SCHOTT solutions Nr. 1/2011 > Machine Vision

Das im BEANS Device Center eingesetzte Machine-Vision-System wurde für die Fehlerüberprüfung von MEMS-Bauteilen maßgefertigt. Es ­ermöglicht eine hochwertige und vergleichsweise kostengünstige Oberflächenprüfung von Wafern. Foto: Moritex/H.Murakami

Unbegrenzte Möglichkeiten


Das zum SCHOTT Konzern gehörende Unternehmen MORITEX fertigt innovative Inspektionssysteme. Eines der Machine-Vision-Inspektionssyteme wird in der Spitzenforschung im Bereich der MEMS-Technologie eingesetzt.


Yutaka SuzuKi & Takeshi Harada

Mikro-Elektromechanische Systeme (MEMS) stecken in vielen Alltagsgeräten: in Autos, Handys und Spielkonsolen. MEMS herzustellen erfordert spezielle Technologien, durch die nur wenige Mikrometer kleine Bauteile auf einzelne Substrate aufgebracht werden können. Diese Bauteile sind winzig und präzise, verbrauchen wenig Energie und ermög-lichen extrem kleine Aktoren und Sensoren. Sie sind Schlüsselelemente für Herstellungsverfahren von morgen – entsprechende Forschungs­ko-operationen von Industrie und Universitäten werden deshalb intensiv staatlich gefördert. Das zum SCHOTT Geschäftsbereich Lighting and Imaging gehörende japanische Unternehmen MORITEX ist renommierter Hersteller und Anbieter von Spezialgeräten, unter anderem von Systemen zur visuellen Fertigungskontrolle. Eines dieser Geräte wurde vom BEANS G Device Center in Tsukuba ausgewählt, das im Auftrag des japanischen Staates an der MEMS-Weiterentwicklung forscht.

„Unser Machine Vision Inspection System nutzt die Tatsache, dass Infrarotlicht Silizium durchdringt und man so automatisch MEMS-Bauteile auf Fehler überprüfen kann. Die an das BEANS G Device Center gelieferte Anlage ist so maßgefertigt, dass sie mit sichtbarem Licht automatisch Oberflächenprüfungen auf einem 200- Millimeter-Wafer ausführen kann. Wenn das Gerät gut funktioniert, erwarten wir einen beträchtlichen Aufwärtstrend bei der Einführung solcher Machine-Vision-Inspektionssysteme in Fertigungslinien von MEMS- und Halbleiterherstellern“, sagt der zuständige Vertriebsleiter Junya Inoue.
Im japanischen BEANS G Device Center wird an der MEMS-Weiterentwicklung geforscht. Im Dezember 2010 wurde ein intelligenter Reinraum unter anderem mit einer 8-Inch-MEMS-Fertigungsstraße fertiggestellt. Foto: Moritex/H.Murakami
BEANS startete als Kooperation von Industrie und Universitäten, die vom japanischen Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie initiiert wurde. Derzeit trägt die New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) die operative Verantwortung.

„BEANS” ist eine Abkürzung für Bio Electromechanical Autonomous Nano System. Wie der Name suggeriert, wollen Forscher durch eine Verschmelzung organischer, anorganischer und biologischer Werkstoffe integrierte Mikro- und Nanotechnologien weiterentwickeln. Zugleich spielt BEANS auf die japanische Formulierung „sangyo no kome” an, übersetzt „Reis der Industrie”, womit ein langfristiges Schlüsselprodukt gemeint ist. Genau wie Halbleiter derzeit die Hauptprodukte der japanischen Industrie sind, sollen die MEMS dieses Projektes in der nächsten Generation die industriellen Wachstumsmotoren darstellen. Die MEMS-Fertigungsstraße am BEANS G Device Center bearbeitet 8-Inch-Wafer und deckt von der Eingangs- bis zur Fertigungslinie und Endkontrolle alle Produktionsstufen ab. Diese Großanlage hat sogar die Ausstattung für die Bearbeitung von 12-Inch-Wafern. Sie wird dafür genutzt, Bauteil-Prototypen herzustellen, um den Erfolg des BEANS Projekts zu validieren. „Wir wollten wissen, wie stark die Bauteile auf den 8-Inch-Wafern vom Plan abweichen. Normalerweise benötigt man für die Inspektion der Wafer-Oberfläche eine extrem teure Ausrüstung, doch dank des Machine-Vision- Inspektionssystems konnten wir die Kosten erheblich senken und trotzdem ein ausreichendes Qualitätsniveau sichern. Künftig wird das System den Maßstab für unsere Auswertungen setzen“, freut sich Takeshi Harada, General Manager des Research Departments am BEANS Laboratory. MEMS-Bauteile werden in naher Zukunft zur Erhaltung von Lebensraum und der Verbesserung der Lebensqualität wichtig sein. MORITEX Ziel ist es, künftig eine führende Rolle als Hersteller von Systemen zur Fertigungskontrolle bei der MEMS-Forschung und -Herstellung einzunehmen.
 

„Wir erwarten einen steilen Aufwärtstrend für Machine-Vision-Inspektionssysteme in der MEMS- und Halbleiterfertigung.”

Junya Inoue · MORITEX Vertriebsmanager

 

Innovatives Inspektionssystem

Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt BEANS hat zum Ziel, auf Mikro- und Nanoskala integrierte Fertigungstechnologien für die Herstellung zukunftsweisender Bauteile zu entwickeln. Das Projekt startete 2008 im Auftrag der japanischen Regierungsorganisation nedo (New Energy and Industrial Development Organization) mit dem Ziel, Verfahren für die Verbindung von biologischen und organischen Materialien sowie Prozesse für die Herstellung dreidimensionaler Nanostrukturen zu entwickeln und kontinuierliche Großanlagen für die Fertigung mikroskopischer Nano-Strukturen aufzubauen. Das Projekt wird seit 2009 vom BEANS Forschungszentrum, einem Zusammenschluss von Forschungseinrichtungen, durchgeführt. Zu dessen bemerkenswertesten und in den Medien vielbeachteten Ergebnissen gehören ein Roboter mit Geruchssensoren, implantierbare Zuckersensoren, Herstellungsverfahren für künstliche Gallenwege und ein thermoelektrisches Material.
Takeshi Harada, Geschäftsführer der Forschungsabteilung am ­BEANS Laboratory, und sein Team erforschen erweiterte Sensornetzwerksysteme sowie umweltfreundliche Prozesse zur Her­stellung drei­dimensionaler Nanostrukturen. Foto: MORITEX/H. Murakami
2010 wurde das BEANS Projekt durch ein neues Forschungsvorhaben ergänzt: „G-device@BEANS“ beschäftigt sich mit der Entwicklung eines fortschrittlichen Sensornetzwerksystems in Verbindung mit umweltfreundlichen Fertigungsverfahren. Geplant ist in diesem Zusammenhang der Aufbau eines intelligenten Reinraums und neuartiger 8-Inch-Fertigungslinien für die Mikrosystemtechnik. Mit dem Netzwerksystem im Reinraum und der MEMS-Fertigungsanlage wird künftig eine Vielzahl leistungsfähiger MEMS-Sensormodule zum Einsatz kommen, die in Echtzeit den Energieverbrauch überwachen, die Klimaanlage steuern und vieles mehr. Umweltfreundliche Herstellungsverfahren erforscht BEANS an Technologien wie der Verwendung alternativer Gase zum Ätzen von Siliziumsubstraten für Mikrosysteme sowie am Wafer Level Packaging bei niedrigen Temperaturen. Zu den Forschungszielen gehört ebenso der Aufbau von hochwertigen Prozessen für die 8-Inch-MEMS-Produktionsstraßen. Hierfür sollen verstärkt auf neue Werkstoffe und Strukturen abgestimmte Konzepte genutzt werden. Um Prozessgrenzen besser zu kontrollieren, beabsichtigt man, das Design zu verfeinern und Fertigungstechnologien zu eruieren, die umweltfreundliche, biokompatible Kunststoffe nutzen. Im Dezember 2010 wurde im Forschungszentrum Tsukuba East der unabhängigen Verwaltungsbehörde AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) ein intelligenter Reinraum für universelle MEMS und Mikrotechnik sowie eine 8-Inch-MEMS-Fertigungsstraße für Prototypen fertiggestellt. Die 8-Inch-Fertigungsstraße besteht aus der Wafer-Reinigung, Lithographie, Oxidation und Diffusion, Abscheidung und dem Ätzen. Zur Fertigungsstraße und Kontrolle gehört das Wafer-Bonding, die Herstellung von Drahtverbindungen und das Testen, inklusive des Checks der Waferformen und der elektrischen Eigenschaften. Beide Einheiten bilden eine komplette 8/12-Inch-MEMS-Fertigungslinie, die sowohl Feinarbeiten bis 0,35 Mikrometer Linienbreite als auch drei­dimensionale Mikrobearbeitungen ermöglicht. Das automatische Inspektionssystem mit optischem Mikroskop basiert auf der Moritex Machine-Vision-Technologie. Diese wird eingesetzt, um MEMS-Bauteile auf Wafern zu prüfen und Abweichungen auszuwerten. Eine solche Ausrüstung zu einem in der Halbleiterindustrie relativ günstigen Preis zu erhalten, wird positiv bewertet. BEANS Forscher gehen davon aus, dass das Gerät in der MEMS-Fertigung wichtige Kontrollfunktion haben wird.