(57)【要約】【課題】長期間に亘る空洞雰囲気の安定性を査定するための微細なリークテストに存在する欠点を取り除き又は軽減した新しいインラインの超微細リークテストを開発すること。【解決手段】本発明は、カプセル化されたデバイスのリークレートを測定する方法に係り、ネオン又はアルゴン雰囲気で、少なくとも環境圧力よりも高いボンビング圧力を用いてボンビングする工程と、前記ボンビングの前後でクオリティファクタを測定する工程とを有する。好ましくは、ボンビングの時間は略１０から１００時間であり、ボンビング圧力は、略１．５から１００バール、好ましくは１．５から５バール、最も好ましくは略４バールである。このテストにより、デバイスの微細リークのリークレートが測定される。このテストは、シールの完全性に影響を与え寿命を短くする十分な要因となるウエハプロセッシングに起因する統計的な表面汚染や欠陥を測定することに役立つ。更に、ダイシング、ダイアセンブリ、トランスファモールディングは、本発明の方法で検出される物理的な欠陥を引き起こす。最終的に、本発明の方法はプロセスの最適化に有用である。密閉度の測定は、シーリングプロセスの最適化に大いに助けとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネオン又はアルゴン雰囲気のデバイスを、少なくとも環境圧力よりも高いボンビング圧力を用いてボンビングする工程と、前記ボンビングの前後でクオリティファクタを測定する工程と、を有することを特徴とするカプセル化されたデバイスのリークレートの測定方法。
【請求項２】
前記ボンビング時間は、略１０から１００時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ボンビング圧力は、略１．５から１００バール、好ましくは１．５から５バール、最も好ましくは３から４バールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ボンビングは、５０℃未満の温度で行われることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ボンビングは、アルゴン雰囲気中で、温度は室温と３３０℃の間で行われることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ボンビングの前後の前記クオリティファクタから、前記リークレートが決定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記クオリティファクタの測定は、前記カプセル化されたデバイス内での共振リングのダンピング特性を測定すること（“リング−ダウン方法”）により為されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記カプセル化されたデバイスは、真空カプセル化されたデバイスであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記デバイスは、略１０―4から１０００ミリバールの間の空洞圧力下でカプセル化されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスは、環境圧力又は過圧力下でカプセル化されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ボンビングは、バッチ的なモードで、複数のデバイスで為されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、リークしているデバイスの特定、又は好ましくは５から１５年の要求されるサービス寿命を提供できるほど十分に密封されていないデバイスの特定、若しくは前記デバイスの更なるプロセッシング、例えばプラスチックカプセル化に起因するダメージに対して用いられることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
真空ウエハボンディング技術は、マイクロマシンセンサ及びアクチュエータ用の低コストの密閉封止されたパッケージを製作するための、数多くの非常に効果的な技術を提供する。外側の環境ストレスからのデバイスの保護に加えて、パッケージは、デバイスパフォーマンスと信頼性に適合する空洞環境を提供しなければならない。本発明は、長期間に亘る空洞雰囲気の安定性を査定するための微細なリークテストに存在する欠点を取り除く又は軽減することに関するものである。クオリティファクタ（Ｑファクタ）測定に基づく新しい超微細リークテストが開発され、それはデバイスのシングュレーション（singulation）の前又は後で、ウエハレベルでインラインの重要なリークレートの測定に使用できる可能を有する。ポリ−シリコン共振型マイクロセンサの例を持って、集積化された薄膜ゲッターが空洞の真空を安定させ、デバイスの寿命を延ばすために使用されているか否かに関わりなく、測定方法はデバイスに要求されている１５年の寿命のための空洞圧力を予測するのに十分の感度を有する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロセンサのパッケージングは、最も重要でチャレンジングな技術領域の１つである（非特許文献１）。特に、ウエハレベルでの密封パッケージングは、多くのマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の重要な技術である。密閉封止することは、それらを有害な環境の影響から守り、信頼性や寿命をかなり増加させる。加えて、幾つかのＭＥＭＳは、パッケージ内で共振構造を抑え特定の機能を果たすために特定のガス又は圧力環境を必要とする。表１を参照のこと。多くの技術的な話題は、１０―4から１０００ミリバールの範囲内の制御された空洞圧力（“真空圧力”）で、ウエハレベルの密封されたマイクロマシンデバイスを製作するために考慮される。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
ウエハレベルのプロセスは、ＭＥＭＳのパッケージングに関し、時に興味深い。何故なら、それらは製作コストを下げ、バッチプロセッシングの可能性を開くことができるからである。ウエハボンディング、薄膜堆積による空洞シーリング及び反応性シーリングを含め、様々なウエハレベルのシーリング技術が用いられる。表２参照のこと。
【０００５】
【表２】
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【０００６】
真空の環境を要求するデバイスのためのシーリング技術の選択は、低コストの要求、高い信頼性、デバイス厚さ、ハンドリングとパッケージングに対する強靱さ、ガス抜き、接合材料フローの制御、許容シーリング温度、化学材料迎合性、ダンピング圧力、表面欠陥と汚染に対する感度、そして表面地形に対する感度の間で最良の折衷でなければならない。結合技術もデバイス、例えばＲＦスイッチの電気的特性に影響を与える。真空を維持する他に、ウエハレベルでのカプセル化は、ウエハのダイシング中のデバイスの保護の問題を解決する。キャップされたデバイスの改良された強靱さは、ＭＥＭＳデバイスを存在する標準の半導体バックエンドプロセスで取り扱うことを可能にする。
【０００７】
図１は、組織化されたゲッター膜がキャップにある通常の表面型マイクロマシンＭＥＭＳデバイスの主な機能素子を示す。実効的な空洞体積は２６０ｎＬである。組織化されたポリシリコン層は略１０μｍの厚さである。
【０００８】
ＡｕＳｉ共晶ボンディングは、シリコウエハと他のシリコンウエハに堆積された金との間の３６３℃での共晶形成を利用した技術である。使用したボンド温度は、３８０−４００℃の範囲内である。これは、Ａｌデバイスの金属化と適合性を持つ。形成された液体により、この技術は以前のプロセス操作に起因するウエハ地形を許容する。この技術は、またデバイス空洞に堆積されたゲッター層がある場合、長期のガス抜きサイクル及び活性化条件と適合性を持つ。ガラスフリットボンディングに比べて、ＡｕＳｉ共晶ボンディングは、ウエハボンディングサイクル中に目立つほどガスを放出しない。また典型的に６０−１００μｍの範囲の非常に小さなボンドフレームだけを必要とする（非特許文献２）。このためウエハ上の低コスト製作の主な要因であるデバイス密度が増加する。それ故に、ＡｕＳｉ共晶ボンディングは、本発明の方法に従って測定されるべきＭＥＭＳのボンディングに関し最適な（必ずしも必要ではない）技術である。
【０００９】
非蒸発ゲッター（ＮＥＧ）材料（好ましくはＺｒを基礎とした合金）は、ＭＥＭＳデバイスで安定な真空（総合圧力が１×１０―3ミリバール以下）と長期間の安定性を保証するために、しばしば要求される（非特許文献３）。ＮＥＧは、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2及びＨ2を含む全ての活性化ガスを化学的に吸収することが可能である。デバイスのデザインとプロセスに課せられる主な制約は、ゲターと製造プロセスの適合性、ボンディングプロセスと適合するゲッターフィルムの厚さ及び活性化温度である。これに加えて、サエスゲッター（SAES Getter)研究所は、独自の技術によってキャップウエハにゲッター材料をパターン化して堆積したPaGeWafer（登録商標）を提供している。厚いゲッターフィルムは、密封シーリングが為されるべきウエハの側面領域に影響を与えることなく空洞に選択的に配置され得る。典型的なパターンの側部寸法はミリメータの範囲であり、一方ゲッターフィルムは数μｍから数百μｍの範囲のどんな深さででも空洞内に配置することができる。図２は、空洞内部のゲッター材料の正確な堆積を示す。ゲッターフィルムは、特別なＺｒ合金等からなり、それらの成分は吸収特性を最大に、又は特定のシーリング若しくはボンディングプロセスでパフォーマンスを最大にするために最適化されている。このように、集積化されたＮＥＧを有するＭＥＭＳは、本発明の方法を用いて首尾良く測定することができる。しかし、勿論そのようなＮＥＧを用いていないデバイスにも同様に適用できる。
【００１０】
キャップウエハのウエハクリーニングが、ボンディング前に金ボンドフレームから有機物を取り除くために通常要求される。ゲッター層は洗浄化学薬品に対して耐性がなければならない。ゲッターフィルムの腐食性の化学的処理は、フィルムを洗浄し、構造上の完全性を測定できるほど低下させることなく、パフォーマンスを高める。例えば、腐食性のある化学的な処理であってＳＣ１（ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏを有する）と呼ばれているもの、及びＳＣ２（ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏを有する）と呼ばれているものは、ＡＳＴＭ標準Ｆ７９８−８２の後に測定したところ、ゲッターフィルムの形態や吸収能力には影響を及ぼすことなく、吸収能力はかなり増加した（非特許文献４）。ウエハレベルでゲッターフィルムは、１２０℃で６５％までのかなり攻撃的なＨＮＯ3プロセスによる処置にも耐え得る。ゲッターフィルムの活性化と能力に関して、温度と化学的な処置に対するゲッターフィルムの十分な適合性が示されている。水素と炭素の一酸化物に関して室温での単位面積当たりのパターン化されたゲッターフィルムの典型的な吸収速度と吸収能力が図３に報告されている。
【００１１】
ゲッターフィルムがもしあれば、ゲッターを保護し、指定されたように実行することを保証するために、安定で不動態の形で供給される。例えば、PaGeWafer（登録商標）は、クリーンルーム内で安全に扱うことができる（非特許文献３参照）。一旦、ゲッターフィルムが真空又は貴ガス環境にあるならば、それは活性化される必要がある。熱活性化のプロセス中に、吸収されたガスは、不動態のゲッター表面から離れ、不動態層は基板内に拡散し、その結果、ゲッター粒の表面は化学的に活性になり、MEMSパッケージの汚染物質を吸い取って外に出す用意ができる（非特許文献４参照）。
【００１２】
ゲッターフィルムの活性化は、３つの主なシナリオを通して達成され得る。クラシックなシナリオは、ウエハボンディングプロセスの一部分としてのゲッターの活性化である。真空下でボンディングプロセス中に到達する温度は、同時にゲッターを活性化し、デバイスとキャップウエハを結合する。この場合、ゲッターフィルムは、空洞内の２つのウエハの間で高真空を達成することにより、プロセス条件を改良する。第２のシナリオは、ボンディングの後にキャップウエハに熱を加えることである。第３のシナリオは、最初に真空下でキャップウエハに熱を加え、その後ウエハを並べそれらを結合する。
【００１３】
共振型センサ用の限定されたガスダンピングを実現するために、ガス流入手順が確立されていなければならない。不活性ガス、又はゲッターを消費しない若しくはゲッターの吸収特性を変えないガスをデバイスの空洞に埋め戻すことができる。
【００１４】
アルゴンが、良好なダンピング特性と低いガス抜けの故に選ばれるであろう。埋め戻しの操作は、ウエハ結合サイクルの典型的な１ステップである。図４は、典型的なヨーレートセンサのQファクタの空洞圧力依存性を示す。過度の圧力はウエハ結合機の構造に依存して可能であるものの、空洞圧力は、１０―4ｈＰａと１０００ｈＰａの間で調整可能である。ジャイロスコープの典型的なダンピング圧力は１０から１００Ｐａ（０．１から１ミリバール）の範囲である。
【００１５】
所謂リングダウン法により、１０００−５００．０００の範囲のクオリティファクタが正確に測定できる。測定されたクオリティファクタは、雰囲気ガス成分は与えない。それは単に、デバイス空洞の総合圧力の測定であり、共振しているリングのダンピング特性から導出される（共振しているリングの励起を止めたときの減衰カーブの測定）。図４のチャンバ圧力と測定されたＱファクタの近似直線は、同じレイアウトの密閉封止された共振デバイスの内部の空洞圧力の計算に基づく。
【００１６】
真空カプセル化したデバイスの内部圧力は、主に内部表面のガスの放出、壁部を通しての微細なリークや透過によるリークレートに依存する。図５参照。
【００１７】
ガスの放出は、キャップとデバイスウエハの製作プロセスに主に依存する、そしてそれは最適化されなければならない（非特許文献５）。数ナノリットルから数百ナノリットルの範囲の中空空間をカプセル化するパッケージ（“ｎＬパッケージ”）に関して、空洞内部のガス荷は重要である。加熱中のガスの放出及び最高温度での結合と一緒に、封止されたベース圧力はすでに高くなり過ぎており、１Ｐａ（１０-2ミリバール）以下の低い空洞圧力を達成することは不可能である。しかし、ガスの放出は、表面層の溶解ガスの量が減少するに従って、ガスの放出率を減少させながらデバイスの生涯中にガスを生成する現象である。
【００１８】
微細なリークは不完全な結合又はクラック開始に起因して生じる。デバイス内での単位時間当たりの圧力変化は、次式で表現することができる。
ｄＰ／ｄｔ＝Ｌ／Ｖ                    （１）
ここで、Ｌはリークレートであり、Ｖはデバイスの空洞容積である。現存するデバイスの典型的な空洞容積は０．１ｍｍ3から略５ｍｍ3であり、空洞容積は明らかに減少する風潮がある。
【００１９】
微細なリークは常に存在するので、ゲッターの助けなしで、若しくはゲッターによる補償で、リークレートが十分に小さいリークレートを保証するリークテストが必要である。この許容できるリークレートの最大値は臨界リークレートと呼ばれている。それは、統計的な空洞圧力分布内にあるデバイスが、保証された期間が過ぎたときに最初に落第するデバイスを定義する。
【００２０】
一例：１５年の寿命と、１０Ｐａ（０．１ミリバール）以上の内部真空が要求され、ゲッターの能力が１空洞当たり略１．７×１０-5ｈＰ・ｌであるデバイスに関し、（１）式は雰囲気圧で最大許容エアーリークレートを与える。空洞容積を０．２６ｍｍ3とすると、これは３．６×１０-14ｈＰａ・ｌ／ｓとなる。シリコン酸化物での高いヘリウムの拡散により、長期間安定で１０―2Ｐａ（１０―4ミリバール）以上の高真空は達成するのが非常に難しい。
【００２１】
ＭＥＭＳ及びそれに匹敵するデバイスに密閉試験が要求される様々な理由がある。最初に、試験はスクリーニングの目的のために必要とされる。ウエハの処理は、統計的な表面汚染や欠陥の原因となる。これらは、シールの完全性に影響を与え、寿命を縮める十分な原因となる。更に、ダイシング、アセンブリ、トランスファモールディングも物理的な欠陥を誘発する。第２に、試験はプロセスの最適化に必要である。密閉試験は、シーリングプロセスを最適化するのに大いに役立つ。
【００２２】
【非特許文献１】W. Reinert et al., “Vacuum Wafer Bonding Technology”, IMAPS Nordic 2004.
【非特許文献２】M. Nese et al., “New method for testing hermeticity of silicon sensor structures”, Sensors and Actuators A, 1996, Vol. 53, p. 349-352.
【非特許文献３】M. Moraja et al., “Impact of cleaning procedures on getter films”, Proceeding of SPIE Vol. 5354(2004) p. 87-93.
【非特許文献４】Wolfgang Reiner, Dr. Dirk Kaehler, Marten Oldsen, Dr. Peter Merz, “IN-LINE CRITICAL LEAK RATE TESTING OF VACUUM-SEALED AND BACKFIELD RESONATING MEMS DEVICES”, 8th international symposium on semiconductor wafer bonding, May 15-20 2005, Quebec.
【非特許文献５】Max Wutz, Hermann Adam, Wihelm Walcher, Therie und Praxis der Vakuumtechnik, 1988, Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、長期間に亘る空洞雰囲気の安定性を査定するための微細なリークテストに存在する欠点を取り除き又は軽減した新しいインラインの超微細リークテストを開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載のカプセル化されたデバイスのリークレートの測定方法は、デバイスを、ネオン又はアルゴン雰囲気で、少なくとも環境圧力よりも高いボンビング（bombing)圧力を用いてボンビングする工程と、前記ボンビングの前後でクオリティファクタを測定する工程と、を有することを特徴とする。
【００２５】
前記ボンビング時間は、略１０から１００時間であっても良い。前記ボンビング圧力は、略１．５から１００バール、好ましくは１．５から５バール、最も好ましくは３から４バールであることを特徴とする。また、前記ボンビングは、５０℃以下の温度で行っても良く、更にアルゴン雰囲気中で、温度は室温と３３０℃の間で行っても良い。
【００２６】
前記ボンビングの前後の前記クオリティファクタから、前記リークレートが決定されることを特徴とし、前記クオリティファクタの測定は、前記カプセル化されたデバイス内での共振リングのダンピング特性を測定すること（“リング−ダウン方法”）により為されても良い。
【００２７】
前記カプセル化されたデバイスは、真空カプセル化されたデバイスであっても良い。また、前記デバイスは、略１０―4から１０００ミリバールの間の空洞圧力下でカプセル化されても良い。更に、前記デバイスは、環境圧力又は過圧力下でカプセル化されても良い。
【００２８】
前記ボンビングは、バッチ的なモードで、複数のデバイスで為されることを特徴とし、前記方法は、リークしているデバイスの特定、又は好ましくは５から１５年の要求されるサービス寿命を提供することが十分に堅くないデバイスの特定、若しくは前記デバイスの更なるプロセッシング、例えばプラスチックカプセル化に起因するダメージのために用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、カプセル化されたデバイスのリークレートを測定する方法に係り、ネオン又はアルゴン雰囲気で、少なくとも環境圧力よりも高いボンビング圧力を用いてボンビングする工程と、前記ボンビングの前後でクオリティファクタを測定する工程とを有する。好ましくは、ボンビングの時間は略１０から１００時間であり、ボンビング圧力は、略１．５から１００バール、好ましくは１．５から５バール、最も好ましくは略４バールである。このテストにより、デバイスの微細リークのリークレートが測定される。このテストは、シールの完全性に影響を与え寿命を短くする十分な要因となるウエハプロセッシングに起因する統計的な表面汚染や欠陥を測定することに役立つ。更に、ダイシング、ダイアセンブリ、トランスファモールディングは、本発明の方法で検出される物理的な欠陥を引き起こす。最終的に、本発明の方法はプロセスの最適化に有用である。密閉度の測定は、シーリングプロセスの最適化に大いに助けとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、部分的に図面を参照しながら詳述される。
【００３１】
本発明の重要な実施の形態では、低コストで長期信頼性のある密封ＭＥＭＳパッケージを製作するために、サエスゲッターズ（SAES getters）製の集積薄膜ゲッター付き共晶ＡｕＳｉウエハボンディングを用いて、ウエハレベルで密封されたマイクロ共振デバイスで為された密閉度測定に焦点を当てている。しかしながら、結果は一般的な性質のものであるから、使用したシーリング技術に関係なく、全ての共振デバイスや他のデバイスの測定及び最適化に取り入れることができる。
【００３２】
本発明は、むしろインラインの超微細リークテストの開発に関する。例えば、共振及び他のデバイスのウエハレベルで、以下に述べる方法により実効的なリークの未知のリークコンダクタンスを原理に基づいて決定する。この発明上のリークテストはクレーム１に定義されている。
【００３３】
例えば、横及び回転共振デバイスを測定できる。各々の単一共振デバイスの漏出率は、出荷前に測定され得る。インライン測定は、現存の全てのウエハボンディング技術に適合する（例えば、グラスフリットボンディング、金属ボンディング、共晶ボンディング、低温ボンディング、陽極ボンディング）。また、反応性薄膜フィルムシーリング技術、トランスファキャップシーリング技術にも適合する。測定は、デバイスウエハの材料選択には影響されない。横方向及び垂直方向のフィードスルーが許容される。無線の共振器駆動概念又はコンスタントな駆動モードが可能である。本発明の方法は、どんな特定のデバイスシーリング技術をも要求しない。しかし、シーリング方法に無関係で適用される。本発明の方法で測定された単一のデバイス又はＭＥＭＳは、隣のデバイスをリークすることによって影響を受けない。方法は、何時でも要求され望む通りに行える。従って、測定の前に待ち時間効果がない。このように、本発明は、例えばウエハボンディングプロセス制御に早いフィードバックを提供する。
【００３４】
リークコンダクタンスの測定のため、以下考慮する。原理的に、リークデバイスの微細リークチャネルの数や幾何は知られていない。全ての物理的にリークしているチャネルを足し合わせ、１つの実効的なリークチャネルとして扱うことは都合が良い。ネオン（又はアルゴン）のボンビングの間、デバイスはこの実効的なリークを介してネオン（又はアルゴン）ガスを捕捉する。分子ガスの流れの法則は、ネオンガスの空にされた空洞への流入を記述する。
ｑgas＝Ｌgas・（Ｐ1−Ｐ2）                  （２）
Ｌgas＝８／３・ｒ3／ｌ・√（Ｔ／Ｍgas）    （３）
【００３５】
コンダクタンスＬgasは、幾何的な項８／３・ｒ3／ｌに比例する。これはガス分子が開口半径ｒと長さｌを有する真っ直ぐなリークチャネルを通過する可能性を記述している。分子量Ｍgasを有するガスは、温度Tで、チャネル壁に当たった後に拡がった反射を伴いながらリークチャネルを通過する。条件は、ガスがチャネル壁で化学的に反応しないことである。外側の部分的なガス圧力はＰ2で与えられ、空洞圧力はＰ1である。
【００３６】
幾何学的な項は、ネオン（又はアルゴン）ボンビングにより、実験的に決定した。ボンビング時間ｔ、ボンビング圧力Ｐbombでボンビング中、体積Ｖのデバイス空洞における圧力増加ΔＰより、コンダクタンスは次式で計算され得る。
Ｌgas＝ΔＰ・Ｖ／（ｔ・Ｐbomb）          （４）
【００３７】
ネオン（又はアルゴン）に関するリークチャネルの既知のコンダクタンスを用いて、全てのエアガスに関する総合ガスフローは、全ての部分的なフローレートの足し算により計算され得る。これは、空気内のガス原子は十分小さくリークチャネルを通過できると仮定している。計算は空気の平均原子重量Ｍair＝２８．９２ｇ／ｍｏｌを用いて近似できる。真空物理（非特許文献５参照）より、空気のコンダクタンスは次式で計算される。
Ｌair＝ＬNe・√（ＭNe／Ｍair）=ＬNe・0.8316        （５）
ｑair＝Ｌair・Ｐair                                （６）
本発明により、最高で略１０-16ｍｂａｒ・ｌ／ｓのエアーリークレート感度が検出可能である。
【００３８】
本発明の超微細リークテストは、Ｈｅ及びＫｒ85の微細リークテストの限界を克服した。ネオンは小さな衝突直径と高い粒子速度を有する。更に、ＳｉＯ２ではＨｅより非常に低い溶解度を持つ。ヘリウムの微細リークテストの感度は、用いた質量分光計の能力に制限される。典型的に最高で１０-9ｈＰａ・ｌ／ｓの感度であり、現代の慣性センサの密閉度を査定するのに必要な感度の１００．０００倍下まわる。ヘリウムテストは、単一のデバイスで又はバッチモードで実行できる。しかし、デバイスの空洞体積が５ｍｍ3を下回る場合には効果がない。Ｋｒ85の放射性同位元素の方法は、最高略１０―12ｈＰａ・ｌ／ｓの感度を得るためには長いボンビング時間を必要とする。そして、高価な測定機器とウエハ上で隣り合うデバイスのシンチレータ測定中に干渉を必要とする。忘れないために、両方の試験方法は、ラフなシール欠陥について調べるために、更なる著しいリークテストが実行されなければならない。
【００３９】
本発明のネオン（又はアルゴン）超微細リークテストは、ネオン（又はアルゴン）雰囲気中で高い圧力でボンビングし、その前後でのクオリティファクタを測定することに基礎をおく。測定は、ウエハレベルでカプセル化された、又は別個の密閉封止されたハウジングの単一ＭＥＭＳデバイスに実行することができる。それはまた、束のデバイスで又はウエハレベルで使用できる。それは、扱う労力を減ずる最も効果的なフォームである。自動的なウエハ探測装置がデバイスシーリングの後に測定のために使用される。電気的な測定より、実際の空洞圧力と初期エアーリークレートが直接計算され、予め定義された許容できるエアーリークレートと比較される。図６、７参照。
【００４０】
電子的なマッピング又はデバイスにインクを付けることにより、寿命が短すぎると予測されるデバイスに印が付けられる。図８参照。Ｈｅ又はＫｒ８５テスト以外に、測定されたリークレートを確かめる為に更に著しいリークテストを実行する必要はない。このことは、本発明の大切な利点である。
【００４１】
ネオン超微細リークテストの特性に関して、試験手順は集積化されたゲッターフィルムに適合することは注目できる。不活性ガスの使用は、全ての他の活性化空気ガスを集め、空洞圧力を増加させないために測定には不可欠である。新しいインライン超微細リークテストは、典型的な非常に小さな空洞体積によって影響を受けることはない。存在する微細リークテストで、感度は空洞体積が減少すれば増加する。一方、与えられたリークレートでは小さな空洞内でネオンの照射が大きい間は圧力が増加する。他方、もしデバイスの寿命が一定なら、空洞体積が縮んだ分だけ臨界許容リークレートは減少することに注意を要する。測定は、ウエハ上のデバイスの横方向サイズとピッチを制限しない。針探測装置を有してボンドパッド位置までアクセスできさえすれば良い。個々の単一デバイスのＱファクタ測定は選択的であり、隣のデバイスのリークにより影響は受けない。ネオントレーサガスが高いリーク侵入率を達成するために選ばれる。しかし、他方、密閉デバイスの壁材料を通しての浸透を防止する。トレーサガスとしてヘリウムは、間違ったリークレートの測定を引き起こす。何故なら、室温でさえ溶融シリカ中のヘリウムの拡散は、ネオンの略１０００倍である。ヘリウムボンビングによる実験は、ヘリウムの取り込みによって密閉結合したデバイス全てのＱファクタの減少を示す。これは、残留ガスの解析により確かめられ得る。他方、アルゴン又は他の重い不活性ガスを用いると、測定のパフォーマンスが減少する。これは、ナノサイズチャンネルにおけるそれらのガスの非常に小さな拡散率による。例えば、もしアルゴンを用いれば４０％の長いボンビング時間を要することとなる。
【００４２】
それ故、アルゴンをボンビングガスとして使用する場合、低い拡散率を補うために高いボンビング温度を用いることが好ましい。しかしながら、ネオンをボンビングガスとして用いる方が好ましい。それは上述した特性による。また、ボンビング中のガスの取り入れは、アルゴンの取り入れと同様に、デバイスの寿命に無害であるためである。
【００４３】
勿論、ネオンとアルゴンの混合を、もし要求され望まれるなら本発明の方法に用いても良い。例えば、もし混合成分の比、及び／又は混合における単一のガスの分圧が解っているなら特定の目的のために用いられる。
【００４４】
初期空洞圧力、全寿命に亘る要求される圧力安定性、埋め戻しガス、ゲッター能力、ボンディング中のゲッターのプレ飽和、空洞体積、平均温度での操作寿命、平均温度での貯蔵寿命に依存して、デバイスの必要なボンビングパラメータ（ガス、時間、圧力、温度）が計算され得る。原則として、ボンビング時間は温度（通常＜５０℃又はネオン用に冷却、例えば液体窒素（７７Ｋ）まで下げた状態、略室温又は熱した（アルゴン用））と圧力に依存して、１〜１００時間又はそれ以上が考慮される。通常略２４時間のボンビング時間で、略１５年の寿命期間を意図したデバイスの圧力安定性を測定するのに十分であろう。
【００４５】
（実施例）
ネオン中、３バールの絶対圧力で３０ｈのボンビング時間により、１０-14ｈＰａ・ｌ／ｓの範囲の最大許容臨界リークレートを有するデバイスは、１０-2ｈＰａの圧力変化に対応するクオリティ測定に要求される感度をもつものと同一であるとみなされる。高い圧力の領域から低い圧力のタンクへの非常に小さなリークを介してのガス流れは、分子流条件に基礎をおく。ガスの流れは（Ｔ／Ｍ）1/2に比例する。ここで、Ｔはガス温度［Ｋ］、Ｍは分子量［g/mol］である。図９は、この明細書で記述したデバイスの最大操作温度での延長された操作時間の影響を示す。初期のリークレートの要求識別感度は、より過酷なボンビング条件によってだけ満たされ得る。
【００４６】
纏めると、新しいインラインの超微細リークテストは、集積化されたゲッターフィルムを有する共振ジャイロスコープセンサの１００％な微細リークテストに非常に効果的であることが示されている（非特許文献３）。測定は例えばウエハレベルで行われ、ウエハ当たり１６００以上のセンサデバイスのチップ密度を有する６’’シリコンウエハと結合したＡｕＳｉ共晶真空ウエハの為に評価された。測定されたリークレートは測定されたデバイスの０ｈ密閉度を示しており、エージングの間リークの安定性を保証しない。リークレートの関するデバイスエージングの影響は同じネオン超微細リークテストを用いて別個に調査される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ゲッター付きのＭＥＭＳ構造を示す。
【図２】堆積したゲッター層付きの市販（登録商標PaGeWafe）のキャップウエハを示す。
【図３】ゲッターフィルム１ｃｍ2当たりのＳＣ−１及びＳＣ−２処理を施した後のＨ2及びＣＯ吸収特性を示す。
【図４】典型的な表面型マイクロマシン共振器に関して、Ｑファクタの空洞圧力［Ｎ２］依存性を示す説明図である。
【図５】ＭＥＭＳ構造における空洞圧力を下げる要因を示す。
【図６】ネオンボンビング後の圧力分布を示す。
【図７】ジャイロスコープセンサに関する初期のエアーリークレートを与える。
【図８】ウエハマップの例である。ここでは、異なる品質の１０２０のチップが配列されている。本発明を用いた品質検査により、９４％の良好なチップ（グレイ）が発見され、残りは廃棄すべきものである。
【図９】ボンビング時間と確実な操作時間との計算された関係を示す説明図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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