JP6971915B2 - めっき方法、めっき装置、及び限界電流密度を推定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっき方法、めっき装置、及び限界電流密度を推定する方法に関する。

いわゆるディップ方式を採用した電解めっき装置として、内部にめっき液を収容するめっき槽と、めっき槽の内部に互いに対向するように配置される基板及びアノードと、アノードと基板との間に配置される調整板とを有する電解めっき装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電解めっき装置は、調整板と基板との間のめっき液を撹拌するためのパドルを有する。パドルは、基板の表面に沿って往復方向に移動することにより、基板表面付近のめっき液を撹拌する。

近年、めっき装置の生産性を向上させるため、所定の膜厚のめっき膜を成膜するのに要するめっき時間を短くすることが求められている。あるめっき面積に対して、より短時間で所定の膜厚のめっきを行うためには、高電流密度でめっきを行うことが必要である。特許文献１に記載されためっき装置では、パドルを高速で動かすことにより基板表面への金属イオンの供給を促進して、高電流密度でめっきをしたときにめっきの品質が低下することを抑制している。

国際公開番号ＷＯ２００４／００９８７９

めっき装置において、基板に印加される電流密度を増加させていくと、所定の電流密度を超えたときに基板表面への金属イオンの供給が不足する。このときの電流密度を限界電流密度という。電流密度が限界電流密度を超えて所定時間めっきすると、めっき表面に異常析出が生じる。

めっき時間を短縮するためには、できるだけ限界電流密度に近い電流密度でめっきをする必要がある。また、限界電流密度は、基板に金属が堆積するにつれて徐々に大きくなることが判っている。このため、めっき装置では、電流密度を段階的に増加させてめっきを行っている。従来は、予め試験によって実際に基板に所定時間めっきを行い、基板に異常析出が起こらない電流密度を調べることにより、基板に印加される電流密度が限界電流密度未満となるようにめっき装置が制御されていた。

しかしながら、めっき装置で実際に基板にめっきをしているとき、めっき液の濃度変化、基板の仕上がり精度、作業者のオペレーションミスなどにより、限界電流密度が想定よりも低くなり、基板に印加される電流密度が限界電流密度を超えてしまう可能性があった。従来では、このような事態が生じた場合、めっき後の基板の検査工程において基板に異常析出が生じたことを確認することができた。したがって、基板が検査されるまでは、限界電流密度を超えた電流密度により複数の基板のめっきが行われてしまう虞があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、電流密度が限界電流密度以上であるか否かをめっき中に把握することである。

本発明の一形態によれば、電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきするめっき方法であって、前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板にめっきするめっき方法が提供される。このめっき方法は、前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、前記電流値を前記所定の電流値から前記第１電流値に増加させたときに、前記電圧値の変化量に基づいて前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であるか否かを判定する判定工程と、を有する。

本発明の他の一形態によれば、電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきするめっき装置が提供される。このめっき装置は、めっき液を収容可能なめっき槽と、前記基板に電流を印加する電源と、前記基板への電流を制御する電流制御部と、を有する。前記電流制御部は、前記基板に印加される電圧値を測定する電圧測定部と、前記電流値を前記所定の電流値から前記第１電流値に増加させたときに、前記電圧値の変化量に基づいて前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定する判定部を有し、前記第１電流密度が前記限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板に電流を印加するように前記電源を制御する。

本発明の他の一形態によれば、基板にめっきするめっき装置において限界電流密度を推定する方法が提供される。この方法は、前記基板に印加される電流の電流密度を増加させる工程と、前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、所定時間内に前記電圧値が所定の値増加した場合、前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する工程と、を有する。

第１実施形態にかかるめっき装置の全体配置図である。 図１に示した基板ホルダの概略斜視図である。 図１に示しためっきユニットの１つのめっき槽を示す概略縦断図である。 第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の一例を示すグラフである。 第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の他の一例を示すグラフである。 第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の他の一例を示すグラフである。 第２実施形態に係る限界電流密度の推定方法を実施するめっき装置における電流制御の一例を示すグラフである。

＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は、第１実施形態にかかるめっき装置の全体配置図である。図１に示すように、このめっき装置は、２台のカセットテーブル１０２と、アライナ１０４と、スピンリンスドライヤ１０６とを有する。アライナ１０４は、基板のオリフラ（オリエンテーションフラット）やノッチなどの位置を所定の方向に合わせるように構成される。スピンリンスドライヤ１０６は、めっき処理後の基板を高速回転させて乾燥させるように構成される。

カセットテーブル１０２は、半導体ウェハ等の基板を収納したカセット１００を搭載する。スピンリンスドライヤ１０６の近くには、基板ホルダ１１を載置して基板の着脱を行う基板着脱部１２０が設けられている。基板着脱部１２０は、レール１５０に沿って横方向にスライド自在な平板状の載置プレート１５２を備えている。２個の基板ホルダ１１は
、この載置プレート１５２に水平状態で並列に載置される。一方の基板ホルダ１１と基板搬送装置１２２との間で基板の受渡しが行われた後、載置プレート１５２が横方向にスライドされ、他方の基板ホルダ１１と基板搬送装置１２２との間で基板の受渡しが行われる。これらのユニット１００，１０４，１０６，１２０の中央には、これらのユニット間で基板を搬送する搬送用ロボットからなる基板搬送装置１２２が配置されている。

めっき装置は、さらに、ストッカ１２４と、プリウェット槽１２６と、プリソーク槽１２８と、第１洗浄槽１３０ａと、ブロー槽１３２と、第２洗浄槽１３０ｂと、めっきユニット１０と、を有する。ストッカ１２４では、基板ホルダ１１の保管及び一時仮置きが行われる。プリウェット槽１２６では、基板が純水に浸漬される。プリソーク槽１２８では、基板の表面に形成したシード層等の導電層の表面の酸化膜がエッチング除去される。第１洗浄槽１３０ａ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。ブロー槽１３２では、洗浄後の基板の液切りが行われる。第２洗浄槽１３０ｂ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。基板着脱部１２０、ストッカ１２４、プリウェット槽１２６、プリソーク槽１２８、第１洗浄槽１３０ａ、ブロー槽１３２、第２洗浄槽１３０ｂ、及びめっきユニット１０は、この順に配置されている。

めっきユニット１０は、例えば、隣接した複数のめっき槽１４の外周をオーバーフロー槽１３６が取り囲んで構成されている。各めっき槽１４は、内部に１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施すように構成されている。

めっき装置は、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基板ホルダ搬送装置１４０を有する。この基板ホルダ搬送装置１４０は、第１トランスポータ１４２と、第２トランスポータ１４４を有している。第１トランスポータ１４２は、基板着脱部１２０、ストッカ１２４、プリウェット槽１２６、プリソーク槽１２８、第１洗浄槽１３０ａ、及びブロー槽１３２との間で基板を搬送するように構成される。第２トランスポータ１４４は、第１洗浄槽１３０ａ、第２洗浄槽１３０ｂ、ブロー槽１３２、及びめっきユニット１０との間で基板を搬送するように構成される。めっき装置は、第２トランスポータ１４４を備えることなく、第１トランスポータ１４２のみを備えるようにしてもよい。

オーバーフロー槽１３６の両側には、各めっき槽１４の内部に位置してめっき槽１４内のめっき液を攪拌する掻き混ぜ棒としてのパドル１６（図３参照）を駆動する、パドル駆動部１６２及びパドル従動部１６０が配置されている。

図２は、図１に示した基板ホルダ１１の概略斜視図である。図２に示すように、基板ホルダ１１は、例えば塩化ビニル製で略平板状の第１保持部材１１Ａと、この第１保持部材１１Ａにヒンジ部１１Ｂを介して開閉自在に取り付けた第２保持部材１１Ｃとを有している。第２保持部材１１Ｃは、ヒンジ部１１Ｂに接続される基部１１Ｄと、基板を第１保持部材１１Ａに押えつけるための押えリング１１Ｆと、リング状のシールホルダ１１Ｅと、を有する。シールホルダ１１Ｅは押えリング１１Ｆに対して摺動可能に構成される。このシールホルダ１１Ｅは、例えば塩化ビニルで構成され、これにより、押えリング１１Ｆとの滑りがよくなっている。本実施形態では、めっき装置はウェハ等の円形の基板を処理するものとして説明するが、これに限らず、矩形状の基板を処理することもできる。

図３は、図１に示しためっきユニット１０の１つのめっき槽１４を示す概略縦断図である。図中では、オーバーフロー槽１３６は省略されている。めっき槽１４は、内部にめっき液Ｑを保持し、オーバーフロー槽１３６との間でめっき液Ｑが循環するように構成され
る。

めっき槽１４には、基板Ｓｂを着脱自在に保持した基板ホルダ１１が収納される。基板ホルダ１１は、基板Ｓｂが鉛直状態でめっき液Ｑに浸漬されるように、めっき槽１４内に配置される。めっき槽１４内の基板Ｓｂに対向する位置には、アノードホルダ２８に保持されたアノード２６が配置される。アノード２６としては、例えば、含リン銅から成る溶解性アノード又は公知の不溶解性アノード等が使用され得る。また、めっき槽１４には、基板Ｓｂとアノード２６とに電流を流すように構成されるめっき電源３０（電源の一例に相当する）が設けられる。基板Ｓｂとアノード２６は、めっき電源３０を介して電気的に接続され、基板Ｓｂとアノード２６との間に電流を流すことにより基板Ｓｂの表面にめっき膜（銅膜）が形成される。

基板Ｓｂとアノード２６との間には、基板Ｓｂの表面と平行に往復移動してめっき液Ｑを攪拌するパドル１６が配置される。めっき液Ｑをパドル１６で攪拌することで、銅イオンを基板Ｓｂの表面に均一に供給することができる。また、パドル１６とアノード２６との間には、基板Ｓｂの全面に亘る電位分布をより均一にするための誘電体からなる調整板３４が配置される。調整板３４は、開口を有する板状の本体部５２と、本体部５２の開口に沿って取り付けられる筒状部５０と、を有する。アノード２６と基板Ｓｂとの間の電位分布は、調整板３４の開口の大きさ、形状によって調整される。

また、めっき槽には、めっき電源３０を制御して基板Ｓｂへの電流を制御する電流制御部４０が設けられる。電流制御部４０は、電圧測定部４２と、報知部４３と、判定部４４と、を有する。電圧測定部４２は、基板Ｓｂに印加される電圧値を測定するように構成される。報知部４３は、光、音、振動、画面表示等により、使用者又は管理者に所定の情報を報知するように構成される。判定部４４は、後述するように、電圧測定部４２が測定した電圧値に基づいて、基板Ｓｂに印加される電流の電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定する。

次に、第１実施形態に係るめっき装置におけるめっき方法について説明する。上述したように、めっき装置では、電流密度を段階的に増加させてめっきを行っている。しかしながら、めっき装置で実際に基板にめっきをしているとき、めっき液の濃度変化、基板Ｓｂの仕上がり精度、作業者のオペレーションミスなどにより、限界電流密度が想定よりも低くなり、基板Ｓｂに印加される電流密度が限界電流密度を超えてしまう可能性があった。

ところで、基板Ｓｂに印加される電流密度が限界電流密度に達したとき、基板Ｓｂに印加される電圧の値が急激に増加することが判った。そこで、本実施形態では、電流制御部４０の判定部４４は、基板Ｓｂに印加される電圧値に基づいて、基板Ｓｂに印加される電流の電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定する。より具体的には、予め試験により、電流密度を増加させた状態でめっきしたときに基板Ｓｂに異常が生じた場合（電流密度が限界電流密度に達した場合）の所定時間における電圧値の増加の程度を取得しておく。本実施形態では、例えば、試験により、電流密度が限界電流密度に達した場合において、電流制御部４０が電流値を変更してから１５秒（所定時間）以内に電圧値が０．３Ｖ（所定値）以上変化したことが判明したとする。この場合、判定部４４は、電流値が変更されてから１５秒以内に０．３Ｖ以上電圧値が増加したか否かに基づいて、電流密度が限界電流密度に達したか否かを判定する。なお、この閾値とした電圧値は、基板Ｓｂのパターン、電流密度、めっき液の組成等により変化し得るので、試験により適宜定める必要がある。

図４は、第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の一例を示すグラフである。図示のグラフにおいては、横軸が時間、縦軸が電流値を示す。図示のグラフでは、便宜上
仮想的な限界電流値を示す曲線Ｌ１が付記されている。なお、ここでの限界電流値は、限界電流密度に対応する電流値を意味する。

図示のように、本めっき装置の電流制御部４０は、めっき電源３０を制御して、値Ｗの電流値でめっきした後、時刻ｓの時点において、電流値を段階的に値Ｘ（第１電流値の一例に相当する）まで増加させる。ここで、値Ｘは、限界電流値を示す曲線Ｌ１の時刻ｓの時点の値よりも小さい。したがって、電圧測定部４２は、電流値を値Ｘに増加させてから１５秒以内の電圧値の増加量は、０．３Ｖ未満であることを検知する。電圧測定部４２によって測定された電圧値に基づいて、判定部４４は、値Ｘに対応する電流密度（第１電流密度の一例に相当する）が限界電流密度未満であると判定する。その結果、電流制御部４０は、値Ｘで時刻ｓから時刻Ｔ^*までの所定時間（第１所定時間の一例に相当する）、基板Ｓｂにめっきを行うようにめっき電源３０を制御する。図示の例では、時刻Ｔ^*の時点で電流値を０にしてめっきが終了しているが、これに限らず、時刻Ｔ^*の時点でさらに電流値を段階的に増加させてめっきを継続してもよい。

図５は、第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の他の一例を示すグラフである。図示のグラフにおいては、横軸が時間、縦軸が電流値を示す。図５において、実線は本例における電流制御を示し、破線Ｄ１は図４に示した電流制御を示す。図示のように、電流制御部４０は、めっき電源３０を制御して、値Ｗの電流値でめっきした後、時刻ｓの時点において、電流値を段階的に値Ｘ（第１電流値の一例に相当する）まで増加させる。ここで、値Ｘは、限界電流値を示す曲線Ｌ２の時刻ｓの時点の値よりも大きい。したがって、電圧測定部４２は、電流値を値Ｘに増加させてから１５秒以内の電圧値の増加量が、０．３Ｖ以上であることを検知する。電圧測定部４２によって測定された電圧値に基づいて、判定部４４は、値Ｘの電流値に対応する電流密度（第１電流密度の一例に相当する）が限界電流密度以上であると判定する。

電流制御部４０は、値Ｘの電流値に対応する電流密度が限界電流密度以上であると判定されると、時刻ｓ´の時点において電流値を限界電流値未満まで減少させる。ここで、限界電流値の正確な値は不明であるので、図示のように、電流値を値Ｗに減少させることにより、確実に電流値を限界電流値未満にすることができる。

本実施形態では、判定部４４は、電圧値が０．３Ｖ増加した時点で、値Ｘの電流値に対応する電流密度が限界電流密度以上であると判定することができる。したがって、時刻ｓから時刻ｓ´までの時間は、電圧値が０．３Ｖ増加するのに要した時間であり、且つ１５秒以内となる。このとき、本実施形態のめっき装置では、時刻ｓから時刻ｓ´までの間、限界電流密度を超えた電流密度で基板Ｓｂにめっきされることになる。このため、予め試験において、電流値を値Ｗから値Ｘに増加させ、値Ｘの電流値で時刻ｓから時刻ｓ´までに相当する時間（最大で１５秒間）、基板Ｓｂにめっきを行い、基板Ｓｂに異常が生じないことを確認しておく必要がある。仮に基板Ｓｂに異常が生じた場合は、電流密度が限界電流密度を超えたか否かを判定するための閾値（時間及び電圧値）を適宜修正すればよい。

電流制御部４０は、電流値を値Ｗまで減少させたのち、値Ｗを所定時間（第４所定時間の一例に相当する）維持してめっきを行う。即ち、電流制御部４０は、値Ｗで時刻ｑの時点までめっきを行う。このときの所定時間（時刻ｓ´から時刻ｑまでの時間）は、基板Ｓｂに印加される電圧値が、時刻ｓの時点において電流値が値Ｘに増加する直前に基板Ｓｂに印加される電圧値に戻るのに要する時間である。即ち、基板Ｓｂに印加される電圧値が元の状態に戻るまで、再び値Ｗの電流値で基板Ｓｂにめっきが行われる。

続いて、電流制御部４０は、時刻ｑの時点において、電流値を値Ｗから、値Ｘよりも小
さい値Ｘ（１−Ｙ）（第２電流値の一例に相当する）に増加させる。その後、さらに所定時間ｔ１（第２所定時間の一例に相当する）経過後、値Ｘよりも大きい値Ｘ（１＋Ｚ）（第３電流値の一例に相当する）で所定時間ｔ２（第３所定時間の一例に相当する）めっきする。なお、時刻ｔは、時刻ｑから時間ｔ１が経過した時点である。時刻Ｔ^＊において、電流制御部４０は、電流値を値Ｘ（１＋Ｚ）から０にしてめっきを終了させる。

ここで、時間（ｔ１＋ｔ２）は、時刻ｑから時刻Ｔ^＊までの時間に相当する。また、値Ｙ及び値Ｚは、予め試験により定められた任意の正の数である。また、値Ｙは１未満である。図示の例においては、値Ｘ（１−Ｙ）及び値Ｘ（１＋Ｚ）は、限界電流値よりも低い値である。即ち、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値に対応する電流密度（第２電流密度の一例に相当する）、及び値Ｘ（１＋Ｚ）の電流値に対応する電流密度（第３電流密度の一例に相当する）は、限界電流密度よりも低い。

電流制御部４０は、時刻ｑの時点において、所定時間ｔ１と所定時間ｔ２とを計算する。具体的には、値Ｘの電流値で所定時間（時刻ｓから時刻Ｔ^＊までの時間）めっきした場合に基板Ｓｂに与えられるクーロン量と、図５に示す電流値で時刻ｓから時刻Ｔ^＊までに基板Ｓｂに与えられるクーロン量とが同一になるように、所定時間ｔ１と所定時間ｔ２とを設定する。なお、図示の例において、時刻ｓから時刻Ｔ^＊までに基板Ｓｂに与えられるクーロン量は、値Ｘの電流値で時刻ｓから時刻ｓ´までの時間、値Ｗの電流値で時刻ｓ´から時刻ｑまでの時間、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値で所定時間ｔ１、及び値Ｘ（１＋Ｚ）の電流値で所定時間ｔ２、それぞれめっきした場合のクーロン量に相当する。

以上で説明したように、図５に示す例では、時刻ｓの時点で値Ｘが限界電流値を超えている。このため、値Ｘの電流値で時刻ｓから時刻Ｔ^＊までの時間めっきすることに代えて、値Ｘよりも小さい値Ｘ（１−Ｙ）で所定時間ｔ１めっきし、その後値Ｘよりも大きい値Ｘ（１＋Ｚ）で所定時間ｔ２めっきする。これにより、電流値が限界電流値を超えることなく、めっき処理を継続することができている。

また、本実施形態では、所定時間ｔ１及び所定時間ｔ２を上述したように設定する。これにより、図４に示しためっきプロセスである、値Ｘの電流値で時刻ｓから時刻Ｔ^＊までの時間めっきした場合と比較して、同一のめっき時間で、同一のめっき膜厚を維持しながら、近い品質の製品基板を得ることができる。

なお、図５に示す例では、電流値が限界電流値を超えたと判断されたとき、電流値を変更してめっき処理を継続している。しかしながら、電流値が限界電流値を超えたと判断されたとき、めっき処理を継続する代わりに、又はこれに加えて、電流制御部４０の報知部４３が、その旨を使用者又は管理者に報知してもよい。

図６は、第１実施形態に係るめっき装置における電流制御の他の一例を示すグラフである。図示のグラフにおいては、横軸が時間、縦軸が電流値を示す。図６において、実線は本例における電流制御を示し、破線Ｄ１は図４に示した電流制御を示し、破線Ｄ２は図５に示した電流制御を示す。図６の例では、時刻ｑまでは、図５の例と同一の電流制御が行われるので説明を省略する。電流制御部４０は、時刻ｑの時点において、電流値を値Ｗから、値Ｘよりも小さい値Ｘ（１−Ｙ）（第１電流値の一例に相当する）に増加させる。ここで、値Ｘ（１−Ｙ）は、限界電流値を示す曲線Ｌ３の時刻ｑにおける値よりも大きい。判定部４４は、電圧測定部４２によって測定された電圧値に基づいて、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値に対応する電流密度（第１電流密度の一例に相当する）が限界電流密度以上であると判定する。

電流制御部４０は、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値に対応する電流密度が限界電流密度以上で
あると判定されると、時刻ｑ´の時点において電流値を限界電流値未満（図示の例では値Ｗ）まで減少させる。時刻ｑから時刻ｑ´までの時間は、電圧値が０．３Ｖ増加するのに要した時間であり、且つ１５秒以内となる。このとき、本実施形態のめっき装置では、時刻ｑから時刻ｑ´までの間、限界電流密度を超えた電流密度で基板Ｓｂにめっきされることになる。ここで、電流値Ｘ（１−Ｙ）は値Ｘよりも小さいので、値Ｘの電流値で時刻ｓから時刻ｓ´までに相当する時間（最大で１５秒間）、基板Ｓｂにめっきを行っても基板Ｓｂに異常が生じないことが確認できていれば、時刻ｑから時刻ｑ´までの時間（最大で１５秒間）のめっきにより基板Ｓｂにめっきが生じることはない。

電流制御部４０は、時刻ｑ´において電流値を値Ｗまで減少させたのち、値Ｗを所定時間（第４所定時間の一例に相当する）維持してめっきを行う。即ち、電流制御部４０は、値Ｗの電流値で時刻ｒまでめっきを行う。このときの所定時間（時刻ｑ´から時刻ｒまでの時間）は、基板Ｓｂに印加される電圧値が、時刻ｑの時点において電流値が値Ｘ（１−Ｙ）に増加する直前に基板Ｓｂに印加される電圧値に戻るのに要する時間である。即ち、基板Ｓｂに印加される電圧値が元の状態に戻るまで、再び値Ｗの電流値で基板Ｓｂにめっきが行われる。

続いて、電流制御部４０は、時刻ｒの時点において、電流値を値Ｗから、値Ｘ（１−Ｙ）よりも小さい値Ｘ（１−Ｙ）＾^２（第２電流値の一例に相当する）に増加させる。その後、さらに所定時間ｔ３（第２所定時間の一例に相当する）経過後、値Ｘ（１−Ｙ）よりも大きい値Ｘ（１＋Ｚ）（１−Ｙ）（第３電流値の一例に相当する）で所定時間ｔ４（第３所定時間の一例に相当する）めっきする。なお、時刻ｖは、時刻ｒから時間ｔ３が経過した時点である。時刻ｔにおいて、電流制御部４０は、電流値を値Ｘ（１＋Ｚ）（１−Ｙ）から値Ｘ（１＋Ｚ）にして、時間ｔ２だけめっきを継続し、時刻Ｔ^＊でめっきを終了する。

ここで、時間（ｔ３＋ｔ４）は、時刻ｒから時刻ｔまでの時間に相当する。図示の例においては、値Ｘ（１−Ｙ）＾^２及び値Ｘ（１＋Ｚ）（１−Ｙ）は、限界電流値よりも低い値である。即ち、値（１−Ｙ）＾^２の電流値に対応する電流密度（第２電流密度の一例に相当する）、及び値Ｘ（１＋Ｚ）（１−Ｙ）の電流値に対応する電流密度（第３電流密度の一例に相当する）は、限界電流密度よりも低い。

電流制御部４０は、時刻ｒの時点において、所定時間ｔ３と所定時間ｔ４とを計算する。具体的には、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値で所定時間（時間ｔ１）めっきした場合に基板Ｓｂに与えられるクーロン量と、図６に示す電流値で時刻ｑから時刻ｔまでに基板Ｓｂに与えられるクーロン量とが同一になるように、所定時間ｔ３と所定時間ｔ４とを設定する。なお、図示の例において、時刻ｑから時刻ｔまでに基板Ｓｂに与えられるクーロン量は、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値で時刻ｑから時刻ｑ´までの時間、値Ｗの電流値で時刻ｑ´から時刻ｒまでの時間、値Ｘ（１−Ｙ）＾^２の電流値で時間ｔ３、及び値Ｘ（１−Ｙ）（１＋Ｚ）の電流値で時間ｔ４、それぞれめっきした場合のクーロン量に相当する。

以上で説明したように、図６に示す例では、時刻ｑの時点で値Ｘ（１−Ｙ）が限界電流値を超えている。このため、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値で時間ｔ１めっきすることに代えて、値Ｘ（１−Ｙ）よりも小さい値Ｘ（１−Ｙ）＾^２で時間ｔ３めっきし、その後値Ｘ（１−Ｙ）よりも大きい値Ｘ（１−Ｙ）（１＋Ｚ）で時間ｔ４めっきする。これにより、電流値が限界電流値を超えることなく、めっき処理を継続することができる。

また、図６に示す例では、時間ｔ３及び時間ｔ４を上述したように設定する。これにより、値Ｘ（１−Ｙ）の電流値で時間ｔ１めっきした場合と比較して、同一のめっき時間で、同一のめっき膜厚を維持しながら、近い品質の製品基板を得ることができる。

なお、図示の例では、値Ｘ（１＋Ｚ）が限界電流値未満である。値Ｘ（１＋Ｚ）が限界電流値以上である場合は、値Ｘ（１＋Ｚ）の電流値で時間ｔ２めっきすることに代えて、値Ｘ（１＋Ｚ）よりも小さい値（例えば値Ｘ（１＋Ｚ）（１−Ｙ））で所定時間めっきし、その後値Ｘ（１＋Ｚ）よりも大きい値（例えば値Ｘ（１＋Ｚ）＾^２）で所定時間めっきしてもよい。この場合、それぞれのめっき時間は、値Ｘ（１＋Ｙ）の電流値で所定時間（時間ｔ２）めっきした場合に基板Ｓｂに与えられるクーロン量と、時刻ｔから時刻Ｔ^＊までに基板Ｓｂに与えられるクーロン量とが同一になるように、設定される。

第１実施形態において、時間に関係するｓ、Ｔ^*、電流に関係するＷ、Ｘ、Ｙ、Ｚは、予め決定しておく値である。ｓからｓ´までの時間、ｑからｑ´までの時間は、電圧測定部４２による電圧値の測定結果によって決まる値である。ｓ´からｑまでの時間、ｑ´からｒまでの時間は、予め決定してもよいし、電圧測定部４２による電圧値の測定結果に応じて決定してもよい。時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、電流制御部４０が上記の条件および電圧測定部４２による電圧値の測定結果から計算により算出する値である。

第１実施形態は、典型的には、図４のように電流値が限界電流値を超えないという想定で電流値Ｘを設定するめっき方法において、何らかの理由で限界電流値が下がり、電流値Ｘでめっきを継続した場合にめっき異常が生じることを回避するためのめっき方法である。ただし、電流値Ｘに限界電流値を超えることを想定した値を設定して、図５や図６のような電流波形を通常の条件としてめっきすることを除外するものではない。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る限界電流密度の推定方法について説明する。なお、第２実施形態に係る限界電流密度の推定方法を実施するめっき装置及び基板ホルダ１１は、図１から図３に示したものと同様であるので説明を省略する。

図７は、第２実施形態に係る限界電流密度の推定方法を実施するめっき装置における電流制御の一例を示すグラフである。図示のグラフにおいては、横軸が時間、縦軸が電流密度を示す。図示のグラフでは、便宜上仮想的な限界電流密度を示す曲線Ｌ４が付記されている。図示のように、本めっき装置の電流制御部４０は、めっき電源３０を制御して、時間０の時点から電流密度を時間に比例して連続的に増加させる。このときのグラフの傾き（単位時間当たりの電流密度増加量）をδとする。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、予め試験により、電流密度を増加させてめっきしたときに基板Ｓｂに異常が生じた場合（電流密度が限界電流密度に達した場合）の所定時間における電圧値の増加の程度を取得しておく。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、例えば、電流密度が限界電流密度に達した場合において、電流制御部４０がめっき電源３０を制御して電流値を変更してから１５秒（所定時間）以内に電圧値が所定値０．３Ｖ（所定値）以上変化したことが判明したとする。

電流制御部４０の電圧測定部４２は、電流密度が増加し始めると同時に基板Ｓｂに印加される電圧値を常時測定する。電流密度が徐々に増加すると、時間Ｔ１の時点で電流密度が限界電流密度に達する。電流密度が限界電流密度に達すると、電圧値は急激に増加する。判定部４４は、電圧測定部４２から常時電圧値を取得する。判定部４４は、所定時間内に電圧値が所定の値増加したときに、電流密度が限界電流密度以上であると判定する。より具体的には、判定部４４は、電圧測定部４２から電圧値を取得するたびに、取得した電圧値と、取得した時点から１５秒前までの電圧値のうちの最小電圧値との差が０．３Ｖ以上であるか否かを判定する。このとき、最小電圧値の取得時刻から、最新の電圧値の取得時刻までの時間、即ち、電圧値が０．３Ｖ増加するのに要した時間Ｕ（１）を電流制御部
４０の図示しない記録手段に記録しておく。

図示の例では、時刻Ｔ２において、判定部４４が、電流密度が限界電流密度以上であると判定している。このとき、電流制御部４０は、所定の値だけ、電流密度を減少させる。この減少量ｄは、例えば、δ×Ｕ（１）＋ａ（ａは予め定められた値）で表すことができる。

判定部４４により電流密度が限界電流密度以上であると判定された時刻Ｔ２における電流密度を電流密度Ｂ（１）としたとき、本実施形態では、電流制御部４０は、Ｂ（１）−δ×Ｕ（１）を時刻Ｔ２における推定限界電流密度Ｒ（１）として推定する。言い換えれば、時刻Ｔ２において取得した電圧値よりも０．３Ｖ小さい電圧値が取得された時刻における電流密度の値が、時刻Ｔ２における推定限界電流密度Ｒ（１）とされる。

図示のように、時刻Ｔ２において電流密度が減少量ｄだけ減少された後、所定時間電流密度が維持される。この所定時間は、電圧値が十分に低下するのに必要な時間であり、予め設定される。或いは、電流制御部４０は、電圧測定部４２が取得した電圧値が十分に低下するまで電流密度を維持するようにしてもよい。所定時間経過後、電流制御部４０は再び、傾きδで電流密度を増加させ、同様のプロセスを繰り返す。これにより、推定限界電流密度Ｒ（ｎ）の値が、時間の経過に伴って複数得られる。

図７に示す電流制御では、時間の経過に伴った推定限界電流密度Ｒ（ｎ）の値が複数得られる。言い換えれば、横軸が時間、縦軸が推定限界電流密度となるグラフが得られる。しかしながら、実際に基板Ｓｂにめっきする際は、図７に示す電流制御とは異なる電流制御が行われることがある。このため、本実施形態の方法で得られた横軸を時間とした推定限界電流密度のグラフを、横軸を電解量（又はめっき膜厚さ）とした推定限界電流密度のグラフに変換することが好ましい。具体的には、図７に示すグラフと横軸との面積（つまり、図７に示すグラフの積分値）が電解量に相当するので、図７に示すグラフからそれぞれの推定限界電流密度Ｒ（ｎ）が得られたときの電解量を読み取ることができる。これにより、図７に示すグラフから得られる推定限界電流密度のグラフを、横軸を電解量とし、縦軸を推定限界電流密度としたグラフに変換することができる。これにより、電解量に応じた推定限界電流密度にしたがって、図７に示す電流制御とは異なる電流制御で基板Ｓｂにめっきをすることができる。なお、図７に示す電流制御により基板にめっきしてもよい。この場合、限界電流密度に近い電流密度で基板にめっきすることができるので、めっき速度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述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、本発明にはその等価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、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。

以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
第１形態によれば、電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきするめっき方法であって、前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板にめっきするめっき方法が提供される。このめっき方法は、前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、前記電流値を前記所定の電流値から前記第１電流値に増加させたときに、前記電圧値の変化量に基づいて前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であるか否かを判定する判定工程と、を有する。

基板に印加される電流密度が限界電流密度に達してめっきしたとき、基板に印加される電圧の値が急激に増加することが判った。第１形態によれば、所定の電流値から第１電流値に電流値を増加させたときに、電圧値の変化量をみることにより第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定することができる。これにより、電流密度が限界電流密度以上であるか否かをめっき中に把握することができる。

第２形態によれば、第１形態のめっき方法において、前記判定工程は、前記電流値が前記所定の電流値から前記第１電流値に増加してから所定時間内に前記電圧値が所定の値増加した場合、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する。

上述したように、基板に印加される電流密度が限界電流密度に達してめっきしたとき、基板に印加される電圧の値が急激に増加する。第２形態によれば、電圧値が所定の値増加したことを確認することにより、第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定することができる。

第３形態によれば、第１形態又は第２形態のめっき方法において、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第１電流密度よりも低い第２電流密度に対応する第２電流値で第２所定時間めっきし、その後前記第１電流密度よりも高い第３電流密度に対応する第３電流値で第３所定時間めっきすることを含むめっき工程を有し、前記第１電流値で前記第１所定時間めっきした場合に前記基板に与えられるクーロン量と、前記めっき工程において前記基板に与えられるクーロン量とが同一である。

第３形態によれば、第１電流値で第１所定時間めっきした場合に近い製品基板を得ることができる。

第４形態によれば、第３形態のめっき方法において、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記めっき工程の前に前記電流値を前記所定の電流値まで減少させて第４所定時間維持する工程を含む。

第４形態によれば、電流値が第１電流値に増加したときに増加した電圧値を低下させることができる。ひいては、所定の電流値から第２電流値に電流値を増加させたときの電圧値の増加量を適切に把握することができる。

第５形態によれば、第４形態のめっき方法において、前記第４所定時間は、前記基板に印加される電圧値が、前記電流値が前記第１電流値に増加する直前の前記基板に印加される電圧値に戻るのに要する時間である。

第５形態によれば、電流値が第１電流値に増加する直前の基板に印加される電圧値に戻すことができるので、所定の電流値から第２電流値に電流値を増加させたときの電圧値の増加量を一層適切に把握することができる。

第６形態によれば、第１形態から第５形態のいずれかのめっき方法において、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、その旨を報知する工程を有する。

第６形態によれば、第１電流密度が限界電流密度に達した場合に、その旨を使用者等に知らせることができる。それにより、使用者等は、めっきを継続するか又は停止するか等を判断することができる。

第７形態によれば、電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきす
るめっき装置が提供される。このめっき装置は、めっき液を収容可能なめっき槽と、前記基板に電流を印加する電源と、前記基板への電流を制御する電流制御部と、を有する。前記電流制御部は、前記基板に印加される電圧値を測定する電圧測定部と、前記電流値を前記所定の電流値から前記第１電流値に増加させたときに、前記電圧値の変化量に基づいて前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定する判定部を有し、前記第１電流密度が前記限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板に電流を印加するように前記電源を制御する。

基板に印加される電流密度が限界電流密度に達してめっきしたとき、基板に印加される電圧の値が急激に増加することが判った。第７形態によれば、所定の電流値から第１電流値に電流値を増加させたときに、電圧値の変化量をみることにより第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定することができる。これにより、電流密度が限界電流密度以上であるか否かをめっき中に把握することができる。

第８形態によれば、第７形態のめっき装置において、前記判定部は、前記電流値が前記所定の電流値から前記第１電流値に増加してから所定時間内に前記電圧値が所定の値増加した場合、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する。

上述したように、基板に印加される電流密度が限界電流密度に達してめっきしたとき、基板に印加される電圧の値が急激に増加する。第８形態によれば、電圧値が所定の値増加したことを確認することにより、第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定することができる。

第９形態によれば、第７形態又は第８形態のめっき装置において、前記電流制御部は、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第１電流密度よりも低い第２電流密度に対応する第２電流値で第２所定時間前記基板に電流を印加し、その後前記第１電流密度よりも高い第３電流密度に対応する第３電流値で第３所定時間記基板に電流を印加するように前記電源を制御し、前記第１電流値で前記第１所定時間めっきした場合に前記基板に与えられるクーロン量と、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に前記基板に与えられるクーロン量とが同一である。

第９形態によれば、第１電流値で第１所定時間めっきした場合に近い製品基板を得ることができる。

第１０形態によれば、第９形態のめっき装置において、前記電流制御部は、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第２電流密度及び前記第３電流密度で前記基板に電流を印加する前に、前記電流値を前記所定の電流密度まで減少させて第４所定時間維持するように前記電源を制御する。

第１０形態によれば、電流値が第１電流値に増加したときに増加した電圧値を低下させることができる。ひいては、所定の電流値から第２電流値に電流値を増加させたときの電圧値の増加量を適切に把握することができる。

第１１形態によれば、第１０形態のめっき装置において、前記第４所定時間は、前記基板に印加される電圧値が、前記電流値が前記第１電流値に増加する直前の前記基板に印加される電圧値に戻るのに要する時間である。

第１１形態によれば、電流値が第１電流値に増加する直前の基板に印加される電圧値に戻すことができるので、所定の電流値から第２電流値に電流値を増加させたときの電圧値の増加量を一層適切に把握することができる。

第１２形態によれば、第７形態から第１１形態のいずれかのめっき装置において、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、その旨を報知する報知部を有する。

第１２形態によれば、第１電流密度が限界電流密度に達した場合に、その旨を使用者等に知らせることができる。それにより、使用者等は、めっきを継続するか又は停止するか等を判断することができる。

第１３形態によれば、基板にめっきするめっき装置において限界電流密度を推定する方法が提供される。この方法は、前記基板に印加される電流の電流密度を増加させる工程と、前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、所定時間内に前記電圧値が所定の値増加した場合、前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する工程と、を有する。

基板に印加される電流密度が限界電流密度に達してめっきしたとき、基板に印加される電圧の値が急激に増加することが判った。第１３形態によれば、所定の電流値から第１電流値に電流値を増加させたときに、電圧値の変化量をみることにより第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定することができる。これにより、電流密度が限界電流密度以上であるか否かを把握することができ、ひいては限界電流密度のおよその値を推定することができる。

第１４形態によれば、第１３形態の方法において、前記電流密度を増加させる工程は、前記電流密度を時間に比例して連続的に増加させる工程を含む。

第１４形態によれば、徐々に電流密度を増加させるので、電圧値の増加が確認されたときを、電流密度が限界電流密度に達したタイミングとして推定することができる。

第１５形態によれば、第１３形態又は第１４形態の方法において、前記判定工程において前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合において、判定時から前記所定時間前の時点での電流密度を、前記判定時における限界電流密度と推定する。

第１５形態によれば、電流密度が限界電流密度に達したタイミングを推定することができる。その結果、そのタイミングにおける電流密度を限界電流密度として推定することができる。

第１６形態によれば、第１３形態から第１５形態のいずれかの方法において、前記判定工程において前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定されたとき、前記電流密度を減少させる工程を有する。

第１６形態によれば、電流密度が限界電流密度以上に達したときに増加した電圧値を低下させることができる。ひいては、引き続き電流密度を増加させて限界電流密度を推定する際に、電流密度を増加させたときの電圧値の増加量を適切に把握することができる。

１１…基板ホルダ
３０…電源
４０…電流制御部
４２…電圧測定部
４３…報知部
４４…判定部

Claims (14)

1. 電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきする第１めっき工程を含むめっき方法であって、前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板にめっきするめっき方法において、
   試験により、電流密度を増加させて電流密度が限界電流密度に達した場合の所定時間の電圧値の増加量を取得する工程と、
   前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、
   前記電流値が前記所定の電流値から前記第１電流値に増加してから前記所定時間の内に前記電圧値が試験により取得された前記増加量以上増加した場合、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する判定工程と、を有する、めっき方法。
2. 請求項１に記載されためっき方法において、
   前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第１電流密度よりも低い第２電流密度に対応する第２電流値で第２所定時間めっきし、その後前記第１電流密度よりも高い第３電流密度に対応する第３電流値で第３所定時間めっきすることを含む第２めっき工程を有する、
   前記第１電流値で前記第１所定時間めっきした場合に前記基板に与えられるクーロン量と、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に前記基板に与えられるクーロン量とが同一である、めっき方法。
3. 請求項２に記載されためっき方法において、
   前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第２めっき工程の前に前記電流値を前記所定の電流値まで減少させて第４所定時間維持する第３めっき工程を含む、めっき方法。
4. 請求項３に記載されためっき方法において、
   前記第４所定時間は、前記基板に印加される電圧値が、前記電流値が前記第１電流値に
   増加する直前の前記基板に印加される電圧値に戻るのに要する時間である、めっき方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載されためっき方法において、
   前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、その旨を報知する工程を有する、めっき方法。
6. 電流値を所定の電流値から第１電流値に増加させて基板にめっきするめっき装置であって、
   めっき液を収容可能なめっき槽と、
   前記基板に電流を印加する電源と、
   前記基板への電流を制御する電流制御部と、を有し、
   前記電流制御部は、
   前記基板に印加される電圧値を測定する電圧測定部と、
   前記電流値を前記所定の電流値から前記第１電流値に増加させたときに、前記電圧値の変化量に基づいて前記第１電流値に対応する第１電流密度が限界電流密度以上であるか否かを判定する判定部を有し、
   前記判定部は、前記電流値が前記所定の電流値から前記第１電流値に増加してから所定時間内に、前記電圧値が、電流密度を増加させて電流密度が限界電流密度に達した場合の前記所定時間の電圧値の増加量以上増加した場合、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定し、
   前記第１電流密度が前記限界電流密度よりも低い場合に前記第１電流値で第１所定時間前記基板に電流を印加するように前記電源を制御する、めっき装置。
7. 請求項６に記載されためっき装置において、
   前記電流制御部は、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第１電流密度よりも低い第２電流密度に対応する第２電流値で第２所定時間前記基板に電流を印加し、その後前記第１電流密度よりも高い第３電流密度に対応する第３電流値で第３所定時間記基板に電流を印加するように前記電源を制御し、
   前記第１電流値で前記第１所定時間めっきした場合に前記基板に与えられるクーロン量と、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に前記基板に与えられるクーロン量とが同一である、めっき装置。
8. 請求項７に記載されためっき装置において、
   前記電流制御部は、前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、前記第２電流密度及び前記第３電流密度で前記基板に電流を印加する前に、前記電流値を前記所定の電流密度まで減少させて第４所定時間維持するように前記電源を制御する、めっき装置。
9. 請求項８に記載されためっき装置において、
   前記第４所定時間は、前記基板に印加される電圧値が、前記電流値が前記第１電流値に増加する直前の前記基板に印加される電圧値に戻るのに要する時間である、めっき装置。
10. 請求項６から９のいずれか一項に記載されためっき装置において、
    前記第１電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合に、その旨を報知する報知部を有する、めっき装置。
11. 基板にめっきするめっき装置において限界電流密度を推定する方法であって、
    試験により、電流密度を増加させて電流密度が限界電流密度に達した場合の所定時間の電圧値の増加量を取得する工程と、
    前記基板に印加される電流の電流密度を増加させる工程と、
    前記基板に印加される電圧値を測定する工程と、
    前記所定時間の内に前記電圧値が前記増加量以上増加した場合、前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定する工程と、を有する、方法。
12. 請求項１１に記載された方法において、
    前記電流密度を増加させる工程は、前記電流密度を時間に比例して連続的に増加させる工程を含む、方法。
13. 請求項１１又は１２に記載された方法において、
    前記判定工程において前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定された場合において、判定時から前記所定時間前の時点での電流密度を、前記判定時における限界電流密度と推定する、方法。
14. 請求項１１から１３のいずれか一項に記載された方法において、
    前記判定工程において前記電流密度が前記限界電流密度以上であると判定されたとき、前記電流密度を減少させる工程を有する、方法。

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