3D-røntgenbilleder gør de fineste detaljer om en computerchip synlige

Forskere fra Paul Scherrer Institute PSI har lavet detaljerede 3D-billeder af en kommercielt tilgængelig computerchip. Dette er første gang, en ikke-destruktiv metode har visualiseret stierne for en chips interne ledninger (kun 45 nanometer-45 milliontedele millimeter-brede) og dens 34-nanometerhøje transistorer klart uden forvrængninger eller deformationer. Det er en stor udfordring for producenterne at afgøre, om, til sidst, strukturen af ​​deres chips er i overensstemmelse med specifikationerne. Disse resultater repræsenterer således en vigtig anvendelse af en røntgentomografimetode, som PSI-forskerne har udviklet i flere år. I deres eksperiment, forskerne undersøgte et lille stykke, som de på forhånd havde skåret ud af chippen. Denne prøve forblev ubeskadiget under hele målingen. Målet er nu at udvide metoden på en sådan måde, at den kan bruges til at undersøge komplette chips. Forskerne gennemførte eksperimenterne på den schweiziske lyskilde SLS fra Paul Scherrer Institute.

De rapporterer deres resultater i den seneste udgave af tidsskriftet Natur .

De elektriske ledninger i mange af de elektroniske chips i vores computere og mobiltelefoner er kun 45 nanometer brede, transistorer 34 nanometer høje. Selv om det er standard praksis i dag at producere strukturer på denne delikate, det er fortsat en udfordring at måle den nøjagtige struktur af en færdig chip i detaljer for at kontrollere, for eksempel, hvis den er bygget efter specifikationerne. I dag, til sådanne undersøgelser, producenter bruger hovedsageligt en metode, hvor lag efter lag af chippen fjernes og derefter, efter hvert trin, overfladen undersøges med et elektronmikroskop; dette er kendt som FIB/SEM - fokuseret ionstråle/scanning elektronmikroskopisk billeddannelse.

Nu har forskere fra Paul Scherrer Institute PSI brugt røntgenstråler til at opnå ikke-destruktiv 3D-billeddannelse af en chip, således at de ledende liniers stier og positionerne for de enkelte transistorer og andre kredsløbselementer blev klart synlige. Den billedopløsning, vi kunne producere, kan sammenlignes med den konventionelle FIB/SEM -undersøgelsesmetode, forklarer Mirko Holler, projektleder. Men vi kunne undgå to væsentlige ulemper:For det første prøven forblev ubeskadiget, og vi har fuldstændig information om den tredimensionelle struktur. For det andet, vi undgik forvridninger af de billeder, der opstår i FIB/SEM, hvis overfladen på det enkelte skive ikke ligefrem er plan.

Placeret med nanometer præcision

Til deres undersøgelse, forskerne brugte en særlig tomografisk metode (ptychotomography), som de har udviklet og forbedret i løbet af de seneste år, og som i dag tilbyder verdens bedste opløsning på 15 nanometer (15 milliontedele af en millimeter) til undersøgelse af et tilsvarende stort volumen. I forsøget røntgenstråles objektet på præcist bestemte steder med lys fra den schweiziske lyskilde SLS fra Paul Scherrer-instituttet-for hvert oplyst sted måler en detektor derefter røntgenlysmønsteret efter dets passage gennem prøven . Prøven roteres derefter i små trin og røntgenstråles igen trinvist efter hver tur. Fra hele det indsamlede data, den tredimensionelle struktur af prøven kan bestemmes. Med disse målinger, prøvens placering skal være kendt med en præcision på blot et par nanometer - det var en af ​​de særlige udfordringer ved oprettelsen af ​​vores forsøgsstation, Siger Holler.

I deres eksperiment undersøgte forskerne små stykker af to chips - en detektorchip udviklet på PSI og en kommercielt tilgængelig computerchip. Hvert stykke var omkring 10 mikrometer (det vil sige 10 tusindedele af en millimeter) i størrelse. Selvom undersøgelse af en hel chip med den nuværende måleopsætning ikke er mulig, metodens fordele bringes til udtryk selv i denne form, så de første potentielle brugere allerede har udtrykt interesse for at foretage målinger på PSI.

Målet:at undersøge hele mikrochips

Vi begynder i øjeblikket at udvide metoden på en sådan måde, at den kan bruges til at undersøge hele mikrochips inden for en acceptabel målingstid. Så vil det også være muligt at studere det samme område af en chip flere gange, for eksempel at observere, hvordan det ændrer sig under ydre påvirkninger, forklarer Gabriel Aeppli, leder af Synchrotron Radiation and Nanotechnology Division på PSI.