微电子机械系统(MEMS)是近年来国际上兴起的一个新的研究领域,是新一轮技术产业革命。目前,世界各国对MEMS的投入力度在逐年增大,然而,MEMS的应用却比预期的要慢,其中的重要原因之一是MEMS器件制造工艺的重复性及其监控技术还未达到大规模生产水平,除了为数不多的MEMS产品进入市场外,有相当一部分MEMS器件依然停留在实验室阶段。MEMS表面微机械加工工艺开始于20世纪80年代,克服了体微机械加工工艺的诸多缺陷,基本工艺相对成熟且易于与集成电路工艺兼容,成为当前最主要的MEMS加工工艺之一。在线测试是监控工艺质量,提高工艺重复性和生产效率的有效手段,因此,为MEMS表面加工工艺建立一套在线工艺控制监视(PCM)系统具有重要的研究意义。一个完整的MEMS表面加工工艺PCM系统应当包括三个部分：电学参数提取、几何学参数提取和材料特性参数提取。几何学参数是工艺参数的重要组成部分,本论文的重点是几何学参数的在线测试结构模型建立和测试方法的研究。测试结构、模型以及测试方法的基本立足点是采用电激励和电测量的完全电学方法,保持与材料电学参数测量方法的一致性,而电学参数的测试结构已经比较成熟。 本文首先介绍MEMS工艺参数在线测试技术,指出了进行MEMS工艺参数在线提取研究的意义,随后详细介绍了MEMS表面加工工艺和需要测量的MEMS器件图形的几何学参数以及为了测量几何学参数需要知道的基本电学参数,并以典型的几何学参数测试结构为例说明了总体测试原则与方法。几何学参数测试结构的研究分为两部分：横向几何学参数和纵向几何学参数。横向几何学参数的研究主要集中在目前比较薄弱的MEMS表面加工中的对准误差电学测试方法,论文对MEMS表面加工工艺中不同材料层之间的对准误差测试结构进行了研究并给出了具体的测试结构和方法；而纵向几何学参数的研究主要是针对MEMS表面加工工艺中的薄膜厚度,包括多晶硅结构层厚度和牺牲层厚度,因为这是决定MEMS器件性能的重要参数,直接决定了MEMS器件的机构性能和结构的纵向移动范围,因此对材料层厚度进行测试和工艺控制监视是极具意义的。论文中提出了一种新颖的材料层厚度电提取测试结构,该结构具有结构简单,测量方便并且便于测试系统集成的特点。通过软件对测试结构和测试模型进行闭环验证,结果表明,模拟值与理论值有较好的一致性。