JP5120857B2 - 高熱伝導・低誘電損失の高周波用緻密質誘電体材料、その製造方法及び部材 - Google Patents
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(1)低誘電損失で高熱伝導率の高周波用緻密質誘電体材料であって、窒化ケイ素を主体とし、アルカリ土類金属元素化合物(AE)、周期律表第3a族元素化合物(RE)、及び不可避的に含まれる又は添加された不純物的酸素を含有する窒化ケイ素質焼結体からなり、焼結体中に含有されるアルカリ土類金属元素化合物(AE)の割合が、酸化物換算(AEO)で0.06重量%から1.0重量%の範囲にあり、周期律表第3a族元素化合物(RE)の割合が、酸化物換算(RE 2 O 3 )で2.5重量%から20重量%の範囲にあり、酸化ケイ素化合物結晶相、又は酸窒化ケイ素化合物結晶相を含有し、鏡面研磨した焼結体表面の光学顕微鏡写真から求めた気孔率が、3%より低い気孔率を有し、2GHzと3GHzにおける誘電損失が5×10−4より低く、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1より高いことを特徴とする高周波用低損失誘電体材料。
(2)酸化ケイ素化合物が、RE2Si2O7、又はRE2SiO5で示される化合物である、前記(1)に記載の高周波用低損失誘電体材料。
(3)酸窒化ケイ素化合物が、RE・AESi2O5N、RE4Si2N2O7、RE2Si3N4O3、又はRE5Si3O12N7で示される化合物である、前記(1)に記載の高周波用低損失誘電体材料。
(4)焼結体中に含有される、アルカリ土類金属元素化合物が、Mg、Ca、Sr、又はBaの酸化物であり、周期律表第3a族元素が、Yb、Y、Dy、Er、Tm、Lu又はScである、前記(1)に記載の高周波用低損失誘電体材料。
(5)焼結体中の粒界相が、主に、RE−Si−O化合物、RE−Si−O−N化合物、又は、RE−AE−Si−O−N化合物からなり、結晶化している、前記(1)に記載の高周波用低損失誘電体材料。
(6)Al含有量が、酸化物換算(Al2O3)で多くても0.1重量%である、前記(1)に記載の高周波用低損失誘電体材料。
(7)前記(1)から(6)のいずれかに記載の材料を製造する方法であって、窒化ケイ素を主体とし、アルカリ土類金属元素化合物の存在量が、酸化物換算で0.1モル%から5モル%の範囲にあり、かつ、周期律表第3a族元素化合物の存在量が、酸化物換算で1モル%から7モル%の範囲にある出発原料を用いて、該出発原料を成形・焼成した後に、熱処理することにより、2GHzと3GHzにおける誘電損失が5×10−4より低く、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1より高い窒化ケイ素室焼結体とすることを特徴とする高周波用低損失誘電体材料の製造方法。
(8)アルカリ土類金属元素化合物が、Mg、Ca、Sr、又はBaの酸化物であり、周期律表第3a族元素が、Yb、Y、Dy、Er、Tm、Lu又はScである、前記(7)に記載の高周波用低損失誘電体材料の製造方法
(9)前記(1)から(6)のいずれかに記載の高周波用低損失誘電体材料を構成要素として含む部材であって、電気部品の製造装置に適用される高周波透過用の部材であることを特徴とする高周波透過用部材。
(10)部材が、半導体製造装置、又は液晶製造装置に適用される高周波用透過用部材である、前記(9)に記載の高周波透過用部材。
本発明は、低誘電損失と高熱伝導率の両者を満たす高周波用低損失誘電体材料であって、窒化ケイ素を主体とし、アルカリ土類金属元素と、周期律表第3a族元素と、不可避的に含まれる又は添加された不純物的酸素を含有する窒化ケイ素質焼結体からなり、2GHzと3GHzにおける誘電損失が5×10−4より低く、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1より高いことを特徴とするものである。
(1)低い誘電損失と高い熱伝導率を有し、高い平滑性の3者の要求を満たした高周波用低損失誘電体材料を提供することができる。
(2)2GHzと3GHzでの高周波での誘電損失が5×10−4以下で、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1以上である高熱伝導率・低誘電損失の高周波用低損失緻密質誘電体材料を提供することができる。
(3)本発明の誘電体材料は、例えば、半導体製造工程などにおいて、2.45GHzでの高周波を用いて、プラズマを発生させて処理を行う装置内で、好適に使用される。
(4)本発明の誘電体材料を用いることで、高周波を十分に透過できるのみならず、処理材の温度分布が平坦化されて、均一な反応が促進され、製品の歩留まりの向上が図れる。
(5)本発明の誘電体材料では、熱伝導率が高く、耐熱衝撃性に優れており、本発明の誘電体材料を用いることで、耐熱衝撃性が改善され、部材の長寿命化や、急速な昇温や降温といった、より苛酷な条件下での利用が可能となる。
(6)本発明の誘電体材料は、機械的特性に優れる窒化ケイ素を主成分とすることから、本発明の誘電体材料を用いることで、機械特性が改善され,薄肉の部材でも強度を維持できるようになり、それにより、部材の軽量化を図ることができる。
(7)本発明の製造方法によれば、製造コストのかさむホットプレス焼結を使わないで、ガス圧焼結のみで、誘電体を製造でき、また、冷間静水圧成形時のプレス圧力も低くできることから、汎用の冷間静水圧成形装置が利用でき、そのために、大型部材の製造が可能となり、更に、製造コストの低減も図ることが可能となる。
(8)本発明の誘電体材料の気孔率は小さいことから、材料表面の高い緻密性と平滑性が保障され、半導体製造装置内の部材として用いると、パーティクルの低減に有効に働き、製品の歩留まりの向上が図れる。
Claims (10)
- 低誘電損失で高熱伝導率の高周波用緻密質誘電体材料であって、窒化ケイ素を主体とし、アルカリ土類金属元素化合物(AE)、周期律表第3a族元素化合物(RE)、及び不可避的に含まれる又は添加された不純物的酸素を含有する窒化ケイ素質焼結体からなり、焼結体中に含有されるアルカリ土類金属元素化合物(AE)の割合が、酸化物換算(AEO)で0.06重量%から1.0重量%の範囲にあり、周期律表第3a族元素化合物(RE)の割合が、酸化物換算(RE 2 O 3 )で2.5重量%から20重量%の範囲にあり、酸化ケイ素化合物結晶相、又は酸窒化ケイ素化合物結晶相を含有し、鏡面研磨した焼結体表面の光学顕微鏡写真から求めた気孔率が、3%より低い気孔率を有し、2GHzと3GHzにおける誘電損失が5×10−4より低く、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1より高いことを特徴とする高周波用低損失誘電体材料。
- 酸化ケイ素化合物が、RE2Si2O7、又はRE2SiO5で示される化合物である、請求項1に記載の高周波用低損失誘電体材料。
- 酸窒化ケイ素化合物が、RE・AESi2O5N、RE4Si2N2O7、RE2Si3N4O3、又はRE5Si3O12N7で示される化合物である、請求項1に記載の高周波用低損失誘電体材料。
- 焼結体中に含有される、アルカリ土類金属元素化合物が、Mg、Ca、Sr、又はBaの酸化物であり、周期律表第3a族元素が、Yb、Y、Dy、Er、Tm、Lu又はScである、請求項1に記載の高周波用低損失誘電体材料。
- 焼結体中の粒界相が、主に、RE−Si−O化合物、RE−Si−O−N化合物、又は、RE−AE−Si−O−N化合物からなり、結晶化している、請求項1に記載の高周波用低損失誘電体材料。
- Al含有量が、酸化物換算(Al2O3)で多くても0.1重量%である、請求項1に記載の高周波用低損失誘電体材料。
- 請求項1から6のいずれかに記載の材料を製造する方法であって、窒化ケイ素を主体とし、アルカリ土類金属元素化合物の存在量が、酸化物換算で0.1モル%から5モル%の範囲にあり、かつ、周期律表第3a族元素化合物の存在量が、酸化物換算で1モル%から7モル%の範囲にある出発原料を用いて、該出発原料を成形・焼成した後に、熱処理することにより、2GHzと3GHzにおける誘電損失が5×10−4より低く、かつ熱伝導率が50W・m−1・K−1より高い窒化ケイ素室焼結体とすることを特徴とする高周波用低損失誘電体材料の製造方法。
- アルカリ土類金属元素化合物が、Mg、Ca、Sr、又はBaの酸化物であり、周期律表第3a族元素が、Yb、Y、Dy、Er、Tm、Lu又はScである、請求項7に記載の高周波用低損失誘電体材料の製造方法
- 請求項1から6のいずれかに記載の高周波用低損失誘電体材料を構成要素として含む部材であって、電気部品の製造装置に適用される高周波透過用の部材であることを特徴とする高周波透過用部材。
- 部材が、半導体製造装置、又は液晶製造装置に適用される高周波用透過用部材である、請求項9に記載の高周波透過用部材。
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