JP2014152388A - 導電性物質の形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の形成装置は、超臨界流体又は亜臨界流体に金属錯体を溶解してなる流体を反応容器へ導入し、その容器内に配したウェハに設けられた微細孔の内壁へ導電性物質を形成する。その容器の内部空間は、仕切り部材により第一空間αと第二空間βに区分される。ウェハを貫通する、微細孔の中を流体が進行するように、ウェハの他面を全面に亘って支持し、第二空間へ流体が通過する微細な連通孔を内在する支持部材が仕切り部材上に配される。ウェハの他面に接する支持部材の一面は、ウェハの最外周より、全周に亘って第一空間に露呈する部位を備え、かつ、該部位の面積を制御する手段を有する。仕切り部材に接する支持部材の他面は、その中央域において仕切り部材に設けられた第二空間に通じる単一の流路に面する。
【選択図】図2
Description
特に、上記LSIチップは、当該チップの面積に比べて大面積であるウェハからダイシングして作製される物品であるが、各チップとなる領域にそれぞれ設けられる貫通配線はウェハ状態において一括して形成される。ゆえに、チップ面積に比べて大面積なウェハ(の主面)全域に亘って、上述した課題を解決できる、微細孔内への導電性物質の形成装置の開発が期待されていた。
本発明の請求項2に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置は、請求項1において、前記部位の面積を制御する手段は、リング状の部材であることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置は、請求項1又は2において、前記リング状の部材と前記ウェハとの離間距離は、ウェハの全周に亘って、略同一(同レベル)にあることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置は、請求項1乃至3のいずれか一項において、前記基体の他面に接する前記支持部材のうち、該支持部材の一面側は少なくとも前記流体に対して濡れ性の高い部材から構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置は、請求項1乃至4のいずれか一項において、前記支持部材の一面側が、PF(ポリフロンフィルター)からなることを特徴とする。
したがって、本発明は、ウェハ口径(面積)に依存することなく、ウェハサイズに柔軟に対応できるとともに、確実かつ均一に微細孔に導電性物質を堆積させることが可能な形成装置の提供に貢献する。
なお、本明細書で超臨界流体とは、CO2 などの気体をその臨界点以上に保つことにより、気液の差がなくなり液体でも気体でもない流体である状態をいう。
この装置は、フロー式薄膜堆積装置であり、H2 ボンベ1と、CO2 ボンベ2と、圧力調整器3と、供給バルブ4と、ミキサ5と、送液ポンプ6と、冷却器7と、原料容器8と、原料送液ポンプ9と、手前バルブ10と、マントルヒーター11と、プリヒート配管12と、反応容器13と、背圧調整器(BPR)14と、恒温槽15を備える。
この装置では、一定圧力・流量のCO2 を超臨界状態又は亜臨界流体で連続的に反応容器13内に供給し、還元剤H2 により、基体に設けられた微細孔の内壁に導電性物質(例えばCu)を析出・堆積させ、貫通電極を形成する。
CO2 ボンベ2には、超臨界流体の媒質であるCO2 ガスが入っており、CO2 ガスはCO2 ボンベ2から冷却器7で液化された後、送液ポンプ8で昇圧され、ミキサ5へと導入される。
H2 ガスとCO2 ガスは、ミキサ5にて混合され、反応容器13に導入される。
金属錯体は原料送液ポンプ9を通じて反応容器13に導入される。原料の供給の制御は反応容器のガス供給口に近接して設けられている手前バルブ10により行われる。
なお、本実施形態では、有機溶媒に溶解させた金属錯体を用いたが、固体状の金属錯体であっても、その材料に応じた供給手段を採用することにより反応容器13へ導入可能である。また、液体の金属錯体も同様に用いることができる。
反応容器13の手前にはプリヒート配管12が設けられており、さらに、プリヒート配管12及び反応容器13にはマントルヒーター11、恒温層15が設けられ、これらにより流体を所定の温度に加熱・保持されるとともに、温度の調節ができる。
反応容器13の下流には、背圧調整器(BPR)14が配されている。反応容器13内で反応が終了した後、反応容器13内の超臨界流体は、背圧調整器14を通じて排気される。
上チャンバ30には、流体F1(F)を供給する導入路31が設けられている。
下チャンバ35には凹部36と導出路36とが設けられており、この凹部36の最外周領域において、Oリング37を介して仕切り部材(パーテーションプレート)38が配されている。この仕切り部材38は、ウェハ20を支持する、ウェハ支持具としても機能する。
具体的には、仕切り部材38上に支持部材40が配され、その上にウェハ20が設置される。
支持部材40は、ウェハ20よりも大面積を有し、ウェハ20の他面(下面)に接する支持部材40の一面(上面)40a上において、ウェハ20の最外周より、全周に亘って第一空間αに露呈する部位42を備えている。
また、支持部材40の外周部には、例えば金属製のリング状部材45が配されている。このリング状部材45によって、支持部材40の一面(上面)40aにおいて、ウェハ20の最外周より全周に亘って第一空間αに露呈する部位42の面積が制御される。
特に、リング状部材45と前記ウェハ20との離間距離r(図3)は、ウェハ20の全周に亘って、略同一(同レベル)にあることが好ましい。これにより、ウェハ20の全面に亘って、各領域21ごとに均一に微細孔22に導電性物質を堆積させることが可能である。
このような装置において、超臨界流体に金属錯体を溶解してなる流体を反応容器13へ導入し、該反応容器13内において連続的に特定の方向へ移動する該流体の中に、平板状のウェハ20を配して、該ウェハ20に設けられた微細孔22の内壁へ導電性物質を形成する。
本発明の装置を構成する反応容器は、仕切り部材38により区分された、流体F1(F)が導入される第一空間αと流体F4(F)が導出される第二空間βとを備えいる。この仕切り部材38は、ウェハ20の一面(第一空間側に位置する面)20aから他面(第二空間側に位置する面)20bに向けて、ウェハ20に事前に形成された微細孔22の中を流体Fが進行するように、ウェハ20の他面20bを全面に亘って支持しているので、微細孔22の内部に流体Fを強制的に輸送させることが可能となる。
仕切り部材38に設けられた単一の流路39は、支持部材40の他面(下面)40b側に位置する(流入側の)開口部の数は、1つが最も好ましい。開口部を複数とする場合には、ウェハ20の他面(下面)20bの中心から外周へ向けて、バランスの良い配置(角度、距離、開口部の面積など)を考慮する必要がある。開口部の形状は特に規定されるものではないが、対称性を備えた形状が好ましく、中でも円形が最も好ましい。一方、仕切り部材38に設けられた単一の流路39において、第二空間β側に位置する(流出側の)開口部の数は、特に規定されない。1つでも良いし、複数でも構わない。流体F3(F)の流動性を向上させるために、流入側から流出側に向けて流路39の横断面積が拡大するように構成してもよい。また、何れ(流入側、流出側)の開口部も、その深さ方向に向けて面取り形状(たとえば、R形状やL形状)を備えることが好ましい。面取り形状は、導入・導出する流体の流れをさらにスムーズなものとする。
したがって、本発明は、ウェハ口径(面積)に依存することなく、ウェハサイズに柔軟に対応できるとともに、確実かつ均一に微細孔に導電性物質を堆積させることが可能な形成装置の提供に貢献する。
図6(a)は、ウェハ20の一面(上面)のみが流体Fの流れ方向と平行を成して流れFに曝され、他面(下面)が反応容器13の内面に接して配置された場合である。この場合は、原料(流体F)は微細孔22へ拡散のみで翰送されると考えられる。
図2の反応容器13は、第一空間αに連通するように上チャンバ30内に配管状の導入路31を設けた、最もシンプルな構成である。図2では、導入路31を1本とした構成例を示しているが、必要に応じて複数本の導入路31としても良い。
前記部位42の面積を制御する手段は、たとえばリング状部材45が好適に用いられる。リング状部材45と前記ウェハ20との離間距離rは、ウェハ20の全周に亘って、略同一(同レベル)にある。これにより、ウェハ20の全面に亘って、各領域21ごとに均一に微細孔22に導電性物質を堆積させることが可能である。
ここで、流体のエネルギー保存則あるベルヌーイの定理の圧力での表現を式(1)に示す。式(1)において、ρは密度、vは流速、gは重力加速度、zは高さ、pは圧力である。
1/2×pv2+ρgz+p=一定 (1)
式(1)から、圧力が高いと流速が小さくなり、圧力が低いと流速が大きくなることがわかる。
本実施形態では、微細な連通孔41を内在する支持部材40として、ガラスフィルターを用いているが、これに限定されるものではない。なお、ガラスフィルターとはガラス繊維(グラスファイバー)を原料とする、ろ過用フィルターなどが好適に用いられる。たとえば、「GF/A」は、変性蛋白質のろ過に最も広く使用される、効率の高い一般目的用ろ紙であり、大気汚染分析にも使用される。
ウェハ20の支持部材40としてガラスフィルターを用いることで、O−リングを用いた場合と比べて、ウェハ20と仕切り部材38との隙間が小さくなりウェハ20の上下面での差圧が大きくなると考えられる。その結果、更なる被覆性促進効果が期待できる。
そこで本発明では、図2、図4及び図5に示すように、前記ウェハ20の他面20bを全面に亘って支持するとともに、支持部材40に微細な連通孔41を内在させ、流体が通過する誘導路とすることで、ウェハ20にかかる負荷の軽減を図ることが可能である。これによりウェハ20の破損を防止し、配管の閉塞や機器の故障を防止することができる。
このような流体に対して濡れ性の高い部材としては、例えばPF(ポリフロンフィルター)などの有機系の樹脂、特にフッ素含有樹脂が好ましいものとして挙げられる。
支持部材40は、その一面40a側が上記のような濡れ性の高い部材から構成されていればよい。例えば濡れ性の高い材料からなる第一部材と、第二部材とを有し、第一部材と、第二部材とは、一体に形成したものでもよいし、単に積層されたものであってもよい。
前記部位42の面積を制御する手段は、例えばリング状部材45である。リング状部材45とウェハ20との離間距離rは、ウェハ20の全周に亘って、略同一(同レベル)にある。これにより、ウェハ20の全面に亘って、後工程においてダイシングした際に個別のチップとなる各領域21ごとに均一に微細孔22に導電性物質を堆積させることが可能である。
CO2 の臨界点は、臨界温度31.1℃. 臨界圧力7.382MPaと、他の超臨界流体に比べて低温・低圧力で超臨界状態になるため扱いやすい。またCO2 は大気中にも存在する無毒・不燃性の物質であり、反応溶媒として使用後、気体として排出する際、環境面の負荷とならない。
さらに、他の薄膜形成法(蒸着法・スパッタ・CVD等)に比べて高拡散・ゼロ表面張力という性質から微細孔21への形成に優れる。この技術を応用すると、環境に配慮した有機溶媒として超微細なCu配線を作ることが可能である。
特に、流体の媒質であるCO2 の流量は、線速度で換算して1cm/min以上であることが好ましい。ここで、線速度は、たとえばポンプ6で送る液体CO2 の体積流量を反応容器の断面積で除して求めることができる。ポンプの圧力変動や、低圧のH2 ガス添加時の圧力低下の影響を抑制するために、最低でもその値が必要である。
(1)まず、ウェハ20を反応容器13に封入し、反応容器13を装置のラインに接続する。このとき、図2および図3に示すように、ウェハ20の一面20aに向けて、前記流体Fが進行するように前記ウェハ20の他面20bを全面に亘って支持して支持部材40に取り付ける。ウェハ20には、後工程においてダイシングした際に個別のチップとなる各領域21ごとに設けられた複数の微細孔22が形成されている。
(3)恒温槽15、マントルヒーター11を起動させ、設定温度まで加熱する。
(5)設定温度で安定したら(4)を原料送液ポンプ9で流し、所定堆積時間の測定開始とする。流体は、ノズルから基体の一面に向けて吹きつけられる。
(6)所定堆積時間の間、H2 圧力調整器3の圧力や原料が確実に送液されているかなど、各装置が正常に作動しているか定期的に確認する。
(8)恒温槽15、マントルヒーター11の加熱を停止し、50℃程度まで自然冷却する。
(9)CO2 ボンベ2を閉栓し、背圧調整器14で装置内のCO2 を排気する。
(10)反応容器13をラインから外し、全ての機器の電源を切る。
(11)最後に、反応容器13からウェハ20を取り出す。
また、支持部材40に微細な連通孔41が内在されているとともに、ウェハ20の他面20bを全面に亘って支持することで、ウェハ20にかかる負荷の軽減を図ることが可能である。これによりウェハ20の破損を防止し、配管の閉塞や機器の故障を防止することができる。
また、ウェハ20の他面に接する支持部材40の一面が、ウェハ20の他面より大面積であり、かつ流体が導入される第一空間αに対して、支持部材40の一面の外周域が露呈されていることで、ウェハ20の上方に加えて、側方からも流体を流入させることができ、ウェハ20の全面に亘って、より確実かつ均一に微細孔22に導電性物質を堆積させることが可能である。
Claims (5)
- 超臨界流体又は亜臨界流体に少なくとも金属錯体を溶解してなる流体を反応容器へ導入し、該反応容器内において連続的に特定の方向へ移動する該流体の中に、ウェハを配して、後工程においてダイシングした際に個別のチップとなる各領域ごとに設けられた複数の微細孔の内壁へ導電性物質を形成する装置であって、
前記反応容器の内部空間は、仕切り部材により区分された、前記流体が導入される第一空間と該流体が導出される第二空間とを備え、
前記ウェハの一面から他面に向けて該ウェハを貫通する、前記微細孔の中を前記流体が進行するように、前記ウェハの他面を全面に亘って支持するとともに、前記第二空間へ該流体が通過する、微細な連通孔を内在する支持部材が前記仕切り部材上に配置されており、
前記ウェハの他面に接する前記支持部材の一面は、該ウェハの最外周より、全周に亘って前記第一空間に露呈する部位を備え、かつ、該部位の面積を制御する手段を有しており、前記仕切り部材に接する前記支持部材の他面は、その中央域において前記仕切り部材に設けられた前記第二空間に通じる単一の流路に面していることを特徴とする微細孔内への導電性物質の形成装置。 - 前記部位の面積を制御する手段は、リング状の部材であることを特徴とする請求項1に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置。
- 前記リング状の部材と前記ウェハとの離間距離は、ウェハの全周に亘って、略同一にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置。
- 前記基体の他面に接する前記支持部材のうち、該支持部材の一面側は少なくとも前記流体に対して濡れ性の高い部材から構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の微細孔内への導電性物質の形成装置。
- 前記支持部材の一面側が、PF(ポリフロンフィルター)からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の導電性物質の形成装置。
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