JP2023069447A - めっき装置及びめっき方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的の１つは、各種機器の異常の検出精度を向上させること、及び／又は、異常検出のタイミングを早くすることにある。【解決手段】基板をめっきするためのめっき装置であって、 基板と対向するように配置されたアノードと、 前記基板と前記アノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材であって、前記開口の寸法を変更するための開口調節部材を有する電場調節部材と、前記開口調節部材を駆動するモータと、 前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出する制御装置と、を備えるめっき装置。【選択図】図７

Description

本願は、めっき装置及びめっき方法に関する。
半導体ウェハやプリント基板等の基板の表面に配線やバンプ（突起状電極）等を形成することが行われている。この配線及びバンプ等を形成する方法として、電解めっき法が知られている。電解めっきを行うめっき装置では、めっき液中で基板（ウェハ）をアノードに対向して配置し、基板をカソードとしてアノードから基板に電流を流すことにより、基板表面に金属のめっき膜を形成する。このようなめっき装置では、アノードから基板への電場を調整するために、アノードと基板との間の電場を調節するためのアノードマスクを配置する場合がある。アノードマスクとしては、例えば、特許第６５３８５４１号明細書（特許文献１）、特開２０１９－５６１６４号公報（特許文献２）に記載されたものがある。このようなアノードマスクは、アノードからの電場（電流）を通過させる開口を有し、開口の寸法を調節するためのブレード又は羽根の形状の移動部材を有する。ブレード又は羽根は、例えば、モータからの動力により調整される。
一方、半導体製造装置においてアノードマスク等の各種機器の故障を検出する方法としては、例えば、特許第６８６０４０６号明細書（特許文献３）に記載されたものがある。この故障検出方法では、複数の故障モデルを準備しておき、計測された物理量の特徴量ベクトルと、複数の故障モデルの各時点での特徴量ベクトルとを比較し、両者の乖離度が最小になる故障モデルを決定し、決定された故障モデルから故障予測時間を算出している。
特許第６５３８５４１号明細書 特開２０１９－５６１６４号公報 特許第６８６０４０６号明細書
故障モデルを用いた故障検出方法では、長期間にわたるめっき装置の運用において各種機器の故障の予兆を精度良く検出できるが、故障の予兆なしに或いは故障の予兆直後に機器の異常又は破損が発生する場合もある。また、アノードマスクの動作開始時などにおいて、正常時と異常時の電流の乖離が小さく、アノードマスクの異常又は破損を検出することが難しいという問題がある。アノードマスク破損に気づかず破損した状態でめっき処理を継続するとプロセスに異常があるめっき処理を行なってしまい、結果的にウェハスクラップを発生させるおそれがある。
また、アノードマスクが破損する前に装置を動作停止し破損を防ぐ事が難しいという問題がある。例えば、開口径を変更可能なアノードマスクを駆動するモータの負荷率を閾値と比較して異常を検出する場合、実運用上、アノードマスク破損の誤検知を防止するために、異常検出の閾値を少し高めに設定することがある。この場合、負荷率が上昇し始めて閾値を超えるまでにタイムラグがある。負荷率が閾値を超えてから装置の動作停止を行なっても間に合わず、アノードマスクが破損してしまうことがある。アノードマスクが破損した場合、復旧作業によりダウンタイム、及び部品交換等の費用が発生してしまうおそれがある。
本発明の目的の１つは、各種機器の異常の検出精度を向上させること、及び／又は、異常検出のタイミングを早くすることにある。本発明の目的の１つは、電場調節部材等の各種機器に異常がある場合に、機器の動作開始時に異常を検出可能とすることにある。また、本発明の目的の１つは、電場調節部材等の各種機器が破損する前に異常を検出し、機器の動作を停止させ、破損を未然に防止することにある。
本発明の一側面によれば、基板をめっきするためのめっき装置であって、 基板と対向するように配置されたアノードと、 前記基板と前記アノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材であって、前記開口の寸法を変更するための開口調節部材を有する電場調節部材と、 前記開口調節部材を駆動するモータと、 前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出する制御装置と、を備えるめっき装置が提供される。
一実施形態に係るめっき装置の全体配置図である。 めっきモジュールを示す概略側断面図である。 アノードマスクの概略正面図である。 アノードマスクの概略正面図である。 異常検出制御に係るシステム構成を示す概略図である。 アノードマスクの動作時のモータ負荷率の時間変化を示すグラフである。 アノードマスクの動作時のモータ負荷率の時間変化を示すグラフである。 アノードマスクの動作時のモータ負荷率の時間変化を示すグラフである。 一実施形態に係る異常検出の原理を説明する説明図である。 一実施形態に係る異常検出のタイミングを説明する説明図である。 一実施形態に係る異常検出のフローチャートである。 一実施形態に係る異常検出のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
本明細書において「基板」には、半導体基板、ガラス基板、液晶基板、プリント回路基板だけでなく、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子、微小機械素子、あるいは部分的に製作された集積回路、その他任意の被処理対象物を含む。基板は、多角形、円形を含む任意の形状のものを含む。また、本明細書において「前面」、「後面」、「フロント」、「バック」、「上」、「下」、「左」、「右」等の表現を用いるが、これらは、説明の都合上、例示の図面の紙面上における位置、方向を示すものであり、装置使用時等の実際の配置では異なる場合がある。
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係るめっき装置の全体配置図である。めっき装置１００は、基板ホルダ１１（図２）に基板を保持した状態で基板にめっき処理を施すものである。めっき装置１００は、基板ホルダ１１に基板をロードし、又は基板ホルダ１１から基板をアンロードするロード／アンロードステーション１１０と、基板を処理する処理ステーション１２０と、洗浄ステーション５０ａとに大きく分けられる。処理ステーション１２０は、基
板の前処理及び後処理を行う前処理・後処理ステーション１２０Ａと、基板にめっき処理を行うめっきステーション１２０Ｂとを含む。
ロード／アンロードステーション１１０は、１又は複数のカセットテーブル２５と、基板脱着モジュール２９とを有する。カセットテーブル２５は、基板を収納したカセット２５ａを搭載する。基板脱着モジュール２９は、基板を基板ホルダ１１に着脱するように構成される。また、基板脱着モジュール２９の近傍（例えば下方）には、基板ホルダ１１を収容するためのストッカ３０が設けられる。洗浄ステーション５０ａは、めっき処理後の基板を洗浄して乾燥させる洗浄モジュール５０を有する。洗浄モジュール５０は、例えば、スピンリンスドライヤである。
カセットテーブル２５、基板着脱モジュール２９、及び洗浄ステーション５０ａで囲まれる位置には、これらのユニット間で基板を搬送する搬送ロボット２７が配置されている。搬送ロボット２７は、走行機構２８により走行可能に構成される。搬送ロボット２７は、例えば、めっき前の基板をカセット２５ａから取り出して基板着脱モジュール２９に搬送し、めっき後の基板を基板着脱モジュール２９から受け取り、めっき後の基板を洗浄モジュール５０に搬送し、洗浄及び乾燥された基板を洗浄モジュール５０から取り出してカセット２５ａに収納するように構成される。
前処理・後処理ステーション１２０Ａには、プリウェットモジュール３２と、プリソークモジュール３３と、第１リンスモジュール３４と、ブローモジュール３５と、第２リンスモジュール３６と、を有する。プリウェットモジュール３２は、めっき処理前の基板の被めっき面を純水または脱気水などの処理液で濡らすことで、基板表面に形成されたパターン内部の空気を処理液に置換する。プリウェットモジュール３２は、めっき時にパターン内部の処理液をめっき液に置換することでパターン内部にめっき液を供給しやすくするプリウェット処理を施すように構成される。プリソークモジュール３３は、例えばめっき処理前の基板の被めっき面に形成したシード層表面等に存在する電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの処理液でエッチング除去してめっき下地表面を洗浄または活性化するプリソーク処理を施すように構成される。第１リンスモジュール３４では、プリソーク後の基板が基板ホルダ１１と共に洗浄液（純水等）で洗浄される。ブローモジュール３５では、洗浄後の基板の液切りが行われる。第２リンスモジュール３６では、めっき後の基板が基板ホルダ１１と共に洗浄液で洗浄される。プリウェットモジュール３２、プリソークモジュール３３、第１リンスモジュール３４、ブローモジュール３５、第２リンスモジュール３６は、この順に配置されている。なお、この構成は一例であり、上述した構成に限定されず、前処理・後処理ステーション１２０Ａは、他の構成を採用することが可能である。
めっきステーション１２０Ｂは、めっき槽３９と、オーバーフロー槽３８とを有するめっきモジュール４０を有する。めっき槽３９は、複数のめっきセルに分割されている。各めっきセルは、内部に一つの基板を収納し、内部に保持しためっき液中に基板を浸漬させて基板表面に銅めっき等のめっきを行う。ここで、めっき液の種類は、特に限られることはなく、用途に応じて様々なめっき液が用いられる。このめっきステーション１２０Ｂの構成は一例であり、めっきステーション１２０Ｂは、他の構成を採用することが可能である。
めっき装置１００は、これらの各機器の側方に位置して、これらの各機器の間で基板ホルダ１１を基板とともに搬送する、例えばリニアモータ方式を採用した搬送装置３７を有する。この搬送装置３７は、１又は複数のトランスポータを有し、１又は複数のトランスポータによって、基板脱着モジュール２９、ストッカ３０、プリウェットモジュール３２、プリソークモジュール３３、第１リンスモジュール３４、ブローモジュール３５、第２
リンスモジュール３６、及びめっきモジュール４０との間で基板ホルダ１１を搬送するように構成される。
以上のように構成されるめっき装置１００は、上述した各部を制御するように構成された制御部としての制御モジュール（コントローラ）１７５を有する。コントローラ１７５は、所定のプログラムを格納したメモリ１７５Ｂと、メモリ１７５Ｂのプログラムを実行するＣＰＵ１７５Ａとを有する。メモリ１７５Ｂを構成する記憶媒体は、各種の設定データ、めっき装置１００を制御するプログラムを含む各種のプログラムなどを格納している。プログラムは、例えば、搬送ロボット２７の搬送制御、基板脱着モジュール２９における基板の基板ホルダ１１への着脱制御、搬送装置３７の搬送制御、各処理モジュールにおける処理の制御、めっきモジュールにおけるめっき処理の制御、洗浄ステーション５０ａの制御を実行するプログラム、各種機器の異常を検出するプログラムを含む。記憶媒体は、不揮発性及び／又は揮発性の記憶媒体を含むことが可能である。記憶媒体としては、例えば、コンピュータで読み取り可能なＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのメモリや、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のものが使用され得る。
コントローラ１７５は、めっき装置１００及びその他の関連装置を統括制御する図示しない上位コントローラと通信可能に構成され、上位コントローラが有するデータベースとの間でデータのやり取りをすることができる。コントローラ１７５の一部又は全部の機能は、ＡＳＩＣ等のハードウェアで構成することができる。コントローラ１７５の一部又は全部の機能は、ＰＬＣ、シーケンサ等で構成してもよい。コントローラ１７５の一部又は全部は、めっき装置１００の筐体の内部及び／又は外部に配置することができる。コントローラ１７５の一部又は全部は、有線及び／又は無線によりめっき装置１００の各部と通信可能に接続される。
（めっきモジュール）
図２は、めっきモジュール４０を示す概略側断面図である。図示のように、本実施形態に係るめっき装置１０は、アノード２１を保持するように構成されたアノードホルダ２０と、基板Ｗを保持するように構成された基板ホルダ１１と、アノードホルダ２０と基板ホルダ１１とを内部に収容するめっき槽３９と、を有する。ここでは、１つのめっきセルに対応する構成のみを示している。
図２に示すように、めっき槽３９は、添加剤を含むめっき液Ｑを収容する。オーバーフロー槽３８は、めっき槽３９からオーバーフローしためっき液Ｑを受けて排出する。めっき槽３９とオーバーフロー槽３８とは、仕切り壁５５で仕切られている。
アノード２１を保持したアノードホルダ２０と基板Ｗを保持した基板ホルダ１１は、めっき槽３９内のめっき液Ｑに浸漬され、アノード２１と基板Ｗの被めっき面Ｗ１が略平行になるように対向して設けられる。アノード２１と基板Ｗは、めっき槽３９のめっき液Ｑに浸漬された状態で、めっき電源５９により電圧が印加される。これにより、金属イオンが基板Ｗの被めっき面Ｗ１において還元され、被めっき面Ｗ１にめっき膜が形成される。
めっき槽３９は、槽内部にめっき液Ｑを供給するためのめっき液供給口５６を有する。オーバーフロー槽３８は、めっき槽３９からオーバーフローしためっき液Ｑを排出するためのめっき液排出口５７を有する。めっき液供給口５６はめっき槽３９の底部に配置され、めっき液排出口５７はオーバーフロー槽３８の底部に配置される。
めっき液Ｑがめっき液供給口５６からめっき槽３９に供給されると、めっき液Ｑはめっき槽３９から溢れ、仕切り壁５５を越えてオーバーフロー槽３８に流入する。オーバーフ
ロー槽３８に流入しためっき液Ｑはめっき液排出口５７から排出され、めっき液循環装置５８が有するフィルタ等で不純物が除去される。不純物が除去されためっき液Ｑは、めっき液循環装置５８によりめっき液供給口５６を介してめっき槽３９に供給される。
アノードホルダ２０は、アノード２１と基板Ｗとの間の電場を調節するためのアノードマスク２５０を有する。アノードマスク２５０は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノードホルダ２０の前面に設けられる。ここで、アノードホルダ２０の前面とは、基板ホルダ１１に対向する側の面をいう。すなわち、アノードマスク２５０は、アノード２１と基板ホルダ１１の間に配置される。アノードマスク２５０は、アノード２１と基板Ｗとの間に流れる電流（電場）が通過する開口２５０ａを略中央部に有する。開口２５０ａの径は、アノード２１の径よりも小さいことが好ましい。後述するように、アノードマスク２５０は、開口２５０ａの径を調節可能に構成される。
アノードマスク２５０は、アノードマスク２５０をアノードホルダ２０に一体に取り付けるためのアノードマスク取付け部２５０ｂを、その外周に有する。なお、アノードマスク２５０の位置は、アノードホルダ２０と基板ホルダ１１との間であればよいが、アノードホルダ２０と基板ホルダ１１との中間位置よりもアノードホルダ２０に近い位置であることが好ましい。また、例えばアノードマスク２５０は、アノードホルダ２０に取り付けられずにアノードホルダ２０の前面に配置してもよい。ただし、本実施形態のようにアノードマスク２５０がアノードホルダ２０に取り付けられる場合は、アノードホルダ２０に対するアノードマスク２５０の相対位置が固定されるので、アノード２１の位置と開口２５０ａの位置とがずれることを防止することができる。
アノードホルダ２０に保持されるアノード２１は、不溶性アノードであることが好ましい。アノード２１が不溶性アノードである場合は、めっき処理が進んでもアノード２１は溶解せず、アノード２１の形状が変化することがない。このため、アノードマスク２５０とアノード２１の表面との位置関係（距離）が変化しないので、アノードマスク２５０とアノード２１の表面との位置関係が変化することによりアノード２１と基板Ｗとの間の電場が変化することを防止することができる。
めっき装置１０は、さらに、アノード２１と基板Ｗとの間の電流を調整するためのレギュレーションプレート（中間マスク）６０を有する。レギュレーションプレート６０は、例えば誘電体材料からなる略板状の部材であり、アノードマスク２５０と基板ホルダ１１（基板Ｗ）との間に配置される。レギュレーションプレート６０は、アノード２１と基板Ｗとの間に流れる電流（電場）が通過する開口６０ａを有する。開口６０ａの径は、基板Ｗの径より小さいことが好ましい。後述するように、レギュレーションプレート６０は、開口６０ａの径を調節可能に構成される。
レギュレーションプレート６０は、アノードホルダ２０と基板ホルダ１１との中間位置よりも基板ホルダ１１に近い位置にあることが好ましい。レギュレーションプレート６０が基板ホルダ１１に近い位置に配置されるほど、レギュレーションプレート６０の開口６０ａの径を調節することにより、基板Ｗの周縁部の膜厚をより正確に制御することができる。
レギュレーションプレート６０と基板ホルダ１１との間には、基板Ｗの被めっき面Ｗ１近傍のめっき液Ｑを撹拌するためのパドル１８が設けられる。パドル１８は、略棒状の部材であり、鉛直方向を向くようにめっき槽３９内に設けられる。パドル１８の一端は、パドル駆動装置１９に固定される。パドル１８は、パドル駆動装置１９により基板Ｗの被めっき面Ｗ１に沿って水平移動され、これによりめっき液Ｑが撹拌される。
次に、図２に示したアノードマスク２５０について詳細に説明する。図３及び図４はアノードマスク２５０の概略正面図である。図３は、開口２５０ａの径が比較的大きいときのアノードマスク２５０を示す。図４は、開口２５０ａの径が比較的小さいときのアノードマスク２５０を示す。ここで、アノードマスク２５０の開口２５０ａが小さいほど、アノード２１から基板Ｗへ流れる電流が、基板Ｗの被めっき面Ｗ１の中央部に集中する。したがって、開口２５０ａを小さくすると、基板Ｗの被めっき面Ｗ１の中央部の膜厚が増大する傾向がある。
図３に示すように、アノードマスク２５０は、略環状の縁部２６０を有する。図３に示すアノードマスク２５０の開口２５０ａの径の大きさは最大となっている。この場合の開口２５０ａの径は、縁部２６０の内径と一致する。
図４に示すように、アノードマスク２５０は、開口２５０ａを調節可能に構成される複数の絞り羽根２７０（開口調節部材）を有する。絞り羽根２７０は、協働して開口２５０ａを画定する。絞り羽根２７０の各々は、カメラの絞り機構と同様の構造により、開口２５０ａの径を拡大又は縮小させる（開口２５０ａの寸法を調節する）。図４に示すアノードマスク２５０の開口２５０ａは、絞り羽根２７０によって非円形状（例えば多角形状）に形成される。この場合の開口２５０ａの径は、多角形の対向する辺の最短距離、又は内接する円の直径をいう。あるいは、開口２５０ａの径は、開口面積と等価な面積を有する円の直径で定義することもできる。なお、アノード２１と、絞り羽根２７０のアノード２１と対向する面の距離は、例えば０ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
絞り羽根２７０の各々は、モータ２５１（図５参照）からの駆動力を利用して駆動するように構成されている。絞り羽根２７０を用いた調節機構は、比較的広範囲に開口２５０ａを可変とすることができる特徴がある。また、基板が円形である場合には、アノードマスク２５０の開口２５０ａは円形であることが望ましい。しかし、比較的広範囲に径が可変である開口２５０ａにおいて、開口２５０ａの最小径から最大径に至る全ての範囲で完全な円形を維持することは機構的な困難を伴う。一般的に、アノード２１と基板Ｗとの間を流れる電流が通過する開口が完全な円形でない場合、電場の方位角分布が不均等になり、基板Ｗの周縁部に形成されるめっき膜厚分布に開口の形状が転写される可能性がある。しかしながら、アノードマスク２５０はアノードホルダ２０に一体的に取り付けられているため、基板との距離を十分に取ることができ、開口が完全な円形でない場合でも、めっき膜厚分布に与える影響を最小限に抑えることができる。
図５は、異常検出制御に係るシステム構成を示す概略図である。同図において、装置コントローラ１７６及び操作画面コンピュータ１７７は、制御モジュール１７５に含まれる構成の一例である。操作画面コンピュータ１７６は、各種機器の設定パラメータ、めっき装置での処理のレシピ等を装置コントローラ１７６に入力するためのコンピュータであり、例えば、モニタ等の表示装置、キーボード、マウスのような入力装置を備える。操作画面コンピュータ１７６は、装置コントローラ１７６に対して、後述するモータ２５１の負荷率の単位時間当たりの変化量（負荷率変化率）の閾値を設定する。また、装置コンピュータ１７７は、装置コントローラ１７６からアノードマスク２５０の異常を通知するアラーム通知を受信する。
装置コントローラ１７６は、操作画面コンピュータ１７７により設定された各種機器の設定パラメータ、レシピ、プログラム等に基づいて、めっき装置の各部を制御するものであり、例えば、ＰＬＣ、シーケンサ等で構成される。なお、装置コントローラ１７６は、制御モジュール８００の構成として上述した任意の構成をとることができる。装置コントローラ１７６は、レシピに基づいて、アノードマスク２５０の開口径（開口寸法）がレシピ設定値になるように絞り羽根２７０を駆動（移動）させる制御信号を駆動回路２５２に
出力する。また、装置コントローラ１７６は、モータ２５１からモータ電流又はモータ負荷率の検出値（フィードバック信号）を受け取り、又は、モータ２５１に接続された電流計からモータ電流の検出値（フィードバック信号）を受け取り、アノードマスク２５０の異常検出処理を実行するように構成されている。
本実施形態では、図５に示すように、アノードマスク２５０は、モータ２５１の動力により絞り羽根２７０が駆動（移動）される。モータ２５１は、アノードマスク２５０の内部に組み込まれても良いし、アノードマスク２５０の外部に設けられてもよい。モータ２５１は、減速機（図示略）を介してアノードマスク２５０の絞り羽根２７０に接続されてもよい。モータ２５１は、内臓された電流計及び／又は検出回路２５３Ａで検出されたモータ電流及び／又はモータ負荷率を出力するものを採用することができる。検出回路は、モータ電流の検出値に基づいてモータ負荷率を算出／検出する負荷率検出回路である。モータ２５１で検出されたモータ電流及び／又はモータ負荷率は、装置コントローラ１７６に出力される。また、モータ２５１に接続された別途の電流計及び／又は検出回路２５３Ｂによりモータ２５１のモータ電流及び／又はモータ負荷率を検出し、装置コントローラ１７６に出力するようにしてもよい。電流計及び／又は検出回路２５３Ａ、電流計及び／又は検出回路２５３Ｂの両方を設けてもよいし、一方を設けてもよい。異常検出制御において、電流計及び／又は検出回路２５３Ａ、電流計及び／又は検出回路２５３Ｂからの両方の出力を使用しても良いし、一方の出力を使用してもよい。
モータ２５１は、駆動回路２５２から供給される電力（電流）により駆動される。駆動回路２５２は、図示しない電源から電力の供給を受け、コントローラ１７５からの制御信号に基づいてモータ２５１を駆動するための電流を生成し、モータ２５１に供給する。駆動回路２５２は、スイッチング回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成することができる。
図６Ａから図６Ｃは、アノードマスクの動作時のモータ負荷率の時間変化を示すグラフである。図６Ａは、正常時のアノードマスクの動作時のモータ負荷率曲線Ｃ０を示す。図６Ｂは、モータ負荷率の閾値によりアノードマスクの異常を検出可能な場合のモータ負荷率曲線Ｃ１、Ｃ２を示す。図６Ｃは、モータ負荷率の閾値によりアノードマスクの異常を検出できない場合のモータ負荷率曲線Ｃ３、Ｃ４の時間変化を示す。
モータ負荷率は、定格電流値に対するモータ電流値の割合として定義され、以下の数式で表される。
モータ負荷率＝モータ電流値［Ａ］／定格電流値［Ａ］×１００［％］
モータ負荷率の変化率（モータ負荷率変化率とも称す）は、単位時間当たりのモータ負荷率の変化量であり、図６Ａから図６Ｃのモータ負荷率曲線の傾きに対応する。
モータ負荷率の閾値（負荷率閾値とも称す）ＴＲは、モータ負荷率に基づいてアノードマスク２５０の異常を検出するための閾値として設定されるものであり、モータ負荷率が負荷率閾値ＴＲを超える場合に、アノードマスク２５０の異常を検出するものである。アノードマスク２５０の異常には、絞り羽根２７０（開口調節部材）、モータ２５１、駆動回路２５２、その他アノードマスク２５０の動作に関連する部分の異常を含む。
図６Ａに示すように、アノードマスク２５０が正常である場合には、モータ負荷率は、モータ電流の供給が開始されると上昇し（アノードマスク２５０の動作開始時）、一定の値に飽和して変化しない期間を経た後（アノードマスク２５０の動作途中）、動作を終了する（アノードマスク２５０の動作終了時）。この間、モータ負荷率は、曲線Ｃ０に示すように、負荷率閾値ＴＲを超えない。ここで、アノードマスク２５０の「動作開始時」は、モータ２５１に電流の供給が開始され、モータ負荷率が上昇し飽和するまでの期間とする（図６Ａから図６Ｃにおいてモータ負荷率が直線的に上昇する期間）。アノードマスク
２５０の「動作途中」は、モータ負荷率が飽和した後の期間とする。なお、動作開始時のモータ負荷率は、必ずしも直線的に上昇しなくてもよく、他の変化の形状をとり得る。動作途中のモータ負荷率は、必ずしも一定値となる必要はなく、他の変化の形状をとり得る。動作終了時のモータ負荷率は、必ずしも直線的に減少しなくてもよく、他の変化の形状をとり得る。
図６Ｂ中のモータ負荷率曲線Ｃ１に示すように、アノードマスク動作開始時に、モータ負荷率に負荷率閾値ＴＲを超える変化がある場合には、モータ負荷率に基づいてアノードマスク２５０の異常を検出することが可能である。また、図６Ｂ中のモータ負荷率曲線Ｃ２に示すように、アノードマスク動作途中に、モータ負荷率に負荷率閾値ＴＲを超えるような変化がある場合には、アノードマスク２５０の異常を検出することが可能である。
一方、図６Ｃ中のモータ負荷率曲線Ｃ３に示すように、アノードマスク動作開始時に、アノードマスク２５０に異常が発生したとしても、モータ負荷率が負荷率閾値ＴＲを超えない場合には、アノードマスク２５０の異常を検出することができない。また、図６Ｃ中のモータ負荷率曲線Ｃ４に示すように、アノードマスク動作途中に、アノードマスク２５０に異常が発生したとしても、モータ負荷率が負荷率閾値ＴＲを超えない場合には、アノードマスク２５０の異常を検出することができない。実運用上、アノードマスク破損の誤検知を防止するために、異常検出の閾値を少し高めに設定することがあり、アノードマスク２５０に異常があっても、負荷率閾値ＴＲを超えるモータ負荷率の変化が検出されない場合がある。特に、アノードマスクの動作開始時は、モータ電流、モータ負荷率の値が小さいため、アノードマスクに異常があっても、負荷率閾値ＴＲを超えない場合があり、異常の検出が困難である。
図７は、一実施形態に係る異常検出の原理を説明する説明図である。この図は、図６Ｃのモータ負荷率曲線Ｃ３の動作開始時付近を拡大して示すものである。図７に示すように、アノードマスク動作開始時に、モータ負荷率曲線Ｃ３が正常時のモータ負荷率曲線Ｃ０から乖離するような変化を示したとしても、モータ負荷率曲線Ｃ３が負荷率閾値ＴＲを超えなければ、アノードマスクの異常を検出することができない。そこで、本実施形態では、モータ負荷率の単位時間当たりの変化量（モータ負荷率変化率）を検出し、モータ負荷率変化率の閾値（負荷率変化率閾値とも称す）ＴＲＲと比較することで、アノードマスクの異常を検出する。
例えば、図７において、正常時のモータ負荷率曲線Ｃ０では、動作開始時の５００ｍｓｅｃの間にモータ負荷率が０％から２０％に変化しているため、２０［％］／５００［ｍｓｅｃ］＝０．０４［％／ｍｓｅｃ］となるので、負荷率変化率閾値ＴＲＲを０．０４［％／ｍｓｅｃ］とする。一方、モータ負荷率曲線Ｃ３では、時刻１５０ｍｓｅｃから２５０ｍｓｅｃの１００ｍｓｅｃの間に、モータ負荷率が６％から１６％と１０％上昇しているので、１０［％］／１００［ｍｓｅｃ］＝０．１０［％／ｍｓｅｃ］となる。従って、モータ負荷率曲線Ｃ３の時刻１５０ｍｓｅｃから２５０ｍｓｅｃでのモータ負荷率変化率０．１０［％／ｍｓｅｃ］が、モータ負荷率変化率の閾値０．０４［％／ｍｓｅｃ］を超えるため、アノードマスク２５０の異常を検出することが可能となる。なお、負荷率変化率閾値ＴＲＲは、正常時のモータ負荷率曲線Ｃ０に基づく負荷率変化率に、異常の誤検知を防止するために所定の許容度を加えて設定してもよい（負荷率変化率閾値ＴＲＲ＞正常時のモータ負荷率曲線Ｃ０に基づく負荷率変化率）。なお、図７では、検出原理の理解を容易にするために説明の便宜上、５００ｍｓｅｃの間、１００ｍｓｅｃの間の負荷率の変化量から負荷率変化率を求めた例を挙げているが、負荷率変化率を検出するための検出時間（サンプリング時間）は、検出器及び演算回路の性能の範囲で任意に設定することができ、実際の制御では数ｍｓｅｃ程度とすることができる。
図８は、一実施形態に係る異常検出のタイミングを説明する説明図である。同図中、モータ負荷率曲線Ｃ２は、動作途中（モータ負荷率飽和時）において、モータ負荷率が時刻２６０ｍｓｅｃで上昇し始め、時刻２６７ｍｓｅｃ（時点Ｐ２）で負荷率閾値ＴＲを超える場合を示す。負荷率閾値ＴＲを用いる従来の異常検出方法では、モータ負荷率が変化し始めてから（正常時の値から乖離を始めてから）、アノードマスクの異常を検出するまでに７ｍｓｅｃの時間を要する。一方、本実施形態に係る負荷率変化率閾値ＴＲＲを用いる異常検出方法によれば、時刻２６０ｍｓｅｃでモータ負荷率が変化し始めてから（正常時の値から乖離を始めてから）数ｍｓｅｃ後の時点Ｐ１において異常を検出することができる。この時間は、モータ負荷率変化率を検出するサンプリング周期、又はモータ負荷率変化率を検出して閾値ＴＲＲと比較する異常検出制御サイクルの時間に応じて決まる。従って、本実施形態に係る異常検出方法（負荷率変化率閾値ＴＲＲと比較する方法）によれば、従来の異常検出方法(負荷率閾値ＴＲと比較する方法)と比べて、より早期に異常を検出することができ、実際にアノードマスクが破損する前にアノードマスクの動作停止を行うことが可能になる。
本実施形態によれば、従来検出方法(負荷率閾値ＴＲ)の設定とは異なり、負荷率上昇開始（負荷率乖離開始）から、負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えたことを検出するまでのタイムラグが少ないので、より早期に異常を検出することが可能となり、アノードマスクが破損する前に異常を検出しアノードマスクの動作停止させることが可能である。
図９及び図１０は、一実施形態に係る異常検出のフローチャートである。
ステップＳ１０では、めっき処理予定の基板毎に、複数のめっきセルのうち使用するめっきセルを決定する。ステップＳ１１では、使用予定のめっきセルのアノードマスク２５０の開口径（開口寸法）を変更するために、アノードマスク２５０の動作を開始する（モータ２５１による絞り羽根２７０の駆動を開始する）。ステップＳ１２では、アノードマスク２５０を駆動するモータ２５１のモータ電流又はモータ負荷率を電流計及び／又は検出回路２５３Ａ（電流計及び／又は検出回路２５３Ｂ）から取得し、単位時間当たりのモータ負荷率の変化量であるモータ負荷率変化率を算出する（モータ負荷率変化率の検出）。ステップＳ１３では、検出されたモータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えるか否かを判定する。その結果、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えていなければなければ、図１０のステップＳ１８に進む。一方、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えていればアラームを発報し（ステップＳ１４）、アラームが発生しためっきセルへの基板の投入を中止し、当該めっきセルを不使用／使用不可とし、当該めっきセルへの後続の基板の投入を禁止する（ステップＳ１５）。また、当該めっきセルで処理予定であった基板を処理するための代替のめっきセルがあるか否かを判定する（ステップＳ１６）。代替のめっきセルがある場合には、ステップＳ１０に戻り、代替のめっきセルを、当該基板に対して使用するめっきセルとして改めて決定し、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。一方、代替のめっきセルがない場合には、処理続行不可のため、基板を回収する（ステップＳ１７）。
ステップＳ１３で、検出されたモータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えていない場合には、基板をめっきセルに投入し（ステップＳ１８）、基板のめっき処理を開始し（ステップＳ１９）、めっき処理を設定時間の間実施する（ステップＳ２０）。次に、ステップＳ２１において、アノードマスク２５０の開口径の変更があるか否かを判定する。アノードマスク２５０の開口径の変更がない場合には、めっき処理を完了させ（ステップＳ３１）、基板を取り出す（ステップＳ３２）。
ステップＳ２１でアノードマスク２５０の開口径の変更があると判定された場合には、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、アノードマスク２５０の開口径を変更
するために、アノードマスク２５０の動作を開始する（モータ２５１による絞り羽根２７０の駆動を開始する）。ステップＳ２３では、アノードマスク２５０を駆動するモータ２５１のモータ電流又はモータ負荷率を取得し、単位時間当たりのモータ負荷率の変化量であるモータ負荷率変化率を算出する（モータ負荷率変化率の検出）。ステップＳ２４では、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えるか否かを判定する。その結果、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えていなければ、めっき処理を設定時間の間実施する（ステップＳ３０）。その後、めっき処理を完了させ（ステップＳ３１）、基板を取り出す（ステップＳ３２）。なお、ステップＳ３０の後、ステップＳ２１に戻り、更に、アノードマスク２５０の開口径の変更があるか否かを判定するようにしてもよい。
ステップＳ２４において、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えていればアラームを発報し（ステップＳ２５）、基板のめっき処理を設定時間の間実施し（ステップＳ２６）、めっき処理を完了させ（ステップＳ２７）、基板を取り出す（ステップＳ２８）と共に、アラームが発生しためっきセルを不使用／使用不可とし、当該めっきセルへの後続の基板の投入を禁止する（ステップＳ２９）。
本実施形態によれば、モータ負荷率変化率を監視し、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えた場合に、アノードマスク２５０の異常を検出するため、モータ電流値及びモータ負荷率が小さいアノードマスクの動作開始時においても、アノードマスクの異常を検出することができる。
本実施形態によれば、モータ負荷率が負荷率閾値ＴＲに到達する前であっても、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値ＴＲＲを超えたことを検出することが可能であり、モータ負荷率が正常値から乖離を始めてから異常を検出するまでのタイムラグを大幅に低減することができ、より短時間でアノードマスクの異常を検出することができる。これにより、実際にアノードマスクが破損する前にアノードマスクの動作を停止させる
ことがより確実に行える。
（他の実施形態）
（１）上記では、円形の基板に使用されるアノードマスクの開口の径を調節する場合について説明したが、特許文献２に記載の角形基板用のアノードマスクのように開口が四角形である場合には、開口の少なくとも一方向（縦方向又は横方向）の長さを変更するように開口の寸法を調節してもよい。本明細書では、開口の寸法を調節するとは、開口の径を調節することを含むものとする。
（２）上記では、アノードマスクの異常検出について述べたが、モータで駆動する他の装置の異常検出にも適用可能である。例えば、レギュレーションプレート（中間マスク）等の他の電場調節部材の開口の寸法をモータにより調節する場合、そのような電場調節装置の異常検出に上記実施形態を用いることができる。また、モータにより駆動される任意の機器の異常の検出に上記実施形態を用いることができる。
本発明は、以下の形態としても記載することができる。
［１］一形態によれば、 基板をめっきするためのめっき装置であって、 基板と対向するように配置されたアノードと、 前記基板と前記アノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材であって、前記開口の寸法を変更するための開口調節部材を有する電場調節部材と、 前記開口調節部材を駆動するモータと、 前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出する制御装置と、を備えるめっき装置が提供される。
この形態によれば、モータ負荷率変化率を監視し、モータ負荷率変化率が負荷率変化率閾値を超えた場合に、電場調節部材の異常を検出するため、モータ電流値及びモータ負荷率が小さい場合（動作開始時等）においても、電場調節部材の異常をより精度良く検出することができる。
この形態によれば、モータ負荷率がモータ負荷率閾値を超える前であっても、モータ負荷率の単位時間当たりの変化量が負荷率変化率閾値を超えることを検出することが可能であり、モータ負荷率が正常値から乖離を始めてから異常を検出するまでのタイムラグを大幅に低減することができ、より短時間で電場調節部材の異常を検出することができる。これにより、電場調節部材が破損する前に異常を検出して電場調節部材を停止させることがより容易になる。
［２］一形態によれば、 前記制御装置は、前記モータの電流が上昇し始めて飽和するまでの前記開口調節部材の動作開始時において、前記電場調節部材の異常を検出する。
この形態によれば、モータ電流値及びモータ負荷率が小さい電場調節部材の動作開始時に、電場調節部材の異常をより精度良く検出することができる。
［３］一形態によれば、 前記制御装置は、前記開口の寸法を変更するための部材の動作開始時の後の動作途中において、前記モータの負荷率が所定の閾値を超える前に、前記モータの電流値から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えることを検出し、前記電場調節部材の異常を検出する。
この形態によれば、モータ負荷率がモータ負荷率閾値を超える前に、モータ負荷率の単位時間当たりの変化量が閾値を超えることを検出し、異常を検出することができるので、電場調節部材が破損する前に異常を検出して電場調節部材を停止させることがより容易になる。
［４］一形態によれば、 前記アノード及び前記電場調節部材を有するめっきセルを複数備え、 前記制御装置は、基板をめっき処理するめっきセルを決定し、決定されためっきセルにおいて前記基板の投入前に前記電場調節部材の前記開口調節部材の駆動を開始し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、当該めっきセルへの前記基板の投入を中止する。
この形態によれば、めっきセルに基板を投入する前に、電場調節部材の異常を精度良く検出し、異常が検出された場合に、当該めっきセルへの前記基板の投入を中止することができる。このため、当該めっきセルで基板にめっき処理することを防止することができ、基板の廃棄を抑制又は防止することができる。また、当該めっきセルへの投入が中止された基板は、他のめっきセルに投入してめっき処理することができる。
［５］一形態によれば、前記制御装置は、前記めっきセルへの投入が中止された前記基板を投入可能な他のめっきセルがあるか否かを決定し、前記基板を投入可能な他のめっきセルがある場合には、当該他のめっきセルに前記基板を投入する。
この形態によれば、めっきセルへの投入が中止された基板を他のめっきセルに投入してめっき処理することができ、スループットの低下を抑制することができる。
［６］一形態によれば、 前記制御装置は、 １枚の基板に対するめっき処理に対して、前記電場調節部材の前記開口の寸法の変更を複数回実施し、 前記電場調節部材の前記
開口の寸法の変更を実施する毎に、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量に基づく前記電場調節部材の異常を検出する処理を実施する。
この形態によれば、電場調節部材の寸法の調節を実施する毎に電場調節部材の異常検出処理を実施するので、電場調節部材の異常をより精度良く且つより早期に検出することができる。
［７］一形態によれば、 前記制御装置は、 前記基板のめっき処理を開始後に、前記電場調節部材の前記開口の寸法の変更を実施し、前記電場調節部材の異常を検出した場合に、前記基板に対するめっき処理を更に継続し、その後、当該めっきセルを不使用とする。
この形態によれば、電場調節部材の異常を検出した場合であっても、基板が異常なくめっきされる場合もあるため、めっき処理開始後に電場調節部材の異常を検出した場合には、当該基板へのめっき処理を継続してめっきを完了させることで、基板のスクラップを可能な限り抑制することができる。
［８］一形態によれば、 前記電場調節部材は、前記基板と前記アノードとの間において、前記基板よりも前記アノードに近い位置に配置されたアノードマスクである。
この形態によれば、アノードマスクに関して、上述した作用効果を奏することができる。
［９］一形態によれば、基板をめっきするための方法であって、 前記基板とアノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材の前記開口の寸法を変更するための開口調節部材をモータにより駆動すること、 前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出すること、を含む方法が提供される。
［１０］一形態によれば、 めっき装置の電場調節部材の異常検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体であって、 前記基板とアノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材の前記開口の寸法を変更するための開口調節部材をモータにより駆動すること、 前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出すること、をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体が提供される。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
１１ 基板ホルダ
２０ アノードマスク
２１ アノード
３８ オーバーフロー槽
３９ めっき槽（めっきセル）
４０ めっきモジュール
５０ 洗浄モジュール
６０ レギュレーションプレート
６０ａ 開口
１１０ ロード／アンロードステーション
１２０ 処理ステーション
１２０Ａ 前処理・後処理ステーション
１２０Ｂ めっきステーション１２０Ｂ
１７５ 制御モジュール
１７５Ａ ＣＰＵ
１７５Ｂ メモリ
１７６ 装置コントローラ
１７７ 操作画面コンピュータ
２５０ アノードマスク
２５０ａ 開口
２５０ｂ アノードマスク取付け部
２５１ モータ
２５２ 駆動回路
２５３Ａ、２５３Ｂ 電流計及び／又は検出回路
２６０ 縁部
２７０ 絞り羽根

Claims (10)

  1. 基板をめっきするためのめっき装置であって、
    基板と対向するように配置されたアノードと、
    前記基板と前記アノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材であって、前記開口の寸法を変更するための開口調節部材を有する電場調節部材と、
    前記開口調節部材を駆動するモータと、
    前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出する制御装置と、
    を備えるめっき装置。
  2. 請求項１に記載のめっき装置において、
    前記制御装置は、前記モータの電流が上昇し始めて飽和するまでの前記開口調節部材の動作開始時において、前記電場調節部材の異常を検出する、めっき装置。
  3. 請求項１又は２に記載のめっき装置において、
    前記制御装置は、前記開口の寸法を変更するための部材の動作開始時の後の動作途中において、前記モータの負荷率が所定の閾値を超える前に、前記モータの電流値から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えることを検出し、前記電場調節部材の異常を検出する、めっき装置。
  4. 請求項１から３の何れかに記載のめっき装置において、
    前記アノード及び前記電場調節部材を有するめっきセルを複数備え、
    前記制御装置は、基板をめっき処理するめっきセルを決定し、決定されためっきセルにおいて前記基板の投入前に前記電場調節部材の前記開口調節部材の駆動を開始し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、当該めっきセルへの前記基板の投入を中止する、めっき装置。
  5. 請求項４に記載のめっき装置において、
    前記制御装置は、前記めっきセルへの投入が中止された前記基板を投入可能な他のめっきセルがあるか否かを決定し、前記基板を投入可能な他のめっきセルがある場合には、当該他のめっきセルに前記基板を投入する、めっき装置。
  6. 請求項４又は５に記載のめっき装置において、
    前記制御装置は、
    １枚の基板に対するめっき処理に対して、前記電場調節部材の前記開口の寸法の変更を複数回実施し、
    前記電場調節部材の前記開口の寸法の変更を実施する毎に、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量に基づく前記電場調節部材の異常を検出する処理を実施する、めっき装置。
  7. 請求項６に記載のめっき装置において、
    前記制御装置は、
    前記基板のめっき処理を開始後に、前記電場調節部材の前記開口の寸法の変更を実施し、前記電場調節部材の異常を検出した場合に、前記基板に対するめっき処理を更に継続し、その後、当該めっきセルを不使用とする、めっき装置。
  8. 請求項１から７の何れかに記載のめっき装置において、
    前記電場調節部材は、前記基板と前記アノードとの間において、前記基板よりも前記アノードに近い位置に配置されたアノードマスクである、めっき装置。
  9. 基板をめっきするための方法であって、
    前記基板とアノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材の前記開口の寸法を変更するための開口調節部材をモータにより駆動すること、
    前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出すること、
    を含む方法。
  10. めっき装置の電場調節部材の異常検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記基板とアノードとの間に配置された開口を有する電場調節部材の前記開口の寸法を変更するための開口調節部材をモータにより駆動すること、
    前記モータの電流値又は負荷率を取得し、前記モータの電流値又は負荷率から前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量を算出し、前記モータの負荷率の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超えたことを検出した場合に、前記電場調節部材の異常を検出すること、
    をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体。
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