Google překladač: English Deutsch

Brno patří mezi přední světová centra elektronové mikroskopie. Jak se tento hi-tech obor uplatňuje v průmyslu? Zeptali jsme se Tomáše Vystavěla, manažera aplikačního vývoje společnosti FEI Company, jejíž nejvýkonnější pobočka sídlí právě v brněnském Technologickém parku.

fei-01

Elektronová mikroskopie má široké uplatnění. Které jsou hlavní oblasti jejího využití v průmyslu?

fei-02Elektronové mikroskopy najdeme skutečně v celé řadě průmyslových oborů. Nejvíce zakázek v průmyslovém segmentu máme v současnosti od firem, které se zabývají vývojem a výrobou polovodičových součástek – čipů, solárních panelů, zařízení pro uchovávání dat a podobně, ale také z oblasti těžebního průmyslu.

Jak konkrétně se elektronové mikroskopy v těchto oblastech uplatňují?

V těžebním průmyslu jsou elektronové mikroskopy velmi důležité, používají se k analýze hornin v dolech, kde se těží vzácné kovy jako je třeba zlato nebo platina. Pro těžaře je důležité umět odhadnout potenciál nových ložisek, tedy předem vědět, zda se danou horninu vyplatí těžit či nikoliv. Proto provádějí mikroskopickou analýzu na přítomnost požadované rudy, což je sice samo o sobě poměrně finančně náročné, ale může to ušetřit obrovské náklady za těžbu. Podobně jako u vzácných kovů se elektronová mikroskopie uplatňuje také při těžbě zemního plynu z břidlicových hornin, kdy se zjišťuje, zda daná hornina obsahuje jeho ložisko. To znamená, že se zkoumá její pórovitost a na základě její struktury je možné předpovědět, zda má toto ložisko perspektivu nebo nikoliv.

A jaké je uplatnění při výrobě polovodičových součástek?

To je druhá významná oblast. Naše mikroskopy pomáhají při vývoji nových polovodičových součástek, jejich následné výrobě i při kontrole výsledného produktu. Pokud nastane někde na polovodičové desce problém, tak jsme jej jejich prostřednictvím schopni nalézt a odstranit. V případě polovodičových součástek se rozměry oblastí pohybují v řádech nanometrů, takže zde již nestačí světelné mikroskopy.

fei-03Vadné kondenzátory na křemíkovém čipu, FEI Company (c)

Jaké technologie elektronové mikroskopie se zde uplatňují?

Obecně rozlišujeme dva typy elektronových mikroskopů a při výrobě polovodičových součástek se uplatňují oba. Prvním z nich je rastrovací elektronový mikroskop. Ten umožňuje pozorovat povrch zkoumaného preparátu a zjistit například množství a charakter nežádoucích částic na jeho povrchu. Zjednodušeně řečeno funguje tak, že svazkem elektronů rastrujeme po povrchu vzorku, detekujeme vzniklý signál a získáváme tak informaci o jeho povrchu. Druhým typem je transmisní elektronový mikroskop, který umí prozářit preparát svazkem elektronů . To umožňuje zkoumat, co je pod jeho povrchem a měřit například tloušťku izolační vrstvy konkrétní součástky, která je v řádech desetin nanometrů. Tento typ mikroskopu dosahuje vyššího rozlišení, například nejvýkonnější komerčně vyráběný mikroskop Titan™ má rozlišovací schopnost padesát pikometrů (1 pm = 10-12m) a je využíván při vývoji nových prototypů čipů a jiných součástek, které posouvají hranice dosavadních technologií.

Je tedy trend ve stále pokračující miniaturizaci elektronických součástek?

Ano, ještě stále to tak lze říci. Dnešní polovodičové prvky se vyrábí s 22 nanometrovou technologií, ale vědci už pracují na 16 nanometrové technologii. To už se dostáváme k fyzikálním limitům, které již nepůjde současnou technologií překročit, a budeme muset přejít k jinému typu architektury těchto součástek. Jak budou nové čipy vypadat, by byla otázka spíše na některého z našich zákazníků, mezi které patří mimo jiné firmy jako Intel nebo Samsung.

fei-04Hliníkové kuličky na vrchní kovové vrstvě integrovaného obvodu, FEI Company (c)

Kdo dnes ve světě vyrábí elektronové mikroskopy? Nebojíte se například konkurence z Asie?

Čína a celá Asie je pro nás obrovský a rozvíjející se trh. Zejména v posledních zhruba pěti letech roste objem obchodu v Číně v řádech stovek procent ročně. Čínský trh je velmi významný a je možná s podivem, že Čína elektronové mikroskopy prozatím vůbec nevyrábí. Musím zde říci, že vývoj a výroba elektronových mikroskopů jsou založeny na několika klíčových technologiích, které si tradiční výrobci bedlivě chrání. V našem oboru je důležitá tradice. Samotná FEI při budování své brněnské pobočky navázala na zdejší dlouhou historii vývoje a výroby elektronových mikroskopů pod značkou bývalé Tesly. Brno je světové centrum elektronové mikroskopie, což dokládá i skutečnost, že mimo Českou republiku se tyto přístroje vyrábí pouze v Německu, Nizozemí, USA a Japonsku.

Objem mikroskopů, které dodáváte do průmyslu výroby polovodičů, se stále zvyšuje, je to způsobeno růstem celkové výroby těchto součástek nebo je to dáno rostoucími požadavky na miniaturizaci?

Je to kombinace více faktorů, aby firmy mohly vyrábět polovodiče vyšší třídy, potřebují k tomu odpovídající vybavení. Dokonce i v běžné výrobě se přechází z rastrovacích mikroskopů k mikroskopům transmisním. I když růst trhu s elektronikou v poslední době mírně zpomalil, potřeba elektronových mikroskopů je stále vysoká, protože řada našich odběratelů přechází na vyšší modely, které jim umožní vyvíjet a vyrábět kvalitnější polovodičové součástky.

Trh s polovodiči byl také specifický jistými periodickými výkyvy, které byly způsobeny přecházením na nové technologie, kdy bylo vždy potřeba přikoupit odpovídající zařízení. Poté byla tato technologie relativně dlouho na trhu a trvalo obvykle několik let, než výrobci zase začali přecházet na technologii ještě dokonalejší a my jsme tak zaznamenávali zvýšený zájem o naše výrobky ve vlnách. V poslední době se ale interval mezi těmito vlnami zkracuje díky rostoucí rychlosti technologického pokroku. Podívejte se například, v jakém cyklu dnes lidé obměňují elektronická zařízení. Počítač nebo mobilní telefon je pro mnoho uživatelů záležitostí, řekněme, dvou let. To bylo například v devadesátých letech nemyslitelné.

fei-05Analýza složení minerálního písku. FEI Company (c)

Jaké jsou další trendy v elektronové mikroskopii?

Určitě významným trendem je rostoucí automatizace. Naši zákazníci chtějí minimalizovat zásah operátora, chtějí všechny procesy nezávislé na lidském faktoru. Přístroje FEI tak umí nejen samy vyrobit vzorek pro analýzu, ale také jej automaticky přemístit do mikroskopu. Dokonce jsme tak daleko, že některá naše zařízení umí automaticky vyhodnotit zkoumaný vzorek, aniž by je někdo řídil během procesu.

To je směr, kterým se ubíráme. Naši průmysloví odběratelé tak nepotřebují k obsluze elektronových mikroskopů zaměstnance, kteří jim dokonale rozumí. Dříve musel mít člověk obsluhující elektronový mikroskop vysokoškolské vzdělání, dnes operátoři tak vysoké vzdělání nepotřebují a obsluha elektronových mikroskopů se díky velké automatizaci procesů stává uživatelsky příjemnou.