JP2003313665A

JP2003313665A - 金属または合金材料の表面処理方法及び真空処理装置内部品

Info

Publication number: JP2003313665A
Application number: JP2002124539A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Mori; 勝彦森
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な工程により金属・合金材料の表面に対し
て高い保護効果を得ることができる表面処理方法及びこ
の表面処理を施した金属・合金材料を用いる真空処理装
置内部品を提供する。【解決手段】フッ素系ガス導入口４を有する真空室１内
に、アルミニウム酸化物材料５、５ａを載置する加熱台
２と、金属・合金材料６を載置する載置台３とを対向さ
せて具備する真空表面処理装置を用いて、金属・合金材
料６とアルミニウム酸化物材料５、５ａとが対向した状
態で、フッ素系ガス雰囲気下またはフッ素ラジカル若し
くはフッ素プラズマ存在下で、アルミニウム酸化物材料
５、５ａを加熱して、金属・合金材料６に保護膜６ａを
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属または合金材
料の表面処理方法及び真空処理装置内部品に関する。例
えば半導体ウェハの薄膜形成に用いる成膜室などの真空
処理装置内部品には金属や合金材料が多用されている。
中でもアルミ系のものは、比較的低コストで入手できる
こともあり、多くの部品に用いられている。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プラズマＣＶＤ装置などの真空
成膜室において、その内部部品の金属・合金材料となる
アルミ系部材は、その表面をあらかじめアルマイト処理
して用いられることが多い。このように表面処理された
アルミ系部材は、ＣＶＤ装置内部で行われるプラズマク
リーニングの際にダメージを受け易い。即ち、クリーニ
ングガス中に含有されるフッ素ラジカルなどにより、Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｆ₂→２ＡｌＦ₃＋３/２Ｏ₂・・・・・・（１）式（１）に示す反応が進行するため、クリーニングを繰
り返すうちに表面が劣化し、ついには表面剥離に至ると
いう問題がある。同様の表面劣化は、クリーニング時の
プラズマに限らず、エッチング装置などにおけるプロセ
スプラズマやハロゲンガスなどのプロセス反応ガスによ
っても発生する。

【０００３】従来、アルミ系部材などの金属・合金材料
の表面劣化の対策として、特開平４−２６３０９３号公
報により、アルミ系部材の表面に酸化アルミニウム薄膜
を形成し、これにフッ素系ガスを接触させて酸化アルミ
ニウム薄膜から成る表面をさらに耐蝕性保護被膜で被覆
するものが知られている。

【０００４】また、特開平２−２６３９７２号公報や特
開平７−２７３０５３号公報に示すものにより、アルミ
ニウムを含む金属材料の周囲にフッ素系ガスを導入する
ことにより、その表面に、三フッ化アルミニウムなどの
フッ化不動態膜を保護膜として形成するものが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば上記
特開平４−２６３０９３号公報に示すものは、母体とな
るアルミニウム支持体表面に酸化アルミニウム層を形成
した後、耐蝕性保護被膜を形成することになる。即ち、
アルミニウム支持体／酸化アルミニウム層／耐蝕性保護
被膜の三層構造が必要であり表面処理工程が多段階とな
るという不具合がある。

【０００６】さらに、上記のアルマイト処理を行ったア
ルミ系部材などの金属材料に対する対策として、従来例
のいずれの場合もその保護効果が不充分である。即ち、
従来例はいずれもフッ素原子の拡散反応であるため、充
分な膜厚を有する保護膜を高速で形成するには不向きで
ある。また、これに加え、上記のアルマイト処理された
アルミ系部材は細孔構造を有しており、このような多孔
質表面にフッ素原子の拡散反応を進行させる場合、多孔
質表面上に形成されたフッ化不動態から成る保護膜は、
表面全体を充分な厚さで完全に覆うことができないた
め、これによる保護膜の効果は充分とは言えない。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な工程
により金属・合金材料の表面に対して、任意の膜厚で高
い保護効果を得ることができる表面処理方法及びこの表
面処理を施した金属・合金材料を用いる真空処理装置内
部品を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金属または合金材料の表面をフッ化物に
より被覆する表面処理方法において、この金属または合
金材料にアルミニウム酸化物材料を対向して位置させ、
フッ素系ガス雰囲気下またはフッ素ラジカル若しくはフ
ッ素プラズマ存在下で、アルミニウム酸化物材料を加熱
して、金属または合金材料のアルミニウム酸化物に対す
る対向面側にアルミニウムフッ化物、特に、三フッ化ア
ルミニウムから成る保護膜を形成する。

【０００９】これにより、金属・合金材料の表面にアル
ミニウムフッ化物から成る保護膜を任意の膜厚で直接形
成できるので工程が簡素になる。また、フッ素系ガス雰
囲気下またはフッ素ラジカル若しくはフッ素プラズマ存
在下で、加熱したアルミニウム酸化物材料を用いること
で、アルミニウム酸化物とフッ素種との反応により、保
護膜形成に充分な量の生成粒子が高速で金属・合金材料
の表面に堆積する。即ち、金属・合金材料の表面の保護
効果が確実になる。

【００１０】また、この場合、アルミニウム酸化物材料
として、多孔質アルマイトを用いることが望ましい。こ
れによりアルミニウム酸化物材料が比較的高い反応性を
有し、高い堆積速度が得られると推測される。

【００１１】さらに、この場合、前記フッ素系ガスとし
ては、Ｆ₂ガス、ＨＦガス、ＮＦ₃ガス、ＣＦ₄ガス、Ｃ
ＨＦ₃ガス及びＣ₂Ｆ₆ガスなどを用いることが望まし
い。いずれも、フッ素系ガスとして一般的で入手が容易
なものである。

【００１２】また、上記したフッ素系ガス雰囲気または
フッ素ラジカル若しくはフッ素プラズマ存在下の圧力条
件としては、０．００１〜１０００Ｐａの範囲であるこ
とが望ましい。この圧力条件で表面処理工程を行うこと
で、金属または合金材料の表面にアルミニウムフッ化物
を保護膜として析出することができる。また、アルミニ
ウム酸化物材料の加熱温度としては、３００〜６００℃
の範囲であることが望ましい。

【００１３】さらに、上記した表面処理を施した金属ま
たは合金材料を用いて形成した真空処理装置内部品は、
プロセスプラズマやハロゲンガスなどのプロセス反応ガ
スに対して高い耐久性を備えることができる。このよう
な真空処理装置としては、例えばプラズマＣＶＤ装置や
エッチング装置などがある。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の真空表面処理装
置の略断面図である。図１を参照して、真空室１の内側
に、加熱載置台２及び３が対向して配置され、また、真
空室１の側面にはガス導入口４が設けられている。加熱
載置台２及び３は、いずれも載置台内部のヒータ２１及
び３１を通電加熱するため外部の電力調整器（ＳＣＲ）
２２及び３２とそれぞれ接続されている。また、電力調
整器２２及び３２における電力調整は、載置台内部の温
度を検知する温度調節器（ＴＩＣ）２３及び３３により
制御される。また、加熱載置台２には、図外のバイアス
電源に接続されたバイアス回路２４も設けられている。

【００１５】図１の装置を用いて表面処理を行うに際し
ては、あらかじめ硫酸浴やシュウ酸浴またはリン酸浴に
より母材アルミニウム５の表面に膜厚１００μｍ以下の
多孔質アルマイト被膜５ａを形成して成るアルミニウム
酸化物材料を用意して、これを加熱載置台２上に載置す
る。一方、加熱載置台３上には、被覆処理を行う、金属
・合金材料６を載置する。この際、金属・合金材料６と
しては通常のアルマイト処理を施したアルミ系部材や、
アルミ母材そのものなどを用いることができる。

【００１６】次に、真空室１に付属の排気弁７と排気ポ
ンプ８とを作動させて、真空表面処理装置１の内部を所
定圧力に到達させる。そして、この状態で、ガス導入口
４よりＮＦ₃ガスを導入する。このとき、真空室１の内
部圧力は０．００１〜１０００Ｐａの範囲内となるよう
に真空計９でモニタしながら排気弁７で真空作動を調整
している。この際、導入ガスとしては、ＮＦ₃ガス以外
にも、Ｆ₂ガス、ＨＦガスＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス及び
Ｃ₂Ｆ₆ガスなどのフッ素系ガスを用いても良い。

【００１７】そして、加熱載置台２の温度が３００〜６
００℃の範囲となるようにＳＣＲ２２を調整してアルミ
ニウム酸化物材料５、５ａを加熱する。

【００１８】このとき、アルミニウム酸化物材料から出
射される粒子と上記フッ素ガス中のフッ素種とにより式
（１）の反応が進行し、反応生成物たるＡｌＦ₃を主と
するアルミニウムフッ化物が金属・合金材料６の表面に
付着及び堆積して、金属・合金材料６の保護膜６ａを形
成する。このように形成された表面保護膜６ａは、下地
の金属・合金材料６の表面が平坦でなく表面積が大きい
ものであっても、下記実施例にて示すように良好な膜質
を有しており良好な保護膜機能を備えている。

【００１９】なお、本実施の形態においては、加熱載置
台２のみを加熱しているが、加熱処理台３を加熱しても
良い。この場合の加熱温度範囲は室温から６００℃が望
ましく、このように加熱することにより、金属・合金材
料６への保護膜６ａの成膜速度や付着力を向上させるこ
とができる。

【００２０】また、本実施の形態においては、ガス導入
口４から導入するガスとして、Ｆ₂ガス、ＨＦガス、Ｎ
Ｆ₃ガス、ＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス及びＣ₂Ｆ₆ガスなど
のフッ素系ガスを用いたが、これら以外にも、ラジカル
クリーニングに用いるフッ素遊離ラジカルや、あるい
は、フッ素イオンやフッ素ラジカルを含むプラズマを導
入しても良い。プラズマ導入の場合は、加熱載置台２の
バイアス回路２４によりバイアス電力を印加するとより
効果的である。

【００２１】さらに、本実施の形態においては、金属・
合金材料の例としてアルミ系部材を用いたが、上記の表
面処理方法による保護膜は、比較的強大な付着力で形成
されるため、アルミ系部材に限らず銅系部材やステンレ
ス系部材などの他の金属や合金材料に対しても効果的で
あると考えられる。

【００２２】

【実施例】上記真空表面処理装置を用い、装置の内部圧
力を１００Ｐａ、導入するＮＦ₃ガスの流量を２０００
ｓｃｃｍ、バイアス回路２４の印加電力を２ｋＷ（交流
周波数２７．１２ＭＨｚ）、アルミニウム酸化物材料
５、５ａに対する加熱温度を５００℃、アルミ系部材か
ら成る金属・合金材料６の加熱温度を４００℃、保護膜
６ａの成膜速度を１００ｎｍ／ｍｉｎとして保護膜を形
成した。

【００２３】このようにしてアルミニウムフッ化物、特
に、三フッ化アルミニウムから成る保護膜を被覆した金
属・合金材料の表面のＥＰＭＡチャートを図２に示す。
図２から、金属・合金材料の表面が、アルミニウムフッ
化物で被覆されていることが分る。

【００２４】このようにして表面被膜を施した金属・合
金材料で作製した製品は、従来のアルマイト被膜のもの
と比較して２０倍以上の長寿命化が得られた。

【００２５】したがって、このように保護膜を被覆して
表面処理された金属・合金材料は、エッチング装置やプ
ラズマＣＶＤ装置の内部部品、例えば、防着板やメッシ
ュプレート板などの材質として適していると言える。

【００２６】また、このように形成された表面をさらに
適当な温度でアニール処理などの加熱処理を行うと保護
膜を構成するアルミニウムフッ化物の化学構造がさらに
安定化して三フッ化アルミニウム組成となり、その保護
膜機能が増大することが期待される。

【００２７】また、図３（ａ）は従来のアルマイト処理
による金属・合金材料表面の電子顕微鏡写真を示し、図
３（ｂ）は本発明の表面処理方法を行った金属・合金材
料表面の電子顕微鏡写真を示す。両者を比較すると本発
明の金属・合金材料は良好な化学組成で表面が形成され
ていることが分る。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により金属・合金材料の表面処理を行うと、主として三
フッ化アルミニウムからから成るアルミニウムフッ化物
保護膜が金属・合金材料の表面を確実に被覆するので、
金属・合金材料に対する保護効果が大きい。しかも、任
意の厚みの保護膜を短時間で形成できるため、下地の金
属・合金材料が多孔質アルマイトのような比較的大きな
表面積を有するものであっても、これに対して確実に表
面被覆が行われ、良好な保護効果を得ることができる。

【００２９】したがって、このような表面処理を施した
金属・合金材料を用いた製品は製品寿命が長く、長期間
のフッ素系プラズマ環境下で使用される防着板などの材
質として適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面処理方法を実施するための真空表
面処理装置

【図２】本発明の表面処理を施した金属表面のＥＰＭＡ
チャート図

【図３】（ａ）従来のアルマイト処理による金属表面の
電子顕微鏡写真（ｂ）本発明の表面処理方法を行った金属表面の電子顕
微鏡写真

【符号の説明】

１真空室２、３加熱載置台４ガス導入口５母材アルミニウム５ａ多孔質アルマイト被膜（アルミニウム酸化物
材料）６金属・合金材料６ａ保護膜２１、３１ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属または合金材料の表面をフッ化物によ
り被覆する表面処理方法において、前記金属または合金
材料にアルミニウム酸化物材料を対向して位置させ、フ
ッ素系ガス雰囲気下またはフッ素ラジカル若しくはフッ
素プラズマ存在下で、前記アルミニウム酸化物材料を加
熱して、前記金属または合金材料に保護膜を形成するこ
とを特徴とする金属または合金材料の表面処理方法。
【請求項２】前記アルミニウム酸化物材料は、多孔質ア
ルマイトから成ることを特徴とする請求項１に記載の金
属または合金材料の表面処理方法。
【請求項３】前記フッ素系ガスは、Ｆ₂ガス、ＨＦガ
ス、ＮＦ₃ガス、ＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス及びＣ₂Ｆ₆ガ
スのいずれかから成ることを特徴とする請求項１または
２に記載の金属または合金材料の表面処理方法。
【請求項４】前記フッ素系ガス雰囲気またはフッ素ラジ
カル若しくはフッ素プラズマ存在下の圧力条件が０．０
０１〜１０００Ｐａであると共に、前記アルミニウム酸
化物材料の加熱温度が３００〜６００℃であることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属ま
たは合金材料の表面処理方法。
【請求項５】前記表面処理を施した金属または合金材料
を用いることを特徴とする真空処理装置内部品。