Ученые Национального Института Стандартов и Технологии (National Institute of Standards and Technology,NIST) приступили к испытаниям новейшей технологии работы сканирующего микроскопа, которая улучшает точность измерений в наноразмерном диапазоне.

Улучшение измерения наноразмеров является важной задачей в условиях введения стандартов и улучшения технических характеристик в полупроводниковой индустрии и нанотехнологии. Новый принцип работы микроскопа подразумевает использование атомов гелия для генерирования сигнала, используемого на очень малых объектах. Это технический аналог сканирующего электронного микроскопа, впервые внедренного в использование в 1960-х годах. Парадоксально, что хотя атомы гелия объемнее электронов, они могут обеспечить большее разрешение и больший контраст изображений.

Глубина резкости пространственного изображения также гораздо лучше при использовании этой новой технологии, и таким образом большая часть изображения находится в фокусе. «Это физика, – объясняет Андрас Владар (Andras Vladar), руководитель проекта в группе нано-метрологии NIST. – Атомы имеют больший размер и более короткую длину волны, чем электрон, и именно поэтому они обеспечивают лучшее изображение». Картинка предстает уже трехмерной, выявляя детали меньшие, чем нанометр – это расстояние охватывает только три атома силиконового кристалла.

Рис. 1. Изображение атомов золота на олове

Взгляд в глубину: изображение атомов золота на олове, полученное современным сканирующим электронным микроскопом (слева) имеет сравнительно слабую глубину резкости  – только часть картинки находится в фокусе. В противоположность этому, гелиевый ионный микроскоп дает цельное изображение (справа), четкое и ясное. Исследователи из NIST изучают возможности гелиевого ионного микроскопа в области наноизмерений, которые очень важны в полупроводниковой индустрии и нанотехнологий.

NIST работает над пониманием тонкостей механизмов получения изображений с помощью новой технологии. Явное преимущество гелиевого ионного микроскопа – в том, что он отображает реальные границы, края образца гораздо лучше, чем сканирующий электронный микроскоп, который весьма чувствителен к ручным настройкам параметров. «Сталкиваясь с критическими требованиями к измерениям границ образцов в высокотехнологичном производстве, мы решаем вопросы, означающие сотни долларов за деталь», – объясняет Майкл Постек (Michael Postek), руководитель подразделения точного машиностроения NIST и руководитель проекта нанопроизводства. Полупроводниковые предприятия всегда имеют многомиллионные сканирующие электронные микроскопы для обработки и контроля процессов производства микрочипов.

NIST получил самый первый промышленный гелиевый ионный микроскоп, названный Орион, из Carl Zeiss, Inc. прошлым летом как часть совместного R&D проекта. Пилотной тест-группой являются ученые из лаборатории современных измерений (Advanced Measurement Laboratory,AML) NIST – одной из наиболее оснащенных для нивелирования изменений параметров окружающей среды лабораторий в мире. Тщательно контролируемые вибрации, влажность и температурные изменения – это делает AML оптимальном местом для тестирования новой технологии в микроскопии. «Все, что мы выявляем, – объясняет Постек, – немедленно уходит обратно к производителю для доработки их продукта, и это позволит NIST и индустрии получать наилучшие из возможных результаты.

Мы передаем и распределяем технологию NIST между торговыми организациями полупроводниковой индустрии SEMATECH». Один из таких вкладов NIST – это «быстрое изображение», методика Владара, разработанная для получения отчетливых изображений. Комбинация требования низких вибраций и наноизмерений приводит к некой размытости рисунка, как если бы был изображен движущийся предмет. Вместо накапливания сигнала и получения размытой картинки NIST предложил методику быстрого сбора большой группы изображений одного и того же образца, и дальнейшего их объединения с использованием хитрого алгоритма для получения очень четкой картины. Фирма Carl Zeiss, Inc. недавно заменила исходный Орион на Орион Плюс, который оснащен множественными доработками и инновациями, предложенными учеными NIST, в том числе продуманным дизайном и улучшенным охлаждающим контуром для источника гелия.

Мария Костюкова