JPH05311466A - フッ化不働態膜を形成した工業材料 - Google Patents

フッ化不働態膜を形成した工業材料

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JPH05311466A
JPH05311466A JP14812592A JP14812592A JPH05311466A JP H05311466 A JPH05311466 A JP H05311466A JP 14812592 A JP14812592 A JP 14812592A JP 14812592 A JP14812592 A JP 14812592A JP H05311466 A JPH05311466 A JP H05311466A
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忠弘 大見
Masahiro Miki
正博 三木
Matagoro Maeno
又五郎 前野
Ryoji Hirayama
良司 平山
Hiroto Izumi
浩人 泉
Kazuo Chiba
和郎 千葉
Kazu Mikasa
和 三笠
Reiko Takahashi
麗子 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】耐食性を著しく向上させることが出来、特に半
導体製造の分野において有効なフッ化不働態膜を形成し
た工業材料を提供すること。 【構成】基材の表面に、組成がニッケル・タングステン
・リンからなり、その組成範囲がタングステン5%以下
およびリン9%以上の合金薄膜を形成し、該合金薄膜の
少なくとも表面に、タングステン・リンを含まないフッ
化不働態膜を形成したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、セラミックスあ
るいはプラスチック等の表面にフッ化不働態膜を形成し
た工業材料に関し、特にハロゲンガス等の腐食性ガスに
対する耐食性を著しく向上させることを可能としたフッ
化不働態膜を形成した工業材料に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体製造プロセスにおいて
は、例えば、BCl3、SiF4、WF6、Cl2等の反応
性及び腐食性の強い特殊ガスが使用されており、このガ
ス雰囲気中に水分が存在すると加水分解が生じ、塩化水
素やフッ化水素等の強い腐食性を示す酸が発生してしま
う。そのため、これらのガスを扱う貯蔵容器、配管、反
応チャンバ等にアルミニウムまたはアルミニウム合金製
品(以下アルミニウム製品と略称する)を使用しても、
容易に腐食されてしまうという問題点があった。
【0003】上記ガスによる腐食を防止することが種々
試みられている。既に本発明者等は、AlまたはAl合
金の表面にニッケル・タングステン・リンからなるめっ
き膜を形成し、該めっき膜の少なくとも表面にタングス
テン・リンを含まないフッ化不働態膜を形成した材料に
係る発明を出願した(特願平2−283151号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記出
願に係る発明により形成されたフッ化不働態膜は、基材
の表面に形成されたニッケル合金薄膜が、一部ニッケル
及びニッケル合金の混合相からなり、従って形成された
フッ化不働態膜も完全な均一膜となり得ず、理想的な不
働態膜が形成されていない。
【0005】本発明は前述した点に鑑みてなされたもの
で、腐食性ガス等における耐食性を著しく向上させるこ
とが出来、特に半導体製造の分野において有効なフッ化
不働態膜を形成した工業材料を提供することをその課題
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題は、基材の表面
に、組成がニッケル・タングステン・リンから成り、且
つその構造が前記ニッケル・タングステン・リンから成
る単一の相(以下単相のニッケル・タングステン・リン
と言う)で構成されたニッケル合金薄膜を形成し、該合
金薄膜の少なくとも表面に、タングステン・リンを含ま
ないフッ化不働態膜を形成した工業材料に於いて、特に
上記3成分から成るニッケル合金薄膜の夫々の組成範囲
をタングステン5%以下およびリン9%以上となすこと
により、解決される。
【0007】
【発明の構成並びに作用】元来、ニッケル・タングステ
ン・リンめっき膜は優れた耐食性を示すことは周知の事
実であり、更にニッケル・タングステン・リンめっき膜
をフッ化不働態化処理してニッケル・タングステン・リ
ンめっき膜の表面に形成されたNiF2よりなるフッ化
不働態膜は更に優れた耐食性を示す点については、本発
明者等により、既に出願されている(特願平2−283
151号)。
【0008】しかしながら、本発明者等が更に研究を重
ねた結果、ニッケル・タングステン・リンめっき膜中の
各元来の比率を最適に設定することにより、著しく優れ
た特性を示す略々単相のニッケル・タングステン・リン
めっき膜上に形成されたフッ化不働態膜を形成し得るこ
とを発見した。
【0009】即ち通常のニッケル・タングステン・リン
めっき膜はフッ化不働態化処理の過程によりニッケル及
びニッケル合金の混合相からなる膜が形成され、この様
な混合相膜上に形成されたフッ化不働態膜は、粒界を伴
った不均一な不働態膜となり、理想的な不働態膜には成
り難いことが本発明者等の引き続く研究で明らかとなっ
た。
【0010】本発明者等は理想的単相膜上に形成された
フッ化不働態膜を形成すべくX線回折による構造解析を
試みた結果、目的とする略々単相のニッケル・タングス
テン・リンめっき膜上に形成されたフッ化不働態膜を形
成すべき条件を確立すると共に、本発明により形成され
たフッ化不働態膜は耐食性能を評価するに最も優れた評
価方法である不働態電位測定法により従来のフッ化不働
態膜よりも一段と優れた性能を有することを確認した。
【0011】本発明の最大の特徴は、上記略々単相のニ
ッケル・タングステン・リンから成るニッケル合金薄膜
の夫々の組成範囲を、特にタングステン5%以下、およ
びリン9%以上、更に望ましくはタングステン0.5%
以上2%以下、およびリン10%以上13.5%以下と
することであり、この様な特定の組成範囲となすことに
より、この上に形成されるフッ化不働態膜の耐食性を著
しく向上せしめ得る点にある。
【0012】この際、上記ニッケル合金薄膜の組成範囲
が上記特定の範囲を外れると、フッ化不働態膜の耐食性
は著しく向上しない。
【0013】本発明に於いては、上記本発明者等の発明
に係る先願たる特願平2−283151号の発明に対
し、上記ニッケル合金薄膜の夫々の組成範囲を上記特定
の範囲となすこと以外は、全て上記先願発明の技術がそ
のまま採用される。
【0014】
【発明の効果】半導体プロセスには反応性及び腐食性の
強い特殊ガスが多数使用されており、又イオンボンバー
ド装置等の最も苛酷な雰囲気でのプロセスが要求され、
且つこれらのプロセスは常に一定の条件で行われること
が歩留向上の必須条件である。
【0015】しかしながら従来の装置は十分な耐食性を
有しておらず、プロセスに伴う腐食が大きな問題となっ
ている。更にプロセスにより発生する副生成物等の装置
への堆積により、常に一定のプロセス条件が得られな
い。従って定期的に装置を開放し洗浄することにより、
プロセス条件を一定化する方法が一般的である。
【0016】本発明の工業材料を前記プロセスに採用す
ることにより、装置の腐食が防止出来るだけでなく、プ
ロセスにより発生した堆積物の除去も装置を開放するこ
となしに解決し得る。即ち、耐食性、耐イオンボンバー
ド性の向上により、活性なガス及びプラズマ等の使用が
可能となり、従ってプロセスにより発生した堆積物を揮
発性のガス状に転換し、除去する密閉式洗浄が可能とな
る。プロセス装置の開放は稼働率を極端に低下させるだ
けでなく、今後要求される超高集積半導体の製造に於い
て克服すべき最も重要な課題である。本発明により前記
課題を解決し得るものである。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。
【0018】
【実施例1】本実施例に於いて、表面にフッ化不働態膜
を形成した供試材の基材としてはアルミニウム合金(#
5086)を使用した。上記供試材の表面に、夫々含有
量の異なるニッケル・タングステン・リンの無電解めっ
きを施し、夫々のめっき表面をフッ化不働態化処理し
た。
【0019】全供試材共にフッ化処理の条件は同一であ
り、350℃で80分間フッ素化の後、不活性ガス中で
350℃、12時間の熱処理を施してある。
【0020】供試材はA、B、C、D、E、F、G、
H、Iの9種類からなり、供試材D、E、F、G、H、
Iは本発明による略々単相のニッケル・タングステン・
リン合金薄膜上に形成されたフッ化不働態膜を有す。
【0021】供試材A、B、C、D、E、F、G、H、
Iのうち比較例として例示したA、B、Cはニッケルお
よびニッケル合金からなる混合相のニッケル・タングス
テン・リン合金薄膜上に形成されたフッ化不働態膜を有
す。
【0022】表1に供試材A、B、C、D、E、F、
G、H、Iのニッケル・タングステン・リンめっき膜
の、めっき処理液のpH、膜厚、めっき膜中のニッケル
・タングステン・リンの各重量%、およびめっき膜の磁
性及び350℃×1時間、350℃×8時間の熱処理後
の磁性を示す。尚、各重量%の分析はEPMA(Ele
ctron Probe Micro Analysi
s)により分析した。
【0023】
【表1】
【0024】
【実施例2】ニッケル・タングステン・リンめっき処理
を行う場合のめっき液のpHと、めっき膜中のタングス
テン及びリン濃度の含有量の関係曲線を図1に示す。各
供試材共にめっきは硫酸ニッケル・次亜リン酸ナトリウ
ム・タングステン酸ナトリウム・有機酸からなるめっき
液中で、めっき中の温度は82〜90℃である。図1よ
りめっき膜中のタングステン及びリン濃度はめっき液の
pHに大きく依存することが明白である。
【0025】
【実施例3】ニッケル・タングステン・リンめっき処理
を行う場合のめっき液のpHと、めっき膜の磁性の関
係、ならびにめっき膜を350℃の大気中で1時間及び
8時間熱処理した場合の磁性曲線を図2に示す。
【0026】
【実施例4】供試材A、B、C、D、E、F、G、H、
Iに形成されたフッ化不働態膜のX線回折図を夫々図3
〜11に順次示す。供試材A、B、CにはNi及びNi
3Pの混合相からなる回折ピークが認められる。特に供
試材CにはNiの大きな回折ピークが認められる。
【0027】一方、本発明による供試材D、E、F、
G、H、IにはNi又はNi3Pの回折ピークは認めら
れず、単相のニッケル・タングステン・リンから構成さ
れためっき膜であることが確認される。
【0028】
【実施例5】ニッケル・タングステン・リンめっきの合
金薄膜の表面に形成されたフッ化膜のxps(X−ra
y photoelectron spectrome
try)解析結果を図12に示す。形成されたフッ化膜
はタングステン及びリンを含まないフッ化ニッケルの膜
であることが認められる。この図12に於いては、スパ
ッタ時間は表面からの深さに相当する。
【0029】
【実施例6】ニッケル・タングステン・リンめっきの合
金薄膜上に形成されたフッ化膜の耐プラズマ性を図13
に示す。図13はフッ化膜に強度の異なるCF4プラズ
マを30分照射した後の残存フッ化膜の割合を示す。本
発明によるフッ化膜は60eVのプラズマに対しても優
れた耐プラズマ性を示すことが認められる。
【0030】
【実施例7】表2にニッケル・タングステン・リンめっ
き膜及び前記めっき膜の表面に形成されたフッ化膜の密
着性を評価した結果を示す。測定は液体窒素中へサンプ
ルを1分間浸漬した後、沸騰水中に1分間浸漬して1サ
イクルとし、繰り返し同一条件で10サイクル行った。
表2に示す通り、前記過酷な条件においても全く剥離は
認められず、優れた密着性を示す。
【0031】
【表2】
【0032】
【実施例8】図14にニッケル・タングステン・リンめ
っきの合金薄膜上に形成されたフッ化膜の分極測定に供
した測定装置を示す。
【0033】測定は試料面積1cm2、電解液1N−A
lCl3(40℃)及び電気掃引速度30mV/分の電
位走査法により行った。測定は全て窒素雰囲気中で実施
し、測定の大きな誤差要因となる電解液中の溶存酸素は
高純度窒素により十分脱気した後実施した。電流値の測
定もnA/cm2の極めて低いオーダーで測定可能に改
良し、フッ化膜の優れた不働態膜特性を評価し得るもの
である。
【0034】
【実施例9】図15〜17に供試材A、B、C、D、
E、F、G、H、Iに形成されたフッ化不働態膜の1N
−AlCl3溶液25℃中における分極測定結果を示
す。
【0035】供試材A、B、C、D、E、F、G、H、
Iのうち本発明による供試材D、E、F、G、H、I
は、他の供試材に比べ高電位までnA/cm2の微電流
域においてさえも電流は認められず、良好な不働態膜で
あることが認められる。特に供試材D、Eに形成された
フッ化不働態は極めて優れた不働態特性を示すことが認
められる。
【0036】
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】:めっき液のpHとめっき膜中のタングステン
及びリンの含有量の関係を示すグラフである。
【0038】
【図2】:めっき液中のpHとめっき膜の磁性との関係
及び加熱時の磁性曲線を示す。
【0039】
【図3】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材A)
のX線回折図である。
【0040】
【図4】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材B)
のX線回折図である。
【0041】
【図5】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材C)
のX線回折図である。
【0042】
【図6】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材D)
のX線回折図である。
【0043】
【図7】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材E)
のX線回折図である。
【0044】
【図8】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材F)
のX線回折図である。
【0045】
【図9】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材G)
のX線回折図である。
【0046】
【図10】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材
H)のX線回折図である。
【0047】
【図11】:フッ化不働態膜を形成した材料(供試材
I)のX線回折図である。
【0048】
【図12】:フッ化不働態膜のxps図である。
【0049】
【図13】:フッ化不働態膜の耐プラズマ特性を示す図
である。
【0050】
【図14】:フッ化不働態膜の分極測定装置である。
【0051】
【図15】:同上の材料の分極測定結果を示すグラフで
ある。
【0052】
【図16】:同上の材料の分極測定結果を示すグラフで
ある。
【0053】
【図17】:同上の材料の分極測定結果を示すグラフで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 正博 大阪府大阪市阿倍野区帝塚山一丁目23番14 −521 (72)発明者 前野 又五郎 大阪府和泉市光明台2−42−6 (72)発明者 平山 良司 大阪府堺市百舌鳥陵南町3丁482 (72)発明者 泉 浩人 大阪府高石市加茂1−19−30 (72)発明者 千葉 和郎 静岡県三島市芙蓉台3−22−3 (72)発明者 三笠 和 静岡県三島市大場1086−166 (72)発明者 高橋 麗子 静岡県沼津市岡一色521−1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材の表面に、組成がニッケル・タングス
    テン・リンからなり、その組成範囲がタングステン5%
    以下およびリン9%以上の合金薄膜を形成し、該合金薄
    膜の少なくとも表面に、タングステン・リンを含まない
    フッ化不働態膜を形成したことを特徴とする工業材料。
  2. 【請求項2】基材の表面に、組成がニッケル・タングス
    テン・リンからなり、その組成範囲がタングステン0.
    5%以上2%以下、およびリン10%以上13.5%以
    下の合金薄膜を形成し、該合金薄膜の少なくとも表面
    に、タングステン・リンを含まないフッ化不働態膜を形
    成したことを特徴とする請求項1に記載の工業材料。
  3. 【請求項3】前記基材を金属またはその合金により形成
    したことを特徴とする請求項1に記載の工業材料。
  4. 【請求項4】前記基材を、セラミックスあるいはプラス
    チックにより形成したことを特徴とする請求項1に記載
    の工業材料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003034879A (ja) * 2001-07-26 2003-02-07 Sony Chem Corp Niメッキ粒子及びその製造方法
WO2005014881A3 (en) * 2003-08-08 2005-04-21 Showa Denko Kk Production method of substrate with black film and substrate with black film
JP2008056978A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Showa Denko Kk 最表面層がフッ化ニッケル膜である金属材料およびその製造方法

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