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JP7632260B2 - Metal film forming apparatus and method - Google Patents
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Description

本発明は、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置およびその成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a metal film on the surface of a substrate.

この種の技術として、たとえば、特許文献1には、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置が提案されている。この成膜装置は、陽極と、陽極と陰極となる基材との間に配置される電解質膜と、陽極と基材との間に電圧を印加する電源部と、を備えている。成膜装置は、陽極と電解質膜との間には、これらと接触するようにめっき液を収容する収容体と、電解質膜と基材とを接触する際に、これらの間に存在する空気を吸引する吸引装置と、をさらに備えている。この成膜装置によれば、吸引装置を設けることにより、電解質膜と基材との間の空気の噛み込みを抑えた状態で、金属皮膜を成膜することができる。 As an example of this type of technology, Patent Document 1 proposes a film formation device that forms a metal film on the surface of a substrate. This film formation device includes an anode, an electrolyte membrane disposed between the anode and the substrate that serves as the cathode, and a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate. Between the anode and the electrolyte membrane, the film formation device further includes a container that contains a plating solution so as to be in contact with the anode and the electrolyte membrane, and a suction device that sucks in air that is present between the electrolyte membrane and the substrate when they are brought into contact with each other. With this film formation device, the suction device allows the metal film to be formed while suppressing the entrapment of air between the electrolyte membrane and the substrate.

特開2014-051701号公報JP 2014-051701 A

しかしながら、特許文献1に記載の成膜装置で、金属皮膜を成膜した後、基材から、電解質膜を引き離そうとすると、金属皮膜に電解質膜が密着していることがあるため、電解質膜が引き伸ばされることがある。 However, when attempting to separate the electrolyte membrane from the substrate after forming the metal film using the film forming device described in Patent Document 1, the electrolyte membrane may be stretched because it may be in close contact with the metal film.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属皮膜の成膜後に、電解質膜が引き伸ばされることを抑えつつ、電解質膜を基材から容易に引き離すことができる成膜装置を提供することである。 The present invention was made in consideration of these points, and its purpose is to provide a film forming apparatus that can easily separate the electrolyte membrane from the substrate after the metal coating is formed while preventing the electrolyte membrane from being stretched.

前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と基材との間に配置される電解質膜と、前記陽極およびめっき液を収容し、前記基材側に開口した開口部を前記電解質膜で覆った収容体と、前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加する電源部と、を備え、前記基材に電解質膜を接触させた状態で、前記電圧の印加により前記めっき液の金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜装置であって、前記成膜装置は、前記基材を載置する載置台と、前記基材に対して前記電解質膜が接離自在となるように、前記収容体および前記載置台の少なくとも一方を昇降させる昇降装置と、前記載置台に載置された前記基材と、前記電解質膜との間に存在する空気を吸引する吸引装置と、前記載置台に載置された前記基材と、前記電解質膜との間に空気を圧送する圧送装置と、前記昇降装置による昇降動作、前記吸引装置による吸引動作、前記電源部による印加動作、および前記圧送装置による圧送動作を制御する制御装置と、をさらに備えており、前記制御装置は、前記基材が前記電解質膜に接触するように前記昇降装置による昇降動作を制御しつつ、前記吸引装置による吸引動作を制御し、前記基材が前記電解質膜に接触した後、前記金属皮膜が所定の膜厚となるまで、前記電源部による印加動作を制御し、前記印加動作の完了後、前記基材が前記電解質膜に離間するように前記昇降装置による昇降動作を制御しつつ、前記圧送装置により圧送動作を制御することを特徴とする。 In consideration of the above-mentioned problems, the metal film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus comprising an anode, an electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate, a container that contains the anode and a plating solution and has an opening on the substrate side covered with the electrolyte membrane, and a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate that serves as a cathode, and forms a metal film derived from metal ions in the plating solution on the surface of the substrate by applying the voltage while the electrolyte membrane is in contact with the substrate. The film forming apparatus comprises a mounting table on which the substrate is placed, a lifting device that raises and lowers at least one of the container and the mounting table so that the electrolyte membrane can be brought into contact with and separated from the substrate, and a vacuum pump that sucks in air present between the substrate placed on the mounting table and the electrolyte membrane. The apparatus further includes a suction device for drawing air between the substrate placed on the mounting table and the electrolyte membrane, a pressure-feeding device for pressurizing air between the substrate and the electrolyte membrane, and a control device for controlling the lifting operation by the lifting device, the suction operation by the suction device, the application operation by the power supply unit, and the pressure-feeding operation by the pressure-feeding device. The control device controls the lifting operation by the lifting device while controlling the suction operation by the suction device so that the substrate contacts the electrolyte membrane, controls the application operation by the power supply unit after the substrate contacts the electrolyte membrane until the metal coating reaches a predetermined thickness, and controls the lifting operation by the lifting device while controlling the pressure-feeding operation by the pressure-feeding device so that the substrate is separated from the electrolyte membrane after the application operation is completed.

本発明によれば、まず、制御装置により、基材が電解質膜に接触するように昇降装置による昇降動作を制御しつつ、吸引装置により吸引動作を制御する。この制御により、収容体に形成された開口部を覆った電解質膜と、電解質膜に対向して配置された基材との間の空気を吸引装置で吸引しながら、電解質膜を基材に接触させることができる。この結果、電解質膜と基材の間に空気が噛み込むことを抑え、電解質膜を基材に密着させることができる。 According to the present invention, first, the control device controls the lifting operation by the lifting device so that the substrate contacts the electrolyte membrane, while controlling the suction operation by the suction device. This control allows the electrolyte membrane to contact the substrate while the suction device sucks in air between the electrolyte membrane covering the opening formed in the container and the substrate arranged opposite the electrolyte membrane. As a result, air is prevented from getting caught between the electrolyte membrane and the substrate, and the electrolyte membrane can be tightly attached to the substrate.

次に、制御装置は、基材が前記電解質膜に接触した後、金属皮膜が所定の膜厚となるまで、電源部による印加動作を制御する。この制御により、電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と基材との間に電圧を印加すると、電解質膜を介して金属イオンが、基材の表面側に移動し、基材の表面で、還元されて、金属を析出させることができる。この結果、析出した金属に由来した金属皮膜を、基材の表面に成膜することができる。金属皮膜が所定の膜厚となるまで、このような電圧の印加を行うことにより、所望の膜厚の金属皮膜を成膜することができる。 Next, after the substrate comes into contact with the electrolyte membrane, the control device controls the application operation by the power supply unit until the metal film reaches a predetermined thickness. With this control, when a voltage is applied between the anode and the substrate while the electrolyte membrane is in contact with the substrate, metal ions move to the surface side of the substrate through the electrolyte membrane and are reduced on the substrate surface, causing the metal to precipitate. As a result, a metal film derived from the precipitated metal can be formed on the substrate surface. By applying such a voltage until the metal film reaches a predetermined thickness, a metal film of the desired thickness can be formed.

最後に、制御装置は、印加動作の完了後(すなわち、成膜のための電圧の印加の終了後)、基材から電解質膜が離間するように昇降装置による昇降動作を制御しつつ、圧送装置により圧送動作を制御する。これにより、金属皮膜が成膜された基材と、電解質膜との間に空気を供給しながら、電解質膜を基材から引き離すことができるので、電解質膜が基材に吸着して、引き伸ばされることを抑えつつ、電解質膜を基材から容易に引き離すことができる。特に、密閉空間内において、電解質膜が基材に接触した状態である場合には、この密閉空間は、吸引装置により減圧された空間となるが、圧送装置による空気の圧送により、空間内の圧力を高め、電解質膜と基材との吸着を抑えることができる。 Finally, after the application operation is completed (i.e., after the application of the voltage for film formation is completed), the control device controls the lifting operation by the lifting device so as to separate the electrolyte membrane from the substrate, while controlling the pumping operation by the pumping device. This allows the electrolyte membrane to be separated from the substrate while supplying air between the substrate on which the metal coating is formed and the electrolyte membrane, so that the electrolyte membrane can be easily separated from the substrate while preventing the electrolyte membrane from adhering to the substrate and being stretched. In particular, when the electrolyte membrane is in contact with the substrate within an enclosed space, the enclosed space becomes a space depressurized by the suction device, but the pressure in the space can be increased by pumping air by the pumping device, thereby preventing the electrolyte membrane from adhering to the substrate.

より好ましい態様としては、前記成膜装置は、前記収容体に収容された前記めっき液を大気に入れ替える入れ替え機構をさらに備えており、前記制御装置は、前記電源部による印加動作の終了後、前記基材から前記電解質膜が離間するように前記昇降装置による昇降動作の制御を開始するまでの間に、めっき液が大気に入れ替わるように前記入れ替え機構を制御する。 In a more preferred embodiment, the film forming apparatus further includes a replacement mechanism for replacing the plating solution contained in the container with the atmosphere, and the control device controls the replacement mechanism so that the plating solution is replaced with the atmosphere after the application operation by the power supply unit is completed and before the control of the lifting device's lifting operation to separate the electrolyte membrane from the substrate is started.

この態様によれば、制御装置は、昇降動作の制御を開始するまでの間に、めっき液が大気に入れ替わるように前記入れ替え機構を制御する。この制御により、電解質膜が基材に接触した状態で、収容体に収容されためっき液を大気に入れ替えた後、電解質膜が基材から離間するので、電解質膜が、めっき液の自重により変形することを抑えることができる。さらに、めっき液の自重が、電解質膜に作用しないため、電解質膜と基材との間に空気を入り込ませ易くなり、電解質膜を基材から引き離し易くなる。なお、ここで、本明細書でいう「空気」のうち、吸引される空気は、電解質膜と基材との間に存在する空気のことであり、圧送される空気は、大気中の空気を加圧したものである。収容体に収容されためっき液を入れ替えるための「大気」とは、大気中における大気圧の空気のことをいう。 According to this aspect, the control device controls the replacement mechanism so that the plating solution is replaced with the atmosphere before starting to control the lifting and lowering operation. With this control, the plating solution contained in the container is replaced with the atmosphere while the electrolyte membrane is in contact with the substrate, and then the electrolyte membrane is separated from the substrate, so that the electrolyte membrane can be prevented from being deformed by the weight of the plating solution. Furthermore, since the weight of the plating solution does not act on the electrolyte membrane, it becomes easier for air to enter between the electrolyte membrane and the substrate, and the electrolyte membrane can be easily separated from the substrate. In this specification, the "air" referred to in the present specification means the air that is sucked in means the air that exists between the electrolyte membrane and the substrate, and the air that is pumped is pressurized air in the atmosphere. The "atmosphere" for replacing the plating solution contained in the container means air at atmospheric pressure in the atmosphere.

本明細書では、本発明として、金属皮膜の成膜方法をも開示する。本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、金属イオンを含むめっき液と接触した電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と、陰極となる基材との間に電圧を印加し、電解質膜に含まれる金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜方法であって、収容体に形成された開口部を覆った前記電解質膜と、前記電解質膜に対向して配置された前記基材との間に存在する空気を吸引しながら、前記電解質膜を前記基材に接触させる工程と、前記電解質膜を前記基材に接触させた状態で、前記金属皮膜が所定の膜厚となるまで、前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記金属皮膜を成膜する工程と、前記金属皮膜が成膜された前記基材と、前記電解質膜との間に空気を圧送しながら、前記電解質膜を前記基材から引き離す工程と、を含むことを特徴とする。 This specification also discloses a method for forming a metal film as the present invention. The method for forming a metal film according to the present invention is a method for forming a metal film derived from the metal ions contained in the electrolyte film on the surface of the substrate by applying a voltage between an anode and a substrate serving as a cathode while an electrolyte film that has been in contact with a plating solution containing metal ions is in contact with the substrate, and is characterized in that it includes the steps of: bringing the electrolyte film into contact with the substrate while sucking in air that exists between the electrolyte film covering the opening formed in the container and the substrate arranged opposite the electrolyte film; applying a voltage between the anode and the substrate while the electrolyte film is in contact with the substrate until the metal film has a predetermined thickness, thereby forming the metal film; and separating the electrolyte film from the substrate while pumping air between the substrate on which the metal film has been formed and the electrolyte film.

本発明によれば、まず、めっき液を収容体に収容した状態で、収容体に形成された開口部を覆った電解質膜と、電解質膜に対向して配置された基材との間の空気を吸引装置で吸引しながら、電解質膜を基材に接触させる。この結果、電解質膜と基材の間に空気が噛み込むことを抑え、電解質膜を基材に密着させることができる。 According to the present invention, first, with the plating solution contained in the container, the electrolyte membrane covering the opening formed in the container and the substrate placed opposite the electrolyte membrane are brought into contact with the substrate while the air between the electrolyte membrane covering the opening formed in the container and the substrate is sucked in by a suction device. As a result, it is possible to prevent air from being trapped between the electrolyte membrane and the substrate and to make the electrolyte membrane adhere closely to the substrate.

次に、電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と基材との間に電圧を印加すると、電解質膜を介して金属イオンが、基材の表面側に移動し、基材の表面で、還元されて、金属を析出させることができる。この結果、析出した金属に由来した金属皮膜を、基材の表面に成膜することができる。金属皮膜が所定の膜厚となるまで、このような電圧の印加を行うことにより、所望の膜厚の金属皮膜を成膜することができる。 Next, when a voltage is applied between the anode and the substrate with the electrolyte membrane in contact with the substrate, metal ions migrate to the surface side of the substrate through the electrolyte membrane and are reduced on the surface of the substrate, causing the metal to precipitate. As a result, a metal film derived from the precipitated metal can be formed on the surface of the substrate. By applying this voltage until the metal film reaches a predetermined thickness, a metal film of the desired thickness can be formed.

最後に、金属皮膜が成膜された基材と、電解質膜との間に空気を供給しながら、電解質膜を基材から引き離すことができるので、電解質膜が基材に吸着して、引き伸ばされることを抑えつつ、電解質膜を基材から容易に引き離すことができる。特に、密閉空間内において、電解質膜が基材に接触した状態である場合には、この密閉空間は、吸引装置により減圧された空間となるが、圧送装置による空気の圧送により、空間内の圧力を高め、電解質膜と基材との吸着を抑えることができる。 Finally, since the electrolyte membrane can be separated from the substrate, on which the metal coating is formed, while air is supplied between the substrate and the electrolyte membrane, the electrolyte membrane can be easily separated from the substrate while preventing the electrolyte membrane from adhering to the substrate and being stretched. In particular, when the electrolyte membrane is in contact with the substrate within an enclosed space, the enclosed space becomes a space that has been depressurized by the suction device, but the pressure within the space can be increased by pumping air using the pumping device, thereby preventing the electrolyte membrane from adhering to the substrate.

さらに好ましい成膜方法としては、前記金属皮膜を成膜する工程後、前記引き離す工程の前に、前記収容体に収容された前記めっき液を大気と入れ替える工程とをさらに含む。 A more preferred film forming method further includes a step of replacing the plating solution contained in the container with air after the step of forming the metal film and before the step of separating.

この態様によれば、電解質膜が基材に接触した状態で、収容体に収容されためっき液を大気に入れ替えた後、電解質膜が基材から離間するので、電解質膜が、めっき液の自重により変形することを抑えることができる。さらに、めっき液の自重が、電解質膜に作用しないため、電解質膜と基材との間に空気を入り込ませ易くなり、電解質膜を基材から引き離し易くなる。 According to this aspect, after the plating solution contained in the container is replaced with air while the electrolyte membrane is in contact with the substrate, the electrolyte membrane is separated from the substrate, so that the electrolyte membrane can be prevented from being deformed by the weight of the plating solution. Furthermore, because the weight of the plating solution does not act on the electrolyte membrane, it becomes easier for air to get between the electrolyte membrane and the substrate, making it easier to separate the electrolyte membrane from the substrate.

本発明によれば、金属皮膜の成膜後に、電解質膜が引き伸ばされることを抑えつつ、電解質膜を基材から容易に引き離すことができる。 According to the present invention, after the metal film is formed, the electrolyte membrane can be easily separated from the substrate while preventing the electrolyte membrane from being stretched.

本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示す成膜装置の制御を説明するフローチャートである。2 is a flowchart illustrating control of the film forming apparatus shown in FIG. 1 . 図1に示す成膜装置を用いて、図2に示す吸引・接触工程を説明するための断面図である。3 is a cross-sectional view for explaining the suction and contact step shown in FIG. 2 using the film forming apparatus shown in FIG. 1. 図1に示す成膜装置を用いて、図2に示す成膜工程を説明するための断面図である。3 is a cross-sectional view for explaining the film forming process shown in FIG. 2 using the film forming apparatus shown in FIG. 1. 図1に示す成膜装置を用いて、図2に示す入れ替え工程を説明するための断面図である。3 is a cross-sectional view for explaining the replacement step shown in FIG. 2 using the film forming apparatus shown in FIG. 1. 図1に示す成膜装置を用いて、図2に示す圧送・離間工程を説明するための断面図である。3 is a cross-sectional view for explaining the pressure-feeding and separation step shown in FIG. 2 using the film forming apparatus shown in FIG. 1. 実施例および比較例の成膜装置を用いた、電解質膜の伸び率と、成膜回数との関係を説明した図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the elongation rate of an electrolyte membrane and the number of membrane formation operations using the membrane formation apparatuses of the examples and the comparative examples.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置について説明する。 The following describes a metal film deposition device according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1に示すように、成膜装置1は、陽極11と、陽極11と基材Wとの間に配置される電解質膜13と、陽極11およびめっき液Lを収容し、基材W側に開口した開口部15gを電解質膜13で覆った収容体15と、を備えている。成膜装置1は、陽極11と陰極となる基材Wとの間に電圧を印加する電源部19と、基材Wを載置する載置台20と、収容体15を昇降する昇降装置70と、をさらに備えている。 As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 includes an anode 11, an electrolyte membrane 13 disposed between the anode 11 and the substrate W, and a container 15 that contains the anode 11 and plating solution L and has an opening 15g that opens toward the substrate W and is covered with the electrolyte membrane 13. The film forming apparatus 1 further includes a power supply unit 19 that applies a voltage between the anode 11 and the substrate W that serves as the cathode, a mounting table 20 on which the substrate W is mounted, and a lifting device 70 that raises and lowers the container 15.

成膜装置1は、昇降装置70により、載置台20に載置した基材Wに対して、電解質膜13を接触させた状態で、電源部19により、陽極11と基材Wとの間に電圧を印加して、金属皮膜を基材Wの表面waに成膜する。成膜時には、めっき液Lから電解質膜13の内部に含有された金属イオンが基材Wの表面waで還元されて、金属イオンに由来の金属が析出し、析出した金属により金属皮膜Fが成膜される(たとえば図5参照)。 In the film forming apparatus 1, the lifting device 70 brings the electrolyte membrane 13 into contact with the substrate W placed on the mounting table 20, and the power supply unit 19 applies a voltage between the anode 11 and the substrate W to form a metal film on the surface wa of the substrate W. During film formation, metal ions contained inside the electrolyte membrane 13 from the plating solution L are reduced on the surface wa of the substrate W, causing the metal derived from the metal ions to precipitate, and the metal film F is formed by the precipitated metal (see, for example, FIG. 5).

基材Wは陰極として機能するものである。基材Wの材料は、陰極(すなわち導電性を有した表面)として機能するものであれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、鉄等の金属材料からなってもよく、樹脂、セラミックス等の表面に、銅、ニッケル、銀、または鉄などの金属層が被覆されていてもよい。 The substrate W functions as a cathode. The material of the substrate W is not particularly limited as long as it functions as a cathode (i.e., a surface having electrical conductivity), and may be made of a metal material such as aluminum or iron, or the surface of a resin, ceramic, or the like may be coated with a metal layer such as copper, nickel, silver, or iron.

載置台20は、導電性を有した材料からなり、基材Wが電解質膜13に対向するように、収容体15の下方に配置されている。基材(具体的には、陰極)Wは、載置台20を介して電源部19の負極に電気的に接続されている。載置台20は絶縁性を有する材料からなる場合には、基材Wに電源部19の負極が、配線を介して直接接続されていてもよい。 The mounting table 20 is made of a conductive material and is disposed below the container 15 so that the substrate W faces the electrolyte membrane 13. The substrate (specifically, the cathode) W is electrically connected to the negative electrode of the power supply unit 19 via the mounting table 20. If the mounting table 20 is made of an insulating material, the negative electrode of the power supply unit 19 may be directly connected to the substrate W via wiring.

載置台20には、後述するように、圧送経路81を介してエアポンプ(圧送装置)51が接続され、吸引経路82を介して吸引ポンプ(吸引装置)52が接続されている。エアポンプ51は、載置台20に載置された基材Wと、電解質膜13との間に、大気を加圧した空気を圧送する装置であり、吸引ポンプ52は、載置台20に載置された基材Wと、電解質膜13との間に存在する空気を吸引する装置である。なお、載置台20を含む吸引機構および圧送機構の詳細は後述する。 As described below, an air pump (pressure-feeding device) 51 is connected to the mounting table 20 via a pressure-feeding path 81, and a suction pump (suction device) 52 is connected to the mounting table 20 via a suction path 82. The air pump 51 is a device that pumps pressurized atmospheric air between the substrate W placed on the mounting table 20 and the electrolyte membrane 13, and the suction pump 52 is a device that sucks in the air that exists between the substrate W placed on the mounting table 20 and the electrolyte membrane 13. The suction mechanism and pressure-feeding mechanism including the mounting table 20 will be described in detail below.

陽極11は、載置台20(具体的には、基材W)に対向するように、後述する収容体15に取付けられており、導線等を介して電源部19の正極に電気的に接続されている。陽極11は、基材Wの成膜領域に応じた形状となっている。基材Wの成膜領域とは、陽極11と対向する基材Wの表面waのうち、陰極として作用する表面である。陽極11は、金属皮膜の金属と同じ金属からなる非多孔質(たとえば無孔質)の陽極であり、ブロック状または平板状の陽極である。陽極11は、金属皮膜と同じ金属からなり、めっき液Lに対して可溶性を有していてもよく、不溶性を有していてもよい。ただし、必要な表面積を満たしていれば、陽極は、多孔質、メッシュ、金属ボールを容器に敷き詰めたものであってもよい。 The anode 11 is attached to the container 15 described later so as to face the mounting table 20 (specifically, the substrate W), and is electrically connected to the positive electrode of the power supply unit 19 via a conductor or the like. The anode 11 has a shape corresponding to the film formation area of the substrate W. The film formation area of the substrate W is the surface wa of the substrate W facing the anode 11 that acts as a cathode. The anode 11 is a non-porous (for example, non-porous) anode made of the same metal as the metal coating, and is a block-shaped or flat anode. The anode 11 is made of the same metal as the metal coating, and may be soluble or insoluble in the plating solution L. However, as long as the required surface area is satisfied, the anode may be a porous anode, a mesh, or a metal ball laid out in a container.

陽極11がめっき液Lに対して可溶性を有する場合には、その材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、または錫などを挙げることができる。本実施形態では、電源部19を用いて電圧を印加することにより陽極11が溶解するものであれば、特に限定されるものではない。陽極11がめっき液Lに対して不溶性を有する場合には、ステンレス鋼、チタン、またはチタン合金などを挙げることができる。 When the anode 11 is soluble in the plating solution L, examples of the material include copper, nickel, silver, and tin. In this embodiment, there is no particular limitation as long as the anode 11 dissolves when a voltage is applied using the power supply unit 19. When the anode 11 is insoluble in the plating solution L, examples of the material include stainless steel, titanium, and titanium alloys.

めっき液(電解液)Lは、上述したように成膜すべき金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属としては、銅、ニッケル、銀、または錫などを挙げることができる。めっき液Lは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、またはピロリン酸などの酸で溶解(イオン化)した水溶液である。たとえば、金属がニッケルの場合には、めっき液Lとしては、たとえば、硝酸ニッケル、リン酸ニッケル、コハク酸ニッケル、硫酸ニッケル、ピロリン酸ニッケル、またはスルファミン酸ニッケルなどの水溶液を挙げることができる。たとえば、金属が銅の場合には、めっき液Lとしては、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む水溶液を挙げることができる。 As described above, the plating solution (electrolyte) L is a solution containing the metal of the metal film to be formed in an ionic state, and examples of such metals include copper, nickel, silver, and tin. The plating solution L is an aqueous solution in which such metals are dissolved (ionized) with an acid such as nitric acid, phosphoric acid, succinic acid, sulfuric acid, or pyrophosphoric acid. For example, when the metal is nickel, the plating solution L can be an aqueous solution of nickel nitrate, nickel phosphate, nickel succinate, nickel sulfate, nickel pyrophosphate, or nickel sulfamate. For example, when the metal is copper, the plating solution L can be an aqueous solution containing copper sulfate, copper pyrophosphate, or the like.

電解質膜(固体電解質膜)13は、上述しためっき液Lに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸(含有)することができる膜であり、可撓性を有した膜である。電解質膜13は、電源部19により電圧を印加したときに基材Wにおいて金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。電解質膜13の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)などのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、または旭硝子社製のセレミオン(CMV、CMD、CMFシリーズ)などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。 The electrolyte membrane (solid electrolyte membrane) 13 is a flexible membrane that can be impregnated (contained) with metal ions by contacting it with the plating solution L described above. The electrolyte membrane 13 is not particularly limited as long as the metal ions can be reduced in the substrate W when a voltage is applied from the power supply unit 19, and a metal derived from the metal ions can be precipitated. Examples of the material of the electrolyte membrane 13 include fluorine-based resins such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, hydrocarbon-based resins, polyamic acid resins, and resins with ion exchange functions such as Selemion (CMV, CMD, CMF series) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

図1に示すように、収容体15は、めっき液Lに対して不溶性の材料からなり、収容体15には、陽極11および電解質膜13が取り付けられている。本実施形態では、収容体15の内部には、収容体15の側壁、陽極11、および電解質膜13によって、めっき液Lを収容する収容空間Sが形成されている。収容体15の内側面には、陽極11が取り付けられており、陽極11と対向する位置には、基材Wの側に開口した開口部15gが、形成されている。開口部15gは下方に向かって開口しており、この開口部15gを封止するように、電解質膜13が取り付けられている。本実施形態では、電解質膜13の周縁が、収容体15の本体15aと枠体15bに、挟み込まれることにより、収容体15に取り付けられている。陽極11と電解質膜13とは、互いに離間して配置されて非接触状態にあり、これらの間に形成された収容空間Sには、成膜時にめっき液Lが充填されている。このように、収容体15は、収容空間Sに収容されためっき液Lが、陽極11および電解質膜13に直接接触する構造となっている。 As shown in FIG. 1, the container 15 is made of a material insoluble in the plating solution L, and the anode 11 and the electrolyte membrane 13 are attached to the container 15. In this embodiment, a storage space S for storing the plating solution L is formed inside the container 15 by the side wall of the container 15, the anode 11, and the electrolyte membrane 13. The anode 11 is attached to the inner surface of the container 15, and an opening 15g that opens to the side of the substrate W is formed at a position opposite the anode 11. The opening 15g opens downward, and the electrolyte membrane 13 is attached so as to seal this opening 15g. In this embodiment, the periphery of the electrolyte membrane 13 is sandwiched between the main body 15a and the frame 15b of the container 15, thereby attaching the electrolyte membrane 13 to the container 15. The anode 11 and the electrolyte membrane 13 are arranged apart from each other and are in a non-contact state, and the storage space S formed between them is filled with the plating solution L during film formation. In this way, the container 15 is structured so that the plating solution L contained in the container space S comes into direct contact with the anode 11 and the electrolyte membrane 13.

収容体15には、めっき液Lを収容空間Sに供給する供給流路15cと、めっき液Lを収容空間Sから排出する排出流路15dとが形成されている。供給流路15cおよび排出流路15dは、収容空間Sに連通している。供給流路15cおよび排出流路15dのいずれも、電解質膜13の近傍において、収容空間Sに連通している。 The container 15 is formed with a supply flow path 15c for supplying the plating solution L to the storage space S, and a discharge flow path 15d for discharging the plating solution L from the storage space S. The supply flow path 15c and the discharge flow path 15d are connected to the storage space S. Both the supply flow path 15c and the discharge flow path 15d are connected to the storage space S near the electrolyte membrane 13.

昇降装置70は、電解質膜13と基材Wが接離自在となるように、収容体15および載置台20の少なくとも一方を昇降させる装置である。本実施形態では、載置台20が移動せず固定されており、昇降装置70は、収容体15のみを昇降させる。具体的には、図1および図3に示すように、昇降装置70は、装置本体71と、装置本体71に対して直線的に移動するロッド72とを備えており、ロッド72は、収容体15の上部に固着されている。昇降装置70は、たとえばサーボモータなどのモータの回転を、直線運動に変換する公知の電動アクチュエータであってもよい。直線運動により、電解質膜13を基材Wに接離させることができるのであれば、昇降装置70は、載置台20に設けられていてもよく、油圧式または空気式のシリンダなどであってもよい。 The lifting device 70 is a device that lifts and lowers at least one of the container 15 and the mounting table 20 so that the electrolyte membrane 13 and the substrate W can be moved toward and away from each other. In this embodiment, the mounting table 20 is fixed and does not move, and the lifting device 70 lifts and lowers only the container 15. Specifically, as shown in FIG. 1 and FIG. 3, the lifting device 70 includes a device body 71 and a rod 72 that moves linearly relative to the device body 71, and the rod 72 is fixed to the upper part of the container 15. The lifting device 70 may be a known electric actuator that converts the rotation of a motor such as a servo motor into linear motion. As long as the electrolyte membrane 13 can be moved toward and away from the substrate W by linear motion, the lifting device 70 may be provided on the mounting table 20 or may be a hydraulic or pneumatic cylinder.

以下に、成膜装置1にめっき液Lを循環させるための循環機構と、載置台20を含む吸引機構および圧送機構と、制御装置60とについて説明する。成膜装置1は、循環機構として、収容体15に接続されて、収容体15からの排出されためっき液Lを収容するタンク17と、タンク17に接続されて、タンク17のめっき液Lを収容体に圧送するポンプ18と、を備えている。 The following describes the circulation mechanism for circulating the plating solution L in the film forming apparatus 1, the suction mechanism and pressure-feed mechanism including the mounting table 20, and the control device 60. The film forming apparatus 1 includes, as the circulation mechanism, a tank 17 connected to the container 15 for storing the plating solution L discharged from the container 15, and a pump 18 connected to the tank 17 for pressure-feeding the plating solution L from the tank 17 to the container.

タンク17には、めっき液Lを加熱する電気式の加熱装置90が設けられている。加熱装置90は、めっき液Lを所定の温度に加熱することができるのであれば、特に、その加熱方式は限定されるものではなく、たとえば蒸気式のヒータであってもよい。本実施形態では、タンク17に収容されためっき液Lを、加熱装置90で加熱することにより、加熱されためっき液Lを、タンク17から収容体15の収容空間Sに、ポンプ18で供給することができるため、金属皮膜Fの成膜速度を高めることができる。なお、本実施形態では、加熱装置をタンク17に設けたが、たとえば、所定の温度に加熱されためっき液Lを用いて成膜することができるのであれば、加熱装置が、収容体15に設けられていてもよく、タンク17と収容体15の間の供給経路87に設けられていてもよい。なお、本実施形態でいう「経路」とは、配管により形成され、めっき液Lまたは大気中の空気(すなわち大気)が流れる流路のことである。 The tank 17 is provided with an electric heating device 90 for heating the plating solution L. The heating device 90 is not particularly limited in terms of the heating method, and may be, for example, a steam heater, as long as it can heat the plating solution L to a predetermined temperature. In this embodiment, the plating solution L contained in the tank 17 is heated by the heating device 90, and the heated plating solution L can be supplied from the tank 17 to the storage space S of the storage body 15 by the pump 18, thereby increasing the film formation speed of the metal film F. In this embodiment, the heating device is provided in the tank 17, but for example, if a film can be formed using the plating solution L heated to a predetermined temperature, the heating device may be provided in the storage body 15 or in the supply path 87 between the tank 17 and the storage body 15. In this embodiment, the "path" refers to a flow path formed by piping through which the plating solution L or air in the atmosphere (i.e., the atmosphere) flows.

本実施形態では、タンク17は、供給経路87を介して、収容体15に接続されている。供給経路87には、ポンプ18が設けられており、ポンプ18は、正回転および逆回転の動作が可能である。ポンプ18の正回転時には、タンク17から収容体15に向かって、めっき液Lを送ることか可能なり、その逆回転時には、収容体15からタンク17に向かって、めっき液Lを送ることが可能となる。 In this embodiment, the tank 17 is connected to the container 15 via a supply path 87. A pump 18 is provided in the supply path 87, and the pump 18 is capable of rotating in both forward and reverse directions. When the pump 18 rotates in the forward direction, it is possible to send the plating solution L from the tank 17 to the container 15, and when the pump 18 rotates in the reverse direction, it is possible to send the plating solution L from the container 15 to the tank 17.

収容体15には、収容体15から排出されためっき液Lをタンク17に戻す排出経路83、84が接続されている。本実施形態では、排出経路83と排出経路84との間には、三方弁56が設けられている。三方弁56は、排出経路83、84に加えて、大気に開放された開放経路85が接続されている。三方弁56は、排出経路83、84を連通する第1切り換え位置と、排出経路83と開放経路85とを連通する第2切り換え位置を有する。三方弁56による各切り換え位置は、制御装置60によって制御される。 The container 15 is connected to discharge paths 83 and 84 that return the plating solution L discharged from the container 15 to the tank 17. In this embodiment, a three-way valve 56 is provided between the discharge paths 83 and 84. In addition to the discharge paths 83 and 84, the three-way valve 56 is connected to an open path 85 that is open to the atmosphere. The three-way valve 56 has a first switching position that connects the discharge paths 83 and 84, and a second switching position that connects the discharge path 83 and the open path 85. Each switching position of the three-way valve 56 is controlled by the control device 60.

ここで、図4に示すように、ポンプ18に正回転の動作をさせ、かつ、三方弁56を第1切り換え位置に制御すれば、成膜装置1内において、収容体15にめっき液Lを充填しつつ、めっき液Lを循環させることができる。具体的には、タンク17内に収容されためっき液は、ポンプ18により供給経路87を介して収容体15に供給され、収容体15から排出されためっき液は、排出経路83および排出経路84を介して、タンク17に戻される。 As shown in FIG. 4, by rotating the pump 18 in the forward direction and controlling the three-way valve 56 to the first switching position, the plating solution L can be circulated while filling the container 15 with the plating solution L in the film forming apparatus 1. Specifically, the plating solution contained in the tank 17 is supplied to the container 15 by the pump 18 via the supply path 87, and the plating solution discharged from the container 15 is returned to the tank 17 via the discharge path 83 and the discharge path 84.

なお、本実施形態において、たとえば、排出経路84に、収容体15から排出されためっき液Lの液圧を調節する圧力調整弁(図示せず)が設けられていてもよい。これにより、収容体15の収容空間に収容されためっき液Lの液圧を、圧力調整弁で設定した圧力に調整することができる。 In this embodiment, for example, a pressure adjustment valve (not shown) may be provided in the discharge path 84 to adjust the liquid pressure of the plating solution L discharged from the container 15. This allows the liquid pressure of the plating solution L contained in the storage space of the container 15 to be adjusted to the pressure set by the pressure adjustment valve.

一方、図5に示すように、ポンプ18に逆回転の動作をさせ、かつ、三方弁56を第2切り換え位置に制御すれば、収容体15に収容されためっき液Lを大気に入れ替えることができる。具体的には、三方弁56が第2切り換え位置で、ポンプ18を逆回転すると、開放経路85から大気が吸入され、排出経路83を介して、収容体15の内部に流入し、収容体15に収容されためっき液Lが、タンク17に戻される。これにより、収容体15の収容空間Sには、大気圧の空気(大気)が充填される。 On the other hand, as shown in FIG. 5, if the pump 18 is rotated in reverse and the three-way valve 56 is controlled to the second switching position, the plating solution L contained in the container 15 can be replaced with air. Specifically, when the pump 18 is rotated in reverse with the three-way valve 56 in the second switching position, air is sucked in from the open path 85 and flows into the container 15 via the exhaust path 83, and the plating solution L contained in the container 15 is returned to the tank 17. As a result, the container space S of the container 15 is filled with air (atmospheric air) at atmospheric pressure.

本実施形態では、三方弁56、開放経路85、および、ポンプ18で、入れ替え機構50を構成している。しかしながら、このような装置機構に限定されるものではなく、入替え機構として、収容体15の底部近傍に、液抜き孔を設けて、めっき液Lの自重により、めっき液Lを排出する機構であってもよい。この他にも、入替え機構は、後述するエアポンプ51またはこれとは別のエアポンプを用いて、収容体15の収容空間Sに大気を圧送する機構であってもよい。収容体15内において、めっき液Lを大気に入れ替えることができるのであれば、入替え機構の構成は、特に限定されるものではない。 In this embodiment, the replacement mechanism 50 is made up of the three-way valve 56, the open path 85, and the pump 18. However, the present invention is not limited to such an apparatus mechanism, and the replacement mechanism may be a mechanism in which a drain hole is provided near the bottom of the container 15 and the plating solution L is discharged by the weight of the plating solution L. Alternatively, the replacement mechanism may be a mechanism that pumps air into the storage space S of the container 15 using the air pump 51 described below or a different air pump. As long as the plating solution L can be replaced with air in the container 15, the configuration of the replacement mechanism is not particularly limited.

載置台20には、基材Wを収容する凹部21が形成されている。本実施形態では、凹部21の側壁と基材Wの側面との間には、隙間が形成されている。載置台20は、基材Wの表面waが、電解質膜13に当接した状態で、収容体15の枠体15bの内側に入り込み、枠体15bに遊嵌するように、凹部21を含む部分が、収容体15側に突出している。これにより、収容体15の昇降時に、枠体15bが載置台20に遊嵌した状態で、基材Wと電解質膜13とを含む空間が密閉された空間となる。 The mounting table 20 has a recess 21 formed therein to accommodate the substrate W. In this embodiment, a gap is formed between the sidewall of the recess 21 and the side surface of the substrate W. The mounting table 20 has a portion including the recess 21 protruding toward the housing 15 so that the surface wa of the substrate W enters the inside of the frame 15b of the housing 15 and fits loosely into the frame 15b when the surface wa of the substrate W is in contact with the electrolyte membrane 13. As a result, when the housing 15 is raised or lowered, the space including the substrate W and the electrolyte membrane 13 becomes a sealed space when the frame 15b is loosely fitted into the mounting table 20.

載置台20には、流路22が形成されており、流路22は、凹部21の側壁と基材Wの側面と隙間に連通している。流路22には、エアポンプ51が接続されている。具体的には、流路22には、圧送経路81が繋がっており、圧送経路81には、上流側から下流側にエアポンプ51および開閉弁53が設けられている。図6に示すように、制御装置60により、エアポンプ51の起動時には、開閉弁53が開弁され、圧送経路81を介して、流路22に圧縮された空気が供給される。流路22に供給された空気は、凹部21の側壁と基材Wの側面との隙間を流れ、載置台20に載置された基材Wと電解質膜13との間に圧送される。なお、エアポンプ51を駆動する際には、流路22に設けられた開閉弁55は、制御装置60により閉弁され、後述する開閉弁54は、制御装置60により開弁されていてもよい。 A flow path 22 is formed in the mounting table 20, and the flow path 22 communicates with the side wall of the recess 21 and the side surface of the substrate W and the gap. An air pump 51 is connected to the flow path 22. Specifically, a pressure-feeding path 81 is connected to the flow path 22, and the air pump 51 and an on-off valve 53 are provided in the pressure-feeding path 81 from the upstream side to the downstream side. As shown in FIG. 6, when the air pump 51 is started, the control device 60 opens the on-off valve 53 and supplies compressed air to the flow path 22 through the pressure-feeding path 81. The air supplied to the flow path 22 flows through the gap between the side wall of the recess 21 and the side surface of the substrate W, and is pressure-feed between the substrate W placed on the mounting table 20 and the electrolyte membrane 13. When the air pump 51 is driven, the on-off valve 55 provided in the flow path 22 is closed by the control device 60, and the on-off valve 54 described later may be opened by the control device 60.

本実施形態では、流路22には、吸引ポンプ52が接続されている。具体的には、流路22には、圧送経路81とは異なる吸引経路82が繋がっており、吸引経路82には、上流側から下流側に開閉弁54および吸引ポンプ52が設けられている。図6に示すように、制御装置60により、吸引ポンプ52の起動時には、開閉弁54、55が開弁され、電解質膜13と基材Wとの間の空気は、凹部21の側壁と基材Wの側面との隙間を流れ、流路22および吸引経路82を介して、大気に放出される。このようにして、吸引ポンプ52により、電解質膜13と基材Wとの間の空気が吸引することができる。なお、エアポンプ51を駆動する際には、圧送経路81の開閉弁53は、制御装置60により閉弁されていてもよい。 In this embodiment, the flow path 22 is connected to the suction pump 52. Specifically, the flow path 22 is connected to a suction path 82 that is different from the pressure-feed path 81, and the suction path 82 is provided with an on-off valve 54 and a suction pump 52 from the upstream side to the downstream side. As shown in FIG. 6, when the suction pump 52 is started, the control device 60 opens the on-off valves 54 and 55, and the air between the electrolyte membrane 13 and the substrate W flows through the gap between the side wall of the recess 21 and the side surface of the substrate W, and is released to the atmosphere through the flow path 22 and the suction path 82. In this way, the suction pump 52 can suck in the air between the electrolyte membrane 13 and the substrate W. Note that when the air pump 51 is driven, the on-off valve 53 of the pressure-feed path 81 may be closed by the control device 60.

制御装置60は、昇降装置70による昇降動作、吸引ポンプ52による吸引動作、電源部19による印加動作、入れ替え機構50による入れ替え動作(具体的にはポンプ18の駆動とその回転方向)、およびエアポンプ51による圧送動作と、これに合わせて開閉弁53~55および三方弁56の動作も制御する。なお、電源部19の印加動作とは、電源部19によりで電圧を印加するスイッチの動作である。 The control device 60 controls the lifting operation by the lifting device 70, the suction operation by the suction pump 52, the application operation by the power supply unit 19, the replacement operation by the replacement mechanism 50 (specifically, the drive and rotation direction of the pump 18), and the pumping operation by the air pump 51, as well as the operation of the on-off valves 53-55 and the three-way valve 56 accordingly. Note that the application operation by the power supply unit 19 is the operation of a switch that applies voltage by the power supply unit 19.

図示しないが、制御装置60は、以下の一連の工程を実行するための制御プログラムを記憶する記憶装置(図示せず)と、制御プログラムを実行する演算装置(図示せず)を備えている。記憶装置は、ポンプ18、エアポンプ51、および吸引ポンプ52の起動タイミングと駆動時間、電源部19の印加開始時間と印加時間、および昇降装置70による変位量などの設定値をさらに記憶されている。制御装置60は、入力装置等により収容体15の収容空間Sの圧力を測定する圧力センサ(図示せず)の信号などが入力される。 Although not shown, the control device 60 includes a storage device (not shown) that stores a control program for executing the following series of steps, and a computing device (not shown) that executes the control program. The storage device further stores settings such as the start timing and drive time of the pump 18, the air pump 51, and the suction pump 52, the application start time and application time of the power supply unit 19, and the amount of displacement by the lifting device 70. The control device 60 receives inputs such as a signal from a pressure sensor (not shown) that measures the pressure in the storage space S of the storage body 15 via an input device or the like.

制御装置60の制御フローを、以下の図2を参照しながら、説明する。制御装置60は、以下の一連の動作を行う。まず、設置工程S1を行う。具体的には、この工程において、図示しない搬送装置等を制御し、載置台20に基材Wを設置する。この際、収容体15に取付けられた陽極11に対して基材Wのアライメントが調整され、基材Wの温度調整が行われてもよい。 The control flow of the control device 60 will be described with reference to FIG. 2 below. The control device 60 performs the following series of operations. First, an installation process S1 is performed. Specifically, in this process, a transport device (not shown) and the like are controlled to install the substrate W on the mounting table 20. At this time, the alignment of the substrate W with respect to the anode 11 attached to the container 15 is adjusted, and the temperature of the substrate W may be adjusted.

次に、吸引・接触工程S2を行う。具体的には、図3に示すように、制御装置60は、基材Wが電解質膜13に接触するように昇降装置70による昇降動作を制御しつつ、吸引ポンプ52による吸引動作を制御する。この制御により、収容体15の開口部15gを覆った電解質膜13と、電解質膜13に対向して配置された基材Wとの間に存在する空気を吸引しながら、電解質膜13を基材Wに接触させる。この結果、電解質膜13と基材Wの間に空気が噛み込むことを抑え、電解質膜13を基材Wに密着させることができる。この状態で、制御装置60は、吸引ポンプ52を停止する。この状態で、流路22は、(大気圧に対して)負圧になる。この段階で、制御装置60は、必要に応じて、開閉弁53~55を閉弁させる。 Next, the suction/contact step S2 is performed. Specifically, as shown in FIG. 3, the control device 60 controls the lifting operation by the lifting device 70 so that the substrate W contacts the electrolyte membrane 13, while controlling the suction operation by the suction pump 52. This control causes the electrolyte membrane 13 to contact the substrate W while sucking in the air present between the electrolyte membrane 13 covering the opening 15g of the container 15 and the substrate W arranged opposite the electrolyte membrane 13. As a result, air is prevented from being trapped between the electrolyte membrane 13 and the substrate W, and the electrolyte membrane 13 can be tightly attached to the substrate W. In this state, the control device 60 stops the suction pump 52. In this state, the flow path 22 becomes negative pressure (relative to atmospheric pressure). At this stage, the control device 60 closes the on-off valves 53 to 55 as necessary.

次に、送液工程S3を行う。この工程では、制御装置60は、ポンプ18の駆動を制御するとともに、三方弁56を第1切り換え位置に制御する。これにより、図4に示すように、ポンプ18を正回転で駆動することにより、タンク17内において、加熱装置90で所定の温度に加熱されためっき液Lを、供給経路87から収容体15の収容空間Sに供給し、排出経路83、84を介して、タンク17に戻すことができる。 Next, the liquid supply process S3 is performed. In this process, the control device 60 controls the operation of the pump 18 and controls the three-way valve 56 to the first switching position. As a result, as shown in FIG. 4, by driving the pump 18 in the forward direction, the plating solution L heated to a predetermined temperature by the heating device 90 in the tank 17 can be supplied from the supply path 87 to the storage space S of the storage body 15 and returned to the tank 17 via the discharge paths 83 and 84.

ここで、上述した圧力調整弁により、収容空間Sに収容されためっき液Lの液圧が、所定の圧力に維持させることができるのであれば、制御装置60は、成膜時にもポンプ18を連続して駆動してもよい。また、排出経路83に開閉弁(図示せず)を設け、所定の圧力を維持した段階で、制御装置60は、この開閉弁を閉弁し、ポンプ18を停止させてもよい。 Here, if the liquid pressure of the plating solution L contained in the storage space S can be maintained at a predetermined pressure by the above-mentioned pressure regulating valve, the control device 60 may continuously drive the pump 18 even during film formation. Also, an opening/closing valve (not shown) may be provided in the discharge path 83, and when the predetermined pressure is maintained, the control device 60 may close this opening/closing valve and stop the pump 18.

次に成膜工程S4を行う。この工程では、制御装置60は、基材Wが電解質膜13に接触した後、金属皮膜Fが所定の膜厚となるまで、電源部19による印加動作を制御する。具体的には、電解質膜13を基材Wに接触させた状態で、陽極11と基材Wとの間に電圧を印加すると、電解質膜13を介して金属イオンが、基材Wの表面側に移動し、基材Wの表面waで、還元されて、金属が析出し、金属皮膜Fが成膜される。金属皮膜Fが所定の膜厚となるまで、このような電圧の印加を行うことにより、所望の膜厚の金属皮膜Fを成膜することができる。 Next, the film-forming process S4 is performed. In this process, the control device 60 controls the application operation by the power supply unit 19 after the substrate W comes into contact with the electrolyte membrane 13 until the metal film F reaches a predetermined thickness. Specifically, when a voltage is applied between the anode 11 and the substrate W with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate W, metal ions move to the surface side of the substrate W through the electrolyte membrane 13 and are reduced on the surface wa of the substrate W, causing the metal to precipitate and form the metal film F. By applying such a voltage until the metal film F reaches a predetermined thickness, the metal film F can be formed to a desired thickness.

次に入れ替え工程S5を行う。この工程では、制御装置60は、めっき液Lが大気に入れ替わるように入れ替え機構50(具体的には、ポンプ18と三方弁56)を制御する。具体的には、制御装置60は、三方弁56を第2切り換え位置に切り替え、ポンプ18を逆回転させることにより、図5に示すように、収容体15の収容空間Sのめっき液Lは、供給経路87を介してタンク17に戻される。これと同時に、開放経路85に大気が導入され、導入された大気は、排出経路83を介して、収容体15の収容空間Sに供給される。収容空間Sからほぼ全てのめっき液Lが排出されると、制御装置は、ポンプ18を停止させる。なお、図5は、収容空間に収容されためっき液Lを大気に入れ替える途中の段階である。 Next, the replacement step S5 is performed. In this step, the control device 60 controls the replacement mechanism 50 (specifically, the pump 18 and the three-way valve 56) so that the plating solution L is replaced with the atmosphere. Specifically, the control device 60 switches the three-way valve 56 to the second switching position and reverses the rotation of the pump 18, so that the plating solution L in the storage space S of the storage body 15 is returned to the tank 17 via the supply path 87, as shown in FIG. 5. At the same time, the atmosphere is introduced into the release path 85, and the introduced atmosphere is supplied to the storage space S of the storage body 15 via the exhaust path 83. When almost all of the plating solution L is exhausted from the storage space S, the control device stops the pump 18. Note that FIG. 5 shows a stage in the middle of replacing the plating solution L contained in the storage space with the atmosphere.

次に、圧送・離間工程S6を行う。具体的には、図6に示すように、制御装置60は、基材Wが電解質膜13に離間するように昇降装置70による昇降動作を制御しつつ、エアポンプ51による圧送動作を制御する。この制御により、金属皮膜Fが成膜された基材Wと、電解質膜13との間に空気を圧送しながら、電解質膜13を基材Wから引き離す。具体的には、エアポンプ51で圧送された空気は、圧送経路81を介して流路22を流れ、電解質膜13と基材Wとの間に押し込まれた後、流路22を流れ、吸引経路82を介して吸引ポンプ52から排出される。 Next, the pressure-feeding/separation process S6 is performed. Specifically, as shown in FIG. 6, the control device 60 controls the lifting operation by the lifting device 70 so that the substrate W is separated from the electrolyte membrane 13, while controlling the pressure-feeding operation by the air pump 51. This control causes air to be pressure-feeded between the substrate W on which the metal film F is formed and the electrolyte membrane 13, and the electrolyte membrane 13 is separated from the substrate W. Specifically, the air pressure-feeded by the air pump 51 flows through the flow path 22 via the pressure-feeding path 81, is forced between the electrolyte membrane 13 and the substrate W, then flows through the flow path 22, and is discharged from the suction pump 52 via the suction path 82.

なお、本実施形態では、このような流れが形成されるように、制御装置60は、開閉弁55を閉弁し、吸引ポンプ52を、流路22が負圧にならないように(好ましくは正圧となるように)駆動させる。ただし、電解質膜13と基材Wとの間に空気を流すことができるのであれば、吸引ポンプ52を駆動せず、吸引ポンプ52の上流側において、吸引経路82から排出される空気を、大気中に放出してもよい。 In this embodiment, in order to form such a flow, the control device 60 closes the on-off valve 55 and drives the suction pump 52 so that the flow path 22 does not become negative pressure (preferably to become positive pressure). However, if air can be caused to flow between the electrolyte membrane 13 and the substrate W, the suction pump 52 may not be driven and the air exhausted from the suction path 82 upstream of the suction pump 52 may be released into the atmosphere.

最後に、取り出し工程S7を行う。この工程では、基材Wと収容体15は、図1に示す配置関係であるので、図示しない搬送装置等を制御し、載置台20から基材Wを取り出す。新たな基材Wに、金属皮膜を成膜する際には、これらの一連の工程を繰り返す。 Finally, the removal process S7 is performed. In this process, since the substrate W and the container 15 are in the positional relationship shown in FIG. 1, a conveying device (not shown) is controlled to remove the substrate W from the mounting table 20. When forming a metal coating on a new substrate W, this series of processes is repeated.

本実施形態によれば、上述した如く、圧送・離間工程S6において、金属皮膜Fが成膜された電解質膜13と、基材Wとの間に空気を圧送しながら、電解質膜13を基材Wから引き離した。これにより、電解質膜13が基材Wに吸着して、引き伸ばされることを抑えつつ、電解質膜13を基材Wから容易に引き離すことができる。特に、本実施形態では、密閉空間内において、電解質膜13が基材Wに接触した状態であるので、この密閉空間は、吸引・接触工程S2により、吸引ポンプ52により減圧された空間となるが、圧送・離間工程S6でのエアポンプ51による空気の圧送により、空間内の圧力を高め、電解質膜13と基材Wとの吸着を抑えることができる。 According to this embodiment, as described above, in the pressure-feeding/separating step S6, the electrolyte membrane 13 is separated from the substrate W while pressure-feeding air between the electrolyte membrane 13 on which the metal film F is formed and the substrate W. This makes it possible to easily separate the electrolyte membrane 13 from the substrate W while preventing the electrolyte membrane 13 from being attached to the substrate W and stretched. In particular, in this embodiment, since the electrolyte membrane 13 is in contact with the substrate W in the sealed space, this sealed space becomes a space depressurized by the suction pump 52 in the suction/contact step S2, but the pressure in the space is increased by pressure-feeding air by the air pump 51 in the pressure-feeding/separating step S6, and the adhesion between the electrolyte membrane 13 and the substrate W can be suppressed.

さらに、電解質膜13が基材Wに接触した状態で、入替え工程S5により、収容体15に収容されためっき液Lを大気に入れ替えた後、電解質膜13が基材Wから離間するので、電解質膜13が、めっき液Lの自重により変形することを抑えることができる。さらに、めっき液Lの自重が、電解質膜13に作用しないため、圧送・離間工程S6において、電解質膜13と基材Wとの間に空気を入り込ませ易くなり、電解質膜13を基材Wから引き離し易くなる。 Furthermore, with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate W, the plating solution L contained in the container 15 is replaced with air in the replacement step S5, and then the electrolyte membrane 13 is separated from the substrate W, so that the electrolyte membrane 13 can be prevented from being deformed by the weight of the plating solution L. Furthermore, since the weight of the plating solution L does not act on the electrolyte membrane 13, it becomes easier to get air between the electrolyte membrane 13 and the substrate W in the pressure-feeding and separation step S6, making it easier to separate the electrolyte membrane 13 from the substrate W.

本発明を以下の実施例により説明する。 The present invention is illustrated by the following examples.

[実施例]
表面に成膜する基材として、18mm×35mmの成膜領域を有し、厚さ3mmとなる銅ブロックの基材を準備した。
[Example]
As a substrate on whose surface a film was formed, a copper block substrate having a film formation area of 18 mm×35 mm and a thickness of 3 mm was prepared.

次に、図1に示す成膜装置を用いてニッケル皮膜を成膜した。めっき液には、「1M 塩化ニッケル+酢酸ニッケル水溶液(pH4.0)」を準備し、陽極にはニッケル陽極を使用した。成膜条件として、めっき液の温度を60℃として、電解質膜(ナフィオン(登録商標):デュポン社製)を基材に密着させ、めっき液の液圧1.0MPa、電流密度15A/dmで、3分20秒の通電を行い、ニッケル皮膜を成膜した。これを、図2に示すフローで複数回繰り返した。 Next, a nickel film was formed using the film forming apparatus shown in FIG. 1. A 1M nickel chloride + nickel acetate aqueous solution (pH 4.0) was prepared as the plating solution, and a nickel anode was used as the anode. As film forming conditions, the temperature of the plating solution was set to 60°C, an electrolyte membrane (Nafion (registered trademark): manufactured by DuPont) was attached to the substrate, and electricity was applied for 3 minutes and 20 seconds at a liquid pressure of 1.0 MPa and a current density of 15 A/dm2 to form a nickel film. This was repeated multiple times according to the flow shown in FIG. 2.

[比較例]
実施例と同じようにニッケル皮膜を成膜した。実施例と異なる点は、図2に示す、圧送・離間工程S6を行わなかった点である。
[Comparative Example]
A nickel coating was formed in the same manner as in Example 1. The difference from Example 1 is that the pressure-feeding and separation step S6 shown in FIG.

<電解質膜の伸び率の確認>
実施例および比較例に係る成膜装置で、繰り返し成膜した後の電解質膜の伸び率を測定した。この結果を、図7に示す。図7は、実施例および比較例の成膜装置を用いた、電解質膜の伸び率と、成膜回数との関係を説明した図である。
<Confirmation of the elongation rate of the electrolyte membrane>
The elongation of the electrolyte membrane after repeated membrane formation was measured using the membrane formation apparatus of the Example and Comparative Example. The results are shown in Fig. 7. Fig. 7 is a diagram illustrating the relationship between the elongation of the electrolyte membrane and the number of membrane formations using the membrane formation apparatus of the Example and Comparative Example.

図7に示すように、実施例の成膜装置を用いて、ニッケル皮膜を成膜した場合には、成膜回数が90回を超えても、上述した理由により、電解質膜は、成膜前のものに比して、殆ど伸びなかった。しかしながら、比較例の如く、圧送・離間工程を行わなかったものは、成膜回数が数回で、電解質膜が塑性変形し、16%程度伸びた。 As shown in Figure 7, when a nickel film was formed using the film forming apparatus of the embodiment, the electrolyte membrane hardly stretched compared to the membrane before the film was formed, even after the number of film formations exceeded 90, due to the reasons mentioned above. However, in the comparative example, in which the pumping and separation process was not performed, the electrolyte membrane underwent plastic deformation and stretched by about 16% after only a few film formations.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various design modifications can be made without departing from the spirit of the present invention as described in the claims.

本実施形態では、成膜方法を、制御装置の制御により行ったが、たとえば、図2に示す一連の動作を、制御装置による制御をおこなわず手動により行ってもよく、その一部を制御装置により行ってもよい。 In this embodiment, the film formation method is performed under the control of a control device, but for example, the series of operations shown in FIG. 2 may be performed manually without being controlled by a control device, or some of them may be performed by a control device.

1:成膜装置、11:陽極、13:電解質膜、15:収容体、15g:開口部、17:タンク、19:電源部、20:載置台、50:入れ替え機構、51:エアポンプ(圧送装置)、52:吸引ポンプ(吸引装置)、60:制御装置、70:昇降装置、W:基材、L:めっき液 1: Film forming device, 11: Anode, 13: Electrolyte membrane, 15: Container, 15g: Opening, 17: Tank, 19: Power supply, 20: Mounting table, 50: Replacement mechanism, 51: Air pump (pumping device), 52: Suction pump (suction device), 60: Control device, 70: Lifting device, W: Substrate, L: Plating solution

Claims (4)

陽極と、
前記陽極と基材との間に配置される電解質膜と、
前記陽極およびめっき液を収容し、前記基材側に開口した開口部を前記電解質膜で覆った収容体と、
前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加する電源部と、を備え、
前記基材に電解質膜を接触させた状態で、前記電圧の印加により前記めっき液の金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜装置であって、
前記成膜装置は、
前記基材を載置する載置台と、
前記基材に対して前記電解質膜が接離自在となるように、前記収容体および前記載置台の少なくとも一方を昇降させる昇降装置と、
前記載置台に載置された前記基材と、前記電解質膜との間に存在する空気を吸引する吸引装置と、
前記載置台に載置された前記基材と、前記電解質膜との間に空気を圧送する圧送装置と、
前記昇降装置による昇降動作、前記吸引装置による吸引動作、前記電源部による印加動作、および前記圧送装置による圧送動作を制御する制御装置と、をさらに備えており、
前記制御装置は、
前記基材が前記電解質膜に接触するように前記昇降装置による昇降動作を制御しつつ、前記吸引装置による吸引動作を制御し、
前記基材が前記電解質膜に接触した後、前記金属皮膜が所定の膜厚となるまで、前記電源部による印加動作を制御し、
前記印加動作の完了後、前記基材から前記電解質膜が離間するように前記昇降装置による昇降動作を制御しつつ、前記圧送装置により圧送動作を制御することを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
An anode;
an electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate;
a container that contains the anode and the plating solution and has an opening that opens to the substrate side and is covered with the electrolyte membrane;
A power supply unit that applies a voltage between the anode and the base material that serves as a cathode,
A film forming apparatus for forming a metal film derived from metal ions in the plating solution on a surface of the substrate by applying the voltage while an electrolyte membrane is in contact with the substrate, the film forming apparatus comprising:
The film forming apparatus includes:
A mounting table on which the base material is placed;
a lifting device that lifts and lowers at least one of the container and the stage so that the electrolyte membrane can be brought into contact with and separated from the base material;
a suction device that sucks air present between the substrate placed on the mounting table and the electrolyte membrane;
a pressure-feeding device that pressurizes air between the substrate placed on the mounting table and the electrolyte membrane;
and a control device that controls the lifting operation by the lifting device, the suction operation by the suction device, the application operation by the power supply unit, and the pumping operation by the pumping device,
The control device includes:
controlling a lifting operation by the lifting device so that the base material comes into contact with the electrolyte membrane, while controlling a suction operation by the suction device;
After the base material comes into contact with the electrolyte membrane, the application operation by the power supply unit is controlled until the metal coating reaches a predetermined thickness;
a pressure-feeding operation by the pressure-feeding device is controlled while controlling a lifting operation by the lifting device so that the electrolyte membrane is separated from the substrate after the application operation is completed.
前記成膜装置は、前記収容体に収容された前記めっき液を大気に入れ替える入れ替え機構をさらに備えており、
前記制御装置は、前記電源部による印加動作の終了後、前記基材から前記電解質膜が離間するように前記昇降装置による昇降動作の制御を開始するまでの間に、めっき液が大気に入れ替わるように前記入れ替え機構を制御することを特徴とする請求項1に記載の金属皮膜の成膜装置。
The film forming apparatus further includes a replacement mechanism that replaces the plating solution contained in the container with air,
The metal film forming apparatus according to claim 1, characterized in that the control device controls the replacement mechanism so that the plating solution is replaced with air between the end of the application operation by the power supply unit and the start of control of the lifting operation by the lifting device so as to separate the electrolyte membrane from the substrate.
金属イオンを含むめっき液と接触した電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と、陰極となる基材との間に電圧を印加し、電解質膜に含まれる金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する成膜方法であって、
収容体に形成された開口部を覆った前記電解質膜と、前記電解質膜に対向して配置された前記基材との間に存在する空気を吸引しながら、前記電解質膜を前記基材に接触させる工程と、
前記電解質膜を前記基材に接触させた状態で、前記金属皮膜が所定の膜厚となるまで、前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記金属皮膜を成膜する工程と、
前記金属皮膜が成膜された前記基材と、前記電解質膜との間に空気を圧送しながら、前記電解質膜を前記基材から引き離す工程と、を含むことを特徴とする金属皮膜の成膜方法。
A film formation method for forming a metal coating derived from the metal ions contained in the electrolyte membrane on a surface of the substrate by applying a voltage between an anode and the substrate serving as a cathode in a state in which an electrolyte membrane, which has been in contact with a plating solution containing metal ions, is brought into contact with the substrate, the method comprising the steps of:
a step of bringing the electrolyte membrane into contact with the base material while sucking air present between the electrolyte membrane covering the opening formed in the container and the base material disposed opposite the electrolyte membrane;
applying a voltage between the anode and the substrate while the electrolyte membrane is in contact with the substrate, until the metal coating reaches a predetermined thickness, thereby forming the metal coating;
and separating the electrolyte membrane from the substrate while pumping air between the substrate on which the metal film is formed and the electrolyte membrane.
前記金属皮膜を成膜する工程後、前記引き離す工程の前に、前記収容体に収容された前記めっき液を大気と入れ替える工程とをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の金属皮膜の成膜方法。 The method for forming a metal film according to claim 3, further comprising a step of replacing the plating solution contained in the container with air after the step of forming the metal film and before the step of separating.
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