| 说明书全文 |
금속 충진 장치{METAL FILLING DEVICE}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리물의 표면에 형성된 미소한 공간 내에 용융 금속을 충진하는 금속 충진 장치에 관한 것으로, 특히 용융 금속을 충진할 때에 여분의 용융 금속을 회수하는 금속 충진 장치에 관한 것이다.
근래에는 실리콘 관통 전극(Through Silicon Via) 기술에 있어서, 반도체 웨이퍼 위에 형성된 미소한 공간에 금속을 충진하는 기술이 요구되고 있다. 실리콘 관통 전극 기술에 의하면, 관통 전극을 이용한 칩 적층 기술의 개발이 가능해진다는 점에서 삼차원 실장에 의한 고기능/고속 동작의 반도체 시스템의 실현이 기대되고 있다. 실리콘 관통 전극에 있어서, 안정된 도통(導通)을 확보하기 위해서는 크랙(crack)이나 보이드(void) 등의 불량이 없으며, 높은 제품 수율로 금속 충진하는 것이 요구된다. 종래에는 반도체 웨이퍼 위의 미소한 공간 내에 금속을 충진하는 기술로서는, 구리 도금법이나 용융 금속조(金屬槽)에 반도체 웨이퍼를 침지(浸漬)하는 딥핑법 외에에도 특허 문헌 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 감압시킨 챔버 내에서 금속을 충진해야 하는 미소한 공간이 형성된 시료의 일면에 그 미소한 공간을 덮도록 충진용 금속체를 배치하고, 이러한 충진용 금속체를 가열하여 용융한 후, 진공 챔버 내를 비활성 가스로 대기압 이상으로 가압하는 것에 의해 용융 금속을 미소한 공간 내로 진공 흡입시키는 용융 진공 흡인법이 제안되고 있다. 선행 기술 문헌 [특허 문헌] 특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개 공보 제2002-368082호 특허 문헌 2: 일본 특허 출원 공개 공보 제2002-368083호
상기 용융 진공 흡인법을 이용하면, 반도체 웨이퍼 위의 미소한 공간 내와 챔버 내 사이에 생긴 압력차에 의해, 용융 금속을 미소한 공간 내로 진공 흡입시킬 수 있지만, 실제로는 용융 금속의 표면 장력이나 계면 장력 등이 양호한 진공 흡입의 저해 요인이 된다. 용융 금속의 표면 장력이나 반도체 웨이퍼 표면의 바람직하지 못한 습윤성의 영향을 억제하여 양호한 금속 충진을 실현하기 위한 방법으로서, 용융 진공 흡인법을 이용할 때에 시료가 되는 반도체 웨이퍼 위를 다량의 용융 금속으로 덮는 방법이 알려져 있다. 특히, 실리콘 웨이퍼(반도체 웨이퍼)와 용융 땜납을 이용할 경우에는, 실리콘 웨이퍼 위의 습윤성이 나빠서 다량이면서도 여분의 땜납으로 덮지 않으면 웨이퍼 위에서 용융 땜납이 펴지지 않아 구형상이 되어버린다. 일반적인 용융 진공 흡인법에 있어서, 원료로서 사용하는 용융 금속 중에서 어느 정도가 실제로 반도체 웨이퍼 위의 미소한 공간 내에 충진될지를 검산해 보면, 미소한 공간의 형성 상태나 충진 조건에 따라서도 다르지만 공급량의 1%에도 미치지 않는 것이 현상이다. 즉, 종래 기술에서는 다량의 용융 금속을 준비하여 사용할 필요가 있음에도 불구하고 실제로는 극히 적은 분량의 금속만 사용되었고, 사용되지 않은 다량의 여분의 금속은 불필요하다고 하여 반도체 웨이퍼 위나 장치 내에서 제거되어 있었다. 이로 인하여 종래 기술에서는, 사용하는 금속재료의 대부분이 낭비되어 금속 충진의 비용 효율을 악화시키는 요인이 되고 있다. 본 발명은, 이상의 실정에 비추어 수행된 것으로, 반도체 웨이퍼 등의 피처리물의 미소한 공간 내에 충진되지 않은 금속을 유효하게 활용하는 것으로 금속 재료의 낭비를 저감시켜서 저비용의 금속 충진을 실현하는 금속 충진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 피처리물 표면의 해당 표면에 개구되도록 형성된 미소한 공간 내에 용융 금속을 충진하는 금속 충진 장치로서, 상기 피처리물이 지지되는 처리실을 구비한 처리부 본체와, 용융 상태의 금속을 저류하는 공급용 탱크, 일단이 상기 공급용 탱크에 연결되고 타단이 상기 처리부 본체의 처리실에 연결된 공급관, 그리고 해당 공급관에 개재되어 상기 공급용 탱크 내의 용융 금속을 상기 공급관을 통해 상기 처리실 내로 공급하는 공급기를 포함하며 구성되는 용융 금속 공급 기구를 구비한 금속 충진 장치에 있어서, 상기 처리실 내로 공급된 용융 금속을 해당 처리실 내에서 회수하는 용융 금속 회수 기구를 구비하는 금속 충진 장치에 관한 것이다. 그리고 '관에 개재된다'라는 표현은 관의 양단부 사이, 다시 말하면, 중간 부위에 대상물(상술한 바에서는 공급기)이 개재되도록 해당 대상물을 설치하는 것이다. 본 발명에 있어서, 피처리물 위에 형성되는 미소한 공간의 크기는, 전형적으로는 그 직경이 0.1㎛ 내지 수 십㎛ 정도인 것으로 상정하고 있다. 또한, 용융 금속이 스며들어가는 것이라면, 그 형성 방법이나 종횡비(aspect ratio) 등의 형태를 막론하고 관통공인지 여부를 묻지 않는다. 비관통공이면 그 깊이는 피처리물의 두께에 따라서 수 백㎛ 이하에서 임의로 것으로 할 수 있다. 상술한 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 미소한 공간이 표면에 형성된 피처리물이 처리부 본체의 처리실 내에 지지된다. 또한, 상기 공급용 탱크 내에 저류된 용융 상태(액체 상태)의 금속이 용융 금속 공급 기구의 공급기에 의해 공급관을 통해서 상기 처리실 내로 공급된다. 또한, 상기 피처리물은 이와 같이 공급되는 용융 금속에 의해 그 표면이 덮이면서, 동시에 해당 용융 금속이 상기 미소한 공간 내에 충진된다. 이어서, 상기 피처리물 위의 용융 상태에 있는 여분의 금속은 용융 금속 회수 기구에 의해 피처리물 위에서 회수된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리물 위의 여분의 금속을 용융 금속 회수 기구로 해당 피처리물 위로부터 회수할 수 있으므로, 사용하는 금속 재료의 낭비를 줄일 수 있고 금속 충진에 있어서의 재료 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 피처리물 위로 용융 금속을 공급하고, 그 미소한 공간 내에 충진하는 형태로서는 여러 형태들을 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 처리실 내를 감압시킨 후에 상기 피처리물 위로 용융 금속을 공급하도록 해도 좋으며, 혹은 상기 피처리물 표면을 용융 금속으로 덮은 후, 적절한 가압 기구에 의해 상기 피처리물 위의 용융 금속을 가압하여, 상기 미소한 공간 내에 용융 금속을 충진한다고 하는 형태를 채용할 수 있다. 이와 같이 하면, 상기 미소한 공간 내에 충진되는 금속에 공극이나 보이드가 생기기가 더 어려워서 보다 양호한 충진을 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명에 있어서의 구체적인 제1 형태에서는, 상기 처리부 본체는 상기 처리실이 되는 오목부를 가지며, 해당 오목부 내에 상기 피처리물을 지지하는 제1 본체와, 상기 오목부에 기밀하게 감합되는 가압부를 구비한 제2 본체를 포함하며 구성되며, 금속 충진 장치는 상기 제1 본체 및 제2 본체 중에서 적어도 한쪽을 서로 이접하는 방향으로 이동시키는 가압 기구를 더 구비한다. 이 경우, 상기 가압 기구는 상기 용융 금속 회수 기구의 일부로서 기능한다. 이와 같은 구성의 금속 충진 장치에 의하면, 우선, 상기 제1 본체의 오목부 내에 피처리물을 지지한 후, 제2 본체를 그 가압부가 상기 오목부에 감합되도록 상기 제1 본체에 설치하여 상기 오목부 내를 기밀한 처리실로 만든다. 그 다음, 상기 공급기에 의해 상기 처리실 내로 용융 금속을 공급한다. 이리하여, 상기 피처리물은 이와 같이 하여 공급되는 용융 금속에 의해 그 표면이 덮인다. 그리고 용융 금속을 처리실 내로 공급할 때에는, 해당 처리실 내가 용융 금속에 의해 채워지도록 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 피처리물 위로 용융 금속을 공급하기 전에 적절한 감압 기구에 의해 처리실 내를 감압하도록 해도 좋다. 이어서, 상기 가압 기구에 의해, 상기 제1 본체 및 제2 본체가 서로 접근하도록 이들 중에서 적어도 한쪽을 이동시킨다. 이에 의해 처리실 내의 용융 금속이 가압되어 피처리물에 형성된 미소한 공간 내에 용융 금속이 충진된다. 나아가, 상기 가압 기구에 의해 상기 제1 본체 및 제2 본체를 서로 접근시키면, 상기 처리실 내의 용적이 감소되어 처리실 내에 채워진 용융 금속이 해당 처리실 내로부터 밀려나오며, 밀려나온 용융 금속이 상기 용융 금속 회수 기구에 의해 회수된다. 이러한 의미에서 상기 가압 기구는 용융 금속 회수 기구의 일부로서 기능한다. 그리고, 이 경우에 상기 가압 기구는, 상기 제2 본체의 가압부가 상기 제1 본체 내의 피처리물 표면에 맞닿는 가압 위치와 상기 제1 본체와 제2 본체가 서로 이반된 대기 위치에 상기 제1 본체 및 제2 본체 중에서 적어도 한쪽을 이동시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 상기 제2 본체의 가압부가 피처리물 표면에 맞닿는 것에 의해 미소한 공간 내에 충진되지 않고, 피처리물 위에 남은 여분의 금속을 가능한 한 해당 피처리물 위로부터 배출하여 극소량으로 할 수 있으며, 금속 충진에 필요한 재료 비용을 극한까지 저감시킬 수 있다. 또한, 냉각 후에 불필요한 고체화된 금속을 제거하는 수고를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 제2 형태에서는, 상기 처리부 본체는 상기 피처리물을 지지하는 지지 부재와, 내부 공간을 가지며 일단이 상기 지지부와 대항하며 설치되는 실린더 형상의 부재와, 해당 실린더 형상의 부재의 내부 공간 내에 진퇴가 자유로우면서 또한 기밀하게 삽입된 가압 부재를 포함하며 구성되는 동시에, 금속 충진 장치는 상기 처리실 내에 가압한 기체를 공급하는 기체 공급 기구와, 상기 지지 부재에 지지되는 피처리물에 대하여 상기 가압 부재를 진퇴시키는 가압 기구를 더 구비하며 구성되고, 상기 가압 기구는 상기 가압 부재를 상기 피처리물의 표면에 맞닿는 가압 위치와 상기 피처리물에 이반된 대기 위치로 이동시키도록 구성된다. 이 경우, 상기 지지 부재에 지지되는 상기 피처리물 또는 상기 지지 부재와 상기 실린더 형상의 부재 및 상기 가압 부재에 의해 기밀한 처리실이 형성되며, 상기 기체 공급 기구는 상기 용융 금속 회수 기구의 일부로서 기능한다. 이러한 금속 충진 장치에 의하면, 먼저 상기 지지 부재에 피처리물을 지지한 후, 상기 지지 부재, 상기 실린더 형상의 부재 및 상기 가압 부재에 의해 기밀한 처리실을 형성한다. 그 다음, 상기 공급기에 의해 상기 처리실 내에 용융 금속을 공급하여 상기 피처리물의 표면을 용융 금속으로 덮는다. 그리고 제1 형태 경우와 동일하게, 상기 피처리물 위에 용융 금속을 공급하기 전에 적당한 감압 기구에 의해 처리실 내를 감압하도록 해도 좋다. 또한, 용융 금속의 공급량은 용융 금속이 피처리물의 표면 전면을 덮을 필요는 있지만, 반드시 처리실 내를 채우는 것과 같은 양이 아니어도 좋다. 다만, 적어도 가압 부재의 하면(下面)이 용융 금속 중에 가라앉을 정도의 양을 공급하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 기체 공급 기구에 의해 처리실 내에 가압 기체를 공급하여, 처리실 내의 용융 금속을 가압한다. 이에 의해, 피처리물 위의 용융 금속이 미소한 공간 내로 억지로 들어가서 충진된다. 이 후, 상기 가압 기구에 의해 상기 가압 부재를 피처리물측으로 진출시켜 해당 가압 부재를 피처리물 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 미소한 공간 내에 충진되지 않고 피처리물 위에 남는 여분의 금속을 극소량으로 할 수 있다. 이어서, 예를 들면, 상기 기체 공급 기구에 의해 상기 공급기에 의해 공급되는 용융 금속의 압력보다도 높은 압력의 기체를 처리실로 공급하는 것으로, 처리실 내의 여분의 용융 금속이 해당 처리실 내로부터 밀려나와서 상기 용융 금속 회수 기구에 의해 회수된다. 이러한 의미에서, 상기 기체 공급 기구는 용융 금속 회수 기구의 일부로서 기능한다. 이와 같이, 제2 형태의 금속 충진 장치에 의해서도, 미소한 공간 내에 충진되지 않고, 피처리물 위에 남은 여분의 금속을 극소량으로 할 수 있고, 금속 충진에 필요한 재료 비용을 극한까지 저감시킬 수 있다. 또한, 냉각 후에 불필요한 고체화된 금속을 제거하는 수고를 최소한으로 억제할 수 있다. 그리고, 이 경우에는 상기 가압 부재는, 상기 피처리물과 맞닿는 면에 상기 피처리물과 맞닿았을 때에 상기 피처리물 표면에 형성된 미소한 공간이 존재하는 영역을 둘러싸서 실링하는 실링 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 기체 공급 기구에서 처리실 내로 기체를 공급하여 여분의 금속을 해당 처리실 내에서 배출시킬 때에, 상기 실링 부재에 의해 상기 피처리물 표면의 미소한 공간이 존재하는 영역을 실링할 수 있으므로, 여분의 금속이 배출되는 영역과 실링 영역이 격리되어 미소한 공간 내에 충진된 금속이 여분의 금속의 배출에 따라 빠져 나오는 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다. 상술한 제1 형태 및 제2 형태의 금속 충진 장치에 있어서, 상기 용융 금속 회수 기구는, 일단이 상기 처리부 본체와 상기 공급기 사이의 상기 공급관 또는 상기 처리부 본체의 처리실에 연결되어, 타단이 상기 공급용 탱크에 연결된 회수관과, 해당 회수관에 개재되어서 해당 회수관의 개폐 상태를 제어하는 회수용 제어 밸브를 포함한 구성으로서도 좋다. 이렇게 하면, 상기 처리실 내에서 배출된 용융 금속은 회수관을 통해 상기 공급용 탱크에 회수되어서 재이용된다. 그리고 회수관에 마련되는 회수용 제어 밸브는 공급기로부터 처리실로 용융 금속이 공급될 때에는 회수관을 닫고, 여분의 용융 금속을 공급용 탱크로 회수할 때는 회수관을 연다. 이 경우, 상기 용융 금속 회수 기구는 상기 회수용 제어 밸브와 상기 공급관 혹은 처리부 본체 사이의 상기 회수관, 또는 상기 처리부 본체와 상기 공급기 사이의 상기 공급관에 연결되며, 상기 처리부 본체로부터 회수되는 용융 금속을 일시적으로 수용하는 버퍼 탱크로서 수용된 용융 금속을 상기 연결된 관으로 되밀려서 푸쉬 백 기구를 구비한 버퍼 탱크를 더 구비하고 있어도 좋다. 이러한 버퍼 탱크를 구비한 금속 충진 장치에 의하면, 상기 처리부 본체로부터 회수되는 용융 금속이 일시적으로 해당 버퍼 탱크 내에 수용되며, 수용된 용융 금속이 푸쉬 백 기구에 의해 연결될 관, 다시 말하면, 회수관 혹은 공급관으로 되밀려서 상기 회수관을 통해 상기 공급용 탱크로 회수된다. 혹은, 상술한 제1 형태 및 제2 형태에 있어서의 상기 용융 금속 회수 기구는, 용융 상태의 금속을 저류하는 회수용 탱크와, 일단이 상기 처리부 본체와 상기 공급기 사이의 상기 공급관, 또는 상기 처리부 본체의 처리실에 연결되고, 타단이 상기 회수용 탱크에 연결된 회수관과, 해당 회수관에 개재되어서 해당 회수관의 개폐 상태를 제어하는 회수용 제어 밸브를 포함하는 구성으로서도 좋다. 이렇게 하면, 상기 처리실 내에서 배출된 용융 금속은 회수관을 통해 상기 회수 탱크로 회수된다. 그리고 회수관에 마련되는 회수용 제어 밸브는 공급기로부터 처리실로 용융 금속이 공급될 때는 회수관을 닫고, 여분의 용융 금속을 공급용 탱크로 회수할 때는 회수관을 연다. 이 경우, 상기 용융 금속 회수 기구는, 일단이 상기 회수용 탱크에 연결되고 타단이 상기 공급용 탱크에 연결된 환류관과, 해당 환류관에 개재되어 상기 회수용 탱크 내의 용융 금속을 상기 환류관을 통해 상기 공급용 탱크로 환류시키는 환류기를 더 구비하고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 회수 탱크에 회수된 여분의 용융 금속은 상기 환류기에 의해 환류관을 통해 공급용 탱크로 환류되어 재이용된다. 또는, 상술한 제1 형태 및 제2 형태에 있어서의 금속 충진 장치는, 상기 공급기가 역류하는 용융 금속을 수용 가능하게 구성되며, 상기 용융 금속 회수 기구의 일부로서 기능하도록 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 용융 금속 회수 기구에 의해 상기 처리부 본체로부터 회수된 용융 금속은 일단 상기 공급기에 수용되어 이 공급기로부터 상기 공급관을 통해 상기 공급용 탱크로 되돌려진다. 그리고 상기 용융 금속을 회수하는 경로는, 용융 금속이 외기(外氣)에 접촉하지 않도록 기밀하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 회수하는 용융 금속이 외기에 접촉되어 변질 및 열화되는 것을 막을 수 있고, 이를 다시 금속 충진에 이용할 때에 금속의 변질 및 열화에 의한 충진 불량 등을 초래하는 일은 없다. 또한, 상기 공급 탱크 내의 용융 금속은 이를 적당한 교반 수단으로 교반하는 것이 바람직하다. 회수한 용융 금속은 공급 탱크 내의 용융 금속과 혼합되지만, 이들을 교반함으로써, 공급 탱크 내의 용융 금속의 상태를 균일한 것으로 할 수 있어서 안정된 품질의 금속 충진을 실현할 수 있다. 그리고 충진 불량 혹은 전극 성능 불량의 원인이 되는 용융 금속의 산화물은 위로 뜨기 때문에 이를 뒤섞는 일이 없도록 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 양호한 충진성을 얻기 위해서는 회수 시에 처리실 내의 용융 금속에 작용시킨 압력(가압 압력)을 유지한 채 회수하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 충진 장치에 의하면, 미소한 공간 내에 충진되지 않은 여분의 용융 금속을 용융 금속 회수 기구로 회수할 수 있으므로, 사용하는 금속 재료의 낭비를 줄일 수 있고, 금속 충진에 있어서의 재료 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 용융 금속을 회수할 때에 상기 처리부 본체를 구성하는 제2 본체의 가압부 또는 가압 부재를 가압 기구로 피처리물 표면에 맞닿게 하면, 피처리물 위의 여분의 금속을 극소량으로 할 수 있어 금속 충진에 필요한 재료 비용을 극한까지 저감시킬 수 있다. 또한, 냉각 후에 불필요한 고체화된 금속을 제거하는 수고를 최소한으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 변형예 1에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예 2에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형예 3에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 8은 도 7에 따른 금속 충진 장치의 공급용 펌프를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 10은 제2 실시 형태의 변형예 1에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 변형예 2에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 12는 제2 실시 형태의 변형예 3에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 13은 제1 및 제2 실시 형태의 또 다른 변형예에 따른 금속 충진 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들에 대하여 첨부된 도면들에 근거하여 설명한다. 그리고 본 실시 형태에서는, 피처리물을 반도체 웨이퍼로 하고, 이러한 반도체 웨이퍼 표면의 해당 표면에 개구되도록 다수 형성된 미소한 공(孔, 미소한 공간) 내에 금속을 충진하는 것으로 한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 금속 충진에 이용되는 금속은 납 프리 땜납(융점 약 200℃)으로 한다. 땜납과 같이 비교적 융점이 낮은 금속은 취급이 용이하여 본 발명을 실시할 때에도 반도체 웨이퍼(K)의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다는 점에서 반도체 웨이퍼(K)의 배선 재료 등에 손상을 주지 않는다는 점 등에서 유리하기 때문이다. 그렇지만, 본 발명에 있어서의 금속의 종류가 땜납에 한정되는 것이 아니며, 미소한 공간을 매립하는 목적이나 그 기능에 따라, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ir, Al, Ni, Sn, In, Bi, Zn이나 이들의 합금 등, 이들 중에서 임의의 것을 사용할 수 있다.
제1 실시 형태 우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 4에 근거하여 설명한다. 1. 장치 구성 이하, 본 실시 형태의 금속 충진 장치의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 예의 금속 충진 장치(1)는, 처리부 본체(2), 가압기(7), 용융 금속 공급 기구(10), 용융 금속 회수 기구(20), 폐기 기구(25), 감압 기구(30) 그리고 가스 공급 기구(40)인 각 부들로 구성된다. 상기 처리부 본체(2)는, 상면이 개구된 오목부(3a)를 구비한 제1 본체(3), 상기 오목부(3a)에 기밀하게 감합되는 가압부(4a) 그리고 이보다 직경이 큰 플랜지부(4b)를 구비한 제2 본체(4)로 이루어진다. 제1 본체(3)의 오목부(3a)의 바닥면에는 지지공(3b)이 형성되어 있으며, 반도체 웨이퍼(K)는 그 표면이 상기 바닥면에서 돌출되도록 상기 지지공(3b) 내에 수납되어 지지된다. 그리고 가압부(4a)를 오목부(3a)에 감합시켜 제1 본체(3) 및 제2 본체(4)를 장착함으로써, 이들 제1 본체(3) 및 제2 본체(4)에 의해 그 내부에 기밀한 처리실(5)이 형성된다. 그리고 제1 본체(3) 및 제2 본체(4)는 용융 금속(M)을 처리실(5)로 공급했을 때, 용융 금속(M)이 곧 차가워져서 고착화되는 일이 없도록 도시하지 않은 적당한 가열기에 의해 상기 납 프리 땜납의 융점(200℃) 이상의 온도로 가열되도록 되어 있다. 상기 가압기(7)는 유압 실린더 등의 액츄에이터로 구성되며, 상기 제2 본체(4)를 그 상기 가압부(4a)가 제1 본체(3)의 오목부(3a) 내에 지지된 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿는 가압 위치(도 4에 나타낸 위치), 상기 제1 본체(3)에서 이반된 대기 위치(도 3에 나타낸 위치), 그리고 상기 제1 본체(3)로부터 분리된 초기 위치(도 2에 나타낸 위치)로 이동시킨다. 또한, 도 1 내지 도 4에 있어서, 가압기(7)를 제2 본체의 중심에서 어긋난 위치에 연결시킨 상태로 그리고 있지만, 이는 도면 작성의 편의를 위한 것으로서, 바람직한 형태로서는 가압기(7)는 제2 본체의 중심 위치에 연결된다. 상기 용융 금속 공급 기구(10)는, 용융 금속(M)을 저류하는 공급용 탱크(11), 상기 처리실(5)로 통하도록 상기 제2 본체(4)에 설치된 게이트 밸브(15), 일단이 상기 공급용 탱크(11)에 연결되고, 타단이 상기 게이트 밸브(15)에 연결된 공급관(13), 상기 공급관(13)에 개재되는 공급 펌프(12), 그리고 동일하게 공급관(13)에 개재되는 개폐 밸브(14)로 구성된다. 공급 펌프(12)는 고온으로 용융된 용융 금속(M)을 가압하여 토출할 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 좋으나, 일례로서는 플런저 펌프를 들 수 있다. 상기 공급용 탱크(11)에는 금속 충진에 사용되는 금속이 그 융점보다 높은 온도로 가열되어, 용융 상태, 다시 말하면 액체 상태로 저류되어 있다. 그리고 상기 공급 펌프(12)을 구동하여 게이트 밸브(15) 및 개폐 밸브(14)를 연 상태로 함으로써, 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)이 가압된 상태에서 상기 처리부 본체(2)의 처리실(5) 내로 공급된다. 그리고 상기 게이트 밸브(15), 공급관(13), 개폐 밸브(14) 및 공급 펌프(12)는 적어도 용융 금속(M)이 유통(流通)되는 부분 각각이 상기 공급용 탱크(11)와 동일하게 가열되고 있으며, 이에 의해 동(同) 부분을 유통하는 용융 금속(M)이 냉각되어서 고착화되는 것을 방지하고 있다. 상기 용융 금속 회수 기구(20)는, 일단이 상기 처리부 본체(2)와 상기 공급 펌프(12) 사이의 상기 공급관(13)에 연결되고, 타단이 상기 공급용 탱크(11)에 연결된 회수관(21), 그리고 이러한 회수관(21)에 개재되어 있는 개폐 밸브(22) 및 스로틀 밸브(23)로 이루어진다. 그리고 이들 회수관(21), 개폐 밸브(22) 및 스로틀 밸브(23)에 대해서도, 적어도 용융 금속(M)이 유통되는 부분 각각이 상기 공급용 탱크(11)와 동일하게 가열되고 있으며, 이에 의해 동 부분을 유통하는 용융 금속(M)이 냉각되어서 고착화되는 것이 방지된다. 상기 감압 기구(30)는, 진공 펌프 등으로 구성되는 감압기(31), 상기 처리실(5)과 통하도록 상기 제2 본체(4)에 설치된 게이트 밸브(35), 일단이 상기 공급용 탱크(11)에 연결되고, 타단이 상기 감압기(31)에 연결된 감압관(32), 일단이 상기 게이트 밸브(35)에 연결되고, 타단이 상기 감압기(31)에 연결된 감압관(33), 그리고 상기 감압관(33)에 개재된 개폐 밸브(34)로 이루어진다. 이러한 감압 기구(30)에 의하면, 감압기(31)를 작동시키는 것으로 감압관(32)을 통해 공급용 탱크(11) 내가, 예를 들면, 100Pa 정도의 진공 상태로 감압되며, 또한 감압기(31)를 작동시킨 상태에서 후술하는 개폐 밸브(43)를 닫고 상기 개폐 밸브(34) 및 게이트 밸브(35)를 여는 것으로, 감압관(33)을 통해 상기 처리부 본체(2)의 처리실(5) 내가, 예를 들면, 상기 진공 상태로 감압된다. 공급용 탱크(11) 내는 진공 상태에 해 두는 것이 용융 금속(M)의 열화 방지와 용융 금속에서 기포를 제거한다고 하는 의미에서 바람직하다. 그리고 상술한 압력은 어디까지나 예시이며, 보다 높은 진공까지 감압하도록 해도 좋다. 상기 가스 공급 기구(40)는, N 2 가스 등의 비활성 가스를 가압하여 공급하는 가스 공급기(41), 일단이 상기 게이트 밸브(35)와 개폐 밸브(34) 사이의 감압관(33)에 연결되며, 타단이 상기 가스 공급기(41)에 연결된 가스 공급관(42), 그리고 이 가스 공급관(42)에 개재된 개폐 밸브(43)로 구성된다. 이러한 가스 공급 기구(40)에 의하면, 상기 개폐 밸브(34)를 닫고 상기 개폐 밸브(43) 및 게이트 밸브(35)를 여는 것으로, 가스 공급기(41)로부터 가스 공급관(42) 및 이에 연결되는 감압관(33)을 개재하여 상기 처리부 본체(2)의 처리실(5) 내로 가압된 가스가 공급된다. 또한, 상기 폐기 기구(25)는, 폐기된 용융 금속(M)을 저류하는 폐기 탱크(26), 제1 본체(3) 오목부(3a)의 바닥부와 통하도록 해당 제1 본체(3)에 마련된 게이트 밸브(28), 그리고 일단이 상기 게이트 밸브(28)에 연결되며, 타단이 상기 폐기 탱크(26)에 연결된 폐기관(27)으로 구성된다.
2. 금속 충진 조작 다음은, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상술한 구성을 구비하는 금속 충진 장치(1)에 의한 금속 충진의 조작 순서에 대하여 설명한다. 우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가압기(7)를 구동하여 제2 본체(4)를 상기 초기 위치로 이동시켜 제1 본체(3)와 제2 본체(4)를 열린 상태로 하고, 이와 같은 상태에서 제1 본체(3)의 지지공(3b) 내에 반도체 웨이퍼(K)를 수납하여 지지한다. 이 때, 상기 게이트 밸브들(15, 28, 35)은 각각 닫혀 있으며 개폐 밸브들(14, 22, 34, 43)도 각기 닫혀져 있다. 이후, 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 상기 대기 위치로 이동시켜 제2 본체(4)의 가압부(4a)를 제1 본체(3)의 오목부(3a)에 감합시킨다. 이에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 본체(3)의 오목부(3a) 및 제2 본체(4)의 가압부(4a)에 의해 기밀한 처리실(5)이 형성된다. 이어서, 개폐 밸브(34) 및 게이트 밸브(35)를 열어 감압관(33)을 통해 처리실(5) 내의 공기를 배기하여 공급용 탱크(11)와 동일하게 해당 처리실(5) 내를 진공 상태로 한다. 다음은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 감압관(33)의 개폐 밸브(34) 및 게이트 밸브(35)를 닫아서 처리실(5) 내를 진공 상태로 유지한 채 공급 펌프(12)를 작동시키면서, 동시에 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 열어서 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)을 가압하여 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 덮도록 처리실(5) 내부로 공급하여 처리실(5) 내의 공간 전체가 용융 금속(M)에 의해 채워지도록 한다. 상술한 바와 같이, 처리실(5) 내는 감압기(31)에 의해 진공 상태로 되어 있으며, 처리실(5) 내에 지지된 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내도 진공 상태로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(K)의 전면을 덮도록 용융 금속(M)을 공급하는 것으로서, 해당 용융 금속(M)이 상기 미소한 공간 내에 충진되며, 나아가 처리실(5) 내의 공간 전체가 용융 금속(M)에 의해 채워지도록 공급하는 것으로서, 공급 펌프(12)의 원압(元壓)이 처리실(5) 내의 용융 금속(M)으로 전해져서 이것이 가압되어 처리실(5) 내의 용융 금속(M)이 보다 강한 힘으로 미소한 공간 내에 충진된다. 이에 의해, 공극이나 보이드가 없는 양호한 상태로 상기 미소한 공간 내에 금속을 충진할 수 있다. 다음은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 공급관(13)의 개폐 밸브(14)를 닫은 후 회수관(21)의 개폐 밸브(22)를 열고, 이렇게 한 후에 상기 가압기(7)로 제2 본체(4)를 더 하방으로 이동시켜 그 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 처리실(5) 내의 용적이 수축하고, 이에 따라 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여, 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(21)을 경유하여 공급용 탱크(11)로 회수된다. 이 때, 회수관(21)에는 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있으므로, 처리실(5) 내의 용융 금속(M)은 그 압력이 소정의 압력으로 유지된다. 그리고 스로틀 밸브(23)에 의해 유지되어야 할 용융 금속(M)의 압력은 미소한 공간에 충진되는 금속에 공극이나 보이드가 생기지 않는 압력으로서 경험적으로 설정되는 것이며, 상기 스로틀 밸브(23)는 처리실(5) 내의 용융 금속(M)의 압력이 상기 소정의 압력으로 유지되는 개도(開度)가 되도록 조정된다. 그리고 회수 조작 중에도 공급 펌프(12)를 동작시켜 두면 처리실(5) 내의 용융 금속(M)의 압력을 확실하게 유지할 수 있으므로 보다 바람직하다. 또한, 제2 본체(4)의 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 하고 있으므로, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)을 해당 반도체 웨이퍼(K) 위에서 제거하여 이를 극소량으로 할 수 있다. 이리하여, 상기 가압기(7)의 작용은 용융 금속(M)의 회수에 직접적으로 관여하는 것으로서, 용융 금속 회수 기구(20)와 협동(協動)하는 것으로 용융 금속(M)의 회수가 이루어진다. 따라서 가압기(7)는 본 발명에 있어서의 용융 금속 회수 기능의 일부를 책임지는 것이다. 그리고 상기 제2 본체(4)를 하방으로 이동시켜 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)을 밀어낼 때에는, 제2 본체(4)와 반도체 웨이퍼(K)와의 밀착성을 높이는 것이 바람직하므로, 제2 본체(4)에서 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 접하는 영역은 탄성이나 내열성이 우수한 테프론(등록상표, 폴리테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)) 등에 의해 표면 처리를 해 두는 것이 바람직하다. 이상과 같이 하여, 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)을 회수한 다음, 다음으로 회수관(21)의 개폐 밸브(22) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 후, 가스 공급관(42)의 개폐 밸브(43) 및 게이트 밸브(35)를 열어서 가스 공급기(41)로부터 처리실(5) 내로 비활성 가스를 공급하는 동시에, 폐기관(27)의 게이트 밸브(28)를 열어서 처리실(5) 내로 공급된 비활성 가스를 폐기 탱크(26)로 배기한다. 이에 의해, 처리실(5) 내가 비활성 가스에 의해 소기(掃氣)되고, 이러한 비활성 가스 가스류에 의해 처리실(5) 내에 잔류하는 얼마 안 되는 용융 금속(M), 다시 말하면, 제2 본체(4)의 이동에 의해 회수되지 않은 용융 금속(M)이 게이트 밸브(28)로부터 폐기관(27)을 경유하여 폐기 탱크(26)로 회수된다. 또한, 이 경우, 제2 본체(4)의 가압부(4a)의 하면 외주에, 예를 들면, O링 등의 실링(sealing) 부재를 마련하여, 가압부(4a)의 하면이 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 맞닿았을 때에 반도체 웨이퍼(K) 표면에 형성된 미소한 공간이 존재하는 영역이 이러한 실링 부재에 의해 둘러싸여 실링되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 실링 부재에 의해 둘러싸인 영역과 비활성 가스가 존재하는 외부 영역을 기밀하게 차단할 수 있어, 상기 소기에 의해 미소한 공간 내의 용융 금속(M)과 비활성 가스와의 치환이 생기는 것을 방지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 여분의 용융 금속(M)의 대부분은 제2 본체(4)를 반도체 웨이퍼(K)에 맞닿도록 이동시키는 것으로 회수되지만, 도 4에 나타내는 바와 같이 처리실(5)의 바닥면과 반도체 웨이퍼(K)의 상면과의 단차에 의해 생기는 공간에는 여전히 용융 금속이 남게 된다. 이와 같은 용융 금속(M)은, 처리실 내에 긴 시간 체류함으로써 변질될 가능성이 있으며, 변질된 용융 금속(M)이 체류하면 다음 반도체 웨이퍼(K)를 처리할 때에 공급되는 용융 금속(M)과 혼합되어 충진 금속이 불량이 될 우려가 있다. 따라서 재이용할 수 없는 용융 금속(M)을 상기 폐기 처리에 의해 폐기 탱크(26)로 회수함으로써, 충진 처리 후의 처리실(5) 내를 여분의 용융 금속(M)이 존재하지 않는 청정한 상태로 할 수 있고, 복수의 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 연속적으로 충진 처리를 실시할 경우에도, 고품질의 금속 충진을 계속해서 실시할 수 있다. 상술한 폐기 처리를 종료하면, 그 다음은 게이트 밸브(28), 개폐 밸브(43) 및 게이트 밸브(35)를 닫는 동시에, 제1 본체(3) 및 제2 본체(4)의 가열을 정지하여 이들을 용융 금속(M)의 융점 이하의 온도까지 냉각해서 반도체 웨이퍼(K)에 충진된 용융 금속(M)을 고착화시킨다. 이어서, 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 상방의 초기 위치로 이동시켜, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 본체(3)와 제2 본체(4)를 분리하고, 반도체 웨이퍼(K)를 제1 본체(3)에서 꺼내어 하나의 반도체 웨이퍼(K)에 대한 금속 충진 처리를 종료한다. 그리고 복수의 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 연속적으로 충진 처리를 실시할 경우에는 상기의 처리를 반복해서 실행한다.
3. 정리 상술한 바와 같이, 본 예의 금속 충진 장치(1)에 의하면, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)을 가압기(7) 및 용융 금속 회수 기구(20)의 작용으로 해당 반도체 웨이퍼(K) 위에서 공급용 탱크(11)로 회수하여 재이용하도록 하고 있으므로, 사용하는 금속 재료의 낭비를 줄일 수 있어서 금속 충진에 있어서의 재료 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 용융 금속(M)을 회수할 때에, 제2 본체(4)의 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿도록 하고 있으므로, 미소한 공간 내에 충진되지 않고, 반도체 웨이퍼(K) 위에 남은 여분의 금속을 극소량으로 할 수 있어서 금속 충진에 필요한 재료 비용을 극한까지 저감시킬 수 있다. 또한, 냉각 후에 불필요한 고체화된 금속을 반도체 웨이퍼(K) 위에서 제거하는 수고를 최소한으로 억제할 수 있다. 나아가, 상기 회수관(21)에 스로틀 밸브(23)를 설치하고 있으므로, 용융 금속(M)을 회수할 때에, 개폐 밸브(22)을 열어서 공급용 탱크(11) 내와 처리실(5) 내를 연통 상태로 하더라도 공급용 탱크(11) 내의 진공압이 처리실(5) 내에 작용하는 일은 없으며, 해당 처리실(5) 내를 가압 상태로 유지할 수 있어서 양호한 충진성을 유지할 수 있다. 그리고 용융 금속(M)을 공급용 탱크(11)로 회수하는 경로는 용융 금속(M)의 열화(특히, 산화)를 막기 위해서 외기에 접촉하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)은 이를 적절한 교반기(교반 프로펠라 등)로 교반하는 것이 바람직하다. 회수된 용융 금속(M)은 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)과 혼합되지만, 이들을 교반함으로써 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)의 상태를 균일한 것으로 할 수 있고, 안정된 품질의 금속 충진을 실현할 수 있다. 그리고 충진 불량 혹은 전극 성능 불량의 원인이 되는 용융 금속의 산화물은 위로 뜨기 때문에, 이를 뒤섞어서 교반하는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 금속 충진 처리를 하기 전의 대기 시에는, 공급관(13) 및 회수관(21) 내에 용융 금속(M)이 체류하게 되지만, 이 경우에는 개폐 밸브들(14, 22)을 적절하게 제어하는 동시에, 공급 펌프(12)를 작동시켜서 용융 금속(M)을 공급용 탱크(11)→공급관(13)→공급 펌프(12)→회수관(21)→공급용 탱크(11)의 경로로 순환시키도록 하면 좋다. 가열한 용융 금속(M)을 이들 부재 사이에서 순환시키는 것에 의해 용융 금속(M)이 일부 부재에 정체되어 변질되는 것 등을 막을 수 있다. 또한, 공급관(13) 및 회수관(21)은 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 용융 금속(M)이 차가워져서 고착화되지 않도록 공급관(13) 및 회수관(21)을 용융 금속(M)의 융점 이상의 온도로 가열해 놓을 필요가 있지만, 관의 길이가 길어질수록 여분의 히터나 그 전력이 필요해지기 때문이다. 또한, 관의 길이가 길면 온도차에 의해 배관의 일부에서 용융 금속(M)이 응고 혹은 변질될 우려가 있지만, 배관이 짧으면 배관상의 온도를 총길이에 걸쳐 균온화(均溫化)하기 쉽다. 다음은, 상기 금속 충진 장치(1)의 변형예에 대해서 설명한다.
제1 실시 형태에 있어서의 변형예 1 도 5는 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(50)의 구성을 나타내는 설명도이다. 또한, 이러한 금속 충진 장치(50)는 상술한 금속 충진 장치(1)의 용융 금속 회수 기구(20) 대신에 이와는 구성이 다른 용융 금속 회수 기구(51)를 구비한 것이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는, 상술한 금속 충진 장치(1)의 경우와 같으므로 그 자세한 설명은 생략하고, 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 용융 금속 회수 기구(51)는, 회수된 용융 금속(M)이 저류되는 회수용 탱크(52), 일단이 상기 처리부 본체(2)와 상기 공급 펌프(12) 사이의 상기 공급관(13)에 연결되고, 타단이 상기 회수용 탱크(52)에 연결된 회수관(53), 이러한 회수관(53)에 개재되어 있는 개폐 밸브(54) 및 스로틀 밸브(55), 일단이 상기 회수용 탱크(52)에 연결되고, 타단이 상기 공급용 탱크(11)에 연결된 환류관(57), 이러한 환류관(57)에 개재된 환류용 펌프(56), 이와 같은 환류용 펌프(56)와 상기 공급용 탱크(11) 사이의 환류관(57)에 개재된 개폐 밸브(58), 그리고 일단이 회수용 탱크(52)에 연결되고, 타단이 상기 감압관(32)에 연결되는 감압관(59)으로 구성된다. 또한, 상기 회수 탱크(52)는 용융 금속(M)이 용융 상태를 유지할 수 있도록 그 융점 이상의 온도로 가열되고 있으며, 상기 회수관(53), 개폐 밸브(54), 스로틀 밸브(55), 환류용 펌프(56), 환류관(57) 및 개폐 밸브(58)에 대해서도 각각 적어도 용융 금속(M)이 유통되는 부분이 동일하게 가열되고 있으며, 이에 의해 용융 금속(M)이 냉각되어 고착화되는 것이 방지된다. 이와 같은 금속 충진 장치(50)에 의하면, 개폐 밸브(54)를 닫은 상태에서 상기의 금속 충진 장치(1)와 같은 조작을 실시하는 것에 의해 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내에 용융 금속(M)이 충진된다. 그리고 개폐 밸브(14)를 닫고, 개폐 밸브(54)를 연 상태에서, 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 상기 대기 위치에서 가압 위치로 이동시켜 그 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 하면 처리실(5) 내의 용적이 수축하고, 이에 따라 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(53)을 경유하여 회수용 탱크(52)로 회수된다. 이 때, 회수관(53)에는 스로틀 밸브(55)가 설치되어 있으므로, 처리실(5) 내의 용융 금속(M)은 그 압력이 소정의 압력으로 유지된다. 그리고 이와 같이 하여 회수용 탱크(52)에 소정량의 용융 금속(M)이 회수되면, 개폐 밸브(58)를 연 상태에서 환류용 펌프(56)를 구동하여 회수용 탱크(52) 내의 용융 금속(M)을 환류관(57)을 통해 공급용 탱크(11)로 환류시킨다. 이리하여, 이러한 금속 충진 장치(50)에 의해서도 상술한 금속 충진 장치(1)와 같은 효과를 가진다. 그리고 이와 같은 금속 충진 장치(50)에 있어서, 상기 환류용 펌프(56), 환류관(57) 및 개폐 밸브(58)로 구성되는 환류 기구부는 반드시 필요한 것은 아니며, 적당량의 용융 금속(M)이 회수용 탱크(52)로 회수된 단계에서 수동 조작에 의해 회수용 탱크(52) 내의 용융 금속(M)을 공급용 탱크(11)로 되돌리도록 해도 좋다.
제1 실시 형태에 있어서의 변형예 2 도 6은 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(60)의 구성을 나타내는 설명도이다. 이러한 금속 충진 장치(60)는 상술한 금속 충진 장치(1)의 용융 금속 회수 기구(20) 대신에 이와는 구성이 다른 용융 금속 회수 기구(61)를 구비한 것이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는 상기 금속 충진 장치(1)의 경우와 같으므로 그 자세한 설명은 생략하고, 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 용융 금속 회수 기구(61)는, 일단이 상기 처리부 본체(2)와 상기 공급 펌프(12) 사이의 상기 공급관(13)에 연결되고, 타단이 상기 공급용 탱크(11)에 연결된 회수관(62), 이러한 회수관(62)에 개재된 개폐 밸브(63) 및 스로틀 밸브(64), 그리고 상기 회수관(62)에 연결된 버퍼 탱크(65)로 구성된다. 상기 버퍼 탱크(65)는 그 내부에 스프링(65a) 및 이러한 스프링(65a)에 의해 상기 회수관(62) 측으로 부세되는 가동판(65b)을 구비하고 있으며, 회수관(62)과의 연결부와 가동판(65b) 사이에 수용 공간(65c)이 형성된 구성을 구비하고 있다. 그리고 스프링(65a)은 수용 공간(65c) 내에 수용된 용융 금속(M)을 가동판(65b)을 통해 그 스프링 계수에 따른 부세력으로 가압한다. 또한, 이와 같은 금속 충진 장치(60)에 있어서도, 용융 금속(M)이 용융 상태를 유지할 수 있도록, 회수관(62), 개폐 밸브(63) 및 스로틀 밸브(64) 중에서 적어도 용융 금속(M)이 유통되는 부분 및 버퍼 탱크(65)가 용융 금속(M)의 융점 이상의 온도로 가열되고 있다. 이러한 금속 충진 장치(60)에 의하면, 개폐 밸브(63)를 닫은 상태에서 상기의 금속 충진 장치(1)와 같은 조작을 실시하는 것에 의해 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내에 용융 금속(M)이 충진된다. 그리고 상기 스프링(65a)의 스프링 계수는 해당 스프링(65a)의 부세력에 의해 상기 수용 공간(65c) 내의 용융 금속(M)에 작용하는 압력이 상기 공급용 펌프(12)의 토출압(원압(元壓))보다도 높은 압력이 되도록 설정되어 있으며, 따라서 금속 충진 조작 시, 공급용 펌프(12)로부터 토출된 용융 금속(M)이 이러한 버퍼 탱크(65)로 흘러 들어가지 않게 되어 있다. 다음은, 개폐 밸브(14) 및 개폐 밸브(63)를 닫은 상태에서, 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 상기 대기 위치에서 상기 가압 위치로 이동시키고, 그 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 처리실(5) 내의 용적이 수축되고, 이에 따라서 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(62)을 경유하여 버퍼 탱크(65)의 수용 공간(65c)으로 일시적으로 회수된다. 그리고 당연하지만, 상기 가압기(7)는 상기 스프링(65a)에 의해 상기 수용 공간(65c) 내의 용융 금속(M)에 작용하는 압력보다도 높은 압력이 생기도록 상기 처리실(5) 내의 용융 금속(M)을 가압한다. 이와 같이 하여, 처리실(5) 내의 용융 금속(M)을 버퍼 탱크(65)의 수용 공간(65c)으로 회수한 후, 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(63)를 열면, 버퍼 탱크(65) 내로 회수된 용융 금속(M)이 스프링(65a)의 부세력에 의해 회수관(62)으로 밀려나와서 이 회수관(62)을 통해 공급용 탱크(11)로 회수된다. 그리고 회수관(62)에 설치된 스로틀 밸브(64)는 버퍼 탱크(65)에서 공급용 탱크(11)로 흐르는 용융 금속(M)의 유속을 제어하는 역할을 하여, 이와 같은 용융 금속(M)이 공급용 탱크(11)를 향해 빠른 속도로 흘러서 이 공급용 탱크(11) 내가 어지럽게 휘저어지는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 이리하여, 이러한 금속 충진 장치(50)에 의해서도 상술한 금속 충진 장치(1)와 같은 효과가 난다. 그리고 상기 버퍼 탱크(65)의 스프링(65a)은 이에 한하는 것은 아니며, 상기 수용 공간(65c) 내의 용융 금속에 대하여 필요한 상기 부세력을 가할 수 있는 푸쉬 백 기구로서 기능하는 것이라면, 어떤 구성을 가져도 좋고, 예를 들면, 가동판(65b)의 배면에 가스압을 작용시키는 구성이나, 적절한 액츄에이터에 의해 가동판(65b)의 배면에 작용력을 가하는 구성을 갖는 것이라도 좋다.
제1 실시 형태에 있어서의 변형예 3 도 7은 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(70)의 구성을 나타내는 설명도이다. 그리고 이와 같은 금속 충진 장치(70)는, 상술한 금속 충진 장치(1)의 구성에서 상기 용융 금속 회수 기구(20)를 제거하는 동시에 공급용 펌프로서, 도 8에 나타낸 플런저 펌프(71)를 이용하여 이 플런저 펌프(71)에 금속 회수 기구의 기능을 가지게 한 형태의 것이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는, 상기 금속 충진 장치(1)의 경우와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하고 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 예의 금속 충진 장치(70)를 구성하는 플런저 펌프(71)는, 원통 형상의 내부 공간의 한쪽 측이 실린더실(72a), 다른 한쪽 측이 가압실(72b)로 된 본체(72), 이러한 본체(72)의 내부 공간 내에 배치되는 플런저(73), 그리고 상기 실린더실(72a)과 가압실(72b)을 액밀 구조로 구획하는 벨로우즈(74)로 구성된다. 상기 플런저(73)는, 상기 실린더실(72a)에 감합되는 피스톤부(73a), 상기 가압실(72b)에 위치하며 상기 피스톤부(73a)보다 작은 직경으로 형성된 가압부(73b), 그리고 이들 피스톤부(73a)와 가압부(73b)를 연결하는 연결부(73c)로 구성된다. 또한, 상기 벨로우즈(74)는 그 한쪽이 상기 실린더실(72a)과 가압실(72b)과의 경계부의 상기 본체(72)의 내벽에 고정 설치되며, 다른 한쪽이 가압부(73b)에 고정 설치되어서 상술한 바와 같이 실린더실(72a)과 가압실(72b)을 액밀(液密) 구조로 구획한다. 또한, 상기 본체(72)에는, 상기 실린더실(72a)의 상기 피스톤부(73a)를 사이에 둔 양측의 영역 내, 도 8에 있어서 상측(가압측)의 영역으로 통하는 가압측 포트(72c), 하측(리턴측)의 영역으로 통하는 리턴측 포트(72d)가 각각 형성되어 있으며, 이들 가압측 포트(72c) 및 리턴측 포트(72d)에 전환 밸브(75)에 의해 전환되어서 적절한 압유 공급원으로부터 압유가 공급된다. 나아가, 상기 본체(72)에는 가압실(72b)로 통하는 흡입 포트(72e) 및 토출 포트(72f)가 형성되어 있으며, 흡입 포트(72e)에는 상기 공급용 탱크(11)에 연결되는 공급관(13a)이 연결되고, 토출 포트(72f)에는 게이트 밸브(15)에 연결되는 공급관(13b)이 연결되어 있다. 이러한 금속 충진 장치(70)에 의하면, 상기 금속 충진 장치(1)와 같은 조작을 실시하는 것으로, 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내에 용융 금속(M)이 충진된다. 이 때, 플런저 펌프(71)는 이하의 동작으로 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)을 처리부 본체(1)의 처리실(5) 내로 공급한다. 즉, 플런저 펌프(71)는, 먼저 개폐 밸브(14)를 연 상태에서 리턴측 포트(72d)로부터 리턴측의 실린더실(72a)로 압유가 공급되는 것에 의해, 플런저(73)가 상방으로 이동하고, 이에 의해 가압실(72b) 내의 용적이 확대되어, 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)이 공급관(13)을 경유하여 상기 흡입 포트(72e)로부터 가압실(72b) 내로 흡입된다. 이어서, 개폐 밸브(14)를 닫은 상태에서 가압측 포트(72c)로부터 가압측의 실린더실(72a)로 압유가 공급되는 것에 의해 플런저(73)가 하방으로 이동하고, 이에 의해 가압실(72b) 내의 용적이 수축하여 가압실(72b) 내의 용융 금속(M)이 가압되고, 가압된 용융 금속(M)이 토출 포트(72f)로부터 토출되어 공급관(13) 및 게이트 밸브(15)를 경유하여 상기 처리실(5) 내로 공급된다. 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내로 용융 금속(M)이 충진되면, 그 다음에 개폐 밸브(14)를 닫은 상태에서, 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 상기 대기 위치에서 가압 위치로 이동시키고, 그 가압부(4a)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 처리실(5) 내의 용적이 수축되고, 이에 따라서 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와 역류하여 공급관(13)을 경유해서 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 유입된다. 그리고 상기 가압기(7)는 플런저 펌프(71)의 토출압보다도 높은 압력이 생기도록 상기 처리실(5) 내의 용융 금속(M)을 가압하도록 되어 있으며, 이에 의해 플런저(73)가 상방으로 이동하여 가압측의 실린더실(72a) 내의 압유가 가압측 포트(72c)로부터 상류측으로 되돌려지고, 이에 따라 가압실(72b)의 용적이 확대되어, 상술한 바와 같이 처리실(5) 내의 용융 금속(M)이 역류하여 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 유입된다. 이와 같이 하여, 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)을 일단 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 회수한 후, 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(14)를 열면, 플런저 펌프(71)의 플런저(73)가 그 가압측의 실린더실(72a)에 작용하는 압유에 의해 하방으로 이동하고, 가압실(72b) 내의 용융 금속(M)을 공급관(13)으로 밀어내어 밀려나온 용융 금속(M)이 해당 공급관(13)을 지나 공급용 탱크(11)로 회수된다. 이와 같이, 공급 펌프로서 플런저 펌프(71)와 같은 역류하는 용융 금속을 수용 가능하도록 구성된 것을 이용하면, 이러한 플런저 펌프(71)에 용융 금속 회수 기구로서의 기능이 가능하도록 할 수 있고, 상술한 예와 같은 특별한 기구를 설치할 필요가 없다. 따라서 장치의 구조를 간편한 것으로 할 수 있는 동시에, 용융 금속(M)이 차가워져서 고착화되지 않도록 히터로 가열해야 하는 영역도 최소한으로 할 수 있으므로, 장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
제2 실시 형태 다음은 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 도 9에 근거하여 설명한다. 1. 장치 구성 먼저, 제2 실시 형태에 따른 금속 충진 장치의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 예의 금속 충진 장치(100)는, 처리부 본체(110), 가압기(7), 용융 금속 공급 기구(10), 용융 금속 회수 기구(20), 폐기 기구(25), 감압 기구(30), 그리고 가스 공급 기구(40)의 각 부들로 구성된다. 또한, 가압기(7), 용융 금속 공급 기구(10), 용융 금속 회수 기구(20), 폐기 기구(25), 감압 기구(30) 및 가스 공급 기구(40)는, 처리부 본체(110)로의 연결이 상술한 금속 충진 장치(1)와는 다르지만, 그 외의 구성은 동일하므로 동일한 부호들을 첨부하고 그 자세한 설명은 생략한다. 상기 처리부 본체(100)는, 상기 반도체 웨이퍼(K)를 지지하는 지지 부재(111)와 내부 공간을 가지며, 일단이 상기 지지 부재(111)과 대향하며 설치되는 실린더 형상의 부재(112), 그리고 이러한 실린더 형상의 부재(112)의 내부 공간 내로 진퇴가 자유로우면서 동시에 기밀한 구조로 삽입된 가압 부재(113)로 구성된다. 또한, 이와 같은 처리부 본체(100)는 적절한 가열기에 의해 용융 금속(M)의 융점 이상의 온도로 가열되고 있다. 상기 지지 부재(111)는 도시하지 않은 승강 기구에 의해 상하 이동하도록 구성되어 있으며, 이러한 승강 기구(도시되지 않음)에 의해 하방으로 이동했을 때, 지지 부재(111)와 실린더 형상의 부재(112)가 분리되어, 지지 부재(111) 위에 반도체 웨이퍼(K)를 재치(載置)하는 것이 가능해지고, 상기 승강 기구(도시되지 않음)에 의해 상방으로 이동했을 때, 그 상면이 실린더 형상 부재(112)의 하면에 맞닿아서 이들이 기밀 구조로 장착된다. 또한, 실린더 형상의 부재(112)의 하면에는 지지 부재(111)에 지지된 반도체 웨이퍼(K)를 수납하는 수납 오목부(112a)가 형성되어 있으며, 지지 부재(111) 및 실린더 형상의 부재(112)는 반도체 웨이퍼(K)가 지지 부재(111) 위에 지지되면서 동시에 실린더 형상의 부재(112)의 수납 오목부(112a)에 수납된 상태로 장착된다. 이와 같이 하여 지지 부재(111)와 실린더 형상의 부재(112)가 장착되면, 반도체 웨이퍼(K), 실린더 형상의 부재(112) 및 가압 부재(113)에 의해 기밀한 처리실(114)이 형성된다. 그리고 이와 같이 구성하는 것으로서, 반도체 웨이퍼(K)가 실린더 형상의 부재(112)에 의해 눌려져서 처리실(114) 내로 용융 금속(M)을 공급했을 때에 반도체 웨이퍼(K)의 부상(浮上)이나, 반도체 웨이퍼(K)의 이면으로 용융 금속(M)이 흘러들어가는 것을 방지할 수 있어서 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실린더 형상의 부재(112)의 내경을 반도체 웨이퍼(K)의 외경보다도 큰 직경으로 하여 반도체 웨이퍼(K)가 실린더 형상의 부재(112)의 내부 공간 내로 들어가도록 해도 좋다. 이 경우, 지지 부재(111), 실린더 형상의 부재(112) 및 가압 부재(113)에 의해 기밀한 처리실(114)이 형성된다. 또한, 실린더 형상의 부재(112)는, 상기 처리실(114)을 형성하는 큰 직경의 내경부 및 이보다 작은 직경의 내경부를 가지고 있으며, 이와 같은 작은 직경의 내경부에 상기 가압 부재(113)가 기밀하게 삽입되어, 가압 부재(113)의 외주면과 상기 큰 직경의 내주면과의 사이에 극간이 생기게 되어 있다. 나아가, 실린더 형상의 부재(112)에는 가능한 한 상기 수납 오목부(112a)에 접근시킨 위치에, 상기 용융 금속 공급 기구(10)의 게이트 밸브(15) 및 폐기 기구(25)의 게이트 밸브(28)가 상기 처리실(114) 내로 통하도록 설치되며, 또한, 상기 감압 기구(30)의 게이트 밸브(35)가 상기 큰 직경의 내경부의 상부 위치에 상기 처리실(114) 내로 통하도록 설치되어 있다. 또한, 상기 가압기(7)는 상기 가압 부재(113)를 그 하면이 지지 부재(111)에 지지된 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿는 가압 위치 및 반도체 웨이퍼(K)의 표면에서 소정의 거리만큼 이격된 대기 위치 사이에서 이동시킨다. 그리고 도 9에 있어서, 가압기(7)를 가압 부재(113)의 중심에서 어긋난 위치에 연결시킨 상태로 그리고 있지만, 이는 도면 작성의 편의를 위한 것으로, 바람직한 형태로서는 가압기(7)는 가압 부재(113)의 중심 위치에 연결된다.
2. 금속 충진 조작 다음은, 상술한 구성을 구비하는 금속 충진 장치(100)에 의한 금속 충진의 조작 순서에 대해서 설명한다. 그리고 여기서는, 금속 충진 및 여분의 용융 금속을 회수하는 조작 순서에 대해서 주로 설명하고, 바람직한 형태 등의 부가적인 요소에 대해서는 상술한 금속 충진 장치(1)의 경우와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다. 우선, 도 9에 나타내는 바와 같이, 지지 부재(111) 위에 반도체 웨이퍼(K)를 지지한 상태에서 지지 부재(111)와 실린더 형상의 부재(112)를 장착한다. 이 때, 가압기(7)는 가압 부재(113)를 대기 위치에 위치시킨다. 또한, 공급용 탱크(11) 내는 감압기(31)에 의해 진공 상태가 되어 있고, 게이트 밸브들(15, 28, 35)은 각각 닫혀 있으며, 개폐 밸브들(14, 22, 34, 43)도 각각 닫혀 있다. 그 다음, 개폐 밸브(34) 및 게이트 밸브(35)를 열어서 감압관(33)을 통해 처리실(114) 내의 공기를 배기하여 공급용 탱크(11)와 동일하게 해당 처리실(114) 내를 진공 상태로 만든다. 다음으로, 처리실(114) 내를 진공 상태로 유지한 채, 공급 펌프(12)를 작동시키면서 동시에 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 열어, 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)을 가압하여 반도체 웨이퍼(K)의 전면(全面)을 덮도록 처리실(114) 내부로 공급하여, 적어도 가압 부재(113)의 하단부가 용융 금속(M)에 침지되도록 해당 용융 금속(M)을 공급한다. 이에 의해, 감압기(31)에 의해 진공 상태가 된 반도체 웨이퍼(K)의 미소한 공간 내에 용융 금속(M)이 충진된다. 그리고 상술한 바와 같이, 용융 금속(M)의 표면 장력의 영향을 적게 하거나, 반도체 웨이퍼(K)의 바람직하지 않은 습윤성을 보충하거나 하여 충분한 금속 충진을 실시하기 위해서는, 어느 정도 다량의 용융 금속(M)으로 반도체 웨이퍼(K)를 덮는 것이 바람직하다. 예를 들면, 10㎜ 정도의 두께로 용융 금속(M)을 공급하면, 반도체 웨이퍼(K)의 모든 영역이 충분한 분량의 용융 금속(M)으로 덮어지므로, 미소한 공간 내를 안정적으로 금속 충진할 수 있다. 따라서 가압기(7)에 의해 위치 결정되는 가압 부재(113)의 상기 대기 위치는 해당 가압 부재(113)의 하면과 반도체 웨이퍼(K)의 상면 사이의 간격이 반도체 웨이퍼(K) 위에 형성되어야 하는 용융 금속(M)의 두께 이상이 되도록 설정된다. 다음으로, 개폐 밸브(34)를 닫고, 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(43)를 열어 가스 공급기(41)로부터 가스 공급관(42)을 통해 처리실(114) 내로 가압된 비활성 가스를 공급하여 해당 처리실(114) 내를 가압한다. 이에 의해, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)이 가압되어 이 가스 압력에 의해 용융 금속(M)이 미소한 공간 내에 충진되기 때문에, 공극이나 보이드가 없는 양호한 상태로 충진된다. 그리고 가압 부재(113)의 하단부가 용융 금속(M)에 침지되도록 용융 금속(M)을 공급하고 있으므로, 처리실(114) 내로 비활성 가스를 공급하여 용융 금속(M)을 가압했을 때, 가압 부재(113)의 하면과 반도체 웨이퍼(K) 표면의 사이에 비활성 가스가 흘러들어가는 일이 없이 겨우 충진한 미소한 공간 내의 용융 금속(M)이 비활성 가스로 치환되는 불상사가 생기는 일은 없다. 다음으로, 가압기(7)에 의해 가압 부재(113)를 하방의 가압 위치로 이동시켜서 그 하면을 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)이 해당 반도체 웨이퍼(K) 위로 밀려 나온다. 이어서, 공급관(13)의 개폐 밸브(14)를 닫은 상태에서 회수관(21)의 개폐 밸브(22) 및 게이트 밸브(15)를 연다. 이에 의해, 처리실(114) 내에서 비활성 가스에 의해 가압되어 있는 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류되어 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(21)을 경유하여 공급용 탱크(11)로 회수된다. 이 때, 회수관(21)에는 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있으므로, 처리실(5) 내의 용융 금속(M)은 그 압력이 소정의 압력으로 유지된다. 그리고 용융 금속(M)의 액면이 저하되어 게이트 밸브(15)로부터 비활성 가스가 배기되면, 이와 같은 비활성 가스가 공급관(13), 공급 펌프(12) 또는 공급용 탱크(11)로 스며들어가게 되므로, 회수 조작은 게이트 밸브(15)로부터 비활성 가스가 배기되기 전에 종료하는 것이 바람직하다. 또한, 배출에 의해 용융 금속(M)의 액면이 저하되어 이것이 반도체 웨이퍼(K) 표면에 근접하면, 미소한 공간 내의 용융 금속(M)과 비활성 가스와의 치환이 생길 우려가 있다. 따라서 이와 같은 불상사를 방지하기 위해서, 가압 부재(113)의 하면 외주에, 예를 들면, O링 등의 실링 부재를 마련하여, 가압 부재(113)의 하면이 반도체 웨이퍼(K)의 표면과 맞닿았을 때에, 반도체 웨이퍼(K) 표면에 형성된 미소한 공간이 존재하는 영역이 이와 같은 실링 부재에 의해 둘러싸여 실링되도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 상기 실링 부재에 의해 둘러싸이는 영역과 비활성 가스가 존재하는 외부 영역을, 기밀하게 차단할 수 있어서 상술한 치환이 생기지 않는다. 이리하여, 상기 가스 공급 기구(40)의 작용은 용융 금속(M)의 회수에 직접적으로 관여하는 것으로, 용융 금속 회수 기구(20)와 협동(協動)함으로써 용융 금속(M)의 회수를 완수한다. 따라서 가스 공급 기구(40)는 본 발명에 있어서의 용융 금속 회수 기능의 일부를 책임지는 것이다. 상술한 바와 같이, 처리실(114) 내의 여분의 용융 금속(M)을 회수한 후, 그 다음에 개폐 밸브(22) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 후에 게이트 밸브(28)를 열어서 처리실(114) 내로 공급된 비활성 가스를 폐기 탱크(26)로 배기한다. 이에 의해, 처리실(114) 내가 비활성 가스에 의해 소기되며, 이러한 비활성 가스 가스류에 의해 처리실(114) 내에 잔류하는 극소의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(28)로부터 폐기관(27)을 경유하여 폐기 탱크(26)로 회수된다. 그리고 이와 같은 소기의 조작에 있어서도, 상술한 바와 같이 가압 부재(113)의 하면 외주에 O링 등의 실링 부재를 마련하는 것으로, 상기 소기의 조작에 의해 미소한 공간 내의 용융 금속(M)과 비활성 가스와의 치환이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이어서, 게이트 밸브(28), 개폐 밸브(43) 및 게이트 밸브(35)를 닫은 후, 처리부 본체(110)의 가열을 정지하고, 이를 용융 금속(M)의 융점 이하의 온도까지 냉각하여 반도체 웨이퍼(K)에 충진된 용융 금속(M)을 고착화시킨다. 이어서, 가압기(7)로 가압 부재(113)를 상방의 대기 위치로 이동시킨 후, 상기 승강 기구(도시되지 않음)에 의해 지지 부재(111)를 하방으로 이동시키고, 이를 실린더 형상의 부재(112)로부터 분리하여 지지 부재(111) 위의 반도체 웨이퍼(K)를 꺼내서 하나의 반도체 웨이퍼(K)에 대한 금속 충진 처리를 종료한다. 그리고 복수의 반도체 웨이퍼(K)에 대하여 연속적으로 충진 처리를 실시할 경우에는, 상술한 처리를 반복적으로 수행한다.
3. 정리 상술한 바와 같이, 본 예의 금속 충진 장치(100)에 따라서도, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)을 가압기(7) 및 용융 금속 회수 기구(20)의 작용으로 해당 반도체 웨이퍼(K) 위에서 공급용 탱크(11)로 회수하여 재이용하도록 하고 있으므로, 사용하는 금속 재료의 낭비를 적게 할 수 있고, 금속 충진에 있어서의 재료 비용을 저감할 수 있다. 또한, 용융 금속(M)을 회수할 때에, 가압 부재(113)를 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿도록 하고 있으므로, 미소한 공간 내에 충진되지 않고 반도체 웨이퍼(K) 위에 남은 여분의 금속을 극소량으로 할 수 있고, 금속 충진에 필요한 재료 비용을 극한까지 저감시킬 수 있다. 또한, 냉각 후에 불필요한 고체화된 금속을 반도체 웨이퍼(K) 위에서 제거하는 수고를 최소한으로 억제할 수 있다. 나아가, 상기 회수관(21)에 스로틀 밸브(23)를 설치하고 있으므로, 용융 금속(M)을 회수할 때에, 개폐 밸브(22)를 열어서 공급용 탱크(11) 내와 처리실(114) 내를 연통 상태로 하더라도, 공급용 탱크(11) 내의 진공압이 처리실(114) 내에 작용하는 일 없이 해당 처리실(114) 내를 가압 상태로 유지할 수 있어서 양호한 충진성을 유지할 수 있다. 다음은, 상술한 금속 충진 장치(100)의 변형예에 대해서 설명한다.
제2 실시 형태에 있어서의 변형예 1 도 10은 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(120)의 구성을 나타내는 설명도이다. 이와 같은 금속 충진 장치(120)는, 상술한 금속 충진 장치(100)의 용융 금속 회수 기구(20) 대신에 상술한 금속 충진 장치(50)의 용융 금속 회수 기구(51)를 구비한 것이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는, 상기 금속 충진 장치(100)의 경우와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하고, 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 이러한 금속 충진 장치(120)에 의하면, 개폐 밸브(54)를 닫은 상태에서, 상기한 금속 충진 장치(100)와 같은 조작을 실시하는 것으로서 처리실(114) 내로 용융 금속(M)이 공급된다. 이후, 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서, 게이트 밸브(35) 및 개폐 밸브(43)를 열어 가스 공급기(41)로부터 가스 공급관(42)을 통해 처리실(114) 내로 가압된 비활성 가스를 공급하여 해당 처리실(114) 내를 가압한다. 이에 의해, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)이 가압되고, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)은 가스 압력에 의해 미소한 공간 내의 전역에 충진된다. 다음으로, 가압기(7)에 의해 가압 부재(113)를 하방의 가압 위치로 이동시켜서 그 하면을 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)이 해당 반도체 웨이퍼(K) 위에서 밀려나온다. 이어서, 회수관(53)의 개폐 밸브(54) 및 게이트 밸브(15)를 연다. 이에 의해, 처리실(114) 내에서 비활성 가스에 의해 가압되고 있는 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여, 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(53)을 경유하여 회수용 탱크(52)로 회수된다. 이 때, 회수관(53)에는 스로틀 밸브(55)가 설치되어 있으므로, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)은 그 압력이 소정의 압력으로 유지된다. 그리고 이와 같이 하여 회수용 탱크(52)에 소정량의 용융 금속(M)이 회수되면, 개폐 밸브(58)를 연 상태에서 환류용 펌프(56)를 구동하여 회수용 탱크(52) 내의 용융 금속(M)을 환류관(57)을 통해 공급용 탱크(11)로 환류시킨다. 이리하여, 이러한 금속 충진 장치(120)에 의해서도 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 효과가 난다. 또한, 이와 같은 금속 충진 장치(120)에 있어서, 상기 환류용 펌프(56), 환류관(57) 및 개폐 밸브(58)로 구성되는 환류 기구부는 반드시 필요한 것은 아니며, 적정량의 용융 금속(M)이 회수용 탱크(52)로 회수된 단계에서, 수동 조작에 의해 회수용 탱크(52) 내의 용융 금속(M)을 공급용 탱크(11)로 되돌리도록 하면 좋다.
제2 실시 형태에 있어서의 변형예 2 도 11은 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(130)의 구성을 나타내는 설명도이다. 이러한 금속 충진 장치(130)는, 상술한 금속 충진 장치(100)의 용융 금속 회수 기구(20) 대신에 상술한 금속 충진 장치(60)의 용융 금속 회수 기구(61)를 구비한 것이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는, 상기 금속 충진 장치(100)의 경우와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하고 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 이와 같은 금속 충진 장치(130)에 의하면, 개폐 밸브(63)를 닫은 상태에서, 상술한 금속 충진 장치(100)와 같은 조작을 실시하는 것으로서 처리실(114) 내로 용융 금속(M)이 공급된다. 그리고 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서, 게이트 밸브(35) 및 개폐 밸브(43)를 열어 가스 공급기(41)에서 가스 공급관(42)을 통해 처리실(114) 내로 가압된 비활성 가스를 공급하여, 해당 처리실(114) 내를 가압한다. 이에 의해, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)이 가압되어 처리실(114) 내의 용융 금속(M)은 가스압력에 의해 미소한 공간 내의 전역에 충진된다. 다음으로, 가압기(7)에 의해 가압 부재(113)를 하방의 가압 위치로 이동시켜서 그 하면을 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)이 해당 반도체 웨이퍼(K) 위로 밀려나온다. 다음으로, 개폐 밸브(14) 및 개폐 밸브(63)를 닫은 상태에서, 게이트 밸브(15)를 연다. 이에 의해, 처리실(114) 내에서 비활성 가스에 의해 가압되고 있는 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여, 공급 펌프(12)와의 사이의 공급관(13)에서 분기되는 회수관(62)을 경유해서 버퍼 탱크(65)의 수용 공간(65c)으로 일시적으로 회수된다. 그리고 당연하지만, 상기 가스 공급기(41)로부터 공급되는 비활성 가스의 압력은 상기 스프링(65a)에 의해 상기 수용 공간(65c) 내의 용융 금속(M)에 작용하는 압력보다도 높은 압력으로 설정되어 있다. 이와 같이 하여, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)을 버퍼 탱크(65)의 수용 공간(65c)으로 회수한 후, 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(63)을 열면, 버퍼 탱크(65) 내로 회수된 용융 금속(M)이, 스프링(65a)의 부세력에 의해 회수관(62)으로 밀려나와 이러한 회수관(62)을 지나 공급용 탱크(11)로 회수된다. 이리하여, 이와 같은 금속 충진 장치(130)에 의해서도 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 효과가 난다.
제2 실시형태에 있어서의 변형예 3 도 12는 상기 변형예에 따른 금속 충진 장치(140)의 구성을 나타내는 설명도이다. 이와 같은 금속 충진 장치(140)는, 상술한 금속 충진 장치(100)의 구성에서 상기 용융 금속 회수 기구(20)를 제거하는 동시에, 공급용 펌프로서 상술한 금속 충진 장치(70)의 플런저 펌프(71)를 이용하여, 상기 플런저 펌프(71)를 금속 회수 기구의 기능을 갖게 한 형태이다. 따라서 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 구성 부분들에 대해서는 동일한 부호들을 첨부하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 금속 충진 조작 및 용융 금속의 폐기 조작에 대해서는, 상기 금속 충진 장치(100)의 경우와 같으므로, 그 자세한 설명은 생략하고 주로 용융 금속의 회수 조작에 대해서 설명한다. 이러한 금속 충진 장치(140)에 의하면, 상기 금속 충진 장치(70)와 같은 조작을 하는 것에 의해 처리실(114) 내로 용융 금속(M)이 공급된다. 다음으로, 개폐 밸브(14) 및 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서 게이트 밸브(35) 및 개폐 밸브(43)를 열어, 가스 공급기(41)로부터 가스 공급관(42)을 통해 처리실(114) 내로 가압된 비활성 가스를 공급하여 해당 처리실(114) 내를 가압한다. 이에 의해, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)이 가압되고, 처리실(114) 내의 용융 금속(M)은 가스 압력에 의해 미소한 공간 내의 전역에 충진된다. 다음으로, 가압기(7)로 가압 부재(113)를 하방의 가압 위치로 이동시켜서 그 하면을 반도체 웨이퍼(K)의 표면에 맞닿게 한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(K) 위의 여분의 용융 금속(M)이 해당 반도체 웨이퍼(K) 위에서 밀려나온다. 이어서, 게이트 밸브(15)를 연다. 이에 의해, 처리실(114) 내에서 비활성 가스에 의해 가압되고 있는 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(15)로부터 밀려나와서 역류하여 공급관(13)를 경유해서 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 유입된다. 그리고 상기 가스 공급기(41)로부터 공급되는 비활성 가스의 압력은, 플런저 펌프(71)의 토출압보다도 높은 압력으로 설정되어 있으며, 이에 의해 플런저(73)가 상방으로 이동하여 가압측의 실린더실(72a) 내의 압유가 가압측 포트(72c)로부터 상류측으로 되돌려지고, 이에 따라 가압실(72b)의 용적이 확대되어, 상술한 바와 같이 처리실(5) 내의 용융 금속(M)이 역류하여 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 유입된다. 이와 같이 하여, 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)을 일단 플런저 펌프(71)의 가압실(72b) 내로 회수한 후, 게이트 밸브(15)을 닫은 상태에서 개폐 밸브(14)를 열면, 플런저 펌프(71)의 플런저(73)가 그 가압측의 실린더실(72a)에 작용하는 압유에 의해 하방으로 이동하여, 가압실(72b) 내의 용융 금속(M)을 공급관(13)으로 밀어내고, 밀려나온 용융 금속(M)이 해당 공급관(13)을 지나 공급용 탱크(11)로 회수된다. 이리하여, 이러한 금속 충진 장치(140)에 의해서도 상술한 금속 충진 장치(1) 및 금속 충진 장치(100)와 같은 효과가 난다.
제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 또 다른 변형예 다음으로, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 또 다른 변형예에 대해서 설명한다. 이러한 변형예는 상술한 금속 충진 장치들(1, 50, 60, 100, 120, 130)에 있어서의 회수관들(21, 53, 62)의 상기 일단을 각각 처리부 본체들(2, 110)에 연결한 형태의 것이다. 도 13에는 이러한 변형예의 대표로서, 상기 금속 충진 장치(1)의 회수관(21)의 일단을 처리실(5)로 통하도록 제2 본체에 설치한 게이트 밸브(24)에 연결시킨 구성의 금속 충진 장치(1')를 나타내고 있다. 그리고 이러한 구성은 상기 금속 충진 장치들(50, 60, 100, 120, 130)에도 적용할 수 있다. 이와 같은 금속 충진 장치(1')에서는, 제2 본체가 대기 위치에 위치하고, 개폐 밸브들(34, 43) 및 게이트 밸브들(28, 35)이 닫히며, 개폐 밸브들(14, 22) 및 게이트 밸브들(15, 24)이 열린 상태에서, 공급용 펌프(12)를 구동하는 것으로서, 공급용 탱크(11) 내의 용융 금속(M)이 가압되어 처리실(5) 내로 공급되어 처리실(5) 내가 용융 금속(M)에 의해 충진되면, 여분의 용융 금속(M)은 회수관(21)을 경유하여 공급용 탱크(11)로 회수된다. 처리실(5) 내가 용융 금속(M)에 의해 채워진 후에도, 한동안 용융 금속(M)의 공급을 계속함으로써 처리실(5) 내에 용융 금속(M)의 흐름을 만들 수 있고, 공급관(13)에서 체류하는 용융 금속(M)이 있을 경우에는 이를 공급용 탱크(11)로 되돌릴 수 있어서 충진 재료로서의 용융 금속(M)의 균질화를 도모할 수 있다. 이어서, 상술한 바와 같이 하여 용융 금속(M)을 공급한 후, 게이트 밸브들(15, 24)을 닫고, 제2 본체(4)를 하방으로 부세하여 처리실(5) 내의 용융 금속(M)을 가압한 후, 게이트 밸브(24)를 연 상태에서 제2 본체(4)를 하방으로 이동시키면, 처리실(5) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(24)에서 유출되어 회수관(21)을 경유하여 공급용 탱크(11)로 회수된다. 그리고 상기 금속 충진 장치들(100, 120, 130)의 경우에는, 게이트 밸브(24)가 게이트 밸브(15)와 같은 높이 위치가 되도록 실린더 형상의 부재(112)에 설치된다. 또한, 게이트 밸브(15)를 닫은 상태에서, 게이트 밸브(24) 및 개폐 밸브(22)를 여는 것으로서, 가스 공급기(41)에서 공급되는 비활성 가스에 의해 처리실(114) 내의 여분의 용융 금속(M)이 게이트 밸브(24)에서 유출되어 적당히 회수된다. 이상, 본 발명의 구체적인 실시 형태들에 대해서 설명하였으나, 본 발명이 채용할 수 있는 형태들이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 덧붙이자면, 전술한 실시 형태들에 있어서의 배관이나 밸브의 수는 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절히 설치할 수 있다. 또한, 게이트 밸브들(15, 28, 35)을 설치하는 위치도 상기한 예들에 한정되는 것은 아니며 적절한 변경이 가능하다. 또한, 상술한 예들의 금속 충진 장치들(1, 50, 60, 70)에서는 가압기(7)에 의해 제2 본체(4)를 이동시키도록 했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 가압기(7)로 제1 본체(3)를 이동시켜서 제1 본체(3)와 제2 본체(4)의 위치 관계가 상기 대기 위치와 가압 위치의 관계를 갖도록 해도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 피처리물의 표면에 형성된 미소한 공간(비아, 관통공) 내에 용융 금속을 충진하는 금속 충진 장치에 적절하게 이용할 수 있다.
1, 1', 50, 60, 70：금속 충진 장치
100, 110, 130, 140：금속 충진 장치
2：처리부 본체 3：제1 본체
4：제2 본체 5：처리실
7：가압기 10：용융 금속 공급 기구
11：공급용 탱크 12：공급용 펌프
13：공급관 15：게이트 밸브
20, 51, 61：용융 금속 회수 기구
21, 53, 62：회수관 22, 54, 63：개폐 밸브
40：가스 공급 기구 110：처리부 본체
111：지지 부재 112：실린더 형상의 부재
113：가압 부재 114：처리실
K：반도체 웨이퍼 M：용융 금속 |
