JP4800013B2 - 金属充填装置および金属充填方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。
特開２０００−１９５８６１号公報 特開２００４−１０３８６７号公報

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。

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。

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、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と、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の槽とを備え、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を特徴とする金属充填装置を提供する。
また、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、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ることを特徴とする金属充填装置を提供する。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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る。 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。 （ａ）〜（ｄ） 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。 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る。 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。 本発明の金属充填装置に用いられる基板を加熱する機構の第１の例を示す説明図である。 本発明の金属充填装置に用いられる基板を加熱する機構の第２の例を示す説明図である。

符号の説明

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）。

Claims (6)

1. 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、
   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と、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の槽とを備え、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を特徴とする金属充填装置。
2. 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、
   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ることを特徴とする金属充填装置。
3. 前記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ていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属充填装置。
4. 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を特徴とする請求項３に記載の金属充填装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載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。
6. 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を特徴とする請求項５に記載の金属充填方法。

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