8月5日消息，近日瑞士保羅·謝勒研究院的一組科學(xué)家,，包括Tomas Aidukas和Mirko Holler,，與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Gabriel Aeppli和美國南加州大學(xué)的Tony Levi一起開發(fā)出了改進(jìn)的X射線成像技術(shù)，被稱之為 ptychographic X 射線層析成像 （PyXL）技術(shù),，分辨率高達(dá)4nm,，可以在不破壞芯片的前提下，提供芯片內(nèi)部晶體管及布線的清晰的3D圖像,，以揭示芯片內(nèi)部的設(shè)計(jì)/制造缺陷,。
Levi說，他們希望提供一種替代方案,，以替代用于執(zhí)行芯片質(zhì)量控制和揭示芯片設(shè)計(jì)的耗時(shí),、破壞性的過程,。
使用最先進(jìn)的芯片成像技術(shù)，“你真的需要提前知道你在尋找什么,，”位于美國俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾鑄造廠的首席工程師Bao hua Niu說,，他沒有參與這項(xiàng)研究。他說,，今天的芯片非常復(fù)雜,，僅靠電氣測(cè)試無法確定缺陷的位置。工程師混合使用光學(xué)成像和其他方法來發(fā)現(xiàn)潛在問題區(qū)域,。然后,，他們用掃描電子顯微鏡對(duì)芯片表面的那部分進(jìn)行成像，最后用透射電子顯微鏡（TEM）取一片芯片進(jìn)行進(jìn)一步成像,。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí),，他們可以返回并糾正他們的設(shè)計(jì)。整個(gè)過程非常的復(fù)雜,，并且耗時(shí)耗力,。
而PyXL這種新的成像技術(shù)，是使用在稱為同步加速器的粒子加速器上產(chǎn)生的高能X射線,。這些光束可以完全穿透芯片,，無需切片?！芭c光學(xué)顯微鏡不同,，制作鏡頭非常困難，”Levi談到X射線范圍時(shí)說,。他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功通過用相干的高能X射線束從不同角度反復(fù)照亮樣品,，芯片中的微小特征會(huì)衍射光線。然后,，算法根據(jù)衍射 X 射線的強(qiáng)度和相位重建最可能的圖像版本,。這種成像通常稱為層析成像。
“你可以看到他們是如何精確地放置金屬層的,，有了這個(gè)分辨率,，你可以看到晶體管的組裝情況以及它們使用的材料?！盠evi說,，這種成像技術(shù)的初始版本PyXL提供了大約19nm的分辨率，足以辨別芯片內(nèi)部的互連,，但由于太粗糙,，依然無法對(duì)單個(gè)晶體管的特征進(jìn)行辨別。為了進(jìn)一步提升分辨率，該團(tuán)隊(duì)試圖消除一個(gè)主要的噪聲源,，即可能使圖像模糊的微小振動(dòng),。
幸運(yùn)的是，他們找到了解決方案,，即連拍圖像,，然后使用計(jì)算方法來分類它們。Levi說：“我們拍攝多張短時(shí)照片,，將它們堆疊在一起,，并消除抖動(dòng)以獲得穩(wěn)定的衍射圖案。這使得他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上報(bào)道的分辨率達(dá)到 4nm,。Levi 認(rèn)為該團(tuán)隊(duì)有一條達(dá)到 1nm 分辨率的途徑,。
英特爾的Niu表示，這種X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的分辨率比TEM提供的分辨率還要好4到5倍,。但這種權(quán)衡是值得的,，因?yàn)樵摷夹g(shù)不需要切割和破壞芯片，并且可以提供更深的3D圖像：工程師可以看到芯片的整個(gè)5μm 深度,，而不是在TEM下可見的10到30nm深度,。
Niu 在英特爾的團(tuán)隊(duì)實(shí)施了新流程，并致力于提高芯片產(chǎn)量和性能,。他說,，新方法應(yīng)該使工程師更容易、更快地找到芯片缺陷,。制造過程并不總能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師所追求的功能，成像可以幫助工程師將設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)更緊密地結(jié)合在一起,?！斑@就是你的設(shè)計(jì)目的，這是根據(jù)你的設(shè)計(jì)實(shí)際制作的東西,，“他說,。“它給你提供了物理驗(yàn)證,?！?/p>
Levi的團(tuán)隊(duì)使用這種方法對(duì)使用臺(tái)積電的7nm 節(jié)點(diǎn)工藝制造的AMD Ryzen 5處理器進(jìn)行了成像。結(jié)果包括其FinFET晶體管的結(jié)構(gòu)和特性的詳細(xì)信息,。Levi說,，這些圖像可能非常具有啟發(fā)性?！澳憧梢钥吹剿麄兪侨绾尉_地放置金屬的,。有了這個(gè)分辨率，你可以看到晶體管的組裝情況以及它們使用的材料。X射線圖像還可以揭示互連網(wǎng)絡(luò),，即連接芯片上晶體管的金屬線,。“事物的連接方式告訴你芯片是如何工作的,，”他說
“你可以弄清楚芯片的設(shè)計(jì)工程和制造到底有多好,。你可以看到一個(gè)芯片的質(zhì)量?！癓evi說,。
Niu說，隨著晶體管和芯片獲得更多的3D特征,，獲得更高分辨率的3D視圖變得越來越重要,。晶體管變得越來越小，不再是平面的——FinFET 和即將推出的柵極全能晶體管都從表面突出或分層,。包括英特爾在內(nèi)的半導(dǎo)體制造商正計(jì)劃在未來幾代中將芯片的電源互連從芯片的正面移至背面,，這增加了額外的復(fù)雜性。
“計(jì)量學(xué)是半導(dǎo)體制造繼續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵,，”Niu說,。PyXL技術(shù)“是一項(xiàng)非常好的研究工作，可以滿足關(guān)鍵需求,。因?yàn)槟闳绻麩o法衡量,，你就無法改進(jìn)?！?/p>
