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CHECKUP
Qualitätsprüfung mikrooptischer Bauteile in Serie
Automatisierte Plattformen
von Mathias Beyerlein, OPTOCRAFT und Rudolf Kaiser, AMICRA
Werden mikrooptische Bauteile in hohen Stückzahlen hergestellt, erfordert die Charakterisierung der Prüflinge
einen höheren Aufwand. Geräte, die eine hundertprozentige Prüfung für eine gezielte Selektion durchführen
können, müssen nicht nur schnell, sondern auch ausreichend genau messen. Dies ist beispielsweise bei
sphärischen und zylindrischen Mikrolinsen oder Laserdiodenarrays gefordert. Bei erhöhter Taktzeit prüfen
automatisierte Plattformen solche Komponenten auf Form und Funktion und tragen somit bei, gehobene
Qualitätsansprüche an Herstellungsprozess und Produkt zu erfüllen.
Anwendungen, in denen mikrooptische
Bauteile eingesetzt werden, sind zunehmend
anspruchsvoll und stellen höhere
Anforderungen an die Messmethoden.
Beispiele liefern Mikrolinsen zur Faserkopplung
optischer Netzwerke oder
Mikrolinsenarrays in Strahlhomogenisierern
für die UV-Lithographie. Auch aktive
Bauelemente wie Arrays von Sende- und
Empfangsdioden müssen ggf. in die Charakterisierung
einbezogen werden. Die
Größe der zu messenden Bauelemente
beginnt bei einigen 10 µm und reicht bis
in den Millimeterbereich hinein. Eine spezielle
Messaufgabe in normaler industrieller
Fertigungsumgebung ist beispielsweise das
Prüfen von 36.000 plankonvexen Silizium-
Mikrolinsen auf 6“-Wafern. Bei einem
Durchmesser von 400 µm und einem relativ
kleinen Oberflächenkrümmungsradius
von etwa 650 µm lässt sich der Prüfling
mit Hilfe einer universellen, in den Produktionsprozess
integrierten Plattform schnell
und exakt messen.
Verfügbare Messverfahren
Auch andere Prüfverfahren, die Rückschlüsse
auf den Herstellungsprozess
zulassen, eignen sich für eine Oberflächenprüfung
der zu vermessenden Mikrooptiken.
Zu den häufigsten Prüfverfahren
mikrooptischer Oberflächen gehören
SHSAutolab Automationsplattform für die
Optikprüfung.
profilometrische Messmethoden, die die
Oberfläche abrastern. Mechanisch taktile
Messgeräte erlauben zwar die Vermessung
nahezu beliebiger Oberflächenformen,
sind jedoch für eine hundertprozentige
Prüfung zu langsam, gefährden die
Oberfläche und ermöglichen keinen Funktionstest
des Prüflings. Die scannende
Weißlichtinterferometrie und die optische
Profilometrie zählen zu den optischen Verfahren
und zeichnen sich durch eine hohe
räumliche Auflösung aus. Licht, das an
sehr steilen Objektoberflächen reflektiert
wird, kann aufgrund des großen Oberflächenwinkels
häufig nicht mehr detektiert
werden. Mikrolinsen mit großer Oberflächenapertur
beispielsweise sind nicht bis
zum Rand messbar. Weiterhin kann eine
Linsenoberfläche auch im direkten interferometrischen
Nulltest geprüft werden, der
insbesondere bei steileren Linsenrändern
im Vergleich zu optisch scannenden Verfahren
die Messung oft erst ermöglicht.
Shack-Hartmann-Messsysteme
Messsysteme, die auf dem Prinzip des
Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors
basieren, sind besonders dynamisch und
stabil. Interferometer erzielen beim Messen
von Mikrooptiken im extrem hohen
Genauigkeitsbereich gute Ergebnisse, sind
aber durch die Aufnahme mehrerer phasengeschobener
Bilder relativ langsam und
aufgrund einer Messung des absoluten
Lichtweges sehr vibrationsempfindlich.
Dieses Stabilitätsproblem, das gerade in
einer industriellen Fertigungsumgebung
und bei der Integration in ein automatisiertes
Messsystem stört, lässt sich durch die
Verwendung des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors
vermeiden. Hierbei wird die
Wellenfront aus den Neigungen der Lichtstrahlen
mit einer einzigen Bildaufnahme
rekonstruiert und so die Messergebnisse
> Kontakt:
info@optocraft.de
www.optocraft.de
12 optolines No. 8 | 4. Quartal 2005