WO2008046395A1 - Verfahren zur bearbeitung von material durch schwerionenbestrahlung und nachfolgenden ätzprozess - Google Patents

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etchant
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Manfred Danziger
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Ist - Ionen Strahl Technologie - Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for processing material by heavy ion irradiation ⁇ and subsequent etching process.
  • the invention relates to a method of producing recesses or apertures by wet chemical etching in which exposed to high-energy heavy ions surfaces of solids or films of a dielectric material of the action of an etchant are exposed, whereby the latent ion traces generated due to the penetration of heavy ions to recesses or breakthroughs can be extended.
  • surfaces preferably a dielectric support material, form the basis for the adherent application of a layer, preferably a metal layer, on the support material.
  • a layer preferably a metal layer
  • microporous, provided films preferably polymer films are referred to as ion spike membranes and are used to produce filters for ultrafiltration or microfiltration.
  • the heavy ions are slowed down when they penetrate into the dielectric material, and their kinetic energy is quasi deposited in the dielectric material.
  • the heavy ions can penetrate the material, ie leave on the opposite side from the penetration or remain as an impurity in the material by being completely brought to a standstill.
  • the aforementioned interaction processes are initially inelastic collisions of the heavy ions with the electrons of the atoms of the dielectric material, whereby the electrons are raised to a higher energy level or brought into the energetic continuum by the energy transferred during the collision process, It is known and described, for example, in DE 10 58822 A1 that the properties of the latent ion traces introduced into a concrete dielectric material are determined on the one hand by the dielectric material itself, on the other hand be determined by the irradiation conditions. To call are here
  • the etchant can attack the material of the latent ion trace compared to the undisturbed material.
  • the shape of the recesses or openings formed in the etching process, in particular their geometric dimensions, are thus determined directly by the parameters of the irradiation.
  • the selectivity S defined as the ratio between the track etching rate v ⁇ , ie the etching rate in the region of the latent ion trace and the material etching rate v B , ie the etching rate in the undisturbed material, can be used.
  • the selectivity S is a function of the energy transfer dE / dx from the heavy ion to the dielectric material along the ion trace, the energy transfer dE / dx itself being dependent on the energy of the single heavy ion (ion energy per nucleon [amu]).
  • the corresponding relationships are known and explained, for example, in DE 10058822 A1.
  • the ion energy of the heavy ions used for irradiation may only be so great that they must be completely decelerated when penetrating into the dielectric material within the depth of the surface structure to be generated, that is, for example, after 15 ⁇ m.
  • the intensity of the interaction of the penetrating heavy ions with the local atoms of the surrounding material is to a considerable extent a function of the ion energy.
  • the energy transfer dE / dx is seen from the surface into the interior of the material, ie along the ion trajectory, a steadily decreasing function.
  • the aim of the invention is a method for processing material by heavy ion irradiation and subsequent etching process, with the recesses and openings can be produced, the geometric dimensions are varialbel within wide limits and in particular may have a widening in the material geometry ,
  • the invention is based, in particular in a material processing for the production of recesses in the surface of a dielectric material for Provision of a predetermined surface structure irradiation of Mate ⁇ al- surface with heavy ions low ion energy per nucleon occurs, so that a complete deceleration of heavy ions within a small Mate ⁇ al harsh- thick, resulting in with increasing penetration of a Schwenones in the Mate ⁇ - al, due to the strongly decreasing Energy release of the Schwenones to the local atoms of the material, with which it interacts, with a significant deceleration of Schwerions a significantly reduced Mate ⁇ albeein leung is effected.
  • the energy transfer dE / dx from the heavy ion to the surrounding material decreases sharply, ie the degree of excitation or ionization of the local atoms, the type and extent of breaking of chemical bonds, and the type and extent of the ions decrease significantly Extent of free radical generation.
  • the selectivity S has a strong dependence on the temperature T atz of the etchant.
  • the reduction in the selectivity S along the ion trajectory can be counteracted by an increase in the temperature T at of the etching agent along the ion trajectory as a result of the diminishing of the influence of material during the penetration of a Schwenone.
  • FIG. 3 shows a schematic arrangement for realizing the etching process of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows the schematic representation of a surface structure produced by means of the method according to the invention
  • FIG. 5 the schematic representation (section) of an adherent polymer-metal composite on the basis of a surface structure introduced into the polymer surface according to the invention
  • Figure 6 the schematic representation (section) of a multi-layer circuit carrier using carrier material with an inventively realized surface structure.
  • the etching process of the method according to the invention can be realized, for example, by means of an arrangement as shown in principle in FIG.
  • a spraying device 4 for spraying an etchant 5 is arranged.
  • the spraying device 4 is provided with a device (not shown) for tempering the etchant 5.
  • a heater 7 is arranged.
  • the temperature T etching of the sprayed etchant 5 and the temperature T H of the heating device 7 are dimensioned so that a temperature transition curve is established between the surfaces 1 and 7 of the carrier material, starting from the surface 1 to a course of the selectivity S (T etching ) to the end of the latent ion traces 3, ie along a path of about 3 microns, as shown in Figure 2, variant c, adjusts.
  • the etching process produces recesses along the latent ion traces 3 with a geometry as illustrated in FIG. 2, variant c. Its diameter is at the surface 1 of the target material 2 ca.0.5 microns. It widens into the carrier material down to approx. 1 ⁇ m.
  • FIG. Shown are recesses 8 which enlarge into the material and whose longitudinal axes point in different directions, that is to say predominantly not parallel. As a result, there is a multiplicity of overlaps of these recesses 8 in the material. example 1
  • the object is to produce an adherent metal-polymer composite (adhesive strength> 2 N / mm).
  • the thickness of the transition region, i. of the area in which metal parts are embedded in the polymer material for realizing the adhesive bond should be ⁇ 2 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the adhesive metal-polymer composite produced.
  • a surface side 1 of a 50 ⁇ m thick polymer film (polyetylene terephthalate) 2 is subjected to irradiation with an 84 Kr + (krypton) ion beam.
  • the ion energy is about 50 keV / amu
  • the irradiance is 1 x 10 8 ions / cm 2 .
  • the irradiation takes place at angles between ⁇ 45 ° to the surface normal.
  • the subsequent etching process takes place as a spray etching.
  • the irradiated surface side 1 of the polymer film 2 is sprayed with 3 N NaOH solution 5.
  • the temperature of the sprayed etchant 5 is 70 ° C.
  • the side 6 of the polymer film 2 opposite the irradiated and sprayed surface side 1 is heated to 100 ° C. by means of a surface heating device 7. Over the thickness of the film 2 thus sets a temperature gradient. Along the ion trajectory 3 are dependent on the energy transfer of the heavy ions to the surrounding material selectivity S ( ⁇ -) and dependent on the temperature of the etchant selectivity S (T etch ), as shown in Figure 2, variant c.
  • recesses 8 After an etching time of about 3 minutes, recesses 8, as shown in FIG. 2, variant c or FIG. 4, are introduced into the polymer surface.
  • the recesses 8 have an opening in the polymer material surface with a diameter of about 0.5 ⁇ m. They protrude approx. 2 ⁇ m into the polymer film and expand to a diameter of approx. 1 ⁇ m.
  • the introduced into the polymer film 2 surface structure is metallized, wherein vacuum technically a covering the entire surface copper starting layer is applied.
  • the copper starting layer is then electrochemically (galvanically) reinforced to the desired thickness of the conductor layer 9.
  • Multilayer printed circuit boards are often produced in practice by adhering further circuit board layers 13, which are provided on one side with conductor strips 12, to a printed circuit board material 11 provided on both sides with conductor strips 10.
  • FIG. 6 shows schematically the section of a multilayer circuit carrier.
  • a problem in the production of such multilayer printed circuit boards is the adherent and secure bonding of the individual printed circuit board layers 11, 13.
  • Side of the unilaterally conductor tracks 12 supporting target materials 13 by means of the method according to the invention introduced surface structures into which the adhesive used for bonding the layers 14 can penetrate, whereby a firmly adhering adhesive connection is achieved.
  • the rear sides of the printed circuit board layers 13, which are provided on one side with conductor strips 12 and are in the form of 50 ⁇ m thick liquid crystal polymer films (LCP films), are subjected to irradiation with an 84 Kr + (cryptone) ion beam.
  • the ion energy is about 400 keV / amu, the irradiance is 6.3x10 6 ions / cm 2 .
  • the irradiation takes place at different angles between ⁇ 45 ° to the surface normal.
  • the subsequent etching process takes place as a spray etching.
  • the irradiated backs of the PCB layers 13 are sprayed with 3 N NaOH solution 5.
  • the temperature of the sprayed etchant 5 is 70 ° C.
  • the side opposite the respectively irradiated and sprayed rear side of a printed circuit board layer 13 is heated to 100 ° C. by means of a surface heating device 7.
  • Over the thickness of the film 2 thus sets a temperature gradient.
  • the selectivity S ()) which depends on the energy transfer of the heavy ions to the surrounding material, and the selectivity S (T etching ) dependent on the temperature of the etchant, as shown in FIG. 2, variant c.
  • recesses 8 as shown in FIG. 2, variant c or FIG.
  • the recesses 8 have an opening in the surface with a diameter of about 2 microns. They protrude approx. 6 ⁇ m to 7 ⁇ m into the printed circuit board layer 13 and thereby expand to a diameter of approx. 4 ⁇ m.
  • the adhesive 14 in the recesses 8 produced, whereby a firmly adhering adhesive bond of the individual printed circuit board layers 13 is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen oder Durchbrüchen in ein dielektrisches Material durch nasschemische Ätzung, bei dem mit energiereichen Schwerionen bestrahlte Oberflächen von Festkörpern oder Folien aus einem dielektrischen Material der Einwirkung eines Ätzmittels ausgesetzt werden, wodurch die infolge des Eindringens der Schwerionen erzeugten latenten lonenspuren zu Ausnehmungen oder Durchbrüchen erweitert werden. Ziel ist es, Ausnehmungen oder Durchbrüche zu erzeugen, deren geometrische Abmessungen in weiten Grenzen variabel sind und die insbesondere eine sich in das Material hinein erweiternde Geometrie aufweisen. Erfindungsgemäß wird dazu zunächst die Materialoberfläche mit Schwerionen geringer lonenenergieje Nukleon bestrahlt. Die Energie kann so bemessen sein, dass ein vollständiges Abbremsen der Schwerionen innerhalb einer geringen Materialschichtdicke erfolgt, sie kann aber auch ein vollständiges Durchdringen einer Folie durch die Schwerionen bewirken. Es entstehen latente lonenspuren einer vorbestimmten Länge. Beim nachfolgenden Ätzprozess wird die Temperatur des Ätzmittels entlang der Bewegungstrajektorie der Schwerionen so eingestellt, dass ein vorbestimmter Materialabtrag entlang einer Bewegungstrajektorie bewirkt wird. Es können so unterschiedliche Geometrien der beim Ätzporzess entstehenden Ausnehmungen oder Durchbrüche erzeugt werden. Realisierbar sind beispielsweise in das Material hinein spitz zulaufende, zylinderförmige oder sich keulenförmig in das Material hinein erweiternde Ausnehmungen, aber auch sich in das Material hinein erweiternde Durchbrüche.

Description

Verfahren zur Bearbeitung von Material durch Schwerionenbestrahlung und nachfolgenden Ätzprozess
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Material durch Schwerionen¬ bestrahlung und nachfolgenden Ätzprozess. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen oder Durchbrüchen durch nasschemische Ätzung, bei dem mit energiereichen Schwerionen bestrahlte Oberflächen von Festkörpern oder Folien aus einem dielektrischen Material der Einwirkung eines Ätzmittels ausgesetzt werden, wodurch die infolge des Eindringens der Schwerionen erzeugten latenten lonenspuren zu Ausnehmungen oder Durchbrüchen erweitert werden.
Mit Ausnehmungen versehene und dadurch in besonderer Weise strukturierte Oberflächen, vorzugsweise eines dielektrischen Trägermaterials, bilden die Grundlage für das haftfeste Aufbringen einer Schicht, bevorzugt einer Metallschicht, auf das Trägermaterial. Mit Durchbrüchen, sogenannten Mikroporen, versehene Folien, vorzugsweise Polymerfolien, werden als lonenspurmembrane bezeichnet und dienen der Herstellung von Filtern zur Ultra- oder Mikrofiltration.
Es ist bekannt, in die Oberfläche eines Festkörpers aus einem dielektrischen Material, dabei kann es sich sowohl um Festkörper mit vergleichsweise großer räumlicher Tiefe als auch um Folien handeln, durch Bestrahlung mit energiereichen Schwerionen sogenannte latente lonenspuren einzubringen. Diese entstehen, indem infolge des Eindringens energiereicher Schwerionen in das dielektrische Material und der damit verbundenen Wechselwirkung der Schwerionen mit dem dielektrischen Material entlang der lonentrajektorie, d.h. der Bahn des in das Material eindringenden Schweriones, ein Bereich mit einer radialen Ausdehnung bis zu einigen 10 nm physikalisch und chemisch aktiviert wird, indem die dort lokalisierten Atome angeregt oder ionisiert, chemische Bindungen aufgebrochen und freie Radikale erzeugt werden. Die Schwerionen werden infolge dieser Wechselwirkungsprozesse beim Eindringen in das dielektrische Material abgebremst, ihre kinetische Energie quasi im dielektrischen Material deponiert. Die Schwerionen können das Material durchdringen, d.h. an der dem Eindringen gegenüberliegenden Seite wieder verlassen oder als Fremdatom im Material verbleiben, indem sie vollständig zum Stillstand gebracht werden. Die vorbenannten Wechselwirkungsprozesse sind zunächst inelastische Stöße der Schwerionen mit den Elektronen der Atome des dielektrischen Materials, wobei die Elektronen durch die beim Stoßprozess übertragene Energie in ein höheres Energieniveau gehoben oder in das energetische Kontinuum gebracht werden, später, bei hinreichend niedriger Energie, Stöße mit den Atomkernen selbst. Es ist bekannt und beispielsweise in der DE 10O 58822 A1 beschrieben, dass die Eigenschaften der latenten lonenspruren, die in ein konkretes dielektrisches Material eingebracht wurden, zum einen durch das dielektrische Material selbst, zum ande- ren durch die Bestrahlungsbedingungen determiniert werden. Zu nennen sind dabei
I. die Art der Schwerionen, gekennzeichnet durch Massezahl und Kernladungszahl und
II. die Anfangsenergie der Schwerionen, d.h. ihre Energie bei Eintritt in das dielektrische Material. Von den genannten Faktoren hängen sowohl die Länge der lonenspruren, d.h. die Eindringtiefe oder das Durchdringen der Schwerionen in bzw. durch das dielektrische Material, als auch die laterale Verteilung der übertragenen Energie entlang der lonentrajektorie, d.h. der Grad der Anregung oder Ionisierung der lokalen Atome, Art und Umfang des Aufbrechens chemischer Bindungen und Art und Umfang der Erzeugung freie Radikale ab. Sie bilden damit die Grundlage dafür, in welchem
Umfang in einem nachfolgenden Ätzprozess das Ätzmittel das Material der latenten lonenspur im Vergleich zum ungestörten Material angreifen kann. Die Gestalt der im Ätzprozess entstehenden Ausnehmungen oder Durchbrüche, insbesondere ihre geometrischen Abmessungen, sind damit unmittelbar von den Parametern der Bestrahlung bestimmt.
Zur Charakterisierung der Wirkung der Bestrahlung für den nachfolgenden Ätzprozess kann die Selektivität S, definiert als das Verhältnis zwischen der Spurätzrate vτ, d.h. der Ätzrate im Bereich der latenten lonenspur und der Materialätzrate vB, d.h. der Ätzrate im ungestörten Material, herangezogen werden. Die Selektivität S ist eine Funktion des Energieübertrages dE/dx vom Schwerion auf das dielektrische Material entlang der lonenspur, wobei der Energieübertrag dE/dx seinerseits von der Energie des einzelnen Schweriones (lonenenergie je Nucleon [amu]) abhängt. Die entsprechenden Zusammenhänge sind bekannt und beispielsweise in der DE 10058822 A1 erläutert. Die Kenntnis der vorgenannten Zusammenhänge ermöglicht in bestimmten Grenzen eine gezielte Einstellung der Selektivität S entlang einer lonenspur und damit ebenso in bestimmten Grenzen eine Vorbestimmung der Geometrie der im nachfolgenden Ätzprozess entstehenden Ausnehmungen oder Durchbrüche, wobei der im Ätzprozess erzeugte Materialabtrag natürlich auch vom Ätzmittel selbst, seiner Zusam- mensetzung, seiner Konzentration, seines ph-Wertes und seiner Temperatur abhängt. Änderungen der Ätzbedingungen während des Ätzprozesses beeinflussen den Materialabtrag und damit die Form der entstehenden Ausnehmungen oder Durchbrüche. Insbesondere bei der Erzeugung von Durchbrüchen durch Folien, beispielsweise zur Herstellung von lonenspurmembranen, kann die geometrische Form der Durchbrüche auf diese Weise gut beeinflusst und vorbestimmt werden. Dies hängt vor allem damit zusammen, dass zur Bestrahlung energiereiche Schwerionen mit einer lonenenergie größer 1 MeV/amu verwendet werden, die die Folie vollständig ohne erheblichen Energieverlust durchdringen und damit einen weitgehend konstanten. Energieübertrag dE/dx vom Schwerion auf das dielektrische Mate¬ rial entlang der lonentrajektorie und damit eine weitgehend konstante Beeinflussung des dielektrischen Materiales entlang der lonentrajektorie oder anders gesagt, eine weitgehend konstante Selektivität S entlang der lonenspur bewirken. Zur Erzeugung von Ausnehmungen für eine Oberflächenstrukturierung, die nach dem Ätzprozess vorzugsweise nicht tiefer als 10 μm in das Material hineinreichen soll, sind einer Beeinflussung der geometrischen Fom der beim Ätzprozess entstehenden Ausnehmungen erhebliche Grenzen gesetzt. Ursache hierfür ist, dass die lonenenergie der zur Bestrahlung eingesetzten Schwerionen nur so groß sein darf, dass sie beim Eindringen in das dielektrische Material innerhalb der Tiefe der zu erzeugenden Oberflächenstruktur, also beispielsweise nach 15 μm, vollständig abgebremst sein müssen. Bei einer derartig geringen lonenenergie ist die Intensität der Wechselwirkung der eindringenden Schwerionen mit den lokalen Atomen des umgebenden Materials aber in erheblichem Maße eine Funktion der lonenenergie. Der Energieübertrag dE/dx ist von der Oberfläche in das Innere des Materials gesehen, also entlang der lonentrajektorie, eine stetig abnehmende Funktion. Das bedeutet, dass die bewirkte Selektivität S entlang der lonentrajektorie ebenso stark abnimmt, bis sie letztendlich im Bereich des Endes der lonentrajektorie den Wert 1 erreicht. Bei einer solchen Funktion der Selektivität S entlang der lonentrajektorie ist es mit den bekannten Verfahren nur möglich, konische Ausnehmungen (kegelförmige Poren) zu erzeugen.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Material durch Schwerionen- bestrahlung und nachfolgenden Ätzprozess, mit dem Ausnehmungen und Durch- brüche erzeugt werden können, deren geometrische Abmessungen in weiten Grenzen varialbel sind und die insbesondere eine sich in des Material hinein erweiternde Geometrie aufweisen können.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem Verfahren gemäß dem 1. Patentan- spruch erreicht. Die zugehörigen Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Erfindung liegt zugrunde, dass insbesondere bei einer Materialbearbeitung zur Erzeugung von Ausnehmungen in die Oberfläche eines dielektrischen Materials zur Schaffung einer vorbestimmten Oberflachenstruktur eine Bestrahlung der Mateπal- oberflache mit Schwerionen geringer lonenenergie je Nucleon erfolgt, so dass ein vollständiges Abbremsen der Schwerionen innerhalb einer geringen Mateπalschicht- dicke erfolgt, woraus mit zunehendem Eindringen eines Schwenones in das Mateπ- al, bedingt durch die stark abnehmende Energieabgabe des Schwenones an die lokalen Atome des Materials, mit denen es in Wechselwirkung tritt, mit zunehmender Abbremsung des Schwerions eine erheblich verringerte Mateπalbeeinflussung bewirkt wird. Entlang der lonentrajektoπe nimmt der Energieubertrag dE/dx vom Schwerion auf das umgebende Material stark ab, d.h. es verringern bzw. verandern sich erheblich der Grad der Anregung oder Ionisierung der lokalen Atome, die Art und der Umfang des Aufbrechens chemischer Bindungen und die Art und der Umfang der Erzeugung freier Radikale. Damit sinkt die die Wirkung des Atzmittels beschreibende Selektivität S, d h. das Verhältnis zwischen der Spuratzrate vτ (Atzrate im Bereich der lonentrajektoπe) und der Mateπalatzrate vB (Atzrate im unge- störten Material) entlang der lonentrajektoπe, bis sie letztlich im Bereich des Endes der lonentrajektoπe den Wert 1 erreicht Der Erfindung liegt weiterhin zugrunde, dass die Selektivität S eine starke Abhängigkeit von der Temperatur Tatz des Atzmittels aufweist. Erfmdungsgemaß kann der Verringerung der Selektivität S entlang der lonentrajekto- rie infolge der im Verlaufe des Eindringens eines Schwenones geringer werdenden Matenalbeeinflussung durch eine Erhöhung der Temperatur Tatz des Atzmittels entlang der lonentrajektone entgegengewirkt werden. Figur 1 veranschaulicht zum einen prinzipiell den Verlauf der Selektivität S als Funktion des Energieubertrages (dE/dx) entlang einer lonentrajektone, und zwar beginnend von der Oberflache mit x = 0 bis zum Ende der lonentrajektone mit x = X1 und zum anderen einen prinzipiellen Verlauf der Selektivität S als Funktion der Temperatur des Atzmittels (Tatz) mit Tatz(x = 0) < Tatz(x = X1). Grundsätzlich ist es damit möglich, durch eine Überlagerung beider Funktionen der Selektivität S(^-) und der Selektivität S(Tatz) entlang der lonentrajektone eine Gesamtselektivitat Stota| zu realisieren, die unterschiedliche Geometrien der beim Atzprozess entstehenden Durchbruche oder Ausnehmungen bewirkt. In Figur 2 sind beispielhaft drei Verlaufe der sich erfmdungsgemaß durch Überlagerung der Selektivitäten S(^-) und S(Tatz) ergebenden Gesamtselektivitat Stota| und die damit beim Atzprozess erzeugten Geometrien von Ausnehmungen veranschaulicht. Natürlich sind diese veranschaulichten prinzipiellen Zusammenhange auch auf die Erzeugung von Durchbruchen übertragbar.
Die Erfindung soll anhand zweier Ausfuhrungsbeispiele nachfolgend weiter erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in Figur 3: eine schematische Anordnung zur Realisierung des Ätzprozesses des erfindungsgemäßen Verfahrens, in
Figur 4: die schematische Darstellung einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Oberflächenstruktur, in Figur 5: die schematische Darstellung (Schnitt) eines haftfesten Polymer-Metall- Verbundes auf der Grundlage einer erfindusngegemäß in die Polymeroberfläche eingebrachten Oberflächenstruktur und in
Figur 6: die schematische Darstellung (Schnitt) eines Mehrlagenschaltungsträgers unter Verwendung von Trägermaterial mit einer erfindungsgemäß realisier- ten Oberflächenstruktur.
DerÄtzprozess des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise mittels einer Anordnung wie in Figur 3 prinzipiell dargestellt realisiert werden. In die Oberfläche 1 eines Trägermaterials 2 wurden durch Bestrahlung mit Schwerionen mit einer definierten Anfangsenergie latente lonenspuren 3 derart eingebracht, dass ihre Richtungsvektoren überwiegend nicht parallel verlaufen und ihre Länge ca.3 μm beträgt. Zu der mit latenten lonenspuren 3 durchsetzten Oberfläche 1 des Trägermaterials 2 weisend, ist eine Sprüheinrichtung 4 zum Versprühen eines Ätzmittels 5 angeordnet. Die Sprüheinrichtung 4 ist mit einer Einrichtung (nicht dargestellt) zur Temperierung des Ätzmittels 5 versehen. Zu der gegenüberligenden Oberfläche 6 des Trägermaterials 2 weisend, ist eine Heizeinrichtung 7 angeordnet. Die Temperatur Tätz des versprühten Ätzmittels 5 und die Temperatur TH der Heizeinrichtung 7 sind so bemessen, dass sich zwischen den Oberflächen 1 und 7 des Trägermaterials ein Temperaturübergangsverlauf einstellt, der einen Verlauf der Selektivität S(Tätz) beginnend von der Oberfläche 1 bis zum Ende der latenten lonenspuren 3, d.h. entlang eines Weges von ca.3 μm, wie in Figur 2, Variante c gezeigt, einstellt. Durch den Ätzprozess entstehen Ausnehmungen entlang den latenten lonenspuren 3 mit einer Geometrie, wie in Figur 2, Variante c veranschaulicht. Ihr Durchmesser beträgt an der Oberfläche 1 des Targetmaterials 2 ca.0,5 μm. Er erweitert sich in das Trägermaterial hinein bis auf ca. 1 μm. Die in die Oberfläche 1 eingebrachte Oberflächenstruktur ist in Figur 4 veranschaulicht. Gezeigt sind in das Material hinein sich vergrößernde Ausnehmungen 8, deren Längsachsen in unterschiedliche Richtungen weisen, d.h. überwiegend nicht parallel verlaufen. Dadurch gibt es im Material eine Vielzahl von Überschneidungen dieser Ausnehmungen 8. Beispiel 1
Für die Herstellung eines flexiblen Leiterplattenbasismaterials besteht die Aufgabe, einen haftfesten Metall-Polymer-Verbund (Haftfestigkeit >2 N/mm) zu erzeugen. Die Dicke des Übergangsbereiches, d.h. des Bereiches in dem zur Realisierung des haftfesten Verbundes in das Polymermaterial Metallteile eingelagert sind, soll < 2 μm sein. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des erzeugten haftfesten Metall- Polymer- Verbundes.
Zur Erzeugung der notwendigen Oberflächenstruktur wird eine Oberflächenseite 1 einer 50 μm dicken Polymerfolie (Polyetylenterephthalate) 2 einer Bestrahlung mit einem 84Kr+(Krypton)-lonenstrahl unterzogen. Die lonenenergie beträgt ca.50 keV/amu, die Bestrahlungsdichte 1 x108 Ionen/cm2. Die Bestrahlung erfolgt in Winkeln zwischen ±45 ° zur Oberflächennormale. Es entstehen latente lonenspuren 3 mit einer Länge von ca.3 μm. Der nachfolgende Ätzprozess erfolgt als Sprühätzung. Die bestrahlte Oberflächenseite 1 der Polymerfolie 2 wird mit 3 n NAOH-Lösung 5 besprüht. Die Temperatur des versprühten Ätzmittels 5 beträgt 700C. Die der bestrahlten und besprühten Oberflächenseite 1 der Polymerfolie 2 gegenüberliegende Seite 6 wird mittels einer Flächenheizeinrichtung 7 auf 1000C erwärmt. Über die Dicke der Folie 2 stellt sich damit ein Temperaturgefälle ein. Entlang der lonentrajektorie 3 verlaufen die vom Energieübertrag der Schwerionen auf das umgebende Material abhängige Selektivität S(^-) und die von der Temperatur des Ätzmittels abhängige Selektivität S(Tätz), wie in Figur 2, Variante c dargestellt. Nach einer Ätzdauer von ca.3 min sind in die Polymeroberfläche Ausnehmungen 8, wie in Figur 2, Variante c bzw. Figur 4 gezeigt, eingebracht. Die Ausnehmungen 8 weisen eine Öffnung in der Polymermaterialoberfläche mit einem Durchmesser von ca.0,5 μm auf. Sie ragen ca. 2 μm in die Polymerfolie hinein und erweitern sich dabei auf einen Durchmesser von ca. 1 μm.
Nachfolgend wird die in die Polymerfolie 2 eingebrachte Oberflächenstruktur metallisiert, wobei vakuumtechnisch eine die gesamte Oberfläche abdeckende Kupferstartschicht aufgebracht wird. Die Kupferstartschicht wird dann elektrochemisch (galvanisch) bis zur gewünschten Dicke der Leiterschicht 9 verstärkt.
Beispiel 2
Mehrlagenleiterplatten werden in der Praxis oft dadurch hergestellt, dass auf ein doppelseitig mit Leiterzügen 10 versehenes Ausgangsleiterplattenmaterial 11 weite- re einseitig mit Leiterzügen 12 versehene Leiterplattenlagen 13 aufgeklebt werden. Figur 6 zeigt schematisch den Schnitt eines Mehrlagenschaltungsträgers. Ein Problem bei der Herstellung solcher Mehrlagenleiterplatten ist das haftfeste und sichere Verkleben der einzelnen Leiterplattenlagen 11 , 13. Dazu werden in die Rück- Seiten der einseitig Leiterzüge 12 tragenden Targetmaterialien 13 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Oberflächenstrukturen eingebracht, in die der zum Verkleben der Lagen eingesetzte Klebstoff 14 eindringen kann, wodurch eine haftfeste Klebeverbindung erreicht wird. Zur Erzeugung der Oberflächenstrukturen werden die Rückseiten der einseitig mit Leiterzügen 12 versehenen Leiterplattenlagen 13, die als 50 μm dicke Flüssigkristallpolymerfolien (LCP-Folien) ausgeführt sind, einer Bestrahlung mit einem 84Kr+(Kryp- ton)-lonenstrahl unterzogen. Die lonenenergie beträgt ca.400 keV/amu, die Bestrahlungsdichte 6,3x106 Ionen/cm2. Die Bestrahlung erfolgt in unterschiedlichen Winkeln zwischen ±45 ° zur Oberflächennormale. Es entstehen latente lonen- spuren 3 mit einer Länge von ca.8 μm bis 10 μm. Der nachfolgende Ätzprozess erfolgt als Sprühätzung. Die bestrahlten Rückseiten der Leiterplattenlagen 13 werden mit 3 n NAOH-Lösung 5 besprüht. Die Temperatur des versprühten Ätzmittels 5 beträgt 700C. Die der jeweils bestrahlten und besprühten Rückseite einer Leiterplattenlage 13 gegenüberliegende Seite wird mittels einer Flächenheizeinrich- tung 7 auf 1000C erwärmt. Über die Dicke der Folie 2 stellt sich damit ein Temperaturgefälle ein. Entlang der lonentrajektorie 3 verlaufen die vom Energieübertrag der Schwerionen auf das umgebende Material abhängige Selektivität S(^) und die von der Temperatur des Ätzmittels abhängige Selektivität S(Tätz), wie in Figur 2, Varian- te c dargestellt. Nach einer Ätzdauer von ca. 5 min sind in die Rückseiten der Leiterplattenlagen 13 Ausnehmungen 8, wie in Figur 2, Variante c bzw. Figur 4 gezeigt, eingebracht. Die Ausnehmungen 8 weisen eine Öffnung in der Oberfläche mit einem Durchmesser von ca. 2 μm auf. Sie ragen ca. 6 μm bis 7 μm in die Leiterplattenlage 13 hinein und erweitern sich dabei auf einen Durchmesser von ca. 4 μm. Beim Verkleben der einzelnen Lagen der Mehrlagenleiterplatte dringt, wie in Figur 6 veranschaulicht, der Klebstoff 14 in die erzeugten Ausnehmungen 8 ein, wodurch eine haftfeste Klebeverbindung der einzelnen Leiterplattenlagen 13 erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung von Material durch Schwerionenbestrahlung und nach- folgenden Ätzprozess, nachfolgende Verfahrensschritte aufweisend:
- Bestrahlung der Oberfläche (1 ) des Materials (2) mit Schwerionen vorbestimmter Art in Bezug auf Massezahl und Kernladungszahl und vorbestimmter Anfangsenergie derart, dass ein vorbestimmter Energieübertrag dE/dx vom Schwerion auf das dielektrische Material (2) entlang der lonentrajektorie (3) in das Innere des Festkörpers bewirkt wird und
- nachfolgenden Ätzprozess, wobei die Temperatur des Ätzmittels (5) entlang der Bewegungstrajektorie (3) der Schwerionen nicht konstant ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass die Temperatur des Ätzmittels (5) entlang der Bewegungstrajektorie (3) der Schwerionen einen positiven Gradienten aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die der bestrahlten Oberfläche (1 ) gegenüberliegende Oberfläche (6) des zu bearbeitenden Materials (2) während des Ätzprozesses beheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass die dem Ätzmittel (5) zugewandte Oberfläche (1 ) des zu bearbeitenden Materials (2) während des Ätzprozesses gekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, dass die dem Ätzmittel (5) zugewandte Oberfläche (1 ) des zu bearbeitenden Materials (2) während des Ätzprozesses gekühlt wird und die dieser gegenüberliegende Oberfläche (6) des zu bearbeitenden Materials (2) während des Ätzprozesses beheizt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Bestrahlung der Oberfläche (1 ) mit Schwerionen in mindestens zwei verschiedenen Einfallsrichtungen der Schwerionen in Bezug zur Oberfläche (2) des zu bearbeitenden Materials (2) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Ätzmittel (5) mit vorbestimmter Temperatur auf das zu bearbeitende Material (2) gesprüht wird.
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