JP2022181339A - Aluminum material and electrostatic discharge characteristic control film therefor - Google Patents

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Abstract

To provide an aluminum material including a porous aluminum oxide layer and showing electrostatic discharge characteristics suitable when performing an ESD countermeasure.SOLUTION: An aluminum material includes: an aluminum base material; a porous aluminum oxide layer provided on the surface of the aluminum base material and having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×108 Ω/sq or more and less than 1×1013 Ω/sq; and an electrostatic discharge characteristic control film provided on the porous aluminum oxide layer and controlling the electrostatic discharge characteristics of the surface. The electrostatic discharge characteristic control film includes a hard carbon film layer having a surface resistance value of 3×104 Ω/sq or more and 1×1012 Ω/sq or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り https://www.setcor.org/conferences/surfcoat-korea-2021/conference-program(国際学会「SURFCOAT KOREA 2021」(令和3年5月26日~28日)/Conference Program(5月28日12:15PM-12:30PM)についてのアブストラクト(公開日:令和3年5月5日、更新日:令和3年5月18日)There is an application for the application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law https://www. setcor. org/conferences/surfcoat-korea-2021/conference-program Abstract (Published: May 5, 2021, Updated: May 18, 2021)

本件発明は、アルミニウム材に関し、より詳しくは静電気放電対策が施されたアルミニウム材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum material, and more particularly to an aluminum material to which electrostatic discharge countermeasures have been applied.

従来より、半導体部品又は半導体製品(以下、半導体デバイス)の製造工程において、種々のアルミニウム製又はアルミニウム合金製の治具や部品等(以下、「アルミニウム製品」と称する。)が用いられている。例えば、洗浄工程等で使用されるウエハカセット(例えば、特許文献1参照)、パターン形成工程やダイボンディング工程等においてウエハやチップを所定の位置で保持固定するピックアップノズルや、所定の位置に搬送する際に用いられる搬送アーム等は半導体デバイスの製造工程において使用されるアルミニウム製品である。 2. Description of the Related Art Conventionally, various aluminum or aluminum alloy jigs, parts, and the like (hereinafter referred to as "aluminum products") have been used in the manufacturing process of semiconductor components or semiconductor products (hereinafter, semiconductor devices). For example, wafer cassettes used in cleaning processes (see, for example, Patent Document 1), pick-up nozzles for holding and fixing wafers and chips at predetermined positions in pattern forming processes, die bonding processes, etc., and transporting nozzles to predetermined positions. The transfer arms and the like used in this case are aluminum products used in the manufacturing process of semiconductor devices.

また、半導体デバイスはクリーンルームで製造される。回路形成工程において、塵埃に起因する回路パターンの露光不良等が発生すると、精確に回路パターンを形成することができなくなる。そのため、クリーンルーム内における塵埃の発生を抑制する必要がある。上記各種アルミニウム製品は、半導体デバイスと直接接触して使用されるため接触、摺動時に表面が削れて摩耗粉等が生じるおそれがある。そこで、半導体デバイスの製造工程において使用されるアルミニウム製品の表面には硬度を高める処理が行われることが多い。 Also, semiconductor devices are manufactured in clean rooms. 2. Description of the Related Art In a circuit forming process, if exposure failure or the like of a circuit pattern due to dust occurs, the circuit pattern cannot be formed accurately. Therefore, it is necessary to suppress dust generation in the clean room. Since the various aluminum products described above are used in direct contact with semiconductor devices, there is a risk that the surfaces will be scraped during contact and sliding, and abrasion powder and the like will be generated. Therefore, the surfaces of aluminum products used in the manufacturing process of semiconductor devices are often treated to increase hardness.

ところが、物体と物体、特に絶縁体と絶縁体が接触あるいは接触摺動すると、その表面に静電気が帯電する。この帯電した物体に導電体が接触等すると、静電気が放電する。静電気放電によって、半導体デバイスに耐電圧を超えるサージ電圧(或いはスパイク電圧)が印加されると絶縁破壊が生じたり、許容電流を超えるサージ電流が流れると微細配線の熱断線等の不具合が生じるおそれがある。そのため、半導体デバイスの製造工程では各種の静電気放電対策(Electrostatic Discharge:ESD対策)が行われている。 However, when objects, especially insulators, contact or slide against each other, their surfaces are charged with static electricity. When a conductor comes into contact with the charged object, static electricity is discharged. If a surge voltage (or spike voltage) exceeding the withstand voltage is applied to a semiconductor device due to electrostatic discharge, dielectric breakdown may occur, and if a surge current exceeding the allowable current flows, problems such as thermal disconnection of fine wiring may occur. be. Therefore, various electrostatic discharge countermeasures (ESD countermeasures) are taken in the manufacturing process of semiconductor devices.

特許第5641050号公報Japanese Patent No. 5641050

近年、LSI等の集積回路の高密度化、低電圧化設計が進んでいる。例えば、現在の最小配線幅は5nmであり、2022年には3nmになると言われている。また集積回路の高密度化に伴い動作電圧が約0.4Vの超低電圧LSI等と称される超低電圧デバイスの開発も進んでいる。一方、従来、製造装置の主構造材である上記アルミニウム製品に対するESD対策はあまり行われてこなかった。このような超低電圧デバイスの開発が進む中、アルミニウム製品と半導体デバイスとの間で静電気放電が生じた際に耐電圧や許容電流を超えるサージ電圧やサージ電流の発生を抑制することが求められる。 In recent years, integrated circuits such as LSIs have been designed to have higher density and lower voltage. For example, the current minimum wiring width is 5 nm, and it is said that it will be 3 nm in 2022. In addition, along with the increase in density of integrated circuits, the development of ultra-low voltage devices called ultra-low voltage LSIs with an operating voltage of about 0.4 V is also progressing. On the other hand, conventionally, few ESD countermeasures have been taken for the above-mentioned aluminum products, which are the main structural materials of manufacturing equipment. As the development of such ultra-low voltage devices progresses, there is a need to suppress the occurrence of surge voltages and surge currents that exceed the withstand voltage and allowable current when electrostatic discharge occurs between aluminum products and semiconductor devices. .

そこで、本件発明の課題は、表面の静電気放電特性が調整されたアルミニウム材、及びアルミニウム材の表面の静電気放電特性を調整するためのアルミニウム材用の静電気放電特性調整皮膜を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an aluminum material whose surface electrostatic discharge characteristics are adjusted, and an electrostatic discharge characteristic adjustment film for an aluminum material for adjusting the electrostatic discharge characteristics of the surface of the aluminum material.

上記課題を解決するため本発明に係るアルミニウム材は、アルミニウム製基材と、前記アルミニウム製基材の表面に設けられた厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、前記多孔質酸化アルミニウム層上に設けられ、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の硬質炭素膜層とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an aluminum material according to the present invention includes an aluminum base material, a thickness provided on the surface of the aluminum base material of 1 μm or more and 100 μm or less, and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/ sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq, and a porous aluminum oxide layer provided on the porous aluminum oxide layer and having a surface resistance of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less. and a hard carbon film layer.

本発明に係るアルミニウム材において、前記多孔質酸化アルミニウム層と前記硬質炭素膜層との間に、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の非導電性皮膜からなる中間層を備えることも好ましい。 In the aluminum material according to the present invention, a non-conductive film having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer. It is also preferable to have an intermediate layer consisting of

本発明に係るアルミニウム材において、前記硬質炭素膜層の表面抵抗値は1×1012Ω/sq未満であり、当該硬質炭素膜層はsp2構造の炭素とsp3構造の炭素とを含む非晶質構造を有する炭素被膜からなることが好ましい。 In the aluminum material according to the present invention, the surface resistance value of the hard carbon film layer is less than 1×10 12 Ω/sq, and the hard carbon film layer is amorphous containing carbon with sp2 structure and carbon with sp3 structure. It is preferably made of a carbon coating having a structure.

本発明に係るアルミニウム材において、前記硬質炭素膜層の膜厚が1nm以上10μm以下であることが好ましい。 In the aluminum material according to the present invention, it is preferable that the thickness of the hard carbon film layer is 1 nm or more and 10 μm or less.

本発明に係るアルミニウム材において、前記アルミニウム製基材は、半導体製造工程において半導体部品と接触又は近接して使用されるアルミニウム製部品であることも好ましい。 The aluminum material which concerns on this invention WHEREIN: It is also preferable that the said base materials made from aluminum are components made from aluminum used in contact with a semiconductor component, or adjoining in a semiconductor manufacturing process.

本発明に係るアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜は、アルミニウム製基材の表面に設けられて、アルミニウム性基材の表面の静電気放電特性を調整するためのアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜であって、アルミニウム製基材の表面に設けられる厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、前記多孔質酸化アルミニウム層上に設けられ、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の硬質炭素膜層とを有することを特徴とする。 The electrostatic discharge property adjusting film for an aluminum material according to the present invention is an electrostatic discharge property adjusting film for an aluminum material provided on the surface of an aluminum substrate to adjust the electrostatic discharge property of the surface of the aluminum substrate. a porous aluminum oxide layer having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq provided on the surface of an aluminum substrate; and a hard carbon film layer having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less provided on the high quality aluminum oxide layer.

本件発明に係るアルミニウム材は、厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、この多孔質酸化アルミニウム層上に設けられる表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下硬質炭素膜層とを備えている。アルミニウム製基材の表面にこれらの膜を積層することで、静電気を発生させにくくすることができ、静電気を帯びたときに静電気を緩やかに放電させることができる。そのため、半導体、電子部品、これらを用いて構成された各種電子機器等(半導体デバイス)の静電気放電から保護すべき保護対象物に対して、直接又は近接して用いられるアルミニウム製部品を当該アルミニウム材とすることで、保護対象物にサージ電流、電圧等が印加等されることを防止し、静電気放電に伴う保護対象物の誤動作や損傷を防止することができる。従って、本件発明によれば、表面の静電気放電特性が調整されたアルミニウム材、及びアルミニウム材の表面の静電気放電特性を調整するためのアルミニウム材用の静電気放電特性調整皮膜を提供することができる。 The aluminum material according to the present invention includes a porous aluminum oxide layer having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq, and the porous aluminum oxide layer A hard carbon film layer provided on the layer and having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less. By laminating these films on the surface of the aluminum base material, it is possible to make it difficult to generate static electricity, and when it is charged with static electricity, the static electricity can be discharged slowly. Therefore, aluminum parts that are used directly or in close proximity to objects to be protected from electrostatic discharge of semiconductors, electronic parts, and various electronic devices (semiconductor devices) constructed using these are As a result, it is possible to prevent surge current, voltage, etc., from being applied to the object to be protected, and to prevent malfunction and damage to the object to be protected due to electrostatic discharge. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum material whose surface electrostatic discharge characteristics are adjusted, and an electrostatic discharge characteristic adjustment film for an aluminum material for adjusting the electrostatic discharge characteristics of the surface of the aluminum material.

実施例1のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜表面(硬質炭素膜層表面)の帯電減衰曲線を表す図である。3 is a diagram showing a charge decay curve of the surface of the electrostatic discharge characteristic adjusting film (surface of the hard carbon film layer) on the aluminum material of Example 1. FIG. 実施例2のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜表面(硬質炭素膜層表面)の帯電減衰曲線を表す図である。FIG. 10 is a diagram showing a charge attenuation curve on the surface of the electrostatic discharge property adjusting film (surface of the hard carbon film layer) on the aluminum material of Example 2; 比較例1のアルミニウム材における多孔質酸化アルミニウム層表面の帯電減衰曲線を表す図である。3 is a diagram showing a charge attenuation curve on the surface of the porous aluminum oxide layer in the aluminum material of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のアルミニウム材における多孔質酸化アルミニウム層表面の帯電減衰曲線を表す図である。FIG. 10 is a diagram showing a charge attenuation curve on the surface of the porous aluminum oxide layer in the aluminum material of Comparative Example 2; 各実施例及び各比較例の絶縁耐圧を示す図であり、硬質炭素膜層の有無による絶縁耐圧の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing dielectric strength voltage of each example and each comparative example, and is a diagram illustrating a change in dielectric strength voltage depending on the presence or absence of a hard carbon film layer. 各実施例及び各比較例の摩擦係数を示す図であり、硬質炭素膜層の有無による摩擦係数の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the coefficient of friction of each example and each comparative example, and showing changes in the coefficient of friction depending on the presence or absence of a hard carbon film layer. 各実施例及び各比較例の硬度を示す図であり、硬質炭素膜層の有無による硬度の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the hardness of each example and each comparative example, showing changes in hardness depending on the presence or absence of a hard carbon film layer.

以下、本発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜の実施の形態を説明する。
1.アルミニウム材
本発明に係るアルミニウム材は、アルミニウム製基材と、前記アルミニウム製基材の表面に設けられた厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、前記多孔質酸化アルミニウム層上に設けられ、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の硬質炭素膜層とを有することを特徴とする。
Embodiments of the aluminum material and the electrostatic discharge property-adjusting film for the aluminum material according to the present invention are described below.
1. Aluminum Material The aluminum material according to the present invention includes an aluminum base material, a thickness provided on the surface of the aluminum base material of 1 μm or more and 100 μm or less, and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and 1× A porous aluminum oxide layer of less than 10 13 Ω/sq, and a hard carbon film layer provided on the porous aluminum oxide layer and having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less. and

上述のとおり、半導体デバイスの製造工程において、種々のアルミニウム製品が用いられている。アルミニウムは金属であるため導電体である。導電体の表面抵抗値は概ね1×10-3Ω/sq以下である。導電体は静電気を発生したり、表面に静電気の電荷を蓄積することもない。しかし、静電気を帯びた物体が導電体に接触等すると、物体表面の電荷は2~3ナノ秒レベルで急峻に逸散する。従って、アルミニウム製品に静電気を帯びた半導体デバイスが接触すると、静電気放電が急峻に生じる。その際、耐電圧や許容電流を超えたサージ電圧やサージ電流が半導体デバイスに印加すると、絶縁破壊が生じ、半導体デバイスの誤動作や断線等の損傷を招く場合がある。しかしながら、従来、これらのアルミニウム製品に対するESD対策はあまり行われてこなかった。 As described above, various aluminum products are used in the manufacturing process of semiconductor devices. Since aluminum is a metal, it is a conductor. The surface resistance value of the conductor is approximately 1×10 −3 Ω/sq or less. Conductors do not generate static electricity or accumulate static charge on their surfaces. However, when a statically charged object comes into contact with a conductor, the charge on the surface of the object abruptly dissipates within a few nanoseconds. Therefore, when a semiconductor device charged with static electricity comes into contact with an aluminum product, electrostatic discharge occurs rapidly. At that time, if a surge voltage or surge current exceeding the withstand voltage or allowable current is applied to the semiconductor device, dielectric breakdown may occur, which may lead to damage such as malfunction or disconnection of the semiconductor device. However, in the past, little ESD countermeasures were taken for these aluminum products.

半導体デバイスの製造工程では塵埃の発生を抑制する必要がある。アルミニウム製品の表面硬度を高めるための処理としてアルマイト処理が行われることが多い。アルマイト処理を施すと、アルミニウムの表面には酸化アルミニウムを主成分とするアルマイト処理層が設けられる。酸化アルミニウム自体の体積固有抵抗値は1014-15Ω・cm程度であり、酸化アルミニウムは絶縁体である。ゴムの体積抵抗率は1010Ω・cm~1014Ω・cm程度であり、プラスチックの体積固有抵抗率は1014Ω・cm~1018Ω・cm程度である。従って、アルミニウム製品にアルマイト処理を施すと、アルミニウム製品の表面はゴムやプラスチック等の他の絶縁体と同様の静電気放電特性を示すと考えられる。 In the manufacturing process of semiconductor devices, it is necessary to suppress generation of dust. Alumite treatment is often performed as a treatment for increasing the surface hardness of aluminum products. When alumite treatment is applied, an alumite treatment layer containing aluminum oxide as a main component is provided on the surface of aluminum. The volume resistivity of aluminum oxide itself is about 10 14-15 Ω·cm, and aluminum oxide is an insulator. The volume resistivity of rubber is about 10 10 Ω·cm to 10 14 Ω·cm, and the specific volume resistivity of plastic is about 10 14 Ω·cm to 10 18 Ω·cm. Therefore, it is considered that when an aluminum product is anodized, the surface of the aluminum product exhibits electrostatic discharge characteristics similar to those of other insulators such as rubber and plastic.

そこで本発明者等は、アルミニウム製品に対するESD対策を検討すべく、まず絶縁抵抗計を用いて、アルマイト処理層を設けたアルミニウム製基材の表面抵抗値を測定した。その結果、アルマイト処理層を設けたアルミニウム製基材の表面抵抗値は概ね1×10~1×1013Ω/sq程度であった。ゴムやプラスチック等の他の絶縁体の表面抵抗値と比較すると幾分低いが、導電体と比較すると高い値を示す。なお、体積固有抵抗値に比べて、表面抵抗値は通常1桁以上小さい値を示す。静電気は物体の表面に帯電し、これが放電される際、電荷は主に物体の表面を流れる。従って、本件発明では各層の抵抗値については、固定体積抵抗値ではなく表面抵抗値により評価するものとした。 Therefore, the present inventors first used an insulation resistance meter to measure the surface resistance value of an aluminum base material provided with an alumite treatment layer in order to study ESD countermeasures for aluminum products. As a result, the surface resistance value of the aluminum base material provided with the alumite treatment layer was approximately 1×10 8 to 1×10 13 Ω/sq. It is somewhat lower than the surface resistance of other insulators such as rubber and plastic, but higher than that of conductors. It should be noted that the surface resistance usually shows a value smaller than the volume specific resistance by one order of magnitude or more. Static electricity charges the surface of an object, and when it is discharged, the charge mainly flows on the surface of the object. Therefore, in the present invention, the resistance value of each layer is evaluated not by the fixed volume resistance value but by the surface resistance value.

表面抵抗値が上記のように導体と絶縁体の間の値を示す場合、通常であれば、他の物体と接触等しても、静電気の発生を抑制し、静電気の電荷の蓄積速度が緩やかなスローチャージ特性を示すと考える。また、表面抵抗値が上記範囲内であれば、表面に静電気が印加したとしても静電気が緩やかに放電するスローディスチャージ特性も示すと考えられる。しかしながら、本発明者等が静電気の帯電減衰を評価する装置(帯電電荷減衰測定器/オネストメーター)を用いて、アルマイト処理層を設けたアルミニウム製基材の表面の帯電減衰挙動を実際に測定すると、アルマイト処理層の表面電荷は数ボルトになるがそれ以上帯電することはなく、電荷が直ちに逸散することが確認された。すなわち、本発明者等はアルマイト処理層は絶縁体であるが、ゴムやプラスチック等の他の絶縁体とは異なる静電気放電特性を示し、且つ、表面抵抗値範囲によって想定される静電気放電特性とも異なる挙動を示すという新たな知見を見出した。 If the surface resistance value is between a conductor and an insulator as described above, normally, even if it comes into contact with other objects, the generation of static electricity is suppressed and the speed of accumulation of static electricity is slow. It is considered that the slow charge characteristic is exhibited. In addition, if the surface resistance value is within the above range, it is considered that even if static electricity is applied to the surface, it exhibits slow discharge characteristics in which static electricity is slowly discharged. However, when the inventors of the present invention actually measure the charge decay behavior of the surface of an aluminum substrate provided with an anodized layer using a device for evaluating static charge decay (charge decay meter/honest meter) , it was confirmed that the surface charge of the alumite treated layer was several volts, but did not charge any more, and the charge dissipated immediately. That is, the inventors of the present invention have found that although the alumite treatment layer is an insulator, it exhibits electrostatic discharge characteristics different from those of other insulators such as rubber and plastic, and also differs from the electrostatic discharge characteristics assumed depending on the range of surface resistance values. We found a new finding that shows the behavior.

そこで、本発明者等が鋭意検討した結果、アルマイト処理層がこのような特異な静電気放電特性を示すのは次の理由によると考えた。アルマイト処理層は、nmオーダー(数nm~数十nm)のバリア膜(無孔質皮膜)及びバリア膜上に成長する多孔質皮膜の二層構造を有する。またアルマイト処理の際には、多孔質皮膜の微細孔を塞ぐための封孔処理が行われる。しかしながら、封孔処理によって微細孔が完全に塞がれる訳ではない。また、微細孔内にはアルマイト処理の際に用いられた電解液や封孔処理の際に用いられた金属錯体等が残存している。そのため、多孔質皮膜の表面は高抵抗値を示すにも関わらず、静電気の電荷が微細孔を通じて逸散するという特異な静電気放電特性を示すと推定される。 As a result of intensive studies by the present inventors, the reason why the anodized layer exhibits such peculiar electrostatic discharge characteristics is as follows. The anodized layer has a two-layer structure of a barrier film (non-porous film) of nm order (several nm to several tens of nm) and a porous film grown on the barrier film. Further, during the alumite treatment, a pore-sealing treatment is performed to close the micropores of the porous film. However, the micropores are not completely closed by the sealing treatment. Moreover, the electrolyte used in the alumite treatment, the metal complex used in the sealing treatment, and the like remain in the micropores. Therefore, it is presumed that the surface of the porous film exhibits a peculiar electrostatic discharge characteristic in which static electricity is dissipated through the micropores, although the surface exhibits a high resistance value.

このように、アルミニウム製品にアルマイト処理層を設けてもスローチャージ特性及びスローディスチャージ特性を得ることはできない。そのため、静電気が帯電した半導体デバイスがアルマイト処理層に接触すると、静電気が放電し、サージ電流、サージ電圧が発生し、半導体デバイスに静電気ダメージを与えるおそれがある。 Thus, even if an aluminum product is provided with an alumite treatment layer, it is not possible to obtain slow charge characteristics and slow discharge characteristics. Therefore, when a semiconductor device charged with static electricity comes into contact with the alumite treatment layer, the static electricity is discharged, generating a surge current and a surge voltage, which may damage the semiconductor device due to static electricity.

一方、ゴムやプラスチック等の他の絶縁体に対して、カーボン粒子等の導電性微粒子を練り込み導電性を付与することでこれらの絶縁体のESD対策を施すことが行われている。しかしながら、アルマイト処理層はこれらの他の絶縁体と同様のESD対策を行っても効果が得られないことは明らかである。 On the other hand, other insulators such as rubber and plastic are kneaded with conductive fine particles such as carbon particles to impart conductivity, thereby providing ESD countermeasures to these insulators. However, it is clear that the alumite treatment layer is not effective even if the same ESD measures as those of other insulators are taken.

そこで、本発明者等がさらに鋭意研究を重ねた末、アルミニウム製基材の表面に特定のアルマイト処理層として、厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層を設け、この多孔質酸化アルミニウム層上に表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下硬質炭素膜層を設けることで、スローチャージ特性及びスローディスチャージ特性を示す表面を得ることができ、静電気を発生させにくくしつつ、静電気を帯びたときに静電気を緩やかに放電させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, the inventors of the present invention have made further intensive research and found that a specific alumite treatment layer on the surface of an aluminum substrate has a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more. A porous aluminum oxide layer having a surface resistance of less than 1×10 13 Ω/sq is provided, and a hard carbon film layer having a surface resistance of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less is formed on the porous aluminum oxide layer. By providing it, it is possible to obtain a surface that exhibits slow charge characteristics and slow discharge characteristics, and it is possible to make it difficult to generate static electricity, and when it is charged with static electricity, it is possible to slowly discharge static electricity. came to.

以下、アルミニウム製基材、硬質炭素膜層、多孔質酸化アルミニウム層の順に説明する。また、本発明に係るアルミニウム材は、多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との間に、両層の密着性を向上するための非導通性皮膜からなる中間層を備えていてもよい。従って、以下では中間層についても説明する。 The aluminum substrate, the hard carbon film layer, and the porous aluminum oxide layer will be described below in this order. Further, the aluminum material according to the present invention may have an intermediate layer made of a non-conductive film between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer for improving adhesion between the two layers. Therefore, the intermediate layer will also be described below.

1-1.アルミニウム製基材
アルミニウム製基材は、アルミニウム金属又はアルミニウム合金製の基材であり、その大きさや形状が特に限定されるものではなく板状、或いは、所定形状等であってもよい。当該アルミニウム製基材は、半導体製造工程において半導体部品(半導体デバイス)と接触又は近接して使用されるアルミニウム製部品であることも好ましい。このようなアルミニウム製品として、例えば、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の治具や部品を挙げることができ、例えば、洗浄工程等で使用されるウエハカセット、パターン形成工程やダイボンディング工程等においてウエハやチップを所定の位置で保持固定するピックアップノズル、所定の位置に搬送する際に用いられる搬送アーム等の種々のアルミニウム製品に適用することができる。
1-1. Aluminum Substrate The aluminum substrate is a substrate made of aluminum metal or an aluminum alloy, and its size and shape are not particularly limited, and it may be plate-like or have a predetermined shape. The aluminum base material is also preferably an aluminum part that is used in contact with or in close proximity to a semiconductor part (semiconductor device) in a semiconductor manufacturing process. Examples of such aluminum products include jigs and parts made of aluminum or aluminum alloy. It can be applied to various aluminum products such as a pick-up nozzle for holding and fixing at a predetermined position, a transfer arm used for transferring to a predetermined position, and the like.

1-2.硬質炭素膜層
次に、硬質炭素膜層について説明する。硬質炭素膜層は表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の炭素系硬質膜からなる層である。後述する多孔質酸化アルミニウム層上に当該硬質炭素膜層を設けることで、上述のとおり、当該アルミニウム材表面において、静電気を発生させにくくしつつ、静電気を帯びたときに静電気を緩やかに放電させることができる。硬質炭素膜層は上記範囲内の表面抵抗値を示す点に加え、以下の電気的特性(表面電荷の帯電圧、半減期時間、絶縁耐圧等)を備えると共に、以下の機械特性(硬度、摩擦係数等)を有することが好ましい。なお、以下に示す値はいずれもアルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層(及び中間層を備える場合は中間層)を介して硬質炭素膜層を設けた上で測定した値を示す。
1-2. Hard Carbon Film Layer Next, the hard carbon film layer will be described. The hard carbon film layer is a layer made of a carbon-based hard film having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less. By providing the hard carbon film layer on the porous aluminum oxide layer described later, as described above, it is possible to make it difficult to generate static electricity on the surface of the aluminum material, and to gently discharge static electricity when it is charged. can be done. In addition to exhibiting a surface resistance value within the above range, the hard carbon film layer has the following electrical properties (charge voltage of surface charge, half-life time, dielectric strength voltage, etc.) and the following mechanical properties (hardness, friction coefficients, etc.). All of the values shown below are values measured after a hard carbon film layer was provided on an aluminum base material via a porous aluminum oxide layer (and an intermediate layer if provided with an intermediate layer).

(1)電気的特性
a)表面抵抗値
硬質炭素膜層膜の表面抵抗値は上記のとおりである。本発明においては抵抗値を体積固有抵抗値ではなく、表面抵抗値で規定する。その理由は上述のとおりである。なお、表面抵抗値が3×10Ω/sqより大きい場合、その材料の体積固有抵抗値は概ね1×10Ω・mより大きくなる。当該硬質炭素膜層の表面抵抗値は1×1012Ω/sq以下であり、プラスチックやゴム等の絶縁体と比較すると表面抵抗値が低い。そのため、当該硬質炭素膜層が他の物体に対して摺動したときに静電気が発生するのを抑制することができ、スローチャージ特性を得ることができる。
(1) Electrical Characteristics a) Surface Resistance Value The surface resistance value of the hard carbon film layer is as described above. In the present invention, the resistance value is defined by the surface resistance value instead of the volume specific resistance value. The reason is as described above. When the surface resistance value is greater than 3×10 4 Ω/sq, the volume specific resistance value of the material is generally greater than 1×10 5 Ω·m. The hard carbon film layer has a surface resistance value of 1×10 12 Ω/sq or less, which is lower than that of insulators such as plastic and rubber. Therefore, it is possible to suppress the generation of static electricity when the hard carbon film layer slides against another object, and it is possible to obtain slow charge characteristics.

ここで、静電気を帯びた際に、静電気放電に伴う保護対象物の誤動作や損傷等を生じさせない程度に電荷の逸散を速やかにするという観点から、硬質炭素膜層の表面抵抗は1011Ω/sq以下であることが好ましく、1010Ω/sq以下であることがより好ましく、10Ω/sq以下であることがさらに好ましい。サージ電圧(電流)の最大値を低減するという観点から、表面抵抗が10Ω/sq以上であることが好ましい。 Here, when charged with static electricity, the surface resistance of the hard carbon film layer is 10 11 Ω from the viewpoint of quickly dissipating the electric charge to the extent that it does not cause malfunction or damage to the protected object due to electrostatic discharge. /sq or less, more preferably 10 10 Ω/sq or less, and even more preferably 10 9 Ω/sq or less. From the viewpoint of reducing the maximum value of surge voltage (current), the surface resistance is preferably 10 5 Ω/sq or more.

但し、当該表面抵抗値は、IEC61340 5-1に準拠して、RCJSに準拠する絶縁抵抗計(例えば、Trek社製の絶縁抵抗計Model 152-1)を用いて測定した値とする。 However, the surface resistance value is a value measured using an RCJS-compliant insulation resistance meter (for example, Trek's Model 152-1 insulation resistance meter) in compliance with IEC61340 5-1.

b)半減期
多孔質酸化アルミニウム層を介してアルミニウム製基材の表面に当該硬質炭素膜層を設けたとき、その表面電荷の半減期は、概ね1ミリ秒以上60秒以下の値を示すことが好ましい。ここで、表面電荷の半減期は、基材の表面に当該静電気放電特性調整皮膜を設けた試験片を作製し、この試験片にコロナ放電場(10kV)で帯電させた後、表面電圧或いはサージ電圧(又はサージ電流)の最大値(ピーク値)が1/2に減衰するまでの時間をいう。
b) Half-life When the hard carbon film layer is provided on the surface of the aluminum substrate via the porous aluminum oxide layer, the half-life of the surface charge should be approximately 1 millisecond or more and 60 seconds or less. is preferred. Here, the half-life of the surface charge is measured by preparing a test piece having the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the surface of the base material, charging the test piece with a corona discharge field (10 kV), and then measuring the surface voltage or surge. It is the time until the maximum value (peak value) of voltage (or surge current) attenuates to 1/2.

静電気の帯電は静電気の放電と共に行われるため、表面に電荷が蓄積される速度は緩やかであり、帯電電圧も低くなる。このように静電気の帯電速度は緩やかであり、帯電速度は静電気の減衰速度と関連しているため、静電気特性を評価する際は主に帯電減衰速度あるいは半減期を用いる。 Since static electricity is charged together with static electricity discharge, the speed of charge accumulation on the surface is slow and the charging voltage is low. As described above, the charging speed of static electricity is slow, and the charging speed is related to the decay speed of static electricity.

半導体デバイス等の製造工程で用いられるアルミニウム製品のESD対策を行う上で、タクトタイムに応じてこの半減期を適宜調整することが好ましい。タクトタイムとは、1日当たりの製造ラインの稼働時間を1日当たりの半導体デバイス等の生産数量で除した値をいう。このタクトタイムに対して硬質炭素膜の表面電荷の半減期が長くなると、ある工程から次の工程までの間に表面に蓄積した電荷を十分に逸散させることができず、半導体デバイス等の製造時に半導体デバイス等に静電気の電荷が蓄積していく。そのため、静電気放電に伴う半導体デバイス等の誤動作や損傷を十分に抑制することができない場合があるため好ましくない。当該観点から、硬質炭素膜の表面電荷の半減期は50秒以下であることが好ましく、40秒以下であることがより好ましい。 It is preferable to appropriately adjust this half-life according to the tact time in taking ESD countermeasures for aluminum products used in the manufacturing process of semiconductor devices and the like. The tact time is a value obtained by dividing the operating time of a manufacturing line per day by the production volume of semiconductor devices and the like per day. If the half-life of the surface charge of the hard carbon film becomes longer than the tact time, the charge accumulated on the surface cannot be sufficiently dissipated from one process to the next process, and the manufacturing of semiconductor devices etc. Sometimes, static electricity accumulates in semiconductor devices and the like. Therefore, it may not be possible to sufficiently suppress malfunctions and damages of semiconductor devices and the like due to electrostatic discharge, which is not preferable. From this point of view, the half-life of the surface charge of the hard carbon film is preferably 50 seconds or less, more preferably 40 seconds or less.

上記半減期は次のように測定した値とする。アルミニウム製基材の表面に多孔質酸化アルミニウム層を介して当該硬質炭素膜層を設けた試験片を帯電電荷減衰測定器(例えば、シシド静電気株式会社製帯電電荷減衰測定器(オネストメータ H0110-C))を用い、JIS L1094に準拠して測定した値とする。但し、印加電圧10kV、放電時間30秒、放電距離15mm、電荷測定距離20mm、試験片大きさ50mm×50mmの条件で硬質炭素膜層の表面を帯電させ、帯電圧が1/2に減衰するまでの時間を半減期とする。なお、後述する中間層を備える場合も、硬質炭素膜層の半減期は同様にして測定した値とする。 The above half-life is a value measured as follows. A test piece in which the hard carbon film layer is provided on the surface of an aluminum base material via a porous aluminum oxide layer is measured with a charge attenuation measuring device (for example, a charging charge attenuation measuring device manufactured by Shishido Electrostatic Co., Ltd. (honest meter H0110-C). )), and the value measured in accordance with JIS L1094. However, the surface of the hard carbon film layer is charged under the conditions of an applied voltage of 10 kV, a discharge time of 30 seconds, a discharge distance of 15 mm, a charge measurement distance of 20 mm, and a test piece size of 50 mm × 50 mm, until the charged voltage decays to 1/2. is the half-life. Even when an intermediate layer, which will be described later, is provided, the half-life of the hard carbon film layer is a value measured in the same manner.

c)絶縁耐圧特性
硬質炭素膜層の絶縁耐圧は高い方が好ましい。アルミニウム製基材の表面に多孔質酸化アルミニウム層を介して硬質炭素膜層を設けるが、この硬質炭素膜層の絶縁耐圧以上の電圧が加わると、硬質炭素膜層が絶縁破壊してしまう。一度硬質炭素膜層の絶縁破壊が生じた場合、その箇所は不可逆的に良導電体域になってしまうため、帯電物と絶縁破壊領域間で静電気放電しやすくなる。そのため硬質炭素膜層の絶縁耐圧は高ければ高いほど好ましい。具体的には、30kV/mm以上であることが好ましく、50kV/mm以上であることが好ましく、70kV/mm以上であることがより好ましい。
c) Dielectric strength characteristics It is preferable that the hard carbon film layer has a high dielectric strength. A hard carbon film layer is provided on the surface of an aluminum substrate via a porous aluminum oxide layer, but if a voltage higher than the withstand voltage of the hard carbon film layer is applied, dielectric breakdown of the hard carbon film layer occurs. Once a dielectric breakdown occurs in the hard carbon film layer, that portion irreversibly becomes a good conductive region, and electrostatic discharge is likely to occur between the charged object and the dielectric breakdown region. Therefore, the higher the withstand voltage of the hard carbon film layer, the better. Specifically, it is preferably 30 kV/mm or more, preferably 50 kV/mm or more, and more preferably 70 kV/mm or more.

また、硬質炭素膜層を設けることで、アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると、絶縁耐圧を10%以上向上させることができる。 In addition, by providing the hard carbon film layer, the dielectric breakdown voltage can be improved by 10% or more compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the aluminum substrate.

(2)機械的特性
a)摩擦係数
硬質炭素膜層の摩擦係数は低い方が好ましい。摩擦係数が大きいと相手材と摺動中接触面での発熱温度が高くなる。発熱は無駄なエネルギー消費である。また、発熱によって材料の軟化等によって、摩耗量が増加し、発塵性が高くなり、摺動領域の寿命が短くなる。摩擦係数が低い硬質炭素膜層を用いて静電気放電特性調整皮膜を構成することにより、例えば、半導体製造装置等のクリーンルーム内に設置され、他の物品と摺動する部位に用いられるアルミニウム材に好適であり、ESD対策された省エネルギーであり、且つ、低発塵で長寿命なアルミニウム材とすることができる。具体的には、摩擦係数は0.50以下であることが好ましく、0.30以下であることがより好ましく、0.25以下であることがさらに好ましく、0.20以下であることが一層好ましい。
(2) Mechanical Properties a) Coefficient of Friction The coefficient of friction of the hard carbon film layer is preferably as low as possible. When the coefficient of friction is large, the heat generation temperature at the contact surface during sliding with the mating material becomes high. Heat generation is a waste of energy consumption. In addition, the heat generated softens the material, which increases the amount of wear, increases dust generation, and shortens the life of the sliding area. By forming an electrostatic discharge characteristic adjustment film using a hard carbon film layer with a low friction coefficient, it is suitable for aluminum materials used in parts that slide with other articles, for example, installed in clean rooms such as semiconductor manufacturing equipment. Thus, it is possible to obtain an aluminum material that is energy-saving as an ESD countermeasure, has low dust generation, and has a long service life. Specifically, the coefficient of friction is preferably 0.50 or less, more preferably 0.30 or less, even more preferably 0.25 or less, and even more preferably 0.20 or less. .

また、硬質炭素膜層を設けることで、アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると、摩擦係数を50%以下に減少させることができる。 Further, by providing the hard carbon film layer, the coefficient of friction can be reduced to 50% or less compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the aluminum substrate.

b)硬度
硬質炭素膜層の硬度は高い方が好ましい。通常硬度は高い方が耐摩耗性は良く、他の物体と接触、摺動、剥離等したときに摩耗しにくく、摩耗粉の発生を抑制できる。そのため、例えば、半導体製造装置等のクリーンルーム内に設置され、他の物品と摺動する部位に用いられるアルミニウム材の静電気放電特性調整皮膜として好適である。
b) Hardness It is preferable that the hardness of the hard carbon film layer is high. Generally, the higher the hardness, the better the wear resistance, and the more difficult it is to wear when it comes into contact with, slides on, or separates from another object, and the generation of abrasion powder can be suppressed. Therefore, for example, it is suitable as an electrostatic discharge characteristic adjusting film for an aluminum material that is installed in a clean room such as a semiconductor manufacturing apparatus and used for a part that slides with other articles.

また、硬質炭素膜層を設けることで、アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると、硬度を10%以上向上させることができる。 Further, by providing the hard carbon film layer, the hardness can be improved by 10% or more compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the aluminum substrate.

(3)硬質炭素膜層の構成
当該硬質炭素膜層の表面抵抗値が上記範囲内である限り、当該硬質炭素膜層における炭素原子の格子構造は特に限定されるものではない。また、当該硬質炭素膜層は、炭素をベースにする皮膜であるが、炭素以外の元素を添加物として含んでいてもよい。表面抵抗値が上記範囲内である硬質炭素膜層として、例えば、炭素原子の格子構造に、グラファイトに代表されるsp2構造の炭素とダイヤモンドに代表されるsp3構造の炭素とを含む非晶質構造の炭素皮膜が挙げられる。当該静電気放電特性調整皮膜を構成する硬質炭素膜層は、この非晶質構造の炭素皮膜からなることが好ましい。特に、水素を含み、sp2構造の炭素とsp3構造の炭素とを含む非晶質構造の炭素皮膜であることが好ましい。
(3) Structure of hard carbon film layer As long as the surface resistance value of the hard carbon film layer is within the above range, the lattice structure of carbon atoms in the hard carbon film layer is not particularly limited. Moreover, although the hard carbon film layer is a carbon-based film, it may contain an element other than carbon as an additive. As a hard carbon film layer having a surface resistance value within the above range, for example, an amorphous structure containing carbon with an sp2 structure typified by graphite and carbon with an sp3 structure typified by diamond in the lattice structure of carbon atoms. of carbon film. The hard carbon film layer constituting the electrostatic discharge property adjusting film is preferably made of this carbon film having an amorphous structure. In particular, it is preferable that the carbon film contains hydrogen and has an amorphous structure containing carbon of sp2 structure and carbon of sp3 structure.

a)sp3構造の炭素含有割合
上記電気特性を発現させる上で、硬質炭素膜層は、sp3構造の炭素の含有割合が20(%)以上90(%)以下であることが好ましく、30(%)以上80(%)以下であることがより好ましく、35(%)以上75(%)以下であることがさらに好ましい。なお、上記電気特性とは、表面抵抗が3×10Ωより大きく1×1012Ω以下であることを意味する。また、表面電荷の半減期が60秒以下であることがより好ましい。
a) Carbon content ratio of sp3 structure In order to develop the above electrical properties, the hard carbon film layer preferably has a carbon content ratio of sp3 structure of 20 (%) or more and 90 (%) or less, and 30 (%) ) or more and 80 (%) or less, and more preferably 35 (%) or more and 75 (%) or less. The electrical properties mentioned above mean that the surface resistance is greater than 3×10 4 Ω and not more than 1×10 12 Ω. Further, it is more preferable that the half-life of the surface charge is 60 seconds or less.

硬質炭素膜層において、sp2構造の炭素含有量とsp3構造の炭素含有量との含有比が変化すると、バンドギャップ幅が変化し、表面抵抗が変化する。sp2構造の炭素含有量が増加すると、バンドギャップ幅が小さくなり、当該炭素皮膜の表面抵抗が小さくなる。一方、sp3構造の炭素含有量が増加すると、バンドギャップ幅が大きくなり、当該炭素皮膜の表面抵抗が高くなる。sp3構造の炭素の含有割合が20(%)以上90(%)以下であれば、表面抵抗を3×10Ωより大きく1×1012Ω以下の範囲内にすることができる。そして、当該範囲内で、sp2構造の炭素含有量とsp3構造の炭素含有量との含有比を変化させることで、バンドギャップ幅を変化させることができ、表面抵抗値を上記範囲内で調整することができる。また、表面電荷の半減期についても同様に、sp3構造の炭素の含有割合を調整することにより調整することができる。 In the hard carbon film layer, when the content ratio between the carbon content of the sp2 structure and the carbon content of the sp3 structure changes, the bandgap width changes and the surface resistance changes. As the carbon content of the sp2 structure increases, the bandgap width decreases and the surface resistance of the carbon film decreases. On the other hand, when the carbon content of the sp3 structure increases, the bandgap width increases and the surface resistance of the carbon film increases. If the carbon content ratio of the sp3 structure is 20(%) or more and 90(%) or less, the surface resistance can be set within the range of more than 3×10 4 Ω and 1×10 12 Ω or less. Then, by changing the content ratio of the carbon content of the sp2 structure and the carbon content of the sp3 structure within the above range, the bandgap width can be changed, and the surface resistance value can be adjusted within the above range. be able to. Similarly, the half-life of the surface charge can be adjusted by adjusting the content of sp3-structured carbon.

b)水素含有量
当該硬質炭素膜層は、水素を0atm%以上50atm%以下含むことが好ましい。バンドギャップ間の電荷伝導挙動は、バンドギャップ内に生じた局在準位(不純物準位)における電子のホッピング現象によって決まる。局在準位は、炭素のダングリングボンド或いは添加元素(水素等)等の不純物の存在によって生じる。従って、当該硬質炭素膜層の電気特性は、上記sp2構造の炭素含有量とsp3構造の炭素含有量との含有割合だけでなく、当該硬質炭素膜層における水素含有量等の炭素以外の元素の含有量によっても変化する。水素は炭素のダングリングボンドと結合する。そのため、水素含有量を上記範囲内で調整することにより、バンドギャップ内の局在準位を変化させ、当該硬質炭素膜層の電気特性を上述の範囲内で調整することができる。
b) Hydrogen content The hard carbon film layer preferably contains 0 atomic % or more and 50 atomic % or less of hydrogen. The charge conduction behavior across the bandgap is determined by the electron hopping phenomenon in the localized level (impurity level) generated within the bandgap. The localized levels are caused by the presence of impurities such as dangling bonds of carbon or additive elements (hydrogen etc.). Therefore, the electrical properties of the hard carbon film layer are determined not only by the content ratio of the carbon content of the sp2 structure and the carbon content of the sp3 structure, but also the amount of elements other than carbon such as the hydrogen content in the hard carbon film layer. It also changes depending on the content. Hydrogen bonds with carbon dangling bonds. Therefore, by adjusting the hydrogen content within the above range, the localized levels within the bandgap can be changed, and the electrical properties of the hard carbon film layer can be adjusted within the above range.

また、当該硬質炭素膜層における水素含有量を調整することで、硬度や摩擦係数等の機械特性を調整することができる。当該硬質炭素膜層における水素含有量が多くなるほど、当該硬質炭素膜層の摩擦係数が小さくなり、硬度が低下する傾向にある。 Further, mechanical properties such as hardness and friction coefficient can be adjusted by adjusting the hydrogen content in the hard carbon film layer. As the hydrogen content in the hard carbon film layer increases, the coefficient of friction of the hard carbon film layer decreases and the hardness tends to decrease.

当該硬質炭素膜層の電気特性及び機械特性をより好ましいものとする上で、当該硬質炭素膜層における水素含有量は、40atm%以下であることがより好ましく、30atm%以下であることがさらに好ましい。 In order to make the electrical properties and mechanical properties of the hard carbon film layer more preferable, the hydrogen content in the hard carbon film layer is more preferably 40 atm % or less, further preferably 30 atm % or less. .

c)添加元素
当該硬質炭素膜層は、水素に加えて、N、F、Al、Si、Cr、Ag、Ti、Cu、Ni、W、Ta、Mo、Zr、B、Fe、Pt、P、S、I、Mg、Zn及びGeからなる群から選択される一以上の元素を添加元素として含むことができる。
c) Additive elements In addition to hydrogen, the hard carbon film layer contains N, F, Al, Si, Cr, Ag, Ti, Cu, Ni, W, Ta, Mo, Zr, B, Fe, Pt, P, One or more elements selected from the group consisting of S, I, Mg, Zn and Ge can be included as additive elements.

水素に加えて、上記列挙した元素からなる群から選択される一以上の元素を添加元素として含むことにより、上記局在準位を変化させることができ、表面抵抗、表面電荷の半減期等の電気特性や、摩擦係数や硬度等の機械特性を変化させることができる。 In addition to hydrogen, by including one or more elements selected from the group consisting of the elements listed above as additive elements, the localized levels can be changed, and surface resistance, surface charge half-life, etc. Electrical properties and mechanical properties such as coefficient of friction and hardness can be varied.

d)膜厚
当該硬質炭素膜層の膜厚は1nm以上10μm以下であることが好ましい。上記電気特性及び機械特性を有すれば、当該硬質炭素膜層の膜厚が薄くとも、静電気の発生を抑制すると共に、静電気放電時に電荷を緩やかに逸散させて、静電気放電に伴う半導体デバイスの損傷や誤動作を抑制することができる。当該硬質炭素膜層の膜厚は用途に応じて適宜調整することができる。例えば、静電気対策だけではなく、耐摩耗性等が要求される用途については、当該硬質炭素膜層の膜厚が厚い方が好ましい。また、より高い絶縁耐圧が要求される場合にも膜厚が厚い方が好ましい。絶縁耐圧特性(kV/mm)が同じ場合、膜厚が厚い方が使用時における絶縁耐圧(kV)が高くなるためである。従って、耐摩耗性や高い絶縁耐圧等が要求される用途については、当該炭素皮膜の膜厚は10nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることがさらに好ましい。一方、電気特性、機械特性、膜厚等の均一な炭素皮膜を得る上での生産効率やコスト的な観点から、当該硬質炭素膜層の膜厚は5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましい。但し、上記耐摩耗性等が要求される用途等において、コスト的な制限がなければ当該硬質炭素膜層の膜厚は特に限定されるものではない。
d) Film thickness The film thickness of the hard carbon film layer is preferably 1 nm or more and 10 µm or less. If the hard carbon film layer has the above electrical properties and mechanical properties, even if the film thickness of the hard carbon film layer is thin, it suppresses the generation of static electricity, gently dissipates the charge during electrostatic discharge, and improves the performance of the semiconductor device associated with electrostatic discharge. Damage and malfunction can be suppressed. The thickness of the hard carbon film layer can be appropriately adjusted depending on the application. For example, for applications that require wear resistance and the like in addition to countermeasures against static electricity, it is preferable that the thickness of the hard carbon film layer is thick. A thick film is also preferable when a higher dielectric strength voltage is required. This is because if the dielectric strength characteristics (kV/mm) are the same, the thicker the film, the higher the dielectric strength (kV) during use. Therefore, for applications requiring abrasion resistance, high dielectric strength voltage, etc., the film thickness of the carbon film is more preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more. On the other hand, from the viewpoint of production efficiency and cost in obtaining a carbon film with uniform electrical properties, mechanical properties, film thickness, etc., the thickness of the hard carbon film layer is preferably 5 μm or less, and 3 μm or less. It is more preferable to have However, the thickness of the hard carbon film layer is not particularly limited as long as there is no cost limitation in applications where the wear resistance or the like is required.

1-3.多孔質酸化アルミニウム層
本発明において多孔質酸化アルミニウム層は、厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の酸化アルミニウムを主成分とする層をいい、アルミニウム製基材を陽極とする陽極酸化法によって生成される陽極酸化皮膜をいう。多孔質酸化アルミニウム層(陽極酸化皮膜)は、アルミニウム製基材と多孔質酸化アルミニウム層との界面に存在するnmオーダーの膜厚のバリア膜と、バリア膜の上に成長した多孔質皮膜とを備えている。多孔質皮膜の微細孔は後述する封孔処理が施されていることが好ましい。
1-3. Porous Aluminum Oxide Layer In the present invention, the porous aluminum oxide layer has a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less, and is mainly composed of aluminum oxide having a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq. It is an anodized film produced by an anodizing method using an aluminum substrate as an anode. The porous aluminum oxide layer (anodic oxide film) consists of a nanometer-order barrier film present at the interface between the aluminum substrate and the porous aluminum oxide layer, and a porous film grown on the barrier film. I have. It is preferable that the micropores of the porous film are subjected to a sealing treatment, which will be described later.

このような多孔質酸化アルミニウム層をアルミニウム製基材の表面に設けることで、アルミニウム製基材表面に直接上記硬質炭素膜を設ける場合と比べると、静電気をより発生させにくくすることができ、静電気をより緩やかに放電させることができる。例えば、導電体であるSUS(SUS304)製基材の上記半減期は2.5ナノ秒程度である。SUS製基材上に直接硬質炭素膜層を設けると上記半減期が10ナノ秒程度になり、一定の程度スローディスチャージ特性を得ることができる。アルミニウム製基材や他の導電体を基材としたときも同様の挙動を示す。しかしながら、半減期がナノ秒のオーダーであると、依然として、静電気を帯びたとき静電気の電荷が急峻に逸散する。本発明では、当該多孔質酸化アルミニウム層を介してアルミニウム製基材上に硬質炭素膜層を設けることで、半減期を上記のとおり1ミリ秒以上60秒以下にまで長くすることができ、静電気を緩やかに放電させることができる。また、多孔質酸化アルミニウム層を設けることで、当該アルミニウム材の硬度等の表面の機械的特性等を向上することができる。 By providing such a porous aluminum oxide layer on the surface of the aluminum substrate, it is possible to make it more difficult to generate static electricity compared to the case where the hard carbon film is directly provided on the surface of the aluminum substrate. can be discharged more slowly. For example, the half-life of the base material made of SUS (SUS304), which is a conductor, is about 2.5 nanoseconds. If the hard carbon film layer is provided directly on the SUS base material, the half-life becomes about 10 nanoseconds, and a certain degree of slow discharge characteristics can be obtained. Similar behavior is exhibited when aluminum substrates or other conductors are used as substrates. However, half-lives on the order of nanoseconds still result in steep dissipation of the electrostatic charge when charged. In the present invention, by providing a hard carbon film layer on an aluminum substrate via the porous aluminum oxide layer, the half-life can be increased to 1 millisecond or more and 60 seconds or less as described above. can be discharged slowly. Further, by providing the porous aluminum oxide layer, it is possible to improve surface mechanical properties such as hardness of the aluminum material.

これらの効果を得る上で、本発明において多孔質酸化アルミニウム層の厚みは2μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることがさらに好ましい。一方、アルミニウム処理層の厚みが100μmを超えて多孔質皮膜を成長させると、クラックが生じやすくなる。多孔質酸化アルミニウム層の厚みは適宜調整することができ、80μm以下、60μm以下、50μm以下、40μm以下、30μm以下等とすることができる。 In order to obtain these effects, the thickness of the porous aluminum oxide layer in the present invention is preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, and even more preferably 5 μm or more. On the other hand, when the porous film is grown with the thickness of the aluminized layer exceeding 100 μm, cracks are likely to occur. The thickness of the porous aluminum oxide layer can be appropriately adjusted, and can be 80 μm or less, 60 μm or less, 50 μm or less, 40 μm or less, 30 μm or less, and the like.

上記のスローディスチャージ特性を発現させる上で、多孔質酸化アルミニウム層の表面抵抗値は3×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満であることが求められる。より良好なスローディスチャージ特性を得る上で多孔質酸化アルミニウム層の表面抵抗値は、9×1012Ω/sq以下であることが好ましく、5×1012Ω/sq以下であることがより好ましく、1×1011Ω/sq以下であることがさらに好ましく、5×1010Ω/sq以下であることが一層好ましい。 In order to develop the above slow discharge characteristics, the porous aluminum oxide layer is required to have a surface resistance value of 3×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq. In order to obtain better slow discharge characteristics, the surface resistance of the porous aluminum oxide layer is preferably 9×10 12 Ω/sq or less, more preferably 5×10 12 Ω/sq or less, It is more preferably 1×10 11 Ω/sq or less, and even more preferably 5×10 10 Ω/sq or less.

1-4.中間層
本件発明に係るアルミニウム材において、多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との間に非導電性皮膜からなる中間層を備えることも好ましい。中間層は主に多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との密着力を向上するための層であるものとする。中間層の材質によっても当該アルミニウム材の耐静電特性も変化する。中間層が金属層等の導通性皮膜であっても、硬質炭素膜層と多孔質酸化アルミニウム層との密着性を向上させることができる。しかしながら、中間層が金属層等の導通性皮膜である場合、導通性皮膜上に硬質炭素膜層を設けても上記スローチャージ特性及びスローディスチャージ特性が発現されず、静電気の電荷がすぐに逸散する。つまり、アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層を介して硬質炭素膜層を設ける意義が没却する。一方、多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との間に非導電性皮膜からなる中間層を介在させることで、膜の深さ方向における電荷の流れを阻害することができ、多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との密着を良好にしつつ、より良好なスローディスチャージ特性を得ることができる。
1-4. Intermediate Layer In the aluminum material according to the present invention, it is also preferable to provide an intermediate layer made of a non-conductive film between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer. The intermediate layer is mainly a layer for improving adhesion between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer. The anti-static property of the aluminum material also changes depending on the material of the intermediate layer. Even if the intermediate layer is a conductive film such as a metal layer, the adhesion between the hard carbon film layer and the porous aluminum oxide layer can be improved. However, when the intermediate layer is a conductive film such as a metal layer, even if a hard carbon film layer is provided on the conductive film, the slow charge characteristics and slow discharge characteristics are not exhibited, and the static electricity quickly dissipates. do. In other words, the significance of providing a hard carbon film layer on an aluminum substrate via a porous aluminum oxide layer is lost. On the other hand, by interposing an intermediate layer made of a non-conductive film between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer, it is possible to inhibit the flow of charges in the depth direction of the film, and the porous aluminum oxide layer It is possible to obtain better slow discharge characteristics while improving the adhesion between the layer and the hard carbon film layer.

このように、中間層を備える構成とする場合、中間層は硬質炭素膜層と同程度の表面抵抗値を持つ非導電性層であることが好ましい。中間層の表面抵抗値が1×1012Ω以上であると静電気減衰速度が遅くなり、3×10Ω以下であると静電気減衰速度が速くなり、静電気放電特性調整皮膜を設ける効果がなくなるため、好ましくない。なお、多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層を設ける際に、当該硬質炭素膜層の密着性、耐久性、機械的強度向上の効果を得る目的が主であれば、中間層が金属層により構成されていてもよいが、ESD対策を有効に行う上で、中間層は非導電性層であることが求められる。但し、中間層は任意の層構成であって、多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層とが良好な密着性を有する場合、当該アルミニウム材は中間層を備えていなくてもよい。 In this way, when the intermediate layer is provided, the intermediate layer is preferably a non-conductive layer having a surface resistance value similar to that of the hard carbon film layer. If the surface resistance value of the intermediate layer is 1×10 12 Ω or more, the static electricity attenuation speed will be slow, and if it is 3×10 4 Ω or less, the static electricity attenuation speed will be fast, and the effect of providing the electrostatic discharge characteristic adjustment film will be lost. , unfavorable. When the hard carbon film layer is provided on the porous aluminum oxide layer, if the main purpose is to obtain the effect of improving the adhesion, durability, and mechanical strength of the hard carbon film layer, the intermediate layer is a metal layer. However, the intermediate layer is required to be a non-conductive layer in order to effectively take measures against ESD. However, if the intermediate layer has an arbitrary layer structure and the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer have good adhesion, the aluminum material does not have to include the intermediate layer.

中間層を構成する非導電性膜として、スパッタリング法により多孔質酸化アルミニウム層上に成膜した酸化物系、炭化物系、ホウ化物材料系などからなる膜とすることができる。また、ガスを導入してのプラズマCVD法により多孔質酸化アルミニウム層上に成膜した非導電性皮膜蒸着膜とすることもできる。非導電性皮膜蒸着膜として、例えば、HMDSO(ヘキサメチルジシロキサンO[Si(CH)ガス等の有機ケイ素化合物ガスを用いてプラズマCVD法により成膜したケイ素化合物膜とすることができる。 As the non-conductive film constituting the intermediate layer, a film made of an oxide, carbide, boride material, or the like formed on the porous aluminum oxide layer by a sputtering method can be used. Alternatively, it may be a non-conductive film deposition film formed on the porous aluminum oxide layer by plasma CVD with introduction of gas. The non-conductive deposited film is, for example, a silicon compound film formed by plasma CVD using an organic silicon compound gas such as HMDSO (hexamethyldisiloxane O[Si(CH 3 ) 3 ] 2 ) gas. can be done.

当該中間層の厚みは1nm~3μm程度であることが好ましく、中間層の厚みは適宜調整することができる。また、中間層は、単層構造に限らず、例えば、酸化物、炭化化合物膜を積層し、複数の膜を積層した積層構造の中間層とすることも好ましい。 The thickness of the intermediate layer is preferably about 1 nm to 3 μm, and the thickness of the intermediate layer can be adjusted as appropriate. In addition, the intermediate layer is not limited to a single layer structure, and it is also preferable to use an intermediate layer having a layered structure in which a plurality of films are layered by stacking oxide and carbide compound films, for example.

1-5.製造方法
上記説明した本発明に係るアルミニウム材は以下のようにして製造することができる。但し、以下説明する製造方法は、本発明に係るアルミニウム材を製造するための一例であって、本発明に係るアルミニウム材を製造するための方法は以下の方法に限定されるものではない。
1-5. Manufacturing Method The aluminum material according to the present invention described above can be manufactured as follows. However, the manufacturing method described below is an example for manufacturing the aluminum material according to the present invention, and the method for manufacturing the aluminum material according to the present invention is not limited to the following method.

(1)アルミニウム製基材
表面にスローチャージ特性及びスローディスチャージ特性を付与すべき表面処理対象物としてのアルミニウム製基材を準備する。アルミニウム製基材は上述した各種のアルミニウム製品とすることができる。
(1) Substrate made of aluminum An aluminum substrate is prepared as an object to be surface-treated whose surface is to be provided with slow charge characteristics and slow discharge characteristics. The aluminum substrate can be any of the various aluminum products described above.

(2)前処理工程
まず、アルミニウム製基材の表面を脱脂、アルカリエッチングなどの前処理を施し、表面処理を施す面を清浄化することが好ましい。前処理として、脱脂やアルカリエッチングなどの化学的前処理を行うことが好ましい。化学的前処理の前に必要に応じて表面研磨などの機械的前処理を行い、平坦な表面を得ることも好ましい。アルミニウム製基材の表面に脱脂処理を施す際には、有機溶剤法、界面活性剤法、酸性脱脂法、電界脱脂法、アルカリ脱脂法、乳剤脱脂法等の従来公知の方法を適宜用いることができる。また、アルカリエッチングを行えば、アルミニウム製基材の表面に自然に生じた自然酸化皮膜等の他、脱脂処理では除去できない表面の汚れを除去することができる。このようにアルミニウム製基材の表面の平坦化、清浄化を図ることでアルマイト製基板上に多孔質酸化アルミニウム層を良好に生成することができる。
(2) Pretreatment Step First, the surface of the aluminum substrate is preferably subjected to pretreatment such as degreasing and alkali etching to clean the surface to be surface-treated. As the pretreatment, chemical pretreatment such as degreasing or alkali etching is preferably performed. It is also preferable to perform mechanical pretreatment such as surface polishing as necessary before chemical pretreatment to obtain a flat surface. When degreasing the surface of the aluminum base material, conventionally known methods such as an organic solvent method, a surfactant method, an acid degreasing method, an electric field degreasing method, an alkaline degreasing method, and an emulsion degreasing method can be appropriately used. can. Alkaline etching can also remove surface stains that cannot be removed by degreasing treatment, as well as naturally occurring oxide films on the surface of the aluminum base material. By flattening and cleaning the surface of the aluminum substrate in this manner, a porous aluminum oxide layer can be favorably formed on the alumite substrate.

(2)多孔質酸化アルミニウム層
当該多孔質酸化アルミニウム層は、酸性浴(硫酸浴、シュウ酸浴、クロム酸浴、ホウ酸浴、リン酸浴等)、アルカリ浴(アンモニア-フッ化物系、アルカリ-過酸化物系、リン酸ナトリウム系等)、混酸浴(スルホサリチル酸-硫酸系、スルホサリチル酸-マレイン酸系等)等の電解液(陽極酸化皮膜用電解液)中で、アルミニウム製基材を陽極とし、炭素板等を陰極とし、上述のとおり陽極酸化法によりアルミニウム製基材の表面に陽極酸化皮膜を成膜することにより成膜することができる。アルミニウム製基材の表面から溶出したアルミニウム(Al3+)と、電解により生じた酸素(O2-)とが結合することで、酸化アルミニウム(Al)からなる陽極酸化皮膜が生成される。
(2) Porous aluminum oxide layer -Peroxide system, sodium phosphate system, etc.), mixed acid bath (sulfosalicylic acid-sulfuric acid system, sulfosalicylic acid-maleic acid system, etc.) A film can be formed by forming an anodized film on the surface of an aluminum base material by using a carbon plate or the like as an anode and using a carbon plate or the like as a cathode as described above. Aluminum (Al 3+ ) eluted from the surface of the aluminum substrate and oxygen (O 2− ) generated by electrolysis combine to form an anodized film made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). .

陽極酸化皮膜の成長に伴い、アルミニウム製基材の表面が溶出する。上記バリア膜は常にアルミニウム製基材と陽極酸化皮膜との界面に存在し、多孔質皮膜はバリア膜上に成長していく。多孔質皮膜は、微細孔(ポア)と、この微細孔を取り囲むセル壁とからなるセルを無数に備えている。陽極酸化皮膜を成長させた直後の表面は化学的に活性なため、空気中の酸素や他の化学物質と反応しやすい状態になっている。また、多数の微細孔によって表面積が大きくなっているため、物理吸着性も高くなっている。 As the anodized film grows, the surface of the aluminum substrate is eluted. The barrier film always exists at the interface between the aluminum substrate and the anodized film, and the porous film grows on the barrier film. The porous coating has a myriad of cells consisting of micropores and cell walls surrounding the micropores. Since the surface immediately after the anodized film is grown is chemically active, it is in a state where it easily reacts with oxygen in the air and other chemical substances. In addition, since the surface area is large due to the large number of fine pores, the physical adsorption is also high.

そのため、陽極酸化皮膜を所定の厚みまで成長させた後、封孔処理を施すことで本発明における多孔質酸化アルミニウム層とすることが好ましい。封孔処理により微細孔を封じることで、化学的な活性及び物理的吸着性を低下させることができる。封孔処理を行う際には、水和封孔法、無機物充填法、有機物充填法などの従来公知の方法を採用することができる。水和封孔法として、例えば、加圧蒸気を使用する蒸気封孔法、沸騰水を使用する沸騰水封孔法を採用することができる。無機物充填法として、例えば、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等の金属塩を使用する金属塩封孔法、金属塩-フッ化物を使用する低温封孔法を採用することができる。有機充填法としては、電着塗装による方法を採用することができる。 Therefore, it is preferable to form the porous aluminum oxide layer of the present invention by growing the anodized film to a predetermined thickness and then performing a sealing treatment. Chemical activity and physical adsorptivity can be reduced by sealing the micropores by a pore-sealing treatment. When performing the sealing treatment, conventionally known methods such as a hydration sealing method, an inorganic material filling method, an organic material filling method, and the like can be employed. As the hydration sealing method, for example, a steam sealing method using pressurized steam and a boiling water sealing method using boiling water can be adopted. Examples of inorganic filling methods include metal salt sealing methods using metal salts such as nickel acetate, cobalt acetate, potassium dichromate, sodium dichromate, and sodium silicate, and low-temperature sealing methods using metal salt-fluoride. Law can be adopted. As the organic filling method, a method using electrodeposition coating can be employed.

なお、陽極酸化皮膜用電解液の種類、封孔処理の方法(有機物充填法であるか、無機物充填法であるか等)、封孔処理の際に用いる処理液の種類などによって、多孔質酸化アルミニウム層の表面抵抗値が変動する。これらを適宜調整することで、所望の表面抵抗値を有する多孔質酸化アルミニウム層を得ることができる。 In addition, depending on the type of electrolytic solution for the anodized film, the method of sealing treatment (whether it is an organic material filling method or an inorganic material filling method, etc.), and the type of treatment liquid used for sealing treatment, etc. The surface resistance value of the aluminum layer fluctuates. By appropriately adjusting these, a porous aluminum oxide layer having a desired surface resistance value can be obtained.

(3)硬質炭素膜層
硬質炭素膜層の成膜方法は、上記電気特性等を有する炭素系硬質膜が得られる限り、特に限定されるものではないが、例えば、次に説明する方法で成膜することが好ましい。なお、下記方法で成膜する前に、多孔質酸化アルミニウム層の表面をドライ洗浄等して清浄化することが好ましい。
(3) Hard carbon film layer The method of forming the hard carbon film layer is not particularly limited as long as a carbon-based hard film having the above electrical properties is obtained. A film is preferred. In addition, it is preferable to clean the surface of the porous aluminum oxide layer by dry cleaning or the like before forming the film by the following method.

a)水素含有硬質炭素膜層
水素を含む硬質炭素膜層は、CVD法(化学気相堆積法)、PVD法(物理気相堆積法)により成膜することができる。当該硬質炭素膜層を成膜する際に、炭化水素ガスをチャンバー内に導入することで、水素を含む硬質炭素膜層を成膜することができる。炭化水素ガスとして、鎖状型炭化水素であるメタン、プロパン、エチレン、アセチレン、芳香型炭化水素であるベンゼン、トルエン、スチレン等を用いることができる。特に、メタン、アセチレン等を用いることが好ましい。また、黒鉛等からなる炭素固体ターゲットを用いる場合は、チャンバー内に水素ガスを導入すればよい。
a) Hydrogen-Containing Hard Carbon Film Layer The hard carbon film layer containing hydrogen can be formed by a CVD method (chemical vapor deposition method) or a PVD method (physical vapor deposition method). By introducing a hydrocarbon gas into the chamber when forming the hard carbon film layer, a hard carbon film layer containing hydrogen can be formed. As the hydrocarbon gas, chain hydrocarbons such as methane, propane, ethylene, and acetylene, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and styrene can be used. In particular, it is preferable to use methane, acetylene, or the like. When using a carbon solid target made of graphite or the like, hydrogen gas may be introduced into the chamber.

CVD法としては、熱CVD法及びプラズマCVD法を採用することが好ましい。プラズマCVD法には、プラズマ発生方法によって高周波放電法、イオンビーム法等の種々の方法が存在するが、目的とする硬質炭素膜層を成膜することができる限り、プラズマ発生方法は特に限定されるものではない。 As the CVD method, it is preferable to adopt a thermal CVD method and a plasma CVD method. The plasma CVD method includes various methods such as a high-frequency discharge method and an ion beam method depending on the plasma generation method, but the plasma generation method is not particularly limited as long as the desired hard carbon film layer can be formed. not something.

b)水素非含有硬質炭素膜層
水素を含まない硬質炭素膜層は、炭素固体ターゲットを用いたPVD法により成膜される。具体的には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ホロカソード法、カソードアーク法、レーザーアブレーション法等により、イオン化されたアルゴン原子を炭素固体ターゲットに衝突させて炭素イオンをたたき出し(スパッタ)、或いはアーク放電、レーザー照射により炭素を昇華、イオン化し、負に印加された基材上に成膜する。水素を添加したい場合は上記のように黒鉛等の炭素固体ターゲットを用い、真空容器内に水素を導入して水素プラズマを発生させ、カーボンイオン及び水素イオンを共に基材の表面に堆積させることにより基材上に水素を含む硬質炭素膜層を成膜することができる。
b) Hydrogen-Free Hard Carbon Film Layer The hydrogen-free hard carbon film layer is deposited by PVD using a carbon solid target. Specifically, by a sputtering method, an ion plating method, a hollow cathode method, a cathodic arc method, a laser ablation method, or the like, ionized argon atoms collide with a carbon solid target to eject carbon ions (sputtering), or arc discharge. , carbon is sublimated and ionized by laser irradiation to form a film on a substrate to which a negative voltage is applied. When hydrogen is desired to be added, a solid carbon target such as graphite is used as described above, hydrogen is introduced into the vacuum vessel to generate hydrogen plasma, and both carbon ions and hydrogen ions are deposited on the surface of the substrate. A hard carbon film layer containing hydrogen can be deposited on a substrate.

c)添加元素含有硬質炭素膜層
水素以外の添加元素を含有する硬質炭素膜層を成膜するには、上記各種CVD法、PVD法のいずれの方法も採用することができる。真空容器内に、N、F、Al、Si、Cr、Ag、Ti、Cu、Ni、W、Ta、Mo、Zr、B、Fe、Pt、P、S、I、Mg、Zn及びGeからなる群から選択される一以上の元素を含むガス、或いはターゲット材を用いることにより、これらの添加元素を含む、硬質炭素膜層或いは炭化水素皮膜を得ることができる。
c) Additive Element-Containing Hard Carbon Film Layer To form a hard carbon film layer containing an additive element other than hydrogen, any of the various CVD methods and PVD methods described above can be employed. N, F, Al, Si, Cr, Ag, Ti, Cu, Ni, W, Ta, Mo, Zr, B, Fe, Pt, P, S, I, Mg, Zn and Ge are contained in the vacuum vessel. By using a gas containing one or more elements selected from the group or a target material, a hard carbon film layer or hydrocarbon film containing these additional elements can be obtained.

(4)中間層
中間層を設ける場合、上述のとおり、スパッタリング法、ガスを導入してのプラスマCVD法等により成膜することができる。中間層を設ける場合は、多孔質酸化アルミニウム層を成膜した後、表面をドライ洗浄等した後に、中間層を成膜し、その後、上記いずれかの方法等により硬質炭素膜層を中間層上に成膜すればよい。
(4) Intermediate layer When providing an intermediate layer, as described above, it can be formed by a sputtering method, a plasma CVD method with introduction of a gas, or the like. When providing an intermediate layer, after forming a porous aluminum oxide layer, the surface is dry-cleaned, etc., and then an intermediate layer is formed. It is sufficient to form a film on the

2.アルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜
次に、本件発明に係るアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜について説明する。当該アルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜は、アルミニウム性基材の表面の静電気放電特性を調整するために設けられる皮膜であって、上記の多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層とを備える。多孔質酸化アルミニウム層と、硬質炭化膜層との間には、上記の中間層を備えることも好ましい。多孔質酸化アルミニウム層、硬質炭素膜層及び中間層はいずれも本発明に係るアルミニウム材が備える上記各層と同じものとすることができる。
2. Electrostatic Discharge Property Adjusting Film for Aluminum Material Next, the electrostatic discharge property adjusting film for aluminum material according to the present invention will be described. The electrostatic discharge property adjusting film for an aluminum material is a film provided to adjust the electrostatic discharge property of the surface of the aluminum substrate, and comprises the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer. It is also preferable to provide the intermediate layer between the porous aluminum oxide layer and the hard carbonized film layer. The porous aluminum oxide layer, the hard carbon film layer, and the intermediate layer can all be the same as the above layers provided in the aluminum material according to the present invention.

半導体ハンドリング装置等に用いられるアルミニウム製品(アルミニウム材)に本件発明に係る静電気放電特性調整皮膜が設けることで、次のような効果が得られる。当該静電気放電特性調整皮膜の表面抵抗は上記硬質炭素膜と同等の値となり、上述のように表面にスローチャージ特性及びスローディスチャージ特性を付与することができる。そのため、半導体デバイスと接触、摺動、接触状態の解除等されたときに、静電気が発生するのを抑制することができる。また、当該静電気放電特性調整皮膜は、多孔質酸化アルミニウム層に硬質炭素膜を積層した積層構成であり、これらの二層のうちいずれか一層しか設けられていない場合と比較すると、スローチャージ特性、スローディスチャージ特性が極めて良好になる。さらに、上述のとおり、非導通性膜から成る中間層を多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層との間に介在させることで、スローチャージ特性をより良好にすることができる。 The following effects can be obtained by providing the electrostatic discharge characteristic adjusting film according to the present invention on aluminum products (aluminum materials) used in semiconductor handling devices and the like. The surface resistance of the electrostatic discharge characteristic adjusting film is equivalent to that of the hard carbon film, and the slow charge characteristic and slow discharge characteristic can be imparted to the surface as described above. Therefore, it is possible to suppress the generation of static electricity when the semiconductor device is contacted, slid, or released from contact. In addition, the electrostatic discharge characteristic adjustment film has a laminated structure in which a hard carbon film is laminated on a porous aluminum oxide layer, and compared to the case where only one of these two layers is provided, the slow charge characteristics, Slow discharge characteristics become extremely good. Furthermore, as described above, by interposing an intermediate layer made of a non-conductive film between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer, the slow charge characteristics can be further improved.

また、アルミニウム製品の表面に当該静電気放電特性調整皮膜を設けることで、アルミニウム製品の硬度を向上し、摩擦・摩耗特性を向上することができる。そのため、当該アルミニウム製品と半導体デバイスとが摺動したときも、摩耗粉の発生を防止し、半導体集積回路を製造する際の回路パターン露光時において、塵埃に起因する回路パターンの露光不良等を抑制することができる。また、半導体デバイスが静電気を帯びたときも、静電気放電特性調整皮膜により静電気の電荷を緩やかに逸散することができるため、静電気放電に伴いサージ電圧が生じるのを抑制し、静電気放電に伴う半導体デバイスの損傷を抑制することができる。また、静電気放電に伴う電磁波の発生を抑制し、半導体製造装置等の誤動作を防止することができる。これらのことから、半導体製造時における歩留まりを向上することができる。また、タクトタイムに応じて、硬質炭素膜層を構成する炭素被膜の上記sp3構造の炭素含有割合、水素含有量、添加元素の種類、添加量、中間層等を適宜調整することで、静電気放電特性調整皮膜の表面電荷の半減期を調整することにより、次工程に半導体が搬送されるまでの間に静電気を緩やかに放電させつつ、半導体に静電気の電荷が蓄積されないようにすることができる。 In addition, by providing the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the surface of the aluminum product, the hardness of the aluminum product can be improved, and the friction and wear characteristics can be improved. Therefore, even when the aluminum product and the semiconductor device slide against each other, the generation of abrasion powder is prevented, and when the circuit pattern is exposed when manufacturing a semiconductor integrated circuit, exposure failure of the circuit pattern caused by dust is suppressed. can do. In addition, even when the semiconductor device is charged with static electricity, the static electricity can be gently dissipated by the electrostatic discharge characteristic adjustment film, so the generation of surge voltage due to electrostatic discharge is suppressed, and the semiconductor device due to electrostatic discharge Device damage can be suppressed. In addition, it is possible to suppress the generation of electromagnetic waves due to electrostatic discharge, thereby preventing malfunction of semiconductor manufacturing equipment and the like. For these reasons, the yield in manufacturing semiconductors can be improved. In addition, depending on the tact time, by appropriately adjusting the carbon content ratio of the above sp3 structure of the carbon film constituting the hard carbon film layer, the hydrogen content, the type of additive element, the amount added, the intermediate layer, etc., electrostatic discharge By adjusting the half-life of the surface charge of the property-adjusting film, it is possible to gently discharge static electricity until the semiconductor is transported to the next process, while preventing the accumulation of static electricity on the semiconductor.

以下、本件発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム材用静電気特性調整皮膜について、実施例を挙げて説明するが、本件発明に係るアルミニウム材及びアルミニウム材用静電気特性調整皮膜は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the aluminum material and the electrostatic property adjusting film for aluminum material according to the present invention will be described with examples, but the aluminum material and the electrostatic property adjusting film for aluminum material according to the present invention are limited to the following examples. not a thing

(1)アルミニウム材の製造(静電気放電特性調整皮膜処理)
実施例1では、アルミニウム製基材(アルミニウム合金製基材A5052)上に陽極酸化用電解液として硫酸浴を用い陽極酸化皮膜を15μm成長させた後、酢酸ニッケル溶液で封孔処理を行うことで、多孔質酸化アルミニウム層を設けた。この多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層をRF・高電圧パルス重畳型PBIID法により成膜した。
(1) Production of aluminum material (electrostatic discharge characteristic adjustment film treatment)
In Example 1, an anodized film was grown to 15 μm on an aluminum substrate (aluminum alloy substrate A5052) using a sulfuric acid bath as an electrolytic solution for anodization, and then a nickel acetate solution was used for sealing. was provided with a porous aluminum oxide layer. A hard carbon film layer was formed on the porous aluminum oxide layer by the RF/high voltage pulse superposition type PBIID method.

具体的な手順は次のとおりである。まず、50mm×50mmの厚みが2mmの研磨されたA5052アルミニウム製基材の表面を脱脂・アルカリエッチング処理を行った。これらの前処理後のアルミニウム製基材を陽極とし、炭素板を陰極として硫酸浴を用いて陽極酸化法によりアルミニウム製基材上に酸化アルミニウムからなる陽極酸化皮膜を15μm成長させた。その後、酢酸ニッケル溶液で封孔処理を行い、多孔質皮膜の微細孔を塞ぎ、本発明にいう多孔質酸化アルミニウム層とした。次に、多孔質酸化アルミニウム層を設けたアルミニウム製基材をエタノールで5分間超音波洗浄で表面の洗浄を行い乾燥機で表面を乾燥させた。 The specific steps are as follows. First, the surface of a polished A5052 aluminum substrate having a size of 50 mm×50 mm and a thickness of 2 mm was subjected to degreasing and alkali etching treatment. An anodized film of aluminum oxide was grown to 15 μm on the aluminum substrate by an anodizing method using the aluminum substrate after the pretreatment as an anode and a carbon plate as a cathode in a sulfuric acid bath. After that, a pore-sealing treatment was performed with a nickel acetate solution to close the micropores of the porous film, thereby forming the porous aluminum oxide layer of the present invention. Next, the surface of the aluminum base material provided with the porous aluminum oxide layer was cleaned by ultrasonic cleaning with ethanol for 5 minutes, and the surface was dried with a dryer.

次いで、次のようにして多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層を設けた。まず、多孔質酸化アルミニウム層が設けられたアルミニウム製基材をPBIID装置(プラズマイオン注入・成膜装置)のチャンバー内の所定の位置にセットした。そして、ターボモレキュラー真空ポンプでチャンバー内が4mPaに到達するまで真空引きした。次いで、アルゴンガスをチャンバー内に200sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)導入し、高周波電圧を印加し、3kW、20分間の条件でアルゴンボンバードを行い、多孔質酸化アルミニウム層の表面をドライ洗浄した。アルゴンボンバード後、HMDSOを気化させたガスを150sccmチャンバー内に導入し0.5Pa,PF power 2kWで5分間SiC系皮膜を数10nm成膜し、中間層とした。その後アセチレンを100sccm導入し、RF power 2kWでプラズマ放電させ、高電圧-10kV パルス幅5μsの高電圧パルスのバイアスを基板にかけ、圧力0.5Paで90分間中間層上に膜厚が約2μmの硬質炭素膜層を成膜した。成膜中の基材温度は150℃であった。これら一連の処理により、アルミニウム製基材の表面に、多孔質酸化アルミニウム層、中間層及び硬質炭素膜層からなる静電気放電特性調整皮膜を設け、アルミニウム材を得た。以下、アルミニウム製基材の表面に、多孔質酸化アルミニウム層、中間層及び硬質炭素膜層からなる静電気放電特性調整皮膜を設ける処理を静電気放電特性調整皮膜処理と称する。 Next, a hard carbon film layer was provided on the porous aluminum oxide layer as follows. First, an aluminum substrate provided with a porous aluminum oxide layer was set at a predetermined position in a chamber of a PBIID apparatus (plasma ion implantation/film formation apparatus). Then, the inside of the chamber was evacuated to 4 mPa by a turbomolecular vacuum pump. Next, 200 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) of argon gas was introduced into the chamber, and a high-frequency voltage was applied to carry out argon bombardment under conditions of 3 kW and 20 minutes to dry clean the surface of the porous aluminum oxide layer. After argon bombardment, a gas obtained by vaporizing HMDSO was introduced into the chamber at 150 sccm, and a SiC-based film of several tens of nm was formed for 5 minutes at 0.5 Pa and PF power of 2 kW to form an intermediate layer. After that, 100 sccm of acetylene was introduced, plasma discharge was performed with RF power of 2 kW, a high voltage pulse of −10 kV with a pulse width of 5 μs was applied to the substrate, and a hard film with a thickness of about 2 μm was deposited on the intermediate layer for 90 minutes at a pressure of 0.5 Pa. A carbon film layer was deposited. The substrate temperature during film formation was 150°C. Through a series of these treatments, an electrostatic discharge characteristic adjusting film consisting of a porous aluminum oxide layer, an intermediate layer and a hard carbon film layer was provided on the surface of the aluminum base material to obtain an aluminum material. Hereinafter, a treatment for providing an electrostatic discharge property adjusting film consisting of a porous aluminum oxide layer, an intermediate layer and a hard carbon film layer on the surface of an aluminum substrate is referred to as electrostatic discharge property adjusting film treatment.

(2)硬質炭素膜層のId/Ig値
ラマン分光法(Reinshaw inVia Reflex)によりレーザー波長532nmで、当該硬質炭素膜層におけるsp2構造の炭素を示すGバンド(Ig)と、格子欠陥等に由来するDバンド(Id)の比(Id/Ig)比を測定した。その測定結果(Id/Ig)比は約1.4であった。
(2) Id/Ig value of hard carbon film layer Based on Raman spectroscopy (Reinshaw in Via Reflex) at a laser wavelength of 532 nm, the G band (Ig), which indicates carbon with an sp2 structure in the hard carbon film layer, and lattice defects, etc. The ratio (Id/Ig) of the D band (Id) was measured. The measured result (Id/Ig) ratio was about 1.4.

(3)添加元素含有量
ERDA(Elastic Recoil Detection Analysis:弾性反跳粒子検出SSDH-2(加速器),RBS-400(測定器))により測定したところ、水素含有量は約22.6at%であった。
(3) Content of additive elements When measured by ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis: SSDH-2 (accelerator), RBS-400 (measuring device)), the hydrogen content was about 22.6 at%. rice field.

(4)物性
i)電気特性
上記のようにしてアルミニウム製基材の表面に静電気放電特性調整皮膜処理が施された実施例1のアルミニウム材の表面抵抗値を絶縁抵抗計(Trek社製の絶縁抵抗計MODEL 152-1)を用いて測定したところ約2×10Ωであった。
(4) Physical properties i) Electrical properties The surface resistance value of the aluminum material of Example 1, in which the surface of the aluminum base material was subjected to the electrostatic discharge characteristic adjustment film treatment as described above, was measured by an insulation resistance meter (Insulation manufactured by Trek). When measured using a resistance meter MODEL 152-1), it was about 2×10 9 Ω.

また、実施例1のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜の表面電荷の半減期を次のようにして測定した。電荷減衰測定器(シシド静電気株式会社製帯電電荷減衰測定器オネストメータH-0110-C)を用いて、コロナ帯電電圧10kV、放電時間30秒、放電距離15mm、電荷測定距離20mmの条件で表面を帯電させ、表面電位の変化を測定した。当該実施例1における静電気放電特性調整皮膜の最大表面電位は約100Vで、半減期は約0.7秒であり、コロナ放電電荷はスローチャージ特性、スローディスチャージ特性を示した(図1参照)。 Further, the half-life of the surface charge of the electrostatic discharge property adjusting film on the aluminum material of Example 1 was measured as follows. Using a charge attenuation measuring device (Electrification charge attenuation measuring device Honest meter H-0110-C manufactured by Shishido Electrostatic Co., Ltd.), the surface was measured under the conditions of a corona charging voltage of 10 kV, a discharge time of 30 seconds, a discharge distance of 15 mm, and a charge measurement distance of 20 mm. It was charged and the change in surface potential was measured. The maximum surface potential of the electrostatic discharge characteristic adjusting film in Example 1 was about 100 V, the half-life was about 0.7 seconds, and the corona discharge showed slow charge characteristics and slow discharge characteristics (see FIG. 1).

さらに、実施例1のアルミニウム材を電極で膜厚方向に挟み電圧を印加して電圧計で測定したところ、当該静電気放電特性調整皮膜の絶縁耐圧特性は約73kV/mmであった(図5参照)。 Furthermore, when the aluminum material of Example 1 was sandwiched between electrodes in the film thickness direction and a voltage was applied and measured with a voltmeter, the dielectric strength characteristic of the electrostatic discharge characteristic adjustment film was about 73 kV / mm (see FIG. 5). ).

ii)機械特性
実施例1のアルミニウム材の摩擦係数を高炭素鋼製ボール(SUJ2)及びアルミナボールを相手材とし、ボールオンディスク法により荷重10N、線速度100mm/secで測定したところ、静電気放電特性調整皮膜の表面の摩擦係数はどちらもほぼ0.17であった(図6参照)。
ii) Mechanical properties The coefficient of friction of the aluminum material of Example 1 was measured by the ball-on-disk method using high-carbon steel balls (SUJ2) and alumina balls as mating materials at a load of 10 N and a linear velocity of 100 mm/sec. Both surface friction coefficients of the property-adjusting coatings were approximately 0.17 (see FIG. 6).

実施例1のアルミニウム材表面の硬度、すなわち静電気放電特性調整皮膜表面の硬度をマイクロビッカース(AKASHI)により測定したところ、約747Hvであった(図7参照)。 The hardness of the surface of the aluminum material of Example 1, that is, the hardness of the surface of the electrostatic discharge property adjusting film was measured by micro-Vickers (AKASHI) and found to be about 747 Hv (see FIG. 7).

(1)アルミニウム材の製造(静電気放電特性調整皮膜処理)
実施例2では、実施例1で用いたアルミニウム製基材と同じアルミニウム基材A5052上に陽極酸化用電解液としてシュウ酸浴を用い陽極酸化皮膜を15μm成長させた後、重クロム酸カリウム溶液で封孔処理を行うことで、多孔質酸化アルミニウム層を設けた。この多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層をプラズマCVD法により成膜した。
(1) Production of aluminum material (electrostatic discharge characteristic adjustment film treatment)
In Example 2, on the same aluminum substrate A5052 as the aluminum substrate used in Example 1, an anodized film was grown to 15 μm using an oxalic acid bath as an electrolytic solution for anodization, and then a potassium dichromate solution was applied. A porous aluminum oxide layer was provided by performing a pore-sealing treatment. A hard carbon film layer was formed on this porous aluminum oxide layer by plasma CVD.

具体的な手順は次のとおりである。実施例1と同じアルミニウム製基材を用意し、前処理を行った後、シュウ酸浴を用いた以外は実施例1と同様にしてアルミニウム製基材上に酸化アルミニウムからなる陽極酸化皮膜を15μm成長させた。その後、重クロム酸カリウム溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして封孔処理を行い、表面洗浄、乾燥を行った後、多孔質酸化アルミニウム層上に次の手順により硬質炭素膜層を設けた。 The specific steps are as follows. After preparing the same aluminum substrate as in Example 1 and performing pretreatment, the same procedure as in Example 1 was performed except that an oxalic acid bath was used, and an anodized film of aluminum oxide was formed on the aluminum substrate to a thickness of 15 μm. grown up. After that, the sealing treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that a potassium dichromate solution was used, the surface was washed and dried, and then a hard carbon film layer was formed on the porous aluminum oxide layer by the following procedure. was established.

次いで、次のようにして多孔質酸化アルミニウム層上に中間層及び硬質炭素膜層を設けた。まず、多孔質酸化アルミニウム層が設けられたアルミニウム基材を高周波プラズマ蒸着装置のチャンバー内の所定の位置にセットした。そして、拡散型真空ポンプでチャンバー内が1×10-3Paに到達するまで真空引きした。次いで、アルゴンガスをチャンバー内に60sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)導入し、高周波電圧を印加し、900W、20分間の条件でアルゴンボンバードを行い、多孔質酸化アルミニウム層の表面をドライ洗浄した。アルゴンボンバード後、スパッタ法で 2kWで5分間SiC系皮膜を数10nmの中間層をコートした。その後アセチレンを10sccm導入し、RF power 500W、圧力0.1Pa、90分間の条件で中間層上に膜厚が約600nmの硬質炭素膜層を成膜した。成膜中の基材温度は70℃であった。 Next, an intermediate layer and a hard carbon film layer were provided on the porous aluminum oxide layer as follows. First, an aluminum substrate provided with a porous aluminum oxide layer was set at a predetermined position in a chamber of a high-frequency plasma deposition apparatus. Then, the inside of the chamber was evacuated to 1×10 −3 Pa by a diffusion vacuum pump. Then, 60 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) of argon gas was introduced into the chamber, and a high frequency voltage was applied to carry out argon bombardment at 900 W for 20 minutes to dry clean the surface of the porous aluminum oxide layer. After the argon bombardment, an intermediate layer of several tens of nanometers was coated with a SiC-based film by a sputtering method at 2 kW for 5 minutes. After that, acetylene was introduced at 10 sccm, and a hard carbon film layer having a thickness of about 600 nm was formed on the intermediate layer under the conditions of RF power of 500 W, pressure of 0.1 Pa, and 90 minutes. The substrate temperature during film formation was 70°C.

(2)硬質炭素膜層のId/Ig値
実施例1と同様にして、ラマン分光法により、当該硬質炭素膜層におけるsp2構造の炭素を示すGバンド(Ig)と、格子欠陥等に由来するDバンド(Id)の比(Id/Ig)を測定した。その測定結果(Id/Ig)比は約1.3であった。
(2) Id/Ig value of hard carbon film layer In the same manner as in Example 1, by Raman spectroscopy, the G band (Ig) indicating carbon of the sp2 structure in the hard carbon film layer and lattice defects etc. The ratio (Id/Ig) of the D band (Id) was measured. The measured result (Id/Ig) ratio was about 1.3.

(3)添加元素含有量
実施例1と同様にして水素量を測定したところ、水素含有量は約26atm%であった。
(3) Additive Element Content When the hydrogen content was measured in the same manner as in Example 1, the hydrogen content was about 26 atm %.

(4)物性
i)電気特性
上記のようにしてアルミニウム製基材の表面に静電気放電特性調整皮膜処理が施された実施例2のアルミニウム材の表面抵抗を実施例1と同様にして測定したところ約4×10Ωであった。
(4) Physical properties i) Electrical properties The surface resistance of the aluminum material of Example 2, in which the surface of the aluminum substrate was subjected to the electrostatic discharge property adjustment film treatment as described above, was measured in the same manner as in Example 1. It was about 4×10 9 Ω.

また、実施例2のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜の表面電荷の半減期を実施例1と同様にして表面電位の変化に基づき測定した。当該実施例2における静電気放電特性調整皮膜の最大表面電位は160Vで、半減期は0.5秒であり、コロナ放電電荷はスローチャージ特性、スローディスチャージ特性を示した(図2参照)。 In addition, the half-life of the surface charge of the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the aluminum material of Example 2 was measured in the same manner as in Example 1 based on the change in surface potential. The maximum surface potential of the electrostatic discharge characteristic adjusting film in Example 2 was 160 V, the half-life was 0.5 seconds, and the corona discharge exhibited slow charge characteristics and slow discharge characteristics (see FIG. 2).

さらに、実施例2のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜の絶縁耐圧特性を実施例1と同様にして測定したところ約128kV/mmであった(図4参照)。 Furthermore, when the withstand voltage characteristic of the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the aluminum material of Example 2 was measured in the same manner as in Example 1, it was about 128 kV/mm (see FIG. 4).

ii)機械特性
実施例2のアルミニウム材の摩擦係数を高炭素鋼製ボール(SUJ2)及びアルミナボールを相手材とし、実施例1と同様にして測定したところ、静電気放電特性調整皮膜の表面の摩擦係数はそれぞれ約0.19、0.14であった(図5参照)。
ii) Mechanical properties The coefficient of friction of the aluminum material of Example 2 was measured in the same manner as in Example 1 using high-carbon steel balls (SUJ2) and alumina balls as counterpart materials. The coefficients were approximately 0.19 and 0.14, respectively (see FIG. 5).

また、実施例2のアルミニウム材表面の硬度、すなわち静電気放電特性調整皮膜表面の硬度を実施例1と同様にして測定したところ、約606Hvであった(図7参照)。 Further, when the hardness of the surface of the aluminum material of Example 2, that is, the hardness of the surface of the electrostatic discharge characteristic adjusting film was measured in the same manner as in Example 1, it was about 606 Hv (see FIG. 7).

比較例Comparative example

(1)アルミニウム材の製造(陽極酸化皮膜処理)
実施例1で用いたアルミニウム製基材と同じアルミニウム基材A5052上に陽極酸化用電解液として硫酸浴及びシュウ酸浴を用い、それぞれ陽極酸化皮膜を15μm成長させた後、酢酸ニッケル溶液で封孔処理を行い多孔質酸化アルミニウム層としたものをそれぞれ比較例1及び比較例2のアルミニウム材とした。
(1) Manufacture of aluminum material (anodic oxide film treatment)
On the same aluminum substrate A5052 as the aluminum substrate used in Example 1, using a sulfuric acid bath and an oxalic acid bath as electrolytes for anodization, each anodized film was grown to a thickness of 15 μm, and then sealed with a nickel acetate solution. Aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2 were obtained by performing the treatment to form a porous aluminum oxide layer.

(2)物性
i)電気特性
アルミニウム製基材上に硫酸浴を用いて多孔質酸化アルミニウム層を設けた比較例1のアルミニウム材と、アルミニウム製基材上にシュウ酸浴を用いて多孔質酸化アルミニウム層を設けた比較例2のアルミニウム材の表面抵抗値を絶縁抵抗計(Trek社製の絶縁抵抗計MODEL 152-1)を用いて測定したところそれぞれ約2×1010Ω及び3×1010Ωであった。
(2) Physical properties i) Electrical properties The surface resistance value of the aluminum material of Comparative Example 2 provided with an aluminum layer was measured using an insulation resistance meter (Insulation resistance meter MODEL 152-1 manufactured by Trek) and found to be about 2×10 10 Ω and 3×10 10 Ω , respectively. was Ω.

また、比較例1及び比較例2のアルミニウム材における多孔質酸化アルミニウム層の表面電荷の半減期を実施例1と同様にして表面電位の変化に基づき測定した。比較例1及び比較例2における多孔質酸化アルミニウム層の最大表面電位は8V(図3)及び9V(図4)であり、多孔質酸化アルミニウム層の表面には電荷はほとんど蓄積しなかった。 In addition, the half-life of the surface charge of the porous aluminum oxide layer in the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2 was measured in the same manner as in Example 1 based on the change in surface potential. The maximum surface potentials of the porous aluminum oxide layers in Comparative Examples 1 and 2 were 8 V (FIG. 3) and 9 V (FIG. 4), and almost no charges were accumulated on the surfaces of the porous aluminum oxide layers.

また、比較例1及び比較例2のアルミニウム材における多孔質酸化アルミニウム層の絶縁耐圧特性を実施例1と同様にして測定したところそれぞれ約49kV/mm、73kV/mmであった(図5参照)。 Further, when the withstand voltage characteristics of the porous aluminum oxide layers in the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2 were measured in the same manner as in Example 1, they were approximately 49 kV/mm and 73 kV/mm, respectively (see FIG. 5). .

ii)機械特性
比較例1及び比較例2のアルミニウム材を、高炭素鋼製ボール(SUJ2)を相手材とし、実施例1と同様にして多孔質酸化アルミニウム層表面の摩擦係数を測定したところ、それぞれ約0.8,0.93であった。次にアルミナボールを相手材とし、同条件でボールオンディスク法で摩擦係数を測定したところ、摩擦係数はどちらも約0.8であった(図5参照)。
ii) Mechanical properties The friction coefficient of the porous aluminum oxide layer surface was measured in the same manner as in Example 1, using the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2 as counterparts made of high-carbon steel balls (SUJ2). They were about 0.8 and 0.93, respectively. Next, when the friction coefficient was measured by the ball-on-disk method under the same conditions using alumina balls as the mating material, both friction coefficients were about 0.8 (see FIG. 5).

比較例1及び比較例2のアルミニウム材における多孔質酸化アルミニウム層表面の硬度をマイクロビッカース硬度計(AKASHI)により測定したところどちらも約550Hvであった(図7参照)。 When the hardness of the surface of the porous aluminum oxide layer in the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2 was measured with a micro Vickers hardness tester (AKASHI), both were about 550 Hv (see FIG. 7).

[評価]
アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層を介して硬質炭素膜層を積層する静電気放電特性調整皮膜処理を施すことで、実施例1、実施例2のアルミニウム材の最大表面電位をそれぞれ100V、160Vにすることができ、絶縁体において通常想定される電位(3kV程度)よりも最大表面電位よりも大きく低減されておりスローチャージ特性を有することが確認された。また、実施例1、実施例2のアルミニウム材における静電気放電特性調整皮膜の半減期が0.7秒、0.5秒であり(図1及び図2参照)、導電体において通常想定される半減期(ナノ秒オーダー)を1ミリ秒以上にすることができ、スローディスチャージ特性を有することも確認された。
一方、硬質炭素膜層を備えていない比較例1及び比較例2のアルミニウム材では多孔質酸化アルミニウム層が最表面となる。この場合、多孔質アルミニウム層の表面に電荷が蓄積せず(図3及び図4参照)、静電気を発生させない一方、電圧が印加されたときに直ちに電荷を逸散することが確認される。つまり比較例1及び比較例2のアルミニウム材に対して静電気が帯電した半導体デバイスが接触した場合には、多孔質アルミニウム層において急峻に静電気放電が生じ、サージ電流、サージ電圧が発生するおそれがある。
[evaluation]
The maximum surface potential of the aluminum materials of Examples 1 and 2 was increased to 100 V and 100 V, respectively, by applying an electrostatic discharge property adjustment film treatment in which a hard carbon film layer is laminated on an aluminum substrate via a porous aluminum oxide layer. It was confirmed that the voltage can be set to 160 V, and that the potential (about 3 kV) normally assumed in an insulator is much lower than the maximum surface potential, and that it has a slow charge characteristic. In addition, the half-lives of the electrostatic discharge characteristic adjustment films on the aluminum materials of Examples 1 and 2 were 0.7 seconds and 0.5 seconds (see FIGS. 1 and 2), which is the half-life normally assumed for conductors. It was also confirmed that the period (on the order of nanoseconds) can be set to 1 millisecond or longer, and that it has slow discharge characteristics.
On the other hand, in the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2, which do not have a hard carbon film layer, the porous aluminum oxide layer is the outermost surface. In this case, it is confirmed that no charge accumulates on the surface of the porous aluminum layer (see FIGS. 3 and 4), and while it does not generate static electricity, it dissipates the charge immediately when a voltage is applied. In other words, when a semiconductor device charged with static electricity comes into contact with the aluminum materials of Comparative Examples 1 and 2, a sudden electrostatic discharge occurs in the porous aluminum layer, and a surge current and a surge voltage may occur. .

図5に示すようにアルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合(比較例1,比較例2)と、アルミニウム製基材上に多孔質酸化アルミニウム層と硬質炭素膜層とを備える場合(実施例1,実施例2)を比較すると、多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層を設けることで、すなわち本発明に係る静電気放電特性調整皮膜をアルミニウム製基材の表面に設けることで、アルミニウム製基材の表面に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると絶縁耐圧を10%以上向上できることが確認された。 As shown in FIG. 5, when only a porous aluminum oxide layer is provided on an aluminum substrate (Comparative Examples 1 and 2), and when a porous aluminum oxide layer and a hard carbon film layer are provided on an aluminum substrate, Comparing the cases (Examples 1 and 2), by providing a hard carbon film layer on the porous aluminum oxide layer, that is, the electrostatic discharge property adjusting film according to the present invention is provided on the surface of the aluminum substrate As a result, it was confirmed that the withstand voltage can be improved by 10% or more compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the surface of the aluminum substrate.

また、図6に示すように比較例1及び比較例2と、実施例1及び実施例2とを比較すると、多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層を設けることで、すなわち本発明に係る静電気放電特性調整皮膜をアルミニウム製基材の表面に設けることで、アルミニウム製基材の表面に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると摩擦係数を50%以下に減少することが確認された。 Further, as shown in FIG. 6, comparing Comparative Examples 1 and 2 with Examples 1 and 2, it can be seen that by providing a hard carbon film layer on the porous aluminum oxide layer, that is, according to the present invention, It was confirmed that by providing the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the surface of the aluminum substrate, the coefficient of friction is reduced to 50% or less compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the surface of the aluminum substrate. .

さらに、図7に示すように比較例1及び比較例2と、実施例1及び実施例2とを比較すると、多孔質酸化アルミニウム層上に硬質炭素膜層を設けることで、すなわち本発明に係る静電気放電特性調整皮膜をアルミニウム製基材の表面に設けることで、アルミニウム製基材の表面に多孔質酸化アルミニウム層のみを備える場合と比較すると硬度を10%以上向上することが確認された。 Furthermore, comparing Comparative Examples 1 and 2 with Examples 1 and 2 as shown in FIG. It was confirmed that by providing the electrostatic discharge characteristic adjusting film on the surface of the aluminum substrate, the hardness is improved by 10% or more compared to the case where only the porous aluminum oxide layer is provided on the surface of the aluminum substrate.

本件発明によれば、表面の静電気放電特性が調整されたアルミニウム材、及びアルミニウム材の表面の静電気放電特性を調整するためのアルミニウム材用の静電気放電特性調整皮膜を提供することができる。本発明によればアルミニウム材の表面にスローチャージ特性及びスローディスチャージ特性を付与することができるため、例えば、半導体デバイスの製造工程等のESD対策が強く求められる工程等で使用されるアルミニウム製品に好適である。

According to the present invention, it is possible to provide an aluminum material having surface electrostatic discharge characteristics adjusted, and an electrostatic discharge characteristics adjusting film for an aluminum material for adjusting the electrostatic discharge characteristics of the surface of the aluminum material. According to the present invention, since it is possible to impart slow charge characteristics and slow discharge characteristics to the surface of an aluminum material, it is suitable for aluminum products used in processes such as semiconductor device manufacturing processes where ESD countermeasures are strongly required. is.

Claims (6)

アルミニウム製基材と、
前記アルミニウム製基材の表面に設けられた厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、
前記多孔質酸化アルミニウム層上に設けられ、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の硬質炭素膜層とを有すること、
を特徴とするアルミニウム材。
an aluminum substrate;
a porous aluminum oxide layer having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq provided on the surface of the aluminum substrate;
a hard carbon film layer provided on the porous aluminum oxide layer and having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less;
An aluminum material characterized by:
前記多孔質酸化アルミニウム層と前記硬質炭素膜層との間に、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の非導電性皮膜からなる中間層を備える請求項1に記載のアルミニウム材。 An intermediate layer comprising a non-conductive film having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less is provided between the porous aluminum oxide layer and the hard carbon film layer. 2. The aluminum material according to 1. 前記硬質炭素膜層の表面抵抗値は1×1012Ω/sq未満であり、当該硬質炭素膜層はsp2構造の炭素とsp3構造の炭素とを含む非晶質構造を有する炭素被膜からなる請求項1又は請求項2に記載のアルミニウム材。 The surface resistance value of the hard carbon film layer is less than 1×10 12 Ω/sq, and the hard carbon film layer is composed of a carbon film having an amorphous structure containing carbon with an sp2 structure and carbon with an sp3 structure. The aluminum material according to claim 1 or 2. 前記硬質炭素膜層の膜厚が1nm以上10μm以下である請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のアルミニウム材。 The aluminum material according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard carbon film layer has a thickness of 1 nm or more and 10 µm or less. 前記アルミニウム製基材は、半導体製造工程において半導体部品と接触又は近接して使用されるアルミニウム製部品である請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のアルミニウム材。 The aluminum material according to any one of claims 1 to 4, wherein the aluminum base material is an aluminum part used in contact with or in close proximity to a semiconductor part in a semiconductor manufacturing process. アルミニウム製基材の表面に設けられて、アルミニウム性基材の表面の静電気放電特性を調整するためのアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜であって、
アルミニウム製基材の表面に設けられる厚みが1μm以上100μm以下であり、表面抵抗値が1×10Ω/sq以上1×1013Ω/sq未満の多孔質酸化アルミニウム層と、
前記多孔質酸化アルミニウム層上に設けられ、表面抵抗値が3×10Ω/sq以上1×1012Ω/sq以下の硬質炭素膜層と、
を有することを特徴とするアルミニウム材用静電気放電特性調整皮膜。

An electrostatic discharge property adjusting film for an aluminum material provided on the surface of an aluminum substrate for adjusting the electrostatic discharge property of the surface of the aluminum substrate,
a porous aluminum oxide layer having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less and a surface resistance value of 1×10 8 Ω/sq or more and less than 1×10 13 Ω/sq provided on the surface of the aluminum substrate;
a hard carbon film layer provided on the porous aluminum oxide layer and having a surface resistance value of 3×10 4 Ω/sq or more and 1×10 12 Ω/sq or less;
An electrostatic discharge property adjusting film for an aluminum material, comprising:

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