JPH1072249A

JPH1072249A - アルミナ系セラミック焼結体及びアルミナ系セラミック部品

Info

Publication number: JPH1072249A
Application number: JP9126483A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Niwa; 倫規丹羽
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-03-17
Also published as: EP0808811A3; US5994251A; DE69701421D1; DE69701421T2; EP0808811A2; EP0808811B1

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性に優れてしかも緻密であり、強度及び
化学的耐性に優れたアルミナ系セラミック焼結体を提供
する。【解決手段】アルミナ系セラミック焼結体は、アルミ
ナを主体に構成されて９５％以上の相対密度を有し、平
均結晶粒径が１０〜２５μｍの範囲で調整される。そし
て、幅１５mm以上、長さ３０mm以上、高さ１０mm以上の
焼結体を平面研削盤のテーブル上に固定するとともに、
粒径７４〜８８μmの範囲にある研粒の含有比率が８０
重量％以上である合成ダイヤモンド研粒を、レジンボン
ドにより該合成ダイヤモンド研粒の重量含有率が３．３
cts／cm³となるように結合した外径２００mm、幅１０mm
のホイール状のダイヤモンド砥石を用い、そのダイヤモ
ンド砥石を周速２４００m／分でモータにより回転させ
ながらテーブルの送り速度を６０mm／分、１パス当りの
前記砥石の切込量を３mmとして焼結体の研削を行ったと
きに、上記焼結体はモータの負荷の値が３１０Ｗ以下と
なるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナ系セラミ
ック焼結体に関するものであり、特に加工性に優れたア
ルミナ系セラミック焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣやＬＳＩの製造装置等の半導
体処理装置において、ウェハ基板を支持するためにセラ
ミック製の治具が使用されている。この場合、装置内に
おいてウェハ基板は高温で処理されるため、治具は高温
耐食性に優れたアルミナ系セラミック焼結体製のものが
使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な半導体処理に際しては、ウェハ基板の位置決め精度が
要求されるため、これを保持するセラミック治具につい
ても、その保持面を研磨等の加工により精密に仕上げる
必要が生ずる。ところが従来、このような治具の材質と
して使用されているアルミナ系焼結体は緻密かつ強靭
で、研磨等の加工が極めて行いにくく、結果として治具
の製造コストが高くつく欠点があった。また、基板保持
用の治具に限らず、摺動部品など、アルミナ系セラミッ
クスのそれ以外の製品分野においても、加工コストが製
品コストの直接的な高騰を招く問題がしばしば発生して
いる。

【０００４】そこで、緻密なアルミナ焼結体に代えて多
孔質アルミナ焼結体を使用すれば加工能率を改善するこ
とができる。しかしながら、例えば基板保持用治具のよ
うに、高真空雰囲気での使用が前提となる部材において
は、多孔質アルミナ焼結体に形成された多数の開気孔か
ら、これに吸着ないし保持された水分等が放出されるた
め、必要な真空度が確保できない問題が生ずる場合があ
る。

【０００５】本発明の課題は、加工性に優れてしかも緻
密であり、半導体処理など高真空雰囲気での使用が前提
となる部材の材質にも好適に使用できるアルミナ系セラ
ミック焼結体とアルミナ系セラミック部品とを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のアルミナ系セラミック焼結
体の第一の構成は、アルミナを主体に構成されて９５％
以上の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜
２５μｍの範囲で調整されるとともに、加工性評価試験
として、幅１５mm以上、長さ３０mm以上、高さ１０mm以
上の焼結体を平面研削盤のテーブル上に固定するととも
に、粒径７４〜８８μmの範囲にある研粒の含有比率が
８０重量％以上である合成ダイヤモンド研粒を、レジン
ボンドにより該合成ダイヤモンド研粒の重量含有率が
３．３cts／cm³となるように結合した外径２００mm、幅
１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石を用い、そのダ
イヤモンド砥石を周速２４００m／分でモータにより回
転させながらテーブルの送り速度を６０mm／分、１パス
当りの砥石の切込量を３mmとして焼結体を長さ方向に研
削する試験を行ったときの、上記モータが該研削により
受ける負荷の値が３１０Ｗ以下となることを特徴とす
る。なお、「相対密度」とは、焼結体の理論密度に対す
る見かけ密度の比率を百分率で表したものである。

【０００７】本発明者らは、アルミナ系セラミック焼結
体において、その相対密度が９５％以上であっても平均
結晶粒径を上記範囲内に設定し、上記加工性評価試験に
おける研削中のモータの受ける負荷が３１０Ｗ以下とな
るようにすることで、研削や研磨等の加工が極めて容易
になり、ひいては加工が必要な部品を能率よく製造でき
ることを見い出したのである。また、相対密度が９５％
以上と緻密であるため開気孔が少なく、半導体製造工程
など高真空雰囲気での使用が前提となる部品の材質とし
ても好適に使用できる。

【０００８】上記加工性評価試験における研削中のモー
タの受ける負荷が３１０Ｗを超える場合は、従来のアル
ミナ系セラミック焼結体に対する加工性に関しての優位
性を確保できなくなる。該モータの受ける負荷は、より
望ましくは２２０Ｗ以下となるようにするのがよい。

【０００９】また、本発明のアルミナ系セラミック焼結
体の第二の構成は、アルミナを主体に構成されて９５％
以上の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜
２５μｍの範囲で調整されるとともに、加工性評価試験
として、幅１５mm以上、長さ３０mm以上、高さ１０mm以
上の焼結体を平面研削盤のテーブル上に固定するととも
に、粒径７４〜８８μmの範囲にある研粒の含有比率が
８０重量％以上である合成ダイヤモンド研粒を、レジン
ボンドにより該合成ダイヤモンド研粒の重量含有率が
３．３cts／cm³となるように結合した外径２００mm、幅
１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石を用い、そのダ
イヤモンド砥石を周速２４００m／分でモータにより回
転させながらテーブルの送り速度を６０mm／分、１パス
当りの砥石の切込量を３mmとして焼結体を長さ方向に研
削する試験を行ったときの、無負荷時のモータ電流をＩ
0、研削時のモータ電流をＩとして、（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0
が０．７以下であることを特徴とする。

【００１０】すなわち、相対密度が９５％以上であって
も平均結晶粒径を上記範囲内に設定し、上記加工性評価
試験において（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0が０．７以下となるよう
にすることで、研削や研磨等の加工が極めて容易にな
り、ひいては加工が必要な部品を能率よく製造できるよ
うになる。また、相対密度が９５％以上と緻密であるた
め開気孔が少なく、半導体製造工程など高真空雰囲気で
の使用が前提となる部品の材質としても好適に使用でき
る。

【００１１】上記加工性評価試験を行ったときに（Ｉ−
Ｉ0）／Ｉ0が０．７を超える場合は、従来のアルミナ系
セラミック焼結体に対する加工性に関しての優位性を確
保できなくなる。（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0は、より望ましくは
０．５以下となるようにするのがよい。

【００１２】なお、図１０（ａ）に示すように、砥石
（１０３）が一定の切り込み高さで焼結体（１）に切り
込み始めると、砥石（１０３）の周面と焼結体（１）と
の接触面積は切込の進行とともに増加し、同図（ｂ）に
示すように、加工性評価試験におけるモータ電流もこれ
に対応して増加する。そして、砥石（１０３）の最低点
が焼結体（１）に切り込んだ後は上記接触面積はほぼ一
定となり、モータ電流も定常的な値に落ち着く形とな
る。そして、加工性評価に用いるモータ電流はこの定常
値を採用するようにする。

【００１３】本発明のアルミナ系セラミック焼結体の上
記第一及び第二の構成のいずれにおいても、平均結晶粒
径が１０μｍ未満であり、かつ相対密度が９５％以上で
ある場合は、良好な加工性を確保できなくなる。一方、
平均結晶粒径が２５μｍを超えると焼結体の強度が不十
分となる。平均結晶粒径は、より望ましくは１０〜２０
μｍの範囲で調整するのがよい。

【００１４】一方、相対密度が９５％未満になると開気
孔の形成量が増大し、該開気孔に吸着ないし保持された
水分等が放出されるため、焼結体の使用雰囲気が高真空
雰囲気であると、その真空度を低下させる場合があるほ
か、焼結体の強度も不足しがちとなる。相対密度は、よ
り望ましくは９７％以上とするのがよい。

【００１５】なお、上記加工性評価試験において用いる
ダイヤモンド砥石は、例えばＪＩＳＢ４１３１（１９９
３）に規定されたダイヤモンドホイールのうち、該当す
る寸法のものを採用することができる。また、ダイヤモ
ンドホイールに使用する合成ダイヤモンド研粒の粒度分
布は、例えばＪＩＳＢ４１３０（１９８２）において１
７０／２００として規定されたものを採用することがで
きる。

【００１６】また、本発明者らは、上述のアルミナ系焼
結体の加工性が、該焼結体の破壊靱性値Ｋcと密接な関
係を有しており、特にＫcの値が３．０ＭＰａｍ^1/2以下
の場合に焼結体の加工性が著しく向上することも見い出
した。すなわち、本発明のアルミナ系セラミック焼結体
の第三の構成は、アルミナを主体に構成されて９５％以
上の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜２
５μｍの範囲で調整されるとともに、その破壊靱性値Ｋ
cの値が３．０ＭＰａｍ^1/2以下であることを特徴とす
る。ここで、破壊靱性値Ｋcは、ＪＩＳＲ１６０７（１
９９０）に記載された破壊靱性試験方法のうち、圧子圧
入法（ＩＦ法：Indentation-Fracture 法）により測定
されるものである。

【００１７】該第三の構成において、Ｋcの値が３．０
ＭＰａｍ^1/2を超えると、良好な加工性を確保できなく
なる場合がある。また、Ｋcの下限値は、焼結体の強度
や耐磨耗性等が極端に低下しない範囲内で適宜設定され
る。なお、焼結体の相対密度、平均結晶粒径及びアルミ
ナの純度の範囲の臨界的意味及びさらに望ましい範囲に
ついては、前述の本発明の第二及び第三の構成と同様で
ある。また、本第三の構成においても、前述の加工性評
価試験を行った場合に、モータが受ける負荷の値が３１
０Ｗ以下（望ましくは２２０Ｗ以下）となっているか、
あるいは（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0が０．７以下（望ましくは
０．５以下）となっているのがよい。

【００１８】本発明のアルミナ系セラミック焼結体の上
記第一〜第三のいずれの構成においても、アルミナの含
有量を９７重量％以上とすることで、焼結体の耐食性、
特に酸及びアルカリに対する耐食性を向上させることが
できる。この場合、アルミナの含有量を９９重量％以上
とすればさらによい。

【００１９】また、その曲げ強度については２００ＭＰ
ａ以上であることが望ましい。曲げ強度が２００ＭＰａ
未満になると、例えば該焼結体によりアルミナ系セラミ
ック部品を製造した場合、耐久性不足のため用途が限ら
れてしまう問題を生ずる。曲げ強度は、より望ましくは
２５０ＭＰａであるのがよい。なお、本発明における曲
げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１（１９８１）（セラミック
スの曲げ強度試験方法）に記載された方法に基づいて、
室温にて測定した３点曲げ強度を意味するものとする。

【００２０】次に、本発明は、上記本発明のアルミナ系
セラミック焼結体で構成されたアルミナ系セラミック部
品も提供する。すなわち、該アルミナ系セラミック部品
は、アルミナを主成分として９５％以上の相対密度を有
し、かつその平均結晶粒径が１０〜２５μｍの範囲で調
整されたアルミナ系セラミック焼結体により構成され、
これに所定の加工が施されたものとされる。なお、ここ
でいう加工とは、研削（研磨を含む）、切削及び穴あけ
のいずれか単独又は複数の組合せによる除去加工を意味
する。

【００２１】すなわち、アルミナを主成分として９５％
以上の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜
２５μｍの範囲で調整されたアルミナ系セラミック焼結
体は、研削や研磨等の加工が極めて容易であり、また、
相対密度が十分に高いので開気孔が少なく、半導体処理
など高真空雰囲気での使用にも適している。従って、こ
れを用いて構成された本発明のアルミナ系セラミック部
品は、例えば加工の困難な従来のアルミナ系焼結体を用
いたものに比べてはるかに容易に製造することができ、
しかも真空特性、機械的強度及び化学的耐性においても
遜色ないものとなる。この場合、アルミナ系セラミック
焼結体として、前述の本発明のアルミナ系セラミック焼
結体（第一〜第三の構成）を使用することができる。

【００２２】上記アルミナ系セラミック部品の具体的な
構成の一つとして、偏平筒状に構成されてその一方の端
面にウェハ基板を装着するためのウェハ装着凹部を有す
るとともに、他方の端面に位置決め用凹部が形成され、
さらにそれら端面が互いにほぼ平行となるように当該端
面に研削加工が施されたセラミック部品を例示すること
ができる。このセラミック部品は、例えばシリコンウェ
ハ基板等のウェハ基板にＩＣやＬＳＩ等を拡散処理によ
り作り込む際に、その処理装置内においてウェハ基板を
保持するための治具として使用されるものである。この
場合、治具がウェハ基板とともに配置される処理装置内
は相当に高い真空到達度が要求され、また、拡散処理時
には高温かつ腐食性の雰囲気が形成されることから、治
具もそれに対応できるだけの真空特性、強度及び化学的
耐性を備えていなければならない。上記セラミック部品
は、そのような要求に十分対応可能であり、しかも加工
により容易にかつ安価に製造することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明のアルミナ系
セラミック焼結体により構成された半導体ウェハ基板の
保持治具の一例を示している。治具５０を構成するアル
ミナ系セラミック焼結体は、アルミナの含有量が９７重
量％以上、望ましくは９９重量％以上であり、その平均
結晶粒径が１０〜２５μｍ、望ましくは１０〜２０μｍ
に設定されるとともに、破壊靱性値Ｋcの値が３．０Ｍ
Ｐａｍ^1/2以下とされている。また、その相対密度は９
５％以上、望ましくは９７％以上とされ、曲げ強度は２
００ＭＰａ以上、望ましくは２５０ＭＰａ以上とされ
る。

【００２４】アルミナ系セラミック焼結体（以下、単に
焼結体ともいう）の加工性は、以下に述べる加工性評価
試験により定量化することができる。すなわち、図２に
示すように、幅１５mm以上、長さ（Ｌ）３０mm以上、高
さ（Ｈ）１０mm以上の焼結体１を、平面研削盤１００の
テーブル１０１に取り付け、ホイール状のダイヤモンド
砥石１０３をサーボモータ１０２により周速２４００m
／分で回転させながら、テーブル送り速度を６０mm／
分、１パス当りの切込量（ｈ）を３mmとして焼結体を長
さＬの方向に研削を行うとともに、研削中のモータ電流
Ｉを測定する。この場合、モータ電流Ｉが大きいほど研
削の負荷が大きく、難加工性であることを意味する。そ
して、上記焼結体１は、ダイヤモンド砥石１０３とし
て、粒径７４〜８８μmの範囲にある研粒の含有比率が
８０重量％以上である合成ダイヤモンド研粒を、レジン
ボンドにより該合成ダイヤモンド研粒の重量含有率が
３．３cts／cm³となるように結合した外径２００mm、幅
１０mmのホイール状のものを用いたときに、研削時にモ
ータ１０２が受ける負荷の値（以下、加工負荷という）
が３１０Ｗ以下（望ましくは２２０Ｗ以下）となるもの
である。また、無負荷時（空回し時）のモータ電流をＩ
0、研削時のモータ電流をＩとして、（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0
が０．７以下（望ましくは０．５以下）となるものであ
る。なお、加工負荷の値は、例えばモータ１０２に印加
される電圧を一定値Ｅ（Ｖ）とし、無負荷時の電流をＩ
0（Ａ）とすれば、上記モータ電流Ｉの値からＥ×（Ｉ
−Ｉ0）により求めることができる。

【００２５】図１（ａ）に戻り該治具５０は偏平円筒形
状に形成され、その一方の端面５５側にウェハ基板を装
着するためのウェハ装着凹部５１が形成されている。ま
た、治具５０の他方の端面５６側には位置決め用凹部５
２が形成されており、さらに両凹部５１及び５２をつな
ぐように貫通孔５３が形成されている。そして、位置決
め用凹部５２と貫通孔５３とは、半導体処理装置内の装
着面Ｐ上に形成された嵌合凸部Ｆと嵌合することで、治
具５０を装着面Ｐ上の所定位置に位置決めする役割を果
たす。なお、治具５０を装着面Ｐに対し安定に固定する
ために、該治具５０の位置決め用凹部５２が形成された
端面側には、外側に張り出すようにフランジ部５４が形
成されている。

【００２６】治具５０の両端面５５及び５６には、両者
がほぼ平行となるように研削加工が施されている。さら
に、外周面５７，５８と、ウェハ装着凹部５１、貫通孔
５３及び位置決め用凹部５２の各内面も含め、治具５０
の全面に研削加工が施されている。なお、治具５０の表
面の一部のもの、例えば外周面５７，５８等の研削を省
略することも可能である。

【００２７】上述のような治具５０は、例えば以下のよ
うな方法により製造することができる。すなわち、平均
粒径が０．１〜５μmに調整されたアルミナ粉末に対
し、焼結助剤（例えば、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、さ
らには各種希土類酸化物など）粉末及びバインダを所定
量配合し、これを治具５０の形状に成形して、温度１４
００〜１７００℃で２〜１０ｈｒ焼成することにより焼
結体を作成する。なお、成形方法としては、公知のセラ
ミックス粉末の成形技術、すなわち金型プレス法、ラバ
ープレス法、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法、射出成形
法、さらにはグリーンシートを用いる方法など、各種採
用することができる。また、焼結方法としては、焼結炉
を用いた一般の焼結法の他、ホットプレス法、熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）法を採用することができる。

【００２８】こうして得られた焼結体には、寸法調整及
び表面仕上げのための砥石研削が施されて、最終的な治
具５０とされる。研削方法は公知の方法を採用でき、例
えば両端面５５及び５６には平面研削盤による研削を、
外周面５７，５８には円筒研削盤による研削を、凹部５
１，５２及び貫通孔５３の内周面には内面研削盤による
研削をそれぞれ施すことができる。

【００２９】図１（ｂ）は、本発明のアルミナ系セラミ
ック部品の別の例としての真空チャック用保持板を示し
ている。該保持板６０は、板厚方向に多数の吸引孔６１
が形成されており、図示しない吸引ボックスに装着して
該ボックス内を減圧することにより、各吸引孔６１にお
いて被保持物を吸引・保持するものである。これは、例
えば次にようにして製造することができる。まず、原料
粉末をバインダとともに混練したコンパウンドを成形し
てグリーンシートを作り、そのシートを所定形状に切断
するとともに、吸引孔６１となるべき多数の貫通孔を孔
設してこれを焼成する。次いで、得られた焼結体の、少
なくともその吸引保持面に予定された面に研削加工が施
されて上記保持板６０となる。なお、孔径が十分大きけ
れば、各吸引孔６１の内面も、外周面が砥石面とされた
線状の砥石等を挿入して、これを軸線周りに回転させる
ことで研削することが可能である。

【００３０】また、図１（ｃ）は、本発明の焼結体によ
りセラミックシールリングを形成した例を示している。
シールリング７０は、その上下面に研削及び研磨加工が
施されている。

【００３１】なお、上記以外にも、本発明のアルミナ系
セラミック焼結体により各種摺動部材をはじめとするさ
まざまな部品を製造することができる。また、焼結体に
施される加工は、研削加工（研磨加工を含む）のみでな
く、各種切削加工（例えば旋削、フライス削り等）、螺
子切り加工あるいはドリル等による穴開け加工等を行う
こともできる。

【００３２】

【実施例】平均粒径０．１〜５μｍの各種アルミナ粉末
に対し、ＭｇＯを０．１重量％、ＳｉＯ₂を０．８重量
％及びＣａＯを０．１重量％の割合で配合した焼結助剤
とバインダとを所定量混合して原料粉末を調製し、これ
をラバープレスにより成形して圧粉成形体を作製した。
続いてこの圧粉成形体を大気雰囲気にて、１４００〜１
７００℃に設定された各種保持温度にて２〜１０時間焼
成することにより各種焼結体を得た（試料毎の具体的な
焼成保持温度と保持時間については表１に記載してい
る）。こうして得られた焼結体中のアルミナ含有量はＩ
ＣＰ法にて分析した。また、各焼結体の平均結晶粒径を
ラインインターセプト法により測定した。すなわち、各
焼結体の破断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮影
し（倍率５００倍）、さらにその写真上に複数の直線を
描き、各結晶粒を横切る直線部分の長さの平均値を算出
してこれを平均結晶粒径とした。

【００３３】また、各焼結体の相対密度をアルキメデス
法により、破壊靱性値ＫcをＪＩＳＲ１６０７（１９９
０）のＩＦ法により、また曲げ強度をＪＩＳＲ１６０１
（１９８１）の３点曲げ試験によりそれぞれ測定した。
各焼結体の相対密度、アルミナ含有量、平均結晶粒径、
曲げ強度及び破壊靱性値の測定値を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】次に、各焼結体の加工性を調べるために前
述の加工性評価試験（図２参照）を行い、加工負荷の値
を測定した。なお、本実施例では、試験に用いた焼結体
試料の大きさを幅５０mm、長さ３０mm、高さ２０mmの直
方体状として、その長さ方向に研削を行っている。な
お、モータには２２０Ｖの定電圧を印加した。このとき
の、無負荷時のモータ電流値は２．０Ａであった。使用
したモータ１０２は交流サーボモータ（定格１．５ｋ
ｗ、２２０Ｖ、５．６Ａ、６０Ｈｚ）であり、モータ電
流の測定は、図９に模式的に示すように、クランプ電流
計２００（日置電気（株）製「リーク電流計」、型番３
２６３）を用いて測定した。該クランプ電流計２００
は、図９（ｃ）にその測定原理を示す通り、開閉できる
環状鉄心２００ａにコイル２００ｂを巻き、鉄心２００
ａを開いてモータ１０２への配線１０２ａを通すと、該
配線１０２ａに流れる交流電流ＩACによりコイル２００
ｂに電圧が発生し、これを電流スケールを有する電圧計
２００ｃで検出することにより、配線１０２ａを流れる
上記交流電流ＩAC、すなわちモータ電流を知ることがで
きる。

【００３６】一方、焼結体を真空雰囲気で使用する場合
における、焼結体の相対密度が真空度に及ぼす影響を調
べるために以下の試験を行った。すなわち、容積０．２
ｍ³の真空炉中に焼結体を配置し、その状態でロータリ
ーポンプにより炉内を排気速度６５０リットル／分で排
気し、次に該ロータリーポンプによる排気を継続しなが
ら拡散ポンプにより９００リットル／秒で排気しつつ炉
内を５００℃に加熱し、炉内真空度が１．０×１０^-4to
rrに到達するまでの時間を測定した。

【００３７】さらに、焼結体のアルミナ含有量と耐食性
の関係を調べるために、ＪＩＳＲ１６１４（１９９３）
に記載された方法により、硫酸及び水酸化ナトリウム水
溶液中における焼結体の腐食の程度を調べた。以上の試
験結果を表１及び図３〜図６の各グラフに示す。本発明
の実施例の焼結体（試料番号５〜１１、１５）は、いず
れも良好な加工性を示しているのに対し、比較例の焼結
体（試料番号１〜４、１２〜１４、１６）は加工性ない
し耐食性が劣っていることが分かる。

【００３８】図３は、焼結体の平均結晶粒径とモータ電
流Ｉとの関係を示している。すなわち、平均結晶粒径が
１０μm未満の範囲と１０μm以上の範囲との間で、モー
タ電流Ｉはほぼステップ状に変化し、後者におけるモー
タ電流Ｉの値は前者における値よりも３０〜４０％近く
小さくなっていることがわかる。また、図４は焼結体の
相対密度と真空到達時間の関係を示しており、相対密度
が９５％未満になると到達時間が著しく長くなるのに対
し、９５％以上では速やかに高真空度が得られているこ
とがわかる。

【００３９】次に、図５は、焼結体のアルミナ含有量
と、硫酸及び水酸化ナトリウム水溶液中における焼結体
の重量減少値との関係を示している。アルミナ含有量が
９７％以上では硫酸及び水酸化ナトリウム水溶液のいず
れにおいても重量減少が小さくなり、酸及びアルカリに
対する耐食性が向上していることがわかる。なお、腐食
が問題とならない環境で使用する場合には、焼結体中の
アルミナの含有量を９７％未満に設定しても差しつかえ
ない。

【００４０】さらに、図６は、焼結体の破壊靱性値Ｋc
とモータ電流Ｉとの関係を示している。すなわち、破壊
靱性値Ｋcが３．０ＭＰａｍ^1/2以下でモータ電流Ｉが小
さくなり、焼結体の加工性が向上していることがわか
る。なお、図７及び図８に、本発明の実施例に係る試料
番号６、７、９の焼結体と、同じく比較例に係る試料番
号４の焼結体について、その破断面のＳＥＭ写真を示し
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミナ系セラミック焼結体により製
造される各種部品を示す模式図。

【図２】焼結体の加工性を調べるための試験方法の説明
図。

【図３】焼結体の平均結晶粒径とモータ電流との関係を
示すグラフ。

【図４】焼結体の相対密度と真空到達時間との関係を示
すグラフ。

【図５】焼結体のアルミナ含有量と耐食性との関係を示
すグラフ。

【図６】焼結体の破壊靱性値とモータ電流との関係を示
すグラフ。

【図７】本発明の実施例に係る試料番号６及び７の焼結
体の破断面のＳＥＭ写真。

【図８】本発明の実施例に係る試料番号９の焼結体と、
同じく比較例に係る試料番号４の焼結体との破断面のＳ
ＥＭ写真。

【図９】実施例で採用したモータ電流の測定方法を示す
模式図。

【図１０】焼結体に対する加工の進行とモータ電流との
関係を示す説明図。

【符号の説明】

１アルミナ系セラミック焼結体５０治具（アルミナ系セラミック部品）Ｗウェハ基板５１ウェハ装着凹部５２位置決め用凹部５３貫通孔５５端面５６端面６０真空チャック用保持板（アルミナ系セラミック部
品）７０セラミックシールリング１００平面研削盤１０１テーブル１０３ダイヤモンド砥石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナを主体に構成されて９５％以上
の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜２５
μｍの範囲で調整されるとともに、加工性評価試験として、幅１５mm以上、長さ３０mm以
上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤のテーブル上
に固定するとともに、粒径７４〜８８μmの範囲にある
研粒の含有比率が８０重量％以上である合成ダイヤモン
ド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイヤモンド研粒
の重量含有率が３．３cts／cm³となるように結合した外
径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石
を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４００m／分で
モータにより回転させながら前記テーブルの送り速度を
６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込量を３mmとし
て前記焼結体を長さ方向に研削する試験を行ったとき
の、前記モータが該研削により受ける負荷の値が３１０
Ｗ以下となることを特徴とするアルミナ系セラミック焼
結体。
【請求項２】アルミナを主体に構成されて９５％以上
の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜２５
μｍの範囲で調整されるとともに、加工性評価試験として、幅１５mm以上、長さ３０mm以
上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤のテーブル上
に固定するとともに、粒径７４〜８８μmの範囲にある
研粒の含有比率が８０重量％以上である合成ダイヤモン
ド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイヤモンド研粒
の重量含有率が３．３cts／cm³となるように結合した外
径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石
を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４００m／分で
モータにより回転させながら前記テーブルの送り速度を
６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込量を３mmとし
て前記焼結体を長さ方向に研削する試験を行ったとき
の、無負荷時のモータ電流をＩ0、研削時のモータ電流
をＩとして、（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0が０．７以下であること
を特徴とするアルミナ系セラミック焼結体。
【請求項３】アルミナを主体に構成されて９５％以上
の相対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜２５
μｍの範囲で調整されるとともに、その破壊靱性値Ｋc
の値が３．０ＭＰａｍ^1/2以下であることを特徴とする
アルミナ系セラミック焼結体。
【請求項４】加工性評価試験として、幅１５mm以上、
長さ３０mm以上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤
のテーブル上に固定するとともに、粒径７４〜８８μm
の範囲にある研粒の含有比率が８０重量％以上である合
成ダイヤモンド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイ
ヤモンド研粒の重量含有率が３．３cts／cm³となるよう
に結合した外径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイ
ヤモンド砥石を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４
００m／分でモータにより回転させながら前記テーブル
の送り速度を６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込
量を３mmとして前記焼結体を長さ方向に研削する試験を
行ったときの、前記モータが該研削により受ける負荷の
値が３１０Ｗ以下となる請求項３記載のアルミナ系セラ
ミック焼結体。
【請求項５】加工性評価試験として、幅１５mm以上、
長さ３０mm以上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤
のテーブル上に固定するとともに、粒径７４〜８８μm
の範囲にある研粒の含有比率が８０重量％以上である合
成ダイヤモンド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイ
ヤモンド研粒の重量含有率が３．３cts／cm³となるよう
に結合した外径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイ
ヤモンド砥石を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４
００m／分でモータにより回転させながら前記テーブル
の送り速度を６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込
量を３mmとして前記焼結体を長さ方向に研削する試験を
行ったときの、無負荷時のモータ電流をＩ0、研削時の
モータ電流をＩとして、（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0が０．７以下
である請求項３又は４に記載のアルミナ系セラミック焼
結体。
【請求項６】前記平均結晶粒径は、１０〜２０μｍで
ある請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミナ系セ
ラミック焼結体。
【請求項７】アルミナの含有量が９７重量％以上であ
る請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミナ系セラ
ミック焼結体。
【請求項８】曲げ強度が２００ＭＰａ以上である請求
項１ないし７のいずれかに記載のアルミナ系セラミック
焼結体。
【請求項９】アルミナを主成分として９５％以上の相
対密度を有し、かつその平均結晶粒径が１０〜２５μｍ
の範囲で調整されたアルミナ系セラミック焼結体により
構成され、その外面の少なくとも一部が、研削、研磨、
切削及び穴あけのいずれか単独又は複数の組合せによる
加工が施された加工面とされていることを特徴とするア
ルミナ系セラミック部品。
【請求項１０】前記アルミナ系セラミック焼結体は、
加工性評価試験として、幅１５mm以上、長さ３０mm以
上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤のテーブル上
に固定するとともに、粒径７４〜８８μmの範囲にある
研粒の含有比率が８０重量％以上である合成ダイヤモン
ド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイヤモンド研粒
の重量含有率が３．３cts／cm³となるように結合した外
径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石
を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４００m／分で
モータにより回転させながら前記テーブルの送り速度を
６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込量を３mmとし
て前記焼結体を長さ方向に研削する試験を行ったとき
の、前記モータが該研削により受ける負荷の値が３１０
Ｗ以下となるものである請求項９記載のアルミナ系セラ
ミック部品。
【請求項１１】前記アルミナ系セラミック焼結体は、
加工性評価試験として、幅１５mm以上、長さ３０mm以
上、高さ１０mm以上の焼結体を平面研削盤のテーブル上
に固定するとともに、粒径７４〜８８μmの範囲にある
研粒の含有比率が８０重量％以上である合成ダイヤモン
ド研粒を、レジンボンドにより該合成ダイヤモンド研粒
の重量含有率が３．３cts／cm³となるように結合した外
径２００mm、幅１０mmのホイール状のダイヤモンド砥石
を用い、そのダイヤモンド砥石を周速２４００m／分で
モータにより回転させながら前記テーブルの送り速度を
６０mm／分、１パス当りの前記砥石の切込量を３mmとし
て前記焼結体を長さ方向に研削する試験を行ったとき
の、無負荷時のモータ電流をＩ0、研削時のモータ電流
をＩとして、（Ｉ−Ｉ0）／Ｉ0が０．７以下である請求
項９又は１０に記載のアルミナ系セラミック部品。
【請求項１２】前記アルミナ系セラミック焼結体の破
壊靱性値Ｋcの値が３．０ＭＰａｍ^1/2以下である請求項
９ないし１１のいずれかに記載のアルミナ系セラミック
部品。
【請求項１３】前記アルミナ系セラミック焼結体のア
ルミナの含有量が９７重量％以上である請求項９ないし
１２のいずれかに記載のアルミナ系セラミック部品。
【請求項１４】前記アルミナ系セラミック焼結体の平
均結晶粒径が１０〜２０μｍである請求項９ないし１３
のいずれかに記載のアルミナ系セラミック部品。
【請求項１５】前記アルミナ系セラミック焼結体の曲
げ強度が２００ＭＰａ以上である請求項９ないし１４の
いずれかに記載のアルミナ系セラミック部品。
【請求項１６】偏平筒状に構成されてその一方の端面
にウェハ基板を装着するためのウェハ装着凹部を有し、
また他方の端面に位置決め用凹部を有するとともに、そ
れら端面がほぼ平行となるように当該端面に研削加工が
施された請求項９ないし１５のいずれかに記載のアルミ
ナ系セラミック部品。