JPWO2016132830A1 - 充填方法および充填装置 - Google Patents

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Abstract

この充填方法は、処理室（１１）内を減圧する工程と、ウェハ（１）の表面に充填材料（３）を接触させる工程と、充填材料のウェハと反対側の面（３ａ）の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間（２）に充填材料を差圧充填する工程と、ウェハの全体にわたって充填材料を焼成する工程と、を備える。

Description

この発明は、充填方法および充填装置に関し、特に、ウェハの微細空間に充填材料を充填する充填方法および充填装置に関する。
従来、ウェハの微細空間に充填材料を充填する充填方法が知られている。このような充填方法は、たとえば、特許第４１３０６４９号公報に開示されている。
特許第４１３０６４９号公報には、ウェハに設けられたビア（微細空間）にペーストを充填するビアの充填方法が開示されている。このビアの充填方法は、チャンバ内において、Ｏリングに囲まれた内側表面にペーストが配置されたピストンをウェハの上面に配置する工程と、チャンバ内とＯリングに囲まれた所定の空間とを真空にする減圧工程と、ウェハ側にペーストを流し込みピストンによる加圧にてペーストをウェハに設けられたビアの内部に押し込む充填工程とを備えている。なお、このビアの充填方法では、Ｏリングがウェハの一部を覆うように配置される。
また、一般的な技術として、メッキを行うことにより微細空間に絶縁材料などの充填材料を充填する方法がある。
特許第４１３０６４９号公報
しかしながら、特許第４１３０６４９号公報のビアの充填方法では、Ｏリングがウェハの一部を覆うように配置されるため、ウェハの全面にわたって設けられたビアにペーストを充填するためには、上記一連の工程を複数回行う必要がある。これにより、ウェハ内の全てのビア（微細空間）にペーストを充填するのに時間がかかるという問題点がある。この場合、充填工程中や充填工程後の工程において、先に充填したペーストにおいて揮発や反応が生じることに起因してペーストの部分的な硬化が生じてしまう虞がある。また、特許第４１３０６４９号公報のビアの充填方法では、加圧により充填を行うため、ビアの幅（径）が小さく、ビアの深さが大きくなる程、ビアの底面まで十分に力が伝わらず、その結果、ペーストが十分に充填されていないビアが発生してしまうという問題点もある。
また、別のビアの充填方法として、分散媒によりペースト状にしたシリカ微粉体をスキージ方式（ウェハの表面にヘラなどのスキージを接触させた状態で、スキージによりシリカ微紛体を掻き取る方式）でウェハ内のビアに充填後、分散媒を蒸散させ、出来た隙間に液体ガラスを含侵させる方法がある。しかしながら、この充填方法では、液体ガラスをビア底まで充分に含侵させることが困難である（ビアに十分に充填されない）という問題点がある。このため、含浸後に液体ガラスを焼成・固化させる際に、ビアにボイドまたはヒケ（窪み）などが発生してしまう。
また、メッキを行うことにより微細空間に充填材料を充填する場合には、微細空間の深さと幅（径）とのアスペクト比（深さ／幅（径））が５以上であると底面まで十分にメッキできずに、充填材料を十分に充填することができないという問題点がある。また、微細空間の幅（径）が大きくなるにしたがい、充填に時間がかかってしまうという問題点もある。この結果、ウェハに幅（径）や深さが異なる様々な形状の微細空間が混在する場合では、微細空間に充填材料を迅速かつ十分に充填することができないと考えられる。
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１つの目的は、ウェハに様々な形状の微細空間が混在しても、同一条件で充填材料を迅速かつ十分に微細空間に充填することが可能な充填方法および充填装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明による充填方法は、ウェハに設けられた微細空間に充填材料を充填する充填方法であって、ウェハを載置した処理室内を減圧する減圧工程と、減圧した処理室内でウェハの表面に充填材料を接触させる接触工程と、充填材料のウェハと反対側の面の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間に充填材料を差圧充填する充填工程と、ウェハの全体にわたって充填材料を焼成する焼成工程と、を備える。なお、「微細空間」とは、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貫通孔および非貫通穴を意味する。
この発明による充填方法では、上記のように、減圧した処理室内でウェハの表面に充填材料を接触させる接触工程と、充填材料のウェハと反対側の面の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間に充填材料を差圧充填する充填工程とを備える。これにより、ウェハの微細空間の形成面の全面にわたって一度に充填材料を微細空間内に充填することができるので、ウェハ内の全微細空間に充填材料を大きな時間差を生じさせることなく迅速かつ十分に充填することができる。さらに、本充填方法では、アスペクト比（深さ／幅（径））が５以上であるような微細空間を含む様々な形状の微細空間がウェハ内に混在しても、同一条件で充填材料を迅速かつ十分に微細空間に充填することができる。このことは、実験によって確認済みである。
また、この発明による充填方法では、充填材料のウェハと反対側の面の全面を加圧する充填工程と、ウェハの全体にわたって充填材料を焼成する焼成工程とを備える。これにより、微細空間に迅速に充填材料を充填することができるだけでなく、ウェハの全体にわたって１回の焼成工程で充填材料を焼成することができるので、充填材料の充填から焼成までの工程を迅速に行うことができる。これにより、全微細空間への充填に時間差が生じることに起因して部分的に充填材料が硬化するのを抑制することができるので、焼成された充填材料を微細空間内に均一に充填することができる。この結果、微細空間内の焼成された充填材料の特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
また、この発明による充填方法では、上記のように、充填材料のウェハと反対側の面の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間に充填材料を差圧充填することによって、真空にする空間を区切るためのＯリングを用いずともウェハの微細空間に充填材料を充填することができる。ここで、Ｏリングに囲まれた所定の空間を減圧するためには、Ｏリングとウェハとを密着させる必要がある。しかしながら、Ｏリングと接触するウェハの表面に凹凸が形成されている場合には、ウェハの凹凸に起因して、Ｏリングとウェハとを十分に密着させることができない。これに対して、本発明では、Ｏリングとウェハとを密着させる必要がないので、ウェハに凹凸が形成されている場合であっても、確実に、ウェハの微細空間に充填材料を充填することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、減圧工程は、処理室内を１００Ｐａ以上２０００Ｐａ以下に減圧する工程を含む。このように構成すれば、処理室内を２０００Ｐａ以下に減圧することにより、減圧工程後の充填工程において確実に差圧を発生させて、微細空間に充填材料を差圧充填することができる。また、処理室内を１００Ｐａ以上まで減圧することにより、１００Ｐａ未満に大きく減圧する場合と比べて、処理室の密封構造を簡易化し、処理室内に設置する機器類の構成も簡素化することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、充填材料は、常温より高くかつ２５０℃以下の処理温度で架橋される熱硬化性樹脂を含む。このように構成すれば、焼成工程において、ウェハに形成された配線などが２５０℃を超える高温により劣化するのを抑制することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、焼成工程は、常温から処理温度まで段階的に昇温を行うとともに、各々の段階において処理時間を制御することによって、充填材料を焼成する工程を含む。このように構成すれば、充填材料の含有成分に合わせて温度および処理時間を細かく調整することができるので、段階的に昇温せずに一度に処理温度まで昇温する場合と比べて、充填材料の変化に追従しながら焼成することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、接触工程は、ウェハの厚み方向において、ウェハの微細空間の形成面から充填材料のウェハと反対側の面までの充填材料の厚みが微細空間の深さ以上になるように、充填材料をウェハに配置する工程を含む。このように構成すれば、焼成工程において微細空間内に充填された充填材料の体積が減少したとしても、ウェハの微細空間の形成面よりもウェハの反対側に微細空間の深さ以上の厚みで配置された充填材料により補填することができる。これにより、微細空間内の全体に焼成された充填材料を確実に充填することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、充填材料は、絶縁性材料である。このように構成すれば、絶縁性材料を微細空間内に充填することができるので、たとえば、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ）技術において、容易に微細空間内に絶縁性材料を充填することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、充填材料は、導電性材料である。このように構成すれば、導電性材料を微細空間内に充填することができるので、たとえば、ＴＳＶ技術において、容易にシリコン貫通電極を形成することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、接触工程は、ウェハを回転させながらウェハの微細空間の形成面側から充填材料を滴下することによって、ウェハの表面に充填材料を接触させる工程を含む。このように構成すれば、いわゆるスピンコートによりウェハの微細空間の形成面側に均一に充填材料を配置することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、接触工程は、充填材料をウェハの表面に供給する工程と、ウェハを回転させながら膜厚調整用の部材によりウェハの微細空間の形成面側の全面に略一定の厚みで充填材料を塗布することによって、ウェハの表面に充填材料を接触させる工程とを含む。このように構成すれば、必要最小限の充填材料を無駄なくウェハの微細空間の形成面側に配置することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、接触工程は、充填材料をウェハの表面に供給する工程と、ウェハを低速回転させながら塗布用の部材によりウェハの微細空間の形成面側の全面に充填材料を塗布することによって、ウェハの表面に充填材料を接触させる工程と、ウェハを高速回転させて、ウェハの表面に充填材料の膜厚を制御する工程と、を含む。このように構成すれば、必要最小限の充填材料を無駄なくウェハの微細空間の形成面側に配置することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、接触工程は、ウェハの微細空間の開口を下向きにした状態で、ウェハを充填材料に浸すことにより、ウェハの表面に充填材料を接触させる工程を含む。このように構成すれば、簡素な構成でウェハの微細空間の形成面に充填材料を配置することができる。
上記発明による充填方法において、好ましくは、ウェハの微細空間の形成面上に微細空間を形成した際のマスクが残存した状態で、充填工程および焼成工程が行われ、焼成工程後に、マスクを剥離する剥離工程をさらに備える。このように構成すれば、マスクを剥離する際に、マスク上の不要な焼成された充填材料も合わせて除去することができるので、その後に行われるウェハの残さ除去や研磨工程の時間を短縮することができるか、または、残さ除去や研磨工程をなくすことができる。これにより、より迅速に、焼成された充填材料が微細空間に充填されたウェハを得ることができる。
この発明による充填装置は、内部を減圧することが可能な処理室と、減圧された処理室内において、微細空間が設けられたウェハの表面に充填材料を接触させる充填材料配置部と、ウェハの全体にわたって充填材料を焼成する焼成部とを備え、処理室では、接触させた充填材料のウェハと反対側の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間に充填材料が差圧充填されるように構成されている。
この発明による充填装置では、上記のように、処理室では、接触させた充填材料のウェハと反対側の全面を加圧することにより、ウェハの微細空間に充填材料が差圧充填されるように構成する。これにより、上記充填方法と同様に、ウェハ内の全微細空間に充填材料を大きな時間差を生じさせることなく迅速かつ十分に充填することができるとともに、ウェハに様々な形状の微細空間が混在しても、同一条件で充填材料を迅速かつ十分に微細空間に充填することができる。また、充填から焼成までに時間がかかることに起因して充填材料の部分的な硬化が生じるのを抑制することができるので、焼成された充填材料を微細空間内に均一に充填することができる。
本発明によれば、上記のように、ウェハに様々な形状の微細空間が混在しても、同一条件で充填材料を迅速かつ十分に微細空間に充填することができる。
本発明の第１および第２実施形態による充填装置を示した模式図である。 （ａ）本発明の第１および第２実施形態による充填装置における充填前（搬入時）のウェハを示した平面図、（ｂ）（ａ）の４００−４００線に沿った断面図である。 （ａ）本発明の第１実施形態による充填装置の充填部を示した縦断面図、（ｂ）（ａ）の４１０−４１０線に沿った横断面図である。 本発明の第１実施形態による充填装置の焼結部を示した縦断面図である。 本発明の第１実施形態による充填方法の焼結工程における温度制御を示した図である。 本発明の第１および第２実施形態による充填方法を説明するための図である。 （ａ）本発明の第２実施形態による充填装置の充填部を示した縦断面図、（ｂ）（ａ）の４２０−４２０線に沿った横断面図である。 本発明の第３実施形態による充填装置を示した模式図である。 （ａ）本発明の第３実施形態による充填装置における充填前（搬入時）のウェハを示した平面図、（ｂ）（ａ）の４３０−４３０線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による充填装置の充填部を示した縦断面図である。 本発明の第３実施形態による充填方法を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）本発明の効果を確認するために行った確認実験におけるウェハの非貫通穴の断面写真、（ｃ）環状溝の断面写真である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
まず、図１〜図５を参照して、第１実施形態による充填装置１００について説明する。
（充填装置の構成）
第１実施形態による充填装置１００は、ウェハ１（図２参照）に形成された環状溝などの微細空間２（図２参照）に、充填材料３（図６参照）を充填して焼成する装置である。
充填装置１００は、図１に示すように、充填部１０と、焼成部２０と、剥離部３０と、残さ除去・研磨部４０と、洗浄・乾燥部５０とをウェハ処理部として備えている。また、充填装置１００は、前工程が行われたウェハ１を充填装置１００内に搬入し、充填および焼成が行われた後のウェハ１を充填装置１００外に搬出する搬入・搬出部６０をさらに備えている。また、充填装置１００は、ロボットアーム７０ａによりウェハ１を各々のウェハ処理部および搬入・搬出部６０に搬送する搬送部７０をさらに備えている。この充填装置１００では、搬入・搬出部６０により充填装置１００内に搬入されたウェハ１が、搬送部７０により、充填部１０、焼成部２０、剥離部３０、残さ除去・研磨部４０および洗浄・乾燥部５０をこの順で搬送される。これにより、ウェハ１の微細空間２に焼成された充填材料３ｂ（図６参照）が充填された状態で、ウェハ１の微細空間２の形成面１ａが平滑化される。そして、ウェハ１は、搬入・搬出部６０により充填装置１００外に搬出されて、後工程などが行われる。
なお、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。また、ウェハ１は、図３（ｂ）に示すように、平面的に見て約２００ｍｍの径を有する略円形状であり、複数のチップを切り出すことが可能である。また、ウェハ１は、図２に示すように、前工程のエッチング処理により複数の微細空間２が形成された状態で、充填装置１００（図１参照）内に搬入される。ここで、ウェハ１には、おおよそ１００万個の微細空間２が形成されている。なお、微細空間２は、環状溝であり、厚み方向に直交する水平方向の幅Ｗ１は約１００μｍ以下である。また、微細空間２の厚み方向の深さＬ１は、微細空間２の深さＬ１と幅Ｗ１とのアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）が約２以上約２０以下を満たすように、幅Ｗ１に応じて決められるのが好ましい。たとえば、微細空間２の幅Ｗ１は約２μｍであり、深さＬ１は約２０μｍである（アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）＝約１０）。
ウェハ１において、微細空間２の開口２ａが形成された側の形成面１ａ上には、エッチング処理時に設けられた、感光性樹脂などから構成されたマスク４が前工程において除去されずに残存している。なお、マスク４の貫通孔４ａと微細空間２とは連通している。マスク４の厚み（マスク４の貫通孔４ａの厚み方向の長さ）ｔ１は、エッチング処理によって設ける微細空間２の幅Ｗ１および深さＬ１や、微細空間２の開口率によって適宜調整される。なお、マスク４は、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリジン）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルオキシド）とＫＯＨ（水酸化カリウム）との混合物、ＤＭＳＯとＭＥＡ（モノメタノールアミン）との混合物、ＣＬＡＥＩＡＮＴ社製のＡＺ１００ＲＥＭＯＶＥＲなどの一般的な剥離剤を用いてウェハ１上から剥離可能である。
〈充填部の構造〉
充填部１０は、いわゆる真空スピンコータである。つまり、充填部１０は、図３に示すように、外観が円柱状の処理室１１と、処理室１１内の圧力を低くするための真空ポンプ１２と、処理室１１内に配置されるウェハ支持部１３および充填材料滴下部１４とを含んでいる。なお、充填材料滴下部１４は、本発明の「充填材料配置部」の一例である。処理室１１は、開閉可能に構成されているとともに、真空ポンプ１２を駆動させることによって、内部空間を約１００Ｐａ以上で、かつ、大気圧よりも低い減圧環境下にすることが可能である。
ウェハ支持部１３は、載置されたウェハ１をＺ方向と直交する水平方向に回転させることが可能である。充填材料滴下部１４は、滴下ノズル１４ａと、充填材料３が貯留された貯留部１４ｂとを有している。滴下ノズル１４ａは、ウェハ１の中心部分に充填材料３を滴下する機能を有する。なお、充填材料３の滴下速度とウェハ１の回転速度とを調整することにより、均一に、かつ、所定の厚みに充填材料３をウェハ１に塗布（スピンコート）することが可能である。また、充填材料滴下部１４では、滴下ノズル１４ａの上部に取り付けられた貯留部１４ｂの底部側（Ｚ２側）から滴下ノズル１４ａに充填材料３が供給されるように構成されている。これにより、貯留部１４ｂの液面近傍の気泡が滴下される充填材料に侵入するのを抑制することが可能である。
なお、充填材料３は、熱硬化性樹脂などの絶縁性材料、または、金属ペーストなどの導電性材料や溶剤などから構成されている。熱硬化性樹脂から構成される絶縁性材料は、常温より高くかつ約２５０℃以下の処理温度で架橋して硬化する熱硬化性樹脂（結合剤）である。なお、熱硬化性樹脂としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、および、エポキシ樹脂がある。具体的には、フッ素樹脂として、旭硝子株式会社製のＡＬ−Ｘ２００３やＡＬ−Ｘ２０１０などのＡＬ−Ｘ２０００シリーズが該当する。また、ポリイミド樹脂として、旭化成イーマテリアル株式会社製のＰＩＭＥＬ（登録商標）ＢＭ３０２やＢＬ３０１が該当する。また、フェノール樹脂として、ＪＳＲ株式会社製のＥＬＰＡＣ（登録商標）ＷＰＲ１２０１やＷＰＲ５１００が該当する。
なお、金属ペーストから構成される導電性材料は、導電体としての金属粉末材料に加えて、常温より高くかつ約２５０℃以下の処理温度で架橋硬化する熱硬化性樹脂（結合剤）を含んでいる。なお、金属ペーストは、熱硬化性樹脂の代わりに、約２５０℃以下で揮発する熱乾燥樹脂を含んでいてもよい。この場合、金属ペーストに含まれる金属粉末材料は、約２５０℃以下の処理温度で溶融する半田などを用いるのが好ましい。
〈焼成部の構造〉
焼成部２０は、内部の空気清浄度を高い状態で維持可能ないわゆるクリーンオーブンである。焼成部２０は、図４に示すように、処理室２１と、処理室２１内の圧力を高くするための加圧器２２と、処理室２１内に配置されるウェハ支持部２３およびヒータ２４とを含んでいる。処理室２１は、開閉可能に構成されているとともに、加圧器２２を駆動させて処理室２１内にガスを導入することによって、内部空間を大気圧より高い高圧環境下にすることが可能である。なお、加圧器２２により処理室２１内に導入されるガスは、窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。ヒータ２４は、ウェハ１を約２５０℃以下の温度に昇温させることが可能である。また、ヒータ２４は、図示しない温度センサやＣＰＵなどを有しており、その結果、図５に示す焼成工程における温度制御のように、昇温速度の制御や所定の温度での維持などを行うことが可能なように構成されている。なお、図５の焼成工程における温度制御の詳細については、後述する。
〈充填装置のその他の構造〉
剥離部３０では、剥離剤を用いてウェハ１上のマスク４（図２（ｂ）参照）が除去される。なお、充填材料３のうち架橋硬化されたＡＬ−Ｘ２０００シリーズは、ＡＺ１００ＲＥＭＯＶＥＲにあまり溶解しないため、充填材料３としてＡＬ−Ｘ２０００シリーズを用いる場合には、剥離剤としてＡＺ１００ＲＥＭＯＶＥＲを用いるのが好ましい。また、充填材料３のうち架橋硬化されたＢＭ３０２およびＢＬ３０１は、ＮＭＰに略溶解しないため、充填材料３としてＢＭ３０２やＢＬ３０１を用いる場合には、剥離剤としてＮＭＰを用いるのが好ましい。残さ除去・研磨部４０では、ＣＭＰ（化学機械研磨）やポリッシャーなどの機械研磨によってウェハ１の形成面１ａが研磨される。洗浄・乾燥部５０は、一般的なスピン洗浄機である。洗浄・乾燥部５０では、ウェハ１を回転させながら純水を滴下することによって、ウェハ１の形成面１ａ全面が洗浄される。その後、洗浄・乾燥部５０において、窒素ブローしながらウェハ１を高速回転させる事で、ウェハ１の形成面１ａがむらなく乾燥される。
（充填方法の説明）
次に、図１〜図６を参照して、第１実施形態による充填装置１００における充填プロセスについて説明する。
〈充填部でのプロセスの説明〉
まず、搬入・搬出部６０により搬入されたウェハ１が、搬送部７０により、充填部１０の処理室１１内に搬送される。その際、ウェハ１は、形成面１ａが上面（Ｚ１側の面）になるようにウェハ支持部１３（図３参照）の所定の位置に載置される。そして、図３（ａ）に示すように、ウェハ１を処理室１１の内部に収納した状態で、処理室１１内を気密状態にする。その後、真空ポンプ１２を用いて、処理室１１内を減圧環境にする（減圧工程）。これにより、ウェハ１の微細空間２内も減圧される。なお、処理室１１内の減圧環境は、約１００Ｐａ以上約２０００Ｐａ以下の減圧環境であればよく、好ましくは、約７００Ｐａ以上約１０００Ｐａ以下の減圧環境であるのが好ましい。なお、約１００Ｐａ以上約２０００Ｐａ以下の減圧（低圧）は、ＪＩＳ Ｚ ８１２６−１ 真空技術−用語−に記載された低真空領域に含まれる。
そして、図３（ｂ）に示すように、ウェハ１を約１５００ｒｐｍ以上約３０００ｒｐｍ以下の回転速度で高速回転させながら、充填材料滴下部１４により、ウェハ１の形成面１ａ側（Ｚ１側）から充填材料３をマスク４上に滴下する。その際、ウェハ１の中心部分に所定の滴下速度で充填材料３を滴下する。これにより、図６に示すように、ウェハ１の表面（微細空間２の内側面２ｂ）に充填材料３がスピンコートにより塗布されて接触する（接触工程）。
ここで、スピンコートによりマスク４上に塗布された充填材料３の厚み（充填材料３のウェハ１とは反対側の液面３ａからマスク４の上面４ｂまでの厚み方向の距離）ｔ２は、微細空間２の深さＬ１およびマスク４の厚みｔ１によって決められる。具体的には、厚みｔ２は、ｔ２＝α×Ｌ１−ｔ１の式を満たすように決められる。なお、αは、約１以上約２以下の定数である。つまり、充填材料３の使用量をマスク４の厚みｔ１によって調整することが可能である。なお、マスク４の厚みｔ１は、上記したように、図２（ｂ）に示す微細空間２の幅Ｗ１および深さＬ１や、微細空間２の開口率によって適宜調整されるため、厚みｔ２は、微細空間２の幅Ｗ１および深さＬ１や、微細空間２の開口率によって間接的に決定される。ここで、この際、微細空間２の表面に働く表面張力や、ウェハ１やマスク４の濡れ性に起因して、底面２ｃ上に充填材料３が配置されない非充填空間２ｄが生じやすい。
そこで、第１実施形態では、ウェハ１の表面に充填材料３が塗布された後に、減圧された処理室１１内を大気圧に開放する。これにより、充填材料３のウェハ１と反対側の液面３ａの全面が下方に加圧されるような力（図６の実線の矢印）が働く。これにより、非充填空間２ｄが形成された微細空間２にも充填材料３が十分に充填（差圧充填）されて、その結果、ウェハ１の全体のおおよそ１００万個の微細空間２の各々に、充填材料３が均一かつ十分に充填される（充填工程）。なお、ウェハ１上のマスク４の貫通孔４ａ内にも充填材料３は充填される。なお、充填部１０において、処理室１１内を減圧環境から大気圧に戻さずに、処理室１１内を減圧環境から当該減圧環境よりも高い圧力で、かつ、大気圧よりも低い所定の圧力に戻すことによって、差圧充填を行ってもよい。
〈焼成部でのプロセスの説明〉
その後、ウェハ１は、搬送部７０により、大気圧に開放した処理室１１内から、焼成部２０の処理室２１内でウェハ支持部２３に載置される。そして、図４に示すように、ウェハ１を処理室２１内に収納した状態で、処理室２１内を気密状態にする。その後、加圧器２２を用いて、処理室２１内を大気圧より大きく約０．５ＭＰａ以下の高圧環境にする。これにより、さらに確実に、非充填空間２ｄに充填材料３が充填されるとともに、充填材料３の液面３ａがさらに加圧されて、体積減少した分の充填材料３の補充が速やかに行われる。
そして、高圧環境下において、処理室２１内を常温から処理温度まで段階的に昇温を行うとともに、各々の段階において処理時間を制御することによって、ウェハ１の全体にわたって充填材料３を焼成する（焼成工程）。なお、具体的な温度制御の一例としては、図５に示すように、まず、処理室２１内の温度を、１分当たり約１０℃の一定の昇温速度で、常温から約１００℃まで昇温させる。そして、処理室２１内を約１００℃で約５分維持する。これらの第１ベークでは、主に、充填材料３の熱硬化性樹脂の形状が安定するような余分な溶剤の除去が行われる。その後、処理室２１内の温度を、１分当たり約１０℃の一定の昇温速度で、約１００℃から約１８０℃まで昇温させる。そして、処理室２１内を約１８０℃で約５分維持する。これらの第２ベークでは、充填材料３の熱硬化性樹脂が均一に分散した状態で、溶剤が完全に除去される。
その後、処理室２１内の温度を、１分当たり約１０℃の昇温速度で、約１８０℃から約２５０℃（処理温度）まで昇温させる。そして、処理室２１内を約２５０℃で約３０分以上約１時間以下の処理時間維持することによって、焼成（キュア）が行われる。このキュアでは、充填材料３が熱硬化性樹脂から構成されている場合には、架橋が行われて充填材料３が硬化することによって、充填材料３は焼成された充填材料３ｂとなる。また、キュアでは、充填材料３が熱乾燥樹脂を含む金属ペーストから構成されている場合には、熱乾燥樹脂が完全に蒸発するとともに、充填材料３（半田など）が溶融する。そして、充填材料３はその後の冷却により硬化して、焼成された充填材料３ｂとなる。なお、焼成工程における温度および処理時間（焼成条件）は、充填材料３の材質（含有成分）に合わせて適宜異なる焼成条件に調整することが可能である。
また、第１実施形態では、図６に示すように、充填工程において微細空間２の全体に充填材料３が十分に充填されているだけでなく、ウェハ１上のマスク４の貫通孔４ａ内にも充填材料３が充填されている。これにより、焼成（揮発）により微細空間２における充填材料３の体積が減少したとしても、その充填材料３の減少分がマスク４の貫通孔４ａに充填された充填材料３やマスク４の上面４ｂ上の充填材料３から微細空間２に補填されることによって、微細空間２の全体に焼成された充填材料３ｂが充填される。ここで、マスク４の貫通孔４ａの厚み方向の長さｔ１と充填材料３の厚みｔ２との合計が微細空間２の深さＬ１の約１倍以上約２倍以下であることによって、十分な量の充填材料３を微細空間２に補填することが可能である。
なお、焼成工程における処理温度は、充填材料３の熱硬化性樹脂の性質などに基づいて、約２５０℃以下の温度に設定してもよいし、処理時間を調整してもよい。たとえば、熱硬化性樹脂であるＢＭ３０２やＢＬ３０１は約１８０℃で架橋硬化が進行するので、約１８０℃を処理温度に設定してもよい。この場合、処理温度が低いため、第１ベークおよび第２ベークのいずれか一方または両方において、温度を一定に維持する期間を設けずに、昇温を連続的に続けてもよい。
なお、焼成部２０において、高圧環境において焼成工程を行わずに、大気圧環境下において焼成を行ってもよい。その際、加圧器を有さないクリーンオーブンを用いて焼成を行うことが可能である。また、クリーンルーム内など十分に清浄な環境下であればクリーンオーブンではなくホットプレートを用いて焼成を行ってもよい。また、焼成部２０において、大気圧よりも低い減圧環境下において焼成を行ってもよい。
〈焼成部以降のプロセスの説明〉
処理室２１内を大気圧に開放した後、搬送部７０により、ウェハ１が焼成部２０から剥離部３０に搬送される。そして、図６に示すように、剥離部３０において剥離剤を用いてウェハ１上のマスク４が除去される（剥離工程）。その際、マスク４とともに、マスク４上の焼成された充填材料３ｂも合わせて除去される。その後、残さ除去・研磨部４０に搬送されてウェハ１の形成面１ａが研磨される（残さ除去・研磨工程）。これにより、微細空間２からはみ出して焼成された充填材料３ｂが除去されて、形成面１ａが平滑化される。そして、洗浄・乾燥部５０に搬送されてウェハ１が洗浄および乾燥される（洗浄・乾燥工程）。最後に、ウェハ１は、搬入・搬出部６０により搬出される。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、上記のように、減圧した処理室１１内でウェハ１の表面に充填材料３を接触させる接触工程と、充填材料３のウェハ１と反対側の液面３ａの全面を加圧することにより、ウェハ１の微細空間２に充填材料３を差圧充填する充填工程とを備える。これにより、ウェハ１の微細空間２の形成面１ａの全面にわたって一度に充填材料３を微細空間２内に充填することができるので、ウェハ１内の全微細空間２に充填材料３を大きな時間差を生じさせることなく迅速かつ十分に充填することができる。さらに、アスペクト比（深さ／幅）が５以上であるような微細空間２を含む様々な形状の微細空間２がウェハ１内に混在しても、同一条件で充填材料３を迅速かつ十分に微細空間２に充填することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、充填材料３の液面３ａの全面を加圧する充填工程と、ウェハ１の全体にわたって充填材料３を焼成する焼成工程とを備える。これにより、微細空間２に迅速に充填材料３を充填することができるだけでなく、ウェハ１の全体にわたって１回の焼成工程で充填材料を焼成することができるので、充填材料３の充填から焼成までの工程を迅速に行うことができる。この結果、全微細空間２への充填に時間差が生じることに起因して部分的に充填材料３が硬化するのを抑制することができるので、焼成された充填材料３ｂを微細空間２内に均一に充填することができる。したがって、微細空間２内の焼成された充填材料３ｂの特性（絶縁性など）にばらつきが生じるのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、減圧工程において、処理室１１内を約２０００Ｐａ以下に減圧することにより、減圧工程後の充填工程において確実に差圧を発生させて、微細空間２に充填材料３を差圧充填することができる。また、減圧工程において、処理室１１内を約１００Ｐａ以上まで減圧することにより、約１００Ｐａ未満に大きく減圧する場合と比べて、処理室１１の密封構造を簡易化し、処理室１１内に設置する機器類（ウェハ支持部１３および充填材料滴下部１４）の構成も簡素化することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、充填材料３が常温より高くかつ約２５０℃以下の処理温度で架橋される熱硬化性樹脂を含む。これにより、焼成工程において、ウェハ１に形成された配線などが約２５０℃を超える高温により劣化するのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、焼成工程において、常温から処理温度まで段階的に昇温を行うとともに、各々の段階において処理時間を制御することによって、充填材料３を焼成する。これにより、充填材料３の含有成分に合わせて温度および処理時間を細かく調整することができるので、段階的に昇温せずに一度に処理温度まで昇温する場合と比べて、充填材料３の変化（溶剤の揮発や充填材料３の軟質化など）に追従しながら焼成することができる。また、各々の段階における処理時間を調整することにより、各々の段階においてウェハ１全体の温度を一定に近づけることができるので、微細空間２内に焼成された充填材料３ｂをより確実に充填することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、接触工程において、ウェハ１の形成面１ａから液面３ａまでの充填材料３の厚みｔ３（＝ｔ１＋ｔ２）を、微細空間２の深さＬ１の約１倍以上約２倍以下にする。これにより、焼成工程において微細空間２内に充填された充填材料３の体積が減少したとしても、ウェハ１の形成面１ａよりもウェハ１の反対側に微細空間２の深さＬ１以上の厚みｔ３で配置された充填材料３により補填することができる。これにより、微細空間２内の全体に焼成された充填材料３ｂを確実に充填することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、充填材料３が絶縁性材料である場合には、絶縁性材料を微細空間２内に充填することができるので、たとえば、ＴＳＶ技術において、容易に微細空間２内に絶縁性材料を充填することができる。また、充填材料３が導電性材料である場合には、導電性材料を微細空間２内に充填することができるので、たとえば、ＴＳＶ技術において、容易にシリコン貫通電極を形成することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、接触工程において、ウェハ１を高速で回転させながらウェハ１の形成面１ａ側から充填材料３を滴下することによって、ウェハ１の表面に充填材料３を接触させる。これにより、スピンコートによりウェハ１の形成面１ａ側に均一に充填材料３を配置することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、ウェハ１の形成面１ａ上に微細空間２を形成した際のマスク４が残存した状態で、充填工程および焼成工程を行い、焼成工程後に、剥離工程においてマスク４を剥離する。これにより、マスク４を剥離する際に、マスク４上の不要な焼成された充填材料３ｂも合わせて除去することができるので、その後に行われるウェハ１の残さ除去や研磨工程の時間を短縮することができる。これにより、より迅速に、焼成された充填材料３ｂが微細空間２に充填されたウェハ１を得ることができる。
［第２実施形態］
次に、図１、図２、図６および図７を参照して、第２実施形態による充填装置２００について説明する。この充填装置２００では、上記第１実施形態による充填装置１００とは異なり、充填部１１０において、ローラ１１４を用いてウェハ１に充填材料３を塗布する例について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに説明を省略する。
（充填装置の構成）
第２実施形態による充填装置２００は、図１に示すように、充填部１１０と、焼成部２０と、剥離部３０と、残さ除去・研磨部４０と、洗浄・乾燥部５０とをウェハ処理部として備えている。充填部１１０は、図７に示すように、処理室１１と、真空ポンプ１２と、処理室１１内に配置されるウェハ支持部１３およびローラ１１４とを含んでいる。なお、ローラ１１４は、本発明の「充填材料配置部」および「膜厚調整用の部材」の一例である。
ローラ１１４は、円柱状のローラ部１１４ａと、軸部１１４ｂとを有している。円柱状のローラ部１１４ａは、ウェハ１の半径よりも若干長いとともに、水平方向に延びるようにウェハ１上に配置される。また、ローラ部１１４ａは、ウェハ１上に配置された際に軸部１１４ｂを回転軸として回転しながら、ローラ部１１４ａの延びる方向に一列に配置された充填材料３をウェハ１に塗布する（塗り広げる）ように構成されている。なお、充填材料供給部材（図示せず）により、１枚のウェハ１に用いられる量の充填材料３が、ウェハ１上に供給されるように構成されている。また、第２実施形態におけるウェハ１の構造（図２および図６参照）、充填材料３の特性、および、充填装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
（充填方法の説明）
次に、図１、図６および図７を参照して、第２実施形態による充填装置２００における充填プロセスについて説明する。
第２実施形態による充填装置２００では、上記第１実施形態による充填装置１００における充填プロセスと同様に、図７（ａ）に示すように、ウェハ１が収納された処理室１１内を減圧環境にする（減圧工程）。そして、図７（ｂ）に示すように、ウェハ１の形成面１ａ上の所定の位置にローラ１１４のローラ部１１４ａを配置するとともに、充填材料供給部材（図示せず）により、１枚のウェハ１に用いられる量の充填材料３を供給する。その後、ウェハ１を約１ｒｐｍ以上約６０ｒｐｍ以下の回転速度で低速回転させる。これにより、ローラ部１１４ａが軸部１１４ｂ回りに回転しながら、ウェハ１の形成面１ａ側のマスク４の上面４ｂ（図６参照）上を相対的に移動することによって、マスク４の上面４ｂの全面に略一定の厚みで充填材料３が塗布されて、ウェハ１の表面（微細空間２の内側面２ｂ）に充填材料３が塗布されて接触する（接触工程）。
そこで、第２実施形態においても上記第１実施形態と同様に、ウェハ１の表面に充填材料３が塗布された後に、減圧された処理室１１内を大気圧に開放する。これにより、非充填空間２ｄが生じていたとしても、微細空間２の全体に充填材料３が十分に充填（差圧充填）される（充填工程）。その後、上記第１実施形態と同様に、ウェハ１の全体にわたって焼成が行われる（焼成工程）とともに、剥離工程、残さ除去・研磨工程および洗浄・乾燥工程が行われて、ウェハ１は搬出される。
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、上記のように、充填材料３の液面３ａの全面を加圧することにより、ウェハ１の微細空間２に充填材料３を差圧充填する充填工程と、ウェハ１の全体にわたって充填材料３を焼成する焼成工程とを備える。これにより、ウェハ１内の全微細空間２に充填材料３を大きな時間差を生じさせることなく迅速かつ十分に充填することができるとともに、様々な形状の微細空間２がウェハ１内に混在しても、同一条件で充填材料３を迅速かつ十分に微細空間２に充填することができる。また、焼成された充填材料３ｂを微細空間２内に均一に充填することができる。
また、第２実施形態では、上記のように、接触工程において、充填材料供給部材により、１枚のウェハ１に用いられる量の充填材料３を供給する。そして、ウェハ１を低速で回転させながらローラ１１４によりマスク４の上面４ｂの全面に略一定の厚みで充填材料３を塗布することによって、ウェハ１の表面に充填材料３を接触させる。これにより、上記第１実施形態のスピンコートのみによりウェハ１に充填材料３を塗布する場合と比べて、ウェハ１の回転によりウェハ１上から弾き飛ばされる充填材料３の量を減少させることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して、第３実施形態による充填装置３００について説明する。
（充填装置の構成）
第３実施形態による充填装置３００は、図８に示すように、充填部２１０と、焼成部２０と、残さ除去・研磨部４０と、洗浄・乾燥部５０とをウェハ処理部として備えている。つまり、上記第１実施形態による充填装置１００と異なり、剥離部は設けられていない。この充填装置３００では、ウェハ２０１（図９参照）は、搬送部７０により、充填部２１０、焼成部２０、残さ除去・研磨部４０および洗浄・乾燥部５０をこの順で搬送される。
なお、ウェハ２０１は、図９に示すように、エッチング処理時に設けられたマスクが前工程において除去されている点を除いて、上記第１実施形態のウェハ１（図２（ｂ）参照）と同様の構成を有する。つまり、微細空間２０２は、幅Ｗ１および深さＬ１を有する。
充填部２１０は、図１０に示すように、処理室１１と、真空ポンプ１２と、処理室１１内に配置されるウェハ支持部２１３および充填材料貯留部２１４とを含んでいる。ウェハ支持部２１３は、ウェハ２０１を支持した状態でＺ方向に移動するように構成されている。これにより、ウェハ支持部２１３により、Ｚ２側に配置された充填材料貯留部２１４に貯留された充填材料３にウェハ２０１を接触させることが可能に構成されている。なお、充填材料貯留部２１４は、本発明の「充填材料配置部」の一例である。また、充填部２１０には、図示しないはけ等が設けられている。このはけ等により、ウェハ２０１上に配置された充填材料３の厚み（形成面１ａから充填材料３のウェハ２０１と反対側の液面３ａまでの距離）ｔ４（図１１参照）を調整することが可能である。なお、充填材料３の厚みｔ４は、微細空間２０２の深さＬ１の約５０％以上約２倍以下が好ましい。なお、充填装置３００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
（充填方法の説明）
次に、図１１を参照して、第３実施形態による充填装置３００における充填プロセスについて説明する。
まず、微細空間２０２の開口２ａが下（Ｚ２方向）を向くように形成面１ａを下面（Ｚ２側の面）にした状態で、ウェハ２０１をウェハ支持部２１３により支持する。そして、上記第１実施形態による充填装置１００における充填プロセスと同様に、ウェハ２０１が収納された処理室１１内を減圧環境にする（減圧工程）。そして、ウェハ支持部２１３（図１０参照）を下方に移動させることによって、充填材料貯留部２１４内の充填材料３にウェハ２０１を浸漬させる。この際、ウェハ２０１の形成面１ａとは反対側の面より手前まで浸漬させることにより、形成面１ａとは反対側の面に充填材料３が回り込むのを抑制することができるので、充填材料３が形成面１ａとは反対側の面上に不必要に配置されるのを抑制することが可能である。また、この際、ウェハ２０１の全体を充填材料貯留部２１４内の充填材料３に浸漬させてもよい。これにより、ウェハ２０１の表面（微細空間２０２の内側面２ｂおよび形成面１ａ）に充填材料３が接触する（接触工程）。そして、充填材料貯留部２１４からウェハ２０１を引き上げる。
そこで、第３実施形態においても上記第１実施形態と同様に、減圧された処理室１１内を大気圧に開放する。これにより、充填材料３のウェハ２０１と反対側の液面３ａの全面が上方に加圧されるような力（図１１の実線の矢印）が働く。これにより、非充填空間２ｄが生じていたとしても、微細空間２０２の全体に充填材料３が十分に充填（差圧充填）される（充填工程）。その後、形成面１ａが上面（Ｚ１側の面）になるようにウェハ２０１の上下を逆にした後、図示しないはけ等により、ウェハ２０１の形成面１ａ上の充填材料３の厚みｔ４を、微細空間２０２の深さＬ１の約５０％以上約２倍以下になるように調整する（ならし工程）。これにより、充填材料３の使用量を低減することが可能である。なお、このならし工程は省略してもよい。
その後、上記第１実施形態と同様に、ウェハ２０１に対して焼成工程が行われる。その際、焼成（揮発）により微細空間２０２における充填材料３の体積が減少したとしても、その充填材料３の減少分がウェハ２０１の形成面１ａ上の充填材料３から微細空間２０２に補填される。また、ウェハ２０１にはマスクが残存していないため、ウェハ２０１の形成面１ａ上に直接的に焼成された充填材料３ｂが充填される。そして、ウェハ２０１に対して残さ除去・研磨工程が行われて、形成面１ａ上の焼成された充填材料３ｂが除去されるとともに、形成面１ａが平滑化される。その後、洗浄・乾燥工程が行われて、ウェハ２０１は搬出される。
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第３実施形態では、上記のように、充填材料３の液面３ａの全面を加圧することにより、ウェハ２０１の微細空間２０２に充填材料３を差圧充填する充填工程と、ウェハ２０１の全体にわたって充填材料３を焼成する焼成工程とを備える。これにより、ウェハ２０１内の全微細空間２０２に充填材料３を大きな時間差を生じさせることなく迅速かつ十分に充填することができるとともに、様々な形状の微細空間２０２がウェハ２０１内に混在しても、同一条件で充填材料３を迅速かつ十分に微細空間２０２に充填することができる。また、焼成された充填材料３ｂを微細空間２０２内に均一に充填することができる。
また、第３実施形態では、上記のように、接触工程において、ウェハ２０１の微細空間２０２の開口２ａを下向きにした状態で、ウェハ２０１を充填材料３に浸すことにより、ウェハ２０１の表面に充填材料３を接触させる。これにより、簡素な構成でウェハ２０１の微細空間２０２の形成面１ａに充填材料３を充填することができる。
また、第３実施形態では、上記のように、はけ等により、ウェハ２０１の形成面１ａ上の充填材料３の厚みｔ４を、微細空間２０２の深さＬ１の約５０％以上約２倍以下になるように調整する。これにより、充填材料３の体積減少分を補填しつつ、充填材料３の使用量が多くなるのを抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
［実施例］
次に、図５、図９、図１０および図１２を参照して、本発明の効果を確認するために行った充填状態の確認実験について説明する。
（実施例および比較例の充填方法）
この確認実験では、図９に示すような、複数の微細空間２０２が形成されたウェハ２０１を準備した。具体的には、複数の微細空間２０２として、２μｍの径Ｗ１および２０μｍの深さＬ１を有する非貫通穴（アスペクト比＝１０）と、１０μｍの径Ｗ１および５０μｍの深さＬ１を有する非貫通穴（アスペクト比＝５）と、１μｍの幅Ｗ１および１７μｍの深さＬ１を有する環状溝（アスペクト比＝１７）と、４μｍの幅Ｗ１および２４μｍの深さＬ１を有する環状溝（アスペクト比＝６）と、２μｍの幅Ｗ１および２０μｍの深さＬ１を有する環状溝（アスペクト比＝１０）とが形成されたウェハ２０１を準備した。
ここで、実施例では、処理室１１内を６００Ｐａの減圧環境にした（減圧工程）。そして、ウェハ２０１の全体を充填材料貯留部２１４内の充填材料３（図１０参照）に浸漬させた（接触工程）。この際、充填材料３として、フッ素樹脂である旭硝子株式会社製のＡＬ−Ｘ２０００シリーズを用いた。その後、減圧された処理室１１内を大気圧に開放した（充填工程）。そして、ならし工程を行わずに、図５に示す温度制御を行うことにより、大気圧環境下で焼成を行った（焼成工程）。そして、焼成工程後のウェハ２０１の断面を観察した。
一方、比較例では、ウェハ２０１の全体を充填材料貯留部２１４内の充填材料３に浸漬させた（接触工程）後に、処理室１１内を６００Ｐａの減圧環境にした（減圧工程）。その後、減圧された処理室１１内を大気圧に開放した。そして、実施例と同様に焼成工程を行った後、焼成工程後のウェハ２０１の断面を観察した。つまり、比較例では、実施例とは異なり、減圧工程を接触工程の後に行った。
（実験結果）
図１２に示す断面観察の結果としては、実施例では、１枚のウェハ２０１に形成された複数の非貫通穴および環状溝の各々において、焼成された充填材料が十分に充填されているのが確認できた。また、各々の非貫通穴内および環状溝内において、底面から開口までの全体に焼成された充填材料が十分に充填されており、ボイドの発生は観察されなかった。このことから、実施例の充填方法では、ウェハに幅（径）や深さが異なる様々な形状の微細空間が混在しても、同一条件で充填材料を迅速かつ十分に微細空間に充填することが可能なことが確認できた。また、各々の非貫通穴および環状溝の開口まで焼成された充填材料が充填されていることから、焼成工程において、非貫通穴内や環状溝内の充填材料の減少分を補填するようにウェハの形成面から充填材料が補填されたと考えられる。
一方、比較例では、特に１０μｍの径を有する非貫通穴や３種の環状溝の各々において、焼成された充填材料が十分に充填されておらず、ボイド（色が濃い部分）が発生しているのが確認された。このことから、比較例の充填方法では、充填工程において、非貫通穴や環状溝に充填材料が十分に充填されずに、その結果、焼成工程後にボイドが観察されたと考えられる。
［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。
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、処理室１１内の減圧環境を、約１００Ｐａ以上約２０００Ｐａ以下の減圧環境にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、処理室内の減圧環境を、約１００Ｐａ未満にしてもよいし、約２０００Ｐａより大きく、かつ、大気圧未満にしてもよい。つまり、差圧が発生するように処理室内を減圧すればよい。また、充填材料のうち、気泡が発生しやすいものに関しては、処理室内の圧力を高めに設定することによって、気泡の発生を抑制することが可能である。
また、上記第１〜第３実施形態では、充填部１０（１１０、２１０）と焼成部２０とを別途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、充填部にヒータを設けることによって、充填部内で、充填材料の充填から焼成までを一括して行ってもよい。これにより、より迅速に、充填材料の充填から焼成までを行うことが可能である。
また、上記第１および第２実施形態では、ウェハ１上にマスク４が残存した状態で、ウェハ１に充填材料３をスピンコートおよびローラ１１４により塗布した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ウェハ上にマスクが残存しない状態（第３実施形態のウェハ２０１の状態）で、ウェハに充填材料をスピンコートまたはローラ等により塗布してもよい。ここで、ウェハに充填材料をスピンコートにより塗布する場合には、塗布後の充填材料を焼成した後でもウェハの表面を十分平滑にすることができるので、残さ除去をせずに、焼成された充填材料をそのまま絶縁膜として使用することが可能である。
また、上記第３実施形態では、ウェハ２０１上にマスク４が残存しない状態で、ウェハ２０１に充填材料３を浸漬させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ウェハ上にマスクが残存する状態（第１および第２実施形態のウェハ１の状態）で、ウェハに充填材料を浸漬させてもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、剥離工程の後に、残さ除去および研磨工程を行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マスクを剥離する際に不要な焼成された充填材料が十分に除去されるのであれば、残さ除去および研磨工程をなくしてもよい。
また、上記第１実施形態では、ウェハ１を高速回転させながら、充填材料滴下部１４により、ウェハ１の形成面１ａ側（Ｚ１側）からウェハ１の中心部分に充填材料３を滴下することによって、充填材料３をウェハ１に塗布した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、減圧環境下において、ウェハ１枚分の充填材料が貯留された充填材料貯留部を傾けることによって、ウェハの形成面側からウェハの中心部分に充填材料を配置する。その後に、ウェハを高速回転させることによって、充填材料をウェハに塗布してもよい。また、減圧環境下において、充填材料貯留部を傾けつつ、ウェハを低速回転させることによって、充填材料をウェハに塗布してもよい。
また、上記第２実施形態では、減圧環境下において、ローラ１１４によって、ローラ部１１４ａの延びる方向に一列に配置された充填材料３をウェハ１に塗布する（塗り広げる）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、減圧環境下において、ローラの代わりにスプレッダとしてのヘラを用いて、ヘラの延びる方向に一列に配置された充填材料をウェハに塗布する（塗り広げる）ように充填部を構成してもよい。この場合、スプレッダとしてのヘラとウェハとの隙間（ギャップ）を適宜調整することにより、形成される充填材料の厚みを任意に設定することが可能である。なお、スプレッダとは、ウェハの表面に接触することなく、ウェハの表面と略一定のギャップを保ちながら充填材料を押し広げることによって、充填材料を塗り広げる部材を意味する。つまり、スプレッダとしてのヘラは、ウェハの表面に接触させた状態で充填材料を掻き取るスキージとしてのヘラとは異なる。また、ヘラの替わりにナイフまたはスパチュラをスプレッダとして用いてもよい。
また、上記第２実施形態では、充填材料供給部材により、１枚のウェハ１に用いられる量の充填材料３を供給した後、ウェハ１を低速回転させながら、ローラ１１４を用いて充填材料３をウェハ１に塗布する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、充填材料供給部材により、１枚のウェハに用いられる量の充填材料を供給して、ウェハを低速回転させながらスプレッダとしてのローラを用いて充填材料をウェハに塗り広げた後に、後工程として、図３に示す上記第１実施形態のようにウェハを高速回転させて、ウェハの表面に塗り広げられた充填材料の膜厚を制御する工程を追加してもよい。なお、後工程において、略一定の厚みになるように充填材料の膜厚を制御するのが好ましい。また、スプレッダとしてのローラは、本発明の「充填材料配置部」および「塗布用の部材」の一例である。これにより、ウェハを高速回転させる際においてウェハ上から弾き飛ばされる充填材料の量をほとんどなくすように、ウェハの表面に供給される充填材料の量を調整することができるので、必要最小限の充填材料を無駄なくウェハの微細空間の形成面側に配置することが可能である。また、後工程としてウェハを高速回転させて充填材料の厚みを調整することができるので、ウェハを低速回転させながらローラを用いて充填材料をウェハに塗り広げる際に、厚みが略均一になるように厳密にウェハに充填材料を塗り広げる必要がない。
また、上記第１〜第３実施形態では、微細空間２（２０２）として、たとえば、幅Ｗ１が約２μｍで、深さＬ１が約２０μｍである環状溝を示し、実施例では、所定の大きさの２種の非貫通穴および３つの環状溝を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、微細空間は、約１００μｍ以下の幅を有する微細な溝や、約１００μｍ以下の孔径を有する微細な貫通孔および非貫通穴であればよい。なお、本発明の充填方法および充填装置は、約１μｍ以上約１０μｍ以下の幅（孔径）を有する微細空間に充填材料を充填するのにより適している。
また、上記第１実施形態では、接触工程をスピンコートにより行い、上記第２実施形態では、接触工程を塗布により行い、上記第３実施形態では、接触工程を浸漬により行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接触工程をスピンコート、塗布および浸漬以外の工程（方法）により行ってもよい。
１、２０１ ウェハ
１ａ 形成面
２、２０２ 微細空間
２ａ 開口
３ 充填材料
４ マスク
１１ 処理室
１４ 充填材料滴下部（充填材料配置部）
１００、２００、３００ 充填装置
１１４ ローラ（充填材料配置部、膜厚調整用の部材）
２１４ 充填材料貯留部（充填材料配置部）

Claims (13)

  1. ウェハに設けられた微細空間に充填材料を充填する充填方法であって、
    前記ウェハを載置した処理室内を減圧する減圧工程と、
    減圧した前記処理室内で前記ウェハの表面に前記充填材料を接触させる接触工程と、
    前記充填材料の前記ウェハと反対側の面の全面を加圧することにより、前記ウェハの前記微細空間に前記充填材料を差圧充填する充填工程と、
    前記ウェハの全体にわたって前記充填材料を焼成する焼成工程と、を備える、充填方法。
  2. 前記減圧工程は、前記処理室内を１００Ｐａ以上２０００Ｐａ以下に減圧する工程を含む、請求項１に記載の充填方法。
  3. 前記充填材料は、常温より高くかつ２５０℃以下の処理温度で架橋される熱硬化性樹脂を含む、請求項１に記載の充填方法。
  4. 前記焼成工程は、常温から前記処理温度まで段階的に昇温を行うとともに、各々の段階において処理時間を制御することによって、前記充填材料を焼成する工程を含む、請求項１に記載の充填方法。
  5. 前記接触工程は、前記ウェハの厚み方向において、前記ウェハの前記微細空間の形成面から前記充填材料の前記ウェハと反対側の面までの前記充填材料の厚みが前記微細空間の深さ以上になるように、前記充填材料を前記ウェハに配置する工程を含む、請求項１に記載の充填方法。
  6. 前記充填材料は、絶縁性材料である、請求項１に記載の充填方法。
  7. 前記充填材料は、導電性材料である、請求項１に記載の充填方法。
  8. 前記接触工程は、前記ウェハを回転させながら前記ウェハの前記微細空間の形成面側から前記充填材料を滴下することによって、前記ウェハの表面に前記充填材料を接触させる工程を含む、請求項１に記載の充填方法。
  9. 前記接触工程は、前記充填材料を前記ウェハの表面に供給する工程と、前記ウェハを回転させながら膜厚調整用の部材により前記ウェハの前記微細空間の形成面側の全面に略一定の厚みで前記充填材料を塗布することによって、前記ウェハの表面に前記充填材料を接触させる工程とを含む、請求項１に記載の充填方法。
  10. 前記接触工程は、前記充填材料を前記ウェハの表面に供給する工程と、前記ウェハを低速回転させながら塗布用の部材により前記ウェハの前記微細空間の形成面側の全面に前記充填材料を塗布することによって、前記ウェハの表面に前記充填材料を接触させる工程と、前記ウェハを高速回転させて、前記ウェハの表面に前記充填材料の膜厚を制御する工程と、を含む、請求項１に記載の充填方法。
  11. 前記接触工程は、前記ウェハの前記微細空間の開口を下向きにした状態で、前記ウェハを前記充填材料に浸すことにより、前記ウェハの表面に前記充填材料を接触させる工程を含む、請求項１に記載の充填方法。
  12. 前記ウェハの前記微細空間の形成面上に前記微細空間を形成した際のマスクが残存した状態で、前記充填工程および前記焼成工程が行われ、
    前記焼成工程後に、前記マスクを剥離する剥離工程をさらに備える、請求項１に記載の充填方法。
  13. 内部を減圧することが可能な処理室と、
    減圧された前記処理室内において、微細空間が設けられたウェハの表面に充填材料を接触させる充填材料配置部と、
    前記ウェハの全体にわたって前記充填材料を焼成する焼成部とを備え、
    前記処理室では、接触させた前記充填材料の前記ウェハと反対側の全面を加圧することにより、前記ウェハの前記微細空間に前記充填材料が差圧充填されるように構成されている、充填装置。
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