Контроль толщины тонких пленок с помощью гиперспектральной визуализации - камеры Specim
Толщина - важнейший параметр качества тонких пленок и покрытий. Толщина и однородность материала сильно влияют на функциональность пленки, эти параметры требуют точного контроля. Для этого широко используются рентгеновские методы и оптическая спектроскопия как в единичных, так и в массовых системах контроля.
Однако в настоящее время используются только точечные датчики, и для контроля качества на поточном производстве они обычно устанавливаются на сканирующем поперечном столике, что приводит к зигзагообразной схеме контроля. Таким образом, анализируемая пленка контролируется лишь частично.
Гиперспектральная камера с линейным сканированием (push-broom) может преодолеть это ограничение и проверить всю пленку или покрытие. При захвате каждой линии получают спектроскопические данные по всей ширине пленки с высоким пространственным разрешением.
Чтобы продемонстрировать гиперспектральную визуализацию, компания Specim измерила четыре образца тонкой полимерной пленки с помощью спектральной камеры, работающей в диапазоне 935-1700 нм (Specim FX17). Номинальные толщины образцов пленок составляли 17, 20 (две пленки) и 23 мкм. В данном анализе использовался принцип зеркального отражения и были тщательно изучены интерференционные картины. В зависимости от спектрального положения и расстояния между конструктивными интерференциями можно определить толщину пленки:
Где λp - длина волны в нм с максимумом порядка p.
n - показатель преломления материала пленки
α - угол падения на зеркальную установку.
Спектральные интерференционные картины, измеренные при зеркальном отражении, были преобразованы в карту толщин:
Спектральные интерференционные картины были преобразованы в тепловую карту толщин с помощью Matlab. Средние значения толщины, рассчитанные по спектральным данным камеры Specim FX17, составили 18.4, 20.05, 21.7 и 23.9 мкм. СКО составляло 0.12, 0.076, 0.34 и 0.183 мкм соответственно. При измерениях пленка не растягивалась. Это может объяснить причину того, что измеренные значения немного превышают номинальные. Кроме того, были обнаружены дефекты. На пленке №1 обнаружены две тонкие канавки, вероятно, вызванные локальным давлением.
Гиперспектральная визуализация значительно повысит эффективность существующих тонкопленочных систем и систем контроля качества покрытий, основанных на оптической спектроскопии. Поскольку гиперспектральные камеры (такие как Specim FX17) могут получать до тысяч изображений в секунду на одну строку, они могут обеспечить 100% контроль тонких пленок в режиме реального времени для повышения стабильного качества и сокращения отходов.
Данные системы также обеспечат более высокую скорость анализа единичных систем, чем существующие решения XY-сканирования на основе точечного спектрометра. Гиперспектральные камеры также исключают вредное излучение рентгеновских приборов, поскольку требуется только невредный оптический свет.
Теоретически и с учетом безопасного резерва камера Specim FX10 может измерять толщину от 1.5 до 30 мкм, тогда как Specim FX17 подходит для измерения толщины от 4 до 90 мкм.
