Un ojo hiperespectral afilado para la producción de chips

El Dr. Philipp Wollmann, el Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl y Livia Szathmáry (de izquierda a derecha) fundan la empresa "DIVE imaging systems GmbH" financiada por el BMWK para comercializar una tecnología prometedora desarrollada en el Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

En el centro se encuentra un sistema de medición que integra tecnología de sensores hiperespectrales, inteligencia artificial y técnicas de iluminación especiales en un sistema de inspección potente y altamente flexible. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / El enfoque está en un sistema de medición que combina tecnología de sensores hiperespectrales, inteligencia artificial y técnicas de iluminación especiales en un sistema de inspección potente y altamente flexible. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Los fundadores no piensan solo en clientes de la industria de semiconductores. En el futuro, el cuarteto planea establecer su innovadora tecnología DIVE para la inspección y análisis de superficies y capas en una amplia variedad de industrias. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Un análisis preciso y superficial de capas de alta tecnología en microelectrónica, en fábricas de baterías o también en el sector automotriz se acerca rápidamente. Esto es posible gracias a un sistema de medición desarrollado en el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Materiales y Radiación IWS, que integra sensores hiperespectrales, inteligencia artificial y técnicas de iluminación especiales en un sistema de inspección potente y altamente flexible. Un equipo de investigadores del instituto de Dresde ahora fundará, con apoyo del BMWK y en colaboración con la empresa «DIVE imaging systems GmbH», una compañía que comercializará esta prometedora tecnología.

El enfoque de DIVE (abreviatura de «Digital Vision Experts») está inicialmente dirigido principalmente a la industria de semiconductores. Aquí, los fundadores Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl y Livia Szathmáry quieren ayudar a garantizar procesos estables, aumentar los rendimientos y ahorrar recursos. La elección del lugar no fue en absoluto casual: «Dresde está predestinada para nuestra fundación», enfatiza Philipp Wollmann. «Aquí se concentran actores importantes de la microelectrónica en un área metropolitana. Para desarrollar nuestra tecnología de la mejor manera posible y orientada al cliente, tenemos los caminos más cortos en esta ciudad y, con la expansión progresiva de la red ya existente, podemos identificar también a otros socios.»

Los fundadores no solo piensan en clientes de la industria de semiconductores. A largo plazo, el cuarteto quiere establecer ampliamente su innovadora tecnología DIVE para la inspección y análisis de superficies y capas en diferentes sectores. Entre los numerosos escenarios, la medición rápida de espesores superficiales, la detección y localización de pequeñas imperfecciones o contaminaciones son solo una pequeña muestra de las posibilidades.

La luz dividida en 1000 colores

El sistema DIVE ilumina con luz visible y radiación infrarroja invisible en frecuencias entre 0,4 y 2,5 micrómetros (milésimas de milímetro) aquellas obleas de silicio (wafers), de las cuales se fabrican en todo el mundo en fábricas de semiconductores los microchips para portátiles, teléfonos móviles, automóviles, etc. Una cámara hiperespectral especial captura la luz reflejada. Mientras que el ojo humano, por ejemplo, solo registra tres colores primarios —rojo, verde, azul—, la cámara hiperespectral distingue hasta 1000 «colores» o longitudes de onda de la luz. Luego, los datos en alta dimensión, que pueden crecer rápidamente hasta varios gigabytes, se transmiten a una inteligencia artificial (IA). Esta IA puede, a partir de la «imagen de 1000 colores», detectar posibles defectos o contaminaciones, así como evaluar la calidad de chips individuales o del wafer completo. Así, el sistema DIVE puede, por ejemplo, detectar si el paso de recubrimiento en el wafer fue exitoso, qué tan homogénea, delgada, lisa o libre de defectos es la capa. Esto garantiza que solo los wafers en perfectas condiciones se utilicen en los pasos de fabricación siguientes.

Proyecto piloto con el fabricante alemán de chips Infineon

Actualmente, los wafers en las fábricas de semiconductores se supervisan en muchos pasos de fabricación en cuanto a diversas propiedades. El análisis de toda la superficie del wafer es relativamente lento y, por ello, en muchos casos se realiza mediante muestreo.

Aquí entra en juego DIVE: junto con el fabricante de semiconductores Infineon, el equipo desarrolla inicialmente un sistema hiperespectral para laboratorios fuera de las salas limpias y, en un siguiente paso, un sistema que pueda ser utilizado en ellas. A largo plazo, DIVE planea una solución en línea que pueda integrarse directamente en las instalaciones de salas limpias. Esto permitirá incluso un análisis en tiempo real en muchos pasos del proceso.

El equipo de cuatro personas espera un crecimiento rápido, dada la gran potencialidad de esta tecnología. Los fundadores del Fraunhofer IWS aportan varias características exclusivas: el concepto completo del sistema, incluida la iluminación de muestras, así como el software avanzado para el control del sistema y para el análisis de datos basado en IA. DIVE fabricará por sí mismo los dispositivos, sistemas y, posteriormente, componentes completos de plantas en una línea de producción propia. Además, ofrecerá servicios, asistencia técnica y desarrollos a medida para los clientes. La fundación recibe un apoyo importante del Ministerio Federal de Economía y Clima (BMWK), que en el marco de una transferencia de investigación EXIST otorga una financiación de 1,2 millones de euros durante 18 meses.

Una nueva mirada a viejos libros

Tras la fundación, el Fraunhofer IWS continuará desarrollando intensamente la tecnología hiperespectral en diferentes direcciones. Entre los temas de investigación están, por ejemplo, conceptos que utilizan láser para iluminar las muestras o la miniaturización drástica de los sistemas hiperespectrales. Además, los investigadores quieren extraer significativamente más información de los datos en bruto mediante algoritmos. De estos enfoques, podrían desarrollarse en el futuro muchas otras aplicaciones económicas y sociales, como la mejora de la tecnología hiperespectral para bibliotecas, para digitalizar valiosos bienes culturales muy sensibles y poner a disposición pública en forma digital. De esta manera, en el futuro podrían crearse gemelos digitales que, además de la información clásica de imagen y texto, puedan conservar una gran cantidad de otros datos, como el grosor y tipo de papel, la antigüedad del documento o los pigmentos utilizados.

Este intercambio de conocimientos en la práctica es siempre un foco en el instituto de Dresde. La rápida transferencia de resultados de investigación de vanguardia a la práctica económica y orientada al cliente forma parte del ADN de Fraunhofer. «En concreto, transferimos aquí un portafolio tecnológico desarrollado durante más de diez años en el Fraunhofer IWS, con un potencial enorme», resume Philipp Wollmann. «Vamos a ayudar a la industria de semiconductores en Alemania y Europa a procesar wafers de manera especialmente eficiente, con alta calidad y rendimiento. Así, también apoyamos los objetivos de la UE de aumentar significativamente la participación de la microelectrónica europea en el mercado mundial. Por otro lado, aseguramos empleos y valor en la región.»