IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Современный уровень развития технологий позволяет изготавливать объекты и структуры чрезвычайно малых размеров. Для определения значения линейных размеров в субмикронном диапазоне (от десятков до сотен нанометров) применяются различные виды высокоразрешающей микроскопии, такие как сканирующая зондовая микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, микроскопия на основе фокусированных ионных пучков и т.д.(1) Однако, для решения задач, требующих оперативного контроля (без специальной пробоподготовки) подходит только растровая электронная микроскопия. В настоящее время современные растровые электронные микроскопы (РЭМ) позволяют измерять параметры изделий с абсолютной погрешностью, не превышающей единиц нм. Единственное ограничение при использовании РЭМ - деталь должна помещаться в рабочую камеру микроскопа, внутренний размер которой составляет, как правило, не более 200мм. РЭМ относится к неразрушающим средствам контроля, следовательно, изделию не будут нанесены поверхностные дефекты в виде царапин и трещин в отличие контактного способа измерения. Еще одним преимуществом является возможность измерения деталей сложной формы, имеющих труднодоступные размеры, куда контактный инструмент не может проникнуть.

Рассмотрим особенности измерения размеров при помощи РЭМ на примере микроскопа VEGA 3 фирмы TESCAN. Данная фирма является одной из ведущих фирм, производящих РЭМ. Программа для измерения размеров является стандартной и поставляется вместе с микроскопом. По данным производителя погрешность измерения размеров при помощи микроскопа VEGA 3 составляет ±3% в диапазоне измерений от 300 нм до 10 мм.

Авторами предлагается метод уменьшения погрешности измерения при помощи РЭМ, заключающийся в его калибровке по двум координатам с использованием одного аттестованного размера тест - объекта. При этом погрешность измерения может достигнуть менее 1%. Метод заключается в следующем.

Перед проведением замеров на РЭМ необходимо выполнить подготовительные процедуры, которые включают в себя откачку воздуха из камеры образцов микроскопа, установку ускоряющего напряжения, юстировку электронного зонда микроскопа в режиме «РАЗРЕШЕНИЕ» (RESOLUTION) или «ПОЛЕ» (FIELD), используя детектор для регистрации вторичных электронов. Ускоряющее напряжение и ток зонда должны обеспечивать необходимые условия для получения изображений с высоким разрешением.

Для повышения точности измерений производители микроскопа VEGA 3 предусмотрели возможность калибровки картинки, полученной при помощи микроскопа. Для этого необходимо, чтобы какой-либо размер на картинке был известен. Этот размер измеряется и вместо полученной цифры вводится известное нам значение.

Рассмотрим более детально программу для измерения размеров на микроскопе VEGA 3. На рисунке 1 показан внешний вид программы управления микроскопом и окно для выполнения измерений.

Рисунок 1 – Внешний вид программы управления микроскопом и окно для выполнения измерений

Также на рисунке 1 имеется окно с картинкой, в центре которой расположена плоскопараллельная концевая мера номинальным размером 1,005 мм. На концевую меру намотана проволока, диаметр которой необходимо определить. Рассмотрим процедуру калибровки более детально. Перед началом работы проведем измерение концевой меры. Замер концевой меры представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Замер концевой меры

Как видно из рисунка вместо размера 1,005 мм мы получили 0,986 мм. Чтобы скорректировать размер, мы кликаем по нему правой кнопкой мыши, выбираем раздел «калибровать», а затем вносим скорректированное значение. После чего получаем скорректированный размер. Далее можно производить измерения диаметра проволоки с гораздо большей точностью, чем до калибровки. Процедура калибровки представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Процедура калибровки размера на изображении

Рассмотрим все возможности, которые предоставляет данное программное обеспечение для измерения размеров при помощи РЭМ. В окне «Измерения», представленном на рисунке 4 слева направо и сверху вниз имеются следующие значки: выделить объект; размер между параллельными прямыми; угловой размер; точка; размер между двумя точками; квадратная площадь; прямоугольная площадь; диаметр по двум точкам; диаметр по трем точкам; площадь овала; длина кривой линии; площадь сложной фигуры; площадь параллелограмма; стрелка; надпись; масштабная шкала; профиль яркости по линии; профиль яркости по площади; удалить замер; сетка; параметры измерения; таблица замеров.

Рисунок 4 – Окно «Измерения» программы управления РЭМ VEGA 3

Благодаря такому широкому спектру возможных измерений, с помощью РЭМ достаточно легко выполнять измерения деталей сложной формы, которые трудно, практически невозможно измерить ручным мерительным инструментом или оптическим инструментальным микроскопом. Примером такой детали может служить фланец, представленный на рисунке 5. Здесь показана возможность контроля диаметров окружностей, радиусов скругления, линейных и угловых размеров.

Рисунок 5 – Контроль размеров детали сложной формы

Из выше представленного материала можно сделать выводы, что РЭМ предоставляет широкие возможности по измерению и контролю размеров мелких деталей (вплоть до нескольких нанометров) сложной формы. А удобное и понятное программное обеспечение современных РЭМ помогает осуществить процедуру измерения в короткие сроки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин_Э. «Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ»: в двух книгах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984, 303 с.

2. Сергеев А.Г. «Нанометрология»: монография — М.: Логос, 2011, 416 с.

3. Уэйли Жу, Жонг Лиин Уанг «Растровая электронная микроскопия для нанотехнологий. Методы и применения»: книга. Пер. с англ. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013, 582 с.

Код для цитирования: Скопировать