微电子机械系统(MEMS)是在微电子基础上发展起来的一种前沿技术，有广阔的应用前景。微电子电路的在线监测技术对于保证产品的均匀性、一致性、重复性、可靠性等起了关键的作用，其手段是让设计出的测试图形随同芯片经历相同的工艺步骤，然后利用方便快捷的测试方法测出相关的性能参数，以便监控工艺，同时为IC设计者提供参数。可以看出，在线监测工艺对于提高产品一致性，降低生产成本起着不可低估的作用。MEMS器件也面临同样的问题。由于构成MEMS器件的材料对器件的结构与性能有很大的影响。很多材料，尤其是薄膜材料在形成薄膜、细梁等结构时，同样的工艺，在不同生产环境中会表现出明显不同的力学参数，如密度、杨氏模量、残余应力、断裂强度等等。如果以上力学参数已知的话，则传感器、执行器的一些静态或动态响应，就可以由已测得的其它参数计算出来。所以，在线监测薄膜结构的力学参数对于MEMS器件设计及工艺监测具有非常重要的意义。另外，在实际的MEMS器件中，总不可避免的要出现多层膜结构，在预先存在的薄膜或衬底上生长出一层或几层薄膜材料，它们可以起绝缘或导电的作用；另外，有些结构层薄膜，呈现出拉应力或压应力，使整个薄膜呈现出翘曲现象，也需要生长相反方向应力的薄膜，克服单层膜的拉应力或压应力对MEMS器件的影响。由上可见，在实际应用时，有比较多的场合需要用到多层膜结构，因此对多层薄膜的力学参数在线测试是很重要的问题，在线测试结构设计的关键在于：(1)测试结构的工艺必须与待测薄膜材料的加工工艺相兼容；(2)测试结构必须提供与后端数据处理模块相兼容的数据输出接口；(3)测试结构在满足一定测试精度的前提下应尽量简单、尽量占用较小面积，并且没有破坏性；(4)结构对测试环境和测试仪器的要求不应太高。 本论文的主要工作有： 第一：采用静电执行结构，分析不等宽多层梁在静电作用下的静态特性，不仅考虑了梁在静电作用下弯曲时轴向拉伸的问题，而且首次考虑了复合膜与单层膜结构释放后残余应力分布不同对梁性能造成影响的前提下，运用能量法，建立了不等宽多层固支粱吸合电压解析模型。 第二：在此模型的基础上，提出了一种通过不等宽两端固支梁的吸合电压提取多层材料残余应力、杨氏模量的方法，并且提出了通过设计一组宽梁与窄梁实现泊松比的求解的方法。 第三：设计出了合适的测试结构，减小了锚区柔性支撑对吸合电压的影响，通过实验测试出多晶硅与金属铝的杨氏模量及残余应力。这种测试结构非常简单，占用很少的芯片面积，适用于通常MEMS加工工艺的在线监测。 第四：本论文还提出了一种基于背面腐蚀的多层膜残余应力测试方法，此方法无需腐蚀基片正面有用薄膜层，只需要依次腐蚀掉基片背面的各层薄膜，测出对应复合结构的曲率半径，就可以提取各层薄膜的残余应力，既简化了腐蚀工艺，又保留了基片正面有用薄膜层，是一种精度较高、而且简单易行的薄膜残余应力在线提取方法。 本论文设计的测试结构可随表面微机械器件制作工艺加工制作。测试结构在经历与MEMS器件同样的工艺后，具有与表面微机械器件本身同样的力电性能。Coventor、Matlab软件模拟分析和实验验证了本论文的方法。本论文设计的测试结构及测试方法适用于薄膜力学材料参数的在线测试，可监控器件制造工艺，并能用于实际工艺线。