JPH1192912A - Metal material or metal film having fluorinated surface layer and fluorinating method - Google Patents

Metal material or metal film having fluorinated surface layer and fluorinating method

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JPH1192912A
JPH1192912A JP9248231A JP24823197A JPH1192912A JP H1192912 A JPH1192912 A JP H1192912A JP 9248231 A JP9248231 A JP 9248231A JP 24823197 A JP24823197 A JP 24823197A JP H1192912 A JPH1192912 A JP H1192912A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a fluorinated surface layer excellent in corrosion resistance to halogen-based corrosive gas, excellent resistance to acid and alkali and excellent stability and durability by forcibly oxidizing the surface of a metal material or a metallic coating film and forming a fluorinated layer having specified film thickness on the surface. SOLUTION: The surface of a metal material such as aluminum, aluminum alloy, copper and copper alloy or a metallic coating such as nickel coating formed by electrolytic or electroless plating on a base body is forcibly oxidized. The forced oxidation is preferably carried out by using an oxidative material such as oxygen, especially oxygen produced on the anode by anodic oxidation method, or nitrogen suboxide, nitrogen peroxide, ozone, nitric acid, and hydrogen peroxide. Then the forcibly oxidized film is allowed to react with a fluorinating gas. As the fluorinating gas, fluorine, chlorine trifluoride, nitrogen fluorude or diluted gas of these compds. with inert gas are preferably used. Thereby, oxygen in the forcibly oxidized film is replaced by fluorine to form a fiuorlnated layer and a fluorine-diffused layer having >=1 μm film thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フッ化表面を有す
る金属材料もしくは金属皮膜及びこれらのフッ化方法に
関するものである。より詳しく述べると、本発明は、金
属材料もしくは金属皮膜の最表層に、当該金属のフッ化
物からなる皮膜を厚く形成して著しく耐食性向上させた
金属材料等に関し、これらを半導体製造装置などに使用
して塩素系、フッ素系、臭素系等のハロゲン系腐食性ガ
スに対して極めて有効な耐食性能を実現せんとする技術
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal material or a metal film having a fluorinated surface and a method for fluorinating the same. More specifically, the present invention relates to a metal material or the like having a significantly improved corrosion resistance by forming a thick film made of a fluoride of the metal on the outermost layer of the metal material or the metal film, and using these in a semiconductor manufacturing apparatus or the like. This is a technique for realizing extremely effective corrosion resistance to halogen-based corrosive gases such as chlorine-based, fluorine-based, and bromine-based gases.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造プロセスには、塩化水素(H
Cl)、三塩化ホウ素(BCl3 )、フッ素(F2 )、
三フッ化窒素(NF3 )、三フッ化塩素(ClF3 )、
臭化水素(HBr)等のハロゲン系の反応性及び腐食性
の強い特殊ガスが使用されており、雰囲気中に水分が存
在すると容易に加水分解し、塩酸、フッ酸、臭酸等が発
生し、これらのガスを取り扱う、バルブ、継ぎ手、配
管、反応チャンバー等の構成金属材料もしくは金属皮膜
は、容易に腐食し問題を起こす。
2. Description of the Related Art Semiconductor manufacturing processes include hydrogen chloride (H).
Cl), boron trichloride (BCl 3 ), fluorine (F 2 ),
Nitrogen trifluoride (NF 3 ), chlorine trifluoride (ClF 3 ),
Halogen-based reactive and highly corrosive gases, such as hydrogen bromide (HBr), are used. When moisture is present in the atmosphere, it is easily hydrolyzed, producing hydrochloric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, etc. The metal materials or metal films constituting valves, joints, pipes, reaction chambers, etc. that handle these gases easily corrode and cause problems.

【0003】また、これらの腐食性ガスはプラズマ、熱
分解などにより、活性な原子種、ラジカル種に分解さ
れ、シリコン上の酸化膜、金属膜のエッチング又は反応
チャンバーのドライクリーニングガスに使用されるガス
でもあり、近年の超LSI製造及び液晶製造工程では使
用ガス量も急激に多くなってきており、反応性チャンバ
ー表面など装置材料における清浄度、耐食性能は最高級
の物が要求されている。
[0003] These corrosive gases are decomposed into active atomic species and radical species by plasma, thermal decomposition, etc., and are used for etching an oxide film or a metal film on silicon or as a dry cleaning gas for a reaction chamber. Since it is also a gas, the amount of gas used has rapidly increased in recent VLSI manufacturing and liquid crystal manufacturing processes, and the highest degree of cleanliness and corrosion resistance in equipment materials such as the surface of a reactive chamber is required.

【0004】また、エキシマレーザー分野においても、
フッ素ガスを希ガス(クリプトン、ネオンアルゴン)と
混合し発振させるため、生じるフッ素ラジカルに対して
の装置材料表面への耐食性能の要求は極めて強いものが
ある。
In the excimer laser field,
Since fluorine gas is mixed with a rare gas (krypton, neon argon) and oscillated, there is an extremely strong demand for corrosion resistance on the surface of the device material against generated fluorine radicals.

【0005】このような問題を解決するものとして、一
般的に用いられている材料は、電解研磨したステンレス
鋼SUS316Lであり、使用前に250℃にてベーキ
ングされている。しかしながら、ステンレス鋼は耐食性
の要求を満足させるものではなく、高温ハロゲンガスの
塩酸などについては各種ニッケル系合金が採用されてい
る。
In order to solve such a problem, a commonly used material is stainless steel SUS316L which has been electropolished and baked at 250 ° C. before use. However, stainless steel does not satisfy the requirement of corrosion resistance, and various nickel-based alloys are used for high-temperature halogen gas such as hydrochloric acid.

【0006】しかしこれらの部材においても問題点が多
く残っている。まず、金属材料そのものが高価である上
に、装置材料部材として加工性が悪く、最終的に装置と
してかなり高価になる。また、その耐食性も限定された
成分に対してのみであり、例えば、ハステロイ−C(N
i−Cr−Mo−W合金)は、酸化性の酸に対して極め
て優れた耐食性を示し、室温下であれば還元性の塩酸で
あっても優れた耐食性を発揮する他、孔食やすきま腐食
に対しても、顕著な耐食性を示す。しかしながら、ハス
テロイ−Cは前述のフッ素ガス、フッ素ラジカルに対し
ては、耐食性は劣っており使用に耐えないことが指摘さ
れている。
However, these members still have many problems. First, the metal material itself is expensive, and its workability is poor as a device material member, and ultimately the device becomes considerably expensive. Further, its corrosion resistance is only for the limited components, for example, Hastelloy-C (N
i-Cr-Mo-W alloy) exhibits extremely excellent corrosion resistance to oxidizing acids, and exhibits excellent corrosion resistance even at room temperature, even with reducing hydrochloric acid, and also has pitting corrosion resistance. It shows remarkable corrosion resistance to corrosion. However, it has been pointed out that Hastelloy-C is inferior in corrosion resistance to the above-mentioned fluorine gas and fluorine radical and cannot be used.

【0007】フッ素ガスを用いた不働態化技術について
は、これまでに数多くの研究がなされており、ニッケル
金属表面をフッ素ガスを用いてオングストロームオーダ
ーの不働皮膜を形成させ耐食機能を発現することは公知
となっている。さらに、特開平2−263972公報
は、「フッ化不働態膜が形成された金属材料並びにその
金属材料を用いた装置」と題する発明に関し、フッ化不
働態膜が形成された金属材料もしくは金属皮膜並びに、
その金属材料もしくは金属皮膜を用いた装置が開示され
ている。この発明では、金属中のニッケル、ニッケル合
金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ク
ロムの少なくとも一種の表面にフッ素ガスによりフッ化
不働態膜を形成し、耐食性能の優良性を示している。し
かしながら、形成される皮膜の膜厚は1000〜300
0オングストロームの極薄膜である。この公報でフッ化
処理されているアルミニウム,ステンレス、銅、ニッケ
ル板の表面状態は研摩面である。
A number of studies have been made on the passivation technology using fluorine gas. The use of fluorine gas on a nickel metal surface to form a passive film on the order of angstrom and exhibit a corrosion resistance function has been studied. Is known. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-263972 relates to an invention entitled "Metal material having a fluorinated passivation film formed thereon and an apparatus using the metal material". And
An apparatus using the metal material or metal film is disclosed. In the present invention, a fluorinated passivation film is formed by fluorine gas on at least one surface of nickel, nickel alloy, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, and chromium in a metal, and shows excellent corrosion resistance. . However, the thickness of the formed film is 1000 to 300
It is a very thin film of 0 Å. The surface state of the fluorinated aluminum, stainless steel, copper, and nickel plates in this publication is a polished surface.

【0008】同様に特開平2−175855公報には、
フッ化不働態膜が形成された金属材料もしくは金属皮膜
並びにその金属材料もしくは金属皮膜を用いた装置とし
て、ステンレス鋼表面にフッ化鉄とフッ化クロムの混合
フッ化物層を、フッ素ガスによりフッ化不働態膜をサブ
ミクロンの薄膜を形成させる方法及び材料を示してお
り、耐食性能の優良性を示している。形成される皮膜の
膜厚は〜4000オングストロームの極薄膜である。な
おこの公報ではSUS316L研摩板にフッ化処理を施
している。
[0008] Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-175855 discloses that
As a metal material or metal film on which a fluoridation passivation film is formed and a device using the metal material or metal film, a mixed fluoride layer of iron fluoride and chromium fluoride is fluorinated on a stainless steel surface with fluorine gas. It shows a method and a material for forming a passivation film into a submicron thin film, and shows excellent corrosion resistance. The thickness of the formed film is an extremely thin film of up to 4000 angstroms. In this publication, the SUS316L polishing plate is subjected to a fluorination treatment.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前掲公報で形成されて
いるフッ化不働態膜は膜厚が4000オングストローム
程度以下であるので、傷やすれ等により簡単に除去され
てしまうために、耐久性、寿命の面で半導体装置製造装
置の素材として適応しているとは言い難い。本発明は、
上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとする
ものであって、これまでの不働態化技術は素材表面を研
摩などにより清浄化してからフッ化処理により不働態化
を図る特徴があったが、むしろフッ化処理前の表面を酸
化して不働態化し、その後フッ化処理を行うと驚くべき
ことには、不働態酸化表面がフッ化の障害にならないば
かりか却って厚いフッ化層を形成することができること
を発見し、厚膜で安定かつ耐久性に優れるフッ化層及び
その形成方法を提供することに成功した。
The fluorinated passivation film formed in the above-mentioned publication has a film thickness of about 4000 angstroms or less, and is easily removed due to scratches or the like. It is hard to say that it is suitable as a material for semiconductor device manufacturing equipment in terms of life. The present invention
The purpose of the present invention is to solve the problems associated with the conventional technology as described above. The conventional passivation technology has a feature that the material surface is cleaned by polishing or the like and then passivated by fluorination treatment. However, surprisingly, if the surface before fluoridation is oxidized and passivated, and then fluoridation is performed, it is surprising that the passivated oxidized surface not only does not hinder fluoridation but rather forms a thick fluorinated layer. They discovered that they can be formed, and succeeded in providing a fluorinated layer that is thick, stable and excellent in durability, and a method for forming the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属材料もし
くは金属皮膜の表面を強制酸化後に、膜厚が1μm以上
のフッ化層を形成したことを特徴とするフッ化表面層を
有する金属材料もしくは金属皮膜、ならびに金属材料も
しくは金属皮膜を酸化性物質により強制酸化させた後
に、この酸化膜をフッ化ガスと反応させることを特徴と
する金属材料もしくは金属皮膜のフッ化方法を提供す
る。以下本発明を詳しく説明する。
According to the present invention, there is provided a metal material having a fluorinated surface layer, wherein a fluorinated layer having a thickness of 1 μm or more is formed after forcibly oxidizing the surface of a metal material or a metal film. Alternatively, there is provided a method for fluorinating a metal material or a metal film, which comprises forcibly oxidizing the metal film or the metal material or the metal film with an oxidizing substance, and then reacting the oxide film with a fluoride gas. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0011】本発明においてフッ化処理される金属は、
フッ素と反応性があり安定したフッ化物を形成するあら
ゆる金属であるが、特にニッケル、銅、銀、アルミニウ
ムはフッ化により著しく耐食性が高まるために好ましい
金属である。鉄は、形成されるフッ化鉄は空気中の水分
によって、分解、解離し金属表面にフッ酸を生じせし
め、水分を含む使用環境(大気開放)においてはむし
ろ、腐食を促進させることにもなり実用上問題が発生す
る危険性があるので、本発明では除外される。金属とは
これらニッケルなどを含む合金であってもよい。また、
本発明においてフッ化処理される金属皮膜とは、これら
のニッケル、銅、銀、アルミニウムあるいはこれらの一
種以上を含む合金の電解めっき、無電解めっき、物理蒸
着(PVD)等によって成膜された皮膜が挙げられる。
電解めっきとしては、Niめっき、Ni−Cuめっき、
Ni−Wめっきなどが挙げられる。無電解めっきとして
はNi−P,Ni−B,Ni−P−W,Ni−P−B等
が挙げられる。またPVDとしてはNiもしくはその合
金のスパッタリング法が挙げられる。皮膜を形成する基
材としては、ステンレス、アルミニウム合金、鋼材など
の各種金属材や、焼結金属、セラミックス、エンジニア
リングプラスチックなど種々の材料が挙げられる。これ
らの材料には金属皮膜形成前に、脱脂、酸洗、研磨、シ
ョットブラストなど公知の下地処理を行う。
The metal to be fluorinated in the present invention is
Although any metal that is reactive with fluorine and forms a stable fluoride, nickel, copper, silver and aluminum are particularly preferred metals because fluorination significantly increases corrosion resistance. Iron, which is formed, is decomposed and dissociated by the moisture in the air, causing hydrofluoric acid on the metal surface, and in a usage environment containing moisture (open to the atmosphere), it also promotes corrosion. This is excluded in the present invention because there is a risk of causing a problem in practical use. The metal may be an alloy containing nickel or the like. Also,
In the present invention, the metal film to be fluorinated is a film formed by electrolytic plating, electroless plating, physical vapor deposition (PVD), or the like of nickel, copper, silver, aluminum, or an alloy containing one or more of these. Is mentioned.
As electrolytic plating, Ni plating, Ni-Cu plating,
Ni-W plating and the like can be mentioned. Examples of the electroless plating include Ni-P, Ni-B, Ni-P-W, and Ni-P-B. In addition, as the PVD, a sputtering method of Ni or an alloy thereof is used. Examples of the substrate on which the film is formed include various metal materials such as stainless steel, aluminum alloy, and steel, and various materials such as sintered metal, ceramics, and engineering plastic. Prior to forming a metal film, these materials are subjected to a known base treatment such as degreasing, pickling, polishing, or shot blasting.

【0012】以下の実施例の前までの説明では金属(合
金)材料及び金属(合金)皮膜を「金属」と略称する。
本発明では、金属表面を一旦強制酸化しその後にこの酸
化金属膜膜をフッ素と反応させる。これは自然酸化で
は、酸化膜の膜厚が高々数10〜数100オングストロ
−ムであり、しかも強固な酸化膜が形成される金属はア
ルミニウムなどの特定の金属に限られるために、本発明
では強制酸化法を採用することとした。強制酸化後フッ
化を行うと、酸素とフッ素の置換反応が起ってフッ化層
が形成される。したがってフッ化層の膜厚は強制酸化層
の膜厚に比例して増大し数10μmに及ぶが、あまりに
強制酸化層が厚くなるとその母材に対する密着性が低下
するので、100μmが限度であると考えられる。本発
明による金属表面に形成するフッ素化物の膜厚は、表面
に形成された酸化物膜の膜厚を制御する事によって、い
わゆる不動態化によって得られていた以上に膜厚化した
フッ素化物膜を提供することが可能となる。アルミニウ
ム合金や銅、ニッケル又その合金材は酸素と親和し易
く、大気中にて直ちにその表面に自然酸化膜を形成す
る。また、この自然酸化膜は、極めて緻密な構造を保
ち、化学的にも安定である。そのため、常温においては
この酸化被膜の存在によって酸素の金属内部への拡散が
抑制され、たとえ長期にわたって大気中に暴露されてい
たとした場合においてもその自然酸化膜は、数十から数
百オングストロームにしか満たない超薄膜である。その
ためにいわゆる強制酸化による酸化被膜の膜厚化を必要
とするものである。このようにして生成したフッ化層は
耐摩耗性、耐食性や耐久性おいて実用上十分に耐えれる
レベルの性能を持つ。
In the description up to the following embodiments, a metal (alloy) material and a metal (alloy) film are abbreviated as “metal”.
In the present invention, the metal surface is once forcibly oxidized, and then the metal oxide film is reacted with fluorine. This is because in natural oxidation, the thickness of the oxide film is at most several tens to several hundreds angstroms, and the metal on which a strong oxide film is formed is limited to a specific metal such as aluminum. The forced oxidation method was adopted. When fluorination is performed after forced oxidation, a substitution reaction between oxygen and fluorine occurs to form a fluorinated layer. Therefore, the thickness of the fluoride layer increases in proportion to the thickness of the forced oxidation layer and reaches several tens of μm. However, if the thickness of the forced oxidation layer is too large, the adhesion to the base material is reduced. Conceivable. The thickness of the fluorinated film formed on the metal surface according to the present invention is controlled by controlling the thickness of the oxide film formed on the surface, so that the fluorinated film having a thickness larger than that obtained by so-called passivation is obtained. Can be provided. Aluminum alloys, copper, nickel, and alloys thereof readily have an affinity for oxygen and immediately form a natural oxide film on the surface in the air. Further, this natural oxide film keeps an extremely dense structure and is chemically stable. Therefore, at room temperature, the presence of this oxide film suppresses the diffusion of oxygen into the metal, and the natural oxide film is only tens to hundreds of angstroms, even if it has been exposed to the air for a long time. It is less than an ultra-thin film. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the oxide film by so-called forced oxidation. The fluorinated layer formed in this manner has a level of practically sufficient durability in abrasion resistance, corrosion resistance and durability.

【0013】フッ化層とは広義ではフッ素を含有する層
であるが、好ましくはフッ化物より実質的になるもので
ある。ここでフッ化とは実質的な意味であって、金属を
100%フッ化物に変える必要はないが酸素は検出レベ
ル未満にフッ素と置換されていることが好ましい。金属
は、必ずしも均一にフッ化される必要はなく、フッ化層
の厚さが不均一でもよくフッ化物領域とフッ素拡散領域
が混在していても良い。強制酸化後にフッ化処理を行う
と単に酸化層がフッ素と置換されフッ化物が生成するの
みならずバルクの金属へのフッ素の拡散が起こりその結
果、厚いフッ化層を形成することができる。この場合フ
ッ化層が金属のフッ化物より実質的になる第1の層とこ
の下層にフッ素が拡散した第2の層よりなる。
The fluorinated layer is a layer containing fluorine in a broad sense, but is preferably substantially composed of fluoride. Here, fluoridation has a substantial meaning, and it is not necessary to change the metal to 100% fluoride, but it is preferable that oxygen is replaced with fluorine to a level lower than the detection level. The metal does not necessarily need to be uniformly fluorinated, and the thickness of the fluorinated layer may be non-uniform, and the fluoride region and the fluorine diffusion region may be mixed. If the fluorination treatment is performed after the forced oxidation, the oxide layer is simply replaced with fluorine to generate a fluoride, and also the diffusion of the fluorine into the bulk metal occurs. As a result, a thick fluoride layer can be formed. In this case, the fluorinated layer is composed of a first layer substantially made of a metal fluoride and a second layer in which fluorine is diffused below this.

【0014】強制酸化手段としては、いわゆる気相酸化
も可能であり、この場合酸素またはその中性もしくは不
活性ガスとの混合ガスが好ましく、さらに、亜酸化窒
素、過酸化窒素、オゾン、又これらと中性もしくは不活
性ガスとの混合ガスも好ましい。この場合これらのガス
を高温にて金属と接触させる。その他の強制酸化手段と
して液相酸化が挙げられる。これは、硝酸、過酸化水素
水等の溶液への浸せきで行うこともできる。さらにアル
カリなどの電解液を用いて、金属材を陽極酸化しその表
面に酸化膜を形成することもできる。この場合陽極で発
生した酸素が強制酸化手段となる。またアルミニウム合
金の場合は、いわゆるアルマイト処理(陽極酸化処理)
によってアルミニウム合金表面上に、数〜数十ミクロン
におよぶ酸化被膜を形成させ得る事が広く知られ、実用
化されているのでこの方法も採用することができる。上
述のように強制酸化処理の手法は、形成させる酸化膜
厚、金属種といった条件に応じて組み合わせることが出
来る。
As the forced oxidizing means, so-called gas phase oxidation is also possible. In this case, oxygen or a mixed gas thereof with a neutral or inert gas is preferable. In addition, nitrous oxide, nitrous oxide, ozone, A mixed gas of hydrogen and a neutral or inert gas is also preferable. In this case, these gases are brought into contact with the metal at an elevated temperature. Another forced oxidation means includes liquid phase oxidation. This can be carried out by immersion in a solution of nitric acid, hydrogen peroxide solution or the like. Further, the metal material can be anodized using an electrolytic solution such as an alkali to form an oxide film on the surface. In this case, oxygen generated at the anode serves as forced oxidizing means. In the case of aluminum alloy, so-called alumite treatment (anodizing treatment)
It is widely known that an oxide film of several to several tens of microns can be formed on the surface of an aluminum alloy by using the method. As described above, the methods of the forced oxidation treatment can be combined in accordance with conditions such as an oxide film thickness to be formed and a metal type.

【0015】同様にフッ化処理は、フッ素、三フッ化塩
素、三フッ化窒素などの100%ガス、またはこれらの
ガスを窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスにて希
釈したガス、あるいはフッ素などのプラズマガスを用い
て、金属表面上の最表層に形成した酸化皮膜を反応さ
せ、フッ素の拡散層やフッ化物の皮膜を得る製造方法で
ある。具体的には、次のように行なえばよい。すなわち
上記の如き金属を常圧気相流通式の反応炉に装着し、酸
化性のガスの流通下、反応炉を所定の温度に加熱、所定
時間保持したのちに、さらに所定の温度にてフッ化ガス
を充填し所定時間反応させ表面のフッ化処理を行えばよ
い。この場合、反応炉への装入前に金属の脱脂、脱水処
理を通例により実施して、その後形成される強制酸化膜
の純度を高めかつ欠陥がないものとする。但し、金属表
面に残存する数十オングストローム以下の薄い自然酸化
膜はバルクとともに強制酸化されるので、強制酸化前に
除去する必要はない。
Similarly, the fluorination treatment is performed by using a 100% gas such as fluorine, chlorine trifluoride, or nitrogen trifluoride, or a gas obtained by diluting these gases with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon; This is a manufacturing method in which an oxide film formed on the outermost layer on a metal surface is reacted with a plasma gas such as the above to obtain a fluorine diffusion layer or a fluoride film. Specifically, it may be performed as follows. That is, the metal as described above is installed in a normal-pressure gas-phase flow type reaction furnace, and the reaction furnace is heated to a predetermined temperature under a flow of an oxidizing gas, maintained for a predetermined time, and then fluorinated at a predetermined temperature. The surface may be fluorinated by filling with a gas and reacting for a predetermined time. In this case, the metal is degreased and dehydrated in a usual manner before being charged into the reaction furnace to increase the purity of the forced oxide film formed thereafter and have no defects. However, since the thin native oxide film of several tens angstroms or less remaining on the metal surface is forcibly oxidized together with the bulk, it is not necessary to remove it before the forced oxidation.

【0016】さらに反応炉の温度は、ニッケル及び銅の
強制酸化においては通常200℃から600℃まで特に
300℃から500℃が好ましい。反応時間は通常1時
間から48時間、特に3時間から24時間が好ましい。
アルミニウムは陽極酸化によることが好ましい。同様に
フッ化処理温度は常圧下では通常100℃から700℃
まで特に150℃から500℃が好ましい。又反応時間
は通常1時間から48時間、特に3時間から24時間が
好ましい。これらの好ましい下限温度及び時間未満で
は、強制酸化層の酸素が十分にフッ素で置換されず、ま
たフッ素の最表面からの拡散も十分でなく、一方上限温
度及び時間を超えるとフッ素の反応が急激であり形成さ
れる皮膜にクラックが生じる。
Further, the temperature of the reaction furnace is preferably from 200 ° C. to 600 ° C., particularly preferably from 300 ° C. to 500 ° C. in the forced oxidation of nickel and copper. The reaction time is generally preferably 1 hour to 48 hours, particularly preferably 3 hours to 24 hours.
Aluminum is preferably formed by anodic oxidation. Similarly, the fluorination temperature is usually 100 ° C to 700 ° C under normal pressure.
Particularly, the temperature is preferably from 150 ° C to 500 ° C. The reaction time is generally preferably 1 hour to 48 hours, particularly preferably 3 hours to 24 hours. Below these preferred lower limit temperatures and times, the oxygen in the forced oxidation layer is not sufficiently replaced by fluorine, and the diffusion of fluorine from the outermost surface is not sufficient. And cracks occur in the formed film.

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明を、電解ニッケルめっき皮膜、
無電解ニッケル合金めっき皮膜をフッ化処理した実施例
により詳しく説明する。ただし、本発明は下記の実施例
に何ら制限を受けるものではない。
Next, the present invention will be described with reference to an electrolytic nickel plating film,
An example in which the electroless nickel alloy plating film is fluorinated will be described in detail. However, the present invention is not limited by the following examples.

【0018】下地処理例製造例1(電解ニッケルめっき皮膜) いわゆるワット浴による光沢ニッケルめっき薬剤として
市販の、主成分としてNiSO4 (硫酸ニッケル)、N
iCl2 (塩化ニッケル)、H3 BO 3(ホウ酸)、光
沢剤から構成されるめっき薬剤を使用してめっきを行っ
た。予めステンレス鋼(SUS316L)を酸洗による
下地前処理を施工した後に、1A/dm2 の電気量にて
所定時間通電した皮膜を形成させた。
Base treatment example Production example 1 (electrolytic nickel plating film) NiSO 4 (nickel sulfate), N
Plating was performed using a plating agent composed of iCl 2 (nickel chloride), H 3 BO 3 (boric acid), and a brightener. After a stainless steel (SUS316L) was preliminarily subjected to a base pretreatment by pickling, a film was formed at a current of 1 A / dm 2 for a predetermined time.

【0019】製造例2(無電解ニッケルめっき皮膜) いわゆる化学ニッケルめっきといわれ、次亜リン酸塩還
元による酸性化学ニッケルめっきの市販の薬剤が実用化
されている。本製造例ではジメチルアミンボランを還元
剤とする化学ニッケルめっき市販の薬剤と、耐食性を重
視した酸性化学ニッケルめっきすなわちニッケル−リン
めっき(Ni−P合金めっき)の市販の薬剤を用いた。
これらの薬剤は、主成分として金属分であるNiSO4
(硫酸ニッケル)25g/L、還元剤として、NaHP
2 (次亜リン酸)20g/L、錯化剤、安定剤、光沢
剤から構成される。製造例1と同様に、ステンレス板に
下地前処理を施工した後に、90℃に昇温しためっき液
槽に浸せきし所定時間反応させ、皮膜を形成させた。
Production Example 2 (Electroless Nickel Plating Film) A so-called chemical nickel plating, a commercial chemical for acidic chemical nickel plating by reduction of hypophosphite has been put to practical use. In this production example, a commercially available chemical nickel plating chemical using dimethylamine borane as a reducing agent and a commercially available chemical chemical nickel plating, that is, nickel-phosphorous plating (Ni-P alloy plating), which emphasizes corrosion resistance, were used.
These agents are mainly composed of NiSO 4 which is a metal component.
(Nickel sulfate) 25g / L, NaHP as reducing agent
It is composed of 20 g / L of O 2 (hypophosphorous acid), a complexing agent, a stabilizer, and a brightener. In the same manner as in Production Example 1, after a base plate pretreatment was applied to a stainless steel plate, it was immersed in a plating solution tank heated to 90 ° C. and reacted for a predetermined time to form a film.

【0020】製造例3(無電解ニッケル合金めっき皮
膜) 耐摩耗性と熱処理後の耐食性を重視したニッケル−リン
−タングステン(Ni−P−W)浴によるアルカリ性化
学めっき用市販の薬剤を使用した。この薬剤は主成分と
して金属分であるNiSO4 (硫酸ニッケル)15g/
L、Na2 WO3(タングステン酸ソーダ)、更に還元剤
としてNaHPO2(次亜リン酸)20g/L、錯化剤、
安定剤、光沢剤から構成される。上記諸例のようにステ
ンレス板に所定の下地前処理を施工した後に、85℃に
昇温しためっき液槽に浸せきし所定時間反応させ、皮膜
を形成させた。
Production Example 3 (Electroless nickel alloy plating skin
Film) A commercially available chemical for alkaline chemical plating using a nickel-phosphorous-tungsten (Ni-PW) bath, which emphasized abrasion resistance and corrosion resistance after heat treatment, was used. This chemical has a metal component of NiSO 4 (nickel sulfate) 15 g /
L, Na 2 WO 3 (sodium tungstate), 20 g / L of NaHPO 2 (hypophosphorous acid) as a reducing agent, a complexing agent,
Consists of stabilizers and brighteners. After applying a predetermined pre-treatment to the stainless steel plate as in the above examples, it was immersed in a plating solution tank heated to 85 ° C. and reacted for a predetermined time to form a film.

【0021】製造例4 いわゆるアルミニウム合金材の例として、A5083に
表面鏡面研摩を実施し、その後大気中に30日放置し、
その表面に自然酸化膜を充分に形成させ、試験片とし
た。
Production Example 4 As an example of a so-called aluminum alloy material, A5083 was subjected to surface mirror polishing, and then left in the air for 30 days.
A natural oxide film was sufficiently formed on the surface to obtain a test piece.

【0022】製造例5 銅合金材の例として、いわゆるC1100P銅材に表面
鏡面研摩を実施し、その後大気中に30日放置し、その
表面に自然酸化膜を充分に形成させ、試験片とした。
Production Example 5 As an example of a copper alloy material, a so-called C1100P copper material was subjected to surface mirror polishing, and then left in the air for 30 days to sufficiently form a natural oxide film on the surface to obtain a test piece. .

【0023】実施例1 常圧気相流通式反応炉に、製造剤1にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理して表面の吸着水分などを放出した
後、酸素ガス(99.999%)を導入しながら、50
0℃まで昇温する。その温度にて12時間保持し金属表
面を強制酸化した。その後、窒素ガスにて酸素ガスを置
換しながら降温する。400℃になったところで、20
%F2 ガス(窒素希釈)を導入、置換する。完全置換後
そのまま24時間保持し、表面のフッ化を実施した。所
定時間後フッ素ガスを窒素ガスにて置換し、そのまま1
時間保持した後に降温した。
Example 1 A test piece prepared by the method described in Production Agent 1 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to pre-baking at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure to obtain a surface. After releasing the adsorbed moisture, etc., 50% while introducing oxygen gas (99.999%).
Heat to 0 ° C. The temperature was maintained for 12 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the temperature is lowered while replacing the oxygen gas with a nitrogen gas. When the temperature reaches 400 ° C, 20
% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete substitution, the surface was kept for 24 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, the fluorine gas is replaced with nitrogen gas.
After holding for a time, the temperature was lowered.

【0024】実施例2 常圧気相流通式反応炉に、製造例1にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、酸素ガス(99.999%)
を導入しながら500℃まで昇温する。その温度にて1
2時間保持し、金属表面を強制酸化した。その後、窒素
にてガスを置換し、そのままの温度にて、20%F2
ス(窒素希釈)を導入、置換する。完全置換後そのまま
12時間保持し、表面のフッ化を実施した。所定時間後
窒素ガスを導入、置換し、そのまま1時間保持した後に
降温した。
Example 2 A test piece prepared by the method described in Production Example 1 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pretreatment for firing at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure. Oxygen gas (99.999%)
And the temperature is raised to 500 ° C. At that temperature 1
Holding for 2 hours, the metal surface was forcibly oxidized. Thereafter, the gas is replaced with nitrogen, and at that temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete replacement, the surface was kept for 12 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, nitrogen gas was introduced and replaced, the temperature was maintained for 1 hour, and the temperature was lowered.

【0025】実施例3 常圧気相流通式反応炉に、製造例2にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、酸素ガス(99.999%)
を導入しながら、500℃まで昇温する。その温度にて
12時間保持し金属表面を強制酸化した。その後、窒素
ガスにて酸素ガスを置換しながら降温する。300℃に
なったところで、20%F2 ガス(窒素希釈)を導入、
置換する。完全置換後そのまま12時間保持し、表面の
フッ化を実施した。所定時間後フッ素ガスを窒素ガスに
て置換し、そのまま1時間保持した後に降温した。
Example 3 A test piece prepared by the method described in Production Example 2 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pretreatment for firing at 200 ° C. under reduced pressure for 1 hour. Oxygen gas (99.999%)
, And the temperature is raised to 500 ° C. The temperature was maintained for 12 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the temperature is lowered while replacing the oxygen gas with a nitrogen gas. When the temperature reached 300 ° C., 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) was introduced.
Replace. After the complete replacement, the surface was kept for 12 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas.

【0026】実施例4 常圧気相流通式反応炉に、製造例2にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、酸素ガス(99.999%)
を導入しながら500℃まで昇温する。その温度にて1
2時間保持し、金属表面を強制酸化した。その後、窒素
にてガスを置換し、そのままの温度にて、20%F2
ス(窒素希釈)を導入、置換する。完全置換後そのまま
12時間保持し、表面のフッ化を実施した。所定時間後
窒素ガスを導入し、置換し、そのまま1時間保持した後
に降温した。
Example 4 A test piece prepared by the method described in Production Example 2 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pretreatment for firing at 200 ° C. under reduced pressure for 1 hour. Oxygen gas (99.999%)
And the temperature is raised to 500 ° C. At that temperature 1
Holding for 2 hours, the metal surface was forcibly oxidized. Thereafter, the gas is replaced with nitrogen, and at that temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete replacement, the surface was kept for 12 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, nitrogen gas was introduced and replaced, the temperature was maintained for 1 hour, and the temperature was lowered.

【0027】実施例5 常圧気相流通式反応炉に、製造例3にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、酸素ガス(99.999%)
を導入しながら、500℃まで昇温する。その温度にて
12時間保持し、金属表面を強制酸化した。その後、窒
素ガスにて酸素ガスを置換しながら降温する。300℃
になったところで、20%F2 ガス(窒素希釈)を導
入、置換する。完全置換後そのまま12時間保持し、表
面のフッ化を実施した。所定時間後フッ素ガスを窒素ガ
スにて置換し、そのまま1時間保持した後に降温した。
Example 5 A test piece prepared by the method described in Production Example 3 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to pre-baking at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure. Oxygen gas (99.999%)
, And the temperature is raised to 500 ° C. The temperature was maintained for 12 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the temperature is lowered while replacing the oxygen gas with a nitrogen gas. 300 ℃
, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete replacement, the surface was kept for 12 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, the fluorine gas was replaced with nitrogen gas.

【0028】実施例6 常圧気相流通式反応炉に、製造例3にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、酸素ガス(99.999%)
を導入しながら、500℃まで昇温する。その温度にて
12時間保持し金属表面を強制酸化した。その後、窒素
にてガスを置換し、そのままの温度にて、20%F2
ス(窒素希釈)を導入、置換する。完全置換後そのまま
12時間保持し、表面のフッ化を実施した。所定時間後
窒素ガスを導入、置換し、そのまま1時間保持した後に
降温した。
Example 6 A test piece prepared by the method described in Production Example 3 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pretreatment for firing at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure. Oxygen gas (99.999%)
, And the temperature is raised to 500 ° C. The temperature was maintained for 12 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the gas is replaced with nitrogen, and at that temperature, 20% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete replacement, the surface was kept for 12 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, nitrogen gas was introduced and replaced, the temperature was maintained for 1 hour, and the temperature was lowered.

【0029】実施例7 いわゆるアルミニウム合金材の例として、A5083に
表面鏡面研摩を実施し、その試験片を常圧気相流通式反
応炉の内部に装着し、減圧下200℃にて1時間焼成前
処理した後、酸素ガス(99.999%)を導入しなが
ら500℃まで昇温する。その温度にて8時間保持し、
金属表面を強制酸化した。その後、窒素にてガスを置換
し、降温し、試験片とした。
Example 7 As an example of a so-called aluminum alloy material, A5083 was subjected to surface mirror polishing, and the test piece was mounted in a normal-pressure gas-phase flow type reaction furnace and fired at 200 ° C. under reduced pressure for 1 hour. After the treatment, the temperature is raised to 500 ° C. while introducing oxygen gas (99.999%). Hold at that temperature for 8 hours,
The metal surface was forcibly oxidized. Thereafter, the gas was replaced with nitrogen, and the temperature was lowered to obtain a test piece.

【0030】実施例8 銅合金材の気相酸化例として、いわゆるC1100P銅
材に表面鏡面研摩を実施しその試験片を常圧気相流通式
反応炉の内部に装着し、減圧下200℃にて1時間焼成
前処理した後、酸素ガス(99.999%)を導入しな
がら500℃まで昇温する。その温度にて8時間保持
し、金属表面を強制酸化した。その後、窒素にてガスを
置換し、降温し、試験片とした。
Example 8 As an example of gas phase oxidation of a copper alloy material, a so-called C1100P copper material was subjected to surface mirror polishing, and a test piece was mounted inside a normal-pressure gas-phase flow type reaction furnace. After the pre-firing treatment for one hour, the temperature is raised to 500 ° C. while introducing oxygen gas (99.999%). The temperature was maintained for 8 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the gas was replaced with nitrogen, and the temperature was lowered to obtain a test piece.

【0031】実施例9 製造例2にて示した手法にて調整した試験片を、50℃
に昇温した5%硝酸水溶液に10分間浸せきし、さらに
純水にて充分に洗浄した試験片をそのまま、純水中に8
時間にわたって放置し表面を酸化した。この試験片を常
圧気相流通式反応炉に装着し、窒素ガスを導入、置換後
に、減圧下200℃にて1時間焼成前処理した後、その
まま降温した。
Example 9 A test piece prepared by the method described in Production Example 2 was heated at 50 ° C.
Immersed in a 5% aqueous solution of nitric acid for 10 minutes and further washed thoroughly with pure water.
The surface was left to oxidize over time. The test piece was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, introduced with nitrogen gas, replaced with a gas, pre-baked at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure, and then cooled.

【0032】比較例1 常圧気相流通式反応炉に、製造例3にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理した後、温度を昇温し炉内温度が40
0℃になったところで、20%F2 ガス(窒素希釈)を
導入する。そのまま6時間保持し、金属材のフッ化を実
施した。いわゆる広く知られたニッケル材の不働態化処
理方法である。その後所定温度にて窒素ガスを導入、置
換し、そのまま1時間保持した後に降温した。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 A test piece prepared by the method described in Production Example 3 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pretreatment for firing at 200 ° C. under reduced pressure for 1 hour. Raise the temperature and raise the furnace temperature to 40
When the temperature reaches 0 ° C., 20% F 2 gas (nitrogen dilution) is introduced. The metal material was kept as it was for 6 hours to perform fluorination. This is a so-called widely known passivation treatment method for nickel materials. Thereafter, nitrogen gas was introduced and replaced at a predetermined temperature, and the temperature was maintained for 1 hour and then the temperature was lowered.

【0033】膜厚の測定結果 図1に実施例4の試験片をXPS(X−ray Pho
toelectronSpectroscopy)にて
解析した結果を示す。表面に検出した元素は、Ni、
F、O、Cの4元素であった。Niのピークは酸化物よ
りも高エネルギー側に大きくシフトしており電子供与対
であるFとの結合がうかがえる。また、C、Oは数分の
アルゴンイオンスパッタリングによって除去され、不検
出となった。このことから、C、Oの両元素は、表面に
吸着していた水分、汚れに起因したものとされる。ま
た、100分間ものアルゴンイオンスパッタリングによ
るエッチングが行われた場合においても、検出パターン
に変化はなかった。フッ化層の膜厚は上記アルゴンスパ
ッタリングによりフッ素原子が検出される深さを以て膜
厚とした。但し、事前に膜厚が既知のSi上のSiO2
薄膜の酸素検出深さにつき同様に測定を行い、スパッタ
ーレートを測定し、スパッターレートは115オングス
トローム/分である(以下「SiO2 補正」と表記す
る)。この結果フッ化層の膜厚は1.2μm以上に及ん
でいることが判明した。
Measurement Results of Film Thickness FIG. 1 shows that the test piece of Example 4 was subjected to XPS (X-ray Pho).
5 shows the results of analysis by T.Electron spectroscopy. The elements detected on the surface are Ni,
There were four elements of F, O and C. The peak of Ni is greatly shifted to a higher energy side than that of the oxide, which indicates the bond with F which is an electron donor. In addition, C and O were removed by argon ion sputtering for several minutes, and were not detected. From this, it is considered that both C and O are caused by moisture and dirt adsorbed on the surface. Further, even when etching was performed by argon ion sputtering for as long as 100 minutes, there was no change in the detection pattern. The thickness of the fluorinated layer was determined based on the depth at which fluorine atoms were detected by argon sputtering. However, SiO 2 on Si whose film thickness is known in advance
The same measurement was performed for the oxygen detection depth of the thin film, and the sputter rate was measured. The sputter rate was 115 Å / min (hereinafter referred to as “SiO 2 correction”). As a result, it was found that the thickness of the fluorinated layer reached 1.2 μm or more.

【0034】製造例1、2、3、及び、実施例2、4、
6にて作製した試験片を薄膜法によるX線回折分析を実
施した結果を各々図2、3、4、5、6、7に示す。図
2においては金属Niのピークのみが検出され、図3、
4からはNi−PやNi−P−Wのブロードなピークが
得られ非晶質状態であることが確認された、併せて窒素
ガス雰囲気下、400℃3時間熱処理を加えた場合のX
線回折から、結晶化されNi,Ni3 Pが形成されてい
ることが確認される。これらを各々フッ化処理した場合
の実施例2、4、6について、X線回折の実施結果を図
5、6、7に示している。図5よりニッケル金属表面上
にニッケルフッ化物(NiF2 )の形成が確認された。
Production Examples 1, 2, 3, and Examples 2, 4,
2, 3, 4, 5, 6, and 7 show the results of X-ray diffraction analysis of the test piece prepared in 6 by the thin film method. In FIG. 2, only the peak of metal Ni is detected, and FIG.
4, a broad peak of Ni—P or Ni—P—W was obtained, and it was confirmed that the sample was in an amorphous state. In addition, X obtained when heat treatment was performed at 400 ° C. for 3 hours in a nitrogen gas atmosphere.
From the line diffraction, it is confirmed that Ni and Ni 3 P are crystallized and formed. FIGS. 5, 6, and 7 show the results of X-ray diffraction for Examples 2, 4, and 6 in which each of them was fluorinated. From FIG. 5, the formation of nickel fluoride (NiF 2 ) on the nickel metal surface was confirmed.

【0035】図6からはNi又はNi3 Pの回折ピーク
が極僅かに認められ、ほとんど主なピークとしてNiF
2 のピークが強度的に大きく検出された。薄膜法による
測定は、X線の入射角θ=1°にて実施され、この際の
分析深度は理論上、表面から2.1μmにあたるので、
無電解ニッケル表面にμmオーダーのフッ化物が厚膜化
している。
FIG. 6 shows that the diffraction peak of Ni or Ni 3 P is very slight, and NiF is almost the main peak.
Two peaks were detected in large intensity. The measurement by the thin film method is performed at an incident angle θ of X-ray = 1 °, and the analysis depth at this time is theoretically 2.1 μm from the surface.
Fluoride on the order of μm is thickened on the surface of electroless nickel.

【0036】図7からも同様にNi又はNi3 Pの回折
ピークが極僅かに認められ、ほとんど主なピークとして
NiF2 のピークが強度的に大きく検出された。この結
果は実施例6によるものとほぼ同様で形成された表面状
態に大きな差異はなかった。
Similarly, FIG. 7 also shows that the diffraction peak of Ni or Ni 3 P was very slightly recognized, and the NiF 2 peak was detected as a major peak almost in terms of intensity. The result was almost the same as that of Example 6, and there was no significant difference in the surface state formed.

【0037】図8に実施例3の試験片をAES(Aug
er Electron Spectroscopy)
にて解析した結果を示す。表面に検出した元素は、N
i、F、O、Cの4元素であった。最表層における元素
組成表を表1に示す。表面に吸着していた水分、汚れに
起因したものとされるC、Oは数分のアルゴンイオンス
パッタリングによって除去され、不検出となった。Ni
とFの原子比率は約1:2で有り、前述のX線回折分析
の解析結果と併せ、最表層へのフッ化ニッケル(NiF
2 )の形成が認められた。フッ素が検出されなくなるま
でアルゴンイオンスパッタリングを更に実施したとこ
ろ、約90分後からフッ素の検出強度が減少しはじめ、
約150分後にほぼ不検出となったことから、アルゴン
イオンスパッタリングのエッチングレート115オング
ストローム/分(SiO2 補正)であることから、フッ
素の拡散層を含めフッ化層の膜厚は、1.7μmとなり
μmオーダーに厚膜化していることが確認された。
FIG. 8 shows the test piece of Example 3 as AES (Aug).
er Electron Spectroscopy)
Shows the results of the analysis. The element detected on the surface is N
There were four elements of i, F, O and C. Table 1 shows an element composition table in the outermost layer. C and O attributed to moisture and dirt adsorbed on the surface were removed by argon ion sputtering for several minutes, and were not detected. Ni
The atomic ratio of F and F is about 1: 2. In addition to the analysis result of the X-ray diffraction analysis described above, nickel fluoride (NiF
2 ) was observed. When argon ion sputtering was further performed until no fluorine was detected, the detection intensity of fluorine began to decrease after about 90 minutes,
Since almost no detection was made after about 150 minutes, the etching rate of argon ion sputtering was 115 Å / min (SiO 2 correction), and the thickness of the fluoride layer including the fluorine diffusion layer was 1.7 μm. It was confirmed that the film was thickened on the order of μm.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】図9に実施例4の試験片をAESにて解析
した結果を示す。表面に検出した元素は、前述実施例3
と同様にNi、F、O、Cの4元素であった。最表層に
おける元素組成を表2に示す。表面に吸着していた水
分、汚れた起因したものとされるC、Oは数分間のアル
ゴンイオンスパッタリングによって除去され、不検出と
なった。NiとFの原子比率は約1:2で有り、前述の
X線回折分析の解析結果と合わせ、最表層へのフッ化ニ
ッケル(NiF2 )の形成が認められた。アルゴンイオ
ンスパッタリングを更に実施し、280分間行っても表
面状況に大きな変化はなく、アルゴンイオンスパッタリ
ングのエッチングレートから膜厚(SiO2 換算)は
3.2μm以上となり厚膜化していることが確認され
た。
FIG. 9 shows the result of analyzing the test piece of Example 4 by AES. The elements detected on the surface were as described in Example 3 above.
Similarly to the above, there were four elements of Ni, F, O and C. Table 2 shows the element composition in the outermost layer. Moisture adsorbed on the surface and C and O, which are considered to be caused by contamination, were removed by argon ion sputtering for several minutes, and were not detected. The atomic ratio of Ni to F was about 1: 2, and the formation of nickel fluoride (NiF 2 ) on the outermost layer was recognized in combination with the analysis result of the X-ray diffraction analysis described above. Argon ion sputtering was further performed, and there was no significant change in the surface condition even after 280 minutes, and it was confirmed from the etching rate of argon ion sputtering that the film thickness (in terms of SiO 2 ) was 3.2 μm or more and the film was thickened. Was.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】図10に比較例1の試験片をAESにて解
析した結果を示す。表面に検出した元素はNi、F、
O、Cの4元素であった。最表層における元素組成表を
表3に示す。表面に吸着していた水分、汚れた起因した
ものとされるC、Oは約1分のアルゴンイオンスパッタ
リングによって除去され、不検出となった。NiとFの
原子比率は約1:2で有るが、フッ素はスパッタリング
開始時から数分でその検出強度が減少しはじめ約20分
でフッ素の検出はなくなった。アルゴンイオンスパッタ
リングのエッチングレートは115オングストローム/
分(SiO2 補正)であることから、フッ素の拡散層を
含め膜厚は2300オングストロームとなり、形成され
た皮膜がサブμmオーダーのフッ化皮膜であることが確
認された。
FIG. 10 shows the result of analyzing the test piece of Comparative Example 1 by AES. The elements detected on the surface are Ni, F,
There were four elements, O and C. Table 3 shows an element composition table of the outermost layer. Moisture adsorbed on the surface and C and O, which are considered to be caused by contamination, were removed by argon ion sputtering for about 1 minute, and were not detected. Although the atomic ratio of Ni to F was about 1: 2, the detection intensity of fluorine began to decrease in a few minutes from the start of sputtering, and was stopped in about 20 minutes. The etching rate of argon ion sputtering is 115 angstroms /
(Correction of SiO 2 ), the film thickness including the fluorine diffusion layer was 2300 angstroms, and it was confirmed that the formed film was a sub-μm-order fluoride film.

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】効果例1 表4に各種材料の耐食性試験を実施した結果を示す。耐
食性評価試験は、35%塩化水素水溶液へ室温下(25
℃)24時間浸せきした際の各種材料の重量減少量にて
表した。比較材料として製造例2、および3にて形成し
た表面処理試験片、さらに実施例3、4、5、6の試験
片を用いた。24時間後に取り出した際の重量減少量を
測定し比較した結果、最も試験減少量の少なかったもの
は、実施例5であった。外観の変化としては実施例3、
5は試験片のエッジ等に孔食が発生しており、この点を
除けばいずれの実施例の場合も製造例2、3の無電解ニ
ッケルめっき施工試験片に比べ、試験減少量が少なかっ
た。このことから表面にフッ化物を形成した試験片は極
めて耐食性に優れることを示した。
Effect Example 1 Table 4 shows the results of conducting corrosion resistance tests on various materials. The corrosion resistance evaluation test was carried out at room temperature (25%
° C) It was represented by the weight loss of various materials when immersed for 24 hours. The surface-treated test pieces formed in Production Examples 2 and 3 and the test pieces of Examples 3, 4, 5, and 6 were used as comparative materials. As a result of measuring and comparing the amount of weight loss when taken out after 24 hours, Example 5 had the least amount of reduction in test. Example 3 shows the change in appearance.
In No. 5, pitting occurred on the edge of the test piece and the like. Except for this point, the amount of reduction in the test was smaller in each of the examples than in the electroless nickel plated test pieces of Production Examples 2 and 3. . This indicated that the test piece having a fluoride formed on the surface was extremely excellent in corrosion resistance.

【0044】[0044]

【表4】 試験条件−35%塩酸、25℃、12時間浸せき[Table 4] Test conditions-35% hydrochloric acid, 25 ° C, soak for 12 hours

【0045】効果例2 図11(表5)に実施例3の試験片に耐食性試験を実施
した結果を示す。耐食性評価試験としては、20%硝
酸、50%フッ化水素酸、20%硫酸、20%りん酸、
28%アンモニア水、28%苛性ソーダ、50%ギ酸、
20%酢酸、しゅう酸、有機溶剤(アセトン)、エタノ
ール、EDTA、テトラミン、塩酸ヒドロキシルアミン
などの溶液又は薬剤を準備し各々の溶液へ室温下(30
℃)24時間浸せきした際の各種材料の重量減少量を表
した。いずれの試験液においても実施例3の試験片が、
未フッ化処理である製造例2の無電解ニッケルめっき試
験片に比べ、腐食減量、外観観察の面において優れた耐
食性を示した。
Effect Example 2 FIG. 11 (Table 5) shows the results of performing a corrosion resistance test on the test piece of Example 3. As the corrosion resistance evaluation test, 20% nitric acid, 50% hydrofluoric acid, 20% sulfuric acid, 20% phosphoric acid,
28% ammonia water, 28% caustic soda, 50% formic acid,
A solution or drug such as 20% acetic acid, oxalic acid, organic solvent (acetone), ethanol, EDTA, tetramine, hydroxylamine hydrochloride is prepared, and each solution is added at room temperature (30%).
° C) The weight loss of various materials when immersed for 24 hours was shown. In any of the test solutions, the test piece of Example 3
Compared with the electroless nickel-plated test piece of Production Example 2 which was not fluorinated, it exhibited excellent corrosion resistance in terms of corrosion weight loss and appearance observation.

【0046】効果例3 表6に製造例2及び実施例3、4の試験片におけるスク
ラッチ試験機における耐摩耗性試験実施の結果を示す。
静摩擦係数は、製造例2及び実施例3、4のいずれにお
いても大きな差異はなかったが、動摩擦係数において、
フッ化処理を施した実施例3及び4は製造例2に対して
約半分の値を示し、優れた滑り特性を示している。
Effect Example 3 Table 6 shows the results of the wear resistance test performed on the test pieces of Production Example 2 and Examples 3 and 4 using a scratch tester.
The coefficient of static friction was not significantly different between Production Example 2 and Examples 3 and 4, but the coefficient of dynamic friction was
Examples 3 and 4, which were subjected to the fluoridation treatment, showed about half the value of Production Example 2, indicating excellent sliding properties.

【0047】[0047]

【表6】 (注) 耐摩耗性−スクラッチ試験器を用いて、一定荷重(300g)に て試験片上でピンを連続摺動し、皮膜が破損するまでの回数を表示した。[Table 6] (Note) Abrasion resistance-Using a scratch tester, the pin was continuously slid on a test piece under a constant load (300 g), and the number of times until the film was broken was indicated.

【0048】また、一定荷重下での耐摩耗試験の結果、
皮膜破損までの摺動回数は製造例2が僅か1回であるの
に対して、実施例3が30回、実施例4においては20
8回もの摺動摩擦特性、皮膜耐久性を示した。特に厚膜
化したμmオーダーのフッ化化合物膜を形成した実施例
4においては、耐摩耗性、耐久性において無電解ニッケ
ルメッキ以上の値を示したことから、実用上十分に耐え
られるレベルの性能を持つことが判明した。
Also, as a result of a wear resistance test under a constant load,
The number of times of sliding until the film was damaged was only one in Production Example 2, whereas 30 in Example 3 and 20 in Example 4.
It showed sliding friction characteristics and film durability as many as eight times. In particular, in Example 4 in which a thickened μm-order fluorinated compound film was formed, the abrasion resistance and durability exhibited values higher than those of electroless nickel plating, so that the performance was at a level that could withstand practically enough. Turned out to have.

【0049】参考例1 図12にアルミニウム合金材上に形成する自然酸化膜と
強制酸化による気相酸化膜の違いをAESにて解析した
結果を示す。製造例4の試験片の表面上に形成した自然
酸化膜は、Oの検出強度が半滅するまでの時間が約5分
強であることから、エッチングレートは115オングス
トローム/分(SiO2 換算)であることから約550
オングストロームであった。これに対し実施例7の気相
にて強制酸化させた試験片の酸化被膜は同様に約250
0オングストロームに及んでいることがわかる。
REFERENCE EXAMPLE 1 FIG. 12 shows the result of analyzing by AES the difference between a natural oxide film formed on an aluminum alloy material and a vapor-phase oxide film formed by forced oxidation. Since the natural oxide film formed on the surface of the test piece of Production Example 4 takes about 5 minutes or more until the detection intensity of O is halved, the etching rate is 115 Å / min (in terms of SiO 2 ). About 550
Angstrom. On the other hand, the oxide film of the test piece forcibly oxidized in the gas phase of Example 7 was about 250
It can be seen that it reaches 0 angstroms.

【0050】参考例2 図13に銅材上に形成する自然酸化膜と強制酸化による
気相酸化膜の違いをAESにて解析した結果を示す。製
造例5の試験片の表面上に形成した自然酸化膜は、Oの
検出強度が半減するまでの時間が約20秒であることか
ら、同様にエッチングレートを115オングストローム
/分(SiO2 換算)とした場合約40オングストロー
ムであった。これに対し実施例8の気相にて強制酸化さ
せた試験片の酸化被膜は80分のアルゴンイオンスパッ
タリングによって除去されることがなく、その膜厚は約
1ミクロン以上に達していることがわかる。
Reference Example 2 FIG. 13 shows the results of analysis by AES of the difference between a natural oxide film formed on a copper material and a vapor-phase oxide film formed by forced oxidation. Since the natural oxide film formed on the surface of the test piece of Production Example 5 takes about 20 seconds until the O detection intensity is reduced by half, the etching rate is also 115 Å / min (in terms of SiO 2 ). Was about 40 angstroms. On the other hand, the oxide film of the test piece which was forcibly oxidized in the gas phase in Example 8 was not removed by argon ion sputtering for 80 minutes, and it can be seen that the film thickness reached about 1 μm or more. .

【0051】参考例3 図14に製造例2の試験片に形成する液相酸化膜と気相
酸化膜の違いをAESにて解析した結果を示す。実施例
9の試験片の表面上に形成した液相酸化による酸化膜
は、Oの検出強度が半減するまでの時間が約100秒で
あることから、同様にエッチングレートを115オング
ストローム/分(SiO2 換算)とした場合約200オ
ングストロームであった。これに対し実施例3の酸素ガ
スにて強制酸化させた段階で反応炉より取り出した試験
片の酸化被膜の膜厚は約55分のアルゴンイオンスパッ
タリングによって表面からOが除去されることから、そ
の酸化膜の膜厚は約0.6ミクロンに達していることが
わかる。
Reference Example 3 FIG. 14 shows the result of analyzing the difference between the liquid phase oxide film and the gas phase oxide film formed on the test piece of Production Example 2 by AES. The oxide film formed on the surface of the test piece of Example 9 by liquid phase oxidation had a time required for the detection intensity of O to be reduced by half to about 100 seconds. Similarly, the etching rate was set to 115 Å / min (SiO 2). (2 conversions), it was about 200 angstroms. On the other hand, the thickness of the oxide film of the test piece taken out of the reactor at the stage of forcibly oxidizing with oxygen gas in Example 3 is such that O is removed from the surface by argon ion sputtering for about 55 minutes. It can be seen that the thickness of the oxide film has reached about 0.6 microns.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明により達成された厚膜フッ化層
は、耐酸、耐アルカリ性にも優れているので半導体関連
機器を中心にその装置部材として極めて有効である。従
って、本発明により表面フッ層を形成した金属材料もし
くは金属皮膜は、半導体装置の製造装置や、真空関連機
器の装置部材として極めて有効である。
The thick fluorinated layer achieved by the present invention is excellent in acid resistance and alkali resistance, and is extremely effective as a device member mainly for semiconductor-related equipment. Therefore, the metal material or metal film on which the surface fluorine layer is formed according to the present invention is extremely effective as a device for manufacturing a semiconductor device and a device member for vacuum-related equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例4のXPSスペクトル測定結果を示す
チャートである。
FIG. 1 is a chart showing XPS spectrum measurement results of Example 4.

【図2】 製造例1のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 2 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Production Example 1.

【図3】 製造例2のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 3 is a chart showing an analysis result by an XDF thin film method of Production Example 2.

【図4】 製造例3のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 4 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Production Example 3.

【図5】 実施例2のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 5 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 2.

【図6】 実施例4のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 6 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 4.

【図7】 実施例6のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 7 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 6.

【図8】 実施例3のAESによる表面組成の測定結果
を示すチャートである。
FIG. 8 is a chart showing a measurement result of a surface composition by AES in Example 3.

【図9】 実施例4のAESによるフッ化膜測定結果を
示すチャートである。
FIG. 9 is a chart showing a result of measurement of a fluoride film by AES in Example 4.

【図10】 比較例1の試験片をAESにて解析したチ
ャートである。
FIG. 10 is a chart obtained by analyzing a test piece of Comparative Example 1 by AES.

【図11】 製造例2,製造例3の試験片に耐食性試験
を実施した結果を示す図表(表5)である。
FIG. 11 is a table (Table 5) showing the results of performing a corrosion resistance test on the test pieces of Production Examples 2 and 3.

【図12】 Al合金材の自然酸化膜と気相酸化による
酸化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing measurement results of a natural oxide film of an Al alloy material and an oxide film AES formed by vapor phase oxidation.

【図13】 Cu金属の自然酸化膜と気相酸化による酸
化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing measurement results of a native oxide film of Cu metal and an oxide film AES formed by vapor phase oxidation.

【図14】 NIP皮膜の気相酸化と液相酸化による酸
化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing measurement results by an oxide film AES by vapor phase oxidation and liquid phase oxidation of an NIP film.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年9月2日[Submission date] September 2, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0004】また、エキシマレーザー分野においても、
フッ素ガスを希ガス(クリプトン、ネオン、アルゴン)
と混合し発振させるため、生じるフッ素ラジカルに対し
ての装置材料表面への耐食性能の要求は極めて強いもの
がある。
In the excimer laser field,
Fluorine gas a noble gas (krypton, neon, an argon)
Therefore, there is an extremely strong demand for the corrosion resistance of the surface of the device material against the generated fluorine radicals.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0007】フッ素ガスを用いた不働態化技術について
は、これまでに数多くの研究がなされており、ニッケル
金属表面をフッ素ガスを用いてオングストロームオーダ
ーの不働皮膜を形成させ耐食機能を発現することは公知
となっている。さらに、特開平2−263972公報
は、「フッ化不働態膜が形成された金属材料並びにその
金属材料を用いた装置」と題する発明に関し、フッ化不
働態膜が形成された金属材料もしくは金属皮膜並びに、
その金属材料もしくは金属皮膜を用いた装置が開示され
ている。この公報では、金属中のニッケル、ニッケル合
金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ク
ロムの少なくとも一種の表面にフッ素ガスによりフッ化
不働態膜を形成し、耐食性能の優良性を示している。し
かしながら、形成される皮膜の膜厚は1000〜300
0オングストロームの極薄膜である。この公報でフッ化
処理されているアルミニウム,ステンレス、銅、ニッ
ケル板の表面状態は研摩面である。
A number of studies have been made on the passivation technology using fluorine gas. The use of fluorine gas on a nickel metal surface to form a passive film on the order of angstrom and exhibit a corrosion resistance function has been studied. Is known. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-263972 relates to an invention entitled "Metal material having a fluorinated passivation film formed thereon and an apparatus using the metal material". And
An apparatus using the metal material or metal film is disclosed. In this publication , a fluorinated passivation film is formed by fluorine gas on at least one surface of nickel, nickel alloy, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, and chromium in a metal, and shows excellent corrosion resistance. . However, the thickness of the formed film is 1000 to 300
It is a very thin film of 0 Å. The surface state of the fluorinated aluminum, stainless steel , copper, and nickel plates in this publication is a polished surface.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】同様に特開平2−175855公報には、
フッ化不働態膜が形成された金属材料もしくは金属皮膜
並びにその金属材料もしくは金属皮膜を用いた装置とし
て、ステンレス鋼表面にフッ化鉄とフッ化クロムの混合
フッ化物層を、フッ素ガスによりフッ化不働態膜をサブ
ミクロンの薄膜として形成させる方法及び材料を示して
おり、耐食性能の優良性を示している。形成される皮膜
の膜厚は〜4000オングストロームの極薄膜である。
なおこの公報ではSUS316L研摩板にフッ化処理を
施している。
[0008] Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-175855 discloses that
As a metal material or metal film on which a fluoridation passivation film is formed and a device using the metal material or metal film, a mixed fluoride layer of iron fluoride and chromium fluoride is fluorinated on a stainless steel surface with fluorine gas. It shows a method and a material for forming the passivation film as a submicron thin film , and shows excellent corrosion resistance. The thickness of the formed film is an extremely thin film of up to 4000 angstroms.
In this publication, the SUS316L polishing plate is subjected to a fluorination treatment.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】以下の実施例の前までの説明では金属(合
金)材料及び金属(合金)皮膜を「金属」と略称する。
本発明では、金属表面を一旦強制酸化しその後にこの酸
化金属をフッ素と反応させる。これは自然酸化では、
酸化膜の膜厚が高々数10〜数100オングストロ−ム
であり、しかも強固な酸化膜が形成される金属はアルミ
ニウムなどの特定の金属に限られるために、本発明では
強制酸化法を採用することとした。強制酸化後フッ化を
行うと、酸素とフッ素の置換反応が起ってフッ化層が形
成される。したがってフッ化層の膜厚は強制酸化層の膜
厚に比例して増大し数10μmに及ぶが、あまりに強制
酸化層が厚くなるとその母材に対する密着性が低下する
ので、100μmが限度であると考えられる。本発明に
よる金属表面に形成するフッ化物の膜厚は、表面に形成
された酸化物膜の膜厚を制御する事によって、いわゆる
不動態化によって得られていた以上に膜厚化したフッ素
化物膜を提供することが可能となる。アルミニウム合金
や銅、ニッケル又その合金材は酸素と親和し易く、大気
中にて直ちにその表面に自然酸化膜を形成する。また、
この自然酸化膜は、極めて緻密な構造を保ち、化学的に
も安定である。そのため、常温においてはこの酸化被膜
の存在によって酸素の金属内部への拡散が抑制され、た
とえ長期にわたって大気中に暴露されていたとした場合
においてもその自然酸化膜は、数十から数百オングスト
ロームにしか満たない超薄膜である。そのためにいわゆ
る強制酸化による酸化被膜の膜厚化を必要とするもので
ある。このようにして生成したフッ化層は耐摩耗性、耐
食性や耐久性おいて実用上十分に耐えれるレベルの性能
を持つ。
In the description up to the following embodiments, a metal (alloy) material and a metal (alloy) film are abbreviated as “metal”.
In the present invention, the metal surface is once forcibly oxidized, and then the metal oxide film is reacted with fluorine. This is a natural oxidation
Since the thickness of the oxide film is at most several tens to several hundreds of angstroms and the metal on which a strong oxide film is formed is limited to a specific metal such as aluminum, the present invention employs a forced oxidation method. I decided that. When fluorination is performed after forced oxidation, a substitution reaction between oxygen and fluorine occurs to form a fluorinated layer. Therefore, the thickness of the fluoride layer increases in proportion to the thickness of the forced oxide layer and reaches several tens of μm. However, if the thickness of the forced oxide layer is too large, the adhesion to the base material is reduced. Conceivable. The thickness of the fluoride film formed on the metal surface according to the present invention is controlled by controlling the thickness of the oxide film formed on the surface, so that the fluoride film having a greater thickness than that obtained by so-called passivation is obtained. Can be provided. Aluminum alloys, copper, nickel, and alloys thereof readily have an affinity for oxygen and immediately form a natural oxide film on the surface in the air. Also,
This natural oxide film keeps an extremely dense structure and is chemically stable. Therefore, at room temperature, the diffusion of oxygen into the metal is suppressed by the presence of this oxide film, and even if it has been exposed to the air for a long time, the natural oxide film has a thickness of only tens to hundreds of angstroms. It is less than an ultra-thin film. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the oxide film by so-called forced oxidation. The fluorinated layer formed in this manner has a level of practically sufficient durability in abrasion resistance, corrosion resistance and durability.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0018】下地処理例製造例1(電解ニッケルめっき皮膜) いわゆるワット浴による光沢ニッケルめっき薬剤として
市販の、主成分としてNiSO4 (硫酸ニッケル)、N
iCl2 (塩化ニッケル)、H3 BO 3(ホウ酸)、光
沢剤から構成されるめっき薬剤を使用してめっきを行っ
た。予めステンレス鋼(SUS316L)を酸洗による
下地前処理を施工した後に、1A/dm2電流密度
て所定時間通電し皮膜を形成させた。
Base treatment example Production example 1 (electrolytic nickel plating film) NiSO 4 (nickel sulfate), N
Plating was performed using a plating agent composed of iCl 2 (nickel chloride), H 3 BO 3 (boric acid), and a brightener. After a stainless steel (SUS316L) was preliminarily subjected to a pre-treatment by pickling, a current was applied at a current density of 1 A / dm 2 for a predetermined time to form a film.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0021】製造例4 アルミニウム合金材の例として、いわゆるA5083に
表面鏡面研摩を実施し、その後大気中に30日放置し、
その表面に自然酸化膜を充分に形成させ、試験片とし
た。
Production Example 4 As an example of an aluminum alloy material, so-called A5083 was subjected to surface mirror polishing, and then left in the air for 30 days.
A natural oxide film was sufficiently formed on the surface to obtain a test piece.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】実施例1 常圧気相流通式反応炉に、製造例1にて示した手法にて
調整した試験片を炉内部に装着し、減圧下200℃にて
1時間焼成前処理して表面の吸着水分などを放出した
後、酸素ガス(99.999%)を導入しながら、50
0℃まで昇温する。その温度にて12時間保持し金属表
面を強制酸化した。その後、窒素ガスにて酸素ガスを置
換しながら降温する。400℃になったところで、20
%F2 ガス(窒素希釈)を導入、置換する。完全置換後
そのまま24時間保持し、表面のフッ化を実施した。所
定時間後フッ素ガスを窒素ガスにて置換し、そのまま1
時間保持した後に降温した。
Example 1 A test piece prepared by the method shown in Production Example 1 was mounted in a normal-pressure gas-phase flow reactor, and subjected to a pre-baking process at 200 ° C. for 1 hour under reduced pressure to obtain a surface. After releasing the adsorbed moisture, etc., 50% while introducing oxygen gas (99.999%).
Heat to 0 ° C. The temperature was maintained for 12 hours to forcibly oxidize the metal surface. Thereafter, the temperature is lowered while replacing the oxygen gas with a nitrogen gas. When the temperature reaches 400 ° C, 20
% F 2 gas (diluted with nitrogen) is introduced and replaced. After the complete substitution, the surface was kept for 24 hours, and the surface was fluorinated. After a predetermined time, the fluorine gas is replaced with nitrogen gas.
After holding for a time, the temperature was lowered.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0035[Correction target item name] 0035

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0035】図6からはNi又はNi3 Pの回折ピーク
が極僅かに認められ、ほとんど主なピークとしてNiF
2 のピークが強度的に大きく検出された。薄膜法による
測定は、X線の入射角θ=1°にて実施され、この際の
分析深度は理論上、表面から2.1μmにあたるので、
無電解ニッケルめっき表面にμmオーダーのフッ化物が
厚膜化している。
FIG. 6 shows that the diffraction peak of Ni or Ni 3 P is very slight, and NiF is almost the main peak.
Two peaks were detected in large intensity. The measurement by the thin film method is performed at an incident angle θ of X-ray = 1 °, and the analysis depth at this time is theoretically 2.1 μm from the surface.
Fluoride on the order of μm is thickened on the surface of the electroless nickel plating .

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0039[Correction target item name] 0039

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0039】図9に実施例4の試験片をAESにて解析
した結果を示す。表面に検出した元素は、前述実施例3
と同様にNi、F、O、Cの4元素であった。最表層に
おける元素組成を表2に示す。表面に吸着していた水
分、汚れ起因したものとされるC、Oは数分間のアル
ゴンイオンスパッタリングによって除去され、不検出と
なった。NiとFの原子比率は約1:2で有り、前述の
X線回折分析の解析結果と合わせ、最表層へのフッ化ニ
ッケル(NiF2 )の形成が認められた。アルゴンイオ
ンスパッタリングを更に実施し、280分間行っても表
面状況に大きな変化はなく、アルゴンイオンスパッタリ
ングのエッチングレートから膜厚(SiO2 換算)は
3.2μm以上となり厚膜化していることが確認され
た。
FIG. 9 shows the result of analyzing the test piece of Example 4 by AES. The elements detected on the surface were as described in Example 3 above.
Similarly to the above, there were four elements of Ni, F, O and C. Table 2 shows the element composition in the outermost layer. Water adsorbed to the surface, C is as due to dirt, O is removed by argon ion sputtering for a few minutes, became not detected. The atomic ratio of Ni to F was about 1: 2, and the formation of nickel fluoride (NiF 2 ) on the outermost layer was recognized in combination with the analysis result of the X-ray diffraction analysis described above. Argon ion sputtering was further performed, and there was no significant change in the surface condition even after 280 minutes, and it was confirmed from the etching rate of argon ion sputtering that the film thickness (in terms of SiO 2 ) was 3.2 μm or more and the film was thickened. Was.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0041[Correction target item name] 0041

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0041】図10に比較例1の試験片をAESにて解
析した結果を示す。表面に検出した元素はNi、F、
O、Cの4元素であった。最表層における元素組成表を
表3に示す。表面に吸着していた水分、汚れ起因した
ものとされるC、Oは約1分のアルゴンイオンスパッタ
リングによって除去され、不検出となった。NiとFの
原子比率は約1:2で有るが、フッ素はスパッタリング
開始時から数分でその検出強度が減少しはじめ約20分
でフッ素の検出はなくなった。アルゴンイオンスパッタ
リングのエッチングレートは115オングストローム/
分(SiO2 補正)であることから、フッ素の拡散層を
含め膜厚は2300オングストロームとなり、形成され
た皮膜がサブμmオーダーのフッ化皮膜であることが確
認された。
FIG. 10 shows the result of analyzing the test piece of Comparative Example 1 by AES. The elements detected on the surface are Ni, F,
There were four elements, O and C. Table 3 shows an element composition table of the outermost layer. Water adsorbed to the surface, C is as due to dirt, O is removed by argon ion sputtering of about 1 minutes, but not detected. Although the atomic ratio of Ni to F was about 1: 2, the detection intensity of fluorine began to decrease in a few minutes from the start of sputtering, and was stopped in about 20 minutes. The etching rate of argon ion sputtering is 115 angstroms /
(Correction of SiO 2 ), the film thickness including the fluorine diffusion layer was 2300 angstroms, and it was confirmed that the formed film was a sub-μm-order fluoride film.

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0043[Correction target item name] 0043

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0043】効果例1 表4に各種材料の耐食性試験を実施した結果を示す。耐
食性評価試験は、35%塩化水素水溶液へ室温下(25
℃)24時間浸せきした際の各種材料の重量減少量にて
表した。比較材料として製造例2、および3にて形成し
た表面処理試験片、さらに実施例3、4、5、6の試験
片を用いた。24時間後に取り出した際の重量減少量を
測定し比較した結果、最も重量減少量の少なかったもの
は、実施例5であった。外観の変化としては実施例3、
5は試験片のエッジ等に孔食が発生しており、この点を
除けばいずれの実施例の場合も製造例2、3の無電解ニ
ッケルめっき施工試験片に比べ、重量減少量が少なかっ
た。このことから表面にフッ化物を形成した試験片は極
めて耐食性に優れることを示した。
Effect Example 1 Table 4 shows the results of conducting corrosion resistance tests on various materials. The corrosion resistance evaluation test was carried out at room temperature (25%
° C) It was represented by the weight loss of various materials when immersed for 24 hours. The surface-treated test pieces formed in Production Examples 2 and 3 and the test pieces of Examples 3, 4, 5, and 6 were used as comparative materials. As a result of measuring and comparing the weight loss when taken out after 24 hours, Example 5 had the least weight loss. Example 3 shows the change in appearance.
In No. 5, pitting occurred on the edge of the test piece, etc. Except for this point, the weight loss was smaller in each of the examples than in the electroless nickel plated test pieces of Production Examples 2 and 3. . This indicated that the test piece having a fluoride formed on the surface was extremely excellent in corrosion resistance.

【手続補正12】[Procedure amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0052[Correction target item name] 0052

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明により達成された厚膜フッ化層
は、耐酸、耐アルカリ性にも優れているので半導体関連
機器を中心にその装置部材として極めて有効である。従
って、本発明により表面フッ化層を形成した金属材料も
しくは金属皮膜は、半導体装置の製造装置や、真空関連
機器の装置部材として極めて有効である。
The thick fluorinated layer achieved by the present invention is excellent in acid resistance and alkali resistance, and is extremely effective as a device member mainly for semiconductor-related equipment. Therefore, a metal material or a metal film having a surface fluorinated layer formed according to the present invention is extremely effective as a device for manufacturing a semiconductor device or a device member of a vacuum-related device.

【手続補正13】[Procedure amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例4のXPSスペクトル測定結果を示す
チャートである。
FIG. 1 is a chart showing XPS spectrum measurement results of Example 4.

【図2】 製造例1のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 2 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Production Example 1.

【図3】 製造例2のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 3 is a chart showing an analysis result by an XDF thin film method of Production Example 2.

【図4】 製造例3のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 4 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Production Example 3.

【図5】 実施例2のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 5 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 2.

【図6】 実施例4のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 6 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 4.

【図7】 実施例6のXDF薄膜法による解析結果を示
すチャートである。
FIG. 7 is a chart showing an analysis result by the XDF thin film method of Example 6.

【図8】 実施例3のAESによる表面組成の測定結果
を示すチャートである。
FIG. 8 is a chart showing a measurement result of a surface composition by AES in Example 3.

【図9】 実施例4のAESによるフッ化膜測定結果を
示すチャートである。
FIG. 9 is a chart showing a result of measurement of a fluoride film by AES in Example 4.

【図10】 比較例1の試験片をAESにて解析したチ
ャートである。
FIG. 10 is a chart obtained by analyzing a test piece of Comparative Example 1 by AES.

【図11】 製造例2,製造例3の試験片に耐食性試験
を実施した結果を示す図表(表5)である。
FIG. 11 is a table (Table 5) showing the results of performing a corrosion resistance test on the test pieces of Production Examples 2 and 3.

【図12】 Al合金材の自然酸化膜と気相酸化による
酸化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing measurement results of a natural oxide film of an Al alloy material and an oxide film AES formed by vapor phase oxidation.

【図13】 Cu金属の自然酸化膜と気相酸化による酸
化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing measurement results of a native oxide film of Cu metal and an oxide film AES formed by vapor phase oxidation.

【図14】 NiP皮膜の気相酸化と液相酸化による酸
化膜AESによる測定結果を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing measurement results by an oxide film AES by gas phase oxidation and liquid phase oxidation of a NiP film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C23C 8/42 C23C 8/42 (72)発明者 平野 智 神奈川県川崎市川崎区扇町5−1 昭和電 工株式会社川崎工場内──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C23C 8/42 C23C 8/42 (72) Inventor Satoshi Hirano 5-1 Ogimachi, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Showa Denko Corporation Kawasaki Plant Inside

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料もしくは金属皮膜の表面を強制
酸化後に、膜厚が1μm以上のフッ化層を前記表面に形
成したことを特徴とするフッ化表面層を有する金属材料
もしくは金属皮膜。
1. A metal material or a metal film having a fluorinated surface layer, wherein a fluorinated layer having a thickness of 1 μm or more is formed on the surface of the metal material or the metal film after forced oxidation of the surface.
【請求項2】 前記金属皮膜が基材上のニッケル皮膜よ
りなることを特徴とする請求項1記載のフッ化表面層を
有する金属皮膜。
2. The metal film having a fluorinated surface layer according to claim 1, wherein the metal film comprises a nickel film on a substrate.
【請求項3】 前記フッ化層が前記ニッケル皮膜のフッ
化物より実質的になる第1の層とこの下層にフッ素が拡
散した第2の層よりなることを特徴とする請求項1記載
のフッ化表面層を有する金属皮膜。
3. The fluorine-containing layer according to claim 1, wherein said fluoride layer comprises a first layer substantially composed of a fluoride of said nickel film and a second layer in which fluorine is diffused in a lower layer of said first layer. Metal film having a surface layer.
【請求項4】 金属材料もしくは金属皮膜を酸化性物質
により強制酸化させた後に、この強制酸化膜をフッ化ガ
スと反応させることを特徴とする金属材料もしくは金属
皮膜のフッ化方法。
4. A method for fluorinating a metal material or a metal film, wherein the metal material or the metal film is forcibly oxidized with an oxidizing substance, and the forced oxide film is reacted with a fluorinated gas.
【請求項5】 前記金属材料がアルミニウム又はアルミ
ニウム合金である請求項4記載の表面が実質的にフッ化
した金属材料のフッ化方法。
5. The method according to claim 4, wherein the metal material is aluminum or an aluminum alloy.
【請求項6】 前記金属材料が銅又は銅合金である請求
項4記載の金属材料のフッ化方法。
6. The method according to claim 4, wherein the metal material is copper or a copper alloy.
【請求項7】 前記金属皮膜がニッケル又はニッケル合
金の電解又は無電解メッキに皮膜である請求項4記載の
金属皮膜のフッ化方法。
7. The method according to claim 4, wherein the metal film is a film formed by electrolytic or electroless plating of nickel or a nickel alloy.
【請求項8】 前記酸化性物質が酸素、亜酸化窒素、過
酸化窒素、オゾン及びこれらのガスを含有する混合ガス
の少なくとも1種である請求項4から7までの何れか1
項記載の金属材料もしくは金属皮膜のフッ化方法。
8. The method according to claim 4, wherein the oxidizing substance is at least one of oxygen, nitrous oxide, nitrous oxide, ozone, and a mixed gas containing these gases.
The method for fluorinating a metal material or a metal film according to the above item.
【請求項9】 前記酸化性物質が、硝酸又は過酸化水素
水含有溶液である請求項4から8までの何れか1項記載
の金属材料もしくは金属皮膜のフッ化方法。
9. The method for fluorinating a metal material or metal film according to claim 4, wherein the oxidizing substance is a solution containing nitric acid or a hydrogen peroxide solution.
【請求項10】 前記酸化性物質が陽極酸化法により陽
極で発生する酸素である請求項4から9までの何れか1
項記載の金属材料もしくは金属皮膜のフッ化方法。
10. The method according to claim 4, wherein the oxidizing substance is oxygen generated at the anode by an anodic oxidation method.
The method for fluorinating a metal material or a metal film according to the above item.
【請求項11】 前記フッ化ガスが、フッ素(F2 )、
三フッ化塩素(ClF3 )及びフッ化窒素(NF3 )か
らなる群より選択される少なくとも1種のガス、あるい
はこのガスを不活性ガスで希釈したガスである請求項4
から10までの何れか1項記載の金属材料もしくは金属
皮膜のフッ化方法。
11. The fluorinated gas is fluorine (F 2 ),
5. A gas which is at least one gas selected from the group consisting of chlorine trifluoride (ClF 3 ) and nitrogen fluoride (NF 3 ), or a gas obtained by diluting this gas with an inert gas.
11. The method for fluorinating a metal material or a metal film according to any one of items 1 to 10.
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