(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に開口するように存する微小空間の内部に、溶融した充填用金属を充填する金属充填装置であって、
前記基板を保持する保持部と、
前記保持部に対向して設けられる押付部材と、
前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押付可能に駆動する押付機構と、
前記基板上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱部とを備え、
前記押付部材は、前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けたとき、前記固体または溶融状態の充填用金属を前記基板上の領域内に封止した状態で前記基板の表面に押し付く金属封止部を具備することを特徴とする金属充填装置。
【請求項２】
前記金属封止部は、
前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けたとき、前記固体または溶融状態の充填用金属を前記基板上にて取り囲む突起部であることを特徴とする請求項１に記載の金属充填装置。
【請求項３】
前記金属封止部は、
弾性体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の金属充填装置。
【請求項４】
少なくとも前記保持部に保持された基板上の空間を閉塞する処理室と、
前記処理室の内部雰囲気を減圧する減圧部とを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項５】
前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けた状態で前記基板を冷却する冷却部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項６】
基板の表面に開口するように存する微小空間の内部に、溶融した充填用金属を充填する金属充填方法であって、
前記基板を保持する基板保持段階と、
前記基板上に固体の充填用金属を供給する金属供給段階と、
前記基板上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱段階と、
前記固体または溶融状態の充填用金属を、前記基板上の領域内に封止した状態で該基板の表面に押し付ける押付段階とを備えることを特徴とする金属充填方法。
【請求項７】
基板の表面に開口するように存する微小空間の内部に、溶融した充填用金属を充填する金属充填方法であって、
少なくとも前記基板の表面を閉塞された処理室の内部に保持する基板保持段階と、
前記基板の表面上に固体の充填用金属を供給する金属供給段階と、
前記処理室の内部雰囲気を減圧する減圧段階と、
前記処理室の内部雰囲気を減圧した状態において、前記基板の表面上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱段階と、
前記固体または溶融状態の充填用金属を前記基板上の領域内に封止した状態で該基板の表面に押し付ける押付段階とを備えることを特徴とする金属充填方法。
【請求項８】
前記固体の充填用金属は、シート状であることを特徴とする請求項６または７に記載の金属充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面上に存する微小空間（ビア）内に溶融した充填用金属を充填する金属充填装置、金属充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン貫通電極（Through Silicon Via）技術において、半導体ウェハなどの基板上に存する微小空間の内部に各種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】
従来、基板上の微小空間の内部に的確に金属充填するために、被充填基板を溶融した充填用金属の糟に浸漬する方式や、基板上に多量の溶融した充填用金属を供給する方式が採用されていた。
【０００４】
しかし、上記の従来方式は、多量の溶融した充填用金属を用いるので、金属充填装置の大型化、加熱系の大容量化、金属材料の消費量増加、溶融した充填用金属の性質保持手段の構築必要性（例えば、攪拌均質化手段や酸化物などの不純物を除去する不純物除去手段の構築必要性）によって、装置コストやランニングコストの増大を招くものであった。
【０００５】
昨今、上記の問題を解決するために、充填用金属として金属シートを用いる方法が提案されている（特許文献１〜２）。充填用金属として金属シートを用いる場合、溶融金属糟方式や溶融金属供給方式と異なって、多量の金属を溶融させて準備する必要がないので、充填処理に用いる金属量を低減し、金属充填のコストを低減するとともに、簡素な装置構成を実現することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６８０８２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２８５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体ウェハなどの基板材料は、溶融した充填用金属との間の濡れ性（親和性）の悪いことが一般に知られている。基板材料と溶融した充填用金属との間の濡れ性が悪いと、前記充填用金属は、界面エネルギーの影響によって、基板上で弾かれて表面積が最小となるように凝集する。さらに、前記充填用金属は、基板上で凝集しようとして、自ずと押し付け面と基板表面との間から外部へと漏れ出てしまう。特に、基板上に絶縁膜や保護膜が形成されている場合には、かかる濡れ性の悪さが顕著となる。
【０００８】
特許文献１〜２においては、溶融した充填用金属を基板上の微小空間の内部に充填するために、前記充填用金属に押し付け圧などの圧力を加えている。溶融した充填用金属は、基板材料との濡れ性が悪いと、基板上の微小空間の内部に一度入ったとしても外に出ようとする性質を有しているので、充填用金属を微小空間の内部にとどまらせるには、強制的な外力を付与して押さえ込む必要があるからである。特に、金属充填の対象となる微小空間のアスペクト比が高い場合には、微小空間の奥まで金属充填するために、外部から高い圧力を付与することが重要となる。
【０００９】
しかし、充填処理時の充填用金属は溶融した液体となっており、その粘度も低いので、溶融した充填用金属を、基板上の微小空間の内部に向けて押し付けるように機械的な力を加えたとしても、力を加えられた充填用金属は、基板表面に沿って各方向に分散し、基板の外部に漏れてしまうので、その充填液圧が高まらない。
【００１０】
前記充填用金属の充填液圧を高める手法としては、機械的な押し付け以外に、雰囲気加圧を用いることも可能である。しかし、雰囲気加圧を用いて基板上の全ての微小空間の内部に金属充填するためには、これら微小空間の開口部が溶融した充填用金属によって覆われている必要がある。それゆえ、雰囲気加圧を用いる場合には、前述の凝集を生じたとしても微小空間の開口部が露出することのないように、過剰な量の充填用金属を基板上に供給しておく必要がある。
【００１１】
したがって、充填用金属として金属シートを用いる場合には、供給金属量が比較的少ないので、前記凝集の発生によって微小空間の開口部が露出し易く、雰囲気加圧を用いたとしても充填不良が生じやすい。例えば、特許文献２の充填用基材を用いる場合、溶融した充填用金属は、基板と支持体との間で弾かれた状態となる。それゆえ、雰囲気加圧をしても、前記凝集が基板上に発生するので、全ての微小空間を充填することはできないと考えられる。
【００１２】
このような問題を回避するには、雰囲気加圧において使用金属量低減のメリットが薄れる過剰な厚さの金属シートを供給したり、加圧方法を問わず何らかの濡れ性改善策（基板の表面に溶融した充填用金属と濡れ性のよい金属膜等を予め形成する、溶融した充填用金属の表面張力を大幅に下げる工夫を施すなど）を講じたりする必要が生じていた。
【００１３】
また、基板の外部に漏れた充填用金属は、基板の裏面や装置の処理室内部を汚染する、という問題を招く。このような汚染金属は冷却すると固化するので、基板裏面からの除去負担や処理室等の清掃負担は極めて大きなものとなる。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、溶融金属糟方式や溶融金属供給方式と比較して使用金属量を低減しながら、充填用金属が基板表面で弾かれて生じる凝集や、充填用圧力を加えた際の充填用金属の漏れを抑制し、基板と充填用金属との濡れ性が悪い場合であっても、的確な充填力を付与して効果的な金属充填を実現するとともに、充填用金属が基板の裏面に付着したり、周囲を汚染したりすることを抑制する金属充填装置、金属充填方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、基板の表面に開口するように存する微小空間の内部に、溶融した充填用金属を充填する金属充填装置に係る。
【００１６】
本発明に係る金属充填装置は、
前記基板を保持する保持部と、
前記保持部に対向して設けられる押付部材と、
前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押付可能に駆動する押付機構と、
前記基板上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱部とを備え、
前記押付部材は、前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けたとき、前記固体または溶融状態の充填用金属を前記基板上の領域内に封止した状態で前記基板の表面に押し付く金属封止部を具備するものである。
【００１７】
前記金属封止部は、
前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けたとき、前記固体または溶融状態の充填用金属を前記基板上にて取り囲む突起部であることが好ましい。
【００１８】
上記の金属充填装置は、基板の表面上に固体の充填用金属が供給されると、加熱部の働きによって、充填用金属を溶融する一方、押付機構の働きによって、押付部材を保持部に保持した基板の方向に押し付けたり、保持部に保持した基板を押付部材の方向に押し付けたりする。
【００１９】
このとき、押付部材に具備された金属封止部の働きにより、固体または溶融状態の充填用金属は基板上の領域内に封止される。ここで、基板上の領域とは、基板上の充填面の領域を指す。すなわち、充填用金属は、被充填基板の充填面上に封止保持される。したがって、加圧環境下においても、溶融した充填用金属は、基板の充填面上から外部へと漏れることがない。この結果、押し付けにより加えられた加圧力は、充填用金属の液圧に的確に転換され、基板の表面上の微小空間の内部に対する充填力となるので、金属充填を効果的に実現することができる。また、従来の溶融金属糟方式や溶融金属供給方式と比較して、使用金属量を低減することが容易となる。
【００２０】
そして、上記の金属充填装置によれば、充填用金属が、基板の充填面上から外部へと漏れることがないので、充填用金属が基板の裏面にまわりこんで付着したり、装置内部を汚染したりするのを抑制することが可能となる。
【００２１】
また、上記の金属充填装置において、金属封止部は、弾性体からなることが好ましい。かかる構成によれば、弾性体の有する弾性ないし柔軟性による密着効果が、充填用金属を基板上の領域内に封止する際の封止性を高めて、更には、金属封止部が基板の表面等を傷つけることを抑制することが可能となる。加えて、弾性体の金属封止部を用いれば、金属封止部を基板側に押し付ける場合であっても、金属封止部の変形により的確な押し付け力を付与することができる。
【００２２】
また、上記の金属充填装置においては、少なくとも前記保持部に保持された基板上の空間を閉塞する処理室と、前記処理室の内部雰囲気を減圧する減圧部とを更に備えることが好ましい。かかる構成によれば、基板上の充填用金属を溶融する前に、予め処理室の内部雰囲気を減圧することにより、基板上の空間ないし基板上の微小空間の内部を減圧しておくことができるので、溶融した充填用金属を充填する際、前記微小空間の内部に充填用金属が引き込まれて充填し易くなる。また、上記の減圧によって、微小空間の内部に充填された金属中にボイドが生じ難くなる。さらに、前記減圧部による減圧と前記押し付けによる加圧とを併用することによって充填力が増すので、充填不良の少ない金属充填を実現することが容易となる。
【００２３】
また、上記の金属充填装置においては、前記押付機構が前記保持された基板と前記押付部材との少なくとも一方を他方に押し付けた状態で前記基板を冷却する冷却部を更に備えることが好ましい。かかる構成によれば、押し付けにより基板上の微小空間の内部に溶融した充填用金属を充填した状態で、当該基板を冷却することができるので、充填された状態の金属を迅速に固化させて充填不良の少ない金属充填を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本発明は、基板の表面に開口するように存する微小空間の内部に、溶融した充填用金属を充填する金属充填方法に係る。
【００２５】
本発明に係る金属充填方法は、
前記基板を保持する基板保持段階と、
前記基板上に固体の充填用金属を供給する金属供給段階と、
前記基板上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱段階と、
前記充填用金属を、溶融時に前記基板上の領域内に封止された状態で該基板の表面に押し付ける押付段階とを備えるものである。
【００２６】
上記の金属充填方法は、金属供給段階において、基板保持段階にて保持した基板の表面上に固体の充填用金属を供給する。また、加熱段階において、供給された固体の充填用金属を溶融して液体とし、押付段階において、充填用金属を溶融時に前記基板上の領域内に封止された状態で基板の表面に押し付ける。
【００２７】
このとき、溶融した充填用金属は、被充填基板の充填面上に封止保持され、加圧環境下においても、基板の充填面上から外部へと漏れることがない。この結果、押し付けによる加圧力は、充填用金属の液圧に的確に転換され、基板の表面上の微小空間の内部に対する充填力となるので、金属充填を効果的に実現することができる。
【００２８】
また、上記の金属充填方法によれば、充填用金属が、基板の充填面上から外部へと漏れることがないので、充填用金属が基板の裏面にまわりこんで付着したり、周囲を汚染したりするのを抑制することが可能となる。
【００２９】
なお、上記の金属充填方法において、充填用金属の封止処理は、充填用金属の溶融処理より先に行われてもよい。充填用金属の封止処理を充填用金属の溶融処理より先に行えば、溶融した充填用金属の漏れを溶融開始時から確実に防止することができる。
【００３０】
また、本発明に係る金属充填方法は、
少なくとも前記基板の表面を閉塞された処理室の内部に保持する基板保持段階と、
前記基板の表面上に固体の充填用金属を供給する金属供給段階と、
前記処理室の内部雰囲気を減圧する減圧段階と、
前記処理室の内部雰囲気を減圧した状態において、前記基板の表面上に供給された固体の充填用金属を溶融する加熱段階と、
前記充填用金属を、溶融時に前記基板上の領域内に封止した状態で該基板の表面に押し付ける押付段階とを備えるものである。
【００３１】
上記の金属充填方法は、基板保持段階にて基板の表面を閉塞された処理室の内部に保持し、減圧段階にて前記処理室の内部雰囲気を減圧するものである。それゆえ、前記作用効果に加えて、加熱段階にて基板の表面上の充填用金属を溶融する前に、処理室の内部雰囲気を減圧し、基板上の微小空間の内部も減圧しておくことができる。これにより、充填用金属を溶融充填する際、前記微小空間の内部に充填用金属が引き込まれ易くなり、微小空間の内部の充填金属中におけるボイドの発生を抑制することが容易となるので、より効果的な金属充填を実現することができるという作用効果を奏する。
【００３２】
また、上記の金属充填方法において、充填用金属の封止処理を充填用金属の溶融処理より先に行えば、かかる封止処理により、基板上の封止空間と前記処理室のその他空間とは分離されるので、基板上の封止空間の内部を減圧したまま、充填用金属の溶融処理前に前記処理室のその他空間の雰囲気のみを復圧したり加圧したりすることが可能となり、このような構成を採用すれば、溶融した充填用金属が上記封止空間から漏れ出すことをより効果的に抑制することが可能となる。
【００３３】
また、上記の金属充填方法において、前記固体の充填用金属は、シート状であることが好ましい。かかる構成によれば、粉末状やペレット状等の充填用金属と比較して、金属充填装置への供給や充填対象基板（充填必要領域）との位置合わせがしやすくなる。また、粉末状の充填用金属と比較して、シート状の充填用金属は供給前の長期保管時においても自然酸化による劣化が少ないという利点がある。さらに、シート状の充填用金属は、厚みが薄いので、ペレット状の充填用金属と比較して、溶融前の固体状態においても、前記押し付け等の妨げとならない平板状あるいは僅かな凸量の封止部材等によって封止できるとともに、ペレット状の充填用金属と異なって、基板への押し付け面圧が比較的均等となり、基板割れなどの問題を招かない。さらに、シート状の充填用金属は、加熱部との接触等による伝熱面積を大きくしやすいので、迅速な溶融処理を実現することが可能となる。
【００３４】
シート状の充填用金属を用いれば、溶融金属槽等を用いる方法と比較して、充填に用いる金属量を低減し、更には、装置の構成を簡素化して、金属充填のコストを削減することが可能となる。なお、金属シートの厚みは特に限定されないが、例えば数十〜数百μｍ程度のものを用いることができる。一般に、使用金属量を低減するという観点からは、金属シートはより薄いことが好ましい。
【００３５】
従来技術においては、充填用金属として金属シートを用いる場合、基板上の金属量が少ないので、特に基板との濡れ性が悪いと溶融した充填用金属が弾かれて凝集し、基板上の微小空間の一部が溶融した充填用金属で覆われていない状態となってしまうので、的確な金属充填が困難になる、という問題が生じる。しかし、本発明の金属充填方法によれば、効果的な充填力の付与により、基板上における充填用金属の弾きを抑制して、的確な金属充填を実現することができる。
【００３６】
なお、本明細書において、基板の表面に開口するように存する微小空間とは、典型的には、直径が０．１μｍ〜数十μｍの孔状空間を想定しているが、充填用金属が入り込むような空間であれば、そのアスペクト比や形成方法、さらには、直線、曲線、分岐の有無など、孔の形状についても問わない。ただし、上記微小空間の底部分は、基板もしくは基板と異なる何らかの部材（配線膜、絶縁膜、支持基板、保持台など）によって閉止状態とされていることが好ましい。なお、上記微小空間の深さは、基板厚等に応じて任意の値（例えば数百μｍ以下）とされる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る金属充填装置、金属充填方法によれば、溶融金属糟方式や溶融金属供給方式と比較して使用金属量を低減しながら、基板の濡れ性が悪い場合であっても、的確な充填力を付与して効果的な金属充填を実現するとともに、充填用金属が基板の裏面に付着したり、周囲を汚染したりすることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属充填装置を示した説明図である。
【図２】図１の金属充填装置の動作を示す説明図である。
【図３】図１の金属充填装置の動作を示す説明図である。
【図４】図１の金属充填装置の動作を示す説明図である。
【図５】基板上に存する微小空間に対する金属充填の様子を示す断面図であり、（ａ）は、金属充填前の基板上の微小空間を示す断面図、（ｂ）は、金属充填後の基板上の微小空間を示す断面図である。
【図６】金属充填装置における金属封止部の変形例を示す図である。
【図７】図６の金属充填装置の動作を示す図である。
【図８】図６の金属充填装置の動作を示す図である。
【図９】金属封止部の更なる変形例を示す図である。
【図１０】金属封止部の更なる変形例を示す図である。
【図１１】金属封止部の更なる変形例を示す図である。
【図１２】図１１の金属封止部と押付部材との動作を示す図である。
【図１３】図１１の金属封止部と押付部材との動作を示す図である。
【図１４】図１とは異なる押付部材を備える金属充填装置の構成例を示す図である。
【図１５】金属充填装置の更なる構成例を示す図である。
【図１６】図１５の金属充填装置の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基づき説明する。
【００４０】
〔１．金属充填装置の構成例〕
図１は、本実施形態に係る金属充填装置１の概略構成を示す図である。同断面図に示すように、金属充填装置１は、筒状の胴部２に取り囲まれた処理室３の内部に、平面視円形の基板Ｋを保持する保持台４と、保持台４に対向して設けられる円板状金属の押付部材Ｐとを備え、更に、押付部材Ｐの上部には、押付部材Ｐを保持台４上の基板Ｋに対して押付可能に設ける押付機構５を備えている。なお、本実施形態における保持台４は、単に基板Ｋを載置する構造であるが、適宜、静電保持などをしてもよい。
【００４１】
また、金属充填装置１は、基板Ｋの表面上に供給される固体の充填用金属Ｍを溶融・再固化する加熱冷却機構６を備え、押付部材Ｐの先端部には、押付部材Ｐと略同径円板状の金属封止部７が設けられている。
【００４２】
なお、加熱冷却機構は、図１と異なり、保持台４ではなく、押付部材Ｐに設けられてもよいし、保持台４と押付部材Ｐとの両方に設けられてもよい。押付部材Ｐの側に加熱冷却機構を設けて充填用金属Ｍを加熱溶融する構成を採用すれば、装置構造は若干複雑となるが、基板Ｋの受ける熱ダメージを緩和することができる。
【００４３】
また、金属充填装置１は、処理室３の内部雰囲気を減圧する真空ポンプ８、管９、開閉弁１０を備えており、胴部２の壁面と押付部材Ｐとの間に設けられたＯリング１１が処理室３の封止性を保っている。そして、胴部２には昇降機構１２が接続されている。昇降機構１２は、胴部２を昇降させる駆動力を発生させるトルクモータなどから構成される。昇降機構１２が胴部２を保持部４に向けて下降させ、胴部２の下端面を保持部４の上面に当接させることにより、処理室３が閉塞された空間となる。
【００４４】
基板Ｋは、充填用金属Ｍの充填対象であり、本実施形態の半導体ウェハの他、各種の金属、合金、金属酸化物、セラミックス、ガラスなど、任意の素材を採用することができる。基板Ｋの形状は、平面視円形に限定されず方形など任意の形状としてもよい。また、充填用金属Ｍとしては、本実施形態の鉛フリー半田の他、基板Ｋ上の微小空間を埋める目的や機能に応じて、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｚｎやこれらの合金など任意の金属を採用することができる。なお、充填用金属Ｍとして半田のような低融点金属を用いれば、金属充填の際に基板Ｋの温度を比較的低く保てるので、取り扱いが容易である他、基板Ｋに与える熱ダメージを小さくすることが可能となる。
【００４５】
押付機構５は、押付部材Ｐを支持する支持部と、押付部材Ｐを進退させる駆動力を発生するトルクモータ，エア／油圧アクチュエータ，サーボモータの組合せなどとから構成される。押付機構５は、溶融した充填用金属Ｍに０．０１〜１ＭＰａの圧力を与える力で、押付部材Ｐを基板Ｋに押し付けることができる。
【００４６】
加熱冷却機構６は、基板Ｋと充填用金属Ｍとを加熱または冷却する機構であり、加熱時には、基板Ｋ上の充填用金属Ｍを加熱して溶融させる一方、冷却時には、基板Ｋ上の充填用金属Ｍを冷却して再固化させる能力を有している。
【００４７】
金属封止部７は、耐熱性を有する弾性体、具体的には、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＰＴＦＥ板、黒鉛板などから構成される。金属封止部７は、融点以上に加熱溶融された充填用金属Ｍと直接に接する部材であるから、十分な耐熱性能を有することが好ましい。例えば、充填用金属Ｍとして、例えば融点約２００℃の鉛フリー半田を用いる場合であれば、金属封止部７は、少なくとも２００℃以上の耐熱性能を有していることが好ましい。
【００４８】
〔２．金属充填の手順例〕
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態の金属充填装置１による金属充填の手順例を説明する。
【００４９】
図２は、基板Ｋの装置投入時における金属充填装置１の様子を示す図である。同図に示すように、金属充填装置１の昇降機構１２を駆動させることにより、胴部２を上昇させて処理室３を開放する。このように、処理室３を開放した状態において、外部の搬入ロボット等により、微小空間の存する金属充填対象面を上にして、基板Ｋを保持台４上に投入する。更に、基板Ｋの上に、シート状の充填用金属Ｍを載置するように投入する。投入する充填用金属Ｍとしては、例えば、基板Ｋよりひとまわり小さく基板Ｋの略全面を覆う大きさで、厚みが数十〜数百μｍの半田シート（鉛フリー半田）を用いる。
【００５０】
なお、上記の説明では、基板Ｋと充填用金属Ｍとを順次、保持台４上に投入ないし載置する手順を示したが、これら部材の投入形態は上記に限られるものではなく、基板Ｋ上に充填用金属Ｍを載置した状態で両者を装置投入することにより、基板Ｋと充填用金属Ｍとを同時に保持台４上に積載してもよい。
【００５１】
こうして、保持台４上に基板Ｋと充填用金属Ｍとを積載したならば、金属充填装置１の昇降機構１２を駆動させることにより、胴部２を下降させて、再び閉塞状態の処理室３を形成する。そして、真空ポンプ８を作動させて開閉弁１０を開き、処理室３の内部雰囲気を排気して、略真空状態になるまで減圧していく。すなわち、真空ポンプ８は、処理室３の内部雰囲気を減圧する減圧部として機能する。このような減圧により、基板Ｋ上の微小空間の内部も減圧状態となる。
【００５２】
次いで、図３に示すように、押付機構５の駆動により押付部材Ｐを下降させて、金属封止部７をシート状の充填用金属Ｍに押し付ける。この押し付けにより、金属封止部７は、弾性変形し、充填用金属Ｍを封止状態で取り囲み、空隙のない状態となる。すなわち、金属封止部７は、基板Ｋ上に充填用金属Ｍを隙間なく封止する。なお、金属封止部７が充填用金属Ｍに当接した後は、主に弾性体たる金属封止部７の復元力のみによって、充填用金属Ｍの押し付けを行ってもよい。
【００５３】
そして、上記の封止状態において、基板Ｋ上の充填用金属Ｍをその融点以上に加熱して溶融した液体とする。このとき、金属封止部７の押し付けにより、基板Ｋのエッジ部（周縁部）においては、金属封止部７の弾性復元等による応力が、基板平面方向に加えて、基板側面方向にも強くかかっているので、充填用金属Ｍは溶融した後においても基板Ｋ上の領域内に封止された状態を維持する。すなわち、金属封止部７においては、基板Ｋのエッジ部との接触部分には、基板Ｋの平面部との接触部分よりも、高い圧縮応力が発生する。すなわち、金属封止部７において、基板Ｋのエッジ部との接触部分では、基板Ｋの平面部との接触部分よりも単位面積あたりに大きな力（接触面圧）がかかるので、前記エッジ部との接触部分によって、溶融した充填用金属Ｍを基板Ｋ上の領域内に封止することが可能である。なお、このような封止を実現するには、充填用金属Ｍのシート厚みが十分薄いことが好ましい。
【００５４】
弾性変形した金属封止部７の復元力により、上記の状態において、溶融した充填用金属Ｍには、基板Ｋの微小空間の内部に押し込むような充填圧力が働く。好ましくは、押付部材Ｐを更に下降させ、溶融した充填用金属Ｍの圧力を高めて、前記微小空間の内部に対する充填処理を開始する。そして、溶融した充填用金属Ｍが微小空間の内部に充填されるまで、押付部材Ｐをしばらく待機する。
【００５５】
充填用金属Ｍに充填圧力を加えた状態で十分な時間が経過すれば、充填用金属Ｍの加熱ないし保温を止めて、基板Ｋ上の微小空間の内部に充填された充填用金属Ｍが固化するまで冷却する。
【００５６】
また、上記の冷却処理前に、処理室３の内部を減圧状態から大気圧に戻したり、更に、大気圧以上に加圧したりすることも好ましい。金属封止部７による封止領域の内外における圧力差を小さくすることによって、基板Ｋ上の充填用金属Ｍが封止領域の外部に漏れ出ることをより効果的に抑制することができる。真空ポンプ８として、減圧・加圧両用ポンプを用いれば、上記の加圧を簡便に実現することが可能となる。なお、上記の大気圧開放は、金属封止部７による前記封止状態が良好であるならば、金属封止部７を基板Ｋに押し付けた時点で行われてもよい。
【００５７】
冷却処理が完了すれば、図４に示すように、押付部材Ｐをゆっくりと上昇させ、更には、昇降機構１２を駆動させることにより胴部２を上昇させて処理室３を開放し、搬入ロボット等を用いて、保持台４上から金属充填処理を終えた基板Ｋを取り出し、これから金属充填処理を行う新たな基板Ｋと入れ替える。複数枚の基板Ｋに連続的に金属充填処理を行う場合には、図２〜図４に示した手順を適宜繰り返せばよい。
【００５８】
なお、金属封止部７の基板押し付け表面に残留ないし付着した金属による次処理基板の汚染を防ぐためには、基板Ｋの金属充填処理が所定枚数（例えば２５枚）完了する毎など適宜に、金属封止部７の基板押し付け表面やその周辺部分を清掃することが好ましい。
【００５９】
図５は、基板Ｋ上の微小空間Ｖに対する金属充填の様子を示す断面図である。同図（ａ）は、金属充填前の基板Ｋの様子を示す断面図であり、図中下部分が基板Ｋである。このように、基板Ｋの表面には、無数の微小空間Ｖが存在している。同図（ｂ）は、金属充填装置１の金属充填処理によって、基板Ｋ上の微小空間Ｖに充填用金属Ｍが隙間なく充填された様子を示す断面図である。なお、同図（ｂ）は、金属充填処理後の基板Ｋ上に残留ないし付着する充填用金属Ｍを除去した後の状態を示している。
【００６０】
〔３．金属封止部の変形例〕
本発明の金属充填装置１においては、溶融した充填用金属を基板上の領域内に封止する金属封止部の構成を種々変形、設計することが可能であるから、以下、かかる変形例について説明する。なお、金属充填装置１の構成のうち、既述と同様の構成については、同符号を付し、その説明を割愛する。
【００６１】
（変形例１）
図６〜図８を用いて、金属封止部の第１の変形例を示す。図６は、金属封止部１７を設けた金属充填装置１の構成を示す断面図である。金属封止部１７は、押付部材Ｐの先端部に設けられ、かかる先端部の外周円に沿った形状を有する突起部状のリング部材である。金属封止部１７は、前述の金属封止部と同様、耐熱性を有する弾性体から構成されている。また、金属封止部１７の押付部材Ｐ端面からの突起高さを、シート状の充填用金属Ｍの厚さより大きくし、より好ましくは、押付部材Ｐと基板Ｋとの間にシート状の充填用金属Ｍを挟んだ状態で基板Ｋの表面を封止できるとともに、金属溶融時に押付部材Ｐが溶融した充填用金属を押し込むように十分に弾性変形できる程度の突起高さとするとよい。
【００６２】
図６の金属充填装置１において、基板Ｋおよび充填用金属Ｍを投入した後、押付部材Ｐを下降させて、金属封止部１７を保持台４上の基板Ｋに密着させるように押し付けると、図７に示すように、金属封止部１７は、シート状の充填用金属Ｍの周囲を基板Ｋ上で取り囲んで封止する状態となる。同図の状態においては、基板Ｋ上の充填用金属Ｍと金属封止部１７との間には隙間が空いている。かかる状態において、基板Ｋ上の充填用金属Ｍを加熱して溶融させると、溶融した充填用金属Ｍは、金属封止部１７と押付部材Ｐと基板Ｋの表面にて封止された状態で封止領域の内部に広がっていく。
【００６３】
なお、充填不良たるボイドの発生を抑制するためには、基板Ｋ上の充填用金属Ｍと金属封止部１７との間の上記隙間（基板Ｋ上領域内の空隙）が最小となるように、シート状の充填用金属Ｍの大きさや形状を設計することが好ましい。
【００６４】
そして、図８に示すように、充填用金属Ｍを封止したまま、押付部材Ｐを更に下降させて、押付部材Ｐを基板Ｋ方向に押し付けると、その押し付け力によって、充填用金属Ｍが基板Ｋ上の微小空間の内部に充填される。金属充填処理ないしその他の処理（減圧処理など）の詳細については、前述と同様である。
【００６５】
（変形例２）
図９を用いて、金属封止部の第２の変形例を示す。図９は、前記処理室３の内部を拡大して示した断面図である。同図においては、斜線を付した肉厚部の構成は省略している。なお、図の記載要領については、図１０〜図１３も同様である。
【００６６】
図９において、押付部材Ｐの先端部には、円板状の平坦部材２６とその表面のＯリング２７とが備えられている。平坦部材２６とＯリング２７とは、いずれも前述の金属封止部と同様、耐熱性を有する弾性体から構成される。もっとも、平坦部材２６は、弾性体以外の材質、例えば金属から構成してもよい。Ｏリング２７は、押付部材Ｐを下降させ、Ｏリング２７を基板Ｋに当接するように押し付けたときに、シート状の充填用金属Ｍの周囲を基板Ｋ上で取り囲んで封止する突起構造となっている。
【００６７】
Ｏリング２７がシート状の充填用金属Ｍを取り囲んで封止した状態で、充填用金属Ｍを加熱して溶融させると、Ｏリング２７の封止によって、溶融した充填用金属Ｍは基板Ｋ上の領域内に封止される。更に、押付部材Ｐを下降させて、押付部材Ｐを基板Ｋに押し付けると、その圧力によって、充填用金属Ｍが基板Ｋ上の微小空間の内部に充填される。金属充填処理ないしその後の処理（減圧処理など）の詳細については、前述と同様である。
【００６８】
（変形例３）
図１０を用いて、金属封止部の第３の変形例を示す。同図において、押付部材Ｐ１の先端部には、押付部材Ｐ１の先端部の全面を覆う金属封止部３７が備えられている。押付部材Ｐ１は、内周部分が外周部分より窪んだ凹構造となっており、金属封止部３７は、押付部材Ｐ１の形状に合わせて、内周部分が外周部分より窪んだ凹構造となっている。換言すれば、金属封止部３７は、押付部材Ｐ１とは反対側に、外周部分が内周部分より突出したリング状の突起部を有している。押付部材Ｐ１は、例えば金属から構成されており、金属封止部３７は、前述の金属封止部と同様、耐熱性を有する弾性体から構成される。
【００６９】
押付部材Ｐ１および金属封止部３７の上記構造によれば、押付部材Ｐ１を下降させて、金属封止部３７を基板Ｋに押し付けたとき、金属封止部３７の構造と復元力とにより、金属封止部３７の外周部表面には内周部表面よりも高い圧力がかかるので、かかる状態で充填用金属Ｍを加熱して溶融するとき、基板Ｋ上の充填用金属Ｍの封止をより効果的に実現することができ、基板Ｋ上の領域内の封止性をより高めることが可能となる。
【００７０】
（変形例４）
図１１〜図１３を用いて、金属封止部の第４の変形例を示す。図１１に示すように、押付部材Ｐ２と押付部材Ｐ３とは、異なる駆動系によって駆動される別部材であり、筒状の押付部材Ｐ２は、中心の押付部材Ｐ３を取り囲む構成である。押付部材Ｐ２・Ｐ３は、図中上下方向に独立に進退可能な構造を備えている。金属封止部４７は、金属充填処理前には、図１１に示すように、外周部分が内周部分より突出したリング状の突起部を有する形状となっている。押付部材Ｐ２・Ｐ３は、例えば金属から構成され、金属封止部４７は、前述の金属封止部と同様、耐熱性を有する弾性体から構成される。
【００７１】
押付部材Ｐ２・Ｐ３および金属封止部４７の上記構造によれば、図１２に示すように、押付部材Ｐ２・Ｐ３を同じ速度で下降させて、金属封止部７４を基板Ｋに押し付けたとき、金属封止部４７の構造と復元力とにより、金属封止部４７の外周部表面には内周部表面よりも高い圧力がかかるので、かかる状態で充填用金属Ｍを加熱して溶融するとき、基板Ｋ上の充填用金属Ｍの封止をより効果的に実現し、基板Ｋ上の領域の封止性をより高めることが可能となる。
【００７２】
更に、押付部材Ｐ２・Ｐ３および金属封止部４７の上記構造によれば、図１３に示すように、充填用金属Ｍの充填処理完了後に加熱ないし保温を継続し、充填用金属Ｍが溶融状態にあるうちに、押付部材Ｐ２のみを上昇させることにより、基板Ｋ上の充填用金属Ｍを基板Ｋの外部に排出することも好ましい。また、この排出時には、押付部材Ｐ３を基板Ｋに押し付け続けながら、押付部材Ｐ２の押し付けをゆっくり弱めて上昇させることにより、充填用金属Ｍの充填圧が急激に低下するのを防ぐことができる。
【００７３】
本変形例によれば、基板Ｋ上に金属層を残す必要がない場合に、充填用金属Ｍの封止による効果的な金属充填処理を実現しながら、充填処理後の基板Ｋ上に残留ないし付着する金属層の量を低減することが可能となる。なお、上述の金属排出動作によって、充填用金属Ｍが、基板Ｋの外周面（側面）にまわりこんで付着したり、装置内部を汚染したりすることを防止することを目的として、排出された充填用金属Ｍを回収する回収溝を基板Ｋの外周に沿った形状で保持部４上に設けておくことも好ましい。
【００７４】
以上、本発明の具体的な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。
【００７５】
例えば、上記の説明では、金属充填装置１として、押付部材Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）を駆動することによって、押付部材Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）を基板Ｋに押し付ける押付機構の構成例を示したが、これとは逆に、基板の保持部を駆動することにより、基板を押付部材に押し付ける構成を採用してもよいし、押付部材と基板の保持部との両方を駆動することにより、基板と押付部材とを押し付ける構成を採用してもよい。
【００７６】
また、上記の説明では、金属充填装置１として、押付部材Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）を鉛直下方向の基板Ｋに押し付ける構成例を示したが、基板Ｋの配置態様や金属充填装置の設計によって、押付部材の押し付け方向は、鉛直下方向ではなく、鉛直上方向であってもよいし、他の方向であってもよい。
【００７７】
また、図１４に示すように、金属充填装置１は、押付部材Ｐ４，Ｐ５として、その間を複数の加圧スプリングＳで接続したピストン構造を採用し、金属封止部７による基板Ｋの押し付けにスプリングＳの復元力を利用する構成としてもよい。
【００７８】
また、上記の説明において、金属充填装置１の押付機構５は、支持部と、トルクモータ，エア／油圧アクチュエータ，サーボモータの組合せなどとから構成されるものとしたが、押付機構の構造はこのようなものに限られず、例えばクランプ機構を用いる構造からなっていてもよい。
【００７９】
図１５は、クランプ機構を備えた金属充填装置５０の概略構成を示す図である。同図に示すように、金属充填装置５０は、筒状の胴部５２に取り囲まれた処理室と、平面視円形の基板Ｋを保持する保持台４と、保持台４に対向して設けられる押付部材５３と、加熱冷却機構６と、押付部材５３と略同径円板状の金属封止部７と、真空ポンプ８と、管９と、開閉弁１０とを備えている。胴部５２と押付部材５３との間には、封止性を保つためのＯリング５４が介装されている。なお、図１５において、図１と同符号を付与した部材は、図１と同構成である。
【００８０】
また、押付部材５３の上部には、押付部材５３ないし金属封止部７を保持台４上の基板Ｋに対して押付可能に駆動するカムクランプが取り付けられている。このカムクランプは、把持部５１，カム５５，軸受け５６，シャフト５７，リンク５８を備えており、把持部５１を図中下方に引くと、図１６に示すように、カム５５の転がりによって、軸受け５６に支持されたシャフト５７が牽引されて、リンク５８が起立し、押付部材５３が保持部４に向けて下降して、金属封止部７の下端面が基板Ｋないしその上の充填用金属Ｍに押し付けられる構造となっている。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明は、基板の表面上に存する微小空間（ビア）内に溶融した充填用金属を充填する金属充填装置、金属充填方法に好適に利用できるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１      金属充填装置
２      胴部
３      処理室
４      保持台
５      押付機構
６      加熱冷却機構
７      金属封止部
８      真空ポンプ
９      管
１０    開閉弁
１１    Ｏリング
１２    昇降機構
１７    金属封止部
２７    金属封止部
３７    金属封止部
４７    金属封止部
Ｋ      基板
Ｍ      充填用金属
Ｐ      押付部材
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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