Метрология широко используется для контроля интегральных схем в процессе производства и после, а особенно при создании новых поколений полупроводников, сокращая временной разрыв между разработкой и производством. Оптическая установка HITACHI в реальном времени выявляет, распознает и автоматически классифицирует дефекты в кристаллах кремния с разрешением 70 нм в области глубокого ультрафиолета. К 2006 году ожидается документирование методов производства и контроля наноструктур, в т.ч. правильности атомной структуры и химического состава.

В то время как электронный микроскоп остается важным инструментом для множества измерений, с приближением технологии к наномасштабу его все чаще дополняет СЗМ, а растущая плотность упаковки элементов требует метрологической информации в трех измерениях. Основа нанометрологии – прецизионное позиционирование. Размеры и количество элементов в ИС и магнитных устройствах записи данных, а значит и тактико-технические характеристики продукции, прямо обусловлены достигнутым уровнем точности позиционирования и обработки поверхностей. Это в свою очередь определяет размеры оборудования, требуемого для производства схем и записи на носители, его массу, скорость, энергоемкость и стоимость.

В Японии активно идет разработка методов идентификации неровностей микрообъектов для их сборки из наночастиц. В США создан лазерный комплекс, позволяющий независимо манипулировать сразу 200 нанообъектами в трех измерениях. Системы такого уровня требуют прецизионной обработки микроскопической оптики. Установка для производства микрооптики произвольной формы, созданная по заказу характерных организаций DARPA, Raytheon и Lockheed-Martin, имеет многоосевую сверхточную систему обработки для формирования практически любой мыслимой оптической поверхности, в том числе несферической и несимметричной относительно оптической оси на массиве образцов размером до 25×25×30 см. Но и для точной обработки оптики необходимо прецизионное управление инструментом. Бесконтактный лазерный датчик положения и перемещения на линзах с ограниченной дифракцией, разработанный компанией OPTRA позволяет измерять положение и смещения до 100 кГц в диапазоне 100 мкм с разрешением 15 нм с расстояния 3 мм практически для любого материала в широком диапазоне температур. Такие датчики находят применение и в точной механике с обратной связью, контроле изделий, системах автофокусировки, измерении вибрации, микрокартографировании поверхностей.

Прямой результат точной оптики, двухфотонная трехмерная литография, разработанная по заказу МО США позволяет создавать трехмерные структуры из любых материалов, от металлов до полимеров с разрешением менее 200 нм. Система автоматически вырезает сложные МЭМС, массивы сенсоров, актюаторы и микромашины. Также технология позволяет производить устройства трехмерной интегральной оптики, шаблоны фотонных кристаллов, мультиплексоры/демультиплексоры, оптические резонаторы высокой добротности и волноводы. Возможность создания сложных поверхностей и трехмерных сетей каналов для жидкостей, дает предпосылки к созданию биосенсоров и шаблонов для самосборки наноструктур.

Не менее чем точность перемещений, важна точность геометрической формы инструментов. Более точные инструменты позволяет в свою очередь повысить точность измерений и производства. Нанотехнология часто требует острых и тонких инструментов правильной формы. Современные зонды быстро изнашиваются, отсюда возникает потребность в их точном измерении, прецизионной коррекции работы механизмов позиционирования в соответствии с износом, определении оптимальной частоты смены инструмента, в связи с чем в Японии уже разработаны и используются методы и модели точного расчета геометрии зондов СЗМ. Эллипсометр Nanofilm позволяет, измерять толщину пленок с вертикальным разрешением 0,1 нм на поверхности объектов произвольной формы с формированием высококонтрастной карты толщины с микрометровым горизонтальным разрешением. Точные измерения межмолекулярных сил, линейных размеров наноструктур и молекул, их механических свойств являются основой теоретического осмысления, разработки систем компьютерного моделирования и проектирования наносистем. Исследования точной обработки наноструктур, прецизионного позиционирования и пространственной метрологии направлены на разработку технологий, необходимых для производства эталонов с атомной точностью и заданной структурой к 2007 году. Это позволит достигнуть достаточного контроля состава и структуры нанообъектов для воспроизведения атомных структур в промышленных масштабах.

Компания Zyvex уже несколько лет производит системы наноманипуляторов с тремя степенями свободы для захвата, измерения, позиционирования и сборки микро- и нано- образцов. Грубое перемещение каждого манипулятора на 12 мм по трем осям с разрешением 100 нм. Точное позиционирование до 100 мкм с разрешением лучше 5 нм по осям и 360º с разрешением 6 мкрад вокруг оси. Применяется для НИОКР в энергетике (топливные ячейки, источники питания микроустройств), разработке материалов (композиты нового поколения, нанотрубки, наночастицы, изучение поверхности), электронике (полупроводники, хранение данных, разработка квантовых вычислений), биотехнологии (манипулирование клетками и изучение тканей). На концах манипуляторов находятся пинцеты различной конфигурации для манипулирования объектами размером от 500 до менее 1 мкм, позволящие выполнять микросборку, манипуляцию и анализ микро-и наночастиц, удерживание и перемещение хрупких структур. Пинцеты изготовлены микростанками из кристалла кремния толщиной 6 мкм. Микропривод на основе электротермическиех актюаторов обеспечивает контролируемое раскрытие и сжатие щипцов с амплитудой до 16 мкм и силой до 210 мкН. Для измерения таких величин ведутся работы по созданию наномасштабного эталона силы.

Автор Александр Оликевич