WO2017022138A1 - 金属充填装置および金属充填方法 - Google Patents

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WO2017022138A1
WO2017022138A1 PCT/JP2015/072798 JP2015072798W WO2017022138A1 WO 2017022138 A1 WO2017022138 A1 WO 2017022138A1 JP 2015072798 W JP2015072798 W JP 2015072798W WO 2017022138 A1 WO2017022138 A1 WO 2017022138A1
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WO
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molten metal
metal
pressurization
solidification
processing chamber
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Application number
PCT/JP2015/072798
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English (en)
French (fr)
Inventor
今井　修
山口　征隆
和彦 荒田
Original Assignee
住友精密工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a metal filling apparatus and a metal filling method, and more particularly, to a metal filling apparatus and a metal filling method for filling a minute space of a processing object with a molten metal.
  • a metal filling method for filling a molten metal into a minute space of an object to be treated is known.
  • Such a metal filling method is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 4278007, Japanese Patent No. 4505540, and Japanese Patent No. 4611429.
  • Japanese Patent Nos. 4278007, 4505540, and 4611429 disclose a metal filling method in which molten metal is supplied to a minute space provided on a wafer as a processing target and is cured while being pressurized. Is disclosed. In these metal filling methods, the molten metal is pressurized by the pressurizing means in the processing chamber in which the wafer is installed, and the pressurized state by the pressurizing means is maintained until the molten metal is cured by cooling. As the pressurizing means, it is disclosed to press a molten metal in the processing chamber by pressing a support (pressurizing member) constituting the processing chamber with a press.
  • the metal material is pulled out from the minute space by pulling into the vacuum cavity formed between the pressure member and the metal material, or the metal residue on the wafer surface is peeled off. there's a possibility that. This also hinders the yield improvement of the metal filling process.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a metal filling apparatus and a metal filling apparatus capable of further improving the yield and processing efficiency of the metal filling process. It is to provide a metal filling method.
  • a metal filling apparatus is a metal filling apparatus for filling molten metal into a minute space formed so as to open on the surface of a processing object, and holds the processing object.
  • Holding member a cylindrical member surrounding the periphery of the minute space, a pressure member disposed inside the cylindrical member so as to be able to advance and retreat toward the processing object, the holding unit or the processing object, and the cylindrical member
  • a metal supply part for supplying molten metal in a processing chamber formed in an airtight manner by the pressure member, and the molten metal supplied into the processing chamber is cooled while being pressurized by the pressure member, and the molten metal The pressurization is stopped before the solidification is completed.
  • the “microspace” means a fine groove having a width of about 100 ⁇ m or less, a fine through hole and a non-through hole having a hole diameter of about 100 ⁇ m or less formed in the processing object.
  • the molten metal supplied into the processing chamber is cooled while being pressurized by the pressure member, and the pressurization is stopped before the solidification of the molten metal is completed.
  • the pressurized member is melted at the stage of incomplete solidification before the molten metal completely changes to a solid phase (solidification is completed). It can be separated from the metal (processing object). Therefore, even in the case of a metal material that easily adheres to the pressure member, the stress acting on the metal material or the object to be processed can be reduced by separating the pressure member when the adhesion strength is weak.
  • pressurization is performed by evacuating the cavity by separating the pressure member at an earlier stage before completion of solidification where the cavity between the pressure member and the metal material is completely grown.
  • the suction adhesion force between the member and the molten metal can be reduced.
  • the pressurization is stopped at an earlier stage before the temperature becomes lower than the solid phase temperature, and the processing object is taken out and the next processing object is processed.
  • the processing of things can be started early. As a result, according to the present invention, it is possible to improve the yield and processing efficiency of the metal filling process.
  • the solidification of the molten metal is completed in a non-pressurization period in which no pressurization is performed after the pressurization period in which the molten metal in the processing chamber is cooled while being pressurized. Yes. If comprised in this way, generation
  • the pressurization member in the pressurization period, before the molten metal is cooled and solidification is completed, the pressurization member is retracted from the processing object to stop the pressurization, and in the non-pressurization period, the external environment The molten metal is cooled in a substantially equal pressure environment to complete solidification. If comprised in this way, since solidification of molten metal can be completed, for example under atmospheric pressure, in the state where the pressurizing member was separated from the processing object, the processing object can be carried out and the next processing object can be removed. Processing can be started earlier.
  • pressurization of the molten metal is performed. Is configured to stop. If comprised in this way, before solidification of molten metal is completed, pressurization can be stopped reliably. In addition, by stopping the pressurization before the solidification of the molten metal is completed after it has been cooled to the solid-phase temperature side where solidification has progressed to some extent, the filling to fill the molten metal is not insufficient. The occurrence of defects can be suppressed.
  • the solid phase temperature is a temperature at which the metal material is completely solidified (becomes a solid phase) below that temperature
  • the liquid phase temperature is at which the metal material is completely melted (above) Temperature).
  • the “temperature on the solid phase temperature side” is, for example, a temperature range on the solid phase temperature side with a temperature (liquid phase temperature + solid phase temperature / 2) averaged between the liquid phase temperature and the solid phase temperature. It is the temperature contained in.
  • the metal filling apparatus according to the present invention is preferably configured to stop the pressurization and open the processing chamber before the molten metal is cooled and solidification is completed. If comprised in this way, since the conveyance (or preparation for conveyance) of a process target object can be started in the step before completion of solidification of molten metal, processing efficiency can further be improved.
  • the metal filling device further includes a gas supply unit for supplying an inert gas, and after the pressurization is stopped until the solidification of the molten metal is completed, the object to be processed is an inert gas. It is configured to be arranged in an atmosphere. If comprised in this way, it can suppress that the residual film
  • the oxide of the metal material changes the material properties such as hardness and toughness of the metal, and thus affects the yield in the process of removing the residual film after filling the metal. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the change in material characteristics accompanying the oxidation of the residue film, and thus the yield of the removal process can be improved.
  • a metal filling method is a metal filling method for filling molten metal into a minute space formed so as to open on the surface of a processing object, and in an airtight processing chamber in which the processing object is arranged.
  • a step of cooling the molten metal filled in the processing chamber while applying pressure by a pressure member, and a step of stopping the pressurization before the solidification of the molten metal is completed.
  • the pressurized member is melted at the stage of incomplete solidification before the molten metal completely changes to a solid phase (solidification is completed). It can be separated from the metal (processing object).
  • the stress acting on the metal material and the object to be processed is reduced, the suction adhesion force between the pressure member and the molten metal is reduced by vacuuming the cavity when sink marks occur, and the object to be processed is taken out and the next process is performed.
  • the processing of the object can be started early. As a result, according to the present invention, it is possible to further improve the yield and processing efficiency of the metal filling process.
  • the metal filling method according to the present invention preferably further includes a step of completing solidification of the molten metal in a non-pressurization period in which no pressurization is performed after the step of stopping pressurization of the molten metal. If comprised in this way, generation
  • the metal filling method according to the present invention preferably further includes a step of removing the metal film remaining on the surface of the object to be processed by polishing or the like after the molten metal is solidified. If comprised in this way, in order to remove the metal film (residue) on a processing target object, for example, it is not necessary to heat a processing target object and to remelt a metal film. it can.
  • FIG. 6 is a state diagram of Sn—Pb solder. It is a state diagram of Sn-Bi solder. It is a figure for demonstrating the solid-phase temperature and liquid phase temperature of the metal material used for a molten metal. It is the figure which showed the time change of the pressure of the pressurization member pressurization surface in the metal filling method by 1st Embodiment of this invention.
  • the metal filling apparatus 100 is a minute space such as a via formed so as to open on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer 1) that is an example of a processing object.
  • a wafer 1 that is an example of a processing object.
  • 2 is a device for filling a conductor metal.
  • Through-silicon electrodes are formed by the filled conductive metal.
  • the wafer 1 is made of a general semiconductor material such as silicon.
  • the wafer 1 has a substantially circular shape having a predetermined diameter of about 200 mm, for example, and a plurality of chips can be cut out. Further, the wafer 1 is carried into the metal filling device 100 in a state where a plurality of minute spaces 2 (see FIG. 2) are formed by a previous process such as an etching process.
  • the shape and dimensions of the minute space 2 are not particularly limited, but are, for example, round holes having a diameter of several ⁇ m and a depth of several tens of ⁇ m.
  • the metal filling apparatus 100 is arranged so as to be able to advance and retreat toward the wafer 1 inside the cylindrical member 12, a holding part 11 that holds the wafer 1, a cylindrical member 12 that is provided so as to surround the minute space 2. And the metal supply unit 14 for supplying the molten metal 3.
  • the holding unit 11 or the wafer 1, the cylindrical member 12, and the pressure member 13 form an airtight processing chamber 4.
  • the metal filling device 100 includes an elevating mechanism 15 that raises and lowers the holding unit 11, a pressurizing mechanism 16 that advances and retracts the pressurizing member 13, a decompression unit 17 that depressurizes the inside of the processing chamber 4, and a processing chamber 4 that is not in the processing chamber 4.
  • a gas supply unit 18 that pressurizes and supplies the active gas and a recovery unit 19 that recovers the molten metal 3 supplied into the processing chamber 4 are provided.
  • the metal filling apparatus 100 includes a control unit 20 that controls operations of the above-described units.
  • the holding unit 11 is a holding table for the wafer 1.
  • the holding unit 11 is configured to hold the wafer 1 placed on a flat placement surface by negative pressure suction or the like.
  • the cylindrical member 12 is a housing that constitutes a peripheral wall of the processing chamber 4.
  • the cylindrical member 12 has a hollow (cylindrical) shape in which a space is formed, and is provided so as to surround a formation region of the minute space 2 on the wafer 1.
  • the cylindrical member 12 is provided so that one end (lower end surface) faces the wafer 1 and extends in the vertical direction.
  • the holding part 11 can be moved in the vertical direction (direction approaching or separating from the cylindrical member 12) by the lifting mechanism 15.
  • the holding unit 11 is raised toward the cylindrical member 12 by the elevating mechanism 15, and the upper surface of the wafer 1 is brought into contact with the lower end of the cylindrical member 12, whereby the airtight processing chamber 4 is formed.
  • a sealing member 12 a such as an O-ring is provided on the lower end surface of the cylindrical member 12, and airtightness between the cylindrical member 12 and the wafer 1 is ensured.
  • a seal member 12 b is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical member 12, and airtightness between the pressure member 13 and the cylindrical member 12 is ensured.
  • the seal member 12 b is provided in the vicinity of the upper end portion of the cylindrical member 12 and the lower portion of the cylindrical member 12.
  • the lower seal member 12b is disposed at a position near the upper side of the pipes (the pipe 21a and the pipe 21b) so as to minimize the volume of the processing chamber 4 (positioned on the wafer 1 side).
  • the pressure member 13 is a piston that can move so as to change the volume of the processing chamber 4.
  • the pressurizing member 13 is slidably fitted inside the cylindrical member 12 (seal member 12b), and is provided so that it can move forward and backward along the inner surface of the cylindrical member 12.
  • a pressing portion 13 a made of a heat resistant material is provided on the surface (lower surface) of the pressing member 13 that faces the holding portion 11.
  • a surface treatment that suppresses adhesion of the molten metal 3 is applied to a region of the pressing portion 13 a that is in contact with the molten metal 3.
  • the surface treatment for suppressing adhesion is, for example, mirror finishing or coating treatment such as DLC (Diamond Like Carbon).
  • the pressing member 13 can be moved by the pressing mechanism 16 so as to approach or separate from the holding unit 11 (wafer 1).
  • the pressure member 13 is moved in the direction close to the holding unit 11, thereby pressing the molten metal 3 toward the wafer 1 and applying pressure to the molten metal 3.
  • a sealing portion 13 b is provided on the lower surface of the pressing portion 13 a of the pressing member 13.
  • the sealing portion 13 b is made of an elastic body and has an annular shape along the outer periphery of the circular wafer 1.
  • the metal supply unit 14 includes a supply container capable of holding the metal filled in the minute space 2 in a state of the molten metal 3 having a temperature higher than the melting point (liquid phase temperature). .
  • the metal supply unit 14 communicates with the inside of the processing chamber 4 via a pipe 21 a that penetrates the side wall on the lower end side of the cylindrical member 12 to the inside.
  • a control valve 22 a is provided in the pipe 21 a between the metal supply unit 14 and the processing chamber 4. It is possible to adjust the supply start and stop and the supply pressure of the molten metal 3 by opening and closing the control valve 22a. Opening and closing of the control valve 22a is controlled by the control unit 20.
  • the molten metal 3 is, for example, lead-free solder.
  • Lead-free solder is easy to handle because it has a relatively low melting point among the materials used for filling.
  • the metal material used for the molten metal 3 includes Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ir, Al, Ni, Sn, In, Bi, Zn, and the like depending on the purpose of filling the minute space 2 and the function of the filled metal. These alloys can be employed, and metal materials other than those described above may be used.
  • the elevating mechanism 15 includes a torque motor and the like.
  • the pressurizing mechanism 16 is configured by a so-called hydraulic mechanism or the like, and advances and retracts the pressurizing member 13 by supplying and discharging hydraulic oil.
  • the operations of the elevating mechanism 15 and the pressurizing mechanism 16 are controlled by the control unit 20.
  • the decompression unit 17 communicates with the inside of the processing chamber 4 through a pipe 21b that penetrates the side wall on the lower end side of the cylindrical member 12 to the inside.
  • the decompression unit 17 includes a vacuum pump, and can decompress the gas in the processing chamber 4 to decompress the gas.
  • a control valve 22b is provided in the pipe 21b between the decompression unit 17 and the processing chamber 4.
  • the gas supply unit 18 communicates with the inside of the processing chamber 4 via a pipe 21c connected to the pipe 21b and the pipe 21b.
  • a control valve 22 c is provided in the pipe 21 c between the gas supply unit 18 and the processing chamber 4.
  • the gas supply unit 18 can supply the inert gas into the processing chamber 4 at a predetermined pressure by opening the control valve 22c.
  • the opening and closing of the control valve 22c and the operation of the gas supply unit 18 are controlled by the control unit 20.
  • the gas supply unit 18 can also supply an inert gas to the outside of the processing chamber 4 (the outer shell covering each part including the processing chamber 4 or the inside of the case) via the pipe 21e. Thereby, the inside and the outside of the processing chamber 4 can be brought into an inert gas atmosphere.
  • the recovery unit 19 communicates with the inside of the processing chamber 4 via a pipe 21d connected to the pipe 21a and the pipe 21a.
  • a control valve 22d is provided in the pipe 21d between the recovery unit 19 and the processing chamber 4.
  • the recovery unit 19 includes, for example, a recovery tank that stores the molten metal 3 and an exhaust device that is connected to the recovery tank.
  • the metal filling device 100 cools the molten metal 3 filled in the processing chamber 4 while being pressurized by the pressure member 13, and pressurizes before the solidification of the molten metal 3 is completed. Is configured to stop. Control of pressurization cooling and pressurization stop of the metal filling apparatus 100 is performed by the control unit 20.
  • FIG. 4 shows a state diagram of Sn—Pb solder
  • FIG. 5 shows a state diagram of Sn—Bi solder
  • the vertical axis represents the temperature
  • the horizontal axis represents the alloy composition.
  • the region 34 surrounded by the solid phase line 31, the liquidus line 32, and the eutectic isotherm 33 is a region that is in a semi-molten state.
  • a semi-molten state exists except for the eutectic point 35 (eutectic composition). That is, focusing on a certain composition and looking at the state change in the vertical axis direction (temperature change), as shown in FIG. 6, the temperature range between the liquid phase temperature and the solid phase temperature is the temperature in the semi-molten state. It becomes an area.
  • the metal filling device 100 cools the molten metal 3 while being pressurized by the pressurizing member 13, and pressurizes the molten metal 3 before the temperature of the molten metal 3 falls below the solid phase temperature. Stop.
  • the temperature on the solid phase temperature side is included in the temperature range on the solid phase temperature t2 side with a temperature t3 ([t1 + t2] / 2) obtained by averaging the liquid phase temperature t1 and the solid phase temperature t2 as a boundary. Temperature.
  • the metal filling device 100 includes a temperature detection unit 23 a that detects the temperature of the holding unit 11, a temperature detection unit 23 b that detects the temperature of the pressing member 13, and the temperature of the cylindrical member 12.
  • the temperature detection part 23c which detects this is provided.
  • Each temperature detection unit includes, for example, a thermocouple, and outputs the detected temperature to the control unit 20.
  • the control unit 20 determines whether to stop pressurization based on any one or a plurality of detected temperatures among these temperature detection units.
  • the cooling of the molten metal 3 proceeds when the heat of the molten metal 3 is taken away by the pressure member 13, the holding part 11, and the cylindrical member 12 around the molten metal 3 by a water cooling tube (not shown). For this reason, since it may be considered that the temperature of the molten metal 3 is not lower than those of the surrounding members, the pressure of the molten metal 3 is applied when the temperature detected by the temperature detector is higher than the solid phase temperature. If stopped, it is possible to stop the pressurization before the solidification of the molten metal 3 is completed. Before the solidification of the molten metal 3 is completed, the pressurization is stopped and the pressure member 13 is separated from the wafer 1 so that the wafer 1 can be already taken out of the processing chamber 4 when the solidification is completed.
  • the wafers 1 to be processed are heated and cooled in the processing chamber 4 one by one, after the solidification is completed, the wafers 1 can be unloaded promptly and heating for the next wafer 1 can be started early. Therefore, the processing efficiency can be improved more remarkably.
  • the metal filling apparatus 100 is the non-pressurization which does not pressurize after the pressurization period T1 which cools the molten metal 3 in the process chamber 4 while pressurizing. In the period T2, it is comprised so that solidification of the molten metal 3 may be completed.
  • the metal filling device 100 stops the pressurization by moving the pressurization member 13 back from the wafer 1 before the molten metal 3 is cooled and solidification is completed.
  • the pressure in the processing chamber 4 is maintained at a predetermined pressurization pressure value by at least the pressurization member 13.
  • a gas pressure by the gas supply unit 18 may be further applied.
  • the metal filling device 100 is configured to cool the molten metal 3 in a non-pressurized period T2 in a pressure environment substantially equal to the external environment to complete solidification.
  • a pressure environment substantially equal to the external environment means a situation in which no compulsory pressure is applied.
  • the pressure substantially equal to the external environment is, for example, atmospheric pressure although it depends on the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus including the metal filling apparatus 100 and the installation environment of the metal filling apparatus 100. In the first embodiment, no pressure is applied by the pressure member 13 in the non-pressurization period T2.
  • FIG. 1 Operation control of the metal filling apparatus 100 is performed by the control unit 20. Note that FIG. 1 is referred to for each part of the metal filling apparatus 100.
  • step S1 of FIG. 8 after the wafer 1 is placed on the holding unit 11, the processing chamber 4 is formed. Specifically, the control unit 20 lowers the holding unit 11 by the lifting mechanism 15 and separates the holding unit 11 from the cylindrical member 12. A wafer 1 having a minute space 2 formed on the surface is placed on the holding unit 11 with the surface facing up. After the wafer 1 is placed on the holding unit 11, the control unit 20 raises the holding unit 11 by the elevating mechanism 15 and brings the upper surface of the wafer 1 into contact with the lower end surface (seal member 12 a) of the cylindrical member 12. Thus, the processing chamber 4 is formed. As a result, the wafer 1 is held in the airtight processing chamber 4.
  • step S2 the control unit 20 opens the control valve 22b to operate the decompression unit 17, and exhausts the gas in the processing chamber 4. As shown in FIG. 7, the control unit 20 depressurizes the inside of the processing chamber 4 (that is, the minute space 2) to a substantially vacuum state.
  • step S3 the control unit 20 stops the decompression unit 17 and closes the control valve 22b, while opening the control valve 22a and operating the metal supply unit 14 to supply the molten metal 3 into the processing chamber 4.
  • the molten metal 3 is pressurized and supplied into the processing chamber 4 at a predetermined supply pressure. Therefore, as shown in FIG. 7, the pressure in the processing chamber 4 increases with the supply of the molten metal 3 until a predetermined supply pressure is reached.
  • the control unit 20 stops the metal supply unit 14 and closes the control valve 22a.
  • step S ⁇ b> 4 the control unit 20 controls the pressurizing mechanism 16 to advance the pressurizing member 13 toward the wafer 1, and discharges excess molten metal 3 from the processing chamber 4.
  • the control portion 20 opens (throttles open) the control valve 22 d, and surplus in the processing chamber 4.
  • the molten metal 3 is recovered by the recovery unit 19.
  • the pressurizing member 13 is pushed (advanced), the pressure in the processing chamber 4 increases (see FIG. 7).
  • the control unit 20 When the sealing portion 13b of the pressurizing member 13 comes into contact with the upper surface of the wafer 1, the control unit 20 fully opens the control valve 22d and opens the control valve 22c, and operates the gas supply unit 18. An inert gas is pressurized and supplied into the processing chamber 4. As a result, of the molten metal 3 in the processing chamber 4, the portion existing outside the sealing portion 13 b (the surplus excluding the molten metal confined in the inner region of the sealing portion 13 b) is in the processing chamber 4. Discharged from. Note that the temperature inside the processing chamber 4 is maintained above the liquid phase temperature of the metal material by a heating mechanism (not shown) until the discharge of the excess molten metal 3 from the processing chamber 4 is completed.
  • step S ⁇ b> 5 the control unit 20 starts pressurized cooling in which the molten metal 3 supplied into the processing chamber 4 is cooled while being pressurized by the pressure member 13. That is, the control unit 20 controls the pressurizing mechanism 16 to press the pressurizing member 13 against the surface of the wafer 1 to pressurize the molten metal 3 between the pressurizing member 13 and the wafer 1 and to process the process chamber 4. The heating inside is stopped and cooling of the molten metal 3 is started. As a result, as shown in FIG. 7, the molten metal 3 is cooled in a state where the pressure on the pressure surface of the pressure member 13 (pressure acting on the molten metal 3) is maintained at a predetermined pressure. . As described above, the pressure cooling is continued during the pressurization period T1 until a predetermined pressurization stop temperature higher than the solid phase temperature of the metal material is reached.
  • step S6 the control unit 20 stops the pressurization before the solidification of the molten metal 3 is completed.
  • the control unit 20 controls the pressurizing mechanism 16 to slowly retract the pressurizing member 13 from the wafer 1 and separate the pressurizing member 13 from the wafer 1.
  • the inside of the processing chamber 4 is in a non-pressurized state equivalent to the pressure (atmospheric pressure) of the external environment in an inert gas atmosphere.
  • step S7 the control unit 20 continues cooling until solidification of the molten metal 3 is completed in a non-pressurized state where no pressure is applied. That is, as illustrated in FIG. 7, the control unit 20 completes the solidification of the molten metal 3 in the non-pressurization period T ⁇ b> 2 in which no pressurization is performed after Step S ⁇ b> 6 for stopping the pressurization of the molten metal 3.
  • the wafer 1 is placed in an inert gas atmosphere during the non-pressurization period T2 until the solidification of the molten metal 3 is completed. Solidification is completed when the temperature of the molten metal 3 falls below the solid phase temperature.
  • the solid space 3 of the wafer 1 is filled with the solidified molten metal 3 and the metal film 5 (see FIG. 2) remains on the surface of the wafer 1.
  • the metal film 5 is a residue formed by solidifying the molten metal 3 confined in the inner region of the sealing portion 13 b on the lower surface of the pressure member 13.
  • step S8 the control unit 20 opens the processing chamber 4 and unloads the wafer 1.
  • the control unit 20 lowers the holding unit 11 by the lifting mechanism 15 and separates the holding unit 11 from the cylindrical member 12.
  • the wafer 1 on the holding unit 11 is transferred to the next process by a transfer mechanism (not shown).
  • step S9 the wafer 1 is transferred to a polishing apparatus (not shown) and subjected to a polishing process. Thereby, the metal film 5 remaining on the surface of the wafer 1 is removed by polishing.
  • the polishing is, for example, mechanical polishing such as CMP (chemical mechanical polishing) or polisher, and is performed on the surface of the wafer 1.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • polisher polisher
  • the molten metal 3 supplied into the processing chamber 4 is cooled while being pressurized by the pressurizing member 13, and the pressurization is stopped before the solidification of the molten metal 3 is completed.
  • the molten metal 3 is pressurized at the stage of incomplete solidification before completely changing to a solid phase (solidification is completed).
  • the member 13 can be separated from the molten metal 3 (wafer 1).
  • the stress acting on the metal material or the wafer 1 can be reduced by separating the pressing member 13 at a stage where the adhesion strength before solidification is weak.
  • a substantially vacuum cavity 7 is generated between the pressure member 13 and the metal material (metal film 5).
  • the metal filled in the minute space 2 may be pulled out by the suction adhesion force F ⁇ b> 3 due to the vacuum of the cavity 7.
  • the pressurizing member 13 is separated at an earlier stage before the completion of solidification where the cavity 7 between the pressurizing member 13 and the metal material (metal film 5) grows up. 7 can reduce the suction adhesion force F3 between the pressurizing member 13 and the metal material (metal film 5).
  • the molten metal 3 in the processing chamber 4 is cooled while being pressed, the molten metal 3 is solidified in the non-pressurization period T2 in which no pressurization is performed. To complete. Thereby, even when pressurization is stopped before the solidification of the molten metal 3 is completed, the occurrence of defective filling can be suppressed.
  • the pressurization is stopped by retracting the pressurizing member 13 from the wafer 1 before the molten metal 3 is cooled and solidification is completed.
  • the molten metal 3 is cooled in a pressure environment (atmospheric pressure) substantially equal to the external environment to complete solidification.
  • the solidification of the molten metal 3 can be completed under atmospheric pressure in a state where the pressing member 13 is separated from the wafer 1, so that the processing does not have to be completed in the processing chamber 4. And the processing of the next wafer 1 can be started earlier.
  • the molten metal 3 when the molten metal 3 is cooled to a temperature on the solid phase temperature side lower than the liquid phase temperature of the molten metal 3 and higher than the solid phase temperature, the molten metal 3 is melted. Pressurization of metal 3 is stopped. Thereby, pressurization can be stopped reliably before the solidification of the molten metal 3 is completed. Further, by stopping the pressurization before the solidification of the molten metal 3 is completed after the solidification is cooled to a temperature at which the solidification has progressed to some extent, the pressurization for filling the molten metal 3 is not insufficient. The occurrence of poor filling can be suppressed.
  • the wafer 1 is placed in the inert gas atmosphere after the pressurization is stopped until the solidification of the molten metal 3 is completed (non-pressurization period T2).
  • the metal film 5 remaining on the surface of the wafer 1 is removed by polishing. Thereby, for example, it is not necessary to remelt the metal film 5 by heating the wafer 1 in order to remove the metal film 5 (residue) on the wafer 1, so that further improvement in processing efficiency can be achieved.
  • the metal filling apparatus 200 by 2nd Embodiment is demonstrated.
  • the filling device 200 is configured such that the molten metal 3 can be supplied to the processing chamber 4 while the decompression unit 117 performs the decompression in the processing chamber 4. Will be described.
  • the decompression unit 117 communicates with the inside of the processing chamber 4 via a pipe 121 that penetrates the side wall on the upper end side of the cylindrical member 12 to the inside. is doing.
  • a control valve 22b is provided in the pipe 121 between the decompression unit 117 and the processing chamber 4.
  • the pipe 121 is provided in the vicinity of the upper end of the cylindrical member 12 so as to be positioned sufficiently above the liquid level of the molten metal 3.
  • the supply of the molten metal 3 into the processing chamber 4 is stopped before the liquid level reaches the height of the pipe 121.
  • the molten metal 3 is not supplied into the processing chamber 4 while being pressurized at a predetermined supply pressure.
  • the gas supply unit 118 is connected to the pipe 21a on the metal supply unit 14 side and the pipe 121 on the decompression unit 117 side by branched pipes 122, respectively.
  • the gas supply unit 118 communicates with the inside of the processing chamber 4 through the pipe 122, the pipe 21 a, and the pipe 121.
  • a control valve 123a is provided between the gas supply unit 118 and the pipe 21a, and a control valve 123b is provided between the gas supply unit 118 and the pipe 121.
  • the collection unit 119 communicates with the inside of the processing chamber 4 via the pipe 124.
  • a control valve 22d is provided in the pipe 124 between the collection unit 119 and the processing chamber 4.
  • the control unit 20 opens the control valve 123b and closes the other control valves 123a, 22a, 22b, and 22d to supply the inert gas from the gas supply unit 118 into the processing chamber 4 at a predetermined pressure. 13 is configured to press the molten metal 3 together. In this state, the control unit 20 is further configured to open the control valves 123a and 22d and send the excess molten metal 3 in the processing chamber 4 to the recovery unit 119 side for recovery.
  • the molten metal 3 supplied into the processing chamber 4 is cooled while being pressurized by the pressure member 13, and is pressurized before the solidification of the molten metal 3 is completed. Configure to stop.
  • the pressure member 13 is moved to the molten metal 3 (wafer 1) before the molten metal 3 completely changes to a solid phase. Therefore, the yield and processing efficiency of the metal filling process can be improved.
  • a round hole (see FIG. 2) having a predetermined depth is shown as an example of the minute space 2, but the present invention is not limited to this.
  • the minute space may be a through hole or a non-through hole having a bottom.
  • the minute space may have a linear shape, a curved shape, a bent crank shape, or the like, or may be branched in the middle.
  • the shape of the opening portion of the minute space may be a circular shape, a rectangular shape, or other polygonal shapes, and is arbitrary.
  • the minute space may be a recess such as a groove other than the hole.
  • the semiconductor wafer 1 is shown as an example of the processing object.
  • the present invention is not limited to this.
  • the object to be processed may be other than a semiconductor wafer as long as a minute space filled with molten metal is formed.
  • step S8 solidification of the molten metal 3 was completed in step S7 of FIG. 8, the example which open
  • the pressurization may be stopped and the processing chamber 4 may be opened. That is, step S7 and step S8 may be performed in parallel. In this case, the molten metal 3 may be cooled outside the processing chamber 4 in a non-pressurized state.
  • solidification may be completed in another processing chamber 104 different from the processing chamber 4.
  • the wafer 1 before completion of solidification is transferred from the processing chamber 4 to another processing chamber 104, and the molten metal 3 is unpressurized in the processing chamber 104.
  • the processing chamber 4 is opened and the transfer of the wafer 1 to the next processing step is started, and solidification of the molten metal 3 is completed during the transfer. Good.
  • the processing of the next wafer can be started before the internal temperature of the processing chamber 4 falls below the solid phase temperature of the metal material, so that the processing efficiency of the metal filling apparatus can be improved.
  • an inert gas is also supplied from the gas supply unit 18 to the outside of the processing chamber 4 (inside the case 201) via the pipe 21e, and the outside of the processing chamber 4 is passed through the inert gas. It is preferable to keep the atmosphere. In this way, it is possible to suppress oxidation of the metal film 5 even in a configuration in which the processing chamber 4 is opened before the completion of solidification.

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Abstract

この金属充填装置は、処理室（４）内に供給された溶融金属（３）を加圧部材（１３）により加圧しながら冷却し、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成されている。

Description

金属充填装置および金属充填方法
　この発明は、金属充填装置および金属充填方法に関し、特に、処理対象物の微小空間に溶融金属を充填する金属充填装置および金属充填方法に関する。
　従来、処理対象物の微小空間に溶融金属を充填する金属充填方法が知られている。このような金属充填方法は、たとえば、特許第４２７８００７号公報、特許第４５０５５４０号公報および特許第４６１１４２９号公報に開示されている。
　特許第４２７８００７号公報、特許第４５０５５４０号公報および特許第４６１１４２９号公報には、処理対象物であるウェハに設けられた微小空間に溶融金属を供給し、溶融金属を加圧しながら硬化させる金属充填方法が開示されている。これらの金属充填方法では、ウェハが設置された処理室内で溶融金属が加圧手段によって加圧され、加圧手段による加圧状態が、溶融金属が冷却により硬化するまで維持される。加圧手段としては、処理室を構成する支持体（加圧部材）をプレス機で押圧することにより処理室内の溶融金属を加圧することなどが開示されている。
特許第４２７８００７号公報 特許第４５０５５４０号公報 特許第４６１１４２９号公報
　ここで、微小空間に充填される金属材料には様々なものがあり、加圧部材に付着しやすい材料、凝固時にヒケ（冷却凝固に伴う体積減少）が生じる材料、液相温度と固相温度との差が大きい材料、などの充填が難しい材料も含まれる。
　加圧部材に付着しやすい材料の場合、凝固した金属材料の加圧部材への付着が発生すると、加圧部材から金属材料を剥離させる際に微小空間から金属材料が引き抜かれたり、ウェハに割れ等のダメージを与えたりする可能性がある。この場合、金属充填処理の歩留まり向上の妨げとなる。
　凝固時にヒケが生じる材料の場合、ヒケにより加圧部材と金属材料との間に形成された真空の空洞に引っ張られて、微小空間から金属材料が引き抜かれたり、ウェハ表面の金属残渣が剥がれたりする可能性がある。この場合にも、金属充填処理の歩留まり向上の妨げとなる。
　液相温度と固相温度との差が大きい材料の場合、液相温度付近から固相温度に到達するまでの冷却時間が増大するので、長時間、加圧部材による加圧状態を維持し続ける必要がある。そのため、ウェハ１枚当たりの処理時間が増大して金属充填の処理効率を向上させることが困難となる場合がある。
　以上のような事情から、処理対象物に対する金属充填処理の更なる歩留まりや処理効率の向上を図ることが望まれている。
　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、金属充填処理の更なる歩留まりや処理効率の向上を図ることが可能な金属充填装置および金属充填方法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小空間内に溶融金属を充填する金属充填装置であって、処理対象物を保持する保持部と、微小空間の周囲を取り囲む筒状部材と、筒状部材の内側に処理対象物に向けて進退可能に配置された加圧部材と、保持部または処理対象物と、筒状部材と、加圧部材とにより気密状に形成される処理室内に、溶融金属を供給する金属供給部とを備え、処理室内に供給された溶融金属を加圧部材により加圧しながら冷却し、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成されている。なお、「微小空間」とは、処理対象物に形成された１００μｍ程度以下の幅を有する微細な溝や１００μｍ程度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。
　この発明による金属充填装置では、上記のように、処理室内に供給された溶融金属を加圧部材により加圧しながら冷却し、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成する。これにより、微小空間内に充填された溶融金属を加圧しながら冷却する場合でも、溶融金属が完全に固相に変化する（凝固が完了する）前の不完全凝固の段階で加圧部材を溶融金属（処理対象物）から離間させることができる。そのため、加圧部材に付着しやすい金属材料の場合でも、付着強度が弱い段階で加圧部材を離間させて、金属材料や処理対象物に作用する応力を低減することができる。また、凝固時にヒケが生じる金属材料の場合、加圧部材と金属材料との間の空洞が成長しきる凝固完了前のより早い段階で加圧部材を離間させて、空洞部の真空化による加圧部材と溶融金属との吸引密着力を低減することができる。また、液相温度と固相温度との差が大きい金属材料の場合、固相温度よりも低温になる前のより早い段階で加圧を停止して、処理対象物の搬出および次の処理対象物の処理を早期に開始することができる。以上の結果、本発明によれば、金属充填処理の歩留まりや処理効率の向上を図ることができる。
　上記発明による金属充填装置において、好ましくは、処理室内の溶融金属を加圧しながら冷却する加圧期間の後、加圧を行わない非加圧期間において溶融金属の凝固を完了させるように構成されている。このように構成すれば、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止する場合にも、充填不良の発生を抑制することができる。
　この場合において、好ましくは、加圧期間において、溶融金属が冷却されて凝固が完了する前に加圧部材を処理対象物から後退させて加圧を停止し、非加圧期間において、外部環境と略等しい圧力環境で溶融金属を冷却して凝固を完了させるように構成されている。このように構成すれば、加圧部材を処理対象物から離間させた状態で、たとえば大気圧下で溶融金属の凝固を完了させることができるので、処理対象物の搬出や次の処理対象物の処理をより早期に開始することができる。
　上記発明による金属充填装置において、好ましくは、溶融金属の液相温度よりも低く、かつ、固相温度よりも高い固相温度側の温度まで溶融金属が冷却された時点で、溶融金属の加圧を停止するように構成されている。このように構成すれば、溶融金属の凝固が完了する前に、確実に加圧を停止することができる。また、凝固がある程度進行した固相温度側の温度まで冷却されてから溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止することにより、溶融金属を充填する加圧が不足することはなく、充填不良の発生を抑制することができる。なお、本明細書において、固相温度は、その温度以下で金属材料が完全に凝固する（固相になる）温度であり、液相温度は、その温度以上で金属材料が完全に溶融する（液相になる）温度である。「固相温度側の温度」とは、たとえば、液相温度と固相温度とを平均した温度（［液相温度＋固相温度］／２）を境界として、固相温度側にある温度域に含まれる温度である。
　上記発明による金属充填装置において、好ましくは、溶融金属が冷却されて凝固が完了する前に、加圧を停止するとともに処理室を開放するように構成されている。このように構成すれば、溶融金属の凝固が完了する前段階で、処理対象物の搬送（または搬送準備）を開始することができるので、処理効率をさらに向上させることができる。
　上記発明による金属充填装置において、好ましくは、不活性ガスを供給するガス供給部をさらに備え、加圧を停止した後、溶融金属の凝固が完了するまでの間は、処理対象物が不活性ガス雰囲気に配置されるように構成されている。このように構成すれば、処理対象物の表面に形成される金属材料の残渣膜が酸化されるのを抑制することができる。金属材料の酸化物は、金属の硬度や靭性などの材料特性を変化させるので、金属充填後の残渣膜の除去工程での歩留まりに影響する。そのため、本発明によれば、残渣膜の酸化に伴う材料特性の変化を抑制することができるので、除去工程の歩留まりを向上させることができる。
　この発明による金属充填方法は、処理対象物の表面に開口するように形成された微小空間内に溶融金属を充填する金属充填方法であって、処理対象物が配置された気密状の処理室内に、溶融金属を供給する工程と、処理室内に充填された溶融金属を加圧部材により加圧しながら冷却する工程と、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止する工程とを備える。
　この発明による金属充填方法では、上記のように、処理室内に充填された溶融金属を加圧部材により加圧しながら冷却する工程と、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止する工程とを設ける。これにより、微小空間内に充填された溶融金属を加圧しながら冷却する場合でも、溶融金属が完全に固相に変化する（凝固が完了する）前の不完全凝固の段階で加圧部材を溶融金属（処理対象物）から離間させることができる。そのため、金属材料や処理対象物に作用する応力の低減、ヒケ発生時の空洞部の真空化による加圧部材と溶融金属との吸引密着力を低減、および、処理対象物の搬出および次の処理対象物の処理の早期開始を図ることができる。以上の結果、本発明によれば、金属充填処理の更なる歩留まりや処理効率の向上を図ることができる。
　上記発明による金属充填方法において、好ましくは、溶融金属の加圧を停止する工程の後、加圧を行わない非加圧期間において、溶融金属の凝固を完了させる工程をさらに備える。このように構成すれば、溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止する場合にも、充填不良の発生を抑制することができる。
　上記発明による金属充填方法において、好ましくは、溶融金属を凝固させた後、処理対象物の表面上に残留した金属膜を研磨等により除去する工程をさらに備える。このように構成すれば、たとえば処理対象物上の金属膜（残渣）を除去するために処理対象物を加熱して金属膜を再溶融させる必要がないので、更なる処理効率向上を図ることができる。
　本発明によれば、上記のように、金属充填処理の更なる歩留まりや処理効率の向上を図ることができる。
本発明の第１実施形態による金属充填装置を示した模式図である。 ウェハに形成された微小空間を示した拡大断面図である。 加圧時におけるウェハと加圧部材とを示した拡大図である。 Ｓｎ－Ｐｂ半田の状態図である。 Ｓｎ－Ｂｉ半田の状態図である。 溶融金属に用いる金属材料の固相温度および液相温度を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による金属充填方法における加圧部材加圧面の圧力の時間変化を示した図である。 本発明の第１実施形態による金属充填方法を説明するためのフロー図である。 加圧部材に付着しやすい金属材料を充填する場合に発生する状況を説明するための模式図である。 凝固時にヒケが生じる金属材料を充填する場合に発生する状況を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態による金属充填装置を示した模式図である。 本発明の第１実施形態による金属充填装置の変形例を示した模式図である。
　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８を参照して、第１実施形態による金属充填装置１００について説明する。
（金属充填装置の構成）
　図１に示すように、第１実施形態による金属充填装置１００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）の表面に開口するように形成されたビアなどの微小空間２（図２参照）内に導体金属を充填する装置である。充填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。
　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、複数のチップを切り出すことが可能である。また、ウェハ１は、エッチング処理などの前工程により複数の微小空間２（図２参照）が形成された状態で、金属充填装置１００に搬入される。微小空間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。
　金属充填装置１００は、ウェハ１を保持する保持部１１と、微小空間２の周囲を取り囲むように設けられた筒状部材１２と、筒状部材１２の内側にウェハ１に向けて進退可能に配置された加圧部材１３と、溶融金属３を供給する金属供給部１４とを備える。保持部１１またはウェハ１と、筒状部材１２と、加圧部材１３とにより、気密状の処理室４が形成される。
　また、金属充填装置１００は、保持部１１を昇降させる昇降機構１５と、加圧部材１３を進退させる加圧機構１６と、処理室４内を減圧する減圧部１７と、処理室４内に不活性ガスを加圧供給するガス供給部１８と、処理室４内に供給された溶融金属３を回収する回収部１９と、を備える。さらに、金属充填装置１００は、上記の各部の動作を制御する制御部２０を備えている。
　保持部１１は、ウェハ１の保持台である。保持部１１は、平坦な載置面上に載置されたウェハ１を負圧吸引などにより保持するように構成されている。筒状部材１２は、処理室４の周壁を構成するハウジングである。筒状部材１２は、内部に空間が形成された中空（筒状）形状を有し、ウェハ１上の微小空間２の形成領域を取り囲むように設けられている。筒状部材１２は、一端（下端面）がウェハ１と対向し、上下方向に延びるように設けられている。
　保持部１１は、昇降機構１５によって上下方向（筒状部材１２に対して近接または離間する方向）に移動可能である。昇降機構１５によって保持部１１を筒状部材１２に向けて上昇させ、ウェハ１の上面を筒状部材１２の下端部に当接させることにより、気密状の処理室４が形成される。筒状部材１２の下端面にはＯリングなどのシール部材１２ａが設けられ、筒状部材１２とウェハ１との間の気密性が確保されている。筒状部材１２の内周面にはシール部材１２ｂが設けられ、加圧部材１３と筒状部材１２との間の気密性が確保されている。シール部材１２ｂは、筒状部材１２の上端部近傍と、筒状部材１２の下部とに設けられている。下側のシール部材１２ｂは、処理室４の容積を極力小さくする（ウェハ１側に位置する）ように、配管（配管２１ａおよび配管２１ｂ）の上側近傍の位置に配置されている。
　加圧部材１３は、処理室４の容積を変化させるように移動可能なピストンである。加圧部材１３は、筒状部材１２（シール部材１２ｂ）の内側に摺動可能に嵌合されており、筒状部材１２の内面に沿って上下に進退移動できるように設けられている。加圧部材１３の保持部１１と対向する面（下面）には、耐熱性を有する材料により形成された押圧部分１３ａが設けられている。押圧部分１３ａのうち溶融金属３と接する領域には、溶融金属３の付着を抑制する表面処理が施されている。付着抑制のための表面処理は、たとえば鏡面加工や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの皮膜処理である。加圧部材１３は、加圧機構１６によって、保持部１１（ウェハ１）に対して近接または離間するように移動可能である。加圧部材１３は、保持部１１に近接する方向に移動されることにより、溶融金属３をウェハ１側に押圧し、溶融金属３に圧力を付与する（加圧する）ことが可能である。
　図３に示すように、加圧部材１３の押圧部分１３ａの下面には、封止部１３ｂが設けられている。封止部１３ｂは、弾性体からなり、円形のウェハ１の外周に沿う環状形状を有する。処理室４内に溶融金属３が供給された状態で加圧部材１３を前進させて封止部１３ｂをウェハ１の表面に当接させることにより、溶融金属３を封止部１３ｂの内側領域に閉じ込めることが可能である。この結果、封止部１３ｂの内側領域に閉じ込められた溶融金属３に、加圧機構１６の推力を加圧部材１３によって効率的に印加することができ、封止部１３ｂの外側の溶融金属３を処理室４から外部に逃がして、残渣となる余剰金属の量を減少させることが可能である。
　図１に戻って、金属供給部１４は、微小空間２内に充填される金属を、融点（液相温度）よりも高い温度の溶融金属３の状態で保持することが可能な供給容器を含む。金属供給部１４は、筒状部材１２の下端側の側壁を内側まで貫通する配管２１ａを介して、処理室４の内部と連通している。また、金属供給部１４と処理室４との間の配管２１ａには、制御弁２２ａが設けられている。制御弁２２ａの開閉によって、溶融金属３の供給開始および停止と、供給圧力とを調整することが可能である。制御弁２２ａの開閉は制御部２０により制御される。
　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、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、微小空間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。
　昇降機構１５は、トルクモータなどを含む。加圧機構１６は、いわゆる油圧機構などにより構成され、作動油の供給および排出により、加圧部材１３を進退させる。昇降機構１５および加圧機構１６のそれぞれの動作は、制御部２０により制御される。
　減圧部１７は、筒状部材１２の下端側の側壁を内側まで貫通する配管２１ｂを介して、処理室４の内部と連通している。減圧部１７は、真空ポンプを含み、処理室４内の気体を排気して減圧することが可能である。また、減圧部１７と処理室４との間の配管２１ｂには、制御弁２２ｂが設けられている。制御弁２２ｂの開閉と減圧部１７の動作とが制御部２０により制御されることによって、処理室４内を略真空状態まで減圧することが可能である。
　ガス供給部１８は、配管２１ｂに接続された配管２１ｃと、配管２１ｂとを介して、処理室４の内部と連通している。また、ガス供給部１８と処理室４との間の配管２１ｃには、制御弁２２ｃが設けられている。ガス供給部１８は、制御弁２２ｃを開放することにより不活性ガスを処理室４内に所定圧力で供給することが可能である。制御弁２２ｃの開閉とガス供給部１８の動作とは、制御部２０により制御される。また、ガス供給部１８は、配管２１ｅを介して、処理室４の外部（処理室４を含む各部を覆う外殻あるいはケースの内部）にも不活性ガスを供給することが可能である。これにより、処理室４の内部および外部を不活性ガス雰囲気の状態にすることが可能である。
　回収部１９は、配管２１ａに接続された配管２１ｄと、配管２１ａとを介して、処理室４の内部と連通している。また、回収部１９と処理室４との間の配管２１ｄには、制御弁２２ｄが設けられている。回収部１９は、たとえば、溶融金属３を貯留する回収タンクと、回収タンクに接続された排気装置とを含んで構成される。制御弁２２ｄの開閉と回収部１９の動作とが制御部２０により制御されることによって、処理室４内の余剰の溶融金属３を回収部１９に回収することが可能である。
　ここで、第１実施形態では、金属充填装置１００は、処理室４内に充填された溶融金属３を加圧部材１３により加圧しながら冷却し、溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成されている。金属充填装置１００の加圧冷却および加圧停止の制御は、制御部２０により行われる。
　特に複数の金属材料の合金からなる金属材料を溶融あるいは凝固させる場合、金属材料の液相温度と固相温度との間に温度差が存在する。液相温度と固相温度との間の温度域では、液相と固相とが混じった状態にあり、この状態を半溶融状態とする。
　例として、図４ではＳｎ－Ｐｂ半田の状態図を示し、図５ではＳｎ－Ｂｉ半田の状態図を示す。いずれの図も、縦軸が温度、横軸が合金の組成を表す。図４および図５に示す二元共晶系の合金の場合、固相線３１、液相線３２および共晶等温線３３に囲まれる領域３４が、半溶融状態となる領域である。二元共晶系の合金では、共晶点３５（共晶組成）を除いて半溶融状態が存在する。すなわち、ある組成に着目して、縦軸方向（温度変化）における状態変化を見ると、図６に示すように、液相温度と固相温度との間の温度域が、半溶融状態の温度域となる。
　溶融金属３は、液相温度以上で処理室４内に供給された後、液相温度を下回ると凝固し始める。温度低下とともに凝固が進み、固相温度を下回ると、凝固が完了する。したがって、第１実施形態では、金属充填装置１００は、溶融金属３を加圧部材１３により加圧しながら冷却し、溶融金属３の温度が固相温度を下回る前に、溶融金属３の加圧を停止する。
　加圧を停止するタイミングとして、第１実施形態では、溶融金属３の液相温度よりも低く、かつ、固相温度よりも高い固相温度側の温度まで溶融金属３が冷却された時点で、溶融金属３の加圧を停止する。固相温度側の温度は、図６において、液相温度ｔ１と固相温度ｔ２とを平均した温度ｔ３（［ｔ１＋ｔ２］／２）を境界として、固相温度ｔ２側にある温度域に含まれる温度である。
　なお、金属充填装置１００は、図１に示すように、保持部１１の温度を検出する温度検出部２３ａ、加圧部材１３の温度を検出する温度検出部２３ｂ、および、筒状部材１２の温度を検出する温度検出部２３ｃを備えている。それぞれの温度検出部は、たとえば熱電対を含み、制御部２０に検出温度を出力する。制御部２０は、これらの温度検出部のうち、いずれか１つまたは複数の検出温度に基づいて、加圧を停止するか否かを判断する。
　溶融金属３の冷却は、図示しない水冷管により、溶融金属３の熱が溶融金属３の周囲の加圧部材１３、保持部１１および筒状部材１２に奪われていくことによって進行する。このため、溶融金属３の温度は、これらの周囲の部材よりも低くなることはないと考えてよいので、温度検出部の検出温度が固相温度よりも高い時点で溶融金属３の加圧を停止すれば、確実に溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止することが可能である。溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止して加圧部材１３をウェハ１から離間させることで、凝固完了時点で既に処理室４からウェハ１を搬出可能な状態にしておくことが可能となる。そのため、処理すべきウェハ１を１枚ずつ処理室４内で加熱、冷却する構成において、凝固完了後、速やかにウェハ１を搬出し、次のウェハ１のための加熱を早期に開始することができるので、より顕著に処理効率を向上させることが可能である。
　また、第１実施形態では、金属充填装置１００は、図７に示すように、処理室４内の溶融金属３を加圧しながら冷却する加圧期間Ｔ１の後、加圧を行わない非加圧期間Ｔ２において溶融金属３の凝固を完了させるように構成されている。
　具体的には、金属充填装置１００は、加圧期間Ｔ１において、溶融金属３が冷却されて凝固が完了する前に加圧部材１３をウェハ１から後退させて加圧を停止する。加圧期間Ｔ１では、少なくとも加圧部材１３により、処理室４内の圧力が所定の加圧圧力値に維持される。加圧部材１３に加えて、ガス供給部１８によるガス圧をさらに印加してもよい。
　また、金属充填装置１００は、非加圧期間Ｔ２において、外部環境と略等しい圧力環境で溶融金属３を冷却して凝固を完了させるように構成されている。外部環境と略等しい圧力環境とは、強制的な圧力を付与しない状況を意味する。外部環境と略等しい圧力は、金属充填装置１００を含む半導体製造装置の装置構成や金属充填装置１００の設置環境にもよるが、たとえば大気圧である。第１実施形態において、非加圧期間Ｔ２では、加圧部材１３による加圧を行わない。
（金属充填方法の説明）
　次に、図１～図３、図７および図８を参照して、第１実施形態による金属充填装置１００における金属充填方法について説明する。金属充填装置１００の動作制御は、制御部２０によって行われる。なお、金属充填装置１００の各部については、図１を参照するものとする。
　まず、図８のステップＳ１において、ウェハ１が保持部１１上に載置された後、処理室４が形成される。具体的には、制御部２０は、昇降機構１５により保持部１１を下降させて筒状部材１２から離間させる。保持部１１には、表面に微小空間２が形成されたウェハ１が、表面を上にした状態で載置される。ウェハ１が保持部１１に載置された後、制御部２０は、昇降機構１５により保持部１１を上昇させ、ウェハ１の上面を筒状部材１２の下端面（シール部材１２ａ）に当接させて処理室４を形成する。この結果、気密状の処理室４内にウェハ１が保持される。
　ステップＳ２において、制御部２０は、制御弁２２ｂを開いて減圧部１７を作動させ、処理室４内の気体を排気させる。制御部２０は、図７に示すように、処理室４内（すなわち、微小空間２内）を略真空状態まで減圧させる。
　ステップＳ３において、制御部２０は、減圧部１７を停止させ制御弁２２ｂを閉じる一方、制御弁２２ａを開いて金属供給部１４を作動させて処理室４内に溶融金属３を供給する。溶融金属３は、処理室４内に所定の供給圧力で加圧供給される。そのため、図７に示すように、処理室４内の圧力は、所定の供給圧力に達するまで溶融金属３の供給に伴って上昇する。処理室４内が溶融金属３により満たされると、制御部２０は、金属供給部１４を停止させて制御弁２２ａを閉じる。
　ステップＳ４において、制御部２０は、加圧機構１６を制御して加圧部材１３をウェハ１に向けて前進させ、処理室４内から余剰の溶融金属３を排出する。図１および図３に示したように、封止部１３ｂがウェハ１の上面に当接するまでは、制御部２０は、制御弁２２ｄを開放（絞り開放）して、処理室４内の余剰の溶融金属３を回収部１９に回収させる。加圧部材１３の押し込み（前進）に伴って、処理室４内の圧力は上昇（図７参照）する。
　また、加圧部材１３の封止部１３ｂがウェハ１の上面に当接すると、制御部２０は、制御弁２２ｄを全開放するとともに制御弁２２ｃを開放し、ガス供給部１８を作動させて、処理室４内に不活性ガスを加圧供給させる。この結果、処理室４内の溶融金属３のうち、封止部１３ｂの外側に存在する部分（封止部１３ｂの内側領域に閉じ込められた溶融金属を除いた余剰分）が、処理室４内から排出される。なお、処理室４からの余剰の溶融金属３の排出が完了するまで、処理室４の内部の温度は、図示しない加熱機構によって金属材料の液相温度以上に維持される。
　次に、ステップＳ５において、制御部２０は、処理室４内に供給された溶融金属３を加圧部材１３により加圧しながら冷却する加圧冷却を開始する。すなわち、制御部２０は、加圧機構１６を制御して加圧部材１３をウェハ１の表面に押し付け、加圧部材１３とウェハ１との間の溶融金属３を加圧させるとともに、処理室４内の加熱を停止し、溶融金属３の冷却を開始する。この結果、図７に示したように、加圧部材１３の加圧面の圧力（溶融金属３に作用する圧力）が、所定の加圧圧力に維持された状態で、溶融金属３が冷却される。加圧冷却は、上述の通り、金属材料の固相温度よりも高い所定の加圧停止温度になるまでの加圧期間Ｔ１の間、継続される。
　次に、ステップＳ６において、制御部２０は、溶融金属３の凝固完了前に、加圧を停止させる。制御部２０は、加圧機構１６を制御して加圧部材１３をウェハ１からゆっくりと後退させ、加圧部材１３をウェハ１から離間させる。この結果、処理室４内は、不活性ガスの雰囲気下で外部環境の圧力（大気圧）と同等の非加圧状態になる。
　ステップＳ７において、制御部２０は、加圧しない非加圧状態で、溶融金属３の凝固が完了するまで冷却を継続する。すなわち、図７に示したように、制御部２０は、溶融金属３の加圧を停止するステップＳ６の後、加圧を行わない非加圧期間Ｔ２において、溶融金属３の凝固を完了させる。加圧を停止した後、溶融金属３の凝固が完了するまでの非加圧期間Ｔ２の間は、ウェハ１が不活性ガス雰囲気に配置される。溶融金属３の温度が固相温度を下回ると、凝固が完了する。この結果、ウェハ１の微小空間２内に凝固した溶融金属３が充填されるとともに、ウェハ１の表面上に金属膜５（図２参照）が残留する。金属膜５は、加圧部材１３の下面の封止部１３ｂの内側領域に閉じ込められた溶融金属３が凝固して形成された残渣である。
　次に、ステップＳ８において、制御部２０は、処理室４を開放させ、ウェハ１を搬出させる。制御部２０は、昇降機構１５により保持部１１を下降させて筒状部材１２から離間させる。保持部１１上のウェハ１は、図示しない搬送機構により、次工程に搬送される。
　ステップＳ９において、ウェハ１は、図示しない研磨装置に搬送され研磨処理が施される。これによりウェハ１の表面上に残留した金属膜５が研磨により除去される。研磨は、たとえば、ＣＭＰ（化学機械研磨）やポリッシャーなどの機械研磨であり、ウェハ１の表面に対して行われる。ウェハ１の表面から金属膜５が除去される結果、表面の微小空間２に金属が充填されたウェハ１が得られる。なお、ステップＳ８とＳ９との間には、ウェハ１に対する他の処理工程が介在してもよい。
（第１実施形態の効果）
　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、処理室４内に供給された溶融金属３を加圧部材１３により加圧しながら冷却し、溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成する。これにより、微小空間２内に充填された溶融金属３を加圧しながら冷却する場合でも、溶融金属３が完全に固相に変化する（凝固が完了する）前の不完全凝固の段階で加圧部材１３を溶融金属３（ウェハ１）から離間させることができる。その結果、第１実施形態によれば、金属充填処理の歩留まりや処理効率の向上を図ることができる。
　たとえば、図９に示すように、加圧部材１３に付着しやすい金属材料の場合、付着部分６を機械的に剥離する必要が生じる。この場合、完全に凝固した後では、ウェハ１に外力Ｆ１が作用してダメージを受ける場合や、剥離時に微小空間２内の金属材料に引き抜き方向の外力Ｆ２が作用して微小空間２内から金属材料が引き抜かれる場合が生じうる。これに対して、第１実施形態では、凝固が完了する前の付着強度が弱い段階で加圧部材１３を離間させて、金属材料やウェハ１に作用する応力を低減することができる。
　また、図１０に示すように、凝固時にヒケが生じる金属材料の場合、加圧部材１３と金属材料（金属膜５）との間に略真空の空洞７が生じる。この場合、空洞７の真空化による吸引密着力Ｆ３によって、微小空間２内に充填された金属が引き抜かれるおそれがある。これに対して、第１実施形態では、加圧部材１３と金属材料（金属膜５）との間の空洞７が成長しきる凝固完了前のより早い段階で加圧部材１３を離間させて、空洞７の真空化による加圧部材１３と金属材料（金属膜５）との吸引密着力Ｆ３を低減することができる。
　また、溶融金属３の組成に起因して、図６に示した液相温度と固相温度との差が大きく（たとえば１００℃程度）になる場合には、溶融金属３の凝固が完了するまでの冷却時間が増大する。これに対して、第１実施形態では、固相温度よりも低温になる前のより早い段階で加圧を停止し、加圧部材１３を離間させておくことができる。そのため、凝固が完了してから加圧を停止して加圧部材１３を離間させる場合と比較して、ウェハ１の搬出および次のウェハ１の処理を早期に開始することができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、処理室４内の溶融金属３を加圧しながら冷却する加圧期間Ｔ１の後、加圧を行わない非加圧期間Ｔ２において溶融金属３の凝固を完了させる。これにより、溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止する場合にも、充填不良の発生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、加圧期間Ｔ１において、溶融金属３が冷却されて凝固が完了する前に加圧部材１３をウェハ１から後退させて加圧を停止し、非加圧期間Ｔ２において、外部環境と略等しい圧力環境（大気圧）で溶融金属３を冷却して凝固を完了させる。これにより、加圧部材１３をウェハ１から離間させた状態で、大気圧下で溶融金属３の凝固を完了させることができるので、処理室４内で処理を完了させなくてもよく、ウェハ１の搬出や次のウェハ１の処理をより早期に開始することができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、溶融金属３の液相温度よりも低く、かつ、固相温度よりも高い固相温度側の温度まで溶融金属３が冷却された時点で、溶融金属３の加圧を停止する。これにより、溶融金属３の凝固が完了する前に、確実に加圧を停止することができる。また、凝固がある程度進行した固相温度側の温度まで冷却されてから溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止することにより、溶融金属３を充填する加圧が不足することはなく、充填不良の発生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、加圧を停止した後、溶融金属３の凝固が完了するまでの間（非加圧期間Ｔ２）は、ウェハ１が不活性ガス雰囲気に配置されるように構成する。これにより、ウェハ１の表面に形成される金属膜５が酸化されるのを抑制することができる。金属材料の酸化物は、金属の硬度や靭性などの材料特性を変化させるので、金属充填後の金属膜５の除去工程（ステップＳ９参照）での歩留まりに影響する。そのため、第１実施形態によれば、金属膜５の酸化に伴う材料特性の変化を抑制することができるので、除去工程の歩留まりを向上させることができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、溶融金属３を凝固させた後、ウェハ１の表面上に残留した金属膜５を研磨により除去する。これにより、たとえばウェハ１上の金属膜５（残渣）を除去するためにウェハ１を加熱して金属膜５を再溶融させる必要がないので、更なる処理効率向上を図ることができる。
［第２実施形態］
　次に、図１１を参照して、第２実施形態による金属充填装置２００について説明する。この充填装置２００では、上記第１実施形態による金属充填装置１００とは異なり、減圧部１１７により処理室４内の減圧を行いながら処理室４への溶融金属３の供給ができるように構成した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。
（金属充填装置の構成）
　図１１に示すように、第２実施形態による金属充填装置２００では、減圧部１１７が、筒状部材１２の上端側の側壁を内側まで貫通する配管１２１を介して、処理室４の内部と連通している。また、減圧部１１７と処理室４との間の配管１２１には、制御弁２２ｂが設けられている。配管１２１は、溶融金属３の液面よりも十分に上方の位置となるように、筒状部材１２の上端近傍に設けられている。これにより、減圧部１１７による減圧（処理室４内の気体の排気）を継続したままの状態で、金属供給部１４から溶融金属３を供給することが可能である。なお、処理室４内への溶融金属３の供給は、液面が配管１２１の高さに到達する前に停止される。第２実施形態では、溶融金属３を所定の供給圧力で加圧しながら処理室４内に供給する構成ではない。
　ガス供給部１１８は、分岐した配管１２２によって、金属供給部１４側の配管２１ａと、減圧部１１７側の配管１２１とにそれぞれ接続されている。ガス供給部１１８は、配管１２２と、配管２１ａおよび配管１２１とを介して処理室４の内部と連通している。ガス供給部１１８と配管２１ａとの間には、制御弁１２３ａが設けられ、ガス供給部１１８と配管１２１との間には、制御弁１２３ｂが設けられている。
　回収部１１９は、配管１２４を介して、処理室４の内部と連通している。また、回収部１１９と処理室４との間の配管１２４には、制御弁２２ｄが設けられている。
　制御部２０は、制御弁１２３ｂを開放するとともに他の制御弁１２３ａ、２２ａ、２２ｂおよび２２ｄを閉じて、ガス供給部１１８から処理室４内に不活性ガスを所定圧力で供給させ、加圧部材１３とともに溶融金属３を加圧させるように構成されている。また、制御部２０は、この状態でさらに制御弁１２３ａおよび２２ｄを開いて、処理室４内の余剰の溶融金属３を回収部１１９側に送り出して回収させるように構成されている。
　第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
（第２実施形態の効果）
　第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、処理室４内に供給された溶融金属３を加圧部材１３により加圧しながら冷却し、溶融金属３の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成する。これにより、微小空間２内に充填された溶融金属３を加圧しながら冷却する場合でも、溶融金属３が完全に固相に変化する前の段階で加圧部材１３を溶融金属３（ウェハ１）から離間させることができるので、金属充填処理の歩留まりや処理効率の向上を図ることができる。
［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および第２実施形態では、微小空間２の例として、所定深さの丸穴（図２参照）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、微小空間は、貫通孔であってもよいし底部を有する非貫通穴であってもよい。微小空間は、直線状、曲線状または屈曲したクランク状などの形状であってよいし、途中で分岐していてもよい。微小空間の開口部分の形状も、円形状、矩形形状その他の多角形状などであってよく、任意である。また、微小空間は、孔以外の溝などの凹部であってよい。
　また、上記第１および第２実施形態では、処理対象物の例として半導体ウェハ１を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、処理対象物は、溶融金属が充填される微小空間が形成されていればよく、半導体ウェハ以外であってよい。
　また、上記第１実施形態では、図８のステップＳ７において溶融金属３の凝固を完了させてから、処理室４を開放（ステップＳ８）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、溶融金属３が冷却されて凝固が完了する前に、加圧を停止するとともに処理室４を開放するように構成してもよい。すなわち、ステップＳ７とステップＳ８とを並行して行ってもよい。この場合、非加圧状態での溶融金属３の冷却は、処理室４の外部で行ってもよい。
　たとえば、図１２の変形例に示すように、処理室４とは異なる別の処理室１０４で凝固を完了させてもよい。この変形例の場合、加圧部材１３による加圧を停止した後に、凝固完了前のウェハ１を処理室４から別の処理室１０４に移送し、処理室１０４において非加圧状態で溶融金属３の凝固を完了させる。この他、加圧部材１３による加圧を停止した直後に処理室４を開放して次の処理工程へのウェハ１の移送を開始し、この移送中に溶融金属３の凝固を完了させてもよい。いずれの場合でも、処理室４の内部温度が金属材料の固相温度よりも下がる前に次のウェハの処理を開始することができるので、金属充填装置の処理効率を向上させることができる。
　一方、金属材料の種類によっては凝固完了前のウェハ１を処理室４から大気下に搬出するとその温度により酸化が著しく進展する。残留した金属部の酸化物は金属の硬度や靭性を変化させ、除去工程での歩留まりに影響する。これを防止するため非加圧期間Ｔ２の期間中、処理室４内に不活性ガスを供給し不活性ガス雰囲気中で冷却することで残渣膜（金属膜５）の酸化を抑制することができる。この場合、冷却時間が長くなり次のウェハの処理を開始するのが遅れるが、加圧部材１３を溶融金属３（ウェハ１）から離間させることによる、金属充填処理の歩留まり向上や処理効率向上の効果に変わりは無く、残留した金属膜５の酸化および特性変化を抑制し、研磨の歩留まりを向上させることができる。
　この金属膜５の酸化抑制の観点からは、図１２の変形例の場合、処理室１０４内にも不活性ガスを供給し不活性ガス雰囲気中で冷却することが好ましい。これにより、凝固完了前のウェハ１を別の処理室１０４に移送する構成においても、金属膜５の酸化抑制を図ることが可能である。さらに、図１に示したように、ガス供給部１８から配管２１ｅを介して処理室４の外部（ケース２０１の内部）にも不活性ガスを供給して、処理室４の外部を不活性ガス雰囲気にしておくことが好ましい。このようにすれば、凝固完了前に処理室４を開放する構成においても、金属膜５の酸化抑制を図ることが可能である。
　また、上記第１および第２実施形態では、溶融金属３を処理室４内に供給する際に、処理室４内を略真空状態まで減圧した例を示したが、本発明はこれに限られない。
　１　ウェハ（処理対象物）
　２　微小空間
　３　溶融金属
　４　処理室
　５　金属膜
　１１　保持部
　１２　筒状部材
　１３　加圧部材
　１４　金属供給部
　１８、１１８　ガス供給部
　１００、２００　金属充填装置
　Ｔ１　加圧期間
　Ｔ２　非加圧期間

Claims (9)

  1. 　処理対象物の表面に開口するよう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装置であって、
    　前記処理対象物を保持する保持部と、
    　前記微小空間の周囲を取り囲む筒状部材と、
    　前記筒状部材の内側に前記処理対象物に向けて進退可能に配置された加圧部材と、
    　前記保持部または前記処理対象物と、前記筒状部材と、前記加圧部材とにより気密状に形成される処理室内に、前記溶融金属を供給する金属供給部とを備え、
    　前記処理室内に供給された前記溶融金属を前記加圧部材により加圧しながら冷却し、前記溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止するように構成されている、金属充填装置。
  2. 　前記処理室内の前記溶融金属を加圧しながら冷却する加圧期間の後、加圧を行わない非加圧期間において前記溶融金属の凝固を完了させるように構成されている、請求項１に記載の金属充填装置。
  3. 　前記加圧期間において、前記溶融金属が冷却されて凝固が完了する前に前記加圧部材を前記処理対象物から後退させて加圧を停止し、
    　前記非加圧期間において、外部環境と略等しい圧力環境で前記溶融金属を冷却して凝固を完了させるように構成されている、請求項２に記載の金属充填装置。
  4. 　前記溶融金属の液相温度よりも低く、かつ、固相温度よりも高い前記固相温度側の温度まで前記溶融金属が冷却された時点で、前記溶融金属の加圧を停止するように構成されている、請求項１に記載の金属充填装置。
  5. 　前記溶融金属が冷却されて凝固が完了する前に、加圧を停止するとともに前記処理室を開放するように構成されている、請求項１に記載の金属充填装置。
  6. 　不活性ガスを供給するガス供給部をさらに備え、
    　前記加圧を停止した後、前記溶融金属の凝固が完了するまでの間は、前記処理対象物が不活性ガス雰囲気に配置されるように構成されている、請求項１に記載の金属充填装置。
  7. 　処理対象物の表面に開口するよう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であって、
    　前記処理対象物が配置された気密状の処理室内に、前記溶融金属を供給する工程と、
    　前記処理室内に供給された前記溶融金属を加圧部材により加圧しながら冷却する工程と、
    　前記溶融金属の凝固が完了する前に加圧を停止する工程とを備える、金属充填方法。
  8. 　前記溶融金属の加圧を停止する工程の後、加圧を行わない非加圧期間において、前記溶融金属の凝固を完了させる工程をさらに備える、請求項７に記載の金属充填方法。
  9. 　前記溶融金属を凝固させた後、前記処理対象物の表面上に残留した金属膜を研磨により除去する工程をさらに備える、請求項７に記載の金属充填方法。
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