JP4171368B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体ウエハにメッキ処理を施す電解あるいは無電解メッキ法に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造では電解メッキ法によってAu、Cu、Agなどの金属膜が形成されている。例えば半導体ウエハ上に数10〜100μm程度の大きさのバンプ(突起状の接続電極)を形成する工程、または半導体ウエハに形成された溝または接続孔に金属を埋め込んで配線を形成する工程などで電解メッキ法は用いられており、これまでに様々な電解メッキ法および電解メッキ装置が提案されている。
【0003】
例えば直列に配置された複数のメッキ処理部を一連の密閉構造とし、その内部に不活性ガスを充満させ、複数のメッキ処理部に挿通されたテープに対して、各メッキ処理部において非シンカ系メッキ液による電解メッキを行うメッキ方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、処理液を貯留する処理液層と一対の電極とを有する、基板に液処理を施す液処理装置と、処理液を貯留する処理液貯留タンクと、処理液貯留タンクから液処理装置に処理液を供給する処理液供給系と、処理液供給系に介在した、処理液供給系内を流れる処理液から溶存酸素を除去する溶存酸素除去装置とを具備する液処理システムが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
また、被処理基板の被処理面に電解メッキ浴を与えるための電解メッキ槽と、電解メッキ槽を不活性ガスの雰囲気下に置くための処理室と、処理室内の不活性ガス雰囲気中で被処理基板を加熱するための加熱部とを有する電解メッキ装置が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
【0006】
また、内部の底面部においてウエハの被メッキ面を上向きで指示するメッキ槽と、メッキ槽の内部においてウエハの上方に配置され、多数の細孔を有する細孔構成体と、メッキ槽の内部においてメッキ液中に配置され、細孔構成体の細孔に対するメッキ槽内のメッキ液の流れを形成して細孔構成体の細孔からウエハ上面に向けてメッキ液を噴流として吐出させるためのインペラとを備えた枚葉式メッキ装置が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−30480号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2002−363792号公報
【0009】
【特許文献3】
特開2002−212784号公報
【0010】
【特許文献4】
特開平11−189900号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハを対象とした電解メッキ法では、一般に噴流方式とディップ方式とが用いられている。本発明者らは、自動化に適している噴流方式について検討した。図7に、本発明者らによって検討された噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。
【0012】
電解メッキは以下のように行うことができる。まず処理面に導電性薄膜を着けた半導体ウエハ21をメッキ処理カップ22に自動搬送し、処理面を下向きにセットする。続いて貯液温調槽23に蓄えられたメッキ液24を噴流ポンプ25によってメッキ処理カップ22内へ導入し、半導体ウエハ21の下向きの処理面全面にメッキ液24を接触させる。その時、半導体ウエハ21側をカソード電極26、メッキ処理カップ22内に設けられた被メッキ金属または白金類をアノード電極27として通電し、半導体ウエハ21の主面に所定のメッキ膜を形成する。その後、メッキ処理カップ22から半導体ウエハ21を自動回収し、水洗、乾燥を行った後、半導体ウエハ21をウエハカセットに収納する。メッキ処理カップ22からあふれたメッキ液24は、カップ外周部28および液戻り配管29を通って貯液温調槽23に戻り、循環を繰り返す。
【0013】
この噴流密閉方式の電解メッキ装置では、メッキ液24と空気との接触を防ぐために、メッキ液24が流れるカップ外周部28および液戻り配管29が密閉されており、これにより酸素との反応によるメッキ液24の劣化を防ぐことができる。例えばAuバンプの成膜に使用する亜硫酸金を主成分としたノンシアン系金メッキ液は、酸素と反応して短時間で劣化しやすいが、噴流密閉方式の電界メッキ装置を採用することによりメッキ液の劣化が抑えられるので、要求するAuバンプの硬さまたは表面粗さ等を得ることができる。
【0014】
しかしながら、メッキ液24の流動によりカップ外周部28に負圧が発生し、負圧になることによってメッキ液24内に飽和して溶け込んでいる気泡が大きくなることが明らかとなった。この大きくなった気泡によって半導体ウエハ21上のメッキ膜にメッキ欠陥が生じ、例えば上記Auバンプを成膜した際には、Auバンプの形状の不揃いまたはAuバンプの付着不良などが生ずる。さらにメッキ処理カップ22内に負圧が残った場合は、半導体ウエハ21がメッキ処理カップ22から外せなくなり、処理終了時の自動搬送において半導体ウエハ21の受け渡しのトラブルが危惧される。
【0015】
本発明の目的は、メッキ液の劣化を抑えて、噴流密閉方式の電解メッキ法により成膜されるメッキ膜の信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。
【0016】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0018】
本発明は、定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを1つまたは複数の不活性ガス供給管からカップ外周部へ供給し、メッキ処理カップに半導体ウエハを載置した後、噴流ポンプを駆動させて貯液槽内のメッキ液をメッキ処理カップに供給して、半導体ウエハの主面にメッキ処理を行い、半導体ウエハとメッキ処理カップとの隙間からカップ外周部に排出されたメッキ液を液戻り配管を介して貯液槽へ戻すものであり、カップ外周部内および液戻り配管内を大気圧に保ち、メッキ液の酸化およびメッキ液中での気泡の膨らみを防止するものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0020】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1である電解メッキ法を図1および図2に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を用いて説明する。図中、1は半導体ウエハ、2はメッキ処理カップ、3は貯液温調槽、4はメッキ液、5は噴流ポンプ、6はカソード電極、7はアノード電極、8はメッキ電源、9はカップ外周部、10は液戻り配管、11は不活性ガス供給管、12は定圧機構を示す。
【0021】
図1に示すように、電解メッキ装置M1にはカップ外周部9の側壁上部に接続された不活性ガス供給管11が備わっており、まずこの不活性ガス供給管11から不活性ガスをカップ外周部9へ供給する。続いて処理面に導電性薄膜を着けた半導体ウエハ1をウエハカセットからメッキ処理カップ2に自動搬送し、処理面を下向きにして半導体ウエハ1をメッキ処理カップ2にセットする。
【0022】
次に、図2に示すように、噴流ポンプ5を駆動させて貯液温調槽3に貯留されたメッキ液4をメッキ処理カップ2内に供給し、半導体ウエハ1の下向きの処理面全面にメッキ液4を接触させる。その時、半導体ウエハ1側をカソード電極6、メッキ処理カップ2内に設けられた被メッキ金属または白金類をアノード電極7としてメッキ電源8を用いて通電し、半導体ウエハ1の主面に所定のメッキ膜を形成する。メッキ液4は、例えば亜硫酸金を主成分とするノンシアン系金メッキ液を例示することができ、このメッキ液を用いることにより、例えば半導体ウエハ1の主面にAuバンプを形成することができる。メッキ処理に使用されたメッキ液4は、半導体ウエハ1とメッキ処理カップ2との隙間からカップ外周部9へ排出され、液戻り配管10を通り貯液温調槽3へ戻されて、循環されながら再度メッキ処理に使用される。
【0023】
メッキ処理を行っている際、カップ外周部9および液戻り配管10内はメッキ液4の流れにより負圧となるが、定圧機構12によって圧力コントロールされた不活性ガス、例えばN2、Ar、He、Krなどが不活性ガス供給管11からカップ外周部9に充填されてカップ外周部9および液戻り配管10内は常圧、例えば大気圧に保たれる。またカップ外周部9および液戻り配管10内を大気圧に保つために供給された不活性ガスは、メッキ液4に沿って流れて、液戻り配管10から貯液温調槽3に満たされる。定圧機構12は、例えばレギュレータであり、カップ外周部9および液戻り配管10内を一定の圧力(大気圧)に保つように不活性ガスを供給することができる。
【0024】
これにより、メッキ液4が接する配管内全てが不活性ガスで満たされるので、メッキ液4が酸化され難くなり、また余分な加圧も防止されるので、メッキ液4中への気体の溶け込みも防止される。さらに配管内の圧力差が低減されるので、メッキ液4内に飽和して溶け込んでいる気泡が大きくならず、メッキ膜のパターン不良を低減することができる。例えばAuバンプを成膜した際には、Auバンプの形状の不揃いまたはAuバンプの付着不良などを低減することができる。
【0025】
次に、所定の厚さのメッキ膜が得られたところで、メッキ電源8からの通電を停止し、噴流ポンプ5を停止して、メッキ処理カップ2へのメッキ液4の供給を停止する。その際、メッキ液4は重力により貯液温調槽3に戻り、メッキ処理カップ2内は負圧になるが、圧力コントロールを行った不活性ガス供給管11から不活性ガスが充填されて、メッキ処理カップ2内は大気圧に保たれる。
【0026】
次に、メッキ処理カップ2から半導体ウエハ1を自動回収する。その際、メッキ処理カップ2内は大気圧に保たれているので、半導体ウエハ1をメッキ処理カップ2から容易に外すことができて、自動搬送において半導体ウエハ1の受け渡しのトラブルを防ぐことができる。その後、半導体ウエハ1を水洗し、乾燥させた後、ウエハカセットに収納する。
【0027】
なお、図1および図2に示した電解メッキ装置M1では不活性ガス供給管11を1箇所に設けたが、これに限定されるものではなく、複数箇所に不活性ガス供給管11を設けてもよい。
【0028】
図3に、不活性ガス供給管を2箇所設けた噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。この電界メッキ装置M2では、2箇所から不活性ガスをカップ外周部9へ供給することにより、カップ外周部9へ迅速に不活性ガスを供給することができる。
【0029】
このように、本実施の形態1によれば、メッキ処理カップ2からメッキ液4が流れ出るカップ外周部9に不活性ガスを供給して、配管内全体に不活性ガスを行き渡らせることにより、メッキ液4の酸化およびメッキ液4中での気泡の膨らみを防いで、メッキ液4の劣化を防ぐことができる。さらに半導体ウエハ1の受け渡し時の搬送トラブルを防ぐことができる。
【0030】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2である電解メッキ法を図4に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略図を用いて説明する。図4(a)はカップ外周部およびその周辺部分を示す概略平面図であり、図4(b)は同図(a)のA−A′線における概略断面図である。
【0031】
電解メッキ装置M3は、前記実施の形態1の電解メッキ装置M1と同様に、定圧機構12によって圧力コントロールされた不活性ガスが不活性ガス供給管11からカップ外周部9に充填されて、配管内を大気圧に保つことができる。さらにカップ外周部9は8つに分割されており、各ブロック9a〜9hに定圧機構12を設けて、任意の圧力にコントロールされた不活性ガスを各ブロック9a〜9hにそれぞれ供給することができる。
【0032】
このように、本実施の形態2によれば、定圧機構12によって圧力がコントロールされた不活性ガスをブロック9a〜9h毎に導入することができるので、メッキ液4が流れるカップ外周部9の圧力が均一化されて、メッキ処理カップ2内の液流を均一化、整流化することができる。これにより、半導体ウエハ1面内におけるメッキ膜の成長速度を均一化して、メッキ膜の厚さのバラツキを抑えることができる。さらに半導体ウエハ1の形状(例えばオリフラ、ノッチなどを備えた形状)、液戻り配管10の配置、半導体ウエハ1とカップ外周部9とのクリアランス誤差等によって生ずるカップ外周部9におけるメッキ液4の流速の違いを、ブロック9a〜9h毎に不活性ガスの圧力をコントロールすることにより修正することができるので、半導体ウエハ1面内におけるメッキ膜の厚さのバラツキを補正することが可能となる。
【0033】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3である電解メッキ法を図5に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を用いて説明する。
【0034】
電解メッキ装置M4は、前記実施の形態1の電解メッキ装置M1と同様に、定圧機構12によって圧力コントロールされた不活性ガスが不活性ガス供給管11からカップ外周部9に充填されて、配管内を大気圧に保つことができる。さらにカップ外周部9と定圧機構12との間の不活性ガス供給管11に、自動で開閉可能な自動バルブ13が設けられており、半導体ウエハ1のメッキ処理および受け渡し時に任意に開閉することができる。
【0035】
ところで、不活性ガスのうちN2は安価であり、半導体装置の製造に多く用いられているが、他の不活性ガス、例えばArまたはKrよりも軽いため、拡散しやすく配管内の酸素遮断効果がArまたはKrよりも劣ることが考えられる。このため大気解放後も残留してメッキ液4の酸化を防止することができる相対的に重い元素であるArまたはKrを不活性ガスとして用いることが好ましい。しかしながら、ArまたはKrは高価であることから、消費量を低減することが望まれる。そこで上記自動バルブ13を用いることによって不活性ガスの供給をコントロールし、不活性ガスの消費量を低減する。すなわち、自動バルブ13を用いてメッキ処理中は不活性ガスをカップ外周部9へ流し、メッキ処理時以外は不活性ガスを止め、さらに半導体ウエハ1の取り外し時は大気開放して負圧を解消する。
【0036】
なお、図5に示した電解メッキ装置M4では不活性ガス供給管11を1箇所に設けたが、これに限定されるものではなく、複数箇所に不活性ガス供給配線11を設けてもよい。
【0037】
図6に、不活性ガス供給管および自動バルブを2箇所設けた噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。この電界メッキ装置M5では、2箇所から不活性ガスをカップ外周部9へ供給し、その不活性ガスの供給をコントロールすることにより、カップ外周部9への不活性ガスを供給および大気開放を迅速に行うことができる。
【0038】
このように、本実施の形態3によれば、自動バルブ13を用いることにより不活性ガス供給管11からの必要最低限の不活性ガスの供給が可能となるので、不活性ガスの消費量を低減することができる。さらに、これによって高価ではあるがArまたはKrなどの相対的に重い不活性ガスを採用することができるので、N2などの相対的に軽い不活性ガスを採用した場合よりも、メッキ液4の酸化防止効果をより向上させることができる。
【0039】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0040】
例えば、前記実施の形態では、メッキ液に酸化されやすい亜硫酸金を主成分とするノンシアン系金メッキ液を示したが、これに限定されるものではなく、メッキ液を用いるいかなる電解メッキ法にも適用することができる。
【0041】
また、前記実施の形態では、電界メッキ法によってメッキ処理を行うメッキ装置に本発明を適用する場合について例示したが、無電解メッキ法によってメッキ処理を行うメッキ装置に適用してもよい。
【0042】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0043】
カップ外周部の上部から不活性ガスを供給して、メッキ液に接する配管内に不活性ガスを行き渡らせることにより、メッキ液の酸化およびメッキ液中での気泡の膨らみを防いで、メッキ液の劣化を防ぐことができる。これにより、噴流密閉方式の電解メッキ法により成膜されるメッキ膜の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図2】本発明の実施の形態1である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図3】本発明の実施の形態1である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の変形例である。
【図4】(a)は、本発明の実施の形態2である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略平面図の一例、(b)は、同図(a)のA−A′線における概略断面図である。
【図5】本発明の実施の形態3である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図6】本発明の実施の形態3である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の変形例である。
【図7】本発明者らによって検討された電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ
2 メッキ処理カップ
3 貯液温調槽
4 メッキ液
5 噴流ポンプ
6 カソード電極
7 アノード電極
8 メッキ電源
9 カップ外周部
10 液戻り配管
11 不活性ガス供給管
12 定圧機構
13 自動バルブ
21 半導体ウエハ
22 メッキ処理カップ
23 貯液温調槽
24 メッキ液
25 噴流ポンプ
26 カソード電極
27 アノード電極
28 カップ外周部
29 液戻り配管
M1 電解メッキ装置
M2 電解メッキ装置
M3 電解メッキ装置
M4 電解メッキ装置
M5 電解メッキ装置
Claims (4)
- (a)定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを、密閉されたカップ外周部に接続された1つまたは複数の不活性ガス供給管から前記密閉されたカップ外周部へ供給する工程と、
(b)前記メッキ処理カップに、処理面を下向きにして半導体ウエハを載置する工程と、
(c)噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの前記処理面にメッキ処理を行う工程と、
(d)前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記密閉されたカップ外周部に排出された前記メッキ液を、密閉された液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記メッキ処理時の前記密閉されたカップ外周部内および前記密閉された液戻り配管内は、大気圧に保たれることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを、密閉されたカップ外周部に接続された1つまたは複数の不活性ガス供給管から前記密閉されたカップ外周部へ供給する工程と、
(b)前記メッキ処理カップに、処理面を下向きにして半導体ウエハを載置する工程と、
(c)噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの前記処理面にメッキ処理を行う工程と、
(d)前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記密閉されたカップ外周部に排出された前記メッキ液を、密閉された液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記メッキ処理時の前記密閉されたカップ外周部内および前記密閉された液戻り配管内は、大気圧に保たれ、
前記不活性ガスは、N2、He、Ar、Krであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを、密閉されたカップ外周部に接続された複数の不活性ガス供給管から前記密閉されたカップ外周部へ供給する工程と、
(b)前記メッキ処理カップに、処理面を下向きにして半導体ウエハを載置する工程と、
(c)噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの前記処理面にメッキ処理を行う工程と、
(d)前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記密閉されたカップ外周部に排出された前記メッキ液を、密閉された液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記メッキ処理時の前記密閉されたカップ外周部内および前記密閉された液戻り配管内は、大気圧に保たれ、
前記密閉されたカップ外周部は複数のブロックに分割されており、前記複数のブロックにそれぞれ接続された前記不活性ガス供給管から前記不活性ガスが供給されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを、密閉されたカップ外周部に接続された1つまたは複数の不活性ガス供給管から前記密閉されたカップ外周部へ供給する工程と、
(b)前記メッキ処理カップに、処理面を下向きにして半導体ウエハを載置する工程と、
(c)噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの前記処理面にメッキ処理を行う工程と、
(d)前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記密閉されたカップ外周部に排出された前記メッキ液を、密閉された液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記メッキ処理時の前記密閉されたカップ外周部内および前記密閉された液戻り配管内は、大気圧に保たれ、
前記密閉されたカップ外周部と前記定圧機構との間の前記不活性ガス供給管に設けられた自動バルブによって前記不活性ガスの供給がコントロールされることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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