Тривимірна рентгенівська зйомка дозволяє побачити найдрібніші деталі комп’ютерного чіпа

Тривимірна рентгенівська зйомка дозволяє побачити найдрібніші деталі комп'ютерного чіпа

Дослідники Інституту Пола Шеррера PSI зробили докладні тривимірні зображення комерційно доступного комп’ютерного чіпа.

Це перший випадок, коли неруйнуючий метод візуалізував шляхи внутрішньої проводки чіпа (всього 45 нанометрів – 45 мільйонних міліметрів в ширину) і його транзистори з 34-нанометровим високим розширенням без спотворень і деформацій. Для виробників дуже важливо визначити, чи відповідає в кінцевому підсумку структура їх чіпів специфікаціям. Таким чином, ці результати є одним із важливих застосувань методу рентгенівської томографії, який дослідники PSI розробляють протягом декількох років. У своєму експерименті дослідники досліджували невеликий шматок, який попередньо вирізали з чіпа. Цей зразок залишався неушкодженим під час вимірювання. Метою тепер є розширення методу таким чином, щоб його можна було використовувати для вивчення цілих чіпів. Дослідники провели експерименти на Швейцарському джерелі світла SLS Інституту Пола Шеррера (Swiss Light Source SLS of the Paul Scherrer Institute.).

Вони повідомляють про свої результати в останньому випуску журналу Nature .

Електрична проводка в багатьох електронних мікросхемах наших комп’ютерів і мобільних телефонів розмірами всього 45 нанометрів, транзистори – 34 нанометра. Незважаючи на те, що сьогодні стандартна практика полягає в тому, щоб створювати такі делікатні структури, як і раніше складно точно визначати структуру готового чіпа, щоб, наприклад, перевірити, що він побудований у відповідності зі специфікаціями. В даний час для таких досліджень виробники в основному використовують метод, при якому шар за шаром чіпа видаляється, а потім після кожного кроку поверхню досліджується за допомогою електронного мікроскопа; Це відомо як FIB / SEM-сфокусований іонний пучок / скануючий електронний мікроскоп.

Тепер дослідники Інституту Пола Шеррера PSI використовували рентгенівські промені для досягнення неруйнівного тривимірного зображення чіпа, так що шляхи провідних ліній і положення окремих транзисторів і інших елементів схеми стали добре видимими. Розширення зображення, яке ми змогли отримати, схоже зі звичайним методом дослідження FIB / SEM, пояснює Мірко Холлер, керівник проекту. Але нам вдалося уникнути двох істотних недоліків: по-перше, зразок залишився неушкодженим, і у нас є повна інформація про тривимірну структуру. По-друге, ми уникли спотворень зображень, які виникають в FIB / SEM, якщо поверхня окремого зрізу не є точно плоскою.

 

Розташована з нанометровій точністю

 Для їх дослідження дослідники використовували спеціальний томографічний метод (ptychotomography), який вони розробили і поліпшили протягом останніх років і який сьогодні пропонує краще в світі розширення 15 нанометрів (15 мільйонних міліметрів) для порівняльного вивчення великих обсягів. В експерименті досліджуваний об’єкт піддавався рентгенівського опромінення в точно визначених місцях світлом від Швейцарського джерела світла SLS Інституту Пола Шеррера – для кожного освітленої плями детектор потім вимірював рентгенівський світло після його проходження через зразок. Потім зразок повертають невеликими кроками, а потім знову рентгенівські промені знову проходять після кожного повороту. З усього набору отриманих даних можна визначити тривимірну структуру вибірки. При цих вимірах положення зразка повинно бути відомо з точністю до декількох нанометрів, що було однією з проблем при створенні нашої експериментальної станції, каже Холлер.

У своєму експерименті дослідники досліджували невеликі шматочки двох чіпів – детекторний чіп, розроблений в PSI і комерційно доступний комп’ютерний чіп. Кожна деталь мала розмір близько 10 мікрометрів (тобто 10 тисячних міліметра). Хоча розгляд всього чіпа з існуючої вимірювальної установкою неможливо, переваги методу виявляються навіть в цій формі, так що перші потенційні користувачі вже висловили зацікавленість у проведенні вимірювань в PSI.

Мета: вивчити всі мікрочіпи

В даний час ми починаємо розширювати цей метод таким чином, щоб його можна було використовувати для дослідження цілих мікрочіпів протягом прийнятного часу вимірювання. Тоді він також буде можливо вивчати ту ж площу чіпа кілька разів, наприклад, щоб спостерігати, як вона змінюється під впливом зовнішніх факторів, пояснює Габріель Аепплі, керівник випромінювання і нанотехнологій Відділу синхротронного в PSI.