存在が推測される。

（実施の形態１の変形）
図１３は、プローブカード４に音波の拡散部を設ける場合の断面図である。プローブカード４のウエハ８に対向する面に、音波を拡散させるように凹凸を有する拡散部１７を形成する。プローブカード４のウエハ８に対向する面を凹凸形状に成形してもよいし、凹凸形状の部材を貼り付けて形成してもよい。拡散部１７は音波をあらゆる方向に拡散させるように、不規則な凹凸形状とすることが望ましい。

プローブカード４とウエハ８の間の反射波及び回折波は、拡散部１７によって拡散して反射されるので、特定の場所、例えば可動部１６ａにおけるテスト音波の干渉が軽減される。その結果、吸音材１１を形成する場合（図９）と類似の効果が得られる。吸音材１１と拡散部１７を組み合わせて、吸音材１１の表面に凹凸を形成するとさらに効果がある。

（実施の形態２）
図１４は、実施の形態２に係るプローブカード４の構成を示す断面図である。実施の形態２では、吸音材１１に加えて、プローブカード４の開口領域周縁のウエハ８側にテスト音波の遮蔽部１８を形成する。遮蔽部１８は音波を通しにくい材質で、ある程度の硬さと質量及び幅を有するものが望ましい。

遮蔽部１８によって、テスト音波がプローブカード４の開口領域４ｂからプローブカード４とウエハ８の間へ回り込むのを抑制する。また、プローブカード４の外側からプローブカード４とウエハ８の間へ回り込んだテスト音波が、可動部１６ａに伝播するのを抑制する。

遮蔽部１８は、プローブ４ａのポスト（固定台座）を兼ねている。遮蔽部１８をプローブ４ａのポストとすることによって、プローブカード４のウエハ８側に吸音材１１を設けた場合でも、プローブ４ａの支点をウエハ８の近くにすることができる。プローブ４ａがコンプライアンスの高い（撓みやすい）材料で構成されても、ポスト部（遮蔽部１８）は変形しにくい。ポスト部（遮蔽部１８）によってプローブ４ａのカンチレバー構造の支点が基板に近くなるので、プローブ４ａの先端の変位方向がウエハ８にほぼ垂直になる。そのため、プローブカード４に対して基板面と垂直方向にウエハ８を移動してプローブ４ａとウエハ８を接触させるようにすれば、プローブ４ａの先端をウエハ８に接触させて、さらに所定の針圧になるようオーバードライブ量を変位させても、ウエハ８の表面に対して垂直方向の応力しか発生しない。その結果、微小構造体に対して基板面方向の応力がかからない状態で、微小構造体のテストを行うことができる。

吸音材１１の効果に加えて、テスト音波の反射波と回折波が遮蔽部１８によって抑制されるので、可動部１６ａにおけるテスト音波の干渉がさらに軽減される。その結果、干渉が発生していた周波数でのスピーカ１０への入力電圧を下げることができる。同時に、高調波の発生を抑えることができる。入力電圧を下げるので雑音成分が減少し、高調波の抑制と合わせてＳ／Ｎ比が向上する。そして、特定の周波数領域でのテストデータの欠落が無くなりテストデータへの信頼性が高まる。また、スピーカ１０に対する過大な電気入力が不要になり、検査装置１の寿命が延びる。

（実施例２）
図１５は、図１４に示す実施の形態２の構成におけるスピーカ１０への入力電圧Ｃを示すグラフである。対比のために、実施の形態１の場合のスピーカ１０への入力電圧Ｂを合わせて記載している。この場合も、マイクＭで検出したテスト音波の音圧が各周波数で１１０ｄＢになるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した。

実施の形態１に比べて、遮蔽部１８によって入力電圧が下がっている。特に、２０００Ｈｚ以上の領域で、入力電圧Ｃは入力電圧Ｂより小さい。吸音材１１で減衰しきれなかった反射波と回折波の周波数成分が、遮蔽部１８によって抑制されたと考えられる。また、遮蔽部１８によって、テスト音波が可動部１６ａに集中する度合いが大きくなったとも考えられる。

（実施の形態３）
図１６は、実施の形態３に係るプローブカード４の構成を示す断面図である。実施の形態３では、吸音材１１と遮蔽部１８に加えて、スピーカ１０とプローブカード４の間に、スピーカ１０の開口周縁とプローブカード４の開口領域周縁を接続する面に沿って、ホーン１９が形成されている。ホーン１９は音波を通しにくい材質で、ある程度の硬さと質量及び幅を有するものが望ましい。また、スピーカ１０の開口がプローブカード４の開口領域４ｂより大きい場合、スピーカ１０の開口周縁とプローブカード４の開口領域周縁を接続する面に沿って、円錐台形にホーン１９を形成するとよい。

ホーン１９によって、テスト音波がプローブカード４の開口領域４ｂ以外に伝播することを抑制し、プローブカード４の開口領域４ｂを通じて可動部１６ａにテスト音波を集中させる。また、プローブカード４の外側からプローブカード４とウエハ８の間へテスト音波が回り込むのを抑制する。

ホーン１９によってテスト音波が可動部１６ａに集中し、それ以外の領域に伝播するのを抑制するので、テスト音波の反射波と回折波が軽減し、可動部１６ａにおけるテスト音波の干渉がさらに軽減される。その結果、干渉が発生していた周波数でのスピーカ１０への入力電圧を下げることができる。同時に、高調波の発生を抑えることができる。入力電圧を下げるので雑音成分が減少し、高調波の抑制と合わせてＳ／Ｎ比が向上する。そして、特定の周波数領域でのテストデータの欠落が無くなりテストデータへの信頼性が高まる。また、スピーカ１０に対する過大な電気入力が不要になり、検査装置１の寿命が延びる。

（実施例３）
図１７は、図１６に示す実施の形態３の構成におけるスピーカ１０への入力電圧Ｄを示すグラフである。対比のために、実施の形態２の場合のスピーカ１０への入力電圧Ｃを合わせて記載している。この場合も、マイクＭで検出したテスト音波の音圧が各周波数で１１０ｄＢになるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した。

実施の形態２に比べて、さらに殆どの周波数帯域で入力電圧が下がっている。特に、入力電圧Ｃでは１３５０Ｈｚ付近に０．８５Ｖ程度のピークが残っていたのが、入力電圧Ｄでは０．３Ｖ以下に大幅に低下している。ホーン１９によるテスト音波集中の効果が認められる。

図１８は、実施例１乃至３の結果をまとめて表したグラフである。出力されたテスト音波を調整しない場合の入力電圧Ａと、プローブカード４に吸音材１１を形成した場合の入力電圧Ｂと、吸音材１１に加えて遮蔽部１８を形成した場合の入力電圧Ｃと、吸音材１１と遮蔽部１８に加えてホーン１９を形成した場合の入力電圧Ｄを１つのグラフにまとめて表している。いずれも、マイクＭで検出したテスト音波の音圧が各周波数で１１０ｄＢになるように、スピーカ１０の入力電圧を調節した。

図１８に示すように、入力電圧Ａから入力電圧Ｄになるに従って、同じ音圧を得るためのスピーカ１０への入力電圧が低下している。テスト音波の干渉を低減することについて、吸音材１１、遮蔽部１８、ホーン１９それぞれの効果が認められる。特に、スピーカ入力のピーク電圧を下げる効果がある。

実施の形態では、加速度センサ１６を例に説明したが、本発明の検査装置１はテスト音波で変動させることのできる可動部を有する微小構造体、例えば圧力センサなどの膜構造の可動部について適用することができる。図１９は、圧力センサの例を説明する概念構成図である。図１９（ａ）は圧力センサの平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図１９に示されるように、シリコン基板Ｓｉの中央部にほぼ正方形に、肉厚が薄い部分であるダイヤフラムＤが形成されている。ダイヤフラムＤの４辺の中央にそれぞれ、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が形成されている。ダイヤフラムＤの両面にかかる圧力の差によって、ダイヤフラムＤが変形すると、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４に応力が発生する。応力によって、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の電気抵抗値が変化するので、その変化を検出することによって、ダイヤフラムＤの両面にかかる圧力差を測ることができる。

圧力センサについても、本発明の検査装置１によって、ダイヤフラムＤに対してテスト音波を出力しながら変動を検出して特性を評価することができる。その場合、実施の形態１乃至３のプローブカード４を用いて、スピーカ１０への入力電圧を下げることができる。同時に、高調波の発生を抑えることができる。そして、特定の周波数領域でのテストデータの欠落が無くなりテストデータへの信頼性が高まる。また、スピーカ１０に対する過大な電気入力が不要になり、検査装置１の寿命が延びる。

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。吸音材１１、拡散部１７、遮蔽部１８及びホーン１９は任意に組み合わせて用いることができる。

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の検査装置の検査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。 ウエハ上の微小構造体を検査する概念構成図である。 出力されたテスト音波を調整しない場合のプローブカードの構成を示す断面図である。 本実施の形態１に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 出力されたテスト音波を調整しない場合の、スピーカへの入力電圧を示すグラフである。 マイクで検出したテスト音波の周波数成分を示すグラフである。 実施の形態１の構成におけるスピーカへの入力電圧の例を示すグラフである。 プローブカードに音波の拡散部を設ける場合の断面図である。 実施の形態２に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 実施の形態２の構成におけるスピーカへの入力電圧の例を示すグラフである。 実施の形態３に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 実施の形態３の構成におけるスピーカへの入力電圧の例を示すグラフである。 実施例１乃至３の結果をまとめて表したグラフである。 圧力センサの例を説明する概念構成図である。 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。

符号の説明

１ 検査装置
２ 検査制御部
３ スピーカ制御部
４ プローブカード
４ａ プローブ
４ｂ 開口領域
６ 特性評価部（評価手段）
７ 切替部
８ ウエハ（基板）
１０ スピーカ（音波発生手段）
１１ 吸音材（吸音手段）
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
１７ 拡散部（音波拡散手段）
１８ 遮蔽部（遮蔽手段）
１９ ホーン（音波集中手段）
ＡＲ 重錘体（可動部）
ＢＭ ビーム（可動部）

Claims (5)

1. 基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
   テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
   前記プローブカードの前記基板に対向する面に設けられた、前記テスト音波を吸収する吸音手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
   を備えることを特徴とするプローブカード。
2. 基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
   テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
   前記プローブカードの前記基板に対向する面に設けられた、前記テスト音波を拡散する方向に反射させる音波拡散手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
   を備えることを特徴とするプローブカード。
3. 基板上に形成された微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力して、前記微小構造体の特性を評価する評価手段と接続されるプローブカードであって、
   テスト時において前記基板上に形成された可動部の動きに基づく電気的変化量を検出するために、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されるプローブと、
   前記プローブカードと前記基板との間に、前記テスト音波を前記微小構造体の近傍領域から外部に伝播することを抑制する遮蔽手段を含む、前記テスト音波の反射又は干渉を抑制する音波調整手段と、
   を備えることを特徴とするプローブカード。
4. 前記音波調整手段は、前記テスト音波を前記微小構造体の可動部に集中させる音波集中手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプローブカード。
5. 基板上に形成された可動部を有する、少なくとも１つの微小構造体の特性を評価する評価手段を備える微小構造体の検査装置であって、
   前記微小構造体の可動部に対してテスト音波を出力する音波発生手段と、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプローブカードと、
   前記プローブカードと接続され、前記微小構造体の特性を評価するための評価手段とを備え、
   前記評価手段は、前記プローブを介して前記音波発生手段により出力された前記テスト音波に応答した前記微小構造体の可動部の動きを検出し、その検出結果に基づいて前記微小構造体の特性を評価する、
   ことを特徴とする微小構造体の検査装置。

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