专利名称：用于测量镀敷膜内应力的电极盒和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有应变计(strain gauge)的用于测量镀敷膜内应力的电极盒(electrode cartridge)，以及用于利用该电极盒来执行测量的系统。
背景技术：
近年来，镀敷已被广泛地应用于金属表面。被施加镀敷的对象物的尺寸越小，对更薄的镀敷膜及其性能的要求就越高。尤其是在半导体领域中，已经到了要求将镀敷的厚度和宽度控制为小到几个纳米的地步。
必需最优化电镀品淀积的条件(例如镀敷液的成分、电流密度、搅拌速度以及镀敷液的温度)以恒定地获得最好的镀敷膜。在通常公知的镀敷方法中有时会发生这样的情况即使在镀敷开始时建立了最优化条件，镀敷膜的特性也会随着镀敷液的成分逐渐地偏离其原始成分而发生漂移。这导致必须通过连续地监测镀敷槽来对状态进行控制，以使得可以保持镀敷膜的稳定特性。对镀敷槽状态进行监测的一个示例是测量镀敷膜的内应力(以下如有必要则简称为“内镀敷应力”)。用于测量镀敷膜的内应力的常规装置包括使用螺旋应力计(spiral stress meter)的装置。下面对该装置(以下如有必要则称为“螺旋镀敷应力计”)进行描述。
如图7所示，螺旋镀敷应力计50保持有一测试样品51，测试样品51是环绕带有夹具(clamp)53的支承轴52和带有夹具54的转动轴57的螺旋形成构件。测试样品51的内表面(背面)涂敷有荧光树脂，以使得镀敷膜只形成在其外表面上(正面)上。支承轴52是具有中空部分的圆筒形构件。夹具53连接到支承轴52的下端部，保持测试样品51的上端部。转动轴57是细长的杆，其可转动地贯穿支承轴52的中空部分。转动轴57的上端部连接到转换器(transducer)56的指针，并且其下端部连接到夹具54。这样，测试样品51的转矩被传送到转动轴57，该转动轴57引起转换器56的指针的转动。
当把螺旋镀敷应力计50置于充有镀敷液的槽中，并通过电源(未示出)在应力计50与阳极板之间提供电流时，测试样品51的正面被镀敷，从而在测试样品51中产生内应力并由此引起转动轴57的转动。转换器56将该转动转换为扭转角(α)，从而应力计50测量到内镀敷应力(σ)，所述内镀敷应力可以由公式(1)来计算σ＝(2k/pt)×(α/d) (1)其中k为螺旋常数(spiral constant)(mm·N/deg)，p为螺距(pitchof spiral)(mm)，t为螺旋板的厚度(mm)，α为扭转角(deg)，d为镀敷的厚度(mm)。
尽管螺旋镀敷应力计50能够以相对高的精度来测量镀敷的内应力，但是难以将应力计50用于测量微小的应力，这是因为必需用肉眼来读取转换器56的指针。而且，当负责人以预定的时间间隔来读取指针以监测螺旋镀敷应力计50能够实时提供的内应力变化时，对他是沉重的负担。此外，由于转换器56的指针是人用肉眼读取的，所以存在另一问题将产生由读取引起的误差。
由于在螺旋镀敷应力计50中是用肉眼来对转换器56的指针进行读取的，所以该指针必需位移至使肉眼能够看到该位移的程度。测试样品5 1的刚性越小，就使得转换器56的指针的转动位移越大。因此，测试样品51越薄，理论上来说就可以测量到越小的应力。然而，存在这样的问题如果降低测试样品51的刚性(减小测试样品51的厚度)，就不可能精确地测量镀敷膜的内应力。这归因于以下事实测试样品51的形变减小了镀敷膜的内应力，从而给出误导的较小值。换句话说，螺旋镀敷应力计50在测量镀敷膜的内应力的精度方面存在局限性。
另一方面，已利用应变计的原理对用于测量镀敷膜内应力的另一方法进行了研究，在以下非专利文献中对该方法进行了报导Yutaka Tsuru etal.，Development of the Measuring System for Mean Internal Stress in NickelFilm Plated on Copper Substance，page 780-784 DENKI KAGAKU Vol.60No.9，September 1992。
该方法使用了接合到阴极板的背面的应变计。该应变计测量由镀敷膜的内应力引起的阴极板的扭曲(distortion)(微小形变)进行测量。这样，该方法基于该扭曲来计算内应力。
图8是示出根据使用应变计来测量镀敷膜内应力的常规装置的镀敷槽内的电压分布的剖面图。用于测量镀敷膜内应力的常规装置60包括镀敷槽61、阴极板C、阳极板A以及屏蔽板62。镀敷槽61充有镀敷液。阴极板C和阳极板A被布置为使这两块板以预定的间隔相互面对。具有预定尺寸的通孔62a的屏蔽板62插在阴极板C与阳极板A之间。应变计HG接合到阴极板C的镀敷部分的背面。
使用装置60来精确测量镀敷膜内应力要求镀敷膜的厚度均匀，该镀敷膜形成在作为待镀敷对象的阴极板C上。因此，如图8所示，使装置60适于提供与阴极板C平行的等势线。这是通过不仅布置具有通孔62a的屏蔽板62、而且对阴极板C与屏蔽板62之间的间隔以及屏蔽板62与阳极板A之间的间隔适当地进行调节来实现的。这样，就恰当地调节了槽内的电压分布，从而可以形成均匀的镀敷膜厚度。
这里列出本申请人提交的日本公布专利申请2000-002598作为参考，其公开了一种用于测量镀敷膜内应力的装置。
然而，为了获得均匀的镀敷膜厚度，曾需要调节(1)阴极板C与屏蔽板62之间的间隔以及阳极板A与屏蔽板62之间的间隔；(2)通孔62a与阴极板C之间的宽度比；以及(3)通孔62a与阴极板C的镀敷部分之间的高度方向上的几何关系。当手动地进行调节时，有时需要花费大量时间，或者有时由于不恰当的调节而不可能获得均匀的镀敷膜厚度。这在对非常薄的镀敷膜的内应力进行测量时更经常地发生。
即使成功地执行了如(1)到(3)的调节，有时也发生由于阳极板A在持续镀敷过程中的溶解而使得其宽度变化的情况。这导致等势线的变化，从而打乱它们相对于阴极板C的平行性。这样，存在如下问题无法获得均匀的镀敷膜厚度并且相应地无法准确地测量内应力。
当将电源连接到阴极板C和阳极板A以提供电流时，氢离子(H+)聚集在阴极板C的表面上，在镀敷膜上形成凹陷(凹口)。如果产生了大量凹陷，就不可能准确地测量镀敷膜的内应力。为解决此问题，有必要制备用于去除聚集在镀敷膜上的氢离子的装置。用于去除氢离子的方法包括一种为阴极板C提供振动的方法；以及另一种通过向阴极板C喷射气泡来吹除氢离子的方法。然而，使用振动的方法对应变计的测量具有产生噪声的不利影响。另一方面，使用气泡的方法有时由于注入气泡的位置变化而影响了镀敷膜的状态。这样，当对阴极板C与注入孔之间的几何关系进行手动调节时，由于几何关系的细微偏差而使得难以保证镀敷膜的可重复性，这将导致对镀敷膜内应力进行测量的精度劣化。
发明内容
本发明致力于解决上述缺点，并且致力于不仅提供一种能够使用应变计对镀敷膜内应力执行准确且容易的测量的电极盒，而且提供一种带有该电极盒的镀敷膜内应力测量系统。
本发明的一方面是提供一种用于测量镀敷膜的内应力的电极盒。该电极盒包括阴极支承部、阳极支承部、屏蔽板以及阳极壳(shell)。所述阴极支承部将阴极板支承在镀敷液中，而该阴极板具有一镀敷部分，该镀敷部分的背面接合有应变计。阳极支承部将阳极板支承在镀敷液中，使得阳极板以预定间隔与阴极板相对。屏蔽板插在阴极板与阳极板之间。阳极壳在镀敷液中包围阳极板的周部和端部。在屏蔽板中以这样的方式形成通孔即，使该通孔面对所述镀敷部分并具有相对于所述镀敷部分的几何形状以第一预定比例系数缩小的几何形状。在阳极壳中以这样的方式形成开口即，使该开口面对所述镀敷部分并具有相对于所述镀敷部分的几何形状以第二预定比例系数放大的几何形状。
上述电极盒使得可以实现这样的布置即，阴极板和阳极板不但以预定的间隔相互面对，而且具有由上述通孔和开口给出的预定尺寸关系。这种布置不仅免除了对阴极板和阳极板的布置的细调，而且免除了对它们之间的间隔的细调，从而提供了对镀敷膜的内应力更容易的测量。
此外，尽管阳极板的宽度因溶解而发生变化，上述电极盒仍然能够保持阳极壳的开口的恒定宽度(尺寸)，从而保持镀敷液内的电压分布以使其在阴极板的附近平行于所述阴极板。换句话说，可以对镀敷膜获得均匀厚度而不受由于阳极板的溶解而导致的不利影响。因此，可以准确并容易地测量镀敷膜的内应力。优选地而非必要地，将阳极板的宽度调节为大于开口的宽度，以使得即使阳极板的宽度由于溶解而减小，阳极板也完全占据开口的宽度。
关于这一点，优选地而非必要地，将电极盒的屏蔽板的通孔的宽度和高度分别调节为所述镀敷部分的宽度和高度的0.4到0.8倍。此外，优选地而非必要地，将阳极壳的开口的宽度和高度调节为所述镀敷部分的宽度和高度的1.1到1.3倍。选择这些尺寸能够防止镀敷膜的厚度在所述镀敷部分的边缘附近比其它区域更厚。
本发明的另一方面是提供一种还包括气泡提供装置的电极盒。该气泡提供装置从阴极支承部延伸到与阴极板的下端相对的部分，并从该部分注射气泡。
上述电极盒避免了对阴极板与气泡之间的相对位置的调节，能够保持稳定地向阴极板喷射气泡。因为无需调节就可以防止形成凹陷，保证了镀敷膜的可重复性，所以可以准确并容易地测量镀敷膜的内应力。
本发明的又一方面是提供一种带有电极盒的镀敷膜内应力测量系统，其包括镀敷槽、电源、测量装置以及计算机。镀敷槽贮存有镀敷液，支承阴极板和阳极板的电极盒浸入所述镀敷液中。电源电连接到阴极板和阳极板。所述测量装置电连接到接合于阴极板的应变计。计算机根据测量装置获得的结果以及阴极板和镀敷膜的特性，来计算镀敷膜的内应力。
配备有所述电极盒的上述系统能够提供对镀敷膜内应力的准确且容易的测量。这归因于以下事实只有将电极置于所述电极盒中，才可以无需对电极和屏蔽板进行烦琐的定位就形成均匀的镀敷膜厚度。这样，所述系统提供了对镀敷内应力的准确且容易的测量。
此外，与其刻度由肉眼读取的螺旋镀敷应力计相比，带有计算机的所述系统能够测量内应力的更细微的变化。由于应变计发送的信号被电并入到测量装置中，所以所述系统能够以电子数据的形式获得内应力的变化。此外，由于所述系统解决了人工读数误差，所以其能够提供对镀敷内应力的更准确且更容易的测量。
关于这一点，所述电源除了包括直流电源，例如还包括脉冲电源和交流电源。例如，计算机可以利用公式(2)来计算镀敷膜的内应力。所述计算机包括商用个人计算机等。
σ＝Et2δ/[3(1-ν)dl2] (2)其中σ为镀敷膜的内应力，l为阴极板的镀敷部分的长度，t为阴极板的厚度，E为阴极板的杨氏模量，ν为阴极板的泊松比，δ为阴极板的挠曲(deflection)，d为镀敷膜的厚度。
所述电极盒和所述系统使用用于测量镀敷膜内应力的应变计来提供准确且容易的测量。这样，如果基于所述系统测量到的结果来调节镀敷条件，就可以恒定地获得最佳镀敷膜。
由于应变计能够测量阴极板的微小变形，所以可以准确且容易地测量被形成得薄到足以用于所谓纳米技术的镀敷膜的内应力。
图1是示出根据本发明的用于测量镀敷膜内应力的系统的立体图。
图2是示出镀敷槽和安装有阴极板和阳极板的电极盒的立体图。
图3是示出电极盒的六个视图(俯视图、正视图、右侧视图、左侧视图、背视图以及仰视图)。
图4A-4C分别是沿图3的俯视图中的线A-A、B-B以及C-C所截取的剖视图。
图5是从线D-D所看到的立体图。
图6是示出阴极板的镀敷部分、屏蔽板的通孔以及阳极壳的开口之间的几何关系的示意图。
图7是示出常规螺旋镀敷应力计的立体图。
图8是示出根据使用应变计来测量镀敷膜内应力的常规装置的镀敷槽内的电压分布的剖视图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明实施例进行描述。当相同单元出现在不同的图中时，在这些图中一致地使用相同的符号。在对单元进行一次描述之后，不再进行重复。
a.用于测量镀敷膜内应力的系统的结构描述如图1中所示，用于测量镀敷膜内应力的系统100包括电极盒10、镀敷槽20、测量装置30以及笔记本个人计算机40。电极盒10配备有阴极板C和阳极板A。镀敷槽20贮存有镀敷液。测量装置30电连接到应变计HG，应变计HG接合到阴极板C。笔记本个人计算机40根据测量装置30测量到的结果来计算镀敷膜的内应力。关于这一点，假定测量装置30具有直流电源以提供镀敷所需电力。
电极盒10将阴极板C和阳极板A支承在镀敷液中。电极盒10浸入充在镀敷槽20的蓄池部分22中的镀敷液，后面将描述镀敷槽20。阴极板C和阳极板A的下端部相应地浸入镀敷液中。电极盒10由从电极盒10的侧面延伸的凸缘支承在蓄池部分22的上表面22a上。这样，阴极板C和阳极板A的上端部暴露在镀敷液上方。后面将参照图2给出对电极盒10的结构的详细描述。
电缆E电连接到阴极板C和阳极板A的上端部，以向这些板C和A供电。应变计HG接合到阴极板C(参见图2)并电连接到测量装置30。后面将参照图2给出对阴极板C和阳极板A的结构的详细描述。
其中安装有电极盒10的镀敷槽20用作用于贮存镀敷液的槽。镀敷槽20包括基座21和蓄池部分22。基座21是用于支承蓄池部分22的基部结构。蓄池部分22是具有上开口的长方体。蓄池部分22的中空部分22b充有镀敷液(未示出)。
优选地但不是必需地，电极盒10和镀敷槽20由不易受到镀敷液所引起的腐蚀的玻璃或塑性材料(如压克力(acryl)、聚丙烯和氟树脂)制成。
测量装置30基于接合到阴极板C的应变计HG(见图2)的电阻(电压信号)的变化来测量阴极板C的扭曲。配备有包括应变计HG的等效电路(惠斯通电桥)的测量装置30例如能够基于应变计HG的电阻变化来测量阴极板C的扭曲。此外，测量装置30能够经由连接缆线K向笔记本个人计算机40发送所测量到的扭曲的信号。
由于具有直流电源，所以测量装置30能够向包括阴极板C和阳极板A的电路提供电流。所提供的电流及其时间段被发送给个人计算机40，在个人计算机40处，利用所述电流及其时间段来计算镀敷膜的厚度等。可以根据预先确定的供电电流和时间段来控制测量装置30的直流电源，以使得要形成的镀敷膜的厚度符合预定值。在此情况下，可以预先在个人计算机40中输入电流和时间段。
笔记本个人计算机40根据测量装置30测量到的阴极板C的扭曲来计算内应力。经由连接缆线K电连接到测量装置30的笔记本个人计算机40能够接收测量装置30测量到的数据。笔记本个人计算机40根据应变计HG的测量结果(扭曲)、阴极板C(镀敷部分CP)的特征值(厚度、长度、杨氏模量、泊松比等)、以及镀敷膜的特征值(厚度)，使用上述公式(2)来计算镀敷膜的内应力。内应力σ以曲线图的形式示于显示器上，这有助于测量人员更好地了解镀敷膜的内应力。
关于这一点，另选地，笔记本个人计算机40可以利用预先实验获得的扭曲(ε)与挠曲(δ)之间的关系，根据测量装置30测量到的扭曲来计算挠曲。
b.电极盒的结构参照图2至6，对电极盒10的结构进行描述。
如图2至6中所示，电极盒10包括阴极支承部11、阳极支承部12、屏蔽板13、阳极壳14(见图5)、气泡提供装置15、以及连接这些部件11至15的连接部分16。
阴极支承部11包括主体部分11a、凸缘11b和11c、阴极插槽11d以及螺栓11e。当电极盒10浸入镀敷液中时，阴极支承部11支承插入阴极插槽11d中的阴极板C。
作为类似于长方体的构件的主体部分11a具有从其两个纵向端侧向延伸的凸缘11b和11c。当电极盒10浸入镀敷槽20中时，凸缘11b和11c置于蓄池部分22的上端部22a上以支承电极盒10(主体部分11a)。
在主体部分11a的中间钻有阴极插槽11d，阴极板C穿过阴极插槽11d而被插入(见图4A)。主体部分11a具有螺栓11e，螺栓11e用于调节和保持阴极板C的垂直位置。
利用凸缘11b和11c，带有插入阴极插槽11d中的阴极板C(其由螺栓11e来固定)的阴极支承部11置于镀敷槽20的上端部22a上。这样，可以将主体部分11a安装在蓄池部分22的中空部分22b中。主体部分11a以这样的方式来支承阴极板C，即，使得阴极板C的下部浸入镀敷液中同时其上部处于镀敷液的液面上方。
对阴极支承部11支承的阴极板C进行描述。
阴极板C被形成为由导电材料制成的细长板(矩形片)，用作待镀敷对象物。在阴极板C的一个端部处形成有待镀敷的镀敷部分CP，镀敷膜被淀积在所述镀敷部分CP上。例如，通过向阴极板C除了镀敷部分CP之外的部分施加绝缘敷层来形成镀敷部分CP。在镀敷部分CP的背面上接合有用于测量阴极板C的扭曲的应变计HG。阴极板C安装在阴极插槽11d中，同时使其镀敷部分CP朝下。由螺栓11e来调节阴极板C的位置，以将镀敷部分CP垂直定位成面对屏蔽板13的通孔13a。关于这一点，另选地，可以在阴极板C的上部配备凸部从而消除垂直调节。优选地而非必要地，该凸部被形成为使得在该凸部接触到主体部分11a的上表面时，镀敷部分CP的中心与通孔13a的中心和阳极壳14的开口14a的中心二者都重合。自属于测量装置30的直流电源引出的缆线E连接到阴极板C的另一端部。
尽管在本发明中不限制阴极板C的厚度(t)，但是优选地而非必要地，示例值可以在0.6mm的量级。类似地，镀敷部分CP的长度(l)的示例值优选而非必要地可以在25mm的量级。用于阴极板C的许多金属所固有的杨氏模量(E)和泊松比(ν)可以通过测试和所述许多金属所附的鉴定而获得。
阳极支承部12包括主体部分12a、凸缘12b和12c以及阳极插槽12d。阳极支承部12将插入阳极插槽12d中的阳极板A支承在镀敷液中。除了阳极支承部12不具有螺栓11e的对应物外，阳极支承部12在结构上类似于阴极支承部11。
阳极支承部12的主体部分12a是形状像长方体的构件，其经由连接部分16(16a和16b)(见图3)以预定的间隔机械连接(固定)到阴极支承部11的主体部分11a。该间隔被调节得使镀敷膜的厚度均匀。从主体部分12a的两个端部延伸的凸缘12b和12c置于镀敷槽22的上端部22a上。阳极插槽12d沿垂直方向穿过主体部分12a，并面对阴极插槽11d。当阳极板A被插入阳极插槽12d中时，它将面对阴极板C。
下面对阳极支承部12支承的阳极板A进行描述。
阳极板A是由导电材料制成的细长板形的电极，该导电材料通常与溶解在镀敷液中的材料相同。例如，在镀镍的情况下，使用属于镍族的材料。如果阳极板A不可溶解，则可以选择与镀敷液不同的材料。阳极板A受到垂直支承，同时与形成在阳极插槽12d之下的阳极壳14(见图5)相接触。
屏蔽板13是板状构件且位于阴极板C与阳极板A之间，其在预定位置处具有通孔13a(见图4A)，通孔13a在几何上与阴极板C的镀敷部分CP相似。具有通孔13a的屏蔽板13调节镀敷液内的电压分布以使其与阴极板C平行。屏蔽板13连接到连接部分16c和16d的侧面。连接部分16c和16d的两个下端部通过连接部分16g相连接。屏蔽板13的垂直长度被调节为等于从阴极支承部11的主体部分11a的下表面到连接部分16g的上表面的长度。这样，由连接部分16c、16d和16g以及主体部分11a所包围的包封部(envelope)除了通孔13a之外相对于阳极板A受到屏蔽。当镀敷液的液面低于屏蔽板13的上端时，可以不必要求屏蔽板13的上端与主体部分11a的下表面相接触。
如图5所示，阳极壳14是带有包围阳极板A及其下端部的底基部的管构件，其从阳极支承部12的主体部分12a的下表面延伸。阳极壳14的中空部分14b与形成在主体部分12a中的阳极插槽12d相通，其能够包围通过阳极插槽12d的上开口而插入的阳极板A。在阳极壳14的面对阴极板C的侧面上，阳极壳14具有开口14a，该开口14a在几何上与阴极C的镀敷部分CP(例如，在本实施例中为矩形)相似并与中空部分14b相通。开口14a被形成为面对屏蔽板13的通孔13a(它们的图的中心重合)。
参照图6，对阴极板C的镀敷部分CP、屏蔽板13的通孔13a、以及阳极壳14的开口14a之间的关系进行描述。
图6是以重叠方式示出镀敷部分CP、通孔13a以及开口14a的正视图。
如图6所示，如从电极盒10的正面所看到的，镀敷部分CP、通孔13a以及开口14a被布置为使得它们的图的中心相互重合。
以预定的缩小比例将屏蔽板13的通孔13a调节为与镀敷部分CP的几何形状相似。关于这一点，优选而非必要地，将通孔13a的宽度和高度调节为镀敷部分CP的宽度和高度的0.4到0.8倍。例如，假定缩小比例为0.7，则通孔13a的宽度和高度为a2＝0.7×a1b2＝0.7×b1其中，a1为镀敷部分CP的纵向长度(高度)，b1为镀敷部分CP的横向长度(宽度)，a2为通孔13a的纵向长度(高度)，b2为通孔13a的横向长度(宽度)(见图6)。
以预定的放大比例将阳极壳14的开口14a调节为与镀敷部分CP的几何形状相似。关于这一点，优选而非必要地，将开口14a的宽度和高度调节为镀敷部分CP的宽度和高度的1.1到1.3倍。例如，假定放大比例为1.2，则开口14a的宽度和高度为a3＝1.2×a1b3＝1.2×b1其中，a3为开口14a的纵向长度(高度)，b3为开口14a的横向长度(宽度)(见图6)。
只有将阴极板C安装在电极盒10中时，按上述比例应用于镀敷部分CP、通孔13a和开口14a的预先布置才使得可以容易地获得均匀的镀敷膜厚度。
气泡提供装置15用于从与阴极板C的下端相对的位置处注射气泡，其包括管连接口15a、供气道15b以及注射孔15c。
如图2中所示，管连接口15a是圆筒形构件，其从阴极支承部11的主体部分11a的上表面凸起。管连接口15a提供与来自气泵(未示出)的管(未示出)的连接。供气道15b从管连接口15a的中空部分经由主体部分11a和连接部分16c延伸到连接部分16g，气泵通过供气道15b向阴极板C的下端部提供空气。注射孔15c从供气道15b延伸并穿过连接部分16g，所述连接部分16g面对阴极板C的下端部。这样，注射孔15c能够向阴极板C注射气泡。
当通过注射孔15c注射的气泡碰撞镀敷部分CP时，它们将携带聚集在镀敷膜表面上的氢离子。这防止了氢离子聚集在镀敷膜的表面上，从而避免了凹陷的产生。由于注射孔15c的位置是固定的，所以无需担心阴极板C与注射孔15c之间的相对位置变化，这将改进镀敷膜的可重复性。
如图2中所示，连接部分16是用于连接和固定部件的组合以将它们以预定方式布置并间隔开的构件。所述组合包括由阴极支承部11与阳极支承部12构成的一个组合；由阴极支承部11与屏蔽板13构成的一个组合；以及阳极支承部12与屏蔽板13构成的另一个组合。只要用于紧固件和粘合剂的材料不溶于镀敷液，就可以选用任何类型的连接，如粘合、配合(mating)以及使用螺栓固定。
连接部分16a和16b以预定间隔连接阴极支承部11与阳极支承部12，从而在阴极板C与阳极板A之间提供理想间隔。关于这一点，如果将阴极支承部11和阳极支承部12整体地形成为一个构件(这与其中这两个支承部11和12是分立的本实施例不同)，则可以无需连接部分16a和16b。在前一情况下，对插槽11d和12d的位置进行调节以获得阴极板C与阳极板A之间的理想间隔。
连接部分16c和16d从主体部分11a的下表面向下延伸，以支承屏蔽板13。连接部分16c和16d的下端通过连接部分16g彼此相连接。在本实施例中，供气道15b和注射孔15c形成在这些连接部分16c和16g内。这就不需要专用构件来提供气泡，从而实现了电极盒10的结构简化并使其容易制造。
连接部分16e和16f从主体部分12a的下表面向下延伸。连接部分16h和16i将连接部分16c和16d的端部与连接部分16e和16f的端部相连接。这样，接合到连接部分16c和16d的屏蔽板13受到更稳固的支承。连接部分16e和16f的下端与阳极壳14的下端未连接，而是在连接部分16e与阳极壳14之间以及在连接部分16f与阳极壳14之间分别形成有无底缝(bottomless slit)。如果利用这些缝来把阳极罩(anode bag)(未示出)安装在阳极壳14中，则可以防止由阳极板A产生的阳极残渣对镀敷膜造成不利影响。
c.使用电极盒的方法参照图2至6，对使用电极盒10的方法进行描述。
首先，将阴极板C(其中应变计HG被接合到镀敷部分CP的背面)插入阴极支承部11的阴极插槽11d中。在该步骤中，这样地插入阴极板C不仅使较靠近镀敷部分CP的端部朝下，而且使镀敷部分CP面对阳极板A。此外，通过螺栓11e对阴极板C进行调节，以使得镀敷部分CP的中心与屏蔽板13的通孔13a的中心和阳极壳14的开口14a的中心二者都重合。
将阳极板A插入阳极支承部12的阳极插槽12d中。然后将阳极板A插入阳极壳14的中空部分14b中，所述阳极壳14被调节为与阳极插槽12d的下部相通。阳极支承部12支承阳极板A，同时阳极板A置于中空部分14b的底面上。
因此，将阴极板C与阳极板A布置为以预定间隔彼此面对。此外，将阴极板C的镀敷部分CP、屏蔽板13的通孔13a以及阳极壳14的开口14a布置为满足预定的几何关系。这使得不仅消除了对阴极板C与阳极板A之间的间隔的调节，而且消除了对它们的相对几何形状的调节，这将提供对镀敷膜内应力的更容易的测量。
当镀敷液与阴极板C之间的温度差很大时，优选而非必要地，需要将阴极板C的温度调节为接近镀敷液的温度。实现该温度调节的示例是预热，使用管(如装有水的试管)对阴极板C进行所述预热，其中将所述管浸入充入镀敷槽20中的镀敷液中。这样，可以减少由温度变化而引起的阴极板C变形的不利影响，从而提供对完全由镀敷膜的形成而导致的阴极板C的变形(扭曲)的准确测量。设置在镀敷槽20中的预热管使得可以对将阴极板C的温度设置为接近镀敷液的温度进行容易地调节，而无需专用装置。
接下来，将其中安装有阴极板C和阳极板A的电极盒10浸入贮存在镀敷槽20中的镀敷液中。电极盒10的凸缘11b、11c、12b以及12c置于蓄池部分22的上端部22a上，从而只有电极盒10的下部浸入镀敷液中，而其上部(从电源引出的电力电缆E在此连接到阴极板C和阳极板A的上端部)保持在镀敷液的液面之上。
d.使用镀敷膜内应力测量系统的方法参照图1，对使用镀敷膜内应力测量系统100的方法进行描述。
首先，将从直流电源(测量装置30)引出的电力电缆E连接到电极盒10的阴极板C和阳极板A的上端部，所述电极盒10置于镀敷槽20中。现在可以在阴极板C与阳极板A之间供电。
将接合到阴极板C的应变计HG电连接到测量装置30。因此，可以测量阴极板C的扭曲。
将从气泵(未示出)伸出的管(未示出)连接到管连接口15a。通过注射孔15c注射用于去除氢离子的气泡，所述注射孔15c位于与阴极板C的下端部相对的位置处。这将防止凹陷的形成。
通过测量装置30的操作向阴极板C和阳极板A供电，并启动对阴极板C的扭曲的测量。将测量到的数据经由连接缆线K发送到笔记本个人计算机40。
笔记本个人计算机40基于测量装置30测量到的数据以及预先输入的与镀敷液和阴极板C相关联的特征值，利用表达式(2)来计算镀敷膜的内应力。
σ＝Et2δ/[3(1-ν)dl2] (2)其中，σ为镀敷膜的内应力，l为阴极板的镀敷部分的长度，t为阴极板的厚度，E为阴极板的杨氏模量，ν为阴极板的泊松比，δ为阴极板的挠曲，而d为镀敷膜的厚度。
上述配备有应变计HG的系统100能够提供对镀敷膜内应力的准确并且更容易的测量。
由于与螺旋镀敷应力计50不同，在使用系统100进行测量时不必用肉眼来读取刻度，所以系统100没有与读取相关联的误差。
由于应变计HG能够测量到阴极板的细微扭曲，所以可以显著地提高测量的精度。因此，可以提供满足在要求高精度的所谓纳米技术中使用的要求的镀敷膜。
根据以上描述应当理解，本发明不限于上述的具体例示的实施例，而是可以以各种修改形式来实现。
例如，尽管电极盒10具有被分为多个部分的连接部分16，但是，可以去除连接部分16e、16f、16h以及16i，只要屏蔽板13得到稳固支承即可。
尽管根据本实施例的电极盒10具有凸缘11b、11c、12b以及12c，但是，可以去除这些凸缘，只要将电极盒10支承得使阴极板C和阳极板A的上端部保持在镀敷液的液面之上即可。
尽管根据本实施例的电极盒10具有其截面为矩形的阳极壳14，但是，只要恰当地调节开口14a的尺寸和几何关系，就可以选择任何几何形状，如圆形、椭圆形以及多边形。
毫无疑问，尽管根据本实施例的系统100具有作为属于测量装置30的内部装置的电源，但是可以选用独立的结构。
尽管在根据本实施例的系统100中，将测量装置30测量到的阴极板C的扭曲(ε)发送给笔记本个人计算机40，但是可以存在一些另选方案。一个另选方案是测量装置30将电阻的变化(ΔR)发送给笔记本个人计算机40，在笔记本个人计算机40中计算扭曲(ε)。另一另选方案是测量装置30基于扭曲(ε)计算挠曲(δ)并将其发送给笔记本个人计算机40。
尽管在根据本实施例的系统100中，笔记本个人计算机40基于公式(2)来计算镀敷膜的厚度，但是可以使用任何公式，只要它基于扭曲(挠曲)来计算应力即可。
在进行无电镀敷(electroless plating)时，可以使用电极盒10以仅将阴极板C支承在镀敷液中，尽管这不是对根据本发明的电极盒10的典型使用。
通过引用将2004年2月3日提交的外国优先权文献JP2004-027300并入于此。
权利要求
1.一种用于测量镀敷膜的内应力的电极盒，该电极盒包括阴极支承部，用于将阴极板支承在镀敷液中，该阴极板具有其背面接合有应变计的镀敷部分；阳极支承部，用于将阳极板支承在镀敷液中，使得所述阳极板以预定间隔与所述阴极板相对；屏蔽板，其插在所述阴极板与所述阳极板之间；阳极壳，用于在所述镀敷液中包围所述阳极板的周部和端部，其中，在所述屏蔽板中按这样的方式形成通孔即，使该通孔面对所述镀敷部分并具有相对于所述镀敷部分的几何形状以第一预定比例系数缩小的几何形状，以及其中，在所述阳极壳中按这样的方式形成开口即，使该开口面对所述镀敷部分并具有相对于所述镀敷部分的几何形状以第二预定比例系数放大的几何形状。
2.如权利要求1所述的电极盒，其还包括气泡提供装置，其中，该气泡提供装置从所述阴极支承部延伸到与所述阴极板的下端相对的部分，并从该部分注射气泡。
3.一种用于测量镀敷膜的内应力的系统，具有根据权利要求1或2所述的电极盒，其中，该系统包括镀敷槽，用于贮存所述镀敷液，支承阴极板和阳极板的所述电极盒被浸入所述镀敷液中；电源，其电连接到所述阴极板和所述阳极板；测量装置，其电连接到应变计，该应变计接合到所述阴极板；以及计算机，用于基于所述测量装置获得的结果、所述阴极板的特征以及所述镀敷膜的特征，来计算镀敷膜的内应力。
全文摘要
用于测量镀敷膜内应力的电极盒和系统。用于测量镀敷膜内应力的电极盒包括阴极支承部、阳极支承部、屏蔽板以及阳极壳。阳极支承部支承阳极板以使阳极板以预定间隔与阴极板相对。屏蔽板插入在阴极板与阳极板之间。在屏蔽板中按这样的方式形成通孔即，使该通孔面对镀敷部分并具有相对于镀敷部分的几何形状以第一预定比例系数缩小的几何形状。在阳极壳中按这样的方式形成开口即，使该开口面对镀敷部分并具有相对于镀敷部分的几何形状以第二预定比例系数放大的几何形状。
文档编号G01L1/20GK1651884SQ20051000919
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月3日
发明者山本渡, 秋山胜德, 原田文男, 津留丰 申请人:株式会社山本镀金试验器