JP2008512571A - スパッタリングターゲットのハンダ接合方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、スパッタリングターゲットを受け板に接合する方法の一つであるハンダ接合方法であって、溶解状態のハンダに接合すべき面が浸漬されている状態で、接合すべき面の間に布地を入れて通らせることで、接合すべき面の間に存在する酸化物と気泡を外へ掃き出すことを特徴とする接合方法である。

Description

本発明は、スパッタリングターゲットと受け板をハンダ（以下、金属と金属または金属とセラミックスの接合に利用されるインジウム、鉛、錫などの易融金属または易融金属を含む易融合金を「ハンダ」という）を使って接合する場合において、接合後にスパッタリングターゲットと受け板との間に介在するハンダ中に残留する酸化物や空隙を最小化するためのスパッタリングターゲットのハンダ接合方法に関する。

スパッタリングとは、真空雰囲気下でアルゴンなどの不活性ガスのカチオンが高電圧によって加速されて負極に高速で衝突する時、負極をなす原子または分子が表面から飛び出す現象のことをいう。スパッタリングされる負極の前方に物体をおいておくと、負極から飛び出した原子または分子が該物体の表面に堆積して均一な薄膜が形成されるため、半導体製造工程、フラットパネルディスプレイ製造工程などにおいて高純度の良質の薄膜を形成したい時に多用されている。スパッタリング工程において負極は、通常、スパッタリングターゲットと呼ばれ、薄膜形成作業の繰り返しに伴って消耗するため、周期的に取り替える必要がある。スパッタリングターゲットは、そのまま使うか、または受け板に接合して使うが、スパッタリングターゲットは高価であることから、大半は受け板に接合して使う。スパッタリング工程中にスパッタリングターゲットは多量の高エネルギーイオンによって衝突され急速に発熱するため、スパッタリング工程を継続して行うためには、発生する熱を継続して除去して、スパッタリングターゲット及びハンダの溶解を防止する必要がある。熱の除去は、冷却水でスパッタリングターゲットの裏部分を冷却させて行うか、またはスパッタリングターゲットが受け板に接合されて使われる時は、スパッタリングターゲットが接合されている受け板の裏部分に冷却水を循環させて行う。

スパッタリングターゲットは、円形、長方形などの様々な形態を有し、図１は、一例として長方形のスパッタリングターゲット１と、それに接合されて使われる受け板２を示し、図２は、スパッタリングターゲット１が受け板２に接合されている状態を示している。

スパッタリングターゲットと受け板をハンダで接合する時の接合方法は、通常に接合される面を、すなわちスパッタリングターゲットの裏面と受け板の表面を互いに密着できるように平面加工した後、その温度がハンダの溶解点より高く保たれている熱板上にスパッタリングターゲットと受け板を載置し、スパッタリングターゲットの裏面と受け板の表面にハンダを塗布した後、図３に示すように受け板４の表面に溶解状態のハンダ５が縁まで満ちるように保持された状態で、スパッタリングターゲット３の裏面がその上に接するように軽く位置させてから下ろして接合作業を行う。このようなスパッタリングターゲットの通常の接合方法では、接合作業中に接合面の間に空気が閉じ込められて残留することがあり、またハンダの表面（スパッタリングターゲットの裏面と受け板の表面に塗布されているハンダの表面）が空気によって酸化し、このような酸化面が互いに接触すると、接合不良の状態となり、また酸化物もそのまま残留するようになるため、ハンダが凝固し接合作業の終了後、スパッタリングターゲットと受け板との間には閉じ込められた空気と残留している酸化物によって接着不良の部分、すなわち空隙と酸化物が残留するという短所がある。

図４は、通常の方法による接合作業後に接合層のハンダに残留している空隙や酸化物を示す超音波スキャニングイメージであって、白く見える部分が空隙や酸化物によって接合が正常に行われていない部分を示す（２枚の透明なガラスを重ねてから、その間に水を入れると、空気滴が残留している部分は光によって反射するようになる。このような原理で、２枚の板を接合し、接合面に超音波ビームを照射すると、接合できていない部分は超音波が強く反射するようになる。このような現象を用いて、接合面を超音波ビームでスキャニングすると、接合面の欠陥部分が分かる。）。このような空隙や酸化物は、全般的な接合強度を下げるだけでなく、熱伝達の連続性を断絶することにより、スパッタリング工程中にスパッタリングターゲットの表面から発生する熱が受け板の裏面へ伝わることを妨害するため、局所的な温度上昇を招き、ハンダの強度を弱化させる。これに加えて、スパッタリング工程中のスパッタリングターゲットは、高速のイオンの衝突による発熱によって温度が上昇し膨脹しようとするのに対し、受け板は、冷却水によって低温に保持されつつ、スパッタリング装備に固定されて本来の形態を保っているため、スパッタリングターゲットと受け板との間には大きなせん断応力が生じるようになる。このようなせん断応力にもかかわらず、スパッタリングターゲットと受け板はハンダにて接合が保持されているが、空隙が大きいか、多量の介在酸化物が密集している場合は、局所的な温度上昇が非常に高くなることでハンダの強度が低下し、さらにせん断応力が空隙や酸化物の端部に強く集中するようになる。この集中した応力がハンダの耐力より高い時は、空隙の大きさがさらに増大するようになり、結果として、スパッタリングターゲットが受け板から分離されてしまうという不都合が発生するようになる。

かかる接合面の酸化物と空隙は、スパッタリングターゲットの大きさが大きくなるほど防止しにくくなり、現在フラットパネルディスプレイの製造に利用されるスパッタリングターゲットのように大きさが数平方二乗メートルに達するスパッタリングターゲットの接合時には、接合面に酸化物と空隙を防止することは極めて困難である。

参考として、図５は、中に空隙６を有するある物体に引張力が加えられている状態を示す図であって、この空隙の端部３に集中する応力は、空隙の大きさ７が大きいほど且つ空隙の端部の曲率半径が小さいほど大きくなり、次のような式で表すことができる。

集中応力＝２×引張力×（空隙大きさ÷２÷端部曲率半径）^0.5

そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、スパッタリングターゲットと受け板との間の接合層に存在するハンダ中の空隙と酸化物の量を最小化し、信頼性の高い接合を実現することができるスパッタリングターゲットのハンダ接合方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明では、スパッタリングターゲットと受け板の接合すべき面が、溶解状態のハンダに浸漬されている状態で、スパッタリングターゲットと受け板との間に、溶解状態のハンダ中において劣化しない繊維からなる布地を入れ、該布地を引っ張ることで酸化物と空隙を除去することを特徴とする。

本発明の方法によってスパッタリングターゲットと受け板との接合作業を行うと、接合面から空隙と酸化物を除去することができるため、優れた接合を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図６は、所定の大きさの容器８に受け板を収容し、その上に溶解状態のハンダ１０を入れ、その上に溶解状態のハンダ中でも劣化しない布地１１を敷き、その上にスパッタリングターゲット１２を載置してから押し付けると、スパッタリングターゲット１２の周りに布地１１から溶解状態のハンダ１３が染み出ることを示す平面図である。このような状態で、布地１１を一方向にゆっくり引っ張ると、スパッタリングターゲット１２と受け板との間の溶解状態のハンダに存在する空隙と酸化物が布地に巻き込まれて動くようになるので、長い布地にてスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせるか、または短い布地を利用してそれを繰り返し行うと、空隙と酸化物がきれいに外に出るようになる。

図７は、図６を横から見た側面図であって、布地１１を左側方向に向けて（矢印方向）引っ張っていき、布地の右側端部が溶解状態のハンダ１０に浸漬されている状態を示している。ハンダの酸化物は、比重がハンダより軽いため溶解状態のハンダの表面に浮かぶ傾向がある。したがって、布地１１を一方向に多めに引っ張ることで、布地の他方の端部が溶解状態のハンダ１０に浸漬されている状態でスパッタリングターゲット１２と受け板９との間を通らせると、その後を溶解状態のハンダ１０が満たしていくようになるが、ハンダの酸化物は、比重がハンダより軽いため表面に浮かぶ傾向があり、またスパッタリングターゲット１２と受け板９の接合すべき面は、溶解状態のハンダ１０に浸漬されている状態にあるので、スパッタリングターゲット１２と受け板９との間は、空隙と酸化物のないきれいな溶解状態のハンダで満たされるようになる。

図８は、リボン状の布地を利用する一例を示す平面図であって、スパッタリングターゲット１２と受け板との接合すべき面が溶解状態のハンダ１０に浸漬されている状態で、リボン状の布地１４をスパッタリングターゲット１２とその下に配置された受け板との間に入れ、Ａ方向にゆっくり引っ張りつつＢ方向に動かしながら、スパッタリングターゲット１２とその下に配置された受け板との間を通らせると、空隙と酸化物がリボン状の布地に巻き込まれて外に出るようになり、その結果、スパッタリングターゲット１２と受け板との間は、空隙と酸化物のないきれいなハンダで満たされるようになる。

図９は、本発明の方法を用いて接合作業を行った後、スパッタリングターゲットと受け板との接合面に超音波ビームを照射してスキャニングしたイメージであって、白く見える空隙や酸化物がなく、よく接合されていることを示している。

リボン状の布地を使う代わりに、紐を使っても同様な効果を得ることができ、リボン状の布地を使う際の方法と同法にて紐を長手方向に充分に引っ張りつつ同時に幅方向に動かしながら、スパッタリングターゲットと受け板との間を通らせると、同様に空隙と酸化物が紐に巻き込まれて外に出るようになり、その結果、スパッタリングターゲットと受け板との間は、空隙と酸化物のないきれいなハンダで満たされるようになる。

緻密に織造された布地よりは、網糸のように織り目の粗い布地または目の粗いスクリーンを使えば、空隙や酸化物を布地の目またはスクリーンの目に捕捉し掃き出すことができるので、より効率良く空隙や酸化物を除去することができる。

溶解状態のハンダにより劣化しにくい繊維としては、綿、麻などの天然繊維、レーヨン、ナイロン、ポリエステルなどの合成繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などのセラミックス繊維、ステンレススチル、銅合金、チタン合金、ニッケル合金などの金属繊維、及び炭素繊維などがある。

通常に使われるスパッタリングターゲットと受け板を示す概路図である。 スパッタリングターゲットが受け板に接合されている状態を示す概路図である。 スパッタリングターゲットを受け板に接合する状態を示す側面図である。 通常の方法を用いて接合されたスパッタリングターゲットと受け板との接合面を超音波ビームでスキャニングしたイメージである。 中に空隙を有する物体に引張力が加えられている状態を示す概路図である。 所定の大きさの容器に受け板を収容し、その上に溶解状態のハンダを入れ、その上に溶解状態のハンダ中でも劣化しない布地を敷き、その上にスパッタリングターゲットを載置した状態で、スパッタリングターゲットの周りに布地から染み出た溶解状態のハンダを示す平面図である。 所定の大きさの容器に受け板を収容し、その上に溶解状態のハンダを入れ、その上に溶解状態のハンダ中でも劣化しない布地を敷き、その上にスパッタリングターゲットを載置した状態で、布地を一方向に引っ張ることで布地の他方の端部が溶解状態のハンダに浸漬されている状態を示す側面図である。 リボン状の布地が利用されることを示す平面図である。 本発明の方法を用いて接合されたスパッタリングターゲットと受け板との接合面を超音波ビームでスキャニングしたイメージである。

符号の説明

８：容器
９：受け板
１０：ハンダ
１１：布地
１２：スパッタリングターゲット
１３：溶解状態のハンダ
１４：リボン状の布地

Claims (7)

1. スパッタリングターゲットと受け板の接合すべき面が溶解状態のハンダに浸漬されている状態で、溶解状態のハンダによって劣化しにくい繊維からなる布地をスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせて行うことを特徴とする接合方法。
2. 前記布地は、綿繊維、麻繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、ステンレススチル繊維、銅繊維、銅合金の繊維、チタン繊維、チタン合金の繊維、ニッケル繊維、ニッケル合金の繊維、または炭素繊維からなるか、またはこれら繊維の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記布地は網糸を使うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
4. 横縦の大きさがスパッタリングターゲットの大きさより大きい布地が受け板の上に敷かれ、その上にスパッタリングターゲットが載置されている状態で、布地を引っ張ることでスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせて行うことを特徴とする接合方法。
5. リボン状の布地を長手方向に引っ張りつつ幅方向に動かしながらスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせて行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
6. スパッタリングターゲットと受け板との接合すべき面が溶解状態のハンダに浸漬されている状態で、溶解状態のハンダによって劣化しにくい繊維からなる紐をスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせて行うことを特徴とする接合方法。
7. スパッタリングターゲットと受け板との接合すべき面が溶解状態のハンダに浸漬されている状態で、溶解状態のハンダによって劣化しにくい繊維からなるスクリーンをスパッタリングターゲットと受け板との間を通らせて行うことを特徴とする接合方法。

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