WO2002014951A2 - Lochmaske und verfahren zur herstellung einer lochmaske - Google Patents

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WO2002014951A2
WO2002014951A2 PCT/EP2001/009405 EP0109405W WO0214951A2 WO 2002014951 A2 WO2002014951 A2 WO 2002014951A2 EP 0109405 W EP0109405 W EP 0109405W WO 0214951 A2 WO0214951 A2 WO 0214951A2
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shadow mask
coating
metal coating
perforated
cooling channels
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Jan Meijer
Andreas Stephan
Ulf WEIDENMÜLLER
Ivo Rangelow
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Universität Gesamthochschule Kassel
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/20—Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof

Definitions

  • the present invention relates to a shadow mask, in particular a shadow mask for ion beams or ionized molecular beams consisting of a silicon wafer with a hole pattern arranged therein.
  • the invention further relates to a method for producing such a shadow mask.
  • the previous mask technology is not suitable for masking out ion beams with a high power density.
  • the previous ion projection methods (patent no. DE 19633320 AI) are therefore limited to ion beams with a low power density. These masks are destroyed in a short time by ion beams of high power density.
  • the present invention relates to shadow masks, methods for producing shadow masks and applications of shadow masks which can be used with particle beams of all kinds, for example ions with comparatively high power densities of the order of a few watts / cm 2 or more, to substrates of the ver - structure various types quickly and with high doses with sharp edges and to implant ions in substrates.
  • the sharp-edged structuring of substrates here means, for example, the ability to be able to produce structures with a resolution of less than 3 ⁇ m on an area larger than 1 mm 2 .
  • the object of the present invention is to present such shadow masks as well as methods for their production and applications which are suitable for being used with particle or ion beams with relatively high power densities, for example in order to block out ion beams with power densities in the order of magnitude mentioned above and nevertheless one To achieve durability of the shadow mask of more than 100 operating hours.
  • the silicon wafer on the side facing the incident ion beams, has a metal coating which stops the ion beams and dissipates heat. This metal coating on the one hand effectively stops the ions and converts the kinetic energy of the ion beams into heat, the metallic coating providing the necessary heat dissipation due to its thermal conductivity.
  • a diamond layer can be inserted between the metal coating and the silicon wafer according to the invention, the thickness of this layer being between 2 ⁇ m and 10 ⁇ m, for example.
  • Diamond has an excellent thermal conductivity.
  • Another possibility, which can possibly also be used in combination with the diamond layer, is to incorporate cooling channels into the silicon wafer and / or into the diamond layer and / or into the metal coating, the cooling channels for guiding a cooling fluid, in particular a cooling gas, for example Helium, must be used and must be covered accordingly, for example by the metal coating, so that there are closed cooling channels.
  • a cooling fluid in particular a cooling gas, for example Helium
  • the cooling channels must be provided with an inlet and an outlet, which allow the supply or removal of the fluid or gas used for cooling. Even if the entrance and exit are also closed when the channels are closed, they can easily be uncovered again by radio erosion or other methods so that the necessary connections can be made there.
  • the inputs and outputs can be on the side of the shadow mask (ie on the side where the ions strike), on the back or on the side edge of the perforated disk.
  • the cooling channels can, for example, have a width in the range between
  • cooling channels 100 nm and 10 ⁇ m and have a depth of up to 80% of the total thickness of the shadow mask. It is particularly advantageous when using cooling channels that their distribution, density, width and depth can be adapted to local heat generation. In other words, in areas of the shadow mask with a smaller hole cross-sectional area / unit area and therefore a large heat generation due to the stopped ion beams, more heat can be dissipated by appropriate design of the cooling channels, so that a uniform temperature or a desired or even acceptable temperature distribution over the entire Area of the shadow mask can be achieved.
  • the invention further comprises a method for producing sharp-edged structures by means of particle beams with a high power density> 1 W / cm 2 . This enables rapid implantation and modification of small structures or the implantation of high doses.
  • a perforated mask with a diameter of> 1 mm 2 is used, which meets the above requirements with regard to stability, material removal and heat transfer.
  • the shadow mask can be structured as desired and has a lateral resolution ⁇ 3 ⁇ m.
  • structures of the mask can be transferred to a substrate in a reduced size, the mask and the substrate being localized. lent are separated. This device prevents contamination of the substrate with mask material.
  • Substrates of any shape can be implanted.
  • the substrate can be heated to a high temperature during implantation with an arbitrarily shaped surface, e.g. Avoid crystal damage.
  • the applications resulting from this are, for example, sensors on tips with a high lateral resolution or miniature pressure stamps with structures below one micrometer for the forgery-proof identification of any objects.
  • the invention thus relates to a method of structuring substrates with particle beams, for example ions, with a high power density quickly or with high doses with sharp edges, a shadow mask with structures of less than 3 ⁇ m resolution being used on an area> 1 mm 2.
  • the shadow mask is suitable for masking the ion beams with power densities> 3 W / cm 2 and has a durability of more than 100 hours.
  • the maximum energy density results from the multiplication of ion energy and the ion current density with which the mask is irradiated at any time.
  • This invention allows both high beam current densities and high energy ion beams to be blanked out.
  • the shape of the ion beam striking the sample is defined on the mask by stopping any contiguous areas of the ion beam in mask material located in the beam path. Through the In the areas of the mask, the ion beam can pass through unhindered, ie it is not scattered. In order to achieve good imaging properties, the ion beam must pass through the mask approximately in parallel.
  • the edges of the mask structures must have very small negative effects in order to reduce scattering, ie deflection of the ions from their trajectory by collision processes with particles of the mask, or transparency zones, ie areas of the mask in which the ions lose energy and are deflected but can still hit the sample Have edge slopes.
  • the side of the mask facing the incident ion beam stops the ions during the shelf life without being destroyed by the impact of the ions or the stopped ions during this period.
  • the energy introduced when the ions are stopped is dissipated through the mask material to a heat sink or cooling.
  • the heat dissipation is designed so that a change in the temperature of the mask does not impair the resolution of the image.
  • the structures of the mask can be projected smaller or enlarged with the factor given by the illustration.
  • the structure resolution achievable in this device results from the structure sizes of the mask divided by the amount of reduction or enlargement V.
  • the edge sharpness that can be achieved is limited by the thermal expansion of the mask during the irradiation divided by V and the imaging error.
  • the advantage of such a device is that the substrate and mask can be spatially separated from one another, depending on the image, and contamination by mask material removed by the ion beam is avoided.
  • the substrate can be heated to high temperatures during the implantation without destroying the mask.
  • high doses and ions with a high penetration depth can be implanted in a structured manner in a substrate, which would not be possible with conventional contact masking.
  • masks according to the invention with these properties opens up the possibility of producing novel materials by structured implantation and structuring materials under conditions that prohibit contact masking, which is otherwise customary.
  • FIGS. 2A-2C show a schematic illustration of an exemplary embodiment for a mask according to the invention with integrated cooling channels
  • Figure 3 is a photographic illustration of an embodiment of a shadow mask according to the invention.
  • 1A shows a (100) silicon wafer 10 with a specific resistance of 0.01 ohm cm and is polished on both sides.
  • the disk 10 according to FIG. 1A has a thickness of 500 ⁇ m and a width of 100 mm.
  • the silicon wafer is circular in this example with a usual flattening at one point.
  • the silicon wafer 10 of FIG. 1A is coated with SiO 2 on at least substantially all surfaces by means of an oxidation step, so that, for example, a 2 ⁇ m thick SiO 2 coating is produced, as shown at 12 in Fig. IB.
  • the thickness of this coating 12 can, for example, easily be in the range between 100 nm to 5 ⁇ m or above.
  • Such layers can be produced by wet oxidation at 1150 ° C. Wet here means that water is admitted into the treatment chamber.
  • the SiO 2 coating 12 is removed on a portion 14 of the back of the disc. This removal can be done, for example, by a lithographic process. By immersing the wafer in an alkaline solution, it is then etched from the back, as shown in FIG. ID, so that a central region 16 of the wafer is formed, which is compared to the edge region 18, where the S1O2 coating 12 is still maintained becomes thinner.
  • This area 16 can have a thickness in the range of 200 to 300 ⁇ m, for example
  • holes 24 are present in the thinned region 16 in the SiO 2 layer 12 in accordance with the desired hole pattern.
  • the disk is now treated by means of an etching process, for example in the form of a dry etching process such as reactive ion etching, sputter etching or etching with alternating types of gas (so-called gas chopping), in order to close the hole pattern that is present in the SiO 2 layer in the thinned area 16 of the perforated disk produce.
  • gas chopping alternating types of gas
  • the wafer is then oxidized as shown in Fig. 1H to provide the areas exposed by SiO 2 in the etching step of Fig. IF including the inner walls of the holes 26 with S1O2 12, i.e. SiO 2 is formed on all surfaces of the disk.
  • the method step according to FIG. 1H can also be carried out by means of wet oxidation at 1150 ° C.
  • a starting layer is now formed on the exposed front of the pane.
  • a starting layer consisting of GeO, Cr or another metal or a highly conductive semiconductor layer, such as highly conductive silicon, is applied, for example by a sputter treatment, and the disk is then introduced into a galvanic bath, where the metal layer, after appropriate contacting of the starting layer 28 with a thickness in the range between 0.5 ⁇ m and 20 ⁇ m is applied galvanically to the front of the silicon wafer, as indicated in FIG. 1J.
  • the purpose of this starting layer is to make the surface of the pane conductive so that the galvanic process can be carried out.
  • the SiO 2 layer 12 is removed from all surface areas by an etching process and the pane, which now represents the desired shadow mask, is then cleaned.
  • the reason for the removal of the SiO 2 layer 12 in Fig. 1J is that the insulating effect will otherwise lead to an undesirable charging of the shadow mask when ion bombardment.
  • the perforated mask then appears as shown in FIG. 1K, wherein the perforated pattern 30 can be designed, for example, similar to FIG. 3.
  • the exact geometric shape of the hole pattern 30 present in the perforated disk is in principle irrelevant; it must be carried out according to the be designed for an application. It is sufficient to express here that the method described above and the modifications to the method described below make it possible to provide perforated masks with filigree holes that can be used for a large number of purposes. In particular, it is possible to provide the holes with lengths and / or width dimensions that are smaller than 3 ⁇ m, as a result of which correspondingly fine structures can be produced in a substrate that is bombarded with ion beams through the mask.
  • the steps according to FIG. 1B, IC and ID can be omitted, ie it is not absolutely necessary to treat the pane in order to provide a thinned central region 12 and a thicker edge region 18.
  • suitable dimensions for the perforated disc especially a thickness in the range of 300 ⁇ m or larger, such a thinning can be dispensed with.
  • the purpose of the edge region 18 is only to obtain a stable pane that is easy to handle. If the disk 10 is made thicker, it is not necessary to thin it in the middle.
  • the steps in accordance with FIGS. IB to ID are omitted, the disk in the illustration in FIG. 1E is roughly the same as in FIG. 1A, but with an SiO 2 layer on at least the front side, which is also produced, for example, by a sputtering process can be. The further handling of the disk then proceeds as shown in FIGS. IF to 1K.
  • a further modification compared to the procedure according to FIG. 1 consists in that a diamond layer is deposited on the surface of the silicon wafer using a procedure known per se. This can be carried out, for example, immediately after step a) or after step i) and other possibilities are also conceivable.
  • the diamond layer is realized, for example, with a thickness in the range between 2 ⁇ m and 10 ⁇ m and has a very high conductivity. This therefore serves to dissipate heat from hot areas of the metal layer even more quickly, ie areas where a relatively large amount of ions are stopped, and ensures that the shadow mask has a uniformly low temperature, thereby increasing the life of the shadow mask.
  • cooling channels in the perforated disk through which cooling gases, especially helium, can be pumped in order to remove heat from the disk and thereby lower the temperature of the perforated disk and its Increase lifespan.
  • the cooling channels 30 of the silicon wafer itself can be incorporated and they are each provided with an inlet 32 and an outlet 34 in order to enable the cooling gas to be supplied and removed.
  • One way of realizing the cooling channels is to create them using a lithographic process. Such cooling channels could for example before or after the method step according to FIG. II. As FIG.
  • the cooling ducts can have a considerable depth, for example they can have a depth of up to over 80% of the total thickness of the perforated disk 16 and they can also vary in their depth and / or width and / or length to match the locally available one
  • the channels can have a larger surface so that the heat transfer from the perforated disk to the cooling gas is improved.
  • the open channels 30 shown in Figures 2A and 2B must be closed. This is best done by closing the perforated disc in a tilted position by means of vapor deposition or sputtering from a metal.
  • the perforated disk is rotated in the tilted position and this leads to the openings to the channels being closed quickly, particularly when the cooling channels, as shown in FIG. 2C, are relatively narrow.
  • the perforated disk can be introduced into the galvanic bath in order to grow the desired galvanic coating 28 on the surface of the perforated disk.
  • the evaporation or sputtering of metals onto the surface of the perforated disk in order to close cooling channels can in fact serve at the same time to deposit a metallic starting layer for the galvanic coating on the surface of the perforated disk.
  • Another possibility of introducing the cooling channels into the perforated disk is to produce the cooling channels lithographically already in the stage of FIG. 1A.
  • the perforated disc can then be used in a further step
  • Sputtering device are introduced and treated with a material such as silicon dioxide or silicon nitrite in a sputtering process, so that the cooling channels are closed from above.
  • the pane can be polished using CMP. This removes the irregularities generated by the sputtering process, but the polishing process is carried out in such a way that the covering of the cooling channels is not broken.
  • the process then proceeds as previously described in connection with FIG. 1, optionally with the process steps according to FIGS. IB, IC and ID being omitted, until the stage according to FIG. II is reached.
  • the perforated disc is inserted into a sputtering device and rotated in an inclined position so that the entrances to the cooling channels are covered with a metal coating.
  • the surface of the front side of the pane is also provided with the metal coating and this then serves as the starting layer for the galvanic coating.
  • the holes in the shadow mask that form the actual hole pattern are also closed by this method.
  • this is not problematic since it is possible to bombard the holes in the hole pattern from the rear with ions, which can expose the hole pattern again.
  • the bombardment of the back of the perforated disk with ions has no adverse effect on the cooling channels, since these are closed from below so that the ions do not have any effect there.
  • SiO 2 coating are removed and the shadow mask presents itself in the finished state according to FIG. 1K.
  • cooling channels in such a way that they also extend through any diamond layer that may be present. To do this, either the diamond layer on the surface of the
  • Perforated disk can be deposited if the cooling channels already exist but are not yet closed, or the entire surface of the perforated disk can be coated with a diamond layer and a lithographic process can be used to form the cooling channels.
  • the diamond layer can be treated with an ion beam in order to convert it locally into graphite, and this graphite layer can then be easily etched away.
  • the cooling channels can also be present in the metal layer.
  • the metal layer can also consist of an alternating sequence of different metal layers which have different lattice constants, the lattice constant of one layer being said to be smaller than that of silicon, while the lattice constant of the other layer is said to be larger than that of " silicon " on the average, there is no distortion at the transition between the silicon wafer and the first metal layer of the alternating layer sequence, intermediate layers can be provided which achieve a gradual adaptation to the lattice constant of the lowermost metal layer, so that overall there is a structure without pronounced tension.

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Abstract

Eine Lochmaske für Partikelstrahlen, insbesondere Ionenstrahlen bestehend aus einer Siliziumscheibe mit darin angerodnetem Muster, zeichnet sich dadurch aus, dass die Siliziumscheibe auf der der einfallenden Ionenstrahlen zugewandten Seite eine die Ionenstrahlen stoppende und Wärme ableitende Metallbeschichtung aufweist. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung der Lochmaske beschrieben.

Description

Lochmaske und Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lochmaske insbesondere eine Lochmaske für lonenstrahlen oder ionisierten Molekulstrahlen bestehend aus einer Siliziumscheibe mit darin angeordnetem Lochmuster. Die erfin- düng betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lochmaske.
Lochmasken der eingangs genannten Art sowie Verfahren zu deren Herstellung und gewisse Anwendungen derselben sind aus der US-PS 5,672,449 bekannt. Es handelt sich dort um relativ dünne Siliziumscheiben mit Dicken unter 10 μm, die beispielsweise für lithographische Zwek- ke verwendet werden. Die lonenstrahlen, die hier zur Anwendung gelangen, haben sehr kleine Leistungen beispielsweise bis etwa 10 Milliwatt.
Es ist auch bekannt eine Strukturierung eines Substrats mittels lonenstrahlen durch Aufbringung einer Kontaktmaske durchzuführen. Die herkömmliche Strukturierung durch Aufbringen einer Kontaktmaske auf ein Substrat versagt jedoch, wenn das Substrat während der Implantation stark erhitzt wird oder die eingebrachten Ionendosen sehr hoch sind. Auch lassen sich lonenstrahlen mit hohen Eindringtiefen auf diese Weise nicht im Submikrometerbereich strukturieren. Eine bekannte Lösung dieses Problems ist es, die Maske und das Substrat zu trennen. Dies geschieht z.B. durch die Ionenprojektion, indem die lonenstrahlen durch ei- ne Blende oder Lochmaske geführt werden und mittels einer geeigneten Linse auf ein Substrat abgebildet werden. Beispiele dieser Verfahren sind die Patente Nr. DE 19633320 AI und DE 2702445 AI . In beiden Verfahren ist jedoch die bisherige Maskentechnologie nicht geeignet, um Ionen- strahlen hoher Leistungsdichte auszublenden. Die bisherigen Ionenprojektionsverfahren (Patent Nr. DE 19633320 AI) sind deshalb auf lonenstrahlen von geringer Leistungsdichte beschränkt. Diese Masken werden durch lonenstrahlen hoher Leistungsdichte in kurzer Zeit zerstört.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz dazu Lochmasken, Verfahren zur Herstellung von Lochmasken und Anwendungen von Lochmasken, die mit Partikelstrahlen aller Art, beispielsweise Ionen mit vergleichsweise hohen Leistungsdichten in der Größenordnung von einigen Watt/ cm2 oder mehr verwendet werden können, um Substrate der ver- schiedensten Art schnell und mit hohen Dosen scharfkantig zu strukturieren und um Ionen in Substrate zu implantieren.
Die scharfkantige Strukturierung von Substraten bedeutet hier beispielsweise die Fähigkeit, Strukturen mit einer Auflösung kleiner als 3 μm auf einer Fläche größer als 1 mm2 erzeugen zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche Lochmasken sowie Verfahren zu deren Herstellung und Anwendungen vorzustellen, die geeignet sind, mit Partikel- bzw. Ionenstrahlen mit relativ hohen Leistungsdichten angewendet zu werden, beispielsweise um lonenstrahlen mit Leistungsdichten in der oben erwähnten Größenordnung auszublenden und dennoch eine Haltbarkeit der Lochmasken von mehr als 100 Betriebsstunden zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Siliziumscheibe, auf der den einfallenden lonenstrahlen zugewandten Seite eine die lonenstrahlen stoppende und Wärme ableitende Metallbeschich- tung aufweist. Durch diese Metallbeschichtung werden einerseits die Ionen auf wirksame Weise gestoppt und die kinetische Energie der lonenstrahlen in Wärme umgewandelt, wobei die metallische Beschichtung aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit für die erforderliche Wärmeableitung sorgt.
Sollte die Wärmeableitung nicht ausreichen, um die erwünschte lange Lebensdauer der Lochmaske sicherzustellen, so kann erfindungsgemäß eine Diamantschicht zwischen der Metallbeschichtung und der Siliziumscheibe eingefügt werden, wobei die Dicke dieser Schicht beispielsweise zwischen 2 μm und 10 μm liegen kann. Diamant hat nämlich eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Eine andere Möglichkeit, die ggf. auch in Kombination mit der Diamantschicht benutzt werden kann liegt darin, Kühlkanäle in die Siliziumscheibe und/ oder in die Diamantschicht und/ oder in die Metallbeschichtung einzuarbeiten, wobei die Kühlkanäle zur Leitung eines Kühlfluids, insbesondere eines Kühlgases, beispielsweise Helium, verwen- det werden und dementsprechend abgedeckt werden müssen, beispielsweise von der Metallbeschichtung, damit geschlossene Kühlkanäle vorliegen. Die Kühlkanäle müssen jedoch mit einem Eingang und einem Ausgang versehen werden, die die Zufuhr und Abfuhr des zur Kühlung verwendeten Fluids bzw. Gases ermöglichen. Selbst wenn der Eingang und der Ausgang bei der Verschließung der Kanäle ebenfalls geschlossen werden, können sie ohne weiteres durch Funkerosion oder andere Verfahren wieder freigelegt werden, damit die notwendigen Anschlüsse dort angebracht werden können. Die Eingänge und Ausgänge können auf der Vor- derseite der Lochmaske (d.h. auf der Seite, wo die Ionen auftreffen), auf der Rückseite oder auf der Seitenkante der Lochscheibe angeordnet werden.
Die Kühlkanäle können beispielsweise eine Breite im Bereich zwischen
100 nm und 10 μm und eine Tiefe von bis zu 80 % der gesamten Dicke der Lochmaske aufweisen. Besonders günstig bei der Verwendung von Kühlkanälen ist, daß diese in ihrer Verteilung, Dichte, Breite und Tiefe der lokalen Wärmeerzeugung angepaßt werden können. D.h., in Bereichen der Lochmaske mit kleinerer Lochquerschnittsfläche/ Flächeneinheit und daher einer großen Wärmeerzeugung aufgrund der gestoppten lonenstrahlen, kann mehr Wärme durch entsprechende Auslegung der Kühlkanäle abgeführt werden, so daß eine gleichmäßige Temperatur oder eine erwünschte oder auch nur akzeptable Temperaturverteilung über die ge- samte Fläche der Lochmaske erzielt werden kann.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung scharfkantiger Strukturen durch Partikelstrahlen hoher Leistungsdichte > lW/cm2. Hierdurch ist eine schnelle Implantation und Modifikation kleiner Struk- turen oder die Implantation hoher Dosen möglich.
Dabei findet eine Lochmaske mit einem Durchmesser > 1 mm2 Verwendung, die bezüglich Stabilität, Materialabtrag und Wärmetransport der oben genannten Anforderung genügt. Die Lochmaske ist beliebig struktu- rierbar und besitzt eine laterale Auflösung < 3 μm. In Verbindung mit einem abbildenden System können Strukturen der Maske verkleinert auf ein Substrat übertragen werden, wobei die Maske und das Substrat ört- lieh getrennt sind. Durch diese Vorrichtung wird eine Kontaminierung des Substrats mit Maskenmaterial verhindert.
Es können Substrate beliebig geformter Oberflächen implantiert werden.
Das Substrat kann mit beliebig geformter Fläche auf hohe Temperaturen während der Implantation geheizt werden, um z.B. Kristallschäden zu vermeiden. Die sich hieraus ergebenden Anwendungen sind beispielsweise Sensoren auf Spitzen mit hoher lateraler Auflösung oder Miniatur- Druckstempel mit Strukturen unterhalb einem Mikrometer zur fälschungssicheren Kennzeichnung von beliebigen Gegenständen.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren Substrate mit Partikelstrahlen, beispielsweise Ionen, hoher Leistungsdichte schnell oder mit hohen Dosen scharfkantig zu strukturieren, wobei eine Lochmaske mit Strukturen kleiner 3 μm Auflösung auf einer Fläche > 1 mm2 Verwendung findet. Die Lochmaske ist geeignet, die lonenstrahlen mit Leistungsdichten > 3 W/cm2 auszublenden und besitzt eine Haltbarkeit von mehr als 100 Stunden.
Die maximale Energiedichte ergibt sich aus der Multiplikation von Ionenenergie und der Ionenstromdichte, mit der zu einem beliebigen Zeitpunkt die Maske bestrahlt wird. Diese Erfindung erlaubt sowohl hohe Strahlstromdichten als auch lonenstrahlen hoher Energie auszublenden.
Die Form des auf die Probe treffenden Ionenstrahls wird an der Maske durch Stoppen beliebiger zusammenhängender Bereiche des Ionenstrahls in im Strahlengang befindlichem Maskenmaterials definiert. Durch die of- fenen Bereiche der Maske kann der Ionenstrahl ungehindert hindurchtreten, d.h. er wird nicht gestreut. Um gute Abbildungseigenschaften zu erzielen, muß der Ionenstrahl annähernd parallel die Maske durchstrahlen. Die Kanten der Maskenstrukturen müssen zur Verminderung von Streuung, d.h. Ablenkung der Ionen von ihrer Flugbahn durch Stoßprozesse mit Teilchen der Maske, oder Transparenzzonen, d.h. Bereiche der Maske in denen die Ionen Energie verlieren und abgelenkt werden aber noch die Probe treffen können, sehr kleine negative Kantensteigungen aufweisen. Die dem einfallenden Ionenstrahl zugewandte Seite der Maske stoppt die Ionen während der Haltbarkeitsperiode ohne während dieser Zeit durch das Auftreffen der Ionen oder die gestoppten Ionen zerstört zu werden. Die beim Stoppen der Ionen eingebrachte Energie wird durch das Maskenmaterial zu einer Wärmesenke bzw. Kühlung abgeführt. Die Wärmeabfuhr ist dabei so ausgelegt, das eine Temperaturänderung der Maske die Auflösung der Abbildung nicht beeinträchtigt.
Wird die Maske durch Partikelstrahlung zusätzlich mittels einer Linse auf ein Substrat übertragen, können die Strukturen der Maske mit dem durch die Abbildung gegebenen Faktor verkleinert oder vergrößert projiziert wer- den.
Die in dieser Vorrichtung erreichbare Strukturauflösung ergibt sich aus den Strukturgrößen der Maske dividiert durch den Betrag der Verkleinerung bzw. Vergrößerung V. Die erreichbare Kantenschärfe ist durch die thermische Ausdehnung der Maske während der Bestrahlung dividiert durch V und den Abbildungsfehler begrenzt. Der Vorteil einer solchen Vorrichtung ist, daß Substrat und Maske, in Abhängigkeit von der Abbildung, räumlich von einander getrennt werden können und Kontaminationen durch von dem Ionenstrahl abgetragenes Maskenmaterial vermieden werden. Das Substrat kann während der Im- plantation auf hohe Temperaturen geheizt werden ohne die Maske zu zerstören. Weiterhin können hohe Dosen und Ionen hoher Eindringtiefe strukturiert in ein Substrat implantiert werden, die mit einer herkömmlichen Kontaktmaskierung nicht möglich wäre.
Die Schaffung von erfindungsgemäßen Masken mit diesen Eigenschaften eröffnet die Möglichkeit, neuartige Materialien_ durch strukturierte Implantation herzustellen und Materialien unter Bedingungen zu strukturieren, die eine sonst übliche Kontaktmaskierung verbieten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden, in welcher zeigen:
Figur 1A - 1K eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens,
Figur 2A - 2C eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Maske mit integrierten Kühlkanälen, und
Figur 3 eine photographische Abbildung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lochmaske. Die Fig. 1A zeigt hier eine (100) Siliziumscheibe 10 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm cm und ist doppelseitig poliert. Beispielsweise hat die Scheibe 10 gemäß Fig. 1A eine Dicke von 500 μm und eine Breite von 100 mm. In Draufsicht (nicht gezeigt) ist die Siliziumscheibe in diesem Beispiel kreisförmig mit einer üblichen Abflachung an einer Stelle.
Die Siliziumscheibe 10 der Fig. 1A wird mittels eines Oxidationsschrittes an zumindest im wesentlichen allen Flächen mit Siθ2 beschichtet, so daß beispielsweise eine 2 μm dicke Siθ2-Beschichtung entsteht, wie bei 12 in Fig. IB gezeigt. Die Dicke dieser Beschichtung 12 kann beispielsweise ohne weiteres im Bereich zwischen 100 nm bis 5 μm oder darüber liegen. Solche Schichten können durch Naßoxidation bei 1150°C erzeugt werden. Naß bedeutet hier, daß Wasser in die Behandlungskammer eingelassen wird.
Wie in der Fig. IC dargestellt, wird die Siθ2-Beschichtung 12 auf einem Teilbereich 14 der Rückseite der Scheibe entfernt. Diese Entfernung kann beispielsweise durch ein lithographisches Verfahren erfolgen. Durch Eintauchen der Scheibe in eine alkalische Lösung wird sie dann, wie in Fig. ID gezeigt, von der Rückseite geätzt, so daß ein mittlerer Bereich 16 der Scheibe entsteht, der im Vergleich zu dem Randbereich 18, wo die S1O2- Beschichtung 12 noch aufrechterhalten wird, dünner wird. Dieser Bereich 16 kann bspw. eine Dicke im Bereich von 200 bis 300 μm aufweisen
Als nächstes wird die Vorderseite 20 der Scheibe mit einem Resist-
Material 22 beschichtet, wie in Fig. 1E gezeigt. Dieses wird anschließend belichtet und entwickelt, um die Resist-Sςhicht 22 mittels Lithographie mit einem Muster zu versehen, das die Form der gewünschten Löcher der Lochmaske wiedergibt.
Nach Durchführung eines Oxid-Ätz- Verfahrens und Abziehen der Resist- Beschichtung 22 sind, wie in der Fig. IF dargestellt, Löcher 24 entsprechend dem gewünschten Lochmuster in der Siθ2-Schicht 12 im verdünnten Bereich 16 vorhanden.
Die Scheibe wird nunmehr mittels eines Ätzverfahrens beispielsweise in Form eines Trockenätzverfahrens wie reaktives Ionenätzen, Sputterätzen oder Ätzen mit abwechselnden Gasarten (sogenanntes Gas Chopping) behandelt, um das Lochmuster, das in der Siθ2-Schicht vorhanden ist, auch im verdünnten Bereich 16 der Lochscheibe zu erzeugen. Die entsprechende Löcher sind in Fig. IG mit 26 gekennzeichnet.
Danach wird die Scheibe wie in Fig. lH gezeigt anschließend oxidiert, um die im Ätzschritt der Fig. IF von Siθ2 freigelegten Bereiche einschließlich der Innenwände der Löcher 26 mit S1O2 12 zu versehen, d.h. Siθ2 wird auf alle Flächen der Scheibe gebildet.
Auch der Verfahrensschritt gemäß Fig. 1H kann mittels Naßoxidation bei 1150°C durchgeführt werden.
Durch dieses Verfahren wird durch die so entstandene, isolierende S1O2- Schicht 12 sichergestellt, daß bei einem anschließenden galvanischen Be- schichtungsschritt die mit Siθ2 12 beschichteten Flächen nicht mit galvanisch abgeschiedenen Metall bedeckt werden. Es ist jedoch erwünscht auf der Vorderseite 20 der Scheibe eine galvanische Metallbeschichtung 28 aufzubauen (Fig. 1J), weshalb von dieser Vorderseite 16 entsprechend der Fig. II die Siθ2-Schicht 12 entfernt wird. Dies kann durch ein Ätzverfahren, aber auch durch ein mechanisches Verfahren wie CMP (Chemical Me- chanical Polishing) oder anderweitig erfolgen.
Es wird jetzt, was in der Zeichnung nicht gezeigt ist, eine Startschicht auf der freigelegten Vorderseite der Scheibe gebildet. Beispielsweise wird eine Startschicht bestehend aus GeO, Cr oder eines anderen Metalls oder aus einer hochleitenden Halbleiterschicht, wie beispielsweise hochleitendes Silizium, aufgebracht, beispielsweise durch eine Sputterbehandlung, und die Scheibe wird dann in ein galvanisches Bad eingebracht, wo nach entsprechender Kontaktierung der Startschicht die Metallschicht 28 mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,5 μm und 20 μm galvanisch auf die Vorderseite der Siliziumscheibe aufgebracht wird, wie in der Fig. 1J angedeutet ist. Sinn dieser Startschicht ist, die Oberfläche der Scheibe leitfähig zu machen, damit das galvanische Verfahren durchgeführt werden kann.
Nach der Ausbildung der galvanischen Schicht 28 wird die Siθ2-Schicht 12 an allen Oberflächenbereiche durch ein Ätzverfahren entfernt und die Scheibe, die nunmehr die erwünschte Lochmaske darstellt, wird anschließend gereinigt. Der Grund für die Entfernung der Siθ2- Schicht 12 in Fig. 1J liegt darin, daß die isolierende Wirkung sonst zu einer unerwünschten Aufladung der Lochmaske bei Ionenbeschuß führen wird. Die Lochmaske zeigt sich dann wie in der Fig. 1K dargestellt, wobei das Lochmuster 30 beispielsweise ähnlich der Fig. 3 ausgebildet sein kann.
Die genaue geometrische Form des in der Lochscheibe vorhandenen Lochmusters 30 ist im Prinzip unerheblich, sie muß nach dem vorgesehe- nen Anwendungszweck ausgelegt werden. Es genügt hier zum Ausdruck zu bringen, daß das oben beschriebene Verfahren sowie die unten beschriebenen Abwandlungen des Verfahrens es ermöglichen, Lochmasken mit filigranen Löchern zu versehen, die für eine Vielzahl von Zwecken ein- gesetzt werden können. Insbesondere ist es möglich, die Löcher mit Längen und/ oder Breitenabmessungen zu versehen, die kleiner als 3 μm sind, wodurch entsprechend feine Strukturen in einem Substrat erzeugt werden können, das durch die Maske mit lonenstrahlen bombardiert wird.
Wenn die Maske entfernt von der Oberfläche des Substrats gehalten wird und ein Ionenstrahl auf die Maske projiziert wird, so daß eine verkleinerte Abbildung des Lochmusters auf dem Substrat erreicht wird, können noch sehr viel feine Strukturen realisiert werden, da es heutzutage ohne weiteres möglich ist, mit Verkleinerungsfaktoren von bis zu 100 zu arbeiten.
Es sind eine Reihe von Abwandlungen von dem soeben beschriebenen Verfahren möglich. Beispielsweise können die Schritte gemäß Fig. IB, IC und ID fortgelassen werden, d.h. es ist nicht zwingend notwendig, die Scheibe zu behandeln um einen verdünnten mittleren Bereich 12 und ei- nen dickeren Randbereich 18 zu versehen. Statt dessen kann bei Auswahl von geeigneten Abmessungen für die Lochscheibe, vor allem eine Dicke im Bereich von 300 μm oder größer, durchaus auf eine solche Verdünnung verzichtet werden. Sinn des Randbereiches 18 ist letztendlich nur, eine stabile Scheibe zu erhalten die leicht zu handhaben ist. Bei einer dickeren Ausbildung der Scheibe 10 ist es nicht notwendig diese in der Mitte zu verdünnen. Wenn die Schritte gemäß Fig. IB bis ID fortgelassen werden, so stellt sich die Scheibe in der Darstellung gemäß Fig. 1E in etwa wie in der Fig. 1A jedoch mit einer Siθ2-Schicht an mindestens der Vorderseite, die beispielsweise auch durch ein Sputterverfahren erzeugt werden kann. Die weitere Handhabung der Scheibe läuft dann so ab wie in den Fig. IF bis 1K dargestellt.
Eine weitere Abwandlung gegenüber der Verfahrensweise gemäß Fig. 1 besteht darin, daß man eine Diamantschicht unter Anwendung einer an sich bekannten Verfahrensweise auf die Oberfläche der Siliziumscheibe ablegt. Dies kann beispielsweise unmittelbar nach dem Schritt a) oder nach dem Schritt i) durchgeführt werden und auch andere Möglichkeiten sind denkbar. Die Diamantschicht wird beispielsweise mit einer Dicke im Bereich zwischen 2 μm und 10 μm realisiert und hat eine sehr hohe Leitfähigkeit. Die dient daher einer noch schnelleren Abführung von Wärme aus heißen Bereichen der Metallschicht, d.h. Bereiche, wo relativ viel Ionen gestoppt werden und sorgt dafür, daß die Lochmaske eine gleichmäßige niedrige Temperatur aufweist, wodurch die Lebensdauer der Lochmaske vergrößert wird. Eine andere Möglichkeit, die Wärmeabfuhr zu verbessern, liegt dar- in, Kühlkanäle in der Lochscheibe zu erzeugen, durch welche Kühlgase, vor allem Helium, hindurch gepumpt werden können, um Wärme von der Scheibe zu entfernen und hierdurch die Temperatur der Lochscheibe herabzusetzen und ihre Lebensdauer zu erhöhen. Wie in Figur 2A gezeigt, können die Kühlkanäle 30 der Siliziumscheibe selbst eingearbeitet werden und sie werden jeweils mit einem Eingang 32 und einem Ausgang 34 versehen, um die Zufuhr und Abfuhr des Kühlgases zu ermöglichen. Eine Möglichkeit, die Kühlkanäle zu realisieren, besteht darin, diese mit einem lithographischen Verfahren zu erzeugen. Solche Kühlkanäle könnten bei- spielsweise vor oder nach dem Verfahrensschritt gemäß Figur II erzeugt werden. Wie Figur 2B zeigt, können die Kühlkanäle eine erhebliche Tiefe aufweisen, sie können beispielsweise eine Tiefe von bis über 80 % der Gesamtdicke der Lochscheibe 16 haben und sie können auch in ihrer Tiefe und/ oder Breite und/ oder Länge variieren, um die örtlich vorhandene Kühlfläche den jeweiligen Gegebenheiten anzupassen, d.h. dort wo Wärme abgeführt werden soll, können die Kanäle eine größere Fläche aufweisen, damit der Wärmeübergang von der Lochscheibe an das Kühlgas verbessert wird.
Die in den Figuren 2A und 2B gezeigten offenen Kanäle 30 müssen geschlossen werden. Dies erfolgt am besten dadurch, daß die Lochscheibe in einer gekippten Stellung mittels Aufdampfen oder Sputtern von einem Metall geschlossen werden. Die Lochscheibe wird in der gekippten Stel- lung rotiert und dies führt dazu, daß die Öffnungen zu den Kanälen schnell geschlossen werden, insbesondere dann, wenn die Kühlkanäle, wie in Figur 2C gezeigt, relativ schmal ausgebildet sind. Sobald die Kanäle oben geschlossen sind, kann die Lochscheibe in das galvanische Bad eingeführt werden, um die gewünschte galvanische Beschichtung 28 auf der Oberfläche der Lochscheibe aufzuwachsen.
Das Aufdampfen oder Sputtern von Metallen auf die Oberfläche der Lochscheibe, um Kühlkanäle zu schließen, kann nämlich gleichzeitig dazu dienen, eine metallische Startschicht für die galvanische Beschichtung auf der Oberfläche der Lochscheibe abzulagern.
Eine andere Möglichkeit, die Kühlkanäle in die Lochscheibe einzubringen, liegt darin, bereits im Stadium der Figur 1A die Kühlkanäle lithographisch zu erzeugen. Die Lochscheibe kann dann vor weiteren Schritten in eine Sputtereinrichtung eingeführt werden und mit einem Material, beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrit in einem Sputterverfahren behandelt werden, so daß die Kühlkanäle von oben abgeschlossen werden. Bei jeder solchen Behandlung ist es notwendig, die Scheibe unter einem schrägen Winkel anzuordnen und zu drehen. Erst mit diesem schrägen Winkel kann die Abdeckung der Kühlkanäle wirtschaftlich erfolgen. Nach der Abdeckung der Kühlkanäle auf diese Art und Weise, kann die Scheibe mittels CMP poliert werden. Hierdurch werden die durch das Sputterverfahren erzeugten Unregelmäßigkeiten entfernt, jedoch wird das Polierver- fahren so durchgeführt, daß die Abdeckung der Kühlkanäle nicht durchbrochen wird. Das Verfahren läuft dann so ab, wie bisher beschrieben im Zusammenhang mit Figur 1, gegebenenfalls unter Weglassung der Verfahrensschritte gemäß Figuren IB, IC und ID bis das Stadium gemäß Figur II erreicht wird.
Nun ist es erforderlich, die (wieder geöffneten) Kühlkanäle durch Sputtern nochmals zu verschließen. Zu diesem Zweck wird die Lochscheibe in eine Sputtervorrichtung eingeführt und in einer schrägen Stellung rotiert, damit die Eingänge zu den Kühlkanälen mit einer Metallbeschichtung abge- deckt werden. Auch die Oberfläche der vorderen Seite der Scheibe wird mit der Metallbeschichtung versehen und diese dient dann als Startschicht für die galvanische Beschichtung. Es ist zwar auch möglich, daß die Löcher der Lochmaske, die das eigentliche Lochmuster bilden, auch durch dieses Verfahren verschlossen werden. Dies ist aber nicht proble- matisch, da es möglich ist, die Löcher des Lochmusters von der Rückseite mit Ionen zu bombardieren, wodurch das Lochmuster wieder frei gelegt werden kann. Die Bombardierung der Rückseite der Lochscheibe mit Ionen hat keine nachteilige Wirkung auf die Kühlkanäle, denn diese sind von unten geschlossen, so daß die Ionen dort nicht zur Wirkung kommen. Nach Ablagerung der galvanischen Beschichtung kann wie bisher die
Siθ2-Beschichtung entfernt werden und die Lochmaske präsentiert sich im fertigen Zustand gemäß Figur 1K.
Es ist auch möglich, die Kühlkanäle so auszubilden, daß sie sich auch durch eine etwaig vorhandene Diamantschicht erstrecken. Um dies zu bewirken, kann entweder die Diamantschicht auf der Oberfläche der
Lochscheibe abgelagert werden, wenn die Kühlkanäle bereits vorliegen, jedoch noch nicht verschlossen sind, oder die gesamte Fläche der Lochscheibe kann mit einer Diamantschicht versehen werden und es kann ein lithographisches Verfahren angewendet werden, um die Kühlkanäle zu bilden. Beispielsweise kann man die Diamantschicht mit einem Ionenstrahl behandeln, um sie lokal in Graphit umzuwandeln und diese Gra- phitschicht läßt sich dann leicht wegätzen.
Die Kühlkanäle können auch in der Metallschicht vorliegen. Es ist beispielsweise möglich, einen Teil der Metallschicht abzulagern, dann Kühlkanäle in der Metallschicht zu erzeugen, beispielsweise mittels eines litho- graphischen Verfahrens, und dann die Kühlkanäle zu verschließen und eine weitere Metallschicht mittels eines galvanischen Verfahrens auf die bestehende Metallschicht aufzuwachsen, um die Metallschicht fertigzustellen.
Die Metallschicht kann auch aus einer abwechselnden Folge von unterschiedlichen Metallschichten bestehen, die unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen, wobei die Gitterkonstante von der einen Schicht kleiner als die von Silizium sein soll, während die Gitterkonstante von der anderen Schicht größer als die von Silizium "sein soll, damit im Mittel keine Verspannung vorliegt. Bei dem Übergang zwischen der Siliziumscheibe und der ersten Metallschicht der abwechselnden Schichtfolge können Zwischenschichten vorgesehen werden, die eine allmähliche Anpassung an die Gitterkonstante der untersten Metallschicht erreichen, so daß insgesamt eine Struktur ohne ausgeprägte Verspannung vorliegt.

Claims

Patentansprüche
Lochmaske für lonenstrahlen bestehend aus einer Siliziumscheibe mit darin angeordnetem Lochmuster, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Siliziumscheibe auf der der einfallenden lonenstrahlen zugewandten Seite eine die lonenstrahlen stoppende und Wärme ableitende Metallbeschichtung aufweist.
Lochmaske nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sich eine Diamantschicht zwischen der Metallbeschichtung und der Siliziumscheibe befindet.
Lochmaske nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Diamantschicht eine Dicke zwischen 2 μm und 10 μm aufweist.
Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Siliziumscheibe einen im Vergleich zu dem gelochten Bereich dickeren Randbereich aufweist.
Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der gelochte Bereich der Siliziumscheibe eine Dicke im Bereich von 20 μm bis 200 μm aufweist.
6. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Randbereich der Lochscheibe eine Dicke im Bereich zwischen 300 μm und 1000 μm aufweist.
7. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallbeschichtung aus einer oder mehreren der nachfolgenden Metalle besteht: W, Ti, Au, Mo, Co, Cu, Hf, AI, Ta, Cr, Pt, Ag.
8. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Metallbeschichtung im Bereich zwischen 0,5 μm und 20 μm liegt.
9. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallbeschichtung aus einer abwechselnden Schichtfolge unterschiedlicher Metalle bzw. Zusammensetzungen mit unter- schiedlichen Gitterkonstanten größer und kleiner als Silizium besteht, um größere Verspannungen zu vermeiden.
10. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Kühlkanäle in die Siliziumscheibe und/ oder in die Diamantschicht und/ oder in die Metallbeschichtung eingearbeitet werden und von der Metallbeschichtung abgedeckt werden.
11. Lochmaske nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlkanäle mit einem Eingang und mit einem Ausgang versehen sind, die von der Beschichtung nicht oder nicht vollständig abgedeckt sind.
12. Lochmaske nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlkanäle eine Breite im Bereich zwischen 100 nm und 10 μm und eine Tiefe von bis zu 80 % der Gesamtdicke der Lochmaske aufweisen.
13. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Scheibe einen Außendurchmesser im Bereich zwischen 5 mm und 300 mm oder mehr aufweist.
14. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Löcher in der Lochmaske kleinste laterale Abmessungen im Bereich zwischen 3 μm und 0,5 μm aufweisen.
15. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei lonenstrahlen mit Leistungsdichten größer als 3 W/cm2 die Lochmaske eine Haltbarkeit von über 100 Stunden aufweist.
16. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wände, die die Löcher der Lochmaske begrenzen, zumindest teilweise in Richtung von der Metallbeschichtung weg divergieren.
17. Lochmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallbeschichtung der Lochmaske mit einem elektrischen Spannungsanschluß versehen ist.
18. Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h d i e f o l g e n d e n S c h r i t t e :
a) daß man eine Ausgangsscheibe aus Silizium nimmt mit einer Dicke im Bereich zwischen 50 μm und 1000 μm und Breitenabmessungen im Bereich von 5 mm bis 300 mm oder mehr, wobei die Gestaltung des Außenumrisses der Scheibe nach Belieben gewählt werden kann;
e) daß eine Seite der Scheibe, die Vorderseite, mit einem Resistmate- rial beschichtet wird und mittels Lithographie mit einem Muster versehen wird, das die Form der gewünschten Löcher der Lochmas- ke wiedergibt,
f) daß die Scheibe anschließend geätzt wird, um Löcher in der Re- sistschicht entsprechend dem gewünschten Lochmuster zu erzeugen,
g) daß die Scheibe mittels eines Ätzverfahrens, beispielsweise reaktivem Ionenätzen, Sputterätzen oder Ätzen mit abwechselnden Gasarten (Gas-Chopping) behandelt wird, um das Lochmuster auch in der Siliziumscheibe zu erzeugen, h) daß die Scheibe anschließend oxidiert wird, um die Wandbereiche der Löcher mit Siθ2 zu versehen, wobei S1O2 auch auf anderere Flächen der Scheibe wie die Vorderseite und Rückseite gebildet wird,
i) daß die Siθ2-Schicht auf der Vorderseite der Lochscheibe entfernt wird, beispielsweise durch Ätzen oder CMP (Chemical Mechanical Polishing),
j) daß eine Metallbeschichtung auf die Vorderseite der Lochscheibe aufgebracht wird und
k) daß die Siθ2-Beschichtung an den verbleibenden Flächen der Lochscheibe anschließend entfernt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Schritt a), die folgenden Schritte
b) daß diese Scheibe an zumindest im wesentlichen allen Flächen zunächst mit Siθ2 beschichtet wird zu einer Dicke in der Größenordnung von 100 nm bis 5 μm, c) daß die Siθ2 -Beschichtung auf einem Teilbereich der Rückseite der Scheibe entfernt wird und d) daß die Scheibe von der Rückseite geätzt wird, um einen mittle- ren Bereich der Scheibe zu bilden, der im Vergleich zum Randbereich, wo die Siθ2-Beschichtung noch aufrechterhalten wird, dünner wird, durchgeführt werden, und daß bei Schritt e) die Vorderseite der Scheibe mit der noch vollständigen .Siθ2-Beschichtung mit einem Resistmaterial beschichtet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Schritt i) die Lochscheibe mit einer Startschicht für eine galvanische Metallbeschichtung, beispielsweise eine Startschicht aus GeO, Cr, oder eines anderen Metalls oder aus einer hochleitenden Halbleiterschicht, wie beispielsweise hochleitendem Silizium, versehen wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Kühlkanälσ in der Lochscheibe mittels reaktivem Ionenätzen erzeugt werden, beispielsweise nach dem Schritt f) vor, mit oder nach dem Schritt g) und eine erste metallische Beschichtung durch ein Aufdampfverfahren oder Sputter- Verfahren durch Rotation des
Substrats in einer gekippten Stellung durchgeführt wird, um die Kühlkanäle bis auf die Eingangs- und Ausgangsbereiche abzudek- ken.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Diamantschicht auf die Oberfläche der Siliziumscheibe abgelegt wird, beispielsweise unmittelbar nach dem Schritt a) oder nach dem Schritt i).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor oder nach der Herstellung der Diamantbeschichtung Kühlkanäle innerhalb der Diamantschicht durch entsprechende Lithographieverfahren erzeugt werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Ablagerung der Metallbeschichtung gemäß dem Verfahrensschritt j) Kühlkanäle in die Metallbeschichtung ausgebildet werden und daß die Kühlkanäle anschließend durch ein Auf- dampfverfahren oder Sputter- Verfahren bei Rotation der Lochscheibe in einer gekippten Position verschlossen werden, woraufhin die Metallbeschichtung fortgesetzt wird.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgangsscheibe eine Silizium (100) oder (110) Scheibe ist mit einer Leitfähigkeit von der Größenordnung 0,01 Ωcm, wobei die Siliziumscheibe doppelseitig poliert ist.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schritt c) durch Lithographie durchgeführt wird.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schritt e) der Beschichtung mit Resist durch ein Aufspinn-, Sprüh- oder Tauchverfahren durchgeführt wird.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schritt j) der metallischen Beschichtung der Lochscheibe mittels eines galvanischen Verfahrens durchgeführt wird.
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