JP5651848B2 - Fluoride cermet composite coating member and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、酸やアルカリ、純水で洗浄されるフッ化物サーメット複合皮膜被覆部材およびその製造方法に関し、特に、非導電性のフッ化物溶射皮膜の貫通気孔部中にニッケルめっき金属を充填することによって得られる耐ハロゲン腐食性や耐プラズマエロージョン性に優れる半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材およびその製造方法を提案する。 The present invention relates to a fluoride cermet composite film-coated member washed with an acid, alkali, or pure water and a method for producing the same, and in particular, a nickel plating metal is filled in a through-hole portion of a non-conductive fluoride sprayed film. Proposes a fluoride cermet composite film-coated member for a semiconductor processing apparatus , which is excellent in halogen corrosion resistance and plasma erosion resistance, and a method for producing the same.

溶射法は、ArやHなどのガスプラズマ炎または炭化水素の燃焼炎などを用いて、金属(以下、合金を含めて金属と言う)やセラミックス、サーメットなどの粒子を、軟化もしくは溶融した状態にして被処理対象物(基材)の表面に吹付け、これらを堆積させて皮膜状にする表面処理技術の1つである。この技術は、熱によって軟化したり溶融する材料であれば、ガラスやプラスチックをはじめ、融点の高いタングステン(融点3,387℃)、タンタル(融点2,996℃)などの金属はもとより、Al(融点2,015℃)、MgO(融点2,800℃)などの酸化物系セラミックスでも成膜することが可能であり、皮膜材料種の選択自由度が非常に大きいという利点がある。このため、溶射皮膜の特性を利用した用途が、多くの産業分野に拡大している。 The thermal spraying method uses a gas plasma flame such as Ar or H 2 or a hydrocarbon combustion flame to soften or melt particles of metal (hereinafter referred to as metal, including alloys), ceramics, cermet, etc. This is one of the surface treatment techniques for spraying onto the surface of the object to be treated (base material) and depositing them to form a film. In this technology, as long as it is a material that softens or melts by heat, not only glass and plastic, but also metals such as tungsten (melting point 3,387 ° C.) and tantalum (melting point 2,996 ° C.) having a high melting point, Al 2 Oxide ceramics such as O 3 (melting point: 2,015 ° C.) and MgO (melting point: 2,800 ° C.) can be formed, and there is an advantage that the degree of freedom in selecting the kind of coating material is very large. For this reason, the application using the characteristic of a thermal spray coating has expanded to many industrial fields.

また、溶射装置や溶射ガンなどについても、これらの良し悪しが溶射皮膜の品質に大きく影響することから、品質の向上や生産性の向上と共に、さらなる改善や開発が精力的に行なわれている。例えば、特許文献1では、大気中で溶射された金属皮膜の粒子は酸化物を多量に含むため皮膜を構成する粒子間の相互結合力や基材との密着力低下原因となるとして、空気を排除した50hPa〜200hPaの低圧アルゴンガス雰囲気下でプラズマ溶射(減圧プラズマ溶射)する方法やその装置を提案している。   In addition, the quality of sprayed coatings and spray guns greatly affect the quality of the sprayed coating, and therefore, further improvements and developments are energetically performed along with improvements in quality and productivity. For example, in Patent Document 1, since the metal film particles sprayed in the atmosphere contain a large amount of oxides, air is used as a cause of a decrease in mutual bonding force between particles constituting the film and adhesion with a substrate. A method and apparatus for plasma spraying (reduced pressure plasma spraying) in an excluded low pressure argon gas atmosphere of 50 hPa to 200 hPa are proposed.

また、特許文献2では、炭化物サーメット粒子のように、高温の熱源中において炭化物が分解したり酸化する現象を最少限に止めると共に熱源の運動エネルギーを最大限に利用して炭化物粒子の飛行速度を上げ、その粒子の被爆時間(温度)を極限まで短縮する高速フレーム溶射法を提案している。   In Patent Document 2, the phenomenon of carbide decomposition or oxidation in a high-temperature heat source, such as carbide cermet particles, is minimized and the kinetic energy of the heat source is used to maximize the flight speed of the carbide particles. A high-speed flame spraying method that shortens the exposure time (temperature) of the particles to the limit is proposed.

このように従来、溶射皮膜の品質や溶射装置については十分に検討されてきたが、溶射皮膜の成膜プロセスについての検討は未だ不十分である。例えば、溶射熱源中に投入された溶射粒子群には完全に溶融するものがある一方で、未溶融状態のままのものもあり、こうした粒子は基材表面に堆積した際、相互の融着が不完全ないしは不均等になることから、空隙(気孔)が不可避に発生し、これが皮膜の気孔となって顕在化する問題がある。   As described above, the quality of the thermal spray coating and the thermal spraying apparatus have been sufficiently studied. However, the examination of the film deposition process of the thermal spray coating is still insufficient. For example, some of the spray particles introduced into the thermal spray heat source completely melt, while others remain unmelted. When these particles are deposited on the surface of the substrate, mutual fusion occurs. Since it becomes incomplete or uneven, there is a problem that voids (pores) are inevitably generated and become apparent as pores of the film.

例えば、特許文献3によれば、減圧プラズマ溶射法で形成されたAlやYの溶射皮膜は、0.2〜7%程度の気孔が存在していることが明らかにされている。即ち、これらの気孔の大部分は、貫通気孔(皮膜の外部から基材の表面まで続いている気孔)として存在しているため、使用環境の中では腐食性のガスや流体の浸入通路を提供することとなって、基材表面の腐食が進行し、該皮膜と基材との接合力の低下を招いて剥離する原因となる。 For example, according to Patent Document 3, it is clarified that Al 2 O 3 or Y 2 O 3 sprayed coating formed by the low pressure plasma spraying method has pores of about 0.2 to 7%. ing. That is, most of these pores exist as penetrating pores (pores extending from the outside of the coating to the surface of the substrate), and therefore provide a corrosive gas or fluid infiltration path in the environment of use. As a result, the corrosion of the surface of the base material proceeds, causing a decrease in the bonding force between the film and the base material, which causes peeling.

このように、溶射皮膜というのは、気孔が不可避に存在することから成膜後に封孔処理を施すことが奨励されている。例えば、JIS H 9302セラミック溶射作業標準では、セラミック溶射皮膜を形成した後、その表面に無機系あるいは有機高分子系の封孔剤を塗布したり噴霧して、気孔内部に充填する方法が記載されている。   As described above, since the sprayed coating inevitably has pores, it is encouraged to perform a sealing treatment after the film formation. For example, JIS H 9302 ceramic spraying work standard describes a method in which after a ceramic spray coating is formed, an inorganic or organic polymer sealing agent is applied or sprayed on the surface to fill the pores. ing.

また、溶射皮膜の気孔を封孔するための方法および封孔剤としては、次のような提案がある。
(1)特許文献4〜6には、耐食性を有するシリコーン、エチルシリケートなどの珪素化合物、合成樹脂などの有機高分子材料を用いて封孔する方法が開示されている。
(2)特許文献7、8には、金属アルコキシドや金属酸化物粒子などの非金属化合物を含む電解液中に溶射皮膜を浸漬したのちこれを電解し、電気泳動法の原理を利用して皮膜の表面や気孔中に溶質成分や酸化物粒子を充填した後、これを加熱焼成する方法が開示されている。
(3)特許文献9には、可視光線によって硬化する有機高分子剤を溶射皮膜の表面に塗布し、気孔内を充填して封孔するとともに、自然光によって硬化させる技術が開示されている。
(4)発明者らの提案に係る特許文献10には、溶射皮膜の表面を電子ビームまたはレーザビームなどの高エネルギーを照射した後、その表面に炭素と水素を主成分とするアモルファス状膜を被覆形成させる方法が開示されている。
(5)さらに、特許文献11には、溶射皮膜の表面に対して、電子ビームまたはレーザビームなどの高エネルギー照射を行なって、表面近傍の溶射粒子を溶融させて気孔を熱的に消滅させる技術が開示されている。
Moreover, there are the following proposals as a method and a sealing agent for sealing the pores of the thermal spray coating.
(1) Patent Documents 4 to 6 disclose a method of sealing using an organic polymer material such as a silicone compound having a corrosion resistance, a silicon compound such as ethyl silicate, or a synthetic resin.
(2) In Patent Documents 7 and 8, a thermal spray coating is immersed in an electrolytic solution containing a non-metallic compound such as a metal alkoxide or metal oxide particles, then electrolyzed, and the coating is made using the principle of electrophoresis. A method is disclosed in which a solute component or oxide particles are filled in the surface or pores of the material and then heated and fired.
(3) Patent Document 9 discloses a technique in which an organic polymer agent that is cured by visible light is applied to the surface of a thermal spray coating, the pores are filled and sealed, and cured by natural light.
(4) In Patent Document 10 relating to the proposal of the inventors, an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen is applied to the surface of the sprayed coating after irradiating the surface of the sprayed coating with high energy such as an electron beam or a laser beam. A method of forming a coating is disclosed.
(5) Further, Patent Document 11 discloses a technique in which the surface of the thermal spray coating is irradiated with high energy such as an electron beam or a laser beam to melt the thermal spray particles in the vicinity of the surface and thermally eliminate the pores. Is disclosed.

前述のような皮膜の特性と技術的背景を有する溶射皮膜について、これを半導体加工装置用部材などの耐食性被覆として適用するために、従来、次のような表面処理技術も提案されている。   Conventionally, the following surface treatment techniques have been proposed in order to apply the thermal spray coating having the characteristics and technical background of the coating as described above as a corrosion-resistant coating such as a member for a semiconductor processing apparatus.

即ち、半導体加工および液晶製造プロセスに使用されるドライエッチャー、CVD、PVDなどの加工装置類では、シリコンやガラスなどの基板回路の高集積化に伴う微細加工とその精度向上の必要性から、加工環境として一段と高い清浄性が求められるようになってきた。その一方で、微細加工用の各種プロセスについては、フッ化物、塩化物をはじめとする腐食性の強い有害ガスあるいは水溶液を用いている。従って、これらのプロセスに配設されている部材類は腐食損耗速度が速く、その結果として、腐食生成物の発生とその飛散による二次的な環境汚染が懸念されている。   That is, in processing equipment such as dry etcher, CVD, PVD, etc. used in semiconductor processing and liquid crystal manufacturing processes, processing is required due to the need for microfabrication and higher accuracy associated with higher integration of substrate circuits such as silicon and glass. Higher cleanliness has been demanded as an environment. On the other hand, for various processes for microfabrication, highly corrosive harmful gases such as fluorides and chlorides or aqueous solutions are used. Therefore, the members disposed in these processes have a high corrosion wear rate, and as a result, there is a concern about the generation of corrosion products and secondary environmental contamination due to their scattering.

半導体ディバイスは、その素材が、SiやGa、As、Pなどから成る化合物半導体を主体としたものであり、その製造工程の多くは、真空もしくは減圧中で処理されるいわゆるドライプロセスに属し、これらの環境中において、各種の成膜、不純物の注入、エッチング、アッシング、洗浄などの処理が繰返し施されている。このようなドライプロセスに属する装置としては、酸化炉、CVD装置、PVD装置、エピタキシャル成長装置、イオン注入装置、拡散炉、反応性イオンエッチング装置およびこれらの装置に付属している配管、給排気ファン、真空ポンプ、バルブ類などの部材、部品がある。また、これらの装置類では、次に示すような腐食性の強い薬剤およびガスの使用が知られている。基本的には、BF、PF、PF、NF、WF、HFなどのフッ化物、BCl、PCl、PCl、POCl、AsCl、SnCl、TiCl、SiHCl、SiCl、HCl、Clなどの塩化物、HBrなどの臭化物、NH、ClFなどの使用も散見されている。 Semiconductor devices are mainly composed of compound semiconductors composed of Si, Ga, As, P, etc., and many of the manufacturing processes belong to so-called dry processes that are processed in vacuum or reduced pressure. In these environments, various processes such as film formation, impurity implantation, etching, ashing, and cleaning are repeatedly performed. As an apparatus belonging to such a dry process, an oxidation furnace, a CVD apparatus, a PVD apparatus, an epitaxial growth apparatus, an ion implantation apparatus, a diffusion furnace, a reactive ion etching apparatus, piping attached to these apparatuses, a supply / exhaust fan, There are parts and parts such as vacuum pumps and valves. In these devices, the use of highly corrosive chemicals and gases as shown below is known. Basically, fluorides such as BF 3 , PF 3 , PF 6 , NF 3 , WF 3 , HF, BCl 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , AsCl 3 , SnCl 4 , TiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , Chloride such as SiCl 4 , HCl and Cl 2 , bromide such as HBr, NH 3 , Cl 3 F and the like are also frequently used.

上述したハロゲン化物を用いるドライプロセスでは、反応の活性化と加工精度の向上のため、しばしばプラズマ(低温プラズマ)が用いられる。プラズマ使用環境中では、各種のハロゲン化物は腐食性の強い原子状またはイオン化したF、Cl、Br、Iとなって半導体素材の微細加工に大きな効果を発揮している。その一方で、プラズマ処理(特にプラズマエッチング処理)された半導体素材の表面からは、エッチング処理によって削りとられた微細なSiO、Si、Si、Wなどのパーティクルが環境中に浮遊し、これらが加工中あるいは加工後のディバイスの表面に付着してその品質を著しく低下させるという問題がある。 In the above-described dry process using a halide, plasma (low temperature plasma) is often used to activate the reaction and improve processing accuracy. In the plasma usage environment, various halides become highly corrosive atomic or ionized F, Cl, Br, and I, and have a great effect on fine processing of semiconductor materials. On the other hand, fine particles of SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, W, and the like that are removed by the etching process float from the surface of the semiconductor material subjected to the plasma process (particularly plasma etching process) in the environment. There is a problem in that they adhere to the surface of the device during or after processing, and the quality of the device is significantly reduced.

これらの対策の一つとしては、従来、アルミニウム陽極酸化物(アルマイト)による表面処理がある。その他、Al、Al・TiO、Yなどの酸化物をはじめ、周期律表IIIa族金属の酸化物を溶射法、蒸着法(CVD法、PVD法)などによって、装置用部材の表面を被覆したり、また、焼結材として利用する技術がある(特許文献12〜16)。 One of these countermeasures has conventionally been surface treatment with aluminum anodic oxide (alumite). In addition, oxides such as Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .TiO 2 , Y 2 O 3, etc., and oxides of Group IIIa metals of the periodic table are sprayed, vapor deposition (CVD, PVD), etc. There are techniques for coating the surface of a device member or using it as a sintered material (Patent Documents 12 to 16).

さらに最近では、YやY−Alの溶射皮膜表面を、レーザビームや電子ビームを照射して該溶射皮膜の表面を再溶融することによって、耐プラズマエロージョン性を向上させる技術も開示されている(特許文献17〜20)。 More recently, plasma erosion resistance is improved by irradiating the surface of the sprayed coating of Y 2 O 3 or Y 2 O 3 —Al 2 O 3 with a laser beam or an electron beam to remelt the surface of the sprayed coating. Techniques for improvement are also disclosed (Patent Documents 17 to 20).

例えば、昨今の高性能半導体加工の製造環境の清浄化度を極限まで高める手段として、従来のY皮膜の耐プラズマエロージョン性能を凌駕する材料としてYF(フッ化イットリウム)を成膜状態で適用する方法が提案されている。具体的には、YAGなどの焼結体や周期律表IIIa族元素の酸化物の表面にYF膜を被覆したり(特許文献21、22)、YやYb、YFなどの混合物を成膜材料とした方法(特許文献23、24)、YFを成膜材料として溶射法によって被覆形成する方法が(特許文献25、26)に見られる。 For example, YF 3 (yttrium fluoride) is used as a material that surpasses the plasma erosion resistance of conventional Y 2 O 3 coatings as a means to raise the cleanliness of the manufacturing environment of high-performance semiconductor processing to the limit. The method to apply in is proposed. Specifically, a YF 3 film is coated on the surface of a sintered body such as YAG or an oxide of a group IIIa element of the periodic table (Patent Documents 21 and 22), Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , YF A method using a mixture such as 3 as a film forming material (Patent Documents 23 and 24), and a method using YF 3 as a film forming material by a thermal spraying method (Patent Documents 25 and 26) are seen.

特開平1−139749号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-139749 特開平9−67661号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-67661 特開2001−164354号公報JP 2001-164354 A 特開昭54−32422号公報Japanese Patent Laid-Open No. 54-32422 特開昭57−70275号公報JP-A-57-70275 特開昭64−62453号公報JP-A 64-62453 特開昭62−260096号公報JP-A-62-260096 特開平7−41927号公報JP 7-41927 A 特開平5−106014号公報JP-A-5-106014 特開平7−321194号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-32194 特開平10−306363号公報JP-A-10-306363 特公平6−36583号公報Japanese Patent Publication No. 6-36583 特開平9−69554号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-69554 特開2001−164354号公報JP 2001-164354 A 特開平11−80925号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-80925 特開2007−107100号公報JP 2007-107100 A 特開2005−256093号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-256093 特開2005−256098号公報JP 2005-256098 A 特開2006−118053号公報JP 2006-118053 A 特開2007−217779号公報JP 2007-217779 A 特開2002−293630号公報JP 2002-293630 A 特開2002−252209号公報JP 2002-252209 A 特開2008−98660号公報JP 2008-98660 A 特開2005−243988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-243988 特開2004−197181号公報JP 2004-197181 A 特開2002―037683号公報JP 2002-037683 A

本発明では特に、フッ物溶射皮膜について従来技術が抱えている次のような技術的課題を解決することを目指している。
(1)溶射法によって形成されたYF、EuFなどのフッ化物溶射皮膜をはじめ、Ni、Ni−Cr合金などの溶射皮膜は、ハロゲンガスによるプラズマエッチング環境においては比較的良好な耐久性を示す。しかし、溶射皮膜には共通の欠点として貫通気孔の存在がある。このため、プラズマエッチング加工のようなドライプロセスでは問題となることの少ない貫通気孔が、ウエットプロセスでは、致命的な欠点となることが少なくない。
In particular, the present invention aims to solve the following technical problems of the prior art regarding the fluoride spray coating.
(1) Fluoride spray coatings such as YF 3 and EuF 3 formed by thermal spraying, and Ni, Ni-Cr alloy spray coatings have relatively good durability in plasma etching environments using halogen gas. Show. However, a common problem with sprayed coatings is the presence of through pores. For this reason, through-holes that are less likely to cause problems in dry processes such as plasma etching are often fatal defects in wet processes.

(2)前記貫通孔が存在すると、例えば、次のような問題がある。即ち、半導体加工装置では、プラズマエッチング加工などのドライプロセス専用であっても、加工の進展に伴なって、エッチングによって削り出された微細なパーティクルが装置内に集積して、これが原因となって高品質の半導体加工製品の生産が困難となってくる。このため、装置はしばしば酸、アルカリ、純水などを用いて洗浄する必要がある。このような装置の洗浄作業時において、これらの水溶液が、皮膜表面の貫通気孔を通って内部へ浸入し、基材および皮膜のアンダーコートを化学的に腐食させ、被覆部材の耐久性が劣るという欠点がある。 (2) When the through hole exists, for example, there are the following problems. That is, even in a semiconductor processing apparatus, even if it is dedicated to a dry process such as plasma etching, fine particles cut out by etching are accumulated in the apparatus as the processing progresses, and this is the cause. Production of high-quality semiconductor processed products becomes difficult. For this reason, it is often necessary to clean the apparatus with acid, alkali, pure water or the like. During the cleaning operation of such an apparatus, these aqueous solutions penetrate into the inside through the through-holes on the surface of the film, chemically corrode the base material and the undercoat of the film, and the durability of the covering member is inferior. There are drawbacks.

(3)前記溶射皮膜の欠点を改善するための技術として、酸化物セラミック溶射皮膜の表面に対して電子ビームやレーザービームなどの高エネルギーを照射し、溶射皮膜を構成している溶射粒子どうしを互いに溶融し、融合させることにより、貫通気孔を消滅させる方法が知られている。しかし、高エネルギー照射による溶射皮膜の再溶融技術をフッ化物溶射皮膜に適用すると、高エネルギー照射面において、溶射粒子の再溶融後の冷却過程における体積の収縮現象によって、該皮膜表面に“ひび割れ”を発生することになる。そして、この“ひび割れ”が新しい貫通気孔の役割を果すことになるため、ウェットプロセスやドライプロセスの場合にも実施される洗浄作業用薬液・洗浄水の皮膜内部への浸入を防げないという問題が生じる。 (3) As a technique for improving the disadvantages of the thermal spray coating, the surface of the oxide ceramic thermal spray coating is irradiated with high energy such as an electron beam or a laser beam, and the thermal spray particles constituting the thermal spray coating are used. A method is known in which through-pores are eliminated by melting and fusing each other. However, when the remelting technology of sprayed coating by high energy irradiation is applied to fluoride sprayed coating, the surface of the coating is “cracked” by the volume shrinkage phenomenon in the cooling process after remelting of the sprayed particles. Will occur. And since this “crack” plays the role of a new through-hole, there is a problem that it is not possible to prevent the infiltration of the chemical solution / cleaning water for cleaning work, which is also performed in the case of a wet process or a dry process. Arise.

(4)YFやAlF、MgFなどのフッ化物の粒子を溶射する方法では、ガスプラズマや化石燃料の燃焼フレームなどが熱源中において分解して、Fガスやフッ化物ガスを発生するため、溶射皮膜に多くの貫通気孔が生じ、腐食成分の内部浸入を防げないという問題がある。 (4) In the method of spraying fluoride particles such as YF 3 , AlF 3 , and MgF 2 , gas plasma and a fossil fuel combustion flame are decomposed in a heat source to generate F 2 gas and fluoride gas. For this reason, there are problems that a large number of through-holes are generated in the sprayed coating, and internal entry of corrosive components cannot be prevented.

(2)Yなどのセラミック溶射皮膜を形成した後、その皮膜表面をフッ化処理することによって、Y粒子の表面にYFなどの薄膜を生成させる方法では、溶射皮膜の貫通気孔が成膜時の状態で残存する。その結果、耐ハロゲン腐食性は向上するものの、洗浄水などの内部への浸入が容易になるため、皮膜内部における腐食の発生とそれに起因する溶射皮膜の早期剥離現象によって使用寿命が短いという問題がある。 (2) After a ceramic sprayed coating such as Y 2 O 3 is formed, the surface of the coating is fluorinated to produce a thin film such as YF 3 on the surface of Y 2 O 3 particles. The through pores remain in the state at the time of film formation. As a result, although the halogen corrosion resistance is improved, it is easy to enter the inside of cleaning water, etc., so there is a problem that the service life is short due to the occurrence of corrosion inside the coating and the early peeling phenomenon of the sprayed coating resulting from the corrosion. is there.

本発明の目的は、従来技術、とくにYFなどのフッ化物溶射皮膜が抱えている前述の課題を解決することにある。即ち、貫通気孔に起因するフッ化物溶射皮膜の耐食性低下を防ぐことができると共に、該フッ化物溶射皮膜の耐ハロゲン性を向上させて耐久性(寿命)を向上させることにある。 An object of the present invention is to prior art, particularly to solve the aforementioned problems fluoride sprayed coating are having such YF 3. That is, it is possible to prevent the corrosion resistance of the fluoride sprayed coating due to the through pores from being lowered, and to improve the halogen resistance of the fluoride sprayed coating to improve the durability (lifetime).

そのために、本発明では、要約して述べると、導電性基材の表面に非導電性のフッ化物溶射皮膜を、そのフッ化物溶射皮膜内にある貫通気孔中に耐ハロゲン腐食性と耐プラズマエロージョン性に優れるニッケル(Ni)を電気めっき法によって充填し封孔することによって、フッ化物とニッケルとからなるサーメット複合皮膜に転換させる方法を提案する。   Therefore, in summary, in the present invention, a non-conductive fluoride spray coating is formed on the surface of the conductive substrate, and halogen corrosion resistance and plasma erosion resistance are formed in the through-holes in the fluoride spray coating. We propose a method of converting to a cermet composite film composed of fluoride and nickel by filling nickel (Ni), which is excellent in properties, by electroplating and sealing.

即ち、本発明は、導電性金属(合金)などからなる基材の表面に、非導電性のフッ化物を溶射法によって形成し、その後、得られる多孔質なフッ化物の溶射皮膜を電気ニッケルめっき液中に浸漬して該多孔質フッ化物溶射皮膜を被覆した基材を陰極として通電する電気めっきを行なう。このめっき処理によって、該フッ化物溶射皮膜はこの皮膜中の貫通気孔部から皮膜内部へ浸入しためっき液から基材の表面にニッケルめっき金属が析出しはじめ、時間の経過に伴なって、当初、基材表面に析出したニッケルが、皮膜の貫通気孔部を選択的に選び乍ら、皮膜の表面側に向かって成長し、最終的にはフッ化物溶射皮膜の全貫通気孔部が、基材側から成長するニッケルめっき金属によって充填されたものになることによって、多孔質なフッ化物溶射皮膜は緻密なフッ化物サーメット複合皮膜に変化する。本発明は正に、このような現象を利用して開発した技術である。   That is, in the present invention, a non-conductive fluoride is formed on the surface of a base material made of a conductive metal (alloy) or the like by a thermal spraying method, and then the resulting porous fluoride thermal spray coating is electroplated with nickel. Electroplating is carried out by energizing the base material immersed in the liquid and coated with the porous fluoride spray coating as a cathode. By this plating treatment, the fluoride sprayed coating begins to deposit nickel plating metal on the surface of the base material from the plating solution that has penetrated into the coating from the through pores in the coating. Nickel deposited on the surface of the substrate grows toward the surface side of the film while selectively selecting the through-hole part of the film, and finally, all the through-hole parts of the fluoride sprayed film are formed on the substrate side. By being filled with nickel-plated metal that grows from the above, the porous fluoride sprayed coating is transformed into a dense fluoride cermet composite coating. The present invention is a technology developed using such a phenomenon.

前述の現象を利用するには、(1)基材が導電性であること、(2)フッ化物溶射皮膜が非導電性であること、(3)フッ化物溶射皮膜が多孔質で表面から基材に達する貫通気孔が存在すること、(4)電気めっき法で析出する金属が、耐食性、特に耐ハロゲン性を有することが必要であり、本発明はこれら4つの条件を備えた技術を提案する。   To use the above phenomenon, (1) the base material is conductive, (2) the fluoride spray coating is non-conductive, and (3) the fluoride spray coating is porous and is based on the surface. (4) It is necessary that the metal deposited by the electroplating method has corrosion resistance, particularly halogen resistance, and the present invention proposes a technique having these four conditions. .

即ち、本発明は、金属または非導電性基材の表面に導電性金属膜を被覆した導電性基材と、その基材表面に被覆形成された、めっき液中で1×10Ωcm以上の電気抵抗率を示す非導電性のフッ化物を溶射して得られるものであって、かつ気孔率が貫通気孔と開気孔を含む0.2〜20vol%である多孔質フッ化物溶射皮膜に対し、該溶射皮膜中の貫通気孔部をニッケルめっき金属によって充填封孔した構造を有するフッ化物系サーメット複合皮膜と、からなり、半導体加工装置のフッ素系ガスプラズマ環境下で使用されかつ酸やアルカリ、純水で洗浄される環境下で使用される部材である、ことを特徴とする半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材を提案する。 That is, the present invention provides a conductive base material in which a conductive metal film is coated on the surface of a metal or non-conductive base material, and a coating solution of 1 × 10 5 Ωcm or more in the plating solution formed on the base material surface. be those obtained by spraying the non-conductive fluoride showing the electrical resistivity, and porosity to 0.2~20Vol% der Ru porous fluoride thermal spray coating including the through pores and open pores And a fluoride-based cermet composite film having a structure in which the through-pores in the sprayed coating are filled and sealed with nickel-plated metal, and is used in a fluorine-based gas plasma environment of a semiconductor processing apparatus, and an acid, an alkali, The present invention proposes a fluoride cermet composite film covering member for a semiconductor processing apparatus , which is a member used in an environment cleaned with pure water.

また、本発明は、金属または非導電性基材の表面に導電性金属膜を被覆してなる、半導体加工装置のフッ素系ガスプラズマ環境下で使用されかつ酸やアルカリ、純水で洗浄される環境下で使用される導電性基材の表面に、めっき液中で1×10Ωcm以上の電気抵抗率を示す非導電性のフッ化物を溶射してフッ化物溶射皮膜を被覆形成し、次いで、得られた貫通気孔と開気孔を含む0.2〜20vol%の気孔率を有するその多孔質なフッ化物溶射皮膜を被覆した基材を電気ニッケルめっき液中に浸漬し、該非導電性フッ化物溶射皮膜の開気孔部その他の開気孔から該皮膜内部の気孔中に浸入させた電気ニッケルめっき液からニッケルめっき金属を析出させ、そのニッケルめっき金属をフッ化物溶射皮膜の気孔や隙間中に充填して封孔することによって、該多孔質非導電性フッ化物溶射皮膜を、フッ化物系サーメット複合皮膜に変化させて酸やアルカリ、純水で洗浄される部材を得ることを特徴とする半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材の製造方法を提案する。 In addition, the present invention is used in a fluorine-based gas plasma environment of a semiconductor processing apparatus in which a surface of a metal or non-conductive substrate is coated with a conductive metal film, and is cleaned with acid, alkali, or pure water. On the surface of a conductive substrate used in the environment , a non-conductive fluoride exhibiting an electrical resistivity of 1 × 10 5 Ωcm or more is sprayed in the plating solution to form a coating of the fluoride sprayed coating, The non-conductive fluoride was obtained by immersing a substrate coated with the porous fluoride sprayed coating having a porosity of 0.2 to 20 vol% including through-holes and open pores in an electro-nickel plating solution. The nickel plating metal is deposited from the electroplating nickel solution that has penetrated into the pores inside the coating from the open pores and other open pores of the spray coating, and the nickel plating metal is filled into the pores and gaps of the fluoride spray coating. To seal And by, the porous non-conductive fluoride sprayed coating, fluoride cermet composite coating film to be changed in acid or alkali, semiconductor processing device for fluoride cermet, characterized in that to obtain a member which is washed with pure water A method for producing a composite film-coated member is proposed.

なお、本発明においては、
(1)前記導電性基材とフッ化物系サーメット複合皮膜との間に、導電性の金属・合金のアンダーコートを介在させてなること、
(2)前記非導電性フッ化物溶射皮膜は、Yおよび元素の周期律表の原子番号57〜71のランタノイド系金属元素のフッ化物であること、
)前記導電性基材の表面に施工するアンダーコートは、Al、Al−Zn、Ni、Ni−Al、Ni−CrおよびNi−Cr−Alから選ばれるいずれか1種以上の金属・合金を用いること、
)前記非導電性フッ化物溶射皮膜およびサーメット複合皮膜の厚さは、30〜500μm、前記アンダーコートの厚さは10〜150μmであること、
)前記非導電性フッ化物溶射皮膜は、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法から選ばれるいずれかの溶射法によって被覆形成されること、
)前記アンダーコートは、アーク溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法およびプラズマ溶射法から選ばれるいずれかの溶射法によって被覆形成されること、
がより好ましい解決手段になると考えられる。
In the present invention,
(1) A conductive metal / alloy undercoat is interposed between the conductive substrate and the fluoride-based cermet composite film,
(2) The non-conductive fluoride sprayed coating is a fluoride of a lanthanoid metal element having atomic numbers 57 to 71 in the periodic table of Y and elements,
( 3 ) The undercoat applied to the surface of the conductive base material is at least one metal / alloy selected from Al, Al—Zn, Ni, Ni—Al, Ni—Cr, and Ni—Cr—Al. Using
( 4 ) The non-conductive fluoride spray coating and the cermet composite coating have a thickness of 30 to 500 μm, and the undercoat has a thickness of 10 to 150 μm.
( 5 ) The non-conductive fluoride sprayed coating is formed by a coating method selected from an atmospheric plasma spraying method, a low pressure plasma spraying method, and a high-speed flame spraying method,
( 6 ) The undercoat is coated by any one of spraying methods selected from arc spraying, flame spraying, high-speed flame spraying, and plasma spraying,
Is considered to be a more preferable solution.

本発明によれば、次のような効果が期待できる。例えば、導電性基材の表面に形成された非導電性のフッ化物溶射皮膜の貫通気孔部を電気めっき法によって析出したニッケルめっき金属を充填して封孔すると共に、このことによってフッ化物と金属から構成されるサーメット複合皮膜に変換できるので、フッ化物溶射皮膜に特有の多孔質で延性に乏しくかつ割れ易い上、熱や機械的衝撃に弱いという性質を改善することができる。さらに、フッ化物とニッケル(Ni)とは、ともにハロゲンガスによる腐食作用および耐プラズマエロージョン性に優れているため、半導体加工装置用被覆部材として有用である。   According to the present invention, the following effects can be expected. For example, a through-hole portion of a non-conductive fluoride sprayed coating formed on the surface of a conductive substrate is filled with nickel-plated metal deposited by electroplating and sealed, whereby fluoride and metal Therefore, it is possible to improve the property of being porous, poor in ductility, easily cracked and weak against heat and mechanical shock. Furthermore, both fluoride and nickel (Ni) are useful as a coating member for semiconductor processing equipment because they are both excellent in corrosive action by halogen gas and plasma erosion resistance.

また、本発明によれば、次のような効果も期待できる。
(1)導電性基材の表面を覆うように形成した非導電性フッ化物溶射皮膜に対して、電気ニッケルめっき処理を行なうので、溶射皮膜の貫通気孔部のみにめっき液から析出したニッケルめっき金属が充填封孔されることになるから、フッ化物溶射皮膜がサーメット化(複合化)すると同時に、皮膜の封孔、膜表面の緻密化が図られ、洗浄水などの皮膜内部への浸入を防ぐことができるようになると共に、洗浄水による基材の腐食と、それに伴う皮膜の剥離を防ぐことができるようになる。
Further, according to the present invention, the following effects can be expected.
(1) Since the nickel electroplating process is performed on the non-conductive fluoride sprayed coating formed so as to cover the surface of the conductive substrate, the nickel-plated metal deposited from the plating solution only on the through pores of the sprayed coating As the fluoride sprayed coating is cermetized (composited), the coating is sealed and the surface of the membrane is densified, preventing the penetration of cleaning water and other materials into the coating. It becomes possible to prevent corrosion of the base material due to cleaning water and peeling of the coating film accompanying it.

(2)フッ化物溶射皮膜の内部に立体的に存在するめっき液の浸入可能な貫通気孔や開気孔部、あるいは溶射粒子同士の不完全な相互接合部の隙間(空隙)などに、めっき液から析出したニッケルめっき金属を充填することができるので、封孔を確実に果たすことができるとともに粒子問の相互結合力を向上させることができる。 (2) From the plating solution into the through-holes and open pores where the plating solution that is three-dimensionally present inside the fluoride spray coating can enter, or the gaps (voids) between the incompletely joined portions of the spray particles. Since the deposited nickel-plated metal can be filled, sealing can be surely achieved and the mutual bonding force of particles can be improved.

(3)ニッケルめっき金属の析出は、導電性基材の表面側から始まり、時間の経過とともに、皮膜表面に向けて進むという過程を辿るため、フッ化物溶射皮膜の気孔部や基材と皮膜との境界に存在する隙間などもすべて、基材側から順次に充填封孔されていくので、JIS H9302セラミック溶射作業標準などで規定されている無機および有機系封孔剤を皮膜表面に塗布する方法に比較して、封孔効果が大きく、かつ確実である。 (3) Nickel plating metal deposition starts from the surface side of the conductive base material and follows the process of progressing toward the coating surface over time. Since all the gaps existing at the boundary are filled and sealed sequentially from the base material side, a method of applying inorganic and organic sealing agents prescribed in the JIS H9302 ceramic spraying work standard to the coating surface Compared to the above, the sealing effect is large and reliable.

(4)皮膜の空隙中に浸入するニッケルめっき液は、非導電性フッ化物溶射皮膜の中に立体的に存在する空隙部(貫通気孔や開気孔)に浸入し、めっき液からニッケルを析出してそこの部分を充填していく中で、基材とも電気化学的に結合した状態で付着成長していくので、フッ化物溶射皮膜全体の基材との密着性が向上する。 (4) The nickel plating solution that penetrates into the voids of the coating penetrates into the voids (through pores and open pores) that exist three-dimensionally in the non-conductive fluoride sprayed coating, and deposits nickel from the plating solution. As the portion is filled, adhesion and growth occur in an electrochemically coupled state with the base material, so that the adhesion of the entire fluoride sprayed coating to the base material is improved.

(6)フッ化物溶射皮膜の貫通気孔部中に充填されるニッケルめっき金属は、フッ素ガスやフッ化物ガス(含液体)と接触すると耐フッ素腐食性に優れたNiFの薄膜を形成するため、皮膜の外面部(フッ素ガスなどのハロゲンガスと接触する部分)は、見掛け上すべてフッ化物によって被覆された状態となって、優れた耐食性と耐プラズマエロージョン性を有する被覆部材となる。 (6) Since the nickel plating metal filled in the through-hole portion of the fluoride sprayed coating forms a thin film of NiF 2 having excellent fluorine corrosion resistance when in contact with fluorine gas or fluoride gas (containing liquid), The outer surface portion of the film (the portion that comes into contact with a halogen gas such as fluorine gas) is apparently covered with fluoride, and becomes a coating member having excellent corrosion resistance and plasma erosion resistance.

(7)フッ化物溶射皮膜は、高い電気抵抗率を有するため、真空中や乾燥空気中では、負の静電気を帯びて、微細なパーティクルを引き寄せ、皮膜表面が却って汚染される傾向がある。この点、溶射皮膜中の貫通気孔部に充填されたニッケルは、前記フッ化物溶射皮膜の静電気を放出(放電)し、微細なパーティクルの収集作用を防ぐ上で有効である。 (7) Since the fluoride sprayed coating has a high electrical resistivity, it tends to be charged with negative static electricity in vacuum or dry air, attracting fine particles and contaminating the coating surface. In this respect, the nickel filled in the through pores in the sprayed coating is effective in discharging (discharging) the static electricity of the fluoride sprayed coating and preventing the action of collecting fine particles.

本発明の方法を実施するための工程の流れを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the flow of the process for enforcing the method of this invention. 本発明方法の一実施形態を示す電気ニッケルめっき装置の略線図である。It is a basic diagram of the electro nickel plating apparatus which shows one Embodiment of this invention method. 電気ニッケルめっき処理後のYF溶射皮膜の断面ミクロ組織を示した写真である。It is a photograph showing a cross-section microstructure of YF 3 spray coating after electrolytic nickel plating. YF溶射皮膜のニッケルめっき析出状況(分布)を示す皮膜断面のミクロ組織を示した写真である。YF 3 spray coating nickel plating deposition conditions is a photograph showing the microstructure of the film cross-section showing the (distribution). 実施例4で用いた腐食試験装置の略線図である。6 is a schematic diagram of a corrosion test apparatus used in Example 4. FIG.

以下、本発明の好適実施形態について説明する。図1は、本発明の方法を実施するための工程の流れを示したものである。以下、その工程順に沿って、本発明の構成の詳細を説明する。
(1)基材の選定
本発明で使用可能な基材は、導電性(電気伝導性)を有する金属材料である。例えば、Alおよびその合金、Tiおよびその合金、ステンレス鋼を含む各種の合金鋼、炭素鋼、ニッケルおよびその合金などが好適である。鋼材の表面に、ニッケルのめっき膜を形成した基材でもよい。ガラス、石英、プラスチック、セラミック焼結体のように、電気不良導体の基材に対しては、前処理を施した後に無電解めっきやCVD、PVDなどによって、導電性を付与するための金属の薄膜を被覆形成して、基材の表面のみを電気伝導体としたものについても、本発明の基材として使用することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a process flow for carrying out the method of the present invention. Details of the configuration of the present invention will be described below in the order of the steps.
(1) Selection of base material The base material which can be used by this invention is a metal material which has electroconductivity (electrical conductivity). For example, Al and its alloys, Ti and its alloys, various alloy steels including stainless steel, carbon steel, nickel and their alloys are suitable. A base material in which a nickel plating film is formed on the surface of a steel material may be used. For pre-treated substrates such as glass, quartz, plastic, and ceramic sintered bodies, after pre-treatment, a metal for imparting conductivity by electroless plating, CVD, PVD, etc. A thin film coated and only the surface of the base material used as an electrical conductor can also be used as the base material of the present invention.

(2)基材表面へのフッ化物溶射皮膜の被覆
前記導電性基材表面に、非導電性のフッ化物溶射皮膜を形成するに先立って、JIS H 9302に規定されているセラミック溶射作業標準に準拠して実施することが好ましい。例えば、基材表面のさびや油脂類などを除去した後、Al、SiCなどの研削粒子を吹付けて粗面化し、その表面に直接または金属質の導電性アンダーコートを施工した後に、それらの上に非導電性のフッ化物溶射皮膜を形成する。
(2) Coating of fluoride spray coating on substrate surface Prior to forming a non-conductive fluoride spray coating on the surface of the conductive substrate, the ceramic spray coating standard specified in JIS H 9302 is used. It is preferable to carry out in compliance. For example, after removing rust and oils and fats on the surface of the base material, after grinding with abrasive particles such as Al 2 O 3 and SiC, and roughening the surface, or after applying a conductive undercoat of metal directly on the surface A non-conductive fluoride spray coating is formed on them.

フッ化物溶射皮膜の形成方法としては、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法あるいは爆発溶射法などが好適に用いられる。   As a method for forming the fluoride spray coating, an air plasma spray method, a low pressure plasma spray method, a water plasma spray method, a high-speed flame spray method, an explosion spray method, or the like is preferably used.

前記の導電性アンダーコートは、前記の各種溶射法に加え、アーク溶射法、フレーム溶射法などを用いることができるので、溶射法の種類については、特に制限はない。   For the conductive undercoat, arc spraying, flame spraying, and the like can be used in addition to the various spraying methods described above, and the type of spraying method is not particularly limited.

(3)非導電性フッ化物溶射材料
本発明において用いられるフッ化物溶射皮膜形成用溶射材料としては、非導電性で耐ハロゲン性にも優れていることが必要である。この両者の性質を有するフッ化物としては、元素の周期律表IIIaのY、原子番号57〜71に属するランタノイド系元素のフッ化物の粒子が用いられる。即ち、原子番号57〜71の金属元素としては、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジズプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)などがある。
(3) Non-conductive Fluoride Spray Material The spray material for forming a fluoride spray film used in the present invention must be non-conductive and excellent in halogen resistance. As the fluoride having both properties, fluoride particles of lanthanoid elements belonging to Y of the periodic table IIIa of elements and atomic numbers 57 to 71 are used. That is, as the metal elements having atomic numbers 57 to 71, lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium ( Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), and the like.

これらIIIa族のYやタンタノイド系金属元素のフッ化物の電気抵抗率(Ωcm)は、例えばYF 6×1010、CeF 3.7×1012などの高体積抵抗を有し、本発明のフッ化物溶射皮膜材料として使用することができる。発明者らの知見によると、フッ化物溶射皮膜を形成した基材をめっき液中に浸漬し通電した際に、皮膜(フッ化物)の表面に直接、めっき金属が析出しないことが皮膜材料の選択基準の目安となるが、一般に1×10Ωcm以上の電気抵抗率を示すフッ化物が好適である。 The electrical resistivity (Ωcm) of these group IIIa Y and tantanoid metal element fluorides has a high volume resistance such as YF 3 6 × 10 10 , CeF 3 3.7 × 10 12, and the like. It can be used as a fluoride spray coating material. According to the knowledge of the inventors, when the substrate on which the fluoride spray coating is formed is immersed in the plating solution and energized, the plating metal is not directly deposited on the surface of the coating (fluoride). Although it serves as a standard for reference, a fluoride showing an electrical resistivity of 1 × 10 5 Ωcm or more is generally preferable.

本発明におけるフッ化物溶射材料は、粒径:5〜80μmに調整したものを用いることが好ましい。その理由は、5μm以下の細粒では、プラズマなどの溶射熱源中で加熱された際に分解されて、粒子径がさらに小さくなって成膜するより飛散するものが多くなるからであり、一方、80μmより大きい粒子では溶射ガンへの送給速度が不連続となったり、成膜した皮膜の貫通気孔が大きくなって、膜質としての品質が低下するからである。   As the fluoride spray material in the present invention, it is preferable to use a particle size adjusted to 5 to 80 μm. The reason for this is that fine particles of 5 μm or less are decomposed when heated in a thermal spraying heat source such as plasma, and the particle size is further reduced, so that more particles are scattered than film formation, This is because particles larger than 80 μm have a discontinuous feed rate to the spray gun, and the through pores of the deposited film become large, resulting in a deterioration in film quality.

前記フッ化物溶射材料を溶射して得られる溶射皮膜は、30〜500μmの厚さに施工するのがよい。特に、50〜200μmの範囲が好適である。その理由は、30μmよりも薄い膜では、均等な膜厚のものを得にくく、一方、500μmより厚く形成すると、フッ化物膜の形成時における残留応力が大きくなって、基材から剥離しやすくなるからである。   The thermal spray coating obtained by thermal spraying the fluoride thermal spray material is preferably applied to a thickness of 30 to 500 μm. The range of 50 to 200 μm is particularly suitable. The reason is that with a film thinner than 30 μm, it is difficult to obtain a film with a uniform film thickness. On the other hand, when it is formed thicker than 500 μm, the residual stress at the time of forming the fluoride film increases, and it is easy to peel off from the substrate. Because.

(4)フッ化物溶射皮膜の特徴
フッ化物共通の物理化学的性質として次のようなものがある。即ち、このフッ化物溶射皮膜は、金属皮膜やセラミック皮膜と比較すると、ハロゲン系ガスに対する化学的安定性を有するが、表面エネルギーが小さいために皮膜を構成するフッ化物粒子の相互結合力および基材の密着強さが弱いという問題がある。また、この皮膜は、溶射熱源中で分解(酸化)、蒸気化(気化)、溶融、軟化などの諸現象が極めて短時間(1/500〜1/1000秒)のうちに進行することから、多孔質(面積率0.2〜20%)で、皮膜中には大きな残留応力が発生するため、基材が僅かに変形しただけでも、皮膜が剥離することが多い。加えて、フッ化物自体は延性に乏しいため、皮膜が容易に“ひび割れ”し、前記成膜時に発生する気孔部とともに、酸やアルカリ洗浄液などの内部浸入を招き、このことが基材の腐食原因となりやすい。従って、フッ化物そのものの耐食性は良好であるものの、その性質を有効に利用できないという問題もある。
(4) Features of fluoride spray coating The following are common physicochemical properties of fluoride. That is, this fluoride spray coating has chemical stability against halogen-based gas as compared with metal coatings and ceramic coatings, but the surface energy is small, so the mutual bonding force of fluoride particles constituting the coating and the substrate There is a problem that the adhesion strength of is weak. In addition, since this film has various phenomena such as decomposition (oxidation), vaporization (vaporization), melting and softening in a thermal spray heat source, it proceeds in a very short time (1/500 to 1/1000 seconds). Since it is porous (area ratio 0.2 to 20%) and a large residual stress is generated in the film, the film often peels even if the substrate is slightly deformed. In addition, since the fluoride itself has poor ductility, the film easily “cracks” and, together with the pores generated during the film formation, leads to internal penetration of acid and alkaline cleaning liquids, which causes the corrosion of the substrate. It is easy to become. Therefore, although the corrosion resistance of the fluoride itself is good, there is a problem that the property cannot be effectively used.

なお、フッ化物溶射皮膜は、乾燥状態の環境では、テフロンで代表されるフッ素樹脂同様、負の静電気を帯びる性質があるので、半導体加工環境で発生する微細なパーティクルを静電吸着する性質があるため、汚染防止の妨げとなることがある。   In addition, the fluoride spray coating has a property of being negatively charged like a fluororesin typified by Teflon in a dry environment, and therefore has a property of electrostatically adsorbing fine particles generated in a semiconductor processing environment. For this reason, it may hinder the prevention of contamination.

(5)電気ニッケルめっき処理によるサーメト複合皮膜の形成
本発明において、この電気ニッケルめっき処理は極めて重要である。この処理によって、前記非導電性で多孔質なフッ化物溶射皮膜が、多孔質フッ化物溶射皮膜の開気孔中に、ニッケルめっき金属充填された状態のフッ化物系サーメット複合皮膜に変化させることができると同時に、該皮膜気孔部の封孔による緻密な皮膜にすることができる。なお、サーメット化の程度は、フッ化物溶射皮膜中の気孔率(0.2〜3.0、好ましくは5〜20%)にする。
(5) Formation of Cermet Composite Film by Electro Nickel Plating Treatment In the present invention, this electro nickel plating treatment is extremely important. By this treatment, the non-conductive and porous fluoride spray coating can be changed to a fluoride-based cermet composite coating in a state in which nickel-plated metal is filled in the open pores of the porous fluoride spray coating. At the same time, a dense film can be formed by sealing the pores of the film. The degree of cermetization is set to the porosity (0.2 to 3.0, preferably 5 to 20%) in the fluoride spray coating.

図2は、この電気ニッケルめっき処理の原理を示す。この処理は、多孔質な非導電性のフッ化物溶射皮膜22にて被覆されている導電性基材21を、ニッケルめっき液中に浸漬し、その基材21を陰極とし、めっき金属23のニッケルを陽極として直流通電してめっきする方法である。このようなめっき処理では、陽極から溶出したニッケルがイオンとしてめっき液中に溶出する。一方、陰極の基材表面では、多孔質な非導電性フッ化物溶射皮膜の開気孔部から浸入しためっき液からニッケルイオンが金属ニッケルの形で析出する電気化学的反応を起こす。例えば、めっき金属の析出量は、基本的には通電電気量に略比例するが、本発明において、電流密度0.5A/dm〜10A/dm程度、好ましくはlA/dm〜5A/dm程度の直流電源を用い、温度(室温)20℃〜60℃程度の条件でめっき処理することが好ましい。以下、本発明において使用できる代表的なめっき浴組成の例を表1に示す。 FIG. 2 shows the principle of this nickel electroplating process. In this treatment, a conductive base material 21 coated with a porous non-conductive fluoride spray coating 22 is immersed in a nickel plating solution, the base material 21 is used as a cathode, and nickel of the plating metal 23 is obtained. Is a method of plating by applying direct current to the anode as a positive electrode. In such a plating process, nickel eluted from the anode is eluted into the plating solution as ions. On the other hand, on the surface of the base material of the cathode, an electrochemical reaction occurs in which nickel ions are precipitated in the form of metallic nickel from the plating solution that has entered from the open pores of the porous non-conductive fluoride spray coating. For example, the deposition amount of the plating metal is basically substantially proportional to the amount of electricity supplied, but in the present invention, the current density is about 0.5 A / dm 2 to 10 A / dm 2 , preferably lA / dm 2 to 5 A / Plating treatment is preferably performed using a direct current power source of about dm 2 and a temperature (room temperature) of about 20 ° C. to 60 ° C. Examples of typical plating bath compositions that can be used in the present invention are shown in Table 1.

Figure 0005651848
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この電気ニッケルめっき処理において、めっき時間は、フッ化物溶射皮膜の厚さ、気孔率によっても変わるが、気孔内へのニッケルめっき金属の充填を目的とする場合、上述したように、通電後、析出したニッケルめっき金属がフッ化物溶射皮膜の開気孔内に析出してこの部分を充填しつつ成長し、そのめっき析出金属(Ni)がフッ化物皮膜表面に露出した状態を外部から観察することによって終点判定とする。つまり、この判定時期に相当する状態が気孔部の充填完了の目安となる。   In this electro nickel plating treatment, the plating time varies depending on the thickness of the fluoride sprayed coating and the porosity, but when the purpose is to fill the nickel plating metal into the pores, as described above, after the energization, the deposition is performed. The nickel plating metal deposits in the open pores of the fluoride spray coating and grows while filling this portion, and the end point is observed by observing the state in which the plating deposition metal (Ni) is exposed to the fluoride coating surface from the outside. Judgment. That is, the state corresponding to this determination time is a standard for completing the filling of the pores.

いずれのめっき液中であっても、本発明のフッ化物溶射皮膜自体は、化学的に安定しており溶出することはない。しかも、本発明で用いられるフッ化物溶射皮膜は、非導電性であるため、該フッ化物溶射皮膜の表面に、析出しためっき金属ニッケルが該表面を覆ってめっき膜となることはない。なお、それにも拘わらずめっき液の酸性が強く、フッ化物溶射皮膜が溶解するおそれがある場合には、アルカリ性または中性に近いめっき液の使用が推奨される。また、水溶液に代えて、有機溶媒や有機質溶融塩電解質のめっき液の使用も可能である。   Regardless of the plating solution, the fluoride spray coating itself of the present invention is chemically stable and does not elute. Moreover, since the fluoride sprayed coating used in the present invention is non-conductive, the plating metal nickel deposited on the surface of the fluoride sprayed coating does not cover the surface to become a plated film. In spite of this, if the plating solution is strongly acidic and the fluoride spray coating may be dissolved, it is recommended to use a plating solution that is almost alkaline or neutral. Further, an organic solvent or an organic molten salt electrolyte plating solution can be used instead of the aqueous solution.

本発明において、非導電性のフッ化物溶射皮膜の気孔中に、めっき金属であるニッケルが析出して封孔し、サーメットを形造る理由は、該フッ化物溶射皮膜中の貫通気孔や開気孔、空隙部分からめっき液がそれらの気孔内部に浸入し、これらの気孔を通じて陰極として存在する導電性基材の表面、もしくはアンダーコート表面に順次に到達する結果、電気的に導通し、下記のような反応を起して、めっき金属を析出する。   In the present invention, nickel, which is a plating metal, is deposited and sealed in the pores of the non-conductive fluoride spray coating, and the reason for forming the cermet is through pores and open pores in the fluoride spray coating, As a result of the plating solution penetrating into the pores from the voids and sequentially reaching the surface of the conductive substrate or the undercoat surface existing as a cathode through these pores, they are electrically connected and are as follows: A reaction is caused to deposit a plated metal.

めっき液中の金属(Ni)イオン → 陰極面にて電子を放出して金属(Ni)として析出する。

Figure 0005651848
Metal (Ni) ions in the plating solution → Electrons are emitted from the cathode surface and deposited as metal (Ni).
Figure 0005651848

このような電気ニッケルめっき処理において、通電を続けていると、導電性基材の表面側にある皮膜気孔内にまず、めっき金属であるニッケルが析出し、このようにして析出しためっき金属であるニッケルは、基材表面側から順次にフッ化物溶射皮膜の表面側に向って析出し乍ら、成長をつづけ、該フッ化物溶射皮膜中の大半の空隙を埋めるように、とくに、めっき液が存在する大半の空隙部(完全な閉気孔を除く)内に、めっき析出金属であるニッケルが析出して充填封孔することとなる。この場合において、フッ化物溶射皮膜の空隙内、即ち、貫通気孔や開気孔等は皮膜の厚さ方向に、立体的(三次元的)に存在しているため、それらのすべてがめっき析出ニッケルによって連続した状態で充填されていく結果、めっき終了後の該フッ化物溶射皮膜は、少なくとも開放気孔部についてはめっき析出ニッケルによって完全に充填封孔されることによって実質的にサーメット構造の状態となる。しかも該非導電性フッ化物溶射皮膜の気孔にはニッケルめっき金属の粒子が基材と電気化学的作用によって接合することになるため、基材との密着性が向上することはもちろん、フッ化物粒子間の相互結合力の向上に対しても大きな役割を果たして、皮膜全体の強度を向上したフッ化物系サーメット複合皮膜になる。   In such an electric nickel plating process, when energization is continued, nickel, which is a plating metal, is first deposited in the film pores on the surface side of the conductive base material. In particular, there is a plating solution so that nickel deposits sequentially from the substrate surface toward the surface of the fluoride spray coating, and continues to grow and fill most of the voids in the fluoride spray coating. In most of the voids (excluding completely closed pores), nickel, which is a plating deposited metal, is deposited and filled and sealed. In this case, since the voids in the fluoride sprayed coating, that is, through pores and open pores, exist three-dimensionally (three-dimensionally) in the thickness direction of the coating, all of them are formed by plating deposited nickel. As a result of the continuous filling, the fluoride sprayed coating after the plating is substantially filled with the plating deposited nickel at least for the open pores, thereby substantially having a cermet structure. Moreover, since nickel-plated metal particles are bonded to the base material by electrochemical action in the pores of the non-conductive fluoride sprayed coating, not only the adhesion to the base material is improved, but also between the fluoride particles. The fluoride cermet composite film that plays a major role in improving the mutual bond strength of the film and improves the strength of the entire film.

そして、この電気ニッケルめっき処理において、めっき時間を延長すると、該フッ化物溶射皮膜の内部に存在するほとんど全ての気孔(空隙)が充填封孔され、やがて溶射皮膜の表面に達してここを被覆するまでになる。なお、ニッケルめっき金属の析出は、当初はフッ化物溶射皮膜の基材側の下層部分から、微小な粒子状のニッケルを析出していく。ただし、貫通気孔のない皮膜表面では、このようなめっきニッケルめっき金属の粒子は確認できないため、本発明によれば、従来の技術では困難であった貫通気孔部の可視化が可能となる。   In this electro nickel plating treatment, when the plating time is extended, almost all pores (voids) existing inside the fluoride spray coating are filled and sealed, and eventually reach the surface of the spray coating to cover it. Until. The nickel-plated metal is initially deposited in the form of fine particulate nickel from the lower layer portion on the substrate side of the fluoride spray coating. However, since the plated nickel-plated metal particles cannot be confirmed on the surface of the film having no through pores, according to the present invention, it is possible to visualize the through pore portion, which has been difficult with the prior art.

なお、電気ニッケルめっき処理によって析出するニッケルの量は、ニッケルの電気化学当量によって支配されることは周知のとおりである。即ち、ニッケルめっき金属の析出量(析出速度)は、個々の金属固有の数値を有するものの通電量に比例し、また、同じ通電量であれば通電時間に比例するので、通電量と通電時間を制御することによって、皮膜内部の空隙部への充填量および皮膜表面に被覆形成されて金属量を調整することができる。   As is well known, the amount of nickel deposited by the electrolytic nickel plating process is governed by the electrochemical equivalent of nickel. In other words, the deposition amount (precipitation rate) of nickel-plated metal is proportional to the energization amount, although it has a value specific to each metal, and if it is the same energization amount, it is proportional to the energization time. By controlling, it is possible to adjust the filling amount in the voids inside the coating and the amount of metal formed by coating on the coating surface.

図3は、電気ニッケルめっき処理後のフッ化物(YF3)溶射皮膜、即ちサーメット複合皮膜の断面ミクロ組織を示したものである。基材表面から析出を開始したニッケルめっき金属は、YF3粒子の未接合部(空隙部)を通って、皮膜の表面に向って次第に成長し、その一部はすでに表面に露出している状態にある。 FIG. 3 shows a cross-sectional microstructure of a fluoride (YF 3 ) sprayed coating after electrolytic nickel plating, that is, a cermet composite coating. Nickel-plated metal that has started to deposit from the substrate surface gradually grows toward the surface of the film through the unbonded portion (void portion) of the YF 3 particles, and a part of the nickel-plated metal is already exposed on the surface. It is in.

図4は、YF3溶射皮膜表面部分、即ちサーメット複合皮膜の粒子状のニッケルめっき金属の分布状態を示したものである。粒子状のニッケルめっき金属は、ここでも通電時間の延長に伴なって、その数を増加させ、最終的には皮膜の表面を完全に被覆するようになる。本発明では、図4(b)に示すような状態に達したときを、めっき処理の終了点とするが、その理由は、前記状態の皮膜内部の空隙部は、ほぼニッケルめっき金属によって充填されている可能性が大きいからである。 FIG. 4 shows the distribution of the nickel-plated metal particles on the surface portion of the YF 3 sprayed coating, that is, the cermet composite coating. Here again, the number of the particulate nickel-plated metal increases as the energization time is extended, and finally the surface of the coating is completely covered. In the present invention, when the state as shown in FIG. 4 (b) is reached, the end point of the plating process is set. The reason is that the voids inside the film in the above state are almost filled with nickel-plated metal. This is because there is a high possibility that

以上説明した本発明の代表的な実施例形態からわかることは、下記のような構成を採用することが、より好ましい実施形態となる。
(1)非導電性のフッ化物溶射皮膜は、貫通気孔と開気孔を含む気孔率が、0.2〜20vol%、好ましくは5〜20vol%の皮膜である。それは、0.2vol%未満の皮膜は溶射法では形成が困難であり、一方、20vol%を超えるとフッ化物溶射皮膜としての性能が十分発揮できないからである。
(2)前記導電性基材と非導電性フッ化物溶射皮膜、すなわちサーメット複合皮膜との間に、必要に応じて導電性金属のアンダーコートを設ける。これは、フッ化物溶射皮膜と基材との密着性を向上させる上で有効である。基材の表面に形成されるアンダーコートは、10〜150μmの厚さにすることが好ましい。
(3)上記アンダーコートとしては、Al、Al−Zn、Ni、Ni−Al、Ni−CrおよびNi−Cr−Alなどから選ばれるいずれか1種以上の金属(合金)を用いることが好ましい。
As can be understood from the above-described representative embodiments of the present invention, it is more preferable to adopt the following configuration.
(1) The non-conductive fluoride sprayed coating is a coating having a porosity including through pores and open pores of 0.2 to 20 vol%, preferably 5 to 20 vol%. This is because it is difficult to form a coating of less than 0.2 vol% by the thermal spraying method, whereas when it exceeds 20 vol%, the performance as a fluoride spray coating cannot be sufficiently exhibited.
(2) A conductive metal undercoat is provided between the conductive substrate and the nonconductive fluoride sprayed coating, that is, the cermet composite coating, as necessary. This is effective in improving the adhesion between the fluoride spray coating and the substrate. The undercoat formed on the surface of the substrate is preferably 10 to 150 μm thick.
(3) As the undercoat, it is preferable to use at least one metal (alloy) selected from Al, Al—Zn, Ni, Ni—Al, Ni—Cr, Ni—Cr—Al, and the like.

(実施例1)
この実施例は、SS400鋼試験片(寸法:幅20mm×長さ30mm×厚さ3.2mm)の表面に直接、YF、CeFおよびEuFの皮膜を大気プラズマ溶射法よって膜厚:120μmに形成したものを基本のフッ化物溶射皮膜とし、これに電気ニッケルめっきを施したものである。また、市販の無機珪素質封孔剤を皮膜表面に塗布したものを変動因子として、JIS H8666セラミック溶射皮膜の試験方法に規定されているフェロキシル試験方法によって、皮膜の貫通気孔の有無とその程度を調査した。
Example 1
In this example, a coating of YF 3 , CeF 4 and EuF 3 was directly applied to the surface of an SS400 steel test piece (size: width 20 mm × length 30 mm × thickness 3.2 mm) by an atmospheric plasma spraying method: film thickness: 120 μm. In this case, a basic fluoride sprayed coating is formed, and this is electroplated with nickel. In addition, using a commercially available inorganic silicon sealing agent applied to the coating surface as a variable factor, the presence and extent of through-pores in the coating was determined by the ferroxyl test method specified in the test method for JIS H8666 ceramic spray coating. investigated.

(1)フェロキシル試験(塩水噴霧試験)
このフェロキシル試験としては、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム10gおよび塩化ナトリウム15gを1リットルの蒸留水に溶解し、これを分析用ろ紙に十分含浸させ、その後、このろ紙を試験片表面に貼付し、30分間静置した後、ろ紙を剥がして、ろ紙面での青色斑点の有無を目視判定する方法によった。この方法によれば、アモルファス状膜に貫通気孔が存在するとフェロキシル試験液が浸透し、鉄基材界面に達して鉄イオンを生成させ、これにヘキサシアノ(III)酸カリウム塩が反応して、ろ紙の表面に青色斑点を生成することによって判定することができる。
(1) Feroxyl test (salt spray test)
In this ferroxyl test, 10 g of potassium hexacyanoferrate (III) and 15 g of sodium chloride were dissolved in 1 liter of distilled water, and this was sufficiently impregnated into a filter paper for analysis. After standing for 30 minutes, the filter paper was peeled off, and the presence or absence of blue spots on the filter paper surface was visually judged. According to this method, if there are through-pores in the amorphous membrane, the ferroxyl test solution penetrates, reaches the iron base interface and generates iron ions, and this reacts with potassium hexacyano (III) acid, and filter paper. Can be determined by generating blue spots on the surface of the surface.

(2)試験結果
試験結果を表2に示す。この結果から明らかなように、SS400鋼基材に直接、フッ化物溶射皮膜を形成したものは(No.2、5、8)、多数の青色斑点を生成し、極めて多孔質な皮膜状態にあることが認められる。これらのフッ化物溶射皮膜に対して、従来技術に属する市販の無機珪素化合物系の封孔剤を塗布した皮膜(No.3、6、9)では、前者に比較して青色斑点の発生数は、半減するものの完全な封孔効果は得られていない。
これに対して、フッ化物溶射皮膜の表面にニッケルめっき処理したサーメット複合皮膜(No.1、4、7)については、ほとんど青色斑点の発生はなく、皮膜の貫通気孔部がめっき液から析出したニッケルによって充填され、フェロキシソレ試験液の浸入を防いでいることが明かとなった。
(2) Test results Table 2 shows the test results. As is clear from this result, those in which the fluoride sprayed coating was directly formed on the SS400 steel substrate (No. 2, 5, 8) produced a large number of blue spots and was in a very porous coating state. It is recognized that In the films (Nos. 3, 6, and 9) in which commercially available inorganic silicon compound-based sealing agents belonging to the prior art are applied to these fluoride spray coatings, the number of occurrences of blue spots is smaller than the former. Although it is halved, a complete sealing effect is not obtained.
On the other hand, for the cermet composite coating (No. 1, 4, 7) in which the surface of the fluoride sprayed coating was nickel-plated, almost no blue spots were generated, and the through pores of the coating were deposited from the plating solution. It was revealed that it was filled with nickel and prevented from entering the Ferroxy Sole test solution.

Figure 0005651848
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(実施例2)
この実施例では、SS400鋼の試験片(幅20mm×長さ30mm×厚さ5mm)の表面に直接、大気プラズマ溶射法によって、YF、DyFおよびCeFをそれぞれ膜厚:100μmの厚さの皮膜を形成した後、その皮膜の二次処理として電気ニッケルめっきを施し、市販の無機珪素質封孔剤を塗布したものについて、ハロゲン蒸気中における耐食性を調査した。
(Example 2)
In this example, YF 3 , DyF 3, and CeF 4 were each formed into a thickness of 100 μm directly on the surface of a test piece of SS400 steel (width 20 mm × length 30 mm × thickness 5 mm) by atmospheric plasma spraying. After the film was formed, electro-nickel plating was applied as a secondary treatment of the film, and the corrosion resistance in halogen vapor was investigated for those coated with a commercially available inorganic silicon sealing agent.

(1)腐食試験方法
(a)HCl蒸気による腐食試験は、化学実験用のデーシケーターの低部に30%HCl水溶液を100ml入れ、その上部に試験片を吊るすことによってHCl水溶液から発生するHCl蒸気に暴露する方法を採用した。腐食試験温度は30℃〜50℃、時間は96hrである。
(b)HF蒸気による腐食試験は、SUS316製のオートクレーブの底部にHF水溶液を100ml入れ、その上部に試験片を吊すことによってHF蒸気による腐食試験を実施した。腐食試験温度は30℃〜50℃、曝露時間は96hrである。
(1) Corrosion test method (a) The corrosion test using HCl vapor is carried out by adding 100 ml of 30% HCl aqueous solution to the lower part of a desiccator for chemical experiments and suspending a test piece on the upper part of the HCl vapor generated from the HCl aqueous solution. The method of exposure was adopted. The corrosion test temperature is 30 ° C. to 50 ° C., and the time is 96 hours.
(B) In the corrosion test with HF vapor, 100 ml of an HF aqueous solution was placed at the bottom of an SUS316 autoclave, and a test piece was hung on the top to suspend the corrosion test with HF vapor. The corrosion test temperature is 30 ° C. to 50 ° C., and the exposure time is 96 hours.

(2)試験結果
表3は、上記腐食試験結果を示したものである。この結果から明らかなように、SS400基材の表面に直接YF、DyFおよびCeF皮膜を形成した状態の皮膜(No.2、5、8)は、全面にわたって赤錆が発生した。即ち、大気プラズマ溶射法によって形成したフッ化物溶射皮膜には、HCl、HFなどのハロゲン系の酸蒸気によって基材が容易に腐食し、基材を防食する作用に乏しいことが明らかである。このような皮膜の表面を市版の封孔剤を用いて封孔処理(No.3、6、9)しても、完全な封孔は認められず、いずれの皮膜にも赤錆の発生は認められず。特に、HF蒸気に対しては実用上の機能を消失するほどの赤錆の発生が見られた。
一方、フッ化物溶射皮膜に電気めっき処理を施工したサーメット複合皮膜(No.1、4、7)については、赤錆の発生は認められず、健全な耐食性を発揮することが確認された。この結果は、フッ化物溶射皮膜の存在する貫通気孔部が電気ニッケルめっき金属によって充填され、ほぼ完全な封孔状態を形成していることに起因しているものと考えられる。
(2) Test results Table 3 shows the corrosion test results. As is clear from this result, red rust was generated over the entire surface of the films (Nos. 2, 5, 8) in which the YF 3 , DyF 3 and CeF 4 films were directly formed on the surface of the SS400 substrate. That is, it is clear that the fluoride spray coating formed by the atmospheric plasma spraying method is easily corroded by halogen-based acid vapors such as HCl and HF, and has a poor effect of preventing the substrate from being corroded. Even when the surface of such a film is sealed with a market version of a sealing agent (No. 3, 6, 9), complete sealing is not observed, and red rust is not generated in any film. Not recognized. In particular, the generation of red rust was observed to the extent that the practical function was lost for HF vapor.
On the other hand, regarding the cermet composite coating (No. 1, 4, 7) in which the electroplating treatment was applied to the fluoride sprayed coating, the occurrence of red rust was not observed, and it was confirmed that it exhibited sound corrosion resistance. This result is considered to be due to the fact that the through pores where the fluoride sprayed coating is present are filled with the electro nickel plating metal to form a substantially complete sealed state.

Figure 0005651848
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(実施例3)
この実施例では、本発明に係るフッ化物系サーメット複合皮膜の耐プラズマエロージョン性を調査した。基材として、JIS H4000規定の3003合金(寸法:50mm×50mm×5mm厚さ)を用いて、その表面に大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法を用いて、YFを80μmの厚さを被覆形成した。YF溶射皮膜の形成に当たっては、アンダーコートとしてNi−20mass%Cr合金を80μmの厚さに施工したものも準備した。このように形成したYF溶射皮膜を実施例2と同じ条件の電気ニッケルめっき処理を実施してサーメット複合皮膜を得た。また、比較例の皮膜としてBCの溶射皮膜も同条件で耐プラズマエロージョン性を調べた。
Example 3
In this example, the plasma erosion resistance of the fluoride cermet composite coating according to the present invention was investigated. JIS H4000 specified 3003 alloy (dimensions: 50 mm x 50 mm x 5 mm thickness) is used as a base material, and the surface is coated with YF 3 with a thickness of 80 μm using atmospheric plasma spraying or reduced pressure plasma spraying. Formed. In forming the YF 3 sprayed coating, a Ni-20 mass% Cr alloy with an undercoat thickness of 80 μm was also prepared. The thus-formed YF 3 sprayed coating was subjected to electro nickel plating under the same conditions as in Example 2 to obtain a cermet composite coating. Moreover, the plasma erosion resistance of a B 4 C sprayed coating as a coating of the comparative example was also examined under the same conditions.

(1)プラズマガス雰囲気と流量条件
(100)/Ar(1000)/O(10)の混合ガスとCFを1分間当たり1cmの流量で流した。
(2)プラズマ照射条件
高周波電力:1300W、圧力:133.3Pa
(3)照射方法と照射時間
プラズマエロージョン試験は、前記フッ化物溶射皮膜面が10mm×10mmの大きさの範囲が露出するように、他の部分をマスクし、20時間連続してプラズマ照射した後、エローション損傷量を減肉厚として、触針式粗さ計にて測定して評価した。
(1) Plasma gas atmosphere and flow rate condition A mixed gas of (100) / Ar (1000) / O 2 (10) and CF 4 were flowed at a flow rate of 1 cm 3 per minute.
(2) Plasma irradiation conditions High frequency power: 1300 W, pressure: 133.3 Pa
(3) Irradiation method and irradiation time In the plasma erosion test, after the other portions were masked so that the fluoride sprayed coating surface was exposed to a size of 10 mm × 10 mm, plasma irradiation was continued for 20 hours. The erosion damage amount was measured as a reduced thickness, and evaluated by measuring with a stylus type roughness meter.

(4)試験結果
試験結果を表4に示す。この結果から明らかなように、比較例のBC溶射皮膜(No.5)はニッケルめっきを施してもエロージョン損傷量が14μmと大きく、耐プラズマエロージョン性に乏しいことが見られる。これに対し、YF溶射皮膜は、成膜の状態(No.2、4)でもBC皮膜に比較すると耐プラズマエロージョン性が向上しているが、その効果は低い。しかし、YF溶射皮膜を電気ニッケルめっき処理してニッケルを充填し封孔してなるサーメット状態の皮膜だとエロージョン損失量が激減して、損失量は1μmにとどまり、優れた耐プラズエロージョン性が確認された。この実施例の結果は、大気プラズマ溶射法と減圧プラズマ溶射法で形成されたYF系サーメット複合皮膜は、両者とも同等の損傷量であり、また、アンダーコートの存在の有無に拘わらず、優れた耐プラズマエロージョン性を発揮することが判明した。
(4) Test results Table 4 shows the test results. As is clear from this result, the B 4 C sprayed coating (No. 5) of the comparative example has a large erosion damage amount of 14 μm even when nickel plating is applied, and it is seen that the plasma erosion resistance is poor. On the other hand, the YF 3 sprayed coating has improved plasma erosion resistance as compared with the BC coating even in the film formation state (No. 2, 4), but its effect is low. However, the cermet state of the YF 3 sprayed coating is nickel-filled, sealed with nickel, and the amount of erosion loss is drastically reduced. The loss amount is only 1 μm and excellent plasm erosion resistance is achieved. confirmed. The results of this example show that the YF 3 cermet composite coating formed by the atmospheric plasma spraying method and the low pressure plasma spraying method has the same amount of damage, and is excellent regardless of the presence or absence of the undercoat. It was proved that the plasma erosion resistance was exhibited.

Figure 0005651848
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(実施例4)
この実施例では、ランタノイド系金属のフッ化物溶射皮膜にニッケルめっき処理を行った後、アルカリ浸漬試験と活性化されたハロゲンガス中におけるフッ化物溶射皮膜の耐食性を調査した。
Example 4
In this example, after the nickel spray treatment was performed on the lanthanoid metal fluoride spray coating, the alkali immersion test and the corrosion resistance of the fluoride spray coating in an activated halogen gas were investigated.

(1)供試皮膜
基材としては、Al合金(A13003)(寸法:50mm×50mm×5mm)とSUS410鋼(寸法:30mm×20mm×3.2mm)を用い、下記ランタノイド系金属のフッ化物溶射皮膜を大気プラズマ溶射法によって、基材表面に直接110μmのフッ化物溶射皮膜を形成した。
皮膜材料:ScF、EuF、YF、ErF
なお、比較例の溶射皮膜として、Y、A1大気プラズマ溶射皮膜を同条件で試験した。
また成膜後のフッ化物溶射皮膜は、表1記載のワット浴により、45℃、lA/dmの条件で実施した。
(1) Test coating As the base material, Al alloy (A13003) (dimensions: 50 mm x 50 mm x 5 mm) and SUS410 steel (dimensions: 30 mm x 20 mm x 3.2 mm) were used. A 110 μm fluoride sprayed coating was formed directly on the substrate surface by atmospheric plasma spraying.
Film material: ScF 3 , EuF 3 , YF 3 , ErF 3
In addition, as a thermal spray coating of the comparative example, Y 2 O 3 and A1 2 O 3 atmospheric plasma spray coating were tested under the same conditions.
Moreover, the fluoride sprayed coating after film formation was carried out under the conditions of 45 ° C. and lA / dm 2 using the Watt bath described in Table 1.

(2)腐食損傷試験方法
(i)アルカリ浸漬試験
Al合金基材に形成した、供試皮膜を5%NaOH水溶液中に40℃の条件で1時間浸漬し、皮膜の表面から発生する水素ガス気泡の有無を目視観察することによって、フッ化物溶射皮膜の緻密性を調査した。この試験では、基材の露出部は耐薬品塗料を塗り、NaOH水溶液は皮膜表面から内部へ浸入するように準備した。もし、皮膜の気孔からNaOH水溶液が内部に浸入すると、基材(Al合金)と反応して水素ガスを発生するため、該皮膜の封孔の可否を判断できるからである。
Al+NaOH+HO → NaAlO+3/2H
また、耐プラズマエロージョン試験は、実施例3の場合と同じ条件で評価した。
(2) Corrosion damage test method
(i) Alkaline immersion test A test film formed on an Al alloy substrate is immersed in a 5% NaOH aqueous solution at 40 ° C. for 1 hour, and the presence or absence of hydrogen gas bubbles generated from the surface of the film is visually observed. Thus, the denseness of the fluoride spray coating was investigated. In this test, a chemical resistant paint was applied to the exposed portion of the base material, and an aqueous NaOH solution was prepared so as to penetrate from the surface of the coating. This is because if the NaOH aqueous solution enters from the pores of the film, it reacts with the base material (Al alloy) to generate hydrogen gas, so that it is possible to determine whether the film is sealed.
Al + NaOH + H 2 O → NaAlO 2 + 3 / 2H 2
Further, the plasma erosion resistance test was evaluated under the same conditions as in Example 3.

(ii)活性ハロゲンガスによる腐食試験
腐食試験装置の構成概略を図5を示す。この試験では、電気炉52の中心部に設けられたステンレス鋼管53内部(詳細には試験片設置台56の上)に試験片51を静置した後、腐食性のガス54をステンレス鋼管53の左側から流すこのことにより行なった。なお、ステンレス鋼管53途中に設けた石英放電管55に対し、出力600Wのマイクロ波を負荷させ、腐食性ガスの活性化を促すようにしている。
(ii) Corrosion test with activated halogen gas FIG. 5 shows a schematic configuration of the corrosion test apparatus. In this test, after the test piece 51 is allowed to stand inside a stainless steel tube 53 provided in the center of the electric furnace 52 (specifically, on the test piece setting table 56), the corrosive gas 54 is removed from the stainless steel tube 53. This was done by flowing from the left side. A quartz discharge tube 55 provided in the middle of the stainless steel tube 53 is loaded with a microwave having an output of 600 W so as to promote activation of the corrosive gas.

この活性化した腐食性のガスは、電気炉中に導かれ、試験片設置台56の上に静置された試験片51を腐食した後、ステンレス鋼管53右側から系外に放出される。このような構成を有する腐食試験装置を用い、試験片温度120℃、腐食性ガスCFを150ml/min、Oを75ml/minを流しつつ、10時間の腐食試験を行なった。なお、この腐食試験の特徴は腐食性のCFガスがプラズマ照射によって励起され、一段と強い腐食性ガスに変化する環境における耐食性を評価しようとするものである。 The activated corrosive gas is introduced into the electric furnace, corrodes the test piece 51 stationary on the test piece installation table 56, and then is discharged from the right side of the stainless steel pipe 53 to the outside of the system. Using the corrosion test apparatus having such a configuration, a 10-hour corrosion test was performed while flowing a test piece temperature of 120 ° C., a corrosive gas CF 4 of 150 ml / min, and O 2 of 75 ml / min. The feature of this corrosion test is to evaluate the corrosion resistance in an environment where corrosive CF 4 gas is excited by plasma irradiation and changes to a stronger corrosive gas.

(3)試験結果
試験結果を表5に示した。この結果から次に示すような供試皮膜の耐食性がわかる。
(i)アルカリ浸漬試験結果:フッ化物溶射皮膜および酸化物皮膜とも、フッ化物溶射皮膜特有の貫通気孔が存在しているため、5%NaOH液中に浸漬すると、3〜5分経過後から微細な水素気泡が発生しはじめた。これらの水素ガスの発生は、時間の経過に伴って次第に多くなり、皮膜自体が耐アルカリ性に優れていても、皮膜の貫通気孔から浸入するNaOHによって、基材が腐食され、耐久性に乏しいことが判明した。
(3) Test results The test results are shown in Table 5. This result shows the corrosion resistance of the test film as shown below.
(i) Alkaline immersion test result: Since both the fluoride spray coating and the oxide coating have through-holes peculiar to the fluoride spray coating, when immersed in a 5% NaOH solution, it becomes fine after 3 to 5 minutes have elapsed. Hydrogen bubbles began to be generated. The generation of these hydrogen gases gradually increases with the passage of time, and even if the film itself is excellent in alkali resistance, the base material is corroded by NaOH entering from the through-holes of the film and the durability is poor. There was found.

これに対して、フッ化物溶射皮膜に電気ニッケルめっき処理を施すと(No.1、3、5、7)貫通気孔部がニッケルめっき金属によって封孔されているため、1時間浸漬後でも、水素ガスの発生は認められず、良好な緻密性を発揮した。
(ii)活性ハロゲンガス腐食試験結束:比較例の電気ニッケルめっき処理を施さない皮膜(No.2、4、6、8、9、10)では、フッ化物溶射皮膜、酸化物皮膜とも、皮嘆表面に赤錆の発生が認められた。この赤錆は、それぞれの皮膜の気孔部から浸入したハロゲンガスが基材を腐食した結果、その腐食生成物が皮膜表面にまで成長したものと思われる。
On the other hand, when the nickel electroplating treatment is applied to the fluoride sprayed coating (No. 1, 3, 5, 7), the through pores are sealed with nickel plating metal. Generation of gas was not recognized, and good denseness was exhibited.
(ii) Bonding of active halogen gas corrosion test: In the film (No. 2, 4, 6, 8, 9, 10) which is not subjected to the electro nickel plating treatment of the comparative example, both the fluoride sprayed film and the oxide film Red rust was observed on the surface. This red rust is considered to be that the corrosion product has grown to the surface of the film as a result of the halogen gas entering from the pores of each film corroding the substrate.

これに対して、ニッケルめっき処理を施して得られるサーメット複合皮膜(No.1、3、5、7)は、該複合皮膜のハロゲンガスが浸入する貫通気孔部にニッケルめっき金属が封孔状態となって存在しているため、腐食性ガ不の内部浸入が妨げられる結果、良好な耐食性を発揮したものと考えられる。   On the other hand, the cermet composite film (No. 1, 3, 5, 7) obtained by performing the nickel plating treatment is such that the nickel-plated metal is sealed in the through-hole portion where the halogen gas of the composite film enters. Therefore, it is considered that good corrosion resistance was exhibited as a result of hindering the internal penetration of the corrosive gas.

Figure 0005651848
Figure 0005651848

本発明に係る技術は、高度な耐ハロゲン腐食性と耐プラズマエロージョン性が要求されている半導体の精密加工装置用部材に適用することができる。具体的には、ハロゲンおよびその化合物を含む処理ガスを用いて、プラズマ処理される装置に配設されているテッポシールド、バッフルプレート、フォーカスリング、インシュレータリング、シルドリング、ベローズカバー、電極などに加え、類似のガス雰囲気の化学プラント装置用部材などの耐食皮膜として利用できる。   The technology according to the present invention can be applied to a member for a precision processing apparatus of a semiconductor that requires high halogen corrosion resistance and plasma erosion resistance. Specifically, in addition to the Teppo shield, baffle plate, focus ring, insulator ring, sill ring, bellows cover, electrode, etc., which are disposed in the plasma processing apparatus, using a processing gas containing halogen and its compound, It can be used as a corrosion-resistant film for chemical plant equipment members having similar gas atmospheres.

21 導電性基材
22 フッ化物溶射皮膜
23 Ni陽極
24 直流電源
51 供試皮膜試験片
52 電気炉
53 ステンレス鋼管
54 腐食性のガス
55 石英放電管
56 試験片設置台
21 Electroconductive substrate 22 Fluoride spray coating 23 Ni anode 24 DC power supply 51 Test coating specimen 52 Electric furnace 53 Stainless steel tube 54 Corrosive gas 55 Quartz discharge tube 56 Test specimen installation table

Claims (8)

金属または非導電性基材の表面に導電性金属膜を被覆した導電性基材と、
その基材表面に被覆形成された、めっき液中で1×10Ωcm以上の電気抵抗率を示す非導電性のフッ化物を溶射して得られるものであって、かつ気孔率が貫通気孔と開気孔を含む0.2〜20vol%である多孔質フッ化物溶射皮膜に対し、該溶射皮膜中の貫通気孔部をニッケルめっき金属によって充填封孔した構造を有するフッ化物系サーメット複合皮膜と、
からなり、半導体加工装置のフッ素系ガスプラズマ環境下で使用されかつ酸やアルカリ、純水で洗浄される環境下で使用される部材である、
ことを特徴とする半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材。
A conductive substrate having a conductive metal film coated on the surface of a metal or non-conductive substrate;
It is obtained by spraying a non-conductive fluoride which is coated on the surface of the base material and exhibits an electrical resistivity of 1 × 10 5 Ωcm or more in a plating solution , and the porosity is a through-pore. to 0.2~20Vol% der Ru porous fluoride sprayed coating comprising open pores, and fluoride-based cermet composite film having a through pores of the solution morphism in the film structure filled sealed by nickel plated metal,
It is a member that is used in a fluorine-based gas plasma environment of a semiconductor processing apparatus and is used in an environment that is cleaned with acid, alkali, or pure water.
A fluoride cermet composite film covering member for a semiconductor processing apparatus .
前記導電性基材とフッ化物系サーメット複合皮膜との間に、導電性のAl、Al−Zn、Ni、Ni−Al、Ni−CrおよびNi−Cr−Alから選ばれるいずれか1種以上のアンダーコートを介在させてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材。 Between the conductive substrate and the fluoride-based cermet composite film, at least one selected from conductive Al, Al—Zn, Ni, Ni—Al, Ni—Cr, and Ni—Cr—Al The fluoride cermet composite film covering member for a semiconductor processing apparatus according to claim 1, wherein an undercoat is interposed. 前記非導電性の多孔質フッ化物溶射皮膜は、Yおよび元素の周期律表の原子番号57〜71のランタノイド系金属元素のフッ化物であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材。 3. The semiconductor according to claim 1, wherein the non-conductive porous fluoride sprayed coating is a fluoride of a lanthanoid metal element having an atomic number of 57 to 71 in the periodic table of Y and elements. Fluoride cermet composite film covering member for processing equipment . 前記非導電性フッ化物溶射皮膜およびサーメット複合皮膜の厚さは、30〜500μm、前記アンダーコートの厚さは10〜150μmであることを特徴とする請求項に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材。 3. The fluoride for a semiconductor processing apparatus according to claim 2 , wherein the non-conductive fluoride sprayed coating and the cermet composite coating have a thickness of 30 to 500 μm, and the undercoat has a thickness of 10 to 150 μm. Cermet composite coating member. 金属または非導電性基材の表面に導電性金属膜を被覆してなる、半導体加工装置のフッ素系ガスプラズマ環境下で使用されかつ酸やアルカリ、純水で洗浄される環境下で使用される導電性基材の表面に、めっき液中で1×10Ωcm以上の電気抵抗率を示す非導電性のフッ化物を溶射してフッ化物溶射皮膜を被覆形成し、次いで、得られた貫通気孔と開気孔を含む0.2〜20vol%の気孔率を有するその多孔質なフッ化物溶射皮膜を被覆した基材を電気ニッケルめっき液中に浸漬し、該非導電性フッ化物溶射皮膜の開気孔部その他の開気孔から該皮膜内部の気孔中に浸入させた電気ニッケルめっき液からニッケルめっき金属を析出させ、そのニッケルめっき金属をフッ化物溶射皮膜の気孔や隙間中に充填して封孔することによって、該多孔質非導電性フッ化物溶射皮膜を、フッ化物系サーメット複合皮膜に変化させて酸やアルカリ、純水で洗浄される部材を得ることを特徴とする半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材の製造方法。 Used in a fluorine-based gas plasma environment of a semiconductor processing apparatus and coated with a conductive metal film on the surface of a metal or non-conductive substrate and used in an environment where it is cleaned with acid, alkali, or pure water On the surface of the conductive substrate, a non-conductive fluoride having an electric resistivity of 1 × 10 5 Ωcm or more is sprayed in the plating solution to form a fluoride spray coating, and then the obtained through-pores A substrate coated with a porous fluoride sprayed coating having a porosity of 0.2 to 20 vol% including open pores is immersed in an electrolytic nickel plating solution, and the open pores of the non-conductive fluoride sprayed coating By depositing nickel-plated metal from the electro-nickel plating solution infiltrated into the pores inside the coating from other open pores, and filling the nickel-plated metal into pores and gaps of the fluoride spray coating to seal The The porous non-conductive fluoride sprayed coating varied fluoride cermet composite coating with acid or alkali, fluoride cermet composite coating film covering member for a semiconductor processing apparatus for and obtaining a member to be cleaned with pure water Manufacturing method. 前記導電性基材とフッ化物サーメット複合皮膜との間に、導電性のAl、Al−Zn、Ni、Ni−Al、Ni−CrおよびNi−Cr−Alから選ばれるいずれか1種以上のアンダーコートを介在させてなることを特徴とする請求項5に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材の製造方法。 Between the conductive substrate and the fluoride cermet composite film, one or more unders selected from conductive Al, Al—Zn, Ni, Ni—Al, Ni—Cr and Ni—Cr—Al The method for producing a fluoride cermet composite film-coated member for a semiconductor processing apparatus according to claim 5, wherein a coating is interposed. 前記非導電性フッ化物溶射皮膜は、Yおよび元素の周期律表の原子番号57〜71のランタノイド系金属元素のフッ化物を溶射して形成したものであることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材の製造方法。 The non-conductive fluoride sprayed coating is formed by spraying a fluoride of Y and a lanthanoid metal element having an atomic number of 57 to 71 in the periodic table of elements. The manufacturing method of the fluoride cermet composite film coating | coated member for semiconductor processing apparatuses as described in any one of. 前記非導電性フッ化物溶射皮膜およびサーメット複合皮膜の厚さは、30〜500μm、前記アンダーコートの厚さは10〜150μmであることを特徴とする請求項6に記載の半導体加工装置用フッ化物サーメット複合皮膜被覆部材の製造方法。 The fluoride for a semiconductor processing apparatus according to claim 6, wherein the non-conductive fluoride sprayed coating and the cermet composite coating have a thickness of 30 to 500 µm, and the undercoat has a thickness of 10 to 150 µm. A method for producing a cermet composite coating member.
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