Unieke coherente Soft X-Ray-bron aangekomen in Delft

Bij de Optics Research groep van de afdeling Imaging Physics is onlangs een Soft X-Ray-bron geïnstalleerd. De bron gaat een belangrijke rol spelen binnen het LINX-consortium, dat geleid wordt door de TU Delft. Het doel van dit consortium is om nieuwe technieken te ontwikkelen om extreem kleine structuren af te beelden in 3D, bijvoorbeeld op de nieuwe generatie computerchips.

De voortdurende innovaties in de halfgeleiderindustrie leiden tot steeds kleinere en efficiëntere computerchips. De vraag naar deze nieuwe generatie chips blijft groeien door onder andere de opkomst van het Internet of Things (IoT). De productie van deze computer chips is echter niet perfect, wat leidt tot defecten in de chips. Inspectie en metrologie is nodig om defecten in kaart te brengen en verbeteren. Maar doordat de structuren in een chips steeds kleiner worden (inmiddels 10.000 keer kleiner dan een mensenhaar), is dat een grote uitdaging.

Resolutie verbeteren
Over het algemeen geldt dat het kleinste object wat in beeld gebracht kan worden met een microscoop, afhangt van de kwaliteit van de lenzen en de golflengte van het licht dat gebruikt wordt. De resolutie kan dus worden verbeterd door kortere golflengtes te gebruiken en hogere kwaliteit lenzen. “Deze nieuwe bron stelt ons in staat om naar korte golflengtes te gaan tot in het Soft X-Ray gebied van 8 tot 30 nanometer”, zegt PhD-student Sven Weerdenburg van de Optics Research Group. Dit verbetert de resolutie aanzienlijk, maar het brengt ook een grote uitdaging met zich mee: conventionele lenzen bestaan namelijk niet bij deze golflengtes. Hoe je een microscoop bouwt zonder lenzen? Het blijkt mogelijk te zijn om nog steeds afbeeldingen te genereren zonder gebruik te maken van lenzen, door middel van een methode die lensloze beeldvorming (’lensless imaging’) heet.

Lensless imaging
Lensless imaging maakt niet direct een afbeelding, zoals een conventionele microscoop. In plaats daarvan verzamelt een camera het licht dat door een object verstrooid wordt, ook wel diffractie-patronen genoemd. Een set van deze diffractiepatronen wordt door een computer algoritme omgezet naar een synthetische afbeelding van het object. Met lensless imaging kunnen onderzoekers zeer kleine onderdelen 'zien' die ongeveer even groot zijn als de golflengte van de Soft X-Rays zelf (8 tot 30 nanometer). " Lensless imaging lost twee problemen tegelijk op", voegt Weerdenburg daaraan toe. "We zijn niet langer beperkt door de kwaliteit van de beeldvormende optica, en we kunnen ook beelden maken met golflengten waarvoor geen conventionele lenzen bestaan". Het LINX-consortium wil de resolutie verder verbeteren met een factor tien. De onderstaande video toont een gerenderde impressie van de bron zelf en de toepassing ervan.