Создание нового FE-SEM с беспрецедентной производительностью и удобством использования!
Разработка нового FE-SEM с беспрецедентной производительностью и удобством использования под названием JSM-7900F, который отражает предполагаемое будущее JEOL, началась с одной конкретной теории управления.
Невероятная теория управления
"Это круто!"
В 2011 году Такехико Шинзава (руководитель группы, отдел исследований и разработок, бизнес-подразделение SM) был в эйфории, когда написал 30-страничную статью, в которой представил теорию управления.
Посторонние не могли даже понять значения цифр и формул, написанных в этой бумаге. Однако специалист по сканирующим электронным микроскопам (СЭМ) живо осмыслил представленное в нем нововведение.
СЭМ — это один из типов электронных микроскопов, способный отображать образцы с увеличением от 10 до 1,000,000 XNUMX XNUMX раз. СЭМ фокусирует электронный луч на одну точку на поверхности образца с помощью электронной линзы, которая работает как увеличительная линза, фокусируя солнечный свет в одной точке. Сфокусированный электронный пучок действует как зонд, отслеживающий поверхность и возбуждающий вторичные электроны в качестве сигналов, указывающих на топографические микроструктуры на поверхности образца. FE-SEM, оснащенный электронной пушкой с полевой эмиссией (FE), которая соответствует источнику света для оптических микроскопов, может давать более узкий луч, чем обычные SEM, и позволяет получать изображения при большом увеличении.
JEOL активно работает на рынке КЭ-СЭМ с 1977 года. Высокое разрешение очень эффективно для визуализации поверхности образцов в микромасштабе и широко используется в различных приложениях, включая фундаментальные исследования в области материалов, биологии, пищевых продуктов и контроля качества полупроводников.
Таким образом, FE-SEM необходимо разрабатывать таким образом, чтобы расширить сферу их применения. Например, ожидается, что они либо будут постоянно обеспечивать высокий ток зонда для некоторых применений, либо генерировать электронный пучок минимального диаметра при малом токе зонда для других. Другими словами, SEM должен быть в состоянии служить марафонцем или спринтером в зависимости от требований использования.
Чтобы иметь оптимальный диаметр электронного пучка при различных условиях облучения электронным пучком для различных целей, компоненты прибора СЭМ должны быть оптимизированы, что требует полных знаний о механизме прибора.
Несмотря на то, что компания JEOL проводит обучение работе с изделием после доставки, а также периодически проводит семинары, пользователи часто утверждают, что сталкиваются с трудностями при использовании инструментов на полную мощность.
Таким образом, во всем мире было распространено мнение, что FE-SEM обеспечивает высокое разрешение, но не прост в использовании, независимо от производителей.
«Мы были мировыми лидерами в разрешении FE-SEM. Однако превосходное разрешение никогда не было конечной целью разработки продуктов JEOL. В качестве следующего шага мы стремимся предоставить пользователям удобство в получении ожидаемой ими информации. не только то, что я думал, но и то, чего хотел каждый коллега в компании», — сказал Шиндзава.
«Ни один метод управления, доступный в то время, не был достаточно совершенным, чтобы создать очень сложный РЭМ. Чтобы воплотить в жизнь идеальный РЭМ, нам пришлось переопределить характеристики прибора с чистого листа бумаги и провести фундаментальный анализ обоих аппаратных средств. и конфигурации программного обеспечения».
Поэтому Синдзава попросил своего доверенного подчиненного Уно, специалиста по теоретическим расчетам, создать «совершенно новое» из существующих методов управления. Новая теория управления была составлена Уно в ответ на запрос всего за 4 месяца.
Предшествующая разработка
«Разработка аппаратного обеспечения, направленная на создание невероятно удобного для пользователя СЭМ, началась до реализации теории управления. Новое аппаратное обеспечение было разработано для управления различными компонентами для каждой модели с использованием одной и той же операционной системы, что обеспечило бы одинаковый смысл операций с различными моделями инструментов с разные компоненты.
В то же время другая команда, занимавшаяся разработкой функций автоматической настройки для РЭМ, сообщила об инновационном достижении. Команды дизайнеров и разработчиков JEOL были движимы сильным стремлением к созданию беспрецедентно удобного для пользователя микроскопа», — сказал Шиндзава.
«Это заставило меня поверить, что мы можем создать очень сложный РЭМ, объединив аппаратное обеспечение со встроенными функциями автоматической настройки и теорией управления Uno».
Шиндзава был не единственным, кто был взволнован этой прекрасной возможностью. Пять членов команды, которые работали с Шиндзавой, также признали возможность и серьезно хотели начать разработку.
Однако у Шиндзавы было беспокойство. Он допускал риск в разработке начать с совершенно чистого состояния, т. е. это привело бы к значительной трате времени на объяснение теории управления и ее эффективности в дополнение к получению поддержки и одобрения разработки. Отложенное начало разработки может не удовлетворить потребность в скорости сегодня. Однако он предполагал, что сможет получить поддержку гораздо быстрее, если сначала реализует и продемонстрирует теорию управления; поэтому он решил начать разработку под свою ответственность.
Члены команды сделали все возможное в своих областях. Однако ни один из них, возможно, не полностью осознал образ окончательного документа, который предстоит разработать, который был основан на объединении результатов их усилий в каждой области.
Он оглядывался назад: «Каждый инженер-разработчик имел представление о новом FE-SEM. Однако они работали над определенной частью всего прибора и с трудом могли понять всю картину целиком. Я считаю, что профессиональные инженеры должны естественным образом концентрироваться на добиваться наилучших результатов в своих областях. Тем не менее, FE-SEM должен был быть завершен путем интеграции результатов их работы. Следует избегать любой ситуации, когда результаты не совпадают друг с другом. Поэтому важно иметь четкую концепция развития разделяется с каждым участником».
Конечная цель состояла в том, чтобы предоставить пользователям распознаваемые изображения при любых условиях облучения электронным пучком. Нелегко получить четкие изображения с затемненного экрана, из-за наличия астигматизма или с образца, который в значительной степени не в фокусе. Однако, опять же, крайне важно предоставить пользователям распознаваемые изображения при различных условиях облучения электронным пучком для различных применений.
Хотя поначалу каждый инженер может чувствовать, что его вклад сделает инструмент лишь «немного более удобным, чем предыдущий», совокупный результат их вклада даже удивил Шиндзаву, который был в центре проекта разработки.
Изображение образца можно получить одним нажатием кнопки без необходимости использования других ручек….
Они были на пороге великой смены парадигмы.