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Applicazioni metrologiche che utilizzano la microscopia olografica digitale (DHM®): dai primi passi alle attuali applicazioni avanzate

Finitura superficiale misurata mediante microscopia olografica digitale (DHM®)

Data di pubblicazione:

Giovedì 17 Giugno 2021

Dai primi lavori pioneristici nel 1999...

Letture suggerite: Optics Letters (Vol. 24, No. 5) e Applied Optics (Vol. 38, No. 34)

Le prime ricostruzioni simultanee sia della topografia ottica che dell'immagine di intensità di un singolo ologramma acquisito in configurazione fuori asse sono state dimostrate dal CTO di Lyncée Etienne Cuche e dai suoi collaboratori.

Il principio di questo nuovo metodo di imaging a pieno campo è dimostrato per:

microscopia a riflessione
microscopia a trasmissione
configurazioni lens-less

Sono previste diverse applicazioni commerciali sia per le applicazioni di bio-immagine che per le scienze dei materiali.

Specifiche DHM® nel 1999

Fotocamera 512x512 pixel, 8 bit
Tasso di ricostruzione ≈ 1 Hz
Risoluzione verticale 10 nm

... alle numerose e rivoluzionarie applicazioni, oramai consolidate, disponibili nel 2021

Lettura: Journal of Physics: Photonics

Il Journal of Physics Photonics riporta applicazioni metrologiche commerciali all'avanguardia che sfruttano le specificità uniche del DHM:

Velocità di acquisizione dei dati del frame della telecamera: fino a 100 kHz @ 1 MPixel
Visualizzazione dei dati in tempo reale: > 60 fps
Interferometrico: risoluzione verticale subnanometrica
Misure in situ: in aria, liquidi, vuoto, ...

Certificazioni metrologiche

In quanto tecnologia non a scansione, la DHM si riferisce esclusivamente alle lunghezze d'onda del laser per le misurazioni dell'altezza.
I valori di altezza misurati non dipendono da alcuna calibrazione di scansione, posizionamento preciso, assenza di deriva a lungo termine, ripetibilità del piezo-controllore interferometrico o spostamento motorizzato.

Profilometria ottica 3D

Misure topografiche con risoluzione interferometrica nei seguenti ambiti:

Semiconduttori
Micro-ottiche
Sistemi micro-nano
Superfici intelligenti e polimeri
Microfluidica
Industria di orologi

4D (3D risolta nel tempo)

L'acquisizione della telecamera alla velocità di circa 194 fps standard, e in via opzionale >100 kfps, consente la caratterizzazione in tempo reale della risposta dei campioni relativamente a:

Cambiamenti termodinamici: espansione termica, fusione, evaporazione...
Azione chimica: elettrodeposizione, corrosione, incisione, dissoluzione...
Forze meccaniche: rilascio di materiale, pressione, indentazione tribologica...
Irradiamento luminoso
Forze elettromagnetiche
...

Misure di grandi superfici

Le fasi di campionamento automatizzate, unite alla velocità e tempi di acquisizione brevi (ovvero breve durata dell'otturatore della fotocamera) consentono:

Stitching su grandi aree
Ispezione completa del wafer
Screening rapido dei difetti

Nell'applicazione di riconoscimento della firma mostrata nell'ìmmagine qui sotto, l'Istituto di scienze forensi di Shanghai, in Cina, misura una superficie di 20 mm x 30 mm, ovvero 3000 singole immagini in meno di 60 secondi.

Misure ambientali e in situ

Misure che non risentono di disturbi ambientali, quali:

Vibrazioni
Turbolenze ad alta temperatura
Ambiente criogenico
Campione galleggiante sull'interfaccia liquida
...

Misura di campioni in aria, gas, vuoto e liquidi.

Caratterizzazione di superfici on flight

Caratterizzazione di campioni in movimento, senza bisogno di fermarli per l'acquisizione.

Esempi di applicazioni:

Controllo qualità su vassoi di trasporto
Controllo continuo della rugosità
Feedback sugli strumenti di produzione
Microoggetti in movimento e robot
...

MEMS: tempo e frequenza

Da DC a 25 MHz caratterizzazione di:

Attuatori e micromotori
Trasduttori ad ultrasuoni (MUT)
Accelerometri e giroscopi
MOEMS e lenti variabili
Micromirror e DMD
Microfoni e risonatori
Cristalli liquidi su silicio (LCOS)
Onde acustiche di superficie (SAW)
...

Polarizzazione

La birifrangenza è una proprietà centrale e chiave per la caratterizzazione di:

Display a cristalli liquidi,
Dispositivi ottici di telecomunicazione,
MOEMME,
Cristalli fotonici
Analisi delle forze e delle sollecitazioni
Metasuperfici
...

Strutture sottili trasparenti

Misura di topografia, spessori e indici di rifrazione di strutture trasparenti

Misura di strutture superficiali da 10 nanometri a diversi micron
Misura degli indici di rifrazione
Caratterizzazione di strutture depositate, incise o composte, fino a 3 strati

Misure durante la produzione

La misurazione in situ e in tempo reale di un substrato, durante la sua produzione, fornisce un feedback immediato per l'ottimizzazione di micro e nano processi: