Summary
We presenteren een compact reflectie digitale holografische systeem (CDHM) voor inspectie en karakterisering van MEMS. Een lens-less ontwerp met behulp van een divergerende ingang golf verstrekken van natuurlijke geometrische vergroting wordt aangetoond. Zowel statische als dynamische studies worden gepresenteerd.
Introduction
Metrologie van micro- en nano-objecten is van groot belang voor zowel de industrie en onderzoekers. Inderdaad, miniaturisatie van objecten vormt een nieuwe uitdaging voor optische metrologie. Micro elektromechanische systemen (MEMS) zijn over het algemeen gedefinieerd heeft elektromechanische systemen geminiaturiseerde en bestaat meestal componenten zoals micro sensoren, micro-actuatoren, micro-elektronica en microstructuren. Het heeft vele toepassingen in diverse gebied, zoals de biotechnologie, geneeskunde, communicatie en sensing 1 gevonden. Onlangs heeft de toenemende complexiteit en de progressieve miniaturisatie van testobject kenmerkt vereisen dat geschikte karakteriseringstechnieken voor MEMS. Hoge doorvoer productie van deze complexe microsystemen vereist de implementatie van geavanceerde inline meettechnieken, om karakteristieke parameters en aanverwante defecten veroorzaakt door de procescondities 2 kwantificeren. Bijvoorbeeld, de afwijking van geometrische paramters in een MEMS inrichting beïnvloedt de systeemeigenschappen en moet worden gekarakteriseerd. Bovendien, de industrie vereist hoge resolutie meetprestaties, zoals volledige driedimensionale (3D) metrologie, grote zichtveld, hoge resolutie imaging, en real-time analyse. Aldus is het essentieel om een betrouwbare kwaliteitscontrole en inspectie te waarborgen. Bovendien vereist het meetsysteem eenvoudig implementeerbaar op een productielijn en dus relatief compact op bestaande infrastructuren te worden geïnstalleerd te zijn.
Holografie, die voor het eerst werd geïntroduceerd door Gabor 3, is een techniek die het herstel van de volledige kwantitatieve informatie van een object mogelijk maakt door het opnemen van de interferentie tussen een referentie- en een objectgolf een lichtgevoelig medium. Tijdens dit proces wordt de opname, de amplitude, fase en polarisatie van een veld zijn opgeslagen in het medium. Toen het veld golf object kan worden hersteld door het sturen van de referentie-bundel op het meDIUM, een proces dat bekend staat als optische lezing van het hologram. Omdat een conventionele detector alleen registreert de intensiteit van de golf, is holografie een onderwerp van groot belang geweest in de afgelopen vijftig jaar, omdat het de toegang tot extra informatie over het elektrische veld geeft. Echter, een aantal aspecten van de conventionele holografie maken het onpraktisch voor industriële toepassingen. Inderdaad, fotogevoelige materialen zijn duur en het opnameproces vereist in het algemeen een hoge stabiliteit. Vooruitgang in hoge resolutie camera sensoren zoals geladen gekoppelde inrichtingen (CCD) hebben een nieuwe aanpak voor digitale metrologie geopend. Een van deze technieken staat bekend als digitale holografie 4. In digitale holografie (DH), wordt het hologram opgenomen met een camera (registratiemedium) en numerieke processen worden gebruikt om de fase en intensiteitsinformatie reconstrueren. Zoals bij conventionele holografie, kan het resultaat worden verkregen na twee procedures: de opname- en reconstructie zoals in Fifiguur 1. Indien de opname is gelijk aan conventionele holografie, de reconstructie slechts numerieke 5. De numerieke reconstructie werkwijze wordt getoond in figuur 2. Twee procedures zijn betrokken bij de wederopbouw. Eerst wordt het golfveld object opgehaald uit het hologram. Het hologram wordt vermenigvuldigd met een numerieke referentie-wave naar het object golffront het hologram vliegtuig te krijgen. Ten tweede wordt het complex object golffront numeriek doorgegeven aan het beeldvlak. In ons systeem, wordt deze stap uitgevoerd met de convolutie methode 6. De gereconstrueerde veld verkregen is een complexe functie en dus fase en intensiteit kan worden gewonnen verstrekken van kwantitatieve hoogte-informatie over het object van belang. Het vermogen van gehele veld informatieopslag in holografie werkwijze en het gebruik van computertechnologie voor snelle gegevensverwerking bieden meer flexibiliteit bij experimentele configuratie en significante toename van de speed van de experimentele proces, opent nieuwe mogelijkheden om DH ontwikkelen als een dynamische metrologische tool voor MEMS en micro-systemen 7,8.
Het gebruik van digitale holografie in fase contrast beeldvorming is nu goed ingeburgerd en werd voor het eerst meer dan tien jaar geleden 9 gepresenteerd. Inderdaad, onderzoek microscopische inrichtingen combineert digitale holografie en microscopie uitgevoerd in vele studies 10, 11, 12, 13. Verschillende systemen op basis van hoge coherentie 14 en lage coherentie 15 bronnen alsmede verschillende geometrie 13, 16, 17 (in lijn, off as gemeenschappelijke weg ...) werden gepresenteerd. Bovendien, in overeenstemming digitale holografie is eerder gebruikt karakterisering van MEMS inrichting 18, 19. Maar deze systemen zijn doorgaans moeilijk te implementeren en volumineus, waardoor ze ongeschikt voor industriële toepassingen. In deze studie, stellen we een compact, eenvoudig en lens free-systeem op basis van off AXIs digitale holografie in staat om real-time MEMS inspectie en karakterisering. De compacte digitale holografische microscoop (CDHM) is een lens minder digitale holografische systeem ontwikkeld en gepatenteerd om de 3D-morfologie van micro-size spiegelende objecten te verkrijgen. In ons systeem, een 10 mW, zeer stabiel, temperatuurgestuurde diodelaser werkt bij 638 nm wordt gekoppeld in een mono-mode fiber. Zoals getoond in figuur 3, wordt de divergerende bundel afkomstig van de vezel splitsen in een referentie- en een objectbundel door een bundeldeler. De referentie-bundel pad bestaat uit een gekantelde spiegel aan de geometrie buiten de as te realiseren. Het object bundel wordt verstrooid en gereflecteerd door het monster. De twee bundels interfereren op de CCD die het hologram. Het interferentiepatroon afgedrukt op het beeld wordt een ruimtelijk vervoerder genoemd en maakt het herstel van de kwantitatieve fase-informatie met slechts één beeld. De numerieke reconstructie wordt uitgevoerd met een gewone Fourier transformatie en convolutie algoritme stated eerder. De lens-minder configuratie heeft meerdere voordelen maken het aantrekkelijk. Aangezien er geen lenzen, worden de ingevoerde bundel is een divergerende golf die een natuurlijke geometrische vergroting en daarmee de resolutie systeem verbeteren. Bovendien is het vrij van aberraties aangetroffen in typische optische systemen. Zoals te zien is in figuur 3B, kan het systeem compact worden gemaakt (55x75x125 mm 3), licht (400 g), en kan dus eenvoudig worden geïntegreerd in industriële productielijnen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorafgaande Voorbereiding van de meting
Opmerking: De voor de proef monster een MEMS elektrode. De gouden elektroden worden gefabriceerd op een silicium wafer met behulp van een lift off proces. Het monster is een 18 mm x 18 mm wafer met periodieke structuren (elektroden) met 1 mm periode
- Meld u aan bij het logboek voor het gebruik van het systeem.
- Zet de computer, LASER en vertaling podium macht.
- Plaats de MEMS elektrode / micro-membraan monster.
- Plaats de MEMS monster in het midden van de monsterhouder met behulp van een pincet.
- Stel de monsterhouder naar de elektrodes in de stralengang. De grootste gemeten gezichtsveld wordt gedefinieerd door de camerasensor grootte. Het is een rechthoek van 2,3 mm x 1,8 mm.
- Met behulp van de verticale richting gemotoriseerde podium, te verplaatsen van het systeem bij benadering 1,5 cm afstand van het monster.
2. Software-instellingen aanpassing
- Open de 3DViewsoftware. 3DView is onze in-house programma ontwikkeld in C ++.
- Klik imaging source-knop om de juiste camera voor het experiment te selecteren. Kies de monochrome CCD camera. Vermijd kleurencamera in deze opstelling aangezien een monochromatische diodelaser wordt gebruikt. Bovendien, voor hetzelfde aantal pixels, resolutie zou lager zijn bij gebruik van kleurencamera's.
- In het tabblad instellingen van het apparaat, selecteert u Y800 (1280 x 960) videoformaat en 15 frames per seconde video-tarief.
- Klik op de gele play-knop om de camera te starten. Een beeld van het object met opdruk franje patronen (Hologram) moet verschijnen.
- Pas een optimale versterking en belichting parameters om de afbeelding verzadiging indien nodig te vermijden.
- Met behulp van de live video venster camerabeeld, past het monster positie om de exacte gebied selecteren om te onderzoeken op het monster.
- Open het tabblad Instellingen.
- In het tabblad configuratie, selecteert u het type oppervlak (reflecterend of transparant), golflengte van laser en pixelgrootte van de camera. De laser een diodelaser die werkt bij 633 nm. De pixelgrootte van de camera 4650 nm. Het monster is een spiegelende MEMS elektrode apparaat dus reflectieve modus moet worden gekozen.
Opmerking: De CDHM configuratie laat alleen reflecterende oppervlakken te meten. Echter de software ook worden gebruikt voor transparante monsters meten wanneer een verschillende digitale holografie wordt gebruikt 13. Een verandering in deze instelling verandert de hoogte berekeningsformule van de fase. Inderdaad, de lichtwegverschilfunctie berekening iets anders voor transparante monsters omvat de refractie-index object. - Kies de Convolution reconstructie-algoritme en zet de reconstructie afstand tot nul. Kies een reconstructiestap van 1 of 2.
Opmerking: De parameter reconstructie afstand kunnen later worden bepaald door de intensiteit beeld verkregen van het hologram te bestuderen en het gebruik van de auto-focus. De reconstructie stap definieert het aantalstappen gebruikt om de uitvoering van de fresnelintegraal en simuleren van de bundelpropagatie. De eerste methode beoordelen het integraal als één enkel Fourier Transform. Een stap 2 wordt de integraal tweemaal evalueren. Dit voegt meer flexibiliteit in het rooster uit elkaar, maar is rekenkundig minder efficiënt 20. - In het tabblad postverwerking, selecteert u het uitpakken algoritme die nodig zijn om het uiteindelijke beeld ongeopende krijgen. Selecteer kwaliteit in kaart gebracht algoritme.
Let op: In de software, de keuze tussen Goldstein en kwaliteit Toegewezen algoritme kan worden gemaakt. De latere heeft aangetoond robuuste en snelle ruimtelijke fase uitpakken. De kwaliteit toegewezen algoritme is gebaseerd op geleide fase uitpakken zoals beschreven in 21.
- In het tabblad configuratie, selecteert u het type oppervlak (reflecterend of transparant), golflengte van laser en pixelgrootte van de camera. De laser een diodelaser die werkt bij 633 nm. De pixelgrootte van de camera 4650 nm. Het monster is een spiegelende MEMS elektrode apparaat dus reflectieve modus moet worden gekozen.
3. Data Acquisition
- Druk op de Fourier-transformatie pictogram om het spectrum venster Fourier openen. Een 0 orde en twee 1, -1 bestellingen moeten verschijnen. Als dit niet het geval is, controleer dan of het monster in de juiste positie, en aan te passen krijgen eend belichtingstijd weer.
- Stop de live-meetmodus. Selecteer een van de afgebogen orders (positieve of negatieve frequentie) met behulp van de filter tool. Het geselecteerde gebied moet groot genoeg zijn zodat alle frequenties die nodig zijn voor het ophalen fase aanwezig zijn. Schakel de live-modus weer.
Opmerking: De keuze van de negatieve bestelling zal alleen van invloed op het teken van de fase in het uiteindelijke resultaat, dat wil zeggen, zal de uiteindelijke 3D-beeld worden omgekeerd. - Open het venster fase. Controleer of de ongeopende modus niet is ingeschakeld. grijze fase van het object bedrukt met verpakte franjes moeten verschijnen.
- Gebruik de gemotoriseerde verticale fase het aantal franjes beeld de fase te verminderen. Wanneer slechts 1 of 2 franjes zijn links op de afbeelding, stop de gemotoriseerde podium.
Opmerking: Het systeem is gebaseerd op interferometrie. Het is dus gevoelig voor trillingen. Na het verplaatsen van de z-richting gemotoriseerde podium, moet de gebruiker wacht 1 of 2 seconden voordat het de omwikkelde fase verschijnt again. Het is ook belangrijk om trillingen tijdens de meting vermijden beeld een stabiele fase te krijgen. - Klik op de knop auto-focus 22 om de beste reconstructie afstand te vinden. Men kan nodig zijn om autofocus meerdere malen te gebruiken om de optimale reconstructie afstand benaderen totdat het de intensiteit lijkt scherp en helder. De autofocus is gebaseerd op efficiënte en tijdbesparende hoekspectrum werkwijze als in 22.
Opmerking: De focus schuifbalk kan worden gebruikt voor fijninstelling. Klik vervolgens op het middelste scherpstelpunt knop om de huidige reconstructie afstand te nemen. Het lijkt soms dat het beste scherpstelling niet wordt gevonden met autofocus optie. In dit geval handmatig invoeren reconstructieafstand de beste scherpstelling vinden. - Schakel de ongeopende mode het imago van de ongeopende fase te zien door te klikken op de knop uitpakken.
4. Data Visualization en analyse voor Static Measurement
- Open de afbeelding venster 3D naar de finale 3D te zienbeeld van het monster. Gebruik de beschikbare opties om het eindresultaat te observeren (roteren, kleur kaart, schaal-display ...).
- Klik op de knop tegel ramen aan de ramen als niet-overlappende ordenen en weer te geven alle metingen ramen.
- Gebruik de lijn liniaal om een lijn te trekken op een oppervlakte van belang imago van de ongeopende fase op. In de plot venster lijn, kan een dwarsdoorsnede profiel plot van het gebied van belang in acht worden genomen. Met de twee groene lijn markers om bij benadering een hoogte van het object (figuur 5) extract.
Oppervlakteruwheid kan ook verkregen worden op het vlakke bovenkant van het monster. - Sla de afbeelding laatste fase in JPEG-formaat te importeren naar andere software indien nodig.
5. Voorbereiding van het monster en Data-analyse voor Dynamic Measurement
- Plaats de micro middenrif bij een verwarming station plaat. Het monster wordt niet verwijderd van de plaat tot het experiment beëindigd.
- Neem een hologram van de MICRo membraan bij kamertemperatuur door de procedure hierboven beschreven in paragraaf 2 en 3. Het zal worden gebruikt als referentie voor de deformatieanalyse.
- Sla de fase gegevens op de computer.
- Zet het laboratorium verwarming plaat.
- Met de temperatuurregelaar, varieert de temperatuur in stappen van 50 ° C van 50 ° C tot 300 ° C. Voor elke temperatuur stap, sparen de fase kaart afbeelding in JPEG-formaat.
- Trek de aanvankelijke omgevingstemperatuur fase map van de andere fase kaart opgeslagen op de vervorming te verkrijgen.
Let op: Dit bericht processing stap kan worden gerealiseerd met eenvoudige MATLAB-code. De verschillende fases verkregen worden geladen in MATLAB en eenvoudige matrix aftrekken wordt uitgevoerd. Vervolgens dwarsdoorsnede grafieken van de verschillende fasen vervorming kan worden verkregen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De hierboven beschreven protocol werd ontworpen om te inspecteren en te karakteriseren MEMS en Micro apparaten met behulp van CDHM systeem. In ons systeem is een mono-mode vezel gekoppeld met een diodelaser werkt bij een golflengte 633 nm. Door de divergerende bundel configuratie, is het belangrijk om de objectbundel en referentiebundel pad passen om een hologram dat kan worden gereconstrueerd verkrijgen. Dit wordt bereikt door zorgvuldige verticale positionering van het monster ten opzichte van het systeem. beeld de berekende verpakt in fase, wordt het aantal randen geminimaliseerd door het veranderen van het systeem hoogtepositie. Het zorgt ervoor dat de optische paden overeenkomen. Figuur 4 toont de resultaten van een meting met de CDHM na juiste axiale plaatsing van het monster resultaat. De gegevens worden verkregen in real-time uit een enkel beeld. In dit experiment wordt een USAF doel bestaat in rooster patronen van verschillende hoogten en perioden gekozen als een monster.Zoals hierboven uiteengezet, wordt de kaart fase (figuur 4A) uit het enkelvoudige hologram. Een lijnplot van een bepaald patroon wordt getoond in figuur 4A. De gele lijn (Figuur 4A) vertegenwoordigt de doorsnede locatie op het monster. Twee groene markering lijnen worden gebruikt om de absolute waarde van de monsterhoogte schatten. Om de resultaten van de digitale holografische systeem valideert, wordt een atomic force microscoop (AFM) onderzoek van het monster uitgevoerd. Een dwarsdoorsnede van hetzelfde monster gebied wordt weergegeven in figuur 4B. Voor dezelfde structuur, is een hoogteverschil van 2,1 nm gevonden tussen de AFM en CDHM meting. Aldus vergelijking van de twee methoden toont het vermogen van de CDHM.
Om specifiek te karakteriseren van een MEMS-apparaat, wordt 3D statische onderzoek van een MEMS elektrode uitgevoerd. De inrichting is gemaakt van silicium met goudelektroden patterned met behulp van een lift off proces. In het algemeen worden op basis van silicium MEMS vervaardigd met behulp van gevoelige methoden, zoals etsen of opstijgen proces. In beide gevallen, het vermogen om de verandering van het monster morfologie tijdens het fabricageproces kwantificeren van groot belang. Figuur 5 toont het meetresultaat voor dit voorbeeld. Volledige 3D morfologie van het monster kan worden waargenomen. Een dwarsdoorsnede lijn (figuur 5A) diagram toont de dieptetoewijzing die kunnen worden gebruikt voor inspectie. De diepte van de sleuf blijkt 632 nm en de zijdelingse afstand tussen de elektroden ook door de CDH zien dat het in staat is een volledige 3D kwantitatieve analyse van het monster. Een plot in de andere afmeting (figuur 5B) vertoont de oppervlakteruwheid van de elektrode waaruit het CDHM ook geschikt is voor meting van de ruwheid.
Statische toepassingen in MEMS karakterisering zijn great waarde, maar de meeste interessante processen vereist dynamische inspectie. Door selectie van geschikte opname methoden, het CDHM systeem kan inspectie en karakterisering micro inrichtingen voor zowel statische als dynamische situaties. Figuur 6 toont een reeks 3D-gegevens van een micro membraan verkregen bij verschillende temperaturen. Het membraan werd vervaardigd door het verbinden van een dunne plaat op een SOI (silicium op isolator) wafer monster. Het monster wordt geplaatst op een verwarmingsplaat. Om de thermische vervorming te meten, wordt de temperatuur gevarieerd in stappen 50 ° C vanaf 50 ° C tot 300 ° C. De numerieke reconstructie van het hologram wordt uitgevoerd voor elke temperatuur. Het hologram en fase bij omgevingstemperatuur werd eerder opgenomen. Het wordt gebruikt als een referentiefase. De aftrek van de gedeformeerde toestand (thermische belasting) en de verwijzing staat (omgevingstemperatuur) geeft de vervorming kaarten. Waardoor een volledige veldanalyse van de thermische vervorming van het d iaphragm wordt verkregen. Figuur 6G benadrukt de deformatie van de verschillende temperaturen. In dit geval is de lijn plots blijkt dat de meting tonen aanzienlijke ruwheid vergeleken met de resultaten verkregen bij statische metingen.
Figuur 1. Digitale holografie opnemen en wederopbouw regeling. Deze figuur toont detail van de twee stappen proces driedimensionaal beeld van een object te verkrijgen. Een cartoon van het opnameproces en de resulterende hologram wordt getoond. Van het hologram, amplitude en fase (modulo 2π) van het object worden onttrokken. De fase wordt uitgepakt op de 2π dubbelzinnigheid te verwijderen. De 3D-reconstructie wordt dan uitgevoerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. De gedetailleerde regeling van het proces van wederopbouw. Deze figuur toont een schema van het proces van wederopbouw regeling. Het digitale hologram wordt geregistreerd en de Fast Fourier Transform (FFT) van het beeld wordt uitgevoerd. Na het selecteren van nuttige informatie in het spectrum, wordt het beeld Fourier Transformed rug. Dan numerieke generatie referentiestraal en vermeerdering van het hologram wordt gesimuleerd om de fase en amplitude van het object te halen onafhankelijk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Schematische voorstelling van de CDHM opstart. Deze figuur toont een schematische weergave van de CDHM setup (
Figuur 4. Vergelijking tussen CDHM en Atomic Force Microscope (AFM) hoogtemeting van een Amerikaanse luchtmacht doel. Deze figuur toont de lijn plots van een Amerikaanse luchtmacht doelwit micro structuur verkregen met behulp van de CDHM (A) en een Atomic Force Microscope (AFM ) (B). klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. 3D-profiel en de lijn plot van een MEMS el ectrode apparaten. Meetresultaten van een silicium MEMS elektrode apparaat met de CDHM. Line perceel met het hele veld groen markers gebruikt om de diepte van het monster te schatten op een bepaalde doorsnede in de x-richting (A) en de y-richting (B) en het tonen van 3D-resultaat (C). Klik hier voor een grotere weergave versie van deze figuur.
Figuur 6. deformatie van een micro membraan onder thermische belasting. 3D beelden tonen vervorming beelden van een micro membraan onder wisselende thermische belasting (AF) en lijn grafiek die de evolutie van de vervorming bij een bepaalde dwarsdoorsnede (G).t = "_ blank"> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In deze review, bieden we een protocol om nauwkeurig te herstellen van de kwantitatieve morfologie van verschillende MEMS apparaten met behulp van een compact systeem te vertrouwen op digitale holografie. MEMS karakterisering in zowel statische als dynamische modus wordt aangetoond. Kwantitatieve 3D gegevens van een microkanaal MEMS verkregen. Om de nauwkeurigheid van het systeem te valideren, zijn de resultaten vergeleken tussen de CDHM en de AFM. Goede overeenkomst is gevonden betekent dat de digitale holografie een betrouwbare techniek voor 3D-beeldvorming kan zijn. Resultaten geven aan dat het systeem in staat 10 nm diepteresolutie is. Bovendien is de verkregen over de microkanaal resultaten tonen dat het systeem kan gebruikt worden in MEMS karakterisering morfologie van het monster tijdens de MEMS fabricageproces kan worden gecontroleerd. Bovendien is de verkregen met de CDHM vergroting overeen met wat moet worden gebruikt MEMS grootte (4.2X). Het systeem is ook in staat volledige veldmeting. Dit is een belangrijke troef bij het compare technieken doorgaans gebruikt voor MEMS inspectie zoals confocale microscopie, die lange tijd het scannen meting vereisen. Bovendien kan de laterale resolutie van het systeem gemakkelijk te verbeteren door de rode diodelaser een UV laser. Tenslotte is de hoge gevoeligheid van het systeem maakt meting van de ruwheid.
Dynamische meting op een micro membraan blijkt dat de CDHM is een geschikt instrument om vervorming te observeren in MEMS bij thermische of elektrische lading wordt toegepast. Met behulp van een dubbele methode blootstelling aan de vervorming kaart op te bouwen, wordt de dynamische vervorming studie van een micro membraan uitgevoerd. Men kan zien dat het membraan vorm nauwkeurig kunnen worden waargenomen in real time. Dit resultaat is mogelijk omdat de 3D morfologie berekend slechts één beeld gebruikt. Maar anders dan wat er tijdens de statische metingen werd waargenomen, dynamische metingen met behulp van thermische belasting toont een abnormaal grof profiel. Inderdaad, zou men kunnen overwegen de lijn plot shbezit in figuur 6G als ruw in vergelijking met de statische meetresultaten. Het systeem kan structuur zo klein als 10 nm oplossen, werkt de ruwheid niet lijken te komen van het object. Een mogelijke verklaring kan zijn dat de hitte van de verwarmingsstap verstoort de interferenties tussen de twee golven en beïnvloedt de objectgolf golffront. Daarnaast zijn dynamische studies uitgevoerd met de CDHM op MEMS middels elektrische belasting 12 en deze ruwheid niet lijkt weergegeven.
Het protocol bevat een aantal belangrijke stappen, zoals het monster verticale positie, de keuze van de reconstructieafstand, de reconstructiemethode, een trillingsvrije omgeving en de kwaliteit van franjes aan de CCD. Om een betrouwbaar en stabiel resultaat te waarborgen, moet al deze stappen zorgvuldig worden uitgevoerd. Bijvoorbeeld, de straal objectpad dient hetzelfde als de referentie een, bijvoorbeeld indien het monster ver van het systeem kritischduidelijke interferentiepatronen op de CCD te verkrijgen. Bovendien moet de numerieke reconstructie afstand goed aangepast dat het hologram wordt gereconstrueerd in het beeldvlak. Ten slotte zal een monster met scherpe structuur meer dan de helft van de golflengte van de laser fase onbetrouwbare resultaten opleveren. Inderdaad, kan een fase sprong lijken te wijten aan het uitpakken fouten fase.
Deze resultaten tonen het vermogen van de CDHM 3D kwantitatieve dieptemetingen van MEMS voeren. Inderdaad, voor reflecterend oppervlak aangetroffen in MEMS en micro-elektronica-industrie, de CDHM een draagbaar systeem dat kan worden gebruikt in situ werkwijze metingen en karakteriseren en inspecteren microsysteem apparaten. Een validatie studie toont aan dat de resultaten die door het systeem resultaten zijn zeer betrouwbaar. De CDHM bestrijkt een groter scangebied en real-time metingen kunnen worden verricht. Het is een groot voordeel ten opzichte van andere technieken zoals AFM of confocale microsexemplaar, dat tijdrovend scanning vereist. Naast de gepresenteerde resultaten, kan het systeem waardevolle informatie in andere MEMS processen geven. Zo heeft een bewezen capaciteit voor meting van zeer snelle processen met behulp tijdmiddeling en intensiteitsbeelden de resonante modi MEMS 11 waarnemen. Toekomstig werk zal zich concentreren op de beeldvorming in real time de afbuiging verandering van de MEMS cantilever onder elektrische belasting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 MP Camera | Imaging Source | DMX 41BU02 | used to record the hologram. 4.65 microns pixel size |
| Motorized X,Y,Z Translation Stage | Zaber Technology | TLS28-M | Holder for the system |
| Beam splitter | Edmund optics | 49-003 | Cube Beam splitter. Separate and recombine the object and reference beam |
| Laser | Micro Laser Systems, Inc. | SRT-F635S-20/OSYS | Diode laser |
| Mirror | Edmund Optics | #43-412-566 | 1" Dia. Protected Gold, λ/20 Flat Zerodur |
| monomode Fiber | Thorlabs | S405-XP | Single Mode Optical Fiber, 400 - 680 nm, Ø 125 µm Cladding |
| Sample holder | Edmund Optics | #39-930 | Ideal Positioning Platform, ±35 mm Travel in Both X and Y |
| Hotplate | Thermolyne Mirak hotplate | Barnstead International HP72935-60 | temperature range 40-370 °C |
| Holoscope Software | d'Optron Pte Ltd | software developed by the NTU researchers |
References
- Maluf, N. An introduction to Microelectromechanical Systems. , Artech House. Boston. (2002).
- Novak, E.
- Gabor, D.
- Schnars, U., Jüptner, W. Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction. Appl. Opt. 33 (2), 179-181 (1994).
- Schnars, U., Jüptner, W. Digital recording and numerical reconstruction of holograms. Meas. Sci. Technol. 13 (9), 85-101 (2002).
- Pedrini, G., Schedin, S., Tiziani, H. Lensless digital holographic interferometry for the measurement of large objects. Opt. Commun. 171 (1-3), 29-36 (1999).
- Dubois, F., Joannes, L., Legros, J. C. Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence. Appl. Opt. 38 (34), 7085-7094 (1999).
- Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. Studies of digital microscopic holography with applications to microstructure testing. Appl. Opt. 40 (28), 5046-5051 (2001).
- Cuche, E., Bevilacqua, F., Depeursinge, C. Digital holography for quantitative phase-contrast imaging. Opt. Lett. 24 (5), 291-293 (1999).
- Qu, W., Yu, Y., Chee Oi, C., Raj Singh, V., Asundi, A. Quasi-physical phase compensation in digital holographic microscopy. J. Opt. Soc. Am. 26 (9), 2005-2011 (2009).
- Schedin, S., Pedrini, G., Tiziani, H. J., Santoyo, F. M. Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography. Appl. Opt. 38 (34), 7056-7062 (1999).
- Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. Development and validation of digital microholo interferometric system for micromechanical testing. Proc. SPIE. 4778, 11-20 (2002).
- Qu, W., Bhattacharya, K., Choo, C. O., Yu, Y., Asundi, A. Transmission digital holographic microscopy based on a beam-splitter cube interferometer. Appl. Opt. 48 (15), 2778-2783 (2009).
- Potcoava, M. C., Kim, M. K. Fingerprint biometry applications of digital holography and low-coherence interferography. Appl. Opt. 48 (34), 9-15 (2009).
- Kolman, P., Chmelìk, R.
- Lee, M., Yaglidere, O., Ozcan, A. Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography. Biomed. Opt. Express. 2 (9), 2721-2730 (2011).
- Mico, V., Zalevsky, Z., Garcìa, J. Common-path phase-shifting digital holographic microscopy: a way to quantitative phase imaging and superresolution. Opt. Commun. 281 (17), 4273-4281 (2008).
- Singh, V. R., Miao, J., Wang, Z., Hedge, G. M., Asundi, A. Dynamic characterization of MEMS diaphragm using time averaged in-line digital holography. Opt. Commun. 280 (2), 285-290 (2007).
- Singh, V. R., Anderi, A., Gorecki, C., Nieradko, L., Asundi, A. Characterization of MEMS cantilevers lensless digital holographic microscope. Proc. SPIE. 6995, 69950F-1 (2008).
- Schmidt, J. D. Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB. SPIE PRESS BOOK. , (2010).
- Zhao, M., Huang, L., Zhang, Q. C., Su, X. Y., Asundi, A., Qian, K. M. Quality-guided phase unwrapping technique: comparison of quality maps and guiding strategies. Appl. Opt. 50 (33), 6214-6224 (2011).
- Wang, Z., Qu, W., Yang, F., Wen, Y., Asundi, A. A new autofocus method based on angular spectrum method in digital holography. Proc. SPIE. 9449, 2-7 (2015).
