Hyperspektrales chromatisches Reflektometer zur Vermessung bewegter Objekte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt befasste sich mit dem zerstörungsfreien optischen Messen von Dünnschichten mit Hilfe des reflektometrischen Messprinzips. Ziel dieser Arbeit war es, ein Messsystem aufzubauen, welches in der Lage ist, gleichzeitig die Schichtdicke auf dem Messobjekt und den Abstand zu dem Messobjekt zu bestimmen. Im Unterschied zum Stand der Technik, soll nicht eine 1-D-Messung durchführt werden, sondern das Messprinzip soll abbildend Flächen vermessen. Zum Zeitpunkt des Projektbeginns waren verschiedene Verfahren zur 2-D Schichtdickenmessung veröffentlicht, welche aber das Abrastern einer Messprobe mit einer Punktmessung vorsehen. Entgegen dieser genannten Verfahren sollte das zu erforschende Messverfahren in der Lage sein, eine abbildende Messung von sich bewegenden Messobjekten zu generieren. Im Ergebnis dieses Projekts wurde ein Abbildendes Dünnschichtmesssystem für bewegte Messungen entwickelt und dessen Eignung experimentell nachgewiesen. Als Basis für das Generieren von abbildenden und spektralen Daten dient ein Hyperspektralimager. Bei diesem Gerät liegt am Sensor sowohl die Ortsinformation als auch die Wellenlängeninformation zeitgleich an. Dies ist eine zwingende Bedingung, damit bewegende Objekte erfasst werden können. Damit das Hyperspektrometer für reflektometrische Dünnschichtmessungen eingesetzt werden kann, ist es notwendig, ein Messobjekt auf den Eingangsspalt des Gerätes abzubilden. Hierzu wurde am Lehrstuhl für Messsystem und Sensortechnik ein Messkopf simuliert, entworfen und umgesetzt. In der klassischen Reflektometrie wird mit einem 90° Einfallswinkel gemessen. Um diesen rechten Winkel auch bei der hyperspektralen Dünnschichtmesstechnik zu ermöglichen, wurde in den Messkopf ein Auflichtpfad integriert, welcher die Messlinie auf dem zu untersuchenden Objekt formt. Die Reflexion des Messobjektes wird mit dem Messkopf eingekoppelt und auf den Eingangsspalt des Hyperspektralimagers abgebildet. Als Lichtquelle für den Auflichtpfad dient eine Hochleistung-Weißlicht-LED, welche über eine Multimodeglasfaser am Messsystem angekoppelt ist. Aus der chromatischen Verstimmung der eingesetzten Linsen im Messkopf lässt sich zudem eine Abstandsinformation zwischen Messkopf und Messobjekt berechnen. Über eine im Messsystem hinterlegte systemzugehörige chromatische Karte wird der Einfluss der Chromatik auf das Messspektrum korrigiert und der Abstand zwischen Messobjekt und Messgerät ermittelt. Mithilfe dieses Setups ist eine hochgenaue, berührungslose und schnelle Überwachung von Dünnschichtprodukten möglich. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Messsystem nahezu die Genauigkeiten eines Reflektometers erreichen kann, mit dem Zusatz der Möglichkeit einer flächigen Überwachung. Ein wesentlicher Aspekt dieses Projektes war das Erforschen des Zusammenhangs von Materialübergängen bei Mehrschichtsystemen und deren Auswirkungen auf das Reflektanzsignal. Es erfolgte die Integration dieser Ergebnisse in die Modellbildung. Somit wurde eine Methode zur Berücksichtigung von Grenzflächenimperfektionen bei reflektometrischen Dünnschichtmessungen aufgezeigt. Im Rahmen einer weltweiten Patentierung des Messsystems durch die Technische Universität München wurde die Bayerische Patentallianz GmbH damit beauftragt, eine Verwertung zu generieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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On-line Thickness Measurement for Two-Layer Systems on Polymer Electronic Devices. In: Sensors, Vol. 13(11), pp. 15747-15757, 2013
Pérez Grassi, A.; Tremmel, A.; Koch, A.W.; El-Khozondar, H.J.
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Reflektometrische hyperspektrale Dünnschichtmessung. In: Tagungsband XXIX. Messtechnisches Symposium des Arbeitskreises der Hochschullehrer für Messtechnik (AHMT), Ilmenau, Deutschland, 16.- 18.09.2015, S. 99-106. Oldenburg, de Gruyter, ISBN 978- 3-11-040852-2
Tremmel, A.J.; Rauscher, M.S.; Murr, P.J.; Schardt, M.; Koch, A.W.
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Aufbau zur flächigen reflektrometrischen Schichtdickenbestimmung von lateral bewegten Schichtsystemen. In: tm - Technisches Messen, Band 83, Heft 9, S. 494–502, 2016
Tremmel, A.J.; Rauscher, M.S.; Murr, P.J.; Schardt, M.; Koch, A.W.
