EP3830320A1 - Strömungsgenerator, abscheidevorrichtung und verfahren zum abscheiden eines materials - Google Patents

Strömungsgenerator, abscheidevorrichtung und verfahren zum abscheiden eines materials

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Publication number
EP3830320A1
EP3830320A1 EP19758331.3A EP19758331A EP3830320A1 EP 3830320 A1 EP3830320 A1 EP 3830320A1 EP 19758331 A EP19758331 A EP 19758331A EP 3830320 A1 EP3830320 A1 EP 3830320A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyte
flow
flow generator
object holder
housing
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.)
Pending
Application number
EP19758331.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Bay
Konrad Kaltenbach
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.)
RENA Technologies GmbH
Original Assignee
RENA Technologies 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 RENA Technologies GmbH filed Critical RENA Technologies GmbH
Publication of EP3830320A1 publication Critical patent/EP3830320A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/10—Agitating of electrolytes; Moving of racks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D17/005—Contacting devices
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D17/008—Current shielding devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D17/06—Suspending or supporting devices for articles to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a flow generator, a separating device and a method for separating a material than on a surface of an object.
  • the ohmic resistance or the impedance of a component which depends on the layer thickness, is an important physical variable of the component. If the component has an inhomogeneous layer thickness, this can have undesirable effects on the electrical properties of the component.
  • the present invention is based on the object of providing a flow generator, a separating device and a method for separating a material, by means of which improved layers, in particular more homogeneous layers, can be deposited.
  • the invention enables a more homogeneous flow of an object to be coated with an electrolyte.
  • the invention makes it possible to meet the increasing requirements for layer thickness distribution and layer quality, in particular with regard to the homogeneity to be achieved. Consequently, better, more powerful components, in particular semiconductor components or elements, with narrower specifications can be manufactured with the invention.
  • the invention can be used advantageously, inter alia, in electrochemical coating (electroplating) of objects, such as for example substrates, predominantly with copper, but also with nickel, gold, silver and / or tin.
  • the invention can be used to advantage in galvanic or electrochemical deposition on ceramic substrates for active or passive components, in particular those components which are used in high-frequency technology and radio frequency technology, and also in depositions Semiconductors, especially semiconductor substrates, and circuit boards.
  • the flow generator according to the invention has an electrolyte supply device for supplying an electrolyte and an electrolyte distribution device.
  • an electrolyte is understood to be a liquid which contains ions which can move in a directed manner under the influence of an electric field.
  • the ions are preferably metal ions.
  • the electrolyte distribution device has at least one first distributor plate.
  • the electrolyte distribution device has at least one further distributor plate, which is arranged downstream of the first distributor plate in a flow direction of the electrolyte.
  • the first and the further distributor plates are advantageously arranged parallel to one another.
  • a two-stage homogenization can be an electrolyte S trömung realisie ren.
  • a Vorhomoge nization the electrolyte S trömung be achieved.
  • Use the other distribution plate a fine homogenization of the pre-homogenized electrolyte S can then be trömung achieved.
  • At least one of the said distributor plates in particular each of the distributor plates mentioned, can for example one plate provided with openings through which the electrolyte can flow, preferably a perforated plate.
  • the electrolyte distribution device can have at least one distributor pipe which is arranged upstream of the first distributor plate in the flow direction of the electrolyte. This is advantageously connected to the electric lytzu Glassvoriques the flow generator.
  • the splitting can errohr for prehomogenization an electrolyte S to be used trömung.
  • the first manifold plate and given if any, further distribution plate can in this case for further homogenization of using the manifold pre-homogenized electrolyte S trömung be used.
  • the distributor pipe has outlet openings on its side facing away from the first distributor plate.
  • the distributor pipe On its side facing the first distributor plate, on the other hand, the distributor pipe preferably has no outlet openings.
  • the separation device according to the invention for depositing a material on a surface of an object has a flow generator according to the invention and an object holder.
  • a preferred use of the deposition device is its use for the galvanic deposition of a metal layer on an object to be coated.
  • the object on which the material is to be deposited is releasably attachable to the object holder.
  • the object holder can be designed, for example, as a frame with an opening provided for receiving the object.
  • the dimensions of this opening preferably correspond to the dimensions of the object to be coated.
  • the object holder is arranged parallel to the distributor plate or to the distributor plates of the electrolyte distribution device.
  • the flow generator comprises a housing which is open on one side and has an outflow opening facing the object holder.
  • the housing forms a "Anströmkasten", which serves an electrolyte S trömung to the specimen holder or, if the secured object to be coated on the object holder, to lead to the object.
  • Use of the housing can be in particular a vertical flow of the to reach the coating object with the electrolyte.
  • the housing is connected to the electrolyte supply device, so that the electrolyte can be introduced into the housing via the electrolyte supply device.
  • Said electrolyte distribution device is preferably arranged in the housing.
  • a range forming the housing which is located downstream in the flow direction of the electrolyte, the electrolyte distribution apparatus, a flow channel through an opening formed in the housing electrolyte S trömung to the object holder and the object to be coated is passed.
  • the housing is preferably arranged at a distance from the object holder. It can thereby be achieved that a gap is formed between the housing and the specimen holder is, via which the electrolyte S flow formed in the housing can flow after a deflection on a surface of the object to be coated, in particular can flow to all sides.
  • the distance is at most 2 cm, preferably at most 1.5 cm, particularly preferably at most 1 cm. This can avoid that it trömung before impinging on the electrolyte S comes trömung object to be coated to a significant expansion of the electrolyte S. A value of 3 to 5 mm has been found to be particularly advantageous as the distance.
  • the outflow opening of the housing is visually matched in height and / or width to the height and / or width of the opening of the object holder provided for receiving the object. This prevents flow lines from spreading or constricting between the housing and the object holder.
  • the outflow opening of the housing is dimensioned such that its width corresponds to at least 80%, in particular at least 90%, of the width of the opening of the object holder provided for receiving the object and / or its height at least 80%, in particular at least 90 % corresponds to the height of the opening of the object holder provided for receiving the object.
  • the outflow opening of the housing is dimensioned such that its width corresponds at most to 120%, in particular at most 110%, to the width of the opening of the object holder provided for receiving the object and / or its height is at most 120%, in particular at most 110 %, which corresponds to the height of the opening of the object holder provided for receiving the object.
  • the width of the outflow opening of the Housing is equal to the width of the opening provided for receiving the object of the object holder and / or the height of the outflow opening of the housing is equal to the height of the opening of the object holder provided for receiving the object.
  • the deposition device comprises an anode through which the electrolyte can flow. This can be arranged, for example, between the electrolyte distribution device and the object holder.
  • the anode can, for example, be a grid-shaped anode, in particular made of an expanded metal.
  • the anode is preferably arranged in the housing of the flow generator.
  • the anode is advantageously arranged parallel to the distributor plate or to the distributor plates of the electrolyte distribution device.
  • the anode is matched in terms of its height and / or width to the height and / or width of the opening of the object holder provided for receiving the object. This can prevent electrical field lines from spreading or contracting between the anode and the object holder.
  • the anode is dimensioned such that its width corresponds to at least 80%, in particular at least 90%, of the width of the opening of the object holder provided for receiving the object and / or its height at least 80%, in particular at least 90 % corresponds to the height of the opening of the object holder intended for receiving the object. It can further be provided that the anode is dimensioned such that its width is at most 120%, in particular at most at least 110% corresponds to the width of the opening of the object holder provided for receiving the object and / or its height corresponds to at most 120%, in particular at most 110%, to the height of the opening of the object holder provided for receiving the object.
  • the width of the anode is preferably equal to the width of the opening of the object holder provided for receiving the object and / or the height of the anode is equal to the height of the opening of the object holder provided for receiving the object.
  • the anode is preferably an insoluble anode, that is to say an anode that does not dissolve in the electrolyte.
  • titanium or platinized titanium can be used as the anode material.
  • a metal supply in the electrolyte can follow via a replenishment of metal-containing substances, such as copper oxide or Fe2 + / Fe3 +.
  • the flow generator may trömung a flow aperture for partially shielding an electrolyte S and / or for partial shielding from the anode of outgoing electric field lines have.
  • the flow orifice is preferably arranged between the anode and the specimen holder. The flow orifice makes it possible to compensate for special features of the object layout in order to achieve a homogeneous layer thickness distribution on the object.
  • the object holder has a plurality of contacting points for electrically contacting the object, in particular for electrically contacting an edge of the object.
  • the contact points are preferably equidistant over an edge of a provided for receiving the object opening of the object holder arranged distributed.
  • the object holder only has the contact points on one of its two sides.
  • the object holder is preferably equipped with contact points on each of its sides.
  • the same number of contact points can be provided on both sides of the object holder, for example eight contact points per side.
  • the separating device can also have an overflow basin with an overflow weir.
  • the flow generator is preferably arranged in the overflow basin.
  • the overflow basin can be filled with an electrolyte, in particular up to the edge of the overflow weir.
  • the separating device can have a drain pipe, in particular a drain pipe provided with holes, for leading the electrolyte out of the overflow basin.
  • a drain pipe in particular a drain pipe provided with holes, for leading the electrolyte out of the overflow basin.
  • the drain pipe is arranged under the object holder.
  • the longitudinal extension of the drain pipe preferably runs in the horizontal direction. It is further preferred if the drain pipe and the object holder are arranged such that they have a common plane of symmetry.
  • the separating device comprises a collecting basin, in which at least part of the overflow basin is arranged.
  • the catch basin can be used to collect electrolyte that has escaped from the overflow basin so that it can be used again.
  • the separating device can have a first pump connected to the catch basin for pumping the electrolyte out of the catch basin and for conveying the electrolyte pumped out of the catch basin to the electrolyte supply device of the flow generator.
  • the separating device can have a second pump connected to the drain pipe for pumping the electrolyte out of the drain pipe and for conveying the electrolyte pumped out of the drain pipe into the collecting basin.
  • an alternative embodiment provides for the electrolyte to be discharged from the drain pipe without the aid of a pump by means of gravity and, if necessary, to be directed into the collecting basin.
  • a valve especially a regulating valve may be used.
  • the separating device can comprise two drain pipes arranged to the side of the object holder for discharging the electrolyte from the overflow basin.
  • the longitudinal extent of these two drain pipes preferably runs in the vertical direction.
  • iques comprising the separator for a we their pumps, preferably for each of their pumps, trömung a flow sensor for measuring a volume flow of the respective pump by flowing electrolyte S.
  • the separating device has a further flow generator, which is preferably constructed identically to the first-mentioned flow generator.
  • the object holder is advantageously arranged between the two flow generators. It is particularly preferred if the two flow generators are arranged mirror-symmetrically with respect to the object holder. By using two flow generators, it is possible to coat the object from both sides at the same time.
  • the separating device can comprise at least one voltage source, in particular at least one DC voltage source.
  • the separating device preferably comprises a separate voltage source for each of its flow generators.
  • an electrolyte is brought up to the surface of the object.
  • the method according to the invention is advantageously carried out with the aid of the separation device according to the invention.
  • the object is preferably a disk-shaped object, in particular with a square shape. It is particularly preferred if the object is aligned vertically during the implementation of the method, for example using the aforementioned object holder.
  • the object can be or comprise a substrate, in particular a ceramic substrate.
  • the object is or comprises a substrate with active or passive elements arranged thereon, in particular semiconductor components. The elements are expediently separated after the separation.
  • the material which is deposited on said surface of the object in the method can in particular be a metallic material.
  • the object can be an electrically conductive base layer, in particular a metallic one
  • the base layer on which the material is deposited.
  • the base layer can contain, for example, copper, nickel, gold, silver and / or tin.
  • a flow of the electrolyte oriented parallel or substantially parallel to a surface normal of the surface of the object is formed. This flow is preferably formed using the flow generator according to the invention.
  • the wording “parallel or substantially parallel to a surface normal” in the preceding paragraph can be understood in the sense of the invention in particular that the ge flow of the electrolyte is oriented at an angle of at most 10 °, preferably at most 5 °, to the surface normal is.
  • the electrolyte is preferably brought up to the surface of the object by means of the flow of the electrolyte mentioned.
  • the flow of the electrolyte mentioned is deflected at the surface of the object and is guided away from the object along the surface, preferably parallel or substantially parallel to the surface of the object.
  • the deflected flow is preferably guided away from the object on all sides.
  • the wording “parallel or essentially parallel to the surface of the object” can be understood in the sense of the invention in such a way that the flow of the electrolyte mentioned after the deflection at an angle of at most 10 °, preferably at most 5 °, is aligned with the surface.
  • the volume flow of the downward partial flow is preferably set such that the volume flow of the downward partial flow is equal to or substantially the same as the volume flow of the upward partial flow.
  • the wording “identical or essentially identical” can be understood in particular in such a way that there is a difference of at most 10%, preferably at most 5%, between the sizes compared with one another.
  • the volume flow of the downward partial flow can be set, for example, using the aforementioned first pump, in particular by adjusting the delivery rate of the pump.
  • part of the flow of the electrolyte mentioned is deflected laterally and forms a partial flow directed towards the left, viewed from the front of the surface of the object, and a further part of the flow of the electrolyte is deflected sideways and one - in Frontal view of said surface of the object viewed - partial flow directed to the right is formed.
  • the volume flow of the partial flow directed to the left and the volume flow of the partial flow directed to the right, in particular with the aid of pumps, are set such that they are the same or substantially the same as the volume flow of the partial flow directed upward.
  • the object is flown against both the front side and the rear side by an electrolyte flow aligned with the object.
  • the object is coated on both sides, which is particularly advantageous when the object contains elements to be coated both on its front side and on its back.
  • the front of the object is subjected to a different electrical current than the rear of the object, for example by applying a different voltage between the anode of the first-mentioned flow generator and the object holder than between the anode of the further flow generator and the object holder.
  • This can be particularly advantageous if the front and the back of the object are designed differently and should therefore also be coated differently.
  • the method is preferably a galvanic coating method in which a metal layer, in particular a copper, nickel, gold, silver and / or tin layer, is deposited on the object.
  • Figure 1 is a schematic representation of a Abscheidevorrich device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a front view of an object holder of the separating device and an object to be coated, which is detachably attached to the object holder;
  • Figure 3 is a schematic representation of a Abscheidevorrich device according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of a Abscheidevorrich device according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a separating device 1 in a schematic representation.
  • the separating device 1 is used for separating a material, in particular for galvanically depositing a metal layer, on a surface of an object.
  • the separating device 1 comprises two flow generators 2a, 2b of identical construction and a vertically suspended object holder 3, to which an object 4 to be coated is detachably fastened.
  • the two flow generators 2a, 2b are arranged mirror-symmetrically with respect to the object holder 3.
  • first flow generator 2a and second flow generator 2b are referred to as first flow generator 2a and second flow generator 2b.
  • the object 4 to be coated is a substrate, in particular a ceramic substrate, with elements arranged thereon, such as active or passive semiconductor components, and a thin metallic base layer surrounding the substrate.
  • the object to be coated has a square shape and has an edge length of approximately 200 mm and a thickness between 200 pm and 1000 pm.
  • Said metallic base layer (referred to in the art also as "seed S chicht") surrounding the substrate over the entire surface, using the substrate edges of time.
  • the metallic base layer is a copper layer, in particular a masked and structured copper layer.
  • the metallic base layer is reinforced with the aid of the deposition device 1 in a galvanic deposition process. That is, in the present exemplary embodiment, copper is deposited on the existing copper layer, which is the metallic one, using the separating device 1
  • Base layer forms, deposited.
  • the separating device 1 comprises an overflow basin 5 with an overflow weir 6. Both flow generators 2a, 2b are in the Overflow basin 5 arranged.
  • Figure 1 shows the Abscheidevor device 1 in a state in which the overflow basin 5 is filled with an electrolyte 7 to the edge of its overflow weir 6.
  • the separating device 1 comprises a collecting basin 8, in which the overflow basin 5 is arranged.
  • the separator 1 comprises a perforated drain pipe 9, the longitudinal extension of which extends in the horizontal direction and which is arranged under the object holder 3 in such a way that the drain pipe 9 and the object holder 3 have a common plane of symmetry.
  • the two flow generators 2a, 2b of the separating device 1 each comprise a spaced apart from the object holder 3 on an ordered, one-sided open housing 10 with an outflow opening 11 facing the object 4 to be coated.
  • the two flow generators 2a, 2b each include an electrolyte supply device 12 and one electrolyte V ertei averaging device. 13
  • the electrolyte distribution device 13 of the respective flow generator 2a, 2b comprises a first distributor plate 14 and a further distributor plate 15, the two distributor plates 14, 15 being arranged parallel to one another and parallel to the object holder 3 and as perforated plates with from
  • Electrolytes 7 through which openings are formed.
  • the two distributor plates 14, 15 of the respective flow generator 2a, 2b are arranged in its housing 10.
  • the two distributor plates 14, 15 of the respective flow generator 2a, 2b divide the housing 10 into a first chamber 16, a second chamber 17 and a flow channel 18, the first chamber 16 from a parallel to the outflow opening 11 side wall 19 of the housing 10 to the first distributor plate 14 he stretches, the second chamber 17 extends from the first distributor plate 14 to the second distributor plate 15 and the flow channel 18 from the second distributor plate 15 over the remaining part of the housing 10 extends.
  • the separating device 1 also has in each of the two housings 10 a through which the electrolyte 7, lattice-shaped anode 20, which is arranged between the electrolyte distribution device 13 of the respective flow generator 2a, 2b and the object holder 3.
  • Both the respective anode 20 and the outflow opening 11 of the respective housing 10 are dimensioned such that their width and height correspond approximately to the width and height of the object 4 to be coated.
  • the term “width” refers to an extension perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1.
  • the separating device 1 comprises a first pump 21 for pumping the electrolyte 7 out of the collecting basin 8 and for conveying the electrolyte 7 pumped out of the collecting basin 8 to the electrolyte supply device 12 of the respective flow generator 2a, 2b.
  • the separating device 1 comprises a second pump 22 for pumping the electrolyte 7 out of the drain pipe 9 and for conveying the electrolyte 7 pumped out of the drain pipe 9 into the collecting basin 8.
  • the first pump 21 is connected to the collecting basin 8 via a fluid line 23 and connected via a further fluid line 23 to the electrolyte supply devices 12 of the two flow generators 2a, 2b, while the second pump 22 is connected via a fluid line 23 to the drain pipe 9 and via a further fluid line 23 to the catch basin 8. Further comprising the separator 1 for each of its pump 21, 22, a flow sensor 24 for measuring a Volu menstroms a respective pump 21, 22 by flowing electrolyte trömung S.
  • the separating device 1 comprises a DC voltage source 25 for each of its flow generators 2a, 2b.
  • the respective DC voltage source 25, as can be seen from FIG. 1, is via electrical lines 26 with the anode 20 arranged in the associated flow generator 2a, 2b and with the object holder 3 connected.
  • the respective flow generator 2a, 2b in its housing 10, a flow aperture 27 which is disposed between the in the housing 10 of the respective flow generator 2a, 2b arranged anode 20 and the object holder 3 and trömung for partially shielding an electrolyte S and the partial shielding from the anode 20 outgoing electrical field lines.
  • FIG. 2 shows the aforementioned object holder 3 and the object 4 to be coated, which is detachably attached to the object holder 3, in a frontal view.
  • the object holder 3 is designed as a frame and has an opening provided for receiving the object 4, which, however, is not visible in FIG. 2 because the object 4 to be coated is arranged therein.
  • the object holder 3 has on its front a plurality of contacting points 29, in the present case eight contacting points 29, for electrical contacting of the object 4, which are in electrical contact on the front of the object 4 with its edge 30.
  • the object holder 3 On its rear side, which is not visible in FIG. 2, the object holder 3 has the same number of contact points 29 for electrical contacting of the object 3, which are in electrical contact on the rear side of the object 4 with its edge 30.
  • the front contact points 29 are electrically connected to one of the two DC voltage sources 25, while the rear contact points 29 are electrically connected to the other of the two DC voltage sources 25.
  • the contact points 29 are equidistantly distributed over the edge of the opening intended for receiving the object 4 opening of the object holder 3 and thus also equidistantly distributed over the edge 30 of the object 4.
  • the mode of operation of the separating device 1 is described below with reference to FIG. 1. Since, as previously mentioned, the two flow generators 2a, 2b are constructed identically to one another, the operation of the separating device 1 is, for the sake of simplicity, described by way of example using one of the two flow generators 2a, 2b, more precisely using the first flow generator 2a.
  • the following explanations apply analogously to the second flow generator 2b. That is, both flow generators 2a, 2b are used to coat the object 4 to be coated with the electrolyte 7 flow towards, so that the object 4 is homogeneously coated on both sides.
  • the electrolyte 7 is introduced into the housing 10 of the first flow generator 2a, more precisely into the first chamber 16 of the housing 10, via the electrolyte supply device 12 of the first flow generator 2a.
  • an electrolyte S tro mung 31 which flows through the first manifold plate 14 and is thereby pre-homogenized by the first manifold plate 14 forms.
  • the pre-homogenized electrolyte S flow 31 then flows through the second chamber 17 of the housing 10 and the further distributor plate 15, the electrolyte S flow 31 during
  • Flow through the further distribution plate 15 is further homogenized. From the flow channel 18 of the housing 10, the homogenized electrolyte flows S trömung 31 then through the flow orifice 11 of the housing 10 perpendicularly or substantially perpendicularly onto the object to be coated. 4
  • the electrolyte S is trömung on the surface to be coated 28 of the object 4 is deflected 31 and parallel or Wesentli surfaces parallel to said surface 28 of the object 4 Wegge leads.
  • a portion of the electrolyte S trömung 31 is deflected upward and forms a reverse upward flow section 32a.
  • Another part of the electrolyte S trömung 31 is deflected downward, forming a downward partial flow 32b.
  • Said partial flows 32a, 32b flow through a gap between the object holder 3 and the housing 10 of the first flow generator 2a.
  • the volume flow of the downward partial flow 32b is set such that the volume flow of the downward partial flow 32b is equal to the volume flow of the downstream upstream partial flow 32a. This can be achieved, for example, by setting the delivery rates of the two pumps 21, 22 such that the two flow sensors 24 measure the same volume flow.
  • the downward partial flow 32b flows through the holes of the drain pipe 9 into the drain pipe 9, while the upward partial flow 32a flows over the overflow weir 6 out of the overflow basin 5.
  • the electrolyte 7 is pumped out of the drain pipe 9 and conveyed into the collecting basin 8.
  • the electrolyte 7 located in the collecting basin 8 is pumped out of the collecting basin 8 and conveyed to the electrolyte supply device 12 of the first flow generator 2a.
  • an electrical voltage is present between the anode 20 arranged in the housing 10 of the first flow generator 2a and the object holder 3, an electrical voltage is present. Since the object 4 is in electrical contact with the object holder 3 via the contact points 29, the same voltage is also present between said anode 20 and the object 4. Consequently, there is an electric field between said anode 20 and the object holder 3, through which ions contained in the electrolyte 7 are guided to the object 4 to be coated. Due to the previously described configuration of the anode 20 and the object holder 3, this electric field has homogeneous electric field lines, so that the object 4 is acted upon by a homogeneous ion current.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second deposition device 33 for depositing a material, in particular for the galvanic deposition of a metal layer, on a surface of an object.
  • This separating device 33 also has a first and egg nen second flow generator 2a, 2b, the two flow generators 2a, 2b being constructed identically to one another.
  • the electrolyte distribution device 13 of the respective flow generator 2a, 2b does not have two distributor plates, but rather only a single distributor plate 14.
  • the electrolyte distribution device 13 of the respective flow generator 2a, 2b has a distributor tube 34 which is arranged between the distributor plate 14 and the side wall 19 of the housing 10 arranged parallel to the flow opening 11 and on its side facing away from the distributor plate 14 or the side wall 19 facing side has a plurality of outlets.
  • the distributor pipe 34 of the respective flow generator 2a, 2b is connected to its electrolyte supply device 12.
  • the operation of the separating device 33 is, for the sake of simplicity, exemplarily based on one of the two flow generators 2a, 2b, more precisely on the basis of the first flow generator 2a.
  • the following explanations apply analogously to the second flow generator 2b.
  • the electrolyte 7 is introduced into the distributor pipe 34 of the first flow generator 2a via the electrolyte supply device 12 of the first flow generator 2a.
  • the electrolyte 7 exits via the outlet openings of the distributor pipe 34 from the distributor pipe 34, a pre-homogenized electric lyt flow 31 being formed.
  • This prehomogenized elect rolyte flow 31 meets the side wall 19 of the housing 10 of the first flow generator 2a, is deflected thereon and flows from the side wall 19 further to the distributor plate 14.
  • the electrolyte S flow 31 then flows through the distributor plate 14, the electrolyte S flow 31 is further homogenized when flowing through the distributor plate 14.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a third deposition device 35 for depositing a material, in particular for the galvanic deposition of a metal layer, on a surface of an object.
  • This separator 35 also has an overflow basin 5 and a catch basin 8, in the present exemplary embodiment only part of the overflow basin 5, more precisely only the upper part of the overflow basin 5, is arranged within the catch basin 8.
  • the separating device 35 from FIG. 4 does not have two pumps, but only a single pump 21.
  • the separating device 35 has a reservoir 36 and a valve 37.
  • Said pump 21 is connected on the input side via a fluid line 23 to the reservoir 36 and on the output side via a further fluid line 23 to the electrolyte supply devices 12 of the flow generators 2a, 2b.
  • the memory 36 is on the input side via a fluid line 23 with the catch basin 8 and via a further fluid line 23, to which a flow sensor 38 is connected, with the drain pipe 9 connected.
  • the electrolyte 7 located in the collecting basin 8 and the electrolyte 7 located in the drain pipe 9 are removed by means of gravity from the catch basin 8 or from the drain pipe 9.
  • the valve 37 more precisely by a corresponding setting of the valve position, it can be achieved that the volume flow of the overflow basin 5 via the flow pipe 9 leaving partial flow of the electrolyte 7 is equal to the volume flow of a partial flow leaving the overflow basin 5 via the overflow weir 6 of the electrolyte 7.
  • Whether the volume flow of the overflow basin 5 via the drain pipe 9 partial flow is equal to the volume flow of the partial flow leaving the overflow basin 5 via the overflow weir 6 can be determined by means of the two flow sensors 24, 38 of the separating device 35.
  • the flow sensor 38 which is connected to the fluid line 23 between the reservoir 36 and the drain pipe 9, measures half the value as the other flow sensor 24, the on If the fluid line 23 is connected between the pump 21 and the electrolyte supply devices 12 of the two flow generators 2a, 2b, the volume flow of the partial flow leaving the overflow basin 5 via the drain pipe 9 is equal to the volume flow of the overflow basin 5 leaving the overflow weir 6 partial flow.
  • the electrolyte 7 is pumped out of the reservoir 36 and conveyed to the electrolyte supply devices 12 of the two flow generators 2a, 2b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungsgenerator (2a, 2b), der eine Elektrolytzuführvorrichtung (12) zur Zuführung eines Elektrolyten (7) sowie eine Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) mit einem solchen Strömungsgenerator (2a, 2b) und ein Verfahren zum Abscheiden eines Materials auf einer Oberfläche (28) eines Objekts (4).

Description

Strömungsgenerator, Abscheidevorrichtung und Verfahren zum
Abscheiden eines Materials
Die Erfindung betrifft einen Strömungsgenerator, eine Abschei devorrichtung sowie ein Verfahren zum Abscheiden eines Materi als auf einer Oberfläche eines Objekts.
Die Anforderungen an Schichtdickenverteilung und Schichtquali tät von auf Objekten abgeschiedenen Schichten steigen stetig, vor allem im Hinblick auf die zu erreichende Homogenität. Dies gilt insbesondere für galvanisch abgeschiedene Schichten auf Bauelementen, welche beispielweise in der Radio- oder Hochfre quenztechnik zum Einsatz kommen.
Da in der Radio- und Hochfrequenztechnik oftmals hohe Ströme verwendet werden, ist der ohmsche Widerstand bzw. die Impedanz eines Bauelements, der/die von maßgeblich von der Schichtdicke abhängig ist, eine wichtige physikalische Größe des Bauele ments. Weist das Bauelement eine inhomogene Schichtdicke auf, kann dies unerwünschte Auswirkungen auf die elektrischen Ei genschaften des Bauelements haben.
Bislang erfolgt die Anströmung zu beschichtender Objekte mit einem Elektrolyten über Verteilerrohre, Eduktoren, Venturi-Dü- sen oder dergleichen. Eine Anströmung dieser Art führt zu ei ner chaotischen und unkontrollierbaren Verwirbelung des Elekt rolyten in unmittelbarer Nähe der Objekte. Die Produkte sind dadurch in der Qualität limitiert. Durch die chaotische An strömung, geringen Kontaktpunkte und nicht gerichteten elek trischen Feldlinien kann erfahrungsgemäß keine homogene
Schichtdickenverteilung garantiert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsgenerator, eine Abscheidevorrichtung und ein Verfah ren zum Abscheiden eines Materials bereitzustellen, mittels welchen verbesserte Schichten, insbesondere homogenere Schich ten, abgeschieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegen stände der unabhängigen Patentansprüche.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegen stand abhängiger Patentansprüche. Der erfindungsgemäße Strö mungsgenerator oder die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung können vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einge setzt werden.
Die Erfindung ermöglicht eine homogenere Anströmung eines zu beschichtenden Objekts mit einem Elektrolyten. Dadurch erlaubt es die Erfindung, den steigenden Anforderungen an Schichtdi ckenverteilung und Schichtqualität, insbesondere im Hinblick auf die zu erreichende Homogenität, gerecht zu werden. Folg lich lassen sich mit der Erfindung bessere, leistungsfähigere Bauteile, insbesondere Halbleiterbauteile oder -elemente, mit engeren Spezifikationen hersteilen.
Die Erfindung ist u.a. vorteilhaft verwendbar beim elektroche mischen Beschichten (Galvanisieren) von Objekten, wie zum Bei spiel von Substraten, vorwiegend mit Kupfer, aber auch mit Ni ckel, Gold, Silber und/oder Zinn. Beispielweise kann die Er findung vorteilhaft eingesetzt werden bei galvanischen oder elektrochemischen Abscheidungen auf Keramiksubstraten für ak tive oder passive Bauelemente, insbesondere solche Bauelemen te, die in der Hochfrequenztechnik und Radiofrequenztechnik eingesetzt werden, und darüber hinaus bei Abscheidungen auf Halbleitern, insbesondere Halbleitersubstraten, und Leiter platten .
Der erfindungsgemäße Strömungsgenerator weist eine Elektrolyt- zuführvorrichtung zur Zuführung eines Elektrolyten sowie eine Elektrolytverteilungsvorrichtung auf .
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Elektrolyt eine Flüs sigkeit zu verstehen, die Ionen enthält, die sich unter Ein fluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegen können. Bei der vorliegenden Erfindung handelt sich es bei den Ionen vor zugsweise um Metallionen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrolytverteilungsvorrichtung wenigstens eine erste Vertei lerplatte auf.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Elektrolytverteilungsvor richtung wenigstens eine weitere Verteilerplatte aufweist, welche gegenüber der ersten Verteilerplatte in einer Strö mungsrichtung des Elektrolyten stromabwärts angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind die erste und die weitere Verteiler platte parallel zueinander angeordnet.
Durch die Verwendung zweier Verteilerplatten lässt sich eine zweistufige Homogenisierung einer ElektrolytStrömung realisie ren. Mithilfe der ersten Verteilerplatte kann eine Vorhomoge nisierung der ElektrolytStrömung erzielt werden. Mithilfe der weiteren Verteilerplatte kann dann eine Feinhomogenisierung der vorhomogenisierten ElektrolytStrömung erzielt werden.
Wenigstens eine der genannten Verteilerplatten, insbesondere jede der genannten Verteilerplatten, kann zum Beispiel eine mit von dem Elektrolyten durchströmbaren Öffnungen versehene Platte, vorzugsweise eine Lochplatte, sein.
Zusätzlich oder alternativ zu der weiteren Verteilerplatte kann die Elektrolytverteilungsvorrichtung wenigstens ein Ver teilerrohr aufweisen, welches gegenüber der ersten Verteiler platte in Strömungsrichtung des Elektrolyten stromaufwärts an geordnet ist. Dieses ist vorteilhafterweise mit der Elektro lytzuführvorrichtung des Strömungsgenerators verbunden.
Bei der Ausführungsvariante, bei der die Elektrolytvertei lungsvorrichtung das Verteilerrohr aufweist, kann das Verteil errohr für eine Vorhomogenisierung einer ElektrolytStrömung genutzt werden. Die erste Verteilerplatte und die gegebenen falls vorhandene weitere Verteilerplatte können in diesem Fall für eine weitere Homogenisierung der mithilfe des Verteiler rohrs vorhomogenisierten ElektrolytStrömung genutzt werden.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn das Verteilerrohr an seiner der ersten Verteilerplatte abgewandten Seite Austrittsöffnun gen aufweist. An seiner der ersten Verteilerplatte zugewandten Seite weist das Verteilerrohr hingegen vorzugsweise keine Aus trittsöffnungen auf.
Die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung zum Abscheiden eines Materials auf einer Oberfläche eines Objekts weist einen er findungsgemäßen Strömungsgenerator und einen Objekthalter auf.
Eine bevorzugte Verwendung der Abscheidevorrichtung ist deren Verwendung zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf einem zu beschichtenden Objekt.
Vorteilhafterweise ist das Objekt, auf dem das Material abge schieden werden soll, lösbar an dem Objekthalter befestigbar. Der Objekthalter kann zum Beispiel als Rahmen mit einer zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung ausgebildet sein.
Die Abmessungen dieser Öffnung entsprechen vorzugsweise den Abmessungen des zu beschichtenden Objekts.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Objekthalter paral lel zu der Verteilerplatte bzw. zu den Verteilerplatten der Elektrolytverteilungsvorrichtung angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Strömungsgenerator ein einseitig offenes Gehäuse mit einer dem Objekthalter zugewandten Ausströmöffnung. Vorteilhafter weise bildet das Gehäuse einen „Anströmkasten", der dazu dient, eine ElektrolytStrömung zum Objekthalter bzw., falls am Objekthalter das zu beschichtende Objekt befestigt ist, zum Objekt zu führen. Mithilfe des Gehäuses lässt sich insbeson dere eine senkrechte Anströmung des zu beschichtenden Objekts mit dem Elektrolyten erreichen.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuse mit der Elektrolyt- zuführvorrichtung verbunden ist, sodass der Elektrolyt über die Elektrolytzuführvorrichtung in das Gehäuse einleitbar ist. Besagte Elektrolytverteilungsvorrichtung ist vorzugsweise in dem Gehäuse angeordnet. Vorteilhafterweise bildet ein Bereich des Gehäuses, der sich in Strömungsrichtung des Elektrolyten stromabwärts der Elektrolytverteilungsvorrichtung befindet, einen Strömungskanal, durch den eine im Gehäuse ausgebildete ElektrolytStrömung zum Objekthalter bzw. zum zu beschichtenden Objekt geführt wird.
In bevorzugter Weise ist das Gehäuse mit einem Abstand zum Ob jekthalter angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass zwi schen den Gehäuse und dem Objekthalter ein Spalt gebildet wird, über welchen die im Gehäuse ausgebildete ElektrolytStrö mung nach einer Umlenkung auf einer Oberfläche des zu be schichtenden Objekts abfließen, insbesondere zu allen Seiten abfließen, kann.
Vorteilhaft ist, wenn der Abstand höchstens 2 cm, vorzugsweise höchstens 1,5 cm, besonders bevorzugt höchstens 1 cm, beträgt. Dadurch kann vermieden werden, dass es vor dem Auftreffen der ElektrolytStrömung auf das zu beschichtende Objekt zu einer signifikanten Aufweitung der ElektrolytStrömung kommt. Als be sonders vorteilhaft hat sich als Abstand ein Wert von 3 bis 5 mm herausgestellt.
Vorteilhafterweise ist die Ausströmöffnung des Gehäuses hin sichtlich ihrer Höhe und/oder Breite auf die Höhe und/oder Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters abgestimmt ist. Dadurch lässt sich vermeiden, dass sich Strömungslinien zwischen dem Gehäuse und dem Objekt halter ausbreiten oder zusammenschnüren.
Es ist beispielsweise bevorzugt, wenn die Ausströmöffnung des Gehäuses so bemessen ist, dass deren Breite mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters entspricht und/oder deren Höhe mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Höhe der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öff nung des Objekthalters entspricht. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Ausströmöffnung des Gehäuses so bemessen ist, dass deren Breite höchstens 120%, insbesondere höchstens 110%, der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters entspricht und/oder deren Höhe höchstens 120%, insbesondere höchstens 110%, der Höhe der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters entspricht. In bevorzugter Weise ist die Breite der Ausströmöffnung des Gehäuses gleich der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorge sehenen Öffnung des Objekthalters und/oder ist die Höhe der Ausströmöffnung des Gehäuses gleich der Höhe der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Abscheidevorrichtung eine von dem Elektrolyten durchströmbare Anode umfasst. Diese kann zum Beispiel zwischen der Elektrolytverteilungsvorrichtung und dem Objekthalter angeordnet sein.
Die Anode kann beispielweise eine gitterförmige, insbesondere aus einem Streckmetall ausgebildete Anode. Vorzugsweise ist die Anode im Gehäuse des Strömungsgenerators angeordnet.
Vorteilhafterweise ist die Anode parallel zu der Verteiler platte bzw. zu den Verteilerplatten der Elektrolytverteilungs vorrichtung angeordnet.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Anode hinsichtlich ihrer Höhe und/oder Breite auf die Höhe und/oder Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthal ters abgestimmt ist. Dadurch kann vermieden werden, dass sich elektrische Feldlinien zwischen der Anode und dem Objekthalter ausbreiten oder zusammenschnüren.
Es ist beispielsweise bevorzugt, wenn die Anode so bemessen ist, dass deren Breite mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öff nung des Objekthalters entspricht und/oder deren Höhe mindes tens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Höhe der zur Auf nahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters ent spricht. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anode so bemes sen ist, dass deren Breite höchstens 120%, insbesondere höchs- tens 110%, der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehe nen Öffnung des Objekthalters entspricht und/oder deren Höhe höchstens 120%, insbesondere höchstens 110%, der Höhe der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters entspricht. In bevorzugter Weise ist die Breite der Anode gleich der Breite der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthalters und/oder ist die Höhe der Anode gleich der Höhe der zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öff nung des Objekthalters.
Bei der Anode handelt es sich vorzugsweise um eine unlösliche Anode, also um eine Anode, die sich in dem Elektrolyten nicht auflöst. Als Anodenmaterial kann dabei zum Beispiel Titan oder platiniertes Titan verwendet werden. In dem Fall, dass die Anode eine unlösliche Anode ist, kann eine Metallzuführung in den Elektrolyten über eine Nachdosierung von metallhaltigen Stoffen, wie zum Beispiel von Kupferoxid oder Fe2+/Fe3+, er folgen .
Optional kann der Strömungsgenerator eine Strömungsblende zur teilweisen Abschirmung einer ElektrolytStrömung und/oder zur teilweisen Abschirmung von der Anode ausgehender elektrischer Feldlinien aufweisen. Vorzugweise ist die Strömungsblende zwi schen der Anode und dem Objekthalter angeordnet. Die Strö mungsblende ermöglicht es, Besonderheiten des Objektlayouts auszugleichen, um eine homogene Schichtdickenverteilung auf dem Objekt zu erreichen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Objekthalter eine Mehrzahl von Kontaktierungspunkten zur elektrischen Kontaktie rung des Objekts, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung eines Rands des Objekts, aufweist. Die Kontaktierungspunkte sind in bevorzugter Weise äquidistant über einen Rand einer zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Öffnung des Objekthal ters verteilt angeordnet. Dadurch lässt sich am Objekthalter bzw. an einem an dem Objekthalter befestigten Objekt ein homo gener Verlauf elektrischer Feldlinien erreichen, was wiederum eine homogene Beaufschlagung des Objekts mit einem elektri schen Strom der im Elektrolyt enthaltenen Ionen ermöglicht.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Objekthalter nur an einer seiner beiden Seiten die Kontaktierungspunkte auf weist. Vorzugsweise ist der Objekthalter an jeder seiner bei den Seiten mit Kontaktierungspunkten ausgestattet. Insbeson dere kann an beiden Seiten des Objekthalters die gleiche An zahl von Kontaktierungspunkten vorgesehen sein, zum Beispiel jeweils acht Kontaktierungspunkte pro Seite.
Die Abscheidevorrichtung kann ferner ein Überlaufbecken mit einem Überlaufwehr aufweisen. In bevorzugter Weise ist der Strömungsgenerator im Überlaufbecken angeordnet. Das Überlauf becken kann mit einem Elektrolyten gefüllt sein, insbesondere bis zum Rand des Überlaufwehrs .
Des Weiteren kann die Abscheidevorrichtung ein Abflussrohr, insbesondere ein mit Löchern versehenes Abflussrohr, zum Ab führen des Elektrolyten aus dem Überlaufbecken aufweisen. Vor teilhafterweise ist das Abflussrohr unter dem Objekthalter an geordnet. Die Längserstreckung des Abflussrohrs verläuft vor zugsweise in horizontaler Richtung. Ferner ist es bevorzugt, wenn das Abflussrohr und der Objekthalter so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Symmetrieebene haben.
Mithilfe des Überlaufbeckens und des Abflussrohrs kann eine homogene, insbesondere allseitige Abströmung des Elektrolyten von dem Objekt realisiert werden, was wiederum homogenes, zum Objekt gerichtetes Nachströmen des Elektrolyten ermöglicht. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, dass die Abscheidevorrichtung ein Auffangbecken umfasst, in welchem zumindest ein Teil des Überlaufbeckens angeordnet ist. Das Auffangbecken kann dazu genutzt werden, aus dem Über laufbecken ausgetretenen Elektrolyt aufzufangen, um diesen er neut verwenden zu können.
Zusätzlich zu dem Auffangbecken kann die Abscheidevorrichtung eine erste, mit dem Auffangbecken verbundene Pumpe zum Abpum pen des Elektrolyten aus dem Auffangbecken sowie zum Fördern des aus dem Auffangbecken abgepumpten Elektrolyten zu der Elektrolytzuführvorrichtung des Strömungsgenerators aufweisen.
Außerdem kann die Abscheidevorrichtung eine zweite, mit dem Abflussrohr verbundene Pumpe zum Abpumpen des Elektrolyten aus dem Abflussrohr sowie zum Fördern des aus dem Abflussrohr ab gepumpten Elektrolyten in das Auffangbecken aufweisen.
Anstatt besagte zweite Pumpe zum Abführen des Elektrolyten aus dem Abflussrohr zu verwenden, sieht eine alternative Ausfüh rungsvariante vor, den Elektrolyten ohne Pumpe mithilfe der Schwerkraft über eine Fluidleitung aus dem Abflussrohr abzu führen und gegebenenfalls in das Auffangbecken zu leiten. Zum Einstellen des Volumenstroms der über das Abflussrohr abge führten ElektrolytStrömung kann in diesem Fall beispielsweise ein Ventil, insbesondere ein Regelventil, verwendet werden.
Optional kann die Abscheidevorrichtung zwei seitlich neben dem Objekthalter angeordnete Abflussrohre zum Abführen des Elekt rolyten aus dem Überlaufbecken umfassen. Die Längserstreckung dieser beiden Abflussrohre verläuft vorzugsweise in vertikaler Richtung. Die Abscheidevorrichtung kann für diese beiden Ab flussrohre eine gemeinsame, mit diesen beiden Abflussrohren verbundene Pumpe oder jeweils eine eigene Pumpe, welche mit dem jeweiligen dieser beiden Abflussrohre verbunden ist, auf weisen .
Vorteilhafterweise umfasst die Abscheidevorrichtung für we nigstens eine ihrer Pumpen, vorzugweise für jede ihrer Pumpen, einen Durchflusssensor zum Messen eines Volumenstroms einer die jeweilige Pumpe durchströmenden ElektrolytStrömung .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Abscheidevorrichtung einen weiteren Strömungsgenerator auf, der vorzugsweise baugleich zu dem erstgenannten Strömungsgene rator ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist der Objekthalter zwischen den beiden Strömungsgeneratoren angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden Strömungsgeneratoren spie gelsymmetrisch bezüglich des Objekthalters angeordnet sind. Durch die Verwendung zweier Strömungsgeneratoren ist es mög lich, das Objekt zeitgleich von beiden Seiten zu beschichten.
Des Weiteren kann die Abscheidevorrichtung mindestens eine Spannungsquelle, insbesondere mindestens eine Gleichspannungs quelle, umfassen. Vorzugsweise umfasst die Abscheidevorrich tung für jeden ihrer Strömungsgeneratoren eine eigene Span nungsquelle .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abscheiden eines Mate rials auf einer Oberfläche eines Objekts wird ein Elektrolyt an die Oberfläche des Objekts herangeführt.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit hilfe der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung durchgeführt.
Das Objekt ist vorzugsweise ein scheibenförmiges Objekt, ins besondere mit quadratischer Form. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Objekt während der Durchführung des Verfahrens verti kal ausgerichtet, zum Beispiel mithilfe des zuvor erwähnten Objekthalters .
Beispielsweise kann das Objekt ein Substrat, insbesondere ein Keramiksubstrat, sein oder umfassen. In bevorzugter Weise ist oder umfasst das Objekt ein Substrat mit darauf angeordneten aktiven oder passiven Elementen, insbesondere Halbleiterbau elementen. Zweckmäßigerweise werden die Elemente nach der Ab scheidung vereinzelt.
Das Material, das bei dem Verfahren auf besagter Oberfläche des Objekts abgeschieden wird, kann insbesondere ein metalli sches Material sein. Des Weiteren kann das Objekt eine elek trisch leitfähige Grundschicht, insbesondere metallische
Grundschicht, aufweisen, auf welche das Material abgeschieden wird. Die Grundschicht kann zum Beispiel Kupfer-, Nickel-, Gold-, Silber- und/oder Zinn enthalten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, dass eine parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Flächennormalen der Oberfläche des Objekts ausgerichtete Strömung des Elektrolyten ausgebildet wird. In bevorzugter Weise wird diese Strömung mithilfe des erfindungsgemäßen Strö mungsgenerators ausgebildet.
Die Formulierung „parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Flächennormalen" im voranstehenden Absatz kann im Sinne der Erfindung insbesondere so verstanden werden, dass die ge nannte Strömung des Elektrolyten in einem Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise höchstens 5°, zu der Flächennormalen ausge richtet ist. Der Elektrolyt wird vorzugsweise mittels der genannten Strö mung des Elektrolyten der Elektrolyt an die Oberfläche des Ob jekts herangeführt.
Es ist vorteilhaft, wenn die genannte Strömung des Elektroly ten an der Oberfläche des Objekts umgelenkt und entlang der Oberfläche von dem Objekt weggeführt wird, vorzugsweise paral lel oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Ob jekts. Bevorzugt wird die umgelenkte Strömung zu allen Seiten von dem Objekt weggeführt.
Analog zu der obigen Definition kann die Formulierung „paral lel oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Ob jekts" im Sinne der Erfindung insbesondere so verstanden wer den, dass die genannte Strömung des Elektrolyten nach der Um lenkung in einem Winkel von höchstens 10°, vorzugsweise höchs tens 5°, zu der Oberfläche ausgerichtet ist.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn ein Teil der genannten Strö mung des Elektrolyten nach oben umgelenkt wird und eine nach oben gerichtete Teilströmung bildet und ein weiterer Teil der genannten Strömung des Elektrolyten nach unten umgelenkt wird und eine nach unten gerichtete Teilströmung bildet.
Der Volumenstrom der nach unten gerichteten Teilströmung wird vorzugsweise so eingestellt, dass der Volumenstrom der nach unten gerichteten Teilströmung gleich oder im Wesentlichen gleich dem Volumenstrom der nach oben gerichteten Teilströmung ist .
Im Sinne der Erfindung kann die Formulierung „gleich oder im Wesentlichen gleich" insbesondere so verstanden werden, dass zwischen den miteinander verglichenen Größen ein Unterschied von höchstens 10%, vorzugsweise höchstens 5%, besteht. Der Volumenstrom der nach unten gerichteten Teilströmung kann beispielsweise mithilfe der zuvor erwähnten ersten Pumpe ein gestellt werden, insbesondere durch Einstellen der Förderleis tung der Pumpe.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn ein Teil der genannten Strö mung des Elektrolyten seitlich umgelenkt wird und eine - in Frontalansicht auf besagte Oberfläche des Objekts betrachtet - nach links gerichtete Teilströmung bildet und ein weiterer Teil der genannten Strömung des Elektrolyten seitlich umge lenkt und eine - in Frontalansicht auf besagte Oberfläche des Objekts betrachtet - nach rechts gerichtete Teilströmung bil det .
Vorzugsweise werden der Volumenstrom der nach links gerichte ten Teilströmung und der Volumenstrom der nach rechts gerich teten Teilströmung, insbesondere mithilfe von Pumpen, so ein gestellt, dass sie gleich oder im Wesentlichen gleich dem Vo lumenstrom der nach oben gerichteten Teilströmung sind.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, dass das Objekt sowohl an seiner Vorderseite als auch an seiner Rückseite von einer zum Objekt ausgerichteten Elektro lytströmung angeströmt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass das Objekt beidseitig beschichtet wird, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das Objekt sowohl an seiner Vorder seite als auch an seiner Rückseite zu beschichtende Bauele mente enthält .
Vorteilhafterweise werden der Volumenstrom der vorderseitigen ElektrolytStrömung und der Volumenstrom der rückseitigen
ElektrolytStrömung so eingestellt, dass diese beiden Volumen ströme gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Objekt beidseitig mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird. So kann selbst im Falle von hohen Vo lumenströmen vermieden werden, dass es aufgrund von Druckun terschieden zwischen der Vorder- und der Rückseite zu einer Beschädigung, beispielsweise einem Bruch, des Objekts kommt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Vorderseite des Objekts mit einer anderen elektrischen Stromstärke beaufschlagt wird als die Rückseite des Objekts, zum Beispiel indem zwischen der Anode des erstgenannten Strömungsgenerators und dem Objekthal ter eine andere Spannung angelegt wird als zwischen der Anode des weiteren Strömungsgenerators und dem Objekthalter. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Vorderseite und die Rückseite des Objekts unterschiedlich ausgestaltet sind und daher auch unterschiedlich beschichtet werden sollen.
In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Verfahren um ein galvanisches Beschichtungsverfahren, bei dem eine Metall schicht, insbesondere eine Kupfer-, Nickel-, Gold-, Silber und/oder Zinnschicht, auf dem Objekt abgeschieden wird.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläu tert. Soweit zweckdienlich, sind hierbei gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Er findung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausfüh rungen beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merk male. Die bisherige Beschreibung und die nachfolgende Figuren beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhän gigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wieder gegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils ein zeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfin dungsgemäßen Strömungsgenerator und/oder der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Abscheidevorrich tung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung;
Figur 2 eine Frontalansicht eines Objekthalters der Abschei devorrichtung und eines zu beschichtenden Objekts, welches lösbar am Objekthalter befestigt ist;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Abscheidevorrich tung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Abscheidevorrich tung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Er findung .
Figur 1 zeigt eine Abscheidevorrichtung 1 in einer schemati schen Darstellung. Die Abscheidevorrichtung 1 dient zum Ab scheiden eines Materials, insbesondere zum galvanischen Ab scheiden einer Metallschicht, auf einer Oberfläche eines Ob jekts .
Die Abscheidevorrichtung 1 umfasst zwei baugleich zueinander ausgebildete Strömungsgeneratoren 2a, 2b sowie einen vertikal aufgehängten Objekthalter 3, an dem ein zu beschichtendes Ob jekt 4 lösbar befestigt ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b spiegelsymmetrisch bezüglich des Objekthalters 3 angeordnet. Nachfolgend werden die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b zur begrifflichen Un terscheidung zum Teil als erster Strömungsgenerator 2a und zweiter Strömungsgenerator 2b bezeichnet.
Bei dem zu beschichtenden Objekt 4 handelt sich im vorliegen den Ausführungsbeispiel um ein Substrat, insbesondere um ein Keramiksubstrat, mit darauf angeordneten Elementen, wie zum Beispiel aktiven oder passiven Halbleiterbauelementen, und ei ner dünnen, das Substrat umgebenden metallischen Grundschicht. Das zu beschichtende Objekt hat eine quadratische Form und weist eine Kantenlänge von circa 200 mm sowie eine Dicke zwi schen 200 pm und 1000 pm auf. Besagte metallische Grundschicht (in Fachkreisen teilweise auch als „SaatSchicht" bezeichnet) umgibt das Substrat vollflächig, auch über die Substratkanten hinweg .
Vorliegend handelt es sich bei der metallischen Grundschicht um eine Kupferschicht, insbesondere um eine maskierte und strukturierte Kupferschicht. Die metallische Grundschicht wird mithilfe der Abscheidevorrichtung 1 in einem galvanischen Ab scheideprozess verstärkt. Das heißt, im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel wird mithilfe der Abscheidevorrichtung 1 Kupfer auf die bestehende Kupferschicht, welche die metallische
Grundschicht bildet, abgeschieden.
Es versteht sich von selbst, dass die zuvor genannten Merkmale des Objekts 4 lediglich als exemplarisch anzusehen sind und die Abscheidevorrichtung 1 grundsätzlich zur Beschichtung an derer Arten von Objekten geeignet ist.
Zusätzlich zu den beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b umfasst die Abscheidevorrichtung 1 ein Überlaufbecken 5 mit einem Überlaufwehr 6. Beide Strömungsgeneratoren 2a, 2b sind im Überlaufbecken 5 angeordnet. Figur 1 zeigt die Abscheidevor richtung 1 in einem Zustand, in dem das Überlaufbecken 5 bis zum Rand seines Überlaufwehrs 6 mit einem Elektrolyten 7 ge füllt ist .
Weiter umfasst die Abscheidevorrichtung 1 ein Auffangbecken 8, in welchem das Überlaufbecken 5 angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Abscheidevorrichtung 1 ein mit Löchern versehenes Abflussrohr 9, dessen Längserstreckung in horizontaler Rich tung verläuft und das derart unter dem Objekthalter 3 angeord net ist, dass das Abflussrohr 9 und der Objekthalter 3 eine gemeinsame Symmetrieebene aufweisen.
Die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b der Abscheidevorrich tung 1 umfassen jeweils ein beabstandet zum Objekthalter 3 an geordnetes, einseitig offenes Gehäuse 10 mit einer dem zu be schichtenden Objekt 4 zugewandten Ausströmöffnung 11. Außerdem umfassen die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b jeweils eine Elektrolytzuführvorrichtung 12 sowie eine ElektrolytVertei lungsvorrichtung 13.
Die Elektrolytverteilungsvorrichtung 13 des jeweiligen Strö mungsgenerators 2a, 2b umfasst eine erste Verteilerplatte 14 und eine weitere Verteilerplatte 15, wobei die beiden Vertei lerplatten 14, 15 parallel zueinander sowie parallel zum Ob jekthalter 3 angeordnet sind und als Lochplatten mit vom
Elektrolyten 7 durchströmbaren Öffnungen ausgebildet sind.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die beiden Verteiler platten 14, 15 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b in dessen Gehäuse 10 angeordnet. Die beiden Verteilerplatten 14, 15 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b unterteilen des sen Gehäuse 10 in eine erste Kammer 16, eine zweite Kammer 17 sowie einen Strömungskanal 18, wobei sich die erste Kammer 16 von einer parallel zur Ausströmöffnung 11 angeordneten Seiten wand 19 des Gehäuses 10 bis zur ersten Verteilerplatte 14 er streckt, sich die zweite Kammer 17 von der ersten Verteiler platte 14 bis zur zweiten Verteilerplatte 15 erstreckt und sich der Strömungskanal 18 ab der zweiten Verteilerplatte 15 über den restlichen Teil des Gehäuses 10 erstreckt.
Die Abscheidevorrichtung 1 weist außerdem in jedem der beiden Gehäuse 10 eine von dem Elektrolyten 7 durchströmbare, gitter förmige Anode 20 auf, die zwischen der Elektrolytverteilungs vorrichtung 13 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b und dem Objekthalter 3 angeordnet ist.
Sowohl die jeweilige Anode 20 als auch die Ausströmöffnung 11 des jeweiligen Gehäuses 10 sind so bemessen, dass deren Breite und Höhe in etwa der Breite und Höhe des zu beschichteten Ob jekts 4 entsprechen. Der Begriff „Breite" bezieht sich vorlie gend auf eine Erstreckung senkrecht zur Zeichenebene der Fi gur 1.
Ferner umfasst die Abscheidevorrichtung 1 eine erste Pumpe 21 zum Abpumpen des Elektrolyten 7 aus dem Auffangbecken 8 sowie zum Fördern des aus dem Auffangbecken 8 abgepumpten Elektroly ten 7 zu der Elektrolytzuführvorrichtung 12 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b. Darüber hinaus umfasst die Ab scheidevorrichtung 1 eine zweite Pumpe 22 zum Abpumpen des Elektrolyten 7 aus dem Abflussrohr 9 sowie zum Fördern des aus dem Abflussrohr 9 abgepumpten Elektrolyten 7 in das Auffangbe cken 8. Die erste Pumpe 21 ist über eine Fluidleitung 23 mit dem Auffangbecken 8 und über eine weitere Fluidleitung 23 mit den Elektrolytzuführvorrichtungen 12 der beiden Strömungsgene ratoren 2a, 2b verbunden, während die zweite Pumpe 22 über eine Fluidleitung 23 mit dem Abflussrohr 9 und über eine wei tere Fluidleitung 23 mit dem Auffangbecken 8 verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Abscheidevorrichtung 1 für jede ihrer Pumpen 21, 22 einen Durchflusssensor 24 zum Messen eines Volu menstroms einer die jeweilige Pumpe 21, 22 durchströmenden ElektrolytStrömung .
Außerdem umfasst die Abscheidevorrichtung 1 für jeden ihrer Strömungsgeneratoren 2a, 2b eine Gleichspannungsquelle 25. Die jeweilige Gleichspannungsquelle 25 ist, wie aus Figur 1 er sichtlich ist, über elektrische Leitungen 26 mit der im zuge hörigen Strömungsgenerator 2a, 2b angeordneten Anode 20 sowie mit dem Objekthalter 3 verbunden.
Weiterhin weist der jeweilige Strömungsgenerator 2a, 2b in seinem Gehäuse 10 eine Strömungsblende 27 auf, welche zwischen der im Gehäuse 10 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b angeordneten Anode 20 und dem Objekthalter 3 angeordnet ist und zur teilweisen Abschirmung einer ElektrolytStrömung und zur teilweisen Abschirmung von der Anode 20 ausgehender elek trischer Feldlinien dient.
Figur 2 zeigt den zuvor erwähnten Objekthalter 3 sowie das zu beschichtende Objekt 4, das lösbar am Objekthalter 3 befestigt ist, in einer Frontalansicht.
Der Objekthalter 3 ist als Rahmen ausgebildet und weist eine zur Aufnahme des Objekts 4 vorgesehene Öffnung auf, welche in Figur 2 jedoch nicht sichtbar ist, weil darin das zu beschich tende Objekt 4 angeordnet ist.
In Figur 2 ist eine Seite des Objekthalters 3 sichtbar (nach folgend als Vorderseite des Objekthalters 3 bezeichnet), wäh rend die andere Seite des Objekthalters 3 dem Betrachter abge wandt ist. Folglich ist in Figur 2 auch nur eine Seite des zu beschichtenden Objekts 4 (nachfolgend als Vorderseite des Ob jekts 4 bezeichnet) und deren zu beschichtende Oberfläche 28 sichtbar .
Der Objekthalter 3 weist an seiner Vorderseite mehrere Kontak tierungspunkte 29, im vorliegenden Fall acht Kontaktierungs punkte 29, zur elektrischen Kontaktierung des Objekts 4 auf, welche an der Vorderseite des Objekts 4 mit dessen Rand 30 in elektrischem Kontakt sind. An seiner in Figur 2 nicht sichtba ren Rückseite weist der Objekthalter 3 die gleiche Anzahl von Kontaktierungspunkten 29 zur elektrischen Kontaktierung des Objekts 3 auf, welche an der Rückseite des Objekts 4 mit des sen Rand 30 in elektrischem Kontakt sind. Die vorderseitigen Kontaktierungspunkte 29 sind mit einer der beiden Gleichspan nungsquellen 25 elektrisch verbunden, während die rückseitigen Kontaktierungspunkte 29 mit der anderen der beiden Gleichspan nungsquellen 25 elektrisch verbunden sind.
Sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite des Ob jekthalters 3 sind die Kontaktierungspunkte 29 äquidistant über den Rand der zur Aufnahme des Objekts 4 vorgesehenen Öff nung des Objekthalters 3 und somit auch äquidistant über den Rand 30 des Objekts 4 verteilt angeordnet.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird nachfolgend die Arbeitsweise der Abscheidevorrichtung 1 beschrieben. Da, wie zuvor erwähnt, die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b baugleich zueinander ausgebildet sind, wird die Arbeitsweise der Abscheidevorrich tung 1 der Einfachheit halber exemplarisch anhand eines der beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b, genauer gesagt anhand des ersten Strömungsgenerators 2a, beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen gelten analog für den zweiten Strömungsgenerator 2b. Das heißt, es werden beide Strömungsgeneratoren 2a, 2b ge nutzt, um das zu beschichtende Objekt 4 mit dem Elektrolyten 7 anzuströmen, sodass das Objekt 4 beidseitig homogen beschich tet wird.
Mithilfe der ersten Pumpe 21 wird über die Elektrolytzuführ- vorrichtung 12 des ersten Strömungsgenerators 2a der Elektro lyt 7 in das Gehäuse 10 des ersten Strömungsgenerators 2a, ge nauer gesagt in die erste Kammer 16 des Gehäuses 10, eingelei tet. In der ersten Kammer 16 bildet sich eine ElektrolytStrö mung 31, welche die erste Verteilerplatte 14 durchströmt und dabei durch die erste Verteilerplatte 14 vorhomogenisiert wird. Die vorhomogenisierte ElektrolytStrömung 31 durchströmt dann die zweite Kammer 17 des Gehäuses 10 sowie die weitere Verteilerplatte 15, wobei die ElektrolytStrömung 31 beim
Durchströmen der weiteren Verteilerplatte 15 weiter homogeni siert wird. Aus dem Strömungskanal 18 des Gehäuses 10 strömt die homogenisierte ElektrolytStrömung 31 dann über die Aus strömöffnung 11 des Gehäuses 10 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf das zu beschichtende Objekt 4.
An der zu beschichtenden Oberfläche 28 des Objekts 4 wird die ElektrolytStrömung 31 umgelenkt und parallel oder im Wesentli chen parallel zu besagter Oberfläche 28 vom Objekt 4 wegge führt. Ein Teil der ElektrolytStrömung 31 wird nach oben umge lenkt und bildet eine nach oben gerichtete Teilströmung 32a. Ein weiterer Teil der ElektrolytStrömung 31 wird nach unten umgelenkt und bildet eine nach unten gerichtete Teilströmung 32b. Besagte Teilströmungen 32a, 32b fließen über einen Spalt zwischen dem Objekthalter 3 und dem Gehäuse 10 des ersten Strömungsgenerators 2a ab.
Der Volumenstrom der nach unten gerichteten Teilströmung 32b wird so eingestellt, dass der Volumenstrom der nach unten ge richteten Teilströmung 32b gleich dem Volumenstrom der nach oben gerichteten Teilströmung 32a ist. Dies kann beispiels weise dadurch erreicht werden, dass die Förderleistungen der beiden Pumpen 21, 22 so eingestellt werden, dass die beiden Durchflusssensoren 24 den gleichen Volumenstrom messen.
Die nach unten gerichtete Teilströmung 32b fließt über die Lö cher des Abflussrohres 9 in das Abflussrohr 9 hinein, während die nach oben gerichtete Teilströmung 32a über das Überlauf wehr 6 aus dem Überlaufbecken 5 herausfließt. Mithilfe der zweiten Pumpe 22 wird der Elektrolyt 7 aus dem Abflussrohr 9 abgepumpt und in das Auffangbecken 8 gefördert. Mithilfe der ersten Pumpe 21 wird der im Auffangbecken 8 befindliche Elekt rolyt 7 aus dem Auffangbecken 8 abgepumpt und zur Elektrolyt- zuführvorrichtung 12 des ersten Strömungsgenerators 2a geför dert .
Zwischen der im Gehäuse 10 des ersten Strömungsgenerators 2a angeordneten Anode 20 und dem Objekthalter 3 liegt eine elekt rische Spannung an. Da das Objekt 4 über die Kontaktierungs punkte 29 mit dem Objekthalter 3 in elektrischem Kontakt steht, liegt dieselbe Spannung auch zwischen besagter Anode 20 und dem Objekt 4 an. Folglich gibt es zwischen besagter Anode 20 und dem Objekthalter 3 ein elektrisches Feld, durch welches im Elektrolyten 7 enthaltene Ionen zum zu beschichtenden Ob jekt 4 geführt werden. Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausge staltung der Anode 20 und des Objekthalters 3 weist dieses elektrische Feld homogene elektrische Feldlinien auf, sodass das Objekt 4 mit einem homogenen Ionenstrom beaufschlagt wird.
Die Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele be schränkt sich primär auf die Unterschiede zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel, auf das bezüglich gleicher Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Merkmale des vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiels sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben werden.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Abscheidevorrichtung 33 zum Abscheiden eines Materials, insbe sondere zum galvanischen Abscheiden einer Metallschicht, auf einer Oberfläche eines Objekts.
Auch diese Abscheidevorrichtung 33 weist einen ersten und ei nen zweiten Strömungsgenerator 2a, 2b auf, wobei die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b baugleich zueinander ausgebildet sind .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Elektrolytver teilungsvorrichtung 13 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b nicht zwei Verteilerplatten, sondern nur eine einzige Ver teilerplatte 14 auf. Zusätzlich zu ihrer Verteilerplatte 14 weist die Elektrolytverteilungsvorrichtung 13 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b ein Verteilerrohr 34 auf, welches zwischen der Verteilerplatte 14 und der parallel zur Aus strömöffnung 11 angeordneten Seitenwand 19 des Gehäuses 10 an geordnet ist und auf ihrer der Verteilerplatte 14 abgewandten Seite bzw. der Seitenwand 19 zugewandten Seite mehrere Aus trittsöffnungen aufweist. Das Verteilerrohr 34 des jeweiligen Strömungsgenerators 2a, 2b ist mit dessen Elektrolytzuführvor- richtung 12 verbunden.
Da die beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b der Abscheidevor richtung 33 baugleich zueinander ausgebildet sind, wird die Arbeitsweise der Abscheidevorrichtung 33 der Einfachheit hal ber exemplarisch anhand eines der beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b, genauer gesagt anhand des ersten Strömungsgenerators 2a, beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen gelten analog für den zweiten Strömungsgenerator 2b.
Mithilfe der ersten Pumpe 21 der Abscheidevorrichtung 33 wird über die Elektrolytzuführvorrichtung 12 des ersten Strömungs generators 2a der Elektrolyt 7 in das Verteilerrohr 34 des ersten Strömungsgenerators 2a eingeleitet. Der Elektrolyt 7 tritt über die Austrittsöffnungen des Verteilerrohrs 34 aus dem Verteilerrohr 34 aus, wobei eine vorhomogenisiert Elektro lytströmung 31 ausgebildet wird. Diese vorhomogenisiert Elekt rolytströmung 31 trifft auf die Seitenwand 19 des Gehäuses 10 des ersten Strömungsgenerators 2a, wird an dieser umgelenkt und strömt von der Seitenwand 19 weiter zur Verteilerplatte 14. Die ElektrolytStrömung 31 durchströmt dann die Verteiler platte 14, wobei die ElektrolytStrömung 31 beim Durchströmen der Verteilerplatte 14 weiter homogenisiert wird. Hinter der Verteilerplatte 14 strömt die homogenisierte ElektrolytStrö mung 31 dann über die Ausströmöffnung 11 des Gehäuses 10 senk recht oder im Wesentlichen senkrecht auf das zu beschichtende Objekt 4. Im Übrigen entspricht die Arbeitsweise der Abschei devorrichtung aus Figur 3 der Abscheidevorrichtung aus Fi gur 1.
Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine dritte Abscheidevorrichtung 35 zum Abscheiden eines Materials, insbe sondere zum galvanischen Abscheiden einer Metallschicht, auf einer Oberfläche eines Objekts.
Auch diese Abscheidevorrichtung 35 weist ein Überlaufbecken 5 sowie ein Auffangbecken 8 auf, wobei im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel nur ein Teil des Überlaufbeckens 5, genauer ge sagt nur der obere Teil des Überlaufbeckens 5, innerhalb des Auffangbeckens 8 angeordnet ist. Die Abscheidevorrichtung 35 aus Figur 4 weist nicht zwei Pum pen, sondern nur eine einzige Pumpe 21 auf. Zusätzlich weist die Abscheidevorrichtung 35 einen Speicher 36 und ein Ventil 37 auf.
Besagte Pumpe 21 ist eingangsseitig über eine Fluidleitung 23 mit dem Speicher 36 und ausgangsseitig über eine weitere Flu idleitung 23 mit den Elektrolytzuführvorrichtungen 12 der bei den Strömungsgeneratoren 2a, 2b verbunden. Der Speicher 36 ist eingangsseitig über eine Fluidleitung 23 mit dem Auffangbecken 8 und über eine weitere Fluidleitung 23, an welche ein Durch flusssensor 38 angeschlossen ist, mit dem Abflussrohr 9 ver bunden .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der im Auffangbe cken 8 befindliche Elektrolyt 7 sowie der im Abflussrohr 9 be findliche Elektrolyt 7 mithilfe der Schwerkraft aus dem Auf fangbecken 8 bzw. aus dem Abflussrohr 9 abgeführt. Mithilfe des besagten Ventils 37, genauer gesagt durch eine entspre chende Einstellung der Ventilstellung, lässt sich erreichen, dass der Volumenstrom einer das Überlaufbecken 5 über das Ab flussrohr 9 verlassenden Teilströmung des Elektrolyten 7 gleich dem Volumenstrom einer das Überlaufbecken 5 über das Überlaufwehr 6 verlassenden Teilströmung des Elektrolyten 7 ist .
Ob der Volumenstrom der das Überlaufbecken 5 über das Abfluss rohr 9 verlassenden Teilströmung gleich dem Volumenstrom der das Überlaufbecken 5 über das Überlaufwehr 6 verlassenden Teilströmung ist, lässt sich mittels der beiden Durchfluss sensoren 24, 38 der Abscheidevorrichtung 35 feststellen. Misst der Durchflusssensor 38, der an die Fluidleitung 23 zwischen dem Speicher 36 und dem Abflussrohr 9 angeschlossen ist, einen halb so großen Wert wie der andere Durchflusssensor 24, der an die Fluidleitung 23 zwischen der Pumpe 21 und den Elektrolyt- zuführvorrichtungen 12 der beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b angeschlossen ist, so ist der Volumenstrom der das Überlaufbe cken 5 über das Abflussrohr 9 verlassenden Teilströmung gleich dem Volumenstrom der das Überlaufbecken 5 über das Überlauf wehr 6 verlassenden Teilströmung.
Mithilfe der Pumpe 21 wird der Elektrolyt 7 aus dem Speicher 36 abgepumpt und zu den Elektrolytzuführvorrichtungen 12 der beiden Strömungsgeneratoren 2a, 2b gefördert.
Die Erfindung wurde anhand der dargestellten Ausführungsbei spiele detailliert beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf oder durch die offenbarten Beispiele beschränkt. An- dere Varianten können vom Fachmann aus diesen Ausführungsbei spielen abgeleitet werden, ohne von den der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken abzuweichen.
Bezugs zeichenliste
1 AbscheideVorrichtung
2a Strömungsgenerator
2b Strömungsgenerator
3 Objekthalter
4 Objekt
5 Überlaufbecken
6 Überlaufwehr
7 Elektrolyt
8 Auffangbecken
9 Abflussrohr
10 Gehäuse
11 Ausströmöffnung
12 Elektrolyt zuführvorrichtung
13 ElektrolytverteilungsVorrichtung
14 Verteilerplatte
15 Verteilerplatte
16 Kammer
17 Kammer
18 Strömungskanal
19 Seitenwand
20 Anode
21 Pumpe
22 Pumpe
23 Fluidleitung
24 Durchflusssensor
25 Gleichspannungsquelle
26 elektrische Leitung
27 Strömungsblende
28 Oberfläche
29 Kontaktierungspunkt
30 Rand
31 Elektrolytströmung 32a TeilStrömung
32b TeilStrömung
33 AbscheideVorrichtung
34 VerteHerrohr
35 AbscheideVorrichtung
36 Speicher
37 Ventil
38 Durchflusssensor

Claims

Patentansprüche
1. Strömungsgenerator (2a, 2b), aufweisend
— eine Elektrolytzuführvorrichtung (12) zur Zuführung ei nes Elektrolyten (7);
— eine Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) .
2. Strömungsgenerator (2a, 2b) 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 Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) wenigstens eine erste Verteilerplatte (14) aufweist.
3. Strömungsgenerator (2a, 2b) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) wenigstens eine weitere Verteilerplatte (15) aufweist, welche gegen über der ersten Verteilerplatte (14) in einer Strömungs richtung des Elektrolyten (7) stromabwärts angeordnet ist.
4. Strömungsgenerator (2a, 2b) nach Anspruch 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass wenigstens eine der genannten Verteilerplatten (14, 15), insbesondere jede der genannten Verteilerplatten (14, 15), eine mit von dem Elektrolyten (7) durchströmbaren Öff nungen versehene Platte, vorzugsweise eine Lochplatte, ist.
5. Strömungsgenerator (2a, 2b) nach einem der Ansprüche 2
bis 4 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) wenigstens ein Verteilerrohr (34) aufweist, welches gegenüber der ers ten Verteilerplatte (14) in einer Strömungsrichtung des Elektrolyten (7) stromaufwärts angeordnet ist und an seiner der ersten Verteilerplatte (14) abgewandten Seite Aus trittsöffnungen aufweist.
6. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) zum Abscheiden eines Mate rials auf einer Oberfläche (28) eines Objekts (4), aufwei send einen Strömungsgenerator (2a, 2b) nach einem der vor anstehenden Ansprüche sowie einen Objekthalter (3) .
7. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Strömungsgenerator (2a, 2b) ein einseitig offenes Gehäuse (10) mit einer dem Objekthalter (3) zugewandten Ausströmöffnung (11) umfasst, das Gehäuse (10) mit der Elektrolytzuführvorrichtung (12) verbunden ist, sodass der Elektrolyt (7) über die Elektrolytzuführvorrichtung (12) in das Gehäuse (10) einleitbar ist, und die Elektrolytvertei lungsvorrichtung (13) in dem Gehäuse (10) angeordnet ist.
8. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Gehäuse (10) mit einem Abstand zum Objekthalter (3) angeordnet ist, wobei der Abstand höchstens 2 cm, vor zugsweise höchstens 1,5 cm, besonders bevorzugt höchstens 1 cm, beträgt.
9. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Ausströmöffnung (11) des Gehäuses (10) so bemessen ist, dass deren Breite mindestens 80%, insbesondere mindes tens 90%, der Breite einer zur Aufnahme des Objekts (4) vorgesehenen Öffnung des Objekthalters (3) entspricht und/oder deren Höhe mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Höhe der zur Aufnahme des Objekts (4) vorgesehenen Öffnung des Objekthalters (3) entspricht.
10. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
eine zwischen der Elektrolytverteilungsvorrichtung (13) und dem Objekthalter (3) angeordnete, von dem Elektrolyten (7) durchströmbare Anode (20), wobei die Anode (20) vorzugs weise so bemessen ist, dass deren Breite mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Breite einer zur Aufnahme des Objekts (4) vorgesehenen Öffnung des Objekthalters (3) entspricht und/oder deren Höhe mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, der Höhe der zur Aufnahme des Objekts (4) vorgesehenen Öffnung des Objekthalters (3) entspricht.
11. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Strömungsgenerator (2a, 2b) eine zwischen der Anode (20) und dem Objekthalter (3) angeordnete Strömungs blende (27) zur teilweisen Abschirmung einer Elektrolyt strömung (31) und/oder zur teilweisen Abschirmung von der Anode (20) ausgehender elektrischer Feldlinien umfasst.
12. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Objekthalter (3) eine Mehrzahl von Kontaktierungs punkten (29) zur elektrischen Kontaktierung des Objekts (4), insbesondere zur elektrischen Kontaktierung eines Rands (30) des Objekts (4), aufweist, wobei die Kontaktie rungspunkte (29) vorzugsweise äquidistant über einen Rand einer zur Aufnahme des Objekts (4) vorgesehenen Öffnung des Objekthalters (3) verteilt angeordnet sind.
13. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
ein Überlaufbecken (5) mit einem Überlaufwehr (6) und ein Abflussrohr (9), insbesondere ein mit Löchern versehenes Abflussrohr (9), zum Abführen des Elektrolyten (7) aus dem Überlaufbecken (5), wobei der Strömungsgenerator (2a, 2b) im Überlaufbecken (5) angeordnet ist.
14. Abscheidevorrichtung (1, 33) nach Anspruch 13,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- ein Auffangbecken (8), in welchem zumindest ein Teil des Überlaufbeckens (5) angeordnet ist,
- eine erste, mit dem Auffangbecken (8) verbundene Pumpe
(21) zum Abpumpen des Elektrolyten (7) aus dem Auffang becken (8) sowie zum Fördern des aus dem Auffangbecken (8) abgepumpten Elektrolyten (7) zu der Elektrolyt zu- führvorrichtung (12) des Strömungsgenerators (2a, 2b) und
- eine zweite, mit dem Abflussrohr (9) verbundene Pumpe
(22) zum Abpumpen des Elektrolyten (7) aus dem Abfluss rohr (9) sowie zum Fördern des aus dem Abflussrohr (9) abgepumpten Elektrolyten (7) in das Auffangbecken (8) .
15. Abscheidevorrichtung (1, 33, 35) nach einem der Ansprüche 6 bis 14,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
einen weiteren Strömungsgenerator (2a, 2b) , der vorzugs weise baugleich zu dem erstgenannten Strömungsgenerator (2a, 2b) ausgebildet ist, wobei der Objekthalter (3) zwi schen den beiden Strömungsgeneratoren (2a, 2b) angeordnet ist .
16. Verfahren zum Abscheiden eines Materials auf einer Oberflä che (28) eines Objekts (4), bei welchem ein Elektrolyt (7) an die Oberfläche (28) des Objekts (4) herangeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Flächennormalen der Oberfläche (28) des Objekts (4) ausge richtete Strömung (31) des Elektrolyten (7) ausgebildet wird .
18. Verfahren nach Anspruch 17,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mittels der genannten Strömung (31) des Elektrolyten (7) der Elektrolyt (7) an die Oberfläche (28) des Objekts (4) herangeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die genannte Strömung (31) des Elektrolyten (7) an der Oberfläche (28) des Objekts (4) umgelenkt und entlang der Oberfläche (28) von dem Objekt (4) weggeführt wird, vor zugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (28) des Objekts (4) .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein Teil der genannten Strömung (31) des Elektrolyten (7) nach oben umgelenkt wird und eine nach oben gerichtete Teilströmung (32a) bildet und ein weiterer Teil der genann ten Strömung (31) des Elektrolyten (7) nach unten umgelenkt wird und eine nach unten gerichtete Teilströmung (32b) bil det, wobei der Volumenstrom der nach unten gerichteten Teilströmung (32b) so eingestellt wird, dass der Volumen strom der nach unten gerichteten Teilströmung (32b) gleich oder im Wesentlichen gleich dem Volumenstrom der nach oben gerichteten Teilströmung (32b) ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Objekt (4) sowohl an seiner Vorderseite als auch an seiner Rückseite von einer zum Objekt (4) ausgerichteten ElektrolytStrömung (31) angeströmt wird, wobei der Volumen strom der vorderseitigen ElektrolytStrömung (31) und der rückseitigen ElektrolytStrömung (31) so eingestellt werden, dass diese beiden Volumenströme gleich oder im Wesentlichen gleich sind. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Verfahren ein galvanisches Beschichtungsverfahren ist, bei dem eine Metallschicht, insbesondere eine Kupfer-, Nickel-, Gold-, Silber- und/oder Zinnschicht, auf dem Ob jekt (4) abgeschieden wird.
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