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The use of the so called Micro-Electro-Mechanical Systems
(MEMS) has gained a signifi cant importance in recent
years. Prominent examples are miniaturized pressure or
acceleration sensors in mobile communication systems
and cars, or IR-radiation detectors for thermal imaging
cameras. The realization of such elements is based on the
lithographic patterning of silicon. During the fabrication
process the single elements need to be tested according to
their functionality which is an extremely time-critical step.
In the framework of the EU-project “Smart Inspection System
for High Speed and Multifunctional Testing of MEMS and
MOEMS – SMARTIEHS“, a collaboration of European partners
has developed an innovative optical MEMS-inspection system
operating with a large number of parallel channels. Key
components of the system are the measurement wafers
developed at the Fraunhofer IOF, each containing an array of
5 x 5 micro-interferometers of Mirau- or Twyman-Green type.
Figure 1 shows an optical design scheme of a single channel of
the two interferometer arrays.
Der Einsatz von sogenannten Mikro-Elektro-Mechanischen
Systemen (MEMS) hat in den letzten Jahren zunehmend an
Bedeutung gewonnen. Prominente Beispiele sind miniatu risierte
Druck- oder Beschleunigungssensoren in mobilen Kommunika-
tionsgeräten und Kraftfahrzeugen oder IR-Strahlungsdetektoren
für Wärmebildkameras. Die Herstellung solcher Elemente
basiert auf der lithographischen Strukturierung von Silizium. Die
funktionale Inspektion der Chips während der Herstellung stellt
dabei einen äußerst zeitkritischen Schritt in der Prozesskette dar.
INTEGRIERTE MIKRO-INTERFEROMETER ARRAYS FÜR PARALLELE MEMS-INSPEKTION
INTEGRATED MICRO-INTERFEROMETER ARRAYS FOR PARALLEL MEMS-TESTING
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1 Strahlengänge der miniaturisierten Interferometer. |
Schematic beam path of the miniaturized interferometers.
2 Wafer mit 5 x 5 Mirau-Interferometern (laterale Aufl ösung
< 5 μm). | Wafer carrying an array of 5 x 5 Mirau-interferometers
( lateral resolution < 5 μm).
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TECHNOLOGIE
TECHNOLOGY
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The 25 Mirau-interferometers consist of refractive micro-
lenses which are achromatized with an additional diffractive
correction lens. The reference mirror is integrated into the
wafer carrying the lenses |1|. In the case of the Twyman-
Green interferometer array, the optical path contains
3 high-resolution gratings providing different functions
(beam defl ection, beam splitting, reference mirror), and a
micro-lens for imaging purposes |2|. All required components
have been fabricated in wafer-scale and assembled to
the complex micro-systems shown in Figs. 2 and 3.
The successfully demonstrated parallel approach allows
for a signifi cant throughput increase in the fabrication of
MEMS-chips.
Im Rahmen des EU-Projekts »Smart Inspection System for High
Speed and Multifunctional Testing of MEMS and MOEMS -
SMARTIEHS« wurde in enger Kooperation mit europäischen
Partnern ein neuartiges paralleles optisches Sensorsystem für
diese Messaufgabe entwickelt. Schlüsselkomponenten des
Systems stellen die beiden am Fraunhofer IOF entwickelten
Messwafer dar, die jeweils ein Array von 5 x 5 Mikrointer-
ferometern vom Mirau- bzw. Twyman-Green-Typ enthalten. In
Abb. 1 ist schematisch der optische Strahlengang in je einem
Einzelkanal der beiden Interferometerarrays dargestellt.
Die 25 Mirau-Interferometer bestehen aus refraktiven
Mikrolinsen, die mit einer zusätzlichen diffraktiven Korrektur
achromatisiert sind. Der Referenzspiegel ist auf dem die Linsen
tragenden Wafer integriert |1|. Im Fall des Twyman-Green
Interferometerarrays besteht der optische Strahlengang aus
insgesamt drei hochaufl ösenden Gittern unterschiedlicher Funk-
tion (Strahlablenkung, Strahlteilung, Referenzspiegel) und einer
abbildenden Mikrolinse |2|. Alle erforderlichen Komponenten
wurden im Wafermaßstab hergestellt und zu den in Abb. 2
und 3 gezeigten komplexen optischen Mikrosystemen montiert.
Der erfolgreich demonstrierte parallele Ansatz
erlaubt eine signifi kante Erhöhung des Durchsatzes
bei der Herstellung der MEMS-Chips.
Literatur/References
|1| Albero, J. et al.: J. Micromech. Microeng. 21, 065005 (2011).
|2| Oliva, M. et al.: Twyman-Green-type integrated laser
interferometer array for parallel MEMS testing, accepted
for publication in J. Micromech, Microeng, (2011).
AUTHORSUwe D. Zeitner
Maria Oliva
Peter Dannberg
Tino Benkenstein
Torsten Harzendorf
CONTACTDr. Uwe D. Zeitner
Phone +49 3641 807-403
3 Ausschnitt mit einem Kanal des Twyman-Green Gitterinterfero-
meterarrays. | Enlarged view of one channel of the Twyman-Green
interferometer array.
incoupling grating
micro-lens
beam splitting grating
metallized reference mirror grating
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