(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極酸化処理を施されたアルミニウム合金製部品であって、その組成が、Ｍｇ：０．８〜３．５ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、該不可避的不純物としてのＳｉが０．０４ｗｔ％以下、Ｆｅが０．０５ｗｔ％以下、Ｓｉ＋Ｆｅが０．０６ｗｔ％以下、その他の不可避的不純物が各々０．０２ｗｔ％以下であり、該部品の陽極酸化皮膜中に存在する長径サイズ５μｍ以上の金属間化合物の個数が１ｍｍ２当たり２０個以下であることを特徴とする耐電圧特性に優れた表面処理装置用部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子や液晶パネル等を製造する工程で用いられる真空蒸着あるいは乾式腐食等の表面処理装置における反応室内部に装備される部品に関するもので、耐電圧特性に優れた該部品を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶パネル等は、それらの製造過程で種々の処理装置が用いられる。例えば、成膜を目的とするＣＶＤおよびＰＶＤ等には真空蒸着装置が採用され、蝕刻を目的とするプラズマエッチング等には乾式腐食装置が用いられる。これらの真空蒸着装置あるいは乾式腐食装置等の所謂半導体などの製造装置は、種々の形式のものがある。例えば、図１はプラズマ処理装置の反応室１０の内部構造を説明する説明図であって、ガス導入口８、真空排気口９を備えた反応室１０には上部電極支え１１、下部電極支え１２等の主要製品が配設構成されていて、被処理材３に対し上部電極２と下部電極４との間に被処理材３を位置せしめてヒータユニット５による加熱条件下で処理するものであって、このようなプラズマ処理装置を用いて被処理材３に成膜あるいは蝕刻処理等が施され、この処理には弗素プラズマが用いられる。
【０００３】
即ち、プラズマを発生させるには、高周波電力を印可し、あるいは高電圧場を設ける必要があり、反応室の内部部品として例えば被処理材３に対する上部電極２と下部電極４に対しシャワーヘッド１３、ヒータユニット５等は、上記した上下電極２、４間の高周波電力、あるいは高電圧場にさらされることになる。従って反応室１０の内部部品は上下電極２、４を含め、このような条件に耐える耐弗素プラズマ性および耐電圧特性が要求される。
【０００４】
一般に装置の軽量化、少熱容量化等の観点からＪＩＳ  Ａ５０００系あるいはＡ６０００系のアルミニウム合金製の反応室が用いられてきており、上記の耐弗素プラズマ性および耐電圧特性付与を目的として、反応室の内部部品表面には、陽極酸化皮膜が施されている。また上記反応室の内部部品表面の陽極酸化皮膜は、弗素プラズマによって徐々にではあるが皮膜中のアルミニウムが弗素と反応し、弗化アルミニウムとなって気化除去されるので、陽極酸化皮膜が消耗しその厚さが薄くなる。陽極酸化皮膜の厚さが薄くなることによって部品の耐電圧特性が低下するので、これらの部品は使用期間を規定し、消耗品として定期的に交換している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように陽極酸化皮膜の施された反応室の内部部品の中には、予め規定した部品使用期間に達しないうちに、高周波電力あるいは高電圧により局部的に火花放電を起こし、被処理物に重大な欠陥を発生させる現象が発生することがあり、特にこの局部的火花放電が極めて短期間に発生する場合がある。
【０００６】
即ち、上記したような局部的火花放電の如き異常放電現象の発生を防止し、規定された所定の使用期間における安定した使用を図ることが枢要であることは広く知られているが、斯様な要請を適切に満足し、規定された使用期間通りに使用できる半導体等の製造装置ないし該装置用部品を得ることができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らはこのような異常放電現象を、厚さ３０μm の陽極酸化皮膜を施した部品について詳細に究明したところ、通常の皮膜の消耗によって発生する放電現象とは異なり、予定時期よりも早期に発生する異常な放電現象はこの皮膜内部に分布する長径のサイズが約５μm を超える金属間化合物の量（数）と相関のあることを見出し、本発明を完成したものであって、以下の如くである。
【００１０】
即ち本発明は、陽極酸化処理を施されたアルミニウム合金製部品であって、その組成が、Ｍｇ：０．８〜３．５ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、該不可避的不純物としてのＳｉが０．０４ｗｔ％以下、Ｆｅが０．０５ｗｔ％以下、Ｓｉ＋Ｆｅが０．０６ｗｔ％以下、その他の不可避的不純物が各々０．０２ｗｔ％以下であり、該部品の陽極酸化皮膜中に存在する長径サイズ５μｍ以上の金属間化合物の個数が１ｍｍ２当たり２０個以下であることを特徴とする耐電圧特性に優れた表面処理装置用部品である。
【００１１】
【作用】
一般的に素材中に存在し皮膜中に取り込まれる金属間化合物の中には、陽極酸化処理で僅かしか酸化されず、あるいはほぼ金属状態のまま残るものと、処理の際に溶解して皮膜中に空洞を形成するものとがある。然して金属間化合物がほぼ金属状態のまま皮膜中に残ると、その粒子部分は耐電圧性を殆ど持たないため、耐電圧皮膜として機能する皮膜の厚さを実質的に減少させてしまう。上述したように弗素プラズマにより皮膜を構成する酸化物は、徐々に弗化アルミニウムへと変化し、皮膜表面から離脱するため皮膜厚さは減少する。この皮膜厚さの減少速度は、皮膜が均一な酸化物であればほぼ等速であると考えられ、上述のように、化合物がほぼ金属状態のまま皮膜中に残るような場合に、皮膜厚さの気化除去速度がばらつき耐電圧を変化させるが、化合物のサイズに対して皮膜厚さが厚ければ、プラズマ処理の初期における皮膜厚さの気化除去速度にばらつきがあっても、そのばらつきによって生じる耐電圧の変化の程度は、実操業の中では十分満足できる程度に低いが、徐々に皮膜厚さが減少し、化合物の無い健全部に比べ早期に耐電圧が不足する状態になると、その不足した部位に電流の集中が起こり火花放電を起こして皮膜は破壊される。
【００１２】
従って部品全体として観察した場合、装置使用期間は耐電圧が最も早期に低下する部位、即ち最も大きな化合物の存在によって支配される。実際には最も大きな化合物粒子でも５〜１０数μm であるため、火花放電を起こして破壊される皮膜の破損程度は小さく、１ケ所程度の破壊では装置の使用不能には至らない。装置が使用不能になるには、１部品につき数１０〜数１００ケ所の火花放電後である。
【００１３】
一方金属間化合物が陽極酸化処理中に溶解し、その部分が空洞を形成するような種類の化合物は、皮膜処理により形成された空洞が、処理後の封孔処理の際に水和反応生成物によって埋められるため、ほぼ金属状態のまま皮膜中に残る化合物よりははるかに耐電圧低下割合が小さい。しかしながら、この部分は皮膜密度が低く、弗素プラズマによる皮膜体積当たりの弗素とアルミニウムとの反応速度は実質的に速く、その部位の皮膜厚さがこのような空洞の無い健全部より早く減少するので、使用中の火花放電発生カ所になり得る。陽極酸化処理中に溶解し空洞を形成するような化合物は、ほぼ金属状態のまま皮膜中に残る化合物と比べて耐電圧低下に大きな影響は無いが、このような化合物は少ない方が好ましい。
【００１４】
部品の耐用期間は、皮膜厚さが厚いほど増すことになるが、上述の如く、その皮膜中に存在する粗大な金属間化合物のサイズの皮膜面積に対して占める割合によって定まることが判る。本発明者らの研究の結果として、弗素プラズマによる健全な部位と判断される皮膜の気化除去速度のバラツキは、数多くの実施例による統計的処理による結果、５μm 以上の金属間化合物が概ね皮膜面積１mm2 当たり２０個以下であるところから、本発明は上記の金属間化合物の皮膜中に存在する長径サイズ５μm 以上の金属間化合物の個数を１mm2 当たり２０個以下と規定することにより、耐用期間内の異常放電が避けられ、例え使用中に異常放電が有ったとしても、それは統計的な健全部位と差がなく、正常部品の健全な皮膜部位と同等な減少割合とすることができるとしたものである。
【００１５】
なお、上述した如く、金属間化合物の存在は局部的な耐電圧低下の原因となるが、このような化合物は鋳造に際して連続して晶出することは少なく、個々の化合物としてそのサイズを測定できる。本発明においては金属間化合物のサイズは、測定面に現れた化合物の長径を測定し規定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記したような本発明についての具体的な実施形態について説明すると、従来の技術の項で記載したように、一般に半導体製造装置は軽量化、少熱容量化等の観点からＪＩＳ  Ａ５０００系あるいはＡ６０００系のアルミニウム合金製の反応室が用いられてきており、特に強度および加工性の観点からＪＩＳ  Ａ６０６１（Ｓｉ  ０．４〜０．８ｗｔ％、Ｆｅ  ０．７ｗｔ％以下、Ｃｕ  ０．１５〜０．４０ｗｔ％、Ｍｎ  ０．１５ｗｔ％以下、Ｍｇ  ０．８〜１．２ｗｔ％、Ｃｒ  ０．０４〜０．３５ｗｔ％、Ｚｎ  ０．２５ｗｔ％以下、その他個々０．０５ｗｔ％以下、合計０．１５ｗｔ％以下）およびＪＩＳ  Ａ５０５２（Ｓｉ  ０．２５ｗｔ％以下、Ｆｅ  ０．４０ｗｔ％以下、Ｃｕ  ０．１０ｗｔ％以下、Ｍｎ  ０．１０ｗｔ％以下、Ｍｇ  ２．２〜２．８ｗｔ％、Ｃｒ  ０．１５〜０．３５ｗｔ％、Ｚｎ  ０．１０ｗｔ％以下、その他個々０．０５ｗｔ％以下、合計０．１５ｗｔ％以下）が選ばれている。しかし、上記したような規格合金はＳｉ、Ｆｅ等の元素の規定値が高く、従って多く含有されていて、このような合金に含まれる金属間化合物としては、ＦｅＡｌ６、α−Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、β−Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉ、β−Ａｌ−Ｍｇ、（Ｆｅ、Ｃｒ）Ａｌ３、ＦｅＡｌ３が挙げられる。これらの中でＦｅＡｌ６は、陽極酸化皮膜中にそのまま取り込まれ、直接異常放電の原因となるため、その化合物粒子サイズを小さくかつ少なく、好ましくは皆無にすることが望ましい。また上記したＦｅＡｌ６以外の金属間化合物も異常放電に繋がる可能性のある空孔を皮膜中に形成するため、その化合物粒子サイズを小さくかつ少なく、好ましくは皆無にすることが望ましい。
【００１７】
半導体等の製造装置部品は、鋳物あるいは板を塑性加工し、もしくは切削加工して部品形状に作成される。いずれの方法でもアルミニウム合金溶湯を所定形状に鋳造することになる。即ち例えばアルミニウム合金板から上記部品を作成するには、まず所定組成に配合したアルミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とし、該鋳塊を高温に加熱保持して均質化処理を行う。この均質化処理で鋳造時に晶出した晶出物の一部は固溶して小さくなる。この均質化処理の好ましい条件は組成によって異なるが、ＪＩＳ  Ａ５０００系で４００〜５００℃、ＪＩＳ  Ａ６０００系で４５０〜５５０℃に１０〜４８時間保持する。
【００１８】
次に熱間圧延し、部品寸法の厚さまで圧延する。冷間圧延を加えてもよい。圧延された素材は、次に塑性加工、あるいは切削加工して部品形状に加工される。このようにして加工された上記部品は、従来の技術の項で記載したように、耐電圧特性および耐弗素プラズマ性付与を目的として陽極酸化皮膜処理が施される。またこのように処理されたものに対し、次に該部品に施す陽極酸化皮膜処理について説明すると、まず該部品は陽極酸化皮膜処理前に、脱脂、洗浄しておくことが好ましい。陽極酸化皮膜処理は通常、硫酸、蓚酸、燐酸、クロム酸、スルファミン酸等の酸性溶液中で陽極酸化電解処理によって形成される。なかでも後述の封孔処理との関連において、硫酸あるいは蓚酸溶液中での陽極酸化処理が最も好ましい結果が得られる。処理条件は例えば硫酸溶液を用いる場合、硫酸濃度は１０〜３０容量％、溶存アルミニウム濃度は２０ｇ／Ｌ（リットル）以下、液温は１５〜３０℃、電流密度は６０〜３００Ａ／ｍ2 の範囲に設定するとよい。蓚酸溶液を用いる場合、蓚酸濃度は２〜５wt％、溶存アルミニウム濃度は２０ｇ／Ｌ以下、液温は２０〜４０℃、電流密度は４０〜３５０Ａ／ｍ2 の範囲に設定するとよい。
【００１９】
陽極酸化皮膜の膜厚は、必要とされる耐電圧、耐用時間によって設定されるが、通常５〜５０μm の範囲で±１５％のばらつき内にあれば実用上差し支えない。このようにして形成された陽極酸化皮膜に対して封孔処理を行う。この封孔処理は通常行われている高温水溶液を用いた処理で行うことができる。例えば８０℃以上のイオン交換水中に浸漬したり、酢酸ニッケルを含む８０〜９８℃の水溶液中に浸漬して行う。封孔処理液としては、他に酢酸コバルト、酢酸鉛、酢酸ニッケル−コバルト、硝酸バリウム等の水溶液も使用できるが、酢酸ニッケル水溶液が好ましい。この場合の濃度は５〜２５ｇ／Ｌ、液温８０〜９８℃の範囲であればよいが、９０℃以上が好ましい。封孔処理終了後は、水洗および乾燥を行う。
【００２０】
部分的に耐電圧を必要としない、あるいは電気伝導性の必要な電気接点部は、陽極酸化処理を行わない、もしくは陽極酸化処理後に機械的加工によって皮膜を除去する。さらに耐食性向上のためアルミニウム合金が露出する部分には耐食性のよいニッケル、銅等の金属を湿式あるいは乾式めっきしてもよい。また予めめっきを施してから陽極酸化処理を行ってもよいし、めっきを施してから切削等の機械加工を施してもよい。
【００２１】
上述の如く、金属間化合物粒子サイズを小さくかつ少なく、好ましくは皆無にするには、合金溶湯を鋳造する際に晶出する上記化合物を、晶出させないことである。第１の手段は化合物を形成する元素量を固溶限度以下にすることである。
【００２２】
上記したような本発明によるものの好ましい成分組成について説明すると、Mg：0.８〜3.５wt％である。即ちこのMgは、マトリックス中にMgを固溶させることによって、金属間化合物を晶出させることなく、強度と切削加工性を付与させることができるために添加するもので、下限値未満ではその効果が少なく、上限値を超えると、圧延加工性を損なうため好ましくない。好ましくはMg：1.５〜2.５wt％である。
【００２３】
次に不可避的不純物としての規定は、Ｓｉが０．０４ｗｔ％以下、Ｆｅが０．０５ｗｔ％以下、Ｓｉ＋Ｆｅが０．０６ｗｔ％以下、その他の不可避的不純物が各々０．０２ｗｔ％以下である。即ちこれらの不可避的不純物規定理由は、すべてが粗大な金属間化合物を晶出させないためのものであって、上限値を超えると、粗大でしかも陽極酸化皮膜処理で、ほぼそのままの金属状態で皮膜中に残る。皮膜厚さによって含有量の上限が定まるものではあるが、規定の上限値は、皮膜厚さを３０μｍとした場合に許容できる最大量（皮膜面積１ｍｍ２当たり５μｍ以上が２０個）の金属間化合物が晶出する値である。
【００２４】
【実施例】
本発明者等が具体的に準備した実施例および該実施例に対する比較例としての合金は次の表１に示す如くである。
【００２５】
【表１】
0003855663.tif 000002
【００２６】
【実施例１】
表１に示す合金符号Ａの組成に溶製したアルミニウム合金溶湯を板用鋳塊に鋳造し、該鋳塊を５３０℃×１２時間加熱保持して均質化熱処理した後、熱間圧延し、冷間圧延を経て厚さ５mmの素材とし、該素材を直径２００mmの円盤状に切削加工し、微アルカリ性脱脂剤を用いて脱脂処理し、水洗後３０ｇ／Ｌの蓚酸水溶液、液温３０℃において、２００Ａ／ｍ2 の一定電流密度で、４５分間陽極酸化を行い平均膜厚３０μm の陽極酸化皮膜を形成した。
【００２７】
上記のようにして陽極酸化皮膜の形成された円盤状素材は、次いでこれを水洗後、イオン交換水を用い、沸騰状態で５０分間の封孔処理を行った。この試料の任意の１０mm×１０mmの範囲を１ケ所とし、合計１０ケ所を顕微鏡で観察したところ、観察可能な１μm を超えるサイズの金属間化合物は５０個／mm2 存在したが、長径サイズ５μm 以上の金属間化合物については１５個／mm2 であった。
【００２８】
上記のようにして得られた試料を被曝試料としてプラズマエッチング装置内に設置し、ＣＦ4 ガスを用いてプラズマエッチングを行い、該被曝試料の陽極酸化皮膜の平均皮膜厚さが約１０μm となったときに５ケ所の電気抵抗値を測定し、耐電圧の評価を行った結果は後述する比較例１、２のものと共に後述する表２に示す如くであって、この表２の結果によるならば、組成が高純度の素材は、陽極酸化処理した皮膜面積１mm2 当たり、金属間化合物が１５個しか存在せず、このような皮膜は、プラズマエッチングして皮膜厚さが１０μm と薄くなるまで使用しても、耐電圧が最低値でも４6.０ＭΩあり、皮膜の気化除去速度が小さく、良好な皮膜状態であることが判る。
【００２９】
【比較例１】
素材として、市販されているＡ５０５２（組成を表１の合金番号Ｂとして示す）材を用い、実施例と同様に陽極酸化処理し試料とした。この試料に対して実施例１と同様に顕微鏡で観察したところ、観察可能な１μm を超えるサイズの金属間化合物は無数に存在し、長径サイズ５μm を超える化合物も８０個／mm2 観察できた。
【００３０】
この比較例１の試料を上述した実施例１のものと同様に被曝試料としてプラズマエッチング装置内に設置し、ＣＦ4 ガスを用いてプラズマエッチングを行い、該被曝試料の陽極酸化皮膜の平均皮膜厚さが約１０μm となったときに５ケ所の電気抵抗値を測定し、耐電圧の評価を行った結果を同じ表２に示すが、この表２の結果から市販の素材は純度も低く、陽極酸化処理した皮膜厚さ３０μm に対して、長径サイズ５μm を超えるサイズの金属間化合物が多数存在し、このような皮膜は、プラズマエッチングして皮膜厚さが１０μm と薄くなるまで使用すると、耐電圧が場所によっては０ＭΩとなり、皮膜の気化除去速度が大きく異常放電を起こす寸前であり、しかも他の測定位置における耐電圧も低く、良好な皮膜状態とは言えないことが判る。
【００３１】
【比較例２】
素材として、市販されているＡ６０６１（組成を表１の合金番号Ｃとして示す）材を用い、実施例と同様に陽極酸化処理し試料とした。この試料に対して実施例１と同様に顕微鏡で観察したところ、観察可能な１μm を超えるサイズの金属間化合物は無数に存在し、長径サイズ５μm を超える化合物も１５０個／mm2 観測できた。最も大きな化合物は長径サイズ１０μm を超えていた。またこの試料を実施例１と同様に被曝試料としてプラズマエッチング装置内に設置し、ＣＦ4 ガスを用いてプラズマエッチングを行い、該被曝試料の陽極酸化皮膜の平均皮膜厚さが約１０μm となったときに５ケ所の電気抵抗値を測定し、耐電圧の評価を行った結果を上記実施例および比較例１のものと共に次の表２に示した。
【００３２】
【表２】
0003855663.tif 000003
【００３３】
表２の結果から、市販の素材は純度も低く、比較例１と同様に陽極酸化処理した皮膜厚さ３０μm に対して、長径サイズ３μm を超えるサイズの金属間化合物が多数存在し、しかも粗大な化合物が存在し、このような皮膜は、プラズマエッチングして皮膜厚さが１０μm と薄くなるまで使用すると、耐電圧が場所によっては０ＭΩとなり、皮膜の気化除去速度が大きく異常放電を起こす寸前であり、しかも他の測定位置における耐電圧も低く、良好な皮膜状態であるとは言えないことが判る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるものは、陽極酸化皮膜中にサイズの大きい金属間化合物の無い素材であるから、プラズマ内の減耗速度が安定していて、プラズマ発生装置内で長期に渡って使用できる部品用の素材であることが理解され、工業的にその効果の大きい発明であることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の採用されるプラズマ処理装置の１例についての断面的説明図である。
【符号の説明】
２  上部電極
３  被処理材
４  下部電極
５  ヒータユニット
６  リフター
７  支持ピン
８  ガス導入口
９  真空排気口
１０  反応室
１１  上部電極支え
１２  下部電極支え
１３  シャワーヘッド
１４  印加電源
【図１】
0003855663.tif 000004