(57)【要約】【課題】基板に形成された微細孔に溶融金属を充填するまえにプラズマにより洗浄し残渣や異物を取り除く。【解決手段】シリコン基板１に微細孔３を形成する。これにより発生したシリコン基板１の表面のレジストの残渣や異物などをプラズマにより洗浄する。そして、前記シリコン基板１を大気圧より低い圧力下で溶融金属１５中に浸漬し、前記圧力をこれより高い圧力まで上昇させ前記微細孔３中に前記溶融金属を差圧充填して、前記シリコン基板１を前記溶融金属１５から引き上げる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された微細孔への金属充填方法であって、
前記基板の少なくとも前記微細孔が形成されている面を、プラズマにより洗浄する工程と、
前記基板を大気圧より低い第１の圧力下で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微細孔への金属充填方法。
【請求項２】
２部屋以上に分割されたチャンバー内部、または２つ以上に構成されたチャンバー自体の内部で、それぞれ別の部屋、もしくは別々のチャンバーに分離して設置されているプラズマを発生する電極と、金属を加熱溶融することができる装置とにより、それぞれ基板を洗浄し金属を充填することを特徴とする請求項１記載の微細孔への金属充填方法。
【請求項３】
基板に形成された微細孔への金属充填装置であって、内部を減圧する減圧手段と、内部を加圧する加圧手段とを備えたチャンバーと、このチャンバー内にプラズマを発生させる装置と、
金属を加熱溶融することのできる装置とを備えたことを特徴とする微細孔への金属充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスや光デバイスなどの配線、また、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスの構造体などに利用する場合に好適な基板に形成された微細孔への金属充填方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
図６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の断面工程図を示す。この貫通電極は、シリコン等の半導体材料や、ガラス等の絶縁体材料からなる基板７１に、主面同士を貫通する微細孔７３が形成されており、微細孔７３内には金属等の導電性物質７５が充填されている。
【０００４】
この貫通電極の製造方法の一例として、図７に示すようなものがある。まず、図７（ａ）に示すように、基板７１に、基板７１を貫通する微細孔７３を形成する微細孔形成工程を行う。微細孔７３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７１として、シリコンなどの半導体基板を用いた際には、必要に応じて孔壁に絶縁層が形成される。
【０００５】
次いで、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示すように金属充填工程（溶融金属充填法）により、微細孔７３内に金属を充填する。
【０００６】
まず、図７（ｂ）に示すように、微細孔７３が形成された基板７１を、大気圧よりも低い第１の圧力に保たれたチャンバー７７内において、溶融金属７５に浸漬する。
【０００７】
次いで、図７（ｃ）に示すように、チャンバー７７内の圧力を第１の圧力よりも高い第２の圧力に上昇せしめ、このとき生じる圧力差により、溶融金属７５を微細孔７３内に圧力充填する。
【０００８】
次いで、図７（ｄ）に示すように、基板７１を溶融金属７５から取り出した後、冷却することで微細孔７３への金属充填が完了する。
【０００９】
また、例えば特許文献１のようなものもある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１５８１９１公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、溶融金属充填法は、微細孔への金属充填法として非常に有効な手段である。しかしながら、上述した従来の方法では、微細孔形成工程で使用したレジストの残渣や、その後の加工プロセス、搬送時に生じる基板上の汚染などに対して何も考慮されていなかった。そのため、微細孔が形成された基板上に、これらレジストの残渣や汚染などが存在すると、その後の金属充填プロセスにおいて、全く金属が充填されない微細孔や、途中までしか充填されていない微細孔が発生し、基板内で均一な充填を行うことが困難であった。
【００１２】
本発明は、前記事情を鑑みて行われたものであり、微細孔が形成された基板上に、レジストの残渣や油脂などの汚染が存在しても、微細孔内に均一に金属を充填せしめるための充填方法、及び充填装置を提供することが課題である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の如き問題に鑑みてなされたものであり請求項１に係る発明は、基板に形成された微細孔への金属充填方法であって、前記基板の少なくとも前記微細孔が形成されている面を、プラズマにより洗浄する工程と、前記基板を大気圧より低い第１の圧力下で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微細孔への金属充填方法である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、２部屋以上に分割されたチャンバー内部、または２つ以上に構成されたチャンバー自体の内部で、それぞれ別の部屋、もしくは別々のチャンバーに分離して設置されているプラズマを発生する電極と、金属を加熱溶融することができる装置とにより、それぞれ基板を洗浄し金属を充填する上記微細孔への金属充填方法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、基板に形成された微細孔への金属充填装置であって、内部を減圧する減圧手段と、内部を加圧する加圧手段とを備えたチャンバーと、このチャンバー内にプラズマを発生させる装置と金属を加熱溶融することのできる装置とを備えた微細孔への金属充填装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳しく説明する。
【００１７】
本例の基板に形成された微細孔への金属充填方法について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜図２（ｂ）までは本実施形態の微細孔への金属充填方法を工程順に示し、基板を微細孔の延伸方向に切断したときの断面図であり、図２（ｃ）は微細孔を基板上面から眺めた図である。
【００１８】
本実施形態の充填方法では、微細孔を形成する基板として、厚さＴが３００μｍのシリコン基板１を用いる。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、直径Ｄが５０μｍ程度の微細孔３が、シリコン基板１の両主面を貫通するように、Ｄｅｅｐ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＤＲＩＥ）法により形成されている。ここで、ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッカ硫黄（ＳＦ６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、測壁へのパッシベーション製膜を交互に行うことにより（Ｂｏｓｃｈプロセス）、シリコン基板１を深堀エッチングするものである。
【００２０】
また、シリコン基板１の表面、及び微細孔３の孔壁には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁層５が形成されている。
【００２１】
なお、微細孔３を形成する基板は、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、ガラスなどの絶縁基板でもよい。
【００２２】
また、微細孔３は非貫通孔でもよく、その直径は、基板の厚さや所望の用途に応じて適宜設定され、更にそ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。
【００２３】
次いで、図１（ｂ）に示すように、微細孔３が形成されたシリコン基板１の表面を電極７から発生する酸素（Ｏ２）プラズマにより１分間洗浄する。この際、プラズマにより、基板表面のレジスト層５の残渣や異物などが洗浄されるため、引き続き行う金属充填において、微細孔３内に均一な金属充填が可能になる。
【００２４】
なお、洗浄に用いるプラズマは酸素プラズマに限定されず、水素（Ｈ２）プラズマやアルゴン（Ａｒ）プラズマでもよく、また、これらを適宜組み合わせることも可能である。また、洗浄時間もプラズマ発生装置の電力や汚染の程度に応じて適宜設定される。また、本例では、酸素プラズマによる洗浄と引き続き行う溶融金属充填を別々の装置で実施するが、後述する本発明の金属充填装置を用いれば、基板の洗浄と金属充填を一連のプロセスで行うことが可能である。
【００２５】
次いで、図１（ｃ）に示すように、微細孔３が形成されたシリコン基板１を治具９に固定し、チャンバー１１内に設置する。ここでは図示しないが、チャンバー１１はロータリーポンプなどからなる排気系、及び窒素（Ｎ２）ガスなどのガス供給系に接続されており、チャンバー１１内を適宜排気、加圧できるようになっている。また、チャンバー１１内には金属を加熱溶融するるつぼ１３が設置されており、この中に溶融した金錫（Ａｕ（８０重量％）−Ｓｎ（２０重量％））１５が設置されている。
【００２６】
なお、本例では溶融金属として金錫（Ａｕ（８０重量％）−Ｓｎ（２０重量％））で説明したが、本発明はこれに限定されず、異なる組成を有する金錫合金や、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属、また、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。
【００２７】
次いで、図１（ｄ）に示すように、チャンバー１１内を１０Ｐａ程度（第１の圧力）まで減圧した後、微細孔３が形成されたシリコン基板１を溶融金属１５中に矢印ＡＲ１方向から浸漬する。なお、第１の圧力は、大気圧より低い圧力であればいかなる圧力でもよい。
【００２８】
次いで、図２（ａ）に示すように、チャンバー１１内を窒素ガスにより大気圧（第２の圧力）まで加圧する。このとき溶融金属１５内の微細孔３と、チャンバー１１内とに圧力差が生じ、溶融金属１５が微細孔３内に圧力充填される。
【００２９】
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、例えば大気圧よりも高い圧力まで加圧してもよい。
【００３０】
次いで、図２（ｂ）に示すように、微細孔３が形成されたシリコン基板１を、溶融金属１５内から矢印ＡＲ２方向に引き上げ、冷却することにより、微細孔３内への金属１７の充填が完了する。
【００３１】
図２（ｃ）は上記工程で形成された金属１７が充填された微細孔３を備えたシリコン基板１を上から眺めた平面図である。こうして作製した微細孔３に充填された金属１７は、基板の表裏を電気的に接続する貫通電極として使われたり、ＭＥＭＳデバイスにおける構造体の一部として利用できる。
【００３２】
次に、本発明の基板に形成された微細孔への金属充填装置を、図３〜図５を参照しながら説明する。
【００３３】
なお、いずれの図も、本発明に係る金属充填装置の概略図を示したものであり、装置を正面から眺めた際の断面図である。本発明の金属充填装置を用いることにより、上述した基板に形成された微細孔への金属充填を効率良く行うことができる。
【００３４】
図３は、本発明の金属充填装置の一例を示す概略図である。本装置は、内部を減圧する減圧手段と、内部を加圧する加圧手段とを備えたチャンバーと、チャンバー内にプラズマを発生させる装置と、金属を加熱溶融することのできる装置とを備えたことを特徴としている。
【００３５】
金属充填装置２１のチャンバー２３の内部は仕切り板２５により反応室Ａと反応室Ｂに分割されており、それぞれの部屋がロータリーポンプなどからなる真空排気系２７、及び窒素（Ｎ２）や酸素（Ｏ２）などのガス供給系２９と接続され、適宜減圧及び加圧ができるようになっている。
【００３６】
なお、本例においては、反応室Ａと反応室Ｂに対し、それぞれに独立した排気系２７を設置したが、共通の排気系を用い、配管とバルブなどにより流路を変えることも可能である。
【００３７】
仕切り板２５の一部には、開閉可能なバルブ３１が設置されている。反応室Ａ内には、プラズマを発生させるための電極３３が設置してあり、ここでは図示してないが、高周波電源などからなるプラズマ発生装置と接続されている。反応室Ｂ内には、金属を加熱溶融できるるつぼ３５、及び加熱溶融される金属３７が設置してある。また、開閉バルブ３１を通り、反応室Ａ−Ｂ間を矢印ＡＲ３方向に自由に往来できる位置には、基板３９を搬送するための搬送治具４１が設置されている。以下、本装置を用いた微細孔への金属充填を説明する。
【００３８】
搬送治具４１により固定された微細孔が形成された基板３９を、はじめ反応室Ａ内において、酸素プラズマにより表面洗浄する。この際、開閉バルブ３１を閉じることにより、反応室Ａと反応室Ｂを完全に分離できるため、酸素による溶融金属３７の酸化や溶融金属３７内への異物の混入を防ぐことができる。
【００３９】
プラズマ洗浄後、反応室Ａ、反応室Ｂ共に排気し、開閉バルブ３１を開ける。次いで、基板３９を、開放しているバルブを通して反応室Ｂ内に搬送し、大気圧よりも低い第１の圧力下で溶融金属３７内に浸漬する。次いで、反応室Ａ、反応室Ｂ内を第１の圧力よりも高い圧力第２の圧力まで上昇させ、微細孔内に溶融金属３７を差圧充填する。次いで、基板３９を溶融金属３７から引き上げ、冷却して微細孔への金属充填が完了する。
【００４０】
なお、本例においては、チャンバー２３内を仕切り板２５により分割したが、これに限定されず、図４に示すようにそれぞれが独立したチャンバー４３、４５を用い、チャンバー４３内でプラズマ洗浄した後、開閉バルブ４９、及び搬送路５１を矢印ＡＲ４方向に通って搬送し、チャンバー４５内において溶融金属充填することも可能である。
【００４１】
また、図５に示すように、反応室５３、５５、あるいはチャンバー５３、５５を水平方向に設置し、反応室５３内で基板５７をプラズマ洗浄し、次いで、反応室５５またはチャンバー５５内において溶融金属充填するような装置構成もできる。この際、両反応室間、または両チャンバー間を、搬送アームや搬送ベルトからなる搬送系６１により接続することで、一連の金属充填プロセス（例えば基板５７を矢印ＡＲ５、ＡＲ６、ＡＲ７、及びＡＲ８方向の順に移動）を自動的に行うことが可能となり、生産性を飛躍的に増大できる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の態様の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施できるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の基板に形成された微細孔への金属充填方法によれば、基板の少なくとも微細孔が形成されている面をプラズマにより洗浄する工程と、基板を大気圧より低い第１の圧力下で溶融金属に浸漬する工程と、第１の圧力をこれより高い第２の圧力まで上昇させ微細孔中に溶融金属を差圧充填する工程と、基板を溶融金属から引き上げる工程とを有しているため、プラズマにより基板表面のレジストの残渣や異物などが洗浄され、微細孔内に均一な金属充填が可能となる。
【００４４】
また、本発明の基板に形成された微細孔への金属充填装置は、内部を減圧する減圧手段と内部を加圧する加圧手段とを備えたチャンバーと、チャンバー内にプラズマを発生させる装置と、金属を加熱溶融することのできる装置とを備えているため、プラズマによる洗浄と金属充填を１つの装置を用い、一連のプロセスで行えるため、効率良い微細孔への金属充填が可能となる。
【００４５】
また、本発明の基板に形成された微細孔への金属充填装置のチャンバー内部は、少なくとも２部屋以上に分割、またはチャンバー自体が少なくとも２つ以上から構成されており、プラズマを発生する電極と、金属を加熱溶融することのできる装置とが、それぞれ別々の部屋、もしくは別々のチャンバーに分離して設置されているため、酸素による溶融金属の酸化や、溶融金属内への異物の混入を防ぐことができ、また、自動搬送系の設置が可能となるため、生産性を飛躍的に向上できる。
【００４６】
さらに、２部屋以上に分割された前記チャンバー、または２つ以上から構成された前記チャンバー自体はそれぞれ並列又は直列に構成できるため設置するスペースに合わせて金属充填装置を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細孔への金属充填方法の断面工程図である。
【図２】図１の続きの断面工程図である。
【図３】基板に形成された微細孔への金属充填装置を説明する説明図である。
【図４】基板に形成された微細孔への金属充填装置を説明する説明図である。
【図５】基板に形成された微細孔への金属充填装置を説明する説明図である。
【図６】従来の技術を説明する説明図である。
【図７】従来の技術を説明する説明図である。
【符号の説明】
１　シリコン基板
３　微細孔
５　絶縁層
７　電極
９　治具
１１　チャンバー
１３　るつぼ
１５　溶融した金錫
【図１】
2004103867.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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