JP2006176820A - めっき装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】 従来の噴流式めっき装置において、めっき対象物の被めっき面と載置部内周面とで形成される微小角部におけるめっき液流動の滞留を解消するめっき処理装置を提供するものである。
【解決手段】 めっき槽の上部開口縁に、めっき槽内壁面より内側に突出するように設けられた環状載置台及び該環状載置台上部に配置されたシールパッキンを有する載置部と、めっき槽の底部に設けられた液供給管と、載置部の下方位置に設けられた液流出口とを備え、液供給管から上昇流で供給されるめっき液に、液流出口からめっき槽の外部へ流出させる流動を形成させ、めっき対象物の被めっき面全面にめっき液を接触させてめっき処理を行うめっき装置において、載置部には、めっき対象物の被めっき面と載置部内周面とで形成される微小角部に滞留するめっき液を外部に排出するための液排出孔が設けられているものであるめっき装置とした。
【選択図】 図1

Description

本願発明は、半導体のウェハーや電子基板等のめっき対象物に対してめっき処理を行う、めっき装置に関するものである。
従来より、半導体のウェハーや電子基板等のめっき対象物に対して、種々のめっき処理が行われている。そして、このようなめっき対象物にめっき処理を行う装置の一つとして噴流式めっき装置が知られている。
この噴流式めっき装置は、一般的に、底部に液供給管が設けられたカップ状のめっき槽と、当該めっき槽の開口に沿ってめっき対象物の周縁部を載置できるように形成された載置部と、当該載置部の下方で、且つめっき槽開口を形成する槽内壁面と同一面内に、めっき液を排出できるように設けられた液流出口とを備えた構造とされており、載置部にあるめっき対象物の被めっき面に向けて液供給管からめっき液を供給し、液流出口からめっき液を排出しながらめっき処理を行うようになっている。
つまり、この噴流式めっき装置では、被めっき面に向けて噴流で供給されためっき液が被めっき面の全面に沿うように流動し、液流出口から排出される。特に、液供給管が槽底部中央に設けられている場合、めっき液は被めっき面の中央に向けて噴流されて供給されることになり、被めっき面では、その中央付近から周辺方向に広がるような流動状態でめっき液が接触する。そのため、この噴流式めっき装置は、被めっき面全面に均一なめっき処理を行えるものである。さらに、この噴流式めっき装置は、載置部のめっき対象物を順次取り替えてめっき処理ができるので、小ロット生産やめっき処理の自動化に好適なものとして広く利用されている
ここで図8に、従来の噴流式めっき装置断面図を示す。このめっき装置100は、めっき槽110の上部開口に形成された載置部120と、載置部120に固定されるカソード電極123と、載置部120の下方位置に形成された液流出口130と、めっき槽110底部に設けられた液供給管140と、液供給管140との周囲に形成されたアノード電極150とを備えている。
上記めっき装置100にてめっき処理を行う場合、被めっき面Wsがめっき槽内に臨むように載置されためっき対象物Wを、押圧手段Pにより、めっき対象物Wの周縁部を押え付けて載置部120に固定する。そして、液供給管から被めっき面に向けてめっき液を噴射して供給することにより、被めっき面中心から外周方向へ流動するようなめっき液を被めっき面に接触させ、その後通電してめっき処理を行う。
図9に、図8に示した噴流式めっき装置の載置部の詳細を示す。載置部120は、めっき槽110の開口と同一形状の開口を有する環状載置台121と、当該環状載置台121上に設置された環状のシールパッキン122と、シールパッキン122の上面に設置されたカソード電極123とからなる。環状載置台121、シールパッキン122及びカソード電極123は、トップリング124によりめっき槽110上部開口に固定されている。
図9に示した様に、この従来の噴流式めっき装置では、液流出口130が環状載置台121の下方位置に形成され、さらに液流出口130が、環状載置台121の内側面121A及びシールパッキン122の内側面122Aと一致するように形成されている。そのため、めっき液の、めっき対象物Wの被めっき面Wsの周縁部と、環状載置台121の内側面121A、シールパッキン122の内側面122Aおよび液流出口130とで形成される角部(図9のS1に示す位置)では、めっき液の流動が滞留し、さらにその部分にめっき液中のエアーが溜まりやすい傾向があった。つまり、図8に示す従来の噴流式めっき装置において、上記流動状態を示すめっき液を、めっき対象物Wの被めっき面Wsに接触させた場合、被めっき面Wsの周縁部におけるめっき処理が不均一になってしまうのである。このようなことは、めっき処理されるめっき対象物被めっき面の使用可能面積を制限することとなり、めっき対象物が、ウェハーなどの場合には有効チップの生産歩留まりが低下する要因となり好ましくない。
このような、従来の噴流式めっき装置における構造上の特徴から生じるめっき性状の不均一性に対し、本出願人は、載置部の下方位置に設けられた液流出口を、めっき対象物の被めっき面の周縁より外側方向に離れた位置に設けためっき装置を提案した。(例えば特許文献1)
特開2004−124138公報
特許文献1のめっき装置の例を図10に示す。めっき装置の構成は、図8で示した従来の噴流式めっき装置と同様であるが、液流出口130が載置部120内周面120Aより外側方向に形成されている。
特許文献1のめっき装置によれば、液流出口130付近でめっき液の滞留は依然生じるものの、液流出口130がめっき対象物Wの被めっき面Ws周縁より外側に位置するために、被めっき面Ws周縁におけるめっき液流動の滞留を避けることができる。つまり、液流出口130付近で生じるめっき液流動の滞留がめっき対象物Wのめっき性状に直接影響を及ぼさなくなることから、めっき処理の不均一性を有効に防止できるものである。
しかしながら、本願出願人が提案した特許文献1のめっき装置であっても、図11に示すように、めっき対象物Wの被めっき面Wsと、環状載置台121の内側面121A及びシールパッキン122の内側面122Aとによって、微小な角部(S2)が形成される。そしてこの微小角部S2においては、依然としてめっき液の流動が若干滞留するため、被めっき面Wsの周縁部の縁端付近におけるめっき性状が不均一となる傾向があった。
ところが、近年のめっき処理装置は、従来のめっき装置に求められていためっき処理の高速化や、高精度なめっき性状の均一性に加えて、例えばめっき対象物がウェハーの場合、一枚のめっき対象物からより多くの有効チップを取得できる技術が求められている。図11に示される微小角部S2は、図8および図9に示されるの従来の噴流式めっき装置における角部S1と比べればかなり微小である。しかし、この微小角部におけるめっき液の流動を改善することができれば、めっき対象物の被めっき面周縁部において、高精度なめっき性状のめっき処理が可能となり、めっき対象物がウェハーである場合、従来のめっき装置でめっき処理した場合と比較して、さらに多くの有効チップの取得が期待できる。
また、高い製造効率の要請から、めっき対象物の大面積化が進行しており、このようなめっき対象物においてもさらなる高精度なめっき性状の均一性を有するめっき処理が望まれている。例えばめっき対象物がウェハーである場合、ウェハーの口径が大きくなるにつれて被めっき面周縁部で取得できる有効チップ量が増大することから、被めっき面の周縁部の縁端付近まで、均一なめっき処理が実現できる技術が強く要望されている。
本願発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、噴流式めっき装置における、載置部内周面と被めっき面とで形成される微小角部で生じるめっき液流動の滞留を、容易に解消できるめっき処理技術を提供せんとするものである。
上記課題を解決するために、本発明者が鋭意研究した結果、本発明は、めっき槽の上部開口縁に、めっき槽内壁面より内側に突出するように設けられた環状載置台及び、該環状載置台上部に配置されたシールパッキンを有する載置部と、めっき槽の底部に設けられた液供給管と、載置部の下方位置に設けられた液流出口とを備え、液供給管から上昇流で供給されるめっき液に、液流出口からめっき槽の外部へ流出させる流動を形成させ、めっき対象物の被めっき面全面にめっき液を接触させてめっき処理を行うめっき装置において、載置部には、めっき対象物の被めっき面と載置部内周面とで形成される微小角部に滞留するめっき液を外部に排出するための液排出孔が設けられているものとした。
本発明において、載置部内周面とは、載置部における、環状載置台内側面とシールパッキン内側面とが有する厚みに起因して形成される段差における側面を言う。この載置部に液排出孔を形成することで、微小角部に滞留するめっき液は、液排出孔により外部へと排出するようになるので、微小角部におけるめっき液流動の滞留を解消することが可能となる。
載置部に形成される液排出孔は、上記微小角部におけるめっき液流動の滞留を防止できるのであれば、どのような構造でもかまわない。たとえば、環状載置台内側面から環状載置台下面に向けて、これらの面に沿って形成しても良く、環状載置台またはシールパッキンの内側面にめっき液を外部に排出できる孔を形成しても良い。好ましくは、環状載置台の加工が容易であり、さらに載置部におけるシール性が損なわれないものが良い。
そして、本願発明に係るめっき装置において、載置部は、シールパッキンの内側面よりめっき槽中央側に張出すようにされた張出部を有する環状載置台を備え、当該張出部に液排出孔が設けられているものが好ましい。張出部を有する環状載置台を採用すれば、液排出孔を容易に設けることができるとともに、載置部におけるシール性も維持できるからである。なお、この載置台における環状載置台の張出部は、シールパッキンの開口径を大きくすることで、環状載置台が張出すようにして形成しても良いものである。
そして、液排出孔は、環状載置台外周方向へと向かう下り勾配を有し、めっき槽中心から放射状となるように複数形成されていることが好ましい。環状載置台の張出部に上記勾配を有する液排出孔を形成すると、微小角部のめっき液は液排出孔から外部へと排出されるようになるため、微小角部におけるめっき液流動の滞留を解消できるからである。
本発明のめっき装置では、載置部がめっき槽内壁より内側に突出した状態で形成されているため、この突出部分にめっき対象物を載置し、押圧手段にて固定すると、載置部は強度不足により破損する恐れがある。そこで、載置部の突出部分には何らかの補強手段を設ける必要がある。補強手段はどのような構造でも良いが、めっき液流動をなるべく妨げないような構造を採用することが好ましい。
上記の点に鑑み、本願発明に係るめっき装置は、めっき槽の内壁面と一致するように内側面が形成されたフランジと、フランジ内側面に載置部を支持するために形成された複数の補強板とを有する環状トッププレートを備え、当該トッププレートは、載置部とめっき槽上部開口縁との間に挟持されているものとすることが好ましい。
環状トッププレートとは、フランジと補強板で構成され、フランジ内側面に複数の補強板が一体に構成されている環状のプレートである。この環状トッププレートを従来のめっき装置のめっき槽と載置部との間に挟持させれば、載置部の突出部分の下面が補強板と当接するようになり、載置部を補強することが可能になる。
上記環状トッププレートを採用する最大のメリットは、製造コストの面で優位性があることである。なぜならこれは、従来技術の噴流式めっき装置における載置部とめっき槽との間にこの環状トッププレートを挟持させるという比較的簡単な作業で本願発明に係るめっき装置に改造できるからである。
加えて、本願発明にかかるめっき装置における液供給量は、めっき液を1L/min〜20L/minで供給するように流量調整可能なものが好ましい。めっき液の供給流量が1L/min未満であれば、高電流のめっき処理ができなくなる傾向となり実用的でなく、20L/minを超えれば微小角部でのめっき液の流動の滞留が生じるおそれがあるからである。
液供給管におけるめっき液の流量調整は、上記に示す流量を確保できれば、どのような構造でもかまわないが、液供給管の液吐出部が、被めっき面から20mm程度下方に位置するように液供給管を形成するのがよい。このように液供給管を配置するのは、めっき液の種類、めっき電流や、めっき液の供給流量等のめっき処理条件にもよるが、液供給管の液吐出部が、被めっき面に近づきすぎると、被めっき面中央と周縁付近とのめっき処理が均一にならないと予測されるからである。
本願発明に係るめっき装置であれば、従来の噴流式めっき装置において、めっき対象物の被めっき面と載置台の内周面とで形成される微小角部で生じていためっき液の滞留を効果的に解消することができる。これにより、めっき対象物の被めっき面の使用可能面積が拡大することとなり、例えばめっき対象物がウェハーの場合、有効チップの生産歩留まりを上昇させることが可能となった。
以下、本願発明に係るめっき装置の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
第一実施形態:この第一実施形態のめっき装置は、めっき槽と載置部との間に環状トッププレートを挟持し、さらに環状載置台に複数の液排出孔を有する張出部を設けたものである。図1に、本実施形態におけるめっき装置の概略断面図を示す。本実施形態におけるめっき槽10の上部開口部には環状トッププレート60がめっき槽10内壁面とフランジ61内側面が一致するように設けられている。
そして、載置部20下部にはめっき槽10内に供給されためっき液を排出する液流出口30が設けられ、めっき槽10の底部中央には槽内にめっき液を供給する液供給管40が設けられている。さらに、液供給管40の周囲には、被めっき面Wsに対向するようにアノード電極50が配置されている。このアノード電極50とカソード電極23とは、めっき電流供給電源に接続されている。
第一実施形態:この第一実施形態のめっき装置は、めっき槽と載置部との間に環状トッププレートを挟持し、さらに環状載置台に複数の液排出孔を有する張出部を設けたものである。図1に、本実施形態におけるめっき装置の概略断面図を示す。本実施形態におけるめっき槽10の上部開口部には環状トッププレート60が設けられ、フランジ61の上面には、載置部20が設けられている。環状トッププレート60の上面に載置部20を設けると、載置部20の突出部分には補強板62が当接するので、載置部の補強ができる。
そして、めっき槽10の底部中央には槽内にめっき液を供給する液供給管40が設けられている。さらに、液供給管40の周囲には、被めっき面Wsに対向するようにアノード電極50が配置されている。このアノード電極50とカソード電極23とは、めっき電流供給電源に接続されている。
図2は、第一実施形態に係るめっき装置の載置部の概略断面図を示している。載置部20は、カソード電極23とその下にあるめっき液漏洩防止用のシールパッキン22と、環状載置台21とからなり、これらをトップリング24により環状トッププレート60の開口に固定させている。そして、載置部20には、めっき対象物Wの被めっき面Wsを下方にした状態でめっき対象物Wの周辺部分が載置され、押圧手段Pに設けられた環状の押圧部材によりめっき対象物Ws上面の全周を押圧して載置部へめっき対象物Wを固定するようになっている。このとき、めっき対象物Wの周縁部は、シールパッキンによってシールされるとともに、めっき電流用のカソード電極23と接触することとなる。尚、シールパッキン22の先端側は、凸部が設けられており、めっき液が外部に漏れることを確実に防止することができる。(特開2004−68093公報)
ここで、環状トッププレートについて説明する。環状トッププレート60はフランジ61と補強板62とで形成され、補強板62はフランジ61の内側面に複数形成されている。そしてこの補強板62は、めっき槽10中心方向へ突出するように、放射状に立設されている。この補強板62を設けると、補強板とフランジとにより区画された空間、即ち区画液室が、複数かつ放射状に形成される。その、各区画液室には、めっき液流出用の開口部(図示せず)を、フランジ上部に設けている。この場合、めっき液流出用の開口部と、環状トッププレート内側面と一致する面が液流出口となる。
このトッププレート60フランジ内側面61と、めっき槽11の内壁面とが一致するように設置し、さらにフランジ上面に載置部を設置すると、放射状に複数形成された補強板が載置部の突出部分に当接するようになる。つまり、めっき槽開口と載置部との間に環状トッププレートを挟持するだけで載置部が補強板により支持され、載置部の強度を確保することができる。また、上記のように環状トッププレートを設置すれば、液流出口形成用開口部と、液流出路とは連通するようになるので、液流出口形成用の開口部からめっき液を排出することができる。
続いて、図3に本実施形態で用いている環状載置台の平面図を示す。この図に示されるように、この環状載置台21は環状であり、張出部21Bと、本体部21Cとから形成されている。張出部21Bには全周にわたって液排出孔25が形成されている。
張出部21Bは、載置部20のシールパッキン22の内側面22Aより2〜3mm程度めっき槽中央側に張出しているのが好ましい。3mmより長いと、張出部によりめっき液の流動が遮断され、めっき液の流動が不均一となり、めっき性状に影響する恐れがあるからであり、2mmより短くすると、張出部の加工が難しくなるからである。
なお、液排出孔25の間隔は、環状載置台21の中心と各液流出孔を結んで得られる線分L(図4参照)とのなす角度が3°となる間隔としている。また液排出孔25の形状は、図4に示す通り、環状載置台21外周方向へと向かう下り勾配を有し、円錐台状である。
次に、本実施形態に係るめっき装置において、上記載置台を用いた場合の微小角部おけるめっき液の流動について図2を用いて説明する。本実施形態に係るめっき装置において、めっき対象物Wの被めっき面Wsに向けて供給されるめっき液は、被めっき面Wsの中央付近から、周辺方向に広がるような流動Fが生じている。そして、被めっき面Wsの周縁部では、めっき液の流動が滞留することなく液流出口に向かって流動している。
このめっき液の流動Fは、環状載置台張出部21Bに設けた液排出孔25の近傍において吸引力fを生じさせている。そのため、微小角部S2におけるめっき液は、吸引力fにより引張られて、液排出孔25から液流出口30へと向かう流動を形成する。また、本実施形態のめっき装置では、環状載置台21の張出部に設けた液排出孔25を、環状載置台21外周方向へと向かう下り勾配、すなわち微小角部S2に滞留するめっき流動が液流出口30へと向かうように形成しているので、この部分に滞留するめっき液は、液排出孔25通過後、めっき液の流動Fともに外部へ排出される。
つまり、上記環状載置台を用いためっき装置では、環状載置台に設けた張出部に形成した液排出孔により、微小角部におけるめっき液流動の滞留を防止することが可能となり、微小角部においても、更なる均一なめっき処理が可能となる。
つぎに、上記第一実施形態のめっき装置において、めっき対象物としてウェハーをめっき処理した際のめっき処理有効面積調査を行った結果を説明する。めっき処理有効面積調査は、被めっき面にAuの金属シードが施されたAuシード付ウェハーの被めっき面全面にAuめっきすることで行った。この調査に使用するウェハーは直径200mmで、ウェハーの被めっき面は直径190mmである。そして、めっき液は、ノンシアン系Auめっき液(商品名ミクロファブAu:日本エレクトロプレイテイングエンジニヤース社製)を使用した。また、比較のために、従来の噴流式めっき装置(図8)、特許文献1のめっき装置(図10)についても同様な条件で、めっき処理をおこなった。
従来の噴流式めっき装置(図8)で上記ウェハーをめっき処理した場合、被めっき面の周縁から15〜20mm程度内側の部分で、めっき厚が薄くなる傾向がある。そして、被めっき面周縁から10mm内側までの部分では、エアー滞留の影響により、不均一なめっき性状となる。上記の場合、めっき性状の不均一な部分は、めっき対象物Wの被めっき面Ws全体の約25%近くを占め、この部分で有効なチップを取得することができない。
また、特許文献1のめっき装置(図10)において上記ウェハーをめっき処理した場合、被めっき面周縁から3〜5mm程度内側の部分で、めっき厚が薄くなる傾向があった。そして、被めっき面周縁から2mm内側までの部分では、エアー滞留の影響やめっき液の流動が止まること起因して、不均一なめっき性状となった。この場合、めっき性状の不均一な部分は、めっき対象物Wの被めっき面Ws全体の約3%を占め、従来の噴流式めっき装置と比較して良好ではあるが、依然としてこの部分では有効なチップを取得することができない。
一方、第一実施形態のめっき装置において上記ウェハーのめっき処理をした場合、被めっき面全面においてめっき厚は均一であり、被めっき面周縁においても、エアーの滞留はみられなかった。これにより、第一実施形態のめっき装置にて上記ウェハーをめっき処理した場合、特許文献1のめっき装置では有効チップの取得が不可能であった被めっき面周縁部において、有効チップの取得が可能となった。
なお、液排出孔は、本実施形態に記載されたものに限られない。例えば図5に示す様に環状載置台内側面から環状載置台下面に向けてこれらの面に沿って形成したものでも良く、また図6には環状載置台またはシールパッキンの内側面にめっき液を外部に排出できる孔を形成したものでも良い。
第二実施形態:この第二実施形態は、第一実施形態のめっき装置において、液供給管はめっき槽底面から突出した状態で形成され、さらに液供給管の上部から環状載置台の内側面下部に向けてすり鉢状に配置した隔壁を備えるタイプのめっき装置である。尚、この第二実施形態を説明する図7では、上記第一実施形態のめっき装置と同じ構成を有している部材には同一の符号を付している。
めっき槽10の上部開口に沿って環状トッププレート60が配置され、その上に載置部20が配置されている。そして、この載置部20には、めっき対象物Wが載置され、このめっき対象物Wの被めっき面Wsに対してめっき処理を行う。液流出口30、アノード電極50、及びめっき対象物Wのめっき方法は、第一実施形態の場合と同様であるので詳細は省略する。
液供給管40は、めっき槽10の中心位置に形成されている。また、液供給管40の液吐出口40Aは、被めっき面Wsより20mm下方位置になるように形成されている。そして、液供給管40は、めっき液をめっき槽10内に1L/min〜20L/minで供給するように調整されている。
また、隔膜70は、液供給管40の上部から環状載置台21の内側面下部に向けて、すり鉢状に配置され、環状載置台21の内側面下部に接合されている。この隔膜70の配置によって、めっき槽10の内部は、カソード側とアノード側とに区画される。アノード側には、アノード電極50から発生して隔膜70付近に集まるエアーを抜くためのガス放出口(記載せず)を設けている。
第二実施形態のめっき装置を用いてめっき処理をしたところ、アノードから発生するエアーやアノードスラッジを隔膜70により遮断することができた。それにより、アノードから発生するエアーやアノードスラッジがカソード側に侵入するのを防止できたので、めっき対象物の被めっき面におけるめっき性状がさらに均一となることが確認された。
第一実施形態のめっき装置における載置部の概略断面図 第一実施形態のめっき装置における載置部の概略断面図 第一実施形態のめっき装置に使用する環状載置台の平面図 環状載置台の液排出孔詳細図 液排出孔の例1 液排出孔の例2 第二実施形態のめっき装置における概略断面図 従来技術の噴流式めっき装置概略断面図 従来技術の噴流式めっき装置における載置部の概略断面図 特許文献1のめっき装置概略断面図 特許文献1のめっき装置における載置部の概略断面図
符号の説明
1 めっき装置
10 めっき槽
20 載置部
21 環状載置台
21A 環状載置台内側面
21B 環状載置台張出部
21C 環状載置台本体部
22 シールパッキン
22A シールパッキン内側面
23 カソード電極
24 トップリング
30 液流出口
40 液供給管
50 アノード電極
60 環状トッププレート
61 フランジ
62 補強板
70 隔膜
F めっき液の流動
P 押圧手段
S1 角部
S2 微小角部
W めっき対象物
Ws 被めっき面
f 吸引力

Claims (6)

  1. めっき槽の上部開口縁に、めっき槽内壁面より内側に突出するように設けられた環状載置台及び、該環状載置台上部に配置されたシールパッキンを有する載置部と、めっき槽の底部に設けられた液供給管と、載置部の下方位置に設けられた液流出口とを備え、
    液供給管から上昇流で供給されるめっき液に、液流出口からめっき槽の外部へ流出させる流動を形成させ、めっき対象物の被めっき面全面にめっき液を接触させてめっき処理を行うめっき装置において、
    載置部には、めっき対象物の被めっき面と載置部内周面とで形成される微小角部に滞留するめっき液を外部に排出するための液排出孔が設けられていることを特徴とするめっき装置。
  2. 載置部は、シールパッキンの内側面よりめっき槽中央側に張出すようにされた張出部を有する環状載置台を備え、当該張出部に液排出孔が設けられている、請求項1に記載のめっき装置。
  3. 液排出孔は、環状載置台外周方向へと向かう下り勾配を有し、めっき槽中心から放射状となるように複数形成された、請求項2に記載のめっき装置。
  4. めっき槽の内壁面と一致するように内側面が形成されたフランジと、
    フランジ内側面に、環状載置台を支持するために形成された複数の補強板と、
    を有する環状トッププレートとを備え、
    当該トッププレートは、載置部とめっき槽上部開口縁との間に挟持されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のめっき装置。
  5. 液供給管は、めっき液を1L/min〜20L/minで供給するように流量調整可能なものである、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のめっき装置。
  6. 載置部にカソード電極、めっき槽内にアノード電極が備えられるとともに、めっき槽内をカソード側とアノード側とに区画する隔壁が設けられており、
    当該隔壁は、液供給管の上部から環状載置台の下部に向けて、すり鉢状に配置されている、請求項5に記載のめっき装置。
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