シリコンキャップで封止されたMEMSの非接触振動測定

MEMS デバイスの動的特性を測定し、機械的な応答を可視化することは、製品開発やトラブルシューティング、FE モデルの検証において重要です。ポリテックの MSA マイクロシステム アナライザは、面外振動 (OOP) や面内振動 (IP) を高速かつ正確に非接触で測定します。これまでは、光学的にアクセス可能な梱包されていないデバイスに限られていました。しかし、ポリテックの MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザでは、慣性センサ、MEMS マイクロフォン、圧力センサなど、カプセル化されたマイクロデバイスのシリコンキャップを透過して測定することができます。

特長

  • Siキャップデバイスの異なる層を通してMEMSダイナミクスを測定するIR機能
  • 25MHzまでの面外応答をリアルタイムに測定(後処理なし)
  • サブピコメートルの面外変位分解能
  • 最終状態にあるMEMSの単純明快なFEモデル検証
  • デバイスの各層の優れた分離性
  • 2.5MHzまでの面内運動を測定するストロボビデオ顕微鏡
  • 生産現場に適した自動化システム(プローブステーション対応)

デバイスの各層の優れた分離性

MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザは、コントローラ、ファンクション ジェネレータ、ソフトウェア、赤外線レーザを採用したセンサヘッドで構成されています。専用のIRカメラと低コヒーレンスSLD光源を搭載し、動作条件下でシリコンキャップを介してサンプル層全体を捉えることができる優れたスキャニング振動測定システムです。この特許取得済みの干渉計技術は、個々のデバイス層の優れた分離性により、優れたデータ品質を実現します。

シリコン封止型MEMSのモーダルテスト 

シリコンは波長1050 nm以上の近赤外領域では透明であるため、赤外線レーザを用いた振動測定は、カプセル化されたMEMSの検査を実現することができます。ポリテックの最新の干渉計技術は、特許を取得しており、MEMSデバイスの各層の分離に優れているため、最高のデータ品質を実現します。専用の SWIR カメラと低コヒーレンス SLD 光源を搭載した MSA-650 IRIS マイクロシステムアナライザ は、この特許技術を採用した世界初の測定システムであり、面内振動(30 nm 分解能)、面外振動(最大25 MHz、ピコメータ以下の分解能)をリアルタイムに測定でき、シリコン封止型デバイスのダイナミクスを可視化できます。

振動解析の最先端技術を駆使して

レーザドップラ振動計(LDV)を用いて封止されたMEMSを解析するためには、シリコンの光学特性を調べる必要があります。シリコンは、可視光に対しては不透明ですが、1050nm付近からの近赤外領域では良好な透過率を示すことが知られています。しかし、1550nmでの屈折率が約3.4と高いため、境界面でのフレネル反射が大きくなり、透過率に限界があります。 

特許を取得したポリテックのアプローチは、短コヒーレント光を使用して精度を向上させることでした。レーザ光とは対照的に、スーパールミネッセンスダイオードからの低コヒーレント光は、干渉計内の光路が光源のコヒーレンス長内でバランスしている場合にのみ干渉します。これにより、焦点の外側からの光を排除することができます。この原理は、白色干渉計や光干渉断層計などに利用されていますが、今回、初めてレーザドップラ振動計(LDV)に採用されました。封止されたMEMS上で、25 MHzの帯域幅と100 fm/√Hzの振幅分解能を持つスキャニングレーザドップラ振動計による測定が可能になります。

アクセサリーとコンポーネント

光学アクセサリ

A-MOB-xxxx Bright Field Objectives

面外および面内の振動測定に。倍率は以下の通りです。2.5倍、5倍、10倍、20倍、50倍。

三脚、テストスタンド、ポジショニングステージ

A-STD-TST-01 Test Stand

広々とした作業スペースを確保できるテストスタンド。電動Z軸付き、移動範囲200mm。

A-STD-BAS-02 Base Stand

センサヘッドを強固にサポートします。移動距離100mm、粗動・微動付きのマニュアルフォーカスブロックを装備。市販の光学台と接続可能。

Focus block for microscopic observations and measurements of MEMS with a MSA Micro System Analyzer from Polytec
Focus block for microscopic observations and measurements of MEMS with a MSA Micro System Analyzer from Polytec

A-STD-F50 Focus Block

移動範囲50mm。センサヘッドを手動でZ軸方向に調整するための粗動・微動ドライブ付き。市販のウェハプローバとの接続が可能。

除振台

A-TAB-AIR-01 Active Vibration Isolation Table

アクティブなレベル調整が可能なエアダンピング除振台。A-STD-TST-01テストスタンド、A-STD-BAS-02ベーススタンドを取り付けることができます。

A-TAB-ELC-01 Active Vibration Isolation Table

電子制御によるボイスコイルの安定化により、最高のアイソレーション性能を実現。A-STD-TST-01テストスタンド、A-STD-BAS-02ベーススタンドを取り付けることができます。

Breadboard for optical testing of MEMS and microstructures with MSA Micro System Analyzers from Polytec
Breadboard for optical testing of MEMS and microstructures with MSA Micro System Analyzers from Polytec

A-BBO-ME02 Breadboard

台の大きさは900mm x 600mmで穴が開いています。A-STD-BAS-02ベーススタンドを取り付けることができます。

Breadboard for optical MEMS testing with a MSA Micro System Analyzer from Polytec
Breadboard for optical MEMS testing with a MSA Micro System Analyzer from Polytec

A-AVI-MELA Active Vibration Isolation Breadboard

電子制御で最高の防振性能を発揮します。メートル単位での穴あけが可能です。台の大きさは600×800mm。A-STD-BAS-02ベーススタンドを取り付けることができます。

その他

Probe station for wafer level testing of MEMS and microstructures with a Polytec MSA Micro System Analyzer
Probe station for wafer level testing of MEMS and microstructures with a Polytec MSA Micro System Analyzer

A-SPK-0008 Wafer Prober Module

ウェーハプローバモジュールは、A-PST-200P XYポジショニングステージと合わせて、直径200mmまでのウェーハや基板を電気的に接触させ、高精度に測定するための電動プラットフォームを形成します。

Vaccuum chamber for microstructure analysis with Polytec MSA Micro System Analyzers
Vaccuum chamber for microstructure analysis with Polytec MSA Micro System Analyzers

A-SPK-0010 Vacuum Prober Module

真空・パージライン。4つの電気プローブを扱うためのマイクロマニピュレータ。


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