Die Semikron Elektronik GmbH mit Sitz in Nürnberg ist einer der weltweit führenden Hersteller von leistungselektronischen Komponenten wie integrierten Schaltkreisen, Halbleiterbauelementen, Transistoren, Dioden, Thyristoren und Netzteilen im mittleren Leistungsbereich von ca. 1 kW bis 10 MW. Diese werden in einer Vielzahl von Industriesektoren eingesetzt, von Elektro- und Hybridfahrzeugen und Industrieantrieben bis hin zur Wind- und Solarenergieerzeugung und der Eisenbahnindustrie. Bis vor kurzem setzte das Unternehmen mehrere optische Mikroskope von Nikon Metrology ein, um 6-Zoll-Halbleiterwafer zur Qualitätssicherung und Produktionsoptimierung zu vermessen und zu prüfen.
Im Juli 2017 beschloss das Elektronikunternehmen, seine eigenen kontaktfreien Inspektionskapazitäten aufzurüsten und erwarb das erste vollautomatische Mess- und Inspektionssystem für 6-Zoll-Wafer vom selben Anbieter. Dieses besteht aus der Kombination eines NEXIV VMZ-R3020 CNC-Videomesssystems einschließlich AutoMeasure-Software und einem mWL-150 Wafer Handling Tool mit doppeltem Loadport zur Aufnahme von bis zu 50 Wafern. Die Robotereinheit nimmt den zu messenden Wafer aus der Waferkassette, legt ihn dann zur Ausrichtung und ID-Nummern-Erkennung auf die Ausrichthilfe und transportiert ihn anschließend zur eigentlichen Messung auf den Vakuumtisch der NEXIV-Systeme. Nach Abschluss der Messung wird der Wafer zurück in die Waferkassette transportiert und die gesammelten Messwerte und Zusatzinformationen werden automatisch zur Auswertung an das zentrale IT-System übertragen.
Dr. Klaus Mümmler, Prozessingenieur in der Abteilung Photolithographie bei Semikron, erklärt: „Die Mikrofabrikation von Miniaturmustern für die Herstellung von Schaltkreisen auf unseren 6-Zoll-Wafern schafft Strukturen im Mikrometerbereich. Neben der langen und guten Zusammenarbeit mit Nikon Metrology hat uns auch die Gesamtleistung der Geräte überzeugt. Es war zeitaufwändig, solch kleinformatige Strukturen mit manuellen Lichtmikroskopen zu testen und zu messen. Die Reproduzierbarkeit des Prozesses war gering, die Rückverfolgbarkeit der Ergebnisse war nicht ideal und es gab keine Möglichkeit, sie zu archivieren, ohne dies von Hand zu tun.“ Um diese Mängel zu beheben und die Anzahl der Inspektionen zu erhöhen, damit eine bessere statistische Auswertung möglich ist, beschlossen er und sein Kollege, der Prozessingenieur Marco Kleber, das Nikon Metrology NEXIV VMZ-R3020 zu installieren, nachdem sie eine Reihe von alternativen Messgeräten auf dem Markt getestet hatten. Ein wichtiger Entscheidungsfaktor für die Nikon-Lösung war die Vernetzbarkeit der Wafer-Handling-Automatisierungssoftware mit der Software für Messung und Reporting. Als besonders vorteilhaft erwies sich auch die exakte Tischsteuerung in Kombination mit der effizienten Funktion der Bildzusammenführung der AutoMeasure-Software.
Nikon Metrology NEXIV VMZ-R3020, automatisiert mit einem mWL150 Einzelarm-Wafer-Handling-Tool. Dies ist das erste System, das in einem Reinraum im Nürnberger Werk der Semikron Elektronik GmbH installiert wurde.
Dr. Mümmler fügte hinzu: „Die Gesamtleistung der Geräte hat uns überzeugt, hinzu kommt die lange und gute Zusammenarbeit mit Nikon Metrology, die uns die Entscheidung erleichtert hat. Die Installation des Systems verlief reibungslos und die Schulung verlief ohne Probleme. Inzwischen haben wir ein zweites System mit einem weiterentwickelten doppelarmigen Handling-Tool installiert.“ Durch die Automatisierung wurden die Messgenauigkeit und die Wiederholbarkeit stark verbessert und die Ergebnisse werden schneller und einfacher interpretiert. Infolgedessen kann jede Verschiebung der Parameter des Herstellungsprozesses erkannt und mit größerer Präzision korrigiert werden, um eine höhere Qualität der Komponenten zu erreichen. Darüber hinaus hat die direkte Verbindung zwischen der Datenerfassung und ihrer Auswertung die Rückverfolgbarkeit im Vergleich zur manuellen Messung erheblich verbessert. Semikron beschäftigt heute 3.000 Mitarbeiter an 24 Standorten weltweit, mit Produktionsstätten in Deutschland, Brasilien, China, Frankreich, Indien, Italien, der Slowakei und den USA. Die innovativen Produkte des Unternehmens für die Leistungselektronik ermöglichen es den Kunden, kleinere und energieeffizientere Systeme zu entwickeln, was wiederum dazu beiträgt, den weltweiten Verbrauch fossiler Brennstoffe zu senken. Nikon Metrology freut sich, Semikron und seine Kunden bei der Erreichung dieses Ziels zu unterstützen.
Über das NEXIV VMZ-R3020 system bei Semikron
Das CNC-Videomesssystem verfügt über eine 15-fache Zoom-Optik, die eine hohe Auflösung bei hoher Vergrößerung liefert. Episkopische und diaskopische LED-Beleuchtung sowie eine doppelte 8-Segment-LED-Ringbeleuchtung mit drei verschiedenen Winkeln bieten große Flexibilität zur Optimierung der Beleuchtung der Proben. Mit XY-Verfahrwegen von 300 x 200 mm kann das NEXIV System alle kleinen Komponenten messen, wie beispielsweise mechanische Komponenten und Formteile. Die Inspektion von hochintegrierter Elektronik, seien es Leiterplatten oder Wafer, ist jedoch eine der Hauptanwendungen des Geräts. Das NEXIV VMZ-R3020 System ist in der Lage, Merkmale mittels Bildverarbeitung mit hoher Präzision zu messen und zu bewerten. Darüber hinaus können Oberflächen auch mittels TTL-Laserscan erfasst werden, um Topographiedaten für die Profilbewertung oder für Rauheitsmessungen zu erhalten. Besonders hervorzuheben sind der große Arbeitsabstand, das weite Sichtfeld und die hohe numerische Apertur für eine hervorragende Auflösung. Die Messgenauigkeit wird durch hochauflösende (0,01 Mikrometer) lineare Encoder für die Rückmeldung der Achsenpositionen an den Controller erhöht. Die programmierbare AutoMeasure-Softwareplattform ist das ideale Tool zur Aufzeichnung und Auswertung der durch die Bildverarbeitung erfassten Daten. Zu den Funktionen gehören interaktive Mess- und Lernassistenten, eine CAD-Schnittstelle, die Möglichkeit zur Formanalyse und Tools zur Datenverwaltung. Hinzu kommt die Integration in Programme zur Profilformauswertung, 3D-Oberflächenanalyse und Berichterstellung. Die grafische Benutzeroberfläche bietet dem Benutzer die Möglichkeit, Standardlayouts zu verwenden oder sie individuell anzupassen. Dazu gehören erweiterte Funktionen des Programmiereditors, das Livebild-Fenster und die Kontrolle über die Lichtverhältnisse. Benutzer können einfache Routinearbeiten mit einem begrenzten Layout durchführen oder ein voll ausgestattetes Layout verwenden, um einfache oder komplexe Programme zu erstellen. Das WL150-2d Wafer Handling Tool mit dem zweiarmigen Roboter ist eine Automatisierungseinheit der Reinraumklasse 5 nach ISO EN 14 644-1 (eine höhere Klasse ist optional erhältlich), die für das autonome Be- und Entladen von 6-Zoll-Wafern aus Kassetten zur Inspektion ausgelegt ist. Das Wafer Handling Tool ist mit einem oder zwei Nadeleffektoren, zwei Kassettenstationen mit Scannern, einer Ausrichthilfe, einer Nadelteststation und einem Touchscreen ausgestattet. Auf Wunsch können auch zwei verschiedene Wafergrößen in einem System verarbeitet werden. Für die Bearbeitung größerer Wafer sind auch größere Wafer Handling Tools (mWL200/300) für die Inspektion von 8- oder 12-Zoll-Wafern erhältlich. Das NEXIV VMZ-R3020 wurde mittlerweile durch das NEXIV VMZ-S3020 ersetzt.
