(57)【要約】【課題】  表面抵抗率が高く表面抵抗率の環境劣化の少ないセラミックス構造体を提供すること【解決手段】  本発明は、セラミックス基材の表面の全面又は一部が、絶縁性コーティングで被覆されてなるセラミックス構造体である。セラミックスとしてアルミナ、窒化アルミ、窒化けい素、ガラスセラミックスなどの絶縁性セラミックスが用いられる。絶縁性コーティングの材料として、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーンなどの疎水性を有する材料を用いる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要構成層がセラミックスであって、その表面の全面又は一部が、絶縁性コーティングで被覆されてなるセラミックス構造体。
【請求項２】
前記セラミックスがアルミナ、窒化アルミ、窒化けい素、ガラスセラミックスなどの絶縁性セラミックスであることを特徴とする請求項１記載のセラミックス構造体。
【請求項３】
前記絶縁性コーティングは、疎水性を有する材料を主成分とする被覆であることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス構造体。
【請求項４】
前記疎水性を有する材料は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂又はシリコーンであることを特徴とする請求項３記載のセラミックス構造体。
【請求項５】
絶縁性コーティングを施していない状態の表面抵抗率（ρＳ０）と前記絶縁性コーティングを施した状態の表面抵抗率（ρＳ１）が、以下の関係にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の請求項に記載のセラミックス構造体。
（ρＳ１）／（ρＳ０）≧２
【請求項６】
セラミックスの洗浄後に、セラミックスの表面にポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーン等の疎水性を有する材料を主成分とするコーティングをすることを特徴とするセラミックス構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子基板、ブッシュ、碍子、半導体／液晶製造装置用絶縁部材などとして使用される絶縁性セラミックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ、窒化アルミ、窒化けい素、ガラスセラミックスなどの絶縁性セラミックスは、高い絶縁性（体積抵抗率）、高い剛性、軽量など種々の特徴を持つことから、電気絶縁性の必要な構造材料として幅広い分野で用いられている。近年、用途としては、碍子、電子基材のような比較的単純な絶縁用途のみならず、半導体／液晶製造装置内の高性能電気絶縁材料としての用途が拡大してきている。特に、半導体／液晶製造装置内の高性能電気絶縁材料として使用される場合には、セラミックス自身の体積抵抗率のみならず、表面抵抗率が着目される。セラミックスの表面抵抗率はその表面状態や使用環境により影響されることが知られており、特に、セラミックス表面への微量な汚れ、付着などにより、セラミックス部材の表面抵抗の低下が生じる場合がある。セラミックス自身が高い体積抵抗率を示したとしても、表面抵抗が低下すると、セラミックス全体としての抵抗値が低下し、絶縁性を損なうことになりかねない。上記の半導体／液晶製造装置内の高性能電気絶縁材料として使用される場合には、セラミックス絶縁部材の抵抗値の低下は、装置全体の運転に多大な影響を与えることが多い。したがって、特に、使用環境などに大きく左右される表面抵抗率を保つため、相当の頻度で使用時に十分な洗浄を行う必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特に、高い絶縁性の要求される用途、例えば、電圧を印加しリーク電流を検出することにより半導体製品回路の異常・正常の有無を検査する検査装置などで、セラミックス製絶縁基材が使用される場合、汚れ等の付着によるわずかな表面抵抗率の低下により、リーク電流が増加し検査が全く不可能になってしまう。この場合、清浄済みの代替部品との交換を行うことで装置は正常に稼動するが、高価な代替のセラミックスパーツを複数個準備する必要があり、加えて、パーツ交換のたびにやむを得ず装置停止（ひいては、製造ライン全体の停止）を実施する必要があり、極力、セラミックス部材の洗浄、交換頻度を減らすことが強く望まれていた。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、表面抵抗率の高いセラミックス構造体を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、使用される環境における表面抵抗率の劣化の少ないセラミックス構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、主要構成層がセラミックスであって、その表面の全面又は一部が、絶縁性コーティングで被覆されてなるセラミックス構造体が得られる。
【０００７】
セラミックスとしてアルミナ、窒化アルミ、窒化けい素、ガラスセラミックスなどの絶縁性セラミックスが用いられる。
【０００８】
絶縁性コーティングの材料として、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーンなどの疎水性を有する材料を主成分とするのが望ましい。
【０００９】
前記絶縁性コーディングは、２重以上に被覆されるとさらに絶縁性が増す。
【００１０】
前記絶縁性コーティングは、ポリイミド樹脂のテープもよい。
【００１１】
絶縁性コーティングを施していない状態の表面抵抗率（ρＳ０）と前記絶縁性コーティングを施した状態の表面抵抗率（ρＳ１）が、（１）式の関係にあることが望ましい。
【００１２】
（ρＳ１）／（ρＳ０）≧２・・・・・・・・・（１）
本発明によれば、また、セラミックスの洗浄後に、セラミックスの表面にポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーン等の疎水性を有する材料を主成分とするコーティングをすることを特徴とするセラミックス構造体の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、絶縁性セラミックスの表面に疎水性を有する絶縁性樹脂をコーティングしたセラミックス構造体であるから、表面抵抗率が高く、しかも、疎水性であるから、使用環境における表面抵抗率の低下を抑えることができる。
【００１４】
このためこのセラミックス構造体を半導体製造装置、液晶製造装置などに使用すれば、劣化によるリーク電流の発生を防止でき、セラミックス部材の交換の手間が省け、装置の稼働率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本願発明者らは、セラミックスの表面絶縁性を改善するため、鋭意調査した結果、表面抵抗の低下を招く原因は汚れの付着のみならず、使用する環境（大気）中に含まれる水分（湿度）の影響が大きく、これらによりセラミックス表面の表面抵抗率が低下し、セラミックス全体の抵抗値を低下させている場合が多いことが判明した。この影響を除去するには、付着した水分を加熱により除去する方法があげられるが、これは加熱後、水分の含まれない環境にのみ設置される場合には有効であるが、通常の湿度に曝すことにより水分が再付着してしまうため、通常の大気雰囲気では非現実的である。発明者らは、セラミックス表面に、絶縁性のコーティングを施すことが有効であることを見出した。絶縁性のコートティングには、絶縁性確保の観点からポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーンなどのコーティングが有効である。これらは、コーティング材料自身の体積抵抗率、表面抵抗率がセラミックスに比し高抵抗であり、加えて、セラミックス表面に比べ疎水性であることにより、表面に吸着する水分を抑制する効果が発現する。また、種々の有機物コーティングは、撥水性を示すものが多いが、撥水性の高いものほど優れた表面絶縁性が保たれる。
【００１６】
コーティングの方法としては、液体をはけ塗りする方法、スプレー塗布による方法など既知の方法が使用できる。塗布後、コーティングを均一化、安定化させるため、適度な温度で加熱することも有効である。絶縁を必要とする面に隙間があると、その隙間に水分が吸着することにより、選択的に表面抵抗が低下することから、コーティングは絶縁が必要である面全面が緻密であることが望ましい。加えて、複数回のコーティングを施すことは緻密で隙間の無いコーティングを作るのに有効である。
【００１７】
コーティングの厚さは１μｍ以上が望ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。
【００１８】
また、表面コーティングはこうした直接基材に成膜する方法だけでなく、例えば、ポリイミド樹脂系の粘着テープを、所望の面に隙間無く貼りつけてもよい。
【００１９】
なお、よりよいコーティング効果を発現するため、コーティングの施工前にセラミックス基材を１００℃以上で十分に乾燥した後に施工することが望ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例を比較例をも示しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制約されるものではなく、使用したコーティング液／スプレー、施工方法など、同等のコーティングが施工できるものであればこれに限ったものではない。
【００２１】
（比較例）
図１は、セラミックスの抵抗測定に用いる電極付きセラミックス試験片である。絶縁性基材として、それぞれ９９．５％アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）、ガラスセラミックスを準備し、平面研削盤により、図１（ａ）に示す基材形状１に加工する。即ち、□６０×ｔ２（ｍｍ）（一辺６０ｍｍの正方形で厚み２ｍｍ）の形状に研削加工を実施した。セラミックス表面の汚染状態による表面抵抗率の変動の影響を除去するために、加工後の試験片を、有機物系ワックス除去洗浄剤、油脂分除去洗浄剤、硝フッ酸の各薬液を使用して洗浄した後に、超純水を用いて超音波洗浄を実施し、更に、１００℃で２時間の乾燥を行い比較例の試験片とした。
【００２２】
（抵抗値の測定方法）
表面抵抗率の測定を、ＪＩＳＣ２１４１電気絶縁セラミックス材料試験方法に準拠して行った。
【００２３】
先ずは上記各試験片に、スクリーン印刷により、表面には直径２６ｍｍの第１の主電極４と、この円形主電極と同心となるように配置した内側直径３８ｍｍ外側直径４８ｍｍの環状電極である第２の主電極２を導電性のペーストを用いて形成する。裏面には表面の電極と同じ中心を有する直径４８ｍｍの円形のガード電極５を、同様に、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷により形成する。
【００２４】
このように抵抗値測定のために電極付き試験片を用意し、抵抗値の測定を、ＡＶＡＮＴＥＳＴ製超高抵抗／微小電流計Ｒ８３４０と測定チャンバーを用い、１（ｓｅｃ）ディスチャージ後に、電圧５００（Ｖ）をチャージし、６０（ｓｅｃ）経過した時点で抵抗値を測定し、電極の寸法（ｄ１，ｄ２，ｄ３）より、表面抵抗率（Ω／□）を算出した。
【００２５】
尚、本測定による表面抵抗率の測定位置は主電極１と主電極２の間の内直径２６ｍｍ、外直径３８ｍｍの環帯３の部分である。測定電圧の５００Ｖは、主電極１が＋側、主電極２が−側となるように接続し印加した。また、主電極２とガード電極５間の表面抵抗の影響、及びセラミックス自身の体積抵抗の影響を除くため、ガード電極５は測定チャンバーの金属部と併せて、アース端子に接続した。
【００２６】
また、測定時の温度、湿度の影響を一定とするため、試料を所定の温度、湿度に設定した恒温恒湿槽内に２時間設置した後に測定を行った。
【００２７】
上述のように、各試験片について、第１の主電極と第２の主電極の間にセラミックス基材の環帯３が露出する状態で、測定を行い、抵抗値を算出したものが後に表１で示す比較例１から比較例１０における表面抵抗率である。
【００２８】
（実施例）
図２は、比較例に示した試験片に絶縁性コーティングを施した本発明の実施例における試験片の表面の平面図である。図１の電極付き基材試験片構造において、内直径２６ｍｍ、外直径３８ｍｍの環帯３、すなわち、環帯のセラミックス基材の露出面に一様に絶縁素材のコーティング７を施したものが、図２の本実施例における測定試料片である。図２において、図１と同じ部分には、同一の符号で示してある。裏面構造と寸法は、図１（ｃ）と同じである。何れの膜も、約５０μｍの膜厚となるようにコーティングを行った。
【００２９】
コーティング材として、ポリイミド樹脂、ポリイミドテープ、フッ素樹脂、シリコーン樹脂を用いた。各コーティングについて述べる。
【００３０】
（１）ポリイミド樹脂
液状タイプのポリイミド系コーティング剤（宇部興産(株)製ユピコート）をはけ塗りにより塗布した後、皮膜安定化のため１６０℃で1時間熱処理を行った。
【００３１】
（２）ポリイミドテープ
日東電工(株)製ポリイミド粘着テープ（ＮＯ．３６０Ａ：厚さ５０μｍ）を、図１（ａ）の環帯３に隙間無く貼り付けた。
【００３２】
（３）フッ素樹脂
市販のスプレータイプのフッ素コート剤（ファインケミカルジャパン製ＦＣ−１０２）を用い塗布した。皮膜安定化のため、室温で１時間乾燥した後、２００℃で１時間の焼付け処理を行った。
【００３３】
（４）シリコーン樹脂
シリコーン樹脂を主成分として含有する防水スプレー（日本特殊塗料製浸透性防水剤）を塗布し、１００℃にて１時間の熱処理を行った。
【００３４】
各種のセラミックス基材について、上記各絶縁性樹脂をコーティングし、先に説明したのと同じ抵抗値の測定方法で、測定し、表面抵抗率を算出した。各実施例について、基材の種類、コーディング材料、測定チェンバ内の温度、湿度及び得られた表面抵抗率を表１の実施例１から１０に示した。そして、表１には、実施例１乃至１０の各々の表面抵抗率の各実施例がそれぞれ対応する比較例１乃至１０の表面抵抗率で得られた表面抵抗率に対する比（ρＳ１／ρＳ２）を合わせて示した。
【表１】
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【００３５】
上述のコーティングを施工することにより、何れの測定環境、何れの基材、何れのコーティングにおいても、表面抵抗率の明らかな向上が認められた。また、表１の実施例６が示すように、同一コーティングを２重塗りすることにより、その効果が更に高まることが確認された。
【００３６】
表面抵抗率の比が大きいほど、改善が得られたことになる。表面抵抗率の比は、２以上あればかなりの改善といえる。コーティングの膜厚を５０μmとした表１の各実施例では、６以上の表面抵抗率の比が得られたが、膜厚を薄くすると表面抵抗率は低下する。表面抵抗率を２以上とするには、１μm以上のコーティング膜厚が必要である。
【００３７】
本発明のセラミックス構造体は、絶縁性コーティング自体の表面抵抗値の大きさと、疎水性による水分の付着防止効果により、使用される環境における表面抵抗率の劣化を低減することができる。
【００３８】
なお、図２及び上記実施例の説明は、セラミックス構造体の表面抵抗率の測定のために試験片に環状の絶縁性コーディング領域を形成したものであり、本発明のセラミックス構造体は、絶縁性コーティング形成領域は、これに限らず、特に高い絶縁が必要な領域に施せばよい。
【００３９】
本結果は、セラミックス材料の表面抵抗率の向上に関して、絶縁性コーティングが有効であることを示すものであり、形状、材料、などは、ここに記載したもの限ったものではなく、絶縁性セラミックスとして用いられる部材に関して幅広く応用できるものである。
【００４０】
また、上記実施例では、絶縁性セラミックス基材に絶縁性コーティング被膜を施したが、用途に応じ、一部プラスチック部材や、金属部材（コーティング）を含む複合部材に絶縁性コーティングを施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】比較例に関する測定用セラミックス試験片で、（ａ）はその表面の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は裏面の平面図である。
【図２】本発明のセラミックス構造体の試験片を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    セラミックス基材
２    第２の主電極
３    環状セラミックス表面
４    第１の主電極
５    ガード電極
７    絶縁性樹脂コート
【図１】
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【図２】
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