(57)【要約】【課題】基板の非貫通孔に金属ペーストを簡便に効率よく充填し、さらには空隙無く充填すること。【解決手段】この金属ペースト充填装置は、パッド１０、排気部１２、金属ペースト供給部１４およびコントローラ３０を備える。パッド１０の作用面１０ａには、１つまたは複数の排気口１６と、１つまたは複数の注入口１８とが設けられる。排気部１２は、パッド１０のガス流路２０に排気管２４を介して接続されるバキューム装置２６と、排気管２４の途中に設けられる方向切換弁２８とを有している。金属ペースト供給部１４は、パッド１０のペースト流路２２に接続されるシリンジ部３２を備えている。このシリンジ部３２は、ペースト容器３４、圧縮空気供給源３８、サックバックバルブ４０およびレギュレータ４２を有している。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填方法であって、
少なくとも１個の前記非貫通孔を覆うように前記基板の表面に対して所定の閾値より小さな隙間を挟んでパッドの作用面を突き合わせる工程と、
前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の排気口より前記隙間内の空気を排出して、前記隙間の中を減圧する工程と、
前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の注入口より前記隙間の中に在る全部または一部の前記非貫通孔に金属ペーストを供給する工程と
を有する金属ペースト充填方法。
【請求項２】
前記閾値は、前記パッドの作用面と前記基板の表面との間に形成される隙間の全側面面積が前記排気口の全口径面積と等しくなるときの隙間距離である、請求項１に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項３】
前記金属ペースト供給工程において、前記金属ペーストが前記隙間内の全部または一部の前記非貫通孔に行き渡るまでは前記排気口を介した排気動作を継続し、前記金属ペーストが前記隙間内の全部または一部の前記非貫通孔に行き渡った後に前記排気動作を停止する、請求項１または請求項２に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項４】
前記金属ペースト供給工程において、前記排気動作を停止した直後またはそれと同時に、前記排気口を大気に開放する、請求項３に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項５】
前記金属ペースト供給工程の終了直後に、前記パッドの作用面を前記基板の表面に押し付ける、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項６】
前記基板は、半導体ウエハから個片に切り出された１個の半導体チップであり、
前記突き合わせ工程において、前記パッドは前記半導体チップの表面に形成されている全部または一部の前記非貫通孔を覆い、
前記減圧工程において、前記半導体チップの全部または一部の前記非貫通孔の中が減圧状態になり、
前記金属ペースト供給工程において、前記半導体チップの全部または一部の前記非貫通孔に金属ペーストが一括充填される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項７】
前記基板は半導体ウエハであり、
前記突き合わせ工程において、前記パッドは前記半導体ウエハ上の１つまたは連続する複数のセル領域に形成されている全部または一部の前記非貫通孔を覆い、
前記減圧工程において、前記セル領域内の全部または一部の前記非貫通孔の中が減圧状態になり、
前記金属ペースト供給工程において、前記セル領域内の全部または一部の前記非貫通孔に金属ペーストが一括充填される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項８】
前記基板は半導体ウエハであり、
前記突き合わせ工程において、前記パッドは前記半導体ウエハ上で前記パッドの作用面を基準にしてマトリクス状に区画される任意の一単位の区画領域に形成されている全部または一部の前記非貫通孔を覆い、
前記金属ペースト供給工程において、前記一単位の区画領域内の全部または一部の前記非貫通孔に金属ペーストが一括充填される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項９】
前記非貫通孔の口径は５〜５０μｍである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項１０】
前記金属ペーストは金属ナノ粒子を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属ペースト充填方法。
【請求項１１】
基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通ビアの中に導体のビアプラグを作製するためのビアプラグ作製方法であって、
各々の前記非貫通ビアと重なる位置に当該非貫通ビアと同一口径の開口が形成されているマスクを前記基板の被処理面の上に被着する工程と、
各々の前記非貫通ビアについてその底部から前記マスクの開口の頂部まで金属ペーストを充填する工程と、
前記基板を所定の温度で加熱して、前記非貫通ビアに充填されている前記金属ペーストを焼成し、固体のビアプラグに変える工程と、
前記基板の被処理面から前記マスクを除去する工程と
を有するビアプラグ作製方法。
【請求項１２】
前記金属ペースト充填工程が、
少なくとも１個の前記非貫通ビアを覆うように前記基板の表面に対して所定の閾値より小さな隙間を挟んでパッドの作用面を突き合わせる工程と、  
前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の排気口より前記隙間内の空気を排出して、前記隙間の中を減圧する工程と、
前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の注入口より前記隙間の中に在る全部または一部の前記非貫通ビアに金属ペーストを供給する工程と
を含む、請求項１１に記載のビアプラグ作製方法。
【請求項１３】
前記金属ペースト充填工程が、
吸引用のガスを流すための溝状のガス流路と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口とが形成されているヘッドの作用面を前記基板の表面に当てる工程と、
前記ガス流路を通り抜けるように外部からガス流を供給する工程と、
前記ペースト放出口に金属ペーストを加圧して供給する工程と、
前記基板の少なくとも一部の前記非貫通ビアの上を、先に前記ガス流路が通過して当該非貫通ビアの中をベンチュリー効果によって減圧し、その後に前記ペースト放出口が通過して当該非貫通ビアの中に金属ペーストを充填するように、前記基板の表面上で前記ヘッドを相対的に摺動させる工程と
を有する、請求項１１に記載のビアプラグ作製方法。
【請求項１４】
前記マスクの厚さは、前記非貫通ビアの底部から前記マスクの開口の頂部まで充填された前記金属ペーストの頂面が、前記金属ペースト焼成工程によって前記基板の被処理面と面一になる高さまで収縮するように選定される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のビアプラグ作製方法。
【請求項１５】
基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填装置であって、
少なくとも１個の前記非貫通孔を覆うように前記基板の表面に対して所定の閾値より小さな隙間を挟んで突き合わされる作用面を有するパッドと、
前記パッドの作用面に形成された１つまたは複数の排気口を有し、前記排気口を介して前記隙間内の空気を排出して、前記隙間の中を減圧する排気部と、
前記パッドの作用面に形成された１つまたは複数の注入口を有し、前記注入口より前記隙間の中に在る全部または一部の前記非貫通孔に前記金属ペーストを供給する金属ペースト供給部と
を有する金属ペースト充填装置。
【請求項１６】
前記パッドの作用面は平坦である、請求項１５に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項１７】
前記排気部は、
前記排気口とつながるように前記パッドを貫通するガス流路と、
前記ガス流路に排気管を介して接続されるバキューム装置と
を有する、請求項１５または請求項１６に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項１８】
前記排気口を前記バキューム装置または大気ポートのいずれかに選択的に接続するために前記排気管の途中に設けられる切換弁を有する、請求項１７に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項１９】
前記金属ペースト供給部は、
前記注入口とつながるように前記パッドを貫通するペースト流路と、
前記ペースト流路にペースト供給管を介して金属ペーストを加圧供給するシリンジ部と
を有する、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２０】
前記シリンジ部は、
前記ペースト流路に接続される出口と、この出口と反対側に設けられる入口とを有し、金属ペーストを収容するペースト容器と、
前記ペースト容器の入口にガス管を介して接続される圧縮ガス供給源と
を有する、請求項１９に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２１】
前記シリンジ部は、前記ガス管の途中に設けられるサックバックバルブを有する、請求項２０に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２２】
前記パッドが前記隙間を挟んで前記基板に突き合わされたときに前記基板の少なくとも一部の前記非貫通孔を取り囲むバンク部が前記パッドの作用面に形成されている、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２３】
前記バンク部は、０．５ｍｍ以下の高さで前記パッドの作用面から突出している、請求項２２に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２４】
前記バンク部は、前記基板に対して滑性を有する、請求項２３に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２５】
前記パッドが前記隙間を挟んで前記基板に突き合わされたときに前記基板の少なくとも一部の前記非貫通孔を取り囲むラビリンスの溝部が前記パッドの作用面に形成されている、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２６】
前記基板と前記パッドとの間で相対的な位置合わせ、突き合わせおよび引き離しを行うための移動機構を有する、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の金属ペースト充填装置。
【請求項２７】
基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填方法であって、
吸引用のガスを流すための溝状のガス流路と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口とが形成されているヘッドの作用面を前記基板の表面に当てる工程と、
前記ガス流路を通り抜けるように外部からガス流を供給する工程と、
前記ペースト放出口に金属ペーストを加圧して供給する工程と、
前記基板の少なくとも一個の前記非貫通孔の上を、先に前記ガス流路が通過して当該非貫通孔の中をベンチュリー効果によって減圧し、その後に前記ペースト放出口が通過して当該非貫通孔の中に金属ペーストを充填するように、前記基板の表面上で前記ヘッドを相対的に摺動させる工程と
を有する金属ペースト充填方法。
【請求項２８】
基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填装置であって、
吸引用のガスを流すための溝状のガス流路と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口とが形成されている作用面を有するヘッドと、
前記ガス流路を通り抜けるように外部からガス流を供給するガス流供給部と、
前記ペースト放出口に金属ペーストを加圧して供給する金属ペースト供給部と、
前記基板の少なくとも１個の前記非貫通孔の上を、先に前記ガス流路が通過して当該非貫通孔の中をベンチュリー効果によって減圧し、その後に前記ペースト放出口が通過して当該非貫通孔の中に金属ペーストを充填するように、前記基板の表面上で前記ヘッドを相対的に摺動させる移動機構と
を有する金属ペースト充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の実装技術に係り、特に基板の非貫通孔に金属ペーストを充填する方法および装置ならびに基板のビア内にビアプラグを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子機器の小型化、携帯化、高機能化に伴ってシリコン基板を多段に積層する三次元実装が期待されている。中でも、シリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）を用いてチップ相互間の回路接続を行うＴＳＶ技術が、高密度化、高容量化、高性能化を容易に実現できる三次元実装技術として注目されている。
【０００３】
一般に、ＴＳＶ加工のプロセスは、ウエハプロセスの中の工程序列に応じて、配線工程（ＢＥＯＬ：Back End Of Line）の前に行われるビア・ファースト（Via-first）と、ＢＥＯＬの後に行われるビア・ラスト（Via-Last）の２種類に分けられる。ビア・ファーストは、ＴＳＶの微細加工に有利で、ビア径を細くすることや、多数本のＴＳＶを形成するのは容易であるが、ビアの導体が抵抗率の高いポリシリコンに限られるという制約がある。これに対して、ビア・ラストは、ビア径を細くすることやＴＳＶの本数を多くするのは難しいが、ビアの導体に抵抗率の低いＡg（銀）やＣu（銅）を使える利点や、設計の自由度が大きいなどの利点がある。これまで、ビア・ラストのＴＳＶ加工プロセスにおいて非貫通のビアに導体を埋め込むには、めっき加工が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４０４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、めっき加工は、高価で大掛かりな電界めっき装置を必要とする。しかも、めっき加工は、非貫通ビアの内壁に隔壁用の絶縁膜だけでなくめっき電極用のシード層を予め形成しなければならず、シード層を形成するためのスパッタ装置を必要とする。また、ＴＳＶのビアは、一般に５０μｍ以下の微細な口径で形成される。このため、めっき加工によってＴＳＶの非貫通ビアをその底部から頂部まで空隙無しで充填するのが難しいことも課題になっている。さらに、めっき加工では、ビアの上および外にはみでる高さまでめっきを成長させ、その後に化学的機械研磨（ＣＭＰ）によってビア内のめっきを基板表面のレベルに合わせており、後処理も面倒でコストが高くついている。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、基板の非貫通孔に金属ペーストを簡便に効率よく充填できる金属ペースト充填方法および金属ペースト充填装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、基板の非貫通孔に金属ペーストを空隙無く充填できる金属ペースト充填方法および金属ペースト充填装置を提供する。
【０００８】
さらに、本発明は、基板の非貫通ビア内に導体のビアプラグを簡便に効率よく基板の被処理面のレベルに合わせて作製することができるビアプラグ作製方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点における金属ペースト充填方法は、基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填方法であって、少なくとも１個の前記非貫通孔を覆うように前記基板の表面に対して所定の閾値より小さな隙間を挟んでパッドの作用面を突き合わせる工程と、前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の排気口より前記隙間内の空気を排出して、前記隙間の中を減圧する工程と、前記パッドの作用面に形成されている１つまたは複数の注入口より前記隙間の中に在る前記非貫通孔に金属ペーストを供給する工程とを有する。
【００１０】
また、本発明の第１の観点における金属ペースト充填装置は、基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填装置であって、少なくとも１個の前記非貫通孔を覆うように前記基板の表面に対して所定の閾値より小さな隙間を挟んで突き合わされる作用面を有するパッドと、前記パッドの作用面に形成された１つまたは複数の排気口を有し、前記排気口を介して前記隙間内の空気を排出して、前記隙間の中を減圧する排気部と、前記パッドの作用面に形成された１つまたは複数の注入口を有し、前記注入口より前記隙間の中に在る前記非貫通孔に前記金属ペーストを供給する金属ペースト供給部とを有する。
【００１１】
本発明の上記第１の観点においては、所定の閾値より小さな隙間を挟んで基板の表面とパッドの作用面とを突き合わせ、排気部によりパッド作用面の排気口を介して隙間内の空気を排出することにより、隙間における空気排出速度が空気流入速度を上回って、隙間内の空気が減少し、隙間および非貫通孔の中が減圧状態になる。この状態で、金属ペースト供給部がパッド作用面の注入口を介して隙間内に金属ペーストを供給する。注入口から注入された金属ペーストは、減圧状態になっている隙間の中で速やかに四方に拡がり、その拡がる過程で行き先々の非貫通孔の中に流れ込む。この時、非貫通孔の内部も減圧状態になっているので、そこに金属ペーストがスムーズに流れ込み、その非貫通孔に空金属ペーストが充填される。
【００１２】
本発明の第２の観点における金属ペースト充填方法は、基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填方法であって、吸引用のガスを流すための溝状のガス流路と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口とが形成されているヘッドの作用面を前記基板の表面に当てる工程と、前記ガス流路を通り抜けるように外部からガス流を供給する工程と、前記ペースト放出口に金属ペーストを加圧して供給する工程と、前記基板の少なくとも一個の前記非貫通孔の上を、先に前記ガス流路が通過して当該非貫通孔の中をベンチュリー効果によって減圧し、その後に前記ペースト放出口が通過して当該非貫通孔の中に金属ペーストを充填するように、前記基板の表面上で前記ヘッドを相対的に摺動させる工程とを有する。
【００１３】
本発明の第２の観点における金属ペースト充填装置は、基板の表面に形成されている１個または複数個の非貫通孔に金属ペーストを充填するための金属ペースト充填装置であって、吸引用のガスを流すための溝状のガス流路と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口とが形成されている作用面を有するヘッドと、前記ガス流路を通り抜けるように外部からガス流を供給するガス流供給部と、前記ペースト放出口に金属ペーストを加圧して供給する金属ペースト供給部と、前記基板の少なくとも１個の前記非貫通孔の上を、先に前記ガス流路が通過して当該非貫通孔の中をベンチュリー効果によって減圧し、その後に前記ペースト放出口が通過して当該非貫通孔の中に金属ペーストを充填するように、前記基板の表面上で前記ヘッドを相対的に摺動させる移動機構とを有する。
【００１４】
本発明の上記第２の観点においては、移動機構を作動させて、基板上でヘッドを走査させる。ヘッド走査中は、空気流供給部および金属ペースト供給部を持続的にオン状態で作動させる。基板上でヘッドが移動する過程で、その行き先々に在る非貫通孔の上を先ずヘッド作用面の空気流路が通過する。この時、空気流供給部より供給される空気流が空気流路を吹き抜けることにより、ベンチュリー効果によって空気流路の直下に在る非貫通孔内の空気が空気流路上に引き抜かれ（吸引され）、その非貫通孔の中が減圧状態になる。この直後に、減圧状態を保っている非貫通孔の上をヘッド作用面のペースト放出口が通過する。そうすると、ペースト放出口から当該非貫通孔の中に金属ペーストが吸い込まれるように流れ込み、当該非貫通ビアに金属ペーストが充填される。
【００１５】
本発明のビアプラグ作製方法は、基板の被処理面に形成されている１つまたは複数の非貫通ビアの中に導体のビアプラグを作製するためのビアプラグ作製方法であって、各々の前記非貫通孔と重なる位置に当該非貫通ビアと同一口径の開口が形成されているマスクを前記基板の被処理面の上に被着する工程と、各々の前記非貫通孔についてその底部から前記マスクの開口の頂部まで金属ペーストを充填する工程と、前記基板を所定の温度で加熱して、前記非貫通孔に充填されている前記金属ペーストを焼成する工程と、前記基板の被処理面から前記マスクを除去する工程とを有する。
【００１６】
本発明のビアプラグ作製方法においては、金属ペースト充填工程によって非貫通ビアに充填され基板の表面にあふれた金属ペーストをたとえばスキージによって拭い取ると、非貫通ビアに充填された金属ペーストの頂面はマスクの開口の頂面と略面一になる。この後、金属ペースト焼成工程において基板を加熱すると、非貫通ビアに充填されている金属ペーストから溶媒が揮発して、固体のビアプラグに変わる。このように非貫通ビアに充填されている金属ペーストが固体のビアプラグに変化する際に溶媒の揮発によって体積が収縮することにより、ビアプラグの頂面はマスクの頂面よりも低くなる。たとえば、マスクの厚さは、非貫通ビアの底部からマスクの開口の頂部まで充填された金属ペーストの頂面が、金属ペースト焼成工程によって基板の被処理面と面一になる高さまで収縮するように選定される。こうして、焼成処理が済んだ後に、基板の被処理面からマスクを取り除くと、非貫通孔内に作製されたビアプラグの頂面が基板の被処理面に合わせたレベル（たとえば面一）になって現れる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の金属ペースト充填方法および金属ペースト充填装置によれば、上記のような構成および作用により、基板の非貫通孔に金属ペーストを簡便に効率よく充填できるとともに、さらには基板の非貫通孔に金属ペーストを空隙無く充填することができる。
【００１８】
本発明のビアプラグ作製方法によれば、上記のような構成および作用により、基板の非貫通ビア内に導体のビアプラグを簡便に効率よく基板の被処理面のレベルに合わせて作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態における金属ペースト充填装置の構成を示す図である。
【図２】ＴＳＶ加工プロセスの一段階におけるシリコン基板の構造を示す部分断面図である。
【図３】上記金属ペースト充填装置においてパッドを半導体チップに突き合わせた状態を示す斜視図である。
【図４】上記金属ペースト充填装置において半導体チップをワークピースとする一実施例の様子を示す断面図である。
【図５Ａ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図５Ｂ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図５Ｃ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図５Ｄ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図６Ａ】焼成処理前の半導体チップの断面構造を示す図である。
【図６Ｂ】焼成処理後の半導体チップの断面構造を示す図である。
【図６Ｃ】半導体チップの被処理面からマスクを除去した後の半導体チップの断面構造を示す図である。
【図７Ａ】実施例のＴＳＶ加工プロセスにおいて基板の非貫通ビアに形成されたビアプラグの底部が露出するまでシリコン基板の裏面を削る工程を示す図である。
【図７Ｂ】実施例のＴＳＶ加工プロセスにおいてシリコン基板に作製されたビアプラグの頂面および下面に金属バンプを形成または取付する工程を示す図である。
【図８Ａ】上記金属ペースト充填装置において半導体ウエハをワークピースとする一実施例の様子を示す要部の斜視図である。
【図８Ｂ】上記金属ペースト充填装置において半導体ウエハをワークピースとする別の実施例の様子を示す要部の斜視図である。
【図９】上記金属ペースト充填装置における一変形例の要部の構成を示す図である。
【図１０】上記金属ペースト充填装置における別の変形例の要部の構成を示す図である。
【図１１】上記金属ペースト充填装置における別の変形例の要部の構成を示す図である。
【図１２】上記金属ペースト充填装置における別の変形例の要部の構成を示す図である。
【図１３】上記金属ペースト充填装置における別の変形例の要部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における金属ペースト充填装置の構成を示す図である。
【図１５】上記金属ペースト充填装置におけるヘッドの構成を示す斜視図である。
【図１６】上記ヘッドの要部の構成を示す斜視図である。
【図１７】上記金属ペースト充填装置において半導体ウエハをワークピースとする一実施例の様子を示す斜視図である。
【図１８Ａ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図１８Ｂ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図１８Ｃ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【図１８Ｄ】上記実施例における金属ペースト充填処理の一段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施形態１］
以下に、図１〜図１３を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００２１】
図１に、第１の実施形態における金属ペースト充填装置の構成を示す。この金属ペースト充填装置は、主たる構成要素として、パッド１０、排気部１２、金属ペースト供給部１４およびコントローラ３０を備えている。
【００２２】
パッド１０は、鏡面仕上げや穿孔等の加工性に優れ、かつ金属ペーストの溶剤（たとえばアルコール）に対して耐性の高い任意の剛材、たとえばステンレス鋼、アルミニウム、樹脂、ガラス等を材質としている。パッド１０は、平坦度の高い作用面１０ａを有している。パッド１０の形状やサイズは任意でよい。もっとも、後述するように、たとえば１個の半導体チップにおける全ての非貫通ビアに金属ペーストを一括充填する場合は、パッド１０が平面視で少なくともその半導体チップと同じかそれに近い形状およびサイズ、あるいはそれより大きい形状およびサイズを有するのが好ましい。パッド１０の厚さも任意でよいが、通常５〜５０ｍｍの板厚を有する平板またはブロックが好適に選ばれる。
【００２３】
パッド１０の作用面１０ａには、排気部１２の一構成要素である１つまたは複数の排気口１６と、金属ペースト供給部１４の一構成要素である１つまたは複数の注入口１８とが適度な間隔を置いて設けられる。典型的には、パッド１０の相対向する周辺部に排気口１６および注入口１８がそれぞれ１個ずつ設けられる。しかし、排気口１６および注入口１８の個数および配置位置に関しては任意のレイアウトが可能である。
【００２４】
パッド１０には、各排気口１６および各注入口１８と対応する位置に、パッド１０を板厚方向に貫通して各排気口１６および各注入口１８とそれぞれ同じ口径でつながるガス流路２０およびペースト流路２２が形成されている。これらのガス流路２０およびペースト流路２２も、排気部１２および金属ペースト供給部１４の一構成要素をそれぞれなしている。
【００２５】
排気口１６の口径は、その個数、パッド作用面１０ａの有効面積、パッド作用面１０ａに覆われる非貫通孔の個数およびプロファイル等に応じて選ばれ、たとえば１〜５ｍｍの口径サイズを有する。注入口１８の口径も、その個数、パッド作用面１０ａの有効面積、パッド作用面１０ａに覆われる非貫通孔の個数およびプロファイル、金属ペーストの粘度および１回分の供給量等に応じて選ばれ、たとえば１００μｍ〜１ｍｍの口径サイズを有する。
【００２６】
排気部１２は、パッド１０のガス流路２０に排気管２４を介して接続されるバキューム装置２６と、排気管２４の途中に設けられる方向切換弁２８とを有している。バキューム装置２６は、たとえば真空ポンプまたはエジェクタで構成されている。方向切換弁２８は、コントローラ３０の制御の下で、ガス流路１６をバキューム装置２６の出側または大気ポート３１のいずれかに選択的に接続できるようになっている。また、排気管２４内の圧力を測定するための圧力センサ３３が備えられ、圧力センサ３３の出力信号がコントローラ３０に送られるようになっている。
【００２７】
金属ペースト供給部１４は、パッド１０のペースト流路２２に接続されるシリンジ部３２を備えている。このシリンジ部３２は、その出口３４ａがペースト流路２２に接続されているペースト容器３４と、このペースト容器３４の出口３４ａと反対側に設けられる入口３４ｂにガス管３６を介して接続される圧縮空気供給源３８と、ガス管３６の途中に設けられるサックバックバルブ４０およびレギュレータ４２とを有している。
【００２８】
ペースト容器３４は、カートリッジ交換式もしくは補給式で金属ペーストＭＰを収容する。圧縮空気供給源３８は、コンプレッサあるいは工場用力であってよい。サックバックバルブ４０は、サックバック機能を有する開閉弁からなり、コントローラ３０によって制御される。レギュレータ４２は、圧縮空気供給源３８よりペースト容器３４に供給される圧縮空気の圧力を調節する。
【００２９】
コントローラ３０は、マイクロコンピュータおよび所要のインタフェースまたは周辺装置を含み、この金属ペースト充填装置内の各部の動作または状態および装置全体のシーケンスを制御する。図示省略するが、この金属ペースト充填装置の一構成要素として、パッド１０を支持し、処理対象の基板に対してパッド１０の位置合わせ、突き合わせ、引き離し等を行うパッド移動機構を備えることも可能である。その場合も、コントローラ３０がパッド移動機構の動作を制御する。
【００３０】
この金属ペースト充填装置は、たとえば図２に示すように、ビア・ラストのＴＳＶ加工プロセスにおいて、おもて面（被処理面）に１個または複数個の非貫通ビア５２が形成されているシリコン基板５０を被処理基板とし、このシリコン基板５０の各非貫通ビア５２に金属ペーストを充填してビアプラグを作製するビアプラグ作製工程に用いられる。金属ペーストには、銀ナノ粒子ペースト、銅ナノ粒子ペースト等の抵抗率の低い金属ナノ粒子ペーストが好適に用いられる。
【００３１】
図２において、シリコン基板５０のデバイス形成面にはトランジスタ等の半導体素子５４が作り込まれ、デバイス形成面の上には多層配線構造５６が形成されている。非貫通ビア５２は、ドライエッチングあるいはレーザビーム加工により、シリコン基板５０のおもて面つまりデバイス形成面側から所望の位置で所望の口径および深さに穿孔される。通常、非貫通ビア５２の内壁には、ビア導体またはビアプラグをシリコン基板５０のＳiから隔絶するために、絶縁膜たとえばシリコン酸化膜５８が化学的気相成長法（ＣＶＤ）によって形成される。非貫通ビア５２の口径はたとえば５〜５０μｍ、深さはたとえば３０〜１２０μｍである。シリコン基板５０はたとえば７００μｍの厚さを有しており、後述するように、ビアプラグ作製工程の後に基板裏側から非貫通ビア５２の底部（つまりビアプラグの底部）が露出するまでたとえば１００μｍの厚さに薄板化される。
【００３２】
次に、図３〜図７Ｂにつき、この金属ペースト充填装置において処理対象（ワークピース）のシリコン基板５０が半導体ウエハから個片に切り出された１個の半導体チップ（ダイ）５０Ｃである場合の一実施例を説明する。この実施例では、半導体チップ５０Ｃの表面に形成されている全ての非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰを一括充填する。なお、図４〜図６Ｃでは、図解を容易にするために、半導体チップ５０Ｃ上の半導体素子５４、多層配線構造５６およびシリコン酸化膜５８を省略している。
【００３３】
図３および図４に示すように、この実施例においては、第１のステップとして、半導体チップ５０Ｃの表面に分布する全ての非貫通ビア５２を覆うように、半導体チップ５０Ｃの表面に対して所定の閾値ＤGより小さな距離Ｄgの隙間ｇを挟んでパッド１０の作用面１０ａを平行に突き合わせる。このとき、半導体チップ５０Ｃは、ステージ６０上にフェイスアップで固定されている。
【００３４】
ステージ６０には、半導体チップ５０Ｃを着脱自在に固定する手段として、たとえばバキューム機構６２が備わっている。このバキューム機構６２は、ステージ６０の上面に形成された吸着口６４と、この吸着口６４にステージ６０を貫通するバキューム通路６６および外部のバキューム管６８を介して接続されるバキューム装置７０とを有している。バキューム管６８の途中に開閉弁７２が設けられる。バキューム装置７０は、真空ポンプまたはエジェクタ装置で構成されている。また、ステージ６０をＸ，Ｙ，Ｚ，θの一部または全部の方向で移動させるステージ移動機構７４を備えることもできる。バキューム機構６２およびステージ移動機構７４も、コントローラ３０（図１）の制御の下で動作する。
【００３５】
この実施例では、各非貫通ビア５２と重なる位置にその非貫通ビアと同一口径の開口が形成されているマスク７６が、半導体チップ５０Ｃの被処理面の上に予め被着される。このマスク７６は、金属ペースト充填処理の後に焼成処理を行ってビアプラグが完成してから除去されるものであり、後述するようにそのマスクの厚さが重要な意味を有している。マスク７６の材質は、金属ペースト溶剤耐性および耐熱性に優れ、半導体チップ５０Ｃの表面に対して被着と剥離を効率よく行えるものが望ましく、たとえばレジスト、ドライフィルム等を好適に用いることができる。したがって、マスク７６が半導体チップ５０Ｃの被処理面の上に被さっている間はマスク７６の上面が半導体チップ５０Ｃの表面になる。
【００３６】
上記のように、半導体チップ５０Ｃとパッド１０との突き合わせでは、両者の間に閾値ＤGより小さな距離Ｄgの隙間ｇを形成することが重要である。ここで、閾値ＤGは、隙間ｇの全側面面積Ｓgが排気口１６の全口径面積Ｓ16と等しくなるときの隙間距離（高さ）である。
【００３７】
たとえば、図３に示すようにパッド１０の形状が平面視で長方形または正方形である場合、パッド１０の短辺および長辺の長さをそれぞれＡ，Ｂとすると、隙間ｇの全側面面積Ｓgは、Ｓg＝Ｄg×２（Ａ＋Ｂ）である。一方、排気口１６がたとえば１個で、その口径（直径）がＲ16とすると、排気口１６の全口径面積Ｓ16はＳ16＝πＲ162／４である。したがって、閾値ＳGはＳg＝Ｓ16の条件から次の式（１）で与えられる。
ＤG×２（Ａ＋Ｂ）＝πＲ162／４  
∴  ＤG＝πＲ162／８（Ａ＋Ｂ）          ・・・・（１）
【００３８】
たとえば、Ｒ16＝４ｍｍ，Ａ＝４ｍｍ，Ｂ＝５ｍｍの場合、ＤG＝０．３１４ｍｍである。
【００３９】
上記第１のステップでは、排気部１２および金属ペースト供給部１４を停止状態または待機状態に保つ。排気部１２は、方向切換弁２８を大気ポート３１側に切り換えている。金属ペースト供給部１４は、サックバックバルブ４０の出側を大気圧にしてサックバックバルブ４０の開閉弁をオフ状態に保っている。
【００４０】
次に、第２のステップとして、排気部１２において、方向切換弁２８をバキューム装置２６側に切り換えて、バキューム装置２６をオンにする。一方、金属ペースト供給部１４において、サックバックバルブ４０の開閉弁をオン状態に切り換えるとともに、サックバック機能を作動させてサックバックバルブ４０の出側をたとえば数ｋＰａの圧力で減圧状態にする。
【００４１】
そうすると、図５Ａに示すように、パッド１０の作用面１０ａと半導体チップ５０Ｃの表面との間に形成されている隙間ｇ内の空気が排気部１２によって排気口１６から排出される。一方で、大気中の空気が隙間ｇの各側面からその内部に流入する。しかし、上記のようにＤg＜ＤGの条件が満たされることにより、隙間ｇにおける空気排出速度が空気流入速度を上回るので、隙間ｇ内の空気が減少し、短時間（通常数秒以下）のうちに隙間ｇの中（したがって各非貫通ビア５２の中も）減圧状態になる。この時、金属ペースト供給部１４がサックバックバルブ４０のサックバック機能を働かせているので、注入口１８から金属ペーストＭＰが隙間ｇの中に引き込まれるようなことはない。
【００４２】
上記のようにして隙間ｇの中が減圧状態になると、コントローラ３０は圧力センサ３３を通じてそのことを確認する。そして、コントローラ３０は、排気部１２の排気動作をそのまま継続させながら、金属ペースト供給部１４を動作させて、サックバックバルブ４０の開閉弁をオンにする。そうすると、金属ペースト供給部１４において、圧縮空気供給源３８よりレギュレータ４２を介して所定圧力（たとえば０．０５〜０．７ＭＰａ）の圧縮空気がサックバックバルブ４０を通ってペースト容器３４の入口３４ｂに送り込まれ、ペースト容器３４の出口３４ａより金属ペーストＭＰが送出される。そして、図５Ｂに示すように、ペースト容器３４より送出された金属ペーストＭＰは、パッド１０のペースト流路２２を通って注入口１８から隙間ｇ内に吐出または注入される。
【００４３】
注入口１８から注入された金属ペーストＭＰは、図５Ｃに示すように、減圧状態になっている隙間ｇの中で速やかに四方に拡がり、その拡がる過程で行き先々の非貫通ビア５２の中に流れ込む。この時、非貫通ビア５２の内部も減圧状態になっているので、非貫通ビア５２の内奥へ金属ペーストＭＰがスムーズに流れ込み、非貫通ビア５２の底からマスク７６の開口の頂面まで空隙またはボイドが混じらずに金属ペーストＭＰが埋まる。
【００４４】
コントローラ３０は、隙間ｇの中に在る全ての非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰが行き渡る頃合いを見計らって、つまり金属ペーストＭＰの供給開始から設定時間たとえば１０秒が経過した時に、排気部１２および金属ペースト供給部１４の動作を切り換える。すなわち、金属ペースト供給部１４においては、サックバックバルブ４０の開閉弁をオフにして、金属ペーストＭＰの供給を停止し、さらにサックバック機能を作動させる。排気部１２においては、方向切換弁２８を大気ポート３１側に切り換える。
【００４５】
これにより、図５Ｄに示すように、パッド１０と半導体チップ５０Ｃとの間の隙間ｇ内に充満している金属ペーストＭＰに対して、隙間ｇの各側面からだけでなく排気口１６からも大気圧の圧力が加えられ、隙間ｇ内での金属ペーストＭＰの拡散または流動が止まる。また、金属ペーストＭＰの供給を停止した時点で金属ペーストＭＰが完全に充填されていない非貫通ビア５２があったとしても、周囲（側面）および排気口１６からの大気圧の圧力によりその非貫通ビア５２の中に金属ペーストＭＰが十分に押し込まれる。こうして、半導体チップ５０Ｃの表面に分布する全ての非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰが一括充填される。
【００４６】
上記のような金属ペースト充填処理が済むと、パッド移動機構および／またはステージ移動機構７４により、パッド１０が半導体チップ５０Ｃから引き離される。この後、パッド１０の作用面１０ａに付着した金属ペーストＭＰは、たとえば洗浄によって取り除かれる。一方、半導体チップ５０Ｃの表面にあふれている金属ペーストＭＰは、たとえばスキージによって拭い取られる。これにより、図６Ａに示すように、各非貫通ビア５２に充填された金属ペーストＭＰの頂面は、マスク７６の開口７６ａの頂面と略面一になる。
【００４７】
この後、半導体チップ５０Ｃは加熱装置（図示せず）に移送され、そこでたとえば１００〜３００℃の処理温度で焼成処理を受ける。この焼成処理により、各非貫通ビア５２に充填されている金属ペーストつまりビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞から溶媒が揮発して、ビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞が固体のビアプラグＢＰに変わる。
【００４８】
このようにビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞が固体のビアプラグＢＰに変化する際に溶媒の揮発によって体積が収縮することにより、ビアプラグＢＰの頂面はビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞の頂面よりδＤMPだけ低くなる。この実施例では、図６Ｂに示すように、ビアプラグＢＰの頂面が半導体チップ５０Ｃの被処理面５１と面一（同じレベル）になるように、マスク７６の厚みＤ76が選定される。
【００４９】
すなわち、金属ペーストＭＰの種類、非貫通ビア５２の口径および深さ、焼成処理温度、焼成処理時間等から、非貫通ビア５２内で金属ペースト充填体＜ＭＰ＞が固体のビアプラグＢＰに変わるときの収縮量または沈下量δＤMPが実験データや計算から求められる。そこで、マスク７６の厚みＤ76を沈下量δＤMPと同一の寸法に選んでおけばよい。こうして、焼成処理が済んだ後に、半導体チップ５０Ｃの被処理面５１からマスク７６を取り除くと、図６Ｃに示すように、非貫通ビア５２内に作製されたビアプラグＢＰの頂面が半導体チップ５０Ｃの被処理面５１と面一になって現れる。したがって、焼成処理後にＣＭＰ等の平坦化処理を行う必要はない。
【００５０】
次に、たとえばグライディング加工またはウエットエッチングにより、図７Ａに示すように、非貫通ビア５２の底部つまりビアプラグＢＰの底部が露出するまで半導体チップ５０Ｃの裏面を削り、半導体チップ５０Ｃを１００μｍ程度の厚さに薄板化する。
【００５１】
次いで、図７Ｂに示すように、ビアプラグＢＰの頂面（おもて面側）および下面（裏面側）に、たとえばＣｕあるいはハンダからなる金属バンプ８０，８２をそれぞれ形成または取付する。図示省略するが、複数の半導体チップ５０Ｃを垂直に積み重ねるときは、これらの金属バンプ８０，８２が他のシリコン基板の対応するバンプとそれぞれ接続する。
【００５２】
上述したように、この第１の実施形態においては、半導体チップ５０Ｃと同程度の小さなパッド１０を備える簡便な金属ペースト充填装置を用いて、大気圧空間の下で半導体チップ５０Ｃの全ての非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰを短時間で効率よく充填することができる。しかも、非貫通ビア５２の中を減圧状態にしてそこに金属ペーストＭＰを流し込むので、口径５０μｍ以下の微細径の非貫通ビア５２に金属ペーストを空隙無く充填することができる。また、半導体チップ５０Ｃの被処理面５１に所定の厚さのマスク７６を被せて非貫通ビア５２およびマスク７６の開口に金属ペーストを充填することにより、非貫通ビア５２およびマスク７６の開口に充填された金属ペーストが焼成処理によって固体のビフプラグに変わった後の頂面を半導体チップ５０Ｃの被処理面５１と面一にすることができる。これによって、ＣＭＰ等の平坦化処理（後工程）を不要とすることができる。
［実施形態１の変形例］
【００５３】
上記実施例では、半導体ウエハから個片に切り出された１個の半導体チップ（ダイ）５０Ｃをワークピースとした。しかし、上記実施形態における金属ペースト充填装置、金属ペースト充填方法およびビアプラグ作製方法は、たとえば図８Ａおよび図８Ｂに示すように半導体ウエハ５０Ｗをワークピースとすることもできる。
【００５４】
図８Ａの実施例では、１回の金属ペースト充填処理において、パッド１０が半導体ウエハ５０Ｗ上のチップ（ダイ）１個分のセル領域［５０Ｃ］を覆って、該セル領域［５０Ｃ］に分布している全ての非貫通ビア５２に上記実施例と同様にして金属ペーストを一括充填する。半導体ウエハ５０Ｗは、ダイシングテープ８４に貼り付けられた状態でステージ６０（図４）上に固定される。パッド移動機構および／またはステージ移動機構７４により、半導体ウエハ５０Ｗに対してパッド１０をＸ−Ｙ面内で相対的にステップ移動させることにより、半導体ウエハ５０Ｗ上の全てのセル領域［５０Ｃ］に対して上記実施例と同様の金属ペースト充填処理を施すことができる。その場合、パッド１０の作用面１０ａと半導体ウエハ５０Ｗの表面との間で隙間距離Ｄgを保ったまま、パッド１０の非接触走査を行うことができる。したがって、半導体ウエハ５０Ｗの表面に傷をつけずに済む。また、ダイシングの後でも、ダイシングテープ８４上のダイシングされた半導体ウエハ５０Ｗつまり個々の半導体チップ５０Ｃに対して上記実施例と同様の金属ペースト充填処理を実施することができる。
【００５５】
また、ダイシングの前であれば、図８Ｂの実施例のように、１回の金属ペースト充填処理において、パッド１０が半導体ウエハ５０Ｗ上の連続（隣接）する複数（図示の例は２つ）のセル領域［５０Ｃ］を覆って、それら複数のセル領域［５０Ｃ］に分布している全ての非貫通ビア５２に上記実施例と同様にして金属ペーストを一括充填することも可能である。この場合も、半導体ウエハ５０Ｗ上でパッド１０の非接触走査を行うことが可能であり、処理効率を上げることができる。
【００５６】
また、パッド１０の作用面１０ａを基準または一単位にして半導体ウエハ５０Ｗの表面をマトリクス状または格子状に区画し、１単位の区画領域毎に１回の金属ペースト充填処理によりその区画領域内に存在する全ての非貫通ビアに金属ペーストを一括充填することも可能である。
【００５７】
また、１回の金属ペースト充填処理においてパッド１０の作用面１０ａに覆われながらも金属ペーストが十分に（あるいは全く）充填されない非貫通ビア５２が在ってもよい。その場合は、次回または後に行われる金属ペースト充填処理において、当該非貫通ビア５２とパッド１０の作用面１０ａとの位置関係を適宜ずらすことにより、当該非貫通ビア５２に金属ペーストを設定通りに充填することができる。このことは、１個の半導体チップ５０Ｃをワークピースとする上記実施例にも当てはまる。さらに、同様の理由から、１個の半導体チップ５０Ｃをワークピースとする場合において、パッド１０の作用面１０ａに覆われないために金属ペーストを充填されない非貫通ビア５２が在ってもよい。
【００５８】
また、本実施形態の金属ペースト充填装置においては、各部の構成を種種または多様に変形することができる。特に、パッド１０回りで種種の変形が可能である。具体的には、上述したように、排気口１６および注入口１８の個数および配置位置に関しては任意のレイアウトが可能である。たとえば、図９に示すように、パッド１０の中心部に１つの注入口１８を設け、その注入口１８を取り囲むようにパッド周辺部に複数の排気口１６を設けてもよい。図示省略するが、これと反対に、パッド１０の中心部に１つの排気口１６を設け、その排気口１６を取り囲むようにパッド周辺部に複数の注入口１８を設けてもよい。
【００５９】
また、図１０および図１１に示すように、パッド１０の作用面１０ａの外周部に適度な（たとえば０．５ｍｍ以下の）厚さを有するバンク部８６を設ける構成も好適に採ることができる。
【００６０】
このバンク部８６は、好ましくは、基板５０の表面をこすっても傷をつけにくい滑性に優れた材質たとえばフッ素樹脂製の帯状シール８６からなる。これにより、図１０に示すように、バンク部８６を基板５０の表面に当てて、パッド１０を基板５０に突き合わせ、さらには基板５０上でパッド１０を相対的に摺動させることができる。このようにバンク部８６が基板５０の表面に接触することにより、隙間ｇの側面が塞がって、隙間ｇ内の真空引きがより効率的に行われる。
【００６１】
あるいは、図１１に示すように、基板５０の表面に対して、バンク部８６を閾値ＤGよりも小さな距離Ｄgだけ離して、パッド１０の作用面１０ａを覆い被せることも可能である。この場合でも、バンク部８６の内側に形成される隙間ｇの真空引きを行えるとともに、隙間ｇの距離（高さ）をバンク部８６の高さ分だけ増やすことができる。
【００６２】
また、図１２に示すように、パッド１０の作用面１０ａと基板５０の表面との間に形成される隙間ｇを減圧する際に、周囲（側面）から隙間ｇの中に入ってくる空気流に対してコンダクタンスを低くするラビリンスの溝部８８をパッド１０の作用面１０ａに設ける構成も好適に採り得る。この構成においても、隙間ｇ内の真空引きをより効率的に行うことができる。
【００６３】
また、図１３に示すように、金属ペースト充填処理において、パッド１０と基板５０間の隙間ｇ内への金属ペーストＭＰの供給を停止した直後に、パッド１０の作用面１０ａを基板５０の表面に押し付けるプッシュ部９０を備える構成も好適に採ることができる。このように、金属ペースト供給工程の終了直後にパッド１０の作用面１０ａを基板５０の表面に押し付けることにより、隙間ｇ内の非貫通ビアへの金属ペーストＭＰの流し込みないし埋め込みに駄目押しの圧力を加えることができる。なお、プッシュ部９０は、押圧力に弾性を付与するためのばね部材を有するのが好ましい。プッシュ部９０の機能をパッド移動機構またはステージ移動機構７４にもたせることもできる。
【００６４】
排気部１２および金属ペースト供給部１４においても種種の変形が可能である。たとえば、排気部１２においては、方向切換弁２８を複数の開閉弁で代用することもできる。金属ペースト供給部１４においては、シリンジ部３２の加圧部にガス加圧式に代えてピストン型を用いることもできる。
［実施形態２］
【００６５】
次に、図１４〜図１８Ｄを参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００６６】
図１４に、第２の実施形態における金属ペースト充填装置の構成を示す。図１５にこの金属ペースト充填装置におけるヘッドの外観構成を示し、図１６にこのヘッドの要部を示す。
【００６７】
この金属ペースト充填装置は、主たる構成要素として、ヘッド１００、空気流供給部１０２、金属ペースト供給部１０４、ヘッド移動機構１０６およびコントローラ１３０を備えている。
【００６８】
ヘッド１００は、溝加工の加工性やメンテナンス性に優れ、かつ金属ペーストの溶剤に対して耐性の高い任意の剛材、たとえばステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等を材質としている。ヘッド１００の構造上の特徴は、平坦な下面つまり作用面１００ａを有し、この作用面１００ａに、吸引用の空気（窒素でもよい）を流すための溝状の空気流路１０８と、金属ペーストを外部へ放出するための溝状のペースト放出口１１０とが形成されていることである。また、ヘッド１００の作用面１００ａには、基板の表面に対して滑性または摺動性に優れたＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）コーティング１０１が施されている。
【００６９】
空気流路１０８は、ヘッド１００の前面１００ｂの近くで、ヘッド進行方向Ｆと交差（好ましくは直交）する方向にヘッド作用面１００ａを横断し、その両端に入口１０８ａと出口１０８ｂを有している。これらの入口１０８ａおよび出口１０８ｂには空気流供給部１０２が接続される。
【００７０】
ペースト放出口１１０は、ヘッド進行方向Ｆにおいて空気流路１０８の後方に位置し、凹所または窪みの形態でヘッド進行方向Ｆと交差（好ましくは直交）する方向に延びており、凹所の中心部にペースト出口１１０ａを有している。このペースト出口１１０ａには金属ペースト供給部１０４が接続される。図示の構成例におけるペースト放出口１１０は、空気流路１０８と平行に長尺状に形成されている。
【００７１】
空気流供給部１０２は、空気流を生成する送風機１１２と、この送風機１１２の出側をヘッド１００の空気流路１０８の入口１０８ａにつなぐ可撓性のガス管１１４と、出口１０８ｂに接続されるタップ１１６とを有している。この実施例では送風機１１２の正圧側を出側としているが、送風機１１２の負圧側を出側とすることも可能である。その場合は、空気流路１０８の入口１０８ａと出口１０８ｂが逆になる。
【００７２】
金属ペースト供給部１０４は、金属ペーストＭＰを貯留する容器１１８と、この容器１１８から金属ペーストＭＰを汲み上げて送り出すポンプ１２０と、このポンプ１２０の出側をヘッド１００の上面に形成されているペースト導入口１２２につなぐペースト供給管１２４とを有している。ポンプ１２０は、たとえばシリンジポンプからなる。ヘッド１００の内部には、ペースト導入口１２２とペースト出口１１０ａとの間に、金属ペーストＭＰを一時的に蓄えるためのバッファ部１２６が形成されている。
【００７３】
ヘッド移動機構１０６は、ヘッド１００を支持し、処理対象の基板に対してヘッド１００の位置合わせ、突き合わせ、走査、引き離し等を行う。このヘッド移動機構１０６と併用して、あるいはヘッド移動機構１０６の代用として、ステージ移動機構７４（図４）を備えることもできる。
【００７４】
コントローラ１３０は、マイクロコンピュータおよび所要のインタフェースまたは周辺装置を含み、この金属ペースト充填装置内の各部の動作または状態および装置全体のシーケンスを制御する。
【００７５】
この実施形態における金属ペースト充填装置は、図１７に示すように、ダイシング前の半導体ウエハ５０Ｗを好適なワークピースとすることができる。この場合、コントローラ１３０は、ヘッド移動機構１０６および／またはステージ移動機構７４を制御して、半導体ウエハ５０Ｗ上でヘッド１００を走査させる。このヘッド走査においては、ヘッド１００の作用面１００ａが半導体ウエハ５０Ｗの表面を擦るが、作用面１００ａにＤＬＣコーティング１０１が施されているので、半導体ウエハ５０Ｗの表面に大した傷を与えなくて済む。しかも、半導体ウエハ５０Ｗの表面にマスク７６を被着しているので、マスク７６の下のウエハ被処理面は全く傷を受けることがない。ヘッド走査中に、コントローラ１３０は、空気流供給部１０２および金属ペースト供給部１０４を持続的にオン状態で作動させる。
【００７６】
図１８Ａに示すように、半導体ウエハ５０Ｗ上でヘッド１００が前方へ移動する過程で、その行き先々に在る非貫通ビア５２の上を先ずヘッド作用面１００ａの前部に位置する空気流路１０８が通過する。この時、図１８Ｂに示すように、空気流供給部１０２より供給される空気流が空気流路１０６を入口１０６ａから出口１０６ｂに吹き抜けることにより、ベンチュリー効果によって空気流路１０６の直下に在る非貫通ビア５２内の空気が空気流路１０８上に引き抜かれ（吸引され）、非貫通ビア５２の中が減圧状態になる。
【００７７】
ヘッド作用面１００ａの空気流路１０８が減圧状態になった非貫通ビア５２を通過した後も、ヘッド作用面１００ａがこの非貫通ビア５２の開口部を覆っているので、外から空気が殆ど入ってこない。むしろ、ベンチュリー効果による減圧が増進ないし持続する。こうして減圧状態を保っている非貫通ビア５２の上を、図１８Ｃに示すように、ヘッド作用面１００ａのペースト放出口１１０が通過する。この時、ペースト放出口１１０から当該非貫通ビア５２の中に金属ペーストＭＰが吸い込まれるように流れ込む。こうして、当該非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰが充填される。図１８Ｄに示すように、ヘッド１００が通過する全ての非貫通ビア５２で上記と同様の一連の動作が繰り返される。
【００７８】
この実施形態においても、上記のような金属ペースト充填処理が済むと、ヘッド移動機構１０６および／またはステージ移動機構７４により、ヘッド１００が半導体ウエハ５０Ｗから引き離される。この後、ヘッド１００の作用面１００ａに付着した金属ペーストＭＰは、たとえば洗浄によって取り除かれる。一方、半導体ウエハ５０Ｗの表面にあふれている金属ペーストＭＰは、たとえばスキージによって拭い取られる。これにより、図６Ａと同様に、各非貫通ビア５２に充填された金属ペーストＭＰの頂面は、マスク７６の開口７６ａの頂面と略面一になる。
【００７９】
この後、半導体ウエハ５０Ｗは加熱装置（図示せず）に移送され、そこでたとえば１００〜３００℃の処理温度で焼成処理を受ける。この焼成処理により、各非貫通ビア５２に充填されている金属ペーストつまりビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞から溶媒が揮発して、ビア充填金属ペースト＜ＭＰ＞が固体のビアプラグＢＰに変わる。
【００８０】
この実施形態においても、焼成処理が済んだ後に、半導体ウエハ５０Ｗのチップ表面５１からマスク７６を取り除くと、図６Ｃと同様に、非貫通ビア５２内に作製されたビアプラグＢＰの頂面が半導体ウエハ５０Ｗの被処理面５１と面一になって現れるように、マスク７６の厚みＤ76が選定される。したがって、焼成処理後にＣＭＰ等の平坦化処理を行う必要はない。
【００８１】
次に、たとえばグライディング加工またはウエットエッチングにより、図７Ａと同様に、非貫通ビア５２の底部つまりビアプラグＢＰの底部が露出するまで半導体ウエハ５０Ｗの裏面を削り、半導体ウエハ５０Ｗを１００μｍ程度の厚さに薄板化する。次いで、図７Ｂと同様に、ビアプラグＢＰの頂面（おもて面側）および下面（裏面側）に、たとえばＣｕあるいはハンダからなる金属バンプ８０，８２をそれぞれ形成または取付する。
【００８２】
上述したように、この第２の実施形態においても、半導体ウエハ５０Ｗよりも著しく小さなヘッド１００を備える簡便な金属ペースト充填装置を用いて、大気圧空間の下で半導体ウエハ５０Ｗの全ての非貫通ビア５２に金属ペーストＭＰを短時間で効率よく充填することができる。しかも、非貫通ビア５２の中を減圧状態にしてからそこに金属ペーストＭＰを流し込むので、口径５０μｍ以下の微細径の非貫通ビア５２に金属ペーストを空隙無く充填することができる。また、半導体ウエハＷ５０Ｗの被処理面５１に所定の厚さのマスク７６を被せて非貫通ビア５２およびマスク７６の開口に金属ペーストを充填することにより、非貫通ビア５２およびマスク７６の開口に充填された金属ペーストが焼成処理によって固体のビフプラグに変わった後の頂面を半導体ウエハ５０Ｗの被処理面５１と面一にすることができる。これによって、ＣＭＰ等の平坦化処理（後工程）を不要とすることができる。
［他の実施形態または変形例］
【００８３】
上述した実施形態では、ビア・ラストのＴＳＶ加工プロセスにおいて、シリコン基板５０の表面に分布する非貫通ビア５２に金属ペーストを充填してビアプラグＢＰを作製し、基板裏側から非貫通ビア５２の底部つまりビアプラグＢＰの底部が露出するまで基板５０を薄板化した。つまり、非貫通ビア５２は、最終的には貫通ビアに至るものであり、金属ペースト充填処理を受ける時は未貫通のビアであった。
【００８４】
しかし、本発明の金属ペースト充填方法、金属ペースト充填装置およびビアプラグ作製方法は、ＴＳＶ加工プロセスへの適用に限定されるものではない。たとえば、シリコン基板の一面に内部配線のために形成される永久的に非貫通のビアにビアプラグを作製する場合にも適用可能であり、さらにはシリコン基板以外の基板に形成された任意の口径の非貫通孔を金属ペースト充填処理あるいはビアプラグ作製の処理対象とすることができる。
【００８５】
また、本発明においては、非貫通孔が穿孔される層（壁部）と、当該非貫通ビア（非貫通孔）の下地層とが異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０    パッド
１０ａ    作用面
１２    排気部
１４    金属ペースト供給部
１６    排気口
１８    注入口
２４    排気管
２６    バキューム装置
２８    方向切換弁
３０    コントローラ
３２    シリンジ部
３４    ペースト容器
３８    圧縮空気供給源
４０    サックバックバルブ
７４    ステージ移動機構
７６    マスク
８６    バンク部
９０    プッシュ部
１００    ヘッド
１００ａ    作用面
１０２    空気流供給部
１０４    金属ペースト供給部
１０６    ヘッド移動機構
１０８    空気流路
１１０    ペースト放出口
１３０    コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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