JPH05331651A - 化学的処理液の濃度検出装置及び自動管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 めっき液等の化学的処理液中の所定成分濃度
を、化学的処理液の分析時間に影響されることなく常に
正確に検出することができるようにする。 【構成】 分析装置により今回分析された化学的処理液
（めっき液）中の所定成分濃度と、前回分析された所定
成分濃度との差を求め、この差と、分析装置がこれら各
成分濃度を分析するためにめっき液をサンプリングした
各時刻の時間差とから、所定成分濃度の変化速度を求め
る（１４０）。そしてこの変化速度と、分析装置がめっ
き液の分析するために今回めっき液をサンプリングした
時刻から現在時刻までの経過時間とから、今回の分析結
果に対する補正量を求め（１５０）、その補正量に基づ
き、分析結果を補正して、現在濃度を算出する（１６
０）。この結果、分析装置によるめっき液の分析時間に
関係なく、現在濃度を正確に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、めっきやエッチング等
の化学的処理を行なうのに使用される化学的処理液に含
まれる所定成分の濃度を検出する化学的処理液の濃度検
出装置、及びこの濃度検出装置による検出結果に従い化
学的処理液中の所定成分の濃度を目標濃度に制御する化
学的処理液の自動管理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、化学的処理液の濃度を自動で
管理する装置として、化学的処理により消費される化学
的処理液中の所定成分の濃度を分析し、その分析結果に
基づいて化学的処理液中の所定成分の濃度が目標濃度以
下であることを検知した場合に、その濃度を所定濃度に
戻すために補給剤を必要量自動補給する装置が知られて
いる。また、化学的処理の対象となる被処理材の表面積
から単位時間当たりの化学的処理液成分の消費量を算出
して、その消費量分を補給すると共に、化学的処理液成
分を連続的に分析して、その濃度の濃淡で補給量を調整
する装置（特開昭６１−１９９０６９号）も知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記前者
の装置では、化学的処理液をサンプリングした後、化学
的処理液中の所定成分の濃度を分析し、更にその分析結
果からその濃度が所定濃度以下に低下したことを検知し
て、補給剤を必要量添加するものであるため、化学的処
理液をサンプリングしてから補給剤を添加するまでにタ
イムラグが生じるといった問題があった。

【０００４】つまり、例えば化学的処理として無電解銅
めっきを行なう場合には、化学的処理液としてのめっき
液中の水酸化ナトリウムと還元剤のホルマリンとが銅イ
オンを金属銅に還元し、銅めっきを析出させるため、め
っき反応進行により、この３成分濃度が減少して行く。
このため、上記前者の装置では、無電解銅めっきを行な
う際に、これら３成分の濃度を各々分析して、その分析
結果に従い各成分を補給することとなる。そしてこの場
合、各成分の濃度分析を、まず水酸化ナトリウム濃度を
適定で求め、次に銅濃度を吸光度で求め、最後にホルマ
リンを適定で求める、といった一般に行なわれている分
析方法で行なった場合、その分析には、１５分から３０
分もかかる。従って、化学的処理液であるめっき液をサ
ンプリングしてから補給剤を添加するまでには１５分〜
３０分以上のタイムラグが生じることとなる。

【０００５】このため、上記前者の装置においては、分
析結果と補給剤を添加する際の実際の濃度とが大きく異
なることがあり、補給剤を添加しても、化学的処理液中
の所定成分の濃度を目標濃度に正確に制御することがで
きないといった問題が発生する。そしてこうした問題
は、化学的処理液濃度をできだけ狭い範囲に厳密に制御
し、化学的処理により被処理材に形成される被膜の物性
や処理速度を均一化する上で、大きな障害となる。

【０００６】一方、上記後者の装置は、一定の化学的処
理液組成および処理条件において、被処理材の表面積か
ら計算される単位時間当たりの処理被膜析出量より、化
学的処理液中の所定成分の単位時間当たりの消費量を算
出し、その消費量に応じた量で所定成分を化学的処理液
に補給するものであるため、上記前者の装置のようにタ
イムラグが生じることはなく、化学的処理液濃度が所定
の管理濃度に維持されている場合で且つ補給剤の加減が
必要ない場合には、ある程度一定した濃度管理ができ
る。

【０００７】しかしこの装置においても、化学的処理液
濃度が所定の管理濃度に維持されているか否かを確認す
るため所定成分の濃度を分析する必要があり、化学的処
理液濃度が所定の管理濃度に維持されていないことを確
認した場合には、やはり、補給剤の補給停止・補給剤の
補給量減少・補給剤の補給量増加といった制御や、別の
補給剤を添加する制御を行なう必要がある。

【０００８】従って、こうした制御を実行するにあたっ
ては、結局、上記前者の装置と同様に、化学的処理液の
分析から補給剤添加までにタイムラグが生じ、化学的処
理液濃度を所定の狭い範囲に維持できず、化学的処理に
より被処理材に形成される被膜の物性や処理速度を均一
化できないといった問題が生じる。

【０００９】またこの装置は、一定の化学的処理液組成
及び処理条件においてのみ有効な装置であり、被処理材
の表面積等、処理条件等が異なる場合には、その都度、
制御則を変更しなければならず、管理が面倒であるとい
った問題がある。また更に上記各従来装置は、例えば処
理時間が約２０時間かかるというような化学的処理速度
が比較的遅い場合を想定しており、この場合には各成分
濃度の変化が小さく、それに伴う補給量も少ないので、
ある程度有効に利用できるが、例えば処理時間が約２時
間といった高速で化学的処理を行なう場合には、化学的
処理による反応が速く、濃度変化が大きいため、全く利
用することができなかった。

【００１０】つまり、例えば、めっき時間が２０時間程
度となる従来の無電解銅めっきでは、めっき析出速度が
１時間に１〜２μｍという低速度であるため、めっき液
の分析時間によるタイムラグはたいした問題とならなか
ったが、めっき時間が２時間というような高速の無電解
銅めっきを行なう場合には、めっき析出速度が１時間に
１５〜２０μｍという高速であるため、めっき液の分析
時間（１５分〜３０分）は大きな問題となる。

【００１１】本発明はこうした問題に鑑みなされたもの
で、現時点の化学的処理液中の所定成分濃度を、分析時
間に影響されることなく常に正確に検出することができ
る化学的処理液の濃度検出装置、及びこの濃度検出装置
を用いて化学的処理液濃度を制御するのに好適な化学的
処理液の自動管理装置を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の化学的処理液の濃度検出装置は、図
１に例示する如く、周期的に化学的処理液をサンプリン
グして、化学的処理液中の所定成分濃度を分析する分析
手段と、該分析手段により得られた最新の分析結果と過
去の分析結果との差を求め、この分析結果の差と、これ
ら各分析結果を得るために上記分析手段が化学的処理液
をサンプリングした各時点の時間差とから、化学的処理
液中の所定成分濃度の変化速度を算出する変化速度算出
手段と、該変化速度算出手段にて算出された変化速度
と、上記分析手段が上記最新の分析結果を得るために化
学的処理液をサンプリングした時点から現時点までの時
間差とから、該サンプリング時点から現時点までの上記
所定成分濃度の変化量を算出する変化量算出手段と、該
変化量算出手段にて算出された変化量により上記最新の
分析結果を補正し、その補正結果を現時点の所定成分濃
度として出力する補正手段と、を備えたことを特徴とし
ている。

【００１３】また本発明の化学的処理液の自動管理装置
は、上記分析手段，変化速度算出手段，変化量算出手段
及び補正手段を備えた濃度検出装置からなり、化学的処
理槽に収容された化学的処理液中の、化学的処理により
消費される所定成分の現在濃度を検出する濃度検出手段
と、該濃度検出手段にて濃度検出される所定成分を補給
剤として上記化学的処理槽に補給する補給手段と、上記
濃度検出手段により検出された所定成分の濃度と、該成
分の目標濃度とに基づき、上記補給手段による補給剤の
補給速度又は補給量を算出する制御量算出手段と、該制
御量算出手段にて算出された補給速度又は補給量に応じ
て、上記補給手段を駆動制御する補給制御手段と、を備
えたことを特徴としている。

【００１４】

【作用】上記のように構成された本発明の化学的処理液
の濃度検出装置においては、分析手段が、周期的に化学
的処理液をサンプリングして、化学的処理液中の所定成
分濃度を分析し、変化速度算出手段が、この分析手段に
より得られた最新の分析結果と過去の分析結果との差を
求め、この分析結果の差と、これら各分析結果を得るた
めに上記分析手段が化学的処理液をサンプリングした各
時点の時間差とから、化学的処理液中の所定成分濃度の
変化速度を算出する。すると変化量算出手段が、その算
出された変化速度と、分析手段が最新の分析結果を得る
ために化学的処理液をサンプリングした時点から現時点
までの時間差とから、そのサンプリング時点から現時点
までの化学的処理液中の所定成分濃度の変化量を算出
し、補正手段が、その算出された変化量により最新の分
析結果を補正して、その補正結果を現時点の所定成分濃
度として出力する。

【００１５】また次に本発明の化学的処理液の自動管理
装置においては、まず濃度検出手段が、上記濃度検出装
置と同様に動作して、化学的処理槽に収容された化学的
処理液中の、化学的処理により消費される所定成分の現
在濃度を検出する。すると、制御量算出手段が、その検
出された所定成分の濃度と、その成分の目標濃度とに基
づき、補給手段による補給剤の補給速度又は補給量を算
出し、補給制御手段が、その算出された補給速度又は補
給量に応じて補給手段を駆動制御する。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図２は、化学的処理液であるめっき液の濃度を
自動で管理する、実施例のめっき液の自動管理装置全体
の構成を表す概略構成図である。

【００１７】図２に示す如く、本実施例の自動管理装置
は、化学的処理槽としてのめっき槽１に収容された無電
解銅めっき液３によりめっきを行なうめっき装置におい
て、めっき液３中のめっきにより消費されるめっき液成
分である、銅（Ｃｕ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯ
Ｈ）、ホルマリン（ＨＣＨＯ）の濃度を管理するための
ものであり、これら各成分を補給剤として収容した補給
剤槽５と、補給剤槽５に収容された各補給剤Ｃｕ、Ｎａ
ＯＨ、ＨＣＨＯを個々にめっき槽１に補給する補給手段
としての補給ポンプ７と、めっき槽１内のめっき液３を
サンプリングするための汲上ポンプ９と、汲上ポンプ９
によりサンプリングされためっき液３中の、Ｃｕ濃度、
ＮａＯＨ濃度、ＨＣＨＯ濃度を分析する分析手段として
の分析装置１１と、めっき液３中の補給剤Ｃｕ、ＮａＯ
Ｈ、ＨＣＨＯの目標濃度や被めっき材１３の表面積等の
めっき条件を設定するための入力装置１５と、めっき液
３中の上記各成分濃度を表示するための表示装置１７
と、入力装置１５により設定されためっき条件及び分析
装置１１による分析結果に基づき、めっき液３中の現時
点の各成分濃度を算出して表示装置１７に表示すると共
に、この算出した現時点の各成分濃度に基づき補給ポン
プ７からの各補給剤Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの補給速
度を制御する制御装置２０とから構成されている。

【００１８】制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ
等を中心に周知のマイクロコンピュータとして構成され
ており、めっき開始時には、入力装置１５を介して入力
されためっき条件、即ち、めっき液３中の各成分Ｃｕ、
ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの目標濃度と被めっき材１３の表面
積とに基づき、各補給剤Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの補
給速度の初期値を算出し、この算出結果に対応した補給
速度指令を補給ポンプ７に出力して、各補給剤Ｃｕ、Ｎ
ａＯＨ、ＨＣＨＯの補給を開始させると共に、分析装置
１１により、めっき液３中の、Ｃｕ濃度、ＮａＯＨ濃
度、ＨＣＨＯ濃度を分析させて、ＲＡＭ内に初期分析結
果として格納する。

【００１９】そしてその後は、所定時間毎に、図３に示
す手順でめっき液濃度制御処理を実行することにより、
めっき液３中の各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度
を目標濃度に制御する。以下、このめっき液濃度制御処
理について、図３に沿って詳しく説明する。

【００２０】図３に示す如く、この処理が開始される
と、まずステップ１１０にて、分析装置１１に対して、
めっき液３中の各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度
分析指令を出力する。すると分析装置１１は、汲上ポン
プ９を駆動してめっき槽１内のめっき液３をサンプリン
グし、そのサンプリングしためっき液３中の各成分Ｃ
ｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度を周知の分析方法により
分析する。

【００２１】この分析装置１１による濃度分析には１５
分〜３０分程度時間がかかるため、続くステップ１２０
では、分析装置１１による各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣ
ＨＯの濃度分析が終了するのを待ち、濃度分析が終了す
ると、ステップ１３０にて、その分析結果である各成分
Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度を読み込み、ＲＡＭ内
に格納する。

【００２２】そして続くステップ１４０では、上記ステ
ップ１３０の処理により今回ＲＡＭ内に格納した各成分
Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度と、前回分析装置１１
により分析した各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度
との差を求め、この差と、前回分析装置１１に分析指令
を出力してから今回分析装置１１に分析指令を出力する
までの経過時間とに基づき、分析装置１１がめっき液３
の濃度を分析するために前回めっき液をサンプリングし
てから今回めっき液をサンプリングするまでの間の、各
成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度の変化速度を算出
する、変化速度算出手段としての処理を実行する。

【００２３】次にステップ１５０では、ステップ１４０
にて算出した各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度の
変化速度と、ステップ１１０にて分析装置１１に分析指
令を出力してから（つまり、分析装置１１が濃度分析の
ためにめっき液をサンプリングしてから）現時点までの
経過時間とに基づき、その間の各成分濃度の変化量を算
出し、その値を今回ステップ１３０で読み込んだ各成分
Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度に対する補正量として
設定する、変化量算出手段としての処理を実行する。

【００２４】そして続くステップ１６０では、ステップ
１５０で求めた各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度
に対する補正量を用いて、今回ステップ１３０で読み込
んだ各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度を補正する
ことにより、各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの現在濃
度を算出する、補正手段としての処理を実行し、続くス
テップ１７０にて、その算出した現在濃度を各成分Ｃ
ｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯ毎に表示装置１７に表示する。

【００２５】また次にステップ１８０では、上記求めた
各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの現在濃度と入力装置
１５を介して予め設定されている各成分の目標濃度との
差に基づき、各補給剤Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの現在
の補給速度に対する補正量を求め、この補正量にて補給
速度を更新する制御量算出手段としての処理を実行し、
続くステップ１９０にて、この更新した補給速度に対応
した補給速度指令を補給ポンプ７に出力して、補給ポン
プ７を制御する補給制御手段としての処理を実行し、当
該処理を一旦終了する。

【００２６】このように、本実施例のめっき液の自動管
理装置では、最新の分析結果と前回の分析結果とその間
の経過時間とから各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃
度の変化速度を求め、この変化速度と、最新の分析結果
を得るためにめっき液３をサンプリングしてから現時点
までの経過時間とに基づき、その間の各成分Ｃｕ、Ｎａ
ＯＨ、ＨＣＨＯの変化量を求めて、この変化量により最
新の分析結果を補正することにより、各成分Ｃｕ、Ｎａ
ＯＨ、ＨＣＨＯの現在濃度を検出し、その検出した現在
濃度に基づき、補給剤Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの補給
速度を制御するようにしている。

【００２７】このため、図４に示す如く、本実施例によ
れば、分析装置１１により分析されためっき液３中の各
成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度をそのまま用いて
補給剤Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの補給速度を制御する
従来装置に比べ、めっき液３中の各成分Ｃｕ、ＮａＯ
Ｈ、ＨＣＨＯの濃度の変動を抑えることができ、被めっ
き材１３を均一にめっきすることができるようになる。

【００２８】つまり、図５に示す如く、従来装置では、
時刻ｔ１でめっき液をサンプリングすることにより、そ
の後分析時間Ｔ経過した時刻ｔ２に得られためっき液の
濃度Ａに基づき、補給剤の補給速度を算出して補給剤を
補給するため、この時刻ｔ２の濃度Ｂに対応して補給剤
を補給することができず、制御精度が低下してしまうの
であるが、本実施例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの
めっき液の濃度の変化量を算出して、めっき液濃度Ａを
補正するようにしているため、時刻ｔ２での補給速度
は、その時のめっき液濃度Ｂに対応した値となり、めっ
き液濃度の制御精度を向上することができるのである。

【００２９】尚、図４において、（ａ）は、従来装置を
用いてめっき液濃度を制御した場合の各成分Ｃｕ、Ｎａ
ＯＨ、ＨＣＨＯの濃度変化の実験結果を表し、（ｂ）
は、本実施例の装置を用いてめっき液濃度を制御した場
合の各成分Ｃｕ、ＮａＯＨ、ＨＣＨＯの濃度変化の実験
結果を表している。

【００３０】ここで、上記実施例では、無電解銅めっき
を行なうめっき装置について説明したが、めっき液成分
が異なる他のめっき装置においても、本発明を適用し
て、めっき液の成分濃度を制御することが可能となる。
また、本発明は、こうしためっき液以外にも、各種化成
処理を行うために使用される化成処理液、プリント配線
基板のパターン形成等に使用されるエッチング液、エッ
チングを行なう際に基板に形成したレジスト等の各種ド
ライフィルムを剥離するために使用される剥離液等、従
来より化学的処理を行なうのに使用されている種々の化
学的処理液の濃度検出及び濃度管理に適用できる。

【００３１】また更に上記実施例では、補給剤を常時補
給する装置において、その補給速度を制御する場合につ
いて説明したが、補給剤を周期的に補給する装置におい
て、その補給時の補給量を制御するような場合にも、本
発明を適用して、上記と同様の効果を得ることができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学的処
理液の濃度検出装置は、化学的処理液中の所定成分濃度
の最新の分析結果と過去の分析結果との差から、化学的
処理液中の所定成分濃度の変化速度を算出し、その変化
速度に基づき最新の分析結果が得られた化学的処理液の
サンプリング時点から現時点までの所定成分濃度の変化
量を算出して、その変化量により最新の分析結果を補正
することにより、現時点の所定成分濃度を求めるように
されている。このため、本発明の化学的処理液の濃度検
出装置によれば、化学的処理液中の所定成分濃度の分析
時間に影響されることなく、常に正確に化学的処理液濃
度を検出することが可能となる。

【００３３】また本発明の化学的処理液の自動管理装置
においては、この濃度検出装置により検出した化学的処
理液中の所定成分の現在濃度とその成分の目標濃度とに
基づき、補給剤の補給速度又は補給量を算出して、補給
剤を補給するようにされているため、従来装置に比べ、
化学的処理の実行時に、化学的処理液中の所定成分の濃
度が変動するのを抑制でき、被処理材を均一に化学的処
理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を例示するブロック図である。

【図２】 実施例のめっき液の自動管理装置全体の構成
を表す概略構成図である。

【図３】 制御装置２０において実行されるめっき液濃
度制御処理を表すフローチャートである。

【図４】 従来装置によるめっき液濃度の制御結果と実
施例によるめっき液濃度の制御結果とを比較して表す説
明図である。

【図５】 従来装置及び実施例装置のめっき液濃度の制
御動作を比較して説明する説明図である。

【符号の説明】

１…めっき槽（化学的処理槽） ３…めっき液（化学
的処理液） ５…補給剤槽 ７…補給ポンプ ９…汲上ポンプ
１１…分析装置 １３…被めっき材 １５…入力装置 １７…表示装
置 ２０…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 史夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 丹羽 雅司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的に化学的処理液をサンプリングし
   て、化学的処理液中の所定成分濃度を分析する分析手段
   と、 該分析手段により得られた最新の分析結果と過去の分析
   結果との差を求め、この分析結果の差と、これら各分析
   結果を得るために上記分析手段が化学的処理液をサンプ
   リングした各時点の時間差とから、化学的処理液中の所
   定成分濃度の変化速度を算出する変化速度算出手段と、 該変化速度算出手段にて算出された変化速度と、上記分
   析手段が上記最新の分析結果を得るために化学的処理液
   をサンプリングした時点から現時点までの時間差とか
   ら、該サンプリング時点から現時点までの上記所定成分
   濃度の変化量を算出する変化量算出手段と、 該変化量算出手段にて算出された変化量により上記最新
   の分析結果を補正し、その補正結果を現時点の所定成分
   濃度として出力する補正手段と、 を備えたことを特徴とする化学的処理液の濃度検出装
   置。
2. 【請求項２】 分析手段，変化速度算出手段，変化量算
   出手段及び補正手段を備えた請求項１に記載の濃度検出
   装置からなり、化学的処理槽に収容された化学的処理液
   中の、化学的処理により消費される所定成分の現在濃度
   を検出する濃度検出手段と、 該濃度検出手段にて濃度検出される所定成分を補給剤と
   して上記化学的処理槽に補給する補給手段と、 上記濃度検出手段により検出された所定成分の濃度と、
   該成分の目標濃度とに基づき、上記補給手段による補給
   剤の補給速度又は補給量を算出する制御量算出手段と、 該制御量算出手段にて算出された補給速度又は補給量に
   応じて、上記補給手段を駆動制御する補給制御手段と、 を備えたことを特徴とする化学的処理液の自動管理装
   置。