Les mesures de votre microscope confocal à balayage laser sont-elles fiables? Vérifiez par vous-même en réalisant un test de mesure à 9 emplacements.
Le microscope confocal à balayage laser (SLCM) est devenu un outil d’inspection prisé, et ce, tant dans les laboratoires de recherche que sur les lignes de production. Doté d’une source de lumière laser de 405 nm, le SLCM combine les données horizontales (XY ~200 nm) et les données verticales (Z ~10 nm) – toutes en haute résolution – afin de créer une image en trois dimensions (3D) en quelques secondes. L’échelle de mesure du SLCM chevauche celles du microscope optique (OLM), du microscope électronique à balayage (SEM) et du microscope à force atomique (AFM). De plus, avec un SLCM, il y a très peu d’exigences à suivre pour la préparation des échantillons, et ce microscope peut accueillir des échantillons de diverses formes, y compris des échantillons de grande taille. Enfin, un SLCM ne nécessite aucun consommable et requiert très peu de maintenance du système. Tous ces avantages font du SLCM un outil d’inspection utile. Le tableau ci-dessous résume les différences entre les quatre types de microscopes.
Comparaison des microscopes confocaux à balayage laser (SLCM),
électroniques à balayage (SEM), à force atomique (AFM) et optiques (OLM)
| SLCM | SEM | AFM | OLM | |
|---|---|---|---|---|
| Préparation des échantillons | Non | Oui | Oui | Non |
| Image 3D | Oui | Non | Oui | Non |
| Consommables | Non | Non | Oui | Non |
| Résolution XY | ~100 nm | 10 nm | 0,1 nm | ~300 nm |
| Résolution Z | ~10 nm | S. O. | 0,1 nm | S. O. |
| Vide | Non | Oui | Non | Non |
| Vitesse d’imagerie | Rapide | Rapide | Lente | Rapide |
En tant que technique de métrologie à haute résolution, la microscopie par SLCM offre une exactitude et une répétabilité élevées dans tout le champ de vision. L’obtention d’un certificat d’étalonnage, généralement une fois par an, est une manière de confirmer l’exactitude et la répétabilité des mesures fournies par votre système. Normalement, il faut demander à un ingénieur de maintenance certifié A2LA de tester l’instrument à l’aide d’un étalon traçable au NIST. Toutefois, il existe une façon facile de vérifier l’état de votre système de façon hebdomadaire ou mensuelle : il suffit de réaliser un test de mesure simple à 9 emplacements (figure 1).
Figure 1. Mesurez un élément à 9 emplacements différents dans votre champ de vision afin de vous assurer que vous obtenez des mesures fiables. Les points bleus indiquent l’emplacement de chaque mesure.
La méthode est simple. Tout d’abord, choisissez un élément facilement reconnaissable ou un échantillon connu. Mesurez l’élément choisi à 9 endroits différents dans votre champ de vision, comme illustré sur la figure 1. Enregistrez les données et effectuez les mesures à nouveau exactement aux mêmes endroits. Si la distorsion sphérique du système est bien étalonnée dans le champ de vision, toutes les données devraient rester cohérentes et présenter peu d’écart.
Voici un exemple utilisant notre microscope confocal à balayage laser LEXT™ OLS5000. Nous avons utilisé une plaque en acier sur laquelle est percé un trou (figure 2a), mais nous vous recommandons d’utiliser un échantillon d’étalonnage standard, si possible. Nous avons mesuré la profondeur du trou à l’endroit le plus profond (figure 2b). Puis, nous avons déplacé le trou à 9 emplacements différents dans le champ de vision du microscope et avons effectué la même mesure à chaque fois. La profondeur moyenne était de 6,976 µm, et la différence entre les profondeurs minimale et maximale était de 0,267 µm. L’écart-type était de 9,6 %, indiquant que le système fournissait des mesures exactes et reproductibles.
 (a) |  (b) |
Figure 2. (a) Le trou sur un échantillon d’acier et (b) un graphique montrant la mesure
entre le point le plus élevé sur le bord et le point le plus profond dans le trou.
Afin de démontrer qu’il est important d’utiliser les bons composants optiques, nous avons échangé l’objectif LEXT 50X dédié à la mesure et fourni avec le microscope OLS5000 avec un objectif du commerce, d’une autre marque qu’Olympus. L’écart de mesure est passé de 0,267 µm à 0,911 µm, et l’écart-type a augmenté à 34,7 %! Un tel écart dans les résultats de mesure d’un même élément montre que l’objectif du commerce n’a pas fourni de données fiables. Ces résultats seraient inacceptables pour la plupart des laboratoires métrologiques et démontrent l’importance de ce test rapide pour vous assurer du rendement de votre système.
 (a) |  (b) |
Figure 3. Données de hauteur avec (a) un objectif dédié LEXT d’Olympus et
(b) un objectif du commerce d’usage général, d’une autre marque qu’Olympus.
Dans les applications métrologiques pour la recherche et la fabrication, l’exactitude et la répétabilité des mesures sont essentielles. Tandis qu’il est prudent de faire vérifier votre système professionnellement une fois par an, ce n’est pas utile de le faire chaque semaine ou chaque mois. Heureusement, la technique de mesure à 9 emplacements a démontré qu’il existe une manière rapide et facile de confirmer que votre système donne toujours des informations uniformes. Il pourrait être utile d’ajouter cela à votre procédure standard pour l’autovérification du système afin d’empêcher des écarts importants dans les données. Ce test démontre également qu’il est important de choisir les objectifs de la plus haute qualité possible pour l’utilisation avec votre microscope confocal à balayage laser.
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