Nikon introduceert nauwkeurige laagdichtemeetsoftware voor microscopen

Nieuwe Layer Thickness module voor NIS-Elements platform

De metrologie-afdeling van de Japanse camera-gigant Nikon, die optische instrumenten fabriceert waaronder industriële meetmicroscopen, heeft een nieuwe Layer Thickness softwaremodule toegevoegd aan het NIS-Elements imagingplatform om inspectie, analyse en rapportage van dwarsdoorsnede laagdiktes en oppervlaktekenmerkbreedtes te stroomlijnen. De optie versnelt niet alleen kwaliteitscontrole door verschillende functies semi-te geautomatiseren, 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 industrie en wetenschap, van productie en materialenonderzoek tot geneeskunde en mineralogie.

Belang van nauwkeurige dikte meting

Voorbeelden die het belang van nauwkeurige dikte meting typificeren, zijn wijdverspreid in massaproductie. In de auto-industrie kan te weinig verf op een autocarrosserie leiden tot dure garantieclaims, terwijl te veel miljoenen dollars per jaar kan verspillen. Hetzelfde principe geldt in de voedingsmiddelenindustrie voor de relatief dure EVOH-barrière die op plastic verpakking wordt aangebracht om zuurstofondoorlaatbaarheid te bieden voor het verlengen van de houdbaarheid van bederflijke producten. Op dezelfde manier moet de breedte van geleidende banen op printplaten nauwkeurig gecontroleerd worden om overgebruik van koper te voorkomen.

Andere toepassingen waar laagdichtemeting belangrijk is, omvatten decarburisatieanalyse in staal en andere metalen, thermische spuit- of chemische afscheiding analyse, en het controleren van hechting of oppervlakte-slijtage.

NIS-Elements platform

Nikon Metrology's NIS-Elements is een geïntegreerd software-imagingplatform dat digitale beelden van een staande of omgekeerde optische microscoop — of occasioneel van een scanning elektronenmicroscoop — toelaat te onderzoeken zodat cruciale kenmerken met een hoge graad van precisie geanalyseerd kunnen worden. Beelden kunnen zowel live als digitaal opgeslagen worden met een hoge-resolutie camera.

Het allerbelangrijkste is echter de kwaliteit van de optica die gebruikt wordt om het beeld in de eerste plaats vast te leggen. Het is een kerncompetentie van Nikon, dat opvallend de enige microscoopfabrikant is die zijn eigen glas maakt in plaats van te vertrouwen op derdenleveranciers.

Vier modi van semi-geautomatiseerde evaluatie

Eerder binnen NIS-Elements software moest meting van een laag in een beeld een volledig handmatig proces zijn en die functionaliteit blijft bestaan. Het omvat dat de operator de laaggrenzen definieert, gelijkmatig verdeelde punten over het monster selecteert, dikte metingen op die locaties uitvoert, de waarden vastlegt en de gemiddelde dikte berekent.

De Layer Thickness software consolideert deze handmatige tools in een handige module om de optie van semi-geautomatiseerde workflow te bieden. Het gebruikt verwerkingstechnieken gebaseerd op beeldkenmerken zoals contrast om veel meetfuncties te automatiseren. Het is ideaal voor het analyseren van beelden geproduceerd door episcopisch (gereflecteerd) licht van een niet-doorzichtig monster dat gedwarsdoorsneden is met een chirurgisch schaalpel of misschien door een zaag of wire EDM. Het is eveneens toepasbaar op het analyseren van een beeld geproduceerd door diascopisch (doorgelaten) verlichting door een extreem dun, doorzichtig plakje materiaal van een microtome.

De software heeft verschillende modi om te helpen met het meten van lineaire, circulaire en amorfe lagen (of banen), terwijl een vierde modus de Calotest ondersteunt, die coatingdikte meet door circulaire lagen te analyseren die blootgelegd worden door een slijpende bal die roteert tegen het onderzochte oppervlak.

Werkwijze

Nadat een digitaal beeld is vastgelegd in NIS-Elements, wordt het gekalibreerd ofwel automatisch in het geval van microscopen gemotoriseerd revolver, ofwel handmatig. Als het beeld live is, wordt het gekalibreerd door te klikken op de relevante microscoopobjectief in een dropdown-lijst. Het selecteren van 'Meet Lagen' in de bovenste menubalk onthult de vier operationele modi.

Als de 'Lineaire' optie wordt geselecteerd, is een uitlijntool beschikbaar om de laag horizontaal uit te lijnen. Vijf gelijkmatig verdeelde verticale vectoren worden gegenereerd waar metingen automatisch worden uitgevoerd, hoewel het aantal intervallen gewijzigd kan worden door de operator, of de meting kan continu zijn. In het 'Binaire Editor' gebied van de applicatie, stelt een 'Autodetect' tool de operator in staat om een laag te selecteren en de grenzen ervan te definiëren. Een drempelcommando kan toegepast worden om een laag te helpen onderscheiden door pixelintensiteit of kleur.

De operator kan ervoor kiezen om de aanwezigheid van insluitingen in het monster te negeren en de laag van boven naar beneden te meten, wat de beste keuze is voor de meeste toepassingen. Andere opties staan toe om de afstand tussen één van de grenzen en het eerste gat of de kloof te meten, of de maximale afstand tussen gaten of kloven. De analyse loopt 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 kijkt tussen twee verticaal getekende lijnen, wat onvertegenwoordigde gebieden van de laag uitgesloten kan worden. Op dezelfde manier kunnen dergelijke zorgen zoals significante projecties boven of onder de laaggrens uit het beeld geëlimineerd worden, en de lijnen consequent gladgemaakt, door diverse binaire tools onder het 'Teken' commando te selecteren en de anomalieën op te vullen.

Resultaten in millimeters of micron die totale gelaagde lengte geven gemeten over de gekozen ROI (region of interest), minimum, maximum en gemiddelde diktes, en standaarddeviatie worden allemaal automatisch berekend en de waarden verschijnen onder het beeld. Het vermenigvuldigen van gemeten lengte met de gemiddelde breedte levert een oppervlaktewaarde op. Het proces wordt herhaald voor opeenvolgende lagen, elk van welke door de operator genaamd wordt en automatisch de kleur groen, blauw, etc. toegewezen krijgt op het beeld en in het lagenmetingen veld. De gebruiker kan alle standaard laagkleuren naar wens reassignen.

Als het digitale beeld een circulaire laag bevat, zouden verticale vectoren niet geschikt zijn omdat ze de laag onder schuine hoeken zouden meten. Het selecteren van de 'Circulaire' optie stelt de operator in staat om eenvoudig een boog om het kenmerk te tekenen, vervolgens de laag te consolideren en te kleuren. Een vooraf ingesteld aantal radiale vectorlijnen op hoekmatige incrementen normaal op de laag op elk punt verschijnen automatisch op het scherm en definiëren waar metingen plaatsvinden.

In gevallen waar het beeld een laag van amorfe, onregelmatige vorm toont, is de 'Algemene' optie beschikbaar. 'Definieer Polyline' wordt geselecteerd om een pad rond de laag te laten tekenen, waarna het geconsolideerd en gekleurd wordt, vectoren normaal op het pad worden automatisch toegepast zoals bij een circulaire laag, en metingen worden op dezelfde manier uitgevoerd.

Informatie over de metingen kan automatisch geëxporteerd worden als een laagdichterapport in de vorm van een PDF met de gekleurde lagen en alle data. Alternatief kan het rapport geëxporteerd worden naar Excel. Zowel een standaard standaardsjabloon als een door de klant gedefinieerd aangepast sjabloon kan gevuld worden met resultaten.

Conclusie

Met Nikon's Layer Thickness softwaremodule wordt uitgebreide informatie over een monster sneller verkregen dan als een operator alle metingen met de hand zou maken. Afhankelijk van de toepassing kan de verbeterde workflow resulteren in een inspectie-productiviteitsverhoging van tot vijf keer voor een gegeven hoeveelheid verzamelde en geanalyseerde data. Metingen kunnen gemakkelijk en snel gemiddeld worden over een groep beelden geassocieerd met hetzelfde monster, of een batch monsters. Bovendien is het proces nauwkeuriger en herhaalbaar, ongeacht hoeveel verschillende operators de apparatuur gebruiken, en de reductie in menselijke interpretatie vermindert het risico op fouten die kwaliteitscontrole kunnen compromitteren.