10、微机电系统与微光机电系统面外变形的干涉测量平台

微机电系统与微光机电系统面外变形的干涉测量平台

1. 引言

在微机电系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）的研究与应用中，对其静态、准静态和动态面外变形的精确测量至关重要。本文介绍一种基于 Twyman - Green 干涉仪（TGI）的低成本多功能干涉测量平台，可用于测量相对光滑表面的面外位移 3 - D 图，还能提供屈曲膜的微机械和材料特性、准静态致动器行为以及微器件的振动分析。

1.1 测量需求

MEMS 致动器的设计需要精确预测位移，但许多器件存在非线性效应，如静电吸引或变形模式耦合，需要高精度的绝对位移测量来进行校准和设计验证。对于硅膜，由于等离子体增强化学气相沉积（PECVD）生长的氮氧化硅（SiOxNy）薄膜产生的压缩应力，会导致双压电晶片膜的初始弯曲，可通过干涉测量来获取相关信息。

1.2 测量方法

为了测量 SiOxNy 薄膜的杨氏模量和硬度，采用纳米压痕技术。同时，通过将干涉测量和纳米压痕数据与有限元方法（FEM）计算的解析“应力函数”相结合，提取残余应力。对于划痕驱动致动器（SDA），利用干涉测量技术测量其面外微位移，以更好地理解驱动和粘滞机制，并与有限元模拟结果进行比较。在动态测量方面，采用频闪技术结合干涉测量，可对有源 MOEMS 进行全运动测量。

2. 干涉测量平台架构与工作原理

2.1 平台组成

干涉测量平台采用振动隔离的尼康金相显微镜，集成了 TGI 和三轴移动台，可对 4 英寸晶圆、微操纵器和外部光源进行探测。显微镜配备了一组无限远校正的长工作距离物镜，其特性如下表所示：
| 放大倍数 | N.A. | W.D. (mm) | 测量区域 (