微機電系統(tong)（MEMS）的(de)使(shi)用已(yi)經在航空、汽車、生物醫學、消費(fei)品、醫療(liao)和電信等行業變得越來越普遍。在晶圓級別(bie)測試(shi)階段，早期的(de)MEMS設備測試(shi)至關重要(yao)，為(wei)確保高(gao)產(chan)量和可靠性，并(bing)且(qie)要(yao)以(yi)低成本實(shi)(shi)現，需要(yao)先進的(de)光學測量技(ji)術，而電氣測試(shi)無法實(shi)(shi)現這(zhe)一點。

本(ben)文(wen)介紹了(le)一種使(shi)用自動(dong)或半自動(dong)探(tan)針臺與激光多(duo)普(pu)勒振動(dong)計相結合的(de)(de)光學(xue)測(ce)量(liang)(liang)技術，可(ke)以在晶圓級(ji)別對MEMS器件進行動(dong)態響(xiang)應(ying)(ying)測(ce)量(liang)(liang)。該技術可(ke)以實(shi)現高精度的(de)(de)實(shi)時動(dong)態響(xiang)應(ying)(ying)測(ce)量(liang)(liang)，標準(zhun)儀器的(de)(de)頻(pin)率帶寬(kuan)(kuan)高達25MHz，專業設置(zhi)的(de)(de)頻(pin)率帶寬(kuan)(kuan)高達6GHz。該解(jie)決方案基于(yu)晶圓處(chu)(chu)理、晶圓探(tan)測(ce)、樣品激發、光學(xue)測(ce)量(liang)(liang)、過(guo)程控制和數(shu)據處(chu)(chu)理等成熟(shu)技術組(zu)件。本(ben)文(wen)還介紹了(le)幾(ji)個特性研究的(de)(de)例(li)子，以證明(ming)該技術在典(dian)型應(ying)(ying)用領域的(de)(de)有效性。

光學測量系統

為了對MEMS器件進(jin)行光學表征，可(ke)以(yi)使用多種測(ce)量(liang)(liang)技術和(he)商業解決方案來測(ce)量(liang)(liang)各種物理(li)(li)(li)特性(xing)，如尺寸、薄膜厚度、臺階高(gao)(gao)度、橫(heng)截(jie)面、粗(cu)糙(cao)度、應(ying)力、靜摩(mo)擦、彈性(xing)模量(liang)(liang)、響應(ying)時間(jian)和(he)熱性(xing)能等。基本光學顯(xian)微鏡具有數字圖像處理(li)(li)(li)功能，可(ke)以(yi)提供尺寸分(fen)析和(he)變形(xing)(xing)測(ce)量(liang)(liang)，而更(geng)先進(jin)的光學測(ce)量(liang)(liang)系統可(ke)以(yi)針(zhen)對特定(ding)功能進(jin)行定(ding)制(zhi)，如3D形(xing)(xing)狀測(ce)量(liang)(liang)、動態響應(ying)、高(gao)(gao)橫(heng)向(xiang)分(fen)辨(bian)率和(he)/或高(gao)(gao)垂直分(fen)辨(bian)率。由于光學測(ce)量(liang)(liang)是一種非(fei)接觸測(ce)量(liang)(liang)原理(li)(li)(li)，因此非(fei)常適用于晶圓級測(ce)試。

如果需要(yao)實時功(gong)能來表(biao)(biao)征設備的(de)(de)動(dong)態(tai)(tai)(tai)機械(xie)特(te)性，激(ji)光(guang)多(duo)普勒測(ce)(ce)(ce)振(zhen)（LDV）是一種合(he)適的(de)(de)方(fang)法，可以提供最(zui)高的(de)(de)位(wei)移(yi)分(fen)辨率(lv)，但受到(dao)光(guang)的(de)(de)散粒噪聲(sheng)的(de)(de)限制(zhi)。集成了(le)激(ji)光(guang)多(duo)普勒振(zhen)動(dong)計的(de)(de)光(guang)學微系統分(fen)析儀是MEMS器件(jian)(jian)動(dong)態(tai)(tai)(tai)響(xiang)(xiang)應測(ce)(ce)(ce)量的(de)(de)理想工具，因為(wei)MEMS器件(jian)(jian)通常涉(she)及用于傳感和(he)驅動(dong)的(de)(de)主動(dong)移(yi)動(dong)元(yuan)件(jian)(jian)。動(dong)態(tai)(tai)(tai)響(xiang)(xiang)應測(ce)(ce)(ce)量提供了(le)一些關鍵(jian)信息，這些信息僅通過電氣測(ce)(ce)(ce)試(shi)無法確定，例如微鏡的(de)(de)穩定時間動(dong)態(tai)(tai)(tai)、諧振(zhen)器的(de)(de)位(wei)移(yi)幅度和(he)懸臂梁(liang)的(de)(de)諧振(zhen)頻(pin)率(lv)等。為(wei)了(le)實現精確、實時和(he)高分(fen)辨率(lv)的(de)(de)非侵入(ru)式測(ce)(ce)(ce)量，除了(le)可用于面外測(ce)(ce)(ce)量的(de)(de)掃描激(ji)光(guang)多(duo)普勒振(zhen)動(dong)計外，還(huan)可以選擇使用頻(pin)閃(shan)視(shi)頻(pin)顯微鏡和(he)白光(guang)干涉(she)儀等技(ji)術，以增加(jia)對靜態(tai)(tai)(tai)形狀(zhuang)的(de)(de)表(biao)(biao)面形貌測(ce)(ce)(ce)量功(gong)能。

目前該(gai)儀(yi)器在整個(ge)MEMS社區中被用(yong)于對微鏡、懸臂(bei)梁、加速度(du)計(ji)、陀(tuo)螺儀(yi)、執行器、射頻開關(guan)、超聲(sheng)波換能器、噴墨器、擴(kuo)音器、壓力傳感(gan)器、諧振(zhen)器等器件進行表征。應用(yong)范圍包括以(yi)下幾個(ge)方面：

1、動態測(ce)試：對(dui)器件的響應(ying)進行(xing)動態測(ce)試，以確定機械參數，如共振頻(pin)率、剛度以及在施加特定物理刺激(ji)后(hou)的減震效果。

2、材(cai)料(liao)參(can)數模型識別(bie)：基(ji)于(yu)振動測(ce)量數據，識別(bie)材(cai)料(liao)參(can)數模型，例如用于(yu)測(ce)定(ding)MEMS膜的材(cai)料(liao)應(ying)力。

3、設(she)計(ji)驗證：通過測量性能與預期有限元(yuan)模型的一致性，對設(she)計(ji)進行驗證。

4、沉降時間測(ce)(ce)量：測(ce)(ce)量沉降時間動(dong)態，以(yi)確定精(jing)確的運動(dong)與(yu)時間關(guan)系，并呈現響應的3D可視化效果。

5、校(xiao)準：在廣泛的運(yun)動和頻率范(fan)圍(wei)內(nei)，校(xiao)準執行器(qi)和傳感器(qi)的位(wei)移與驅動電壓之間的關系。

6、表征制(zhi)(zhi)造過(guo)程：進行形(xing)(xing)貌測(ce)量(liang)，確(que)定(ding)制(zhi)(zhi)造過(guo)程后的(de)特征，如形(xing)(xing)狀(zhuang)、幾何(he)形(xing)(xing)狀(zhuang)、曲率、粗糙度(du)、臺階高度(du)、薄膜應力、分層等。

本文(wen)介紹了(le)完(wan)整晶圓級測試站的(de)技(ji)術組件，包括探(tan)針臺和(he)激光多(duo)普(pu)勒振動計，樣品激勵(li)方案以及展(zhan)示(shi)該(gai)方法多(duo)功(gong)能性的(de)典型應用(yong)。理(li)解操作原(yuan)理(li)對(dui)(dui)于了(le)解該(gai)技(ji)術的(de)潛力、優(you)勢和(he)局(ju)限(xian)性非(fei)常重要。文(wen)章對(dui)(dui)該(gai)技(ji)術進行了(le)詳細總結，并通過示(shi)例展(zhan)示(shi)了(le)如何(he)將上述(shu)技(ji)術用(yong)于關鍵(jian)應用(yong)。（圖1）

圖1展示(shi)了MEMS晶圓級測(ce)試中不同振動計應用的分類(lei)

激光多普勒振動儀

激光(guang)多普勒(le)(le)振(zhen)動(dong)儀是一種使用激光(guang)技(ji)術(shu)來(lai)測量(liang)振(zhen)動(dong)結(jie)構上選定(ding)點(dian)的(de)(de)速度和(he)(he)位(wei)移的(de)(de)光(guang)學(xue)儀器(qi)。激光(guang)振(zhen)動(dong)儀具有無接觸量(liang)測、不受表面特性或環境條件(jian)影響等特點(dian)。激光(guang)束的(de)(de)聚(ju)焦能力(li)可以(yi)達到低(di)于1微米(mi)的(de)(de)斑點(dian)直(zhi)徑，可用于研究光(guang)學(xue)顯微鏡(jing)下可見的(de)(de)MEMS結(jie)構。激光(guang)多普勒(le)(le)振(zhen)動(dong)儀具有廣泛的(de)(de)頻(pin)率(lv)范圍（從直(zhi)流到GHz級），高動(dong)態(tai)范圍（超過170 dB）和(he)(he)大振(zhen)幅范圍（從0.01微米(mi)/秒(miao)到150米(mi)/秒(miao)），可用于全(quan)息(xi)和(he)(he)其他技(ji)術(shu)的(de)(de)測量(liang)。

激光(guang)(guang)多(duo)普(pu)(pu)勒振動(dong)儀利用多(duo)普(pu)(pu)勒效應，通(tong)過測量(liang)從移(yi)動(dong)目(mu)標反向散射的光(guang)(guang)傳(chuan)遞的信(xin)息(xi)，獲得運動(dong)量(liang)、速度(du)(du)和位(wei)移(yi)等參數(shu)。光(guang)(guang)波(bo)的相位(wei)受到表面位(wei)移(yi)的調節，而瞬(shun)時速度(du)(du)則會改變(bian)光(guang)(guang)波(bo)。通(tong)過干涉技術，將(jiang)接收(shou)到的光(guang)(guang)波(bo)與參考光(guang)(guang)波(bo)混合(he)，使兩者在光(guang)(guang)探針器處重新組合(he)。改進后的Mach-Zehnder干涉儀的基本布置如圖2所(suo)示。

圖(tu) 2：改進型(xing)馬赫-曾(ceng)德(de)爾干(gan)涉儀的光學原理圖(tu)

LDV測量(liang)儀器可(ke)以擴展到3D振動(dong)計的(de)設置，從而(er)提供面(mian)外和(he)面(mian)內運動(dong)的(de)pm分(fen)辨率。LDV的(de)一個具(ju)體特性(xing)是它在單個點(dian)進行測量(liang)，而(er)不像使用視頻(pin)干涉測量(liang)技術那樣捕捉整(zheng)個場景。對于晶圓級的(de)在線(xian)檢(jian)測來說，單點(dian)測量(liang)是迄今為止提取(qu)特征機械參數最快(kuai)的(de)方法。然而(er)，如果需要使用掃描鏡在X和(he)Y方向上偏(pian)轉激光(guang)(guang)測量(liang)光(guang)(guang)束(shu)，LDV技術就可(ke)以擴展到全區(qu)域掃描。

下面是(shi)圖(tu)3，顯示了帶有2D掃描(miao)鏡M的(de)(de)原理圖(tu)。激光測(ce)量光束可(ke)(ke)以定(ding)位在(zai)實(shi)時(shi)(shi)顯微鏡視頻(pin)(pin)上可(ke)(ke)見(jian)的(de)(de)任何點。這(zhe)項技術用(yong)于逐點掃描(miao)區域，以測(ce)量結構(gou)(gou)的(de)(de)速度場。每個點的(de)(de)相位是(shi)通(tong)過(guo)同時(shi)(shi)測(ce)量附加參考通(tong)道(dao)（通(tong)常(chang)是(shi)由內部信號(hao)發生(sheng)器產生(sheng)的(de)(de)驅動信號(hao)）來確定(ding)的(de)(de)。根據這(zhe)些數據，可(ke)(ke)以計算出(chu)3D偏(pian)轉形(xing)狀。結果包括結構(gou)(gou)上速度和(he)/或(huo)位移場的(de)(de)映(ying)射，可(ke)(ke)以在(zai)頻(pin)(pin)域或(huo)時(shi)(shi)域中顯示響應(ying)的(de)(de)3D動畫。

圖(tu) 3：顯微鏡掃描激光測振儀的(de)光學(xue)布(bu)局(ju)

最(zui)近的(de)(de)發(fa)展(zhan)是通過(guo)結合紅外相機實(shi)現紅外短相干光源，將(jiang)(jiang)這(zhe)(zhe)種(zhong)方法(fa)擴展(zhan)到硅蓋帽MEMS中(zhong)的(de)(de)光學振動(dong)測(ce)量(liang)。復雜的(de)(de)深度掃(sao)描允許將(jiang)(jiang)測(ce)量(liang)平面精(jing)確定位在(zai)(zai)設(she)備的(de)(de)移(yi)動(dong)組件處，并(bing)抑制(zhi)來自設(she)備的(de)(de)所有其他非(fei)移(yi)動(dong)功能(neng)層的(de)(de)干擾貢獻。因此，這(zhe)(zhe)種(zhong)方法(fa)可以在(zai)(zai)MEMS的(de)(de)開(kai)發(fa)和制(zhi)造過(guo)程中(zhong)對所有相關點進行(xing)(xing)測(ce)量(liang)，并(bing)在(zai)(zai)最(zui)終封裝之前(qian)進行(xing)(xing)檢查。

晶(jing)圓(yuan)級測(ce)(ce)試可(ke)(ke)選(xuan)擇手動或(huo)(huo)自動的(de)(de)探(tan)(tan)針臺(tai)。為了不受(shou)限(xian)制地觀察被測(ce)(ce)試器(qi)件(jian)（DUT）并將探(tan)(tan)針與測(ce)(ce)試墊(dian)對(dui)準(zhun)，放(fang)置(zhi)在(zai)卡(ka)盤上(shang)的(de)(de)晶(jing)圓(yuan)探(tan)(tan)針臺(tai)上(shang)配(pei)備(bei)了光學對(dui)準(zhun)顯(xian)微鏡。電探(tan)(tan)測(ce)(ce)可(ke)(ke)以采(cai)用多(duo)種方(fang)式(shi)，從直流信號到高頻射(she)頻信號不等。此外，觸點的(de)(de)數量也可(ke)(ke)以根據需(xu)(xu)(xu)要(yao)進(jin)(jin)行(xing)(xing)調(diao)整，從簡單的(de)(de)手動探(tan)(tan)針定位器(qi)到需(xu)(xu)(xu)要(yao)探(tan)(tan)針卡(ka)的(de)(de)多(duo)個探(tan)(tan)針。有(you)時，在(zai)探(tan)(tan)測(ce)(ce)區域(yu)上(shang)方(fang)放(fang)置(zhi)其他儀(yi)器(qi)是必要(yao)的(de)(de)。例如，在(zai)光學測(ce)(ce)試中，可(ke)(ke)能(neng)需(xu)(xu)(xu)要(yao)使(shi)用不同尺寸的(de)(de)積分(fen)球來收集(ji)設備(bei)發射(she)的(de)(de)光。如果設備(bei)對(dui)光敏感，還可(ke)(ke)以使(shi)用特定的(de)(de)光源進(jin)(jin)行(xing)(xing)刺激。或(huo)(huo)者，對(dui)于非(fei)光學組件(jian)，可(ke)(ke)以使(shi)用磁鐵(tie)進(jin)(jin)行(xing)(xing)激勵(li)。

光學分析工具可以測量DUT的機械特(te)性和(he)行(xing)為，例如3D運動(dong)或形(xing)貌。MEMS是這類(lei)器件的一個典型例子，其可以通(tong)過(guo)電刺激實現自動(dong)運動(dong)。在手動(dong)探(tan)針臺上，如果可以直(zhi)接(jie)觀察到探(tan)針尖端和(he)焊(han)盤，可以輕(qing)松地使用測量相關的顯微鏡替換標準對準顯微鏡。

對(dui)于自(zi)動(dong)(dong)探(tan)針系統，顯(xian)微鏡與相(xiang)機結(jie)合使(shi)用以實現自(zi)動(dong)(dong)晶圓(yuan)對(dui)準(zhun)，這(zhe)對(dui)于自(zi)動(dong)(dong)晶圓(yuan)測試至關重要(yao)。無論是手動(dong)(dong)還是自(zi)動(dong)(dong)探(tan)針系統，顯(xian)微鏡的(de)(de)首要(yao)任務是正確(que)對(dui)準(zhun)晶圓(yuan)并將探(tan)針與焊盤(pan)匹配(pei)。隨后(hou)，在探(tan)針臺自(zi)動(dong)(dong)跨越晶圓(yuan)時，顯(xian)微鏡需(xu)要(yao)切換到不同的(de)(de)儀(yi)器進行測量(liang)。

MPI提(ti)供兩種自動化晶圓測試的(de)解決方(fang)案，即可更換的(de)顯微鏡橋(qiao)和離軸對準相機。

可(ke)(ke)更換(huan)的(de)(de)顯(xian)微(wei)鏡橋采(cai)用模塊(kuai)化(hua)設計，可(ke)(ke)以(yi)(yi)在(zai)兩個(ge)位置之間快速切換(huan)，以(yi)(yi)支(zhi)持晶圓對準或使用所需(xu)的(de)(de)測量儀(yi)器。位置的(de)(de)切換(huan)可(ke)(ke)以(yi)(yi)手動(dong)(dong)或自(zi)動(dong)(dong)完成，當測試(shi)盒中有多個(ge)晶圓時，需(xu)要完全(quan)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)的(de)(de)測試(shi)能力。顯(xian)微(wei)鏡橋具有卓越的(de)(de)穩定性(xing)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)承載兩個(ge)X、Y、Z線(xian)性(xing)驅動(dong)(dong)單(dan)元和附加的(de)(de)儀(yi)器。根據需(xu)要，可(ke)(ke)以(yi)(yi)在(zai)顯(xian)微(wei)鏡橋上放置不同(tong)的(de)(de)標準顯(xian)微(wei)鏡驅動(dong)(dong)單(dan)元，從(cong)簡單(dan)的(de)(de)X、Y、Z平臺到(dao)重型電動(dong)(dong)示波(bo)器支(zhi)架。（圖4a）

圖4b：通過自動(dong)聚(ju)焦和(he)重新聚(ju)焦，可確保(bao)出色的信號(hao)和(he)數據質量

激發固有頻率

激(ji)發(fa)固有(you)頻率振(zhen)(zhen)動(dong)測(ce)量的(de)先(xian)決條件是對其(qi)進(jin)行激(ji)發(fa)。某些傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，如(ru)壓(ya)電(dian)(dian)層或電(dian)(dian)容梳結構(gou)(gou)等功(gong)能元件，可以自(zi)然地激(ji)發(fa)振(zhen)(zhen)動(dong)，例(li)如(ru)共振(zhen)(zhen)器(qi)或慣性傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。然而，許(xu)多傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)（如(ru)基于膜的(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)）沒有(you)用于產生機械(xie)力的(de)功(gong)能元件。對于這種(zhong)(zhong)被動(dong)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，振(zhen)(zhen)動(dong)必(bi)須由(you)外部激(ji)發(fa)。有(you)兩種(zhong)(zhong)不同的(de)方(fang)法(fa)。一種(zhong)(zhong)是通過激(ji)光(guang)熱(re)激(ji)法(fa)來激(ji)發(fa)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)結構(gou)(gou)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)；另一種(zhong)(zhong)是通過靜電(dian)(dian)激(ji)發(fa)在(zai)高(gao)達(da)10 MHz頻率范(fan)圍內進(jin)行激(ji)發(fa)。對于后一種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)，將連接(jie)到高(gao)壓(ya)放(fang)大器(qi)的(de)電(dian)(dian)極放(fang)置(zhi)在(zai)距(ju)離傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)表面幾(ji)微(wei)(wei)米處。電(dian)(dian)極由(you)透明材料(liao)氧化銦(yin)錫(xi)（ITO）制(zhi)成，并安裝在(zai)玻(bo)璃載(zai)體上，以實現最(zui)大程度的(de)靜電(dian)(dian)力，同時(shi)不干擾測(ce)振(zhen)(zhen)儀的(de)光(guang)束路(lu)徑(jing)。此外，由(you)于振(zhen)(zhen)動(dong)測(ce)量法(fa)具有(you)極高(gao)的(de)測(ce)量靈敏度，因此可以測(ce)量僅由(you)環境熱(re)噪(zao)聲(sheng)激(ji)發(fa)的(de)結構(gou)(gou)的(de)共振(zhen)(zhen)頻率，例(li)如(ru)建筑物。這種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)也用于標定原子(zi)力顯微(wei)(wei)鏡（AFM）探(tan)針(zhen)尖端(duan)。

振動測量的有效應用性

振(zhen)動(dong)(dong)測(ce)量的(de)應用(yong)(yong)廣泛(fan)，除(chu)了(le)用(yong)(yong)于(yu)(yu)傳(chuan)感器(qi)功能測(ce)試(shi)（例(li)如(ru)諧振(zhen)器(qi)），還可以用(yong)(yong)于(yu)(yu)檢測(ce)制造缺陷，如(ru)膜裂紋(wen)，并通(tong)過測(ce)量和仿(fang)真數(shu)據間接識(shi)別幾(ji)何(he)和材料(liao)參數(shu)。IMMS開發的(de)軟件解決方案(an)可以通(tong)過優(you)化算法自(zi)動(dong)(dong)確定(ding)傳(chuan)感器(qi)參數(shu)，從而(er)減少設置工作(zuo)并使非專家用(yong)(yong)戶輕(qing)松獲取廣泛(fan)的(de)傳(chuan)感器(qi)參數(shu)。

振(zhen)動法與其(qi)他非連接、非破壞性測(ce)量方法相比，提供(gong)了(le)很多重要(yao)優勢，其(qi)中之一是可(ke)(ke)以確定材(cai)(cai)料參數(shu)，如楊氏模量和材(cai)(cai)料應力。另一個優勢是它可(ke)(ke)以在整(zheng)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(yi)個簡單的應(ying)用是通過使用具有(you)(you)良好(hao)和(he)有(you)(you)缺(que)陷的參(can)考(kao)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的“學習階段”，對傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)進行(xing)好(hao)/壞(huai)分類(lei)。如果正(zheng)常功能的傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)和(he)有(you)(you)缺(que)陷的傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)的固有(you)(you)頻(pin)率不同，那么通過對大量(liang)良好(hao)參(can)考(kao)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)進行(xing)測量(liang)，可以確定標準偏差(cha)，并將其(qi)作為(wei)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)生產中(zhong)好(hao)/壞(huai)分類(lei)的標準。

對(dui)(dui)于具有對(dui)(dui)稱(cheng)結構(gou)（例(li)如(ru)圓形或方形膜）的(de)(de)傳感器(qi)，在名義上對(dui)(dui)稱(cheng)的(de)(de)情況(kuang)下，會(hui)存在許多固有頻率對(dui)(dui)，它們在相同值下相互錯(cuo)位。而在不對(dui)(dui)稱(cheng)的(de)(de)情況(kuang)下，這些(xie)頻率對(dui)(dui)會(hui)發生分(fen)裂。這種分(fen)裂頻率對(dui)(dui)可(ke)以用(yong)于檢測缺陷，例(li)如(ru)膜裂紋或不對(dui)(dui)稱(cheng)材(cai)料應力，這可(ke)能(neng)在封裝過(guo)程中發生。IMMS開發了一(yi)種頻率響應后處(chu)理工(gong)具，可(ke)以檢測這種分(fen)裂。（見圖5）

參數識別：

參(can)數(shu)識別方法主要基于通(tong)過(guo)固有頻率的振動測量和(he)模態(tai)分(fen)析(xi)的仿真數(shu)據(ju)來確(que)定(ding)與幾(ji)何形狀和(he)材料有關的感興趣參(can)數(shu)。通(tong)過(guo)優(you)化算(suan)法，可以根(gen)據(ju)后處理(li)工(gong)具內(nei)的測量數(shu)據(ju)確(que)定(ding)傳感器參(can)數(shu)。（見圖(tu)6）

圖6：參數識別方法

根據研究(jiu)的(de)(de)結構，這個(ge)過程(cheng)通常可(ke)以識別一個(ge)到三個(ge)參數(shu)。然后，可(ke)以從要識別的(de)(de)參數(shu)數(shu)量推導(dao)出需要測量的(de)(de)最(zui)小自(zi)然頻率數(shu)量。如果測得的(de)(de)固有頻率多于必需的(de)(de)固有頻率數(shu)量，則可(ke)以從中確定(ding)估計的(de)(de)參數(shu)識別誤差（EIE）。

從(cong)測(ce)得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻率響應(ying)中，可(ke)以提(ti)取(qu)參數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固有(you)頻率、幅(fu)(fu)度和品質因(yin)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)值；如(ru)果(guo)有(you)多個測(ce)量(liang)點，還可(ke)以提(ti)取(qu)形(xing)態信息。參數(shu)(shu)(shu)識別(bie)始(shi)終(zhong)使用固有(you)頻率值。如(ru)果(guo)感興(xing)趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)對腔體內部(bu)壓力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)確定(ding)，那(nei)么(me)品質因(yin)數(shu)(shu)(shu)也會考慮(lv)在(zai)參數(shu)(shu)(shu)識別(bie)中。特(te)別(bie)要考慮(lv)相鄰頻率下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振型關(guan)系，因(yin)為材料應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響可(ke)能導致標稱(cheng)序列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化。所有(you)感興(xing)趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參數(shu)(shu)(shu)都可(ke)以根據頻率值、質量(liang)和形(xing)態來確定(ding)。因(yin)此(ci)，不需要額外考慮(lv)頻率幅(fu)(fu)度；此(ci)外，避免了依賴于激勵(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)幅(fu)(fu)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)雜計算（特(te)別(bie)是(shi)如(ru)果(guo)該計算是(shi)在(zai)外部(bu)完(wan)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)）。

識別階段：

參(can)(can)數(shu)識別(bie)過程(cheng)(cheng)可(ke)(ke)以(yi)分為三個(ge)階段(duan)。首先(xian)，必須檢查(cha)是否可(ke)(ke)以(yi)以(yi)所(suo)(suo)需(xu)(xu)的(de)(de)分辨率(lv)(lv)使(shi)用(yong)(yong)該方(fang)法確(que)定所(suo)(suo)尋求的(de)(de)參(can)(can)數(shu)。因此(ci)，在進行參(can)(can)數(shu)識別(bie)之前(qian)，需(xu)(xu)要進行靈(ling)敏(min)度分析(xi)，以(yi)確(que)定固有頻率(lv)(lv)相對于(yu)(yu)感興趣的(de)(de)參(can)(can)數(shu)的(de)(de)靈(ling)敏(min)度。對于(yu)(yu)簡(jian)單(dan)的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)或基(ji)礎研究(jiu)，可(ke)(ke)以(yi)使(shi)用(yong)(yong)解析(xi)公式；對于(yu)(yu)更復雜(za)的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)，有限(xian)元 (FE) 程(cheng)(cheng)序提供適當的(de)(de)靈(ling)敏(min)度分析(xi)。如(ru)果研究(jiu)的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)不具備所(suo)(suo)需(xu)(xu)的(de)(de)靈(ling)敏(min)度，那么(me)可(ke)(ke)以(yi)使(shi)用(yong)(yong)專門設(she)計的(de)(de)測試結(jie)構(gou)(gou)來確(que)定所(suo)(suo)需(xu)(xu)的(de)(de)參(can)(can)數(shu)。（見圖7）

為了了解傳感器(qi)，首(shou)先是(shi)進(jin)行表征階段，然后采用密集測量(liang)點網(wang)絡(luo)進(jin)行頻(pin)率測量(liang)。同時(shi)(shi)，選擇適當的頻(pin)率模式(shi)進(jin)行識別(bie)和驗(yan)證(zheng)，并在(zai)(zai)必要時(shi)(shi)調整有限元模型。在(zai)(zai)第(di)三個階段，也是(shi)最后一個階段，優化了針對晶圓(yuan)生(sheng)產(chan)的過(guo)程(cheng)，旨在(zai)(zai)最大程(cheng)度地減少測量(liang)點數量(liang)和測量(liang)時(shi)(shi)間（通(tong)常小(xiao)于一秒）。

下面是一(yi)個示例，說(shuo)明參(can)(can)數(shu)(shu)識別的(de)(de)(de)過(guo)程。可以(yi)通過(guo)計算具有材料應力(li)的(de)(de)(de)簡支二次膜的(de)(de)(de)固(gu)有頻率公(gong)式(shi)，很(hen)好地說(shuo)明這一(yi)點(dian)（基本假(jia)設是其(qi)他夾緊條件不會(hui)改(gai)變參(can)(can)數(shu)(shu)依賴性(xing)）。該(gai)公(gong)式(shi)描述了固(gu)有頻率(fm,n)與楊氏(shi)模(mo)量(E)、密度(du)(ρ)、泊松比(ν)、膜高度(du)(h)、尺寸(a)以(yi)及固(gu)有應力(li)(σ)之間的(de)(de)(de)關系：

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

與參(can)數(shu)識(shi)別相(xiang)關的(de)是(shi)幾何(he)項與應力(li)項之間的(de)比率。如(ru)果(guo)幾何(he)項與應力(li)項的(de)比率非常(chang)大(da)(da)，比如(ru)在壓力(li)傳感器中，可以確定(ding)給定(ding)膜(mo)尺寸的(de)膜(mo)厚度。對于(yu)非常(chang)薄的(de)薄膜(mo)傳感器，如(ru)麥克風(feng)或熱電(dian)堆，這個比率是(shi)相(xiang)反的(de)。由于(yu)應力(li)項相(xiang)對于(yu)幾何(he)項非常(chang)大(da)(da)，因此可以準確識(shi)別材料(liao)應力(li)。

測(ce)(ce)試結(jie)構(gou)的(de)(de)開(kai)發也是重(zhong)要的(de)(de)。為(wei)了(le)使用測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)固(gu)有(you)頻率(lv)來確定(ding)材料或幾(ji)何(he)參(can)(can)數(shu)，必須滿足(zu)先決(jue)條件(jian)(jian)，即固(gu)有(you)頻率(lv)對于所關心的(de)(de)傳感器參(can)(can)數(shu)具有(you)函數(shu)依賴(lai)性，并且多個參(can)(can)數(shu)之間(jian)必須彼此(ci)線性無(wu)關。如果給定(ding)的(de)(de)傳感器結(jie)構(gou)不能滿足(zu)這些先決(jue)條件(jian)(jian)，可(ke)以通過設計專門用于振動測(ce)(ce)量(liang)或兩種(zhong)不同結(jie)構(gou)組合評估的(de)(de)測(ce)(ce)試結(jie)構(gou)來進行參(can)(can)數(shu)識別。

一個例子是無(wu)應力方形膜結構的(de)(de)(de)厚度和尺(chi)(chi)(chi)寸之間的(de)(de)(de)線性相關(guan)參(can)(can)(can)數。通過(guo)固有(you)頻(pin)率值(zhi)，只能確(que)定厚度與尺(chi)(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)比率，而(er)不(bu)能確(que)定它們的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)(ji)值(zhi)。如(ru)果模型(xing)輸入變量的(de)(de)(de)工藝相關(guan)公差(cha)（例如(ru)氫氧化鉀蝕刻過(guo)程中的(de)(de)(de)膜尺(chi)(chi)(chi)寸）意味著標稱參(can)(can)(can)數（例如(ru)膜厚度）的(de)(de)(de)識(shi)別實(shi)際(ji)(ji)上(shang)也涉及其他參(can)(can)(can)數的(de)(de)(de)識(shi)別，那么無(wu)法精確(que)確(que)定感興趣的(de)(de)(de)參(can)(can)(can)數。解決(jue)膜厚度識(shi)別問題(ti)的(de)(de)(de)方法是使用(yong)兩個不(bu)同(tong)尺(chi)(chi)(chi)寸矩形測(ce)試結構的(de)(de)(de)組合評估。通過(guo)測(ce)量兩個不(bu)同(tong)尺(chi)(chi)(chi)寸矩形膜的(de)(de)(de)前三(san)個固有(you)頻(pin)率，可以確(que)定膜的(de)(de)(de)厚度和尺(chi)(chi)(chi)寸。

另一個例(li)子是通過基于梁(liang)的(de)結(jie)構，結(jie)合評估不同(tong)結(jie)構的(de)測量數(shu)據，來識別楊氏模(mo)量和材料應力(li)。由(you)于在兩側(ce)夾緊的(de)梁(liang)上無法同(tong)時高精度地確定(ding)(ding)楊氏模(mo)量和材料應力(li)，可以先在自(zi)由(you)懸臂上確定(ding)(ding)楊氏模(mo)量，然后在夾緊梁(liang)上確定(ding)(ding)材料應力(li)。

綜(zong)上所述，先進的晶(jing)圓級測(ce)試(shi)系(xi)統(tong)可用(yong)于(yu)MEMS器(qi)件生產中(zhong)的工業質量保證，以驗(yan)證機(ji)械功(gong)能組件的正(zheng)確運行。激(ji)光多普勒測(ce)振(zhen)儀(yi)是(shi)一種用(yong)于(yu)實(shi)時寬帶測(ce)量動態響應的工具(ju)，其(qi)分(fen)辨率可達(da)皮米級。本文提(ti)供了在晶(jing)圓級快速、自動化生產測(ce)試(shi)中(zhong)如何利用(yong)LDV的示例，以提(ti)高產量并最終降(jiang)低產品成本。

MSA-600

TS2000-SE

產品介紹：

MPI的(de)(de)TS2000-SE/8寸半(ban)自(zi)動探針臺是具有創新功能的(de)(de)200mm自(zi)動化(hua)晶(jing)圓測試(shi)系統，其包含獨特的(de)(de)側(ce)面自(zi)動裝卸功能和超(chao)高(gao)屏蔽下的(de)(de)超(chao)低噪聲環境。

特色功能：

MPI的TS2000-SE/8寸半(ban)自(zi)動探針臺發布(bu)新(xin)功能，側面帶有(you)VCE，可完(wan)美解(jie)放您的雙(shuang)手，實(shi)現精準定位(wei)，完(wan)成自(zi)動扎針，使測試(shi)過(guo)程更(geng)加方便快捷。

產品概要：

1、ShielDEnvironment

MPI ShielDEnvironment是一個高(gao)性能的微屏蔽暗箱，可為超低噪(zao)聲，低電容測(ce)量提(ti)供出色的EMI和不透光的屏蔽測(ce)試(shi)環境(jing)

2、自動化晶圓裝載系統

該(gai)功(gong)能提供了非常方便的晶圓裝載，并且易于針對自動程序進行預(yu)對準(zhun)，可(ke)支(zhi)持100mm、150mm、200mm等(deng)不(bu)同尺寸的晶圓，針對高低溫環境下可(ke)提高測(ce)試效(xiao)率(lv)

3、ERS獨特的 AC3冷卻技術

MPI旗(qi)下全系列探針臺(tai)系統(tong)均采(cai)用ERS的AC3冷(leng)卻技術(shu)和(he)自我(wo)管(guan)理系統(tong)，可使用回(hui)收的冷(leng)卻空氣吹(chui)掃MPI ShielDEnvironment，可大幅減(jian)少30%至50%的空氣消耗

4、側視影像系統(VCE)

借(jie)助MPI8寸探(tan)針臺(tai)獨特的(de)自動側視– VCE影像系統可視化的(de)觀察探(tan)針針尖與樣品(pin)之間的(de)接觸(chu)，使用DC或RF等(deng)探(tan)針卡(ka)非常安全

技術優勢：

1、模塊量測(ce) - DC-IV / DC-CV / Pulse-IV

2、射頻和毫(hao)米波 - 26 GHz 至(zhi) 110 GHz 及以上

3、失效分(fen)析 - 探針卡 / 節間(jian)探測

4、可靠性測試 - 熱/ 冷 / 長(chang)時間測試

5、高(gao)功率測(ce)試(shi) - 至高(gao) 10 kV / 600 A

6、MPI ShielDEnvironment™ 屏蔽(bi)環境(jing)(jing)，專為(wei) EMI / RFI / Light-Tight 屏蔽(bi)所設計的(de)精密量(liang)測環境(jing)(jing)

7、支(zhi)持飛(fei)安級低漏電(dian)值量(liang)測

8、支(zhi)持溫度(du)范(fan)圍 -60 °C 至 300 °C