DE102018103808A1

DE102018103808A1 - Vorrichtung zur stromlosen Metallisierung einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102018103808A1
Application number: DE102018103808.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hildebrand
Original assignee: Ap&s Int GmbH; AP&S International GmbH
Current assignee: Ap&s Int GmbH; AP&S International GmbH
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2019-08-22
Also published as: WO2019162042A1; CN111836917A; EP3755824A1; US20210079529A1

Abstract

Anordnung zur stromlosen Metallisierung einer Zieloberfläche (3) wenigstens eines Werkstücks (2) mit- einem Behälter (5) zur Aufnahme einer Metallisierungslösung (7)- einem im Boden (6) des Behälters angeordneten Zulauf (8) für die Metallisierungslösung (7),- einen oberseitig an dem Behälter (5) angeordneten Ablauf für die Metallisierungslösung (7),- einer Halterung (11) zur Halterung (11) des wenigstens einen Werkstücks (2), wobei die Halterung relativ zu dem Behälter (5) in wenigstens zwei Dimensionen mittels einer Bewegungseinrichtung (13) bewegbar angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stromlosen Metallisierung einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks.
Die stromlose Metallabscheidung aus einer Lösung ist in der Halbleiterindustrie grundsätzlich bekannt. Die stromlose Metallisierung von Gegenständen, beispielsweise Wafern hat gegenüber der galvanischen Metallisierung deutliche Vorteile, hinsichtlich der Beständigkeit sowie der Homogenität und Konformität der erzielbaren Schichten.
Der Vorgang des stromlosen Abscheidens erfordert eine Elektrolytlösung bzw. eine Metallisierungslösung mit einem Reduziermittel, einem Metallträger und ein komplex bildendes Mittel, wobei - zusätzlich zu der Steuerung der Badzusammensetzung - auch der pH-Wert und die Temperatur mit hoher Genauigkeit einzustellen sind, da das aktive in Gang setzen einer chemischen Reaktion der Plattierungslösungsmittel mittels eines Katalysators, der in dem darunter liegenden Material enthalten ist oder vor dem eigentlichen Abscheideprozess aufgebracht wird, äußerst sensitiv auf die Prozesstemperatur reagiert.
Typischerweise kann die Betriebstemperatur der stromlosen Metallisierungslösung in einem Bereich nahe an der Autokatalyse-Temperatur für eine spontane Selbstzersetzung der stromlosen Metallisierungslösung liegt. Das Auftreten eines selbst in Gang gesetzten Zerfalls der stromlosen Metallisierungslösung führt jedoch zu einer Metallabscheidung nicht nur auf gewünschten Bereichen, d. h. der zu beschichtenden Substratoberfläche, sondern auch auf Oberflächen der Plattierungsanlage, etwa der Reaktorzelle, dem Metallisierungslösungstank, den Zufuhrleitungen und dergleichen. In ausgeprägten Fällen von selbst initiiertem Zerfall wird im Wesentlichen der gesamte Metallinhalt der Metallisierungslösung rasch zu reinem Metall reduziert, wodurch möglicherweise eine Verstopfung aller Leitungen und Röhren und des chemischen Reaktors verursacht wird. Als Folge davon ist großer Aufwand erforderlich, um die Plattierungsanlage mit Salpetersäure zu reinigen, wobei gleichzeitig die gesamten teuren Plattierungschemikalien verloren gehen. Zudem muss der sich ergebende toxische Abfall entsorgt werden, wodurch ferner deutlich zu den Betriebskosten des stromlosen Metallplattierungsprozesses beigetragen wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur stromlosen Metallisierung werden zur Erhöhung des erzielbaren Durchsatzes nicht als Single-Wafer Anlagen, sondern für Batch-Prozesse ausgelegt. Um eine Mehrzahl von Wafern prozessieren zu können, werden diese in Halterungen, sog. Cin ein Becken, in dem die Elektrolytlösung ist, eingebracht. Typischerweise sind die Wafer senkrecht stehend in den Carriern angeordnet, wobei die Elektrolytlösung in dem Becken dauerhaft umgewälzt wird, um eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionspartner innerhalb des Beckens zu gewährleisten.
Typischerweise wird die Elektrolytlösung von unten in das Becken eingebracht und kann an der Oberseite entnommen und der Umwälzung und Erwärmung erneut zugeführt werden. Die Entnahme kann beispielsweise über einen einfachen Überlauf in ein Überlaufbecken realisiert werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird es als nachteilig empfunden, dass die Schichtdicke des Abgeschiedenen Metalls über einen Wafer variiert und auch von Wafer zu Wafer innerhalb eines Batches Unterschiede bestehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine gleichmäßigere Schichtabscheidung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur stromlosen Metallisierung einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks mit einem Behälter zur Aufnahme einer Metallisierungslösung, einem im Boden des Behälters angeordneten Zulauf für die Metallisierungslösung und einem oberseitig an dem Behälter angeordneten Ablauf für die Metallisierungslösung sowie einer Aufnahme zur Halterung des wenigstens einen Werkstücks zeichnet sich dadurch aus, dass die Aufnahme mittels einer Bewegungseinrichtung relativ zu dem Behälter in wenigstens zwei Dimensionen bewegbar angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Einkopplung einer Bewegung in den Reaktionsprozess eine Verarmung der Metallisierungslösung auf ihrem Weg vom Zulauf zum Ablauf verringert und damit eine Homogenität und Konformität der Metallabscheidung erhöht werden kann. Die Einkopplung einer Bewegung in den vorliegenden Prozess wird auch als Agitation bezeichnet.
Durch eine Agitation in wenigstens zwei Dimensionen wird ein verbesserter Transport der Reaktanden auf die Zieloberfläche des Werkstücks erreicht.
In einer weitergebildeten Ausbildungsform der Anordnung ist die Aufnahme relativ zu dem Behälter in drei Dimensionen bewegbar angeordnet, wodurch die oben genannten Effekte noch weiter verbessert werden.
Eine einfache Ausgestaltung kann erreicht werden, wenn die Aufnahme über einen Arm oder einen Rahmen an der Bewegungseinrichtung angeordnet ist. Eine Bewegung der Aufnahme mittels der Bewegungseinrichtung relativ zum Behälter ist im Vergleich zu einer Bewegungseinkopplung in den Behälter selbst einfacher zu realisieren und kann auch für bereits bestehende Anordnungen einfach nachgerüstet werden.
Die Bewegungseinrichtung kann beispielsweise eine relativ zu dem Behälter feststehende Basis aufweisen, an der ein erster Abschnitt über einen Kreuzschlitten gelagert und über einen ersten Antrieb in zwei voneinander verschiedene Richtungen antreibbar ist. Ein Kreuzschlitten, d. h. eine Anordnung mit senkrecht aufeinander stehenden Linearführungen kann in einer durch die Richtungen der Linearführungen aufgespannten Ebene eine zweidimensionale Bewegung ausführen. Durch den ersten Antrieb kann beispielsweise über eine Exzenteranordnung eine kreisförmige Bewegung in den ersten Abschnitt eingekoppelt und auf die Aufnahme übertragen werden, sodass das in der Aufnahme angeordnete Werkstück eine der eingekoppelten Bewegung entsprechende oder zu dieser korrespondierenden Bewegung ausführt.
Die Bewegungseinrichtung kann ferner einen zweiten Abschnitt aufweisen, der mittels einer Linearführung an dem ersten Abschnitt gelagert und mittels eines zweiten Antriebs antreibbar ist. Vorzugsweise steht die Linearführung senkrecht auf die durch den Kreuzschlitten definierte Ebene, sodass mittels des zweiten Antriebs eine Bewegung in der dritten Dimension bewirkt und auf die Aufnahme respektive das Werkstück übertragen werden kann.
Der zweite Antrieb kann hierzu an dem ersten Abschnitt gelagert sein, sodass die von dem ersten und dem zweiten Antrieb erzeugten Bewegungen unabhängig voneinander auf die Aufnahme übertragen werden.
Der zweite Antrieb kann beispielsweise über einen Exzenter und eine Pleuelstange eine Linearbewegung des zweiten Abschnitts entlang der Linearführung bewirken.
Um eine relative Anordnung der Bewegungseinrichtung zu dem Behälter festzulegen kann die Basis mit einem den Behälter umgebenden Überlaufbehälter fest verbunden sein.
Vorzugsweise sind die Antriebe unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass die unterschiedlich ausgerichteten Bewegungen ebenfalls voneinander unabhängig auf die Aufnahme übertragbar sind.
Die Antriebe können beispielsweise als Steppermotoren mit internen Geschwindigkeitskontrolle ausgebildet sein. Durch diese Art von Motoren wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erreicht.
Für die beschriebene Anwendung werden hier keine speziellen Rampen oder ähnliches benötigt, daher sind Steppermotoren ausreichend. Diese sind simple zu betreiben und es sind auch keine zusätzlichen Sensoren nötig (beispielsweise Referenz o.ä.). Die Aufnahmen können beispielsweise als wenigstens ein, bevorzugt wenigstens zwei Wafer-Carrier ausgebildet sein, sodass eine Prozessierung größerer Zahlen von Wafern in der Anordnung ermöglicht wird.
Eine besonders einfache Ausgestaltung des Ablaufs kann erreicht werden, wenn diese als Überlauf ausgebildet ist.
Die Frequenz der Achsenbewegung ist in jedem Fall für das Produkt separat einzustellen um den bestmöglichen Abtrag zu garantieren und das Prozessmedium nicht zu sehr zu stressen. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann ein Hub in der ersten und zweiten Bewegungsrichtung jeweils 15 mm und in der dritten Bewegungsrichtung 30 mm betragen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung in perspektivischer Ansicht,
2 die Anordnung aus 1 mit abgenommener Aufnahme und ohne Behälter und
3a zwei Prinzipskizzen zur Verdeutlichung der Bewegungs- und 3b einkopplung.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Anordnung zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Anmeldung.
Die Anordnung besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 5 zur Aufnahme einer Metallisierungslösung 7, in die Werkstücke 2, beispielsweise Wafer, zur Metallisierung eingetaucht werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Wafern 2 in Halterungen 11, die als sogenannten Wafer-Carriern ausgebildet sind, senkrecht stehend angeordnet und über einen Rahmen 15 an einer Bewegungseinrichtung 13 gehalten. Die Halterungen 11 sind an dem Rahmen 15 so angeordnet, dass die Wafer 2 bei gefülltem Behälter 5 vollständig in die Metallisierungslösung 7 eingetaucht sind.
Der Behälter 5 weist einen bodenseitig angeordneten Zulauf 8 sowie einen oberseitig angeordneten Ablauf 9, der vorliegend als Überlauf ausgestaltet ist auf. Um durch den Überlauf 9 austretende Metallisierungslösung aufzufangen ist der Behälter 5 in einen Überlaufbehälter, der den Behälter 5 umgibt angeordnet. Mit dem Überlaufbehälter, der vorliegend wie der Behälter 5 selbst nur schematisch dargestellt ist, ist eine Basis 17 der Bewegungseinrichtung 13 fest verbunden.
Die Bewegungseinrichtung 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten Abschnitt 21 und einem zweiten Abschnitt 22 gebildet, die relativ zu der Basis 17 bewegbar angeordnet sind. Der erste Abschnitt 21 ist über eine Kreuzschlittenanordnung bestehend aus senkrecht zueinander angeordneten ersten und zweiten Führungsschienen 25, 26 in zwei Richtungen relativ zur Basis 17 bewegbar angeordnet. Entsprechend dem in 1 zur Verdeutlichung dargestellten Koordinatensystem ist der erste Abschnitt 21 in der X-Y-Ebene bewegbar.
Eine Bewegung des ersten Abschnitts 21 wird über einen ersten Antrieb 31, der über ein Getriebe 33 auf einen Exzenter 37 wirkt, hervorgerufen. Über die Kreuzschlittenanordnung ist der erste Abschnitt 21 in der X-Y-Ebene frei bewegbar und kann damit die von dem Exzenter 37 eingekoppelte kreisförmige Bewegung in identischer Weise ausführen. An dem ersten Abschnitt 21 ist ein zweiter Abschnitt 22 über eine Linearführung in Z-richtung bewegbar angeordnet. Eine Linearbewegung des zweiten Abschnitts 22 wird durch einen zweiten Antrieb 32, der über eine Riemenanordnung mit einem Exzenter 34 mit einer Pleuelstange 35 zusammenwirkt auf den zweiten Abschnitt 22 übertragen. Ein Hub in X-Richtung und in Y-Richtung kann beispielsweise jeweils 15 mm betragen, ein Hub in Z-Richtung kann beispielsweise bei 30 mm liegen.
Eine Übertragung der durch die Antriebe 31, 32 hervorgerufenen Bewegungen auf die in dem Behälter 5 befindlichen Aufnahmen erfolgt über den an dem zweiten Abschnitt 22 befestigten Rahmen 15.
In 2 ist die Kreuzschlittenanordnung aus der ersten Führungsschiene 25 sowie den zweiten Führungsschienen 26 deutlich erkennbar. Die erste Führungsschiene 25 ist dabei in X-Richtung ausgerichtet und die zweiten Führungsschienen 26 sind in Y-Richtung verlaufend angeordnet. In 2 ist außerdem deutlich der Exzenter 34 des zweiten Antriebs 32 sowie die damit verbundene Pleuelstange 35 ersichtlich, die die in Linearbewegung des zweiten Abschnitts 22 in Z-Richtung hervorrufen.
Durch die Kombination der Kreuzschlittenanordnung einerseits, und der Linearführung andererseits ist die Einkopplung einer Bewegung in insgesamt drei Dimensionen möglich, sodass eine 3D-Agitation der Werkstücke innerhalb des Metallisierungsbads erreicht wird.
Die Bewegung ist mechanisch und fest vorgegeben durch den montierten Exzenter und die Pleuelstange. Diese Komponenten geben den Bewegungsbereich fest vor, eine Änderung des Fahrprofils ist ohne mechanischen Eingriff in der Regel nicht möglich.
Bezugszeichenliste

2: Werkstück
3: Zielfläche
5: Behälter
6: Boden
7: Metallisierungslösung
8: Zulauf
9: Ablauf
11: Halterung
13: Bewegungseinrichtung
15: Rahmen
17: Basis
21: erster Abschnitt
22: zweiter Abschnitt
25: erste Führungsschiene
26: zweite Führungsschienen
31: Erster Antrieb
32: Zweiter Antrieb
33: Getriebe
34: Exzenter
35: Pleuelstange
37: Exzenter

Claims

Anordnung zur stromlosen Metallisierung einer Zieloberfläche (3) wenigstens eines Werkstücks (2) mit - einem Behälter (5) zur Aufnahme einer Metallisierungslösung (7) - einem im Boden (6) des Behälters angeordneten Zulauf (8) für die Metallisierungslösung (7), - einen oberseitig an dem Behälter (5) angeordneten Ablauf für die Metallisierungslösung (7), - einer Halterung (11) zur Halterung (11) des wenigstens einen Werkstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) relativ zu dem Behälter (5) in wenigstens zwei Dimensionen mittels einer Bewegungseinrichtung (13) bewegbar angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) relativ zu dem Behälter (5) in drei Dimensionen bewegbar angeordnet ist.
Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) über einen Arm (?) oder einen Rahmen (15) an der Bewegungseinrichtung angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (13) eine relativ zum Behälter feststehende Basis (17) aufweist, an der ein ersten Abschnitt (21) über einen Kreuzschlitten gelagert und über einen ersten Antrieb (21) in zwei voneinander verschiedene Richtungen (X, Y) antreibbar ist.
Anordnung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (13) einen zweiten Abschnitt (22) aufweist, der mittels einer Linearführung an dem ersten Abschnitt (21) gelagert und mittels eines zweiten Antriebs (32) antreibbar ist.
Anordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (32) an dem ersten Abschnitt (21) gelagert ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (32) einen Exzenter (37) und einer Pleuelstange (35) aufweist und eine Linearbewegung des zweiten Abschnitts entlang der Linearführung bewirkt.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (17) mit einem den Behälter (5) umgebenden Überlaufbehälter verbunden ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (31, 32) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (31, 32) als Steppermotoren ausgebildet sind.
Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) als wenigstens ein, bevorzugt wenigstens zwei Wafer-Carrier ausgebildet ist.
Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf (9) als Überlauf ausgebildet ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hub des zweiten Antriebs zwischen 20 mm und 40 mm, vorzugsweise 30 mmm beträgt.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hub des ersten Antriebs in die beiden Richtungen je zwischen 10 mm und 30 mm, vorzugsweise zwischen 12 mm und 18 mm, weiter bevorzugst 15 mm beträgt.