Pro Tag werden in den weltweit größten Halbleiterfabriken unzählige Proben für die Qualitätskontrolle untersucht. Aufgrund der geringen Größe moderner Mikroelektronikbauteile geschieht dies häufig mittels höchstauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Die Fertigung der dafür benötigten Proben ist sehr aufwändig und erfordert oft noch einen beträchtlichen Teil manueller Prozesssteuerung sowie Erfahrungswissen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) und die point electronic GmbH wollen nun gemeinsam neuartige Hochdurchsatzfertigungsverfahren für TEM-Proben entwickeln, die hervorragende Geschwindigkeit, verbesserte Automatisierbarkeit und hohe Präzision bieten.

Autos stecken voller Elektronik, ebenso Smartphones. Haushaltsgeräte sind vernetzt, Künstliche Intelligenz schafft in vielen Branchen völlig neue Möglichkeiten. Voraussetzung für all diese Entwicklungen sind leistungsfähige und zuverlässige mikroelektronische Bauteile und Prozessoren. Elementar ist dabei die Fähigkeit zur gezielten Strukturierung und Funktionalisierung von Materialien bis auf die Ebene weniger Nanometer. Für die Qualitätskontrolle sowie in der Entwicklung neuer Produkte ist deshalb Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ein unverzichtbares Werkzeug: Diese Methode erlaubt Einblicke in die kleinsten Details, und zwar mit höchster räumlicher Auflösung.

Für TEM-Untersuchungen müssen Materialproben vorab mit aufwendigen Methoden präpariert werden. Die dabei eingesetzten Verfahren müssen äußerst präzise sein, erfordern viel Erfahrungswissen und sind zeitaufwändig. Angesichts des steigenden Bedarfs an TEM-Analysen könnten automatisierte und adaptiv gesteuerte Probenfertigungsprozesse entscheidende Vorteile bringen und den Durchsatz deutlich steigern. Im bis Februar 2027 laufenden Projekt »Adaptive Milling« soll ein solches Verfahren entwickelt werden

»Gerade bei industriellen Anwendungen ist ein hoher Proben-Durchsatz entscheidend – unsere Ansätze sind gezielt auf diesen Bedarf ausgerichtet«, sagt Christoph Sichting, Geschäftsführer der point electronic Gmbh. »Der von uns gemeinsam verfolgte Ansatz kombiniert drei innovative Ansätze zu einem Gesamtsystem, das durch hohe Genauigkeit, Automatisierbarkeit und Effizienz geprägt ist«, ergänzt Dr. Richard Busch, der das Projekt am Fraunhofer IMWS betreut.

Die Ergebnisse umfassen Hardware, Softwarealgorithmen und Datenbanken. Die point electronic GmbH bringt dabei ihre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Analysesystemen und funktionellen Erweiterungen für die Elektronenmikroskopie ein. Die am Fraunhofer IMWS vorhandenen Kompetenzen in der Anwendung elektronenmikroskopischer Verfahren sowie der Entwicklung von Probenpräparationsworkflows und Geräten sind ebenfalls wichtige Bausteine für den angestrebten Projekterfolg.

»Wir müssen neben Lösungen für die Einzelkomponenten auch sehr komplexe Prozesslogiken entwickeln. Doch die Herausforderung lohnt sich! Mit unserem neuartigen Präparationssystem stellen wir ein sehr leistungsfähiges Werkzeug bereit, das angesichts der weltweit sehr hohen Anzahl von TEM-Untersuchungen einen wichtigen Beitrag für verbesserte Materialanalytik im Bereich mikroelektronischer Bauteile insgesamt leisten kann. Unser Ansatz hat das Potenzial, die Hochdurchsatzpräparation von TEM-Lamellen auf ein neues Niveau zu heben«, sagt Busch.

»Halbleiter sind längst keine Nischentechnologie mehr – mit dem Projekt tragen wir dazu bei, den rasant steigenden Bedarf an Analysen beherrschbar zu machen«, betont Sichting. »Durch unseren Kompatibilitätsansatz sind unsere Systeme herstellerunabhängig an einer Vielzahl von Geräten installierbar – diese Flexibilität ermöglicht uns eine große Durchdringungstiefe und zukünftig weite Verbreitung der Technologie im Markt.«