Messtechnik der Mikro- und Nanooptik

Mit dem Waferinspektionsmikroskop werden optische Bauteile und Wafer auf Defekte, Risse und Verunreinigungen untersucht. Verschiedene Beleuchtungsmodi (Durchlicht, Auflicht, Dunkelfeld, UV) ermöglichen die Detektion auch feinster Fehler.

Unser Leistungsangebot

• Automatisierter Defektscan und Defektanalyse (nach ISO10110)
• Vollflächige, hochauflösende Bildmontagen (bis 200 × 300mm)
• Rissanalyse, Mappings, Dokumentation
• Mikroskopvergrößerung: 1,6× bis 150×

Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit integriertem fokussiertem Ionenstrahl (FIB) ermöglicht die hochauflösende Bildgebung und Materialanalyse mikro- und nanostrukturierter Oberflächen. Strukturschnitte können präpariert und im Querschnitt untersucht werden. Verschiedene Detektoren liefern Informationen zu Topographie, Materialkontrast und Kristallstruktur.

Unser Leistungsangebot

• Hochauflösende Bildgebung (Auflösung bis <3 nm)
• Untersuchung auf großen Substraten (152x152x6,35 mm, 230x230x9 mm, 150x292x15 mm)
• Präparation und Analyse von Querschnitten via Focussed Ion Beam (FIB)
• Materialanalyse mittels EDX (Elementanalyse) und EBSD (Kristallorientierung)
• STEM-Aufnahmen (Transmission)
• Abscheidung von Schutzschichten oder Zugabe von reaktiven Ätzgasen (GIS)
• Analyse von Strukturdefekten und Schichtsystemen

Das AFM ermöglicht die dreidimensionale Erfassung von Oberflächen mit höchster Auflösung. Mittels Tastsensors werden Topographie, Strukturhöhe und Oberflächenrauheit im Nanometerbereich gemessen – ideal zur Charakterisierung feiner Mikro- und Nanostrukturen.

Unser Leistungsangebot

• Automatisierte Messbereiche auf eine Substratfläche bis 300 × 300 mm
• Messung von Strukturhöhen bis zu 13 µm
• Bestimmung der Oberflächenrauheit (RMS bis <1 nm)
• Tiefenmessung von Strukturen ab ca. 100 nm Breite
• Analyse von Aspektverhältnissen bis ca. 1:7

Für die Aufnahme der Oberflächentopographie stehen taktile und berührungslose Methoden zur Verfügung. Die Untersuchungen zielen auf die Analyse der Formtreue und Rauheit in unterschiedlichen Frequenzbereichen ab. Zumeist eignet sich ein Verfahren je nach Material und Struktur besser als ein anderes. Es besteht zudem die Möglichkeit einen Probenquerschnitt anzufertigen (sägen und anschließendes Polieren) für die visuelle Inspektion mit einem hochauflösenden Lichtmikroskop.

Tastschnitt-Profilometer

• Taktile Messung mit Scanlänge bis 200 mm
• Automatisierte Formauswertung von Mikrolinsen und -prismen
• Hochgenaue Stufenhöhenmessung
• Rauheitsmessung gemäß ISO-Normen (z. B. Ra, Rz)

Weißlicht-Interferometrie

• Berührungslose Messungen (Stitching) und Messbereiche
• Bestmögliche Höhenauflösung
• Messungen an strukturierten Schichten möglich (transparent Schichten)
• Rauheitsmessung gemäß ISO-Normen (z. B. Ra, Rz, Sa, Sq)

Laser-Scanning-Mikroskopie (Konfokalmikroskop)

• Berührungslose Messung mit verschiedenen Wellenlängen (R, G, B, UV)
• Bestmögliche laterale Auflösung
• Detektion steiler Strukturkanten
• Messungen an strukturierten Schichten möglich (transparent Schichten)
• Rauheitsmessung gemäß ISO-Normen (z. B. Ra, Rz, Sa, Sq)

Die PSI ermöglicht hochpräzise Messungen der Planarität und Wellenfrontfehler von optischen Komponenten. Durch eine definierte Phasenverschiebung von kohärenter Laser-Strahlung und entsprechende Aufnahme mehrere Interferenzbilder, lässt sich die Oberflächenform mit subnanometergenauer Auflösung rekonstruieren.

Unser Leistungsangebot

• Interferometer: 12“ ZYGO GPI XP HeNe@632.8 nm
• Messung von Planarität (SFE) und Wellenfrontfehler, in Reflexion (rWFE) und Transmission (tWFE)
• Optischer Zoom bis 6:1, Messfeld bis 300 mm Durchmesser
• Reflexions- und Transmissionshalter für unterschiedliche Probengrößen
• Wellenfrontbestimmung von Gitterstrukturen in Beugungsordnung
• Hochauflösende Stitching-Messungen
• Optional: Diverse weitere Interferometertypen (6“ FTPSI ZYGO MST; 6“ PSI ZYGO Dynafiz; 6“ Stitching-Interferometer ZYGO MetroStation)

Die Streulichtmessung erlaubt die detaillierte Analyse des Streuverhaltens von mikro- und nanostrukturierten optischen Elementen, wie Beugungsgittern, Metaoptiken und CGHs. Hierbei werden winkelaufgelöst die Intensitätsverteilung (Angle Resolved Scattering) sowie die Effizienz einzelner Beugungsordnungen (Angle Resolved Efficiency) bestimmt. Die Methode ist essenziell zur Beurteilung der optischen Qualität und zur Minimierung von Streulicht in Hochleistungsanwendungen.

Unser Leistungsangebot

• Winkelaufgelöste Streulichtmessung (0° bis >70°) entlang einer Ebene
• Quantitative Bestimmung der Effizienz für einzelne Beugungsordnungen
• Analyse von Nahwinkelgeistern und unerwünschten Beugungsmaxima
• Charakterisierung von diffraktiven Optiken, Metaoptiken, CGHs, Beugungsgittern
• Beratung zur Optimierung des Streulichtverhaltens

Andere Möglichkeiten der Streulichtcharakterisierung des Fraunhofer IOF finden sie hier.

Die Effizienzmessung quantifiziert den Anteil des eingestrahlten Lichts, welcher in die gewünschten Beugungsordnungen gelenkt wird. Die Messung erfolgt mittels Laser-, bzw. Weißlichtquellen und ermöglicht eine präzise Analyse der optischen Leistung und die Bewertung der Herstellungsqualität von optischen Gittern. Die Messungen sind in Reflexion und Transmission möglich.

Unser Leistungsangebot

• Polarisationssensitive Beugungseffizienzmessung bei diskreten Laserwellenlängen (UV-SWIR)
• Breitbandmessung mittels durchstimmbaren Weißlichtlasers (450–1600nm)
• Automatisiertes Probenmapping (xy, 300 × 250mm, Auflösung 2mm)
• Hochsensitive Detektion mit UV/VIS/NIR/SWIR-Fotodetektoren
• Messungen und Bestimmung der Polarisationssensitivität

Die Ellipsometrie misst die Änderung der Polarisation von Licht bei Reflexion oder Transmission und ermöglicht so die Bestimmung von Schichtdicken, optischen Konstanten und Strukturparametern von Beugungsstrukturen und Metamaterialien. Kombiniert mit RCWA-Simulationen können komplexe Gitter- und Metasurfaces exakt analysiert werden.

Unser Leistungsangebot

• Messung und Auswertung der Psi-Delta-Parameter oder Stokes-Parameter S1(λ, θi, φ) und S2(λ, θi, φ) bei linear polarisiertem Licht (+45°, –45°)
• Modellierung der Mikrostrukturen und MSE-Fitting zur Bestimmung von geometrischen Strukturparametern, Dispersionsdaten und Schichtdicken
• Unterstützung durch RCWA-Simulation zur Modellierung komplexer Strukturen
• Charakterisierung von Metaoptiken, Beugungsgittern, Schichtsystemen

Mit Hilfe eines kalibrierten Kameramessplatzes kann die Intensitätsverteilung mit einer einzigen Bildaufnahme (Snapshot) ausgewertet werden. Dieses Messprinzip wird genutzt, um mikrooptische Strahlformer und -teiler zu untersuchen, insbesondere hinsichtlich Homogenität der Intensität und Winkelbereich. Verschiedene Lichtquellen im VIS und NIR stehen zur Verfügung.

Unser Leistungsangebot

• Homogenitätsmessungen
• Leuchtdichteverteilungen

Durch die Kombination von hochmoderner Charakterisierung und fortschrittlicher Simulationstechnik erhalten Kunden präzises Feedback zu ihrem Chipdesign. Dies erlaubt eine gezielte Optimierung von Strukturen, verkürzt Entwicklungszyklen und stellt sicher, dass neue photonische Bauelemente schneller, zuverlässiger und mit maximaler Performance in den Markt gelangen.

Unser Leistungsangebot

• Passiv: Kopplungseffizienz, spektrale Übertragungsfunktionen, Dämpfungsverluste, Modenprofile, Resonatoreigenschaften
• Aktiv: HF- und Modulatormessungen (Bandbreiten, Vπ·L, thermisches Tuning)
• Nichtlinear: SHG/DFG/OPA, Konversionseffizienz, nichtlineare Koeffizienten, Poling-/Domänenqualität
• Wafer/Chip: automatisiertes Optik- und HF-Probing, standardisierte Reports
• Infrastruktur: CW-/Pulsquellen, Breitbandquellen, Spektrometer, hochempfindliche Detektoren
• Simulation: ausgereifte Methoden zur Modellierung linearer und nichtlinearer Wellenleitereigenschaften, die das Design komplexer hybrider Komponenten ermöglichen