JP2006203170A - Metal filling device and metal filling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に形成された微細孔へ金属を充填する金属充填装置および金属充填方法に関し、例えば電子デバイスや光デバイスなどの配線、また、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの構造体を作製するのに好適な金属充填装置および金属充填方法に関する。 The present invention relates to a metal filling apparatus and a metal filling method for filling a metal into a microscopic hole formed in a substrate, for example, a wiring for an electronic device or an optical device, and a structure of a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device. The present invention relates to a metal filling apparatus and a metal filling method suitable for the above.
一般に、電子デバイスや光デバイスなどの各種デバイスの配線、また、MEMSデバイスを構成する構造体などに、微細孔に充填された金属を用いることがある(例えば、特許文献1参照)。
図3に、一例として電子デバイスなどの配線に利用するための貫通電極付き基板1を作製する断面工程図を示す。図3(d)に示す貫通電極付き基板1は、シリコン等の半導体材料あるいはガラス等の絶縁体材料からなる基板2に、基板2の主面3,3同士を貫通する微細孔4が形成されており、微細孔4内には金属等の導電性物質5が充填されてなるものである。
In general, a metal filled in micropores may be used for wiring of various devices such as an electronic device and an optical device, and a structure constituting a MEMS device (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 3 is a cross-sectional process diagram for manufacturing the substrate 1 with a through electrode for use in wiring of an electronic device or the like as an example. In the substrate 1 with a through electrode shown in FIG. 3D, a
この貫通電極付き基板1を製造するには、まず、図3(a)に示すように、基板2に該基板2を貫通する微細孔4を形成する微細孔形成工程を行う。微細孔4を形成する方法としては、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma−ReactiveIon Etching)法に代表されるDeep−Reactive Ion Etching(DRIE)法、エッチング溶液を用いたウェットエッチング法、マイクロドリルによる機械加工法などが挙げられる。更に基板2として、シリコンなどの半導体基板を用いた際には、必要に応じて微細孔4の側壁(内面)に絶縁層(図示略)が形成される。
In order to manufacture the substrate 1 with a through electrode, first, as shown in FIG. 3A, a fine hole forming step for forming a
次いで、図3(b)〜図3(d)に示すように、溶融金属充填法(例えば、特許文献2参照)を利用して、微細孔4内に金属を充填する金属充填工程を行う。
まず、図3(b)に示すように、微細孔4が形成された基板2を、大気圧よりも低い第1の圧力に保たれたチャンバー(図示略)内において、溶融金属6に浸漬する。
次いで、図3(c)に示すように、前記チャンバー内の圧力を前記第1の圧力よりも高い第2の圧力に上昇せしめる。このとき生じる圧力差により、微細孔4内に金属5が差圧充填される。
次いで、図3(d)に示すように、微細孔4に金属5が充填された基板2を溶融金属6中から取り出した後、冷却することで、微細孔4内に充填された金属5が固化し、貫通電極付き基板1が得られる。
First, as shown in FIG. 3B, the
Next, as shown in FIG. 3C, the pressure in the chamber is increased to a second pressure higher than the first pressure. Due to the pressure difference generated at this time, the
Next, as shown in FIG. 3D, after the
上述したように、溶融金属充填法は、微細孔への金属充填方法として非常に有効な手段である。しかしながら、チャンバー内を減圧下あるいは窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下に保って行うプロセスであるものの、溶融金属が錫(Sn)などの酸化されやすい金属元素を含有した半田等を用いた場合、溶融金属6の表面7の酸化を完全に防ぐことは不可能であった。そのため、従来の溶融金属充填法においては、基板2を溶融金属6中に浸漬し、また引き上げるときに、溶融金属6の表面7に生じた金属酸化物が基板2の主面3や微細孔4内面に付着し、金属の充填不良、基板の汚れ、微細孔4,4間のブリッジ等の問題が発生することがあり、歩留まり低下の原因となっていた。
As described above, the molten metal filling method is a very effective means as a method for filling the fine holes with metal. However, although the process is performed while maintaining the inside of the chamber under reduced pressure or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, when using a solder containing a metal element that is easily oxidized such as tin (Sn), It was impossible to completely prevent oxidation of the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶融金属充填法における歩留まりや品質の向上を目的として、溶融金属の表面の金属酸化物が基板に付着することを防止することが可能な金属充填装置および金属充填方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to prevent the metal oxide on the surface of the molten metal from adhering to the substrate for the purpose of improving the yield and quality in the molten metal filling method. It is an object to provide a metal filling apparatus and a metal filling method.
前記課題を解決するため、本発明は、内部を減圧する減圧手段および内部を加圧する加圧手段を備えたチャンバーと、このチャンバー内にて金属を加熱溶融することのできる金属溶融装置とを備え、基板に形成された微細孔へ金属を充填する金属充填装置において、前記金属溶融装置は、加熱溶融された金属の表面を清浄に保つ金属表面浄化機構を備えることを特徴とする金属充填装置を提供する。
本発明の金属充填装置において、前記金属表面浄化機構は、加熱溶融された金属の表面に沿う流れを発生させる噴流ポンプを備えたものを用いることができる。この場合、金属表面浄化機構は、前記金属溶融装置において前記加熱溶融された金属が貯留された溶融金属槽の内側に設けられた第2の槽を備え、前記第2の槽の上縁は、第2の槽の外に貯留された溶融金属の表面より上側に突出しており、前記噴流ポンプは、前記第2の槽の下部に開口した取込み口を介して、第2の槽の内部へ溶融金属を取り込む流れを発生させるものであることが好適である。
また、本発明の金属充填装置において、前記金属表面浄化機構は、前記金属表面浄化機構は、加熱溶融された金属の表面に沿って移動することにより、溶融金属の表面の汚れを押しやって除去する汚れ除去部材を備えたものを用いることができる。
前記チャンバーは、チャンバーの内部が2部屋以上に分割され、または2つ以上のチャンバーを連結して構成されたものが好ましい。
前記チャンバーの少なくとも1つの部屋、もしくは少なくとも1つのチャンバー内に、前記基板を加熱する機構を少なくとも1つ以上備えていることが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a chamber having a decompression means for decompressing the interior and a pressurization means for pressurizing the interior, and a metal melting apparatus capable of heating and melting the metal in the chamber. In the metal filling apparatus for filling a metal into the micropores formed in the substrate, the metal melting apparatus includes a metal surface purification mechanism that keeps the surface of the heated and melted metal clean. provide.
In the metal filling apparatus according to the present invention, the metal surface purification mechanism may include a jet pump that generates a flow along the surface of the heat-melted metal. In this case, the metal surface purification mechanism includes a second tank provided inside the molten metal tank in which the metal melted by heating in the metal melting apparatus is stored, and the upper edge of the second tank is It protrudes above the surface of the molten metal stored outside the second tank, and the jet pump melts into the second tank through an intake port that opens at the lower part of the second tank. It is preferable to generate a flow for taking in the metal.
Further, in the metal filling device according to the present invention, the metal surface purification mechanism pushes and removes dirt on the surface of the molten metal by moving along the surface of the molten metal. A thing provided with a dirt removal member can be used.
The chamber is preferably configured such that the interior of the chamber is divided into two or more rooms, or two or more chambers are connected.
It is preferable that at least one mechanism for heating the substrate is provided in at least one room of the chamber or in at least one chamber.
また、本発明は、上述の金属充填装置を用い、基板に形成された微細孔へ金属を充填する金属充填方法であって、前記基板を大気圧より低い第1の圧力下で、前記金属表面浄化機構によって表面が清浄に保たれた溶融金属中に浸漬する工程と、前記第1の圧力をこれより高い第2の圧力まで上昇させ前記微細孔中に前記溶融金属を差圧充填する工程と、前記基板を前記溶融金属から引き上げる工程とを有することを特徴とする金属充填方法を提供する。
本発明の金属充填方法において、前記基板を溶融金属中に浸漬する前に、予め溶融金属の温度と同程度の温度まで加熱しておくことが好ましい。
The present invention is also a metal filling method for filling a metal into a microscopic hole formed in a substrate using the above-described metal filling apparatus, wherein the substrate is subjected to the metal surface under a first pressure lower than atmospheric pressure. A step of immersing in a molten metal whose surface is kept clean by a purification mechanism; a step of increasing the first pressure to a second pressure higher than this and filling the molten metal with a differential pressure; And a step of pulling up the substrate from the molten metal.
In the metal filling method of the present invention, it is preferable that the substrate is heated in advance to a temperature comparable to the temperature of the molten metal before immersing the substrate in the molten metal.
本発明によれば、金属表面浄化機構を用いることにより、溶融金属の表面に生じた金属酸化物等の汚れを除去し、基板が浸漬および引き上げられる箇所における溶融金属の表面を常に清浄に維持することができる。従って、前記汚れが基板に付着することを防止し、溶融金属充填法における歩留まりや品質を向上することが可能となる。 According to the present invention, by using a metal surface purification mechanism, dirt such as metal oxide generated on the surface of the molten metal is removed, and the surface of the molten metal is always kept clean where the substrate is immersed and pulled up. be able to. Therefore, it is possible to prevent the dirt from adhering to the substrate and improve the yield and quality in the molten metal filling method.
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図1は、本発明の金属充填装置の第1形態例を示す概略構成図であり、図2は、図1に示す金属充填装置を用いて基板に形成された微細孔内に金属を充填する方法を説明する説明図である。また、図3(a)〜(d)は、溶融金属充填法を利用して微細孔内に金属を充填する金属充填工程を説明する断面工程図である。なお、図1および図2は、いずれも金属充填装置を正面から眺めた際の断面図である。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the metal filling apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is used to fill the metal in the fine holes formed in the substrate using the metal filling apparatus shown in FIG. It is explanatory drawing explaining a method. FIGS. 3A to 3D are cross-sectional process diagrams for explaining a metal filling process for filling a metal into a microhole using a molten metal filling method. 1 and 2 are both cross-sectional views when the metal filling device is viewed from the front.
図1に示すように、本形態例の金属充填装置10Aは、チャンバー11と、チャンバー11の内部を減圧する減圧手段14a,14bと、チャンバー11の内部を加圧する加圧手段15a,15bと、チャンバー11内にて金属を加熱溶融することのできる金属溶融装置16と、微細孔4が形成された基板2(詳しくは図3参照)を保持するとともに、該基板2を金属溶融装置16の溶融金属6外に位置する状態(図1参照)と溶融金属6内に浸漬した状態(図2参照)との間で自在に往復して搬送することが可能に設けられた搬送治具17と、金属溶融装置16において加熱溶融された金属6の表面7を清浄に保つ金属表面浄化機構20とを備える。
As shown in FIG. 1, the
本形態例において、チャンバー11は、仕切り板12によって内部を上下の二部屋11a,11bに分割されている。このうち下側に位置した第2の部屋11bには、金属溶融装置16が設置されている。また、第2の部屋11bより上側に位置した第1の部屋11aには、基板2をチャンバー11内へ搬入およびチャンバー11外へ搬出するための出入り口となる開閉バルブ(図示略)が設けられている。
第1の部屋11aおよび第2の部屋11bのそれぞれには、各部屋11a,11bの内部を減圧する減圧手段14a,14bとして、ロータリーポンプ等からなる真空排気系と、各部屋11a,11bの内部を加圧する加圧手段15a,15bとして、窒素ガスなどの不活性ガス(雰囲気ガス)を供給するガス供給系とが接続されている。すなわち、二つの部屋11a,11bをそれぞれ独立して減圧および加圧することが可能になっている。
なお、この形態例では真空排気系およびガス供給系を二つの部屋11a,11bに対してをそれぞれ独立して設けたが、共通の真空排気系(減圧手段)および/またはガス供給系(加圧手段)を用い、配管と切替バルブ等によって排気および/またはガス供給の流路を変えることも可能である。
In this embodiment, the
In each of the
In this embodiment, the evacuation system and the gas supply system are provided independently for the two
仕切り板12は、搬送治具17およびそれに固定された基板2が第1の部屋11aと第2の部屋11bとの間で自在に往来できるような位置に、開閉バルブ13を備える。
搬送治具17を第1の部屋11aと第2の部屋11bとの間で往来させるときには、開閉バルブ13を開くことにより、搬送治具17の通り道が確保される。
チャンバー11の内部を、基板2をチャンバー11の内外で搬送するため開放可能にした第1の部屋11aと、金属溶融装置16を備えた第2の部屋11bとに分割した場合、第1の部屋11aをチャンバー11外の大気に開放したときに開閉バルブ13を閉じることによって第2の部屋11bが大気中に完全に露出することを防げるため、金属溶融装置16内の溶融金属6の著しい酸化や、溶融金属6への大きな異物の混入を防ぐことができる。
The
When the
When the inside of the
金属溶融装置16は、加熱溶融された金属6が貯留された溶融金属槽16aと、溶融金属6を加熱するヒータ(図示略)および溶融金属6の温度を制御する温度コントローラ(図示略)を備える。
ここで、溶融金属6としては、単体金属や半田等の合金を用いることができる。具体例としては、錫(Sn)、インジウム(In)などの金属;金錫(Au−Sn)系、錫鉛(Sn−Pb)系、錫(Sn)基、鉛(Pb)基、金(Au)基、インジウム(In)基、アルミニウム(Al)基などのはんだを使用することができる。
The
Here, as the
本形態例における金属表面浄化機構20は、噴流ポンプ21と、金属溶融装置16において溶融金属槽16aの内側に設けられた第2の槽22とを備える。第2の槽22の上縁23は、第2の槽22の外に貯留された溶融金属6の表面7より上側に突出しており、噴流ポンプ21は、第2の槽22の下部に開口した取込み口24を介して、第2の槽22の内部へ溶融金属6を取り込む流れを発生させる。従って、噴流ポンプ21を動作させることにより、第2の槽22の内部の溶融金属6が常時、第2の槽22の外へと溢れ出すようになっている。すなわち、噴流ポンプ21の動作によって加熱溶融された金属の表面に沿う流れを発生させ、第2の槽22内の溶融金属6の表面7に生じた金属酸化物などの汚れ8を第2の槽22の外側へと流し出すことにより、第2の槽22内では溶融金属6の表面7を常に清浄に保つことができる。
The metal
次に、本形態例の金属充填装置10Aを用いて溶融金属充填法により、基板2の微細孔4内に金属5を充填する方法について説明する。
まず、図3(a)に示すように、1または複数個の微細孔4が形成された基板2を搬送治具17に固定し、第1の部屋11aに設置する。
基板2の具体例としては、厚さ300μmのシリコン基板に対して、Deep−Reactive Ion Etching(DRIE)法により、シリコン基板2の両主面3,3を貫通するように、直径が50μm程度の微細孔4,4,…を形成したものを用いることができる。
Next, a method for filling the
First, as shown in FIG. 3A, the
As a specific example of the
ここで、DRIE法とは、エッチングガスとして六フッ化硫黄(SF6)を用い、高密度プラズマによるエッチングと、微細孔の側壁へのパッシベーション成膜とを交互に行うこと(Boschプロセス)により、シリコン基板2を深堀エッチングするものである。シリコン基板の場合、パッシベーション成膜工程によって、シリコン基板2の主面3,3上や微細孔4の孔壁には、酸化シリコン(SiO2)からなる薄い絶縁層(図示略)が形成される。
Here, the DRIE method uses sulfur hexafluoride (SF6) as an etching gas, and alternately performs etching by high-density plasma and passivation film formation on the sidewalls of the fine holes (Bosch process). The
なお、微細孔4を形成する基板2は、シリコン基板に限定されるものではなく、ガリウム砒素(GaAs)などの他の半導体基板や、ガラスなどの絶縁体基板でもよい。
また、微細孔4は非貫通孔であってもよく、その直径および深さは、基板2の厚さや所望の用途に応じて適宜設定が可能である。さらに、微細孔の深さ方向に垂直な断面形状も、円形、楕円形、三角形、四角形、矩形などいかなる形状であってもよい。また、微細孔を形成する方法も、DRIE法に限定されず、水酸化カリウム(KOH)水溶液などによるウェットエッチング法、マイクロドリルなどによる機械加工、光励起電解研磨法などを用いることができる。
The
Further, the
第2の部屋11bは、第2の部屋11bに接続された減圧手段14bにより排気し、あらかじめ減圧された状態に保っておく。基板2を第2の部屋11bに搬送するのに先立ち、第1の部屋11aに接続された減圧手段14aを用いて、第1の部屋11aを第2の部屋11bと同程度の圧力となるまで減圧してから、開閉バルブ13を開ける。さらに、開放している開閉バルブ13を通して、基板2を保持した搬送治具17を第2の部屋11bへと移動する。
第1の部屋11aおよび第2の部屋11bが、大気圧よりも低い第1の圧力に減圧されている状態下で、図2に示すように基板2を第2の槽22内の溶融金属6に浸漬する。金属表面浄化機構20の噴流ポンプ21の作動により、第2の槽22内では溶融金属6の表面7が常に清浄に保たれており、基板2への汚れ8の付着を防いでいる。
なお、第1の圧力は、例えば10Pa程度であるが、特にこれに限定されるものではなく、大気圧よりも低い圧力であればいかなる圧力でも良い。
実施例において、溶融金属6は金錫合金(Au80質量%−Sn20質量%)を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、上述したとおり、適宜の金属や合金を用いることができる。
The
In a state where the
The first pressure is, for example, about 10 Pa, but is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as the pressure is lower than the atmospheric pressure.
In the examples, a gold-tin alloy (Au 80% by mass—
次いで、加圧手段15a,15bによって窒素ガスをチャンバー11内に供給し、第1の部屋11aおよび第2の部屋11bの内部の圧力を、前記第1の圧力よりも高い第2の圧力まで上昇させ、溶融した金属5を微細孔4内に差圧充填する。
ここで、差圧充填の意義を説明すると、以下のとおりである。基板2を溶融金属6内に浸漬しただけでは図3(b)のように微細孔4内に金属が充填されない空間が生じることがある。この空間内の圧力は第1の圧力であるが、基板2を溶融金属6に浸漬した後に溶融金属6の外圧を第2の圧力に上昇させると、溶融金属6に浸漬した基板2の微細孔4の内圧(これは第1の圧力に等しい)と、溶融金属6の外側の外圧(これは第2の圧力に等しい)との圧力差により、微細孔4内に溶融金属が流れ込み、溶融金属6を微細孔4内に圧力充填することができるものである。
なお、第2の圧力は第1の圧力よりも高ければいかなる圧力でもよく、大気圧に等しくなるまで加圧するのでもよいし、例えば大気圧よりも高い圧力まで加圧してもよい。
Next, nitrogen gas is supplied into the
Here, the significance of the differential pressure filling will be described as follows. Just immersing the
The second pressure may be any pressure as long as it is higher than the first pressure, and may be pressurized until it becomes equal to atmospheric pressure, or may be pressurized to a pressure higher than atmospheric pressure, for example.
次に、搬送治具17の位置を図1に示すように、第1の部屋11a側に移動させ、図3(d)に示すように、基板2を溶融金属6中から引き上げ、冷却する。これにより、微細孔4内に充填された金属5が固化し、微細孔4に金属5が充填された基板1が得られる。
仕切り板12の開閉バルブ13を閉じ、第2の部屋11b内を排気した後、第1の部屋11aを開放して、基板2を搬送治具17から取り外す。
前記第2の圧力が大気圧(正確にはチャンバー11の外側の圧力)とは異なる場合、第1の部屋11aを開放する前に、第1の部屋11aに接続された減圧手段14aまたは加圧手段15aを用いて第1の部屋11aの内圧を大気圧に釣り合わせることが望ましい。これに対して、第2の圧力が大気圧に等しい場合、第1の部屋11aをただちに開放することができる。
以上のようにして微細孔4に充填された金属5は、基板2の表裏を電気的に接続する貫通電極として、あるいは、MEMSデバイスにおける構造体の一部として利用することができる。
Next, the position of the conveying
After closing the opening / closing
When the second pressure is different from the atmospheric pressure (more precisely, the pressure outside the chamber 11), the decompression means 14a connected to the
The
以上説明したように、本形態例の金属充填装置10Aは、金属表面浄化機構20を用いることにより、基板2が浸漬および引き上げられる箇所である第2の槽22の内側において、溶融金属6の表面7を常に清浄に維持することができる。従って、溶融金属6の表面7の金属酸化物等の汚れ8が基板2の主面3や微細孔4の孔壁等に付着することを防止し、溶融金属充填法における歩留まりや品質を向上することが可能となる。
金属表面浄化機構20は、加熱溶融された金属6の表面7に沿う流れを発生させる噴流ポンプ21を備えるので、図2に示すように基板2が溶融金属6に浸漬した状態でも、基板2や搬送治具17の存在が邪魔にならず、溶融金属6の表面7の汚れ8を除去することが可能である。
さらに、溶融金属6が貯留された溶融金属槽16aの内側に第2の槽22を設け、第2の槽22内の溶融金属6が第2の槽22の外に流れ出すように構成したことにより、溶融金属6の表面7の汚れ8を溶融金属6の流れとともに第2の槽22の外に除去することができる上、該汚れ8が第2の槽22の内側へ戻ることを防止することができる。
As described above, the
Since the metal
Further, the
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例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で種々の改変が可能である。
図4は、本発明の金属充填装置の第2形態例を示す概略構成図であり、図5は、本発明の金属充填装置の第3形態例を示す概略構成図である。なお、図4および図5は、いずれも金属充填装置を正面から眺めた際の断面図である。
図4および図5において、図1〜図3と同一の符号を付した構成は、第2形態例または第3形態例に係る金属充填装置10B,10Cが第1形態例に係る金属充填装置10Aと同一または同様の構成を有する箇所を示し、重複する説明を省略する場合がある。
As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned example, Various modifications are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the metal filling apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the metal filling apparatus of the present invention. 4 and 5 are both cross-sectional views when the metal filling device is viewed from the front.
4 and 5, the configurations denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 to 3 are configured so that the metal filling devices 10 </ b> B and 10 </ b> C according to the second embodiment or the third embodiment are the metal filling devices 10 </ b> A according to the first embodiment. A portion having the same or similar configuration is shown, and redundant description may be omitted.
第2形態例の金属充填装置10Bは、図1,図2に示す金属表面浄化機構20の代わりに、溶融金属6の表面7に沿って移動する汚れ除去部材31を備えた金属表面浄化機構30を設けている。本例の場合、汚れ除去部材31は、溶融金属槽16aの上方に設けられた案内レール32に沿って左右両方向に往復駆動されたスキージである。
溶融金属6の表面7に生じた汚れ8は、汚れ除去部材31によって溶融金属槽16aの外側へと押しやられて除去される。基板2を溶融金属槽16a内に浸漬させたときは、汚れ除去部材31が基板2や搬送治具17にぶつからないように、汚れ除去部材31の動きを停止させる。
A
The
このように、溶融金属6の表面7に沿って移動する汚れ除去部材31を有する金属表面浄化機構30を用いることにより、溶融金属6の表面7に生じた金属酸化物等の汚れ8を除去し、基板2が浸漬および引き上げられる箇所における溶融金属6の表面7を常に清浄に維持することができる。従って、前記汚れ8が基板2に付着することを防止し、溶融金属充填法における歩留まりや品質を向上することが可能となる。
さらに、金属表面浄化機構30をなす要素のうち、汚れ除去部材31のみを溶融金属6中に浸漬するように構成することができるので、溶融金属6の熱に対する耐熱性や、溶融金属6の汚染防止などの要求に対応しやすく、低コストにて設置可能である。
なお、汚れ除去部材31の動き方は、直線的な往復運動に限定されるものではなく、円弧に沿った往復運動や、円周方向に沿った回転運動などとすることもできる。汚れ除去部材31は一つのみならず、複数設けても構わない。
Thus, by using the metal
Further, among the elements constituting the metal
The movement of the
第3形態例の金属充填装置10Cは、チャンバー11を二つの部屋11a,11bに仕切る仕切り板12を、図1に示すような水平方向ではなく、図5に示すように垂直方向に設置している。
この例の金属充填装置10Cの場合、基板2をチャンバー11の内外で搬送するため開閉バルブ13Aによって開放可能にした第1の部屋11aと、金属溶融装置16を備えた第2の部屋11bとが水平方向に並べて設けられており、第1の部屋11aと第2の部屋11bとを仕切る仕切り板12には開閉バルブ13が設けられており、これらの開閉バルブ13,13Aを通して基板2を搬送する搬送装置18が水平方向に設置されている。搬送装置18は、搬送アームや搬送ベルトなどから構成することができる。
第2の部屋11bの上部には、微細孔4が形成された基板2(詳しくは図3参照)を保持するとともに、該基板2を金属溶融装置16の溶融金属6外に位置した状態と溶融金属6内に浸漬した状態との間で自在に往復して搬送することが可能に設けられた搬送治具17が設けられている。
In the metal filling apparatus 10C of the third embodiment, the
In the case of the metal filling apparatus 10C of this example, there are a
In the upper part of the
なお、二つの部屋11a,11bが水平方向に並べて設けられている金属充填装置において、図5では、噴流ポンプ21を有する金属表面浄化機構20(図1参照)を設けた例を図示したが、金属表面浄化機構の構成は特に限定されるものではない。これ以外にも、汚れ除去部材31を有する金属表面浄化機構30(図4参照)など、他の構成の金属表面浄化機構を設けることも可能である。
In the metal filling device in which the two
第3形態例の金属充填装置10Cを用いて基板2の微細孔4内に金属5を充填する方法としては、下記のとおりである。
第2の部屋11bは、第2の部屋11bに接続された減圧手段14bにより排気し、あらかじめ減圧された状態に保っておく。
第1の部屋11aと第2の部屋11bとを仕切る開閉バルブ13を閉じた状態で、第1の部屋11aから外に通じる開閉バルブ13Aを開放し、基板2を搬送補助治具18aに装着して第1の部屋11a内に設置する。次に、開閉バルブ13Aを閉じ、第1の部屋11aに接続された減圧手段14aを用いて、第1の部屋11aを第2の部屋11bと同程度の圧力となるまで減圧してから、開閉バルブ13を開ける。
このように、第1の部屋11aをチャンバー11外の大気に開放したときに開閉バルブ13を閉じることによって第2の部屋11bが大気中に完全に露出することを防げるため、金属溶融装置16内の溶融金属6の著しい酸化や溶融金属6内への大きな異物の混入を防ぐことができる。
A method for filling the
The
With the open /
Thus, the
さらに、搬送装置18を駆動することにより、開放している開閉バルブ13を通して、基板2を保持した搬送補助治具18aを第2の部屋11bへと移動する。
第1の部屋11aおよび第2の部屋11bが、大気圧よりも低い第1の圧力に減圧されている状態下で、第2の部屋11bでは搬送治具17により基板2を保持した搬送補助治具18aを搬送装置18から取り上げ、搬送治具17を下降させて基板2を溶融金属槽16a内の溶融金属6に浸漬する(図2参照)。
次に、加圧手段15a,15bによって窒素ガスをチャンバー11内に供給し、第1の部屋11aおよび第2の部屋11bの内部の圧力を、前記第1の圧力よりも高い第2の圧力まで上昇させ、溶融した金属5を微細孔4内に差圧充填する。
Further, by driving the
In a state where the
Next, nitrogen gas is supplied into the
次に、搬送治具17を上昇させて、図3(d)に示すように、基板2を溶融金属6中から引き上げ、冷却する。これにより、微細孔4内に充填された金属5が固化し、微細孔4に金属5が充填された基板1が得られる。
基板2を保持した搬送補助治具18aを搬送治具17から外して搬送装置18に移し、搬送補助治具18aを第1の部屋11a側に移動させた後に仕切り板12の開閉バルブ13を閉じ、第2の部屋11b内を排気した後、第1の部屋11aを開放して、基板2を搬送補助治具18aから取り外す。
Next, the conveying
The transfer
なお、本発明の金属充填装置は、チャンバー11内を仕切り板12により分割した構成に限定されず、第1の部屋11aと第2の部屋11bとをそれぞれ独立したチャンバーにより構成し、両チャンバーを水平方向に並べて、あるいは垂直方向に重ねて設置し、チャンバー間に通路を形成して連結する構成にすることも可能である。この場合でも、上述した金属充填装置と同様の優れた効果を得ることができる。
The metal filling device of the present invention is not limited to the configuration in which the
また、本発明の金属充填装置は、チャンバー内に、基板を加熱する機構(以下、基板加熱機構という。)を少なくとも1つ以上備えていることが好ましい。ここで、基板加熱機構は、基板を溶融金属中に浸漬する前に、基板を加熱することが可能なものであり、この制限の範囲内で、基板加熱機構を設置する位置はチャンバー内で適宜設定が可能である。基板加熱機構を設ける場合のチャンバーの構成は特に限定がなく、例えば、チャンバーの内部が2部屋以上に分割されている場合には、基板加熱機構はチャンバーのいずれか1つ又は2つ以上の部屋に設けることができるし、チャンバーが2つ以上のチャンバーを連結して構成されているものであれば、基板加熱機構はいずれか1つ又は2つ以上のチャンバーに設けることができる。 The metal filling apparatus of the present invention preferably includes at least one mechanism for heating the substrate (hereinafter referred to as a substrate heating mechanism) in the chamber. Here, the substrate heating mechanism is capable of heating the substrate before immersing the substrate in the molten metal. Within this limit, the position where the substrate heating mechanism is installed is appropriately within the chamber. Setting is possible. The structure of the chamber in the case of providing the substrate heating mechanism is not particularly limited. For example, when the inside of the chamber is divided into two or more rooms, the substrate heating mechanism may be any one or two or more rooms of the chamber. If the chamber is configured by connecting two or more chambers, the substrate heating mechanism can be provided in any one or two or more chambers.
基板加熱機構は、チャンバー内の雰囲気ガスの中で基板を加熱できるものとして、赤外線ランプやホットプレート等が例示されるが、特にこれらに限定されるものではない。また、チャンバー内に基板加熱機構を2つ以上、または2種類以上設けてもよい。基板加熱機構の具体例としては、例えば図6に示すように搬送治具17に保持された基板2を加熱することが可能な赤外線ランプ41や、図7に示すように上面に載置した基板2を加熱することが可能なホットプレート42などが挙げられる。なお、図6,図7では、金属溶融装置および金属表面浄化機構の図示を省略したが、これらは、図1,図4,図5に示す例と同様に、チャンバー11の内部を仕切り板12により二部屋11a,11bに分割したうちの第2の部屋11bに設けることができる。
As the substrate heating mechanism, an infrared lamp, a hot plate, and the like are exemplified as those capable of heating the substrate in the atmospheric gas in the chamber, but are not particularly limited thereto. Two or more substrate heating mechanisms or two or more types may be provided in the chamber. Specific examples of the substrate heating mechanism include an
さらに他の例を示すならば、図6は、チャンバー11の内部を仕切り板12によって上下の二部屋11a,11bに分割したうちの第1の部屋11aに赤外線ランプ41を設けた場合を示すが、これに代えて赤外線ランプを第2の部屋11bに設けてもよく、また両方の部屋11a,11bにそれぞれ赤外線ランプを設けても良い。また、図5に示すように二つの部屋11a,11bが水平方向に並べて設けられたチャンバー11において、いずれか一方の部屋または両方の部屋に赤外線ランプを設けた構成も実施可能である。
As yet another example, FIG. 6 shows a case where an
前記基板加熱機構を備えた金属充填装置を使用して、基板に形成された微細孔内に金属を充填する方法は、先に図3等を参照して説明した方法と同じ方法を用いることができる。すなわち、前記基板加熱機構を用いて溶融金属への浸漬前に基板を加熱する工程と、この加熱された基板を大気圧より低い第1の圧力下で、前記金属表面浄化機構によって表面が清浄に保たれた溶融金属中に浸漬する工程と、前記第1の圧力をこれより高い第2の圧力まで上昇させ前記微細孔中に前記溶融金属を差圧充填する工程と、前記基板を前記溶融金属から引き上げる工程とを有する金属充填方法を用いることによって、良好な金属充填を実施することができる。 The method for filling metal into the micropores formed in the substrate using the metal filling apparatus provided with the substrate heating mechanism is the same as the method described above with reference to FIG. it can. That is, a step of heating the substrate before immersion in molten metal using the substrate heating mechanism, and the surface of the heated substrate is cleaned by the metal surface purification mechanism under a first pressure lower than atmospheric pressure. A step of immersing in the retained molten metal, a step of increasing the first pressure to a second pressure higher than the first pressure and filling the molten metal with a differential pressure, and a step of filling the substrate with the molten metal. By using a metal filling method having a step of pulling up from the metal, good metal filling can be performed.
基板加熱機構を用いて溶融金属への浸漬前に基板を加熱することにより、基板の加熱を行わない場合に比べて、基板浸漬時の温度差による金属の温度低下およびそれに伴う充填不良を低減することができる。基板加熱機構による加熱後の基板の温度は、溶融金属との温度差が小さいほど好ましいのであって、溶融金属への浸漬時に溶融金属の温度と等しいことが最も好ましいが、加熱してから溶融金属に浸漬するまでの間の基板の温度変化を考慮して基板の加熱温度を設定することもできる。また、必要であれば、基板加熱機構による基板の加熱温度を制御する制御手段を付加することもできる。
本発明においては、基板をチャンバー内に入れた後に基板を加熱して、少なくとも溶融金属への浸漬時に、加熱前の基板よりも高い温度に基板が加熱されていれば上記の効果を得ることができる。加熱後の基板の温度は、本発明の効果を損ねない程度であれば、溶融金属の温度より高くなっていても差し支えない。
By heating the substrate before immersion in the molten metal using the substrate heating mechanism, the temperature drop of the metal due to the temperature difference during immersion of the substrate and the accompanying filling defects are reduced as compared with the case where the substrate is not heated. be able to. The temperature of the substrate after heating by the substrate heating mechanism is preferably as the temperature difference from the molten metal is smaller, and is most preferably equal to the temperature of the molten metal when immersed in the molten metal. The heating temperature of the substrate can be set in consideration of the temperature change of the substrate until it is immersed in the substrate. Further, if necessary, a control means for controlling the heating temperature of the substrate by the substrate heating mechanism can be added.
In the present invention, after the substrate is placed in the chamber, the substrate is heated, and at least when immersed in the molten metal, the above effect can be obtained if the substrate is heated to a temperature higher than that of the substrate before heating. it can. The temperature of the substrate after heating may be higher than the temperature of the molten metal as long as the effect of the present invention is not impaired.
基板を溶融金属中に浸漬する前に、基板を溶融金属と同程度の温度まで加熱しておくことで、基板浸漬時の温度差による金属の温度低下およびそれに伴う充填不良を大幅に低減することができる。本発明において「加熱後の基板が溶融金属と同程度の温度である」とは、上述のとおり基板を浸漬したときに基板の周囲の溶融金属の温度が大幅に低下しない程度であればよく、具体的な温度差(浸漬時の加熱された基板と溶融金属との温度差)は、基板や溶融金属の性質(熱容量や比熱)、あるいは溶融金属に流れが与えられている場合にその流れの速度など、種々の実施条件に依存して異なり得る。 Before dipping the substrate in the molten metal, the substrate is heated to the same temperature as the molten metal, greatly reducing the temperature drop of the metal due to the temperature difference during substrate immersion and the accompanying filling defects. Can do. In the present invention, “the substrate after heating is at the same temperature as the molten metal” means that the temperature of the molten metal around the substrate is not significantly lowered when the substrate is immersed as described above. The specific temperature difference (temperature difference between the heated substrate and the molten metal during immersion) depends on the nature of the substrate and the molten metal (heat capacity and specific heat), or the flow of the molten metal when given to the molten metal. It can vary depending on various implementation conditions, such as speed.
本発明は、例えば電子デバイスや光デバイスなどの配線や、MEMSデバイスの構造体などを作製するために利用することができる。 The present invention can be used, for example, to fabricate wiring such as an electronic device or an optical device, a structure of a MEMS device, or the like.
2…基板、4…微細孔、5…充填された金属、6…加熱溶融された金属、7…溶融金属の表面、10A,10B,10C…金属充填装置、11…チャンバー、11a,11b…チャンバー内部を分割した部屋、14a,14b…減圧手段(真空排気系)、15a,15b…加圧手段(ガス供給系)、16…金属溶融装置、16a…溶融金属槽、20…金属表面浄化機構、21…噴流ポンプ、22…第2の槽、23…第2の槽の上縁、24…取込み口、30…金属表面浄化機構、31…汚れ除去部材、41…赤外線ランプ(基板加熱機構)、42…ホットプレート(基板加熱機構)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金属溶融装置は、加熱溶融された金属の表面を清浄に保つ金属表面浄化機構を備えることを特徴とする金属充填装置。 A chamber provided with a decompression means for decompressing the inside and a pressurization means for pressurizing the interior, and a metal melting apparatus capable of heating and melting the metal in the chamber, and the metal is introduced into the micropores formed in the substrate In a metal filling device for filling,
The metal melting apparatus includes a metal surface purification mechanism that keeps the surface of the heat-melted metal clean.
前記基板を大気圧より低い第1の圧力下で、前記金属表面浄化機構によって表面が清浄に保たれた溶融金属中に浸漬する工程と、
前記第1の圧力をこれより高い第2の圧力まで上昇させ前記微細孔中に前記溶融金属を差圧充填する工程と、
前記基板を前記溶融金属から引き上げる工程とを有することを特徴とする金属充填方法。 A metal filling method using the metal filling device according to any one of claims 1 to 5 to fill a fine hole formed in a substrate with a metal,
Immersing the substrate in a molten metal whose surface is kept clean by the metal surface purification mechanism under a first pressure lower than atmospheric pressure;
Increasing the first pressure to a second pressure higher than this and filling the molten metal with a differential pressure;
And a step of pulling up the substrate from the molten metal.
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