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领域。但能够生产、设计MEMS传感器的企业数量极少，为什么MEMS生产这么难？如果您致力于学术研究，那么MEMS传感器研发领域会非常引人入胜，但同时也面临着巨大的压力。您将花费大量时间在净化室中，可能连续几个月都无法见到阳光，导师为了撰写学术性文章会不断督促您完成样板试制。当研发一种新的MEMS传感器制造工艺时，最初几片晶圆通常不会量产出可工作的器件。根据工艺的复杂性和创新性，这需要数周、数月甚至数年的时间才能得到合格芯片。

您可能会问自己这样一个问题：怎样才能提高MEMS传感器工艺研发效率呢?个人建议，您应该花点时间和精力去仔细检查所有工艺步骤。这听起来似乎很简单，但往往检查部分被忽略。在某些情况下，即使结构全部错误的情况下人们还在继续处理晶圆。同样，您可能认为已经制造出能工作的器件，但是经过切片、胶合、键合后，发现没有一个芯片能正常工作。

在一台光学显微镜下很多制造步骤可以轻易地被观察，只需几分钟就能帮助确定MEMS传感器制造问题。但是，最难的是显微镜看不到的问题。以下列出了除了光学显微镜之外八大问题，以及针对每个问题给出的针对性的检查方法。

不精确的MEMS传感器结构层厚

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，而光学显微镜看不到的材料层厚度对于性能影响相当重要。

常见检查方法/设备：

轮廓仪

椭圆仪

切割晶圆，然后通过扫描电子显微镜观察（破坏性的测试）

基于探针的微机械测试

边墙形貌不佳

微结构边墙对性能有很大程度上的影响。通过光学显微镜看到边墙不是很好，特别是在刻蚀不足和沟槽上，这些都是看不见的问题，但是这些几何形变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，然后通过扫描电子显微镜观察（破坏性的测试）

基于探针的微机械测试

粘附力问题

内层与内层之间以及内层与衬底之间的小分子粘附现象虽然小，却造成了功能失效。虽然可以用声学显 微镜检测，但这也是不可避免的一个挑战。

常见检查方法/设备：

声学显microscope

基于探针进行损害式测试

内应力及应力梯度

内部应力的存在导致薄膜出现裂纹或者开裂，从而降低了良率。此类问题一般由其他检测手段来解决，如透射电阻测量等。

常见检查方法/设备：

光 学显示机测量曲率差异以判断是否存在弯曲或扭曲效果；结合示波枪或白色干涉测厚仪来分析不同区域厚度差异；基于探针表征本体及释放区域所产生的一种较为严重形式的手动触摸操作。

裂纹扩散

许多裂纹都可以在光学顯顯 microscope 下看到，但由于分辨率限制，有些细小“发际线”裂缝是不易发现的事实就是我们必须使用更先进工具来解决这个挑战。

常見檢查方法/設備:

探針機進行電阻測試;

聲學顯microscope;

基於探針進行損壞式測試;

失败释放

释放过程中，如果释放部位未完全脱离基底，就意味着整个产品失败。在这种情况下，我们必须找到那些成功但锚点未释放的地方，以便进行进一步改进。

常見檢查方法/設備：

单一芯片级别单独处置并进行基础考验（破壞性測試）；

使用基準樣品對比來觀察與比較不同的製程參數對於最終產品影響；

並且進一步使用基於掃描電子顯microscope 的技術來分析內部結構狀態及其變化過程，並根據這些信息推導出最佳加工條件與參數組合。

粘滞作用

悬臂梁、小型薄膜等硬质组成部分因其特殊設計与应用环境中的反应而发生粘滞现象，使得它们不能自由移动，从而导致整个系统失灵。如果 MEMs 结构与衬底间距离过短，则此类粘滞现象几乎不可视，因此只能在封装环节选择完好的零件进行检验。

常見檢查方式:

採用聲學顯microscope 或者類似非接触式技術來監控系統間距變化並識別異物積聚現象;

利用掃描電子顯microscope 進行高分辨率觀察以確定異物形成原因;

在發生故障時採取斷層後進行掃描電子顯microscope 檢視，以確認異物位置與大小;

不精确材料特性

新型材料应用前，其杨氏模量、线性系数等参数需要详细了解，并且这些参数对于最终产品性能至关重要。不准确或者不理想的人造塑料特性会降低产品质量甚至导致故障发生。而这些因素往往只有当实际应用时才逐渐暴露出来，由此带来的成本损失也是比较大的一个隐患。

总结来说，在开发新的 MEMs 设计时，要考虑到每个阶段都有潜在风险，比如尺寸控制误差、大面积缺陷、高温敏态行为等，可以采用多种检测手段包括 X 射线断层摄影 (X-ray computed tomography, XCT)、激光扫描三维成像(Laser scanning confocal microscopy, LSCM)，以及其他高端监测工具，对早期产品进行评估，以防止因为缺陷造成工程设计失败，同时提升整体质量标准和预算效益，为市场提供更优质可靠稳定的智能硬件产品服务。