Dynamic parameter identification techniques and test structures for microsystems characterization on wafer level

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Charakterisierung von Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten dargestellt. Sie erlaubt, funktionsrelevante Parameter und deren Schwankungen produktionsbegleitend auf Waferlevel zu ermitteln. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Sollform der Struktur und die Abweichungsarten bekannt sind. Die Methode beruht auf dem Vergleich von numerisch berechneten mit experimentell ermittelten Eigenfrequenzen der untersuchten Mikrosysteme. Dazu wird die Abhängigkeit verschiedener Eigenfrequenzen von den gesuchten Parametern mittels einer Parametervariationsanalyse berechnet und durch eine geeignete Funktion angenähert. Die Messung der dynamischen Eigenschaften erfolgt mit Hilfe eines Bewegungsanalysators, der auf einem Laser-Doppler-Vibrometer basiert. Im letzen Schritt werden die gesuchten Parameter berechnet.
Kernpunkt der entwickelten Methode sind Messungen auf der Basis von speziellen Teststrukturen, die im Waferlayout neben den eigentlichen Nutzstrukturen platziert sind und parallel mit den Nutzstrukturen prozessiert werden. Es werden Algorithmen zur Generierung des Designs der Teststrukturen und ihrer Platzierung im Waferlayout entwickelt. Dabei werden das Design der Nutzstruktur und deren funktionsrelevante Parameter, der technologische Ablauf und materialspezifische Kennwerte berücksichtigt. Im Ergebnis liegt eine Bibliothek von Standard-Teststrukturen vor, die für produktionsbegleitende Messungen sowie für die Übertragbarkeit der Ergebnisse geeignet sind. Außerdem werden allgemeingültige Richtlinien zur Durchführung der Messungen an den Standard-Teststrukturen abgeleitet. Das Messverfahren wurde an unterschiedlichen Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten überprüft und zu einer allgemeinen Messmethode für diese Klasse von Mikrosystemen erweitert.