Программно – аппаратный спектрометрический комплекс для контроля толщин пленочных покрытий

Программно – аппаратный спектрометрический комплекс для контроля толщин пленочных покрытий

Отрасли, категории, применение: Медицина и биотехнологии, Электроника, LabVIEW, NI Vision

Краткое описание:

В докладе рассмотрен спектрометрический комплекс на основе акустооптического монохроматора для контроля толщин пленочных покрытий и его программное обеспечение.

Организация

НОЦ “Фотоника и ИК техника” МГТУ им. Н.Э Баумана

Описание решения

Постановка задачи

Измерение толщин плёночных покрытий и структур является актуальной задачей современной техники. Множество элементов современных электронных устройств содержат плёночные покрытия и плёночные структуры, в том числе многослойные, сделанные из металлических, полупроводниковых, диэлектрических и прозрачных проводящих материалов. Технологии контроля качества нанесения плёнок, результатов их обработки травлением, лазерным излучением или механическим инструментом являются ключевыми для производства множества микроэлектронных и оптоэлектронных устройств. Методы и аппаратура измерения толщины плёночных структур и микрообъектов имеют большое значение, также, в микробиологии и медицине. Наибольшую востребованность имеют бесконтактные неразрушающие методы, позволяющие измерять толщину плёночных структур в процессе производства или исследований.

Наиболее перспективным является спектральный метод анализа толщины плёночных микроструктур. Используя микроскоп, оборудованный источником или приёмником излучения с возможностью регулировки спектральной характеристики, можно получить серию изображений наблюдаемого объекта в разных спектральных диапазонах. Полученная, а также априорно известная информация о материалах подложки и плёнок может быть использована для расчёта распределения толщин. Во многих случаях априорной информации о материалах может и не понадобиться, т.к. сделав достаточное число измерений на разных спектральных интервалах, можно найти не только толщины отдельных слоёв покрытий, но также показатели преломления, а также другие неизвестные параметры. Полученные изображения могут также использоваться для автоматического обнаружения и идентификации дефектов исследуемых объектов.

Работа посвящена созданию алгоритма определения толщины плёночных покрытий и его реализация в программно-аппаратном комплексе.

Используемое оборудование и программное обеспечение

Программное обеспечение разрабатывалось в NI LabView 2011, был применен модуль NI Vision, драйвры Imaging Source (IC LabVIEW Extension), обработка изображений проводилась в Visual Studio.

Решение

Акустооптический фильтр изображений работает следующим образом. В одноосном двулучепреломляющем кристалле (парателлурит, кварц и др.) с помощью пьезопреобразователя возбуждается ультразвуковая волна, которая за счет упругооптического эффекта наводит в среде периодическую структуру, состоящую из зон повышенного и пониженного показателя преломления для необыкновенного луча. Для проходящего через кристалл излучения такая структура рассматривается как фазовая дифракционная решётка. В результате взаимодействия в таком фильтре образуется дифрагированный пучок света на длине волны, определяемый частотой возбуждающего ультразвука. Этот пучок выделяется с помощью поляризатора.

Акустооптический фильтр встраивается в оптический тракт микроскопа [1] перед приемником изображений, на заданных длинах волн снимается последовательность спектральных изображений исследуемого объекта, из анализа которой судят об его особенностях. Использование двойной монохроматизации позволяет увеличить спектральный контраст видеоспектрометра и значительно уменьшить искажения вносимые фильтром. [2]

На основе двойного акустооптического фильтра изображений и микроcкопа был собран стенд (Рис.1), на котором получают спектральные изображения пленочных структур (Рис.2).

Был разработан оригинальный алгоритм, основанный на решении обратной задачи определения пространственного распределения толщины пленочного объекта по спектральной зависимости коэффициента отражения [3].

Разработка проводится при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (14-08-01103 А)

Список литературы

[1]. Perchik A.V. Spectral imaging microscope on acousto-optical filter for biology and medicine // Proc. of SPIE Vol. 9129 91293A-5,
[2]. 2014Pustovoit V.I., Pozhar V.E., Mazur M.M., Shorin V.N., Kutuza I.B., Perchik A.V. Double-AOTF spectral imaging system // Proc. of SPIE Vol. 5953 59530P-1, 2005
[3]. D. Kim, S. Kim, H. J. Kong, and Y. Lee, "Measurement of the thickness profile of a transparent thin-film deposited upon a pattern structure with an acousto-optic tunable filter," Opt. Lett. 27, 1893-1895 (2002).

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика