JP5352203B2 - 真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、分子線エピタキシー装置、ドライエッチング装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置のような真空機器用として好適な真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法に関するものであり、特に、加熱を受ける熱ＣＶＤのガス拡散板やチャンバー、バルブ類などに好適なものに関する。

ＣＶＤなどの真空機器では、機器を構成する材料からガス放出があると真空特性を害するため、比較的ガス放出が少なく、また、軽量化を図ることができるアルミニウム材料が広く利用されている。ただし、アルミニウム材料は、真空機器で用いられる反応ガスなどによって腐食する問題があるため、一般には、陽極酸化皮膜、特に無孔質陽極酸化皮膜（バリヤー型陽極酸化皮膜）を形成して耐食性を向上させている。該陽極酸化皮膜は、アルミニウム材料を電解質溶液中で電解処理することでアルミニウム材料表面に形成されている（例えば特許文献１）。
特許第３１５２９６０号公報

ところで、最近では、半導体製造装置などにおいて、ＩＣの集積度が高まり、部材から発生する異物の低減に対する要求が益々高まっている。無孔質陽極酸化皮膜は、一般的な陽極酸化皮膜に対し格段に耐食性が優れているものである。しかし、無孔質陽極酸化皮膜を形成する際にも、電解により皮膜欠陥（皮膜の膨れ、局部的な破壊点）が形成される場合があり、真空環境において異物を発生させたり、耐食性、真空特性を低下させるという問題を有している。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、皮膜の欠陥が少なくて真空特性および耐食性に優れた真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法のうち、第１の本発明は、アルミニウム材の表面に、電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成する真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法において、定電圧電解を開始後、１分〜１８０分の範囲内の経過時間後に、前記定電圧の付与を３０秒以上中断し、その後、さらに定電圧電解を行う工程を、１回又は２回以上繰り返し行うことを特徴とする。

無孔質陽極酸化皮膜の電解は、電解初期から皮膜形成までの間の定電流電解する領域と、所定の皮膜厚がほぼ形成された後の、定電圧電解する領域と、からなっている。前段の定電流電解する領域では、電圧は皮膜の形成と共に上昇する。皮膜がほぼ形成されると、後段の定電圧電解が開始し、電流は皮膜の絶縁性の増加とともに低減してゆく。
後段の定電圧電解を開始し、１分〜１８０分の範囲内の経過時間後に、一旦、電圧の付与を３０秒以上停止し、電解を中断する。電解の中断により、皮膜に電気的に引き寄せられていた電解液中のアニオン成分が中和されたり、皮膜で局部的に発生していた発熱が放散される。
電解を中断した後、再度、定電圧電解を開始することで、皮膜の欠陥部分に効率的に電流が集中して、皮膜欠陥の修復された皮膜が形成される。この結果、真空特性および耐食性に優れた無孔質陽極酸化皮膜が形成される。

定電圧電解を開始した後、１分未満で電解を中断すると、無孔質陽極酸化皮膜が均一に完成しておらず、前記欠陥修復の効果が低い。また、定電圧電解を開始した後、１８０分を超えてから電解を中断すると、電解液による無孔質陽極酸化皮膜の多孔質化等、欠陥のある皮膜形成がなされてしまい、中断後の電解による修復の効果が十分には得られない。このため、中断開始時を、定電圧電解を開始したあと１分〜１８０分の範囲内とする。
前記電解の中断は、定電圧電解開始後、１０分以上、また１２０分以内の経過時間後に実施するのがより好ましい。

前記電解の中断は、３０秒以上であればよい。３０秒未満では、前記アニオン成分の中和及び前記発熱の放散が十分行われないため、十分な効果が得られない。
また、前記中断時にアルミニウム材を電解液中に浸漬したままにする場合は、３０秒以上１２０分以下の中断が好ましい。１２０分を超えて中断すると、電解液による皮膜の溶解等、好ましくない影響が大きくなる。さらに好ましくは、５分〜２０分とする。

前記電解の中断後の、再度の定電圧電解については特に制限はないが、上記と同様の理由で１８０分以内とするのが好ましい。

前記電解の中断と、前記再度の定電圧電解と、を行う工程は、少なくとも１回実施すれば良く、２回以上繰り返しても良い。

第２の本発明の真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法は、前記第１の本発明において、前記定電圧の付与を中断した際に、前記アルミニウム材を水洗することを特徴とする。

定電圧の付与を中断した際に、前記アルミニウム材を水洗することで、アルミニウム材に形成された皮膜が、電解液による溶解等、好ましくない影響を受けるのを確実に回避することができる。
水洗に用いる水はイオン交換水が好ましいが、本発明としては、特にイオン交換水に限定されるものではない。なお、水洗は流水により行うことができ、また、水中に前記アルミニウム材を浸漬することにより行うこともできる。さらに、流水と浸漬を組み合わせたものにすることも可能である。水洗に際し、アルミニウム材をイオン交換水中に浸漬したままにする場合、前記電解の中断は、３６０分まで行っても問題は生じない。この場合、電解の中断は５分〜６０分が好ましい。

第３の本発明の真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法は、前記第２の本発明において、前記水洗した後に、アルミニウム材を乾燥させることを特徴とする。

アルミニウム材を乾燥させることにより、アルミニウム材に形成された皮膜が、電解液または水による、好ましくない影響を受けるのを確実に回避することができる。この場合、特に好ましい中断時間としての上限はない。

以上説明したように、本発明の真空機器用表面処理アルミニウムの製造方法によれば、アルミニウム材の表面に、電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成する真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法において、定電圧電解を開始後、１分〜１８０分の範囲内の経過時間後に、前記定電圧の付与を３０秒以上中断し、その後、さらに定電圧電解を行う工程を、１回又は２回以上行うことにより、皮膜欠陥のない無孔質陽極酸化皮膜が形成され、優れた真空特性、耐食性が得られる効果がある。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
基材となるアルミニウム材には、ＪＩＳ５０００系、６０００系のアルミニウム合金を用いることができる。ただし、本発明としては基材となるアルミニウム材が特定の成分系に限定されるものではない。
該アルミニウム材には必要に応じて均質化処理を施し、さらに、熱間圧延、冷間圧延等の加工を施す。また、材料を連続鋳造圧延することも可能である。本発明としてはこれら一連の工程が特に限定されるものではない。該アルミニウム材には、洗浄、切削処理などを施した後、無孔質陽極酸化皮膜を生成する。
ここで、無孔質陽極酸化皮膜とは、皮膜が均一に形成された部位の断面観察において、皮膜表面からアルミニウム素地に向けて、規則的に形成される孔（通常開口部は５〜３０ｎｍで皮膜厚さに対して６０％以上の深さを有する）が存在しないか、５％（表面から見た孔の総面積の比率）以下の無孔質な皮膜である。有孔率がゼロ％の無孔質な皮膜は、有孔率が数％の皮膜に対して、格段に耐食性に優れるので、より好ましい。

無孔質陽極酸化皮膜の生成には、ホウ酸又はホウ酸アンモニウムを電解質として含む水溶液を用いるのが好ましい。これらの電解質を用いた皮膜生成では、孔が極めて形成され難いためであり、また、厚い膜形成に適している。電解に際しては、溶液濃度は１〜３０質量％が望ましい。また、電解温度は５０℃以上が耐クラック性から好ましく、皮膜の真空特性から上限は９５℃（酸化膜が水和反応を開始）が好ましい。
なお、本発明においては、これら一連の電解液に限定するものではない。

以下に、本発明の実施例を説明する。
基材として、ＪＩＳ５０５２アルミニウム合金（Ｆｅ０．４０％、Ｓｉ０．２５％、Ｍｎ０．１０％、Ｃｒ０．２５％、Ｃｕ０．１０％、Ｍｎ０．１０％、残部Ａｌと不可避不純物）からなる１００ｍｍ長×１００ｍｍ幅×７．０ｍｍ厚みの板材を用意し、厚み方向の両面の各１．０ｍｍをフライスで切削加工した。次いで、アセトンでふきとり油分を除去した。
前処理として、まずは、中性から弱アルカリ性の脱脂材による脱脂、又は、有機溶剤による油分除去を行った。次いで、５％苛性ソーダ、５０℃で１分間エッチング処理し、１０％硝酸、室温で３分間の中和処理を行った。

上記前処理を行った試料を表１に示す電解液中に浸漬し、対極をカーボンとして、プラスの直流電流を１Ａ／ｄｍ^２で付与し電解を行った。定電圧電解の電圧設定は実施例、比較例の表中に記した。全ての電解を終了した試料は、１０分間水洗し１００℃で乾燥した。

（評価方法）
耐食性評価
供試材に対し、ＣＦ_４プラズマ、５００Ｗ，４８時間照射後、５００倍（視野は０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）で任意の３０箇所をＳＥＭ観察し、素地アルミニウムが観察された部位がゼロを◎、１〜５を○、６以上を×とした。評価結果を表１に示した。
真空特性評価
供試材を４００℃まで加熱した際のガス放出量（Ｐａ・ｍ）を測定した。１Ｐａ・ｍ未満を◎、１〜１０Ｐａ・ｍ未満を○、１０Ｐａ・ｍ以上を×とした。評価結果を表１に示した。

表１に示すように、定電圧電解と、電圧の付与の中断と、さらに定電圧電解を行う条件を適切に設定した本願発明法(実施例１〜７)では、真空特性、耐食性とも優れた結果が得られた。一方、本願発明の条件を満たしていない比較例１〜７は、真空特性、耐食性ともに劣っていることが明らかになった。

Claims (3)

1. アルミニウム材の表面に、電解によって無孔質陽極酸化皮膜を形成する真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法において、
   前記電解処理において、定電圧電解を開始後、１分〜１８０分の範囲内の経過時間後に、前記定電圧の付与を３０秒以上中断し、その後、さらに定電圧電解を行う工程を、１回または２回以上繰り返し行うことを特徴とする真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法。
2. 前記定電圧の付与を中断した際に、前記アルミニウム材を水洗することを特徴とする請求項１記載の真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法。
3. 前記水洗した後に、アルミニウム材を乾燥させることを特徴とする請求項２記載の真空機器用表面処理アルミニウム材の製造方法。