WO1993024267A1

WO1993024267A1 - Method of forming oxide passivation film at weld portion and process apparatus

Info

Publication number: WO1993024267A1
Application number: PCT/JP1993/000720
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Masakazu Nakamura
Original assignee: Osaka Sanso Kogyo Ltd.
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1993-12-09
Also published as: US5667133A; JPH0639543A; EP0642871A1; EP0642871A4; JP3286697B2

Description

明細書

溶接部に酸化不動態膜を形成する方法及びプロセス装置技術分野

本発明は、溶接部に酸化不動態膜を形成する溶接方法及びプロセス装置に係わり、溶接と同時に溶接部表面にクロム酸化膜を主成分とする酸化不動態膜を形成することが可能な溶接方法及びプロセス装置に関する。背景技術

半導体デバイスの高集積化，高性能化が益々進み、それに対応できる製造装置が求められ、より高真空、より高清浄な雰囲気を作り出すための努力が精力的に行われてきた。

超高真空、超高清浄雰囲気を作り出すためには、装置並びにガス供給配管系からのァゥトガスを完全に抑える必要がある。本発明者らの長年の研究開発活動により酸化不動態膜処理法を完成し、表面に耐食性と共にァゥトガスの極めて少ない酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成することが可能となった。その結果、装置内部からのァゥトガスを現状の測定器では検知困難な量まで抑えた雰囲気を作ることに成功した。

しかしながら、装置が一層大型化 ·複雑化するにつれて、酸化不動態膜形成後に配管及び装置間等を溶接により接続する必要性が増えてきた。溶接部は表面が酸化不動態膜で覆われていないためガスが吸脱着し易く、溶接箇所が多くなるとそこから放出されるァゥトガスが無視できない程度となり、雰囲気が汚染されるという新たな問題が発生した。

また、腐食性ガス等を用いる装置、配管系では、溶接部が腐食され、それにより雰囲気が汚染されるという問題があつた。

大型で複雑な形状の装置、配管系に酸化不動態膜を形成することは、不動態膜形成装置も複雑となり、コストもかかるため、溶接と同時に不動態膜を形成できる溶接方法が強く望まれていた。以上の点に鑑み、本発明は、溶接工程中に、溶接部及びその近傍に耐食性と共にアウトガス放出量の極めて少ない酸化不動態膜を形成することが可能な溶接方法を提供することを目的とする。

更に本発明は、超高清浄な雰囲気を必要とするプロセス装置を提供することを巨的とする。発明の開示

本発明の溶接部に酸化不動態膜を形成する溶接方法は、溶接工程中に 1 P P b 〜50 p pmの酸素ガスを含有した不活性ガスからなるバックシールガスを流し、溶接部表面に酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成することを特徴とする。

また、本発明のプロセス装置は、装置の施工に溶接を用いるプロセス装置にお C、て、溶接工程中に l ppb〜50pp mの酸素ガスを含有した不活性ガスからなるバックシールガスを流し、溶接部表面に酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成したことを特徴とする。作用

溶接時に、バックシールガス中に酸素を適正量含有させることにより、溶接と同時に表面に酸化クロムを主成分とする緻密な酸化不動態膜を形成することが可能となる。

バックシールガス中の酸素含有量は、酸化不動態膜を形成する上で非常に重要な要因であり、適正な量は 1 ppb以上 5 Oppm以下である。このうち特に、 1 00 ppb〜l pp mの範囲が好ましく、この範囲で不動態膜中の酸化クロム含有量は増加し、より緻密な膜となる。一方、 1 ppb以下では、十分な膜厚の酸化不動態膜は形成されず、また 5 O ppm以上では、酸化クロム含有量が少なくなり、緻密で付着力の大きな膜は得られなくなる。

また、バックシールガス中に水素を 1~1 0%添加させることにより、より酸化クロム含有量の大きな酸化不動態膜が形成される。この理由の詳細は明かでないが、水素を添加することにより、酸化還元反応が同時に起こり、選択的にクロムを酸化し、鉄を還元する反応が起こるためと推測される。

本発明においては、溶接直後に溶接部の温度が所定の温度に下がったところで、バックシールガス中に酸素ガスを導入しても、溶接部表面に酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成せしめることができる。また、適宜の溶接部加熱手段を用い、溶接部を所定温度に保持したまま酸化不動態膜を形成してもよい。この場合、加熱手段を用いない場合に比べ、不動態膜の膜厚を大きくすることができる。

溶接後に不動態膜を形成する場合の酸素ガス添加量は、 1 00 p p b〜 100 p pmである。 100 p p b以下では、十分な膜厚の酸化不動態膜は形成されず、また 100 p pm以上では、酸化クロム含有量が小さく、緻密で付着力の大きな膜は得られなくなる。

更に、この場合においても前述した理由により、バックシールガス中に水素を 1〜10%添加させることが望ましい。

放電、レーザ一を用いたものが用いられる。放電を用いたものとして、例えばタングステンイナ一トガス溶接、アークガス溶接等が例示される。

本発明におけるプロセス装置とは、半導体製造装置、超電導薄膜製造装置、磁性薄膜製造装置、金属薄膜製造装置、誘電体薄膜製造装置等であり、例えばスパッタ、真空蒸着、 CVD, PCVD, MOCVD, MBE、ドライエッチング、イオン注入、拡散 ·酸化炉等の成膜装置及び処理装置、また、例えばオージ電子分光、 XPS, S IMS, RHEED、 TREX等の評価装置である。また、これらにガスを供給するための配管系並びに超純水製造供袷装置も本発明のプロセス装置に含まれる。図面の簡単な説明

図 1は溶接中のバックシールガス中素ガス（無添加）と溶接部の深さ方向組成分布を示すグラフ。図 2は溶接中のバックシールガス中の酸素ガス (10 Oppb) と溶接部の深さ方向組成分布を示すグラフ。図 3は溶接中のバックシールガス中の酸素ガス（l ppm) と溶接部の深さ方向組成分布を示すグラフ。図 4は溶接中のバックシールガス中の酸素ガス（ 10 p pm) と溶接部の深さ方向組成分布を示すグラフ。図 5は溶接後にバックシールガスに酸素ガスを導入して得られた酸化不動態膜の深さ方向の組成分布を示すグラフ。図 6は実施例 3における酸化不動態膜の XPS解析結果を示すグラフ。図 7は実施例 4における酸化不動態膜の XP S解析結果を示すグラフ。発明を実施するための最良の形態

以下本発明実施例を挙げて詳細に説明する。

(実施例 1 )

1 4インチ（6. 35mm) 径の SUS 316 L配管を電極研磨した後、水分濃度を 10 p p bとした酸素及びアルゴンガスの雰囲気で酸化処理を行い、内面にクロムを多量に含む酸化不動態膜を形成した。

次にタングステンイナ一トガス溶接法により、酸化不動態膜を形成した SUS 3 1 6 L配管の溶接を行った。溶接中、バックシールガスとしては、 H₂ガス 10%を含む Arガスとし、 0₂ガスを種々の濃度添加したものを用いて溶接を行った。得られた溶接配管サンプルを（a) ；無添加、（b) ； l O Oppb, (c) ; l ppm， (d) ; 10ppmとする。

溶接終了後、配管を切断し溶接部表面の深さ方向の組成分布を XPS (X線光電子分光）により調べた。結果を図 1 ( (a) の場合）、図 2 ( (b) の場合）、図 3 ( (c) の場合）及び図 4 ( (d) の場合）に示す。図 1〜図 4において、バックシールガス中の酸素添加量はある。また、図の横軸は、スパッ夕による表面のェッチング時間であり、 1分間のェッチング時間は約 10 n mの膜厚に対応する。

図から明らかなように、バックシールガスに酸素を 100 p p b〜 10 p pm 添加して溶接した場合（図 2、図 3、図 4) 、溶接部には酸化クロムが多量に含まれる酸化不動態膜が形成されていることが分かる。特に図 2、図 3では、酸化ク口ムの含有量が高く、酸素ガス添加量が 100ppb〜l pp mで特に優れた酸化不動態膜を形成できることが分かった。尚、 50ppmを越える濃度では、酸化クロムより酸化鉄が多くなり、外観が黒くすすけた膜となつた。次に、溶接した配管内に， 1. 4ppmの水分を含む HC 1ガスを 2. 5 kg cm²封入して 12時間放置した。その後、配管を切断し、内表面を観察した。

(a) (図 1) のサンプルの溶接部表面には、腐食が認められたが、（b) (図 2) , (c) (図 3) , (d) (図 4) のサンプルでは、非溶接部と同様全く腐食はみられず、本実施例の溶接方法により耐食性に優れた酸化不動態膜が形成されることが分かった。

一方、溶接部の脱ァゥ卜ガスス特性を調べるために、前記（a) と（c) の条件で長さ 50 cmの酸化不動態膜を形成した SUS 3 16 Lを各々 10本溶接し、クリーンルームに 1週間放置した。その後， Arガスを配管に流し、管出口で A rガス中に含まれる水分量を AP IMS (大気圧イオン化質量分析計）で測定して脱ガス特性を評価した。

(a) の条件で溶接したサンプルについては、 A rガス中の水分濃度はバックグランドレベルの 3 p p bに到達するまで 40分かかったのに対し、本実施例のサンプル（c) は、 15分でバックグランドレベルに到達し、本実施例の溶接方法により脱ガス特性に優れた酸化不動膜が形成されることが分かった。

(実施例 2)

タングステンイナ一トガス溶接法により、バックシールガスとして Hりガス 1 %を含む A rガスを流しながら、 1 Z4インチ（6. 3 5 mm) 径の SUS 316 L配管を溶接した。溶接後、溶接へッドに取り付けたヒーターにより溶接部を 500。Cに保ち、バックシールガスに 0₂ガスを 1 p pm添加し、 30分間流し続けた。

その後、実施例 1と同様に、配管を切断し溶接部表面の深さ方向の組成分布を XPSにより解析した。結果を図 5に示す。図から明らかなように、本実施例の方法でも溶接部の表面に酸化クロムを多量に含む酸化不動態膜が形成されていることが分かった。

(実施例 3)

実施例 1に記載した内面にクロムを多量に含む酸化不動態膜を形成した 1 4 インチ（6. 35mm) 径の SUS 316 L電解研磨管を用いて溶接を行い、その後、超純水洗浄を施し、溶接部下流に付着した金属ヒュームを除去した。除去後、ヒーターにより溶接部を 5 0 0 °Cに保ち、 A rガス中に 1 0 %の H ₂ガスと O ²ガスを 1 p p m添加し、 3 0分間流し続けた。その後、実施例 1、実施例 2 に記載した方法と同様の方法で X P Sにより解析した。その結果を図 6に示す。図 6から明かなように、本実施例による方法でも溶接部の表面に酸化クロムを多量に含む酸化不動態膜が形成されていることがわかつた。

実施例 3に記載した方法において、溶接後、溶接部下流に付着した金属ヒユームを除去する手段として電解研磨を用い、その後、同様の熱処理を施した。 X P Sによる解析結果を図 7に示す。この結果から、本実施例の方法でも溶接部の表面に酸化ク口ムを多量に含む酸化不動態膜が、実施例 2に示す厚み以上の厚みで形成されていることがわかつた。産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明により、溶接工程中に溶接部の不動態化処理を行うことができ、しかも特別な装置を必要とせず、容易に超高清浄なプロセス装置、高純度ガス供給配管系、並びに超純水製造供給装置を提供することが可能とな。

Claims

請求の範囲

1 - 溶接工程中に 1 p p b〜5 0 p p mの酸素ガスを含有した不活性ガスからなるバックシールガスを流し、溶接部表面に酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成することを特徴とする溶接部に酸化不動態膜を形成する溶接方法。

2 . 前記バックシールガスは 1〜1 0 %の水素ガスを含有することを特徴とする請求項 1記載の溶接部に酸化不動態膜を形成する溶接方法。

3 . 装置の施工に溶接を用いるプロセス装置において、溶接工程中に l p p b〜 5 0 p p mの酸素ガスを含有した不活性ガスからなるバックシールガスを流し、溶接部表面に酸化ク口ムを主成分とする酸化不動態膜を形成したことを特徴とするプロセス装置。

4 . 溶接後に、超純水洗浄を施し、溶接部下流に付着した金属ヒュームを除去した後に、溶接工程中に 1 p p b〜5 0 p p mの酸素ガスを含有した不活性ガスからなるバックシールガスを流し、溶接部表面に酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を形成し、酸化クロムを主成分とする酸化不動態膜を前記溶接部に形成することを特徴とする不動態膜形成方法。

5 . 前記バックシールガスは 1〜1 0 %の水素ガスを含有することを特徴とする請求項 4記載の不動態膜形成方法。

6 . 前記溶接部下流に付着した金属ヒュームの除去を電解研磨処理を施して行うことを特徴とする請求項 4または 5記載の不動態膜の形成方法。