JP4563966B2 - Semiconductor processing apparatus member and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体加工装置用部材およびその製造方法に関し、とくにハロゲンやハロゲン化合物が存在するような環境下でプラズマ処理したり、プラズマ処理によって発生する微細なパーティクルを洗浄除去することが必要な半導体加工装置の分野で用いて有効な技術についての提案である。 The present invention relates to a member for a semiconductor processing apparatus and a method for manufacturing the same, and in particular, a semiconductor that needs to be plasma-treated in an environment where halogen or a halogen compound is present, or fine particles generated by the plasma treatment need to be cleaned and removed. This is a proposal for an effective technique used in the field of processing equipment.
半導体の製造および加工のプロセスにおいては、各工程で弗化物、塩化物をはじめとする腐食性の強い有害ガスあるいは水溶液を用いるため、これらのプロセスで用いられる材料は腐食損耗が激しいという問題があった。 In semiconductor manufacturing and processing processes, highly corrosive harmful gases such as fluorides and chlorides or aqueous solutions are used in each process, so the materials used in these processes have a problem of severe corrosion wear. It was.
特に、半導体デバイスは、その素材がSiやGa、As、Pなどからなる化合物半導体を主体としたものであり、その製造工程では、成膜、不純物の注入、エッチング、アッシング、洗浄等の処理が行われるが、その多くは、真空もしくは減圧中で処理するいわゆるドライプロセスによる処理である。 In particular, semiconductor devices are mainly composed of compound semiconductors whose materials are made of Si, Ga, As, P, etc. In the manufacturing process, processes such as film formation, impurity implantation, etching, ashing, and cleaning are performed. Most of the processes are performed by a so-called dry process in which processing is performed in a vacuum or reduced pressure.
このドライプロセスに属する装置としては、酸化炉、CVD装置、エピタキシャル成長装置、イオン注入装置.拡散炉、反応性イオンエッチング装置、プラズマエッチング装置などおよびこれらの装置に付属している配管、給・排気ファン、真空ポンプ、バルブ類などの部材、部品等がある。 As an apparatus belonging to this dry process, an oxidation furnace, a CVD apparatus, an epitaxial growth apparatus, an ion implantation apparatus, and the like. There are members and parts such as diffusion furnaces, reactive ion etching apparatuses, plasma etching apparatuses and the like, piping, supply / exhaust fans, vacuum pumps, valves and the like attached to these apparatuses.
そして、これらの装置類については、次のような腐食性ガス種を用いることが知られている。例えば、BF3やPF3、PF6、NF3、WF3、HFなどの弗化物、BCl3やPCl3、PCl5、POCl3、AsCl3、SnCl4TiCl4、SiH2Cl2、SiCl4、HCl、Cl2などの塩化物、HBrなどの臭化物、その他、NH3やCl3Fなどである。 For these devices, it is known to use the following corrosive gas species. For example, fluorides such as BF 3 , PF 3 , PF 6 , NF 3 , WF 3 , HF, BCl 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , AsCl 3 , SnCl 4 TiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , HCl, Cl 2 and other chlorides, HBr and other bromides, and NH 3 and Cl 3 F.
ところで、これらのハロゲン化物を用いるドライプロセスでは、反応の活性化を図るため、プラズマ(低温プラズマ)が用いられる。こうしたプラズマ使用環境では、腐食性の強い原子状またはイオン化したF、Cl、Br、Iなどのハロゲン化物となる他、プラズマエッチング時などには、気相中にSiO2、Si3N4、Si、Wなどのパーティクルと呼ばれる微粉末状固形物が生成することから、それへの対策が必要であった。 By the way, in the dry process using these halides, plasma (low temperature plasma) is used to activate the reaction. In such a plasma use environment, it becomes a highly corrosive atomic or ionized halide such as F, Cl, Br, I, etc. In addition, during plasma etching, SiO 2 , Si 3 N 4 , Si Since fine powdery solids called particles such as W and W are produced, it is necessary to take measures against them.
例えば、その対策の1つに、アルミニウム陽極酸化物(アルマイト)による表面処理がある。その他、Al2O3やAl2O3・TiO2、Y2O3などのアルカリ土類金属、IIIa族金属の酸化物を、溶射法や蒸着法などによって部材表面に被覆したり、焼結する技術がある(特許文献1〜4)。
For example, one of the countermeasures is a surface treatment with aluminum anodic oxide (alumite). In addition, Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .TiO 2 , Y 2 O 3 and other alkaline earth metals, Group IIIa metal oxides are coated on the surface of the member by spraying or vapor deposition, or sintered. There are techniques to do (
さらに、最近では、Y2O3溶射皮膜をレーザ照射や電子ビーム照射して該溶射皮膜の表面を再溶融することによって、耐食性や耐プラズマエロージョン性を向上させる技術(特許文献5)もある。 Furthermore, recently, by re-melting the surface of the Y 2 O 3 the sprayed coating by laser irradiation or electron beam irradiation solution morphism coating technique for improving the corrosion resistance and resistance to plasma erosion resistance (Patent Document 5) also.
一方、防食目的ではないが、ハロゲン系ガスを含む環境で使用される静電チャックにおいて、エッチング加工用のSi薄膜をジョンソンラーベック力を利用して吸着するのに適したダイヤモンドライク・カーボン(DLC)を電極表面に形成する表面処理技術も提案されている(特許文献6〜10参照)。
最近の半導体加工技術の分野では、より高度で高い精密度を目指すという観点から、半導体加工装置あるいはそれの部材、部品を、各種のハロゲンやハロゲン化合物による厳しい腐食環境に曝すことが多い。このような装置等では、プラズマエッチング時に発生する腐食性の強いハロゲンイオンの存在によって、使用環境がより厳しいものになる。さらに、高精密加工が要求される最近の半導体加工装置用部材については、環境汚染物質(パーティクル)でさえも、忌避されるようになってきた。 In the field of recent semiconductor processing technology, semiconductor processing equipment or its members and parts are often exposed to severe corrosive environments caused by various halogens and halogen compounds from the viewpoint of aiming for higher precision and high precision. In such an apparatus or the like, the use environment becomes more severe due to the presence of highly corrosive halogen ions generated during plasma etching. Furthermore, recent semiconductor processing apparatus members that require high-precision processing have been repelled even with environmental pollutants (particles).
発明者らの研究によると、前記環境汚染物質(パーティクル)の主成分は、半導体加工装置内に配設されている部材およびその表面に被覆されている表面処理皮膜の構成成分であることがわかってきた。従って、現在、耐ハロゲン腐食用部材あるいは耐プラズマエロ一ジョン用表面処理皮膜として用いられている部材および皮膜についてはもっと改良が必要であると考えられる。即ち、最近の研究対象となっている各種の半導体デバイス加工用装置では、薄膜成分中のSi以外の元素、金属、非金属化合物類等はすべて汚染物質であると考えられている状況である。 According to the research by the inventors, it is found that the main component of the environmental pollutant (particle) is a component of the member disposed in the semiconductor processing apparatus and the surface treatment film coated on the surface thereof. I came. Therefore, it is considered that further improvements are required for members and coatings that are currently used as halogen corrosion resistant members or plasma erosion resistant surface treatment coatings. In other words, in various semiconductor device processing apparatuses that have recently been studied, elements other than Si, metals, non-metallic compounds, etc. in thin film components are all considered to be pollutants.
したがって、特許文献1〜4に開示されているような各種の耐食・耐プラズマエロージョン用皮膜、およびSi薄膜の吸・脱着用の静電チャック部材を構成する酸化物、珪化物、窒化物などの皮膜や焼結体は、現在ではむしろ汚染源の一つとして考えられている。
Therefore, various corrosion-resistant / plasma-erosion-resistant coatings as disclosed in
また、特許文献6〜10に開示されている炭素と水素を主成分とするDLCおよびその皮膜は、金属成分を含まない非金属材料で形成されているため、ハロゲンおよびハロゲン化合物に対しても十分な耐食性を発揮する。しかし、このDLCおよびその皮膜は、静電チャックの電極面にSi薄膜を吸・脱着することを目的として開発され、硬質で高い電気抵抗率(108〜1013Ωcm)が付与されているため、損傷や剥離が発生しやすく、これを半導体加工装置用各部材に使用することには多くの問題があった。
In addition, since the DLC mainly composed of carbon and hydrogen and the coating film disclosed in
即ち、本発明は、従来技術が抱えている以下に示すような問題点を解決することを目的として開発された技術を提案する。
(1)DLCは、非常に硬く(特に電気抵抗率が108〜1013Ωcmと高いものについて)延性に乏しいため、基材が加熱されるような環境では、基材とDLCとの間に大きな熱応力が発生して容易に剥離する。即ち、僅かな熱的・機械的衝撃や曲げ応力がかかっても剥離する他、時として室内に放置しただけでも室温の変化などによって剥離する。とくに、電気抵抗率の高いDLCは、皮膜中に大きな残留応力をもつため、厚膜にすることが困難であると同時に、多くのピンホールもある。従って、DLC自体は腐食性に優れた材料であったとしても、薄膜しかできないこと及びピンホールから侵入する腐食成分によって、基材が容易に腐食される。
(2)DLC自体は、耐ハロゲン腐食性に優れているものの、プラズマエッチング処理を受けると、簡単に剥離するのみならず、DLCが残留応力の影響を受けて丸い小さな筒状片となって周囲に飛散し、これが環境汚染源となる。そして、このような原因で剥離したDLCは、酸、アルカリ、ハロゲンなどによって腐食されず、また、蒸気化もしないために、HF、Cl3Fなどの薬液による装置の洗浄技術では除去できず、このことが、却って環境汚染源となる。
(3)また、先行特許文献6〜10などに開示されている従来のDLC形成方法では、10μm厚さ以上の形成が困難で、複雑な形状の部材表面に均等な厚さのDLCを形成することができなし、溶射皮膜や気孔を有するセラミック焼結体のような基材上への形成技術としては不十分である。
That is, the present invention proposes a technique developed for the purpose of solving the following problems of the prior art.
(1) DLC is very hard (especially having a high electrical resistivity of 10 8 to 10 13 Ωcm) and has low ductility. Therefore, in an environment where the substrate is heated, the DLC is between the substrate and the DLC. Large thermal stress is generated and easily peels off. In other words, it peels even when a slight thermal / mechanical impact or bending stress is applied, and sometimes peels due to a change in room temperature even if it is left in the room. In particular, DLC having a high electrical resistivity has a large residual stress in the film, so that it is difficult to make it thick, and there are many pinholes. Therefore, even if DLC itself is a material having excellent corrosiveness, the base material is easily corroded by the fact that only a thin film can be formed and the corrosive component entering from the pinhole.
(2) DLC itself is excellent in halogen corrosion resistance, but when subjected to plasma etching treatment, DLC itself is not only easily peeled off but also becomes a small round cylindrical piece under the influence of residual stress. This is a source of environmental pollution. The DLC peeled off due to such a cause is not corroded by acid, alkali, halogen or the like, nor is it vaporized, so it cannot be removed by the apparatus cleaning technique using a chemical such as HF or Cl 3 F. This is a source of environmental pollution.
(3) In addition, in the conventional DLC forming method disclosed in the
本発明は、上述した問題点を解決することを目的として開発されたものであって、基材の表面に、多孔質溶射皮膜からなるアンダーコート層が設けられ、そのアンダーコート層は、この層を構成している溶射皮膜の開気孔が、炭素含有量85〜50原子%、水素含有量15〜50原子%の1×10 −9 m以下の超微小固体粒子の侵入充填によって封孔されてなると共に、該溶射皮膜表面にもまた、炭素含有量85〜50原子%、水素含有量15〜50原子%の1×10 −9 m以下の超微小固体粒子の堆積層からなるアモルファス状炭素水素固形物層が被覆形成されたものからなる半導体加工装置用部材である。 The present invention was developed for the purpose of solving the above-described problems, and an undercoat layer made of a porous sprayed coating is provided on the surface of a base material. The open pores of the thermal spray coating constituting the pores are sealed by intrusion filling of ultrafine solid particles having a carbon content of 85 to 50 atomic% and a hydrogen content of 15 to 50 atomic% of 1 × 10 −9 m or less. together comprising Te, solution morphism also the film surface, the carbon content of from 85 to 50 atomic%, ing from the deposition layer of 1 × 10 -9 m or less of the super-fine solid particles of the hydrogen content of 15 to 50 atomic% amorphous Jo carbon hydrogen solid layer is a member for a semiconductor processing device consisting of those coated form.
本発明に係る上記部材構成のうち、前記アモルファス状炭素水素固形物層は、80μm以下の厚さを有する層であり、硬さHv:500〜2300、電気抵抗率が10 5 〜108Ωcm未満の特性を有するものである。アンダーコート層の表面には、その表面が高エネルギー照射処理によって生成する2次再結晶層を有するものであることが好ましい。 Among the above-mentioned member configurations according to the present invention, the amorphous carbon hydrogen solid layer is a layer having a thickness of 80 μm or less, hardness Hv: 500 to 2300, and electric resistivity of 10 5 to 10 8 Ωcm. It has the characteristics of less than . On the surface of the A Ndakoto layer, it is preferable that the surface is one having a secondary recrystallized layer produced by high-energy radiation treatment.
また、本発明は、排気した反応容器内に、表面に多孔質溶射皮膜からなるアンダーコート層を形成してなる被処理基材を保持するとともに炭化水素系ガスを導入し、その基材に高周波電力と高電圧パルスとを重畳印加してその導入炭化水素系ガスのプラズマを発生させると同時に、該基材を負の電位に保持することによって、炭素含有量85〜50原子%、水素含有量15〜50原子%の1×10 −9 m以下の超微小固体粒子を気相析出させて該溶射皮膜の開気孔内に侵入充填すると共に、該溶射皮膜表面にも炭素含有量85〜50原子%、水素含有量15〜50原子%の1×10 −9 m以下の超微小固体粒子の堆積層からなるアモルファス状炭素水素固形物層を被覆形成することを特徴とする半導体加工装置用部材の製造方法を提案する。 In addition, the present invention holds a substrate to be processed in which an undercoat layer made of a porous spray coating is formed on the surface in an exhausted reaction vessel and introduces a hydrocarbon-based gas to the substrate to generate a high-frequency wave. Electric power and high voltage pulse are superimposed and applied to generate plasma of the introduced hydrocarbon gas, and at the same time, by holding the substrate at a negative potential, the carbon content is 85 to 50 atomic%, the hydrogen content 15 to 50 atomic% of ultrafine solid particles of 1 × 10 −9 m or less are vapor-deposited to enter and fill the open pores of the sprayed coating, and the carbon content of the sprayed coating is 85 to 50. atomic%, semiconductor processing, wherein that you cover forming an amorphous carbon hydrogen solid layer ing from the deposition layer of 1 × 10 -9 m or less of the super-fine solid particles of the hydrogen content of 15 to 50 atomic% Propose a manufacturing method for equipment members
かかる本発明の製造方法において、前記アモルファス状炭素水素固形物によって形成される層は、80μm以下の厚さを有し、硬さHv:500〜2300、電気抵抗率が10 5 〜108Ωcm未満の特性を有するものである。アンダーコート層の表面には、その表面が高エネルギー照射処理によって生成する2次再結晶層を形成するものであることが好ましい。 In the production method of the present invention, the layer formed of the amorphous carbon hydrogen solid has a thickness of 80 μm or less, a hardness Hv: 500 to 2300, and an electric resistivity of 10 5 to 10 8 Ωcm. It has the characteristics of less than . On the surface of the A Ndakoto layer, it is preferable that the surface is to form a secondary recrystallized layer produced by high-energy radiation treatment.
(1)本発明によれば、高周波電力と高電圧パルスとを重畳するプラズマCVD法の処理によって、被処理基材の表面部に、アモルファス状の炭素と水素を主成分とする微小固体粒子を、その表面に被覆するのみならず気孔中にも侵入充填させることにより、被処理基材の欠陥を補修するとともにアモルファス状炭素水素固形物の層を一定の厚さに容易に形成することができる。
(2)本発明によれば、被処理基材に負電圧を印加することによって、正に帯電したイオン、ラジカル状態の炭素と水素を主成分とする微小固体粒子を、この基材のあらゆる表面部分に均等に吸着・成長させることができるため、複雑な形状をした該基材のあらゆる部分、とくに隠れた部分にも、また微小な気孔内に対しても、均等な膜を形成することができる他、開気孔内に侵入してこれを確実に封孔することができるようになる。
(3)本発明によれば、基材表面に被覆されたアモルファス状の炭素水素固形物の層(皮膜)は、緻密で密着性に優れるほか、成膜時の残留応力が小さく、化学的にも安定しているため、海水、酸、アルカリ、有機溶剤に冒されず化学的に安定しており、基材の封孔と耐食被覆を同時に実現できる。
(4)本発明によれば、硬度が比較的低く電気抵抗率が108Ωcm未満であることから、延性を有するため、基材に熱的・機械的な曲げ変形が加わっても剥離するようなことがない。
(5)本発明によれば、基材表面に被覆したアモルファス状炭素水素固形物の膜が80μm以下(好ましくは0.5μm〜50μm)の厚さに成膜した場合であっても、耐剥離性に優れた皮膜を形成することができる。
(6)本発明によれば、前記アモルファス状炭素水素固形物層は、硬さHv:500〜2300、電気抵抗率:108Ωcm未満の特性を示すものの、密着性および延性に優れる他、ハロゲンガス雰囲気中におけるプラズマエッチング作用によって分解した場合に、特に酸素が含まれていると大部分がCnHm、CO2、CO、H2、H2Oなどのガス体となって排出されるため、パーティクルの発生源とならない。
(7)本発明によれば、アモルファス状炭素水素固形物層がハロゲンガスやハロゲン化合物による化学的腐食作用に対して優れた耐食性を発揮するため、パーティクルの発生源となる腐食生成物の発生を根絶させることができる。
(1) According to the present invention, fine solid particles mainly composed of amorphous carbon and hydrogen are formed on the surface portion of the substrate to be processed by a plasma CVD process in which high-frequency power and high voltage pulses are superimposed. In addition to covering the surface and infiltrating and filling the pores, the defects of the substrate to be treated can be repaired and the amorphous carbon hydrogen solid layer can be easily formed to a certain thickness. .
(2) According to the present invention, by applying a negative voltage to the substrate to be treated, fine solid particles mainly composed of positively charged ions and radical carbon and hydrogen are formed on any surface of the substrate. Since it can be adsorbed and grown evenly on the part, it is possible to form a uniform film on every part of the substrate having a complicated shape, especially on a hidden part, and even in minute pores. In addition to this, it is possible to enter the open pores and securely seal them.
(3) According to the present invention, the amorphous carbon hydrogen solid layer (film) coated on the surface of the substrate is dense and excellent in adhesion, and has a small residual stress at the time of film formation. Therefore, it is chemically stable without being affected by seawater, acids, alkalis and organic solvents, and the sealing of the base material and the corrosion-resistant coating can be realized at the same time.
(4) According to the present invention, since the hardness is relatively low and the electrical resistivity is less than 10 8 Ωcm, it has ductility, so that it peels even if the substrate is subjected to thermal and mechanical bending deformation. There is nothing.
(5) According to the present invention, even if the amorphous carbon hydrogen solid film coated on the substrate surface is formed to a thickness of 80 μm or less (preferably 0.5 μm to 50 μm), the film is resistant to peeling. A film having excellent properties can be formed.
(6) According to the present invention, the amorphous carbon hydrogen solid layer has characteristics of hardness Hv: 500 to 2300 and electrical resistivity: less than 10 8 Ωcm, but has excellent adhesion and ductility, and halogen. When decomposed by a plasma etching action in a gas atmosphere, especially when oxygen is contained, most of it is discharged as a gas body such as C n H m , CO 2 , CO, H 2 , and H 2 O. Therefore, it does not become a particle generation source.
(7) According to the present invention, since the amorphous carbon hydrogen solid layer exhibits excellent corrosion resistance against chemical corrosion action by halogen gas or halogen compound, the generation of corrosion products serving as particle generation sources is prevented. Can be eradicated.
従って、上述したアモルファス状炭素水素固形物層を有する本発明に係る半導体加工処理装置では、反応容器内部が常に清浄な環境に維持されるため、高度かつ高精密な半導体加工処理を長時間にわたって効率よく行うことができるようになる。 Therefore, in the semiconductor processing apparatus according to the present invention having the above-described amorphous carbon hydrogen solid layer, since the inside of the reaction vessel is always maintained in a clean environment, high-precision and high-precision semiconductor processing can be efficiently performed over a long period of time. You can do well.
本発明に係る半導体加工装置用部材は、上述したように、基材表面に形成した溶射皮膜(アンダーコート層)の開気孔中およびその表層部分が、炭素および水素を主成分とする微小固体粒子(ナノオーダの超微粒子で、1×10−9m程度以下の大きさである)が侵入充填され、またはこの微小固体粒子が堆積して被覆形成されたアモルファス状炭素水素固形物層、とくに水素含有量の多い(15原子%以上)固形物によって被覆されていることを特徴としている。本発明において重要なことは、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状炭素水素固形物を、半導体加工装置用部材の開気孔中ならびに表面に、誘引吸着させて成膜することにある。 Semiconductor processing equipment member according to the present invention, as described above, the open pores in and a surface layer portion of that sprayed coating formed on the substrate surface (undercoat layer), fine solid composed mainly of carbon and hydrogen Amorphous carbon hydrogen solids layer, particularly hydrogen, in which particles (nano-order ultrafine particles having a size of about 1 × 10 −9 m or less) are intruded or deposited by coating these fine solid particles. It is characterized by being covered with a solid having a large content (15 atomic% or more). What is important in the present invention is to form a film by attracting and adsorbing amorphous carbon hydrogen solids mainly composed of carbon and hydrogen in the open pores and on the surface of a member for a semiconductor processing apparatus.
本発明における前記アモルファス状炭素水素固形物の侵入、堆積によってアンダーコート層表面に形成される層は、後で詳述するように、炭化水素系ガスプラズマ発生下において、高周波電圧と高電圧パルスとを重畳印加して被処理部材である基材を負の電位にすることにより、この雰囲気中に気相析出した炭素と水素を主成分とするアモルファス状微小固体粒子をこの基材表面に誘引吸着させる方法によって形成される。このような成膜環境は、成膜材料源としての炭化水素系ガスが、プラズマによって容易に分解するとともに、活性化された炭化水素をはじめ炭素や水素のイオンやラジカルを発生し、これが基材の表面欠陥層内部にまでも侵入するだけでなく、その表面を一定の厚さで被覆するものとなる。例えば、基材表面部分の開気孔あるいはアンダーコート(溶射皮膜等)の微小な開気孔中にもアモルファス状の前記微小固体粒子が侵入して封孔し、あるいはその表面に堆積して成膜となる。 The layer formed on the surface of the undercoat layer by the intrusion and deposition of the amorphous carbon hydrogen solid in the present invention, as will be described in detail later, under the generation of hydrocarbon gas plasma, By superimposing and applying a negative potential to the substrate that is the member to be treated, amorphous fine solid particles mainly composed of carbon and hydrogen deposited in a gas phase in this atmosphere are attracted and adsorbed on the surface of the substrate. It is formed by the method of making. In such a film-forming environment, the hydrocarbon-based gas as a film-forming material source is easily decomposed by plasma, and activated hydrocarbons and other ions and radicals of carbon and hydrogen are generated. In addition to intruding into the surface defect layer, the surface is covered with a certain thickness. For example, the amorphous solid fine particles enter the pores on the surface of the substrate or the minute pores of the undercoat (sprayed coating, etc.) and seal or deposit on the surface to form a film. Become.
本発明の上記プラズマCVD法では、炭化水素系ガスのプラズマによって分解生成した低分子の炭化水素をはじめ炭素や水素のイオンやラジカルは、気相状態のまま(雲状ないし霧状となって)基材全体を覆うように発生し、そして、これらが基材あるいは溶射皮膜等のアンダーコートの表面に誘引吸着され、さらには開気孔内にも侵入し充填され、やがて気相析出したこれらのアモルファス状の前記微小固体粒子は、処理時間の経過に伴って、該開気孔以外の皮膜表面にも堆積して、皮膜全面を被覆するようになる。発明者らの実験によると、膜厚は80μm程度までに形成することが可能である。 In the above-described plasma CVD method of the present invention, low molecular weight hydrocarbons decomposed and generated by the plasma of hydrocarbon-based gas, carbon and hydrogen ions and radicals remain in a gas phase state (in the form of clouds or mist). These amorphous materials are generated so as to cover the entire base material, and these are attracted and adsorbed to the surface of the base material or the undercoat such as a sprayed coating, and further enter and fill the open pores. As the treatment time elapses, the fine solid particles in the form of deposit on the surface of the coating other than the open pores, thereby covering the entire surface of the coating. According to the experiments by the inventors, it is possible to form the film up to about 80 μm.
以下、この高周波電圧と高電圧パルスとを重畳したプラズマCVD法の処理について、図面に基づいて説明する。この方法において、表面に溶射皮膜を有する被処理基材2は、反応容器1内で負の電位(負電圧)が印加されており、それ故に、プラズマによって励起されプラスに帯電した炭化水素系ガスのイオンやラジカルは、雲状あるいは霧状となって負電圧下の被処理基材2の全面を覆うように発生し、該基材2表面において炭素と水素を主成分とするアモルファス状の微小固体粒子の放電析出を繰り返して吸着されていく。従って、たとえ基材2の形状が複雑であったとしても、封孔と被覆が比較的均等に行われる特徴がある。例えば、図1に示すようなTおよびS字型をした基材に対しても、正にその基材部分のみに、つまり基材のある部分のみに、アモルファス状炭素水素の固形物を吸着(負電位をもたない部分は吸着作用が生じない)させることができる。このように、基材を負の電位にして、上記の封孔、被覆の両処理ができ、しかも、どの部分も均等に成膜できるという特徴がある。この点、負電位を印加せずに単に炭化水素系ガスのプラズマ放電を行うと、形成されるアモルファス状炭素水素固形物からなる皮膜の厚さは、均等になることはない。その理由は、プラズマエネルギーのみの場合は、炭化水素系ガス濃度によってガスの分解効率が変化するとともに、前掲のTおよびS字型試料の形、位置によって、ガス濃度自体が変化するためである。
Hereinafter, the plasma CVD process in which the high frequency voltage and the high voltage pulse are superimposed will be described with reference to the drawings. In this method, the substrate to be treated 2 having a sprayed coating on the surface is applied with a negative potential (negative voltage) in the
また、本発明の上記高周波電圧と高電圧パルスとを重畳したプラズマCVD法の処理では、炭化水素系ガスを成膜原料として生成したアモルファス状炭素水素固形物からなる層を、疎水性にすることができる。その結果、基材がたとえ、腐食性水溶液と接するような場合があっても、その水溶液との濡れ性を低下させて、腐食反応が物理的に起こり難い表面に仕上げることができるようになる。その一方で、親油性のアモルファス状炭素水素固形物の成膜時または成膜後に、雰囲気ガス中にN2やSiO2を含むガスを用いて処理すると、親水性に変化させることが可能である。従って、本発明で形成する上記皮膜は、界面特性に応じて適宜に変化させることができる。 Further, in the plasma CVD process in which the high-frequency voltage and the high-voltage pulse of the present invention are superimposed, a layer made of amorphous carbon hydrogen solid produced using a hydrocarbon-based gas as a film forming raw material is made hydrophobic. Can do. As a result, even if the base material may come into contact with the corrosive aqueous solution, the wettability with the aqueous solution is reduced, and the surface can be finished so that the corrosion reaction is not easily caused. On the other hand, when a film containing N 2 or SiO 2 is used in the atmosphere gas during or after the film formation of the lipophilic amorphous carbon hydrogen solid, it can be changed to hydrophilic. . Therefore, the film formed by the present invention can be appropriately changed according to the interface characteristics.
上述したアモルファス状炭素水素固形物の層は、この層の炭素と水素の含有量を、成膜用の炭化水素系ガスの種類を変化させることによって、制御することができる。例えば、炭化水素系ガス成分のC/H比が大きいほど、形成されるアモルファス状炭素水素固形物層中の炭素含有量が高くなる。ただし、この場合、膜の硬さが高く、かつ電気抵抗率の高い層となるので、耐摩耗性は向上するものの延性に乏しく内部応力も大きくなり、厚膜の形成が難しいという問題がある他、多数の微小気孔も生じやすくなる。従って、アモルファス状炭素水素固形物からなる膜自体は、耐食性には優れるものの、環境の腐食成分がこうした気孔から浸入し、基材を腐食させることによって、皮膜の剥離を促すという問題がある。
上記の問題を克服するために、本発明においては、該アモルファス状炭素水素固形物層の炭素含有量は、85原子%未満を上限として含有させることにした。
The layer of amorphous carbon hydrogen solids described above can control the carbon and hydrogen content of this layer by changing the type of hydrocarbon-based gas for film formation. For example, the larger the C / H ratio of the hydrocarbon gas component, the higher the carbon content in the formed amorphous carbon hydrogen solid layer. However, in this case, since the film has a high hardness and a high electrical resistivity, the wear resistance is improved, but the ductility is poor and the internal stress is large, and there is a problem that it is difficult to form a thick film. Many micropores are also easily generated. Therefore, although the film itself made of amorphous carbon hydrogen solids is excellent in corrosion resistance, there is a problem in that peeling of the film is promoted by the corrosive components of the environment entering through these pores and corroding the base material.
In order to overcome the above problem, in the present invention, the carbon content of the amorphous carbon-hydrogen solid layer is set to be less than 85 atomic%.
一方、本発明において、前記アモルファス状炭素水素固形物の水素含有量は15原子%以上を含有させる。この理由は、アモルファス状炭素水素固形物層の残留応力を小さくして厚膜の形成が可能となるので、曲げ変形に対する抵抗、耐食性を向上させるという観点からは、水素の含有量が多い方が有利だからである。ただし、この水素の含有量が50原子%を超えると、膜の形成が困難となるので好ましくない。 On the other hand, in the present invention, the hydrogen content of the amorphous carbon hydrogen solid is 15 atomic% or more. The reason for this is that a thick film can be formed by reducing the residual stress of the amorphous carbon-hydrogen solid layer, and therefore, from the viewpoint of improving resistance to bending deformation and corrosion resistance, a higher hydrogen content is preferable. Because it is advantageous. However, when the hydrogen content exceeds 50 atomic%, it is not preferable because it is difficult to form a film.
即ち、本発明では、成膜用の炭化水素系ガス中のC/H比を小さく(水素含有比率を15原子%以上50原子%未満と大きくする)すること、即ち、アモルファス状炭素水素固形物層中の水素含有量を多くすることにより、基材の曲げ変形に対する抵抗力が大きくなり、生成した皮膜の剥離も起りにくくした点に特徴がある。このように、水素含有量を多くしたアモルファス状炭素水素固形物の皮膜は、硬さHvが500〜2300、電気抵抗率が108Ωcm未満の特性を示すようになり、これは一般のDLCに比較すると極めて低い物性値と言えるものである。しかも、得られる皮膜の内部応力値も小さいため、最高膜厚80μmのアモルファス状炭素水素固形物層の形成も可能である。
このような理由により、アモルファス状炭素水素固形物層は、炭素含有量:85〜50原子%、水素含有量:15〜50原子%とした。好ましくは、炭素含有量:84〜68原子%、水素含有量:16〜32原子%がよい。
That is, in the present invention, the C / H ratio in the hydrocarbon-based gas for film formation is reduced (the hydrogen content ratio is increased to 15 atomic percent or more and less than 50 atomic percent), that is, amorphous carbon hydrogen solids By increasing the hydrogen content in the layer, the resistance to bending deformation of the base material is increased, and the generated film is less likely to be peeled off. As described above, the amorphous carbon hydrogen solid film having an increased hydrogen content exhibits the characteristics that the hardness Hv is 500 to 2300 and the electrical resistivity is less than 10 8 Ωcm. It can be said that the physical property values are extremely low by comparison. In addition, since the internal stress value of the obtained film is small, it is possible to form an amorphous carbon hydrogen solid layer having a maximum film thickness of 80 μm.
For these reasons, the amorphous carbon hydrogen solid layer has a carbon content of 85 to 50 atomic% and a hydrogen content of 15 to 50 atomic%. Preferably, the carbon content is 84 to 68 atomic% and the hydrogen content is 16 to 32 atomic%.
以下、本発明において最も特徴的な構成である上記アモルファス状炭素水素固形物層の特徴についてまとめると、以下のとおりである。
a.アモルファス状炭素水素固形物の主成分は、炭素と水素から構成されている。従って、海水、各種の酸、アルカリ、有機溶剤にも冒されず、化学的に安定である。
b.炭化水素系ガスのプラズマ活性分解反応によって生成する、炭素と水素を主成分とするアモルファス状微小固体粒子(ナノオーダの超微粒子で、1×10−9m程度以下の大きさである)の集合体は、各粒子および粒子堆積層がアモルファス状態を呈しているため、欠陥のできやすい粒界というものがなく、緻密で優れた密着性を有し、基材等から剥離することがない。
c.アモルファス状炭素水素固形物の層(皮膜)は、平滑(Ra:0.5μm以下)で、耐摩耗性に優れ(摩擦係数μ:0.11〜0.2)るため、異物が付着しにくい。
d.アモルファス状炭素水素固形物層は、成膜時に炭化水素ガス中にN2やSiを共存させて、成膜後にその表面にSiを注入するなどの方法によって、親油性(疎水性)、親水性のいずれにも制御することができるため、界面特性が重要視される産業分野への展開が可能である。
e.半導体加工装置用部材は、ハロゲンガス環境でプラズマエッチング作用を受けると部材の表面が破壊されることが知られているが、本発明のアモルファス状炭素水素固形物層、とくに水素含有量が15〜50原子%と多い層は、分解時にCmHn、H2、H2Oなどの気体となるものが多く、環境汚染源のパーティクルが発生しにくい。
Hereinafter, the characteristics of the amorphous carbon-hydrogen solid layer, which is the most characteristic configuration in the present invention, are summarized as follows.
a. The main component of the amorphous carbon hydrogen solid is composed of carbon and hydrogen. Therefore, it is not affected by seawater, various acids, alkalis and organic solvents, and is chemically stable.
b. Aggregates of amorphous fine solid particles (nano-order ultrafine particles with a size of about 1 × 10 −9 m or less) mainly composed of carbon and hydrogen, produced by plasma activated decomposition reaction of hydrocarbon-based gas Since each particle and the particle deposition layer are in an amorphous state, there is no grain boundary that is prone to defects, a dense and excellent adhesion, and no peeling from the substrate or the like.
c. Amorphous carbon hydrogen solid layer (film) is smooth (Ra: 0.5 μm or less) and has excellent wear resistance (friction coefficient μ: 0.11 to 0.2), so foreign matter is difficult to adhere. .
d. The amorphous carbon hydrogen solid layer is made lipophilic (hydrophobic) and hydrophilic by a method such as coexisting N 2 or Si in a hydrocarbon gas during film formation and injecting Si into the surface after film formation. Therefore, it can be applied to industrial fields where interface characteristics are regarded as important.
e. It is known that the surface of a member for a semiconductor processing apparatus is destroyed when subjected to a plasma etching action in a halogen gas environment, but the amorphous carbon-hydrogen solid layer of the present invention, particularly the hydrogen content is 15 to Many layers of 50 atomic% often become gases such as C m H n , H 2 , and H 2 O at the time of decomposition, and particles of environmental pollution are less likely to be generated.
次に、上記アモルファス状炭素水素固形物層の形成装置について説明する。図2は、被処理材である基材2の表面に、アモルファス状炭素水素固形物層を形成するための装置を示している。この装置は、主として、接地された反応容器1と、該反応容器1内の所定の位置に配設される被処理体2に接続された導体3に、この反応容器1内に成膜用の有機系ガス導入装置(図示せず)や反応容器を真空引きする真空装置(図示せず)等を介して、高電圧パルスを印加するための高電圧パルス発生電源4とを備えている。
Next, an apparatus for forming the amorphous carbon hydrogen solid layer will be described. FIG. 2 shows an apparatus for forming an amorphous carbon-hydrogen solid layer on the surface of the
その他、上記の装置には、被処理体2の周囲に炭化水素系ガスプラズマを発生させるためのプラズマ発生用電源5が配設されている他、前記導体3および被処理体2に、高電圧パルスおよび高周波電圧の両方を同時に印加するために、高電圧パルス発生電源4およびプラズマ発生用電源5との間に重畳装置6が介装されている。なお、ガス導入装置および真空装置は、それぞれバルブ7aと7bを介して反応容器1に接続され、導体3は高電圧導入部を介して重畳装置6に接続されている。
In addition, the above apparatus is provided with a plasma generating
上記装置を用い、被処理体の表面に、アモルファス状炭素水素固形物層を形成するには、被処理体2を反応容器1内の所定の位置に設置し、真空装置を稼動させて該反応容器1中の空気を排出して脱気したあと、ガス導入装置によって有機系の炭化水素系ガスを該反応容器1内に導入する。次いで、プラズマ発生用電源5からの高周波電力を被処理体2に印加する。反応容器1は、アース線8によって電気的に中性状態にあるため、被処理体は、相対的に負の電位を有することになる。このため印加によって発生する、導入ガスのプラズマ中のプラスイオンは、負に帯電した被処理体2の形状に沿って発生するようになる。
In order to form an amorphous carbon hydrogen solid layer on the surface of the object to be processed using the above apparatus, the object to be processed 2 is placed at a predetermined position in the
そして、高電圧パルス発生電源4からの高電圧パルス(負の高電圧パルス)を被処理体2に印加し、炭化水素系ガスプラズマ中のプラスイオンを被処理体2の表面に誘引吸着させる。この処理によって、被処理体2の表面に厚膜のアモルファス状の前記皮膜を均等に形成することができる。この炭化水素系ガスプラズマ中では、次に示すような現象が発生し、最終的には炭素と水素を主成分とするアモルファス状炭素水素固形物が気相析出して被処理体2の表層部・気孔内に侵入ないし該表面を被覆するように生成して皮膜を形成するものと考えられる。
Then, a high voltage pulse (negative high voltage pulse) from the high voltage pulse generating power source 4 is applied to the object to be processed 2, and positive ions in the hydrocarbon gas plasma are attracted and adsorbed on the surface of the object to be processed 2. By this treatment, the thick amorphous film can be uniformly formed on the surface of the
即ち、アモルファス状炭素水素固形物層は、次のようなプロセス(イ)〜(ニ)に従って形成されているものと推定している。
(イ)導入された炭化水素系ガスのイオン化(ラジカルと呼ばれる活性な中性粒子も存在する)が起り、
(ロ)炭化水素系ガスから変化したイオンおよびラジカルは、負の電圧が印加された被処理体の面に衝撃的に衝突し、
(ハ)衝突時のエネルギーによって、結合エネルギーの小さいC−H間が切断され、その後、活性化されたCとHが重合反応を繰り返して高分子化し、炭素と水素を主成分とするアモルファス状の炭素水素固形物を気相析出し、
(ニ)そして、上記(ハ)の反応が被処理体(アンダーコート溶射皮膜)の気孔内で起こると、該気孔内がアモルファス状炭素水素固形物の微小固体粒子で充填され、一方、その表面で行われるとアモルファス炭素水素固形物皮膜を形成することとなる。
In other words, it is presumed that the amorphous carbon hydrogen solid layer is formed according to the following processes (a) to (d).
(I) Ionization of the introduced hydrocarbon gas (there are active neutral particles called radicals)
(B) Ions and radicals that have changed from the hydrocarbon-based gas collide impactively with the surface of the object to which a negative voltage is applied,
(C) C—H having a low binding energy is cut by the energy at the time of collision, and then activated C and H are polymerized by repeating the polymerization reaction to form an amorphous state mainly composed of carbon and hydrogen. Vapor deposition of carbon hydrogen solids of
(D) Then, the above reaction (c) is the place in the pores of the object (A Ndakoto sprayed skin layer), in the gas holes are filled with fine solid particles of amorphous carbon hydrogen solid, whereas, If performed on the surface, an amorphous carbon hydrogen solid film is formed.
なお、この装置では、高電圧パルス発生電源4の出力電圧を下記(a)〜(d)のように変化させることによって、被処理体2に対して金属をふくめたイオン注入を実施することもできる。
(a)イオン注入を重点的に行う場合:10〜40kV
(b)イオン注入と皮膜形成の両方を行う場合:5〜20kV
(c)皮膜形成のみを行う場合:数百V〜数kV
(d)スパッタリングなどで重点的に行う場合:数百V〜数kV
In this apparatus, by changing the output voltage of the high voltage pulse generating power source 4 as shown in the following (a) to (d), ion implantation including metal may be performed on the
(A) When ion implantation is focused on: 10 to 40 kV
(B) When performing both ion implantation and film formation: 5 to 20 kV
(C) When only film formation is performed: several hundred V to several kV
(D) When focused on sputtering, etc .: several hundred V to several kV
なお、高電圧パルス発生電源4では、
パルス幅:1μsec〜10msec、
パルス数:1〜複数回のパルスを繰り返すことも可能である。
また、プラズマ発生用電源5の高周波電力の出力周波数は数十kHzから数GHzの範囲で変化させることができる。
In the high voltage pulse generation power source 4,
Pulse width: 1 μsec to 10 msec,
Number of pulses: It is also possible to repeat one to a plurality of pulses.
Further, the output frequency of the high frequency power of the plasma generating
反応容器1内に導入する成膜用有機ガスとしては、炭素と水素からなる有機系の炭化水素系ガスおよびこれにBやSi、O、Clなどが添加したものなどである。
(イ)常温(18℃)で気相状態のもの
CH4、CH2CH2、C2H2、CH3CH2CH3、CH3CH2CH2CH3
(ロ)常温で液相状態のもの
C6H5CH3、C6H5CH2CH、C6H4(CH3)2、CH3(CH2)4CH3、C6H12、C6H5Cl
(ハ)有機Si化合物(液相)
(C2H5O)4Si、(CH3O)4Si、[(CH3)4Si]2O
Examples of the film forming organic gas introduced into the
(I) Gas phase state at room temperature (18 ° C.) CH 4 , CH 2 CH 2 , C 2 H 2 , CH 3 CH 2 CH 3 , CH 3 CH 2 CH 2 CH 3
(B) Liquid phase at normal temperature C 6 H 5 CH 3 , C 6 H 5 CH 2 CH, C 6 H 4 (CH 3 ) 2 , CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 , C 6 H 12 , C 6 H 5 Cl
(C) Organic Si compound (liquid phase)
(C 2 H 5 O) 4 Si, (CH 3 O) 4 Si, [(CH 3 ) 4 Si] 2 O
上記の反応容器内への導入ガスは、常温で気相状態のものは、そのままの状態で反応容器1内に導入できるが、液相状態の化合物はこれを加熱してガス化させ、そのガス(蒸気)を反応容器内に供給する。有機Si化合物を用いてアモルファス状固形物の皮膜を形成すると、皮膜中にSiが混入することがあるが、Siは炭素と強く結合しているので、本発明の目的の妨げとなることはない。
The gas introduced into the reaction vessel in the gas phase at normal temperature can be introduced into the
本発明に係るアモルファス状炭素水素固形物層の形状に適した基材質および表面処理皮膜(アンダーコート)としては、以下のものを例示することができる。
(イ)金属基材:Al、Ti、Ni、Cr、No、Ta、Nb、Siおよびこれらの合金類
(ロ)非金属基材:プラスチック、焼結材料、石英、硝子
(ハ)表面処理皮膜
(a)溶射皮膜:金属(合金を含む)、酸化物、珪化物、硼化物、窒化物、炭化物などのセラミックスおよびこれらの金属とのサーメット溶射皮膜等
(b)高エネルギー照射処理皮膜:上記溶射皮膜の表面をレーザーや電子ビームなどの高エネルギー照射処理することによって、表面層を再溶融処理(2次再結晶層)を形成した皮膜等
Examples of the base material and the surface treatment film (undercoat) suitable for the shape of the amorphous carbon hydrogen solid layer according to the present invention include the following.
(B) Metal substrate: Al, Ti, Ni, Cr, No, Ta, Nb, Si and their alloys (b) Non-metal substrate: Plastic, sintered material, quartz, glass (c) Surface treatment film (a) the thermal spray coating (including an alloy) metal, oxides, silicides, borides, nitrides, ceramics such as carbides and cermets sprayed coating or the like of these metals
(B) high energy irradiation treatment coating: by high energy irradiation treatment such as laser or electron beam the surface of said thermally sprayed skin layer, re-melting treatment of the surface layer (secondary recrystallization layer) the formed film or the like
なお、表面処理皮膜形成のための溶射法としては、電気アーク溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、爆発溶射法、コールドスプレー法などのいずれの溶射法で形成した皮膜に対しても適用できるが、特にセラミック材料を各種プラズマ溶射法によって形成してなる溶射皮膜に対しするときに好適である。その理由は、セラミック溶射皮膜は、金属系やサーメット系皮膜に比較して一般に多孔質であるため、本発明の効果が顕われやすいからである。 In addition, as the thermal spraying method for surface treatment film formation, electric arc spraying method, flame spraying method, high-speed flame spraying method, atmospheric plasma spraying method, reduced pressure plasma spraying method, water plasma spraying method, explosion spraying method, cold spray method Although it can be applied to a coating formed by any spraying method such as, it is particularly suitable for a spraying coating formed by forming a ceramic material by various plasma spraying methods. This is because the ceramic sprayed coating is generally more porous than the metal-based or cermet-based coating, and thus the effects of the present invention are easily manifested .
表面処理皮膜の表面状態は、基本的にはそのまま、例えば、溶射皮膜の場合は、溶射まま(as Sprayed)で、上述したアモルファス状炭素水素固形物層を形成することができるが、この溶射皮膜の表面を機械的に研削・研磨したり、電子ビーム照射処理やレーザー照射処理して、表面膜を再溶融処理した後に成膜したものであってもよい。 The surface state of the front surface treatment film, as it is basically, for example, in the case of the thermal spray coating, while spraying (the as Sprayed), can be formed an amorphous carbon hydrogen solid layer as described above, this spraying The film may be formed by mechanically grinding / polishing the surface of the film, or performing electron beam irradiation treatment or laser irradiation treatment to remelt the surface film.
後者の場合、例えば、IIIa族元素の酸化物からなる多孔質溶射皮膜の上に、この溶射皮膜の最表層の部分を変質させる態様で新たな層、即ち前記IIIa族元素の酸化物からなる多孔質層を二次変態させて得られる二次再結晶層を形成したものが考えられる。
一般に、IIIa族元素の金属酸化物、たとえば酸化イットイリウム(イットリア:Y2O3)の場合、結晶構造は正方晶系に属する立方晶である。その酸化イットリウムの粉末を、プラズマ溶射すると、溶融した粒子が基材に向って高速で飛行する間に超急冷されながら、基材表面に衝突して堆積するときに、その結晶構造が立方晶(Cubic)の他に単斜晶(monoclinic)を含む混晶からなる結晶型に一次変態をする。即ち、前記多孔質層の結晶型は、溶射の際に超急冷されることによって、一次変態して斜方晶系と正方晶系とを含む混晶からなる結晶型で構成されている。これに対し、前記二次再結晶層とは、一次変態した前記混晶からなる結晶型が、正方晶系の結晶型に二次変態した層である。
In the latter case, for example, a new layer, that is, a porous layer made of an oxide of the above-mentioned group IIIa element, is formed on the porous sprayed layer made of an oxide of the group IIIa element in such a manner that the portion of the outermost layer of the sprayed coating is altered. It is possible to form a secondary recrystallized layer obtained by secondary transformation of the material layer.
Generally, in the case of a metal oxide of a group IIIa element, for example, yttrium oxide (yttria: Y 2 O 3 ), the crystal structure is a cubic crystal belonging to the tetragonal system. When the yttrium oxide powder is plasma sprayed, when the molten particles collide and deposit on the surface of the substrate while being rapidly cooled while flying toward the substrate at high speed, the crystal structure becomes cubic ( A primary transformation is performed to a crystal form composed of a mixed crystal including monoclinic crystal in addition to Cubic. That is, the crystal type of the porous layer is composed of a crystal type composed of a mixed crystal including an orthorhombic system and a tetragonal system by performing a primary transformation by being super-cooled during thermal spraying. On the other hand, the secondary recrystallized layer is a layer in which the crystal type composed of the mixed crystal that has undergone primary transformation is secondarily transformed into a tetragonal crystal type.
このように、主として一次変態した斜方晶系の結晶を含む混晶構造からなるIIIa族酸化物の前記多孔質層を、高エネルギー照射処理することによって、該多孔質層の堆積溶射粒子を少なくとも融点以上に加熱することによって、この層を再び変態(二次変態)させて、その結晶構造を正方晶系の組織に戻して結晶学的に安定化させることにしたものである。このような層では、溶射による一次変態時に、溶射粒子堆積層に蓄積された熱歪みや機械的歪みを解放して、その性状を物理的化学的に安定させ、かつ溶融に伴なうこの層の緻密化と平滑化をも実現する。 In this way, by subjecting the porous layer of the group IIIa oxide mainly composed of orthorhombic crystals that have undergone primary transformation to a high-energy irradiation treatment, at least the deposited sprayed particles of the porous layer are treated. By heating above the melting point, this layer is transformed again (secondary transformation), and its crystal structure is returned to a tetragonal structure to be crystallographically stabilized. In such a layer, during the primary transformation due to thermal spraying, the thermal strain and mechanical strain accumulated in the thermal spray particle deposition layer are released to stabilize the properties physically and chemically, and this layer accompanying melting. Also realizes densification and smoothing.
また、被処理体2の表面には、上述した方法の他、予めCrやSi、Ta、Nb、Tiなどの炭素と化学的親和力の強い金属イオンや金属の薄膜を形成したあと、その上に、本発明のアモルファス状の炭素水素固形物が堆積した皮膜を形成することも可能である。
In addition to the method described above, a metal ion or metal thin film having a strong chemical affinity with carbon such as Cr, Si, Ta, Nb, Ti, etc. is formed on the surface of the
(参考例1)
この実施例では、Al基材の表面に形成したアモルファス状炭素水素固形物層(膜)の水素含有量と基材の曲げ変形に対する抵抗およびその後の耐食性の変化について調査した。
(1)供試基材および試験片
供試基材は、Al(JIS−H4000規定の1085)とし、この基材から、寸法:幅15mm×長さ70m×厚さ1.8mmの試験片を作製した。
(2)アモルファス状炭素水素固形物層の形成方法およびその性状
試験片の全面にわたって、アモルファス状炭素水素固形物の膜を1.5μmm厚さに形成した。このとき、アモルファス状炭素水素固形物膜中の水素含有量を5原子%〜50原子%(残部は炭素)の範囲に制御したものを用いた。
(3)試験方法およびその条件
アモルファス状炭素水素固形物の膜を形成した試験片を、90°に曲げ変形を与え、曲げ部のアモルファス状炭素水素固形物の膜の外観状況を20倍の拡大鏡で観察した。また、JIS−Z2371に規定された塩水噴霧試験に供し、96時間曝露した。
(4)試験結果
表1に試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、アモルファス状炭素水素固形物膜中の水素含有量は少なく、炭素含有量の多いもの(No.1〜3)では、90°の曲げ変形を与えると、膜が剥離もしくは局部的に剥離した。一方、これらの剥離試験片を塩水噴霧試験に供すると、基材にAlが腐食され、多量の白さびが発生し、耐食性を完全に消失していることが判明した。これに対して、水素含有量が15原子%以上〜50原子%(No.4〜8)のアモルファス状炭素水素固形物膜は、曲げ変形によっても剥離せず、塩水噴霧試験にもよく耐え、優れた耐食性を継持していることが確認された。
( Reference Example 1)
In this example, the hydrogen content of the amorphous carbon hydrogen solid layer (film) formed on the surface of the Al base material, the resistance to bending deformation of the base material, and the subsequent change in corrosion resistance were investigated.
(1) Test base material and test piece The test base material is Al (JIS-H4000 stipulated 1085), and from this base material, a test piece of dimensions: width 15 mm × length 70 m × thickness 1.8 mm is used. Produced.
(2) Method for forming amorphous carbon hydrogen solid layer and its properties An amorphous carbon hydrogen solid film was formed to a thickness of 1.5 μm over the entire surface of the test piece. At this time, the hydrogen content in the amorphous carbon hydrogen solid film was controlled in the range of 5 atomic% to 50 atomic% (the balance was carbon).
(3) Test Method and Conditions The test piece on which the amorphous carbon hydrogen solid film was formed was subjected to bending deformation at 90 °, and the appearance of the amorphous carbon hydrogen solid film at the bent portion was enlarged 20 times. Observed with a mirror. Moreover, it used for the salt spray test prescribed | regulated to JIS-Z2371, and was exposed for 96 hours.
(4) Test results Table 1 shows the test results. As is clear from this test result, when the hydrogen content in the amorphous carbon hydrogen solid film is small and the carbon content (No. 1 to 3) is large, when the bending deformation of 90 ° is given, the film Peeling or peeling locally. On the other hand, when these peel test pieces were subjected to a salt spray test, it was found that Al was corroded on the substrate, a large amount of white rust was generated, and the corrosion resistance was completely lost. On the other hand, the amorphous carbon hydrogen solid film having a hydrogen content of 15 atomic% to 50 atomic% (No. 4 to 8) does not peel even by bending deformation, and well withstands the salt spray test, It was confirmed that it had excellent corrosion resistance.
(実施例1)
この実施例では、Al基材に予めAl2O3溶射皮膜を施工した後、その上に、参考例1と同様の水素含有量の異なるアモルファス状炭素水素固形物膜を形成したものについて、耐曲げ変形性および耐塩水噴霧試験性能を調査した。
(1)供試基材および試験片
供試基材として実施例1と同じAl試験片を用い、アモルファス状炭素水素固形物膜の形成に先駆けて、大気プラズマ溶射法によって、アンダーコートとして膜厚80μmのAl2O3皮膜を施工した。
(2)試験方法および条件
実施例1に同じ。
(3)試験結果
表2に試験結果を示した。これらの試験結果から明らかなように、Al2O3溶射皮膜の上にアモルファス状炭素水素固形物層を形成しても、水素含有量の少ない膜(No.1〜3)では曲げ変形抵抗が小さいため、容易に剥離した。これに対し、水素含有量を多く含むアモルファス状炭素水素固形物層(No.4〜8)は延性を有し、曲げ変形を与えても膜が剥離することなく、塩水噴霧試験においても優れた耐食性を維持していることが確認された。
(Example 1 )
In this example, an Al 2 O 3 sprayed coating was previously applied to an Al substrate, and then an amorphous carbon hydrogen solid film having a different hydrogen content as in Reference Example 1 was formed thereon. The bending deformability and salt spray resistance test performance were investigated.
(1) Test base material and test piece The same Al test piece as in Example 1 was used as the test base material, and the film thickness as an undercoat was formed by atmospheric plasma spraying prior to the formation of the amorphous carbon hydrogen solid film. An 80 μm Al 2 O 3 film was applied.
(2) Test method and conditions Same as Example 1.
(3) Test results Table 2 shows the test results. As is clear from these test results, even when an amorphous carbon-hydrogen solid layer is formed on the Al 2 O 3 sprayed coating, bending deformation resistance is not obtained in a film having a low hydrogen content (No. 1 to 3). Because it is small, it peeled easily. On the other hand, the amorphous carbon hydrogen solid layer (Nos. 4 to 8) containing a large amount of hydrogen has ductility, and even when subjected to bending deformation, the film does not peel off and is excellent in the salt spray test. It was confirmed that the corrosion resistance was maintained.
(参考例2)
この参考例では、本発明に係わるアモルファス状炭素水素固形物膜の基本的な防食性能を調査するため、基材として汎用度の高いSS400鋼とAlを用い、これにアモルファス状炭素水素固形物膜を直接膜厚0.5〜50μmに形成させた。また防食性の環境として(a)高湿度、(b)塩水噴霧、(c)5%H2SO4、(d)5%NaOHなど腐食特性の異なる雰囲気中に曝露して、耐食性を調査した。
( Reference Example 2 )
In this reference example, in order to investigate the basic anticorrosion performance of the amorphous carbon hydrogen solid film according to the present invention, a highly versatile SS400 steel and Al are used as a base material, and the amorphous carbon hydrogen solid film is used for this. Was directly formed to a film thickness of 0.5 to 50 μm. In addition, corrosion resistance was investigated by exposing to an environment with different corrosion characteristics such as (a) high humidity, (b) salt spray, (c) 5% H 2 SO 4 , and (d) 5% NaOH as an anticorrosive environment. .
(1)基材および試験片寸法
基材としてSS400鋼とAlの2種類を用い、それぞれから幅30mm×長さ50m×厚さ2mmの試験片を作製した。
(2)アモルファス状炭素水素固形物膜とその厚さ
前掲の装置を用いアモルファス状炭素水素固形物膜を試験片の全面にわたって0.5〜50μmの厚さに形成したものを準備した(水素含有量22〜26原子%)。
(3)腐食試験条件
腐食試験条件として、次に示す条件を選択した。
(イ)高湿度雰囲気:恒温恒湿槽を用いて、30℃,相対湿度90%雰囲気中に試験片を1000時間曝露した。
(ロ)塩水噴霧:JISZ2371規定の塩水噴霧試方法によって96時間の試験を行った。
(ハ)5%H2SO4浸漬:5%H2SO4水溶液中(20〜25℃)に100時間浸漬した。
(ニ)5%NaOH浸漬:5%NaOH水溶液中(30〜35℃)に100h浸漬した。
(4)評価方法
腐食試験結果の評価は、試験前後における試験片表面の変化およびH2SO4,NaOH水溶液中の色調の変化を目視観察により実施した。なお、比較用の試験片として無処理状態のSS400鋼とAlを同じ条件で腐食試験に供した。
(5)腐食試験結果
表3に腐食試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、無処理のSS400鋼試験片は、5%NaOH浸漬を除くすべての試験雰囲気(No.1、3、5)において、赤さびを発生したり、また溶解(No.5)した。また、Alの無処理試験片(No.2、4、6、8)では、高湿度雰囲気中以外の条件で白さびを発生(No.4)するとともに、酸(No.6)、アルカリ(No.8)によっても水素ガスを発生しながら溶解した。
これに対して、アモルファス状炭素水素固形物膜を形成した試験片では、基材質の種類に関係なく優れた耐食性を発揮し、膜厚1μm以上ではすべての腐食環境において十分な耐食抵抗を示した。ただ、膜厚0.5μmでは、高湿度雰囲気およびアルカリ水溶液(5%NaOH)浸漬では赤さびの発生を抑制するが、塩水噴霧,硫酸浸漬では僅かに赤さびや白さびの発生が認められた。
(1) Base material and test piece dimension Two types, SS400 steel and Al, were used as a base material, and a test piece having a width of 30 mm, a length of 50 m, and a thickness of 2 mm was produced from each.
(2) Amorphous carbon hydrogen solid film and its thickness Using the above-mentioned apparatus, an amorphous carbon hydrogen solid film formed to a thickness of 0.5 to 50 μm over the entire surface of the test piece was prepared (hydrogen-containing Amount 22-26 atomic%).
(3) Corrosion test conditions The following conditions were selected as the corrosion test conditions.
(I) High humidity atmosphere: Using a constant temperature and humidity chamber, the test piece was exposed to an atmosphere of 30 ° C. and 90% relative humidity for 1000 hours.
(B) Salt spray: A 96-hour test was conducted by the salt spray test method defined in JISZ2371.
(C) 5% H 2 SO 4 immersion: It was immersed in a 5% H 2 SO 4 aqueous solution (20 to 25 ° C.) for 100 hours.
(D) 5% NaOH immersion: immersed in a 5% NaOH aqueous solution (30 to 35 ° C.) for 100 hours.
(4) Evaluation method The evaluation of the corrosion test results was carried out by visual observation of changes in the surface of the test piece before and after the test and changes in the color tone in the aqueous solution of H 2 SO 4 and NaOH. In addition, as a test piece for comparison, untreated SS400 steel and Al were subjected to a corrosion test under the same conditions.
(5) Corrosion test results Table 3 shows the corrosion test results. As is apparent from the test results, the untreated SS400 steel test piece generates red rust or dissolves (No. 1) in all test atmospheres (No. 1, 3, 5) except 5% NaOH immersion. 5) Moreover, in the Al non-processed test piece (No. 2, 4, 6, 8), while generating white rust (No. 4) under conditions other than in a high-humidity atmosphere, an acid (No. 6), an alkali ( No. 8) also dissolved while generating hydrogen gas.
On the other hand, the test piece formed with the amorphous carbon hydrogen solid film exhibited excellent corrosion resistance regardless of the type of the base material, and showed sufficient corrosion resistance in all corrosive environments at a film thickness of 1 μm or more. . However, when the film thickness was 0.5 μm, the occurrence of red rust was suppressed in a high humidity atmosphere and an alkaline aqueous solution (5% NaOH) immersion, but slight red rust and white rust were observed in salt spray and sulfuric acid immersion.
以上の結果から、アモルファス状炭素水素固形物膜の有効防食作用は、膜厚0.5〜50μmの範囲において認められ、特に1〜50μmの範囲が好適であることが判明した。 From the above results, it was found that the effective anticorrosive action of the amorphous carbon-hydrogen solid film was observed in the film thickness range of 0.5 to 50 μm, particularly in the range of 1 to 50 μm.
(実施例2)
この実施例では、SS400鋼基材で製作した試験片の表面に、酸化物系セラミック溶射皮膜を直接、形成した後、その表面にアモルファス状炭素水素固形物膜を被覆した後、塩水噴霧試験に供してその耐食性を調査した。
(1)基材および試験片寸法
SS400鋼(寸法:幅50mm×長さ70m×厚さ3.2mm)
(2)溶射皮膜の種類と溶射法
試験片の表面に直接下記酸化物系セラミックを大気プラズマ溶射法によって70μm厚さに形成した。セラミック溶射皮膜をやや薄く施工したのは、アモルファス状炭素水素固形物膜の封孔・被覆効果を短時間の試験によって判別するためである。(数字はmassを示す)
(a)Al2O3
(b)Cr2O3
(c)8%Y2O3・92%ZrO2
(d)Al2O3・MgOスビネル
(e)98%Al2O3・2%TiO2
(f)Y2O3
(3)アモルファス状炭素水素固形物膜の形成と厚さ
実施例1と同じ装置を用い膜厚5μmに形成した(水素含有量16〜26原子%)。
(4)腐食試験条件
JIS−Z2371規定の塩水噴射試験方法により、96時間の腐食試験を行った。
(5)評価方法
腐食試験の評価は、試験前後における酸化物系セラミックの表面における赤さびの発生の有無によって判定した。なお、比較として、アモルファス状炭素水素固形物膜を被覆しない溶射皮膜を同条件で試験した。
(6)腐食試験結果
表4に腐食試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、無処理の溶射皮膜(No.2、4、6、8、10、12)には、すべて赤さびの発生が認められた。即ち、セラミック溶射皮膜の気孔から塩水が内部に浸入してSS400鋼を基材を腐食し、溶出した鉄イオンが皮膜表面に浮上して赤さびを発生したものと考えられる。これに対して、アモルファス状炭素水素固形物膜を被覆した試験片(No.1、3、5、7、9、11)は、いずれのセラミック皮膜に対しても良好な封孔性と被覆性能を発揮し、赤さびの発生は認められなかった。
(Example 2 )
In this example, an oxide-based ceramic sprayed coating was directly formed on the surface of a test piece made of SS400 steel base material, and then the surface was coated with an amorphous carbon hydrogen solid film, and then subjected to a salt spray test. The corrosion resistance was investigated.
(1) Base material and specimen size SS400 steel (dimensions: width 50 mm × length 70 m × thickness 3.2 mm)
(2) Types of thermal spray coating and thermal spraying method The following oxide ceramic was directly formed on the surface of the test piece to a thickness of 70 μm by the atmospheric plasma spraying method. The reason why the ceramic sprayed coating was applied slightly thin is to determine the sealing / coating effect of the amorphous carbon-hydrogen solid film by a short test. (Numbers indicate mass)
(A) Al 2 O 3
(B) Cr 2 O 3
(C) 8% Y 2 O 3 · 92
(D) Al 2 O 3 .MgO swinel (e) 98% Al 2 O 3 .2% TiO 2
(F) Y 2 O 3
(3) Formation and Thickness of Amorphous Carbon Hydrogen Solid Film Using the same apparatus as in Example 1, the film was formed to a film thickness of 5 μm (hydrogen content: 16 to 26 atomic%).
(4) Corrosion test conditions A 96-hour corrosion test was conducted by the salt water injection test method defined in JIS-Z2371.
(5) Evaluation method The evaluation of the corrosion test was determined by the presence or absence of red rust on the surface of the oxide ceramic before and after the test. For comparison, a sprayed coating that does not cover the amorphous carbon hydrogen solid film was tested under the same conditions.
(6) Corrosion test results Table 4 shows the corrosion test results. As is apparent from the test results, red rust was observed in all of the untreated sprayed coatings (No. 2, 4, 6, 8, 10, 12). That is, it is considered that salt water entered from the pores of the ceramic sprayed coating to corrode the base material of SS400 steel, and the eluted iron ions floated on the coating surface to generate red rust. On the other hand, the test pieces (No. 1, 3, 5, 7, 9, 11) coated with the amorphous carbon hydrogen solid film have good sealing property and covering performance for any ceramic film. The occurrence of red rust was not observed.
(実施例3)
この実施例では、腐食性の厳しい雰囲気や有機溶剤を取扱う環境で使用する場合、SS400鋼基材に金属系のアンダーコートを施工した場合の酸化物セラミック溶射皮膜に対するアモルファス状炭素水素固形物膜の防食効果を調査した。
(1)基材および試験片寸法
実施例2に同じ。
(2)溶射皮膜の種類と溶射法(数字はmass%)
(a)アンダーコート:80%Ni−20%Cr(大気プラズマ溶射法)
(b)トップコート:Al2O3、Y2O3、8%Y2O3−92%ZrO2(大気プラズマ溶射法)
なお、膜厚は、アンダーコート50μm、トップコート150μmである。
(3)アモルファス状炭素水素固形物膜の形成方法と膜厚
参考例1と同じ方法で膜厚5μmにした(水素含有量26〜34原子%)。
(4)腐食条件
(イ)5%HCl:5%HCl水溶液を入れたビーカを20〜23℃に維持し、試験片を浸漬し、耐酸性を評価した。
(ロ)5%NaOH:5%NaOH水溶液を入れたビーカ中に試験片を浸漬し、20〜23℃の温度で24時間の耐アルカリ性を評価した。
(ハ)95%トルエン:試薬用の95%トルエン溶液中(15〜20℃)に試験片を24時間浸漬して、耐有機溶剤性を評価した。
(5)腐食試験結果
表5に腐食試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、アンダーコートおよびアモルファス状炭素水素固形物膜の有無にかかわらず、5%NaOHと有機溶剤中では、赤さびの発生はなく、外観状態に変化は認められなかった。一方、5%HCl水溶液中では、アンダーコートを施工していても、アモルファス状炭素水素固形物膜が被覆されていない皮膜(No.2、4、6、8、10、12)では、トップコートの種類に関係なく、すべて腐食され、HCl水溶液の色調が黄色〜淡黄色に変化し、基材のSS400鋼およびアンダーコート成分の溶解が推定された。これに対して、アモルファス状炭素水素固形物層を被覆した皮膜(No.1、3、5、7、9、11)を浸漬したHCl水溶液の色調は変化せず、皮膜は健全な状態を維持していた。
(Example 3 )
In this embodiment, when used in a corrosive atmosphere or an environment where an organic solvent is handled, the amorphous carbon hydrogen solid film on the oxide ceramic sprayed coating when a metallic undercoat is applied to an SS400 steel substrate is used. The anticorrosive effect was investigated.
(1) Base material and test piece dimensions The same as in Example 2 .
(2) Types of thermal spray coating and thermal spraying method (numbers are mass%)
(A) Undercoat: 80% Ni-20% Cr (atmospheric plasma spraying method)
(B) Topcoat: Al 2 O 3, Y 2
The film thickness is 50 μm for the undercoat and 150 μm for the topcoat.
(3) Amorphous carbon hydrogen solid film forming method and film thickness
The film thickness was set to 5 μm by the same method as in Reference Example 1 (hydrogen content: 26 to 34 atomic%).
(4) Corrosion conditions (a) 5% HCl: A beaker containing a 5% HCl aqueous solution was maintained at 20 to 23 ° C., a test piece was immersed, and acid resistance was evaluated.
(B) 5% NaOH: A test piece was immersed in a beaker containing a 5% NaOH aqueous solution, and the alkali resistance was evaluated at a temperature of 20 to 23 ° C. for 24 hours.
(C) 95% toluene: The test piece was immersed in a 95% toluene solution for reagents (15 to 20 ° C.) for 24 hours to evaluate organic solvent resistance.
(5) Corrosion test results Table 5 shows the corrosion test results. As is clear from the test results, no red rust was produced in 5% NaOH and an organic solvent regardless of the presence of the undercoat and the amorphous carbon hydrogen solid film, and no change was observed in the appearance. On the other hand, in a 5% HCl aqueous solution, even if an undercoat is applied, the top coat is not applied to the film (No. 2, 4, 6, 8, 10, 12) that is not covered with the amorphous carbon hydrogen solid film. Regardless of the type, all were corroded, and the color of the HCl aqueous solution changed from yellow to light yellow, and dissolution of the SS400 steel and the undercoat component of the base material was estimated. On the other hand, the color tone of the aqueous HCl solution in which the film (No. 1, 3, 5, 7, 9, 11) coated with the amorphous carbon hydrogen solid layer is not changed, and the film maintains a healthy state. Was.
(実施例4)
この実施例では、半導体加工装置部材としての利用を考慮して、Al基材に酸化物セラミック溶射皮膜を直接、形成した後、各種のハロゲン系ガス中における耐食性を調査した。
(1)基材および試験片寸法
Al(JISH4000規定1085)を基材とし、寸法:幅20mm×長さ30m×厚さ2.3mmの試験片を採取した。
(2)溶射皮膜の種類と溶射法
溶射皮膜の種類:Al2O3、YAG(Y3Al5O12)、Y2O3
それぞれAl基材に直接大気プラズマ溶射法によって、厚さ150μmに形成した。
(3)アモルファス状炭素水素固形物膜の形成方法と膜厚
参考例1と同じ方法で膜厚5μmにした(水素含有量22〜34原子%)。
(4)腐食試験条件
(イ)活性ハロゲンガス試験:
この試験には、図3に示す装置を用い、試験片31を電気炉32の中心部に設けられたステンレス鋼管33の内部の設置台36上に静置した後、腐食性のガス34を左側から流し、そして、配管途中に設けた石英放電管35に出力600Wのマイクロ波を負荷させて、腐食性ガスの活性化を促した。このような装置を用いた試験では、活性化した腐食性のガスが電気炉中に導かれ、試験片31を腐食した後、右側から系外に放出される。このような腐食試験装置を用い、試験片温度180℃、腐食性ガスCF4を150ml/min、O2を75ml/minを流しつつ10時間の腐食試験を行った。
(ロ)5%HCl浸漬試験:5%HCl水溶液を入れたビーカを20〜23℃に維持し、試験片を浸漬し、耐酸性を評価した。
(ハ)HCl蒸気試験:
化学実験用のデシケーターの底部に30%HCl水溶液を入れ、その上にガラス製の多孔板を配設した後、そのガラス板の上に試験片を静置した。この環境(20〜25℃)では、蒸気圧の高いHCl蒸気が発生して、ガラス板の孔から上昇したHCl蒸気によって試験片が腐食されるようになっている。
なお、無処理のSS400鋼板は、1時間の試験によって全面赤さびが発生するほどである。
(ニ)HF蒸気試験:
容量3LのSUS316製のオートクレーブの中に試験片を静置した後、外部からHFガスを500ppm注入し、150℃で24時間の腐食試験を行った。
(5)腐食試験結果
表6に腐食試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、アモルファス状炭素水素固形物膜を形成しない試験片(No.2、4、6)では、セラミック溶射皮膜自体は比較的良好な耐食性を示すものの、皮膜の気孔を通って内部へ侵入した腐食性ガスによって基材のAlが腐食され、セラミック皮膜との結合力を消失する結果、剥離する現象が認められた。
これに対して、アモルファス状炭素水素固形物膜を形成した試験片では、すべての腐食性ガスに対して十分な耐食性を示すとともに、膜自体が緻密であるため外観上全く異常は認められなかった。
(Example 4 )
In this example, in consideration of utilization as a semiconductor processing apparatus member, an oxide ceramic sprayed coating was directly formed on an Al base material, and then the corrosion resistance in various halogen-based gases was investigated.
(1) Base material and test piece dimensions A test piece having dimensions of 20 mm in width, 30 m in length, and 2.3 mm in thickness was sampled using Al (JISH4000 regulation 1085) as a base material.
(2) spray coating type and thermal spraying the thermal spray coating types: Al 2 O 3, YAG ( Y 3 Al 5 O 12), Y 2
Each of them was formed to a thickness of 150 μm on an Al base by direct atmospheric plasma spraying.
(3) Amorphous carbon hydrogen solid film forming method and film thickness
The film thickness was 5 μm by the same method as in Reference Example 1 (
(4) Corrosion test conditions (a) Active halogen gas test:
For this test, the apparatus shown in FIG. 3 was used, and the
(B) 5% HCl immersion test: A beaker containing a 5% HCl aqueous solution was maintained at 20 to 23 ° C., a test piece was immersed, and acid resistance was evaluated.
(C) HCl vapor test:
A 30% HCl aqueous solution was placed at the bottom of a desiccator for chemical experiments, a glass porous plate was disposed thereon, and then a test piece was allowed to stand on the glass plate. In this environment (20 to 25 ° C.), HCl vapor having a high vapor pressure is generated, and the test piece is corroded by HCl vapor rising from the hole of the glass plate.
In addition, the untreated SS400 steel plate is such that red rust is generated on the entire surface by a one-hour test.
(D) HF steam test:
A test piece was allowed to stand in an autoclave made of SUS316 having a capacity of 3 L, and then 500 ppm of HF gas was injected from the outside, and a corrosion test was performed at 150 ° C. for 24 hours.
(5) Corrosion test results Table 6 shows the corrosion test results. As is apparent from this test result, in the test pieces (No. 2, 4, 6) that do not form the amorphous carbon hydrogen solid film, the ceramic sprayed coating itself exhibits relatively good corrosion resistance, but the pores of the film are not observed. As a result of the corrosion of the base material Al caused by the corrosive gas that penetrated into the interior and the loss of the bonding strength with the ceramic film, a peeling phenomenon was observed.
On the other hand, the test piece formed with an amorphous carbon hydrogen solid film showed sufficient corrosion resistance against all corrosive gases, and the film itself was dense, and no abnormality was observed in appearance. .
(実施例5)
この実施例では、酸化物セラミック溶射皮膜の表面を電子ビームおよびレーザーなどの高エネルギーを照射して、皮膜表面の成膜粒子を溶融させたものに対するアモルファス状炭素水素固形物膜の防食効果について調査した。
(1)基材および試験片寸法
SS400鋼を用い、幅20mm×長さ30m×厚さ3.2mmの試験片を採取した。
(2)溶射皮膜の種類と溶射法
溶射皮膜の種類:Y2O3
大気プラズマ溶射法を用いて膜厚80μmに形成した。
(3)高エネルギー照射の種類とその条件
(a)電子ビーム照射:下記仕様の電子ビーム照射装置を用い、皮膜表面深さ3μmを再溶融した。
照射雰囲気:1×10−1〜5×10−3MPa
照射出力:10〜30KeV
照射速度:1〜20mm/s
(b)レーザー照射:下記仕様のレーザー照射装置を用い、皮膜表面から10μm再溶融した。
レーザー出力:2〜4kw
ビーム面積:5〜10mm2
ビーム走査速度:5〜20mm/s
(4)アモルファス状炭素水素固形物膜の形成と膜厚
参考例1と同じ方法で膜厚3μmにした(水素含有量26〜38原子%)。
(5)腐食試験条件
(イ)塩水噴霧試験:JISZ−2371規定により96時間の試験実施
(ロ)活性ハロゲンガス試験:実施例4と同じ条件で実施
(ハ)HCl蒸気試験:化学実験用デシケーターの底部に30%HCl水溶液を入れ、その上部に多孔質ガラス板を配設した後、そのガラス板の上に試験片を静置し、この環境では蒸気圧の大きいHCl溶液から多量のHCl蒸気が発生し、SS400鋼は1hの曝露によって全面赤さびが発生する。
(6)腐食試験結果
表7に腐食試験結果を示した。この試験結果から明らかなように、Y2O3溶射皮膜をビームおよびレーザ照射しても、そのままの状態の皮膜(No.2、6)では、すべての腐食試験において局部的な赤さびの発生が認められ、腐食成分の内部侵入を完全に防ぐことができない。この原因を解明するため、電子ビームおよびレーザ照射した溶射皮膜の表面を拡大鏡で観察すると、溶射膜特有の気孔は溶融現象によって消失しているが、微小な割れが多数発生していることが判明した。これらの割れは、高エネルギー照射を行い、皮膜(No.4、8)ではすべての腐食試験において多量の赤さびが発生しているのに比較すると、高エネルギー照射の効果が認められるものの十分な対策とはなっていない。
これに対して、アモルファス状炭素水素固形物膜を被覆した皮膜(No.1、3、5、7)では、高エネルギー照射の有無に関係なく、腐食成分の侵入を完全に防ぎ赤さびの発生は全く認められなかった。
(Example 5 )
In this example, the surface of the oxide ceramic sprayed coating was irradiated with high energy such as an electron beam and a laser to investigate the anticorrosive effect of the amorphous carbon hydrogen solid film on the melted film-forming particles on the coating surface. did.
(1) Base material and test piece dimension The test piece of width 20mm * length 30m * thickness 3.2mm was extract | collected using SS400 steel.
(2) Types of thermal spray coating and types of thermal spray coating: Y 2 O 3
The film was formed to a thickness of 80 μm using an atmospheric plasma spraying method.
(3) Types and conditions of high energy irradiation (a) Electron beam irradiation: Using an electron beam irradiation apparatus having the following specifications, a film surface depth of 3 μm was remelted.
Irradiation atmosphere: 1 × 10 −1 to 5 × 10 −3 MPa
Irradiation output: 10-30 KeV
Irradiation speed: 1 to 20 mm / s
(B) Laser irradiation: Using a laser irradiation apparatus having the following specifications, 10 μm was melted again from the surface of the film.
Laser power: 2-4kw
Beam area: 5-10 mm 2
Beam scanning speed: 5 to 20 mm / s
(4) Formation of amorphous carbon hydrogen solid film and film thickness
The film thickness was 3 μm by the same method as in Reference Example 1 (hydrogen content: 26 to 38 atomic%).
(5) Corrosion test conditions (a) Salt spray test: 96 hours test conducted according to JISZ-2371 (b) Active halogen gas test: conducted under the same conditions as in Example 4 (c) HCl vapor test: desiccator for chemical experiments After placing a 30% HCl aqueous solution at the bottom of the glass plate and placing a porous glass plate on top of it, place a test piece on the glass plate, and in this environment, a large amount of HCl vapor from an HCl solution with a high vapor pressure. And SS400 steel is red rusted on the entire surface by exposure for 1 h.
(6) Corrosion test results Table 7 shows the corrosion test results. As is apparent from this test result, even if the Y 2 O 3 sprayed coating is irradiated with a beam and a laser, the coating as it is (Nos. 2 and 6) does not cause local red rust in all corrosion tests. Recognized and cannot completely prevent internal entry of corrosive components. In order to elucidate the cause, when the surface of the sprayed coating irradiated with an electron beam and laser is observed with a magnifying glass, the pores peculiar to the sprayed coating have disappeared due to the melting phenomenon, but there are many small cracks. found. These cracks are irradiated with high energy, and compared with the fact that a lot of red rust is generated in all corrosion tests in the films (No. 4 and 8), the effect of high energy irradiation is recognized but sufficient countermeasures It is not.
On the other hand, in the film (No. 1, 3, 5, 7) coated with the amorphous carbon hydrogen solid film, the intrusion of the corrosive component is completely prevented regardless of the presence or absence of high energy irradiation, and red rust is not generated. It was not recognized at all.
本発明の技術は、デポシールド、バッフルプレート、フォーカスリング、インシュレータリング、シールドリング、ベローズカバー、電極などの半導体加工装置用部材として用いられる。その他、本発明は、Si薄膜やSi薄膜の加工品などの搬送用部材の耐摩耗性および加工品に対する疵付き防止用の表面処理技術としても有用であり、また、液晶デバイスなどのプラズマ処理容器内部材、部品に対しても適用が可能である。 The technology of the present invention is used as a member for a semiconductor processing apparatus such as a deposition shield, a baffle plate, a focus ring, an insulator ring, a shield ring, a bellows cover, and an electrode. In addition, the present invention is also useful as a surface treatment technology for preventing wear of a conveying member such as a Si thin film or a processed product of the Si thin film and preventing wrinkles on the processed product, and a plasma processing container such as a liquid crystal device. The present invention can also be applied to inner members and parts.
1 反応容器
2 被処理体(基材)
3 導体
4 高電圧パルス発生電源
5 プラズマ発生用電源
6 重畳装置
7 反応容器内の空気を除去するための真空装置に接続されたバルブ
8 アース線
9 高電圧導入部
21 鋼製基材
22 溶射皮膜
23 アモルファス状炭素水素固形物膜
31 試験片
32 電気炉
33 ステンレス鋼管
34 腐食性ガス
35 石英放電管
36 試験片設置台
1
3 Conductor 4 High voltage pulse generating
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