JP6466735B2 - 充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物表面上に形成された微小空間内に液体を充填する充填装置に関するものである。

近年、半導体の製造工程において、半導体ウェハ（被処理物）上に設けたビアや貫通孔（微小空間）の内部に電極となる導体や絶縁層となる絶縁体を充填する技術が求められている。微小空間内に導体や絶縁体を充填する方法としては、溶融金属や液体ガラスなどといった液状にした導体や絶縁体を用いる方法や、金属粉体や絶縁粉体を分散させた液体を用いる方法などがあり、例えば、本出願人は、半導体ウェハ上の微小空間内に溶融金属を充填する技術として、特開２０１３−０７５３３０号に開示した金属充填装置を提案している。

図１３に示すように、この金属充填装置１００は、被処理物Ｋが保持される保持台１０１、当該保持台１０１と対向して配設される筒状のハウジング１０２、当該ハウジング１０２の内部空間に嵌入され、保持台１０１に保持される被処理物Ｋの被処理面に対して進退するピストン１０３などからなり、保持台１０１に保持された被処理物Ｋ、ハウジング１０２及びピストン１０３によって気密状の処理室１０４が形成される。また、当該金属充填装置１００は、処理室１０４内に溶融金属Ｍを供給する溶融金属供給機構１０５や、処理室１０４内を減圧する減圧機構１０６、処理室１０４内に不活性ガスを供給するガス加圧機構１０７、余剰溶融金属を回収する回収機構１０８などを備えている。

この金属充填装置１００によれば、まず、保持台１０１上に被処理物Ｋを載置する。ついで、被処理物Ｋ及び保持台Ｈにハウジング１０２を押し当てて密着させ処理室１０４を形成し、減圧機構１０６によって処理室１０４内の気体を排気して処理室１０４内及び被処理物Ｋに形成された微小空間内を略真空状態にまで減圧する。しかる後、被処理物Ｋの被処理面で弾かれることなく当該被処理面全面を覆うことができる量に達するまで、溶融金属供給機構１０５によって処理室１０４に溶融金属Ｍを供給する。

次に、処理室１０４内に加圧用の不活性ガスを供給し、このガス圧により溶融金属Ｍを加圧して、所謂差圧充填によって溶融金属Ｍを微小空間内に充填する。しかる後、ピストン１０３を被処理物に向けて移動させて、当該ピストン１０３を被処理物Ｋの被処理面に押し付ける。これにより、ピストン１０３と被処理物Ｋとの間の余剰金属が、被処理物Ｋ上からハウジング１０２の内周面とピストン１０３の外周面との間の隙間に押し出され、処理後の被処理物Ｋ上に形成される余剰金属からなる層の厚さが薄いものとなる。

しかる後、処理室１０４内に不活性ガスを供給し、処理室１０４内の余剰溶融金属を処理室１０４外に設けた適宜回収部に回収する。ついで、溶融金属Ｍの温度が融点以下となるまで冷却し、被処理物Ｋの微小空間内に充填された溶融金属が冷却硬化するまで待機し、その後、被処理物Ｋを処理室１０４から取り出すことで、微小空間内に金属が充填された被処理物を得ることができる。

特開２０１３−０７５３３０号公報

ところで、上記金属充填装置１００においては、保持台１０１に被処理物Ｋを保持した状態で処理室１０４を形成した際に、ハウジング１０２の下端面と保持台１０１の上面とが密着した状態となる。

しかしながら、ハウジング１０２の下端面と保持台１０１の上面とが密着した状態における両者の間の隙間の気密性は、実用面においては必ずしも十分とは言えない懸念があり、これにより、以下のような問題が生じる可能性がある。

即ち、上記金属充填装置１００においては、被処理物Ｋをハウジング１０２で保持台１０１に押さえつけることによって当該被処理物Ｋを保持台１０１上に保持するようになっているが、ハウジング１０２の下端面と保持台１０１の上面との間の気密性が十分でないと、両者の間から外部の空気が吸引され、処理室１０４を略真空状態まで減圧した際に、被処理物Ｋの上下間で圧力差が生じる、具体的に言えば、被処理物Ｋの保持台側の圧力が処理室側の圧力よりも大きくなり、当該被処理物Ｋが処理室１０４側に凸となった形状に変形してクラックが生じてしまう。

また、被処理物Ｋの上下間の圧力差が大きく、被処理物Ｋが大きく変形し、ピストン１０３の下面に被処理物Ｋ表面が接触してしまった場合には、処理室１０４内に溶融金属Ｍを供給した際に、被処理物Ｋ全面を覆うことができなくなり、結果的に充填不良が発生するという問題も生じ得る。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、被処理物の保持台側の圧力が処理室側の圧力より大きくなることを回避して、被処理物の湾曲を防止することができる充填装置の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
被処理物表面の外周縁部より内側の処理領域に形成され、且つ該表面に開口するように形成された微小空間内に液体を充填する充填装置であって、
前記被処理物が保持される保持面を有する第１本体、及び該第１本体に保持される被処理物の表面と対向するように配設された第２本体からなる処理部本体であって、前記被処理物が前記第１本体の保持面に保持され、且つ前記第１本体と第２本体とが接合した状態において、その内部に、前記被処理物が収容される空間である保持室が形成されると共に、該保持室に隣接する空間であって、前記保持室内に収容された前記被処理物の前記処理領域全域が曝される空間である処理室が形成される処理部本体と、
前記第１本体及び第２本体の内の少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構と、
前記処理室内に液体を供給する液体供給機構と、
前記被処理物の裏面と、前記第１本体の保持面との間を減圧する第１減圧機構と、
前記処理室内を減圧する第２減圧機構とを備え、
前記被処理物が保持面に保持された状態で、前記移動機構により、前記第１本体及び第２本体を相互に接近させ、前記第１本体と第２本体とを接合させることにより、前記第２本体は、前記被処理物表面の前記処理領域よりも外側の周域と対向する当接面が、前記被処理物表面の前記処理領域よりも外側の前記周域に当接して、前記処理室と前記保持室とが画定されるように構成された充填装置において、
前記第１本体及び第２本体の内の少なくともいずれか一方の、他方と接合する面に第１シール機構を設け、
前記第１本体の前記保持面又は前記第２本体の前記当接面に第２シール機構を設け、該第２シール機構により、前記保持面と前記被処理物との間、又は前記当接面と前記被処理物との間をシールした充填装置に係る。

本発明に係る充填装置によれば、まず、表面に微小空間が形成された被処理物を第１本体の保持面上に載置し、第１減圧機構によって、被処理物の裏面と第１本体の保持面との間の減圧を開始する。

ついで、移動機構によって第１本体及び第２本体を相互に接近させ、第１本体と第２本体とを第１シール機構を介して接合させるとともに、被処理物と第２本体とを当接させ、或いは、被処理物と第２本体とを第２シール機構を介して当接させることにより、処理室及び保持室が画定される。その後、第２減圧機構によって、処理室内の気体を排気して、処理室内を減圧する。

ここで、第２シール機構が第２本体の当接面に設けられている場合には、当該第２シール機構によって、被処理物表面の処理領域よりも外側の周域と第２本体の当接面との間に高い気密性が確保され、処理室内へ外部からの空気の流入が防止されるため、処理室内の減圧を効率良く行うことができる。また、第１本体と第２本体との間に第１シール機構が設けられていることにより、当該第１本体と第２本体との間に十分な気密性が確保され、両者の間から外部の空気が吸引されるのが防止されるため、被処理物の裏面と第１本体の保持面との間を所定の圧力まで減圧することができるようになる。したがって、被処理物の、処理室と対向する側と第１本体と対向する側との間（表裏面間）に圧力差が生じ難くなり、被処理物が変形するのが防止される。

また、第２シール機構が第１本体の保持面に設けられている場合には、当該第２シール機構によって、被処理面の裏面と第１本体の保持面との間に十分な気密性が確保される。したがって、被処理物の表裏面間の圧力に差が生じるのが防止されるとともに、第１シール機構によって第１本体と第２本体との間に十分な気密性が確保されていることにより、外部から処理室内への空気の流入が防止され、当該処理室の減圧を効率良く行うこともできる。

ここで、充填装置には、被処理物の外周面と保持室の内壁面との間に空間（以下、「隙間空間」という）が形成されている場合があり、第１本体と第２本体とを接合させた時点において、前記隙間空間は大気圧である。したがって、この状態で処理室内の減圧を開始すると、第２シール機構が第２本体の当接面に設けられている場合には、前記隙間空間から被処理面裏面へと空気が流入して、被処理物の表裏面間に圧力差が生じ、被処理物が変形する虞があり、また、第２シール機構が第１本体の保持面に設けられている場合には、前記被処理物表面の処理領域よりも外側の周域と第２本体の当接面との間を通して、隙間空間から処理室内へと空気が流入し、処理室内を所定の圧力まで減圧するのに要する時間が増加するという虞がある。

そこで、上記充填装置においては、前記隙間空間を減圧する第３減圧機構を備えた構成とすることが好ましい。このようにすれば、処理室形成後、処理室内の減圧を開始する前に、第３減圧機構によって隙間空間を予め減圧することができる。これにより、第２シール機構が第２本体の当接部に設けられている場合でも、処理室内の減圧を行う前に、被処理物裏面側の真空度を十分に高めることができる。更に、前記隙間空間の容積は小さく、所定の圧力まで素早く減圧することができるため、処理室形成後、速やかに処理室内の減圧を開始でき、生産性の向上を図ることができる。また、第２シール機構が第１本体の保持面に設けられている場合でも、処理室内を所定の圧力まで減圧するのに要する時間を短縮できる。

また、前記第１シール機構及び第２シール機構は、前記第１本体及び第２本体の内の少なくとも一方に着脱自在に取り付けられた取付部材と、該取付部材に固着されたシール部材とからなることが好ましい。

このようにすれば、シール部材が固着された取付部材を予め用意しておくことで、当該取付部材を取り換えるだけで容易にシール部材を交換することができ、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、取付部材にシール部材が固着されているため、第１本体と第２本体とを離反させる度にシール部材が外れて、これをつけ直さなければならなくなるといった問題も生じない。尚、取付部材は、第１及び第２本体に対して気密状に装着される構造とする。

尚、本願でいう「液体」とは、被処理物の被処理面上に供給され、当該被処理面に形成された前記微小空間内への充填に供されるあらゆる種類の液状の物質を指し、例えば、前記微小空間内に電極を形成する場合、溶融金属や金属粉体を含むペースト、金属粉体を分散させた溶液が例示されるが、これらに限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る充填装置によれば、被処理物の、処理室と対向する側と第１本体と対向する側との間に圧力差が生じるのを防止して、被処理物が湾曲するのを防止することができるので、歩留まりの向上を図ることができ、また、処理室内の減圧を効率良く短時間で行うことができるようになることで、充填処理に要する時間の短縮を図ることができ、より生産性の高い液体充填を行うことができるようになる。

本発明の一実施形態に係る充填装置の概略構成を示した断面図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 上記実施形態の充填装置の動作フローを示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る充填装置の概略構成を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る充填装置の概略構成を示した断面図である。 従来の金属充填装置の概略構成を示した断面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、添付図面に基づき説明する。

［充填装置の構成］
本発明の一実施形態に係る充填装置１は、板状の被処理物Ｋにおける被処理面の外周縁部より内側の処理領域に形成され、且つこの被処理面に開口するように形成された微小空間内に液体を充填する装置である。本例においては、微小空間内に電極を形成するために、溶融金属Ｍを充填する場合を例にとって説明するが、充填される液体はこれに限られるものではなく、金属粉体を分散させた液体や導電ペーストなどを用いることができる。尚、被処理物Ｋとしては、シリコン基板やガラス基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス／シリコンの貼り合わせ基板などを例示することができる。

図１に示すように、この充填装置１は、被処理物Ｋがその前記被処理面を上にした状態で保持される保持面（上面）を具備した第１本体たる保持台Ｈと、内部に空間が形成され、下端面が前記保持台Ｈと対向して配設された筒状のハウジングＣと、前記保持台Ｈに保持される被処理物Ｋの被処理面に対して進退自在に設けられたピストンＰと、前記保持台ＨをハウジングＣに接近、離反させる昇降機構４と、前記ピストンＰを進退させる押付機構５とを備えている。尚、本例においては、前記ハウジングＣとピストンＰとが第２本体を構成する。

前記保持台Ｈは、その上面側の外周部に第１シール機構６が設けられており、この第１シール機構６は、前記保持台Ｈに着脱自在に取り付けられた取付部材６ｂ及びこの取付部材６ｂの上面に形成された溝内に焼き付けられた環状シール部材６ａから構成されている。尚、本例の充填装置１においては、保持台Ｈと取付部材６ｂとの間に、気密性を保つためのシール部材（図示せず）が介装されているが、環状シール部材６ａを取付部材６ｂの内周側上部の角に焼き付けて、当該環状シール部材６ａにより、保持台Ｈ、ハウジングＣ及び取付部材６ｂの間を同時にシールするようにしても良い。

前記ハウジングＣの内部空間は、下端側に保持室３となる大径部を有し、上端側に処理室２の一部となる小径部を有した断面視段付き形状をなしており、大径部と小径部との間の当接面Ｃ１には、当該当接面Ｃ１に着脱自在に取り付けられた取付部材（図示せず）及びこの取付部材に焼き付けられた環状シール部材７ａからなる第２シール機構７が設けられている。本例の充填装置１においては、第２シール機構７の取付部材とハウジングＣとの間も気密性を確保するために、適宜シール部材（図示せず）が介装されているが、環状シール部材７ａによって、被処理物Ｋ、ハウジングＣ及び取付部材（図示せず）の間を同時にシールするようにしても良い。尚、前記当接面Ｃ１は、保持台Ｈの上面に保持された被処理物Ｋの前記処理領域よりも外側の周域と対向する位置に形成されていれば良いが、大きな処理領域を確保するために、極力被処理物Ｋにおける被処理面の縁と対向する位置に形成することが好ましい。

前記ピストンＰは、前記ハウジングＣの上側開口部から嵌挿され、前記押付機構３によって軸線方向に進退するようになっており、ピストンＰの外周面とハウジングＣの内周面との間には、Ｏリング８が介装され、両者の間がこのＯリング８によってシールされている。また、ピストンＰのフランジ部とハウジングＣの上端面との間には、べローズシール９が設けられており、当該べローズシール９によって、ピストンＰとハウジングＣとの間の気密性が更に高められている。

前記昇降機構４は、モータなどによって保持台Ｈを上下に昇降させる機構である。そして、この昇降機構４によって前記前記保持台ＨをハウジングＣに向けて上昇させ、保持台Ｈの上面とハウジングＣの下端面とを第１シール機構６を介して接合させるとともに、保持台Ｈの上面に保持された被処理物Ｋにおける被処理面の処理領域よりも外側の前記周域を、前記第２シール機構７の環状シール部材７ａに押し当てて密着させる。これにより、前記保持台Ｈに保持された被処理物Ｋ、ハウジングＣ及びピストンＰによって気密状の処理室２が形成され、被処理物Ｋにおける被処理面の処理領域全域が当該処理室２に曝された状態となるとともに、保持室３内に被処理物Ｋが配置された状態となる。

前記進退機構５は、例えば、油圧シリンダ機構などであって、ピストンＰを進退させる駆動力を与える機構であり、ピストンＰを所定の押圧力でもって被処理物Ｋに向けて進退させることができる。

更に、前記充填装置１は、前記保持台Ｈの上面上に載置される被処理物Ｋの下面と保持台Ｈの上面との間を減圧する第１減圧機構１０と、前記処理室２内の気体を排気して、この処理室２内を減圧する第２減圧機構１１と、前記被処理物Ｋの外周面と前記保持室３の内壁面との間に形成される隙間空間を減圧する第３減圧機構１２と、前記処理室２内に溶融金属Ｍを供給する溶融金属供給機構１３と、処理室２内に不活性ガスを供給する第１ガス供給機構１４と、処理室２内に供給された溶融金属Ｍを回収する溶融金属回収機構１５と、前記隙間空間に不活性ガスやドライエアを供給する第２ガス供給機構１６と、前記昇降機構４、押付機構５、第１減圧機構１０、第２減圧機構１１、第３減圧機構１２、溶融金属供給機構１３、ガス供給機構１４及び溶融金属回収機構１５の作動を制御する制御装置１７とを備えている。

前記第１減圧機構１０は、真空ポンプ１０ａと、一端が真空ポンプ１０ａに接続され、他端が保持台Ｈの表裏面の中心を貫通して設けられた配管２１と、この配管２１に設けられた制御弁１０ｂとからなり、真空ポンプ１０ａによって保持台Ｈ上に載置される被処理物Ｋの下面と保持台Ｈの上面との間の空気を排気して、被処理物Ｋを保持台Ｈに真空吸着させる機構である。

前記第２減圧機構１１は、真空ポンプ１１ａと、一端が真空ポンプ１１ａに接続され、他端がハウジングＣの上端側の側壁を貫通して設けられた配管２２と、この配管２２における真空ポンプ１１ａと処理室２との間に設けられた制御弁１１ｂとからなり、真空ポンプ１１ａによって処理室２内の空気を排気して、処理室２内を減圧する機構である。

前記第３減圧機構１２は、真空ポンプ１２ａと、一端が真空ポンプ１２ａに接続され、他端が保持台Ｈにおける被処理物Ｋが保持される領域よりも外側の表裏面を貫通して設けられた配管２３と、この配管２３に設けられた制御弁１２ｂとからなり、真空ポンプ１２ａによって前記隙間空間の空気を排気して、隙間空間を減圧する機構である。

尚、前記３つの真空ポンプ１０ａ，１１ａ，１２ａの作動及び３つの制御弁１０ｂ，１１ｂ，１２ｂの開閉は制御装置１７によって制御されている。

前記溶融金属供給機構１３は、溶融金属供給部１３ａと、一端が溶融金属供給部１３ａに接続され、他端がハウジングＣの下端側の側壁を貫通して設けられた配管２４と、この配管２４における溶融金属供給部１３ａと処理室２との間に設けられた制御弁１３ｂとからなり、所定の供給圧でもって、溶融金属供給部１３ａから処理室２内に溶融金属Ｍを供給する機構であり、前記制御弁１３ｂはその開閉が前記制御装置１７によって制御されている。

前記溶融金属供給部１３ａには、金属充填に用いられる溶融金属Ｍがその融点よりも高い温度で熱せられ、液体状態で貯留されている。尚、本例においては金属充填に用いられる溶融金属Ｍは、融点約２００℃の鉛フリー半田であるが、溶融金属Ｍの種類は、半田に限定されるものではなく、微小空間を埋める目的やその機能に応じて、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｚｎやこれらの合金など任意のものを採用することができる。

また、前記ガス供給機構１４は、ガス供給部１４ａと、一端がガス供給部１４ａに接続され、他端が前記配管２２における処理室２と制御弁１１ｂとの間に接続された配管２５ａと、この配管２５ａに設けられた制御弁１４ｂと、一端が前記配管２５ａにおけるガス供給部１４ａと制御弁１４ｂとの間に接続され、他端が前記配管２４における処理室２と制御弁１３ｂとの間に接続された配管２５ｂと、この配管２５ｂに設けられた制御弁１４ｃとからなり、配管２２、配管２４、配管２５ａ及び配管２５ｂを介して、ガス供給部１４ａから処理室２内に不活性ガスを供給する機構である。尚、ガス供給部１４ａの作動及び２つの制御弁１４ｂ，１４ｃの開閉は、制御装置１７によって制御される。

前記溶融金属回収機構１５は、溶融金属回収部１５ａと、一端が溶融金属回収部１５ａに接続され、他端がハウジングＣの下端側の側壁を貫通して設けられた配管２６と、この配管２６における溶融金属回収部１５ａと処理室２との間に設けられた制御弁１５ｂとからなり、処理室２内の溶融金属Ｍを回収する機構であって、制御弁１５ｂは、その開閉が制御装置１７によって制御される。尚、溶融金属回収部１５ａとしては、回収タンクと、この回収タンクに接続された排気装置とからなる構成を例示することができる。

前記第２ガス供給機構１６は、ガス供給部１６ａと、一端がガス供給部１６ａに接続され、他端が前記配管２３における保持台Ｈの開口部と制御弁１２ｂとの間に接続された配管２７と、この配管２７に設けられた制御弁１６ｂとからなり、隙間空間に不活性ガスやドライエアを供給する機構である。尚、ガス供給部１６ａの作動及び制御弁１６ｂの開閉は、制御装置１７によって制御される。

［金属充填の手順］
次に、図２〜図１０を参照して、本例の充填装置１における金属充填の手順について詳細に説明する。

本例の充填装置１によれば、まず、昇降機構４によって保持台Ｈを下降させて、保持台Ｈの上面をハウジングＣの下端面から離反させた後、被処理物Ｋを、その被処理面を上にした状態で保持台Ｈ上に載置する。ついで、真空ポンプ１０ａを作動させるとともに、配管２１の制御弁１０ｂを開いて、保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間の気体の排気を開始し、保持台Ｈ上に被処理物Ｋを真空吸着させる（図２参照）。

次に、昇降機構４を作動させて、保持台ＨをハウジングＣに向けて上昇させ、保持台Ｈの上面に保持された被処理物Ｋにおける被処理面の処理領域よりも外側の周域をハウジングＣに設けられた第２シール機構７の環状シール部材７ａを押し当てて密着させるとともに、第１シール機構６の環状シール部材６ａをハウジングＣの下面に密着させる。これにより、ハウジングＣによって被処理物Ｋが保持台Ｈ上に押さえつけられた状態で気密状の処理室２が形成されるとともに、前記保持室３内に被処理物Ｋが配置された状態で、気密状の保持室３が形成される。

ついで、図３に示すように、前記第３減圧機構１２の真空ポンプ１２ａを作動させるとともに、制御弁１２ｂを開き、前記隙間空間の気体を排気し、当該隙間空間を略真空状態にまで減圧する。

その後、第２減圧機構１１の真空ポンプ１１ａを作動させるとともに、制御弁１１ｂを開いて、処理室２内の気体を排気し、当該処理室２内及び被処理物Ｋに形成された微小空間内を略真空状態にまで減圧する（図４参照）。

本例の充填装置１においては、第１シール機構６を設けていることにより、保持台ＨとハウジングＣとの間の気密性が十分に確保されるため、保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間を減圧した際に、保持台ＨとハウジングＣとの間から空気が吸引されるのが防止され、略真空状態まで減圧することができ、これにより、処理室２内を略真空状態まで減圧した際に、被処理物Ｋの上下間において圧力差が生じなくなり、当該被処理物Ｋが湾曲するのが防止される。尚、湾曲の生じ易さは、特に被処理物Ｋの厚さに依存し、湾曲が生じ易い厚さ、例えば、２ｍｍ以下の厚さの被処理物Ｋに対して充填処理を行う際に、被処理物Ｋの湾曲を防止する効果が特に顕著なものとなる。

更に、第２シール機構７を設けたことによって、ハウジングＣと被処理物Ｋとの間の気密性が向上しているため、処理室２内の減圧を効率良く行うことができる。また、処理室２内の減圧を開始する前に、予め前記隙間空間を略真空状態まで減圧するようにしている。これにより、処理室２内の減圧を開始した際に、隙間空間から保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間へと空気が漏れて、被処理物Ｋの下面側の真空度が低下することもないため、処理室２内の減圧を素早く開始することができ、結果的に処理室２内を所定の圧力まで減圧するのに要する時間が短縮される。

次に、図５に示すように、各真空ポンプ１０ａ，１１ａ，１２ａによる減圧を続けた状態で、制御弁１３ｂを開き、溶融金属供給部１３ａから融点以上に熱した液体状の溶融金属Ｍを、被処理物Ｋの表面で弾かれることなく当該被処理物Ｋの全面を覆える量に達するまで処理室２内に供給していく。尚、本例の充填装置１においては、配管２２を、供給される溶融金属Ｍの液面より十分上方に設けたことにより、真空ポンプ１１ａによる減圧を続けた状態で、溶融金属Ｍを供給することが可能となっているが、真空ポンプ１１ａ内に溶融金属Ｍが吸引されてしまうことがないように、適切なタイミングで溶融金属Ｍの供給を停止することが好ましい。また、被処理物Ｋが保持台Ｈに真空吸着され、且つ被処理物Ｋの表面に第２シール機構を介してハウジングＣが押し当てられていることにより、例えば、シリコン（比重：約２．５）からなる被処理物Ｋ上に半田（比重：約８）を供給したとしても、被処理物Ｋが保持台Ｈから浮き上がらないようになっている。

尚、この段階で溶融金属Ｍが冷却硬化してしまうのを防止するために、適宜加熱機構によって処理室２内の温度を所定の温度に調整する。

十分な量の溶融金属Ｍを処理室２内に供給したならば、図６に示すように、制御弁１３ｂを閉じて溶融金属Ｍの供給を停止した後、押付機構５を作動させて、処理室２内のピストンＰを、被処理物Ｋに対してゆっくりと近づけていき、当該ピストンＰの先端部を処理室２内に供給された溶融金属Ｍ中に沈める。このように、処理室２内が略真空状態のまま、ピストンＰの先端部を溶融金属Ｍ中に沈めることにより、ピストンＰの先端部と溶融金属Ｍとの間に気層ができるのを回避することができる。

次に、図７に示すように、ピストンＰの先端部を溶融金属Ｍ中に沈めたままの状態で、制御弁１１ｂを閉じるとともに、真空ポンプ１１ａの作動を停めて処理室２内の減圧を停止する一方、制御弁１４ｂを開くとともに、ガス供給部１４ａを作動させて、当該ガス供給部１４ａから加圧用の窒素ガスなどを処理室２内が所定の圧力となるように供給する。これにより、処理室２内に供給された窒素ガスなどのガス圧によって溶融金属Ｍが加圧され、所謂差圧充填により溶融金属Ｍがより確実に微小空間内に充填される。

また、処理室２内への加圧用の窒素ガスの供給と略同時に、制御弁１２ｂを閉じるとともに、真空ポンプ１２ａの作動を停めて隙間空間の減圧を停止する一方、制御弁１６ｂを開くとともに、ガス供給部１６ａを作動させて、当該ガス供給部１６ａから隙間空間に加圧用の窒素ガスなどを供給し、当該隙間空間を真空破壊又は処理室２内と略同じ圧力まで加圧する。このように、処理室２と隙間空間との間の圧力差を少なくすることで、環状シール部材７ａのシール性を補うことができる。尚、処理室２内が加圧された時点で、被処理物Ｋが変形する虞は無くなっている。

しかる後、押付機構５を作動させて、ピストンＰを被処理物Ｋに向け移動させ、ピストンＰの下端面を被処理物Ｋの被処理面に押し付ける（図８参照）。これにより、ピストンＰの下端面と被処理物Ｋとの間の余剰溶融金属が被処理物Ｋ上からハウジングＣの内周面とピストンＰの外周面との間の隙間に押し出される。したがって、処理後の被処理物Ｋの被処理面に形成される残渣の量が減少する。尚、残渣とは、被処理物Ｋ上で微小空間内に入りきらなかった余剰溶融金属が硬化してできる層状の不要金属部分のことを言うが、当該金属部分は、全ての場合において不要という訳ではなく、配線層やコンタクト層として用いることができる場合もある。

そして、ピストンＰの下端面を被処理物Ｋの被処理面に押し付けた状態で、ピストンＰを所定時間静止させる。本例の充填装置１においては、上述したように、ピストンＰが溶融金属Ｍの液中に沈められた分、その分の溶融金属Ｍは、ピストンＰの外周面とハウジングＣの内周面との間の隙間へ移動するため、溶融金属Ｍの液面が上昇し、その結果、溶融金属Ｍの液面から深い位置で、被処理物Ｋが溶融金属Ｍに浸漬された状態となる。したがって、ピストンＰの下端面と被処理物Ｋとが接触し、溶融金属Ｍと被処理物Ｋ及びピストンＰの下端面との濡れ性の悪さによって、被処理物Ｋの被処理面で溶融金属Ｍが弾かれる力が強くなったとしても、被処理面上で溶融金属Ｍが膜切れする状態になり難い。

尚、被処理物Ｋの被処理面にピストンＰの下端面を押し付けている間も、第１ガス供給機構１４によるガス加圧は継続しておくことが好ましい。このようにすることで、充填する力が維持されるとともに、上述した膜切れをより効果的に防止することができる。

ついで、ピストンＰの下端面を被処理物Ｋの被処理面に押し付けた状態で、制御弁１５ｂを開くとともに、制御弁１４ｃを開いて、微小空間内に充填しきれない余剰溶融金属を溶融金属回収部１５ａへと回収する（図９参照）。余剰溶融金属を回収しなければ、後述の冷却後、余剰溶融金属ＭがピストンＰとハウジングＣとの間で硬化してピストンＰの進退動作が妨げられる、或いは、被処理物Ｋと処理室２の内壁面とが固着するなどの問題が生じ、また、処理室２内に大量の金属が残留してしまう。ただし、ピストンＰの下端面と被処理物Ｋの被処理面との間にガスが入ると充填不良が発生するため、余剰溶融金属を処理室２内から全て除去することはせず、ピストンＰの下端部の外周面とハウジングＣの内周面との間の隙間には溶融金属Ｍを残した状態としておくことが好ましい。尚、この隙間に残す溶融金属Ｍの分量は、被処理物Ｋ及びピストンＰの下端面と溶融金属Ｍとの濡れ性や、隙間の大きさに応じて決めることが好ましい。

そして、余剰溶融金属Ｍを回収した後、制御弁１４ｃ及び制御弁１５ｂを閉じ、溶融金属Ｍの温度が融点以下となるまで冷却し、微小空間内に充填された溶融金属Ｍが冷却硬化するまで待機する。しかる後、制御弁１４ｂを閉じて、処理室２内へのガスの供給を停止するとともに、制御弁１６ｂを閉じて、隙間空間へのガスの供給を停止する。

その後、図１０に示すように、押付機構５を作動させてピストンＰを上昇させるとともに、昇降機構４によって保持台Ｈを下降させることにより、処理室２を開放する。そして、制御弁１０ｂを閉じ、真空ポンプ１０ａの作動を停止させて、金属充填処理を終えた被処理物Ｋを取り出し、これから金属充填処理を行う新たな被処理物Ｋと入れ替え、図２〜図１０に示した手順を繰り返し、被処理物Ｋに金属充填処理を施していく。

ここで、本例の充填装置１においては、第１シール機構６の環状シール部材６ａを取付部材６ｂに焼き付け、同様に、第２シール機構７の環状シール部材７ａも取付部材（図示せず）に焼き付けているため、単にＯリングを装着する場合と異なり、処理室２を開放する際に、環状シール部材６ａ，７ａがそれぞれ被処理物ＫやハウジングＣに付着して外れてしまうといった問題が生じることもない。したがって、処理室２を開放した際に、Ｏリングの取り付け作業を行う必要がなく、上記金属充填処理を効率良く連続的に施していくことができる。

また、第１シール機構６及び第２シール機構７の取付部材がそれぞれ保持台Ｈ及びハウジングＣに着脱自在に取り付けられている。これにより、環状シール部材６ａ，７ａが劣化して交換が必要になったとしても、環状シール部材６ａ，７ａを焼き付けた別の取付部材をストックしておくことで、取付部材を取り換えるだけで環状シール部材を新しいものに交換することができ、環状シール部材を保持台ＨやハウジングＣに直接焼き付けたような場合と比較して、メンテナンス性が大幅に向上している。

以上のように、本例の充填装置１によれば、保持台ＨとハウジングＣとの間に第１シール機構６を設けて両者の間の気密性を向上させていることにより、保持台ＨとハウジングＣとの間から空気が流入するのを防止して、被処理物Ｋと保持台Ｈとの間を略真空状態にまで減圧することが可能となり、被処理物Ｋの上下間において圧力差が生じるのを防止することができる。更に、処理室２内の減圧を開始する前に、保持室３の内壁面と被処理物Ｋの外周面との間、即ち、前記隙間空間を予め減圧するようにしているため、隙間空間から保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間へ空気が漏れることもなく、被処理物Ｋの下面側の真空度が維持されるので、処理室２内の減圧を素早く開始することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は何らこれらに限定されるものではない。

上例では、電極の形成を目的とした微小空間内への溶融金属の充填に充填装置を用いる態様としたが、微小空間内に充填する液体はこれに限られるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。

また、上例においては、第３減圧機構１２を設けて、隙間空間を減圧するようにしているが、当該隙間空間が十分に小さいなど、処理室２の減圧に大きな影響を及ぼすことがない場合には、当該第３減圧機構１２は必ずしも設ける必要はない。また、第３減圧機構１２の真空ポンプ１２ａの代わりに、第１減圧機構１０の真空ポンプ１０ａを配管２３に接続するようにして、部品点数の削減を図るようにしても良い。

また、上例の充填装置１は、第１シール機構を保持台に取り付ける構成としたが、これに限られるものではなく、第１シール機構をハウジングに取り付けるようにしても良い。このように構成された充填装置３０について、図１１を参照して以下説明する。尚、充填装置１の構成と同一の構成要素については、同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

図１１に示すように、この充填装置３０は、保持台Ｈ、ハウジングＣ’、昇降機構３１、第１減圧機構１０、第２減圧機構１１、第３減圧機構１２、溶融金属供給機構１３、第１ガス供給機構１４及び制御装置１７から構成されている。

前記ハウジングＣ’は、下端面に開口した断面視段付き形状の凹部が形成されており、当該凹部は、下端側に形成され、保持室３となる大径部と、上端側に形成され、処理室２となる小径部とを有している。また、ハウジングＣ’は、その下端側の外周部に第１シール機構６が着脱自在に設けられている。

尚、前記第２減圧機構１１の真空ポンプ１１ａと処理室２内とを接続する配管２２は、前記ハウジングＣ’の上面と当該ハウジングＣ’に形成された凹部の底面とを貫通して設けられている。また、前記第１ガス供給機構１４は、配管２５ａ’によって前記配管２２に接続されている。

この充填装置３０においては、保持台Ｈ上に被処理物Ｋを載置し、第１減圧機構１０を作動させて、保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間の減圧を開始した後、昇降機構３１によってハウジングＣ’を下降させることにより、処理室２が形成されるとともに、保持室３内に被処理物Ｋが配置される。

次に、第３減圧機構１２によって隙間空間の減圧を行ってから第２減圧機構１１によって処理室２内を略真空状態にまで減圧する。しかる後、溶融金属供給機構１３によって処理室２内に溶融金属Ｍを供給する。

その後、第２減圧機構１１による処理室２内の減圧を停止するとともに、第１ガス供給機構１４によって処理室２内に不活性ガスを供給し、差圧充填によって溶融金属Ｍを微小空間内に充填する。

このように、充填装置３０においても、第１シール機構６を設けたことによって保持台ＨとハウジングＣ’との間の気密性が高められており、これにより、外部からの空気の流入が効果的に防止され、保持台Ｈの上面と被処理物Ｋの下面との間を略真空状態まで減圧することができ、被処理物Ｋの上下間における圧力差をなくすことができる。また、処理室２内の減圧を開始する前に、予め隙間空間を減圧するようにしているため、処理室２内を効率良く短時間で略真空状態まで減圧することができる。

また、充填装置１，３０においては、ハウジングの下端部に凹部を設けて保持室が形成されているが、図１２に示す充填装置４０のように、保持台Ｈに凹部を設けて保持室を形成するようにしても良い。

更に、充填装置１，３０，４０においては、ハウジングと被処理物との間に第２シール機構を設けるようにしているが、保持台の上面と被処理物の下面との間に第２シール機構を設けるようにしても良い。尚、この場合には、第２シール機構によって保持台の上面と被処理物の下面との間の気密性が確保されるため、被処理物の上下間の圧力差が生じるのが防止されており、隙間空間に溶融金属が流入する虞があるが、第２シール機構によって、隙間空間から被処理物裏面と保持台上面との間に溶融金属が廻り込むのが防止される。また、ハウジングと保持台との間に第１シール機構が設けられているため、隙間空間から装置外へと溶融金属が流出するのも防止される。

また、充填装置１，３０，４０においては、第１ガス供給機構１４によって処理室２内に供給された溶融金属Ｍを加圧するようにしているが、前記微小空間内に充填する液体と被処理物との濡れ性が良く、液体が微小空間内に充填され易いような場合には、必ずしも処理室２内に供給された液体を加圧するようにしなくとも良い。

１ 充填装置
２ 処理室
３ 保持室
４ 昇降機構
５ 押付機構
６ 第１シール機構
６ａ 環状シール部材
６ｂ 取付部材
７ 第２シール機構
７ａ 環状シール部材
１０ 第１減圧機構
１１ 第２減圧機構
１２ 第３減圧機構
１３ 溶融金属供給機構
１４ 第１ガス供給機構
１５ 溶融金属回収機構
１６ 第２ガス供給機構
１７ 制御装置
Ｈ 保持台
Ｃ ハウジング
Ｐ ピストン
Ｋ 被処理物

Claims (3)

1. 被処理物表面の外周縁部より内側の処理領域に形成され、且つ該表面に開口するように形成された微小空間内に液体を充填する充填装置であって、
   前記被処理物が保持される保持面を有する第１本体、及び該第１本体に保持される被処理物の表面と対向するように配設された第２本体からなる処理部本体であって、前記被処理物が前記第１本体の保持面に保持され、且つ前記第１本体と第２本体とが接合した状態において、その内部に、前記被処理物が収容される空間である保持室が形成されると共に、該保持室に隣接する空間であって、前記保持室内に収容された前記被処理物の前記処理領域全域が曝される空間である処理室が形成される処理部本体と、
   前記第１本体及び第２本体の内の少なくとも一方を、他方に対し接近、離反する方向に移動させる移動機構と、
   前記処理室内に液体を供給する液体供給機構と、
   前記被処理物の裏面と、前記第１本体の保持面との間を減圧する第１減圧機構と、
   前記処理室内を減圧する第２減圧機構とを備え、
   前記被処理物が保持面に保持された状態で、前記移動機構により、前記第１本体及び第２本体を相互に接近させ、前記第１本体と第２本体とを接合させることにより、前記第２本体は、前記被処理物表面の前記処理領域よりも外側の周域と対向する当接面が、前記被処理物表面の前記処理領域よりも外側の前記周域に当接して、前記処理室と前記保持室とが画定されるように構成された充填装置において、
   前記第１本体及び第２本体の内の少なくともいずれか一方の、他方と接合する面に第１シール機構を設け、
   前記第１本体の前記保持面又は前記第２本体の前記当接面に第２シール機構を設け、該第２シール機構により、前記保持面と前記被処理物との間、又は前記当接面と前記被処理物との間をシールしたことを特徴とする充填装置。
2. 前記保持室は、前記被処理物を内部に収容し、保持面に保持した状態において、該保持室の内壁面と前記被処理物の外周面との間に、空間が形成されるように構成されており、
   前記充填装置は、前記空間を減圧する第３減圧機構を更に備えることを特徴とする請求項１記載の充填装置。
3. 前記第１シール機構及び第２シール機構は、
   前記第１本体及び第２本体の内の少なくとも一方に着脱自在に取り付けられた取付部材と、
   前記取付部材に固着されたシール部材とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の充填装置。

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