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Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Teststrukturen zur Charakterisierung von Mikrosystemen auf Waferebene. Sie dienen zur Bestimmung von Prozesstoleranzen. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Algorithmus zu entwickeln, mit dem Teststrukturen optimiert werden können. Dazu wird ein Ansatz zur Optimierung von Teststrukturen mittels eines Genetischen Algorithmus untersucht. Grundlage für diesen ist eine Bewertung der Strukturen hinsichtlich der Sensitivität gegenüber den Fertigungsparametern und der Messbarkeit der Eigenmoden. Dem Leser wird zuerst ein Einblick in das Themengebiet und in die Verwendung von Teststrukturen gegeben. Es folgen Grundlagen zur Fertigung und Messung von Mikrosystemen, zur Parameteridentifikation, sowie zu Optimierungsalgorithmen. Anschließend wird ein Bewertungs- und Optimierungskonzept, sowie eine Softwareimplementation für die sich aus der Optmierung ergebenden Aufgaben, vorgestellt. Unter anderem eine Eigenmodenerkennung mittels Neuronalem Netz und einer auf der Vandermond’schen Matrix basierende Datenregression. Die Ergebnisse aus der Umsetzung durch ein Testframework werden abschließend erläutert. Es wird gezeigt, dass die Optimierung von Teststrukturen mittels Genetischem Algorithmus möglich ist. Die dargestellte Bewertung liefert für die untersuchten Teststrukturen nachvollziehbare Resultate. Sie ist in der vorliegenden Form allerdings auf Grund zu grober Differenzierung nicht für den Genetischen Algorithmus geeignet. Entsprechende Verbesserungsmöglichkeiten werden gegeben., This diploma thesis deals with the development of test-structures for the characterization of microsystems on wafer level. Test-structures are used for the determination of geometrical parameters and material properties deviations which are influenced by microsystem fabrication prozesses. The aim of this work is to establish principles for the optimization of the test-structures. A genetic algorithm as an approach for optimization is investigated in detail. The reader will get an insight in the topic and the application of test-structures. Fundamentals of fabrication and measurement methods of microsystems, the parameter identification procedure and algorithms for optimization follow. The procedures and a corresponding software implementation of some applied issues, which are needed for the optimization of test structures, are presented. Among them are neural network algorithms for mode identification and a data regression algorithm, based on Vandermonde Matrix. Results of implemented software algorithms and an outlook conclude this work. It is shown, that the optimization of test-structure using a genetic algorithm is possible. An automated parameter variation procedure and the extraction of important test-structures parameters like sensitivity and mode order are working properly. However, the presented evaluation is not suitable for the genetic algorithm in the presented form. Hence, improvements of evaluation procedure are suggested.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Charakterisierung von Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten dargestellt. Sie erlaubt, funktionsrelevante Parameter und deren Schwankungen produktionsbegleitend auf Waferlevel zu ermitteln. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Sollform der Struktur und die Abweichungsarten bekannt sind. Die Methode beruht auf dem Vergleich von numerisch berechneten mit experimentell ermittelten Eigenfrequenzen der untersuchten Mikrosysteme. Dazu wird die Abhängigkeit verschiedener Eigenfrequenzen von den gesuchten Parametern mittels einer Parametervariationsanalyse berechnet und durch eine geeignete Funktion angenähert. Die Messung der dynamischen Eigenschaften erfolgt mit Hilfe eines Bewegungsanalysators, der auf einem Laser-Doppler-Vibrometer basiert. Im letzen Schritt werden die gesuchten Parameter berechnet. Kernpunkt der entwickelten Methode sind Messungen auf der Basis von speziellen Teststrukturen, die im Waferlayout neben den eigentlichen Nutzstrukturen platziert sind und parallel mit den Nutzstrukturen prozessiert werden. Es werden Algorithmen zur Generierung des Designs der Teststrukturen und ihrer Platzierung im Waferlayout entwickelt. Dabei werden das Design der Nutzstruktur und deren funktionsrelevante Parameter, der technologische Ablauf und materialspezifische Kennwerte berücksichtigt. Im Ergebnis liegt eine Bibliothek von Standard-Teststrukturen vor, die für produktionsbegleitende Messungen sowie für die Übertragbarkeit der Ergebnisse geeignet sind. Außerdem werden allgemeingültige Richtlinien zur Durchführung der Messungen an den Standard-Teststrukturen abgeleitet. Das Messverfahren wurde an unterschiedlichen Mikrosystemen mit beweglichen Komponenten überprüft und zu einer allgemeinen Messmethode für diese Klasse von Mikrosystemen erweitert., In this work a method for the characterization of microsystems with movable components is presented. The method allows to determine the relevant parameters and their variations on wafer level if the nominal shape of the structure and the type of deviations are known. The method is based on a comparison of the numerically calculated and experimentally measured Eigenfrequencies of the microsystems. For that purpose, the relationships between various Eigenfrequencies and the searched parameters are calculated by parameter variation analysis and the results of this analysis are approximated with appropriate functions. A Laser Doppler vibrometer based motion analyzer is used to determine the frequency response function of the micromechanical structure and extract Eigenfrequencies. The comparison of the measured and the calculated frequencies provides values for the searched parameters. The key element of the developed method is the measurement on special test structures that are placed in the wafer layout next to the actual microsystems and processed in the same technological process parallel to the actual microsystems. Algorithms for designing the test structures and their placement in the wafer layout are shown, taking into account the design of the actual microsystems and the function parameters of the technological process as well as material characteristics. As a result, a library of standard test structures for function relevant parameters is available. A general guideline for the measurement on the test structures is presented. The presented method is verified on various microsystems and extended to a whole class of microsystems with movable components.