JP5768231B2

JP5768231B2 - Ｍｅｍｓ測定方法

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Publication number: JP5768231B2
Application number: JP2010250871A
Authority: JP
Inventors: 友景　肇; 肇友景; 圭佑吉田; 晴樹末吉; 一宏今井; 安河内　裕司; 裕司安河内
Original assignee: Fukuoka Industry Science and Technology Foundation; Fukuoka University
Current assignee: Fukuoka Industry Science and Technology Foundation; Fukuoka University
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: JP2012103068A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の振動状態を測定するＭＥＭＳ測定方法に関する。

半導体デバイス製造技術を用いて、電子回路と共に著しく小型化された機械要素部分を基板上に設けたデバイスであるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、加速度センサや圧力センサ等への応用にとどまらず、さらなる多方面での利用を目指して研究開発が進められている。

ＭＥＭＳの製造においては、ウェーハ上において、成膜、リソグラフィ、エッチングを繰り返すことによって、例えば、カンチレバーやダイヤフラムなどの複雑な三次元構造部分を形成していくことから、ウェーハプロセスでは電子回路のみの半導体デバイスと比べて歩留りが低く、ウェーハプロセス直後など製造工程の早い段階において正確に不良品を判別し、排除できなければ、多数の不良品がダイシング後の実装工程まで進み、コストの増大につながってしまうという問題がある。

よって、ＭＥＭＳの製造では、的確な性能評価に基づく不良品判別による製造コスト低減の実現が求められている。しかしながら、複雑な三次元構造を有するＭＥＭＳに対し、一般的な半導体デバイス向けのウェーハの外観検査装置による検査では、良品であるかどうかを正確に判定することは困難であった。

そのため、ＭＥＭＳのカンチレバー、ダイヤフラムなどの可動部分が適切に形成されているか否かを評価するため、可動部分の振動状態を測定する手法が提案されている。例えば、レーザドップラ振動計を用いて光学的手段により測定する例が、特開２００９−６８８４１号公報（特許文献１）に開示され、また、プローバーを用いた電気的手段による測定例が、特開２００９−１３９１７２号公報（特許文献２）に開示されている。

また、レーザドップラ振動計の例としては、特開平１０−２２１１５９号公報（特許文献３）や、特開平２−１３２３９５号公報（特許文献４）に開示されるものがある。

特開２００９−６８８４１号公報特開２００９−１３９１７２号公報特開平１０−２２１１５９号公報特開平２−１３２３９５号公報

ＭＥＭＳの測定に用いるような従来の測定装置は前記各特許文献に示される構成を有しており、このうち従来のレーザドップラ振動計では、測定対象物の測定対象位置にレーザ光を照射し、その反射光のドップラシフトから、照射部位の振動状態を測定していた。さらに、一箇所だけでなく、所定測定範囲についてそれぞれ振動による変位や振動速度等を取得するためには、測定対象物の一点のみにレーザ光を照射するレーザドップラ振動計のレーザ光照射機構を動作させてレーザ光を走査状態とし、前記測定範囲にわたってレーザ光が順次照射されるようにする必要がある。

しかしながら、一度に測定できるのは一点であるだけでなく、照射機構を機械的に動作させる時間も必要であるため、走査の起点位置から終点位置に至るまでには相当の時間が経過することとなり、測定範囲内各位置の同一時点における振動状態を測定することはできないという課題を有していた。また、特定箇所における測定頻度は、走査周期による制約を受けるため、高頻度測定による正確な測定を行うことは困難であった。

このようなレーザ光の走査による多点測定は、測定の同時性、正確性の問題を有しているため、例えば前記特許文献３に開示されているように、レーザ光走査とは異なる構成による測定技術も提案されている。また、前記特許文献４には、レーザドップラ速度計による多次元の同時測定のため、レーザ光を２つのビームに分割した後に、超音波周波数シフタにより周波数をシフトさせる技術が開示されている。しかしながら、これらの手法を用いる場合、装置構成が複雑になってしまうという課題を有していた。

一方、ＭＥＭＳにおける可動部分の評価のために振動状態を測定するにあたり、ＭＥＭＳを設けたウェーハには外部の起振部等を用いて振動を加える必要がある。こうした起振部において振動を発生させる機構が圧電素子（ピエゾ素子）を用いたものである場合、ウェーハに当接してこれを支持する起振部のステージ等の支持部分は所定の質量を有しており、その慣性等により支持部分は圧電素子と完全に同期した振動状態とならず、支持部分に独特の振動成分を有することとなる。このため、ＭＥＭＳにおいてもこの支持部分の振動成分の影響が加わり、測定結果はＭＥＭＳ可動部分の振動成分と起振部支持部分の振動成分とが合成されたものとなり、可動部分のみの振動状態を正確に把握することができないという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、振動させたＭＥＭＳの多数の箇所に同時にレーザ光を照射して、ＭＥＭＳの多数の測定点における所定時点の振動状態を同様に測定できると共に、ＭＥＭＳに対する起振部側の影響を排除して、ＭＥＭＳ各部の振動状態を正確に把握できるＭＥＭＳ測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係るＭＥＭＳ測定方法は、測定対象物であるＭＥＭＳにレーザ光を照射し、ＭＥＭＳからの反射光のドップラシフトに基づき、ＭＥＭＳにおける照射位置の振動状態を測定するＭＥＭＳ測定方法において、ＭＥＭＳ全体に起振部で振動を加え、光の周波数がそれぞれ異なる多数のレーザ光を光源部で同時に発生させ、前記光源部からビームスプリッタを透過して一様に入射した各レーザ光を、分光部で周波数ごとに進行方向を変化させ、周波数ごとに異なる照射位置として、ＭＥＭＳの可動部における多数の測定対象箇所と、当該可動部に隣接する固定部にそれぞれ同時に照射し、ＭＥＭＳから反射されて分光部を透過した反射光、及び、ＭＥＭＳに照射されるレーザ光に対し光の周波数を所定周波数だけシフトさせて発生させた参照光を、それぞれ光検出部に入射させ、当該光検出部で前記反射光と参照光とを組合わせて干渉させた干渉光を検出し、当該干渉光に応じた検出信号を出力させ、当該検出信号を信号処理部で各レーザ光の周波数成分ごとに分析し、検出信号より抽出される各レーザ光の反射前後におけるドップラシフトに基づく周波数変化から、ＭＥＭＳにおける各レーザ光の照射位置での振動状態を求めると共に、前記信号処理部で、ＭＥＭＳの可動部における各照射位置での構造に基づく特有の振動状態について、ＭＥＭＳの固定部における構造に基づく特有の振動状態との差分を求め、得られた差分を可動部における前記各照射位置での真の振動状態とするものである。

このように本発明においては、それぞれ周波数の異なる多数のレーザ光を、起振部で振動させたＭＥＭＳの可動部と固定部に対し同時に照射し、ＭＥＭＳの各照射位置からの反射光を干渉光とした状態で光検出部で検出し、得られた検出信号より取出せるドップラーシフトに基づく光の周波数変化の情報から、ＭＥＭＳの各照射位置について振動状態を求
め、さらに可動部における振動状態の固定部振動状態に対する差分を求めて、可動部各位置の真の振動状態を得ることにより、ＭＥＭＳにおける複数箇所の同じ時点での振動状態を適切に検出できることに加え、起振部の不要な振動成分が合成された形で求められた結果から可動部の振動成分のみを取出して、正しいＭＥＭＳ可動部の振動特性を取得でき、起振部側からの影響を受けることなく正確なＭＥＭＳ可動部各部の振動状態を測定して、そのＭＥＭＳの構造に基づいてあらわれる可動部の振動の特徴を確実に把握でき、この振動の特徴からＭＥＭＳの評価を正確に行える。

また、本発明に係るＭＥＭＳ測定方法は必要に応じて、前記光源部として、レーザ光源が、所定周波数のレーザ光を発生させると共に、当該レーザ光から、光コム発生器が、レーザ光の周波数を中心に等周波数間隔で多数のサイドバンドとしての周波数の異なるレーザ光を発生させるものである。

このように本発明においては、光源部としてレーザ光源と光コム発生器を用いて、一つのレーザ光から光コム、すなわち基本周波数のレーザ光のサイドバンドとして周波数の異なる多数のレーザ光を得て、そのまま各レーザ光をＭＥＭＳに照射することにより、ＭＥＭＳの多数箇所に対し効率よく周波数の異なるレーザ光を同時照射して測定が行え、光の周波数の異なる多数のレーザ光源を用いる必要はなく、光源部の構成を簡略化できると共に、各レーザ光が基本周波数のレーザ光と既知の関係を有することで、検出信号における各レーザ光の周波数成分を識別しやすく、確実にＭＥＭＳの照射位置ごとの振動状態を求められ、この振動状態に基づくＭＥＭＳへの評価の精度も高められる。

また、本発明に係るＭＥＭＳ測定方法は必要に応じて、前記分光部として回折格子を用い、入射した各レーザ光をＭＥＭＳに対しレーザ光照射位置がＭＥＭＳの可動部と固定部にわたって一直線状に並ぶ状態で進行させるものである。

このように本発明においては、分光部として回折格子を用いて各レーザ光の進行方向を制御し、ＭＥＭＳにおけるレーザ光の照射位置を一直線状に並んだ状態として測定を行い、ＭＥＭＳにおける可動部と固定部にわたる所定の線上における振動状態を求めることにより、ＭＥＭＳの前記所定の線上における振動波形や前記所定の線に沿った向きへの振動の伝わり等を取得でき、振動状態からのＭＥＭＳの構造の特徴把握がより正確に行え、ＭＥＭＳ間の差異も明確化できる。

また、本発明に係るＭＥＭＳ測定方法は必要に応じて、前記各レーザ光を、ＭＥＭＳに対し各レーザ光の照射位置が一直線状に並んだ方向と直交する向きへの走査を伴いつつ照射するものである。

このように本発明においては、各レーザ光の照射位置の並んだ方向と直交する向きにレーザ光の走査を行いながら測定し、ＭＥＭＳ上の測定範囲を拡張することにより、ＭＥＭＳの振動状態を線状のみでなく面状に広く把握でき、ＭＥＭＳの構造における特徴をより詳細に解析でき、ＭＥＭＳの評価がより適切に行える。

本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法で用いる測定装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法で用いる測定装置のＭＥＭＳへのレーザ光照射状態説明図である。本発明のＭＥＭＳ測定方法により測定したＭＥＭＳの可動部における要部の振動変位の時間的変化を示すグラフである。本発明のＭＥＭＳ測定方法により測定したＭＥＭＳの固定部における振動変位の時間的変化を示すグラフである。本発明のＭＥＭＳ測定方法により求めたＭＥＭＳの可動部における要部の正しい振動変位の時間的変化を示すグラフである。本発明のＭＥＭＳ測定方法により求めたＭＥＭＳの可動部の所定時間における変位を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法を前記図１及び図２に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法に用いる測定装置１は、ＭＥＭＳ８０の形成されたウェーハ９０を支持しつつ振動させる起振部１０と、光の周波数がそれぞれ異なる多数のレーザ光を同時発生させる光源部２０と、この光源部２０からのレーザ光より、光の周波数を所定周波数だけシフトさせた参照光を得る周波数シフト部３０と、前記光源部２０からの各レーザ光をその周波数ごとに進行方向を変化させてウェーハ９０上のＭＥＭＳ８０に向わせる分光部４０と、光源部２０と分光部４０の間で、分光部４０に向うレーザ光を透過させる一方、ＭＥＭＳ８０から反射された反射光を所定方向に反射するビームスプリッタ５０と、このビームスプリッタ５０で反射されたＭＥＭＳ８０からの反射光と前記参照光とを組合わせて干渉させた干渉光を検出して検出信号を出力する光検出部６０と、検出信号を各レーザ光の周波数成分ごとに分析し、ＭＥＭＳ８０における各レーザ光の照射位置での変位を求める信号処理部７０とを備える構成である。

前記起振部１０は、ＭＥＭＳ８０の形成されたウェーハ９０に当接してこれを支持するステージ部１１と、このステージ部１１を介してＭＥＭＳ８０に所定周期の振動を与える振動発生部１２とを有するものであるが、振動発生部１２の振動発生機構自体は圧電素子（ピエゾ素子）など公知のデバイスであり、詳細な説明を省略する。この起振部１０はＭＥＭＳ８０を微小振動させ、ＭＥＭＳ８０の可動部８１と固定部８２を有する構造に基づく特有の振動状態を生じさせる一方、測定装置の他部分には不要な振動を伝達しないようにして測定への影響を防いでいる。

この起振部１０において、ウェーハ９０に当接するステージ部１１は、慣性等により圧電素子等の振動発生部１２と完全に同期した振動状態とならず、振動発生部１２の振動変位を受けてステージ部１１には減衰振動が生じるなど、ステージ部１１に独特の振動成分を有する。このため、ステージ部１１に支持された状態で振動するＭＥＭＳ８０においては、このステージ部１１の振動成分の影響が及ぶこととなる。

前記光源部２０は、所定周波数のレーザ光を発生させるレーザ光源２１と、このレーザ光源２１で生じた一つのレーザ光から、このレーザ光の周波数を中心に等周波数間隔で多数のサイドバンドとしての周波数の異なるレーザ光を発生させる光コム発生器２２とを有するものである。この光源部２０は、光コム発生器２２で得られた、光コムをなす周波数が異なる多数のレーザ光を一様に出力し、ビームスプリッタ５０を介して分光部４０へ向かわせることとなる。この光源部２０から発したレーザ光は、そのまま分光部４０へ向うものとは別に、スプリッタ等で分岐されたものが周波数シフト部３０に達し、周波数を所定周波数だけシフトされて参照光となる。

前記光コム発生器２２は、基準となるレーザ光から光コムとしての多数のサイドバンド
のレーザ光を発生させる公知の装置であり、詳細な説明を省略する。光コム発生器２２における各サイドバンドの周波数間隔は適宜調整され、分光部４０を経てＭＥＭＳ８０に各レーザ光が測定に適した間隔で照射されるよう設定される。この光コム発生器２２を用いて、一つのレーザ光から光コム、すなわち基本周波数のレーザ光のサイドバンドとして周波数の異なる多数のレーザ光を得て、そのまま各レーザ光をＭＥＭＳ８０に照射できることから、ＭＥＭＳ８０の多数箇所に対し効率よく周波数の異なるレーザ光を同時照射して測定が行え、光の周波数の異なる多数のレーザ光源を用いる必要はなく、光源部２０の構成を簡略化できる。

なお、光源部２０から発したレーザ光を周波数シフト部３０に到達させて、周波数をシフトした参照光を得る代りに、新たな別の光コム発生器を設け、レーザ光源２１で生じたレーザ光の周波数をシフトした光をこの別の光コム発生器に入力し、この別の光コム発生器が、周波数の異なる多数のレーザ光（光コム）を参照光として発生する仕組みとすることもできる。

前記分光部４０は、回折格子を用いたものであり、光源部２０からビームスプリッタ５０を経て一様に入射した異なる周波数の各レーザ光をその周波数ごとにその進行方向を変化させ、周波数ごとに異なる照射位置となるようにしてウェーハ９０上のＭＥＭＳ８０へ向わせると共に、ＭＥＭＳ８０の各レーザ光照射位置から反射された反射光を入射側へ透過させ、再度ビームスプリッタ５０に向わせるものである。

この分光部４０で周波数ごとにずらされる各レーザ光のＭＥＭＳ８０における照射位置は、ＭＥＭＳ８０上で、分光部４０における格子部分の設定及びレーザ光の周波数間隔に対応した所定間隔で、一直線状に並んで配置されることとなる。照射位置は、ＭＥＭＳの場合、等しい所定の間隔、例えば、１００μｍ間隔で配置されるのが好ましい。こうしてレーザ光の照射位置が一直線状に並んだ状態とすることで、このＭＥＭＳ８０の照射位置が並んだ線上における振動波形や線に沿った向きへの振動の伝わり等を信号処理部７０で取得でき、ＭＥＭＳ８０の構造の特徴を把握しやすい。

前記ビームスプリッタ５０は、光源部２０と分光部４０との間に配設され、分光部４０に向う光源部２０からのレーザ光を分光部４０側へ透過させる一方で、ＭＥＭＳ８０から反射されて分光部４０を透過した反射光を光検出部６０のある向きに反射する公知の機構であり、詳細な説明を省略する。

前記光検出部６０は、ＭＥＭＳ８０で反射して分光部４０を透過し、さらにビームスプリッタ５０で反射して進路を変えた反射光と、前記周波数シフト部３０からの参照光とを組合わせて干渉させた干渉光を入射させ、この干渉光を検出して干渉光の周波数に応じた検出信号を得、この検出信号を信号処理部７０に出力するものである。

レーザ光のＭＥＭＳ８０からの反射光は、ドップラシフト、すなわちＭＥＭＳ８０におけるレーザ光照射位置の振動に応じた周波数の変化を生じており、この反射光と、周波数シフト部３０でレーザ光の周波数を所定周波数だけシフトされた参照光とが組合わされた干渉光に対応して出力される検出信号は、公知のレーザドップラ振動計の場合と同様、復調等の処理によりＭＥＭＳ８０におけるレーザ光照射位置の振動状態を取得できる所定の干渉波形を生じたものとなっており、この検出信号を解析することでＭＥＭＳの振動状態を取得できる。

前記信号処理部７０は、光検出部６０からの検出信号を各レーザ光の周波数成分ごとに解析し、ＭＥＭＳ８０における各レーザ光の照射位置ごとにその変位を求めるものである。信号処理部７０における検出信号の各レーザ光に対応する周波数成分についてのそれぞ
れの解析処理は、公知のレーザドップラ振動計と同様に、ドップラシフトに基づく各レーザ光の反射前後における周波数変化を利用して実行されるものである。

光検出部６０から出力される検出信号における各レーザ光に対応する周波数成分は、周波数シフト部３０によるレーザ光の周波数シフト分と、ＭＥＭＳ８０の振動の速度に比例するドップラシフトとの干渉波形を有していることから、検出信号の前記周波数成分と、既知である各レーザ光の光源部２０から出力された時点での周波数及び周波数シフト部３０でのシフト量とを用いて、ＭＥＭＳ８０の照射位置における振動状態を示す、振動の速度情報や照射位置の変位等を導くことができる。

ただし、こうして導かれる振動状態の情報は、起振部１０におけるステージ部１１の振動の影響を受けたＭＥＭＳ各位置の振動状態を示すもの、すなわち、実際の振動成分にステージ部１１の振動成分が加わったものとなっており、測定対象の可動部７１の純粋な振動状態を示すものとはなっていないことから、信号処理部７０では、導かれた振動状態を示す情報からステージ部１１の振動の影響分を除去する処理をさらに実行することとなる。

具体的には、信号処理部７０では、ＭＥＭＳ８０のうち可動部８１とは異なり起振部１０のステージ部１１と同様に振動する固定部８２について得られた振動状態のデータを、ステージ部１１の振動成分として利用し、この固定部８２の振動状態を可動部８１の各位置の振動状態から差引く処理、言換えると、可動部８１の各位置の振動状態と固定部８２の振動状態との差分をとる処理を実行することで、ステージ部１１の振動の影響を排除した可動部８１の真の振動状態が得られる。

本発明に係るＭＥＭＳ測定方法に用いる上記の測定装置１では、光周波数コム（光コム）技術を用いて多数の周波数シフトされたレーザ光を生成した後、周波数ごとに各レーザ光の進行方向を変化させ、それらのレーザ光をＭＥＭＳの多数の箇所に照射する比較的簡素な構成によって、振動させたＭＥＭＳの多数の箇所に同時にレーザ光を照射し、測定を行えることで、多数の測定点における振動状態を同時に測定することができ、正確に各部の振動の特徴を把握することが可能となる。こうして従来技術における測定の同時性、正確性の問題も解消され、その結果、製造工程の早い段階においてＭＥＭＳ可動部分の構造の良否を的確に判定することが可能となり、後工程に入る前に不良品を製造ラインから排除してＭＥＭＳの製造コストの顕著な改善が図れる。

次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法による測定の各過程について説明する。前提として、測定装置１における光源部２０の光コム発生器２２で得られる各レーザ光の周波数や、周波数シフト部３０におけるレーザ光周波数のシフト量は、あらかじめ把握されているものとする。

まず、測定に先立ち、ＭＥＭＳ８０を測定装置１における振動台７１に取付け、起振部７０を動作させて振動台７１ごとＭＥＭＳ８０全体を振動状態とした上で、測定を開始する。測定開始に伴い、光源部２０のレーザ光源２１から出た一つのレーザ光に基づいて、光コム発生装置１２が周波数の異なる多数のレーザ光を発生させ、このレーザ光が、分岐されて周波数シフト部３０に向う一部を除いて、ビームスプリッタ５０を透過して分光部４０に入射する。

分光部４０では、各レーザ光がその周波数ごとに進行方向を変えられ、周波数ごとに異なる照射位置となるようにして、ＭＥＭＳ８０における可動部８１の各測定対象箇所及び固定部８２にそれぞれ照射される。そして、ＭＥＭＳ８０の各照射位置では、照射されたレーザ光が一部反射される。振動状態にあるＭＥＭＳ８０の各レーザ光照射位置で反射さ
れた反射光は、分光部４０に戻ってこれを入射側へ透過し、再度ビームスプリッタ５０に達して反射され、光検出部６０に向う。

一方、周波数シフト部３０に達したレーザ光は、光の周波数を所定周波数分だけシフトされた後、ビームスプリッタ５０で反射されたＭＥＭＳ８０からの反射光と重ね合わせられ、干渉光となった状態で光検出部６０に入射することとなる。

光検出部６０から干渉光に対応して検出信号が出力されると、信号処理部７０は、この検出信号を各レーザ光の周波数成分ごとに解析し、ＭＥＭＳ８０における各レーザ光の照射位置ごとの振動状態を示す情報としての振動変位を算出する。光源部２０で一つのレーザ光から光コム、すなわち基本周波数のレーザ光のサイドバンドとして所定周波数間隔で周波数の異なる多数のレーザ光を得ており、照射される各レーザ光が基本周波数のレーザ光と既知の関係を有することで、信号処理部７０では検出信号における各レーザ光に対応する周波数成分を識別しやすく、ＭＥＭＳ８０における各レーザ光の照射位置について、それぞれ適切に振動状態に係る情報を求めることができる。

こうして信号処理部７０で、ドップラシフトに基づく各レーザ光の反射前後における周波数変化を利用した解析処理で得られた、ＭＥＭＳ８０における各レーザ光の照射位置ごとの振動変位は、実際の振動成分にステージ部１１の振動成分が加わったものとなっていることから、さらに信号処理部７０は、求められた振動変位からステージ部１１の振動の影響分を除去する処理として、ＭＥＭＳ８０のうち固定部８２について得られた振動変位のデータを、ステージ部１１の振動成分として利用し、可動部８１の各照射位置の振動変位と固定部８２の振動変位との差分をとる処理を実行し、可動部８１の各照射位置について、差分、すなわちステージ部１１の振動の影響を排除した真の振動変位を得る。

この信号処理部７０で最終的に得られた可動部８１各位置の振動変位など、振動状態を示す情報は、ＭＥＭＳ８０の構造上の特徴があらわれたものとなっており、構造の差異が振動状態の違いとして明確にあらわれる一方、測定対象のＭＥＭＳが同じ構造であれば同じ振動状態がみられることとなる。よって、同じ種類のＭＥＭＳ同士の振動状態の比較で、本来存在しないはずの構造の差異を適切に検出可能となる。例えば、評価対象のＭＥＭＳ８０と、同種の検証済の良品との振動状態の比較で、ＭＥＭＳ８０に製造上の欠陥等、良品と異なる構造上の特徴が存在する場合には、その振動状態に差異が生じることから、ＭＥＭＳ８０の良否が判断できることとなる。すなわち、ＭＥＭＳ８０の振動状態が良品の場合と同じであればそのＭＥＭＳ８０も良品であり、逆に振動状態が良品のそれと異なっていれば何らかの不具合があるとみなせる。

具体的には、比較及び判定手段としてコンピュータ等を用い、信号処理部７０で新たに取得したＭＥＭＳ８０の可動部８１の真の振動状態を示すデータと、あらかじめ同じ条件で測定され格納されている、ＭＥＭＳ８０と同じ種類の良品と確認済のものにおける真の振動状態を示すデータとの比較・照合を実行させ、ＭＥＭＳ８０のデータが良品のデータと同じと見なせる範囲に収っていれば、良品であるとの判定がなされる。また、ＭＥＭＳ８０のデータが良品のデータと同じと見なせる範囲を外れたものであれば、不良品であるとの判定がなされることとなる。

こうして、ＭＥＭＳの構造に基づいてあらわれる振動状態の特徴を利用して、ＭＥＭＳを同じ種類の良品の既知の振動状態との比較結果から効率よく良品との構造の差異を検出可能となり、ＭＥＭＳが良品であるか否かの判別、評価が適切且つ短時間で行える。なお、この判定手段を用いる際、前記信号処理部７０がコンピュータで実現されている場合には、この信号処理部７０をなすコンピュータが判定手段を兼ねるようにしてもかまわない。

このように、本実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法においては、それぞれ周波数の異なる多数のレーザ光を、起振部１０で振動させたＭＥＭＳ８０の可動部８１と固定部８２に対し同時に照射し、ＭＥＭＳ８０の各照射位置からの反射光を干渉光とした状態で光検出部６０で検出し、得られた検出信号より取出せるドップラーシフトに基づく光の周波数変化の情報から、ＭＥＭＳの各照射位置について振動状態を求め、さらに可動部８１における振動状態の、固定部８２の振動状態に対する差分を求めて、可動部８１各位置の真の振動状態を得ることから、ＭＥＭＳにおける複数箇所の同じ時点での振動状態を適切に検出できることに加え、起振部１０の不要な振動成分が合成された形で求められた結果から可動部８１の振動成分のみを取出して、正しい可動部８１の振動特性を取得でき、起振部１０側からの影響を受けることなく正確な可動部８１各部の振動状態を測定して、そのＭＥＭＳの構造に基づいてあらわれる可動部８１の振動の特徴を確実に把握できる。

なお、前記実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法において、ＭＥＭＳ８０におけるレーザ光の照射位置は、光源部２０の光コム発生器２２でレーザ光の基準周波数に対する各サイドバンドのレーザ光の周波数間隔の調整や、分光部４０とＭＥＭＳ８０との相対位置関係の調整を行わない限りは、位置固定となるようにしているが、これに限らず、各レーザ光が、ＭＥＭＳに対し各レーザ光の照射位置が一直線状に並んだ方向と直交する向きへの走査を伴いつつ照射される機構を用いることもでき、各レーザ光の走査を行って、可動部と固定部にわたる照射を維持しつつ、照射位置をその並び方向と直交する向きにずらしながら測定し、ＭＥＭＳ上の測定範囲を拡張することにより、ＭＥＭＳの振動状態を線状のみでなく面状に広く把握でき、ＭＥＭＳの構造における特徴をより詳細に解析でき、他のＭＥＭＳとの比較評価がより適切に行える。

また、前記実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法においては、ＭＥＭＳ８０からの反射光と、周波数シフト部３０からの参照光とを組合わせて干渉させた干渉光を、一つの光検出部６０で受けて干渉光に対応した検出信号を出力するようにしているが、これに限らず、光検出部をなす光検出デバイスを複数配設し、それぞれの光検出デバイスで干渉光を分担して、例えば干渉光を所定の周波数帯域ごとに分けて受光するようにし、各光検出デバイスからそれぞれ検出信号を出力させるようにすることもでき、各処理を分散することで効率よく測定を進められることとなる。

さらに、前記実施形態に係るＭＥＭＳ測定方法による測定を行い、さらにＭＥＭＳ８０の良否判断を行う場合に、ＭＥＭＳ８０における可動部８１の各レーザ光照射位置について、その真の振動状態を、ＭＥＭＳ８０と同種の既知の良品における同様の振動状態と比較し、ＭＥＭＳ８０の良否を判定するようにしているが、これに限らず、ＭＥＭＳ可動部における多数の各レーザ光の照射位置のうち代表として抽出した所定の数箇所における振動状態についてのみ、良品における同位置の振動状態との比較を実行し、この数箇所の振動状態の比較に基づいて良否判定を行うようにすることもでき、ＭＥＭＳの構造や動作等の特徴に応じて比較対象の代表点を適切な数及び配置で設定すれば、代表点以外の測定点について振動状態の比較を省略しても、判定・評価の精度を低下させることはなく、精度を確保しつつ処理を大幅に簡略化でき、ＭＥＭＳの良否評価をより短時間で行える。

本発明のＭＥＭＳ測定方法に基づく測定装置で、ウェーハ上に設けられたＭＥＭＳの振動状態を実際に測定し、ＭＥＭＳの可動部における振動状態を適切に取得できるか否かについて評価した。測定対象は、ウェーハ上に半導体デバイスとほぼ同様の一般的な製造プロセスで製造されたＭＥＭＳである。

測定装置では、ウェーハに振動を付加する起振部の振動発生源には、ピエゾアクチュエ
ータを用いている。そして、測定に際しては、測定対象のＭＥＭＳを含むウェーハを起振部のステージ部に取付け、ステージ部の下側に位置するピエゾアクチュエータに対し矩形波状に電圧を印加し、アクチュエータで生じた微小振動をＭＥＭＳに加え、ＭＥＭＳの振動状態を測定装置で測定するようにした。

測定装置では、光源部から照射されるレーザ光に光コムを用いることで、測定対象のＭＥＭＳには周波数の異なる多数のレーザ光が照射されることとなり、照射位置、すなわち測定点は、ＭＥＭＳにおける端部の固定部から可動部中央にわたる測定範囲で等間隔をなして一列に並んだ合計６１箇所（＃０〜＃６０）となる。

測定対象のＭＥＭＳについて振動による変位を測定した結果を、各測定点のうち、可動部における６０箇所の測定点（＃１〜＃６０）の代表として抽出した三つの測定点（＃２０、＃４０、＃６０）について、グラフとして示す（図３参照）。グラフは、振動による変位の時間的変化を、横軸を時間、縦軸を振幅としてそれぞれ記している。また、固定部の測定点（＃０）における振動による変位の時間的変化を、前記同様に横軸を時間、縦軸を振幅としたグラフで示す（図４参照）。

図３及び図４から、可動部の各測定点における波形には、固定部の測定点にみられる振動の成分があらわれ、ＭＥＭＳにおける各測定点のいずれもステージ部側の振動の影響を受けていることがわかる。

こうしてドップラシフトに基づく各レーザ光の反射前後における周波数変化を利用した解析処理で得られた、ＭＥＭＳにおける各レーザ光の照射位置ごとの振動変位は、実際の振動成分にステージ部の振動成分が加わったものといえることから、さらなる解析処理として、可動部の各測定点の振動変位と固定部の振動変位との差分をとり、可動部の各測定点について真の振動変位を取得した。

こうして可動部の各測定点について、固定部の振動変位との差分をとる方法で振動による変位を解析した結果のうち、前記同様の三つの測定点（＃２０、＃４０、＃６０）における振動による変位の時間的変化を、横軸を時間、縦軸を振幅としてそれぞれ記したグラフを、図５に示す。さらに、全ての測定点における所定時間（約５００μｓ）経過後の変位を、横軸を測定点、縦軸を振幅として記したグラフを、図６に示す。

図５から、可動部の各測定点について、ステージ部側の振動の影響が排除され、可動部の構造の特徴に応じた振動が各測定点で生じていることがわかる。さらに、図６から、所定経過時間における各測定点の位置を連ねて得られる可動部の形状変化状態についても、ステージ部側の振動の影響なく可動部の特徴に応じたものとなっていることがわかる。

このように、測定対象であるＭＥＭＳの可動部と固定部にわたる多数の測定点にレーザ光を照射して各測定点における振動状態を測定すると共に、可動部の各測定点の振動変位と固定部の振動変位との差分をとり、可動部の真の振動変位を得ることで、ＭＥＭＳの状態を適切に把握することができ、例えば、こうした測定結果を、あらかじめ把握されている良品の振動状態と比較すれば、ＭＥＭＳが良品か不良品かを適切に判別評価できるなど、ＭＥＭＳを正確に評価可能であることは明らかである。

１測定装置
１０起振部
１１振動台
２０光源部
２１レーザ光源
２２光コム発生器
３０周波数シフト部
４０分光部
５０レーザスプリッタ
６０光検出部
７０信号処理部
８０ＭＥＭＳ
９０ウェーハ

Claims

測定対象物であるＭＥＭＳにレーザ光を照射し、ＭＥＭＳからの反射光のドップラシフトに基づき、ＭＥＭＳにおける照射位置の振動状態を測定するＭＥＭＳ測定方法において、
ＭＥＭＳ全体に起振部で振動を加え、
光の周波数がそれぞれ異なる多数のレーザ光を光源部で同時に発生させ、
前記光源部からビームスプリッタを透過して一様に入射した各レーザ光を、分光部で周波数ごとに進行方向を変化させ、周波数ごとに異なる照射位置として、ＭＥＭＳの可動部における多数の測定対象箇所と、当該可動部に隣接する固定部にそれぞれ同時に照射し、
ＭＥＭＳから反射されて分光部を透過した反射光、及び、ＭＥＭＳに照射されるレーザ光に対し光の周波数を所定周波数だけシフトさせて発生させた参照光を、それぞれ光検出部に入射させ、当該光検出部で前記反射光と参照光とを組合わせて干渉させた干渉光を検出し、当該干渉光に応じた検出信号を出力させ、
当該検出信号を信号処理部で各レーザ光の周波数成分ごとに分析し、検出信号より抽出される各レーザ光の反射前後におけるドップラシフトに基づく周波数変化から、ＭＥＭＳにおける各レーザ光の照射位置での振動状態を求めると共に、
前記信号処理部で、ＭＥＭＳの可動部における各照射位置での構造に基づく特有の振動状態について、ＭＥＭＳの固定部における構造に基づく特有の振動状態との差分を求め、得られた差分を可動部における前記各照射位置での真の振動状態とすることを
特徴とするＭＥＭＳ測定方法。
前記請求項１に記載のＭＥＭＳ測定方法において、
前記光源部として、レーザ光源が、所定周波数のレーザ光を発生させると共に、当該レーザ光から、光コム発生器が、レーザ光の周波数を中心に等周波数間隔で多数のサイドバンドとしての周波数の異なるレーザ光を発生させることを
特徴とするＭＥＭＳ測定方法。
前記請求項１又は２に記載のＭＥＭＳ測定方法において、
前記分光部として回折格子を用い、入射した各レーザ光をＭＥＭＳに対しレーザ光照射位置がＭＥＭＳの可動部と固定部にわたって一直線状に並ぶ状態で進行させることを
特徴とするＭＥＭＳ測定方法。
前記請求項３に記載のＭＥＭＳ測定方法において、
前記各レーザ光を、ＭＥＭＳに対し各レーザ光の照射位置が一直線状に並んだ方向と直交する向きへの走査を伴いつつ照射することを
特徴とするＭＥＭＳ測定方法。