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真空・半導体製造装置部品の材料
グレード、調質、証明書で、その部品を装置に組み込めるかどうかが決まります。以下の規格名はASTMとUNS、EN、JISを網羅しており、ある規格体系で書かれた図面が、別の体系で素材を購入する加工会社にも同じように読めます。
金属のグレードと規格名
相当材は近いものであり、同一ではありません。化学成分の限界値は規格間でわずかに異なるため、リリースの基準とする規格を指定し、加工会社にはそれに従って購入させてください。
| 材料 | UNS | EN | JIS | 一般的な形状と調質 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061 | A96061 | EN AW-6061 | A6061 | T6またはT651の板材・棒材 | チャンバー本体、蓋、ブラケット、ほとんどの構造部品 |
| Aluminum 5083 | A95083 | EN AW-5083 | A5083 | O、H111またはH321の板材 | 大型のチャンバー本体、溶接した真空構造物 |
| Aluminum 5052 | A95052 | EN AW-5052 | A5052 | H32の薄板・板材 | カバー、ダクト、板金のエンクロージャー |
| Stainless 304L | S30403 | 1.4307 | SUS304L | 焼なましの棒材・板材 | フレーム、フォアライン部品、接ガスしない真空構造部 |
| Stainless 316L | S31603 | 1.4404 | SUS316L | 焼なましの棒材・板材・管材 | 接ガス部品、フランジ、UHV部品 |
| Stainless 316LN | S31653 | 1.4429 | SUS316LN | 焼なまし、再溶解材が多い | CFフランジとベーク可能なUHV部品 |
| Titanium Grade 2 | R50400 | 3.7035 | 2種 | 焼なましの棒材・板材 | 腐食性のプロセス領域、PVD部品 |
| Titanium Grade 5 | R56400 | 3.7165 | TAP6400 | 焼なましの棒材・板材 | 軽量で剛性が高い部品、ウェーハ搬送アーム |
| Molybdenum | R03600 | n/a | n/a | 応力除去した丸棒・板材 | 熱シールド、ホットゾーンとイオン注入の部品 |
| OFE copper | C10100 | CW009A | C1011 | 焼なましまたは半硬質 | CFガスケット、冷却ブロック、RF部品 |
図面に記載する価値のある板材・棒材の規格:アルミはASTM B209とB221、ステンレスはASTM A240とA276、チタンはASTM B265とB348、無酸素銅はASTM F68です。
アルミかステンレスか
チャンバー部品のほとんどはどちらかです。選択を決めるのは強度よりも、温度、プロセスの化学的性質、部品の接合方法です。
Aluminum 6061と5083
- 軽く、加工が速く、1個あたりの価格が安い
- 熱をよく伝え、冷却される蓋やプレートに向く
- プラズマにさらされる面にはType III硬質アルマイトを施せる
- ベーク温度はステンレスより低い
- シール面に傷が付きやすく、取り扱いと梱包が重要
Stainless 304Lと316L
- UHV向けに、より高い温度までベークできる
- 気密な継手に溶接でき、CF部品の標準
- 接ガスの純度のために電解研磨できる
- 重く、加工が遅く、加工硬化する
- 低炭素のLグレードは、溶接部の鋭敏化を抑える
アルミ内でのプレートの選択はチャンバー用の6061、5083、鋳造ツーリングプレートをご覧ください。ステンレスの純度グレードはUHPガスラインの316L VIM-VARをご覧ください。
真空部品に使ってはいけないもの
寸法検査には合格しても、排気やベークで不具合になる材料と慣習です。
- 亜鉛とカドミウムどちらも蒸気圧が高く、ベークするとチャンバーを汚染します。そのため、真空内では、真鍮、7075などの亜鉛を含む合金、カドミウムめっきの締結部品は使えません。
- 快削グレード303、12L14、2011が切削しやすいのは、硫黄と鉛を含むためです。これらはアウトガスを出し、溶接品質を損ない、研磨面に介在物として現れます。303ではなく、304Lまたは316Lを指定してください。
- 多孔質の鋳造材鋳造の巣は、ガスと洗浄液を閉じ込め、真空下でその両方を放出します。鋳物が真空用に認定されていない限り、真空にさらされるものには展伸材の板または棒を使ってください。
- シリコーンと不明な潤滑剤シリコーンは移行しやすく、除去が困難です。部品に触れる切削油と潤滑剤を加工会社に尋ね、シリコーンを禁止する場合は図面に明記してください。
- ベントのない閉鎖空間材料ではありませんが、材料と同じように作用します。ねじの裏や止まり穴に閉じ込められたガスはゆっくり漏れ出し、排気不良として現れます。
低圧で問題になる理由はアウトガスをご覧ください。
ポリマーとセラミックス
温度は、材料メーカーが示す一般的な連続使用の上限で、真空ベークの上限ではありません。フィラー、顔料、グレードによって、上限もアウトガスも変わります。
| 材料 | 一般的な形状 | 一般的な使用上限 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| PEEK(フィラーなし) | 押出成形の丸棒・板材 | 連続使用で約250 °C | 絶縁部品、ウェーハ接触部品、CMPのリング |
| ポリイミド(Vespel SP-1タイプ) | 直接成形品 | 連続使用で約290 °C | 高温用の絶縁部品、摺動パッド |
| PPS | 押出成形または圧縮成形 | 連続使用で約220 °C | CMPのリテーナリング、薬液側の部品 |
| PTFEとPFA | 成形した丸棒・シート | 連続使用で約260 °C | ウェットプロセスの部品、シール、ライナー |
| Alumina 99.5パーセント | 焼成後に研削またはラッピング | プロセス温度を大きく上回る | 絶縁部品、ウェーハ接触部品、通常はセラミックス専門会社 |
ASTM E595はポリマーのアウトガスの一般的なスクリーニングで、全質量損失1.0パーセント以下、収集された揮発性凝縮物0.10パーセント以下が基準です。正確なグレードについてメーカーのデータをご確認ください。詳しくはウェットプロセス装置向けのPFA、PVDF、PEEKとウェーハ装置のアルミナとAlNをご覧ください。
証明書とトレーサビリティ
書類は材料の一部です。証明書の種類を図面に記載しないと、見積には含まれません。
- EN 10204 3.1材料メーカーが発行する検査証明書で、そのヒートの実測した化学成分と機械的特性が記載されます。真空部品とガス部品で通常求められる書類です。
- EN 10204 3.2同じ結果を、第三者の検査員またはバイヤーの代理人が確認したものです。重要部品にのみ求められ、材料メーカーでの時間が加わります。
- ヒートロットのトレーサビリティ証明書のヒート番号を各部品またはロットに刻印または記録し、材料に関する問い合わせを、使用した素材まで遡れるようにします。
- 使用制限材料リスト会社が特定の物質を禁止している、または申告を求めている場合は、リストを見積依頼に添付してください。加工会社が購入できる素材が絞られます。
- 表面処理の証明書アルマイト、めっき、電解研磨のラインは、バッチごとに独自の証明書を発行します。寸法検査成績書と一緒に依頼してください。
材料についてのよくある質問
チャンバー本体には6061と5083のどちらがよいですか
6061-T6はきれいに加工でき、シール面を保持しやすく、硬質アルマイトも均一に付くため、機械加工するチャンバー本体と蓋のほとんどに対応します。5083は、溶接後も強度が保たれ、厚板が供給されているため、大型の溶接本体でよく選ばれます。多くの場合、溶接の設計で決まります。
316Lが必要ですか、304Lで足りますか
構造部品とフォアライン部品には、通常304Lで十分です。接ガス部品、純度のために電解研磨する部品、腐食性のプロセスガスにさらされる部品には、通常316Lを指定し、超高純度のガスラインではさらに316L VIM-VARまで求めることが多くあります。316Lに含まれるモリブデンが、耐食性を高めます。
3.1証明書とは何で、必要ですか
EN 10204のタイプ3.1検査証明書は材料メーカーが発行し、そのヒートの実測した化学成分と機械的特性を示します。真空部品とガス部品の図面の多くは、実際に使った素材のヒートロットに紐づけた証明書を求めます。グレード名を繰り返すだけの商社の証明書は、同じ書類ではありません。
PEEKをチャンバー内に使えますか
多くの場合、使えます。フィラーなしのPEEKとポリイミドは、ベーク後のアウトガスが少ないため、真空内でよく使われます。フィラーや顔料で結果が変わるため、グレードを確認し、ASTM E595に基づいて測定したアウトガスのデータを材料メーカーに依頼してください。