Laagdikte meten met een microscoop

De metrologische tak van de Japanse cameragigant Nikon, die optische instrumenten produceert, waaronder industriële meetmicroscopen, heeft een nieuwe Layer Thickness-softwaremodule toegevoegd aan zijn NIS-Elements-beeldvormingsplatform om inspectie, analyse en rapportage van laagdiktes in dwarsdoorsneden en oppervlakten te stroomlijnen. functie breedtes. De optie versnelt niet alleen de kwaliteitscontrole door verschillende functies semi-automatisch te automatiseren, maar verbetert ook de betrouwbaarheid door het risico op menselijke fouten bij kenmerkherkenning, interpretatie van resultaten en numerieke berekening te verminderen. Toepassingen voor de software zijn te vinden in de industrie en de wetenschap, van productie- en materiaalonderzoek tot medicijnen en mineralogie.

Voorbeelden die het belang van het nauwkeurig meten van dikte typeren, zijn gangbaar in massaproductie. In de auto-industrie kan te weinig verf op een carrosserie leiden tot dure garantieclaims, terwijl te veel miljoenen dollars per jaar kan verspillen. Hetzelfde principe geldt in de voedingsindustrie voor de relatief dure EVOH-barrière die op plastic verpakkingen wordt aangebracht om zuurstofondoorlatendheid te bieden voor het verlengen van de houdbaarheid van bederfelijke producten. Evenzo moet de breedte van geleidende sporen op printplaten nauwkeurig worden geregeld om overmatig gebruik van koper te voorkomen.

Andere toepassingen waarbij laagdiktemeting belangrijk is, zijn onder meer ontkolingsanalyse in staal en andere metalen, thermische spray of chemische depositieanalyse en het controleren van hechting of oppervlakteslijtage.

NIS-Elements van Nikon Metrology is een geïntegreerd software-beeldvormingsplatform waarmee digitale beelden van een rechtopstaande of omgekeerde optische microscoop – of af en toe van een scanning-elektronenmicroscoop – kunnen worden onderzocht, zodat cruciale kenmerken met een hoge mate van precisie kunnen worden geanalyseerd. Beelden kunnen live worden opgeslagen of digitaal worden opgeslagen met een camera met hoge resolutie.

Het belangrijkste van alles is echter de kwaliteit van de optica die wordt gebruikt om het beeld vast te leggen. Het is een kerncompetentie van Nikon, dat met name de enige microscoopfabrikant is die zijn eigen glas maakt in plaats van te vertrouwen op externe leveranciers.

Vier modi van semi-automatische evaluatie

Voorheen binnen NIS-Elements software moest het meten van een laag in een afbeelding een volledig handmatig proces zijn en die functionaliteit blijft. Het houdt in dat de operator de laaggrenzen definieert, gelijkmatig verdeelde punten over het monster selecteert, diktemetingen op die locaties uitvoert, de waarden registreert en de gemiddelde dikte uitrekent.

De Layer Thickness-software consolideert deze handmatige tools in een handige module om de optie van een semi-geautomatiseerde workflow te bieden. Het maakt gebruik van verwerkingstechnieken op basis van beeldkenmerken zoals contrast om veel meetfuncties te automatiseren. Het is ideaal voor het analyseren van beelden die zijn geproduceerd door episcopisch (gereflecteerd) licht van een niet-transparant monster dat in dwarsdoorsnede is gemaakt met een chirurgisch scalpel of misschien door een zaag of draadvonk. Het is evenzeer van toepassing op het analyseren van een beeld geproduceerd door diascopische (doorgezonden) verlichting door een extreem dunne, doorschijnende schijf materiaal van een microtoom.

De software heeft verschillende modi om te helpen bij het meten van lineaire, cirkelvormige en amorfe lagen (of sporen), terwijl een vierde modus de Calotest ondersteunt, die de laagdikte meet door cirkelvormige lagen te analyseren die worden blootgelegd door een schurende bal die tegen het te onderzoeken oppervlak roteert.

Gebruiksmethode

Nadat een digitaal beeld in NIS-Elements is vastgelegd, wordt het bij microscopen met een gemotoriseerd neusstuk automatisch of handmatig gekalibreerd. Als het beeld live is, wordt het gekalibreerd door op het relevante microscoopobjectief in een vervolgkeuzelijst te klikken. Als u 'Meetlagen' selecteert in de bovenste menubalk, worden de vier operationele modi weergegeven.

Als de optie 'Lineair' is geselecteerd, is er een tool voor rechttrekken beschikbaar om de laag horizontaal uit te lijnen. Er worden vijf op gelijke afstanden geplaatste verticale vectoren gegenereerd waar metingen automatisch worden uitgevoerd, hoewel het aantal intervallen kan worden gewijzigd door de operator, of de meting kan continu zijn. In het gebied 'Binaire editor' van de toepassing stelt een 'Autodetect'-tool de operator in staat een laag te selecteren en de grenzen ervan te definiëren. Een drempelopdracht kan worden toegepast om een ​​laag te helpen onderscheiden op pixelintensiteit of kleur.

De operator kan ervoor kiezen om de aanwezigheid van insluitsels in het monster te negeren en de laag van boven naar beneden te meten, wat de beste keuze is voor de meeste toepassingen. Met andere opties kan de afstand tussen beide grenzen en het eerste gat of de eerste opening worden gemeten, of de maximale afstand tussen gaten of tussenruimten. De analyse gaat van de linkerkant naar de rechterkant van het beeld en van boven naar beneden.

Voordat de meting plaatsvindt, is het vaak nodig om limieten toe te passen, zodat de software alleen tussen twee verticaal getrokken lijnen kijkt, waardoor niet-representatieve delen van de laag kunnen worden uitgesloten. Op dezelfde manier kunnen dergelijke aandachtspunten, zoals significante projecties boven of onder de laaggrens, uit het beeld worden geëlimineerd en de lijnen bijgevolg worden afgevlakt door verschillende binaire hulpmiddelen te selecteren onder de opdracht 'Tekenen' en de anomalieën in te vullen.

Resultaten in millimeters of microns die de totale laaglengte weergeven, gemeten over de gekozen ROI (regio van belang), minimum-, maximum- en gemiddelde diktes, en standaarddeviatie worden allemaal automatisch berekend en de waarden verschijnen onder de afbeelding. Het vermenigvuldigen van de gemeten lengte met de gemiddelde breedte levert een oppervlaktewaarde op. Het proces wordt herhaald voor opeenvolgende lagen, die elk door de operator worden benoemd en automatisch de kleur groen, blauw, enz. op het beeld en in het veld voor laagmetingen krijgen. De gebruiker kan alle standaardlaagkleuren naar wens opnieuw toewijzen.

Als het digitale beeld een cirkelvormige laag bevat, zouden verticale vectoren niet geschikt zijn omdat ze de laag onder schuine hoeken zouden meten. Door de optie 'Circulair' te selecteren, kan de operator eenvoudig een boog rond het object tekenen en de laag vervolgens consolideren en inkleuren. Een vooraf ingesteld aantal radiale vectorlijnen met hoekverhogingen loodrecht op de laag op elk punt verschijnt automatisch op het scherm en geeft aan waar de metingen zullen plaatsvinden.

In gevallen waarin de afbeelding een laag amorfe, onregelmatige vorm vertoont, is de optie 'Algemeen' beschikbaar. 'Define Polyline' is geselecteerd om een ​​pad rond de laag te kunnen tekenen, waarna het wordt geconsolideerd en ingekleurd, vectoren die normaal op het pad staan ​​worden automatisch toegepast zoals bij een cirkelvormige laag, en metingen worden op dezelfde manier uitgevoerd.

Informatie over de metingen kan automatisch worden geëxporteerd als een laagdikterapport in de vorm van een PDF met de gekleurde lagen en alle gegevens. Als alternatief kan het rapport worden geëxporteerd naar Excel. Er kunnen resultaten worden ingevuld met een standaard standaardsjabloon of een door de klant gedefinieerde aangepaste sjabloon.

Conclusie

Met Nikon's Layer Thickness-softwaremodule wordt uitgebreide informatie over een monster sneller verkregen dan wanneer een operator alle metingen met de hand doet. Volgens de applicatie zou de verbeterde workflow kunnen resulteren in een toename van de inspectieproductiviteit van maar liefst vijf keer voor een bepaalde hoeveelheid verzamelde en geanalyseerde gegevens. Metingen kunnen eenvoudig en snel worden gemiddeld over een groep afbeeldingen die bij hetzelfde monster of een batch monsters horen. Bovendien is het proces nauwkeuriger en herhaalbaar, ongeacht hoeveel verschillende operators de apparatuur gebruiken, en een vermindering van menselijke interpretatie vermindert het risico op fouten die de kwaliteitscontrole in gevaar kunnen brengen.

Dit artikel is geschreven door Meghan E. Meinert, Assistant Marketing Manager, The Americas, Nikon Metrology, Inc. (Brighton, MI). Voor meer informatie kunt u contact opnemen met mevrouw Meinert via Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien., of bezoek hier .