JPWO2007018186A1 - 微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラム - Google Patents

Abstract

３次元加速度センサの測定チップをチャックに装着し（ＳＰ１）、プローブ針を測定チップに移動させ（ＳＰ２）、フリッティング制御を行って（ＳＰ４）、プローブ針を測定チップの電極パッドに接続し、ＤＣテストを行った（ＳＰ７〜ＳＰ１０）後、スピーカから測定チップの可動部にテスト音波を与えて加振テストを行い（ＳＰ１１〜ＳＰ１３）、その結果に基づいて３次元加速度センサの特性を測定する。

Description

この発明は、微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムに関する。より特定的には、この発明は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を検査する微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムに関する。

近年、特に半導体微細加工技術などを用いて、機械・電子・光・化学など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、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などのＭＥＭＳデバイスがある。

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る。これにより、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なども一般的なＭＥＭＳデバイスとして知られている。

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。技術調査レポート第３号（経済産業省産業技術環境局技術調査室 製造産業局産業技術課発行）には、ＭＥＭＳに関する技術の現状と課題という議題で種々のＭＥＭＳ技術が紹介されている。

一方、ＭＥＭＳデバイスの発展に伴い、微細な構造などであるがゆえにそれを適正に検査する方式も重要になってくる。従来においては、パッケージ後にデバイスを回転させたり、あるいは振動などの手段を用いて、その特性の測定を実行してきた。微細加工技術後の製造の初期段階において、ウェハの状態が良好であるかなどの適正な検査を実行して不良を検出することにより、歩留まりを向上させ、製造コストをより低減することが可能になる。

特開平５−３４３７１号公報には、一例としてウェハ上に形成された加速度センサに対して、空気を吹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、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。

一般に、加速度センサなど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。したがって、その特性を測定するためには、精度の高い検査をする必要がある。特開平５−３４３７１号公報に示されるような空気の吹付けによりデバイスに変化を加える場合には、微調整を施して加速度センサの特性を測定しなければならない。このためには、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付けて精度の高い検査を実行する必要がある。しかし、このような検査は、極めて困難であり、例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。

そこで、この発明の目的は、比較的簡単な構成で微小な可動部を有する構造体を精度よく検査できる微小構造体の検査装置，検査方法および検査プログラムを提供することである。

この発明は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査装置であって、音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する音波信号出力手段と、音波信号出力手段から出力された音波信号で音波発生手段を駆動するための増幅手段と、増幅手段から出力された音波信号に基づいて音波発生手段から発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する測定手段と、測定手段によって測定された出力値に基づいて、微小構造体の特性を評価する特性評価手段とを備える。

このように音波信号に基づくテスト音波によって微小構造体の可動部を動かして、微小構造体の特性を評価できる。

好ましくは、微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、プローブカードは、微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも１対のプローブ針を含み、少なくとも１対のプローブ針を同一の電極に接触させたときの少なくとも１対のプローブ針間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、プローブカードに電圧を供給するための電源と、少なくとも１対のプローブ針を同一の電極に接触させた状態で電源から少なくとも１対のプローブ針に電圧を印加し、抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第１の値以下になるまで電圧を上昇させて、少なくとも１対のプローブ針間の導通を制御する制御手段とを含む。

このような導通制御により、いわゆるフリッティング現象を利用して電極とプローブ針との導通を確実にできる。

好ましくは、微小構造体を上下させるためのステージを含み、制御手段は、抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第２の値以下であることに応じて、ステージを制御して少なくとも１対のプローブ針を電極に差込む。

各微小構造体の高さが異なっていても、抵抗値を測定することで、針圧が一定になるように少なくとも１対のプローブ針と電極との接続状態を調整できる。

好ましくは、テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と出力値との関係をテーブルとして予め記憶する記憶手段を含み、特性評価手段は、テスト音波を与えたときに対応する出力値を記憶手段のテーブルから読み出して、微小構造体が対応する出力値を出力しているかを評価する。

好ましくは、微小構造体は、少なくとも２つ以上の動きを有する可動部と、少なくとも２つ以上の動きを検出する検出回路とを含み、プローブ針を介して微小構造体の電極に直流電圧を印加したときに、検出回路から出力される直流電圧を測定する直流電圧検査手段を含む。検出回路の出力を監視することで、電圧が所定の範囲内にあるかを確認できる。

好ましくは、音波信号出力手段は、音波信号として１つの正弦波信号または複数の周波数信号を発生する。複数の周波数信号は、ホワイトノイズ信号である。ホワイトノイズ信号で音圧を与えることで、全周波数帯域における加振テストを行うことができ、音圧を一定にして正弦波信号の周波数をスイープさせることで得られる出力電圧特性から共振周波数を特定することが可能になる。

この発明の他の局面は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査方法であって、音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する工程と、出力した音波信号を増幅して音波発生手段を駆動する工程と、音波信号に基づいて音波発生手段から発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する工程と、測定された出力値に基づいて、微小構造体の特性を評価する工程とを備える。

このような検査方法においても、音波信号に基づくテスト音波によって微小構造体の可動部を動かして、微小構造体の特性を評価できる。

より好ましくは、微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、プローブカードは、微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも１対のプローブ針を含み、少なくとも１対のプローブ針を同一の電極に接触させた状態で少なくとも１対のプローブ針に電圧を印加し、測定された抵抗値が予め定める第１の値以下になるまで電圧を上昇させて、少なくとも１対のプローブ針間の導通を制御する工程を含む。

好ましくは、少なくとも１対のプローブ針を同一の電極に接触させたときの少なくとも１対のプローブ針間の抵抗値を測定する工程と、測定された抵抗値が予め定める第２の値以下であることに応じて、少なくとも１対のプローブ針を電極に差込む工程とを含む。

この発明のさらに他の局面は、可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、コンピュータで微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査プログラムであって、音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力するステップと、出力した音波信号を増幅して音波発生手段を駆動するステップと、音波信号に基づいて音波発生手段から発生されたテスト音波による微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定するステップと、測定された出力値に基づいて、微小構造体の特性を評価するステップとを備える。

この検査プログラムを実行することにより、音波信号によって微小構造体の可動部を動かすことで微小構造体の特性を測定できる。

この発明によれば、可動部を有する微小構造体に対してテスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、音波発生手段に音波信号を出力し、出力された音波信号による微小構造体の可動部の動きに応じて与えられる信号に基づいて、微小構造体の特性を評価するようにしたので、比較的簡単な構成で微小な可動部を有する構造体を精度よく検査できる。

微小構造体が形成されたウェハを示す外観斜視図である。 図１に示した微小構造体の一例の３軸加速度センサチップを示す概略図である。 ホイートストンブリッジの回路図である。 プローブカードを説明するための図である。 この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置のブロック図である。 この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の全体の動作を説明するためのフローチャートである。 図６に示したチャック高さ制御のフローチャートを示す図である。 図６に示した「フリッティング正常か」の判断処理のフローチャートを示す図である。 図６に示した「ＤＣテスト正常か」の判断処理のフローチャートを示す図である。 図６に示した「加振テスト正常か」の判断処理のフローチャートを示す図である。 図１０に示した加振・測定シーケンスのフローチャートを示す図である。

図１は、この発明の一実施形態の微小構造体の検査装置で検査される３軸加速度センサチップが形成されたウェハを示す外観斜視図であり、図２は、図１に示した３軸加速度センサチップを一部破断して示す概略図であり、図３はホイートストンブリッジの回路図である。

図１に示すように基板としてのウェハ１上には、微小構造体である複数の３軸加速度センサチップ２が形成されている。３軸加速度センサチップ２には、図２に示すように周辺に複数の電極パッドＰＤが形成されており、少なくとも２つ以上の動きを有する可動部として、中央に４個の重錘体ＡＲが設けられている。各重錐体ＡＲは、四角柱で形成されており、四角柱の１つの角部分が４本の板状のビームＢＭの中央部に連結されて支持されている。四角柱構造を採用することで、重錐体ＡＲを大きくすると同時にビーム長も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を実現できる。

ビームＢＭはＸ，Ｙの２軸で互いに直交するように形成されている。Ｘ軸方向に延びるビームＢＭの表面には、Ｘ軸検出用のピエゾ抵抗素子が拡散抵抗として、１軸あたり４個設けられている。この４個のピエゾ抵抗素子に対して平行に、Ｚ軸検出用の４個のピエゾ抵抗素子が設けられている。Ｙ軸方向に延びるビームＢＭの表面にはＹ軸検出用の４個のピエゾ抵抗素子が設けられている。

図２に示した３軸加速度センサチップ２は、安価なＩＣプロセスを利用することができるとともに、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、小型化および低コスト化に有利である。

各軸に対応して設けられた４個のピエゾ抵抗素子は、それぞれが図３に示す検出回路としてのホイートストンブリッジ回路の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を構成している。ホイートストンブリッジ回路は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のそれぞれに対応して、３軸加速度センサチップ２上に３つ設けられている。各軸に対応して設けられるホイートストンブリッジ回路により、重錐体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、各軸に対応して加速度が検出される。

ピエゾ抵抗素子は、加えられた歪によってその抵抗値が変化する性質（ピエゾ抵抗効果）を持っており、引張歪の場合は抵抗値が増加し、圧縮歪の場合は抵抗値が減少する。図３に示したホイートストンブリッジ回路の一端に電圧Ｖｄｄを印加し、他端をＧＮＤに接地する。中間点から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に関して、次式に示す電圧Ｖｘ（ｙ）ｏｕｔ，Ｖｚｏｕｔで表される。

Ｖｘ（ｙ）ｏｕｔ＝｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）−Ｒ４／（Ｒ１＋Ｒ４）｝・Ｖｄｄ
Ｖｚｏｕｔ＝｛Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）−Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）｝・Ｖｄｄ
このように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のそれぞれに対応するホイートストンブリッジ回路により、出力各軸の加速度成分を、独立に分離した出力電圧として検出できる。なお、３軸加速度センサチップ２は、加速度のＤＣ成分も検出できるため、重力加速度を検出する傾斜角センサとしても用いることができる。

図４は、この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置に用いられるプローブカードを説明するための概念図である。

図１に示したウェハ１は、チャック８上に搭載されている。チャック８はウェハ１を種々の温度環境に設定可能なようにヒータを内蔵していて、ステージとしての移動機構であるＺステージ９と、Ｘステージ１０と、Ｙステージ１１とにより３軸方向に移動可能になっている。また、チャック８はウェハ１をθ方向に正逆回転可能になっている。

ウェハ１の上方には、プローブカード４が配置されている。プローブカード４は、回路基板５を含み、この回路基板５には、複数のプローブ針６がウェハ１に対向するように取付けられている。回路基板５には、音波発生手段としてのスピーカ３とマイクロホン７とがウェハ１に対向するように設けられている。プローブ針６は、３軸加速度センサチップ２の電極パッドＰＤに接触することで電気的に接続される。回路基板５には、スピーカ３からウェハ１の３軸加速度センサチップ２の可動部に対して所定の周波数および所定の音圧でテスト音波が出力されるように、所定の領域に開口部が形成されている。マイクロホン７はテスト音波を検出する。

なお、図４では図示していないが、ウェハ１とプローブカード４との間は、スピーカ３から発生されたテスト音波が、所定の音圧で複数の３軸加速度センサチップ２の内、所定の３軸加速度センサチップ２の可動部のみに加えられるように密閉されている。

電極パッドＰＤは、プローブ針６と電気的に接続される検査用電極であり、図２に示すように３軸加速度センサチップ２の周辺に形成されている。したがって、プローブ針６で囲まれる領域において開口部を設けて、その上にスピーカ３を配置することにより、所定の３軸加速度センサチップ２の可動部の真上からテスト音波を出力することができる。

図５はこの発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の一例のテスタのブロック図である。図５において、テスタ２０は、スイッチング回路３０を介してプローブカード４に接続されているとともにプローバ４０にも接続されている。スイッチング回路３０は、テスタ２０と、プローブ針６との間の接続態様を切換える。

テスタ２０は、特性評価手段および制御手段として作動するコントローラ２１と、音波信号出力手段として作動するファンクションジェネレータ２２と、スピーカ３を電気的に駆動する増幅手段として作動するパワーアンプ２３と、各種測定値を測定する測定手段および直流電圧検査手段として作動するデバイス測定器２４と、抵抗値測定手段として作動する抵抗測定器２５と、パルス発生器２６と、電源回路２７，２８と、入力部３１と、表示部３２と、記憶手段として作動するメモリ３３とを含む。

コントローラ２１はテスタ２０の全体の動作を制御するものであり、コンピュータにより構成されている。また、コントローラ２１にはプローバ４０が接続されている。プローバ４０は、図４に示したチャック８と、Ｚステージ９と、Ｘステージ１０と、Ｙステージ１１とをそれぞれ対応する軸方向へ移動させるための制御を行う。

ファンクションジェネレータ２２は、正弦波信号や複数の周波数信号としてのホワイトノイズなどのテスト用の信号波形を発生する。ファンクションジェネレータ２２の出力は、パワーアンプ２３に与えられて増幅され、プローブカード４に搭載されているスピーカ３に供給される。デバイス測定器２４は、例えばＡ／Ｄコンバータなどにより構成されており、プローブ針６から与えられるホイートストンブリッジ回路の出力電圧値や消費電流値やマイクロホン７で検出したテスト音波などの出力値をデジタル信号に変換してコントローラ２１に与える。抵抗測定器２５は、プローブカード４から与えられる抵抗値などを測定してコントローラ２１に出力する。

スイッチング回路３０は、パルス発生器２６から与えられるパルス信号に応じて導通し、電源回路２７から出力される３Ｖの電圧、または電源回路２８から出力される５Ｖの電圧を切換えてプローブカード４に供給する。また、スイッチング回路３０は、パルス発生器２６から与えられるパルス信号に応じて導通し、プローブカード４に含まれているホイートストンブリッジ回路から出力される出力電圧値や消費電流値や、マイクロホン７で検出したテスト音波をデバイス測定器２４に出力する。さらに、スイッチング回路３０は、パルス発生器２６から与えられるパルス信号に応じて導通し、プローブ針６と電極パッドＰＤとの間の抵抗値を抵抗測定器２５に出力する。

電源回路２７は３軸加速度センサチップ２を電気的に動作させるために、例えば３Ｖの電圧を、スイッチング回路３０を介して、プローブカード４に供給する。電源回路２８はフリッティングに必要な例えば５Ｖの電圧をスイッチング回路３０を介して、プローブカード４に供給する。入力部３１は検査に必要な情報を入力し、表示部３２は検査結果を表示する。

メモリ３３は検査結果などを記憶するとともに、テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と微小構造体２の動きを示す電圧値との関係をテーブルとして記憶している。コントローラ２１は、テスト音波を与えたときに対応する電圧値をメモリ３３のテーブルから読み出して、微小構造体２が対応する電圧値を出力しているかを評価する。すなわち、コントローラ２１は、微小構造体２の動きのデータテーブルと、デバイス測定器２４および抵抗測定器２５から出力される測定値とをデータとして微小構造体の特性を評価する。

図６はこの発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。検査装置は、このフローチャートに基づくプログラムを実行することにより、微小構造体の検査を行う。

次に、図６を参照して、この発明の一実施形態における微小構造体の検査装置の概略の動作について説明する。なお、図６に示す主要な処理工程については、図７〜図１１に示すフローチャートを参照して後で詳細に説明する。

まず、オペレータはウェハ１を図４に示したチャック８上に載置する。コントローラ２１は、ステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１において、ウェハ１がロードされたことを判別すると、ステップＳＰ２において、駆動信号を出力し、プローブ基板５のプローブ針６を測定チップの電極パッドＰＤ上に移動させる。すなわち、図４で説明したホイートストンブリッジ回路の出力電圧をテスタ２０で測定することを可能にするために、プローブ針６が電極パッドＰＤに対向するようにＸステージ１０と、Ｙステージ１１とによりＸ軸方向とＹ軸方向とを位置決めする。

ステップＳＰ３において、チャック高さ制御を行う。チャック高さ制御では、１対のプローブ針６間の電気的抵抗値が変化するのを検出することによって、針が電極パッドＰＤに接触したことを検知し、その点から一定の高さ分（以下、オーバードライブ量と称する。）だけプローブ針６を電極パッドＰＤに押付ける。特に、ＭＥＭＳのようにウェハ１に立体構造を形成する加工では、ウェハ１の表面を完全な平面に保つことは困難である。ウェハ１のわずかな反りなどにより、３軸加速度センサチップ２ごとに、高さのばらつきが例えば数十μｍ生じており、高さが異なっている。

そこで、１対のプローブ針６の先端が電極パッドＰＤに接触したことを検知し、一定のオーバードライブ量で１対のプローブ針６を電極パッドＰＤに押付けてチャック高さ制御を行う。これによって、３軸加速度センサチップ２ごとに高さが異なっていても、１対のプローブ針６を電極パッドＰＤに押付けるときの針圧を一定にする。

なお、１対のプローブ針６は、同一の電極パッドＰＤに対して、垂直な方向から接触させるのが好ましい。斜め方向から接触させた場合には、針圧の影響がＸ軸およびＹ軸に現れる可能性があるからである。

また、１対のプローブ針６の先端が電極パッドＰＤに接触したか否かの検知は、抵抗値を測定する以外に、例えば、レーザ計測によってプローブ針６と、電極パッドＰＤとの間の距離を測定したり、プローブ針６の先端と電極パッドＰＤとの画像から形状を抽出して接触状態を測定するようにしてもよい。プローブ針６の先端が電極パッドＰＤに接触したことを検知し、その点から一定のオーバードライブ量だけプローブ針６を電極パッドＰＤ方向に移動することにより、針圧は一定の小さい値に保たれる。プローブ針６と電極パッドＰＤの接触抵抗を小さくし、かつプローブ針６の針圧による応力を無視できる程度に抑えるように、オーバードライブ量は、予め適切な値に定められている。

なお、ウェハ１の全ての３軸加速度センサチップ２を順次測定していくごとに、測定前にプローブ針６を接触させてから予め定められたオーバードライブ量だけ変位させる。それによって、３軸加速度センサチップ２に与える影響を最小にして、３軸加速度センサチップ２ごとに同じ条件で検査を行うことができる。

次に、ステップＳＰ４において、フリッティング現象に基づくフリッティング制御を行う。ここでフリッティング現象とは、金属（この実施形態では電極パッドＰＤ）の表面に形成された酸化膜に印加される電位傾度が１０^５〜１０^６Ｖ／ｃｍ程度になると、酸化膜の厚さや金属の組成の不均一性により電流が流れて酸化膜が破壊される現象をいう。フリッティング制御を行うために、１対のプローブ針６の先端を同一の電極パッドＰＤに接触させた状態で電源回路２８から１対のプローブ針６の一方に電圧を印加する。そして、電圧を徐々に上昇させると、１対のプローブ針６に印加される電圧差に基づくフリッティング現象により、電極パッドの中の１対のプローブ針６の間の酸化膜を破って電流が流れる。これにより、プローブ針６と電極パッドＰＤとの間で電気的に導通する。なお、フリッティング制御は、各１対のプローブ針６ごとに行われる。

ステップＳＰ５において、フリッティングが正常に行われたか否かを判別する。すなわち、スイッチング回路３０により１対のプローブ針６の接続を電源回路２８から抵抗測定器２５の入力側に切換える。これにより、プローブ針６と電極パッドＰＤとの間の接触抵抗値が抵抗測定器２５で測定されてコントローラ２１に与えられる。コントローラ２１は、その接触抵抗値を判断することで、フリッティングが正常に行われたか否かを判別する。もし、フリッティングが正常に行われていないことを判別したときには、ステップＳＰ６において、Ｚステージ９を駆動して、ウェハ１を下降させる。そして、ステップＳＰ３〜ＳＰ５の処理を繰り返す。

フリッティングが正常に行われていれば、ステップＳＰ７において、パルス発生器２６からパルス信号を出力してスイッチング回路３０を切換える。この切換により、電極パッドＰＤから電圧が取出されてデバイス測定器２４に与えられ、コントローラ２１はデバイス測定器２４の出力に基づいて、ＤＣ電圧のテストを行う。このＤＣ電圧のテストは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のそれぞれに対応するホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧になっているかの判別である。

ステップＳＰ８において、コントローラ２１は、ＤＣテストが正常に行われたか否かを判別する。正常に行われなかったことを判別したときには、ステップＳＰ９において、ｎ回目のＤＣテストを行ったか否かを判別する。ｎ回目以下であれば、再度ステップＳＰ８においてＤＣテストを行う。ＤＣテストをｎ回行ったときには、ステップＳＰ１０において、ＤＣテストの結果をメモリ３３にセーブした後、ステップＳＰ１４に進む。このときは測定チップが不良であるので加振テストを行わない。

ステップＳＰ８において、ＤＣテストが正常に行われたことを判別したときには、ステップＳＰ１１において加振テストを行う。加振テストは、ファンクションジェネレータ２２から正弦波信号あるいはホワイトノイズ信号を発生させることによって行われる。そして、パワーアンプ２３で正弦波信号あるいはホワイトノイズ信号を増幅し、プローブカード４に搭載されているスピーカ３に出力する。スピーカ３から所定の音圧のテスト音波を発生し、測定チップの可動部を振動させる。コントローラ２１は、このテスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と、各テスト音波による可動部の動きとの関係を予めメモリ３３のテーブルに記憶しているので、テスト音波を可動部に与えたときに対応する動きを測定する。

具体的には、この動きに基づいて変化するピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化について、プローブ針６を介して与えられる電圧に基づいて特性を測定する。例えば、テスト音波の音圧の変化に応答して、測定チップの抵抗値が線形に変化しているかなどにより特性を測定する。印加される加速度とホイートストンブリッジ回路の出力電圧とは、ほぼ線形の関係にあるので、線形に変化しているかを判別することで測定チップの良否を判定できる。また、正弦波信号をスイープしてテスト音波を発生させれば、共振周波数やその共振周波数における振幅を測定することができる。

このとき、マイクロホン７によりスピーカ３から測定チップに対して与えられるテスト音波を検出する。その検出信号をデバイス測定器２４でデジタル信号に変換してコントローラ２１に与え、所定のテスト音波が測定チップの可動部に到達しているかを判断する。

ステップＳＰ１１において、加振テストが正常に行われなかったことを判別したときには、ステップＳＰ１２において、ｎ回目の加振テストであるかを判別する。ｎ回目以下であれば、ステップＳＰ１１において、再度加振テストを行う。ｎ回行ったことを判別したときには、ステップＳＰ１３において、直線性やＸ，Ｙ，Ｚの各軸における共振周波数と、その共振周波数における振幅などのデータをメモリ３３にセーブする。

加振テストが終了すると、ステップＳＰ１４において、パルス発生器２６の出力をオフにし、ステップＳＰ１５において、ウェハ１を下降させる。そして、ステップＳＰ１６において測定チップがあるか否かを判別する。測定チップがあることを判別すれば、ステップＳＰ２において、プローブ針６を次の測定チップの位置に対応するように、Ｘステージ１０とＹステージ１１とを移動させる。

ステップＳＰ１６において、次にテストすべき測定チップのないことを判別したときには、オペレータはチャック８から測定チップを取り出す。ステップＳＰ１７においてウェハ１がアンロードされたことを判別すると、ステップＳＰ１８において、測定温度の変更があるか否かを判別する。温度変更がなければ、一連の処理を終了し、温度変更があればステップＳＰ１９でチャック８の温度を変更して、ステップＳＰ２に進み、以下、上述の説明と同様の処理を行う。

ステップＳＰ１〜ＳＰ１９の処理の結果、得られた測定値のデータは、コントローラ２１に出力される。コントローラ２１は、測定値のデータに基づいて、微小構造体２の特性を評価する。

図７は、図６のステップＳＰ３に示したチャック高さ制御の詳細を示すフローチャートである。チャック高さ制御では、ステップＳＰ３１において、パルス発生器２６からのパルス信号によりスイッチング回路３０を切換えて、プローブ針６をテスタ２０の抵抗測定器２５の入力に接続する。ステップＳＰ３２において、１対のプローブ針６の間の抵抗値を抵抗測定器２５により測定し、測定した抵抗値をコントローラ２１に出力する。

コントローラ２１は、ステップＳＰ３３において、抵抗値が第２の値である所定値以下であるか否かを判別し、所定値以下であれば、プローブ針６と電極パッドＰＤとの接触が良好であると判断する。ステップＳＰ３４において、Ｚステージ９を所定の高さだけ上昇させてプローブ針６を電極パッドＰＤに差込む。

ステップＳＰ３３において、抵抗値が所定値以下でないことを判別したときには、プローブ針６と電極パッドＰＤとの接触が良好でないと判別し、ステップＳＰ３５において、Ｚステージ９を上昇させてチャック８の高さ調整を行う。このチャック高さ制御を行うことにより、ウェハ１の反りなどにより、３軸加速度センサチップ２に高さのばらつきがあってもプローブ針６と電極パッドＰＤとの接触状態を良好にすることができる。

図８は、図６に示したステップＳＰ５のフリッティングが正常であるかの詳細を示すフローチャートである。ステップＳＰ６１において、電極パッドｎを選択し、ステップＳＰ６２において、抵抗測定器２５で抵抗値を測定し、その抵抗値を示すデータをコントローラ２１に出力する。

ステップＳＰ６３において、抵抗値が第１の値である所定値より小さいか否かを判別し、フリッティングが正常に行われたか否かを判別する。ステップＳＰ６３において、抵抗測定値が所定値以下でないことを判別したときには、ステップＳＰ６４において、フリッティングが不良であると判別する。

図９は、図６に示したステップＳＰ８のＤＣテスト正常かの判断処理のフローチャートを示す図である。コントローラ２１は、ステップＳＰ７１において、デバイス測定器２４を介して与えられる電圧を測定し、ステップＳＰ７２において電流を測定する。ステップＳＰ７３においてＤＣ電圧が所定のしきい値電圧の範囲内に収まっていて適正であるか否かを判別する。

ステップＳＰ７４において、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対応するホイートストンブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔのオフセット電圧を計測する。ステップＳＰ７５において、オフセット電圧が所定のしきい値電圧の範囲内に収まっていて適正であるか否かを判別する。オフセット電圧が適正であれば、ステップＳＰ７６においてＤＣテストが正常であると判別する。そして、ステップＳＰ７７において、テスト結果のＤＣ電圧をメモリ３３に記憶する。

ステップＳＰ７３において、ＤＣ電圧が所定のしきい値電圧の範囲外であると判別したときあるいは、ステップＳＰ７５において、オフセット電圧が所定のしきい値電圧の範囲外であると判別したときには、ステップＳＰ７８において、ＤＣテスト不良であると判別する。そして、ステップＳＰ７７において、ＤＣテスト不良であることをメモリ３３に記憶する。ＤＣテスト不良と判定された測定チップはオペレータによって除去される。

図１０は、図６に示したステップＳＰ１１の「加振テストＯＫか」の判断処理のフローチャートを示す図であり、図１１は、図１０に示した加振・測定シーケンスのフローチャートを示す図である。

図１０に示す加振テストでは、ステップＳＰ８０において加振・測定シーケンスが実行される。この加振・測定シーケンスでは、図１１に示すステップＳＰ９１においてファンクションジェネレータ２２で設定されるべき波形の選択が行われる。波形としてホワイトノイズを選択したときには、ステップＳＰ９２において、ファンクションジェネレータ２２でホワイトノイズ信号のＡＣ振幅を設定する。ステップＳＰ９３において、設定されたＡＣ振幅でホワイトノイズ信号が出力される。ホワイトノイズ信号は、パワーアンプ２３で増幅され、プローブカード４に搭載されているスピーカ３に出力される。

増幅されたホワイトノイズ信号がスピーカ３に与えられても直ぐに音波は安定して出力されない。そこで、スピーカ３からホワイトノイズ信号に基づく音波が安定して出力されるまで、ステップＳＰ９４において所定の時間だけ待機する。その後、スピーカ３から出力されるホワイトノイズ信号の音波に基づいて、測定チップの可動部が振動し、ホイートストンブリッジ回路の出力が変化する。コントローラ２１は、ステップＳＰ９５において、ホイートストンブリッジ回路の出力変化に基づいて、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）によりＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のそれぞれの出力値の計測を行う。

ＦＦＴで計測することで、出力信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出することができる。そして、ステップＳＰ９６において、ＦＦＴ結果から尖頭値周波数と振幅とが測定される。ステップＳＰ９７においてホワイトノイズの出力が停止される。ホワイトノイズは、全周波数帯域にわたって、一様な大きさの成分を持つ雑音信号であるので、ホワイトノイズに基づくテスト音波で加振テストを行うことで、全周波数帯域における加振テストが行える。

ステップＳＰ９１において、波形として正弦波信号を選択したときには、ステップＳＰ９８において、ファンクションジェネレータ２２で正弦波信号の周波数と振幅とを設定する。ステップＳＰ９９において、ファンクションジェネレータ２２から正弦波信号を出力する。正弦波信号は、パワーアンプ２３で増幅され、プローブカード４に搭載されているスピーカ３に出力される。

増幅された正弦波信号がスピーカ３に与えられても直ぐに音波は安定して出力されないので、スピーカ３から正弦波信号に基づく音波が安定して出力されるまで、ステップＳＰ１００において、所定の時間だけ待機する。ステップＳＰ１０１において、正弦波信号の音波に基づく測定チップの可動部の振動により現れるホイートストンブリッジ回路の出力変化に基づいて、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の出力の変化がＦＦＴで計測される。そして、ステップＳＰ１０２において、ＦＦＴ結果から尖頭値周波数と振幅とが測定される。ステップＳＰ１０３において、正弦波信号の出力を停止するか否かを選択し、正弦波信号の出力を停止することを選択したときには、ステップＳＰ１０４において、周波数特性から尖頭値，周波数，振幅を検出し、ステップＳＰ９７において、ファンクションジェネレータ２２による正弦波信号の出力を停止する。

ステップＳＰ１０３において、正弦波信号の出力を停止しないことを判別したときには、ステップＳＰ１０５において、正弦波信号の周波数を＋αＨｚし、ステップＳＰ９９に戻り、その正弦波信号を出力する。ステップＳＰ９９〜ＳＰ１０５の処理を繰返すことで、正弦波信号の周波数をスイープさせながら加振テストを行うことができる。

正弦波信号を音波信号として用いると、音圧を一定にして周波数をスイープさせることで得られる出力電圧の特性から共振周波数を特定することが可能になる。この共振周波数が所望の周波数であるかを判定することも可能になる。すなわち、３軸加速度センサチップ２の可動部が共振することにより、可動部は最大の変位量になる。この最大の変位量から共振周波数を特定して、所定の共振周波数が得られるか否かを判定することで、測定チップが不良であるかを判別できる。

図１０に示したステップＳＰ８０における加振・測定シーケンスを行った後、ステップＳＰ８１において加振テストの判定処理を行う。この判定は、Ｘ軸の尖頭値周波数がＸ，Ｙ，Ｚ軸のしきい値の最小値および最大値の範囲内に入っているかなどを判別することによって行われる。ステップＳＰ８２において、加振テストが正常に行われたことを判別したときには、ステップＳＰ８３でその結果をメモリ３３に記憶する。加振テストが正常に行われなかったときには、ステップＳＰ８４において、不良と判定し、加振テストが不良であることをメモリ３３に記憶する。加振テストが不良と判定された測定チップは、オペレータによって除去される。

なお、上述の説明では、３軸加速度センサチップ２のビームＢＭにピエゾ抵抗素子を設けた例について説明したが、これに限ることなく、容量素子やリアクタンス素子などのインピーダンス値の変化若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，位相差および遅延時間などの変化を検出し、特性を判定するようにしてもよい。

また、上述の説明では、音波出力手段としてスピーカ３を用いた例について説明したが、これに限ることなく、３軸加速度センサチップ２の可動部を動かすことが可能な他の可動手段を用いてもよい。

さらに、上述の説明では、この発明を３軸加速度センサチップ２の特性を検査する場合について説明したが、これに限ることなく、その他のＭＥＭＳデバイスの微小構造体の可動部に対して、テストを行う場合にもこの発明を適用できる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の微小構造体の検査装置および検査方法は、３軸加速度センサなどのＭＥＭＳデバイスを検査するのに利用できる。

Claims (11)

1. 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査装置であって、
   前記音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する音波信号出力手段と、
   前記音波信号出力手段から出力された音波信号で前記音波発生手段を駆動するための増幅手段と、
   前記増幅手段から出力された音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する測定手段と、
   前記測定手段によって測定された出力値に基づいて、前記微小構造体の特性を評価する特性評価手段とを備える、微小構造体の検査装置。
2. 前記微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、
   前記プローブカードは、前記微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも１対のプローブ針を含み、
   前記少なくとも１対のプローブ針を前記同一の電極に接触させたときの前記少なくとも１対のプローブ針間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、
   前記プローブカードに電圧を供給するための電源と、
   前記少なくとも１対のプローブ針を前記同一の電極に接触させた状態で前記電源から前記少なくとも１対のプローブ針に電圧を印加し、前記抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第１の値以下になるまで前記電圧を上昇させて、前記少なくとも１対のプローブ針間の導通を制御する制御手段とを含む、請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
3. 前記微小構造体を上下させるためのステージを含み、
   前記制御手段は、前記抵抗値測定手段によって測定された抵抗値が予め定める第２の値以下であることに応じて、前記ステージを制御して前記少なくとも１対のプローブ針を前記電極に差込む、請求項２に記載の微小構造体の検査装置。
4. 前記テスト音波の複数の周波数もしくは音波信号と前記出力値との関係をテーブルとして予め記憶する記憶手段を含み、
   前記特性評価手段は、前記テスト音波を与えたときに対応する出力値を前記記憶手段のテーブルから読み出して、前記微小構造体が対応する出力値を出力しているかを評価する、請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
5. 前記微小構造体は、
   少なくとも２つ以上の動きを有する可動部と、
   前記少なくとも２つ以上の動きを検出する検出回路とを含み、
   前記プローブ針を介して前記微小構造体の電極に直流電圧を印加したときに、前記検出回路から出力される直流電圧を測定する直流電圧検査手段を含む、請求項３に記載の微小構造体の検査装置。
6. 前記音波信号出力手段は、前記音波信号として１つの正弦波信号または複数の周波数信号を発生する、請求項１に記載の微小構造体の検査装置。
7. 前記複数の周波数信号は、ホワイトノイズ信号である、請求項６に記載の微小構造体の検査装置。
8. 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査方法であって、
   前記音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力する工程と、
   前記出力した音波信号を増幅して前記音波発生手段を駆動する工程と、
   前記音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定する工程と、
   前記測定された出力値に基づいて、前記微小構造体の特性を評価する工程とを備える、微小構造体の検査方法。
9. 前記微小構造体は、電極が設けられた基板上に形成されていて、
   前記プローブカードは、前記微小構造体の同一の電極に接続される少なくとも１対のプローブ針を含み、
   前記少なくとも１対のプローブ針を前記同一の電極に接触させた状態で前記少なくとも１対のプローブ針に電圧を印加し、前記測定された抵抗値が予め定める第１の値以下になるまで前記電圧を上昇させて、前記少なくとも１対のプローブ針間の導通を制御する工程を含む、請求項８に記載の微小構造体の検査装置。
10. 前記少なくとも１対のプローブ針を前記同一の電極に接触させたときの前記少なくとも１対のプローブ針間の抵抗値を測定する工程と、
    前記測定された抵抗値が予め定める第２の値以下であることに応じて、前記少なくとも１対のプローブ針を前記電極に差込む工程とを含む、請求項９に記載の微小構造体の検査方法。
11. 可動部を有する微小構造体に対して、テスト音波を出力する音波発生手段を設けたプローブカードを用いて、コンピュータで前記微小構造体の特性を検査するための微小構造体の検査プログラムであって、
    前記音波発生手段からテスト音波を発生するための音波信号を出力するステップと、
    前記出力した音波信号を増幅して前記音波発生手段を駆動するステップと、
    前記音波信号に基づいて前記音波発生手段から発生されたテスト音波による前記微小構造体の可動部の動きに応じて出力される出力値を測定するステップと、
    前記測定された出力値に基づいて、前記微小構造体の特性を評価するステップとを備える、微小構造体の検査プログラム。

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