שימוש Synchrotron קרינה Microtomography לחקור חבילות מיקרו-אלקטרוניים תלת ממדי רב היקף

ניסוי זה תוכנן להשתמש במיקרוטומוגרפיה של קרינת סינכרוטרון, שהיא טכניקת הדמיה תלת מימדית לא הרסנית, על מנת לחקור דגימה מורכבת רב-שכבתית. הדגימה המצולמת כאן היא חבילה מיקרו-אלקטרונית שלמה בעלת שטח חתך של כ-17 על 17 מילימטרים. עם זאת, התכונות שאנו מעוניינים לפתור נעות בסולם האורך ממיקרומטר למילימטר.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא יכולה להעריך באופן לא הרסני את החבילה המיקרו-אלקטרונית בקנה מידה מיקרומטרי עם זמן איסוף נתונים מהיר. לקו אלומת הטומוגרפיה של היצרן במקור האור המתקדם בברקלי, קליפורניה, יש הגדרה שניתן להתאים כדי לייעל את הרזולוציה ואיכות התמונה על סמך תכונות הדגימה, כגון נפח וצפיפות. עם זאת, גודל המדגם מוגבל לשדה ראייה מרבי מותר של 36 על 36 מילימטרים.

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום המוליכים למחצה. לדוגמה, ניתן להשתמש בו כדי לנתח חבילות אלקטרוניות ולזהות כשלים באמצעות מבחן אמינות בפיתוח תהליכים, כמו גם לספק גמישות ניסיונית או כיצד מקור רנטגן יכול לזהות במהירות פגמים באריזות מיקרו-אלקטרוניות מורכבות מהדור הבא. הכן את הדגימה לסריקה על ידי הרכבתה על מחזיק מדגם המיועד להתאים לשלב הסיבוב של קו הקורה.

עבור דוגמאות שאין להן תושבת מותאמת אישית, הדביקו את הדגימה לעמוד או קדחו צ'אק עם חימר או שעווה. לפני טעינת הדגימה על שלב הסיבוב בתוך הצריף, יש שלב סיבוב מדומה לא מקוון המשמש ליישור הדגימה. בדיקה ויזואלית של מרכז הסיבוב מספיקה בדרך כלל ליישור.

התקן את הדגימה המחוברת למחזיק המדגם בתוך הצריף. לאחר התקנת הדגימה בצריף, שני מנועי ריכוז אורתוגונליים מאפשרים מיקום של הדגימה ביחס למרכז הסיבוב. בחר את ההגדלה עבור הסריקה בהתבסס על גודל המדגם וגודל התכונה המעניינת.

מכיוון שהדגימה שנסרקה כאן היא 22.6 מילימטרים בכיוון הארוך ביותר, בחר בעדשת 1X עם נקודת ה-PCO 4,000. שילוב זה נותן את שדה הראייה לדוגמה הגדול ביותר. גודל הפיקסלים המתקבל הוא 8.7 מיקרון.

הגדר את אנרגיית הרנטגן, או עבור לקרן פוליכרומטית באמצעות מחשב בקרת קו האלומה. כדי לקבל את התמונה האיכותית ביותר, בסס את בחירת האנרגיה על מיקוד לשידור של כ-30%, אותו ניתן למדוד במחשב רכישת הנתונים. באופן כללי, אחוז ההדבקה עולה עם עליית האנרגיה.

עבור המארז המיקרו-אלקטרוני, בחר אור לבן בשל העובי והחומר של האריזה. בעת שימוש במצב אור לבן, הוסף שניים עד ארבעה מסנני אלומיניום ונחושת מתכתיים בקו אחד עם קרן הרנטגן כדי לסנן את קרני הרנטגן באנרגיה נמוכה יותר. עבור מדגם זה, השתמש בשתי יריעות נחושת בעובי כולל של כ -1.2 מילימטרים.

לאחר מכן, ודא שמרכז הסיבוב של ה-stagמיושר עם מרכז המצלמה. כדי לבדוק שהדגימה מיושרת, סובב אותה ב-180 מעלות באמצעות תוכנה במחשב בקרת קו האלומה, וצפה חזותית בשינוי במיקום הדגימה על ידי צפייה בצילומי הרנטגן במחשב. שליטה בשינויי היישור באותו מחשב.

הגדר את הדגימה למרחק גלאי עבור הסריקה. המצלמה נמצאת על במת תרגום שיכולה לנוע אופקית, ומשמשת לשינוי הדגימה למרחק הגלאי. כאשר המרחק גדל, גם תרומת ניגודיות הפנים גדלה.

הזן את הטווח הזוויתי הרצוי ואת מספר התמונות שיש לאסוף בטווח זה. ככל שנבחרו יותר זוויות, כך זמני הסריקה ארוכים יותר וגודל סל הנתונים גדול יותר. עבור מחקר זה, השתמש ב-1,025 זוויות על פני 180 מעלות במהלך רכישת נתונים.

לאחר בחירת מצב הסריקה ומספר תמונות השדה הבהיר והכהה כמתואר בפרוטוקול הטקסט, ודא שהדגימה מתורגמת מספיק רחוק כך שהיא לא תהיה קיימת בתמונת השדה הבהיר על מנת למנוע פגמים גדולים בתמונות המשוחזרות. כאן, רכשו 15 תמונות שדה כהה ו-15 תמונות שדה בהיר. לאחר קביעה אם יש צורך באריחים, בצע סריקת הפעלה במחשב רכישת הנתונים.

הסריקה תפעל אוטומטית על סמך ההגדרות שהוזנו. מוצג כאן עיבוד תלת מימדי של מערכת מערך שערים שלמה הניתנת לתכנות בשטח באריזה המצולמת ברזולוציה של 8.7 מיקרון וזמן סריקה של שלוש דקות. תצוגה מוגדלת של אזור בחבילה מציגה פינה אחת של מצע מערך השערים הניתן לתכנות בשטח וחיבורי לוח המעגלים.

עיבוד נפח תלת מימד של שלוש רמות החיבור השונות מציג את המערכת כולה באריזה ברזולוציה של 8.7 מיקרון. כאן, מוצגת תמונה משוחזרת תלת-ממדית של חבילת צבע המעבד הסרוק אנכית עם חיבורים ברמה הראשונה וחיבורי הלחמה ברמה בינונית. אזור מוגדל של פרוסה משוחזרת דו-ממדית מראה כדור הלחמה של חיבור ברמה בינונית עם חלל מרכזי גדול וסדקים שנגרמו במהלך בדיקת מאמץ תרמי מכוון.

סרטון זה מציג תמונות טומוגרפיה של החבילה המיקרו-אלקטרונית המצולמת בכיוון האופקי. עיבוד הנפח התלת מימדי של החבילה בגודל 16 על 16 מילימטר מרובע מראה זאת מנקודות מבט שונות. כאן, הסרט עובר בין תצוגות החתך השונות כדי להציג מידע פנימי מתוך החבילה.

היכולת של טומוגרפיה להכיל גדלי מדגם גדולים עם זמן הצבה מהיר יותר, במיוחד בהשוואה למערכות CT שולחניות, היא בעלת חשיבות עליונה לתעשיית המוליכים למחצה. טכניקה זו מאפשרת כימות לא הרסני של סדקים, חללים, דלמינציה, פגמים ועוד ועוד. שיטה זו שימושית מאוד במתן תובנה לגבי חברורי מפרקי הלחמה עבור תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה.

עם זאת, ניתן ליישם אותו גם על מגוון רחב של מערכות חומרים כגון סגסוגות מתכת, חומרים מרוכבים, ביו-חומרים, אורגניים ורכיבים המיוצרים בתוספים. למרות שיש מגוון רחב של חומרים ונפחים שניתן לצלם באמצעות מיקרוטומוגרפיה של קרינת סינכרוטרון, ישנן מגבלות בשל טווח האנרגיה הזמין במתקן הסינכרוטרון ALS. באופן ספציפי, חומרים בצפיפות גבוהה מוגבלים לגדלי מדגם דקים מאוד בשל הצורך לקבל העברת קרני רנטגן מספקת דרך הדגימה.

אחד השלבים הקריטיים ביותר במהלך ההתקנה הניסיונית הוא ההרכבה והמיקוד היציבים של האופטיקה. שלבים אלה חיוניים להשגת תמונות איכותיות שניתן להשתמש בהן לכימות הנתונים. באופן ספציפי, אפילו תזוזה קלה של הדגימה גורמת לחפצים בתמונה המשוחזרת, והמיקוד גורם להידרדרות ברזולוציה.

כדי להימנע מבעיות באיכות התמונה, שחזר תמונת בדיקה שיכולה להתרחש בו-זמנית בזמן שהדגימה הבאה נסרקת. בעת ניסיון ניסוי מסוג זה, חשוב לשנות את ההגדרה שלך בהתאם למאפייני הדגימה שלך ולדבר עם מדען קו האלומה שלך על אופטימיזציה של הליכי הניסוי שלך. יכולת הרזולוציה הגבוהה של מיקרוטומוגרפיה של קרינת סינכרוטרון מספקת מידע רב ערך הן לניתוח כשלים והן לפיתוח תהליכי הרכבה.

היישום של CT רנטגן תלת מימד סינכרוטרון על חבילה מיקרואלקטרונית פותח מגוון רחב של אפשרויות בשוויון ואמינות של חבילות מיקרו-אלקטרוניות תלת מימדיות, כולל בדיקות אמינות, בדיקת כשלים באריזות מורכבות. הוא גם מספק כיוונים לפיתוח הדור הבא של CT רנטגן תלת מימד בקנה מידה מעבדתי.