(57)【要約】電気めっきプロセスを向上させるために、超音波エネルギーを使用する電気めっき方法およびシステム。電気めっき方法は、電気めっきを行う間、同時に、最大超音波エネルギー密度の領域を有する超音波エネルギーで、めっき表面をスイープすることを含む。このシステムは、超音波エネルギー源およびカソードがめっきタンク内に配置されている間、超音波エネルギー源とカソードとの相対移動をもたらす移動装置を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を含むタンクを提供する工程と、
前記めっき液中に、アノードと、めっき表面を含むカソードとを提供する工程と、
まさに前記アノードと前記カソードのめっき表面との間に超音波エネルギー源を配置する工程と、
前記カソードのめっき表面をめっきする工程と、
前記めっき中、前記超音波エネルギー源によって放出された超音波エネルギーで、前記めっき表面をスイープする工程とを含む電気めっき方法であって、前記スイープ工程が、前記めっき表面を横切って、最大超音波エネルギー密度の領域を移動させる工程を含む、方法。
【請求項２】
前記めっき表面が、中心軸を含む少なくとも１つのキャビティを含み、前記超音波エネルギーが、伝播軸を含み、前記方法が、前記伝播軸を前記中心軸に合わせる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのキャビティが、少なくとも約１：１以上のアスペクト比を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのキャビティが、前記カソードを通って形成された穴を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのキャビティが、前記めっき表面に形成されたウェルを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする工程が、少なくとも２回、前記めっき表面をスイープする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする工程が、前記めっき表面および前記超音波エネルギー源を互いに対して移動させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記めっき表面をめっきする工程が、前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第１の電流密度でめっきし、その後、超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第２の電流密度でめっきする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の電流密度が、前記第２の電流密度と等しくない、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記めっき表面をめっきする工程が、超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第１の電流密度でめっきし、その後、前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第２の電流密度でめっきする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の電流密度が、前記第２の電流密度と等しくない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記めっき表面をめっきする工程が、
前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第１の電流密度でめっきする工程と、
超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第２の電流密度でめっきする工程と、
前記めっき表面への前記超音波エネルギーの供給を中断する工程と、
前記めっき表面への前記超音波エネルギーの供給の中断後、第３の電流密度でめっきする工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の電流密度、前記第２の電流密度、および前記第３の電流密度が、すべて異なっている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
めっき液を含むタンクを提供する工程と、
前記めっき液中に、アノードおよびカソードを提供する工程であって、前記カソードが、複数のキャビティを含むめっき表面を含み、前記複数のキャビティの各キャビティが、中心軸と、少なくとも約１：１以上のアスペクト比とを含む、工程と、
前記カソードのめっき表面をめっきする工程と、
まさに前記アノードと前記カソードのめっき表面との間に超音波エネルギー源を配置する工程であって、前記超音波エネルギー源によって放出された超音波エネルギーが、伝播軸を含む、工程と、
前記めっき中、前記超音波エネルギー源から放出された超音波エネルギーで、前記めっき表面をスイープする工程とを含む電気めっき方法であって、前記スイープ工程が、最大超音波エネルギー密度の領域を有する前記めっき表面を横切って、最大超音波エネルギー密度の領域を移動させる工程を含み、
超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする工程が、前記超音波エネルギー源から超音波エネルギーを放出する間、前記めっき表面および前記超音波エネルギー源を互いに対して移動させる工程を含み、
前記スイープ工程が、前記超音波エネルギーの伝播軸を、前記複数のキャビティの各キャビティの中心軸に合わせる工程を含む、方法。
【請求項１５】
前記めっき表面をめっきする工程が、前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第１の電流密度でめっきし、その後、超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第２の電流密度でめっきする工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の電流密度が、前記第２の電流密度と等しくない、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記めっき表面をめっきする工程が、超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第１の電流密度でめっきし、その後、前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第２の電流密度でめっきする工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の電流密度が、前記第２の電流密度と等しくない、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記めっき表面をめっきする工程が、
前記超音波エネルギー源によって放出される超音波エネルギーがない状態で、第１の電流密度でめっきする工程と、
超音波エネルギーで前記めっき表面をスイープする間、第２の電流密度でめっきする工程と、
前記めっき表面への前記超音波エネルギーの供給を中断する工程と、
前記めっき表面への前記超音波エネルギーの供給の中断後、第３の電流密度でめっきする工程とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の電流密度、前記第２の電流密度、および前記第３の電流密度が、すべて異なっている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
タンク容積を含むタンクと、
前記タンク容積内に配置されたアノードと、
前記タンク容積内に配置された、めっき表面を含むカソードと、
前記タンク容積内に配置され、まさに前記アノードと前記カソードとの間に配置され、前記めっき表面に超音波エネルギーを放出するように配向された超音波エネルギー源と、
前記超音波エネルギー源および前記カソードが前記タンク容積内に配置されている間、前記超音波エネルギー源と前記カソードとの相対移動をもたらす移動装置とを含む、電気めっき装置。
【請求項２２】
前記移動装置が、前記超音波エネルギー源および前記カソードを、往復するように互いに対して移動させることができる往復移動装置を含む、請求項２１に記載の電気めっき装置。
【請求項２３】
前記移動装置が、前記タンク容積内で前記超音波エネルギー源を往復移動させるように、前記超音波エネルギー源に動作可能に取付けられた往復移動装置を含む、請求項２１に記載の電気めっき装置。
【請求項２４】
前記移動装置が、前記タンク容積内で前記カソードを往復移動させるように、前記カソードに動作可能に取付けられた往復移動装置を含む、請求項２１に記載の電気めっき装置。
【請求項２５】
前記移動装置が、回転軸を中心に前記カソードを回転させることができる回転移動装置を含む、請求項２１に記載の電気めっき装置。
【請求項２６】
前記移動装置が、回転軸を中心に前記超音波エネルギー源を回転させることができる回転移動装置を含む、請求項２１に記載の電気めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気めっきの分野に関する。特に、本発明は、超音波で向上した電気めっき装置および方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
深い穴、チャネル、または他の高アスペクト比構造のめっきは、困難な問題を提示することがある。高アスペクト比構造のめっきの間、特に、構造中、最も深いポイントにおいて、物質移動プロセスおよび電気化学プロセスの両方が好ましくないことがある。たとえば、めっき中に発生した泡を高アスペクト比構造から放出するのが困難なことがあり、金属イオンが、構造内部で、急速に枯渇し、適切に補充されないことがあり、望ましくない分解生成物を、カソードの近傍から除去するのが容易でないことがある。さらに、めっきプロセスでは、穴の口またはチャネルの上端縁により厚く堆積する傾向があり、これは、高アスペクト比めっきに、より著しい影響を及ぼすことがある。これらの要因はすべて、めっきプロセスに欠陥を導入することがある。
【０００３】
高アスペクト比めっきのために、さまざまな方法が開発されている。いくつかのＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  ａｎｄ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスにおいて、従来のめっきプロセスで、しかし、より遅いめっき速度で、高アスペクト比構造をめっきしている。めっきは、通常、ウェーハなどの比較的小さい基板上にある。従来のめっきが、困難であり、かつ、時間のかかることは、十分に認識されている。高アスペクト比構造のめっきは、特殊設計機器で行われた（アリエル・ジー・シュロット（Ａｒｉｅｌ  Ｇ．Ｓｃｈｒｏｄｔ）およびニック・エヌ・イサブ（Ｎｉｃｋ  Ｎ．Ｉｓｓａｅｖ）、「自動マイクロ電鋳ワークステーションの向上したマイクロ電鋳技術および開発」（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）、ＨＡＲＭＳＴ'９７世界ＬＩＧＡフォーラム（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  ＬＩＧＡ  Ｆｏｒｕｍ）、１９９７年６月、ウィスコンシン州マジソン（Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）、抄録集（Ｂｏｏｋ  ｏｆ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ））。この方法では、真空および熱勾配を与える間、部品をめっきする。めっきは、高速に達することができるが、高価な機器で、小さいフォーマットをめっきすることしかできない。高アスペクト比構造のめっきの別の方法は、深さおよび幅が約１ミクロン以下の凹部を満たすためのパルスめっきを伴う（米国特許第５，７０５，２３０号）。
【０００４】
超音波エネルギーが、めっきプロセスにおいて、よく、洗浄の助けとして、使用されている。しかし、米国特許第５，７０５，２３０号では、浅い凹部をめっきする間、超音波エネルギーを使用する。米国特許第４，８４２，６９９号は、ビアホール内の十分な電解質輸送を確実にするために、ビアホールめっき中、超音波エネルギーを使用することを記載している。米国特許第５，６９５，６２１号は、蒸気発生器用管の内面をめっきする場合の共振電気めっきアノードの使用を開示している。ＧＢ  ２  ３１３  ６０５は、泡の放出を促進するために超音波エネルギーを使用するクロムめっきプロセスを開示している。ＪＰ  １  ２９４  ８８８  Ａ号は、気泡放出を促進するためにカップの内側に超音波振動器を配置することを記載している。ＪＰ  ５１１３８５３８号は、超音波エネルギーを使用する間、プリント回路基板をめっきすることを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波エネルギーは、めっき中、物質移動および気泡の除去を向上させることができるが、めっきに悪影響を及ぼすこともある。電鋳プロセスにおいて、電鋳中、超音波エネルギーに不適切に曝すことにより、電鋳部分の残留応力が増加することがある。電気めっき中、超音波エネルギーを使用することにより、特に、ポリマーまたは他の非導電性基板を使用する場合に、堆積材料と基板との接着問題を引起すこともある。
【０００６】
ほとんどの電気めっきプロセスは、電気めっき浴を収容するめっきタンク内で行われる。めっきタンク内での超音波エネルギーの使用の別の問題は、タンク内のエネルギー分配が、特にカソード上で、均一でないことである。超音波トランスデューサが、めっきタンクの側面または底部に固定位置に取付けられ、超音波エネルギーが距離とともに減衰するため、カソードの上の不均一な超音波エネルギー分配をもたらす。この問題は、大きい表面をめっきする場合に、より大きい部分の表面の上のエネルギー分配のばらつきが増すため、より重大になる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電気めっきプロセスを向上させるために、超音波エネルギーを使用する電気めっき方法およびシステムを提供する。電気めっき方法は、アノードとカソードとの間に超音波エネルギー源を配置し、最大超音波エネルギー密度の領域を有する超音波エネルギーで、めっき表面をスイープすることを含む。結果として、電気めっき中、めっき表面の各部分は、さまざまな量の超音波エネルギーを受け、最大超音波エネルギー密度は、めっき表面によって、断続的に受けられる。
【０００８】
本発明の装置および方法は、めっき表面が、電気めっきが望まれる１以上のキャビティを含む場合に、特定の利点をもたらすことができる。キャビティ、すなわち、カソードを通って形成された穴、またはカソードの表面に形成されたウェルが、比較的高いアスペクト比を有する場合、キャビティ内の表面を電気めっきするのが困難なことがある。いくつかの場合、超音波エネルギーがキャビティ全体に達し、それにより、キャビティの最も内側の部分のめっきを向上させるように、超音波エネルギーの伝播軸（すなわち、超音波エネルギーの移動方向）を、キャビティと整列させてもよい。
【０００９】
本発明の方法およびシステムの別の潜在的な利点は、電気めっきを向上させるのに必要な超音波エネルギーの量の低減である。超音波エネルギーの量を低減してもよいのは、超音波エネルギーを、めっき表面を横切ってスイープさせると、めっき表面の各部分が、最大超音波エネルギー密度に断続的に曝されるからである。
【００１０】
本発明のさらに別の利点は、めっき表面を横切る超音波エネルギーのスイーピングにより、背景で論じたような、めっき中の超音波エネルギーの使用と関連する問題、たとえば、残留応力、接着問題などを低減できることである。さらに、超音波エネルギーのスイーピング性質により、めっき材料の均一性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の方法およびシステムのさらなる利点は、超音波エネルギーがめっき表面上に直接衝突し、一方、超音波エネルギー源の移動により、アノードとカソードとの間に構造物を配置することによって引起されることがある、シールディングまたはマスキングと関連する問題を、低減または防止することである。電気めっき中、アノードとカソードとの間で、超音波エネルギー源を移動させるシステムにおいて、超音波エネルギー源を移動させることによるカソードの断続的なシールディングにより、パルスめっきプロセス（電流密度を意図的に変化させる）と同様の電気めっきの利点をもたらすことができる。
【００１２】
本発明は、高アスペクト比キャビティの電鋳に使用される場合、特定の利点をもたらすことができるが、表面が高アスペクト比キャビティを含むにせよ含まないにせよ、任意の表面の電気めっきと関連して使用される場合にも、有利であろう。特に明記しない限り、本発明は、高アスペクト比キャビティの電鋳方法および／またはシステムに限定されるべきではない。
【００１３】
一態様において、本発明は、めっき液を収容するタンクを提供する工程と、めっき液中に、アノードと、めっき表面を有するカソードとを提供する工程と、まさにアノードとカソードのめっき表面との間に超音波エネルギー源を配置する工程と、カソードのめっき表面をめっきする工程と、めっき中、超音波エネルギー源によって放出された超音波エネルギーで、めっき表面をスイープする工程とを含む電気めっき方法であって、スイープ工程が、めっき表面を横切って、最大超音波エネルギー密度の領域を移動させる工程を含む、方法を提供する。
【００１４】
別の態様において、本発明は、めっき液を収容するタンクを提供する工程と、めっき液中に、アノードおよびカソードを提供する工程であって、カソードが、複数のキャビティを含むめっき表面を有し、複数のキャビティの各キャビティが、中心軸と、少なくとも約１：１以上のアスペクト比とを有する、工程と、カソードのめっき表面をめっきする工程と、まさにアノードとカソードのめっき表面との間に超音波エネルギー源を配置する工程であって、超音波エネルギー源によって放出された超音波エネルギーが、伝播軸を有する、工程と、めっき中、超音波エネルギー源から放出された超音波エネルギーで、めっき表面をスイープする工程とを含む電気めっき方法を提供する。スイープ工程は、最大超音波エネルギー密度の領域を有するめっき表面を横切って、最大超音波エネルギー密度の領域を移動させる工程と、超音波エネルギー源から超音波エネルギーを放出する間、めっき表面および超音波エネルギー源を互いに対して移動させる工程と、超音波エネルギーの伝播軸を、複数のキャビティの各キャビティの中心軸に合わせる工程とを含む。
【００１５】
別の態様において、本発明は、タンク容積を有するタンクと、タンク容積内に配置されたアノードと、タンク容積内に配置された、めっき表面を含むカソードと、タンク容積内に配置され、まさにアノードとカソードとの間に配置され、めっき表面に超音波エネルギーを放出するように配向された超音波エネルギー源と、超音波エネルギー源およびカソードがタンク容積内に配置されている間、超音波エネルギー源とカソードとの相対移動をもたらす移動装置とを有する、電気めっき装置を提供する。
【００１６】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、本発明の方法およびシステムのさまざまな例示的実施形態と関連して、以下で説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による１つの例示的な電気めっきシステムが、図１および図２に示されている。このシステムが、本質的に例示にすぎないことが理解されるべきである。本発明による、めっき表面を横切る最大超音波エネルギー密度の領域の所望のスイーピングに備える、多くの他のシステムを考案してもよい。
【００１８】
本発明と関連する「スイーピング」または「相対動作」が、連続的である（方向変更の間のみ、最大超音波エネルギー密度の領域の速度が０に達する）ことが好ましいであろうが、移動が、代わりに、段階的態様であり、別々の移動の間に、いくらかの静止休止時間があってもよいことを理解されたい。しかし、どの静止休止時間も、超音波で向上しためっきが行われている全時間の約５％以下を占めることが好ましいであろう。
【００１９】
示されたシステムは、カソード２０とアノード３０とを収容するめっきタンク１０を含む。超音波エネルギー源４０も、めっきタンク１０内に配置され、超音波エネルギー源４０は、まさにカソード２０とアノード３０との間に配置されている。このシステムは、また、好ましくは、以下でより詳細に説明される移動装置５０を含む。
【００２０】
図１は、カソード２０およびアノード３０の上端縁に沿って、めっきタンク１０の上面を示す。超音波エネルギー源４０の上端も、めっきタンク１０の側壁の上端縁とともに、この図に見られる。図２は、カソード２０、アノード３０、および好ましい超音波エネルギー源４０の側端縁を示すシステムの側面図である。図３は、めっきタンク１０およびアノード３０を除去して超音波エネルギー源４０およびカソード２０を露出したシステムの正面の図である。
【００２１】
移動装置５０も、図１〜３に示されている。以下でより詳細に説明するように、移動装置５０は、カソード２０を横切って超音波エネルギー源４０を移動させるために使用される。移動装置５０の全部ではないとしても大部分は、好ましくは、めっきタンク１０内のめっき液の外側に配置してもよい。
【００２２】
移動装置５０は、好ましくは、電気めっき中、超音波エネルギー源４０を、カソード２０のめっき表面２２を横切って、行ったり来たりして、往復（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）動作で、移動させることができる。当業者に知られている、いかなる機構または機構の組合せを用いて、所望の往復動作を与えてもよい。例としては、カムおよびフォロア機構、ボールリバーサ（ｂａｌｌ  ｒｅｖｅｒｓｅｒ）機構などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２３】
さらに、移動装置５０は、カソード２０が静止したままの間、超音波エネルギー源４０を移動させるように示されているが、カソード２０が移動する間、超音波エネルギー源４０が静止したままである、他のシステムを提供してもよいことが理解されるべきである。さらに別の代替例において、カソード２０および超音波エネルギー源４０の両方を移動させてもよい（同じ時間または異なった時間に）。
【００２４】
めっきタンク１０は、いかなる適切な形状および／または構成であってもよい。たとえば、略矩形上部開口部と、底部まで延在する、３つの略垂直側壁とを有してもよい。第４の側壁を、垂直面に対して好都合に角度をつけ、傾斜側壁に寄りかかるカソード構造２０に取付けられた比較的平坦な基板のめっきを向上させてもよい。そのようなめっきタンク構造は、当該技術において知られており、本明細書でさらに説明しない。
【００２５】
電気めっき液の任意の所望の循環をもたらすために、適切なポンプおよび流体溜めをめっきタンク１０に取付けてもよい。いくつかの場合、めっき中、使用済みの溶液をタンク１０から除去する間、必要に応じて、新しい電気めっき液をタンク１０に計量供給してもよい。
【００２６】
カソード２０は、めっき中、めっき液中に沈められるように、めっきタンク１０内に配置されている。カソード２０は、めっきが優先的に行われるめっき表面２２を、含むか、定める。カソード２０は、典型的には、電気めっきが完了した後、システムから取外すことができる基板または物体の形態で提供される。
【００２７】
本発明による方法で処理すべきカソードが、適切な電気めっきに十分に導電性でない、１つの材料または複数の材料から構成される場合、少なくともターゲット表面２２上に薄い導電性層を設けることが好ましいであろう。その層を、任意の適切な技術、たとえば、スパッタリング、化学蒸着、鏡反応、無電解めっきなどによって、堆積または形成してもよい。
【００２８】
アノード３０も、めっき中、アノード３０がめっき液中に沈められるように、タンク１０内に配置されている。アノード３０は、たとえば、金属プレート、または金属ボールもしくは金属ペレットを収容するバスケットの形態で提供してもよい。多くの場合、めっき浴中へのアノードスラッジの漏れを低減または防止するために、アノードバッグも使用してもよい。さらに、電流分配を向上させるために、アノードシールドも使用してもよい。
【００２９】
上記のように、システムの構成要素は、形状およびサイズが、ほとんど従来のものである。しかし、本発明によれば、システムは、また、まさにカソード２０とアノード３０との間に配置された超音波エネルギー源４０を含む。本明細書で用いられるように、「まさに…間に配置された」とは、アノード３０の、カソード２０上への視線投影（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が、超音波エネルギー源４０によって部分的に覆い隠されるように、超音波エネルギー源４０がカソード２０とアノード３０との間に挿入されていることを意味する。
【００３０】
典型的な電気めっきシステムにおいて、まさにカソード２０とアノード３０との間に配置された障害物は、シャドーイングおよび他の影響のため、不均一なめっきをもたらすことがある。結果として、既知の電気めっきシステムおよび方法では、カソード２０とアノード３０との間に障害物を導入するのを回避する。対照的に、本発明は、まさにカソード２０とアノード３０との間に、超音波エネルギー源４０を配置してもよい。しかし、超音波エネルギー源４０によるカソード２０のいかなるシールディングも、不均一なめっきをもたらさないように、めっき中、超音波エネルギー源４０を移動させることによって、カソード２０とアノード３０との間の経路を遮る悪影響を低減する。
【００３１】
超音波エネルギー源４０によって放出される超音波エネルギーが、カソード２０のめっき表面２２に向けられるように、超音波エネルギー源４０は、システム内に取付けられている。好ましくは、必然的ではないが、めっき表面２２上に衝突する超音波エネルギーを、超音波エネルギー源４０が細長い方向に対応する方向、たとえば図３のｄ1、に沿って、めっき表面２２の上に比較的均一に分配してもよい。その目的を達成するために、超音波エネルギー源４０は、好ましくは、１つの方向（ｄ1）に沿ってカソード２０のめっき表面２２にわたるように、細長くてもよい（たとえば、バー、ビームなどの形態で）。超音波エネルギー源４０を、１つの細長いトランスデューサの形態で提供してもよいし、軸に沿って取付けられたトランスデューサのアレイとして提供してもよい。
【００３２】
超音波エネルギー源４０は、好ましくは、１つの方向、たとえばｄ1において、カソード２０のめっき表面２２にわたるが、好ましくは、第２の方向、たとえば図３のｄ2に沿って、カソードのめっき表面２２より狭くてもよい。少なくとも、第２の方向は、第１の方向と平行でない。たとえば図２に見られるように、第２の方向が、第１の方向と直交することが好ましいであろう。
【００３３】
超音波エネルギー源４０が一端に沿って見える図４を参照すると、超音波エネルギー源４０は、典型的には、めっき表面２２の方向に波形４３として超音波エネルギーを放出する。それらの波形は、めっき表面２２上に衝突すると、典型的には超音波エネルギー源４０とめっき表面２２との間の最短距離に対応する最大超音波エネルギー密度の領域を定める。図４は、最大超音波エネルギー密度の例示的な領域４４を含む。
【００３４】
理論的には、めっき表面２２で経験される超音波エネルギー密度は、めっき表面２２の非常に小さい部分のみが、絶対最大エネルギー密度、すなわち、任意の所与の時間にめっき表面で経験される最高超音波エネルギー密度を経験するプロファイルを呈してもよい。しかし、本発明の目的で、「最大超音波エネルギー密度の領域」を、たとえば、絶対最大エネルギー密度の少なくとも約９５％以上を経験する、めっき表面２２の領域と定義してもよい。
【００３５】
図５は、最大超音波エネルギー密度の領域１４４が破線で示された、めっき表面１２２の概略図である。本発明によれば、めっき中、少なくとも、たとえば２回、めっき表面１２２上の任意の選択されたポイントが、最大超音波エネルギー密度に曝されるように、領域１４４は、少なくとも２回、両方向矢印Ｓの方向に、めっき表面１２２を横切って、スイープする。
【００３６】
図５に示されたシステムまたは方法は、最大超音波エネルギー密度の領域１４４の少なくとも１つの寸法が、めっき表面１２２より小さいことを示すが、図６は、最大超音波エネルギー密度の領域２４４の全寸法が、めっき表面２２２より大きい、別の変更例を示す。結果として、本発明の方法による領域２４４のスイーピングは、たとえば図６に見られるように、めっき表面２２２の一部の、領域２４４の外側の配置をもたらす、めっき表面２２２に対する領域２４４の移動が必要であろう。
【００３７】
図７および図８は、カソード３２０上のめっき表面３２２を、めっきタンク３１０内に配置される間、回転軸３２３を中心に回転させる、本発明のシステムおよび方法の別の変更例を示す。超音波エネルギー源３４０が、タンク３１０内に、アノード３３０とめっき表面３２２との間に配置されている。軸３２３を中心にカソードを回転させると（任意の適切な回転機構によって）、めっき表面３２２の上の最大超音波エネルギー密度の領域のスイーピングをもたらす。本発明の方法によれば、典型的には、めっき表面３２２の各部分が、少なくとも２回、超音波エネルギー源３４０の前を通過するように、カソード３２０を回転させて、本発明の方法による超音波エネルギーの繰返しのスイーピングをもたらすことが好ましい。カソード３２０の移動について述べたが、代わりに、カソードが静止したままの間、超音波エネルギー源３４０を移動できるか、別の代替例において、カソード３２０および超音波エネルギー源３４０の両方を、同じ時間または異なった時間に移動できることが理解されるであろう。
【００３８】
図９は、本発明による方法および装置の別の任意の特徴を示す。めっき表面４２２が、カソード４２０（その一部のみが図９に示されている）に設けられている。めっき表面４２２は、スルーホール４６０、すなわち、カソード４２０を完全に通って形成された空隙の形態の、１つのキャビティを含む。別のキャビティも、スルーホール４６０のようにカソード４２０を完全に通って形成されていないウェル４７０の形態で、図９に見られる。
【００３９】
各キャビティ、すなわち、スルーホール４６０およびウェル４７０は、キャビティから延在する中心軸４６１および４７１（それぞれ）を定める。さらに、各キャビティは、また、中心軸に沿ったキャビティの深さとキャビティの幅（幅は、キャビティの深さの中間点でキャビティの深さを横断して測定する）との比であるアスペクト比を定める。本発明のカソードのめっき表面に形成されたキャビティは、高アスペクト比（ｄ：ｗ）、すなわち、約１：１以上のアスペクト比を有してもよい。
【００４０】
本発明の目的で、スルーホール４６０の深さは、典型的には、カソード４２０の厚さと定義してもよい。軸４６１および４７１は、ほぼ平坦なめっき表面４２２に垂直に示されているが、いくつかの場合、キャビティに、めっき表面４２２に垂直でない中心軸を与えてもよく、すなわち、中心軸を法線に対して傾斜させてもよいことが理解されるべきである。
【００４１】
図９の超音波エネルギー源４４０は、超音波エネルギー源４４０から出る伝播軸４４５を定める波形の超音波エネルギーを放出するように示されている。図９には少しの伝播軸しか示されていないが、多数の伝播軸が存在し、示されたものが本質的に例示にすぎないことが理解されるであろう。
【００４２】
本発明のいくつかの態様において、超音波エネルギー源４４０によって放出された超音波エネルギーの少なくとも１つの伝播軸が、カソード４２０の各キャビティの中心軸と整列することが好ましいであろう。伝播軸とキャビティの中心軸との整列により、キャビティの最も深い部分への超音波エネルギーの供給を向上させることによって、キャビティ内のめっきを向上させるであろう。
【００４３】
本発明による方法において、超音波エネルギー源を動作させる電力レベルは、カソード上にめっきされている材料、カソードのサイズ、所望のめっきの厚さ、めっき表面の任意のキャビティのアスペクト比、めっきがコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）であるべきか否か、めっき浴の組成、アノードとカソードとの間の電流密度などを含むが、これらに限定されない、さまざまな要因に基いて、変わってもよい。
【００４４】
超音波エネルギーのスイーピング性質のため、超音波エネルギーのエネルギー密度は、たとえば、洗浄プロセス、または従来の超音波で向上しためっきプロセス（めっき表面の上に超音波エネルギーをスイープしない）で典型的に用いられるより、著しく低くてもよい。たとえば、めっき中に用いられるエネルギー密度は、洗浄中に用いられるエネルギー密度の約１０％だけであってもよく、なぜなら、タンク内のめっき液にキャビティを作る必要がないからである。
【００４５】
本発明は、超音波で向上した電気めっきの方法に関するが、電気めっきが発生している時間の一部のみ、めっきタンク内に超音波エネルギーを供給することが好ましいであろう。１つの方法において、たとえば、超音波エネルギーがない状態での電気めっきの最初の期間の後でのみ、めっき表面の上に超音波エネルギーをスイープすることが望ましいであろう。別の方法において、最初に、めっき表面の上に超音波エネルギーをスイープする間、電気めっきし、その後、超音波エネルギーがない状態で電気めっきを続ける間、超音波エネルギーを中断することが望ましいであろう。いずれの方法も、めっき電流密度は、全段階の間、同じであってもよいし、必要に応じて変えてもよい。
【００４６】
さらに別の方法において、いかなる超音波エネルギーもない状態で、いくらかの最初の電気めっきを行い、その後、めっき表面の上に超音波エネルギーをスイープする間、めっきし、次に、めっき表面の電気めっきを続ける間、めっき表面への超音波エネルギーの供給を中断することが好ましいであろう。上記のように、めっき電流密度が、全段階の間、同じであってもよいし、めっき電流密度を必要に応じて変えてもよい。
【実施例】
【００４７】
本発明の理解を高めるために、次の実施例を示す。本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【００４８】
６５ガロン（２４６リットル）の溶液体積を有するめっきタンクを提供する。カソードをタンク内に配置し、水平面に対して４５゜の角度で配向し、ターゲット表面を上に向けた。カソードは、めっき表面のキャビティを含む、ガラス上に取付けられた平面ポリイミド基板であった。キャビティのアスペクト比は、約２８：１であった。鏡反応による電気めっき前に、めっき表面に、銀の導電性層をシーディングした。
【００４９】
アノードを、チタンバスケット内のニッケルペレットの形態で提供した。ペレットは、インターナショナル・ニッケル・カンパニー（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎｉｃｋｅｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）によって製造された。アノードバッグをアノードの周りに配置した。アノードを、カソードとほぼ平行に取付けた。
【００５０】
超音波トランスデューサを、タンク内に、まさにカソードのターゲット表面とアノードとの間に配置し、超音波トランスデューサをカソードのターゲット表面に向けた。超音波トランスデューサは、ＣＡＥウルトラソニックス（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ）（ニューヨーク州ジェームズタウン（Ｊａｍｅｓｔｏｗｎ，ＮＹ））のモデルＮ−１０００（ネプチューン・シリーズ（ＮＥＰＴＵＮＥ  Ｓｅｒｉｅｓ））であり、平均電力３５０Ｗ（３５０Ｊ／ｓ）および周波数４０ｋＨｚであった。
【００５１】
超音波トランスデューサを往復移動装置上に取付けた。移動装置をめっきタンクより上に配置し、めっきプロセス中、超音波トランスデューサを、カソードのめっき表面を横切って、行ったり来たりして移動させた。
【００５２】
めっき液は、スルファミン酸ニッケル５００ｇ／ｌ、ホウ酸３０ｇ／ｌ、および小量の界面活性剤（マクダーミド（ＭｃＤｅｒｍｉｄ）のバレット・スナップＬ（Ｂａｒｒｅｔｔ  Ｓｎａｐ  Ｌ））を含む水浴であり、表面張力を２９ｄｙｎ／ｃｍ2に調整した（フィッシャー・サイエンティフィック・サーフェス・テンショマト（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＴＥＮＳＩＯＭＡＴ）２１を使用して測定された）。めっき液の温度は、１３５゜Ｆ（摂氏５７゜）であった。めっき中、１時間あたり約１０回の速度で、めっきタンク内で、めっき液を再循環させた。
【００５３】
全構成要素が所定位置にある状態で、１時間、超音波エネルギーがない状態で、１ＡＳＦ（０．１０８Ａ／ｄｍ2）の電流密度で、電気めっきを開始し、その後、２４時間、めっき表面を横切って、超音波エネルギーをスイープする間、同じ電流密度で電気めっきを行い、その後、超音波エネルギーの供給を中断した。しかし、超音波エネルギーがない状態で、２４時間、１５ＡＳＦ（１．６２Ａ／ｄｍ2）の電流密度で、電気めっきを続けた。
【００５４】
電気めっき中、超音波トランスデューサを、約３５Ｗ（３５Ｊ／ｓ）の電力レベルで動作させた。超音波トランスデューサが、約３０秒毎に、めっき表面の上の１つの方向における各パスを完了するように、電気めっき中、超音波トランスデューサを、カソードのめっき表面を横切って、行ったり来たりして、往復動作で、移動させた。
【００５５】
このプロセスによれば、めっき表面をニッケルで電気めっきし、高品質、固体構造、低応力、良好な接着、および均一な堆積をもたらす。
【００５６】
先の特定の実施形態は、本発明の実施を例示する。本文書に特に記載されていない、任意の要素またはアイテムがない状態で、本発明を適切に実施してもよい。
【００５７】
本発明のさまざまな修正および変更は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。たとえば、システムおよび方法を、１つの超音波エネルギー源のみとともに使用するように示したが、２以上の超音波エネルギー源を使用して、めっき中、ターゲット表面上に超音波エネルギーを供給することができる。別の例において、湾曲するか、他の態様の非平面ターゲット表面をめっきすることができる。本発明が本明細書に記載された例示的実施形態に不当に限定されるべきではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による１つの電気めっきシステムの上面図である。
【図２】図１のシステムの側面図である。
【図３】アノード３０を除去した、図１のシステムの正面図である。
【図４】代替の電気めっきシステムの図である。
【図５】最大超音波エネルギー密度の領域が破線で示された、めっき表面の概略図である。
【図６】最大超音波エネルギー密度の領域が、めっき表面より大きい、図５の変更例を示す。
【図７】超音波エネルギーのスイーピングが回転移動によって行われる、本発明の別の電気めっきシステムを示し、図７は、回転軸を横断してとられている。
【図８】図７の線８−８に沿った、図７のシステムの図である。
【図９】超音波エネルギー伝播軸とめっき表面のキャビティの中心軸との関係を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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