Record mondial pour la radiographie X d’une puce 3D
Des chercheurs suisses ont atteint une résolution record de 4 nm pour une radiographie 3D d’un processeur AMD.
L’équipe de l’Institut Paul Scherrer (PSI) a utilisé les rayons X de la Source de Lumière Suisse SLS du PSI. Au lieu d’utiliser des lentilles, l’équipe a eu recours à une technique appelée ptychographie, qui consiste à combiner de nombreuses images individuelles pour créer une seule image à haute résolution.
L’équipe a travaillé avec l’EPFL de Lausanne, l’ETH de Zurich et l’Université de Californie du Sud sur les images radiographiques avec des temps d’exposition plus courts et un algorithme optimisé.
Les microscopes électroniques à balayage ont une résolution de quelques nanomètres et sont donc bien adaptés à l’imagerie des minuscules transistors et des interconnexions métalliques qui composent les circuits, mais ils ne peuvent produire que des images bidimensionnelles de la surface.
AI improves 3D X-ray imaging for package failure analysis
« Les électrons ne vont pas assez loin dans le matériau », explique Mirko Holler, physicien à la SLS. « Pour construire des images tridimensionnelles avec cette technique, la puce doit être examinée couche par couche, en retirant des couches individuelles au niveau du nanomètre – un processus très complexe et délicat qui détruit également la puce.
La tomographie à rayons X permet toutefois d’obtenir des images tridimensionnelles et non destructives, car les rayons X pénètrent beaucoup plus loin dans les matériaux. Cette procédure est similaire à un scanner dans un hôpital. L’échantillon est tourné et radiographié sous différents angles. La manière dont le rayonnement est absorbé et diffusé varie en fonction de la structure interne de l’échantillon. Un détecteur enregistre la lumière qui quitte l’échantillon et un algorithme reconstruit l’image 3D finale à partir de cette lumière.
« Ici, nous avons un problème de résolution », a déclaré M. Holler. « Aucune des lentilles à rayons X actuellement disponibles ne peut focaliser ce rayonnement d’une manière qui permette de résoudre des structures aussi minuscules. Notre échantillon est déplacé de manière à ce que le faisceau suive une grille précisément définie, comme un tamis. À chaque point de la grille, une figure de diffraction est enregistrée ».
La distance entre les différents points de la grille est inférieure au diamètre du faisceau, de sorte que les zones imagées se chevauchent. Cela produit suffisamment d’informations pour reconstruire l’image de l’échantillon à une haute résolution à l’aide d’un algorithme. Le processus de reconstruction s’apparente à l’utilisation d’une lentille virtuelle.
L’échantillon, un extrait d’un processeur AMD commercial, était soutenu par la broche dorée au centre de l’image. D’un diamètre inférieur à 0,000 005 mètre (environ 20 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain), il a été découpé dans la puce à l’aide d’un faisceau d’ions focalisé et placé sur la broche.
Lorsque le faisceau oscille, chaque image change légèrement, et ces changements sont utilisés pour suivre la position réelle du faisceau causée par les vibrations inconnues. L’algorithme compare les positions du faiceau dans les différentes images. Si les positions sont identiques, elles sont placées dans le même groupe et ajoutées à la somme.
En regroupant les images à faible exposition, il est possible d’augmenter la teneur en informations. Par conséquent, les chercheurs sont en mesure de reconstruire une image nette avec un contenu lumineux élevé en utilisant le flot d’images à exposition courte.
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