JP6699606B2 - Metal film forming equipment - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質膜を基板の表面に接触させて、基板の表面に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置に関する。 The present invention relates to a metal film forming apparatus for forming a metal film on the surface of a substrate by bringing the solid electrolyte film into contact with the surface of the substrate.
従来から、陽極と、前記陽極の上方に配置され、陰極に相当する基板との間に、固体電解質膜に基板を接触させた状態で、陽極と陰極に電圧を印加することにより、基板の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置が、利用されている。 Conventionally, the surface of the substrate is applied by applying a voltage to the anode and the cathode in a state where the substrate is in contact with the solid electrolyte membrane between the anode and the substrate which is disposed above the anode and corresponds to the cathode. A film forming apparatus for forming a metal film on a substrate is used.
このような技術として、たとえば、特許文献1には、以下の成膜装置が提案されている。この成膜装置は、陽極と、陽極の下方において陽極と基板との間に配置される固体電解質膜と、固体電解質膜と陽極とに接触するように金属溶液を収容する溶液収容部と、陽極と基板の間に、電圧を印加する電源部と、を備えている。
As such a technique, for example,
成膜時には、陽極と基板との間に電圧を印加すると、溶液収容部に収容された金属溶液に含まれる金属イオンが、固体電解質膜内を、陽極から基板に向かう方向に移動し、基板の表面で還元される。これにより、基板の表面に金属皮膜を成膜することができる。 During film formation, when a voltage is applied between the anode and the substrate, the metal ions contained in the metal solution contained in the solution container move in the solid electrolyte membrane in the direction from the anode to the substrate, Reduced on the surface. Thereby, a metal film can be formed on the surface of the substrate.
しかしながら、特許文献1に示す成膜方法では、金属皮膜の成膜後、固体電解質膜を交換する際、陽極の下方に固体電解質膜が配置されているため、これらの間に存在する金属溶液が、溶液収容部から流下して漏洩してしまう。また、成膜時に、金属溶液から酸素ガスが発生するが、この酸素ガスは、浮力によって金属溶液中を浮上し、陽極に付着することがある。これにより、成膜時に、陽極に付着した酸素ガスが付着した部分が、電気的に絶縁されるため、成膜不良が発生するおそれがある。
However, in the film forming method disclosed in
このような点を鑑みると、たとえば、陽極の上方に固体電解質膜を配置し、陽極とともに金属溶液を収容するチャンバ(溶液収容部)を設ければ、固体電解質膜の取り外しに拘わらず、金属溶液をチャンバに収容した状態を保持することができる。これにより、固体電解質膜の交換時の金属溶液の液漏れを低減することができる。 In view of such a point, for example, by disposing the solid electrolyte membrane above the anode and providing a chamber (solution accommodating portion) for accommodating the metal solution together with the anode, the metal solution is removed regardless of the removal of the solid electrolyte membrane. Can be held in the chamber. Thereby, liquid leakage of the metal solution at the time of replacement of the solid electrolyte membrane can be reduced.
しかしながら、このような構造を採用しても、固体電解質膜の下方の陽極から発生したガスは、金属溶液中を浮上し、固体電解質膜に付着してしまう。この結果、固体電解質膜内において、金属イオンの移動が阻害されるため、成膜不良が生じるおそれがある。 However, even if such a structure is adopted, the gas generated from the anode below the solid electrolyte membrane floats in the metal solution and adheres to the solid electrolyte membrane. As a result, the movement of metal ions is hindered in the solid electrolyte membrane, which may lead to defective film formation.
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体電解質膜に、金属溶液中の気泡が付着することを抑えることにより、固体電解質膜内の金属イオンの移動が阻害されることを抑制し、金属皮膜の成膜不良を回避することができる金属皮膜の成膜装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the purpose thereof is to suppress the adhesion of bubbles in the metal solution to the solid electrolyte membrane, whereby the metal ions in the solid electrolyte membrane are suppressed. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus for a metal film, which can prevent the movement of the metal film from being hindered and can avoid a defect in forming the metal film.
前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と、陰極に相当する基板との間において、前記基板の表面が接触するように、前記陽極の上方に配置される固体電解質膜と、前記固体電解質膜と前記陽極とに接触するように、金属イオンを含む金属溶液を収容する収容空間が形成された溶液収容部と、前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加する電源部と、を備えた金属皮膜の成膜装置であり、前記成膜装置は、前記収容空間に前記金属溶液を供給する供給ピストンと、前記収容空間から前記金属溶液を排出する排出ピストンと、前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加するように、前記電源部を制御するとともに、前記電圧の印加時に、前記供給ピストンによる前記収容空間への前記金属溶液の供給と、前記排出ピストンによる前記収容空間からの前記金属溶液の排出とを行いつつ、前記収容空間内の前記金属溶液の液圧が保持されるように、前記供給ピストンと前記排出ピストンとを制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする。 In view of the above problems, the apparatus for depositing a metal film according to the present invention includes an anode, the anode, and a substrate corresponding to the cathode so that the surface of the substrate is in contact with the substrate above the anode. Between the disposed solid electrolyte membrane, the solution storage part in which a storage space for storing a metal solution containing metal ions is formed so as to come into contact with the solid electrolyte membrane and the anode, and between the anode and the substrate. A power supply unit for applying a voltage, and a film forming apparatus for forming a metal film, wherein the film forming apparatus supplies the metal solution to the accommodation space, and the metal solution from the accommodation space. While controlling the power supply unit so as to apply a voltage between the discharge piston for discharging and the anode and the substrate, at the time of applying the voltage, the supply of the metal solution to the accommodation space by the supply piston is performed. The supply piston and the discharge piston are controlled so that the supply and the discharge of the metal solution from the storage space by the discharge piston are performed and the hydraulic pressure of the metal solution in the storage space is maintained. And a control device for performing the same.
本発明に係る金属皮膜の成膜装置によれば、固体電解質膜に、金属溶液中の気泡が付着することを抑えることにより、固体電解質膜内の金属イオンの移動が阻害されることを抑制し、金属皮膜の成膜不良を回避することができる。 According to the apparatus for depositing a metal film according to the present invention, by suppressing the adhesion of bubbles in the metal solution to the solid electrolyte membrane, it is possible to suppress the inhibition of the movement of metal ions in the solid electrolyte membrane. Therefore, it is possible to avoid the film formation failure of the metal film.
以下に、図1〜3を参照して、本発明の第1および第2実施形態に係る金属皮膜の成膜装置を説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, a metal film forming apparatus according to the first and second embodiments of the present invention will be described.
1.金属皮膜の成膜装置1について
まず、金属皮膜の成膜装置1について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る金属皮膜の成膜装置1の模式的断面図である。図2は、図1に示す成膜装置1において、固体電解質膜13を取り除いた状態の成膜装置1の平面図である。
1. Metal
図1に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、金属イオンから金属を析出させて、析出した金属からなる金属皮膜を基板Bの表面に成膜する装置である。ここで、基板Bは、アルミニウムなどの金属材料からなる基板、樹脂またはシリコン基板の処理表面に金属下地層が形成されている基板、または、一方向に電流が流れる半導体基板(ダイオード)などを挙げることができる。
As shown in FIG. 1, the
成膜装置1は、金属製の陽極11と、陽極11の上方に配置され、陰極に相当する基板Bとの間に配置された固体電解質膜13と、陽極11と基板Bとの間に電圧を印加する電源部14と、を少なくとも備えている。
The
陽極11は、チャンバ(溶液収容部)15を介して電源部14の正極に電気的に接続されており、陰極となる基板Bは、たとえば導電性材料からなる押え用治具17を介して、電源部14の負極に電気的に接続されている。チャンバ15は、後述する金属溶液Lに対して不溶性の材料からなる。押え用治具17は、基板Bを保持可能な構造になっている。
The
陽極11は、金属溶液Lに対して不溶性を有した酸化ルテニウム、白金、酸化イリジウムなどを挙げることができ、これらの金属が銅板などに被覆された陽極であってもよい。本実施形態では、陽極11は、金属皮膜の金属と同じ金属(金属溶液Lの金属イオンの金属)からなる可溶性の陽極であってもよい。
Examples of the
固体電解質膜13は、上述した金属溶液Lに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸することができ、電圧を印加したときに基板Bの表面において金属イオン由来の金属を析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。固体電解質膜の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)などのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン(CMV、CMD、CMFシリーズ)などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。
The
本実施形態では、チャンバ(溶液収容部)15は、金属溶液Lを収容するものであり、その内部には、金属溶液Lを収容する収容空間G1が形成されている。金属溶液Lは、たとえば、銅、ニッケル、銀などのイオンを含む電解液などを挙げることができ、金属溶液Lには、金属皮膜となる金属が、イオンの状態で存在する。 In the present embodiment, the chamber (solution storage unit) 15 stores the metal solution L, and the storage space G1 for storing the metal solution L is formed inside thereof. The metal solution L may be, for example, an electrolytic solution containing ions of copper, nickel, silver or the like, and the metal forming the metal film is present in the metal solution L in an ionic state.
金属溶液Lを収容する収容空間G1には、陽極11が配置されており、チャンバ15の上方には、陽極11の表面の大きさと同じまたはそれよりも大きい開口部15aが形成されている。開口部15aには、固体電解質膜13がこれを覆うように配置される。
An
本実施形態では、成膜装置1は、チャンバ15に金属溶液Lを供給する供給ピストン22と、チャンバ15から金属溶液Lを排出する排出ピストン23とを備えている。具体的には、チャンバ15には、供給ピストン22が上下に移動可能に配置されており、供給ピストン22の上昇により、収容空間G1に金属溶液Lを供給する供給空間G2が形成されている。供給空間G2は、第1連通孔15bを介して、収容空間G1に連通している(例えば図2参照)。
In the present embodiment, the
これにより、供給ピストン22の上昇時には、供給空間G2内の金属溶液Lを加圧し、供給空間G2から、第1連通孔15bを介して、収容空間G1に、金属溶液Lを供給することができる。加圧された金属溶液Lの圧力は、供給空間G2に取付けられた圧力計18により測定することができる。
Accordingly, when the
さらに、チャンバ15には、排出ピストン23が上下に移動可能に配置されており、排出ピストン23の下降により、収容空間G1から金属溶液Lを回収する回収空間G3が形成されている。回収空間G3は、第2連通孔15cを介して、収容空間G1に連通している。
Further, in the
これにより、排出ピストン23の下降時には、収容空間G1から、第2連通孔15cを介して、回収空間G3に金属溶液Lを吸い込むことができる。なお、回収空間G3の上部には、排気バルブ25が取り付けられており、成膜時に、収容空間G1から金属溶液Lとともに排出された気泡(空気)を、回収空間G3から排出することができる。
Accordingly, when the
本実施形態では、供給ピストン22と、排出ピストン23とは、これらが上下動自在となるように、回転−直動変換機構(図示せず)を介して電動モータ22a、22bに接続されている。
In the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、制御装置20をさらに備えている。制御装置20は、陽極11と基板Bとの間に、電圧を印加するように、電源部14を制御する。これに加えて、制御装置20は、供給ピストン22による収容空間G1への金属溶液Lの供給と、排出ピストン23による収容空間G1からの金属溶液Lの排出とを行いつつ、収容空間G1内の金属溶液Lの液圧が所定の範囲に保持されるように、供給ピストン22と排出ピストン23とを制御する。
Further, in the present embodiment, the
具体的には、制御装置20が、それぞれに接続された電動モータ22a、22bの回転速度を制御する。具体的には、供給ピストン22が収容空間G1に供給する金属溶液Lの供給流量と、排出ピストン23が収容空間G1から排出する金属溶液Lの排出流量とが、同じ流量になるように、制御装置20は、電動モータ22a、22bの回転速度を制御する。この結果、制御装置20により、供給ピストン22の上昇速度と、排出ピストン23の下降速度とが制御される。
Specifically, the
これに加え、制御装置20は、成膜時に、電動モータ22a、22bの起動タイミングを同期させることにより、供給ピストン22の上昇タイミングと、排出ピストン23の下降タイミングと、を制御する。
In addition to this, the
なお、本実施形態では、制御装置20は、電動モータ22a、22bを制御することにより、供給ピストン22と排出ピストン23の昇降速度および昇降タイミングを制御した。しかしながら、供給ピストン22と排出ピストン23のそれぞれにエアシリンダを連結し、制御装置が、エアシリンダを電磁弁等を介して制御することにより、供給ピストン22と排出ピストン23とを制御してもよい。
In this embodiment, the
2.金属皮膜の成膜方法について
以下に、本実施形態に係る金属皮膜の成膜方法を図1および図2を参照しながら説明する。まず、本実施形態では、固体電解質膜13を、チャンバ15の開口部15aを覆うように配置する。この際、チャンバ15の金属溶液Lが収容される収容空間G1を固体電解質膜13で密閉してもよいが、後述する基板Bの固体電解質膜13への押圧により、チャンバ15の金属溶液Lが収容される収容空間G1を固体電解質膜13で密閉してもよい。
2. Metal Film Forming Method A metal film forming method according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. First, in the present embodiment, the
次に、固体電解質膜13に、固体電解質膜13の上方から、基板Bの表面を押圧し、供給ピストン22により、圧力計18が所定の圧力となるように、収容空間G1内の金属溶液Lを加圧する。
Next, the surface of the substrate B is pressed against the
この状態で、制御装置20は、陽極11と基板Bとの間に、電圧を印加するように、電源部14を制御する。陽極11と基板Bとの間に電圧を印加すると、チャンバ15に収容された金属溶液Lの金属イオンが、固体電解質膜13内を、陽極11から基板Bに向かって流れ、基板Bの表面で、これが還元されて、金属が析出する。これにより、基板Bの表面に金属皮膜を成膜することができる。
In this state, the
上述した電圧の印加時に、制御装置20は、供給ピストン22による収容空間G1への金属溶液Lの供給と、排出ピストン23による収容空間G1からの金属溶液Lの排出とを行いつつ、収容空間G1内の金属溶液Lの液圧が所定の範囲に保持されるように、供給ピストン22と排出ピストン23とを制御する。
At the time of applying the voltage described above, the
具体的には、制御装置20は、収容空間G1に供給する金属溶液Lの供給タイミングと、排出ピストン23が収容空間G1から排出する金属溶液Lの排出タイミングとが、同期するように、供給ピストン22と排出ピストン23とを制御する。
Specifically, the
さらに、収容空間G1に供給する金属溶液Lの供給流量と、排出ピストン23が収容空間G1から排出する金属溶液Lの排出流量とが、同じ流量となるように、供給ピストン22と排出ピストン23の昇降速度および昇降タイミングを制御する。なお、成膜中は、供給ピストン22による収容空間G1への金属溶液Lの供給と、排出ピストン23による収容空間G1からの金属溶液Lの排出とが行なわれる。
Furthermore, the supply flow rate of the metal solution L supplied to the accommodation space G1 and the discharge flow rate of the metal solution L discharged from the storage space G1 by the
このようにして、金属皮膜の成膜中に、陽極11で発生した気泡が、浮力により、固体電解質膜13の表面に集まったとしても、排出ピストン23により、この気泡は、金属溶液Lと共に、収容空間G1から第2連通孔15cを介して回収空間G3に排出される。成膜中または成膜後に、回収空間G3の上部に溜った気泡を、排気バルブ25から排出してもよい。
In this way, even if the bubbles generated at the
このような結果、固体電解質膜13に、金属溶液L中の気泡が付着することを抑えることにより、固体電解質膜13内の金属イオンの移動が阻害されることを抑制し、金属皮膜の成膜不良を回避することができる。
As a result, by suppressing the bubbles in the metal solution L from adhering to the
金属皮膜の成膜の完了後、固体電解質膜13を交換する際には、供給ピストン22を下降させ、かつ、排出ピストン23を上昇させた後、収容空間G1内の金属溶液Lの液圧を、大気圧と同じ圧力にする。固体電解質膜13を取り外した状態では、収容空間G1は開放されているので、排出ピストン23により、金属溶液Lと共に収容空間G1に押し戻された気泡を、収容空間G1から大気中に排出することができる。
When the
なお、第1連通孔15bは、収容空間G1の下方において、平面視したときに露出している(鉛直方向に第1連通孔15bの開口が形成されている(図2参照))ので、供給空間G2に押し戻した気泡を供給空間G2に溜めた後、固体電解質膜13を取り外した際に、第1連通孔15bを介して収容空間G1から大気中に簡単に排出することができる。
The
〔第2実施形態〕
以下に、本発明の第2実施形態に係る金属皮膜の成膜方法を説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係る金属皮膜の成膜装置を説明するための模式的断面図である。
[Second Embodiment]
The method for forming a metal film according to the second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 3 is a schematic sectional view for explaining a metal film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態に係る成膜装置が、第1実施形態に係る成膜装置と相違する点は、収容空間G1に連通した第2連通孔15cの開口の近傍のチャンバ15の部分の位置が、収容空間G1を形成する他の部分よりも高くなるように、チャンバ15を傾斜させた点である。
The film forming apparatus according to the present embodiment differs from the film forming apparatus according to the first embodiment in that the position of the
本実施形態では、成膜装置1を全体的に傾斜させている。成膜装置1は、ブラケット等などを介して、常時傾斜させてもよく、たとえば、サーボモータ、エアシリンダ等で可動するチルト機構によって、成膜装置1を支持し、成膜時にのみ成膜装置1を傾斜させてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、このような傾斜により、成膜時に発生し、浮力によって浮き上がった気泡を、第2連通孔15cに、より確実に流すことができる。これにより、チャンバ15の収容空間G1から気泡を効率良く除去し、金属皮膜の成膜不良を回避することができる。
In the present embodiment, due to such an inclination, the bubbles generated at the time of film formation and lifted by the buoyancy can be more reliably flowed to the
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention. However, they are included in the present invention.
1:成膜装置、11:陽極、13:固体電解質膜、14:電源部、15チャンバ(溶液処理部)、22:供給ピストン、23:排出ピストン、G1:収容空間、L:金属溶液 1: film forming apparatus, 11: anode, 13: solid electrolyte membrane, 14: power supply section, 15 chamber (solution processing section), 22: supply piston, 23: discharge piston, G1: accommodating space, L: metal solution
Claims (1)
前記陽極と、陰極に相当する基板との間において、前記基板の表面が接触するように、前記陽極の上方に配置される固体電解質膜と、
前記固体電解質膜と前記陽極とに接触するように、金属イオンを含む金属溶液を収容する収容空間が形成された溶液収容部と、
前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加する電源部と、を備えた金属皮膜の成膜装置であり、
前記成膜装置は、前記収容空間に前記金属溶液を供給する供給ピストンと、
前記収容空間から前記金属溶液を排出する排出ピストンと、
前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加するように、前記電源部を制御するとともに、前記電圧の印加時に、前記供給ピストンによる前記収容空間への前記金属溶液の供給と、前記排出ピストンによる前記収容空間からの前記金属溶液の排出とを行いつつ、前記収容空間内の前記金属溶液の液圧が保持されるように、前記供給ピストンと前記排出ピストンとを制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。 An anode,
Between the anode and the substrate corresponding to the cathode, so that the surface of the substrate is in contact, a solid electrolyte membrane disposed above the anode,
A solution storage part in which a storage space for storing a metal solution containing metal ions is formed so as to come into contact with the solid electrolyte membrane and the anode,
Between the anode and the substrate, a power supply unit for applying a voltage, and a metal film forming apparatus,
The film forming apparatus, a supply piston for supplying the metal solution to the accommodation space,
A discharge piston for discharging the metal solution from the storage space,
The power supply unit is controlled so as to apply a voltage between the anode and the substrate, and at the time of applying the voltage, the supply piston supplies the metal solution to the housing space and the discharge piston. While performing the discharge of the metal solution from the storage space by the, so as to maintain the hydraulic pressure of the metal solution in the storage space, a control device for controlling the supply piston and the discharge piston, A metal film forming apparatus, further comprising:
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