토픽 | 하이퍼스펙트럴 이미징(HSI)을 이용한 박막 두께 검사
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| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 25-10-24 09:42 |
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박막 두께 측정의 필요성과 한계
박막(Thin Film)은 코팅, 반도체, 디스플레이 등 다양한 산업 분야에서 제품의 성능과 품질을 결정짓는 핵심 요소입니다. 박막의 두께와 균일성은 광학적·전기적 특성에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 이를 정밀하게 관리하는 것이 매우 중요합니다.
기존의 포인트 센서를 사용하는 방식은 특정 지점의 두께를 높은 정밀도로 측정할 수 있지만, 넓은 면적의 시료를 빠르게 검사하기에는 한계가 있습니다. 생산 공정에서는 샘플링 검사에 의존하게 되어, 결함이나 두께 불균일 영역을 놓칠 가능성이 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 하이퍼스펙트럴 이미징(Hyperspectral Imaging, HSI) 기술이 활용되고 있습니다. 라인스캔(Line-scan) 방식의 HSI는 시료를 한 줄씩 스캔하면서 각 화소(pixel)별로 파장별 반사 스펙트럼을 동시에 수집합니다. 이를 통해 시료 전체의 두께 분포를 비접촉 방식으로 분석하고 시각화할 수 있습니다.
FX10 / FX17 기반 측정 기술
Specim의 FX 시리즈 중 FX10과 FX17은 박막 두께 측정에 적합한 모델입니다. FX10은 가시광~근적외(VNIR, 400~1000nm) 영역에서 작동하며, 얇은 박막(약 1.5~30µm)의 두께 측정에 적합합니다. FX17은 근적외(NIR, 935~1700nm) 대역에서 동작하며, 상대적으로 두꺼운 필름(약 4~90µm)에 적합한 감도와 안정성을 제공합니다. 박막 표면에 입사된 빛은 반사와 투과 과정에서 간섭(Interference)을 일으키며, 이 간섭은 스펙트럼 상에서 주기적인 진동 패턴(Fringe)으로 나타납니다. 하이퍼스펙트럴 이미징은 이 패턴을 정밀하게 분석하여 각 화소의 두께 정보를 계산하고 두께 맵(Thickness Map)을 생성합니다.
FX17을 이용한 박막 시료 측정
Matlab을 이용한 분석을 통해 스펙트럼 간섭은 두께 열지도로 변환되었으며, FX17 데이터에서 계산된 평균 두께는 18.4, 20.05, 21.7, 23.9µm로 측정되었습니다. 표준편차는 각각 0.12, 0.076, 0.34, 0.183µm로 나타났습니다. 실험 시 필름은 인장되지 않은 상태로 측정되어, 측정값이 공칭 두께보다 약간 높게 나타났습니다. 또한, 시료 1에서는 국부 압력에 의해 형성된 미세한 홈(groove) 결함이 검출되었습니다.
하이퍼스펙트럴 기술의 산업적 적용
하이퍼스펙트럴 이미징은 기존 광학 분광 기반 박막 측정 및 코팅 품질 관리 기술의 효율을 크게 향상시킵니다. FX17과 같은 하이퍼스펙트럴 카메라는 초당 수천 라인(Line)의 이미지를 취득할 수 있어, 박막의 100% 인라인 검사를 가능하게 하며, 품질의 일관성을 높이고 폐기율을 줄일 수 있습니다. 또한, 이 기술은 점 분광기 기반 XY 스캐닝보다 빠르고 효율적이며, 광학 측정 방식을 사용하므로 X선 센서에서 발생할 수 있는 방사선 위험이 없습니다. 이론적으로 안전 여유치를 고려할 때 FX10은 1.5~30µm, FX17은 4~90µm 범위의 두께 측정에 적합합니다.
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