Zerstörungsfreier Blick ins Innere von Mikrochips

Ein neues Röntgenmikroskop ermöglicht die Untersuchung von feinen Strukturen im Inneren eines Mikrochips, ohne den Chip in besonderer Weise präparieren zu müssen.

Verschiedenste Anwendungen von Röntgenstrahlung sind aus dem alltäglichen Leben bekannt. So gewähren zum Beispiel Röntgenuntersuchungen in der Medizin oder die Gepäckkontrolle am Flughafen einen - zum Glück - zerstörungsfreien Blick ins Innere von Objekten. Im Bereich der Nanotechnologie allerdings erreichen heutige Röntgenmikroskope ihre Grenze der Bildgebung, da einerseits die Strukturen sehr klein sind und andererseits der Kontrast mit Röntgenstrahlung sehr schwach ist. Aus diesen Gründen wurde die Charakterisierung von Mikrochips bisher mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt. Dazu muss der Chip jedoch in einer aufwändigen Prozedur aufgeschnitten und die zu untersuchende Stelle freigelegt werden.

Mit Hilfe eines neuen Röntgenmikroskops, das am Institut für Strukturphysik der TU Dresden in Zusammenarbeit mit der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble, Frankreich, entwickelt wurde, ist es nun möglich, die feinen Strukturen im Inneren eines Mikrochips zu untersuchen, ohne den Chip in besonderer Weise präparieren zu müssen. Dies war bisher nicht möglich, da die sehr feinen Leiterbahnen und Bauelemente im herkömmlichen Röntgenbild nicht aufgelöst werden konnten und aufgrund des hohen Durchdringungsvermögens der Strahlung nahezu durchsichtig waren.

In dem neuen Mikroskopieverfahren, der sogenannten Ptychographie, wird der Chip mit einem feingebündelten Röntgenstrahl gerastert. An jedem Punkt dieses Rasters wird die gestreute Verteilung des Röntgenlichtes hinter der Probe gemessen. Diese Streubilder enthalten Informationen über die kleinen Strukturen im beleuchteten Bereich der Probe. Aus all diesen Daten kann mit Hilfe des Computers die Struktur der Probe mit hoher Auflösung berechnet werden. Da die feinen Leiterbahnen des Mikrochips das Röntgenlicht stärker streuen als absorbieren, liefern sie in diesem Mikroskop auch einen besseren Kontrast als in herkömmlichen Röntgenmikroskopen.

Eine noch höhere Auflösung und ein besserer Kontrast lassen sich bei dieser Methode schon allein dadurch erreichen, dass die Belichtungszeit vergrößert wird. Dann sollten Auflösungen von unter 10 Nanometern möglich werden. Dazu ist es allerdings wichtig, dass sich die Probe im Röntgenstrahl während der längeren Belichtung nicht bewegt. Ein neues und auf Stabilität optimiertes Mikroskop wird derzeit an der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III bei DESY in Hamburg aufgebaut und soll Röntgenmikroskopie mit weltweit höchster Auflösung ermöglichen.

Technische Universität Dresden/AL

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  A. Schropp et al.: Non-destructive and quantitative imaging of a nano-structured microchip by ptychographic hard X-ray scanning microscopy. Journal of Microscopy, online 27. September 2010
  dx.doi.org/10.1111/j.1365-2818.2010.03453.x
• Informationen der TU Dresden zur Ptychographie:
tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_mathematik_und_naturwissenschaften/fachrichtung_physik/isp/skm/research/xray_lenses/ptycho_html