(57)【要約】【課題】基板の貫通孔への金属の充填不良を抑制する。【解決手段】基板１００の上面１０１と下面１０２との間を貫通する貫通孔１１０に金属１２０を充填する方法は、上面１０１に溶融金属３１を供給する工程Ｓ４０と、下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力を、上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔１１０内に溶融金属３１を充填する工程Ｓ３０及びＳ５０と、を備えている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、
前記第１の面に溶融金属を供給する工程と、
前記第２の面における前記貫通孔の開口の周囲の圧力を、前記溶融金属の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する工程と、を備えたことを特徴とする金属充填方法。
【請求項２】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、
前記第２の面における前記貫通孔の開口に連通すると共に大気圧に比して減圧された充填用空間を形成する第１の工程と、
前記充填用空間を減圧した状態で、前記基板を溶融金属に浸漬する第２の工程と、
前記基板を前記溶融金属に浸漬させた状態で、前記溶融金属を加圧して前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する第３の工程と、を備えており、
前記第１の工程は、前記充填用空間を形成した後に前記充填用空間を減圧し、又は、減圧雰囲気下で前記充填用空間を形成することを含むことを特徴とする金属充填方法。
【請求項３】
請求項２に記載の金属充填方法であって、
前記第１の工程は、格子状部材を前記貫通孔と前記充填用空間との間に介在させることを含むことを特徴とする金属充填方法。
【請求項４】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、
前記第２の面における前記貫通孔の開口に可撓性フィルムを介して隣接すると共に大気圧に比して減圧された充填用空間を形成する第１の工程と、
前記充填用空間を減圧した状態で、前記基板を溶融金属に浸漬する第２の工程と、
前記基板を前記溶融金属に浸漬させた状態で、前記溶融金属を加圧して前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する第３の工程と、を備えており、
前記第１の工程は、減圧雰囲気下で前記充填用空間を形成することを含むことを特徴とする金属充填方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかに記載の金属充填方法であって、
前記充填用空間は、相互に区画された複数の区画室を有することを特徴とする金属充填方法。
【請求項６】
請求項２〜５の何れかに記載の金属充填方法であって、
前記第３の工程は、前記充填用空間内を排気することを含むことを特徴とする金属充填方法。
【請求項７】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、
前記第１の面に溶融金属を供給する供給手段と、
前記第２の面における前記貫通孔の開口の周囲の圧力を、前記溶融金属の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する差圧発生手段と、を備えたことを特徴とする金属充填装置。
【請求項８】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、
前記第２の面における前記貫通孔の開口に連通する充填用空間を形成する環状の隔壁を有し、前記基板を保持する保持治具と、
前記基板が浸漬される溶融金属が貯留された金属溶融槽と、
前記保持治具及び前記金属溶融槽が内部に配置されたチャンバと、
前記保持治具を前記チャンバ内で移動させて前記基板を前記溶融金属に浸漬させる搬送手段と、
前記チャンバ内を減圧する減圧手段と、
前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、を備えたことを特徴とする金属充填装置。
【請求項９】
請求項８に記載の金属充填装置であって、
前記保持治具は、前記貫通孔と前記充填用空間との間に介在する格子状部材を有することを特徴とする金属充填装置。
【請求項１０】
基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、
前記第２の面における前記貫通孔の開口に可撓性フィルムを介して隣接する充填用空間を形成する環状の隔壁を有し、前記基板を保持する保持治具と、
前記可撓性フィルムを介して前記基板を前記保持治具に搭載する搭載手段と、
前記基板が浸漬される溶融金属が貯留された金属溶融槽と、
前記保持治具、前記搭載手段、及び前記金属溶融槽が内部に配置されたチャンバと、
前記保持治具を前記チャンバ内で移動させて前記基板を前記溶融金属に浸漬させる搬送手段と、
前記チャンバ内を減圧する減圧手段と、
前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、を備えたことを特徴とする金属充填装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０の何れかに記載の金属充填装置であって、
前記保持治具は、前記充填用空間を複数の区画室に区画する区画壁を有することを特徴とする金属充填装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１の何れかに記載の金属充填装置であって、
前記充填用空間内を排気する排気手段をさらに備えたことを特徴とする金属充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の貫通孔に金属を充填する金属充填方法及び金属充填装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減圧された真空チャンバ内で、微細孔を持つシリコン基板を溶融金属槽に浸漬させた後に、当該真空チャンバ内を加圧することで、溶融金属を微細孔に充填する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５８１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細孔が基板を貫通している場合には、溶融金属が微細孔の両側から浸入するので微細孔の中央付近にボイドが発生し易く、貫通孔内で金属が分断され電気的信頼性に劣る場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、基板の貫通孔への金属の充填不良を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る金属充填方法は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、前記第１の面に溶融金属を供給する工程と、前記第２の面における前記貫通孔の開口の周囲の圧力を、前記溶融金属の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
［２］本発明に係る金属充填方法は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、前記第２の面における前記貫通孔の開口に連通すると共に大気圧に比して減圧された充填用空間を形成する第１の工程と、前記充填用空間を減圧した状態で、前記基板を溶融金属に浸漬する第２の工程と、前記基板を前記溶融金属に浸漬させた状態で、前記溶融金属を加圧して前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する第３の工程と、を備えており、前記第１の工程は、前記充填用空間を形成した後に前記充填用空間を減圧し、又は、減圧雰囲気下で前記充填用空間を形成することを含むことを特徴とする。
【０００８】
［３］上記発明において、前記第１の工程は、格子状部材を前記貫通孔と前記充填用空間との間に介在させることを含んでもよい。
【０００９】
［４］本発明に係る金属充填方法は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する方法であって、前記第２の面における前記貫通孔の開口に可撓性フィルムを介して隣接すると共に大気圧に比して減圧された充填用空間を形成する第１の工程と、前記充填用空間を減圧した状態で、前記基板を溶融金属に浸漬する第２の工程と、前記基板を前記溶融金属に浸漬させた状態で、前記溶融金属を加圧して前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する第３の工程と、を備えており、前記第１の工程は、減圧雰囲気下で前記充填用空間を形成することを含むことを特徴とする。
【００１０】
［５］上記発明において、前記充填用空間は、相互に区画された複数の区画室を有してもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記第３の工程は、前記充填用空間内を排気することを含んでもよい。
【００１２】
［７］本発明に係る金属充填装置は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、前記第１の面に溶融金属を供給する供給手段と、前記第２の面における前記貫通孔の開口の周囲の圧力を、前記溶融金属の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、前記貫通孔内に前記溶融金属を充填する差圧発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
［８］本発明に係る金属充填装置は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、前記第２の面における前記貫通孔の開口に連通する充填用空間を形成する環状の隔壁を有し、前記基板を保持する保持治具と、前記基板が浸漬される溶融金属が貯留された金属溶融槽と、前記保持治具及び前記金属溶融槽が内部に配置されたチャンバと、前記保持治具を前記チャンバ内で移動させて前記基板を前記溶融金属に浸漬させる搬送手段と、前記チャンバ内を減圧する減圧手段と、前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
［９］上記発明において、前記保持治具は、前記貫通孔と前記充填用空間との間に介在する格子状部材を有してもよい。
【００１５】
［１０］本発明に係る金属充填装置は、基板の第１の面と第２の面との間を貫通する貫通孔に金属を充填する装置であって、前記第２の面における前記貫通孔の開口に可撓性フィルムを介して隣接する充填用空間を形成する環状の隔壁を有し、前記基板を保持する保持治具と、前記可撓性フィルムを介して前記基板を前記保持治具に搭載する搭載手段と、前記基板が浸漬される溶融金属が貯留された金属溶融槽と、前記保持治具、前記搭載手段、及び前記金属溶融槽が内部に配置されたチャンバと、前記保持治具を前記チャンバ内で移動させて前記基板を前記溶融金属に浸漬させる搬送手段と、前記チャンバ内を減圧する減圧手段と、前記チャンバ内を加圧する加圧手段と、を備えたことを特徴とする。
［１１］上記発明において、前記保持治具は、前記充填用空間を複数の区画室に区画する区画壁を有してもよい。
［１２］上記発明において、前記金属充填装置は、前記充填用空間内を排気する排気手段をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第２の面における貫通孔の開口の周囲の圧力を、第１の面上に供給された溶融金属の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔に溶融金属を充填するので、基板の貫通孔への金属の充填不良を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、第２の面における貫通孔の開口の周囲の充填用空間を減圧した状態で第１の面上に供給された溶融金属を加圧することで、貫通孔に溶融金属を充填するので、基板の貫通孔への金属の充填不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態において貫通孔に金属が充填された状態の基板を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のIB-IB線に沿った断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における金属充填装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態において、るつぼに代えて用いることのできる溶融金属供給装置を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の第１実施形態における保持治具を示す平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のIVB-IVB線に沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態における金属充填方法を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図５の各ステップをそれぞれ示す断面図である。
【図７】図７は、図５におけるステップＳ６０の変形例を示す断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の第２実施形態における保持治具を示す平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のVIIIB-VIIIB線に沿った断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態における保持治具を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態における金属充填装置の全体構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態における金属充填方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、図１１の各ステップをそれぞれ示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５実施形態における保持治具を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態における金属充填方法の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
<<第１実施形態>>
まず、本実施形態に係る金属充填装置及び金属充填方法によって金属が充填された貫通孔を有する基板について、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照しながら説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本実施形態において貫通孔に金属が充填された状態の基板を示す平面図及び断面図である。
【００２１】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本実施形態における基板１００には多数の貫通孔１１０が形成されている。そして、それぞれの貫通孔１１０に金属１２０が充填されることで、例えば、高アスペクト比の貫通電極を有するインタポーザとして用いられる。なお、こうした基板１００の用途は、インタポーザに限定されず、電子デバイスや光デバイスなどの配線やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスの構造体などにも広く利用することができる。
【００２２】
基板１００は、後述する溶融金属３１の溶融温度で不溶な耐熱性に優れた材料から構成された板状部材である。この基板１００を構成する具体的な材料としては、例えば、シリコンやガリウム砒素（ＧａＡs）等の半導体、ガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等を例示することができる。なお、本実施形態における基板１００は単層構造となっているが、特にこれに限定されず、基板１００を多層構造としてもよい。
【００２３】
本実施形態における貫通孔１１０は、基板１００の上面１０１と下面１０２との間を貫通しており、基板１００内でクランク状に屈曲している。こうした貫通孔１１０は、光励起電解研磨法、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）法に代表されるＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）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等によって形成することができる。
【００２４】
なお、光励起電解研磨法とは、例えば特開２００３−３４７２７２号公報に記載されているように、異方性エッチングによって基板の一方面に凹所を予め形成した後に、ＨＦ溶液からなる電解液に基板を浸漬し、基板の他方面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流すことで、基板に貫通孔を形成する方法である。
【００２５】
なお、貫通孔１１０の形状は、クランク形状に限定されず、例えば、ストレートな貫通孔であってもよいし、基板１００内で複数に枝分かれしていてもよい。また、図１（Ｂ）に示す貫通孔１１０は、基板１００の上面１０１と下面１０２との間を貫通しているが、特にこれに限定されない。例えば、貫通孔が、基板１００の上面１０１と側面１０３との間を貫通していてもよい。さらに、図１（Ａ）では、基板１００に１６個の貫通孔１１０がマトリクス状に配置されているが、貫通孔１１０の数や配置は特にこれに限定されない。なお、本実施形態における上面１０１が本発明における第１の面の一例に相当し、本実施形態における下面１０２や側面１０３が本発明における第２の面の一例に相当する。
【００２６】
この貫通孔１１０に充填される金属１２０としては、例えば、金錫（ＡｕＳｎ）、錫（Ｓｎ）、若しくはインジウム（Ｉｎ）等の金属、又は、錫鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系、錫（Ｓｎ）基、鉛（Ｐｂ）基、金（Ａｕ）基、インジウム（Ｉｎ）基、若しくはアルミニウム（Ａｌ）基の半田等を例示することができる。
【００２７】
次に、以上に説明した基板１００の貫通孔１１０に金属１２０を充填する金属充填装置１について、図２〜図４を参照しながら説明する。
【００２８】
図２は本実施形態における金属充填装置の全体構成を示す断面図、図３は本実施形態において、るつぼ３０に代えて用いることのできる溶融金属供給装置を示す図、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は本実施形態における保持治具を示す平面図及び断面図である。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態における金属充填装置１は、第１のチャンバ１０と、第２のチャンバ２０と、るつぼ３０と、搬送アーム４０と、保持治具５０と、を備えている。
【００３０】
第１のチャンバ１０は、第１の減圧用バルブ１１を持つ第１の減圧用配管１２を介して真空ポンプ装置１５に接続されている。また、この第１のチャンバ１０は、第１の加圧用バルブ１３を持つ第１の加圧用配管１４を介して加圧ガス供給装置１６に接続されている。なお、加圧ガスとしては、例えば窒素ガス等の不活性なガスを用いることができる。また、加圧ガス供給装置１６の一例としては、例えば窒素ボンベ等を例示することができる。
【００３１】
また、この第１のチャンバ１０には、当該チャンバ１０内に基板１００を搬入出するためのヒンジ式の開閉蓋１７が設けられている。この開閉蓋１７を開けることで、基板１００を金属充填装置１内に搬入出することが可能となっている。また、この第１のチャンバ１０内には、基板１００を加熱するための加熱装置１８が設けられている。加熱装置１８としては、例えばヒータや赤外線加熱装置等を用いることができる。
【００３２】
第２のチャンバ２０も同様に、第２の減圧用バルブ２１を持つ第２の減圧用配管２２を介して真空ポンプ１５に接続されていると共に、第２の加圧用バルブ２３を持つ第２の加圧用配管２４を介して加圧ガス供給装置１６に接続されている。
【００３３】
第１のチャンバ１０と第２のチャンバ２０との間には、シャッタ２５によって開閉可能な開口部２６が形成されている。この開口部２６を介して２つのチャンバ１０，２０は連通可能となっている。
【００３４】
なお、本実施形態における第１及び第２のチャンバ１０，２０、真空ポンプ１５、並びに加圧ガス供給装置１６が、本発明における差圧発生手段の一例に相当する。また、本実施形態における第１及び第２のチャンバ１０，２０が本発明におけるチャンバの一例に相当し、本実施形態における真空ポンプ１５が本発明における減圧手段の一例に相当し、本実施形態における加圧ガス供給装置１６が本発明における加圧手段の一例に相当する。
【００３５】
第２のチャンバ２０内には、るつぼ３０が設けられている。このるつぼ３０の内部には、基板１００の貫通孔１１０に充填される溶融金属３１が貯留されている。このるつぼ３０の外周部には、金属３１を加熱溶融させるためのヒータ３２が設けられている。貫通孔１１０に充填された溶融金属３１が硬化することで、上述の金属１２０が形成される。
【００３６】
なお、るつぼ３０に代えて、図３に示すような溶融金属供給装置８０を第２のチャンバ２０内に設けてもよい。この溶融金属供給装置８０は、金属３１を溶融させる金属溶融部８１と、この金属溶融部８１から溶融金属３１を導いて基板１００の上面１０１上に供給する溶融金属供給管８２と、を備えている。また、特に図示しないが、金属溶融部８１の外周部には、金属を加熱溶融するための補助加熱装置が設けられている。るつぼ３０に代えて、こうした溶融金属供給装置８０を用いることで、溶融金属３１の使用量を減らすことができる。
【００３７】
なお、本実施形態におけるるつぼ３０や溶融金属供給装置８０が本発明における供給手段の一例に相当し、本実施形態におけるるつぼ３０が本発明における金属溶融層の一例に相当する。
【００３８】
搬送アーム４０は、図２に示すように、基板１００を保持する保持治具５０を把持するクランプ４１を有し、保持治具５０を第１及び第２のチャンバ１０，２０内で３次元的に移動させることが可能になっていると共に、関節４２を回転させることでクランプ４１を傾けることが可能となっている。この搬送アーム４０は、保持治具５０をるつぼ３０内に投入することで、基板１００をるつぼ３０内の溶融金属３１に浸漬させる。
【００３９】
保持治具５０は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、筒状の側面５１１と底面５１２とを有する本体部５１と、本体部５１の底面５１２に立設された隔壁５２と、を有している。隔壁５２は、基板１００よりも若干小さな内径を有する環状に形成されている。
【００４０】
基板１００が保持治具５０に載置されると、基板１００の全ての貫通孔１１０が環状の隔壁５２の内側に包含される（図４（Ａ）参照）と共に隔壁５２の上面５２１が基板１００の下面１０２に当接し（図４（Ｂ）参照）、保持治具５０と基板１００との間に密閉空間５３が形成されるようになっている。この密閉空間５３は、基板１００の下面１０２と、保持治具５０の隔壁５２と、保持治具５０の底面５１２とで規定されており、基板１００の貫通孔１１０と連通していることを除いて密閉された空間（部屋）となっている。なお、本実施形態における密閉空間５３が本発明における充填用空間の一例に相当する。
【００４１】
次に、本実施形態における金属充填方法について、図５〜図７を参照しながら説明する。
【００４２】
図５は本実施形態における金属充填方法を示すフローチャート、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は図５の各ステップを示す断面図、図７は図５のステップＳ６０の変形例を示す断面図である。なお、図６（Ａ）は図５のステップＳ１０を示し、図６（Ｂ）は図５のステップＳ４０を示し、図６（Ｃ）は図５のステップＳ５０を示す。
【００４３】
先ず、図５のステップＳ１０において、図６（Ａ）に示すように、第１のチャンバ１０の開閉蓋１７を介して、保持治具５０に基板１００を搭載する。この際、隔壁５２が基板１００の下面１０２に当接することで、貫通孔１１０に連通した密閉空間５３が形成される。この密閉空間５３は、貫通孔１１０のみを介して、外部（第１のチャンバ１０の内部）に連通している。
【００４４】
このステップＳ１０では、第２のチャンバ２０が直接大気に露出しないように、シャッタ２５によって開口部２６を閉じた状態で、開閉蓋１７を介して第１のチャンバ１０内に基板１００を搬入する。
【００４５】
なお、後述する第１のチャンバ１０の減圧に時間を要する場合には、例えば、第４実施形態で説明する搭載アーム７０を用いて、第１のチャンバ１０内を減圧した状態で、保持治具５０に基板１００を搭載してもよい。
【００４６】
次いで、ステップＳ２０において、開閉蓋１７を閉じて第１のチャンバ１０内を密閉した後に、加熱装置１８によって基板１００を所定温度まで加熱する。
【００４７】
るつぼ３０内の溶融金属３１と基板１００との温度差が大きい場合には、基板１００との接触時に溶融金属３１が固まってしまうおそれがある。これに対し、本実施形態では、溶融金属３１に基板１００を浸漬する前に、加熱装置１８によって基板１００を予め温めておくことで、基板１００の浸漬時の溶融金属３１の硬化を防止することができる。
【００４８】
なお、溶融金属３１と基板１００との温度差が大きくない場合には、加熱装置１８を省略すると共にこのステップＳ２０を省略してもよい。
【００４９】
次いで、ステップＳ３０において、第１の減圧用バルブ１１を開いて、第１のチャンバ１０の内部を真空ポンプ１５によって第１の減圧用配管１２を介して真空粗引きする。
【００５０】
次いで、シャッタ２５を開いて開口部２６を介して第１のチャンバ１０と第２のチャンバ２０とを連通させた後に、第２の減圧用バルブ２１を開いて、第１及び第２のチャンバ１０，２０の内部を真空ポンプ１５によって第２の減圧用配管２２を介して真空吸引して、真空圧１０−２〜１０−３［Ｐａ］程度まで減圧する。この減圧によって、貫通孔１１０を介して密閉空間５３内も減圧される。
【００５１】
なお、このステップＳ３０における減圧時の圧力は、大気圧よりも相対的に低い圧力であれば、上記の値に特に限定されない。また、上述のステップＳ２０とステップＳ３０とを同時に実行してもよいし、ステップＳ３０をステップＳ２０よりも先に実行してもよい。
【００５２】
次いで、ステップＳ４０において、図６（Ｂ）に示すように、基板１００が搭載された保持治具５０を、搬送アーム４０によってるつぼ３０に移動させ、基板１００を溶融金属３１に浸漬する。
【００５３】
なお、基板１００の貫通孔１１０の内径が小さいため、溶融金属３１の表面張力や溶融金属３１と貫通孔１１０との界面張力によって、基板１００を溶融金属３１に浸漬させただけ（ステップＳ４０の状態）では、溶融金属３１は貫通孔１１０内に浸入しない。
【００５４】
次いで、ステップＳ５０において、図６（Ｃ）に示すように、基板１００を溶融金属３１に浸漬させた状態で、第１及び第２の加圧用バルブ１３，２３を開いて、加圧ガス供給装置１６から第１及び第２の加圧用配管１４，２４を介して第１及び第２のチャンバ１０，２０内に加圧ガスを導入して、第１及び第２のチャンバ１０，２０内を２〜５×１０５［Ｐａ］程度まで加圧する。
【００５５】
なお、このステップＳ５０における加圧時の圧力は、上記のステップＳ３０における減圧時の圧力よりも相対的に高い圧力であれば特に限定されない。
【００５６】
この加圧によって、第１及び第２のチャンバ１０，２０の内部と密閉空間５３の内部とで圧力差が生じるので、同図に示すように、溶融金属３１が貫通孔１１０内に押し出されて、貫通孔１１０内に溶融金属３１が充填される。
【００５７】
なお、溶融金属３１が貫通孔１１０内に浸入し難い場合には、貫通孔１１０の開口周縁に金属膜を形成して、溶融金属３１と貫通１１０との界面張力を低下させてもよい。
【００５８】
次いで、ステップＳ６０において、搬送アーム４０によって基板１００を溶融金属３１から引き上げて、基板１００を空冷することで、貫通孔１１０への金属充填作業が完了する。この引き上げの際、本実施形態では、搬送アーム４０のクランプ４１を傾斜させた状態で、溶融金属３１から保持治具５０を引き上げる。これにより、基板１００上の溶融金属３１の残渣を除去することができる。
【００５９】
なお、図７に示すように、るつぼ３０の近傍にスキージ９０を設けておき、当該スキージ９０によって、基板１００上の残渣を除去してもよい。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力を、基板１００の上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔１１０に溶融金属３１を充填する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイド（充填不良）が発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００６１】
また、本実施形態では、貫通孔１１０に連通する密閉空間５３を減圧した状態で基板１００を溶融金属３１に浸漬し、この状態で溶融金属３１を加圧する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００６２】
<<第２実施形態>>
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は本発明の第２実施形態における保持治具を示す平面図及び断面図である。本実施形態では、保持治具５０Ｂの構成が第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第２実施形態について第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００６３】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、本実施形態における保持治具５０Ｂは、第１実施形態における保持治具５０と比較して、環状の隔壁５２に囲まれる領域を複数に区画する区画壁５４を有している。この区画壁５４は、同図に示すように、隔壁５２と実質的に同一の高さを有している。また、この区画壁５４は、平面視において十字形状を有しており、環状の隔壁５２内を四分割している。
【００６４】
本実施形態において保持治具５０Ｂに基板１００が搭載されると、第１実施形態と同様に、隔壁５２の上面５２１が基板１００の下面１０２に当接して、保持治具５０Ｂと基板１００との間に密閉空間５３が形成される。また、この際、本実施形態では、区画壁５４の上面５４１も基板１００の下面１０２に当接するので、密閉空間５３が区画壁５４によって４つの区画室５５に区画され、区画室５５一つ当たりに４個の貫通孔１１０がそれぞれ割り当てられる。
【００６５】
ここで、複数の貫通孔１１０同士の間で溶融金属３１の流動抵抗に大きな差があると、流動抵抗の低い一部の貫通孔１１０に溶融金属３１が優先的に充填され、当該貫通孔１１０を介して密閉空間５３が溶融金属３１で満たされてしまい、残りの貫通孔１１０には溶融金属３１が充填されない場合がある。このような場合、同一の空間に連通する貫通孔の数が多くなる程、溶融金属３１が充填されない貫通孔１１０の数が多くなり、複数の貫通孔１１０間での金属充填の不均一性が大きくなる。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、区画壁５４によって密閉空間５３を複数の区画室５５に分割することで、同一の区画室５５に連通する貫通孔１１０の数が少なくなる。このため、貫通孔１１０への溶融金属３１の充填確率が高まり、複数の貫通孔１１０同士の間での金属充填の均一化を図ることができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、区画壁５４によって密閉空間５３を４つの区画室５５に分割したが、区画壁５４の形状や区画室５５の数は特にこれに限定されない。区画室５５を多くするほど、複数の貫通孔１１０同士の間での金属充填の均一化が促進される。
【００６８】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力を、基板１００の上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔１１０に溶融金属３１を充填する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００６９】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、貫通孔１１０に連通する密閉空間５３を減圧した状態で基板１００を溶融金属３１に浸漬し、この状態で溶融金属３１を加圧する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００７０】
<<第３実施形態>>
図９は本発明の第３実施形態における保持治具を示す断面図である。本実施形態では、保持治具５０Ｃの構成が第２実施形態と相違するが、それ以外の構成は第２実施形態と同様である。以下に、第３実施形態について第２実施形態との相違点についてのみ説明し、第２実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図９に示すように、本実施形態における保持治具５０Ｃは、第２実施形態における保持治具５０Ｂと比較して、隔壁５２の上部と区画壁５４の上部との間にフィルタ５６が張り渡されており、それぞれの区画室５４の上部開口がフィルタ５６によって覆われている。
【００７２】
このフィルタ５６は、アルミニウム箔、チタニウム箔、或いはステンレス箔等の金属箔をフォトリソグラフィ技術によってメッシュ状に加工した格子状部材である。このフィルタ５６の網目の大きさは、基板１００の貫通孔１１０の開口よりも小さいことが好ましい。これにより、気体についてはフィルタ５６を通過可能であるが、溶融金属３１については表面張力によってフィルタ５６を通過不可能とすることができる。なお、本実施形態におけるフィルタ５６が本発明における格子状部材の一例に相当する。
【００７３】
本実施形態において保持治具５０Ｃに基板１００が搭載されると、第２実施形態と同様に、隔壁５２及び区画壁５４によって保持治具５０Ｃと基板１００との間に複数（本例では４つ）の区画室５５が形成される。この際、本実施形態では、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口と、それぞれの区画室５５との間にフィルタ５６が介在することとなる。
【００７４】
ここで、上述のように、複数の貫通孔１１０同士の間で溶融金属３１の流動抵抗に大きな差があると、一部の貫通孔１１０には溶融金属３１が充填されない場合がある。
【００７５】
これに対し、本実施形態では、第２実施形態と同様に、区画壁５４によって密閉空間５３が複数の区画室５５に分割されるので、複数の貫通孔１１０同士の間での金属充填の均一化を図ることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、流動抵抗の最も低い貫通孔１１０に溶融金属３１が優先的に充填されるが、溶融金属３１がフィルタ５６に達した時点で、当該溶融金属３１はフィルタ５６によって堰き止められ、次に流動抵抗の低い貫通孔１１０に溶融金属３１が充填される。このプロセスは、同一の区画室５５に連通した全ての貫通孔１１０に溶融金属３１が充填されるまで繰り返されるので、複数の貫通孔１１０同士の間での金属充填の均一化を促進させることができる。
【００７７】
また、本実施形態における保持治具５０Ｃでは、フィルタ５６によって基板１００の下面１０２への溶融金属３１の付着も抑制できるので後処理の簡素化を図ることもできる。
【００７８】
本実施形態では、第２実施形態と同様に、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力を、基板１００の上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔１１０に溶融金属３１を充填する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００７９】
また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、貫通孔１１０に連通する密閉空間５３を減圧した状態で基板１００を溶融金属３１に浸漬し、この状態で溶融金属３１を加圧する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【００８０】
なお、本実施形態におけるフィルタ５６を、第１実施形態で説明した保持治具５０に設けてもよい。
【００８１】
<<第４実施形態>>
図１０は本発明の第４実施形態における金属充填装置の全体構成を示す断面図である。本実施形態における金属充填装置１Ｄは、搭載アーム７０を備えていると共に、基板１００と保持治具５０Ｄとの間にフィルム５７を介装する点で第１実施形態における金属充填装置１と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第４実施形態における金属充填装置１Ｄについて第１実施形態との相違点について説明し、第１実施形態と同様である部分については同一符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態における保持治具５０Ｄは、第２実施形態における保持治具５０Ｂと同一の構成であり、区画壁５４を有する保持治具である。
【００８２】
本実施形態における金属充填装置１Ｄでは、図１０に示すように、第１のチャンバ１０内に搭載アーム７０が設けられている。この搭載アーム７０は、基板１００及びフィルム５７を保持することが可能であると共に、基板１００及びフィルム５７を第１のチャンバ１０内で三次元的に移動させることが可能となっている。
【００８３】
なお、フィルム５７は、可撓性を有するフィルムであり、溶融金属３１の溶融温度で不溶な耐熱性に優れた金属材料から構成されている。このフィルム５７が本発明における可撓性フィルムの一例に相当し、本実施形態における搭載アーム７０が本発明における搭載手段の一例に相当する。
【００８４】
次に、本実施形態における金属充填方法について、図１１及び図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）を参照しながら説明する。
【００８５】
図１１は本実施形態における金属充填方法を示すフローチャートであり、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は図１１の各ステップをそれぞれ示す断面図である。なお、図１２（Ａ）は図１１のステップＳ１３０を示し、図１２（Ｂ）は図１１のステップＳ１５０を示し、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）は図１１のステップＳ１６０を示す。
【００８６】
先ず、図１１のステップＳ１１０において、開閉蓋１７を介して第１のチャンバ１０内に基板１００とフィルム５７を搬入する。このステップＳ１１０では、第２のチャンバ２０が直接大気に露出しないように、シャッタ２５によって開口部２６を閉じた状態で、基板１００及びフィルム５７を第１のチャンバ１０内に搬入する。
【００８７】
次いで、ステップＳ１２０において、第１の減圧用バルブ１１を開いて、第１のチャンバ１０の内部を真空ポンプ１５によって第１の減圧用配管１２を介して真空粗引きする。
【００８８】
次いで、シャッタ２５を開いて開口部２６を介して第１のチャンバ１０と第２のチャンバ２０とを連通させた後に、第２の減圧用バルブ２１を開いて、第１及び第２のチャンバ１０，２０の内部を真空ポンプ１５によって第２の減圧用配管２２を介して真空吸引して、真空圧１０−２〜１０−３［Ｐａ］程度まで減圧する。
【００８９】
なお、このステップＳ１２０における減圧時の圧力は、大気圧よりも相対的に低い圧力であれば、上記の値に特に限定されない。
【００９０】
次いで、ステップＳ１３０において、第１のチャンバ１０内が減圧された状態で、搭載アーム７０が基板１００とフィルム５７とを保持治具５０Ｄに搭載する。これにより、図１２（Ａ）に示すように、フィルム５７を介して基板１００が保持治具５０Ｄに搭載されて、大気圧に比して減圧された密閉空間５８（図１２（Ｂ）参照）がフィルム５７と保持治具５０Ｄとの間に形成される。この密閉空間５８は、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口にフィルム５７を介して隣接している。
【００９１】
なお、このステップＳ１３０において、搭載アーム７０が、基板１００とフィルム５７を同時に保持治具５０Ｄに搭載してもよいし、フィルム５７を保持治具５０Ｄに搭載した後に、当該フィルム５７の上に基板１００を載置してもよい。
【００９２】
次いで、ステップＳ１４０において、基板１００が搭載された保持治具５０Ｄを搬送アーム４０によって加熱装置１８に移動させ、加熱装置１８によって基板１００を所定温度まで加熱する。なお、溶融金属３１と基板１００との温度差が大きくない場合には、加熱装置１８を省略すると共にこのステップＳ１４０を省略してもよい。
【００９３】
次いで、ステップＳ１５０において、図１２（Ｂ）に示すように、基板１００が搭載された保持治具５０Ｄを、搬送アーム４０によってるつぼ３０に移動させ、基板１００を溶融金属３１に浸漬する。
【００９４】
次いで、ステップＳ１６０において、基板１００を溶融金属３１に浸漬させた状態で、第１及び第２の加圧用バルブ１３，２３を開いて加圧ガス供給装置１６から第１及び第２の加圧用配管１４，２４を介して第１及び第２のチャンバ１０，２０内に加圧ガスを導入して、第１及び第２のチャンバ１０，２０内を２〜５×１０５［Ｐａ］程度まで加圧する。
【００９５】
なお、このステップＳ１５０における加圧時の圧力は、上記のステップＳ１２０における減圧時の圧力よりも相対的に高い圧力であれば特に限定されない。
【００９６】
この加圧によって、第１及び第２のチャンバ１０，２０の内部と密閉空間５８の内部とで圧力差が生じるので、図１２（Ｃ）に示すように、溶融金属３１が貫通孔１１０内に押し出されて、貫通孔１１０内に溶融金属が充填される。
【００９７】
ここで、上述のように、複数の貫通孔１１０同士の間で溶融金属３１の流動抵抗に大きな差があると、流動抵抗の最も低い貫通孔１１０に溶融金属３１が優先的に充填される。
【００９８】
この際、本実施形態では、同図に示すように、密閉空間５８の内部が減圧されていることから、フィルム５７が密閉空間５８側に撓むと共に溶融金属３１がフィルム５７に達する。これにより、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口が当該溶融金属３１によって閉塞されるので、図１２（Ｄ）に示すように、次に流動抵抗の低い貫通孔１１０に溶融金属３１が充填される。このプロセスは、同一の区画室５５に隣接した全ての貫通孔１１０に溶融金属３１が充填されるまで繰り返されるので、複数の貫通孔１１０同士の間での金属充填の更なる均一化を図ることができる。
【００９９】
次いで、ステップＳ１７０において、搬送アーム４０によって基板１００を溶融金属３１から引き上げて、基板１００を空冷することで、貫通孔１１０への金属充填作業が完了する。この引き上げの際、搬送アーム４０のクランプ４１を傾斜させた状態で、溶融金属３１から保持治具５０Ｄを引き上げる。これにより、基板１００上の溶融金属３１の残渣を除去することができる。なお、第１実施形態と同様に、スキージによって基板１００上の溶融金属３１の残渣を除去してもよい。
【０１００】
以上のように、本実施形態では、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力を、基板１００の上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くすることで、貫通孔１１０に溶融金属３１を充填する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【０１０１】
また、本実施形態では、フィルム５７を介して貫通孔１１０に隣接する密閉空間５８を減圧した状態で基板１００を溶融金属３１に浸漬し、この状態で溶融金属３１を加圧する。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１２０内で金属１２０が分断されることなく電気的信頼性に優れている。
【０１０２】
なお、本実施形態におけるフィルム５７を、第１実施形態で説明した保持治具５０と基板１００との間に介在させてもよい。
【０１０３】
<<第５実施形態>>
図１３は本発明の第５実施形態における保持治具を示す断面図である。本実施形態では、保持治具５０Ｅの構成が第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第５実施形態について第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
図１３に示すように、本実施形態における保持治具５０Ｅでは、環状の隔壁５２に囲まれる領域に、排気用バルブ５９１を持つ排気管５９２を介して真空ポンプ５９が接続されている。
【０１０５】
本実施形態において保持治具５０Ｅに基板１００が搭載されると、第１実施形態と同様に、隔壁５２の上面５２１が基板１００の下面１０２に当接して、保持治具５０Ｅと基板１００との間に密閉空間５３が形成される。この密閉空間５３は排気管５９２を介して真空ポンプ５９と連通する。なお、本実施形態における真空ポンプ５９が、本発明における差圧発生手段や排気手段の一例に相当する。
【０１０６】
本実施形態では、図５を参照して説明した第１実施形態における金属充填方法と同様の手順で、基板１００の貫通孔１１０に溶融金属３１が充填されるが、図５のステップＳ５０で第１及び第２のチャンバ１０，２０内を加圧する際に、真空ポンプ５９も作動させて密閉空間５３内を排気する。これにより、第１及び第２のチャンバ１０，２０の内部と密閉空間５３の内部との圧力差では、金属充填に必要な圧力が不足する場合に、その不足分を補うことができる。
【０１０７】
なお、本実施形態における保持装置５０Ｅを用いた場合には、図１４に示すような方法でも貫通孔１１０に溶融金属３１を充填することができる。図１４は本発明の第５実施形態における金属充填方法の変形例を示すフローチャートである。
【０１０８】
先ず、図１４のステップＳ２１０において、第１のチャンバ１０内に位置する保持治具５０Ｅに基板１００を搭載し、ステップＳ２２０において、第１のチャンバ１０を密閉した後に、加熱装置１８によって基板１００を加熱する。
【０１０９】
次いで、第１及び第２のチャンバ１０，２０内を減圧することなく、ステップＳ２３０において、基板１００が搭載された保持治具５０Ｅを、搬送アーム４０によってるつぼ３０に移動させ、基板１００を溶融金属３１に浸漬する。
【０１１０】
次いで、ステップＳ２４０において、真空ポンプ５９によって排気管５９１を介して密閉空間５３内を排気する。これにより、基板１００の下面１０２における貫通孔１１０の開口の周囲の圧力が、基板１００の上面１０１上に供給された溶融金属３１の周囲の圧力よりも相対的に低くなり、貫通孔１１０に溶融金属３１が充填される。このため、貫通孔１１０の一端から他端に向かって溶融金属３１が充填されるので、貫通孔１１０内にボイドが発生するのを防止することができ、貫通孔１１０内で金属１２０が分断されることがなく電気的信頼性に優れている。
【０１１１】
なお、本実施形態における保持治具５０Ｅに、第３実施形態で説明したフィルタ５６や、第４実施形態で説明したフィルム５７を設けてもよい。また、第２実施形態で説明した保持治具５０Ｂのそれぞれの区画室５５に、排気管５９１を介して真空ポンプ５９を接続してもよい。
【０１１２】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１Ｄ…金属充填装置
１０…第１のチャンバ
１５…真空ポンプ装置
１６…加圧ガス供給装置
２０…第２のチャンバ
３０…るつぼ
３１…溶融金属
４０…搬送アーム
５０，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ…保持治具
５２…隔壁
５３…密閉空間
５４…区画壁
５５…区画室
５６…フィルタ
５７…フィルム
５８…密閉空間
５９…真空ポンプ
７０…搭載アーム
８０…溶融金属供給装置
９０…スキージ
１００…基板
１０１…上面
１０２…下面
１１０…貫通孔
１２０…金属
【図１】
2012146802.tif 000003
【図２】
2012146802.tif 000004
【図３】
2012146802.tif 000005
【図４】
2012146802.tif 000006
【図５】
2012146802.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012146802.tif 000011
【図１０】
2012146802.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2012146802.tif 000014
【図１３】
2012146802.tif 000015
【図１４】
2012146802.tif 000016