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JP3804974B2 - Autoclave bonding of sputtering target assemblies - Google Patents

Autoclave bonding of sputtering target assemblies Download PDF

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JP3804974B2
JP3804974B2 JP52282796A JP52282796A JP3804974B2 JP 3804974 B2 JP3804974 B2 JP 3804974B2 JP 52282796 A JP52282796 A JP 52282796A JP 52282796 A JP52282796 A JP 52282796A JP 3804974 B2 JP3804974 B2 JP 3804974B2
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Description

発明の技術分野
本発明は、一般にプレーナマグネトロンスパッタリングで使用される内部冷却スパッタリングターゲット組立体の製造に使用する技術に関し、特にターゲット材料の表面とスパッタ堆積される基板の間の平行関係を向上し保証する製造技術に関する。
発明の背景
スパッタリングは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、耐熱金属ケイ化物、金、銅、チタン−タングステン、タングステン、モリブデン、タンタル、インジウム−錫酸化物(ITO)などの様々な金属薄膜、およびアイテム(基板)の上の二酸化シリコンおよびシリコン、また処理されるウェハ又はガラス平板に堆積を行う半導体産業で共通して用いられる数多くの物理的技術を示す。一般にこの技術は、排気チャンバ内の電界を利用して、電離した不活性ガス「粒子」(原子または分子)のガスプラズマを作る。電離した粒子は、「ターゲット」の方に向けられ、それに衝突する。衝突の結果として、自由原子がターゲット表面から原子サイズの発射体として放出され、必然的にターゲット材料がそのガス相に転換される。ターゲット表面から出る多くの自由原子が固体化し(原子サイズの発射体が衝突して基板の表面にとどまり)、比較的ターゲットから近い距離にある処理されるべき対象(例えば、ウェハ、基板)の表面上に薄膜を形成(堆積)する。
共通のスパッタリング技術の一つにマグネトロンスパッタリングがある。マグネトロンスパッタリングを用いてウェハを処理するとき、磁界がスパッタリング動作領域を集中するために利用され、その結果としてスパッタリングが、速い速度でかつより低いプロセス圧力で生じる。ターゲット自身は、ウェハとチャンバに関して電気的にバイアスされ、カソードとして機能する。イオンに対する磁界の影響は、ターゲットの前面からの距離に比例する。ターゲット組立体(ターゲットとバッキングプレート)が薄く、磁界が大きな影響を及ぼすようにするのが最適である。
ガスプラズマを生成し、カソードに衝突するイオンストリームを作る際に、かなりのエネルギが用いられる。このエネルギは、構造および含まれるコンポーネントが溶融または溶融に近い状態にならないように消失されなければならない。スパッタリングターゲット組立体を冷却するのに使用される技術は、水または別の冷却液体をスパッタリングターゲット組立体の一定の内部経路に通すものである。
例として、内部冷却通路を有する比較的薄いスパッタリングターゲット組立体を含んだ、大きな矩形基板用に設計されたスパッタリングシステムを単純化した斜視図が図1に示される。(チャンバとその動作の詳細は、本願の発明者により先に出願された93年11月24日出願の米国特許出願番号08/157,763、94年4月29日出願の米国特許出願番号08/236,715に開示されており、これらは本願明細書の一部に組み込まれる。)処理/スパッタリングチャンバ30が、スパッタ堆積される基板32の回りの暗黒部リング31を取り囲む。スパッタリングチャンバ30の上部フランジが、スパッタリングターゲット組立体40を支持する絶縁リングの下部を支持する。スパッタリングターゲット組立体のターゲット材料が、スパッタされる基板32の方向に面している。ターゲット組立体は基板に関して負にバイアスされ、スパッタリングを行う。入口冷却ライン36および出口冷却ライン37は、スパッタリングターゲット組立体40の冷却通路に連結し、スパッタリングの間、組立体を冷却する。スパッタリングターゲット組立体40の頂部は、上部絶縁リング34でスパッタリングターゲット組立体の背面に支持される頂部チャンバ35で囲まれる。前述の文献に完全に説明されるように、頂部チャンバ35は、排気頂部チャンバ内に移動可能なマグネトロンを配置できる。頂部チャンバは排気可能であり、その結果、その圧力は、処理チャンバの圧力に近づく。処理チャンバと頂部チャンバの間の圧力の差によりターゲット組立体領域に加えられる力は、最小であって、薄いスパッタリングターゲット組立体により簡単に抑制される。
図2および3に示される多層スパッタリングターゲット組立体40が、2ステッププロセスを使用する上述の特許出願に従って代表的に組み立てられる。1ステップでは、ターゲット材料48がバッキングプレート50にはんだ結合される。別のステップでは、フィン付(又は溝付)カバープレート52が、構造用エポキシベースの接着剤を用いてバッキングプレート50の背面にボンディングされる。構造用エポキシベースの接着剤は、それを定位置におき、結合するように部材の温度を上げ、同時に加熱サイクルを通じてパーツの密接な接触を維持するように加圧することによって、硬化される。2ステップがなされる順番は、はんだの溶融温度と構造用エポキシの硬化温度に依存する。より高い温度のボンディングプロセスが最初に行われ、最初に形成されたボンディングの接着性が、次のプロセスによって悪影響を受けなくなる。
このプロセスおよび構造用エポキシボンディングの生成に用いる材料は、一般には良好なボンディングを形成するが、冷却流体が、不完全なボンディングにより漏れる場合があり、そのようなスパッタリングターゲット組立体は受け入れられない。構造用エポキシボンディングの結合性に悪影響を与える要素は、1)接合されるべき部材の表面処理、2)エポキシの選択と硬化手順、および3)接着剤硬化の前に接合される表面の機械的な嵌合またはかみ合いである。
表面処理は、金属上の機械的に弱い又は接着性のない表面フィルムをなくする。例えば、表面処理は、単純にボンディングされるべき表面を機械的に研磨することからなり、「クリーンな」金属表面を得る。又は、優れた結果を得るためには、この手順は、a)脱脂を行い、b)目に見える酸化膜すなわちスケールを除去するために酸性エッチングを行い、c)酸の全てのトレースを取り除くためにすすぎ洗いをし、d)制御された化学的組成および厚さの耐食フィルムを慎重に形成し、下塗接着を促進する表面調整を行い、e)乾燥し、f)大気の酸素および水分から表面をシールするために、1時間以内で下塗りを行うステップを含んでよい。
エポキシの選択は、支持体の種類、接着剤の強さ、下塗りされた表面への接着、硬化温度および圧力の手順、漏れのない接合部(joint)を作るように流れる接着剤の能力を含んだ様々な要素に基づいている。
表面処理、エポキシの選択、および硬化手順は、構造の厳格さにより制御される要素である。しかしながら、接合される表面との良好な機械的嵌合またはかみ合いは、漏れのない接合部を実現するためにも必要である。変形およびボイドが、a)異なった金属、及び/又はb)非均一に加熱され又は冷却された似た金属の大きな領域(例えば、643mm×550mmのターゲット材料の寸法)を接合するために用いられる2ステップはんだ付けプロセスにより導かれる。このプロセスは、ボンディングされるべき2つの表面をはんだで濡らすステップを含む。ターゲット材料はそれから加熱され、はんだのプールがはんだ付け位置で作られる。バッキングプレートも、加熱され、溶融したはんだの上を通常浮動するはんだ酸化物を閉じ込めるのを避けるためにはんだのプールにスライドされ、部品の重さと軽い圧力が、プールのはんだをはんだ付けされる基板にわたって拡げ、全体として2つの材料を密に接触させる。はんだがその溶融温度より低く冷却され、2つの部品がボンディングされるまで、部品は互いに整列して維持される。
例えば、インジウム−錫酸化物(ITO)を市販の純粋なチタンバッキングプレートにはんだでボンディングするとき、はんだ付けの温度(例えば純粋なインジウムはんだに対しては156℃)から大気温度まで冷却する間、はんだ接続部の熱収縮の差が、部品を曲げる傾向にある。ターゲット材料の縁は、最初に冷却され、ターゲットの中心のより高い温度のところよりも強い曲げを形成する。結果として、ターゲット材料とバッキングプレートが異なる割合で収縮を続けるとき、ターゲット材料の外縁の部品間の強い接続は、ターゲット材料の中心を座屈させ、ターゲットの中心でバッキングプレートから0.125”(3.175mm)程度持ち上げられる。続く構造用エポキシボンディングステップ(フィン付カバー52が、この大きく歪んだターゲット/バッキングプレート組立体にボンディングされている)において、接合される表面の機械的な嵌合またはかみ合いが困難である。不良なかみ合いは、冷却流体を漏れさせる一様でないボンディング厚さを生じさせ、そのようなスパッタリングターゲット組立体は受け入れられない。
さらに、そのようなスパッタリングターゲット組立体が平らにされなければ、ターゲット材料と、スパッタされる基板が平行でないことにより、基板上に不均一な膜が形成される。ターゲット材料の中心の盛り上がった領域は、盛り上がった領域の裏側にボイドを生成させ、ターゲット材料が割れることもある。そのようなボイドは、ターゲットとバッキングプレートの間の熱伝導性およびその表面にわたる熱分布を変化させる。スパッタされた材料の分布およびターゲットのスパッタリング速度は、それぞれターゲット材料の基板からの距離およびその温度に依存し、ターゲットと基板の間のギャップ(距離)の変化、およびターゲット材料の温度変化が、基板にスパッタ堆積されるターゲット材料の均一性を変化させる。
大きな領域をスパッタリングするチャンバの目的が、上述のようにスパッタ堆積される基板の全体の領域にわたる均一なフィルム厚さであるため、スパッタリングターゲット組立体のターゲット表面の変更可能な特性によるフィルム厚さの変化が、処理効率を改良し、表面全体にわたる均一な厚さのフィルムをスパッタ堆積することの大きな障害となる。
発明の概要
本発明による方法は、上述のスパッタリングターゲット組立体製造技術により導かれる変形および不完全さを克服し、ターゲットの表面にわたり全体的に均一なターゲットの特性を提供する。特に、改良された製造技術は、はんだ及び/又は構造用接着剤を使用してスパッタリングターゲット組立体を構成する材料層をボンディングするときに圧力支援のボンディングを行い;冷却通路を形成するバッキングプレートにおけるボイドの上方に1つ以上のカバープレートをレーザー溶接または電子ビーム溶接することによりターゲットバッキングプレート内の冷却通路を取り囲むステップを含む。両方の技術の変更が説明される。
本発明によるこれらの技術は、製造プロセスのステップ数を減らし、隣接する層の熱膨張係数の違いによる歪を取り除くことができないとしても、減らすことができる。これらの技術は、硬化した接着剤に基づいた構造的ボンディングの失敗による冷却流体漏れの可能性を事実上なくす。
1つの方法(技術)において、(主にバッキングプレート、フィン付きカバー(プレート)、絶縁シートおよびターゲット材料層からなる)スパッタリングターゲット組立体は、必要であれば組立て前に、機械で加工され、研削され、重ね合わされ、化学的にクリーンにされ、下塗りされ、磨かれる。圧力下で層をボンディングする最終ステップは、オートクレーブ内のガスの漏れない繊維バッグ(好ましくは酸素のほとんどない環境)内で実行される。加圧オートクレーブは、バッグの表面に一様な力を加え、ボンド形成及び/又は硬化の熱サイクルを通じて、層の漏れのない接触を維持する。冷却サイクル中に、加えられた圧力は、はんだ層を塑性流動させ、組立体が歪むのを妨げる。ターゲット材料とバッキングプレートの間に配置され、はんだ層に点在するスペーサーが、はんだ層により作られる接合部の厚さ、均一性、および結合性を制御する。
ボンディングステップにおいて、はんだを用いてバッキングプレートにターゲットを(好ましくはオートクレーブ内に与えられる)圧力によりボンディングし、構造用接着剤を用いてフィン付き(溝付き)カバープレートにバッキングプレートをボンディングすることが、1つのステップで行われる。電気的絶縁層が、同じステップの間に構造用接着剤を用いてターゲット組立体の背面にボンディングされる。このボンディングステップを実行するために、ターゲット組立体は、はんだボンディングプロセスを構造用ボンディングプロセスから分離するように、部分二重真空バッグ処理される。1つの(下部の)真空バッグ構成(システム)が、バッキングプレートに取りつけられ、バッキングプレートにはんだボンディングされるターゲット材料のみを取り囲む。第2の(上部の)真空バッグ構成(システム)が、全体として下方のバッグシステム、バッキングプレート、フィン付きカバーおよび電気的絶縁シートを取り囲み、下部の真空バッグへのガスの連絡通路を与える。バッキングプレートとフィン付きカバープレートの間で、またフィン付きカバープレートと電気的絶縁シートの間のエポキシベースの構造用接着剤の積層が、これらの層を結合する。
真空バッグはまず排気され、オートクレーブの圧力が、大気圧以上のおよそ15psiまで上げられる。真空バッグが、水分のない不活性または酸素吸収ガスでほぼ1気圧に再び満たされ、バッグを排気する真空システムが突然オートクレーブ環境から高圧ガスを受け取る危険性(バッグ故障のイベント)を除去する。オートクレーブ圧力はそれから上げられて、ボンディングされていないターゲット組立体の層上に所望の圧力を与える。組立体はそれから所定の手順に従って加熱され、冷却される。
この方法の変更は、ターゲットをバッキングプレートに最初にはんだでボンディングし、それから組立体全体を真空バッグシステムに取り囲み、構造用接着剤でボンディングされた部品を硬化し、同時に応力を除去し、ターゲットバッキングプレートの小組立体を平坦にする。
この方法のさらに別の変更は、ターゲットがオートクレーブにおいてまずはんだボンディングされ、冷却流体を保持するカバーが、ガスケット型(好ましくはOリング)シールによりシールされたファスナーによって取りつけられる。
本発明による第2の方法は、バッキングプレートおよびカバー組立体で冷却流体通路を形成するボイドの構造およびクロージャーを含む。バッキングプレートが、凹部を含み、凹部に適合するよう形成されたカバーを受ける。このカバーとバッキングプレートは、凹部とカバーの間の縁回りでレーザー溶接し、フィン付きバッキングプレートにおけるフィン(または、溝の間の壁体)の端部に対応する全体として規則的に間隔を開けられた位置でカバーのフィールドを横切るスポットすなわち継目溶接することにより接合される。変更として、電子ビーム溶接(溶接による材料のひずみを避けるために低い熱の入力が望ましい)を用いることも可能である。ターゲット材料は、a)単一の真空バッグオートクレーブ手順を用いてターゲットを溶接されたバッキングプレートにはんだボンディングするか、b)最初にターゲットを溶接されたバッキングプレートにはんだでボンディングし、真空バッグで組立体全体を取り囲んで、応力除去し、オートクレーブ内のターゲット組立体を平らにすることによって、溶接された組立体にはんだでボンディングされることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明に従って製造したスパッタリングターゲット組立体40を用いるスパッタリングチャンバシステムを単純化した斜視図である。
図2は、本発明に従ったスパッタリングターゲット組立体のターゲット側の平面図である。
図3は、図2を3−3で切った横断側面図である。
図4は、図3で示される1つのターゲット組立体を組み立てる際に含まれる材料の層の一つの実施例を示した横断側面の分解組立図である。
図5は、図3で示される1つのターゲット組立体を組み立てる際に使用される材料の層の第2の実施例を示した横断側面の分解組立図である。
図6は、図3に示される、組み立てられたターゲット組立体の詳細図である。
図7は、本発明に従ったスパッタリングターゲット組立体で使用する3つのタイルからなるターゲット材料のパネルを示す。
図8は、a)ターゲットパネルのタイルの間の接合部を覆うためにタイルの回りをラップされ、b)図7のタイルのターゲット側を覆うテープを示す。
図8Aおよび8Bは、図8、9および10で示されるように隣接するタイルの間の接合部の前組立の斜視図と、最終的な構成の横断面図である。
図9は、本発明に従ったベースプレート上の図8のターゲットパネルの組立体を示す。
図10は、組み立てられた図9のスパッタリングターゲット組立体の斜視図を示す。
図11は、バッキングプレートの冷却通路ボイドを覆う2つの溶接されたカバーパネルを用いる、ターゲットバッキングプレートの底面の外部を部分的に除いた図である。
図12は、図11を12−12で切った横断面図である。
図13は、単一のカバープレートで覆われる冷却通路ボイドを有するターゲットバッキングプレートを示す。
図14は、カバープレートの縁で、図11、12、13および15で示される溶接されたカバープレートを有するフィン付きバッキングプレート組立体のフィンの頂部に沿った代表的な溶接の横断面の詳細図である。
図15は、2つの別のカバープレートを有するターゲットバッキングプレートの別の実施例である。
図16は、オートクレーブで処理されるターゲット組立体の回りにバッグを取り囲み、作るのに使用される材料層の全体の横断面図を示す。
図17は、図16の層を単純にした斜視図であるが、ガス連結継手を示すものではない。
図18は、本発明に従ったターゲット組立体を処理するときに使用されるターゲット材料を取り囲むバッキングプレート上のポリアミドテープ層の平面図である。
図19は、処理位置における図16の横断側面図である。
図20は、ガス継手92の回りの図19の材料の層の詳細図である。
図21は、ガス継手90に非常に近接して示される外部バッグの縁シールの詳細図である。
図22は、ターゲット材料及び/又はバッキングプレートの温度をモニターする真空バッグ閉鎖容器に熱電対のワイヤを与える構成を示す。
図23は、真空バッグのバリヤーフィルムを通る代表的なガス継手接続の側面図を示す。
図24は、本発明に従って、単一の真空バッグボンディングシステムの横断面の分解組立図である。
図25は、本発明に従ってボンディングされる図24の材料の層の横断面図である。
図26は、図9に示されるスパッタリングターゲット組立体の平面図であって、真空バッグのガスバリヤー層へのガス連結に対する可能な位置の一例を明確に示す。
図27は、外方(上方)バッグバリヤーを通って、図16、19、20および26で示される二重のバッグの構成の内部(下方)バッグバリヤーにガス連結する典型的な構成を示した斜視図である。
詳細な説明
図1は、上述のように、本発明に従って製造されたスパッタリングターゲット組立体40を用いるスパッタリングプロセスシステムを示す。
本発明に従った実施例の全体の構成は、図2に示されている。統合スパッタリングターゲット組立体40が、そのターゲット側を上から見た平面図で示される。スパッタリングターゲット材料48は、バッキングプレート50にボンディングされる。ボンディングは、はんだ付け、拡散ボンディング、又は異なる金属間の満足いく結合をプロセス温度で与え維持できる別の技術によってなされる。別の例においては、(例えばアルミニウム又はチタン)ターゲット48およびバッキングプレート50が、ボンディングを必要としない単一の材料による単体であってよい。一般に、ターゲット材料48をボンディングする前に、ターゲット領域を取り囲むバッキングプレートの境界78上に高度に研磨された真空シール表面77を形成(好ましくは8μin(0.20μm)Ra,の表面仕上げ、鏡面仕上げに研磨)するために、バッキングプレートのターゲット側を機械加工し、研削し、ラップ仕上げし、及び研磨するのが好ましい。この表面77は、Oリングがそれに対向して配置されるとき、特別に漏れのないシールを提供する。バッキングプレート50は、水入口管継手ポート67および68、水出口管継手ポート69および71、また本発明に従ってボンディングする前に、バッキングプレート50に機械加工されるのが好ましい低真空ポート75を有する。
図3は、図2のターゲット材料48を3−3で切った横断面図であり、ターゲット材料48は、バッキングプレート50に取りつけられ、順にバッキングプレート50はフィン付きカバープレート52に取りつけられ、カバープレート52は、電気絶縁シート54によりその外面を覆われる。
図4は、電気絶縁シート54とフィン付きカバープレート52の間に配置される第1構造用接着剤積層60を示す、図3により典型的に示される構成の1実施例の分解組立図である。第1接着剤積層60は、絶縁シート54をカバープレート52にボンディングするために、フィン付きカバープレート52の外形に適合するようにトリミングされる。構造用接着剤積層の第2層58は、フィン付きカバープレート52の頂面とバッキングプレート50の背面の間に位置される。第2積層58はトリミングされ(代表的には、図示はしないが支持スクリーン又はメッシュから吊るされ)、冷却通路のフィン59の頂面の表面パターンに適合させ、互いに接触するよう意図される表面のみがボンディングされる(すなわち、フィン59の頂部とカバープレート52のフィン側の境界とである)。はんだ層56は、0.010″-0.020″(0.25mm-0.51mm)厚さのはんだ材料ストリップからなり、ターゲット材料48とバッキングプレート50の前面との間に配置される。はんだ層56は、ターゲット材料48とバッキングプレート50の前面を予め濡らすことによって形成され、a)ボンディングされるべき表面をはんだのプールに浸漬させるホットプレートや、b)ボンディングされるべき表面上のはんだの上のブラッシングや、c)はんだ層でボンディングされるべき表面をスパッタコーティングするなどの手段を用いる。
図5は、本発明に従った別の実施例を示す図3により代表的に示される別の構成の分解組立図である。いくつかの例において、はんだボンディングを行う前の表面接着または濡れ(湿潤ともいう)を改良するために、はんだボンディングされるべき表面が、(イオンにより衝撃される)スパッタエッチングによりクリーンにされることができ、スパッタコーティング材料65の1つ以上の層が、ターゲット材料48とバッキングプレート50のボンディングされる側の上にスパッタコーティング(堆積)され、はんだ付けのためにそれらの表面を予め濡らす、すなわち錫めっきする。別の信頼性の低い手順が、従来のようにはんだボンディングされるべき表面を予め濡らし、ボンディングの前に濡らされたはんだをこすり取り、表面酸化物を取り除く。一旦、ボンディングされるべき表面が錫めっきされる(予め濡らされる)と、例えば純粋なインジウムであるはんだ材料ストリップ56、スペーサー63(例えば予め濡らされた0.001″-0.010″(0.025mm-0.25mm)径の銅ワイヤ)が、はんだボンディングのためにターゲット材料48とバッキングプレート50の間に配置される。
図6は、図5で示される本発明の実施例で示された層を含むその縁部近くの図3の横断面の詳細を示す。バッキングプレート50は、上述のようにターゲット頂面と背面を有する矩形単一体である。ターゲット頂面は、接着剤層でスパッタコーティングされた後に、例えばチタンからなるバッキングプレート50上に純粋なインジウムをスパッタリングすることによって濡らすことが可能である。例えばインジウム−錫酸化物(ITO)から作られたターゲット材料48が、接着剤層でコーティングされ、その背面に(例えば純粋なインジウムを)コーティングすることによって濡らされることができる。(例えば純粋なインジウム0.010″-0.020″(0.25mm-0.51mml)厚さのストリップである)はんだ56と(例えば予め濡らされた0.005″-0.010″(0.13mm-0.25mm)径の銅ワイヤである)スペーサー63の一連の交互するストリップが、ターゲット材料48とバッキングプレート50の間に配置される。一連のスペーサー63とはんだ領域56が高密度で交互している様子が図6に示されているが、そのように高頻度にスペーサー63が存在することは必要とされない。スペーサー63は、(好ましくはおよそ0.010″(0.25mm)の)垂直方向の間隔を与え、ターゲットプレート48をバッキングプレート50にボンディングした後に、スペーサー厚さのはんだ接合部が維持される。はんだ接合部のこの余分な厚さが、はんだ冷却サイクルの間に圧締圧力を受けるとき、はんだ材料を容易に塑性的に生成する。生成するはんだは、熱膨張の差によるターゲット材料48の表面の過剰な歪みを避ける。スペーサー63を除くと、はんだ接合部は、例えば0.005″(0.13mm)より薄くなるようにかなり厚さを減少させ、厚さの均一性が制御できない。また、より厚いはんだストリップからの余分なはんだが、溶融したはんだに浮かぶ表面酸化物を、接合部の外部におしやり、結果として優れたはんだボンディングカバレージを得る。
フィン付きカバープレート52は、例えば安全かみそりの刃でトリミングされた構造用接着剤積層の層58で覆われ、バッキングプレート50の背面と接触する露出面の頂部に適合する。構造用接着剤積層58が硬化されるとき、良好なボンディングが、フィン付きカバープレート52の冷却通路とバッキングプレート50の間の漏れのないシールを作る。カバープレート52のフィンの端部とバッキングプレート50の完全なボンディングは、冷却流体が圧力下で冷却通路に導かれるとき、冷却通路のバルーニング(ballooning:膨らむこと)を避けることができる。電気絶縁シート54が、フィン付きカバープレート52とバッキングプレート50の間のボンディングに用いられる構造用接着剤積層58と似た構造用接着剤積層60によりフィン付きカバープレート52の背面にボンディングされる。
図7、8、9および10は、スパッタリングターゲット材料と相いれる質の材料(例えばチタン)でなるバッキングプレート50に、ボンディングされるべき多重のタイルターゲット材料(例えばITO)を配置させるためにとられるステップを簡単に視覚的に表現したものである。図7に示されるように、インジウム−錫酸化物は大きなプレートに生成するのが困難であるため、ITOの大きなプレートがスパッタリングに必要であるときに、複数のタイル49a、49b、49cが、互いに隣接して完全なスパッタリングカバレージを作るように配置される。タイルは、組立体フレーム(図示せず)により互いに隣接して保持される。図8において、タイルの縁部およびタイルのターゲット側が、高温ポリアミドフラッシュブレーカーテープ43で覆われ、はんだがこれらの表面を濡らすのを防止する。また、フラッシュブレーキングテープ43が、はんだ材料を、パネルの間の間隔から容易に取り除き、それによって最終的なターゲット組立体40をスパッタリングするときのはんだの汚染を避けることができる。
図8Aは、タイルの厚さに等しい幅を有するポリアミドテープ43a、43bで包まれた各タイルの周囲の縁部を示す。タイル(例えば49a、49b)は、タイル間の間隔を維持するシム(間隔調整板)45を伴って互いに隣接して配置される。接合部形成フラッシュブレーカーテープ43zが、縁がポリアミドテープ43a、43b巻かれた2つの隣接するタイル49a、49bにわたって置かれる。
図8Bは、バッキングプレート50上に取りつけられるよう用意された平面に配置されるタイル49a、49bを示す。接合部形成フラッシュブレーカーテープ43zが、タイルが互いに平面で隣接する位置に接合シム47の回りに曲げられるとき、タイル49a、49bの間に配置される接合シム47が、タイル間の均一な間隔を維持する。テープ43a、43b、43zの代表的な厚さは、0.003″(0.076mm)である。このテープの四つの層が、図8Bで示されるように、0.012″(0.30mm)の組立厚さをもたらす。全てのテープとシムが取り除かれたとき、タイル間の最終的な間隔が0.015″-0.020″(0.38-0.51mm)であるのが望ましいため、シム47の厚さは、0.003″(0.076mm)と0.008″(0.020mm)の間であるべきである。はんだ付けが完了してタイル間の間隔の均一性が保証されるまで、シム47が保持される。シム47の高さは、典型的にはタイルの厚さよりも低い0.003″(0.076mm)である。一旦、はんだ付けが完了すると、シム47および全てのテープ層(43z、43a、43b)は取り除かれて、0.015″-0.020″(0.38-0.51mm)のギャップを残す。スパッタリングはこのギャップには生じず、このギャップは、スパッタリングの影響からシールドされた暗黒部として作用する。
タイル49a、49bおよび49cの背面の濡れまたは錫めっきは、必要であればこの時に行う。タイル回りのフレームは、はんだ付けを行う前に、それらを整列し取り扱うために用いられる。
図9に示されるように、パネル49a、49b、49cがはんだパネル(ストリップ)56aおよびスペーサー63の上に配置され、加熱されるときに、はんだストリップ56aが溶融し、はんだが容易に流動して、バッキングプレート50を、タイル49a、49bおよび49cを含むターゲットパネル材料48にボンディングするように、ターゲットバッキングプレートが、互いに隣接する一連のはんだパネル56およびスペーサー63を配置することによって備えられる。
図10は、バッキングプレート50に位置する三つのタイルのITOターゲット材料48を示す。同じプロセスが、接合部のない単一ターゲット材料に対しても行われる。図9に示されるスペーサー63およびはんだ材料ストリップ56の数は、オートクレーブにより及ぼされる均一な圧締圧力の面におけるターゲット材料の過剰なたわみが無く、全体に均一な頂面を維持するために、必要とされる間隔の種類を表す。描かれたITOタイル(49a、b、c)の各々の場合、外方の二つのスペーサー63は、ブリッジとして作用し、例えばタイル49aがその両端にかかり、撓む。過剰な撓みは受け入れられない。そのために、中間のスペーサーが設けられる。さらにその構成の調整が、必要であれば経験的な手段に基づいてなされる。
エポキシ硬化ボンディングのないフィン付きバッキングプレート50aに対する構造構成が、図11に示される。フィン付きバッキングプレート50a、50b、50cが、図11、12、13、14および15に示され、例えば図14に示されるように、フィン付き領域における頂面から下方に延びる、カバー受け取り凹部を含む。カバープレート53a、b、c、dまたはeは、その凹部のサイズおよび厚さに適合し、冷却通路およびフィン51を覆い、入口冷却通路口から出口冷却通路口に冷却流体流を分割し方向づける。図11は、2部分カバー53aと53bを示し、各パネルは、共通の縁に沿って他方と対称である。二つの別の冷却通路くぼみが設けられる。各冷却通路くぼみおよびカバープレートは、縁溶接(例えば78)、シーム溶接すなわちフィン51の頂部に沿って規則正しく配置される一連の中間プラグ(すなわちスポット)溶接80、隣接するくぼみの間の中間バリヤー55によって別個に溶接され、いくつかのフィンだけを溶接することも可能である。代表的にはシーム溶接が各フィン51の頂部に行われる。
フィン付きプレート50aは、また低真空ポート75、パワーインターロックポート74、パワー調整器具76を含む。
図12は、図11を12−12で切った横断面を示す。
図13は、一部品カバープレート53cを用いた、フィン付きバッキングプレートの別の構成を提供する。溶接されたフィン付きバッキングプレート50bおよびカバー53cが、冷却流体通路の集合を形成する。凹部は、バッキングプレート50b上に生成され、冷却流体を保持するために薄いカバー53cを受け入れ、全てのシームが溶接され閉じられる。一部品カバープレート53cが、溶接72によりその周囲回りを溶接され、シーム溶接70により各フィンの頂部の端部から端部までを溶接される。
図14は、典型的な溶接の位置および構成を示す図11、13および15の横断面の詳細である。
図15は、フィン付きバッキングプレート50cの別の構成を示し、冷却通路が、前の実施例よりも厚い中間壁で分離され、別個のカバープレート53dおよび53eにより覆われる。周囲の溶接61が、フィン付きバッキングプレート50cの中心軸の下方を通る。シーム溶接62が、各冷却通路フィンの頂部に設けられる。シーム溶接は、フィンを越えてなされ、カバー53cが圧力下でバルーニングするのを防ぐ。
溶接可能なアルミニウム(例えばアルミニウム合金6061)のバッキングプレート(すなわち50a、50b、または50c)を用いるとき、薄いカバー(すなわち53a、53b、53c、53d、または53e)に対して推奨される材料は、ケイ素を多く含んだ(9%−13%Si)アルミニウム合金(例えば11%−13%Siを含んだアルミニウム合金4047、ハイブリッドパッケージ産業において用いられるアルミニウム合金)である。ケイ素を多く含んだアルミニウムは、溶接部の熱による影響を受ける部分に沿った薄いカバーの破断を避けるために使用される。市販の純粋なチタンバッキングプレートが、同じ合金の薄いカバーに溶接される。
スパッタリングターゲット組立体をボンディングする方法は、二つのバッグを用いて真空オートクレーブ圧力ボンディングするのが好ましい。図16は、ターゲット組立体をボンディングする二つの真空(可撓性)バッグシステムの構成に含まれる、異なる層を示す分解組立図である。図17は、ガスコネクタを示さない、図16の成形品の斜視図である。真空バッグシーラント98、例えばジェネラルシーラント社(General Sealants, Inc.)、製品番号213の高温(350°Fすなわち177℃)合成ラバーテープのビードが、ツール(支持)プレート79に取り付けられる。穴のあいていない剥離フィルム100のシートが、シーラント98に囲まれる領域内部に位置し、成形品(スパッタリングターゲット組立体40)がツールプレート79にボンディングするのを妨げるために用いられる。剥離フィルム100は、例えばエアテックインターナショナル社(Airtech International, Inc)製品番号ライトリース(Wrightlease)5900であって、高温PTFE剥離フィルムが650°Fすなわち340℃まで使用され、またはライトロン(Wrightlon)5200ブルー(Blue)であって、フルオロカーボン剥離フィルムが450°Fすなわち230℃まで使用される。
スパッタリングターゲット組立体40は、図16に従ってボンディングされてないサンドイッチとして組み立てられ、絶縁シート54の側縁部はフラッシュブレーカーテープ49で包まれ、フィン付きカバープレート52の縁部はフラッシュブレーカーテープ44で包まれ、バッキングプレート50の縁部は、フラッシュブレーカーテープ42で包まれ、ターゲット材料48の縁部に至るバッキングプレートの境界部78は、ポリアミド高温テープコーティング46でマスクされる。境界コーティング46の平面図が、図18に示される。
利用されるフラッシュブレーカーテープの例は、エアテックインターナショナル社によりフラッシュブレーカー(Flashbreaker)1,2,5として取引される、完全に硬化されたシリコン接着剤の高引張ポリエステルフィルムであり、数字の表示は、フィルムの厚さを意味し(それぞれ1,2,5mils(0.025,0.051,0.127mm))400°F(205℃)までの使用限度を有する。ターゲット材料をマスクするポリアミドテープは、例えば、Scotch(登録商標)ブランド5413および5419(低静電気)の名で3Mにより製造されるものであり、500°F(260℃)の使用限度を有する。組み立てられたスパッタリングターゲット組立体40は、それからツールプレート79の上にある剥離フィルム100の上部に配置される。
下部真空バッグシステムを形成するために、真空バッグシーラント102のビードが、バッキングプレート50の境界(ターゲット側)を覆うテープコーティング46上に置かれる。ジェネラルシーラント社の製造番号213が使用されてもよいが、ジェネラルシーラント社は、ボンディング後にクリーンに除去する能力である粘着性、および調査される使用温度で評価する種々の真空バッグシーラントを製造する。
シーラント102で囲まれる領域内で、剥離フィルム104、ブリーダーフィルム106およびガス抜きマット108が、ターゲット材料48の上方に置かれる。
用いられる剥離フィルム104は、例えばASTM B479によるオイル漏れのないアルミ箔およびコーティングされてないポリアミドフィルムである。これらの剥離フィルムは、ターゲット表面を汚染物質から保護し、別のフィルムのボンディングを避けるために用いられる。
ブリーダーフィルム106は、例えばエアテックインターナショナルにより取引されるリリースプライ(Release Ply)AとBであり、これらはヒートセットされ、過剰なボンディング材料を吸収できる精練されたコーティングされてないナイロン織物である。それらの相当品、ブリーダーリース(Bleeder Lease)AとBは、これらのフィルムに使用される剥離剤からの汚染を防止するために、ここでは用いられない。
ガス抜きマット108は、例えばエアウィーブ(Airweave)N7(7ozのポリエステルガス抜きと樹脂吸収剤)、およびウルトラウィーブ(Ultraweave)715(350°F/177℃硬化を密封しないナイロン6−6の織物でないガス抜き)の名でエアテックインターナショナル社から取引されているものである。そのガス抜き材料は、真空バッグからほぼ完全に排気を容易に行うことを必要とされる。
真空管継手基部120が、バッキングプレート50の境界近くのガス抜きマット108の上部に置かれる(ガス接続の位置の平面図26を参照)。ナイロンバッグフィルム110が、a)剥離およびブリーダーフィルム104と106の周囲と、b)マット108の周囲を越えて伸び、組立体の上方に置かれ、下部真空バッグシステムを完成させるために真空シーラント102に対してプレスする。ホールがナイロンバッグフィルム110に形成され、真空管継手92および94を基部120に接続する。
ナイロンバッグフィルム110が、例えば使用限度が390°F/199℃のKM1300とライトロン(Wrightlon)7400であって、エアテックインターナショナル社により取引されている。これらのナイロンフィルムは、300%の破断点伸びを示し、ブリッジングが起こることなくフィルムを成形品の形状に一致させ、バッグが必要な差圧を破断させ、打破させる。代わりに、例えばZip-Vac社により取引される再利用可能シリコンシーティングバッグが、真空バッグフィルムの代わりとされてもよい。
代表的な真空管継手は、例えば図16、21および23で90として示されており、基部120と、圧力プレート138に取り付けられるシール136、雄型クイック切断管継手140、および下方に延びる中央部に位置されるT型ピン144からなる上部組立体により構成される。上部組立体のピン144は、基部のホールを通って伸び、上部組立体がバッグフィルム110に対する管継手90を締めてシールするように捩じられるとき、ピンのアームが、基部底部の対向する円形ランプに係合する。
下部真空バッグシステムが、主に剥離フィルム112、ブリーダーフィルム114、ガス抜きマット116および真空バッグフィルム118からなる上部真空バッグシステムに覆われ囲まれる。剥離およびブリーダーフィルム112と114、およびガス抜きマット116は、ターゲット組立体40の周囲を越えて伸び、バッグシーラント98により囲まれる領域内部に置かれる。
利用可能な剥離フィルム112は、例えば、リリースイーズ(Release Ease)234 TFPの名でエアテックインターナショナル社により取引されており、製造者によると全ての市販の樹脂システムから剥離する多孔性剥離コートされたガラス繊維フィルムであって、作用限度を550°F/285℃とする。
例えばブリーダーフィルム114は、前述のリリースプライAとBまたは、ブリーダーリースAとBである。
例えばガス抜きマット116は、前述のエアウィーブおよびウルトラウィーブ715である。
例えばナイロンバッグフィルム118は、前述のKM1300およびライトロン7400、または再利用可能シリコンシーティングバッグである。
上部真空バッグシステムの組立の間に、管継手90および96に対する基部120が、スパッタリングターゲット組立体40の側から離れてガス抜きマット116上方に置かれ(図26の位置を参照)、ナイロンバッグフィルム118が、組立体の上方に置かれ、真空バッグシーラント98に対してプレスし、上部真空バッグシステムを完成する。ホールがナイロンバッグフィルム118に生成され、管継手90および96を基部120に接続する。
ホールが上部バッグシステムに与えられ、下部バッグシステムからのガス接続が、上部および下部バッグシステムの間を分離している間、上部バッグシステムを通ることを可能にする。真空バッグシーラント(例えば、上述の成形品98および102)の(図27で146と示される)ビード119および121が、各開口の周囲内部に与えられ、開口をシールし、ガス管継手92、94の回りの下部バッグシステムを、オートクレーブ88の圧力に曝す。
ツールプレート79および取り付けられるエレメントは、オートクレーブ88の容器の中に配置され、真空およびガス供給管継手81、83、85、87が接続される。例えば、真空切断管継手87が、雄型管継手96に接続し、上部バッグ上の真空を引っ張る。真空雌型管継手81が、雄型管継手90と接続し、オートクレーブ圧力がおよそ1気圧に達するとき、上部真空バッグシステムを、クリーンで乾燥した窒素で充填する。
図19は、バッグ内部を真空に引いた後の、二重バッグ処理積層(サンドイッチ)の横断面図である。全ての層が、スパッタリングターゲット組立体(すなわちボンディングされるべき成形品)の輪郭に対して完全に圧縮され、ブリッジングは存在しない。スパッタリングターゲット組立体40は、「ブランチャード(Blanchard」グランドツールプレート79(平面度を維持するため)と、二重バッグ処理真空システムの間に配置される。図20および21は、図19の特徴を詳細に拡大する。
オートクレーブ88が、内部ヒーター及びファン(図示せず)を備える圧力容器からなる。ファンは、オートクレーブ内部のほぼ一定の流体温度を維持するのに役立つ。熱電対142が、成形品40およびツールプレート79に取り付けられ、オートクレーブ内部の温度をモニターし、オートクレーブ外部に配置される温度コントローラ(図示せず)に入力を与える。このコントローラは、所望の温度に達するために、ヒーターのオン、オフのサイクルを行う。オートクレーブは、オートクレーブ外部に配置されるコンプレッサ(図示せず)を用いて窒素をポンピングすることにより加圧される。真空ラインは、真空ポンプに取り付けられ、シールされたポートを通じてオートクレーブ壁に入り込み、バッグシステムに真空を与える。同様に、1つの端部でガスボトルに取り付けられるガスラインが、シールされたポートを通ってオートクレーブ壁に入り込み、真空バッグシステムを充填するために使用される。
オートクレーブの「プレス」の原理は、加熱中または冷却中に、真空になる成形品40と、オートクレーブ圧である外気との差圧を維持することである。ツールプレート79の片面で支持される成形品40は、真空バッグに対してプレスする均一なオートクレーブ圧力を受ける。オートクレーブ圧が大気圧よりも高いおよそ15psiに達するとき、十分な圧力差が、真空バッグにわたって存在し、真空ポンピングが停止され、真空バッグが、例えばクリーンで乾燥した窒素で充填され、湿り空気または汚染物質のバッグ内部への進入を防ぐ。代わりに、還元酸素吸収ガス(すなわち一酸化炭素)が、高い温度でパーツを酸化する危険性を除くために用いられる。オートクレーブ圧は、構造用接着剤を使用する使用書により推奨されるボンディング圧を高め続ける。真空バッグの外側部は、バッグの内部が大気圧(〜15psi)で維持されている間、例えば60psi又は推奨されるオートクレーブ圧で加圧される。この圧差は、接着剤が硬化している間に均質に接触してボンディングされるべきパーツを維持するのに必要な圧力を作る。
通常は、推奨される硬化圧力に達すると、オートクレーブが接着剤の推奨される硬化温度に加熱される。例えば、
1)サイテックエンジニアードマテリアルズ社(Cytec Engineered Materials, Inc)は、Cybond EF-9500を製造し、1分につき6°F(3.3℃)の勾配で周囲温度から250°F±5°F(120℃±3℃)まで30分で上昇させ、それから圧力を60psi±5psi(0.28MPa±0.03MPa)に維持しながら、90分間250°F±5°F(120℃±3℃)に保持する硬化サイクルを推奨する。
2)3Mエアロスペースマテリアルズ(Aerospace Materials)は、AF-191、改良エポキシ構造用接着剤フィルムを製造し、硬化温度350°F±5°F(177℃±3℃)まで1分につき4°Fから5°F(2℃から3℃)ずつ温度を上昇し、それから圧力を45psi±5psiに維持しながら、350°F±5°F(177℃±3℃)に60分間温度を維持する。
好ましくは、パーツは、オートクレーブ88から取り除かれるか、大気にガス抜きをする前に、160°F(71℃)より低い温度に冷却されるべきである。
構造用接着剤フィルムおよび二重バッグ処理真空システムは、はんだの溶融点に耐えれるように選択される。例えば、インジウムはんだが使用されるとき(溶融点156℃)、接着システムが、350°F/177℃の硬化温度まで耐えられるように選択される。また、真空バッグ要素は、はんだ材料を確実に溶融する高い温度350°F/177℃に耐えられるように選択される。
二重バッグ処理真空システムを用いて、ターゲット組立体40は、単式オートクレーブの作動における、はんだボンディングおよび構造用エポキシボンディングにより製造される。製造者の接着剤フィルムに対する硬化手順は、はんだプロセスを調整するために修正される。例えば、インジウムはんだおよび上述のCybond EF-9500構造用接着剤を用いるとき、オートクレーブが、1分あたり6°F(3.3℃)の割合で、周囲温度から350°F±5°F(177℃±3℃)まで加熱される。この温度は、およそ1分間維持され、インジウムはんだストリップ56が溶融するのを保証する(図9参照)。オートクレーブは、それから1分につき9°F(5℃)の速さで250°F±5°F(120℃±3℃)まで冷却され、はんだを凝固し、完全に構造用接着剤を硬化するために250°F±5°F(120℃±3℃)で60分間維持する。
完全な加熱および冷却サイクルの間、圧力は60psi±5psi(0.28MPa±0.03MPa)で維持される。はんだを囲む下部真空バッグシステムが、還元ガス(すなわち一酸化炭素)でパージされ、存在する酸素を減少させ又は除去するのに役立ち、はんだ接合面の配合性を改良する(すなわち、溶融はんだ内にインジウム酸化物が形成するのを防止する)。はんだの酸化を最小にするために、はんだストリップ56、スペーサー63、ターゲット材料48およびバッキングプレート50(側部のみがボンディングされる)が、表面酸化物を剥ぎ取り、堆積プロセス中に不活性ガス雰囲気中に維持される。例えばカーボンの薄膜(1つ又は2つの単分子層)をスパッタリングすることによるイオンの衝撃(表面酸化物を取り除く)のような別の技術も用いられる。カーボン層は、酸素と反応し、下部の真空バッグに取り付けられる真空システムにより排出(pump)されるガスを形成する。
(下部真空バッグシステムに取り付けられる)真空雄型管継手94および(雄型管継手94と、オートクレーブ88を出て2つのバルブ付ライン(1つは真空ポンプにいき、他方はベントにいく)に分かれるラインに繋がるホースに取り付けられる)真空雌型管継手85が、ターゲット材料48、バッキングプレート50の一部、およびそれらの間に配置されるはんだ材料(図5参照)を囲む下部真空バッグシステムに接続する。同様に、かみ合う管継手92および83が、オートクレーブ88外部のバルブ付ガス供給部に接続する。図示されてないが、1組以上の真空ラインが、各真空バッグシステムに取り付けられ、真空ポンピング又はバッグのパージングを促進する。
(上部真空バッグシステムに取り付けられる)真空雄型管継手96および(雄型管継手96と、オートクレーブを出て2つのバルブ付ライン(1つは真空ポンプにいき、他方はベントにいく)に分かれるラインに繋がるホースに取り付けられる)真空雌型管継手87が、a)(下部真空バッグに囲まれる)ターゲットバッキングプレート組立体、フィン付カバー52およびそれらの間にある接着剤58、およびb)フィン付カバー52、電気的絶縁シート54およびそれらの間にある接着剤60を囲む上部真空バッグシステムに接続する。
オートクレーブ88内の圧力が(前述の理由により)15psiに達するとき、真空ポンプに対するバルブが閉じられ、ガスラインに対するバルブが開かれて、真空バッグ内におよそ不活性ガスすなわち酸素吸収(ゲッター)ガスのような適当なガスのほぼ15psiすなわち1気圧の圧力を引き込む。真空バッグ内の圧力がおよそ1気圧に達すると、真空ポンプホースのベントバルブが一度開き、それから閉じて、ベントラインをパージし、真空バッグをベント/パージガスで飽和させる。
例えば、一酸化炭素ガスが、雄型管継手92に繋がる雌型管継手83に取り付けられるホースを介して下部真空バッグシステムに導かれる。前述のように、一酸化炭素は、ここでフリーな酸素を吸収し、はんだボンディングに対して可能な限りクリーンな環境を維持するために用いられる。クリーンで乾燥した窒素が、雄型管継手90と嵌め合う雌型管継手81に取り付けられるホースを介して上部真空バッグシステムに導かれ、構造用接着剤積層が硬化する間に湿った空気または汚染物質が進入するのを防ぐ。
図22は、真空バッグシステムバリヤーフィルム118のバッグシール98を通る熱電対ワイヤ142の経路の一例を示す。代表的には、少なくとも2つの熱電対が、オートクレーブ88内の各ターゲット組立体に与えられ、ターゲット材料48の温度が、オートクレーブヒーターのオンとオフのサイクルを行う温度コントローラへの入力として役立つ。
図23は、真空バッグのバリヤーフィルム(すなわち110または118)を通る代表的な雄型管継手(すなわち、90、92、94および96)の接続の側面図を示す。例えば、安全かみそりの刃を用いて、ホールが真空バッグ上に生成され、ピン144が下方に延びて基部120と係合するようになる。シールはラバーシール136により生成されるが、真空シーラント(98、102)を用いる接続部をシーリングすることによって、漏れのある接続部がしばしば修理される。
図24は、単式真空バッグシステムを含んだ様々な層を示す分解組立図である。真空バッグシーラント98は、ツールプレート79に対してプレスされる(後にナイロンバッグフィルム118の真空シールを形成する)。組み立てられたスパッタリングターゲット組立体40は、シーラント98により囲まれ、ツールプレート79の上に存在する剥離フィルム100上に配置される。剥離フィルム112、ブリーダーフィルム114およびガス抜きマット116は、スパッタリングターゲット組立体40の上方に位置される。真空管継手基部120は、スパッタリングターゲット組立体40から離れてガス抜きマット116上に位置され、ナイロンバッグフィルム118が、組立体の上方に配置され、真空バッグシステムを完成するために真空シーラント98に対してプレスされる。ホールがナイロンバッグフィルム118内に生成され、管継手90および96を基部120に嵌め合い、同様の全てのものを上述の2バッグシステムに嵌め合う。
図25は、真空がバッグ内に引かれた後の、図24で示した単式バッグ真空システム積層の断面図である。二重バッグ処理システムは、単式オートクレーブの作動中にはんだ及びエポキシボンディングに対して有用であるが、単式バッグ処理システムは、(a)応力を取り除き、前にはんだ付けしたターゲット/バッキングプレートの小組立体を平らにしながら、真空バッグシステムに組立体全体を密閉し、オートクレーブ88内で接着剤でボンディングされた表面を硬化し、(b)ターゲット/バッキングプレートの小組立体をオートクレーブ内でまずはんだボンディングし、冷却流体を保持するためのカバーは、後にOリングシールによりシールされるファスナーによって取り付けられ、(c)フィン付バッキングプレート、および冷却流体を保持するカバーが溶接された後に(レーザー又は電子ビーム溶接)、オートクレーブ内のターゲット/バッキングプレートの小組立体をはんだボンディングし、又は(d)新しいターゲット材料48をはんだボンディングし、前述の方法で加工されたターゲット組立体40(「バッキングプレート」リサイクル方法)を磨き直す。
図26は、図16で説明したように、ツールプレート79上のスパッタリングターゲット組立体40の位置を示し、ツールプレート79上にシーラント98および102の経路、またバッキングプレート50の境界をそれぞれ示す。ガス通路管継手81、83、85および87に接続するホースが示される。
図27は、図16で説明したように、シーラント146のビードによりシールされた上部バッグのバリヤーフィルム118の代表的な開口を示し、ガス接続管継手92を下部バッグフィルムバリヤー110に曝す。
オートクレーブ法は、良く知られた経済的な技術である。それにも関わらず、上述したオートクレーブプロセスは、独自の信頼のおける有効なスパッタリングターゲット組立体生成法である。当然のことながら、オートクレーブ以外の手段によっても所望の温度および圧力を達成することは可能である。
本発明は特別な実施例に従って説明されてきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であうことを認識するだろう。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates generally to techniques used in the manufacture of internally cooled sputtering target assemblies used in planar magnetron sputtering, and more particularly to manufacturing techniques that improve and guarantee the parallel relationship between the surface of the target material and the sputter deposited substrate. .
Background of the Invention
Sputtering includes, for example, various metal thin films such as aluminum, aluminum alloys, refractory metal silicides, gold, copper, titanium-tungsten, tungsten, molybdenum, tantalum, indium-tin oxide (ITO), and items (substrates). A number of physical techniques commonly used in the semiconductor industry for depositing silicon dioxide and silicon on top, as well as wafers or glass plates to be processed are shown. Generally, this technique uses an electric field in the exhaust chamber to create a gas plasma of ionized inert gas “particles” (atoms or molecules). The ionized particles are directed towards the “target” and collide with it. As a result of the collision, free atoms are released from the target surface as atomic sized projectiles, inevitably converting the target material into its gas phase. Many free atoms emerging from the target surface become solid (atomic size projectiles collide and stay on the surface of the substrate), and the surface of the object to be processed (eg, wafer, substrate) that is relatively close to the target A thin film is formed (deposited) thereon.
One common sputtering technique is magnetron sputtering. When processing a wafer using magnetron sputtering, a magnetic field is utilized to concentrate the sputtering operating area, resulting in sputtering occurring at a faster rate and at a lower process pressure. The target itself is electrically biased with respect to the wafer and chamber and functions as a cathode. The effect of the magnetic field on the ions is proportional to the distance from the front of the target. Optimally, the target assembly (target and backing plate) is thin so that the magnetic field has a significant effect.
Considerable energy is used in generating a gas plasma and creating an ion stream that impinges on the cathode. This energy must be dissipated so that the structure and contained components are not melted or close to melting. The technique used to cool the sputtering target assembly is to pass water or another cooling liquid through certain internal paths of the sputtering target assembly.
As an example, a simplified perspective view of a sputtering system designed for a large rectangular substrate, including a relatively thin sputtering target assembly having an internal cooling passage, is shown in FIG. (Details of the chamber and its operation can be found in US patent application Ser. No. 08 / 157,763 filed Nov. 24, 1993, filed Apr. 29, 1993, US Ser. No. 08 / 236,715 filed Apr. 29, 1994. These are incorporated herein by reference.) A processing / sputtering chamber 30 surrounds a dark ring 31 around a substrate 32 to be sputter deposited. The upper flange of the sputtering chamber 30 supports the lower part of the insulating ring that supports the sputtering target assembly 40. The target material of the sputtering target assembly faces the substrate 32 to be sputtered. The target assembly is negatively biased with respect to the substrate and performs sputtering. An inlet cooling line 36 and an outlet cooling line 37 are connected to the cooling passages of the sputtering target assembly 40 to cool the assembly during sputtering. The top of the sputtering target assembly 40 is surrounded by a top chamber 35 that is supported on the back of the sputtering target assembly by an upper insulating ring 34. As fully described in the aforementioned documents, the top chamber 35 can be arranged with a moveable magnetron within the exhaust top chamber. The top chamber can be evacuated so that its pressure approaches that of the process chamber. The force applied to the target assembly area by the pressure difference between the processing chamber and the top chamber is minimal and is easily suppressed by the thin sputtering target assembly.
The multilayer sputtering target assembly 40 shown in FIGS. 2 and 3 is typically assembled according to the above-mentioned patent application using a two-step process. In one step, the target material 48 is soldered to the backing plate 50. In another step, a finned (or grooved) cover plate 52 is bonded to the back of the backing plate 50 using a structural epoxy-based adhesive. The structural epoxy-based adhesive is cured by placing it in place, raising the temperature of the parts to bond, and simultaneously pressing to maintain intimate contact of the parts throughout the heating cycle. The order in which the two steps are performed depends on the melting temperature of the solder and the curing temperature of the structural epoxy. The higher temperature bonding process takes place first and the adhesion of the first formed bond is not adversely affected by the next process.
The materials used to create this process and structural epoxy bond generally form a good bond, but cooling fluid may leak due to incomplete bonding, and such sputtering target assemblies are unacceptable. Factors that adversely affect the bondability of structural epoxy bonding are 1) surface treatment of the parts to be joined, 2) epoxy selection and curing procedures, and 3) surface mechanical bonding prior to adhesive curing. Fitting or meshing.
Surface treatment eliminates mechanically weak or non-adhesive surface films on the metal. For example, the surface treatment simply consists of mechanically polishing the surfaces to be bonded, resulting in a “clean” metal surface. Or, to obtain excellent results, this procedure can be: a) degreasing, b) acid etching to remove visible oxide or scale, and c) removing all traces of acid. Rinse), d) carefully form a corrosion-resistant film of controlled chemical composition and thickness, make surface conditioning to promote primer adhesion, e) dry, f) surface from atmospheric oxygen and moisture In order to seal, a step of priming within 1 hour may be included.
The choice of epoxy includes the type of substrate, the strength of the adhesive, adhesion to the primed surface, curing temperature and pressure procedures, and the ability of the adhesive to flow to create a leak-free joint. It's based on various factors.
Surface treatment, epoxy selection, and curing procedures are:Due to the strictness of the structureThe element to be controlled. However, a good mechanical fit or engagement with the surfaces to be joined is also necessary to achieve a leak-free joint. Deformations and voids are used to join large areas of a) different metals and / or b) non-uniformly heated or cooled similar metals (eg, 643 mm x 550 mm target material dimensions). Guided by a two-step soldering process. This process involves soldering the two surfaces to be bonded togetherwetIncludes steps. The target material is then heated and a pool of solder is created at the soldering location. The backing plate is also slid into the solder pool to avoid trapping the solder oxide that normally heats and floats over the molten solder, and the weight and light pressure of the components are soldered to the pool solder The two materials are in intimate contact as a whole. The parts are kept in alignment with each other until the solder is cooled below its melting temperature and the two parts are bonded.
For example, when soldering indium-tin oxide (ITO) to a commercially pure titanium backing plate, while cooling from soldering temperature (eg, 156 ° C. for pure indium solder) to ambient temperature, Differences in heat shrinkage at the solder joints tend to bend the part. The edge of the target material is first cooled, forming a stronger bend than at the higher temperature in the center of the target. As a result, when the target material and backing plate continue to shrink at different rates, the strong connection between the outer edges of the target material buckles the center of the target material and 0.125 ”(3.175mm from the backing plate at the center of the target). In subsequent structural epoxy bonding steps (finned cover 52 is bonded to this highly distorted target / backing plate assembly), it is difficult to mechanically fit or engage the surfaces to be joined. Bad engagement results in an uneven bonding thickness that causes the cooling fluid to leak, and such a sputtering target assembly is unacceptable.
In addition, if such a sputtering target assembly is not flattened, the target material and the substrate to be sputtered are not parallel, thereby forming a non-uniform film on the substrate. The raised area at the center of the target material may generate voids on the back side of the raised area, and the target material may break. Such voids change the thermal conductivity between the target and the backing plate and the heat distribution across its surface. The distribution of the sputtered material and the sputtering rate of the target depend on the distance of the target material from the substrate and its temperature, respectively, the change in the gap (distance) between the target and the substrate, and the temperature change of the target material Varying the uniformity of the target material sputter deposited.
Since the purpose of the chamber to sputter a large area is a uniform film thickness over the entire area of the substrate to be sputter deposited as described above, the film thickness due to the variable characteristics of the target surface of the sputtering target assembly The change improves processing efficiency and is a major obstacle to sputter depositing a uniform thickness film across the surface.
Summary of the Invention
The method according to the invention eliminates deformations and imperfections introduced by the sputtering target assembly manufacturing technique described above.OvercomeProvide target properties that are generally uniform across the surface of the target. In particular, improved manufacturing techniques can be used when bonding layers of materials comprising a sputtering target assembly using solder and / or structural adhesives.Pressure assistedPerforming bonding; surrounding the cooling passage in the target backing plate by laser welding or electron beam welding one or more cover plates above the voids in the backing plate forming the cooling passage. Both technical changes are described.
These techniques according to the present invention reduce the number of steps in the manufacturing process andCoefficient of thermal expansionDue to differencesEven if the distortion cannot be removed, it can be reduced. These techniques virtually eliminate the possibility of cooling fluid leakage due to structural bonding failures based on cured adhesives.
In one method (technology), a sputtering target assembly (mainly consisting of a backing plate, a finned cover (plate), an insulating sheet and a target material layer) is machined and ground prior to assembly if necessary. , Overlaid, chemically cleaned, primed and polished. The final step of bonding the layers under pressure is performed in a gas bag (preferably in an oxygen-free environment) that does not leak gas in the autoclave. A pressurized autoclave applies a uniform force to the bag surface and maintains a leak-free contact of the layers through the thermal cycle of bond formation and / or curing. During the cooling cycle, the applied pressure causes the solder layer to plastically flow and prevent the assembly from distorting. Spacers located between the target material and the backing plate and interspersed with the solder layer control the thickness, uniformity, and bondability of the joint made by the solder layer.
In the bonding step, the solder can be used to bond the target to the backing plate with pressure (preferably given in the autoclave) and the structural plate can be used to bond the backing plate to the finned (grooved) cover plate. This is done in one step. An electrically insulating layer is bonded to the back of the target assembly using a structural adhesive during the same step. In order to perform this bonding step, the target assembly is partially double vacuum bagged to separate the solder bonding process from the structural bonding process. One (lower) vacuum bag configuration (system) is attached to the backing plate and surrounds only the target material that is solder bonded to the backing plate. A second (upper) vacuum bag configuration (system) generally surrounds the lower bag system, backing plate, finned cover and electrical insulation sheet and provides a gas communication path to the lower vacuum bag. A laminate of epoxy-based structural adhesive between the backing plate and the finned cover plate and between the finned cover plate and the electrically insulating sheet bonds these layers.
The vacuum bag is first evacuated and the autoclave pressure is increased to approximately 15 psi above atmospheric pressure. The vacuum bag is refilled to approximately 1 atm with inert or oxygen-absorbing gas without moisture, eliminating the risk that the vacuum system evacuating the bag will suddenly receive high pressure gas from the autoclave environment (bag failure event). The autoclave pressure is then increased to provide the desired pressure on the unbonded target assembly layer. The assembly is then heated and cooled according to a predetermined procedure.
This method change involves first bonding the target to the backing plate with solder, then enclosing the entire assembly in a vacuum bag system, curing the bonded parts with structural adhesive, while simultaneously removing the stress, and the target backing Flatten plate subassemblies.
Yet another modification of this method is that the target is first solder bonded in the autoclave and the cover holding the cooling fluid is attached by a fastener sealed with a gasket-type (preferably O-ring) seal.
A second method according to the present invention includes a void structure and closure that forms a cooling fluid passage in the backing plate and cover assembly. A backing plate receives a cover that includes a recess and is configured to fit into the recess. The cover and backing plate are laser welded around the edge between the recess and the cover and regularly spaced as a whole corresponding to the ends of the fins (or walls between the grooves) in the finned backing plate. Joined by spot or seam welding across the field of the cover in place. As a modification, it is also possible to use electron beam welding (low heat input is desirable to avoid material distortion due to welding). The target material is a)singleUse vacuum bag autoclave procedure to target,Solder bonded to welded backing plate, or b) First bond target to welded backing plate with solder, surround entire assembly with vacuum bag, relieve stress, flatten target assembly in autoclave By doing so, it can be bonded to the welded assembly with solder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified perspective view of a sputtering chamber system using a sputtering target assembly 40 manufactured in accordance with the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the target side of the sputtering target assembly according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional side view of FIG. 2 taken along 3-3.
FIG. 4 is an exploded side cross-sectional view illustrating one embodiment of a layer of material included in assembling the single target assembly shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional exploded view showing a second embodiment of a layer of material used in assembling the single target assembly shown in FIG.
FIG. 6 is a detailed view of the assembled target assembly shown in FIG.
FIG. 7 shows a panel of target material consisting of three tiles for use in a sputtering target assembly according to the present invention.
FIG. 8 shows tape a) wrapped around tiles to cover the junction between tiles of the target panel, and b) covering the target side of the tile of FIG.
8A and 8B are a perspective view of the pre-assembly of the joint between adjacent tiles as shown in FIGS. 8, 9 and 10, and a cross-sectional view of the final configuration.
FIG. 9 shows the assembly of the target panel of FIG. 8 on a base plate according to the present invention.
10 shows a perspective view of the assembled sputtering target assembly of FIG.
FIG. 11 is a view partially removing the exterior of the bottom surface of the target backing plate using two welded cover panels covering the cooling passage voids of the backing plate.
12 is a cross-sectional view of FIG. 11 taken along 12-12.
FIG. 13 shows a target backing plate having cooling passage voids covered with a single cover plate.
14 is a cross-sectional detail of an exemplary weld along the top of the fin of the finned backing plate assembly having the welded cover plate shown in FIGS. 11, 12, 13 and 15 at the edge of the cover plate. FIG.
FIG. 15 is another example of a target backing plate having two separate cover plates.
FIG. 16 shows an overall cross-sectional view of the material layer used to surround and make a bag around a target assembly that is processed in an autoclave.
FIG. 17 is a simplified perspective view of the layers of FIG. 16, but does not show a gas coupling joint.
FIG. 18 is a plan view of a polyamide tape layer on a backing plate surrounding a target material used when processing a target assembly according to the present invention.
19 is a cross-sectional side view of FIG. 16 in the processing position.
FIG. 20 is a detailed view of the layers of material of FIG. 19 around the gas fitting 92.
FIG. 21 is a detailed view of the outer bag edge seal shown in close proximity to the gas fitting 90.
FIG. 22 shows an arrangement for providing thermocouple wires to a vacuum bag enclosure that monitors the temperature of the target material and / or backing plate.
FIG. 23 shows a side view of an exemplary gas coupling connection through the barrier film of the vacuum bag.
FIG. 24 is an exploded view of a cross section of a single vacuum bag bonding system in accordance with the present invention.
FIG. 25 is a cross-sectional view of a layer of the material of FIG. 24 bonded in accordance with the present invention.
FIG. 26 is a plan view of the sputtering target assembly shown in FIG. 9 and clearly shows an example of possible positions for gas connection to the gas barrier layer of the vacuum bag.
FIG. 27 shows an exemplary configuration for gas coupling through the outer (upper) bag barrier to the inner (lower) bag barrier of the dual bag configuration shown in FIGS. 16, 19, 20 and 26. It is a perspective view.
Detailed description
FIG. 1 illustrates a sputtering process system using a sputtering target assembly 40 manufactured in accordance with the present invention as described above.
The overall configuration of the embodiment according to the present invention is shown in FIG. The integrated sputtering target assembly 40 is shown in plan view with its target side viewed from above. The sputtering target material 48 is bonded to the backing plate 50. Bonding is done by soldering, diffusion bonding, or another technique that can provide and maintain a satisfactory bond between different metals at process temperatures. In another example, the target 48 and backing plate 50 (eg, aluminum or titanium) are a single piece of material that does not require bonding.AlsoGood. In general, prior to bonding the target material 48, a highly polished vacuum seal surface 77 is formed on the backing plate boundary 78 surrounding the target area (preferably 8 μin (0.20 μm) Ra, surface finish, mirror finish). To machine) and grind the target side of the backing plateLapping andIt is preferable to polish. This surface 77 provides a particularly leak-proof seal when the O-ring is placed against it. The backing plate 50 has water inlet fitting ports 67 and 68, water outlet fitting ports 69 and 71, and a low vacuum port 75 that is preferably machined into the backing plate 50 prior to bonding in accordance with the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the target material 48 of FIG. 2 taken along 3-3. The target material 48 is attached to the backing plate 50, and the backing plate 50 is attached to the finned cover plate 52 in order, The outer surface of the plate 52 is covered with an electrical insulating sheet 54.
FIG. 4 is an exploded view of one embodiment of the configuration typically shown in FIG. 3 showing a first structural adhesive laminate 60 disposed between the electrical insulation sheet 54 and the finned cover plate 52. . The first adhesive laminate 60 is trimmed to fit the outer shape of the finned cover plate 52 in order to bond the insulating sheet 54 to the cover plate 52. A second layer 58 of structural adhesive laminate is located between the top surface of the finned cover plate 52 and the back surface of the backing plate 50. The second stack 58 is trimmed (typically a support screen or mesh not shown).FromOnly the surfaces that are intended to contact each other are bonded (ie, at the top of the fin 59 and the fin side boundary of the cover plate 52). is there). The solder layer 56 comprises a strip of solder material having a thickness of 0.010 ″ -0.020 ″ (0.25 mm-0.51 mm) and is disposed between the target material 48 and the front surface of the backing plate 50. The solder layer 56 is formed on the front surface of the target material 48 and the backing plate 50 in advance.wetA) a hot plate that immerses the surface to be bonded in a pool of solder, b) brushing over the solder on the surface to be bonded, and c) a surface to be bonded with the solder layer. Means such as sputter coating are used.
FIG. 5 is an exploded view of another configuration, typically illustrated by FIG. 3, illustrating another embodiment in accordance with the present invention. In some instances, surface bonding or prior to solder bondingWet (also called wet)The surface to be solder bonded can be cleaned by sputter etching (impacted by ions), and one or more layers of sputter coating material 65 can be applied to the target material 48 and backing plate. Sputter-coated (deposited) on the 50 bonded sides and pre-coated their surfaces for solderingWet, ieTin plating. Another unreliable procedure pre-defines the surface to be solder bonded as before.WetBefore bondingWetScrap the solder to remove surface oxide. Once the surface to be bonded isWhen tinned (pre-wetted)For example, a solder material strip 56, which is pure indium, a spacer 63 (eg, a pre-wet 0.001 ″ -0.010 ″ (0.025 mm-0.25 mm) diameter copper wire) is applied to the target material 48 and backing plate 50 for solder bonding. It is arranged between.
6 shows details of the cross section of FIG. 3 near its edge including the layers shown in the embodiment of the invention shown in FIG. The backing plate 50 is a rectangular single body having a target top surface and a back surface as described above. The target top surface can be wetted by sputtering pure indium onto a backing plate 50 made of titanium, for example, after being sputter coated with an adhesive layer. For example, indium-tin oxide (ITO)Made fromBy coating the target material 48 with an adhesive layer and coating it on the back (eg pure indium)Get wetbe able to. Solder 56 (eg, a pure indium 0.010 ″ -0.020 ″ (0.25 mm-0.51 mml) thick strip)WetA series of alternating strips of spacers 63 (which are 0.005 ″ -0.010 ″ (0.13 mm-0.25 mm) diameter copper wire) are disposed between the target material 48 and the backing plate 50. Although a series of spacers 63 and solder regions 56 alternating at high density is shown in FIG. 6, it is not necessary for the spacers 63 to be present at such a high frequency. The spacer 63 provides a vertical spacing (preferably approximately 0.010 ″ (0.25 mm)), and after bonding the target plate 48 to the backing plate 50, the spacerofThick solder joints are maintained. This extra thickness of the solder joint easily plastically generates solder material when subjected to the clamping pressure during the solder cooling cycle. The resulting solder avoids excessive distortion of the surface of the target material 48 due to thermal expansion differences. With the exception of spacer 63, the solder joint is significantly reduced in thickness, for example, to be thinner than 0.005 ″ (0.13 mm), and thickness uniformity cannot be controlled. Also, excess solder from thicker solder strips. However, the surface oxide floating on the melted solder is applied to the outside of the joint, and as a result, excellent solder bonding coverage is obtained.
The finned cover plate 52 is covered with a layer of structural adhesive laminate 58 trimmed, for example, with a safety razor blade, and fits the top of the exposed surface that contacts the back of the backing plate 50. When the structural adhesive laminate 58 is cured, good bonding creates a leak-free seal between the cooling passages of the finned cover plate 52 and the backing plate 50. The complete bonding of the fin ends of the cover plate 52 and the backing plate 50 is such that the cooling passage ballooning occurs when the cooling fluid is directed into the cooling passage under pressure.(ballooning)Can be avoided. An electrical insulation sheet 54 is bonded to the back of the finned cover plate 52 by a structural adhesive stack 60 similar to the structural adhesive stack 58 used for bonding between the finned cover plate 52 and the backing plate 50.
7, 8, 9 and 10 are taken to place multiple tile target materials (eg ITO) to be bonded on a backing plate 50 of a quality material (eg titanium) compatible with the sputtering target material. It is a simple visual representation of the steps. As shown in FIG. 7, since indium-tin oxide is difficult to produce in large plates, when large ITO plates are required for sputtering, multiple tiles 49a, 49b, 49c Adjacent to complete sputtering coverage. The tiles are held adjacent to each other by an assembly frame (not shown). In FIG. 8, the edge of the tile and the target side of the tile are covered with high temperature polyamide flash breaker tape 43 and the solder is applied to these surfaces.wetTo prevent. Also, the flash braking tape 43 can easily remove the solder material from the spacing between the panels, thereby avoiding contamination of the solder when sputtering the final target assembly 40.
FIG. 8A shows the peripheral edge of each tile wrapped with polyamide tape 43a, 43b having a width equal to the thickness of the tile. Tiles (eg 49a, 49b) are shims that maintain the spacing between tiles (Spacing adjustment plate)45 adjacent to each other. Bonded portion forming flash breaker tape 43z, edges are polyamide tapes 43a, 43bsoIt is placed over two adjacent tiles 49a, 49b that are rolled.
FIG. 8B shows tiles 49a, 49b arranged in a plane prepared to be mounted on backing plate 50. FIG. When the joint-forming flash breaker tape 43z is bent around the joint shim 47 in a position where the tiles are adjacent to each other in the plane, the joint shim 47 disposed between the tiles 49a, 49b provides a uniform spacing between the tiles. maintain. The typical thickness of tapes 43a, 43b, 43z is 0.003 "(0.076mm). The four layers of this tape have an assembled thickness of 0.012" (0.30mm) as shown in FIG. 8B. Bring. When all the tape and shim are removed, the final spacing between tiles is preferably 0.015 "-0.020" (0.38-0.51mm), so the thickness of shim 47 is 0.003 "(0.076mm) And between 0.008 ″ (0.020mm). The shim 47 is held until the soldering is complete and the uniformity of the spacing between the tiles is guaranteed. The height of the shim 47 is typically 0.003 ″ (0.076 mm) lower than the tile thickness. Once the soldering is complete, the shim 47 and all tape layers (43z, 43a, 43b) are removed. This leaves a gap of 0.015 "-0.020" (0.38-0.51 mm). Sputtering does not occur in this gap, and this gap acts as a dark part shielded from the effects of sputtering.
Behind the tiles 49a, 49b and 49cWetAlternatively, tin plating is performed at this time if necessary. Frames around the tiles are used to align and handle them before soldering.
As shown in FIG. 9, when the panels 49a, 49b, 49c are placed over the solder panels (strips) 56a and spacers 63 and heated, the solder strips 56a melt and the solder flows easily. The target backing plate is provided by placing a series of solder panels 56 and spacers 63 adjacent to each other so as to bond the backing plate 50 to the target panel material 48 including tiles 49a, 49b and 49c.
FIG. 10 shows three tiles of ITO target material 48 located on the backing plate 50. The same process is performed for a single target material without joints. The number of spacers 63 and solder material strips 56 shown in FIG. 9 is necessary to maintain an overall uniform top surface without excessive deflection of the target material in terms of the uniform clamping pressure exerted by the autoclave. Represents the type of interval. In each of the depicted ITO tiles (49a, b, c), the outer two spacers 63 act as bridges, for example the tile 49aBends at both ends and bends. Excessive deflection is not acceptable. For this purpose, an intermediate spacer is provided. Further, the configuration is adjusted based on empirical means if necessary.
A structural configuration for a finned backing plate 50a without epoxy cured bonding is shown in FIG. Finned backing plates 50a, 50b, 50c are shown in FIGS. 11, 12, 13, 14 and 15 and include cover receiving recesses extending downwardly from the top surface in the finned region, as shown, for example, in FIG. . The cover plates 53a, b, c, d or e are adapted to the size and thickness of the recesses, cover the cooling passages and fins 51, and divide and direct the cooling fluid flow from the inlet cooling passage port to the outlet cooling passage port. FIG. 11 shows two-part covers 53a and 53b, each panel being symmetrical with the other along a common edge. Two separate cooling passagesofA depression is provided. Each cooling passageofThe indentation and cover plate are separated separately by edge welds (eg 78), seam welds or a series of intermediate plug (ie spot) welds 80 regularly arranged along the top of the fin 51, and intermediate barriers 55 between adjacent indentations. It is possible to weld only a few fins. Typically, seam welding is performed on the top of each fin 51.
The finned plate 50 a also includes a low vacuum port 75, a power interlock port 74, and a power adjustment device 76.
FIG. 12 shows a cross section of FIG. 11 taken along 12-12.
FIG. 13 provides another configuration of a finned backing plate using a one-piece cover plate 53c. The welded finned backing plate 50b and the cover 53c form a collection of cooling fluid passages. A recess is created on the backing plate 50b and receives a thin cover 53c to hold the cooling fluid and all seams are welded and closed. A one-part cover plate 53c is welded around its periphery by welding 72 and welded from end to end at the top of each fin by seam welding 70.
FIG. 14 is a cross-sectional detail of FIGS. 11, 13 and 15 showing typical welding locations and configurations.
FIG. 15 shows another configuration of the finned backing plate 50c, in which the cooling passages are separated by a thicker intermediate wall than in the previous embodiment and covered by separate cover plates 53d and 53e. The surrounding weld 61 passes below the central axis of the finned backing plate 50c. A seam weld 62 is provided at the top of each cooling passage fin. Seam welding is done over the fins to prevent the cover 53c from ballooning under pressure.
When using a weldable aluminum (eg, aluminum alloy 6061) backing plate (ie, 50a, 50b, or 50c), the recommended material for a thin cover (ie, 53a, 53b, 53c, 53d, or 53e) is: Aluminum alloy (9% -13% Si) rich in silicon (for example, aluminum alloy 4047 containing 11% -13% Si, aluminum alloy used in the hybrid package industry). Silicon-rich aluminum is used to avoid breaking the thin cover along the heat affected part of the weld. A commercially pure titanium backing plate is welded to a thin cover of the same alloy.
The method for bonding the sputtering target assembly is preferably vacuum autoclave pressure bonding using two bags. FIG. 16 is an exploded view showing the different layers included in the configuration of the two vacuum (flexible) bag systems for bonding the target assembly. FIG. 17 is a perspective view of the molded article of FIG. 16 without showing a gas connector. A vacuum bag sealant 98, such as a bead of General Sealants, Inc., product number 213, high temperature (350 ° F. or 177 ° C.) synthetic rubber tape, is attached to the tool (support) plate 79. A sheet of release film 100 with no holes is located within the area surrounded by sealant 98 and is used to prevent the molded article (sputtering target assembly 40) from bonding to tool plate 79. Release film 100 is, for example, Airtech International, Inc. product number Wrightlease 5900, where high temperature PTFE release film is used up to 650 ° F. or 340 ° C., or Wrightlon 5200 Blue. (Blue), a fluorocarbon release film is used up to 450 ° F. or 230 ° C.
The sputtering target assembly 40 is assembled as an unbonded sandwich according to FIG. 16, with the side edges of the insulating sheet 54 wrapped with flash breaker tape 49 and the edges of the finned cover plate 52 wrapped with flash breaker tape 44. Rarely, the edge of the backing plate 50 is wrapped with flash breaker tape 42 and the backing plate boundary 78 leading to the edge of the target material 48 is masked with a polyamide high temperature tape coating 46. A top view of the boundary coating 46 is shown in FIG.
An example of a flash breaker tape utilized is a fully cured silicone adhesive high tensile polyester film, traded by Airtech International as Flashbreaker 1,2,5, Refers to film thickness (1,2,5 mils (0.025,0.051,0.127 mm, respectively)) and has a service limit up to 400 ° F. (205 ° C.). Polyamide tapes that mask the target material are, for example, manufactured by 3M under the names of Scotch® brands 5413 and 5419 (low static) and have a service limit of 500 ° F. (260 ° C.). The assembled sputtering target assembly 40 is then placed on top of the release film 100 on the tool plate 79.
beneathofTo form a vacuum bag system, a bead of vacuum bag sealant 102 is placed on a tape coating 46 that covers the boundary (target side) of the backing plate 50. Although General Sealant's serial number 213 may be used, General Sealant manufactures a variety of vacuum bag sealants that are evaluated for adhesiveness, which is the ability to cleanly remove after bonding, and the service temperature being investigated.
Within the area surrounded by the sealant 102, a release film 104, a bleeder film 106 and a vent mat 108 are placed above the target material 48.
The release film 104 used is, for example, an aluminum foil without oil leakage according to ASTM B479 and an uncoated polyamide film. These release films are used to protect the target surface from contaminants and avoid bonding another film.
The bleeder film 106 is, for example, Release Ply A and B, traded by Airtech International, which are heat-set, scoured, uncoated nylon fabrics that can absorb excess bonding material. Their equivalents, Bleeder Lease A and B, are not used here to prevent contamination from the release agent used in these films.
Degassing mat 108 is, for example, Airweave N7 (7 oz polyester degasser and resin absorbent) and Ultraweave 715 (nylon 6-6 non-woven gas that does not seal 350 ° F / 177 ° C cure) (Excluded) is traded by Airtech International. The degassing material is required to facilitate evacuation almost completely from the vacuum bag.
A vacuum fitting base 120 is placed on top of the vent mat 108 near the boundary of the backing plate 50 (see plan view 26 for gas connection locations). A nylon bag film 110 extends a) around the periphery of the peel and bleeder films 104 and 106 and b) around the mat 108 and is placed above the assembly,ofPress against vacuum sealant 102 to complete the vacuum bag system. A hole is formed in the nylon bag film 110 and connects the vacuum fittings 92 and 94 to the base 120.
Nylon bag film 110 is, for example, KM 1300 and Wrightlon 7400 with usage limits of 390 ° F / 199 ° C, and is traded by Airtech International. These nylon films exhibit 300% elongation at break, causing the film to conform to the shape of the molded product without bridging, and the bag breaks and breaks the required differential pressure. Alternatively, reusable silicon sheeting bags, such as those traded by Zip-Vac, may be substituted for the vacuum bag film.
A typical vacuum fitting is shown, for example, as 90 in FIGS. 16, 21 and 23, with a base 120, a seal 136 attached to the pressure plate 138, a male quick-cut fitting 140, and a downwardly extending central portion. It is constituted by an upper assembly consisting of T-shaped pins 144 positioned. The top assembly pin 144 extends through the hole in the base and when the top assembly is twisted to seal the fitting 90 against the bag film 110, the pin arm is in an opposing circular shape at the base bottom. Engage with the ramp.
beneathofThe vacuum bag system is mainly composed of a release film 112, a bleeder film 114, a degassing mat 116 and a vacuum bag film 118.ofSurrounded by a vacuum bag system. The peel and bleeder films 112 and 114 and the venting mat 116 extend beyond the periphery of the target assembly 40 and are placed within an area surrounded by the bag sealant 98.
Available release films 112 are, for example, traded by Airtech International in the name of Release Ease 234 TFP and, according to the manufacturer, porous release coated glass that releases from all commercially available resin systems. A fiber film with a working limit of 550 ° F / 285 ° C.
For example, the bleeder film 114 is the aforementioned release plies A and B or bleeder leases A and B.
For example, the degassing mat 116 is the aforementioned air weave and ultra weave 715.
For example, the nylon bag film 118 is the aforementioned KM 1300 and Lightlon 7400, or a reusable silicone sheeting bag.
TopofDuring assembly of the vacuum bag system, the base 120 for the fittings 90 and 96 is placed over the vent mat 116 away from the sputtering target assembly 40 side (see position in FIG. 26) and the nylon bag film 118. Is placed above the assembly and pressed against the vacuum bag sealant 98,ofComplete the vacuum bag system. Holes are created in the nylon bag film 118 and connect the fittings 90 and 96 to the base 120.
Hall is at the topofThe gas connection from the lower bag system is given to the bag system, the upper and lowerofAllows the upper bag system to pass through while separating between the bag systems. Beads 119 and 121 (shown as 146 in FIG. 27) of vacuum bag sealant (eg, moldings 98 and 102 described above) are provided inside the perimeter of each opening to seal the openings and gas fittings 92, 94. Around the bottomofThe bag system is exposed to autoclave 88 pressure.
The tool plate 79 and the element to be attached are placed in the container of the autoclave 88, to which vacuum and gas supply fittings 81, 83, 85, 87 are connected. For example, a vacuum cut fitting 87 connects to the male fitting 96 and pulls the vacuum on the upper bag. When the vacuum female pipe 81 is connected to the male pipe 90 and the autoclave pressure reaches approximately 1 atm, the upper partofThe vacuum bag system is filled with clean, dry nitrogen.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a double bag processing laminate (sandwich) after evacuating the interior of the bag. All layers are completely compressed against the contour of the sputtering target assembly (ie the part to be bonded) and there is no bridging. The sputtering target assembly 40 is placed between a “Blanchard” ground tool plate 79 (to maintain flatness) and a double bag processing vacuum system. Magnify in detail.
The autoclave 88 consists of a pressure vessel provided with an internal heater and a fan (not shown). The fan helps to maintain a nearly constant fluid temperature inside the autoclave. A thermocouple 142 is attached to the molded article 40 and tool plate 79 to monitor the temperature inside the autoclave and provide input to a temperature controller (not shown) located outside the autoclave. This controller cycles the heater on and off to reach the desired temperature. The autoclave is pressurized by pumping nitrogen using a compressor (not shown) located outside the autoclave. A vacuum line is attached to the vacuum pump and enters the autoclave wall through a sealed port to provide vacuum to the bag system. Similarly, a gas line attached to the gas bottle at one end enters the autoclave wall through a sealed port and is used to fill the vacuum bag system.
The principle of the “press” of the autoclave is to maintain a differential pressure between the molded product 40 that is evacuated and the outside air that is the autoclave pressure during heating or cooling. The molded product 40 supported on one side of the tool plate 79 receives a uniform autoclave pressure that presses against the vacuum bag. When the autoclave pressure reaches approximately 15 psi above atmospheric pressure, a sufficient pressure differential exists across the vacuum bag, vacuum pumping is stopped, the vacuum bag is filled with, for example, clean, dry nitrogen, moist air or contamination Prevent material from entering the bag. Instead, reducing oxygen absorbing gas (ie carbon monoxide) is used to eliminate the risk of oxidizing parts at elevated temperatures. The autoclave pressure continues to increase the bonding pressure recommended by the instructions for use with the structural adhesive. The outer portion of the vacuum bag is pressurized at, for example, 60 psi or the recommended autoclave pressure while the interior of the bag is maintained at atmospheric pressure (˜15 psi). This pressure differential creates the pressure necessary to maintain the parts to be bonded in intimate contact while the adhesive is cured.
Normally, when the recommended curing pressure is reached, the autoclave is heated to the recommended curing temperature of the adhesive. For example,
1) Cytec Engineered Materials, Inc. manufactures Cybond EF-9500, 250 ° F ± 5 ° F (120 ° F) from ambient temperature with a gradient of 6 ° F (3.3 ° C) per minute. Curing is held at 250 ° F. ± 5 ° F. (120 ° C. ± 3 ° C.) for 90 minutes while maintaining the pressure at 60 psi ± 5 psi (0.28 MPa ± 0.03 MPa). Recommend cycle.
2) 3M Aerospace Materials manufactures AF-191, an improved epoxy structural adhesive film, 4 ° per minute up to 350 ° F ± 5 ° F (177 ° C ± 3 ° C) curing temperature Increase temperature from F by 5 ° F (2 ° C to 3 ° C) and then maintain temperature at 350 ° F ± 5 ° F (177 ° C ± 3 ° C) for 60 minutes while maintaining pressure at 45 psi ± 5 psi .
Preferably, the part should be cooled to temperatures below 160 ° F. (71 ° C.) before being removed from the autoclave 88 or vented to the atmosphere.
The structural adhesive film and the double bag processing vacuum system are selected to withstand the melting point of the solder. For example, when indium solder is used (melting point 156 ° C.), the adhesive system is selected to withstand a curing temperature of 350 ° F./177° C. The vacuum bag element is also selected to withstand a high temperature of 350 ° F./177° C. that ensures melting of the solder material.
Using a dual bag processing vacuum system, the target assembly 40 is manufactured by solder bonding and structural epoxy bonding in a single autoclave operation. The manufacturer's curing procedure for the adhesive film is modified to adjust the soldering process. For example, when using indium solder and the Cybond EF-9500 structural adhesive described above, the autoclave is at a rate of 6 ° F. (3.3 ° C.) per minute from ambient temperature to 350 ° F. ± 5 ° F. (177 ° C. ± 3 ° C). This temperature is maintained for approximately 1 minute to ensure that the indium solder strip 56 melts (see FIG. 9). The autoclave is then cooled to 250 ° F ± 5 ° F (120 ° C ± 3 ° C) at a rate of 9 ° F (5 ° C) per minute to solidify the solder and fully cure the structural adhesive. For 60 minutes at 250 ° F. ± 5 ° F. (120 ° C. ± 3 ° C.).
During the complete heating and cooling cycle, the pressure is maintained at 60 psi ± 5 psi (0.28 MPa ± 0.03 MPa). Lower part surrounding the solderofA vacuum bag system is purged with a reducing gas (ie, carbon monoxide) to help reduce or remove the oxygen present and improve the solder joint compatibility (ie, indium oxide in the molten solder). To prevent formation). In order to minimize solder oxidation, the solder strip 56, spacer 63, target material 48 and backing plate 50 (only the sides are bonded) strip off the surface oxide and an inert gas atmosphere during the deposition process. Maintained in. Other techniques are also used, such as ion bombardment (removing surface oxides) by sputtering a thin film of carbon (one or two monolayers). The carbon layer reacts with oxygen to form a gas that is pumped by a vacuum system attached to the lower vacuum bag.
(beneathofA vacuum male fitting 94 (attached to the vacuum bag system) and a line that separates into two valved lines (one going to the vacuum pump and the other going to the vent) exiting the autoclave 88 and the male fitting 94. A vacuum female fitting 85 (attached to the hose leading to the bottom) surrounds the target material 48, a portion of the backing plate 50, and the solder material (see FIG. 5) disposed therebetween.ofConnect to vacuum bag system. Similarly, mating pipe joints 92 and 83 connect to a valved gas supply outside the autoclave 88. Although not shown, one or more sets of vacuum lines are attached to each vacuum bag system to facilitate vacuum pumping or purging of the bag.
(TopofA vacuum male fitting 96 (attached to the vacuum bag system) and a line that separates into a male fitting 96 and a line with two valves (one goes to the vacuum pump and the other goes to the vent) leaving the autoclave. The vacuum female pipe fitting 87 attached to the connecting hose is a) (lower part)ofSurrounding the vacuum bag) enclosing the target backing plate assembly, the finned cover 52 and the adhesive 58 therebetween, and b) enclosing the finned cover 52, the electrically insulating sheet 54 and the adhesive 60 therebetween. Upper partofConnect to vacuum bag system.
When the pressure in the autoclave 88 reaches 15 psi (for the reasons described above), the valve to the vacuum pump is closed and the valve to the gas line is opened to allow approximately inert or oxygen absorbing (getter) gas in the vacuum bag. A pressure of approximately 15 psi or 1 atmosphere of suitable gas is drawn. When the pressure in the vacuum bag reaches approximately 1 atmosphere, the vacuum pump hose vent valve is opened once and then closed to purge the vent line and saturate the vacuum bag with vent / purge gas.
For example, carbon monoxide gas is lowered through a hose attached to a female pipe joint 83 connected to a male pipe joint 92.ofGuided to vacuum bag system. As mentioned above, carbon monoxide is used here to absorb free oxygen and maintain the cleanest environment possible for solder bonding. Clean and dry nitrogen is passed through the hose attached to the female pipe fitting 81 that mates with the male pipe fitting 90ofGuided to a vacuum bag system to prevent ingress of moist air or contaminants while the structural adhesive laminate is cured.
FIG. 22 shows an example of the path of the thermocouple wire 142 through the bag seal 98 of the vacuum bag system barrier film 118. Typically, at least two thermocouples are provided to each target assembly in the autoclave 88, and the temperature of the target material 48 serves as an input to a temperature controller that cycles the autoclave heater on and off.
FIG. 23 shows a side view of the connection of representative male fittings (ie, 90, 92, 94 and 96) through the barrier film (ie, 110 or 118) of the vacuum bag. For example, using a safety razor blade, a hole is created on the vacuum bag and the pin 144 extends downward to engage the base 120. The seal is created by a rubber seal 136, but leaking connections are often repaired by sealing the connections using vacuum sealants (98, 102).
FIG. 24 is an exploded view showing the various layers including a single vacuum bag system. The vacuum bag sealant 98 is pressed against the tool plate 79 (which later forms a vacuum seal for the nylon bag film 118). The assembled sputtering target assembly 40 is surrounded by a sealant 98 and placed on a release film 100 that is on a tool plate 79. The release film 112, the bleeder film 114 and the degassing mat 116 are positioned above the sputtering target assembly 40. The vacuum fitting base 120 is positioned on the vent mat 116 away from the sputtering target assembly 40 and a nylon bag film 118 is placed over the assembly and against the vacuum sealant 98 to complete the vacuum bag system. Pressed. Holes are created in the nylon bag film 118, fitting the fittings 90 and 96 to the base 120 and all the same to fit the two bag system described above.
25 is a cross-sectional view of the single bag vacuum system stack shown in FIG. 24 after a vacuum has been drawn into the bag. While the dual bag processing system is useful for solder and epoxy bonding during single autoclave operation, the single bag processing system is: (a) a sub-assembly of the target / backing plate that has been stressed and previously soldered The entire assembly is sealed in a vacuum bag system while flattening, the adhesive bonded surface is cured in the autoclave 88, and (b) the target / backing plate subassembly is first solder bonded in the autoclave; The cover for holding the cooling fluid is attached by a fastener that is later sealed by an O-ring seal, (c) after the finned backing plate and the cover holding the cooling fluid are welded (laser or electron beam welding) , Target in autoclave Bonding solder subassembly of the backing plate, or (d) bonding solder a new target material 48, again honing target assembly 40 that is processed by the above method ( "backing plate" recycling method).
FIG. 26 shows the position of the sputtering target assembly 40 on the tool plate 79 as described in FIG. 16, showing the paths of the sealants 98 and 102 on the tool plate 79, and the boundary of the backing plate 50, respectively. Shown are hoses that connect to gas passage fittings 81, 83, 85 and 87.
FIG. 27 shows a representative opening in the upper bag barrier film 118 sealed with a bead of sealant 146 as described in FIG. 16, exposing the gas connection fitting 92 to the lower bag film barrier 110.
The autoclave method is a well-known and economical technique. Nevertheless, the autoclave process described above is a unique, reliable and effective method for producing sputtering target assemblies. Of course, it is possible to achieve the desired temperature and pressure by means other than autoclaving.
Although the present invention has been described in accordance with specific embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (42)

スパッタリングターゲット組立体を製造する方法であって、
ボンディングされてないサンドイッチに組み立てられるスパッタリングターゲット組立体のコンポーネントを備えるステップであって、前記ボンディングされてないサンドイッチの少なくとも2つの層がボンディング層により分けられるステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの頂面から底面にわたりほぼ均一な圧力分布を与える圧力源を用いて、前記ボンディングされてないサンドイッチの層をプレスするステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの層に圧力を維持しながら、前記ボンディングされてないサンドイッチの温度を、前記ボンディング層のボンディング温度より高く上げるステップと;
ボンディングが完了する期間の間、前記ボンディング温度より高く、前記ボンディングされてないサンドイッチ層上の温度を維持し、且つ、圧力を維持するステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの温度が、ボンドの硬化が完了するプロセス完了温度まで下がる間、前記ボンディングされてないサンドイッチにかかる圧力を維持するステップと;
を有する方法。
A method of manufacturing a sputtering target assembly, comprising:
Providing components of a sputtering target assembly that are assembled into an unbonded sandwich, wherein at least two layers of the unbonded sandwich are separated by a bonding layer;
Pressing the unbonded sandwich layer with a pressure source that provides a substantially uniform pressure distribution from the top surface to the bottom surface of the unbonded sandwich;
Increasing the temperature of the unbonded sandwich above the bonding temperature of the bonding layer while maintaining pressure on the unbonded sandwich layer;
Maintaining a temperature above the bonding temperature, above the unbonded sandwich layer and maintaining a pressure during a period of time during which bonding is completed;
Maintaining the pressure on the unbonded sandwich while the temperature of the unbonded sandwich is lowered to a process completion temperature at which bond cure is complete;
Having a method.
可撓性の真空密な囲いにボンディングされてないサンドイッチを包囲するステップと;
前記可撓性の真空密な囲いに真空圧を生成し、真空封入されたボンディングされないサンドイッチ組立体を形成するステップと;
を有し、
前記プレスするステップは、可撓性の真空密な囲いと、真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体を、圧力チャンバ内で加圧するステップを有し、且つ、
前記温度を上げるステップ、前記温度を維持するステップ、前記圧力を維持するステップは、全て圧力チャンバ内で行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
Enclosing the unbonded sandwich in a flexible vacuum tight enclosure;
Generating a vacuum pressure in the flexible vacuum tight enclosure to form a vacuum sealed unbonded sandwich assembly;
Have
Pressing comprises pressing a flexible vacuum tight enclosure and a vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly in a pressure chamber; and
The method of claim 1, wherein the steps of raising the temperature, maintaining the temperature, and maintaining the pressure are all performed in a pressure chamber.
前記包囲するステップは、支持プレート上に前記ボンディングされてないサンドイッチを支持するステップと、前記ボンディングされてないサンドイッチを、前記支持プレートにシールされる可撓性の真空密なカバーで覆い且つシールするステップを有することを特徴とする請求項2に記載の方法。The enclosing step includes supporting the unbonded sandwich on a support plate, and covering and sealing the unbonded sandwich with a flexible vacuum tight cover sealed to the support plate. 3. The method of claim 2, comprising steps. 前記包囲するステップは、ターゲットのバッキングプレートが前記ターゲットのバッキングプレート上に前記ボンディングされてないサンドイッチのターゲット部材を支持し、前記ボンディングされてないサンドイッチのターゲット部材を前記ターゲットのバッキングプレートに対して覆う可撓性の真空密なカバーをシールするステップを有することを特徴とする請求項2に記載の方法。The enclosing step comprises: a target backing plate supporting the unbonded sandwich target member on the target backing plate and covering the unbonded sandwich target member against the target backing plate The method of claim 2 including the step of sealing the flexible vacuum tight cover. スパッタリングターゲット組立体を製造する方法であって、
支持プレート上にボンディングされてないサンドイッチのスパッタリングターゲット組立体のコンポーネントを積層するステップであって、前記ボンディングされてないサンドイッチの少なくとも2つの層がボンディング層により分けられるステップと;
前記支持プレートにシールされる上部の可撓性の真空密なカバーで前記支持プレート上の前記ボンディングされてないサンドイッチを覆い、真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体を形成するステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチと前記支持プレートを覆う前記上部の可撓性の真空密なカバー内に真空圧を生成するステップと;
前記支持プレートと、前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体を圧力チャンバ内で加圧するステップと;
前記圧力チャンバ内の前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体の温度を、前記ボンディング層のボンディング温度よりも高い温度に上げるステップと;
ボンディングが完了する期間の間、ボンディング温度よりも高く、前記圧力チャンバ内で前記真空封入されたボンディングされないサンドイッチ組立体の温度を維持し、且つ、圧力を維持するステップと;
前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体の温度が、ボンドの硬化が完了するプロセス完了温度まで下がる間、前記支持プレートと、前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体にかかる圧力を維持するステップと;
を有する方法。
A method of manufacturing a sputtering target assembly, comprising:
Stacking components of an unbonded sandwich sputtering target assembly on a support plate, wherein at least two layers of the unbonded sandwich are separated by a bonding layer;
Covering the unbonded sandwich on the support plate with an upper flexible vacuum tight seal sealed to the support plate to form a vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly;
Generating a vacuum pressure in the unbonded sandwich and the upper flexible vacuum tight cover over the support plate;
Pressurizing the support plate and the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly in a pressure chamber;
Raising the temperature of the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly in the pressure chamber to a temperature higher than the bonding temperature of the bonding layer;
Maintaining the temperature of the vacuum-sealed unbonded sandwich assembly in the pressure chamber above the bonding temperature and maintaining the pressure for a period of time during which bonding is completed;
While the temperature of the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly is lowered to the process completion temperature at which bond curing is complete, the pressure applied to the support plate and the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly is reduced. Maintaining steps;
Having a method.
前記ボンディングされないサンドイッチを覆うステップは、更に、ターゲット材料を下部の可撓性の真空密なカバーで覆い、前記下部の可撓性の真空密なカバーを、前記上部の可撓性の真空密なカバー内部の前記ボンディングされてないサンドイッチのターゲットのバッキングプレートに対してシールするステップを有し;及び
前記真空圧を生成するステップは、前記ターゲット材料およびターゲットのバッキングプレート上にある前記下部の可撓性の真空密なカバー内に真空圧を生成するステップ;
を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。
The step of covering the unbonded sandwich further comprises covering the target material with a lower flexible vacuum tight cover, and the lower flexible vacuum tight cover with the upper flexible vacuum tight cover. Sealing against the unbonded sandwich target backing plate inside the cover; and generating the vacuum pressure includes the target material and the lower flexibility on the target backing plate. Generating a vacuum pressure in a permeable vacuum tight cover;
6. The method of claim 5, comprising:
前記積層するステップは、前記ボンディングされてないサンドイッチと前記支持プレートの間に第1剥離フィルムを配置するステップを有することを特徴とする請求項5に記載の方法。6. The method of claim 5, wherein the laminating step comprises disposing a first release film between the unbonded sandwich and the support plate. 前記積層するステップは、はんだが溶融するときに、スパッタリングターゲット材料とバッキングプレートの間に所定の隙間を維持するように配置されるスペーサー部材間の間隔にはんだ材料を置くステップを有することを特徴とする請求項5に記載の方法。The laminating step includes placing the solder material in an interval between spacer members arranged to maintain a predetermined gap between the sputtering target material and the backing plate when the solder melts. The method according to claim 5. 前記積層するステップは、はんだが溶融するときに、スパッタリングターゲット材料とバッキングプレートの間に所定の隙間を維持するように配置されるスペーサー部材の間の間隔にはんだ材料を置くステップを有することを特徴とする請求項6に記載の方法。The laminating step includes placing the solder material in an interval between spacer members arranged to maintain a predetermined gap between the sputtering target material and the backing plate when the solder melts. The method according to claim 6. 前記積層するステップの前のステップは、ターゲット材料の背面をはんだ材料でスパッタ堆積するステップを含み、ボンディング温度が、前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体の温度を上げるその後のステップにおいて達成されると、前記ターゲットをバッキングプレートにその後のはんだボンディングするステップに備えて濡れとして作用することを特徴とする請求項5に記載の方法。The step prior to the laminating step includes sputter depositing a backside of the target material with a solder material, wherein a bonding temperature is achieved in a subsequent step of raising the temperature of the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly 6. The method of claim 5, wherein said method acts as wetting in preparation for subsequent solder bonding of said target to a backing plate. 前記積層するステップの前のステップは、ターゲット材料の背面を、はんだ材料でスパッタ堆積するステップを含み、ボンディング温度が、前記真空封入されたボンディングされてないサンドイッチ組立体の温度を上げるその後のステップにおいて達成されると、前記ターゲットをバッキングプレートにはんだボンディングするステップに備えて濡れとして作用することを特徴とする請求項6に記載の方法。The step prior to the laminating step includes sputter depositing a backside of the target material with a solder material, wherein the bonding temperature raises the temperature of the vacuum-encapsulated unbonded sandwich assembly. 7. The method of claim 6, wherein once achieved, the method acts as wetting in preparation for solder bonding the target to a backing plate. 前記ターゲット材料の背面をはんだ材料でスパッタ堆積する前に、前記背面がスパッタエッチングされることを特徴とする請求項10に記載の方法。The method of claim 10, wherein the back surface is sputter etched prior to sputter depositing the back surface of the target material with a solder material. 前記ターゲット材料の背面をはんだ材料でスパッタ堆積する前に、前記背面がスパッタエッチングされることを特徴とする請求項11に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein the back surface is sputter etched prior to sputter depositing the back surface of the target material with a solder material. 前記スパッタリングターゲット組立体のコンポーネントを備えるステップは、前記ボンディングされてないサンドイッチと前記上部の可撓性の真空密なカバーの間に設けられた前記ボンディングされてないサンドイッチの上方にガス抜きマットフィルムを設けるステップを有することを特徴とする請求項7に記載の方法。The step of providing a component of the sputtering target assembly comprises degassing mat film over the unbonded sandwich provided between the unbonded sandwich and the upper flexible vacuum tight cover. 8. The method of claim 7, comprising the step of providing. 前記スパッタリングターゲット組立体のコンポーネントを備えるステップは、前記ボンディングされてないサンドイッチと前記上部の可撓性の真空密なカバーの間に設けられた前記ボンディングされてないサンドイッチの上方に、第2剥離フィルム、ブリーダーフィルム、およびガス抜きマットフィルムを順次設けるステップを有することを特徴とする請求項7に記載の方法。The step of providing a component of the sputtering target assembly includes a second release film above the unbonded sandwich provided between the unbonded sandwich and the upper flexible vacuum tight cover. The method according to claim 7, further comprising: sequentially providing a bleeder film and a degassing mat film. 前記コンポーネントを備えるステップは、前記ボンディングされてないサンドイッチのコンポーネントとしてターゲットのバッキングプレートを含み、
前記バッキングプレートは、
前記バッキングプレートに冷却流体通路の集合を形成するボイドを備えるフィン付のターゲットのバッキングプレートを設けるステップであって、前記ボイドは、各フィンが頂面を有する一連のフィンを含むステップと;
前記ボイドの上方にカバーを置くステップと;
前記ボイドをシールするために、前記カバーの縁を前記バッキングプレートにシール溶接するステップと:
前記カバーを前記フィンの頂面にスポットまたはシーム溶接するステップと;を有する方法によって製造されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
Providing the component includes a target backing plate as a component of the unbonded sandwich;
The backing plate is
Providing a finned target backing plate with voids forming a collection of cooling fluid passages in the backing plate, the void comprising a series of fins, each fin having a top surface;
Placing a cover over the void;
Sealing the edge of the cover to the backing plate to seal the void;
2. The method of claim 1, wherein the method comprises: spot or seam welding the cover to the top surface of the fin.
スパッタリングターゲット組立体を製造する方法であって、
ボンディング材を、第1の複数のほぼ平らなパネルの表面に塗布するステップであって、それらの一つはスパッタリングターゲットを有するステップと;
前記複数のパネルを一緒に配置するステップであって、前記第1の複数のパネルの表面が、第2の複数のパネルに面し、前記第1と第2の複数のパネルが、パネルの第1の対を構成するステップと;
前記第1の対を含んだ、前記複数のパネルの少なくとも2つ以上のパネルにわたって第1の圧力を加えるステップであって、前記第1の圧力は、前記第2のパネルに向かって前記第1のパネルをプレスするステップと;
前記第1の圧力を加えると同時に、前記ボンディング材が前記パネルの前記第1の対をボンディングさせる第1の温度に、少なくとも前記第1と第2の複数のパネルを加熱するステップと;
を有する方法。
A method of manufacturing a sputtering target assembly, comprising:
Applying a bonding material to the surface of the first plurality of substantially flat panels, one of them having a sputtering target;
Arranging the plurality of panels together, wherein a surface of the first plurality of panels faces a second plurality of panels, and the first and second plurality of panels are panel firsts. Composing a pair;
Applying a first pressure across at least two of the plurality of panels including the first pair, the first pressure being directed toward the second panel; Pressing a panel of;
Heating at least the first and second panels to a first temperature at which the bonding material bonds the first pair of panels simultaneously with applying the first pressure;
Having a method.
前記ボンディング材は、はんだであることを特徴とする請求項17に記載の方法。The method of claim 17, wherein the bonding material is solder. 前記ボンディング材は、接着剤であることを特徴とする請求項18に記載の方法。The method of claim 18, wherein the bonding material is an adhesive. 前記複数のパネルは、前記パネルの少なくとも3つを含み、且つ、前記第1の圧力は、前記第1の対を含む前記パネルの少なくとも2つにわたって圧力を加えることを特徴とする請求項17に記載の方法。18. The plurality of panels includes at least three of the panels, and the first pressure applies pressure across at least two of the panels including the first pair. The method described. 前記ボンディング材は、はんだを有し;
さらに、接着剤を、パネルの第2の対の1つの第3の表面に与えるステップを含み、前記複数のパネルの前記第2のパネルおよび第3のパネルが、前記第2の対を含み、前記第3の面が、パネルの前記第2の対の第4の面に面しており;
前記第1の圧力は、パネルの前記第1の対をプレスする第1の力を及ぼし;
さらに、
前記第2の対を含む前記パネルの少なくとも2つにわたる第2の圧力を及ぼすスステップと;
前記第2の圧力を及ぼすと同時に、前記接着剤がパネルの前記第2の対をボンディングする、前記第1の温度よりも低い第2の温度に、前記複数のパネルの少なくとも前記第2のパネルおよび第3のパネルを加熱するステップを含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
The bonding material comprises solder;
Further comprising applying an adhesive to a third surface of one of the second pair of panels, wherein the second panel and the third panel of the plurality of panels comprise the second pair; The third side faces the fourth side of the second pair of panels;
The first pressure exerts a first force that presses the first pair of panels;
further,
Applying a second pressure across at least two of the panels comprising the second pair;
At least the second panel of the plurality of panels at a second temperature lower than the first temperature at which the adhesive bonds the second pair of panels simultaneously with applying the second pressure. 21. The method of claim 20, further comprising heating the third panel.
前記第1の圧力は、流体圧の差であることを特徴とする請求項17に記載の方法。The method of claim 17, wherein the first pressure is a fluid pressure difference. 前記ボンディングされてないサンドイッチの層の少なくとも1つが、間に1つ以上の接合部を有するタイルの集合を含み、前記接合部は、はんだがバッキングプレート表面から前記1つ以上の接合部に流動するのを防ぐために、各タイルの縁にシールされる可撓性テープを使用し、且つ、前記1つ以上の接合部をブリッジすることによって、はんだ付けの間にシールされることを特徴とする請求項1に記載の方法。At least one of the layers of the unbonded sandwich includes a collection of tiles having one or more joints therebetween, where the solder flows from a backing plate surface to the one or more joints. In order to prevent this, the flexible tape is sealed to the edge of each tile and is sealed during soldering by bridging the one or more joints. The method of claim 1. スパッタリングターゲット組立体を製造する方法であって、
ボンディングされてないサンドイッチに組み立てられるスパッタリングターゲット組立体のコンポーネントを備えるステップであって、前記ボンディングされてないサンドイッチの少なくとも2つの層がはんだ層により分けられているステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの層を、前記ボンディングされてないサンドイッチの頂面から底面にわたってほぼ均一な圧力分布を与える圧力源を用いて、まとめてプレスするステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの温度を、前記はんだ層の溶融温度に上げるステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの層をプレスしながら、前記ボンディングされてないサンドイッチの温度を、溶融時間の間、前記溶融温度に維持するステップと;
前記ボンディングされてないサンドイッチの温度が、凝固プロセスの完了温度に下がる間、前記ボンディングされてないサンドイッチの層をまとめてプレスするステップと;
を有する方法。
A method of manufacturing a sputtering target assembly, comprising:
Providing a component of a sputtering target assembly that is assembled into an unbonded sandwich, wherein at least two layers of the unbonded sandwich are separated by a solder layer ;
Pressing the layers of the unbonded sandwich together using a pressure source that provides a substantially uniform pressure distribution from the top surface to the bottom surface of the unbonded sandwich;
Raising the temperature of the unbonded sandwich to the melting temperature of the solder layer ;
Maintaining the temperature of the unbonded sandwich at the melting temperature for a melting time while pressing the unbonded sandwich layer;
Pressing the layers of the unbonded sandwich together while the temperature of the unbonded sandwich is lowered to the completion temperature of the solidification process;
Having a method.
前記備えるステップ、プレスするステップ、温度を上げるステップ、及び温度を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、実質的に不活性なガスの環境に曝されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The component of claim 1, wherein the component is exposed to a substantially inert gas environment during the preparing, pressing, raising temperature, and maintaining temperature. the method of. 前記備えるステップ、プレスするステップ、温度を上げるステップ、及び温度を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、実質的に水分がなく、不活性なガスの環境に曝されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The component is exposed to a substantially moisture-free and inert gas environment during the preparing step, pressing step, raising temperature step, and maintaining temperature step. Item 2. The method according to Item 1. 前記備えるステップ、プレスするステップ、上げるステップ、及び温度を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、実質的に酸素吸収ガスの環境に曝されることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the component is exposed to a substantially oxygen-absorbing gas environment during the preparing, pressing, raising, and maintaining temperature steps. 前記備えるステップ、プレスするステップ、温度を上げるステップ、温度を維持するステップ、及び圧力を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、可撓性壁体を有するガス漏れのない囲いに包囲され、前記囲いは、実質的に不活性なガスの環境を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。During the step of providing, pressing, raising temperature, maintaining temperature, and maintaining pressure, the component is surrounded by a gas-tight enclosure having a flexible wall, The method of claim 1, wherein the enclosure has a substantially inert gas environment. 前記備えるステップ、プレスするステップ、温度を上げるステップ、温度を維持するステップ、圧力を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、可撓性壁体を有するガス漏れのない囲いに包囲され、前記囲いは、実質的に水分のない不活性なガスの環境を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。During the preparing step, pressing step, raising temperature step, maintaining temperature step, maintaining pressure step, the component is surrounded by a gas-tight enclosure having a flexible wall, and the enclosure The method of claim 1, wherein the method has an inert gas environment substantially free of moisture. 前記備えるステップ、プレスするステップ、温度を上げるステップ、温度を維持するステップ、及び圧力を維持するステップの間に、前記コンポーネントが、可撓性壁体を有するガス漏れのない囲いに包囲され、前記囲いは、実質的に酸素吸収ガスの環境を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。During the step of providing, pressing, raising temperature, maintaining temperature, and maintaining pressure, the component is surrounded by a gas-tight enclosure having a flexible wall, The method of claim 1, wherein the enclosure has a substantially oxygen absorbing gas environment. 前記実質的に酸素吸収ガスの環境は、主に一酸化炭素で形成されることを特徴とする請求項30に記載の方法。The method of claim 30, wherein the substantially oxygen-absorbing gas environment is formed primarily of carbon monoxide. 前記実質的に不活性なガスの環境をガス漏れのない囲いに提供する前に、前記囲いは、実質的に排気されていることを特徴とする請求項28に記載の方法。29. The method of claim 28, wherein the enclosure is substantially evacuated prior to providing the substantially inert gas environment to a gas leak-free enclosure. 前記実質的に不活性なガスの環境をガス漏れのない囲いに提供する前に、前記囲いは、実質的に排気されていることを特徴とする請求項29に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the enclosure is substantially evacuated prior to providing the substantially inert gas environment to a gas leak-free enclosure. 前記実質的に不活性なガスの環境をガス漏れのない囲いに提供する前に、前記囲いは、実質的に排気されていることを特徴とする請求項30に記載の方法。31. The method of claim 30, wherein the enclosure is substantially evacuated prior to providing the substantially inert gas environment to a gas leak-free enclosure. 前記コンポーネントを備えるステップは、互いに面し、前記ボンディング材料の層をスパッタ堆積することによってコーティングされたボンディング層により分けられる前記ボンディングされてないサンドイッチの層の面の少なくとも1つの表面を備えるステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。Providing the component comprises providing at least one surface of the unbonded sandwich layer faced with each other and separated by a coated bonding layer by sputter depositing the layer of bonding material. The method according to claim 1. 前記コンポーネントを備えるステップは、互いに面し、前記ボンディング材料の層をスパッタ堆積することによってコーティングされたボンディング層により分けられる前記ボンディングされてないサンドイッチの層の面の少なくとも1つの表面を備えるステップを有することを特徴とする請求項25に記載の方法。Providing the component comprises providing at least one surface of the unbonded sandwich layer faced with each other and separated by a coated bonding layer by sputter depositing the layer of bonding material. 26. The method of claim 25. 前記コンポーネントを備えるステップは、互いに面し、前記ボンディング材料の層をスパッタ堆積することによってコーティングされたボンディング層により分けられる前記ボンディングされてないサンドイッチの層の面の少なくとも1つの表面を備えるステップを有することを特徴とする請求項26に記載の方法。Providing the component comprises providing at least one surface of the unbonded sandwich layer faced with each other and separated by a coated bonding layer by sputter depositing the layer of bonding material. 27. A method according to claim 26. 前記コンポーネントを備えるステップは、互いに面し、前記ボンディング材料の層をスパッタ堆積することによってコーティングされたボンディング層により分けられる前記ボンディングされてないサンドイッチの層の面の少なくとも1つの表面を備えるステップを有することを特徴とする請求項27に記載の方法。Providing the component comprises providing at least one surface of the unbonded sandwich layer faced with each other and separated by a coated bonding layer by sputter depositing the layer of bonding material. 28. The method of claim 27. パネルの前記第1の対の1つは、前記スパッタリングターゲット組立体に流体冷却用チャネルを形成するための溝を有する表面を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。18. The method of claim 17, wherein one of the first pair of panels includes a surface having a groove for forming a fluid cooling channel in the sputtering target assembly. 前記ボンディング層のコンポーネントを備えるステップは、はんだが溶融するときに、前記ボンディングされてないサンドイッチの少なくとも2つの層の間に所定の隙間を維持するために配置されるスペーサー部材の間の間隔にはんだ材料を配置するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。The step of providing a component of the bonding layer includes soldering a gap between spacer members arranged to maintain a predetermined gap between at least two layers of the unbonded sandwich when the solder melts. The method of claim 1, comprising placing the material. 前記コンポーネントを備えるステップの前に、前記少なくとも2つの層の第1の層のボンディングする側を、はんだ材料でスパッタ堆積し、ボンディング温度が前記ボンディングされてないサンドイッチの温度を上げるステップにおいて達成されるときに、前記少なくとも2つの層の第2の層に対する前記少なくとも2つの層の前記第1の層のはんだボンディングのために、濡れとして作用することを特徴とする請求項1に記載の方法。Prior to the step of providing the component, the bonding side of the first layer of the at least two layers is sputter deposited with a solder material and a bonding temperature is achieved by raising the temperature of the unbonded sandwich. 2. The method of claim 1, wherein the method sometimes acts as wetting for solder bonding of the first layer of the at least two layers to a second layer of the at least two layers. 前記少なくとも2つの層の前記第1の層のボンディング側をはんだ材料でスパッタ堆積するステップの前に、ボンディングする側がスパッタエッチングされることを特徴とする請求項とする請求項41に記載の方法。42. The method of claim 41, wherein the bonding side is sputter etched prior to the step of sputter depositing the bonding side of the first layer of the at least two layers with a solder material.
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