(57)【要約】重ね合わせ面に冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）が形成された２枚の金属板（２）（３）が重ね合わされて接合一体化されることによって内部に冷却媒体流通路（４）が形成された冷却板において、金属板（２）（３）の重ね合わせ面における少なくとも冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）に、好ましくは重ね合わせ面全面に陽極酸化皮膜（１０）を形成すると共に、摩擦撹拌接合による溶接部（２０）を形成せしめて２枚の金属板（２）（３）を接合一体化した構成とする。これにより、冷却媒体流通路の耐食性が向上して冷却板として高耐久高寿命になるし、均一な冷却が可能になる。
2003001136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせ面に冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）が形成された複数枚の金属板（２）（３）が重ね合わされて接合一体化されることによって、内部に冷却媒体流通路（４）が形成された冷却板において、
前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面における少なくとも冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）に陽極酸化皮膜（１０）が形成されると共に、前記複数枚の金属板（２）（３）が摩擦撹拌接合により接合一体化されていることを特徴とする冷却板。
【請求項２】
前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面の全面に陽極酸化皮膜（１０）が形成されている請求の範囲第１項記載の冷却板。
【請求項３】
前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士の隙間における少なくとも冷却媒体流通路（４）の近傍周囲部が、封止材（１１）によって液密状態に封止されている請求の範囲第１項記載の冷却板。
【請求項４】
前記封止材（１１）が金属素材からなる請求の範囲第３項記載の冷却板。
【請求項５】
前記封止材（１１）が耐水性樹脂接着剤からなる請求の範囲第３項記載の冷却板。
【請求項６】
前記耐水性樹脂接着剤が、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる１種または２種以上の樹脂で構成されている請求の範囲第５項記載の冷却板。
【請求項７】
前記金属板（２）（３）がアルミニウム板である請求の範囲第１項記載の冷却板。
【請求項８】
前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面の全面に陽極酸化皮膜（１０）が形成され、さらに前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士の隙間における少なくとも冷却媒体流通路（４）の近傍周囲部が、封止材（１１）によって液密状態に封止されると共に、前記金属板（２）（３）としてアルミニウム板が用いられている請求の範囲第１項記載の冷却板。
【請求項９】
前記封止材（１１）が金属素材からなる請求の範囲第８項記載の冷却板。
【請求項１０】
前記封止材（１１）が耐水性樹脂接着剤からなる請求の範囲第８項記載の冷却板。
【請求項１１】
前記耐水性樹脂接着剤が、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる１種または２種以上の樹脂で構成されている請求の範囲第１０項記載の冷却板。
【請求項１２】
複数枚の金属板（２）（３）の重ね合わせ面のそれぞれに冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）を成形する第１工程と、
前記金属板（２）（３）の重ね合わせ面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜（１０）を形成する第２工程と、
前記複数枚の金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士を重ね合わせた状態で摩擦撹拌接合を行うことによってこれらを接合一体化する第３工程とを包含することを特徴とする冷却板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
この出願は、２００１年６月２０日付で出願された日本国特許出願特願２００１−１８５８５９号及び２００１年１１月２日付で出願された米国仮出願６０／３３０，９２７号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
技術分野
この発明は、例えばスパッタリング装置、半導体製造装置、ＬＣＤ製造装置におけるバッキングプレート、サセプター、各種の温度制御用冷却板等として用いられる冷却板に関する。
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語はアルミニウム及びその合金を含む意味で用いる。
背景技術
例えば半導体製造用のスパッタリング装置には、ターゲットを取り付けるバッキングプレートが用いられているが、このバッキングプレート（１０１）は、第６図に示すように、表面に取り付けられたターゲット（１００）を冷却するために、その内部に冷却媒体流通路（１０２）が形成されている。即ち、バッキングプレート（１０１）は、２枚のアルミニウム板（１０３）（１０４）が重ね合わせ接合された合わせ板からなるものであり、両アルミニウム板（１０３）（１０４）の重ね合わせ面にそれぞれ冷却媒体流通路形成用溝（１０５）（１０６）が形成されてこれらの溝位置を対応させて両アルミニウム板（１０３）（１０４）が接合一体化されることによって、バッキングプレート（１０１）の内部に回路状の冷却媒体流通路（１０２）が形成されている。
ところで、従来のバッキングプレートでは、２枚のアルミニウム板（１０３）（１０４）の接合一体化は、冷却媒体流通路（１０２）を流れる冷却媒体の漏れを防止するべく、重ね合わせ面をろう付け接合することにより行われるのが一般的であった。
しかしながら、上記従来のバッキングプレートでは、溝（１０５）（１０６）の表面は、アルミニウム素地がそのまま露出した状態であるので、冷却媒体である水等がこの溝（１０５）（１０６）を一定期間流通すると、これらの溝が腐食してしまうという問題が発生しており、このようにバッキングプレートとしての寿命は短いものであった。このような腐食による劣化のために、実際には例えば１〜２年で新しいものに取り替えられているのが現状である。
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、冷却媒体流通路が耐食性に優れていて高寿命であると共に、冷却性能に優れた冷却板を提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、以下に示すこの発明の実施形態により明らかにされるであろう。
発明の開示
上記目的は、重ね合わせ面に冷却媒体流通路形成用溝が形成された複数枚の金属板が重ね合わされて接合一体化されることによって、内部に冷却媒体流通路が形成された冷却板において、前記金属板の重ね合わせ面における少なくとも冷却媒体流通路形成用溝に陽極酸化皮膜が形成されると共に、前記複数枚の金属板が摩擦撹拌接合により接合一体化されていることを特徴とする冷却板によって達成される。
この冷却板によれば、少なくとも冷却媒体流通路形成用溝に陽極酸化皮膜が形成されているから、冷却媒体流通路の腐食が効果的に防止され、冷却板としての耐久性が顕著に向上する。また、金属板の接合が摩擦撹拌接合により行われているので、製造後においてこの溶接部が陽極酸化皮膜に劣化等の悪影響を及ぼすこともなく、従って優れた腐食防止効果が十分に保持されるものとなり、耐久性に優れた高寿命の冷却板が得られる。更に、摩擦撹拌接合による接合であるので金属板同士が良好な状態で接合され、これにより冷却板として均一な冷却が行われるものとなる。
陽極酸化皮膜は金属板の重ね合わせ面の全面に形成されているのが好ましく、これにより冷却媒体流通路の腐食防止のみならず、金属板の重ね合わせ面全面の腐食防止も図り得て、冷却板としての耐久性が―層向上する。
金属板の重ね合わせ面同士の隙間における少なくとも冷却媒体流通路の近傍周囲部は、封止材によって液密状態に封止されているのが好ましい。これにより水等の冷媒が冷却媒体流通路以外の箇所に漏れ出て滞留等することを防止できるので、隙間腐食の発生を確実に防止できるものとなって冷却板としての耐久性がより一層向上する。
上記封止材としては、金属素材からなるもの、耐水性樹脂接着剤からなるものを用いるのが、接合（接着）耐久性に優れる点で、好ましい。
上記耐水性樹脂接着剤としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる１種または２種以上の樹脂で構成された接着剤を用いるのが、接着耐久性に特に優れている点で、好ましい。
金属板としてはアルミニウム板を用いるのが好ましく、これにより軽量化を図ることができる。
また、この発明の冷却板の製造方法は、複数枚の金属板の重ね合わせ面のそれぞれに冷却媒体流通路形成用溝を成形する第１工程と、前記金属板の重ね合わせ面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成する第２工程と、前記複数枚の金属板の重ね合わせ面同士を重ね合わせた状態で摩擦撹拌接合を行うことによってこれらを接合一体化する第３工程とを包含することを特徴とするものである。上述した特長を備えたこの発明の冷却板を生産性良く製造できるのは勿論のこと、摩擦撹拌接合を行う前に先に陽極酸化処理を施すので、金属板の重ね合わせ面の細部にまで陽極酸化皮膜を形成することができ、従って金属板の重ね合わせ面の腐食防止の確実性を高めることができ、高品質の冷却板を製造できる利点がある。更に、金属板の接合を摩擦撹拌接合により行うので、接合時において先に形成した陽極酸化皮膜を劣化させることなく接合することができ、前記優れた腐食防止効果を十分に保持させることができ、これにより耐久性に優れた高寿命の冷却板を製造できる。
発明を実施するための最良の形態
この発明の一実施形態に係る冷却板を第１図〜第３図に示す。この冷却板（１）は、スパッタリング装置のバッキングプレートとして用いられるものであり、２枚の金属板（２）（３）が重ね合わされて接合一体化された合わせ板からなるものである。なお、本実施形態では、金属板（２）（３）としてアルミニウム板が用いられている。
前記２枚の金属板（２）（３）の重ね合わせ面のそれぞれには、断面半円形状の冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）が形成されている。即ち、第４図に示すように、下方の金属板（３）の重ね合わせ面において、その長さ方向の一端側から形成された１本の溝が３方向に分岐した後、これら３本の溝が長さ方向に沿って平行状に他端側に向けて延ばされ、他端側で３本の溝が合流されて１本の溝となるように冷却媒体流通路形成用溝（３ａ）が形成されている。上方の金属板（２）についても全く同態様の冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）が形成されている。しかして、第３Ａ図に示すように、これら溝（２ａ）（３ａ）の位置を合致させる態様で金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士が重ね合わされて接合一体化されることによって、冷却板（１）の内部に回路状の冷却媒体流通路（４）が形成されている（第２図参照）。
第３Ｂ図に拡大して示すように、前記２枚の金属板（２）（３）の重ね合わせ面には、それぞれ陽極酸化皮膜（１０）（１０）が形成されている。即ち、冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）に陽極酸化皮膜（１０）（１０）が形成されると共に、金属板（２）（３）の重ね合わせ面の残部全面にも同様に陽極酸化皮膜（１０）（１０）が形成されている。このように冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）に陽極酸化皮膜が形成されているので、冷却媒体流通路（４）の腐食を効果的に防止することができ、これにより冷却板（１）としての耐久性を顕著に向上できる。また、冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）も含めて金属板（２）（３）の重ね合わせ面の全面に陽極酸化皮膜が形成されているので、冷却媒体流通路（４）の腐食防止のみならず、重ね合わせ面全面の腐食防止も図ることができ、冷却板（１）の耐久性を一層向上させることができるものである。
更に、第３Ｂ図に示すように、金属板（２）（３）の重ね合わせ面相互間の隙間における冷却媒体流通路（４）の近傍周囲部は、封止材（１１）によって液密状態に封止されている。一般に金属板の重ね合わせ面同士の間に隙間が生じる場合には水等の冷却媒体による隙間腐食の発生が生じ易くなるが、このような隙間のうち少なくとも冷却媒体流通路（４）の近傍周囲部が封止材で封止されることで、水等の冷媒が冷却媒体流通路（４）以外の箇所に漏れ出て滞留等することを防止できるので、前記隙間腐食の発生を確実に防止できるものとなって冷却板（１）としての耐久性がより一層向上する。なお、金属板の重ね合わせ面同士の隙間の全てを封止材で封止するものとしても良い。
前記２枚の金属板（２）（３）の接合一体化は、摩擦撹拌接合により行われている。この摩擦撹拌接合とは、例えば回転するピン状プローブを溶接対象部に挿入し、プローブとの接触部を摩擦熱にて軟化させ撹拌しながら、プローブを挿入状態で溶接対象部に沿って移動させることにより溶接接合する接合手法であり、固相接合法の一種であるから、異種金属同士でも接合することができる。本実施形態では、第１図、第２図、第３Ａ図に示すように、金属板（２）の上面側から摩擦撹拌接合されており、その溶接部（２０）位置は、金属板（２）（３）の周縁部と、前記した平行状に配置された３本の溝（２ａ）（２ａ）（２ａ）に挟まれた中央部である。
このように２枚の金属板（２）（３）の接合が摩擦撹拌接合により行われているので、製造後においてこのような溶接部（２０）から陽極酸化皮膜（１０）に劣化等の悪影響を及ぼすことがない。従って優れた腐食防止効果を十分に保持させることができ、耐久性に優れた高寿命の冷却板（１）となる。更に、摩擦撹拌接合による接合であるので陽極酸化皮膜が存在しても２枚の金属板（２）（３）が良好な状態で接合され、これにより冷却板（１）として均一な冷却が可能となるものである。
この発明において、前記封止材（１１）としては、金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士の隙間を液密状態に封止しうるものであればどのようなものでも使用できるが、中でも金属素材からなる封止材（メタルフィッティング）または耐水性樹脂接着剤からなる封止材を用いるのが、接合（接着）耐久性を向上できる点で、好ましい。
前記封止材（１１）を構成する金属素材としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム等を例示できる。
前記封止材（１１）を構成する耐水性樹脂接着剤としては、特に限定されないが、接着耐久性に特に優れている点で、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる１種または２種以上の樹脂で構成された接着剤を用いるのが好ましい。
この発明の冷却板（１）は、例えば次のようにして製造される。まず、２枚の金属板（２）（３）の重ね合わせ面を、前記溝（２ａ）（３ａ）形状に対応した成形凸部を有する成形金型でプレスすることにより、この重ね合わせ面に冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）を成形する（第１工程）。
次に、金属板（２）（３）の重ね合わせ面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成せしめる（第２工程）。
次いで、冷却媒体流通路形成用溝（２ａ）（３ａ）の位置を合致させる態様で金属板（２）（３）の重ね合わせ面同士を重ね合わせ、この状態で摩擦撹拌接合を行って金属板（２）（３）を接合一体化する（第３工程）。
本製造方法によれば、摩擦撹拌接合を行う前に先に陽極酸化処理を施すので、金属板（２）（３）の重ね合わせ面の細部にまで良好状態に陽極酸化皮膜を形成することができる。従って、金属板（２）（３）の重ね合わせ面の腐食防止の確実性を高めることができる。また、陽極酸化皮膜を形成した後の接合手法として摩擦撹拌接合を採用しているので、接合時に先に形成した陽極酸化皮膜を劣化させることがないという利点もある。
上記実施形態においては、陽極酸化皮膜（１０）は、金属板（２）（３）の重ね合わせ面に形成されているが、例えば金属板（２）（３）の外面（重ね合わせ面の裏面）にも形成されていても良い。
また、上記実施形態では、２枚の金属板（２）（３）が重ね合わせ接合された構成であるが、勿論この２枚接合一体化構成を基本構成としてこれにもう１枚以上組み合わせて、３枚以上の複数枚の金属板が上記実施形態と同要旨の構成で接合された構成を採用しても良く、本願の特許請求の範囲に記載の発明はこのような構成も含むものである。
また、上記実施形態では、冷却媒体流通路（４）の断面形状は、円形となされているが、特にこのような形態のものに限定されるものではない。また、冷却媒体流通路（４）の回路形態は、上記実施形態のような分岐・合流形態のものに限定されるものではなく、例えば蛇行状回路に構成されたものであっても良い。
また、上記実施形態では、摩擦撹拌接合は金属板（２）の上面側から行われているが、例えば第５図に示すように金属板（２）（３）の側面側から行われたものであっても良い。
更に、上記実施形態では、スパッタリング装置のバッキングプレートとして用いられるものを例示したが、この発明の冷却板（１）の用途は特にこのようなものに限定されるものではなく、例えば半導体製造装置、ＬＣＤ製造装置におけるバッキングプレート、サセプター、或いは各種の温度制御用冷却板等として用いることができる。
次に、この発明の具体的実施例について説明する。
実施例１
第４図に示すような溝が形成されたアルミニウム板を２枚用意し、このアルミニウム板の溝形成面（重ね合わせ面）に、硫酸法による陽極酸化処理（電流密度１．３Ａ／ｄｍ２の交流電解により１５分間陽極酸化、沸騰水封孔）を施して厚さ６μｍの陽極酸化皮膜を形成した。
前記溝の位置を合致させる態様でアルミニウム板の溝形成面同士を重ね合わせ、この状態で摩擦撹拌接合を行ってアルミニウム板を接合一体化して冷却板を得た。
実施例２
前記アルミニウム板の重ね合わせ面同士（陽極酸化皮膜同士）の隙間における冷却媒体流通路の近傍周囲部を、アルミニウムからなる封止材によって液密状態に封止した以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
実施例３
前記アルミニウム板の重ね合わせ面同士（陽極酸化皮膜同士）の隙間における冷却媒体流通路の近傍周囲部を、エポキシ系樹脂接着剤からなる封止材によって液密状態に封止した以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
実施例４
前記アルミニウム板の重ね合わせ面同士（陽極酸化皮膜同士）の隙間における冷却媒体流通路の近傍周囲部を、フェノール系樹脂接着剤からなる封止材によって液密状態に封止した以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
実施例５
前記アルミニウム板の重ね合わせ面同士（陽極酸化皮膜同士）の隙間における冷却媒体流通路の近傍周囲部を、ポリオレフィン系樹脂接着剤からなる封止材によって液密状態に封止した以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
実施例６
前記アルミニウム板の重ね合わせ面同士（陽極酸化皮膜同士）の隙間における冷却媒体流通路の近傍周囲部を、アクリル系樹脂接着剤からなる封止材によって液密状態に封止した以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
比較例１
陽極酸化皮膜を形成しない構成とした以外は、実施例１と同様にして冷却板を得た。
比較例２
摩擦撹拌接合に代えてＴＩＧ溶接により接合した以外は、比較例１と同様にして冷却板を得た。
上記のようにして得られた各冷却板に対して下記試験法により耐食性（腐食防止性）を評価した。
耐食性（腐食防止性）試験法
各冷却板の冷却媒体流通路に、下記組成からなる腐食試験液（水溶液）を流量３０Ｌ／分、液温９０〜９５℃の条件で５００時間通水した後、冷却媒体流通路および重ね合わせ面同士の隙間部を観察し、腐食発生のないものを「○」とし、腐食発生が軽微な程度に抑制されているものを「△」とし、腐食が顕著に発生しているものを「×」とした。なお、表１における「△〜○」の評価は、基本的に腐食発生はないものの、稀に軽微な程度の腐食発生が認められる状態を示しており、これに対して「○」の評価は、腐食発生が確実に抑えられている状態を示している。
腐食試験水溶液（ＮａＣｌ：２３４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ２ＳＯ４：８９ｍｇ／Ｌ、ＣｕＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：２．７ｍｇ／Ｌ、ＦｅＣｌ２・６Ｈ２Ｏ：１４５ｍｇ／Ｌ）
【表１】
2003001136.tif 000003
表１から明らかなように、この発明の実施例１〜６の冷却板は、冷却媒体流通路および重ね合わせ面同士の隙間部のいずれにおいても耐食性に優れていた。特に、重ね合わせ面同士の隙間部が封止材で封止された実施例２〜６では腐食発生がなく非常に耐食性に優れていた。これに対して、比較例１、２の冷却板は耐食性に劣っていた。
以上のように、この発明の冷却板は、少なくとも冷却媒体流通路形成用溝に陽極酸化皮膜が形成されているから、冷却媒体流通路の腐食を効果的に防止でき、冷却板としての耐久性を顕著に向上させることができると共に、金属板同士の接合が摩擦撹拌接合により行われているので、製造後においてこの溶接部が経時的に陽極酸化皮膜に劣化等の悪影響を及ぼすことがなく、従って当初の優れた腐食防止効果を長期間にわたって保持することができ、これらの相乗作用によって耐久性に優れた高寿命の冷却板となし得る。更に、摩擦撹拌接合により金属板同士が良好な状態で接合されるので、表面のいずれの位置でもばらつくことのない均一な冷却が可能となる。
金属板の重ね合わせ面の全面に陽極酸化皮膜が形成されている場合には、冷却板の耐久性を一層向上させることができる。
金属板の重ね合わせ面同士の隙間における少なくとも冷却媒体流通路の近傍周囲部が封止材によって液密状態に封止されている場合には、隙間腐食の発生を確実に防止できるので冷却板の耐久性をより一層向上させることができる。
封止材が金属素材又は耐水性樹脂接着剤からなる場合には、接合耐久性をより向上できて、封止の確実性を向上できる。
耐水性樹脂接着剤が、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる１種または２種以上の樹脂で構成されている場合には、接着耐久性を顕著に向上させることができて長期にわたり確実に封止できるものとなり、ひいては冷却板の耐久性を一段と向上させることができる。
金属板がアルミニウム板である場合には、軽量性に優れたものとなる。
また、この発明の冷却板の製造方法は、冷却板を生産性良く製造できる上に、摩擦撹拌接合を行う前に先に陽極酸化処理を施すので、金属板の重ね合わせ面の細部にまで陽極酸化皮膜を形成することができ、従って金属板の重ね合わせ面の腐食防止の確実性を高めることができ、高品質の冷却板を製造できる。また、摩擦撹拌接合を用いているので、接合時に先に形成した陽極酸化皮膜を劣化させることがなく、従って前記腐食防止の確実性向上効果とも相俟って、より耐久性に優れた高寿命の冷却板を製造できる。
ここで用いられた用語及び説明は、この発明に係る実施形態を説明するために用いられたものであって、この発明はこれに限定されるものではない。この発明は請求の範囲内であれば、その精神を逸脱するものでない限りいかなる設計的変更をも許容するものである。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明の冷却板は、均一な冷却が可能になると共に、耐久性に優れて高寿命であるから、例えばスパッタリング装置、半導体製造装置、ＬＣＤ製造装置におけるバッキングプレート、サセプター、各種の温度制御用冷却板等として適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の一実施形態に係る冷却板を示す斜視図である。
第２図は、同冷却板の平面図である。
第３Ａ図は、第１図におけるＡ−Ａ線の断面図である。
第３Ｂ図は、第３Ａ図における冷却媒体流通路及びその近傍を拡大して示す断面図である。
第４図は、冷却板を、接合前の分離状態で示す斜視図である。
第５図は、他の実施形態の冷却板を示す断面図である。
第６図は、従来の冷却板を示す断面図である。
【図１】
2003001136.tif 000004
【図２】
2003001136.tif 000005
【図３Ａ】
2003001136.tif 000006
【図３Ｂ】
2003001136.tif 000007
【図４】
2003001136.tif 000008
【図５】
2003001136.tif 000009
【図６】
2003001136.tif 000010
【国際調査報告】
2003001136.tif 000011
2003001136.tif 000012