Un occhio iperspettrale affilato per la produzione di chip

Il dottor Philipp Wollmann, il dottor Wulf Grählert, Oliver Throl e Livia Szathmáry (da sinistra) hanno fondato la società finanziata dal BMWK "DIVE imaging systems GmbH" per commercializzare una tecnologia promettente sviluppata presso il Fraunhofer IWS. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Al centro dell'attenzione c'è un sistema di misurazione che integra la tecnologia dei sensori iperspettrali, l'intelligenza artificiale e tecniche di illuminazione speciali in un sistema di ispezione potente e altamente flessibile. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS / L'attenzione è rivolta a un sistema di misurazione che integra la tecnologia dei sensori iperspettrali, l'intelligenza artificiale e tecniche di illuminazione speciali in un sistema di ispezione potente e altamente flessibile. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

I fondatori non pensano solo ai clienti dell'industria dei semiconduttori. In prospettiva, il quartetto intende diffondere la sua innovativa tecnologia DIVE per l'ispezione e l'analisi di superfici e strati in diversi settori. © Amac Garbe/Fraunhofer IWS

Un'analisi precisa e superficiale dei rivestimenti high-tech nella microelettronica, nelle fabbriche di batterie o anche nel settore automobilistico si avvicina rapidamente. Ciò è reso possibile da un sistema di misurazione sviluppato presso il Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS, che integra sensoristica iperspettrale, intelligenza artificiale e tecniche di illuminazione speciali in un sistema di ispezione altamente flessibile e potente. Un team di ricercatori dell'istituto di Dresda sta ora fondando, con il supporto del BMWK e attraverso la società "DIVE imaging systems GmbH", un'azienda che commercializza questa promettente tecnologia.

Il focus di DIVE (abbreviazione di "Digital Vision Experts") è inizialmente rivolto principalmente all'industria dei semiconduttori. Qui i fondatori Dr. Philipp Wollmann, Dr. Wulf Grählert, Oliver Throl e Livia Szathmáry vogliono aiutare a garantire processi stabili, aumentare i rendimenti e risparmiare risorse. La scelta della sede non è affatto casuale: «Dresda è predestinata per la nostra startup», sottolinea Philipp Wollmann. «Qui sono concentrati importanti attori della microelettronica in un'area metropolitana. Per sviluppare al meglio la nostra tecnologia in modo orientato al cliente, abbiamo i percorsi più brevi in questa città e, con l'espansione progressiva della rete già esistente, possiamo anche identificare altri partner.»

I fondatori e le fondatrici non pensano solo ai clienti dell'industria dei semiconduttori. A lungo termine, il quartetto vuole stabilire la sua innovativa tecnologia DIVE per l'ispezione e l'analisi di superfici e rivestimenti in diversi settori. Tra le numerose applicazioni, il rapido misuramento dello spessore dei rivestimenti superficiali, il riconoscimento e la localizzazione di minimi difetti di forma o contaminazioni sono solo alcune delle possibilità.

La luce divisa in 1000 colori

Il sistema DIVE illumina con luce visibile e radiazioni infrarosse invisibili in frequenze tra 0,4 e 2,5 micrometri (millesimi di millimetro) quei dischi di silicio (wafer) da cui vengono prodotti in tutto il mondo nelle fabbriche di semiconduttori i microchip per laptop, cellulari, automobili, ecc. Una speciale telecamera iperspettrale cattura la luce riflessa. Mentre l'occhio umano, ad esempio, registra solo tre colori primari – rosso, verde, blu – la telecamera iperspettrale distingue fino a 1000 "colori" o lunghezze d'onda della luce. Successivamente, i dati grezzi ad alta dimensionalità, che possono crescere rapidamente fino a diversi gigabyte, vengono trasmessi a un'intelligenza artificiale (IA). Questa IA può, sulla base dell'"immagine a 1000 colori", riconoscere eventuali difetti o contaminazioni e valutare la qualità di singoli chip o dell'intero wafer. Il sistema DIVE può quindi, ad esempio, verificare se il rivestimento sul wafer è stato eseguito correttamente, quanto è omogeneo, sottile, piatto o privo di difetti. Ciò consente di garantire che solo i wafer conformi siano utilizzati nei successivi passaggi di produzione.

Progetto pilota con il produttore tedesco di chip Infineon

Già oggi i wafer vengono monitorati nelle fabbriche di semiconduttori durante le numerose fasi di produzione fino al microchip finale, per molte proprietà. Tuttavia, l'analisi dell'intera superficie del wafer è relativamente lenta e spesso viene eseguita a campione.

Qui interviene DIVE: insieme al produttore di semiconduttori Infineon, il team sviluppa inizialmente un sistema iperspettrale per laboratori al di fuori delle camere bianche e, nel passo successivo, un sistema che può essere utilizzato in tali ambienti. A lungo termine, DIVE pianifica una soluzione inline che può essere integrata direttamente negli impianti delle camere bianche. Ciò consentirà anche un'analisi in tempo reale durante molte fasi del processo.

Il team di quattro persone prevede, data la grande potenzialità di questa tecnologia, una rapida crescita. I fondatori e le fondatrici del Fraunhofer IWS portano con sé diverse caratteristiche distintive: tra queste, il concetto completo del sistema, inclusa l'illuminazione delle provette, e il software sofisticato per il controllo del sistema e l'analisi dei dati basata sull'IA. DIVE produrrà autonomamente i dispositivi, i sistemi e, successivamente, anche parti di impianto in una propria linea di produzione. Inoltre, il team offrirà servizi, assistenza tecnica e sviluppi su misura. Il sostegno principale proviene dal Bundesministerium für Wirtschaft und Klima (BMWK), che ha concesso un finanziamento di 1,2 milioni di euro nell'ambito di un trasferimento di ricerca EXIST di 18 mesi.

Nuova prospettiva sui vecchi libri

Dopo la fondazione, il Fraunhofer IWS continuerà a sviluppare intensamente la tecnologia iperspettrale in diverse direzioni. Tra i temi di ricerca ci sono, ad esempio, concetti che utilizzano un laser per illuminare i campioni o la miniaturizzazione drastica dei sistemi iperspettrali. Inoltre, i ricercatori vogliono estrarre molto più informazioni dai dati grezzi utilizzando algoritmi. Da questi approcci potrebbero svilupparsi in futuro molte altre applicazioni economiche e sociali, come il miglioramento della tecnologia iperspettrale per le biblioteche, per digitalizzare preziose opere culturali altamente sensibili e renderle accessibili pubblicamente. In futuro, potrebbero così emergere gemelli digitali che, oltre alle classiche informazioni di immagini e testi, conservano una vasta gamma di altri dati, come lo spessore e il tipo di carta, l'età del documento o i pigmenti utilizzati.

Proprio questa trasmissione di know-how nella pratica è sempre al centro dell'attenzione dell'istituto di Dresda. Trasferire rapidamente e in modo orientato al cliente i risultati della ricerca di punta nel settore economico fa parte del DNA del Fraunhofer. «In concreto, trasferiamo qui un portafoglio tecnologico sviluppato presso il Fraunhofer IWS da oltre dieci anni, con un enorme potenziale», riassume Philipp Wollmann. «Aiuteremo l'industria dei semiconduttori in Germania e in Europa a processare i wafer in modo particolarmente efficiente, con alta qualità e rendimento. In questo modo, sosteniamo anche gli obiettivi dell'UE di aumentare significativamente la quota di microelettronica europea nel mercato mondiale. D'altra parte, garantiamo posti di lavoro e valore aggiunto nella regione.»