Mikrooptik
Schnelle Charakterisierung mikrooptischer Komponenten
3D Topographie Messungen mit dem DHM® erlauben präzises Überprüfen von Form, Oberflächen Qualität und optischer Funktion von Mikrooptiken, dasselbe auch auf Wafer Level.
Messungen an einer Anzahl mikrooptischer Elemente haben gezeigt, dass das DHM® ideal ist zum Vermessen verschiedenster Strukturen und im speziellen Mikrooptiken. Das DHM® überwindet dabei Handicaps anderer Methoden wie zum Beispiel diese Herausforderungen:
DHM® Herausstellungs-Merkmale
- Schnelle Messungen über einen grossen Bereich an Mikrolinsen mit single-shot Aufnahmen
- Für die Aufnahmen sind keine Mikrooptiken nötig und somit keine weiteren optischen Kompensationen wie bei alternativen Systemen
- Kein Kalibrier-Prozess
- Digitale Fokussierung
- Unempfindlich gegenüber externen Vibrationen
- Digitale Kompensation von Orientierung oder Verschiebung des Samples
Das DHM® ermöglicht im Weiteren Messungen an einzelnen Linsen wie auch die Inspektion auf Wafer Level mit automatisch verfahrenem Tisch. Interessant: das DHM® vermisst auch Objekte, die ausserhalb des Fokusbereichs des Objektivs sind, den aufgenommenen Hologrammen sei Dank. Gilt sowohl für das DHM® in Auflicht- wie in Durchlicht-Konfiguration.
Beschreibung
Mikroskop
- Durchlicht DHM® erlaubt eine grössere numerische Apertur und ist deshalb geeignet zum Messen optischer Dicken
Auflicht DHM® ist ideal zum Messen von Form und Rauheit - 1-Wellenlängen System
- Standard Objektive, Vergrösserung gemäss nötiger numerischer Apertur und Bildgrösse
- Optional motorisierter Verfahrtisch – Beispiel Wafer Inspektion
- Optional mit Infrarot Lichtquelle zum Messen von Si-Linsen
Samples
- Eine grosse Auswahl an Mikrolinsen verschiedenster Grösse, Form und Materialien
- Transparente Materialien
Resultate
Das DHM®-R1000 Instrument misst mit nanometrischer vertikaler Auflösung die Topographie so unterschiedlicher Linsenformen wie sphärisch, parabolisch, zylindrisch, viereckig, ohne Kalibrier Prozess. Und weil keine Autofokus und/oder Scanning Einstellungen zu beachten sind zum Ausführen von Formmessungen, ist das DHM®-R1000 ein ideales Instrument für alle Mikrolinsen Messungen gerade auch auf Wafer Level. Dies in hoher Auflösung & Geschwindigkeit, dazu kommen die digitalen Auswerte Tools in der Koala Software zur quantitativen Bestimmung von Steilheit, Radius, Stufenhöhe, Rundheit, aber auch Rauheit. Im Weiteren erlaubt ein Oberflächen Fit mit verschiedenen Modellen (polynomisch, Zernike, sphärisch, zylindrisch, parabolisch) das numerische Entfernen des Form Faktors, um so die Sichtbarkeit von Defekten wie auch die Abweichung von der Idealform drastisch zu erhöhen. Dasselbe gilt fürs Messen der Rauheit auf der Mikrolinsen Oberfläche.
Das DHM®-T1000 hat dieselben Vorteile in Bezug auf Präzision und Vielseitigkeit wie das DHM®-R1000, aber es misst die Mikrolinsen im Durchlicht. Die erhaltenen Phasen Daten sind damit in direkter Relation zur optischen Pfadlänge durch die Mikrolinsen, beeinflusst durch den Brechungsindex entlang der Linsen Dicke. Hier kommt ein patentierter Entkopplungsprozess zum Tragen, der die Separierung von Linsendicke und unbekanntem Brechungsindex erlaubt. Ist hingegen der Brechungsindex bekannt, genügt eine einfache Messung zum Erhalt der Linsenform. Für die Qualitätskontrolle von Mikrolinsen, quantitative Abberations-Koeffizienten betreffend Zernike Polynome können mit digitalen Fitting Methoden auf die Phasendarstellung angewandt werden. Dabei erhöht die erhaltene Differenz zwischen Fit-Oberfläche und Phasenbild die Sichtbarkeit von Formunregelmässigkeiten und Defekten.
Publizierte Messvergleiche mit alternativen Methoden haben die Genauigkeit der Messungen mit dem DHM® bestätigt und verifiziert, dazu kommt der Zeitvorteil beim DHM® beim Messen einer grossen Anzahl Linsen.
Publikationen
„Laser micromachining in 3D and large area applications“, Holmes, Andrew; Pedder, James
„Extended depth-of-focus by digital holographic microscopy“, Tristan Colomb, Nicolas Pavillon, Jonas Kühn, Etienne Cuche, Christian Depeursinge, and Yves Emery
„Characterization of microlenses by digital holographic microscopy“, F. Charrière, J. Kühn, T. Colomb, F. Montfort, E. Cuche, Y. Emery, K. Weible, P. Marquet, and C. Depeursinge
„Numerical parametric lens for shifting, magnification and complete aberration compensation in digital holographic microscopy“, T. Colomb, F. Montfort, J. Kühn, N. Aspert, E. Cuche, A. Marian, F. Charrière, S. Bourquin, P. Marquet and Ch. Depeursinge
Messen von optischen Komponenten mit hohem Aspektverhältnis und steilen Flanken
Messen der 3D Topographie mit dem DHM an Samples mit hohem Aspektverhältnis sind alltäglich in der Mikrooptik Branche. Ihre Form, Oberflächengüte (Rauheit, Defekte, Kratzer, etc.) müssen laufend zur Sicherstellung der Spezifikationen gemessen werden. Herausforderungen dabei sind:
DHM® Herausstellungs-Merkmale
- Nicht-berührende Messungen
- Hohe laterale Auflösung
- Schnelle Aufnahmen von grossen Arrays
- Hohe Aspektverhältnis-Messungen
- Einseitige Struktur Unterdrückung
- Brechungsindex Bestimmung
Ein oft kritischer Parameter ist die laterale Resolution, limitiert durch die numerische Apertur (NA) des verwendeten Objektivs. Trotzdem sind steile Flanken auch für hohe NA Objektive oft zu steil. Zur Verbesserung der Messbarkeit solcher Samples kann ein Immersionmedium mit kalibriertem Brechungsindex verwendet werden.
Beschreibung
Mikroskop
Das Durchlicht DHM-T1000, zusammen mit der Verwendung von Immersionsflüssigkeit, stellt ein überaus valables Messinstrument für berührungslose Echtzeit 3D Topographie Messungen dar. Mit vertikaler Nanometer Auflösung und ohne Kenntnis des Brechungsindex des Samples!
Ein mit dem Sample übereinstimmender Brechungsindex erlaubt die Unterdrückung der Struktur am Übergang Sample / Flüssigkeit, und liefert so nur Phasenkontrast Information von Letzterem. Diese Technik erlaubt damit Messungen an einer einzigen Oberfläche in Durchlicht Konfiguration. Zusätzlich erlaubt die Immersionsflüssigkeit die Bestimmung des Brechungsindex des Sample. Durch das Ändern des Brechungsindex zwischen zwei Aufnahmen kann der mittlere Brechungsindex über die vertikale Achse des Sample berechnet werden. Diese patentierte Methode des Anpassens des Brechungsindex des Mediums erweitert das Anwendungsfeld des DHM-T1000 Geräts.
Sample
Das untersuchte Sample ist eine transparente Kopie eines Abformwerkzeugs für die Abformung von Corner Cubes mit einer Basislänge von 25 µm. Verwendet als Reflektoren, hat diese Struktur ein Aspektverhältnis von 1 zu 1.4
Zusammenfassung
- Aspektverhältnis über 1:1.4 messbar
- Echtzeit optische Pfadmessungen mit nanometrischer Auflösung
- Laterale Auflösung bis zu 300 nm
Publikationen
„Digital Holographic Microscopy for nanometric quality control of micro-optical components“, J. Kühn, F. Charrière, T. Colomb, E. Cuche, Y. Emery and C. Depeursinge
„Measurements of corner cubes microstructures by high magnification digital holographic microscopy“, J. Kühn, E. Cuche, Y. Emery, T. Colomb, F. Charrière, F. Montfort, A. M. Marian, M.Botkine, N. Aspert, C. Depeursinge
