DD216803A1

DD216803A1 - Vorrichtung zur coulometrischen dickenbestimmung von metallschichten

Info

Publication number: DD216803A1
Application number: DD25144383A
Authority: DD
Inventors: Hans Loewe; Peter Keppel; Hendrik Boehme; Werner Hartmann
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1984-12-19
Also published as: DE3413762A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten, mit der es moeglich ist, Metallschichtdicken z. B. auf Isolierstoff oder Halbleitermaterialien zu bestimmen. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten, bestehend aus einer Stromversorgungseinrichtung, einer Messwertausgabe und einer Elektrolysezelle. Die Elektrolysezelle besteht aus einem an sich bekannten, mit Elektrolyt gefuellten ringfoermigen Zellengrundkoerper, einer bekannten Katode, einer bekannten Messflaeche und einem Stromblendeneinsatz aus nichtleitendem Material mit einer unteren Begrenzungsflaeche, wobei der Stromblendeneinsatz eine zentrale Bohrung enthaelt, die eine Einengung des Strompfades zwischen Katode und Pruefflaeche bewirkt.

Description

Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschichten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten,mit der es möglich ist, Metallschichten auf Isolierstoffen, Halbleitermaterialien oder anderen hochohmigen Substraten aus der zur anodischen Auflösungeines begrenzten Oberflächenelementes benötigten otrommenge, d. h. durch ein an sich bekanntes coulometrisches Verfahren zu bestimmen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Coulometrische Verfahren zur Dickenbestimmung von beispielsweise galvanisch abgeschiedenen Metallschichten sind seit langem bekannt. Sie beruhen darauf, daß ein Oberflächenelement mit einem geeigneten Elektrolyten in einer Zelle in Berührung gebracht und anodisch aufgelöst wird. Dabei wird vorausgesetzt, daß das auf einem andersartigen Metallsubstrat abgeschiedene Metall solange allein in Lösung geht» bis es von der gesamten mit dem Elektrolyten in Berührung stehenden Oberflache abgelöst ist. Sin anodischer Angriff auf das Metallsubstrat erfolgt in einem geeigneten Elektrolyten erst nach einem mehr oder weniger sprunghaften Spannungsanstieg, der gleichzeitig das Ende des Ablösevorganges anzeigt. Dabei sind auch Verfahren bekannt, mit deüen nach dem ersten Spannungsanstieg eine zweite Metallschicht abgelöst wird, deren vollständige Ablösung sich durch einen weiteren Spannungs-

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anstieg bemerkbar macht (DS AS 2056 154). Sine dicht explizit benannte, aber notwendige Voraussetzung ist 'dabei, daß auch bei ungleichmäßigem Angriff jedes Teilstück des Überzugsmetalls bis zur vollständigen Ablösung über das Metallsubstrat mit dem positiven £ol der Spannungsquelle in'Verbindung bleibt.

Erfahrungsgemäß versagt dieses coulometrische Schichtdickenbestimmungsverfahren f Ur Metallschichten auf nichtleitendem oder hochohmigen Substraten. Wird beispielsweise, wie.es üblich ist, das abzulösende Oberflächenelement als Anode durch einen nichtleitenden, mit Elektrolyt gefüllten Hohlzylinder begrenzt, der außerdem die Katode enthält, so beginnt die Ablösung bevorzugt am Rand der Kreisfläche, bis ein Kreisring herausgelöst ist und die Stromzufuhr zur verbleibenden Kreisfläche unterbrochen ist. Die Ursache dafür ist folgende: Im unterschied zu Metallschichten auf leitenden Substraten erfolgt im Falle'von Schichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten die Stromzufuhr zur abzulösenden Oberfläche lateral in Richtung auf den Kreisflächenmittelpunkt. Yfegen des Spannungsabfalls am Widerstand der Überzugsmetallschicht vpm Rand zum Mittelpunkt der Kreisfläche werden Cberflächenbezirke in Randnähe bei einem höheren Potential und deshalb mit höherer Stromdichte als mittelpunktsnahe Oberflächenbezirke aufgelöst.

Ziel der Erfindung '.'·.·

Ziel der Erfindung ist die coulometrische Dickenbestimmung von Metallschichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten, mit apparativ einfachen Mitteln.

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschicht.en auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten, bestehend aus einer Stromversorgungseinrichtung, einer Meßwertausgabe und einer Elektrolysezelle. " .

Erfindungsgemäß besteht die Elektrolysezelle aus einem hohl-

zylinderförmigen Zellengruödkörper 1, der in bekannter Weise mit einem Dichtring 2 auf die Meßfläche aufgepreßt wird und diese begrenzt, und einem topfförmigen Stromblendeneinsatz 3 aus nichtleitendem Material, der am Boden eine zentrale Bohrung 4 enthält. Durch den Stromblendeneinsatz wird im elektrolytgefüllten Innenraum der Meßzelle ein Stromlicienverlauf erzwungen, der, von der im Stromblendeneinsatz angeordneten Katode 5 ausgehend, durch die Bohrung des Stromblendeneinsatzes nahezu parallel zur aufzulösenden Meßfläche 6 führt. Der Abstand der unteren Begrenzungsfläche 7 des Stromblendeneinsatzes von der Meßfläche und der Durchmesser der Bohrung werden dabei so gewählt, daß der Spannungsabfall im Elektrolyten 8, ausgehend vom Mittelpunkt der Bohrung zum Rande der Meßfläche * die Wirkung des Spannungsabfalls in der Metallschicht der Meßfläche mindestens kompensiert. Auf diese Weise wird eine bevorzugte Auflösung der Randflächen wirkungsvoll verhindert. Dabei ist diese Wirkung nicht an eine Zreisforni von Meßfläche, Stromblendeneinsatz und Bohrung gebunden. Um eine kontinuierliche Erneuerung des Elektrolyten oder·eine periodische Bewegung zu ermöglichen, wird der äußere Durchmesser des Stromblendeneinsatzes kleiner als der innere Durchmesser des Zellengrundkorpers gewählt, damit eine Elektrolytströmung parallel zur Meßfläche möglich ist. . .

Ausführungsbeispiel

Zur Verwendung der Vorrichtung für die coulometrische Schichtdickenbestimmung von etwa 17/Um dicken Kupferachichten auf Eposidharz-Giasfaser-Basismat'erial in schwefelsaurer Kupfersulfatlösung mit einer spezifischen Leitfähigkeit von

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56= 0.4 cm wird für eine Prüffläche von d, = 3 nun Durchmesser eine Bohrung von d-g. = 1 mm Durchmesser und ein. Abstand des Stromblendeneinsatzes von der Meßfläche von d-, = 1 mm gewählt. · .

Claims

Erfindungsanspruch ' -

1. Vorrichtung zur coulometrischen Dickenbestimmung von Metallschichten auf nichtleitenden oder hochohmigen Substraten, bestehend aus einer Stromversorgungseinrichtung, einer Meßwertausgabe -und einer Elektrolysezelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle aus einem an sich bekannten mit Elektrolyt gefüllten ringförmigen Zeilengrundkörper (1), einer bekannten Katode (5), einer bekannten Meßfläche (6) und einem Stromblendeneinsatz

(3) aus nichtleitendem Material mit einer unteren' Begrenzungsfläche (7), wobei der Stromblendeneinsatz eine zentrale» Bohrung (4) enthält, besteht·

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2. Vorrichtung nach Punkt 1,, dadurch gekennzeichnet, daß die der Meßfläche (6) zugewandte Begrenzungsfläche des Stromblendeneinsatzes so. angeordnet ist, daß das Verhältnis ihres Abstandes (d™) von der Meßfläche zur zu bestimmenden Metallschichtdicke (cL, ) gleich oder kleiner als das Verhältnis des spezifischen Widerstandes (f ™) des Elektrolyten (3) zum spezifischen Widerstand des Metalls
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d-g) der zentralen Bohrung des Stromblendeneinsatzes kleiner als der Durchmesser (d^) der Meßfläche, vorzugsweise kleiner als der halbe Durchmesser (d.) der Meßfläche ist·

1 Seife Zeichnungen