EP0828016A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der flächigen galvanischen Abscheidung dicker Schichten auf elektrisch leitfähigen flexiblen Substraten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der flächigen galvanischen Abscheidung dicker Schichten auf elektrisch leitfähigen flexiblen Substraten Download PDF

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EP0828016A1
EP0828016A1 EP97110612A EP97110612A EP0828016A1 EP 0828016 A1 EP0828016 A1 EP 0828016A1 EP 97110612 A EP97110612 A EP 97110612A EP 97110612 A EP97110612 A EP 97110612A EP 0828016 A1 EP0828016 A1 EP 0828016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
pipe screen
rotor
deformation
measured
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97110612A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Zimmermann
Horst Magenau
Hans-Friedrich Kober
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0828016A1 publication Critical patent/EP0828016A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring and control of the flat galvanic Deposition of layers on electrically conductive Substrates.
  • the cause of the bending of the layers is internal stresses, which can be noticed as compressive and / or tensile stresses.
  • These internal tensions of the electroplating layers are influenced by the following factors: bath composition and concentration of additives, current density, temperature, mass transfer and nucleation on the plating-base "as well as through the crystal growth of the deposited substances. For most of these factors, the determination and the controlled setting of the optimal values with regard to a low-voltage deposition is very complex and not always reliably possible.
  • the existing methods as described for example in the publication of N. Kanani, W. Riedel and R. Rolff in: Metall Chemistry , 1987, 41, 255 - 257, can be classified according to their measuring principle, sensitivity, calibration method, handling, etc.
  • the method according to the invention and the associated one Device for flat galvanic deposition thicker Layers on electrically conductive flexible substrates offer the main advantage that an in-situ detection and control of galvanic deposition processes layer stresses occurring on flexible substrates possible is.
  • the inner Influencing voltages from electroplating layers are the Current density and the concentration of Voltage-affecting bath additives are particularly important since it so that in many cases it is possible to remove the tensions from the To move into the pressure area.
  • Substrates can also be used in a particularly advantageous manner made of different materials, such as metals, Metal alloys or electrically conductive polymers, such as e.g. Polyphenylacetylene without prior elaborate Preparation can be used. It can also be non-conductive Substrates are used that are on one side electrically conductive material, for example, by Steaming, sputtering, etc. is applied, coated are.
  • the deflection of the substrate is directly during the Deposition process in an advantageous manner coating substrate measured. This will make mistakes avoided by the other procedures different conditions on the sensor on the one hand and on the other hand can arise on the layer. These include for example the flow conditions, the distribution of the Current density, the degree of deflection etc.
  • the record the deflection of the substrate and the electroplating layer during of the material application can be very thick when applied Layers for setting a certain one Bending state of the substrate in a very advantageous Be used in such a way that the Deposition conditions controlled during application can be changed.
  • the measuring device is on the Center of the substrate attached to the centrally symmetrical Deflection, which is the indicator of occurring pressure and Tension in the deposited layer is too follow.
  • the holder of the substrate consists of PMMA (polymethyl methacrylate), which is inexpensive and can be shaped particularly easily - adapted to the respective application. It is also chemically resistant to galvanic baths.
  • Another advantageous development of the invention consists in the use of screens in front of the substrate holder, which can have the shape of a tubular screen, for example, with which the mass transfer and the current density can be optimized.
  • a surprisingly effective development of the device consists of attaching a polypropylene net to the Opening of the pipe screen, which is not centrally symmetrical Bending of the substrate due to uneven deposition can be completely avoided as the flow in the Pipe diaphragm can be calmed down.
  • the mesh can be made of any other material, preferably Plastic are made, which opposite galvanic baths is chemically resistant. It is the same of course, the net inside the pipe screen to attach.
  • FIG. 1 shows an electroplating bath 11 with a device for low-tension or tension-free galvanic Deposition of thick layers.
  • a tub 10 for example made of polypropylene
  • the electrolyte solution 12 consists of a salt solution adapted to the galvanic process, for example from the aqueous solution of a nickel salt, a copper salt or a gold salt or one Salt mixture.
  • a nickel salt for example from the aqueous solution of a nickel salt, a copper salt or a gold salt or one Salt mixture.
  • an anode 13 Immersed in this electrolyte solution 12 an anode 13 made of a common anode material, which is adapted to the galvanic process in question.
  • the anode 13 can be made of a nickel-sulfur compound, made of copper, or another, in material used for galvanic processes.
  • the Cathode consists of the one with the not shown electrical voltage source connected to be coated Substrate 14.
  • This can be, for example Silicon single crystal wafer, a plate consisting of electrically conductive polymers, a copper-beryllium foil or other materials that are at least are conductive on one side.
  • the substrate 14 is in one Bracket 15, for example made of polymethyl methacrylate (PMMA) can exist by means of sealing rings 16, the for example from Viton or another chemical resistant material, built in so that not all areas to be coated are covered liquid-tight. The electrical contacting of the substrate 14 takes place in the covered edge area.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • a pipe screen 17 is attached.
  • This Pipe orifice 17 consists of polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the length of the tube screen 17 is the diameter of the substrate 14 adapted and is approximately 0.8 to 1.6 times, preferably 1 to 1.2 times the diameter of the Substrate 14.
  • the screens can have different shapes have and in the embodiment, a pipe screen 17th used. Likewise, these screens in the Electroplating process appropriately adapted, suitable Positions can be arranged.
  • a network 22 for example Made of polypropylene, with a mesh size of attached for example 250 microns.
  • tactile sensor 18 At the back of the The holder 15 of the substrate 14 is a tactile sensor 18 attached so that it is connected to a display device 19 which is the stress state of the deposited layer 51 recognized early. With this tactile sensor 18 the central deflection of the substrate 14 is measured. The Output signal of the tactile sensor 18 is recorded and the electroplating process is continuously monitored and controlled changes. This can then be done, for example Change the current density or by adding voltage-influencing additives.
  • tactile sensor 18 can also be a any other length measuring device, e.g. using infrared or lasers can be used.
  • Figure 2 shows a deposition profile of a deposited Layer 51 made of nickel on a 100mm silicon wafer Using a device without one in front of the pipe screen 17th stretched net 22 made of polypropylene. The irregularity the deposited layer is clearly recognizable.
  • the ordinates M of the diagram give the center distance in mm on.
  • the abscissa D shows the deflection of the substrate 14, 51 applied in ⁇ m.
  • Figure 3 shows a deposition profile of a deposited Layer 51 made of nickel on a 100mm silicon wafer With the help of a device with a front of the pipe screen 17th stretched mesh 22 made of polypropylene. The regularity of the Coverage compared to that shown in Figure 2 is very high well visible. The names of the ordinates and the The abscissa is the same as in Figure 2.
  • FIG 4 is a further development of the invention Device shown in the inside of the pipe screen 17 movable net 22 made of polypropylene with an angled Push rod 23 is installed.
  • This device consisting of the network 22 and the push rod 23 can move within the pipe screen 17 in the direction of arrow P.
  • This shifting that is, the back and forth movement of the tensioned network 22 within the tube screen 17 takes place with one adapted to the process and the deposition optimized stroke and corresponding speed, depending on Bending of the substrate, which via the tactile sensor 18 in the Display device 19 is determined.
  • the network 22 in a range of 20 to 5mm in front of the substrate with 1-100 Strokes / min. back and forth.
  • the further structure of the Electroplating bath 11 in Figure 4 is the same as in Figure 1.
  • the pipe screen 17 has been modified so that that in the vicinity of the substrate 14 openings 26 are attached are. These are approx. 1-20 mm, but preferably 3-10 mm from the substrate.
  • This allows a Pumping device 29 by means of a pump 27 Electrolytic solution 12 within the tube screen 17 before Substrate 14 corresponding to that with the aid of the display device 19th continuously monitored bending behavior of the substrate 14 and the deposited layer 51 during the galvanic deposition process, continuously extracted will. Then the electrolytic solution 12 over the Inlet pipe 28 again above the aperture 17 in the Electroplating bath 11 pumped back.
  • the flow direction of the Electrolyte solution 12 is shown by arrow F.
  • FIG. 6 shows a development of the invention.
  • a rotor 35 Internally the pipe screen 17, at a distance of 1-10mm, preferably 2-5 mm from the inside of the pipe screen 17 is a rotor 35 is now attached, which is connected via a pump 27 is operated.
  • the electrolyte 12 is the Intake port 33 in the direction of the arrows that begin with F are sucked in and by means of the pump nozzle 34 pumped into the rotor 35.
  • the arrows F also point here the direction of flow of the electrolyte.
  • the rotor 35 rotates doing so around its axis in the direction of the arrow which corresponds to the Letter T is marked. There are two on the rotor 35 Rotor blades 38 and 39 with a length of 2 to 20 cm appropriate.
  • Electrolyte solution 12 the flow direction of which by F indicated arrows occurs through the Exit openings 32 again. So back in that Electrolyte solution 12 returned inside the tube screen 17 occurs again through the openings 40 on the pipe screen 17 the electroplating bath 11. With this arrangement it happens a swirling of the electrolytic solution 12, which leads to a homogeneous mass transfer over the surface of the substrate 14, 51 leads.
  • the rotor 35 has two axes of rotation, whereby a two-fold effect is achieved: on the one hand, the outflowing electrolyte solution 12 the supply and circulation of the electroplating bath 11 and on the other hand by the Stirring function moves the electrolyte solution 12.
  • the distance between the rotor 35 and the substrate surface 14 is determined the rate of mass transfer.
  • this distance is 5 to 30 mm.
  • the rotor speed is advantageously between 10 and 100 rpm, preferably between 10 and 20 rpm.
  • the diameter of the openings 32 is between 1 to 10 mm, very particularly preferred between 2 and 5 mm.
  • the shape of the rotor blades 38 and 39 is in a preferred embodiment helical, but can of course include all possible designs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der flächigen galvanischen Abscheidung dicker Schichten auf elektrisch leitfähigen flexiblen Substraten, wobei eine Verformung des Substrats (14, 51) direkt am Substrat während des Galvanisiervorganges gemessen und die während des Galvanisiervorganges gemessene Verformung durch Variation der Verfahrensparameter parallel zum Meßvorgang ausgeglichen wird. Durch vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung läßt sich insbesondere der Stofftransport zum Substrat (14) kontrollieren und beeinflussen. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachuung und Steuerung der flächigen galvanischen Abscheidung von Schichten auf elektrisch leitfähigen Substraten.
In der Mikrosystemtechnik werden für viele Anwendungen, zum Beispiel für die Herstellung von optischen Komponenten durch Spritzgußabformung, hochplanare Druckplatten benötigt. Diese können zum Beispiel durch galvanische Abformung von in Silicium eingeätzten Strukturen erzeugt werden. Bei der galvanischen Abformung der geätzten Ausgangsstrukturen, die meistens mit Kupfer, Nickel oder einer Nickellegierung erfolgt, wird oft eine mehr oder weniger starke Verbiegung der Galvanikschichten beobachtet. Die Verbiegung ist besonders groß, wenn dickere Schichten von 0,5 bis ungefähr 5 mm auf dünnen flexiblen Substraten, wie zum Beispiel auf 0,5 mm dicken Siliciumwafern mit Durchmessern von ungefähr 100 mm und mehr abgeschieden werden. Diese können auch schon vor dem Galvanisierprozess mit Metallen, wie zum Beispiel Cu, Ag und Au beschichtet sein. Die Ursache für die Verbiegung der Schichten sind innere Spannungen, die sich als Druck- und/oder Zugspannungen bemerkbar machen können. Diese inneren Spannungen der Galvanikschichten werden von folgenden Faktoren beeinflußt: Badzusammensetzung und Konzentration der Zusätze, Stromdichte, Temperatur, Stofftransport und Keimbildung auf der
Figure 00020001
plating-base" sowie durch das Kristallwachstum der abgeschiedenen Stoffe. Für die meisten dieser Faktoren ist die Ermittlung und die kontrollierte Einstellung der optimalen Werte bezüglich einer spanungsarmen Abscheidung sehr aufwendig und nicht immer zuverlässig möglich. Die bestehenden Methoden, wie sie beispielsweise in der Veröffentlichung von N. Kanani, W. Riedel und R. Rolff in: Metalloberfläche, 1987, 41, 255 - 257 dargestellt sind, können entsprechend ihrem Meßprinzip, der Meßempfindlichkeit, der Kalibrierungsmethode, der Handhabung usw. eingeteilt werden und sind nach dem Prinzip der Verformung durch einseitige Überzüge an dünnen Streifen aufgebaut. Die Betriebsüberwachung der Abscheidung in der Produktion ist bis dato nur unter erschwerten Umständen möglich. Die bislang einzige Methode, das sogenannte IS-Meter, wie es in dem Artikel von W. Siegert in Metalloberfläche 1985, 39, 27 dargestellt wird, ist mit relativ großen Ungenauigkeiten behaftet, insbesondere ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf großflächige Substrate, beispielsweise Vier-Zoll-Siliciumwafer, sehr unsicher. Ein weiterer großer Nachteil der bekannten Verfahren zur Messung der inneren Spannungen besteht darin, daß die Messung im allgemeinen nicht direkt an dem zu beschichtenden Substrat durchgeführt wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur flächigen galvanischen Abscheidung dicker Schichten auf elektrisch leitfähigen flexiblen Substraten bieten den wesentlichen Vorteil, daß eine in-situ-Erfassung und -Kontrolle der bei galvanischen Abscheidungsverfahren an flexiblen Substraten auftretenden Schichtspannungen möglich ist. Unter den vorher erwähnten Faktoren, die die inneren Spannungen von Galvanikschichten beeinflussen, sind die Stromdichte und die Konzentration der spannungsbeeinflussenden Badzusätze besonders wichtig, da es damit in vielen Fallen möglich ist, die Spannungen aus dem Zug- in den Druckbereich zu verschieben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in neuartiger Weise möglich, dicke, nahezu spannungsfreie Galvanikschichten mit sehr gleichmäßiger Schichtdickenverteilung auf flexiblen, elektrisch leitfähigen Substraten abzuscheiden.
In besonders vorteilhafter Weise können dabei auch Substrate aus verschiedenen Werkstoffen, wie zum Beispiel Metalle, Metallegierungen oder elektrisch leitende Polymere, wie z.B. Polyphenylacetylen ohne vorherige aufwendige Präparation verwendet werden. Außerdem können nicht leitende Substrate verwendet werden, die auf einer Seite mit elektrisch leitfähigem Material, das zum Beispiel durch Bedampfen, Besputtern etc. aufgebracht wird, beschichtet sind.
Die Durchbiegung des Substrats wird direkt während des Abscheidungsvorganges in vorteilhafter Weise an dem zu beschichtenden Substrat gemessen. Dadurch werden Fehler vermieden, die bei den anderen Verfahren durch unterschiedliche Bedingungen am Meßaufnehmer einerseits und an der Schicht andererseits entstehen können. Dazu zählen zum Beispiel die Strömungsverhältnisse, die Verteilung der Stromdichte, der Grad der Durchbiegung etc. Die Aufzeichnung der Durchbiegung von Substrat und Galvanikschicht während des Materialauftrags kann bei der Aufbringung sehr dicker Schichten zur Einstellung eines bestimmten Verbiegungszustandes des Substrats in sehr vorteilhafter Weise benutzt werden und zwar in der Gestalt, daß die Abscheidungsbedingungen während des Aufbringens kontrolliert verändert werden können.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung möglich.
Durch die Verwendung eines taktilen Meßfühlers in der Meßvorrichtung werden aufwendigere Vorrichtungen, wie z.B. Infrarot- oder Lasermeßfühler vermieden, obgleich selbstverständlich auch diese oder andere zur Längenmessung geeigneten Meßfühler eingesetzt werden können, so daß die Vorrichtung mit relativ einfachen und kostengünstigen Mitteln betrieben werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Meßvorrichtung an der Mitte des Substrates angebracht, um die zentralsymmetrische Auslenkung, die der Indikator für auftretende Druck- und Zugspannungen in der abgeschiedenen Schicht ist, zu verfolgen.
Die Halterung des Substrats besteht aus PMMA (Polymethylmethacrylat), welches kostengünstig ist und besonders leicht in - der jeweiligen Anwendung angepasste - Formen gebracht werden kann. Darüberhinaus ist es gegenüber galvanischen Bädern chemisch resistent.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in der Verwendung von Blenden vor der Substrathalterung, die beispielsweise die Form einer Rohrblende haben können, womit der Stofftransport und die Stromdichte optimiert werden können.
Eine überraschend effektive Weiterbildung der Vorrichtung besteht im Anbringen eines Netzes aus Polypropylen an der Öffnung der Rohrblende, wodurch nicht zentralsymmetrische Verbiegungen des Substrats durch ungleichmäßige Abscheidung vollständig vermieden werden können, da die Strömung in der Rohrblende dadurch beruhigt werden kann. Selbstverständlich kann das Netz aus jedem anderen Material, bevorzugterweise Kunststoff hergestellt werden, welches gegenüber galvanischen Bädern chemisch resistent ist. Ebenso ist es natürlich möglich, das Netz innerhalb der Rohrblende anzubringen.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung insbesondere bei Galvanikverfahren, bei denen eine schnelle Abscheidung im Vordergrund steht und somit der gleichmäßige Stofftransport die dominierende Rolle spielt, können durch überraschend einfache und effektive Vorrichtungen, wie z.B. Installation eines zweiachsig gelagerten, pumpenbetriebenen Rotors im Rohrblendenbecher, Umlaufabsaugung des Elektrolyten in der Rohrblende oder ein innerhalb der Rohrblende parallel zur Substratoberfläche bewegliches Netz aus beispielsweise Polypropylen erreicht werden.
Damit ist ein homogener und zeitlich konstanter Stofftransport ermöglicht, der wesentlich zum Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt. Die Halterung des Substrats kann senkrecht oder in jeder anderen Lage im Galvanisierbad angeordnet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 ein Galvanisierbad mit einer Abscheidungsvorrichtung mit Strömungsberuhigung,
  • Figur 2 ein erstes Profil einer abgeschiedenen Nickelschicht,
  • Figur 3 ein zweites Profil einer abgeschiedenen Nickelschicht,
  • Figur 4 ein Galvanisierbad mit einer Abscheidungsvorrichtung mit einem beweglichem Netz innerhalb der Rohrblende,
  • Figur 5 ein Galvanisierbad mit einer Abscheidungsvorrichtung mit einer Abpumpvorrichtung für die Elektrolytlösung und
  • Figur 6 ein Galvanisierbad mit einer Abscheidungsvorrichtung mit einem in der Rohrblende angebrachten Rotor.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    Figur 1 zeigt ein Galvanisierbad 11 mit einer Vorrichtung zur spannungsarmen oder spannungsfreien galvanischen Abscheidung dicker Schichten. In einer Wanne 10, beispielsweise aus Polypropylen, befindet sich eine Elektrolytlösung 12. Die Elektrolytlösung 12 besteht aus einer dem galvanischen Prozeß angepaßten Salzlösung, beispielsweise aus der wässrigen Lösung eines Nickelsalzes, eines Kupfersalzes oder eines Goldsalzes oder eines Salzgemisches. Selbstverständlich kann jede Metallsalzlösung, die in galvanischen Prozessen verwendet wird, eingesetzt werden. In diese Elektrolytlösung 12 taucht eine Anode 13 aus einem üblichen Anodenmaterial ein, welches dem betreffenden galvanischen Prozeß angepaßt ist. Beispielsweise kann die Anode 13 aus einer Nickel-Schwefelverbindung, aus Kupfer, oder einem anderen, in galvanischen Prozessen verwendeten Material bestehen. Die Kathode besteht aus dem mit der nicht dargestellten elektrischen Spannungsquelle verbundenen, zu beschichtenden Substrat 14. Dieses kann beispielsweise ein Siliciumeinkristallwafer, eine Platte bestehend aus elektrisch leitfähigen Polymeren, eine Kupfer-Beryllium-Folie oder sonstige Materialien sein, die wenigstens auf einer Seite leitfähig sind. Das Substrat 14 ist in einer Halterung 15, die beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bestehen kann, mittels Dichtringen 16, die beispielsweise aus Viton oder einem anderen chemisch resistenten Material bestehen, so eingebaut, daß alle nicht zu beschichtenden Bereiche flüssigkeitsdicht abgedeckt sind. Die elektrische Kontaktierung des Substrats 14 erfolgt im abgedeckten Randbereich. Um eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung zu erhalten, ist an der Halterung 15 des Substrats 14 eine Rohrblende 17 angebracht. Diese Rohrblende 17 besteht aus Polymethylmethacrylat (PMMA) . Die Länge der Rohrblende 17 ist dem Durchmesser des Substrats 14 angepaßt und beträgt in etwa das 0.8 bis 1.6 fache, vorzugsweise das 1 bis 1.2 fache des Durchmessers des Substrats 14. Die Blenden können unterschiedliche Formen haben und im Ausführungsbeispiel wird eine Rohrblende 17 verwendet. Ebenso können diese Blenden in, dem Galvanisierprozeß entsprechend angepaßten, geeigneten Positionen angeordnet sein. Zur Verhinderung einer nicht zentralsymmetrischen Durchbiegung des Substrats 14 wird an der Öffnung der Rohrblende 17 ein Netz 22, beispielsweise aus Polypropylen, mit einer Maschenöffnung von beispielsweise 250 µm angebracht. An der Rückseite der Halterung 15 des Substrats 14 ist ein taktiler Meßfühler 18 so angebracht, daß er mit einem Anzeigegerät 19 verbunden ist, welches den Spannungszustand der abgeschiedenen Schicht 51 frühzeitig erkennt. Durch diesen taktilen Meßfühler 18 wird die zentrale Auslenkung des Substrats 14 gemessen. Das Ausgangssignal des taktilen Meßfühlers 18 wird aufgezeichnet und der Galvanisierprozeß wird laufend überwacht und kontrolliert verändert. Dies kann dann beispielsweise durch Änderung der Stromdichte oder durch die Zugabe spannungsbeeinflussender Zusätze erfolgen. Anstelle des in Figur 1 dargestellten taktilen Meßfühlers 18 kann auch eine andere beliebige Längenmeßeinrichtung, z.B. mittels Infrarot oder Laser eingesetzt werden.
    Figur 2 zeigt ein Abscheidungsprofil einer abgeschiedenen Schicht 51 aus Nickel auf einem 100mm Siliciumwafer mit Hilfe einer Vorrichtung ohne ein vor die Rohrblende 17 gespanntes Netz 22 aus Polypropylen. Die Unregelmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht ist klar erkennbar.
    Die Ordinaten M des Diagramms geben den Mittenabstand in mm an. Auf der Abszisse D ist die Durchbiegung des Substrats 14, 51 in µm aufgetragen.
    Figur 3 zeigt ein Abscheidungsprofil einer abgeschiedenen Schicht 51 aus Nickel auf einem 100mm Siliciumwafer mit Hilfe einer Vorrichtung mit einem vor die Rohrblende 17 gespannten Netz 22 aus Polypropylen. Die Regelmäßigkeit der Bedeckung verglichen mit dem in Figur 2 gezeigten ist sehr gut ersichtlich. Die Bezeichnungen der Ordinaten und der Abszisse sind dieselben wie in Figur 2.
    In Figur 4 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der innerhalb der Rohrblende 17 ein bewegliches Netz 22 aus Polypropylen mit einer abgewinkelten Schiebestange 23 installiert ist. Diese Vorrichtung, bestehend aus dem Netz 22 und der Schiebestange 23 läßt sich innerhalb der Rohrblende 17 in Pfeilrichtung P verschieben. Dieses Verschieben, das heißt die Hin- und Herbewegung des gespannten Netzes 22 innerhalb der Rohrblende 17 erfolgt mit einem dem Verfahren und der Abscheidung angepaßten optimierten Hub und entsprechender Geschwindigkeit, je nach Substratverbiegung, welche über den taktilen Meßfühler 18 im Anzeigegerät 19 ermittelt wird. Dabei wird das Netz 22 in einem Bereich von 20 bis 5mm vor dem Substrat mit 1-100 Hüben/min. hin- und hergeführt. Der weitere Aufbau des Galvanisierbades 11 in Figur 4 ist der gleiche wie in Figur 1.
    In der Figur 5 ist die Rohrblende 17 dahingehend verändert, daß in der Nähe des Substrats 14 Öffnungen 26 angebracht sind. Diese befinden sich ca. 1-20 mm, vorzugsweise jedoch 3-10 mm vom Substrat entfernt. Dadurch kann über eine Abpumpvorrichtung 29 mittels einer Pumpe 27 die Elektrolytlösung 12 innerhalb der Rohrblende 17 vor dem Substrat 14 entsprechend dem mit Hilfe des Anzeigegeräts 19 kontinuierlich überwachten Durchbiegeverhalten des Substrats 14 und der abgeschiedenen Schicht 51 während des galvanischen Abscheidungsvorgangs, kontinuierlich abgesaugt werden. Anschließend wird die Elektrolytlösung 12 über das Einlaßrohr 28 wieder oberhalb der Blende 17 in das Galvanisierbad 11 zurückgepumpt. Die Flußrichtung der Elektrolytlösung 12 ist dabei durch den Pfeil F dargestellt.
    Der weitere Aufbau des Galvanisierbades 11 in Figur 5 ist der gleiche wie in Figur 1.
    Figur 6 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Im Inneren der Rohrblende 17, im Abstand von 1-10mm, vorzugsweise 2-5 mm von der Innenseite der Rohrblende 17 entfernt, ist nunmehr ein Rotor 35 angebracht, der über eine Pumpe 27 betrieben wird. Dabei wird der Elektrolyt 12 über den Ansaugstutzen 33 in Richtung der Pfeile, die mit F bezeichnet sind, angesaugt und mittels des Einpumpstutzens 34 in den Rotor 35 eingepumpt. Auch hier zeigen die Pfeile F die Flußrichtung des Elektrolyten an. Der Rotor 35 rotiert dabei um seine Achse in Richtung des Pfeiles, der mit dem Buchstaben T gekennzeichnet ist. An dem Rotor 35 sind zwei Rotorblätter 38 und 39 mit einer Länge von 2 bis 20 cm angebracht. Diese haben einen Abstand von 5 bis 30 mm zum Substrat 14. Der Abstand der beiden Rotorblätter 38 und 39 voneinander beträgt 1-10 mm. Das Rotorblatt 38 ist unbeweglich. Das Rotorblatt 39 ist beweglich und dreht sich um seine Achse, deren Drehrichtung T durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Die in das Rotorblatt 39 hineingepumpte Elektrolytlösung 12, deren Flußrichtung durch die mit F bezeichneten Pfeile dargestellt ist, tritt durch die Austrittsöffnungen 32 wieder aus. Die derart wieder in das Innere der Rohrblende 17 zurückgeführte Elektrolytlosung 12 tritt über die Öffnungen 40 an der Rohrblende 17 wieder in das Galvanisierbad 11 aus. Durch diese Anordnung kommt es zu einer Verwirbelung der Elektrolytlösung 12, die zu einem homogenen Stoffaustausch über der Oberfläche des Substrats 14, 51 führt. Der Rotor 35 besitzt zwei Drehachsen, wodurch eine zweifache Wirkung erzielt wird: einerseits bewirkt die ausströmende Elektrolytlösung 12 die Zufuhr und Umwälzung des Galvanisierbades 11 und andererseits wird durch die Rührfunktion die Elektrolytlösung 12 bewegt. Hierbei müssen folgende Parameter an die experimentellen jeweiligen Bedingungen angepaßt werden, um zu einer optimalen Abscheidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kommen: Der Abstand des Rotors 35 zur Substratoberfläche 14 bestimmt die Geschwindigkeit des Stoffaustausches. Vorteilhafterweise beträgt dieser Abstand 5 bis 30 mm. Darüberhinaus ist auch die durch die Pumpleistung bestimmbare Geschwindigkeit, mit der Rotoren 35, 38 und 39 bewegt werden, für das erfindungsgemäße Verfahren wichtig. Die Rotorgeschwindigkeit liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und 100 U/min, bevorzugterweise zwischen 10 und 20 U/min. Weiterhin kann die relative Drehgeschwindigkeit der zwei gekoppelten Drehbewegungen durch die Wahl der Größe der Öffnungen 32 entsprechend variiert werden. Der Durchmesser der Öffnungen 32 beträgt zwischen 1 bis 10 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 mm. Die Form der Rotorblätter 38 und 39 ist in bevorzugter Ausführung schraubenförmig, kann jedoch selbstverständlich alle möglichen Ausführungen umfassen.

    Claims (22)

    1. Verfahren zur Überwachung und Steuerung der flächigen galvanischen Abscheidung von Schichten auf elektrisch leitfähigen flexiblen Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verformung des Substrats (14, 51) während des Galvanisiervorgangs direkt am Substrat gemessen und die gemessene Verformung durch Variation der Verfahrensparameter parallel zum Meßvorgang ausgeglichen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralsymmetrische Verformung des beschichteten Substrats (14, 51) gemessen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensparameter als Stromdichte und/oder Temperatur und/oder Zugabe spannungsbeeinflussender Zusätze definiert sind.
    4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Cu, Ag, Au, CrCu beschichtete Siliciumwafer als Substrate (14) verwendet werden.
    5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (14) einseitig beschichtet werden.
    6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des beschichteten Substrats (14, 51), auf der unbeschichteten Oberfläche mittig durch eine mechanische Abtastung ermittelt wird.
    7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdickenverteilung mit Hilfe von in Form und Positionierung unterschiedlichen Blenden (17) gesteuert wird.
    8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine gezielte Elektrolytbewegung eine vorgegebene Schichtdickenverteilung erzielt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,dadurch gekennzeichnet, daß ein in oder an einer Rohrblende (17) angebrachtes vertikal bewegliches Netz (22) aus Polypropylen, mit definiertem Hub und definierter Geschwindigkeit vertikal hin- und herbewegt wird.
    10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (12) über Öffnungen (26) in der Rohrblende (17) abgesaugt und mit kontrollierter Dosierung in das Bad (11) zurückgepumpt wird.
    11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elekztrolytlösung (12) insbesondere im Innern der Rohrblende (17) durch einen in der Rohrblende angebrachten, zwei Drehachsen aufweisenden, pumpenbetriebenen Rotor (35) verwirbelt wird.
    12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite des Substrats (14) eine Meßvorrichtung (18, 19) zum Messen der Substratauslenkung angebracht ist.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen taktilen Meßfühler (18) besitzt.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung die Mitte der Rückseite des Substrates (14) erfaßt.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralsymmetrische Auslenkung des Substrates (14) gemessen wird.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrblende (17) vor dem Substrat (14) angebracht ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder in der Rohrblende (17) ein festes oder senkrecht zur Substratoberfläche bewegliches Netz 22 gespannt ist.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (22) aus einem gegenüber galvanischen Bädern resistenten Kunststoff, insbesondere Polypropylen besteht.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor (35) in der Rohrblende (17) angebracht ist.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (35) pumpenbetrieben ist.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (35) zwei Drehachsen besitzt.
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise nahe dem Substrat (14) angebrachte Absaugvorrichtung (29) am Blendenrohr.
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