Ostré hyperspektrální oko pro výrobu čipů

Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl a Livia Szathmáry (zleva) založili společnost podporovanou BMWK „DIVE imaging systems GmbH“, která komercializuje slibnou technologii vyvinutou v Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl a Livia Szathmáry (zleva) založili společnost podporovanou BMWK „DIVE imaging systems GmbH“, která komercializuje slibnou technologii vyvinutou v Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

V centru pozornosti je měřicí systém, který integruje hyperspektrální senzory, umělou inteligenci a speciální techniky osvětlení do výkonného, vysoce flexibilního inspekčního systému. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / Zaměření je na měřicí systém, který spojuje hyperspektrální senzory, umělou inteligenci a speciální techniky osvětlení do výkonného, vysoce flexibilního inspekčního systému. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Zakladatelé nepřemýšlejí pouze o zákaznících z polovodičového průmyslu. Do budoucna plánuje čtveřice rozšířit svou inovativní technologii DIVE pro inspekci a analýzu povrchů a vrstev v různých odvětvích. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / Zakladatelé si představují nejen zákazníky z polovodičového průmyslu. V budoucnu plánuje čtveřice zavést svou inovativní technologii DIVE pro inspekci a analýzu povrchů a vrstev v širokém spektru odvětví. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Přesná plošná analýza vysoce technologických vrstev v mikroelektronice, v továrnách na baterie nebo v automobilovém sektoru je na dosah ruky. Umožňuje to měřicí systém vyvinutý v Institutu Fraunhofer pro materiálové a paprskové technologie IWS, který integruje hyperspektrální senzory, umělou inteligenci a speciální techniky osvětlení do výkonného, vysoce flexibilního inspekčního systému. Výzkumný tým z Dresdenského institutu nyní zakládá společnost podporovanou BMWK s názvem »DIVE imaging systems GmbH«, která tuto slibnou technologii komercializuje.

Hlavním zaměřením DIVE (zkratka pro »Digital Vision Experts«) je nejprve průmysl polovodičů. Zakladatelé Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl a Livia Szathmáry chtějí pomoci zajistit stabilní procesy, zvýšit výtěžnost a šetřit zdroje. Volba místa nebyla náhodná: »Dresden je předurčen pro náš start-up«, zdůrazňuje Philipp Wollmann. »Zde jsou soustředěni důležití aktéři mikroelektroniky v jednom regionu. Abychom mohli naši technologii co nejlépe rozvíjet podle potřeb zákazníků, máme v tomto městě nejkratší vzdálenosti a s postupným rozšiřováním již existující sítě můžeme identifikovat i další partnery.«

Zakladatelé a zakladatelky přemýšlejí nejen o zákaznících z průmyslu polovodičů. Perspektivně chce čtveřice rozšířit svou inovativní technologii DIVE pro inspekci a analýzu povrchů a vrstev do různých odvětví. Z mnoha scénářů jsou například rychlé plošné měření tloušťky vrstev, rozpoznávání a lokalizace nejmenších tvarových vad nebo nečistot jen malým výběrem možností.

Světlo rozdělené do tisíce barev

Systém DIVE osvětluje viditelným světlem a neviditelným infračerveným zářením v frekvencích mezi 0,4 a 2,5 mikrometry (tisícina milimetru) tyto křemíkové destičky (wafery), ze kterých se po celém světě ve výrobách polovodičů vyrábějí mikroprocesory pro notebooky, telefony, auta atd. Speciální hyperspektrální kamera zachycuje odražené světlo. Zatímco lidské oko například rozpoznává pouze tři primární barvy – červenou, zelenou, modrou – hyperspektrální kamera rozlišuje až 1000 »barev« nebo vlnových délek světla. Následně jsou vysokodimenzionální surová data, která mohou rychle narůst na několik gigabajtů, předávána umělé inteligenci (AI). Tato AI dokáže na základě »obrázku s 1000 barvami« rozpoznat možné závady nebo nečistoty a také hodnotit kvalitu jednotlivých čipů nebo celého wafru. Systém DIVE tak například může zjistit, zda byla vrstva na wafru správně nanesena, jak je homogenní, tenká, rovná nebo bezvadná. Díky tomu je možné zajistit, že do dalších výrobních kroků budou použity pouze bezvadné wafry.

Startovní projekt s německým výrobcem čipů Infineon

V současnosti jsou wafry ve výrobách polovodičů monitorovány v mnoha výrobních krocích až po finální mikroprocesor podle různých vlastností. Analýza celé plochy wafru je relativně pomalá a často se provádí pouze na vzorcích.

Zde přichází DIVE: společně s výrobcem polovodičů Infineon vyvíjí tým nejprve hyperspektrální systém pro laboratoře mimo čisté prostory a v dalším kroku systém, který lze použít v takových zařízeních. Perspektivně plánuje DIVE inline řešení, které lze přímo integrovat do zařízení v čistých prostorách. To umožní dokonce analýzu v reálném čase při mnoha výrobních krocích.

Čtyřčlenný tým očekává vzhledem k velkému potenciálu této technologie rychlý růst. Ze strany Fraunhofer IWS mají zakladatelé několik unikátních vlastností: patří sem kompletní koncepce systému včetně osvětlení vzorků, stejně jako náročný software pro řízení systému a pro AI podporované vyhodnocování dat. DIVE bude vyrábět navržená zařízení, systémy a později i celé části zařízení ve vlastní výrobní lince. Kromě toho bude tým nabízet služby, technickou podporu a zakázkový vývoj. Podporu start-upu poskytuje Spolkový ministrát pro hospodářství a klima (BMWK), který v rámci projektu EXIST-Forschungstransfer poskytne 18měsíční financování ve výši 1,2 milionu eur.

Nový pohled na staré knihy

Po založení bude Fraunhofer IWS i nadále intenzivně rozvíjet hyperspektrální technologie směrem k různým oblastem. Na výzkumné agendě jsou například koncepty využívající lasery k osvětlení vzorků nebo výrazná miniaturizace hyperspektrálních systémů. Výzkumníci také chtějí pomocí algoritmů získat z surových dat výrazně více informací. Z těchto přístupů by se v budoucnu mohly rozvinout další ekonomické a společenské scénáře, například rozvoj hyperspektrální techniky pro knihovny, aby se cenné vysoce citlivé kulturní dědictví převedlo do veřejně dostupné digitální podoby. Tím by mohly vzniknout digitální dvojčata, která by vedle klasických obrazových a textových informací uchovávala i řadu dalších dat, například tloušťku a typ papíru, stáří dokumentu nebo použité barviva.

Právě tento transfer know-how do praxe je v Dresdenském institutu stále hlavním tématem. Rychle a zákaznicky orientovaně uvádět špičkové vědecké výsledky do ekonomické praxe je součástí DNA Fraunhoferu. »Konkrétně zde převádíme technologické portfolio, které bylo vyvíjeno více než deset let v rámci Fraunhofer IWS, s obrovským potenciálem«, shrnuje Philipp Wollmann. »Pomůžeme německému a evropskému průmyslu polovodičů s efektivním zpracováním waferů s vysokou kvalitou a výtěžností. Tím také podporujeme cíle EU, zvýšit podíl evropské mikroelektroniky na světovém trhu. Na druhé straně tím chráníme pracovní místa a hodnotovou přidanou hodnotu v regionu.«