(57)【要約】  アルミニウムを主成分とする金属ベース部材と、前記金属ベース部材の表面に成膜した高純度アルミニウム膜と、前記高純度純アルミニウム膜を陽極酸化して形成した無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜を有する製造装置の構造部材。アルミニウムを主成分とする金属ベース部材の表面に高純度アルミニウム膜を成膜し、前記高純度アルミニウム膜を誘電率が水より小さくかつ水を溶解する非水溶媒を含むｐＨ４〜１０の化成液中で陽極酸化してその少なくとも表面部分を無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜に変換し製造装置の構造部材を製造する方法。
2008081748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする金属ベース部材と、前記金属ベース部材の表面に成膜した高純度アルミニウム膜と、前記高純度アルミニウム膜を陽極酸化して形成した無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜を有する製造装置の構造部材。
【請求項２】
前記高純度アルミニウム膜は、純度が９９．９９％以上のアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の製造装置の構造部材。
【請求項３】
前記高純度アルミニウム膜は０．２μｍ以上の膜厚を有することを特徴とする請求項１又は２記載の製造装置の構造部材。
【請求項４】
前記高純度アルミニウム膜はＣＶＤによって成膜されることを特徴とする請求項３記載の製造装置の構造部材。
【請求項５】
前記高純度アルミニウム膜はスパッタリングによって成膜されることを特徴とする請求項３記載の製造装置の構造部材。
【請求項６】
無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は前記高純アルミニウム膜の表面をｐＨ４から１０の化成液中で陽極酸化によって形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の製造装置の構造部材。
【請求項７】
前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は放出水分量が１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の製造装置の構造部材。
【請求項８】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウムを５０重量％以上含みかつマグネシュウムを１から４．５％含むことを特徴とする請求項１乃至７記載の製造装置の構造部材。
【請求項９】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、０．１５重量％以下のジルコニウムを含むことを特徴とする請求項８記載の製造装置の構造部材。
【請求項１０】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材はアルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の総含有量が１重量％以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の製造装置の構造部材。
【請求項１１】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の含有量がいずれも０．０１重量％以下であることを特徴とする請求項１０に記載の製造装置の構造部材。
【請求項１２】
電子装置の製造装置であって、請求項１乃至１１のいずれか１に記載の製造装置の構造部材を用いた製造装置。
【請求項１３】
アルミニウムを主成分とする金属ベース部材の表面に高純度アルミニウム膜を成膜し、前記高純度アルミニウム膜を誘電率が水より小さくかつ水を溶解する非水溶媒を含むｐＨ４〜１０の化成液中で陽極酸化してその少なくとも表面部分を無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜に変換することを特徴とする製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１４】
前記高純度アルミニウム膜は、純度が９９．９９％以上のアルミニウムであることを特徴とする請求項１３記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１５】
前記高純度アルミニウム膜は０．２μｍ以上の膜厚に成膜することを特徴とする請求項１４記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１６】
前記高純度アルミニウム膜はＣＶＤによって成膜されることを特徴とする請求項１５記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１７】
前記高純度アルミニウム膜はスパッタリングによって成膜されることを特徴とする請求項１５記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１８】
前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は厚さが１０ｎｍ以上形成されることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項１９】
前記高純度アルミニウム膜はその厚さの実質的に全体にわたって前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜に変換されることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２０】
前記化成液は該化成液を電気伝導性にする電解質を含みｐＨが５．５〜８．５であることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２１】
前記化成液は水を５０重量％以下含みｐＨが６〜８であることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２２】
前記電解質が硼酸、燐酸及び有機カルボン酸並びにそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項２０に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２３】
前記陽極酸化は、前記高純度アルミニウム膜と所定の電極とを前記化成液中に配置する工程と、前記高純度アルミニウム膜と前記電極との間に一定の電流を所定の時間流す定電流工程と、前記高純度アルミニウム膜と前記電極との間に一定の電圧を所定の時間印加する定電圧工程とを含むことを特徴とする請求項１３乃至２２のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２４】
前記定電流工程の前記所定の時間は前記高純度アルミニウム膜と所定の電極との間の電圧が所定の値になるまでであることを特徴とする請求項２３に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２５】
前記定電圧工程の前記所定の時間は前記高純度アルミニウム膜と所定の電極との間の電流が所定の値になるまでであることを特徴とする請求項２３に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２６】
前記陽極酸化の後に前記部材を１５０℃以上の所定の温度で熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項１３乃至２５のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２７】
前記陽極酸化の後に前記部材を３００℃以上の所定の温度で熱処理することを特徴とする請求項２６に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２８】
前記定電流工程において平方ｃｍ当たり０．０１〜１００ｍＡの電流を流すことを特徴とする請求項２３又は２４に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項２９】
前記電流は平方ｃｍ当たり０．１〜１０ｍＡであることを特徴とする請求項２８に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３０】
前記電流は平方ｃｍ当たり０.１５〜１.５ｍＡであることを特徴とする請求項２９に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３１】
前記定電圧工程において前記化成液が電気分解を起こさないような電圧を印加することを特徴とする請求項２３乃至３０のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３２】
前記非水溶媒はエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、およびテトラエチレングリコールの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１３乃至３１のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３３】
前記電解質はアジピン酸塩を含むことを特徴とする請求項２０乃至３２のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３４】
前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は放出水分量が１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１３乃至３３のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３５】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウムを５０重量％以上含みかつマグネシュウムを１から４．５重量％含むことを特徴とする請求項１３乃至３４のいずれか１に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３６】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、０．１５重量％以下のジルコニウムを含むことを特徴とする請求項３５記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３７】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材はアルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の総含有量が１重量％以下であることを特徴とする請求項３５又は３６に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【請求項３８】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の含有量がいずれも０．０１重量％以下であることを特徴とする請求項３７に記載の製造装置の構造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造装置に使用される構造部材に関し、特に、半導体又は平面デイスプレイの製造装置に使用される構造部材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や平面デイスプレイなどの電子装置の製造分野などに用いられる製造装置として、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）や物理気相成長法（ＰＶＤ）、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、及びマイクロ波励起プラズマＣＶＤなどに用いる真空薄膜形成装置や、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、及び近年開発されたマイクロ波励起プラズマエッチングなどに用いるドライエッチング装置（以下、真空装置と総称する。）、洗浄装置、焼成装置、加熱装置等がある。これら装置の特に腐食性の流体、ラジカル、照射イオンに接する面を有する構造材として、近年、ステンレス材に代わり、軽量で強固な、アルミニウムを主成分とする金属が広く用いられている。これらの装置では、今後の効率的な多品種少量生産を実現するためにも、１台で複数のプロセスを処理可能な３次元立体化クラスターツール化や、１つのプロセスチャンバーでガス種を切り替えて複数の処理を行うこと等が求められている。アルミニウムは実用金属の中でも特に卑な部類に属しており、アルミニウム及びアルミニウムを主成分とする金属には、適切な表面処理による保護膜形成が必要である。【０００３】
アルミニウムを主成分とする金属を構造材として用いた際の表面保護膜としては、古くから電解液中の陽極酸化による陽極酸化膜（アルマイト）が知られている。電解液として、酸性電解液（通常、ｐＨ２以下）を用いると、ポーラス構造を有する平滑で均一なアルマイト皮膜を形成させることができる。【０００４】
しかも、アルマイト皮膜は耐食性を有しており、また酸性電解液も安定で管理が容易なため、広く一般に用いられている。しかしながら、ポーラス構造を有するアルマイト皮膜は構造部材の表面処理としては熱に弱く、アルミニウム基材とアルマイト皮膜における熱膨張係数の違いよりクラックを生じて（特許文献１−特開平１０−１３０８８４号公報）、パーティクルの発生、アルミニウム基材の露出による腐食などの発生要因となっていた。【０００５】
またポーラス構造の孔内部には多量の水分等が蓄積・吸着しており（特許文献２−特公平５−０５３８７０号公報）、これがアウトガス成分として多量に放出される。このため、これら真空装置の性能の大幅な低下や、デバイスの動作不良、その他ハロゲンガスを含む各種ガス・薬品との共存によるアルマイト皮膜及びアルミニウム基材の腐食を引き起こす要因になるなど、多くの問題点を有していた。ハロゲンガスの中でも特に塩素ガスについては、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等に於ける金属材料の加工に於けるエッチングガスや、薄膜形成装置やドライエッチング装置のクリーニング工程にも用いられており、塩素ガスに対する強固な耐食性を有した装置部材の金属表面処理が重要である。【０００６】
そこで、高温の熱負荷によるクラックの増加割合が低いアルマイト皮膜及びその形成方法が種々提案されている。例えば、アルミニウムの合金組成をコントロールしたアルマイト皮膜の形成方法が提案されている（特許文献３−特開平１１−１８１５９５号公報）。しかしこのアルマイト皮膜も従来同様、表面にポーラス構造を有しており、このポーラス構造の孔内部に残存している水分による各種の問題については未解決のまま残されていた。【０００７】
このポーラス構造に起因する問題改善の為に、各種方法が提案されている。例えば、酸性電解質中にて陽極酸化処理したポーラス構造を有するアルマイト皮膜を沸騰水中に浸漬、又は加圧水蒸気中にて処理することにより、表面に水酸化アルミニウム（ベーマイト層）を形成して孔を塞ぐ封孔処理（特許文献４−特開平５−１１４５８２号公報）や、金属の水和物あるいは水和酸化物を主成分とする溶液中に於ける封孔処理（特許文献５−特開２００４−０６００４４号公報）などが提案されている。しかし、封孔処理後もポーラス構造の孔内部には依然として水分が残存しており、水酸化アルミニウムによるベーマイト層自体も水和物であることから、圧力や温度などの条件によっては水分の供給源となっており、根本的な解決には至っていない。また、ポーラス構造のアルマイト皮膜を形成後、バリア構造の陽極酸化処理を行う方法（特許文献６−特開２００５−１０５３００号公報）も提案されているが、二工程の陽極酸化処理を行う必要があるために、製造コストが高くなるといった問題があった。【０００８】
その他、アルミニウムを主成分とする金属を構造部材として用いた際の表面処理として、金属・合金や、各種セラミックス、セラミックスと金属あるいは合金とを組み合わせた粉体材料を溶融して噴射する溶射法などが用いられている（特許文献７−特開平９−０６９５１４号公報）。しかし溶射法による表面処理では、膜表面と基材とが穴でつながっている気孔の生成抑制が困難な為に、装置内でハロゲンガス等の腐食ガスを用いた場合には、気孔による基材のアルミニウムを主成分とする金属が接触している部位が腐食する問題が残されている。【０００９】
このような問題を解決すべく発明者は、アルミニウムを主成分とする金属を、ｐＨが中性又は中性に近い化成液で、陽極酸化を行うことによってアルミニウムの金属酸化物膜からの放出水分量が１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下の無孔性非晶質膜のアルミニウム酸化物不動態膜が得られ、アニールによるクラックを生じず、塩素ガス曝露に対する耐性に優れていること等を見出した（特許文献８、特許文献９）。さらに、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金の特定元素（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ）の総含有量が１重量％以下に抑制した、Ｍｇ添加が４．５重量％以下、Ｚｒ添加が０．１重量％の高純度アルミニウム、及び特定元素の含有量が０．００４重量％でＭｇ及びＺｒを含まない９９．９９％（４Ｎ）アルミニウムについて、陽極酸化を行い、より短時間で所定電圧まで化成でき、定電圧酸化時の残余電流密度が小さく、高いスループットで良好なバリア型アルミニウム酸化物膜を形成できることを見出した。また、これら高純度アルミニウムの酸化物膜の塩素ガスに対する耐性が優れていることを見出した（特許文献１０）。【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１３０８８４号公報
【特許文献２】特公平５−０５３８７０号公報
【特許文献３】特開平１１−１８１５９５号公報
【特許文献４】特開平５−１１４５８２号公報
【特許文献５】特開２００４−０６００４４号公報
【特許文献６】特開２００５−１０５３００号公報
【特許文献７】特開平９−０６９５１４公報
【特許文献８】特願２００５−１７８５６２号
【特許文献９】特願２００６−６４９２３号
【特許文献１０】ＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３０９３２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、半導体製造装置などの真空装置に、高純度アルミニウム、又は純アルミニウムをベース部材に使用し、その表面を陽極酸化によって処理し無孔性非晶質アルミニウム酸化物不動態膜を形成した構造部材を使用すれば、水分放出量が少なく、アニール耐性、塩素ガスに対する耐性等が優れた装置を作ることができる。【００１２】
しかし、これら装置の構造を保持するベース部材として、高純度アルミニウム、又は純アルミニウムを使用する場合には、機械的強度が小さいことから、チェンバなどの構造部材として使用できないという問題がある。【００１３】
本発明の目的は、機械的強度が強く、かつ高純度アルミニウム又は純アルミニウムから得られる無孔性非晶質アルミニウム酸化物不動態膜を有する構造部材及び構造部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウムを主成分とする金属ベース部材と、前記金属ベース部材の表面に成膜した高純度アルミニウム膜と、前記高純度アルミニウム膜を陽極酸化して形成した無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜を有する製造装置の構造部材が得られる。【００１５】
望ましくは、高純度アルミニウム膜は、純度が９９．９９％以上のアルミニウムである。さらに望ましくは、高純度アルミニウム膜の純度は９９．９９９％以上である。【００１６】
高純度アルミニウム膜は０．２μｍ以上の膜厚を有する。【００１７】
望ましくは、高純度アルミニウム膜はＣＶＤによって成膜する。【００１８】
高純度アルミニウム膜はスパッタリングによって成膜してもよい。【００１９】
無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は高純度アルミニウム膜の表面をｐＨ４から１０の化成液中で陽極酸化によって形成する。望ましくは、化成液は、中性又は中性に近いｐＨのものを使用する。【００２０】
無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜からの放出水分量は、１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下（１×１０１８個／ｃｍ２以下）である。【００２１】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウムを５０重量％以上含みかつマグネシュウムを１から４．５重量％含む。【００２２】
望ましくはアルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、０．１５重量％以下のジルコニウムを含む。【００２３】
望ましくは、前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材はアルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の総含有量が１重量％以下である。【００２４】
さらに、望ましくは、前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の含有量がいずれも０．０１重量％以下である。【００２５】
本発明によれば、電子装置の製造装置であって、アルミニウムを主成分とする金属ベース部材と、前記金属ベース部材の表面に成膜した高純度アルミニウム膜と、前記高純度アルミニウム膜を陽極酸化して形成した無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜を有する製造装置の構造部材を用いた電子装置の製造装置が得られる。【００２６】
電子装置の製造装置には、構造部材に関して上述した種々の特徴の構造部材を用いるのが望ましい。【００２７】
また、本発明によれば、アルミニウムを主成分とする金属ベース部材の表面に高純度アルミニウム膜を成膜し、前記高純度アルミニウム膜を誘電率が水より小さくかつ水を溶解する非水溶媒を含むｐＨ４〜１０の化成液中で陽極酸化してその少なくとも表面部分を無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜に変換することを特徴とする製造装置の構造部材の製造方法が得られる。【００２８】
望ましくは、前記高純度アルミニウム膜は、純度が９９．９９％以上のアルミニュウムである。【００２９】
前記高純度アルミニウム膜は０．２μｍ以上の膜厚に成膜することが好ましい。【００３０】
前記高純度アルミニウム膜はＣＶＤによって又はスパッタリングによって成膜される。【００３１】
前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は厚さが１０ｎｍ以上形成される。【００３２】
望ましくは、前記高純度アルミニウム膜はその厚さの実質的に全体にわたって前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜に変換される。【００３３】
前記化成液は該化成液を電気伝導性にする電解質を含みｐＨが５．５〜８．５であることを特徴とする。【００３４】
望ましくは、化成液は水を５０重量％以下含みｐＨが６〜８であることを特徴とする。【００３５】
電解質は、硼酸、燐酸及び有機カルボン酸並びにそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する。【００３６】
陽極酸化は、前記高純度アルミニウム膜と所定の電極とを前記化成液中に配置する工程と、前記高純度アルミニウム膜と前記電極との間に一定の電流を所定の時間流す定電流工程と、前記高純度アルミニウム膜と前記電極との間に一定の電圧を所定の時間印加する定電圧工程とを含む。【００３７】
定電流工程の前記所定の時間は前記高純度アルミニウム膜と所定の電極との間の電圧が所定の値になるまでの時間とする。【００３８】
定電圧工程の前記所定の時間は前記高純度アルミニウム膜と所定の電極との間の電流が所定の値になるまでであることを特徴とする。【００３９】
陽極酸化の後に前記部材を１５０℃以上の所定の温度で熱処理する工程を含む。【００４０】
望ましくは、前記陽極酸化の後に前記部材を３００℃以上の所定の温度で熱処理することを特徴とする。【００４１】
前記定電流工程において平方ｃｍ当たり０．０１〜１００ｍＡの電流を流す。【００４２】
望ましくは、前記電流は平方ｃｍ当たり０．１〜１０ｍＡである。【００４３】
さらに望ましくは、前記電流は平方ｃｍ当たり０.１５〜１.５ｍＡであることを特徴とする。【００４４】
定電圧工程において前記化成液が電気分解を起こさないような電圧を印加する。【００４５】
前記非水溶媒はエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、およびテトラエチレングリコールの少なくとも一つを含む。【００４６】
前記電解質はアジピン酸塩を含むことを特徴とする。【００４７】
前記無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜は放出水分量が１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下である。【００４８】
前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウムを５０重量％以上含みかつマグネシュウムを１から４．５％含むことを特徴とする。【００４９】
望ましくは、  前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、０．１５重量％以下のジルコニウムを含む。【００５０】
望ましくは、前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材はアルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の総含有量が１重量％以下である。【００５１】
さらに望ましくは、前記アルミニウムを主成分とする金属ベース部材は、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムを除く元素の含有量がいずれも０．０１重量％以下である。
【発明の効果】
【００５２】
本発明では、構造を保持するベース部材には、高純度アルミニウムより機械的強度が優れかつコストの低いアルミニウム合金を使用し、ベース部材の表面に積層させた高純度アルミニウム膜を陽極酸化により表面処理して無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜を形成して構造部材にするものであるから、ベース部材を高純度アルミニウムにして、その表面を直接陽極酸化してアルミニウム酸化物不動態膜を形成した構造部材と比べ、機械的強度が大きく、しかも表面処理皮膜としては、高純度アルミニウムの酸化物膜が示す特性を有する構造部材を得ることができる。また、無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜と基体構造部材との密着性も優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明を説明するために用いる写真で、５Ｎ高純度アルミニウム基板を陽極酸化して得られる無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜の走査顕微鏡写真である。
【図２】本発明を説明するために用いる写真で、５Ｎ高純度アルミニウム基板を陽極酸化して得られる無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜と、２重量％マグネシュウム（Ｍｇ）及び０．１重量％ジルコニウム（Ｚｒ）を含む高純度アルミニウム(Ｓ２Ｍ)基板で得られる無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜の顕微鏡写真である。
【図３】本発明を説明するために用いる図で、５Ｎ高純度アルミニウム基板、２重量％マグネシュウム（Ｍｇ）及び０．１重量％ジルコニウム（Ｚｒ）を含む高純度アルミニウム(Ｓ２Ｍ)基板を陽極酸化する場合の電圧・電流の経過時間特性を示すグラフである。
【図４】半導体製造装置などに使用される本発明の構造部材の１部断面図である。
【図５】本発明の実施例における陽極酸化時の電圧特性及び電流特性の１例を示す。
【図６】本発明の実施例における陽極酸化時の電圧特性及び電流特性の他の例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明の実施形態の説明の前に、高純度アルミニウムの陽極酸化について述べる。【００５５】
図１は、５Ｎ（９９．９９９％）の高純度アルミニウム基板を、陽極酸化して得られた無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜の走査型研顕微鏡写真である。左列は到達電圧２００Ｖ、中列は到達電圧３００Ｖ、右列は到達電圧４００Ｖで陽極酸化をしたものである。そして、各々の列において、上段、中段及び下段はそれぞれ倍率が１，０００倍、５，０００倍及び１０，０００倍である。同図から、いずれの到達電圧においても、表面が平坦な膜が得られている。【００５６】
図２には、高純度アルミニウム基板を陽極酸化して得られる無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜の電子顕微鏡写真（右側）と対比して、その左側に、２重量％マグネシュウム（Ｍｇ）及び０．１重量％ジルコニウム（Ｚｒ）を含む高純度アルミニウム(Ｓ２Ｍ)基板を同じ到達化成電圧４００Ｖで陽極酸化して得られる金属酸化物膜の表面状態を示す。倍率は、それぞれ１０００倍、５０００倍、１００００倍である。同図から、５Ｎの高純度Ａｌの場合の金属酸化物の表面状態がより優れていることがわかる。【００５７】
これら表面処理は、溶質としてアジピン酸アンモニウム（１重量％）、主溶媒としてエチレングリコール、水（１９重量％）を含むｐＨ７．０の化成液に入れて、室温で陽極酸化を行ったものである。【００５８】
陽極酸化は、基板を化成液の中に入れ、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２の定電流で所定の到達電圧に達するまで化成する。そして、到達電圧に達した後、所定時間その電圧を保持するように通電した。図３には、その場合の電圧（左の縦軸）・電流密度（右の縦軸）の経過時間に対する特性を示してある。図には、５Ｎの高純度アルミニウム基板及び２重量％のＭｇを含むアルミニウム基板に加え、３重量％のＭｇを含むアルミニウム基板、４重量％のＭｇを含むアルミニウム基板についての陽極酸化の特性を示してある。５Ｎの高純度アルミニウムについては、到達電圧２００Ｖ，３００Ｖ及び４００Ｖ、４重量％Ｍｇ含有アルミニウムについては到達電圧４００Ｖと２００Ｖ，３重量％Ｍｇ含有アルミニウム及び２重量％Ｍｇ含有アルミニウムついては到達電圧２００Ｖで化成処理した場合の特性である。到達電圧４００Ｖで比較すると、５Ｎ高純度アルミニウムの場合、定電流化成時の電圧の立ち上がりの直線性がよく、到達電圧に達した後の電流密度の低下が速く、しかも電流密度は小さい。これに対し、４重量％Ｍｇ含有アルミニウムの場合、電圧特性の直線性も劣り、到達電圧に達した後の電流密度が大きい。したがって、アルミニウム酸化物膜の製造時間及び膜の緻密性の点で、５Ｎの高純度アルミニウムを陽極酸化した場合の方が優れた膜が得られている。【００５９】
アルミニウムを主成分とする金属又は高純度アルミニウムを主成分とする金属をｐＨ４〜１０の化成液、特に、ｐＨ６〜８の化成液中で陽極酸化して得られてなるアルミニウムの酸化物皮膜は、放出水分量が１Ｅ１８分子／ｃｍ２以下（１×１０１８個／ｃｍ２以下）で水分放出量が極めて少ないこと、一部元素の含有量を抑制したアルミニウムを主成分とする金属に於いて、特定の化成液を用いることにより形成された金属酸化物膜は、ボイドやガス溜まりが形成されず、加熱による酸化物膜のクラック発生等が抑えられることにより、硝酸、フッ酸等の薬液及びハロゲンガス、特に塩素ガスに対して良好な耐食性を有することが確認されているが、上記図１乃至３で説明したアルミニウムの酸化物膜は、このような性質を示す無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜である。【００６０】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。【００６１】
図４は、本発明の実施例１の製造装置に用いられる構造部材の断面図の一部を示す。【００６２】
図において、構造部材１００は、アルミニウムを主成分とずる金属ベース部材である基板１０１と、基板上に成膜した高純度アルミニウム膜１０２と、該高純度アルミニウム１０２の少なくとも表面部分を陽極酸化して形成した無孔性非晶質膜アルミニウム酸化物不動態膜１０３を有する。【００６３】
アルミニウムを主成分とする金属ベース部材として、５０重量％以上のアルミニウムを含みかつ１から４．５重量％のマグネシュウム、０．１５重量％以下のジルコニウムを含むアルミニウム合金のなかで、特に、２０１７と称する合金を用いた。このアルミニウム合金は、アルミニウムのほか、０．４〜０．８重量％のＭｇ，０．２重量％のＺｒ、０．２〜０．８重量％のＳｉ、０．７重量％のＦｅ、３．５〜４．５重量％のＣｕ、０．４から１．０重量％のＭｎ，０．１重量％のＣｒ、０．２５重量％Ｚｎ、０．１５重量％のＴｉ，及びこれら元素及びアルミニウム以外の元素を除く０．０５重量％の他の元素を含む。【００６４】
この基板に化学気相成長法（ＣＶＤ）によって高純度アルミニウム膜を成膜する。原料ガスとしてメチルピロリデン・アレン (Methylpyrolidine:Alane： 略号ＭＰＡ：化学式；ＡｌＨ３：Ｎ（ＣＨ３ ）（ＣＨ２）４）を使用してＣＶＤを行う。この原料は、アレン（Alane （AlH3））を有し、Ａｌ−Ｃ結合を持たない材料なので炭素の混入がない。このほかに、ＴＩＢＡ，ＤＭＡＨ，ＤＭＥＡＡなどを原料ガスとして使用してもよい。このような材料を用いてＣＶＤを行うことによって、たとえベース部材の内面（不動態膜を形成すべき面で、不動態膜がなければ腐食性のガスや液体に接する部分）が凹凸を有する複雑な形状であっても均一な厚さで高純度アルミニウム膜を成膜することができる。ベース部材の内面形状が複雑でない場合は、スパッタで形成することもできる。【００６５】
このようにして９９．９９９％の高純度アルミニウムの膜を形成する。高純度アルミニウムの膜厚は、少なくとも０．２μｍ以上になるように成膜する。【００６６】
次に、高純度純アルミニウム膜が形成された金属ベース基板を化成液中で陽極酸化して高純度アルミニウム膜の１部（表面部分）、又は、全部をアルミニウムの酸化物膜である不動態膜にする処理を行う。化成液として、例えば、溶質としてアジピン酸アンモニウム（１重量％）、主溶媒としてエチレングリコール、水（２０重量％）を含むｐＨ７．０の化成液に入れて、２３℃で陽極酸化を行う。このようにして、製造した高純度アルミニウム膜の酸化物膜は、水を放出しない不動態膜になる。このようにして、純アルミニウムの１部又は全部をアルミニウムの酸化物膜にすることによって、機械的強度の強固なアルミニウム合金ベース部材に高純度アルミニウム酸化物膜を形成した構造部材を得ることができる。【００６７】
他の実施例では、金属ベース部材としてＡ２０１７アルミニウム合金を用い、高純度アルミニウムとして５Ｎアルミニウムの代わりに、９９．９９９９％アルミニウム（６Ｎアルミニウム）を５００ｎｍの厚さに成膜した。そして、実施例１と同じ化成液で高純度アルミニウム膜の陽極酸化を行った。そのときの経過時間に対する電圧特性及び電流特性を図５に示す。図には、Ａ２０１７アルミニウム合金基板自体及び５Ｎアルミニウム基板自体を陽極酸化した場合の電圧特性及び電流特性をもあわせて示した。これら特性から、構造材自体を５Ｎアルミニウムとした場合よりは、特性は劣るものの、アルミニウム合金に６Ｎアルミニウムを成膜した場合の特性は、Ａ２０１７アルミニウム合金基板自体を陽極酸化して得られる不動態膜より優れている。【００６８】
図６は、Ａ２０１７アルミニウム合金の金属ベース部材に、６Ｎアルミニウムを１０００ｎｍの厚さに成膜した場合の陽極酸化特性である。図には比較のために、図５に示したデータの１部も合わせて示した。６Ｎアルミニウム膜が５００ｎｍより１０００ｎｍのほうが、電圧の立ち上がり特性、残余電流密度の点で優れている。【００６９】
なお、主溶媒はエチレングリコールの他に、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどでもよい。また、ｐＨは６〜８の範囲が望ましい。【００７０】
さらに、高純度アルミニウム膜は４Ｎでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
上述のように、本発明によれば、高純度アルミニウム酸化物不動態膜を有するアルミ合金部材、及びその製造方法を提供できる。このような金属部材は、薬品やハロゲンガス、特に塩素ガスに対して良好な耐食性を示し、加熱しても金属酸化物膜にクラックが入りにくいのでパーティクルの発生やアルミニウム基体の露出による腐食が抑えられ、熱安定性が高く、膜からのアウトガスの放出も少ない。真空薄膜形成装置等の真空装置の内壁など構造材の保護膜に用いた場合は、装置の到達真空度を向上させる他、製造される薄膜の品質を向上させるので、薄膜を有するデバイスの動作不良の低減にもつながる。【００７２】
また本発明の金属酸化物膜製造方法によれば、耐電圧が高く加熱時のクラックも生じにくいポアフリーの金属酸化物膜を効率良く形成できる。この金属酸化物膜は金属基材表面の保護皮膜として好適である他、不純物遮断性皮膜、防食皮膜としても利用しうるものであり、その適用範囲は広い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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