(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユークリプタイト６０〜８０体積％とＴｉＯ2２０〜４０体積％とからなり、理論密度の９５％以上の緻密体であり、室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱伝導高剛性セラミックス。
【請求項２】
ユークリプタイト４０〜７０体積％とＺｒＯ2３０〜６０体積％とからなり、理論密度の９５％以上の緻密体であり、室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱伝導高剛性セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱伝導性で、かつ高剛性なセラミックスに関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高い剛性、寸法安定性、化学的安定性などの特長を利用して、半導体製造装置用、精密機器用、計測機器用などの部品として、各種のセラミックスが使用されるようになってきた。例えば、半導体製造工程の露光装置におけるサセプタ、真空チャック、ＸＹテーブル、ミラー等にはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックスが用いられるようになってきている。
【０００３】
これらは、高い剛性、寸法安定性、化学的安定性などの特長を利用しているものであるが、一方、半導体検査装置の中には検査部と他の部分との断熱性を確保するために低熱伝導性の素材であって、かつ、高精度を確保するためにたわまず高剛性を有する素材が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
アルミナの場合、剛性は高いが、熱伝導率はセラミックスの中でも比較的大きい方であり、こういった断熱性を要求する用途には向かないのが現状である。一方、ジルコニアは優れた断熱性を有するが、焼成の際に約３０％も収縮するため、焼成変形を起こしやすいという課題がある。さらに、ジルコニアは難削材であり、精密な形状付与に仕上げる焼結体加工には時間がかかり、コストも高くなるという問題もあった。次に、断熱性に富み、加工性の高いマシナブルセラミックスやガラス材料は剛性が低く、たわみが生じるため、この用途には向かないという課題があった。
本発明は、以上の点に鑑み成されたものであり、従来の技術では不可能であった、低熱伝導性を有するとともに、高いヤング率を示すセラミックスを提供することを目的としたものである。
【０００５】
上記した本発明の目的は、ユークリプタイト６０〜８０体積％とＴｉＯ2２０〜４０体積％とからなり、理論密度の９５％以上の緻密体であり、室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱伝導高剛性セラミックスによって達成される。
【０００６】
また、当該目的は、ユークリプタイト４０〜７０体積％とＺｒＯ2３０〜６０体積％とからなり、理論密度の９５％以上の緻密体であり、室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱伝導高剛性セラミックスによっても達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による低熱伝導高剛性セラミックスは、ユークリプタイトとＴｉＯ2またはＺｒＯ2との複合セラミックスである。ここで、ユークリプタイトをＴｉＯ2との複合化の場合には６０〜８０体積％、ＺｒＯ2との複合化の場合には４０〜７０体積％含有させる理由は、ユークリプタイトが複合セラミックスの熱伝導を低下させるための重要な成分であるが、ユークリプタイトの量が前記限定した体積％を越えて多いと今度はヤング率が低くなるため好ましくなくなり、逆に、ユークリプタイトの量が前記限定した体積％を越えて少ないと熱伝導性が高くなり好ましくないからである。
【０００８】
また、本発明の複合セラミックスはＴｉＯ2であれば２０〜４０体積％、また、ＺｒＯ2であれば３０〜６０体積％の割合で含有するものである。
ここで、前記含有割合未満ではヤング率が低くなるため好ましくなく、前記含有割合を超えると、熱伝導率が大きくなるため好ましくない。また、ＴｉＯ2の結晶系はルチル型、アナターゼ型いずれでも良い。また、ＺｒＯ2はＹ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ等で安定化したものが望ましい。
【０００９】
本発明のセラミックスは、熱伝導率が低い一方で、ヤング率の低いユークリプタイトと熱伝導率が比較的低いものの、ヤング率の高いＴｉＯ2またはＺｒＯ2を複合化して得られるものである。従って、セラミックスの断熱性を重視するには、ユークリプタイトの含有量を多くし、ヤング率のほうを重視するのであれば、ＴｉＯ2またはＺｒＯ2の含有量を増やせば良い。
【００１０】
本発明の複合セラミックスを作製するには、ユークリプタイト粉末と、ＴｉＯ2またはＺｒＯ2を原料粉末として用意する。用いるユークリプタイト、及び、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2粉末は平均粒径０.1〜５μm程度であるのが均一混合されやすく、焼結しやすいので好ましい。また、これら原料中には緻密化を進めるために助剤の役割を果たす不純物、例えばアルカリ並びにアルカリ土類金属酸化物、あるいはそれらの化合物などが含有されていても構わないが、その含有量は焼結して得られた複合セラミックスの５重量％以下、特に２重量％以下が好ましい。なぜなら、これより多いとガラス相が形成されて、ヤング率が低下するため好ましくないからである。
【００１１】
各原料を配合し、エタノール、水、トルエン等の溶媒を加え、別々にボールミルなどにより十分に混合し、乾燥して、出発原料粉を得る。得られた出発原料粉を所定形状に所望の成形手段、例えば、金型プレス、ラバープレス、冷間静水圧プレス等により任意の形状に成形後、焼成する。なお、これら乾式成形法の他に、押し出し成形法、鋳込み成形法、射出成形法などを適宜選択することが出来る。
【００１２】
焼成は、空気中で１１００〜１５５０℃、好ましくは１２００〜１４００℃の温度範囲で１〜１０時間程度焼結することにより緻密化することができる。
ここで、焼成温度が１１００℃よりも低いと緻密化が困難であり、１５５０℃を越えると成形体が溶融するため好ましくない。
【００１３】
以上説明した本発明によれば、理論密度が９５％以上と緻密体であり、室温における室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上という優れた特性を有する複合セラミックスが得られる。
【００１４】
以下、本発明の実施例と比較例とを具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるのものではない。
【００１５】
（１）複合セラミックスの作製
平均粒径４μｍの市販のユークリプタイト粉末と表１に示したＴｉＯ2またはＺｒＯ2粉末または比較例としてのＡｌ2Ｏ3粉末とを、種々の配合割合となるよう精秤して配合原料とした。この配合原料粉末１００重量部にエタノールを１００重量部加えて、２４時間混合粉砕した後、エバポレーターで乾燥した。得られた混合粉末を金型プレスにて５０×５０×１０ｍｍの大きさになるよう、１０ＭＰａで予備成形した上、冷間静水圧プレスにて１００ＭＰａの圧力で成形した。次に、成形体を空気中、１３５０℃で３時間焼成して、複合セラミックスを得た。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
（２）評価
得られた複合セラミックスから試験片を切り出し、密度、熱伝導率、ヤング率を測定した。密度はアルキメデス法、熱伝導率はレーザーフラッシュ法（ＪＩＳＲ１６１１「ファインセラミックスのレーザーフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率試験方法」）、ヤング率は共振法（ＪＩＳ  Ｒ１６０２「ファインセラミックスの弾性率試験方法」）を用いて測定した。それらの結果を表２にまとめて示した。（ここで、表中の配合量とは配合物の配合量を体積％で示したものであって、残部はユークリプタイトである。）
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表２の結果より、本発明による複合セラミックス（実施例１〜５）はいずれも理論密度が９５％以上であり、室温における室温における熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上であった。これは、比較例１〜３では得ることができない優れた特性を有するものである。
すなわち、熱伝導率はジルコニアの３.１Ｗ/ｍ・Ｋより低く断熱性が高く、ヤング率はマシナブルセラミックスより高剛性であった。したがって、本発明の複合セラミックスであれば、既存のセラミックス材料より加重に対して変形の小さい断熱部材としての適用が可能であることが分かった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のセラミックスは、上記したように低熱伝導性を維持しつつ、剛性の高いものである。従って、これにより検査部を断熱しながら効率的に測定を行うことができ、優れた検査精度が得られる。したがって、半導体素子製造の品質と量産性を格段に高めることができた。