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真空仕様の部品の加工、表面処理、洗浄の方法

チャンバーの蓋やガスブロックは、素材を切り出したあとに8つの工程を通り、納期リスクの大半は最後の工具交換のあとにあります。ここでは、その工程と、各工程が図面に求める内容を示します。

見積依頼を送る表面処理の種類

真空部品が通る工程

すべての部品にすべての工程が必要なわけではありません。大気側のブラケットは検査で終わります。接ガスのガスブロックは8工程すべてを通り、最後の3つでファブが受け入れるかどうかが決まります。

工程内容図面に必要な記載よくあるトラブル
材料の払い出しグレードに合わせて板材または棒材を購入します。ヒートロットを記録し、部品と一緒に管理します。合金、調質、証明書の種類、使用制限材料リスト。ミルシートの代わりに商社の証明書が出される、または調質が異なる。
荒加工と休ませ大量の除去加工のあと、大型プレートでは仕上げ切削の前に休ませる、または熱による応力除去を行います。平面度の指定と、部品の使われ方に合ったデータム体系。休ませる工程を省略する。プレートが動き、納品後に平面度が変化します。
仕上げ加工シール面、Oリング溝、穴、ねじを最終寸法に切削します。面ごとのRa、溝の規格、ねじの仕様、ベント付きかどうか。表題欄にRa値が1つだけ書かれ、全面に適用される。
溶接ステンレスのTIGまたは電子ビーム溶接です。UHV部品では、真空側から完全溶け込みで接合します。継手の設計、溶接規格、溶接後のリーク率。外側からの溶接で、継手の裏に閉じ込められた空間が残る。
バリ取りと予備洗浄バリを除去し、表面処理ラインに出す前に切削油を除去します。エッジの面取り、シリコーン不使用、制限がある場合は承認された切削油。クロスドリルしたガス流路の交差部にバリが残る。
表面処理アルマイト、無電解ニッケル、電解研磨、不動態化処理、ビーズブラストを、通常は専門ラインで行います。仕様、クラス、厚さ、マスキング図、寸法はコーティング前か後か。マスキング図がなく、ねじとシール面にコーティングされる。
検査指定がある場合は、CMM、表面粗さ、平面度、リーク試験を行います。どの形状を、どのサンプル数で報告するか。加工会社が重要と判断した形状のみを網羅した成績書になる。
精密洗浄と梱包超音波洗浄、DI水リンス、乾燥のあと、クリーンエリアで袋詰めします。洗浄仕様、袋の材質、パージ、ラベルの位置。ラインを出たときは清浄だった部品を、汎用の梱包にしてしまう。

形状ごとの加工プロセス

一般的な加工能力で、加工会社が通常扱う範囲として読み、お客様の部品での保証とは考えないでください。見積を出す加工会社が、お客様の形状と材料で何を保持できるかを確認します。

形状主な加工一般的な加工能力図面への注意点
チャンバー本体の大きなシール面大径カッターでの正面フライス、軽い仕上げパス、パスの間にクランプを外す500 mmで平面度0.02〜0.05 mm、Ra 0.4〜0.8 um平面度を自由状態で測るか、拘束状態で測るかを明記してください。
Oリング溝(角溝またはアリ溝)輪郭フライス、アリ溝用の総形カッター溝寸法はシールメーカーの表に従う、シール接触面でRa 0.4〜0.8 umシールの経路を横切る半径方向の工具跡はリークの原因になります。円周方向の加工目を指定してください。
CFナイフエッジ旋削、切削直後に保護エッジ形状はISO 3669のフランジ寸法に準拠取り扱い中のエッジの損傷は、よくある不合格の原因です。キャップは機械の上で取り付けます。
シャワーヘッドのガス穴小径のペックドリル、最小径の穴は放電加工穴数は数百から数千、均一な径と、きれいな出口加工中のドリルの摩耗が流量を変えます。工具の交換方法を確認してください。
クロスドリルのガス流路深穴ドリル、アクセス穴はプラグまたは溶接長さと径の比が大きく、交差部のバリ取りを実施加工後の電解研磨は、電解液が届く面にしか効きません。
ウェーハ接触面またはチャック面平面研削、ラッピング小型部品で平面度0.01 mm未満温度管理した環境で、御影石の基準面の上で測定してください。

平面度とRaは、それを必要とする形状に適用するものです。すべての面をシール面の値で指定した部品は、1個ごとにコストが上がります。

表面処理の種類と部品への影響

いずれも、寸法、表面の化学的性質、またはその両方を変えます。工程名だけでなく、仕様、クラス、厚さを指定してください。

  • Type III硬質アルマイトMIL-A-8625 Type III。一般的な厚さは25〜50 umで、およそ半分が外側に成長し、半分が金属の内側に入ります。6061と5083のプラズマ接触面や摩耗面に使います。封孔方法は指定事項で、熱DI水、無封孔、金属塩封孔ではチャンバー内での挙動が異なり、プロセスチャンバーの仕様の多くは金属塩封孔を除外しています。
  • Type II硫酸アルマイトMIL-A-8625 Type II、一般的に5〜25 um。大気側の部品の耐食と着色に使います。プラズマに対するバリアではありません。
  • 無電解ニッケルAMS 2404またはASTM B733。穴やポケットの内側でも厚さが均一で、一般的に5〜25 umです。耐摩耗にはミドルリン(5〜9パーセント)、耐食にはハイリン(10パーセント以上)を使います。金属汚染の懸念から、プラズマ接触面や接ガス面にニッケルを使わないプロセス仕様が多く、機構部品、フレーム、大気側の部品で使われるのが一般的です。
  • 電解研磨ステンレスの変質した表面層を陽極溶解で除去します。Raを下げ、表面のクロム含有率を高めます。ASTM B912は電解研磨による不動態化を扱っています。ガスシステムの接ガス316Lでは、Ra 0.25 um以下がよく指定され、SEMI F19に沿った表面検査を行います。
  • 不動態化処理ASTM A967またはAMS 2700、硝酸またはクエン酸。寸法を変えずに、ステンレスの遊離鉄を除去します。電解研磨と併せて指定されることが多い処理です。
  • ビーズブラスト均一なつや消し仕上げ、または溶射コーティングの下地処理です。メディアの種類と粒度、およびその後の洗浄を図面に記載してください。残ったメディアはパーティクルの発生源になります。
  • 溶射コーティングエッチング部品にはイットリアまたはアルミナ、PVDシールドにはアーク溶射のテクスチャを使います。コーティング専門会社が行い、加工会社は表面を整え、コーティングを届かせたくない箇所のマスキングとエッジの保護を行います。

コーティングの詳細はエッチング部品のプラズマ耐性コーティングとガス部品の316L電解研磨をご覧ください。アルマイト処理の背景はアルマイトにあります。

精密洗浄は好意ではなく工程です

真空下で使う部品の一般的な手順です。洗浄仕様がある場合は、それがこの手順に代わります。見積に反映されるよう、図面に記載してください。

  1. 脱脂

    切削油と取り扱いで付いた油分を、溶剤またはアルカリ脱脂剤で除去します。

  2. 超音波洗浄

    アルカリ洗剤の槽で、止まり穴の液が抜け、キャビテーションが内面に届くよう部品を固定します。

  3. DI水リンス

    脱イオン水でカスケードまたはスプレーによるリンスを行います。最終リンスの抵抗率が、確認する価値のある数値です。

  4. 乾燥

    ろ過した窒素またはクリーンドライエアで乾燥し、ねじや流路に水が残りうる場合はオーブンを使います。

  5. ベーク(指定がある場合)

    梱包の前に、真空または大気中のベークで水分と軽い有機物を追い出します。図面で求めた場合のみです。

  6. 二重袋とラベル

    内袋はクリーンエリアで閉じ、外袋は輸送用で、ラベルは外袋にのみ貼ります。

背景にあるルールは、真空部品の清浄度と表面仕上げをご覧ください。

工程に含まれる試験

成績書を読む試験だけを依頼してください。それぞれが明細の項目になります。

  • ヘリウムリーク試験ヘリウムをトレーサーとする質量分析計での試験で、スプレー、フード、バッギングの方法があります。UHV部品は1 x 10-9 mbar L/s前後以下が一般的に指定されます。ISO 20485がトレーサーガス法を規定しています。チャンバー部品のヘリウムリーク試験もご覧ください。
  • CMM成績書図面の改訂版に対する、全数または一部の寸法検査成績書です。形状とサンプル数を指定してください。CMMと平面度の成績書をご覧ください。
  • 表面粗さRaの指定がある面を粗さ計で測定します。必要に応じてカットオフ長も記載してください。
  • RGAまたはアウトガスベーク後の残留ガス分析で、通常はUHV部品か初品に対して行います。加工会社または外部の試験機関が実施します。
  • パーティクルまたはワイプ試験図面に清浄度レベルが記載されている場合に、洗浄後の液中パーティクルカウントまたはワイプ試験を行います。

価格を下げる設計上の注意点

  • 止まりのねじ穴にはベントを設けるか、ベント付きねじを指定してください。ねじの裏に閉じ込められた空間は仮想リークになります。ベント付きねじと真空用締結部品をご覧ください。
  • Raは機能上必要な箇所にだけ指定してください。Ra 0.8 umは切削工具だけで得られますが、Ra 0.4 um以下は仕上げパスと検査時間が必要です。
  • 溶接は真空側から完全溶け込みで行う設計にし、歪みが問題になる箇所には溶接後の加工代を残してください。
  • 内部流路は、洗浄や電解研磨のメディアが届くようにしてください。電解液が届かない流路は、加工したままの表面が残ります。

加工プロセスについてのよくある質問

公差はアルマイトの前後どちらで指定すべきですか

どちらを意味するのかを明記してください。Type III硬質アルマイトは各面がコーティング厚さの約半分ずつ成長するため、穴は直径で、ほぼ厚さ1回分小さくなります。はめあいの場合は、ほとんどの図面がコーティング後の寸法で指定し、コーティング厚さを併記して、加工会社が小さめに加工します。ねじとシール面は通常マスキングします。

電解研磨と不動態化処理は同じですか

いいえ。ASTM A967の不動態化処理は、寸法を変えずに遊離鉄を除去する化学処理です。電解研磨は金属を除去してRaを下げ、同時に表面を不動態化もします。これはASTM B912が扱う内容です。接ガスの316Lには通常電解研磨を行い、構造用のステンレスには通常不動態化処理のみを行います。

1社でこれらの工程をすべて行えますか

機械加工、バリ取り、検査、洗浄は通常自社で行います。アルマイト、めっき、電解研磨、溶射は、通常、加工会社が外注する専門ラインで行います。どの工程が外部のプロセスで、誰が行っているのかを尋ねてください。その答えが、納期の大部分を説明します。

図面にはどのリーク率を書けばよいですか

システムに必要なリーク率に、単位、試験方法(スプレー、フード、バッギング)、トレーサーガス、部品単体に適用するのか組立品に適用するのかを添えてください。方法がなければ加工会社は試験の費用を見積れず、2社が別々の方法で試験することになります。

工程を記載した図面を送る

見積依頼に、仕上げ、洗浄、試験を明記してください。表面処理の体制が合う最大3社とマッチングし、24営業時間以内にご返信します。

見積依頼を送る
  • 材料真空部品のグレード、規格名、証明書。
  • 用途エッチングからEFEMまで、装置モジュール別の部品。
  • 加工会社の評価最初の発注の前に確認すること。