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2022
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Quantum Design高光谱成像在薄膜厚度检测上的应用
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2022-04-28 14:01:09来源: 中国机器视觉网

在薄膜和涂层行业中,厚度是一个非常重要的质量参数;厚度和均匀性指标严重影响着薄膜的性能,所以我们需要精确地测量薄膜的厚度。在台式或在线检测系统中,X射线技术和光谱学技术在薄膜厚度测量方面均得到了广泛的应用。

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然而,目前使用的一般是单点式光谱仪。当在线应用时,通常是将单点式光谱仪安装在横向扫描平台上,从而得到的是一个“之”字形的检测轨迹,因此只能检测薄膜部分区域的厚度。

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而一个行扫描(推扫式成像)高光谱相机则可以克服上述缺点,SPECIM FX17高光谱相可以检测整个薄膜或涂层的厚度。 在每条线扫描数据中,光谱数据能覆盖薄膜的整个宽度,并且有很高的空间分辨率。


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为了验证高光谱成像技术在膜厚度测量上的应用,芬兰Specim 公司使用高光谱相机SPECIM FX17(935nm-1700nm))测量了4 种薄膜样品的厚度,薄膜样品的标称厚度为17um,20um,20um和23um. 使用镜面几何的方法,并仔细检查干涉图形,根据相长干涉之间的光谱位置及距离,可以推导出薄膜的厚度值。

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as a wavelength in nm where a maximum is, indexed p.

n is the refraction index of the film material

α is the incidence angle of the specular setup

通过镜面反射的方式测量得到的光谱干涉图,可以转化为厚度图。

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使用 Matlab 将光谱干涉图转换为厚度热图,通过SPECIM FX17相机采集的光谱数据,计算的平均厚度为18.4um、20.05um、21.7um 和 23.9um,标准偏差分别为0.12um、0.076um、0.34um 和0.183um。当测量薄膜时,没有拉伸薄膜,这也解释了为什么测量值略高于标称值。此外,薄膜上的缺陷也被检测到了,如在编号为1的薄膜中,我们发现了两个可能是外部压力造成的压痕。

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与单点式光谱仪相比,高光谱成像将显著提高薄膜效率和涂层质量控制系统。因为SPECIM FX17高光谱相机每秒可采集多达数千条线图像,它们可以对薄膜进行100%全覆盖在线检测,提高质量的一致性并减少浪费。

与基于单点式光谱仪的XY扫描解决方案相比,Specim FX17高光谱相机还将显著提高台式检测系统的检测速度。高光谱相机还消除了X射线传感器的有害辐射风险,因为它只需要无害的光线。

 理论上,SPECIM FX10可以测量1.5um到30um的厚度,而SPECIM FX17则适用于4um 到90um的厚度。