Ziel des Green ICT Space Projektes „Neues Screeningtool für eine effiziente Halbleiterfertigung“(NEST) war es, potenziell mögliche ökologische Einsparungen in der Halbleiterfertigung mithilfe der Hyperspectral Vision Technologie zu quantifizieren und gleichzeitig das junge Startup bei der Einführung der neuen Messmethode in kommerzielle Halbleiterfabs und Foundries zu unterstützen.
Die DIVE imaging systems GmbH entwickelt innovative Inspektionstools, die die Vorteile der optischen Spektroskopie mit der Bildgebung kombinieren. Durch KI-Algorithmen werden die Prozessschritte in der Halbleiterfertigung umfassender kontrollierbar, was beispielsweise den Einsatz von Betriebsmitteln und die Anzahl von Kontrollwafern verringern kann.
Die zerstörungsfreie und hochpräzise Inspektionstechnologie kann zur Qualitätskontrolle von Wafern eingesetzt werden und führt zu einer Einsparung von Kontroll-Wafern. Diese werden zusätzlich zu den eigentlichen Produktionswafern in den Fertigungsprozess eingeschleust, um die Güte einzelner Prozessschritte zu prüfen.
Im Rahmen der Umweltpotenzialanalyse wurden die Vorteile des Einsatzes der DIVE Technologie zum Stand der Technik verglichen und dabei insbesondere der Energieeinsatz pro Wafer betrachtet. Für einen bespielhaften 28 nm Prozess (CMOS, Front-End) wurden für die Fertigung rund 700 Prozessschritte angenommen, dabei ca. 400 Prozessschritte zur Waferbearbeitung (Ätzen, Lithographie, Abscheidung) und ca. 300 begleitende Metrologie-Prozessschritte.
Für den 28 nm Fertigungsprozess wurden bei 25k Waferstarts/Monat der Einsatz von 36k Kontrollwafern angenommen, ferner wurde das durch die DIVE-Technologie erzielbare Einsparpotenzial zunächst konservativ auf 25% der Kontrollwafer (9.000 Wafer/Monat) geschätzt. Auf Basis dieser Annahmen für einen 28 nm Prozess wurde vom Fraunhofer IZM ein vereinfachtes Prozessflussmodell auf Grundlage von Literaturdaten entwickelt. Das Modell berücksichtigt die Art und Anzahl der wesentlichen Prozessschritte. Basierend auf einem definierten Energiemix, in diesem Fall 600 gCO2e/kWh, wurde der CO2-Fußabdruck der Produktion in kgCO2e vor und nach Einsparung berechnet.
Durch den Einsatz der Hyperspectral Vision Technologie von DIVE können monatlich mehr als 118.000 Kilogramm CO2 eingespart werden. In die Reduktion des CO2-Footprints wurden zusätzliche energetische Aufwendungen für Herstellung und Betrieb der DIVE-Anlage berücksichtigt. Dies entspricht einer Reduktion von rund 2% des monatlichen Fab-CO2-Footprints. Explizit nicht berücksichtigt in der Berechnung wurden weitere positive Effekte:
- Frühzeitige Erkennung von Prozessabweichungen und somit Einsparungen bei Fehlproduktionen und positive Beeinflussung der Ausbeute der Produktivwafer
- Reduktion der Tool-Belegung durch Kontrollwafer bzw. Einsparung des Betriebs von dezidierten Tools, die ausschließlich zur Prozessierung von Kontrollwafern genutzt werden
- Energetische Einsparungen, die durch den Entfall der Aufbereitungsschritte von Kontrollwafern entstehen
- Reduktion des Chemikalien- und Wasserverbrauchs, der zur Aufbereitung von Kontrollwafern notwendig ist, insbesondere die Nutzung konzentrierter Mineralsäuren
Neben der Umweltpotenzialanalyse hat die Kooperation im Rahmen des Green ICT Space-Projekts wesentlich dazu beigetragen, dass DIVE den Markt für reinraumtaugliche Messgeräte für Halbleiterfabs adressieren konnte. Im Projektverlauf wurde ein erstes, reinraumtaugliches Messgerät, mit Unterstützung des Fraunhofer IPMS im 300 mm-Reinraum des Fraunhofer IPMS aufgebaut.
Es ist vorgesehen, das reinraumtaugliche DIVE VEpioneer®-System auch nach Projektende zum 30.06.2025 am Fraunhofer IPMS einzusetzen. Dadurch hat das Startup weiterhin die Möglichkeit, mit Kunden aus der Halbleiterbranche die Anlage vor Ort zu evaluieren und Wafermessungen für Kunden unter Reinraumbedingungen durchzuführen. In Zukunft soll die Anlage mit einer Automatisierung des Wafer-Handlings sowie einer Equipmentkopplung für den automatischen Datentransfer weiterentwickelt werden. Dazu sind Folgeprojekte zwischen DIVE und dem Fraunhofer IPMS in Vorbereitung.
Im Mai 2025 wurde bekannt gegeben, dass die DIVE Imaging Systems GmbH durch die PVA TePla AG übernommen wurde. PVA TePla ist ein führendes Spitzentechnologie-Unternehmen für Material- und Messtechnik. Der 1991 gegründete Systemanbieter entwickelt und produziert maßgeschneiderte Lösungen für hochpräzise Materialherstellung, -veredelung und -bearbeitung (Material Solutions) sowie Anlagen zur Inspektion von Material und Bauteilen durch akustische, nass-chemische und optische Verfahren (Metrology). PVA TePla betreibt mit seinem Technology Hub ein Innovationszentrum für die marktorientierte Forschung und Entwicklung von Material und Werkstoffen der Zukunft. Darüber hinaus bedient das Unternehmen mit seiner internen Forschung und Entwicklung auch hochspezifische individuelle Kundenanforderungen.
Das Green ICT Space Projekt NEST mit seiner praxisorientierten Ausrichtung auf die Halbleiterbranche hat wesentlich dazu beigetragen, dass DIVE ein entscheidender Schritt gelungen ist, sich mit seiner innovativen Messmethode am Markt zu etablieren.