特許 6095421 金属充填方法及び金属充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095421

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】金属充填方法及び金属充填装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20170306BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20170306BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20170306BHJP

   B22D 23/00 20060101ALI20170306BHJP

   H01L 21/288 20060101ALI20170306BHJP

   B22D 18/02 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 J

   B22D23/00 Z

   H01L21/288 Z

   B22D18/02 Q

   B22D18/02 S

   B22D18/02 L

【請求項の数】20

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2013-48070(P2013-48070)

(22)【出願日】2013年3月11日

(65)【公開番号】特開2014-175529(P2014-175529A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104662

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智司

(72)【発明者】

【氏名】山口 征隆

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０７５３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８３０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６８０８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｂ２２Ｄ １８／０２

Ｂ２２Ｄ ２３／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２８８

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成される金属充填装置を用いて、
被処理物被処理面の、該被処理面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物上に供給した溶融金属を充填する金属充填方法であって、
前記処理室内を減圧する減圧工程を行った後、
前記保持部に保持された被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる当接工程を行い、
次に、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱工程を行い、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給工程と、
前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる離反工程とを行い、
その後、前記処理室内に供給された溶融金属を、前記微小空間内に充填する充填工程を行うことを特徴とする金属充填方法。

【請求項2】

前記溶融金属供給工程と離反工程とを同時に実施し、前記押付部材を徐々に被処理物の被処理面から離反させながら、前記処理室内に溶融金属を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の金属充填方法。

【請求項3】

前記押付部材の、前記被処理面と対向する面に溶融金属封止部が設けられており、
前記当接工程では、前記保持部に保持された被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、前記溶融金属封止部を、被処理物の被処理面又は保持部に当接させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の金属充填方法。

【請求項4】

前記充填工程を行った後、前記被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、該被処理物上から余剰溶融金属を排除する排除工程を更に行うことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの金属充填方法。

【請求項5】

前記充填工程では、前記処理室内に加圧気体を供給し、該処理室内に供給された溶融金属を加圧するようしたことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの金属充填方法。

【請求項6】

前記溶融金属供給工程では、溶融金属の液面が処理室内に溶融金属を供給する位置を超えるまで、処理室内に溶融金属を供給することを特徴とする請求項５記載の金属充填方法。

【請求項7】

前記充填工程を行った後、前記被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、該被処理物上から余剰溶融金属を排除する排除工程を更に行うことを特徴とする請求項５又は６記載の金属充填方法。

【請求項8】

前記離反工程では、前記処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させるとともに、処理室内を溶融金属で完全に満たすようにし、
前記充填工程では、前記被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、処理室内に供給された溶融金属を加圧するようにし、
前記被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、該被処理物上から余剰溶融金属を排除する排除工程と前記充填工程と同時に実施するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの金属充填方法。

【請求項9】

前記排除工程を行った後、前記処理室内の余剰溶融金属を除去する除去工程を更に行うことを特徴とする請求項４、７又は８記載の金属充填方法。

【請求項10】

前記排除工程を行った後、前記処理室内の余剰溶融金属を除去する除去工程を更に行い、
該除去工程では、前記処理室内に加圧気体を供給し、該処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去するようにしたことを特徴とする請求項７記載の金属充填方法。

【請求項11】

前記被処理物の被処理面側に押付部材を移動させ、前記処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去する除去工程を、前記充填工程及び排除工程と同時に実施することを特徴とする請求項８記載の金属充填方法。

【請求項12】

被処理物被処理面の、該被処理面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物上に供給した溶融金属を充填する金属充填装置であって、
前記被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材と、
前記保持部に保持される被処理物に対して前記押付部材を進退させる押付機構と、
前記保持部及び筒状部材のうちの少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成され、
更に、前記処理室内を減圧する減圧機構と、
前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記処理室内に加圧気体を供給する気体供給機構と、
前記押付機構、移動機構、減圧機構、溶融金属供給機構及び気体供給機構の作動を制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記保持部に被処理物が載置された状態で、前記移動機構を作動させ、前記保持部と筒状部材とを接近させて処理室を形成する処理と、
前記減圧機構を作動させて、前記処理室内を減圧する処理とを実行した後、
前記押付機構により、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる処理を実行し、
次に、前記加熱機構を作動させて、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する処理を実行し、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と、
前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる処理とを実行し、
その後、前記気体供給機構を作動させて、前記処理室内に加圧気体を供給し、前記処理室内に供給された溶融金属を加圧して、前記微小空間内に溶融金属を充填する処理を実行することを特徴とする金属充填装置。

【請求項13】

前記処理室内に溶融金属を供給する処理と前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる処理とを同時に実施し、前記押付機構によって前記押付部材を被処理物の被処理面から徐々に離反させながら、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給するようにしたことを特徴とする請求項１２記載の金属充填装置。

【請求項14】

前記処理室内に溶融金属を供給する処理では、溶融金属の液面が処理室内に溶融金属を供給する位置を超えるまで、処理室内に溶融金属を供給するようにしたことを特徴とする請求項１２又は１３記載の金属充填装置。

【請求項15】

前記制御装置は、前記溶融金属を充填する処理を行った後、前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させ、被処理物上から余剰溶融金属を排除する処理を更に実行することを特徴とする請求項１２乃至１４記載のいずれかの金属充填装置。

【請求項16】

前記制御装置は、前記被処理物上から余剰溶融金属を排除する処理を実行した後、前記気体供給機構を作動させて、前記処理室内に加圧気体を供給し、該処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去する処理を更に実行することを特徴とする請求項１５記載の金属充填装置。

【請求項17】

被処理物被処理面の、該被処理面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物上に供給した溶融金属を充填する金属充填装置であって、
前記被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材と、
前記保持部に保持される被処理物に対して前記押付部材を進退させる押付機構と、
前記保持部及び筒状部材のうちの少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成され、
更に、前記処理室内を減圧する減圧機構と、
前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記押付機構、移動機構、減圧機構及び溶融金属供給機構の作動を制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記保持部に被処理物が載置された状態で、前記移動機構を作動させ、前記保持部と筒状部材とを接近させて処理室を形成する処理と、
前記減圧機構を作動させて、前記処理室内を減圧する処理とを実行した後、
前記押付機構により、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる処理を実行し、
次に、前記加熱機構を作動させて、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する処理を実行し、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と、
前記処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させ、前記処理室内を溶融金属で完全に満たす処理とを実行し、
その後、前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面に接近させ、前記処理室内に供給された溶融金属を加圧し、前記微小空間内に溶融金属を充填するとともに、被処理物上から溶融金属を排除する処理を実行することを特徴とする金属充填装置。

【請求項18】

前記処理室内に溶融金属を供給する処理と前記処理室内を溶融金属で完全に満たす処理とを同時に実施し、前記押付機構によって前記押付部材を徐々に被処理物の被処理面から離反させながら、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内を溶融金属で完全に満たすように、該処理室内に溶融金属を供給するようにしたことを特徴とする請求項１７記載の金属充填装置。

【請求項19】

前記微小空間内に溶融金属を充填するとともに、被処理物上から溶融金属を排除する処理と同時に、前記処理室内から該処理室外に余剰溶融金属を除去する処理が行われることを特徴とする請求項１７又は１８記載の金属充填装置。

【請求項20】

前記押付部材の、前記被処理面と対向する面に溶融金属封止部が設けられており、
前記押付部材を被処理物の被処理面に当接させる処理では、前記押付機構により、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、前記溶融金属封止部を、被処理物の被処理面又は保持部に当接させるようにしたことを特徴とする請求項１２乃至１９記載のいずれかの金属充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理物被処理面上に形成された微小空間内に溶融金属を充填する金属充填方法及びこれに用いる金属充填装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近時、シリコン貫通電極（Through Silicon via）技術において、半導体ウェハ（被処理物）上に設けたビアや貫通孔（微小空間）に金属を充填する技術が求められている。シリコン貫通電極技術によれば、貫通電極を用いたチップ積層技術の開発が可能となることから、三次元実装による高機能・高速動作の半導体システムの実現が期待されている。

【0003】

そして、上記のように、被処理物上の微小空間内に金属を充填する方法として、例えば、減圧したチャンバ内で、金属を充填すべき微小空間が形成された試料の一面に、その微小空間を覆うように溶融金属を供給した後、真空チャンバ内を不活性ガスで大気圧以上に加圧することにより、溶融金属を微小空間内に真空吸引させる方法が提案されている（特開２００２−３６８０８３号公報）。この方法によれば、被処理物上の微小空間内と真空チャンバ内との間に生じた圧力差によって、溶融金属を微小空間内に真空吸引させることができる。

【0004】

しかしながら、上記特開２００２−３６８０８３号公報に開示された方法には、次のような問題があった。即ち、被処理物と溶融金属との濡れ性が悪いと、被処理物上に供給した溶融金属が表面張力によって弾かれるため、上記方法においては、被処理物の一面を大量の溶融金属で覆うことで、溶融金属が表面張力によって弾かれるのを防止する必要がある。したがって、処理後の被処理物上に余剰金属からなる厚い層が形成され、これを後工程で除去しなければならなかった。また、大量の溶融金属を必要とするため、大容量の加熱手段や溶融金属の性質維持手段などの構築に伴う装置コストが増加するとともに、材料の消費量増加に伴うランニングコストも増加していた。

【0005】

そこで、本出願人は、上記問題を解決するものとして、処理後の被処理物上に形成される余剰金属からなる層の厚さを最小限の厚さにすることができる金属充填装置を提案している（特願２０１２−１６７７６１号）。

【0006】

この金属充填装置は、被処理物が保持される保持台、当該保持台と対向して配設される筒状のハウジング、当該ハウジングの内部空間に嵌入され、保持台に保持される被処理物の被処理面に対して進退するピストンなどからなり、保持台に保持された被処理物、ハウジング及びピストンによって気密状の処理室が形成される。また、当該金属充填装置は、処理室内を減圧する減圧機構や、処理室内に不活性ガスを供給するガス加圧機構などを備えている。

【0007】

そして、この金属充填装置によれば、まず、保持台上に被処理物を載置した状態で、当該被処理物にハウジングの下端面を押し当てて密着させ処理室を形成し、減圧機構によって処理室内の気体を排気して処理室内及び被処理物に形成された微小空間内を略真空状態にまで減圧する。ついで、被処理物の被処理面で弾かれることなく当該被処理面全面を覆うことができる量に達するまで、処理室に溶融金属を供給する。

【0008】

次に、処理室内に加圧用の不活性ガスを供給し、このガス圧により溶融金属を加圧して、所謂差圧充填によって溶融金属を微小空間内に充填する。しかる後、ピストンを被処理物に向けて移動させて、当該ピストンを被処理物の被処理面に押し付ける。これにより、ピストンと被処理物との間の余剰溶融金属が、被処理物上からハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間に押し出され、処理後の被処理物上に形成される余剰金属からなる層の厚さを極力薄くすることができる。

【0009】

そして、被処理物にピストンを押し当てた状態でしばらく静止させた後、処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内の余剰溶融金属を処理室外に設けた適宜回収部に回収する。これにより、後工程で溶融金属を冷却した際に、ハウジングとピストンとの間で溶融金属が硬化してピストンの昇降動作が妨げられるといった問題の発生を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００２−３６８０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、上記金属充填装置においては、処理室内に不活性ガスを供給し、処理室内の余剰溶融金属を処理室外に設けた適宜回収部に回収するようにしているものの、例えば、ハウジングとピストンとの間の隙間や、回収部へと通じるポートなどに余剰の溶融金属が少なからず残留してしまい、金属充填処理を繰り返すことで、処理室内に残留した溶融金属（以下、「残留金属」という）が徐々に処理室内に溜まっていく。

【0012】

そして、この残留金属は、金属成分の酸化や結晶粒の粗大化が起こっており、通常の溶融金属よりも融点が高くなっているため、当該残留金属が処理室内に溜まった状態で、金属充填処理を行うために処理室内を所定の温度（溶融金属の融点以上の温度）まで昇温させると、この残留金属が融解又は軟化し、流動性の低い残留金属が被処理物の被処理面上に載ってしまう。したがって、この状態で、後工程において処理室内に溶融金属を供給すると、被処理面上の残留金属が溶融金属に混入し、混入した残留金属が充填の妨げとなって充填不良が引き起こされる。

【0013】

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、処理室内の残留金属が被処理物上に載るのを防止して、被処理面近傍の溶融金属への残留金属の混入を抑えた状態で、被処理物に形成された微小空間内に溶融金属を充填することができ、充填不良の発生を抑えることができる金属充填方法及びこれに用いる金属充填装置の提供を、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成される金属充填装置を用いて、
被処理物被処理面の、該被処理面に開口するように形成された微小空間内に、該被処理物上に供給した溶融金属を充填する金属充填方法であって、
前記処理室内を減圧する減圧工程を行った後、
前記保持部に保持された被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる当接工程を行い、
次に、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱工程を行い、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給工程と、
前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる離反工程とを行い、
その後、前記処理室内に供給された溶融金属を、前記微小空間内に充填する充填工程を行う金属充填方法に係る。

【0015】

この金属充填方法によれば、まず、処理室内から気体を排気して、当該処理室内を略真空状態にまで減圧する。ついで、押付部材を被処理物の被処理面側に向けて移動させて、当該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる。しかる後、保持部、筒状部材及び押付部材を加熱して、処理室内を昇温する。尚、この際、処理室内の温度が溶融金属の融点以上となるように昇温することが好ましい。

【0016】

このように、押付部材を被処理物の被処理面に当接させた状態で、保持部、筒状部材及び押付部材を加熱することで、処理室内の残留金属が融解又は軟化したとしても、当該残留金属が被処理面上に載る、或いは被処理面に広がるのを防止することができる。

【0017】

次に、押付部材を被処理物に当接させた状態のままで、処理室内に溶融金属を供給する。これにより、金属成分が酸化することによって溶融金属よりも密度の小さくなっている残留金属は、供給された溶融金属の液面に浮かび上がる。したがって、被処理物の被処理面近傍にある溶融金属への残留金属の混入が防止される。尚、処理室内に溶融金属を供給する際には、溶融金属の液面が処理室内に溶融金属を供給する位置を超えるまで、処理室内に溶融金属を供給することが好ましい。

【0018】

ついで、押付部材を被処理面から離反させる。これにより、押付部材と被処理物との間に溶融金属が供給される。尚、押付部材は、処理室内に溶融金属の供給を開始した後、徐々に被処理面から離反させるようにしても良いし、処理室内に溶融金属を十分に供給した後、被処理面から離反させるようにしても良い。しかる後、溶融金属を被処理物に形成された微小空間内に充填する。この際、本発明に係る金属充填方法においては、上述したように、被処理物の被処理面近傍にある溶融金属に残留金属が混入するのを防止するようにしているため、被処理面上の溶融金属に残留金属が混入することによって生じる充填不良の発生を抑えた上で、微小空間内に溶融金属を充填することができる。

【0019】

尚、溶融金属を微小空間内に充填する方法としては、処理室内に加圧気体を供給し、処理室内に供給された溶融金属を加圧して、微小空間内に溶融金属を充填するようにしても良いし、また、離反工程において、処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、押付部材を被処理面から離反させるとともに、処理室内を溶融金属で完全に満たし、その上で、被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、処理室内に供給された溶融金属を加圧し、微小空間内に溶融金属を充填するようにしても良い。

【0020】

尚、この金属充填方法においては、充填処理を行った後、被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、被処理物上から余剰溶融金属を排除する排除工程を更に実施することが好ましい。これにより、処理後の被処理物上に形成される余剰溶融金属からなる層の厚さを薄くすることができる。

【0021】

また、上記金属充填方法においては、溶融金属供給工程と離反工程とを同時に実施し、前記押付部材を徐々に被処理物の被処理面から離反させながら、前記処理室内に溶融金属を供給するようにしても良い。このようにしても、供給された溶融金属の液面に残留金属が浮かび上がるため、被処理物の被処理面近傍にある溶融金属への残留金属の混入が防止される。

【0022】

更に、前記押付部材の、前記被処理面と対向する面に溶融金属封止部を設けて、前記押付工程では、前記保持部に保持された被処理物の被処理面側に押付部材を移動させて、前記溶融金属封止部を、被処理物の被処理面又は保持部に当接させるようにしても良い。このようにすれば、融解又は軟化した残留金属が被処理面に広がるのをより効果的に防止することができる。

【0023】

尚、上記金属充填方法において排除工程を行う場合には、前記排除工程を行った後、前記処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去する除去工程を更に行うようにすることが好ましい。このようにすれば、処理室内に残留する金属の量を極力減らすことができるため、再度処理室内に溶融金属を供給した際の溶融金属への残留金属の混入を抑えることができる。

【0024】

尚、除去工程は、処理室内に加圧気体を供給し、処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去するようにしても良いし、被処理物の処理面側に押付部材を移動させることで、充填工程及び排除工程と同時に行うようにしても良い。

【0025】

また、上記金属充填方法に用いる金属充填装置は、
前記被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材と、
前記保持部に保持される被処理物に対して前記押付部材を進退させる押付機構と、
前記保持部及び筒状部材のうちの少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成され、
更に、前記処理室内を減圧する減圧機構と、
前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記処理室内に加圧気体を供給する気体供給機構と、
前記押付機構、移動機構、減圧機構、溶融金属供給機構及び気体供給機構の作動を制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記保持部に被処理物が載置された状態で、前記移動機構を作動させ、前記保持部と筒状部材とを接近させて処理室を形成する処理と、
前記減圧機構を作動させて、前記処理室内を減圧する処理とを実行した後、
前記押付機構により、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる処理を実行し、
次に、前記加熱機構を作動させて、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する処理を実行し、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と、
前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる処理とを実行し、
その後、前記気体供給機構を作動させて、前記処理室内に加圧気体を供給し、前記処理室内に供給された溶融金属を加圧して、前記微小空間内に溶融金属を充填する処理を実行する。

【0026】

この金属充填装置によれば、まず、移動機構によって保持部及び筒状部材のうち少なくとも一方を移動させて、両者が離反した状態にした上で、被処理物を、被処理面が押付部材と対向するように保持部に保持する。ついで、移動機構によって保持部と筒状部材とを接近させて、筒状部材の一端を保持部に保持された被処理物又は保持部に押し当てて密着させることで、被処理物又は保持部と、筒状部材及び押付部材とによって囲まれた気密状の処理室を形成する。

【0027】

次に、減圧機構を作動させて、処理室内の気体を排気し、処理室内を減圧した後、押付機構によって、押付部材を被処理物の被処理面側に移動させ、当該押付部材を被処理面に当接させる。そして、この状態で、加熱機構を作動させて、保持部、筒状部材及び押付部材を加熱し、処理室内の残留金属が融解又は軟化したとしても、当該残留金属が被処理物上に載ってしまう、或いは被処理面上に広がってしまうのを防止した上で、処理室内を所定の温度まで昇温する。尚、昇温後の処理室内の温度は、溶融金属の融点以上であることが好ましい。

【0028】

ついで、押付部材を被処理物の被処理面に当接させた状態で、溶融金属供給機構を作動させて、処理室内に溶融金属を供給する。これにより、残留金属が溶融金属中に浮いた状態で、処理室内に溶融金属が供給される。

【0029】

次に、押付機構を作動させて、押付部材を被処理物の被処理面から離反させる。これにより、被処理物と押付部材との間に隙間が形成され、当該隙間に溶融金属が流れ込むことで、被処理面上に溶融金属が供給される。しかる後、気体供給機構によって処理室内に加圧気体を供給することで、微小空間内に溶融金属が充填される。尚、処理室内を減圧した後に、当該処理室内に溶融金属を供給するようにしていることで、ボイドの発生が低減される。

【0030】

以上のように、この金属充填装置においては、被処理面上に残留金属が載る、或いは残留金属が被処理面上に広がるのを防止するとともに、残留金属を溶融金属の液面に浮かび上がらせた状態で、被処理面上に溶融金属を供給するようにしているため、被処理面近傍の溶融金属への残留金属の混入が防止され、残留金属に起因する充填不良の発生が抑えられる。

【0031】

尚、上記金属充填装置においては、溶融金属を充填する処理を行った後、押付機構を作動させ、押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、当該押付部材を被処理物に押し付け、被処理物上から余剰溶融金属を排除する処理を実行するようにしても良い。このようにすることで、被処理物と押付部材との間の隙間が狭められ、被処理物上の余剰溶融金属が前記隙間から押し出される。したがって、処理後の被処理面上に形成される余剰な金属からなる層を最小限の厚さにすることができる。

【0032】

尚、この金属充填装置においては、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させる処理とを同時に実施し、前記押付機構によって前記押付部材を被処理物の被処理面から徐々に離反させながら、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給するようにしても良い。この場合も、供給された溶融金属中に残留金属が浮かぶため、被処理物の被処理面近傍にある溶融金属への残留金属の混入が防止される。

【0033】

また、この金属充填装置において、被処理物上から余剰溶融金属を排除する処理を実行する場合には、前記制御装置は、前記被処理物上から余剰溶融金属を排除する処理を実行した後、前記気体供給機構を作動させて、前記処理室内に加圧気体を供給し、この処理室内の余剰溶融金属を処理室外に除去する処理を更に実行することが好ましい。このようにすれば、処理室内に残留する溶融金属の量を極力少なくすることができる。

【0034】

また、上記金属充填方法に用いる金属充填装置は、
前記被処理物を保持する保持部と、
内部空間を有し、一端が前記保持部と対向して設けられる筒状部材と、
前記筒状部材の内部空間内に進退自在に嵌入された押付部材と、
前記保持部に保持される被処理物に対して前記押付部材を進退させる押付機構と、
前記保持部及び筒状部材のうちの少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構とを備え、
前記保持部に保持される被処理物又は前記保持部と、前記筒状部材及び前記押付部材とによって気密状の処理室が形成され、
更に、前記処理室内を減圧する減圧機構と、
前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給機構と、
前記押付機構、移動機構、減圧機構及び溶融金属供給機構の作動を制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記保持部に被処理物が載置された状態で、前記移動機構を作動させ、前記保持部と筒状部材とを接近させて処理室を形成する処理と、
前記減圧機構を作動させて、前記処理室内を減圧する処理とを実行した後、
前記押付機構により、前記押付部材を被処理物の被処理面側に移動させて、該押付部材を被処理物の被処理面に当接させる処理を実行し、
次に、前記加熱機構を作動させて、前記保持部、筒状部材及び押付部材を加熱する処理を実行し、
しかる後、前記押付部材を被処理面に当接させた状態で、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と、
前記処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面から離反させ、前記処理室内を溶融金属で完全に満たす処理とを実行し、
その後、前記押付機構によって、前記押付部材を被処理物の被処理面に接近させ、前記処理室内に供給された溶融金属を加圧し、前記微小空間内に溶融金属を充填するとともに、被処理物上から溶融金属を排除する処理を実行するようにしても良い。

【0035】

このようにした場合、上記と同様に、まず、保持台に被処理物を保持してから処理室を形成し、当該処理室内を減圧する。ついで、押付部材を被処理物に当接させた後、保持部、筒状部材及び押付部材を加熱して処理室内を所定の温度にまで昇温し、しかる後、押付部材を被処理物の被処理面に当接させた状態で、処理室内に溶融金属を供給する。

【0036】

次に、この金属充填装置においては、処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、押付機構によって押付部材を被処理物から離反させ、処理室内を溶融金属で完全に満たすように、当該処理室内に溶融金属を供給する。これにより、被処理物上で溶融金属が弾かれることがなく、被処理物上に溶融金属を均一に広げることができる。

【0037】

しかる後、押付機構によって押付部材を被処理物に接近させる。この際、この金属充填装置においては、処理室内が溶融金属で完全に満たされた状態となっているため、押付部材を被処理物に接近させることによって、処理室内の溶融金属が加圧され、当該溶融金属が微小空間内に充填されるとともに、押付部材と被処理物との間から余剰溶融金属が排除される。

【0038】

このように、上記金属充填装置によれば、押付部材を被処理面に当接させた後、処理室内を昇温するようにしているので、処理室内の残留金属が融解又は軟化したとしても、この融解又は軟化した残留金属が被処理物上に載る、或いは被処理面上に広がるのを防止することができる。また、押付部材を被処理面に当接させた状態で、処理室内への溶融金属の供給を開始し、当該処理室内への溶融金属の供給を続けた状態で、押付部材を被処理物から離反させるようにしているため、残留金属を溶融金属中に浮かせながら被処理物上に溶融金属を供給することができ、被処理面近傍の溶融金属への残留金属の混入を防止でき、残留金属に起因する充填不良の発生を抑えることができる。

【0039】

尚、上記金属充填装置においては、前記処理室内に溶融金属を供給する処理と前記処理室内を溶融金属で完全に満たす処理とを同時に実施し、前記押付機構によって前記押付部材を被処理物の被処理面から徐々に離反させながら、前記溶融金属供給機構を作動させて、前記処理室内を溶融金属で完全に満たすように、当該処理室内に溶融金属を供給するようにしても良い。このようにしても、被処理物上に溶融金属を均一に広げることができ、また、残留金属を溶融金属中に浮かせながら被処理物上に溶融金属を供給することができ、相応の効果を奏する。

【0040】

尚、この金属充填装置においては、押付機構によって押付部材を被処理物に接近させることで、溶融金属が微小空間内に充填されるとともに、余剰溶融金属を押付部材と被処理物との間から排除する処理を行うようにしているが、この処理と同時に、処理室内から処理室外へと余剰溶融金属を除去する処理が行われるようにすることが好ましく、このようにすれば、処理室内に残留する溶融金属の量を少なくすることができる。

【0041】

また、これらの金属充填装置は、押付部材の、被処理面と対向する面に溶融金属封止部を設け、押付部材を被処理物の被処理面に押し付ける処理において、この溶融金属封止部を被処理面に当接させるようにしても良い。このようにすれば、融解又は軟化した残留金属が被処理面に広がるのをより効果的に防止することができる。

【発明の効果】

【0042】

以上のように、本発明に係る金属充填方法及び金属充填装置によれば、被処理物に形成された微小空間内に溶融金属を充填する処理を行う際に、処理室内に残留した金属が被処理物上に載る、或いは被処理面に広がるのを効果的に防止した状態で、微小空間内に溶融金属を充填することができ、充填不良の発生を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の一実施形態に係る金属充填装置の概略構成を示した断面図である。

【図2】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図3】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図4】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図5】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図6】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図7】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図8】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図9】上記実施形態の金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図10】実施形態の金属充填装置によって金属充填処理を行う際のタイミングチャートを示した図である。

【図11】（ａ）は、ピストンに、溶融金属封止部を設ける構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストンを半導体ウェハに向けて下降させたときの様子を示す断面図である。

【図12】（ａ）は、ピストンに、溶融金属封止部を設ける更なる構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストンを半導体ウェハに向けて下降させたときの様子を示す断面図である。

【図13】（ａ）は、ピストンに設ける溶融金属封止部の更なる構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストンを半導体ウェハに向けて下降させたときの様子を示す断面図である。

【図14】（ａ）は、ピストンに設ける溶融金属封止部の更なる構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストンを半導体ウェハに向けて下降させたときの様子を示す断面図である。

【図15】（ａ）は、ピストンに設ける溶融金属封止部の更なる構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のピストンを半導体ウェハに向けて下降させたときの様子を示す断面図である。

【図16】本発明の他の実施形態に係る金属充填装置の概略構成を示した拡大図である。

【図17】図１６における矢示Ａ−Ａの断面図である。

【図18】本発明の他の実施形態に係る金属充填装置の概略構成を示した断面図である。

【図19】他の実施形態に係る金属充填装置によって金属充填処理を行う際のタイミングチャートを示した図である。

【図20】本発明の他の実施形態に係る金属充填装置の概略構成を示した断面図である。

【図21】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図22】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図23】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図24】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図25】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図26】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図27】他の実施形態に係る金属充填装置の動作フローを示す説明図である。

【図28】他の実施形態に係る金属充填装置によって金属充填処理を行う際のタイミングチャートを示した図である。

【図29】本発明の他の実施形態に係る金属充填装置の概略構成を示した断面図である。

【図30】他の実施形態に係る金属充填装置によって金属充填処理を行う際のタイミングチャートを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。

【0045】

［金属充填装置の構成］
図１に示すように、本例の金属充填装置１は、半導体ウェハ（被処理物）Ｋの被処理面に開口するように形成された微小空間内に溶融金属Ｍを充填する金属充填装置であって、半導体ウェハＫがその前記被処理面を上にした状態で保持される保持台Ｈと、内部に空間が形成され、下端面が前記保持台Ｈと対向して配設された筒状のハウジングＣと、前記保持台Ｈに保持される半導体ウェハＫの被処理面に対して進退自在に設けられた押付部材たるピストンＰと、前記保持台Ｈを前記ハウジングＣに接近、離反させる昇降機構１０と、前記ピストンＰを進退させる押付機構３とを備えており、前記保持台Ｈに保持された半導体ウェハＫ、ハウジングＣ及びピストンＰによって気密状の処理室２が形成される。

【0046】

また、この金属充填装置１は、前記処理室２内の気体を排気して、この処理室２内を減圧する減圧機構５と、前記保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰを加熱する加熱機構６と、前記処理室２内に溶融金属Ｍを供給する溶融金属供給機構７と、処理室２内に不活性ガスを供給するガス供給機構８と、処理室２内に供給された溶融金属Ｍを回収する溶融金属回収機構９と、前記昇降機構１０、押付機構３、減圧機構５、加熱機構６、溶融金属供給機構７、ガス供給機構８及び溶融金属回収機構９の作動を制御する制御装置１１とを備えている。

【0047】

前記保持台Ｈは、前記昇降機構１０によって昇降するようになっており、この保持台ＨをハウジングＣに向けて上昇させ、保持台Ｈの上面に保持された半導体ウェハＫの被処理面をハウジングＣの下端面に押し当てて密着させることにより、気密状の処理室２が形成される。尚、昇降機構１０は、トルクモータなどから構成されており、前記制御装置１１によってその作動が制御される。

【0048】

前記ピストンＰは、前記ハウジングＣの上側開口部から嵌挿され、前記押付機構３によって軸線方向に進退するようになっており、ピストンＰの外周面とハウジングＣの内周面との間には、Ｏリング１２が介装され、両者の間がこのＯリング１２によってシールされている。また、ピストンＰのフランジ部とハウジングＣの上端面との間には、ベローズシール１３が設けられており、当該ベローズシール１３によって、ピストンＰとハウジングＣとの間の気密性が更に高められている。

【0049】

また、前記ピストンＰは、その保持台Ｈと対向する側に、耐熱性を有するステンレス４４０Ｃ（又はステンレス３０４）で構成された押付部４が設けられている。尚、ステンレスは、高温環境下で使用しても表面状態が安定しており、十分な硬さを有している点で押付部４の素材として優れている。また、当該ピストンＰには、適宜溶融金属封止部を設けることが好ましい。

【0050】

そして、前記押付部４の表面の内、少なくとも溶融金属Ｍと接する領域には、電解研磨による鏡面加工が施されており、このような鏡面加工処理の結果、試作した金属充填装置１における押付部４の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．３μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）で０．５μｍ以下、凹凸平均距離（Ｓｍ）で１０μｍ以上となっている。このように、押付部４の表面粗さ（十点平均粗さ）を、０．３μｍ以下として、押付部４の金属表面を滑らかなものとしておけば、溶融金属Ｍが押付部４側に固着することを防ぐことができるので、押付部４を半導体ウェハＫから引き離すときにも、冷却硬化した溶融金属Ｍは押付部４の金属表面から容易に剥離され、充填不良や半導体ウェハＫの割れなどを効果的に回避することが可能となり、また、処理後の押付部４に残留金属Ｍ２が付着するのを防止することができる。尚、本願で表面粗さというときは、ＪＩＳ規格の十点平均粗さのことを指す。

【0051】

更に、前記押付部４の表面には、ＤＬＣ皮膜処理（離型処理）が施されており、強い力で押付部４を溶融金属Ｍに押し付けたとしても、当該溶融金属Ｍが硬化しても容易に押付部４から剥離されるようになっている。

【0052】

尚、離型処理としては、ＤＬＣ処理の他、ＣｒＮコーティング処理、ＴｉＮコーティング処理、サーフ処理などを好適に用いることができる。また、押付部４は、上述したように、ステンレスの金属製なので十分な硬度を有しており、試作した金属充填装置１においては、上記鏡面加工処理や離型処理を施した状態で、そのマイクロビッカース硬さ（Ｈｖ）は１２００より大きかった。

【0053】

また、金属製の押付部４は、加熱加圧による変形も比較的少なく、上記のように、十分な硬度を有しているので、その表面に施したコーティング処理が落ち難く、コーティング処理の効果を長寿命化することができる。

【0054】

前記押付機構３は、所謂油圧シリンダ機構であって、ピストンＰを進退させる駆動力を与える機構であり、ピストンＰの押付部４を所定の押圧力で半導体ウェハＫに押し付けることができる。尚、図示していないが、この押付機構３は、図中上側の油圧室及び図中下側の油圧室に圧油を供給するための配管がそれぞれ接続され、当該各配管には、その作動が前記制御装置１１によって制御される切換弁が設けられており、前記上側の油圧室に圧油が供給されると、ピストンＰが下側に移動し、下側の油圧室に圧油が供給されると、ピストンＰが上側に移動するようになっている。

【0055】

前記減圧機構５は、ハウジングＣの上端側の側壁を貫通して設けられた配管１５によって処理室２と接続された真空ポンプ５ａと、配管１５の、真空ポンプ５ａと処理室２との間に設けられた制御弁５ｂとからなり、真空ポンプ５ａによって処理室２内の空気を排気して、処理室２内を減圧する機構である。尚、前記真空ポンプ５ａの作動及び前記制御弁５ｂの開閉は、前記制御装置１１によって制御されている。

【0056】

また、前記加熱機構６は、前記保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰをそれぞれ個別に加熱することができる装置であり、例えば、保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰにそれぞれ内蔵されたヒータなどを例示することができる。

【0057】

前記溶融金属供給機構７は、ハウジングＣの下端側の側壁を貫通して設けられた配管１６によって処理室２と接続された溶融金属供給部７ａと、配管１６の、溶融金属供給部７ａと処理室２との間に設けられた制御弁７ｂとからなり、所定の供給圧でもって、溶融金属供給部７ａから処理室２内に溶融金属Ｍを供給する機構であり、前記制御弁７ｂはその開閉が前記制御装置１１によって制御されている。

【0058】

前記溶融金属供給部７ａには、金属充填に用いられる溶融金属Ｍがその融点よりも高い温度で熱せられ、液体状態で貯留されている。尚、本例において金属充填に用いられる溶融金属Ｍは、融点約２００℃の鉛フリー半田であり、半田のように比較的融点の低い金属は取り扱いが容易である点において優れているが、溶融金属Ｍの種類は、半田に限定されるものはなく、微小空間を埋める目的やその機能に応じて、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｚｎやこれらの合金など任意のものを採用することができる。

【0059】

また、前記ガス供給機構８は、配管１７によって配管１５及び配管１６と接続されたガス供給部８ａと、配管１７の、配管１５とガス供給部８ａとの間に設けられた制御弁８ｂと、配管１６とガス供給部８ａとの間に設けられた制御弁８ｃとからなり、配管１５、配管１６及び配管１７を介して、ガス供給部８ａから処理室２内に不活性ガスを供給する機構である。尚、ガス供給部８ａの作動及び２つの制御弁８ｂ，８ｃの開閉は、制御装置１１によって制御される。

【0060】

また、前記溶融金属回収機構９は、ハウジングＣの下端側の側壁を貫通して設けられた配管１８によって処理室２に接続された溶融金属回収部９ａと、配管１８の、溶融金属回収部９ａと処理室２との間に設けられた制御弁９ｂとからなり、処理室２内の溶融金属Ｍを回収する機構であって、制御弁９ｂは、その開閉が制御装置１１により制御される。尚、溶融金属回収部９ａとしては、回収タンクと、この回収タンクに接続された排気装置とからなる構成を例示することができる。

【0061】

［金属充填の手順］
次に図２〜図９を参照して、本例の金属充填装置１における金属充填の手順について詳細に説明する。

【0062】

本例の金属充填装置１によれば、まず、制御装置１１によって昇降機構１０の作動を制御し、保持台Ｈを下降させて、保持台Ｈの上面をハウジングＣの下端面から離反させた後、半導体ウェハＫを、その被処理面を上にした状態で保持台Ｈ上に保持する。ついで、制御装置１１によって昇降機構１０の作動を制御して、保持台ＨをハウジングＣに向けて上昇させ、保持台Ｈの上面に保持された半導体ウェハの表面をハウジングＣの下端面に押し当てて密着させることにより、当該ハウジングＣによって半導体ウェハＫが保持台Ｈ上に押さえつけられた状態で処理室２が形成される。

【0063】

しかる後、図２に示すように、制御装置１１による制御の下、真空ポンプ５ａを作動させるとともに、配管１５の制御弁５ｂを開いて、処理室２内の気体を排気し、当該処理室２内及び半導体ウェハＫに形成された微小空間内を略真空状態にまで減圧する。

【0064】

次に、図３に示すように、真空ポンプ５ａによる減圧を続け、処理室２内を略真空状態に保ったままの状態で、制御装置１１による制御の下、押付機構３を作動させて、ピストンＰを半導体ウェハＫに対して近づけていき、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面に当接させる。尚、押付部４の表面は、半導体ウェハＫの被処理面に軽く当たる程度に当接させることが好ましいが、所定の押圧力でもって被処理面に押し付けるようにしても良い。しかる後、前記制御装置１１によって加熱機構６を作動させて、保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰを加熱して、処理室２内を溶融金属Ｍの融点以上の温度（本例においては約２２０℃）に昇温する。このように、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面に当接させた後、処理室２内を昇温するようにしているため、処理室２内の残留金属Ｍ２が融解又は軟化したとしても、当該残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは残留金属Ｍ２が被処理面に広がるのが防止される。尚、残留金属Ｍ２とは、金属充填処理を繰り返し行うことによって、ピストンＰの外周面とハウジングＣの内周面との間などに残留した溶融金属であって、金属成分の酸化や結晶粒の粗大化が起こっており、通常の溶融金属よりも融点が高く、密度は小さくなっている。

【0065】

ついで、図４に示すように、溶融金属Ｍの融点以上の温度に昇温された処理室２内を略真空状態に保ち、且つ半導体ウェハＫの被処理面に押付部４の表面を当接させた状態のまま、制御装置１１によって配管１６の制御弁７ｂを開き、溶融金属供給部７ａから融点以上（本例においては約２５０℃）に熱した液体状の溶融金属Ｍを処理室２の内部に供給する。これにより、溶融金属Ｍよりも密度の小さな残留金属Ｍ２は、供給された溶融金属Ｍの液面に浮上する、或いは、供給された溶融金属Ｍによって配管１８に押し流される。尚、処理室２内の溶融金属Ｍの液面の位置が配管１６の開口部を超えるまで供給するようにすることが好ましい。

【0066】

尚、この金属充填装置１においては、配管１５をハウジングＣの上端側に貫通して設けた、即ち、配管１５を、供給される溶融金属Ｍの液面より十分上方に設けたことにより、真空ポンプ５ａによる減圧を続けた状態で、処理室２内に溶融金属Ｍを供給することが可能となっているが、真空ポンプ５ａ内に溶融金属Ｍが吸引されてしまうことがないように、適切なタイミングで溶融金属Ｍの供給を停止するのが好ましい。また、上述したように、半導体ウェハＫを保持台Ｈに押さえ付けているため、例えば、シリコン（比重：２．５）からなる半導体ウェハＫ上に半田（比重：約９．０）が供給されたとしても、半導体ウェハＫが保持台Ｈから浮き上がらないようになっている。

【0067】

そして、処理室２内に所定量の溶融金属Ｍを供給した段階で、処理室２内に溶融金属Ｍを供給したまま、制御装置１１による制御の下、押付機構３を作動させてピストンＰを上昇させ、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面から離反させて、半導体ウェハＫの被処理面で弾かれることなく当該半導体ウェハＫの被処理面全体を覆える量に達するまで、押付部４と半導体ウェハＫとの間に溶融金属Ｍを供給する（図５参照）。尚、この際、押付部４の表面が溶融金属Ｍの液面に浸かった状態を維持することが好ましい。

【0068】

しかる後、制御装置１１によって配管１６の制御弁７ｂを閉じた後、配管１５の制御弁５ｂを閉じるとともに、真空ポンプ５ａの作動を停止して減圧を中止する。

【0069】

そして、制御装置１１による制御の下、配管１７の制御弁８ｂを開くとともに、ガス供給部８ａを作動させて、このガス供給部８ａから加圧用の窒素ガスなどを処理室２内が所定の圧力（本例においては約０．５ＭＰａ）になるように供給する（図６参照）。これにより、処理室２内に供給された窒素ガスなどのガス圧によって溶融金属Ｍが加圧され、所謂差圧充填により溶融金属Ｍが微小空間内に充填される。

【0070】

しかる後、制御装置１１によって押付機構３を作動させて、ピストンＰを半導体ウェハＫに向け移動させて、押付部４を半導体ウェハＫの被処理面に押し付ける（図７参照）。これにより、押付部４と半導体ウェハＫとの間の余剰溶融金属が、半導体ウェハＫ上からハウジングＣの内周面とピストンＰの外周面との間の隙間に押し出される。したがって、処理後の半導体ウェハＫ被処理面に形成される残渣の量が減少する。尚、残渣とは、半導体ウェハＫ上で微小空間に入りきらなかった余剰溶融金属が半導体ウェハＫ上で硬化してできる層状の不要金属部分のことをいうが、当該金属部分は、全ての場合において不要という訳ではなく、配線層やコンタクト層として用いることができる場合もある。

【0071】

そして、押付部４を半導体ウェハＫの被処理面に押し付けた状態で、ピストンＰをしばらく静止させる。本例の金属充填装置１においては、上述したように、押付部４が溶融金属Ｍの液中に押し付けられた分、その分の溶融金属Ｍは、ピストンＰの外周面とハウジングＣの内周面との間の隙間へ移動するため、溶融金属Ｍの液面が上昇し、その結果、溶融金属Ｍの液面から深い位置で、半導体ウェハＫが溶融金属Ｍに浸漬される状態となる。したがって、押付部４と半導体ウェハＫとが接触し、溶融金属Ｍと半導体ウェハＫ及び押付部４との濡れ性の悪さによって、半導体ウェハＫ被処理面で溶融金属Ｍが弾かれる力が強くなったとしても、半導体ウェハＫの被処理面で溶融金属Ｍが膜切れする状態になり難い。

【0072】

尚、半導体ウェハＫの被処理面に押付部４を押し付けている間も、ガス供給機構８によるガス加圧は継続しておくことが好ましい。このようにすることで、充填する力が維持されるとともに、上述した膜切れをより効果的に防止することができる。

【0073】

ついで、図８に示すように、押付部４を半導体ウェハＫの被処理面に押し付けた状態で、制御装置１１によって配管１７の制御弁８ｃを開くとともに、配管１８の制御弁９ｂを開いて、半導体ウェハＫの微小空間内に充填しきれない余剰溶融金属Ｍ１を溶融金属回収部８ａへと回収する。余剰溶融金属Ｍ１を回収しなければ、後述の冷却後、余剰溶融金属Ｍ１がピストンＰとハウジングＣとの間で硬化してピストンＰの進退動作が妨げられる、或いは、半導体ウェハＫと処理室２の内壁面とが固着するなどの問題が生じ、また、処理室２内に大量の金属が残留してしまう。ただし、押付部４と半導体ウェハＫとの間にガスが入ると充填不良が発生するため、余剰溶融金属Ｍ１を処理室２内から全て除去することはせず、押付部４の外周面とハウジングＣの内周面との間の隙間には溶融金属Ｍを残した状態としておくことが好ましい。尚、この隙間に残す溶融金属Ｍの分量は、半導体ウェハＫ及び押付部４と溶融金属Ｍとの濡れ性や、隙間の大きさにもよるが、高さにして数ｍｍ程度となるような分量であることが好ましい。

【0074】

そして、余剰溶融金属Ｍ１を回収した後、制御装置１１による制御の下、配管１７の制御弁８ｃ及び配管１８の制御弁９ｂを閉じるとともに、加熱機構６による加熱を止め、溶融金属Ｍの温度が融点以下となるまで冷却し、半導体ウェハＫの微小空間内に充填された溶融金属Ｍが冷却硬化するまで待機する。しかる後、制御装置１１による制御の下、配管１７の制御弁８ｂを閉じてガスの供給を停止する。

【0075】

その後、図９に示すように、制御装置１１による制御の下、押付機構３を作動させてピストンＰを上昇させ、更に、昇降機構１０を作動させて、保持台Ｈを下降させることにより、処理室２を開放する。そして、金属充填処理を終えた半導体ウェハＫを取り出して、これから金属充填処理を行う新たな半導体ウェハＫと入れ替え、図２〜図９に示した手順を繰り返し、半導体ウェハＫに金属充填処理を施していく。

【0076】

尚、金属充填装置１によって、上記一連の金属充填処理を施す際の、加熱機構６の動作、制御弁５ｂ，７ｂ，８ｂ，８ｃ，９ｂの開閉、押付機構３の動作及び昇降機構１０の動作に関するタイミングチャートの一例を図１０に示した。

【0077】

［溶融金属封止部の態様］
次に、上記金属充填装置１において、処理室２内に供給された溶融金属Ｍを、押付部４と半導体ウェハＫとの間に閉じ込めるための溶融金属封止部を設ける態様について、図１１〜図１５を参照して説明する。尚、図１１〜図１５において、斜線を付した肉厚部の詳細な構成については、その図示を省略した。

【0078】

まず、第１の態様として、図１１（ａ）に示すように、押付部４の下面に、円形の半導体ウェハＫの外周に沿うように、弾性体からなるリング形状をした溶融金属封止部２０を設ける態様がある。

【0079】

この構成によれば、押付部４を半導体ウェハＫに接近させ、溶融金属封止部２０を半導体ウェハＫの被処理面に当接させる（図３参照）ことで、溶融金属封止部２０の内側の領域と外側の領域とが当該溶融金属封止部２０によって隔てられるため、処理室２内を昇温した際に、残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは被処理面に広がるのをより効果的に防止することができる。また、押付部４を半導体ウェハＫに接近させていった際（図７参照）、押付部４と半導体ウェハＫとの間から余剰溶融金属Ｍ１を逃がして半導体ウェハＫ上で残渣となる余剰溶融金属Ｍ１の量を十分に減らしながらも、被処理面上に充填に必要な溶融金属Ｍを閉じ込めることができる。即ち、溶融金属封止部２０が半導体ウェハＫと接触するまでは、溶融金属封止部２０の内側領域の溶融金属Ｍは、当該領域の外部へと逃げられるのに対し、溶融金属封止部２０が半導体ウェハＫの被処理面に押し付けられると、溶融金属Ｍは、溶融金属封止部２０の内側領域に閉じ込められる（図１１（ｂ）参照）。

【0080】

尚、溶融金属封止部２０は、弾性体からなることが好ましい。このようにすることで、押付部４を半導体ウェハＫに押し付けた際に、溶融金属封止部２０が変形し、封止領域が狭められるので、当該封止領域内の溶融金属Ｍに押付機構３の推力を用いて効率良く高い圧力をかけることができ、溶融金属Ｍを微小空間内に隙間なく充填することができる。

【0081】

そして、この溶融金属封止部２０を設けた場合、上記金属充填装置１においては、ガスによる加圧と押付部４による加圧とを二段階で行い、溶融金属Ｍを半導体ウェハＫに形成された微小空間内に充填することができる。具体的には、まず、上述したように、ガスによる加圧を行う。尚、この際、ガス圧は、溶融金属Ｍが半導体ウェハＫと押付部４との間の隙間で膜切れすることがない程度の軽い圧力（例えば０．２ＭＰａ以下）としておく。ついで、押付部４を半導体ウェハＫに押し付けることによって、溶融金属封止部２０より内側にある半導体ウェハＫの被処理面上全体の溶融金属Ｍに高い圧力をかけて金属充填処理を行うことができる。このように、二段階加圧によって金属充填処理を行うようにすることで、処理室２内の圧力を低く抑えることができ、耐圧性能を極端に高いものとする必要もなくなる。

【0082】

更に、押付部４に溶融金属封止部２０を設けることにより、溶融金属を処理室２外へと除去する工程において、封止領域外の余剰溶融金属Ｍ１をガスブローや液体リンスなどを用いて除去したとしても、封止領域内にある微小空間の充填性には影響が及ばないため、より効果的に余剰溶融金属Ｍ１を処理室２外へと除去し、回収することができる。即ち、押付部４に溶融金属封止部２０を設けた場合には、余剰溶融金属Ｍ１を全て排出したとしても、押付部４と半導体ウェハＫとの間にガスが入ることがなく、充填不良が発生しないため、余剰溶融金属Ｍ１を意図的に残すことなく、処理室２外に除去し、回収することができる。

【0083】

第２の態様として、図１２（ａ）に示すように、押付部４の下面において、半導体ウェハＫの外側の保持台Ｈと対向する位置に、半導体ウェハＫと同心円状の弾性体からなる溶融金属封止部２１を設ける態様がある。尚、この場合、前記金属充填装置１における処理室２は、保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰによって形成されるようにする。

【0084】

このように構成すれば、溶融金属封止部２１は、半導体ウェハＫに接触することなく、半導体ウェハＫの全面において溶融金属Ｍの充填処理を行うことができる（図１２（ｂ）参照）。また、第１の態様と同様に、処理室２内を昇温した際に、残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは被処理面上に広がるのをより確実に防止することができる。

【0085】

以上の溶融金属封止部２０，２１を形成する材料は、ある程度の弾力性や耐熱性などを備え、溶融金属Ｍを封止するのに適した材料であれば、特に限定されるものではないが、封止前の溶融金属Ｍが、封止領域外へと逃げやすい材料や構造を採用することによって、封止される溶融金属Ｍの分量を必要最低限のものとして、半導体ウェハＫ上の残渣をより効果的に薄くすることができる。

【0086】

図１３（ａ）に示すように、第３の態様として、押付部４の、半導体ウェハＫと対向する面の逆側に溶融金属封止部としての弾性体層２２を積層する態様がある。この場合、押付部４の表面と半導体ウェハＫの被処理面との平行度が悪くとも、弾性体層２２が変形することによって押付部４の表面と半導体ウェハＫの被処理面との密着性を高めることができるため、処理室２内を昇温した際に、残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫの被処理面上に載る、或いは広がるのをより効果的に防止することができる。

【0087】

また、このようにすれば、押付機構３によって、ピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させ、押付部４を半導体ウェハＫに接近させると、図１３（ｂ）に示すように、弾性体層２２が押付方向と垂直な方向に広がり、この広がった弾性体層２２がハウジングＣに押し付けられる。これにより、溶融金属Ｍが弾性体層２２で封止された空間の内部に閉じ込められるため、ガスによって加圧されていた溶融金属Ｍの圧力を保つことができる。

【0088】

第４の態様としては、図１４（ａ）に示すように、押付部４の、半導体ウェハＫと対向する面の逆側に溶融金属封止部としての弾性体層２３を積層し、更に、押付部４の下面に、半導体ウェハＫの外周に沿うように、弾性体からなるリング形状をした溶融金属封止部２４を設けた態様がある。このようにすれば、第１の態様と同様に、溶融金属封止部２４によって、この溶融金属封止部２４の内側の領域と外側の領域とが隔てられ、更に、第３の態様と同様に、弾性体層２３が変形することによって押付部４の表面と半導体ウェハＫの被処理面との密着性を高めることができるため、残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは被処理面上に広がるのをより効果的に防止することができる。

【0089】

また、このようにしても、溶融金属封止部２４が半導体ウェハＫと接触するまでは、溶融金属封止部２４の内側領域の溶融金属Ｍは、当該領域の外部へと逃げられるのに対し、溶融金属封止部２４が半導体ウェハＫの被処理面に押し付けられると、溶融金属Ｍは、溶融金属封止部２４の内側領域に閉じ込められる（図１４（ｂ）参照）ため、半導体ウェハＫ上で残渣となる余剰溶融金属Ｍ１の量を十分に減らしながらも、被処理面上に充填に必要な溶融金属Ｍを閉じ込めることができ、更に、余剰溶融金属Ｍ１を意図的に残すことなく、処理室２外に除去し、回収することができる。

【0090】

第５の態様としては、図１５（ａ）に示すように、押付部４の、半導体ウェハＫと対向する面以外を取り囲むように、溶融金属封止部としての弾性体層２５を設ける態様がある。このようにしても、押付機構３によって、ピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させて、弾性体層２５を半導体ウェハＫの表面に当接させることで、弾性体層２５の内側の領域と外側の領域とが当該弾性体層２５によって隔てられるため、融解又は軟化した残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは被処理面上に広がるのを効果的に防止することができる。また、この場合も、上記と同様に、押付部４と半導体ウェハＫとの間から余剰溶融金属Ｍ１を逃がして半導体ウェハＫ上で残渣となる余剰溶融金属Ｍ１の量を十分に減らしながらも、被処理面上に充填に必要な溶融金属Ｍを閉じ込めることができる。

【0091】

このように、押付部４と半導体ウェハＫとの間に閉じ込めるための溶融金属封止部を設けることによって、残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫ上に載る、或いは被処理面上に広がるのを防止することができるとともに、溶融金属Ｍに適切な圧力をかけて、当該溶融金属Ｍを微小空間内に充填することができる。また、半導体ウェハＫ上で残渣となる余剰溶融金属Ｍ１を低減することができる。

【0092】

以上のように、本例の金属充填装置１及び金属充填方法によれば、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面に当接させた後、処理室２内を昇温するようにしているため、処理室２内を昇温することによって、当該処理室２内の残留金属Ｍ２が融解又は軟化しても、この残留金属Ｍ２が被処理面上に載る又は広がるのを防止することができる。更に、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面に当接させた状態で溶融金属Ｍを処理室２内に供給し、処理室２内の残留金属Ｍ２を供給した溶融金属Ｍの液面に浮上させた後、押付部４の表面を半導体ウェハＫの被処理面から離反させて、被処理面上に溶融金属Ｍを供給するようにしたことで、被処理面近傍の溶融金属Ｍへの残留金属Ｍ２の混入を防止することができ、残留金属Ｍ２に起因する充填不良の発生を抑えた上で、微小空間内に溶融金属Ｍを充填することができる。

【0093】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は何らこれらに限定されるものではない。

【0094】

上例の金属充填装置１においては、処理室２内に溶融金属Ｍを供給することで、残留金属Ｍ２を溶融金属Ｍの液面に浮上させる、或いは、供給した溶融金属Ｍによって配管１８に押し流すようにしているが、これに限られるものではない。例えば、半導体ウェハＫの被処理面近傍へ残留金属Ｍ２が近づくのを防止するためにハウジングＣの内周面に一時的に残留金属Ｍ２を受けるための溜まり部を設けるようにしても良い。尚、溜まり部を設けることにより、溶融金属Ｍを供給しなければならない量が増えるため、溶融金属Ｍの使用量を重視するのであれば、溜まり部は特に設けなくとも良い。

【0095】

また、上例においては、押付部４を半導体ウェハＫに近づける構成としたが、半導体ウェハＫ（保持台Ｈ）を押付部４に近づける構成としても良い。

【0096】

また、上例においては、ハウジングＣを通して処理室２内に溶融金属Ｍを供給するようにしたが、保持台Ｈを通して処理室２内に溶融金属Ｍを供給するようにしても良い。これについて、図１６及び図１７を参照して説明する。尚、図１６は、金属充填装置の一部を拡大した図であり、図１７は、図１６におけるハウジングＣを抜粋した矢示Ａ−Ａ間の断面図である。

【0097】

図１６及び図１７に示すように、保持台Ｈに、その側面から上面に貫通するように配管１６を設けるとともに、その上面から下面に貫通するように半導体ウェハＫを吸着するための吸着孔Ｈ１が設けられている。また、ハウジングＣは、その下端面に環状の溝Ｃ１が形成されるとともに、この溝Ｃ１の側面から内周面に貫通するように複数の切欠き部Ｃ２が形成されている。尚、溝Ｃ１は、必ずしも環状である必要はなく、配管１６の、保持台Ｈ上面における開口部と対向する位置に窪みとして設けても良い。この場合、窪みの側面から内周面に貫通するように切欠き部を設ける。

【0098】

このように構成された金属充填装置においては、ハウジングＣの外周側の下端面を保持台Ｈに押し当てて密着させることで処理室２が形成される。尚、この場合、保持台Ｈに代えてハウジングＣを保持台Ｈに対して昇降させる構成とすることが好ましい。また、ハウジングＣの外周側の下端面と保持台Ｈの上面との間及び半導体ウェハＫの下面と保持台Ｈの上面との間は、Ｏリングによってシールされている。

【0099】

そして、この金属充填装置では、溶融金属Ｍが配管１６を介してハウジングＣに形成された溝Ｃ１に供給された後、切欠き部Ｃ２を通して半導体ウェハＫ上に供給される。このようにすれば、半導体ウェハＫのエッジ直近から溶融金属Ｍが供給されるため、残留金属Ｍ２を効果的に押し退けることができる。

【0100】

更に、上例の金属充填装置１では、半導体ウェハＫの被処理面で弾かれることなく当該半導体ウェハＫの被処理面全体を覆うことができる量に達するまで、押付部４と半導体ウェハＫとの間に溶融金属Ｍを供給するようにしているが、このような態様に限られるものではない。例えば、処理室２内を完全に満たすように当該処理室２内に溶融金属Ｍを供給し、被処理面全体を溶融金属Ｍによって均一に覆うようにしても良い。このように構成された金属充填装置３０について、図１８を参照して以下説明する。尚、金属充填装置１の構成と同一の構成要素については、同じ符号を付し、その詳しい説明は省略する。

【0101】

図１８に示すように、この金属充填装置３０は、保持台Ｈ、ハウジングＣ、ピストンＰ、昇降機構１０、押付機構３、減圧機構５、加熱機構６、溶融金属供給機構７、ガス供給機構８、溶融金属回収機構９及び制御装置１１を備えており、押付部４には、保持台Ｈと対向する面の外周縁部に沿って環状の溶融金属封止部４ａが設けられている。また、前記ガス供給機構８は、ガス供給部８ａと配管１５とが配管１７’によって接続されており、前記溶融金属回収機構９は、溶融金属回収部９ａと配管１６とが配管１８’によって接続されている。更に、前記溶融金属回収機構９の制御弁９ｂは、閉鎖、絞りを介した開放、全開放の３つの状態に切り換えることができるようになっている。尚、ピストンＰとハウジングＣとの間には、２つのＯリング１２ａ，１２ｂが介装されており、これら２つのＯリング１２ａ，１２ｂは、ハウジングＣに固定されている。また、この金属充填装置３０においては、処理室２を形成した際に、半導体ウェハＫ表面とハウジングＣの下端面との間が、Ｏリング１４によって気密性が保たれるようになっている。

【0102】

この金属充填装置３０によれば、まず、保持台ＨとハウジングＣとを離反させた状態で、保持台Ｈ上に半導体ウェハＫを載置し、制御装置１１による制御の下、昇降機構１０によって保持台Ｈを上昇させて、保持台Ｈ上に載置した半導体ウェハＫの表面にハウジングＣの下端面を押し当てて密着させ処理室２を形成する。

【0103】

ついで、真空ポンプ５ａを作動させるとともに制御弁５ｂを開き、処理室２内の気体を排気して、処理室２内及び微小空間内を略真空状態にまで減圧する。次に、押付機構３によって、ピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させて、溶融金属封止部４ａを半導体ウェハＫの表面に当接させ、しかる後、加熱機構６によって、保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰを加熱して、処理室２内を溶融金属Ｍの融点以上の温度にまで昇温する。このように、溶融金属封止部４ａを半導体ウェハＫの表面に当接させた状態で処理室２内を昇温することで、融解又は軟化した残留金属Ｍ２が半導体ウェハＫの被処理面上に載る又は広がるのを確実に防止することができる。

【0104】

次に、制御弁５ｂと閉じ、真空ポンプ５ａの作動を停止させる一方、押付機構３によってピストンＰを徐々に上昇させながら、制御弁７ｂを開いて、処理室２内を溶融金属Ｍで完全に満たした状態を維持しつつ、処理室２内に溶融金属Ｍを加圧供給する。そして、処理室２の容積が所定の容積となった後、制御弁７ｂを閉じて、処理室２内への溶融金属Ｍの供給を停止する。このように、金属充填装置３０においては、処理室２内が溶融金属Ｍで完全に満たされるため、溶融金属Ｍが半導体ウェハＫの被処理面で弾かれることがなく、半導体ウェハＫの被処理面全体が溶融金属Ｍによって均一に覆われた状態となる。また、上述したように、供給される溶融金属Ｍの密度よりも残留金属Ｍ２の密度が小さいため、残留金属Ｍ２が溶融金属Ｍに中に浮いて被処理面から遠ざけられる。

【0105】

ついで、制御装置１１によって制御弁９ｂを、絞りを介した開放状態にするとともに、押付機構３を作動させて、ピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させる。これにより、溶融金属Ｍが適切に加圧された状態のまま、余剰溶融金属Ｍ１が溶融金属回収部９ａへ押し出される。そして、ピストンＰを更に移動させて、溶融金属封止部４ａを半導体ウェハＫの被処理面に押し付けることにより、当該溶融金属封止部４ａの内側の領域に溶融金属Ｍが閉じ込められて半導体ウェハＫの内側領域内により高い圧力がかかり、溶融金属Ｍが微小空間内に押し込められる。

【0106】

しかる後、制御弁９ｂを全開放の状態にするとともに、制御弁８ｂを開き、ガス供給部８ａを作動させて、処理室２内に不活性ガスを供給し、溶融金属封止部４ａの内側領域以外の部分に残留する余剰溶融金属Ｍ１を溶融金属回収部９ａに向けて除去する。そして、余剰溶融金属Ｍ１を溶融金属回収部９ａに除去した後、ガス供給部８ａの作動を停止するとともに、加熱機構６の作動を停止して、微小空間内に充填された溶融金属Ｍが冷却硬化するまで待機する。その後、昇降機構１０によって保持台Ｈを下降させて処理室２を開放し、保持台Ｈから半導体ウェハＫを取り外す。

【0107】

尚、金属充填装置３０によって、上記一連の金属充填処理を施す際の、加熱機構６の動作、制御弁５ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂの開閉、押付機構３の動作及び昇降機構１０の動作に関するタイミングチャートの一例を図１９に示した。

【0108】

このように、この金属充填装置３０においては、溶融金属封止部４ａを半導体ウェハＫの被処理面に当接させた後、処理室２内を昇温することで、融解又は軟化した残留金属Ｍ２が被処理面上に載る又は広がるのを確実に防止することができる。また、ピストンＰを徐々に上昇させながら、処理室２内を溶融金属Ｍで完全に満たした状態を維持しつつ、処理室２内に溶融金属Ｍを供給するようにしたことで、供給された溶融金属Ｍ中に残留金属Ｍ２を浮かせ、当該残留金属Ｍ２を被処理面から遠ざけることができる。したがって、被処理面近傍の溶融金属Ｍへの残留金属Ｍ２の混入を防止することができ、残留金属Ｍ２に起因する充填不良の発生を抑えた上で、微小空間内に溶融金属Ｍを充填することができる。

【0109】

尚、上記金属充填装置３０においては、制御弁９ｂの絞りを介すことで、溶融金属Ｍの加圧状態を維持したまま、処理室２内から余剰溶融金属Ｍ１を押し出す構成を説明したが、例えば、処理室２内の溶融金属Ｍの加圧状態を維持するように溶融金属回収部９ａを不活性ガスなどで平衡加圧した状態で、ピストンＰを移動させて余剰溶融金属Ｍ１を押し出す構成としても良い。

【0110】

また、上記２つの金属充填装置１，３０においては、ハウジングＣの側壁を貫通して設けられた各配管を介し、処理室２内への溶融金属Ｍの供給及び処理室２内の排気を行う構成としたが、これに限られるものではなく、図２０に示す金属充填装置４０のような構成としても良い。尚、図２０において、金属充填装置１，３０の構成と同一の構成要素には、同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0111】

図２０に示すように、金属充填装置４０は、保持台Ｈ、ハウジングＣ、ピストンＰ、昇降機構１０、押付機構３、減圧機構５、加熱機構６、溶融金属供給機構７及び制御装置１１から構成されている。

【0112】

この金属充填装置４０においては、前記真空ポンプ５ａと処理室２とは、ピストンＰの、半導体ウェハＫの被処理面と対向する面の中心近傍に一端が開口した配管１５’によって接続されており、処理室２内の気体は、当該配管１５’を介して排気される。また、溶融金属供給部７ａと処理室２とは、同様に、一端がピストンＰの前記対向する面の中心近傍に開口した配管１６’によって接続されており、溶融金属Ｍは、当該配管１６’を介して処理室２内に供給される。また、配管１５’のピストンＰ側の開口部には、制御装置１１によりその開閉が制御されるゲートバルブ５ｃが設けられ、配管１６’のピストンＰ側の開口部には、同様に、制御装置１１によりその開閉が制御されるゲートバルブ７ｃが設けられている。尚、この金属充填装置４０では、ピストンＰとハウジングＣとの間に介装された２つのＯリング１２ｂ，１２ｃのうち、一方のＯリング１２ｂはハウジングＣの上端側に固定され、他方のＯリング１２ｃはピストンＰの下端側に固定されている。

【0113】

尚、金属充填装置４０におけるピストンＰは、その保持台Ｈに対向する側に押付部を設けていない構成としたが、押付部を設けた場合、前記２つの配管１５’，１６’の一端は、押付部の、半導体ウェハＫの被処理面と対向する面の中心近傍に開口するようにすれば良い。

【0114】

次に、この金属充填装置４０によって、半導体ウェハＫの微小空間内に溶融金属Ｍを充填する過程について、図２１〜図２７を参照して説明する。

【0115】

まず、制御装置１１による制御の下、昇降機構１０によって保持台Ｈを下降させた後、半導体ウェハＫを保持台Ｈ上に載置し、ついで、保持台Ｈを上昇させて、気密状の処理室２を形成する。しかる後、真空ポンプ５ａを作動させるとともに、制御弁５ｂ及びゲートバルブ５ｃを開き、処理室２内の気体を排気して当該処理室２内を略真空状態にまで減圧する（図２１参照）。

【0116】

次に、押付機構３によってピストンＰを半導体ウェハＫの被処理面に向けて移動させ、ピストンＰを被処理面に当接させた後、加熱機構６によって保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰを加熱し、処理室２内を溶融金属Ｍの融点以上の温度にまで昇温する（図２２参照）。このようにすることで、融解又は軟化した残留金属Ｍ２の半導体ウェハＫ被処理面への広がりが防止される。

【0117】

ついで、図２３に示すように、制御弁５ｂ及びゲートバルブ５ｃを閉じるとともに、真空ポンプ５ａの作動を停止した後、配管１６’の制御弁７ｂ及びゲートバルブ７ｃを開いて、溶融金属Ｍを処理室２内に供給できる状態にした後、押付機構３によってピストンＰを徐々に上昇させて、当該ピストンＰを被処理面から徐々に離反させることで、処理室２内を溶融金属Ｍで完全に満たした状態を維持しつつ、処理室２内に溶融金属Ｍを加圧供給していく。そして、処理室２の容積が所定の容積となった後、ピストンＰの移動を停止する（図２４参照）。尚、このように、処理室２内を溶融金属Ｍで完全に満たすことによって、上記金属充填装置３０と同様に、溶融金属Ｍが半導体ウェハＫの被処理面で弾かれるのが防止され、当該被処理面が溶融金属Ｍによって均一に覆われ、また、溶融金属Ｍよりも密度が小さい残留金属Ｍ２が溶融金属Ｍ中に浮遊し、当該残留金属Ｍ２が被処理面から遠ざけられた状態となる。

【0118】

次に、図２５に示すように、制御弁７ｂ及びゲートバルブ７ｃを開いた状態のまま、押付機構によってピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させる。その際、溶融金属供給部７ａにおける溶融金属Ｍの供給圧よりも大きい力でもってピストンＰを移動させて処理室２を狭める構成とすることで、溶融金属Ｍが供給圧と同じ力で加圧された状態が維持されつつ、余剰溶融金属Ｍ１が配管１６’を介して溶融金属供給部７ａに押し戻される。

【0119】

そして、ピストンＰを更に移動させて、当該ピストンＰを半導体ウェハＫの被処理面に押し付けた状態で放置し（図２６参照）、しかる後、制御弁７ｂ及びゲートバルブ７ｃを閉じるとともに、加熱機構６による保持台Ｈ、ハウジングＣ及びピストンＰの加熱を停止し、溶融金属Ｍの温度が融点以下となるまで冷却して、微小空間内に充填された溶融金属Ｍが冷却硬化するまで待機する。

【0120】

尚、溶融金属供給部７ａの供給圧が、ボイドを生じることなく微小空間内に溶融金属Ｍを充填するのに必要な圧力として不十分である場合には、ピストンＰを被処理面に押し付ける前の段階でゲートバルブ７ｃを閉じ、処理室２内に閉じ込められた溶融金属ＭをピストンＰで更に加圧することが好ましい。この場合、被処理面上の余剰溶融金属Ｍ１の量が極力少なくなるように、ゲートバルブ７ｃを閉じるタイミングを制御装置１１によって制御する。

【0121】

その後、図２７に示すように、押付機構３によってピストンＰを上昇させるとともに、昇降機構１０によって保持台Ｈを下降させ、処理室２を開放し、保持台Ｈから半導体ウェハＫを取り出す。

【0122】

尚、金属充填装置４０によって、上記一連の金属充填処理を施す際の、加熱機構６の動作、制御弁５ｂ，７ｂの開閉、ゲートバルブ５ｃ，７ｃの開閉、押付機構３の動作及び昇降機構１０の動作に関するタイミングチャートの一例を図２８に示した。

【0123】

このように、この金属充填装置４０においても、ピストンＰを半導体ウェハＫの被処理面に当接させた後、処理室２内を昇温するようにしているため、融解又は軟化した残留金属Ｍ２が被処理面上に広がるのを防止することができる。また、溶融金属Ｍを供給できる状態にしてから、ピストンＰを徐々に上昇させることで、被処理面上は供給された溶融金属Ｍで瞬間的に覆われ、供給された溶融金属Ｍ中に残留金属Ｍ２が浮遊して、当該残留金属Ｍ２が被処理面の近傍から離れ、被処理面近傍の溶融金属Ｍへの残留金属Ｍ２の混入が防止される。したがって、残留金属Ｍ２が混入することで生じる充填不良を抑えた上で、微小空間内に溶融金属Ｍを充填することができる。

【0124】

尚、上記金属充填装置４０においては、処理室２内に供給された溶融金属Ｍを、溶融金属供給部７ａに押し戻すようにしているが、溶融金属回収機構９を設けるようにしても良い。これについて、図２９を参照して説明する。尚、図２９においては、上記金属充填装置４０と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0125】

図２９に示すように、この金属充填装置４５は、保持台Ｈ、ハウジングＣ、ピストンＰ、昇降機構１０、押付機構３、減圧機構５、加熱機構６、溶融金属供給機構７、ガス供給機構８、溶融金属回収機構９及び制御装置１１から構成されている。そして、この金属充填装置４５においては、ガス供給機構８のガス供給部８ａは、配管１７’によって配管１５’の制御弁５ｂとゲートバルブ５ｃとの間に接続されており、制御弁８ｂは、ガス供給部８ａと配管１５’との間に設けられている。また、溶融金属回収機構９の溶融金属回収部９ａは、配管１８’によって配管１６’の制御弁７ｂとゲートバルブ７ｃとの間に接続されており、制御弁９ｂは、溶融金属回収部９ａと配管１６’との間に設けられている。また、前記配管１５’の、制御弁５ｂとゲートバルブ５ｃとの間と、配管１６’の、制御弁７ｂとゲートバルブ７ｃとの間とは、配管４１によって接続されており、当該配管４１には、制御装置１１によって開閉が制御される制御弁４２が設けられている。尚、前記溶融金属回収機構９の制御弁９ｂは、閉鎖、絞りを介した開放、全開放の３つの状態に切り換えることができるようになっている。

【0126】

この金属充填装置４５では、上記金属充填装置４０と同様の手順で処理室２内に溶融金属Ｍを供給する。

【0127】

ついで、制御弁７ｂを閉じるとともに、制御弁９ｂを絞りを介した開放状態にした後、押付機構３によってピストンＰを半導体ウェハＫに向けて移動させる。これにより、溶融金属Ｍが適切に加圧された状態のまま、余剰溶融金属Ｍ１が溶融金属回収部９ａへ押し出され、処理室２内から排除されるとともに、微小空間内に溶融金属Ｍが充填される。そして、ピストンＰを更に移動させ、当該ピストンＰを被処理面に押し当てることにより、半導体ウェハＫの被処理面上から余剰溶融金属Ｍ１が除去される。

【0128】

しかる後、ゲートバルブ７ｃを閉じるとともに、制御弁９ｂを全開放の状態にする。そして、制御弁４２及び制御弁８ｂを開き、ガス供給部８ａを作動させて、配管１５’及び配管４１を介して配管１６’に不活性ガスを供給し、当該配管１６’内に残った余剰溶融金属Ｍ１を溶融金属回収部９ａに押し出す。

【0129】

そして、配管１６’内の余剰溶融金属Ｍ１を除去した後、制御弁８ｂ，９ｂ，４２を閉じるとともに、ガス供給部８ａの作動を停止した後、加熱機構６の作動を停止して、微小空間内に充填された溶融金属Ｍを冷却硬化させる。その後、処理室２を開放して半導体ウェハＫを取り出す。

【0130】

尚、金属充填装置４５によって、上記一連の金属充填処理を施す際の、加熱機構６の動作、制御弁５ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ，４２の開閉、ゲートバルブ５ｃ，７ｃの開閉、押付機構３の動作及び昇降機構１０の動作に関するタイミングチャートの一例を図３０に示した。

【0131】

このように、上記金属充填装置４５においても、融解又は軟化した残留金属Ｍ２が被処理面上に広がるのを防止できるとともに、被処理面近傍の溶融金属Ｍへの残留金属Ｍ２の混入を防止することができる。また、配管１６’内に残った余剰溶融金属Ｍ１を除去するようにしているので、連続した半導体ウェハＫに対して金属充填処理を施す際にも、新鮮な溶融金属Ｍを処理室２内に供給することができる。

【符号の説明】

【0132】

１ 金属充填装置
２ 処理室
３ 押付機構
４ 押付部
５ 減圧機構
６ 加熱機構
７ 溶融金属供給機構
８ ガス供給機構
９ 溶融金属回収機構
１０ 昇降機構
１１ 制御装置
Ｃ ハウジング
Ｈ 保持台
Ｋ 半導体ウェハ
Ｐ ピストン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】