(57)【要約】【課題】耐食性に優れ、プラズマ環境下においてプラズマが照射されてもクラックの発生を抑制する陽極酸化処理用アルミニウム合金及びそれを用いたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなる。【選択図】　　図１
2004099972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなる
ことを特徴とする陽極酸化処理用アルミニウム合金。
【請求項２】
化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、Ｔｉ：０．００４〜０．０１％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなる
ことを特徴とする陽極酸化処理用アルミニウム合金。
【請求項３】
真空チャンバー内でプラズマあるいはプラズマ化することによって得られる活性種を利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記真空チャンバーまたはその内部に設けられた部品のうちの１種以上が、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなるアルミニウム合金に陽極酸化処理を施したアルミニウム合金部材からなる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空チャンバー内でプラズマあるいはプラズマ化することによって得られる活性種を利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記真空チャンバーまたはその内部に設けられた部品のうちの１種以上が、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、Ｔｉ：０．００４〜０．０１％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなるアルミニウム合金に陽極酸化処理を施したアルミニウム合金部材からなる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極酸化処理用アルミニウム合金及びそれを用いたプラズマ処理装置に関する。特に、腐食環境下及びプラズマ処理が施される環境下において使用される、陽極酸化処理用アルミニウム合金及びそれを用いたプラズマ処理装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体や液晶の製造に使用されるプラズマ処理装置の環境下においては、未処理のアルミニウムのままでは腐食性ガスやプラズマ照射によるダメージが激しく、また素材から飛散する金属元素がシリコンウェーハ等の被処理物に悪影響を与えるために、ＪＩＳ規格で定められた５０００系のアルミニウム合金（以下、５０００系合金と言う）や６０００系のアルミニウム合金（以下、６０００系合金と言う）を素材として、これらに硬質アルマイト処理（以下、陽極酸化処理と言う）を施したものが一般的に使用されている。
【０００３】
また、近年になって、半導体デバイスにおける配線パターンの微細化や使用されるプラズマの高密度化、更には使用されるガスの腐食性が高くなるなどが原因で、プラズマ環境下で使用される部材の劣化や汚染を避けることが重要な課題として顕著になってきている。
【０００４】
図５にアルミニウム合金中に含まれる不純物元素の量を、９９．９ｗｔ％（３Ｎ）以上の高純度を有するアルミニウムと比較して示す。
ここで示すように、上記５０００系合金及び６０００系合金の中でもプラズマ電極板やプラズマチャンバー用の素材として最も多く使用されている市販の５０５２合金や６０６１合金中には、高純度のアルミニウム合金に比べて非常に多くの不純物元素が含まれており、これらの不純物元素が陽極酸化処理を行った皮膜中に欠陥を引き起こしたり、陽極酸化処理を行った皮膜に不純物元素が残留してプラズマによって剥離される過程でシリコンウェーハ等の被処理物に降り注ぎ汚染の原因につながったりする恐れがある。
【０００５】
なお、陽極酸化処理を行った皮膜中での不純物元素の残留を防ぐには、３Ｎ以上の高純度を有するアルミニウムを素材として用いることが好ましいと考えられるが、プラズマ電極板やプラズマチャンバーなどは、例えば、２００〜３００Ｎ／ｍｍ２程度の５０００系合金または６０００系合金と同程度の強度を必要とするために５０００系合金や６０００系合金と比較して強度が低い高純度のアルミニウム合金を単独で使用することは難しい。
【０００６】
上記のようなプラズマ環境下での要求に対して高純度のアルミニウム中にＭｇ、Ｓｉ添加したアルミニウム合金（例えば、特許文献１参照。）や高純度アルミニウム中にＭｇ、Ｓｉ及びＣｕを添加したアルミニウム合金が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−８８２７１号公報　（第１図）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−２２０６３７号公報　（第２−４頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでに提案されているアルミニウム合金は確かにある程度はプラズマ環境下での要求を満たすことができるものの、基本的にはＭｇ、Ｓｉを添加することによりＭｇ２Ｓｉを析出させて高純度のアルミニウムの強度を高めているものであり、陽極酸化処理を行った際に、皮膜中に微細なＭｇ２Ｓｉが析出することは否めない。
ここで、皮膜中に微細なＭｇ２Ｓｉが析出すると、皮膜中に空隙を形成し、この空隙の形成によってプラズマ照射時に皮膜が剥がれ落ち易くなり、また、耐食性が劣化するという不都合が生じる。
【００１０】
また、特開２００１−２２０６３７号公報に記載のアルミニウム合金は、Ｃｕを添加することによって、析出したＭｇ２Ｓｉの周辺にＣｕが濃化し、陽極酸化処理を行った際に空隙が形成され、この空隙により皮膜のクラック発生を緩和するとしているものの、上記した様に皮膜中には空隙がないことが望ましいものである。
【００１１】
更に、プラズマ環境下で使用される部材は一般に高価であるために、ある程度消耗した段階で交換され、消耗した部材はその皮膜が剥がされ、再度陽極酸化処理を行うことで皮膜を形成して使用されることが多いのであるが、Ｍｇ２Ｓｉが析出したアルミニウムではプラズマ環境下で部品が加熱されることにより素材中のＭｇ２Ｓｉが粗大化し、この粗大化したＭｇ２Ｓｉが陽極酸化処理による皮膜形成において、皮膜に欠陥を生じたり耐食性を劣化させたりするという不具合がある。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであって、耐食性に優れ、プラズマ処理環境下においてプラズマが照射されてもクラックの発生を抑制する陽極酸化処理用アルミニウム合金及びそれを用いたプラズマ処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る陽極酸化処理用アルミニウム合金は、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなる。
【００１４】
また、本発明に係る陽極酸化処理用アルミニウム合金は、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、Ｔｉ：０．００４〜０．０１％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなる。
【００１５】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る陽極酸化処理用プラズマ合金を用いたプラズマ処理装置は、真空チャンバー内でプラズマあるいはプラズマ化することによって得られる活性種を利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ処理装置であって、前記真空チャンバーまたはその内部に設けられた部品のうちの１種以上が、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなるアルミニウム合金に陽極酸化処理を施したアルミニウム合金部材からなる。
【００１６】
また、本発明に係る陽極酸化処理用プラズマ合金を用いたプラズマ処理装置は、真空チャンバー内でプラズマあるいはプラズマ化することによって得られる活性種を利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ処理装置であって、前記真空チャンバーまたはその内部に設けられた部品のうちの１種以上が、化学組成がｗｔ％で、Ｍｇ：２．０〜３．５％、Ｔｉ：０．００４〜０．０１％、残部が９９．９％以上の高純度アルミニウムからなるアルミニウム合金に陽極酸化処理を施したアルミニウム合金部材からなる。
【００１７】
ここで、高純度のアルミニウム合金にＭｇを添加しているのは、素材を固溶強化すると共に素材の耐食性の向上を図るためである。
即ち、ＭｇとＡｌの原子半径の違いに起因してＭｇが固溶することにより素材の強度を向上することができると共に、このＭｇの固溶による素材の強度の向上はＭｇ２Ｓｉの様な析出強化ではなく、皮膜を空隙の無い状態で形成することができるために、素材の耐食性を向上することが可能となるものである。
【００１８】
更に、Ｍｇを添加した合金は、ＣＦ系のプラズマガスを使用したＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において、ＭｇＦ２を形成し、皮膜の破壊を抑制することが可能となるものである。
【００１９】
上述した様にＭｇはアルミニウムに固溶させることによって素材の強度を向上させるべく添加するのであるが、添加量をｗｔ％でＭｇ：２．０〜３．５％に限定したのは、添加量が２．０ｗｔ％未満の場合には素材の強度の向上が充分に図れないために２．０ｗｔ％以上のＭｇの添加が必要であり、添加量が３．５ｗｔ％を超えた場合には、素材及び皮膜共に耐食性が劣ってしまうためにＭｇの添加量は３．５ｗｔ％以下にする必要がある。
【００２０】
また、高純度のアルミニウム合金にＭｇと共にＴｉを添加しているのは、素材の結晶粒の微細化を図るためである。
即ち、素材にＭｇを添加することにより素材の結晶粒が粗大化し、この粗大化した結晶粒の結晶方位が異なることに起因する、アルマイト皮膜の成長速度が異なったり、形成された皮膜のプラズマによるダメージに差が生じたりするのを抑制するために結晶粒を微細化する必要があり、結晶粒の微細化を図るべくＴｉを添加しているのである。
【００２１】
上述した様にＴｉは素材の結晶粒の微細化を図るために添加するのであるが、添加量をｗｔ％でＴｉ：０．００４〜０．０１％に限定したのは、添加量が０．００４ｗｔ％未満の場合には素材の微細化が充分に図れないために０．００４ｗｔ％以上のＴｉの添加が必要である。また、Ｔｉは陽極酸化する合金であるために、添加量が０．０１ｗｔ％を超えた場合にはＡｌ合金中で固溶限界を超えたＴｉがアルミニウムと平行して陽極酸化皮膜を形成し、皮膜のムラと皮膜厚さのバラツキを生じるためにＴｉの添加量は０．０１ｗｔ％以下にする必要がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００２３】
図１に本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金の一例にかかる、アルミニウム合金の組成を示す。
ここで、図１に示す組成のアルミニウム合金は、例えば、通常の溶解法により純度が９９．９ｗｔ％以上とされたＡｌに、純度が９９．９５ｗｔ％以上のＭｇを添加した後、ＴｉをＡｌ−Ｔｉ若しくはＡｌ−Ｔｉ−Ｂの母合金の形で添加することによって組成が調整されたアルミニウム溶湯を、半連続鋳造法によりビレット若しくはスラブに鋳造を行うことで得ることができる。
【００２４】
以下、上記の様にして得られた本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金の耐食性とクラックの発生について検討する。
【００２５】
図２に本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜に対して９６時間塩水噴霧及びキャス試験を行った後の各々の腐食面積率を示す。
ここで、図２中符号Ａは本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金を示し、図２中符号Ｂは５０５２合金を示し、図２中符号Ｃは６０６１合金を示している。また、図２中符号（ａ）は塩水噴霧を示しており、図２中符号（ｂ）はキャス試験を示している。なお、実際のプラズマ装置内においては、腐食性ガスによる耐食性が問題となるのであるが、一般にプラズマ装置内で使用される腐食性ガスはその有毒性や実際に使用されるガスそのものについて調査することが極めて困難であるために塩水噴霧とキャス試験により本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜の耐食性を評価している。
【００２６】
上記した図２からも明らかなように、塩水噴霧では５０５２合金のアルマイト皮膜の腐食面積率が１３．８９％、６０６１合金のアルマイト皮膜の腐食面積率が８．１６％であるのに対して、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金のアルマイト皮膜の腐食面積率はわずか１．１１％であり、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金は耐食性に優れている。また、キャス試験に関しても、５０５２合金のアルマイト皮膜の腐食面積率が１４．２６％、６０６１合金のアルマイト皮膜の腐食面積率が１１．２９％であるのに対して、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金のアルマイト皮膜の腐食面積率はわずか３．２６％であり、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金は耐食性に優れている。
【００２７】
図３に本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜のプラズマ照射前と、ＣＦ４ガスを使用してプラズマ装置内でプラズマを６時間照射した後のアルマイト皮膜の状況を説明するための写真を示し、図３中符号Ａは本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金を示し、図３中符号Ｂは５０５２合金を示し、図３中符号Ｃは６０６１合金を示している。また、図３中符号（ｃ）はプラズマ照射後の状態を示す写真であり、図３中符号（ｄ）はプラズマ照射前の状態を示す写真である。
【００２８】
上記した図３からも明らかなように、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金のアルマイト皮膜は５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜と比較してプラズマ照射によってもクラックが発生し難いことが分かる。
【００２９】
図４に本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜のプラズマ照射前と、ＣＦ４ガスを使用してプラズマ装置内でプラズマを６時間照射した後のアルマイト皮膜の膜厚を示し、図４中符号Ａは本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金を示し、図４中符号Ｂは５０５２合金を示し、図４中符号Ｃは６０６１合金を示している。また、図４中符号（ｅ）はプラズマ照射前の膜厚を示し、図４中符号（ｆ）はプラズマ照射後の膜厚を示し、図４中符号（ｇ）はプラズマ照射による減膜量を示している。
【００３０】
上記した図４からも明らかなように、プラズマ照射によって５０５２合金のアルマイト皮膜の膜厚は５６．７μｍから４３．３μｍへと１３．４μｍ減じ、６０６１合金のアルマイト皮膜の膜厚は５４μｍから３７．８μｍへと１６．２μｍ減じているのに対して、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金のアルマイト皮膜の膜厚は５２．７μｍから４４μｍへとわずか８．７μｍしか減じておらず、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金はプラズマ照射に対してダメージの少ないアルマイト皮膜を形成することが可能である。
【００３１】
また、Ｍｇ２Ｓｉ析出型合金素材が鍛造及び圧延により加工を行った後に溶体化処理を行い、更には時効処理を施さなければならないのに対して、本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金は熱処理を行う必要がないために、Ｍｇ２Ｓｉ析出型合金素材の様な熱処理硬化型合金において発生する焼入性ついて優位性があると共に、コストの面でも優位性がある。
【００３２】
更に、５０５２合金や６０６１合金では素材の結晶粒の微細化を図るべくＣｒやＭｎ等が添加されることが多いが、これらの元素を添加する場合には微細化の効果を充分に奏するためにはその添加量をある程度多量にする必要があるが、ＣｒやＭｎ等の元素は半導体では重金属汚染元素としてできるだけ存在しない方が好ましいとされるものである。これに対して本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金は、添加量が極めて微量で済み、半導体での重金属汚染が少ないＴｉを用いており、プラズマによる皮膜からの重金属の飛散を充分に抑制することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の陽極酸化処理用アルミニウム合金及びそれを用いたプラズマ装置は、耐食性に優れ、プラズマ環境下においてプラズマが照射されてもクラックの発生を抑制するという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金の一例にかかる、アルミニウム合金の組成を示した図である。
【図２】本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜に対して９６時間塩水噴霧及びキャス試験を行った後の各々の腐食面積率を示した図である。
【図３】本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜のプラズマ照射前と、ＣＦ４ガスを使用してプラズマ装置内でプラズマを６時間照射した後のアルマイト皮膜の状況を説明するための写真である。
【図４】本発明を適用した陽極酸化処理用アルミニウム合金、５０５２合金及び６０６１合金のアルマイト皮膜のプラズマ照射前と、ＣＦ４ガスを使用してプラズマ装置内でプラズマを６時間照射した後のアルマイト皮膜の膜厚を示した図である。
【図５】アルミニウム合金中に含まれる不純物元素の量を、９９．９ｗｔ％（３Ｎ）以上の高純度を有するアルミニウムと比較して示した図である。
【図１】
2004099972.tif 000003
【図２】
2004099972.tif 000004
【図３】
2004099972.tif 000005
【図４】
2004099972.tif 000006
【図５】
2004099972.tif 000007