Fraunhofer IPMS en DIVE optimaliseren halfgeleiderprocessen met innovatief meetsysteem

De experts van DIVE en het Fraunhofer IPMS in de cleanroom in Dresden. © Fraunhofer IPMS / Experts van DIVE en Fraunhofer IPMS in de cleanroom bij Fraunhofer IPMS in Dresden. © Fraunhofer IPMS

Beeldvormingssystemen van DIVE maken niet-destructieve wafercontrole mogelijk. © DIVE imaging systems GmbH / Imaging Systems van DIVE voor een niet-invasieve wafercontrole. © DIVE imaging systems GmbH

Het Fraunhofer-Institut voor fotonische microsystemen IPMS heeft samen met DIVE imaging systems GmbH een fundamentele stap gezet richting hulpbronnenefficiënte halfgeleiderfabricage. Met de succesvolle installatie van een optisch meetinstrument van DIVE in de cleanroom van het Fraunhofer IPMS kon de controle-inspanning tijdens de waferproductie aanzienlijk worden verminderd. De samenwerking effent de weg naar een duurzamere en efficiëntere halfgeleiderproductie.

Tijdens de halfgeleiderproductie worden tot wel 1500 processtappen uitgevoerd, onder andere voor etsen, depositie of lithografie. Dienovereenkomstig bestaat er een hoog foutpotentieel; afgewerkte wafers moeten vanwege hun zeer complexe structuren vrijwel foutloos zijn. Om deze hoge kwaliteitsnormen te waarborgen, worden bijna 50% van de processtappen soms uitgevoerd met begeleidende metrologische processen en worden per maand vaak meerdere duizenden extra geproduceerde controlewafers gebruikt. Deze aanpak vereist dus een aanzienlijke extra inspanning en daarmee ook meer financiële en materiële middelen, evenals extra energie en tijd.

Het project »NEST« (Nieuw screeningshulpmiddel voor efficiënte halfgeleiderfabricage) heeft zich precies op deze probleemstelling gericht: Binnen een milieupotentieanalyse, uitgevoerd door DIVE, het Fraunhofer IPMS en het Fraunhofer IZM over de afgelopen 1,5 jaar, kon worden vastgesteld dat met gerichte inspectietools niet alleen minimaal 25% van de controlewafers kan worden bespaard, maar ook meer dan 118.000 kilogram CO2-uitstoot per maand tijdens de productie. DIVE gebruikt hiervoor een innovatieve spectroscopie- en beeldvormingstechnologie die het mogelijk maakt om ook fouten in dieper gelegen lagen te identificeren. De berekeningen gingen uit van de omstandigheden van een 28 nm productieproces en 25.000 waferstarts per maand. Het project werd gefinancierd binnen het kader van »Green ICT Space« van de onderzoeksfabriek Mikroelektronica Duitsland (FMD).

Naast de algemene vermindering van emissies biedt het gebruik van dergelijke screeningshulpmiddelen andere ecologische voordelen, zoals het besparen van water en chemicaliën die worden gebruikt bij de productie van controlewafers. Bovendien ontstaat er een economisch voordeel wanneer een groot deel van de extra metrologische stappen kan worden bespaard. Door de verminderde tool-belasting, die anders door controlewafers zou ontstaan, verbetert ook de algemene energiebalans. Procesafwijkingen kunnen vroegtijdig worden opgespoord, foutieve productie wordt voorkomen en de opbrengst van productiewafer wordt positief beïnvloed.

Industriegerichte evaluatie in de cleanroom van het Fraunhofer IPMS

De DIVE imaging systems GmbH ontwikkelt innovatieve inspectietools die de voordelen van optische spectroscopie combineren met beeldvorming. Het DIVE VEpioneer®-systeem is het eerste systeem van DIVE dat onder cleanroomomstandigheden werkt. Het systeem registreert oppervlakeigenschappen, verontreinigingen en afwijkingen van productiespecificaties binnen 20 seconden. Dankzij deze snelle controle en het gebruik van AI-algoritmen worden de processtappen in de halfgeleiderfabricage uitgebreid controleerbaar en wordt de testinspanning verminderd. »De hyperspectrale beeldvormingssystemen van DIVE bieden een nieuwe mogelijkheid voor niet-destructieve controle van hele wafers. Met de ondersteuning van het Fraunhofer IPMS is deze innovatieve technologie nu beschikbaar voor gebruik in gestandaardiseerde industriële cleanrooms – en daarmee worden aanzienlijke productiviteitsverhogingen en kostenbesparingen voor halfgeleiderfabrieken mogelijk.« zegt Martin Landgraf, R&D Manager bij het Fraunhofer IPMS.

Ook na de succesvolle afronding van het project zal het DIVE VEpioneer®-systeem blijven bestaan op het Center Nanoelectronic Technologies (CNT) van het Fraunhofer IPMS en daar verdere wafermetingen en evaluaties uitvoeren voor klanten en partners. In verdere gezamenlijke projecten zal de installatie in de toekomst verder worden ontwikkeld met automatisering van het wafer-handling en koppeling van apparatuur voor automatische datatransfer. Met de overname van DIVE imaging systems GmbH door PVA TePla AG ontstaan voor de start-up verdere evaluatie- en ontwikkelingsmogelijkheden, vooral door de expertise en ervaring van de materiaal- en meettechniekspecialist.