JP2006342403A - メッキ装置、メッキ処理管理装置、メッキ方法、及びメッキ処理管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止し得るメッキ装置、メッキ処理管理装置、メッキ方法、及びメッキ処理管理方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、メッキ液３が充填されたメッキ槽２を備え、被メッキ基板４を陰極電極とし、被メッキ基板４と陽極電極５とを略平行に対向させてメッキ液３に浸漬して、被メッキ基板４に電解メッキを行う電解メッキ装置１０であって、メッキ液４中の少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えたことを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電解メッキ法を適用したメッキ装置、メッキ処理管理装置、メッキ方法、及びメッキ処理管理方法に関するものであり、より詳細には、被メッキ基板において均一なメッキ厚を得るためのメッキ装置、メッキ処理管理装置、メッキ方法、及びメッキ処理管理方法に関するものである。

近年、携帯電話情報端末などの電子機器において小型軽量化が進んでおり、それに呼応して、これらの電子機器に組み込まれる半導体集積回路自体にも、小型軽量化や高密度実装化が求められている。

半導体集積回路等（以下、半導体装置と称する）の小型化および高密度実装化を達成する有力な方法として、実装用の突起電極（所謂バンプ電極）を用いる方法が広く用いられている。この方法では、半導体装置表面の所定の位置に、メッキ技術を応用して金（Ａｕ）によるバンプ電極を形成し、このバンプ電極を利用して半導体装置を実装基板に直接実装するようになっている。

バンプ電極の形成のプロセスフローを図３に示す。図３（ａ）は、バンプ電極を形成する前の半導体基板の構成を示す断面図である。図３（ｂ）〜（ｅ）は、図３（ａ）に示す半導体基板上にバンプ電極を形成するまでの工程を示す断面図である。

図３（ａ）に示すように、半導体基板表面には、アルミニウムパットと保護膜とが設けられており、半導体装置が多数組み込まれている。そして、図３（ｂ）に示すように、まず、半導体装置が多数組み込まれた半導体基板の表面に下地金属を堆積させる。そして、図３（ｃ）に示すように、フォトレジストを塗布し、バンプ電極を形成させるべき箇所のフォトレジスト膜を開口して、図３（ｂ）において予め堆積させておいた下地金属膜を露出させる。次いで、図３（ｄ）に示すように、半導体基板をメッキ液に浸し、フォトレジスト膜の開口部分において露出した下地金属膜上に、メッキ金属、例えば金（Ａｕ）を析出させる。そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト膜を除去することにより、半導体基板上にバンプ電極を形成する。

メッキ法には、電解メッキ法と無電解メッキ法との２つの方法がある。バンプ電極の形成には、通常電解メッキ法が用いられている。電解メッキ法は、メッキをすべき基板を陰極に接続し、基板と陽極電極とを対向させてメッキ液中に浸漬し、所定の直流電圧を印加して基板上の所定の位置にメッキ金属を析出させる方法である。この電解メッキ法は、無電解メッキ法に比べて、メッキの成長速度が格段に速く、また下地金属とメッキ液との組合せの自由度が大きいこと等により、バンプ電極に必要な数十μｍの厚みのメッキ層を用意に形成することができる。

また、上述のように、バンプ電極を用いて半導体装置を実装基板に実装する方法では、バンプ電極と実装基板との接続強度の確保や、接続に係る実装基板の信頼性確保のために、半導体装置の表面に形成されるバンプ電極の高さ、つまりメッキの厚さが、半導体装置内はもとより、半導体基板内で均一であることが必要不可欠である。

メッキの厚さを基板内で均一にするためには、メッキすべき基板近傍におけるメッキ金属のイオン濃度を所定の濃度に保つことが必要である。このため、メッキ液を攪拌したり、あるいはメッキ液に所定の流速を与えて、基板周辺で常にメッキ液を置換する方法が用いられている。

このような電界メッキ法において、メッキの厚さを基板内で均一に保つ方法として、例えば、特許文献１では、基板と陽極電極との間に開口部を有する遮蔽板を挿入することで、基板内でのメッキ厚の均一化を図っている。上記遮蔽板の開口部の大きさ及び／または形状は可変となっている。例えば特許文献１では、遮蔽板の開口部の形状をコントロールすることにより、基板表面の電場をコントロールし、半導体基板内のメッキの厚さを均一に保つようにしている。

図４は、上記特許文献１に開示された遮蔽板の一例を示す平面図である。図４（ａ）に示すように、開口部７ａの異なる遮蔽板を複数枚用い、それを抜き差しすることで、開口部の大きさを変えるようになっている。また、図４（ｂ）に示すように、遮蔽板１７はレンズの絞りと同様な機構により、中心に設けられた開口１７ａの大きさを任意に変えることができるようになっている。

また、特許文献２には、メッキ前に標準電極としてＳＣＥ(飽和甘こう電極)を用いて自然電極電位を測定し、その電位の経時変化に応じてメッキ電圧をコントロールする手法が開示されている。
特開平１１−２４６９９９号公報（平成１１年９月１４日公開） 特開平２−１９０４９２号公報（平成２年７月２６日公開）

しかしながら、上記の従来の技術には、以下の問題が生じる。

まず、特許文献１に開示されている技術では、メッキ槽内の電位の分布を均一に保つために、めっき液流れの位置関係、基板からの距離、遮蔽板からの位置がハード的な設定のみを行っており、理想状態の下で設定された状態で電界メッキを行うほかなかった。すなわち、特許文献１では、遮蔽板の開口部の形状をコントロールするという構造的な設定により、基板表面の電場をコントロールしており、基板の平行度、メッキ液の流れ、または印加電圧のばらつきには問題が無い理想状態のもとで電界メッキを行っている。

そのため、メッキ装置によりメッキ基板を量産するに際し、基板の平行度、メッキ液の流れ、印加電圧のばらつき等といった、メッキ厚さの均一性を悪化させるようなパラメータのわずかな変化を検知することができない。そして、そのまま生産を継続し、最終段階の出荷検査ではじめて不良に気づくことがあった。

また、特許文献２に記載されている手法はメッキを行う前の測定である。このため、この手法では、メッキ中の電位の変化はモニターしておらず、生産開始後の設備状態の変化には対応できないものである。また、メッキ処理中の電位をモニターしフィードバックをかける手法は、従来より検討されていたが、メッキ処理中の電位が安定しないことにより、実用化には至らなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止し得るメッキ装置、メッキ処理管理装置、メッキ方法、及びメッキ処理管理方法を提供することにある。

本発明のメッキ装置は、上記の課題を解決するために、メッキ液が充填されたメッキ槽を備え、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキを行う装置であって、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えたことを特徴としている。

メッキ液中の電位は、印加電圧、被メッキ基板と陽極電極との間の相対的な位置、メッキ液の流速、または、メッキされる金属の濃度といった装置構成に応じて変動する。

このため、メッキ処理中にメッキ液中の１ヶ所の電位変化を監視した場合、その電圧変化がメッキ液中の装置構成に応じた変化を示すのか、あるいは電圧異常による変化を示すのか判定することが困難であった。それゆえ、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが困難であった。

しかしながら、上記の構成によれば、上記監視手段は、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で電位の変化のバランスを監視している。「電位の変化のバランス」とは、メッキ液中の少なくとも２点の電位が、ある一定の差分あるいは比率を保ちながら変動する状態のことをいう。

また、一般的にメッキ液中の電位は一定でなく、電気２重層とメッキ液の抵抗の比が影響するため、監視手段は、メッキ液中の少なくとも２点間の電位の比率に基づいて、電位の変化のバランスを監視するよりも、メッキ液中の少なくとも２点間の電位の差分に基づいて、電位の変化のバランスを監視することが好ましい。

上記の構成によれば、少なくとも２点の電位間において、電位の変化のバランスが保たれている場合には、メッキ液中の装置構成に応じた変動を示すと判定できる一方、電位の変化のバランスが崩れた場合には、電圧異常による変化を示すと判定することができる。これにより、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが可能になる。それゆえ、上記の構成によれば、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止することが可能になる。

さらに、上記の構成によれば、メッキ液中の電位変化のバランスを監視することにより、電解メッキ処理において、陽極電極／被メッキ基板間の平行度の乱れ、電流印加のトラブル、メッキ液の流れの異常をリアルタイムに検知することが可能になり、メッキの厚さ（バンプ電極高さ）の不均一を防止し、メッキ工程における不良率を低減するとともに、後半工程の実装マージンを広げることが可能となる。

なお、上記監視手段が電位の変化のバランスを監視する「少なくとも２点」の位置関係は、理論上その２点間で同電位となる位置関係であれば、特に限定されるものではないが、確実に同電位となるような「少なくとも２点」は、上記被メッキ基板から等距離になるような位置である。一般的には、メッキ処理中に電位が変動するため、電位が変化しても、理論上２点間で電位が変わらない位置は、被メッキ基板と陽極電極との間で、等距離になるような位置になる。

また、本発明のメッキ装置では、上記監視手段は、さらに、上記少なくとも２点間の電位を比較する比較手段を備えたことが好ましい。

なお、「少なくとも２点間の電位を比較する」とは、少なくとも２点間の電位の差分あるいは比率を求めることをいう。

上記の構成によれば、比較手段が、上記少なくとも２点間の電位を比較するので、その比較結果から、少なくとも２点間で、電位の変化のバランスが保たれているか否かを判定できる。

また、本発明のメッキ装置では、上記監視手段は、さらに、少なくとも２点間で電位の差が所定レベル以上になった場合に発報する発報手段を備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、発報手段が、少なくとも２点間で電位の差が所定レベル以上になった場合に発報するので、使用者がメッキ液中の電圧異常を認知することができる。

また、本発明のメッキ装置では、上記監視手段は、さらに、少なくとも２点間で電位の差分が所定レベル以上になった場合に、電解メッキを停止するインターロック機構とを備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、インターロック機構は、少なくとも２点間で電位の差分が所定レベル以上になった場合に、電解メッキを停止するので、メッキ液中の電圧異常が生じた場合において、メッキ処理を進行させることなく、被メッキ基板のメッキ厚さの不均一性を防止し、メッキ工程の不良率を低減することができる。

また、本発明のメッキ装置では、発報手段が発報する少なくとも２点間での電位の差のレベルは、被メッキ基板のメッキ厚さの均一性のスペックに依存し、適宜設定可能である。特に、被メッキ基板として半導体基板を用いて、その半導体基板上に、バンプ電極を形成するために電解メッキを行う場合、上記発報手段は、上記少なくとも２点間で電位の差が、該少なくとも２点の電位のうち最も小さい電位の１０％以上になった場合に発報するようになっていることが好ましい。

メッキ膜厚とメッキ液中の電位とには相関関係がある。一般的に、メッキ膜厚のばらつきは、量産で１５〜２０％程度であり、これ以上の値ではインターロック機構として不充分である。なお、少なくとも２点の電位のうち最も小さい電位の１０％以上としたのは、メッキ液中の電位の検出において、その振幅が１０％と大きいことと、検出精度が±１０ｍＶであるためである。

なお、上記発報手段による発報条件は、電位の振幅の実力値と量産の高さスペック（量産におけるメッキ膜厚のばらつき）とから求められるものであり、電界メッキ装置の構成に応じて適宜設定することができる。例えば、高さばらつきのスペック（量産におけるメッキ膜厚のばらつき）が１０％以下になった場合には、発報手段は、少なくとも２点の電位のうち最も小さい電位の５％以下になった場合に発報するようになる。

また、本発明のメッキ装置では、上記監視手段は、メッキ液中の電位を検出する電位モニター端子を少なくとも２つ備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、監視手段は、少なくとも２つの電位モニター端子にて、メッキ液中の少なくとも２点の電位を検出し、メッキ液中の電位変化のバランスを監視している。これにより、電解メッキ処理において、陽極電極／被メッキ基板間の平行度の乱れ、電流印加のトラブル、メッキ液の流れの異常をリアルタイムに検知することが可能になり、メッキの厚さ（バンプ電極高さ）の不均一を防止し、メッキ工程における不良率を低減するとともに、後半工程の実装マージンを広げることが可能となる。

また、本発明のメッキ装置では、特に、被メッキ基板として半導体基板を用いて、その半導体基板上にバンプ電極を形成するために電解メッキを行う場合、被メッキ基板と上記電位モニター端子との間隔が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。

メッキ液の抵抗は、メッキ液の導電率と被メッキ基板表面に現れる電気２重層とにより決定される（メッキ液の抵抗＜電気２重層）。ここで、電気２重層の厚みは非常に小さく０.１ｍｍ以下であり、数μｍのオーダーである。このため、電位モニター端子は、電気２重層の外に位置する必要があり、被メッキ基板との間隔が０．１ｍｍ以上である。これにより、確実に電気２重層から絶縁することが可能になる。被メッキ基板と上記電位モニター端子との間隔が０．１ｍｍよりも小さい場合、上述の被メッキ基板表面に現れる電気２重層と電位モニター端子とが接触してしまう恐れがある、すなわち電位モニター端子が被めっき基板表面におけるめっきの成長を阻害するため、好ましくない。

なお、上記の記載から、「被メッキ基板と上記電位モニター端子との間隔が０．１ｍｍ以上である」とは、上記電位モニター端子が、電気２重層の位置の０．１ｍｍ以上に位置する」ともいえる。

また、本発明のメッキ装置では、上記電位モニター端子は、金線または白金線により構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、電位モニター端子は、金線または白金線により構成されているので、例えば電位モニター端子として銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の卑金属を使用した場合と比較して、金属がメッキ液に溶け出しても、酸化されず、メッキ液の状態が変化しない。このため、上記の構成によれば、より良好にメッキ液中の電圧異常の良否を判定することができる。

また、本発明のメッキ装置では、上記電位モニター端子は、陽極電極−被メッキ基板の位置関係、電流の流れ、または、液の流れに対して、ハード的に対称になるように配置されていることが好ましい。

上記「陽極電極−被メッキ基板の位置関係、電流の流れ、または、液の流れに対して、ハード的に対称になる」とは、電位モニター端子が、理論的に同一の電位（ポテンシャル）になるように配置されていることをいう。また、液流れの位置関係、被メッキ基板からの距離、遮蔽板からの位置がハード的に対照になることともいえる。メッキ液流れが速いとメッキ液中の電位が低くなる傾向がある。また、被メッキ基板に近く電位モニター端子が配置されていると、メッキ液中の電位が低くなる傾向にある。そのため、被メッキ基板からの距離とメッキ液の流れとに応じて、メッキ液中には、理論的に電位が同じになる位置が存在する。

それゆえ、上記の構成によれば、電位モニター端子が、理論的に同一の電位（ポテンシャル）になるように配置されているので、測定した２つの電位の値の差が所定レベル内に納まっていることを確認できれば、メッキ条件が良好であると判断できる。

また、本発明のメッキ装置では、さらに、上記メッキ液を攪拌する攪拌手段を備え、上記監視手段は、上記攪拌手段による攪拌周期よりも大きい期間、上記少なくとも２点の電位の監視を行い、該期間にて監視された電位の平均値を求めて電位の変化のバランスを監視することが好ましい。

攪拌手段を備えたメッキ装置では、メッキ液の任意の位置における電位は、攪拌動作により変動するので、監視手段は、少なくとも２つの電位を、安定した値で読み取ることができない。しかしながら、上記の構成によれば、監視手段は、攪拌手段による攪拌周期よりも大きい期間、上記少なくとも２点の電位の監視を行い、該期間にて監視された電位の平均値を求めて電位の変化のバランスを監視するので、上述の攪拌動作による電位の変動要因をキャンセルすることができ、監視手段は、メッキ液中の電位を安定した値として読み取ることができる。

攪拌手段により攪拌を行っている場合、メッキ液中の電位は、攪拌手段からの位置関係により、その変動が異なる。すなわち、メッキ液中の電位は、メッキ液の流れによって変動する。このような攪拌手段による攪拌の影響を除外するために、攪拌周期よりも広い範囲で電位の平均化を行なうことで、メッキ液内の任意の点における電位が、全て同じ傾向で変動していない場合でも、めっき厚さを判定することが可能である。

また、本発明のメッキ処理管理装置は、上記の課題を解決するために、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキするメッキ処理を管理するメッキ処理管理装置であって、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えたことを特徴としている。

上記の構成によれば、監視手段は、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で電位の変化のバランスを監視するので、このバランスから、メッキ液中の装置構成に応じた変化を示すのか、あるいは電圧異常による変化を示すのか判定すること可能になる。それゆえ、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが可能になる。

したがって、上記の構成によれば、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止することできるめっき処理管理装置を提供できる。

また、本発明のメッキ方法は、上記の課題を解決するために、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキを行うメッキ方法であって、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、監視工程にて、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視するので、その電圧変化のバランスから、メッキ液中の装置構成に応じた変化を示すのか、あるいは電圧異常による変化を示すのか判定すること可能になる。それゆえ、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが可能になる。

また、本発明のメッキ処理管理方法は、上記の課題を解決するために、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキするメッキ処理を管理するメッキ処理管理方法であって、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間の電圧変化のバランスから、メッキ液中の装置構成に応じた変化を示すのか、あるいは電圧異常による変化を示すのか判定すること可能になる。それゆえ、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが可能になる。

また、本発明のメッキ処理管理方法では、さらに、上記メッキ液を攪拌する攪拌工程を含み、上記監視工程にて、上記攪拌工程における攪拌周期よりも大きい期間、上記少なくとも２点の電位の監視を行い、該期間にて監視された電位を平均化することが好ましい。

本発明のメッキ装置は、以上のように、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えた構成である。また、発明のメッキ処理管理装置は、以上のように、被メッキ基板から等距離になる２点間で電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えた構成である。

さらに、本発明のメッキ方法は、以上のように、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含む構成である。また、発明のメッキ処理管理方法は、以上のように、被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含む構成である。

これにより、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止することが可能になる。さらに、メッキ液中の電位変化のバランスを監視することにより、電解メッキ処理において、陽極電極／被メッキ基板間の平行度の乱れ、電流印加のトラブル、メッキ液の流れの異常をリアルタイムに検知することが可能になり、メッキの厚さ（バンプ電極高さ）の不均一を防止し、メッキ工程における不良率を低減するとともに、後半工程の実装マージンを広げることが可能となる。

本発明の実施の一形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。

本実施形態の電解メッキ装置の概略構成を図１に示す。上記電解メッキ装置１０は、メッキ槽２中にメッキ液３が満たされているものである。メッキ液３は、攪拌部９及び図示しないポンプにより循環されている。

メッキ液３中には、陰極電極（カノード）となる被メッキ基板４と陽極電極（アノード）５とが、対向して配置されている。また、被メッキ基板４及び陽極電極５には、電源１により直流電圧が印加されている。電解メッキ装置１０では、電源１が所定の直流電圧を、被メッキ基板４及び陽極電極５に印加することにより、被メッキ基板４の所定の位置にメッキ金属を析出させている。

また、被メッキ基板４と陽極電極５との間には、遮蔽板７が配置されている。遮蔽板７は、メッキ液３中の電界分布を制御する制御板としての役割を持つ。これにより、被メッキ基板４のメッキ厚さの均一性を向上させることができる。本実施形態では、遮蔽板７として、特開２００３−３４８９３号公報に記載されているように、被メッキ基板４よりも僅かに小さい円形に繰り抜かれた板を用いている。しかしながら、遮蔽板７は、この構成に限定されるものではなく、メッキ３中の電界分布を制御可能な構成であればよい。

なお、上記電解メッキ装置１０には、これらの他に、例えばメッキ槽２へのメッキ液３の流入口や排出口などといった、その他多くの部品等が付随するが、図面の煩雑さを避けるために本発明の特徴点について特に関係のない構成については図面中の記載を省略している。

本実施形態では、上記電解メッキ装置１０に、電位モニター端子６ａ及び６ｂという２本の電位モニター端子が、メッキ液３中に挿入されている。そして、電位モニター端子６ａ及び６ｂそれぞれの電位Ｖａ及びＶｂが測定される。

２本の電位モニター端子６ａ及び６ｂは、被メッキ基板４近傍に配置されており、被メッキ基板４から等距離に離れた場所に位置されている。例えば、電位モニター端子６ａ及び６ｂは、これらの検知部と被メッキ基板４と距離が５ｍｍ程度になるように設置されている。しかしながら、電位モニター端子６ａ及び６ｂと被メッキ基板４との距離は、５ｍｍに限定されず、０．２ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲内であればよい。なお、図１では、電位モニター端子６ａ及び６ｂはそれぞれ、被メッキ基板４から異なる距離に離れた場所に配置されているが、本来電位モニター端子６ａ及び６ｂは、紙面と垂直方向に重なって配置されている。図１では、便宜的に位置をずらして示している。

電解メッキ装置１０では、電位モニター端子６ａ及び６ｂから測定された電位Ｖａ及びＶｂは、監視部８にて、電位Ｖａ及びＶｂの変化のバランスが監視される。以下、監視部８の構成を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態の電解メッキ装置１０における監視部８の概略構成を示すブロック図である。

図２に示すように、監視部８は、電位測定器２０ａ及び２０ｂと、比較部（比較手段）１１と、判定部１２、発報部１３（発報手段）と、インターロック機構１４と、平均値算出部１５と、攪拌制御部１６とを備えている。

電位測定器２０ａ及び２０ｂは、電位Ｖａ及びＶｂを測定する。そして、電位測定器２０ａ及び２０ｂの出力が比較部１１に入力される。

比較部１１は、電位モニター端子６ａにて検出された電位Ｖａと、電位モニター端子６ｂにて検出された電位Ｖｂとを比較する。すなわち、比較部１１は、電位Ｖａと電位Ｖｂとの差分あるいは比率を求める。

また、攪拌部９を備えためっき装置では、攪拌制御部１６が攪拌部９による攪拌動作を制御する。具体的には、攪拌動作の攪拌周期を制御する。そして、攪拌制御部１６は、この攪拌動作における攪拌周期の時間情報を平均値算出部１５に渡す。そして、平均値算出部１５は、攪拌制御部１５からの時間情報に基づいて、攪拌周期よりも大きい期間に検出された電位Ｖａ及びＶｂについて、平均値を算出する。メッキ液中の任意のポジションにおける電位は、攪拌部９による攪拌動作により変動するため、電位モニター端子６ａ及び６ｂから検出された電位Ｖａ及びＶｂとして安定した値が得られない場合がある。平均値算出部１５は、このような攪拌部９の攪拌動作による電位の変動要因をキャンセルするために、攪拌部９による攪拌周期より大きい期間に検出された電位Ｖａ及びＶｂそれぞれについて、平均値を算出している。そして、平均値算出部１５にて得られた平均値は、比較部１１にて比較される。

そして、判定部１２は、比較部１１にて求められた電位Ｖａと電位Ｖｂとの差分あるいは比率に基づいて、電位Ｖａと電位Ｖｂとの間で、電位の変化のバランスが保たれているか否かを判定する。

判定部１２にて、電位Ｖａと電位Ｖｂとの間で電位の変化のバランスが保たれていないと判定された場合、すなわち、電位Ｖａと電位Ｖｂとの差分あるいは比率が所定レベル以上になっていると判定された場合、発報部はメッキ液中の電位異常を発報し、インターロック機構１４が電解メッキ装置の電解メッキを停止する。これにより、メッキ装置の使用者がメッキ液中の電圧異常を認知することができる。

また、インターロック機構１４は、電解メッキ装置の電解メッキ動作を停止させるので、メッキ液中の電圧異常が生じた場合において、メッキ処理を進行させることを防止することができる。

このように、監視部が電位Ｖａと電位Ｖｂとの間で、電位の変化のバランスを監視することにより、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止することが可能になる。

以下に、比較部１１による電位Ｖａと電位Ｖｂとの比較に基づく、メッキ液中の電圧異常の判定方法を、図５に基づいて説明する。図５は、電解メッキ装置１０におけるメッキ液３中の電位波形を示すグラフであり、図５（ａ）は、電源１による印加電圧Ｖ０、及び電位モニター端子６ａにて測定された電位Ｖａの電圧波形を示し、図５（ｂ）は、電位モニター端子６ａにて測定された電位Ｖａ、及び電位モニター端子６ｂにて測定された電位Ｖｂの電圧波形を示す。

まず、電解メッキ装置１０において、メッキ液３中の電位は、電源１の印加電圧、被メッキ基板４と陽極電極５との間の相対的な位置、メッキ液の流速、または、メッキされる金属の濃度に応じて変化する。図５（ａ）に示すように、電源１による印加電圧Ｖ０と電位モニター端子６ａにて測定されたＶａとを比較した場合、印加電圧Ｖ０はほぼ一定になっている一方、電位Ｖａは一定幅の振幅を保ちながら変移している。すなわち、電解メッキ装置１０において、メッキ液３中の電位は、一定の周期で変化していることがわかる。

このため、メッキ処理中にメッキ液の電位をモニターする端子が１つだけ存在する、すなわちメッキ液中の１点でのみ電圧を測定する場合、その電圧変化がメッキ液中の電圧の周期的変化を示すのか、あるいは電圧異常による変化を示すのか判定することが困難であった。それゆえ、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが困難である。

一方、電解メッキ装置１０では、メッキ処理中にメッキ液の電位をモニターする端子として、電位モニター端子６ａ及び６ｂという２つの端子が存在する。そして、電位モニター端子６ａ及び６ｂは、その測定された電位（Ｖａ，Ｖｂ）が理論的に同ポテンシャルとなるような位置に設置されている。

しかしながら、上述のように、メッキ液中の任意の電位は、金属イオンの濃度など様々な要因により変動するので、電位Ｖａと電位Ｖｂとは完全に同一ではなく、僅かに異なる値を示す。このため、理論的に同ポテンシャルであっても、メッキ処理中にメッキ液中の２点で互いに異なる電位を測定する結果となる。

また、アノード(陽極電極)−カソード（被メッキ基板）間の距離が異なり、かつ、その距離の割合が同じである場所などでは等電位の等高線が存在する。しかしながら、現実的には、メッキ液流れやメッキ液の金濃度のミクロなばらつきにより等高線が随時変化しているため、理論的には等電位とはいえない。本発明では、この点に着目して、通常ではまったく同じ電位を示す場所２点に、モニター端子を設置している。そして、この２点間の電位の差を判定することにより、理論に反する異常を検知しようとするものである。

電位Ｖａと電位Ｖｂとを比較した場合、図５（ｂ）に示すように、電位Ｖａ及び電位Ｖｂは、互いに、所定の差分を保ちながら、変動していることがわかる。それゆえ、比較部１１が電位Ｖａと電位Ｖｂとを比較し、電位Ｖａと電位Ｖｂとの差分を読み取ることで、メッキ液中の電圧異常の良否を判定することが可能になる。すなわち、電位Ｖａ及び電位Ｖｂが上記所定の差分を保つことなく変動する場合に、メッキ液中の電圧に異常があると判定することができる。

電解メッキ装置１０では、電位モニター端子６ａ及び６ｂから取り出された電位Ｖａ及びＶｂはそれぞれ、所定の時間の平均値として算出される。そして、比較部１１にて、電位Ｖａと電位Ｖｂとの差が比較される。通常、電解メッキ装置では、メッキ液の循環と並行して、攪拌棒（攪拌手段）を用いた強制的な攪拌も併用している。そのため、メッキ液の任意のポジションにおける電位は、攪拌の動作により変動する。それゆえ、電位Ｖａ及びＶｂとして、安定した値が得られない。

そこで、本実施形態では、このような攪拌による変動要因をキャンセルするために、電位Ｖａ及びＶｂは、攪拌周期の２倍以上の時間モニターされている。そして、モニターされた電位Ｖａ及びＶｂについて、その平均値を比較することにより、安定した値を得ることができた。

なお、以下では、印加電圧Ｖ０が４００ｍＶである場合について説明する。この場合、電解メッキ装置１０におけるメッキ液３中の電位が２００ｍＶ〜２５０ｍＶであった。すなわち、図５（ｂ）に示すように、電位Ｖａ及び電位Ｖｂは、ともに２００ｍＶを中心に振幅している。それゆえ、例えば、電圧Ｖａの平均値が２００ｍＶであっても、その電圧値が１０ｍＶ以上のばらつきがあり、特に断片的に大きく変動することがあるため、後述する平均化の作業が必ず必要である。なお、図５（ｂ）では、電位Ｖａ及び電位Ｖｂを、０Ｖ(基準)ラインをずらして表示している。

しかしながら、上記印加電圧Ｖ０は、あくまでも例示であり、電解メッキ装置あるいは被メッキ基板の寸法、メッキ厚さ等の設計に応じて、適宜設定できるものである。また、メッキ液中の電位もまた、設定された印加電圧、電解メッキ装置あるいは被メッキ基板の寸法、メッキ厚さに応じて変化するものである。

また、電位Ｖａ及びＶｂを攪拌周期の１０倍の時間モニターし平均化することで、測定精度を持たせている。そして、電解メッキ装置１０では、電位Ｖａと電位Ｖｂとの電位差が、メッキ液３中の電位の約１０％となった場合（電位Ｖａと電位Ｖｂとが２０ｍＶ以上差があった場合）に、メッキ液中の電圧に異常があると判断している。なお、メッキ液中の電圧異常を判断するための電圧値の基準は、メッキ処理により形成される電極の高さの均一性のスペックに依存するものであり、そのスペックに応じて任意に設定可能である。
ここでいう「均一性のスペック」とは、具体的には、メッキ基板量産において、メッキ膜厚の１５〜２０％程度のばらつきのことをいう。

また、電解メッキ装置１０には、上記電位Ｖａと電位Ｖｂとの電位差が、メッキ液３中の電位の約１０％（２０ｍＶ）となり、メッキ装置に異常があると判断された場合に、その異常を発報する発報部としてのアラーム（発報手段）が装備されている。そして、このアラームの発報により、電解メッキ処理を停止するインターロック機構を有している。

すなわち、図１に示すように、比較部１１が、インターロック機構を介して、電源１の電圧印加を停止するように制御する。これにより、インターロック機能が実現される。

また、本発明は、電位モニター端子６ａ及び６ｂ、監視部８、アラーム、及び、インターロック機構を備えたものとしてのメッキ処理管理装置も含まれる。これにより、メッキ装置におけるメッキ液中の電位を常時監視することができる。さらに、メッキ液中の電位変化のバランスを監視することにより、電解メッキ処理において、陽極電極／被メッキ基板間の平行度の乱れ、電流印加のトラブル、メッキ液の流れの異常をリアルタイムに管理できる。それゆえ、メッキの厚さ（バンプ電極高さ）の不均一を防止し、メッキ工程における不良率を低減するとともに、後半工程の実装マージンを広げることが可能となる。

また、本実施形態では、電位モニター端子６ａ及び６ｂとして、メッキされる金属と同成分の貴金属を用いた。より具体的には、直径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の金線、または白金線を、メッキ液に犯されない薄い絶縁物でコーティングし、先端のみ金または白金を露出させた電位モニター端子を用いた。なお、電位モニター端子における金または白金は、板状に加工されていてもよい。

電位モニター端子６ａ及び６ｂとして、ニクロム線などのＣｕ（銅）やＮｉ（ニッケル）などの卑な金属を用いた場合、電位モニター端子に用いた金属がメッキ液に溶け出してしまう。このため、メッキ液の状態が変化するため好ましくない。それゆえ、電位モニター端子６ａ及び６ｂには、酸化されず、かつ溶け出してもメッキ液に対して影響のない金属を使用することが好ましい。

また、電位モニター端子６ａ及び６ｂとして、金線の代わりに、ガラスを介してメッキ液と接触する飽和甘こう電極（ＳＣＥ）などのガラス電極を用いてもかまわない。ＳＣＥ電極を用いる場合には、電位モニター端子６ａ及び６ｂとして金線を用いた場合に比べ、端子のサイズが大きくなるため、メッキ液の流れを阻害しないように、メッキ槽や基板のホルダーに埋め込むなどの工夫が必要である。

また、本発明のメッキ装置は、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ槽に充填されたメッキ液に浸漬して、電解メッキ法により被メッキ基板にメッキを行う装置において、上記メッキ槽内に電位をモニターする電位モニター端子を２つ以上有する構成であるともいえる。

そして、この場合、本発明のメッキ装置は、２つ以上の電位モニター端子において、常時電位をモニターし、２つ以上の電位の差が所定レベル以上になった場合にアラームを発報し、電解メッキ処理を停止するインターロック機能を有するようになっている。特に、電位モニター端子間の電位差が１０％以上で前記インターロック機能が働くことが好ましい。

この構成によれば、電解メッキ工程において、メッキ処理槽の２箇所以上に液中の電位をモニターする端子を設け、メッキ処理槽内の電位を比較するコンパレータを用い、電位差がある一定レベル以上に達した場合にアラームを発報し、電解メッキ処理を停止することにより、ウエハー（被メッキ面）面内のメッキの厚さバラツキを防止することが可能になる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のメッキ装置は、以上のように、メッキ処理中の電位をモニターでき、かつ、被メッキ基板のめっき厚さの不均一性を防止することができる。それゆえ、本発明は、メッキ処理を必要とする産業、例えば半導体産業に適用することができる。

本発明の一実施形態を示すものであり、電解メッキ装置の概略構成を示す説明図である。 上記電解メッキ装置の監視部の概略構成を示すブロック図である。 バンプ電極の形成のプロセスフローを示す断面図を示し、（ａ）は、バンプ電極を形成する前の半導体基板の構成を示し、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）に示す半導体基板上にバンプ電極を形成するまでの工程を示す。 従来の電界メッキ装置で用いられていた遮蔽板の構成を示す平面図であり、（ａ）は、開口部の口径が異なる遮蔽板を複数用い、開口の大きさを変える遮蔽板の構成を示し、（ｂ）は、レンズの絞りと同様な機構により、中心に設けられた開口の大きさを任意に変えることができる遮蔽板の構成を示す。 電解メッキ装置１０におけるメッキ液３中の電位波形を示す写真であり、（ａ）は、電源１による印加電圧Ｖ０、及び電位モニター端子６ａにて測定されたＶａの電圧波形を示し、（ｂ）は、電位モニター端子６ａにて測定されたＶａ、及び電位モニター端子６ｂにて測定されたＶｂの電圧波形を示す。

符号の説明

１ 電源
２ メッキ槽
３ メッキ液
４ 被メッキ基板
５ 陽極電極
６ａ 電位モニター端子
６ｂ 電位モニター端子
７ 遮蔽板
８ 監視部（監視手段）
９ 攪拌部（攪拌手段）
１０ 電解メッキ装置（メッキ装置）
１１ 比較部（比較手段）
１２ 判定部
１３ 発報部（発報手段）
１４ インターロック機構
１５ 平均値算出部

Claims (14)

1. メッキ液が充填されたメッキ槽を備え、被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキを行う装置であって、
   被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えたことを特徴とするメッキ装置。
2. 上記監視手段は、さらに、上記少なくとも２点間の電位を比較する比較手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のメッキ装置。
3. 上記監視手段は、さらに、少なくとも２点間で電位の差分が所定レベル以上になった場合に発報する発報手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のメッキ装置。
4. 上記監視手段は、さらに、少なくとも２点間で電位の差分が所定レベル以上になった場合に、電解メッキを停止するインターロック機構を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のメッキ装置。
5. 上記発報手段は、上記少なくとも２点間で、電位の差が該少なくとも２点の電位のうち最も小さい電位の１０％以上になった場合に発報するようになっていることを特徴とする請求項３または４に記載のメッキ装置。
6. 上記監視手段は、メッキ液中の電位を検出する電位モニター端子を少なくとも２つ備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のメッキ装置。
7. 被メッキ基板と上記電位モニター端子との間隔が０．1ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のメッキ装置。
8. 上記電位モニター端子は、金線または白金線により構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のメッキ装置。
9. 上記電位モニター端子は、陽極電極−被メッキ基板の位置関係、電流の流れ、または、液の流れに対して、ハード的に対称になるように配置されていることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のメッキ装置。
10. さらに、上記メッキ液を攪拌する攪拌手段を備え、
    上記監視手段は、上記攪拌手段による攪拌周期よりも大きい期間、上記少なくとも２点の電位の監視を行い、該期間にて監視された電位の平均値を求めて電位の変化のバランスを監視することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のメッキ装置。
11. 被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキするメッキ処理を管理するメッキ処理管理装置であって、
    被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視手段を備えたことを特徴とするメッキ処理管理装置。
12. 被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキを行うメッキ方法であって、
    被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含むことを特徴とするメッキ方法。
13. 被メッキ基板を陰極電極とし、被メッキ基板と陽極電極とを略平行に対向させてメッキ液に浸漬して、被メッキ基板に電解メッキするメッキ処理を管理するメッキ処理管理方法であって、
    被メッキ基板から等距離になる少なくとも２点間で、電位の変化のバランスを監視する監視工程を含むことを特徴とするメッキ処理管理方法。
14. さらに、上記メッキ液を攪拌する攪拌工程を含み、
    上記監視工程にて、上記攪拌工程における攪拌周期よりも大きい期間、上記少なくとも２点の電位の監視を行い、該期間にて監視された電位を平均化することを特徴とする請求項１３に記載のメッキ処理管理方法。