MEMS検査および特性評価のためのコンパクトなレンズレスデジタルホログラフィック顕微鏡

サマリー

私たちは、MEMSデバイスの検査および特徴付けのためにコンパクトな反射デジタルホログラフィックシステム（CDHM）を提示します。自然の幾何学的な倍率を提供発散入力波を用いたレンズレス設計が実証されています。静的および動的の両方の研究が提示されています。

要約

A micro-electro-mechanical-system）は、エネルギー、バイオテクノロジー、医療、通信、自動車など、多くの業界で広く使用されているコンポーネントです。しかし、MEMSの機能的信頼性を確保するためには、効果的な検査および特性評価計測システムが必要です。本研究では、MEMS計測のツールとしてデジタルホログラフィに基づくシステムを紹介します。デジタルホログラフィは、この20年間でますます注目を集めています。センサーアレイの急速な開発とコストの低下により、このようなシステムの解像度は向上し、潜在的なアプリケーションが広がっています。そのため、産業計測の信頼性の高いツールとして、研究と産業界の両方から注目を集めています。実際、試料の高さ情報を含む物体ビームと基準ビームとの間の干渉パターンをCCDカメラで記録することで、物体の定量的な位相情報を取得することができます。ただし、ほとんどのデジタルホログラフィックシステムはかさばるため、業界の生産ラインに実装するのは簡単ではありません。提示されたシステムの目新しさは、レンズレスであるため、非常にコンパクトであることです。この研究では、コンパクトデジタルホログラフィックマイクロスコープ(CDHM)を使用して、MEMS検査の基準として一般的に考慮されるいくつかの特性を評価できることが示されています。静的条件と動的条件の両方におけるMEMSの表面プロファイルを示します。AFMとの比較は、CDHMの精度を検証するために調査されます。

概要

マイクロおよびナノ物体の計測技術は、業界や研究者の両方にとって非常に重要です。実際、オブジェクトの小型化が光学測定のための新たな挑戦を表します。微小電気機械システム（MEMS）は、一般的に定義されている電気機械システムを小型化し、通常、マイクロセンサ、マイクロアクチュエータ、マイクロエレクト​​ロニクスおよび微細構造などのコンポーネントを備えています。このようなバイオテクノロジー、医療、通信などの多様な分野で多くのアプリケーションを発見し^、1を検出しました。最近、ますます複雑だけでなく、試験対象物の漸進的な小型化がMEMSに適した特性評価技術の開発のための呼び出しを提供しています。これらの複雑なマイクロシステムの高スループット製造プロセス条件²による特性パラメータと関連する欠陥を定量化するために、高度なインライン測定技術の実装を必要とします。幾何学的パラメーターの例えば、偏差MEMSデバイスにおけるメータは、システムの特性に影響を与える、特徴付けされなければなりません。加えて、産業界は、完全な三次元（3D）計測、ビュー、高撮像分解能の大型のfi ELD、リアルタイム分析のような高解像度の測定性能を必要とします。これにより、品質管理や検査工程信頼性を確保するために不可欠です。また、既存のインフラストラクチャにインストールするために生産ライン上で容易に実現可能と、比較的コンパクトに測定システムを必要とします。

最初のガボール^3....

プロトコル

測定の1.前準備

注記：この実験に用いたサンプルは、MEMS電極です。金電極は、リフトオフプロセスを用いてシリコンウェーハ上に製造されます。サンプルを1mm期間18 mmの周期構造（電極）で×18ミリウエハーであります

1. システムを使用する前に、ログブックにサインインします。
2. コンピュータ、LASERと並進ステージ電源をオンにします。
3. MEMS電極/マイクロダイアフラムサンプルを置きます。
   1. ピンセットを用いて、試料ホルダーの中央にMEMSのサンプルを配置します。
   2. ビーム経路に電極を配置するために、試料ホルダーを調整します。ビューの最大測定フィールドは、カメラセンサのサイズによって定義されます。これは、2.3ミリメートルX 1.8ミリメートルの長方形です。
4. 垂直方向電動ステージを用いて、近似的1.5センチメートルサンプルからシステムを移動します。

2.ソフトウェアの設定の調整

1. 3DViewを開きます。ソフトウェア。 3DViewは、C ++で開発され、社内のプログラムです。
2. 実験のために適切なカメラを選択するために、イメージングソースボタンをクリックします。モノクロCCDカメラを選択してください。単色ダイオードレーザーを用いているので、このセットアップではカラーカメラを避けてください。カラー....

結果

上記のプロトコルは、CDHMシステムを用いたMEMSとマイクロデバイスを検査し、特徴付けるために設計されました。我々のシステムでは、単一モード光ファイバは、633nmの波長で動作するダイオードレーザに結合されています。発散ビーム構成には、再構成することができるホログラムを得るために、物体光と参照光路を一致させることが重要です。これは、システムに対するサンプルの慎重な垂直位置によって達成されます。計算されたラップされた位相画像では、縞の数は、システムの高さ位置を変更することにより、最小限に低減されます。これは、光路が一致することを保証する。 図4は、試料の適切な軸方向の位置決め後CDHMを用いた測定から得られた結果を示しています。データは、単一の画像からリアルタイムに得られます。この実験では、異なる高値と周期の格子パターンで構成されるUSAFターゲットはサンプルとして選択されます。上述したように、位相マップ（ 図4A）は、単一の画像ホログラムから抽出されます。特定パターンの.......

ディスカッション

このレビューでは、我々は正確にデジタルホログラフィに頼ってコンパクトなシステムを使用して、別のMEMSデバイスの定量的な形態を回復するためのプロトコルを提供します。静的および動的の両方のモードでMEMSの特徴付けが実証されています。マイクロチャネルMEMSの定量的な3次元データが得られます。システムの精度を検証するために、結果がCDHMとAFMの間で比較しました。良好な一致は、デジタルホログラフィは3D撮像のための信頼できる技術であることを意味見出されます。その結果、システムが10 nmの深さ分解能が可能であることを示しています。さらに、マイクロチャネルで得られた結果は、試料の形態がMEMS製造プロセス中に制御することができるように、システムは、MEMSの特徴付けに使用することができることを示しています。また、CDHMを用いて得られた倍率がMEMSサイズ（4.2倍）のために使用されるべきであるものに相当します。システムはまた、全視野計測が可能です。 COMこれはかなりの資産であります長いスキャン測定を必要とするような共焦点顕微鏡など通常のMEMS検査のために使用される技術に削減します。また、システムの横方向の分解能を容易UVレーザーに赤.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
2 MP カメラ	イメージング ソース	DMX 41BU02	4.65 ミクロンピクセルサイズ
電動X、Y、Z翻訳ステージ	Zaberテクノロジー	システム用TLS28-M	ホルダー
ビームスプリッター	エドモンド光学	49-003	キューブ ビームスプリッター。対象物と基準ビームを分離して再結合
レーザー	マイクロレーザーシステムズ株式会社	SRT-F635S-20/OSYS	ダイオード レーザー
ミラー	Edmund Optics	#43-412-566	1" Dia. 保護金、 λ/20 フラット Zerodur
モノモード ファイバー	Thorlabs	S405-XP	シングル モード光ファイバー、400 - 680 nm、 Ø 125 µm クラッディング
サンプルホルダー	Edmund Optics	#39-930	理想的なポジショニングプラットフォーム、±35 mmトラベル XとYの両方の
ホットプレート	サーモリン Mirakホットプレート	バーンステッドインターナショナル HP72935-60	温度範囲 40-370 °C
Holoscope Software	d'Optron Pte Ltd		NTUの研究者が開発したソフトウェア

ホログラムの記録に使用した する