TW201739972A - 電解處理裝置及電解處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於使用處理液中之被處理離子，高效率地且適當地對被處理體進行特定之處理。 鍍覆處理裝置1具有以隔著鍍覆液M之方式配置之共通電極20及對向電極21。於共通電極20連接第1配線31及第2配線32，且於第1配線31設置電容器33。藉由不將第1配線31與第2配線32連接而進行電容器33之充電，共通電極20於鍍覆液M形成電場，使鍍覆液M中之銅離子朝對向電極21側移動；藉由將第1配線31與第2配線32連接而進行電容器33之放電，共通電極20於對向電極21之間施加電壓，使朝對向電極21側移動之銅離子還原。

Description

電解處理裝置及電解處理方法

本發明係關於一種使用處理液中所含之被處理離子進行特定之處理之電解處理裝置、及使用該電解處理裝置之電解處理方法。

電解製程(電解處理)係用於鍍覆處理或蝕刻處理等各種處理之技術。 為了均勻地進行上述鍍覆處理，例如提出有專利文獻1中記載之鍍覆處理。於該鍍覆處理中，以隔著鍍覆液之方式分別配置直接電極與對向電極(被處理體)，並且於該鍍覆液配置形成電場之間接電極。其後，藉由使用間接電極形成之電場而使鍍覆液中之金屬離子向對向電極側移動，進而對直接電極與對向電極之間施加電壓，藉此使移動至對向電極側之金屬離子還原。 於該情形時，由於藉由間接電極進行之金屬離子之移動與藉由直接電極及對向電極進行之金屬離子之還原係分別進行，因此可於金屬離子均勻地聚積於對向電極側之狀態下進行金屬離子之還原，藉此實現鍍覆處理之均勻化。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2015-4124號公報

[發明所欲解決之問題] 然而，發明者等人經過銳意研究發現：專利文獻1中記載之鍍覆處理中，為了提高鍍覆之成長速度，於構造上，必須使浸漬於鍍覆液之間接電極之表面積變大，而設計之自由度較低。又，發現存在聚積於對向電極側之金屬離子之濃度較低之情形，於該情形時，鍍覆之成長速度與鍍覆之膜厚或品質等被覆性存在改善之餘地。 本發明係鑒於該方面而完成者，其目的在於使用處理液中之被處理離子，對被處理體高效率地且適當地進行特定之處理。 [解決問題之技術手段] 為了達成上述目的，本發明係一種電解處理裝置，其特徵在於：其係使用處理液中所含之被處理離子進行特定之處理者，且具有以隔著上述處理液之方式配置之共通電極及對向電極，於上述共通電極連接第1配線及第2配線，且於上述第1配線設置電容器，藉由不將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之充電，上述共通電極於上述處理液形成電場，使上述處理液中之被處理離子朝上述對向電極側移動；藉由將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之放電，上述共通電極於上述對向電極之間施加電壓，使朝上述對向電極側移動之上述被處理離子氧化或還原。 例如於被處理離子為陽離子之情形時，當進行電容器之充電而於處理液形成電場(靜電場)時，負荷電粒子聚集於共通電極側，被處理離子移動至對向電極側。然後進行電容器之放電，以共通電極作為陽極以對向電極作為陰極而施加電壓，使共通電極與對向電極之間流動電流。如此一來，移動至對向電極側之被處理離子之電荷被交換而使被處理離子還原。 又，例如於被處理離子為陰離子之情形時亦同樣地，當進行電容器之充電而於處理液形成電場時，被處理離子朝對向電極側移動。然後進行電容器之放電，以共通電極作為陰極、以對向電極作為陽極而施加電壓，使共通電極與對向電極之間流動電流。如此一來，朝對向電極側移動之被處理離子之電荷被交換而使被處理離子氧化。 如此，於本發明中，分別進行藉由電容器之充電進行之被處理離子之移動與藉由電容器之放電進行之被處理離子之氧化或還原(以下，有時僅稱為「氧化還原」)。且，藉由調整電容器之電容，而可控制聚積於對向電極側之被處理離子之濃度。例如若使該被處理離子之濃度變高，則可於足夠之被處理離子聚積於對向電極之表面之狀態下進行被處理離子之氧化還原，藉此可提昇電解處理之速率。又，由於在被處理離子均勻地排列於對向電極之表面之狀態下進行被處理離子之氧化還原，因此亦可使電解處理之均勻性提昇。 上述電解處理裝置亦可進而包含切換上述第1配線與上述第2配線之連接或非連接之開關。 亦可於上述第1配線並聯地設置有複數個上述電容器。 上述電容器亦可設置於上述處理液之外部。 根據另一觀點之本發明係一種電解處理方法，其特徵在於：其係使用處理液中所含之被處理離子而進行特定之處理者，且包含：第1步驟，其以隔著上述處理液之方式配置共通電極與對向電極，並且於上述共通電極連接第1配線及第2配線，且於上述第1配線設置電容器；第2步驟，其藉由不將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之充電，而於上述處理液形成電場，使上述處理液中之被處理離子朝上述對向電極側移動；及第3步驟，其藉由將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之放電，而於上述共通電極與上述對向電極之間施加電壓，使朝上述對向電極側移動之上述被處理離子氧化或還原。 亦可藉由開關進行上述第2步驟之上述第1配線與上述第2配線之非連接、與上述第3步驟之上述第1配線與上述第2配線之連接之切換。 亦可於上述第1步驟中，於上述第1配線並聯地設置複數個上述電容器。 亦可於上述第1步驟中，將上述電容器設置於上述處理液之外部。 [發明之效果] 根據本發明，可使用處理液中之被處理離子而高效率地且適當地對被處理體進行特定之處理。

以下，對本發明之實施形態進行說明。於本實施形態中，對進行鍍覆處理作為本發明之電解處理之情形進行說明。圖1係表示作為本實施形態之電解處理裝置之鍍覆處理裝置1之構成之概略之縱剖視圖。再者，於以下說明所使用之圖式中，優先考慮到技術理解之便，各構成要素之尺寸未必與實際之尺寸相對應。 鍍覆處理裝置1包含於內部貯存作為處理液之鍍覆液M之鍍覆槽10。作為鍍覆液M，例如使用溶解有硫酸銅與硫酸之混合液。於該鍍覆液M中，包含銅離子作為被處理離子。 於鍍覆槽10內，於鍍覆液M中浸漬而配置有共通電極20及對向電極21。共通電極20中露出於大氣之部分例如係以UV(Ultra Violet，紫外線)硬化樹脂等絕緣材22被覆。再者，例如於鍍覆處理裝置1中之電路為電性等效電路之情形時，亦可省略絕緣材22。 對向電極21係隔著鍍覆液M而與共通電極20對向地配置。再者，於本實施形態中，該對向電極21係要進行鍍覆處理之被處理體。 於共通電極20與對向電極21連接有直流電源30。共通電極20係連接於直流電源30之正極側。對向電極21係連接於直流電源30之負極側。 於共通電極20連接有第1配線31及第2配線32，進而，於第1配線31設置有電容器33。又，於第1配線31設置有開關34。開關34係切換第1配線31與直流電源30之連接、及第1配線31與第2配線32之連接。開關34之切換係由控制部40控制。 於以上之鍍覆處理裝置1設置有控制部40。控制部40例如為電腦，其具有程式儲存部(未圖示)。於程式儲存部中，儲存有控制鍍覆處理裝置1之鍍覆處理之程式。又，上述程式例如為記錄於電腦可讀取之硬碟(HD，Hard Disk)、軟碟(FD，Flexible Disk)、光碟(CD，Compact Disk)、磁光碟(MO，Magnetic Optical disk)、記憶卡等之電腦可讀取之記憶媒體者，亦可為自該記憶媒體安裝於控制部40者。 其次，對使用如以上般構成之鍍覆處理裝置1之鍍覆處理進行說明。 如圖2所示，藉由開關34而將第1配線31與直流電源30連接。即，不將第1配線31與第2配線32連接。如此一來，對電容器33進行充電。即，正電荷蓄積於電容器33之共通電極20側，負電荷蓄積於電容器33之直流電源30側。且，於鍍覆液M形成電場(靜電場)。如此一來，於共通電極20蓄積正電荷，負荷電粒子即硫酸離子S聚集於共通電極20側。另一方面，負電荷蓄積於對向電極21，正荷電粒子即銅離子C朝對向電極21側移動。 又，為了避免共通電極20成為陰極，而未將共通電極20連接於接地，將其設為電性浮動狀態。於此種狀況下，於共通電極20與對向電極21之任一者之表面均未進行電荷交換，因此被靜電場牽引之荷電粒子排列於電極表面。 藉由開關34進行之第1配線31與直流電源30之連接係進行直到電容器33充滿電為止。如此一來，銅離子C均勻地排列於對向電極21之表面。於對向電極21之表面不進行銅離子C之電荷交換，水之電解亦受到抑制，因此可使對共通電極20與對向電極21之間施加電壓時之電場升高。而且，可藉由該高電場而加快銅離子C之移動。進而，藉由任意控制該電場，而亦任意控制排列於對向電極21之表面之銅離子C。 其後，如圖3所示，切換開關34而切斷第1配線31與直流電源30之連接，將第1配線31與第2配線32連接。如此一來，自電容器33放電，蓄積於電容器33之共通電極20側之正電荷朝共通電極20移動，聚集於共通電極20側之硫酸離子S之電荷被交換而使硫酸離子S氧化。伴隨於此，排列於對向電極21之表面之銅離子C之電荷被交換而使銅離子C還原。且，於對向電極21之表面析出鍍銅50。 由於足夠之銅離子C於對向電極21之表面聚積，且在均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下被還原，因此可使鍍銅50於對向電極21之表面均勻地析出。結果為，可使鍍銅50中之結晶之密度變高，形成品質良好之鍍銅50。又，由於銅離子C在均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下進行還原，因此可均勻且高品質地產生鍍銅50。 且，藉由反覆進行上述電容器33之充電時之銅離子C之移動聚積、及電容器33之放電時之銅離子C之還原，可將鍍銅50成長為特定膜厚。如此，鍍覆處理裝置1中之一連串鍍覆處理結束。 根據以上之實施形態，藉由開關34切換電容器33之充電與放電，而個別進行銅離子C之移動與銅離子C之還原。而且，藉由調整電容器33之電容，可控制聚積於對向電極21側之銅離子C之濃度。例如若使該銅離子C之濃度提高，則可於足夠之銅離子C聚積於對向電極21之表面之狀態下進行銅離子C之還原，藉此可提昇鍍覆處理之速率。 又，由於在銅離子C均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下進行銅離子C之還原，因此亦可提昇鍍覆處理之均勻性。而且，由於銅離子C均勻地配置，因此可緻密地配置鍍銅50中之結晶。因此，可提昇鍍覆處理後之被處理體之品質。 又，即使取代開關34與直流電源30而使用脈衝電源施加脈衝電壓，亦可享有與本實施形態形同之作用效果。 其次，對鍍覆處理裝置1之另一實施形態進行說明。圖1於所示之鍍覆處理裝置1中，開關34係設置於第1配線31，但開關之構成並不限定於此。例如，亦可如圖4所示，於第2配線32設置開關100。開關100之接通或斷開係藉由控制部40控制。 而且，於開關100接通之狀態下，共通電極20與直流電源30連接，於共通電極20與對向電極21之間流動電流。又，於開關100斷開之狀態下，共通電極20與直流電源30被切斷，於共通電極20與直流電源30之間無電流流動。又，圖4所示之鍍覆處理裝置1之其他構成與圖1所示之鍍覆處理裝置1之其他構成相同。 於該情形時，如圖5所示，一面經由第1配線31對共通電極20與對向電極21之間連續地施加直流電壓(間接電壓)，一面經由第2配線32對共通電極20與對向電極21之間脈衝狀地施加直流電壓，即施加所謂脈衝電壓(直接電壓)。 更詳細地說明，如圖6所示，經由第1配線31而對共通電極20與對向電極21之間連續地施加直流電壓，對電容器33進行充電。即，正電荷蓄積於電容器33之共通電極20側，負電荷蓄積於電容器33之直流電源30側。並且，於鍍覆液M形成電場(靜電場)。如此一來，正電荷蓄積於共通電極20，作為負荷電粒子之硫酸離子S聚集於共通電極20側。另一方面，負電荷蓄積於對向電極21，作為正荷電粒子之銅離子C移動至對向電極21側。 此時，藉由使開關100成為斷開之狀態，而使共通電極20成為電性浮動狀態。於此種狀況下，於共通電極20與對向電極21之任一者之表面均不進行電荷交換，因此被靜電場牽引之荷電粒子排列於電極表面。如圖6所示，銅離子C亦均勻地排列於作為被處理體之對向電極21之表面。於對向電極21之表面不進行銅離子C之電荷交換，亦抑制水之電解，因此可使對共通電極20與對向電極21之間施加電壓時之電場升高。而且，可藉由該高電場而使銅離子C之移動變快。進而，藉由任意控制該電場，而亦任意控制排列於對向電極21之表面之銅離子C。 再者，於本實施形態中，為了避免共通電極20成為陰極，而未將共通電極20連接於接地，使其成為電性浮動狀態。 其後，當足夠之銅離子C移動並聚積於對向電極21側時，如圖7所示，使開關100接通。然後，經由第2配線32對共通電極20與對向電極21之間脈衝狀地施加直流電壓，以共通電極20作為陽極、以對向電極21作為陰極而施加電壓，使共通電極20與對向電極21之間流動電流。進而，自電容器33進行放電，蓄積於電容器33之共通電極20側之正電荷移動至共通電極20，聚集於共通電極20側之硫酸離子S之電荷被交換而使硫酸離子S氧化。伴隨於此，排列於對向電極21之表面之銅離子C之電荷被交換而使銅離子C還原。然後，鍍銅50於對向電極21之表面析出。 由於在足夠之銅離子C聚積且均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下進行還原，因此可使鍍銅50於對向電極21之表面均勻地析出。結果為，可使鍍銅50中之結晶之密度變高，形成品質良好之鍍銅50。又，由於在銅離子C均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下進行還原，因此可均勻且高品質地產生鍍銅50。 然後，藉由反覆進行上述電容器33之充電時之銅離子C之移動聚積、及電容器33之放電時之銅離子C之還原，而使鍍銅50成長為特定之膜厚。如此，鍍覆處理裝置1中之一連串之鍍覆處理結束。 於本實施形態中，亦可享受與上述實施形態相同之效果。即，可提昇鍍覆處理之速率，進而可提昇鍍覆處理之均勻性，從而提昇鍍覆處理後之被處理體之品質。 其次，對鍍覆處理裝置1之另一實施形態進行說明。如圖8所示，電容器33於第1配線31並聯地設置有複數個。再者，電容器33之數量可任意設定。由於電容器33無須與鍍覆液M相接，可配置於任意位置，因此大小或數量之設定自由度較高。 於該情形時，可使電容器33之電容變大。如此一來，可使聚積於對向電極21之表面之銅離子C之濃度提高。若使銅離子C之濃度提高，則可於足夠之銅離子C聚積於對向電極21之表面之狀態下進行銅離子C之電荷交換，藉此可使鍍覆處理之速率提昇。又，由於在銅離子C均勻地排列於對向電極21之表面之狀態下進行銅離子C之電荷交換，因此亦可提昇鍍覆處理之均勻性。 再者，於本實施形態中，同樣亦可代替開關34而使用圖4所示之開關100。 於以上之實施形態中，對進行鍍覆處理作為電解處理之情形進行了說明，本發明可應用於例如蝕刻處理等各種電解處理。 又，於以上之實施形態中，對在對向電極21側使銅離子C還原之情形進行了說明，本發明亦可應用於在對向電極21側使被處理離子氧化之情形。於該情形時，被處理離子為陰離子，於上述實施形態中使陽極與陰極相反而進行相同之電解處理即可。於本實施形態中，雖有被處理離子之氧化與還原之不同，但亦可享受與上述實施形態相同之效果。 以上，一面參照隨附圖式一面對本發明之較佳實施形態進行了說明，但本發明並不限定於該例。只要為業者，則明顯可於申請專利範圍所記載之思想範疇內想到各種變更例或修正例，且理解該等亦當然屬於本發明之技術範圍內。 本發明並不限定於該例，可採用各種態樣。 [實施例] 以下，對本發明之實施例進行說明。於本實施例中，使用圖1所示之鍍覆處理裝置1進行實驗，進行鍍覆處理之評價。於實驗中，使用銅之濃度為250 g/L之硫酸銅作為鍍覆液M。又，電容器33之放電時間為10 μs，電容器33之放電週期設為500 μs。然後，使電容器33之電容變化為470 pF、220 pF、110 pF，進行電壓之變化之測定。具體而言，於直流電源30與對向電極21之間設置10 kΩ之電阻，進行電壓之測定。又，使電容器33之電容如上述般變化，亦進行鍍覆析出量之測定。 圖9為表示實驗之結果、即施加之電壓之變化之圖表，縱軸表示電壓，橫軸表示時間。又，圖9(a)表示電容器33之電容為470 pF之情形時之電壓之變化，圖9(b)表示電容器33之電容為220 pF之情形時之電壓之變化，圖9(c)表示電容器33之電容為110 pF之情形時之電壓之變化。 參照圖9，可知於使電容器33之電容變大之情形時，該電容器33之充電開始時所施加之電壓變大。又，可知由於電容器33之放電依存於電容時間常數，因此當電容器33之電容變大時，放電結束前之時間變長。 圖10係表示實驗之結果、即鍍覆析出量之圖表，縱軸表示鍍覆析出量，橫軸表示鍍覆時間。於圖10中，表示使電容器33之電容變化為470 pF、220 pF、110 pF之情形時(470 pF外部安裝、220 pF外部安裝、110 pF外部安裝)之鍍覆析出量。又，使用先前之日本專利特開2015-4124號公報所記載之圖7所示之鍍覆處理裝置進行實驗(雙重電極)，亦表示作為其結果獲得之鍍覆析出量。再者，該先前之雙重電極之有效電容推定為50 pF。 參照圖10，可知與先前之日本專利特開2015-4124號公報所記載之鍍覆處理裝置相比，使用本發明之鍍覆處理裝置時，鍍銅50之析出速度變大，析出量變大。又，可知於本發明中亦使電容器33之電容變大時，鍍銅50之析出速度變大，析出量變大。 因此，可知如本發明般於鍍覆處理裝置1設置電容器33之構成中亦可獲得如等效電路計算所示之效果，從而可提昇鍍覆處理之速率。再者，電容器33之電容必須以放電之電容時間常數進行優化。

1‧‧‧鍍覆處理裝置
10‧‧‧鍍覆槽
20‧‧‧共通電極
21‧‧‧對向電極
22‧‧‧絕緣材
30‧‧‧直流電源
31‧‧‧第1配線
32‧‧‧第2配線
33‧‧‧電容器
34‧‧‧開關
40‧‧‧控制部
50‧‧‧鍍銅
100‧‧‧開關
C‧‧‧銅離子
M‧‧‧鍍覆液
S‧‧‧硫酸離子

圖1係表示本實施形態之鍍覆處理裝置之構成之概略之說明圖。 圖2係表示已對電容器進行充電之情況之說明圖。 圖3係表示已使電容器進行放電之情況之說明圖。 圖4係表示另一實施形態之鍍覆處理裝置之構成之概略之說明圖。 圖5係表示一面對共通電極與對向電極之間連續地施加直流電壓，一面對共通電極與對向電極之間脈衝狀地施加直流電壓之情況之圖表。 圖6係表示對電容器進行充電之情況之說明圖。 圖7係表示使電容器進行放電之情況之說明圖。 圖8係表示另一實施形態之鍍覆處理裝置之構成之概略之說明圖。 圖9係表示於實施例中施加之電壓之變化之圖表，(a)表示電容器之電容為470 pF之情形時之電壓之變化，(b)表示電容器之電容為220 pF之情形時之電壓之變化，(c)表示電容器之電容為110 pF之情形時之電壓之變化。 圖10係表示實施例中鍍覆析出量之圖表。

1‧‧‧鍍覆處理裝置

10‧‧‧鍍覆槽

20‧‧‧共通電極

21‧‧‧對向電極

22‧‧‧絕緣材

30‧‧‧直流電源

31‧‧‧第1配線

32‧‧‧第2配線

33‧‧‧電容器

34‧‧‧開關

40‧‧‧控制部

M‧‧‧鍍覆液

Claims (10)

1. 一種電解處理裝置，其特徵在於：其係使用處理液中所含之被處理離子進行特定之處理者，且 具有以隔著上述處理液之方式配置之共通電極及對向電極， 於上述共通電極連接第1配線及第2配線，且於上述第1配線設置電容器， 藉由不將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之充電，上述共通電極於上述處理液形成電場，使上述處理液中之被處理離子朝上述對向電極側移動，且 藉由將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之放電，上述共通電極於與上述對向電極之間施加電壓，使上述對向電極側移動之上述被處理離子氧化或還原。
2. 如請求項1之電解處理裝置，其進而包含切換上述第1配線與上述第2配線之連接或非連接之開關。
3. 如請求項1或2之電解處理裝置，其中於上述第1配線並聯地設置有複數個上述電容器。
4. 如請求項1或2之電解處理裝置，其中上述電容器係設置於上述處理液之外部。
5. 如請求項3之電解處理裝置，其中上述電容器係設置於上述處理液之外部。
6. 一種電解處理方法，其特徵在於：其係使用處理液中所含之被處理離子而進行特定之處理者，且包含： 第1步驟，其以隔著上述處理液之方式配置共通電極與對向電極，並且於上述共通電極連接第1配線及第2配線，且於上述第1配線設置電容器； 第2步驟，其藉由不將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之充電，而於上述處理液形成電場，使上述處理液中之被處理離子朝上述對向電極側移動；及 第3步驟，其藉由將上述第1配線與上述第2配線連接而進行上述電容器之放電，而於上述共通電極與上述對向電極之間施加電壓，使朝上述對向電極側移動之上述被處理離子氧化或還原。
7. 如請求項6之電解處理方法，其中藉由開關進行上述第2步驟之上述第1配線與上述第2配線之非連接、與上述第3步驟之上述第1配線與上述第2配線之連接之切換。
8. 如請求項6或7之電解處理方法，其中於上述第1步驟中，於上述第1配線並聯地設置複數個上述電容器。
9. 如請求項6或7之電解處理方法，其中於上述第1步驟中，將上述電容器設置於上述處理液之外部。
10. 如請求項8之電解處理方法，其中於上述第1步驟中，將上述電容器設置於上述處理液之外部。