微細構造の可動エレメントを励起する方法
【課題】初期の製造工程において、電気的な接触なくとも機械的励起の試験を行う。
【解決手段】微細構造の共鳴エレメント（１４）を励起する方法に関し、このエレメントは１つの自由度に従って可動する。その方法は、当該微細構造に荷電粒子ビーム（５１）を作用する工程を備えており、そのビームは、エレメントの自由度に依存して交互運動に当該エレメントを動かすように構成されている。
１つの変形では、粒子ビームは前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメントに作用される。
【解決手段】微細構造の共鳴エレメント（１４）を励起する方法に関し、このエレメントは１つの自由度に従って可動する。その方法は、当該微細構造に荷電粒子ビーム（５１）を作用する工程を備えており、そのビームは、エレメントの自由度に依存して交互運動に当該エレメントを動かすように構成されている。
１つの変形では、粒子ビームは前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメントに作用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造またはナノ構造に形成されたセンサに関し、特に、当該センサの作動を有効にする試験に関する。
【０００２】
日常生活で使用されて増大している多くの品目には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）を備えた集積チップが含まれている。特に、加速度計またはジャイロメータには慣性ＭＥＭＳセンサが含まれている。
【０００３】
シリコンエッチング方法の改良と、より高い回路密度の追求とともに、チップ集積用のナノ電気機械システムは多くの発展をなしている。ナノシステムには特に共鳴感知センサエレメント（素子）が含まれることもある。当該感知エレメントは、しばしばＣＭＯＳアーキテクチャに集積され、一般に励起電極および測定電極に付随される。その感知センサは、１つの自由度で可動であり、その自由度に対して共振周波数を持っている。感知センサは、一般に５０〜５００ｎｍの範囲にある寸法の一つを有している。このような感知エレメントのスケール減少は、ウエハたとえばシリコンウエハへの集積密度のみならずそれらの性能を増大するように思われており、従って、各チップの単体コストを減少させる。しかしながら、感知センサの完全性および特性は、製造プロセスの至る所で試験されなければならない。電子走査顕微鏡による単純な視覚制御によって、感知エレメントが機能するか否かを決定するのは不十分であることが判明されている。こうして、試験は、感知エレメントの共振周波数とＱファクタ（quality factor）とを決定することを目指している。その試験は第１に感知エレメントを励起すること、および、第２に感知センサの動きを測定することを備えている。
【背景技術】
【０００４】
感知センサを励起するために使用される公知技術は、特別なチップを備えた電子試験装置を使用している。
【０００５】
この技術は、シリコンウエハの全体に、すなわち、様々なチップが互いに分離される前のウエハにトップ・ダウン・アプローチで形成されたセンサに使用される唯一のものである。それぞれの励起電極には、試験装置の先端が電気的に接触するコンタクト（接触子）が設けられている。チップはＡＣ電圧をコンタクトに印加しその自由度に従って感知部分の動きを発生させる。しかしながら、各コンタクトは、感知センサの表面積よりも約２０〜１００倍大きな表面積を占有している。それ故に、感知エレメントの寸法減少は、僅かな場合を除いて、集積密度を増大させず、従って、限定したエレメントはコンタクトになる。
【０００６】
コンタクトは、関連する電子回路を接続するために再使用されることもある。このことは、チップの耐用年限（寿命）の間にコンタクトが機能することを意味する。しかしながら、電子回路装置が（「ＩＣ内」技術と呼ばれる物を使って）感知エレメントと同じシリコンウエハから作られている技術では、このようなコンタクトはチップの耐用年限の間にはもはや何らの機能的な有用性も持たない。さらに、そのようなコンタクトの形成には、多くの技術的工程が要求され、過度のコストと製造プロセスの持続時間の増大とが引き起こされている。コンタクトを形成するために使用される技術工程数は、感知エレメント自身を形成するのに要求される工程数より遥かに多いこともある。コンタクトはチップ製造プロセスの最初に通常成形される。しかしながら、コンタクトの形成には、より困難な操作である感知エレメントの次の形成において多くのランダムファクタが含まれている。また、コンタクト内の金属の存在が、製造プロセスの残りの部分に対して限定ファクタになる。コンタクト自体は、試験の間、寄生現象の無視できない根源であり：これらのコンタクトには、容量感知エレメントの検出キャパシタンス（電気容量）の値よりも数百倍大きい寄生キャパシタンスが含まれていることもある。
【０００７】
（ＩＣ技術において）同じウエハ上のチップレイアウトでは、感知エレメントは専用コンタクトを有していないこともある。その時、集積回路の接続トラック（接続跡）は感知エレメントを励起するために使用される。それから、この種のアーキテクチャは、集積回路から独立して感知エレメントを試験するために使用できない。その後に、誤動作の原因を切り離すこと、または、感知エレメントの機能に関して集積回路の効果を確かめることは不可能である。
【０００８】
ボトムアップ・プロセスを使ってセンサを形成するためには、試験段階の間に直面される問題はいっそう都合が悪い。ボトムアップ・アプローチで作られた感知エレメントのサイズは一般的にはより小さく、その性能特性を測定することはさらに難しい。実験的な具体化では、そのような感知エレメントはコンタクトの形成前に作られる。実際には、感知エレメントの脆弱性のため、感知エレメントを破壊せずにコンタクトをその時に形成することは殆ど不可能であることが判明している。さらに、コンタクトには、ボトムアップ・アプローチで作られたセンサに対していっそう不都合となる大きさをもつ寄生キャパシタンスが含まれている。
【０００９】
励起された感知エレメントの光学的測定に関する技術は、微細構造にとって不適切であるとともに、ナノ構造にとっていっそう不適切であることが判明している。実際には、光ビームは、動いている感知エレメントの大きさの数倍に相当することもある約５マイクロメータの最小サイズを有している。
【００１０】
こうして、多くの研究は、走査電子顕微鏡を使って、励起された感知エレメントを測定することを提案している。そのような顕微鏡は、５ｎｍの大きさまで低減されることもある電子ビームを放射する。Gilles, Megherbi, Raynaud, Parrain, Mathias, Leroux, Bosseboeufによる「Scanning electron microscopy for vacuum quality factor measurement of small-size MEMS resonators」、２００７年１２月３日の出版物は、特に、走査電子顕微鏡で実施された異なる測定方法を記述している。励起されたセンサは、顕微鏡によって放射される電子ビームを被らされる。このビームの衝撃によって、センサによる二次的な電子の放射が誘導される。この二次的な電子は、検出器によって受け取られ、励起されたセンサのシフト（変位）を識別するような方法で分析される。センサのパレメータ、たとえば、そのシフトの振幅、または、感知エレメントの共振周波数などが決定されることもある。しかしながら、この種の測定方法には欠点がある。
【００１１】
さらに、大抵の試験方法は、感知エレメントの励起がたとえば同一ウエハ上の注入における機能的な電子回路の予備的接続ということを意味する場合には、製造プロセスの非常に遅い段階を除いて実施できない。従って、製造方法のうちの大抵の工程は、最初の工程に影響を及ぼす欠陥を検出する前に、実行されなければならない。その上、電気的な接触によって励起の信頼度を体系的に決定することは難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「Scanning electron microscopy for vacuum quality factor measurement of small-size MEMS resonators」、Gilles, Megherbi, Raynaud, Parrain, Mathias, Leroux, Bosseboeuf、２００７年１２月３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前述のような１つまたは複数の欠点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
こうして、本発明は、微細構造の共鳴エレメントを励起する方法に関し、そのエレメントは１つの自由度に従って可動であり、その方法は荷電粒子ビームを前記微細構造に作用する工程を備え、当該ビームはその自由度に依存して交互運動にエレメントを動かすように構成されている。
【００１５】
１つの変形では、粒子ビームは、前記エレメントに作用されて、それを機械的影響により前記交互運動に従って動かす（駆動する）ようにしている。
【００１６】
もう一つの変形によれば、粒子ビームは前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメントに作用される。
【００１７】
別の変形によれば、ビームの角度は前記自由度に対して４５度より小さい。
【００１８】
加えて、さらに別の変形によれば、微細構造は、前記共鳴エレメントの近傍に配置された導電性励起装置を有し、その粒子ビームは、励起装置に作用されて、共鳴エレメントと励起装置との間で容量効果により前記交互運動に従って共鳴エレメントを動かすようにしている。
【００１９】
１つの変形によれば、導電性励起装置は、そのエレメントに面（対向）する励起電極と、当該励起電極に電気的に接続された導電性ユニットとを備え、その粒子ビームは前記導電性ユニットに作用される。
【００２０】
さらに別の変形によれば、励起装置は、励起電極をグラウンドに接続するとともに、電気インピーダンスを有しそれを使ってその共振周波数で共鳴エレメントを動かすようにした電気回路を備えている。
【００２１】
１つの変形によれば、微細構造は当該エレメントの励起の間に真空室内に位置決めされる。
【００２２】
さらに別の変形によれば、前記ビームは、前記交互運動にそのエレメントを動かすように、時間的に可変な特性を有している。
【００２３】
１つの変形によれば、ビームの特性は、当該微細構造が粒子ビームを交互に受け取るように微細構造に対してビームをシフトすることにより、または、微細構造に対してビームを固定したままに保って可変強度のビームを作用させることにより時間的に変化する。
【００２４】
さらに別の変形によれば、ビームの可変特性は、荷電粒子の速度、当該自由度に対するビームの角度、または、ビームの振幅からなる。
【００２５】
さらに別の変形によれば、ビームの特性は、その自由度に従って共鳴エレメントの動きの予想共振周波数を含めて、周波数の範囲内に含まれる可変周波数と時間的に変化する。
【００２６】
さらに別の変形によれば、前記エレメントの寸法のうち１つがサブミクロン単位である。
【００２７】
また、本発明は、微細構造のエレメントを試験する方法に関し、当該方法は、前述の励起方法に従って前記エレメントを励起すること、および、その自由度に従って前記エレメントの共振周波数を測定することをさらに備えている。
【００２８】
１つの変形によれば、共振周波数の測定は、
異なる入射角を有する別の荷電粒子ビームを前記エレメントに対して作用させること、
別のビームの作用中に、前記エレメントによって放射された荷電粒子を検出すること、
からなる。
【００２９】
さらに別の変形によれば、前記微細構造は、幾つかの類似の微細構造を含めて、ウエハにより作られ、その中で前記微細構造の幾つかは連続して試験される。
【００３０】
別の変形によれば、前記微細構造は連続して試験される一方、前記ウエハは真空室内に保持される。
【００３１】
本発明の他の特徴および利点は、指摘により与えられ、少しも制限されず、添付図面を参照してなされた以下の記述からいっそう明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】試験される微細構造の一例の正面図である。
【図２】図１の微細構造の詳細図である。
【図３】図１の微細構造の断面の図である。
【図４】本発明において一実施の形態による試験方法の間に図１の微細構造の断面の図である。
【図５】別の自由度を有する微細構造の断面の図である。
【図６】本発明の一実施の形態による試験方法の間において図５の微細構造の断面の図である。
【図７】試験されるべき微細構造の変形の正面図である。
【図８】微細構造上で試験を実施するように意図された装置の概略的な代表例である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
通常、走査電子顕微鏡を使ってなされる観察により、試験結果を駄目にする共鳴エレメントのプレストレス（前もって応力を加えること）を誘発する静電荷が発生される。驚いたことに、本発明は、荷電粒子ビームを使って微細構造の共鳴エレメントを励起することを提案している。この粒子ビームは、共鳴エレメントに作用されて、それを１つの自由度に沿って交互運動に動かすようにしている。そのビームは、（当該エレメントの走査によって）そのエレメントに対してビームをシフトすることにより、または、ビームの粒子の放射を変更することにより、たとえば交互にエレメントに作用されることも有り得る。
【００３４】
そのような方法を使って、外部コンタクトとの電気的な接触なしに、共鳴エレメントを励起し、従って、微細構造によって占有されるサイズを低減している。寄生キャパシタンスの導入は非常に著しく低減され、そのような寄生への励起の感知は極めて大きく減少される。また、励起は、固有（内在）のエレメントに取り付けられた何らかの機能回路から独立している。さらに、本発明によって、もし必要なら試験の結果を照合するために２つの異なる方法に従って共鳴エレメントを励起することが可能になる。荷電粒子ビームは、共鳴エレメントの適切な位置に焦点が合うほど十分に微細である寸法（大きさ）で製作可能である。
【００３５】
図１はシリコンウエハで作られた微細構造１の一例の正面図である。この微細構造１はセンサを有する。センサは、シリコンウエハのエッチング１１によって境界を定められた別々の構成要素を有している。センサは特に共鳴エレメント１４を備えている。共鳴エレメント１４はその両端でそれぞれ可動質量（可動マス）１６とブロック１５とに埋設されている。共鳴エレメント１４はブレード形状を有しており、そのブレードの軸は可動質量１６をブロック１５に接合している。センサは、励起電極１３と、共鳴エレメント１４の中間部の何れか一方側に位置決めされた測定電極１２とを備えている。共鳴エレメント１４は、エッチング１１により規定されたギャップによって、電極１２、１３から分離されている。また、センサはブロック１７を有しており、そのブロック１７には可動質量１６が可撓性ヒンジエレメントまたは可撓性リンク１９によって接続されている。
【００３６】
図３で示されるように、センサはシリコンウエハ内に注入可能である。このように図示されたシリコンウエハはシリコン・オン・インシュレータ技術により作られる。シリコンウエハはシリコン基板層２３を有しており、そのシリコン基板層上にはＳｉＯ２のインシュレータ層（絶縁体層）２２が作られている。付加的なシリコン層２１はインシュレータ層２２上に作られている。エッチング１１はシリコン層２１とインシュレータ層２２とを通り抜ける。こうして、エッチング１１は、センサの別々の構成要素を電気的に絶縁している。エッチング１１は、フォトリソグラフィー処理によってそれ自体が公知な方法により製作可能である。
【００３７】
シリコン層２１で作られた或る構成要素に基板２３に対しての可動性を提供するために、この構成要素の真下に凹部２４が作り出されている。このように、インシュレータ層２２は、共鳴エレメント１４と基板２３との間、および、可動質量１６と基板２３との間で除去されている。従って、エレメント１４と可動質量１６とは、シリコン層２１の平面内で可動である。凹部２４は、等方性化学エッチングによってそれ自体が公知な方法により形成可能である。それ自体が公知な方法では、可動質量１６はシリコン層２１を貫通するオリフィス１８を有している。このように、インシュレータ層２２は、層２１の平面内でより大きい領域であるにも関わらず、等方性化学攻撃処理の間に可動質量１６の全体の真下で除去され得る。それどころか、電極１２、１３のみならずブロック１５、１７はインシュレータ層２２により基板２３に埋設されている。
【００３８】
共鳴エレメント１４と可動質量１６とはシリコンウエハの平面内で可動である。図２および図３の矢印で図示されているように、エレメント１４の中間部は、その軸と垂直かつ並進に可動である。共鳴エレメント１４の寸法および材料のみならず、質量と可動質量１６に作用される力とは、この自由度に従ってエレメント１４の共振周波数を規定している。この共振周波数で、共鳴エレメント１４のシフトの振幅は電極１３によって提供される一定の励起エネルギーに対して最大となる。
【００３９】
作動中では、励起電極１３は、エレメント１４の交互運動を誘導するために、金属コンタクトを用いて交流電圧によって動力供給される。エレメント１４は、測定電極１２との静電（容量）結合にある。それ自体が公知な方法で微細構造１が作動中であると、不図示の回路はエレメント１４の振動の周波数および振動数を測定するために使用される。この周波数および振動数は可動質量１６の動きの関数として変化する。図示された微細構造１は、その製造方法における中間段階にある。こうして、微細構造には電極１２、１３用の金属コンタクトがない。
【００４０】
図４は微細構造を試験する方法を表している。荷電粒子ビームたとえば電子ビーム５１は真空室内においてエレメント１４に作用される。電子ビーム５１はエレメント１４上に押圧力（プレッシャー）を発生させる。及ぼされる押圧力は或る成分をエレメント１４の自由度と平行に与えている。ビーム５１の強度と電子の速度とは、エレメント１４の動きを誘導するのに十分なレベルに決めら（固定さ）れている。従って、ビーム５１は、エレメント１４の自由度に従って可変な押圧力を及ぼすように構成されている。このように、エレメントへのビーム５１の順次的な適用によってエレメント１４の交互運動を発生させることが可能である。図示の例では、ビームの順次的な適用は自由度に対するビーム５１の角度の振れにより得られる。この振れの周波数は、エレメント１４を励起することが望ましい周波数に対応している。それ故に、その自由度に従ってエレメント１４に及ぼされる押圧力は可変となる。
【００４１】
図４で図示されているように、独立して、エレメント１４の側面および／またはエレメント１４の上面に作用されるようにビーム５１は構成されることもある。
【００４２】
有利には、ビーム５１は、その励起に便宜を与えるために、エレメント１４のシフト方向に対して出来るだけ限定される角度を持って適用される。有利には、この角度は４５度より小さい。理想的には、ビーム５１はエレメント１４のシフト方向と同一直線上にあると考えられるべきである。
【００４３】
ある例ではエレメント１４の動きを誘導するようにビーム５１の角度変化が図示されるけれども、ビーム５１の他のパラメータはその動きを誘導するために時間的に変化されることもある。
【００４４】
他方、エレメント１４の少なくとも一面に力を及ぼすため、または、力を及ぼさないために、エレメント１４に対してビーム５１のシフトを予想することは一般的には可能であり、好適にはビーム５１は連続的に放射している。また、他方で、可変であるがゼロでさえ有り得る放射（すなわち強度）をビームが持つ場合には、エレメント１４に対して固定（決定）されたビーム５１を予想することは可能である。特に、エレメント１４の一面に対して固定位置（姿勢）のチョップ（細切れ）ビーム５１を作用させることは可能である。その時に、細切れ（すなわち強度変化）は所望の励起周波数でなされる。
【００４５】
特に、エレメント１４の励起周波数は、エレメント１４の想定された共振周波数を含めて、周波数の所定範囲で変更されることも有り得る。この周波数の範囲でエレメント１４を励起する際に、そのエレメントが機能するか否かを決定すること、および、その自由度に従ってその動きの共振ピークを決定することは可能である。
【００４６】
ビーム５１が機械力をエレメント１４に及ぼしている状態で、エレメント１４の励起は微細構造において何らの電気的動力供給を必要としない。エレメント１４の共振周波数を測定することにより、機械的完全性だけが要求され、センサの電気的接続は利用されない。こうして、その励起方法は、金属電気コンタクトが形成される前に特に、微細構造の製造において非常に早い段階で獲得可能である。それ故に、フォトリソグラフィー処理または化学的エッチング処理における可能な機能不良は、欠陥シリコンウエハが以後の技術的段階を被らされる前に、非常に早く検出できる。
【００４７】
有利には、検出ビーム５２はビーム５１の方向と異なる方向でエレメント１４に対して作用される。ビーム５２によってたとえば二次的な電子５３のビームの放射が誘導され、そのビームの特性はエレメント１４の位置の関数として変化する。そのシフトの間に、ビーム５２はエレメント１４に交互に接近するが、エレメント１４に接触しない。ビーム５２の下にエレメント１４が存在するか否かに依存して、エレメント１４は交互に二次的な電子ビーム５３を発生させたり発生させなかったりする。また、このような交互（交替）は、それ自体が公知な方法で検出器により測定されることも有り得る。
【００４８】
検出ビーム５２は、エレメント１４による反射と別の成分による走査または反射との間のより大きな相違（コントラスト）を発生させるために、エレメント１４の自由度に垂直な方向に沿って最適に作用される。検出ビーム５２は好適には、検出信号の変化を最適化するために、エレメント１４とギャップとの間の限界すなわち静止した境界線で作用される。このように、励起ビーム５１と検出ビーム５２との分離により、これらのビームを最適化することが可能になる。特に、励起ビーム５１によって、ビーム５２により生成されたビーム５３への最小限の乱れを誘導することでエレメント１４を動かすことが可能になる。それ故に、検出ビーム５２は、最大限の信号対雑音の比率を有するビーム５３の獲得を促進する。
【００４９】
ビーム５１、５２で生成された二次的な電子の識別をいっそう容易にするために、有利には、これらのビームは、放射された電子の密度または速度などのような別個の特性を有している。また、イオンビームと電子ビームとの組合せを予想してビーム５１、５２の識別を容易にすることは可能である。
【００５０】
二次的な電子ビームに基づいてエレメント１４の動きの検出が記述されているけれども、製造プロセスにおいて試験が十分に遅い段階で行なわれた時には測定電極１２を使うことにより電気的な検出を予想することも可能である。そのような検出は、電気的な励起なしに、電気的な検出の試験を可能にすることも有り得る。こうして、電気的な検出は、電気的な励起の乱れを経験せずに、排他的な機械的作動によって特徴付けることができる。
【００５１】
そのような試験方法が、種々のチップが分離される前に微細構造との接触なしに、シリコンウエハの全体を試験することに特に有利であることが判明している。試験方法は、微細構造のそれぞれで体系化することにより、または、統計的なサンプリングにより実行され得る。統計的なサンプリングのために、試験された微細構造は、その構造の試験が破壊の危険（リスク）であるならば、破棄できる。ウエハ全体の体系的な試験のために、実行される製造プロセスの段階がなんであろうと、当該試験は、微細構造が切り離される前にその微細構造の分類を行なうこと、および、以後の工程を実行することができ、従って、製造プロセスにおいて無視できないゲイン（利得）を提供している。
【００５２】
図４のエレメントの寸法および特性が次のこともある：１００ｎｍのエレメント１４と電極１２、１３との間の１００ｎｍのギャップ、自由度に従って５０〜２０００ｎｍの範囲のエレメント１４の幅、および、１６０〜４０００ｎｍの範囲のエレメント１４の厚さ（基板２３に対する垂線に沿う寸法）。エレメントの共振周波数は、典型的には５０ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲で有り得る。
【００５３】
図５はシリコンウエハに埋め込まれた微細構造センサの別のタイプの断面の図である。図３の例において見られるように、シリコンウエハは、ＳｉＯ２インシュレータ層２２が置かれたシリコン基板層２３を有する。追加のシリコン層２１はインシュレータ層２２から作られている。エッジング１１はシリコン層２１とインシュレータ層２２とを横切っている。センサには、自由度がシリコン基板２１の平面に対して垂直である振動エレメント１４が含まれている。
【００５４】
凹部２４は、共鳴エレメント１４の真下に作られている。エレメント１４はシリコン層２１の平面に対して垂直に可動する。エレメント１４はその両端部の一方によって埋設され、他方に自由端を有している。エレメント１４の自由度に従ってそのエレメント１４の垂直方向の共振周波数は、それ自体が公知の方法で規定されている。
【００５５】
図６のエレメントの寸法および特性は次のようであることもある：１００ｎｍのエレメント１４と基板２３との間のギャップ（図のＧ）、自由度に沿って５０〜２０００ｎｍの範囲のエレメント１４の厚さ（図のＡ）、および、１６０〜４０００ｎｍの範囲のエレメント１４の幅（図のＢ）。エレメントの共振周波数は典型的には５０ｋＨｚ〜１ＧＨｚであることも有り得る。
【００５６】
図６はこの微細構造を試験する方法を表している。電子ビーム５１は真空室内でエレメント１４に作用される。電子ビーム５１はエレメント１４の上面に対して押圧力を発生させる。及ぼされる押圧力はエレメント１４の自由度と平行な成分を提供する。時間的に変化する特性を持つビーム５１を適用することにより、エレメント１４の交互運動が発生される。図示された例では、自由度に対するビーム５１の角度は、交互に変更されている。図６で図示されるように、ビーム５１は、エレメント１４の上面に作用され、それから、エレメント１４の何れか一方の側面に作用されるように構成されていることもある。こうして、自由度に従ってエレメント１４上への押圧力は可変となる。有利には、ビーム５１は、シリコン層２１の平面に対する垂線に沿って作用される。ビーム５１の角度は、励起の間、その平面に対する垂線に対して僅かに変化される。
【００５７】
検出ビーム５２は、ビーム５１の方向と異なる方向でエレメント１４に作用される。ビーム５２は、二次的な電子ビーム５３の放射を誘導する。エレメント１４の位置に依存して、ビーム５３の角度は変化することもあり、このことは検出器によって測定できる。また、その動きの間、ビーム５２は交互に接近できるが、エレメント１４と接触しない。ビーム５２に対するエレメント１４の位置に依存して、エレメント１４は二次的な電子ビーム５３の発生を変更する。
【００５８】
前述の例で記述された半導体材料はシリコンであるけれども、本発明はまた別のタイプの材料、たとえば別の半導体材料を本質的に備えたウエハから作ることもできる。
【００５９】
図７は粒子ビームを用いて共鳴エレメント１４の励起を間接的に達成するように構成された異なる微細構造を表す。この変形により、励起の間に劣化の可能な危険を制限することが特に可能になる。
【００６０】
偶然にも、励起ビーム５１は励起電極１３の金属コンタクトの一部４１に作用される。この金属コンタクトと電極１３とは中間励起装置を形成している。この形態では、エレメント１４は、ビーム５１により及ぼされる押圧力によってではなく電極１３と共鳴エレメント１４との間の容量効果によってシフトされる。金属コンタクトの一部４１へのビーム５１の作用の間に、電荷はその一部４１へ伝達される。励起電極１３はその電荷を交互に蓄積して共鳴エレメント１４との容量効果を発生させる。共振回路４は、励起電極１３の金属コンタクトをグラウンド（接地）に接続している。回路４の共振周波数は、エレメント１４の機械的共振周波数に合わせて変えられている。回路４はその共振周波数に関しての帯域通過回路を形成している。その回路４の減衰の帯域幅および勾配は、試験されるセンサの特性の関数として適切に決定されている。ビーム５１の特性が回路４の共振周波数に近づく周波数で変化すると、この回路４は高インピーダンスを持つ。励起電極１３のポテンシャル（電位）は、エレメント１４の交互シフトを誘導するように変化する。ビーム５１の特性が回路４の共振周波数から離れて進行する周波数で変化すると、この回路４はグラウンドに短絡される。ビーム５１は、たとえば、一部４１でのビーム５１による交互走査によって、または、その強度の変更によって、共鳴エレメント１４の交互励起を誘発することも有り得る。
【００６１】
この実施の形態により、コンタクトを必要とせずにエレメント１４は電気的に励起されるのを可能にする。こうして、微細構造１によって占有された表面積は減少される。実際には、励起電極１３の金属コンタクトによって占有された表面積は、試験用電動パッドのコンタクトの表面積よりはるかに小さい。さらに、エレメント１４の電気的な励起を得つつ、何らかの励起パッドの欠如による寄生キャパシタンス値を大きく制限することは可能である。その上、回路４により、励起電極１３で雑音の受動フィルタリングを得ることもまた可能である。また、そのような励起はシリコンウエハの全体で得られることも有り得る。その励起は、上で詳述されたもののような検出ビームと組合せられることも有り得る。その時に、励起ビームと検出ビームとの間の干渉は低減される。
【００６２】
回路４は、センサの機能的な使用のために、励起電極１３から分離され得る。こうして、センサの作動使用は回路４からの寄生を被らない。そのような分離は、何らかの適切な手段によって、特に、ヒューズを壊すことによって、レーザまたは粒子ビームによりコンタクトを切断することによって、または、再びアクセストランジスタを遮断することによって得られることも有り得る。
【００６３】
図８は微細構造を試験する装置３の概略図である。装置３は、微細構造の励起のために指定された電子ビームの発生器３１を備えている。装置３には、エレメント１４の動きを検出するために、指定された電子ビームの発生器３２が含まれている。また、その装置は二次的な電子検出器３３を有している。発生器３１、３２のみならず検出器３３はプレート３５の上に伸びている。発生器３１、３２のみならず検出器３３はプレート３５に対して並進に可動する。発生器３１は共鳴エレメントの交互運動を誘導するために可動する。クランプ３８を設けられた支持３６はプレート３５に対して可動するように装着されている。たとえば、支持３６は、３軸に沿って並進に可動するように装着され、または、ビームの真下に適切な方法で連続して微細構造を配置するように順に装着されていることもある。クランプ３８は、試験されなければならないシリコンウエハを固定するために使用される。また、支持３６で作り出された真空を用いて適切な位置にウエハを保持することは可能である。支持３６、発生器３１、３２、および検出器３３は、真空を作り出すために、チャンバ３４の内側に位置決めされている。励起ビームおよび検出ビームを位置決めおよび制御するため、真空のレベルを制御するため、および、チャンバ３４内に支持３６をシフトするために、制御モジュールは使用される。装置３は、工業規模の適用の際に、シリコンウエハにおけるロボット制御的な被駆動負荷のため、ロックチャンバを有している。
【００６４】
有利には、試験装置３は、微細構造１の画像（イメージ）を得るため、従って、視覚制御によりエレメント１４の適切な位置に励起ビームを合わせることを可能にするために、電子走査型の画像装置（不図示）を備えている。
【００６５】
真空下で励起ビームおよび検出ビームを適用することは、励起処理および検出処理の効率的な動作にとって望ましい。さらに、低い周囲押圧力がエレメント１４のシフトを容易にする状態で、かつ、周囲押圧力によってその理論的最大値に出来るだけ近いＱファクタ（factor of quality）を得ることを可能にする状態で、真空はエレメント１４の励起にとって便宜を与えている。
【００６６】
異なる励起ビームおよび検出ビームを使用することは試験性能にとって望ましいけれども、そのような条件が好意的であると、同一のビームが使用できる。このように、励起ビームによって誘導される二次的な電子ビームは検出されることも有り得る。励起ビームとの周波数で同調する検出を行なうことは可能である。その時、検出中の信号の処理には、エレメント１４の動きによって誘導された変化に対して励起ビームにより誘導された信号を識別することが含まれることもある。エレメント１４のＱファクタが大きくなればなるほど、その動きによって誘導される信号の振幅を検出することが益々容易になる。
【００６７】
励起電子ビームの適用中に、二次的な電子の放射方向がエレメント１４の動きとともに変化する。こうして、検出器はその変化の関数としてエレメント１４の動きを決定できる。また、検出器は、励起ビームの反射と回折との間の交互の関数としてエレメント１４の動きを決定できる。反射は励起ビームがエレメント１４に作用されている間の期間に対応する一方、回折は励起ビームがエレメント１４の側面に作用されている間の期間に対応する。
【００６８】
自由度と比較して小さいビーム角度は、励起を促進するが、ある方向へ不利益を引き起こしている。実際に、検出ビームは観測された自由度に対して直交するならば最適になる。従って、シリコンウエハの平面内で動くエレメント１４にとって、この平面に対して垂直な検出ビームは最適になる。
【００６９】
電子ビームに基づいて励起方法および測定方法が記述されているけれども、他の荷電粒子ビームが使用されることもある。イオンビームもまた使用できる。他のタイプの電荷または粒子は電子ビームの寄生効果を制限することも有り得る。
【００７０】
励起方法および試験方法は工業規模処理および室内実験の両方において実施できる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 微細構造
４ 電気回路
１３ 励起電極
１４ 共鳴エレメント
３４ 真空室
４１ 導電性ユニット
５１ 荷電粒子ビーム
５２ 別の荷電粒子ビーム
５３ 荷電粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造またはナノ構造に形成されたセンサに関し、特に、当該センサの作動を有効にする試験に関する。
【０００２】
日常生活で使用されて増大している多くの品目には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）を備えた集積チップが含まれている。特に、加速度計またはジャイロメータには慣性ＭＥＭＳセンサが含まれている。
【０００３】
シリコンエッチング方法の改良と、より高い回路密度の追求とともに、チップ集積用のナノ電気機械システムは多くの発展をなしている。ナノシステムには特に共鳴感知センサエレメント（素子）が含まれることもある。当該感知エレメントは、しばしばＣＭＯＳアーキテクチャに集積され、一般に励起電極および測定電極に付随される。その感知センサは、１つの自由度で可動であり、その自由度に対して共振周波数を持っている。感知センサは、一般に５０〜５００ｎｍの範囲にある寸法の一つを有している。このような感知エレメントのスケール減少は、ウエハたとえばシリコンウエハへの集積密度のみならずそれらの性能を増大するように思われており、従って、各チップの単体コストを減少させる。しかしながら、感知センサの完全性および特性は、製造プロセスの至る所で試験されなければならない。電子走査顕微鏡による単純な視覚制御によって、感知エレメントが機能するか否かを決定するのは不十分であることが判明されている。こうして、試験は、感知エレメントの共振周波数とＱファクタ（quality factor）とを決定することを目指している。その試験は第１に感知エレメントを励起すること、および、第２に感知センサの動きを測定することを備えている。
【背景技術】
【０００４】
感知センサを励起するために使用される公知技術は、特別なチップを備えた電子試験装置を使用している。
【０００５】
この技術は、シリコンウエハの全体に、すなわち、様々なチップが互いに分離される前のウエハにトップ・ダウン・アプローチで形成されたセンサに使用される唯一のものである。それぞれの励起電極には、試験装置の先端が電気的に接触するコンタクト（接触子）が設けられている。チップはＡＣ電圧をコンタクトに印加しその自由度に従って感知部分の動きを発生させる。しかしながら、各コンタクトは、感知センサの表面積よりも約２０〜１００倍大きな表面積を占有している。それ故に、感知エレメントの寸法減少は、僅かな場合を除いて、集積密度を増大させず、従って、限定したエレメントはコンタクトになる。
【０００６】
コンタクトは、関連する電子回路を接続するために再使用されることもある。このことは、チップの耐用年限（寿命）の間にコンタクトが機能することを意味する。しかしながら、電子回路装置が（「ＩＣ内」技術と呼ばれる物を使って）感知エレメントと同じシリコンウエハから作られている技術では、このようなコンタクトはチップの耐用年限の間にはもはや何らの機能的な有用性も持たない。さらに、そのようなコンタクトの形成には、多くの技術的工程が要求され、過度のコストと製造プロセスの持続時間の増大とが引き起こされている。コンタクトを形成するために使用される技術工程数は、感知エレメント自身を形成するのに要求される工程数より遥かに多いこともある。コンタクトはチップ製造プロセスの最初に通常成形される。しかしながら、コンタクトの形成には、より困難な操作である感知エレメントの次の形成において多くのランダムファクタが含まれている。また、コンタクト内の金属の存在が、製造プロセスの残りの部分に対して限定ファクタになる。コンタクト自体は、試験の間、寄生現象の無視できない根源であり：これらのコンタクトには、容量感知エレメントの検出キャパシタンス（電気容量）の値よりも数百倍大きい寄生キャパシタンスが含まれていることもある。
【０００７】
（ＩＣ技術において）同じウエハ上のチップレイアウトでは、感知エレメントは専用コンタクトを有していないこともある。その時、集積回路の接続トラック（接続跡）は感知エレメントを励起するために使用される。それから、この種のアーキテクチャは、集積回路から独立して感知エレメントを試験するために使用できない。その後に、誤動作の原因を切り離すこと、または、感知エレメントの機能に関して集積回路の効果を確かめることは不可能である。
【０００８】
ボトムアップ・プロセスを使ってセンサを形成するためには、試験段階の間に直面される問題はいっそう都合が悪い。ボトムアップ・アプローチで作られた感知エレメントのサイズは一般的にはより小さく、その性能特性を測定することはさらに難しい。実験的な具体化では、そのような感知エレメントはコンタクトの形成前に作られる。実際には、感知エレメントの脆弱性のため、感知エレメントを破壊せずにコンタクトをその時に形成することは殆ど不可能であることが判明している。さらに、コンタクトには、ボトムアップ・アプローチで作られたセンサに対していっそう不都合となる大きさをもつ寄生キャパシタンスが含まれている。
【０００９】
励起された感知エレメントの光学的測定に関する技術は、微細構造にとって不適切であるとともに、ナノ構造にとっていっそう不適切であることが判明している。実際には、光ビームは、動いている感知エレメントの大きさの数倍に相当することもある約５マイクロメータの最小サイズを有している。
【００１０】
こうして、多くの研究は、走査電子顕微鏡を使って、励起された感知エレメントを測定することを提案している。そのような顕微鏡は、５ｎｍの大きさまで低減されることもある電子ビームを放射する。Gilles, Megherbi, Raynaud, Parrain, Mathias, Leroux, Bosseboeufによる「Scanning electron microscopy for vacuum quality factor measurement of small-size MEMS resonators」、２００７年１２月３日の出版物は、特に、走査電子顕微鏡で実施された異なる測定方法を記述している。励起されたセンサは、顕微鏡によって放射される電子ビームを被らされる。このビームの衝撃によって、センサによる二次的な電子の放射が誘導される。この二次的な電子は、検出器によって受け取られ、励起されたセンサのシフト（変位）を識別するような方法で分析される。センサのパレメータ、たとえば、そのシフトの振幅、または、感知エレメントの共振周波数などが決定されることもある。しかしながら、この種の測定方法には欠点がある。
【００１１】
さらに、大抵の試験方法は、感知エレメントの励起がたとえば同一ウエハ上の注入における機能的な電子回路の予備的接続ということを意味する場合には、製造プロセスの非常に遅い段階を除いて実施できない。従って、製造方法のうちの大抵の工程は、最初の工程に影響を及ぼす欠陥を検出する前に、実行されなければならない。その上、電気的な接触によって励起の信頼度を体系的に決定することは難しい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「Scanning electron microscopy for vacuum quality factor measurement of small-size MEMS resonators」、Gilles, Megherbi, Raynaud, Parrain, Mathias, Leroux, Bosseboeuf、２００７年１２月３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前述のような１つまたは複数の欠点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
こうして、本発明は、微細構造の共鳴エレメントを励起する方法に関し、そのエレメントは１つの自由度に従って可動であり、その方法は荷電粒子ビームを前記微細構造に作用する工程を備え、当該ビームはその自由度に依存して交互運動にエレメントを動かすように構成されている。
【００１５】
１つの変形では、粒子ビームは、前記エレメントに作用されて、それを機械的影響により前記交互運動に従って動かす（駆動する）ようにしている。
【００１６】
もう一つの変形によれば、粒子ビームは前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメントに作用される。
【００１７】
別の変形によれば、ビームの角度は前記自由度に対して４５度より小さい。
【００１８】
加えて、さらに別の変形によれば、微細構造は、前記共鳴エレメントの近傍に配置された導電性励起装置を有し、その粒子ビームは、励起装置に作用されて、共鳴エレメントと励起装置との間で容量効果により前記交互運動に従って共鳴エレメントを動かすようにしている。
【００１９】
１つの変形によれば、導電性励起装置は、そのエレメントに面（対向）する励起電極と、当該励起電極に電気的に接続された導電性ユニットとを備え、その粒子ビームは前記導電性ユニットに作用される。
【００２０】
さらに別の変形によれば、励起装置は、励起電極をグラウンドに接続するとともに、電気インピーダンスを有しそれを使ってその共振周波数で共鳴エレメントを動かすようにした電気回路を備えている。
【００２１】
１つの変形によれば、微細構造は当該エレメントの励起の間に真空室内に位置決めされる。
【００２２】
さらに別の変形によれば、前記ビームは、前記交互運動にそのエレメントを動かすように、時間的に可変な特性を有している。
【００２３】
１つの変形によれば、ビームの特性は、当該微細構造が粒子ビームを交互に受け取るように微細構造に対してビームをシフトすることにより、または、微細構造に対してビームを固定したままに保って可変強度のビームを作用させることにより時間的に変化する。
【００２４】
さらに別の変形によれば、ビームの可変特性は、荷電粒子の速度、当該自由度に対するビームの角度、または、ビームの振幅からなる。
【００２５】
さらに別の変形によれば、ビームの特性は、その自由度に従って共鳴エレメントの動きの予想共振周波数を含めて、周波数の範囲内に含まれる可変周波数と時間的に変化する。
【００２６】
さらに別の変形によれば、前記エレメントの寸法のうち１つがサブミクロン単位である。
【００２７】
また、本発明は、微細構造のエレメントを試験する方法に関し、当該方法は、前述の励起方法に従って前記エレメントを励起すること、および、その自由度に従って前記エレメントの共振周波数を測定することをさらに備えている。
【００２８】
１つの変形によれば、共振周波数の測定は、
異なる入射角を有する別の荷電粒子ビームを前記エレメントに対して作用させること、
別のビームの作用中に、前記エレメントによって放射された荷電粒子を検出すること、
からなる。
【００２９】
さらに別の変形によれば、前記微細構造は、幾つかの類似の微細構造を含めて、ウエハにより作られ、その中で前記微細構造の幾つかは連続して試験される。
【００３０】
別の変形によれば、前記微細構造は連続して試験される一方、前記ウエハは真空室内に保持される。
【００３１】
本発明の他の特徴および利点は、指摘により与えられ、少しも制限されず、添付図面を参照してなされた以下の記述からいっそう明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】試験される微細構造の一例の正面図である。
【図２】図１の微細構造の詳細図である。
【図３】図１の微細構造の断面の図である。
【図４】本発明において一実施の形態による試験方法の間に図１の微細構造の断面の図である。
【図５】別の自由度を有する微細構造の断面の図である。
【図６】本発明の一実施の形態による試験方法の間において図５の微細構造の断面の図である。
【図７】試験されるべき微細構造の変形の正面図である。
【図８】微細構造上で試験を実施するように意図された装置の概略的な代表例である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
通常、走査電子顕微鏡を使ってなされる観察により、試験結果を駄目にする共鳴エレメントのプレストレス（前もって応力を加えること）を誘発する静電荷が発生される。驚いたことに、本発明は、荷電粒子ビームを使って微細構造の共鳴エレメントを励起することを提案している。この粒子ビームは、共鳴エレメントに作用されて、それを１つの自由度に沿って交互運動に動かすようにしている。そのビームは、（当該エレメントの走査によって）そのエレメントに対してビームをシフトすることにより、または、ビームの粒子の放射を変更することにより、たとえば交互にエレメントに作用されることも有り得る。
【００３４】
そのような方法を使って、外部コンタクトとの電気的な接触なしに、共鳴エレメントを励起し、従って、微細構造によって占有されるサイズを低減している。寄生キャパシタンスの導入は非常に著しく低減され、そのような寄生への励起の感知は極めて大きく減少される。また、励起は、固有（内在）のエレメントに取り付けられた何らかの機能回路から独立している。さらに、本発明によって、もし必要なら試験の結果を照合するために２つの異なる方法に従って共鳴エレメントを励起することが可能になる。荷電粒子ビームは、共鳴エレメントの適切な位置に焦点が合うほど十分に微細である寸法（大きさ）で製作可能である。
【００３５】
図１はシリコンウエハで作られた微細構造１の一例の正面図である。この微細構造１はセンサを有する。センサは、シリコンウエハのエッチング１１によって境界を定められた別々の構成要素を有している。センサは特に共鳴エレメント１４を備えている。共鳴エレメント１４はその両端でそれぞれ可動質量（可動マス）１６とブロック１５とに埋設されている。共鳴エレメント１４はブレード形状を有しており、そのブレードの軸は可動質量１６をブロック１５に接合している。センサは、励起電極１３と、共鳴エレメント１４の中間部の何れか一方側に位置決めされた測定電極１２とを備えている。共鳴エレメント１４は、エッチング１１により規定されたギャップによって、電極１２、１３から分離されている。また、センサはブロック１７を有しており、そのブロック１７には可動質量１６が可撓性ヒンジエレメントまたは可撓性リンク１９によって接続されている。
【００３６】
図３で示されるように、センサはシリコンウエハ内に注入可能である。このように図示されたシリコンウエハはシリコン・オン・インシュレータ技術により作られる。シリコンウエハはシリコン基板層２３を有しており、そのシリコン基板層上にはＳｉＯ２のインシュレータ層（絶縁体層）２２が作られている。付加的なシリコン層２１はインシュレータ層２２上に作られている。エッチング１１はシリコン層２１とインシュレータ層２２とを通り抜ける。こうして、エッチング１１は、センサの別々の構成要素を電気的に絶縁している。エッチング１１は、フォトリソグラフィー処理によってそれ自体が公知な方法により製作可能である。
【００３７】
シリコン層２１で作られた或る構成要素に基板２３に対しての可動性を提供するために、この構成要素の真下に凹部２４が作り出されている。このように、インシュレータ層２２は、共鳴エレメント１４と基板２３との間、および、可動質量１６と基板２３との間で除去されている。従って、エレメント１４と可動質量１６とは、シリコン層２１の平面内で可動である。凹部２４は、等方性化学エッチングによってそれ自体が公知な方法により形成可能である。それ自体が公知な方法では、可動質量１６はシリコン層２１を貫通するオリフィス１８を有している。このように、インシュレータ層２２は、層２１の平面内でより大きい領域であるにも関わらず、等方性化学攻撃処理の間に可動質量１６の全体の真下で除去され得る。それどころか、電極１２、１３のみならずブロック１５、１７はインシュレータ層２２により基板２３に埋設されている。
【００３８】
共鳴エレメント１４と可動質量１６とはシリコンウエハの平面内で可動である。図２および図３の矢印で図示されているように、エレメント１４の中間部は、その軸と垂直かつ並進に可動である。共鳴エレメント１４の寸法および材料のみならず、質量と可動質量１６に作用される力とは、この自由度に従ってエレメント１４の共振周波数を規定している。この共振周波数で、共鳴エレメント１４のシフトの振幅は電極１３によって提供される一定の励起エネルギーに対して最大となる。
【００３９】
作動中では、励起電極１３は、エレメント１４の交互運動を誘導するために、金属コンタクトを用いて交流電圧によって動力供給される。エレメント１４は、測定電極１２との静電（容量）結合にある。それ自体が公知な方法で微細構造１が作動中であると、不図示の回路はエレメント１４の振動の周波数および振動数を測定するために使用される。この周波数および振動数は可動質量１６の動きの関数として変化する。図示された微細構造１は、その製造方法における中間段階にある。こうして、微細構造には電極１２、１３用の金属コンタクトがない。
【００４０】
図４は微細構造を試験する方法を表している。荷電粒子ビームたとえば電子ビーム５１は真空室内においてエレメント１４に作用される。電子ビーム５１はエレメント１４上に押圧力（プレッシャー）を発生させる。及ぼされる押圧力は或る成分をエレメント１４の自由度と平行に与えている。ビーム５１の強度と電子の速度とは、エレメント１４の動きを誘導するのに十分なレベルに決めら（固定さ）れている。従って、ビーム５１は、エレメント１４の自由度に従って可変な押圧力を及ぼすように構成されている。このように、エレメントへのビーム５１の順次的な適用によってエレメント１４の交互運動を発生させることが可能である。図示の例では、ビームの順次的な適用は自由度に対するビーム５１の角度の振れにより得られる。この振れの周波数は、エレメント１４を励起することが望ましい周波数に対応している。それ故に、その自由度に従ってエレメント１４に及ぼされる押圧力は可変となる。
【００４１】
図４で図示されているように、独立して、エレメント１４の側面および／またはエレメント１４の上面に作用されるようにビーム５１は構成されることもある。
【００４２】
有利には、ビーム５１は、その励起に便宜を与えるために、エレメント１４のシフト方向に対して出来るだけ限定される角度を持って適用される。有利には、この角度は４５度より小さい。理想的には、ビーム５１はエレメント１４のシフト方向と同一直線上にあると考えられるべきである。
【００４３】
ある例ではエレメント１４の動きを誘導するようにビーム５１の角度変化が図示されるけれども、ビーム５１の他のパラメータはその動きを誘導するために時間的に変化されることもある。
【００４４】
他方、エレメント１４の少なくとも一面に力を及ぼすため、または、力を及ぼさないために、エレメント１４に対してビーム５１のシフトを予想することは一般的には可能であり、好適にはビーム５１は連続的に放射している。また、他方で、可変であるがゼロでさえ有り得る放射（すなわち強度）をビームが持つ場合には、エレメント１４に対して固定（決定）されたビーム５１を予想することは可能である。特に、エレメント１４の一面に対して固定位置（姿勢）のチョップ（細切れ）ビーム５１を作用させることは可能である。その時に、細切れ（すなわち強度変化）は所望の励起周波数でなされる。
【００４５】
特に、エレメント１４の励起周波数は、エレメント１４の想定された共振周波数を含めて、周波数の所定範囲で変更されることも有り得る。この周波数の範囲でエレメント１４を励起する際に、そのエレメントが機能するか否かを決定すること、および、その自由度に従ってその動きの共振ピークを決定することは可能である。
【００４６】
ビーム５１が機械力をエレメント１４に及ぼしている状態で、エレメント１４の励起は微細構造において何らの電気的動力供給を必要としない。エレメント１４の共振周波数を測定することにより、機械的完全性だけが要求され、センサの電気的接続は利用されない。こうして、その励起方法は、金属電気コンタクトが形成される前に特に、微細構造の製造において非常に早い段階で獲得可能である。それ故に、フォトリソグラフィー処理または化学的エッチング処理における可能な機能不良は、欠陥シリコンウエハが以後の技術的段階を被らされる前に、非常に早く検出できる。
【００４７】
有利には、検出ビーム５２はビーム５１の方向と異なる方向でエレメント１４に対して作用される。ビーム５２によってたとえば二次的な電子５３のビームの放射が誘導され、そのビームの特性はエレメント１４の位置の関数として変化する。そのシフトの間に、ビーム５２はエレメント１４に交互に接近するが、エレメント１４に接触しない。ビーム５２の下にエレメント１４が存在するか否かに依存して、エレメント１４は交互に二次的な電子ビーム５３を発生させたり発生させなかったりする。また、このような交互（交替）は、それ自体が公知な方法で検出器により測定されることも有り得る。
【００４８】
検出ビーム５２は、エレメント１４による反射と別の成分による走査または反射との間のより大きな相違（コントラスト）を発生させるために、エレメント１４の自由度に垂直な方向に沿って最適に作用される。検出ビーム５２は好適には、検出信号の変化を最適化するために、エレメント１４とギャップとの間の限界すなわち静止した境界線で作用される。このように、励起ビーム５１と検出ビーム５２との分離により、これらのビームを最適化することが可能になる。特に、励起ビーム５１によって、ビーム５２により生成されたビーム５３への最小限の乱れを誘導することでエレメント１４を動かすことが可能になる。それ故に、検出ビーム５２は、最大限の信号対雑音の比率を有するビーム５３の獲得を促進する。
【００４９】
ビーム５１、５２で生成された二次的な電子の識別をいっそう容易にするために、有利には、これらのビームは、放射された電子の密度または速度などのような別個の特性を有している。また、イオンビームと電子ビームとの組合せを予想してビーム５１、５２の識別を容易にすることは可能である。
【００５０】
二次的な電子ビームに基づいてエレメント１４の動きの検出が記述されているけれども、製造プロセスにおいて試験が十分に遅い段階で行なわれた時には測定電極１２を使うことにより電気的な検出を予想することも可能である。そのような検出は、電気的な励起なしに、電気的な検出の試験を可能にすることも有り得る。こうして、電気的な検出は、電気的な励起の乱れを経験せずに、排他的な機械的作動によって特徴付けることができる。
【００５１】
そのような試験方法が、種々のチップが分離される前に微細構造との接触なしに、シリコンウエハの全体を試験することに特に有利であることが判明している。試験方法は、微細構造のそれぞれで体系化することにより、または、統計的なサンプリングにより実行され得る。統計的なサンプリングのために、試験された微細構造は、その構造の試験が破壊の危険（リスク）であるならば、破棄できる。ウエハ全体の体系的な試験のために、実行される製造プロセスの段階がなんであろうと、当該試験は、微細構造が切り離される前にその微細構造の分類を行なうこと、および、以後の工程を実行することができ、従って、製造プロセスにおいて無視できないゲイン（利得）を提供している。
【００５２】
図４のエレメントの寸法および特性が次のこともある：１００ｎｍのエレメント１４と電極１２、１３との間の１００ｎｍのギャップ、自由度に従って５０〜２０００ｎｍの範囲のエレメント１４の幅、および、１６０〜４０００ｎｍの範囲のエレメント１４の厚さ（基板２３に対する垂線に沿う寸法）。エレメントの共振周波数は、典型的には５０ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲で有り得る。
【００５３】
図５はシリコンウエハに埋め込まれた微細構造センサの別のタイプの断面の図である。図３の例において見られるように、シリコンウエハは、ＳｉＯ２インシュレータ層２２が置かれたシリコン基板層２３を有する。追加のシリコン層２１はインシュレータ層２２から作られている。エッジング１１はシリコン層２１とインシュレータ層２２とを横切っている。センサには、自由度がシリコン基板２１の平面に対して垂直である振動エレメント１４が含まれている。
【００５４】
凹部２４は、共鳴エレメント１４の真下に作られている。エレメント１４はシリコン層２１の平面に対して垂直に可動する。エレメント１４はその両端部の一方によって埋設され、他方に自由端を有している。エレメント１４の自由度に従ってそのエレメント１４の垂直方向の共振周波数は、それ自体が公知の方法で規定されている。
【００５５】
図６のエレメントの寸法および特性は次のようであることもある：１００ｎｍのエレメント１４と基板２３との間のギャップ（図のＧ）、自由度に沿って５０〜２０００ｎｍの範囲のエレメント１４の厚さ（図のＡ）、および、１６０〜４０００ｎｍの範囲のエレメント１４の幅（図のＢ）。エレメントの共振周波数は典型的には５０ｋＨｚ〜１ＧＨｚであることも有り得る。
【００５６】
図６はこの微細構造を試験する方法を表している。電子ビーム５１は真空室内でエレメント１４に作用される。電子ビーム５１はエレメント１４の上面に対して押圧力を発生させる。及ぼされる押圧力はエレメント１４の自由度と平行な成分を提供する。時間的に変化する特性を持つビーム５１を適用することにより、エレメント１４の交互運動が発生される。図示された例では、自由度に対するビーム５１の角度は、交互に変更されている。図６で図示されるように、ビーム５１は、エレメント１４の上面に作用され、それから、エレメント１４の何れか一方の側面に作用されるように構成されていることもある。こうして、自由度に従ってエレメント１４上への押圧力は可変となる。有利には、ビーム５１は、シリコン層２１の平面に対する垂線に沿って作用される。ビーム５１の角度は、励起の間、その平面に対する垂線に対して僅かに変化される。
【００５７】
検出ビーム５２は、ビーム５１の方向と異なる方向でエレメント１４に作用される。ビーム５２は、二次的な電子ビーム５３の放射を誘導する。エレメント１４の位置に依存して、ビーム５３の角度は変化することもあり、このことは検出器によって測定できる。また、その動きの間、ビーム５２は交互に接近できるが、エレメント１４と接触しない。ビーム５２に対するエレメント１４の位置に依存して、エレメント１４は二次的な電子ビーム５３の発生を変更する。
【００５８】
前述の例で記述された半導体材料はシリコンであるけれども、本発明はまた別のタイプの材料、たとえば別の半導体材料を本質的に備えたウエハから作ることもできる。
【００５９】
図７は粒子ビームを用いて共鳴エレメント１４の励起を間接的に達成するように構成された異なる微細構造を表す。この変形により、励起の間に劣化の可能な危険を制限することが特に可能になる。
【００６０】
偶然にも、励起ビーム５１は励起電極１３の金属コンタクトの一部４１に作用される。この金属コンタクトと電極１３とは中間励起装置を形成している。この形態では、エレメント１４は、ビーム５１により及ぼされる押圧力によってではなく電極１３と共鳴エレメント１４との間の容量効果によってシフトされる。金属コンタクトの一部４１へのビーム５１の作用の間に、電荷はその一部４１へ伝達される。励起電極１３はその電荷を交互に蓄積して共鳴エレメント１４との容量効果を発生させる。共振回路４は、励起電極１３の金属コンタクトをグラウンド（接地）に接続している。回路４の共振周波数は、エレメント１４の機械的共振周波数に合わせて変えられている。回路４はその共振周波数に関しての帯域通過回路を形成している。その回路４の減衰の帯域幅および勾配は、試験されるセンサの特性の関数として適切に決定されている。ビーム５１の特性が回路４の共振周波数に近づく周波数で変化すると、この回路４は高インピーダンスを持つ。励起電極１３のポテンシャル（電位）は、エレメント１４の交互シフトを誘導するように変化する。ビーム５１の特性が回路４の共振周波数から離れて進行する周波数で変化すると、この回路４はグラウンドに短絡される。ビーム５１は、たとえば、一部４１でのビーム５１による交互走査によって、または、その強度の変更によって、共鳴エレメント１４の交互励起を誘発することも有り得る。
【００６１】
この実施の形態により、コンタクトを必要とせずにエレメント１４は電気的に励起されるのを可能にする。こうして、微細構造１によって占有された表面積は減少される。実際には、励起電極１３の金属コンタクトによって占有された表面積は、試験用電動パッドのコンタクトの表面積よりはるかに小さい。さらに、エレメント１４の電気的な励起を得つつ、何らかの励起パッドの欠如による寄生キャパシタンス値を大きく制限することは可能である。その上、回路４により、励起電極１３で雑音の受動フィルタリングを得ることもまた可能である。また、そのような励起はシリコンウエハの全体で得られることも有り得る。その励起は、上で詳述されたもののような検出ビームと組合せられることも有り得る。その時に、励起ビームと検出ビームとの間の干渉は低減される。
【００６２】
回路４は、センサの機能的な使用のために、励起電極１３から分離され得る。こうして、センサの作動使用は回路４からの寄生を被らない。そのような分離は、何らかの適切な手段によって、特に、ヒューズを壊すことによって、レーザまたは粒子ビームによりコンタクトを切断することによって、または、再びアクセストランジスタを遮断することによって得られることも有り得る。
【００６３】
図８は微細構造を試験する装置３の概略図である。装置３は、微細構造の励起のために指定された電子ビームの発生器３１を備えている。装置３には、エレメント１４の動きを検出するために、指定された電子ビームの発生器３２が含まれている。また、その装置は二次的な電子検出器３３を有している。発生器３１、３２のみならず検出器３３はプレート３５の上に伸びている。発生器３１、３２のみならず検出器３３はプレート３５に対して並進に可動する。発生器３１は共鳴エレメントの交互運動を誘導するために可動する。クランプ３８を設けられた支持３６はプレート３５に対して可動するように装着されている。たとえば、支持３６は、３軸に沿って並進に可動するように装着され、または、ビームの真下に適切な方法で連続して微細構造を配置するように順に装着されていることもある。クランプ３８は、試験されなければならないシリコンウエハを固定するために使用される。また、支持３６で作り出された真空を用いて適切な位置にウエハを保持することは可能である。支持３６、発生器３１、３２、および検出器３３は、真空を作り出すために、チャンバ３４の内側に位置決めされている。励起ビームおよび検出ビームを位置決めおよび制御するため、真空のレベルを制御するため、および、チャンバ３４内に支持３６をシフトするために、制御モジュールは使用される。装置３は、工業規模の適用の際に、シリコンウエハにおけるロボット制御的な被駆動負荷のため、ロックチャンバを有している。
【００６４】
有利には、試験装置３は、微細構造１の画像（イメージ）を得るため、従って、視覚制御によりエレメント１４の適切な位置に励起ビームを合わせることを可能にするために、電子走査型の画像装置（不図示）を備えている。
【００６５】
真空下で励起ビームおよび検出ビームを適用することは、励起処理および検出処理の効率的な動作にとって望ましい。さらに、低い周囲押圧力がエレメント１４のシフトを容易にする状態で、かつ、周囲押圧力によってその理論的最大値に出来るだけ近いＱファクタ（factor of quality）を得ることを可能にする状態で、真空はエレメント１４の励起にとって便宜を与えている。
【００６６】
異なる励起ビームおよび検出ビームを使用することは試験性能にとって望ましいけれども、そのような条件が好意的であると、同一のビームが使用できる。このように、励起ビームによって誘導される二次的な電子ビームは検出されることも有り得る。励起ビームとの周波数で同調する検出を行なうことは可能である。その時、検出中の信号の処理には、エレメント１４の動きによって誘導された変化に対して励起ビームにより誘導された信号を識別することが含まれることもある。エレメント１４のＱファクタが大きくなればなるほど、その動きによって誘導される信号の振幅を検出することが益々容易になる。
【００６７】
励起電子ビームの適用中に、二次的な電子の放射方向がエレメント１４の動きとともに変化する。こうして、検出器はその変化の関数としてエレメント１４の動きを決定できる。また、検出器は、励起ビームの反射と回折との間の交互の関数としてエレメント１４の動きを決定できる。反射は励起ビームがエレメント１４に作用されている間の期間に対応する一方、回折は励起ビームがエレメント１４の側面に作用されている間の期間に対応する。
【００６８】
自由度と比較して小さいビーム角度は、励起を促進するが、ある方向へ不利益を引き起こしている。実際に、検出ビームは観測された自由度に対して直交するならば最適になる。従って、シリコンウエハの平面内で動くエレメント１４にとって、この平面に対して垂直な検出ビームは最適になる。
【００６９】
電子ビームに基づいて励起方法および測定方法が記述されているけれども、他の荷電粒子ビームが使用されることもある。イオンビームもまた使用できる。他のタイプの電荷または粒子は電子ビームの寄生効果を制限することも有り得る。
【００７０】
励起方法および試験方法は工業規模処理および室内実験の両方において実施できる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 微細構造
４ 電気回路
１３ 励起電極
１４ 共鳴エレメント
３４ 真空室
４１ 導電性ユニット
５１ 荷電粒子ビーム
５２ 別の荷電粒子ビーム
５３ 荷電粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造（１）の共鳴エレメント（１４）を励起する方法であって、前記エレメントは１つの自由度に従って可動であり、前記方法は、前記微細構造に荷電粒子ビーム（５１）を作用する工程を備え、前記ビームはその自由度に依存して前記エレメントを交互運動に動かすように構成されていることを特徴とする励起方法。
【請求項２】
前記粒子ビームは、前記エレメント（１４）に作用されて、前記交互運動における機械的効果によりそのエレメントを動かすようにすることを特徴とする請求項１記載の励起方法。
【請求項３】
前記粒子ビームは、前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメント（１４）に作用されることを特徴とする請求項２記載の励起方法。
【請求項４】
前記ビームの角度は、前記自由度に対し４５度より小さいことを特徴とする請求項３記載の励起方法。
【請求項５】
さらに、前記微細構造は前記共鳴エレメントの近傍に置かれた導電性励起装置を有し、前記粒子ビームは、前記共鳴エレメント（１４）と前記励起装置との間の容量効果による前記交互運動に従って前記共鳴エレメント（１４）を動かすように前記励起装置に作用されることを特徴とする請求項１記載の励起方法。
【請求項６】
前記導電性励起装置は、前記エレメント（１４）に面する励起電極（１３）と、前記励起電極（１３）と電気的に接続された導電性ユニット（４１）とを有し、前記粒子ビームは前記導電性ユニット（４１）に作用されることを特徴とする請求項５記載の励起方法。
【請求項７】
前記励起装置は、前記励起電極（１３）をグランドに接続し、その共振周波数で前記共鳴エレメント（１４）を動かすために使用される電気インピーダンスを有する電気回路（４）を備えていることを特徴とする請求項６記載の励起方法。
【請求項８】
前記微細構造（１）は、前記エレメント（１４）の励起中に、真空室（３４）内に位置決めされることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項９】
前記ビームは、前記交互運動に前記エレメントを動かすように、時間的に変化する特性を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１０】
前記微細構造が交互に前記粒子ビームを受け取るように前記微細構造に対する前記ビームのシフトを介して、または、前記ビームを前記微細構造に対して固定しておき可変強度のビームを作用することにより、前記ビームの前記特性が時間的に変化することを特徴とする請求項９記載の励起方法。
【請求項１１】
前記ビームの可変特性には、前記荷電粒子の速度、前記自由度に対する前記ビームの角度、または、前記ビームの振幅が含まれることを特徴とする請求項９または１０記載の励起方法。
【請求項１２】
前記ビーム（５１）の特性は、前記共鳴エレメント（１４）の自由度に従って前記共鳴エレメントの動きの想定された共振周波数を含めて、ある周波数の範囲内に含まれる可変周波数とともに時間的に変化することを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１３】
前記エレメント（１４）の寸法の１つはサブミクロン単位であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１４】
微細構造のエレメントを試験する方法であって、
請求項１〜１３の何れか一項による励起方法に従って前記エレメント（１４）の励起を行い、
さらに、前記エレメント（１４）の自由度に従って当該エレメントの共振周波数を測定することを特徴とする試験方法。
【請求項１５】
前記共振周波数の測定は、前記ビーム（５１）とは異なる入射角を有する別の荷電粒子ビーム（５２）を作用し、
他のビーム（５２）の適用中に前記エレメント（１４）によって放射された荷電粒子（５３）を検出することを特徴とする請求項１４記載の試験方法。
【請求項１６】
前記微細構造は、幾つかの類似の微細構造を含んだウエハで作られ、前記微細構造の幾つかは連続して試験されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の試験方法。
【請求項１７】
前記ウエハが真空室（３４）内で保持されている間に、前記微細構造は連続的に試験されることを特徴とする請求項１６記載の試験方法。
【請求項１】
微細構造（１）の共鳴エレメント（１４）を励起する方法であって、前記エレメントは１つの自由度に従って可動であり、前記方法は、前記微細構造に荷電粒子ビーム（５１）を作用する工程を備え、前記ビームはその自由度に依存して前記エレメントを交互運動に動かすように構成されていることを特徴とする励起方法。
【請求項２】
前記粒子ビームは、前記エレメント（１４）に作用されて、前記交互運動における機械的効果によりそのエレメントを動かすようにすることを特徴とする請求項１記載の励起方法。
【請求項３】
前記粒子ビームは、前記自由度と平行な成分を持つ入射角で前記エレメント（１４）に作用されることを特徴とする請求項２記載の励起方法。
【請求項４】
前記ビームの角度は、前記自由度に対し４５度より小さいことを特徴とする請求項３記載の励起方法。
【請求項５】
さらに、前記微細構造は前記共鳴エレメントの近傍に置かれた導電性励起装置を有し、前記粒子ビームは、前記共鳴エレメント（１４）と前記励起装置との間の容量効果による前記交互運動に従って前記共鳴エレメント（１４）を動かすように前記励起装置に作用されることを特徴とする請求項１記載の励起方法。
【請求項６】
前記導電性励起装置は、前記エレメント（１４）に面する励起電極（１３）と、前記励起電極（１３）と電気的に接続された導電性ユニット（４１）とを有し、前記粒子ビームは前記導電性ユニット（４１）に作用されることを特徴とする請求項５記載の励起方法。
【請求項７】
前記励起装置は、前記励起電極（１３）をグランドに接続し、その共振周波数で前記共鳴エレメント（１４）を動かすために使用される電気インピーダンスを有する電気回路（４）を備えていることを特徴とする請求項６記載の励起方法。
【請求項８】
前記微細構造（１）は、前記エレメント（１４）の励起中に、真空室（３４）内に位置決めされることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項９】
前記ビームは、前記交互運動に前記エレメントを動かすように、時間的に変化する特性を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１０】
前記微細構造が交互に前記粒子ビームを受け取るように前記微細構造に対する前記ビームのシフトを介して、または、前記ビームを前記微細構造に対して固定しておき可変強度のビームを作用することにより、前記ビームの前記特性が時間的に変化することを特徴とする請求項９記載の励起方法。
【請求項１１】
前記ビームの可変特性には、前記荷電粒子の速度、前記自由度に対する前記ビームの角度、または、前記ビームの振幅が含まれることを特徴とする請求項９または１０記載の励起方法。
【請求項１２】
前記ビーム（５１）の特性は、前記共鳴エレメント（１４）の自由度に従って前記共鳴エレメントの動きの想定された共振周波数を含めて、ある周波数の範囲内に含まれる可変周波数とともに時間的に変化することを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１３】
前記エレメント（１４）の寸法の１つはサブミクロン単位であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の励起方法。
【請求項１４】
微細構造のエレメントを試験する方法であって、
請求項１〜１３の何れか一項による励起方法に従って前記エレメント（１４）の励起を行い、
さらに、前記エレメント（１４）の自由度に従って当該エレメントの共振周波数を測定することを特徴とする試験方法。
【請求項１５】
前記共振周波数の測定は、前記ビーム（５１）とは異なる入射角を有する別の荷電粒子ビーム（５２）を作用し、
他のビーム（５２）の適用中に前記エレメント（１４）によって放射された荷電粒子（５３）を検出することを特徴とする請求項１４記載の試験方法。
【請求項１６】
前記微細構造は、幾つかの類似の微細構造を含んだウエハで作られ、前記微細構造の幾つかは連続して試験されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の試験方法。
【請求項１７】
前記ウエハが真空室（３４）内で保持されている間に、前記微細構造は連続的に試験されることを特徴とする請求項１６記載の試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４５６（Ｐ２０１１−２４５６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７３１０（Ｐ２０１０−１３７３１０）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（５１０１６９２１７）
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（５１０１６９２１７）
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ
【Ｆターム（参考）】
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