Fraunhofer IPMS a DIVE optimalizují polovodičové procesy s inovativním měřicím systémem

Experti z DIVE a Fraunhofer IPMS v čisté místnosti ve Freibergu. © Fraunhofer IPMS / Experti z DIVE a Fraunhofer IPMS v čisté místnosti ve Freibergu. © Fraunhofer IPMS

Obrazové systémy od DIVE umožňují nedestruktivní kontrolu waferů. © DIVE imaging systems GmbH / Imaging Systems from DIVE for a non-invasive wafer control. © DIVE imaging systems GmbH

Fraunhoferův institut pro fotonické mikrosystémy IPMS společně s firmou DIVE imaging systems GmbH zavedl zásadní krok směrem k úsporné výrobě polovodičů. S úspěšnou instalací optického měřicího zařízení od DIVE v čisté místnosti Fraunhofer IPMS se podařilo výrazně snížit kontrolní náklady během výroby waferů. Tato spolupráce otevírá cestu k udržitelnější a efektivnější výrobě polovodičů.

Během výroby polovodičů je provedeno až 1500 procesních kroků, mimo jiné leptání, depozice nebo litografie. V důsledku toho je zde vysoké riziko chyb, přičemž hotové wafery by měly být kvůli jejich složitým strukturám téměř bezchybná. Aby bylo možné zajistit tyto vysoké standardy kvality, až 50 % procesních kroků tvoří doprovodné metrologické procesy a každý měsíc je často potřeba několik tisíc dodatečně vyrobených kontrolních waferů. Tento přístup vyžaduje značné dodatečné úsilí a tím i více finančních a materiálních zdrojů, stejně jako další energii a čas.

Projekt »NEST« (Nový screeningový nástroj pro efektivní výrobu polovodičů) se přesně věnoval této problematice: V rámci analýzy environmentálního potenciálu, kterou provedly DIVE, Fraunhofer IPMS a Fraunhofer IZM během posledních 1,5 roku, bylo zjištěno, že cílené inspekční nástroje mohou ušetřit nejen minimálně 25 % kontrolních waferů, ale také více než 118 000 kilogramů emisí CO2 měsíčně při výrobě. DIVE využívá inovativní spektroskopickou a zobrazovací technologii, která umožňuje identifikovat i chyby v hlubších vrstvách. Výpočty vycházely z podmínek výroby při 28 nm procesu a 25 000 startů waferů za měsíc. Projekt byl financován v rámci »Green ICT Space« výzkumné továrny Mikroelektronika Německo (FMD).

Kromě obecného snížení emisí přináší použití takových screeningových nástrojů další ekologické výhody, například úsporu vody a chemikálií používaných při výrobě kontrolních waferů. Navíc vzniká ekonomická výhoda, když lze ušetřit velkou část dodatečných metrologických kroků. Díky snížené obsazenosti nástrojů, která by jinak byla způsobena kontrolními wafery, se zlepšuje i celková energetická bilance. Procesní odchylky lze včas odhalit, zabránit vadným výrobkům a pozitivně ovlivnit výtěžnost produkčních waferů.

Průmyslově orientované hodnocení v čisté místnosti Fraunhofer IPMS

Společnost DIVE imaging systems GmbH vyvíjí inovativní inspekční nástroje, které kombinují výhody optické spektroskopie s zobrazováním. Systém DIVE VEpioneer® je prvním systémem od DIVE, který pracuje v podmínkách čisté místnosti. Systém zaznamenává povrchové vlastnosti, nečistoty a odchylky od výrobních specifikací do 20 sekund. Díky rychlé kontrole a použití AI algoritmů jsou procesní kroky ve výrobě polovodičů plně kontrolovatelné a kontrolní náklady se snižují. »Hyperspektrální zobrazovací systémy od DIVE nabízejí novou možnost nedestruktivního testování celých waferů. S podporou Fraunhofer IPMS je tato inovativní technologie nyní dostupná pro použití v standardizovaných průmyslových čistých místnostech – a umožňuje tak výrazné zvýšení produktivity a snížení nákladů na výrobu polovodičů.« říká Martin Landgraf, vedoucí výzkumu a vývoje v Fraunhofer IPMS.

Po úspěšném dokončení projektu zůstane systém DIVE VEpioneer® v Center Nanoelectronic Technologies (CNT) Fraunhofer IPMS, kde bude nadále provádět měření waferů a hodnocení pro zákazníky a partnery. V dalších společných projektech bude zařízení dále rozvíjeno s automatizací manipulace s wafery a propojením s vybavením pro automatický přenos dat. Díky akvizici DIVE imaging systems GmbH společností PVA TePla AG se otevírají další možnosti hodnocení a vývoje, zejména díky odbornosti a zkušenostem specialistů na materiály a měřicí techniku.