Bài phỏng vấn | Vì sao Tescan VEGA™ vẫn là dòng SEM thực dụng cho R&D vật liệu và kiểm soát chất lượng

Có những kính hiển vi được mua cho một ứng dụng đòi hỏi khắt khe duy nhất. Nhưng cũng có những thiết bị mà mọi người sử dụng hằng ngày.

Tescan VEGA™ thuộc về nhóm thứ hai.

Dòng VEGA™ đầu tiên ra mắt từ hơn 25 năm trước, và nền tảng này vẫn tiếp tục phát triển qua nhiều thế hệ. Ngày nay, VEGA™ được thiết kế để đặc trưng hóa vật liệu thông thường, kiểm soát chất lượng (QC), phân tích lỗi và nghiên cứu, kết hợp hình ảnh SEM, phân tích thành phần nguyên tố, khả năng vận hành ở chân không thấp (low-vacuum) và định vị mẫu đơn giản trên cùng một nền tảng phân tích.

Sự đa dụng hằng ngày đó đặc biệt có ý nghĩa tại các quốc gia nơi các ngành công nghiệp đòi hỏi nhiều về vật liệu - bao gồm chất bán dẫn, màn hình hiển thị và pin thứ cấp - tiếp tục nhận được nguồn đầu tư R&D đáng kể.

Chúng tôi đã trao đổi với ông Tomáš Borúvka, về những gì hơn hai thập kỷ phát triển của Tescan VEGA™ mang lại, vị trí phù hợp nhất của thiết bị này hiện nay, và những điều mà các phòng thí nghiệm nghiên cứu cũng như công nghiệp nên cân nhắc khi đánh giá chiếc SEM tiếp theo của họ.

VEGA™ đã gắn bó với lịch sử của Tescan hơn 25 năm qua. Tại sao dòng SEM cụ thể này lại duy trì được sức sống lâu bền đến vậy?

Tôi nghĩ câu trả lời đơn giản là nhu cầu mà VEGA™ được thiết kế để giải quyết chưa bao giờ biến mất.

Không phải mọi tác vụ SEM đều đòi hỏi độ phân giải cao nhất hoặc thiết bị phức tạp nhất trong phòng thí nghiệm. Phần lớn công việc hiển vi điện tử vẫn là giải quyết các câu hỏi thực tế một cách đáng tin cậy: Chuyện gì đang xảy ra trên bề mặt này? Lỗi nằm ở đâu? Các pha hoặc nguyên tố nào có mặt? Tại sao linh kiện này lại bị hỏng? Quá trình sản xuất có làm thay đổi vật liệu không?

VEGA™ đã xuất hiện từ nhiều năm trước, nhưng điều đó hoàn toàn khác với việc lỗi thời. Chúng tôi liên tục cải tiến nền tảng trong khi vẫn duy trì sự đơn giản mà khách hàng trân trọng. Ngày nay, VEGA™ chia sẻ chung môi trường phần mềm và triết lý vận hành với các dòng SEM cao cấp của chúng tôi, mang lại cho người dùng trải nghiệm hiện đại được xây dựng trên nền tảng kinh nghiệm nhiều thập kỷ.

VEGA™ phiên bản hiện đại kết hợp hình ảnh SEM và phân tích thành phần nguyên tố trong cùng môi trường Essence™, khả năng điều hướng từ độ phóng đại rất thấp nhờ công nghệ Wide Field Optics™, các chế độ chân không linh hoạt và nền tảng phân tích có thể cấu hình cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Người ta thường nghe nói rằng khách hàng sử dụng VEGA™ giữ thiết bị của họ trong một thời gian rất dài. Theo anh, điều gì đã làm nên điều đó?

Đối với tôi, độ bền bỉ không chỉ đơn thuần là việc một thiết bị có thể bật nguồn trong nhiều năm. Nó nằm ở việc thiết bị đó có tiếp tục hữu ích hay không.

Chúng tôi có những khách hàng đã sử dụng các thế hệ VEGA™ trước đây trong thời gian dài vì các tác vụ cốt lõi mà họ mua kính hiển vi vẫn còn đó: kiểm tra vật liệu, hình thái học, phân tích vết gãy, EDS, kiểm soát chất lượng và nghiên cứu.

Một ví dụ được ghi lại đến từ Trung tâm Nghiên cứu Giao thông Brno (Brno Transportation Research Center), nơi một chiếc VEGA™ II đã được sử dụng để phân tích vật liệu xây dựng trong khoảng 15 năm. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng SEM, BSE và EDS để kiểm tra vi cấu trúc bê tông, các lỗ rỗng, sự khoáng hóa và sự phát triển của tinh thể nhằm hiểu rõ hơn về chất lượng vật liệu và các điểm hỏng hóc tiềm ẩn.

Thiết bị này được thay thế vào khoảng năm 2020/2021, nhưng câu chuyện của nó vẫn chưa kết thúc. Chiếc VEGA™ II tương tự hiện đang có mặt tại Khoa Kỹ thuật Điện và Truyền thông thuộc Đại học Công nghệ Brno. Ngày nay, bản thân chiếc kính hiển vi đã khoảng 21 năm tuổi.

Đối với tôi, đó mới thực sự là độ bền bỉ. VEGA™ đã phát triển qua nhiều thế hệ, nhưng việc một thiết bị được chế tạo từ hơn hai thập kỷ trước vẫn có thể tìm thấy chỗ đứng trong một phòng thí nghiệm hiển vi nói lên rất nhiều điều về nền tảng cốt lõi của dòng máy này.

“Độ bền bỉ không chỉ đơn giản là thiết bị chạy được bao lâu. Mà là việc nó tiếp tục hữu ích trong bao lâu.”

Nếu VEGA™ là dòng SEM dễ tiếp cận của Tescan, điều đó có nghĩa là nó chủ yếu dành cho các phòng thí nghiệm mua kính hiển vi lần đầu tiên hay sao?

Hoàn toàn không phải vậy.

Nó chắc chắn có thể là một chiếc SEM đầu tay rất tốt vì được thiết kế để giúp các thao tác định kỳ trở nên dễ dàng. Nhưng có một trường hợp sử dụng khác cũng quan trọng không kém: một phòng thí nghiệm có thể đã sở hữu một hệ thống FE-SEM cao cấp và vẫn nhận được nhiều lợi ích từ VEGA™.

Một thiết bị cao cấp rất giá trị khi ứng dụng thực sự đòi hỏi năng lực của nó. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống đó cho mọi công việc kiểm tra định kỳ, kiểm tra EDS hoặc phân tích bề mặt vết gãy đôi khi không phải là cách sử dụng tối ưu năng lực phòng thí nghiệm.

VEGA™ có thể đảm nhận khối lượng lớn công việc đặc trưng hóa vật liệu định kỳ, kiểm soát chất lượng (QC) và phân tích lỗi. Nhờ đó, các hệ thống hiển vi tiên tiến hơn sẽ được giải phóng để dành cho những ứng dụng thực sự cần đến chúng.

Sản phẩm hiện tại được thiết kế đặc biệt cho công việc kiểm tra vật liệu định kỳ, kiểm soát chất lượng, phân tích lỗi và nghiên cứu.

Điều gì làm cho VEGA™ đặc biệt hữu ích trong môi trường kiểm soát chất lượng hoặc sản xuất công nghiệp?

Việc hiển vi trong công nghiệp thường hướng tới mục tiêu đưa ra câu trả lời đáng tin cậy một cách hiệu quả.

Bạn có thể có một bề mặt vết gãy, một lớp phủ, dạng bột, chất gây ô nhiễm, bề mặt tiếp xúc hoặc một linh kiện sản xuất và cần hiểu rõ cả những gì bạn đang nhìn thấy lẫn thành phần cấu tạo của nó.

VEGA™ kết hợp thông tin về hình thái học và thành phần nguyên tố lại với nhau. Với Essence™ EDS, người vận hành có thể chuyển đổi từ hình ảnh SEM sang thông tin thành phần nguyên tố và bản đồ phân bố ngay trong cùng một môi trường phần mềm. Công nghệ Wide Field Optics™ cũng cho phép bạn bắt đầu từ một góc nhìn tổng quan rất rộng, phóng đại xuống tới 2×, và điều hướng trực tiếp đến vùng cần khảo sát.

Tính năng đó đặc biệt hữu ích với các mẫu công nghiệp lớn hoặc có hình dạng bất thường. Chẳng hạn, chúng tôi có một nghiên cứu về độ mỏi của thép đã được công bố, trong đó VEGA™ được sử dụng để chụp ảnh bề mặt vết gãy. Wide Field Optics cho phép các nhà nghiên cứu làm việc với các bề mặt vết gãy lớn mà vẫn giữ được bối cảnh tổng thể của linh kiện kim loại hoàn chỉnh.

Đối với sản xuất và QC, bối cảnh đó rất quan trọng. Người nhận báo cáo có thể không phải là một chuyên gia kính hiển vi điện tử. Họ cần hiểu lỗi nằm ở đâu và kết quả phân tích cho họ biết điều gì về linh kiện đó.

Những ứng dụng nào được coi là phù hợp nhất với VEGA™ hiện nay?

Khoa học vật liệu có lẽ là câu trả lời rộng nhất vì VEGA™ có thể đáp ứng rất nhiều loại mẫu khác nhau.

Kim loại và hợp kim là ứng dụng rõ ràng nhất: bề mặt vết gãy, các tạp chất (inclusions), vi cấu trúc, lớp phủ và sự ăn mòn. Gốm sứ, vật liệu dạng bột và vật liệu composite cũng là những ứng dụng rất tự nhiên của VEGA™. Với khả năng vận hành ở chân không thấp, chúng ta cũng có thể xử lý nhiều mẫu không dẫn điện và tích điện (charging).

Bên cạnh đó là các ứng dụng kiểm soát chất lượng công nghiệp và phân tích lỗi, nơi sự kết hợp giữa hình ảnh SE, BSE và EDS trở nên cực kỳ hữu ích.

Đóng gói chất bán dẫn (semiconductor packaging) là một ví dụ thú vị khác. Chúng tôi đã minh chứng khả năng của VEGA™ trong việc phân tích các gói linh kiện chưa phủ lớp dẫn điện và cấu trúc BEOL, trong đó việc chụp ảnh ở chân không thấp giúp giảm hiện tượng tích điện, còn EDS cung cấp thông tin thành phần trong quá trình phân tích lỗi.

Công việc ứng dụng này cũng cho thấy VEGA™ có thể kết hợp chụp ảnh BSE với bản đồ nguyên tố và có thể kiểm tra các lớp BEOL dưới cấp micromet.

Chúng tôi không xem VEGA™ là giải pháp cho mọi vấn đề hiển vi bán dẫn. Rõ ràng có những ứng dụng nano tiên tiến đòi hỏi một phân khúc thiết bị khác. Nhưng đối với việc đóng gói linh kiện, kiểm tra vật liệu, hỗ trợ quy trình và phân tích lỗi định kỳ, đây có thể là một công cụ rất hữu ích.

Nhiều mẫu công nghiệp không phải là mẫu SEM lý tưởng. VEGA™ xử lý các mẫu không dẫn điện, tích điện hoặc khó xử lý như thế nào?

Đó chính là một trong những tình huống khiến VEGA™ trở nên cực kỳ thực tế.

SingleVac™ và MultiVac cho phép người dùng làm việc với các mẫu tích điện, không dẫn điện, nhạy cảm với chùm tia điện tử hoặc bị thoát khí ở điều kiện chân không thấp. Tùy thuộc vào ứng dụng, tính năng này có thể giảm bớt nhu cầu phủ lớp dẫn điện, qua đó đơn giản hóa quá trình chuẩn bị mẫu.

Chúng ta có thể thấy một ví dụ rõ ràng trong phân tích lỗi chất bán dẫn. Một gói linh kiện chưa phủ có thể bị tích điện nặng khi chụp ảnh ở điều kiện chân không cao thông thường. Trong các công việc ứng dụng với VEGA™, việc chuyển sang chế độ chân không thấp cho phép thu thập thông tin hình ảnh cần thiết mà không gặp phải các hiện tượng giả ảnh (artifacts) do tích điện, và việc chuyển đổi giữa các chế độ chân không có thể thực hiện được trong vài giây.

Sự linh hoạt đó có giá trị vượt xa cả lĩnh vực chất bán dẫn. Polyme, gốm sứ, vật liệu dạng bột và nhiều vật liệu composite cũng đặt ra những thách thức tương tự.

Đối với một phòng thí nghiệm công nghiệp, việc chuẩn bị mẫu ít hơn cũng đồng nghĩa với việc rút ngắn thời gian từ khâu nhận mẫu đến khi hiểu được nguyên nhân sự việc.

EDS có mặt trên rất nhiều dòng SEM. Lợi ích thực tế của việc tích hợp EDS vào quy trình làm việc của VEGA™ là gì?

Lợi ích không chỉ đơn giản là VEGA™ “có tích hợp EDS”. Câu hỏi quan trọng là điều gì sẽ diễn ra khi người vận hành cần chuyển đổi từ việc chụp ảnh sang phân tích hóa học.

Với Essence™ EDS, phổ (spectra), bản đồ phân tố và các thông tin thành phần khác đều hiện diện ngay trong cùng một môi trường với hình ảnh SEM. Điều này có nghĩa là người dùng không phải liên tục chuyển đổi giữa các quy trình phần mềm độc lập bên ngoài chỉ để trả lời câu hỏi tiếp theo về mẫu.

Trong ví dụ ứng dụng chất bán dẫn của chúng tôi, vùng quan tâm có thể được chọn trực tiếp ngay trên cửa sổ SEM trực tiếp. Do hình ảnh không phải chụp lại bằng phần mềm EDS của bên thứ ba, quy trình làm việc đã giúp giảm thiểu thời gian xử lý dữ liệu.

Đối với một chuyên gia kính hiển vi giàu kinh nghiệm, điều này giúp tiết kiệm các bước thao tác. Đối với những ai chỉ thỉnh thoảng sử dụng kính hiển vi, nó giúp toàn bộ quy trình trở nên dễ học hơn.

Và điều đó rất quan trọng trong các phòng thí nghiệm công nghiệp, bởi vì người sử dụng SEM hôm nay có thể là một chuyên gia kính hiển vi chuyên trách, nhưng ngày mai có thể là một kỹ sư vật liệu hoặc kỹ sư chất lượng.

Hàn Quốc là một trong những nền kinh tế có hàm lượng công nghệ cao hàng đầu thế giới. Anh nhìn nhận vị trí của VEGA™ phù hợp như thế nào đối với ngành công nghiệp và nghiên cứu tại Hàn Quốc nói riêng?

Hàn Quốc rất thú vị vì việc đặc trưng hóa vật liệu có sự liên quan mật thiết đến rất nhiều ngành công nghiệp chiến lược của nước này.

Chất bán dẫn, màn hình hiển thị, pin, vật liệu tiên tiến và điện tử đều đòi hỏi công nghệ hiển vi không chỉ ở ranh giới tiên phong của R&D, mà xuyên suốt quá trình phát triển vật liệu, tối ưu hóa quy trình, phân tích lỗi và kiểm soát chất lượng.

Hàn Quốc cũng tiếp tục duy trì cường độ nghiên cứu đặc biệt cao. Dữ liệu của OECD cho thấy chi tiêu cho R&D của Hàn Quốc đạt khoảng 5,1% GDP vào năm 2024, một trong những mức cao nhất trong các nền kinh tế OECD.

Chúng ta đang tiến đến thời điểm cuối năm. Nếu một phòng thí nghiệm tại Hàn Quốc vẫn còn ngân sách thiết bị, khi nào thì việc đầu tư vào VEGA™ là hợp lý?

Bản thân việc có sẵn ngân sách chưa phải là lý do chính đáng để mua một chiếc kính hiển vi.

Câu hỏi hay hơn là liệu có một vấn đề phân tích lặp đi lặp lại nào mà một chiếc SEM có thể giải quyết dứt điểm hay không.

Ví dụ: Bạn có đang phải gửi các công việc SEM hoặc EDS định kỳ ra bên ngoài vì năng lực nội bộ không đủ? Chiếc SEM cao cấp của bạn có đang quá tải với những công việc vốn không đòi hỏi toàn bộ năng lực của nó không? Công tác QC có phải thường xuyên chờ đợi kết quả hiển vi không? Các kỹ sư có đang phải dựa vào kính hiển vi quang học đối với các lỗi đòi hỏi độ phân giải cao hơn hoặc thông tin thành phần không? Hoặc nhóm của bạn có đang làm việc với ngày càng nhiều loại mẫu đòi hỏi các điều kiện chụp ảnh linh hoạt không?

Nếu một hoặc nhiều vấn đề đó đang tồn tại, việc bổ sung một chiếc SEM phân tích đáng tin cậy có thể tiếp tục mang lại giá trị lâu dài sau khi năm tài chính hiện tại kết thúc.

Đó là điểm mà tôi cho rằng VEGA™ tạo ra sức thuyết phục mạnh mẽ. Đây không phải là một thiết bị được mua chỉ cho một thí nghiệm đơn lẻ. Nó có thể hỗ trợ R&D vật liệu, QC, phân tích lỗi và kiểm tra định kỳ trên nhiều dự án và đội ngũ khác nhau.

“Lý do để sử dụng ngân sách cuối năm không phải vì ngân sách đó đang tồn tại. Mà là vì nhu cầu phân tích sẽ vẫn còn đó vào năm sau, và những năm sau nữa.”

Một phòng thí nghiệm nên mang theo những gì khi thảo luận hoặc xem demo VEGA™ để xác định đây có phải là chiếc SEM phù hợp với họ hay không?

Hãy mang theo bài toán của bạn, chứ không phải một danh sách thông số kỹ thuật.

Lý tưởng nhất là hãy mang theo chính những mẫu mà bạn đang phân tích thực tế và cho chúng tôi biết bạn cần tìm hiểu điều gì từ chúng.

Bạn đang tìm kiếm hình thái học, thành phần, hay cả hai? Các mẫu có dẫn điện không? Kích thước của chúng ra sao? Bạn có cần thông tin hóa học không? Bạn đang nghiên cứu bề mặt vết gãy, lớp phủ, hạt, thiết bị điện tử, gốm sứ hay polyme? Kính hiển vi sẽ được sử dụng thường xuyên mức độ nào, và nó sẽ được vận hành bởi một chuyên gia duy nhất hay nhiều người dùng?

Những câu trả lời đó hữu ích hơn rất nhiều so với việc bắt đầu bằng một bảng thông số kỹ thuật.

Nếu có thể, tôi luôn muốn xem xét chính mẫu của khách hàng. Điều đó cho phép chúng tôi xác định rất nhanh liệu VEGA™ có phải là dòng SEM phù hợp với bài toán đó hay không, hay ứng dụng thực sự đòi hỏi một thiết bị tiên tiến hơn.

Đối với tôi, đó là cách tốt nhất để đánh giá bất kỳ chiếc kính hiển vi nào.