(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス、イットリア及びアルミナの内のいずれか一種を含有するか、イットリア及びアルミナの内のいずれか１種と接合材として石英ガラス及び無アルカリガラスの内の少なくとも一種を含有する多孔質のセラミックスで形成され、マイクロ波帯域での誘電正接が１×１０−３以下で形成され、多孔質の開気孔率が２２〜４６％であり、多孔質の平均気孔径が１〜８７μｍであることを特徴とする多孔質部材。
【請求項２】
請求項１に記載の多孔質部材において、圧力損失が、１〜１０ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２の流量に於いて１３３Ｐａ以上であることを特徴とする多孔質部材。
【請求項３】
石英ガラス、イットリア及びアルミナの内のいずれか一種を含む平均粒径１〜３００μｍのセラミックス原料粉末からスラリーを作製するか、又はイットリア及びアルミナの内の少なくとも１種類からなる平均粒径１〜３００μｍのセラミックス原料粉末と石英ガラス及び無アルカリガラスの内の少なくとも一種を含む接合材とを重量で、１００：１５〜１００：６０の配合比で配合して、スラリーを作製し、１０００℃〜１７００℃で焼成し、マイクロ波帯域での誘電正接が１×１０−３以下で、多孔質の開気孔率が２２〜４６％であり、多孔質の平均気孔径が１〜８７μｍである多孔質部材を得ることを特徴とする多孔質部材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の多孔質部材の製造方法において、前記配合比は、１００：３０〜１００：４５であることを特徴とする多孔質部材の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の多孔質部材の製造方法において、前記セラミックス原料粉末の平均粒径は、１０〜４０μｍであることを特徴とする多孔質部材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の多孔質部材の製造方法において、前記接合材は、平均粒径１〜１０μｍを有することを特徴とする多孔質部材の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の多孔質部材の製造方法を用いたセラミックス部材の製造方法であって、前記スラリーを緻密なセラミックス焼結体に充填して焼成することを特徴とするセラミックス部材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のセラミックス部材の製造方法において、前記配合比は、１００：３０〜１００：４５であることを特徴とするセラミックス部材の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載のセラミックス部材の製造方法において、前記セラミックス原料粉末の平均粒径は、１０〜４０μｍであることを特徴とするセラミックス部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のセラミックス部材の製造方法において、前記接合材は、平均粒径１〜１０μｍを有することを特徴とするセラミックス部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスのドライプロセス用、医療品製造用、食料品加工・製造などの省エネルギー、均一ガス流量が求められる環境に用いられる部品、部材として使用される多孔質部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、集積度の向上に伴いデザインルールの微細化が進み許容される付着物や金属の汚染は大きさ並びに量は小さく、少なくすることが求められている。
【０００３】
一方、半導体を製造するための装置としては、高効率化の為にマイクロ波によるプラズマ励起方式が採用されてきている。また医療品や食料品などの分野に於いても乾燥等の工程ではマイクロ波が採用されてきており、通常、金属等の汚染を嫌うこれらの構造体にはセラミックスが採用されてきている。
【０００４】
ここで、半導体製造装置としてマイクロ波プラズマ処理装置を例にとって説明すると、多孔体はガス分散用等の部材に採用されて来ており、例えば、特許文献１に開示されたような、多数の貫通した孔が、例えば、数ｍｍ間隔で、材料に形成されていた。
【０００５】
しかしながら、これを通過するプロセスガスは、所詮、部材に形成された貫通穴を通過するため、このガスに曝露されるシリコンウェハー上では、ガスの接触状況はかならずしも均一なものではなく、半導体製品の歩留まりの低下を招いていた。このため、例えば、特許文献２のように多孔質の材料を用いることが提案されている。
【０００６】
しかしながら、従来の多孔質部材を用いた部品では材料の誘電正接が大きいことにより、マイクロ波の損失を招き、プラズマの不安定化、ひいては、半導体製品の歩留まりの低下を招くものであった。また、気孔率、気孔径が充分に制御されていないため安定なガス流量制御が困難であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３３２３７号公報
【特許文献２】特開２００３−０４５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述の欠点に鑑み創出されたものであってその目的は、高い清浄性が必要とされる分野での使用においてマイクロ波帯域でのエネルギーロスを抑制し、かつ均一にガス分散出来る多孔質部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記課題に鑑み、本発明の多孔質部材はマイクロ波帯域でのエネルギロスの抑制、局所加熱による破損を回避するために、構成部材のマイクロ波帯域での誘電正接が１×１０−３以下であることが重要であり、均一なガス分散には気孔率と気孔径、さらには圧力損失の適正範囲が有ることを見いだし、本発明をなすに至ったものである。
【００１０】
本発明の多孔質部材は、石英ガラス、イットリア及びアルミナの内のいずれか一種を含有するか、イットリア及びアルミナの内のいずれか１種と接合材として石英ガラス及び無アルカリガラスの内の少なくとも一種を含有する多孔質のセラミックスで形成され、マイクロ波帯域での誘電正接が１×１０−３以下で形成され、多孔質の開気孔率が２２〜４６％であり、多孔質の平均気孔径が１〜８７μｍであることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の多孔質部材は、前記多孔質部材において、圧力損失が、１〜１０ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２の流量に於いて１３３Ｐａ以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の多孔質部材の製造方法は、石英ガラス、イットリア及びアルミナの内のいずれか一種を含む平均粒径１〜３００μｍのセラミックス原料粉末からスラリーを作製するか、又はイットリア及びアルミナの内の少なくとも１種類からなる平均粒径１〜３００μｍのセラミックス原料粉末と石英ガラス及び無アルカリガラスの内の少なくとも一種を含む接合材とを重量で、１００：１５〜１００：６０の配合比で配合して、スラリーを作製し、１０００℃〜１７００℃で焼成し、マイクロ波帯域での誘電正接が１×１０−３以下で、多孔質の開気孔率が２２〜４６％であり、多孔質の平均気孔径が１〜８７μｍである多孔質部材を得ることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の多孔質部材の製造方法は、前記多孔質部材の製造方法において、前記配合比は、１００：３０〜１００：４５であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の多孔質部材の製造方法は、前記多孔質部材の製造方法において、前記セラミックス原料粉末の平均粒径は、１０〜４０μｍであることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の多孔質部材の製造方法は、前記多孔質部材の製造方法において、前記接合材は、平均粒径１〜１０μｍを有することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明のセラミックス部材の製造方法は、前記多孔質部材の製造方法を用いたセラミックス部材の製造方法であって、前記スラリーを緻密なセラミックス焼結体に充填して焼成することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明のセラミックス部材の製造方法は、前記セラミックス部材の製造方法において、前記配合比は、１００：３０〜１００：４５であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明のセラミック部材の製造方法は、前記セラミックス部材の製造方法において、前記セラミックス原料粉末の平均粒径は、１０〜４０μｍであることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明のセラミックス部材の製造方法は、前記セラミックス部材の製造方法において、前記接合材は、平均粒径１〜１０μｍを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高い清浄性が必要とされる分野での使用においてマイクロ波帯域でのエネルギーロスを抑制し、かつ均一にガス分散出来る多孔質部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００２５】
本発明の多孔質部材は誘電正接が１×１０−３以下で有ることが重要であり、さらには５×１０−４以下で有ることが好ましい。その理由は、本発明において、誘電正接が１×１０−３より大きい場合には、マイクロ波帯域でのエネルギーロスや、局所加熱による破損に至り、構成部材としては好ましくないからである。
【００２６】
また、この多孔質部材は、開気孔率は１５〜６０％の範囲内にあり、望ましくは２０〜３０％の範囲にある。その理由は、開気孔率が１５％に満たない領域では通気が著しく低下し、６０％を越える範囲では圧力損失の低下を招き、ガスの均一分散性が低下するからである。このため半導体や医療・食品などの部材には好ましくない。
【００２７】
同様に、この多孔質部材は、平均気孔径は１００μｍ以下で有ることが必要であり、望ましくは５０μｍ以下、より望ましくは１０〜２５μｍで有る。その理由は、平均気孔径が１００μｍを越える場合には、均一なガス、気体噴出が極めて困難となるからである。
【００２８】
また、圧力損失は１〜１０ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２の流量において１３３Ｐａ以上で有る。その理由は、圧力損失が１３３Ｐａに満たない場合、十分なガスの分散効果が得られず、局所的なガスの吹き出しが起こるからである。
【００２９】
次に、上述の多孔質部材の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
出発原料としてアルミナ粉末と石英ガラスを用意する。アルミナ粉末の純度は高純度であり、平均粒径は３０μｍ、一方石英ガラスはアルミナ同様、高純度（９９％以上）で平均粒径５μｍのものを用いた。
【００３１】
誘電正接には原料の純度、特にアルカリ金属が大きな影響を与えるため、例えばＮａやＫは少ない方が望ましい。
【００３２】
また、原料の平均粒径は小さすぎると通気性が得られにくく、大きすぎるとガスの分散に十分な圧力損失が得られないため、１〜３００μｍ程度が望ましい、より望ましくは１０〜４０μｍ程度である。石英ガラスについては接合材として用いるため、粗いと融けにくく、接合材としての効果を保てないため、１〜１０μｍ程度が望ましい。
【００３３】
アルミナと石英ガラスは１００：１５〜１００：６０の配合で混合しさらに分散剤、ＰＶＡ等の所望の有機成型助剤を添加混合しスラリーを作成し、セラミックス焼結体に充填し、１５５０℃〜１７００℃で焼成した。焼成においては充分な空気を炉内に流通させることが望ましい。このようにして、多孔質セラミックスと緻密セラミックスの一体品が形成される。
【００３４】
アルミナと石英ガラスの配合比は少なすぎると材料の強度低下をもたらし、多すぎると気孔を塞ぎ、ガスの通気性を失うため、１００：１５〜１００：６０程度が望ましく、より望ましくは１００：３０〜１００：４５程度である。
【００３５】
または、石膏のような吸水性の高い充填用型に上述スラリーを流し込み、固化成型後脱型し、脱脂を含む焼成により多孔質セラミックスを形成する。その後緻密質セラミックスと多孔質セラミックスを接合することにより多孔質セラミックスと緻密セラミックスの一体品を形成しても良い。
【００３６】
接合は、例えば、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスの界面に接合層を形成しうるグリーンシートを介在させたり、多孔質セラミックス部に接合層を形成するスラリーを塗布後緻密セラミックスに充填し、焼成することができる。上記作製方法に限定されるものではなく、例えば、アルミナ粉末と黒鉛粉末、樹脂ビーズのような造孔剤を添加し、所定の気孔率、気孔径、圧力損失を有する多孔体が得られるならばどんな方法でも良い。
【００３７】
以上の様にして得られた多孔質セラミックスは加工に供する強度を有しており、腐食ガスやそのプラズマの中で熱を加えられる環境で使用したとしても、熱衝撃で破損したりマイクロ波印加による局部加熱も発生することなく安定して使用することが出来る。
【００３８】
本発明において、誘電正接は５×１０−４以下、気孔率は２０〜３０％、気孔径は１０〜２５μｍが望ましい。
【実施例】
【００３９】
以下に本発明の実施例を挙げるが、実施例１〜４がより好ましいが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことは勿論である。
【００４０】
使用原料の材料粒子の種類／純度／粒径、接合材の種類／材料粒子との配合比率は、何れも下記表１に示した。材料粒子の種類はアルミナ、石英、イットリアであり、純度は９９％以上、粒径は１〜３００μｍであり、接合材には、純度９９％以上の石英かアルカリ成分の少ない無アルカリガラスを使用した。
【００４１】
材料粒子と接合材を所定の割合で秤量し、イオン交換水中、樹脂ボールを用いたボールミルにより、材料粒子と接合材の混合スラリーを作製した。これを、アルミナで作製した□２００×ｔ５０ｍｍの型の中に流し込み、スラリーを静置した。スラリー上部の上澄み（イオン交換水）を除去した後、乾燥、脱型することにより成形体を作製した。
【００４２】
上記成形体を、大気中で抵抗加熱炉にて焼成を行い、多孔質部材を作製した。得られた多孔質部材の特性は、以下の装置及び方法で測定した。
【００４３】
図１は圧力損失の測定方法の説明に供せられる測定装置の概略構成図である。図に示すように、測定装置は、真空チャンバーに接続されたガス配管１０を備えている。
【００４４】
ガス配管１０は、ガス流入管６とガス流出管７とを備えている。ガス１５は、マスフロー計１３を介して配管１６によってガス流入管６に接続されている。ガス流出管７はコンダクタンス８を介して排気ポンプ９に配管１６で接続されている。
【００４５】
ガス流入管６には、ガス配管１０への流入圧である一次圧Ｐ１を測定する一次圧圧力計１１が接続されている。一方、ガス流出管７には、ガス配管１０からの流出圧である二次圧Ｐ２を測定する二次圧圧力計１２が接続されている。ガス配管１０内の空間５に測定試料である多孔体１が配置され、ガスが矢印２１に示すように導入され排出される。このときの一次圧測定値（出力）１７及び二次圧の測定値（出力）１８の差Ｐ１−Ｐ２＝ΔＰから、差動増幅器等によって圧力損失（ΔＰ）２０が求められる。この測定は、コンピュータを用いた測定装置によって測定することも可能である。
【００４６】
なお測定条件は、次の通りである。フローガスの種類はＡｒ、フローガスの流量は、０．１〜３ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２、一次圧Ｐ１は、１３３Ｐａ〜２６７ｈＰａ、二次圧Ｐ２は７Ｐａ、測定温度は常温、Ｔ／Ｐ形状は直径（φ）４２×厚さ（ｔ）１０ｍｍである。
【００４７】
図２はマイクロ波による破損評価に用いる装置の概略構成図である。図２を参照すると、破損評価装置３０は、ステンレス製筐体３１と、筐体内の拡散羽根３２を壁部を貫通した回転軸３３を介して回転させるために筐体外部に設けられた拡散羽根回転装置３５と、筐体内にマイクロ波を供給するための出力部３６及び筐体３１外に設けられた本体３７を備えたマイクロ波発信器３８とを備えている。
【００４８】
筐体３１内には、試料の多孔体１と一体化した支持部４４を固定するための固定部材２と、この固定部材２を筐体内に支持し、マイクロ波を透過させる部材を有した支持部４５とが設けられている。
【００４９】
図３はガスの分散評価するための装置構成を示す概略断面図である。図３に示すようにガス分散評価装置４０はステンレス製の筐体４１の上部の開口をふさぐように、蓋部材４２が設けられている。蓋部材４２の側壁の下端の間を塞ぐように、直径（φ）３００×厚さ（ｔ）１０ｍｍの多孔体１が設けられており、多孔体は支持部４４のセラミックスと一体化している。蓋部材の天井面には複数のガス導入孔４３が設けられている。また、内壁には、直径（φ）５０ｍｍの赤丸が等間隔で水平に並んで配置されている。手前側は内部が覗けるように開口した状態である。
【００５０】
次に、各特性の測定方法について説明する。
【００５１】
（イ）誘電正接：マイクロ波帯域２及び３ＧＨｚでの誘電正接を測定するため、得られた多孔質体を□１．５×Ｌ１００ｍｍの形状に研削加工し、空洞共振器を用いた摂動法によりＡＧＩＬＥＭＴ  ＴＥＣＨ．製ネットワークアナライザー  ８７９１ＥＳ装置で測定した。
【００５２】
（ロ）開気孔率：□３０×ｔ１０ｍｍ程度の多孔体をアルキメデス法（ＪＩＳ  Ｒ１６３４）により測定した。
【００５３】
（ハ）平均気孔径：φ５×ｔ５ｍｍ程度の多孔体を水銀圧入法（ＪＩＳ  Ｒ１６５５）により測定した。
【００５４】
（ニ）圧力損失：図１に示すように、真空チャンバーと接続されたガス配管１０内部５に、直径（Φ）４２×厚さ（ｔ）１０ｍｍの形状に研削加工した多孔質体１を固定し、一度ガス配管内部５を真空引きした。後に、下流側を真空にした状態で上流側からＡｒガスを流し、上流側の圧力（一次圧Ｐ１）と下流側の圧力（二次圧Ｐ２）の差を測定し、その差ΔＰを圧力損失２０とした。なお、ガス流量１ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２とした。
【００５５】
得られた多孔質部材に多孔質部材と同じ接合材を緻密体との接合部に塗布し、再度熱処理を行い、接合した。
【００５６】
図２に示すように、得られたセラミックス部材を評価装置に取り付け、２．４５ＧＨｚのマイクロ波発信器から出力６００Ｗでマイクロ波を３０分間印加し、局所加熱による破損の有無を確認した。
【００５７】
また、図３に示すように、１〜１００ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２のドライアイスを流すことによって、白煙が多孔体から均一に出ているかを筐体にマーキングした赤丸５の見えやすさで確認し、ガス分散の均一性有無を確認した。
【００５８】
得られた結果を下記表１に示した。
【００５９】
【表１】
0005229847.tif 000002
【００６０】
上記表１より明らかなように、誘電正接が１×１０−３を超える場合、マイクロ波印加後の試料にはエッジ部へのクラックによる損傷が認められた。
【００６１】
ガス分散においては圧力損失が１３３Ｐａに満たない場合には噴出し部近傍のみからの吐出であり、均一な分散状態ではなかった。
【００６２】
また、開気孔率が６０％以上、気孔径が１００μｍ以上である場合も同様に均一な吐出にはいたらなかった。
【００６３】
一方、開気孔率が１５％に満たない場合にはガスの通気性がなかった。
【００６４】
材料粒子（アルミナ純度９９．９９％）、接合材の純度（石英純度９９．９９％）の高い例えば、実施例１〜４は誘電正接が低く、例えば、実施例８（アルミナ純度９９％）、比較例１（接合材：アルカリ金属２％含有品）、比較例３（アルミナ純度９６．５％）など、材料粒子、接合材の純度が低くなるほど誘電正接が高くなることがわかる。
【００６５】
また、周波数においては３ＧＨｚ帯域の方が誘電正接が高いことがわかったが、純度による傾向に変化はなく、高純度品ほど誘電正接は低かった。
【００６６】
実施例１〜４（接合材料１５，３０，４５，６０ｗｔ％）から、接合材量が多いほど開気孔率、平均気孔径が小さく、圧力損失が高くなることがわかった。
【００６７】
実施例２（平均粒径３０μｍ），５（平均粒径３００μｍ），６（平均粒径１１０μｍ），７（平均粒径６０μｍ）、比較例５（原料粒径１０００μｍ）から原料平均粒径が大きいほど開気孔率、平均気孔径が大きく、圧力損失が低いことがわかった。
【００６８】
実施例については、いずれもガス流量１ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ２でフローしたとき、圧力損失が１３３Ｐａ以上あり、ガスが均一に分散されており、赤丸三つが均等に曇って見えたのに対し、比較例４，５，７，９，１０では圧力損失が１３３Ｐａに満たないため、ガスの噴出し口からの白煙が濃く中央部の赤丸が他二つと比較し、はっきり見えたことから、均一に流れていないことがわかった。
【００６９】
以上説明したように、本発明を用いて作製された多孔体は誘電正接が低いため、マイクロ波の局所加熱による破損がなく、一定以上の圧力損失を有するため、ガスを均一に分散させることができる。従来技術では誘電正接が抑えられない、または圧力損失が低かったため、ガス流量の制御が困難であった。
【００７０】
また、本発明を用いれば、例えば、マイクロ波加熱を用いた乾燥工程において、ガス分散板（多孔質部分）の局所加熱による破損無く、均一にガスを流すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る多孔質部材は、電子デバイスのドライプロセス用、医療品製造用、食料品加工・製造などの省エネルギー、均一ガス流量が求められる環境に用いられる部品、部材として使用される多孔質部材に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】圧力損失の測定方法の説明に供せられる図である。
【図２】マイクロ波による破損評価を示す図である。
【図３】ガスの分散性の評価に供せられる図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    多孔体
２    固定部材
６    ガス流入管
７    ガス流出管
８    コンダクタンス
９    排気ポンプ
１０    ガス配管
１１，１２    圧力計
１３    マスフロー計
１５    ガス
１６    配管
２０    圧力損失
２１    矢印
３０    破損評価装置
３１    筐体
３２    拡散羽根
３３    回転軸
３４    駆動部
３５    拡散羽根回転装置
３６    出力部
３７    本体
３８    マイクロ波発信器
４０    ガス分散評価装置
４１    筐体
４２    蓋部材
４３    ガス導入孔
４４    支持部(多孔体とセラミックス一体品)
４５    支持部(マイクロ波を透過する部材)
【図１】
0005229847.tif 000003
【図２】
0005229847.tif 000004
【図３】
0005229847.tif 000005