Nachhaltige Halbleiterfertigung durch hyperspektrale Bildgebung
Im Forschungsprojekt NEST (New Screening Tool for Efficient Semiconductor Manufacturing) arbeiten das Fraunhofer IPMS, Fraunhofer IZM und DIVE Imaging Systems GmbH gemeinsam im Rahmen des GreenICT@FMD-Kompetenzzentrums an einem neuartigen Screening-Werkzeug für die Halbleiterproduktion. Ziel ist es, durch den Einsatz von hyperspektraler Bildgebung Defekte frühzeitig zu erkennen, Ressourcen zu schonen und Produktionsprozesse effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten.
Die Halbleiterfertigung umfasst bis zu 1.500 Prozessschritte, z.B. Ätzen, Beschichtung und Lithografie, und erfordert höchste Qualitätskontrollen. Rund 50 % der Fertigungsschritte entfallen auf Messtechnik, wofür monatlich tausende Kontroll-Wafer verwendet werden. Das verursacht hohe Kosten, CO₂-Emissionen und Energieverbrauch.
Eine Umweltpotenzialanalyse im 28-nm-Prozess mit 25.000 Wafer-Starts pro Monat ergab: Durch hyperspektrale Inspektionslösungen lassen sich der Einsatz von Kontroll-Wafern um mindestens 25 % sowie über 118.000 kg CO₂ pro Monat einsparen. Weitere Vorteile: weniger Wasser- und Chemikalienverbrauch, verbesserte Energieeffizienz und gesteigerter produktiver Waferertrag durch frühzeitige Prozessabweichungs-Erkennung.
Industrietaugliche Wafer-Inspektion mit DIVE und Fraunhofer IPMS
Das von DIVE Imaging Systems entwickelte VEpioneer®-System ist das erste hyperspektrale Inspektionssystem, das zuverlässig unter Reinraumbedingungen arbeitet. Es analysiert in nur 20 Sekunden berührungslos Oberflächeneigenschaften und Abweichungen von Spezifikationen. Mit Hilfe integrierter KI-Algorithmen wird der Testaufwand deutlich reduziert und die Prozesskontrolle signifikant verbessert.
Das Fraunhofer IPMS unterstützt die Entwicklung mit seinem Know-how in der optischen Sensorintegration und Reinraumqualifikation. Auch nach Projektabschluss bleibt das System am Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Fraunhofer IPMS für Kundentests, Datenanalysen und die Weiterentwicklung mit automatisierter Waferhandhabung und Tool-Integration im Einsatz.