JP6562500B2 - Surface-treated aluminum material and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金に陽極酸化皮膜を施し、さらにその表面に緻密で耐食性に優れた水和アルミナ皮膜を形成させた表面処理アルミニウム材とその製造方法に関する。   The present invention relates to a surface-treated aluminum material obtained by applying an anodic oxide film to aluminum or an aluminum alloy, and further forming a dense hydrated alumina film having excellent corrosion resistance on the surface thereof, and a method for producing the same.

一般に、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置、PVD(Physical Vapor Deposition)装置やドライエッチング装置などの真空装置には、アルミニウム(以下、Alと示す。)又はAl合金製部材に陽極酸化皮膜を施し、真空装置内に導入される腐食性の塩素ガスやプラズマに対する耐食性を担保している。
このような真空装置用材料としては、従来から主としてステンレス材が用いられてきたが、ステンレス鋼製の真空装置は、重量が重く土台に大掛かりな工事が必要であり、またステンレスは熱伝導性が十分でなく作動時のベーキングに時間が係るという課題があった。さらに、ステンレス鋼の成分であるクロム(以下、Crと示す。)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おそれもあった。そこで、ステンレス鋼よりも軽量で、熱伝導性に優れると同時に重金属汚染のおそれのないAl又はAl合金製の真空装置の開発が活発化している。
In general, a vacuum apparatus such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, a PVD (Physical Vapor Deposition) apparatus, or a dry etching apparatus is provided with an anodized film applied to an aluminum (hereinafter referred to as Al) or Al alloy member, and then vacuumed. Corrosion resistance against corrosive chlorine gas and plasma introduced into the equipment is guaranteed.
Conventionally, stainless steel has been mainly used as a material for such a vacuum device. However, a stainless steel vacuum device is heavy and requires heavy construction on the base, and stainless steel has thermal conductivity. There was a problem that it was not sufficient and time was required for baking during operation. Furthermore, heavy metals such as chromium (hereinafter referred to as Cr), which is a component of stainless steel, may be released during the process for some reason and become a source of contamination. Therefore, development of a vacuum device made of Al or Al alloy, which is lighter than stainless steel and excellent in thermal conductivity and at the same time has no fear of heavy metal contamination, has been activated.

前述のとおり、これらの真空装置におけるAl又はAl合金製部材には、表面に陽極酸化処理を施した材料が用いられるようになってきているが、陽極酸化処理によって形成される皮膜はポーラス構造を有しており表面積が大きくなるため、水分などを吸着し易くなる。そのため、真空排気時に、それがアウトガスとなり所定の真空度に達するのに長時間を要してしまうという課題があった。   As described above, a material having an anodized surface has been used for Al or Al alloy members in these vacuum devices, but the film formed by anodizing has a porous structure. Because it has a large surface area, it easily adsorbs moisture and the like. For this reason, there has been a problem that it takes a long time for the gas to be outgas and reach a predetermined degree of vacuum during evacuation.

具体的には、図8乃至図10を参照しながら説明する。図8は、従来の表面処理アルミニウム材の構造を示す概念図である。図8において、表面処理アルミニウム材13には、アルミニウム基材14の表面に陽極酸化処理とその後の封孔処理によって封孔された陽極酸化皮膜層15が形成されている。この陽極酸化皮膜層15は多数の微細孔16を有するポーラス構造を形成しているため、前述のとおり皮膜表面積が大きくなっている。また、封孔処理によって蓋をした状態となるものの、完全には微細孔16を封じるようには処理できないため、前述のようにアウトガスを生じて真空引きに長時間を要してしまうのである。   Specifically, this will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a conceptual diagram showing the structure of a conventional surface-treated aluminum material. In FIG. 8, the surface-treated aluminum material 13 is formed with an anodized film layer 15 sealed on the surface of an aluminum base material 14 by anodizing treatment and subsequent sealing treatment. Since the anodic oxide coating layer 15 forms a porous structure having a large number of fine holes 16, the coating surface area is large as described above. Further, although the lid is closed by the sealing process, it cannot be processed so as to completely seal the fine hole 16, and as described above, outgas is generated and a long time is required for evacuation.

図9は従来の表面処理アルミニウム材の陽極酸化皮膜層の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。断面に細かな微細孔が形成されているのが確認できる。
さらに、CVD装置などの真空装置内部には、反応ガスやエッチングガスとして塩素やフッ素など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が要求されている。また、熱プラズマCVD装置などの場合には、このような腐食性の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(耐プラズマ性)も重要となる。
FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of an anodized film layer of a conventional surface-treated aluminum material. It can be confirmed that fine fine holes are formed in the cross section.
Furthermore, since a corrosive gas containing a halogen element such as chlorine or fluorine is introduced as a reaction gas or etching gas into a vacuum apparatus such as a CVD apparatus, corrosion resistance against the corrosive gas is required. In addition, in the case of a thermal plasma CVD apparatus or the like, in addition to such a corrosive gas, halogen-based plasma is also generated, so that corrosion resistance to plasma (plasma resistance) is also important.

このような事情に対しては、陽極酸化皮膜を厚くしたり、陽極酸化を行う際に陽極酸化皮膜に形成されるポアーの下部に二重のバリヤー層を形成したりして耐食性を向上させていた。例えば特許文献1には、陽極酸化処理の初期電圧より終期電圧を高くすることにより耐食性を向上させるという発明が開示されている。   For such a situation, the corrosion resistance is improved by increasing the thickness of the anodized film or forming a double barrier layer under the pore formed in the anodized film when anodizing. It was. For example, Patent Document 1 discloses an invention in which corrosion resistance is improved by making the final voltage higher than the initial voltage of the anodizing treatment.

また、特許文献2においては、脱脂処理において苛性ソーダの代わりに有機溶剤と純水を使用して、プラズマにさらされてもアルミ表面からの不純物放出を抑制し、ウェーハ表面の不純物付着を防止してIC不良を防止する発明が開示されている。   Further, in Patent Document 2, an organic solvent and pure water are used instead of caustic soda in the degreasing process to suppress the release of impurities from the aluminum surface even when exposed to plasma, thereby preventing the adhesion of impurities on the wafer surface. An invention for preventing IC failure is disclosed.

特許文献3においては、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行うにあたって、ホウ酸を含有する溶液を使用しバリヤー形皮膜を形成させる発明が開示されている。   Patent Document 3 discloses an invention in which a barrier-type film is formed using a solution containing boric acid when anodizing the surface of a vacuum chamber member made of Al or an Al alloy.

さらに、特許文献4は本願出願人によって過去に従来技術を改良してなした発明を開示するものであり、緻密で、CVD装置やPVD装置等の真空装置内に導入される腐食性の塩素ガスやプラズマに対する耐食性、耐摩耗性及びアウトガスの抑制能力に優れ、高速で所定の真空度に到達することのできる表面処理アルミニウム材とその製造方法を開示するものである。
この特許文献4で開示された従来の発明によって作製された表面処理アルミニウム材の陽極酸化皮膜層及び水和アルミナ皮膜層の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図10に示す。
Further, Patent Document 4 discloses an invention made by improving the prior art by the applicant of the present application, and is a dense corrosive chlorine gas introduced into a vacuum apparatus such as a CVD apparatus or a PVD apparatus. A surface-treated aluminum material that has excellent corrosion resistance against plasma and wear resistance, and ability to suppress outgas, and can reach a predetermined degree of vacuum at high speed, and a method for producing the same are disclosed.
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the anodized film layer and the hydrated alumina film layer of the surface-treated aluminum material produced by the conventional invention disclosed in Patent Document 4 is shown in FIG.

特開平8−260196号公報JP-A-8-260196 特開平8−124920号公報JP-A-8-124920 特開平10−237692号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-237692 特開2005−29891号公報JP 2005-29891 A

しかしながら、上述の従来の技術においては、特許文献1及び特許文献2ではこれらの処理により耐食性は向上するものの依然として陽極酸化皮膜はポーラス構造を有しており、所定の真空度に達するまでには長時間を要し、特に真空チャンバのシート面には陽極酸化皮膜を形成することが避けられ、その結果シート面の耐食性が悪く部材全体の耐食性にも影響を与えていた。   However, in the above-mentioned conventional techniques, in Patent Document 1 and Patent Document 2, although the corrosion resistance is improved by these treatments, the anodic oxide film still has a porous structure, and is long before reaching a predetermined degree of vacuum. It took time, and in particular, the formation of an anodized film on the sheet surface of the vacuum chamber was avoided. As a result, the corrosion resistance of the sheet surface was poor, and the corrosion resistance of the entire member was also affected.

また、特許文献3においては、バリヤー皮膜形成を行うことができアウトガスの発生を抑制することができるものの、従来形成されたポーラス層は形成されないため、全体的な膜厚が薄く、耐食性や耐摩耗性において課題が残っていた。
すなわち、上述の従来の技術においては、アウトガスの抑制と耐食性、耐摩耗性の向上の両方を満足することができないという課題があった。
Further, in Patent Document 3, although a barrier film can be formed and generation of outgas can be suppressed, since a conventionally formed porous layer is not formed, the overall film thickness is thin, and corrosion resistance and wear resistance are reduced. There remained a challenge in gender.
That is, in the above-described conventional technology, there is a problem that it is not possible to satisfy both the suppression of outgas and the improvement of corrosion resistance and wear resistance.

特許文献4においては、耐食性、耐摩耗性及びアウトガスの抑制能力に優れ、高速で所定の真空度に到達することができる表面処理アルミニウム材を提供可能であるものの、近年の半導体デバイスでは小型化や高性能化の要請から材料にも高い純度が要求され、より汚染に厳しい条件が課されるため、特に半導体デバイス製造用のエッチング装置では、励起したハロゲンガスによる装置内壁のダメージや劣化、汚染物質の発生によるウェーハの汚染を極力抑制しなければならず、その構造材料には、エッチング耐性のある緻密な膜の表面の平滑化とその厚膜化がさらに求められていた。   In Patent Document 4, although it is possible to provide a surface-treated aluminum material that is excellent in corrosion resistance, wear resistance, and outgas suppression ability and can reach a predetermined degree of vacuum at high speed, in recent semiconductor devices, Due to the demand for higher performance, the material is also required to have high purity, and more severe conditions are imposed on contamination. Especially in etching equipment for semiconductor device manufacturing, damage and deterioration of the inner wall of the equipment caused by excited halogen gas, contaminants Contamination of the wafer due to the occurrence of this must be suppressed as much as possible, and the structural material has been further required to smooth and thicken the surface of a dense film having etching resistance.

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、緻密で高い平滑性と膜厚な構造を備えることで、CVD装置やPVD装置等の真空装置内や半導体デバイス用のエッチング装置内に導入される腐食性の塩素ガスやプラズマに対する耐食性、耐摩耗性及びアウトガスの抑制能力に優れ、高速で所定の真空度に到達することができ、さらに、エッチング耐性を高めて汚染物質の発生を抑制可能な表面処理アルミニウム材とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to such a conventional situation, and is provided with a dense, high smoothness and film thickness structure in a vacuum apparatus such as a CVD apparatus or a PVD apparatus or in an etching apparatus for semiconductor devices. It has excellent corrosion resistance, wear resistance and outgas suppression ability against corrosive chlorine gas and plasma introduced into the chamber, can reach a predetermined degree of vacuum at high speed, and further enhances etching resistance to generate pollutants. An object of the present invention is to provide a surface-treated aluminum material that can be suppressed and a method for producing the same.

上記目的を達成するため、第1の発明である表面処理アルミニウム材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、このアルミニウム基材表面上に形成される陽極酸化皮膜層と、この陽極酸化皮膜層上に形成される水和アルミナ皮膜層とを有し、前記水和アルミナ皮膜層の表面の算術平均粗さがRa=10nm以下であることを特徴とするものである。
上記構成の表面処理アルミニウム材においては、陽極酸化皮膜層の上に緻密な水和アルミナ皮膜層を形成し構造算術平均粗さをRa=10nm以下とすることで、処理表面積を減少させるように作用し、特にアウトガスの抑制能力とエッチング耐性を高めるように作用する。
In order to achieve the above object, a surface-treated aluminum material according to the first invention includes an aluminum substrate made of aluminum or an aluminum alloy, an anodized film layer formed on the surface of the aluminum substrate, and the anodized film. A hydrated alumina coating layer formed on the layer, and the arithmetic average roughness of the surface of the hydrated alumina coating layer is Ra = 10 nm or less.
In the surface-treated aluminum material having the above-described structure, a dense hydrated alumina film layer is formed on the anodized film layer, and the structural arithmetic average roughness is set to Ra = 10 nm or less, thereby reducing the surface area of the treatment. In particular, it acts to increase the outgas suppression ability and the etching resistance.

また、第2の発明である表面処理アルミニウム材は、請求項1記載の表面処理アルミニウム材において、前記水和アルミナ皮膜層の膜厚が2μm以上20μm以下であることを特徴とするものである。
上記構成の表面処理アルミニウム材においては、陽極酸化皮膜層の上に緻密で2μm以上20μm以下という膜厚の水和アルミナ皮膜層を形成する構造とすることで、陽極酸化皮膜層に形成される複数の微細孔を水和アルミナ皮膜層で封孔しながら耐摩耗性を発揮し、真空装置内に導入される腐食性の塩素ガスやプラズマが陽極酸化皮膜層やアルミニウム基材を腐食するのをより確実に抑制するという作用を有するとともに、水和アルミナ皮膜層自身の強度を向上させ耐久性を持たせるという作用を有する。
さらに、半導体デバイスのエッチング装置内において、エッチング耐性を強化して汚染物質の発生を抑制するように作用する。
The surface-treated aluminum material according to a second aspect of the present invention is the surface-treated aluminum material according to claim 1, wherein the hydrated alumina coating layer has a thickness of 2 μm or more and 20 μm or less.
In the surface-treated aluminum material having the above structure, a plurality of anodic oxide film layers formed on the anodized film layer by forming a dense hydrated alumina film layer having a thickness of 2 μm or more and 20 μm or less on the anodized film layer. It exhibits wear resistance while sealing the fine pores with the hydrated alumina coating layer, and the corrosive chlorine gas and plasma introduced into the vacuum device corrode the anodic oxide coating layer and aluminum substrate. While having the effect | action of suppressing reliably, it has the effect | action which improves the intensity | strength of the hydrated alumina membrane | film | coat layer itself, and gives durability.
Further, it acts to enhance the etching resistance and suppress the generation of contaminants in the semiconductor device etching apparatus.

第3の発明である表面処理アルミニウム材製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材を電解液に浸漬して通電する陽極酸化処理工程と、前記アルミニウム基材を加熱蒸気又は95℃以上の高温水を用いて封孔する封孔処理工程とを有する表面処理アルミニウム材製造方法であって、前記電解液の溶存アルミニウム濃度は0−5g/リットルであり、前記電解液の温度は0−20℃であり、前記電解液はシュウ酸、リンゴ酸、メロン酸、マロン酸又は酒石酸のいずれか1の酸又はこれらの混合酸を10−50g/リットル含有し、前記封孔処理工程における加熱蒸気又は高温水の温度上昇は、100℃までの到達時間を20分以上かつ80℃から100℃までの上昇時間を5分以上に管理されることを特徴とするものである。
上記構成の表面処理アルミニウム材の製造方法においては、電解液の溶存アルミニウム濃度を0−5g/リットルと低濃度にすることで電解液の活性度を高めるという作用を有する。また、電解液の温度を低温の0−20℃とすることで、陽極表面に形成される陽極酸化皮膜層の成分である酸化アルミニウムAlに対する電解液の溶解度を下げ、酸化アルミニウムが電解液中に溶出するのを抑制するという作用を有する。さらに、電解液にシュウ酸等の酸を含有させることで電解液の液性を酸性にするという作用を有する。
また、封孔処理工程における加熱蒸気又は高温水の温度上昇は、100℃までの到達時間を20分以上かけて上昇温度の速度をコントロールすることにより、蓄積されていた大量のアルミニウムイオンを溶出させることなく、厚膜化するように作用する。また、結晶化が始まると考えられる80℃から100℃までの上昇時間を5分以上かけるように温度制御することで表面の結晶化が抑制され、水和アルミナ皮膜層の表面を平滑化するように作用する。
The method for producing a surface-treated aluminum material according to a third aspect of the present invention includes an anodizing treatment step in which an aluminum base material made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in an electrolytic solution and energized, and the aluminum base material is heated steam or 95 ° C or higher. A surface-treated aluminum material manufacturing method having a sealing treatment step of sealing with high-temperature water, wherein the dissolved aluminum concentration of the electrolytic solution is 0-5 g / liter, and the temperature of the electrolytic solution is 0-20. And the electrolyte contains 10-50 g / liter of any one of oxalic acid, malic acid, melonic acid, malonic acid, or tartaric acid, or a mixed acid thereof. The temperature rise of high-temperature water is characterized in that the arrival time to 100 ° C. is controlled for 20 minutes or more and the rise time from 80 ° C. to 100 ° C. is controlled to 5 minutes or more. It is intended.
The method for producing a surface-treated aluminum material having the above-described structure has the effect of increasing the activity of the electrolytic solution by reducing the dissolved aluminum concentration of the electrolytic solution to 0-5 g / liter. In addition, by setting the temperature of the electrolytic solution to a low temperature of 0-20 ° C., the solubility of the electrolytic solution in aluminum oxide Al 2 O 3 which is a component of the anodic oxide film layer formed on the anode surface is lowered, so that the aluminum oxide is electrolyzed. It has the effect of suppressing elution into the liquid. Furthermore, it has the effect | action of making the liquid property of electrolyte solution acidic by making acids, such as oxalic acid, contain in electrolyte solution.
Moreover, the temperature rise of the heating steam or the high-temperature water in the sealing treatment process elutes a large amount of accumulated aluminum ions by controlling the speed of the temperature rise over the time required to reach 100 ° C. over 20 minutes. It acts to increase the film thickness. In addition, by controlling the temperature so that the rising time from 80 ° C. to 100 ° C., which is considered to start crystallization, takes 5 minutes or more, the crystallization of the surface is suppressed and the surface of the hydrated alumina coating layer is smoothed. Act on.

以上説明したように、第1の発明の表面処理アルミニウム材においては、平滑化された水和アルミナ皮膜層を形成できるので、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性及び耐プラズマ性を向上させることができるとともに、特にアウトガスの抑制能力とエッチング耐性を顕著に高めることができる。   As described above, in the surface-treated aluminum material of the first invention, since a smoothed hydrated alumina coating layer can be formed, the corrosion resistance against plasma and corrosive gas and plasma can be improved. In particular, the ability to suppress outgas and the etching resistance can be significantly increased.

また、第2の発明の表面処理アルミニウム材においては、第1の発明に加えて、さらに、複数の微細孔を有した陽極酸化皮膜層の上に緻密で厚膜化された水和アルミナ皮膜層を形成することができ、これにより真空排出時に微細孔からアウトガスが発生するのを抑えることができる。また、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性及び耐プラズマ性の両方を向上させることができるとともに、表面の膜の強度及びエッチング耐性を向上させることができる。   Further, in the surface-treated aluminum material of the second invention, in addition to the first invention, the hydrated alumina coating layer further thickened and thickened on the anodized coating layer having a plurality of micropores Thus, it is possible to suppress the generation of outgas from the fine holes during vacuum discharge. In addition, both corrosion resistance and plasma resistance against corrosive gas and plasma can be improved, and the strength and etching resistance of the surface film can be improved.

最後に、第3の発明の表面処理アルミニウム材製造方法においては、第1の発明及び第2の発明の効果を発揮し得る表面処理アルミニウム材を製造することができる。   Finally, in the surface-treated aluminum material production method of the third invention, a surface-treated aluminum material capable of exhibiting the effects of the first invention and the second invention can be produced.

本発明の実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の概念図である。It is a conceptual diagram of the surface treatment aluminum material which concerns on embodiment of this invention. (a)は従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面状態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(1万倍)であり、(b)は、同(10万倍)、(c)は本実施の形態(表2の処理6)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面状態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(1万倍)であり、(d)は同(10万倍)である。(A) is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of the surface state of the hydrated alumina coating layer of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (treatment 1 in Table 2). (B) is the same (100,000 times), and (c) is the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the present embodiment (treatment 6 in Table 2). 2 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph (10,000 times) of the surface state of the hydrated alumina coating layer, and (d) is the same (100,000 times). 本発明の実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the surface treatment aluminum material manufacturing method which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の製造方法陽極酸化処理工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method anodizing process of the surface treatment aluminum material which concerns on this Embodiment. (a)は従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面形態の走査型プローブ顕微鏡(SPM)写真(1千倍)であり、(b)は本実施の形態(表2の処理6)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面形態の走査型プローブ顕微鏡(SPM)写真(1千倍)であり、(c)は(b)に研磨処理を施した状態の走査型プローブ微鏡(SPM)写真(1千倍)である。(A) is a scanning probe microscope (SPM) photograph of the surface morphology of the hydrated alumina coating layer of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (treatment 1 in Table 2) (1,000 times) (B) is a scanning probe microscope (SPM) of the surface morphology of the hydrated alumina coating layer of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the present embodiment (treatment 6 in Table 2). ) A photograph (1,000 times), and (c) is a scanning probe microscopic (SPM) photograph (1,000 times) in a state where (b) is polished. (a)は従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の断面状態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(2万倍)であり、(b)は本実施の形態(表2の処理6)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の断面形態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(2千倍)であり、(c)は同(表2の処理7)の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(2千倍)である。(A) is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of a cross-sectional state of a hydrated alumina coating layer of a surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (treatment 1 in Table 2). (B) is a field emission of a cross-sectional form of a hydrated alumina coating layer of a surface-treated aluminum material produced by the method for producing a surface-treated aluminum material according to the present embodiment (treatment 6 in Table 2). Is a scanning electron microscope (FE-SEM) photograph (2,000 times), and (c) is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph (2,000 times) of the same (process 7 in Table 2). . 本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の封孔処理工程における温度管理と従来技術における温度管理による温度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the temperature profile by the temperature management in the sealing treatment process of the surface treatment aluminum material manufacturing method which concerns on this Embodiment, and the temperature management in a prior art. 従来の表面処理アルミニウム材の構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the conventional surface treatment aluminum material. 従来の表面処理アルミニウム材の陽極酸化皮膜層の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anodized film layer of the conventional surface treatment aluminum material. 本願出願人によって従来発明された表面処理アルミニウム材の製造方法によって作製された表面処理アルミニウム材の陽極酸化皮膜層及び水和アルミナ皮膜層の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anodic oxide film layer and the hydrated alumina film layer of the surface treatment aluminum material produced by the manufacturing method of the surface treatment aluminum material conventionally invented by the present applicant.

以下に、本発明に係る表面処理アルミニウム材の実施の形態を図1乃至図7に基づき説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の概念図である。図1において、本実施の形態における表面処理アルミニウム材1は、素地となるアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材2と、陽極酸化皮膜層3と、水和アルミナ皮膜層4の3層で構成され、図8に示す従来の表面処理アルミニウム材13の陽極酸化皮膜層15の上にさらに緻密かつ硬度の高い水和アルミナ皮膜層4を形成させたものである。陽極酸化皮膜層3及び水和アルミナ皮膜層4の形成工程については後述する。
Hereinafter, embodiments of the surface-treated aluminum material according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a surface-treated aluminum material according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a surface-treated aluminum material 1 according to the present embodiment is composed of three layers: an aluminum base 2 made of aluminum or an aluminum alloy as a substrate, an anodized film layer 3, and a hydrated alumina film layer 4. The hydrated alumina film layer 4 having a higher density and higher hardness is formed on the anodized film layer 15 of the conventional surface-treated aluminum material 13 shown in FIG. The formation process of the anodized film layer 3 and the hydrated alumina film layer 4 will be described later.

図8に示すような従来の表面処理アルミニウム材13、すなわち、アルミニウム基材14と陽極酸化皮膜層15の二層構造の表面処理アルミニウム材では、封孔処理が施されているものの陽極酸化皮膜層15の内部に形成された微細孔16が複数存在するため、これらを全て完全に埋めることができない。したがって、CVD装置やPVD装置等の真空装置として使用した場合には、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性が悪いだけでなく、皮膜のキメが粗く強度が比較的弱いと共に表面積が大きいため、表面処理アルミニウム材13製造時に封孔処理が不完全な微細孔16内に水分等が吸着することで、真空排気時にはこれらがアウトガスとして微細孔16内から溶出して真空装置内の真空度を低下させてしまう。つまり、真空排気作業の効率を下げてしまう。   In the conventional surface-treated aluminum material 13 as shown in FIG. 8, that is, the surface-treated aluminum material having a two-layer structure of the aluminum base material 14 and the anodized film layer 15, the anodized film layer is subjected to sealing treatment. Since there are a plurality of micropores 16 formed in the interior of 15, all of these cannot be completely filled. Therefore, when it is used as a vacuum apparatus such as a CVD apparatus or a PVD apparatus, it has not only poor corrosion resistance against corrosive gas and plasma, but also has a rough coating texture, relatively low strength and a large surface area. Moisture or the like is adsorbed in the fine holes 16 that are not completely sealed when the material 13 is manufactured, and these are eluted as outgas from the fine holes 16 during vacuum evacuation, thereby reducing the degree of vacuum in the vacuum apparatus. . That is, the efficiency of the evacuation work is lowered.

これに対して、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材1はこのような陽極酸化皮膜層3を緻密かつ強度の高い水和アルミナ皮膜層4で被覆すると同時に微細孔5内も水和アルミナ皮膜層4で封孔しており、表面処理アルミニウム材1製造時に水等が陽極酸化皮膜層3あるいは水和アルミナ皮膜層4内に吸着されず真空排気時にアウトガスが発生して真空排気作業を妨げることがないという効果がある。
しかも、本願出願人によって過去に開発された表面処理アルミニウム材(図10参照)よりも極めて厚膜であり、しかも、平滑性に優れている。従って、CVD装置やPVD装置及び特に半導体デバイス製造用のエッチング装置内で、励起したハロゲンガスによる装置内壁のダメージや劣化、汚染物質の発生によるウェーハの汚染を抑制して純度を高めることができる。
On the other hand, the surface-treated aluminum material 1 according to the present embodiment covers such an anodic oxide film layer 3 with a dense and high-strength hydrated alumina film layer 4 and at the same time the hydrated alumina film in the micropores 5. Sealed with layer 4, water is not adsorbed in the anodic oxide coating layer 3 or the hydrated alumina coating layer 4 when the surface-treated aluminum material 1 is manufactured, and outgassing is generated during evacuation, thereby hindering the evacuation operation. There is an effect that there is no.
Moreover, it is much thicker than the surface-treated aluminum material developed in the past by the applicant of the present application (see FIG. 10), and is excellent in smoothness. Accordingly, in a CVD apparatus, a PVD apparatus, and particularly an etching apparatus for manufacturing a semiconductor device, the purity can be increased by suppressing damage or deterioration of the inner wall of the apparatus due to excited halogen gas and contamination of the wafer due to generation of contaminants.

図2は(a)は従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面状態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(1万倍)であり、(b)は、同(10万倍)、(c)は本実施の形態(表2の処理6)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面状態の電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真(1万倍)であり、(d)は同(10万倍)である。これらの写真のうち、処理1の従来技術に係る表面処理アルミニウム材と処理6の本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材を比較すると、処理1の表面処理アルミニウム材ではナノオーダーの針状結晶が確認され、処理6の表面処理アルミニウム材では、ナノオーダーで平滑であることが確認された。
従って、処理1の表面処理アルミニウム材における水和アルミナ皮膜層4の表面積が処理6よりも明らかに大きくなることが予想され、また、水和アルミナ皮膜層4表面の算術平均粗さ(Ra)も処理1の方が明らかに大きくなることが予想される。
図2に示されるように一見して従来技術と本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の相違は明らかであるが、これらの表面処理アルミニウム材の断面形態や表面形態の詳細な特性については、実施例を参照しながら後述する。
FIG. 2A shows a field emission scanning electron microscope (FE-) of the surface state of the hydrated alumina coating layer of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (treatment 1 in Table 2). SEM) is a photograph (10,000 times), (b) is the same (100,000 times), and (c) is a surface produced by the method for producing a surface-treated aluminum material according to the present embodiment (treatment 6 in Table 2). It is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph (10,000 times) of the surface state of the hydrated alumina coating layer of the treated aluminum material, and (d) is the same (100,000 times). Among these photographs, when comparing the surface-treated aluminum material according to the prior art of treatment 1 and the surface-treated aluminum material according to the present embodiment of treatment 6, the surface-treated aluminum material of treatment 1 has nano-order acicular crystals. It was confirmed that the surface-treated aluminum material of treatment 6 was smooth in the nano-order.
Therefore, it is expected that the surface area of the hydrated alumina coating layer 4 in the surface-treated aluminum material of the treatment 1 is obviously larger than that of the treatment 6, and the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the hydrated alumina coating layer 4 is also Process 1 is expected to be clearly larger.
As shown in FIG. 2, at first glance, the difference between the conventional technology and the surface-treated aluminum material according to the present embodiment is clear, but for the detailed characteristics of the cross-sectional form and surface form of these surface-treated aluminum materials, This will be described later with reference to examples.

次に、本発明に係る表面処理アルミニウム材製造方法の実施の形態について図3及び図4を参照しながら説明する。
図3は本発明の実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の工程を示すフローチャートである。
図3において、ステップS1及びステップS2はそれぞれ陽極酸化処理工程及び封孔処理工程を示す。これらの各工程については図1及び図4を用いて説明する。
Next, an embodiment of the method for producing a surface-treated aluminum material according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a flowchart showing the steps of the method for producing a surface-treated aluminum material according to the embodiment of the present invention.
In FIG. 3, step S1 and step S2 show an anodizing process and a sealing process, respectively. Each of these steps will be described with reference to FIGS.

図4は本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の製造方法の陽極酸化処理工程を示す概念図である。
陽極酸化処理を行う場合には、図4に示すように、10−50g/リットルのシュウ酸等の酸及び溶存濃度0−5g/リットルのアルミニウムイオンを含んだ酸性の電解液7を電解槽6に入れ、引掛け9を介してこの電解槽6に陽極となるワーク8、すなわち、図1のアルミニウム基材2に相当するアルミニウムあるいはアルミニウム合金と、陰極12を浸して100−150Vの直流電圧をワーク8及び陰極12に通電する。符号10は電源装置である。なお、電解液7には、シュウ酸の他、リンゴ酸、メロン酸、マロン酸、硫酸、りん酸又は酒石酸などアルミニウムの陽極酸化処理に通常用いられる酸であればよい。また、1つの酸を単独で使用してもよいし、混合酸の状態で使用してもよい。
電解槽6中では電流の向き11の方向へ電流が流れるので、アルミニウム基材2であるワーク8からアルミニウムイオンがワーク8表面上に発生する。加えて、水の電気分解により陽極、つまり、ワーク8及び陰極12からそれぞれ酸素及び水素が発生するため、ワーク8の表面ではアルミニウムイオンが発生した酸素によって酸化され複数の微細孔を有した酸化アルミニウムの膜をワーク8、すなわち、アルミニウム基材2上に形成する。これが陽極酸化皮膜層である。なお、本発明の表面処理アルミニウム材の製造方法の陽極酸化処理工程の電解液条件は、本願出願人が開発して既に特許文献4に開示された電解液条件と同一である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an anodizing process of the method for producing a surface-treated aluminum material according to the present embodiment.
When anodizing is performed, as shown in FIG. 4, an acidic electrolytic solution 7 containing an acid such as 10-50 g / liter oxalic acid and aluminum ions having a dissolved concentration of 0-5 g / liter is used in an electrolytic cell 6. Then, a workpiece 8 serving as an anode, that is, aluminum or an aluminum alloy corresponding to the aluminum substrate 2 in FIG. The work 8 and the cathode 12 are energized. Reference numeral 10 denotes a power supply device. In addition to oxalic acid, the electrolyte solution 7 may be any acid usually used for anodizing aluminum such as malic acid, melonic acid, malonic acid, sulfuric acid, phosphoric acid or tartaric acid. One acid may be used alone or in a mixed acid state.
Since an electric current flows in the direction 11 of the electric current in the electrolytic cell 6, aluminum ions are generated on the surface of the work 8 from the work 8 that is the aluminum base 2. In addition, since oxygen and hydrogen are generated from the anode, that is, the work 8 and the cathode 12, respectively, by electrolysis of water, the surface of the work 8 is oxidized by oxygen generated by aluminum ions and has a plurality of fine holes. The film is formed on the workpiece 8, that is, the aluminum substrate 2. This is an anodized film layer. In addition, the electrolyte solution conditions of the anodizing process of the manufacturing method of the surface treatment aluminum material of this invention are the same as the electrolyte solution conditions which the applicant of this application developed and already disclosed by patent document 4. FIG.

図3のステップS1に示すように陽極酸化処理に用いる電解液中の溶存アルミニウム濃度は0−5g/リットル、電解液の温度は0−20℃となっている。
このステップS1の作用効果については、特許文献4に既に開示したとおりであるが、再度説明すると以下のとおりである。
As shown in step S1 of FIG. 3, the dissolved aluminum concentration in the electrolytic solution used for the anodic oxidation treatment is 0-5 g / liter, and the temperature of the electrolytic solution is 0-20 ° C.
The operational effects of step S1 are as already disclosed in Patent Document 4, but are described again below.

電解液7中の溶存アルミニウム濃度は、陽極酸化処理においてはワーク8を構成する金属と同じ金属イオンを混合させておくことで電解液7との反応活性を下げ、酸化アルミニウム膜の表面での化学的な溶解を抑制して可能な限り緻密な皮膜を形成するために15g/リットル程度等ある程度高い濃度に調整されるが、本実施の形態では、溶存アルミニウム濃度を0〜5g/リットルとし、電解液7との反応活性を大きくすることでワーク8表面においてアルミニウムイオンが溶解しやすくして、酸化アルミニウムの膜を形成容易にしている。
そして、電解液7の温度を下げることによって、酸化アルミニウム膜の表面での反応活性を抑制している。但し、電解液7の温度の低下による反応活性の抑制効果は酸化アルミニウム膜内部では弱いため、酸化アルミニウムの皮膜の微細孔5の内壁面は従前に比べ活性化され、後の封孔処理工程において形成される緻密な水和アルミナ皮膜層4の素となるアルミニウムイオンあるいは有機アルミニウムイオンが微細孔5内に充満することになるのである。
The dissolved aluminum concentration in the electrolytic solution 7 is reduced by reducing the reaction activity with the electrolytic solution 7 by mixing the same metal ions as the metal constituting the workpiece 8 in the anodic oxidation treatment. In order to suppress a typical dissolution and form a film as dense as possible, the concentration is adjusted to a certain level such as about 15 g / liter. In this embodiment, the dissolved aluminum concentration is set to 0 to 5 g / liter, By increasing the reaction activity with the liquid 7, aluminum ions are easily dissolved on the surface of the workpiece 8, and an aluminum oxide film is easily formed.
The reaction activity on the surface of the aluminum oxide film is suppressed by lowering the temperature of the electrolytic solution 7. However, since the effect of suppressing the reaction activity due to the decrease in the temperature of the electrolytic solution 7 is weak inside the aluminum oxide film, the inner wall surface of the micropore 5 of the aluminum oxide film is activated as compared with the former, and in the subsequent sealing treatment step The fine holes 5 are filled with aluminum ions or organoaluminum ions which are the elements of the dense hydrated alumina coating layer 4 to be formed.

また、本実施の形態においては、電極に通常よりも高い電圧を印加している。本発明の表面処理アルミニウム材製造方法の陽極酸化処理工程では通常の印加電圧55〜65Vよりもさらに高い電圧100〜150Vを電極にかけることでより大きな電流をワーク8や電解液7中を流れるようにして、ワーク8から発生するジュール熱を増加させている。
すなわち、通常以上の大きさの電圧を電極に印加することで電流を通常よりも多く流してジュール熱を増加させ、ワーク8のアルミニウムの活性を電気的及び熱的にも高めて、ワーク8上のアルミニウムイオンがより大量に電解液7中へと溶出可能な状態をつくっておくのである。また、このアルミニウムイオンは、酸化アルミニウム皮膜の微細孔5内にも充満されることになるのは上述のとおりである。
In the present embodiment, a voltage higher than usual is applied to the electrodes. In the anodizing treatment step of the surface-treated aluminum material manufacturing method of the present invention, by applying a voltage of 100 to 150 V higher than the normal applied voltage of 55 to 65 V to the electrode, a larger current flows in the workpiece 8 or the electrolytic solution 7. Thus, the Joule heat generated from the workpiece 8 is increased.
That is, by applying a voltage larger than usual to the electrode, current is supplied more than usual to increase Joule heat, and the activity of aluminum of the work 8 is enhanced both electrically and thermally. Thus, a state is created in which a large amount of aluminum ions can be eluted into the electrolyte solution 7. In addition, as described above, the aluminum ions are also filled in the micropores 5 of the aluminum oxide film.

さらに本実施の形態においては、電解液7の温度を通常よりも低く制御している。
通常よりも5℃から30℃程度液温を低く維持することで、電解液7の溶解度を下げることに加えて、発生するジュール熱を除去してワーク8表面を冷却する効果を有している。ワーク8表面での反応活性を抑制すると共に、ワーク8から電解液7へアルミニウムイオンが溶出すると同時にワーク8表面上で形成される酸化アルミニウムの皮膜が、電解液7に再び溶解することを防止するのである。
Furthermore, in the present embodiment, the temperature of the electrolytic solution 7 is controlled to be lower than usual.
In addition to lowering the solubility of the electrolytic solution 7 by maintaining the liquid temperature lower by about 5 ° C. to 30 ° C. than usual, it has the effect of removing the generated Joule heat and cooling the surface of the workpiece 8. . While suppressing the reaction activity on the surface of the work 8, aluminum ions are eluted from the work 8 to the electrolytic solution 7, and at the same time, the aluminum oxide film formed on the surface of the work 8 is prevented from being dissolved again in the electrolytic solution 7. It is.

以上の説明が図3のステップS1に関するものであるが、この工程では図1に示す表面処理アルミニウム材1のアルミニウム基材2の上に一部の酸化アルミニウムが陽極酸化皮膜層3を形成すると共に、陽極酸化皮膜の形成に使用されなかった活性の高いアルミニウムイオンが陽極酸化皮膜層3の微細孔5内に大量に蓄積された状態をつくりだしている。これは電解液7中の溶存アルミニウム濃度の低下及び高圧通電によって大量のアルミニウムイオンが電解液7へと溶出されることにより生じる状態である。   The above description relates to step S1 in FIG. 3. In this step, a part of aluminum oxide forms an anodized film layer 3 on the aluminum substrate 2 of the surface-treated aluminum material 1 shown in FIG. Thus, a state in which a large amount of highly active aluminum ions not used for forming the anodic oxide film is accumulated in the micropores 5 of the anodic oxide film layer 3 is created. This is a state that occurs when a large amount of aluminum ions are eluted into the electrolytic solution 7 due to a decrease in the concentration of dissolved aluminum in the electrolytic solution 7 and high-voltage energization.

次に、図3のステップS1では複数の微細孔5が形成されており耐食性が不十分であるため、図3のステップS2で示される封孔処理を施す。本実施の形態に係る封孔処理は超純水を用いるが、ステップS2−1からステップS2−4までの4つの処理条件を備えるものである。
封孔処理は、これを施すことによって陽極酸化皮膜の成分である酸化アルミニウムの一部が水分を吸収してベーマイト(Al・HO)やバイヤライト(Al・3HO)からなる水和物へと変化し、さらに、これらが膨張して陽極酸化皮膜層3の微細孔5を封孔し表面処理アルミニウム材の耐食性と耐磨耗性を向上させるものである。
本実施の形態では、まず、ステップS2−1では高温水あるいは加圧蒸気の初期温度設定として60℃以下の温水としている。
これは特許文献4に開示されている発明のように陽極酸化処理を施したワークであっても、封孔処理時に適切な温度管理を行わなければ水和アルミナ皮膜層4が成長しないことによるものである。
具体的には、特許文献4に開示されている方法であっても、水和アルミナ皮膜層4の中は、針状結晶同士が緻密に埋まっており、それにより膜を形成しているが、封孔処理時の温度を低温時から徐々に制御しないことによれば、急激な加熱により大量のアルミイオン付近の水分が急激に蒸発してしまう。この水分の急激な蒸発は、アルミニウムイオンの濃度が不均一のまま結晶化させることになり、それが針状の結晶の成長を促してしまい、結果的に結晶の表面積を大きくしてしまう。さらに、水和アルミナ皮膜層4の膜厚はせいぜい1μm程度しか成長できず、均一に陽極酸化皮膜層3を覆うことができないため、また、前述のとおり針状の結晶であることによる表面積の拡大と相まって、アウトガスの発生を抑制できていなかった。
Next, since a plurality of micro holes 5 are formed in step S1 in FIG. 3 and the corrosion resistance is insufficient, the sealing process shown in step S2 in FIG. 3 is performed. The sealing treatment according to the present embodiment uses ultrapure water, but has four treatment conditions from step S2-1 to step S2-4.
In the sealing treatment, by applying this, a part of the aluminum oxide that is a component of the anodized film absorbs moisture and boehmite (Al 2 O 3 .H 2 O) or bayerite (Al 2 O 3 .3H 2). O), and further expands to seal the micropores 5 of the anodized film layer 3 to improve the corrosion resistance and wear resistance of the surface-treated aluminum material.
In the present embodiment, first, in step S2-1, hot water of 60 ° C. or less is set as the initial temperature setting of high-temperature water or pressurized steam.
This is due to the fact that the hydrated alumina coating layer 4 does not grow even if the workpiece is anodized as in the invention disclosed in Patent Document 4 unless proper temperature control is performed during the sealing treatment. It is.
Specifically, even in the method disclosed in Patent Document 4, in the hydrated alumina coating layer 4, the needle crystals are densely embedded, thereby forming a film. If the temperature during the sealing treatment is not gradually controlled from a low temperature, a large amount of water near the aluminum ions is rapidly evaporated by rapid heating. This rapid evaporation of water causes crystallization with a non-uniform aluminum ion concentration, which promotes the growth of needle-like crystals, and consequently increases the surface area of the crystals. Furthermore, since the hydrated alumina film layer 4 can grow only at most about 1 μm and cannot uniformly cover the anodic oxide film layer 3, the surface area is increased due to the needle-like crystals as described above. In combination with this, outgassing could not be suppressed.

そこで、まず、ステップS2−1では、封孔処理を最初から高温水あるいは加圧蒸気に浸漬して行うのではなく、封孔処理の初期温度設定として60℃以下の温水に浸漬するという初期温度制御工程を加えているのである。なお、60℃以下で0℃程度までが望ましい。その理由は、温度が急激に上昇すると微細孔に充填された活性の高いアルミニウムイオンが急激に結晶化し、膜として形成できないためである。従って、このような温度範囲に設定しながら後述するように徐々に昇温させることが重要となるのである。
その後に、徐々に昇温させるがその上昇温度の速度も制御する。具体的には図3のステップS2−2に示すとおり、100℃までの昇温時間を20分以上かける昇温制御工程を備えており、さらに、ステップS2−3で示すとおり80℃から100℃で5分以上の定温制御工程を設けている。この80℃から100℃での5分以上の定温処理とは、80℃から100℃のいずれかの温度で昇温を停止し、その温度で一定に保ちながら5分間以上維持する処理を意味している。
そして、ステップS2−4に示すとおり、初期温度制御工程から昇温制御工程、定温制御工程を併せた全体の暴露処理としては、30分間以上処理を行うというものである。
このようにステップS2の封孔処理工程で初期温度のコントロール及び上昇温度の速度をコントロールすることにより、蓄積されていた大量のアルミニウムイオンを溶出させることもなく、厚膜化することができる。なお、このような初期温度制御工程、昇温制御工程及び定温制御工程を併せることで膜の緻密化も可能であるので、厚膜化に対する応力発生の緩和にも寄与していると考えられる。
また、結晶化が始まると考えられる80℃から100℃までの昇温に5分間以上かけるように温度制御することにより表面の結晶化が抑制され、水和アルミナ皮膜層4の表面の平滑化が可能となるのである。
なお、封孔処理に用いられる超純水の温水は、高温状態あっては沸騰水でもよいし、加熱蒸気であってもよい。さらに、加圧蒸気は、飽和水蒸気であってもよいし、未飽和の水蒸気であってもよい。
Therefore, first, in step S2-1, the initial sealing temperature is not immersed in high temperature water or pressurized steam from the beginning, but is immersed in warm water of 60 ° C. or less as the initial temperature setting for the sealing process. A control process is added. Note that it is desirable that the temperature is 60 ° C. or less and about 0 ° C. The reason is that when the temperature rises rapidly, highly active aluminum ions filled in the micropores crystallize rapidly and cannot be formed as a film. Therefore, it is important to gradually raise the temperature as described later while setting in such a temperature range.
Thereafter, the temperature is gradually raised, but the speed of the rising temperature is also controlled. Specifically, as shown in step S2-2 of FIG. 3, it is provided with a temperature raising control process in which a temperature raising time up to 100 ° C. is applied for 20 minutes or more. Further, as shown in step S2-3, 80 ° C. to 100 ° C. The constant temperature control process of 5 minutes or more is provided. The constant temperature treatment at 80 ° C. to 100 ° C. for 5 minutes or longer means a treatment in which the temperature rise is stopped at any temperature from 80 ° C. to 100 ° C. and maintained at that temperature for 5 minutes or longer. ing.
And as shown to step S2-4, as the whole exposure process which combined the temperature rising control process and the constant temperature control process from the initial temperature control process, a process is performed for 30 minutes or more.
In this way, by controlling the initial temperature and the rate of the rising temperature in the sealing treatment process of step S2, the film can be thickened without eluting the accumulated large amount of aluminum ions. In addition, since the film can be densified by combining such an initial temperature control process, a temperature increase control process, and a constant temperature control process, it is considered that it contributes to the mitigation of stress generation due to the thick film.
Further, by controlling the temperature so that the temperature rise from 80 ° C. to 100 ° C. considered to start crystallization takes 5 minutes or more, the surface crystallization is suppressed, and the surface of the hydrated alumina coating layer 4 is smoothed. It becomes possible.
The warm water of ultrapure water used for the sealing treatment may be boiling water or heated steam in a high temperature state. Furthermore, the pressurized steam may be saturated steam or unsaturated steam.

最後に、実施例を用いて本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材の断面形態及び表面形態の評価及びJIS H8633−2:2013に準拠したりん酸クロム酸水溶液浸漬試験による耐食性能、耐プラズマ性能、ガス放出特性について検討したのでこれについて説明する。
比較の目的で、同一の材料及び寸法を備えた試料を用いながら、同一の電解液条件で陽極酸化処理工程を終了した後、本発明による封孔処理と特許文献4の技術による封孔処理を行い、それぞれ得られた表面処理アルミニウム材を用いて比較検討を行った。
Finally, evaluation of the cross-sectional form and surface form of the surface-treated aluminum material according to the present embodiment using examples, and corrosion resistance performance and plasma resistance performance by a chromic acid chromic acid aqueous solution immersion test according to JIS H8633: 2013 Since the gas release characteristic was examined, this will be described.
For the purpose of comparison, after completing the anodizing treatment step under the same electrolyte conditions while using samples having the same material and dimensions, the sealing treatment according to the present invention and the sealing treatment according to the technique of Patent Document 4 are performed. A comparative study was conducted using the obtained surface-treated aluminum materials.

それぞれ表面処理アルミニウム材は、表1に示される陽極酸化の電解条件によって処理されたものである。具体的には、試料寸法の欄にある寸法を備えたアルミニウム合金A5052を、シュウ酸濃度35g/リットル、電解液中の溶存アルミニウム濃度3g/リットル及び電解液温度13℃の電解液にアルミニウム基材を浸して電解電圧120V、電流密度1.5A/dmで40分間電解した。
その後、封孔処理工程では、表2に示されるとおり試料番号1乃至4については特許文献4に開示される従来の封孔処理方法を採用し、試料番号5乃至7については本発明の封孔処理方法を採用して行った。
なお、本実施例では試料としてアルミニウム合金を用いたが。アルミニウムであっても同様の陽極酸化処理と封孔処理が可能である。
Each surface-treated aluminum material is treated according to the anodizing electrolytic conditions shown in Table 1. Specifically, an aluminum base material A5052 having dimensions in the column of sample dimensions is applied to an electrolytic solution having an oxalic acid concentration of 35 g / liter, a dissolved aluminum concentration of 3 g / liter in the electrolytic solution, and an electrolytic solution temperature of 13 ° C. Was electrolyzed at an electrolysis voltage of 120 V and a current density of 1.5 A / dm 2 for 40 minutes.
Thereafter, in the sealing treatment step, as shown in Table 2, for the sample numbers 1 to 4, the conventional sealing method disclosed in Patent Document 4 is adopted, and for the sample numbers 5 to 7, the sealing of the present invention is adopted. The treatment method was adopted.
In this example, an aluminum alloy was used as a sample. Even if it is aluminum, the same anodic oxidation treatment and sealing treatment are possible.

このようにして作製されたそれぞれの表面処理アルミニウム材の表面形態を電解放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)及び走査顕微鏡(SPM)を用いて測定した結果を図2及び図5にそれぞれ示し、また、イオンミリング加工装置によって断面を作製してFE−SEMにより断面形態を測定した結果を図6に示す。
図2については既に説明したとおりである。
The results of measuring the surface morphology of each surface-treated aluminum material thus produced using an electrolytic emission scanning electron microscope (FE-SEM) and a scanning microscope (SPM) are shown in FIGS. 2 and 5, respectively. Moreover, the result of having produced a cross section with the ion milling apparatus and measuring the cross-sectional form with FE-SEM is shown in FIG.
FIG. 2 has already been described.

図5は走査型プローブ顕微鏡(SPM)による表面粗さ測定を示すが、(a)は従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面形態のSPM写真(1千倍)であり、(b)は本実施の形態(表2の処理6)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の表面形態のSPM写真(1千倍)であり、(c)は(b)に研磨処理を施した状態のSPM写真(1千倍)である。
封孔処理を従来処理とした処理1(図5(a))では、表面粗さがRa=17.43nmであり、一方、本発明における封孔処理を施した処理6(図5(b))では表面粗さがRa=7.84nmとなっているので大幅(半分以下)に平滑性が向上していることがわかる。さらに、本発明における封孔処理に加えて研磨処理を施した場合(図5(c))には表面粗さがRa=2.12nmとなっており、研磨処理によってナノオーダーで表面が平滑化されることが確認された。
このような研磨処理は、一般的なバフ研磨やスラリー研磨による処理であり、これらを施すには2μm程度の膜厚が必要であり、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材ではその膜厚が十分であることから、研磨処理を施すことができた。
FIG. 5 shows surface roughness measurement using a scanning probe microscope (SPM). (A) shows the hydration of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (Process 1 in Table 2). It is a SPM photograph (1,000 times) of the surface form of an alumina coating layer, (b) is hydration of the surface treatment aluminum material produced with the surface treatment aluminum material manufacturing method concerning this embodiment (treatment 6 of Table 2). It is a SPM photograph (1,000 times) of the surface form of an alumina coat layer, and (c) is a SPM photograph (1,000 times) in the state where polish processing was given to (b).
In the treatment 1 (FIG. 5A) in which the sealing treatment is a conventional treatment, the surface roughness is Ra = 17.43 nm, while the treatment 6 (FIG. 5B) subjected to the sealing treatment in the present invention. ), The surface roughness is Ra = 7.84 nm, so it can be seen that the smoothness is greatly improved (less than half). Furthermore, when the polishing process is performed in addition to the sealing process in the present invention (FIG. 5C), the surface roughness is Ra = 2.12 nm, and the surface is smoothed in the nano order by the polishing process. It was confirmed that
Such a polishing process is a process by general buffing or slurry polishing, and a film thickness of about 2 μm is necessary to perform these processes. In the surface-treated aluminum material according to the present embodiment, the film thickness is Since it was sufficient, the polishing treatment could be performed.

図6はいずれも電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)写真であるが、(a)が従来技術(表2の処理1)に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の断面状態(2万倍)を示し、(b)及び(c)は本実施の形態の技術(表2の処理6と処理7)で作製した表面処理アルミニウム材の水和アルミナ皮膜層の断面形態(2千倍)である。
図6より、(a)の処理1では水和アルミナ皮膜層が0.5μm以上ではあるものの1μm以下であり、針状の結晶が確認できるが、(b)の処理6、(c)の処理7では、針状の結晶が発見できず、厚膜化していることが確認できる。
FIG. 6 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph, but (a) shows the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the prior art (Process 1 in Table 2). The cross-sectional state (20,000 times) of the hydrated alumina coating layer is shown, and (b) and (c) show the hydration of the surface-treated aluminum material produced by the technique of this embodiment (Process 6 and Process 7 in Table 2). It is a cross-sectional form (2,000 times) of the alumina coating layer.
From FIG. 6, in treatment 1 of (a), the hydrated alumina coating layer is 0.5 μm or more but 1 μm or less, and acicular crystals can be confirmed, but treatment 6 of (b), treatment of (c) In No. 7, it can be confirmed that a needle-like crystal was not found and the film was thickened.

さらに、図7は、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の封孔処理工程における温度管理と従来技術における温度管理による温度プロファイル(経時変化)を示すグラフである。
図7から水和アルミナ皮膜層が厚膜化するためには、封孔処理開始の温度から100℃までの昇温速度を時間を20分以上長くとりつつ、しかも100℃での定温処理に5分以上時間をかけていることが重要であることが確認できる。すなわち、図3における封孔処理条件としてのステップS2−1,S2−2,S2−3,S2−4それぞれが水和アルミナ皮膜層の厚膜化には関わっていることが理解できる。
Further, FIG. 7 is a graph showing temperature profiles (change over time) by temperature management in the sealing treatment step of the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the present embodiment and temperature management in the prior art.
From FIG. 7, in order to increase the thickness of the hydrated alumina coating layer, the temperature rising rate from the temperature at the start of the sealing treatment to 100 ° C. is increased to 20 ° C., and the constant temperature treatment at 100 ° C. It can be confirmed that it is important to spend more than a minute. That is, it can be understood that each of steps S2-1, S2-2, S2-3, and S2-4 as the sealing treatment conditions in FIG. 3 is related to the thickening of the hydrated alumina coating layer.

次に、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材の耐食性、耐プラズマ性、放出ガス特性を従来技術によって作製された表面処理アルミニウム材との比較を通じて説明する。
表3は、JISH8633−2:2013に準拠したりん酸-クロム酸水溶液浸せき試験の結果から、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の封孔処理工程を施した表面処理アルミニウム材についての耐食性能を示すものである。試験では、表面処理アルミニウム材の試料から適当な大きさの試験片を切出し、吊り下げ用の孔を開けたものを試験に用いた。
表3に示すりん酸−クロム酸による試料の質量減少量は反応ガスやエッチングガスとして真空装置内に導入される腐食性のガスに腐食されるアルミニウムイオンの量を示すものであり、各試料のアルミニウム基材表面に形成される皮膜の酸に対する腐食性が大きいと高濃度のアルミニウムイオンがりん酸−クロム酸溶液中に溶解する。つまり、りん酸−クロム酸溶液中へのアルミニウム溶解量が大きくなる。反対に皮膜の腐食性が小さいとりん酸−クロム酸溶液中へのアルミニウム溶解量は小さくなる。従って、表3の酸溶液中へのアルミニウム溶解量を見ると、JIS規格によると皮膜溶解量が30mg/dm以下ならよいとのことであるが、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法の封孔処理工程を施した表面処理アルミニウム材の単位面積当たりの質量減がほぼ0であり非常に良好であった。すなわち、本発明によって製造された表面処理アルミニウム材は耐食性が特に優れていることがわかる。
Next, the corrosion resistance, plasma resistance, and emission gas characteristics of the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the present embodiment will be described through comparison with the surface-treated aluminum material produced by the conventional technique.
Table 3 shows the results of the phosphoric acid-chromic acid aqueous solution immersion test based on JISH8633-2: 2013, regarding the surface-treated aluminum material subjected to the sealing treatment step of the surface-treated aluminum material manufacturing method according to the present embodiment. Corrosion resistance is shown. In the test, a test piece of an appropriate size was cut out from a sample of the surface-treated aluminum material, and a hole for hanging was used for the test.
The mass reduction amount of the sample by phosphoric acid-chromic acid shown in Table 3 indicates the amount of aluminum ions corroded by the corrosive gas introduced into the vacuum apparatus as the reaction gas or etching gas. If the film formed on the surface of the aluminum substrate is highly corrosive to acids, a high concentration of aluminum ions dissolves in the phosphoric acid-chromic acid solution. That is, the amount of aluminum dissolved in the phosphoric acid-chromic acid solution increases. On the contrary, if the corrosiveness of the film is small, the amount of aluminum dissolved in the phosphoric acid-chromic acid solution becomes small. Therefore, looking at the amount of aluminum dissolved in the acid solution in Table 3, according to JIS standards, the amount of film dissolved should be 30 mg / dm 2 or less, but the surface-treated aluminum material production according to the present embodiment The mass loss per unit area of the surface-treated aluminum material subjected to the sealing treatment step of the method was almost zero, which was very good. That is, it can be seen that the surface-treated aluminum material produced by the present invention is particularly excellent in corrosion resistance.

次に、耐プラズマ性及び放出ガス特性の測定結果について説明する。
表4に封孔処理を従来処理とした処理1、本実施の形態に係る封孔処理を施した処理5及び処理6によって製造された表面処理アルミニウム材について、耐プラズマ性及びガス放出特性を測定した結果を示す。
これらの評価に用いた試料は全て表3の耐食性の評価に用いたものと同様のものである。
表4に示す耐プラズマ性はプラズマCVD装置を用いて、エッチングガスはCF(2.0×10−2Pa)、投入電力は50Wでエッチング時間60分としてエッチング深さとマスキングした箇所の高低差を表面粗さ形状測定機で評価したものであり、高さの差が少ないものほどCFガス(フッ化炭素ガス)で腐食されておらず耐プラズマ性が大きいと言える。
表4から、従来処理よりも本発明の方が高さの差が小さい。従って、耐プラズマ性においても本発明によって製造された表面処理アルミニウム材の方が優れていることが理解できる。
Next, measurement results of plasma resistance and emission gas characteristics will be described.
Table 4 shows the plasma resistance and outgassing characteristics of the surface treated aluminum materials manufactured by the treatment 1 in which the sealing treatment is a conventional treatment, the treatment 5 and the treatment 6 which have been subjected to the sealing treatment according to this embodiment. The results are shown.
All the samples used for these evaluations are the same as those used for the corrosion resistance evaluation shown in Table 3.
The plasma resistance shown in Table 4 uses a plasma CVD apparatus, the etching gas is CF 4 (2.0 × 10 −2 Pa), the input power is 50 W, and the etching time is 60 minutes. Is evaluated by a surface roughness shape measuring instrument, and it can be said that the smaller the difference in height is, the higher the plasma resistance is because it is not corroded by CF 4 gas (fluorocarbon gas).
From Table 4, the height difference is smaller in the present invention than in the conventional process. Therefore, it can be understood that the surface-treated aluminum material produced according to the present invention is superior in plasma resistance.

また、ガス放出特性は、示差熱−熱量同時分析/質量分析装置を用いて、到達温度200℃とし、窒素と考えられるガス種28(m/z:質量電荷比)の脱離量を質量分析計によりイオン数の積分量として評価した。
表4から、従来処理の試料と比較し、本発明の試料では窒素と思われるガスが減少し、さらに厚膜化した処理6では最小の値を示した。
In addition, the gas release characteristics are obtained by using a differential thermal-caloric simultaneous analysis / mass spectrometer and achieving an ultimate temperature of 200 ° C., and mass desorption of a gas species 28 (m / z: mass to charge ratio) considered to be nitrogen. The total number of ions was evaluated by a meter.
From Table 4, compared with the sample of the conventional treatment, the gas considered to be nitrogen decreased in the sample of the present invention, and the treatment 6 having a thicker film showed the minimum value.

以上、説明したとおり、本実施の形態に係る表面処理アルミニウム材製造方法で作製した表面処理アルミニウム材においては、従来技術で作製した表面処理アルミニウム材よりも平滑化かつ厚膜化した水和アルミナ皮膜層を形成することが可能であるので、耐食性、耐プラズマ特性及び放出ガス特性のすべてにおいて、従来技術で作製した表面処理アルミニウム材よりも優れた特性を示しており、総合的な材料特性として顕著な効果を発揮することができる。   As described above, in the surface-treated aluminum material produced by the surface-treated aluminum material production method according to the present embodiment, the hydrated alumina film is smoother and thicker than the surface-treated aluminum material produced by the conventional technique. Since it is possible to form a layer, all of the corrosion resistance, plasma resistance and emission gas characteristics are superior to the surface-treated aluminum material produced by the prior art, and are outstanding as comprehensive material characteristics Can be effective.

以上説明したように、本発明の請求項1乃至請求項3に記載された発明は、CVD装置、PVD装置あるいはドライエッチング装置のうち、特に高い真空度を要求される真空装置の内壁材料として利用されることはもちろんのこと、広く一般的に建材や弱電部品や自動車部品などに利用することができる。   As described above, the invention described in claims 1 to 3 of the present invention is used as an inner wall material of a vacuum apparatus requiring a particularly high degree of vacuum among a CVD apparatus, a PVD apparatus or a dry etching apparatus. Of course, it can be widely used for building materials, weak electric parts, automobile parts and the like.

1…表面処理アルミニウム材 2…アルミニウム基材 3…陽極酸化皮膜層 4…水和アルミナ皮膜層 5…微細孔 6…電解槽 7…電解液 8…ワーク 9…引掛け 10…電源装置 11…電流の向き 12…陰極 13…表面処理アルミニウム材 14…アルミニウム基材 15…陽極酸化皮膜層 16…微細孔   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface treatment aluminum material 2 ... Aluminum base material 3 ... Anodized film layer 4 ... Hydrated alumina film layer 5 ... Micropore 6 ... Electrolytic tank 7 ... Electrolyte solution 8 ... Work piece 9 ... Hook 10 ... Power supply device 11 ... Current 12 ... Cathode 13 ... Surface-treated aluminum material 14 ... Aluminum substrate 15 ... Anodized film layer 16 ... Micropores

Claims (3)

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、このアルミニウム基材表面上に形成される陽極酸化皮膜層と、この陽極酸化皮膜層上に形成される水和アルミナ皮膜層とを有し、前記陽極酸化皮膜層の内部に形成される微細孔は前記水和アルミナ皮膜層で封孔され、前記陽極酸化皮膜層上に形成される水和アルミナ皮膜層の膜厚が2μm以上20μm以下であることを特徴とする表面処理アルミニウム材。 A aluminum or aluminum base material made of aluminum alloy, and the anodized film layer formed on the aluminum substrate surface, and hydrated alumina coating layer formed on the anodized film layer, the anodized The micropores formed inside the coating layer are sealed with the hydrated alumina coating layer, and the thickness of the hydrated alumina coating layer formed on the anodized coating layer is 2 μm or more and 20 μm or less. Surface-treated aluminum material. 前記水和アルミナ皮膜層の表面の算術平均粗さがRa=10nm以下であることを特徴とする請求項1記載の表面処理アルミニウム材。   2. The surface-treated aluminum material according to claim 1, wherein the arithmetic average roughness of the surface of the hydrated alumina coating layer is Ra = 10 nm or less. アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材を電解液に浸漬して通電する陽極酸化処理工程と、前記アルミニウム基材を加熱蒸気又は95℃以上の高温水を用いて封孔する封孔処理工程とを有する表面処理アルミニウム材製造方法であって、前記電解液の溶存アルミニウム濃度は0−5g/リットルであり、前記電解液の温度は0−20℃であり、前記電解液はシュウ酸、リンゴ酸、メロン酸、マロン酸、硫酸、りん酸又は酒石酸のいずれか1の酸又はこれらの混合酸を10−50g/リットル含有し、前記封孔処理工程における加熱蒸気又は高温水の温度上昇は、100℃までの到達時間を20分以上かつ80℃から100℃までの上昇時間を5分以上に管理されることを特徴とする表面処理アルミニウム材製造方法。   An anodizing treatment step in which an aluminum substrate made of aluminum or an aluminum alloy is immersed in an electrolytic solution and energized, and a sealing treatment step in which the aluminum substrate is sealed with heated steam or high-temperature water at 95 ° C. or higher. A surface-treated aluminum material manufacturing method comprising: a dissolved aluminum concentration of the electrolyte solution is 0-5 g / liter, a temperature of the electrolyte solution is 0-20 ° C., and the electrolyte solution is oxalic acid, malic acid, Melonic acid, malonic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, tartaric acid or any one of these acids or a mixed acid thereof is contained in an amount of 10-50 g / liter, and the temperature rise of the heating steam or hot water in the sealing treatment step is 100 ° C. The method for producing a surface-treated aluminum material is characterized in that the arrival time to 20 minutes or more and the rising time from 80 ° C. to 100 ° C. are controlled to 5 minutes or more.
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