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

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によって導入されたホログラフィは、参照および感光媒体への物体波との干渉を記録することによって、オブジェクトの完全な定量的情報の回復を可能にする技術です。記録として知られるこのプロセスの間に、電界の振幅、位相及び偏光を媒体に格納されています。次に物体波フィールドは、私の上に基準ビームを送信することによって回収することができますdium、ホログラムの光学読み取りとして知られているプロセス。従来の検出器が唯一の波の強度を記録するので、それは電界に関する追加情報へのアクセスを提供しますので、ホログラフィは、過去50年間に大きな関心の対象となっています。しかし、従来のホログラフィーのいくつかの側面は、業界のアプリケーションに非実用的にします。実際には、感光材料が高価であり、記録処理は、一般的に高い安定性を必要とします。このような電荷結合素子（CCD）のような高解像度のカメラセンサーの進歩は、デジタル計測のための新しいアプローチを開いています。これらの技術の一つは、デジタルホログラフィ⁴として知られています。デジタルホログラフィ（DH）において、ホログラムは、カメラ（記録媒体）に記録され、数値処理は、位相および強度情報を再構築するために使用されます。 Fiのに示すように、記録再生：従来のホログラフィと同様に、結果は2つの主要な手順の後に得ることができます記録は、従来のホログラフィに類似している場合グレ1。しかし、再構成は⁵のみの数値です。数値的再構成プロセスは、 図2に示されている。2つの手順は、再構築プロセスに関与しています。まず、物体波フィールドは、ホログラムから取得されます。ホログラムは、ホログラム面でのオブジェクトの波面を取得するには、数値基準波と乗算されます。第二に、複雑なオブジェクトの波面は、数値的に画像平面に伝播されます。我々のシステムでは、このステップは、コンボリューション法^6を用いて行われます。得られた再構成されたフィールドは、複雑な関数であり、従って、位相および強度は、関心対象の定量的高さの情報を提供する抽出することができます。ホログラフィ方式で全体のfi ELD情報記憶能力および高速データ処理のためのコンピュータ技術の使用は、実験的な構成の柔軟性を提供し、大幅にSPEEを高めます実験的プロセスの開発、MEMSおよびマイクロシステム^7,8のための動的計量ツールとしてDHを開発するために新たな可能性を開きます。

位相コントラストイメージングにおけるデジタルホログラフィの使用は、現在十分に確立され、最初の十年以上前に⁹提示されました。実際、デジタルホログラフィと顕微鏡を組み合わせて、微小デバイスの調査は、多くの研究^{10、11、12、13}で行われた。高コヒーレンス¹⁴と、低コヒーレンス¹⁵ソースならびに幾何^13、16の異なるタイプに基づいて、いくつかのシステムで^、17 （ラインで、軸、共通のパスから…）提示されています。また、ラインのデジタルホログラフィは、MEMSデバイス^18、19の特性に以前に使用されてきた。しかし、これらのシステムは、一般に実現するのが困難とかさばる工業的用途に適しません。本研究では、オフAXIに基づく自由な、コンパクトでシンプルなレンズシステムを提案しますリアルタイムMEMS検査および特性評価のためのデジタルホログラフィが可能です。コンパクトデジタルホログラフィック顕微鏡（CDHM）は、マイクロサイズの鏡面物体の3次元形態を得るために開発し、特許を取得したレンズ少ないデジタルホログラフィックシステムです。我々のシステムでは、638 nmで動作する10mWで、非常に安定し、温度制御されたダイオードレーザは、単一モード光ファイバに結合されます。 図3に示すように 、ファイバから発する発散ビームは、ビームスプリッタによって基準と物体光に分割されます。参照光路ジオメトリ軸オフを実現するために傾斜ミラーを含みます。物体光は散乱し、サンプルによって反射されます。 2つのビームは、ホログラムを与えるCCDに干渉する。画像上に刷り込ま干渉パターンが空間キャリアと呼ばれ、1つの画像のみで定量的位相情報の回復を可能にされています。数値再構成は、一般的なフーリエ変換や駅などの畳み込みアルゴリズム使用して実行されます以前テッド。レンズレスの構成は、それが魅力的ないくつかの利点を有します。いかなるレンズが使用されないように、入力ビームは、天然の幾何学的倍率を提供し、従って、システムの解像度を向上させる発​​散波です。また、一般的な光学系で遭遇する諸収差の自由です。 図3Bに見られるように、システムは、（400nm G）、（55x75x125ミリ^3）軽量コンパクトにすることができ、容易に工業生産ラインに組み込むことができます。