Chips im 3D-Röntgenblick

Forscher des Paul-Scherrer-Instituts PSI haben detail­lierte 3-D-Röntgen­bilder eines handels­üblichen Computerchips erstellt. Dabei wurden erstmals zerstörungs­frei und ohne Verzer­rungen die Verläufe der innen liegenden, nur 45 Nanometer breiten Strom­leitungen und die 34 Nanometer hohen Transis­toren deutlich sichtbar. Für Hersteller ist es eine große Heraus­forderung, zu bestimmen, ob der Aufbau ihrer Chips am Ende den Vorgaben entspricht. Somit stellen diese Ergebnisse eine wichtige Anwendung eines Röntgen-Tomo­graphie­verfahrens dar, das die PSI-Forscher seit einigen Jahren entwickeln.

In ihrem Experiment haben die Forscher ein kleines Stück aus dem Chip untersucht, das sie zuvor heraus­geschnitten hatten. Diese Probe blieb dabei während der Messung unbe­schädigt. Ziel ist nun, das Verfahren so weiter­zuentwickeln, dass man damit komplette Chips untersuchen kann. Die Experimente haben die Forscher an der Synchrotron-Licht­quelle-Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt.

Die Strukturen in einem Chip ließen sich zerstörungs­frei in 3-D abbilden, so dass der Verlauf der Strom­leitungen und die Position der einzelnen Transis­toren und anderer Schalt­elemente deutlich sichtbar wurden. Die Bildauf­lösung war ähnlich hoch wie bei dem konven­tionellen Untersuchungs­verfahren FIB/SEM, erklärt Mirko Holler, Leiter des Projekts. Dafür konnten zwei wesent­liche Nachteile vermieden werden: Erstens blieb die Probe unbe­schädigt. Zweitens konnten Verzer­rungen der Bilder vermieden werden, die bei FIB/SEM entstehen, wenn die Oberfläche der einzelnen Schnitte nicht genau plan ist.

Für ihre Unter­suchungen haben die Forscher die Ptycho­tomographie genutzt, das sie im Laufe der letzten Jahre entwickelt und immer weiter verfeinert haben und das heute die weltweit beste Auflösung von 15 Nano­metern bei vergleichs­weise großem unter­suchtem Volumen bietet. Bei dem Experiment wird das Untersuchungs­objekt an genau fest­gelegten Stellen mit Röntgen­licht aus der Synchrotron-Licht­quelle-Schweiz SLS durch­leuchtet. Ein Detektor misst dann jeweils die Eigen­schaften des Lichts nach dem Durchgang durch die Probe. Die Probe wird dann in kleinen Schritten gedreht und nach jedem Drehschritt wieder schritt­weise durch­leuchtet. Aus der Gesamtheit der gewonnenen Daten lässt sich die drei­dimensionale Struktur der Probe bestimmen. Bei diesen Messungen muss man die Position der Probe auf wenige Nanometer genau kennen. Das war eine der besonderen Heraus­forderungen beim Aufbau unseres Experimentier­platzes.

PSI / JOL