导语：MENS技术是传感器的核心关键技术之一，也是其未来发展最重要的方向之一。然而，能够设计和生产MEMS传感器的厂家数量极少，这种难题为什么会存在？如果您致力于学术研究，那么在MEMS传感器研发领域将是一段充满挑战和激动人心的旅程。您可能需要在光线昏暗的净化室中度过长时间，并且导师对于撰写高质量学术文章有着严格要求。在开发一种新型MEMS传感器制造工艺时，初期晶圆通常无法量产出可工作的完整设备。这意味着从几个星期到几年甚至更长时间内，您都可能面临寻找那少数完美芯片的心烦意乱。

您或许会问自己这样一个问题：怎样才能提高MEMS传感器研发效率呢? 我建议花费一些时间去仔细审查每个工艺步骤。这听起来似乎很简单，但往往检查过程被忽视。在某些情况下，即使所有结构都是错误的情况下人们仍旧继续处理晶圆。而且，有时候即便认为已经制造出了能正常工作的设备，在切片、胶合、键合之后，却发现没有一块芯片能正常工作。

通过光学显微镜，我们可以观察许多制造步骤，只需几分钟就能帮助确定MEMS传感器制造问题。但最大的难题却是在显微镜之外。以下列举了八大问题，它们超出了光学显微镜所能探测到的范围，每个问题都有一套针对性的检查方法。

不精确的MEMS结构层厚

许多工艺方法（如物理气相沉积法、化学气相沉积法或电镀法）都会依赖沉积材料来构建机械结构或电子元件，而这些材料层厚度对于性能影响至关重要。

常见检查方法/设备：

轮廓仪

椭圆仪

切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）

基于探针的微机械测试

边墙形貌(sidewall profile)不佳

微结构边墙对性能有重大影响，但光学显微镜看不到边缘缺陷，如刻蚀不足和沟槽。这些几何形变会明显改变弹簧和柔性板机械性能。

常见检查方法/设备：

切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）

基于探针的微机械测试

粘附力问题

MEMS内部层与层之间的小粘附力经常不可见，但分层迹象可能在光学显微镜上显示出来。如果这是导致失败原因的一部分，那么解决方案就不是那么明了。

常见检查方法/设备：

声学显microscope(声波成像)

基于探针的手部触摸检测 (非破坏性)

内应力和应力梯度

由于内部应力的产生，薄膜常常出现裂纹，这种现象可以在某些情况下被轻易忽略而未被注意到，因为它并不总是立即导致失败。

常见检查方法/设备：

光学曲率计测量曲率变化

结合顯microscope測試透射圖像以確定層次結構變化

裂纹

大多数裂纹都可以在普通照相机下看到，但是，由于分辨率限制，一些细小裂缝则难以捕捉到。这种情况下的检测需要更加先进的手段来确定是否存在裂纹的问题。

常见检查方法/設備:

探针台電性測試(Break-off device layer of a single chip or a test structure)

声學顯microscope(聲波成像)

基於探針的手部觸摸檢測 (non-destructive testing)

失败释放工艺

当释放操作失误时，对那些释放成功但锚点未完全释放的地方进行准确诊断是一个挑战，因为这通常涉及到损害原有的单芯片组件进行分析。

常見檢查方式:

单芯片组件層或者单独構造進行單獨測試(Break-off device layer of a single chip or a test structure)

使用基于探针手動触碰检测

粘滞作用

在悬臂梁、薄膜等械机构中，如果它们与基底之间距离非常近，则他们之间可能发生粘连，从而导致永久失效。

常見檢查方式:

探针台电性測試(如电容傳感器)(Break-off device layer of a single chip or a test structure)

基於探針的手部觸摸檢測 (non-destructive testing)

不精确材料特征

新型聚合物作为薄膜材料展现出巨大的潜力，它们杨氏模量、线性度以及磁滞现象等均极为敏感地反映了具体加工参数。此类不理想特征直接降低整体性能并造成失效风险增大。

可用工具包括:

光學影像系統來觀察偏差程度

輕量級X射線繞射技術(XRD)來調校材質屬性的準確

这个列表展示了我们必须考虑的问题类型，以及如何使用各种不同的实验室工具来解决这些困扰着我们的复杂工程挑战。