(57)【要約】【課題】  スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをホットプレート上で溶融接合した後の冷却時間の短縮による生産性の向上と品質の向上を同時に達成できるボンディング装置を提供すること。【解決手段】  スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをボンディング材により接合するため、前記バッキングプレートを介して前記ボンディング材を加熱する加熱装置を具備するボンディング装置であって、前記バッキングプレートの底面全面に熱を伝える伝熱プレートを具備し、該伝熱プレートは、前記バッキングプレートの底面よりも広いバッキングプレート載置面と、冷却機構とを具備しており、該冷却機構は、前記伝熱プレート内部に配置された冷媒流路、冷媒および冷媒循環手段からなるボンディング装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをボンディング材により接合するため、前記バッキングプレートを介して前記ボンディング材を加熱する加熱装置を具備するボンディング装置であって、前記バッキングプレートの底面全面に熱を伝える伝熱プレートを具備し、該伝熱プレートは、前記バッキングプレートの底面よりも広いバッキングプレート載置面と、冷却機構とを具備しており、該冷却機構は、前記伝熱プレート内部に配置された冷媒流路、冷媒および冷媒循環手段からなることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、スパッタリング用ターゲット材と伝熱プレートの両方を載置し加熱する加熱プレート面を具備するものであることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記冷媒流路は、前記バッキングプレート載置面に沿って並列に複数本配置された冷却管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記伝熱プレートは、前記加熱装置から着脱自在であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとを接合するボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物理蒸着法の一種であるスパッタリング法は、形成する薄膜の材質となるターゲット材にイオン化した不活性ガス原子を衝突させて、弾き飛ばされた物質を基板上に堆積させる成膜技術である。ターゲット材は、バッキングプレートをボンディング（接合）した形態で使用されるのが一般的である。この形態では、成膜過程で高温になったターゲット材を、高熱伝導性を有するバッキングプレートによって冷却することができる。
ターゲット材とバッキングプレートのボンディングには、種々の手法があるが、一般にはロウ接合（ハンダ接合）が用いられる。具体的には、例えば、特許文献１に記載されるように、ターゲット材をホットプレート上に載置し加熱して、ホットプレートと反対側に位置する接合面にボンディング材を塗布する。一方、バッキングプレートも同様にホットプレート上に載置し加熱して、ホットプレートと反対側に位置する接合面にボンディング材を塗布する。そして、ボンディング材が溶融している状態で、両者の接合面同士を重ね合わせたまま室温まで放置冷却し、接合面同士を接合させる、という工程を経る。
【０００３】
また、特許文献１には、ターゲット材とバッキングプレートとの平行を確保してボンディング材の層の厚さを一定に保つ技術として、一定厚さのワイヤをターゲット材とバッキングプレート間に配置する方法も開示されている。この手法は、接合品質を保つ上でも有効な手法と考えられる。
また、接合品質という点においては、冷却時に外周部から中心部に向かってボンディング材が凝固していく場合、内部に引け巣が発生する可能性が考えられる。この点に鑑み、冷却過程において中心部に対応する部位であるターゲット材の上面中央を局所的に強制冷却する手法が特許文献２に提案されている。この手法によれば、ボンディング材の凝固が中心部より次第に外周方向に進行し、ターゲット材の接合面の外側に引け巣を発生させて簡単に除去できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１７０１７０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２８０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１あるいは特許文献２に開示されるように、スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとのボンディングの品質を向上する技術は、種々提案されている。
ところで、このようなボンディング工程においては、品質に加えて生産性も重要である。
本発明者の検討によれば、ボンディング工程において、最も生産性を阻害しているのが、ボンディング材の凝固にかかる時間であることを確認した。ボンディング材が凝固する前は、スパッタリング用ターゲット材は液体の上の浮かんでいるような状態となっている。生産性向上の観点から、次ロットのスパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをボンディングをするために、スパッタリング用ターゲット材が載置されたバッキングプレートを別の場所に移動させて冷却する際は、少しの外力でも位置ずれを起こす場合がある。精度よくボンディングするためには、ボンディング材が十分に凝固するまで待機する冷却時間を確保しなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをホットプレート上で溶融接合した後の冷却時間の短縮による生産性の向上と品質の向上を同時に達成できるボンディング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、バッキングプレートの有する熱伝熱性を考慮し、ボンディング装置における加熱装置とバッキングプレートとの間に、バッキングプレート全面の加熱と冷却を行う特定の伝熱プレートを配置する構成を採用することで、生産性を大きく改善できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとをボンディング材により接合するため、前記バッキングプレートを介して前記ボンディング材を加熱する加熱装置を具備するボンディング装置であって、前記バッキングプレートの底面全面に熱を伝える伝熱プレートを具備し、該伝熱プレートは前記バッキングプレートの底面よりも広いバッキングプレート載置面と、冷却機構とを具備しており、該冷却機構は、前記伝熱プレート内部に配置された冷媒流路、冷媒および冷媒循環手段からなるボンディング装置である。
【０００９】
前記加熱装置は、スパッタリング用ターゲット材と伝熱プレートの両方を載置し加熱する加熱プレート面を具備するものであることが好ましい。
前記冷媒流路は、前記バッキングプレート載置面に沿って並列に複数本配置された冷却管であることが好ましい。
前記伝熱プレートは、前記加熱装置から着脱自在とすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のボンディング装置によれば、ボンディング工程を大幅に短縮することができ、生産性を飛躍的に改善することができるため、バッキングプレートをボンディングしたスパッタリング用ターゲット材の製造にとって有効な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のボンディング装置で加熱する形態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のボンディング装置で冷却する形態の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述した通り、本発明の重要な特徴は、バッキングプレート全面の加熱と冷却を行う特定の伝熱プレートを配置する構成としたことである。以下、本発明のボンディング装置を、図面を用いて詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明のボンディング装置で加熱する形態の一例を示す模式図であり、スパッタリング用ターゲット材６およびバッキングプレート５に塗布されたボンディング材７を溶融する形態の一例を示すものである。また、図２は、本発明のスパッタリング用ターゲット材をバッキングプレート上に載置後、冷却する形態の一例を示すものである。
図１および図２における本発明のボンディング装置は、加熱装置２の加熱プレート面２ａ上に設置した伝熱プレート１を具備するものである。
本発明で適用するボンディング材として使用可能な材料は、はんだやロウ材が適用でき、接合する材料に応じて適宜選択できる。
この伝熱プレート１の作用は、バッキングプレート５の底面に熱を伝えて加熱したり、逆に熱を奪って冷却したりするものである。伝熱プレート１は直方体形状を有する金属により構成することが好ましい。その材質としては、熱伝導率の高いアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、あるいはこれらを主体とする合金等が好ましく、典型的には１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材質が好ましい。
【００１４】
また、伝熱プレート１は、バッキングプレート５の底面よりも広いバッキングプレート載置面１ａを具備している。
本発明で用いる伝熱プレート１は、このような広いバッキングプレート載置面１ａにより、バッキングプレート５の全面を、できるだけ均一に素早く冷却することができる。これにより、従来の課題であった冷却の際に発生する引け巣を低減するとともに、部分的な冷却速度の違いから接合部の硬さバラツキが発生し、接合強度低下の原因となるのを防ぐものである。
また、図１および図２に示す本発明の伝熱プレート１は、伝熱プレート１内部にあってバッキングプレート５の載置面に沿って並列に複数本配置された冷却管４による冷媒流路、冷媒３、および冷媒循環手段（図示しない）からなる冷却機構を有している。
【００１５】
上述した通り、伝熱プレート１は、ボンディング材７をバッキングプレート５上で加熱して溶融するための伝熱部材として機能する必要がある。一方、冷媒流路を配置することは、伝熱プレート１の熱伝導率を低下することになる。従い、加熱するという目的のみからすれば、一見適正な構成ではない。しかし、本発明で伝熱プレート１が加熱対象とするバッキングプレート５は、その機能として高い熱伝導率を有するものであり、伝熱プレート１の熱伝導率の低下におけるバッキングプレート５上のボンディング材７を溶融するための温度上昇に対する悪影響は少ない。
本発明のボンディング装置は、伝熱プレート１を採用することにより、スパッタリング用ターゲット材６とバッキングプレート５とを全く移動することなく、加熱から冷却へ簡単に切り替えることができるため、移動に伴う外力によるボンディング位置のずれの発生といった問題も発生しにくい。
【００１６】
また、本発明における冷却機構は、図１に示す並列に複数本配置された冷却管４の形態に限られない。例えば、伝熱プレートを割型として一表面に連続する溝を形成した後で表面を封止する構成とし、例えば蛇行するように、冷媒流路を自在に形成して配置することも可能である。なお、図１および図２のように、冷却管４として並列に複数本配置するのは、単純で均一な冷媒流路が形成でき、外部から供給する冷媒循環手段との接続も容易になるという点で好ましい。
また、図２に示すように、隣り合う冷却管４の冷媒３を向流とすることで、伝熱プレート１の冷却をその面内でより均一にすることが可能である。並列に複数本配置する冷却管４は、２〜１０本配置させることが好ましく、伝熱プレート１のサイズに応じて適宜選択できる。
この冷媒流路を形成する冷却管４としては、例えば、伝熱性の高い銅（Ｃｕ）パイプなどが使用できる。また、冷却管４は、伝熱プレート１を厚さ方向中央部で割型として、冷却管４の形状に沿うように溝を形成しておき、割型で冷却管４を挟み込むようにすることで容易に設置することができる。
なお、本発明で使用する冷媒３としては、図示しないチラー等の冷媒循環手段で冷却された水、あるいは温水、さらには各種液体が適用できる。中でも水は、冷却効率がよく、取扱いに優れている点で好ましい。
【００１７】
また、加熱装置２としては、図１に示すように、スパッタリング用ターゲット材６と伝熱プレート１の両方を載置し加熱する加熱プレート面２ａを有している。
この加熱装置２としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）からなる加熱プレート面２ａの反対側に誘導コイルや電気抵抗等の加熱手段を具備する、いわゆるホットプレートを用いることができる。
本発明において、スパッタリング用ターゲット材６と伝熱プレート１は、それぞれ別の加熱装置で加熱してボンディング材７を溶融するようにしてもよいが、図１で示すように一の加熱プレート面２ａにより近接位置で加熱するのが合理的である。これにより、接合時にスパッタリング用ターゲット材６の移動距離を短くすることができ、スパッタリング用ターゲット材６上のボンディング材７の温度低下を抑制できることはもちろんのこと、ボンディング材７が、不用意にこぼれてしまうことを防止できるという効果もある。
【００１８】
以下、図１および図２を用いて、本発明のボンディング装置による具体的なボンディング工程の一例を説明する。
まず、図１に示すように、加熱装置２の加熱プレート面２ａの空きスペースに加熱すべきスパッタリング用ターゲット材６を載置し、また伝熱プレート１上にはバッキングプレート５を載置する。加熱装置２に電力供給すると、加熱プレート２ａ面が加熱され、伝熱によりバッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６の上面が加熱される。この加熱時には冷却管４の冷媒を排除しておく。
次に、バッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６のそれぞれの上面にボンディング材７を配置して溶融させる。なお、バッキングプレート５には、接合すべきスパッタリング用ターゲット材６との接合面の外縁に耐熱テープを貼って、ボンディング材７が必要な場所に留まるようにしておく。
ボンディング材７がバッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６の両方に定着したら、スパッタリング用ターゲット材６を反転させて、ボンディング材７の載っているスパッタリング用ターゲット材６の上面をバッキングプレート５のボンディング材７の面に合わせるように載置して、図２の状態とする。
【００１９】
スパッタリング用ターゲット材６がボンディング材７を介してバッキングプレート５上に載置された状態から、加熱装置２への電力供給を遮断し、加熱を停止してから冷却を開始する。
本発明のボンディング装置は、図示しない冷媒循環手段から冷媒流路となる冷却管４に冷媒３を通すことで、伝熱プレート１が冷却され、伝熱プレート１のバッキングプレート載置面１ａの温度が低下することで、バッキングプレート５の全面から抜熱が進み、ボンディング材７を急速に冷却することができる。
【００２０】
本発明のボンディング装置は、伝熱プレート１を加熱装置２上から着脱自在とすることもできる。本発明のボンディング装置は、例えば、冷却効率を上げる必要がないほどの小面積のスパッタリング用ターゲットを得るときや、冷却速度を早めることでスパッタリング用ターゲット材にクラックなどの問題が発生するクロム（Ｃｒ）等の組成のスパッタリング用ターゲットを得るときなどには、伝熱プレート１を外して用いることができる。
また、伝熱プレート１を着脱自在にしておくと、例えばバッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６をボンディング材７により接合し、移動が可能な接合強度となった時点で、伝熱プレート１上に載置したまま冷却を進行させながら加熱装置２外に移動させることができる。このとき、着脱自在な伝熱プレート１は、複数台用意しておくことが好ましい。これにより予め次のロットの伝熱プレート（図示せず）を段取りしておくことで、次ロットの接合を速やかに進めることができる。
伝熱プレート１を加熱装置２上から着脱自在にする機構としては、加熱装置２上に直接伝熱プレート１を載置するだけでよく、安全を考慮してクランプ等で固定しておくことが好ましい。また、この他の例として、加熱装置２に伝熱プレート１を位置決め用のピンを設置して、このピンにより位置決めするようにしてもよい。
また、本発明において、例えば、伝熱プレート１内の冷却管４とチラー（図示せず）等の冷媒循環手段側の配管とをワンタッチ式のジョイントで結合し、適宜取付けや取外しをするようにすれば、伝熱プレート１を冷媒循環手段から脱着することが容易になる。
【実施例】
【００２１】
本発明の効果を確認するため、図１に示すボンディング装置の使用形態において、本発明の実施例として、アルミニウム（Ａｌ）製のプレート内に冷媒流路を設けた伝熱プレートを用いてボンディングした場合について、冷却時間および接合部の欠陥の有無を確認した。また、比較例として、冷媒流路を持たないアルミニウム（Ａｌ）製の伝熱プレートを用いてボンディングした場合について、冷却時間および接合部の欠陥の有無を確認した。
先ず、スパッタリング用ターゲット材として、厚さ２０ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ２６０ｍｍの銅（Ｃｕ）製のターゲット材を準備した。バッキングプレートは、スパッタリング用ターゲット材と同じ銅（Ｃｕ）製で、厚さ２０ｍｍ×幅２００ｍｍ×長さ３００ｍｍものを用い、ボンディング材としてインジウム（Ｉｎ）を使用した。また冷媒としては、水を使用し、この水は外部に設ける冷媒循環手段（チラー）を設けて１５℃になるように温度調節して使用した。
【００２２】
上述したボンディング工程に示す通り、加熱装置２の加熱プレート面２ａにスパッタリング用ターゲット材６を載置し、また伝熱プレート１上には、バッキングプレート５を載置した。加熱装置２によりバッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６の上面が２００℃に達するまで加熱した後、バッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６のそれぞれの上面にボンディング材７を配置して溶融させた。
ボンディング材７がバッキングプレート５とスパッタリング用ターゲット材６の両方に馴染んだら、ボンディング材７を塗布したスパッタリング用ターゲット材６の上面をバッキングプレート５のボンディング材７を塗布した面に合わせるように載置して、図２の状態になるようにした。その後、表１に示す比較例となる条件１の場合は、送風機２台で空冷した。また、本発明の実施例となる条件２の場合は、伝熱プレートの冷媒流路に水を通して冷却した。
【００２３】
インジウム（Ｉｎ）の融点は１５６．６℃であり、接合部のボンディング材７の温度を測定することは困難であるため、スパッタリング用ターゲット材の表面温度が１００℃になった時点を凝固完了とし、冷却開始から凝固完了までの時間を評価した。この結果を表１に示す。
表１に示す通り、本発明のボンディング装置を用いれば、比較例となる従来の方法に比較して１回あたり４０分の冷却時間を短縮できることを確認した。
冷却完了後のスパッタリング用ターゲット材について、超音波探傷画像装置を用いて接合部を評価したところ、いずれの条件も接合不良は確認されず、良好であった。
本発明のボンディング装置によれば、スパッタリング用ターゲット材とバッキングプレートとを伝熱プレート上で溶融接合した後の冷却時間を短縮でき、生産性が向上することを確認できた。
【００２４】
【表１】
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【符号の説明】
【００２５】
１  伝熱プレート
２  加熱装置
３  冷媒
４  冷却管
５  バッキングプレート
６  スパッタリング用ターゲット材
７  ボンディング材
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月12日(2012.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の効果を確認するため、図１に示すボンディング装置の使用形態において、本発明の実施例として、アルミニウム（Ａｌ）製のプレート内に冷媒流路を設けた伝熱プレートを用いてボンディングした場合について、冷却時間および接合部の欠陥の有無を確認した。また、比較例として、冷媒流路を持たないアルミニウム（Ａｌ）製の伝熱プレートを用いてボンディングした場合について、冷却時間および接合部の欠陥の有無を確認した。
先ず、スパッタリング用ターゲット材として、厚さ２０ｍｍ×幅１８０ｍｍ×長さ２６５０ｍｍの銅（Ｃｕ）製のターゲット材を準備した。バッキングプレートは、スパッタリング用ターゲット材と同じ銅（Ｃｕ）製で、厚さ２０ｍｍ×幅２００ｍｍ×長さ３０００ｍｍものを用い、ボンディング材としてインジウム（Ｉｎ）を使用した。また冷媒としては、水を使用し、この水は外部に設ける冷媒循環手段（チラー）を設けて１５℃になるように温度調節して使用した。