Moderne computerchips produceres i dag med indre strukturer, hvis dimensioner måles i nanometer.
Produktionsteknologien, som anvendes til masseproduktion inden for halvlederelektronik, er udviklet og forfinet over årene, således at produktion af chips sker med kun få fejl.
Det har dog været et problem, at det med gængse systemer på markedet ikke er muligt på ikke-destruktiv vis at lave et 3D-billede af den færdige chip, så man kan få et direkte feedback mellem design og produktionsteknologi.
Ptychografi er en særlig form for billeddannelse navngivet af den tyske fysiker Walter Hoppe i 1969. Ptycho er græsk og betyder foldning og henviser i denne forbindelse til den matematiske proces, hvor funktionen h(t) er foldningen af f(t) og g(t) [latex] h(t) = f(t) \ast g(t) = \int_0^t f(\tau)g(t-\tau)d\tau [/latex] I ptychografi måler man amplituden af det spredte felt på sædvanlig vis. Da hver del af diffraktionsmønstret stammer fra regioner, der overlapper hinanden (foldningen), er der redundans i data, som kan bruges til at beregne fasen. Og ved kendskab af fasen for et tyndt transparent objekt kan man rekonstruere 3D-billeder i høj opløsning. Da metoden ikke kræver brug af linser, er den meget velegnet til hård røntgenstråling.Ptychografi
Mirko Holler og en række kolleger fra Paul Scherrer Institut (PSI) i Schweiz har i Nature anvist en ny metode, de anser som løsningen på dette problem.
Metoden bærer det det lidet mundrette navn ptychografisk røntgenstrålings computertomografi eller PXCT efter den engelske betegnelse.
Svært at se indmaden
Atomic force-mikroskoper eller elektronmikroskoper kan i dag anvendes til at studere overfladerne eller de allerøverste lag af de producerede chips. Skal man se hele chippen i 3D, er man nødt til at anvende destruktive metoder.
Røntgenstråling er oplagt at bruge til at studere de indre dele af chippen, som ellers er usynlige, men det er svært at kombinere hård røntgenstråling med fotonenergi over 5 keV med linser til at fokusere strålingen.
I takt med at chips bliver mere komplicerede og får flere og flere lag, vil op til en tykkelse af 10 mikrometer af en silicium-wafer bruges til kredsløb.
Forskerne benytter derfor røntgenstråling med en fotonenergi på 6 keV (bølgelængde 0,2 nm), der kan gennemtrænge silicium i tykkelser på op til ca. 30 mikrometer. Strålingen kommer fra cSAXS-beamlinjen ved synkrotronen Swiss Light Source (SLS).
Forskerne har dels analyseret en ASIC, som de kendte alle detaljer af, da den var designet af PSI selv til et detektorsystem, og en kommerciel Intel G3260 processor .
For at danne et 3D-billede af Intel-processoren blev optaget 1.200 projektioner, så det var muligt ved computertomografi at lave det endelige billede.
Forskerne erklærer sig selv tilfredse med den opløsning på 14,6 nanometer, de har opnået med deres system, men de noterer også, at systemet er for langsomt. Det tog 66 sekunder at optage en enkelt projektion for Intel-chippen.
Svensk metode kan speede processen op
Det skulle dog være muligt i fremtiden at optage billederne mange gange hurtigere, bemærker de.
Alene ved at bruge den teknik, som findes i den nye MAX IV-synkrotron i Lund i forhold til Swiss Light Source, kan man få en forbedring på en faktor 100, vurderer forskerne.
Læs også: Lund indvier verdens mest lysstærke synkrotron på årets længste dag
En stor del af nøglekomponenterne til MAX IV er produceret i Danmark.
Læs også: Danfysik skaber unikt magnetsystem til synkrotronen i Lund
Alt i alt skulle det være muligt at speede processen op med en faktor 10.000. Det betyder dog, at metoden vil kræve brug af de bedste synkrotroner i verden, som ganske vist er til rådighed mange steder i verden.
Læs også: Synkrotronerne myldrer frem
Men metoden bliver altså ikke et værktøj, der vil være tilgængelig hos den enkelte chipproducent.
På den baggrund tillader forskerne sig dog alligevel at konkludere i deres artikel:
'Ptychografisk røntgenstrålings computertomografi ser lovende ud som en løsning af problemet med inspektion af chips'.
