(57)【要約】  基板表面を予測されたとおりに処理するための改良法であって、予め選択したチキソトロピー腐食液を使用して、すぐれた、予め決められた基板表面を達成することを含む方法を提供する。【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
王水を含有する溶液、塩化第二鉄を含有する溶液、過酸化水素／ＨＣｌを含有する溶液、及び水酸化カリウムを含有する溶液からなる群から選択される組成物から調製されたチキソトロピー化合物であって、前記溶液が一定量のフュームドシリカにより処理されている、前記チキソトロピー化合物。
【請求項２】
フュームドシリカが、溶液１ｍｌあたり約０．１ｇ〜約０．２ｇの量で溶液に提供される、請求項１記載のチキソトロピー化合物。
【請求項３】
チキソトロピー化合物が、２５℃で約１００，０００ｃｐ〜約５００，０００ｃｐの粘度を有する、請求項１記載のチキソトロピー化合物。
【請求項４】
基板表面を処理するための方法であって、次の諸工程：
表面を有する基板を提供する工程；
チキソトロピーエッチング化合物を提供する工程；
該チキソトロピーエッチング化合物を該基板表面に施用し、予め選択された時間の間、該表面を該化合物に曝露する工程；及び
該基板表面から該チキソトロピー化合物を除去する工程
を含む前記方法。
【請求項５】
基板表面を処理するための方法であって、次の諸工程：
表面を有する基板を提供する工程；
チキソトロピーエッチング化合物を提供する工程、ここで、前記化合物は、王水を含有する溶液、塩化第二鉄を含有する溶液、過酸化水素／ＨＣｌを含有する溶液、及び水酸化カリウムを含有する溶液からなる群から選択される溶液を含み、前記溶液が一定量のフュームドシリカにより処理されている；
該チキソトロピーエッチング化合物を該基板表面に施用し、予め選択された時間の間、該表面を該化合物に曝露する工程；及び
該基板表面から該チキソトロピー化合物を除去する工程
を含む前記方法。
【請求項６】
基板が、アルミニウム、ステンレス鋼、及びチタンからなる群から選択される、請求項４記載の方法。
【請求項７】
チキソトロピー化合物が、約２５％のＨＮＯ3、約７５％のＨＣｌ、及び約０．２ｇ／ｍｌのフュームドシリカを含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
チキソトロピー化合物が、約８２．５重量％のＦｅＣｌ3、約１０容量％のＨＣｌ、及び約０．２ｇ／ｍｌのフュームドシリカを含む、請求項４記載の方法。
【請求項９】
チキソトロピー化合物が、２５℃で約１００，０００ｃｐ〜約５００，０００ｃｐの粘度を有する、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
チキソトロピー化合物が、スプラッター・スプレー手法、及びハンド・アプリケーション手法からなる群から選択される施用法により基板表面に施用される、請求項４記載の方法。
【請求項１１】
チキソトロピー化合物が、基板表面を脱イオン水によりすすぐことにより、基板表面から除去される、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
基板表面の粗さを予測されたとおりに増す方法であって、次の諸工程：
基板表面を提供する工程；
チキソトロピーエッチング化合物を提供する工程、ここで、前記化合物は、王水を含有する溶液、塩化第二鉄を含有する溶液、過酸化水素／ＨＣｌを含有する溶液、及び水酸化カリウムを含有する溶液からなる群から選択される溶液を含み、前記溶液が一定量のフュームドシリカにより処理されている；
該チキソトロピーエッチング化合物を該基板表面に施用し、予め選択された時間の間、該表面を該化合物に曝露する工程；及び
該基板表面から該チキソトロピー化合物を除去する工程
を含む前記方法。
【請求項１３】
基板が、アルミニウム、ステンレス鋼、及びチタンからなる群から選択される金属から作られている、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
基板が、スパッタ堆積シールド、及び化学蒸着シールドからなる群から選択される部分である、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
王水を含有する溶液、塩化第二鉄を含有する溶液、過酸化水素／ＨＣｌを含有する溶液、及び水酸化カリウムを含有する溶液からなる群から選択されるチキソトロピーエッチング剤により処理された表面を有する金属部分であって、前記溶液が一定量のフュームドシリカにより処理されている、前記金属部分。
【請求項１６】
フュームドシリカが、溶液１ｍｌあたり約０．１ｇ〜約０．２ｇの量で提供される、請求項１５記載の金属部分。
【請求項１７】
金属部分が、スパッタ堆積シールド、及び化学蒸着シールドからなる群から選択される、請求項１５記載の金属部分。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に、表面処理の分野に向けられている。より特定的には、本発明は、その後の表面被覆の付着を改良するために、薬剤を表面に提供して、表面粗さを増す分野に向けられている。
【０００２】
背景
金属基板の表面特徴を変えて、当該処理済み基板表面に対して、プレーティング、スパッタリング、スプレーコーティング等を含む手法により提供されるコーティングの付着を改良するために使用される処理が現在のところ幾つか受け入れられている。そうした表面処理法としては、化学エッチング、湿式及び乾式グリットブラスティングの両方、ツインワイヤーアークスプレー、金属スプレー、及びプラズマスプレーが挙げられる。これらの方法は殆ど、固有の欠点を共有している。研磨ブラスティングの場合、残余の埋め込みグリットが基板表面に残存することに加えて、有意の不要な基板変形が起こり得る。そのような不純物の埋め込み又は材料の変形は、基板の使用に依存して、その後のコーティングや堆積の付着特性を損なう可能性がある。
【０００３】
また、基板表面は多くの場合グリットブラスティング法によりスプレーのために調製されるため、ツインワイヤーアークスプレー（ＴＷＡＳ）などの溶融金属スプレーも望ましくない結果をもたらし得る。ＴＷＡＳ特性は、その後の堆積の付着を最大限にするが、多孔性となる傾向もある。しかし、より多孔性のコーティングは、濃度の高いスプレーが示すよりも基板に対する付着は弱い。
【０００４】
発明の要旨
一の態様において、本発明は、王水、塩化第二鉄、過酸化水素／ＨＣｌ、及び水酸化カリウムを含有するチキソトロピー化合物であって、更に一定量のフュームドシリカを含む前記チキソトロピー化合物に向けられている。更なる態様において、フュームドシリカは、所望のチキソトロピー特徴を達成するために、溶液１ｍｌあたり約０．１ｇ〜約０．２ｇの量で上述の溶液に添加される。
【０００５】
更なる態様において、本発明は、基板表面を提供し、提供されるチキソトロピー化合物に曝露し、そして、その基板表面からチキソトロピー化合物を除去する前に、予め選択された時間の間、基板表面をその化合物に曝露することにより、基板表面を処理して予測されたとおりに変更する方法に向けられている。
【０００６】
なお更なる態様において、本発明は、基板表面に対して、王水を含有する溶液、塩化第二鉄を含有する溶液、過酸化水素／ＨＣｌを含有する溶液、及び水酸化カリウムを含有する溶液（各々の溶液は、一定量のフュームドシリカにより処理されている）からなる群から選択されるチキソトロピーエッチング化合物を提供することにより、基板表面を処理して予測されたとおりに変更する方法に向けられている。エッチング化合物は、基板表面に施用され、予め決められた時間放置されて所望の表面効果を達成し、次いで、表面から除去される。
【０００７】
更なる態様において、本発明のチキソトロピー薬剤により処理される基板表面は、好ましくは、アルミニウム基板、ステンレス鋼基板、及びチタン含有基板である。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の一の好ましい態様を概説するフローチャートである。
図２は、グリットブラスティングにより処理した基板表面の拡大写真である。
図３は、ＴＷＡＳにより処理した基板表面の拡大写真である。
図４は、本発明の一方法にしたがって処理した基板表面の拡大写真である。
【０００８】
具体的な説明
本発明は、基板表面の特徴を改良するための方法であって、化学腐食液を用いて基板表面を選択的に攻撃し、基板表面にグリット微粒子を埋め込むことなく研磨ブラスティングと同様の表面粗さをつくりだす方法に向けられている。スパッタ堆積シールド及び化学蒸着（ＣＶＤ）シールドについて、テクスチャリングを必要とする領域は、堆積物を受容する表面に限定されている。不要なエッチングを防ぐためには、テクスチャリングを必要としないすべての表面をマスキングすることが必要となる。商業的に実行可能な任意の化学的表面テクスチャリング手法をつくるためには、必要となるマスキングが最小限である、堆積領域に腐食剤を施用する方法が必要である。
【０００９】
本発明は、予め選択された粘度を有するチキソトロピー腐食液ペーストを使用して、腐食液を基板表面の所望の領域に施用し、流れたり、滴下したり、たれたりすることなく、予め決められた時間の間その上にのせておくことに向けられている。“チキソトロピー”とは、一般的に定義されているように、そのままにしたときには固体又はゲルのような外観を呈するが、振動力のような横向きの力を施用したときには液体のように液化するかまたは流れて、力をかけないときには再凝固する材料の特性をいう。本発明のチキソトロピー腐食液ペーストは、好ましくは、フュームドシリカ材料を用いて、所望の粘度を提供する比で化学的腐食液と組み合せて調製される。本発明にしたがえば、適切な基板及び基板表面を選択することにより、予め選択した腐食液ペースト施用の様式を使用して、所望の表面形態学を有する所望の表面粗さを得ることができる。
【００１０】
本発明の一の態様にしたがえば、図１の流れ図に示すように、好ましい方法１０の第一工程１２において、当該部分の洗浄と乾燥を行い、次に、選択される腐食液と適合性のある材料によりその部分をマスクする（１４）（任意）。次の工程１６では、腐食液を選択し、混合して、チキソトロピーペーストをつくり、次いでテクスチャリングすべき部分の表面に（例えば、スプラッタースプレーにより）施用する（１８）。２０に示す次の工程では、腐食液が乾燥するまでその部分表面との接触状態を維持し、その後に、その部分をきれいに洗浄し、乾燥させる（２２）。チキソトロピーペーストの第二の施用は、ランダムスプレー手法を用いてその部分表面に対して施用し（２４）、その後洗浄して（２６）、使用したペーストを除去する。次いで、その部分を点検して（２８）、表面の“粗さ”と均一性を測定する。点検時（２８）にテクスチャーが仕様を満たしていない場合は、この方法を繰返す（３０）。当該部分が点検に合格したら、その部分を脱マスクし（３２）、必要であれば更なる処理に進める。
【００１１】
図２は、サイホンブラスターセットを用いて、約４０〜約８０ｐｓｉ（０．２８〜０．５５ＭＰａ）で、３６−２４グリットの酸化アルミニウム（アルミナ）によりグリットブラストしたアルミニウム表面の拡大した後方散乱電子像である。グリットブラスティング手順から埋め込まれたアルミナ粒子の存在を明りょうに見ることができる。こうしたグリットブラスティング法から埋め込まれたグリットは、その後の堆積物にとって結合しない部位をつくり、ＰＶＤチャンバー中に潜在的なアーキング（arcing）部位をつくり得る。更に、不要な埋め込みグリットは、真空蒸着チャンバーにおいて粒子発生源となり得る。
【００１２】
図３は、ＴＷＡＳ処理したステンレス鋼基板表面の拡大した後方散乱電子像である。ＴＷＡＳ処理は、典型的には、二つのワイヤフィード、この場合はアルミニウム、を含み、これらはＤＣ電圧源の反対の極に接続する。ワイヤはノズルへと供給されるので、これらワイヤ間でアークにより溶融され、続いて、霧化されて、圧縮された空気流れにより基板表面の方向へと推進される。金属は、基板と接触すると冷却して、基板に付着することにより所望の表面テクスチャーをつくる。表面テクスチャー又は粗さを向上させるために基板表面上に堆積した溶融スプレーが顕在化する。したがって、ＴＷＡＳコーティングにより、溶融金属スプレーを施用して所望の表面粗さを理論的に形成することにより、シールドの表面粗さが増加する。こうしたコーティングは、フィルムの厚さが増加するにつれて、機械的な結合及び吸収のための領域を増加させるか、あるいはフィルム応力の減少を高めることにより施用することができるスパッタ堆積物の量を増加させる。アークスプレーコーティングもまた、粘着性又は接着性の不足のいずれかにより、結合しない傾向がある。本発明は、滑らかな表面又は処理表面に恒久的なコーティングを施用しないので、こうしたコーティングの不具合の可能性を排除する。対照的に、本発明のチキソトロピー腐食液は、ペースト状の形態かつ所望の粘度で予め決められ制御された期間の間、基板表面に施用され、施用された基板表面からのちに完全に除去される。
【００１３】
図４は、本発明の一態様にしたがい、周囲温度、周囲圧力にてそれぞれおよそ１時間、全部で三回処理を実施した、化学的にテクスチャリングした改良基板表面の拡大した後方散乱電子像である。基板は、６０６１アルミニウム合金であり、王水を基材とするチキソトロピー腐食液を以下に具体的に示すように調製した。
【００１４】
本発明のチキソトロピー腐食液は、好ましくは、超薄の均一な層を堆積させるために既知である方法にしたがって、処理されるべき基板部分に堆積される。こうして堆積されるチキソトロピー腐食液層の厚さは、好ましくは、約１ｍｍ〜約５ｍｍであり、より好ましくは、約１ｍｍ〜約２ｍｍである。粘性コーティングをかかる厚さで首尾よくもたらすために使用される任意の手段が本発明に関して有用であろうことは当業者には理解されよう。更に、すべての処理は、好ましくは、処理コストを簡約するため周囲温度及び周囲圧力で達成されること（追加の装置又は考慮事項は必要としない）、また、実際の乾燥時間は温度や湿度により変動し得ることも理解されよう。
【００１５】
選択される好ましいチキソトロピー腐食液は、基板部分材料に依存する。例えば、ステンレス鋼及びアルミニウムを基材とする基板について、好ましくは、塩化第二鉄を基材とするチキソトロピー腐食液（８２．５重量％ＦｅＣｌ3、１０容量％ＨＣｌ）を使用して、選択的に表面をエッチングした。アルミニウムを基材とする基板を首尾よくエッチングするには、王水チキソトロピー腐食液（２５容量％ＨＮＯ3、７５容量％ＨＣｌ）を使用した。更に、チタンをはじめとする金属基板をエッチングするためには、過酸化水素／ＨＣｌチキソトロピー混合物も本発明にしたがって有効であると考えられている。なお更に、アルミニウムを基材とする基板をエッチングするためには、本発明にしたがった水酸化カリウム（ＫＯＨ／Ｈ2Ｏ）を基材とするチキソトロピー腐食液が有用であると考えられている。
【００１６】
本発明は、混合物に対して一定量のフュームドシリカ（ＳｉＯ2）、例えば、約０．１〜約０．２グラム／ｍｌの量のCab-O-Sil（登録商標）M-5（イリノイ州タスコーラのカボット・コーポレーション（Cabot Corp）によりCob-O-Sil（登録商標）として商業的に販売されている）を提供することにより、上述の化学的腐食液を“安定な”チキソトロピーペーストへと処理することを企図している。
【００１７】
本発明により企図される方法は、例えば、銅製堆積チャンバーにおけるアルミニウムシールドのような、金属製シールドを製造するために半導体分野で使用される慣用的な手法に対して、特に有用であり、有利であろう。本発明のチキソトロピー腐食液の粘性により、この腐食液は、更なる処理の前に必要なだけ長い時間の間、処理すべき基板領域に対して施用することが可能となり、所望の表面処理を行うことが可能となる。基板表面上で位置を維持することができる任意の有用な粘性をもつチキソトロピーペーストが企図されるが、本発明の好ましいチキソトロピーペーストは、好ましくは、２５℃で約１００，０００ｃｐ〜約５００，０００ｃｐの粘度を有し、最も好ましくは、２５℃で約１５０，０００ｃｐ〜約３００，０００ｃｐの粘度を有する。ペーストを除去し、その部分に残っている腐食液を洗浄すると、所望の表面特徴（滑らかさ又は粗さ）を有する基板表面が達成される。このことは、ペースト状というよりもより流動性であり、制御が困難であり、実際に、不必要な帯域をエッチングしないように基板表面を有意にマスクする必要がある慣用的な腐食液とは非常に対照的である。このような時間のかかるマスキング工程を排除することにより全体の処理コストは大きく低減され、全体の製品品質は向上されることから、マスクする必要性を少なくし、又は完全になくすことにより、本発明の方法は特に望ましいものとなる。本発明のチキソトロピー剤は、基板表面部分上で必要とされるところに施用することができ、その場で必要なだけ長い間留まることができ、次いで除去される。本発明の化学的な表面テクスチャリング（例えば、平滑化又は粗面化）により、表面処理方法から種々のコーティング工程及びマスキング工程が排除されるので、施用されるコーティングの不具合の可能性が排除される。
【００１８】
更に、本発明の方法にしたがえば、予測可能な速度で基板表面の結晶粒界を化学的に攻撃するように腐食液特性を設計することにより、基板表面テクスチャリングのためのチキソトロピー腐食液を予め選択して、ユニークな表面形態学を提供することができる。
【００１９】
本発明の方法及び化合物は、主として、一定の金属表面を特定のコンシステンシーをもつ腐食液により処理して、具体的な期間の間、施用された表面との接触状態を維持することに向けられてきた。これら腐食液は、予め決められた様式で基板表面と相互作用し、また反応して、所望の特徴を有する新しい基板表面を達成するように設計された化学的特性を有する。これら腐食液は、表面が望ましいように変化したら、基板表面から洗浄すべきであると理解されよう。濃厚なチキソトロピー状態の腐食液を、施用の位置から“流れない”、たれない、又は移動しない所望の粘度及び濃度で施用できることは、処理工程を除去し、そして洗浄と安全性の懸念を低減するという見地からは非常に望ましく、また商業的に有利である。
【００２０】
本発明は、また、天然及び合成ゴム、熱成形及び熱可塑性化合物等をはじめとする非金属製の基板の表面を変えるためにチキソトロピー剤を製造し使用することを企図していることは理解されよう。
【００２１】
本発明をその具体的な態様に関して詳細に説明してきたが、種々の変更及び修飾をなしうること、及び、特許請求の範囲から逸脱することなく均等物を実施できることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一の好ましい態様を概説するフローチャートである。
【図２】図２は、グリットブラスティングにより処理した基板表面の拡大写真である。
【図３】図３は、ＴＷＡＳにより処理した基板表面の拡大写真である。
【図４】図４は、本発明の一方法にしたがって処理した基板表面の拡大写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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