專(zhuān)利名稱(chēng)：陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法和使用其的鋁合金構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以高能率在半導(dǎo)體和液晶的制造等中使用的等離子體處理裝置的真 空腔和腔內(nèi)部的鋁構(gòu)件上形成耐裂紋性?xún)?yōu)異，熱反射率低的陽(yáng)極氧化皮膜的方法和通過(guò)該 方法形成有皮膜的鋁合金構(gòu)件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體和液晶的制造用等的等離子體處理裝置的真空腔和設(shè)置在腔內(nèi)部的各種 構(gòu)件主要采用鋁合金(金屬)。這些腔和構(gòu)件在前處理工序和制造工序中，在室溫 200°C 以上的環(huán)境下，由于暴露于氯系或溴系等腐蝕性氣體或等離子體中，因此，在所述鋁合金表 面通常通過(guò)陽(yáng)極氧化處理形成防蝕皮膜(陽(yáng)極氧化皮膜)。但是，在形成在該鋁合金表面的 陽(yáng)極氧化皮膜中有時(shí)存在裂紋，該裂紋在所述高溫環(huán)境下，進(jìn)一步增加、擴(kuò)大，因此，存在從 裂紋侵入的腐蝕性氣體導(dǎo)致母材鋁合金的腐蝕的問(wèn)題。特別是，在所述處理裝置中由于暴 露于等離子體氣氛，所以為了提高耐等離子體性，陽(yáng)極氧化皮膜形成得比較厚，裂紋更容易 產(chǎn)生，具有難以得到充分的耐蝕性的傾向。為此，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了將用有機(jī)溶液 溶解了 Si含量為10at%以上的具有Si-O鍵的有機(jī)化合物的有機(jī)處理溶液供給陽(yáng)極氧化皮 膜后，通過(guò)干燥、燒成將非晶質(zhì)Si含有物的燒成體填充該裂紋提高耐蝕性的陽(yáng)極氧化Al基 金屬材。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2001-335989號(hào)公報(bào)另外，在所述等離子體處理裝置中，使用等離子體在硅晶片(半導(dǎo)體)和液晶用的 玻璃基板的表面實(shí)施CVD成膜和干蝕刻等加工。在該工序中，所述晶片和基板的溫度必須 精密控制，否則不能進(jìn)行希望的加工。因此，在CVD成膜工序中，在晶片和基板等的被加工 材的載置臺(tái)上埋設(shè)加熱器，在干蝕刻工序中在所述載置臺(tái)上設(shè)置冷卻水流路。這些加熱器 和冷卻機(jī)構(gòu)之外，作為對(duì)所述被加工材的溫度產(chǎn)生影響的熱源有等離子體所具有的能量和 等離子體和被加工材的反應(yīng)熱等。但是，如專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的那樣，在將非晶質(zhì)Si含有物的燒成體填充裂紋提高 耐蝕性的方法中，需要在(Al基)金屬基材上形成陽(yáng)極氧化皮膜后，加熱該金屬基材將所述 有機(jī)處理溶液供給陽(yáng)極氧化皮膜后，進(jìn)行燒成，將非晶質(zhì)Si含有物的燒成體填充皮膜中的 裂紋的復(fù)雜的處理工序，生產(chǎn)效率地下。另一方面，從所述真空腔內(nèi)的熱源放出的熱，由于 真空腔內(nèi)壁或設(shè)置在腔內(nèi)部的各種部件的反射，被再次傳遞給被加工材，成為被加工材進(jìn) 一步升溫的原因。特別是，在需要冷卻被加工材的干蝕刻工序中，被加工材的溫度上升會(huì)對(duì) 加工精度有不良影響。因此，真空腔內(nèi)壁和腔內(nèi)部的各種構(gòu)件要求低熱反射率性。另外，陽(yáng) 極氧化皮膜還要求該皮膜的低重金屬污染性和低皮膜(形成)成本。另外，所述真空腔和 設(shè)置在腔內(nèi)部的各種構(gòu)件等的裝置構(gòu)件，被施加用于產(chǎn)生等離子體的大電壓，陽(yáng)極氧化皮 膜有絕緣破壞的可能，因此，要求耐電壓優(yōu)異的陽(yáng)極氧化皮膜。該耐電壓在陽(yáng)極氧化處理時(shí) 積算電壓越大則越大，在皮膜中存在裂紋時(shí)顯著下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題在于提供一種陽(yáng)極氧化處理方法，以高能率形成抑制形成于 等離子體處理裝置的真空腔內(nèi)壁等的鋁合金表面的陽(yáng)極氧化皮膜中的裂紋，且熱反射率 低，耐電壓高，來(lái)自皮膜的重金屬污染性也低的陽(yáng)極氧化皮膜。為了解決所述課題，在本發(fā)明中采用以下⑴ (3)的構(gòu)成。(1) 一種在硫酸溶液或硫酸和草酸的混酸溶液中，在JIS6061鋁合金基材的表面 形成陽(yáng)極氧化皮膜的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，其中，所形成的所述陽(yáng)極氧化皮膜的全部 膜厚中的膜厚方向的積算電壓為1650V· ym以上，在電解電壓27V以下形成從所述鋁合 金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面起在膜厚方向25 μ m的位置到所述陽(yáng)極氧化皮膜表面之間 的陽(yáng)極氧化皮膜，并且，從所述界面到膜厚方向25 μ m的位置的積算電壓為820V· μπι以上 1000V · μ 以下。本發(fā)明者們對(duì)形成減少裂紋發(fā)生量且熱反射率低的陽(yáng)極氧化皮膜的方法進(jìn)行研 究時(shí)，首先，在價(jià)格低且容易得到和管理的、具有電解液中不含有害物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)的硫酸或硫 酸和沒(méi)有重金屬污染可能性的草酸的混酸溶液的電解液中，將電解電壓和將電解電壓和皮 膜厚度的積在膜厚方向積算的積算電壓作為參數(shù)進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，測(cè)定形成在鋁合金基 材上的各陽(yáng)極氧化皮膜的熱反射率。其結(jié)果如后所述，發(fā)現(xiàn)為了使熱反射率在裝置構(gòu)件的 實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)中得到的合格標(biāo)準(zhǔn)的15%以下，可以使皮膜的全膜厚中的膜厚方向的積算電 壓即全體積算電壓為1650V · μ m以上，優(yōu)選為1800V · μπι以上。這意味著為了降低所形 成的皮膜的熱反射率，可以使皮膜變厚，或加大電解電壓。也就是說(shuō)，這被認(rèn)為是通常陽(yáng)極 氧化皮膜的皮膜構(gòu)造是多孔性(《一，^ )，電解電壓越高固體部的體積越大，另外，皮膜 越厚則固體部的體積越大，從所述真空腔內(nèi)的熱源放出的熱在通過(guò)皮膜的過(guò)程中容易被皮 膜自身吸收，熱反射率降低。另一方面，從抑制皮膜中的裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，一般皮膜越薄，另外，電解電壓 越低越好。在所述電解液中，皮膜的全膜厚中的膜厚方向的積算電壓(全體積算電壓)為 1650V · μ m左右，使電解電壓變化進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，測(cè)定形成于鋁合金基材上的各陽(yáng)極 氧化皮膜的裂紋發(fā)生量即裂紋密度(皮膜單位面積(mm2)的裂紋總長(zhǎng)度(mm))。其結(jié)果是實(shí) 驗(yàn)性地判明，在電解電壓變大到30V附近時(shí)，裂紋密度與熱反射率的情況同樣，變得比實(shí)際 使用經(jīng)驗(yàn)中得到的合格標(biāo)準(zhǔn)的1大，皮膜的耐裂紋性急劇劣化，27V以下的電解電壓下的陽(yáng) 極氧化處理適當(dāng)，并且，如果從所述鋁合金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面到25 μπι的皮膜厚 度的積算電壓為1000V · ym以下，則對(duì)皮膜中的裂紋發(fā)生即裂紋密度不會(huì)產(chǎn)生很大影響。 還有，由于電解電壓越低，電解液中流動(dòng)的電流越小，即皮膜的形成速度變緩，生產(chǎn)性降低， 因此，電解電壓為5V以上，優(yōu)選為IOV以上，并且從所述鋁合金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面 到25 μπι的皮膜厚度的積算電壓為820V· μ m以上的皮膜處理適當(dāng)。還有，由于從所述界 面到25 μ m的皮膜厚度的積算電壓為820V· μ m以上且1000V · μπι以下，在該范圍內(nèi)升高 積算電壓即可，但電壓急劇升高時(shí)，位于向鋁合金基材的形成過(guò)程中的皮膜中大電流流動(dòng)， 皮膜溶解，因此，電壓的上升速度優(yōu)選根據(jù)電解液的組成和溫度以及電解電壓適當(dāng)設(shè)定。作為所述陽(yáng)極氧化處理液(電解液)的組成，通常的硫酸濃度(電解液1升中的 硫酸重量100 300g)即可，作為電解液，在使用硫酸和草酸的混酸溶液時(shí)，上述硫酸濃度 可以使用混合有通常的草酸添加量(相對(duì)于電解液1升，40g以下)的溶液。處理液(電解液)的溫度可以是不使處理液凍結(jié)程度的溫度(0°C左右)以上。但是，處理液溫度低時(shí)，電 解時(shí)的電流變小，成膜速度變緩，因此，生產(chǎn)性有可能降低。而處理液溫度高時(shí)，電解時(shí)的電 流變大，形成中的皮膜溶解，有可能不能形成皮膜。這些現(xiàn)象依存于處理液的組成和電解電 壓，因此，可以根據(jù)它們的組成和電壓適當(dāng)設(shè)定處理液溫度。還有，為了提高耐蝕性，在規(guī)定 的陽(yáng)極氧化處理后，可以將所述鋁合金基材浸漬于熱水，或?qū)嵤┍┞队诩訜嵴羝乃吞?理。但是，由于水和處理皮膜容易產(chǎn)生裂紋，因此，需要適當(dāng)設(shè)定熱水溫度和浸漬時(shí)間、加壓 蒸汽的溫度和暴露時(shí)間等的水和處理?xiàng)l件。從上述熱反應(yīng)率和裂紋密度的測(cè)定結(jié)果可知，如果將電解電壓降低到不損害生產(chǎn) 性程度07V以下)，并且，將積算電壓控制在一定值(1650ν·μπι)以上而形成厚的皮膜，則 能夠?qū)崿F(xiàn)低熱反射率和裂紋密度的雙方。(2)根據(jù)⑴中記載的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，其中，所述鋁合金基材的表面在 以評(píng)價(jià)長(zhǎng)度為4mm，斷開(kāi)值(cutoff)為0. 8mm,以粗糙度曲線(xiàn)和平均線(xiàn)的交點(diǎn)2個(gè)作為一個(gè) 計(jì)數(shù)峰值(Peakcoimt)Pc的條件下，通過(guò)表面粗糙計(jì)對(duì)表面進(jìn)行測(cè)定時(shí)，具有每單位評(píng)價(jià) 長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)峰值Pc為70數(shù)目(count)/mm以上。如果使所述鋁合金基材形成這種表面形態(tài)，則從所述真空腔內(nèi)的熱源放出的熱在 鋁合金基材表面漫反射，該漫反射的熱再次射入陽(yáng)極氧化皮膜的表面，由此，所述放出熱向 皮膜的吸收進(jìn)一步增加。該基材表面的計(jì)數(shù)峰值Pc可以通過(guò)噴丸等的物理方法或例如使 用市場(chǎng)銷(xiāo)售的酸性氟化銨系的鋁合金用前處理藥劑等的藥劑使基材表面溶解的化學(xué)方法 進(jìn)行調(diào)整。另外，該基材表面的計(jì)數(shù)峰值Pc可以通過(guò)市場(chǎng)銷(xiāo)售的表面粗糙計(jì)進(jìn)行測(cè)定， 更優(yōu)選為100數(shù)目/mm以上。還有，在此粗糙度曲線(xiàn)、斷開(kāi)值和平均線(xiàn)的定義遵從JIS標(biāo) 準(zhǔn)(JISB0601)，所述粗糙度曲線(xiàn)是從截面曲線(xiàn)通過(guò)過(guò)濾器除去比規(guī)定波長(zhǎng)長(zhǎng)的表面波的曲 線(xiàn)。(3)通過(guò)(1)或( 所述的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法形成有所述皮膜的等離子體 處理裝置的真空腔和設(shè)置在該真空腔內(nèi)的鋁合金構(gòu)件。如果在真空腔的內(nèi)壁和設(shè)置在其內(nèi)部的鋁合金構(gòu)件上形成上述的陽(yáng)極氧化皮膜， 則來(lái)自這些鋁合金基材的熱反射量變小，抑制被等離子體處理的被加工材的溫度上升，能 夠降低隨著溫度上升產(chǎn)生的對(duì)加工精度的不良影響。另外，陽(yáng)極氧化皮膜的裂紋發(fā)生得到 抑制，上述鋁合金基材的耐蝕性提高。發(fā)明效果在本發(fā)明中，在硫酸溶液或硫酸和草酸的混酸溶液的電解液中，控制電解電壓和 全皮膜厚中的膜厚方向的積算電壓的雙方，在等離子體處理裝置的真空腔或在其內(nèi)部附設(shè) 部件的鋁合金基材上形成陽(yáng)極氧化皮膜，因此，熱反射率和裂紋密度上方均低，能夠形成耐 電壓高的皮膜。另外，通過(guò)調(diào)整鋁合金基材的表面粗糙度能夠?qū)崿F(xiàn)更低的熱反射率。通過(guò) 該低的熱反射率，抑制被等離子體處理的被加工材的溫度上升，降低對(duì)加工精度的不良影 響，另外，由于低裂紋密度和高耐電壓，能夠改善被暴露于等離子體中的所述鋁合金基材的 耐蝕性。另外，作為電解液使用硫酸溶液或硫酸和草酸的混酸溶液，因此，能夠進(jìn)行通過(guò)價(jià) 格低且容易得到和管理，沒(méi)有有害物質(zhì)和重金屬污染的電解液進(jìn)行的陽(yáng)極氧化處理。
具體實(shí)施例方式以下，通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明的陽(yáng)極氧化皮膜可以使用公知的陽(yáng)極氧化處理裝置在鋁合金基材的表面 形成。所述積算電壓是從陽(yáng)極氧化處理開(kāi)始到結(jié)束的處理過(guò)程中，對(duì)全膜厚，對(duì)每個(gè)規(guī)定的 膜厚Δ da(例如5 μ m)相加電解電壓V和該膜厚Δ da的積VX Δ da的值。另外，處理過(guò)程 中的陽(yáng)極氧化皮膜的厚度da是通過(guò)預(yù)備試驗(yàn)對(duì)陽(yáng)極氧化處理中使用的電解電壓的范圍中 的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電解電壓V求出電解時(shí)間(處理時(shí)間)t和皮膜厚度da的關(guān)系，使用該預(yù)先 求出的電解時(shí)間(處理時(shí)間)t和皮膜厚度da的關(guān)系，在該陽(yáng)極氧化處理中，對(duì)應(yīng)電解時(shí)間 (處理時(shí)間)求得形成在鋁合金基材表面的皮膜厚度da。在所述預(yù)備試驗(yàn)中，皮膜厚度da 可以使用公知的渦流式膜厚測(cè)定裝置，通過(guò)非破壞進(jìn)行測(cè)定。在所述預(yù)備試驗(yàn)中，能夠預(yù)先求得積算電量Vs和皮膜厚度da的關(guān)系。該積算電 量Vs是通過(guò)電流密度Id( =電流I/皮膜面積幻的電解時(shí)間(處理時(shí)間)t求得的積分值， 通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)積算電量或測(cè)定的電流進(jìn)行積分計(jì)算而進(jìn)行測(cè)定。此時(shí)，皮膜厚度da =系數(shù) CX積算電量Vs，通過(guò)預(yù)先確定系數(shù)C，從而能夠從測(cè)定的積算電量Vs算出陽(yáng)極氧化處理中 的皮膜厚度da。熱反射率使用Bio-feid DIGILAB制FTS-60A/896角度可變反射裝置，通過(guò)波數(shù) 3000cm-1的反射率評(píng)價(jià)熱反射率時(shí)，通常為15%以下。裂紋密度在通過(guò)光學(xué)顯微鏡從觀察范圍0. 235mmX0. 180mm中的裂紋的總長(zhǎng)換算 成觀察范圍的每單位面積(mm2)的裂紋總長(zhǎng)(mm)，即裂紋密度(mm/mm2)的值進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)， 通常lmm/mm2以下，優(yōu)選為0. 5mm/mm2以下。實(shí)施例使用JIS6061合金的邊30mmX厚度2mm的鋁合金基材試料，將硫酸溶液或硫酸 和草酸的混酸溶液作為處理液(電解液)通過(guò)上述陽(yáng)極氧化處理，在試料表面形成陽(yáng)極皮 膜。表1中顯示處理?xiàng)l件和處理結(jié)果。在表1中，從鋁合金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面起 到25 μ m的位置的積算電壓Vp和從所述界面起到皮膜表面的全積算電壓Vt，使用預(yù)先求 得的通電時(shí)間t和形成于基材表面的皮膜厚度da的關(guān)系，將所述膜厚Δ da作為5 μ m，求 得每個(gè)該膜厚Ada = 5μπι積算電壓V和膜厚Δ da的積(VXAda)進(jìn)行相加，求得各自 的積算電壓Vp和全積算電壓Vt。還有，熱反射率使用Bio-RadDIGILAB制FTS-60A/896角 度可變反射裝置，通過(guò)波數(shù)3000cm—1的反射率評(píng)價(jià)熱反射率，該熱反射率< 15%為合格。 另外，實(shí)施陽(yáng)極氧化處理時(shí)皮膜中產(chǎn)生裂紋，以此，對(duì)裂紋密度通過(guò)光學(xué)顯微鏡從觀察范圍 0. 235mmX0. 180mm中的裂紋的總長(zhǎng)換算成觀察范圍的每單位面積(mm2)的裂紋總長(zhǎng)(mm)， 即裂紋密度(mm/mm2)的值進(jìn)行評(píng)價(jià)，裂紋密度< 1為合格。而且，全處理時(shí)間以單一的電解 電壓即處理(成膜)過(guò)程中通電時(shí)間最長(zhǎng)的代表電解電壓的60%以下的處理時(shí)間為合格。 另外，對(duì)一部分的試料，通過(guò)公知的試驗(yàn)方法測(cè)定所述皮膜的耐電壓。表權(quán)利要求
1.一種陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，是在硫酸溶液中或硫酸和草酸的混酸溶液中，在 JIS6061鋁合金基材的表面形成陽(yáng)極氧化皮膜的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，其中，在所形成 的所述陽(yáng)極氧化皮膜的全部膜厚中的膜厚方向的積算電壓為1650ν·μπι以上，在電解電壓 27V以下形成從所述鋁合金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面起在膜厚方向上25 μ m的位置到所 述陽(yáng)極氧化皮膜表面之間的陽(yáng)極氧化皮膜，并且，從所述界面到膜厚方向上25 μ m的位置 的積算電壓為820V · μ m以上1000V · μ m以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，其中，所述鋁合金基材的表面在 以評(píng)價(jià)長(zhǎng)度為4mm，斷開(kāi)值為0. 8mm,以粗糙度曲線(xiàn)和平均線(xiàn)的2個(gè)交點(diǎn)作為一個(gè)計(jì)數(shù)峰值 Pc的條件下，通過(guò)表面粗糙計(jì)對(duì)所述鋁合金基材的表面進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該表面具有每單位評(píng) 價(jià)長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)峰值Pc為70數(shù)目/mm以上的形態(tài)。
3.—種通過(guò)權(quán)利要求1或2所述的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法形成有所述皮膜的等離子 體處理裝置的真空腔和設(shè)置在該真空腔內(nèi)的鋁合金構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陽(yáng)極氧化處理方法，以高能率形成抑制形成于等離子體處理裝置的真空腔內(nèi)壁等的鋁合金表面的陽(yáng)極氧化皮膜中的裂紋，且熱反射率低，耐電壓高的陽(yáng)極氧化皮膜。該陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，是在硫酸溶液或硫酸和草酸的混酸溶液中，在JIS6061鋁合金基材的表面形成陽(yáng)極氧化皮膜的陽(yáng)極氧化皮膜的形成方法，其中，所形成的所述陽(yáng)極氧化皮膜的全厚度中的膜厚方向的積算電壓為1650V·μm以上，在電解電壓27V以下形成從所述鋁合金基材和陽(yáng)極氧化皮膜的界面起在膜厚方向25μm的位置到所述陽(yáng)極氧化皮膜表面之間的陽(yáng)極氧化皮膜，并且，從所述界面到膜厚方向25μm的位置的積算電壓為820V·μm以上1000V·μm以下。經(jīng)該形成方法能夠形成熱反射率、裂紋密度和處理時(shí)間均滿(mǎn)足希望標(biāo)準(zhǔn)，高耐電壓的陽(yáng)極氧化皮膜。
文檔編號(hào)C25D11/04GK102099509SQ200980127780
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者久本淳, 和田浩司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶(hù)制鋼所