(57)【要約】【課題】接続信頼性を確保しつつ、比較的低温で銅同士を接合することのできる技術を提供する。【解決手段】金属接合装置１は、銅を主成分とする第１基材部と、酸化銅を主成分とする第１被膜部とを有する第１被接合部の第１被膜部、および銅を主成分とする第２基材部と、酸化銅を主成分とする第２被膜部とを有する第２被接合部の第２被膜部の少なくとも一方に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を供給する溶液供給部１０と、第１被接合部と第２被接合部との間の距離を縮めるように第１被接合部と第２被接合部とを加圧する加圧部３０と、第１被接合部および第２被接合部を加熱する加熱部５０と、を備える。金属接合装置１は、第１被接合部と第２被接合部とを加圧および加熱した状態で、溶液により露出した第１被接合部の銅と第２被接合部の銅とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とする金属からなる第１基材部と、酸化銅を主成分とする酸化物からなり前記第１基材部の表面を被覆する第１被膜部とを有する第１被接合部の前記第１被膜部、および銅を主成分とする金属からなる第２基材部と、酸化銅を主成分とする酸化物からなり前記第２基材部の表面を被覆する第２被膜部とを有する第２被接合部の前記第２被膜部の少なくとも一方に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を供給する溶液供給部と、
前記第１被接合部と前記第２被接合部との間の距離を縮めるように前記第１被接合部と前記第２被接合部とを加圧する加圧部と、
前記第１被接合部および前記第２被接合部を加熱する加熱部と、を備え、
前記第１被接合部と前記第２被接合部とを加圧および加熱した状態で、前記溶液により露出した前記第１被接合部の銅と前記第２被接合部の銅とを接合することを特徴とする金属接合装置。
【請求項２】
前記溶液供給部は、前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方に前記溶液を噴霧するスプレーノズルを有する請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項３】
前記溶液供給部は、前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方に前記溶液を吐出するインクジェットノズルを有する請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項４】
前記溶液供給部は、前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方における溶液を供給する領域を囲う隔壁部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属接合装置。
【請求項５】
前記溶液供給部は、前記溶液の収容部を有し、前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方を収容部内の溶液に接触させる請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項６】
前記溶液供給部は、前記第１被接合部を有する第１部材および前記第２被接合部を有する第２部材のうち、前記第１被接合部あるいは前記第２被接合部と同一平面上に位置する領域の面積が小さい方を前記溶液に接触させる請求項５に記載の金属接合装置。
【請求項７】
前記溶液供給部は、前記溶液を含浸可能な多孔質体を有し、前記溶液を含浸させた前記多孔質体を前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方に押し付ける請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項８】
前記溶液供給部は、前記溶液を含浸した前記多孔質体を前記第１被接合部および前記第２被接合部で挟み込む請求項７に記載の金属接合装置。
【請求項９】
前記溶液供給部は、前記溶液を加温する溶液加温部を備えている請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項１０】
前記第１被接合部および前記第２被接合部の加圧および加熱が行われるステージと、
前記第１被接合部を有する第１部材を前記ステージに搬送する第１搬送部と、
前記第２被接合部を有する第２部材を前記ステージに搬送する第２搬送部と、
をさらに備える請求項１乃至９のいずれか１項に記載の金属接合装置。
【請求項１１】
第１腕部と、一端側が前記第１腕部の一端側に回動可能に連結され、他端側が前記第１腕部の他端側に接近するよう操作可能な第２腕部と、をさらに備え、
前記加圧部は、前記第１腕部の他端側および前記第２腕部の他端側の互いに対向する面に設けられた一対の台座を有し、当該一対の台座の間には前記第１被接合部および前記第２被接合部が差し込まれる空間が形成され、前記第１腕部の他端側と前記第２腕部の他端側の接近により、当該空間に差し込まれた前記第１被接合部および前記第２被接合部を加圧する請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項１２】
前記溶液供給部は、前記第１腕部に設けられた溶液タンクと、前記第１腕部の他端側に設けられ、前記溶液タンク内の溶液を前記空間に差し込まれた前記第１被接合部および前記第２被接合部の少なくとも一方に供給するノズルと、を有する請求項１１に記載の金属接合装置。
【請求項１３】
前記加熱部は、前記一対の台座に収容されたヒータを有する請求項１１または１２に記載の金属接合装置。
【請求項１４】
前記溶液が銅と錯体を形成する配位子を含む請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の金属接合装置。
【請求項１５】
前記錯体が加熱分解性である請求項１４に記載の金属接合装置。
【請求項１６】
前記溶液がアンモニア水またはカルボン酸水溶液である請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の金属接合装置。
【請求項１７】
カルボン酸水溶液に含まれるカルボン酸が多座配位子である請求項１６に記載の金属接合装置。
【請求項１８】
前記多座配位子のうち、少なくとも２つの配位子が１つの銅イオンに対して配位している請求項１７に記載の金属接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属接合装置に関する。より具体的には、銅と銅の接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板を構成する配線層や半導体チップの素子電極表面等の導電性材料として、銅が幅広く使用されている。従来、配線基板の配線層等の第１の被接合部材に半導体チップの素子電極など第２の被接合部材を電気的に接続する金属の接合方法としては、はんだを介して接合面をはんだ接合する方法、接合面を高温に加熱しながら加圧下で接合する方法、真空中でイオン照射等により接合面を活性化させて接合する方法などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１００８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
はんだを介して銅同士を接合する方法において、通常使用されるＳｎを成分とするはんだを用いた場合、銅とはんだとの接合界面にＣｕ−Ｓｎ合金が生じる。Ｃｕ−Ｓｎ合金は電気抵抗が比較的大きく、かつ延性が乏しいため、接合部分の電気特性や接続信頼性が低下するという課題がある。接合面を高温に加熱して加圧により接合する方法では、配線基板や半導体チップに熱や加圧によるダメージが生じる可能性がある。また、真空中で接合面を活性化させて接合する方法では、真空装置などの大がかりな設備が必要となりコストの増大が避けられない。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続信頼性を確保しつつ、比較的低温で銅同士を接合することのできる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、金属接合装置である。当該金属接合装置は、銅を主成分とする金属からなる第１基材部と、酸化銅を主成分とする酸化物からなり第１基材部の表面を被覆する第１被膜部とを有する第１被接合部の第１被膜部、および銅を主成分とする金属からなる第２基材部と、酸化銅を主成分とする酸化物からなり第２基材部の表面を被覆する第２被膜部とを有する第２被接合部の第２被膜部の少なくとも一方に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を供給する溶液供給部と、第１被接合部と第２被接合部との間の距離を縮めるように第１被接合部と第２被接合部とを加圧する加圧部と、第１被接合部および第２被接合部を加熱する加熱部と、を備え、第１被接合部と第２被接合部とを加圧および加熱した状態で、溶液により露出した第１被接合部の銅と第２被接合部の銅とを接合することを特徴とする。
【０００７】
この態様の金属接合装置によれば、比較的低温な条件下で銅同士を接合することができる。また、第１被膜部および第２被膜部が溶液中に溶出することにより、第１被接合部および第２被接合部の接合面にそれぞれ銅が露出する。言い換えると第１被接合部および第２被接合部の接合面が活性化される。第１被接合部の接合面と、第２被接合部の接合面とが活性化された後、活性化した接合面同士の接近により銅が固相拡散して接合面同士が接合される。これにより、第１被接合部の接合面と第２被接合部の接合面との間にボイドが発生したり、副生成物が介在することが抑制されるため、第１被接合部と第２被接合部との接続信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、接続信頼性を確保しつつ、比較的低温で銅同士を接合することのできる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る金属接合装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る金属接合装置のステージ近傍の拡大模式図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、変形例１に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、変形例２に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、変形例３に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図８】変形例４に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、変形例５に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、変形例６に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。
【図１１】実施形態２に係る金属接合装置の概略構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る金属接合装置の概略構造を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る金属接合装置のステージ近傍の拡大模式図である。なお、図１では、金属接合装置の内部の構造を示すために、金属接合装置の蓋体の一部の図示を省略している。
【００１２】
本実施形態に係る金属接合装置１は、筐体２と、蓋体３とで形成される収容空間内に、主な構成として溶液供給部１０と、加圧部３０と、加熱部５０と、を備える。蓋体３には、収容空間内を観察可能な窓部３ａと、溶液供給量、圧力、温度などの金属接合装置１の各種設定条件や状態を表示するためのモニタ４と、収容空間内の気体を排出するための排気管５が設けられている。筐体２には、金属接合装置１の動作の設定、動作の開始停止等の指示を行うための操作部６が設けられている。また、収容空間内には、金属接合装置１の各種制御を実行するための制御ユニット７が収容されている。
【００１３】
また、本実施形態に係る金属接合装置１の収容空間内には、第１被接合部２０２を有する第１部材２００が格納される第１部材供給部７０と、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０が格納される第２部材供給部８０とが設けられている。第１部材２００の第１被接合部２０２と、第２部材２１０の第２被接合部２１２とが、金属接合装置１による接合の対象となる。また、収容空間内には、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の加圧および加熱が行われるステージ９０が設けられている。
【００１４】
第１部材供給部７０、ステージ９０および第２部材供給部８０は、この順に配列されており、第１部材供給部７０、ステージ９０および第２部材供給部８０に沿って延在するようアームレール３２が設けられている。アームレール３２には、スライド可能に２つのアーム３４が設けられている。２つのアーム３４の先端には、それぞれ部材保持部３６（チャック）が設けられている。部材保持部３６は、先端部が装置下方を向いている。部材保持部３６の先端部には、吸気ポンプに連結された吸着孔（ともに図示せず）が設けられている。部材保持部３６は、保持しようとする部材を先端部に当接させた状態で吸気ポンプを駆動させることで、部材を吸着して保持することができる。また、部材保持部３６には、ヒータが内蔵されており、吸着した部材を加熱することができる。したがって、本実施形態に係る金属接合装置１では、部材保持部３６自体が加熱部５０を構成している。なお、第１部材供給部７０、第２部材供給部８０およびステージ９０の配列順序は特に限定されない。また、ヒータは部材保持部３６の外部に別体として設けられていてもよい。
【００１５】
アームレール３２は、金属接合装置１を上方から見て（平面視で）、第１部材供給部７０、第２部材供給部８０およびステージ９０と重ならない位置に配置されている。アーム３４は、アームレール３２から第１部材供給部７０、第２部材供給部８０およびステージ９０が並ぶ側に向けて延在している。アーム３４の先端に連結された部材保持部３６は、アーム３４がアームレール３２の略中央に位置する状態で、平面視でステージ９０と重なる位置に配置されている。アーム３４がアームレール３２に沿ってスライドすることで、部材保持部３６はステージ９０上から第１部材供給部７０あるいは第２部材供給部８０の上方に移動することができる。なお、２つのアーム３４は、互いに独立にアームレール３２に沿ってスライド可能である。
【００１６】
アームレール３２の両端部には、レール支持部３８が接続されている。レール支持部３８は、装置側方から見て略Ｌ字形状であり、一端がアームレール３２の端部に固定され、他端がアームレール３２に対して装置後方かつ下方に位置している。レール支持部３８は、他端が筐体２内に収容された駆動機構（図示せず）に連結されており、この駆動機構によって装置上下方向に変位することができる。レール支持部３８が装置上下方向に変位すると、アームレール３２、アーム３４および部材保持部３６がレール支持部３８に連動して装置上下方向に変位する。これにより、部材保持部３６の先端部を第１部材供給部７０、第２部材供給部８０あるいはステージ９０に対して接近後退させることができる。
【００１７】
金属接合装置１は、アーム３４を第１部材供給部７０側にスライドさせ、レール支持部３８を装置下方に変位させて部材保持部３６の先端を第１部材供給部７０に接近させ、第１部材供給部７０に格納された第１部材２００を部材保持部３６で吸着保持する。そして、レール支持部３８を装置上方に変位させて部材保持部３６の先端を第１部材供給部７０から後退させ、アーム３４をステージ９０側にスライドさせる。その後、金属接合装置１は、再びレール支持部３８を装置下方に変位させて部材保持部３６の先端をステージ９０に接近させ、吸着保持していた第１部材２００をステージ９０上に載置する。同様に、第２部材２１０についても、第２部材供給部８０からステージ９０上に搬送することができる。したがって、本実施形態では、アームレール３２、アーム３４、部材保持部３６およびレール支持部３８が、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０に搬送する第１搬送部と、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０をステージ９０に搬送する第２搬送部とを構成している。
【００１８】
また、ステージ９０上に第１部材２００が載置され、部材保持部３６で第２部材２１０を保持した状態で、レール支持部３８を装置下方に変位させることで、第１部材２００の第１被接合部２０２と第２部材２１０の第２被接合部２１２との間の距離を縮めるように第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とを加圧することができる。したがって、本実施形態では、アームレール３２、アーム３４、部材保持部３６およびレール支持部３８が、加圧部３０を構成している。
【００１９】
レール支持部３８には、溶液タンク１２が固定されている。溶液タンク１２には、２本の溶液供給チューブ１４の一端側が連結されている。２本の溶液供給チューブ１４は、それぞれ他端側が部材保持部３６の先端部近傍まで延在しており、その他端にノズル１６が設けられている。本実施形態では、ノズル１６はスポイト構造を有する。それぞれのノズル１６には、筐体２内に収容された駆動機構（図示せず）に接続されたアーム１８が連結されている。アーム１８は、ノズル１６を第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との接合領域に対して接近後退させることができる。ノズル１６がステージ９０の第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との接合領域に接近した状態で、溶液タンク１２に貯留された溶液が溶液供給チューブ１４を通ってノズル１６から滴下される。これにより、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に、溶液が供給される。したがって、本実施形態では、溶液タンク１２、溶液供給チューブ１４、ノズル１６およびアーム１８により溶液供給部１０が構成されている。
【００２０】
続いて、本実施形態に係る金属接合装置１の動作について説明する。以下に説明する動作は、制御ユニット７によって制御される。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、金属接合装置の動作を説明するための模式図である。各図における（ｉ）は、ステージ近傍の拡大模式図であり、（ｉｉ）（図４（Ａ）については（ｉｉ−１）〜（ｉｉ−３））は、第１被接合部および第２被接合部の状態を示す模式図である。なお、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、アームレール３２、アーム３４等の図示を省略している。なお、溶液タンク１２にヒータを取り付けることで、溶液１１を予め加温する溶液加温部を備えてもよい。そうすることで、後述の接合工程において、溶液１１を短時間で蒸発させることができ、接合工程全体の短縮を図ることができる。
【００２１】
図３（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００を第１部材供給部７０から搬送してステージ９０上に載置し、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を部材保持部３６により保持して、第１部材２００の上方に配置する。第１被接合部２０２は、銅を主成分とする金属からなる第１基材部２０４と、第１基材部２０４の接合面側の表面を被覆する第１被膜部２０６とを有する。また、第２被接合部２１２は、銅を主成分とする金属からなる第２基材部２１４と、第２基材部２１４の接合面側の表面を被覆する第２被膜部２１６とを有する。第１被膜部２０６および第２被膜部２１６はともに酸化銅を主成分とする酸化物で形成されている。ここで、「銅を主成分とする」および「酸化銅を主成分とする」という表現中、「主成分とする」は、銅または酸化銅の含有量が５０％よりも大きいことを意味する。
【００２２】
第１基材部２０４および第２基材部２１４は、銅を主成分とする金属で形成されていればよく、その形態は特に制限されない。第１基材部２０４および第２基材部２１４は、たとえば、スパッタ法によりＳｉ基板などの基板上に形成された銅からなる堆積層であってもよく、銅箔などの銅板をパターニングすることにより形成した配線層の外部端子部分であってもよい。第１被膜部２０６および第２被膜部２１６は、具体的には、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどで形成された薄膜状の被膜であり、その厚さは、たとえば、１０ｎｍである。第１被膜部２０６および第２被膜部２１６は、意図的に形成された被膜であっても、意図せず形成された被膜であってもよい。本実施形態では、第１被膜部２０６および第２被膜部２１６は、銅が大気中で酸化することにより形成される自然酸化膜である。
【００２３】
次に、図３（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、ノズル１６の先端が第１被接合部２０２と第２被接合部２１２の間に位置するように、アーム１８によってノズル１６を移動させる。そして、ノズル１６から第１被膜部２０６の表面に溶液１１を滴下する。その結果、図３（Ｃ）に示すように、第１被膜部２０６の表面に溶液１１が塗布される。これにより、第１被膜部２０６と第２被膜部２１６との間に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出または溶解する溶液１１が供給される。金属接合装置１は、アーム１８を変位させて第２部材２１０と第２被接合部２１２とで挟まれた空間からノズル１６を退避させる。なお、本実施形態では、溶液１１はアンモニア水である。溶液１１は、第２被接合部２１２側に塗布してもよい。
【００２４】
次に図４（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、第２被接合部２１２の第２被膜部２１６が第１被接合部２０２の第１被膜部２０６上に塗布された溶液１１と接触するまで、部材保持部３６をステージ９０に接近させる（図４（Ａ）の（ｉｉ−１）参照）。溶液１１との接触により、第１被膜部２０６および第２被膜部２１６を構成する酸化銅が溶液１１に溶出する（図４（Ａ）の（ｉｉ−２）参照）。その結果、第１被接合部２０２の最表面（接合面側の露出面）および第２被接合部２１２の最表面（接合面側の露出面）にそれぞれ第１基材部２０４および第２基材部２１４を構成する銅が露出する。また、溶液１１中では、配位子となるアンモニアイオンと銅イオンとにより銅錯体が形成される。本実施形態では、銅錯体は、［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋で表される加熱分解性のテトラアンミン銅錯イオンとして存在すると考えられる。なお、アンモニア水は銅に対して不活性であるため、第１基材部２０４および第２基材部２１４を構成する銅はアンモニア水と反応せずに残存している。
【００２５】
金属接合装置１は、部材保持部３６をステージ９０にさらに接近させ、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との間の距離が縮むように第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とを加圧する（図４（Ａ）の（ｉｉ−３）参照）。加圧時の圧力は、たとえば、１ＭＰａである。
【００２６】
第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とが加圧された状態で、金属接合装置１は、部材保持部３６により２００℃〜３００℃の比較的低温な条件で、第２被接合部２１２、溶液１１および第１被接合部２０２を加熱する。本実施形態では、加熱により水分が蒸発するとともに、テトラアンミン銅錯イオンが熱分解してアンモニア成分が蒸発する。これにより、溶液１１において銅の割合が徐々に高まるとともに、加圧部３０による加圧により第１被接合部２０２の最表面と第２被接合部２１２の最表面との距離が近づく。
【００２７】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１被接合部２０２の最表面と第２被接合部２１２の最表面との接近により、第１被接合部２０２の表面に露出する銅と第２被接合部２１２の表面に露出する銅とが固相拡散する。これにより、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とが接合される。接合が完了した後、金属接合装置１は、部材保持部３６による加熱を停止して部材保持部３６をステージ９０から後退させて加圧を解除する。以上の処理により、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との接合が完了する。なお、加熱の開始から停止までの時間は、例えば３０秒である。また、本実施形態では、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２を加圧後に加熱しているが、加圧および加熱の順序は特に限定されず、加圧よりも先に加熱してもよいし同時であってもよい。例えば、溶液１１を塗布した第１被接合部２０２に、予め加熱しておいた第２被接合部２１２を押し付けて両者を加圧してもよい。
【００２８】
以上説明した本実施形態に係る金属接合装置１は、第１被膜部２０６および第２被膜部２１６を溶液１１中に溶出させることにより、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の接合面にそれぞれ銅を露出させている。言い換えると第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の接合面を活性化している。そして、第１被接合部２０２の接合面と、第２被接合部２１２の接合面とを活性化した後、露出した銅の固相拡散により接合する。これにより、比較的低温な条件下で銅同士を接合することができる。また、比較的低圧な条件下で銅同士を接合することができる。そのため、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２にダメージが生じる可能性を低減することができる。また、第１被接合部２０２の接合面と第２被接合部２１２の接合面との間にボイドが発生したり副生成物が介在することが抑制されるため、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との接続信頼性を高めることができる。
【００２９】
また、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２との接合領域に接近させたノズル１６から溶液１１を滴下しているため、局所的に適量の溶液１１を供給することができる。これにより、加圧時に溶液１１が周囲に飛散して第１部材２００や第２部材２１０が腐食することや、溶液１１の供給量の過剰が原因で接合時間が増大することを回避することができる。
【００３０】
（金属接合に用いる溶液）
上述した実施形態１に係る金属接合装置１では、金属接合に用いる溶液１１としてアンモニア水が用いられているが、銅と錯体を形成する配位子を含む溶液であれば、これに限られず、たとえば、カルボン酸水溶液であってもよい。
【００３１】
カルボン酸水溶液の調製に用いられるカルボン酸としては、酢酸などのモノカルボン酸、また、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、フタル酸、マレイン酸などのジカルボン酸、さらに、酒石酸、クエン酸、乳酸、サリチル酸などのオキシカルボン酸が挙げられる。
【００３２】
このうち、カルボン酸水溶液は多座配位子となるカルボン酸を有することが好ましい。多座配位子となるカルボン酸を有するカルボン酸水溶液では、カルボン酸の少なくとも２つの配位子が１つの銅イオンに対して配位し、カルボン酸と銅がキレートを形成することにより銅錯体の安定性が非常に大きくなる。この結果、接合に必要な温度をより低温化させることができる。なお、酒石酸がキレートを形成することについては、「理化学辞典  第４版（岩波書店）」の第５９３頁に記載されている。また、酒石酸、シュウ酸などがキレートを形成することは「ヘスロップジョーンズ  無機化学（下）  齋藤喜彦  訳」の第６６６頁に記載されている。ここで、キレート化とは、多座配位子によって環が形成されることによって錯体の安定度が非常に大きくなることをいう。
【００３３】
（カルボン酸水溶液を用いた接合実験）
金属接合に用いる溶液として、酢酸溶液（酢酸濃度１０ｗｔ％）、シュウ酸溶液（シュウ酸濃度１０ｗｔ％）を用いて金属の接合実験を行った。なお、接合時の圧力は１ＭＰａとした。
【００３４】
金属接合に用いる溶液として、モノカルボン酸を含む酢酸溶液を用いた場合には、接合温度が１５０℃のとき、せん断応力２５ＭＰａ以上の接合強度が得られたが、接合温度が１２５℃では、十分な接合強度が得られなかった。
【００３５】
一方、金属接合に用いる溶液として、ジカルボン酸を含むシュウ酸溶液を用いた場合には、接合温度が１２５℃の低温条件においても、せん断応力２５ＭＰａ以上の接合強度が得られた。さらに接合温度を１００℃に下げて接合実験を行ったところ、十分な接合強度が得られなかった。
【００３６】
上記接合実験により、銅イオンとキレートを形成するシュウ酸溶液を用いることにより、接合温度を１２５℃程度まで低温化することができることが確認された。このような低温条件下での金属接合の実現は従来の技術では困難であり、本金属接合技術の特徴事項と言える。今後、本金属接合技術は電子部品の接合に限られず幅広い分野での適用が期待される。
【００３７】
上述した実施形態１に係る金属接合装置１には、以下の変形例を挙げることができる。
【００３８】
（変形例１）
変形例１に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に溶液１１を噴霧するスプレーノズルを有する。すなわち、本変形例では、ノズル１６がスプレーノズルである。以下、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照しながら変形例１に係る金属接合装置１について説明する。
【００３９】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、変形例１に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、ステージ近傍を模式的に示しており、アームレール３２、アーム３４、溶液供給チューブ１４等の図示を省略している。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０上に載置し、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を部材保持部３６により保持して、第１部材２００の上方に配置する。
【００４１】
次に、図５（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、ノズル１６が第１被接合部２０２と第２被接合部２１２の間に位置するように、アーム１８によってノズル１６を移動させる。そして、ノズル１６から第１被接合部２０２の表面に溶液１１を噴霧する。その結果、図５（Ｃ）に示すように、第１被接合部２０２の表面に溶液１１が塗布される。金属接合装置１は、第２部材２１０と第２被接合部２１２とで挟まれた空間からノズル１６を退避させる。なお、溶液１１は、第２被接合部２１２側に塗布してもよい。以降の動作は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。
【００４２】
本変形例では、ノズル１６をスプレーノズルとしているため、第１被膜部２０６あるいは第２被膜部２１６の表面に溶液１１を均一に塗布することができるとともに、過剰に溶液１１が塗布されることを抑制することができる。
【００４３】
（変形例２）
変形例２に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に溶液１１を吐出するインクジェットノズルを有する。すなわち、本変形例では、ノズル１６がインクジェットノズルである。以下、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照しながら変形例２に係る金属接合装置１について説明する。
【００４４】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、変形例２に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ステージ近傍を模式的に示しており、アームレール３２、アーム３４、溶液供給チューブ１４等の図示を省略している。
【００４５】
図６（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０上に載置し、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を部材保持部３６により保持して、第１部材２００の上方に配置する。
【００４６】
次に、図６（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、ノズル１６が第１被接合部２０２と第２被接合部２１２の間に位置するように、アーム１８によってノズル１６を移動させる。そして、ノズル１６から第１被接合部２０２の表面に溶液１１を吐出する。金属接合装置１は、予め設定された領域に溶液１１が塗布されるように、ノズル１６を走査しながら第１被接合部２０２の表面に溶液１１を吐出させる。溶液１１を塗布する領域は、例えば操作部６から制御ユニット７に予め入力される。その結果、図６（Ｃ）に示すように、第１被接合部２０２の表面に溶液１１が塗布される。金属接合装置１は、第２部材２１０と第２被接合部２１２とで挟まれた空間からノズル１６を退避させる。なお、溶液１１は、第２被接合部２１２側に塗布してもよい。以降の動作は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。
【００４７】
本変形例では、ノズル１６をインクジェットノズルとしているため、第１被接合部２０２あるいは第２被接合部２１２の形状に合わせて、様々な形状の溶液塗布領域を形成することができる。
【００４８】
（変形例３）
変形例３に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に溶液１１を散布するシャワーヘッドを有する。すなわち、本変形例では、ノズル１６がシャワーヘッドである。以下、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照しながら変形例３に係る金属接合装置１について説明する。
【００４９】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、変形例３に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、ステージ近傍を模式的に示しており、アームレール３２、アーム３４、溶液供給チューブ１４等の図示を省略している。
【００５０】
図７（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０上に載置し、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を部材保持部３６により保持して、第１部材２００の上方に配置する。
【００５１】
次に、図７（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、ノズル１６が第１被接合部２０２と第２被接合部２１２の間に位置するように、アーム１８によってノズル１６を移動させる。そして、ノズル１６から第１被接合部２０２の表面に溶液１１を放出する。その結果、図７（Ｃ）に示すように、第１被接合部２０２の表面に溶液１１が塗布される。金属接合装置１は、第２部材２１０と第２被接合部２１２とで挟まれた空間からノズル１６を退避させる。なお、溶液１１は、第２被接合部２１２側に塗布してもよい。以降の動作は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。
【００５２】
本変形例では、ノズル１６をシャワーヘッドとしているため、溶液１１を塗布する領域が比較的広範囲である場合に、好適に採用することができる。
【００５３】
（変形例４）
変形例３に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方における溶液１１を供給する領域を囲う隔壁部を有し、隔壁部で覆われた領域に溶液１１を供給する。以下、図８を参照しながら変形例４に係る金属接合装置１について説明する。
【００５４】
図８は、変形例４に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図８は、ノズルと第１被接合部の近傍を模式的に示している。また、図８に示すノズル１６は、スプレーノズルである。
【００５５】
図８に示すように、金属接合装置１は、ノズル１６の周囲を囲う隔壁部（クランパー）１７を有する。隔壁部１７は、略筐体形状であり、上面内壁にノズル１６が固定されている。また、下面にはノズル１６から噴霧された溶液１１が外部に送出される開口１７ａが設けられており、側壁には排気口１７ｂが設けられている。開口１７ａは、溶液１１の塗布領域の形状と同じ形状を有する。ノズル１６を第１被接合部２０２に接近させると、ノズル１６とともに隔壁部１７が第１被接合部２０２に接近し、隔壁部１７の下端部が第１被接合部２０２に当接する。この状態で、溶液１１を供給する領域が隔壁部１７によって囲われる。したがって、ノズル１６から溶液１１が噴霧されると、隔壁部１７で覆われた領域、すなわち隔壁部１７の開口１７ａと重なる領域のみに溶液１１が塗布される。なお、ノズル１６は、スプレーノズルに限らず、スポイト、シャワーヘッド等であってもよい。
【００５６】
本変形例では、隔壁部１７により溶液１１を供給する領域を囲っているため、溶液１１を塗布すべき領域、すなわち被接合部のみに溶液１１を塗布することができ、他の領域に溶液１１が飛散することを防ぐことができる。
【００５７】
（変形例５）
変形例５に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、溶液１１の収容部を有し、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方を収容部内の溶液１１に接触させる。以下、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照しながら変形例４に係る金属接合装置１について説明する。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、変形例５に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）では、アーム１８、アームレール３２、アーム３４等の図示を省略している。
【００５８】
図９（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、溶液１１の収容部１９を有する。本変形例では、収容部１９に溶液供給チューブ１４（図１参照）が接続されて溶液タンク１２（図１参照）内の溶液１１が溶液供給チューブ１４を介して収容部１９に供給される。収容部１９としては、例えば容器（バット）を挙げることができる。あるいは、溶液１１を含浸させた、スポンジ等の多孔質体であってもよい。金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０上に載置する。また、部材保持部３６を第２部材供給部８０の上方に移動させて、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を吸着保持する。
【００５９】
次に、図９（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、部材保持部３６を収容部１９上に移動させ、部材保持部３６を装置下方に変位させて、先端に保持している第２部材２１０の第２被接合部２１２を収容部１９内に浸漬して、第２被接合部２１２に溶液１１を塗布する。
【００６０】
次に、図９（Ｃ）に示すように、金属接合装置１は、部材保持部３６をステージ９０上に移動させる。そして、第２被接合部２１２に塗布された溶液１１が第１被接合部２０２と接触するまで部材保持部３６をステージ９０に接近させる。以降の動作は、以降の動作は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。なお、溶液１１は、第１被接合部２０２側に塗布してもよいが、第１被接合部２０２を有する第１部材２００および第２被接合部２１２を有する第２部材２１０のうち、第１被接合部２０２あるいは第２被接合部２１２と同一平面上に位置する領域の面積が小さい方を溶液１１に接触させることが好ましい。これにより、溶液１１が被接合部以外の領域に付着することを回避することができる。
【００６１】
本変形例では、溶液１１の入った容器に第１被接合部２０２あるいは第２被接合部２１２を浸漬して溶液１１を塗布しているため、溶液供給部１０の構造を簡略化することができる。
【００６２】
（変形例６）
変形例６に係る金属接合装置１では、溶液供給部１０は、溶液１１を含浸可能な軟質の多孔質体を有し、溶液１１を含浸させた多孔質体を第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に押し付ける。以下、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）を参照しながら変形例６に係る金属接合装置１について説明する。図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、変形例６に係る金属接合装置の動作を説明するための模式図である。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、ステージ近傍を模式的に示しており、アームレール３２、アーム３４等の図示を省略している。
【００６３】
図１０（Ａ）に示すように、金属接合装置１は、溶液１１を含浸可能な軟質の多孔質体２０を有する。多孔質体２０としては、例えばスポンジを挙げることができる。多孔質体２０には、アーム１８が連結されている。また、金属接合装置１は、溶液１１の収容部１９を有する。本変形例では、収容部１９に溶液供給チューブ１４（図１参照）が接続されて溶液タンク１２（図１参照）内の溶液１１が溶液供給チューブ１４を介して収容部１９に供給される。収容部１９としては、例えば容器（バット）を挙げることができる。金属接合装置１は、多孔質体２０を収容部１９に浸漬して、収容部１９内の溶液１１を多孔質体２０に含浸させる。また、金属接合装置１は、第１被接合部２０２を有する第１部材２００をステージ９０上に載置し、第２被接合部２１２を有する第２部材２１０を部材保持部３６により保持して、第１部材２００の上方に配置する。
【００６４】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、金属接合装置１は、多孔質体２０が第１被接合部２０２と第２被接合部２１２の間に位置するように、アーム１８によって多孔質体２０を移動させる。そして、図１０（Ｃ）に示すように、部材保持部３６をステージ９０に接近させて、溶液１１を含浸した多孔質体２０を第１被接合部２０２および第２被接合部２１２で挟み込む。これにより、第１被接合部２０２および第２被接合部２１２に溶液１１が塗布される。
【００６５】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、金属接合装置１は、部材保持部３６をステージ９０から後退させ、多孔質体２０を収容部１９に戻す。以降の動作は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）と同様であるため説明は省略する。なお、多孔質体２０を第１被接合部２０２または第２被接合部２１２に押し付けて、第１被接合部２０２側あるいは第２被接合部２１２側のみに溶液１１を塗布してもよい。
【００６６】
本変形例では、溶液１１を含浸させた多孔質体２０を第１被接合部２０２および第２被接合部２１２で挟み込んで溶液１１を塗布しているため、溶液供給部１０の構造を簡略化することができる。
【００６７】
（実施形態２）
実施形態２に係る金属接合装置は、ハンディタイプの装置である。以下、図１１を参照しながら実施形態２に係る金属接合装置１について説明する。図１１は、実施形態２に係る金属接合装置の概略構造を示す斜視図である。
【００６８】
本実施形態に係る金属接合装置１は、第１腕部１００と、第２腕部１１０とを有する。第２腕部１１０は、その一端１１０ａ側が第１腕部１００の一端１００ａ側に回動可能に連結されている。本実施形態では、第１腕部１００の一端１００ａ側と第２腕部１１０の一端１１０ａ側とがヒンジ等の可動部１０２により相対回動可能に連結されている。したがって、第１腕部１００および第２腕部１１０は、第１腕部１００の他端１００ｂ側と第２腕部１１０の他端１１０ｂ側が相対的に接近離間するよう操作可能である。
【００６９】
第１腕部１００の他端１００ｂ側および第２腕部１１０の他端１１０ｂ側の互いに対向する面には、一対の台座１２０が設けられている。一対の台座１２０は、第１腕部１００に設けられた第１台座１２２と、第２腕部１１０に設けられた第２台座１２４とを含む。第１腕部１００および第２腕部１１０が操作されていない状態で、一対の台座１２０の間には第１被接合部２０２および第２被接合部２１２が差し込まれる空間が形成される。第１腕部１００および第２腕部１１０を、可動部１０２を軸にして相対的に回動させることで、第１腕部１００の他端１００ｂ側と第２腕部１１０の他端１１０ｂ側とを接近させ、これにより、第１台座１２２と第２台座１２４との間の空間に差し込まれた第１被接合部２０２および第２被接合部２１２を加圧することができる。したがって、本実施形態に係る金属接合装置１では、第１腕部１００、第２腕部１１０、一対の台座１２０が加圧部３０に含まれる。
【００７０】
一対の台座１２０の第１台座１２２および第２台座１２４には、それぞれヒータが収容されており、第１台座１２２および第２台座１２４によって、差し込まれた第１被接合部２０２および第２被接合部２１２を加熱することができる。したがって、本実施形態に係る金属接合装置１では、一対の台座１２０が加熱部５０を構成している。
【００７１】
第１腕部１００の第２腕部１１０と反対側の面には、一端１００ａ側に溶液タンク１２が設けられている。溶液タンク１２には、溶液１１をタンク内に充填するための溶液注入口１２ａが設けられている。また、第１腕部１００の他端１００ｂ側には、ノズル１６が設けられている。ノズル１６は、第１台座１２２と第２台座１２４の間の空間に差し込まれた第１被接合部２０２および第２被接合部２１２の少なくとも一方に溶液タンク１２内の溶液１１を供給する。溶液タンク１２とノズル１６とは、第１腕部１００の内部に敷設された溶液供給チューブ１４により連結されている。
【００７２】
また、第１腕部１００の第２腕部１１０と反対側の面には、溶液タンク１２に隣接して制御ユニット７が設けられている。制御ユニット７の上面には、操作部６と溶液供給ボタン８とが設けられている。操作部６は、設定温度や溶液残量等の表示機能を備えていてもよい。すなわちモニタ４が組み込まれていてもよい。溶液供給ボタン８は、押下することで、溶液タンク１２内の溶液１１をノズル１６から送出することができる。
【００７３】
本実施形態に係る金属接合装置１の操作方法は、例えば次の通りである。まず、使用者は、金属接合装置１を把持して、第１台座１２２と第２台座１２４との間に第１被接合部２０２（図２参照）を挿入する。そして、溶液供給ボタン８を押下して、第１被接合部２０２に溶液１１を供給する。続いて、第１被接合部２０２と第１台座１２２との間に第２被接合部２１２（図２参照）を挿入し、第１腕部１００および第２腕部１１０を可動部１０２を軸に回動するよう操作する。これにより、第１被接合部２０２に供給された溶液１１と第２被接合部２１２とが接触する状態となる。そして、さらなる押し込み操作により第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とが加圧される。そして、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とが加圧された状態で、一対の台座１２０により第１被接合部２０２および第２被接合部２１２が加圧される。以上の操作により、第１被接合部２０２と第２被接合部２１２とを接合することができる。
【００７４】
本実施形態に係る金属接合装置１の加圧操作は、ステープラーの操作に準じている。すなわち、使用者は、グリップ動作により第１腕部１００および第２腕部１１０を可動部１０２を軸に接近させて、加圧処理を施すことができる。あるいは、例えば第２腕部１１０を机上等に固定し、第１腕部１００を可動部１０２を軸として押し下げることで加圧処理を施すことができる。
【００７５】
以上説明した実施形態２に係る金属接合装置１によれば、実施形態１と同様の効果が得られる。
【００７６】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００７７】
上述の各実施の形態では、第１被接合部および第２被接合部がともに銅であるが、第１被接合部および第２被接合部の一方または両方を銅以外の金属とすることもできる。たとえば、第１被接合部を銅とし、第２被接合部をアルミニウムとしてもよい。また、第１被接合部を鉄とし、第２被接合部をアルミニウムとしてもよい。
【００７８】
上述の各実施の形態では、第１被接合部と第２被接合部とを金属接合させる際に、加熱および加圧を行っているが、加熱および加圧に換えて超音波を印加しても良く、また加熱および加圧のうちいずれかを超音波印加に換えても良く、また加熱および加圧に加えて超音波を印加してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１  金属接合装置、  １０  溶液供給部、  １１  溶液、  １２  溶液タンク、  １６  ノズル、  １７  隔壁部、  １９  収容部、  ２０  多孔質体、  ３０  加圧部、  ５０  加熱部、  ９０  ステージ、  １００  第１腕部、  １００ａ  一端、  １００ｂ  他端、  １１０  第２腕部、  １１０ａ  一端、  １１０ｂ  他端、  １２０  一対の台座、  ２００  第１部材、  ２０２  第１被接合部、  ２０４  第１基材部、  ２０６  第１被膜部、  ２１０  第２部材、  ２１２  第２被接合部、  ２１４  第２基材部、  ２１６  第２被膜部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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