JP2003268598A - めっき装置及びめっき方法 - Google Patents

めっき装置及びめっき方法

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JP2003268598A
JP2003268598A JP2002074748A JP2002074748A JP2003268598A JP 2003268598 A JP2003268598 A JP 2003268598A JP 2002074748 A JP2002074748 A JP 2002074748A JP 2002074748 A JP2002074748 A JP 2002074748A JP 2003268598 A JP2003268598 A JP 2003268598A
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JP2002074748A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Fukuda
裕幸 福田
Kazuaki Karasawa
一明 柄沢
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 めっき装置及びめっき方法に関し、電子部
品、特に、半導体装置を製造するプロセスで実施される
めっきに於ける条件をリアルタイムで最適化できるよう
にし、工程の短縮や信頼性の向上に寄与しようとする。 【解決手段】 支持基板上で複数に分割されて相互に絶
縁状態にあると共に独立にめっき電流を流し得る略同面
積の導電部14A及び14Bが形成されてなる電流分布
計測板を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、特に半
導体装置の製造プロセスで用いて好適なめっき装置及び
めっき方法に関する。
【0002】現在、半導体装置に於ける電極・配線を製
造する為のダマシン・プロセス、或いは、磁気ヘッドの
製造プロセスなどで成膜を必要とする場合、めっき法が
多用されつつある。
【0003】めっき法は、他の成膜法、例えばスパッタ
リング法やCVD(chemical vapor d
eposition)法などと比較して製造設備が安価
であって、コスト面での利点が大きいのであるが、膜厚
の均一化や組成の均一化の面では、これまでの経験で得
られたノウハウに基づくことが多く、安定した品質を実
現するには、めっき液の管理、めっき装置の最適化な
ど、条件の設定に種々と問題がある。
【0004】一般に、電解めっき法に依る成膜では、カ
ソードに於ける電流密度分布の不均一に起因してめっき
膜厚のばらつきが大きくなるので、様々な手段を採って
電流密度分布の均一化を図っている。
【0005】図5は電流密度分布の不均一を説明する為
のめっき装置を表す要部切断側面図であり、図に於い
て、1はめっき槽、2は電源、3はアノード、4はカソ
ード、5はめっき液をそれぞれ示していて、電流密度分
布不均一の大きな原因は、図示されているように、カソ
ード4の外周部に電気力線が集中することにある。
【0006】図6は図5について説明しためっき装置の
欠点を是正しためっき装置を表す要部切断側面図であ
り、図5に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか
或いは同じ意味を持つものとする。
【0007】このめっき装置に於いては、アノード3と
カソード4との間に遮蔽板6を挿設することに依ってカ
ソード4近傍に於ける電流密度分布の均一化を図った例
であり、この場合、電流密度分布が最も均一になるよう
に遮蔽板6に於ける開口の形状(通常は円形)や開口の
寸法を最適化している。
【0008】図7は補助カソードを用いためっき装置を
表す要部切断側面図であり、図5に於いて用いた記号と
同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
【0009】このめっき装置に於いては、カソード4の
近傍に電流密度分布を均一化する為の補助カソード4A
を設けて補助カソード用電源2Aを接続した例であり、
この場合、カソード4近傍に於ける電流密度分布が最も
均一になるように補助カソード用電源2Aから補助カソ
ード4Aに流す電流の最適化調整を行う。
【0010】前記各例では、説明した諸調整の他にめっ
き液の流量、攪拌状態、液温などのめっき条件の調整や
めっき液自体の調整が必要になる場合もある。
【0011】図6について説明した手段を採る場合、遮
蔽板6としては、電流密度分布を均一にする為、開口径
を最適化することが必要となるのであるが、その際、カ
ソード4である例えば半導体ウエハ1枚について実際に
めっきを行い、膜厚の分布を確認し、次いで、その結果
に基づいて遮蔽板6の開口径を調整し、更に2枚目のめ
っきを行い、膜厚の分布を確認する旨の作業を繰り返す
ことになる。
【0012】図7について説明した手段を採る場合、補
助カソード4Aに所定値の電流を流して実際にめっきを
行い、膜厚の分布を確認し、次いで、その結果に基づい
て補助カソード4Aに流す電流の値を調整し、更に2枚
目のめっきを行い、膜厚の分布を確認する旨の作業を繰
り返すことになる。
【0013】また、遮蔽板6の開口径の調整や補助カソ
ード4Aに流す電流の値の調整に加え、前記したように
めっき液の流量、攪拌状態、液温などのめっき条件の調
整やめっき液自体の調整など多数のパラメータに対して
実際にめっきを行って膜厚の測定を行う作業を繰り返さ
なくてはならない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、電子部
品、特に、半導体装置を製造するプロセスで実施される
めっきに於ける条件をリアルタイムで最適化できるよう
にし、工程の短縮や信頼性の向上に寄与しようとする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に依るめっき装置
及びめっき方法に於いては、支持基板上に複数に分割さ
れて電気的に絶縁されてなると共に面積が予め既知であ
る通電部が形成され且つ該各通電部に電流検知器が接続
される電流分布計測板を用いることが基本になってい
る。
【0016】前記手段を採ることに依り、従来の技術に
於けるめっき条件知得のルーチン、即ち、めっき条件の
設定→めっき→膜厚測定、めっき条件へのフィードバッ
ク、というプロセスは不要となり、めっきを行っている
状態で、めっき膜厚の均一化に大きく影響する電流密度
分布をリアルタイムで検出して適正化することが可能で
あって、めっき工程の短縮、及び、めっきの信頼性向上
に大きく寄与することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明のめっき装置及びめ
っき方法を実施する際に用いる電流分布計測板を表す要
部説明図であり、電流分布計測板自体は平面を示してい
る。
【0018】図に於いて、14A並びに14Bはカソー
ドとして作用する導電部、15は電源、17A並びに1
7Bは電流検知器をそれぞれ示している。
【0019】この電流分布計測板では、支持基板(図示
せず)上に形成された導電部14A及び14Bには、流
れる電流をそれぞれ独立にモニタする為の電流検知器1
7A及び17Bが接続されている。
【0020】導電部14Aの面積及び導電部14Bの面
積は予め知得されている為、電流密度は下記の式で計算
することができる。 電流密度〔mA/cm2 〕=電流〔mA〕÷めっき面積
〔cm2
【0021】導電部14A及び14Bに流れるそれぞれ
の電流は、めっき中にリアルタイムで表示されるので、
ウエハ外周部、及び、ウエハ中央部の電流密度もリアル
タイムで計算することができる。
【0022】めっき装置に、電流→電流密度の演算装
置、を組み込めば、ウエハ外周部とウエハ中央部の電流
密度が直接知ることができるので、更に使い易くなる。
【0023】本発明に依る電流分布計算板を遮蔽板や補
助カソードなどの電流調整機能をもっためっき装置に応
用する場合、遮蔽板を交換しながら、或いは、補助カソ
ードの電流を調整しながら、めっき条件をリアルタイム
で最適化することができる。
【0024】また、ウエハの上下方向や左右方向に於け
る膜厚分布のばらつきを調整する場合には、導電部のパ
ターンを図1について説明したものとは異なるパターン
にすると好結果が得られる。
【0025】図2は電流分布計測板の他の例を表す要部
切断説明図であり、(A)では上下に二分割された導電
部24A及び24Bをもつ例が示され、また、(B)は
上下及び左右に四分割された導電部34A乃至34Dを
もつ例が示され、(A)の例は俯瞰した状態で上下の膜
厚分布のばらつきを調整するのに好適であり、また、
(B)の例は俯瞰した状態で上下左右の膜厚分布のばら
つきを調整するのに好適である。
【0026】電流分布計測板を再生利用するには、めっ
き膜をエッチングして除去すれば良く、その為には、導
電部に於ける表面をPtなどの耐エッチング性に優れて
いる材料で被覆しておけば、めっき膜のみを容易にエッ
チングして除去することができる。
【0027】実際の本工程に於けるウエハに近い状態で
めっき条件の最適化を行う為には、めっき面積やシード
層の電気抵抗がウエハと等しい電流分布計測板を用いれ
ば良く、その為には、導電部上を本工程で使用するウエ
ハと同じ開口面積となるように絶縁保護膜を選択的に形
成すると良い。
【0028】図3は本工程に於けるウエハに近い状態に
設定した電流分布計測板を表す要部切断側面図であり、
41は支持基板、42は導電部、43は絶縁保護膜、4
4は電流検知器、Sは導電部の厚さをそれぞれ示してい
る。
【0029】この電流分布計測板に於いては、絶縁保護
膜43のパターニングに依って、本工程に於けるウエハ
と同じ開口面積となるように調整を行い、また、導電部
42の厚さSを変えることで、本工程に於けるウエハと
同じ電気抵抗となるように調整を行う。
【0030】また、本工程で用いるシード層の電気抵抗
が小さい場合には、電流分布計測板に於けるPtからな
る導電部42の膜厚を大きくすれば対処できるのである
が、高価なPtを多量に用いなくても、安価に対応する
ことが可能である。
【0031】図4は電気抵抗が小さいシード層を用いる
本工程に於けるウエハに近い状態に設定した電流分布計
測板などを表す要部説明図であり、(A)は要部平面
を、また、(B)は要部切断側面をそれぞれ示してい
る。
【0032】図4に見られる電流分布計測板の重要な点
は、シード層53がTiからなる下側層53AとPtか
らなる上側層53Bからなる二層構造になっていること
である。
【0033】実施例1 (1)表面が厚さ0.5〔μm〕の熱酸化膜52で覆わ
れた12.5〔cm〕φ(5〔インチ〕φ)のSi基板
51にスパッタリング法を適用することに依り、Si基
板51側から順にTi(50〔nm〕)/Pt(200
〔nm〕)のシード層53を形成する。尚、Ti/Pt
層の層厚を変えることで、電気抵抗を本工程で用いるア
ルミナ・チタン・カーバイドからなるセラミック基板
(例えばアルチック基板)と同等にすることができる。
【0034】(2)ドライ・エッチング法を適用するこ
とに依り、シード層53を外周部53Rと中央部53C
とに分かれるようにパターニングするのであるが、その
際、外側から中央部53Cに給電できるようにする為、
引き出し配線53Lを形成する。
【0035】この場合、外周部53Rと中央部53Cと
の面積を同じくする為、直径にして8.5〔cm〕のと
ころを外周部53Rと中央部53Cとの境にした。これ
に依って、両者の面積は56〔cm2 〕となる。
【0036】(3)めっき装置に於けるリング状の補助
カソード61内に前記のようにして作製した電流分布計
測板を配設し、且つ、所要の結線を行ってから、FeN
iのめっき液中に於いて、外周部53Rと中央部53C
それぞれの電流をモニタしながら合計で1.12〔A〕
の電流を流しながらめっきを行ったところ、外周部53
Rに流れる電流が0.63〔A〕、中央部53Cに流れ
る電流が0.49〔A〕であった。
【0037】外周部53R及び中央部53Cに流れる電
流値を電子計算機に取り込み、電流値から電流密度を計
算したところ、外周部53Rの電流密度は、 11.25〔mA/cm2 〕(630〔mA〕÷56
〔cm2 〕)、 中央部53Cの電流密度は、 8.75〔mA/cm2 〕(490〔mA〕÷56〔c
2 〕)、 であった。
【0038】(4)前記(3)の状態から、補助カソー
ド61に電流を流し、リアルタイムで外周部53Rと中
央部53Cとに流れる電流をモニタし、補助カソード6
1の電流を調整したところ、補助カソード61に流す電
流を2.36〔A〕にしたところで外周部53Rと中央
部53Cとに流れる電流が等しくなった。
【0039】外周部53R及び中央部53Cに流れる電
流値を電子計算機に取り込み、電流値から電流密度を計
算したところ、外周部53Rの電流密度は、 10〔mA/cm2 〕(560〔mA〕÷56〔c
2 〕)、 中央部53Cの電流密度は、 10〔mA/cm2 〕(560〔mA〕÷56〔c
2 〕)、 であり、電流密度は等しくなった。
【0040】(5)次いで、前記電流分布計測板と同じ
パターンのFeNiのシード層が成膜されている約1
2.5〔cm〕φ(5〔インチ〕φ)のアルミナ・チタ
ン・カーバイドからなるセラミック基板(アルチック基
板)に前記と同じ条件でFeNiのめっきを行ってか
ら、外周部と中央部との膜厚を比較したところ、略同じ
値であった。
【0041】(6)この後、電流分布の調整に用いた電
流分布計測板を硝酸からなるエッチング液に浸漬したと
ころ、FeNi膜のみが除去され、再度、使用できる状
態にすることができた。尚、硝酸エッチング液では電流
分布計測板に於ける支持基板であるSi基板51は全く
損傷を受けない。
【0042】実施例2 (1)表面が厚さ0.5〔μm〕の熱酸化膜で覆われた
12.5〔cm〕φ(5〔インチ〕φ)のSi基板51
にスパッタリング法を適用することに依り、Si基板側
から順にTi(50〔nm〕)/Pt(300〔n
m〕)のシード層を形成する。尚、実施例2に於いても
図4を参照すると判り易い。
【0043】(2)ドライ・エッチング法を適用するこ
とに依り、シード層を外周部と中央部とに分かれるよう
にパターニングするのであるが、その際、外側から中央
部に給電できるようにする為、中央部から引き出し配線
を導出する。
【0044】外周部と中央部との面積を同じくする為、
直径にして8.5〔cm〕のところを外周部と中央部と
の境にした。これに依って、両者の面積は56〔c
2 〕となる。
【0045】(3)全面に開口面積が約5〔%〕となる
ようにポリイミドからなる絶縁膜を形成する。具体的に
は、この場合のポリイミド絶縁膜のパターンとして、5
0〔μm〕□の開口を224〔μm〕ピッチで形成すれ
ば、開口率を5〔%〕にすることができる。
【0046】(4)前記のようにして作製した電流分布
計測板をめっき装置に配設し、且つ、所要の結線を行っ
てから、Cuのめっき液中に於いて、外周部と中央部そ
れぞれの電流をモニタしつつ合計60〔mA〕の電流を
流しながらめっきを行ったところ、外周部に流れる電流
が約42〔mA〕、中央部に流れる電流が約18〔m
A〕であった。
【0047】(5)開口径が90〔mm〕、95〔m
m〕、100〔mm〕、105〔mm〕である遮蔽板を
用意し、それ等を差し替えながらリアルタイムで外周部
と中央部それぞれの電流をモニタしたところ、開口径が
100〔mm〕の遮蔽板を用いた場合に外周部と中央部
とに流れる電流値が最も近づいて、外周部で29〔m
A〕、中央部で31〔mA〕になった。
【0048】めっき液の流量を15〔L/〔分〕〕から
徐々に大きくしたところ、22〔L/〔分〕〕で、外周
部の電流と中央部の電流とが等しく30〔mA〕になっ
た。
【0049】(6)次いで、前記電流分布計測板と同じ
パターンのCuのシード層が成膜されている約12.5
〔cm〕φ(5〔インチ〕φ)のアルミナ・チタン・カ
ーバイドからなるセラミック基板(アルチック基板)に
前記と同じ条件、即ち、めっき開口面積が約5〔%〕の
ポリイミド絶縁膜を形成し、また、開口径が100〔m
m〕の遮蔽板を用い、前記と同じ条件でCuのめっきを
行ってから、外周部と中央部との膜厚を比較したとこ
ろ、略同じ値であった。
【0050】(7)この後、電流分布の調整に用いた電
流分布計測板を硝酸からなるエッチング液に浸漬したと
ころ、実施例1と同様、Cu膜のみが除去され、再度、
使用できる状態にすることができた。
【0051】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。
【0052】(付記1)支持基板上で複数に分割されて
相互に絶縁状態にあると共に独立にめっき電流を流し得
る略同面積の導電部が形成されてなる電流分布計測板を
備えてなることを特徴とするめっき装置。
【0053】(付記2)支持基板がSi、SiO2 、セ
ラミックス、ガラスエポキシなどの複合樹脂から選択さ
れた何れかで構成されてなることを特徴とする(付記
1)記載のめっき装置。
【0054】(付記3)電流分布計測板に於ける導電部
の表面が耐酸且つ耐アルカリの耐めっき液性をもつこと
を特徴とする(付記1)記載のめっき装置。
【0055】(付記4)電流分布計測板に於ける導電部
の表面がAu、Ptなどの貴金属、Ti、或いは、これ
等の合金からなることを特徴とする(付記1)記載のめ
っき装置。
【0056】(付記5)電流分布計測板に於ける導電部
の電気抵抗を導電部全体の膜厚で制御してなることを特
徴とする(付記1)記載のめっき装置。
【0057】(付記6)電流分布計測板に於ける導電部
が複数の金属層からなることを特徴とする(付記1)記
載のめっき装置。
【0058】(付記7)電流分布計測板に於ける導電部
が複数の金属層で構成されると共にその表面側が耐酸且
つ耐アルカリの耐めっき液性をもち且つ下側に在る金属
層の層厚に依って導電部の電気抵抗が制御されたもので
あることを特徴とする(付記1)記載のめっき装置。
【0059】(付記8)電流分布計測板に於ける導電部
が複数の金属層で構成されると共にその表面側がAu、
Ptなどの貴金属、Ti、或いは、これ等の合金から構
成され且つ下側に在る金属層の層厚に依って導電部の電
気抵抗が制御されたものであることを特徴とする(付記
1)記載のめっき装置。
【0060】(付記9)電流分布計測板に於ける導電部
の表面一部が絶縁保護膜で覆われてなることを特徴とす
る(付記1)記載のめっき装置。
【0061】(付記10)電流分布計測板に於ける導電
部の表面はめっき面積が所望の値となるように開口面積
を制御した絶縁保護膜で覆われてなることを特徴とする
(付記1)記載のめっき装置。
【0062】(付記11)支持基板上で複数に分割され
て相互に絶縁状態にあると共に独立にめっき電流を流し
得る略同面積の導電部が形成されてなる電流分布計測
板、或いは、該電流分布計測板に換えて本工程に於ける
めっき対象物となるウエハを設置する為の領域と、カソ
ード及びアノード及び電源と、電源とカソード及びカソ
ードとして作用する前記導電部との間を結ぶ複数の電気
回路と、該電気回路を流れる電流を測定する測定器とを
備えてなることを特徴とするめっき装置。
【0063】(付記12)各電気回路に流れる電流を電
流密度に換算する演算装置を備えてなることを特徴とす
る(付記11)記載のめっき装置。
【0064】(付記13)めっき膜厚分布を調整する為
の機構をもつことを特徴とする(付記11)記載のめっ
き装置。
【0065】(付記14)めっき膜厚分布を調整する為
の機構が電流分布計測板、或いは、該電流分布計測板に
換えて本工程に於けるめっき対象物となるウエハの周囲
に配置された補助カソードであることを特徴とする(付
記13)記載のめっき装置。
【0066】(付記15)めっき膜厚分布を調整する為
の機構が開口をもった遮蔽板であることを特徴とする
(付記13)記載のめっき装置。
【0067】(付記16)めっき膜厚分布を調整する為
の機構がめっき液流量調節機構であることを特徴とする
(付記13)記載のめっき装置。
【0068】(付記17)支持基板上で複数に分割され
て相互に絶縁状態にあると共に独立にめっき電流を流し
得る略同面積の導電部が形成されてなる電流分布計測板
を用いて各導電部にめっきを行う過程と、各導電部に流
れるめっき電流を計測してめっき電流分布を知得する過
程と、知得されためっき電流分布に基づき各導電部に於
ける各めっき膜厚が略等しくなる条件を求める過程と、
該条件と同条件で本工程のウエハにめっきを行う過程と
が含まれてなることを特徴とするめっき方法。
【0069】
【発明の効果】本発明に於けるめっき装置及びめっき方
法に於いては、支持基板上で複数に分割されて相互に絶
縁状態にあると共に独立にめっき電流を流し得る略同面
積の導電部が形成されてなる電流分布計測板を用いるこ
とが基本になっている。
【0070】前記構成を採ることに依り、従来の技術に
於けるめっき条件知得のルーチン、即ち、めっき条件の
設定→めっき→膜厚測定、めっき条件へのフィードバッ
ク、というプロセスは不要となり、めっきを行っている
状態で、めっき膜厚の均一化に大きく影響する電流密度
分布をリアルタイムで検出して適正化することが可能で
あって、めっき工程の短縮、及び、めっきの信頼性向上
に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のめっき装置及びめっき方法を実施する
際に用いる電流分布計測板を表す要部説明図である。
【図2】電流分布計測板の他の例を表す要部切断説明図
である。
【図3】本工程に於けるウエハに近い状態に設定した電
流分布計測板を表す要部切断側面図である。
【図4】電気抵抗が小さいシード層を用いる本工程に於
けるウエハに近い状態に設定した電流分布計測板などを
表す要部説明図である。
【図5】電流密度分布の不均一を説明するためのめっき
装置を表す要部切断側面図である。
【図6】図5について説明しためっき装置の欠点を是正
しためっき装置を表す要部切断側面図である。
【図7】補助カソードを用いためっき装置を表す要部切
断側面図である。
【符号の説明】
14A並びに14B カソードとして作用する導電部 15 電源 17A並びに17B 電流検知器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB04 BB14 BB36 DD20 DD37 DD52 DD64 DD65 HH20

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持基板上で複数に分割されて相互に絶縁
    状態にあると共に独立にめっき電流を流し得る導電部が
    形成されてなる電流分布計測板を備えてなることを特徴
    とするめっき装置。
  2. 【請求項2】電流分布計測板に於ける導電部の表面が耐
    酸且つ耐アルカリの耐めっき液性をもつことを特徴とす
    る請求項1記載のめっき装置。
  3. 【請求項3】電流分布計測板に於ける導電部の電気抵抗
    を導電部全体の膜厚で制御してなることを特徴とする請
    求項1記載のめっき装置。
  4. 【請求項4】電流分布計測板に於ける導電部の表面はめ
    っき面積が所望の値となるように開口面積を制御した絶
    縁保護膜で覆われてなることを特徴とする請求項1記載
    のめっき装置。
  5. 【請求項5】支持基板上で複数に分割されて相互に絶縁
    状態にあると共に独立にめっき電流を流し得る導電部が
    形成されてなる電流分布計測板、或いは、該電流分布計
    測板に換えて本工程に於けるめっき対象物となるウエハ
    を設置する為の領域と、 カソード及びアノード及び電源と、 電源とカソード及びカソードとして作用する前記導電部
    との間を結ぶ複数の電気回路と、 該電気回路を流れる電流を測定する測定器とを備えてな
    ることを特徴とするめっき装置。
  6. 【請求項6】各電気回路に流れる電流を電流密度に換算
    する演算装置を備えてなることを特徴とする請求項5記
    載のめっき装置。
  7. 【請求項7】支持基板上で複数に分割されて相互に絶縁
    状態にあると共に独立にめっき電流を流し得る略同面積
    の導電部が形成されてなる電流分布計測板を用いて各導
    電部にめっきを行う過程と、 各導電部に流れるめっき電流を計測してめっき電流分布
    を知得する過程と、 知得されためっき電流分布に基づき各導電部に於ける各
    めっき膜厚が略等しくなる条件を求める過程と、 該条件と同条件で本工程のウエハにめっきを行う過程と
    が含まれてなることを特徴とするめっき方法。
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