(Phys.org) —Los investigadores de PML han ideado una idea para determinar la forma tridimensional de características tan pequeñas como 10 nanómetros de ancho. El método basado en modelos compara datos de imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) con entradas almacenadas en una biblioteca de formas tridimensionales (3D) para encontrar una coincidencia y determinar la forma de la muestra. El trabajo proporciona una nueva y poderosa forma de caracterizar nanoestructuras.

El SEM se utiliza ampliamente en varios campos de la industria y la ciencia porque es uno de los instrumentos de medición y obtención de imágenes más versátiles. El tamaño y la forma de las estructuras a escala nanométrica son piezas importantes de información que debe conocer, especialmente para la fabricación de circuitos integrados (CI) y características a nanoescala. El SEM, con una resolución superior a 1 nanómetro, proporciona información sobre estas estructuras que normalmente se interpreta como imágenes bidimensionales (2D). Pero esas imágenes contienen una gran cantidad de información relacionada con las tres dimensiones, y los científicos de PML se propusieron capturarlo.

Al comienzo de este trabajo, había dos obstáculos para lograr una precisión muy alta, uno afecta la calidad de las mediciones y el otro la interpretación:(1) la imagen y la calidad de la medición se degradan por la deriva de la muestra y el haz de electrones, ya que incluso los movimientos más leves dan lugar a imágenes distorsionadas, y (2) la interpretación adecuada de los resultados de SEM requiere una precisión, modelo basado en la física de la relación entre la geometría de la muestra 3D y la intensidad de la señal utilizada para adquirir las imágenes.

Para superar esos obstáculos, Un equipo dirigido por András E. Vladár, de la División de Metrología de Semiconductores y Dimensiones de PML, desarrolló con éxito un método de medición basado en modelos que reconstruye la forma 3D y, por primera vez, lo aplicó con éxito a estructuras de escala de 10 nanómetros. Han desarrollado dos programas de software:un método de adquisición de imágenes rápido que es capaz de compensar la inevitable deriva de la muestra y el haz de electrones; y un método basado en simulación de Monte Carlo para interpretar las imágenes 2D en 3D.

El primer software, llamado ACCORD, trabaja con transformadas de Fourier 2D para juntar muchas imágenes adquiridas rápidamente, de la misma manera que los astrónomos pueden capturar imágenes de estrellas sin borrosidad u otras distorsiones. El resultado es una única imagen sin deriva, una representación mucho más cercana a la verdadera de la muestra que cualquier imagen proporcionada por métodos tradicionales.

Una vez que se ensambla una imagen de buena calidad, un software de modelado Monte Carlo (JMONSEL), desarrollado por John Villarrubia de PML, se utiliza para generar una biblioteca de formas de onda SEM para estructuras 3D con parámetros de forma (por ejemplo, anchos, anglos, radios de curvatura) que abarcan un rango de valores alrededor de los esperados. Las estructuras estrechas como el trabajo más reciente tienen líneas de 10 nm que imponen mayores demandas al modelo porque los electrones dispersos pueden emerger de varias superficies (por ejemplo, izquierda, Derecha, y arriba) al mismo tiempo. Después de generar una biblioteca de formas de onda SEM, la tarea es identificar cualquier forma 3D con imágenes modeladas que se ajusten a la imagen adquirida. El resultado se puede convertir en una representación 3D de la forma de muestra.

La aplicación de estos métodos a la generación de imágenes SEM y al modelado 3D al nivel de 10 nm, y la calidad de los resultados, constituyen un primer logro en el mundo. El nuevo método es tan poderoso que, en este simple caso de una estructura IC, una sola imagen de arriba hacia abajo puede ser suficiente para determinar la forma 3D junto con los detalles de la muestra a escala nanométrica.

Los investigadores probaron sus resultados con las mediciones de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) en líneas IC de 10 nm. La diferencia era inferior a un nanómetro, tan pequeña como unos pocos átomos. Los resultados de SEM también coincidieron bien con los resultados de las mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño de dimensión crítica.

"No existe un método único en el mundo que pueda darte todas las respuestas, Vladár explica. Pero, cuando dos o tres métodos le dan el mismo resultado de medición, su confianza en ese resultado es mucho mayor ".

La colaboración con los ingenieros de Intel Corp. fue fundamental para el estudio, ya que pudieron proporcionar al NIST las muestras adecuadas.

"Hemos desarrollado un método que, en su forma actual, puede ser utilizado por prácticamente cualquier persona que tenga un microscopio electrónico de barrido adecuado, "dice Vladár. Aunque esta técnica está en sus inicios, Los resultados demuestran claramente que las mediciones 3D SEM a nivel nanométrico son una adición importante a los métodos existentes. todos los cuales son importantes para la metrología a nivel nanométrico.

Los investigadores de PML mejorarán aún más la técnica centrándose en la mejora del software de modelado, que no es lo suficientemente rápido en este momento.

"En la actualidad, el cuello de botella es la velocidad, "Dice Vladár." La generación de las bibliotecas modeladas puede llevar mucho tiempo. La interpretación de los datos (encontrar la mejor coincidencia 3D) también es lenta en la actualidad ".

Estudios adicionales explorarán formas de lidiar con imágenes tomadas desde diferentes ángulos, que será necesario en el modelado 3D de nanopartículas. Este estudio utilizó solo imágenes de vista de arriba hacia abajo. Se necesitarán nuevos métodos para fusionar múltiples vistas en una sola, representación 3D precisa de muestras con estructuras que no son claramente visibles desde una sola vista.

Finalmente, planean explorar la viabilidad de usar la técnica para modelar tamaños de características incluso menores a 10 nm.

"Tenemos grandes esperanzas de que este método funcione bien en el ámbito de 5 a 7 nm, "Vladár afirma." Ya tenemos ideas sobre cómo podemos llevar la técnica más lejos.

"Se espera que esta técnica 3D tenga un impacto en una amplia variedad de tecnologías, desde la producción de circuitos integrados hasta la nanotecnología para la caracterización 3D de nanoestructuras y nanopartículas, fundamental para aplicaciones catalíticas y nanobio ".