Method Article

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

DOI:

10.3791/53630

⸱

July 5th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Center of Laser and Optical Engineering, Nanyang Technological University, 2d'Optron Pte Ltd

In This Article

Summary

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우리는 MEMS 장치의 검사 및 특성화를위한 소형 반사 디지털 홀로 그래픽 시스템 (CDHM)을 제시한다. 자연의 기하학적 배율을​​ 제공 발산 입력 파를 사용하는 렌즈없는 디자인이 설명된다. 모두 정적 및 동적 연구가되게됩니다.

Abstract

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MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)는 에너지, 생명 공학, 의료, 통신 및 자동차를 포함한 많은 산업에서 널리 사용되는 구성 요소입니다. 그러나 MEMS의 기능적 신뢰성을 보장하기 위해서는 효과적인 검사 및 특성화 계측 시스템이 필요합니다. 본 연구에서는 MEMS 계측을 위한 도구로서 디지털 홀로그래피를 기반으로 하는 시스템을 제시한다. 디지털 홀로그래피는 지난 20년 동안 점점 더 주목을 받고 있습니다. 센서 어레이의 빠른 개발과 비용 절감으로 인해 이러한 시스템의 해상도는 잠재적인 응용 분야를 넓히는 데 도움이 되었습니다. 따라서 산업 계측을 위한 잠재적으로 신뢰할 수 있는 도구로 연구 및 산업 측면에서 주목을 받았습니다. 실제로, CCD 카메라에서 object beam(샘플 높이 정보 포함)과 reference beam 사이의 간섭 패턴을 기록함으로써 물체의 정량적 위상 정보를 검색할 수 있습니다. 그러나 대부분의 디지털 홀로그램 시스템은 부피가 커서 산업 생산 라인에서 구현하기가 쉽지 않습니다. 제시된 시스템의 참신함은 렌즈가 없기 때문에 매우 컴팩트하다는 것입니다. 이 연구에서는 CDHM(Compact Digital Holographic Microscope)을 사용하여 MEMS 검사의 기준으로 일반적으로 간주되는 몇 가지 특성을 평가할 수 있음을 보여줍니다. 정적 및 동적 조건 모두에서 MEMS의 표면 프로파일이 제공됩니다. CDHM의 정확성을 검증하기 위해 AFM과의 비교를 조사합니다.

Introduction

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마이크로 및 나노 물체의 계측 업계와 연구자 모두에게 매우 중요하다. 사실, 개체의 소형화는 광학 계측을위한 새로운 도전을 나타냅니다. 일반적으로 정의 된 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS)은 전자 기계 시스템을 소형화 일반적으로 마이크로 센서, 마이크로 액츄에이터, 마이크로 전자 및 마이크로와 같은 구성 요소를 포함하고있다. 여기에는 생명 공학, 의학, 통신, 1 감지 등 다양한 분야에서 많은 응용 프로그램을 발견했다. 최근, 증가하는 복잡성뿐만 아니라 테스트 객체의 미세화에 적합한 특성 MEMS 기술의 발달에 대한 호출을 특징으로한다. 이러한 복잡한 마이크로 시스템의 고 스루풋 특성은 제조 변수와 공정 조건 (2)에 의한 관련 결함을 정량화 고급 인라인 측정 기술의 구현을 필요로한다. 기하학적 PARAM의 예를 들면, 편차멤스 장치 eters는 시스템 특성에 영향을 미치는 특징되어야한다. 또한, 업계는 전체 세 가지 차원 (3D) 계측,보기, 높은 영상 해상도의 대형 과학 ELD, 실시간 분석과 같은 높은 해상도의 측정 성능을 필요로한다. 따라서, 품질 관리 검사 공정 신뢰성을 보장하기 위해 필수적이다. 또한, 기존의 인프라 스트럭처에 설치 될 생산 라인에서 용이하게 구현 가능하고, 따라서 상대적으로 컴팩트하게 측정 시스템을 필요로한다.

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Protocol

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측정 1. 사전 준비

주 : 실험에 사용 된 시료는 MEMS 전극이다. 금 전극은 리프트 오프 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조된다. 샘플은 1mm 기간과주기적인 구조 (전극)를 가진 18mm X 18mm 웨이퍼이다

  1. 시스템을 사용하기 전에 로그 북에 로그인합니다.
  2. 컴퓨터, 레이저 및 번역 단계 전원을 켭니다.
  3. 멤스 전극 / 마이크로 다이어프램 샘플을 놓습니다.
    1. 집게를 사용하여 표본 홀더의 중앙에 MEMS 샘플을 놓는다.
    2. 빔 경로에 전극을 배치하는 샘플 홀더를 조정한다. 뷰의 최대 측정 필드는 카메라 센서의 크기에 의해 정의된다. 그것은 2.3 mm X 1.8 mm의 직사각형이다.
  4. 수직 방향 동력 단계를 사용 approximatively 1.5 cm 떨어진 샘플에서 시스템을 이동합니다.

2. 소프트웨어 설정 조정

  1. 3D보기를 엽니 다소프트웨어. 3D보기는 C ++에서 개발 된 우리의 사내 프로그램입니다.
  2. 실험에 적합한 카메라를 선택하는 영상 소스 버튼을 클릭합니다. 흑백 CCD 카메라를 선택합니다. 단색 다이오드 레이저를 사용하기 때문에이 설정에서 컬....

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Results

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상기 프로토콜은 검사하고 CDHM 시스템을 사용하는 MEMS 및 마이크로 소자의 특성을 설계 하였다. 우리의 시스템에서, 단일 모드 광섬유는 633 nm 파장에서 작동하는 다이오드 레이저에 결합된다. 인해 발산 빔 구성, 재구성 될 수있는 홀로그램을 얻기 위해 대상 빔 및 기준 빔 경로와 일치하는 것이 중요하다. 이는 시스템에 대해 샘플을 조심 수직 위치를 통해 달성된다. 계산 된 위상 래핑 된 이미지에서, 프린지의 수는 시스템의 높이 위치를 변경하여 최소로 감소된다. 이것은 광로가 일치하는 것을 보장한다.도 4는 샘플의 적절한 축 방향 위치 결정 후 CDHM를 이용한 측정으로부터 얻어진 결과를 나타낸다. 데이터는 단일의 이미지를 실시간으로 얻을 수있다. 이 실험에서, 상이한 고음 및주기의 격자 패턴으로 이루어진 USAF 타겟 샘플로 선택된다.전술 한 바와 같이, 위상 맵 (도 4a)는 하나의 이미지 홀로그램.......

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Discussion

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본 검토에서는 정확하게 디지털 홀로그래피에 의존 컴팩트 한 시스템을 사용하여 다른 MEMS 디바이스의 형태를 정량적으로 회수 할 수있는 프로토콜을 제공한다. 정적 및 동적 두 모드에서 MEMS 특성이 설명된다. 마이크로 채널 MEMS 정량 3D 데이터가 얻어진다. 시스템의 정확성을 검증하기 위해, 결과 CDHM 및 AFM을 비교 하​​였다. 좋은 계약은 디지털 홀로그래피는 3D 영상에 대한 신뢰할 수있는 기술이 될 수 있음을 의미 발견된다. 결과는 시스템이 10 nm의 깊이 해상도 가능한 것을 나타낸다. 또한, 마이크로 채널을 통해 얻은 결과는 샘플의 형태의 MEMS 제조 과정을 제어 할 수있는 시스템이 MEMS 특성화에 사용될 수 있음을 보여준다. 또한 CDHM을 사용하여 수득 배율 MEMS 크기 (4.2)에 대한 표기 것에 대응한다. 또한,이 시스템은 전체 필드를 측정 할 수있다. 이 co.kr에서 상당한 자산 때입니다긴 주사 측정을 요구하는 등의 공 초점 현미경 같이 일반적으로 MEMS 검사에 사용되는 기술을 깎다. 또한.......

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Disclosures

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저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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저자는 인정하지 않습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2MP 카메라이미징 소스DMX 41BU02. 4.65  미크론 픽셀 크기
전동 X,Y,Z 변환 스테이지Zaber 기술 TLS28-M홀더 
빔 스플리터Edmund optics49-003큐브 빔 스플리터. 물체와 참조 빔을 분리 및 재결합
 마이크로 레이저 시스템, Inc.SRT-F635S-20/OSYS다이오드 레이저
미러Edmund Optics#43-412-5661" Dia. 보호 금, λ/20 플랫 Zerodur
모노모드 섬유ThorlabsS405-XP단일 모드 광섬유, 400 - 680 nm, Ø 125 µ m 클래딩
샘플 홀더Edmund Optics#39-930이상적인 포지셔닝 플랫폼, ± 35  X 및 Y 핫플레이트의 mm 이동
Thermolyne Mirak 핫플레이트Barnstead International HP72935-60온도 범위 40-370 ° C
Holoscope Softwared'Optron Pte Ltd소프트웨어는 NTU 연구원이 개발했습니다 
홀로그램을 기록하는 데 사용되는 시스템용

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Maluf, N. An introduction to Microelectromechanical Systems. , Artech House. Boston. (2002).
  2. Novak, E. MEMS metrology techniques. Proc. SPIE. 5716, 173-181 (2005).
  3. Gabor, D. A New Microscopic Princi....

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