Электрическая проводка во многих электронных микросхемах в наших компьютерах и мобильных телефонах имеет ширину всего 45 нанометров, а высота транзисторов — 34 нанометра. Хотя сегодня изготовление столь тонких структур является стандартной практикой, остается сложной задачей детально измерить точную структуру готового чипа, чтобы, например, проверить, построен ли он в соответствии со спецификациями. В настоящее время для таких исследований производители в основном используют метод, при котором слой за слоем чипа удаляется, а затем, после каждого шага, поверхность исследуется с помощью электронного микроскопа; это известно как визуализация с помощью FIB / SEM — сфокусированного ионного пучка / растрового электронного микроскопа.Теперь исследователи Института Пауля Шеррера PSI использовали рентгеновские лучи для получения неразрушающего трехмерного изображения микросхемы, так что пути проводящих линий и положения отдельных транзисторов и других элементов схемы стали четко видны. «Разрешение изображения, которое мы смогли получить, сопоставимо с обычным методом исследования FIB / SEM», — объясняет Мирко Холлер, руководитель проекта. «Но нам удалось избежать двух существенных недостатков: во-первых, образец остался неповрежденным, и у нас есть полная информация о трехмерной структуре.
Во-вторых, мы избежали искажений изображений, которые возникают в FIB / SEM, если поверхность индивидуума срез не совсем плоский ".Позиционируется с нанометровой точностью
Для своего исследования исследователи использовали специальный томографический метод (птихотомография), который они разработали и усовершенствовали в течение последних лет и который сегодня предлагает лучшее в мире разрешение 15 нанометров (15 миллионных долей миллиметра) для исследования сравнительно большой объем. В эксперименте исследуемый объект подвергается рентгеновскому облучению в точно определенных местах с помощью света от швейцарского источника света SLS Института Пауля Шеррера — для каждого освещенного пятна детектор затем измеряет картину рентгеновского излучения после его прохождения через образец. Затем образец поворачивают небольшими шагами, а затем снова ступенчато просвечивают рентгеновскими лучами после каждого поворота. По всему набору полученных данных можно определить трехмерную структуру образца. «С помощью этих измерений положение образца должно быть известно с точностью до нескольких нанометров — это было одной из особых проблем при создании нашей экспериментальной станции», — говорит Холлер.
В своем эксперименте исследователи исследовали небольшие кусочки двух микросхем — микросхемы детектора, разработанной в PSI, и коммерчески доступной компьютерной микросхемы. Размер каждого куска составлял около 10 микрометров (то есть 10 тысячных долей миллиметра). Хотя исследование всего чипа с нынешней измерительной установкой невозможно, преимущества метода проявляются даже в этой форме, так что первые потенциальные пользователи уже выразили заинтересованность в проведении измерений в PSI.Цель: исследовать микрочип целиком.
«В настоящее время мы начинаем расширять метод таким образом, чтобы его можно было использовать для исследования микрочипов целиком за приемлемое время измерения. Тогда также можно будет исследовать одну и ту же область чипа несколько раз, например, чтобы наблюдать, как он изменяется под воздействием внешних факторов », — объясняет Габриэль Эппли, руководитель отдела синхротронного излучения и нанотехнологий PSI.