突破4纳米！重磅Nature：芯片检测技术实现重大飞越！

CYM 4个月前 (08-01) 2515浏览

一、【导读】

许多工程系统和自然系统都是子系统的层次结构，其特征是长度尺度在原子和宏观之间变化超过十个数量级。科学、医学和工程学的进步依赖于成像方面的突破，特别是在从集成电路或哺乳动物大脑等功能系统中获取多尺度的三维信息方面。要实现这一目标，往往需要结合电子和光子方法。电子显微镜通过对表面层进行串行破坏性成像，可提供纳米级分辨率，而X射线计算机断层扫描（ptychographic X-ray computed tomography）则提供非破坏性成像，最近已实现小体积分辨率低至七纳米。一个重要的例子是集成电路，它通常有几毫米宽，其最小的特征接近原子尺度。如今，消费产品中有7纳米节点（晶体管密度的量度）集成电路，而3纳米节点正在开始生产。对于质量控制和逆向工程，必要的多尺度检测从光学显微镜和传统的X射线断层扫描开始，然后使用电子显微镜进行纳米级检测。一般来说，扫描电子显微镜（SEM）仅探测样品表面，对表面电荷敏感，而透射电子显微镜仅对薄（5-100 nm）切片有效。对于三维（3D）成像，克服电子穿透性差（由于带电颗粒与物质的强烈相互作用）需要一种“切片和观察”方法，其中单层成像与破坏性离子研磨交替进行，受到切割伪影、充电和各向异性分辨率的影响。2017 年，Holler等人使用当时最先进的层析成像X射线计算机断层扫描（PXCT）对集成电路进行了成像，其各向同性3D分辨率为15.4 nm。最近，Michelson等人研究了直径为2μm的纳米颗粒超晶格样品，分辨率为7nm。

二、【成果掠影】

在此，瑞士保罗谢勒研究所Mirko Holler和Tomas Aidukas（共同通讯作者）实现了突发像素成像，它克服了实验的不稳定性并实现了更高的性能，具有4纳米的分辨率，采集速率快170倍，即每秒14000个分辨率元素。另一个关键创新是断层扫描反向传播重建，使之能够对比传统景深大十倍的样本进行成像。通过结合这两项创新，成功地对最先进的（七纳米节点）商业集成电路进行了成像，该集成电路具有由低密度和高密度材料（如硅和金属）制成的纳米结构，在选定的X射线波长下具有良好的辐射稳定性和对比度。这些功能使得对芯片的设计和制造进行详细研究，直至单个晶体管的水平。作者预计，纳米分辨率和下一代X射线源的更高X射线通量的结合将对从电子学到电化学和神经科学等领域产生革命性的影响。

相关研究成果以“High-performance 4-nm-resolution X-ray tomography using burst ptychography”为题发表在Nature上。