JPH0711421A - 半導体製造装置用ステンレス鋼部材 - Google Patents

半導体製造装置用ステンレス鋼部材

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JPH0711421A
JPH0711421A JP15867493A JP15867493A JPH0711421A JP H0711421 A JPH0711421 A JP H0711421A JP 15867493 A JP15867493 A JP 15867493A JP 15867493 A JP15867493 A JP 15867493A JP H0711421 A JPH0711421 A JP H0711421A
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JP
Japan
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stainless steel
film
steel member
cr2o3
semiconductor manufacturing
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JP15867493A
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English (en)
Inventor
Tsunehiro Kawada
常宏 川田
Katsuhiko Kojo
勝彦 古城
Yoichiro Kazama
洋一郎 風間
Takemoto Fukaya
剛干 深谷
Toshihiko Tsujimura
寿彦 辻村
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐水分放出性に優れ、しかも重金属イオン等
のステンレス鋼構成元素の溶出量が少ない耐食性に優れ
た半導体製造装置用ステンレス部材を提供する。 【構成】 ステンレス鋼からなる母材表面に不働態皮膜
が形成された半導体製造装置用ステンレス鋼部材におい
て、前記不動態皮膜におけるCr23がCr23/(F
23+Cr23)≧0.65を満たすことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置用ガス供
給系配管部品として用いられるステンレス鋼部材に関
し、耐食性、耐水分放出性に優れた高品質な製品を得る
上で必要なステンレス鋼部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体産業界の技術の発展は目ざ
ましいものがある。半導体製造プロセスにおいては希釈
用ガス、特殊材料ガスなど多くのガスが使用されてい
る。これらのガスに対する純度の要求は半導体の集積度
が増すにしたがって厳しくなってきている。特殊材料ガ
スにおいては室温での水分との反応によりガス供給系
内、プロセスチャンバー内の反応生成物の汚染、腐食な
どが起こりパーティクルが発生する。半導体記憶素子の
配線間隔はサブミクロンの精度まで要求されるようにな
っており、パーティクルが配線上に付着しただけでも回
路がショ−トするおそれがある。
【0003】そのため半導体の製造段階で使用される高
純度ガスをユースポイントまで供給するガス配管に使用
する配管部材に対する要求品質はますます厳格な規制が
設けられている。従来この配管部材として内面を光輝焼
鈍仕上げしたステンレス鋼を使用していたが、近時電解
研磨仕上げした清浄度および平滑度を有するステンレス
鋼管が開発されその使用量も増大する傾向にある。しか
し電解研磨により形成される不働態皮膜は水分をふくん
でおり耐水分放出性が劣るという問題がでてきている。
【0004】この問題に対して特開平1−31956号
では、電解研磨された表面に、酸素含有量が25%以上
の雰囲気中で280〜580℃で加熱処理をすることで
水分を含まない酸化処理皮膜を形成することが提案され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが前記特開平1
−31956号で提案された表面処理においては、ステ
ンレス鋼表面に形成された酸化皮膜がFeを主成分とす
るものであるため、特殊材料ガスを使用した場合には酸
化皮膜が腐食しその構成元素であるFe、Cr、Ni等
のイオンが溶出することがあり耐食性に問題があること
が判明した。すなわち、現状では耐食性と耐水分放出性
を兼ね備えた半導体製造装置用部材は得られていない。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであってその目的は、耐水分放出性に優れ、しかも
管内面から重金属イオン等のステンレス鋼構成元素の溶
出が少ない耐食性に優れた半導体製造装置用ステンレス
部材を提供する点にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、硝酸浸漬後
に行われる加熱処理を極めて酸素の低い雰囲気で行え
ば、その後形成される不動態皮膜をCrに富むものとす
ることができることを知見した。本発明はこの知見に基
づきなされたものであり、ステンレス鋼からなる母材表
面に不働態皮膜が形成された半導体製造装置用ステンレ
ス鋼部材において、前記不動態皮膜におけるCr23
Cr23/(Fe23+Cr23)≧0.65を満たす
ことを特徴とする。
【0008】
【作用】前述のように本発明は、ステンレス鋼部材表面
に形成される皮膜にCrをより多く存在させることによ
り耐食性を向上した点に特徴がある。すなわち、ステン
レス鋼を硝酸水溶液中に浸漬してCrを主体とする皮膜
を形成し、その後行う加熱処理を酸素量が極めて低い雰
囲気で行うことで皮膜中のFe存在量の増大を抑制して
最終的に形成される不動態皮膜をCrに富むものとする
のである。
【0009】以下本発明をさらに詳細に説明する。ステ
ンレス鋼硝酸水溶液中に浸漬すると、鋼表面のFeはイ
オンとなり溶液中に溶出し残ったCrが酸素と結合し鋼
内部よりもCrに富む皮膜が形成される。もともとステ
ンレス鋼の耐食性はCrに起因するところが大である
が、本発明部材は硝酸水溶液中に浸漬することによりC
rを表面皮膜内に濃化させ耐食性を向上する物である。
【0010】浸漬する硝酸水溶液の温度が低すぎるとC
rに富む皮膜形成効果が不十分であり、一方高すぎると
水分の蒸発が始まり濃度変化が生じる。以上を考慮する
と水溶液の保持温度を40〜70℃とするのが望まし
い。また硝酸の濃度は、低すぎるとCrに富む皮膜形成
効果が不十分であり、一方一定濃度以上になると効果が
飽和するとともに濃度が高すぎると作業安全上好ましく
ない。したがって、硝酸濃度は20〜50vol.%と
するのが望ましい。
【0011】浸漬時間は、短すぎるとCrに富む皮膜形
成の効果が不十分であり、一方一定時間で前記皮膜形成
効果は飽和する。したがって、浸漬時間は30〜60分
とするのが望ましい。以上の浸漬処理を施したステンレ
ス鋼部材を酸素量が0.1ppm以下の雰囲気中200
〜900℃で加熱処理する。
【0012】熱処理を酸素量が0.1ppm以下の雰囲
気中で行うのは、酸素の多い雰囲気ではFeと酸素が結
合し前記皮膜中の酸素量が増大するためである。また、
熱処理温度を200℃以上とするのは、200℃未満の
温度域ではCrに比べFeの元素拡散が優先されるため
に前記皮膜のFeが富化するためである。一方加熱温度
を900℃以下とするのは、900℃を越えるといわゆ
るサーマルエッチングが生じ不動態皮膜の密着性を劣化
させるからである。前記加熱処理を施すことによって皮
膜中の結合水に脱水分現象が生じ水分が減少するととも
に、このCrに富む皮膜は、その後大気中に曝されて水
分を吸着しても容易に水分が脱離する、つまり水分の脱
離性がよいこと、によって耐水分放出性に優れたものと
なる。したがって本発明によるCrに富む皮膜は、耐水
分放出性、耐食性を兼ね備えた部材となる。
【0013】なお、本発明では硝酸水溶液中による浸漬
処理に先だって電解研磨によりステンレス鋼部材の表面
粗度をRmax:1μm以下としておくことが望まし
い。これは前記特開平1−31956号にも開示されて
いるが、表面を平滑化することで不動態皮膜の密着性を
向上することができるからである。また本明細書におい
てはステンレス鋼部材として特に配管部材を取り上げて
その表面処理方法を説明していくが、本発明は半導体製
造装置の構成部材となる他のステンレス鋼部材の表面処
理にも適用できるものである。
【0014】
【実施例】10mmφで厚さ5mmのJIS SUS3
16Lステンレス鋼テストピースに電解研磨を施して表
面粗度をRmax:0.05μmとした後、50℃に保
持した硝酸水溶液中(硝酸濃度40Vol.%)に40
分間浸漬し、洗浄、乾燥後、極低酸素分圧(0.06pp
m)雰囲気中の条件下で加熱処理を行った。極低酸素分
圧雰囲気を得るために、ロータリーポンプによる真空雰
囲気と水分の露点温度が<−70℃の高純度Arガスを
雰囲気ガスとした。
【0015】これらの試料について次の試験を行った。 (a)オージェ(以下AES)分析による表面処理した不
働態膜表面のCr元素の割合調査結果を図1および図2
に示す。図中AおよびBは、 A:電解研磨を施し、硝酸浸漬処理をした後、高純度な
Ar雰囲気中で400℃、1hの加熱処理を施した試料
(本発明例) B:電解研磨を施した後、高純度の酸素雰囲気中で40
0℃、1hの加熱処理を施した試料(比較例) 図1および図2から明かなように、本発明例Aは比較例
Bに比べて表面処理した不働態膜表面のCrの割合が高
く、なおかつ不働態皮膜内にもCrは存在しその量も多
い。Crは耐食性が優れていることから腐食性ガスに対
する耐食性も向上することがわかった。
【0016】(b)金属溶出量測定試験 試料としたテストピースを比抵抗>18MΩ・cmの超
純水で希釈した4%NaCl水溶液中にテフロンルツボ
を用い浸漬し、さらに金属製容器で封入し、金属製容器
全体を90℃で24h保持した後、テストピースが4%
NaCl水溶液中に溶出した金属量を誘導結合プラズマ
発光分光分析装置によって求めた。試験結果を表1に示
す。なお、表1中の比較例No.4〜6は酸素含有量が
30%(容量%)の雰囲気中でそれぞれ300℃、35
0℃および400℃で60min加熱保持したもの、本
発明例No.7、8はそれぞれの雰囲気で350℃で6
0min加熱保持したものである。
【0017】表1から明らかなように、本発明は電解研
磨の後、硝酸浸漬処理により予め部材表面にCrを主体
とした皮膜が形成されており、且つ高純度なAr雰囲気
中での条件による加熱処理によって緻密で保護性に富む
不働態化膜が形成されているため、その金属溶出量は酸
素中加熱したNo.4〜No.6に比べ約1/3、電解
研磨のままのNo.1〜No.3と同等となり優れた耐
食性を示すことがわかった。
【0018】
【表1】
【0019】前記特開平1−31956号と同様に酸素
中で加熱処理を行ったNo.4〜No.6は酸素中加熱
処理であるためFe系の酸化膜が形成されたため4%N
aCl水溶液中での耐食性が不十分であった。なお、表
1中のCr/Feとは、不動態皮膜におけるCr23
(Fe23+Cr23)を示している。この値は、表面
分析装置であるESCA(X線光電子分光分析装置、英
国VG社製310D)を用い、X線源としてMg−Kα
線を試料に照射して得られた不動態皮膜のCr23およ
びFe23のピーク面積を測定し、その強度の和に対す
るCr23のピーク面積比である。なお、本発明におけ
るCr23/(Fe23+Cr23)とは、この条件に
基づき定義される。本発明でCr23が多くなるのは、
硝酸浸漬によりFeが選択的に溶け出し、表面の不動態
皮膜中に占めるCr23が多くなり、さらに前述の加熱
処理によりその不動態皮膜が破壊されることなく水分除
去が可能なためである。
【0020】(c)アノード分極挙動試験 アノード分極はJIS規格のG0579に準じ30℃、
5%H2SO4水溶液中において動電位法(電位掃引速度
20mV/min)で測定し求めた。測定結果を図3に
示す。図中AおよびBは、 A:電解研磨を施し、硝酸浸漬処理をした後、高純度な
Ar雰囲気中で400℃、1hの加熱処理を施した試料
(本発明例) B:電解研磨を施した後、高純度の酸素雰囲気中で40
0℃、1hの加熱処理を施した試料(比較例) 図3からも明かな様に本発明例Aは比較例Bと比べて活
性態域は小さく不働態化電流密度は卑な値となり低電流
で不働態化されることから5%H2SO4水溶液中におい
ても耐食性は優れていることがわかった。
【0021】(d)耐水分放出性 本発明の表面処理をさらにダイアフラムバルブに施し、
大気中に放置した後に、Arガスを流し出口のArガス
中に含まれる水分量をAPIMSで測定し求めた。測定
結果を図4に示す。図中A、BおよびCは、 A:電解研磨を施し、硝酸浸漬処理をした後、高純度な
Ar雰囲気中で400℃、1hの加熱処理を施した試料
(本発明例) B:電解研磨を施した後、高純度の酸素雰囲気中で40
0℃、1hの加熱処理を施した試料(比較例) C:電解研磨のままの試料(比較例) 図4から明かなように、比較例Cは水分量が安定するの
に時間を要するのに対し本発明例Aは比較例Cに比べて
水分量は約20分で一定となり低い水分量となり比較例
Bと同等の水分量であった。これらのことから、腐食性
ガスに対する耐食性と耐水分放出性が向上することがわ
かった。
【0022】
【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば既述の
構成を採用することによって、耐食性および耐水分放出
性ともに優れたステンレス鋼部材が実現でき、この部材
は半導体製造装置における超純水配管.ガス配管.ガス
ボンベ.反応室などの構成部材として極めて有用なもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】AES分析における表面処理した不働態皮膜表
面のCrの割合を示す図である。
【図2】AES分析における表面処理した不働態皮膜の
深さ方向元素挙動を示す図である。
【図3】本発明の実施例におけるアノード分極挙動の結
果を示す図である。
【図4】本発明の実施例における水分放出特性の結果を
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深谷 剛干 三重県桑名市大福2番地日立金属株式会社 桑名工場内 (72)発明者 辻村 寿彦 三重県桑名市大福2番地日立金属株式会社 桑名工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステンレス鋼からなる母材表面に不働態
    皮膜が形成された半導体製造装置用ステンレス鋼部材に
    おいて、 前記不動態皮膜におけるCr23がCr23/(Fe2
    3+Cr23)≧0.65を満たすことを特徴とする半
    導体製造装置用ステンレス鋼部材。
JP15867493A 1992-12-08 1993-06-29 半導体製造装置用ステンレス鋼部材 Pending JPH0711421A (ja)

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JP15867493A JPH0711421A (ja) 1993-06-29 1993-06-29 半導体製造装置用ステンレス鋼部材
US08/162,479 US5569334A (en) 1992-12-08 1993-12-07 Stainless steel member for semiconductor fabrication equipment and surface treatment method therefor

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