Chips im 3D-Röntgenblick
Neues Verfahren könnte Qualitätskontrolle von nanostrukturierten Chips verbessern.
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.
Abb.: 3-D-Darstellung der inneren Struktur eines Mikrochips. Sichtbar sind die Schaltverbindungen des Prozessors, die die einzelnen Transistoren miteinander verbinden. (Bild: PSI, M. Holler)
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
