X射线穿透物体时会被物体吸收，其吸收能力取决于材料类型与物体厚度。CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，利用精↓确的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕被测物的某一部▆位进行连续的断面扫描并结合计算机实现三维重构，得到三维成像图形。
传统上我们接触比较多的是医疗CT，它是基于人体不同组织对X线的吸收与透过率不同，拍下〗人体被检查部位的断面或立体的图像，发◆现体内某些部位的细小病变。除医疗方面的√应用，CT也在无』损检测和逆向工程中发挥重大的作用。工业CT技术对气孔、夹杂、针孔、缩孔、分层等各种常见缺陷具有很高的探测灵敏度，并能精确地测定这些缺陷的尺寸，给出其在零件中的部位。与其他常规无损检测技术相比，工业CT技术具有成像尺寸精度高、不受工件材料种类和几何形状限制以★及可生成材料缺陷的三维图像等优势。
随着CT的发展，该技术也被用于电子业和¤半导体工业。半导体领域内传★统的成像往往借助于破坏性的切片成像，而CT可以在样品任何方向上进行非破坏性成像，不受周围细节特征的遮挡，可直接获得目标特征的空间位置、形状及尺寸■信息，在电子元器件的工艺、失效分析等方卐面有着巨大的应用前景。
2019年美国国防微电子部门（DMEA）的Michael Sutherland等人使用瑞∮典Excillum公司的液态金属靶X射线源MetalJet D2+，定制了一款用于集成电路检测的CT系统，该系统对90 nm制程的集成电路进行了扫描成像[1]，图1为90 nm铜制程的某个断面层析成像，可以非常清楚的观察到内部结构。
图1 90 nm铜制程的某个断面层析成像
与标准铜（Kα 8.04 keV）旋转阳极固态金属靶源相比，MetalJet D2+以镓（Kα 9.2 keV）为X射线源，在观测Cu和Si时，对比度约为标准铜靶的9倍。如图2所示，镓靶在Kα 9.2 keV时明显能比铜Kα 8.04 KeV获得更大的吸收衬度，并且液态靶♂光源亮度比标准铜光源高出约10倍。基于上述优势，液态靶光源可获得更高的成像质量⊙，成为集成电路铜互连结构成像的理想光源。
图2 利用镓（Kα 9.2 keV）在铜吸收边上方成像，对铜成分具有良好的对比度
Michael Sutherland等人还对该成像系统的X射线微焦斑大小和探测计数等进行▂了探讨。在液态靶X射线源MetalJet D2+中，焦斑大小可以在5-20 μm之间连续可调←，其电子束的最大允许功率与光斑尺寸呈线性对应关系，即20 μm光斑尺寸在250 W下运行，10 μm光斑尺寸在125W下运行。此外，其亮度随电子束焦斑功率密度的提高而增加。例如，与20 μm光斑相比，光源在10 μm光斑下的亮度大约是前者的两＠倍。通常，X射线显微镜中探测器计数与光源的亮度有直接▲关系，作者预期在光斑大小为5 μm时系统具有最高的计数。为了验证这一假设，他们以1 μm为步长在5-20 μm之间的每个光斑大小进行了系统配置。对于每一个光斑尺寸，他们对聚光器进行校←准，找到最佳光斑位置，最终确定了系统的最佳光斑尺寸实际上◣为~12 μm（图3），而且使12 μm附近的计＠ 数比5 μm和20 μm光斑尺寸增加了30%。通过上述的研⊙究表明X射线光学显微镜计数最大时并不一定是在微焦斑最小的时候，而是在计数和焦斑大小之间存在着最佳对应关系。由此可见，连续可调的X射线焦斑大小有利于系统对X射线♀计数优化╱，提升系〗统的成像质量。
图3 优化光斑大小，使x射线计数最大化。蓝色的线是图像中心计数的中位数，橙色的线是整个图像计数的中位数
为什么液态靶X射线源可以比标准光源高出约十倍的亮度呢？
图4 Excillum液态金属靶X射线源示意图
在传统固体阳极技术中，为了避免阳极被损坏,其表面的工作温度必须远低于∮靶材的熔点，因此靶材的各种物理■性质，如熔点、导热系数等极大地限制了电子束功率的范围。而液态金属阳极则不同，由于靶材本身已处于熔化的状态，不受熔点的限制。同时，完好如初的液态靶材以接近100 m/s的速度在腔体内循环，阳极不断地自再生，电子束对靶材的损坏将微乎其微，使得液态靶与其他固态靶相比，功率密度得到大幅度的▃提升（如图5所示）。因此液态靶光≡源能够带来10倍于普通︾固体阳极X射线光源所发射的X射线通量（在相同焦斑面积上），实现更快（测试时间短）、更高（极高的亮度）、更强（信号强度）的测试体验。
图5 液态靶与其他固态靶功率密度对比
综上所述，相比于传统的破坏性检测，通过X射线进行CT成像可以进行非破坏性的多维成像检测，有着非常大的优势，瑞典Excillum的液态靶X射线源的高亮度以及镓靶更适合于铜和→硅的对比度检测，是集成电路成像检测的理想光源。
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参考资料：
[1] Michael Sutherland, Software Automation and Optimization of an X-ray Microscope Custom Designed for Integrated Circuit Inspection. Microsc. Microanal. 24 (Suppl 2), 2018
