EP2432920A2 - Verfahren und vorrichtung zum gesteuerten elektrolytischen behandeln von dünnen schichten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum gesteuerten elektrolytischen behandeln von dünnen schichten

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EP2432920A2
EP2432920A2 EP10732269A EP10732269A EP2432920A2 EP 2432920 A2 EP2432920 A2 EP 2432920A2 EP 10732269 A EP10732269 A EP 10732269A EP 10732269 A EP10732269 A EP 10732269A EP 2432920 A2 EP2432920 A2 EP 2432920A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partial
electrolytic
current
electroplating
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10732269A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egon Hübel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Somont GmbH
Original Assignee
Somont GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Somont GmbH filed Critical Somont GmbH
Publication of EP2432920A2 publication Critical patent/EP2432920A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/002—Cell separation, e.g. membranes, diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/001—Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/005—Contacting devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/12—Semiconductors
    • C25D7/123—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer

Definitions

  • the invention relates to the electrochemical metallization and demetallization of thin and therefore high-resistance layers on substrates. It is particularly suitable for electroplating z. B. seed layers or seed layers on wafers.
  • horizontal or vertical electroplating cells serve as so-called cup plater, in which the non-treated back side of the wafer is kept dry or covered.
  • the starting layers consist for. B. sputtered copper with a thickness of z. B. 0.1 microns.
  • For economical galvanizing they should be using a large current density of z. B. 1 A / dm 2 or more are galvanized.
  • the achieved layer thickness distribution over the entire surface of the material should have the smallest possible tolerance.
  • the cathodic Galvanisierstrom can be fed into the material, ie in the wafer only from the edge, if the center should not be used for further electrical contact.
  • the initial high-resistance starting layer causes the galvanizing on its way from the edge toward the center of the good an electrical voltage drop. Accordingly, the thickness of the electrodeposited layer decreases as the inclined plane. With increasing size of the goods, the problem of the inclined plane increases disproportionately. To remedy this deficiency, there are proven solutions.
  • the object of the invention is to describe a method and a device in which a flat layer thickness distribution is achieved on the good during electrochemical treatment, even if different initial conditions and parameters of the goods are available. In particular, it should be possible in a treatment cup or similar electrolytic work containers, even with a good with large
  • the invention provides for a division of the global electrode or anode of the cup-Platers before and that at least two electrically isolated from each other partial anodes, which are designed in each case in size and shape the same or almost the same.
  • Each preferably sector-like partial anode is fed by an associated Galvanisierstrom provoke with individual Galvanisierstrom.
  • the positive poles of the galvanizing current sources are connected to their associated partial anodes.
  • the negative poles of the galvanizing current sources are respectively connected or contacted at the edge of the material, which is remote from the partial anodes assigned to the galvanizing current sources.
  • the flat material is preferably in equal parts below or above the part anodes. In electrochemical etching, the aforementioned polarities reverse.
  • FIG. 1 shows, in cross-section, a working container as a cup for the electrolytic treatment of the underside of a round material according to the invention, for example, according to the invention.
  • FIG. 2 shows the view upwards through two partial electrodes which are located at the bottom in the working container, in the direction of the underside of the material to be treated, which is located on top of the cup.
  • FIG. 3 shows the view through four partial electrodes of the working container as a cup in the direction of the underside of the material to be treated.
  • FIG. 4 shows measurement results which were determined on a resistance model of an electrolytic cell and a cell voltage / current density characteristic curve of a copper bath based on sulfuric acid.
  • FIG. 5 shows the qualitative courses of electrodeposited layers or layer thickness distributions on the product in the case of different sizes of galvanizing streams.
  • Partial anodes, the partial cathodes or electrodes and the associated electrolytic sub-cells and the contacts on the edge of the good and the rectifier or Galvanisierstrom provoken be supplemented with one or two high strokes.
  • the cup plater in Figure 1 consists essentially of a filled with electrolyte 5 working container 4, the cup, a receptacle 8 and a holder 2 for the material to be plated in this example 1.
  • the Good 1, z.
  • electrolyte 5 flows from below through an inlet 13 by means of a demanding pump 6.
  • the electrolyte 5 passes z. From there, it flows via overflows into the collecting container 8, which is at the same time the pump sump for circulation promotion
  • the two partial anodes 7 'and 7 "are mutually opposed isolated, ie they have no electrically low-impedance connection.
  • an electrically non-conductive partition wall 14 which prevents a continuous mutual metallization and demetallization of the electrodes.
  • the material 1 arranged in a plane-parallel manner over the working container 4 extends over the entire cross-section of the working container 4.
  • the treatment side 3 of the cathodic material 1 to be electroplated, which constitutes a global cathode, also becomes fictitiously divided into two partial regions, namely the partial cathodes 12 'and 12
  • the partial cathode 12 ' is initially statically opposite to the partial anode 7', as is the partial cathode 12 "of the partial anode 7."
  • the partial anodes and the partial cathodes each form electrolytic partial cells 11 'and 11 ", which together form the global electrolytic cell 11 of the cup - Form platers.
  • the partial anode 7 'shown on the left is fed anodically by the galvanizing current source 9'.
  • the negative pole of this galvanizing current source 9 ' is connected to the right edge of the wafer 1 by means of an electrical contact 10 "in the region of the partial cathode 12".
  • the negative pole of the electroplating current source 9 is connected to the left edge of the wafer 1 in the region of the partial cathode 12 ', which is perpendicular to the partial anode T.
  • grinding or rotary contacts and detachable electrical contacts 10' are used. and 10 "diametrically located on the estate.
  • the electrical circuit of the Galvanisierstrom provoken 9 'and 9 and the location of the participating resources shown in Figure 2. In this, the view is shown from below through the part anodes 7' and 7" in the direction of the wafer.
  • the partial anode 7 ' is fed by a rectifier or a Galvanisierstrom provoke 9' and forms together with the sub-cathode 12 below 'the not visible in this figure electrolytic sub-cell 11'.
  • the partial anode 7 " is fed by a rectifier or a galvanizing current source 9" and forms together with the sub-cathode 12 located underneath "the electrolytic sub-cell 11".
  • the one or more electrical contacts 10 ' In the edge region of the cathodic material on the partial cathode 12 'and thus in the electrolytic partial cell 11' is the one or more electrical contacts 10 '.
  • the edge region of the cathodic material on the partial cathode 12 "and thus in the electrolytic partial cell 11" are the one or more electrical contacts 10 ".
  • the galvanizing circuit of the rectifier 9 ' is transferred via the partial anode 7', the left-hand electrolytic partial cell 11 ', the partial cathode 12' of the cathodic material 1 and from there through the base layer of the partial cathode 12 "of the product 1
  • the electroplating circuit of the rectifier 9 via the partial anode 7", the right electrolytic subcell 11 ", the partial cathode 12" of the cathodic material 1 and from there through the base layer of the partial cathode 12 'of the material 1 over
  • the partial cathode 12 'of the product with the base layer thereon thus serves as an electrical conductor for the cathodic current to the electrolytic partial cell 11 ".
  • the partial cathode 12 "of the material with the base layer thereon serves accordingly as an electrical conductor for the cathodic current to the electrolytic partial cell 11 '.
  • the first limiting case exists when only one of the two rectifiers is switched on for the duration t.
  • the respective two rectifiers 9 ', 9 "of the two sides or partial cathodes 12', 12" of the product, which form a rectifier pair, are switched on alternately.
  • the duty cycle 1 1 of the rectifier of the one side 12 'and the duty cycle 1 2 of the rectifier of the other side 12 are preferably the same size.
  • the second limiting case consists in at the same time with the same current I switched rectifiers 9 ', 9 "of a rectifier pair of the two partial anodes 7', 7".
  • the rectifier 9 is switched off for a certain time t.
  • the rectifier 9 "feeds the electrolytic subcell 11".
  • the feeding of the cathodic galvanizing current I to the partial cathode 12 "of the electrolytic partial cell 11” takes place solely from the contact 10 'or from the contact region 10' and from there through the base layer of the partial cathode 12 '.
  • the electrical voltage drop in the base layer then increases from the middle of the material, starting towards the edge diametrically opposite the feeding contact 10 ', thus increasing the locally effective cell voltage and the current density towards that edge
  • the rectifier 9 " for the preferred same time t off and the rectifier 9 'is turned on to power the subcell 12'.
  • the galvanic deposition on the two partial cathodes 12 'and 12 "of the product 1 takes place one after the other with an equally long exposure time, wherein the valleys of the metallization surprisingly occur at the edges over which the current was fed.
  • the state of the art can be cost-effectively leveled out with very simple control measures, as will be described below: According to the prior art, the mountains of the inclined planes occur at the edges.
  • both rectifiers 9 'and 9 are simultaneously switched on with currents I of the same magnitude, then the currents I and the voltage drops in the partial cathodes are completely symmetrical, and the same current I flows from both edges to the center of the material Trap affects the respective electrical conductor in the base layer or the symmetrical voltage drop occurring there in such a way that a valley of the metallization occurs in the middle of the goods.
  • the controllable galvanizing of the material 1 according to the invention takes place within these two limiting cases.
  • the layer thickness distribution can be set very precisely, ie level with the difference of the different sized galvanizing currents I in the two electrolytic partial cells 11' and 11". , which flow through them alternately and each with preferably the same time, the center area of the goods can be galvanized to the edge even or even exaggerated, although there are no contacts in the middle.
  • control technology can be reacted, in particular on different thin base layers, the thickness of the layer to be deposited and the size of the average current density.
  • control technology can be reacted, in particular on different thin base layers, the thickness of the layer to be deposited and the size of the average current density.
  • reversed polarities of the equipment for an electrolytic etching process can be reversed.
  • Partial anodes or partial electrodes via flexible electrical conductors.
  • Technically complex grinding or rotary contacts are not required.
  • the material and the partial anodes can also be made to rotate relative to each other.
  • this requires at z. B. two partial anodes a two-pole rotating power transmission to the good and / or the part anodes by means of sliding contacts 15 or rotary contacts. If there are more than two partial anodes, these sliding contacts 15 must be made even multipolar. Therefore, the lower cost swinging movement of the material and / or the part anodes around the vertical axis passing through the center of the working container 4 is preferable.
  • Another control means for leveling the deposited layer consists in the non-linear pivotal or rotational movement of the material or the partial anodes. This means that the pivoting or rotational speed can be carried out at different relative positions of good and partial anodes of different sizes
  • the contacts 10 of a pair of electrodes can feed the Galvanisierstrom each punctiform or over a limited circular arc in the estate at the diametrical edge. With increasing arc length, the edge regions of the wafer are preferably galvanized. This is a further, but not electrically controllable means for leveling the deposited layer is given.
  • the part anodes by means of at least one electrical switching contact 16 as z. B. relay contact electrically low be connected to each other.
  • the electrolytic sub-cells behave like a global electrolytic cell according to the prior art, in which, in particular for thin layers to be plated, the edge regions are preferably metallized.
  • This can be z. B. be used towards the end of the exposure time for leveling when the starting layer has been electrochemically treated by the method according to the invention with preference to the center region.
  • z. B. by means of a closed switching contact 16, the treatment can be started and then the leveling of the excessive edge area by raising the center area by means of the above-described inventive measures. Both methods can also alternate several times during a treatment.
  • FIG. 3 shows four partial anodes 7 ', 7 “, 7'” and 7 “” with four individual electroplating current sources 9 ', 9 “, 9'” and 9 “”. Again, the cathodic currents are fed to the electrolytic sub-cells 11 ', 11 “, 11'” and 11 “” of pairs diametrically arranged contacts 10 ', 10 ", 10'” and 10 "” in the Good 1.
  • These four partial anodes increase the control possibilities for leveling the deposited layer.
  • a periodically linear or non-linear reversing pivoting of the material and / or the partial anodes for leveling the deposited metal layer is required here at least to ⁇ 45 °.
  • Technically complex sliding contacts are for
  • cathode clamping voltages corresponding to the cell voltage Uz.
  • the current density is in A / dm 2 and the cell voltages are plotted in volts.
  • the typical course of this Uz / i characteristic shows that at cell voltages Uz below 1.5 V almost no metal deposition can take place.
  • the cathodic current density i is less than 0.2 A / dm 2 here . However, this is sufficient to prevent a return of metal. In the range of the cell voltages Uz of 1.5 V to 2.5 V, the current density increases from 0.2 A / dm 2 to 7.6 A / dm 2 .
  • the family of curves of the anode / cathode voltages shows that at currents in the left electrolytic cell 11 'which are only up to 50% of the currents in the right electrolytic cell 11 ", anode / cathode voltages in the range of 1.5V or less occur. With these small anode / cathode voltages or cell voltages, virtually no deposition takes place, which means that only the right electrolytic cell 11 "is galvanized.
  • the course of the anode / cathode voltages or cell voltages can be adjusted so that a mountain or valley of the deposited layer occurs in the middle of the material. The largest mountain is at the left 0% and right 100% of the galvanizing. A valley arises in the middle of the estate at z. B. 70% left and 100% right of the galvanizing.
  • the anode / cathode voltage curve left 30% right 100% shows a nearly even curve in the right subcell 11 "The difference ⁇ 2 of the anode / cathode voltages is about 0.1 V. Accordingly, the current density difference in the right electrolytic cell 11" is about 0 , 6 A / dm 2 . This means a virtually flat metallization on this half of the estate.
  • the current is mirrored, d. H. 100% on the left side and reduced power on the right side, eg. B. 30% set.
  • the result is an almost completely planar deposition of the metal across the material.
  • z For this purpose, the electrodes 7 ', 7 "perform a reversing movement in their plane by means of a drive, this movement being superimposed on the rotating movement of the material, resulting in a repetitive displacement of the dividing line (s) between the electrodes 7', 7". from the central axis of the working container.
  • the location of the slightly different treatment is also shifted to the estate.
  • the result is a completely planar metallization or a completely uniform electrochemical etching.
  • FIG. 5 shows, schematically simplified, the courses of the inclined planes of the metallization across the product and through its center. Shown are the situations at different currents I and symbolically in percent, in each case after the steps with the times 1 1 and 1 2 and after the complete plating of the goods in the time 1 1 + 1 2.
  • the sum of the deposits on the two partial cathodes 12 'and 12 ", which took place statically, ie without relative movements of the electrodes in the times 1 1 and 1 2, is shown by the profile which is shown below in the figures 5.
  • Figure 5 a shows the limiting case with the galvanizing current sources 9 'and 9 ", which were set with the same magnitude of current I and switched on at the same time the valleys of the inclined planes are in the middle region of the material or the global cathode 12, consisting of the partial cathodes 12 ', 12 ".
  • the layer thickness differences are denoted by delta, which is maximum here.
  • FIG. 5 b shows the other limiting case in which, for the first time 1 1, only the electroplating current source 9 'is switched on to feed the subcell 11' with the partial cathode 12 'and in the subsequent time 12 only the electroplating current source 9 "to supply the
  • the mountains of the inclined planes in the middle of the material are very advantageous, and here too, the delta is maximal, because of the half exposure time compared to the case of FIG About half of the metal deposited with the same exposure time.
  • FIG. 5 c shows the situation between the two limiting cases with simultaneously switched galvanizing current sources 9 'and 9 "for the simultaneous feeding of the subcells 11' and 11", but alternately with different current intensities I.
  • These current intensities I are adjusted so that the sum of the deposits gives a flat layer.
  • the delta is zero here.
  • the leveling of the layer takes place in this illustration after two time periods, namely after 1 1 plus 1 2.
  • the figure 5 d shows an imperfect correction or leveling of the layer thicknesses in both sub-cells 11 'and 11 "of the product 1.
  • the examples show, however that individual courses of the layer thickness distribution can be achieved with the method according to the invention solely by controlling the galvanizing currents I.
  • the indicated current intensities I in percent are merely explanatory reference values.
  • the times 1 1 and 12 can be in the range of a few milliseconds. But they can also be up to half of the total exposure time required. In practice, after initial attempts, there are empirical values for the times to be set and the current intensities I of the rectifiers and other parameters. The same applies to any required rotating or pivoting movements of the electrodes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft das Galvanisieren von Gut (1) mit einer elektrischen Kontaktierung an dessen Randbereich, insbesondere zum Galvanisieren von Substraten, z. B. als Wafer in einem Cup-Plater. Bei dünnen Startschichten und im Durchmesser großem Gut tritt nach dem Stand der Technik ein radialer Schichtdickenunterschied auf. Das Maximum befindet sich im Randbereich. Zum ebenen Abscheidungsverlauf werden beim Galvanisieren erfindungsgemäß mindestens zwei elektrolytische Teilzellen gebildet, die jeweils von individuellen einstellbaren Galvanisierstromquellen (9') und (9") mit Strom gespeist werden. Die Einspeisung der Teilkathode (12') mit der zugehörigen Teilanode (7') erfolgt im Bereich der diametral entfernt befindlichen Teilkathode (12"). Entsprechend umgekehrt wird die Teilkathode (12") über die Basisschicht der Teilkathode (12') gespeist. Die erforderliche Einebnung der Schichtdickenverteilung erfolgt u. a. durch abwechselnd unterschiedliche Einstellungen der Größe des Galvanisierstromes der beiden Teilzellen sowie durch relativ zueinander rotierende Elektroden (7, 12).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum gesteuerten elektrolytischen Behandeln von dünnen Schichten Beschreibung
Die Erfindung betrifft das elektrochemische Metallisieren und Entmetallisieren von dünnen und damit hochohmigen Schichten auf Substraten. Sie eignet sich insbesondere zum Galvanisieren von z. B. Startschichten bzw. Seed-Layern auf Wafern. Hierzu dienen u. a. horizontale oder vertikale Galvanisierzellen als so genannte Cup-Plater, in denen die nicht zu behandelnde Rückseite des Wafers trocken gehalten oder abgedeckt wird. Die Startschichten bestehen z. B. aus gesputtertem Kupfer mit einer Dicke von z. B. 0,1 μm. Zum wirtschaftlichen Galvanisieren sollen sie unter Anwendung einer großen Stromdichte von z. B. 1 A/dm2 oder mehr galvanisiert werden. Dabei soll die erzielte Schichtdickenverteilung über die gesamte Oberfläche des Gutes eine möglichst kleine Toleranz aufweisen. Der kathodische Galvanisierstrom kann in das Gut, d. h. in den Wafer nur vom Rand eingespeist werden, wenn dessen Zentrum zum weiteren elektrischen Kontaktieren nicht verwendet werden soll. Infolge der anfangs hochohmigen Startschicht verursacht der Galvanisierstrom auf seinem Weg vom Rand in Richtung zum Zentrum des Gutes einen elektrischen Spannungsabfall. Entsprechend nimmt die Dicke der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht als Schiefe Ebene ab. Mit zunehmender Größe des Gutes nimmt das Problem der Schiefen Ebene überproportional zu. Zur Behebung dieses Mangels gibt es bewährte Lösungen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu beschreiben, bei denen beim elektrochemischen Behandeln eine ebene Schichtdickenverteilung auf dem Gut erzielt wird, auch wenn unterschiedliche Anfangsbedingungen und Parameter des Gutes vorliegen. Insbesondere soll es in einem Behandlungs-Cup oder ähnlichen elektrolytischen Arbeitsbehältern möglich sein, auch bei einem Gut mit großen
Abmessungen mit einer großen globalen Stromdichte eine ebene Schicht zu galvanisieren oder eine Schicht bzw. Oberfläche elektrochemisch gleichmäßig zu ätzen. Unter einem großen Gut soll z. B. ein Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm oder größer verstanden werden. Dünne Startschichten sind z. B. Sputterschichten oder chemisch abgeschiedene Metallschichten mit einer Dicke von z. B. 0,1 μm. Große Stromdichten können, abhängig vom elektrochemischen Verfahren, bei 1 A/dm2 liegen, aber auch bei 10 A/dm2 und mehr.
Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 8. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung, die allgemein am Beispiel des Galvanisierens beschrieben werden.
Die Erfindung sieht eine Teilung der globalen Elektrode bzw. Anode des Cup-Platers vor und zwar mindestens in zwei elektrisch von einander isolierte Teilanoden, die jeweils in ihrer Größe und Form gleich oder nahezu gleich gestaltet sind. Jede bevorzugt sektorartige Teilanode wird von einer ihr zugeordneten Galvanisierstromquelle mit individuellem Galvanisierstrom gespeist. Die Pluspole der Galvanisierstromquellen sind an die ihnen zugeordneten Teilanoden angeschlossen. Die Minuspole der Galvanisierstromquellen sind erfindungsgemäß jeweils an dem Rand des Gutes angeschlossen bzw. kontaktiert, der fern der den Galvanisierstromquellen zugeordneten Teilanoden ist. Das flache Gut befindet sich bevorzugt zu gleichen Teilen unter bzw. über den Teilanoden. Beim elektrochemischen Ätzen kehren sich die genannten Polaritäten um.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der schematischen und nicht maßstäblichen Figuren 1 bis 5 weiter beschrieben. Die Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Arbeitsbehälter als Cup zum erfindungsgemäßen elektrolytischen Behandeln der Unterseite eines runden Gutes, z. B. eines Wafers zur Halbleiterherstellung.
Die Figur 2 zeigt den Blick nach oben durch zwei Teilelektroden, die sich unten im Arbeitsbehälter befinden, in Richtung zur zu behandelnden Unterseite des Gutes, das sich oben auf dem Cup befindet.
Die Figur 3 zeigt den Blick durch vier Teilelektroden des Arbeitsbehälters als Cup in Richtung zur zu behandelnden Unterseite des Gutes. Die Figur 4 zeigt Messergebnisse, die an einem Widerstandsmodell einer elektrolyti- sehen Zelle ermittelt wurden und eine Zellspannungs/Stromdichtekennlinie eines Kupferbades auf Basis von Schwefelsäure.
Die Figur 5 zeigt die qualitativen Verläufe von elektrolytisch abgeschiedenen Schichten bzw. Schichtdickenverteilungen auf dem Gut bei verschieden großen Galvanisierströmen.
Zunächst soll zum Galvanisieren ein Cup-Plater mit einer globalen Anode, bestehend aus z. B. zwei Teilanoden, betrachtet werden. Diese Teilanoden bilden je einen Halbkreis, abzüglich des zur gegenseitigen elektrischen Isolation erforderlichen Zwischenraumes, so wie sie in der schematischen Figur 2 dargestellt und weiter unten beschrieben sind. Nachfolgend sollen zur Detaillierung die Bezugszeichen der
Teilanoden, der Teilkathoden bzw. Elektroden und die zugehörigen elektrolytischen Teilzellen sowie die Kontakte am Rand des Gutes und die Gleichrichter bzw. Galvanisierstromquellen mit einem oder zwei Hochstrichen ergänzt werden.
Der Cup-Plater in Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einem mit Elektrolyt 5 gefüllten Arbeitsbehälter 4, dem Cup, einem Auffangbehälter 8 und einem Halter 2 für das in diesem Beispiel zu galvanisierende Gut 1. Das Gut 1, z. B. ein Wafer, befindet sich an dem Halter 2, der die Behandlungsseite 3 des Wafers 1 über dem Arbeitsbehälter 4 hält und bewegt. In den Arbeitsbehälter 4 strömt Elektrolyt 5 von unten durch einen Einlass 13 mittels einer fordernden Pumpe 6 ein. Der Elektrolyt 5 gelangt z. B. durch die mit Öffnungen versehenen Teilanoden 7' und 7" an die Behandlungsseite 3 des Wafers 1. Von dort strömt er über Überläufe in den Auffangbehälter 8, der zugleich der Pumpensumpf zur Kreislaufförderung ist. Die beiden Teilanoden 7' und 7" sind gegeneinander isoliert, d. h. sie haben keine elektrisch niederohmige Verbindung. Zur Erhöhung der Isolation kann zwischen den Teilanoden eine elektrisch nichtleitende Trennwand 14 eingefugt sein, die ein fortwährendes gegenseitiges Metallisieren und Entmetallisieren der Elektroden unterbindet.
Das über dem Arbeitsbehälter 4 planparallel angeordnete Gut 1 erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Arbeitsbehälters 4. Die zu galvanisierende Behandlungsseite 3 des kathodischen Gutes 1, die eine globale Kathode darstellt, wird fiktiv ebenfalls in zwei Teilbereiche, nämlich in die Teilkathoden 12' und 12" geteilt. Die Teilkathode 12' steht der Teilanode 7' zunächst statisch gegenüber, desgleichen die Teilkathode 12" der Teilanode 7". Die Teilanoden und die Teilkathoden bilden jeweils elektrolytische Teilzellen 11 ' und 11", die gemeinsam die globale elektrolytische Zelle 11 des Cup- Platers bilden. Die links dargestellte Teilanode 7' wird von der Galvanisierstromquelle 9' anodisch gespeist. Der Minuspol dieser Galvanisierstromquelle 9' ist am rechten Rand des Wafers 1 mittels eines elektrischen Kontaktes 10" im Bereich der Teilkathode 12" angeschlossen. Umgekehrt ist der Minuspol der Galvanisierstromquelle 9" am linken Rand des Wafers 1 im Bereich der Teilkathode 12' angeschlossen, der sich der Teilanode T senkrecht gegenüber befindet. Zum Anschluss der Minuspole an das Gut 1 dienen Schleif- oder Drehkontakte und lösbare elektrische Kontakte 10' und 10", die diametral am Gut angeordnet sind. Die elektrische Schaltung der Galvanisierstromquellen 9' und 9" und die Lage der beteiligten Betriebsmittel zeigt die Figur 2. In dieser ist der Blick von unten durch die Teilanoden 7' und 7" hindurch in Richtung zum Wafer dargestellt.
Die Teilanode 7' wird von einem Gleichrichter bzw. einer Galvanisierstromquelle 9' gespeist und bildet zusammen mit der darunter befindlichen Teilkathode 12' die in dieser Figur nicht sichtbare elektrolytische Teilzelle 11'. Die Teilanode 7" wird von einem Gleichrichter bzw. einer Galvanisierstromquelle 9" gespeist und bildet zusammen mit der darunter befindlichen Teilkathode 12" die elektrolytische Teilzelle 11". Im Randbereich des kathodischen Gutes an der Teilkathode 12' und damit bei der elektrolytischen Teilzelle 11 ' befinden sich der oder die elektrischen Kontakte 10'. Im Randbereich des kathodischen Gutes an der Teilkathode 12" und damit bei der elektrolytischen Teilzelle 11" befinden sich der oder die elektrischen Kontakte 10".
Erfindungsgemäß wird der Galvanisierstromkreis des Gleichrichters 9' über die Teilanode 7', die linke elektrolytische Teilzelle 11', die Teilkathode 12' des kathodischen Gutes 1 und von dort durch die Basisschicht der Teilkathode 12" des Gutes 1 über den elektrischen Kontakt 10" geschlossen. Entsprechend wird der Galvanisierstromkreis des Gleichrichters 9" über die Teilanode 7", die rechte elektrolytische Teilzelle 11 ", die Teilkathode 12" des kathodischen Gutes 1 und von dort durch die Basisschicht der Teilkathode 12' des Gutes 1 über den elektrischen Kontakt 10' geschlossen. Die Teilkathode 12' des Gutes mit der darauf befindlichen Basisschicht dient somit als elektrischer Leiter für den kathodischen Strom zur elektrolytischen Teilzelle 11". Die Teilkathode 12" des Gutes mit der darauf befindlichen Basisschicht dient entsprechend als elektrischer Leiter für den kathodischen Strom zur elektrolytischen Teilzelle 11'.
Zur Erklärung der Erfindung sollen nachfolgend zwei Grenzfälle am Beispiel der Figur 2 betrachtet werden:
Der erste Grenzfall besteht dann, wenn jeweils nur einer der beiden Gleichrichter für die Zeitdauer t eingeschaltet ist. Die jeweiligen beiden Gleichrichter 9', 9" der beiden Seiten bzw. Teilkathoden 12', 12" des Gutes, die ein Gleichrichterpaar bilden, werden abwechselnd eingeschaltet. Die Einschaltdauer 1 1 des Gleichrichters der einen Seite 12' und die Einschaltdauer 1 2 des Gleichrichters der anderen Seite 12" sind dabei bevorzugt gleich groß.
Der zweite Grenzfall besteht bei zugleich mit gleicher Stromstärke I eingeschalteten Gleichrichtern 9', 9" eines Gleichrichterpaares der beiden Teilanoden 7', 7". Im ersten Grenzfall sei zunächst der Gleichrichter 9' für eine bestimmte Zeit t ausgeschaltet. Der Gleichrichter 9" speist die elektrolytische Teilzelle 11". Die Einspeisung des kathodischen Galvanisierstromes I zur Teilkathode 12" der elektrolytischen Teilzelle 11" erfolgt allein vom Kontakt 10' bzw. vom Kontaktbereich 10' und von dort durch die Basisschicht der Teilkathode 12'. Für diese elektrolytische Teilzelle 11" bedeutet dies, dass die Einspeisung des Stromes in seine Basisschicht bzw. in seine Teilkathode 12" vorteilhaft in der Mitte des Gutes erfolgt. In dieser elektrolytischen Teilzelle 11" nimmt dann der elektrische Spannungsabfall in der Basisschicht von der Mitte des Gutes beginnend in Richtung zum Rand, der diametral zum speisenden Kontakt 10' liegt, zu. Damit nimmt die örtlich wirksame Zellspannung sowie die Stromdichte in Richtung zu diesem Rand ab. Dies bedeutet eine Schiefe Ebene auf der Teilkathode 12" des Gutes, wobei sich der Berg in der Mitte des Gutes befindet, obwohl das Gut am Rand elektrisch kontaktiert wurde und zwar an dem Rand, der sich nicht an der elektrolytischen Teilzelle 12" befindet. Die gleiche Situation gilt in diesem ersten Grenzfall anschließend für die elektrolytische Teilzelle 12', bei der der Gleichrichter 9" für die bevorzugt gleiche Zeit t ausgeschaltet und der Gleichrichter 9' zur Speisung der Teilzelle 12' eingeschaltet ist.
Die galvanische Abscheidung auf den zwei Teilkathoden 12' und 12" des Gutes 1 erfolgt in diesem Beispiel nacheinander jeweils mit gleich langer Expositionszeit, wobei die Täler der Metallisierung überraschend an den Rändern auftreten, über die der Strom eingespeist wurde. Dies lässt sich im Gegensatz zum Stand der Technik mit sehr einfachen steuerungstechnischen Maßnahmen kostengünstig einebnen, so wie es unten noch beschrieben wird. Nach dem Stand der Technik treten dagegen die Berge der Schiefen Ebenen an den Rändern auf.
Werden im zweiten Grenzfall zugleich beide Gleichrichter 9' und 9" mit gleich großen Strömen I eingeschaltet, dann besteht eine völlige Symmetrie der Ströme I und der Spannungsabfälle in den Teilkathoden. Von beiden Rändern fließt der gleich große Strom I zum Zentrum des Gutes. In diesem Falle wirkt sich der jeweilige elektrische Leiter in der Basisschicht bzw. der dort auftretende symmetrische Spannungsabfall derart aus, dass ein Tal der Metallisierung in der Mitte des Gutes auftritt.
Das erfindungsgemäß steuerbare Galvanisieren des Gutes 1 erfolgt innerhalb dieser beiden Grenzfälle. Durch Steuerung bzw. Regelung der Galvanisierströme I der Gleichrichter 9' und 9" abwechselnd und zeitgleich in unterschiedlicher Größe lässt sich die Schichtdickenverteilung sehr genau einstellen, d. h. einebnen. Mit der Differenz der unterschiedlich großen Galvanisierströme I in den beiden elektrolytischen Teilzellen 11 ' und 11", die durch diese abwechselnd und jeweils mit bevorzugt gleicher Zeit fließen, kann der Mittenbereich des Gutes bis zum Rand hin eben oder sogar überhöht galvani- siert werden, obwohl sich in der Mitte keine Kontakte befinden. Damit kann ohne Umbau des Cup-Platers auf die unterschiedlichen Parameter der zu galvanisierenden Güter steuerungstechnisch reagiert werden, insbesondere auf unterschiedlich dünne Basisschichten, die Dicke der abzuscheidenden Schicht und auf die Größe der mittleren Stromdichte. Entsprechendes gilt mit umgekehrten Polaritäten der Betriebsmittel für einen elektrolytischen Ätzprozess.
Bei dem bevorzugt runden Gut 1 bestehen unterschiedlich lange Strecken a und b vom Kontakt 10" bzw. 10' zur jeweils zugeordneten Teilanode 7' und 7". Dadurch wird, wegen der längeren Strecke b im Vergleich zur Strecke a der Randbereich bei der diametralen Speisung des Galvanisierstromes weniger galvanisiert als das Zentrum des Gutes. Dies unterstützt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich. Bei statisch angeordneten Elektroden könnten in bestimmten Bereichen z. B. nahe der isolierenden Trennwand 14 Schichtdickenunterschiede auf dem Gut auftreten. Zur Einebnung von örtlich auftretenden Schichtdickenunterschieden ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Teilanoden 7' und 7" einerseits und dem Gut 1 andererseits eine rotatorische Relativbewegung oder eine andere Bewegung stattfindet. So ist z. B. bei Verwendung von zwei Teilanoden eine periodisch reversierend schwenkende Bewegung von mindestens ± 90° des Gutes 1 vorteilhaft. Das Schwenken erlaubt eine technisch einfache Stromzuführung zum bewegten Gut, oder zu den bewegten
Teilanoden bzw. Teilelektroden über flexible elektrische Leiter. Technisch aufwändige Schleif- oder Drehkontakte sind nicht erforderlich.
Zur Einebnung der auf dem Gut abgeschiedenen Schicht können auch das Gut und die Teilanoden relativ zueinander rotierend ausgeführt werden. Dies erfordert jedoch bei z. B. zwei Teilanoden eine zweipolige rotierende Stromübertragung zum Gut und/oder zu den Teilanoden mittels Schleifkontakten 15 oder Drehkontakten. Bei mehr als zwei Teilanoden müssen diese Schleifkontakte 15 noch mehrpoliger ausgeführt werden. Deshalb ist die kostengünstigere schwenkende Bewegung des Gutes und/oder der Teilanoden um die vertikale Achse, die durch das Zentrum des Arbeitsbehälters 4 verläuft, zu bevorzugen.
Ein weiteres Steuerungsmittel zur Einebnung der abgeschiedenen Schicht besteht in der nichtlinearen Schwenk- oder Rotationsbewegung des Gutes bzw. der Teilanoden. Dies heißt, dass die Schwenk- oder Rotationsgeschwindigkeit bei bestimmten Relativpositio- nen von Gut und Teilanoden unterschiedlich groß ausgeführt werden kann unter
Einschluss der momentanen Geschwindigkeit null, d. h. eines zeitweisen Stillstandes. Die Kontakte 10 eines Elektrodenpaares können den Galvanisierstrom jeweils am diametralen Rand punktförmig oder über einen begrenzten Kreisbogen in das Gut einspeisen. Mit zunehmender Bogenlänge werden die Randbereiche des Wafers bevorzugt galvanisiert. Damit ist ein weiteres, jedoch elektrisch nicht steuerbares Mittel zur Einebnung der abgeschiedenen Schicht gegeben.
Zur weiteren bedarfsweisen Steuerung können die Teilanoden mittels mindestens eines elektrischen Schaltkontaktes 16 als z. B. Relaiskontakt elektrisch niederohmig miteinander verbunden werden. In diesem Falle verhalten sich die elektrolytischen Teilzellen wie eine globale elektrolytische Zelle nach dem Stand der Technik, bei dem insbesondere bei dünnen zu galvanisierenden Schichten die Randbereiche bevorzugt metallisiert werden. Dies kann z. B. gegen Ende der Expositionszeit zur Einebnung genutzt werden, wenn die Startschicht mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bevorzugung des Mittenbereiches elektrochemisch behandelt worden ist. Umgekehrt kann z. B. mittels geschlossenem Schaltkontakt 16 das Behandeln begonnen werden und anschließend erfolgt die Einebnung des überhöhten Randbereiches durch Anhebung des Mittenbereiches mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen. Beide Verfahren können bei einer Behandlung auch mehrfach abwechseln. In Serie zu den Schaltkontakten 16 kann ein elektrischer Widerstand eingefügt werden. Dieser bewirkt als weiteres Steuerungsmittel einen weniger sprungartigen Übergang von dem einen Schaltzustand in den anderen. Zur Einebnung der zu behandelnden Schicht können die erfindungsgemäßen Verfahren und die Vorrichtungen mit den oben beschriebenen Maßnahmen zur gleichmäßigen elektrochemischen Behandlung nach dem Stand der Technik kombiniert werden
Die Figur 3 zeigt vier Teilanoden 7', 7", 7'" und 7"" mit vier individuellen Galvanisierstromquellen 9', 9", 9'" und 9"". Auch hier werden die kathodischen Ströme zu den elektrolytischen Teilzellen 11 ', 11", 11'" und 11"" jeweils von paarweise diametral angeordneten Kontakten 10', 10", 10'" und 10"" in das Gut 1 eingespeist. Diese vier Teilanoden erhöhen die Steuerungsmöglichkeiten zur Einebnung der abgeschiedenen Schicht. Ein periodisch lineares oder nichtlineares reversierendes Schwenken des Gutes und/oder der Teilanoden zur Einebnung der abgeschiedenen Metallschicht ist hier mindestens bis ± 45° erforderlich. Technisch aufwändige Schleifkontakte sind zum
Schwenken nicht erforderlich. Einfache flexible Leiter als z. B. Litzen sind ausreichend. Bei Verwendung von vier Schleifkontakten 15 für das Gut und/oder für die Teilanoden können diese auch wieder relativ zueinander gleichmäßig oder ungleichmäßig rotieren, desgleichen mit eingefügten Haltepunkten an Stellen der Kreisbahn, die z. B. mittels Versuchen ermittelt wurden.
Auch eine ungeradzahlige Anzahl von Teilanoden ab drei Stück ist möglich. Mit zunehmender Anzahl kann der Winkel für das Schwenken verringert werden. Allerdings nimmt auch die Anzahl der Galvanisierstromquellen zu. Desgleichen der Aufwand zur zeitgerechten Steuerung der Größe der Galvanisierströme. Mittels der gesteuerten Schaltkontakte 16 kann auch hier bedarfsweise die Randmetallisierung bevorzugt werden, um, insgesamt eine ebene Schichtdickenverteilung auf dem Gut zu erzielen.
Die Figur 4 zeigt die quantitativen Auswirkungen der Stromunterschiede ΔI in den elektrolytischen Teilzellen 11', 11". Weil ein mit Elektrolyt gefüllter elektrolytischer Arbeitsbehälter mit einem darin befindlichen Gut messtechnisch nahezu nicht zugänglich ist, wurden die Daten mittels eines Widerstandsmodells ermittelt. Dieses Modell bildete ein typisches Galvanisiergut, z. B. eine Leiterplatte und eine elektrolytische Zelle annähernd realitätsnah nach. In das Diagramm mit den Kurvenscharen für die Messpunkte quer über das Gut auf der X2 Achse und die zugehörigen Anoden/Kathodenspannungen auf der Y2 Achse ist eine Zellspan- nungs/Stromdichtekennlinie einer realen elektrolytischen Zelle eines schwefelsauren Kupferbades eingezeichnet. Die Zellspannung Uz ist auf der Yl Achse und die zugehörigen Stromdichten i sind auf der Xl Achse aufgetragen. Diese Uz/i -Kennlinie ermöglicht die Ermittlung der realen Stromdichten i für die im Widerstandsmodell gemessenen Anoden/Kathodenspannungen, die der Zellspannung Uz entsprechen. Die Stromdichte ist in A/dm2 und die Zell Spannungen sind in Volt aufgetragen. Der typische Verlauf dieser Uz/i-Kennlinie zeigt, dass bei Zellspannungen Uz unter 1,5 V nahezu keine Metallabscheidung erfolgen kann. Die kathodische Stromdichte i ist hier kleiner als 0,2 A/dm2. Dies reicht aber vorteilhaft aus, um eine Rücklösung von Metall zu verhindern. Im Bereich der Zellspannungen Uz von 1,5 V bis 2,5 V steigt die Stromdichte von 0,2 A/ dm2 auf 7,6 A/dm2 an. Die Kurvenschar der Anoden/Kathodenspannungen zeigt, dass bei Strömen in der linken elektrolytischen Zelle 11 ', die nur bis zu 50% der Ströme in der rechten elektrolytischen Zelle 11" betragen, Anoden/Kathodenspannungen im Bereich von 1,5 V oder kleiner auftreten. Bei diesen kleinen Anoden/Kathodenspannungen bzw. Zellspannungen findet praktisch keine Abscheidung statt. Damit wird nur in der rechten elektrolytischen Zelle 11" galvanisiert. Der Verlauf der Anoden/Kathodenspannungen bzw. Zellspannungen kann so eingestellt werden, dass ein Berg oder Tal der abgeschiedenen Schicht in der Mitte des Gutes auftritt. Der größte Berg entsteht bei links 0% und rechts 100% des Galvanisierstromes. Ein Tal entsteht in der Mitte des Gutes bei z. B. 70% links und 100% rechts des Galvanisierstromes.
Bei 100% Galvanisierstrom in beiden elektrolytischen Teilzellen 11 ', 11" verlaufen die Anoden/Kathodenspannungen völlig symmetrisch. Hierbei tritt genau in der Mitte des Gutes das größte Tal auf. Aus dem Diagramm ist zu entnehmen, dass das Tal mit einer Stromdichte i von 4,6 A/dm2 und die Berge mit Stromdichten von 7,6 A/dm2 galvanisiert werden. Die Stromdichteunterschiede Δl betragen somit in diesem gewählten Beispiel 3 A/dm2. Dies entspricht dem Stand der Technik mit einer beidseitigen Stromeinspeisung.
Die Anoden/Kathodenspannungskurve links 30% rechts 100% zeigt einen nahezu ebenen Verlauf in der rechten Teilzelle 11". Der Unterschied Δ2 der Anoden/Kathodenspannungen beträgt ca. 0,1 V entsprechend beträgt der Stromdichteunterschied in der rechten elektrolytischen Zelle 11" ca. 0,6 A/dm2. Dies bedeutet eine praktisch ebene Metallisierung auf dieser Hälfte des Gutes.
Anschließend wird der Strom gespiegelt, d. h. an der linken Seite werden 100% und auf der rechten Seite der reduzierte Strom, z. B. 30%, eingestellt. Das Ergebnis ist dann eine nahezu vollständig ebene Abscheidung des Metalls quer über das Gut. Auch der verbliebene kleine Stromdichteunterschied, der symmetrisch an den beiden Seiten und damit auf einer Kreisbahn auf dem Gut auftritt, lässt sich erfindungsgemäß einebnen. Hierzu können z. B. die Elektroden 7', 7" mittels eines Antriebes eine reversierende Bewegung in ihrer Ebene ausführen. Diese Bewegung überlagert sich mit der rotierenden Bewegung des Gutes. Das Ergebnis ist eine sich wiederholende Verlagerung der Teilungslinie(n) zwischen den Elektroden7', 7" aus der zentralen Achse des Arbeitsbehälters heraus. Somit verlagert sich auch auf dem Gut der Ort der geringfügig unterschiedlichen Behandlung. Das Ergebnis ist eine völlig ebene Metallisierung oder ein völlig gleichmäßiges elektrochemisches Ätzen.
Die Figur 5 zeigt schematisch vereinfacht die Verläufe der Schiefen Ebenen der Metallisierung quer über das Gut und durch dessen Mittelpunkt. Dargestellt sind die Situationen bei verschiedenen Stromstärken I und zwar symbolisch in Prozent, jeweils nach den Teilschritten mit den Zeiten 1 1 und 1 2 sowie nach dem vollständigen Galvanisieren des Gutes in der Zeit 1 1 + 1 2. Die Summe der Abscheidungen auf den beiden Teilkathoden 12' und 12", die statisch, d. h. ohne Relativbewegungen der Elektroden in den Zeiten 1 1 und 1 2 erfolgten, zeigt der Verlauf, der in den Figuren 5 unten dargestellt ist. Es sind dies die Ergebnisse nach dem Galvanisieren des Gutes in den elektrolytischen Zellen 11 ' und 11".
Figur 5 a zeigt den Grenzfall mit den Galvanisierstromquellen 9' und 9", die mit gleich großer Stromstärke I eingestellt und zugleich eingeschaltet wurden. Als Ergebnis befinden sich die Täler der Schiefen Ebenen im Mittenbereich des Gutes bzw. der globalen Kathode 12, bestehend aus den Teilkathoden 12', 12". Die Schichtdickenunterschiede sind mit Delta bezeichnet, das hier maximal ist.
Figur 5 b zeigt den anderen Grenzfall, bei dem für die erste Zeit 1 1 nur die Galvanisier- Stromquelle 9' zur Speisung der Teilzelle 11' mit der Teilkathode 12' eingeschaltet und in der darauf folgenden Zeit 12 nur die Galvanisierstromquelle 9" zur Speisung der Teilzelle 11" mit der Teilkathode 12" eingeschaltet ist. In der Summe ergeben sich sehr vorteilhaft die Berge der Schiefe Ebenen in der Mitte des Gutes. Auch hier ist das Delta maximal. Wegen der halben Expositionszeit im Vergleich zum Fall der Figur 5 a wird nur etwa die Hälfte des Metalls bei gleicher Expositionszeit abgeschieden.
Die Figur 5 c zeigt die Situation zwischen den beiden Grenzfällen mit zugleich eingeschalteten Galvanisierstromquellen 9' und 9" zur gleichzeitigen Speisung der Teilzellen 11 ' und 11", jedoch abwechselnd mit unterschiedlichen Stromstärken I. Diese Stromstärken I sind so eingestellt, dass die Summe der Abscheidungen eine ebene Schicht ergibt. Das Delta ist hier null. Die Einebnung der Schicht erfolgt in dieser Darstellung nach zwei Zeitabschnitten, nämlich nach 1 1 plus 1 2. Die Figur 5 d zeigt eine unvollkommene Korrektur bzw. Einebnung der Schichtdicken in beiden Teilzellen 11 ' und 11" des Gutes 1. Die Beispiele zeigen jedoch, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren allein durch Steuerung der Galvanisierströme I individuelle Verläufe der Schichtdickenverteilung erreichbar sind. Die angegebenen Stromstärken I in Prozent stellen nur erklärende Richtwerte dar.
Die Zeiten 1 1 und 12 können im Bereich von einigen Millisekunden liegen. Sie können aber auch bis zur Hälfte der gesamten erforderlichen Expositionszeit betragen. In der Praxis gibt es nach anfänglichen Versuchen Erfahrungswerte für die einzustellenden Zeiten und Stromstärken I der Gleichrichter und weiterer Parameter. Gleiches gilt für eventuell erforderliche rotierende oder schwenkende Bewegungen der Elektroden.
Bezugszeichenliste
1 Gut, Wafer
2 Halter
3 Behandlungsseite
4 Arbeitsbehälter
5 Elektrolyt 6 Pumpe
7 Elektrode anodisch, globale Anode, Teilanode, Teilelektrode
8 Auffangbehälter
9 Gleichrichter, Stromquelle, Galvanisierstromquelle,
10 Kontakt, Kontaktbereich 11 elektrolytische Zelle, elektrolytische Teilzelle, globale Zelle
12 Elektrode kathodisch, Gegenelektrode, globale Kathode, Teilkathode
13 Einlass
14 Trennwand
15 Schleifkontakt, Drehkontakt 16 Schaltkontakt mit oder ohne Serienwiderstand
I Strom, Gleichstrom, Galvanisierstrom

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum elektrochemischen Behandeln von Gut (1) mit einer mindestens an der Behandlungsseite (3) elektrisch leitfähigen Schicht als z. B. globale Kathode (12) und einer globalen löslichen oder unlöslichen Anode (7), die zusammen eine globale elektrolytische Zelle (11) bilden, sowie mit elektrischen Kontaktierungen (10) des Gutes an dessen Randbereich, insbesondere zum Galvanisieren oder Ätzen von Substraten, z. B. als Wafer in einem Cup-Plater oder ähnlichen elektrolytischen Arbeitsbehältern, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsbehälter paarweise mindestens zwei diametral angeordnete elektrolytische Teilzellen (H', 11") gebildet werden, bestehend aus Teilelektroden (7', 7") und Teilgegenkathoden (12', 12"), die von je einer im Strom (I) einstellbaren Stromquelle (9', 9") mit elektrolytischem Strom (I) versorgt werden, wobei der jeweilige Strom (I) von dem Randbereich in das Gut erfolgt, der sich auf dem Gut diametral fern der jeweiligen Teilzelle (H', 11") befindet.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Galvanisieren der kathodische Strom (I) und beim elektrolytischen Ätzen der anodische Strom (I) über den diametral fern der jeweiligen Teilzelle
(11 ', 11") befindlichen Kontaktbereich (10', 10") in das Gut eingespeist wird.
3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytischen Teilzellen (11 ' und 11") paarweise zeitgleich oder annähernd zeitgleich und abwechselnd mit unterschiedlich groß eingestellten Strömen (I) gespeist werden.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwechseln der unterschiedlichen Ströme (I) innerhalb des Zeitbereiches von einer Millisekunde bis zur Hälfte der gesamten Expositionszeit erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur bevorzugten der Behandlung des Gutes im Zentrum mit jeweils abwechselnd eingeschalteten Stromquellen (9', 9") elektrochemisch behandelt wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einebnung der erfolgten bevorzugten Mittenbehandlung durch Bevorzugung der Randgalvanisierung dadurch erfolgt, dass die elektrolytischen Teilzellen (H' und 11") mittels Schaltkontakten (16', 16") mit oder ohne Serienwiderstand elektrisch miteinander verbunden werden.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine rotierende oder reversierend schwenkende lineare oder nichtlineare Relativbewegung einschließlich des zeitweisen Stillstandes zwischen dem Gut (1) und den Teilanoden (7', 7") oder Teilkathoden (12', 12") die abgeschiedene oder geätzte Metallschicht eingeebnet wird.
8. Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Gut (1) mit einer mindestens an der Behandlungsseite (3) elektrisch leitfähigen Schicht als globale Kathode (12) und einer globalen löslichen oder unlöslichen Anode (7), die eine globale elektrolytische
Zelle (11) bilden, sowie mit elektrischen Kontaktierungen (10) des Gutes an dessen Randbereich, zum Galvanisieren oder Ätzen von Substraten, z. B. als Wafer in einem Cup-Plater oder ähnlichen elektrolytischen Arbeitsbehältern unter Verwendung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens zwei Teilanoden (T, 7"), die im Arbeitsbehälter (4) diametral zueinander und elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und von je einer Galvanisierstromquelle (9', 9") mit Galvanisierstrom gespeist werden, wobei der positive Pol der Galvanisierstromquelle (9') an der Teilanode (7') und der negative Pol dieser Galvanisierstromquelle (9') am diametral entfernten Rand des Gutes über den dort befindlichen Kontakt (10") angeschlossen ist und der positive Pol der Galvanisierstromquelle (9") an der Teilanode (7") und der negative Pol dieser Galvanisierstromquelle (9") am diametral entfernten Rand des Gutes über den dort befindlichen Kontakt (10') angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens einen Antrieb zur rotierenden oder reversierend schwenkenden Relativbewegung zwischen den
Teilelektroden (7', T) und dem Gut.
10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 9, gekennzeichnet durch Schaltkontakte (16) mit oder ohne in Serie geschalteten Widerstand zur gesteuerten elektrischen Verbindung der Teilelektroden (7', 7").
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