EP1510601B1 - Scheibengalvanisiervorrichtung - Google Patents
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- EP1510601B1 EP1510601B1 EP04016833A EP04016833A EP1510601B1 EP 1510601 B1 EP1510601 B1 EP 1510601B1 EP 04016833 A EP04016833 A EP 04016833A EP 04016833 A EP04016833 A EP 04016833A EP 1510601 B1 EP1510601 B1 EP 1510601B1
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- C25D17/001—Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells
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- C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
- C25D21/12—Process control or regulation
Definitions
- Wafers are sheet-like geometric circular structures which usually represent the basis for chip production for use in the field of semiconductor technology.
- Such wafers preferably consist of semiconductor materials of the fourth group of the chemical periodic table, for example of silicon or germanium.
- the elements of the fourth periodic group are neither ion-conducting metals nor non-conductive non-metals, but quasi-semi-metals with so-called ionic semiconductor properties ,
- Wafers are usually thin round disks, in the range of about one millimeter thickness and a diameter of about 100 to 300 mm, which are cut from so-called single crystals.
- the treatment of the wafer surface can be done mechanically, for example by polishing, or by applying different types of coatings.
- the wafer surface can be coated partially or over the entire surface. Such a coating is usually functionally related.
- the surface treatments are carried out, for example, by means of painting or similar methods, but in particular, as in the present case, by means of the electroplating method, when metal layers are to be applied to the wafer surface.
- the plating method has the significant advantage that the metal deposits on the wafer can be made from aqueous solution of metal salts dissolved in distilled water. Specifically, these metal salt solutions are called electrolyte solutions or simplify electrolytes.
- the electroplating method offers multiple variations for the design of the features of the metal layer to be applied to the wafer. Since metal salts are readily soluble in water, the various metals can be applied to the wafer from the aqueous solutions of the salts. Regarding conductivity change properties, from less conductive chromium to high conductivity metals such as copper, silver or gold.
- the Gaivanmaschinesvon is optimally applicable because some parameters of the process technology can be varied largely without complications and these parameters have an effect on the structure of the metal coating.
- these parameters are for example; the concentration of the salt content of the electrolyte baths, the current density and voltage of the supplied via the cathode and anode from an electrical power source process energy and the electrolyte bath temperature.
- Wafer plating technology is well known, has a wide range of applications and need not be discussed further here.
- Wafer plating technology is a special field of galvanization. Their advantages have proven themselves in practice.
- the applied and known wafer plating apparatuses which represent the prior art are those which are described by way of example with FIG.
- US 2003/132105 A1 describes a wafer holder for the purpose of electropolishing, comprising an upper and a lower holding section with an intermediate two-component electrolyte sealing system, a spring 306 and a differently shaped electrolyte sealing element 310.
- US 2003/132118 A1 describes a device for electropolishing rotating wafer disks in a hermetically sealed device.
- the sealing of the upper to the lower device component is carried out by means of a regularly used seal which has no specific features.
- US Pat. No. 6,080,291 describes an apparatus for electropolishing rotating wafer disks.
- the power supply contact takes place annularly on the wafer wafer and, accordingly, the electrolyte seal.
- the annular, specially shaped seal has a sliding lip which is pressed against the side of the wafer disk and thus seals.
- WO 00/32848 describes a hydraulic or pneumatic system for electrolyte sealing, wherein by means of the pressure from above on the wafer wafer, it is pressed against a power supply contact ring.
- US Patent 5,405,518 describes a workpiece fuser for round disc-shaped workpieces and a system for electrochemically engraving workpieces.
- the sealing system is designed to minimize fracture of the workpieces and consists, as shown in Figure 3 of this patent, of an indirect seal pressure system with dual ring function or, as shown in Figure 5 of the patent, two counter seal rings pressed against the workpiece and power supply electrode.
- DE-OS 199 23 871 A1 shows a dynamically operating sealing device for the purpose of avoiding the adhesion of the sealing material to thin disks, specially designed for the support of Sitizium wafers.
- a problem in general in the case of the known wafer plating apparatuses is the sealing area of the plating bath between wafer top and wafer underside.
- the problem in general in the case of the known wafer plating apparatuses is the sealing area of the plating bath between the wafer top side and the wafer bottom side.
- the O-ring 18 has a kind Gleitlalt Operationssfunktion in the sliding gap 21.
- the assembly of the O-ring 18 may, however , which is disadvantageous, only in the dry state, thus in an empty Galvanisationsbad.
- the system therefore inevitably becomes susceptible to leaching of the electrolyte because of the dry-wet change.
- the temperature differences present play an important role in the various specific coefficients of thermal expansion of the device elements used.
- the required 100% density safety causes process interruptions in the event of leaks in the fixture system.
- a sustainable, consistent product quality is then not given and considered in percentage terms, the costly raw material of the present to be electroplated wafers, defective production, from the cost side, to book.
- a particular weak point, as shown in Figure 1 prior art, is the side clearance between the sealing ring 3 and the device base 1.
- the seal between these device parts by means of the relatively large-sized O-ring 18 has the disadvantage that the O-ring to roll tends to cause damage to the ring during or after manipulation of the sealing ring 3 until its fixation in the final position, with the result of subsequent electrolyte leakage.
- the side clearance, gap 21, between the seal ring 3 and the device base 1 is a system weakness.
- the insertion of the O-ring 18 is also complicated because the O-ring 18 must be greatly stretched when inserted into the annular groove and it can also come in this manipulation to O-ring damage.
- the object of the invention was therefore to develop a special electroplating apparatus which makes it possible to design the electroplating of wafer disks in such a way that a reliable seal is provided in relation to the electrolyte leakage between the upper wafer area and the lower wafer area.
- the assembly of the sealing system must be easy to manipulate and be designed so that the accuracy of fit between the individual device elements harmonized with each other so that no side margins, such as gap 21, are present.
- the elastic actual sealing elements namely elastic O-rings, only in a vertical line to be positioned to exclude friction opportunities on the O-ring surface from the outset.
- the O-rings are in the course of fixture assembly after their insertion into the designated rooms, no longer be mechanically affected.
- a galvanizing device for electroplating wafer disks consisting of; an internally threaded device base 1, a union nut 4, for fixing and fixing the entire system of the device, an adapter 5, as a receiving base for the wafer discs to be plated and sealing members for sealing the electrolyte portion, which is characterized; in that the electroplating device has an upper sealing ring (3), at both ends of which an O-ring inserting recess is situated, for the insertable O-rings (6), at the upper end of the sealing ring (3) and O-ring (7) lower end of the sealing ring (3) and the electroplating device has a further lower sealing element (10), in the form of a ring or a round disc, each with a counterpart to the upper sealing ring (3) positioned for the insertion of the lower O-rings ( 7) and the sealing ring (3) and the sealing elements (10), use of clearance in the base (1) or the intermediate part (16) used, with inserted O-rings (6) and (7) are pressed against each other
- the pressing of the lower sealing ring against the upper sealing ring may alternatively take place by means of the union nut 4 when the device base, with interposed elastic buffer elements 8, as shown in the example of Figures 2 and 3, as Druckkonterpart for the sealing ring 10 is used.
- a bellows seal between the sealing ring 10 and device base is connected in such a case.
- the bellows can be used arbitrarily, vertically or horizontally and is usually made of rubber or rubberized textile material.
- the bellows sealing system when the bellows 9 is designed in a double manner and thereby forms a chamber, can also serve as a channel 14 for pneumatic or hydraulic pressure media for pressing the lower sealing ring 10, as shown in FIG.
- FIG. 1 shows by way of example a device for the prior art.
- the inventive level consists in particular in the vertical system assembly of the inventive device.
- the tension of the assembled system elements is vertical-rectilinear. Accordingly, the assembly of the individual elements can be carried out according to the insertion principle.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren von sogenannten Wafern Wafer sind flächenartige geometrische Rundgebilde, die üblicherweise die Basis zur Chipherstellung zur Anwendung im Bereich der Halbleitertechnologie darstellen. Solche Wafer bestehen vorzugsweise aus Halbleitermaterialien der vierten Gruppe des chemischen Periodensystem, zum Beispiel aus Silizium oder Germanium.
- Da die vierte Periodengruppe des chemischen Periodensystems sich in der Mitte zwischen den Metallen der ersten Gruppe und den Nichtmetallen der achten Gruppe des chemischen Periodensystems befindet, sind die Elemente der vierten Periodengruppe weder lonen leitende Metalle noch lonen nichtleitende Nichtmetalle, sondern quasi Halbmetalle mit sogenannten Ionen Halbleitereigenschaften.
- Diese Halbleitereigenschaften machte sich die moderne Technologie zu Nutze, wodurch auf kleinstem Raum Funktionen darstellbar sind für die früher tausendfach grössere Raumdimensionen erforderlich waren.
- Wafer sind in der Regel dünne runde Scheiben, im Bereich von zirka einem Millimeter Stärke und einem Durchmesser von Zirka 100 bis 300 mm, die aus sogenannten Einkristallen geschnitten werden. Für spezielle Einsatzzwecke ist es erforderlich die Waferoberflächen zu behandeln. Das Behandeln der Waferoberfläche kann mechanisch, zum Beispiel durch das Polieren erfolgen, oder durch einen Auftrag von verschiedenartigen Beschichtungen. So kann Die Waferoberfläche beispielsweise parziell oder ganzflächig beschichtet werden. Eine derartige Beschichtung erfolgt in der Regel funktionsbezogen. Die Oberflächenbehandlungen erfolgen beispielsweise mittels Lackier- oder ähnlichen Methoden, insbesondere jedoch, wie im vorliegenden Falle, mittels der Galvanisiermethode, wenn Metallschichten auf die Waferoberfläche aufgetragen werden sollen.
- Mittels der Galvanisiermethode werden auf die Waferoberfläche Metallschichten aufgetragen die diesen Teil des Wafers leitend machen. Die Galvanisiermethode hat den bedeutenden Vorteil, dass die Metallablagerungen auf das Wafer aus wässriger Lösung von in destilliertem Wasser gelösten Metallsalzen erfolgen können. Spezifisch, fachbezogen werden diese Metallsalzlösungen Elektrolytlösungen genannt oder vereinfacht Elektrolyte.
- Die Galvanisiermethode bietet die vielfachen Variationsmöglichkeiten für die Gestaltung der Funktionseigenschaften (features) der auf das Wafer aufzutragenden Metallschicht. Da Metallsalze gut wasserlöslich sind können aus den wässrigen Lösungen der Salze die verschiedenen Metalle auf das Wafer aufgetragen werden. Bezüglich der Leitfähigkeitsveränderungseigenschaften, angefangen vom weniger leitfähigen Chrom bis zu den gut leitfähigen Metallen wie Kupfer, Silber oder Gold.
- Das Gaivanisierungsverfahren ist optimal anwendbar, weil einige Parameter der Verfahrenstechnologie weitgehend komplikationslos variierbar sind und diese Parameter eine Auswirkung auf die Struktur der Metalibeschichtung haben.
- Diese Parameter sind beispielsweise;
die Konzentration des Salzgehaltes der Elektrolytbäder,
die Stromdichte und Stromspannung der über die Kathode und Anode aus einer elektrischen Stromquelle zugeführten Prozessenergie und
die Elektrolytbadtemperatur. - Die Galvanisiertechnologie ist hinreichend bekannt, besitzt ein umfangreiches Anwendungsspektrum und braucht hier nicht weiter abgehandelt werden. Die Wafergalvanisiertechnologie dagegen ist ein spezielles Anwendungsgebiet der Galvanisierung. Deren Vorzüge haben sich in der Praxis bewährt. Die angewandten und bekannten Wafergalvanisiervorrichtungen die den Stand der Technik darstellen, sind solche, wie sie beispielhaft mit der Figur 1 beschrieben sind.
- Zum Stande der Technik relevante Publikationen mit technischem Hintergrund werden wie folgend abgehandelt.
- Die US 2003/132105 A1 beschreibt eine Waferhalterung zum Zwecke des Elektropolierens, bestehend aus einer oberen und einer unteren Halterungssektion mit einem dazwischen liegendem Zweikomponenten-Elektrolytabdichtungssystem, einer Feder 306 und einem verschiedenartig geformten Elektrolyt-Abdichtungselement 310.
- Die US 2003/132118 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Elektropolieren von rotierenden Waferscheiben in einer hermetisch geschlossenen Vorrichtung. Die Abdichtung der oberen hin zur unteren Vorrichtungskomponente erfolgt mittels einer regulär gebräuchlichen Dichtung die keine spezifischen Merkmale aufweist.
- Das US Patent 6,080,291 beschreibt eine Vorrichtung zum Elektropolieren von rotierenden Waferscheiben. Um eine gleichmässige Stromzufuhr zur Waferscheibe zu gewährleisten, erfolgt der Stromzufuhrkontakt ringförmig auf die Waferscheibe und dementsprechend auch die Elektrolytabdichtung. Die ringförmige speziell geformte Dichtung besitzt eine Gleitlippe die an die Unserseite der Waferscheibe gedrückt wird und so die Abdichtung bewirkt.
- Das WO 00/32848 beschreibt ein hydraulisches beziehungsweise pneumatisches System zur Elektrolytabdichtung wobei mittels dem Druck von oben auf die Waferscheibe diese gegen einen Stromzufuhrkontaktring gedrückt wird.
- Das US Patent 5,405,518 beschreibt einen Werkstückfixierer für runde scheibenförmige Werkstücke und ein System zum elektrochemischen Gravieren von Werkstücken. Das Dichtungssystem ist zum Zwecke der Minimierung des Bruchs der Werkstücke konzipiert und besteht wie in Figur 3 dieses Patents gezeigt, aus einem indirekten Dichtungsandrucksystem mit Doppelringfunktion oder wie in Figur 5 des Patents gezeigt aus zwei Konterdichtungsringen die an das Werkstück und die Stromzufuhrelektrode gedrückt werden.
- Die DE-OS 199 23 871 A1 zeigt eine dynamisch operierende Abdichtungseinrichtung zum Zwecke der Vermeidung des Anhaftens des Dichtungsmaterials an dünne Scheiben, speziell konzipiert für die Halterung von Sitizium-Wafern.
- Problematisch ist generell bei den bekannten Wafergalvanisierungsvorrichtungen der Abdichtungsbereich des Galvanisierungsbades zwischen Waferoberseite und Waferunterseite.
- Die gemäß dem Stand der Technik zitierten Publikationen konnten für den Fachmann keinen Beitrag zur vorliegenden Erfindung leisten, da die Aufgabenstellungen der den relevanten Publikationen zu Grunde lagen verschiedenartig und nicht konform zur vorliegenden Erfindung sind.
- Problematisch ist generell bei den bekannten Wafergalvanisiervorrichtungen der Abdichtungsbereich des Galvanisierungsbades zwischen Waferoberseite und Waferunterseite.
- Die Abdichtung erfolgt üblicherweise mittels einem Abdichtungsring 3. Die Abdichtung zum Elektrolytbad gemäß dem Beispiel der Figur 1 erfolgt mittels einem O-ring 18. Gleichzeitig hat der O-ring 18 eine Art Gleitspaltführungsfunktion im Gleitspalt 21.Die Montage des O-rings 18 kann jedoch, was nachteilig ist, nur im Trockenzustand erfolgen, somit bei leerem Galvanisationsbad. Bei Mehrfachmanipulation wird das System deshalb, wegen dem Trocken-Nass-Wechsel, zwangsläufig anfällig auf Sickerläckagen des Elektrolytes.Die vorhandenen Temperaturdifferenzen spielen bei den verschiedenen spezifischen Temperaturdehnungskoeffizienten der eingesetzten Vorrichtungselemente eine bedeutende Rolle. Die erforderliche 100%-ige Dichtesicherheit verursacht, deshalb im Falle von Undichtheiten im Vorrichtungssystem, Prozessunterbrechungen.
- Bekanntlich leidet dann, wie bei allen Prozessunterbrechungen, während dem Wiederanfahren die Produktqualität der ersten Produktpartie.
- Eine nachhaltig, gleichbleibende Produktqualität ist dann nicht gegeben und prozentual betrachtet, schlagen beim kostspieligen Rohmaterial der vorliegenden zu galvanisierenden Wafer, Fehlproduktionen, von der Kostenseite her, stark zu Buche. Eine insbesondere Schwachstelle, wie in Figur 1 zum Stande der Technik gezeigt, ist der Seitenspielraum zwischen dem Abdichtungsring 3 und der Vorrichtungsbasis 1. Die Abdichtung zwischen diesen Vorrichtungsteilen mittels dem relativ grossdimensionierten O-ring 18 hat den Nachteil,dass der O-ring zum rollen neigt oder beim Hin- und Hermanipulieren des Abdichtungsrings 3, bis zur dessen Fixierung in der finalen Position, Reibungen der O-Ringoberfläche zur Beschädigung des Rings führen können, mit der Folge, von danach auftretenden Elektrolytläckagen. Generell gesehen, ist der Seitenspielraum, Spalt 21, zwischen dem Abdichtungsring 3 und der Vorrichtungsbasis 1 eine Systemschwachstelle. Das Einsetzen des O-rings 18 ist darüberhinaus kompliziert, weil der O-ring 18 beim Einfügen in dessen Ringnut stark gestreckt werden muß und es auch bei dieser Manipulation zur O-ringbeschädigung kommen kann.
- Aufgabe der Erfindung war es deshalb eine spezielle Galvanisierungsvorrichtung zu entwickeln, die es gestattet, das Galvanisieren von Waferscheiben derart zu gestalten, dass eine sichere Abdichtung inbezug auf das Elektrolytdurchsickern zwischen dem Waferoberbereich und dem Waferunterbereich gegeben ist. Des weiteren muß die Montage des Abdichtungssystems einfach manipulierbar und derart konzipiert sein, dass die Passgenauigkeit zwischen den einzelnen Vorrichtungselementen untereinander derart harmoniert, dass keine Seitenspielräume, wie Spalt 21, vorhanden sind. Ferner müssen die elastischen eigentlichen Abdichtungselemente, nämlich elastische O-ringe, nur in vertikaler Linie positionierbar sein, um Reibungsmöglichkeiten auf der O-ringoberfläche von vornherein auszuschliessen.
- Die O-ringe sollen im Zuge der Vorrichtungsmontage nach derem Einlegen in die vorgesehenen Räume, nicht mehr mechanisch tangiert werden.
- Im Zuge der inzwischen gängigen 300 mm Durchmesser Wafertechnologie ist es erforderlich, dass die Passgenauigkeiten der Galvanisiervorrichtungselemente zueinander derart harmonieren, dass Seitenverkantungen wegen eventuell vorhandener Seitenspielräume, wie beispilsweise in Figur 1, Spalt 21, ausgeschlossen sind. Es ist unbedingt erforderlich, dass die O-ringpositionierung durch leichtes Einlegen in die Einlegemulden problemlos vonstatten geht. Dies muß selbstverständlich auch für andere Waferdurchmesser gewähsleistet sein. Insbesondere aber waren die herausfordernden technologischen Prozessbedingungen bei der neuen Generation von Waferscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm zu erfüllen, wo die Vorrichtungspassgenauigkeit der einzelnen Vorrichtungselemente zueinander von besonderer Bedeutung ist. Die Passgenauigkeit von Abdichtungsring 3 samt integriertem O-Ring, beziehungsweise O-ringen, im Verhältnis zur Vorrichtungsbasis, muß auch unter Berücksichtigung der dimensionsbedingten höheren Material-Temperaturdehnungsschwankungen muß derart gewährleistet sein, dass ein Verschleiß des Abdichtungssystems und insbesondere der O-Ringe samt O-ringpassagen absolut minimiert ist.
- Die Aufgabe wurde gelöst durch eine Galvanisiervorrichtung zum galvanisieren von Waferscheiben, bestehend aus; einer Vorrichtungsbasis mit Innengewinde 1, einer überwurfmutter 4, zur Befestigung und Fixierung des Gesamtsystems der Vorrichtung, einem Adapter 5, als Aufnahmebasis für die zu galvanisierenden Waferscheiben und Abdichtungselementen zum Abdichten des Elektrolytbereichs, die dadurch gekennzeichnet ist;
dass die Galvanisiervorrichtung einen oberen Abdichtungsring (3) besitzt, an dessen beiden Enden je eine O-ringeinlegemulde situiert ist, für die einlegbaren O-ringe (6), am oberen Ende des Abdichtungsrings (3) und O-ring (7), am unteren Ende des Abdichtungsrings (3) und die Galvanisiervorrichtung ein weiteres unteres Abdichtungselement (10) besitzt, in der Form eines Rings oder einer Rundscheibe, mit jeweilig einer als Gegenpart zum oberen Abdichtungsring (3) positionierten Kontermulde für die Einlegbarkeit des unteren O-rings (7) und der Abdichtungsring (3) und die Abdichtungselemente (10), seitenspielraumfrei in der Basis (1) beziehungsweise dem Zwischenteil (16) eingesetzt, bei eingelegten O-ringen (6) und (7), gegeneinander gedrückt werden, wodurch ein in sich geschlossener, elektrolytdichter Bereich vorhanden ist. - Das Andrücken des unteren Abdichtungsrings gegen den oberen Abdichtungsring kann alternativ, mittels der Überwurfmutter 4 erfolgen wenn der Vorrichtungsboden, mit zwischengeschalteten elastischen Pufferelementen 8, wie im Beispiel der Figur 2 und 3 gezeigt, als Druckkonterpart für den Abdichtungsring 10 dient. Sicherheitshalber ist in solchem Falle eine Faltenbalgabdichtung zwischen Abdichtungsring 10 und Vorrichtungsbasis geschaltet.
- Der Faltenbalg kann beliebig,vertikal oder horizontal eingesetzt werden und besteht in der Regel aus Gummi oder gummiertem Textilmaterial.
- Das Faltenbalgabdichtungssystem kann, wenn der Faltenbalg 9 im Doppel konzipiert ist und dadurch eine Kammer bildet, auch als Kanal 14 für pneumatische oder hydraulische Druckmedien zum Andrücken des unteren Abdichtungsrings 10 dienen, wie dies in Figur 6 gezeigt wird.
- Beim rundflächigen unteren Abdichtungsring 10 als Alternative zum offenen Abdichtungsring 10, kann das Andrücken desselben gegen den oberen Abdichtungsring 3, wie dies in Figur 7 gezeigt wird, unter Anwendung einer flexiblen Membran 17, alternativ zu Figur 4, mittels pneumatischen beziehungsweise hydraulischen Druckmedien erfolgen.
- Weitere Kombinationen sind unter Anwendung der Scheibengalvanisiervorrichtung, gemäß der Erfindung, zum Beispiel wie dies in Figur 5 gezeigt wird, mit anderer Raumkonfiguration möglich.
- Die nachfolgenden Figuren beschreiben die Erfindung beispielhaft im Detail. Zwecks ausführlicher Erläuterung der Erfindungshöhe wird mit Figur 1 beispielhaft eine Vorrichtung zum bisherigen Stand der Technik gezeigt.
- Die Figuren 2 bis 7 beschreiben beispielhaft die verschiedenen erfinderischen Vorrichtungsvarianten.
- Fig.1
- zeigt vergleichsweise beispielhaft den Stand der Technik einer Wafergalvanisiervorrichtung B.
Zur Abdichtung des Elektrolytbereichs und gleichzeitiger Zentrierung der Waferscheibe wird ein O-ring 18 eingesetzt der, des weiteren, den Spalt 21 des Montagesystems schliesst. Durch das Auf- und Abbewegen während der Montage der Vorrichtungselemente, insbesondere des Abdichtungsrings 3, besteht die Gefahr der Bildung von Reibungsrillen am O-ring 18 und damit verbunden die Gefahr des Durchsickerns von Elektrolytflüssigkeit. Des weiteren ist der Seitenbewegungsspielraum im Spalt 21 zu groß um die Randererfassung der Waferscheibe exakt gleichbeibend galvanisieren zu können. Der Waferscheibenzentrierung wird somit nicht gut genug vollzogen.Die Montage des O-rings 18 in den Nut des Zwischenteils 16 ist nicht komplikationslos, da um den O-ring 18 in die Nut einzusetzen, muß der O-ring stark gestreckt werden. Dadurch besteht die Gefahr der Deformierung des O-Rings und gegebenenfalls, der Beschädigung des O-Rings durch Reibungsrillen. - Fig.2
- zeigt die Scheibengalvanisiervorrichtung A, beispielhaft gemäß der Erfindung, mit dem Abdichtungsring 3, der an deren beiden Enden mit je einer Mulde versehen ist. In diesen Mulden sind die O-ringe 6 und 7 eingelegt, beziehungsweise kann der O-ring 7 in die Mulde von Abdichtungsring oder Abdichtungsscheibe 10 gelegt werden. Der Abdichtungsring 3 wird seitenspielraumfrei und exakt zentriert an das Zwischenteil 16 montiert.
Gegenpart zum Abdichtungsring 3, zur Abdichtung des Elektrolytbereichs sind der untere Abdichtungsring beziehungsweise die Abdichtungsscheibe 10, mit im Randbereich situierter O-ringmulde, jeweils kontrabezogen zur unteren Ringmulde des Abdichtungsrings 3. Im Falle der Anwendung eines unteren Abdichtungsrings 10, ist dieser mittels einem elastischen Faltenbalg, zwecks der Elektrolytabdichtung, mit der Vorrichtungsbasis verbunden. Im Falle von Figur 2, mit einem Faltenbalg 9 in waagerechter Position. Zwischen Abdichtungsring 10 und der Vorrichtungsbasis 1 ist ein pufferndes, elastisches Ringelement 8 situiert, zum Zwecke der Spannungsnivelierung des gesamten Vorrichtungselementesystems. - Fig.3
- zeigt eine Variante der Vorrichtungsgestaltung C, wie in Figur 2, unter Anwendung eines offenen unteren Abdichtungsrings 10. Der Abdichtungsring 10 ist mittels einem senkrechten Faltenbalg 9 mit der Vorrichtungsbasis verbunden um die Elektrolytdichtheit zu gewähr leisten. Der elastische Pufferring 8 ist entsprechend in Stützformation höher und gestattet zusammen mit dem senkrechten Faltenbalg eine, für Bedarfsfälle, höhere Vorrichtungsgestaltung.
Bei dieser Vorrichtungsvariante erfolgt der Elementeverbunddruck auf die beiden O-ringe 6 und 7 mittels der Überwurfmutter 4. - Fig.4
- zeigt eine Vorrichtungsvariante D, unter Anwendung einer geschlossenen vollflächigen Abdichtungsscheibe 10, als Konterpart zum Abdichtungsring 3. Der O-ring 7 wird vorzugsweise in die O-ringmulde der Abdichtungsscheibe 10 eingelegt. Zum Abfedern der Andruckkraft auf die Scheibe10, kommt ein abpufferndes elastisches Ringelement 12 zum Einsatz.
Das Andrücken der Abdichtungsscheibe 10 an den Abdichtungsring 3 mit den einliegenden O-ringen 6 und 7 erfolgt mittels einer Druckvorrichtung 11, die mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden kann. - Fig.5
- zeigt eine Vorrichtungsvariante E,als Kombination der Figuren 3 und 4 mit einem Höhenvariationszwischenelement 13 zur Höhendimensions variation der Gesamtvorrichtung.
- Fig.6
- zeigt eine Vorrichtungsvariante F mit beiderseitigem Faltenbalg 9, der in dieser Form einen geschlossenen Kanal 14 bildet, der neben der Funktion als Elektrolytabdichtungselement, gleichzeitig einen Kanal 14 darstellt ,für die Zuleitung der Hydraulik- beziehungsweise Pneumatikmedien als Druckmedien beim regulierten Andrücken des unteren Abdichtungsrings 10, an den oberen Abdichtungsring 3. Diese Variante hat den Vorteil, dass die beiden O-Ringe 6 und 7, nach deren Vorfixierung, keiner weiteren mechanischen Manipulation unterworfen sind, insbesondere, weil das O-ringesystern stets in vertikaler Richtung belastet wird.
Der Abdichtungsdruck auf die beiden O-Ringe 6 und 7 erfolgt in diesem Falle dynamisch. Die O-ringe unterliegen somit keiner Reibungsbelastung.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass bei einer Prozess-änderung oder einem sonstigen erforderlichen Prozessunterbruch die O-ringe leicht dem System entnommen werden und wieder leicht eingesetzt werden können. Der O-ringeverschleiß ist damit sehr gering.
Diese Variante trägt noch mehr zur Abdichtungssicherheit des Elektrolytmediums bei. - Fig.7
- zeigt eine Vorrichtungsvariante G, eine Kombinationsvariante auf der Basis der Figuren 2 und 6.
Durch die Anwendung einer Flächenmembran 17 wird der Druck auf die Bodenfläche der Abdichtungsscheibe 10 am gleichmässigsten übertragen. Damit wird die schonendste und gleichmässigste Druckverteilung einwirkend auf die beiden Abdichtungsringe 6 und 7 erreicht. Hinzu kommt noch die puffernde Wirkung der elastischen Elemente 8. Alle Elemente der gesamtem Galvanisiervorrichtung werden somit ideal zentrisch verbunden und dynamisch verspannt.
Die neue Scheibengalvanisiervorrichtung stellt einen bedeutenden Zugewinn zum technischen Fortschritt dar. Durch die erzielbare Minimierung von Fehlproduktionen durch die optimale zentrische Randerfassung der zu galvanisierenden Vafer wird auch ein eheblicher Beitrag zur Umweltentlastung geleistet. - Die Produktion von Einkristallsilizium beziehungsweise Einkristallgermanium oder anderer Halbleitereinkristallvarianten ist energieintensiv und im Zusammenhang mit der einhergehenden Zwischenproduktherstellung sind intensive Entsorgungsmasnahmen zur Umweltentlastung beim Anfall von Fehlproduktionen erforderlich.
- Die Erfindungshöhe besteht insbesondere in der vertikalen Systemmontage der erfinderischen Vorrichtung. Dadurch erfolgt der Spannungsdruck der montierten Systemelemente vertikal-geradlinig. Dementsprechend kann die Montage der einzelnen Elemente nach dem Einlegeprinzip erfolgen.
- Durch die exakte vertikalzentrierte Montage der Elemente erfolgt die Randgalvanisierung der Vafer gleichbleibend und fehlerfrei. Die Fehlproduktionsrate und damit die Stückproduktivität wird erheblich gesteigert.
- Die mit den Figuren dargestelltenten Beispiele sind als solche zu verstehen. Die Erfindung birgt weitere beispielhafte Anwendungsvarianten in sich und zwar generell in der Galvanisationstechnik von flächigen Substraten.
-
- 1
- Vorrichtungsbasis (Substrataufnahme)
- 2
- Wafer (Galvanisierungssubstrat)
- 3
- Abdichtungsring
- 4
- Überwurfmutter
- 5
- Adapter
- 6
- Oberer O-ring
- 7
- Unterer O-ring
- 8
- Elastisches Pufferelement als Stütze bei Höhenvariation
- 9
- Faltenbalg
- 10
- Unterer Abdichtungsring beziehungsweise Fläche
- 11
- Druckelement
- 12
- Elastisches Element wie 8
- 13
- Höhenvariationszwischenelement
- 14
- Druckmedienkanal
- 15
- Doppelter Faltenbalg
- 16
- Zwischenteil
- 17
- Elastische Membran
- 18
- O-ring zum Stand der Technik
- 19
- Druckausübendes Medium
- 20
- Stromzuführung
- 21
- Spalt zwischen 1 und 3
- A
- Galvanisiervorrichtung gemäß dem Stande der Technik
- B
- bis G Erfinderische Varianten der Galvanisiervorrichtung
Claims (7)
- Galvanisiervorrichtung zum Galvanisieren von Waferscheiben, bestehend aus; Vorrichtungsbasis mit Innengewinde (1), einer überwurfmutter (4), zur Befestigung und Fixierung des Gesamtsystems der Vorrichtung, einem Adapter (5), als Aufnahmebasis für die zu galvanisierenden Waferscheiben und Abdichtungselementen zum Abdichten des Elektrolytbereichs,
dadurch gekennzeichnet, dass;
die Galvanisiervorrichtung einen oberen Abdichtungsring (3) besitzt, an dessen beiden Enden je eine O-ringeinlegemulde situiert ist, für die einlegbaren O-ringe (6), am oberen Ende des Abdichtungsrings (3) und O-ring (7), am unteren Ende des Abdichtungsrings (3) und die Galvanisiervorrichtung ein weiteres unteres Abdichtungselement (10) besitzt, in der Form eines Rings oder einer Rundscheibe, mit jeweilig einer als Gegenpart zum oberen Abdichtungsring (3) positionierten Kontermulde für die Einlegbarkeit des unteren O-rings (7) und der Abdichtungsring (3) und die Abdichtungselemente (10), seitenspielraumfrei in der Basis (1) beziehungsweise dem Zwischenteil (16) eingesetzt, bei eingelegten O-ringen (6) und (7), gegeneinander gedrückt werden, wodurch ein in sich geschlossener, elektrolytdichter Bereich vorhanden ist. - Galvanisiervorrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gegeneinanderdrücken eines der Abdichtungselemente (10) gegen den Abdichtungsring (3), bei eingelegten O-ringen, mittels Anwendung von pneumatischen beziehungsweise hydraulischen Drucksystemen erfolgt. - Galvanisiervorrichtung, nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung der pneumatischen oder hydraulischen Drucksysteme unter Anwendung eines Abdichtungsrings (10) mit eingelegtem O-ring (7) als unteren Konterpart zu Abdichtungsring (3), die Zuführung der Druckmedien der hydraulischen beziehungsweise pneumatischen Druckmedien, mittels einem Durchlaufkanal (14) bestehend aus einem abdichtenden Doppelfaltenbalg (15) erfolgt. - Galvanisiervorrichtung, nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung der pneumatischen Drucksysteme unter Anwendung einer Abdichtungsscheibe (10) mit eingelegtem O-ring (7) als unteren Konterpart zu Abdichtungsring (3), die Zuführung der Druckmedien der hydraulischen beziehungsweise pneumatischen Druckmedien auf eine flexible Membran (17), flächenbezogen erfolgt, wodurch der Abdichtungsring (3) und die Abdichtungsscheibe (10) dynamisch und intergral gleichmässig gegeneinander gedrückt werden. - Galvanisiervorrichtung, nach den Ansprüchen 1, 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die regulierte Druckmedienzufuhr mittels einem Regelaggregat erfolgt, das die O-ringbelastung derart berücksichtigt, dass der O-ring nicht deformiert wird wodurch eine optimale Abdichtung gewährleistet ist. - Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stütz-Pufferelemente (8) und (12) eingesetzt werden, die die Belastung der O-Ringe beim Verspannen abfedern und eine höhendifferenzierte Vorrichtungsgestaltung begünstigen.
- Galvanisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei den variablen und differenten Vorrichtungsgestaltungsmöglichkeiten, Faltenbalgsysteme (9) zur Abdichtung des Elektrolytbereichs eingesetzt werden
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