JPH07185939A

JPH07185939A - 合金鋼部材の電解研磨方法

Info

Publication number: JPH07185939A
Application number: JP32946393A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Shimizu; 重雄清水; Takaharu Yagi; 崇晴八木
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【構成】１重量％以上の硝酸アンモニウム、硫酸アン
モニウム、弗化アンモニウム、燐酸アンモニウムの一種
または二種以上を組み合わせてなる電解液を使用し、被
処理材である合金鋼部材を陽極にするとともに、陰極と
の間に、研磨砥粒を含む通水性不織布に上記電解液を流
しながら擦過電解研磨する合金鋼部材の電解研磨方法で
ある。【効果】研磨した表面にナトリウムが存在しないた
め、例えば電子機器・半導体製造過程で問題になるアル
カリ金属汚染により引き起こされる電子部品の品質不良
による歩留まりの低下が発生しないという利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器、半導体製造
関連装置などの構成材料として使用されるステンレス鋼
などの合金鋼部材の電解研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器、半導体業界における技
術の発展は、特に目覚ましいものがあり、高品質の製品
が製造されるようになってきている。

【０００３】そして、電子部品の高集積化、高速化が進
み、最小加工寸法がサブミクロンオーダの超ＬＳＩが製
造される今日では、シリコン基板、ガス、薬品、洗浄水
などの原料そのもののさらなる無欠陥化および超高純度
化はもちろん、原料供給系、加工装置すなわちガス・純
水製造装置、貯溜容器、配管およびこれらの構成部材、
成膜装置、ハンドリング装置などのシステムから混入す
る微細な粒子または各構成材料の内面から溶出する不純
物、バクテリアなどについても、基板加工を不完全なも
のとしている。

【０００４】これらはＬＳＩの結晶欠陥、薄膜膜質不
良、成膜エッチングの不均一、パターン欠陥などの原因
となり、製品の歩留まり低下をきたしたり、処理スピー
ドのダウンで生産性に影響を与えるので、ＬＳＩの微細
化、高集積化、または液晶表示パネルなどの電子部品の
大面積化が進むにつれて、より深刻になりつつある。

【０００５】このため、電子機器、半導体の製造段階で
使用される原料や純水も超高純度であることが必要とさ
れ、これらを製造・保管・移送するための容器の構成材
料の品質についても厳格な規制が設けられ、例えば容器
内面については平滑度および清浄度の高い製品の供給が
望まれている。

【０００６】このような要求を満足するという観点か
ら、薬液・純水の配管、貯溜容器などにおいては耐食性
の優れた塩化ビニール、弗素樹脂などの有機材料が従来
から用いられてきた。

【０００７】しかし、このような材料でも接合部から有
機成分、炭素などの微量の溶出を完全に阻止できない欠
点があり、また耐熱性に問題があり、高温では強度不
足、分解変質などにより溶出量が増加するという問題が
あった。

【０００８】このため構成材料として溶接が可能な金属
材料が着目され、中でも耐熱性、耐食性が他の材料より
良好なステンレス鋼が特に注目されるようになった。ま
た、構成材料は不純物の付着またはや溶出を抑制すると
いう観点から、表面の平滑化および清浄化を図る目的で
光輝焼鈍、冷間圧延加工、酸洗、バフ、電解研磨などの
表面処理が採用されている。

【０００９】しかし、機械的な加工処理をした場合に加
工変質層が残るようなものであると、不純物が吸着・放
出され、ガス・純水の清浄性を損なう恐れがある。そこ
で、ステンレス鋼を構成材料として使用する場合には、
製造工程中に形成された加工変質層を除去し、同時に平
滑性を兼ねる表面加工法が採用されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ステンレス
鋼などの合金鋼部材の脱スケール、加工変質層の除去方
法としては、硫酸、塩酸、硝酸、弗酸などを用いて浸漬
若しくは塗布する方法、またはこれらの無機酸を電解液
とし浸漬した状態で電解処理する方法が一般に採用され
ているが、強酸を用いるため、容器や取扱いに特別の配
慮が必要な他、これらの無機酸は何れもスケールと同時
に金属素地を侵すため、仕上がり面にかなりの肌あれが
生じるという欠点があった。

【００１１】また、ステンレス鋼の製造工程において
は、硫酸ソーダを主成分とした水溶液を加熱した状態で
電解処理する方法が公知であり、上述した欠点を解消す
る利点はあるが、鏡面が得られないこと、高濃度の液お
よび６０〜９０℃の加熱を必要とする欠点がある。

【００１２】また、鏡面を得る方法として、過塩素酸、
燐酸、硫酸を主成分とする電解研磨液による浸漬直流電
解研磨による方法は、仕上がり速度、光沢の点で優れて
おり、広く使われているが、強酸であること、加熱が必
要なこと、強固なスケールの除去が困難であるなどの欠
点があり、原理的に微細な凹凸は溶解除去できても、形
状の修正機能、平滑な鏡面の創成力は無い。

【００１３】そこで、強酸と加熱の問題を解決した電解
研磨方法として、燐酸のアルカリ塩にグリセリンを添加
した液を滞水性物質に含浸させて電解琢磨する合金鋼の
脱スケール法（特公平１−２７１６０号公報）がある
が、脱スケール速度と金属溶出速度の違いから仕上がり
むらが発生したり、中性塩として研磨処理に長時間かか
るという問題がある。また、グリセリンなどの有機物は
カーボン汚染源となり、望ましいものでは無い。

【００１４】ところで、電解研磨作用と機械バフ研磨作
用を複合化させた電解複合研磨方法は中性の電解液であ
る硝酸ソーダを使用し、強酸使用の問題点と加熱の問題
点を解決しており、しかも電解中に生成する不働態膜の
凸部を優先的に機械的除去することで平滑な鏡面が短時
間に得られるという利点がある。しかし、電解液に硝酸
ソーダを使用するため、ナトリウムの表面残留や不働態
膜中に取り込み汚染が生じる。

【００１５】このようなナトリウム、カリウムのよう
に、アルカリ金属は極微量で半導体の性質を劣化させる
ため、半導体産業では最も注意すべき元素である。これ
らの吸着物質のクリーニング除去は、単純な水洗操作で
は不可能であり、煮沸洗浄、有機溶剤、酸洗洗浄を組み
合わせたクリーン洗浄で対応する必要があるが、高コス
ト、および酸洗に伴い表面がエッチングされ鏡面が損な
われる恐れがある。また、最近の半導体は微細化、高集
積化するにつれこれらの汚染物質に益々敏感になってき
ているため、無アルカリ加工が望まれる。

【００１６】そこで、本発明はこうした技術的課題を解
決するためなされたものであって、その目的は平滑性、
清浄性、耐食性の何れにも優れ、電子機器、半導体製造
装置の構成材料であるステンレス鋼などの合金鋼部材の
表面研磨および加工を、無アルカリ汚染で行う電解複合
研磨方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の合金鋼部材の電解研磨方法は、電子機器・
半導体製造装置などの構成材料である合金鋼部材を１重
量％以上の硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、弗化
アンモニウム、燐酸アンモニウムを一種または二種以上
を組み合わせてなる電解液を使用し、被処理材である合
金鋼部材を陽極にするとともに、陰極との間に、研磨砥
粒を含む通水性不織布に上記電解液を流しながら擦過電
解研磨する方法である。

【００１８】すなわち、本発明は、電解複合研磨または
電解加工に使用れさる電解液として、無アルカリ金属塩
の中性溶液を使用することにより、加工表面にアルカリ
金属が残留しないようにする研磨方法である。

【００１９】

【作用】上記の電解研磨方法によると、陽極となる合金
鋼部材（被研磨金属）を電解溶出させるとともに、合金
鋼部材の表面凸部に形成された不働態酸化被膜を研磨砥
粒による擦過作用で研磨除去し鏡面加工する方法であ
り、研磨砥粒に一定以上の速度を与えて研磨面を擦過す
ると同時に、不働態化型電解液を介して数Ａ／ｃｍ ² 以
下の電解電流密度で、研磨面に溶出と酸化の陽極反応を
発生させることができる。

【００２０】ここで、研磨の一例を述べると、＃１２０
〜＃１５００のＳｉＣ系砥粒で初期表面粗さが５〜１０
μｍ（Ｒｍａｘ）のＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ規格）部材
を研磨する場合、不働態型電解液に２０重量％のＮａＮ
Ｏ₃ 水溶液を用いて電解電流密度を０〜５Ａ／ｃｍ² の
範囲で変化させて研磨した結果、粗さ１μｍ（Ｒｍａ
ｘ）以下の部材表面が得られた。

【００２１】電解複合研磨によると部材の平滑化、局部
欠陥の除去に加え、酸化性の中性電解溶液中で電解溶出
と陽極酸化現象が起こり、特定の原子（Ｃｒ）が表面に
選択的に濃縮し、形成された不働態膜の組成変化、構造
の安定化、密度、膜厚が耐食性に優れたものとなり、従
来からの燐酸、硫酸を主とした電解研磨により得られる
表面とは異なっている。

【００２２】電解複合研磨に利用されてきたＮａＮＯ₃
電解液をアルカリ金属塩（例えばＮａ）を含まない電解
液に変えた場合、電解液の電気的特性、化学的特性、物
理的特性が変化する結果、電解研磨特性と研磨部材の表
面状況が変化する。

【００２３】そこで、本発明では、１重量％以上の硝酸
アンモニウム、硫酸アンモニウム、弗化アンモニウム、
燐酸アンモニウムの一種または二種以上を組み合わせて
なる電解液を使用し、被処理材の合金鋼部材を陽極にす
るとともに、陰極との間に、研磨砥粒を含む通水性不織
布に上記電解液を流しながら擦過電解研磨することによ
り行われる。

【００２４】後述する実施例から明らかなように、濃度
が１重量％未満であると、電気伝導度が不足し、電気抵
抗の増加、過剰な電圧による研磨特性の低下、品質の低
下が見られる。また、濃度の上限は飽和濃度であるが、
実際のところ、塩の持ち出し、飽和析出による作業性の
低下があり５〜２０重量％の範囲が望ましい。

【００２５】また、アンモニアの中性塩については、取
扱上問題はなく、付着残留しても洗浄が容易で、加熱分
解し、アルカリ金属塩のＮａおよびＫのように問題を起
こさない性質がある。半導体製造過程においては、アル
カリ性洗浄液として過酸化水素水とともにアンモニアが
大量に使われている理由である。

【００２６】なお、アンモニアと強酸の組み合せの中
で、塩化アンモニウムを使用していないのは、塩素イオ
ンがステンレス鋼の不働態膜を損傷する性質があり、鏡
面にピットが発生して、品質面で好ましくないからであ
る。

【００２７】また、クエン酸、酒石酸などの有機酸との
組み合せは、有機成分の残留カーボン汚染が生じ、あり
好ましくない。以下、実施例について説明するが、本発
明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に沿って、適宜変更し得るものである。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。［実施例１］図１に示すように、硝酸アンモニウムが２
０重量％で残部水よりなる水溶液を電解液１とし、研磨
すべき被処理材として市販のＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ規
格）の酸洗仕上げ板（合金鋼部材の一例であり、また酸
洗後にブライトロールで軽度の冷間加工を行って光沢を
出したもの）２を使用するとともに陽極となし、＃６０
０のアルミナ砥粒の付着した通水性不織布１２が取り付
けられた７０φ回転バフ研磨ヘッド（回転数８００ＲＰ
Ｍ、移動速度０．４ｍｍ／ｓｅｃ）１１を用い電解液１
を１リットル／ｍｉｎの割合で流しながら、０．５Ａ／
ｃｍ² の電流密度で擦過したところ、１回（注：ヘッド
を回転させながら１パスの移動）で表面粗さ１μｍ（Ｒ
ｍａｘ）以下の鏡面が得られた。なお、図１中、３は不
動態膜を示している。また、表面に検出されるＮａおよ
びＫは検出限界値以下であった。同じ電流密度で研磨し
た場合、図２に示すように、従来の硝酸ナトリウムより
低い電圧で擦過できた。

【００２９】［実施例２］硫酸アンモニウムが１０重量
％で残部水よりなる水溶液を電解液とし、ＳＵＳ３０４
試験板にて実施例１と同様に研磨したところ、極めて優
美な研磨面となった。なお、微量のＮａが検出された
が、不純物レベル以下であり問題は無い。同様に同じ電
流密度で行うと、図２に示すように、従来の硝酸ナトリ
ウムより低い電圧で擦過できた。

【００３０】［実施例３］硝酸アンモニウムが５重量％
および弗化アンモニウムが５重量％で、残部水よりなる
混合電解液で表面粗さ４．６７μｍのヘヤーライン仕上
げステンレス鋼材に、実施例１と同様の研磨をしたとこ
ろ、極めて短時間で表面粗さが１μｍ（Ｒｍａｘ）以下
の鏡面が得られた。なお、検出されるＮａおよびＫは検
出限界値以下であった。

【００３１】［実施例４］燐酸アンモニウム１０重量％
および硫酸アンモニウム５重量％で、残部水よりなる混
合水溶液を電解液とし、この電解液を使用して、実施例
１と同様に研磨したところ、極めて優美な研磨面が得ら
れた。

【００３２】なお、比較例として、下記のような研磨を
行った。塩化アンモニウムが１０重量％で残り水よりな
る電解液を使用し、ＳＵＳ３０４を０．５Ａ／ｃｍ² の
電流密度で擦過したところ、過電圧が低く良好な電気伝
導性が得られるが、研磨面は多数のピットで梨地状に曇
り、上記各実施例のような優美な鏡面は得られなかっ
た。また、耐食性試験の結果、上記各実施例における被
処理材の表面には、不働態被膜が形成されているが、こ
の比較例については不働態被膜が形成されておらず、耐
食性に劣るものであった。

【００３３】このように、上記の各実施例における電解
研磨方法によると、研磨した表面にナトリウムが存在し
ないため、例えば電子機器・半導体製造過程で問題にな
るアルカリ金属汚染により引き起こされる電子部品の品
質不良による歩留まりの低下が発生しないという利点が
あり、また電解液の組成ごとに電解特性が選択できるの
で、品質とコストの兼ね合いで最適な研磨処理を提供す
ることができる。

【００３４】なお、図３および図４に、本発明に係る電
解液および従来例の硝酸ソーダを、それぞれ使用して研
磨したステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の表面元素を、イ
オンマイクロアナライザーによる分析した結果を示し、
また図３および図４のグラフにおいて、縦軸は相対強度
を表しており、図３はＮａを基準とした強度であり、図
４はＭｎを基準とした強度である。

【００３５】図３および図４から、本発明に係る電解液
を使用した場合の方が、Ｎａの検出量が極めて少なくな
っているのが良く分かる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の電解研磨方法によ
ると、研磨した表面にナトリウムが存在しないため、例
えば電子機器・半導体製造過程で問題になるアルカリ金
属汚染により引き起こされる電子部品の品質不良による
歩留まりの低下が発生しないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における電解研磨方法を説明す
る概略側面図である。

【図２】各種電解液における電解電圧と電解電流との関
係を示すグラフである。

【図３】本発明に係る電解液を使用して研磨した場合の
ステンレス鋼の表面元素のイオンマイクロアナライザー
分析結果を示すグラフである。

【図４】従来例の硝酸ソーダを使用して研磨した場合の
ステンレス鋼の表面元素のイオンマイクロアナライザー
分析結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１電解液２仕上げ板１１バフ研磨ヘッド１２通水性不織布

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１重量％以上の硝酸アンモニウム、硫酸ア
ンモニウム、弗化アンモニウム、燐酸アンモニウムの一
種または二種以上を組み合わせてなる電解液を使用し、
被処理材である合金鋼部材を陽極にするとともに、陰極
との間に、研磨砥粒を含む通水性不織布に上記電解液を
流しながら擦過電解研磨することを特徴とする合金鋼部
材の電解研磨方法。