JP5372620B2

JP5372620B2 - メッキ装置及びメッキ方法

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Publication number: JP5372620B2
Application number: JP2009155557A
Authority: JP
Inventors: 富士夫吾郷; 敬一澤井
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Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-12-18
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Description

本発明は、被メッキ物のメッキ処理を行うためのメッキ装置及びメッキ方法に関する。

メッキ分野においては、メッキ液の温度制御は、良好なメッキ技術を実現させるために重要である。メッキ技術は、幅広い産業分野で利用されている。特に、電気・電子産業分野においては、メッキ皮膜を再現性よく形成させるメッキ技術が要求される。

メッキ皮膜を安定して形成させるには、メッキ液の組成、ｐＨ、温度等、及びメッキを行う時間、メッキ液の撹拌等を制御及び管理する必要がある。これらの項目のうち、メッキ液の温度以外の項目については、比較的変動が緩やかであるか、又は一定制御が容易である。これに対し、メッキ液の温度は急激に変動し易い。例えば、メッキ槽に被メッキ物を浸漬した際には、被メッキ物の周囲におけるメッキ液の温度が大きく上下変動する。このような温度の急峻な変動を外乱ともいう。

従来の温度制御方法としては、ＰＩＤ制御が知られている。ＰＩＤ制御とは、フィードバック型の制御方法であり、温度、速度等を目標値に保つために広く用いられる方法である。ＰＩＤ制御は、制御対象の出力値と目標値との偏差量を用い、比例制御（Ｐ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御）、積分制御（Ｉ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御）、および微分制御（Ｄ（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ／Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御）の３つの制御を組み合わせることにより、出力値が短時間で目標値に到達するように調整する方法である。

図５は、従来の方法を用いて温度制御を行い、メッキ液（対象物）に被メッキ物を浸漬した場合における対象物の温度変動の例を示すグラフである。ここでは、従来の方法としてＰＩＤ制御を用いる場合について説明する。

図５に示すように、ＰＩＤ制御下では、メッキ液に被メッキ物を浸漬することによって、対象物の温度が大きく低下する（外乱発生）。その後、ＰＩＤ制御によりメッキ液の温度の回復が図られ、メッキ液の温度は上昇して一旦目標温度を通り越し、いわゆるオーバーシュートを引き起こした後、目標温度に回復する。

無電解メッキの場合には、化学メッキであるためメッキ皮膜の膜厚のばらつきへの影響が大きいので、このような温度変動が特にメッキ皮膜の膜厚にばらつきを生じさせる大きな要因となりうる。

そこで、外乱発生後の温度変動を抑制、又は回復させる方法がいくつか開示されている。特許文献１には、熱冷源が発生した温熱または冷熱を、金属等の熱伝導体を介して、温度を制御する対象物に与える間接型温度調節器による温度制御方法が記載されている。また、特許文献２には、熱処理盤に半導体ウエハーが載置され、熱処理が開始された後の熱処理盤における温度のばらつきを抑制するために、半導体ウエハーが載置される前に予備加熱を行う温度制御方法が記載されている。

特開平６−１８８４６２号公報（１９９４年７月８日公開）特開２００５−０８５０７５号公報（２００５年３月３１日公開）

上述したように、メッキ液の温度変動はメッキ膜厚にばらつきが生じる大きな要因となるため、メッキ液中に被メッキ物を浸漬することにより生じる温度変動、すなわち外乱を、できるだけ短時間で収束させるように温度制御を行う必要がある。しかしながら、上述した従来技術による方法では、外乱発生後に温度変動を短時間で収束させることができない。

上述した従来の温度制御方法を用いた場合における、外乱発生後におけるメッキ液の温度変動の例を、図６のグラフに示す。図６に点線で示すグラフＬ２は、上記特許文献１に記載された方法により制御する場合の温度変化の例である。この方法は、外乱発生を検知した後、温度制御部を最大出力で運転する方法であるが、温度調節器が間接型であるため熱伝達効率が小さいので、温度の回復に時間がかかってしまう。

また、図６に実線で示すグラフＬ１は、上記特許文献２に記載された方法により制御する場合の温度変化の例である。この方法は、図６に示すように、外乱発生の前に予備加熱を行うものである。しかしながら、予備加熱を行うだけでは外乱発生を完全に抑制することができず、また、温度変動を回復させる方法については記載されていないので、温度の回復に時間がかかってしまうという問題を解決できない。

また、メッキ液には、所望のメッキ皮膜を得るために様々な有機化合物等が添加されている。したがって、メッキ液が局所的に加熱された場合には、有機化合物等が変質、分解等するおそれがある。そこで、メッキ液を局所的に加熱しない方法として、間接的にメッキ液を加熱する方法（間接加熱方式）が有効であるが、外乱発生後の温度の回復に時間がかかってしまう。

したがって、上述した従来技術では、被メッキ物を浸漬することにより発生するメッキ液の温度変動を短時間で回復させることができないので、メッキ液の温度を一定に維持することができないという問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メッキ液の急な温度変動を短時間で回復させ、メッキ液の温度を一定に維持することができるメッキ装置及びメッキ方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るメッキ装置は、メッキ液を用いて被処理物をメッキ処理するメッキ装置であって、上記メッキ液が導入された第１の槽と、当該第１の槽を内部に保持する第２の槽との間に導入された熱媒体に接触する第１の加熱部による当該熱媒体の加熱を制御する第１の温度制御手段と、上記メッキ液に接触する第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を制御する第２の温度制御手段と、上記第１の温度制御手段及び上記第２の温度制御手段を制御することによって上記メッキ液の温度を制御する制御手段とを備えており、上記制御手段は、予め設定された、上記被処理物が上記メッキ液中に浸漬される所定時間前から上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬されるまでの予備加熱時間に、上記第１の加熱部によって、上記熱媒体を、上記メッキ液の温度を所定の第１の温度に維持するために予め設定された第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、上記第２の加熱部によって、上記メッキ液を、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したときに喪失する熱量を補うための第３の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御し、上記予備加熱時間の後に上記第１の加熱部によって上記熱媒体を上記第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、上記第２の加熱部によって上記メッキ液を上記第１の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御することを特徴とする。

また、本発明に係るメッキ方法は、メッキ液を用いて被処理物をメッキ処理するメッキ方法であって、予め設定された、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬する所定時間前から上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬するまでの予備加熱時間に、上記メッキ液が導入された第１の槽と、当該第１の槽を内部に保持する第２の槽との間に導入された熱媒体に接触する第１の加熱部によって、当該熱媒体を、上記メッキ液の温度を所定の第１の温度に維持するために予め設定された第２の温度に加熱し、上記メッキ液に接触する第２の加熱部によって、上記メッキ液を、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したときに喪失する熱量を補うための第３の温度に加熱する、予備加熱工程と、上記予備加熱工程の後に上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したとき、上記第１の加熱部によって上記熱媒体を上記第２の温度に加熱し、上記第２の加熱部によって上記メッキ液を上記第１の温度に加熱する本加熱工程とを有することを特徴とする。

上記の構成であれば、第１の温度制御手段は、熱媒体を介して間接的にメッキ液を加熱するので、メッキ液を局所的に加熱することがない。したがって、メッキ液の劣化を防止できる。また、第１の温度制御手段は、被処理物をメッキ液中に浸漬する前の予備加熱時間と、被処理物をメッキ液中に浸漬したときとに、熱媒体を第２の温度に加熱するので、被処理物を浸漬することによって生じるメッキ液の急な温度変動に影響されることなく熱媒体の温度を一定に保つことができる。これにより、メッキ液をより安定して第１の温度に維持させることができる。

また、第２の温度制御手段は、第２の加熱部によってメッキ液を直接的に加熱するので、メッキ液に対し、第１の温度制御手段よりも大きい熱伝達効率を有する。したがって、予備加熱時間に、メッキ液の温度を第３の温度に効率よく加熱することができる。さらに、メッキ液を第３の温度に加熱することにより、被処理物をメッキ液中に浸漬したときにメッキ液が喪失する熱量を補うことができるので、被処理物をメッキ液中に浸漬したあとのメッキ液の温度を、第１の温度により近くすることができる。さらに、第２の温度制御手段がメッキ液を第１の温度に加熱することにより、外乱を短時間で回復させることができる。

したがって、被処理物をメッキ液中に浸漬した後のメッキ液の温度を一定に維持することができるので、被メッキ物にメッキ皮膜を再現性よく形成することができる。

また、本発明に係るメッキ装置では、上記制御手段は、第２の加熱部の表面温度が予め設定された上限温度を超えた場合に、第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を停止させるように第２の温度制御手段を制御することが好ましい。

上記の構成であれば、第２の加熱部の表面の温度が上限温度を越えた場合には、第２の加熱部によるメッキ液の加熱が停止するので、第２の加熱部の周辺におけるメッキ液が過剰に加熱されることを防止することができる。したがって、メッキ液の劣化をより確実に防止できる。

また、本発明に係るメッキ装置では、上記制御手段は、上記被処理物が上記メッキ液中に浸漬された後、上記メッキ液の温度が第１の温度になるために予め設定された所定時間が経過した後に、上記メッキ液の温度を第１の温度に維持するように、上記第１の加熱部により上記熱媒体を加熱させるように第１の温度制御手段を制御し、上記第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を停止させるように第２の温度制御手段を制御することが好ましい。

上記の構成であれば、第１の温度制御手段は、被処理物をメッキ液に浸漬することにより生じた温度変動が回復したあとのメッキ液を、局所的に加熱することなく、第１の温度に一定に維持することができる。また、第２の温度制御手段がメッキ液を加熱しないので、さらにメッキ液を局所的に加熱するおそれを防止できる。したがって、メッキ液の劣化を防止できるとともに、被メッキ物にメッキ皮膜をより再現性よく形成することができる。

本発明に係る温度制御装置は、以上のように、メッキ液を用いて被処理物をメッキ処理するメッキ装置であって、上記メッキ液が導入された第１の槽と、当該第１の槽を内部に保持する第２の槽との間に導入された熱媒体に接触する第１の加熱部による当該熱媒体の加熱を制御する第１の温度制御手段と、上記メッキ液に接触する第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を制御する第２の温度制御手段と、上記第１の温度制御手段及び上記第２の温度制御手段を制御することによって上記メッキ液の温度を制御する制御手段とを備えており、上記制御手段は、予め設定された、上記被処理物が上記メッキ液中に浸漬される所定時間前から上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬されるまでの予備加熱時間に、上記第１の加熱部によって、上記熱媒体を、上記メッキ液の温度を所定の第１の温度に維持するために予め設定された第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、上記第２の加熱部によって、上記メッキ液を、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したときに喪失する熱量を補うための第３の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御し、上記予備加熱時間の後に、上記第１の加熱部によって上記熱媒体を上記第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、上記第２の加熱部によって上記メッキ液を上記第１の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御するので、メッキ液の急な温度変動を短時間で回復させ、メッキ液の温度を一定に維持することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態におけるメッキ装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態における統合制御部の構成を示すブロック図である。本発明に係るメッキ方法の一実施形態を示すタイミングチャートである。実施例、比較例１及び比較例２において、被メッキ物浸漬後の経過時間に対するメッキ液の温度を示すグラフである。従来の方法を用いて温度制御を行い、メッキ液（対象物）に被メッキ物を浸漬した場合における対象物の温度変動の例を示すグラフである。従来の温度制御方法を用いた場合における、外乱発生後におけるメッキ液の温度変動の例を示すグラフである。

以下、本発明に係るメッキ装置の一実施形態について、図１〜３を参照して詳細に説明する。

本実施形態のメッキ装置１０は、メッキ液２１を用いて被メッキ物（被処理物）２３をメッキ処理する装置である。メッキ液２１は、被メッキ物２３をメッキ処理する処理液であり、メッキに用いられる金属、添加物としての有機化合物等を含んでいてもよい。被メッキ物２３としては、メッキ処理されるものであればよく、例えばウエハー等が挙げられる。

〔メッキ装置１０の主な構成〕
まず、メッキ装置１０の主な構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるメッキ装置１０の構成を示す図である。

メッキ装置１０は、外側の槽である外槽（第２の槽）１７と、内側の槽である内槽（第１の槽）１６との２重構造となっている。また、温度制御機構として、外槽ヒーター（第１の加熱部）１１、内槽ヒーター（第２の加熱部）１２、外槽温度センサー１４、内槽温度センサー１３、内槽ヒーター表面温度センサー１５、統合制御部（制御手段）３１、外槽温調器（第１の温度制御手段）３２、及び内槽温調器（第２の温度制御手段）３３を備えている。

外槽１７は、内側に内槽１６を保持する槽である。外槽１７には、水（熱媒体）２２が導入されており、内槽１６には、メッキ液２１が導入されている。水２２は、内槽１６の外側からメッキ液２１に熱を伝達する熱媒体である。なお、本実施形態においては熱媒体として水を用いているが、特にこれに限定されず、例えばシリコン油などの不燃性オイルなどを用いることができる。

また、外槽１７内には、外槽ヒーター１１、及び水２２の温度を検出する外槽温度センサー１４が設けられている。外槽ヒーター１１は、水２２に接触して水２２を加熱するヒーターである。これにより、外槽ヒーター１１は、水２２及び内槽１６の壁を介して、内槽１６内のメッキ液２１に間接的に熱量を与える。これにより、外槽ヒーター１１は、メッキ液２１を局所的に加熱することがない。外槽温度センサー１４は、水２２に接触しており、水２２の温度を検出するセンサーである。

内槽１６は、被メッキ物２３をメッキ処理するための処理槽である。内槽１６内には、内槽ヒーター１２、内槽温度センサー１３、及び内槽ヒーター表面温度センサー１５が設けられている。内槽ヒーター１２は、メッキ液２１に接触してメッキ液２１を加熱するヒーターである。これにより、内槽ヒーター１２は、メッキ液２１に直接的に熱量を与えるので、メッキ液２１に対して外槽ヒーター１１よりも大きい熱伝達効率を有する。したがって、メッキ液２１の温度の急な変動に迅速に対応できる。例えば、メッキ液２１の温度が急に低下した場合には、内槽ヒーター１２がメッキ液２１を直接加熱することにより、短時間で温度を回復させることができる。

なお、本明細書において「熱伝達効率」とは、ヒーターが最大出力で動作したときの、メッキ液の温度の単位時間における上昇量（℃／分）と定義する。

内槽温度センサー１３は、メッキ液２１に接触しており、メッキ液２１の温度を検出するセンサーである。

内槽ヒーター表面温度センサー１５は、内槽ヒーター１２の表面に接触して設けられており、内槽ヒーター１２の表面の温度を検出するセンサーである。

外槽温調器３２は、外槽ヒーター１１にヒーター制御回路３４を介して接続しており、外槽ヒーター１１の動作を制御する。なお、外槽温調器３２及び外槽ヒーター１１は、内槽１６内のメッキ液２１に間接的に熱量を与えることによりメッキ液２１の温度を制御する、間接型温度調節機構をなしている。これにより、メッキ液２１を局所的に加熱せずに温度を一定に制御することができるので、メッキ液２１の劣化を防止できる。

内槽温調器３３は、内槽ヒーター１２にヒーター制御回路３５を介して接続しており、内槽ヒーター１２の動作を制御する。なお、内槽温調器３３及び内槽ヒーター１２は、メッキ液２１に直接的に熱量を与えることによりメッキ液２１の温度を制御する、直接型温度調節機構をなしている。これにより、間接型温度調節機構よりも大きい熱伝達効率を有しているので、メッキ液２１の急な温度変動を短時間で回復させることができる。

ヒーター制御回路３４及び３５は、それぞれ外槽温調器３２または内槽温調器３３からの指示に基づいて、外槽ヒーター１１または内槽ヒーター１２の動作を制御する回路である。

統合制御部３１は、外槽温調器３２及び内槽温調器３３に接続しており、これらを連携して制御することにより、メッキ液２１の温度を制御する制御部である。特に、メッキ液２１に被メッキ物２３を浸漬することにより生じるメッキ液２１の急峻な温度変動（外乱）を抑制するとともに、外乱を短時間で回復させるように温度制御を行う。これにより、メッキ処理中のメッキ液２１の温度を一定に維持することができるので、被メッキ物２３にメッキ皮膜を再現性よく形成することができる。なお、統合制御部３１の構成については後述する。

以下に、メッキ装置１０を用いたメッキ方法において統合制御部３１が行う温度制御について説明するとともに、本発明に係るメッキ方法について説明する。

〔メッキ方法〕
図３は、本発明に係るメッキ方法の一実施形態を示すタイミングチャートである。

図３に示すように、本実施形態におけるメッキ方法は、定常制御工程と、予備加熱工程（予備加熱工程）と、外乱回復制御工程（本加熱工程）とを有している。

（定常制御工程）
定常制御工程とは、メッキ液２１の温度が第１目標温度（第１の温度）に一定に維持されるように制御する工程である。本実施形態では、予備加熱工程及び外乱回復制御工程を行う期間以外の期間に行う。

定常制御工程では、外槽温調器３２は、外槽ヒーター１１が内槽制御を行うように制御する。内槽制御とは、内槽温度センサー１３が検出する検出値に基づいて、メッキ液２１の温度が第１目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御を行うものである。一方、内槽温調器３３は、内槽ヒーター１２を制御ＯＦＦ状態、すなわち加熱動作を停止している状態に制御する。

第１目標温度とは、メッキ処理におけるメッキ液２１についての好ましい温度であり、予め設定される。

（予備加熱工程）
予備加熱工程とは、外乱が発生する前において、メッキ液２１の温度を一時的に加熱する工程である。本実施形態では、メッキ液２１に被メッキ物２３を浸漬する時刻、すなわち外乱が発生する時刻（以下、「外乱発生時刻」ともいう。）よりも前の予備加熱時間に行う。

予備加熱工程では、外槽温調器３２は、外槽ヒーター１１が外槽制御を行うように制御する。外槽制御とは、外槽温度センサー１４が検出する検出値に基づいて、水２２の温度が第２目標温度（第２の温度）に維持されるようにＰＩＤ制御を行うものである。一方、内槽温調器３３は、内槽ヒーター１２が最大出力加熱制御を行うように制御する。最大出力加熱制御とは、メッキ液２１の温度が第３目標温度（第３の温度）になるまで、最大出力によりメッキ液２１を加熱するものである。

なお、ここでは内槽ヒーター１２が最大出力により加熱する場合について説明したが、特にこれに限定されず、例えば内槽ヒーター１２が一定の発熱量によりメッキ液２１を加熱してもよい。

第２目標温度とは、メッキ液を第１目標温度に維持するための水２２の温度であり、予め設定される。例えば、第２目標温度は、メッキ液２１を第１目標温度に一定に維持することができる水２２の温度を、外槽１７から内槽１６に伝わる熱量と、内槽１６から放出される放熱量、つまり内槽１６の壁、メッキ液２１などからの放熱量等とに基づいて、予測することにより設定することができる。

また、第３目標温度とは、被メッキ物２３を上記メッキ液２１中に浸漬したときに、メッキ液２１が喪失する熱量を補うための温度として予め設定される温度である。例えば、第３目標温度は、被メッキ物２３の熱容量等に基づいて被メッキ物２３がメッキ液２１から受け取る熱量を算出し、当該熱量と、内槽ヒーター１２の熱伝達効率との関係に基づいて設定することができる。また、第３目標温度は、被メッキ物２３をメッキ液２１に浸漬した後のメッキ液２１の温度が第１目標温度となるように、予め設定されてもよい。

また、予備加熱時間とは、被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬する所定時間前から被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬するまでの予め設定される時間である。例えば、被メッキ物２３の熱容量等に基づいて被メッキ物２３がメッキ液２１から受け取る熱量を算出し、当該熱量と、内槽ヒーター１２の熱伝達効率との関係に基づき、メッキ液２１が第３目標温度に到達するために要する時間を算出することにより、設定することができる。

本工程により、メッキ液２１を第３目標温度に加熱することにより、被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬したときにメッキ液２１が喪失する熱量を補うことができるので、被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬したあとのメッキ液２１の温度を、第１目標温度により近くすることができる。

（外乱回復制御工程）
外乱回復制御工程とは、被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬した後において、被メッキ物２３の浸漬により生じたメッキ液２１の温度変動を回復させ、メッキ液２１の温度が第１目標温度となるように制御する工程である。本実施形態では、メッキ液２１に被メッキ物２３を浸漬した後の外乱回復制御時間において行う。

外乱回復制御工程では、外槽温調器３２は、予備加熱制御工程と同様に外槽ヒーター１１が外槽制御を行うように制御する。一方、内槽温調器３３は、内槽ヒーター１２が、内槽温度センサー１３が検出する検出値に基づいて、メッキ液２１の温度が第１目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御するよう制御する。

外乱回復制御時間とは、被メッキ物２３がメッキ液２１中に浸漬された後、メッキ液２１の温度が第１目標温度になるために予め設定された時間である。例えば、メッキ液２１の温度が第１目標温度からずれた場合に、メッキ液２１が第１目標温度に十分到達するために要する時間に設定することができる。当該時間は、被メッキ物２３及びメッキ液２１の熱容量、内槽ヒーター１２の熱伝達効率などに基づいて決定することができる。

本工程により、短時間で外乱を収束することができる。すなわち、メッキ液２１と第１目標温度とのズレを短時間で一定値以内に収めることができる。

また、本実施形態においては、外乱回復制御工程後に定常制御工程を行う。外乱回復制御工程と、その後の定常制御工程の一部とにおいて、被メッキ物２３にメッキ処理が施されることとなる。外乱回復制御工程後、少なくともメッキ処理が完了するまで、定常制御工程を行うことが好ましい。

これにより、被メッキ物２３をメッキ液２１に浸漬することにより生じたメッキ液２１の温度変動が回復したあとのメッキ液２１を、局所的に加熱することなく、第１目標温度に一定に維持することができる。また、内槽ヒーター１２がメッキ液２１を加熱しないので、さらにメッキ液２１を局所的に加熱するおそれを防止できる。したがって、メッキ液２１の劣化を防止できるとともに、被メッキ物２３にメッキ皮膜をより再現性よく形成することができる。

〔統合制御部３１の構成〕
次に、統合制御部３１の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態における統合制御部３１の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、統合制御部３１は、切換部４１、４２及び４３、リミット検出部４４、タイマー４５、４６及び４７、内槽温調定数送信部４８、外槽温調定数送信部４９、ＯＦＦ信号送信部５０、最大出力加熱制御信号送信部５１、ＰＩＤ制御信号送信部５２、及び図示しない記憶部を備えている。また、統合制御部３１は、内槽温度センサー１３、外槽温度センサー１４、及び内槽ヒーター表面温度センサー１５に接続しており、これらのセンサーから検出値を受信する。また、統合制御部３１は、外部にある外乱事前信号送信部５３に接続している。

切換部４１、４２及び４３は、それぞれ外槽温調器３２または内槽温調器３３が接続する相手となる部材を切り換えるスイッチである。切換部４１、４２、及び４３の切り換えによって、定常制御工程、予備加熱工程、または外乱回復制御工程のいずれかに切り換わる。

定常制御工程では、切換部４１は、内槽温調定数送信部４８と外槽温調器３２とを接続させており、切換部４２は、内槽温度センサー１３と外槽温調器３２とを接続させている。また、切換部４３は、ＯＦＦ信号送信部５０と内槽温調器３３とを接続させている。

内槽温調定数送信部４８は、メッキ液２１の温度が第１目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御するための内槽温調定数を記憶部から受信し、外槽温調器３２に送信する。

したがって定常制御工程では、外槽温調器３２は、内槽温調定数を受信するとともに、内槽温度センサー１３から検出値、すなわちメッキ液２１の測定温度を受信する。これにより、受信した内槽温調定数とメッキ液２１の測定温度とに基づいて、内槽制御を行うように外槽ヒーター１１を制御する。

ＯＦＦ信号送信部５０は、内槽ヒーター１２を制御ＯＦＦ状態、すなわち動作を停止している状態に制御するためのＯＦＦ信号を、内槽温調器３３に送信する。内槽温調器３３は、受信したＯＦＦ信号に基づいて、内槽ヒーター１２の動作を停止させる。

予備加熱工程が開始される時刻には、外乱事前信号送信部５３が、タイマー４５及び４６に外乱事前信号を送信する。

外乱事前信号とは、予備加熱工程を開始する時刻であることを示す信号である。すなわち、外乱発生時刻よりも、予備加熱時間前であることを示す信号である。

外乱事前信号送信部５３は、例えば図示しない入力部から外乱事前信号を生成するための外乱事前信号生成信号を受信し、これに基づいて、外乱事前信号を生成して送信する。なお、当該外乱事前信号生成信号は、例えば入力部にユーザーが入力したものであってもよい。

タイマー４５は、受信した外乱事前信号に基づいて、予備加熱開始信号を生成し、切換部４１及び４２に送信する。また、記憶部から予備加熱時間及び外乱回復制御時間を受信する。そして、外乱事前信号を受信してから予備加熱時間及び外乱回復制御時間が経過した後、定常制御信号を生成し、切換部４１及び４２に送信する。

タイマー４６は、受信した外乱事前信号に基づいて、予備加熱開始信号を生成し、切換部４３に送信する。また、記憶部から予備加熱時間を受信する。そして、外乱事前信号を受信してから予備加熱時間が経過した後、外乱回復制御信号を生成し、切換部４３に送信するとともに、タイマー４７を起動するための起動信号を生成し、タイマー４７に送信する。

タイマー４７は、記憶部から外乱回復制御時間を受信する。そして、起動信号を受信してから外乱回復制御時間が経過した後に定常制御信号を生成し、切換部４３に送信する。

予備加熱開始信号とは、予備加熱工程を開始させるための信号である。また、外乱回復制御信号とは、外乱回復制御工程を開始させるための信号である。また、定常制御信号とは、定常制御工程を開始させるための信号である。

予備加熱工程では、切換部４１は、受信した予備加熱開始信号に基づいて、外槽温調定数送信部４９と外槽温調器３２との接続に切り換える。また、切換部４２は、受信した予備加熱開始信号に基づいて、外槽温度センサー１４と外槽温調器３２との接続に切り換える。また、切換部４３は、受信した予備加熱開始信号に基づいて、最大出力加熱制御信号送信部５１と内槽温調器３３との接続に切り換える。

外槽温調定数送信部４９は、水２２の温度が第２目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御するための外槽温調定数を記憶部から受信し、外槽温調器３２に送信する。

したがって予備加熱工程では、外槽温調器３２は、外槽温度センサー１４から検出値、すなわち水２２の測定温度を受信するとともに、外槽温調定数を受信する。これにより、外槽温調器３２は、受信した外槽温調定数と水２２の測定温度とに基づいて、外槽制御を行うように外槽ヒーター１１を制御する。

最大出力加熱制御信号送信部５１は、内槽ヒーター１２に最大出力加熱制御を行わせるための最大出力加熱制御信号を、内槽温調器３３に送信する。

したがって予備加熱工程では、内槽温調器３３は、受信した最大出力加熱制御信号に基づいて、最大出力加熱制御を行うように内槽ヒーター１２を制御する。

なお、内槽温調器３３は、リミット検出部４４と接続している。

リミット検出部４４は、内槽ヒーター表面温度センサー１５に接続しており、定期的に検出値を受信する。また、内槽ヒーター１２の表面の温度について予め設定された上限温度（以下、「リミット」ともいう。）を記憶部から受信する。リミット検出部４４は、受信した検出値が当該リミットを超えた場合に、オーバーリミット信号を生成し、内槽温調器３３に送信する。また、受信した検出値が当該リミット以下である場合には、アンダーリミット信号を生成し、内槽温調器３３に送信する。

内槽温調器３３は、最大出力加熱制御信号を受信しているとき、さらにアンダーリミット信号を受信したときには内槽ヒーター１２を動作させ、一方オーバーリミット信号を受信したときには内槽ヒーター１２を停止させる。したがって、内槽ヒーター１２の表面の温度が上限温度を超えないように制御することができる。これにより、内槽ヒーター１２の周辺におけるメッキ液２１が過剰に加熱されることを防止することができ、メッキ液２１の劣化を防止することができる。

なお、上限温度は、例えばメッキ液２１の沸点、メッキ液２１が劣化するおそれが低い温度領域の上限温度等であることが好ましい。

外乱回復制御工程では、切換部４３は、受信した外乱回復制御信号に基づいて、ＰＩＤ制御信号送信部５２と内槽温調器３３との接続に切り換える。なお、切換部４１及び４２は、外乱回復制御信号を受信しないので、接続の切り換えを行わない。

ＰＩＤ制御信号送信部５２は、記憶部から第１目標温度を受信し、メッキ液２１の温度が第１目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御を行うためのＰＩＤ制御信号を、内槽温調器３３に送信する。

また、内槽温調器３３は、内槽温度センサー１３に接続しており、内槽温度センサー１３から検出値を受信する。

したがって外乱回復制御工程では、内槽温調器３３は、受信した検出値、すなわちメッキ液２１の測定温度と、ＰＩＤ制御信号とに基づいて、メッキ液２１の温度が第１目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御するように内槽ヒーター１２を制御する。

一方、外槽温調器３２は、予備加熱工程から続けて外槽制御を行うように外槽ヒーター１１を制御する。

外乱回復制御時間が経過した後、切換部４１は、受信した定常制御信号に基づいて、内槽温調定数送信部４８と外槽温調器３２との接続に切り換える。また、切換部４２は、受信した定常制御信号に基づいて、内槽温度センサー１３と外槽温調器３２との接続に切り換える。また、切換部４３は、受信した定常制御信号に基づいて、ＯＦＦ信号送信部５０と内槽温調器３３との接続に切り換える。これにより、定常制御工程が開始される。

記憶部には、内槽温調定数、外槽温調定数、リミット、第１目標温度、第２目標温度、第３目標温度、予備加熱時間、外乱回復制御時間等が記憶されている。これらは、予め設定され、当該記憶部に入力される。

なお、予備加熱時間及び外乱回復制御時間は、被メッキ物２３の熱容量に応じて設定されることが好ましい。これにより、被メッキ物２３に適応するタイミングにおいて予備加熱工程及び外乱回復制御工程を行うことができるので、メッキ液２１の温度変動をより小さくすることができる。したがってメッキ皮膜の膜厚のばらつきを防止し、再現性よくメッキ処理することができる。

被メッキ物２３のメッキ液２１中への浸漬は、例えばユーザーが行ってもよい。例えば、メッキ装置１０に接続された表示部が、例えば統合制御部３１からの指示に基づいて予備加熱時間が経過したことを示す表示画面を表示し、ユーザーが、当該表示画面を見て、被メッキ物２３をメッキ液２１中に浸漬してもよい。また、これに限らず、被メッキ物２３のメッキ液２１中への浸漬は、例えば自動で行ってもよい。

本実施形態においては、統合制御部３１が外槽温調器３２及び内槽温調器３３を上述したように連携して制御することにより、メッキ方法における各工程を実現させることができる。

また、本実施形態であれば、メッキ処理において、内槽１６内のメッキ液２１の温度を一定に維持することができるので、被メッキ物２３が内槽１６内のどの場所に位置しても、被メッキ物２３の周囲の温度変化を小さくすることができ、メッキ膜厚にばらつきが生じることを防止できるという効果を得られる。

また、メッキ装置１０は、内槽温度センサー１３、外槽温度センサー１４、及び内槽ヒーター表面温度センサー１５を備えており、これらの検出値に基づいて外槽ヒーター１１及び内槽ヒーター１２の制御を行うことにより、メッキ液２１、水２２、及び内槽ヒーター１２の表面の温度を全体的に調節する。このような制御によって、被メッキ物２３の周囲の温度変化を非常に小さくできるので、形成するメッキ膜厚のばらつきを、従来のメッキ装置、メッキ方法に比べて改善することができるものである。

また、一般に、膜厚のばらつきは、被メッキ物の熱容量が大きいほど拡大するが、本実施形態では、被メッキ物２３の熱容量に応じて、メッキ処理におけるメッキ液２１の温度変動が小さくなるように種々の条件を調整できるため、メッキ皮膜の膜厚のばらつきを少なくでき、再現性よくメッキ皮膜を形成することができる。

なお、メッキ装置１０によりメッキ処理する被メッキ物２３は、例えば、メッキ槽となる内槽１６全体の熱容量の１／２００以上１／５０以下の熱容量を有するものであることが好ましい。これにより、被メッキ物２３の浸漬によるメッキ液２１の温度変動をより短い時間で収束することができる。

また、内槽ヒーター１２の熱伝達効率は、外槽ヒーター１１の熱伝達効率より少なくとも３倍以上１０倍以下であることが好ましい。これにより、内槽ヒーター１２によってメッキ液２１をより効率よく加熱することができるので、予備加熱時間を短くすることができる。

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。

図１に示すメッキ装置１０と同じ構成のメッキ装置を作製した。内槽１６及び外槽１７は、ＳＵＳ製とした。また、内槽１６に導入するメッキ液には、市販の無電解ニッケルメッキ液を使用した。

メッキ液、外槽１７に導入する水２２、内槽１６、外槽１７それぞれの重量、比熱及び熱容量を表１に示す。

外槽ヒーター１１には６ｋＷのヒーターを用い、内槽ヒーター１２には２ｋＷのヒーターを用いた。

このメッキ装置を用いて、以下の実施例、比較例１及び比較例２の条件にてメッキ処理を行った。なお、被メッキ物２３としては、ＰＦＡカセットにウエハー２５枚を入れたものを用いた。これらの重量、比熱及び熱容量を表２に示す。

〔実施例〕
本実施例では、本発明の実施形態に記載したメッキ方法を用いてメッキ処理を行った。なお、予備加熱時間を７分とし、外乱回復制御時間を３．５分とした。これらの時間は、被メッキ物の熱容量等に応じて以下のように設定した。

まず、メッキ液に浸漬された被メッキ物が常温（２５℃）から第1目標温度（８５℃）になるまでに吸収する熱量から、メッキ液の温度の低下量ΔＴ（℃）を算出した。ΔＴ（℃）は、次式により求めた。
ΔＴ＝被メッキ物の吸収熱量÷（メッキ液の熱容量＋被メッキ物の熱容量）
＝３．１（ｋＪ／℃）×（８５−２５（℃））÷（２６４．６＋３．１（ｋＪ／℃））
＝０．７（℃）
次に、内槽ヒーター１２を１００％で出力させたときの、メッキ液の時間依存的な温度上昇の特性について予め測定しておき、この特性に基づいて、メッキ液の温度をΔＴ（℃）上昇させるために必要な時間を算出し、予備加熱時間として設定した。

また、被メッキ物の熱容量を変化させてメッキ液に浸漬させたときのメッキ液の温度が安定するまでの時間を予め測定し、グラフを作成した。このグラフに基づいて、用いる被メッキ物の熱容量から予想されるメッキ液の温度が安定するまでの時間に１．５を乗じた時間を算出し、外乱回復制御時間として設定した。なお、ここで用いた１．５とは安全率であり、メッキ液の温度が確実に安定することを見込んで設定したものである。

メッキ処理は、以下のように行った。まず、定常制御工程において、外槽ヒーター１１を内槽制御させ、メッキ液を８５℃に維持した。

次に、被メッキ物を浸漬する７分前（−７分）に、予備加熱工程に切り換えた。すなわち、外槽ヒーター１１を外槽制御させ、内槽ヒーター１２を１００％の出力である２ｋＷにて発熱させた。

次に、予備加熱工程の開始７分後（０分）に、被メッキ物をメッキ液に浸漬させるとともに、外乱回復制御工程に切り換えた。すなわち、内槽ヒーター１２を、メッキ液２１に対するＰＩＤ制御に切り換えた。

外乱回復制御工程の開始３．５分後（３．５分）に、定常制御工程に切り換えた。すなわち、内槽ヒーター１２を停止させ、外槽ヒーター１１を内槽制御させた。

〔比較例１〕
比較例１では、外槽ヒーター１１のみを用いて、メッキ液２１の温度が８５℃に維持されるようにＰＩＤ制御を行った。

〔比較例２〕
比較例２では、外槽ヒーター１１のみを用いて、被メッキ物をメッキ液に浸漬させる２１分前から予備加熱を行った。また、被メッキ物をメッキ液に浸漬させた後は、メッキ液２１の温度が８５℃に維持されるようにＰＩＤ制御を行った。

図４は、実施例、比較例１及び比較例２において、被メッキ物を浸漬した後の経過時間に対するメッキ液の温度を示すグラフである。

図４の実線に示すように、実施例では、比較例１に比べて、被メッキ物を浸漬させたとき（０分）以降の温度の回復に要する時間が大幅に短縮した。したがって、メッキ処理におけるメッキ液の温度変動を著しく改善することができた。

また、実施例では、比較例２に比べて、予備加熱工程に要する時間を約１／３に短縮でき、メッキ処理のための準備に要する時間を削減できた。

実施例、比較例１及び比較例２の条件により、１６分間メッキ処理を行った後のメッキ皮膜の膜厚は、実施例では５．０１μｍ、比較例１では４．８３μｍ、比較例２では４．９３μｍであった。また、実施例では、比較例１、２に比べ、形成されたメッキ皮膜の膜厚のばらつきが少なかった。

以上のように、実施例では、被メッキ物の熱容量に応じて予備加熱時間及び外乱回復制御時間を調整したため、メッキ液の急峻な温度変動を短時間で回復させ、メッキ液を一定に維持することができ、したがってメッキ皮膜の膜厚のばらつきを少なくできた。したがって、メッキ皮膜を良好に形成できた。

本発明は、メッキ液の急な温度変動を短時間で回復させ、メッキ液の温度を一定に維持することができるので、半導体装置製造等における微細な突起電極（バンプ）、配線等の形成に好適に利用できる。

１０メッキ装置
１１外槽ヒーター（第１の加熱部）
１２内槽ヒーター（第２の加熱部）
１６内槽（第１の槽）
１７外槽（第２の槽）
２１メッキ液（メッキ液）
２２水（熱媒体）
２３被メッキ物（被処理物）
３１統合制御部（制御手段）
３２外槽温調器（第１の温度制御手段）
３３内槽温調器（第２の温度制御手段）
４４リミット検出部

Claims

メッキ液を用いて被処理物をメッキ処理するメッキ装置であって、
上記メッキ液が導入された第１の槽と、当該第１の槽を内部に保持する第２の槽との間に導入された熱媒体に接触する第１の加熱部による当該熱媒体の加熱を制御する第１の温度制御手段と、
上記メッキ液に接触する第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を制御する第２の温度制御手段と、
上記第１の温度制御手段及び上記第２の温度制御手段を制御することによって上記メッキ液の温度を制御する制御手段とを備えており、
上記制御手段は、
予め設定された、上記被処理物が上記メッキ液中に浸漬される所定時間前から上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬されるまでの予備加熱時間に、
上記第１の加熱部によって、上記熱媒体を、上記メッキ液の温度を所定の第１の温度に維持するために予め設定された第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、
上記第２の加熱部によって、上記メッキ液を、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したときに喪失する熱量を補うための第３の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御し、
上記予備加熱時間の後に、
上記第１の加熱部によって上記熱媒体を上記第２の温度に加熱させるように上記第１の温度制御手段を制御し、
上記第２の加熱部によって上記メッキ液を上記第１の温度に加熱させるように上記第２の温度制御手段を制御することを特徴とするメッキ装置。
上記制御手段は、第２の加熱部の表面温度が予め設定された上限温度を超えた場合に、第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を停止させるように第２の温度制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のメッキ装置。
上記制御手段は、
上記被処理物が上記メッキ液中に浸漬された後、上記メッキ液の温度が第１の温度になるために予め設定された所定時間が経過した後に、
上記メッキ液の温度を第１の温度に維持するように、上記第１の加熱部により上記熱媒体を加熱させるように第１の温度制御手段を制御し、
上記第２の加熱部による上記メッキ液の加熱を停止させるように第２の温度制御手段を制御する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。
メッキ液を用いて被処理物をメッキ処理するメッキ方法であって、
予め設定された、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬する所定時間前から上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬するまでの予備加熱時間に、
上記メッキ液が導入された第１の槽と、当該第１の槽を内部に保持する第２の槽との間に導入された熱媒体に接触する第１の加熱部によって、当該熱媒体を、上記メッキ液の温度を所定の第１の温度に維持するために予め設定された第２の温度に加熱し、
上記メッキ液に接触する第２の加熱部によって、上記メッキ液を、上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したときに喪失する熱量を補うための第３の温度に加熱する、予備加熱工程と、
上記予備加熱工程の後に上記被処理物を上記メッキ液中に浸漬したとき、
上記第１の加熱部によって上記熱媒体を上記第２の温度に加熱し、上記第２の加熱部によって上記メッキ液を上記第１の温度に加熱する本加熱工程とを有することを特徴とするメッキ方法。