p (Phys.org) —Os pesquisadores de PML desenvolveram uma ideia para determinar a forma tridimensional de recursos tão pequenos quanto 10 nanômetros de largura. O método baseado em modelo compara dados de imagens de microscópio eletrônico de varredura (SEM) com entradas armazenadas em uma biblioteca de formas tridimensionais (3D) para encontrar uma correspondência e determinar a forma da amostra. O trabalho fornece uma nova maneira poderosa de caracterizar nanoestruturas. p O SEM é amplamente utilizado em vários campos da indústria e da ciência porque é um dos instrumentos de imagem e medição mais versáteis. O tamanho e a forma das estruturas em escala nanométrica são informações importantes a serem conhecidas, especialmente para a fabricação de circuitos integrados (CIs) e recursos em escala nanométrica. O SEM, com resolução melhor que 1 nanômetro, fornece informações sobre essas estruturas que normalmente são interpretadas como imagens bidimensionais (2D). Mas essas imagens contêm uma riqueza de informações relacionadas a todas as três dimensões, e os cientistas do PML decidiram capturá-lo.

p No início deste trabalho, havia dois obstáculos para alcançar uma precisão muito alta, uma afetando a qualidade das medições e a outra a interpretação:(1) a imagem e a qualidade da medição são degradadas pela deriva da amostra e do feixe de elétrons, já que mesmo movimentos leves resultam em imagens distorcidas, e (2) a interpretação adequada dos resultados SEM requer uma precisão, modelo baseado na física da relação entre a geometria da amostra 3D e a intensidade do sinal usado para adquirir as imagens.

p Para superar esses obstáculos, uma equipe liderada por András E. Vladár da Divisão de Semicondutores e Metrologia Dimensional da PML desenvolveu com sucesso um método de medição baseado em modelo que reconstrói a forma 3D e pela primeira vez o aplicou com sucesso em estruturas em escala de 10 nanômetros. Eles desenvolveram dois programas de software:um método de aquisição de imagem rápido que é capaz de compensar a amostra inevitável e o desvio do feixe de elétrons; e um método baseado em simulação de Monte Carlo para interpretar as imagens 2D em 3D.

p O primeiro software, chamado ACCORD, trabalha com transformações de Fourier 2D para juntar muitas imagens adquiridas rapidamente, da mesma forma que os astrônomos são capazes de capturar imagens de estrelas sem borrões ou outras distorções. O resultado é uma única imagem livre de deriva, uma representação muito mais próxima da verdade da amostra do que qualquer imagem fornecida por métodos tradicionais.

p Depois que uma imagem de boa qualidade é montada, um software de modelagem Monte Carlo (JMONSEL), desenvolvido por John Villarrubia da PML, é usado para gerar uma biblioteca de formas de onda SEM para estruturas 3D com parâmetros de forma (por exemplo, larguras, ângulos, raios de curvatura) abrangendo uma gama de valores em torno dos esperados. Estruturas estreitas, como o trabalho mais recente, têm linhas de 10 nm que colocam maiores demandas no modelo porque elétrons dispersos podem emergir de várias superfícies (por exemplo, deixou, direito, e superior) ao mesmo tempo. Depois de gerar uma biblioteca de formas de onda SEM, a tarefa é identificar quaisquer formas 3D com imagens modeladas que se ajustem à imagem adquirida. O resultado pode ser renderizado em uma representação 3D da forma da amostra.

p A aplicação desses métodos para imagens SEM e modelagem 3D no nível de 10 nm, e a qualidade dos resultados, constituem uma conquista inédita no mundo. O novo método é tão poderoso que, neste caso simples de uma estrutura IC, uma única imagem de cima para baixo pode ser suficiente para determinar a forma 3D junto com detalhes de amostra em escala nanométrica.

p Os pesquisadores testaram seus resultados contra medições de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em linhas de CI de 10 nm. A diferença era inferior a um nanômetro - tão pequena quanto apenas alguns átomos. Os resultados do SEM também combinaram bem com os resultados das medições de espalhamento de raios-X de pequeno ângulo de dimensão crítica.

p "Não existe um único método no mundo que possa lhe dar todas as respostas, "Vladár explica." Mas, quando dois ou três métodos fornecem o mesmo resultado de medição, sua confiança nesse resultado é muito maior. "

p A colaboração com os engenheiros da Intel Corp. foi fundamental para o estudo, pois eles foram capazes de fornecer ao NIST amostras adequadas.

p "Desenvolvemos um método que, em sua forma atual, pode ser usado por praticamente qualquer pessoa que tenha um microscópio eletrônico de varredura adequado, "diz Vladár. Embora esta técnica esteja no início, os resultados demonstram claramente que as medições de SEM 3D em nível de nanômetro são uma adição importante aos métodos existentes, todos os quais são importantes para a metrologia de nível nanométrico.

p Os pesquisadores de PML irão melhorar ainda mais a técnica, concentrando-se no aprimoramento do software de modelagem, que não é rápido o suficiente neste momento.

p "Atualmente, o gargalo é a velocidade, "Vladár diz." Gerar as bibliotecas modeladas pode levar muito tempo. A interpretação dos dados - encontrar a melhor correspondência 3D - também é lenta atualmente. "

p Estudos adicionais irão explorar maneiras de lidar com imagens tiradas de diferentes ângulos, que será necessário na modelagem 3D de nanopartículas. Este estudo usou apenas imagens de visualização de cima para baixo. Novos métodos serão necessários para mesclar várias visualizações em uma única, representação 3D precisa de amostras com estruturas não claramente visíveis a partir de apenas uma vista.

p Finalmente, eles planejam explorar a viabilidade de usar a técnica para modelar tamanhos de recursos ainda menores que 10 nm.

p "Temos grandes esperanças de que este método funcione bem no reino de 5 a 7 nm, "Vladár afirma." Já temos ideias sobre como podemos levar a técnica mais longe.

p "Espera-se que esta técnica 3D tenha impacto em uma ampla variedade de tecnologias, variando de produção de circuito integrado a nanotecnologia para caracterização 3D de nanoestruturas e nanopartículas, crítica para aplicações catalíticas e nanobio. "