用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法。提供了一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，该方法包括：获取MEMS微梁的结构参数；获取MEMS微梁的吸合电压、固有频率和振型函数；根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的厚度。MEMS微梁的结构参数包括MEMS微梁的长度、宽度和高度，高度为MEMS微梁的上表面与位于MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离。上述用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，由于根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的厚度，因此能够实现微梁厚度的高精度无损在线测量，这对快速准确地评价MEMS器件的性能至关重要。

【技术实现步骤摘要】
用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法及装置
本专利技术涉及微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)领域，更具体地涉及用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法及装置。
技术介绍
在MEMS(微机电系统,Micro-Electro-MechanicalSystem)领域中，微梁是MEMS中最常见的可动微结构，作为机电结合的元件，在MEMS中具有不可替代的位置。微梁结构参数的测量是保证加工质量、研究器件性能、优化结构设计的基础。目前，对厚度在数十微米到数毫米之间的微梁，可通过普通的光学读数显微镜测量，而对于厚度在几微米到十几微米之间的微梁，确定或控制厚度的方法有三种：一是用溅射或电镀时间控制，如采用LIGA工艺制作微梁时，在溅射或电镀的速率已知的前提下，通过控制时间来确定梁厚度，由于影响溅射或电镀速率的因素很多，用该方法确定的厚度很不精确。二是用扫描电镜(SEM)或高倍光学显微镜以一定角度测量，通过角度变换得到梁的厚度。受加工工艺影响，微梁厚度往往不均匀，呈现边缘厚度小而中间厚度大的现象，测量精度也较差。三是破坏后用扫描电镜(SEM)或高倍光学显微镜或白光干涉仪或激光共聚焦显微镜直接测量，这种方法测量精度较高，但属于破坏性测试。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有MEMS微梁厚度测量方法的测量结果不准确或者对MEMS结构具有破坏性的问题，提供一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，能够对MEMS微梁的厚度进行准确的无损原位测量。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，该方法包括：获取MEMS微梁的结构参数，结构参数包括MEMS微梁的长度、宽度和高度，高度为MEMS微梁的上表面与位于MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离；获取MEMS微梁的吸合电压、固有频率和振型函数；根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的厚度。在其中一个实施例中，根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的厚度，包括：根据MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的下表面与底部电极的上表面之间的间隙距离；以及根据间隙距离和MEMS微梁的高度，确定MEMS微梁的厚度。在其中一个实施例中，根据MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的下表面与底部电极的上表面之间的间隙距离，包括：联合以下公式确定间隙距离g，其中，η为位置系数，b为微梁的宽度，g为间隙距离，z0为高度，Vp为吸合电压，ε0为真空介电常数，εr为MEMS微梁与底部电极之间的介质的相对介电常数，ρ为MEMS微梁材料的密度，f0为固有频率，为振型函数。在其中一个实施例中，根据间隙距离和MEMS微梁的高度，确定MEMS微梁的厚度，包括根据以下公式确定厚度，h+g＝z0，其中，h为厚度，g为间隙距离，z0为高度。在其中一个实施例中，获取MEMS微梁的结构参数，包括：利用白光干涉仪或激光共聚焦显微镜测量MEMS微梁的长度、宽度和高度。在其中一个实施例中，MEMS微梁为微悬臂梁,获取MEMS微梁的吸合电压，包括：采用电压-电阻方法测量吸合电压。在其中一个实施例中，MEMS微梁为微固支梁，获取MEMS微梁的吸合电压，包括：采用电压-电容方法测量吸合电压。在其中一个实施例中，获取微梁的固有频率，包括：将信号发生器连接在微梁与底部电极两端，并施加正弦扫频信号，利用显微激光测振仪测量微梁的振动响应，以获取微梁的固有频率。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的装置，该装置包括：结构参数获取模块，用于获取MEMS微梁的结构参数，结构参数包括MEMS微梁的长度、宽度和高度，高度为MEMS微梁的上表面与位于MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离；动力特性和电特性参数获取模块，用于获取MEMS微梁的吸合电压、固有频率和振型函数；厚度确定模块，用于根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的厚度。在其中一个实施例中，厚度确定模块具体用于：根据MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的下表面与底部电极的上表面之间的间隙距离；以及根据间隙距离和MEMS微梁的高度，确定MEMS微梁的厚度。在其中一个实施例中，根据MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定MEMS微梁的下表面与底部电极的上表面之间的间隙距离，包括：联合以下公式确定间隙距离g，其中，η为位置系数，b为微梁的宽度，g为间隙距离，z0为高度，Vp为吸合电压，ε0为真空介电常数，εr为MEMS微梁与底部电极之间的介质的相对介电常数，ρ为MEMS微梁材料的密度，f0为固有频率，为振型函数。上述用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，由于根据MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的厚度，因此能够实现微梁厚度的高精度无损在线测量，这对于快速准确地评价MEMS器件的性能至关重要。附图说明将参考附图通过示例方式来描述本专利技术的优选而非限制的实施例，其中：图1示出了本申请一实施例中用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法的流程图。图2示出了本申请一实施例中MEMS微梁及其相关结构的示意图。图3示出了本申请又一实施例中用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法的流程图。图4示出了本申请一实施例中用于原位测量MEMS微梁的厚度的装置的示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。本专利技术是基于哈密顿原理和欧拉-伯努利梁模型，建立基于微梁的吸合电压和固有频率的微梁厚度计算模型。可以根据微梁结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定微梁的厚度。本申请提供了一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，如图1所示，该方法包括：步骤S100，获取MEMS微梁的结构参数。具体地，MEMS微梁的结构参数包括MEMS微梁的长度、宽度和高度，高度为MEMS微梁的上表面与位于MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离。示例性地，如图2所示，MEMS微梁为微悬臂梁110，但本申请不限于微悬臂梁，本申请的方法也可以应用于固支梁等其他微梁。如图2所示，需要获取MEMS微梁的长度L、宽度b以及高度z0。高度z0为MEMS微梁110的上表面与位于MEMS微梁下方的底部电极120的上表面之间的距离。底部电极120与触点130的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述MEMS微梁的结构参数，所述结构参数包括所述MEMS微梁的长度、宽度和高度，所述高度为所述MEMS微梁的上表面与位于所述MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离；获取所述MEMS微梁的吸合电压、固有频率和振型函数；根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种用于原位测量MEMS微梁的厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述MEMS微梁的结构参数，所述结构参数包括所述MEMS微梁的长度、宽度和高度，所述高度为所述MEMS微梁的上表面与位于所述MEMS微梁下方的底部电极的上表面之间的距离；获取所述MEMS微梁的吸合电压、固有频率和振型函数；根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述MEMS微梁的结构参数、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的厚度，包括：根据所述MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的下表面与所述底部电极的上表面之间的间隙距离；以及根据所述间隙距离和所述MEMS微梁的高度，确定所述MEMS微梁的厚度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述MEMS微梁的宽度和高度、吸合电压、固有频率和振型函数，确定所述MEMS微梁的下表面与所述底部电极的上表面之间的间隙距离，包括：联合以下公式确定所述间隙距离g，其中，η为位置系数，b为所述微梁的宽度，g为所述间隙距离，z0为所述高度，Vp为所述吸合电压，ε0为真空介电常数，εr为所述MEMS微梁与所述底部电极之间的介质的相对介电常数，ρ为所述MEMS微梁材料的密度，f0为所述固有频率，为所述振型函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述间隙距离和所述MEMS微梁的高度，确定所述MEMS微梁的厚度，包括根据以下公式确定所述厚度，h+g＝z0，其中，h为所述厚度，g为所述间隙距离，z0为所述高度。5.根据权利要求书1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取所述MEMS微梁的结构参数，包括：利用白光干涉仪或激光共聚焦显微镜测量所述MEMS微梁的长度、宽度和高度。6.根据权利要求书1-4中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱军华，黄钦文，董显山，苏伟，宋芳芳，恩云飞，刘人怀，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：广东,44