TWI408412B

TWI408412B - 用於特徵化晶圓上微機電元件之方法及設備

Info

Publication number: TWI408412B
Application number: TW094121044A
Authority: TW
Inventors: Dmitri Simonian; Casey Feinstein
Original assignee: Reflectivity Inc
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2013-09-11
Also published as: TW200613766A; US20050286105A1; US7345806B2

Description

用於特徵化晶圓上微機電元件之方法及設備

本發明係有關於微機電元件的領域，更特定地係有關於用來在製造之後將晶圓上的微機電元件特徵化的方法及設備。

微機電(MEMS)元件在基本的訊號換能(signal transduction)上有許多的應用。例如，以MEMS為基礎的空間光調制器(modulator)為可將入射光線調制(modulate)成一空間圖樣以回應光學或電子輸入之換能器。該入射光線可在相位，強度，極性，或方向上被調制。此調制可藉由使用表現出磁-光，電-光或彈性特性的各種物質來達成。此空間光調制器具有許多應用，包括光學資訊處理，顯示器系統，及靜電列印等。

一微機電元件通常都包含一或多個可變形及/或可偏轉的構件。例如，一典型的以微型鏡為基礎的空間光調制器包含一陣列的可偏轉鏡板，它們被形成在一基材上，其中每一鏡板都黏附在一可偏轉的絞鏈上。在操作上，該等鏡板可單獨地定址且可用靜電場使其偏轉，用以調制入射光線。該空間光調制器的效能與鏡板的協調有關。亦即，成功的光線調制與鏡板及絞鏈的一致性有關。

為了確保品質，在將微機電元件送交給客戶之前先檢查微機電元件的功能性構件是絕對分要的。然而，因為許多的原因，此一檢查最好是在製程中來實施。例如，在完成可偏轉的及/或可變形的元件之後，在完成製程之前通常都還需要一或多個後續的處理步驟，如表面處理，組裝及封裝。至少從成本效益來看，檢查已完成之可變形及/或可偏轉的元件最好是在實施後續的處理步驟之前來實施。根據檢查的結果，無法滿足預設的要件之作好的元件會被拋棄，而滿足預設要件之作好的元件則被保留以進行進一步的處理。

因此，對於一種用來檢查具有可偏轉的及/或可變形的構件之作好的微機電元件的方法及設備存在著需求。

本發明的目的及優點將會是很明顯的，且一部分將會出現在下文中，且本發明所達成的目的及優點提供一種用來操作在顯示器系統中的空間光調制器的畫素。本發明的這些目的是在下面的申請專利範圍的獨立項的特徵上被達成的。較佳的實施例則在附屬項中進一步界定。在申請專利範圍中，只有用「用於...的機構」等字描述的元件是需要用專利法施行細則第18條第8項來解讀為以功能界定機構特徵。

本發明提供一種用共振技術來評量具有可變形的及/或可偏轉的構件之微機電元件品質的方法及設備。詳言之，藉由可變形的及/或可偏轉的元件的一致性來特徵化之產品的品質係用在一晶圓程級上(wafer-level)的一光學共振圖映(mapping)機構來加以檢查。。

該晶圓可包含複數個晶粒，每一晶粒都包含一組功能性構件，每一功能性構件進一步包含一或多個可自由偏轉的及/或可變形的元件。該等可偏轉的元件具有反光表面用來反射入射的光線。該等功能性構件每一者都可以是或可以不是一已完全開發完成的元件-亦即，每一功能性構件可以是一所想要的元件的一部分並等待進一步的處理。

為了要檢查該等自由的元件的一致性，與將該等可偏轉的元件驅動至所想要的操作狀態(如，ON狀態)所需之電壓相比較之一具有較小振幅之AC電壓(一擾亂AC電壓)被施加到該等可偏轉的元件上。在施加該AC電壓之下，該等可偏轉的元件振盪於它們的平衡狀態(如，自然的停止狀態)附近。當該AC電壓的頻率約為該等可偏轉的元件本身的共振頻率時，該等可偏轉的元件的振幅為最大值。

振盪與共振頻率可藉由偵測在該等可偏轉的元件的反射表面上的光束及測量來自該等振盪的可偏轉元件之被反射的光束的強度來加以測量。該一致性的資訊可從該等可偏轉的元件之被測得的共振頻率在整個晶圓上的分布中取得且可被加以量的分析及質的分析。

根據該一致性的資訊，當該等被作在晶圓上的元件(或被部分地製造的元件)滿足一預設的品質要件時，它們會被保留以進行進一步的處理，否則的話將會被拋棄。又，該一致性資訊在需要時可被使用在下面的處理中。詳言之，在該晶圓上之被部分地製造的功能性構件可以是在微米尺度之空間光調制器的一玻璃基材上之鏡板與絞鏈的陣列，每一調制器進一步包含形成在一分開的半導體晶圓上之電極與電路陣列。在製造期間，該等微型鏡陣列以複數個晶粒的形式被形成在玻璃基材上，其中每一晶粒都是一微型鏡陣列。該等電極及電路以複數個晶粒的形式被形成在該半導體晶圓上，其中每一晶粒都是一電極與電路的陣列。在該玻璃基材上之鏡板與絞鏈及在該半導體晶圓上的電極與電路是分別被製造的，且在作好之後才被組裝在一起，使得玻璃基材的微型鏡可被半導體晶圓上的電極所定址及驅動，如2000年四月4日授予Huibers的美國專利第6046840號；及True等人於2001年一月22日提申之美國專利申請案第09/767632號及Patel於2001年十二月三日提申之美國專利第10/005308號；及Huibers於2002年十一月26日提申之美國專利申請案第10/305536號中所揭示者，這些申請案的內容藉由此參照而被併於本文中。在組裝處理之前，在玻璃基材上之「良好」晶粒(即，滿足預設的品質要件的晶粒)及「不良」晶粒(即，未能滿足要件的晶粒)會根據該玻璃晶圓的一致性資訊在該玻璃晶圓上被識別出來。在該半導體晶圓上，「良好」及「不良」電極與電路晶粒亦會使用其它的方法被識別出來。為了要達到為低成本的目的，一「良好」及「不良」電極與電路晶粒的數量及分布皆適當的半導體晶圓被選取來與一給定的玻璃晶圓相匹配，用以滿足產率的最佳化，如在與本案同時提申之美國專利申請案「Wafer Matching Method for Use in Assembling Micromirror Array Devices」中所揭示者，該申請案的內容藉由此參照而被併於本文中。具有該等電極與電路之該被選取的半導體晶圓然後與該玻璃晶圓被組裝在一起；且被分割為組裝好的晶粒。該等組裝好的晶粒可接受進一步的處理，像是表面處理，或被封裝用以供貨給客戶。

依據本發明的檢測方法，一種用來實施該檢測及分析的設備被提供。該設備包含一用來提供準直的光線之光源，用來照射在該晶圓上之可偏轉的元件，及一影像捕捉裝置用來捕捉從該等可偏轉的元件反射出來的光線。有鑑於該等可偏轉的元件的小尺寸及入射光束之大的截面，所以一次可照射該晶圓上的複數個元件。一光偵測器被設置在從該等可偏轉的元件反射出來的光線會通過的路徑上用以收集這些被反射的光線，並將收集到的光線強度轉換為電子訊號。該等經過轉換的電子訊號然後被送至一網路分析器且與由該分析器所提供之用來振盪該等可偏轉的元件的AV電壓訊號一起被分析。

在操作上，該分析器掃描在該晶圓上數個可偏轉的元件的AC電壓的頻率。當該AC電壓的頻率約為該等可偏轉的元件固有的共振頻率時，該被反射的光線的強度被最大化。因此，該網路分析器偵測在該訊號強度相對頻率標繪圖(plot)中在該共振頻率附近的一個波峰。在整個晶圓上之可偏轉的元件的共振頻率都被測量。有鑑於該等可偏轉的元件(及/或那些由可偏轉的元件的特性來決定它們的運動之可偏轉的元件)之在偏轉及/或形狀結構上的變化，這些可偏轉的元件的共振頻率表現出在該晶圓上的一個分布。在該晶圓上之可偏轉的元件的一致性資訊因而可從該頻率分布被擷取出來且被量化地或被質化地分析。

本發明的檢測方法及系統很簡單、快速、可靠及精巧，且可讓晶圓組件或晶粒組件缺陷被輕易地辨識且被記錄。該檢測系統可包含一或多個光源，一漫射體，一窄頻率波器，準直透鏡，轉向鏡(steering mirror)，偵測器，成像透鏡，CCD照像機及控制監視器或螢幕。該檢測系統可在一單一視野內來對一整個晶圓表面進行缺陷偵測，因此可減少檢測時間。

本發明可應用到具有可偏轉反射式平面構件的微機電元件上，這些構件在釋放之後需要一致性。為了簡化及示範的目的，本發明將參照具有微型鏡的空間光調制器來加以說明，其中每一微型鏡都具有一由一可偏轉的絞鏈所支撐之可偏轉的反射式鏡板。

參照附圖，第1圖顯示晶圓100的立體圖，其具有複數個在去除掉犧牲物質之後的晶粒。每一晶粒都具有數千個或百萬個微型鏡元件，它們被安排成一微型鏡陣列。例如，每一晶粒都具有一陣列的微型鏡，其中該陣列可具有1024x768或更多，或1280x1024或更多，或1640x1280或更多的微型鏡。

每一晶粒可以是一已完全成形的空間光調制器或一空間光調制器的一部分。例如，該微型鏡陣列可被形成在形成在一半導體基材上，該半導體基材可進一步包含用來將該等鏡板的微型鏡陣列定址及偏轉之一電極及電路陣列。在此例子中，每一晶粒都是一空間光調制器。或者，該晶圓可以是一可以透光的晶圓，如玻璃；且每一晶粒都包含一陣列的微型鏡。在製造之後，每一晶粒都將與具有用來將該等微型鏡定址及偏轉之電極及電路的另一晶粒組裝在一起。在下文中，本發明將以該晶圓為一玻璃基材的例子來加以說明，其中該玻璃基材包含複數個晶粒，每一晶粒都進一步包含一陣列的鏡板，每一鏡板都附裝在一絞鏈上。

第2圖為第1圖中之晶粒的一部分的立體圖。在此特定的例子中，該晶粒包含一陣列之形成在該玻璃基材104上的微型鏡106。每一微型鏡都是以二進位模式來操作，亦即，在操作中，微型鏡切換於一ON狀態與一OFF狀態之間(但類比式元件亦可被使用)。在ON狀態時，該微型鏡將入射光線反射用以產生一「亮」畫素於一顯示目標上；及在OFF狀態時，該微型鏡將入射光線反射用以產生一「暗」畫素於該顯示目標上。在本發明之數個可能的實施例中，該微型鏡陣列被建構成具有一50微米或更小，或介於4至20微米之間的節距(介於相鄰的微型鏡之間從中心對中心的距離)。介於相鄰的微型鏡之間的間隙約5微米或更小，或在0.1至2微米之間。該微型鏡的鏡板具有一在10微米至20微米之間的尺度。微型鏡陣列的鏡板被絞鏈保持在該玻璃基材的底下，使得鏡板可相對於玻璃基材轉動。圖中所示的鏡板大致上是方形的；絞鏈被隱藏在該等鏡板底下。然而，此結構只是一個例子而已。鏡板可以採用任何所想要的形狀；該絞鏈可被形成在相對於鏡板及基材的任何位置，只要鏡板可相對於玻璃基材轉動即可。

該等微型鏡可用許多方法來製造。雖然這些方法之間有著差異，但都會在形成該等微性鏡元件的功能性構件時使用一犧牲物質。例如，示於第2圖中的型鏡陣列可如下所述地來製造。在製備該玻璃基材104時，一具有被選取之犧牲性材質，如非晶形矽，的犧牲層被沉積在該玻璃基材上。然後沉積鏡板層且形成圖樣，用以形成該鏡板陣列。然後，另一犧牲層被沉積且被形成圖樣，用以形成其它功能性構件，如微型鏡陣列的絞鏈及支柱。在將犧牲層形成圖樣時，絞鏈及支柱會被形成但不一定是要依此順序。根據該微型鏡的陣列的特定設計，其它的犧牲層亦可被適當的時機被沉積。

在完成該等微型鏡之所想要的功能性構件之後，該犧牲物質藉由使用一或多種適當的方法來將其去除掉，例如用一選定的氣相化學蝕刻劑，如二氟化氙，來實施之自發性氣相化學蝕刻。

在去除掉犧牲物質之後，該微型鏡陣列的鏡板可以自由地相對於玻璃基材轉動。每一鏡板的轉動都是由許多因子來決定的，例如像是絞鏈的幾何形狀(如，絞鏈的剪力係數是由絞鏈的材質來決定的)，及造成該鏡板的轉動之外部扭矩。在另一方面，這些因子將該玻璃基材上的微型鏡的一致性特徵化。因此，微型鏡的一致性資訊可從鏡板的轉動行為上擷取到。

與本發明有關的學理

鏡板之帶有一干擾的驅動力之機械性運動可被模型化為一諧波振盪器。詳言之，在沒有空氣阻尼存在下，一個和將該鏡板轉動至一操作狀態(如，ON狀態)所需的電壓比較起來小很多的擾亂AC電壓可驅使該鏡板振盪於其自然的靜止狀態(如，OFF狀態)附近。當施加到該鏡板上的AC電壓的頻率f 接近該鏡板固有的共振頻率f ₀ 時，該振盪即被最大化，如公式1所示。

其中I為振盪慣量；τ _E 為施加外力的扭矩，如一被施加的DC偏壓V₀ 下的靜電力；V為施加到該鏡板上的電壓的振幅。K_H 為由該絞鏈決定之彈簧係數，其可被表示為：其中K₀ 為常數；γ 為絞鏈的剪力係數；w為絞鏈的寬度；t為絞鏈的厚度；及l 為絞鏈的長度。從公式1及公式2 可看出，共振頻率與絞鏈的剛性(以剪力係數來代表)，角極動量，及在施加至該鏡板的電壓的DC分量上及在平衡角(equilibrium angle)上的靜電扭矩的角微分有關。在公式1中的微分項為該鏡板的機械性轉動的非線性本質的表現方式。

當施加到該鏡板上的電壓不具有DC分量，且AC分量的振幅與將該鏡板轉動至一操作狀態(如，ON狀態)所需的電壓比較起來算是小的振幅時，該共振頻率f ₀ 為該鏡板的參數(絞鏈剛性及極力矩)的函數。詳言之，K_H 及I可被解開，如果與該被施加的DC分量相關的共振頻率是在非線性範疇中被測量的話。然而，一簡化的f ₀ (如公式3所示)為該絞鏈剛性之一符合要求的量測，且可被用來將遍及該晶圓上的微型鏡的一致性特徵化，該一致性受到許多因子的影響，像是在犧牲性物質的去除處理期間的過度蝕刻。

實驗性的結構及測量

第3a圖為依據本發明的一實施例之用來在去除掉玻璃基材上的犧牲性物質之後檢測微型鏡的一致性的一簡化的實驗性結構。為了要在不喪失一般性下達到示範及簡化的目的，在該晶圓上之微型鏡的一部分的分解圖以剖面圖的形式被示出。詳言之，在未被偏轉的狀態下的一微型鏡被示於第3b圖中。參照第3b圖，該微型鏡包含可偏轉的反射式鏡板120及可偏轉的絞鏈122其上附裝了該鏡板，使得該鏡板可相對於該玻璃基材轉動。

翻回到第3a圖，該實驗性結構110包含一物鏡152，一光源150，一分光管或板148，一管狀透鏡146，其將該微型鏡陣列成像到該鏡子內的針孔內，一中繼透鏡組件其將微型鏡陣列的影像中繼轉送至一照像機感應器114上。該光源可以是白熱燈泡，雷射，LED或任何適當的發光裝置。被鏡子反射且成像到該鏡子144內的針孔內的光線被透鏡142聚焦至一快速的光偵測器112上。一微型鏡晶圓124躺在一位在一真空室158內的導電板126上。該網路分析器116的一參考AC電壓訊號被施加到該等被釋當的微型鏡156與一導電板126之間。與被收集到的光線的強度成正比之該光偵測器112之均方根電壓輸出的頻率相依性是由該網路分析器116來測量的。該實驗性結構亦具有一樣板夾持件用來夾持該微性鏡陣列裝置。該樣本夾持件可位在該真空室內，如果該微型鏡陣列元件將於該真空室內被測量的話。該樣本夾持件可以是一平的表面，該微型鏡陣列被附裝在上面。該樣本夾持件可具有一支撐表面用來支撐及夾持該微型鏡陣列。該支撐表面最好是可移動的。例如，該支撐表面可水平及垂直地移動，且可傾斜於任何角度，使得該微型鏡陣列元件可被傾斜於任何所想要的角度。其結果為，從該微型鏡陣列元件的反射表面被反射的光線可被朝向所想要的任何角度導引。又，該樣本夾持件被設置一自動系統，如一馬達，以及一位置偵測器。如此一來，樣本夾持件的運動就可被自動化，且該樣本固持件的位置就可被精確的測量。

依據本發明的一實施例，示於第3a圖中的系統的構件係依照將被測量的元件的結構而被配置的。例如，當具有一陣列之可偏轉的反射式鏡板的一微型鏡陣列要被測量時，該影像捕捉裝置是要被放置在該被反射的光線的前進路徑上。例如，該鏡板可被轉動至一ON狀態角及一OFF狀態角，或沒有被轉動(如，平行於該微型鏡所在的基材)。該影像捕捉裝置因而可被設置在由處在ON狀態角，在OFF狀態角或平行於基材之鏡板所反射的光線的前進路徑上。當該影像捕捉裝置被放置在由處在ON狀態角之鏡板所反射的光線的前進路徑上時，該被反射的光線之被偵測到的照明強度將會隨著鏡板朝向ON狀態角轉動而增加。當該影像捕捉裝置被放置在由平行於基材的鏡板所反射的光線的前進路徑上時，該被反射的光線之被偵測到的照明強度將會隨著鏡板朝向ON狀態角轉動而減小。舉例而言，該影像捕捉裝置可被放置在一個位置，其中一連接至該將被測量的元件的假想線具有一相對於入射照明光線的角度，該角度可以是0度，10度或更大，12度或更大，14度或更大，16度或更大，18度或更大，20度或更大，及22度或更大。

在一測量中，該真空室被抽吸到一低於1Torr的壓力，如200mTorr或更低，或100mTorr或更低，用以將空氣阻尼最小化。一擾亂AC電壓被施加到該等鏡板與導電板之間。該AC電壓具有與將該鏡板轉動至一操作狀態(如，ON狀態)所需的電壓比較起來小很多的振幅。依據本發明的例子，該AC電壓所具有的振幅為將該鏡板轉動至ON狀態所需的電壓的振幅的10%或更小，1%或更小，及0.1%或更小。該被誘發的振盪最好是在該ON狀態角的±0.1%或更小，10%或更小，或30%或小之內，該ON狀態角可以是8度或更大，10度或更大，12度或更大，或14度或更大，端視特定的吾型鏡結構而定。舉例而言，在操作中用一電極(未示出)來將該鏡板轉動至ON狀態所需的電壓為50V。該AC電壓約為1V左右。對於700微米厚的玻璃晶圓而言，在介於該玻璃晶圓與該鏡板之間的間隙內的AC電壓的振幅約為71V/mm。該鏡板被該AC電壓所驅動且振盪於其平衡狀態(如，其自然的靜止狀態)的附近。該振盪振幅與轉動至對應於該ON狀態的角度比較起來算是比較小的。

為了要測量鏡板的頻率反應，一來自光源150之最好是經過準直且被一分光器148所反射的白光照射在一基材124的微型鏡156上。該等鏡子反射通過該物鏡，該分光器148，該管狀透鏡146，及在該鏡子144上的針孔的光線，且最終被一光偵測器112上聚焦透鏡142所收集。當該等鏡子被轉離它們如第3b圖所示之水平的靜止狀態時，被該光偵測器112所測得之光線強度比在靜止狀態時所測得的強度小。因此，鏡子轉動可調制被該網路分析器116所測得之光偵測器反應。該物鏡的放大率決定了微型鏡成像到該鏡子144上的一針孔上的數目，及被平均成為頻率反應之鏡子的數目。複數個物鏡可被安裝到一轉台上，藉以讓不同尺寸的鏡子陣列的鏡子反應測量都能夠被平均。在一種可能的實施例中，物鏡152為一具有20倍數的放大率之無限遠校正的物鏡，及該管狀透鏡具有一200mm的焦聚長度。該微型鏡的一邊是10微米，且在該鏡子144上的針孔為400微米寬。在此結構中，被測得的頻率反應是在4個鏡子之間被平均。如果使用一2倍數之無限遠鏡正的物鏡的話，頻率反應是在400個微型鏡之間被平均。依據本發明的一實施例，該照明光束最好是被調整使得100或更少，500或更少，或1000或更少的微型鏡可在同時間被照射。依據本發明的另一實施例，該照明光線可調整，使得1000個或更多的微型鏡可在同一時間被照射。

該網路分析器在單一掃描中掃描該AC電壓的頻率。當該AC電壓的頻率約為該等鏡板之固有的共振頻率時，該鏡板的振盪即被最大化，用以調制從該鏡板被反射且進入該光二極體中之被反射的光線的強度。該共振是由示於第4圖中之訊號振幅相對頻率的標繪圖中的一個波峰來特徵化的。

因為有數個微型鏡在同一時間被致動及測量，所以，除了各個鏡板的反應(其與微型鏡的機械特性及其它因子有關)之外，該頻率反應的形狀亦與所有被照明及測量的鏡板的共振分布有關。亦即，該被測得的共振為一群鏡板的一累積的頻率反應。為了要將得自被偵測的鏡板的共振數量地特徵化，一在公式3中所界定的平均波峰頻率f 及一波峰的質量Q被從該累積的共振頻率中被擷取出來。該波峰的質量Q可用該等頻率反應的全寬度半最大值(FWHM)的一數學函數來質量地加以表示。該頻率的FWHM為頻率掃描範圍內訊號的集合對峰值的比率，如公式4所示：因為多於一個鏡板的振盪(如，10至100個鏡板，或100至500個鏡板，或500至1000個鏡板，或1000至2000個鏡板，或2000或更多的鏡板被該入射光束所照射)在同一時間被測量，該強度相對頻率曲線的輪廓事實上為一單一鏡板的該強度相對頻率曲線的總合；及在公式4中的函數描述了該等共振頻率的局部分布。因此之故，在公式4中所界定的Q為在一時間點被該熱射光線照射之鏡板的局部一致性測量。當所有的微型鏡都是一樣時，每一鏡板的共振頻率都相同，且Q測量該等鏡板的阻尼。

第4圖畫出具有不同程度的一致性之晶圓的共振頻率之不同的分布。曲線131及133是在不同的室壓力下(但其它的測量參數則保持不變)從相同的晶圓獲得的。詳言之，曲線130是在一壓力下(如，500mTorr)測得的，該壓力低於曲線131所測量的壓力(如，5Torr)。顯然地，曲線130 具有一比曲線131尖銳很多的波峰。這是因為鏡板的阻尼在較低的壓力下(即，較高的真空度)是會降低的。因此，共振頻率最好是在低壓力下，或在高真空度下來測量。

曲線133標繪出一晶圓的強度相對頻率，該晶圓的一致性比曲線130及131的晶圓的一致性差，但是在與曲線130相同的壓力(或真空程度)下測量的。從圖中可看出，曲線133在頻率上是廣泛地分散開來；且共振峰值因為在晶圓上的微型鏡的一致性不佳而變得不明確。

為了要獲得在整個晶圓上之所有鏡板的共振頻率用以取得它們的一致性的資訊，測量結構110掃描在該晶圓上的鏡板。該入射光束在一時間點照射在該晶圓上的一個位置上的複數個鏡板並停留一段時間來讓網路分析器掃描施加到該位置點上之鏡板的AC電壓的頻率，用以獲得一共振頻率。在獲得該位置點上的諸鏡板的共振頻率之後，該測量結構110移動一預定的距離，到達下一個位置，並測量共振頻率。該處理一直持續直到整個晶圓都被掃描為止；及該晶圓上的鏡板的共振頻率都被測量到為止

在晶圓上的所有鏡板的共振頻率的分布然後可被分析用以擷取出一致性資訊，該資訊將示範性地在下文中參照第5至8b圖加以說明。

參照第5圖，在一具有高度一致性之晶圓的不同位置上的共振頻率的表面輪廓被示出。Z軸標繪的是共振頻率。X軸標繪的是鏡板在晶圓上的x座標；及Y軸標繪的是鏡板在晶圓上的y座標。從此圖中可看出來的是，在整個頻率表面上之共振頻率的變化是在約1%或更小的範圍內，這可在第6a及6b圖中看的更清楚。該表面輪廓為第1圖中的晶粒的「影像」。鏡板的共振頻率的變化及在該晶圓上之晶粒的鮮明「影像」顯示在該晶圓上的鏡板的一令人滿意的一致性。更多一致性的資訊可從共振頻率表面輪廓被擷取出來。例如，頻率「區塊」136a，138a，140a分別對應於第1圖的晶粒136，138，及140。這些頻率「區塊」具有的頻率變化比平均值(如1%)來得大。這顯示晶粒136，138及140每一者所具有的一致性都比該晶圓上的其它晶粒的一致性低。這些晶粒可被標記為「不良」晶粒，如果它們的共振頻率變化超過預設的門檻值，如1%，的話。這些「不良」晶粒的位置可被保存以供其它的用途之用。例如，在組裝處理期間，一其上具有電極與電路晶粒的半導體晶圓會根據在該玻璃晶圓上的「不良」晶粒的位置來加以選擇，用以將生產良率最大化。在此晶圓等級的組裝之後，該組裝好之「不良」晶粒在組裝好之後會被拋棄。

第6a及6b圖分表標繪出第5圖中之表面輪廓在x軸及頻率平面上的投影，及在y軸與頻率頻面上的投影。從這些圖中可看出來的是，在x軸上之共振頻率的變化平均在1%左右，而在y軸上的共振頻率的變化則平均在1.7%左右。

與之相比，第7圖代表在另一晶圓上的不同位置之共振頻率的表面輪廓，該經圓具有的一致性低於第5圖所示的晶圓的一致性。從此圖可看出來的是，在該晶圓上的鏡板的共振頻率被散布開來，且共振頻率的變化大於50%，這可在第8a及8b圖中看得更加清楚。共振頻率「區塊」與晶圓上的晶粒之間並沒有可分辨出來的對應性。如果用於評量晶粒的品質之共振頻率變化的預定門檻值為1%或更小的話，則在該晶圓上的晶粒都將被標記為「不良」。第8a及8b圖分別標繪出第7圖中之表面輪廓在x軸及頻率平面上的投影，及在y軸與頻率頻面上的投影。從這些圖中可看出來的是，在x軸及在y軸上上之共振頻率的變化平均都超過50%。

根據共振頻率分布之被擷取出來的量化資訊(即，變化率)，產品的品質可用一預定的要件來評量。例如，在一晶圓上之一具有共振頻率的變化等於或低於門檻值(如，10%或更小，5%或更小，1%或更小，或0.5%或更小)的晶粒可被接受為一「良好」晶粒；而一具有變化率超出門檻值的晶粒則被標記為「不良」晶粒。「良好」及「不良」晶粒的位置資訊然後可在其它處理或品質保證上被使用。

如上文中討論過的，微型鏡的頻率共振被測量用以評量微型鏡的一致性。詳言之，AC電壓被施加在鏡板上，每一鏡板都振盪於其靜止狀態(即，鏡板平行於基材的狀態)附近。此方法可被擴大至測量微型鏡的物質參數，像是絞鏈的機械特性。因此之故，此測量可在一扭矩模式下或一絞鏈舉升模式下來實施。在扭矩模式中，鏡板及絞鏈是在自然的靜止狀態下，而在絞鏈舉升的模式下，鏡板則是被偏轉且絞鏈被變形。

依據本發明的另一實施例，該等微型鏡的頻率共振可在第9a圖所示的一實驗性的結構中來測量。參照第9a圖，導電板126被放在基材124(在此例子中基材是透光的)之與鏡板同一邊上，但與鏡板相距一距離。該距離是由一間隔件125來控制的。在此特定的實驗性結構中，該導電板被接地，且該擾亂電壓V_AC 被施加到鏡板與導電板之間。使用在第3a圖的實驗性設備中之測量方法及資料分析亦可在此處被使用。

根據本發明的另一實施例，微型鏡的頻率共振可在ON狀態下被測量，如第9b圖所示。一DC電壓被施加到該導但板上。在該DC電壓下，微型鏡被轉動至ON狀態。該AC電壓被施加到鏡板與導電板之間，造成微型鏡振盪於它們的ON狀態附近。在此結構中，微型鏡的共振是由公式1來界定的，工式1的第二項(V =V ₀ ,θ =θ (V ₀ ))提供有關在ON狀態的微型鏡的一致性。這在微型鏡於其自然狀態(如，OFF狀態)及ON狀態下具有不同的一致性時是特別有用的。

熟習此技藝者將可瞭解的是，在本文中已揭示一種用來量化地評量半導體微機電元件的產品品質之新穎且有用的方法與系統。然而，有鑑於有許多實施例可應用本發明的原理，所以應被瞭解的是，參照附圖於本文中被描述的實施例只是作為舉例之用，它們不應被用來限制本發明的範圍。例如，熟習此技藝者將會瞭解到，示範性的實施例可在不姘離本發明的精神下將配置及細節加以改變。詳言之，本發明亦可被應用在其它種類的微型鏡陣列元件上。例如，本發明可應用到一微型鏡元件上，其中該微型鏡基材被形成在一透光的傳遞基材上。詳言之，該微型鏡板可被形成在該傳遞基材上，然後該微型鏡基材與該傳遞基材被裝附在另一基材上，例如一透光的基材，接著該透光基材被去除掉並將該微型鏡基材形成圖樣用以形成微型鏡。或者，本發明可應用到一微型鏡陣列元件上，其中該微型鏡陣列被形成在與電極及電路同一基材上，在此情形中，金屬板(如，第3a圖中的金屬板126)並不被需要。又，提供驅動電壓的金屬板(如，第3a圖中的金屬板126)可由金屬區段組成，每一金屬區段如一與一微型鏡的鏡板相關的電極般地作用。該驅動電壓然後可被施加到電極與微型鏡的鏡板之間。因此，本文中所描述的本發明包含落在下面的申請專利範圍所界定之本發明的範圍內的實施例及其等效物。

100‧‧‧晶圓

104‧‧‧玻璃基材

106‧‧‧微型鏡

110‧‧‧實驗性結構

112‧‧‧光偵測器

114‧‧‧照像機感應器

116‧‧‧網路分析器

120‧‧‧鏡板

122‧‧‧絞鏈

124‧‧‧微型鏡晶圓

126‧‧‧導電板

130‧‧‧曲線

131‧‧‧曲線

132‧‧‧曲線

133‧‧‧曲線

142‧‧‧透鏡

144‧‧‧鏡子

146‧‧‧管狀透鏡

148‧‧‧分光板

150‧‧‧光源

152‧‧‧物鏡

153‧‧‧中繼透鏡組件

156‧‧‧微型鏡

158‧‧‧真空室

雖然下面的申請專利範圍提出了本發明詳細的特徵，但本發明的目的及優點可從上面參照了附圖之詳細說明被更佳地瞭解，其中：第1圖為一具有複數個晶粒之晶圓的立體圖，每一晶粒都具有一陣列之作好的微型鏡；第2圖為一晶粒的立體圖，其具有一陣列之犧牲物質被除去之後的微型鏡；第3a圖顯示一用來測量在一晶圓上的微型鏡的共振頻率之示範性的配置；第3b圖示範性地顯示一微性鏡處在一未被偏轉的狀態；第3c圖示範性地顯示一微性鏡尺處一被偏轉的狀態；第4圖顯示具有不同的一致性之微型鏡的共振外形；第5圖為在一晶圓上之微型鏡的共振頻率的表面輪廓；第6a圖畫出第5圖中之表面標繪圖(plot)在頻率X座表平面上的投影；第6b圖畫出第5圖中之表面標繪圖(plot)在頻率Y座表平面上的投影；第7圖為在一晶圓上之微型鏡的共振頻率的另一表面輪廓；第8a圖畫出第7圖中之表面標繪圖(plot)在頻率X座表平面上的投影；第8b圖畫出第7圖中之表面標繪圖(plot)在頻率Y座表平面上的投影；第9a圖顯示一用來測量在一晶圓上的微型鏡的共振頻率之另一示範性的配置；及第9b圖顯示一用來測量在一晶圓上的微型鏡的共振頻率之另一示範性的配置。