Laserbearbeitung am Forschungszentrum Mikrotechnik der FH - Vorarlberg

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1 University of Applied Sciences Laserbearbeitung am Forschungszentrum Mikrotechnik der FH - Vorarlberg J. Zehetner, T. Auer, H. Duelli, P. Hudek, R. Merz, S. Neve, S. Partel, H. Wadlegger, S. Zoppel; FH - Vorarlberg G. Stangl; TU - Wien J. Zehetner, Seite 1

2 Überblick Aufbau der Infrastruktur am Forschungszentrum Mikrotechnik (2003/2005) Infrastruktur im Bereich Laserablation Prozessentwicklung für die Laserablation Laserbohren mit fs/ps-laser und Excimerlaser (2003/05) 2D/3D-Laserablation mit fs/ps-laser und Excimerlaser (2005/06) Etablierung DUV Lithographie Möglichkeiten für F&E Kooperationen Seite 2

3 Belacker/Entwickler EVG 101 Excimerlaser Lambda Physik LPF 220 Maskaligner Süss MA6 Plasmaätzanlage Adixen AMS-100 DSE Sputtern/Bedampfen Matvac 320 Impulsprogramm des bmvit und bmbwk Nd:Van-Laser, High Q Laser Land Vorarlberg Mikroskope Sputteranlage Perkin Elmer Model 4400 Nassätzbänke Europäischer Fond für Regionalentwicklung µgalvanik Ramgraber Interferometer Veeco NT 1100 Rasterelektronenmikroskop FEI XL-30 FEG Seite 3

4 Fertigungsverfahren am FZ MT Nanotechnik Mikrotechnik Feinwerktechnik 1 Å 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 1 cm DUV UV-Lithographie Sputtern, Evaporation Mikrogalvanik Laserablation (direktschreibend) DUV-Laserablation (Maskenprojektion) Plasmaätzen Nassätzen Seite 4

5 Fertigungsverfahren in der Mikrotechnik Nanotechnik Mikrotechnik Feinwerktechnik 1 Å 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 1 cm DUV X-Ray/EUV-Lithographie e - -Lithographie Ionenstahllithographie Imprintlithographie UV-Lithographie Sputtern, Evaporation, CVD Mikrogalvanik Laserablation (direktschreibend) DUV-Laserablation (Maskenprojektion) Plasmaätzen Nassätzen Heißprägen Mikrozerpanung/Funkenerosion Mikrospritzguss Seite 5

6 HighQLaser Nd:Van, Wellenlängen 1064, 532 und 355nm, Pulsbreite 10ps picoregen TM Series 100µm Stahl, Durchmesser 90µm All-in-One Picosecond Regenerative Amplifier 4 different standard models: IC ps Nd:VAN 10 W / 100 khz IC-1500 ps Nd:VAN 2 W / 100 khz IC-1000 ps Nd:YAG 0.6 mj / 1 khz IC-1000 ps Nd:YLF 1.0 mj / 1 khz 1mm Glas, Durchmesser 230/80µm Seite 6

7 HighQLaser Yb:Glas, Wellenlängen 1040, 520 und 347nm, Pulsbreite 300fs 100µm Stahl, Durchmesser 50µm femtoregen TM Series All-in-One Femtosecond Regenerative Amplifier Different standard models, up to 100 khz: IC fs Yb 1 khz, 500 µj IC fs Yb 1 khz, 1000 µj IC fs Yb 100 khz, 10 µj IC fs Nd:Glass < 10 khz, < 40 µj Glas, 3D Struktur 1000x250x150µm Seite 7

8 Excimer Laser LPF220, Lambda Physik, 193 und 157nm, Pulsbreite 20ns, Pulsrate 200Hz, Leistung 45W Seite 8

9 Laserbohren mit fs/ps und Excimer Laser Kunststoff: PMMA, PC, SU-8, Kapton Glas: Deckgläser, Borsilikatglas, Pyrex Keramik: Korund, PZT- Keramik, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid Kristalle: Saphir und Quarz Halbleiter: Silizium Metalle: Stahl, Kupfer, Nickel Biologisches Material Seite 9

10 Bohrungen in Kunststoff mit Festkörperlasern PC, Durchmesser 80µm, 300fs PMMA, Durchmesser 60µ, 300fs Kapton, Durchmesser 75µm,10ps PU, Durchmesser 50µm, 10ps Seite 10

11 Aluminiumoxydkeramik 300fs, 1040nm, 1000x250x170µm Grünkeramik, 10ps, 1064nm, D=60µm 20ns, 193nm, D=350µm, d=400µm 10ps, 1064nm, D=200µm, d=400µm Seite 11

12 Verschiedene Keramikproben, d=400µm PZT Keramik, 193nm, 400x400µm PZT Keramik, 10ps, 1064nm, D=165µm Silberpaste auf Al2O3 Siliziumkarbid, 10ps, 1064nm, D=200µm Seite 12

13 Keramik d=400µm, Silizium d=480µm Siliziumnitrid, 10ps, D=80µm Siliziumnitrid, 10ps, D=170µm Silizium, 193nm, 400x400µm Silizium, 1064nm, 10psn, D=150µm Seite 13

14 Zahnbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen Ytterbium-Laser 1040 nm 1 ps, 5 khz 0,3 mm³/min Bearbeitung mit 1 ps Pulsen: Rissfrei Minimale Temperaturerhöhung Keine Aufschmelzungen Mikrorauhe Oberflächen (Dentinkanälchen an der unbehandelten Präparationsfläche sichtbar) Bearbeitung mit konventionellem Erbiumlaser: Unregelmäßiger Wandverlauf Mikrorisse Aufschmelzungen Seite 14

15 Stahlproben d=100µm Legierter Stahl, 1040nm, 300fs, D=90µm Stahl, 1064nm, 20ps, D=110µm Legierter Stahl, 1064nm, 10ps, D=100µm Stahl, 1064nm, 20ps, D=140µm Seite 15

16 Laserbohrungen in Glas Laser: Nd:Van-Laser, 10 ps, 1064 nm, Pulsenergie 0.31 mj, 3 khz Substrat: 1 mm Glas, Lochdurchmesser ca. 230 µm Energiedichte J/cm ² (Bonding Pads), J/cm² (Rückseite) Seite 16

17 Glas, Dicke d=200µm und 1000µm Maskenprojektion, 193nm D=450/50µm Direktschreiben 300fs, 1000x250x170µm Maskenprojektion, 193nm D=400x400µm Maskenprojektion, 193nm, V-Nut 500µm Seite 17

18 Pyrex und Quarz 193nm, Trepanieren 193nm, Maskenprojektion 193nm, Maskenprojektion Quarz, 1040nm, 300fs, Trepanieren Seite 18

19 Optimierter Ablationsaufbau für Excimer Quelle: Lambda Physik, Laser Focus World März Seite 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Seite 20