Summary
Wir präsentieren eine kompakte Reflexion digitale holografische System (CDHM) zur Inspektion und Charakterisierung von MEMS-Bauelementen. Ein linsenloses Design einen divergierenden Eingangswelle bietet natürliche geometrische Vergrößerung verwendet wird demonstriert. Sowohl statische als auch dynamische Studien vorgestellt.
Introduction
Metrology von Mikro- und Nanoobjekten ist von großer Bedeutung für die Industrie und Forscher. Tatsächlich stellt die Miniaturisierung von Objekten eine neue Herausforderung für die optische Messtechnik. Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind allgemein definiert elektromechanische Systeme miniaturisiert und in der Regel umfasst Komponenten wie Mikrosensoren, Mikroaktuatoren, Mikroelektronik und Mikrostrukturen. Es hat viele Anwendungen in vielfältigen Bereich wie Biotechnologie, Medizin, Kommunikation und Sensor 1 gefunden. Vor kurzem verfügt die zunehmende Komplexität sowie die fortschreitende Miniaturisierung der Testobjektaufruf für die Entwicklung geeigneter Charakterisierungstechniken für MEMS. Hoher Durchsatz Herstellung dieser komplexen Mikrosystemen erfordert die Einführung fortgeschrittener Inline - Messtechnik, zu charakteristischen Parameter zu quantifizieren und im Zusammenhang mit den Prozessbedingungen 2 verursachte Mängel. Beispielsweise wird die Abweichung der geometrischen parameter in einer MEMS-Einrichtung wirkt sich auf die Systemeigenschaften und hat gekennzeichnet. Darüber hinaus muss die Industrie hochauflösende Messleistung, wie volle drei Dimension (3D) Messtechnik, große Sichtfeld, hohe Bildauflösung und die Echtzeitanalyse. Daher ist es wichtig, eine zuverlässige Qualitätskontrolle und Inspektion zu gewährleisten. Außerdem erfordert es das Messsystem leicht implementierbare auf einer Produktionslinie zu sein und daher relativ kompakt auf bestehende Infrastrukturen installiert werden.
Holographie, die von Gabor zuerst eingeführt wurde 3 ist eine Technik , die die Wiederherstellung der vollständigen quantitative Informationen eines Objekts ermöglicht durch die Interferenz zwischen einem Referenzaufnahme und einer Objektwelle in einem lichtempfindlichen Medium. Während dieses Prozesses als Aufzeichnungs bekannt ist, werden die Amplitude, Phase und Polarisation eines Feldes in dem Medium gespeichert. Dann kann das Objekt Wellenfeld durch Senden des Referenzstrahls auf die mich zurückgewonnen werdendium, ein Prozess als optische Lesen des Hologramms bekannt. Da nur ein herkömmlicher Detektor die Intensität der Welle erfasst hat Holographie ein Thema von großem Interesse in den letzten fünfzig Jahren, seit es den Zugriff auf zusätzliche Informationen über das elektrische Feld gibt. Jedoch mehrere Aspekte der konventionellen Holographie machen es für Industrie-Anwendungen unpraktikabel. Tatsächlich sind lichtempfindliche Materialien teuer, und der Aufzeichnungsprozess erfordert im allgemeinen einen hohen Grad an Stabilität. Die Fortschritte in der hochauflösenden Kamera-Sensoren wie ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD) haben einen neuen Ansatz für die digitale Messtechnik eröffnet. Einer dieser Techniken wird als digitale Holografie 4 bekannt. In der digitalen Holografie (DH) wird das Hologramm auf einer Kamera (Aufzeichnungsmedium) aufgezeichnet und numerische Verfahren verwendet werden, um die Phasen- und Intensitätsinformation zu rekonstruieren. Wie bei konventionellen Holographie, kann das Ergebnis nach zwei Hauptverfahren erhalten werden: die Aufzeichnung und Rekonstruktion , wie in Fi gezeigtAbbildung 1. Wenn jedoch die Aufzeichnung ähnlich der herkömmlichen Holographie ist, ist die Rekonstruktion nur numerische 5. Die numerische Rekonstruktionsprozess ist in Abbildung 2 dargestellt. Zwei Verfahren sind in den Wiederaufbauprozess beteiligt. Zunächst wird das Objekt Wellenfeld von dem Hologramm abgerufen. Das Hologramm wird mit einer numerischen Referenzwelle multipliziert, um die Objektwellenfront an der Hologrammebene zu erhalten. Zweitens wird die komplexe Objektwellenfront an der Bildebene numerisch propagiert. In unserem System wird dieser Schritt unter Verwendung des Faltungsverfahren 6 durchgeführt. Das rekonstruierte Feld erhalten wird, ist eine komplexe Funktion und somit Phase und Intensität auf das interessierende Objekt quantitative Höhe Bereitstellung von Informationen extrahiert werden. Die Fähigkeit der gesamten Feldinformationsspeicherung in Holographie-Verfahren und die Verwendung von Computertechnologie für schnelle Datenverarbeitung bieten mehr Flexibilität bei der experimentellen Konfiguration und signifikant die spee erhöhend des experimentellen Verfahren, neue Möglichkeiten eröffnen zu entwickeln DH als dynamisches messtechnische Werkzeug für MEMS und Mikrosysteme 7,8.
Die Nutzung der digitalen Holografie im Phasenkontrast - Bildgebung ist inzwischen gut etabliert und wurde zum ersten Mal mehr als zehn Jahren präsentierte vor 9. Tatsächlich Untersuchung mikroskopischer Geräte durch digitale Holografie und Mikroskopie kombiniert wurde in vielen Studien 10, 11, 12, 13. Mehrere Systeme auf Basis von hoher Kohärenz 14 und niedriger Kohärenz 15 Quellen sowie verschiedene Arten von Geometrie 13, 16, durchgeführt wurde 17 (in der Linie, von der Achse, gemeinsamen Weg ...) vorgestellt wurden. Zusätzlich in Linie digitalen Holografie hat 18 in Charakterisierung von MEMS - Vorrichtung vorher verwendet wurde, 19. Jedoch, diese Systeme im Allgemeinen schwierig zu implementieren sind und sperrig, so dass sie für industrielle Anwendungen ungeeignet. In dieser Studie schlagen wir eine kompakte, einfache und Objektiv frei System basierend auf off axis digitale Holographie für die Echtzeit-MEMS-Inspektion und Charakterisierung der Lage. Die kompakte Digital Holographic-Mikroskop (CDHM) ist eine Linse weniger digitale holografische System entwickelt und patentiert, die 3D-Morphologie der Mikrogröße spiegelnde Objekte zu erhalten. In unserem System 10 mW, sehr stabile, temperaturgesteuerten Diodenlaser bei 638 nm arbeitet, wird in eine Monomode-Faser gekoppelt. Wie in Figur 3 gezeigt, wird der divergierende Strahl von der Faser ausgehende aufgeteilt in einen Referenz- und einen Objektstrahl durch einen Strahlteiler. Der Referenzstrahlengang umfasst einen Umlenkspiegel den außeraxialen Geometrie zu verwirklichen. Der Objektstrahl wird gestreut und von der Probe reflektiert wird. Die beiden Strahlen interferieren auf dem CCD, das Hologramm zu geben. Das Interferenzmuster auf das Bild aufgeprägt wird ein räumlicher Träger genannt und erlaubt die Rückgewinnung der quantitative Phaseninformation mit nur einem Bild. Die numerische Rekonstruktion wird wie sta eine gemeinsame Fourier-Transformation und Faltungsalgorithmusted zuvor. Die Linse lose Konfiguration hat mehrere Vorteile, die es attraktiv machen. Da keine Linsen verwendet werden, ist der Eingangsstrahl eine divergierende Welle eine natürliche geometrische Vergrßerung Bereitstellung und somit die Systemauflösung zu verbessern. Darüber hinaus ist sie frei von Aberrationen in optischen Systemen typisch auftreten. Wie in 3B zu sehen ist, kann das System kompakt (55x75x125 mm 3) hergestellt werden, leicht (400 g) und somit problemlos in industriellen Fertigungslinien integrierbar sind.
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Protocol
1. Vorläufige Vorbereitung der Messung
Anmerkung: Die für das Experiment verwendete Probe eine MEMS-Elektrode ist. Die Goldelektroden werden auf einem Siliziumwafer unter Verwendung Abhebeverfahren hergestellt. Die Probe ist ein 18 mm x 18 mm Wafer mit periodischen Strukturen (Elektroden) mit 1 mm Periode
- Melden Sie sich in das Logbuch, bevor Sie das System verwenden.
- Schalten Sie den Computer, LASER und Übersetzungsstufe Macht.
- Legen Sie die MEMS-Elektrode / Mikromembranprobe.
- Platzieren Sie die MEMS Probe in der Mitte des Probenhalters ein pinzetten verwenden.
- Stellen Sie den Probenhalter um die Elektroden in dem Strahlengang zu positionieren. Die maximale Messsichtfeld wird durch den Kamerasensor Größe definiert. Es ist ein Rechteck von 2,3 mm x 1,8 mm.
- Mit Hilfe der vertikalen Richtung motorisierte Bühne, bewegen Sie das System approximativ 1,5 cm entfernt von der Probe.
2. Software-Einstellungen Anpassung
- Öffnen Sie die 3DViewSoftware. 3DView ist unser hauseigenes Programm in C ++ entwickelt.
- Klicken Sie auf Imaging Source-Taste, um die richtige Kamera für das Experiment ausgewählt. Wählen Sie die monochrome CCD-Kamera. Vermeiden Sie eine Farbkamera in diesem Setup, da eine monochromatische Diodenlaser verwendet wird. Zusätzlich wird für die gleiche Anzahl von Pixeln, würde Auflösung niedriger sein, wenn die Farbkameras.
- In der Registerkarte Geräteeinstellungen, wählen Sie Y800 (1.280 x 960) Video-Format und 15 Bildern pro Sekunde Videorate.
- Klicken Sie auf gelbe Play-Taste, um die Kamera zu starten. Ein Bild des Objekts mit aufgedruckten Streifenmuster (Hologram) sollte angezeigt werden.
- Passen Sie optimale Verstärkung und Belichtungsparameter Bildsättigung zu vermeiden, wenn nötig.
- Mit dem Live-Video-Fenster Kamera-Ansicht, passen Sie die Probenposition den genauen Bereich auszuwählen, auf die Probe zu untersuchen.
- Öffnen Sie Einstellungen Registerkarte.
- In der Registerkarte Konfiguration wählen Sie die Art der Oberfläche (reflektierend oder transparent), Wellenlänge von laSer und Pixelgröße der Kamera. Der Laser ist ein Dioden-Laser bei 633 nm arbeitet. Die Pixelgröße der Kamera ist 4,650 nm. Die Probe ist eine spiegelnde MEMS Elektrodeneinrichtung so Reflexionsmodus ausgewählt werden sollte.
Hinweis: Die CDHM Konfiguration erlaubt nur reflektierenden Oberflächen gemessen werden. Jedoch kann die Software auch zur Messung der transparenten Proben verwendet werden , wenn ein anderes der digitalen Holografie System 13 verwendet wird. Eine Änderung dieser Einstellung ändert sich die Höhe Berechnungsformel aus der Phase. Tatsächlich ist die optische Pfaddifferenz-Berechnungs leicht unterschiedlich für transparente Proben, wie es das Objekt Brechungsindex umfasst. - Wählen Sie den Rekonstruktionsalgorithmus Convolution und stellen Sie die Rekonstruktion Abstand auf Null. Wähle einen Rekonstruktionsschritt von 1 oder 2 ist.
Hinweis: Der Parameterrekonstruktions Abstand kann später definiert werden, indem das Intensitätsbild von dem Hologramm erhalten Berücksichtigung und die Verwendung der Autofokus. Der Rekonstruktionsschritt definiert die Anzahl derverwendet Schritte, um die Fresnel Integral und simulieren die Strahlausbreitung zu implementieren. Die erste Methode bewerten das Integral einmal als eine einzige Fourier-Transformation. Ein Schritt 2 wird das Integral zweimal bewerten. Dies fügt mehr Flexibilität in der Gitterabstand ist jedoch rechentechnisch weniger effizient 20. - In der Nachbearbeitung Registerkarte, wählen Sie den auspackt Algorithmus notwendig, die endgültige abgewickeltes Bild zu erhalten. Wählen Sie Qualität abgebildet Algorithmus.
Hinweis: In der Software, die Wahl zwischen Goldstein und Qualitäts Algorithmus Mapped vorgenommen werden kann. Die später hat sich das robuste und schnelle räumliche Phasenentkompaktierungstechniken gezeigt. Die Qualität abgebildet Algorithmus wird Abwickeln auf geführten Phase basiert , wie in 21 beschrieben.
- In der Registerkarte Konfiguration wählen Sie die Art der Oberfläche (reflektierend oder transparent), Wellenlänge von laSer und Pixelgröße der Kamera. Der Laser ist ein Dioden-Laser bei 633 nm arbeitet. Die Pixelgröße der Kamera ist 4,650 nm. Die Probe ist eine spiegelnde MEMS Elektrodeneinrichtung so Reflexionsmodus ausgewählt werden sollte.
3. Datenerfassung
- Drücken Sie die Fourier-Symbol die Fourier-Transformation Spektrum-Fenster zu öffnen. Ein 0-ter Ordnung und zwei +1, -1 Aufträge sollte angezeigt werden. Ist dies nicht der Fall ist, prüfen Sie, dass die Probe in der richtigen Position ist, und stellen Sie gewinnen eind Belichtungszeit wieder.
- Stoppen Sie die Live-Messmodus. Wählen Sie eine der Beugungsordnungen (positive oder negative Frequenz) durch den Filter-Tool. Der ausgewählte Bereich sollte groß genug sein, so daß alle Frequenzen für das Phasenwiedergewinnungs benötigt vorhanden sind. Schalten Sie den Live-Modus wieder.
Hinweis: Die Wahl der negativen Ordnung wird nur das Vorzeichen der Phase im Endergebnis beeinflussen, dh die endgültige 3D - Bild invertiert werden. - Öffnen Sie das Phasenfenster. Überprüfen Sie, ob die ungeöffneten Modus nicht aktiviert ist. Grau Phase Bild des Objekts mit umwickelten Fransen eingeprägt erscheinen soll.
- Nutzen Sie die motorisierte vertikale Bühne, die Anzahl der Streifen in dem Phasenbild zu reduzieren. Wenn nur 1 oder 2 Fransen auf dem Bild links sind, die motorisierte Bühne stoppen.
Hinweis: Das System basiert auf der Interferometrie. So ist es zu Schwingungen empfindlich. die z-Richtung motorisierte Bühne Nach dem Umzug sollte der Benutzer 1 oder 2 Sekunden warten, bevor die Phase gewickelt Bild erscheint again. Es ist auch wichtig, Vibrationen während der Messung zu vermeiden, um eine stabile Phasenbild zu erhalten. - Klicken Sie auf die Auto-Fokus - 22 , um die beste Rekonstruktion Abstand zu finden. Man kann brauchen Autofokus die optimale Rekonstruktion Entfernung zu nähern, mehrmals zu verwenden, bis die Intensität Bild scharf und klar erscheint. Der Autofokus basiert auf einer effizienten und zeit effektive Winkelspektrum Verfahren wie in 22 beschrieben.
Hinweis: Der Fokus Schieberegler können zur Feineinstellung verwendet werden. Klicken Sie dann auf Mitte Fokus-Taste, um die aktuelle Rekonstruktion Entfernung aufzuzeichnen. Es scheint manchmal, dass am besten Fokus nicht mit Autofokus-Option gefunden. In diesem Fall wird die manuelle Eingabe Rekonstruktion Entfernung finden Sie den besten Fokus. - Aktivieren Sie die ungeöffneten Modus, um die aufgewickelten Phasen Bild durch Klicken auf die Schaltfläche Abwickeln zu sehen.
4. Daten-Visualisierung und Analyse zur statischen Messung
- Öffnen Sie die 3D-Bildfenster, um den 3D zu sehenBild der Probe. Optionen Verwenden Sie das Endergebnis (Drehen, Farbkarte, Skalenanzeige ...) zu beobachten.
- Klicken Sie auf die Kachel Fenster, um die Fenster als nicht überlappend zu gestalten und alle Messungen Fenster anzuzeigen.
- Verwenden Sie die Linie Lineal eine Linie auf einem Gebiet von Interesse auf der ungeöffneten Phasenbild zu zeichnen. Im Liniendiagramm Fenster kann ein Querschnittsprofil Handlung des Bereichs von Interesse zu beobachten. Verwenden Sie die beiden Marker grüne Linie eine ungefähre Höhe des Objekts (Abbildung 5) zu extrahieren.
Oberflächenrauhigkeit kann auch auf dem flachen oberen Teil der Probe erhalten werden. - Speichern Sie die letzte Phase Bild im JPEG-Format an andere Software zu importieren, wenn nötig.
5. Herstellung von Probe und Datenanalyse für dynamische Mess
- Legen Sie die Micro-Membran auf einer Heizstation Platte. Die Probe wird nicht von der Platte entfernt werden, bis das Experiment beendet.
- Nehmen Sie ein Hologramm des micro Membran bei Umgebungstemperatur durch das Verfahren folgende oben in Abschnitt 2 und 3 beschrieben wird es für die Deformationsanalyse als Referenz verwendet werden.
- Speichern Sie die Phasendaten auf dem Computer.
- Schalten Sie die Laborheizplatte.
- Unter Verwendung der Temperatur-Regler, variieren, um die Temperatur in Schritten von 50 ° C von 50 ° C bis 300 ° C. Für jeden Temperaturschritt, in JPEG- Format, um die Phasenkarte Bild speichern.
- Ziehen Sie die anfängliche Umgebungstemperatur Phasenkarte von der anderen Phasenkarte aufgezeichnet, die Verformung Daten zu erhalten.
Hinweis: Dieser Beitrag Verarbeitungsschritt kann mit einfachen MATLAB-Code realisiert werden. Die verschiedenen Phasen erhalten werden geladen in MATLAB und einfachen Matrix-Subtraktion durchgeführt wird. Dann Querschnittsdiagramme der unterschiedlichen Verformungsstufen erhalten werden.
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Representative Results
Die oben beschriebenen Protokoll wurde entworfen, MEMS- und Micro Devices unter Verwendung CDHM System zu untersuchen und zu charakterisieren. In unserem System wird eine Monomode-Faser mit einem Diodenlaser gekoppelt mit einer 633 nm Wellenlänge arbeitet. Aufgrund der divergierenden Strahlkonfiguration ist es wichtig, den Objektstrahl und Referenzstrahlengang anzupassen, um ein Hologramm zu erhalten, die rekonstruiert werden können. Dies wird durch eine sorgfältige vertikale Positionierung der Probe in bezug auf das System erreicht. In dem gewickelten Phasenbild berechnet wird, wird die Anzahl von Streifen auf ein Minimum reduziert, indem das System Höhenposition zu verändern. Es stellt sicher , dass die optischen Pfade angepasst sind. 4 ist das Ergebnis einer Messung erhalten wurde, zeigt die CDHM nach richtige axiale Positionierung der Probe verwendet wird . Die Daten werden in Echtzeit von einem Einzelbild erhalten. In diesem Experiment aus einem USAF Ziel in Gittermustern unterschiedlicher Höhen und Perioden wird als Probe ausgewählt.Wie oben erläutert, wird die Phasenabbildung (4A) aus dem einzelnen Bildhologramms extrahiert. Ein Liniendiagramm eines bestimmten Musters ist in 4A gezeigt. Die gelbe Linie (4A) stellt den Querschnitt Stelle auf der Probe. Zwei grüne Markierungslinien werden verwendet, um den absoluten Wert der Probenhöhe zu schätzen. Um die Ergebnisse des digitalen holografischen Systems, ein Atomkraftmikroskop (AFM) Untersuchung der Probe zur Validierung durchgeführt. Ein Querschnitt des gleichen Probenbereich ist in 4B gezeigt. Für die gleiche Struktur, eine Höhendifferenz von 2,1 nm zwischen der AFM und der CDHM Messung gefunden. Somit Vergleich zwischen den beiden Verfahren veranschaulicht die Fähigkeit des CDHM.
Spezifisch eine MEMS-Vorrichtung zu charakterisieren, 3D statischen Untersuchung einer MEMS-Elektrode durchgeführt wird. Die Vorrichtung besteht aus Silizium mit Goldelektroden Patt gemachterned einen Lift off-Prozess. Im Allgemeinen Silizium basierten MEMS hergestellt sind unter Verwendung von sensiblen Verfahren wie Ätzen oder Abheben Prozess. In beiden Fällen ist von großer Bedeutung , die Fähigkeit , die Änderung der Probenmorphologie während des Herstellungsprozesses zu quantifizieren. Figur 5 zeigt das Messergebnis für diese Probe. Vollständige 3D-Morphologie der Probe beobachtet werden kann. Eine Querschnittslinie (5A) Plot zeigt die Tiefenkarte , die für die Inspektion verwendet werden kann. Die Tiefe des Kanals 632 nm gefunden und der seitliche Abstand zwischen den Elektroden zu sein, wird auch durch die CDH versehen ist, dass es in der Lage ist, eine vollständige quantitative 3D-Analyse der Probe bereitzustellen. Ein Grundstück in der anderen Dimension (5B) zeigt die Oberflächenrauhigkeit der Elektrode zu beweisen , dass die CDHM für Rauheitsmessung auch geeignet ist.
Statische Anwendungen in der MEMS-Charakterisierung sind von great Wert, aber die meisten interessanten Prozesse erfordert dynamische Prüfung. Durch die Auswahl geeigneter Aufzeichnungsverfahren ist das System in der Lage CDHM der Inspektion und Charakterisierung Mikrovorrichtungen für sowohl statische als auch dynamische Situationen. 6 zeigt eine Reihe von 3D - Daten eines Mikromembran bei verschiedenen Temperaturen erhalten. Die Membran wurde hergestellt, indem eine dünne Platte auf einem SOI (Silicon on Insulator) Verbinden Waferprobe. Die Probe wird auf einer Heizplatte platziert. Um die thermische Verformung zu messen, wird die Temperatur in 50 ° C variiert Schritte ausgehend von 50 ° C und bis 300 ° C. Die numerische Rekonstruktion der Hologramme für jede Temperatur durchgeführt. Das Hologramm und die Phase bei Umgebungstemperatur wurde zuvor aufgezeichnet. Es wird als Referenzphase verwendet wird. Die Subtraktion des verformten Zustand (Wärmelast) und dem Referenzzustand (Umgebungstemperatur) ergibt die Verformungs Karten. Somit ist eine vollständige Feldanalyse der thermischen Verformung des d iaphragm erhalten. 6G verdeutlicht die Verformung für die verschiedenen Temperaturen. In diesem Fall zeigen die Liniendiagramme, dass die Messung deutliche Rauheit zeigen im Vergleich zu den Ergebnissen bei der statischen Messungen.
Abbildung 1. Digitale Holografie Aufnahme und Wiederaufbauprozess Schema. Diese Figur zeigt ein Detail der beiden Verfahrensschritte dreidimensionales Bild eines Objekts zu erhalten. Eine Karikatur des Aufzeichnungsprozesses und die daraus resultierende Hologramm dargestellt. Von dem Hologramm, Amplitude und Phase (modulo 2π) des Objekts extrahiert werden. Die Phase wird ausgepackt, die 2π Mehrdeutigkeit zu entfernen. Die 3D - Rekonstruktion wird dann durchgeführt. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. Detaillierte Schema des Wiederaufbauprozesses. Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung des Rekonstruktionsprozesses Schema. Das digitale Hologramm aufgezeichnet, und die schnelle Fourier-Transformation (FFT) des Bildes durchgeführt wird. Nach nützliche Informationen im Spektrum der Auswahl wird das Bild Fourier Transformed zurück. Dann numerische Erzeugung von Referenzstrahl und Ausbreitung des Hologramms wird simuliert , um die Phase und Amplitude des Objekts unabhängig abrufen. Bitte hier klicken um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Schematische Darstellung des CDHM Setup. Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung des CDHM Setup (
Abbildung 4. Vergleich zwischen CDHM und Rasterkraftmikroskop (AFM) Höhenmessung eines US - Luftwaffe Ziel. Diese Abbildung zeigt die Liniendiagramme von einer US - Luftwaffe Zielmikrostruktur , die die CDHM unter Verwendung (A) und ein Atomkraftmikroskop (AFM () B). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5. 3D - Profil und Liniendiagramm eines MEMS - el ectrode Geräte. Die Messergebnisse eines Silizium MEMS Elektrodenvorrichtung die CDHM verwenden. Liniendiagramm mit grünen Markierungen verwendet , um die Tiefe der Probe abschätzen zu einem bestimmten Querschnitt in x - Richtung (A) und der y - Richtung (B) und ganze Feld Bild zeigt 3D - Ergebnis (C). Bitte klicken Sie hier um ein , um zu vergrößern Version dieser Figur.
Abbildung 6. Deformations Studie einer Micro - Membran unter thermischer Belastung. Die Bilder zeigen 3D - Deformations Bilder einer Micro - Membran unter thermischer Belastung (AF) und Liniendiagramm zeigt die Evolution der Verformung zu einem bestimmten Querschnitt (G) variiert.t = "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Discussion
In diesem Beitrag stellen wir ein Protokoll, um genau die quantitative Morphologie verschiedener MEMS-Geräte durch die Verwendung eines kompakten Systems sich auf der digitalen Holografie erholen. MEMS Charakterisierung in statischen und dynamischen Modus wird demonstriert. Quantitative 3D-Daten eines Mikrokanal MEMS erhalten. Um die Genauigkeit des Systems zu bestätigen, wurden Ergebnisse zwischen dem CDHM und dem AFM verglichen. Eine gute Übereinstimmung wird, was bedeutet, dass gefunden digitalen Holografie eine zuverlässige Technik für 3D-Bildgebung sein kann. Die Ergebnisse zeigen, dass das System 10 fähig nm Tiefenauflösung ist. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse auf dem Mikrokanal erhalten, dass das System in MEMS Charakterisierung verwendet werden, wie die Morphologie der Probe kann während des MEMS Herstellungsprozesses gesteuert werden. Zusätzlich erhalten die Vergrößerung der CDHM mit dem entsprechen, was sollte für MEMS-Größe (4.2X) verwendet werden. Das System ist auch in der Lage vollständige Feldmessung. Dies ist ein wesentlicher Vermögenswert, wenn compare typischerweise auf Techniken zur MEMS-Inspektion wie konfokale Mikroskopie verwendet, die lange Scan Messung erfordern. Außerdem kann die laterale Auflösung des Systems leicht durch Ändern der roten Diodenlaser mit einem UV-Laser zu verbessern sein. Schließlich ermöglicht die hohe Empfindlichkeit des Systems Rauheitsmessungen.
Dynamische Messung auf einer Micro-Membran zeigt, dass die CDHM ein geeignetes Instrument ist Deformation in MEMS-Bauelemente zu beobachten, wenn thermische oder elektrische Belastung angelegt wird. Mit Hilfe eines Doppelbelichtungsverfahren die Verformung Karte, dynamische Verformung Studie einer Micro-Membran zu bauen durchgeführt wird. Man kann sehen , dass die Membranform kann sorgfältig in Echtzeit beobachtet werden. Dieses Ergebnis ist möglich, weil die 3D - Morphologie nur ein Bild unter Verwendung berechnet wird. Aber anders, als es bei statischen Messungen beobachtet wurde, dynamische Messung thermische Belastung unter Verwendung zeigt eine ungewöhnlich grobem Profil. Tatsächlich könnte man die Liniendiagramm sh betrachtenbesitzen in 6G als rau , wenn der statischen Messergebnisse verglichen. Da das System kann Struktur so klein wie 10 nm zu lösen, wird die Rauhigkeit nicht scheinen, von dem Objekt zu kommen. Eine mögliche Erklärung kann sein, daß die durch die Erwärmungsstufe erzeugte Wärme die Interferenzen zwischen den beiden Wellen stört und wirkt sich auf die Objektwellenwellenfront. Zusätzlich wurden dynamische Studien durchgeführt , die auf MEMS CDHM using elektrischen Last 12 und diese Rauhigkeit scheint nicht zu erscheint.
Das Protokoll enthält mehrere wichtige Schritte, wie die Probe vertikale Positionierung, die Wahl des Rekonstruktions Entfernung, die Rekonstruktionsverfahren, eine vibrationsfreie Umgebung und die Qualität der Fransen auf dem CCD. Um ein zuverlässiges und stabiles Ergebnis zu gewährleisten, werden alle diese Schritte sollten sorgfältig durchgeführt werden. Zum Beispiel muss der Objektstrahlengang der gleiche wie der Referenz ein, beispielsweise die Probenabstand zu dem System als kritischklare Streifenmuster auf dem CCD zu erhalten. Darüber hinaus sollte die numerische Rekonstruktion Abstand eingestellt werden und um sicherzustellen, dass das Hologramm in der Bildebene rekonstruiert wird. Schließlich wird eine Probe mit scharfen Struktur höher als die Hälfte der Wellenlänge des Lasers unzuverlässig Phase Ergebnis führen. Tatsächlich könnte ein Phasensprung aufgrund erscheinen auspackt Fehler zu Phase.
Diese Ergebnisse veranschaulichen die Fähigkeit des CDHM 3D-Messungen quantitative Tiefe von MEMS-Vorrichtungen durchzuführen. Tatsächlich für reflektierende Oberfläche , wie in MEMS und Mikroelektronikindustrie angetroffen wird , ist die CDHM ein tragbares System , das für Messungen in situ Prozessvorrichtungen sowie die Charakterisierung und Überprüfung Mikro verwendet werden kann. Eine Validierungsstudie zeigt, dass die durch das System erhaltenen Ergebnisse sind sehr zuverlässig. Die CDHM deckt einen größeren Scan-Bereich und Echtzeitmessungen durchgeführt werden können. Es ist ein wichtiger Vorteil gegenüber anderen Techniken wie AFM oder konfokalen microsKopie, die zeitaufwändige Scannen erfordert. Neben den vorgestellten Ergebnisse kann das System wertvolle Informationen in anderen MEMS Prozesse geben. Beispielsweise hat es eine erwiesene Fähigkeit bei der Messung sehr schnellen Prozessen Zeitmittelung und Intensitätsbilder mit den Resonanzmoden in MEMS - Vorrichtungen 11 zu beobachten. Zukünftige Arbeiten werden auf die Bildgebung in Echtzeit die Ablenkung Änderung des MEMS-Cantilever unter elektrischer Last konzentrieren.
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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
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