細查樣本內部3D結構-高杉早苗談XRM應用
2024.06.03
高空間分辨率和穿透能力是3D X-ray顯微鏡（X-ray microscopy，XRM）的重要特性之一。其主要原理與醫用CT相同，但觀察物體的尺度在醫學用途上為毫米（10-3m）等級，但3D X-ray顯微鏡可觀察的尺度則在微米（10-6m）到奈米（10-9 m）之間。
而針對不同的應用，也必須調整不同的設定。Bruker X光線事業部的資深應用科學家高杉早苗（Sanae Takasugi）是到亞洲各地協助客戶操作設定機台，這次也遠從日本來台，協助元利儀器一起為客戶測試樣本和探索應用領域。
利用X射線的穿透力，可以在無損害樣本的情況下觀察其內部結構。 當樣本結構的元素密集堆積時，代表X射線穿過材料的吸收係數會增加。因此呈現的透射影像，高密度區域會被記錄為暗陰影，輕材料的低密度區域會被記錄為淺陰影。
高杉表示，許多材料製造商過去想要看到樣本的內部結構，必須使用電子顯微鏡（SEM），然而使用SEM必須先進行前處理，且切片後看到的只是一部分，而不是「真實」的結構。
現在愈來愈多製造商，是基於想要控制品質和製程而想一窺產品的內部結構，若使用XRM，就能「透視」產品內部並快速建構出3D的結構，進行分析。
而穿透率和材料本身以及XRM的加速電壓有關。因此，如何針對待測樣本進行調校便非常重要。
高杉表示，加速電壓與X射線本身的能量成正比；能量越高，穿透材料的功率就越大。但穿透率並非愈高愈好，如果吸收或透射過多的X射線，材料的內部結構就會變得不清楚。
最理想的穿透率介在10%至50%之間，因此首先會先確認待測樣本是什麼材質，例如要觀測是PCB板上的銅，或是以矽為主的晶片結構等；依據其不同的原子序進行參數設定。
至於解析度則與樣本到X射線光源的距離有關，因此須依據受測樣本選擇適合的機型大小。以桌上型的SKYSCAN 1272為例，樣本直徑最大可達25mm，且有自動進樣器可容納不同尺寸的樣品。
台灣重視工業 日本重視研究
來台兩周的高杉，比較過去走訪亞洲各國協助建立Bruker系統的經驗。她表示，從待測樣本種類到服務提供方式都不同，是很深刻的經驗。
以待測樣本為例。由於市場不同，日本主要是研究單位來諮詢材料分析，例如針對地質或陶瓷等材料，使用XRM觀測空隙佔有率，對結構進行分析。至於台灣和韓國，因為半導體產業興盛，諮詢的對象大多是想用XRM快速地找到失效點，對製程進行優化。
而日本的服務也以線上諮詢為主，樣本多以郵寄方式送至Bruker原廠進行測試後，再用線上方式說明。台灣則喜歡實體諮詢，客戶多親自帶著樣本拜訪，和面對面詢問。高杉表示，面對面諮詢較能理解客戶的需求，非常喜歡這種方式。
藉由本次交流，元利儀器也學習到更多檢測拍攝技巧，針對半導體樣品、科學材料以及醫材有更深入了解。8月也將引進全新展示機，如有相關的檢測或服務需求，皆可洽詢元利儀器。
採訪編輯：楊雅棠
