Dünnschicht-Abtrag mit UKP-Laser

Welche Prozessparameter beeinflussen, wie dünne Schichten mit einem Laser präzise und ohne Schäden an darunterliegenden Materialien entfernt werden können? Ein Projekt von RhySearch erforscht und charakterisiert die selektive Laserablation anhand industrienaher Anwendungen.  

Viele Produkte in der Sensorik, der Halbleitertechnik oder der Kommunikationstechnik sind mit dünnen Schichten aus leitenden oder isolierenden Materialien beschichtet. Diese sind oft nur wenige Nano- bis Mikrometer «dick». Für bestimmte Anwendungen wie Sensoren kann es jedoch nötig sein, einen Teil dieser Schichten zu entfernen, um eine gewünschte Funktionalität wie z.B. eine lokale elektrische Isolation vom Substrat zu erreichen.  

Bisher stehen der Industrie dafür verschiedene Nass- und Trockenätzverfahren zur Verfügung. «Diese haben aber Nachteile: Nicht alle Materialien lassen sich gleichermassen gut verarbeiten. Zudem erfordern die Verfahren Chemikalien, die sicher gehandhabt werden müssen, um Umwelt- und Gesundheitsrisiken zu vermeiden», erklärt Rodolphe Catrin, Projektleiter bei RhySearch.  

Alternative Ultrakurzpuls-Laser 

Eine Alternative ist es, die Schichten mit einem Laser abzutragen – die sogenannte Laserablation. Doch auch hier gibt es einen Nachteil: Sind die Prozessparameter nicht optimal abgestimmt, kann es zu thermischen Schäden an benachbarten Strukturen und / oder darunterliegenden Schichten kommen.  

RhySearch untersucht in einem laufenden Projekt die Prozessgrenzen der selektiven Bearbeitung von verschiedenen Dünnschichtsystemen mit einem Ultrakurzpuls-Laserbearbeitungszentrum (UKP-Laser).  

 

Ideale Infrastruktur, für industrierelevante Anwendungen 

RhySearch besitzt hierfür eine in der Schweiz und in Liechtenstein einzigartige Infrastruktur, die für dieses Projekt eine ideale Grundlage bietet. Denn sie kombiniert die vielfältigen möglichen Laserparametereinstellungen (Wellenlänge, Pulsdauer, Pulsenergie, Scanstrategie, u. v. m.) mit der 5-achsigen Maschinenkinematik. Das vorhandene Laserbearbeitungszentrum hat zudem eine spezielle mit Aktivkohlefilter ausgestattete Absaugungsanlage, sodass auch organische Werkstoffe bearbeitet werden können. Ergänzend dazu verfügen RhySearch und die Institute am Campus Buchs der OST – Ostschweizer Fachhochschule über diverse hochauflösende mikroskopische optische sowie taktile Messverfahren. Das bildet wiederum die Grundlage für die Charakterisierung solcher Mikrostrukturen.  

«Wir wollen untersuchen, wie machbar und effektiv der Einsatz von Ultrakurzpulslasern für den hoch-selektiven Laserabtrag von Dünnschichten ist, und Knowhow in diesem Bereich aufbauen. Davon soll die regionale Industrie profitieren. Deshalb fokussieren wir uns auf Prozesse für industrierelevante, konkrete Anwendungen in der Medizin-, Sensorik-, MEMS- und Halbleiterindustrie “, sagt Rodolphe Catrin.  

Facts: 
Projektförderung: Stiftungsprojekt
Projektlaufzeit: September 2023- August 2024