JP2900822B2 - ＡｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＶＤ装置，ＰＶＤ装
置，ドライエッチング装置などに用いられるＡｌまたは
Ａｌ合金製真空チャンバ部材であって、真空チャンバ内
に導入される腐食性のガスやプラズマに対して優れた耐
食性を発揮するＡｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ装置，ＰＶＤ装置，ドライエッチ
ング装置などに用いられる真空チャンバの内部には、反
応ガスやエッチングガスとしてＣｌやＦ等のハロゲン元
素を含む腐食性のガスが導入されることから、腐食性ガ
スに対する耐食性（以下、耐ガス腐食性という）が要求
されている。また熱プラズマＣＶＤ装置等の場合には、
上記腐食性ガスに加えて、ハロゲン系のプラズマも発生
するので、プラズマに対する耐食性（以下、耐プラズマ
性という）も重要である。

【０００３】その為、上記真空チャンバ用材料としては
従来主にステンレス鋼材が用いられていた。しかしなが
ら、ステンレス鋼製の真空チャンバは重量が大きく土台
に大掛かりな工事が必要であり、また熱伝導性が十分で
なく作動時のベーキングに時間がかかるという問題があ
った。更に、ステンレス鋼の合金成分であるＣｒなどの
重金属が、何らかの要因でプロセス中に放出されて汚染
源となることもあった。そこで、ステンレス鋼より軽量
で、熱伝導性に優れ、しかも重金属汚染のおそれのない
ＡｌまたはＡｌ合金製の真空チャンバの開発が検討され
ている。

【０００４】しかしながら、ＡｌまたはＡｌ合金の地金
表面は耐ガス腐食性および耐プラズマ性が必ずしも良い
訳ではなく、何らかの表面処理を施すことが必要と考え
られ、種々検討されている。例えば、特公平５−５３８
７０号公報には、ＡｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部
材の表面に陽極酸化処理を施し、陽極酸化皮膜を形成す
ることによりＡｌまたはＡｌ合金の耐ガス腐食性を向上
させて真空チャンバ部材とする発明が開示されている。
しかしながら上記陽極酸化皮膜は、前記腐食性ガスやプ
ラズマとの反応を全く起こさないというものではなく、
使用中に腐食されると反応生成物が微粒子として発生
し、例えば半導体製造に用いられると不良品の原因とな
ることがあり、改善が望まれていた。

【０００５】また特公平５−５３８７１号公報には、イ
オンプレーティング法を採用しＡｌまたはＡｌ合金製真
空チャンバ部材の表面に、耐食性に優れた皮膜（例え
ば、ＴｉＮ、ＴｉＣ等）を形成する技術が開示されてい
る。但し、上記皮膜をイオンプレーティング等の気相合
成法により作成すると、かなりの処理コストがかかると
いう問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、コスト的に有利な陽極酸
化処理法を採用することを前提として、耐ガス腐食性及
び耐プラズマ性に優れたＡｌまたはＡｌ合金製真空チャ
ンバ部材を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係るＡｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部材とは、
表面に開口したポアを多数有するポーラス層とポアのな
いバリア層からなる陽極酸化皮膜を有し、上記ポーラス
層のポア径を表面側で小さく、基材側で大きくしてなる
ことを要旨とするものである。

【０００８】尚、上記ポーラス層のポア径を表面側で小
さく、基材側で大きく形成された陽極酸化皮膜は、ポー
ラス層のポア径が深さ方向の任意区間で連続的変化部を
有していてもよく、また非連続的変化部を有していても
よい。さらにポーラス層のポア径が深さ方向の任意区間
で非変化部を有しているものであってもよい。さらに、
Ｃ，Ｓ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂよりなる群から選ばれる２種以
上の元素を、陽極酸化皮膜に含有させることによってよ
り優れた耐食性が得られる。

【０００９】上記真空チャンバ部材に用いるＡｌ合金製
基材としては、晶出物及び析出物の平均粒径が１０μｍ
以下であるか、或は上記晶出物及び析出物が、部材表面
中最大面積を有する部材表面に対して平行に配列される
様に調整されたＡｌ合金材料を用いることによって、陽
極酸化皮膜の耐食性に加えて基材自体の耐食性も期待で
きる。また、晶出物及び析出物の平均粒径が１０μｍ以
下であり、且つ晶出物及び析出物の配列方向が最大面積
を有する部材表面に対して平行であることが好ましい。

【００１０】本発明において真空チャンバ部材とは、真
空チャンバの構造材だけではなく、該真空チャンバ内に
配設されるガス拡散プレート（ＧＤＰ），クランパー，
シャワーヘッド，サセプター，クランプリング，静電チ
ャックなどの部材であって、Ａｌ合金で製作されるもの
には全て適用され、以下の説明では、これらの部材をす
べて包含して真空チャンバ部材と総称する。但し現実に
製作するチャンバとしては、その部材の全てを本発明の
改良品で構成しなければならないという訳ではなく、他
の改良を加えたＡｌ合金や従来公知のステンレス鋼，セ
ラミックス・プラスチック複合材料などと組み合わせ
て、製作したものであっても差支えない場合がある。

【００１１】

【作用】本発明者らは、ＡｌまたはＡｌ合金製真空チャ
ンバ部材は、前述の腐食性ガスやプラズマに対する耐食
性が悪いので、これを改善すべく種々の表面改質技術に
ついて鋭意研究を重ねてきた。その結果、ＡｌまたはＡ
ｌ合金製真空チャンバ部材に陽極酸化処理を行う場合に
は、その陽極酸化皮膜の内部構造や成分組成を制御する
ことが可能であり、これによって耐ガス腐食性及び耐プ
ラズマ性の向上に非常に優れた成果が得られることを見
出した。

【００１２】尚、従来技術（例えば、上記特公平５ー５
３８７０号公報）においても、陽極酸化処理を行うに際
して陽極酸化皮膜の膜厚を制御する技術が含まれてい
る。また、電解条件を変えることで陽極酸化皮膜の構造
が変化することも知られている。しかしながら、陽極酸
化皮膜の内部構造や成分組成を制御することによって腐
食性ガスやプラズマとの腐食反応を抑制しようとする試
みは行われておらず、またこの観点から検討を行った事
例の報告はない。

【００１３】図１は、陽極酸化処理によりＡｌ又はＡｌ
合金製真空チャンバ部材の表面に形成される陽極酸化皮
膜の概略構造を概念的に示す一部断面説明図である。上
記陽極酸化皮膜は、電解が開始されると共に基材１にポ
ア３と呼ばれる凹部を穿孔しながら、上記ポア３を中心
位置に有するセル２を深さ方向に成長せしめる。

【００１４】図２は、陽極酸化皮膜の断面図であり、本
発明ではポア３が形成された部分をポーラス層４、該ポ
ーラス層４と基材１との間に介在してポアのない層をバ
リア層５と呼ぶ。該バリア層５はガス透過性を有しない
から、ガスやプラズマがＡｌやＡｌ合金と接触するのを
防ぐ。

【００１５】尚、上記の様にポーラス層とバリア層を有
する陽極酸化皮膜の場合には、ポーラス層のポア径、セ
ル径およびバリア層の厚さは、夫々の間に正の相関関係
があることが分かっている。そこでまず、本発明者らが
陽極酸化皮膜の内部構造と耐ガス腐食性および耐プラズ
マ性との関係について調べたところ、以下の様な知見を
得た。

【００１６】第１に、ポーラス層の表面におけるポア径
およびセル径が小さい程、優れた耐プラズマ性を発揮す
ることを見出した。これは、ポアの開口部面積が小さい
程ポーラス層表面の均一性が向上することから、ポア径
およびセル径が大きい場合においてポアの表面側縁部に
発生し易いプラズマの局部的集中を抑制して、ポーラス
層の表面近傍においてプラズマ濃度が不均一となること
を抑制できるからであると考えられる。

【００１７】第２に、ポーラス層の基材側の内部構造と
しては、ポア径およびセル径の大きな構造であること
が、耐ガス腐食性の向上に対して有効に作用することが
分かった。その理由としては、ポア径およびセル径の大
きな構造とすることによってポア内の表面積を含む実質
表面積が小さくなり、腐食性ガスとの反応可能面積が減
少することにより、反応生成物による体積変化が内部構
造に及ぼす悪影響を減少させるからであると考えられ
る。

【００１８】第３に、バリア層は厚い程、耐ガス腐食性
が良くなることを見出した。上述の通り、バリア層の存
在により、腐食性ガスはＡｌまたはＡｌ合金基材と容易
に接触することはできない。但し、腐食性ガス雰囲気下
に長時間おかれると、ガスの種類によっては徐々にバリ
ア層内に侵入していくことがある。従って、腐食性ガス
から遮断するだけではなく、更には腐食性ガスに長時間
曝された場合であっても優れた耐ガス腐食性を発揮する
上で、バリア層は厚い方が望ましいのである。

【００１９】以上の知見から、ポーラス層の表面側のポ
ア径はできるだけ小さく形成し、一方、基材側のポア径
はできるだけ大きく形成してバリア層を厚くする様な構
造が望ましいとの結論を得た。

【００２０】但し、本発明はポア径を限定するものでは
なく、少なくともポーラス層の基材側ポア径を表面側ポ
ア径より大きくすることによって耐食性の向上を図るも
のであるが、優れた耐プラズマ性を得るには、表面側ポ
ア径を８０ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以
下であればより好ましく、さらに好ましくは３０ｎｍ以
下である。また、耐ガス腐食性を十分発揮する上で、バ
リア層の厚さは５０ｎｍ以上が好ましく、８０ｎｍ以上
であればより好ましい。

【００２１】また本発明では、少なくとも上記ポーラス
層の基材側ポア径を表面側ポア径より大きくしていれば
よく、上記ポーラス層のポアの基材側と表面側の中間部
におけるポア径を限定するものではない。従って該中間
部は任意区間において連続的変化部，非連続的変化部，
非変化部が任意に混在可能であり、またポア径が基材側
から表面側に向かう途中で一旦小さくなっても良く、或
いは途中で中断されたものを含んでいても差しつかえな
い。

【００２２】例えばポア径が深さ方向に連続的に変化し
ていてもよく、この場合には、表面側から基材側に向け
て順次ポア径の大きくなっているものや、表面側から基
材側に向けて順次ポア径が大きくなった後に再びポア径
を小さくし、さらに再度ポア径を大きくしてポア径を連
続的に変化させたものなど種々のものが可能である。

【００２３】またポア径の異なるポーラス層が２層以上
積層されてポア径が段階的に変化する様な構造であって
もよい。この場合には、ポア径の変化はできるだけ小さ
いことが好ましく、中間層としてポア径が連続的に変化
する傾斜層を設けて積層することが望ましい。この様な
ポーラス層の構造の選択は、それぞれの部材の適用部位
によって適宜選定すればよい。

【００２４】尚、以上の説明では、陽極酸化皮膜のポア
径に代表される内部構造が深さ方向に変化している場合
について述べてきた。しかし、ポア径を変化させるべく
電解条件を変えた場合には、表面のポア径が全表面に亘
って均一になるとは限らず、表面の形状や位置によって
は平面的に見て変化することが多い。従って特に高い耐
プラズマ性が要求される部分を選んで特にその部位の表
面側ポア径を可及的に小さくする様にしてもよい。従っ
て局部的に見れば、ポア径についての本発明条件を満足
しない部分もあり得るが、全体的傾向として本発明条件
を満足しておれば良いのである。

【００２５】本発明では、優れた耐食性を発揮させる上
で、陽極酸化皮膜の厚さを０．０５μｍ以上形成するこ
とが必要であり、０．１μｍ以上であれば好ましい。但
し、皮膜厚さが厚過ぎると、皮膜自身によって応力を緩
和することが困難になる場合もあり、割れを生じて表面
の被覆が不充分になったり、更には皮膜が剥離し、逆に
不良発生の問題を引き起こすことがあるので、陽極酸化
皮膜の厚さは５０μｍ以下にすることが必要である。

【００２６】本発明は電解に用いる溶液の種類を限定す
るものではなく、硫酸，りん酸，クロム酸などの無機
酸、或いはギ酸やしゅう酸などの有機酸が使用できる
が、陽極酸化の電解電圧を広い範囲で任意に制御できる
面から、しゅう酸を１ｇ／リットル以上含有する電解液
を用いることが推奨される。例えば図３は、硫酸，しゅ
う酸，りん酸の３種の陽極酸化処理溶液を用いて、種々
の電解条件で陽極酸化皮膜を形成した場合の電解電圧と
電流密度の関係を示すグラフである。硫酸の場合は、電
解電圧の変化によって電流密度が大きく変化することか
ら、成膜速度が大きい。一方りん酸の場合は電解電圧を
比較的大きく変化させても電流密度の変化が小さく、ま
た成膜速度が小さい。従って、硫酸は成膜速度が大き過
ぎて膜厚の制御が難しく、一方りん酸は成膜速度が小さ
過ぎて生産効率が悪いということが言える。これに対し
てしゅう酸は電解電圧の変化に対する電流密度の変化が
硫酸とりん酸の中間程度であり、生産効率をりん酸ほど
損なうことなく、内部構造を制御することが容易であ
る。

【００２７】以上は、陽極酸化皮膜の内部構造を制御す
ることによって、耐ガス腐食性および耐プラズマ性を向
上させた陽極酸化皮膜を説明したが、更に本発明者らが
鋭意研究を重ねた結果、陽極酸化皮膜の成分組成を調整
することによって、より一層の耐食性改善効果が得られ
ることをつきとめた。即ち、Ｃ，Ｓ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂ
（以下、本発明に係る元素ということがある）よりなる
群から選ばれる２種以上の元素を、陽極酸化皮膜中に含
有させることによって、ガスやプラズマに対する耐食性
が一層向上することを見出したのである。

【００２８】尚、陽極酸化処理溶液として例えばしゅう
酸やギ酸などの有機酸を用いると、Ａｌ₄ Ｃ₃ ，Ａｌ₂
Ｃ₆ ，ＨＣＯＯＨ，（ＣＯＯＨ）₂ 等のＣを含む化合物
［その他、−ＣＯ₃ ，−Ｃ₂ Ｏ₄ ，−ＣＯＯＨなどのＣ
_x Ｏ_y Ｈ_z 基（ｘ≧１、ｙ，ｚ≧０の整数）を含有する
化合物］が陽極酸化皮膜中に含有される。従って、しゅ
う酸などの有機酸を陽極酸化処理溶液に用いる場合に
は、Ｃ以外のＳ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂより１種以上の元素を
含有させて２種以上とすればよく、具体的な方法として
は、以下に例示する化合物を陽極酸化処理溶液に添加す
ればよい。

【００２９】 Ｓの場合：Ｈ₂ ＳＯ₄ ，Ａｌ₂ （ＳＯ
₄ ）₃ 等を陽極酸化処理溶液に添加することにより、Ｈ
₂ ＳＯ₄ ，Ｈ₂ ＳＯ₃ ，Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ ，Ａｌ（Ｈ
ＳＯ ₄ ）₃ 等のＳを含む化合物［その他、−ＳＯ₄ ，−
ＳＯ₃ ，−ＨＳＯ₄ などのＳ _x Ｏ_y Ｈ_z 基（ｘ≧１、
ｙ，ｚ≧０の整数）を含有する化合物］が陽極酸化皮膜
中に含有される。

【００３０】 Ｎの場合：ＨＮＯ₃ ，Ａｌ（ＮＯ₃ ）
₃ 等を陽極酸化処理溶液に添加することにより、ＨＮＯ
₃ ，ＨＮＯ₂ ，Ａｌ（ＮＯ₃ ）₃ 等のＮを含む化合物
［その他、−ＮＯ₃ ，−ＮＯ₂ などのＮ_x Ｏ_y Ｈ_z 基
（ｘ≧１、ｙ，ｚ≧０の整数）を含有する化合物］が陽
極酸化皮膜中に含有される。

【００３１】 Ｐの場合：Ｈ₃ ＰＯ₄ ，Ｈ₃ ＰＯ₃ ，
ＡｌＰＯ₄ 等を陽極酸化処理溶液に添加することによ
り、Ｈ₃ ＰＯ₄ ，Ｈ₂ ＰＨＯ₃ ，ＡｌＰＯ₄ 等のＰを含
む化合物［その他、−ＰＯ₄ ，−ＨＰＯ₄ ，−Ｈ₂ ＰＯ
₄ ，−ＨＰＨＯ₃ などのＰ_x Ｏ _y Ｈ_z 基（ｘ≧１、ｙ，
ｚ≧０の整数）を含有する化合物］が陽極酸化皮膜中に
含有される。

【００３２】 Ｆの場合：ＨＦ等を陽極酸化処理溶液
に添加することにより、Ｆを含む化合物が陽極酸化Ｍ皮
膜膜中に含有される。 Ｂの場合：（ＮＨ₄ ）₂ Ｂ₄ Ｏ₇ ，Ｈ₃ ＢＯ₃ 等を
陽極酸化処理溶液に添加することにより、Ｂ₂ Ｏ₃ ，
（ＮＨ₄ ）₂ Ｂ₄ Ｏ₇ 等のＢを含む化合物［その他、−
ＢＯ₃ ，−Ｂ₄ Ｏ₇ などＢ_x Ｏ_y Ｈ_z 基（ｘ≧１、ｙ，
ｚ≧０の整数）を含有する化合物］が陽極酸化皮膜中に
含有される。

【００３３】尚、陽極酸化処理溶液に添加する上記化合
物の量は、Ｓ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂという夫々の元素量に換
算して０．１ｇ／リットル以上が好ましく、０．１ｇ／
リットル未満の場合には顕著な効果を発揮することは難
しい。

【００３４】上述の通り、しゅう酸を陽極酸化処理溶液
として用いると、しゅう酸に由来するＣ含有化合物が陽
極酸化皮膜に含有されるので、Ｃ以外の本発明に係る元
素（Ｓ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂ）を１種以上含有させれば良
く、また硫酸を陽極酸化処理溶液として用いる場合に
は、硫酸に由来するＳ含有化合物が陽極酸化皮膜に含有
されるので、Ｓ以外の本発明に係る元素（Ｃ，Ｎ，Ｐ，
Ｆ，Ｂ）を１種以上含有させれば良い。この様に、陽極
酸化処理溶液に含有される元素の種類に応じて、該含有
元素以外の本発明に係る元素を含む化合物を、上記陽極
酸化処理溶液に添加し、結果として２種以上の本発明に
係る元素を陽極酸化皮膜に含有させれば良い。

【００３５】また、陽極酸化処理液に上記化合物を添加
する方法以外にも、基材のＡｌ合金に、合金化元素とし
て本発明に係る元素を含有したものを用いてもよく、ま
たイオン注入等の表面改質法により基材の表面層だけに
上記元素を含有させた後陽極酸化処理する方法を採用し
てもよい。いずれの方法を用いる場合であっても、最終
的に本発明に係る元素を２種以上含有させることによ
り、陽極酸化皮膜の耐ガス腐食性および耐プラズマ性を
向上できる。

【００３６】上記元素を陽極酸化皮膜に含有させる量
（重量％にて）としては、耐ガス腐食性および耐プラズ
マ性の向上を図る上で、Ｃは０．０１％以上が好まし
く、０．５％以上であるとより望ましい。Ｓは０．０２
％以上が好ましく、２％以上であるとより望ましい。Ｎ
は０．０１％以上が好ましく、０．７以上であるとより
望ましい。Ｐは０．０１５％以上が好ましく、１％以上
であるとより望ましい。Ｆは０．０１％以上が好まし
く、０．５％以上であるとより望ましい。Ｂは０．０１
５％以上が好ましく、０．３％以上であるとより望まし
い。

【００３７】本発明は基材となるＡｌ合金を限定する訳
ではないが、例えばチャンバ材料としては機械的強度，
熱伝導率，電気伝導率，耐食性の観点で優れている１０
００系合金や５０００系合金，６０００系合金が望まし
い。１０００系合金は純アルミニウム系であるが、５０
００系合金の場合には、少なくとも合金成分としてＳ
ｉ：０．５重量％以下，Ｍｇ：０．５〜６．０重量％を
含有していることが好ましく、また６０００系合金の場
合には、少なくとも合金成分としてＳｉ：０．２〜１．
２重量％、Ｍｇ：０．４〜１．５重量％を含有している
ことが好ましい。尚、チャンバ内部品の場合には、５０
００系合金や６０００系合金の他に、２０００系合金や
７０００系合金などを用いることもできる。また、Ａｌ
合金の合金成分として、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｆｅ等を含
有することにより、高周波や高温（熱サイクル）に対す
る陽極酸化皮膜の耐割れ性向上、酸化膜内部応力の低減
にも効果を発揮することが分かっている。特に６０００
系合金の成分元素であるＭｇ，Ｓｉがあると効果的であ
り、材料の最終熱処理条件によってその効果が影響を受
ける場合がある。

【００３８】尚、Ａｌ合金を基材として用いる場合に
は、Ａｌ合金中に含まれる合金化元素や不可避不純物に
起因する晶出物及び析出物が含有される場合が多い。晶
出物及び析出物が存在すると、腐食性の高いＣｌやＦ等
のハロゲン元素等が、マトリックスであるＡｌとの界面
に侵入しやすく、耐食性に悪影響を及ぼすことがある。
従って、Ａｌ合金中の晶出物及び析出物が微細に分散し
ている材料を選択するか、晶出物又は析出物が腐食性元
素の侵入方向に対して連続的に存在しない様に構成する
ことが推奨される。具体的には、晶出物及び析出物の平
均粒径が１０μｍ以下の材料を用いることが好ましい。
また晶出物及び析出物の平均粒径が１０μｍを超える場
合には、熱間加工により配列した晶出物及び析出物の配
列方向が部材表面に対して、特にプラズマやガスに暴露
される最大表面積を有する面に対して、平行である様に
配慮して用いることが望ましい。さらに、晶出物及び析
出物の粒径と配列方向を同時に上述の様に制御すればよ
り好ましい。

【００３９】上記晶出物及び析出物の平均粒径が１０μ
ｍ以下であることが耐食性向上に有効である理由として
は、晶出物及び析出物が微細に形成されている場合には
晶出物及び析出物の連続性がなくなって相互の間隔も適
切に保ち易く、耐食性を向上させることができるもので
あると考えられる。晶出物の場合では、その平均粒径が
６μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であれば
より好ましい。析出物の場合では、その平均粒径が２μ
ｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であればより
好ましい。尚、晶出物及び析出物の平均粒径が本発明の
範囲を満足する場合であっても、最大の粒径を有する晶
出物または析出物が大き過ぎる場合には、耐食性に悪影
響を与える場合がある。従って晶出物及び析出物の最大
粒径は１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好
ましい。

【００４０】また本発明による部材を使用する環境によ
っては、使用中に析出物が成長し、その粒径が増大する
場合がある。粒径が大きくなった場合でも最大の粒径が
上記の範囲内にあることが好ましいが、それが難しい環
境で用いる場合には、析出物の粒径が可及的に小さい材
料（具体的には、析出物の平均粒径が２μｍ以下，好ま
しくは１μｍ以下の材料）を選択することが望ましい。

【００４１】Ａｌ合金において晶出物及び析出物を微細
に分散形成させる要因としては、合金組成における合金
化元素や不可避不純物の含有量を少なくすること以外
に、鋳造速度を制御することが挙げられる。即ち、鋳造
時の冷却速度を可及的に大きくすることにより、晶出物
及び析出物の平均粒径及び体積分率を小さく制御するこ
とが可能である。具体的には、鋳造時の冷却速度は１℃
／ｓｅｃ以上が好ましく、１０℃／ｓｅｃ以上がより好
ましい。

【００４２】更に、析出物については、最終的に施され
る熱処理（例えば、Ｔ４，Ｔ６等と称されるもの）によ
って、粒径や形状，分布状態等を制御することができ
る。その方法としては、溶体化処理温度をできるだけ高
く設定して（例えば、固相高温ぎりぎりまで上昇させ
て）、過飽和の固溶体を形成し、その後２段，３段等の
多段時効処理を行なうことが有効である。この様に鋳造
後であっても、上記の熱処理を施すことによって析出物
の粒径を一層小さく制御することが可能である。

【００４３】また、晶出物及び析出物は鋳造後の熱間押
出や熱間圧延等に際して押出方向や圧延方向に配列され
がちである。このように晶出物及び析出物が特定方向に
配列している場合であっても、真空チャンバ部材として
用いる際に、その配列方向を考慮して、真空チャンバ部
材の形状ごとに最大面積を有する面と晶出物及び析出物
の配列方向が平行となる様にすることによって、耐食性
向上に寄与する。

【００４４】尚、真空チャンバ部材の種類によっては、
その部材の形状に由来する制約から、最大面積を有する
面と晶出物及び析出物の配列方向とが垂直となることが
ある。例としては、部材形状が円盤状であるサセプタ
ー，ガス拡散プレート，静電チャックの誘電体プレート
等が挙げられる。例えば上記サセプターは円柱状の押出
材を輪切りにすることにより円盤状に製造される場合が
多く、熱間押出方向に配列した晶出物及び析出物の配列
方向と、上記サセプターの上面及び底面とが直交するこ
とが一般的である。従って、このようなサセプターの様
な真空チャンバ部材の場合には、晶出物及び析出物の配
列方向に配慮するのではなく、むしろ晶出物及び析出物
の平均粒径を前述の通り可及的に小さく制御することに
より、耐食性の向上を図れば良い。

【００４５】更に、晶出物及び析出物の平均粒径及び／
又は配列方向を制御することに加えて、晶出物及び析出
物の体積分率を可及的に小さく制御することにより、よ
り一層耐食性を向上させることが可能である。具体的に
は、晶出物及び析出物の体積分率は４％以下であること
が推奨され、より好ましくは２％以下であり、１％以下
であると更に望ましい。

【００４６】尚、晶出物及び析出物の平均粒径と体積分
率の組合わせにおいて望ましい範囲は以下の通りであ
る。即ち、晶出物の場合では、平均粒径が６μｍ以下で
且つ体積分率が４％以下（望ましくは２％以下）である
ことが好ましく、平均粒径が３μｍ以下で且つ体積分率
が２％以下（望ましくは１％以下）であればより好まし
い。一方析出物の場合では、平均粒径が２μｍ以下で且
つ体積分率が４％以下（望ましくは２％以下）であるこ
とが好ましく、平均粒径が１μｍ以下で且つ体積分率が
２％以下（望ましくは１％以下）であればより好まし
い。

【００４７】本発明において、晶出物とは液相から形成
される化合物を言い、析出物とは固相から形成される化
合物をいう。晶出物や析出物の種類は、Ａｌ合金の組成
に応じて変化するものであり、その種類により限定され
るものではないが、例示すれば以下の通りである。

【００４８】１０００系Ａｌ合金の晶出物（以下、１０
００系晶出物という）には、Ａｌ₃Ｆｅ，Ａｌ₆ Ｆｅ等
のＡｌ−Ｆｅ系晶出物と、α−ＡｌＦｅＳｉ，β−Ａｌ
ＦｅＳｉ等のＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物がある。２００
０系Ａｌ合金の晶出物は上記１０００系晶出物と同様で
あり、析出物としては、Ａｌ₂ Ｃｕ，Ａｌ₂ ＣｕＭｇ，
Ａｌ₆ ＣｕＭｇ₄ などが挙げられる。

【００４９】３０００系Ａｌ合金の晶出物は上記１００
０系晶出物に加えて、Ａｌ₆ Ｍｎ，Ａｌ₄ Ｍｎ，ＡｌＭ
ｎ，Ａｌ₁₂Ｍｎ，Ａｌ₁₂Ｆｅ₃ Ｓｉ，Ａｌ₁₂Ｍｎ₃ Ｓ
ｉ，Ａｌ₉ Ｍｎ₂ Ｓｉ等があり、析出物は主としてＡｌ
₆ Ｍｎである。

【００５０】５０００系Ａｌ合金の晶出物は上記１００
０系晶出物に加えて、Ａｌ₃ Ｍｇ₂，Ａｌ₁₂Ｍｇ₁₇，Ａ
ｌ₇ Ｃｒ，Ａｌ₁₈Ｍｇ₃ Ｃｒ₂ ，Ａｌ₁₈Ｍｇ₃ Ｍｎ₂ 等
があり、析出物としてはＡｌ₃ Ｍｇ₂ ，Ａｌ₂ ＣｕＭｇ
等が挙げられる。

【００５１】６０００系Ａｌ合金の晶出物は上記１００
０系晶出物に加えて、Ｍｇ₂ Ｓｉ，Ｓｉ，Ａｌ₈ Ｍｇ₅
等があり、析出物としては主としてＭｇ₂ Ｓｉ，Ａｌ₂
ＣｕＭｇ等がある。

【００５２】７０００系Ａｌ合金の晶出物は上記１００
０系晶出物に加えて、Ａｌ₈ Ｍｇ₅，ＡｌＺｎ，Ｍｇ₂
Ｚｎ₁₁，ＭｇＺｎ₂ 等があり、析出物としてはＭｇ₂ Ｚ
ｎ₁₁，ＭｇＺｎ₂ ，Ａｌ₂ Ｍｇ₃ Ｚｎ₃ ，Ａｌ₂ ＣｕＭ
ｇ等がある。

【００５３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００５４】

【実施例】実施例１ 表１に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表１に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、ポーラス層のポア径はいずれも深さ方向に連続
的に変化している。ポーラス層の層数、各ポーラス層の
表面側および基材側ポア径、陽極酸化処理に用いた電解
液種類と上記陽極酸化皮膜の厚さを表１に示す。

【００５５】上記試験片のハロゲン系ガスに対する耐食
性を評価することを目的として、５％Ｃｌ₂ −Ａｒ混合
ガスにより、３００℃で４時間のガス腐食試験を行い、
試験後の外観を調べて以下の基準で評価した。 ［ガス腐食試験］ ○： 腐食発生なし △： 腐食発生面積率 ５％未満 ×： 腐食発生面積率 ５％以上

【００５６】また、前記試験片の耐プラズマ性を評価す
るため、低バイアス条件下で９０分間の塩素プラズマ照
射試験を行い、その被エッチング量を測定して、以下の
様に評価した。 ［プラズマ照射試験］ ○： 被エッチング量 ２μｍ未満 △： 被エッチング量 ２μｍ以上５μｍ未満 ×： 被エッチング量 ５μｍ以上 上記ガス腐食試験およびプラズマ照射試験の結果は表１
に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜５は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．６〜９は、本
発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例であり、
耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一方が不
充分である。

【００５９】実施例２ しゅう酸溶液を電解液とし表２に示す各種Ａｌ合金板を
用いて、表２に併記する種々の構造を有する陽極酸化皮
膜を形成して試験片とした。尚、ポーラス層のポア径は
いずれも深さ方向に連続的に変化している。ポーラス層
の層数、各ポーラス層の表面側および基材側のポア径と
上記陽極酸化皮膜の厚さを表２に示す。上記試験片を用
いて実施例１と同様の方法によりガス腐食試験およびプ
ラズマ照射試験を行い耐ガス腐食性および耐プラズマ性
を調べた。結果は表２に示す。

【００６０】

【表２】

【００６１】表２の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜５は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．６〜９は、本
発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例であり、
耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一方が不
充分である。

【００６２】実施例３ 表３に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表３に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、ポーラス層が２層以上積層されている陽極酸化
皮膜はポア径が段階的に変化している。但し、Ｎｏ．４
は中間層としてポア径が連続的に変化する傾斜層を設け
た。ポーラス層の構造と、陽極酸化処理に用いた電解液
種類および上記陽極酸化皮膜の厚さを表３に示す。上記
試験片を用いて実施例１と同様の方法によりガス腐食試
験およびプラズマ照射試験を行い耐ガス腐食性および耐
プラズマ性を調べた。結果は表３に示す。

【００６３】

【表３】

【００６４】表３の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜８は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．９〜１２は、
本発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例であ
り、耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一方
が不充分である。

【００６５】実施例４ しゅう酸溶液を電解液とし表４に示す各種Ａｌ合金板を
用いて、表４に併記する種々の構造を有する陽極酸化皮
膜を形成して試験片とした。尚、ポーラス層が２層以上
積層されている陽極酸化皮膜はポア径が段階的に変化し
ている。但し、Ｎｏ．２およびＮｏ．８は中間層として
ポア径が連続的に変化する傾斜層を設けた。ポーラス層
の構造と上記陽極酸化皮膜の厚さを表４に示す。

【００６６】上記試験片を用いて、ガス腐食試験の条件
を３００℃で４時間とし、また塩素プラズマ照射試験の
照射時間を１２０分間とした以外は、実施例１と同様に
してガス腐食試験およびプラズマ照射試験を行い耐ガス
腐食性および耐プラズマ性を調べた。結果は表４に示
す。

【００６７】

【表４】

【００６８】表４の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜９は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．１０〜１４
は、本発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例で
あり、耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一
方が不充分である。

【００６９】実施例５ 表５に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表５に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、ポーラス層の構造の変化をポア径で表すと共
に、陽極酸化処理に用いた電解液種類と上記陽極酸化皮
膜の厚さを表５に示す。上記試験片を用いて実施例１と
同様の方法によりガス腐食試験およびプラズマ照射試験
を行い耐ガス腐食性および耐プラズマ性を調べた。結果
は表５に示す。

【００７０】

【表５】

【００７１】本発明例Ｎｏ．１〜５は、ポーラス層が２
層以上積層されており、しかも各ポーラス層のポア径は
連続的に変化している。表５の結果から明らかな様に、
いずれも優れた耐ガス腐食性および耐プラズマ性を示し
た。一方Ｎｏ．６〜８は、本発明に係る条件のいずれか
を満足しない比較例であり、耐ガス腐食性または耐プラ
ズマ性の少なくとも一方が不充分である。

【００７２】実施例６ しゅう酸溶液を電解液とし表６に示す各種Ａｌ合金板を
用いて、表６に併記する種々の構造を有する陽極酸化皮
膜を形成して試験片とした。尚、ポーラス層の構造の変
化をポア径で表すと共に、上記陽極酸化皮膜の厚さを表
６に示す。上記試験片を用いて、実施例４と同様にして
ガス腐食試験およびプラズマ照射試験を行い耐ガス腐食
性および耐プラズマ性を調べた。結果は表６に示す。

【００７３】

【表６】

【００７４】本発明例Ｎｏ．１〜５は、ポーラス層が２
層以上積層され、しかも各ポーラス層のポア径は連続的
に変化している。表６の結果から明らかな様に、いずれ
も優れた耐ガス腐食性および耐プラズマ性を示した。一
方Ｎｏ．６〜９は、本発明に係る条件のいずれかを満足
しない比較例であり、耐ガス腐食性または耐プラズマ性
の少なくとも一方が不充分である。

【００７５】実施例７ 表７に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表７に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、陽極酸化皮膜の構造としてポーラス層の層数、
各ポーラス層の表面側および基材側のポア径、陽極酸化
処理に用いた電解液種類と上記陽極酸化皮膜の厚さを表
７に示す。

【００７６】上記試験片のハロゲン系ガスに対する耐食
性を評価することを目的として、１０％Ｃｌ₂ −Ａｒ混
合ガスにより、３５０℃で４時間のガス腐食試験を行
い、試験後の外観を調べて以下の基準で評価した。 ［ガス腐食試験］ ◎： 腐食発生なし ○： 腐食発生面積率 ５％未満 △： 腐食発生面積率 ５％以上 １０％未満 ×： 腐食発生面積率 １０％以上

【００７７】また、前記試験片の耐プラズマ性を評価す
るため、低バイアス条件下で１２０分間の塩素プラズマ
照射試験を行い、その被エッチング量を測定して、以下
の様に評価した。 ［プラズマ照射試験］ ◎： 被エッチング量 １．５μｍ未満 ○： 被エッチング量 １．５μｍ以上 ２μｍ未満 △： 被エッチング量 ２μｍ以上 ５μｍ未満 ×： 被エッチング量 ５μｍ以上 上記ガス腐食試験およびプラズマ照射試験の結果は表７
に示す。

【００７８】

【表７】

【００７９】表７の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜９は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．１０〜１３
は、本発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例で
あり、耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一
方が不充分である。

【００８０】実施例８ 表８に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表８に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、陽極酸化皮膜の構造の変化はポア径で表すと共
に、陽極酸化処理に用いた電解液種類と上記陽極酸化皮
膜の厚さを表８に示す。

【００８１】上記試験片を用いて、ガス腐食試験の条件
を３５０℃で５時間とし、また塩素プラズマ照射試験の
照射時間を１５０分間とした以外は、実施例７と同様に
してガス腐食試験およびプラズマ照射試験を行い耐ガス
腐食性および耐プラズマ性を調べた。結果は表８に示
す。

【００８２】

【表８】

【００８３】表８の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜７は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．８〜１１は、
本発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例であ
り、耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一方
が不充分である。

【００８４】実施例９ 表９に示す各種Ａｌ合金板を用いて、表９に併記する種
々の構造を有する陽極酸化皮膜を形成して試験片とし
た。尚、陽極酸化皮膜の構造の変化はポア径で表すと共
に、陽極酸化処理に用いた電解液種類と上記陽極酸化皮
膜の厚さを表９に示す。

【００８５】上記試験片を用いて、ガス腐食試験の条件
を３７０℃で５時間とし、また塩素プラズマ照射試験の
照射時間を１８０分間とした以外は、実施例７と同様に
してガス腐食試験およびプラズマ照射試験を行い耐ガス
腐食性および耐プラズマ性を調べた。結果は表９に示
す。

【００８６】

【表９】

【００８７】表９の結果から明らかな様に、本発明に係
る条件を満足するＮｏ．１〜６は、優れた耐ガス腐食性
および耐プラズマ性を示した。一方Ｎｏ．７〜９は、本
発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例であり、
耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一方が不
充分である。

【００８８】実施例１０ 表１０に示す各種Ａｌ合金板を用いて試験片とした。各
種Ａｌ合金はＪＩＳ規格に定められた組成範囲にあり、
大気中で溶解し、凝固速度１℃／秒で鋳造した。その
後、４８０℃で４時間の均質化焼鈍を施した後、熱間圧
延加工または押出し加工を施した。加工温度は圧延，押
出し共に４５０℃であり、圧延加工の圧下率は８０％、
押出し加工の押出比は４であった。

【００８９】材料組織は断面から走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）を用いて観察し、晶出物及び析出物の平均粒径を求
めた。また、一部の試験片については、画像解析処理に
よって体積分率を算出した。晶出物及び析出物の平均粒
径と体積分率及びその配列方向は表１０に併記する。
尚、配列方向とは、上記試験片について以下の耐ガス腐
食性評価試験及び耐プラズマ性評価試験を行った最大面
積表面に対する配列方向である。

【００９０】耐ガス腐食性 上記試験片のハロゲン系ガスに対する耐ガス腐食性を評
価することを目的として、５％Ｃｌ₂ −Ａｒ混合ガスに
より、４００℃で２時間のガス腐食試験を行い、外観状
態を調べて以下の基準で評価した。 ◎： 腐食発生 なし ○： 腐食発生 面積率１０％未満 △： 腐食発生 面積率１０％以上２０％未満 ×： 腐食発生 面積率２０％以上 耐プラズマ性 前記試験片の耐プラズマ性を評価するため、低バイアス
条件下で１５分間の塩素プラズマ照射を５分間隔で６回
繰り返すプラズマ照射試験を行ない、耐ガス腐食性と同
じ基準で評価した。上記ガス腐食試験およびプラズマ照
射試験の結果は表１０に示す。

【００９１】

【表１０】

【００９２】表１０の結果から明らかな様に、本発明に
係る条件を満足するＮo.１〜１６は、優れた耐ガス腐食
性および耐プラズマ性を示した。一方Ｎo.１７〜２７
は、本発明に係る条件のいずれかを満足しない比較例で
あり、耐ガス腐食性または耐プラズマ性の少なくとも一
方が不充分である。

【００９３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、耐ガス腐食性および耐プラズマ性に優れたＡｌまた
はＡｌ合金製真空チャンバ部材が提供できることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】陽極酸化皮膜の概略構造を示す一部断面説明図
である。

【図２】ポーラス層およびバリア層を有する陽極酸化皮
膜の断面説明図である。

【図３】３種の陽極酸化処理溶液による電解電圧と電流
密度の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 浩司 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 池田 貢基 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平５−114582（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−197896（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−260196（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−53870（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C25D 11/04 - 11/24 C23C 14/00 - 16/56 C23F 4/00 H01L 21/302

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に開口したポアを多数有するポーラ
   ス層とポアのないバリア層からなる陽極酸化皮膜を有
   し、上記ポーラス層のポア径を表面側で小さく、基材側
   で大きくしてなると共に、上記陽極酸化皮膜の膜厚が
   ０．０５〜５０μｍであることを特徴とするＡｌまたは
   Ａｌ合金製真空チャンバ部材。
2. 【請求項２】 ポーラス層のポア径が深さ方向の任意区
   間で連続的変化部を有している請求項１に記載のＡｌま
   たはＡｌ合金製真空チャンバ部材。
3. 【請求項３】 ポーラス層のポア径が深さ方向の任意区
   間で非連続的変化部を有している請求項１または２に記
   載のＡｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部材。
4. 【請求項４】 ポーラス層のポア径が深さ方向の任意区
   間で非変化部を有している請求項２または３に記載のＡ
   ｌまたはＡｌ合金製真空チャンバ部材。
5. 【請求項５】 Ｃ，Ｓ，Ｎ，Ｐ，Ｆ，Ｂよりなる群から
   選ばれる２種以上の元素を、陽極酸化皮膜に含有する請
   求項１〜４のいずれかに記載のＡｌまたはＡｌ合金製真
   空チャンバ部材。
6. 【請求項６】 基材中の晶出物及び析出物の平均粒径が
   １０μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のＡ
   ｌ合金製真空チャンバ部材。
7. 【請求項７】 基材中の晶出物及び析出物が、部材表面
   中最大面積を有する部材表面に対して平行に配列されて
   なる請求項１〜６のいずれかに記載のＡｌ合金製真空チ
   ャンバ部材。