一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法技术

本发明专利技术属于薄膜测量领域，具体涉及一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法，包括：获取由位置维度和光谱维度构成的二维畸变光谱图像，其中的每个光谱带存在梯形畸变形状；采用该插值方式对各光谱带像素点进行位置维度畸变校正；基于无形状畸变的待测薄膜二维光谱图像和无薄膜二维光谱图像，确定待测薄膜的透射光谱或反射光谱；采用多项式对该光谱本征趋势拟合，得到本征趋势多项式；分别对该本征趋势多项式和透射光谱或反射光谱做傅里叶变换，得到的本征趋势频谱和透射或反射频谱相减，计算得到待测的大幅宽薄膜的膜厚分布。本发明专利技术提出一种面向高光谱成像畸变图像处理方法以快速精确地对大幅宽薄膜幅宽方向厚度分布进行测量。布进行测量。布进行测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法


[0001]本专利技术属于薄膜测量领域，更具体地，涉及一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法。

技术介绍

[0002]薄膜常见于半导体和光学器件领域中，薄膜的性能通常与薄膜的膜厚和薄膜的材料特性有关。在Roll
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to
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Roll(R2R)制备工艺中，薄膜幅宽方向的膜厚，不仅影响薄膜性能，更是工艺调整的重要依据。
[0003]光谱法是以薄膜干涉原理为基础，通过将一束宽光谱的白光透射或以一定角度入射被测样品表面，通过大视场角的镜头对透射光束进行采集，求得被测样品的透射光谱或反射光谱，通过频谱分析得到被测薄膜样品的膜厚值，该方法原理成熟，硬件实现简单，测量速度快，测量结果准确。透射光谱法是光束垂直入射被测样品时，通过光谱仪来测量被测样品的透射光谱，透射光谱成像在面阵SCMOS相机上，产生波长方向和位置方向的光谱发布，对不同位置的光谱进行频谱分析，就可以得到光谱对应空间位置的膜厚信息。
[0004]在R2R加工工艺下，R2R工艺中的各个环节(喷涂、压印、蚀刻、清洁、干燥等)影响着大幅宽薄膜平板制造的成品率，故对薄膜中各部分膜厚的测量非常关键，需一种面向大幅宽、快速的薄膜幅宽方向厚度分布的测量装置及方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法，其目的在于通过提出一种面向高光谱成像畸变图像处理方法以快速精确地对大幅宽薄膜幅宽方向厚度分布进行测量。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法，包括：
[0007]获取由位置维度和光谱维度构成的二维畸变光谱图像，该光谱图像是通过线扫描高光谱成像得到，其中的每个光谱带存在梯形畸变形状；
[0008]确定所述二维畸变光谱图像中每个光谱带内每个像素点列有效像素点数与无畸变下有效像素点总数的比值，基于该比值确定该像素点列的插值方式，采用该插值方式对该像素点列进行位置维度畸变校正，得到无形状畸变的二维光谱图像；
[0009]基于无形状畸变的待测薄膜二维光谱图像和无形状畸变的无薄膜二维光谱图像，确定待测薄膜的透射光谱或反射光谱；
[0010]采用多项式对所述透射光谱或反射光谱的本征趋势进行拟合，得到本征趋势多项式；分别对该本征趋势多项式和所述透射光谱或反射光谱做傅里叶变换，得到本征趋势频谱和透射或反射频谱，将两个频谱相减，以计算得到待测的大幅宽薄膜的膜厚分布，完成薄膜膜厚测量。
[0011]进一步，光谱图像为反射式光谱图像或低吸收率薄膜的透射式光谱图像。
[0012]进一步，所述畸变校正的实现方式为：
[0013]采用标定板，确定线扫描高光谱成像装置中相机坐标系相对镜头坐标系旋转的仿射矩阵；基于仿射矩阵，将采集到的二维畸变光谱图像进行仿射变换，得到相对镜头坐标系无旋转的实际二维畸变光谱图像；
[0014]通过插值方式对实际二维畸变光谱图像中每个光谱带的位置维度数据进行畸变校正，得到无形状畸变的二维光谱图像；
[0015]其中，所述插值方式的实现为：
[0016]确定实际二维畸变光谱图像中每个光谱带无畸变一像素点列的位置维度方向像素点个数，作为基准像素点个数；
[0017]确定每个光谱带位置维度方向各像素点列的有效像素点个数，并计算每一像素点列的有效像素点个数与所述基准像素点个数的比值，作为该像素点列的有效光谱像素占空比；由该占空比，确定该像素点列的插值方式，并进行插值；
[0018]其中，所述插值的方式为线性插值、双线性插值或三次插值。
[0019]进一步，当占空比为100％
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95％时选择线性插值的方式，当占空比为95％
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85时选择双线性插值的方式，当占空比小于85％时选择三次插值的方式。
[0020]进一步，所述通过插值方式对实际二维畸变光谱图像中每个光谱带的位置维度数据进行畸变校正，具体为：从每个光谱带中，选择线扫描高光谱成像装置中光栅工作波段所对应的像素点列进行畸变校正。
[0021]进一步，所述膜厚分布的计算方式为：
[0022]在无形状畸变的待测薄膜二维光谱图像或无形状畸变的无薄膜二维光谱图像中的零级衍射和一级衍射中间的区域随机取多个像素点，计算该多个像素点的像素值平均值，作为二维光谱图像的暗噪声平均值；
[0023]将所述待测薄膜二维光谱图像和所述无薄膜二维光谱图像中各像素点的像素值分别减去所述暗噪声平均值，得到除去暗噪声后的待测薄膜二维光谱图像和无薄膜二维光谱图像，进而计算得到待测薄膜的透射光谱或反射光谱；
[0024]采用多项式对所述透射光谱或反射光谱的本征趋势进行拟合，得到本征趋势多项式，对该本征趋势多项式进行快速傅里叶变换，得到本征趋势频谱图像1；
[0025]从所述透射光谱或反射光谱中选取光栅工作且相机像素值大于10000的像素段进行插值，通过插值将透射率或反射率数据点以及波长数据点个数扩充至2
n
的倍数，并进行傅里叶变换，得到透射或反射频谱图像2；
[0026]将频谱图像2减去频谱图像1得到频谱图像3，对频谱图像3频谱密度最大位置处进行高斯拟合，得到高斯峰对应最高点的波长值，波长值即薄膜的膜厚，完成膜厚分布测量。
[0027]进一步，在拟合之前进行多项式形式选择时，根据待测薄膜的透射光谱或反射光谱的变化趋势进行确定。
[0028]进一步，薄膜的厚度小于2微米。
[0029]本专利技术还提供一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量装置，包括：高光谱成像装置，光谱畸变校正模块，膜厚计算模块；
[0030]高光谱成像装置，用于获取由位置维度和光谱维度构成的二维畸变光谱图像；
[0031]光谱畸变校正模块，用于执行如上所述的一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚
测量中畸变校正的实现方式，得到无形状畸变的二维光谱图像；
[0032]膜厚计算模块，用于基于无形状畸变的二维光谱图像，执行如上所述的一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量中膜厚计算的实现方式，得到待测的大幅宽薄膜的膜厚分布。
[0033]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法。
[0034]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0035](1)本专利技术提供一种面向高光谱成像畸变图像处理方法，首先获得由位置维度和光谱维度构成的二维畸变光谱图像；通过对光谱图像的位置维度的畸变校正，能恢复测量得到的光谱。
[0036](2)本专利技术提供的测量装置能够完成大幅宽薄膜的幅宽方向光谱的快速测量，能满足快速薄膜光谱获取的需求。
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线扫描高光谱成像的薄膜膜厚测量方法，其特征在于，包括：获取由位置维度和光谱维度构成的二维畸变光谱图像，该光谱图像是通过线扫描高光谱成像得到，其中的每个光谱带存在梯形畸变形状；确定所述二维畸变光谱图像中每个光谱带内每个像素点列有效像素点数与无畸变下有效像素点总数的比值，基于该比值确定该像素点列的插值方式，采用该插值方式对该像素点列进行位置维度畸变校正，得到无形状畸变的二维光谱图像；基于无形状畸变的待测薄膜二维光谱图像和无形状畸变的无薄膜二维光谱图像，确定待测薄膜的透射光谱或反射光谱；采用多项式对所述透射光谱或反射光谱的本征趋势进行拟合，得到本征趋势多项式；分别对该本征趋势多项式和所述透射光谱或反射光谱做傅里叶变换，得到本征趋势频谱和透射或反射频谱，将两个频谱相减，以计算得到待测的大幅宽薄膜的膜厚分布，完成薄膜膜厚测量。2.根据权利要求1所述的薄膜膜厚测量方法，其特征在于，光谱图像为反射式光谱图像或低吸收率薄膜的透射式光谱图像。3.根据权利要求1所述的薄膜膜厚测量方法，其特征在于，所述畸变校正的实现方式为：采用标定板，确定线扫描高光谱成像装置中相机坐标系相对镜头坐标系旋转的仿射矩阵；基于仿射矩阵，将采集到的二维畸变光谱图像进行仿射变换，得到相对镜头坐标系无旋转的实际二维畸变光谱图像；通过插值方式对实际二维畸变光谱图像中每个光谱带的位置维度数据进行畸变校正，得到无形状畸变的二维光谱图像；其中，所述插值方式的实现为：确定实际二维畸变光谱图像中每个光谱带无畸变一像素点列的位置维度方向像素点个数，作为基准像素点个数；确定每个光谱带位置维度方向各像素点列的有效像素点个数，并计算每一像素点列的有效像素点个数与所述基准像素点个数的比值，作为该像素点列的有效光谱像素占空比；由该占空比，确定该像素点列的插值方式，并进行插值；其中，所述插值的方式为线性插值、双线性插值或三次插值。4.根据权利要求3所述的薄膜膜厚测量方法，其特征在于，当占空比为100％
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95％时选择线性插值的方式，当占空比为95％
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85时选择双线性插值的方式，当占空比小于85％时选择三次插值的方式。5.根据权利要求3所述的薄膜膜厚测量方法，其特征在于，所述通过插值方式对实际二维畸变光谱图像中每个光谱带的位置维度数据进行畸变校正，具体为：从每个光谱带中，选择线扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传维，陈鸿飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：