JP2000335974A

JP2000335974A - 高周波透過体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000335974A
Application number: JP11151482A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Fujita; 光広藤田; Yoshiaki Kobayashi; 慶朗小林; Shinichiro Aonuma; 伸一朗青沼; Shigeko Muramatsu; 滋子村松; Yukio Sato; 幸夫佐藤; Noriaki Kashiwaguma; 憲章柏熊
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-05
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3739028B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波を良好に透過し、熱衝撃による破損を
防止した高周波透過体およびその製造方法を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム結晶相を主体とする窒
化アルミニウム焼結体により形成されており、珪素含有
量が２００ｐｐｍ以下であり、誘電損失（ｔａｎδ）が
１×１０^-2以下である高周波透過体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマエッチング装置等に用いられるマイクロ
波透過窓等を構成する窒化アルミニウム焼結体により形
成された高周波透過体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造工程において、電子サ
イクロトロン共鳴（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏ
ｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ：以下ＥＣＲと省略する）を用
いたＥＣＲプラズマエッチング装置やＥＣＲ気相成長装
置等が広く使用されている。これらの装置では高周波
（周波数が数ＭＨｚ〜数十ＧＨｚのもの）が使用され、
例えばＥＣＲプラズマエッチング装置ではマイクロ波透
過窓を通して装置内部にマイクロ波を照射し、装置内の
ガス分子にプラズマを発生させる。このような高周波透
過体は高周波を良好に透過すること、つまり、誘電損失
が小さいことが要求されている。誘電損失が大きけれ
ば、装置内部に所定の高周波を照射することができない
のみならず、誘電損失は温度上昇に伴い増大するため、
高周波エネルギーの吸収による発熱に起因する更なる誘
電損失の増大や、熱衝撃による破損が生じる恐れがあっ
た。かかる不具合を解消し耐プラズマ性を高めるため
に、平均結晶粒子径が３μｍ以上であり、Ｓｉ含有量が
１０００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム焼結体により形
成した耐プラズマ部材が提案されている（特開平１０―
２７５５２４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平均結
晶粒径を３μｍ以上の３〜７μｍとし、珪素含有量を１
０００ｐｐｍ以下の３８５ｐｐｍとした窒化アルミニウ
ム焼結体を作製し、レゾネータ法により共振周波数２．
４５ＧＨｚ、室温で誘電損失（ｔａｎδ）を測定したと
ころ、１×１０^-2を上回る値となり、誘電損失が非常に
大きくなった。また、マイクロ波エネルギーの吸収によ
る発熱に起因する更なる誘電損失の増大や、熱衝撃によ
る破損が生じた。

【０００４】そこで、本発明は高周波を良好に透過し、
高周波エネルギーの吸収に起因する熱衝撃による破損を
防止した高周波透過体およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究した結果、窒化アルミニウム結晶
相を主体とする窒化アルミニウム焼結体により形成され
た高周波透過体に含まれる珪素は、比較的容易に窒化ア
ルミニウム結晶内に固溶し、その結果、窒化アルミニウ
ム結晶格子には歪みが導入され、印加される交流電場に
対する誘電分極のスイッチングが妨げられ、誘電損失が
増大することを知見し、本発明に至った。即ち、本発明
は、窒化アルミニウム結晶相を主体とする窒化アルミニ
ウム焼結体により形成された高周波透過体であって、珪
素含有量が２００ｐｐｍ以下であり、誘電損失（ｔａｎ
δ）が１×１０^-2以下であることを特徴とする。前記窒
化アルミニウム結晶相内に存在する酸素量は１００００
ｐｐｍ以下であることが望ましい。また、高周波透過体
の熱伝導率は１００Ｗ／ｍＫ以上であることが望まし
く、前記窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒子径が３
〜７μｍであることが望ましい。

【０００６】更に、高周波透過体が希土類酸化物相を含
有する場合には、前記窒化アルミニウム結晶相に対して
外率で１０重量％以下含有していることが望ましく、前
記希土類酸化物相が２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃を含む酸化イッ
トリウムアルミニウム相であり、かつ、Ｘ線回折分析に
よる２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃の最強ピーク高さを１００とし
た時、２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃以外の酸化イットリウムアル
ミニウム相の最強ピーク高さの合計が２００以下である
ことが望ましい。一方、高周波透過体の製造方法は、窒
化アルミニウム粉末を非酸化性雰囲気において１６００
〜２０００℃の温度で加圧焼成する窒化アルミニウム焼
結体により形成された高周波透過体の製造方法におい
て、前記窒化アルミニウム粉末に含まれる珪素量を３０
０ｐｐｍ以下とし、焼成により余剰の珪素を揮発させる
ことにより高周波透過体の珪素含有量を２００ｐｐｍ以
下とすることを特徴とし、高周波透過体の別の製造方法
は窒化アルミニウム粉末を成形し、成形体を脱脂し、脱
脂体を非酸化性雰囲気において１６００〜２０００℃の
温度で焼成する窒化アルミニウム焼結体により形成され
た高周波透過体の製造方法において、前記脱脂体に含ま
れる珪素量を３００ｐｐｍ以下とし、焼成により余剰の
珪素を揮発させることにより高周波透過体の珪素含有量
を２００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。

【０００７】前記成形体又は脱脂体を脱脂温度以下で珪
素腐食性ガス含有雰囲気下に曝すことによって、前記脱
脂体に含まれる珪素量を３００ｐｐｍ以下としてもよ
い。また、窒化アルミニウム粉末に希土類化合物粉末を
焼成によって生成する希土類酸化物相が窒化アルミニウ
ム結晶相に対して外率で０．５〜１０重量％となるよう
に添加することが望ましい。更に、前記希土類化合物粉
末としてアルミニウム及び酸素と反応して酸化イットリ
ウムアルミニウムを生成するイットリウム化合物粉末を
用い、前記脱脂体の窒化アルミニウム粉末に存在する酸
素量を酸化アルミニウム量に換算し、その酸化アルミニ
ウム換算量のアルミニウム元素に対して、イットリウム
元素が外率で６０〜２００ｍｏｌ％となるように、窒化
アルミニウム粉末に対して前記イットリウム化合物粉末
を添加することが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の高周波透過体お
よびその製造方法を詳細に説明する。本発明の高周波透
過体は窒化アルミニウム結晶相を主体とする窒化アルミ
ニウム焼結体により形成されており、珪素含有量が２０
０ｐｐｍ以下であり、誘電損失（ｔａｎδ）を１×１０
^-2以下とするものである。窒化アルミニウム焼結体によ
り形成された高周波透過体に含まれる珪素量が２００ｐ
ｐｍを越えると、誘電損失（ｔａｎδ）が著しく増大
し、１×１０^-2を越えてしまい、マイクロ波透過窓等の
高周波透過体としての使用が困難となるだけでなく、高
周波エネルギーの吸収による発熱に起因する熱衝撃によ
り、破損が生じる恐れがある。高周波透過体に含まれる
珪素量を１００ｐｐｍ以下とすると、誘電損失（ｔａｎ
δ）を１×１０^-4〜１×１０^-3まで低減させることがで
き、好ましい。高周波透過体に含まれる珪素量は数ｐｐ
ｍ程度まで低減させることができる。尚、本発明におけ
る誘電損失（ｔａｎδ）は、レゾネータ法により共振周
波数２．４５ＧＨｚ、室温で測定したものである。

【０００９】窒化アルミニウム結晶相内に存在する酸素
量を１００００ｐｐｍ以下とすることにより、更に誘電
損失を低減させることができると共に熱伝導率を向上さ
せることができる。窒化アルミニウム結晶相内に存在す
る酸素量は好ましくは６０００ｐｐｍ以下とし、より好
ましくは５０００ｐｐｍ以下とする。窒化アルミニウム
結晶相内に存在する酸素量は５００ｐｐｍ程度まで低減
させることができる。尚、窒化アルミニウム結晶相内に
存在する酸素量は、窒化アルミニウム焼結体全体の酸素
量から、窒化アルミニウム焼結体の粒界成分の酸素量を
差し引くことによって求められる。具体的には、窒化ア
ルミニウム焼結体をＸ線回折分析によって同定し、粒界
成分の組成を確認する。例えば、粒界成分が３Ｙ₂Ｏ₃・
５Ａｌ ₂Ｏ₃であったとする。次いで、誘導結合プラズマ
（以下ＩＣＰと省略する）発光分光分析によりイットリ
ウム元素量を定量し、粒界成分の酸素量を算出する。窒
化アルミニウム焼結体全体の酸素量を赤外線吸収法によ
り求め、先に求めた粒界成分の酸素量を差し引くことに
より求めることができる。ここで、赤外線吸収法とは、
カーボン容器にサンプルを収納し、加熱することにより
発生したＣＯの赤外線吸収スペクトル強度を測定するこ
とにより酸素量を求める方法である。

【００１０】高周波透過体の熱伝導率を１００Ｗ／ｍＫ
以上とすることにより、高周波エネルギーの吸収による
発熱に起因する熱衝撃による破損を防止することができ
る。好ましい熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上である。
尚、本発明における熱伝導率は室温（２０℃±２℃）で
測定したものである。高周波透過体を形成する窒化アル
ミニウム焼結体の平均結晶粒子径は３〜７μｍであるこ
とが好ましい。窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒子
径を３μｍ以上とすることにより、誘電損失をより低減
させることができる。一方、７μｍを越えると、強度が
低下し、耐熱衝撃性が低下する。尚、本発明における平
均結晶粒子径はＪｅｆｆｒｉｅｓ法により測定したもの
である。高周波透過体を後述する希土類化合物粉末を焼
結助剤として添加する方法により製造した場合、焼成時
に生成された希土類酸化物は、長時間焼成を行い揮発除
去することも可能であるが、通常、粒界成分として残存
することとなる。

【００１１】高周波透過体を形成する窒化アルミニウム
焼結体に含まれる希土類酸化物相が窒化アルミニウム結
晶相に対して外率で１０重量％を越えると、希土類酸化
物相が窒化アルミニウム焼結体中で３次元的なネットワ
ークを形成するようになり、フォノン伝導を阻害するた
め、熱伝導率が低下するおそれがある。好ましくは５重
量％以下、より好ましくは３重量％以下とする。前記希
土類酸化物相は、例えば３Ｙ₂Ｏ₃・５Ａｌ₂Ｏ₃（以下Ｙ
ＡＧと省略する）、２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃（以下ＹＡＭと
省略する）、Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃（以下ＹＡＰと省略す
る）等からなる酸化イットリウムアルミニウム相とする
ことができる。前記希土類酸化物相がＹＡＭを含む酸化
イットリウムアルミニウム相であり、かつ、Ｘ線回折分
析によるＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした時、Ｙ
ＡＭ以外の酸化イットリウムアルミニウム相、つまりＹ
ＡＧやＹＡＰ等の最強ピーク高さの合計が２００以下で
あると、理由は明らかではないが、誘電損失をより低減
させることができ、更に、熱伝導率を１５０Ｗ／ｍＫ以
上に向上させることができ、好ましい。ＹＡＭを含む酸
化イットリウムアルミニウム相は、Ｘ線回折分析による
ＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした時、ＹＡＭ以外
の結晶相の最強ピーク高さの合計が１５０以下となるこ
とが好ましく、より好ましくは１００以下とする。高周
波透過体に含まれるアルミニウム、窒素、珪素、酸素及
び希土類元素以外の不純物量は１００ｐｐｍ以下である
ことが好ましい。高周波透過体を形成する窒化アルミニ
ウム焼結体の相対密度は９８％以上が好ましく、より好
ましくは９９％以上とする。

【００１２】次に本発明の高周波透過体の製造方法につ
いて説明する。通常、窒化アルミニウム焼結体は窒化ア
ルミニウム粉末若しくはその造粒粉を型に入れ、加圧焼
成を行うか、窒化アルミニウム粉末を成形し、成形体を
脱脂し、得られた脱脂体を加圧焼成、常圧焼成もしくは
減圧焼成することによって得られる。脱脂体を作製せず
に窒化アルミニウム粉末若しくはその造粒粉を加圧焼成
する場合は、窒化アルミニウム粉末に含まれる珪素量を
３００ｐｐｍ以下とすることにより、焼成時に余剰の珪
素を揮発させ、高周波透過体の珪素含有量を２００ｐｐ
ｍ以下とすることができる。窒化アルミニウム粉末に含
まれる珪素量が３００ｐｐｍを越えると、長時間焼成を
行って珪素を揮発させようとしても、得られる高周波透
過体の珪素含有量を２００ｐｐｍ以下とすることは困難
である。

【００１３】また、珪素を３００ｐｐｍ含有する窒化ア
ルミニウム粉末を焼成により、珪素含有量２００ｐｐｍ
以下の焼結体とするためには、数十時間、通常２０時間
程度の焼成が必要となる。そのため、窒化アルミニウム
粉末に含まれる珪素含有量を２００ｐｐｍ以下とし、余
剰の珪素をなるべく含有させないことが好ましい。一
方、窒化アルミニウム粉末を成形し、成形体を脱脂し、
得られた脱脂体を焼成する場合は、この脱脂体に含まれ
る珪素量を３００ｐｐｍ以下とすることにより、焼成時
に余剰の珪素を揮発させ、高周波透過体の珪素含有量を
２００ｐｐｍ以下とすることができる。脱脂体に含まれ
る珪素量が３００ｐｐｍを越えると、長時間焼成を行っ
て珪素を揮発させようとしても、得られる高周波透過体
の珪素含有量を２００ｐｐｍ以下とすることは困難であ
る。また、珪素を３００ｐｐｍ含有する脱脂体を焼成に
より、珪素含有量２００ｐｐｍ以下の焼結体とするため
には、数十時間、通常２０時間程度の焼成が必要とな
る。そのため、脱脂体に含まれる珪素含有量を２００ｐ
ｐｍ以下とし、余剰の珪素をなるべく含有させないこと
が好ましい。珪素含有量が３００ｐｐｍ以下の窒化アル
ミニウム粉末を用いるか、前記成形体又は脱脂体を脱脂
温度以下でハロゲン化水素ガス等の珪素腐食性ガス含有
雰囲気下に曝し、珪素を除去することによって、脱脂体
に含まれる珪素量を３００ｐｐｍ以下とすることができ
る。後者の方法の場合、温度は常温でもよいが、２００
℃以上、脱脂温度以下で加熱処理を行うことが好まし
い。

【００１４】珪素含有量が３００ｐｐｍ以下の窒化アル
ミニウム粉末としては、市販の高純度品を用いればよい
が、珪素含有量の多い窒化アルミニウム粉末をフッ酸等
の珪素腐食性溶液とアルコール、例えばメタノールとの
混合溶液に浸漬して珪素を除去した後、溶液を濾過によ
り除去し、得られた粉末をメタノールですすぎ、乾燥さ
せることにより珪素含有量を３００ｐｐｍ以下の粉末と
することができる。また、珪素含有量の多い窒化アルミ
ニウム粉末をハロゲン化水素ガス等の珪素腐食性ガス含
有雰囲気下に曝し、珪素を除去することによっても珪素
含有量３００ｐｐｍ以下の粉末とすることができる。後
者の方法の場合、温度は常温でもよいが、好ましくは２
００℃以上、脱脂温度以下で加熱処理を行う。窒化アル
ミニウム粉末は、珪素、酸素、希土類元素以外の不純物
量が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。窒化アル
ミニウム粉末の粒径は特に限定されないが、焼結性や取
り扱いの観点から、０．０５〜１μｍが好ましい。加圧
焼成を行う場合、焼結助剤の添加が不要であるため、純
度９９．０％以上の高純度の窒化アルミニウム焼結体を
得ることができるが、焼結助剤と窒化アルミニウム粉末
に含まれるアルミニウム−酸素成分との反応による酸素
除去効果が得られない。そのため、酸素含有量が１重量
％以下の窒化アルミニウム粉末を用い、かつ、酸化雰囲
気への暴露を最小限に留めることによって、得られる高
周波透過体の窒化アルミニウム結晶相内に存在する酸素
量を１００００ｐｐｍ以下とすることができる。窒化ア
ルミニウム粉末の好ましい酸素含有量は６０００ｐｐｍ
以下である。

【００１５】焼成は窒化アルミニウム粉末若しくは窒化
アルミニウム粉末の造粒粉を型に入れ、非酸化性雰囲気
において、１ＭＰａ以上で加圧しながら行う。また、脱
脂体を非酸化性雰囲気において、１ＭＰａ以上で加圧し
ながら焼成を行ってもよい。常圧、減圧焼成の場合、焼
結助剤の添加が必要となる。焼結助剤は希土類化合物粉
末等の公知のものを用いることができ、特に限定されな
いが、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、ＹＡＧ
等のイットリウム化合物粉末が通常用いられる。ＹＡＧ
以外のイットリウム化合物、つまり、酸化イットリウ
ム、フッ化イットリウム等は、窒化アルミニウム粉末に
存在するアルミニウム−酸素成分と、焼成時に反応し、
液相成分である酸化イットリウムアルミニウム相を生成
する。これによって、窒化アルミニウムの液相焼結によ
る緻密化と、窒化アルミニウム結晶相内からの酸素成分
の除去が起こる。そのため、脱脂体に酸素が多く含まれ
ていても、それに見合う量の焼結助剤を添加することに
よって、窒化アルミニウム結晶相内に存在する酸素量を
１００００ｐｐｍ以下とすることができ、逆に液相成分
を生成させるために必要な量の酸素を脱脂体が含んでい
ることが必要である。

【００１６】焼結助剤として、ＹＡＧを選択した場合、
ＹＡＧ自体が焼成中に液相となるため、酸化イットリウ
ムのような酸素除去効果は得られない。そのため、酸素
含有量が１重量％以下の窒化アルミニウム粉末を用い、
かつ、酸化雰囲気への暴露を最小限に留めることによっ
て、得られる高周波透過体の窒化アルミニウム結晶相内
に存在する酸素量を１００００ｐｐｍ以下とすることが
できる。窒化アルミニウム粉末の好ましい酸素含有量は
６０００ｐｐｍ以下である。窒化アルミニウム粉末に希
土類化合物粉末を焼成によって生成する希土類酸化物
相、つまり液相が窒化アルミニウム結晶相に対して外率
で０．５〜１０重量％となるように添加する。焼成によ
って生成する希土類酸化物相が前記窒化アルミニウム結
晶相に対して外率で０．５重量％未満となるようである
と、窒化アルミニウムの焼結に必要な液相が不足し、焼
結が進行しないため緻密な窒化アルミニウム焼結体を得
られない。一方、外率で１０重量％を越えると、焼成中
における窒化アルミニウム焼成体の強度が低下し、変形
が生じて所望形状の焼結体が得られない。また、焼成工
程における若干の液相の揮発はあるものの、液相であっ
た成分が焼結体中に粒界相として残存し、熱伝導率の低
下を招く。そのため、好ましくは５重量％以下、より好
ましくは３重量％以下とする。焼結助剤として、酸化イ
ットリウム、フッ化イットリウム等のようにアルミニウ
ム及び酸素と反応して酸化イットリウムアルミニウム相
を生成するイットリウム化合物粉末を用いた場合、イッ
トリウム化合物粉末の添加量に応じて、ＹＡＧ、ＹＡ
Ｍ、ＹＡＰ等の各結晶相の生成量が異なってくる。ＹＡ
Ｍを含み、かつ、Ｘ線回折分析によるＹＡＭの最強ピー
ク高さを１００とした時、ＹＡＭ以外の酸化イットリウ
ムアルミニウム相の最強ピーク高さの合計が２００以下
となるような酸化イットリウムアルミニウム相を生成し
たい場合には、脱脂体の窒化アルミニウム粉末に存在す
る酸素を全て酸化アルミニウムであると仮定して酸化ア
ルミニウム量に換算し、その酸化アルミニウム換算量の
アルミニウム元素に対してイットリウム元素が外率で６
０〜２００ｍｏｌ％となるように、窒化アルミニウム粉
末に対してイットリウム化合物粉末を添加する。尚、窒
化アルミニウム粉末に存在する酸素とは、窒化アルミニ
ウム粉末の内部および表面に存在する酸素という意味で
ある。脱脂体の窒化アルミニウム粉末に存在する酸素量
は、窒化アルミニウム原料粉末にもともと存在する酸素
量だけでなく、成形、脱脂工程でどの程度酸化されるか
によって決定される。

【００１７】脱脂雰囲気によって窒化アルミニウム粉末
が酸化される程度は大きく異なるが、原料粉末に含まれ
る酸素量に、脱脂工程で酸化される分を加えて脱脂体の
窒化アルミニウム粉末に存在するであろう酸素量を求め
ておき、イットリウム化合物粉末を上記範囲となるよう
に添加する。酸化アルミニウム換算量のアルミニウム元
素に対して、イットリウム元素が外率で６０ｍｏｌ％未
満であると、ＹＡＧの生成量が多くなってしまい、Ｘ線
回折分析によるＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした
時、ＹＡＭ以外の酸化イットリウムアルミニウム相の最
強ピーク高さの合計が２００以下となるような酸化イッ
トリウムアルミニウム相を生成できない。一方、２００
ｍｏｌ％を越えると、アルミニウム−酸素成分と反応で
きなかったイットリウム化合物粉末が窒化アルミニウム
焼結体中に残留し、熱伝導率を低下させてしまう。好ま
しくは、酸化アルミニウム換算量のアルミニウム元素に
対して、イットリウム元素が外率で１００〜２００ｍｏ
ｌ％となるようにする。窒化アルミニウム粉末と焼結助
剤とに、溶媒、バインダ等を添加し、混合してスラリー
状とし、造粒し、成形して得られた成形体は脱脂を行
う。脱脂雰囲気は特に限定されず、大気中、非酸化性雰
囲気中のいずれでもよい。焼結助剤としてＹＡＧを用い
た場合には、焼成中に焼結助剤が窒化アルミニウム結晶
相内の酸素成分を除去しないので、非酸化性雰囲気で脱
脂を行うことが好ましい。

【００１８】得られた脱脂体は、減圧中やアルゴン、窒
素等の不活性ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気において焼
成される。加圧焼成、減圧焼成、常圧焼成いずれの場合
でも１６００〜２０００℃の温度で焼成を行う。焼成温
度が１６００℃未満であると、窒化アルミニウムの焼結
が進行しにくいため緻密な窒化アルミニウム焼結体が得
られない。一方、２０００℃を越えると、過焼結による
粒子の異常成長やコスト高を招く。望ましくは１７５０
〜１９５０℃で焼成を行う。焼成温度、焼成時間を調整
することにより、高周波透過体に含まれる珪素量や窒化
アルミニウム焼結体の結晶粒子径を制御することができ
る。焼成温度は高いほど、焼成時間は長いほど、珪素の
揮発は進行し、結晶粒子径は大きくなる。加圧焼成は特
別な装置が必要であり、珪素の揮発は焼結助剤を用いる
方が進行しやすく、酸素除去効果を持つ焼結助剤を用い
れば酸素量の低減も容易に行えることから、減圧焼成、
常圧焼成の方が好ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明について具体的な実施例及び比
較例を参照して説明する。（実施例１〜８）先ず、珪素含有量が３０ｐｐｍ（以下
原料粉末Ａとする）、５００ｐｐｍ（以下原料粉末Ｂと
する）である窒化アルミニウム粉末を表１に示す割合で
混合し（以下原料混合粉末とする）、これらに焼結助剤
として酸化イットリウム粉末を窒化アルミニウム粉末に
対して外率で１重量％添加すると共に、これらに適量の
メタノールを加え、窒化アルミニウムボールを用いて１
８時間ボールミルによって混合した後、バインダとして
ポリビニールブチラールのメタノール溶液を、窒化アル
ミニウム粉末に対しポリビニルブチラール量が外率で３
重量％となるように調整して加え、しかる後に、バイン
ダを十分混合するために上記ボールミルによって更に１
時間混合し、各種のスラリーを得た。次いで、各スラリ
ーをスプレードライヤーによって乾燥、造粒し、３０Ｍ
Ｐａの圧力で一軸金型成形し、更に１００ＭＰａの圧力
で冷間等方静水圧プレスを行って各種成形体を得た後、
各成形体を大気雰囲気中において６００℃の温度で脱脂
し、得られた各脱脂体を窒素ガス雰囲気において１９０
０℃の温度で焼成し、表１に示す各種の高周波透過体を
得た。

【００２０】（比較例１〜２）比較例１〜２の高周波透
過体は、表１に示す割合で原料粉末Ａ、Ｂを混合する以
外は実施例１〜８と同様の製造方法で得た。得られた窒
化アルミニウム焼結体の平均結晶粒子径をＪｅｆｆｒｉ
ｅｓ法により測定したところ、実施例、比較例共に３〜
７μｍであった。実施例、比較例の原料混合粉末、得ら
れた脱脂体及び高周波透過体の珪素含有量をＩＣＰ発光
分光分析によって測定した。又、窒化アルミニウム焼結
体をＸ線回折分析によって同定したところ、粒界成分は
全てＹＡＧであった。ＩＣＰ発光分光分析によりイット
リウム元素量を定量し、ＹＡＧ量、ＹＡＧの酸素量を算
出し、窒化アルミニウム焼結体全体の酸素量を赤外線吸
収法により求め、先に求めた粒界成分の酸素量を差し引
き、窒化アルミニウム結晶中に含まれる酸素量を求め
た。その結果、窒化アルミニウムに対するＹＡＧの外率
は１．７重量％であり、酸素量は２０００〜６０００ｐ
ｐｍであった。また、実施例、比較例の高周波透過体に
ついて、誘電損失を共振周波数２．４５ＧＨｚ、室温の
測定条件でレゾネータ法によって測定し、室温の熱伝導
率をレーザフラッシュ法によって測定し、共振周波数
２．４５ＧＨｚ、出力１ｋＷのマイクロ波を照射し、破
損状況を調べた。各測定値を表１に示す。

【００２１】

【表１】１）珪素含有量３０ｐｐｍの窒化アルミニウム粉末２）珪素含有量５００ｐｐｍの窒化アルミニウム粉末

【００２２】表１から明らかなように、高周波透過体に
含まれる珪素量を２００ｐｐｍ以下とした実施例１〜８
は誘電損失（ｔａｎδ）が１×１０^-2以下であり、か
つ、高い熱伝導率（１００Ｗ／ｍＫ以上）を実現でき
た。その結果、マイクロ波を照射しても破損は見られな
かった。特に、珪素量を１００ｐｐｍ以下とすることに
より誘電損失（ｔａｎδ）を１×１０^-3〜１×１０^-4ま
で低減させることができた。珪素量が２００ｐｐｍを越
える比較例１〜２は誘電損失（ｔａｎδ）が１×１０^-2
を越え、マイクロ波を照射したところ、熱衝撃により亀
裂が発生してしまった。

【００２３】（実施例９〜１３）実施例９〜１３の高周
波透過体は、窒化アルミニウム粉末として珪素含有量が
３０ｐｐｍである原料粉末Ａを用い、表２に示す割合で
酸化イットリウム粉末を添加する以外は実施例１〜８と
同様の製造方法で得た。尚、表２における酸化イットリ
ウムの添加量は、脱脂体の窒化アルミニウム粉末に存在
する酸素を全て酸化アルミニウムであると仮定して酸化
アルミニウム量に換算し、その酸化アルミニウム換算量
のアルミニウム元素に対する酸化イットリウムのイット
リウム元素の外率（ｍｏｌ％）で表している。得られた
窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒子径をＪｅｆｆｒ
ｉｅｓ法により測定したところ、実施例、比較例共に３
〜７μｍであった。実施例、比較例の脱脂体及び高周波
透過体の珪素含有量をＩＣＰ発光分光分析によって測定
したところ、いずれも脱脂体、高周波透過体共に３０ｐ
ｐｍ未満であった。実施例、比較例の高周波透過体につ
いて、誘電損失を共振周波数２．４５ＧＨｚ、室温の測
定条件でレゾネータ法によって測定し、室温の熱伝導率
をレーザフラッシュ法によって測定した。また、窒化ア
ルミニウム焼結体を粉砕して粉末Ｘ線回折分析によって
分析したところ、粒界成分は実施例、比較例いずれも、
ＹＡＭ、ＹＡＧ、ＹＡＰの混合相であった。そこで、粒
界成分の各結晶相の最強ピーク高さを検出し、ＹＡＭの
最強ピーク高さを１００とした時のＹＡＧ、ＹＡＰの最
強ピーク高さを求めた。次いで、ＩＣＰ発光分光分析に
よりイットリウム元素量を定量し、その結果と各結晶相
の最強ピーク高さの割合からＹＡＧ、ＹＡＭ及びＹＡＰ
量の合計量、ＹＡＧ、ＹＡＭ及びＹＡＰの酸素の合計量
を算出し、窒化アルミニウム焼結体全体の酸素量を赤外
線吸収法により求め、先に求めた粒界成分の酸素量を差
し引き、窒化アルミニウム結晶中に含まれる酸素量を求
めた。その結果、窒化アルミニウムに対する酸化イット
リウムアルミニウム相の外率は１〜２重量％であり、酸
素量は２０００〜６０００ｐｐｍであった。各測定値を
表２に示す。

【００２４】

【表２】３）脱脂体の窒化アルミニウム粉末に存在する酸素量を
酸化アルミニウム量に換算した酸化アルミニウム換算量
のアルミニウム元素に対する酸化イットリウムのイット
リウム元素の外率（ｍｏｌ％）４）ＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした時のＹＡＧ
の最強ピーク高さ５）ＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした時のＹＡＰ
の最強ピーク高さ

【００２５】表２から明らかなように、高周波透過体に
含まれる珪素量はいずれも２００ｐｐｍ以下であるた
め、誘電損失（ｔａｎδ）が１×１０^-2以下であり、か
つ、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であるが、Ｘ線回折
分析によるＹＡＭの最強ピーク高さを１００とした時、
ＹＡＭ以外の酸化イットリウムアルミニウム相の最強ピ
ーク高さの合計が２００以下となるような酸化イットリ
ウムアルミニウム相を有する実施例９〜１１は、実施例
１２や珪素含有量が同程度である実施例２に比して、誘
電損失をより低減させることができ、更に、熱伝導率を
１５０Ｗ／ｍＫ以上に向上させることができた。また、
酸化アルミニウム換算量のアルミニウム元素に対して、
酸化イットリウムのイットリウム元素が外率で２００ｍ
ｏｌ％を越える実施例１３では、アルミニウム−酸素成
分と反応できなかった酸化イットリウム粉末が窒化アル
ミニウム焼結体中に残留し、粒界成分の各結晶相の割合
が同程度である実施例１１に比して誘電損失がやや増加
し、熱伝導率がやや低下した。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波透
過体とその製造方法によれば、誘電損失が低く、高周波
を良好に透過し、高周波エネルギーの吸収に起因する熱
衝撃による破損を防止することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青沼伸一朗神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者村松滋子神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者佐藤幸夫千葉県東金市小沼田字戌開1573番８東芝セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者柏熊憲章千葉県東金市小沼田字戌開1573番８東芝セラミックス株式会社東金工場内Ｆターム(参考） 4G001 BA09 BA36 BA71 BA73 BB01 BB09 BB36 BB71 BB73 BC42 BC52 BC54 BD03 BD23 BE01 BE22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム結晶相を主体とする窒
化アルミニウム焼結体により形成された高周波透過体で
あって、珪素含有量が２００ｐｐｍ以下であり、誘電損
失（ｔａｎδ）が１×１０^-2以下であることを特徴とす
る高周波透過体。
【請求項２】前記窒化アルミニウム結晶相内に存在す
る酸素量が１００００ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項１記載の高周波透過体。
【請求項３】熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波透
過体。
【請求項４】前記窒化アルミニウム焼結体の平均結晶
粒子径が３〜７μｍであることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１項に記載の高周波透過体。
【請求項５】希土類酸化物相を前記窒化アルミニウム
結晶相に対して外率で１０重量％以下含有していること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記
載の高周波透過体。
【請求項６】前記希土類酸化物相が２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂
Ｏ₃を含む酸化イットリウムアルミニウム相であり、か
つ、Ｘ線回折分析による２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃の最強ピー
ク高さを１００とした時、２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃以外の酸
化イットリウムアルミニウム相の最強ピーク高さの合計
が２００以下であることを特徴とする請求項５記載の高
周波透過体。
【請求項７】窒化アルミニウム粉末を非酸化性雰囲気
において１６００〜２０００℃の温度で加圧焼成する窒
化アルミニウム焼結体により形成された高周波透過体の
製造方法において、前記窒化アルミニウム粉末に含まれ
る珪素量を３００ｐｐｍ以下とし、焼成により余剰の珪
素を揮発させることにより高周波透過体の珪素含有量を
２００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする高周波透過体
の製造方法。
【請求項８】窒化アルミニウム粉末を成形し、成形体
を脱脂し、脱脂体を非酸化性雰囲気において１６００〜
２０００℃の温度で焼成する窒化アルミニウム焼結体に
より形成された高周波透過体の製造方法において、前記
脱脂体に含まれる珪素量を３００ｐｐｍ以下とし、焼成
により余剰の珪素を揮発させることにより高周波透過体
の珪素含有量を２００ｐｐｍ以下とすることを特徴とす
る高周波透過体の製造方法。
【請求項９】前記成形体又は脱脂体を脱脂温度以下で
珪素腐食性ガス含有雰囲気下に曝すことを特徴とする請
求項８記載の高周波透過体の製造方法。
【請求項１０】焼成によって生成する希土類酸化物相
が窒化アルミニウム結晶相に対して外率で０．５〜１０
重量％となるように、前記窒化アルミニウム粉末に希土
類化合物粉末を添加することを特徴とする請求項８また
は請求項９記載の高周波透過体の製造方法。
【請求項１１】前記希土類化合物粉末としてアルミニ
ウム及び酸素と反応して酸化イットリウムアルミニウム
を生成するイットリウム化合物粉末を用い、前記脱脂体
の窒化アルミニウム粉末に存在する酸素量を酸化アルミ
ニウム量に換算し、その酸化アルミニウム換算量のアル
ミニウム元素に対してイットリウム元素が外率で６０〜
２００ｍｏｌ％となるように、窒化アルミニウム粉末に
対して前記イットリウム化合物粉末を添加することを特
徴とする請求項１０記載の高周波透過体の製造方法。