JP2015051440A - Metal filing apparatus and metal filing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理物表面上に形成された微小空間内に溶融金属を充填する金属充填装置及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 molten metal into a minute space formed on the surface of a workpiece.
近年、シリコン貫通電極(Through Silicon via)技術において、半導体ウェハ(被処理物)上に形成されたビアや貫通孔(以下、「微小空間」という)に金属を充填する技術が求められている。このシリコン貫通電極技術によれば、貫通電極を用いたチップ積層技術の開発が可能となることから、三次元実装による高機能・高速動作の半導体システムの実現が期待されている。 2. Description of the Related Art In recent years, in a through silicon via (Through Silicon via) technique, a technique for filling a via or a through hole (hereinafter referred to as “microspace”) formed on a semiconductor wafer (object to be processed) with a metal is required. According to this silicon through electrode technology, it is possible to develop a chip stacking technology using the through electrode, and it is expected to realize a high-functional and high-speed semiconductor system by three-dimensional mounting.
そして、上記のように、被処理物上の微小空間内に金属を充填する装置としては、例えば、特開2010−283034号公報に開示された装置(以下、「従来装置」という)が提案されている。 As described above, for example, an apparatus disclosed in JP 2010-283034 (hereinafter referred to as “conventional apparatus”) is proposed as an apparatus for filling a metal in a minute space on an object to be processed. ing.
この従来装置は、第1及び第2支持体や、溶融金属供給部、圧力制御部、加圧手段などを備えており、第1支持体と第2支持体とによって処理室が形成されるようになっている。また、溶融金属供給部は、第2支持体に設けられた金属供給路を通じて処理室内に溶融金属を供給するように構成されており、圧力制御部は、第2支持体に設けられた圧力伝達路を介して処理室内の減圧及び処理室内へのガスの供給とガスによる加圧を行うように構成されている。更に、加圧手段は、第2支持体にプレス圧を与えて、第2支持体を第1支持体に向けて移動させ、処理室に圧力を与えるように構成されている。 This conventional apparatus includes first and second supports, a molten metal supply unit, a pressure control unit, a pressurizing unit, and the like, so that a processing chamber is formed by the first support and the second support. It has become. The molten metal supply unit is configured to supply the molten metal into the processing chamber through a metal supply path provided in the second support, and the pressure control unit is configured to transmit pressure in the second support. The process chamber is configured to be depressurized, supplied with gas into the process chamber, and pressurized with gas. Further, the pressurizing means is configured to apply a pressing pressure to the second support, move the second support toward the first support, and apply pressure to the processing chamber.
この従来装置によれば、まず、微小空間が形成された対象物を第1支持体の上面上に設置し、第2支持体を、対象物を覆うように第1支持体と組み合わせ、対象物の周りに処理室を形成する。ついで、圧力制御部によって処理室を減圧した後、対象物の被処理面上に金属薄膜が生じるように、溶融金属供給部によって処理室内に溶融金属を供給する。これにより、溶融金属が微小空間内に差圧充填される。しかる後、充填された溶融金属を硬化させる。この際、圧力制御部及び加圧手段によって溶融金属が硬化するまで、当該溶融金属に圧力を加えるようにしている。そして、最後に対象物上の残渣金属薄膜を除去することで、微小空間内に金属が充填された対象物が得られる。 According to this conventional apparatus, first, an object in which a minute space is formed is placed on the upper surface of the first support, and the second support is combined with the first support so as to cover the object, A processing chamber is formed around the substrate. Next, after the processing chamber is depressurized by the pressure control unit, the molten metal is supplied into the processing chamber by the molten metal supply unit so that a metal thin film is formed on the surface of the object to be processed. As a result, the molten metal is filled in the minute space with a differential pressure. Thereafter, the filled molten metal is cured. At this time, pressure is applied to the molten metal until the molten metal is cured by the pressure control unit and the pressurizing means. Finally, the residual metal thin film on the object is removed to obtain the object filled with metal in the minute space.
ところで、上記従来装置において、被処理物に対する溶融金属の濡れ性(親和性)が悪い、言い換えれば、被処理面に対する溶融金属の表面張力が大きく、被処理面に対する溶融金属の接触角が大きくなる場合には、処理室内に供給された溶融金属が偏った形状や球状に変形するため、被処理面上における溶融金属の流動が不均一なものとなる。これにより、処理室内の気体成分の巻き込みや溶融金属薄膜の膜切れなどが生じ、結果的に、微小空間内に溶融金属が均一に充填されなくなるという問題が発生する。 By the way, in the said conventional apparatus, the wettability (affinity) of the molten metal with respect to a to-be-processed object is bad, in other words, the surface tension of the molten metal with respect to a to-be-processed surface is large, and the contact angle of the molten metal with respect to a to-be-processed surface becomes large. In this case, since the molten metal supplied into the processing chamber is deformed into an uneven shape or a spherical shape, the flow of the molten metal on the surface to be processed becomes non-uniform. As a result, entrainment of a gas component in the processing chamber, film breakage of the molten metal thin film, and the like occur, and as a result, there arises a problem that the molten metal cannot be uniformly filled in the minute space.
また、微小空間内への金属の充填に用いられる溶融金属は、極微量の残留酸素と反応して酸化物が形成するため、真空状態で使用するようにしても、溶融金属中における酸化物の形成を防止することは極めて困難である。そして、溶融金属中に酸化物が形成されることにより、当該溶融金属の流動性が低下し、上記と同様に、溶融金属の流動が不均一なものとなって、気体成分の巻き込みや溶融金属薄膜の膜切れなどに起因した充填不良が発生するという問題が生じる。 In addition, the molten metal used for filling the metal in the minute space reacts with a very small amount of residual oxygen to form an oxide, so even if it is used in a vacuum state, the oxide in the molten metal It is very difficult to prevent formation. As a result of the formation of oxides in the molten metal, the fluidity of the molten metal is reduced, and in the same manner as described above, the flow of the molten metal becomes non-uniform, and entrainment of gas components and molten metal are caused. There arises a problem that defective filling due to a thin film breakage or the like occurs.
また、溶融金属中に溶存気体(微小気相)が存在している場合、溶融金属を処理室内に供給することによって溶存気体も同時に供給されてしまい、当該溶存気体が処理室内において溶融金属薄膜の膜切れなどを引き起こすという問題もある。 In addition, when dissolved gas (micro gas phase) is present in the molten metal, the dissolved gas is simultaneously supplied by supplying the molten metal into the processing chamber, and the dissolved gas is in the processing chamber. There is also a problem of causing film breakage.
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、溶融金属の流動性を十分に確保し、被処理面上における溶融金属の流動を均一なものにすることにより、被処理面全体を溶融金属で覆うことができ、更に、溶融金属中の溶存気体を極力少なくすることができる金属充填装置及び金属充填方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by sufficiently ensuring the fluidity of the molten metal, the entire molten surface is melted by making the molten metal flow uniform on the surface. An object of the present invention is to provide a metal filling apparatus and a metal filling method that can be covered with metal and that can reduce dissolved gas in molten metal as much as possible.
上記課題を解決するための本発明は、
被処理物の、該表面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物表面上に供給した溶融金属を充填する金属充填装置であって、
前記被処理物を保持する保持部、及び該保持部に保持される被処理物の前記表面と対向して形成された処理室を具備した処理部本体と、
一端が前記処理室の内壁面に開口した通気路を備え、該通気路を介して前記処理室内を減圧する減圧機構と、
一端が前記処理室の内壁面に開口した通液路、及び該通液路の他端に接続され、溶融状態の金属が貯留された貯留タンクを具備し、前記通液路を介して前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記溶融金属に高周波振動を付加する少なくとも1つの加振機構と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧機構とを備えており、
前記溶融金属供給機構は、前記加振機構によって高周波振動が付加された溶融金属を処理室内に供給するように構成されている金属充填装置に係る。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A metal filling device for filling molten metal supplied onto the surface of the object to be processed in a minute space formed so as to open on the surface of the object,
A processing unit main body comprising a holding unit for holding the object to be processed, and a processing chamber formed facing the surface of the object to be processed held by the holding unit;
A pressure reducing mechanism that includes an air passage having one end opened in the inner wall surface of the processing chamber, and that decompresses the processing chamber through the air passage;
A liquid flow path having one end opened to the inner wall surface of the processing chamber, and a storage tank that is connected to the other end of the liquid flow path and stores a molten metal are provided, and the treatment is performed via the liquid flow path. A molten metal supply mechanism for supplying molten metal into the room;
At least one excitation mechanism for applying high-frequency vibration to the molten metal;
A pressurizing mechanism for pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber,
The molten metal supply mechanism relates to a metal filling apparatus configured to supply molten metal, to which high-frequency vibration is added by the vibration mechanism, into a processing chamber.
また、本発明は、
保持部に保持される被処理物の表面と対向して形成された処理室を具備した処理部本体と、
前記処理室内を減圧する減圧機構と、
貯留タンク内に貯留された溶融金属を、通液路を介して前記処理室内に供給する溶融金属供給機構と、
前記溶融金属に高周波振動を付加する加振機構と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧機構とを備えた金属充填装置を用いて、
前記被処理物の、前記表面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物表面上に供給した溶融金属を充填する金属充填方法であって、
前記処理室内を減圧する減圧工程と、
前記貯留タンク内の溶融金属を、前記通液路を介して処理室内に供給する溶融金属供給工程と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧工程とを行い、
前記溶融金属供給工程では、前記加振機構によって高周波振動が付加された溶融金属を、前記通液路を介して処理室内に供給する金属充填方法に係る。
The present invention also provides:
A processing unit main body including a processing chamber formed facing the surface of the object to be processed held in the holding unit;
A decompression mechanism for decompressing the processing chamber;
A molten metal supply mechanism for supplying the molten metal stored in the storage tank into the processing chamber via a liquid passage;
An excitation mechanism for applying high-frequency vibration to the molten metal;
Using a metal filling device provided with a pressurizing mechanism for pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber,
A metal filling method of filling molten metal supplied onto the surface of the object to be processed in a minute space formed to open on the surface of the object to be processed,
A decompression step of decompressing the processing chamber;
A molten metal supply step of supplying the molten metal in the storage tank into the processing chamber via the liquid passage;
Performing a pressurizing step of pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber;
The molten metal supply step relates to a metal filling method in which molten metal to which high-frequency vibration is added by the vibration mechanism is supplied into a processing chamber through the liquid passage.
この金属充填装置及び金属充填装置によれば、まず、表面(被処理面)に微小空間が形成された被処理物を保持部に保持させる。ついで、減圧機構によって通気路を介し処理室内の気体を排気して当該処理室内を減圧する。 According to the metal filling device and the metal filling device, first, an object to be processed in which a minute space is formed on the surface (surface to be processed) is held by the holding unit. Next, the pressure in the processing chamber is reduced by exhausting the gas in the processing chamber through the ventilation path by the decompression mechanism.
次に、加振機構を作動させると略同時に、溶融金属供給機構によって、通液路を介して処理室内に、貯留タンク内に貯留された溶融状態の金属の供給を開始し、処理室内に所定量の溶融金属を供給した後、溶融金属の供給を停止し、しかる後、処理室内を密閉状態とした上で、加圧機構によって処理室内に供給された溶融金属を加圧して、微小空間内に溶融金属を充填する。尚、通気路を介した処理室内の気体の排気は、処理室内への溶融金属の供給を開始する前に停止しても良いし、処理室内への溶融金属の供給を開始した後、通気路に溶融金属が吸い込まれるのを防止するために適当なタイミングで停止するようにしても良い。 Next, substantially simultaneously with the operation of the vibration mechanism, the molten metal supply mechanism starts supplying molten metal stored in the storage tank into the processing chamber via the liquid flow path. After supplying a certain amount of molten metal, the supply of molten metal is stopped, and then the processing chamber is hermetically sealed and the molten metal supplied into the processing chamber is pressurized by a pressurizing mechanism, Is filled with molten metal. Note that the exhaust of the gas in the processing chamber through the ventilation path may be stopped before starting the supply of the molten metal into the processing chamber, or after the supply of the molten metal into the processing chamber is started, In order to prevent the molten metal from being sucked in, it may be stopped at an appropriate timing.
このように、本発明に係る金属充填装置において、貯留タンク内の溶融金属は、加振機構によって高周波振動が付加された状態で、通液路を介して処理室内に供給されるようになっている。 As described above, in the metal filling apparatus according to the present invention, the molten metal in the storage tank is supplied into the processing chamber via the liquid flow path in a state where high-frequency vibration is added by the vibration mechanism. Yes.
ここで、溶融金属に付加された高周波振動は、溶融金属が部分的な圧縮と減圧とを繰り返しながら伝播されるため、減圧されている部分では、溶存していた気体がキャビテーションにより膨張し、かつ圧力の低い部分に集まるので、互いにぶつかりながら大きくなる。そして、この気泡成長によって溶存気体は液面へ浮上するため、当該溶融金属中の溶存気体が排除される。したがって、この金属充填装置においては、処理室内に供給した溶融金属の溶存気体を限りなく少なくできるようになっている。 Here, since the high frequency vibration added to the molten metal is propagated while repeating partial compression and decompression, the dissolved gas expands by cavitation in the decompressed portion, and Because it gathers in the low pressure part, it grows while colliding with each other. And since dissolved gas floats to a liquid level by this bubble growth, the dissolved gas in the said molten metal is excluded. Therefore, in this metal filling apparatus, the dissolved gas of the molten metal supplied into the processing chamber can be reduced as much as possible.
また、上記金属充填装置においては、上述したように、高周波振動の伝播により圧縮と減圧が交互に発生し、減圧されている部分にキャビテーションが発生する。気泡内部は溶融金属の蒸気や溶存気体であるが、気泡が成長前であって微小量である場合は、圧力の変動に伴ってキャビテーションが圧壊し、キャビテーションが圧壊することにより生じる衝撃圧力によって溶融金属中に形成される酸化物などの固体金属結晶やこれらからなる金属膜などが微細粒に粉砕される。これにより、固体金属結晶やこれらの金属膜によって引き起こされる溶融金属の流動性の低下を抑えることができる。 Moreover, in the said metal filling apparatus, as above-mentioned, compression and pressure reduction generate | occur | produce alternately by propagation of a high frequency vibration, and a cavitation generate | occur | produces in the pressure-reduced part. The inside of the bubble is molten metal vapor or dissolved gas, but if the bubble is a small amount before growth, the cavitation collapses due to the pressure fluctuation and melts due to the impact pressure generated by the cavitation collapse Solid metal crystals such as oxides formed in the metal and metal films made of these are pulverized into fine particles. Thereby, the fall of the fluidity | liquidity of the molten metal caused by a solid metal crystal or these metal films can be suppressed.
更に、処理室内に供給された溶融金属は、振動が伝播することによって、液面が振動して被処理面に対する接触角が見かけ上小さくなるとともに、被処理面と溶融金属との界面に滑り効果が生じる。したがって、溶融金属の流動性が向上して被処理面に対する流動が均一なものとなり、被処理面上を溶融金属によって均一に覆うことができる。尚、本発明に係る金属充填方法においては、処理室内の溶融金属の量が増えても当該溶融金属の液面における振動エネルギーが一定となるようにするために、時間の経過とともに溶融金属に付加する高周波振動の出力を徐々に大きくすることが好ましい。 Furthermore, the molten metal supplied into the processing chamber has a sliding effect on the interface between the surface to be processed and the molten metal, as the vibration propagates, the liquid surface vibrates and the contact angle with the surface to be processed is apparently reduced. Occurs. Accordingly, the fluidity of the molten metal is improved, the flow with respect to the surface to be processed becomes uniform, and the surface to be processed can be uniformly covered with the molten metal. In the metal filling method according to the present invention, the molten metal is added to the molten metal over time so that the vibration energy at the liquid surface of the molten metal becomes constant even when the amount of the molten metal in the processing chamber increases. It is preferable to gradually increase the output of the high frequency vibration.
尚、前記加振機構は、溶融金属に対して高周波振動を直接付加するように構成することが好ましい。このようにすれば、例えば、装置全体を振動させる、或いは、基板を振動させる場合よりも、装置構成が簡単なものとなり、また、十分な大きさの振動を与えるのに必要となるエネルギーを少なくすることができる。 The vibration mechanism is preferably configured to directly apply high-frequency vibration to the molten metal. In this way, for example, the apparatus configuration becomes simpler than when the entire apparatus is vibrated or the substrate is vibrated, and less energy is required to give a sufficiently large vibration. can do.
尚、上記金属充填装置において、前記加振機構は、溶融金属に対して、該溶融金属が貯留タンクから処理室へと流れる方向と同方向の高周波振動を直接付加するように構成されていることが好ましい。このようにすれば、処理室内の溶融金属までより効率よく高周波振動を伝播させることができる。 In the metal filling apparatus, the vibration mechanism is configured to directly apply high-frequency vibration in the same direction as the molten metal flows from the storage tank to the processing chamber to the molten metal. Is preferred. In this way, high-frequency vibration can be more efficiently propagated to the molten metal in the processing chamber.
また、前記加振機構は、前記通液路における一端側と他端側との間に配設されており、前記通液路内を流通して前記処理室内に供給される溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成することができる。このようにしても、相応の効果を奏する。 The vibration mechanism is disposed between one end side and the other end side of the liquid passage, and the high-frequency vibration is supplied to the molten metal that flows through the liquid passage and is supplied into the processing chamber. Can be added directly. Even if it does in this way, there exists a suitable effect.
また、前記加振機構は、前記貯留タンク内の溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成するようにしても良い。このようにしても、相応の効果を得ることができる。尚、この場合には、付加された振動が減衰して処理室内の溶融金属まで振動が伝わらなくなるのを防止するために、貯留タンクと処理室との間の通液路を極力短くすることが好ましい。 Further, the vibration mechanism may be configured to directly apply high-frequency vibration to the molten metal in the storage tank. Even if it does in this way, a suitable effect can be acquired. In this case, in order to prevent the added vibration from being attenuated and transmitted to the molten metal in the processing chamber, the liquid passage between the storage tank and the processing chamber may be shortened as much as possible. preferable.
更に、本発明に係る金属充填装置は、第1加振機構及び第2加振機構を備えており、前記第1加振機構は、前記通液路における一端側と他端側との間に配設されており、前記通液路内を流通して前記処理室内に供給される溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成され、前記第2加振機構は、前記貯留タンク内の溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成することが好ましい。 Furthermore, the metal filling device according to the present invention includes a first vibration mechanism and a second vibration mechanism, and the first vibration mechanism is disposed between one end side and the other end side of the liquid passage. The second vibration mechanism is configured to directly add high-frequency vibrations to the molten metal that flows through the liquid passage and is supplied into the processing chamber. It is preferable that the high frequency vibration is directly applied to the metal.
尚、通液路の一端側と他端側との間に加振機構を設ける場合、当該加振機構は、内部に、外部と連通するように形成された加振室を有する加振部と、先端部が前記加振室内に位置するように配設されたホーンと、前記ホーンを振動させる振動子とからなり、前記加振部は、前記貯留タンクと処理室とが前記加振室を介して連通するように、前記通液路における、一端側と他端側との間に配設されており、前記加振室内を流通する溶融金属に対し、ホーンを介して高周波振動を直接付加するように構成することが好ましい。そして、このように構成した場合、前記加振室内を流通する溶融金属に付加する高周波振動の方向は、前記加振室から前記処理室に向かう方向と一致させることが好ましい。 In addition, when providing an excitation mechanism between the one end side and the other end side of the liquid flow path, the excitation mechanism includes an excitation unit having an excitation chamber formed so as to communicate with the outside. A horn disposed so that a tip portion is positioned in the vibration chamber, and a vibrator that vibrates the horn. The vibration tank includes the storage tank and a processing chamber that are connected to the vibration chamber. Is arranged between one end side and the other end side of the liquid flow path so as to communicate with each other via a horn, and directly applies high-frequency vibration to the molten metal flowing through the vibration chamber. It is preferable to configure so as to. And when comprised in this way, it is preferable to make the direction of the high frequency vibration added to the molten metal which distribute | circulates the said excitation chamber correspond with the direction which goes to the said process chamber from the said excitation chamber.
このように構成した金属充填装置においては、まず、振動子を作動させることによってホーンを振動させる。そして、ホーンを振動させると略同時に、貯留タンクから処理室内への溶融金属の供給を開始し、この後、上記と同様に、微小空間内へ溶融金属を充填する。このようにしても、溶融金属に対してホーンから高周波振動を直接与えることができるため、溶融金属中の溶存気体を排除できる。また、固体金属結晶などを粉砕することができるとともに、被処理物の被処理面と溶融金属との間において滑り効果及び接触角低減効果を得ることができ、溶融金属の流動性を均一なものとし、膜切れを防止して被処理面全体を均一な溶融金属で覆うことができる。 In the metal filling apparatus configured as described above, first, the horn is vibrated by operating the vibrator. When the horn is vibrated, supply of molten metal from the storage tank into the processing chamber is started almost simultaneously, and thereafter, the molten metal is filled into the minute space in the same manner as described above. Even if it does in this way, since a high frequency vibration can be directly given with respect to molten metal from a horn, the dissolved gas in molten metal can be excluded. In addition to being able to pulverize solid metal crystals, etc., it is possible to obtain a sliding effect and a contact angle reducing effect between the surface to be processed and the molten metal, and the fluidity of the molten metal is uniform. Then, the entire surface to be treated can be covered with a uniform molten metal by preventing film breakage.
尚、この金属充填装置は、前記加振室内の溶融金属を回収する回収機構を更に備えることが好ましい。このようにすれば、金属充填処理を行った後、加振室内に滞留する溶融金属を回収することができる。したがって、加振室内に滞留した溶融金属が硬化してホーンの動作を妨げる、或いは、次処理において処理室内に供給される溶融金属に滞留して劣化した溶融金属が混入するのを防止することができる。 In addition, it is preferable that this metal filling apparatus is further provided with the collection | recovery mechanism which collect | recovers the molten metals in the said vibration chamber. If it does in this way, after performing a metal filling process, the molten metal which stays in a vibration chamber can be collect | recovered. Therefore, it is possible to prevent the molten metal staying in the vibration chamber from being hardened and hindering the operation of the horn, or preventing the molten metal staying in the molten metal supplied into the processing chamber from being mixed in the next processing. it can.
また、上記金属充填装置において、前記保持部は、前記被処理面の表面が水平方向に対して傾斜するように前記被処理物を保持するように構成され、前記通気路は、前記被処理物の被処理面における最上端よりも上方、且つ前記通液路の開口部よりも上方の高さ位置に開口しているように構成されることが好ましい。 Further, in the metal filling apparatus, the holding unit is configured to hold the object to be processed such that a surface of the surface to be processed is inclined with respect to a horizontal direction, and the ventilation path includes the object to be processed. It is preferable to be configured to open at a height position above the uppermost end of the surface to be processed and above the opening of the liquid passage.
このようにすれば、被処理面の下端側から徐々に処理室内に溶融金属が満たされていくため、少なくとも被処理面の上端よりも上方に溶融金属の液面が達するまで溶融金属の供給を続けることにより、処理室内に残留している気体成分を溶融金属の液面より上に集めることができ、残留気体成分を被処理面から遠ざけ、被処理面全体を溶融金属で覆うことができる。 In this way, since the molten metal is gradually filled into the processing chamber from the lower end side of the surface to be processed, the molten metal is supplied at least until the liquid level of the molten metal reaches above the upper end of the surface to be processed. By continuing, the gas component remaining in the processing chamber can be collected above the liquid surface of the molten metal, the residual gas component can be kept away from the surface to be processed, and the entire surface to be processed can be covered with the molten metal.
また、上記金属充填装置においては、水平方向に対する被処理面の傾斜角度は、30°〜150°とすることが好ましい。このようにすれば、処理室内に溶融金属を供給した際に、残留気体成分をより確実に溶融金属の液面より上に集めることができる。 Moreover, in the said metal filling apparatus, it is preferable that the inclination | tilt angle of the to-be-processed surface with respect to a horizontal direction shall be 30 degrees-150 degrees. In this way, when the molten metal is supplied into the processing chamber, the residual gas component can be more reliably collected above the liquid surface of the molten metal.
尚、本発明においては、被処理物上に形成される微小空間の大きさは、典型的にはその直径が0.1μm〜数十μmのものを想定しているが、この範囲に限られるものではない。 In the present invention, the size of the minute space formed on the object to be processed is typically assumed to have a diameter of 0.1 μm to several tens of μm, but is limited to this range. It is not a thing.
以上のように、本発明に係る金属充填装置及び金属充填方法によれば、処理室内へと供給される溶融金属に振動を付加するようにしているため、溶融金属中の溶存気体を効率良く排除することができる。また、溶融金属中の固体金属結晶や金属膜を粉砕することができるとともに、被処理物の被処理面と溶融金属との間において滑り効果及び接触角低減効果を得ることができ、溶融金属の流動性を十分に確保して流動不均一に起因する膜切れを防止し、被処理面全体を均一な溶融金属で覆うことができ、充填不良を低減できる。 As described above, according to the metal filling apparatus and the metal filling method of the present invention, vibration is added to the molten metal supplied into the processing chamber, so that the dissolved gas in the molten metal is efficiently removed. can do. In addition, solid metal crystals and metal films in the molten metal can be pulverized, and a sliding effect and a contact angle reducing effect can be obtained between the surface to be processed and the molten metal. Sufficient fluidity can be secured to prevent film breakage due to flow non-uniformity, and the entire surface to be treated can be covered with a uniform molten metal, thereby reducing defective filling.
更に、溶融金属に対して直接振動を付加する構成とした場合には、装置構成を比較的簡単なものにすることができ、また、大きなエネルギーを必要とすることなく、十分な大きさの振動を溶融金属に付加することができる。 In addition, when the structure directly applies vibration to the molten metal, the apparatus structure can be made relatively simple, and sufficient vibration can be obtained without requiring large energy. Can be added to the molten metal.
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明において、「右」、「左」とは、各図の紙面に向かってそれぞれ右側、左側を指すものとする。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, “right” and “left” indicate the right side and the left side, respectively, as viewed in the drawing.
[1.金属充填装置の構成]
図1に示すように、本例の金属充填装置1は、半導体ウェハ(被処理物)Kの表面(被処理面)に開口するように形成された微小空間内に溶融金属Mを充填する金属充填装置であって、半導体ウェハKが、その被処理面が水平方向に対して90°傾いた状態で保持される保持台Hと、内部空間が形成され、右端面が保持台Hと対向して配設された筒状のハウジングCと、保持台Hに保持される半導体ウェハKの被処理面に対して進退自在に設けられたピストンPと、保持台HをハウジングCに接近、離反させる移動機構5と、ピストンPを進退させる進退機構6とを備えており、前記保持台H、ハウジングC及びピストンPが処理部本体として機能し、保持台Hに保持された半導体ウェハK、ハウジングC及びピストンPによって気密状の処理室2が形成される。尚、半導体ウェハKの被処理面とは、溶融金属を充填すべき微小空間が形成された部分を指し、被処理物の表面全体に限られるものではない。
[1. Configuration of metal filling equipment]
As shown in FIG. 1, the
また、この金属充填装置1は、処理室2内の気体を排気して、当該処理室2内を減圧する減圧機構10と、処理室2内に溶融金属Mを供給する溶融金属供給機構15と、溶融金属Mの脱気を行う脱気機構20と、処理室2内に供給される溶融金属Mに振動を付加する加振機構30と、移動機構5、進退機構6、減圧機構10、溶融金属供給機構15、脱気機構20及び加振機構30の作動を制御する制御装置59とを備えている。
In addition, the
前記保持台Hは、処理室2の減圧に対抗して半導体ウェハKを変形させることなく、当該保持台Hに保持できる真空チャックや静電チャックなどのような被処理物保持機構を有し、ハウジングCと対向する保持面に半導体ウェハKを保持することができるようになっている。また、この保持台Hは、移動機構5によって移動するようになっており、この保持台HをハウジングCに接近する方向(左方向)に移動させ、保持台Hに保持された半導体ウェハKの表面をハウジングCの右端面及びハウジングCの右端面に設けられた気密シール9に当接させることにより、気密状の処理室2が形成される。
The holding table H has a workpiece holding mechanism such as a vacuum chuck or an electrostatic chuck that can be held on the holding table H without deforming the semiconductor wafer K against the pressure reduction in the
前記ピストンPは、ハウジングCの内部を進退機構6によって軸線方向に進退するようになっている。尚、ピストンPの外周面とハウジングCの内周面との間には、2つの気密シール7,8が介装されている。
The piston P is advanced and retracted in the axial direction by an advance /
前記進退機構6は、例えば、油圧シリンダ機構などであって、ピストンPを進退させる駆動力を与える機構であり、ピストンPを所定の押圧力でもって半導体ウェハKに向けて進退させることができる。
The advance /
前記減圧機構10は、ハウジングCの右端側の上部側壁を貫通して設けられ、ハウジングC側の開口部にバッファ部12aが形成された配管12と、配管12によって処理室2に接続された真空ポンプ11と、配管12の、真空ポンプ11と処理室2との間に設けられた制御弁13とからなり、真空ポンプ11によって処理室2内の空気を排気して、処理室2内を減圧する機構である。尚、真空ポンプ11の作動及び制御弁13の開閉は、制御装置59によって制御されるようになっている。
The
前記溶融金属供給機構15は、溶融金属Mが貯留された貯留タンク16と、ハウジングCの右端側の下側側壁を貫通し、その開口部が配管12のバッファ部12aと対向するように設けられ、後述する加振機構30の加振部31と処理室2とを接続する配管17aと、前記貯留タンク16と前記加振部31とを接続する配管17bと、配管17bの、貯留タンク16と加振部31との間に介装された制御弁18と、貯留タンク16と制御弁18との間に介装された圧力制御機能付き供給ポンプ19とからなり、所定の供給圧でもって、加振部31に形成された加振室32を介し、貯留タンク16から処理室2内に溶融金属Mを供給する機構である。また、制御弁18は、流量制御可能な開閉弁であり、供給ポンプ19の作動及び制御弁18の作動は、制御装置59によって制御されるようになっている。
The molten
前記貯留タンク16には、金属充填に用いられる溶融金属Mがその融点より高い温度で熱せられており、液体状態で貯留されている。尚、本例において金属充填に用いられる溶融金属Mは、融点約200℃の鉛フリー半田であるが、溶融金属Mの種類は、半田に限定されるものではなく、微小空間を埋める目的やその機能に応じて、Au,Ag,Cu,Pt,Pd,Ir,Al,Ni,Sn,In,Bi,Znやこれらの合金など任意のものを採用することができる。
In the
前記脱気機構20は、配管22によって貯留タンク16と接続された真空ポンプ21などからなり、貯留タンク16内の空気を排気して、貯留タンク16内の溶融金属Mの脱気を行う機構である。
The
前記加振機構30は、前記配管17a,17bが接続された状態で、処理室2と制御弁18との間に配設され、貯留タンク16から処理室2へと供給される溶融金属Mに振動を付加する機構である。そして、図1〜図3に示すように、この加振機構30は、内部に加振室32が形成された加振部31と、加振室32内に配設されたホーン40と、高周波振動子51と、高周波振動子51を振動させる駆動装置50と、加振室32内に滞留した溶融金属Mを回収する回収装置55とから構成されている。
The
図2〜図4に示すように、前記ホーン40は、断面形状が円形の部材であって、前記加振室32内に配設される振動部40a、高周波振動子51が接続されるホーン本体40b、及び振動部40aとホーン本体40bとの間に形成されたフランジ部40cの3つの部位からなる。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
前記加振部31は、直方体形状の加振部本体31aと当該加振部本体31aにおける一つの面に固設されるカバー体31bとから構成されており、前記加振部本体31aは、前記ホーン40の振動部40aが挿入される加振室32を有するとともに、当該加振室32と外方と連通するように、前記カバー体31bが固設される面と平行な面に、振動部40aの振動方向と平行な方向に沿って貫通した第1貫通穴33と、同様に加振室32と外方とを連通するように、前記カバー31bが固設される面と直交し、且つ相互に平行な2つの面に、前記第1貫通穴33の軸線と直交する方向に沿ってそれぞれ貫通した第2及び第3貫通穴34,35とが形成されている。そして、前記第1貫通穴33には、前記配管17aが接続され、第2貫通穴34には、配管17bが接続されており、貯留タンク16内に貯留された溶融金属Mは、配管17b、第2貫通穴34、加振室32、第1貫通穴33及び配管17aを流通し、処理室2内へと供給されるようになっている。尚、第1貫通穴33を、ホーン40の振動部40aの先端面の面内位置から外れない位置に形成するとともに、配管17aを、その軸線がホーン40の振動部40aの振動方向と平行な直管とし、処理室2内への振動伝播を円滑に行うことが望ましい。
The
そして、前記ホーン40は、振動部40aと加振室32の内壁面との間に隙間32aを空けた状態で、加振部本体31aにおけるカバー体31bが固設される面から挿入され、カバー体31bが固設されることで、フランジ部40cが加振部本体31aとカバー体31bとによって挟まれ、その移動が制限されている。尚、前記フランジ部40cと加振部本体31a及びカバー体31bとの間には、それぞれシール部材41,42が介装されており、封止性が確保されるとともに、フランジ部40cと加振部本体31a及びカバー体31bとが直接接触しないようになっている。
The
前記駆動装置50は、例えば圧電効果などを利用して高い周波数の発振を起こすことができる高周波振動子51に所定の電圧を印加し、当該高周波振動子51で振動を発生させる機構である。そして、この駆動装置50によって所定の電圧が印加されることにより、高周波振動子51で振動を発生し、当該高周波振動子51に接続されたホーン40がその軸線方向に沿って振動する。
The driving
ここで、高周波振動子51及びホーン40における振動の状態について、図4を参照して説明する。尚、図4の上図は、高周波振動子51及びホーン40各部における振幅量を表示したものであり、下図は、高周波振動51及びホーン40の構成を示した図である。
Here, the state of vibration in the high-
図4に示すように、高周波振動子51における振動は、ホーン本体40bに設けられたブースタ構造などにより増幅されながら振動部40aへと伝播されるようになっており、熱に弱い高周波振動子51と高温の溶融金属Mとの間に十分な距離を空けた状態で、溶融金属Mに所定の大きさの振動を付加することができるようになっている。また、ホーン40のフランジ部40cは、その位置が振幅の節に位置するように設けられており、当該フランジ部40cには大きな振動が生じないようになっている。したがって、上述したように、シール部材41,32を介した状態で加振部本体31a及びカバー体31bによってフランジ部40cを挟持することで、エネルギーの損失を極力抑え、効率良く振動を振動部40aへ伝播させることができる。尚、ホーン40の長さは、高温の溶融金属Mから高周波振動子51が熱影響を受けない(熱隔離が可能な)長さであれば良い。
As shown in FIG. 4, the vibration in the high-
前記回収機構55は、適宜真空ポンプで内部が減圧される回収タンク56と、一端が回収タンク56に接続され、他端が管継手38を介して前記加振部本体31に形成された第3貫通穴35に接続された配管57と、配管57の、加振部本体31と回収タンク56との間に介装された制御弁58とからなり、前記加振室32に滞留した溶融金属Mを回収する機構である。尚、真空ポンプの作動及び制御弁58の開閉は、制御装置59によって制御されるようになっている。
The
[2.金属充填の過程]
次に、図5〜図10を参照して、本例の金属充填装置1によって溶融金属Mを微小空間内に充填する過程を説明する。
[2. Metal filling process]
Next, with reference to FIGS. 5-10, the process of filling the molten metal M in a micro space with the
本例の金属充填装置1によれば、まず、移動機構5によって保持台HをハウジングCから遠ざかる方向(右方向)に移動させた状態で、半導体ウェハKを、その被処理面をハウジングC側に向けた状態で保持台Hの保持面上に保持させる(図5参照)。ついで、移動機構5によって保持台HをハウジングCに近づける方向(左方向)に移動させて、半導体ウェハKの表面にハウジングCの右端面及びハウジングCの右端面に設けられた気密シール9を押し当てて密着させ処理室2を形成する。
According to the
尚、処理室2内に供給する溶融金属Mの量を最小限に抑えるために、処理室2の容積が極力小さな容積となるように、進退機構6によってピストンPを半導体ウェハKに向けて移動させておくことが好ましい。
In order to minimize the amount of molten metal M supplied into the
次に、真空ポンプ11を作動させるとともに制御弁13を開き、処理室2内及び微小空間内を減圧する(図6参照)。
Next, the
ついで、高周波振動子51に所定の大きさの電圧を印加して、当該高周波振動子51に高周波数の発振を起こさせ、前記ブースタ52を介してホーン40をその軸線に沿った方向に振動させる。尚、振動の周波数としては20〜40kHz程度、振幅としては50〜100μm程度を例示することができるが、これらの値は装置の大きさや溶融金属Mの粘度、密度、或いは必要となる加振量などに応じて、適宜設定することが好ましい。
Next, a voltage having a predetermined magnitude is applied to the high-
そして、ホーン40を振動させるのと略同時に、図7に示すように、制御弁13を閉じて、制御弁18を開放状態にし、供給ポンプ19を用いて、貯留タンク16から処理室2内への溶融金属Mの供給を開始する。尚、処理室2内への溶融金属Mの供給は、制御弁18によって適切な供給速度に調整された状態で行われるようになっている。また、貯留タンク16内の溶融金属Mは脱気された状態となっており、処理室2内に供給される溶融金属M中の気体成分が極力少なくなるようになっている。
At substantially the same time as the
更に、本例の金属充填装置1において、処理室2内へと供給される溶融金属Mは、前記加振室32内において、処理室2へと流れる方向に沿ってホーン40から振動が直接付加されるようになっており、振動が付加されることで、溶融金属M中にキャビテーションが発生し気泡成長する。これにより、溶存気体が液面へと浮上するので、溶融金属M中の溶存気体が排除される。したがって、溶融金属Mは、気体成分が極めて少ない状態で処理室2内へと供給される。
Further, in the
また、溶融金属M中に発生したキャビテーションが圧壊する際に衝撃圧力が生じるため、当該衝撃圧力によって溶融金属M中に形成される固体金属結晶などが微細粒に粉砕され、溶融金属Mの流動性の低下を抑えられる。 In addition, since an impact pressure is generated when the cavitation generated in the molten metal M is crushed, the solid metal crystal or the like formed in the molten metal M is pulverized into fine particles by the impact pressure, and the fluidity of the molten metal M. Can be suppressed.
そして、加振室32内を流通した溶融金属Mは、処理室2の下方から徐々に当該処理室2内を満たしていく。この際、処理室2内に供給された溶融金属Mに対しても、配管17a内の溶融金属Mを介してホーン40から処理室2方向に向けての振動が伝播するため、当該処理室2内の溶融金属Mが振動して、溶融金属M中にキャビテーションが発生し、上記と同様に、溶存気相分が排除されるとともに、溶融金属M中の酸化物などの固体金属結晶からなる金属膜が微細粒にまで粉砕される。したがって、金属充填装置1においては、溶融金属M中の気体成分の排除及び溶融金属Mの流動性の低下抑制を行いながら、処理室2内に溶融金属Mを満たしていくことができる。
Then, the molten metal M flowing through the
更に、溶融金属Mに振動が伝播されることにより当該溶融金属Mの液面が振動するため、半導体ウェハKの被処理面と溶融金属Mとの間に滑り効果が得られるとともに、被処理面と溶融金属Mとの間の接触角が小さくなり、被処理面に対する溶融金属Mの流動性が増加する。 Furthermore, since the liquid level of the molten metal M is vibrated by the propagation of vibration to the molten metal M, a sliding effect is obtained between the surface to be processed of the semiconductor wafer K and the molten metal M, and the surface to be processed. And the contact angle between the molten metal M and the fluidity of the molten metal M with respect to the surface to be processed increases.
このように、処理室2内に供給される溶融金属M或いは処理室2内に供給された溶融金属Mの溶存気体の排除及び流動性の確保を行うことで、気相や流動不均一に起因する溶融金属薄膜の膜切れが効果的に防止された状態で、処理室2内が溶融金属Mによって満たされる。
As described above, by eliminating the molten metal M supplied into the
そして、処理室2内の半導体ウェハKの被処理面が溶融金属Mで完全に覆われる、言い換えれば、溶融金属Mの液面が被処理面の上端よりも上方に位置するまで、溶融金属Mの供給を行った後、供給ポンプ19の作動を停止させる(図8参照)。尚、溶融金属Mの供給開始から供給停止までの間において、溶融金属Mの液面における振動エネルギーを一定に保ち、半導体ウェハKの被処理面と溶融金属Mとの間における滑り効果及び接触角低減効果を十分に得るために、時間の経過とともに高周波振動子51に印加する電圧を徐々に大きくする、即ち、高周波振動の出力を徐々に大きくすることが好ましい。
The surface to be processed of the semiconductor wafer K in the
本例の金属充填装置1では、処理室2の下方から溶融金属Mが供給され、当該処理室2の下方から徐々に溶融金属Mが満たされていくようになっているため、処理室2内に残留気体成分が存在したとしても、当該残留気体成分が溶融金属Mの液面よりも上に集められるようになっている。そして、バッファ部12aを設け、残留気体成分を当該バッファ部12aにトラップした上で、処理室2内の半導体ウェハKの被処理面を溶融金属Mで覆うようになっており、半導体ウェハKの被処理面に残留気体成分からなる空隙が接触するのが防止されている。また、上述したように、溶融金属Mの流動性を確保するようにしているため、溶融金属薄膜の膜切れが生じ難くなっている。
In the
しかる後、図9に示すように、進退機構6によってピストンPを半導体ウェハKに向けて所定の位置まで移動させる。この際、制御弁18の流量制御機能又は供給ポンプ19の圧力制御機能により、溶融金属Mが適切に加圧された状態のまま、処理室2内の余分な溶融金属Mが貯留タンク16に押し戻されるとともに、微小空間内に溶融金属Mが加圧充填される。
Thereafter, as shown in FIG. 9, the piston P is moved toward the semiconductor wafer K to a predetermined position by the advance /
その後、微小空間内に充填された溶融金属Mの温度が融点以下となるまで冷却し、溶融金属Mが冷却硬化するまで待機する。そして、溶融金属Mが硬化した後、図10に示すように、移動機構5によって保持台Hを右方向に移動させて処理室2を開放し、保持台Hの保持部から半導体ウェハKを取り外す。
Then, it cools until the temperature of the molten metal M with which it filled in micro space becomes below melting | fusing point, and waits until the molten metal M cools and hardens | cures. Then, after the molten metal M is cured, as shown in FIG. 10, the holding table H is moved rightward by the moving
そして、以上の金属充填操作を繰り返した後、装置を停止する際には、制御弁58を開き、適宜真空ポンプによって内部が減圧された回収タンク56に加振室32内に滞留した溶融金属Mを回収する。このようにすることで、次運転時に、加振室32内に滞留して劣化した溶融金属Mが新たに供給した溶融金属Mに混入するのを防止することができ、また、加振室32内に滞留した溶融金属Mが硬化して、ホーン40の動作が妨げられるのを防止することができる。
Then, when the apparatus is stopped after repeating the above metal filling operation, the
このように、本例の金属充填装置1によれば、処理室2内へと供給される溶融金属Mに直接振動を与えるようにしているため、溶融金属M中の溶存気体を限りなく少なくすることができ、溶融金属Mとともに処理室2内に供給されてしまう気体の量を少なくすることができる。また、溶融金属Mに振動を与えることにより、溶融金属M中の固体金属結晶や金属膜を微細粒にまで粉砕することができるとともに、半導体ウェハKの被処理面と溶融金属Mとの間において滑り効果及び接触角低減効果を得ることができるため、溶融金属Mの流動性を確保して当該溶融金属Mの流動不均一に起因する膜切れを防止することができ、膜切れによって引き起こされる充填不良の発生を抑えることができる。
Thus, according to the
更に、本例の金属充填装置1においては、処理室2内へと供給される溶融金属Mに対して、直接振動を付加するようにしている。したがって、例えば、装置全体に振動を付加する、或いは、基板に対して振動を付加する場合よりも、装置構成を簡単なものにすることができ、また、少ないエネルギーでもって十分な大きさの振動を溶融金属Mに付加することができ、上記振動の付加によって奏される効果を十分に得ることができる。また、装置全体を振動させる、或いは基板を振動させる場合には振動の節に当たる部分が振動しないため、当該部分においては溶融金属Mに振動が付加されないという問題があるのに対し、本例の金属充填装置1では、そのような問題もなく溶融金属Mに確実に振動を付加することができる。
Further, in the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all.
例えば、上例においては、通液路たる配管17a及び配管17bとの間に加振装置30を配設するようにし、貯留タンク16から処理室2内へと流れる途中で溶融金属Mに直接振動を付加するようにしたが、加振装置30に代えて、貯留タンク16内の溶融金属Mに直接振動を付加する加振装置を設けた構成としても良い。このようにしても、上記と同様に、相応の効果を奏する。尚、この場合、付加された振動が減衰して処理室2内の溶融金属Mまで振動が伝わらなくなるのを防止するために、貯留タンク16と処理室2との間の配管を極力短くすることが好ましい。
For example, in the above example, the
また、加振装置30(第1加振装置)に加えて、上記貯留タンク16内の溶融金属Mに振動を付加する加振装置(第2加振装置)を更に設けるようにしても良い。このようにすれば、貯留タンク16内の溶融金属M中の溶存気体を予め除去しておくことができ、処理室2内に供給される溶融金属M中の溶存気体を限りなく少なくすることができる。また、貯留タンク16に貯留された溶融金属M内の固体金属結晶を微細粒にまで予め粉砕しておくことができ、溶融金属Mのより流動性を確保し易くできる。
Further, in addition to the vibration device 30 (first vibration device), a vibration device (second vibration device) that applies vibration to the molten metal M in the
尚、上例においては、好ましい実施の態様として、加振室32内において、処理室2内へと供給される溶融金属Mに対し、当該溶融金属Mが処理室2へと流れる方向に沿った振動を付加する態様としたが、必ずしも、処理室2へと流れる方向に沿った振動でなくとも良い。具体的に言えば、配管の長さが短い等の理由により、振動が処理室2内まで伝播する場合には、処理室2へと流れる方向に沿った振動でなくとも良い。
In the above example, as a preferred embodiment, in the
更に、上例では、処理室2内の余分な溶融金属Mを貯留タンク16に押し戻す構成としたが、前記制御弁58を流量制御機能付きの制御弁とし、溶融金属Mが適切に加圧された状態のまま、回収タンク56に余分な溶融金属Mを回収するようにしても良い。
Furthermore, in the above example, the configuration is such that excess molten metal M in the
また、上記金属充填装置1では、ピストンPを半導体ウェハKに向けて移動させることで、処理室2内の溶融金属を加圧するようにしているが、溶融金属Mを加圧する機構はこれに限られるものではない。例えば、余分な溶融金属Mの押し戻しや排出が不要な場合には、制御弁18を閉止するとともに、ピストンPが移動しないように固定した後、処理室2内に加圧気体を供給し、この加圧気体によって溶融金属Mを加圧する機構を用いることができる。
In the
更に、本例においては、半導体ウェハKがその被処理面を水平方向に対して90°傾いた状態で保持される構成としたが、水平方向に対する被処理面の傾斜角度は必ずしも90°に限られるものではない。即ち、処理室内に溶融金属を供給した際に、処理室の下方から徐々に溶融金属が満たされていくように、溶融金属の流動性や被処理物の表面性状、ピストンPの表面性状などに応じて、所定の角度に適宜設定するようにすれば良い。これについて、図11に示す他の実施形態に係る金属充填装置60を例にとって、以下説明する。
Furthermore, in this example, the semiconductor wafer K is configured to be held in a state where the surface to be processed is inclined by 90 ° with respect to the horizontal direction, but the inclination angle of the surface to be processed with respect to the horizontal direction is not necessarily limited to 90 °. It is not something that can be done. That is, when the molten metal is supplied into the processing chamber, the molten metal fluidity, the surface property of the object to be processed, the surface property of the piston P, etc. are gradually filled with the molten metal from below the processing chamber. Accordingly, a predetermined angle may be set as appropriate. This will be described below using a
図11に示すように、金属充填装置60は、半導体ウェハKが、その被処理面が水平方向に対して角度θだけ傾いた状態で保持される保持台H’と、内部に空間が形成、一方端面が保持台H’と対向して配設された筒状のハウジングC’と、保持台H’に保持される半導体ウェハKの被処理面に対して進退自在に設けられたピストンPと、保持台H’をハウジングC’に接近、離反させる移動機構(図示せず)と、ピストンP’を進退させる進退機構(図示せず)とを備えており、保持台H’に保持された半導体ウェハK、ハウジングC’及びピストンP’によって気密状の処理室62が形成される。
As shown in FIG. 11, the
尚、この金属充填装置60においては、ピストンP’の外周面とハウジングC’との間に気密シール67が介装されており、両者の間がこの気密シール67によってシールされている。
In the
また、この金属充填装置60は、金属充填装置1と同様に、処理室62内を減圧する減圧機構70、処理室62内に溶融金属Mを供給する溶融金属供給機構75、溶融金属Mの脱気を行う脱気機構(図示せず)、処理室62内に供給される溶融金属Mに高周波振動を付加する加振機構80、各機構の作動を制御する制御装置(図示せず)を備えている。
Further, similarly to the
前記減圧機構70は、真空ポンプ71、バッファ部72aが形成された配管72及び制御弁73からなり、金属充填装置1における減圧機構10と略同様の構成からなるが、配管72は、ハウジングC’の他方端側の側壁を貫通するように設けられている。
The
また、前記溶融金属供給機構75も、金属充填装置1における溶融金属供給機構15と略同様の構成からなり、貯留タンク76、配管77a,77b、制御弁78及び供給ポンプ79で構成されている。尚、配管77aは、ハウジングC’の一方端側の側壁を貫通して設けられており、配管72の処理室62側の開口部は、配管77aの開口部よりも上方、且つ処理室62の最上部より更に上方に位置している。
Also, the molten
前記加振機構80も、金属充填装置1における加振機構30と略同様の構成からなり、内部に加振室82が形成された加振部81と、ホーン90と、ブースタや高周波振動子などから構成される駆動装置92と、加振室82内に滞留した溶融金属Mを回収する回収機構95とから構成されており、前記配管77a,77bが加振部81の第1及び第2貫通穴に接続されている。
The
次に、この金属充填装置60における処理室62内への溶融金属Mの供給過程について図12及び図13を参照して説明する。
Next, the process of supplying the molten metal M into the
この金属充填装置60によれば、金属充填装置1と同様に、保持台H’に半導体ウェハKを保持した状態で処理室62を形成した後、真空ポンプ71を作動させるとともに制御弁73を開き、処理室62内の気体を排気して、処理室62内及び微小空間内を略真空状態にまで減圧する。
According to this
ついで、図12に示すように、制御弁73を閉じるとともに、制御弁78を開放状態にし、供給ポンプ79を作動させて、貯留タンク76から処理室62内への溶融金属Mの供給を開始する。
Next, as shown in FIG. 12, the
この金属充填装置60においても、処理室2内へと供給される溶融金属Mは、加振室82内でホーン90から高周波振動が直接付加される。したがって、上記と同様に、溶融金属M中にキャビテーションが発生し、当該溶融金属M中の溶存気体が強制的に発泡せしめられ排除されるとともに、発生したキャビテーションの圧壊により生じる衝撃圧力によって、溶融金属M中に形成された金属膜が粉砕される。更に、溶融金属Mに振動が伝播されることにより、当該溶融金属Mの液面が振動し、被処理面と溶融金属Mとの間において、滑り効果及び接触角低減効果が得られる。
Also in the
また、処理室62の下方から溶融金属Mが供給され、処理室62の下方から徐々に溶融金属Mが満たされていくため、処理室2内に残留気体成分が存在したとしても、当該残留気体成分が溶融金属Mの液面よりも上に集められた状態となる。
Further, since the molten metal M is supplied from the lower side of the
そして、処理室62内の半導体ウェハKの被処理面が溶融金属Mで完全に満たされるまで、溶融金属Mの供給を続けた後、図13に示すように、制御弁78を閉じ、供給ポンプ79の作動を停止させる。
Then, after supplying the molten metal M until the surface to be processed of the semiconductor wafer K in the
このように、被処理面を水平方向に対して角度θだけ傾けるようにしても、溶融金属Mの液面よりも上に残留気体成分を集め、溶融金属Mによって被処理面全体を覆うことができ、また、溶融金属Mに高周波振動を直接与えるようにしているため、上記と同様に、相応の効果を奏する。尚、より確実に溶融金属Mの液面よりも上に残留気体成分を集めるために、角度θの値は、30°〜150°の範囲内の値に設定することが好ましい。 Thus, even if the surface to be processed is inclined by the angle θ with respect to the horizontal direction, the residual gas component is collected above the liquid surface of the molten metal M, and the entire surface to be processed can be covered with the molten metal M. In addition, since the high frequency vibration is directly applied to the molten metal M, the same effects as described above can be obtained. In order to collect the residual gas component above the liquid level of the molten metal M more reliably, the value of the angle θ is preferably set to a value within the range of 30 ° to 150 °.
1 金属充填装置
2 処理室
5 移動機構
6 進退機構
10 減圧機構
11 真空ポンプ
12 配管
13 制御弁
15 溶融金属供給機構
16 貯留タンク
17a,17b 配管
18 制御弁
19 供給ポンプ
20 脱気機構
21 真空ポンプ
22 配管
30 加振機構
31 加振部
32 加振室
33 第1貫通穴
34 第2貫通穴
35 第3貫通穴
36,37,38 管継手
40 ホーン
40a 振動部
40b ホーン本体
40c フランジ部
41,42 シール部材
50 駆動装置
51 高周波振動子
52 ブースタ
55 回収機構
56 回収タンク
57 配管
58 制御弁
H 保持台
C ハウジング
P ピストン
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記被処理物を保持する保持部、及び該保持部に保持される被処理物の前記表面と対向して形成された処理室を具備した処理部本体と、
一端が前記処理室の内壁面に開口した通気路を備え、該通気路を介して前記処理室内を減圧する減圧機構と、
一端が前記処理室の内壁面に開口した通液路、及び該通液路の他端に接続され、溶融状態の金属が貯留された貯留タンクを具備し、前記通液路を介して前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記溶融金属に高周波振動を付加する少なくとも1つの加振機構と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧機構とを備えており、
前記溶融金属供給機構は、前記加振機構によって高周波振動が付加された溶融金属を処理室内に供給するように構成されていることを特徴とする金属充填装置。 A metal filling device for filling molten metal supplied onto the surface of the object to be processed in a minute space formed so as to open on the surface of the object,
A processing unit main body comprising a holding unit for holding the object to be processed, and a processing chamber formed facing the surface of the object to be processed held by the holding unit;
A pressure reducing mechanism that includes an air passage having one end opened in the inner wall surface of the processing chamber, and that decompresses the processing chamber through the air passage;
A liquid flow path having one end opened to the inner wall surface of the processing chamber, and a storage tank that is connected to the other end of the liquid flow path and stores a molten metal are provided, and the treatment is performed via the liquid flow path. A molten metal supply mechanism for supplying molten metal into the room;
At least one excitation mechanism for applying high-frequency vibration to the molten metal;
A pressurizing mechanism for pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber,
The molten metal supply mechanism is configured to supply molten metal, to which high-frequency vibration is added by the vibration mechanism, into a processing chamber.
内部に、外部と連通するように形成された加振室を有する加振部と、
先端部が前記加振室内に位置するように配設されたホーンと、
前記ホーンを振動させる振動子とからなり、
前記加振部は、前記貯留タンクと処理室とが前記加振室を介して連通するように、前記通液路における、一端側と他端側との間に配設されており、
前記加振室内を流通する溶融金属に対し、ホーンを介して高周波振動を直接付加するように構成されていることを特徴とする請求項3記載の金属充填装置。 The vibration mechanism is
Inside, a vibration unit having a vibration chamber formed to communicate with the outside,
A horn disposed such that a tip portion is located in the vibration chamber;
A vibrator that vibrates the horn,
The vibration unit is disposed between one end side and the other end side in the liquid flow path so that the storage tank and the processing chamber communicate with each other via the vibration chamber.
4. The metal filling apparatus according to claim 3, wherein high-frequency vibration is directly added to the molten metal flowing through the vibration chamber through a horn.
前記第1加振機構は、前記通液路における一端側と他端側との間に配設されており、前記通液路内を流通して前記処理室内に供給される溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成され、
前記第2加振機構は、前記貯留タンク内の溶融金属に高周波振動を直接付加するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の金属充填装置。 A first vibration mechanism and a second vibration mechanism;
The first vibration mechanism is disposed between one end side and the other end side of the liquid passage, and the high-frequency vibration is supplied to the molten metal that flows through the liquid passage and is supplied into the processing chamber. Is configured to add directly,
3. The metal filling device according to claim 1, wherein the second vibration mechanism is configured to directly apply high-frequency vibration to the molten metal in the storage tank.
内部に、外部と連通するように形成された加振室を有する加振部と、
先端部が前記加振室内に位置するように配設されたホーンと、
前記ホーンを振動させる振動子とからなり、
前記加振部は、前記貯留タンクと処理室とが前記加振室を介して連通するように、前記通液路における、一端側と他端側との間に配設されており、
前記加振室内を流通する溶融金属に対し、ホーンを介して高周波振動を直接付加するように構成されていることを特徴とする請求項6記載の金属充填装置。 The first vibration mechanism is
Inside, a vibration unit having a vibration chamber formed to communicate with the outside,
A horn disposed such that a tip portion is located in the vibration chamber;
A vibrator that vibrates the horn,
The vibration unit is disposed between one end side and the other end side in the liquid flow path so that the storage tank and the processing chamber communicate with each other via the vibration chamber.
7. The metal filling apparatus according to claim 6, wherein high-frequency vibration is directly applied to the molten metal flowing in the vibration chamber through a horn.
前記通気路は、前記被処理物の被処理面における最上端よりも上方、且つ前記通液路の開口部よりも上方の高さ位置に開口していることを特徴とする請求項1乃至9記載のいずれかの金属充填装置。 The holding unit is configured to hold the object to be processed such that a surface of the object to be processed is inclined with respect to a horizontal direction.
The air passage is opened at a height position above the uppermost end of the surface to be processed of the workpiece and above the opening of the liquid passage. Any of the metal filling devices described.
前記処理室内を減圧する減圧機構と、
貯留タンク内に貯留された溶融金属を、通液路を介して前記処理室内に供給する溶融金属供給機構と、
前記溶融金属に高周波振動を付加する加振機構と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧機構とを備えた金属充填装置を用いて、
前記被処理物の、前記表面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物表面上に供給した溶融金属を充填する金属充填方法であって、
前記処理室内を減圧する減圧工程と、
前記貯留タンク内の溶融金属を、前記通液路を介して処理室内に供給する溶融金属供給工程と、
前記処理室内に供給された溶融金属を加圧する加圧工程とを行い、
前記溶融金属供給工程では、前記加振機構によって高周波振動が付加された溶融金属を、前記通液路を介して処理室内に供給することを特徴とする金属充填方法。 A processing unit main body including a processing chamber formed facing the surface of the object to be processed held in the holding unit;
A decompression mechanism for decompressing the processing chamber;
A molten metal supply mechanism for supplying the molten metal stored in the storage tank into the processing chamber via a liquid passage;
An excitation mechanism for applying high-frequency vibration to the molten metal;
Using a metal filling device provided with a pressurizing mechanism for pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber,
A metal filling method of filling molten metal supplied onto the surface of the object to be processed in a minute space formed to open on the surface of the object to be processed,
A decompression step of decompressing the processing chamber;
A molten metal supply step of supplying the molten metal in the storage tank into the processing chamber via the liquid passage;
Performing a pressurizing step of pressurizing the molten metal supplied into the processing chamber;
In the molten metal supply step, the molten metal to which high-frequency vibration is added by the vibration mechanism is supplied into a processing chamber through the liquid passage.
The metal filling method according to any one of claims 12 to 14, wherein, in the molten metal supply step, the output of high-frequency vibration added to the molten metal is increased with time.
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