JP3947155B2

JP3947155B2 - Metal filling equipment

Info

Publication number: JP3947155B2
Application number: JP2003369005A
Authority: JP
Inventors: 信嘉西
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005131657A

Description

本発明は、気圧差を利用し、穴を有する被加工物の穴に金属を充填する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for filling a hole in a workpiece having a hole with a metal using a pressure difference.

シリコン基板に貫通配線を形成するための技術として、真空による気圧差を利用して一度に多数の貫通孔に溶融金属を充填する方法（溶融金属吸引法、ＭｏｌｔｅｎＭｅｔａｌＳｕｃｔｉｏｎｅｄＭｅｔｈｏｄ，ＭＭＳＭ）が知られている。（たとえば、特許文献１参照。）溶融金属吸引法は、穴を有する被加工物、ことにアスペクト比の大きい貫通孔や、貫通しない深細孔に金属を充填するのに適した方法である。 As a technique for forming a through wiring in a silicon substrate, a method of filling a large number of through holes with molten metal at a time using a pressure difference due to vacuum (molten metal suction method, Molten Metal Suctioned Method, MMSM) is known. ing. (For example, refer to Patent Document 1.) The molten metal suction method is a method suitable for filling a work piece having a hole, particularly, a through hole having a large aspect ratio or a deep hole not penetrating with a metal.

図４は、溶融金属吸引法を用いて、多数の微細孔が形成された被加工物（ワーク）の微細孔に金属を充填するための金属充填装置の一部を示す概略図である。真空ポンプ５４ｂを用いバルブを備えた排気管５４ａから排気して、チャンバ内を真空にすることのできる（内部の圧力を調整することのできる）真空チャンバ１１の内部に、溶融金属槽１２が配置されている。溶融金属槽１２の外面部には、ヒータ１５が設けられている。ヒータ１５は、溶融金属槽１２内の金属ブロックを加熱し、溶融させることができる。金属ブロックを加熱、溶融することにより得られた溶融金属１３は溶融金属槽１２に貯留される。 FIG. 4 is a schematic view showing a part of a metal filling apparatus for filling a metal with fine holes of a workpiece (workpiece) in which a large number of fine holes are formed by using a molten metal suction method. The molten metal tank 12 is disposed inside the vacuum chamber 11 that can be evacuated from the exhaust pipe 54a equipped with a valve using a vacuum pump 54b and the inside of the chamber can be evacuated (the internal pressure can be adjusted). Has been. A heater 15 is provided on the outer surface of the molten metal tank 12. The heater 15 can heat and melt the metal block in the molten metal tank 12. Molten metal 13 obtained by heating and melting the metal block is stored in molten metal tank 12.

真空チャンバ１１には、ワーク固定用アーム５１が取り付けられる。ワーク固定用アーム５１は、軸部５２及びワーククランプ５３を有する。ワーク固定用アーム５１は、軸部５２が真空チャンバ１１の上部を貫通するように、真空チャンバ１１に取り付けられる。ワーククランプ５３は、ワーク、たとえば多数の微細孔が形成されたシリコン基板５０を支持することができる。ワーク固定用アーム５１を用いて、ワーククランプ５３に支持されたシリコン基板５０を溶融金属槽１２中の溶融金属１３に浸すことができる。 A work fixing arm 51 is attached to the vacuum chamber 11. The work fixing arm 51 includes a shaft portion 52 and a work clamp 53. The work fixing arm 51 is attached to the vacuum chamber 11 such that the shaft portion 52 penetrates the upper portion of the vacuum chamber 11. The work clamp 53 can support a work, for example, a silicon substrate 50 in which a large number of fine holes are formed. The silicon substrate 50 supported by the work clamp 53 can be immersed in the molten metal 13 in the molten metal tank 12 using the work fixing arm 51.

真空チャンバ１１には、バルブを備えた給気管５５が設けられている。給気管５５を通して、真空チャンバ１１内に所定の気体、たとえば窒素ガスを導入することができる。 The vacuum chamber 11 is provided with an air supply pipe 55 having a valve. A predetermined gas, such as nitrogen gas, can be introduced into the vacuum chamber 11 through the air supply pipe 55.

溶融金属１３には、たとえばインジウム、錫などが用いられる。これらの金属は溶融状態において酸化されやすく、溶融金属１３の表面には酸化膜が形成されやすい。酸化膜除去機構５６は、溶融金属１３の表面に形成され得る酸化膜を除去することのできる酸化膜除去器５６ａ、及び、たとえば酸化膜除去器５６ａの作動を制御すること等のできる制御装置５６ｂを含んで構成される。 For the molten metal 13, for example, indium, tin or the like is used. These metals are easily oxidized in the molten state, and an oxide film is easily formed on the surface of the molten metal 13. The oxide film removal mechanism 56 includes an oxide film remover 56a that can remove an oxide film that can be formed on the surface of the molten metal 13, and a control device 56b that can control the operation of the oxide film remover 56a, for example. It is comprised including.

金属充填装置には、レーザ変位計５７が備えられている。レーザ変位計５７は、溶融金属表面におけるレーザビームの反射を利用して、溶融金属槽１２内に貯留されている溶融金属の液面高さ（貯留されている溶融金属の液量）を計測することができる。 The metal filling device is provided with a laser displacement meter 57. The laser displacement meter 57 uses the reflection of the laser beam on the surface of the molten metal to measure the height of the molten metal stored in the molten metal tank 12 (the amount of molten metal stored). be able to.

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、金属充填装置を用いて、シリコン基板５０の微細孔に金属を充填する方法を示す概略図である。 FIGS. 5A to 5C are schematic views showing a method of filling the fine holes of the silicon substrate 50 with metal using a metal filling device.

図５（Ａ）を参照する。微細孔を有するシリコン基板５０をワーク固定用アーム５１のワーククランプ５３で支持し、真空ポンプ５４ｂを用いて、排気管５４ａから真空チャンバ１１内を排気し、真空圧１０^−２〜１０^−３Ｐａ程度まで減圧する。微細孔内も真空となる。 Reference is made to FIG. A silicon substrate 50 having fine holes is supported by a work clamp 53 of a work fixing arm 51, and the vacuum chamber 11 is evacuated from an exhaust pipe 54 a using a vacuum pump 54 b, and the vacuum pressure is 10 ⁻² to 10 ⁻³ Pa. Depressurize to an extent. The micropores are also evacuated.

酸化膜除去機構５６を用いて、溶融金属１３の表面に形成された酸化膜を除去する。 The oxide film formed on the surface of the molten metal 13 is removed using the oxide film removal mechanism 56.

図５（Ｂ）を参照する。溶融金属１３中に、シリコン基板５０を挿入する。挿入後シリコン基板５０が、溶融金属１３と同じ温度に達するのを待つ。この状態では、微細孔内は溶融金属で封じられていればよく、充填される必要はない。続いて、給気管５５から真空チャンバ１１内に窒素ガスを導入して、真空チャンバ１１内を２×１０^５〜５×１０^５Ｐａ程度まで加圧する。加圧された真空チャンバ１１内の圧力により、溶融金属で封じられているシリコン基板５０の微細孔に、溶融金属槽１２中の溶融金属１３が充填される。充填される金属（溶融金属１３）は、たとえばインジウム、錫等である。 Reference is made to FIG. A silicon substrate 50 is inserted into the molten metal 13. It waits for the silicon substrate 50 to reach the same temperature as the molten metal 13 after insertion. In this state, the inside of the micropores only needs to be sealed with molten metal and does not need to be filled. Subsequently, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 11 from the air supply pipe 55 to pressurize the inside of the vacuum chamber 11 to about 2 × 10 ^{5 to} 5 × 10 ⁵ Pa. Due to the pressure in the pressurized vacuum chamber 11, the molten metal 13 in the molten metal tank 12 is filled into the fine holes of the silicon substrate 50 sealed with the molten metal. The metal to be filled (molten metal 13) is, for example, indium, tin or the like.

図５（Ｃ）を参照する。シリコン基板５０を溶融金属槽１２から引き上げ、真空チャンバ１１の外部に取り出して、室温まで冷却する。微細孔内に充填された溶融金属は固化する。 Reference is made to FIG. The silicon substrate 50 is pulled up from the molten metal tank 12, taken out of the vacuum chamber 11, and cooled to room temperature. The molten metal filled in the fine holes is solidified.

図６は、溶融金属槽１２の概略を示す斜視図である。溶融金属槽１２は、たとえば底面と、底面から垂直に立ち上がる側壁とを有する、直方体状の収容部を有する箱形容器である。溶融金属槽１２の内部の深さは一定である。溶融金属槽１２は、たとえばチタン、ＳＵＳ等の材料で形成される。 FIG. 6 is a perspective view showing an outline of the molten metal tank 12. The molten metal tank 12 is a box-shaped container having a rectangular parallelepiped housing portion having, for example, a bottom surface and a side wall vertically rising from the bottom surface. The depth inside the molten metal tank 12 is constant. Molten metal tank 12 is formed of a material such as titanium or SUS, for example.

真空チャンバ１１内に配置される溶融金属槽１２のサイズや形状は、ワーク、たとえばシリコン基板５０のサイズ等により変更される。サイズや形状の異なる溶融金属槽１２を真空チャンバ１１内に配置する場合、たとえばレーザ変位計５７の取り付け位置や、制御装置５６ｂによる酸化膜除去器５６ａの作動範囲等を変更する必要がある。また、異なるサイズまたは形状の溶融金属槽１２を取り付け位置に固定するため、治具が必要となる。 The size and shape of the molten metal tank 12 disposed in the vacuum chamber 11 are changed according to the size of the workpiece, for example, the silicon substrate 50. When the molten metal tanks 12 having different sizes and shapes are arranged in the vacuum chamber 11, it is necessary to change the mounting position of the laser displacement meter 57, the operating range of the oxide film remover 56a by the control device 56b, and the like. Moreover, in order to fix the molten metal tank 12 of a different size or shape at an attachment position, a jig is required.

特開２００２−１５８１９１号公報JP 2002-158191 A

本発明の目的は、気圧差を利用し、穴を有する被加工物の穴に金属を充填する金属充填装置であって、溶融金属槽に貯留される溶融金属の量を減少させることのできる金属充填装置を提供することである。また、溶融金属槽交換時の取り扱い性が良好な金属充填装置を提供することである。 An object of the present invention is a metal filling device that fills a hole of a workpiece having a hole using a pressure difference, and can reduce the amount of molten metal stored in a molten metal tank It is to provide a filling device. Moreover, it is providing the metal filling apparatus with the favorable handleability at the time of molten metal tank replacement | exchange.

本発明の一観点によれば、排気して内部の圧力を調節することのできるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、被加工物に溶融金属を充填し得る金属充填エリアを備える、相互に交換可能な第１及び第２の溶融金属槽とを有し、前記第１の溶融金属槽の金属充填エリアと前記第２の溶融金属槽の金属充填エリアとが異なる大きさをもつ金属充填装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a chamber that can be evacuated to adjust an internal pressure and a metal filling area that is disposed in the chamber and can fill a workpiece with a molten metal can be interchanged. A metal filling device having first and second molten metal tanks, wherein the metal filling area of the first molten metal tank and the metal filling area of the second molten metal tank have different sizes. Provided.

この金属充填装置を用いて金属充填作業を行う際、金属を充填させようとする穴を有する被加工物のサイズや、被加工物を溶融金属に浸す態様によって、複数の溶融金属槽から選択された１つの溶融金属槽をチャンバ内に配置する。金属充填エリアの大きさが異なる溶融金属槽を用いることで、貯留する溶融金属の量（溶融する金属塊の量）を少なくすることができる。 When performing a metal filling operation using this metal filling apparatus, it is selected from a plurality of molten metal tanks depending on the size of the workpiece having a hole to be filled with metal and the manner in which the workpiece is immersed in the molten metal. A single molten metal bath is placed in the chamber. By using the molten metal tank in which the size of the metal filling area is different, the amount of the molten metal to be stored (the amount of the molten metal lump) can be reduced.

以上説明したように、本発明によれば、気圧差を利用し、穴を有する被加工物の穴に金属を充填する金属充填装置であって、溶融金属槽に貯留される溶融金属の量を減少させることのできる金属充填装置を提供することができる。また、溶融金属槽交換時の取り扱い性が良好な金属充填装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a metal filling device that fills a hole in a workpiece having a hole with a pressure difference using an atmospheric pressure difference, the amount of the molten metal stored in a molten metal tank. A metal filling device that can be reduced can be provided. Moreover, the metal filling apparatus with favorable handleability at the time of molten metal tank replacement | exchange can be provided.

図７（Ａ）〜（Ｃ）は、金属充填装置及び金属充填方法の周辺技術を説明するための概略的な図である。現在、デバイスの小型化、高機能化のために、たとえば複数枚の半導体チップを厚さ方向に積層することによる、システムの３次元高密度実装が試みられている。半導体チップに良好な貫通配線を形成することによって３次元高密度実装を実現することができれば、単位面積当たりの集積度の向上が可能になることに加え、配線長を短くできるなどのメリットがある。 FIGS. 7A to 7C are schematic diagrams for explaining the peripheral technology of the metal filling apparatus and the metal filling method. Currently, in order to reduce the size and increase the functionality of devices, for example, three-dimensional high-density mounting of systems by stacking a plurality of semiconductor chips in the thickness direction has been attempted. If a three-dimensional high-density mounting can be realized by forming a good through wiring on a semiconductor chip, there is an advantage that the integration degree per unit area can be improved and the wiring length can be shortened. .

図７（Ａ）には、複数枚（３枚）の半導体チップ６１，６２，６３を模式的に示した。半導体チップ６１，６２，６３の厚さは、たとえば５００μｍである。半導体チップ６１，６２，６３の対応する位置には、穴径が約１０μｍの貫通孔６１ａ，６２ａ，６３ａが、それぞれチップの厚さ方向に開けられている。 FIG. 7A schematically shows a plurality (three) of semiconductor chips 61, 62, 63. The thickness of the semiconductor chips 61, 62, 63 is, for example, 500 μm. At corresponding positions of the semiconductor chips 61, 62, 63, through holes 61a, 62a, 63a having a hole diameter of about 10 μm are respectively opened in the thickness direction of the chip.

図７（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、たとえばｎ型のシリコン基板６１ｂに、光アシスト電解エッチング法（ＰｈｏｔｏＡｓｓｉｓｔｅｄＥｌｅｃｔｒｏ−ＣｈｅｍｉｃａｌＥｔｃｈｉｎｇ，ＰＡＥＣＥ）を用いて、貫通孔６１ａを形成する方法を説明する。 With reference to FIGS. 7B and 7C, for example, a method of forming a through hole 61a in an n-type silicon substrate 61b using a photo-assisted electro-etching (PAECE) method. explain.

図７（Ｂ）を参照する。ｎ型の（１００）シリコン基板６１ｂの一主面に、異方性エッチングで（１１１）面が露出したエッチピット６１ｃを形成する。次に、エッチピット６１ｃの形成された主面をフッ酸水溶液に接触させる。フッ酸水溶液中には、白金板６５が配置されている。シリコン基板６１ｂを陽極、白金板６５を陰極としてその間に電圧を印加する。シリコン基板６１ｂのエッチピット６１ｃが形成されていない主面にたとえばキセノンランプで光を照射すると、正孔が発生する。発生した正孔は、シリコン基板６１ｂと白金板６５との間の印加電圧による電界から力を受け、エッチピット６１ｃの形成されている主面に向かって移動する。エッチピット６１ｃの鋭角部には強い電界が生じるため、正孔はエッチピット６１ｃに集中する。エッチピット６１ｃでは、以下の式（１）に示す化学反応が起こる。 Reference is made to FIG. On one main surface of the n-type (100) silicon substrate 61b, an etch pit 61c having an exposed (111) surface is formed by anisotropic etching. Next, the main surface on which the etch pits 61c are formed is brought into contact with a hydrofluoric acid aqueous solution. A platinum plate 65 is disposed in the hydrofluoric acid aqueous solution. A voltage is applied between the silicon substrate 61b as an anode and the platinum plate 65 as a cathode. When the main surface of the silicon substrate 61b where the etch pits 61c are not formed is irradiated with light with, for example, a xenon lamp, holes are generated. The generated holes receive a force from the electric field generated by the applied voltage between the silicon substrate 61b and the platinum plate 65, and move toward the main surface where the etch pits 61c are formed. Since a strong electric field is generated at the acute angle portion of the etch pit 61c, the holes are concentrated in the etch pit 61c. In the etch pit 61c, a chemical reaction represented by the following formula (1) occurs.

Ｓｉ＋６ＨＦ＋２ｈｏｌｅ（＋）→Ｈ_２ＳｉＦ_６＋Ｈ_２＋２Ｈ^＋・・（１）
この化学反応の結果、エッチピット６１ｃ部分のみがエッチングされる。 Si + 6HF + 2hole (+) → H ₂ SiF ₆ + H ₂ + 2H ⁺ (1)
As a result of this chemical reaction, only the etch pit 61c portion is etched.

図７（Ｃ）を参照する。エッチピット６１ｃがエッチングされると、その先端に更に電界が集中するため、式（１）の化学反応が続いて起こり、エッチングが進行して、シリコン基板６１ｂを貫通する貫通孔６１ａが形成される。 Reference is made to FIG. When the etch pit 61c is etched, the electric field is further concentrated at the tip thereof, so that the chemical reaction of the formula (1) occurs, and the etching proceeds to form a through hole 61a penetrating the silicon substrate 61b. .

上述のようにして、複数枚のシリコン基板（半導体チップ６１，６２，６３）のそれぞれに、対応する貫通孔６１ａ，６２ａ，６３ａを開ける。導体配線は対応する貫通孔６１ａ，６２ａ，６３ａを貫いて形成される。配線は、たとえば前述のように、溶融金属吸引法（ＭＭＳＭ）を用いて貫通孔６１ａ，６２ａ，６３ａに金属を充填することにより形成される。 As described above, the corresponding through holes 61a, 62a, 63a are opened in each of the plurality of silicon substrates (semiconductor chips 61, 62, 63). The conductor wiring is formed through the corresponding through holes 61a, 62a, 63a. For example, as described above, the wiring is formed by filling the through holes 61a, 62a, and 63a with metal using a molten metal suction method (MMSM).

図１（Ａ）〜（Ｈ）は、第１の実施例による金属充填装置の真空チャンバ内に配置される交換可能な溶融金属槽の４例を示す概略的な平面図及び断面図である。図に示す４種類の溶融金属槽はすべて槽の内部に深さの異なる領域を備えている。これらの溶融金属槽は、たとえば金属を充填するワーク(シリコン基板５０)のサイズやワーク（シリコン基板５０）を溶融金属槽１２に貯留されている溶融金属に浸す態様によって、そのうちの１つが選択され、真空チャンバ１１内に配置される。なお、たとえば４種類の溶融金属槽の外形サイズはすべて等しい。たとえば４つの溶融金属槽は、合同な長方形の底面、及び、その４辺から垂直に立ち上がり、対向する面が相互に合同な４つの長方形の側面（側壁）を有する。 1A to 1H are a schematic plan view and a cross-sectional view showing four examples of exchangeable molten metal tanks arranged in a vacuum chamber of a metal filling apparatus according to a first embodiment. All of the four types of molten metal tanks shown in the figure have regions with different depths inside the tank. One of these molten metal tanks is selected depending on, for example, the size of the work (silicon substrate 50) filled with metal and the manner in which the work (silicon substrate 50) is immersed in the molten metal stored in the molten metal tank 12. In the vacuum chamber 11. For example, the external sizes of the four types of molten metal tanks are all equal. For example, each of the four molten metal tanks has a congruent rectangular bottom surface and four rectangular side surfaces (side walls) that rise vertically from the four sides and are opposed to each other.

図１（Ａ）は、第１の溶融金属槽８１の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。第１の溶融金属槽８１は、たとえば大型のシリコン基板５０を縦置きに溶融金属１３に浸して金属を充填する場合に選択され、真空チャンバ１１内に配置される。 FIG. 1A is a plan view of the first molten metal tank 81, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B of FIG. The first molten metal tank 81 is selected, for example, when a large silicon substrate 50 is immersed vertically in the molten metal 13 and filled with metal, and is disposed in the vacuum chamber 11.

図１（Ａ）を参照する。平面視した第１の溶融金属槽８１の中央部に、金属充填エリアＳが形成されている。金属充填エリアＳは、ワーク（シリコン基板５０）を浸し、溶融金属１３を充填させる作業が行われる溶融金属槽内の３次元領域である。 Reference is made to FIG. A metal filling area S is formed at the center of the first molten metal tank 81 in plan view. The metal filling area S is a three-dimensional region in the molten metal tank where the work (silicon substrate 50) is immersed and the molten metal 13 is filled.

点線で示した範囲が酸化膜除去器作動エリアＴである。平面視において金属充填エリアを含むより広い範囲、平面視した第１の溶融金属槽８１内部のほぼ全域に酸化膜除去器作動エリアＴが形成されている。酸化膜除去器作動エリアＴは、酸化膜除去器５６ａが制御装置５６ｂの制御により作動し、溶融金属表面に形成され得る酸化膜を除去することのできる溶融金属槽内の領域である。 The range indicated by the dotted line is the oxide film remover operating area T. An oxide film remover operation area T is formed in a wider range including the metal filling area in a plan view, almost in the entire area inside the first molten metal tank 81 in a plan view. The oxide film remover operation area T is an area in the molten metal tank in which the oxide film remover 56a operates under the control of the control device 56b and can remove an oxide film that can be formed on the surface of the molten metal.

２点鎖線で示した範囲が液量測定エリアＵである。平面視した第１の溶融金属槽８１内部の一部（金属充填エリアＳとは共通部分をもたない領域）に液量測定エリアＵが形成されている。液量測定エリアＵは、液量測定手段、たとえばレーザ変位計５７により、溶融金属の液量が測定され得る溶融金属槽内の領域である。 The range indicated by the two-dot chain line is the liquid amount measurement area U. A liquid amount measurement area U is formed in a part of the first molten metal tank 81 in a plan view (a region having no common part with the metal filling area S). The liquid amount measurement area U is an area in the molten metal tank where the liquid amount of the molten metal can be measured by a liquid amount measuring means, for example, a laser displacement meter 57.

図１（Ｂ）を参照する。金属充填エリアＳは、大型のシリコン基板５０が縦置きの状態で浸かる深さｈ_１を備えた３次元領域、たとえば直方体の収容部である。また深さｈ_１は、たとえば第１の溶融金属槽８１に貯留される溶融金属の槽底面（金属充填エリアＳ底面）からの液面高さがｈ_１未満になると、金属充填エリアＳにおいて、大型のシリコン基板５０が縦置きの状態で十分には浸からない値に設定される。金属充填エリアＳ以外の部分は、金属充填エリアＳよりも浅く形成されている。槽内の中央部に深い領域（金属充填エリアＳ）が形成され、その周辺部に浅い領域が形成されている。なお、第１の金属溶融槽８１の場合は、金属充填エリアＳ以外の部分の深さは均一（金属充填エリアＳの底面からの高さがｈ_１となる深さ）である。 Reference is made to FIG. Metal-filled area S is three-dimensional area a silicon substrate 50 of the large-size with a soak depth h ₁ in the form of vertically, for example rectangular housing part. Further, the depth h ₁ is, for example, in the metal filling area S when the liquid level from the tank bottom (metal filling area S bottom) of the molten metal stored in the first molten metal tank 81 is less than h ₁ . The value is set so that the large silicon substrate 50 is not sufficiently immersed in the vertical state. Parts other than the metal filling area S are formed shallower than the metal filling area S. A deep region (metal filling area S) is formed in the central portion of the tank, and a shallow region is formed in the periphery thereof. In the case of the first molten metal bath 81, the depth of the portion other than the metal-filled area S is uniform (the height from the bottom surface of the metal-filled area S is the depth to be h _1).

液量測定エリアＵの底面は、金属充填エリアＳの底面からｈ_１の高さに形成されている。したがってワーク（シリコン基板５０）への金属充填により溶融金属が減少し、液量測定エリアＵの底面が露出すると、金属充填エリアＳにおいてワーク（シリコン基板５０）が十分には溶融金属に浸からないことになる。液量測定エリアＵの底面が露出する前に、溶融金属を補充することが望ましい。なお、溶融金属の表面が、液量測定エリアＵの底面より上にあるとき、レーザ変位計５７により液面高さを測定することができる。 The bottom surface of the liquid amount measurement area U is formed at a height h ₁ from the bottom surface of the metal filling area S. Accordingly, when the molten metal is reduced by filling the workpiece (silicon substrate 50) with the metal and the bottom surface of the liquid amount measurement area U is exposed, the workpiece (silicon substrate 50) is not sufficiently immersed in the molten metal in the metal filling area S. It will be. It is desirable to replenish the molten metal before the bottom surface of the liquid amount measurement area U is exposed. When the surface of the molten metal is above the bottom surface of the liquid amount measurement area U, the liquid level can be measured by the laser displacement meter 57.

酸化膜除去器作動エリアＴにおいては、溶融金属がその表面から酸化膜除去器５６ａが可動するのに必要な高さ以上に貯留されているとき、表面の酸化膜を除去することが可能である。 In the oxide film remover operating area T, the surface oxide film can be removed when the molten metal is stored at a height higher than that necessary for the oxide film remover 56a to move from the surface. .

図１（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）は、それぞれ第２の溶融金属槽８２、第３の溶融金属槽８３、第４の溶融金属槽８４の平面図であり、図１（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）は、それぞれ図１（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）の１Ｄ−１Ｄ線、１Ｆ−１Ｆ線、１Ｈ−１Ｈ線に沿った断面図である。第２の溶融金属槽８２、第３の溶融金属槽８３、第４の溶融金属槽８４は、それぞれたとえば小型のシリコン基板５０を縦置きに溶融金属１３に浸して金属を充填する場合、大型のシリコン基板５０を横置きに溶融金属１３に浸して金属を充填する場合、小型のシリコン基板５０を横置きに溶融金属１３に浸して金属を充填する場合に選択され、真空チャンバ１１内に配置される。 FIGS. 1C, 1E, and 1G are plan views of a second molten metal tank 82, a third molten metal tank 83, and a fourth molten metal tank 84, respectively, and FIG. , (F), and (H) are cross-sectional views taken along lines 1D-1D, 1F-1F, and 1H-1H in FIGS. 1C, 1E, and 1G, respectively. When the second molten metal tank 82, the third molten metal tank 83, and the fourth molten metal tank 84 are filled with metal by immersing the small silicon substrate 50 vertically in the molten metal 13, for example, When the silicon substrate 50 is immersed horizontally in the molten metal 13 to be filled with the metal, the small silicon substrate 50 is selected horizontally when immersed in the molten metal 13 to be filled with the metal, and is disposed in the vacuum chamber 11. The

第２の溶融金属槽８２〜第４の溶融金属槽８４においても、平面視した各溶融金属槽中央部に、金属充填エリアＳが形成されている。第１の溶融金属槽８１〜第４の溶融金属槽８４の４つの溶融金属槽における金属充填エリアＳの３次元寸法（大きさ）は、たとえばすべて異なる。たとえば各溶融金属槽の深さは、それぞれｈ_１、ｈ_２、ｈ_３、ｈ_４である。 Also in the 2nd molten metal tank 82-the 4th molten metal tank 84, the metal filling area S is formed in each molten metal tank center part planarly viewed. The three-dimensional dimensions (sizes) of the metal filling areas S in the four molten metal tanks of the first molten metal tank 81 to the fourth molten metal tank 84 are all different, for example. For example, the depth of each molten metal tank is h ₁ , h ₂ , h ₃ , and h ₄ , respectively.

ワーク（シリコン基板５０）の大きさや溶融金属に浸す態様によって、３次元寸法（大きさ）の異なる金属充填エリアＳを有する第１の溶融金属槽８１〜第４の溶融金属槽８４のうちから、真空チャンバ１１内に配置する溶融金属槽を適切に選択することにより、貯留する溶融金属の量（溶融する金属塊の量）を少なくすることができる。 From the first molten metal tank 81 to the fourth molten metal tank 84 having the metal filling area S having different three-dimensional dimensions (sizes) depending on the size of the workpiece (silicon substrate 50) and the aspect immersed in the molten metal, By appropriately selecting the molten metal tank disposed in the vacuum chamber 11, the amount of molten metal to be stored (the amount of molten metal mass) can be reduced.

点線で示した酸化膜除去器作動エリアＴは、第２の溶融金属槽８２〜第４の溶融金属槽８４においても、第１の溶融金属槽８１と同様に、各溶融金属槽を平面視したときに、金属充填エリアＳを含むより広い範囲、各槽内部のほぼ全域に形成されている。４つの溶融金属槽の酸化膜除去器作動エリアＴの大きさは、たとえばすべて等しい。 In the second molten metal tank 82 to the fourth molten metal tank 84, the oxide film remover operation area T indicated by the dotted line is a plan view of each molten metal tank as in the first molten metal tank 81. Sometimes, it is formed in a wider range including the metal filling area S, almost in the entire area inside each tank. The sizes of the oxide film remover operating areas T of the four molten metal tanks are all equal, for example.

２点鎖線で示した液量測定エリアＵは、第２の溶融金属槽８２〜第４の溶融金属槽８４においても、第１の溶融金属槽８１と同様に、各溶融金属槽を平面視したときに各槽内部の一部（金属充填エリアＳとは共通部分をもたない領域）、たとえば第１の溶融金属槽８１における液量測定エリアＵと同一位置に形成されている。 In the second molten metal tank 82 to the fourth molten metal tank 84, the liquid amount measurement area U indicated by a two-dot chain line is a plan view of each molten metal tank as in the first molten metal tank 81. Sometimes it is formed at the same position as the liquid amount measurement area U in the first molten metal tank 81, for example, a part inside each tank (a region having no common part with the metal filling area S).

第２の溶融金属槽８２、第３の溶融金属槽８３、及び第４の溶融金属槽８４において中央部に形成される金属充填エリアＳは、それぞれ小型のシリコン基板５０が縦置きの状態で、大型のシリコン基板５０が横置きの状態で、小型のシリコン基板５０が横置きの状態で収容できる平面視形状と、深さｈ_２、ｈ_３、ｈ_４を備えた３次元領域、たとえば直方体の収容部である。また、深さｈ_２、ｈ_３、ｈ_４は、金属充填エリアＳ底面からの液面高さがそれ未満になると、シリコン基板５０が十分には浸からない値に設定される。それ以外の部分（周辺部）は、第１の溶融金属槽８１と同様に、金属充填エリアＳよりも浅く、たとえば均一の深さ（金属充填エリアＳ底面からの高さがそれぞれｈ_１、ｈ_２、ｈ_３となる深さ）に形成されている。 In the second molten metal tank 82, the third molten metal tank 83, and the fourth molten metal tank 84, the metal filling area S formed at the center is a state in which the small silicon substrate 50 is vertically placed, A plan view shape that can accommodate a large silicon substrate 50 in a horizontal state and a small silicon substrate 50 in a horizontal state, and a three-dimensional region having depths h ₂ , h ₃ , and h ₄ , for example, a rectangular parallelepiped It is a storage part. Further, the depths h ₂ , h ₃ and h ₄ are set to values at which the silicon substrate 50 is not sufficiently immersed when the liquid surface height from the bottom surface of the metal filling area S becomes less than that. The other part (peripheral part) is shallower than the metal filling area S, like the first molten metal tank 81, for example, a uniform depth (height from the bottom surface of the metal filling area S is h ₁ , h ₂ and a depth of h ₃ ).

第２の溶融金属槽８２〜第４の溶融金属槽８４においても、液量測定エリアＵの底面は、金属充填エリアＳの底面からそれぞれｈ_１、ｈ_２、ｈ_３、ｈ_４の高さに形成されている。第１の溶融金属槽８１の場合と同様に、液量測定エリアＵの底面が露出する前に、溶融金属を補充することが望ましい。なお、第１の溶融金属槽８１〜第４の溶融金属槽８４のすべてにおいて、たとえば液量測定エリアＵの底面は、各溶融金属槽の底面（真空チャンバ１１内の溶融金属槽設置面）から高さｈ_０の位置に形成される。 In the second molten metal bath 82 to a fourth molten metal bath 84, the bottom surface of the liquid measurement area U is the height of each from the bottom of the metal-filled area _{_{_{S h 1, h 2, h}}} 3, h 4 Is formed. As in the case of the first molten metal tank 81, it is desirable to replenish the molten metal before the bottom surface of the liquid amount measurement area U is exposed. In all of the first molten metal tank 81 to the fourth molten metal tank 84, for example, the bottom surface of the liquid amount measurement area U is from the bottom surface of each molten metal tank (the molten metal tank installation surface in the vacuum chamber 11). It is formed at a position of height h _0.

第２の溶融金属槽８２〜第４の溶融金属槽８４の場合も、酸化膜除去器作動エリアＴにおいては、溶融金属がその表面から酸化膜除去器５６ａが可動するのに必要な高さ以上に貯留されているとき、表面の酸化膜を除去することが可能である。 Also in the case of the second molten metal tank 82 to the fourth molten metal tank 84, in the oxide film remover operating area T, the molten metal is higher than the height necessary for the oxide film remover 56a to move from its surface. When it is stored in the surface, it is possible to remove the oxide film on the surface.

図１に示した４つの溶融金属槽は、槽の内部において金属充填エリアのみが深く形成されており、その大きさはすべて異なる。このため、図６に示したような深さが均一である従来の溶融金属槽を使用する場合に比べて、貯留する溶融金属の量（溶融する金属塊の量）を少なくすることができる。 In the four molten metal tanks shown in FIG. 1, only the metal filling area is deeply formed inside the tank, and the sizes thereof are all different. For this reason, compared with the case where the conventional molten metal tank with a uniform depth as shown in FIG. 6 is used, the amount of molten metal to be stored (the amount of molten metal lump) can be reduced.

また、４つの溶融金属槽は、液量測定エリアＵが同一の位置に形成されている。このためワーク（シリコン基板５０）の大きさやワーク（シリコン基板５０）を溶融金属に浸す態様によって、真空チャンバ１１内に配置される溶融金属槽を交換しても、レーザ変位計５７の取り付け位置等に変更を加える必要がない。また、相互に交換可能な４つの溶融金属槽を備える金属充填装置においては、溶融金属槽を交換した場合も、液量測定エリアＵにおける液量測定位置が等しい。 Further, the four molten metal tanks are formed with the liquid amount measurement area U at the same position. For this reason, even if the molten metal tank disposed in the vacuum chamber 11 is replaced depending on the size of the workpiece (silicon substrate 50) and the manner in which the workpiece (silicon substrate 50) is immersed in the molten metal, the mounting position of the laser displacement meter 57, etc. There is no need to make any changes. Moreover, in the metal filling apparatus including four molten metal tanks that can be exchanged with each other, the liquid amount measurement positions in the liquid amount measurement area U are equal even when the molten metal tank is replaced.

更に、４つの溶融金属槽は、酸化膜除去器作動エリアＴが同じ大きさに形成されているため、溶融金属槽を交換しても、酸化膜除去器５６ａ及び制御装置５６ｂによる酸化膜除去機構５６の作動範囲の制御に変更を加える必要もない。 Furthermore, since the four molten metal tanks have the same oxide film remover operating area T, even if the molten metal tanks are replaced, the oxide film removal mechanism by the oxide film remover 56a and the controller 56b. There is no need to change the control of the 56 operating ranges.

また４つの溶融金属槽の外形サイズが等しいので、溶融金属槽を交換する際、取り付け治具の変更が不必要であり、真空チャンバ１１への取り付けが容易である。 In addition, since the outer sizes of the four molten metal tanks are equal, when replacing the molten metal tanks, it is not necessary to change the attachment jig, and the attachment to the vacuum chamber 11 is easy.

このため、図１に示した４つの交換可能な溶融金属槽を備えた金属充填装置は、溶融金属槽交換時の取り扱い性が良好な金属充填装置であるということができる。 For this reason, it can be said that the metal filling apparatus provided with four exchangeable molten metal tanks shown in FIG. 1 is a metal filling apparatus with good handleability when the molten metal tank is replaced.

更に、溶融金属槽の内部に深さの異なる領域（浅い部分）を形成することで、とりわけ深い部分を槽の中央部に形成し、浅い部分を周辺部に形成することで、溶融金属槽の強度を強くすることができる。これにより、金属を溶融するための加熱及び冷却に伴う溶融金属槽の変形を抑えることができ、安定した温度制御が可能となる。 Furthermore, by forming a region (shallow part) having a different depth inside the molten metal tank, the deep part is formed at the center part of the tank and the shallow part is formed at the peripheral part. Strength can be increased. Thereby, the deformation | transformation of the molten metal tank accompanying the heating and cooling for melting a metal can be suppressed, and stable temperature control is attained.

図２（Ａ）〜（Ｈ）は、図１（Ａ）〜（Ｈ）に示した４つの溶融金属槽の変形例を示す平面図及び断面図である。図２（Ａ）、図２（Ｃ）、図２（Ｅ）及び図２（Ｇ）は、それぞれ第５の溶融金属槽８５、第６の溶融金属槽８６、第７の溶融金属槽８７及び第８の溶融金属槽８８の概略的な平面図であり、図２（Ｂ）、図２（Ｄ）、図２（Ｆ）及び図２（Ｈ）は、それぞれ上記図中の２Ｂ−２Ｂ線、２Ｄ−２Ｄ線、２Ｆ−２Ｆ線、及び２Ｈ−２Ｈ線に沿った断面図である。第５の溶融金属槽８５〜第８の溶融金属槽８８は、それぞれ順に第１の溶融金属槽８１〜第４の溶融金属槽８４の変形例である。第５の溶融金属槽８５〜第８の溶融金属槽８８はそれぞれ対応する第１の溶融金属槽８１〜第４の溶融金属槽８４と比較して、液量測定エリアＵの形成位置及びその構造が異なっている。その他の点については等しい。 FIGS. 2A to 2H are a plan view and a cross-sectional view showing a modification of the four molten metal tanks shown in FIGS. 1A to 1H. 2 (A), 2 (C), 2 (E) and 2 (G) respectively show a fifth molten metal tank 85, a sixth molten metal tank 86, a seventh molten metal tank 87, and It is a schematic top view of the 8th molten metal tank 88, FIG.2 (B), FIG.2 (D), FIG.2 (F), and FIG.2 (H) are each 2B-2B lines in the said figure. It is sectional drawing along a 2D-2D line, 2F-2F line, and 2H-2H line. The fifth molten metal tank 85 to the eighth molten metal tank 88 are modified examples of the first molten metal tank 81 to the fourth molten metal tank 84, respectively. The fifth molten metal tank 85 to the eighth molten metal tank 88 are compared with the corresponding first molten metal tank 81 to the fourth molten metal tank 84, respectively, and the formation position and structure of the liquid amount measurement area U Is different. The other points are equal.

図２（Ａ）〜（Ｈ）に示す４つの変形例は、それぞれ図１の対応する溶融金属槽における液量測定エリアの一部を深くして金属充填エリアＳと繋げ、深くした部分を新たに液量測定エリアＵとしている。液量測定エリアＵの底面は、たとえばそれぞれの溶融金属槽の金属充填エリアＳの深さと等しい。たとえば、平面視において、第５の溶融金属槽８５〜第８の溶融金属槽８８の液量測定エリアＵは等しい位置に形成される。 In the four modified examples shown in FIGS. 2 (A) to 2 (H), a part of the liquid amount measurement area in the corresponding molten metal tank in FIG. 1 is deepened and connected to the metal filling area S, and the deepened part is newly added. The liquid amount measurement area U. The bottom surface of the liquid amount measurement area U is equal to the depth of the metal filling area S of each molten metal tank, for example. For example, in a plan view, the liquid amount measurement areas U of the fifth molten metal tank 85 to the eighth molten metal tank 88 are formed at equal positions.

液量測定エリアＵの底面を深くする（たとえば金属充填エリアＳの底面と同一深さにする）ことで、溶融金属の液面高さが、槽の底面からｈ_１未満の高さになった場合も、金属充填エリアＳにおける溶融金属の液面高さを計測することができる。 By deepening the bottom surface of the liquid amount measurement area U (for example, by making it the same depth as the bottom surface of the metal filling area S), the liquid surface height of the molten metal is less than h ₁ from the bottom surface of the tank. Even in this case, the liquid level of the molten metal in the metal filling area S can be measured.

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ第１の溶融金属槽８１及び第５の溶融金属槽８５の変形例を示す概略的な断面図である。図３に示す２つの溶融金属槽はそれぞれ対応する金属溶融槽と比較して、酸化膜除去器作動エリアＴのうち、金属充填エリアＳ及び液量測定エリアＵを除く部分の底面位置が異なっている。たとえばその部分の底面位置は、金属充填エリアＳの底面からの高さがｈ_５（＞ｈ_１）となる位置である。 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing modifications of the first molten metal tank 81 and the fifth molten metal tank 85, respectively. The two molten metal tanks shown in FIG. 3 are different from the corresponding metal melting tanks in the bottom position of the oxide film remover operation area T except for the metal filling area S and the liquid amount measurement area U. Yes. For example, the bottom surface position of the portion is a position where the height from the bottom surface of the metal filling area S is h ₅ (> h ₁ ).

なお、実施例においては、金属充填エリアＳが直方体状である場合を説明したが、シリコン基板５０（ウエハ）は通常円盤形状である。縦置きの場合は底面を半円筒状または一対の斜面としてもよい。横置きの場合は側面を円筒状としてもよい。 In the embodiment, the case where the metal filling area S has a rectangular parallelepiped shape has been described, but the silicon substrate 50 (wafer) has a generally disk shape. In the case of vertical installation, the bottom surface may be a semi-cylindrical shape or a pair of inclined surfaces. In the case of horizontal installation, the side surface may be cylindrical.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

（Ａ）〜（Ｈ）は、第１の実施例による金属充填装置の真空チャンバ内に配置される交換可能な溶融金属槽の４例を示す概略的な平面図及び断面図である。(A)-(H) are the schematic top views and sectional drawings which show four examples of the exchangeable molten metal tank arrange | positioned in the vacuum chamber of the metal filling apparatus by 1st Example. （Ａ）〜（Ｈ）は、図１（Ａ）〜（Ｈ）に示した４つの溶融金属槽の変形例を示す平面図及び断面図である。(A)-(H) are the top views and sectional drawings which show the modification of four molten metal tanks shown to FIG. 1 (A)-(H). （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ第１の溶融金属槽及び第５の溶融金属槽の変形例を示す概略的な断面図である。(A) And (B) is a schematic sectional drawing which shows the modification of a 1st molten metal tank and a 5th molten metal tank, respectively. 溶融金属吸引法を用いて、多数の微細孔が形成された被加工物（ワーク）の微細孔に金属を充填するための金属充填装置の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of metal filling apparatus for filling the metal with the fine hole of the workpiece (workpiece | work) in which many fine holes were formed using the molten metal suction method. （Ａ）〜（Ｃ）は、金属充填装置を用いて、シリコン基板の微細孔に金属を充填する方法を示す概略図である。(A)-(C) are schematic which shows the method of filling the metal into the micropore of a silicon substrate using a metal filling apparatus. 溶融金属槽の概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of a molten metal tank. （Ａ）〜（Ｃ）は、金属充填装置及び金属充填方法の周辺技術を説明するための概略的な図である。(A)-(C) are schematic diagrams for demonstrating the peripheral technique of a metal filling apparatus and a metal filling method.

Explanation of symbols

１１真空チャンバ
１２溶融金属槽
１３溶融金属
１５ヒータ
５０シリコン基板
５１ワーク固定用アーム
５２軸部
５３ワーククランプ
５４ａ排気管
５４ｂ真空ポンプ
５５給気管
５６酸化膜除去機構
５６ａ酸化膜除去器
５６ｂ制御装置
５７レーザ変位計
６１，６２，６３半導体チップ
６１ａ，６２ａ，６３ａ貫通孔
６１ｂシリコン基板
６１ｃエッチピット
６５白金板
８１第１の溶融金属槽
８２第２の溶融金属槽
８３第３の溶融金属槽
８４第４の溶融金属槽
８５第５の溶融金属槽
８６第６の溶融金属槽
８７第７の溶融金属槽
８８第８の溶融金属槽
Ｓ金属充填エリア
Ｔ酸化膜除去器作動エリア
Ｕ液量測定エリア DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum chamber 12 Molten metal tank 13 Molten metal 15 Heater 50 Silicon substrate 51 Work fixing arm 52 Shaft part 53 Work clamp 54a Exhaust pipe 54b Vacuum pump 55 Air supply pipe 56 Oxide film removal mechanism 56a Oxide film remover 56b Controller 57 Laser Displacement meter 61, 62, 63 Semiconductor chip 61a, 62a, 63a Through-hole 61b Silicon substrate 61c Etch pit 65 Platinum plate 81 First molten metal tank 82 Second molten metal tank 83 Third molten metal tank 84 Fourth Molten metal tank 85 Fifth molten metal tank 86 Sixth molten metal tank 87 Seventh molten metal tank 88 Eighth molten metal tank S Metal filling area T Oxide film remover operating area U Liquid quantity measuring area

Claims

A chamber that can be evacuated to adjust the internal pressure;
A first and a second molten metal bath interchangeable with each other and having a metal filling area disposed in the chamber and capable of filling a workpiece with a molten metal;
A metal filling device in which the metal filling area of the first molten metal tank and the metal filling area of the second molten metal tank have different sizes.

The metal filling device according to claim 1, wherein the first molten metal tank and the second molten metal tank have the same size.

3. The metal filling device according to claim 1, wherein a region shallower than the metal filling area is formed in a peripheral portion of the metal filling area of the first and second molten metal tanks.

Furthermore, it has a liquid quantity measuring device capable of measuring the liquid quantity of the first or second molten metal tank, and the first and second molten metal tanks have a liquid quantity measuring area capable of measuring the liquid quantity. The liquid quantity measurement position in the liquid quantity measurement area of the first molten metal tank is equal to the liquid quantity measurement position in the liquid quantity measurement area of the second molten metal tank. The metal filling apparatus described in 1.

The first and second molten metal tanks further include an oxide film removal area capable of removing the oxide film, the oxide film removing apparatus removing an oxide film formed on the surface of the molten metal. 5. The metal filling device according to claim 1, wherein an oxide film removal area of the molten metal tank and an oxide film removal area of the second molten metal tank have the same size.