Ar fizikai kuo nors primena padanges raižančius lakūnus bandytojus? Tiesą sakant, į šį klausimą geriau gali atsakyti Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (NIST) tyrėjai, nuolat tobulinantys mikroskopijos technologijas ir vis tvirčiau žengiantys į nanopasaulį. Geresni nanomastelių matavimai būtini norint apibrėžti naujus puslaidininkių pramonės standartus.
Naujosios mikroskopų technologijos pagrindą sudaro helio jonai – jie sukuria signalą, galintį atvaizduoti nepaprastai smulkius objektus. Šios technologijos veikimas primena skanuojantį elektroninį mikroskopą, pirmą kartą rinkoje pasirodžiusį dar 7 dešimtmetyje. Nors helio jonai yra kur kas didesni už elektronus, jie gali sukurti aukštesnės skyros ir didesnio kontrastingumo vaizdus. Be to, naujoji technologija pagerina ir ryškumo gylį.
„Viskas dėl elementarios fizikos, – pasakoja NIST Nanomastelių metrologijos grupės SEM projekto lyderis Andrasas Vladaras (Andras Vladar). – Jonai pasižymi didesne mase, todėl jų bangos ilgis trumpesnis už elektronų, o tai vaizduojant objektus yra parankiau“. Gauti vaizdai yra beveik trimačiai, juose galima įžvelgti mažesnes nei vieno nanometro detales (į tokį atstumą tilptų vos trys silicio kristalo atomai).
Aukso atomų, patalpintų ant alavo paviršiaus, vaizdai, gauti skanuojančiu tuneliniu mikroskopu (kairėje) ir helio jonų mikroskopu (dešinėje).
NIST mokslininkai bando geriau suprasti, kaip veikia šios naujos technologijos atvaizdavimo mechanizmas. Didžiausias helio jonų mikroskopo privalumas – gautuose vaizduose galima kur kas aiškiau išskirti tyrinėjamų bandinių kraštus. Ši savybė labai svarbi tiksliojoje pramonėje. „Aukštųjų technologijų pramonėje toks tikslumas gali padėti sutaupyti šimtus dolerių nuo vieno gaminio“, – aiškina NIST Tiksliosios inžinerijos padalinio vadovas Maiklas Postekas (Michael Postek). Norėdami pagerinti mikroprocesorių lustų gamybos kontrolę, puslaidininkių gamintojai pastatė milijonų dolerių vertės skanuojančių mikroskopų linijas.
Praėjusią vasarą NIST gavo pirmąjį komercinį helio jonų mikroskopą, pavadintą „Orion”, iš „Carl Zeiss” bendrovės. Mokslininkai atlieka bandymus su šiuo mikroskopu NIST Pažangių matavimų laboratorijoje. Pasak čia dirbančių tyrėjų, jų darbo vieta yra idealiai pritaikyta naujų mikroskopų technologijų bandymams – atliekama itin kruopšti vibracijų, drėgmės ir temperatūros pokyčių kontrolė. „Tai, ką atrandame, iš karto pranešame gamintojui, kad šis galėtų pagerinti savo produkciją, – teigia M. Postekas. – Toks NIST ir įmonių bendradarbiavimas užtikrina tiksliausius įmanomus matavimus. Mes dalinamės savo tyrimų rezultatais su puslaidininkių pramonės prekybos organizacija „Sematech”.
Viena iš tokių NIST siūlomų technologijų yra greitasis atvaizdavimas. Ją A. Vladaras sukūrė tam, kad būtų galima gauti aiškesnius vaizdus. Bandant gauti didelės skyros nanopasaulio vaizdus koją labai dažnai pakiša vibracijos – panašiai nutinka, kai bandome nufotografuoti greitai judantį objektą. Užuot lėtai priėmus signalą, A. Vladaras sugalvojo per kuo trumpesnį laiką surinkti kuo daugiau vaizdų. Tuomet reikia pritaikyti gudrų algoritmą, kuris sulieja visą surinktą vaizdo medžiagą ir pateikia kur kas aiškesnį vieną vaizdą.
„Carl Zeiss“ bendrovė jau pakeitė pirmąjį „Orion“ patobulintu „Orion Plus“. Naujasis mikroskopas pasižymi patogesne konstrukcija ir pagerintu helio jonų šaltinio sistemos aušinimu.
