薄膜厚度的高光譜成像
厚度是薄膜和涂層的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)。厚度和均勻性直接影響薄膜的功能性,因此需要精確的監(jiān)測。X 射線技術(shù)和光譜學(xué)廣泛用于桌面和聯(lián)機(jī)檢查系統(tǒng)。
然而,目前僅采用點傳感器,對于聯(lián)機(jī)應(yīng)用,通常安裝在掃描橫向平臺上,導(dǎo)致 Z 字形檢查圖案。因此,只能部分監(jiān)測待檢查薄膜。

線掃描(推掃)高光譜相機(jī)可以克服這一限制,檢查整個膜或涂層。每次線捕捉中,可在整個膜的寬度產(chǎn)生高空間分辨率的光譜數(shù)據(jù)。
為了證明該應(yīng)用中的高光譜成像,Specim 用 935 – 1700 nm 區(qū)域運(yùn)行的光譜相機(jī)(Specim FX17)測量了四個聚合物薄膜樣品。樣品薄膜的標(biāo)稱厚度為 17、20(兩種膜)和 23 um。使用鏡面反射幾何形狀,并仔細(xì)檢查干擾。根據(jù)光譜位置和相長干涉之間的距離,可以推導(dǎo)出厚度:

λp 是以 nm 為單位的波長,其中最大值為索引 p。
n 是膜材料的折射率,α 是鏡面設(shè)置的入射角
在鏡面反射中測量的光譜干涉圖案被轉(zhuǎn)換成厚度圖。
用 Matlab 將光譜干擾轉(zhuǎn)換成厚度熱圖。由 FX17 光譜數(shù)據(jù)計算的平均厚度為 18.4、20.05、21.7 和 23.9 um。標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為 0.12、0.076、0.34 和 0.183 um。測量時薄膜沒有拉伸。這解釋了為什么測量值略高于標(biāo)稱值。此外還檢測到缺陷。在薄膜 1 中,我們發(fā)現(xiàn)了兩個淺凹槽,可能是由局部壓力引起的。
高光譜成像將顯著提高目前的薄膜效率和基于光學(xué)光譜的涂層質(zhì)量控制系統(tǒng)。由于高光譜相機(jī)(如 Specim FX17)每秒可采集多達(dá)數(shù)千張線圖像,因此可以對薄膜進(jìn)行 100% 聯(lián)機(jī)檢查,獲得更一致的質(zhì)量并減少浪費(fèi)。
與目前基于點光譜儀的 XY 掃描解決方案相比,還可以實現(xiàn)速度更高的桌面檢查系統(tǒng)。高光譜相機(jī)還消除了 X 射線傳感器的有害輻射風(fēng)險,因為只需要無害的光學(xué)光。
從理論上講,考慮到安全裕度,F(xiàn)X10 可以測量 1.5 至 30 um 的厚度,而 FX17 適用于 4 至 90 um 的厚度。