微機電系統(tong)（MEMS）的(de)(de)使用已經(jing)在航(hang)空、汽車、生物醫(yi)學、消費品、醫(yi)療和電信等行業變得越(yue)來越(yue)普(pu)遍(bian)。在晶圓級別(bie)測(ce)(ce)試(shi)階段，早(zao)期的(de)(de)MEMS設(she)備(bei)測(ce)(ce)試(shi)至關重要，為(wei)確保高產量(liang)和可靠性，并且要以低成本實(shi)現，需要先進的(de)(de)光(guang)學測(ce)(ce)量(liang)技術，而(er)電氣測(ce)(ce)試(shi)無(wu)法實(shi)現這一點。

本文介紹了一種使用自動(dong)(dong)或半自動(dong)(dong)探針臺與激(ji)(ji)光多(duo)普(pu)勒振動(dong)(dong)計相結合(he)的(de)光學測量(liang)(liang)技(ji)術(shu)(shu)，可以在晶(jing)圓級別對MEMS器件進(jin)行動(dong)(dong)態響(xiang)應測量(liang)(liang)。該(gai)技(ji)術(shu)(shu)可以實(shi)現高(gao)精度的(de)實(shi)時動(dong)(dong)態響(xiang)應測量(liang)(liang)，標準(zhun)儀器的(de)頻率(lv)帶(dai)寬(kuan)高(gao)達(da)(da)25MHz，專業設置的(de)頻率(lv)帶(dai)寬(kuan)高(gao)達(da)(da)6GHz。該(gai)解決方案基(ji)于晶(jing)圓處(chu)理(li)、晶(jing)圓探測、樣品(pin)激(ji)(ji)發、光學測量(liang)(liang)、過(guo)程控制(zhi)和數據處(chu)理(li)等(deng)成熟技(ji)術(shu)(shu)組(zu)件。本文還介紹了幾個特性(xing)研究的(de)例子，以證明該(gai)技(ji)術(shu)(shu)在典型應用領(ling)域的(de)有效性(xing)。

光學測量系統

為了對(dui)(dui)MEMS器(qi)件進行(xing)光(guang)學(xue)(xue)表征，可(ke)以(yi)使用多種(zhong)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)技術和商業解決方(fang)案來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)各種(zhong)物理特(te)性(xing)，如尺(chi)寸、薄膜(mo)厚度、臺階高(gao)度、橫截面、粗(cu)糙度、應力、靜摩(mo)擦、彈性(xing)模量(liang)(liang)(liang)、響應時間和熱性(xing)能(neng)等。基本(ben)光(guang)學(xue)(xue)顯微鏡具有數字(zi)圖像處理功(gong)能(neng)，可(ke)以(yi)提供尺(chi)寸分(fen)析和變形測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)，而更先進的光(guang)學(xue)(xue)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系統可(ke)以(yi)針對(dui)(dui)特(te)定(ding)功(gong)能(neng)進行(xing)定(ding)制，如3D形狀測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)、動態響應、高(gao)橫向(xiang)分(fen)辨率(lv)和/或(huo)高(gao)垂直分(fen)辨率(lv)。由于光(guang)學(xue)(xue)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)是一種(zhong)非接觸測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)原理，因此非常適用于晶圓級(ji)測(ce)(ce)試(shi)。

如果(guo)需(xu)要實時(shi)功能來表征設備的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)機械特性(xing)，激(ji)光(guang)(guang)多普(pu)勒(le)(le)測振(zhen)(zhen)（LDV）是一種合適(shi)的(de)(de)(de)方法(fa)，可以提供最高的(de)(de)(de)位(wei)移分辨率，但受到光(guang)(guang)的(de)(de)(de)散(san)粒噪聲(sheng)的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)。集成了(le)(le)激(ji)光(guang)(guang)多普(pu)勒(le)(le)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學微系統分析儀是MEMS器(qi)(qi)件(jian)動(dong)(dong)態(tai)(tai)響(xiang)應(ying)測量的(de)(de)(de)理想工具(ju)，因為MEMS器(qi)(qi)件(jian)通常涉及用于(yu)傳感和(he)驅動(dong)(dong)的(de)(de)(de)主動(dong)(dong)移動(dong)(dong)元件(jian)。動(dong)(dong)態(tai)(tai)響(xiang)應(ying)測量提供了(le)(le)一些(xie)關鍵(jian)信息(xi)，這些(xie)信息(xi)僅通過電氣測試無法(fa)確(que)定，例如微鏡(jing)的(de)(de)(de)穩定時(shi)間(jian)動(dong)(dong)態(tai)(tai)、諧(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)位(wei)移幅度和(he)懸臂(bei)梁的(de)(de)(de)諧(xie)振(zhen)(zhen)頻率等(deng)。為了(le)(le)實現(xian)精確(que)、實時(shi)和(he)高分辨率的(de)(de)(de)非侵入式測量，除了(le)(le)可用于(yu)面外(wai)(wai)測量的(de)(de)(de)掃描激(ji)光(guang)(guang)多普(pu)勒(le)(le)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計外(wai)(wai)，還(huan)可以選(xuan)擇使(shi)用頻閃(shan)視頻顯微鏡(jing)和(he)白光(guang)(guang)干涉儀等(deng)技術(shu)，以增加對靜態(tai)(tai)形(xing)狀的(de)(de)(de)表面形(xing)貌測量功能。

目前該儀器(qi)(qi)在整個(ge)(ge)MEMS社區(qu)中被用(yong)于對微鏡、懸(xuan)臂梁、加(jia)速度計、陀螺(luo)儀、執行器(qi)(qi)、射頻開(kai)關、超聲波換能器(qi)(qi)、噴墨器(qi)(qi)、擴音器(qi)(qi)、壓力傳感器(qi)(qi)、諧振器(qi)(qi)等(deng)器(qi)(qi)件(jian)進行表征。應(ying)用(yong)范(fan)圍包括以下幾個(ge)(ge)方面：

1、動態(tai)測(ce)試(shi)：對(dui)器件的響應進行動態(tai)測(ce)試(shi)，以確定(ding)機械參數，如共振頻率(lv)、剛度以及在(zai)施加特定(ding)物(wu)理刺激后(hou)的減(jian)震效果(guo)。

2、材(cai)料(liao)參(can)數(shu)模(mo)型識別：基于振動測(ce)量數(shu)據，識別材(cai)料(liao)參(can)數(shu)模(mo)型，例如用于測(ce)定MEMS膜的材(cai)料(liao)應力。

3、設計驗(yan)證：通過(guo)測量性能與預期有限元模型的一致性，對設計進行(xing)驗(yan)證。

4、沉降時(shi)間(jian)測量(liang)：測量(liang)沉降時(shi)間(jian)動態，以確定精確的(de)運動與時(shi)間(jian)關系，并呈(cheng)現(xian)響應的(de)3D可視(shi)化效果。

5、校準(zhun)：在(zai)廣泛的運(yun)動(dong)和頻率范圍內，校準(zhun)執行器和傳(chuan)感器的位移與(yu)驅動(dong)電壓之間的關系。

6、表征制(zhi)(zhi)造過(guo)程：進行(xing)形(xing)貌測量，確定制(zhi)(zhi)造過(guo)程后的特征，如形(xing)狀(zhuang)、幾(ji)何(he)形(xing)狀(zhuang)、曲(qu)率、粗糙度(du)、臺階(jie)高(gao)度(du)、薄膜應力、分層等(deng)。

本文介(jie)紹(shao)了完(wan)整晶圓級測試(shi)站的技(ji)(ji)術組件(jian)，包括探針臺和(he)激(ji)光(guang)多普(pu)勒振動計，樣品激(ji)勵(li)方案以(yi)及(ji)展示該方法多功能性(xing)的典型應用(yong)。理解操作原(yuan)理對于了解該技(ji)(ji)術的潛力(li)、優勢和(he)局限性(xing)非(fei)常重要。文章對該技(ji)(ji)術進行了詳細(xi)總結(jie)，并(bing)通過(guo)示例展示了如何將上(shang)述技(ji)(ji)術用(yong)于關鍵應用(yong)。（圖1）

圖(tu)1展示了MEMS晶(jing)圓級測(ce)試中(zhong)不同(tong)振動計應用的(de)分(fen)類(lei)

激光多普勒振動儀

激(ji)光多普勒振(zhen)動(dong)儀(yi)是一種使用(yong)激(ji)光技(ji)術(shu)來測量(liang)振(zhen)動(dong)結(jie)構上選定點(dian)的(de)(de)速(su)度和(he)(he)位移的(de)(de)光學儀(yi)器(qi)。激(ji)光振(zhen)動(dong)儀(yi)具有(you)無(wu)接觸量(liang)測、不受(shou)表面(mian)特性或環境條(tiao)件影響(xiang)等特點(dian)。激(ji)光束的(de)(de)聚焦能力可(ke)以(yi)達到低于1微(wei)米(mi)的(de)(de)斑點(dian)直(zhi)徑，可(ke)用(yong)于研究光學顯微(wei)鏡(jing)下可(ke)見的(de)(de)MEMS結(jie)構。激(ji)光多普勒振(zhen)動(dong)儀(yi)具有(you)廣泛的(de)(de)頻率(lv)范圍(wei)（從直(zhi)流到GHz級），高(gao)動(dong)態范圍(wei)（超過170 dB）和(he)(he)大(da)振(zhen)幅范圍(wei)（從0.01微(wei)米(mi)/秒到150米(mi)/秒），可(ke)用(yong)于全息(xi)和(he)(he)其他技(ji)術(shu)的(de)(de)測量(liang)。

激光(guang)多普(pu)勒(le)振動儀利用(yong)多普(pu)勒(le)效(xiao)應，通(tong)過測(ce)量從移(yi)(yi)動目標反向散(san)射的(de)光(guang)傳(chuan)遞的(de)信息(xi)，獲得(de)運動量、速度和位(wei)移(yi)(yi)等參數。光(guang)波的(de)相位(wei)受到表(biao)面位(wei)移(yi)(yi)的(de)調節(jie)，而瞬時速度則會改變光(guang)波。通(tong)過干(gan)涉技術，將接收到的(de)光(guang)波與參考光(guang)波混(hun)合，使兩者(zhe)在(zai)光(guang)探(tan)針器處重(zhong)新(xin)組合。改進(jin)后的(de)Mach-Zehnder干(gan)涉儀的(de)基本布置如圖2所示。

圖 2：改進型馬赫-曾德爾(er)干涉儀的光學原理圖

LDV測(ce)量(liang)(liang)儀器可以擴展到(dao)3D振動(dong)(dong)計(ji)的(de)設置(zhi)，從而提供面外和面內運動(dong)(dong)的(de)pm分辨率。LDV的(de)一個具(ju)體特性是它在單個點(dian)進行測(ce)量(liang)(liang)，而不(bu)像使用視頻干(gan)涉測(ce)量(liang)(liang)技術(shu)那樣捕捉(zhuo)整個場(chang)景(jing)。對于晶圓級的(de)在線(xian)檢測(ce)來(lai)說(shuo)，單點(dian)測(ce)量(liang)(liang)是迄今為止提取特征機(ji)械參數(shu)最快的(de)方法。然而，如果(guo)需(xu)要使用掃(sao)描鏡在X和Y方向上(shang)偏轉激光(guang)測(ce)量(liang)(liang)光(guang)束，LDV技術(shu)就可以擴展到(dao)全區域(yu)掃(sao)描。

下面(mian)是圖3，顯(xian)示了帶有2D掃描鏡M的(de)原理圖。激光(guang)測量光(guang)束可(ke)(ke)以定位在實(shi)時(shi)(shi)顯(xian)微鏡視(shi)頻上可(ke)(ke)見的(de)任何點。這項技(ji)術用于逐點掃描區(qu)域(yu)，以測量結(jie)構的(de)速(su)度場(chang)。每(mei)個點的(de)相位是通過(guo)同時(shi)(shi)測量附(fu)加參考(kao)通道(dao)（通常是由內(nei)部信(xin)號發(fa)生器產生的(de)驅動信(xin)號）來確定的(de)。根據這些數據，可(ke)(ke)以計算出3D偏轉形狀。結(jie)果包(bao)括結(jie)構上速(su)度和/或位移場(chang)的(de)映射，可(ke)(ke)以在頻域(yu)或時(shi)(shi)域(yu)中顯(xian)示響(xiang)應的(de)3D動畫。

圖 3：顯微鏡掃描(miao)激光(guang)測振(zhen)儀的光(guang)學布(bu)局(ju)

最(zui)(zui)近的(de)發展(zhan)是通(tong)過結合紅外(wai)相機實(shi)現紅外(wai)短(duan)相干光源，將這種方法(fa)擴展(zhan)到硅蓋(gai)帽(mao)MEMS中的(de)光學振動測(ce)量(liang)。復雜的(de)深度掃描允許將測(ce)量(liang)平面精確定位在設備(bei)的(de)移(yi)動組件處，并抑制來自設備(bei)的(de)所有(you)其他非(fei)移(yi)動功能(neng)層的(de)干擾貢獻(xian)。因(yin)此，這種方法(fa)可(ke)以在MEMS的(de)開(kai)發和(he)制造過程中對(dui)所有(you)相關點(dian)進(jin)行測(ce)量(liang)，并在最(zui)(zui)終封裝之前進(jin)行檢查。

晶圓級測試(shi)可(ke)(ke)(ke)選擇手動或自動的(de)探針(zhen)(zhen)(zhen)臺(tai)。為了(le)不(bu)受限(xian)制地觀察被測試(shi)器件(jian)（DUT）并將(jiang)探針(zhen)(zhen)(zhen)與測試(shi)墊對(dui)準，放(fang)置在卡盤上的(de)晶圓探針(zhen)(zhen)(zhen)臺(tai)上配備(bei)了(le)光(guang)(guang)學對(dui)準顯微(wei)鏡。電(dian)探測可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)采用(yong)(yong)(yong)多(duo)種方式，從(cong)直流信號到高頻射(she)頻信號不(bu)等。此外，觸(chu)點的(de)數(shu)量也可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)根據需要(yao)進行調整，從(cong)簡單的(de)手動探針(zhen)(zhen)(zhen)定(ding)位(wei)器到需要(yao)探針(zhen)(zhen)(zhen)卡的(de)多(duo)個探針(zhen)(zhen)(zhen)。有時，在探測區域上方放(fang)置其他儀器是必要(yao)的(de)。例如，在光(guang)(guang)學測試(shi)中，可(ke)(ke)(ke)能需要(yao)使(shi)用(yong)(yong)(yong)不(bu)同尺(chi)寸(cun)的(de)積分球來收集設(she)備(bei)發射(she)的(de)光(guang)(guang)。如果設(she)備(bei)對(dui)光(guang)(guang)敏感，還可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)特定(ding)的(de)光(guang)(guang)源進行刺(ci)激。或者，對(dui)于(yu)非(fei)光(guang)(guang)學組件(jian)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)磁鐵進行激勵。

光學(xue)分(fen)析工具可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)(liang)DUT的機械特性和行(xing)為，例(li)如(ru)3D運動或形貌。MEMS是這類器件(jian)的一個典型例(li)子，其可(ke)以(yi)通過電刺激(ji)實(shi)現自動運動。在手(shou)動探針臺上，如(ru)果可(ke)以(yi)直接(jie)觀察到探針尖端和焊盤，可(ke)以(yi)輕(qing)松地使用測(ce)量(liang)(liang)相(xiang)關的顯(xian)微(wei)(wei)鏡替換(huan)標準對準顯(xian)微(wei)(wei)鏡。

對于自(zi)動(dong)(dong)探針(zhen)(zhen)系統，顯(xian)(xian)微(wei)鏡與相(xiang)機結(jie)合使用以實現自(zi)動(dong)(dong)晶(jing)圓(yuan)對準(zhun)，這對于自(zi)動(dong)(dong)晶(jing)圓(yuan)測(ce)試(shi)至關(guan)重要。無(wu)論是(shi)(shi)手動(dong)(dong)還(huan)是(shi)(shi)自(zi)動(dong)(dong)探針(zhen)(zhen)系統，顯(xian)(xian)微(wei)鏡的首要任務是(shi)(shi)正確對準(zhun)晶(jing)圓(yuan)并將探針(zhen)(zhen)與焊盤匹配。隨后，在探針(zhen)(zhen)臺自(zi)動(dong)(dong)跨(kua)越晶(jing)圓(yuan)時，顯(xian)(xian)微(wei)鏡需要切(qie)換到(dao)不同的儀器進行測(ce)量。

MPI提供兩種自(zi)動化晶圓(yuan)測試的解決方案，即(ji)可更換的顯微鏡橋(qiao)和離軸對(dui)準相機。

可(ke)更換的(de)(de)(de)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)(jing)橋采(cai)用模(mo)塊化設計，可(ke)以在(zai)兩個(ge)位(wei)置之(zhi)間快(kuai)速切換，以支持晶圓(yuan)(yuan)對準或使(shi)用所需的(de)(de)(de)測量儀器(qi)。位(wei)置的(de)(de)(de)切換可(ke)以手動(dong)(dong)或自動(dong)(dong)完(wan)成，當測試盒中有(you)多(duo)個(ge)晶圓(yuan)(yuan)時，需要完(wan)全自動(dong)(dong)化的(de)(de)(de)測試能力。顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)(jing)橋具(ju)有(you)卓越的(de)(de)(de)穩定性，可(ke)以承載兩個(ge)X、Y、Z線性驅動(dong)(dong)單(dan)(dan)元和附加的(de)(de)(de)儀器(qi)。根據需要，可(ke)以在(zai)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)(jing)橋上(shang)放置不同(tong)的(de)(de)(de)標(biao)準顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡(jing)(jing)驅動(dong)(dong)單(dan)(dan)元，從簡單(dan)(dan)的(de)(de)(de)X、Y、Z平臺到(dao)重型電動(dong)(dong)示波器(qi)支架。（圖(tu)4a）

圖4b：通過(guo)自動(dong)聚(ju)焦和(he)重新聚(ju)焦，可確保出色(se)的信號和(he)數據質量(liang)

激發固有頻率

激(ji)(ji)發(fa)固有(you)(you)頻率(lv)振(zhen)動(dong)(dong)測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)先決(jue)條件是對其進行激(ji)(ji)發(fa)。某些傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)，如壓電(dian)層或電(dian)容梳結(jie)構(gou)等功能(neng)元件，可以自然地激(ji)(ji)發(fa)振(zhen)動(dong)(dong)，例(li)如共振(zhen)器(qi)或慣性傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)。然而，許多傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)（如基于(yu)(yu)膜的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)）沒有(you)(you)用(yong)于(yu)(yu)產生機械力的(de)(de)(de)功能(neng)元件。對于(yu)(yu)這(zhe)種(zhong)被(bei)動(dong)(dong)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)，振(zhen)動(dong)(dong)必須由外部激(ji)(ji)發(fa)。有(you)(you)兩種(zhong)不同(tong)的(de)(de)(de)方法(fa)。一(yi)種(zhong)是通(tong)過激(ji)(ji)光熱激(ji)(ji)法(fa)來(lai)激(ji)(ji)發(fa)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)；另一(yi)種(zhong)是通(tong)過靜(jing)電(dian)激(ji)(ji)發(fa)在(zai)高(gao)達(da)10 MHz頻率(lv)范圍內進行激(ji)(ji)發(fa)。對于(yu)(yu)后一(yi)種(zhong)方法(fa)，將連接到高(gao)壓放大(da)器(qi)的(de)(de)(de)電(dian)極(ji)放置在(zai)距(ju)離傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)表面幾微米處。電(dian)極(ji)由透(tou)明材料氧化銦錫（ITO）制成，并(bing)安(an)裝在(zai)玻(bo)璃載體上，以實現最大(da)程(cheng)度(du)的(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)力，同(tong)時不干(gan)擾(rao)測(ce)振(zhen)儀的(de)(de)(de)光束路徑。此外，由于(yu)(yu)振(zhen)動(dong)(dong)測(ce)量(liang)法(fa)具有(you)(you)極(ji)高(gao)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)靈敏度(du)，因此可以測(ce)量(liang)僅由環境(jing)熱噪聲激(ji)(ji)發(fa)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)共振(zhen)頻率(lv)，例(li)如建筑物(wu)。這(zhe)種(zhong)方法(fa)也用(yong)于(yu)(yu)標定原子力顯微鏡（AFM）探針尖端。

振動測量的有效應用性

振動測(ce)量(liang)的(de)(de)應(ying)用廣泛，除了用于(yu)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)功能測(ce)試（例如諧振器(qi)），還可(ke)以用于(yu)檢測(ce)制造缺陷，如膜裂紋，并通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)和仿(fang)真數(shu)(shu)據(ju)間接識別幾何和材料參數(shu)(shu)。IMMS開發(fa)的(de)(de)軟件解決方案可(ke)以通(tong)過(guo)優化算法自動確定(ding)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)參數(shu)(shu)，從而減少設(she)置工作并使(shi)非專(zhuan)家用戶輕松獲取廣泛的(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)參數(shu)(shu)。

振動法(fa)與其他非連接(jie)、非破壞性(xing)測量(liang)方法(fa)相比(bi)，提(ti)供了很多重要優勢，其中之一(yi)是(shi)可以確定材料(liao)參數，如楊氏模量(liang)和(he)材料(liao)應(ying)力。另一(yi)個優勢是(shi)它可以在整個生產過程(cheng)中（從晶圓生產到封裝）用(yong)于質量(liang)控制。

好/壞分類：

一個(ge)簡單的(de)(de)應用是通(tong)過使用具有(you)良(liang)好(hao)(hao)和(he)有(you)缺(que)陷的(de)(de)參(can)考(kao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)“學習階段”，對傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)進行好(hao)(hao)/壞(huai)(huai)分類。如果正常功(gong)能(neng)的(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)和(he)有(you)缺(que)陷的(de)(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)固有(you)頻率不同，那么通(tong)過對大量良(liang)好(hao)(hao)參(can)考(kao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)進行測量，可以確定標(biao)準偏差(cha)，并將其(qi)作為傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)生產中好(hao)(hao)/壞(huai)(huai)分類的(de)(de)標(biao)準。

對(dui)(dui)(dui)于具有對(dui)(dui)(dui)稱結構（例如圓形(xing)或方形(xing)膜）的傳感(gan)器，在(zai)(zai)(zai)名義上對(dui)(dui)(dui)稱的情(qing)況下，會存在(zai)(zai)(zai)許多固(gu)有頻率對(dui)(dui)(dui)，它們在(zai)(zai)(zai)相同(tong)值(zhi)下相互錯位。而(er)在(zai)(zai)(zai)不(bu)對(dui)(dui)(dui)稱的情(qing)況下，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些頻率對(dui)(dui)(dui)會發生(sheng)分(fen)裂(lie)。這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)分(fen)裂(lie)頻率對(dui)(dui)(dui)可(ke)以(yi)用(yong)于檢測缺陷，例如膜裂(lie)紋(wen)或不(bu)對(dui)(dui)(dui)稱材料應力，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)可(ke)能(neng)在(zai)(zai)(zai)封(feng)裝(zhuang)過程中發生(sheng)。IMMS開(kai)發了一種(zhong)(zhong)(zhong)頻率響應后處理工具，可(ke)以(yi)檢測這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)分(fen)裂(lie)。（見圖5）

參數識別：

參數識別方法(fa)主要基于通(tong)過(guo)固有頻率的振動測量(liang)和模態分析的仿真數據(ju)來確定(ding)與幾何形狀和材料有關的感興趣參數。通(tong)過(guo)優(you)化算(suan)法(fa)，可(ke)以根據(ju)后處理工具(ju)內的測量(liang)數據(ju)確定(ding)傳感器參數。（見圖6）

圖6：參數識別方法

根據(ju)研究的(de)結構，這個(ge)過程通常可(ke)以(yi)識別一個(ge)到(dao)三個(ge)參數(shu)。然(ran)后(hou)，可(ke)以(yi)從(cong)(cong)要(yao)(yao)識別的(de)參數(shu)數(shu)量推(tui)導出需(xu)要(yao)(yao)測(ce)量的(de)最(zui)小自(zi)然(ran)頻(pin)率(lv)數(shu)量。如果測(ce)得(de)的(de)固有(you)頻(pin)率(lv)多于必需(xu)的(de)固有(you)頻(pin)率(lv)數(shu)量，則可(ke)以(yi)從(cong)(cong)中確定(ding)估(gu)計的(de)參數(shu)識別誤差(cha)（EIE）。

從測得的頻率(lv)(lv)(lv)響(xiang)應中，可以提取參數(shu)的固有頻率(lv)(lv)(lv)、幅度和品(pin)質(zhi)因數(shu)的值(zhi)(zhi)；如果有多個(ge)測量點，還可以提取形(xing)態信息。參數(shu)識別(bie)始終(zhong)使用固有頻率(lv)(lv)(lv)值(zhi)(zhi)。如果感(gan)興(xing)趣的是對(dui)腔(qiang)體內(nei)部(bu)壓力的確定，那么品(pin)質(zhi)因數(shu)也會考(kao)慮在(zai)參數(shu)識別(bie)中。特(te)別(bie)要(yao)考(kao)慮相鄰頻率(lv)(lv)(lv)下的振(zhen)型關系，因為(wei)材料應力的影響(xiang)可能導致標稱序列(lie)的變化。所有感(gan)興(xing)趣的參數(shu)都可以根據頻率(lv)(lv)(lv)值(zhi)(zhi)、質(zhi)量和形(xing)態來確定。因此(ci)，不需(xu)要(yao)額(e)外考(kao)慮頻率(lv)(lv)(lv)幅度；此(ci)外，避免了依賴于(yu)激勵的振(zhen)動(dong)幅度的復(fu)雜計算（特(te)別(bie)是如果該計算是在(zai)外部(bu)完成的）。

識別階段：

參(can)(can)(can)數(shu)(shu)識別過程可以(yi)(yi)分(fen)為(wei)三個階段。首(shou)先，必須檢查是否(fou)可以(yi)(yi)以(yi)(yi)所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)辨率使(shi)用(yong)該方法確定(ding)所(suo)尋求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)(can)(can)數(shu)(shu)。因(yin)此，在進行參(can)(can)(can)數(shu)(shu)識別之前，需(xu)要進行靈敏(min)度(du)分(fen)析，以(yi)(yi)確定(ding)固有頻率相對于感興(xing)趣的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)(can)(can)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)。對于簡(jian)單的(de)(de)(de)(de)(de)結構或(huo)基礎研究，可以(yi)(yi)使(shi)用(yong)解(jie)析公(gong)式；對于更復雜的(de)(de)(de)(de)(de)結構，有限元 (FE) 程序提(ti)供適當的(de)(de)(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)分(fen)析。如果研究的(de)(de)(de)(de)(de)結構不具備所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)，那么(me)可以(yi)(yi)使(shi)用(yong)專門(men)設計的(de)(de)(de)(de)(de)測試結構來(lai)確定(ding)所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)(can)(can)數(shu)(shu)。（見圖7）

為了了解傳感器，首先是(shi)進行(xing)(xing)表(biao)征階段(duan)，然(ran)后(hou)(hou)采用密集測量(liang)點網絡進行(xing)(xing)頻率(lv)測量(liang)。同時，選擇適當的(de)頻率(lv)模(mo)式(shi)進行(xing)(xing)識別和驗證(zheng)，并在必要時調整(zheng)有限元模(mo)型。在第三個(ge)階段(duan)，也是(shi)最后(hou)(hou)一(yi)個(ge)階段(duan)，優化了針(zhen)對晶圓(yuan)生產的(de)過(guo)程，旨在最大程度地減少測量(liang)點數量(liang)和測量(liang)時間（通常小于(yu)一(yi)秒）。

下面(mian)是一(yi)個示例，說(shuo)明(ming)參數(shu)識別的過程。可(ke)以通(tong)過計(ji)算具有(you)材料應力的簡(jian)支二次膜的固有(you)頻(pin)率(lv)公式，很好地說(shuo)明(ming)這一(yi)點（基本(ben)假設是其(qi)他夾緊條件不(bu)會改變參數(shu)依賴性）。該公式描述了(le)固有(you)頻(pin)率(lv)(fm,n)與楊氏模量(E)、密度(ρ)、泊松比(bi)(ν)、膜高度(h)、尺寸(cun)(a)以及固有(you)應力(σ)之(zhi)間的關(guan)系(xi)：

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

與(yu)參(can)數識(shi)別相(xiang)關的(de)(de)是(shi)幾何(he)(he)項(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)應(ying)力(li)(li)項(xiang)(xiang)(xiang)之間的(de)(de)比率。如果幾何(he)(he)項(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)應(ying)力(li)(li)項(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比率非(fei)常大，比如在壓力(li)(li)傳(chuan)感器(qi)中，可(ke)以確定給定膜(mo)尺寸的(de)(de)膜(mo)厚(hou)度。對(dui)于非(fei)常薄(bo)的(de)(de)薄(bo)膜(mo)傳(chuan)感器(qi)，如麥克風或熱(re)電堆，這個(ge)比率是(shi)相(xiang)反的(de)(de)。由于應(ying)力(li)(li)項(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)對(dui)于幾何(he)(he)項(xiang)(xiang)(xiang)非(fei)常大，因此可(ke)以準(zhun)確識(shi)別材料(liao)應(ying)力(li)(li)。

測試結構(gou)的(de)(de)(de)開發也是(shi)重要(yao)的(de)(de)(de)。為了使(shi)用(yong)測量的(de)(de)(de)固有頻率來確定(ding)材料或幾何參數(shu)，必(bi)須滿足(zu)先(xian)決條件，即固有頻率對(dui)于(yu)(yu)所關心的(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)參數(shu)具有函數(shu)依賴性(xing)，并且(qie)多個參數(shu)之間必(bi)須彼(bi)此(ci)線性(xing)無關。如果給定(ding)的(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)結構(gou)不能(neng)滿足(zu)這些先(xian)決條件，可以通過設計專門(men)用(yong)于(yu)(yu)振動測量或兩種不同結構(gou)組(zu)合評估的(de)(de)(de)測試結構(gou)來進行(xing)參數(shu)識(shi)別。

一個(ge)(ge)(ge)例子是無(wu)(wu)應力方形膜結(jie)構的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)和尺(chi)寸之間的(de)(de)(de)線(xian)性相(xiang)關參(can)數。通過固(gu)有頻率(lv)(lv)值，只能(neng)確(que)定(ding)厚(hou)度(du)與尺(chi)寸的(de)(de)(de)比(bi)率(lv)(lv)，而不能(neng)確(que)定(ding)它們的(de)(de)(de)實(shi)際值。如果模型輸(shu)入變量的(de)(de)(de)工(gong)藝相(xiang)關公差（例如氫氧化鉀蝕刻過程中的(de)(de)(de)膜尺(chi)寸）意味著(zhu)標稱參(can)數（例如膜厚(hou)度(du)）的(de)(de)(de)識別(bie)實(shi)際上(shang)也(ye)涉及(ji)其他參(can)數的(de)(de)(de)識別(bie)，那么無(wu)(wu)法精確(que)確(que)定(ding)感興趣(qu)的(de)(de)(de)參(can)數。解決(jue)膜厚(hou)度(du)識別(bie)問題(ti)的(de)(de)(de)方法是使(shi)用兩個(ge)(ge)(ge)不同(tong)尺(chi)寸矩(ju)形測(ce)試(shi)結(jie)構的(de)(de)(de)組合評估。通過測(ce)量兩個(ge)(ge)(ge)不同(tong)尺(chi)寸矩(ju)形膜的(de)(de)(de)前三個(ge)(ge)(ge)固(gu)有頻率(lv)(lv)，可(ke)以確(que)定(ding)膜的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)和尺(chi)寸。

另一(yi)個(ge)例(li)子是(shi)通過(guo)基于梁(liang)的(de)結構，結合評估不同結構的(de)測(ce)量(liang)數據(ju)，來識別楊氏(shi)模(mo)量(liang)和材(cai)料(liao)應(ying)力。由(you)于在(zai)兩(liang)側夾(jia)(jia)緊的(de)梁(liang)上無法同時高精度地確定楊氏(shi)模(mo)量(liang)和材(cai)料(liao)應(ying)力，可以先(xian)在(zai)自由(you)懸臂上確定楊氏(shi)模(mo)量(liang)，然后在(zai)夾(jia)(jia)緊梁(liang)上確定材(cai)料(liao)應(ying)力。

綜上所述(shu)，先進的晶圓(yuan)級(ji)測試(shi)系統可用(yong)(yong)于(yu)(yu)MEMS器(qi)件(jian)生(sheng)產中的工業質量(liang)保(bao)證，以驗(yan)證機械功能組件(jian)的正確運行(xing)。激光(guang)多普勒測振儀是(shi)一種用(yong)(yong)于(yu)(yu)實時寬帶測量(liang)動態響應的工具(ju)，其(qi)分(fen)辨率可達(da)皮米級(ji)。本文提供了在晶圓(yuan)級(ji)快速、自動化生(sheng)產測試(shi)中如(ru)何利用(yong)(yong)LDV的示例，以提高產量(liang)并最終降低產品(pin)成本。

MSA-600

TS2000-SE

產品介紹：

MPI的(de)(de)TS2000-SE/8寸半自(zi)動(dong)探針臺(tai)是(shi)具有創新(xin)功(gong)能(neng)的(de)(de)200mm自(zi)動(dong)化晶圓測試系統，其包含獨特的(de)(de)側面自(zi)動(dong)裝(zhuang)卸(xie)功(gong)能(neng)和超高屏(ping)蔽下的(de)(de)超低噪聲環境。

特色功能：

MPI的(de)TS2000-SE/8寸半自動探(tan)針臺發布新功能，側面帶有VCE，可完美(mei)解放您的(de)雙手，實現精準定位，完成自動扎(zha)針，使(shi)測(ce)試過程(cheng)更加方便快捷(jie)。

產品概要：

1、ShielDEnvironment

MPI ShielDEnvironment是一(yi)個(ge)高性能的微屏蔽(bi)暗(an)箱，可為超低噪(zao)聲，低電容測量(liang)提(ti)供出色的EMI和不透(tou)光(guang)的屏蔽(bi)測試環境(jing)

2、自動化晶圓裝載系統

該功能(neng)提(ti)供(gong)了非常方(fang)便的晶圓(yuan)裝載，并且易于針對自(zi)動(dong)程序進行預對準，可支(zhi)持(chi)100mm、150mm、200mm等不(bu)同尺寸的晶圓(yuan)，針對高低溫環境下(xia)可提(ti)高測(ce)試效(xiao)率

3、ERS獨特的 AC3冷卻技術

MPI旗下全系(xi)列探針臺系(xi)統均采(cai)用(yong)ERS的(de)(de)AC3冷(leng)卻技術和(he)自我管理(li)系(xi)統，可(ke)使(shi)用(yong)回(hui)收(shou)的(de)(de)冷(leng)卻空氣(qi)吹掃MPI ShielDEnvironment，可(ke)大幅減少30%至50%的(de)(de)空氣(qi)消(xiao)耗

4、側視影像系統(VCE)

借(jie)助MPI8寸探(tan)針(zhen)(zhen)臺獨(du)特的自動側視– VCE影(ying)像系統可視化的觀察探(tan)針(zhen)(zhen)針(zhen)(zhen)尖與樣品之間(jian)的接(jie)觸，使用(yong)DC或(huo)RF等探(tan)針(zhen)(zhen)卡非(fei)常(chang)安全

技術優勢：

1、模塊量測 - DC-IV / DC-CV / Pulse-IV

2、射頻和毫米波 - 26 GHz 至 110 GHz 及以上

3、失效分析 - 探針(zhen)卡 / 節間探測(ce)

4、可靠性測試(shi)(shi) - 熱/ 冷 / 長時間測試(shi)(shi)

5、高功率測試 - 至高 10 kV / 600 A

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

7、支持(chi)飛(fei)安級(ji)低(di)漏(lou)電值(zhi)量測

8、支持(chi)溫(wen)度范圍 -60 °C 至 300 °C