Hochauflösende Chip‑Entschichtung mit grünen (515 nm) Femtosekundenlasern

Ein Blick in die Chips, die unsere Welt steuern

Das moderne Leben beruht auf winzigen Halbleiterchips, die unauffällig Flugzeuge, medizinische Geräte, Fabriken und Alltagsgeräte antreiben. Wenn diese Chips ausfallen oder alte Entwürfe kopiert und überprüft werden müssen, müssen Ingenieure ihre verborgenen Leiterbahnen freilegen und kartieren, ohne sie zu zerstören. Diese Studie zeigt, wie ein extrem schneller „grüner“ Laser die Schichten eines Chips schonend abträgt — mit deutlich saubererem Ergebnis und besserer Kontrolle als ältere Methoden — und damit zuverlässigere Reparaturen, Sicherheitsprüfungen und forensische Untersuchungen kritischer Hardware ermöglicht.

Warum das Öffnen alter Chips wichtig ist

Viele langlebige Systeme — von Triebwerken bis zu Krankenhausgeräten — sind weiterhin auf integrierte Schaltungen angewiesen, deren ursprüngliche Pläne verloren gegangen sind und deren Ersatzteile nicht mehr hergestellt werden. Um diese Systeme betriebsfähig zu halten, müssen Spezialisten die Chips reverse‑engineeren und die verborgenen Metallverbindungen rekonstruieren, damit sie das Design reproduzieren oder bewerten können. Dasselbe Problem tritt in der High‑End‑Fertigung auf, wo winzige Fehler oder sogar versteckte Manipulationen während der Produktion später zu Ausfällen oder Sicherheitsrisiken führen können. All diese Aufgaben stehen vor einem zentralen Problem: jede interne Metallschicht großflächig und sauber freizulegen, ohne die Merkmale, die untersucht werden sollen, zu verwischen oder zu löschen.

Grenzen traditioneller Methoden zur Schichtfreilegung

Ältere Verfahren zum Abtragen von Schichten — wie mechanisches Polieren, chemisches Ätzen und fokussierte Ionenstrahlen — sind entweder zu grob, zu langsam oder zu teuer, um routinemäßig auf ganzen Chips eingesetzt zu werden. Mechanische und chemische Methoden können leicht Material ausfräsen oder ungleichmäßig entfernen, während fokussierte Ionenstrahlen nur über winzige Bereiche mit großer Präzision und sehr langsam arbeiten. Selbst nicht‑destruktive Röntgenverfahren fehlen meist die Schärfe, um mikroskopische Metalllinien nachzuzeichnen. Frühere Arbeiten mit ultrakurzen Infrarotlaserpulsen deuteten auf einen besseren Weg hin: extrem kurze Lichtimpulse, die Material mit geringerer Wärmeausbreitung verdampfen. Da jedoch unterschiedliche Chipmaterialien Infrarotlicht sehr unterschiedlich absorbieren, führte dieser Ansatz oft zu fleckenhafter Entfernung, Restablagerungen und teils beschädigten Leitungen, wodurch gerade die Details verwischt wurden, die Ingenieure sehen wollten.

Ein präziseres grünes Laser‑Skalpell

Die Autoren gingen das Problem an, indem sie zu einem grünen Laser mit nur Femtosekunden dauernden Pulsen wechselten — millionstel eines billionstel einer Sekunde. Bei dieser kürzeren Wellenlänge koppelt die Laserenergie gleichmäßiger in Metalle und Isolatoren, was zu glatterer Abtragskontrolle und feinerer Tiefensteuerung führt. An einem realen Mikroprozessor mit drei gestapelten Metallschichten justierten sie sorgfältig zentrale Parameter wie Pulsenergie, Wiederholrate, Scan‑Geschwindigkeit und Pulsdauer. Sie erkannten außerdem, dass nicht alle Bereiche eines Chips gleich aussehen: Einige Regionen enthalten breite Stromschienen, andere dichte Gitter feiner Verbindungen und wieder andere große Kontaktelektroden. Durch die Einteilung des Chips in vier typische Bereichstypen konnten sie ihre Vorgehensweisen so anpassen, dass jeder Bereich gereinigt wurde, ohne übermäßig abgetragen zu werden.

Zwei Wege, das grüne Licht einzusetzen

Das Team untersuchte zwei Hauptarbeitsabläufe. Im ersten entfernte ein leistungsstärkerer Infrarotstrahl schnell das Bulkmaterial, und der grüne Laser polierte anschließend die freigelegten Flächen. Diese Kombination verbesserte die Sauberkeit im Vergleich zu reinem Infrarot, aber die wiederholten Infrarotdurchgänge neigten dazu, in die Metalllinien einzufressen und sie subtil zu erodieren. Im zweiten Ablauf übernahm der grüne Laser sowohl das Entfernen als auch das Polieren von Anfang bis Ende. Obwohl dies eine sorgfältigere Abstimmung erforderte, ergab es bemerkenswert flache, debrisarme Oberflächen und scharfe Metallstrukturen über große Bereiche — insbesondere für die oberste Leitungsebene und weite Teile der zweiten Ebene nur ein Mikrometer darunter. Hochauflösende konfokale Mikroskope, Elektronenmikroskope und elementare Mapping‑Werkzeuge bestätigten, dass der grün‑only Ansatz die tatsächliche Geometrie und Zusammensetzung der Leitungen mit minimalen Schäden freilegte.

Welche Bedeutung das für reale Chips hat

Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass grüne Femtosekundenlaser einen leistungsfähigen und praktikablen Weg bieten, Chips Schicht für Schicht mit hoher Treue zu „entstapeln“. Verglichen mit reinem Infrarot liefert der grüne Ansatz eine sauberere, gleichmäßigere Freilegung von Metallschichten und bewahrt deren Form besser — genau das, was für verlässliches Reverse Engineering, Fehleranalyse und Sicherheitsprüfungen nötig ist. Einige besonders komplexe Bereiche bleiben herausfordernd, doch die Autoren argumentieren, dass intelligentere Parameterabstimmung, automatisierte Steuerung oder die Kombination des Lasers mit ultrafeinen Endbearbeitungswerkzeugen die Leistung weiter steigern könnten. Für Ingenieure und Sicherheitsexperten verspricht diese Technologie ein schnelleres, zuverlässigeres Fenster in die verborgenen Leiterbahnen sowohl alter Legacy‑Bauteile als auch der fortschrittlichsten Mikroelektronik von morgen.

Zitation: Anaei, M.T.M., Maniscalco, M., Choi, H. et al. High-fidelity chip delayering using green (515 nm) femtosecond lasers. Sci Rep 16, 5495 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35091-7

Schlüsselwörter: Reverse Engineering von Halbleitern, Laser‑Chip‑Entschichtung, grüner Femtosekundenlaser, Fehleranalyse von Mikrochips, Bildgebung integrierter Schaltungen