微機電(dian)系統(tong)（MEMS）的使(shi)用(yong)已經在航空、汽車(che)、生物醫學、消(xiao)費品、醫療和電(dian)信等行業變得越來越普遍。在晶(jing)圓級別測(ce)試階段，早期的MEMS設備(bei)測(ce)試至關(guan)重要，為確保高(gao)產量和可靠(kao)性，并且要以低成(cheng)本實(shi)(shi)現(xian)，需要先進的光學測(ce)量技術(shu)，而電(dian)氣測(ce)試無法實(shi)(shi)現(xian)這一(yi)點。

本文(wen)介紹了一種使用自(zi)動(dong)或半(ban)自(zi)動(dong)探(tan)針臺與激光(guang)多普勒(le)振動(dong)計相結合的(de)(de)光(guang)學(xue)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)(shu)，可(ke)以在晶圓級別對MEMS器件進行動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)測(ce)量(liang)。該(gai)(gai)技(ji)術(shu)(shu)可(ke)以實(shi)現高精度的(de)(de)實(shi)時(shi)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)測(ce)量(liang)，標準儀器的(de)(de)頻(pin)率帶寬高達25MHz，專業設置的(de)(de)頻(pin)率帶寬高達6GHz。該(gai)(gai)解決方案(an)基于(yu)晶圓處理、晶圓探(tan)測(ce)、樣(yang)品激發、光(guang)學(xue)測(ce)量(liang)、過程控制和數據處理等(deng)成熟技(ji)術(shu)(shu)組件。本文(wen)還介紹了幾個特(te)性研究的(de)(de)例子，以證明該(gai)(gai)技(ji)術(shu)(shu)在典型應(ying)用領域的(de)(de)有效(xiao)性。

光學測量系統

為了對MEMS器件進(jin)行光(guang)學表征(zheng)，可(ke)以使用(yong)(yong)多種測(ce)量(liang)(liang)技(ji)術和(he)商業解決(jue)方(fang)案來測(ce)量(liang)(liang)各(ge)種物理特性(xing)(xing)，如(ru)尺(chi)寸(cun)、薄(bo)膜厚(hou)度(du)(du)、臺階高度(du)(du)、橫截(jie)面、粗糙度(du)(du)、應力(li)、靜摩(mo)擦、彈性(xing)(xing)模量(liang)(liang)、響應時(shi)間和(he)熱性(xing)(xing)能(neng)等。基本光(guang)學顯微鏡具(ju)有數字圖(tu)像處(chu)理功(gong)能(neng)，可(ke)以提供尺(chi)寸(cun)分析和(he)變形測(ce)量(liang)(liang)，而更先進(jin)的光(guang)學測(ce)量(liang)(liang)系統(tong)可(ke)以針(zhen)對特定功(gong)能(neng)進(jin)行定制，如(ru)3D形狀測(ce)量(liang)(liang)、動態響應、高橫向(xiang)分辨率和(he)/或高垂直分辨率。由(you)于光(guang)學測(ce)量(liang)(liang)是一種非接(jie)觸測(ce)量(liang)(liang)原理，因此(ci)非常適用(yong)(yong)于晶圓級測(ce)試。

如果需要實時功能(neng)來表(biao)征(zheng)設備的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)(tai)機械特性(xing)，激(ji)光(guang)(guang)(guang)多普(pu)勒(le)測(ce)(ce)振(zhen)(zhen)（LDV）是(shi)一種合(he)適(shi)的(de)(de)(de)方法(fa)，可以(yi)提(ti)供最高的(de)(de)(de)位移分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)，但(dan)受到光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)散粒噪聲的(de)(de)(de)限制(zhi)。集(ji)成了激(ji)光(guang)(guang)(guang)多普(pu)勒(le)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)計的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學微(wei)系(xi)統分(fen)(fen)析儀(yi)是(shi)MEMS器件(jian)(jian)動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)(tai)響應測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)理想工具，因為(wei)MEMS器件(jian)(jian)通常(chang)涉及用(yong)于傳(chuan)感和(he)(he)驅動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)主動(dong)(dong)(dong)(dong)移動(dong)(dong)(dong)(dong)元件(jian)(jian)。動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)(tai)響應測(ce)(ce)量(liang)(liang)提(ti)供了一些(xie)關鍵信(xin)息，這些(xie)信(xin)息僅通過(guo)電氣(qi)測(ce)(ce)試(shi)無法(fa)確定，例如微(wei)鏡(jing)的(de)(de)(de)穩(wen)定時間動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)(tai)、諧振(zhen)(zhen)器的(de)(de)(de)位移幅度和(he)(he)懸臂梁(liang)的(de)(de)(de)諧振(zhen)(zhen)頻率(lv)等。為(wei)了實現精確、實時和(he)(he)高分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)的(de)(de)(de)非(fei)侵入式測(ce)(ce)量(liang)(liang)，除了可用(yong)于面外測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)掃描激(ji)光(guang)(guang)(guang)多普(pu)勒(le)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)計外，還可以(yi)選擇使用(yong)頻閃視頻顯微(wei)鏡(jing)和(he)(he)白光(guang)(guang)(guang)干涉儀(yi)等技術，以(yi)增加對靜態(tai)(tai)形狀的(de)(de)(de)表(biao)面形貌(mao)測(ce)(ce)量(liang)(liang)功能(neng)。

目前(qian)該(gai)儀(yi)器在整個MEMS社區中(zhong)被用(yong)于對(dui)微鏡、懸(xuan)臂梁(liang)、加速度(du)計、陀螺(luo)儀(yi)、執行器、射頻開(kai)關(guan)、超聲波換能器、噴墨(mo)器、擴音器、壓力(li)傳感器、諧振(zhen)器等器件進(jin)行表(biao)征。應(ying)用(yong)范圍包括以下幾個方面：

1、動(dong)態測(ce)試：對器件的響應進行動(dong)態測(ce)試，以確(que)定(ding)機械參數，如共振(zhen)頻率、剛度以及(ji)在施(shi)加特定(ding)物理(li)刺激后的減震效果(guo)。

2、材料參數模型(xing)識別：基于(yu)振動測(ce)量數據，識別材料參數模型(xing)，例(li)如用于(yu)測(ce)定MEMS膜(mo)的(de)材料應力(li)。

3、設計驗(yan)證(zheng)(zheng)：通(tong)過測(ce)量性(xing)能與預期(qi)有限元模(mo)型的(de)一致性(xing)，對設計進行驗(yan)證(zheng)(zheng)。

4、沉降(jiang)時間(jian)測量：測量沉降(jiang)時間(jian)動(dong)態，以(yi)確(que)定精確(que)的運(yun)動(dong)與時間(jian)關系，并呈(cheng)現響(xiang)應的3D可視化效(xiao)果。

5、校準：在(zai)廣泛(fan)的(de)(de)運動和頻率范圍內(nei)，校準執行器(qi)和傳感器(qi)的(de)(de)位移與驅動電壓(ya)之間的(de)(de)關系(xi)。

6、表征制造(zao)過(guo)程：進(jin)行形(xing)貌測量，確定制造(zao)過(guo)程后的特征，如形(xing)狀、幾何形(xing)狀、曲率、粗糙度、臺(tai)階(jie)高度、薄膜(mo)應力、分層等。

本文介紹了完整(zheng)晶圓級(ji)測(ce)試(shi)站的(de)技(ji)術(shu)組件，包括(kuo)探(tan)針臺和激光多普(pu)勒(le)振動(dong)計，樣品激勵方(fang)案以及展(zhan)示該方(fang)法多功能性的(de)典型應(ying)用(yong)。理解(jie)操(cao)作(zuo)原理對于了解(jie)該技(ji)術(shu)的(de)潛力(li)、優勢和局限性非常重要(yao)。文章對該技(ji)術(shu)進行了詳(xiang)細總(zong)結(jie)，并通過(guo)示例(li)展(zhan)示了如何將上述(shu)技(ji)術(shu)用(yong)于關(guan)鍵應(ying)用(yong)。（圖1）

圖1展示了MEMS晶圓級(ji)測(ce)試中不同振動(dong)計應用的分(fen)類(lei)

激光多普勒振動儀

激光多普勒振(zhen)(zhen)動儀(yi)是(shi)一種使用(yong)激光技術來測(ce)(ce)量(liang)振(zhen)(zhen)動結(jie)構(gou)上(shang)選定(ding)點的速度和位移的光學儀(yi)器。激光振(zhen)(zhen)動儀(yi)具有(you)無接觸量(liang)測(ce)(ce)、不(bu)受表面特(te)性或環境條件影(ying)響(xiang)等特(te)點。激光束(shu)的聚焦(jiao)能力可(ke)以達(da)到(dao)低于1微(wei)(wei)米(mi)的斑點直(zhi)徑，可(ke)用(yong)于研究光學顯(xian)微(wei)(wei)鏡下可(ke)見的MEMS結(jie)構(gou)。激光多普勒振(zhen)(zhen)動儀(yi)具有(you)廣泛的頻率范圍（從(cong)直(zhi)流到(dao)GHz級），高動態范圍（超過170 dB）和大振(zhen)(zhen)幅范圍（從(cong)0.01微(wei)(wei)米(mi)/秒(miao)到(dao)150米(mi)/秒(miao)），可(ke)用(yong)于全(quan)息和其他技術的測(ce)(ce)量(liang)。

激光(guang)(guang)多(duo)普勒(le)振動儀利(li)用(yong)多(duo)普勒(le)效應(ying)，通過測量從(cong)移動目標反向散射的光(guang)(guang)傳(chuan)遞的信息，獲得運動量、速度和位移等參數。光(guang)(guang)波(bo)的相位受到(dao)表面(mian)位移的調節，而瞬時速度則會改(gai)變(bian)光(guang)(guang)波(bo)。通過干涉(she)技術，將接收(shou)到(dao)的光(guang)(guang)波(bo)與參考(kao)光(guang)(guang)波(bo)混合(he)，使(shi)兩者在光(guang)(guang)探(tan)針(zhen)器處重新(xin)組合(he)。改(gai)進后的Mach-Zehnder干涉(she)儀的基本布(bu)置如(ru)圖2所示。

圖(tu) 2：改進(jin)型馬赫-曾德(de)爾干涉儀的光學原(yuan)理圖(tu)

LDV測(ce)(ce)量(liang)儀(yi)器可以擴展到3D振(zhen)動計的(de)(de)設置，從(cong)而(er)提供面(mian)外和(he)面(mian)內運動的(de)(de)pm分辨率。LDV的(de)(de)一個(ge)具體特(te)性是它在(zai)單個(ge)點進行測(ce)(ce)量(liang)，而(er)不像使(shi)(shi)用視頻干涉測(ce)(ce)量(liang)技(ji)術(shu)那樣捕捉(zhuo)整(zheng)個(ge)場景。對(dui)于晶圓(yuan)級的(de)(de)在(zai)線檢(jian)測(ce)(ce)來說，單點測(ce)(ce)量(liang)是迄今為止提取特(te)征機械(xie)參數最快的(de)(de)方(fang)法。然而(er)，如果需要使(shi)(shi)用掃(sao)描鏡在(zai)X和(he)Y方(fang)向上偏轉(zhuan)激光測(ce)(ce)量(liang)光束，LDV技(ji)術(shu)就(jiu)可以擴展到全區域掃(sao)描。

下面是(shi)圖3，顯示(shi)了帶有2D掃描鏡M的(de)原理(li)圖。激光測量(liang)光束可以(yi)定位(wei)在(zai)實時顯微鏡視(shi)頻上(shang)可見的(de)任何(he)點。這項技術用于逐點掃描區(qu)域(yu)，以(yi)測量(liang)結構的(de)速(su)度(du)(du)場。每個點的(de)相位(wei)是(shi)通(tong)過同(tong)時測量(liang)附加參(can)考通(tong)道(dao)（通(tong)常是(shi)由內部信(xin)號發(fa)生器產生的(de)驅動(dong)信(xin)號）來確定的(de)。根據這些數據，可以(yi)計(ji)算出3D偏轉形狀。結果包括(kuo)結構上(shang)速(su)度(du)(du)和(he)/或位(wei)移場的(de)映射，可以(yi)在(zai)頻域(yu)或時域(yu)中(zhong)顯示(shi)響應的(de)3D動(dong)畫。

圖 3：顯微鏡掃描激(ji)光測振(zhen)儀的光學布局

最近的(de)發展是通過結合紅外相(xiang)機實現紅外短相(xiang)干光源(yuan)，將(jiang)這種(zhong)方(fang)法(fa)擴展到硅蓋帽MEMS中的(de)光學振動(dong)(dong)測量(liang)。復(fu)雜的(de)深度掃描允許將(jiang)測量(liang)平面精(jing)確(que)定位在設(she)備的(de)移(yi)動(dong)(dong)組(zu)件(jian)處，并抑制來自設(she)備的(de)所有(you)其他非移(yi)動(dong)(dong)功能層的(de)干擾貢獻。因此(ci)，這種(zhong)方(fang)法(fa)可以在MEMS的(de)開發和制造過程(cheng)中對所有(you)相(xiang)關點進行測量(liang)，并在最終(zhong)封裝之前進行檢查。

晶圓級測試(shi)(shi)可(ke)選擇手動(dong)(dong)或自動(dong)(dong)的(de)(de)探針(zhen)(zhen)臺。為了(le)不(bu)受限(xian)制(zhi)地(di)觀察被測試(shi)(shi)器件（DUT）并將探針(zhen)(zhen)與測試(shi)(shi)墊對(dui)(dui)(dui)(dui)準，放(fang)置在(zai)(zai)卡盤上(shang)的(de)(de)晶圓探針(zhen)(zhen)臺上(shang)配備(bei)了(le)光(guang)學(xue)對(dui)(dui)(dui)(dui)準顯(xian)微鏡(jing)。電探測可(ke)以(yi)(yi)采用(yong)(yong)多種方式(shi)，從直流信號(hao)到高(gao)頻射頻信號(hao)不(bu)等。此外(wai)，觸點(dian)的(de)(de)數量也可(ke)以(yi)(yi)根據需要(yao)(yao)進行調整(zheng)，從簡單的(de)(de)手動(dong)(dong)探針(zhen)(zhen)定位器到需要(yao)(yao)探針(zhen)(zhen)卡的(de)(de)多個探針(zhen)(zhen)。有時，在(zai)(zai)探測區(qu)域上(shang)方放(fang)置其(qi)他儀(yi)器是必要(yao)(yao)的(de)(de)。例如，在(zai)(zai)光(guang)學(xue)測試(shi)(shi)中，可(ke)能需要(yao)(yao)使用(yong)(yong)不(bu)同尺寸的(de)(de)積分(fen)球(qiu)來收集設備(bei)發(fa)射的(de)(de)光(guang)。如果(guo)設備(bei)對(dui)(dui)(dui)(dui)光(guang)敏感，還(huan)可(ke)以(yi)(yi)使用(yong)(yong)特定的(de)(de)光(guang)源進行刺(ci)激。或者，對(dui)(dui)(dui)(dui)于非(fei)光(guang)學(xue)組件，可(ke)以(yi)(yi)使用(yong)(yong)磁鐵(tie)進行激勵。

光(guang)學分析(xi)工具可(ke)以(yi)(yi)測(ce)量DUT的機(ji)械特性和(he)行為，例如3D運(yun)動或形貌。MEMS是這類器件的一個典型例子，其可(ke)以(yi)(yi)通過電刺激實現自(zi)動運(yun)動。在手(shou)動探針臺上，如果可(ke)以(yi)(yi)直接觀察到探針尖端和(he)焊盤(pan)，可(ke)以(yi)(yi)輕松地使用測(ce)量相關的顯(xian)微鏡(jing)替換標準對準顯(xian)微鏡(jing)。

對于(yu)(yu)自動探(tan)針系(xi)統(tong)，顯(xian)微鏡(jing)與相(xiang)機結合使用以(yi)實(shi)現(xian)自動晶圓對準，這對于(yu)(yu)自動晶圓測試至(zhi)關重要。無論是手動還是自動探(tan)針系(xi)統(tong)，顯(xian)微鏡(jing)的首要任務是正確對準晶圓并將探(tan)針與焊盤匹配(pei)。隨后，在探(tan)針臺自動跨越晶圓時，顯(xian)微鏡(jing)需要切換(huan)到(dao)不同的儀(yi)器進行(xing)測量。

MPI提供(gong)兩種自動化晶圓測試的解決方案(an)，即可更換的顯微鏡橋(qiao)和(he)離軸對準(zhun)相機(ji)。

可(ke)(ke)(ke)更換(huan)(huan)的顯微鏡橋(qiao)采用模(mo)塊化(hua)設(she)計，可(ke)(ke)(ke)以(yi)在兩個(ge)(ge)(ge)位置之間快速切(qie)換(huan)(huan)，以(yi)支持晶圓對(dui)準或使用所需的測量儀器。位置的切(qie)換(huan)(huan)可(ke)(ke)(ke)以(yi)手動(dong)(dong)或自(zi)動(dong)(dong)完(wan)(wan)成(cheng)，當測試盒中有(you)多個(ge)(ge)(ge)晶圓時，需要完(wan)(wan)全(quan)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)的測試能力。顯微鏡橋(qiao)具有(you)卓越的穩定性，可(ke)(ke)(ke)以(yi)承載兩個(ge)(ge)(ge)X、Y、Z線性驅動(dong)(dong)單元(yuan)和附加的儀器。根(gen)據需要，可(ke)(ke)(ke)以(yi)在顯微鏡橋(qiao)上(shang)放置不同的標準顯微鏡驅動(dong)(dong)單元(yuan)，從簡單的X、Y、Z平臺到重型(xing)電動(dong)(dong)示(shi)波器支架。（圖4a）

圖4b：通過自動聚焦(jiao)(jiao)和重新(xin)聚焦(jiao)(jiao)，可確保出色(se)的信(xin)號和數據質量(liang)

激發固有頻率

激(ji)(ji)發(fa)固有頻(pin)率振(zhen)動測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)先(xian)決條件是(shi)對(dui)其進(jin)行(xing)激(ji)(ji)發(fa)。某些(xie)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)，如壓(ya)電(dian)(dian)層或電(dian)(dian)容梳結(jie)(jie)(jie)構(gou)等功(gong)能(neng)元件，可以(yi)自然(ran)地激(ji)(ji)發(fa)振(zhen)動，例(li)如共(gong)振(zhen)器(qi)(qi)(qi)或慣性(xing)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)。然(ran)而，許多(duo)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)（如基于(yu)(yu)膜的(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)）沒有用(yong)于(yu)(yu)產生(sheng)機械力(li)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)元件。對(dui)于(yu)(yu)這(zhe)種被動傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)，振(zhen)動必須由(you)外(wai)部激(ji)(ji)發(fa)。有兩種不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)。一種是(shi)通過(guo)激(ji)(ji)光熱激(ji)(ji)法(fa)來(lai)激(ji)(ji)發(fa)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)振(zhen)動；另一種是(shi)通過(guo)靜(jing)電(dian)(dian)激(ji)(ji)發(fa)在(zai)高達10 MHz頻(pin)率范圍(wei)內進(jin)行(xing)激(ji)(ji)發(fa)。對(dui)于(yu)(yu)后一種方(fang)法(fa)，將(jiang)連接(jie)到高壓(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)放(fang)置在(zai)距離傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)表(biao)面(mian)幾微米處。電(dian)(dian)極(ji)由(you)透明(ming)材(cai)料氧化銦錫（ITO）制成，并(bing)安裝在(zai)玻璃載(zai)體上，以(yi)實(shi)現最(zui)大(da)程度(du)的(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)(dian)力(li)，同時不(bu)(bu)干擾測(ce)振(zhen)儀的(de)(de)(de)光束路徑。此(ci)外(wai)，由(you)于(yu)(yu)振(zhen)動測(ce)量(liang)(liang)法(fa)具有極(ji)高的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)靈敏度(du)，因此(ci)可以(yi)測(ce)量(liang)(liang)僅由(you)環境熱噪(zao)聲(sheng)激(ji)(ji)發(fa)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率，例(li)如建筑物。這(zhe)種方(fang)法(fa)也用(yong)于(yu)(yu)標定原(yuan)子力(li)顯微鏡（AFM）探針尖(jian)端。

振動測量的有效應用性

振動測量的(de)(de)應用(yong)廣(guang)泛(fan)，除了(le)用(yong)于傳(chuan)感(gan)器功能測試（例如(ru)諧(xie)振器），還可以用(yong)于檢測制造(zao)缺陷，如(ru)膜裂紋，并通(tong)過測量和(he)仿真(zhen)數(shu)(shu)據間接識別幾何(he)和(he)材料參數(shu)(shu)。IMMS開發的(de)(de)軟(ruan)件(jian)解決方案可以通(tong)過優化算法自動確定傳(chuan)感(gan)器參數(shu)(shu)，從(cong)而減(jian)少設置工作并使(shi)非(fei)專家用(yong)戶(hu)輕(qing)松獲(huo)取(qu)廣(guang)泛(fan)的(de)(de)傳(chuan)感(gan)器參數(shu)(shu)。

振動法與其他非連接、非破壞(huai)性測(ce)量方法相(xiang)比，提供了很多重要優勢，其中之一(yi)是(shi)可以確定材料參(can)數，如楊氏模量和材料應力(li)。另一(yi)個優勢是(shi)它可以在(zai)整個生產過程中（從晶圓生產到封裝(zhuang)）用于質量控制(zhi)。

好/壞分類：

一個(ge)簡單的應用是通(tong)過使用具有(you)(you)良好和有(you)(you)缺陷的參考傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的“學習階段”，對傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)進(jin)行(xing)好/壞(huai)分(fen)類。如(ru)果(guo)正常功能的傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)和有(you)(you)缺陷的傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的固有(you)(you)頻率不同，那么(me)通(tong)過對大量良好參考傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)進(jin)行(xing)測量，可以確定標準偏差(cha)，并(bing)將其作為傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)生產(chan)中好/壞(huai)分(fen)類的標準。

對于具(ju)有對稱(cheng)結構（例(li)如(ru)圓形或(huo)(huo)方形膜）的(de)傳感器，在名(ming)義上對稱(cheng)的(de)情況下(xia)，會存(cun)在許多(duo)固(gu)有頻(pin)率(lv)對，它們在相同值下(xia)相互(hu)錯位。而在不對稱(cheng)的(de)情況下(xia)，這些頻(pin)率(lv)對會發生(sheng)分(fen)裂(lie)。這種分(fen)裂(lie)頻(pin)率(lv)對可以用于檢測缺陷，例(li)如(ru)膜裂(lie)紋或(huo)(huo)不對稱(cheng)材料應力，這可能(neng)在封裝過程中發生(sheng)。IMMS開發了(le)一種頻(pin)率(lv)響應后處理(li)工具(ju)，可以檢測這種分(fen)裂(lie)。（見圖(tu)5）

參數識別：

參(can)數(shu)識別(bie)方(fang)法(fa)主(zhu)要基于(yu)通過(guo)固有頻率的(de)(de)振動測(ce)量(liang)和模態分(fen)析的(de)(de)仿真數(shu)據來確定與幾何形狀和材料有關的(de)(de)感(gan)興趣參(can)數(shu)。通過(guo)優化算法(fa)，可(ke)以根據后處理工具內的(de)(de)測(ce)量(liang)數(shu)據確定傳感(gan)器(qi)參(can)數(shu)。（見圖6）

圖6：參數識別方法

根據(ju)研究的(de)(de)結構(gou)，這(zhe)個(ge)過程通常可以(yi)識別(bie)一(yi)個(ge)到三個(ge)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)。然后，可以(yi)從(cong)要(yao)(yao)識別(bie)的(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)數(shu)(shu)(shu)量(liang)(liang)推導出需要(yao)(yao)測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)最(zui)小(xiao)自然頻(pin)率(lv)(lv)數(shu)(shu)(shu)量(liang)(liang)。如果測(ce)得的(de)(de)固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)多于(yu)必需的(de)(de)固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)數(shu)(shu)(shu)量(liang)(liang)，則可以(yi)從(cong)中確定估計的(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)識別(bie)誤差(cha)（EIE）。

從測(ce)(ce)得的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)響應(ying)中(zhong)，可(ke)以提(ti)(ti)取(qu)參(can)數的(de)(de)固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)、幅(fu)度和品(pin)質(zhi)因數的(de)(de)值；如果(guo)有(you)多個測(ce)(ce)量點，還(huan)可(ke)以提(ti)(ti)取(qu)形(xing)態信息(xi)。參(can)數識別(bie)始終使用固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)值。如果(guo)感(gan)興趣(qu)的(de)(de)是(shi)對腔體(ti)內部(bu)壓力的(de)(de)確(que)定，那么品(pin)質(zhi)因數也會考慮在參(can)數識別(bie)中(zhong)。特別(bie)要(yao)考慮相(xiang)鄰(lin)頻(pin)率(lv)(lv)下的(de)(de)振(zhen)型關系，因為材料應(ying)力的(de)(de)影(ying)響可(ke)能(neng)導致標稱序列的(de)(de)變化(hua)。所有(you)感(gan)興趣(qu)的(de)(de)參(can)數都可(ke)以根據頻(pin)率(lv)(lv)值、質(zhi)量和形(xing)態來確(que)定。因此，不需(xu)要(yao)額外考慮頻(pin)率(lv)(lv)幅(fu)度；此外，避(bi)免了依賴于激勵的(de)(de)振(zhen)動(dong)幅(fu)度的(de)(de)復(fu)雜計(ji)算（特別(bie)是(shi)如果(guo)該(gai)計(ji)算是(shi)在外部(bu)完成的(de)(de)）。

識別階段：

參數(shu)(shu)識(shi)(shi)別過(guo)程可以(yi)分為三個(ge)階段。首(shou)先，必須檢查是否可以(yi)以(yi)所(suo)需(xu)的(de)分辨率使用(yong)該(gai)方法確(que)定所(suo)尋求(qiu)的(de)參數(shu)(shu)。因此，在進行(xing)參數(shu)(shu)識(shi)(shi)別之前，需(xu)要進行(xing)靈敏(min)度分析(xi)，以(yi)確(que)定固有頻率相對(dui)于(yu)感興(xing)趣的(de)參數(shu)(shu)的(de)靈敏(min)度。對(dui)于(yu)簡單的(de)結構或基礎研究，可以(yi)使用(yong)解析(xi)公式；對(dui)于(yu)更復雜的(de)結構，有限元(yuan) (FE) 程序提(ti)供適(shi)當的(de)靈敏(min)度分析(xi)。如果(guo)研究的(de)結構不(bu)具(ju)備所(suo)需(xu)的(de)靈敏(min)度，那么可以(yi)使用(yong)專門設計的(de)測試結構來確(que)定所(suo)需(xu)的(de)參數(shu)(shu)。（見圖7）

為了(le)了(le)解傳感器，首先是(shi)(shi)進行(xing)表(biao)征階(jie)段(duan)，然(ran)后(hou)采用密集測(ce)量點(dian)網絡進行(xing)頻率測(ce)量。同(tong)時，選(xuan)擇(ze)適當的頻率模(mo)式進行(xing)識(shi)別(bie)和(he)驗證(zheng)，并(bing)在必要時調整有限(xian)元模(mo)型。在第三個階(jie)段(duan)，也是(shi)(shi)最(zui)后(hou)一(yi)個階(jie)段(duan)，優(you)化了(le)針對晶圓生產的過程，旨在最(zui)大(da)程度地減少測(ce)量點(dian)數(shu)量和(he)測(ce)量時間（通常(chang)小于(yu)一(yi)秒）。

下面是一個示例，說明(ming)參(can)數識別的(de)過(guo)程。可以通(tong)過(guo)計算具有(you)(you)材(cai)料應力的(de)簡支二次膜(mo)(mo)的(de)固有(you)(you)頻率公(gong)式，很好地(di)說明(ming)這一點（基(ji)本(ben)假設是其他(ta)夾緊條(tiao)件不會(hui)改(gai)變參(can)數依(yi)賴性）。該公(gong)式描述了(le)固有(you)(you)頻率(fm,n)與(yu)楊氏模量(liang)(E)、密度(du)(ρ)、泊松比(ν)、膜(mo)(mo)高度(du)(h)、尺寸(a)以及固有(you)(you)應力(σ)之間的(de)關系(xi)：

fm,n=12aρ(m2+n2)σ+Eh2(m2+n2)2π212a2(1-ν2)

與參數(shu)識別相(xiang)(xiang)關的是(shi)幾(ji)何(he)(he)項(xiang)與應(ying)(ying)力(li)項(xiang)之(zhi)間的比(bi)(bi)率。如果幾(ji)何(he)(he)項(xiang)與應(ying)(ying)力(li)項(xiang)的比(bi)(bi)率非(fei)常(chang)大(da)，比(bi)(bi)如在壓力(li)傳感(gan)器(qi)中，可以(yi)確(que)定(ding)給定(ding)膜(mo)尺寸的膜(mo)厚度。對于非(fei)常(chang)薄的薄膜(mo)傳感(gan)器(qi)，如麥克風或熱(re)電堆，這個(ge)比(bi)(bi)率是(shi)相(xiang)(xiang)反的。由于應(ying)(ying)力(li)項(xiang)相(xiang)(xiang)對于幾(ji)何(he)(he)項(xiang)非(fei)常(chang)大(da)，因此可以(yi)準確(que)識別材料(liao)應(ying)(ying)力(li)。

測(ce)試結構的(de)開(kai)發也是重要(yao)的(de)。為了使用測(ce)量的(de)固有(you)頻(pin)率來確(que)定材料或幾何參(can)數(shu)(shu)，必須滿(man)足先(xian)決條件(jian)，即(ji)固有(you)頻(pin)率對于所關(guan)心(xin)的(de)傳(chuan)感器參(can)數(shu)(shu)具(ju)有(you)函數(shu)(shu)依賴性，并且多個參(can)數(shu)(shu)之間(jian)必須彼此線性無關(guan)。如果給定的(de)傳(chuan)感器結構不(bu)能滿(man)足這些先(xian)決條件(jian)，可以通(tong)過設計專門(men)用于振動測(ce)量或兩種(zhong)不(bu)同結構組合評估的(de)測(ce)試結構來進行參(can)數(shu)(shu)識(shi)別。

一個例(li)子是(shi)無應力方(fang)(fang)形膜(mo)結構的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)度和尺(chi)寸之間(jian)的(de)(de)(de)線性相關參(can)數(shu)。通(tong)過固(gu)有(you)頻率(lv)值，只(zhi)能(neng)確(que)(que)(que)定(ding)厚(hou)(hou)度與尺(chi)寸的(de)(de)(de)比(bi)率(lv)，而不(bu)能(neng)確(que)(que)(que)定(ding)它們的(de)(de)(de)實際值。如果模型輸入變量(liang)的(de)(de)(de)工藝相關公差（例(li)如氫(qing)氧化鉀蝕刻過程(cheng)中的(de)(de)(de)膜(mo)尺(chi)寸）意味著標(biao)稱參(can)數(shu)（例(li)如膜(mo)厚(hou)(hou)度）的(de)(de)(de)識(shi)別實際上也涉及其他(ta)參(can)數(shu)的(de)(de)(de)識(shi)別，那(nei)么無法精確(que)(que)(que)確(que)(que)(que)定(ding)感興(xing)趣的(de)(de)(de)參(can)數(shu)。解決膜(mo)厚(hou)(hou)度識(shi)別問(wen)題的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法是(shi)使用兩(liang)個不(bu)同尺(chi)寸矩形測試結構的(de)(de)(de)組合評估(gu)。通(tong)過測量(liang)兩(liang)個不(bu)同尺(chi)寸矩形膜(mo)的(de)(de)(de)前三(san)個固(gu)有(you)頻率(lv)，可以確(que)(que)(que)定(ding)膜(mo)的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)度和尺(chi)寸。

另一個例子是(shi)通過基于(yu)梁的(de)結(jie)構，結(jie)合評估不同結(jie)構的(de)測量(liang)數(shu)據(ju)，來識別楊氏(shi)模(mo)(mo)(mo)量(liang)和材(cai)料應力(li)。由于(yu)在兩側夾(jia)緊的(de)梁上(shang)無法(fa)同時高(gao)精度地(di)確定楊氏(shi)模(mo)(mo)(mo)量(liang)和材(cai)料應力(li)，可(ke)以先在自由懸臂上(shang)確定楊氏(shi)模(mo)(mo)(mo)量(liang)，然后在夾(jia)緊梁上(shang)確定材(cai)料應力(li)。

綜上所述，先進的晶圓級測試(shi)系統(tong)可用(yong)于MEMS器(qi)件(jian)生(sheng)產(chan)(chan)中的工業質量(liang)保證，以驗證機械(xie)功(gong)能組件(jian)的正確運行。激光多普勒測振儀是(shi)一種用(yong)于實時寬帶測量(liang)動(dong)態響應的工具，其分辨(bian)率可達(da)皮米級。本(ben)文提供了在(zai)晶圓級快(kuai)速、自動(dong)化生(sheng)產(chan)(chan)測試(shi)中如何利用(yong)LDV的示例，以提高(gao)產(chan)(chan)量(liang)并最終降低產(chan)(chan)品成本(ben)。

MSA-600

TS2000-SE

產品介紹：

MPI的(de)TS2000-SE/8寸半自(zi)動(dong)探針臺是具有(you)創新功(gong)能(neng)的(de)200mm自(zi)動(dong)化(hua)晶圓測試(shi)系(xi)統，其包含獨特的(de)側(ce)面自(zi)動(dong)裝卸功(gong)能(neng)和(he)超高屏蔽下的(de)超低(di)噪(zao)聲環(huan)境。

特色功能：

MPI的(de)TS2000-SE/8寸半自動探針臺發布新功能(neng)，側面(mian)帶有(you)VCE，可完美解放您的(de)雙手(shou)，實(shi)現(xian)精準(zhun)定位，完成自動扎針，使測(ce)試過程更加方便快(kuai)捷。

產品概要：

1、ShielDEnvironment

MPI ShielDEnvironment是一個高性(xing)能的微屏(ping)蔽暗箱(xiang)，可為(wei)超(chao)低噪(zao)聲，低電容(rong)測(ce)量提供出(chu)色的EMI和不透(tou)光的屏(ping)蔽測(ce)試環(huan)境

2、自動化晶圓裝載系統

該(gai)功能提(ti)供了非常方(fang)便的晶圓(yuan)裝(zhuang)載，并且易(yi)于(yu)針對(dui)自動程(cheng)序進(jin)行(xing)預對(dui)準，可支持100mm、150mm、200mm等不同尺寸的晶圓(yuan)，針對(dui)高低溫環境下可提(ti)高測試效率

3、ERS獨特的 AC3冷卻技術

MPI旗(qi)下全系(xi)列探(tan)針臺系(xi)統均采用ERS的(de)AC3冷卻技(ji)術和自我(wo)管理系(xi)統，可使用回收(shou)的(de)冷卻空氣吹掃MPI ShielDEnvironment，可大幅減少30%至(zhi)50%的(de)空氣消耗

4、側視影像系統(VCE)

借助MPI8寸探(tan)針臺獨(du)特的(de)自動側視– VCE影像系統可(ke)視化的(de)觀察探(tan)針針尖與樣品之間的(de)接(jie)觸，使用DC或RF等探(tan)針卡(ka)非常安全

技術優勢：

1、模(mo)塊量測 - DC-IV / DC-CV / Pulse-IV

2、射(she)頻和毫米波(bo) - 26 GHz 至 110 GHz 及以上

3、失效分析 - 探針(zhen)卡 / 節間探測

4、可靠性測試 - 熱/ 冷(leng) / 長時(shi)間測試

5、高(gao)功率測試 - 至高(gao) 10 kV / 600 A

6、MPI ShielDEnvironment™ 屏(ping)蔽環(huan)境，專為(wei) EMI / RFI / Light-Tight 屏(ping)蔽所設計的精密量測環(huan)境

7、支持飛安級低漏(lou)電(dian)值量(liang)測

8、支持溫度范圍 -60 °C 至(zhi) 300 °C