專利名稱：微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其微檢測結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計量檢測設(shè)備中的檢測方法及其結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種可取得微機械結(jié)構(gòu)(micro mechanical structure)的薄膜層的機械性質(zhì)的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其應(yīng)用于該檢測方法的微檢測結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
面型微細加工制程(two-dimensional micro-fabrication process)，由于其較體型微細加工制程(three-dimensional micro-fabrication process)具有更高的三維組件制造彈性，因此，面型微細加工制程在近年來已經(jīng)逐漸成為較為普及的微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱MEMS)的加工技術(shù)之一，在過去也一直存在著許多利用表面微細加工技術(shù)所制作的微系統(tǒng)組件，如光學(xué)掃描系統(tǒng)、微型馬達、微致動器等組件，將這些組件加以整合之后即可構(gòu)成微機電系統(tǒng)。然而，要使整個微機電系統(tǒng)具有良好的性能表現(xiàn)，除了將各個組件加以整合之外，另一項更為重要的因素則是如何控制各個組件的性能使其達到預(yù)定的設(shè)計目標。就我們所知，組件的性能之所以會與設(shè)計的目標產(chǎn)生差異，其原因絕大部分是來自于制程上的誤差與薄膜的機械性質(zhì)的不確定性，因此要完全控制組件的性能表現(xiàn)，其首先要務(wù)即是要能精確掌握薄膜材料的機械性質(zhì)。
在面型微細加工制程中，所制作出微機械結(jié)構(gòu)都必須藉由錨點(anchor)的設(shè)計來達到結(jié)構(gòu)固定的目的。然而，該不可避免的錨點容易造成微機械結(jié)構(gòu)的邊界呈現(xiàn)階梯狀，進一步使得微機械結(jié)構(gòu)的邊界強度大幅下降，因而增加了組件設(shè)計的困難。此外，在面型微細加工制程中，利用微機械結(jié)構(gòu)來萃取薄膜的機械性質(zhì)，同樣也會遇到撓性邊界的影響，因此，要利用微機械結(jié)構(gòu)來萃取薄膜的機械性質(zhì)的首要工作，即是要克服微機械結(jié)構(gòu)的撓性邊界的影響。雖然，在過去已有的文獻中，大部分的人都是針對階梯狀的撓性邊界來作解析分析，并將撓性邊界的解析模型匯入組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，用以降低撓性邊界的影響效應(yīng)。然而，由實際的組件制造得知，階梯狀的撓性邊界的幾何形狀是一項完全無法掌控的制程變量，因此，理論上的解析模型與實際結(jié)果彼此之間的誤差，對于組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計上的影響便不容易掌握。
就微懸臂梁(micro-cantilever beam)的振動法而言，微懸臂梁的振動法在萃取材料的機械性質(zhì)的主要概念是經(jīng)由量測一結(jié)構(gòu)梁，其一端是連接至一固定邊界之下，其撓曲模態(tài)的共振頻率來萃取出材料的楊氏系數(shù)(Young’s modulus)。由于一般經(jīng)由面型微細加工制程所制作出的微機械結(jié)構(gòu)，其邊界條件大多會存在有階梯狀的撓性邊界，因而嚴重降低微機械結(jié)構(gòu)的邊界的強度。因此，當利用微懸臂梁的檢測結(jié)構(gòu)在薄膜的機械性質(zhì)的萃取時，則微機械結(jié)構(gòu)的邊界軟化的效應(yīng)便會嚴重影響整各量測的結(jié)果。由此可知，要將振動法應(yīng)用于面型微細加工制程，用以萃取薄膜的機械性質(zhì)的最主要挑戰(zhàn)是在于微機械結(jié)構(gòu)的邊界的強化設(shè)計。
為了提高薄膜的機械性質(zhì)的量測準確性，現(xiàn)有技術(shù)業(yè)已提出一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，如圖1所示，用以作為微懸臂梁的邊界強化的設(shè)計原則，其主要概念是利用一結(jié)構(gòu)層來包覆犧牲層而形成一穩(wěn)固的邊界，并藉由調(diào)整由結(jié)構(gòu)層所構(gòu)成的錨點的寬度來達到回填(refill)及平坦化的目的。
請參閱圖1所示，是現(xiàn)有習(xí)知的一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。該現(xiàn)有技術(shù)的微檢測結(jié)構(gòu)100，是適于配置于一微機械結(jié)構(gòu)(圖中未示)的一基材S的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)100包括一犧牲層102、一結(jié)構(gòu)層104及一懸臂梁106。其中，犧牲層102是配置于基材S的表面。此外，結(jié)構(gòu)層104則同樣配置于基材S的表面，且包覆犧牲層102的表面。另外，懸臂梁106的一端是連接于結(jié)構(gòu)層104，并一體成型于結(jié)構(gòu)層104，且懸臂梁106的另一端更大致沿著一水平于基材S的表面及相對遠離犧牲層102的方向，而延伸至基材S的表面的上方。
就無邊界梁(Free-Free beam)的振動法而言，無邊界梁的振動法在萃取材料的機械性質(zhì)的主要概念是經(jīng)由量測一結(jié)構(gòu)梁，在無任何邊界固定之下，其撓曲模態(tài)的共振頻率來萃取出材料的楊氏系數(shù)。由于無邊界梁的振動法在巨觀材料的測試上已經(jīng)是一個相當標準的材料測試方法，所以無邊界梁的振動法在萃取材料的機械性質(zhì)的可行性已無須證明，故可直接用來萃取薄膜材料的機械性質(zhì)。
在巨觀尺度下，要使用無邊界梁的振動法來萃取一待測材料的機械性質(zhì)，在實驗進行上大多是在待測結(jié)構(gòu)梁的下端節(jié)線處置入三角柱或利用細線將結(jié)構(gòu)梁吊起來使之懸空。然而，在微觀尺度下，在待測結(jié)構(gòu)梁的下端置入物體或用物體將結(jié)構(gòu)梁懸空都有其困難性。因此，要在微米尺度下利用無邊界梁的振動法來萃取薄膜的機械性質(zhì)，其首要工作即是設(shè)計一個能夠符合無邊界梁假設(shè)的微檢測結(jié)構(gòu)。
為了提供適合微機械結(jié)構(gòu)來使用的無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)業(yè)已提出的一種無邊界梁的微檢測結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，該微檢測結(jié)構(gòu)主要是在其微結(jié)構(gòu)梁的節(jié)線處加上四根支撐梁來作為無邊界梁的檢測用。
請參閱圖2所示，是現(xiàn)有習(xí)知的一種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。該現(xiàn)有技術(shù)的微檢測結(jié)構(gòu)200是適于配置于一基材S的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)200，包括一檢測梁202、復(fù)數(shù)個摺曲梁204以及復(fù)數(shù)個固定座206。其中，檢測梁202是懸置于基材S的表面的上方。此外，這些摺曲梁204亦懸置于基材S的表面的上方，且這些摺曲梁204的一端是連接至檢測梁202的表面。另外，這些固定座206是配置于基材S的表面，并位于檢測梁202的外側(cè)，且這些摺曲梁204的另一端則分別連接至這些固定座206。
然而，要符合無邊界梁的假設(shè)，其前提是當無邊界梁處于共振模態(tài)時，該四根支撐梁的應(yīng)變能必須越低越好，亦即支撐梁的扭轉(zhuǎn)剛性越低越好，至于該四根直梁的扭轉(zhuǎn)剛性大小對于微檢測梁與無邊界梁的誤差的關(guān)系，則可藉由有限元素法來加以分析。值得注意的是，經(jīng)由增加上述的支撐梁的長度，將可使微檢測梁的誤差控制在5％以下的可接受范圍。然而，過長的支撐梁將會導(dǎo)致兩個問題，其一，過長的支撐梁將會大幅增加整個微檢測結(jié)構(gòu)的面積占用率；其二，過長的支撐梁容易使微檢測梁在懸浮過程中產(chǎn)生沾粘(stiction)的現(xiàn)象。
由此可見，上述現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)仍存在有諸多缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)的缺陷，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)所存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及其專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其微檢測結(jié)構(gòu)，能夠改進一般現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服上述現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)存在的缺陷，而提供一種新的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，所要解決的主要技術(shù)問題是使其可用以萃取微機械結(jié)構(gòu)的薄膜材料的機械性質(zhì)，具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種微檢測結(jié)構(gòu)，所要解決的技術(shù)問題是使其可用以作為萃取微機械結(jié)構(gòu)的薄膜材料的共振頻率的媒介，從而更具有實用性。
本發(fā)明的再一目的在于，提供一種微機電組件，所要解決的技術(shù)問題是使其具有一微檢測結(jié)構(gòu)，用以作為萃取微機電組件的薄膜材料的共振頻率的媒介。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，其中該微機械結(jié)構(gòu)具有一基材，該微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法包括下列步驟形成一微檢測結(jié)構(gòu)于該基材上，且該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分是由該薄膜層所構(gòu)成；振動該欲檢測部分；測量出該欲檢測部分的共振頻率；以及經(jīng)由該欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得該薄膜層的機械性質(zhì)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)及一微懸臂板型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)其中之一。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)時，該微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，由該薄膜層所構(gòu)成，并配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；以及一懸臂梁，其一端連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)為摺曲梁。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微機械結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以一外部能量激發(fā)的方式來振動該欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以壓電振動的方式振動該欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該欲檢測部分的共振頻率。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的薄膜層的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，其中該微機械結(jié)構(gòu)具有一基材，該微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法包括下列步驟形成復(fù)數(shù)個微檢測結(jié)構(gòu)于該基材上，且該些微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分均是由該薄膜層所構(gòu)成；振動該些欲檢測部分；測量出該些欲檢測部分的共振頻率；經(jīng)由該些欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該些欲檢測部分的機械性質(zhì)；以及聯(lián)集該些欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得該薄膜層的機械性質(zhì)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)及一微懸臂板型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)其中之一。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些微檢測結(jié)構(gòu)之一是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)時，該微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，由該薄膜層所構(gòu)成，并配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；以及一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的無邊界梁型態(tài)的微機械結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以一外部能量激發(fā)的方式來振動該些欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以壓電振動的方式振動該些欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該些欲檢測部分的共振頻率。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的薄膜層的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微機電組件，其包括一基材，具有一組件區(qū)域及一檢測區(qū)域；一微機械結(jié)構(gòu)，形成于該組件區(qū)域；以及一微檢測結(jié)構(gòu)，形成于該檢測區(qū)域。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于一微機電組件，其中該微機電組件具有一結(jié)構(gòu)區(qū)域及一檢測區(qū)域，該檢測方法包括以下步驟分別形成一微機械結(jié)構(gòu)及一微檢測結(jié)構(gòu)于該微機電組件的該組件區(qū)域及該檢測區(qū)域；檢測該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分，以取得該欲檢測部分的共振頻率；經(jīng)由該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的機械性質(zhì)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)是為微懸臂梁。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)是為無邊界梁。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的檢測該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分時，包括振動該欲檢測部分，并測量出該欲檢測部分的共振頻率。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其更包括以一外部激發(fā)能量來振動該欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其更包括以壓電振動的方式來振動該欲檢測部分。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該欲檢測部分的共振頻率。
前述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方；以及一堆疊層，配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層以及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方；一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的其更包括一第一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層以及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
前述的微檢測結(jié)構(gòu)，其更包括一第二堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達到前述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下本發(fā)明提出一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，該檢測方法包括先形成一微檢測結(jié)構(gòu)于微機械結(jié)構(gòu)的一基材上，且該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分是由上述的薄膜層所構(gòu)成，接著振動該欲檢測部分，并測量出欲檢測部分的共振頻率，接著經(jīng)由欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得薄膜層的機械性質(zhì)。
本發(fā)明更提出一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，其配置于該基材的表面、一結(jié)構(gòu)層，其配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面、一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方、以及一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
本發(fā)明還提出一種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，其懸置于基材的表面的上方、多個摺曲梁，其懸置于基材的表面的上方，且這些摺曲梁的一端是連接至該檢測梁的表面、以及多個固定座，其配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且這些摺曲梁的另一端更分別連接至這些固定座。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點1、就微懸臂梁型態(tài)的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明是額外地增加一堆疊層于結(jié)構(gòu)層的表面，用以提升微檢測結(jié)構(gòu)的邊界強度，并且將微檢測結(jié)構(gòu)的邊界強度與固定邊界的差距縮小至3％以下，因而可以提高懸臂梁的共振頻率的測量準確度，進而可以更準確地取得懸臂梁(即薄膜層)的機械性質(zhì)。
2、此外，就無邊界梁型態(tài)的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明則是以撓性結(jié)構(gòu)(例如摺曲梁)取代現(xiàn)有習(xí)知的直式支撐梁，故可有效地降低檢測梁的撓性邊界強度，因而可以提高檢測梁的共振頻率的測量準確度，進而可更準確地取得檢測梁(即薄膜層)的機械性質(zhì)。
綜上所述，本發(fā)明特殊的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其微檢測結(jié)構(gòu)，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，該檢測方法包括先形成一微檢測結(jié)構(gòu)于微機械結(jié)構(gòu)的一基材上，且該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分是由上述的薄膜層所構(gòu)成，接著振動該欲檢測部分，并測量出欲檢測部分的共振頻率，接著經(jīng)由欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得薄膜層的機械性質(zhì)。此外，微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)包括微懸臂梁及無邊界梁。本發(fā)明可用以萃取微機械結(jié)構(gòu)的薄膜材料的機械性質(zhì)，另可用以作為萃取微機械結(jié)構(gòu)的薄膜材料的共振頻率的媒介，從而更具有實用性。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，在方法及產(chǎn)品上確屬創(chuàng)新，在檢測方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆有較大改進，較現(xiàn)有的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法及其微檢測結(jié)構(gòu)具有增進的多項功效，且在技術(shù)上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。


圖1是現(xiàn)有習(xí)知的一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2是現(xiàn)有習(xí)知的一種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
圖3是本發(fā)明較佳實施例的一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖4是微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層厚度及自然頻率的關(guān)系圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的圖1中的微檢測結(jié)構(gòu)及本發(fā)明第一實施例的圖3中的微檢測結(jié)構(gòu)，兩者的楊氏系數(shù)及懸臂梁長度的關(guān)系圖。
圖6A-圖6D是本發(fā)明第一實施例的微檢測結(jié)構(gòu)制程的流程圖。
圖7A-圖7D是本發(fā)明第二實施例的四種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖8是現(xiàn)有習(xí)知支撐梁與本發(fā)明的支撐梁的自然頻率與長度的關(guān)系圖。
S 基材 100微檢測結(jié)構(gòu)102犧牲層104結(jié)構(gòu)層106懸臂梁200微檢測結(jié)構(gòu)202檢測梁204支撐梁(直式支撐梁)206固定座300微檢測結(jié)構(gòu)302犧牲層304結(jié)構(gòu)層306懸臂梁308堆疊層600微檢測結(jié)構(gòu)602、602a犧牲層604結(jié)構(gòu)層606懸臂梁608堆疊層700a、700b微檢測結(jié)構(gòu)700c、700d微檢測結(jié)構(gòu) 702檢測梁704摺曲梁706固定座具體實施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其微檢測結(jié)構(gòu)其具體檢測方法、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
本發(fā)明提出兩種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其可分別利用微懸臂梁的振動法及無邊界梁的振動法來萃取微機械結(jié)構(gòu)的薄膜層的機械性質(zhì)。
第一實施例本發(fā)明第一實施例提出的一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，其除了利用薄膜層來包覆犧牲層以外，更利用一堆疊層來強化微機械結(jié)構(gòu)的邊界強度，因而可以提高量測懸臂梁的共振頻率的準確性，進而推導(dǎo)出懸臂梁(即薄膜層)的機械性質(zhì)，例如楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)等。此外，依照幾何尺寸上的差異，具有板狀外觀的懸臂梁可視為一懸臂板。
請參閱圖3所示，是本發(fā)明較佳實施例的一種微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。本發(fā)明較佳實施例的微檢測結(jié)構(gòu)300是適于配置于一微機械結(jié)構(gòu)(圖中未示)的一基材S的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)300，包括一犧牲層302、一結(jié)構(gòu)層304、一懸臂梁306及一堆疊層308。其中，犧牲層302是配置于基材S的表面。此外，結(jié)構(gòu)層304則同樣配置于基材S的表面，且包覆犧牲層302的表面。另外，懸臂梁306的一端是連接于結(jié)構(gòu)層304，并一體成型于結(jié)構(gòu)層304，且懸臂梁306的另一端更大致沿著一水平于基材S的表面及相對遠離犧牲層302的方向，而延伸至基材S的表面的上方。并且，堆疊層308是配置于結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至懸臂梁306的表面。
請參閱現(xiàn)有技術(shù)圖1中的微檢測結(jié)構(gòu)100及本發(fā)明圖3中的微檢測結(jié)構(gòu)300。在經(jīng)過有限元素法分析之后，現(xiàn)有的無堆疊結(jié)構(gòu)層及包覆式邊界的微檢測結(jié)構(gòu)100，其與固定邊界的強度差距為4.02％。然而，對于本發(fā)明的有堆疊層及包覆式邊界的微檢測結(jié)構(gòu)300而言，當堆疊層300的厚度為1.5微米，且具有兩微米的黃光對準誤差下，微檢測結(jié)構(gòu)300與實際固定邊界的強度差距為3.90％。并且，對于無黃光對準誤差的理想情況下，當堆疊層308的厚度為1.5微米時，微檢測結(jié)構(gòu)300與固定邊界的強度差距將可縮小至2.91％的差距。
請參閱圖4所示，是微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層厚度及自然頻率的關(guān)系圖。本發(fā)明更針對結(jié)構(gòu)層的堆疊厚度其對于微檢測結(jié)構(gòu)的邊界強度的影響情形，經(jīng)由有限元素法做了進一步的分析與探討，其結(jié)果顯示于圖4中。值得注意的是，當結(jié)構(gòu)層的堆疊厚度大于1微米時，結(jié)構(gòu)層的堆疊厚度對于微懸臂梁的邊界強化的效果變趨于定值，亦即微懸臂梁的共振頻率不再隨結(jié)構(gòu)層的堆疊厚度的增加而改變。
請參閱圖5所示，是現(xiàn)有技術(shù)圖1中的微檢測結(jié)構(gòu)及本發(fā)明第一實施例圖3中的微檢測結(jié)構(gòu)，兩者的楊氏系數(shù)及懸臂梁長度的關(guān)系圖。在相同長度的懸臂梁的條件下，具有堆疊層的微檢測結(jié)構(gòu)所萃取出的楊氏系數(shù)值將較無堆疊層的微檢測結(jié)構(gòu)高出約2.3％。因此，與現(xiàn)有的微檢測結(jié)構(gòu)100相較之下，本發(fā)明第一實施例的微檢測結(jié)構(gòu)300將可提供較佳的邊界強度，故可測量出微懸臂梁的更準確的共振頻率，用以萃取出薄膜層的更準確的機械性質(zhì)。
請依序參閱圖6A-圖6E所示，是本發(fā)明第一實施例的微檢測結(jié)構(gòu)制程的流程圖。首先，如圖6A所示，本發(fā)明第一實施例的微檢測結(jié)構(gòu)的制程，是形成圖案化的一犧牲層602于一微機械結(jié)構(gòu)(圖中未示)的一基材S的表面。接著，如圖6B所示，形成圖案化的一薄膜層(圖中未示)于基材S及犧牲層602的表面，其中上述的薄膜層是包括一結(jié)構(gòu)層604及一懸臂梁606，而結(jié)構(gòu)層604更包覆局部的犧牲層602a，以提高結(jié)構(gòu)層604的邊界強度，且懸臂梁606的一端是連接至結(jié)構(gòu)層604，懸臂梁606的另一端更大致沿著一水平于基材S的表面及相對遠離犧牲層602a的方向，而延伸至基材S的表面的上方。然后，如圖6C所示，形成圖案化的一罩幕層607于犧牲層602之上，并形成一堆疊層608于結(jié)構(gòu)層604的表面。之后，如圖6D所示，移除罩幕層607及犧牲層602之后，最終將使得懸臂梁606懸置于基材S的上方，而完成微檢測結(jié)構(gòu)600的制作。
本發(fā)明的第一實施例更提出一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其主要是在制作出圖6D的微檢測結(jié)構(gòu)600之后，例如以壓電振動的方式，預(yù)先振動懸臂梁606，接著例如以雷射都卜勒位移計來測量出懸臂梁606的共振頻率，最后可經(jīng)由懸臂梁606的幾何尺寸、密度及共振頻率，進而推導(dǎo)出懸臂梁606的機械性質(zhì)，以取得結(jié)構(gòu)層(即薄膜層)的機械性質(zhì)，例如楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)等。
第二實施例本發(fā)明的第二實施例提出一種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)，其主要是利用多個撓性結(jié)構(gòu)(例如摺曲梁)來取代現(xiàn)有習(xí)知的多個支撐梁(直梁)來連接至檢測梁，并利用撓性結(jié)構(gòu)的本身結(jié)構(gòu)較低的扭轉(zhuǎn)剛性，使得微檢測結(jié)構(gòu)更能仿真出無邊界梁的情況，因而可以提高量測檢測梁的共振頻率的準確性，進而可推導(dǎo)出檢測梁(即薄膜層)的機械性質(zhì)，例如楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)等。在第二實施例中，撓性結(jié)構(gòu)是以摺曲梁作為代表，但并不僅限于摺曲梁，其它可降低扭轉(zhuǎn)剛性的撓性結(jié)構(gòu)均可。
請參閱圖7A所示，是本發(fā)明第二實施例的一種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的俯視圖。該微檢測結(jié)構(gòu)700a，是適于配置于一微機械結(jié)構(gòu)(圖中未示)的一基材S的表面，該微檢測結(jié)構(gòu)700a包括一檢測梁702、多個摺曲梁704及多個固定座706。其中，檢測梁702是懸置于基材S表面的上方。此外，這些摺曲梁704是同樣懸置于基材S的表面的上方，并可對稱地位于檢測梁702的外側(cè)，且這些摺曲梁704的一端是連接至檢測梁702的表面。另外，這些固定座706則配置于基材S的表面，且可對稱地位于檢測梁702的外側(cè)，而這些摺曲梁704的另一端更分別連接至這些固定座706，其中檢測梁702及這些固定座706之間的連接媒介除了可利用這些摺曲梁704以外，更可以其它撓性結(jié)構(gòu)來加以取代。因此，檢測梁702可經(jīng)由這些摺曲梁704，而間接地連接至這些固定座706，且懸置于基材S的表面的上方。
請同樣參閱圖7A所示，由于支撐梁對于檢測梁702而言是為一撓性扭轉(zhuǎn)邊界，所以要將檢測梁702模擬近似于真實的無邊界梁，便需從降低支撐梁的扭轉(zhuǎn)剛性來著手。因此，在為了同時兼顧支撐梁的長度短及低扭轉(zhuǎn)剛性的訴求之下，本發(fā)明的第二實施例則使用摺曲梁的設(shè)計概念來取代直式支撐梁。由于摺曲梁704的本身結(jié)構(gòu)具有較低的扭轉(zhuǎn)剛性，故可使檢測梁702更能夠模擬出無邊界梁的真實狀態(tài)，如此將有助于量測檢測梁702的共振頻率。
請參閱圖7A-圖7D所示，是本發(fā)明第二實施例的四種無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)的俯視圖。其中圖7B-圖7D更依序是本發(fā)明第二實施例的另外三種微檢測結(jié)構(gòu)的俯視圖。首先，如圖7A所示，微檢測結(jié)構(gòu)700a的摺曲梁704是為一標準設(shè)計，其摺曲梁704的寬度為A。此外，如圖7B所示，微檢測結(jié)構(gòu)700b的摺曲梁704的長度變量B相對較大。另外，如圖7C所示，微檢測結(jié)構(gòu)700c的摺曲梁704的長度變量C則相對較大。并且，如圖7D所示，微檢測結(jié)構(gòu)700d的摺曲梁704則具有較多的曲折部分。
請參閱圖8所示，是現(xiàn)有習(xí)知的支撐梁與本發(fā)明的支撐梁的自然頻率與長度的關(guān)系圖。當摺曲梁的長度及寬度皆為30微米時，其共振頻率的誤差為9.8％，而當摺曲梁的摺曲寬度增加至60微米時，則其共振頻率的誤差則變?yōu)?％。然而，考量到制程的穩(wěn)定度方面，因此，在摺曲梁的摺曲寬度方面采取較保守的做法，則采用30微米作為摺曲梁的摺曲寬度設(shè)定。此外，由分析結(jié)果可以看出，長度為30微米的摺曲梁其共振頻率的誤差值與長度90微米的直式支撐梁彼此間的誤差值相當，故可證明本發(fā)明的摺曲梁比現(xiàn)有習(xí)知的直式支撐梁具有更低的扭轉(zhuǎn)剛性。
請同樣參閱圖8所示，接著探討摺曲梁的長度變量B及長度變量C，當摺曲梁的摺曲寬度為30微米，且支撐梁長度從30微米增加至120微米時，發(fā)現(xiàn)改變摺曲梁的長度變量B及C的結(jié)果并無太大分別，而結(jié)果為當支撐梁的長度在120微米時，支撐梁的共振頻率的誤差可以由原來的9.8％降低至5.5％。將該分析結(jié)果與摺曲梁的寬度變量結(jié)果相比較之后，發(fā)現(xiàn)改變摺曲梁的長度的效益還不若改變摺曲梁的摺曲寬度來得有效。
請同樣參閱圖8所示，當摺曲梁的摺曲寬度維持在30微米，而且單一摺曲梁的長度同樣為30微米的情況下，如圖7D所示，將摺曲梁704形成多一倍的摺曲部分，使得摺曲梁704的長度為60微米及寬度為30微米，并經(jīng)由有限元素分析后，其檢測梁702的共振頻率的誤差為4.8％，如果摺曲梁704具有三個摺曲部分，其檢測梁702的共振頻率的誤差下降至2.8％。在制程允許的情況下，如果摺曲梁704具有四個摺曲部分，則誤差將達到1.6％。因此，當摺曲梁704的摺曲寬度A越大，或摺曲梁704所具有的摺曲部分越多時，摺曲梁704的整體的扭轉(zhuǎn)剛性將可顯著地下降，如此將可有助于提高檢測梁702的共振頻率的測量準確度，進而可取得檢測梁702的更準確的機械性質(zhì)。
請再參閱圖7A所示，在面型微細加工制程中，這些固定座706是可由圖6D的犧牲層602a及結(jié)構(gòu)層604所構(gòu)成。值得注意的是，在微檢測結(jié)構(gòu)700a的制程中，固定座706的結(jié)構(gòu)層、檢測梁702及這些摺曲梁704是可一體成型。此外，這些固定座706更可包括一圖6D所示的堆疊層608，其可配置于圖6D的結(jié)構(gòu)層604的表面，但未延伸至檢測梁702及這些摺曲梁704的表面，用以提高固定座706的邊界強度，如此將有助于提高檢測梁702的共振頻率的測量準確度，進而可取得檢測梁702的更準確的機械性質(zhì)。
本發(fā)明的第二實施例更提出一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其主要是在制作出圖7A的微檢測結(jié)構(gòu)700a之后，例如以壓電振動的方式，預(yù)先振動檢測梁702，接著例如以雷射都卜勒位移計來測量出檢測梁702、懸臂梁606的共振頻率，最后可經(jīng)由檢測梁702的幾何尺寸、密度及共振頻率，進而推導(dǎo)出檢測梁702的機械性質(zhì)，用以取得檢測梁702(即薄膜層)的機械性質(zhì)，例如楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)等。
值得注意的是，本發(fā)明更可以結(jié)合第一實施例及第二實施例的檢測方法，同時形成微懸臂梁型態(tài)及無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)于一微機械結(jié)構(gòu)的一基材上，再個別取得懸臂梁及檢測梁的機械性質(zhì)以后，接著聯(lián)集懸臂梁及檢測梁的機械性質(zhì)，用以更準確地取得薄膜層的機械性質(zhì)。
此外，本發(fā)明更可將一微機械結(jié)構(gòu)及一微檢測結(jié)構(gòu)分別形成于一微機電組件的一基材的一組件區(qū)域及一檢測區(qū)域，接著檢測微檢測結(jié)構(gòu)的欲檢測部分，以取得一共振頻率，再經(jīng)由上述的欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該欲檢測部分的機械性質(zhì)，例如楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)等。因此，本發(fā)明在制作微機電組件的微機械結(jié)構(gòu)的同時，可一并將微檢測結(jié)構(gòu)制作于微機電組件之上，如此將可經(jīng)由該微檢測結(jié)構(gòu)，因而直接萃取出微機電組件的薄膜層(或欲檢測部分)的機械性質(zhì)，進而有助于微機電組件的設(shè)計及制作。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，其中該微機械結(jié)構(gòu)具有一基材，其特征在于該微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法包括下列步驟形成一微檢測結(jié)構(gòu)于該基材上，且該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分是由該薄膜層所構(gòu)成；振動該欲檢測部分；測量出該欲檢測部分的共振頻率；以及經(jīng)由該欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得該薄膜層的機械性質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)及一微懸臂板型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)時，該微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，由該薄膜層所構(gòu)成，并配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；以及一懸臂梁，其一端連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)為摺曲梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微機械結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以一外部能量激發(fā)的方式來振動該欲檢測部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以壓電振動的方式振動該欲檢測部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該欲檢測部分的共振頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的薄膜層的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
16.一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，其中該微機械結(jié)構(gòu)具有一基材，其特征在于該微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法包括下列步驟形成復(fù)數(shù)個微檢測結(jié)構(gòu)于該基材上，且該些微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分均是由該薄膜層所構(gòu)成；振動該些欲檢測部分；測量出該些欲檢測部分的共振頻率；經(jīng)由該些欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該些欲檢測部分的機械性質(zhì)；以及聯(lián)集該些欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得該薄膜層的機械性質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)及一微懸臂板型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些微檢測結(jié)構(gòu)之一是為一微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)時，該微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，由該薄膜層所構(gòu)成，并配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；以及一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微懸臂梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)為一無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的無邊界梁型態(tài)的微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的無邊界梁型態(tài)的微機械結(jié)構(gòu)更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以一外部能量激發(fā)的方式來振動該些欲檢測部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以壓電振動的方式振動該些欲檢測部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該些欲檢測部分的共振頻率。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的薄膜層的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
31.一種微機電組件，其特征在于其包括一基材，具有一組件區(qū)域及一檢測區(qū)域；一微機械結(jié)構(gòu)，形成于該組件區(qū)域；以及一微檢測結(jié)構(gòu)，形成于該檢測區(qū)域。
32.一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，適用于一微機電組件，其中該微機電組件具有一結(jié)構(gòu)區(qū)域及一檢測區(qū)域，其特征在于該檢測方法包括以下步驟分別形成一微機械結(jié)構(gòu)及一微檢測結(jié)構(gòu)于該微機電組件的該組件區(qū)域及該檢測區(qū)域；檢測該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分，以取得該欲檢測部分的共振頻率；經(jīng)由該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的機械性質(zhì)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)是為微懸臂梁。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)是為無邊界梁。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的檢測該微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分時，包括振動該欲檢測部分，并測量出該欲檢測部分的共振頻率。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其更包括以一外部激發(fā)能量來振動該欲檢測部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其更包括以壓電振動的方式來振動該欲檢測部分。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的欲檢測部分是以雷射都卜勒位移計來測量該欲檢測部分的共振頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述的微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法，其特征在于其中所述的微檢測結(jié)構(gòu)的該欲檢測部分的機械性質(zhì)包括楊氏系數(shù)、剪應(yīng)力常數(shù)及蒲松比常數(shù)。
40.一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，其特征在于該微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方；以及一堆疊層，配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
41.一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，其特征在于該微檢測結(jié)構(gòu)包括一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其更包括一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
47.一種微檢測結(jié)構(gòu)，適于配置于一基材的表面，其特征在于該微檢測結(jié)構(gòu)包括一犧牲層，配置于該基材的表面；一結(jié)構(gòu)層，配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面；一懸臂梁，其一端是連接于該結(jié)構(gòu)層，并一體成型于該結(jié)構(gòu)層，且該懸臂梁的另一端更大致沿著一水平于該基材的表面及相對遠離該犧牲層的方向，而延伸至該基材的表面的上方；一檢測梁，懸置于該基材的表面的上方；復(fù)數(shù)個撓性結(jié)構(gòu)，懸置于該基材的表面的上方，且該些撓性結(jié)構(gòu)的一端是連接至該檢測梁的表面；以及復(fù)數(shù)個固定座，配置于該基材的表面，且位于該檢測梁的外側(cè)，且該些撓性結(jié)構(gòu)的另一端更分別連接至該些固定座。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其更包括一第一堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該懸臂梁的表面。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是為摺曲梁。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些撓性結(jié)構(gòu)是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些固定座是對稱地位于該檢測梁的外側(cè)。
52.根據(jù)權(quán)利要求47所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的該些固定座包括一結(jié)構(gòu)層及一犧牲層，其中該犧牲層是配置于該基材的表面，而該結(jié)構(gòu)層是配置于該基材的表面，且包覆該犧牲層的表面，而該結(jié)構(gòu)層、該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)是一體成型。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的微檢測結(jié)構(gòu)，其特征在于其更包括一第二堆疊層，其配置于該結(jié)構(gòu)層的表面，但未延伸至該檢測梁及該些撓性結(jié)構(gòu)的表面。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種微機械結(jié)構(gòu)的檢測方法、微機電組件及其微檢測結(jié)構(gòu)，適用于取得一微機械結(jié)構(gòu)所使用的一薄膜層的機械性質(zhì)，該檢測方法包括先形成一微檢測結(jié)構(gòu)于微機械結(jié)構(gòu)的一基材上，且該微檢測結(jié)構(gòu)的一欲檢測部分是由上述薄膜層所構(gòu)成，接著振動該欲檢測部分，并測量出欲檢測部分的共振頻率，接著經(jīng)由欲檢測部分的幾何尺寸、密度及共振頻率，而推導(dǎo)出欲檢測部分的機械性質(zhì)，以取得薄膜層的機械性質(zhì)。此外，微檢測結(jié)構(gòu)的型態(tài)包括微懸臂梁及無邊界梁。本發(fā)明額外增加一堆疊層于結(jié)構(gòu)層表面，可提高懸臂梁共振頻率的測量準確度，更準確取得懸臂梁即薄膜層的機械性質(zhì)；另以撓性結(jié)構(gòu)如摺曲梁取代現(xiàn)有直式支撐梁，故可更準確取得檢測梁即薄膜層的機械性質(zhì)。
文檔編號B81C99/00GK1583544SQ0315376
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者蔡欣昌, 方維倫 申請人:臺達電子工業(yè)股份有限公司