Fraunhofer IPMS et DIVE optimisent les processus de semi-conducteurs avec un système de mesure innovant

Les experts de DIVE et du Fraunhofer IPMS dans la salle blanche à Dresde. © Fraunhofer IPMS / Experts de DIVE et du Fraunhofer IPMS dans la salle blanche du Fraunhofer IPMS à Dresde. © Fraunhofer IPMS

Systèmes d'imagerie de DIVE permettant un contrôle non destructif des wafers. © DIVE imaging systems GmbH / Systèmes d'imagerie de DIVE pour un contrôle non invasif des wafers. © DIVE imaging systems GmbH

Le Fraunhofer-Institut pour les microsystèmes photonique IPMS a franchi une étape fondamentale en collaboration avec DIVE imaging systems GmbH pour établir une fabrication de semi-conducteurs plus respectueuse des ressources. Grâce à l'installation réussie d'un dispositif de mesure optique de DIVE dans la salle blanche du Fraunhofer IPMS, la charge de contrôle lors de la fabrication des wafers a pu être considérablement réduite. Cette collaboration ouvre la voie à une production de semi-conducteurs plus durable et plus efficace.

Lors de la fabrication des semi-conducteurs, jusqu'à 1500 étapes de processus, notamment pour le gravure, la dépôt ou la lithographie, sont réalisées. En conséquence, le potentiel d'erreur est élevé, alors que les wafers finis doivent être presque parfaits en raison de leurs structures hautement complexes. Pour garantir ces normes de qualité élevées, près de 50 % des étapes de processus peuvent parfois être consacrées à la métrologie accompagnante, et plusieurs milliers de wafers de contrôle supplémentaires sont souvent produits chaque mois. Cette approche nécessite donc un effort supplémentaire considérable, ainsi que plus de ressources financières et matérielles, ainsi que de l'énergie et du temps supplémentaires.

Le projet « NEST » (Nouveau Outil de dépistage pour une fabrication efficace de semi-conducteurs) s'est précisément attaqué à ce problème : dans le cadre d'une analyse du potentiel environnemental, menée par DIVE, le Fraunhofer IPMS et le Fraunhofer IZM sur une période de 1,5 an, il a été déterminé qu'il est possible d'économiser au moins 25 % des wafers de contrôle grâce à des outils d'inspection ciblés, tout en réduisant de plus de 118 000 kilogrammes d'émissions de CO2 par mois lors de la production. DIVE utilise une technologie innovante de spectroscopie et d'imagerie qui permet d'identifier également les défauts dans les couches profondes. Les calculs se basent sur les conditions d'un processus de fabrication en 28 nm et 25 000 démarrages de wafers par mois. Le projet a été financé dans le cadre du « Green ICT Space » de la Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

Outre la réduction générale des émissions, l'utilisation de tels outils de dépistage offre d'autres avantages écologiques, comme l'économie d'eau et de produits chimiques utilisés pour la production des wafers de contrôle. De plus, un avantage économique apparaît lorsque l'on peut économiser une grande partie des étapes de métrologie supplémentaires. En raison de la réduction de l'occupation des outils, qui résulte autrement des wafers de contrôle, l'équilibre énergétique global s'améliore également. Les déviations de processus peuvent être détectées précocement, les erreurs de production évitées, et le rendement global des wafers positivement influencé.

Évaluation en milieu industriel dans la salle blanche du Fraunhofer IPMS

La DIVE imaging systems GmbH développe des outils d'inspection innovants qui combinent les avantages de la spectroscopie optique avec l'imagerie. Le système DIVE VEpioneer® est le premier de DIVE à fonctionner dans des conditions de salle blanche. Le système capture les propriétés de surface, les contaminations et les écarts par rapport aux spécifications de production en 20 secondes. Grâce à cette vérification rapide et à l'utilisation supplémentaire d'algorithmes d'IA, les étapes du processus de fabrication de semi-conducteurs deviennent entièrement contrôlables et la charge de tests est réduite. « Les systèmes d'imagerie hyperspectrale de DIVE offrent une nouvelle possibilité de contrôle non destructif de wafers entiers. Avec le soutien du Fraunhofer IPMS, cette technologie innovante est désormais disponible pour une utilisation dans des salles blanches industrielles standardisées – ce qui permet d'importantes augmentations de productivité et des réductions de coûts pour les usines de semi-conducteurs », explique Martin Landgraf, responsable R&D au Fraunhofer IPMS.

Après la réussite du projet, le système DIVE VEpioneer® restera au Centre Nanoelectronic Technologies (CNT) du Fraunhofer IPMS, où il effectuera d'autres mesures et évaluations de wafers pour des clients et partenaires. Dans le cadre de futurs projets communs, l'installation sera également développée avec une automatisation de la manipulation des wafers ainsi qu'une intégration d'équipements pour le transfert automatique des données. Avec l'acquisition de DIVE imaging systems GmbH par PVA TePla AG, de nouvelles possibilités d'évaluation et de développement s'ouvrent pour la start-up, notamment grâce à l'expertise et à l'expérience du spécialiste des matériaux et de la technologie de mesure.