Röntgenzicht in microchips

Nieuwe tomografiemethode toont constructiefouten, zelfs in nanometer-kleine chipstructuren

3D-blauwdruk van een microchip - gemaakt met veel afzonderlijke röntgenfoto's. © Paul Scherrer Institute / Mirko Holler
voorlezen

Verbeterde kwaliteitscontrole: onderzoekers scannen röntgenmicrochips en maken gedetailleerde 3D-beelden van hun interieur - met een hoge resolutie van maximaal 15 nanometer. Met deze methode konden chips in de toekomst volledig worden onderzocht op mogelijke structurele defecten zonder ze te beschadigen, zoals nog steeds nodig was, volgens de onderzoekers in het tijdschrift "Nature".

Circuits, transistors en Co. worden steeds kleiner op microchips. Deze miniaturisatie maakt de besturing van de voltooide chips extreem duur, momenteel worden de chips in lagen verwijderd en worden de afzonderlijke lagen onderzocht op mogelijke kwaliteitsgebreken in een elektronenmicroscoop. Het nadeel is duidelijk: de microchips moeten ervoor worden vernietigd. Bovendien treden vaak vervormingen op die het exacte beeld van de chipstructuur vervormen.

3D-beelden door perspectiefverandering

Mirko Holler en zijn collega's van het Paul Scherrer Instituut in Villigen hebben nu een alternatief ontwikkeld waarmee microchips niet-destructief kunnen worden getest. De zogenaamde Ptychotomografie kan nog steeds structuren tot 15 nanometer reflecteren, maar dringt nog steeds diep in het materiaal door, zoals de onderzoekers uitleggen.

Voor het onderzoek wordt een ronde plak van 200 nanometer uit de chip gestanst en door intens, gebundeld röntgenlicht van een synchrotron doorgelicht. Een detector meet de veranderingen in het licht na het passeren van de chip. In de tussentijd wordt het gekanteld en opnieuw bestraald, zodat veel afzonderlijke opnamen vanuit verschillende hoeken worden genomen.

Supervisie van de 3D-blauwdruk van een microchipmonster. © Paul Scherrer Institute / Mirko Holler

Een computer gebruikt vervolgens de afzonderlijke afbeeldingen om een ​​driedimensionaal beeld van het door licht verlichte monster te berekenen - net zoals we een beeld krijgen van het driedimensionale uiterlijk van een object dat vanuit verschillende perspectieven is gefotografeerd. tonen

Bekijk sporen en transistors van dichtbij

Om de procedure te testen, hebben de onderzoekers eerst het monster van een microchip onderzocht dat ze wisten te bouwen. De afbeeldingen vertegenwoordigden op betrouwbare wijze componenten zoals transistoren en maakten zelfs sporen van slechts 45 nanometer zichtbaar dit is slechts ongeveer een duizendste van de dikte van een mensenhaar. Ook konden de onderzoekers vanuit een chip met onbekende structuur een gedetailleerde blauwdruk maken.

"De beeldresolutie die we hier konden produceren, is vergelijkbaar met die van de conventionele onderzoeksmethode", legt Holler uit. Maar er zijn twee belangrijke voordelen: "Ten eerste bleef het monster onbeschadigd en hebben we volledige informatie over de driedimensionale structuur. Ten tweede voorkomen we vervormingen van de beelden die worden geproduceerd door elektronenmicrofoto's wanneer het oppervlak van elke plak niet bepaald vlak is. "

In de toekomst hele chips

Volgens de onderzoekers kunnen met hun methode alle conventionele microchips worden gemeten en hun kwaliteit worden gecontroleerd. Betrouwbare controle van de onderlinge verbindingen is van cruciaal belang om de kwaliteit van de chips te waarborgen - vooral in medische of ruimtevaarttoepassingen waar mensenlevens op het spel staan ​​bij defecte microchips.

Tot nu toe laat de testopstelling echter alleen monsters met een maximale diameter van tien micrometer onderzoeken, die uit de chip moeten worden geponst. Dus zelfs met deze methode moet de chip worden vernietigd voor onderzoek. Dit gaat in de toekomst echter veranderen: "We zijn net begonnen met het ontwikkelen van de methode zodat deze hele microchips binnen een acceptabele meettijd kan onderzoeken", legt co-auteur Gabriel Aeppli uit. "Dan zal het ook mogelijk zijn om hetzelfde gebied van een chip meerdere keren te onderzoeken en bijvoorbeeld te observeren hoe het verandert met externe invloeden." (Nature, 2017; doi: 10.1038 / nature21698)

(Paul Scherrer Institute, Villigen, 16.03.2017 - CLU)