(57)【要約】【課題】充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜の引けの発生位置が分散するのを抑制することが可能な金属充填装置を提供する。【解決手段】この金属充填装置１００は、ウェハ１の表面１ａに開口するように形成された微細空間２内に溶融金属３を充填する金属充填装置であって、ウェハ１が載置される載置面１１を有する載置部１０と、載置面１１上のウェハ１の表面１ａを含んで形成される処理室４内に連通する供給口２３を含み、処理室４内に溶融金属３を供給する溶融金属供給部２０と、載置面１１上のウェハ１に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロック５を含む温度調整部３０とを備える。複数の温度調整ブロック５は、載置面１１と略平行な面に沿って供給口２３から離れる方向に並んで配列されている。【選択図】図１０
2018152562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に溶融金属を充填する金属充填装置であって、
前記処理対象物が載置される載置面を有する載置部と、
前記載置面上の前記処理対象物の表面を含んで形成される処理室内に連通する供給口を含み、前記処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給部と、
前記載置面上の前記処理対象物に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロックを含む温度調整部とを備え、
前記複数の温度調整ブロックは、前記載置面と略平行な面に沿って前記供給口から離れる方向に並んで配列されている、金属充填装置。
【請求項２】
前記温度調整部は、前記供給口から離れる方向に並んで配列された３以上の前記温度調整ブロックを含む、請求項１に記載の金属充填装置。
【請求項３】
前記温度調整部は、前記供給口からの距離が大きい側から順に各々の前記温度調整ブロックの温度を低下させることにより、溶融金属を冷却するように構成されている、請求項１または２に記載の金属充填装置。
【請求項４】
前記処理室は、前記載置面と対向する対向面を含み、
前記温度調整ブロックは、前記載置面上の前記処理対象物に対して前記載置面側および前記対向面側のそれぞれに設けられている、請求項２に記載の金属充填装置。
【請求項５】
平面視において、前記載置面側に設けられた前記温度調整ブロックの中心位置と、前記対向面側に設けられた前記温度調整ブロックの中心位置とは、互いに異なる位置に配置されている、請求項４に記載の金属充填装置。
【請求項６】
各々の前記温度調整ブロックは、加熱手段および冷却手段を含み、
各々の前記温度調整ブロックにおける前記加熱手段と前記冷却手段とは、前記温度調整ブロックの配列方向に隣り合うように並んで設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項７】
前記配列方向に隣り合う一方の前記温度調整ブロックの前記加熱手段と、他方の前記温度調整ブロックの前記冷却手段とが、互いに隣り合うように設けられている、請求項６に記載の金属充填装置。
【請求項８】
前記温度調整部は、各々の前記温度調整ブロックの前記加熱手段を、前記供給口からの距離が大きい側から順に停止するように構成されている、請求項６または７に記載の金属充填装置。
【請求項９】
前記温度調整部は、各々の前記温度調整ブロックの前記冷却手段を、前記供給口からの距離が大きい側から順に作動させるように構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項１０】
前記温度調整部は、一部の前記温度調整ブロックの前記加熱手段を作動させ、他の一部の前記温度調整ブロックの前記冷却手段を作動させて、平面視において前記処理対象物の表面上に加熱領域と冷却領域とを形成するように構成されている、請求項６〜９のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項１１】
各々の前記温度調整ブロックは、隣接する一方の前記温度調整ブロックが前記加熱手段を作動させる状態から前記冷却手段を作動させる状態に選択的に切り替えた後で、前記加熱手段を作動させる状態から前記冷却手段を作動させる状態に切り替わるように構成されている、請求項１０に記載の金属充填装置。
【請求項１２】
前記温度調整ブロックは、平面視において、前記載置面上の前記処理対象物の配置位置を横切るライン状に設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項１３】
前記溶融金属供給部は、前記温度調整部による温度調整が行われる間継続して、前記供給口を介して前記処理室内に溶融金属の供給圧力を付与するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の金属充填装置。
【請求項１４】
処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に充填された溶融金属を凝固させる金属充填処理方法であって、
前記微細空間内に溶融金属が充填された前記処理対象物を載置面上に準備するステップと、
前記載置面上に準備された前記処理対象物の表面内における所定位置に向けて遠い側から順に溶融金属の温度を低下させるように、前記載置面に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロックを制御するステップと、を備える、金属充填処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属充填装置および金属充填処理方法に関し、特に、処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に溶融金属を充填する金属充填装置および金属充填処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に溶融金属を充填する金属充填装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、ウェハ（処理対象物）を載置する載置部と、載置部上のウェハを含んで形成される処理室内に溶融金属（鉛フリーはんだ）を供給する金属供給部とを備えた金属充填装置が開示されている。この金属充填装置は、加熱機構によって溶融金属の液相温度以上に加熱した処理室内に溶融金属を供給し、処理室内をピストンにより加圧してウェハの微細空間内に溶融金属を充填した後、加熱を停止し、水冷管によって処理室内の溶融金属を冷却して、処理室内（すなわち、微細空間内）の溶融金属を凝固させる。凝固した微細空間内の金属は、ウェハの貫通電極として形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８５９１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のような従来の金属充填装置では、通常、ウェハの全面に渡ってなるべく均一な温度分布が形成されるように冷却が行われる。しかしながら、ウェハの全面に渡ってムラのない均一な冷却を行うことは困難であるため、ウェハ面内で温度ばらつきが発生する。そのため、凝固過程でウェハ面内に固相部分と液相部分とが混在する状態になり易い。また、溶融金属として鉛フリーはんだなどの合金が用いられる場合、合金でない場合と比べて凝固開始点がウェハ面内の全域で一定にはなり難く、仮に処理室内の温度分布を一定に維持できたとしてもウェハ面内に固相部分と液相部分とが混在する状態になり易い。
【０００６】
凝固過程でウェハ面内に固相部分と液相部分とが混在する場合には、先に凝固した固相部分が支持柱のように機能して、ピストンを用いた加圧圧力が、凝固していない液相部分に作用しなくなる場合がある。この際、先に凝固した固相部分が液相部分を取り囲むように形成されると、中央の液相部分に周囲から圧力によって溶融金属が流入することが阻害されるため、凝固する際の体積変化分を補うことができずに引け（凹み、クラックまたは孔など）が生じ易い。
【０００７】
これらの結果、従来、溶融金属の充填処理後の処理対象物の表面に引けが分散して発生した状態になり易く、充填処理後の品質がばらつきやすい。そのため、充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜の引けの発生位置が分散するのを抑制することが望まれている。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜中の引けの発生位置が分散するのを抑制することが可能な金属充填装置および金属充填処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明による金属充填装置は、処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に溶融金属を充填する金属充填装置であって、処理対象物が載置される載置面を有する載置部と、載置面上の処理対象物の表面を含んで形成される処理室内に連通する供給口を含み、処理室内に溶融金属を供給する溶融金属供給部と、載置面上の処理対象物に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロックを含む温度調整部とを備え、複数の温度調整ブロックは、載置面と略平行な面に沿って供給口から離れる方向に並んで配列されている。なお、本発明の「微細空間」は、主にエッチング処理によりウェハに形成された１００μｍ以下の幅を有する微細な溝や１００μｍ以下の孔径を有する微細な非貫通穴などを含む。
【００１０】
第１の発明による金属充填装置では、上記のように、載置面上の処理対象物に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロックを含む温度調整部を設け、複数の温度調整ブロックを、載置面と略平行な面に沿って供給口から離れる方向に並んで配列する。これにより、溶融金属を凝固させる際に、複数の温度調整ブロックにおける加熱の停止または冷却の開始によって、温度調整ブロック毎に個別に温度を低下させることができるので、処理対象物の面内における溶融金属の温度分布を、温度調整ブロックの配列方向に沿って制御することができる。つまり、供給口から離れる方向に並ぶ温度調整ブロックの温度を、たとえば供給口に近付く方向（または供給口から離れる方向）に低下させる温度勾配が形成されるように、処理対象物の面内で指向性のある温度調整（指向性冷却）を行うことが可能となる。これにより、処理対象物の表面上の溶融金属を所定方向に順番に凝固させていくことができるので、先に凝固した固相部分が液相部分を取り囲むように形成されることに起因して引けが分散して発生することを回避することができる。すなわち、溶融金属を所定方向に順番に凝固させていくことによって、引けの発生位置を制御することが可能となる。以上から、本発明によれば、充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜の引けの発生位置が分散するのを抑制することができる。
【００１１】
なお、溶融金属を所定方向に凝固させていくことによって、処理対象物の表面上で最後に凝固する箇所では引けが発生する可能性が生じる。しかし、処理対象物の面内で引けが散在する場合と異なり、たとえば処理対象物のうちで引けが発生しても品質に影響しにくい箇所に引けの発生位置を制御することができるので、処理対象物全体としての品質向上を図ることができる。さらに、指向性冷却によって溶融金属を供給口に近付く方向に向けて凝固させていく場合には、処理対象物の表面上の液相部分は、常に供給口まで流体的に連通した状態となる。そのため、供給口に向けて指向性冷却を行い引けの発生位置を供給口近傍に制御しつつ、供給口から溶融金属を追加で補充する場合には、引けが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
上記第１の発明による金属充填装置において、好ましくは、温度調整部は、供給口から離れる方向に並んで配列された３以上の温度調整ブロックを含む。このように構成すれば、３以上の温度調整ブロックを用いて指向性冷却を行うことができるので、処理対象物の表面において、より急峻な温度勾配を形成することができる。その結果、指向性冷却を行う際に溶融金属を液相温度から固相温度に速やかに冷却して、引けの発生位置が分散するのを効果的に抑制することができる。
【００１３】
上記第１の発明による金属充填装置において、好ましくは、温度調整部は、供給口からの距離が大きい側から順に各々の温度調整ブロックの温度を低下させることにより、溶融金属を冷却するように構成されている。このように構成すれば、供給口から遠い側の溶融金属から順に、供給口に近付く方向に向けて凝固させていくことができるので、処理対象物の表面上の液相部分と供給口とを流体的に連通した状態を維持しながら凝固を進行させることができる。そのため、凝固に伴う体積変化によって処理室内に形成される空間に、供給口から溶融金属を追加で補充して、引けが発生するのを抑制することができるので、処理対象物全体にわたって、引けの発生を抑制することが可能となる。
【００１４】
上記温度調整ブロックに温度調整ブロックが配置される構成において、好ましくは、処理室は、載置面と対向する対向面を含み、温度調整ブロックは、載置面上の処理対象物に対して載置面側および対向面側のそれぞれに設けられている。このように構成すれば、温度調整ブロックが処理対象物を両側から挟むように配置されるので、温度調整ブロックにおける加熱熱量および／または冷却熱量を、増大させることができる。その結果、処理対象物の面内において各々の温度調整ブロックによって温度調整される溶融金属を、液相温度から固相温度に速やかに冷却することができる。合金からなる溶融金属では、液相温度と固相温度との間で凝固点の高い単体金属のデンドライト（樹上結晶）が成長して溶融金属中に隙間を形成し、引けの原因となることがある。溶融金属を液相温度から固相温度に速やかに冷却することによって、デンドライトの成長を抑制することができるので、引けの発生位置が分散するのをさらに抑制することが可能となる。
【００１５】
この場合、好ましくは、平面視において、載置面側に設けられた温度調整ブロックの中心位置と、対向面側に設けられた温度調整ブロックの中心位置とは、互いに異なる位置に配置されている。このように構成すれば、載置部側の温度調整ブロックと、対向面側の温度調整ブロックとが平面視でずれた位置に配置されるので、処理対象物の面内での温度分布の制御をより緻密に行うことができる。
【００１６】
上記第１の発明による金属充填装置において、好ましくは、各々の温度調整ブロックは、加熱手段および冷却手段を含み、各々の温度調整ブロックにおける加熱手段と冷却手段とは、温度調整ブロックの配列方向に隣り合うように並んで設けられている。このように構成すれば、加熱手段および冷却手段が温度調整ブロックにおいて載置面と垂直な方向に並ぶ構成と比べて、加熱手段および冷却手段と載置面上の処理対象物（溶融金属）との距離が大きくなるのを抑制することができるので、温度調整を速やかに行うことが可能となる。
【００１７】
この場合、好ましくは、配列方向に隣り合う一方の温度調整ブロックの加熱手段と、他方の温度調整ブロックの冷却手段とが、互いに隣り合うように設けられている。このように構成すれば、隣接する温度調整ブロック間で、加熱手段と冷却手段とを近づけて配置することができる。これにより、隣接する温度調整ブロック間で一方を加熱動作させ、他方を冷却動作させる場合の温度勾配を急峻にすることができるので、指向性冷却を行う際に溶融金属を液相温度から固相温度に速やかに冷却して引けの発生を効果的に抑制することができる。
【００１８】
上記温度調整ブロックが加熱手段および冷却手段を含む構成において、好ましくは、温度調整部は、各々の温度調整ブロックの加熱手段を、供給口からの距離が大きい側から順に停止するように構成されている。このように構成すれば、各々の温度調整ブロックの加熱手段を供給口からの距離が大きい側から順に停止することによって、溶融金属を供給口から遠い側から近付く方向に向けて凝固させる指向性冷却を行うことができる。そのため、処理室内の溶融金属の凝固過程の最終段階まで、凝固に伴う溶融金属の体積変化分を供給口から補充し続けることが可能となるので、処理対象物全体にわたって、引けの発生を抑制することが可能となる。
【００１９】
上記温度調整ブロックが加熱手段および冷却手段を含む構成において、好ましくは、温度調整部は、各々の温度調整ブロックの冷却手段を、供給口からの距離が大きい側から順に作動させるように構成されている。このように構成すれば、各々の温度調整ブロックの冷却手段を供給口からの距離が大きい側から順に作動させることによって、溶融金属を供給口から遠い側から近付く方向に向けて凝固させる指向性冷却を行うことができる。そのため、処理室内の溶融金属の凝固過程の最終段階まで、凝固に伴う溶融金属の体積変化分を供給口から補充し続けることが可能となるので、処理対象物全体にわたって、引けの発生を抑制することが可能となる。
【００２０】
上記温度調整ブロックが加熱手段および冷却手段を含む構成において、好ましくは、温度調整部は、一部の温度調整ブロックの加熱手段を作動させ、他の一部の温度調整ブロックの冷却手段を作動させて、平面視において処理対象物の表面上に加熱領域と冷却領域とを形成するように構成されている。このように構成すれば、加熱領域では溶融金属を液相温度以上に保持し、冷却領域では溶融金属を固相温度以下まで冷却して凝固させることができる。その結果、指向性冷却を行う際に、時間的に後に凝固される溶融金属が温度ムラなどによって意図せずに先に凝固してしまうことを防ぐことができる。
【００２１】
この場合、好ましくは、各々の温度調整ブロックは、隣接する一方の温度調整ブロックが加熱手段を作動させる状態から冷却手段を作動させる状態に選択的に切り替えた後で、加熱手段を作動させる状態から冷却手段を作動させる状態に切り替わるように構成されている。このように構成すれば、複数の温度調整ブロックの加熱動作と冷却動作とを隣接する順番に逐次的に切り替えていくことによって、加熱領域と冷却領域との境界で急峻な温度勾配を維持しつつ、境界を所定方向に移動させて冷却領域を拡大させていく指向性冷却を行うことができる。
【００２２】
上記第１の発明による金属充填装置において、好ましくは、温度調整ブロックは、平面視において、載置面上の処理対象物の配置位置を横切るライン状に設けられている。このように構成すれば、平面視における温度調整ブロックの形状をシンプルにすることができるので、各温度調整ブロックを加熱または冷却するための機構を容易に配置することが可能となる。したがって、複数の温度調整ブロックを有する温度調整部を設けて指向性冷却を行う場合でも、装置構成が複雑化するのを抑制することができる。
【００２３】
上記第１の発明による金属充填装置において、好ましくは、溶融金属供給部は、温度調整部による温度調整が行われる間継続して、供給口を介して処理室内に溶融金属の供給圧力を付与するように構成されている。このように構成すれば、溶融金属の凝固に伴う体積変化によって処理室内に空間が形成される場合でも、処理室内に溶融金属を確実に補充することができるので、引けの発生を効果的に抑制することができる。
【００２４】
第２の発明による金属充填処理方法は、処理対象物の表面に開口するように形成された微細空間内に充填された溶融金属を凝固させる金属充填処理方法であって、微細空間内に溶融金属が充填された処理対象物を載置面上に準備するステップと、載置面上に準備された処理対象物の表面内における所定位置に向けて遠い側から順に溶融金属の温度を低下させるように、載置面に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロックを制御するステップと、を備える。
【００２５】
第２の発明による金属充填処理方法では、上記のように、載置面上に準備された処理対象物の表面内における所定位置に向けて遠い側から順に溶融金属の温度を低下させるように、載置面に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロックを制御するステップを設ける。これにより、載置面に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロックの制御によって、処理対象物の面内における溶融金属の温度が所定位置に向かって順番に低下するように、処理対象物の面内で指向性のある温度調整（指向性冷却）を行うことが可能となる。処理対象物の表面上の溶融金属を所定方向に順番に凝固させていくことによって、先に凝固した固相部分が液相部分を取り囲むように形成されることに起因して引けが分散して発生することを回避することができる。すなわち、溶融金属を所定方向に順番に凝固させていくことによって、引けの発生位置を制御することが可能となる。以上から、本発明によれば、充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜の引けの発生位置が分散するのを抑制することができる。なお、溶融金属を所定方向に凝固させていくことによって、処理対象物の表面上で最後に凝固する箇所では引けが発生する可能性が生じるが、処理対象物の面内で引けが散在する場合と異なり、たとえば処理対象物のうちで引けが発生しても品質に影響しにくい箇所に引けの発生位置を制御することができるので、処理対象物全体としての品質向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、上記のように、充填処理後における処理対象物の表面に形成された金属膜の引けの発生位置が分散するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による金属充填処理方法を説明するための模式図である。
【図２】溶融金属が充填された微細空間を示したウェハの拡大断面図である。
【図３】ウェハに対する冷却方向例（Ａ）〜（Ｄ）を示した模式的な平面図である。
【図４】ウェハに対する第１の冷却方向例を説明するための模式的な平面図（Ａ）および温度調整ブロックの配置例を示した模式的な平面図（Ｂ）である。
【図５】第２の冷却方向例を説明するための模式的な平面図（Ａ）および温度調整ブロックの配置例を示した模式的な平面図（Ｂ）である。
【図６】第３の冷却方向例を説明するための模式的な平面図（Ａ）および温度調整ブロックの配置例を示した模式的な平面図（Ｂ）である。
【図７】第４の冷却方向例を説明するための模式的な平面図（Ａ）および温度調整ブロックの配置例を示した模式的な平面図（Ｂ）である。
【図８】ウェハ全面に渡って均等に冷却する比較例における溶融金属の凝固過程を示した模式図である。
【図９】本発明の一実施形態による指向性冷却を行う場合の溶融金属の凝固過程を示した模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態による金属充填装置を示した模式図である。
【図１１】温度調整ブロック、供給口およびウェハの位置関係を示した平面図である。
【図１２】載置面側の温度調整ブロックと対向面側の温度調整ブロックとの位置関係を示した縦断面図である。
【図１３】載置面側の温度調整ブロックと対向面側の温度調整ブロックとの位置関係を示した平面図である。
【図１４】各温度調整ブロックの作動状態の切り替え順序を示した図である。
【図１５】各温度調整ブロックの配置を示した図（Ａ）、指向性冷却による温度勾配の変化を示した図（Ｂ）、および加熱状態と冷却状態との切り替え順序を示した図（Ｃ）である。
【図１６】温度勾配が緩い場合のデンドライトの成長および引けの発生を説明するための図である。
【図１７】温度勾配が急峻な場合のデンドライトの成長抑制および引けの抑制を説明するための図である。
【図１８】一実施形態による金属充填装置の金属充填処理を説明するためのフロー図である。
【図１９】変形例による各温度調整ブロックの作動状態の切り替え順序を示した図である。
【図２０】金属充填装置の第１変形例を示した図である。
【図２１】金属充填装置の第２変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図１８を参照して、本実施形態による金属充填処理方法および金属充填装置１００について説明する。
【００３０】
（金属充填処理方法）
まず、図１〜図７を参照して、本実施形態による金属充填処理方法について説明する。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態による金属充填処理方法は、処理対象物の一例である半導体ウェハ（以下、単にウェハ１という）の表面１ａに開口するように形成されたビアなどの微細空間２（図２参照）内に溶融金属３を充填処理する方法である。微細空間２に充填された溶融金属３が凝固することにより形成された導体金属により、シリコン貫通電極（Ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ；ＴＳＶ）が形成される。
【００３２】
ウェハ１は、一般的なシリコンなどの半導体材料から構成されている。ウェハ１は、たとえば約２００ｍｍ等の所定の直径を有する略円形状であり、複数の半導体チップを切り出すことが可能である。微細空間２の形状および寸法は特に限定されるものではないが、たとえば直径が数μｍ、深さが数十μｍ程度の丸穴である。
【００３３】
溶融金属３は、たとえば、鉛フリー半田である。鉛フリー半田は、Ｓｎと、Ａｇ、Ｃｕ，Ａｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｌなどの１または複数の金属との合金であり、充填に用いられる材料の内では比較的低い融点を有するため取り扱いが容易である。溶融金属３に用いる金属材料としては、微細空間２に充填する目的や充填金属の機能に応じて、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎやこれらの合金を採用することができるし、上記以外の金属材料を用いてもよい。
【００３４】
本実施形態の金属充填処理方法は、少なくとも、微細空間２内に溶融金属３が充填されたウェハ１を載置面１１上に準備するステップ（Ａ）と、載置面１１上に準備されたウェハ１の表面１ａ内における所定位置に向けて遠い側から順に溶融金属３の温度を低下させるように、載置面１１に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロック５を制御するステップ（Ｂ）と、を備える。
【００３５】
ステップ（Ｂ）の結果、ウェハ１の微細空間２内に充填された溶融金属３が冷却されることにより、凝固される。溶融金属３は、微細空間２だけでなく、微細空間２が開口するウェハ１の表面１ａ上にも供給される。溶融金属３が凝固収縮する場合、ウェハ１の表面１ａの溶融金属３が存在することによって減少した体積分が補充される。凝固完了後には、ウェハ１の表面１ａ上に凝固した金属膜が形成される。
【００３６】
図１および図２に示すように、ステップ（Ａ）において、微細空間２内に溶融金属３が充填されたウェハ１は、前工程において予め充填工程が行われた後で、載置面１１上に載置されることによって、載置面１１上に準備され得る。また、充填工程を行う前のウェハ１を載置面１１上に載置して、載置面１１上で、微細空間２内に溶融金属３を充填する充填工程が行われてもよい。微細空間２内に溶融金属３を充填する方法は、特に限定されない。溶融金属３を充填する方法は、たとえば、図１に示した密閉された処理室４内にウェハ１を配置して、供給口２３から処理室４内に溶融金属３を供給して充填する方法、ウェハ１に溶融金属３を塗布する方法、溶融金属３を収容した貯留槽にウェハ１の微細空間２が形成された表面１ａを浸漬する方法、などを用いることができる。ウェハ１に溶融金属３を塗布する方法は、たとえばスピンコート法や、スキージなどの塗布部材を用いる方法がある。
【００３７】
ステップ（Ａ）の段階では、ウェハ１およびウェハ１上の溶融金属３は、溶融金属３の液相温度以上に維持される。微細空間２内に溶融金属３が十分に充填される前に凝固が始まると、充填不良の原因となるためである。微細空間２内に溶融金属３が充填されたウェハ１が載置面１１上に準備されると、冷却工程であるステップ（Ｂ）が実施される。
【００３８】
図３に示すように、ステップ（Ｂ）では、複数の温度調整ブロック５の制御によって、所定位置Ｐに向けて遠い側から順に温度が低下するように、ウェハ１の表面１ａ上に温度勾配が形成される。すなわち、所定位置Ｐに向けて遠い側から近付く方向Ａｄに向かって溶融金属３の温度低下が進行する指向性冷却が行われる。この結果、微細空間２内およびウェハ１の表面１ａ上の溶融金属３は、所定位置Ｐに向けて遠い側から順に凝固され、所定位置Ｐの近傍の溶融金属３が最後に凝固することになる。
【００３９】
所定位置Ｐは、特に限定されない。たとえば図１に示した供給口２３の位置とすることができる。また、たとえば図３（Ａ）に示すように、所定位置Ｐがウェハ１の中央である場合、ウェハ１の外周部から中央に向けて温度が低下するように冷却が行われる。また、図３（Ｂ）に示すように、所定位置Ｐはウェハ１の外周部近傍の位置であってもよい。この場合、ウェハ１の所定位置Ｐとは反対側の外周部から順に、所定位置Ｐに向けて温度が低下するように冷却が行われる。図３（Ｃ）に示すように、所定位置Ｐは、ウェハ１の外周部全周にわたる環状の領域であってもよい。この場合、ウェハ１の中央から外周部へ向けて放射状に温度が低下するように冷却が行われる。図３（Ｄ）に示すように、所定位置Ｐは、ウェハ１上の任意の位置でもよい。所定位置Ｐは、平面視でウェハ１の外側に配置されてもよい。ウェハ１上の溶融金属３には、それぞれの冷却方向Ａｄに沿った温度勾配が形成され、方向Ａｄに沿って順番に凝固していく。
【００４０】
図１に示したように、指向性冷却は、載置面１１に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロック５の温度を個別に制御することによって行われる。各々の温度調整ブロック５では、加熱または冷却の少なくとも一方を、開始および停止することが可能とされる。たとえば、温度調整ブロック５が加熱の開始および停止を制御可能である場合、各々の温度調整ブロック５で溶融金属３の液相温度以上に加熱した状態から、順番に加熱を停止して溶融金属３の放熱を許容することによって、冷却を開始することができる。たとえばウェハ１の処理室４の全体が十分な放熱性能を有していたり、処理室４の全体をまとめて冷却する冷却手段が設けられている場合、温度調整ブロック５が加熱を停止する順番に従って、溶融金属３も順番に冷却される。また、温度調整ブロック５が冷却の開始および停止を制御可能である場合、各々の温度調整ブロック５で溶融金属３の冷却を開始した順番に従って、溶融金属３が順番に冷却される。
【００４１】
各々の温度調整ブロック５は、熱源（ヒータ）および／または冷却源（クーラ）を備えていてもよいし、外部の熱源または冷却源と温度調整ブロック５の各々との間で熱を移動させるヒートパイプなどの熱輸送機構を備えていてもよい。
【００４２】
図１に示したように、各々の温度調整ブロック５は、平面視でウェハ１と重なるように、ウェハ１の上面側または下面側の近傍位置に配置され、ウェハ１と概ね平行に分布する。温度調整ブロック５の配置や数は、特に限定されず、所定位置Ｐの位置および形状に応じて設定することができる。たとえば、図４（Ａ）に示したように、ウェハ１の外周部から中央の所定位置Ｐに向けて指向性冷却を行う場合、図４（Ｂ）のように、平面視でウェハ１中心（所定位置Ｐ）と同心円状に並ぶ複数の環状の温度調整ブロック５を設けることができる。外側の温度調整ブロック５から順に冷却を開始することにより、外周部から中央に向かう指向性冷却が可能となる。図５（Ｂ）のようにライン状の温度調整ブロック５を配列すれば、図５（Ａ）のように配列方向の一端側から他端側（所定位置Ｐ側）に向けて指向性冷却を行うことができる。
【００４３】
図６（Ａ）に示したように、ウェハ１の外周部全周にわたる環状の所定位置Ｐに向けて指向性冷却を行う場合、図６（Ｂ）のように、図４（Ｂ）と同様の同心円状に並ぶ複数の環状の温度調整ブロック５を設けることができる。内側の温度調整ブロック５から外側へ順に冷却を開始することにより、中央から外周部に向かう指向性冷却が可能となる。図７（Ｂ）のように、温度調整ブロック５をウェハ１の全面積に渡ってアレイ状または千鳥格子状に分布する多数の小領域とすれば、各温度調整ブロック５が冷却を開始する順番の任意に組み替えることにより、図７（Ａ）のように任意の所定位置Ｐへ向かう方向の指向性冷却が実現できる。
【００４４】
次に、本実施形態による金属充填処理方法の作用を説明する。
【００４５】
〈比較例：均等冷却を行う場合〉
まず、比較例として、本実施形態のように指向性冷却を行わずに、ウェハ１の全面を均等に冷却するケースについて説明する。ウェハ１の全面が同一温度分布となるように均等に冷却しようとしても、完全な均等冷却は困難であるため、実際には温度ムラが生じ、相対的に高温の領域と相対的に低温の領域とが面内に形成される。また、溶融金属３が合金からなる場合、溶融金属３の内部の金属組成のばらつきに起因して、溶融金属３の初晶発生（凝固開始）温度がばらつく。そのため、完全な均等冷却が実現できたとしても、ウェハ１の全面を略同一のタイミングで凝固させることが困難である。
【００４６】
図８は、平面視におけるウェハ１上のある領域での溶融金属３の状態図であり、温度ムラに起因して、相対的に低温の両側から冷却が進行し、中央部では相対的に高温で液相温度Ｔｍ以上になっている例を示す。この場合、冷却が進行するに従って、中央の液相部分６の周囲が、先に冷却された固相部分７に取り囲まれる状態となり、固相部分７に取り囲まれた液相部分６では溶融金属３の移動（流動）が阻害される。一般の金属および合金では、凝固に伴い体積変化（凝固収縮）が発生して体積が減少する。そのため、溶融金属３の流動が阻害される領域では、凝固に伴う体積の減少分が他の液相の溶融金属３の流動によって補填されることがないため、凝固完了後のウェハ１の表面１ａにおいて、金属膜の引けＣＶ（凹み、クラックまたは孔）が生じて品質低下の要因となる。均等冷却では、引けＣＶの発生位置が温度ムラや溶融金属３の内部ムラの分布に依存するため、引けＣＶの発生位置を制御することができず、引けＣＶがウェハ１の全面に分散することになる。
【００４７】
〈本実施形態：指向性冷却〉
本実施形態の指向性冷却を行う場合、図９に示すように、溶融金属３は、所定位置Ｐから遠い側から所定位置Ｐに近付く方向Ａｄに向けて凝固が進行する。このため、所定位置Ｐに近い側が、遠い側よりも相対的に高温（液相温度Ｔｍ以上）に維持されるため、固相部分７に囲まれる液相部分６が形成され難い。溶融金属３の凝固に伴う体積減少分は、所定位置Ｐに近い側の液相のままの溶融金属３の流動によって補填されることから、凝固の途中で空隙が形成されることが抑制される。その結果、溶融金属３の凝固途中で引けＣＶが発生することが抑制され、最終凝固点の所定位置Ｐ付近で引けが生じ易くなる。
【００４８】
指向性冷却で引けＣＶが発生する場合、最後に凝固が終了する所定位置Ｐの近傍が最も発生する可能性が高くなる。つまり、所定位置Ｐの設定次第で、引けＣＶが発生する領域を任意に制御することが可能となる。そのため、ウェハ１の表面１ａ上において金属膜に引けＣＶが発生しても、品質への影響が少ない箇所や充填処理後にウェハ１から除去される箇所を所定位置Ｐとして設定すれば、品質への影響を最小限に抑えることができる。また、後述するように所定位置Ｐにおいて溶融金属３を供給可能とすることにより、凝固が完了するまでの間継続して、凝固に伴う体積減少分の補填が可能となるので、引けＣＶの発生がウェハ１の全体に渡って効果的に抑制される。
【００４９】
次に、図１０〜図１８を参照して、本実施形態による金属充填処理方法を実施することが可能な金属充填装置１００の構成例について説明する。
【００５０】
（金属充填装置の構成）
図１０に示す本実施形態による金属充填装置１００は、ウェハ１の表面１ａに開口するように形成された微細空間２（図２参照）内に溶融金属３を充填する装置である。
【００５１】
金属充填装置１００は、ウェハ１が載置される載置面１１を有する載置部１０と、処理室４内に溶融金属３を供給する溶融金属供給部２０と、載置面１１上のウェハ１（および溶融金属３）の温度調整を行う温度調整部３０とを備える。
【００５２】
金属充填装置１００は、載置面１１上のウェハ１の表面１ａを含んで処理室４を形成し、処理室４内に連通する供給口２３を介して溶融金属供給部２０から溶融金属３を供給することにより、微細空間２内に溶融金属３を充填する。金属充填工程では、溶融金属３の供給時には処理室４内を溶融金属３の液相温度Ｔｍ以上に維持し、充填後に処理室４内を溶融金属３の固相温度Ｔｓ以下に冷却して微細空間２内の溶融金属３を凝固させる。温度調整部３０は、充填から凝固に至る過程における処理室４内の温度調整を行う。
【００５３】
図１０（図１２も参照）では、処理室４が、溶融金属供給部２０の後述する処理室構造体２２の下面（載置部１０側表面）に設けられた対向面２１と、対向面２１に設けられた環状のシール部２５と、載置面１１上のウェハ１の表面１ａとによって形成される例を示している。また、金属充填装置１００は、載置部１０、溶融金属供給部２０および温度調整部３０を内部に収容する気密のチャンバ４０を備えている。また、金属充填装置１００は、金属充填装置１００の各部の動作を制御する制御部５０を備えている。
【００５４】
載置部１０は、ウェハ１の載置台（ステージ）として構成されている。載置部１０は、上面に平坦な載置面１１を有し、載置面１１上に載置されたウェハ１を支持するように構成されている。ウェハ１は、チャンバ４０に設けられた図示しないゲートを介して載置面１１上に載置される。なお、図１０では、載置面１１が概ね水平であり、水平面と直交する上方向を向く（載置面１１と対向面２１とが上下方向に対向する）ように配置されている例を示す。載置面１１は、鉛直面に沿っていてもよいし、斜めに傾斜していてもよい。
【００５５】
載置部１０および溶融金属供給部２０の少なくとも一方は、互いに近接または離間する方向（上下方向）に移動可能となるように構成されている。図１０の例では、金属充填装置１００は、溶融金属供給部２０を載置部１０に対して近接または離間させる上下方向に移動させる昇降機構４１を備えている。載置部１０は、チャンバ４０の底部に固定的に設けられている。溶融金属供給部２０は、載置部１０の上方位置（載置部１０と上下にオーバラップする位置）に昇降可能に設けられている。
【００５６】
溶融金属供給部２０は、載置部１０側の表面（下面）に対向面２１が形成された処理室構造体２２を含む。対向面２１は、載置面１１と概ね平行な（概ね水平な）平坦面となっている。対向面２１は、平坦面でなくてもよい。処理室構造体２２は、平面視で載置部１０と概ね等しい外形形状を有する。
【００５７】
対向面２１には、溶融金属３の供給口２３と、排気口２４とが設けられている。これにより、溶融金属供給部２０は、対向面２１に開口する供給口２３を介して、処理室４内に溶融金属３を供給するように構成されている。
【００５８】
シール部２５は、処理室構造体２２の対向面２１において、供給口２３および排気口２４を取り囲むように対向面２１に環状（図１１参照）に設けられている。シール部２５は、ウェハ１の表面１ａにおいて複数の微細空間２が形成された領域を取り囲むように設けられている。シール部２５は、例えば弾性体により形成され、対向面２１から載置部１０側に突出するように設けられている。図１０および図１１の例では、シール部２５は、円形のウェハ１の外周近傍に沿うように所定の直径を有する。
【００５９】
図１１の例では、供給口２３は、載置面１１と略平行な方向における、処理室４の一端部近傍（図１１の左端近傍）に設けられている。排気口２４は、処理室４の一端部とは反対の他端部近傍（図１１の右端近傍）に設けられている。
【００６０】
制御部５０が、昇降機構４１によりシール部２５と載置面１１上のウェハ１とを当接させ、処理室４を形成させる制御を行うように構成されている。すなわち、昇降機構４１が対向面２１（処理室構造体２２）を載置部１０側に移動させることにより、シール部２５とウェハ１の表面１ａとが上下方向に当接して、処理室４が形成される。平面視において、環状のシール部２５の内側が処理室４の形成領域となる。処理室４内には、供給口２３および排気口２４が開口している。処理室４の形成状態で、供給口２３から処理室４内に溶融金属３が供給されることにより、溶融金属３がウェハ１の表面１ａに供給され、表面１ａに開口する微細空間２内に溶融金属３が流入する。図１０の例では、載置部１０の上面の外周部に載置面１１を取り囲むシール部１２が設けられており、シール部２５のさらに外側で、対向面２１の外周部と当接して処理室４をさらにシールしている。
【００６１】
処理室４が形成された状態で、昇降機構４１により対向面２１（処理室構造体２２）をさらに載置部１０側に駆動することにより、処理室４の内部を対向面２１によって機械的に加圧することが可能である。つまり、溶融金属供給部２０（処理室構造体２２）は、対向面２１に推力を付与して処理室４内を機械的に加圧することができる。
【００６２】
図１０の例では、金属充填装置１００は、チャンバ４０の外部に設けられた溶融金属３の貯留部４２を備える。貯留部４２は、内部に溶融金属３を貯留し、液相温度Ｔｍ以上に保持している。貯留部４２は、充填バルブ４２ａおよび供給管４２ｂを介して溶融金属供給部２０（供給口２３）に接続されている。また、貯留部４２は、三方バルブ４２ｃを介して、ガス通路４２ｄおよび排気通路４２ｅと切り替え可能に接続されている。三方バルブ４２ｃをガス通路４２ｄ側に切り替え、充填バルブ４２ａを開くことにより、溶融金属３がガスの圧力で供給口２３から処理室４内に加圧供給される。これにより、処理室４内に供給された溶融金属３を所定の加圧圧力で加圧することができる。充填バルブ４２ａを閉じることにより、溶融金属３の供給が停止される。
【００６３】
図１０の例では、金属充填装置１００は、チャンバ４０の外部に設けられた真空ポンプ４３を備える。真空ポンプ４３は、制御弁４３ａおよび排気管４３ｂを介して溶融金属供給部２０（排気口２４）に接続されている。制御弁４３ａを開くことにより、処理室４内の気体が排気口２４から排出される。真空ポンプ４３により、処理室４内を減圧状態にすることができる。処理室４内を減圧状態に維持して溶融金属３を供給し、制御弁４３ａを閉じた状態で、溶融金属３が充填された処理室４を加圧（対向面２１による機械的加圧、溶融金属３の加圧供給）することによって、圧力差を用いて微細空間２内に溶融金属３を充填する差圧充填が可能である。差圧充填は、ウェハ１の表面１ａ上に供給された溶融金属３が微細空間２内に充填されるのを促進し、微細空間２内に空隙（ボイド）などが残ることを抑制する。減圧は、概ね真空状態まで行われる。
【００６４】
温度調整部３０は、載置面１１上のウェハ１に対して加熱および冷却の少なくとも一方を行うことにより、温度調整を行うように構成されている。本実施形態では、温度調整部３０は、載置面１１上のウェハ１に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロック５を含んでいる。温度調整部３０は、複数の温度調整ブロック５の温度を変化させることにより、ウェハ１上の溶融金属３の温度を制御する。温度調整部３０は、複数の温度調整ブロック５の温度を個別に変化させることにより、処理室４内で、ウェハ１の表面１ａに平行な方向の温度分布（温度勾配）を形成する。
【００６５】
本実施形態では、複数の温度調整ブロック５は、載置面１１と略平行な面に沿って供給口２３から離れる方向に並んで配列されている。すなわち、図１１に示すように、複数の温度調整ブロック５は、供給口２３から離れるＸ方向に並んで配列されている。供給口２３が、図３〜図７に示した所定位置Ｐに相当する。
【００６６】
本実施形態では、温度調整部３０は、供給口２３から離れる方向に並んで配列された３以上の温度調整ブロック５を含む。図１０の例では、温度調整部３０は、７つの温度調整ブロック５を含んでいる。すなわち、ウェハ１に対して載置面１１側（下側）に４つの温度調整ブロック５が設けられ、ウェハ１に対して対向面２１側（上側）に３つの温度調整ブロック５が設けられている。
【００６７】
図１１に示すように、温度調整ブロック５は、平面視において、載置面１１上のウェハ１の配置位置を横切るライン状に設けられている。図１１では、各温度調整ブロック５は、平面視で、配列方向（Ｘ方向）と概ね直交するＹ方向に直線状に延びるように設けられている。個々の温度調整ブロック５は、平面視において、ウェハ１の設置位置をＹ方向の一方側から他方側に通過するように設けられている。したがって、図１１の例では、Ｙ方向に直線状の温度調整ブロック５が、Ｘ方向に並ぶように配列されている。図示は省略するが、対向面２１側の３つの温度調整ブロック５も同様に、それぞれＹ方向に直線状に延びるとともに、Ｘ方向に並ぶように配列されている。
【００６８】
本実施形態では、各々の温度調整ブロック５は、ヒータ３２およびクーラ３３の少なくとも一方を含む。つまり、個々の温度調整ブロック５に、熱源または冷却源の少なくとも一方が設けられ、温度調整ブロック５自体が発熱または冷却の少なくとも一方をすることにより温度を変化させる。
【００６９】
図１０の例では、各々の温度調整ブロック５は、ヒータ３２およびクーラ３３を含む。ヒータ３２およびクーラ３３は、それぞれ、特許請求の範囲の「加熱手段」および「冷却手段」の一例である。したがって、個々の温度調整ブロック５は、ヒータ３２を作動させることによって発熱し、処理室４内の溶融金属３を液相温度Ｔｍ以上に加熱することができる。個々の温度調整ブロック５は、クーラ３３を作動させることによって吸熱し、処理室４内の溶融金属３を固相温度Ｔｓ以下に冷却することができる。温度調整ブロック５は、ヒータ３２およびクーラ３３を選択的に作動させるように構成されている。つまり、温度調整ブロック５は、ヒータ３２をオンにする状態（加熱状態）、クーラ３３をオンにする状態（冷却状態）、ヒータ３２およびクーラ３３の両方をオフにする状態（停止状態）、に選択的に切り替えられる。
【００７０】
図１２の例では、温度調整ブロック５は、載置面１１上のウェハ１に対して載置面１１側および対向面２１側のそれぞれに設けられている。載置面１１側の温度調整ブロック５は、載置部１０の内部に埋め込まれている。対向面２１側の温度調整ブロック５は、対向面２１を構成する部材（処理室構造体２２）の内部に埋め込まれている。温度調整ブロック５は、載置面１１と直交する断面（図１２に示す断面）において、載置面１１または対向面２１の近傍に配置されている。つまり、載置部１０内の温度調整ブロック５が、載置部１０内で載置面１１の近傍に配置されている。処理室構造体２２内の温度調整ブロック５が、処理室構造体２２内で対向面２１の近傍に配置されている。これにより、温度調整ブロック５と処理室４との間の距離が小さくなるので、温度調整を速やかに行うことができる。
【００７１】
また、図１３に示すように、平面視において、載置面１１側に設けられた温度調整ブロック５Ａ（実線部参照）の中心位置Ｃ１と、対向面２１側に設けられた温度調整ブロック５Ｂ（ハッチングを付した破線部参照）の中心位置Ｃ２とは、互いに異なる位置に配置されている。なお、図１３にのみ、区別のために載置面１１側の温度調整ブロックを温度調整ブロック５Ａとし、対向面２１側の温度調整ブロックを温度調整ブロック５Ｂとしている。図１３から分かるように、載置部１０側の４つの温度調整ブロック５Ａの各中心位置Ｃ１と、対向面２１側の３つの温度調整ブロック５Ｂの各中心位置Ｃ２とは、互いにＸ方向にずれている。なお、本実施形態では、各温度調整ブロック５の平面視における形状は概ね同一であり、図１１のＹ方向の中心位置も、概ね同一である。
【００７２】
本実施形態では、各々の温度調整ブロック５におけるヒータ３２とクーラ３３とは、温度調整ブロック５の配列方向（Ｘ方向）に隣り合うように並んで設けられている。図１２に示すように、各々の温度調整ブロック５は、ヒータ３２とクーラ３３とをそれぞれ１つずつ含んでいる。ヒータ３２およびクーラ３３は、載置面１１と平行な面に沿って設けられ、Ｘ方向に並んで配置されている。平面視（図１１参照）において、ヒータ３２およびクーラ３３は、共に、Ｙ方向に延びる直線状の温度調整ブロック５の内部で隣り合い、Ｙ方向に直線状に延びるように設けられている。したがって、温度調整ブロック５は、各１つのヒータ３２およびクーラ３３の１セット分の平面形状を有している。ヒータ３２およびクーラ３３は、温度調整ブロック５内で湾曲していたり、蛇行形状を有していてもよい。
【００７３】
また、図１２に示すように、温度調整ブロック５の配列方向（Ｘ方向）に隣り合う一方の温度調整ブロック５のヒータ３２と、他方の温度調整ブロック５のクーラ３３とが、互いに隣り合うように設けられている。図１２の構成例では、各温度調整ブロック５で共通して、クーラ３３がＸ方向の一方側（図１２の左側）、ヒータ３２がＸ方向の他方側（図１２の右側）に配置されている。このため、隣接する２つの温度調整ブロック５のうち、一方側（左側）の温度調整ブロック５のヒータ３２と、他方側（右側）の温度調整ブロック５のクーラ３３とが、互いに隣り合って並んでいる。これにより、各温度調整ブロック５のヒータ３２同士、クーラ３３同士が隣り合う場合と比較して、隣接する温度調整ブロック５の間での、ヒータ／クーラ間の距離ｄが小さくなっている。載置面１１側および対向面２１側のそれぞれで、隣接する温度調整ブロック５の間のヒータ／クーラ間距離ｄは概ね一定である。
【００７４】
ヒータ３２は、たとえば電熱機器によって構成される。具体的には、ヒータ３２は、抵抗発熱体を絶縁板により挟み込んだマイカヒータなどの平面ヒータや、抵抗発熱体を管状部材内に収容したシーズヒータなどの管状ヒータなどにより構成されうる。ヒータ３２は、電熱機器以外でも、流路中に熱媒を流通させてもよい。クーラ３３は、たとえば内部に冷媒を流通させる冷却管によって構成される。クーラ３３は、熱電素子を用いてもよい。
【００７５】
制御部５０は、溶融金属３の加熱や冷却を行うように、温度調整部３０を制御する。各温度調整ブロック５（ヒータ３２およびクーラ３３）が制御部５０により制御されることによって、温度調整部３０は、処理室４内に、各温度調整ブロック５の配列方向（Ｘ方向）に沿った温度分布を形成する。
【００７６】
制御部５０は、制御用のコンピュータまたは各種コントローラあるいはこれらの組み合わせにより構成され、溶融金属供給部２０による溶融金属３の供給制御（供給の開始および停止、供給圧力の制御）、真空ポンプ４３による減圧制御、昇降機構４１による処理室４の開閉制御および加圧圧力制御、温度調整部３０の制御などを行う。
【００７７】
（温度調整処理）
次に、温度調整部３０による温度調整処理について説明する。温度調整部３０は、制御部５０の制御により、処理室４内の温度調整を行う。図１４は、時間経過に沿ったタイミングＴ０からＴ４における各々の温度調整ブロック５の切り替え順序を示した図である。なお、図１０の構成例では、載置面１１側と対向面２１側とで、合計７つの温度調整ブロック５が設けられているが、ここでは便宜的に、載置面１１側の４つの温度調整ブロック５について説明する。
【００７８】
まず、溶融金属３の供給時（Ｔ０）には、温度調整部３０は、全ての温度調整ブロック５を加熱状態に切り替える。すなわち、溶融金属３の供給時には、温度調整部３０は、全ての温度調整ブロック５のヒータ３２を作動させる。温度調整部３０は、処理室４内を溶融金属３の液相温度Ｔｍ以上に維持する。
【００７９】
処理室４内に溶融金属３が充填された後、溶融金属３の冷却が行われる。本実施形態では、温度調整部３０は、供給口２３からの距離が大きい側から順に各々の温度調整ブロック５の温度を低下させることにより、溶融金属３を冷却するように構成されている。ここで、図１４において、供給口２３からの距離が大きい側（図１４の右側）の温度調整ブロック５から順に、ブロック１、ブロック２、ブロック３、ブロック４とする。温度調整部３０は、ブロック１からブロック４に向けて順番に、温度調整ブロック５の作動状態を切り替えるように制御される。
【００８０】
具体的には、温度調整部３０は、各々の温度調整ブロック５のヒータ３２を、供給口２３からの距離が大きい側から順に停止するように構成されている。つまり、ブロック１（Ｔ１）、ブロック２（Ｔ２）、ブロック３（Ｔ３）、ブロック４（Ｔ４）の順で、各々の温度調整ブロック５のヒータ３２が停止される。
【００８１】
また、温度調整部３０は、各々の温度調整ブロック５のクーラ３３を、供給口２３からの距離が大きい側から順に作動させるように構成されている。つまり、ブロック１（Ｔ１）、ブロック２（Ｔ２）、ブロック３（Ｔ３）、ブロック４（Ｔ４）の順で、各々の温度調整ブロック５のクーラ３３が作動される。
【００８２】
したがって、本実施形態では、温度調整部３０は、各々の温度調整ブロック５のヒータ３２を、供給口２３からの距離が大きい側から順に停止し、停止したヒータ３２に代えてクーラ３３を作動させる。
【００８３】
溶融金属３の冷却の際、温度調整部３０は、一部の温度調整ブロック５のヒータ３２を作動させ、他の一部の温度調整ブロック５のクーラ３３を作動させて、平面視においてウェハ１の表面１ａ上に加熱領域Ｈｒと冷却領域Ｃｒとを形成するように構成されている。つまり、溶融金属３の冷却の過程（Ｔ１〜Ｔ３）では、ヒータ３２が作動する加熱状態の温度調整ブロック５と、クーラ３３が作動する冷却状態の温度調整ブロック５とが、混在することになる。加熱状態の温度調整ブロック５の近傍が加熱領域Ｈｒとなり、冷却状態の温度調整ブロック５の近傍が冷却領域Ｃｒとなる。供給口２３からの距離が大きい側の温度調整ブロック５から順に状態が切り替えられるため、溶融金属３の冷却中のウェハ１の表面１ａ上は、供給口２３から遠い側の冷却領域Ｃｒと、供給口２３に近い側の加熱領域Ｈｒとに２分割される。
【００８４】
また、各々の温度調整ブロック５は、隣接する一方の温度調整ブロック５がヒータ３２を作動させる状態（加熱状態）からクーラ３３を作動させる状態（冷却状態）に選択的に切り替えた後で、ヒータ３２を作動させる状態からクーラ３３を作動させる状態に切り替わるように構成されている。つまり、供給口２３からの距離が大きいブロック１が加熱状態から冷却状態に切り替えられると、ブロック１の次に、ブロック１に隣接するブロック２が加熱状態から冷却状態に切り替えられる。同様に、ブロック２の切り替え後に、ブロック３が加熱状態から冷却状態に切り替えられ、ブロック３の切り替え後に、ブロック４が加熱状態から冷却状態に切り替えられ、最終的に全ての温度調整ブロック５が冷却状態となる。
【００８５】
この結果、図１５に示すように、処理室４内では、全域が液相温度Ｔｍ以上に加熱された状態（Ｔ０）から、まず供給口２３からの距離が最も大きいブロック１の近傍が冷却領域Ｃｒとなり、ブロック２〜４が加熱領域Ｈｒとなる（Ｔ１）。冷却領域Ｃｒに存在する溶融金属３の冷却が開始される一方、加熱領域Ｈｒに存在する溶融金属３は液相温度Ｔｍ以上のまま保持される。ブロック１のクーラ３３とブロック２のヒータ３２とが隣り合うため、冷却領域Ｃｒと加熱領域Ｈｒとの境界（ブロック１とブロック２との境界）付近で、液相温度Ｔｍ付近から固相温度Ｔｓ付近まで低下する温度勾配Ｇ１が形成されることになる。
【００８６】
その後、ブロック２が冷却状態に切り替えられる（Ｔ２）と、ブロック１および２の近傍が冷却領域Ｃｒとなり、ブロック３および４の近傍が加熱領域Ｈｒとなる。冷却領域Ｃｒと加熱領域Ｈｒとの境界（ブロック２とブロック３との境界）付近で温度勾配Ｇ１が形成され、冷却が継続されたブロック１とブロック２との境界付近では、急峻な温度勾配Ｇ２となる。
【００８７】
同様に、ブロック３が冷却状態に切り替えられる（Ｔ３）と、ブロック１〜３の近傍が冷却領域Ｃｒとなり、ブロック４の近傍が加熱領域Ｈｒとなる。冷却領域Ｃｒと加熱領域Ｈｒとの境界（ブロック３とブロック４との境界）付近で温度勾配Ｇ１が形成され、冷却が継続されたブロック２とブロック３との境界付近では、急峻な温度勾配Ｇ２となる。
【００８８】
最後にブロック４が冷却状態に切り替えられる（Ｔ４）と、供給口２３の近傍が冷却領域Ｃｒとなり、温度勾配Ｇ１が形成される。冷却が継続されたブロック３とブロック４との境界付近では、急峻な温度勾配Ｇ２となる。
【００８９】
その後、全ての温度調整ブロック５が冷却状態のまま冷却が継続される（Ｔ５）と、冷却が継続されたブロック４の供給口２３の近傍で、急峻な温度勾配Ｇ２となる。最終的に処理室４内の全体が固相温度Ｔｓ以下まで冷却されると、溶融金属３の冷却が完了する。
【００９０】
ここで、冷却時の温度勾配について説明する。
【００９１】
図１６に示すように、溶融金属３が鉛フリーはんだなどの合金からなる場合、合金全体の固相温度Ｔｓと液相温度Ｔｍとの間で、固液共存相が形成される。固液共存相は、合金を構成する複数金属のうちで、析出固相と液相とが混在する相である。固液共存相では、析出金属により形成されるデンドライト（樹上結晶）が温度低下と共に成長していく。そのため、デンドライトの成長過程で溶融金属３中に結晶粒に囲まれた空間が形成されると、囲まれた空間中の液相部分６では溶融金属３の流通が阻害されるため、微細な引けＣＶが発生しやすい。したがって、冷却過程では、デンドライトの生成および成長を極力抑制することが望ましい。
【００９２】
デンドライトは、合金全体の固相温度Ｔｓと液相温度Ｔｍとの間の温度領域で成長するため、図１７のように冷却時の温度勾配を急峻にして、溶融金属３を液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓまで速やかに冷却することによって、デンドライトの成長を抑制することができる。
【００９３】
図１５（Ｂ）から分かるように、本実施形態では、配列方向（Ｘ方向）に隣り合う温度調整ブロック５同士のヒータ／クーラ間の距離ｄを小さくすることにより、急峻な温度勾配Ｇ２を形成している。そして、液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓまでの温度領域で急峻な温度勾配Ｇ２が形成されるように、各温度調整ブロック５の加熱状態と冷却状態との切り替えタイミング（Ｔ１〜Ｔ４）が制御される。そのため、図１５の構成では、デンドライトの成長を抑制することによって引けＣＶの発生がさらに抑制される。また、ヒータ／クーラ間の距離ｄを概ね一定とすることにより、冷却中の各々の温度調整ブロック５における温度勾配を、Ｇ２に均一化している。その結果、凝固完了後の金属膜の品質が全面に渡って安定する。
【００９４】
なお、冷却過程において、加熱領域Ｈｒ（図１４参照）は、常に供給口２３近傍を含んで連続する領域となるため、処理室４内で凝固前の溶融金属３が存在する領域は、供給口２３と流体的に連通した状態が維持される。そこで、本実施形態では、溶融金属供給部２０は、温度調整部３０による温度調整が行われる間継続して、供給口２３を介して処理室４内に溶融金属３の供給圧力を付与するように構成されている。そのため、凝固に伴う体積変化（凝固収縮）によって処理室４内の金属の総体積が減少した場合でも、供給口２３から溶融金属３が確実に補充される。
【００９５】
対向面２１側の３つの温度調整ブロック５については、たとえば供給口２３からの距離が大きい側から順番に、タイミングＴ２〜Ｔ４の各々で、加熱状態から冷却状態に切り替えればよい。また、タイミングＴ１とＴ２との間、Ｔ２とＴ３との間、Ｔ３とＴ４との間で、供給口２３からの距離に応じたタイミングで加熱状態から冷却状態に切り替えてもよい。つまり、図１０のように合計７つの温度調整ブロック５がある場合には、合計７つの温度調整ブロック５をそれぞれブロック１〜ブロック７として、供給口２３からの距離が大きい側から順番に加熱状態から冷却状態に切り替えてもよい。
【００９６】
（金属充填処理）
次に、図１８を参照して、本実施形態の金属充填装置１００による充填処理の流れについて説明する。図１８の各ステップを実施することによって、本実施形態の金属充填処理方法が実施される。具体的には、図１８の例では、ステップＳ１〜Ｓ４が、微細空間２内に溶融金属３が充填されたウェハ１を載置面１１上に準備するステップ（Ａ）に相当する。図１８のステップＳ６の開始から完了までが、載置面１１上に準備されたウェハ１の表面１ａ内における所定位置Ｐに向けて遠い側から順に溶融金属３の温度を低下させるように、載置面１１に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロック５を制御するステップ（Ｂ）に相当する。
【００９７】
まず、ステップＳ１において、図示しないゲートを介して、載置部１０の載置面１１上にウェハ１が載置される。ウェハ１は、前工程において表面１ａに微細空間２が形成されている。
【００９８】
ステップＳ２において、制御部５０は、昇降機構４１を制御して処理室４を形成する。すなわち、制御部５０は、溶融金属供給部２０（処理室構造体２２）を載置部１０側に向けて移動させ、シール部２５をウェハ１の表面１ａと当接させることにより、処理室４を形成させる。
【００９９】
ステップＳ３において、制御部５０は、真空ポンプ４３および制御弁４３ａを制御して、処理室４内を排気し、概ね真空状態まで減圧する。
【０１００】
ステップＳ４において、制御部５０は、充填バルブ４２ａを開放するとともに、三方バルブ４２ｃをガス通路４２ｄ側に切り替え、供給口２３から処理室４内に溶融金属３を加圧供給する。これにより、処理室４内が溶融金属３によって満たされ、ウェハ１の微細空間２内および表面１ａ上に溶融金属３が供給される。なお、温度調整部３０は、全ての温度調整ブロック５が加熱状態で作動するように制御され、ウェハ１を含む処理室４内を液相温度Ｔｍ以上に維持する。
【０１０１】
ステップＳ５において、制御部５０は、処理室４内の加圧を開始する。制御部５０は、昇降機構４１を制御して溶融金属供給部２０の処理室構造体２２（対向面２１）を載置面１１側に駆動して、処理室４内に機械的に圧力（Ｐ１とする）を付与する。また、供給口２３からの溶融金属３の供給圧力（Ｐ２とする）が、処理室４内が溶融金属３によって満たされた後も継続して付与される。つまり、充填バルブ４２ａが開放され、三方バルブ４２ｃをガス通路４２ｄ側にした状態が継続する。圧力により溶融金属３が微細空間２内に押し込まれ、微細空間２内での空隙（ボイド）の発生が抑制される。本実施形態では、たとえば、対向面２１による機械的な加圧圧力Ｐ１と、供給口２３からの溶融金属３の供給圧力Ｐ２とが、概ね等しくなるように制御される。なお、本実施形態では、機械的な加圧圧力Ｐ１を付与しなくてもよい。つまり、ステップＳ５において、供給口２３からの溶融金属３の供給圧力Ｐ２のみを処理室４内に付与してもよい。
【０１０２】
ステップＳ６において、制御部５０は、温度調整部３０を制御して溶融金属３の冷却を開始する。制御部５０は、図１４および図１５に示した手法で温度調整ブロック５の加熱状態と冷却状態とを供給口２３からの距離が大きい側（ブロック１）から順番に切り替えることにより、指向性冷却を行う。なお、冷却中も、処理室４内への機械的な加圧圧力Ｐ１および供給圧力Ｐ２は維持される。溶融金属３の供給圧力Ｐ２のみを処理室４内に付与する場合、機械的な加圧圧力Ｐ１は付与されずに供給圧力Ｐ２が継続して付与される。
【０１０３】
この結果、処理室４内の溶融金属３の凝固は、冷却に伴って供給口２３からの距離が大きい方から順に進行する。最終的に供給口２３近傍の溶融金属３が凝固することにより、処理室４内の溶融金属３の凝固が完了する（固相温度Ｔｓ以下まで冷却される）。供給口２３からの溶融金属３の供給圧力は継続的に付与されるので、凝固に伴う体積減少分は常時補填され、凝固収縮に起因する空隙（引けＣＶ）の発生が抑制される。温度調整部３０の温度調整、供給口２３からの供給圧力の付与は凝固完了後に停止される。
【０１０４】
溶融金属３の凝固が完了した後、ステップＳ７において、制御部５０は、昇降機構４１を制御して処理室４を開放し、図示しないゲートを介して、載置部１０の載置面１１上からウェハ１を取り出してチャンバ４０の外部へ搬出させる。なお、チャンバ４０内は、外部環境と略同じ圧力の不活性ガス雰囲気に維持されていることが好ましい。この場合、チャンバ４０内への大気混入（対向面２１に付着した金属の酸化）が抑制される。
【０１０５】
以上により、金属充填装置１００の金属充填処理動作が行われる。
【０１０６】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１０７】
本実施形態では、上記のように、載置面１１上のウェハ１に対して加熱および冷却の少なくとも一方を個別に行う複数の温度調整ブロック５を含む温度調整部３０を設け、複数の温度調整ブロック５を、載置面１１と略平行な面に沿って供給口２３から離れる方向に並んで配列する。これにより、溶融金属３を凝固させる際に、複数の温度調整ブロック５における加熱の停止または冷却の開始によって、温度調整ブロック５毎に個別に温度を低下させることができるので、ウェハ１の面内における溶融金属３の温度分布を、温度調整ブロック５の配列方向（Ｘ方向）に沿って制御することができる。つまり、供給口２３から離れる方向に並ぶ温度調整ブロック５の温度を、供給口２３に近付く方向（または供給口２３から離れる方向）に低下させる温度勾配が形成されるように、ウェハ１の面内で指向性のある温度調整（指向性冷却）を行うことが可能となる。これにより、ウェハ１の表面１ａ上の溶融金属３を所定方向に順番に凝固させていくことができるので、先に凝固した固相部分７が液相部分６を取り囲むことに起因して引けが分散して発生するのを回避することができる。すなわち、溶融金属３を所定方向に順番に凝固させていくことによって、引けＣＶの発生位置を制御することが可能となる。以上から、本実施形態では、充填処理後のウェハ１の表面１ａにおける溶融金属３の引けＣＶの発生位置が分散するのを抑制することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、上記のように、温度調整部３０に、供給口２３から離れる方向に並んで配列された３以上の温度調整ブロック５を設ける。これにより、３以上の温度調整ブロック５を用いて指向性冷却を行うことができるので、ウェハ１の表面１ａにおいて、より急峻な温度勾配（図１５参照）を形成することができる。その結果、指向性冷却を行う際に溶融金属３を液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓに速やかに冷却して、引けＣＶの発生位置が分散するのを効果的に抑制することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、上記のように、供給口２３からの距離が大きい側から順に各々の温度調整ブロック５の温度を低下させることにより、溶融金属３を冷却するように温度調整部３０を構成する。これにより、供給口２３から遠い側の溶融金属３から順に、供給口２３に近付く方向に向けて凝固させていくことができるので、ウェハ１の表面１ａ上の液相部分６と供給口２３とを流体的に連通した状態を維持しながら凝固を進行させることができる。そのため、凝固に伴う体積変化によって処理室４内に形成される空間に、供給口２３から溶融金属３を追加で補充して、引けＣＶが発生するのを抑制することができるので、ウェハ１全体にわたって、引けＣＶの発生を抑制することが可能となる。
【０１１０】
また、本実施形態では、上記のように、温度調整ブロック５を、載置面１１上のウェハ１に対して載置面１１側および対向面２１側のそれぞれに設ける。これにより、温度調整ブロック５がウェハ１を両側（上下方向）から挟むように配置されるので、温度調整ブロック５における加熱熱量および／または冷却熱量を、増大させることができる。その結果、ウェハ１の面内において各々の温度調整ブロック５によって温度調整される溶融金属３を、液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓに速やかに冷却することができる。溶融金属３を液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓに速やかに冷却することによって、デンドライトの成長を抑制することができるので、引けＣＶの発生をさらに抑制することが可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態では、上記のように、平面視において、載置面１１側に設けられた温度調整ブロック５（図１３の５Ａ参照）の中心位置Ｃ１と、対向面２１側に設けられた温度調整ブロック５（図１３の５Ｂ参照）の中心位置Ｃ２とを、互いに異なる位置に配置する。これにより、載置部１０側の温度調整ブロック５と、対向面２１側の温度調整ブロック５とが平面視でずれた位置に配置されるので、ウェハ１の面内での温度分布の制御をより緻密に行うことができる。
【０１１２】
また、本実施形態では、上記のように、各々の温度調整ブロック５に、ヒータ３２およびクーラ３３を設け、各々の温度調整ブロック５におけるヒータ３２とクーラ３３とを、温度調整ブロック５の配列方向（Ｘ方向）に隣り合うように並んで設ける。これにより、ヒータ３２およびクーラ３３が温度調整ブロック５において載置面１１と垂直な方向（上下）に並ぶ構成と比べて、ヒータ３２およびクーラ３３と載置面１１上のウェハ１（溶融金属３）との距離が大きくなるのを抑制することができるので、温度調整を速やかに行うことが可能となる。
【０１１３】
また、本実施形態では、上記のように、配列方向（Ｘ方向）に隣り合う一方の温度調整ブロック５のヒータ３２と、他方の温度調整ブロック５のクーラ３３とを、互いに隣り合うように設ける。これにより、隣接する温度調整ブロック５間で、ヒータ３２とクーラ３３とを近づけて配置することができる。その結果、隣接する温度調整ブロック５間で一方を加熱動作させ、他方を冷却動作させる場合の温度勾配（図１５参照）を急峻にすることができるので、指向性冷却を行う際に溶融金属３を液相温度Ｔｍから固相温度Ｔｓに速やかに冷却して引けＣＶの発生を効果的に抑制することができる。
【０１１４】
また、本実施形態では、上記のように、各々の温度調整ブロック５のヒータ３２を、供給口２３からの距離が大きい側から順に停止するように温度調整部３０を構成する。これにより、溶融金属３を供給口２３から遠い側から近付く方向に向けて凝固させる指向性冷却を行うことができる。そのため、処理室４内の溶融金属３の凝固過程の最終段階まで、凝固に伴う溶融金属３の体積減少分を供給口２３から補充し続けることが可能となるので、ウェハ１の全体にわたって、引けＣＶの発生を抑制することが可能となる。
【０１１５】
また、本実施形態では、上記のように、各々の温度調整ブロック５のクーラ３３を、供給口２３からの距離が大きい側から順に作動させるように温度調整部３０を構成する。これにより、溶融金属３を供給口２３から遠い側から近付く方向に向けて凝固させる指向性冷却を行うことができる。そのため、処理室４内の溶融金属３の凝固過程の最終段階まで、凝固に伴う溶融金属３の体積減少分を供給口２３から補充し続けることが可能となるので、ウェハ１全体にわたって、引けＣＶの発生を抑制することが可能となる。
【０１１６】
また、本実施形態では、上記のように、一部の温度調整ブロック５のヒータ３２を作動させ、他の一部の温度調整ブロック５のクーラ３３を作動させて、平面視においてウェハ１の表面１ａ上に加熱領域Ｈｒと冷却領域Ｃｒとを形成するように、温度調整部３０を構成する。これにより、加熱領域Ｈｒでは溶融金属３を液相温度Ｔｍ以上に保持し、冷却領域Ｃｒでは溶融金属３を固相温度Ｔｓ以下まで冷却して凝固させることができる。その結果、指向性冷却を行う際に、時間的に後に凝固される溶融金属３が温度ムラなどによって意図せずに先に凝固してしまうことを防ぐことができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、上記のように、各々の温度調整ブロック５を、隣接する一方の温度調整ブロック５がヒータ３２を作動させる状態からクーラ３３を作動させる状態に選択的に切り替えた後で、ヒータ３２を作動させる状態からクーラ３３を作動させる状態に切り替わるように構成する。これにより、複数の温度調整ブロック５の加熱動作と冷却動作とを隣接する順番に逐次的に切り替えていくことによって、加熱領域Ｈｒと冷却領域Ｃｒとの境界で急峻な温度勾配（図１５参照）を維持しつつ、境界を所定方向に移動させて冷却領域Ｃｒを拡大させていく指向性冷却を行うことができる。
【０１１８】
また、本実施形態では、上記のように、温度調整ブロック５を、平面視において、載置面１１上のウェハ１の配置位置を横切るライン状に設ける。これにより、平面視における温度調整ブロック５の形状をシンプルにすることができるので、各温度調整ブロック５を加熱または冷却するための機構を容易に配置することが可能となる。したがって、複数の温度調整ブロック５を有する温度調整部３０を設けて指向性冷却を行う場合でも、装置構成が複雑化するのを抑制することができる。
【０１１９】
また、本実施形態では、上記のように、温度調整部３０による温度調整が行われる間継続して、供給口２３を介して処理室４内に溶融金属３の供給圧力を付与するように溶融金属供給部２０を構成する。これにより、溶融金属３の凝固に伴う体積変化によって処理室４内に空間が形成される場合でも、処理室４内に溶融金属３を確実に補充することができるので、引けＣＶの発生を効果的に抑制することができる。
【０１２０】
また、本実施形態による金属充填処理方法では、上記のように、載置面１１上に準備されたウェハ１の表面１ａ内における所定位置に向けて遠い側から順に溶融金属３の温度を低下させるように、載置面１１に平行な面に沿って分布する複数の温度調整ブロック５を制御するステップを設ける。これにより、先に凝固した固相部分７が液相部分６を取り囲むのを回避することができるので、固相部分７に取り囲まれた液相部分６に引けＣＶが発生するのを抑制することができる。その結果、充填処理後のウェハ１の表面１ａにおける溶融金属３の引けＣＶの散在を抑制することができる。
【０１２１】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【０１２２】
たとえば、上記実施形態では、各々の温度調整ブロック５に、それぞれヒータ３２とクーラ３３との両方を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度調整ブロックにヒータおよびクーラの一方のみを設けてもよい。つまり、温度調整ブロックが加熱および冷却の一方のみを行うように構成されてもよい。たとえば、図１９の変形例では、ブロック１〜３の温度調整ブロック５にはクーラ３３のみが設けられ、ブロック４の温度調整ブロック５にはヒータ３２のみが設けられている。この場合、供給口２３（所定位置Ｐ）からの距離が大きい順に、ブロック１〜３では冷却を開始し、ブロック４では加熱を停止すればよい。ただし、図１９の例では、ヒータ３２とクーラ３３との距離が大きくなるので、図１５の例（温度勾配Ｇ２）と比較すると固相温度Ｔｓと液相温度Ｔｍとの間の温度勾配Ｇがなだらかになる。この他、全ての温度調整ブロックが、ヒータおよびクーラの一方のみを備えていてもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態では、ウェハ１の表面１ａ、対向面２１およびシール部２５によって処理室４を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２０に示す第１変形例の金属充填装置２００や図２１に示す第２変形例の金属充填装置３００のように構成してもよい。図２０では、溶融金属供給部１２０が、円柱状のピストン１２２ａと円筒状のシリンダ１２２ｂとを備えている。ピストン１２２ａは、載置面１１側の端面が対向面２１となっており、シリンダ１２２ｂ内に挿入されて載置面１１に向けて近接／離間する方向に摺動可能となっている。ピストン１２２ａとシリンダ１２２ｂとの間はシール部１２６によってシールされ、シリンダ１２２ｂは、載置面１１上のウェハ１の表面１ａとシール部１２５を介して当接する。この結果、処理室４は、ピストン１２２ａの対向面２１と、シリンダ１２２ｂと、ウェハ１の表面１ａとによって形成される。
【０１２４】
また、図２１では、シリンダ１２２ｂのシール部１２５がウェハ１よりも外周側に配置され、載置部１０の載置面１１と当接する。この場合、処理室４は、ピストン１２２ａの対向面２１と、シリンダ１２２ｂ（シール部１２５）と、載置面１１とによって形成される。ウェハ１は、載置面１１上で処理室４の内部に収容されることになる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、対向面２１に溶融金属３の供給口２３を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図２０に示したように、処理室４の対向面２１以外の他の面に供給口２３を形成してもよい。図２０では、供給口２３がピストン１２２ａの内周面に開口するように形成されている。溶融金属３は、ピストン１２２ａを径方向に貫通する供給管４２ｂを通って処理室４内に供給される。
【０１２６】
また、上記実施形態では、溶融金属３が凝固時に体積収縮する合金である例について説明したが、本発明はこれに限られない。溶融金属は、凝固時に体積膨張を生じる合金であってもよい。この場合には、充填状態の処理室４が溶融金属３の凝固膨張に伴って押し拡げられるようにして空隙が発生して引けＣＶとなる。この場合でも、指向性冷却によって凝固する方向を制御することにより、引けＣＶが散在するのを抑制することができる。
【０１２７】
また、上記実施形態では、載置面１１側および対向面２１側の両方に温度調整ブロック５を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。図２０に示したように、温度調整ブロック５を載置面１１側（載置部１０内）のみに設けてもよいし、図２１に示したように、温度調整ブロック５を対向面２１側（溶融金属供給部１２０内）のみに設けてもよい。また、図２０および図２１のように、温度調整ブロック５を載置面１１または対向面２１の表面で処理室４内に露出するように設けてもよい。
【０１２８】
また、載置面１１側および対向面２１側の両方に温度調整ブロック５を設けた上記実施形態において、対向面２１側の温度調整ブロック５についても、供給口２３からの距離に応じたタイミングで加熱状態から冷却状態に切り替える例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、載置面１１側および対向面２１側の温度調整ブロック５の間で、微細空間２（図２参照）の一方側から順に温度を低下させるように、各温度調整ブロック５を制御する。微細空間２の底部側から順に温度を低下させるようにする場合、載置面１１側および対向面２１側の温度調整ブロック５の制御により、微細空間２の開口側から底部側に向かうに従って低温となる温度勾配を形成する。図１２の場合、ウェハ１の表面１ａに形成された微細空間２（図２参照）の底部側は、載置面１１側となる。そのため、載置面１１側および対向面２１側で互いに向かい合う（Ｘ方向の位置が重複する）温度調整ブロック５の間で、載置面１１側の温度調整ブロック５の温度を低下（ヒータ３２の作動を停止させるか、クーラ３３を作動させる）させた後、向かい合う対向面２１側の温度調整ブロック５の温度を低下させる。これにより、微細空間２内に充填された溶融金属３が、温度勾配により微細空間２の底部側から開口側に向けて順次固化される。微細空間２に対する溶融金属３の供給口である開口からの距離が大きい底部側から順に凝固収縮が生じるので、凝固の最終段階まで、微細空間２の外部（ウェハ１の表面側）から開口を介して、収縮した体積分の溶融金属３を補充し続けることが可能となる。その結果、微細空間２内でボイドが形成されることを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１  ウェハ（処理対象物）
１ａ  表面
２  微細空間
３  溶融金属
４  処理室
５  温度調整ブロック
１０  載置部
１１  載置面
２０、１２０  溶融金属供給部
２１  対向面
２３  供給口
３０  温度調整部
３２  ヒータ（加熱手段）
３３  クーラ（冷却手段）
１００、２００、３００  金属充填装置
Ｃ１、Ｃ２  温度調整ブロックの中心位置
Ｈｒ  加熱領域
Ｃｒ  冷却領域
Ｐ  所定位置
【図１】
2018152562.tif 000003
【図２】
2018152562.tif 000004
【図３】
2018152562.tif 000005
【図４】
2018152562.tif 000006
【図５】
2018152562.tif 000007
【図６】
2018152562.tif 000008
【図７】
2018152562.tif 000009
【図８】
2018152562.tif 000010
【図９】
2018152562.tif 000011
【図１０】
2018152562.tif 000012
【図１１】
2018152562.tif 000013
【図１２】
2018152562.tif 000014
【図１３】
2018152562.tif 000015
【図１４】
2018152562.tif 000016
【図１５】
2018152562.tif 000017
【図１６】
2018152562.tif 000018
【図１７】
2018152562.tif 000019
【図１８】
2018152562.tif 000020
【図１９】
2018152562.tif 000021
【図２０】
2018152562.tif 000022
【図２１】
2018152562.tif 000023