KR20140060514A - 금속 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리 후의 피처리물 상에 형성되는 잉여 금속으로 이루어지는 층의 두께를 최소한의 두께로 가능한 동시에, 피처리물 상에 개구되게 형성된 미소 공간(비아, 관통 홀)에 용융 금속을 충전하는 것이 가능한 금속 충전 장치에 관한 것이다. 금속 충전 장치(1)는, 반도체 웨이퍼를 보유하는 보유대(H), 보유대(H)에 대향해서 설치되어 보유면(H)에 대향하는 쪽에 금속으로 구성되는 가압부가 형성된 피스톤(P), 보유대(H)에 보유된 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 피스톤(P)을 가압 가능하게 설치된 압부 기구(5) 등을 구비하며, 보유대(H)에 보유된 반도체 웨이퍼(K), 하우징(C) 및 피스톤(P)에 의해 기밀 상태의 처리실(2)이 형성된다. 또한, 처리실(2) 내의 기체를 배기하고, 해당 처리실(2) 내를 감압하는 감압 기구(3), 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 공급하는 용융 금속 공급 기구(4), 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하는 가압 가스 공급 기구(7) 등을 구비한다.

Description

금속 충전 장치{METAL FILLING APPARATUS}

본 발명은 피처리물의 표면상에 형성된 미소 공간 내에 용융 금속을 충전하는 금속 충전 장치에 관한 것이다

근래, 실리콘 관통 전극(Through Silicon Via) 기술에 있어서, 반도체 웨이퍼(피처리물)상에 설정된 비어나 관통 홀(미소 공간)에 금속을 충전하는 기술이 요구되고 있다. 실리콘 관통 전극 기술에 의하면, 관통 전극을 사용하는 칩 집적 기술의 개발이 가능하게 되기 때문, 삼차원 실장에 의한 고기능ㆍ고속 동작의 반도체 시스템의 실현이 기대되고 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 피처리물 상의 미소 공간 내에 금속을 충전하는 방법으로는, 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2002-368083호에 개시된 방법이 알려져 있다.

일본 특허 공개 공보 제2002-368083호에 개시된 방법은, 감압한 챔버 내에서 금속을 충전해야 할 미소 공간이 형성된 시료의 일면에 그 미소 공간을 덮도록 용융 금속을 공급한 후, 진공 챔버 내를 불활성 가스로 대기압 이상으로 가압하는 것에 의해 용융 금속을 미소 공간 내에 진공 흡인시키는 방법이다. 이러한 방법에 의하면, 피처리물 상의 미소 공간 내와 진공 챔버 내 사이에 발생한 압력차에 의해 용융 금속을 미소 공간 내에 진공 흡인시킬 수 있다.

선행 기술 문헌

[특허 문헌]

특허 문헌 1：일본 특허 공개 공보 제2002-368083호

그러나, 피처리물과 용융 금속과의 젖음성이 나쁠 경우, 피처리물 상에 공급된 용융 금속이 표면 장력에 의해 튀기는 문제가 있다. 이로 인해, 전술한 종래의 금속 충전 방법에 있어서, 미소 공간을 덮어 용융 금속을 공급할 때에 피처리물의 일면을 대량의 용융 금속으로 덮을 필요가 있었다. 그러나, 이와 같이 피처리물 상에 대량인 용융 금속을 공급했을 경우, 처리 후의 피처리물 상에 잉여 금속으로 이루어지는 두꺼운 층이 형성되어 후속 공정에서 이를 제거하여야 했다.

또한, 대량의 용융 금속을 공급하기 위해서는, 가열 시스템의 대용량화나 용융 금속의 성질 유지 수단의 구축, 재료의 소비량 증가 등의 장치 코스트나 러닝 코스트의 증가를 피할 수 없었다.

본 발명은, 이상의 실정을 감안한 것으로서, 처리 후의 피처리물 상에 형성되는 잉여 금속으로 이루어지는 층의 두께를 최소한의 두께로 가능하게 하는 동시에, 피처리물 상에 개구하도록 형성된 미소 공간(비아, 관통 홀)에 용융 금속을 충전하는 것이 가능한 금속 충전 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명은, 피처리물 표면의 해당 표면에 개구하도록 형성된 미소 공간 내에 해당 피처리물 상에 공급된 용융 금속을 충전하는 금속 충전 장치에 관한 것이다.

상기 금속 충전 장치는,

상기 피처리물을 보유하는 보유부와,

내부 공간을 가지며, 일단이 상기 보유부와 대향해서 설치되는 통형상 부재와,

상기 통형상 부재의 내부 공간 내에 진퇴가 자유롭게 감입되는 압부 부재와,

상기 보유부에 보유되는 피처리물에 대하여 상기 압부 부재를 진퇴시키는 압부 기구와,

상기 보유부 및 상기 통형상 부재 가운데 적어도 한 쪽을 다른 쪽에 대해 접근, 이반하는 방향에 이동시키는 이동 기구를 구비하며,

상기 보유부에 보유되는 피처리물 또는 상기 보유부와 상기 통형상 부재 및 상기 압부 부재에 의해 기밀 상태의 처리실이 형성되고,

또한, 상기 처리실 내를 감압하는 감압 기구와,

상기 처리실 내에 용융 금속을 공급하는 용융 금속 공급 기구와,

상기 처리실 내에 공급되는 용융 금속을 가압하는 가압 기구를 구비하는 동시에,

상기 처리실은 상기 압부 부재의 진퇴 위치에 의해 그 용적이 변화하도록 구성되어 있다.

이러한 금속 충전 장치에 의하면, 우선 이동 기구에 의해 보유부와 통형상 부재를 양자가 이반한 상태로 한 위에, 표면에 미소 공간이 형성된 피처리물을 그 표면이 압부 부재와 대향하도록 보유부에 배치하고, 이어서 이동 기구에 의해 보유부와 통형상 부재를 접근시켜 통형상 부재의 일단을 보유부에 보유된 피처리물 또는 보유부에 맞닿게 한다. 이에 의해, 피처리물 또는 보유부와 통형상 부재 및 압부 부재에 의해 둘러싸인 기밀 상태의 처리실이 형성된다. 또한, 피처리물의 비중보다도 용융 금속의 비중이 큰 경우에는, 상기 통형상 부재의 일단을 피처리물에 맞닿은 상태에서, 피처리물, 통형상 부재 및 압부 부재에 의해 처리실을 형성하는 것으로써, 해당 처리실 내에 용융 금속을 공급했을 때에 피처리물이 보유부 상에서 부상(浮上)하는 것을 방지할 수 있다.

이 후에, 감압 기구에 의해 처리실 내의 기체를 배기하여 처리실 내를 감압한 다음, 용융 금속 공급 기구에 의해 처리실 내(피처리물과 압부 부재와의 사이)에 용융 금속을 공급한다. 그 후, 가압 기구에 의해 처리실 내에 공급된 용융 금속을 가압하는 것으로써, 미소 공간 내에 용융 금속이 충전된다. 또한, 이와 같이, 처리실 내를 감압한 후에 해당 처리실 내에 용융 금속을 공급하는 것으로써, 보이드의 발생을 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기 금속 충전 장치에 있어서는, 이후에 압부 기구에 의해 압부 부재를 피처리물로 향하여 이동시켜(진출시켜), 해당 압부 부재를 피처리물에 눌러 맞닿게 한다. 이에 의해, 처리실의 용적이 좁아지며, 다시 말하면, 피처리물과 압부 부재와의 사이의 간극이 좁혀지기 때문에, 피처리물 상의 잉여 용융 금속이 해당 피처리물과 압부 부재와의 사이에서 압출된다. 따라서, 처리 후의 피처리물 상에 형성되는 잉여 금속으로 이루어지는 층의 두께를 최소한의 두께로 할 수 있다. 또한, 이 경우에 잉여 용융 금속은 용융 금속 공급 기구에 되돌리도록 하여도 좋고, 혹은 용융 금속을 공급한 후의 처리실 내에 공간이 남겨져 있을 경우에는 그 남겨진 공간 내에 압출되도록 하여도 좋다.

또한, 상기 금속 충전 장치에 있어서의 가압 기구는 처리실 내에 가압 기체를 공급하는 가압 기체 공급 기구이어도 좋다. 이와 같이 하면, 용융 금속을 공급한 처리실 내로 가압 기체를 공급하는 것에 의해 해당 처리실 내에 공급한 용융 금속을 기체에 의해 가압할 수 있고, 소위 차압 충전에 의해 용융 금속을 미소 공간 내에 충전할 수 있다. 나아가, 용융 금속을 기체에 의해 가압하는 것에 의해 피처리물 상에서 용융 금속이 튀겨지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 금속 충전 장치에 있어서, 용융 금속 공급 기구는 처리실 내를 용융 금속으로 완전하게 채우도록 해당 처리실 내에 용융 금속을 공급하도록 구성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 피처리물 상에서 용융 금속이 튀겨지는 것이 없이 피처리물 상에 용융 금속을 균일하게 넓힐 수 있다. 또한, 처리실 내를 용융 금속으로 완전히 채운 상태로, 상기 압부 부재를 피처리물을 향하여 이동시키는 것에 의해 압부 부재에 의해 처리실 내에 공급된 용융 금속을 가압할 수 있기 때문에, 피처리물 상의 미소 공간 내에 용융 금속이 압입할 수 있다. 이 경우, 상기 압부 기구는 압부 기구로서도 기능을 한다. 또한, 상기 압부 부재를 피처리물로 향하여 이동시키는 것에 의해 압부 부재와 피처리물 사이에서 잉여 용융 금속을 압출할 수 있다. 또한, 압출된 잉여 용융 금속은 용융 금속 공급 기구로 반환된다. 또한, 미리 압부 부재를 피처리물에 접근시켜 처리실의 용적을 최대한(極力) 작게 하고 나서 용융 금속을 공급하도록 하는 것이어서, 처리실 내를 완전히 채우기 위해서 필요한 용융 금속의 양을 줄일 수 있다.

또한, 용융 금속 공급 기구는 처리실 내를 용융 금속으로 완전하게 채우도록 해당 처리실 내에 용융 금속을 가압 공급하게 구성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 젖음성이 매우 나쁘고 튀기는 힘이 대단히 강할 경우에서, 상술한 바와 같이, 피처리물 상에서 용융 금속의 튀겨지는 것이 없이 피처리물 상에 용융 금속을 균일하게 펼칠 수 있고, 또한, 처리실 내에 용융 금속을 가압 공급하고 용융 금속의 공급압에 의해 처리실 내에 공급된 용융 금속을 가압할 수 있기 때문에, 피처리물 상의 미소 공간 내에 용융 금속을 압입할 수 있다. 이 경우, 상기 용융 금속 공급 기구는 가압 기구로서도 기능한다.

또한, 상기 금속 충전 장치는 일단이 통형상 부재의 내벽면에 개구된 통기로를 구비함과 동시에, 일단이 통형상 부재의 내벽면에 개구된 공급로를 구비하고, 감압 기구는 통기로를 매개하여 처리실 내의 기체를 배기하여 처리실 내를 감압하도록 구성되고, 용융 금속 공급 기구는 공급로를 매개하여 처리실 내에 용융 금속을 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속 충전 장치는 일단이 압부 부재의 상기 보유부에 대향하는 면에 개구하도록 해당 압부 부재에 형성된 통기로를 구비함과 동시에, 일단이 상기 대향하는 면에 개구하도록 압부 부재에 형성된 공급로를 구비하며, 감압 기구는 상기 통기로를 매개하여 처리실 내의 기체를 배기하고, 해당 처리실 내를 감압하도록 구성되고, 용융 금속 공급 기구는 공급로를 매개하여 처리실 내에 용융 금속을 공급하게 구성하여도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 금속 충전 장치는 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 용융 금속을 압부 부재와 피처리물 표면과의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 압부 부재에 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 압부 부재를 피처리물 표면에 압부했을 때에, 용융 금속 봉지부의 움직임에 의해 용융 금속을 압부 부재와 피처리물 표면과의 사이에 가두는 것으로써, 피처리물의 처리면 전체적으로 높은 압력을 가하는 것이 가능하게 되고, 용융 금속을 피처리물 상에 형성된 미소 공간 내에 빈틈없이 충전할 수 있다.

즉, 상기 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물과의 사이에 가두는 것에 의해 용융 금속이 피처리물 상에 대체로 전 영역에 있어서 봉지된 상태가 되고, 용융 금속에 적당한 압력을 가해서 피처리물 전체의 미소 공간 내에 해당 용융 금속이 압입하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 미소 공간 내에 용융 금속을 간극 없이 압입하며, 충전 시에 있어서 보이드의 발생을 회피하고 높은 정밀도의 금속 충전을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 피처리물 상에 형성된 미소 공간의 크기는 전형적으로는 그 지경이 0.1㎛ 내지 수 십㎛ 정도인 것을 상정하고 있다. 또한, 용융 금속이 강제 삽입되는 것이라면 그 형성 방법이나 종횡비(aspect ratio) 등의 형태는 불문하며, 관통 홀인지 여부도 불문한다. 또한, 그 형상도 한정되지 않으며, 직선 형상, 곡선 형상, 크랙 형상 등 임의의 형상이어도 좋고 분지의 유무도 불문한다. 또한, 비관통공이라면, 그 깊이는 피처리물의 두께에 따라서 수 백㎛ 이하로 임의의 것으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 금속 충전 장치에 의하면, 처리 후의 피처리물 상에 형성되는 잉여 금속으로 이루어지는 층의 두께를 최소한의 두께로 할 수 있는 동시에, 피처리물 상에 개구되도록 형성된 미소 공간(비아, 관통 홀)에 용융 금속을 충전할 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 3은 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 4는 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 5는 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 6은 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 7은 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 8은 상기 실시 형태의 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 9(a)는 피스톤에 용융 금속 봉지부를 설치한 구성예를 제시하는 단면도이고, 도 9(b)는 도 9(a)의 피스톤을 반도체 웨이퍼를 향하여 하강시킨 경우의 모양을 나타내는 단면도이다.
도 10(a)는 피스톤에 용융 금속 봉지부를 설치하는 다른 구성예를 제시하는 단면도이며, 도 10(b)는 도 10(a)의 피스톤을 반도체 웨이퍼로 향하여 하강시킨 경우의 모양을 나타내는 단면도이다.
도 11(a)는 피스톤에 설치한 용융 금속 봉지부의 또 다른 구성예를 제시하는 단면도이며, 도 11(b)는 도 11(a)의 피스톤을 반도체 웨이퍼로 향하여 하강시킨 경우의 모양을 나타내는 단면도이다.
도 12(a)는 피스톤에 설치한 용융 금속 봉지부의 또 다른 구성예를 제시하는 단면도이며, 도 12(b)는 도 12(a)의 피스톤을 반도체 웨이퍼로 향하여 하강시킨 경우의 모양을 나타내는 단면도이다.
도 13(a)는 피스톤에 설치한 용융 금속 봉지부의 또 다른 구성예를 제시하는 단면도이며, 도 13(b)는 도 13(a)의 피스톤을 반도체 웨이퍼로 향하여 하강시킨 경우의 모양을 나타내는 단면도이다.
도 14(a)는 금속 충전 전의 반도체 웨이퍼 상의 미소 공간을 나타내는 단면도이며, 도 14(b)는 양호하게 금속 충전된 상기 미소 공간을 나타내는 단면도이고, 도 14(c)는 충전 불량을 발생한 상기 미소 공간을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 17은 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 18은 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 19는 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 20은 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 21은 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 동작 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 금속 충전 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태들에 대해서 첨부 도면들에 근거하여 설명한다.

1. 금속 충전 장치의 구성

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 금속 충전 장치(1)는 반도체 웨이퍼(피처리물)(K) 표면에 개구되도록 형성된 미소 공간 내에 용융 금속(M)을 충전하는 금속 충전 장치로서, 반도체 웨이퍼(K)가 그 표면을 위로하여 보유된 보유대(H)와, 내부에 공간이 형성되고 하단면이 상기 보유대(H)와 대향하여 배치된 통형상의 하우징(C)과, 보유대(H)에 보유된 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 대하여 진퇴가 자유롭게 설치된 압부 부재된 피스톤(P)과, 상기 보유대(H)를 상기 하우징(C)에 접근, 이반시키는 승강 기구(16)와, 상기 피스톤(P)을 진퇴시키는 압부 기구(5)를 구비하여 이루어지며, 상기 보유대(H)에 보유된 반도체 웨이퍼(K), 하우징(C) 및 피스톤(P)에 의해 기밀 상태의 처리실(2)이 형성된다.

또한, 해당 금속 충전 장치(1)는, 상기 처리실(2) 내의 기체를 배기하여 해당 처리실(2) 내를 감압하는 감압 기구(3)와, 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 공급하는 용융 금속 공급 기구(4)와, 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하는 가스 압부 기구(7)와, 처리실(2) 내에 공급된 용융 금속(M)을 회수하는 용융 금속 회수 기구(8)와, 상기 승강 기구(16), 압부 기구(5), 감압 기구(3), 용융 금속 공급 기구(4), 가스 압부 기구(7) 및 용융 금속 회수 기구(8)의 작동을 제어하는 제어 장치(15)를 구비하고 있다.

상기 보유대(H)는 상기 승강 기구(16)에 의해 상승하게 되어 있고, 이러한 보유대(H)를 하우징(C)을 향해 상승시켜 보유대(H)의 상면을 하우징(C)의 하단면에 맞닿도록 하는 것으로 의해, 기밀 상태의 처리실(2)이 형성된다. 또한, 상기 승강 기구(16)는 토크 모터 등으로 구성되어, 상기 제어 장치(15)에 의해 그 작동이 제어된다.

상기 피스톤(P)은 그 보유대(H)에 대향하는 측에 내열성을 갖는 스테인리스(440C)(또는 스테인리스(304))로 구성된 압부부(6)가 설치되어 있다. 또한, 스테인리스는 고온 환경에서 사용해도 표면 상태가 안정적이며, 충분한 단단함을 갖고 있는 점에서 압부부(6)의 소재로 우수하다. 또한, 피스톤(P)은 상기 하우징(C)의 상측 개구부로부터 감삽되어 압부 기구(5)에 의해 축선 방향에 진퇴하도록 되어있다. 한편, 피스톤(P)의 외주면과 하우징(C)의 내주면과의 사이에는 O링(13)이 매개되어 장착되어 있고, 양자의 사이가 이러한 O링(13)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 피스톤(P)의 플랜지(flange)부와 하우징(C)의 상단면과의 사이에는 벨로우즈 실(17)이 설치되어 있고, 해당 벨로우즈 실(17)에 의해 피스톤(P)과 하우징(C)과의 사이의 기밀성을 보다 높이고 있다.

또한, 압부부(6)의 표면 중 적어도 용융 금속(M)과 접하는 영역은 전해 연마되어 경면 가공이 실시되어 있다. 이와 같은 경면 가공 처리의 결과로 시험 제작한 금속 충전 장치(1)에 있어서, 압부부(6)의 표면 거칠기는 10점 평균 거칠(Rz)에서 0.3㎛ 이하, 최대 높이(Ry)로 0.5㎛ 이하, 요철 평균 거리(Sm) 10㎛ 이상으로 되어있다. 이와 같이, 압부부(6)의 표면 거칠기(10점 평균 거칠기)를 0.3㎛ 이하로 압부부(6)의 금속 표면을 매끄럽게 하면, 용융 금속(M)이 압부부(6)측에 고착하는 것을 막을 수 있으며, 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)로부터 격리시킬 때에도, 냉각 경화한 용융 금속(M)이 압부부(6)의 금속 표면에서 쉽게 박리되어, 충전 불량이나 반도체 웨이퍼(K)의 분할 등을 효과적으로 회피하는 것이 가능해진다.

여기서, 본원에서 표면 거칠기라고 할 때는 JIS 규격에 10점 평균 거칠기를 나타낸다.

또한, 압부부(6)의 표면에는 DLC 피막 처리(이형 처리)가 실시되어 있고, 강한 힘으로 압부부(6)를 용융 금속에 압부하여도 해당 용융 금속(M)이 경화하여도 쉽게 압부부(6)로부터 박리된다.

상기 이형 처리로서는, DLC 처리 외에 CrN 코팅 처리, TiN 코팅 처리, 서프 처리 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 압부부(6)는, 전술한 바와 같이, 스테인리스의 금속제인 것이므로 충분한 경도를 갖고 있고, 시험 제작한 금속 충전 장치(1)에 있어서는, 상술한 경면 가공 처리 내지 이형 처리를 실시한 상태에서 그 마이크로 비커스 경도(Hv)가 1,200보다 컸다.

또한, 금속제의 압부부(6)는 가열 가압에 의한 변형도 비교적 적고, 상술한 바와 같이, 충분한 경도를 가지고 있는 것이어서, 그 표면에 시행한 코팅 처리가 떨어지기 어렵고, 코팅 처리의 효과를 장수명화할 수 있다.

상기 압부 기구(5)는 소위 유압 실린더 기구로서, 피스톤(P)을 진퇴시키는 구동력을 부여하는 기구이며, 피스톤(P)의 압부부(6)를 소정의 누르는 압력으로 반도체 웨이퍼(K)에 압부할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 이러한 압부 기구(5)는 도면 중 상측의 방 및 도면 중 하측의 방에 압유를 공급하는 배관이 각각 접속되고, 해당 각 배관에는 그 작동이 상기 제어 장치에 의해 제어되는 전환 밸브가 설치되어 있으며, 상기 피스톤(P)은 상기 위쪽의 방에 압유가 공급되면 하측으로 이동하고, 상기 하측의 방에 압유가 공급되면 위쪽으로 이동한다.

상기 감압 기구(3)는, 하우징(C)의 상단측의 측벽을 관통해서 설치된 배관(11)에 의해 처리실(2)에 접속된 진공 펌프(3a)와 배관(11)의 진공 펌프(3a)와 처리실(2)과의 사이에 설치된 제어 밸브(3b)로 이루어지며, 진공 펌프(3a)에 의해 처리실(2) 내의 공기를 배기하고 처리실(2) 내를 감압하는 기구이다. 또한, 상기 진공 펌프의 작동 및 상기 제어 밸브(3b)의 개폐는 상기 제어 장치(15)에 의해 제어되고 있다.

또한, 상기 용융 금속 공급 기구(4)는 하우징(C)의 하단측의 측벽을 관통하여 설치된 배관(9)에 의해 처리실(2)에 접속된 용융 금속 공급부(4a)와 배관(9)의 용융 금속 공급부(4a)와 처리실(2)과의 사이에 설치된 제어 밸브(4b)로 이루어지며, 소정의 공급압으로 용융 금속 공급부(4a)로부터 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 공급하는 기구이고, 상기 제어 밸브(4b)는 그 개폐가 상기 제어 장치(15)에 의해 제어되고 있다.

용융 금속 공급부(4a)에는, 금속 충전에 사용되는 용융 금속(M)이 그 융점보다 높은 온도로 가열되어 있고 액체상으로 저장되어 있다. 본 실시예에 있어서, 금속 충전에 사용되는 용융 금속(M)은 융점 약 200도의 납없는 납땜이다. 납땜과 같이 비교적 융점이 낮은 금속은 취급이 용이한 점에 있어서 우수하지만, 본 발명에 있어서의 용융 금속(M)의 종류가 납땜에 한정되는 것이 아니며, 미소 공간을 메우는 목적이나 그 기능에 따라, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ir, Al, Ni, Sn, In, Bi, Zn이나 이들의 합금 등 임의의 것을 채용할 수 있다.

또한, 상기 가압 가스 공급 기구(7)는, 배관(10)에 의해 배관(11) 및 배관(9)에 접속된 가압 가스 공급부(7a)와, 배관(10)의 배관(11)과 가압 가스 공급부(7a)와의 사이에 설치된 제어 밸브(7b)와, 배관(9)과 가압 가스 공급부(7a)의 사이에 설치된 제어 밸브(7c)로 이루어지고, 배관(9), 배관(10) 및 배관(11)을 통하여 가압 가스 공급부(7a)로부터 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하는 기구이다. 또한, 상기 가압 가스 공급부(7a)의 작동 및 2개의 제어 밸브들(7b, 7c)의 개폐는 상기 제어 장치(15)에 의해 제어된다.

상기 용융 금속 회수 기구(8)는, 하우징(C)의 하단측의 측벽을 관통하여 설치된 배관(12)에 의해 처리실(2)에 접속된 용융 금속 회수부(8a)와, 배관(12)의 용융 금속 회수부(8a)와 처리실(2)의 사이에 설치된 제어 밸브(8b)로 이루어지고, 처리실(2) 내의 용융 금속을 회수하는 기구이며, 제어 밸브(8b)는 그 개폐가 제어 장치(15)에 의해 제어된다. 또한, 용융 금속 회수부(8a)로서는 회수 탱크와 이러한 회수 탱크에 접속된 배기 장치로 이루어지는 구성을 예시할 수 있다.

2. 금속 충전의 순서

다음으로, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 실시예의 금속 충전 장치(1)에 있어서의 금속 충전의 순서를 설명한다.

우선, 제어 장치(15)에 의해 승강 기구(16)의 작동을 제어하여 보유대(H)를 하강시키는 것에 의해, 보유대(H)의 상면을 하우징(C)의 하단면에서 이반시킨 후, 표면상에 미소 공간을 형성한 반도체 웨이퍼(K)를 그 표면을 위로 한 상태로 보유대(H)상에 재치시킨다. 이어서, 제어 장치(15)에 의해 승강 기구(16)의 작동을 제어하여 보유대(H)를 하우징(C)으로 향하여 상승시키고, 보유대(H)의 상면을 하우징(C)의 하단면에 맞닿도록 하는 것에 의해 처리실(2)을 형성한다. 또한, 이 때, 상기 하우징(C)의 하단면을 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 하여 반도체 웨이퍼(K)를 보유대(H)상에 압부시키도록 하고 있다.

그 후, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 진공펌프(3a)를 동작시킴과 동시에, 배관(11)의 제어 밸브(3b)를 열어 처리실(2) 내의 기체를 배기하고, 처리실(2) 내 및 미소 공간 내를 대략 진공 상태까지 감압한다.

다음에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 진공 펌프(3a)에 의한 감압을 계속하여 처리실(2) 내를 대략적으로 진공 상태에 유지한 상태에서, 제어 장치(15)에 의해 배관(9)의 제어 밸브(4b)를 열고, 용융 금속 공급부(4a)에서 융점 이상으로 가열한 액체상의 용융 금속(M)을 반도체 웨이퍼(K)상에서 튀겨지는 것 없이, 해당 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 덮을 수 있는 양에 달할 때까지 처리실(2)의 내부에 공급한다. 또한, 금속 충전 장치(1)에 있어서는, 배관(11)을 하우징(C)의 상단측에 관통하여 설치하였다. 다시 말하면, 배관(11)을 공급되는 용융 금속의 액면보다 충분한 상방에 설치한 것에 의해, 진공 펌프(3a)에 의한 감압을 계속한 상태로 용융 금속(M)을 공급하는 것이 가능하게 되어 있지만, 진공 펌프(3a) 내에 용융 금속(M)이 흡인되어 버리지 않도록 적절한 타이밍에서 용융 금속(M)의 공급을 정지하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(K)를 보유대(H) 상에 압부시키도록 하는 것으로써, 예를 들면, 실리콘(비중: 약 2.5)으로 이루어지는 반도체 웨이퍼 위로 납땜(비중: 약 9.0)을 공급하여도 반도체 웨이퍼가 보유대 상에서 부상(浮上)되지 않도록 하고 있다.

또한, 후술하는 압부 공정에 들어가기 전에 용융 금속(M)이 냉각 경화하는 것은 바람직하지 못하므로, 이 단계에서는 적당히 가열 기구에 의해 처리실(2)의 내부 온도를 용융 금속(M)의 융점 이상의 온도로 유지해 두고, 용융 금속(M)이 액체인 상태로 놓을 필요가 있다.

충분한 분량의 용융 금속(M)을 처리실(2)의 내부에 공급하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의해 배관(9)의 제어 밸브(4b)를 닫고, 이어서 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 압부 기구(5)를 작동시켜 처리실(2) 내의 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 천천히 진행시켜 가까이 가게 하며, 압부부(6)의 표면을 처리실(2)의 내부에 공급된 용융 금속(M) 중에 가라앉힌다. 이와 같이, 처리실(2)내가 대략 진공 상태로 압부부(6)의 표면을 용융 금속(M) 중에 가라앉히는 것에 의해, 압부부(6)와 용융 금속(M)과의 사이에 기층이 생기는 것을 회피할 수 있다.

다음으로, 도 5에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)의 표면을 용융 금속(M) 중에 가라앉힌 상태로 제어 장치(15)에 의해 배관(11)의 제어 밸브(3b)를 닫는 동시에, 진공 펌프(3a)의 동작을 정지하여 감압을 중지하는 한편, 제어 장치(15)의 제어 하에 배관(10)의 제어 밸브(7b)를 여는 것과 동시에, 가압 가스 공급부(7a)를 동작시켜 해당 가압 가스 공급부(7a)로부터 가압용의 질소 가스 등을 처리실(2) 내로 공급하고, 이러한 가스압에 의해 용융 금속(M)을 가압하여 소위 차압 충전에 의해 용융 금속(M)을 미소 공간 내에 충전한다.

다음으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의해 압부 기구(5)를 작동시켜 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)에 향해 더욱 이동시켜 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 압부한다. 이에 의해, 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K)의 사이의 잉여 용융 금속이 반도체 웨이퍼(K) 상에서 하우징(C)의 내주면과 피스톤(P)의 외주면과의 사이의 간극에 압출된다. 따라서, 처리 후의 반도체 웨이퍼(K) 표면에 형성되는 잔사의 양이 감소한다. 또한, 잔사란 반도체 웨이퍼(K)상에서 미소 공간에 끝까지 들어가지 않았던 잉여 용융 금속이 반도체 웨이퍼(K)상에서 경화하여 생기는 층상의 불필요한 금속 부분의 것을 말하지만, 해당 금속 부분이 모든 경우에 있어서 불필요한 것은 아니고, 배선층이나 콘택층으로 이용할 수 있는 경우도 있다.

그리고, 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 압부한 상태로 잠시 동안 정지한다. 본 실시예의 금속 충전 장치(1)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 압부부(6)가 용융 금속(M)의 액 중에 압부할 수 있었던 만큼, 그 몫의 용융 금속(M)은 하우징(C)의 내주면과 피스톤(P)의 외주면 사이의 간극에 이동하기 때문에, 용융 금속(M)의 액면이 상승해 간다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(K)는 용융 금속(M)의 액면의 깊은 위치에서 용융 금속(M)에 침지되는 상태가 되므로, 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K)가 접촉하여 용융 금속(M)과 반도체 웨이퍼(K) 및 압부부(6)와의 젖음성의 악화에 의해, 반도체 웨이퍼(K) 면에서 용융 금속(M)이 튀겨지는 힘이 강해지는 상황이 되어도 반도체 웨이퍼(K) 면에서 용융 금속(M)이 막 끊어지는 상태가 되기 어렵다. 또한, 반도체 웨이퍼(K) 표면에 압부부(6)를 가압하고 있는 사이도 가압 가스 공급부(7)에 의한 가스 가압은 계속해 두는 것이 바람직하다. 이에 의해, 충전하는 힘이 유지되는 동시에 상술한 막 끊어짐을 효과적으로 막을 수 있다.

다음으로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 가압한 상태에서 제어 장치(15)에 의해 배관(10)의 제어 밸브(7c)를 여는 것과 동시에, 배관(12)의 제어 밸브(8b)를 열어서 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 전부 충전할 수 없는 잉여 용융 금속(M)을 용융 금속 회수부(8a)에 회수한다. 잉여 용융 금속(M)을 회수하지 않으면, 후술한 냉각 후, 잉여 용융 금속(M)이 하우징(C)과 압부부(6)의 간극에서 경화하여서 피스톤(P)의 승강 동작을 방해하거나, 혹은 반도체 웨이퍼(K)와 처리실(2)의 벽면이 고착하는 등의 문제가 생긴다. 단, 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K) 사이에 가스가 들어가면 충전 불량이 발생하므로, 잉여 금속을 전부 배출하지 않고, 압부부(6)의 측벽과 하우징(C)의 내벽의 간극에는 용융 금속(M)을 남긴 상태로서 둔다. 이러한 틈에 용융 금속(M)을 남기는 분량은 반도체 웨이퍼(K) 및 압부부(6)와 용융 금속(M)과의 젖음성, 간극의 크기에 따라 다르지만, 높이로 수 ㎜ 정도 남겨 두는 것이 바람직하다.

그리고, 잉여 용융 금속(M)을 회수한 후, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 배관(10)에 2개의 제어 밸브들(7b, 7c)을 닫아 가압용 가스의 공급을 정지하는 동시에, 배관(12)의 제어 밸브(8b)를 닫는다. 그 후, 처리실(2)의 내부 가열 또는 보온을 멈추고, 용융 금속(M)의 온도가 융점 이하가 될 때까지 냉각하며, 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간에 충전된 용융 금속(M)이 냉각 경화할 때까지 대기한다.

다음으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 압부 기구(5)를 작동시켜 피스톤(P)을 천천히 상승시키고, 또한, 승강 기구(16)를 작동시켜 보유대(H)를 하강시키는 것에 의해 처리실(2)을 개방한다. 그리고, 금속 충전 처리를 마친 반도체 웨이퍼(K)를 보유대(H)로부터 꺼내고, 그 후 금속 충전 처리를 수행하는 새로운 반도체 웨이퍼(K)로 바꿔 넣는다. 복수 매의 반도체 웨이퍼(K)들에 금속 충전을 할 경우에는, 도 2 내지 도 8에 나타낸 순서를 적당히 반복하면 좋다.

3. 용융 금속 봉지부를 설치한 양태

다음으로, 바람직한 실시 양태로서, 상술한 구성에 있어서 용융 금속 공급 기구(4)에 의해 공급된 용융 금속(M)을 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K) 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 설치하는 구성예에 대해서 설명한다.

우선, 용융 금속 봉지부를 설치하는 제1 양태로서, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)의 하면(下面)에 원형의 반도체 웨이퍼(K)의 외주에 따르도록 탄성체로 이루어지는 링 형상 밑의 봉지부(20)(용융 금속 봉지부)를 설치하는 양태가 있다. 동일한 도면에 있어서는, 사선을 첨부한 두께부의 구성은 생략되어 있다(도 10 내지 도 13도 마찬가지이다).

본 구성에 의하면, 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)에 접근시켰을 때(도 6 참조), 잉여 용융 금속(M)을 외부에 놓쳐서 반도체 웨이퍼(K) 상에서 잔사가 되는 잉여 용융 금속(M)의 양을 충분히 절감할 수 있다. 즉, 봉지부(20)가 반도체 웨이퍼(K)와 접촉할 때까지는, 봉지부(20)의 내측영역의 용융 금속(M)은 해당 영역의 외부로 빠져나가는 것에 대해 봉지부(20)가 반도체 웨이퍼(K)에 더욱 가까워지고, 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 면접촉하면(맞닿으면) 용융 금속(M)은 봉지부(20)의 내측영역에 갇힌다(도 9(b) 참조).

봉지부(20), 특히 탄성체로부터 이루어지는 봉지부(20)를 설치하는 것에 의해 양호한 봉지(封止)성을 얻을 수 있다. 그리고, 압부부(6)의 압부에 의해 봉지부(20)가 변형되고 해당 봉지 영역을 좁힐 수 있으므로, 해당 봉지 영역 내의 용융 금속(M)에 압부 기구(5)의 추진력을 이용해서 효율적으로 높은 압력을 가할 수가 있으며, 용융 금속(M)을 반도체 웨이퍼(K) 상의 미소 공간의 내부에 간극 없이 충전할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 가스 가압과 봉지부(20)를 구비한 압부부(6)에 의한 가압을 2단계로 실시하는 것에 의해 용융 금속(M)과 반도체 웨이퍼(K)와의 젖음성이 나쁘더라도 금속 충전하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 우선 가스 가압을 실시하고, 이 때의 가스압은 용융 금속(M)이 반도체 웨이퍼(K)와 압부부(6)와의 틈에서 막끊김이 없는 정도의 가벼운 압력(예를 들면, 0.2MPa 이하)으로 한다. 그리고, 봉지부(20)를 구비한 압부부(6)의 압부에 의해, 봉지부(20)보다 안쪽에 있는 반도체 웨이퍼(K)의 처리면 상의 전체의 용융 금속(M)에 높은 압력을 가해서 충전 처리를 할 수 있다. 이러한 방법을 채용하면, 처리실의 압력 용기 성능을 극단적으로 높은 것으로 하지 않아도, 가스 가압과 압부 가압과의 2단계 가압에 의해 효과적인 금속 충전을 실현할 수 있다.

또한, 봉지부(20)를 구비한 압부부(6)를 이용하면, 계속되는 잉여 금속 배출 공정에 있어서, 봉지 범위 외의 잉여 용융 금속(M')을 가스 블로우나 액체 린스 등을 이용해서 배출하여도 봉지 범위 내에 있는 미소 공간의 충전성에는 영향을 끼치지 않게 때문에 보다 효과적으로 잉여 용융 금속을 회수할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 봉지부(20)가 존재하므로 금속 충전 장치(1)와는 다르고, 잉여 용융 금속(M')을 모두 배출하여도 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K)의 사이에 가스가 들어가서 충전 불량이 발생하는 것은 없으므로, 봉지 범위 외의 영역을 청정하게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 용융 금속 봉지부를 설치하는 제2 양태로서는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)의 하면에 있어서, 반도체 웨이퍼(K)의 외측의 보유대(H)와 대향하는 위치에 원형의 반도체 웨이퍼(K)와 동심원상의 탄성체로 이루어지는 봉지부(21)(용융 금속 봉지부)를 설치하는 양태가 있다.

본 구성에 의하면, 봉지부(21)는 반도체 웨이퍼(K)의 외부에 설치되기 때문에, 봉지부(21)는 반도체 웨이퍼(K)에 접촉할 일은 없고 반도체 웨이퍼(K)의 전면에 있어서 용융 금속(M)의 충전 처리를 실시하는 것이 가능해진다(도 10(b) 참조).

이상의 용융 금속 봉지부를 형성하는 소재는 어느 정도의 탄력성과 내열성 등을 구비하고, 봉지에 적합한 소재라면 특별히 한정되지 않지만, 봉지 전의 용융 금속(M)이 외부로 빠져나가기 쉬운 소재나 구조를 채용하는 것에 의해 봉지되는 용융 금속(M)의 분량을 필요 최소한의 것으로서, 반도체 웨이퍼(K) 상의 잔사를 얇게 할 수 있다.

다음으로, 용융 금속 봉지부를 설치하는 제3 양태로서, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)의 용융 금속(M)과 접하는 면과 반대측에 탄성체층(22)(용융 금속 봉지부)을 적층해 두는 양태가 있다. 이 경우, 압부 기구(5)에 의해 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)로 향하여 이동시키고, 압부부(6)를 용융 금속(M) 및 반도체 웨이퍼(K)에 대해 접근시켜 가면, 동일한 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 탄성체층(22)이 압부 방향과 수직한 평면상에 퍼지고, 이와 같이 넓어진 탄성체층(22)이 하우징(C)과 맞닿는 것에 의해 용융 금속(M)이 탄성체층(22)으로 봉지되는 공간 내부에 갇힌다. 이러한 구성에 의하면, 사전에 가스 가압되고 있었던 용융 금속(M)의 압력을 유지하게 봉지가 행해진다.

또한, 전술한 바와 같이 하면, 반도체 웨이퍼(K) 표면과 압부부(6) 표면과의 평행도가 나쁠 경우에도, 탄성체층(22)의 변형에 의해 반도체 웨이퍼(K) 표면과 압부부(6) 표면을 효율적으로 밀착시킬 수 있다. 또한, 압부부(6)의 금속부를 변형하기 쉬운 얇은 판자로 하는 것으로써, 반도체 웨이퍼(K) 표면의 평탄도가 나쁠 경우에도 탄성체층(22) 및 금속 얇은 판자의 변형에 의해 반도체 웨이퍼(K) 표면과 압부부(6)의 표면을 효율적으로 밀착시키게 하여 보압 냉각하고, 용융 금속(M)을 경화할 수 있으므로, 이러한 밀착 효과에 의해 반도체 웨이퍼(K)상의 잔사를 따라 얇게 할 수 있다.

다음으로, 용융 금속 봉지부를 설치하는 제4 양태로서, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 압부부(6)의 반도체 웨이퍼(K)와 접하는 면과 반대측에 탄성체층(23)(용융 금속 봉지부)을 적층하고, 또한 압부부(6)의 하면에 원형의 반도체 웨이퍼(K)의 외주에 따르도록 탄성체로부터 이루어지는 링 형상을 한 봉지부(24)(용융 금속 봉지부)를 설치하는 양태가 있다. 이 경우, 압부 기구(5)에 의해 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)로 향하여 이동시키고, 압부부(6)를 용융 금속(M) 및 반도체 웨이퍼(K)에 대해 접근시켜 봉지부(24)를 반도체 웨이퍼(K)에 맞닿게 하며, 동일한 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 봉지부(24)가 둘러싸는 영역 내에 용융 금속(M)이 봉지된다. 이러한 양태에 의하면, 상기 제3의 양태와 비교하고 실효적인 봉지 범위를 반도체 웨이퍼(K)의 영역에 좁히는 것에 의해, 봉지부(24)가 둘러싸는 영역외의 용융 금속(M')을 용융 금속 회수 기구에 의해 적당히 회수하는 것으로써 여분의 간극에 잔류하는 잔류 금속의 분량을 저감할 수 있다.

다음으로, 용융 금속 봉지부를 설치하는 제5 양태로서, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 피스톤(P) 가운데 압부부(6)의 용융 금속(M)과 접하는 면의 외측 영역에서 상기 면의 반대측에 걸쳐 탄성체층(25)(용융 금속 봉지부)을 적층 해 두는 양태가 있다. 이 경우, 압부 기구(5)에 의해 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)로 향하여 이동시키고, 압부부(6)를 용융 금속(M) 및 반도체 웨이퍼(K)에 대해 접근시켜 탄성체층(25)을 반도체 웨이퍼(K)에 당접시키면, 동일한 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 탄성체층(25)의 당접 영역 내에 용융 금속(M)이 봉지된다. 또한, 도 11에 나타낸 형태와는 달리 하우징(C)과의 사이의 간극의 용융 금속(M')까지는 봉지되지 않는다.

이상과 같이, 각종의 용융 금속 봉지부를 설치하는 것에 의해, 용융 금속(M)을 압부부(6)와 반도체 웨이퍼(K)의 사이에 가두고, 반도체 웨이퍼(K) 상의 광영역에 있어서 봉지성을 향상시킬 수 있으므로, 용융 금속(M)에 적당한 압력을 가하고, 해당 용융 금속(M)을 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 넣을 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼(K) 상에 생기는 잔사를 저감할 수 있는 동시에, 용융 금속(M)을 반도체 웨이퍼(K) 상에만 가두는 양태를 채용했을 경우에는, 용융 금속 봉지부가 둘러싸는 영역외의 용융 금속(M')을 용융 금속 회수 기구에 의해 회수하는 것으로써, 처리실 내에 남는 잉여 용융 금속을 저감할 수 있다.

이에 의해, 미소 공간 내에 용융 금속을 간극 없이 압입하고, 충전 시에 있어서의 보이드의 발생을 회피하며, 높은 정밀도의 금속 충전을 실현하는 것이 가능해진다.

마지막으로, 본 발명에 의해 금속 충전이 양호하게 실행된 상태를 도시해 둔다. 도 14(a)는 용융 금속(M)을 충전하기 전의 반도체 웨이퍼(K)상의 미소 공간(V)을 나타내는 단면도이며, 도면 중 아랫부분이 반도체 웨이퍼(K)다. 동일한 도 14(a)에 있어서, 반도체 웨이퍼(K)의 표면에는 무수한 미소 공간(V)이 규칙적으로 배치되고 있다. 도 14(b)는 본 발명에 의해 반도체 웨이퍼(K) 상의 미소 공간(V)에 양호하게 용융 금속(M)이 충전된 상태를 나타내는 단면도이다. 동일한 도 14(b)에서는, 미소 공간(V)에 간극 없이 용융 금속(M)이 충전되고 있는 모양을 알 수 있다.

이에 대하여, 도 14(c)는 비교예로서, 용융 금속(M)의 충전 불량을 발생한 미소 공간(V1, V4)을 나타내는 단면도이다. 동일한 도 14(c)에 있어서, 미소 공간(V1, V2)에서는 저부측에 용융 금속(M)이 충전되고 있지만 그 분량이 충분하지 않으므로 미소 공간을 완전히 충전되어 있지 않다. 또한, 미소 공간(V3, V4)에서는, 저부측까지 용융 금속(M)이 도달하고 있지 않고 충전 불량이 되는 것을 알 수 있다.

이상 본 발명의 실시 형태들에 대해서 설명했지만, 본 발명이 수득할 수 있는 구체적인 양태는 이에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 상술한 예에 있어서는, 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)에 가까이 하는 구성을 채용하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 반도체 웨이퍼(K)(보유대(H))쪽을 압부부(6)쪽에 가까이 하는 구성을 채용해도 좋다.

또한, 상술한 예로는 용융 금속(M)의 공급 후에, 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)로 향하여 이동시키고, 용융 금속(M)의 액면에 압부부(6)를 근접시켜 압부부(6)를 용융 금속(M) 중에 가라앉히는 상태로 하는 방법에 대해 설명했지만, 액면에 압부부(6)를 근접하는 것이 아닌, 압부부(6)의 표면이 용융 금속(M)에 담가질 때까지 해당 용융 금속(M)을 공급해 가는 것으로써, 압부부(6)를 용융 금속(M) 중에 가라앉힌 상태로 해도 좋다.

또한, 압부부(6)에 의한 압부 방향은 연직 상방으로부터 아래 방향으로 압부한 형태에 한정되지 않고, 장치의 구성에 의해 연직 아래 방향에서 상 방향으로 압부하거나, 혹은 수평 횡방향으로 가압해도 좋다. 또한, 금속 충전 장치의 방향은 도 1에 나타낸 방향에 한정되는 것이 아니고, 도 1의 방향을 횡전한 방향이어도 좋고, 반전시킨 방향이어도 좋다.

또한, 상술한 예의 금속 충전 장치(1)에 있어서는, 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 어느 정도 다량으로 공급하는 것으로써, 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 용융 금속에 의해 균일하게 덮도록 하고 있지만, 예를 들면, 처리실(2)의 용적을 미리 작게 설정하고, 이러한 처리실(2) 내를 완전히 채우게 해당 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 공급하는 것으로, 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 용융 금속에 의해 균일하게 덮도록 해도 좋다. 이렇게 구성된 금속 충전 장치에 대해서, 도 15를 참조하고, 다음에 설명한다. 또한, 금속 충전 장치(1)의 구성과 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다.

도 15에 나타낸 금속 충전 장치(30)는, 보유대(H), 하우징(C), 피스톤(P), 승강 기구(16), 감압 기구(3), 용융 금속 공급 기구(4), 용융 금속 회수 기구(8), 제어 장치(15) 등에 더하여, 상기 피스톤을 상기 보유대(H)에 보유되는 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 진퇴시키는 압부 가압 기구(5') 및 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하는 송기 기구(7')을 구비하고 있다. 한편, 상기 압부 가압 기구(5') 및 송기 기구(7')의 동작은 상기 제어 장치(15)에 의해 제어된다. 또한, 압부 가압 기구(5')는 압부 기구가 압부 기구로서도 기능하는 것으로서 구체화한 것이다.

상기 피스톤(P)은 상기 금속 충전 장치(1)에 있어서의 피스톤(P)과 동일하게, 보유대(H)에 대향하는 쪽에 스테인리스(440C)로 구성된 압부부(6)가 설치되어 있어, 또한, 이러한 압부부(6)에는 보유대(H)에 대향하는 면의 외주 밸브부에 용융 금속 봉지부(6a)가 설치되어 있다. 한편, 해당 피스톤(P)과 하우징(C)과의 사이에는 2개의 O링들(13a, 13b)이 매개하여 장착되어 있으며, 이들 2개의 O링들(13a, 13b)은 하우징(C)에 고정되고 있다.

또한, 상기 송기 기구(7')는 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하고, 처리실(2) 내의 잉여 용융 금속을 용융 금속 회수 기구(8)의 용융 금속 회수부(8a)에 보내기 위한 기구이며, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부(7a'), 가스 공급부(7a') 및 배관(11)을 접속하는 배관(10'), 배관(10')의 가스 공급부(7a')와 배관(11)의 사이에 설치된 제어 밸브(7b')로 구성되며, 상기 가스 공급부(7a')의 작동 및 제어 밸브(7b')의 개폐는 상기 제어 장치(15)에 의해 제어된다. 한편, 금속 충전 장치(30)에 있어서 배관(11)은 하우징(C)의 하단측의 측벽을 관통해서 설치되어 있다.

또한, 금속 충전 장치(30)에는 제어 장치(15)에 의해 승강 기구(16)의 작동을 제어하고 보유대(H)를 상승시키며, 하우징(C)의 하단면과 보유대(H)에 보유된 반도체 웨이퍼(K)의 표면을 맞닿게 하는 것으로 처리실(2)을 형성한다. 한편, 처리실(2)을 형성했을 때, 하우징(C)의 하단면과 반도체 웨이퍼(K) 상과의 사이는 O링(14)에 의해 기밀성이 유지된다.

또한, 상기 용융 금속 회수 기구(8)의 제어 밸브(8b)는 폐쇄, 콜리메이터를 통한 개방, 전 개방 등의 3개의 상태로 절환하는 것으로 되어 있다.

그리고, 이러한 금속 충전 장치(30)에 의하면, 우선, 보유대(H)와 하우징(C)을 이반(離反)시킨 상태로 보유대(H) 상에 반도체 웨이퍼(K)를 재치하고, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 승강 기구(16)를 작동시켜 보유대(H)를 하우징(C)을 향해 상승시키고, 해당 보유대(H) 상에 재치한 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 하우징(C)의 하단면을 맞닿게 하는 것에 의해 처리실(2)을 형성한다.

다음으로, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 상기 압부 가압 기구(5')를 작동시켜 처리실(2)의 용적이 최대한 작은 용적이 되게 피스톤(P)을 보유대(H) 상에 보유된 반도체 웨이퍼(K)에 가까이 한 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(3b)가 열리는 동시에, 진공 펌프(3a)를 작동시켜 처리실(2) 내를 대략 진공 상태가 될 때까지 감압한다. 그 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(3b)를 닫는 동시에, 진공 펌프(3a)의 작동을 정지시키는 한편, 제어 밸브(4b)를 열고 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 가압 공급한다. 그리고, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채운 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(4b)를 닫고, 처리실(2) 내의 용융 금속(M)의 공급을 정지한다. 이와 같이 하면, 처리실(2) 내가 용융 금속(M)으로 완전히 채워지기 때문에, 용융 금속(M)이 반도체 웨이퍼(K) 상에서 튀겨지는 것 없이, 반도체 웨이퍼(K) 상이 용융 금속(M)에 의해 균일하게 덮어진 상태가 된다. 한편, 상술한 바와 같이, 하우징(C)의 하단면과 반도체 웨이퍼(K)의 표면의 사이에 O링(14)을 매개하여 장착되어 기밀성을 유지하도록 하고 있기 때문에, 처리실(2) 내에 용융 금속(M)을 공급했을 때에, 용융 금속(M)이 반도체 웨이퍼(K)의 뒷면에 돌아가는 것이 방지된다.

그리고, 처리실(2) 내의 용융 금속(M)의 공급을 정지한 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(8b)를 콜리메이터를 통한 개방 상태로 하는 동시에, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 압부 가압 기구(5')를 작동시켜 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)를 향하여 이동시킨다. 이 때, 제어 밸브(8b)를 콜리메이터를 통한 개방 상태로 하고 있기 때문에, 피스톤(P)을 이동하는 것에 의해 용융 금속(M)이 바람직하게 가압된 상태로 잉여 용융 금속(M)이 용융 금속 회수부(8a)에 압출된다. 그리고, 피스톤(P)을 더욱 이동시키고, 용융 금속 봉지부(6a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 하는 것으로써, 해당 용융 금속 봉지부(6a)의 내측영역에 용융 금속(M)이 갇혀서 반도체 웨이퍼(K)의 상기 내측영역 내에 의해 높은 압력이 가해지고, 용융 금속(M)이 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 압입된다.

그 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(8b)를 전(全) 개방 상태로 하는 동시에, 제어 밸브(7b')를 열고 가스 공급부(7a')를 작동시켜, 해당 가스 공급부(7a')로부터 처리실(2) 내에 불활성 가스를 공급하고, 용융 금속 봉지부(6a)의 내측 영역 이외의 부분에 잔류하는 잉여 용융 금속(M')을 용융 금속 회수부(8a)로 배출한다. 한편, 이와 같은 배출 공정에 있어서는, 용융 금속 회수부(8a)를 대략 대기압으로 유지하도록 하고 있기 때문에, 낮은 가스압에도 용융 금속 회수부(8a)에 잉여 용융 금속(M)이 쉽게 배출된다. 그리고, 잉여 용융 금속(M)을 용융 금속 회수부(8a)에 배출한 후, 제어 장치(15)에 의해 가스 공급부(7a')의 작동을 정지시켜, 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 충전된 용융 금속(M)이 냉각 경화할 때까지 대기한다.

그 후, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 압부 가압 기구(5')을 작동시켜서 피스톤(P)을 상승시키는 동시에, 승강 기구(16)를 작동시켜 보유대(H)를 하강시키고, 마지막으로 보유대(H)로부터 반도체 웨이퍼(K)를 뗀다.

이와 같이 상기 금속 충전 장치(30)에 의하면, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채우도록 하는 것으로써, 반도체 웨이퍼(K) 상에서 용융 금속(M)이 튀기는 것이 방지되어, 반도체 웨이퍼(K)의 전면이 용융 금속(M)에 의해 균일하게 덮일 수 있다. 또한, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채운 상태로 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)로 향하여 이동시키는 것으로써, 용융 금속(M)을 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 압입할 수 있고, 또한 압부부(6)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 가압한 것으로써, 용융 금속 봉지부(6a)의 활동에 의해도 용융 금속(M)을 미소 공간 내에 압입하기 위해서 효과적으로 금속 충전을 할 수 있다.

또한, 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 압부부(6)를 가압한 것으로써, 반도체 웨이퍼(K) 상에서 잉여 용융 금속이 밀어내지기 때문에, 처리 후의 반도체 웨이퍼(K)상에 형성되는 잔사의 양을 감소시킬 수 있다.

또한, 용융 금속 봉지부(6a)를 설치하는 것에 의해, 해당 용융 금속 봉지부(6a)의 내측 영역에 용융 금속(M)을 가두기 때문에, 내측 영역 이외의 잉여 용융 금속(M')만을 송기 기구(7')에 의해 용융 금속 회수부(8a)로 배출할 수 있고, 처리 후에 잉여 용융 금속이 하우징(C)의 내주면과 압부부(6)의 외주면의 간극으로 경화해서 피스톤(P)의 승강 동작을 방해하는, 혹은 반도체 웨이퍼(K)와 하우징(C)이 고착하는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 금속 충전 장치(30)는 피스톤(P)을 보유대(H) 상에 보유된 반도체 웨이퍼(K)에 가까이 하는 것으로써, 처리실(2)의 용적을 최대한 작은 용적에 변화시키기 위해서 처리실(2) 내에 공급해야 할 용융 금속(M)의 양을 억제할 수 있고, 금속을 액체 상태로 저류해 놓기 위해서 필요한 가열 시스템의 대용량화, 재료의 소비량 증가와 같은 장치 비용이나 운전 자금의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 상기 금속 충전 장치(30)에 있어서는, 제어 밸브(8b)의 콜리메이터를 통하는 것으로써, 용융 금속(M)의 가압 상태를 유지한 채, 처리실(2) 내에서 잉여 용융 금속(M')을 밀어내는 구성을 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 처리실(2) 내의 용융 금속(M)의 가압 상태를 유지하게 용융 금속 회수부(8a)를 불활성 가스 등으로 평형 가압한 상태로 피스톤(P)을 이동시켜 잉여 용융 금속(M')을 밀어내는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 상술한 2개의 금속 충전 장치들(1, 30)에 있어서는, 하우징(C)의 측벽을 관통해서 설치된 각 배관을 통하고, 처리실(2) 내의 용융 금속(M)의 공급 및 처리실(2) 내의 배기를 하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 피스톤(P)에 있어서의 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 대향하는 면에 개구하도록 해당 피스톤(P)에 형성된 배관을 통하고, 처리실(2) 내의 용융 금속(M)의 공급 및 처리실(2) 내의 배기를 하는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성을 구비한 금속 충전 장치(40)에 대해서, 도 16 내지 도 21을 참조하여 이하 설명한다. 한편, 금속 충전 장치들(1, 30)의 구성과 같은 구성 요소들에는 같은 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명을 생략한다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 금속 충전 장치(40)는, 보유대(H), 하우징(C), 피스톤(P), 승강 기구(16), 압부 가압 기구(5'), 감압 기구(3), 용융 금속 공급 기구(4) 및 제어 장치(15)로 구성되어 있다.

상기 진공 펌프(3a)와 처리실(2)은 피스톤(P)의 보유대(H)에 보유되는 반도체 웨이퍼(K) 상과 대향하는 면의 중심 근방에 일단이 개구되는 배관(11')에 의해 접속되고 있으므로, 처리실(2) 내의 기체는 해당 배관(11')을 통해서 배기된다. 또한, 용융 금속 공급부(4a)와 처리실(2)은 동일하게 일단이 피스톤(P)의 상기 대향하는 면의 중심 근방에 개구되는 배관(9')에 의해 접속되고 있으므로, 용융 금속(M)은 해당 배관(9')을 통해서 처리실(2) 내에 공급된다. 또한, 상기 배관(11')의 피스톤(P)측의 개구부에는 제어 장치(15)에 의해 그 개폐가 제어되는 게이트 밸브(3c)가 설치되고, 상기 배관(9')의 피스톤(P)측의 개구부에는 동일하게 제어 장치(15)에 의해 그 개폐가 제어되는 게이트 밸브(4c)가 설치되어 있다.

또한, 피스톤(P)과 하우징(C)의 사이에는 2개의 O링들(13b, 13c)이 매개되어 장착되어 있으며, O링(13c)은 피스톤(P)의 하단측에 고정되고, O링(13b)은 하우징(C)의 상단측에 고정되어 있다.

또한, 금속 충전 장치(40)에 있어서의 피스톤(P)은 그 보유대(H)에 대향하는 쪽에 압부부를 설치하지 않는 구성으로 했지만, 압부부를 설치했을 경우에는, 상기 2개의 배관들(9', 11')의 일단은 압부부의 보유대(H)에 보유되는 반도체 웨이퍼(K)상과 대향하는 면의 중심 근방에 개구되면 좋다.

다음으로, 이러한 금속 충전 장치(40)에 의해 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 용융 금속(M)을 충전하는 과정에 대해서 도 17 내지 도 21을 참조하여 설명한다.

우선, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 승강 기구(16)를 작동시켜 보유대(H)를 하강시킨 후, 반도체 웨이퍼(K)를 보유대(H) 상에 재치하고, 이어서 승강 기구(16)에 의해 보유대(H)를 상승시키고, 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 하우징(C)의 하단면을 맞닿게 해 기밀 상태의 처리실(2)을 형성한다. 그 후, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 상기 압부 가압 기구(5')을 작동시켜 처리실(2)의 용적이 최대한 작은 용적이 되게 피스톤(P)을 보유대(H) 상에 보유된 반도체 웨이퍼(K)에 가까이 한다. 그 후, 제어 장치(15)에 의해 진공 펌프(3a)를 동작시킴과 동시에, 배관(11')의 제어 밸브(3b) 및 게이트 밸브(3c)를 열고, 처리실(2) 내의 기체를 배기해서 해당 처리실(2) 내를 대략 진공 상태가 될 때까지 감압한다(도 17 참조).

다음으로, 도 18에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(3b) 및 게이트 밸브(3c)를 닫는 동시에, 진공 펌프(3a)의 작동을 정지한다. 그리고, 처리실(2) 내의 감압 상태를 유지한 채, 제어 장치(15)에 의해 배관(9')의 제어 밸브(4b) 및 게이트 밸브(4c)를 열고, 용융 금속 공급부(4a)로부터 용융 금속(M)을 가압 공급하며, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채운다. 이렇게, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채우는 것에 의해, 상술과 같이 용융 금속(M)이 반도체 웨이퍼(K) 표면에서 튀기는 것이 방지되어, 반도체 웨이퍼(K) 표면이 용융 금속(M)에 의해 균일하게 덮어진다.

이어서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 제어 밸브(4b) 및 게이트 밸브(4c)를 연 상태로 제어 장치(15)에 의한 제어 하에, 압부 가압 기구(5')를 작동시켜 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K) 표면을 향하여 이동시킨다. 이 때, 용융 금속 공급부(4a)에 있어서의 용융 금속(M)의 공급압보다 큰 힘으로 포함해서 피스톤(P)을 이동시켜 처리실(2)의 용적을 좁히고, 처리실(2) 내에서 용융 금속 공급부(4a)에 용융 금속(M)을 되돌리게 구성하면, 용융 금속(M)이 공급압과 같은 힘으로 가압된 상태가 유지된다. 또한, 상술한 바와 같이, 용융 금속(M)의 공급압보다도 큰 힘으로 가지고 피스톤(P)을 이동시키는 것으로써, 잉여 용융 금속(M)이 배관(9')을 통해서 용융 금속 공급부(4a)에 되돌려진다.

그리고, 피스톤(P)을 더욱 이동시켜 해당 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)에 가압한 상태로 방치하고(도 20 참조), 그 후, 제어 장치(15)에 의해 제어 밸브(4b) 및 게이트 밸브(4c)를 닫고 용융 금속(M)의 온도가 융점 이하가 될 때까지 냉각하고, 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간에 충전된 용융 금속(M)이 냉각 경화할 때까지 대기한다.

또한, 용융 금속 공급부(4a)의 공급 압력에서는 보이드가 생길 일이 없고 미소 공간 내에 금속 충전하는 압력이 얻을 수 없을 경우에는, 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)에 압부하기 전의 단계에서 게이트 밸브(4c)를 닫고, 처리실(2) 내에 갇힌 용융 금속(M)을 피스톤(P)으로 더욱 가압하는 것으로써, 보이드가 생기지 않고 미소 공간 내에 금속 충전하는 압력을 얻을 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(K) 상의 잉여 용융 금속이 가능한 최저가 되도록, 게이트 밸브(4c)를 닫는 타이밍을 제어 장치(15)에 의해 제어한다. 그리고, 이러한 상태로 용융 금속(M)의 온도가 융점 이하가 될 때까지 냉각하고, 반도체 웨이퍼(K)의 미소 공간 내에 충전된 용융 금속(M)이 냉각 경화할 때까지 대기하면 좋다.

그 후, 도 21에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(15)에 의한 제어 하에 압부 가압 기구(5')를 작동시켜 피스톤(P)을 상승시키고, 또한 승강 기구(16)를 작동시켜서 보유대(H)를 하강시키는 것에 의해 처리실(2)을 개방하고, 마지막으로 보유대(H)로부터 반도체 웨이퍼(K)를 꺼낸다.

이와 같이, 상기 금속 충전 장치(40)에 있어서도, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)에서 완전히 만족시키기 때문에, 반도체 웨이퍼(K)상에서 용융 금속(M)이 튀기는 것이 방지되어, 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 용융 금속(M)이 균일하게 덮은 상태가 가능하다. 또한, 처리실(2) 내를 용융 금속(M)으로 완전히 채운 상태에서 피스톤(P)을 반도체 웨이퍼(K)에 향해 이동시키기 때문에, 해당 용융 금속(M)을 미소 공간 내에 충전할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 피스톤(P)을 압부하고, 반도체 웨이퍼(K)상의 잉여 용융 금속(M)을 해당 반도체 웨이퍼(K) 상에서 용융 금속 공급부(4a)로 향하여 압축하도록 하고 있기 때문에, 처리 후의 반도체 웨이퍼(K) 표면에 형성되는 잔사의 양을 감소시킬 수 있다.

또한, 처리실(2)의 용적을 작게 설정하도록 해 두는 것으로써, 상술한 바와 같이, 처리실(2) 내에 공급해야 할 용융 금속(M)의 양을 억제할 수 있고, 장치 코스트나 러닝 코스트의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 상기 금속 충전 장치(40)에 있어서는, 하우징(C)에 배관이 접속되지 않기 때문에, O링(13c)을 피스톤(P)의 압부 근방에 배치하는 것이 가능하게 되고, 처리실(2)에 있어서의 하우징(C)과 피스톤(P)과의 간극을 지극히 작게 설정할 수 있다. 이에 의해, 상기 간극에 잔류하는 용융 금속(M)을 배출하는 공정을 생략해도 하우징(C)과 피스톤(P)이 경화한 금속에 의해 고착하는 문제를 회피할 수 있고, 또한 가압부에 봉지부를 설치하지 않는 구조로서 유효 처리 면적을 확대할 수 있다.

또한, 상술한 금속 충전 장치(40)에 있어서는, 피스톤(P)에 2개의 배관을 설치한 구성으로 하였지만, 2개의 배관들의 한 방면을 피스톤(P)에 설치하고, 다른 방면을 하우징(C)에 설치한 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 피스톤(P)에 설치한 배관을 통해서 용융 금속의 공급을 실시하고, 하우징(C)에 설치한 배관을 통해서 처리실(2) 내의 배기를 해도 좋고, 반대로 피스톤(P)에 설치한 배관을 통해서 처리실(2) 내의 배기를 하고, 하우징(C)에 설치한 배관을 통해서 용융 금속의 공급을 해도 좋다.

또한, 상기 금속 충전 장치(40)에 있어서, 처리실(2) 내에 공급된 용융 금속(M)을 재이용하는 것이 바람직하지 못할 경우에는, 도 22에 나타내는 금속 충전 장치(50)와 같이, 용융 금속회수 기구(8)를 설치해도 좋다. 또한, 이 경우에 용융 금속 회수 기구(8)의 용융 금속 회수부(8a)는 배관(9')을 통해서 처리실(2) 내의 잉여 용융 금속(M)을 회수해도 좋고, 피스톤(P)에 별도로 배관을 형성하고 해당 배관을 통해서 회수해도 좋다. 또한, 상기 금속 충전 장치들(1, 30)에 있어서, 용융 금속(M)을 재이용할 경우에는, 용융 금속 회수부를 별도로 설치하지 않고 금속 충전 장치(40)와 같이 잉여 용융 금속을 용융 금속 공급부로 되돌리도록 해도 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 피처리물의 표면상의 미소 공간(비아, 관통 홀)에 용융 금속을 충전하는 금속 충전 장치에 바람직하게 이용할 수 있다.

1：금속 충전 장치 2：처리실
3：감압 기구 4：용융 금속 공급 기구
5：압부 기구 6：가압부
7：가압 가스 공급 기구 8：용융 금속 회수 기구
15：제어 장치 16：승강 기구
C：하우징 H：보유대
K：반도체 웨이퍼 P：피스톤

Claims (15)

1. 피처리물 표면 상에 개구되도록 형성된 미소 공간 내에 해당 피처리물 상에 공급된 용융 금속을 충전하는 금속 충전 장치로서,
   상기 피처리물을 보유하는 보유부;
   내부 공간을 가지고, 일단이 상기 보유부와 대향하여 설치되는 통형상 부재;
   상기 통형상 부재의 내부 공간 내에 진퇴가 자유롭게 감입되는 압부 부재;
   상기 보유부에 보유되는 상기 피처리물에 대하여 상기 압부 부재를 진퇴시키는 압부 기구; 및
   상기 보유부 및 상기 통형상 부재 가운데 적어도 한 방면을 다른 방면에 대해 접근, 이반하는 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하며,
   상기 보유부에 보유되는 상기 피처리물 또는 상기 보유부와 상기 통형상 부재 및 상기 압부 부재에 의해 기밀 상태의 처리실이 형성되고,
   상기 처리실 내를 감압하는 감압 기구;
   상기 처리실 내에 용융 금속을 공급하는 용융 금속 공급 기구; 및
   상기 처리실 내에 공급되는 상기 용융 금속을 가압하는 가압 기구를 구비하는 동시에,
   상기 처리실은 상기 압부 부재의 진퇴 위치에 의해 그 용적이 변화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 상기 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물 표면의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   일단이 상기 통형상 부재의 내벽면에 개구된 통기로를 구비하는 동시에, 일단이 상기 통형상 부재의 내벽면에 개구된 공급로를 구비하며,
   상기 감압 기구는 상기 통기로를 통해서 처리실 내의 기체를 배기하고, 해당 처리실 내를 감압하도록 구성되고,
   상기 용융 금속 공급 기구는 상기 공급로를 통해서 처리실 내에 상기 용융 금속을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물 표면의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   일단이 상기 압부 부재의 상기 보유부에 대향하는 면에 개구되도록 해당 압부 부재에 형성된 통기로를 구비하는 동시에, 일단이 압부 부재의 상기 대향하는 면에 개구되도록 해당 압부 부재에 형성된 공급로를 구비하며,
   상기 감압 기구는 상기 통기로를 통해서 상기 처리실 내의 기체를 배기하고, 해당 처리실 내를 감압하도록 구성되고,
   상기 용융 금속 공급 기구는 상기 공급로를 통해서 상기 처리실 내에 용융 금속을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 상기 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물 표면의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 압부 기구는 진출시에 상기 피처리물에 대해 압밀하는 것이 가능하도록 상기 압부 부재를 진출시키는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물 표면의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   일단이 상기 통형상 부재의 내벽면에 개구된 통기로를 구비하는 동시에, 일단이 상기 통형상 부재의 내벽면에 개구된 공급로를 구비하고,
   상기 감압 기구는 상기 통기로를 통해서 상기 처리실 내의 기체를 배기하고 해당 처리실 내를 감압하도록 구성되며,
   상기 용융 금속 공급 기구는 상기 공급로를 통해서 상기 처리실 내에 상기 용융 금속을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물 표면의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
11. 제 7 항에 있어서,
    일단이 상기 압부 부재의 상기 보유부에 대향하는 면에 개구되도록 해당 압부 부재에 형성된 통기로를 구비하는 동시에, 일단이 압부 부재의 상기 대향하는 면에 개구되도록 해당 압부 부재에 형성된 공급로를 구비하고,
    상기 감압 기구는 상기 통기로를 통해서 상기 처리실 내의 기체를 배기하고 해당 처리실 내를 감압하도록 구성되며,
    상기 용융 금속 공급 기구는 상기 공급로를 통해서 상기 처리실 내에 용융 금속을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 용융 금속 공급 기구에 의해 공급된 용융 금속을 상기 압부 부재와 상기 피처리물의 사이에 가두는 용융 금속 봉지부를 상기 압부 부재에 설치하는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압부 기구는 상기 처리실 내에 가압 기체를 공급하는 가압 기체 공급 기구인 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속 공급 기구는 상기 처리실 내가 상기 용융 금속으로 완전히 채워지도록 해당 처리실 내에 용융 금속을 공급하게 구성되며, 상기 압부 기구는 상기 가압 기구로서도 기능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속 공급 기구는 상기 처리실 내를 용융 금속으로 완전히 채워지도록 해당 처리실 내에 용융 금속을 가압 공급하게 구성되며, 상기 가압 기구로서도 기능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 충전 장치.
    

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