Un œil hyperspectral aigu pour la production de puces

Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl et Livia Szathmáry (de gauche à droite) ont fondé la société « DIVE imaging systems GmbH », financée par le BMWK, pour commercialiser une technologie prometteuse développée au Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl et Livia Szathmáry (de gauche à droite) ont fondé la société « DIVE imaging systems GmbH » financée par le BMWK pour commercialiser une technologie prometteuse développée au Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Au centre se trouve un système de mesure qui intègre la technologie de capteurs hyperspectraux, l'intelligence artificielle et des techniques d'éclairage spéciales en un système d'inspection puissant et hautement flexible. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / L'accent est mis sur un système de mesure qui combine la technologie de capteurs hyperspectraux, l'intelligence artificielle et des techniques d'éclairage particulières pour constituer un système d'inspection performant et très flexible. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Les fondateurs ne pensent pas uniquement aux clients du secteur des semi-conducteurs. À l'avenir, le quatuor prévoit d'établir sa technologie innovante DIVE pour l'inspection et l'analyse de surfaces et de couches dans divers secteurs. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Une analyse précise de surfaces de haute technologie dans la microélectronique, dans les usines de batteries ou encore dans le secteur automobile devient une réalité imminente. Cela est rendu possible grâce à un système de mesure développé à l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des rayonnements IWS, qui intègre la spectroscopie hyperspectrale, l'intelligence artificielle et des techniques d'éclairage spécifiques dans un système d'inspection performant et hautement flexible. Une équipe de chercheurs de l'institut de Dresde fonde désormais une entreprise, soutenue par le BMWK, appelée »DIVE imaging systems GmbH«, qui commercialisera cette technologie prometteuse.

Le cœur de DIVE (abréviation de »Digital Vision Experts«) est initialement axé sur l'industrie des semi-conducteurs. Les fondateurs, Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl et Livia Szathmáry, souhaitent aider à garantir des processus stables, augmenter les rendements et économiser des ressources. Le choix de Dresde comme lieu d'implantation n'est pas du tout fortuit : »Dresde est prédestiné à notre création d'entreprise«, souligne Philipp Wollmann. »De nombreux acteurs clés de la microélectronique sont concentrés dans cette agglomération. Pour développer au mieux notre technologie en fonction des besoins des clients, nous avons ici les chemins les plus courts et, grâce à l'expansion progressive du réseau existant, nous pouvons également identifier d'autres partenaires.«

Les fondateurs ne pensent pas uniquement aux clients de l'industrie des semi-conducteurs. À terme, le quatuor souhaite établir sa technologie innovante DIVE pour l'inspection et l'analyse de surfaces et de couches dans divers secteurs. Parmi les nombreux scénarios envisagés, la mesure rapide de l'épaisseur des couches en surface, la détection et la localisation de petites imperfections ou de contaminants ne représentent qu'une petite partie des possibilités.

La lumière décomposée en 1000 couleurs

Le système DIVE éclaire avec une lumière visible et une radiation infrarouge invisible dans des fréquences comprises entre 0,4 et 2,5 micromètres (millièmes de millimètre) ces disques de silicium (wafers), à partir desquels sont fabriqués dans le monde entier, dans les usines de semi-conducteurs, les microprocesseurs pour ordinateurs portables, téléphones, voitures, etc. Une caméra hyperspectrale spéciale capte la lumière renvoyée. Alors que l'œil humain ne perçoit que trois couleurs primaires – rouge, vert, bleu –, la caméra hyperspectrale distingue jusqu'à 1000 »couleurs« ou longueurs d'onde de la lumière. Ensuite, les données brutes à haute dimension, qui peuvent rapidement atteindre plusieurs gigaoctets, sont transmises à une intelligence artificielle (IA). Cette IA peut, à partir de l' »image à 1000 couleurs«, détecter d'éventuelles défectuosités ou contaminations, ainsi que évaluer la qualité de chaque microprocesseur ou du wafer dans son ensemble. Le système DIVE peut ainsi, par exemple, vérifier si l'étape de revêtement du wafer a réussi, si la couche est homogène, fine, plane ou peu défectueuse. Cela permet de garantir que seuls les wafers exempts de défauts sont utilisés dans les étapes de fabrication suivantes.

Projet pilote avec le géant allemand des puces Infineon

Déjà aujourd'hui, les wafers dans les usines de semi-conducteurs sont surveillés à chaque étape de fabrication pour de nombreuses propriétés. L'analyse de l'ensemble de la surface du wafer est relativement lente et se fait souvent par échantillonnage.

C'est ici que DIVE intervient : en collaboration avec le fabricant de semi-conducteurs Infineon, l'équipe développe d'abord un système hyperspectral pour les laboratoires en dehors des salles blanches, puis un système qui peut être utilisé dans ces dernières. À l'avenir, DIVE prévoit une solution en ligne pouvant être intégrée directement dans les installations des salles blanches. Cela permettra une analyse en temps réel à plusieurs étapes du processus.

Le quatuor s'attend à une croissance rapide compte tenu du potentiel élevé de cette technologie. En effet, les fondateurs du Fraunhofer IWS apportent plusieurs caractéristiques uniques : cela inclut le concept complet du système, y compris l'éclairage des échantillons, ainsi que le logiciel sophistiqué pour la commande du système et l'analyse des données assistée par IA. DIVE fabriquera elle-même les appareils, systèmes et, plus tard, des composants entiers d'installations dans une ligne de production dédiée. L'entreprise proposera également des services, une assistance technique et des développements sur mesure. La start-up bénéficie d'un soutien important du ministère fédéral de l'Économie et du Climat (BMWK), qui lui accorde une subvention de 1,2 million d'euros sur 18 mois dans le cadre d’un transfert de recherche EXIST.

Une nouvelle perspective sur de vieux livres

Après la création d'entreprise, l'Institut Fraunhofer IWS continuera à développer intensément la technologie hyperspectrale dans différentes directions. Parmi les axes de recherche figurent, par exemple, des concepts utilisant un laser pour éclairer les échantillons ou la miniaturisation drastique des systèmes hyperspectraux. Les chercheurs souhaitent également exploiter davantage d'informations à partir des données brutes grâce à des algorithmes. Ces approches pourraient donner lieu à de nombreuses autres applications économiques et sociétales, comme le développement de la technologie hyperspectrale pour les bibliothèques, afin de transformer des biens culturels précieux et très sensibles en une forme numérique accessible au public. À l'avenir, des jumeaux numériques pourraient ainsi voir le jour, conservant, en plus des images et textes classiques, une multitude d'autres données, telles que l'épaisseur et le type de papier, l'âge du document ou les pigments utilisés.

Ce transfert de savoir-faire vers la pratique reste une priorité constante pour l'institut de Dresde. Transformer rapidement et de manière orientée client les résultats de la recherche de pointe en applications économiques fait partie de l'ADN du Fraunhofer. »Concrètement, nous transférons ici un portefeuille technologique développé depuis plus de dix ans au Fraunhofer IWS, doté d'un potentiel énorme«, résume Philipp Wollmann. »Nous aiderons l'industrie des semi-conducteurs en Allemagne et en Europe à traiter les wafers de manière particulièrement efficace, avec une haute qualité et un rendement élevé. Cela soutient également les objectifs de l'UE visant à augmenter significativement la part de la microélectronique européenne sur le marché mondial. Par ailleurs, cela garantit des emplois et de la valeur ajoutée dans la région.«