WO2021115746A1 - Vorrichtung zum stromlosen metallisieren einer zieloberfläche wenigstens eines werkstücks sowie verfahren und diffusorplatte hierzu - Google Patents

Vorrichtung zum stromlosen metallisieren einer zieloberfläche wenigstens eines werkstücks sowie verfahren und diffusorplatte hierzu Download PDF

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Hubert PARZEFALL
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Definitions

  • the present invention relates to a device for electroless plating of a target surface of at least one workpiece to improve the homogeneity of a deposited metal layer of a workpiece with the features of patent claim 1, a method for electroless plating of at least one workpiece with the features of claim 13 and a Diffuser plate with the features of claim 16.
  • Electroless metal deposition from an electrolyte solution is generally known in semiconductor, solar or nano technology.
  • the electroless metallization of objects, for example structured wafers has clear advantages over galvanic metallization in terms of stability and the homogeneity and conformity of the deposition technology and properties of the layers that can be achieved. It is advantageous that no devices for electrical contacting are necessary for the workpieces to be coated. It is also possible to metallize several workpieces at the same time in a so-called batch process, which significantly increases the productivity of such devices.
  • the process of electroless deposition of a metal intent requires a plating solution with a reducing agent, a metal source and a complexing agent, whereby - in addition to the control of the solution composition - parameters such as the pH value, the temperature and the composition of the metal plating solution with high Accuracy must be set, since the active initiation of a chemical reaction by means of a catalyst is extremely sensitive to the process temperature.
  • the reactions can take place both autocatalytically and as an exchange or displacement reaction.
  • the operating temperature of the electroless plating electrolyte solution may be in an area close to the Autokatalyse- temperature for a spontaneous self-Z replacing the metallization are approximate solution.
  • the occurrence of self-initiated decomposition of the electroless plating solution leads to metal deposition not only on desired areas of the target surfaces of the workpieces, but also on surfaces of the plating system, such as the reactor cell, the electrolyte solution container, the supply lines and the like.
  • self-initiated disintegration essentially the entire metal content of the electrolyte is rapidly reduced to pure metal, which could possibly clog all lines, tubes and the process basin.
  • the devices for electroless plating known from the prior art are not designed as single-wafer systems, but rather for batch processes, in order to increase the achievable principle. In order to be able to process a plurality of wafers at the same time, these are placed in holders, so-called carriers, in a basin in which the electrolyte solution is. The wafers are typically upright in the holders, with the electrolyte solution in the basin being converted permanently in order to ensure an even distribution of the reactants.
  • the electrolyte solution is introduced into the basin from below via a central inlet and can be removed from the top and fed to the circulation and heating.
  • the withdrawal can be realized, for example, via a simple overflow into an overflow basin.
  • the inlet for the electrolyte solution is arranged in the bottom of the container, the inlet being designed as a single inlet nozzle with an additional diffuser plate.
  • This diffuser plate has flow-optimized inlet openings in the form of concentric circles.
  • the layer thickness of the deposited metal varies over a wafer and there are also differences from wafer to wafer within a batch. These differences are justified on the one hand with a variation in the surface potential of the circuits on the wafer and with the hydrodynamic conditions in the process container, which increases the concentration of the reactants in the electrolyte solution varies over the surface of the target surfaces to be metallized. It has also been shown in this prior art that the inlet openings of the diffuser plates are blocked or throttled by gas bubbles.
  • the present invention is dedicated to the task of proposing an improved device for electroless plating of workpieces, which expediently eliminates the disadvantages of the devices known from the prior art, which enables uniform layer deposition within a wafer and from wafer to wafer .
  • the inventive device for electroless plating of a target surface of at least one workpiece with the features of claim 1 has a container for receiving a plating solution with an inlet for the plating solution and an outlet for the plating solution.
  • the device according to the invention has a holder for receiving the at least one workpiece, which can be arranged in the container.
  • at least one diffuser plate is provided which has a plurality of spaced apart in a plate plane Has diffuser openings, and wherein a movement device is provided which can move the diffuser plate in at least egg ner spatial direction in the container.
  • the invention is based on the idea that a movement is coupled into the reaction process through the movement of the diffuser plate, which reduces the depletion of the metallization solution on its way from the inlet to the outlet and thus increases the homogeneity and conformity of the Metallab separation can be.
  • the movement of the diffuser plate can cause additional circulation of the metallization solution in the container.
  • the movement of the diffuser plate also prevents gas bubbles from possibly getting stuck in the area of the diffuser openings of the diffuser plate, as a result of which diffuser openings are blocked. Due to the improved circulation, an improved transport of the reactants on the target surface of the workpiece can be achieved.
  • the inlet can advantageously be arranged on the bottom and / or the outlet on the top.
  • Several inlets and / or outlets can also be provided.
  • several inlets on the container can be arranged at a distance from one another in order to supply the metallization solution in several places.
  • a further advantageous embodiment of the present invention provides that the diffuser plate is net angeord between the at least one inlet of the container and the holder.
  • the movement device can move the diffuser plate in at least one recurring or cyclical movement in and against one of the spatial directions perpendicular to the plate plane.
  • the diffuser plate is thus raised and lowered by the movement device, whereby the metallization solution is forced through the diffuser opening when the diffuser plate is lowered.
  • so-called "jets" or rapids are formed on the side of the diffuser plate facing the outlet through the diffuser openings.
  • backflows are generated. The repeated formation of jets and backflows results in local impoverishment the metallization solution is reduced on its way from the inlet to the outlet and the homogeneity and conformity of the metal deposition are increased.
  • the receptacle is movable in the container.
  • the receptacle is movably arranged in the container in such a way that the receptacle follows the movement of the diffuser plate.
  • the coupling of the movement of the diffuser plate and the receptacle prevents the distance between the diffuser plate and the receptacle from being increased or decreased during the movement of the diffuser plate, whereby the effect of the movement and the flushing of the metallization solution through the jets formed does its work to miss.
  • the receptacle is arranged in a fixed position in the container during the electroless plating.
  • the receptacle is not moved in the case of agitation of the diffuser plate in the container. It has been shown that this means that the metallization solution on the target surface is effectively exchanged and updated. The uniformity of the layer is improved and makes handling easier, since the fixed arrangement of the receptacle in the container reduces the stress on the workpieces or wafers.
  • the receptacle can be moved in the container by the moving device of the diffuser plate or by a further moving device.
  • the receptacle is moved in at least two spatial directions by the movement device in the container. This movement is also referred to as agitation, the agitation in at least two spatial directions enabling improved transport of the reactants on the target surface of the workpiece.
  • the diffuser openings have a first cross-sectional area on a first side and a second cross-sectional area on a second side opposite the first side, the first cross-sectional area being larger than the second cross-sectional area.
  • the first side of the diffuser plate with the larger cross-sectional area is arranged in the container on the side facing the inlet and the second side of the diffuser plate on the side facing the receptacle.
  • the diffuser openings can preferably be conical or ke- be designed in gel form with a cone section in order to minimize pressure losses and, depending on the flow direction either as a nozzle or diffuser, accelerate or delay the metallization solution and improve the flow. Pronounced "jets" are formed through the nozzle, which on the one hand increase the degree of turbulence of the metallization solution in the basin and on the other hand can penetrate far into a space between two adjacent workpieces in the receptacle.
  • the ratio between the first cross-sectional area and the second cross-sectional area is at least 1.1, the ratio being preferably selected to be greater than 1.1, for example 1.5 or even more preferably 2 or more .
  • the diffuser openings are arranged perpendicular to the plate plane of the diffuser plate. Due to the perpendicular arrangement of the diffuser openings to the plane of the plate, the jets can also penetrate into areas in the container V that are far away from the diffuser plate.
  • a further advantageous embodiment of the present invention provides that the diffuser openings are arranged in rows in the plane of the plate, and that adjacent rows are arranged offset from one another.
  • the diffuser openings in the respective row are equidistantly arranged at a first distance, and the offset between two adjacent rows corresponds to approximately half of the first distance.
  • the second distance between two adjacent rows is smaller than the first Distance, whereby a high density of diffuser openings can be realized.
  • the rows can be arranged along a straight line or alternatively along one or more concentric circles.
  • the arrangement of the diffuser openings in the plane of the plate can also be based on other criteria.
  • the arrangement of the diffuser openings in the plane of the plate can be predetermined by the at least one workpiece and / or the receptacle.
  • the holder can accommodate several workpieces in rows, each spaced apart by an intermediate space, and / or that the diffuser openings are arranged in such a way that they are aligned with the intermediate space or are directed into the intermediate space.
  • the jets formed by the diffuser plate can therefore flow particularly well around the workpieces without hitting an obstacle, and concentration depletions are also counteracted in the places remote from the diffuser plate.
  • the diffuser plate corresponds to the shape of the container.
  • the diffuser plate kolbenar tig is held movably Lich mounted with a running gap on a wall of the container.
  • the diffuser plate consequently divides the container into a first area into which the at least one inlet opens, and a second area in which the holder can be arranged and has the outlet.
  • the gap arranged between the diffuser plate and the container is preferably made as small as possible in order to ensure that the metallization solution is forced completely through the diffuser openings of the diffuser plate.
  • a gap dimension of the gap can be a multiple of the thickness of the diffuser plate.
  • the diffuser plate has a frame which protrudes from the plate plane of at least one of the sides of the diffuser plate.
  • the frame is preferably arranged circumferentially on the side of the diffuser plate facing the gap and increases the effective length of the gap between the diffuser plate and the wall, as a result of which gap flows are reduced.
  • the frame preferably has flow guide means through which the flow is guided in the direction of the diffuser openings when the diffuser plate is lowered.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for electroless plating of a target surface of at least one workpiece with a previously presented device, having the following method steps:
  • Metallizing solution preferably continuously, is fed into the container and through its drainage metallizing solution, preferably continuously, is discharged from the Benzol ter; - Rinsing around the at least one workpiece with the metallization solution by moving the diffuser plate rela tively to the container through the jets formed by the diffuser openings in the metallization solution.
  • the core idea of the method according to the invention is based on the fact that when the diffuser plate moves in the container, the metallization solution is forced through the diffuser openings to form jets.
  • the jets flow through the metallization solution in the container as completely as possible, whereby a homogeneous distribution of the reactive electrolyte components and an accompanying more homogeneous layer deposition can be achieved.
  • the metalization solution is mixed on the side facing the inlet in the container, which avoids local excessive concentration and / or depletion of concentration and improves the homogeneity of the metal deposition over several workpieces in a batch process.
  • the diffuser plate is moved cyclically by the movement device, and that alternately jets exit from the diffuser openings in the direction of the at least one workpiece or return flows enter the diffuser openings.
  • the diffuser plate gap S can trömungen Zvi the diffuser plate and the wall of the container just rule if contribute to the mixing of the electrolyte solution.
  • the holding tion is moved with the at least one workpiece in the container by the movement device, or that the holder with the at least one workpiece in the container by a further movement device is moved independently of the diffuser plate. It can be advantageous that the further movement device moves the holder with the at least one workpiece in the two spatial directions perpendicular to the direction of movement of the diffuser plate.
  • a further development of the method provides that the holder with the at least one workpiece in the container is held firmly in one position when the diffuser plate is moved in the container.
  • the holder with the at least one workpiece can be positioned mechanically decoupled from the diffuser plate in the container filled with the metallizing solution and remain unchanged in this position until the intended metallization of the target surface of the workpiece has taken place and the holder has the least amount of egg Workpiece is removed from the container.
  • the diffuser plate for the formation of jets formed by the diffuser openings is also moved by the movement device when no holder is positioned in the container.
  • this so-called standby mode movement or agitation of the diffuser plate can lead to improved temperature control and temperature distribution in the container.
  • the agitation of the diffuser plate flows around the heater both in production mode and in standby mode and the formation of bubbles on the heater or the heating elements is reduced.
  • a third aspect of the present invention relates to a diffuser plate for the device described above and for use in the method described above.
  • An exemplary embodiment according to the invention of a device for electroless plating of a target surface we at least one workpiece and the associated method will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a simplified and schematic representation of a device according to the invention for electroless metallization of at least one workpiece having a container for receiving a metallization solution in which a diffuser plate is movably arranged,
  • FIG. 2 shows an enlarged and schematic representation of the diffuser plate according to FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a schematic detailed illustration of the diffuser plate according to FIGS. 1 and 2.
  • Figure 1 shows a device 1 for electroless metallization of a target surface of at least one workpiece 5.
  • workpieces are (not shown) wafers that are widely used as a substrate or base plate for electronic components, including for integrated circuits (IC), micromechanical components or photoelectric coatings .
  • the device 1 consists essentially of a container 10 for receiving a metallization solution (not shown) into which the workpieces 5 for metallization can be immersed.
  • a plurality of workpieces 5 is arranged in holders 20, which are designed as so-called wafer carriers, standing vertically.
  • the container 10 has a bottom side 11 and a top side 12, and is formed by a liquid-tight wall. While the top 12 is designed to be essentially open, the remaining sides are closed, as a result of which the container 10 can receive the metallization solution.
  • the container 10 also has at least one inlet 15 and an outlet 16. Preferably, several inlets 15 can be easily seen, which are arranged in a distributed manner. More preferably, the inlet 15 or the inlets 15 can be arranged on the bottom side.
  • the drain 16 is preferably arranged on the top side, the drain 16 being in the present case as an overflow 18 is staltet.
  • the metalization solution can be continuously fed into the container 10 through the inlet 15, while the outlet 16 is designed for the preferably continuous discharge of the metalization solution, whereby the metalization solution flows through the container from the inlet 15 to the outlet 16.
  • the container 10 is arranged in an overflow container which surrounds the container 10.
  • the overflow container is only shown schematically.
  • a diffuser plate 30 can be arranged who the.
  • the diffuser plate 30 can be an essentially flat plate which has a plate plane E which corresponds to the normal plane of the diffuser plate 30.
  • the diffuser plate 30 has a first side 31 and a second side 32, the first side 31 facing the lower side 11 of the container 10 and the second side 32 facing the upper side 12 of the container 10.
  • the diffuser plate 30 is movably arranged in the container 10 and can preferably be raised and lowered in a direction parallel to a normal vector of the plate plane E, which preferably points in the vertical direction, between the bottom side 11 and the top 12.
  • the shape of the diffuser plate 30 is adapted to the shape of the container 10 and a gap or a running gap is formed between the diffuser plate 30 and the container 10.
  • the diffuser plate 30 divides the container 10 into a first area 13 and a second area 14, the first area 13 enclosing a plenum between the bottom side 11 of the container 10 and the first side 31 of the diffuser plate 30 and the second area 14 enclosing the area of the Container 10 summarizes, which extends from the second side 32 of the diffuser plate 30 to the top 12.
  • a heater 42 can be arranged, which can be formed from egg ner plurality of heating elements, which can be fixedly arranged in the container 10 parallel to the diffuser plate 30.
  • the heater 42 can regulate the temperature of the metalization solution in the container.
  • the diffuser plate 30 has a multiplicity of diffuser openings 35. The respective diffuser opening 35 breaks through the diffuser plate 30 completely and connects the first side 31 to the second side 32.
  • the diffuser openings 35 can - as in the illustrated Ausry approximately example - be arranged in several rows, which are arranged paral lel and spaced from one another. In the respective row, the diffuser openings 35 are arranged at a first distance from Dl, preferably equidistantly along a straight line or in one or more concentric circles, spaced from one another. Adjacent rows run at a second distance D2. The second distance D2 is preferably smaller than the first distance D1 in order to achieve the highest possible density of diffuser openings 35 on the diffuser plate 30.
  • the diffuser openings 35 on the first side 31 and the second side 32 have different cross-sectional areas A1, A2.
  • the diffuser opening 35 has a first cross-sectional area Al and on the second side 32 the diffuser opening 35 has a second cross-sectional area A2, the first cross-sectional area Al preferably being larger than the second cross-sectional area A2.
  • the diffuser opening 35 can thus have a conical section, through which the diffuser opening 35 has a cross-sectional tapering between the first side 31 and the second side 32.
  • the frame 34 On the first side 31 is a frame 34 from the plate plane E, which is formed circumferentially along the side edge of the diffuser plate 30.
  • the frame 34 stands - as in Figure 2 is shown - free from the first side 31 in the direction of the bottom side 11 and can have a bevel formed as a flow guide center, which can be arranged on the side facing away from the gap and through which the area enclosed by the frame 34 is widened in the direction of the bottom side 11.
  • the diffuser plate 30 has holding means 36 through which the diffuser plate 30 can be immersed in the container 10 or in the metallization solution.
  • the holding means 36 comprise fastening means 37 on the side facing away from the diffuser plate 30.
  • the holding means 36 enable the diffuser plate 30 to be immersed or lowered into the container 10, the holding means 36 preferably being designed in such a way that the fastening means 37 protrude from the top 12 of the container 10 when the diffuser plate 30 is lowered.
  • the device 1 also has a movement device 40, which is arranged laterally next to the basin 10 in FIG.
  • the movement device 40 is connected to the fastening means 37 at the free end of the holding means 36 via an agitation frame 45.
  • the movement device 40 can have any drive configuration that can generate a movement that can be transmitted to the diffuser plate 30 by means of the agitation frame 45, the fastening means 37 and the holding means 36.
  • the moving device 40 can raise and lower the diffuser plate 30 in the container 10, the diffuser plate 30 being lowered in the direction of the diffuser plate 30 the bottom side 11 is moved and when lifting the diffuser plate 30 is moved in the direction of the top 12.
  • the diffuser plate 30 When the diffuser plate 30 is lowered, the metallization solution enclosed in the first loading area 13 is forced into the diffuser openings 35 and emerges on the second side 32 from the respective diffuser opening 35 in a rapids, a so-called "jet", which then flows into the second Area 14.
  • the metallization solution flows from the second area 14 in the direction of the first area 13, the backflowing metallization solution being mixed in the first area 13 with the metallization solution supplied through the inlet 15.
  • the heater 42 is flowed around , whereby the formation of bubbles on the heater 42 can be reduced and a homogeneous temperature distribution can be realized.
  • the movement device 40 can preferably raise and lower the diffuser plate 30 cyclically, whereby alternating jets and backflows are formed which flush through the second region 14 of the container 10 and the metalization solution located there is mixed. This counteracts a local depletion of the metallization solution in the second region 14.
  • the holder 20 can be immersed in the metalization solution in the container 10 through the open top 12. How As can be seen from FIG. 1, the holder 20 is positioned on the side of the diffuser plate 30 facing the top side 12 in the metallization solution in the container 10.
  • the holder 20 with the at least one workpiece 5 can be arranged on the side of the diffuser plate 30 facing the top 12 and positions the at least one workpiece 5 such that the workpiece 5 is washed around by the jets formed by the movement of the diffuser plate 30.
  • the holder 20 can follow a lowering and raising of the diffuser plate 30, which is why the distance between the at least one workpiece 5 and the diffuser plate 30 is constant during the electroless plating of the workpiece 5.
  • the holder 20 in the container 10 can be arranged stationary and the distance between the diffuser plate 30 and the holder 20 is variable.
  • the at least one workpiece 5 is first inserted into the holder 20. After inserting the at least one workpiece 5 in the holder 20, the holder 20 is positioned in the container 10 filled with a metallization solution, so that the workpieces 5 or the target surfaces of the workpieces 5 are completely lowered or completely penetrated in the metallization solution the metallization solution has been washed around. As soon as the holder 20 is completely lowered into the metallization solution in the container 10, the at least one workpiece 5 with the metallization solution is washed around by moving the diffuser plate 30 by means of the moving device 40 through the jets formed by the diffusor openings 35. It is still before geous if while moving the diffuser plate 30 the Metallizing solution is fed continuously through the inlet 15 into the container 10 and is likewise discharged through the outlet 16. The flow rate through the inlet 15 is preferably approx. 5-201 / min.
  • the diffuser plate 30 is preferably raised and lowered cyclically by the moving device 40, as a result of which jets emerge from the diffuser openings 35 again.
  • the raising and lowering can be described as a sinusoidal or cyclical movement with approximately 20 periods, the amplitude or the stroke of the diffuser plate 30 being approximately 30mm.
  • the jets mix the metallization solution in the second area 14 of the container 10 with the at least one workpiece 5, whereby a mixing of the metallization solution in this second area 14 counteracts a local depletion of the reactants of the metallization solution and the uniformity or layer thickness distribution on the target surface is improved.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks (5), aufweisend einen Behälter (10) zur Aufnahme einer Metallisierungslösung mit einem Zulauf (15) und einem Ablauf (16) für die Metallisierungslösung, und eine Halterung (20) zur Aufnahme des wenigstens eines Werkstücks (5), die in dem Behälter (10) anordenbar ist, wobei wenigstens eine Diffusorplatte (30) zwischen dem wenigstens einen Zulauf (15) und der Halterung (20) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von in einer Plattenebene (E) beabstandeten Diffusoröffnungen (35) aufweist, und wobei eine Bewegungseinrichtung (40) vorgesehen ist, die die Diffusorplatte (30) in wenigstens einer Raumrichtung in dem Behälter (10) bewegen kann. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum stromlosen Metallisieren der Zieloberfläche des wenigstens eines Werkstücks (5).

Description

Vorrichtung zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks sowie Verfahren und Diffusorplatte hierzu
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum strom losen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstückes zur Verbesserung der Homogenität einer abgeschie denen Metallschicht eines Werkstücks mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1, ein Verfahren zum stromlosen Metallisieren wenigstens eines Werkstücks mit den Merkmalen des Patentan spruchs 13 und eine Diffusorplatte mit den Merkmalen des An spruchs 16.
Vorrichtungen und Verfahren zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt. Die stromlose Metallabscheidung aus einer Elektrolytlösung ist in der Halbleiter-, Solar- oder Nano-Technologie allgemein be kannt. Das stromlose Metallisieren von Gegenständen, bei spielsweise strukturierten Wafern hat gegenüber der galvani schen Metallisierung deutliche Vorteile hinsichtlich der Be ständigkeit sowie der Homogenität und Konformität der Abschei dungstechnologie und Eigenschaften der erzielbaren Schichten. Vorteilhaft ist, dass keine Vorrichtungen zur elektrischen Kontaktierung für die zu beschichtenden Werkstücke notwendig sind. Auch ist es möglich, mehrere Werkstücke gleichzeitig in einem sogenannten Batch-Prozess zu metallisieren, wodurch die Produktivität derartiger Vorrichtungen erheblich gesteigert ist. Auch kann als Vorteil genannt werden, dass durch den rein chemischen Abscheidungsprozess auf dem Werkstück keine Start schicht (seed-layer) vorgesehen sein muss. Der Vorgang des stromlosen Abscheidens einer Metallabsicht er fordert eine Metallisierungslösung mit einem Reduktionsmittel, eine Metallquelle und ein komplexbildendes Mittel, wobei - zu sätzlich zu der Kontrolle der Lösungszusammensetzung - auch Parameter wie der PH-Wert, die Temperatur und die Zusammenset zung der Metallplattierungslösung mit hoher Genauigkeit einzu stellen sind, da das aktive in Gang setzen einer chemischen Reaktion mittels eines Katalysators äußerst empfindlich auf die Prozesstemperatur reagiert. Die Reaktionen können sowohl autokatalytisch als auch als Austausch- oder als Verdrängungs reaktion ablaufen.
Typischerweise kann die Betriebstemperatur der stromlosen Elektrolytlösung in einem Bereich nahe an der Autokatalyse- Temperatur für eine spontane SelbstZersetzung der Metallisie rungslösung liegen. Das Auftreten eines selbst in Gang gesetz ten Zerfalls der stromlosen Metallisierungslösung führt zu ei ner Metallabscheidung nicht nur auf gewünschten Bereichen der Zieloberflächen der Werkstücke, sondern auch auf Oberflächen der Metallisierungsanlage, etwa der Reaktorzelle, dem Elektro lytlösungs-Behälter, den Zuführleitungen und dergleichen. In ausgeprägten Fällen von selbst initiiertem Zerfall wird im We sentlichen der gesamte Metallinhalt des Elektrolyts rasch zu reinem Metall reduziert, wodurch möglicherweise alle Leitun gen, Röhren und das Prozessbecken verstopft werden könnten.
Als Folge davon ist großer Aufwand erforderlich, um die Metal lisierungslösung chemisch mit z.B. Salpetersäure und weiteren Chemikalien zu entfernen, wobei gleichzeitig die gesamten teu ren Elektrolytkomponenten verloren gehen. Zudem muss der mög licher Weise auch toxische Abfall entsorgt werden, was ferner deutlich zu den Betriebskosten einer Vorrichtung zum stromlo sen Metallisieren beitragen wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum stromlosen Metallisieren werden zur Erhöhung des erzielbaren Grundsatzes nicht als Single-Wafer Anlagen, sondern für Batch- Prozesse ausgelegt. Um eine Mehrzahl von Wafern gleichzeitig prozessieren zu können, werden diese in Halterungen, sogenann ten Carrier in ein Becken, in dem die Elektrolytlösung ist, eingebracht. Typischerweise sind die Wafer senkrecht stehend in den Halterungen, wobei die Elektrolytlösung in dem Becken dauerhaft umgesetzt wird, um eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionspartner zu gewährleisten.
Typischerweise wird die Elektrolytlösung von unten über einen zentralen Zulauf in das Becken eingebracht und kann an der Oberseite entnommen und der Umwälzung und Erwärmung zugeführt werden. Die Entnahme kann beispielsweise über einen einfachen Überlauf in ein Überlaufbecken realisiert werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist der Zulauf für die Elektrolytlösung im Boden des Behälters an geordnet, wobei der Zulauf als einziger Zulaufstutzen mit ei ner zusätzlichen Diffusorplatte ausgebildet ist. Diese Dif fusorplatte hat strömungsoptimierte Einlassöffnungen in Form von konzentrischen Kreisen.
Bei dem vorliegenden Stand der Technik hat es sich als nach teilig erwiesen, dass die Schichtdicke des abgeschiedenen Me talls über einen Wafer variiert und auch von Wafer zu Wafer innerhalb eines Batches Unterschiede bestehen. Diese Unter schiede werden einerseits mit einer Variation im Oberflächen potenzial der Schaltkreise auf dem Wafer und mit den hydrody namischen Bedingungen in dem Prozess-Behälter begründet, wodurch die Konzentration der Reaktanten der Elektrolytlösung über die Oberfläche der zu mit metalliesierenden Zieloberflä chen variiert. Auch hat sich bei diesem Stand der Technik ge zeigt, dass die Einlassöffnungen der Diffusorplatten durch Gasbläschen verstopft oder gedrosselt werden.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Die vorliegende Erfindung widmet sich der Aufgabe, eine ver besserte Vorrichtung zum stromlosen Metallisieren von Werkstü cken vorzuschlagen, die in zweckmäßigerweise die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zu besei tigt, die eine gleichmäßige Schichtabscheidung innerhalb eines Wafer sowie von Wafer zu Wafer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum stromlosen Me tallisieren wenigstens eines Werkstücks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und eine Diffusorplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfin dung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 weist einen Behälter zur Aufnahme einer Metallisierungslösung mit einem Zulauf für die Metalli sierungslösung und einen Ablauf für die Metallisierungslösung auf. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halterung zur Aufnahme des wenigstens einen Werkstücks auf, die in dem Behälter anordnenbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Diffusorplatte vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von in einer Plattenebene beabstandeten Diffusoröffnungen aufweist, und wobei eine Bewegungseinrich tung vorgesehen ist, die die Diffusorplatte in wenigstens ei ner Raumrichtung in dem Behälter bewegen kann.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass durch die Bewegung der Diffusorplatte eine Bewegung in den Reaktionsprozess ein gekoppelt wird, durch die eine Verarmung der Metallisierungs lösung auf ihrem Weg von dem Zulauf zu dem Ablauf verringert wird und damit die Homogenität und Konformität der Metallab scheidung erhöht werden kann. Durch die Bewegung der Diffusor platte kann eine zusätzliche Umwälzung der Metallisierungslö sung in dem Behälter erfolgen. Auch wird durch die Bewegung der Diffusorplatte verhindert, dass sich möglicherweise Gas blasen im Bereich der Diffusoröffnungen der Diffusorplatte festsetzen, wodurch Diffusoröffnungen versperrt werden. Durch die verbesserte Umwälzung kann ein verbesserter Transport der Reaktanten auf der Zieloberfläche des Werkstücks erreicht wer den.
Vorteilhafter Weise kann der Zulauf bodenseitig angeordnet sein und/oder der Ablauf oberseitig. Auch können mehrere Zu- und/oder Abläufe vorgesehen sein. Insbesondere können mehrere Zuläufe an dem Behälter zueinander beabstandet angeordnet sein, um die Metallisierungslösung an mehreren Stellen ver teilt zuzuführen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Er findung sieht vor, dass die Diffusorplatte zwischen dem we nigstens einen Zulauf des Behälters und der Halterung angeord net ist. Durch eine derartige Anordnung der Diffusorplatte wird die aus dem Zulauf in den Behälter einströmende Metalli sierungslösung durchmischt und homogen verteilt, bevor die Me- tallisierungslösung durch die Diffusoröffnungen der Diffusor platte in Richtung des wenigstens einen Werkstücks strömen kann.
Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bewegungs einrichtung die Diffusorplatte in wenigstens einer wiederkeh renden oder zyklischen Bewegung in und entgegen einer der Raumrichtungen senkrecht zu der Plattenebene bewegen kann. Die Diffusorplatte wird somit durch die Bewegungseinrichtung ange hoben und abgesenkt, wodurch beim Absenken der Diffusorplatte die Metallisierungslösung durch die Diffusoröffnung gezwängt wird. Durch diese erzwungene Strömung werden auf der dem Ab lauf zugewandten Seite der Diffusorplatte durch die Diffusor öffnungen sogenannte „Jets" bzw. Stromschnellen ausgebildet. Dahingegen werden bei einem Anheben der Diffusorplatte Rück strömungen erzeugt. Durch die wiederholte Ausbildung von Jets und Rückströmungen wird eine lokale Verarmung der Metallisie rungslösung auf ihrem Weg vom Zulauf zum Ablauf verringert und die Homogenität und Konformität der Metallabscheidung erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Er findung sieht vor, dass die Aufnahme in dem Behälter beweglich ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Aufnahme derart in dem Behälter beweglich angeordnet ist, dass die Aufnahme der Bewegung der Diffusorplatte folgt. Durch die Kopplung der Bewegung der Diffusorplatte und der Aufnahme wird verhindert, dass bei der Bewegung der Diffusorplatte der Abstand zwischen der Diffusorplatte und der Aufnahme vergrößert bzw. verringert wird, wodurch der Effekt der Bewegung und dem Durchspülen der Metallisierungslösung durch die ausgebildeten Jets ihre Wir kung verfehlen. Weiterhin kann es nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung vor gesehen sein, dass die Aufnahme in dem Behälter während des stromlosen Metallisierens in einer festen Position angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Aufnahme wird bei einer Agitation der Diffusorplatte in dem Behälter nicht bewegt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Metallisierungslösung auf der Ziel oberfläche gut ausgetauscht und nachgeführt wird. Die Unifor- mity der Schicht wird verbessert und erleichtert das Handling, da die feste Anordnung der Aufnahme in dem Behälter den Stress für die Werkstücke bzw. Wafer reduziert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme durch die Be wegungseinrichtung der Diffusorplatte oder durch eine weitere Bewegungseinrichtung in dem Behälter beweglich ist. Insbeson dere ist es bevorzugt, wenn die Aufnahme in wenigstens zwei Raumrichtungen durch die Bewegungseinrichtung in dem Behälter bewegt wird. Diese Bewegung wird auch als Agitation bezeich net, wobei die Agitation in wenigstens zwei Raumrichtungen ei nen verbesserten Transport der Reaktanten auf der Zieloberflä che des Werkstücks ermöglicht.
Nach Maßgabe einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der vor liegenden Erfindung weisen die Diffusoröffnungen auf einer ersten Seite eine erste Querschnittsfläche auf und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite eine zweite Querschnittsfläche auf, wobei die erste Querschnittsfläche größer bemessen ist als die zweite Querschnittsfläche. Insbe sondere ist es bevorzugt, wenn die erste Seite der Diffusor platte mit der größeren Querschnittsfläche in dem Behälter auf der dem Zulauf zugewandten Seite angeordnet ist und die zweite Seite der Diffusorplatte auf der der Aufnahme zugewandten Seite. Die Diffusoröffnungen können bevorzugt konisch bzw. ke- gelförmig mit einem Kegelabschitt ausgebildet sein, um Druck verluste zu minimieren und in Abhängigkeit von der Durchströ mungsrichtung entweder als Düse oder Diffusor die Metallisie rungslösung beschleunigen oder verzögern und die Strömung ver bessert zu führen. Durch die Düse werden ausgeprägte „Jets" ausgebildet, die den Turbulenzgrad der Metallisierungslösung einerseits in dem Becken erhöhen und andererseits weit in ei nen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Werkstücken in der Aufnahme eindringen können.
Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis zwischen der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche mindestens 1,1 beträgt, wobei be vorzugt das Verhältnis größer als 1,1 gewählt ist, beispiels weise 1,5 oder noch weiter bevorzugt 2 oder mehr.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dif fusoröffnungen senkrecht zu der Plattenebene der Diffusor platte angeordnet sind. Durch die senkrechte Anordnung der Diffusoröffnungen zu der Plattenebene können die Jets auch in weit von der Diffusorplatte entfernte Bereiche in dem Behälter Vordringen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Er findung sieht vor, dass die Diffusoröffnungen reihenweise in der Plattenebene angeordnet sind, und das benachbarte Reihen zueinander versetzt angeordnet sind. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der jeweiligen Reihe die Diffusoröffnungen äquidistant in einem ersten Abstand angeord net sind, und der Versatz zwischen zwei benachbarten Reihen in etwa der Hälfte des ersten Abstandes entspricht. Weiterhin hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Abstand zwischen zwei benachbarten Reihen kleiner ist als der erste Abstand, wodurch eine hohe Dichte an Diffusoröffnungen reali siert werden kann. Die Reihen können entlang einer Geraden an geordnet sein oder alternativ entlang eines oder mehrerer kon zentrischer Kreise. Anzumerken ist, dass die Anordnung der Diffusoröffnungen in der Plattenebene auch aufgrund anderer Kriterien erfolgen kann. Beispielsweise kann die Anordnung der Diffusoröffnungen in der Plattenebene durch das wenigstens eine Werkstück und/oder die Aufnahme vorgegeben werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Halterung meh rere Werkstücke reihenweise durch jeweils einen Zwischenraum beabstandet aufnehmen kann, und/oder dass die Diffusoröffnun gen derart angeordnet sind, dass diese auf den Zwischenraum ausgerichtet sind bzw. in den Zwischenraum gerichtet sind. Die durch die Diffusorplatte ausgebildeten Jets können somit ohne auf ein Hindernis zu treffen die Werkstücke besonders gut um strömen und Konzentrationsverarmungen werden auch in der von der Diffusorplatte entlegenen Stellen entgegengewirkt.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Diffusorplatte mit der Form des Behälters korrespondiert. Ins besondere ist es bevorzugt, wenn die Diffusorplatte kolbenar tig mit einem Laufspalt an einer Wandung des Behälters beweg lich gelagert gehalten ist. Die Diffusorplatte unterteilt den Behälter folglich in einen ersten Bereich, in den der mindes tens eine Zulauf mündet, und einen zweiten Bereich, in dem die Halterung anordnenbar ist und den Ablauf aufweist. Der zwi schen der Diffusorplatte und dem Behälter angeordneter Spalt ist bevorzugt möglichst klein ausgebildet, um sicherzustellen, dass die Metallisierungslösung vollständig durch die Diffusor öffnungen der Diffusorplatte gezwängt wird. Allerdings sollte bei der Dimensionierung des Spaltes berücksichtigt werden, dass der Spalt zur Vermeidung von größeren Druckschwankungen in dem ersten Bereich nicht zu klein bemessen ist, da derar tige Druckschwankungen sowohl den Behälter als auch die Peri pherie wie Leitungen, Pumpen o.Ä. beschädigen könnten. Ein Spaltmaß des Spaltes kann ein Mehrfaches einer Dicke der Dif- fusorplatte betragen.
Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Diffusor platte einen Rahmen aufweist, der von der Plattenebene von mindestens einer der Seiten der Diffusorplatte absteht. Der Rahmen ist bevorzugt umlaufend ausgebildet auf der dem Spalt zugewandten Seite der Diffusorplatte angeordnet und erhöht die effektive Länge des Spaltes zwischen der Diffusorplatte und der Wandung, wodurch Spaltsströmungen reduziert werden. Bevorzugt weist der Rahmen Strömungsleitmittel auf, durch die die Strömung bei einem Absenken der Diffusorplatte in Richtung der Diffusoröffnungen geführt ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks mit einer zuvor vorgestellten Vor richtung, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
— Einsetzen wenigstens eines Werkstücks in die Aufnahme;
— Positionieren der Aufnahme in dem mit einer Metallisie- rungslösung befüllten Behälter, durch dessen Zulauf die
Metallisierungslösung, bevorzugt kontinuierlich, in den Behälter zugeführt wird und durch dessen Ablauf Metalli sierungslösung, bevorzugt kontinuierlich, aus dem Behäl ter abgeführt wird; — Umspülen des wenigstens einen Werkstücks mit der Metalli sierungslösung durch das Bewegen der Diffusorplatte rela tiv zu dem Behälter durch die durch die Diffusoröffnungen ausgebildeten Jets in der Metallisierungslösung.
Die Kernidee des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Tatsache, dass bei einer Bewegung der Diffusorplatte in dem Behälter die Metallisierungslösung durch die Diffusoröffnungen zur Bildung von Jets gezwungen wird. Die Jets durchströmen die Metallisierungslösung in dem Behälter möglichst vollumfäng lich, wodurch eine homogene Verteilung der reaktiven Elektro lytkomponenten und eine damit einhergehende homogenere Schich tabscheidung erreicht werden kann. Gleichzeitig wird die Me tallisierungslösung auf der dem Zulauf zugewandten Seite in dem Behälter durchmischt, wodurch lokale Konzentrationsüberhö hungen und/oder Konzentrationsverarmungen vermieden werden und die Homogenität der Metallabscheidung über mehrere Werkstücke hinweg in einem Batch-Prozess verbessert werden kann.
Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Dif fusorplatte zyklisch durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, und dass abwechselnd aus den Diffusoröffnungen in Rich tung des wenigstens einen Werkstücks entweder Jets austreten oder in die Diffusoröffnungen Rückströmungen eintreten. Bei der Bewegung der Diffusorplatte können SpaltStrömungen zwi schen der Diffusorplatte und der Wandung des Behälters eben falls zur Durchmischung der Elektrolytlösung beitragen.
Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Halte rung mit dem wenigstens einen Werkstück in dem Behälter durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, oder dass die Halterung mit dem wenigstens einen Werkstück in dem Behälter durch eine weitere Bewegungseinrichtung unabhängig von der Diffusorplatte bewegt wird. Es kann vorteilhaft sein, dass die weitere Bewe gungseinrichtung die Halterung mit dem wenigstens einen Werk stück in den zwei Raumrichtungen senkrecht zu der Bewegungs richtung der Diffusorplatte bewegt.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Halte rung mit dem wenigstens einen Werkstück in dem Behälter beim Bewegen der Diffusorplatte in dem Behälter in einer Position fest gehalten wird. Die Halterung mit dem wenigstens einen Werkstück kann mechanisch Entkoppelt von der Diffusorplatte in dem mit der Metallisierungslösung befüllten Behälter positio niert werden und an dieser Position solange unverändert blei ben, bis die vorgesehene Metallisierung der Zieloberfläche des Werkstücks erfolgt ist und die Halterung mit dem wenigsten ei nen Werkstück aus dem Behälter entfernt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Diffusorplatte zur Bil dung von durch die Diffusoröffnungen ausgebildeten Jets auch dann durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, wenn keine Halterung in dem Behälter positioniert ist. In diesem soge nannten Standbybetrieb kann eine Bewegung bzw. Agitation der Diffusorplatte zu einer verbesserten Temperierung und Tempera turverteilung in dem Behälter führen. Für den Fall, dass in dem Behälter eine Heizung vorgesehen ist, wird durch die Agi tation der Diffusorplatte sowohl im Produktionsbetrieb als auch im Standbybetrieb die Heizung umströmt und eine Blasen bildung an der Heizung bzw. den Heizelementen reduziert.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Diffusorplatte für die zuvor beschriebene Vorrichtung und zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Verfahren. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeich nungen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vor richtung zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche we nigstens eines Werkstücks sowie das zugehörige Verfahren im Detail beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte und schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum stromlosen Metalli sieren wenigstens eines Werkstücks aufweisend einen Behälter zur Aufnahme einer Metallisierungslösung, in dem eine Diffusorplatte beweglich angeordnet ist,
Figur 2 eine vergrößerte und schematische Darstellung der Diffusorplatte gemäß Figur 1, und
Figur 3 eine schematische Detaildarstellung der Diffusor platte gemäß Figuren 1 und 2.
Nachfolgend werden gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in den einzelnen Figuren nicht alle gleichen oder funktional gleichen Teile mit einer Bezugsziffer versehen.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstückes 5. Derartige Werkstücke sind (nicht dargestellte) Wafer, die verbreitet als Substrat oder Grundplatte für elektronische Bauelemente, unter anderem für integrierte Schaltkreise (IC) mikromechanische Bauelemente oder photoelektrische Beschichtungen verwendet werden. Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 10 zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) Metallisierungslö sung, in die die Werkstücke 5 zur Metallisierung eingetaucht werden können.
Im dem beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Werkstücken 5 in Halterungen 20, die als soge nannten Wafer-Carriern ausgebildet sind, senkrecht stehend an geordnet.
Der Behälter 10 weist eine Bodenseite 11 und eine Oberseite 12 auf, und ist durch eine flüssigkeitsdichte Wandung gebildet. Während die Oberseite 12 im Wesentlichen offen ausgebildet ist, sind die verbleibenden Seiten verschlossen, wodurch der Behälter 10 die Metallisierungslösung aufnehmen kann. Weiter hin weist der Behälter 10 mindestens einen Zulauf 15 sowie ei nen Ablauf 16 auf. Bevorzugt können mehrere Zuläufe 15 vorge sehen sein, die verteilt angeordnet sind. Weiter bevorzugt kann der Zulauf 15 oder können die Zuläufe 15 bodenseitig an geordnet sein. Der Ablauf 16 ist vorzugsweise oberseitig ange ordnet, wobei der Ablauf 16 vorliegend als Überlauf 18 ausge staltet ist. Durch den Zulauf 15 kann kontinuierlich die Me tallisierungslösung in den Behälter 10 zugeführt werden, wäh renddessen der Ablauf 16 zum bevorzugt kontinuierlichen Abfüh ren der Metallisierungslösung ausgebildet ist, wodurch die Me tallisierungslösung durch den Behälter von dem Zulauf 15 zu dem Ablauf 16 strömt. Um die durch den Überlauf austretende Metallisierungslösung aufzufangen, ist der Behälter 10 in ei nem Überlaufbehälter, der den Behälter 10 umgibt, angeordnet. Der Überlaufbehälter ist wie der Behälter 10 selbst nur sche matisch dargestellt. In dem Behälter 10 kann eine Diffusorplatte 30 angeordnet wer den. Die Diffusorplatte 30 kann eine im Wesentlichen ebene Platte sein, die eine Plattenebene E aufweist, welche der Nor malenebene der Diffusorplatte 30 entspricht. Die Diffusor platte 30 weist eine erste Seite 31 und eine zweite Seite 32 auf, wobei die erste Seite 31 der Unterseite 11 des Behälters 10 zugewandt ist und die zweite Seite 32 der Oberseite 12 des Behälters 10.
Die Diffusorplatte 30 ist in dem Behälter 10 beweglich ange ordnet und kann bevorzugt in einer Richtung parallel zu einem Normalenvektor der Plattenebene E, welcher vorzugsweise in Vertikalrichtung zeigt, zwischen der Bodenseite 11 und der Oberseite 12 abgehoben und abgesenkt werden. Hierzu ist die Form der Diffusorplatte 30 an die Form des Behälters 10 ange passt und zwischen der Diffusorplatte 30 und dem Behälter 10 ist ein Spalt bzw. ein Laufspalt ausgebildet.
Die Diffusorplatte 30 unterteilt den Behälter 10 in einen ers ten Bereich 13 und einen zweiten Bereich 14, wobei der erste Bereich 13 ein Plenum zwischen der Bodenseite 11 des Behälters 10 und der ersten Seite 31 der Diffusorplatte 30 einschließt und der zweite Bereich 14 den Bereich des Behälters 10 um fasst, der sich von der zweiten Seite 32 der Diffusorplatte 30 bis zur Oberseite 12 erstreckt.
In dem ersten Bereich 13 kann zwischen der Diffusorplatte 30 und dem Zulauf 15 eine Heizung 42 angeordnet sein, die aus ei ner Mehrzahl von Heizelementen gebildet sein kann, die in dem Behälter 10 parallel zu der Diffusorplatte 30 ortsfest ange ordnet sein können. Die Heizung 42 kann die Temperatur der Me tallisierungslösung in dem Behälter regeln. Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, weist die Diffusor platte 30 eine Vielzahl von Diffusoröffnungen 35 auf. Die je weilige Diffusoröffnung 35 durchbricht die Diffusorplatte 30 vollständig und verbindet die erste Seite 31 mit der zweiten Seite 32.
Die Diffusoröffnungen 35 können - wie im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel - in mehreren Reihen angeordnet sein, die paral lel und beabstandet zueinander angeordnet sind. In der jewei ligen Reihe sind die Diffusoröffnungen 35 in einem ersten Ab stand Dl, bevorzugt äquidistant entlang einer geraden Linie o- der in einem oder mehreren konzentrischen Kreisen, zueinander beabstandet angeordnet. Benachbarte Reihen verlaufen in einem zweiten Abstand D2. Der zweite Abstand D2 ist vorzugsweise kleiner als der erste Abstand Dl, um eine möglichst hohe Dichte an Diffusoröffnungen 35 auf der Diffusorplatte 30 zu bewerkstelligen.
Den Figuren 2 und 3 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Dif fusoröffnungen 35 auf der ersten Seite 31 und der zweiten Seite 32 unterschiedliche Querschnittsflächen Al, A2 aufwei sen. Auf der ersten Seite 31 weist die Diffusoröffnung 35 eine erste Querschnittsfläche Al auf und auf der zweiten Seite 32 weist die Diffusoröffnung 35 eine zweite Querschnittsfläche A2 auf, wobei bevorzugt die erste Querschnittsfläche Al größer ist als die zweite Querschnittsfläche A2. Die Diffusoröffnung 35 kann somit einen Kegelabschnitt aufweisen, durch welchen die Diffusoröffnung 35 zwischen der ersten Seite 31 und der zweiten Seite 32 eine Querschnittsverjüngung aufweist.
Auf der ersten Seite 31 steht von der Plattenebene E ein Rah men 34 ab, welcher umlaufend entlang der Seitenkante der Dif fusorplatte 30 ausgebildet ist. Der Rahmen 34 steht - wie in Figur 2 gezeigt ist - frei von der ersten Seite 31 in Richtung der Bodenseite 11 ab und kann eine als Strömungsleitmitte aus gebildete Fase aufweisen, die auf der von dem Spalt abgewand ten Seite angeordnet sein kann und durch die die von dem Rah men 34 umschlossene Fläche in Richtung der Bodenseite 11 auf geweitet wird.
Weiterhin ist der Figur 2 zu entnehmen, dass die Diffusor platte 30 Haltemittel 36 aufweist, durch die die Diffusor platte 30 in den Behälter 10 bzw. in die Metallisierungslösung eingetaucht werden kann. Die Haltemittel 36 umfassen auf der von der Diffusorplatte 30 abgewandten Seite Befestigungsmittel 37.
Die Haltemittel 36 ermöglichen es, die Diffusorplatte 30 in den Behälter 10 einzutauchen bzw. abzusenken, wobei die Halte mittel 36 vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass die Be festigungsmittel 37 im abgesenkten Zustand der Diffusorplatte 30 aus der Oberseite 12 des Behälters 10 herausragen.
Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus eine Bewegungseinrich tung 40 auf, welche in der Figur 1 seitlich neben dem Becken 10 angeordnet ist. Die Bewegungseinrichtung 40 ist über einen Agitationsrahmen 45 mit den Befestigungsmitteln 37 an dem freien Ende der Haltemittel 36 verbunden. Die Bewegungsein richtung 40 kann einen beliebig ausgestalteten Antrieb aufwei sen, der eine Bewegung erzeugen kann, die mittels des Agitati onsrahmens 45, der Befestigungsmittel 37 und der Haltemittel 36 auf die Diffusorplatte 30 übertragen werden kann.
Bevorzugt kann die Bewegungseinrichtung 40 die Diffusorplatte 30 in dem Behälter 10 anheben und absenken, wobei beim Absen ken der Diffusorplatte 30 die Diffusorplatte 30 in Richtung der Bodenseite 11 bewegt wird und beim Anheben die Diffusor platte 30 in Richtung der Oberseite 12 bewegt wird.
Beim Absenken der Diffusorplatte 30 wird die in dem ersten Be reich 13 eingeschlossene Metallisierungslösung in die Dif fusoröffnungen 35 gezwängt und treten auf der zweiten Seite 32 aus der jeweiligen Diffusoröffnung 35 in einer Stromschnelle, einem sogenannten „Jet" aus, der sich anschließend in dem zweiten Bereich 14 ausbreitet. Beim Anheben der Diffusorplatte 30 strömt die Metallisierungslösung von dem zweiten Bereich 14 in Richtung des ersten Bereichs 13, wobei die zurückgeströmte Metallisierungslösung in dem ersten Bereich 13 mit der durch den Zulauf 15 zugeführten Metallisierungslösung vermischt wird. Dabei wird die Heizung 42 umströmt, wodurch eine Blasen bildung an der Heizung 42 reduziert werden kann und eine homo gene Temperaturverteilung realisiert werden kann.
Die größeren Querschnittsflächen Al der Diffusoröffnungen 35 auf der ersten Seite 31 führen die Metallisierungslösung dü senartig in Richtung der zweiten Seite 32, wobei beim Absenken der Diffusorplatte 30 ohne weiteres Gasbläschen durch die Dif fusoröffnungen 35 gezwängt werden.
Die Bewegungseinrichtung 40 kann bevorzugt die Diffusorplatte 30 zyklisch Anheben und Absenken, wodurch abwechselnd Jets und Rückströmungen ausgebildet werden, die den zweiten Bereich 14 des Behälters 10 durchspülen und die sich dort befindende Me tallisierungslösung durchmischt wird. Dadurch wird einer loka len Verarmung der Metallisierungslösung in dem zweiten Bereich 14 entgegengewirkt.
Die Halterung 20 kann durch die offene Oberseite 12 in die Me tallisierungslösung in dem Behälter 10 eingetaucht werden. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, wird die Halterung 20 auf der der Oberseite 12 zugewandten Seite der Diffusorplatte 30 in der Metallisierungslösung in dem Behälter 10 positioniert.
Die Halterung 20 mit dem mindestens einen Werkstück 5 kann auf der der Oberseite 12 zugewandten Seite der Diffusorplatte 30 angeordnet werden und positioniert das mindestens eine Werk stück 5 derart, dass das Werkstück 5 durch die von der Bewe gung der Diffusorplatte 30 ausgebildeten Jets umspült wird.
Die Halterung 20 kann einem Absenken und einem Anheben der Diffusorplatte 30 folgen, weshalb der Abstand zwischen dem mindestens einen Werkstück 5 und der Diffusorplatte 30 beim stromlosen Metallisieren des Werkstückes 5 konstant ist. Al ternativ kann die Halterung 20 im dem Behälter 10 ortsfest an geordnet werden und der Abstand zwischen der Diffusorplatte 30 und der Halterung 20 ist veränderlich.
Zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche des wenigs tens einen Werkstücks 5 wird zunächst das wenigstens eine Werkstück 5 in die Halterung 20 eingesetzt. Nach dem Einsetzen des wenigstens einen Werkstücks 5 in der Halterung 20, wird die Halterung 20 in dem mit einer Metallisierungslösung be- füllten Behälter 10 positioniert, sodass die Werkstücke 5 bzw. die Zieloberflächen der Werkstücke 5 vollständig in der Metal lisierungslösung abgesenkt bzw. vollständig durch die Metalli sierungslösung umspült sind. Sobald die Halterung 20 vollstän dig in die Metallisierungslösung in dem Behälter 10 abgesenkt ist, wird das wenigstens eine Werkstück 5 mit der Metallisie rungslösung durch das Bewegen der Diffusorplatte 30 mittels der Bewegungseinrichtung 40 durch die von den Diffusoröffnun gen 35 ausgebildeten Jets umspült. Dabei ist es weiterhin vor teilhaft, wenn während des Bewegens der Diffusorplatte 30 die Metallisierungslösung kontinuierlich durch den Zulauf 15 in den Behälter 10 zugeführt wird und gleichermaßen durch den Ab lauf 16 abgeführt wird. Bevorzugt beträgt die Durchflussmenge durch den Zulauf 15 ca. 5 - 201/min.
Die Diffusorplatte 30 wird bevorzugt zyklisch durch die Bewe gungseinrichtung 40 angehoben und abgesenkt, wodurch wieder kehrend aus den Diffusoröffnungen 35 Jets austreten. Das Anhe ben und Absenken kann als sinusförmige oder zyklische Bewegung mit ca. 20 Perioden beschrieben werden, wobei die Amplitude bzw. der Hub der Diffusorplatte 30 ca. 30mm beträgt. Die Jets durchmischen die Metallisierungslösung in dem zweiten Bereich 14 des Behälters 10 mit dem wenigstens einen Werkstück 5, wodurch eine Durchmischung der Metallisierungslösung in diesem zweiten Bereich 14 einer lokalen Verarmung der Reaktanten der Metallisierungslösung entgegenwirkt und die Uniformity oder Schichtdickenverteilung auf der Zieloberfläche verbessert wird.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
5 Werkstück
10 Behälter
11 Bodenbereich
12 Oberseitenbereich
13 erster Bereich
14 zweiter Bereich
15 Zulauf
16 Ablauf 18 Überlauf 20 Halterung
30 Diffusorplatte
31 erste Seite
32 zweite Seite
34 Rahmen
35 Diffusoröffnung
36 Haltemittel
37 Befestigungsmittel 40 Bewegungseinrichtung 42 Heizung 45 Agitationsrahmen
E Plattenebene

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum stromlosen Metallisieren einer Zieloberfläche wenigstens eines Werkstücks (5), aufwei send:
— einen Behälter (10) zur Aufnahme einer Metallisie rungslösung mit einem Zulauf (15) und einem Ablauf (16) für die Metallisierungslösung, und
— eine Halterung (20) zur Aufnahme des wenigstens eines Werkstücks (5), die in dem Behälter (10) anordenbar ist,
— wobei wenigstens eine Diffusorplatte (30) zwischen dem wenigstens einen Zulauf (15) und der Halterung (20) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von in ei ner Plattenebene (E) beabstandeten Diffusoröffnun gen (35) aufweist, und
— wobei eine Bewegungseinrichtung (40) vorgesehen ist, die die Diffusorplatte (30) in wenigstens ei ner Raumrichtung in dem Behälter (10) bewegen kann .
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bewegungseinrichtung (40) die Diffusorplatte (30) in wenigstens einer wiederkehrenden Bewegung in einer der Raumrichtungen senkrecht zu der Plattenebene (E) bewegen kann.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aufnahme (20) in dem Behälter (10) beweglich ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halterung (20) durch die Bewegungseinrichtung (40) oder eine weitere Bewegungseinrichtung in dem Behälter (10) beweglich ist, oder dass die Halterung (20) posi tionsfest in dem Behälter (10) anordenbar ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine erste Querschnittsfläche (Al) der Diffusoröffnung (35) auf einer ersten Seite (31) der Diffusorplatte (30) größer bemessen ist als eine zweite Querschnitts fläche (A2) auf einer der der ersten Seite (31) gegen überliegenden zweiten Seite (32).
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Verhältnis zwischen der ersten Querschnittsfläche (Al) und der zweiten Querschnittsfläche (A2) mindestens 1,1 beträgt, also A1/A2 > 1,1.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Diffusoröffnungen (35) in die wenigstens eine Raum richtung ausgerichtet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Diffusoröffnungen (35) reihenweise in der Platten ebene (E) angeordnet sind und dass benachbarte Reihen zueinander versetzt angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halterung (20) mehrere Werkstücke (5) reihenweise durch Zwischenräume beabstandet aufnehmen kann, und/o der dass die Diffusoröffnungen (30) auf bzw. in die Zwischenräume gerichtet sind.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Diffusorplatte (30) mit der Form des Behälters (10) korrespondiert .
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Diffusorplatte (30) einen Rahmen (34) aufweist, der von der Plattenebene (E) von mindestens einer der Sei ten (31, 32) absteht.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Rahmen (34) Strömungsleitmittel aufweist, durch die die Metallisierungslösung in Richtung der Diffusoröff nungen geführt werden kann.
13. Verfahren zum stromlosen Metallisieren einer Zielober fläche wenigstens eines Werkstücks (5), insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
— Einsetzen wenigstens eines Werkstücks (5) in die Halterung (20),
— Positionieren der Halterung (20) in dem mit einer Metallisierungslösung befüllten Behälter und — Umspülen des wenigstens einen Werkstücks (5) mit der Metallisierungslösung durch das Bewegen der Diffusorplatte (30) zur Bildung von durch die Dif fusoröffnungen (35) ausgebildeten Jets in der Me tallisierungslösung.
14. Verfahren nach Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h, dass die Diffusorplatte (30) zyklisch durch die Bewegungs einrichtung (40) bewegt wird, und dass abwechselnd aus den Diffusoröffnungen (35) die Jets austreten und durch in die Diffusoröffnungen (35) einströmende Rückströmun gen erzeugt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h, dass die Halterung (20) mit dem wenigsten einen Werkstück
(5) in dem Behälter (10) durch die Bewegungseinrichtung (40) bewegt wird oder dass die Halterung (20) mit dem wenigsten einen Werkstück (5) in dem Behälter (10) durch eine weitere Bewegungseinrichtung unabhängig von der Diffusorplatte (30) bewegt wird.
16. Diffusorplatte (30) für eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder für das Verfahren nach ei nem der Ansprüche 13 bis 15.
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