JPWO2009069670A1 - 微小構造体検査装置および微小構造体検査方法 - Google Patents

Abstract

微小構造体の可動部の減衰特性値を測定する微小構造体検査装置（１０）であって、微小構造体に直に接触せずに可動部に衝撃を与える圧力波発生装置（１）およびパルス発生装置（２）と、可動部に接触することなく、可動部が自由振動を開始してから所定の時間の間に可動部の変位を測定する変位計（４）と、を備える。圧力波発生装置（１）は、熱励起式の音波発生素子、圧電式の音波発生素子または電磁式の振動素子から構成され、パルス発生装置（２）のパルス信号で駆動される。好ましくは、熱励起式の音波発生素子を用いた圧力波発生装置（１）は、熱伝導性の基板と、基板の一方の主面にナノ結晶シリコンで形成された断熱層と、断熱層の上に形成された絶縁体層と、絶縁体層の上に形成され、交流成分を含む電流が印加されて発熱する導体層と、から構成される。

Description

本発明は、可動部を有する微小構造体の検査装置および検査方法に関する。

近年、微小構造体デバイスたとえばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を使用した各種センサが、自動車や医療などをはじめとする多くの分野に用いられている。このＭＥＭＳは、使用される電子機器の小型化・軽量化・高機能化に伴って発展している。一方、ＭＥＭＳは、微細な構造であるために適正な検査方法が必要となっている。

微小構造体において、減衰率ξ、Ｑ値、固有振動数ｆ0、損失係数τなどの機械特性を測定する方法としては、インパルスハンマを用いて、減衰曲線を求める方法や、構造の加振周波数を意図的にスキャンして共振周波数を求め、共振曲線の半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）より減衰率を求める方法がある。

特許文献１や特許文献２には、スピーカーから発したテスト音波をセンサの可動部に当てて可動部を変位させ、プローブ針を用いて微小構造体の電気的特性を調べる方法が開示されている。また、特許文献３には、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開示されている。

また、特許文献４には、超音波を可動部に対し出力し、物体にスローダイナミックスを引き起こさせ物理的変化を計測する方法が開示されている。また、特許文献５には、熱励起式の音波発生素子を用いて間欠的な疎密波を発生させて、物体までの距離および物体の存在する方位を求める方法が開示されている。また、特許文献６には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）超音波変換素子を微小構造体に直に接触させ、動的応答を計測する方法が開示されている。

特開２００７−１０８１５７号公報 国際公開第２００６／０９３２３２号パンフレット 特開平５−３４３７１号公報 特表２００４−５２３７６８号公報 特開２００６−２２０６３７号公報 米国特許第６５９５０５８号明細書

インパルスハンマを用いる方法では、微小構造体の支持部材、微小構造体の可動部の支持部などを経由して間接的に可動部に変位を与える。このため、可動部に加わるインパクト時間や強さを精密に制御できず、減衰曲線の測定精度が高くない。さらに、低Ｑ値のＤＵＴ（Die Under Tester：チップ状態の試料）に対しては、インパクト時間と減衰時間が同程度となるため、減衰特性やＱ値の測定ができないなどの問題があった。また、特許文献６に開示された方法でも微小構造体の可動部を直接加振できなかった。このため、パッケージ（ＰＫＧ）や支持筺体の振動が信号線に重畳されたりインパクト源の残響が重畳されたりして測定精度が低下する原因となっていた。

低Ｑ値のＤＵＴに対しては、インパルスハンマを用いることなく音波でセンサ可動部に圧力を加える方法により微小構造体の可動部を直接加振でき測定可能となるが、音源のスピーカの残響の影響がある。高Ｑ値のＤＵＴに対しては、周波数を走査（スキャン）する方法では半値幅（ＦＷＨＭ）に充分な測定点を確保するのが困難であった。

微小構造体の電気的特性の検査は、インパルスハンマを用いるため、微小構造体に直接加振できずパッケージ（ＰＫＧ）の状態で行っていた。このため、製造工程の最終段階でしか不良品を確認できず、製造途中で不良が発生した場合も製造工程の最終段階まで行われ、時間やコストの無駄が生じていた。また、不良解析と対策が遅れ、効率が悪くなることもあった。

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、インパクト時間や強さを精密にかつ再現性よく制御でき、高精度に測定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。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る微小構造体検査装置は、
微小構造体の可動部の減衰特性値を測定する微小構造体検査装置であって、
前記微小構造体に直に接触しない圧力波発生装置を用いて、前記可動部に衝撃を与える衝撃手段と、
前記可動部に接触することなく、前記可動部が自由振動を開始してから所定の時間の間に前記可動部の変位を測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記衝撃手段は、熱励起式の音波発生素子と、前記音波発生素子にパルス信号を入力する駆動手段とから構成されることを特徴とする。

好ましくは、前記熱励起式の音波発生素子は、
熱伝導性の基板と、
該基板の一方の主面にナノ結晶シリコンで形成された断熱層と、
該断熱層の上に形成された絶縁体層と、
該絶縁体層の上に形成され、交流成分を含む電流が印加されて発熱する導体層と、
から構成されることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る微小構造体検査方法は、
微小構造体に直に接触しない圧力波発生装置を用いて、前記微小構造体の可動部に衝撃を与えるステップと、
前記可動部を自由振動させるステップと、
前記可動部に接触することなく、前記可動部が自由振動を開始してから所定の時間の間に前記可動部の変位を測定する変位測定ステップと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記圧力波発生装置は、熱励起式の音波発生素子であることを特徴とする。

好ましくは、前記熱励起式の音波発生素子は、
熱伝導性の基板と、
該基板の一方の主面にナノ結晶シリコンで形成された断熱層と、
該断熱層の上に形成された絶縁体層と、
該絶縁体層の上に形成され、交流成分を含む電流が印加されて発熱する導体層と、
から構成されることを特徴とする。

好ましくは、前記変位測定ステップで測定した前記可動部の変位から、前記微小構造体のＱ値を算出するＱ値算出ステップと、
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Ｑ値算出ステップで算出したＱ値と、前記判定ステップで判定した結果を、前記微小構造体を製造する製造装置の製造条件を設定する制御装置にフィードバックするステップを備えることを特徴とする。

本発明の微小構造体検査装置によれば、インパクト時間や強さを精密にかつ再現性よく制御できるため、微小構造体の振動減衰特性の測定精度が向上する。

本発明の実施の形態に係る微小構造体検査装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る圧力波発生装置の平面図である。 実施の形態に係る圧力波発生装置の断面図である。 実施の形態に係る微小構造体検査装置と半導体製造装置からなる製造システムの構成例を示すブロック図である。 実施例１の減衰振動パターンを示すグラフである。 実施例１における周波数スペクトルの例を示すグラフである。 実施例１におけるヒルベルト変換したスペクトルを示すグラフである。 実施例２の減衰振動パターンを示すグラフである。 実施例２における周波数スペクトルの例を示すグラフである。 実施例２におけるヒルベルト変換したスペクトルを示す第１のグラフである。 実施例２におけるヒルベルト変換したスペクトルを示す第２のグラフである。 実施例２におけるヒルベルト変換したスペクトルを示す第３のグラフである。

符号の説明

１ 圧力波発生装置
２ パルス発生装置
３ 増幅部
４ 変位計
５ 演算部
６ 支持部
７ チャック
８ 検査台
１０ 微小構造体検査装置
１２ 基板
１３ 断熱層
１４ 発熱体（導体層）
１５ 絶縁体層
１６ 駆動回路
２０ フォトリソグラフィ・エッチング処理装置（処理装置）
２１ カセットステーション
２２ 処理ステーション
２３ カセット
２６、２７、２８ 処理ユニット
４０ 制御部
Ｓ 微小構造体（試料）
Ｗ ウェハ

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係る微小構造体検査装置の構成例を示すブロック図である。図２Ａは、図１に記載した圧力波発生装置１の駆動回路の接続を含む平面図、図２Ｂは、図２ＡのＸ−Ｘ線断面図である。

図１に示すように、微小構造体検査装置１０は、圧力波発生装置１、パルス発生装置２、増幅部３、変位計４、演算部５、支持部６、チャック７、検査台８から構成される。圧力波発生装置１は支持部６に支持され検査台８の上に設置される。圧力波発生装置１の圧力波が発生される面に向かい合う形で試料Ｓは置かれ、試料Ｓを有するウェハＷはチャック７で支えられる。

本実施の形態の微小構造体検査装置１０は、試料Ｓの加振に、圧力波発生装置１を使用した。圧力波の発生には熱励起式の音波発生素子を用い、ヒーターで空気の加熱冷却により発生する粗密波を音波として使用する。これにより、インパクト時間や強さをヒーターの制御で精密かつ再現性よく行え、かつ、弾性と質量を有する振動板を備えるスピーカーを用いないので残響のおそれがない。なお、振動板の質量が無視できる程度で、試料Ｓに接触させずに可動部を振動させることが可能であれば、圧力波の発生には、圧電式の音波発生素子を用いることもできる。また、微小構造体にコイルを形成し、電磁誘導によりコイルを加振して試料Ｓに直接衝撃を与えることもできる。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、圧力波発生装置１は、基板１２、断熱層１３、発熱体１４、絶縁体層１５から構成される。発熱体１４の両端部に駆動回路１６が電気的に接続される。基板１２はバルクシリコンなどから形成される。基板１２の一方の主面に、多孔質であるナノ結晶シリコン（以下、ｎｃ−Ｓｉ（nano-crystal Silicon）という）の断熱層１３が形成されている。基板１２の断熱層１３が形成されている面に、断熱層１３の上に接して絶縁体層１５が形成されている。絶縁体層１５は、例えば、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、２酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の絶縁体の薄膜で形成される。そして、絶縁体層１５の上に接して発熱体１４が、導電性の金属、例えば、タングステン（Ｗ）や白金（Ｐｔ）、または金（Ａｕ）などの薄膜でヒーターパターンが形成されている。

駆動回路１６は、発熱体１４の両端に所定の周波数ωで間欠するパルス電圧、または交流電圧を印加する。断熱層１３の厚さは、発熱体１４に印加される電圧の交流成分に対して、断熱層１３の熱伝導率と単位体積当たりの熱容量で決まる熱拡散長と同程度とする。これにより、発熱の交流成分は基板１２側へは断熱し、発熱体１４の熱容量のため発生する直流成分の熱は、大きな熱伝導性の基板１２へ効率良く逃がすことができる。断熱層１３の厚さは、ｎｃ−Ｓｉの場合、発生させる音波の周波数にもよるが、例えば、５μｍ〜２００μｍ程度とする。

絶縁体層１５の厚さは熱拡散長より充分小さく、発熱体１４の発熱の交流成分は断熱層１３で厚さ方向に断熱される。絶縁体層１５は面の方向には熱を伝導する。発熱体１４は絶縁体層１５に密着しているので、絶縁体層１５は発熱体１４の温度を均一にするように作用する。絶縁体層１５は電気を通さないので、それ自体は発熱せず、発熱体１４の温度を均一にして発熱体１４の局部的な熱応力を緩和する。従って、従来の圧力波発生装置では断線に到るような電圧でも、発熱体１４の変形や断線が発生しにくくなる。その結果、圧力波発生装置１の発生する音波の音圧を大きくすることが可能になる。

絶縁体層１５は、面内方向には熱伝導度が高く、厚さ方向には熱を吸収しないことが望ましい。そこで、熱伝導度が高く比熱の小さい物質で、薄く形成することが望ましい。絶縁体層１５の材質としては、例えば、前述の窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、２酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）以外に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ダイヤモンド結晶炭素（Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いてもよい。絶縁体層１５の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度とする。

発熱体１４としては、金属膜であれば材質は特に限定されない。たとえばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）などの金属単体や、それらの積層構造などを用いることができる。発熱体１４は、真空蒸着、スパッタなどで成膜することができる。また膜厚は、熱容量を小さくするためにできるだけ薄くするのが好ましいが、適当な抵抗とするために１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で選択することができる。

次に、圧力波発生装置１を形成する工程を図２Ｂを用いて説明する。まず、シリコンウェハの基板１２を用意し、裏面に例えばアルミニウムの薄膜から形成される電極層を真空蒸着などで形成する。そして、フッ酸（ＨＦ）とエタノールの混合溶液を用いて、白金（Ｐｔ）を対向電極として断熱層１３を形成する部分に陽極酸化処理を施す。溶液の成分比、電流密度および処理時間を所定の値に制御して、所望の厚さと粒度に多孔質化したｎｃ−Ｓｉの断熱層１３を形成する。基板１２の断熱層１３を形成した面に絶縁体層１５を形成する。基板１２の上に、例えば、プラズマＣＶＤによってノンドープ・ケイ酸ガラス（ＮＳＧ）等を堆積させて、絶縁体層１５とする。

例えば、発熱体１４の形状にパターニングしたステンシルマスクＳを絶縁体層１５の上に保持して、金（Ａｕ）のスパッタによって、絶縁体層１５の上に発熱体１４を所定のパターンで形成する。その後、発熱体１４に駆動回路１６を接続するための電極などを形成し、必要に応じて裏面の電極層の除去、研磨などを行う。

再び図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、本発明の実施の形態における微小構造の検査手順を説明する。パルス発生装置２から送られた電圧は、増幅部３で所望の時間幅を有するパルス電圧や複数のパルス電圧へ増幅され、圧力波発生装置１の発熱体１４へバースト状に印加される。発熱体１４は、近傍の空気層を加熱、冷却することにより、インパルスの圧力波を形成し、試料Ｓに放射して加振する。加振により、試料Ｓの可動部が減衰振動を開始する。この可動部の振動を、変位計４、例えば非接触式のレーザ変位計などを用いて計測する。

圧力波発生装置１は、インパクト時間や強さを精密にかつ再現性よく制御でき、測定するのに十分な音圧を得られ、測定精度を高くすることができる。さらに、圧力波発生装置１は、圧力を加圧する際のインパルス源の残響もなく、ノイズの影響がない。また、圧力波発生装置１は、微小構造体を直接加振でき、変位の測定の際に試料Ｓに触れることもないので、可動部の減衰振動に影響しない。

変位計４で測定した変位量は、演算部５で減衰振動パターンとして算出され、共振周波数やＱ値が分かる。求められた数値が所定の数値の範囲外にあるときは異常として判断し、良品と不良品を判別できる。

Ｑ値は主に、振動の状態を表す無次元数で、弾性波の伝播においては、媒質の吸収によるエネルギーの減少に関する値である。Ｑ値は、振動においては、一周期の間に系に蓄えられるエネルギーを、系から散逸するエネルギーで割ったもので、この値が大きいほど振動が安定であることを意味する。Ｑ値が大きいと、振動状態が安定しており、起動時間が長く、振動エネルギーの分散が大きいことを示す。振動パターンをフーリエ変換で周波数スペクトルに変換した値より共振周波数が求められる。さらに振動パターンをヒルベルト変換したスペクトルグラフの傾きからＱ値が求められる。例えば検査対象がＭＥＭＳの場合、共振周波数によりＭＥＭＳの可動部のバネ定数の異常の有無を判断できる。また、Ｑ値により圧力センサやジャイロセンサなどの構造不良が検出できる。

図３は、実施の形態に係る微小構造体検査装置１０と半導体製造装置からなる製造システムの構成例を示すブロック図である。半導体製造は前工程と後工程があり、前工程で回路設計・パターン設計、フォトマスク作成、ウェハ製造、素子形成がなされ、後工程で組み立て、最終検査・マーキングがなされるというのが代表的な製造過程の一連の流れである。図３に示す半導体製造装置は、微小構造体（ＭＥＭＳ）のフォトリソグラフィ・エッチング処理装置２０（以下、処理装置２０）であり、ウェハ製造工程に使用される。

微小構造体検査装置１０は図１に示したものと同じであり説明は省略する。微小構造体検査装置１０の演算部５が、処理装置２０の制御部４０と連結している。制御部４０は演算処理装置と処理プログラムなどを記憶しているＲＯＭ等から構成され、処理装置２０全体と、処理装置２０を構成している個々のシステムを制御する。

処理装置２０は、カセットステーション２１と、処理ステーション２２とから構成される。カセットステーション２１は、外部からウェハカセット単位で供給されるウェハＷをカセット２３から処理装置２０に搬入し、または、処理後のウェハＷを処理装置２０からカセット２３に搬出する。処理ステーション２２は、複数の処理ユニットからなり、ウェハＷを順に各処理ユニットを移動させながら、フォトリソグラフィ・エッチング処理を行う。

カセットステーション２１には、カセット戴置台２４が設けられ、処理されるウェハＷを収納したカセット２３が外部から供給される。また、カセット戴置台２４では、処理されたウェハＷが搬出用のカセット２３に収納される。カセット戴置台２４でのウェハＷの搬送は、ステーション搬送機構２５によって行われる。ステーション搬送機構２５は、カセット戴置台２４上に複数戴置されたカセット２３にアクセス可能なように、水平方向（実線矢印方向）に移動可能であり、かつ、昇降（紙面垂直方向に移動）可能である。また、処理ステーション２２からカセット戴置台２４へウェハＷを搬送できるように、回転（破線矢印方向に移動）可能である。

処理ステーション２２には、複数からなるフォトリソグラフィ・エッチング処理ユニット（処理ユニット２６〜２８）と、ユニット搬送機構２９と、仮戴置台３０が設けられる。処理ユニット２６ではレジストパターンの形成が行われる。処理ユニット２７ではエッチングが行われる。処理ユニット２８では成膜とレジスト除去が行われる。

処理ステーション２２に搬入されたウェハＷは仮戴置台３０に置かれ、搬送機構がステーション搬送機構２５からユニット搬送機構２９へ切り替わる。ユニット搬送機構２９によって、ウェハＷは処理ユニット２６から順に搬送され、フォトリソグラフィ・エッチング処理が施される。処理を終えたウェハＷは再度、仮戴置台３０に置かれ、ステーション搬送機構２５により処理ステーション２２から搬出される。ユニット搬送機構２９もステーション搬送機構２５と同様に、水平方向に移動可能であり、昇降や回転も可能である。

処理ユニット２６ではレジストパターンの形成が行われる。処理ユニット２６に搬入されたウェハＷは、レジスト塗布され、フォトマスクで覆われる。フォトマスクで覆われたウェハＷを露光、現像することで、所望の形（パターン）のレジストがウェハＷ上に形成される。レジストを加熱により硬化させ、ウェハＷと密着させる。露光や現像が不十分な場合は、レジストは変形し、パターンより大きくはみ出た形状になりやすい。

処理ユニット２７ではエッチングが行われる。ウェットエッチングとドライエッチングがあるが、ここではウェットエッチングを例に説明する。ウェハＷをフッ化水素などのエッチング液中に浸漬し、レジストで覆われていない部分を腐食させる。レジストに保護された部分のウェハＷはエッチングされず、レジストと同じ形状がウェハＷに凸型で形成される。エッチング液の温度や時間により腐食具合が異なり、また、エッチング深さが深くなると、レジストの真下付近にも腐食が進むことがある。

処理ユニット２８では成膜とレジスト除去が行われる。成膜では、真空蒸着やスパッタリングなどの手法でウェハＷ上に金属や酸化膜の層を形成する。その後、レジスト溶剤などで完全にレジストを除去する。レジスト除去の際に、レジスト上に形成された膜も除去されるので、ウェハＷ上に好みのパターンを追加できる。

複雑な構造をした微小構造体では、処理ユニット２８での処理後に、図示しない処理ユニット２６ａ、２７ａ、２８ａ〜２６ｎ、２７ｎ、２８ｎでフォトリソグラフィ・エッチング処理を繰り返し行う。また、フォトリソグラフィ・エッチング処理の外、機械−電気変換素子形成、配線形成などによって微小構造体が製造される。

微小構造体が形成されたウェハＷを微小構造体検査装置１０にかける。試料Ｓである微小構造体を圧力波発生装置１の出力部分に対向する位置にあわせ、ウェハＷをチャック７で支持する。パルス発生装置２から送られた電圧は、増幅部３で所望の時間幅を有するパルス電圧や複数のパルス電圧へ増幅され、圧力波発生装置１の発熱体１４へバースト状に印加される。発熱体１４は、近傍の空気層を加熱、冷却することにより、インパルスの圧力波を形成し、試料Ｓに放射して加振する。試料Ｓが直接加振されるので残響やノイズの影響がない。また、圧力波のインパクト時間や強さが精密に制御され、再現性も高い。加振により試料Ｓの可動部が減衰振動を開始する。この可動部の振動を、変位計４、例えばレーザードップラー変位計などを用いて計測する。

なお、変位計４による試料Ｓの変位の測定は、試料Ｓが自由振動を開始してから所定の時間の間に実行される。すなわち、圧力波発生装置１（スピーカ）は、試料Ｓ（可動部）に圧力波を放射することにより試料Ｓを振動させる。その後、圧力波発生装置１は、試料Ｓへの圧力波の放射を停止することにより試料Ｓを自由振動させる。そして、変位計４は、試料Ｓが自由振動している間に試料Ｓの変位を測定する。ここで、自由振動とは、スピーカやその他の周辺機器の残響がゼロ、若しくは無視できるほどに小さい状態で、可動部が振動していることをいう。試料Ｓが自由振動している間は、外部からの影響がゼロである。このため、試料Ｓが自由振動している間は、純粋に試料Ｓの減衰特性だけを測定できる。特に、ナノクリスタルシリコンスピーカは、残響を少なくすることができるため、かかる測定系に用いるスピーカとして好適である。

測定された減衰振動パターンが演算部５で数値処理され、共振周波数とＱ値が算出され、微小構造体の良否が判定される。共振周波数が指定した数値範囲から外れることで、微小構造体の可動部のバネ定数の異常があることが分かる。Ｑ値が設定した範囲より外にある場合は、センサの構造に異常があることが分かる。例えば微小構造体の破損や、膜厚異常などである。

これら共振周波数やＱ値の異常から、不良の原因の分析が行われる。共振周波数が小さい場合は、例えば、オーバーエッチングで可動部が小さいまたは支持部が細いなどの可能性がある。また、Ｑ値が小さい、すなわち振動がすぐに減少した場合は、微小構造体の破損の可能性がある。レジスト形成がうまく行われず、ウェハＷの保護が不十分となり、必要以上にエッチングされ、本来あるべき形状が欠けている可能性がある。もしくは、成膜形成がうまく行われず、膜の厚薄が発生したなどの可能性がある。

測定した微小構造体の共振周波数とＱ値は、演算部５から制御部４０へ情報がフィードバックされる。良品として設定した数値範囲から外れている旨の情報のフィードバックがあった場合、異常の数値の出方により、予測される不具合とその対応方法について、条件を設定しておき、制御部４０から対応するシステムへ制御指示が出るようにしておくことができる。また、制御部４０の外部に連結された装置からブザー音やフラッシュ光が発せられ、異常を知らせるように、予め制御部４０のプログラムを設定しておいてもよい。共振周波数とＱ値の両方に異常がある場合に、処理ステーション２２が一時停止するように設定することも可能である。

例えば、共振周波数の異常であればエッチングの結果が設計通りでないことが考えられる。このため、制御部４０から処理ユニット２７へ制御指示が出され、エッチングの条件等を適合するように変更する。Ｑ値が良品の数値から大きく外れていれば、微小構造体の破損が考えらる。レジストが形状通りに行われず、エッチングの際にウェハＷを保護できなかったことが原因の一つとして考えられる。レジスト形成の処理にかかる処理ユニット２６へ制御部４０から制御指示が出され、フォトリソグラフィの条件等を適合するように変更する。処理ユニット２６の条件変更後に製造された微小構造体にＱ値異常が発生した場合は、レジスト形成ではなく成膜形成に異常がある可能性が高い。制御部４０から処理ユニット２８へ制御指示が出され、成膜の条件等を適合するように変更する。

また、測定結果が良品の場合のときも、フィードバックされた測定データを蓄積し随時反映することで製造の傾向を掴むことができる。また、測定結果が良品の場合のときに、自動制御により各種の条件を調整することで、製品の品質を一定に保ちながら製造するのに役立つ。

測定を終えたウェハＷは次の工程に送られると同時に、制御部４０では測定結果をフィードバックする。これにより、これから微小構造体が形成されるウェハＷの処理条件を自動制御により調整できるので、不良品の発生を防止することができる。また、共振周波数とＱ値の数値に異常があった微小構造体はチェックされ、チップ切り出し後に廃棄することができる。これにより、製造の最終段階まで行わずに、不良品を除くことができる。

以上説明した通り、本発明の微小構造体検査方法ではインパクト時間や強さを精密にかつ再現性よく制御できるため、微小構造体の振動減衰特性の測定精度が向上する。さらに、測定結果を制御装置にフィードバックすることで、製品の品質を一定の値に保ちながら製造するのに役立つ。また、検査が製造の最終段階に限られずに実施できるので、不良品の製造を減らして、効率よく製造するのに役立つ。

本実施の形態の微小構造体検査装置１０は、試料Ｓの加振に、圧力波発生装置１を使用した。圧力波の発生は熱励起式の音波発生素子を用いたが、微小構造体にコイルを形成し、電磁誘導によりコイルを加振して試料Ｓに直接衝撃を与えてもよい。

なお、実施の形態で説明した圧力波発生装置１や、圧力波発生装置１を使用した微小構造体検査装置１０については上述した例に限られることなく構成の変更や修正を行ったり、装置を組合せることができる。例えば装置の選択や組合せは図３に示したものに限定されず、ハード面では、様々な形状、パターン、大きさなど、ソフト面ではプログラムの設定、特に良品とする数値範囲の設定など、測定の対象に合わせて任意に選択が可能である。また、製造段階の検査を行う工程についても実施の形態の例に限定されず、任意に選択できる。

次に、本発明の実施の形態の例として、検査する対象の試料Ｓを加速度センサの重錘やフィッシュボーン音響センサとした場合について測定を行った。実施例１は加速度センサの重錘の場合であり、実施例２はフィッシュボーン音響センサの場合である。

（実施例１）
実施例１の結果を図４〜図６に示す。図４は減衰振動パターンを示すグラフ、図５は周波数スペクトルの例を示すグラフ、図６はヒルベルト変換したスペクトルを示すグラフを表す。

図４で得られた減衰振動パターンをフーリエ変換したグラフが図５の周波数スペクトルである。ピーク値より、試料Ｓの共振周波数は７８７．７Ｈｚであり、周波数スキャン法（最小分解能１０Ｈｚ）で求めた共振周波数７８０Ｈｚと一致する。図６のグラフ傾きより、Ｑ値は５５２．２である。

実施例１より、本発明の実施の形態による検査法を用いても、共振周波数の値は従来の測定法を用いた結果と一致することから、測定可能であることがわかる。また、従来の測定法では、共振曲線の半値幅（ＦＷＨＭ）よりＱ値を求めていた。高Ｑ値の場合は測定数が少なく数値の信頼性に欠けるため測定できないことがあったが、本実施例１のように、高Ｑ値を示す場合でも測定可能である。

（実施例２）
実施例２の結果を図７、図８、図９Ａ、図９Ｂならびに図９Ｃに示す。図７は減衰振動パターンを示すグラフ、図８は周波数スペクトルの例を示すグラフ、図９Ａ〜図９Ｃはヒルベルト変換したスペクトルを示すグラフを表す。

図７で得られた減衰振動パターンをフーリエ変換して求められた図８の周波数スペクトルのピーク数より、共振周波数を３つ有することが分かる。図９Ａ〜図９Ｃは、図８のそれぞれの周波数に対してヒルベルト変換したスペクトルで、周波数の小さいものから各々グラフ化している。図８に示すように、共振周波数は、９０３０Ｈｚ、１３２００Ｈｚならびに２２０００Ｈｚの３つである。また、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、共振周波数９０３０ＨｚにおいてＱ値は５４．５、共振周波数１３２００ＨｚにおいてＱ値は７１．１、共振周波数２２０００ＨｚにおいてＱ値は２０７．８である。

実施例２で用いた試料Ｓのフィッシュボーン音響センサは、入力音波を受ける部分と片持ち支持された共振部分とそれらを結ぶ中心線部分の構造が可動する複雑な構造を有する微小構造体である。

実施例２の結果より、構造が複雑であっても測定可能であることが分かる。従来の場合は、構造が複雑になると、一部分の振動が他の部分の振動に影響を与え、測定できなかったり測定精度が低くなったりすることがあった。本実施例２では、測定が可能なだけでなく、各部分が有する固有の振動数が共振周波数として現れるため、不良箇所を有する部分の判定も合わせて行える。

本出願は、２００７年１１月２６日に出願された日本国特許出願２００７−３０４５９７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２００７−３０４５９７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、可動部を有する微小構造体を検査する装置として有用である。

Claims (8)

1. 微小構造体の可動部の減衰特性値を測定する微小構造体検査装置であって、
   前記微小構造体に直に接触しない圧力波発生装置を用いて、前記可動部に衝撃を与える衝撃手段と、
   前記可動部に接触することなく、前記可動部が自由振動を開始してから所定の時間の間に前記可動部の変位を測定する測定手段と、
   を備えることを特徴とする微小構造体検査装置。
2. 前記衝撃手段は、熱励起式の音波発生素子と、前記音波発生素子にパルス信号を入力する駆動手段とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の微小構造体検査装置。
3. 前記熱励起式の音波発生素子は、
   熱伝導性の基板と、
   該基板の一方の主面にナノ結晶シリコンで形成された断熱層と、
   該断熱層の上に形成された絶縁体層と、
   該絶縁体層の上に形成され、交流成分を含む電流が印加されて発熱する導体層と、
   から構成されることを特徴とする請求項２に記載の微小構造体検査装置。
4. 微小構造体に直に接触しない圧力波発生装置を用いて、前記微小構造体の可動部に衝撃を与えるステップと、
   前記可動部を自由振動させるステップと、
   前記可動部に接触することなく、前記可動部が自由振動を開始してから所定の時間の間に前記可動部の変位を測定する変位測定ステップと、
   を備えることを特徴とする微小構造体検査方法。
5. 前記圧力波発生装置は、熱励起式の音波発生素子であることを特徴とする請求項４に記載の微小構造体検査方法。
6. 前記熱励起式の音波発生素子は、
   熱伝導性の基板と、
   該基板の一方の主面にナノ結晶シリコンで形成された断熱層と、
   該断熱層の上に形成された絶縁体層と、
   該絶縁体層の上に形成され、交流成分を含む電流が印加されて発熱する導体層と、
   から構成されることを特徴とする請求項５に記載の微小構造体検査方法。
7. 前記変位測定ステップで測定した前記可動部の変位から、前記微小構造体のＱ値を算出するＱ値算出ステップと、
   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４ないし６のいずれか１項に記載の微小構造体検査方法。
8. 前記Ｑ値算出ステップで算出したＱ値と、前記判定ステップで判定した結果を、前記微小構造体を製造する製造装置の製造条件を設定する制御装置にフィードバックするステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の微小構造体検査方法。

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