SPECIM高光谱高光谱相机在薄膜厚度检测上的应用

薄膜主要包含光学薄膜、电子薄膜，抗氧化薄膜等。光学薄膜通常用于制造光学器件，如透镜、反射镜等；而电子薄膜通常用于制造半导体器件，如晶体管、集成电路等；涂层厚度是指在基材表面施加的薄膜，比如镀金、镀银等，这类涂层常用于改善基材的物理或化学性能。不管是哪种应用，厚度都会严重影响薄膜或涂层的性能。

然而，目前薄膜厚度检测使用的一般是单点状的探测器，而且在在线应用中，探测器安装通常安装在横向扫描平台上，得到的是一个之字形的检测点图形而不是整个薄膜，因此只能检测部分样品的厚度。

线扫描（推扫式）高光谱相机可以克服这一限制，对整个薄膜或涂层进行检测。在每次线扫描中，都能以高空间分辨率获得整个薄膜宽度的光谱数据。为了演示高光谱成像在此应用中的效果，Specim公司使用工作波长为935-1700nm的Specim高光谱相机（Specim FX17）测量了四个聚合物薄膜样品。样品薄膜的标称厚度分别为17、20（两片）和23μm。使用了镜面几何，并对干扰进行了仔细检查。根据光谱位置和建设性干涉之间的距离，可以推断出厚度：

p为以nm为单位的波长，其中最大值为，indexed p。n为薄膜材料的折射率，α为镜面设置的入射角

在镜面反射中测量的光谱干涉图案被转换成厚度图。

用Matlab将光谱干扰转换成厚度热图。根据Specim FX17光谱数据计算出的平均厚度分别为18.4、20.05、21.7和23.9μm。标准偏差分别为0.12、0.076、0.34和0.183μm。测量薄膜时，薄膜没有被拉伸。这可能是测量值略高于标称值的原因。此外，通过Specim高光谱相机的检测还发现了一些缺陷。在薄膜1中，发现了两条细沟，可能是由局部压力造成的。

高光谱成像技术将大大提高目前基于光学光谱学的薄膜效率和涂层质量控制系统。由于Specim高光谱相机（如Specim FX17）每秒最多可获取数千条线图像，因此可对薄膜进行100%的在线检测，从而提高质量的一致性并减少浪费。与目前基于点光谱仪的XY扫描解决方案相比，高光谱相机在薄膜厚度检测上的应用大大提高台式检测系统的速度。高光谱相机还消除了X射线传感器的有害辐射风险，因为它只需要无害的光学光。

关于高光谱相机在薄膜厚度检测上的应用，理论上，考虑到安全系数，高光谱照相机Specim FX10可以测量1.5至30μm的厚度，而Specim FX17则适用于4至90μm的厚度。