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JP6361717B2 - Dielectric material - Google Patents

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JP6361717B2
JP6361717B2 JP2016210421A JP2016210421A JP6361717B2 JP 6361717 B2 JP6361717 B2 JP 6361717B2 JP 2016210421 A JP2016210421 A JP 2016210421A JP 2016210421 A JP2016210421 A JP 2016210421A JP 6361717 B2 JP6361717 B2 JP 6361717B2
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Description

本発明は、誘電体材料に関し、さらに詳しくは、半導体や液晶ディスプレイ等の製造プロセスに適用されるエッチング装置、スパッタリング装置、CVD装置等の真空プロセス装置の構成部材の材料として用いて好適な誘電体材料に関するものである。   The present invention relates to a dielectric material, and more particularly, a dielectric suitable for use as a material for constituent members of a vacuum process apparatus such as an etching apparatus, a sputtering apparatus, or a CVD apparatus applied to a manufacturing process of a semiconductor or a liquid crystal display. It relates to materials.

従来、IC、LSI、VLSI等の半導体装置の製造ラインにおけるエッチングやスパッタリング等の各種処理おいては、アルミナ等のセラミックスにより構成される部品が広く用いられている。例えば、半導体製造装置内のセラミック部品としては、静電チャックが挙げられる。
静電チャックは、シリコンウエハ等の半導体基板の支持機構として、高い密着性能、優れた熱伝導性、耐久性を必要とする。この静電チャックは、半導体基板が載置される略円板状の絶縁体と、この絶縁体の内部に埋設された静電吸着用内部電極とを備えたもので、この絶縁体と、この絶縁体上に載置される半導体基板との間に直流電圧を加えることで、クーロン力あるいは微少な漏れ電流による静電吸着力を発生させ、この静電吸着力により半導体基板を絶縁体上に固定している。
Conventionally, components made of ceramics such as alumina have been widely used in various processes such as etching and sputtering in a production line of semiconductor devices such as IC, LSI, and VLSI. For example, an electrostatic chuck is mentioned as a ceramic component in a semiconductor manufacturing apparatus.
An electrostatic chuck requires high adhesion performance, excellent thermal conductivity, and durability as a support mechanism for a semiconductor substrate such as a silicon wafer. The electrostatic chuck includes a substantially disk-shaped insulator on which a semiconductor substrate is placed, and an electrostatic chucking internal electrode embedded in the insulator. By applying a DC voltage to the semiconductor substrate placed on the insulator, an electrostatic adsorption force due to Coulomb force or minute leakage current is generated, and the semiconductor substrate is placed on the insulator by this electrostatic adsorption force. It is fixed.

この静電チャックに用いられる絶縁体としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミックスが一般に用いられている。
セラミックスは、特に、熱伝導性、耐プラズマ性に優れているが、材質が硬いことから、基板となじみ難く、その結果、半導体基板を搬送する際に傷やクラック等が生じたり、あるいは、長期間に亘って使用することにより生じる絶縁性の劣化およびプラズマや腐食性ガスによる損傷に起因する絶縁破壊が生じる虞があり、エッチングやスパッタリング等の各種処理中に半導体基板上の素子が破壊する虞がある。
As an insulator used for the electrostatic chuck, ceramics such as aluminum oxide and aluminum nitride are generally used.
Ceramics are particularly excellent in thermal conductivity and plasma resistance, but they are hard to conform to the substrate due to the hard material, and as a result, scratches, cracks, etc. occur when transporting the semiconductor substrate, or long There is a risk of insulation deterioration due to use over a period of time and breakdown due to damage by plasma or corrosive gas, and elements on the semiconductor substrate may be destroyed during various processes such as etching and sputtering. There is.

そこで、静電チャックの絶縁体の絶縁破壊を検出する技術として、静電チャックに接続される電源の回路内に電流検出器を設置することにより、絶縁体の絶縁破壊を検出し、絶縁破壊した静電チャックを使用し続けることを防止する技術が提案されている(特許文献1、2等参照)。
また、静電チャックの静電吸着用内部電極と接地電極との間の電位差を測定することで、絶縁体の絶縁破壊を検出する技術が提案されている(特許文献3等参照)。
また、絶縁体の替わりに多孔質の誘電体を用いた静電チャックが提案されている(特許文献4等参照)。この静電チャックでは、水分の吸着に起因する絶縁破壊を防ぐための診断方法が採られている。
Therefore, as a technology to detect dielectric breakdown of the insulator of the electrostatic chuck, the dielectric breakdown of the insulator was detected by installing a current detector in the circuit of the power supply connected to the electrostatic chuck, and the dielectric breakdown occurred. Techniques for preventing the electrostatic chuck from being used continuously have been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
In addition, a technique for detecting a dielectric breakdown of an insulator by measuring a potential difference between an electrostatic chuck internal electrode for electrostatic chuck and a ground electrode has been proposed (see Patent Document 3, etc.).
Further, an electrostatic chuck using a porous dielectric instead of an insulator has been proposed (see Patent Document 4). This electrostatic chuck employs a diagnostic method for preventing dielectric breakdown due to moisture adsorption.

特開2005−175122号公報JP 2005-175122 A 特開2002−305237号公報JP 2002-305237 A 特開平06−267905号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-267905 特開2008−47564号公報JP 2008-47564 A

しかしながら、従来のクーロン力型の静電チャックでは、絶縁体に1000V以上の高電圧を印加して使用することから、この高電圧印加中に絶縁体に絶縁破壊が生じた場合には、絶縁破壊は瞬間的に起こり、同時に大電流が流れるため、絶縁破壊が検出された時点で静電チャックは使用不可能な状態となる。したがって、特許文献1〜3に記載された方法では、静電チャックが絶縁破壊により使用できなくなることを、事前に予測することができないという問題点があった。   However, in the conventional Coulomb force type electrostatic chuck, since a high voltage of 1000 V or more is applied to the insulator, the dielectric breakdown occurs when the dielectric breakdown occurs during the application of the high voltage. Occurs instantaneously and at the same time a large current flows, so that the electrostatic chuck becomes unusable when dielectric breakdown is detected. Therefore, the methods described in Patent Documents 1 to 3 have a problem that it is impossible to predict in advance that the electrostatic chuck cannot be used due to dielectric breakdown.

また、静電チャックが絶縁破壊した場合、絶縁破壊により生じた大電流が検出された段階で、この大電流が絶縁破壊が生じた1点に集中して流れるために、この大電流が半導体基板上のデバイスにダメージを与えることとなる。したがって、使用中に静電チャックに絶縁破壊が生じるのを防止することができず、絶縁破壊に起因するデバイスへのダメージを防ぐことも困難であるという問題点があった。   In addition, when the electrostatic chuck breaks down, when the large current generated by the breakdown is detected, the large current flows in a concentrated manner at one point where the breakdown occurs. The above device will be damaged. Therefore, it is difficult to prevent dielectric breakdown from occurring in the electrostatic chuck during use, and it is difficult to prevent damage to the device due to dielectric breakdown.

一方、特許文献4に記載された絶縁体の替わりに多孔質の誘電体を用いた静電チャックでは、多孔質の誘電体の水分吸着に起因する絶縁性の劣化を検出することができるだけで、誘電体そのものが有する本質的な絶縁性の劣化を検出することはできない。したがって、静電チャックが絶縁破壊により使用できなくなることを、事前に予測することができず、また、使用中に静電チャックに絶縁破壊が生じるのを防止することができず、絶縁破壊に起因するデバイスへのダメージを防ぐことも困難であるという問題点があった。   On the other hand, in the electrostatic chuck using a porous dielectric instead of the insulator described in Patent Document 4, it is only possible to detect the deterioration of insulation due to moisture adsorption of the porous dielectric, It is not possible to detect the essential insulation deterioration of the dielectric itself. Therefore, it is impossible to predict in advance that the electrostatic chuck cannot be used due to dielectric breakdown, and it is impossible to prevent dielectric breakdown from occurring in the electrostatic chuck during use. It is also difficult to prevent damage to the device.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、使用前もしくは使用中に絶縁破壊の予兆を検出することができ、したがって、絶縁破壊を事前に予測することができる誘電体材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can provide a dielectric material that can detect a dielectric breakdown sign before or during use, and thus can predict dielectric breakdown in advance. The purpose is to provide.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、絶縁性材料中に導電性粒子を分散した複合焼結体からなる誘電体材料について、前記絶縁性材料は、Al 、Y またはSi であり、前記導電性粒子は、SiC粒子であり、前記複合焼結体は、Al −SiC複合焼結体、Y −SiC複合焼結体またはSi −SiC複合焼結体であり、前記導電性粒子の含有率は、4質量%以上かつ20質量%以下であり、前記導電性粒子は、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10は0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90は2μm以下であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)は3.0以上であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)は1.4以上であり、下記耐電圧試験後の前記誘電体材料について評価した絶縁破壊特性が下記条件を満たすものとすれば、この誘電体材料の絶縁破壊を穏やかに進行させることができ、したがって、使用前もしくは使用中に、この誘電体材料の電気抵抗を測定することにより、絶縁破壊を事前に予測することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
(耐電圧試験)
厚み1.0mmの前記誘電体材料を第1の電極で挟み、前記第1の電極間に所定の測定電圧を印加して1分間保持した後、前記第1の電極間に流れる電流値が1nA/cm以上であり、かつ電流値が上昇している場合の前記測定電圧を前記耐電圧値とする。
(絶縁破壊特性)
前記誘電体材料の表面であって前記耐電圧試験において前記第1の電極を配置した位置に、前記第1の電極よりも小さい第2の電極を配置して前記誘電体材料を挟持し、前記第2の電極間に前記耐電圧値と同じ電圧を印加したときに流れる電流値を測定する。
(条件)
前記位置において前記第2の電極の配置位置を9箇所選択し、9点の電流値を測定したとき、9点の前記電流値のうち最大値(Amax)と最小値(Amin)との比(Amax/Amin)が1000倍以下。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a dielectric material comprising a composite sintered body in which conductive particles are dispersed in an insulating material, the insulating material is Al 2 O 3. Y 2 O 3 or Si 3 N 4 , the conductive particles are SiC particles, and the composite sintered body is an Al 2 O 3 —SiC composite sintered body, Y 2 O 3 —SiC composite sintered body. A sintered body or a Si 3 N 4 —SiC composite sintered body, wherein the content of the conductive particles is 4% by mass or more and 20% by mass or less, and the conductive particles have a cumulative volume in the volume particle size distribution. The particle diameter D10 having a percentage of 10% by volume is 0.2 μm or less, the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume is 2 μm or less, and the cumulative volume percentage of the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume is 10 volumes. % Of particle size D10 The ratio (D90 / D10) is 3.0 or more, and the ratio (D90 / D50) of the particle size D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume to the particle size D50 having a cumulative volume percentage of 50% by volume is 1.4 or more. , and the if the dielectric material breakdown characteristics were evaluated after following withstand voltage test is as also satisfying the following condition, it is possible to proceed gently breakdown of the dielectric material, thus, used It has been found that dielectric breakdown can be predicted in advance by measuring the electric resistance of the dielectric material before or during use, and the present invention has been completed.
(anti-voltage test)
A dielectric material having a thickness of 1.0 mm is sandwiched between first electrodes, a predetermined measurement voltage is applied between the first electrodes and held for 1 minute, and then a current value flowing between the first electrodes is 1 nA. The measured voltage when the current value is higher than / cm 2 is defined as the withstand voltage value.
(Dielectric breakdown characteristics)
A second electrode smaller than the first electrode is disposed at a position on the surface of the dielectric material where the first electrode is disposed in the withstand voltage test to sandwich the dielectric material, and A current value that flows when the same voltage as the withstand voltage value is applied between the second electrodes is measured.
(conditions)
When nine positions of the second electrode are selected at the position and the current values at nine points are measured, the ratio between the maximum value (Amax) and the minimum value (Amin) among the nine current values ( Amax / Amin) is 1000 times or less.

すなわち、本発明の誘電体材料は、下記を満たす。
前記誘電体材料を一定の厚みに加工し、電圧を印加して100nA/cm の電流を1秒以下流した後に、所定面積を有する電極を表面の9点に載置して電圧を印加した際に、前記9点の電極から誘電体材料の厚さ方向にそれぞれ流れる電流の電流値のうち最大値(Amax)と最小値(Amin)との比(Amax/Amin)が1000倍以下。
また、前記誘電体材料は、絶縁破壊による電流値が1nA/cm から100nA/cm まで上昇するのに要する時間が3秒以上であることが好ましい。
また、一実施態様の誘電体材料は、絶縁性材料中に導電性粒子を分散した複合焼結体からなる誘電体材料であって、前記導電性粒子は、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10は0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90は2μm以下であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)は3.0以上であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)は1.4以上である。
That is, the dielectric material of the present invention satisfies the following.
The dielectric material was processed to a constant thickness, a voltage was applied and a current of 100 nA / cm 2 was applied for 1 second or less, and then an electrode having a predetermined area was placed on nine points on the surface and a voltage was applied. In this case, the ratio (Amax / Amin) between the maximum value (Amax) and the minimum value (Amin) among the current values of the currents flowing from the nine electrodes in the thickness direction of the dielectric material is 1000 times or less.
Further, the dielectric material is preferably the time required for the current value due to insulation breakdown increases from 1 nA / cm 2 to 100 nA / cm 2 is not less than 3 seconds.
The dielectric material of one embodiment is a dielectric material composed of a composite sintered body in which conductive particles are dispersed in an insulating material, and the conductive particles have a cumulative volume percentage in the volume particle size distribution. The 10% by volume particle diameter D10 is 0.2 μm or less, the cumulative volume percentage is 90% by volume, the particle diameter D90 is 2 μm or less, the cumulative volume percentage is 90% by volume, and the cumulative volume percentage of the particle diameter D90 is 10% by volume. The ratio (D90 / D10) to the particle diameter D10 is 3.0 or more, and the ratio (D90 / D50) of the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90 volume% to the particle diameter D50 having a cumulative volume percentage of 50 volume% is 1 .4 Ru der more.

前記導電性粒子の含有率は、4質量%以上かつ20質量%以下であることが好ましい。
前記導電性粒子は、導電性炭化珪素粒子、モリブデン粒子、タングステン粒子、タンタル粒子、炭素粒子の群から選択された1種または2種以上であることが好ましい。
前記絶縁性材料は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトの群から選択された1種または2種以上であることが好ましい。
The content of the conductive particles is preferably 4% by mass or more and 20% by mass or less.
The conductive particles are preferably one or more selected from the group consisting of conductive silicon carbide particles, molybdenum particles, tungsten particles, tantalum particles, and carbon particles.
The insulating material is preferably one or more selected from the group consisting of aluminum oxide, yttrium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, aluminum nitride, silicon nitride, and mullite.

比誘電率は11以上であることが好ましい。
耐電圧は5kV/mm以上であることが好ましい。
The relative dielectric constant is preferably 11 or more.
The withstand voltage is preferably 5 kV / mm or more.

本発明の誘電体材料によれば、絶縁破壊の箇所がピンホール状に形成されることがなく、内部に同時に絶縁破壊により電流値が上昇していくこととなる。このため、誘電体材料の絶縁破壊を穏やかに進行させることができる。したがって、この複合焼結体からなる誘電体材料の使用前もしくは使用中に、その電気抵抗を測定することにより、この電気抵抗の値から絶縁破壊の予兆を知ることができる。その結果、この複合焼結体からなる誘電体材料の絶縁破壊を事前に予測することができる。 According to the dielectric material of the present invention, the location of the dielectric breakdown is not formed in a pinhole shape, and the current value increases simultaneously due to the dielectric breakdown inside. For this reason, the dielectric breakdown of the dielectric material can be allowed to proceed gently. Therefore, by measuring the electrical resistance before or during use of the dielectric material made of the composite sintered body, a sign of dielectric breakdown can be known from the value of the electrical resistance. As a result, dielectric breakdown of the dielectric material made of this composite sintered body can be predicted in advance.

本発明の誘電体材料を実施するための形態について説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the dielectric material of this invention is demonstrated.
The following embodiments are specifically described for better understanding of the gist of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.

[誘電体材料]
本実施形態の誘電体材料は、絶縁性材料中に導電性粒子を分散した複合焼結体からなる誘電体材料であり、この導電性粒子は、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10が0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90が2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)が3.0以上、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)が1.4以上の誘電体材料である。
[Dielectric material]
The dielectric material of the present embodiment is a dielectric material composed of a composite sintered body in which conductive particles are dispersed in an insulating material. The conductive particles have a cumulative volume percentage of 10 volume% in the volume particle size distribution. The particle diameter D10 is 0.2 μm or less, the cumulative volume percentage is 90 volume%, the particle diameter D90 is 2 μm or less, the cumulative volume percentage is 90 volume%, and the ratio of the cumulative volume percentage to 10 volume% is 10% by volume. A dielectric material having a ratio (D90 / D50) of 1.4 or more (D90 / D10) of 3.0 or more, a cumulative volume percentage of 90 volume% to a particle diameter D50 of 50 volume% of the cumulative volume percentage of D90 It is.

ここで、本実施形態の誘電体材料を知見するに至った経緯を説明する。
絶縁性材料中に導電性粒子を分散した複合焼結体からなる誘電体材料の導電パスの形成については、パーコレーション理論で説明することができる。
このパーコレーション理論では、絶縁性材料中に分散した導電性粒子の割合が一定の閾値を越えると急激に導電率が上がり(抵抗値が低下し)、この閾値近傍で導電性粒子のつながりはフラクタル形状を示していることが知られている。
Here, the background to the knowledge of the dielectric material of the present embodiment will be described.
The formation of a conductive path of a dielectric material made of a composite sintered body in which conductive particles are dispersed in an insulating material can be explained by percolation theory.
In this percolation theory, when the ratio of the conductive particles dispersed in the insulating material exceeds a certain threshold, the conductivity increases rapidly (resistance value decreases), and the connection of the conductive particles near this threshold is fractal. It is known to show.

そこで、本発明者等は、複合焼結体からなる誘電体材料の絶縁破壊を緩やかにすること、すなわち、この誘電体材料の絶縁破壊特性を向上させるためには、絶縁破壊した際の導電パスの分岐を大きくすること、すなわち導電パスのフラクタル次元を高くする必要があると考えた。
この考えに基づいて、絶縁性材料中に、粒度分布が一定の条件を満たす導電性粒子を一定量分散させることで、絶縁破壊を緩やかにする誘電体材料を作製したところ、この誘電体材料の導電パスのフラクタル次元を高くすると、絶縁破壊はピンホール状に生じずに広い分布を持って生じることとなり、よって、緩やかに絶縁破壊する特性が得られることが分かった。
Therefore, the present inventors have made it easy to moderate the dielectric breakdown of the dielectric material made of the composite sintered body, that is, to improve the dielectric breakdown characteristics of the dielectric material, the conductive path at the time of the dielectric breakdown. We thought that it was necessary to increase the branch of the current path, that is, to increase the fractal dimension of the conductive path.
Based on this idea, a dielectric material that moderates dielectric breakdown was produced by dispersing a certain amount of conductive particles satisfying a certain particle size distribution in the insulating material. It was found that when the fractal dimension of the conductive path is increased, the dielectric breakdown does not occur in the form of pinholes but occurs with a wide distribution, so that the characteristic of gradual dielectric breakdown can be obtained.

また、絶縁性材料中の導電性粒子の粒度分布を広くすることで、閾値以上の導電性粒子を入れた場合には、導電性粒子のつながりのフラクタル次元が高くなること、一方、閾値以下の導電性粒子を入れた場合には、絶縁破壊により生じる導電パスのフラクタル次元が高くなることが分かった。
また、絶縁性材料中の導電性粒子の粒度分布を広くすると、導電性粒子の含有率を高くすることができ、なおかつ導電パスが形成される閾値が高くなることから、絶縁性を保ったまま導電性粒子の含有率を高くすることができ、誘電率の高い誘電体材料が得られることが分かった。
以上により、この誘電率の高い誘電体材料を用いてクーロン力型の静電チャックの基材を作製すれば、静電チャックの絶縁破壊を電気抵抗または電流値を測定することで予測出来ることがわかり、本発明を創出するに至ったものである。
In addition, by widening the particle size distribution of the conductive particles in the insulating material, when the conductive particles greater than the threshold are added, the fractal dimension of the connection of the conductive particles is increased, while It was found that when conductive particles were added, the fractal dimension of the conductive path caused by dielectric breakdown increased.
In addition, if the particle size distribution of the conductive particles in the insulating material is widened, the content of the conductive particles can be increased, and the threshold value for forming a conductive path is increased, so that the insulating property is maintained. It turned out that the content rate of electroconductive particle can be made high and a dielectric material with a high dielectric constant is obtained.
As described above, if a Coulomb force type electrostatic chuck base material is produced using a dielectric material having a high dielectric constant, the dielectric breakdown of the electrostatic chuck can be predicted by measuring the electric resistance or the current value. It is understood that the present invention has been created.

次に、本実施形態の誘電体材料について詳細に説明する。
この誘電体材料に用いられる絶縁性材料には、ポリイミド樹脂やシリコン樹脂等の各種有機樹脂や絶縁性セラミックスを適宜選択することができるが、有機樹脂は発熱による絶縁特性の劣化が起こり易く、絶縁破壊が緩やかに起こる特性が得難い場合があるので、絶縁性セラミックスを用いることが好ましい。
Next, the dielectric material of this embodiment will be described in detail.
As the insulating material used for this dielectric material, various organic resins such as polyimide resin and silicon resin and insulating ceramics can be selected as appropriate. Insulating ceramics is preferably used because it may be difficult to obtain characteristics that cause gradual destruction.

この絶縁性材料、すなわち絶縁性セラミックスとしては、酸化アルミニウム(Al)、酸化イットリウム(Y)、酸化ケイ素(SiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、ムライト(3Al・2SiO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化スカンジウム(Sc)、酸化ネオジム(Nd)、酸化ニオブ(Nb)、酸化サマリウム(Sm)、酸化イッテルビウム(Yb)、酸化エルビウム(Er)、酸化セリウム(CeO)の群から選択された1種のみからなる酸化物、または2種以上を混合してなる複合酸化物であることが好ましい。 As this insulating material, that is, insulating ceramics, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), Silicon nitride (Si 3 N 4 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), niobium oxide (Nb 2) O 5 ), samarium oxide (Sm 2 O 3 ), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), oxide consisting of only one selected from the group of cerium oxide (CeO 2 ) Or a composite oxide formed by mixing two or more kinds.

これらのなかでも、特に酸化アルミニウム(Al)は、安価で耐熱性に優れ、複合焼結体の機械的特性も良好であるから、本実施形態の誘電体材料においても好適に用いられる。
また、アルミニウム(Al)含有量が少ない絶縁性セラミックスを使用したい場合や耐食性をさらに高めたい場合には、酸化イットリウム(Y)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG:3Y・5Al)等を用いることもできる。
Among these, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is particularly suitable for the dielectric material of this embodiment because it is inexpensive, excellent in heat resistance, and has good mechanical properties of the composite sintered body. .
Further, when it is desired to further enhance the case and corrosion resistance to be used aluminum (Al) content is less insulating ceramics, yttrium oxide (Y 2 O 3), yttrium aluminum garnet (YAG: 3Y 2 O 3 · 5Al 2 O 3 ) or the like can also be used.

酸化アルミニウム(Al)の原料粉体としては、平均粒子径が1μm以下の酸化アルミニウム粉体を用いることが好ましい。
その理由は、平均粒子径が1μmを越える酸化アルミニウム粉体を用いて得られた炭化珪素−酸化アルミニウム複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が2μmを越えることとなり、この炭化珪素−酸化アルミニウム複合焼結体を用いて静電チャック装置の基材を作製すると、この基材の板状試料を載置する側の上面がプラズマによりエッチングされ易くなり、よって、この基材の上面にスパッタ痕が形成されることとなり、シリコンウエハ等の被吸着物を汚染させる原因となる虞があるからである。
この酸化アルミニウム(Al)の原料粉体は、平均粒子径が1μm以下のもので高純度のものであればよく、特段限定されない。
As the raw material powder of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), it is preferable to use an aluminum oxide powder having an average particle diameter of 1 μm or less.
The reason is that in the silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body obtained by using the aluminum oxide powder having an average particle diameter exceeding 1 μm, the average particle diameter of the aluminum oxide particles in the composite sintered body exceeds 2 μm. Thus, when a substrate of an electrostatic chuck device is produced using this silicon carbide-aluminum oxide composite sintered body, the upper surface of the substrate on which the plate-like sample is placed is easily etched by plasma. This is because sputter marks are formed on the upper surface of the base material, which may cause contamination of the object to be adsorbed such as a silicon wafer.
The raw material powder of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is not particularly limited as long as it has an average particle diameter of 1 μm or less and high purity.

導電性粒子としては、導電性炭化珪素(SiC)粒子等の導電性セラミックス粒子、モリブデン(Mo)粒子、タングステン(W)粒子、タンタル(Ta)粒子等の高融点金属粒子、炭素(C)粒子の群から選択された1種または2種以上であることが好ましい。
これらのなかでも導電性炭化珪素(SiC)粒子は、これを酸化アルミニウム(Al)粒子と複合化した場合、得られる複合焼結体は、電気的特性の温度依存性が小さく、ハロゲンガスに対する耐蝕性に優れ、耐熱性、耐熱衝撃性に富み、かつ高温下の使用においても熱応力による損傷の危険性が小さいので、好ましい。
The conductive particles include conductive ceramic particles such as conductive silicon carbide (SiC) particles, refractory metal particles such as molybdenum (Mo) particles, tungsten (W) particles, and tantalum (Ta) particles, and carbon (C) particles. It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types selected from the group of these.
Among these, when conductive silicon carbide (SiC) particles are compounded with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles, the obtained composite sintered body has a small temperature dependency of electrical characteristics, It is preferable since it has excellent corrosion resistance against gas, is excellent in heat resistance and thermal shock resistance, and has a low risk of damage due to thermal stress even when used at high temperatures.

この導電性炭化珪素(SiC)粒子としては、導電性に優れることからβ型の結晶構造を有する炭化珪素粉体を使用することが好ましい。なお、この炭化珪素粉体の導電性を制御するために、炭化珪素中の窒素の含有率を適宜制御したものを用いてもよい。
この導電性炭化珪素(SiC)粒子としては、プラズマCVD法、前駆体法、熱炭素還元法、レーザー熱分解法等の各種の方法により得られた炭化珪素粉体を用いることができる。特に、本実施形態の誘電体材料を半導体プロセスにて用いる場合、半導体プロセスでの悪影響を防ぐために、純度の高いものを用いることが好ましい。
As the conductive silicon carbide (SiC) particles, silicon carbide powder having a β-type crystal structure is preferably used because of its excellent conductivity. In addition, in order to control the conductivity of the silicon carbide powder, a material in which the nitrogen content in silicon carbide is appropriately controlled may be used.
As the conductive silicon carbide (SiC) particles, silicon carbide powder obtained by various methods such as a plasma CVD method, a precursor method, a thermal carbon reduction method, and a laser pyrolysis method can be used. In particular, when the dielectric material of this embodiment is used in a semiconductor process, it is preferable to use a high-purity material in order to prevent adverse effects in the semiconductor process.

この導電性粒子は、誘電体材料中において、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10が0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90が2μm以下であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)が3.0以上であることが好ましい。
また、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)が1.4以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。
In the dielectric material, the conductive particle has a particle size D10 having a cumulative volume percentage of 10% by volume in a volume particle size distribution of 0.2 μm or less, and a particle size D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume of 2 μm or less. The ratio (D90 / D10) of the particle size D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume to the particle size D10 having a cumulative volume percentage of 10% by volume is preferably 3.0 or more.
Further, the ratio (D90 / D50) of the particle size D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume to the particle size D50 having a cumulative volume percentage of 50% by volume is preferably 1.4 or more, and more preferably 1.5 or more. Is more preferable.

ここで、上記の導電性粒子の体積粒度分布における各種数値を上記のように規定した理由について説明する。
誘電体材料中の導電性粒子の大きさは、大きい導電性粒子が多すぎると、静電チャックの基材としたときの耐プラズマ性の悪化やパーティクルの増加が生じる虞がある。よって、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90は、2μm以下(2μm以上の導電性粒子は10%以下)であることが好ましく、1μm以下(1μm以上の導電性粒子は10%以下)であることがより好ましい。
Here, the reason why various numerical values in the volume particle size distribution of the conductive particles are defined as described above will be described.
If there are too many large conductive particles in the dielectric material, there is a possibility that the plasma resistance and the number of particles when used as a base material for an electrostatic chuck may be deteriorated. Accordingly, the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume is preferably 2 μm or less (2% or more conductive particles are 10% or less), preferably 1 μm or less (1 μm or more conductive particles is 10% or less). More preferably.

また、微細な粒径の導電性粒子が多すぎると導電性粒子の配合量を多くした場合に、導電性粒子の個数が多くなりすぎ、絶縁性粒子の粒界に存在する導電性粒子がつながり易くなり、耐電圧を高くして導電性粒子の配合量を多くすること、すなわち誘電率を高くすることが出来なくなるので、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90は0.5μm以上であることが好ましい。また同様の理由から累積体積百分率が50体積%の粒子径D50は0.3μm以上であることが好ましい。   Also, if there are too many conductive particles with a fine particle size, when the amount of conductive particles is increased, the number of conductive particles becomes too large, leading to conductive particles existing at the grain boundaries of the insulating particles. Since it becomes easy to increase the withstand voltage and increase the blending amount of the conductive particles, that is, the dielectric constant cannot be increased, the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90% by volume is 0.5 μm or more. It is preferable. For the same reason, the particle diameter D50 having a cumulative volume percentage of 50% by volume is preferably 0.3 μm or more.

一方、絶縁破壊により形成される最も細い導電パスの太さは、誘電体材料中に分散される導電性粒子の大きさや割合に依存する。そこで、緩やかに絶縁破壊が生じる特性が得易くするためには、最も細い導電パスの太さを小さくする必要があり、したがって、導電性粒子の体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10が0.2μm以下であることが好ましい。
さらに、絶縁破壊の分岐を微細にして導電パスの分岐を増やすには、0.04μm以下の粒子が0.001%以上含まれることが好ましく、1%以上10%以下含まれることがより好ましい。
On the other hand, the thickness of the thinnest conductive path formed by dielectric breakdown depends on the size and ratio of conductive particles dispersed in the dielectric material. Therefore, in order to make it easy to obtain a characteristic that causes a gradual breakdown, it is necessary to reduce the thickness of the thinnest conductive path. Therefore, particles whose cumulative volume percentage in the volume particle size distribution of the conductive particles is 10% by volume. The diameter D10 is preferably 0.2 μm or less.
Furthermore, in order to make the branch of the dielectric breakdown finer and increase the branch of the conductive path, it is preferable that particles of 0.04 μm or less are contained in an amount of 0.001% or more, more preferably 1% or more and 10% or less.

また、絶縁破壊を緩やかにするためには、累積体積百分率が10体積%の粒子径D10が0.2μm以下の条件に加えて、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)が3.0以上であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)が1.4以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。
また、効率よく粒度分布を広くした効果を出すためには、粒度分布をグラフ化した際に滑らかな曲線となっていることが好ましい。
Further, in order to moderate the dielectric breakdown, in addition to the condition that the particle diameter D10 having a cumulative volume percentage of 10 volume% is 0.2 μm or less, the cumulative volume percentage of the particle diameter D90 having a cumulative volume percentage of 90 volume% is The ratio (D90 / D10) of 10 volume% to the particle diameter D10 is 3.0 or more, and the ratio of the cumulative volume percentage of the particle diameter D90 of 90 volume% to the 50 volume% of the particle diameter D50 (D90 / D50) is preferably 1.4 or more, and more preferably 1.5 or more.
In order to obtain the effect of widening the particle size distribution efficiently, it is preferable that the particle size distribution is a smooth curve when graphed.

なお、この導電性粒子の原料粉体における粒子径と誘電体材料中の粒子径は、製造過程における粉砕や焼結により変化するので同じ粒径にはならない。そこで、誘電体材料中での導電性粒子の粒子径を、上記の範囲にするために導電性粒子の原料粉体の粒径を決める必要がある。
ところで、0.04μm以下の粒子は、製造過程における粉砕により得ることが難しいので、誘電体材料中に含まれる導電性粒子に0.04μm以下の粒子が0.001%以上含まれる様にするためには、0.04μm以下の粒径のものが1%以上含まれるもの(累積体積百分率が1体積%の粒子径D1が0.04μm以下)を使用することが好ましい。
Note that the particle diameter in the raw material powder of the conductive particles and the particle diameter in the dielectric material are changed by pulverization and sintering in the manufacturing process, and thus do not have the same particle diameter. Therefore, it is necessary to determine the particle size of the raw material powder of the conductive particles so that the particle size of the conductive particles in the dielectric material is in the above range.
By the way, since it is difficult to obtain particles having a size of 0.04 μm or less by pulverization in the manufacturing process, the conductive particles contained in the dielectric material should contain 0.001% or more of particles having a size of 0.04 μm or less. It is preferable to use a material having a particle size of 0.04 μm or less in an amount of 1% or more (particle diameter D1 having a cumulative volume percentage of 1% by volume is 0.04 μm or less).

さらに、複合焼結体に含まれる導電性粒子に2μm以上のものが含まれる量を10%以下(粒子径D90が2μm以下)とするために、導電性粒子の原料中の1μm以上の粒径の粒子は1%以下(粒子径D1が1μm以下)とすることが好ましい。
さらにまた、数種類の導電性粒子を混合して使用する場合には、各の種類の導電性粒子の合計が上記の条件を満たすことが好ましい。
Further, in order to make the amount of the conductive particles contained in the composite sintered body 2 μm or more 10% or less (particle diameter D90 is 2 μm or less), the particle diameter of 1 μm or more in the raw material of the conductive particles The particles are preferably 1% or less (particle diameter D1 is 1 μm or less).
Furthermore, when several types of conductive particles are used in combination, the total of the various types of conductive particles preferably satisfies the above conditions.

この誘電体材料における導電性粒子の含有率は、4質量%以上かつ20質量%以下であることが好ましく、5質量%以上かつ20質量%以下であることがより好ましく、5質量%以上かつ12質量%以下であることがさらに好ましい。
ここで、導電性粒子の含有率を上記の範囲とした理由は、導電性粒子の含有率が4質量%未満では、導電性粒子の量が絶縁性材料に対して少なすぎてしまい、良好な導電性が得られなくなるからであること、および誘電体材料中に含まれる導電性粒子間の距離が離れすぎてしまうために絶縁破壊が進行する特性が得難くなるからである。一方、導電性粒子の含有率が20質量%を超えると、導電性粒子の量が絶縁性材料に対して多すぎてしまい、導電性粒子が凝集や焼結により大きくなり2μm以上の粒子が多くなり易くなること、および良好な誘電体特性は得られるが静電チャックとして使用するために必要な耐電圧特性が得難くなるからである。
The content of the conductive particles in the dielectric material is preferably 4% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 12% by mass. More preferably, it is at most mass%.
Here, the reason why the content of the conductive particles is in the above range is that when the content of the conductive particles is less than 4% by mass, the amount of the conductive particles is too small with respect to the insulating material. This is because conductivity cannot be obtained, and because the distance between the conductive particles contained in the dielectric material is too far away, it is difficult to obtain the characteristic that dielectric breakdown proceeds. On the other hand, when the content of the conductive particles exceeds 20% by mass, the amount of the conductive particles is too much with respect to the insulating material, and the conductive particles become large due to aggregation or sintering, and there are many particles of 2 μm or more. This is because it is easy to be obtained, and good dielectric characteristics can be obtained, but it is difficult to obtain a withstand voltage characteristic necessary for use as an electrostatic chuck.

なお、この誘電体材料における導電性粒子の含有率は、使用する絶縁性材料の種類や必要な特性により異なるので、導電性粒子の含有率を上記の範囲内で最適化することが好ましい。
例えば、絶縁性材料として絶縁性セラミックスを使用した場合、導電性粒子の多くは焼結段階で絶縁性セラミックスの結晶粒子の粒界に偏在することとなり、絶縁性樹脂中に分散した場合と比べて導電パスが形成される閾値が小さくなる。
これは、導電性粒子に対して絶縁性セラミックスの結晶粒子の大きさが大きいほど、また、絶縁性セラミックスの結晶粒内に取り込まれる導電性粒子が少なくなるほど、顕著になるからである。
In addition, since the content rate of the electroconductive particle in this dielectric material changes with the kind of insulating material to be used, and a required characteristic, it is preferable to optimize the content rate of electroconductive particle within the said range.
For example, when insulating ceramics are used as the insulating material, most of the conductive particles are unevenly distributed at the grain boundaries of the insulating ceramic crystal particles in the sintering stage, compared with the case where they are dispersed in the insulating resin. The threshold value for forming the conductive path is reduced.
This is because the larger the size of the insulating ceramic crystal particles with respect to the conductive particles, and the smaller the conductive particles taken into the insulating ceramic crystal particles, the more prominent.

そこで、導電性粒子の粒度分布を広くすると、絶縁性セラミックスの結晶粒子の粒径が同じでも導電パスが形成される閾値が大きくなる効果がある。例えば、絶縁性セラミックスの結晶粒子の粒径が0.1〜10μmの場合には、導電パスが形成される閾値は4〜20%程度となる。
よって、導電性粒子の含有率は、例えば、耐電圧が静電チャックの仕様を満たす様にするためには、上記の閾値より0.05〜8体積%程度小さい値にすることが好ましく、1〜5体積%程度小さい値にすることがより好ましい。
Therefore, widening the particle size distribution of the conductive particles has the effect of increasing the threshold value for forming a conductive path even if the crystal size of the insulating ceramic crystal particles is the same. For example, when the particle diameter of the insulating ceramic crystal particles is 0.1 to 10 μm, the threshold value for forming the conductive path is about 4 to 20%.
Therefore, the content of conductive particles is preferably about 0.05 to 8% by volume smaller than the above threshold value, for example, so that the withstand voltage satisfies the specifications of the electrostatic chuck. It is more preferable to make the value about 5% by volume smaller.

また、導電性粒子の粒度分布を広くすると、絶縁性セラミックスの結晶粒子の粒径が同じでも導電パスが形成される閾値が大きくなる効果により、より多くの導電性粒子を含有させることが可能となり、誘電率をさらに高くすることが可能となる。   In addition, if the particle size distribution of the conductive particles is widened, it is possible to contain more conductive particles due to the effect of increasing the threshold value for forming a conductive path even if the crystal size of the insulating ceramic crystal particles is the same. The dielectric constant can be further increased.

[誘電体材料の製造方法]
本実施形態の誘電体材料の製造方法は、絶縁性材料の原料粉体と導電性粒子の原料粉体と分散媒とを混合してスラリーとし、このスラリーを噴霧乾燥して顆粒とし、この顆粒を1MPa以上かつ100MPa以下の加圧下にて焼成して複合焼結体とする方法である。
次に、この製造方法について詳細に説明する。
[Production method of dielectric material]
The dielectric material manufacturing method according to the present embodiment is obtained by mixing a raw material powder of an insulating material, a raw material powder of conductive particles, and a dispersion medium to form a slurry, and spray-drying the slurry to form granules. Is fired under a pressure of 1 MPa or more and 100 MPa or less to form a composite sintered body.
Next, this manufacturing method will be described in detail.

まず、絶縁性材料の原料粉体と導電性粒子の原料粉体と分散媒とを混合してスラリーとする。
このスラリーに用いられる分散媒としては、水および有機溶媒が使用可能である。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、オクタノール等の一価アルコール類およびその変性体;α−テルピネオール等の単環式モノテルペンに属するアルコール類;ブチルカルビトール等のカルビトール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチルカルビトールアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類が好適に用いられ、これらの溶媒のうち1種または2種以上を用いることができる。
First, a raw material powder of an insulating material, a raw material powder of conductive particles, and a dispersion medium are mixed to form a slurry.
As a dispersion medium used for this slurry, water and an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, and octanol and modified products thereof; alcohols belonging to monocyclic monoterpenes such as α-terpineol; carbs such as butyl carbitol. Tolls; Esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, butyl carbitol acetate, γ-butyrolactone; diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), Ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethyl Ethers such as lenglycol monoethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetylacetone and cyclohexanone; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene; dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, Amides such as N-methylpyrrolidone are preferably used, and one or more of these solvents can be used.

このスラリーを調製する際に分散剤やバインダーを添加してもよい。
分散剤やバインダーとしては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の有機高分子等が用いられる。
分散処理としては、特に限定されないが、超音波ホモジナイザー、ビーズミル、超高圧粉砕機等の分散機を用いて分散処理がなされる。
なお、絶縁性粒子の原料粉体と導電性粒子の原料粉体を均一に混合していないと、複合化して得られる誘電体材料中の導電性粒子の分布も不均一となり、電気的特性の再現性およびその焼結体内での均一性が悪化する虞があるので、分散媒や分散剤、分散処理条件を選定して均一に混合することが好ましい。
A dispersant or a binder may be added when preparing this slurry.
As the dispersant and binder, for example, polycarboxylic acid salts such as polycarboxylic acid ammonium salt, organic polymers such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and polyvinylpyrrolidone are used.
Although it does not specifically limit as a dispersion process, A dispersion process is made | formed using dispersers, such as an ultrasonic homogenizer, a bead mill, and an ultrahigh pressure grinder.
If the raw material powder of insulating particles and the raw material powder of conductive particles are not mixed uniformly, the distribution of the conductive particles in the dielectric material obtained by the composite becomes non-uniform, and the electrical characteristics Since reproducibility and uniformity in the sintered body may be deteriorated, it is preferable to select a dispersion medium, a dispersant, and dispersion treatment conditions and to mix them uniformly.

次いで、このスラリーを噴霧乾燥法により噴霧乾燥する。噴霧乾燥装置としてはスプレードライヤー等が好適に用いられる。
ここでは、スラリーを加熱された気流中に噴霧し乾燥することにより、スラリー中の絶縁性材料と導電性粒子とが均一に分散された状態で、分散媒のみが飛散し、絶縁性材料中に導電性粒子が均一に分散した造粒粉が得られる。
The slurry is then spray dried by a spray drying method. As the spray drying apparatus, a spray dryer or the like is preferably used.
Here, the slurry is sprayed into a heated air stream and dried, so that only the dispersion medium is scattered in the insulating material while the insulating material and the conductive particles in the slurry are uniformly dispersed. A granulated powder in which conductive particles are uniformly dispersed is obtained.

次いで、この造粒粉を所定の焼成雰囲気にて、1MPa以上かつ100MPa以下の加圧下にて焼成し、複合焼結体とする。
ここで、焼成雰囲気としては、導電性粒子として導電性炭化珪素(SiC)粒子、モリブデン(Mo)粒子、タングステン(W)粒子、タンタル(Ta)粒子等を用いた場合、これらの酸化を防止する必要があることから、非酸化性雰囲気、例えば、アルゴン(Ar)雰囲気、窒素(N)雰囲気等が好ましい。
Next, the granulated powder is fired under a pressure of 1 MPa or more and 100 MPa or less in a predetermined firing atmosphere to obtain a composite sintered body.
Here, as the firing atmosphere, when conductive silicon carbide (SiC) particles, molybdenum (Mo) particles, tungsten (W) particles, tantalum (Ta) particles, or the like is used as the conductive particles, oxidation of these is prevented. Since it is necessary, a non-oxidizing atmosphere, for example, an argon (Ar) atmosphere, a nitrogen (N 2 ) atmosphere, or the like is preferable.

ここで、焼成時の圧力を1MPa以上かつ100MPa以下とした理由は、圧力が1MPa未満では、得られた焼結体の密度が低くなり、耐食性が低下し、また、緻密な焼結体が得られず導電性も高くなり、半導体製造装置用部材として使用する際に用途が限定されてしまい、汎用性が損なわれるからである。一方、圧力が100MPaを超えると、得られた焼結体の密度、導電性とも問題はないが、部材の大型化に伴う大型焼結体の焼結装置を設計する際に、加圧面積に制限が生じるからである。   Here, the reason for setting the pressure during firing to 1 MPa or more and 100 MPa or less is that when the pressure is less than 1 MPa, the density of the obtained sintered body is lowered, the corrosion resistance is lowered, and a dense sintered body is obtained. This is because the conductivity is increased and the use is limited when used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus, and versatility is impaired. On the other hand, when the pressure exceeds 100 MPa, there is no problem with the density and conductivity of the obtained sintered body. This is because restrictions occur.

また、焼成温度は、使用する絶縁性材料に用いられる通常の焼結温度を適用することができる。例えば、絶縁性材料に酸化アルミニウムを使用する場合では1500℃以上かつ1900℃以下が好ましい。
造粒粉を1500℃以上かつ1900℃以下にて焼成することが好ましい理由は、焼成温度が1500℃未満では、焼結が不十分なものとなり、緻密な複合焼結体が得られなくなる虞があるからであり、一方、焼成温度が1900℃を超えると、焼結が進みすぎて異常粒成長等が生じる等の虞があり、その結果、緻密な複合焼結体が得られなくなる虞があるからである。
また、焼成時間は、緻密な焼結体が得られるのに十分な時間であればよく、例えば1〜6時間である。
Moreover, the normal sintering temperature used for the insulating material to be used can be applied to the firing temperature. For example, when aluminum oxide is used as the insulating material, the temperature is preferably 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower.
The reason why the granulated powder is preferably fired at 1500 ° C. or more and 1900 ° C. or less is that if the firing temperature is less than 1500 ° C., the sintering is insufficient and a dense composite sintered body may not be obtained. On the other hand, if the firing temperature exceeds 1900 ° C., there is a risk that sintering proceeds excessively and abnormal grain growth or the like occurs, and as a result, a dense composite sintered body may not be obtained. Because.
Moreover, the firing time should just be sufficient time to obtain a precise | minute sintered compact, for example, is 1 to 6 hours.

このように、造粒粉の焼成時に、1MPa以上かつ100MPa以下の加圧を同時に行うことにより、絶縁性材料及び導電性粒子各々の粒成長を抑止しつつ複合焼結体の密度を向上させることができる。   Thus, the density of the composite sintered body is improved while suppressing the grain growth of each of the insulating material and the conductive particles by simultaneously applying pressure of 1 MPa or more and 100 MPa or less when the granulated powder is fired. Can do.

この複合焼結体中の導電性粒子の粒度分布は、使用する原料や焼成過程における導電性粒子同士の焼結等により変化するので、使用する原料や焼成条件を調整することで目的の特性を得ることができる。
スラリー製造段階で制御する方法としては、導電性粒子の原料に粒度分布の広いものを用いる方法、異なる粒子径の原料を混合して用いる方法、絶縁性材料の原料と導電性粒子の原料を混合する際に導電性粒子の凝集状態を制御する方法、あるいはこれらを組み合わせた方法等が適宜用いられる。
焼成条件により制御する方法としては、成形条件や焼成における圧力、雰囲気、焼成温度等が挙げられる。
Since the particle size distribution of the conductive particles in this composite sintered body changes depending on the raw materials used and the sintering of the conductive particles in the firing process, etc., the target characteristics can be adjusted by adjusting the raw materials used and the firing conditions. Can be obtained.
Control methods at the slurry production stage include a method using a conductive particle material having a wide particle size distribution, a method using a mixture of materials having different particle diameters, a mixture of an insulating material material and a conductive particle material. In this case, a method for controlling the aggregation state of the conductive particles, a method combining these, or the like is appropriately used.
Examples of the method of controlling by firing conditions include molding conditions, pressure in firing, atmosphere, firing temperature, and the like.

[誘電体材料の特性]
誘電体材料、すなわち複合焼結体における耐電圧特性、誘電率等の電気的特性は、絶縁性材料中に分散している導電性粒子の分散状態、絶縁性材料の粒子の大きさ、絶縁性材料中の導電性粒子の割合、絶縁性材料の粒子の粒径分布等、様々な要因により変化し、導電性粒子の粒度分布と電気的特性との関係を一義的に決めることは難しい。
そこで、絶縁性材料中の導電性粒子の粒度分布を各種の粒度分布を変化させる方法により粒度分布を変えた複合焼結体を作製し、電気的特性の評価結果から実験的に最適値を求める方法が用いられる。
[Characteristics of dielectric materials]
Electrical characteristics such as dielectric strength, dielectric strength, etc. in the composite sintered body are the dispersion state of the conductive particles dispersed in the insulating material, the size of the insulating material particles, and the insulating properties. It varies depending on various factors such as the proportion of conductive particles in the material and the particle size distribution of the insulating material particles, and it is difficult to uniquely determine the relationship between the particle size distribution of the conductive particles and the electrical characteristics.
Therefore, a composite sintered body in which the particle size distribution of the conductive particles in the insulating material is changed by various particle size distribution methods is manufactured, and the optimum value is experimentally obtained from the evaluation result of the electrical characteristics. The method is used.

その中でも、実験の再現性が良好であることから、複合焼結体の製造条件を一定にし、原料に用いる導電性粒子に粒子径の異なる数種類の導電性粒子を用い、絶縁性材料中の導電性粒子の割合を変化させて、最適値を求める方法が好適に用いられる。
また、導電性粒子の最適な種類及び粒子径、絶縁性材料中の導電性粒子の最適な割合が求められ、これと同一の特性の複合焼結体を試験生産あるいは量産する場合には、導電性粒子自体の製造条件を最適な粒度分布が得られる様に変更することで、1種類の導電性粒子及び絶縁性材料を用いても、複合焼結体の電気的特性を最適な値にすることができる。
Among them, since the reproducibility of the experiment is good, the manufacturing conditions of the composite sintered body are made constant, and several types of conductive particles with different particle diameters are used as the conductive particles used as the raw material. A method of obtaining the optimum value by changing the ratio of the active particles is preferably used.
In addition, the optimum type and particle size of the conductive particles and the optimal ratio of the conductive particles in the insulating material are required, and in the case of test production or mass production of a composite sintered body having the same characteristics as this, By changing the manufacturing conditions of the conductive particles themselves so as to obtain an optimal particle size distribution, the electrical characteristics of the composite sintered body can be optimized even when one kind of conductive particles and insulating material is used. be able to.

[複合焼結体の電気的特性]
(1)耐電圧特性
複合焼結体の耐電圧特性の測定は、この複合焼結体の両面に電極を設け、これらの電極に印加する直流電圧を徐々に上げながら、この複合焼結体に流れる電流を測定することで行う。
[Electrical properties of composite sintered body]
(1) Withstand voltage characteristics The withstand voltage characteristics of the composite sintered body are measured by providing electrodes on both sides of the composite sintered body and gradually increasing the DC voltage applied to these electrodes. This is done by measuring the flowing current.

ここでは、次に挙げる「絶縁破壊がピンホール状に形成されないことの確認」を行うことを考慮して、電極には10cm以上の面積のシリコンウェハを使用する。
この複合焼結体の耐電圧、すなわち絶縁破壊により電圧印加による電流値が上昇して電流値が1nA/cm以上となる電圧は、この複合焼結体を静電チャックの基材に適用した場合に使用電圧や耐電圧の仕様よりも高い値であることが必要であることから、5k/Vmm以上であることが好ましく、8kV/mm以上であることがより好ましく、10kV/mm以上であることがさらに好ましい。
Here, a silicon wafer having an area of 10 cm 2 or more is used as the electrode in consideration of the following “confirmation that dielectric breakdown is not formed in a pinhole”.
The withstand voltage of this composite sintered body, that is, the voltage at which the current value by voltage application increases due to dielectric breakdown and the current value becomes 1 nA / cm 2 or more was applied to the base material of the electrostatic chuck. In this case, since it is necessary to have a value higher than the specification of the working voltage and withstand voltage, it is preferably 5 k / Vmm or more, more preferably 8 kV / mm or more, and 10 kV / mm or more. More preferably.

ところで、これらの電極に直流電圧を印加すると、これらの電極に電荷が蓄えられることにより、電流値は、電圧の上昇に伴い一時的に1nA/cm以上に上昇する。ここで、これらの電極に一定量の電荷が蓄えられた後は電流値は低下する。ここで測定する電流値は電荷が蓄えられた後の電流値とする。この過程において、複合焼結体に絶縁破壊が進行すると、この絶縁破壊の影響により電流値は電荷が蓄えられた後も上昇を続ける様になり、その結果、電流値は徐々に増加することとなる。 By the way, when a DC voltage is applied to these electrodes, electric charges are stored in these electrodes, so that the current value temporarily rises to 1 nA / cm 2 or more as the voltage increases. Here, after a certain amount of charge is stored in these electrodes, the current value decreases. The current value measured here is the current value after the charge is stored. In this process, if dielectric breakdown proceeds in the composite sintered body, the current value continues to rise after the charge is stored due to the influence of this dielectric breakdown, and as a result, the current value gradually increases. Become.

(2)絶縁破壊特性
この複合焼結体の絶縁破壊特性は、上記の耐電圧測定を行った後、複合焼結体の電極上、例えば、10cm以上の面積のシリコンウェハを測定端子とし、上記の耐電圧測定の後、耐電圧測定に用いた電極よりも小さい測定用電極、例えば5mm角に切断したシリコンチップを使用して再度同じ電圧を印加して電流値を測定する方法が挙げられる。
(2) Dielectric breakdown characteristics The dielectric breakdown characteristics of this composite sintered body are measured on the electrodes of the composite sintered body after performing the above-mentioned withstand voltage measurement, for example, using a silicon wafer having an area of 10 cm 2 or more as a measurement terminal. After the above withstand voltage measurement, there is a method of measuring the current value by applying the same voltage again using a measurement electrode smaller than the electrode used for the withstand voltage measurement, for example, a silicon chip cut into a 5 mm square. .

通常の絶縁体では、絶縁破壊は瞬間的に生じ、電圧を印加する電源の許容電流値を越えるか、発熱や放電により材料や周囲の機器を破損するまで瞬時に上昇する。
一方、本実施形態の複合焼結体では、複合焼結体に絶縁破壊が進行した場合でも電流値は徐々に増加するので、この電流値が徐々に増加する特性を用いて、この複合焼結体の絶縁破壊の兆候を検出することができる。また、絶縁破壊は不可逆的な現象であるから、過去の使用時において絶縁破壊が進行していた場合においても、再度電圧を印加して測定を行い、絶縁破壊が起こる前に測定した結果と比較して電流値が増加していることを確認することで、絶縁破壊の兆候を検出することができる。
In a normal insulator, dielectric breakdown occurs instantaneously, and increases instantaneously until the allowable current value of the power source to which the voltage is applied is exceeded or the material and surrounding equipment are damaged by heat generation or discharge.
On the other hand, in the composite sintered body of the present embodiment, the current value gradually increases even when dielectric breakdown progresses in the composite sintered body. Signs of body dielectric breakdown can be detected. In addition, since dielectric breakdown is an irreversible phenomenon, even if dielectric breakdown has progressed during past use, measure the voltage again and compare it with the result measured before dielectric breakdown occurs. By confirming that the current value is increased, a sign of dielectric breakdown can be detected.

本実施形態の複合焼結体では、その耐電圧特性を測定する場合に、絶縁破壊による電流値が1nA/cmから100nA/cmまで上昇するのに要する時間が3秒以上であることが好ましく、10秒以上であることがより好ましく、60秒以上であることがさらに好ましい。
絶縁破壊による電流値の上昇に要する時間の測定を開始する電流値を1nA/cmとしたのは、1nA/cm以下であると、測定系のノイズ等との判別が困難になるからである。
また、絶縁破壊による電流値の上昇に要する時間の測定を終了する電流値を100nA/cmとしたのは、100nA/cm以上であると静電チャックとしてシリコンウェハを吸着させるためにシリコンウェハ全体に電圧を印加した場合、流れる電流値の総量が大きくなりすぎる虞があるからである。
The composite sintered body of the present embodiment, when measuring the withstand voltage characteristics, that the time required for the current value due to insulation breakdown increases from 1 nA / cm 2 to 100 nA / cm 2 is not less than 3 seconds Preferably, it is 10 seconds or more, and more preferably 60 seconds or more.
The reason why the current value for starting the measurement of the time required to increase the current value due to the dielectric breakdown is set to 1 nA / cm 2 is that if it is 1 nA / cm 2 or less, it is difficult to distinguish it from noise of the measurement system. is there.
The current value for ending the measurement of the time required to increase the current value due to dielectric breakdown was set to 100 nA / cm 2 because the silicon wafer is attracted as an electrostatic chuck when the current value is 100 nA / cm 2 or more. This is because when the voltage is applied to the whole, the total amount of flowing current values may become too large.

上記に要する時間が好ましくは3秒以上、より好ましくは10秒以上、さらに好ましくは60秒以上であれば、絶縁破壊による電流で複合焼結体上に載置されたウエハ中のデバイスが破壊する前や放電により他の装置を損傷させる前に、この複合焼結体の絶縁破壊の予兆を検出することで装置を停止することができる。
また、絶縁破壊は不可逆的な現象であるから、過去の使用時において耐電圧特性が劣化していた場合においても、この複合焼結体を使用する前に、使用電圧以上であり複合焼結体の耐電圧値以下の電圧を印加して電流値を測定することで、複合焼結体の絶縁破壊の兆候を知ることができる。
If the time required for the above is preferably 3 seconds or more, more preferably 10 seconds or more, and even more preferably 60 seconds or more, the device in the wafer placed on the composite sintered body is destroyed by the current due to dielectric breakdown. The apparatus can be stopped by detecting a sign of dielectric breakdown of the composite sintered body before or before damaging another apparatus by electric discharge.
In addition, since dielectric breakdown is an irreversible phenomenon, even if the withstand voltage characteristics have deteriorated during past use, before using this composite sintered body, it must exceed the operating voltage and be By applying a voltage equal to or lower than the withstand voltage value of and measuring the current value, the sign of dielectric breakdown of the composite sintered body can be known.

この複合焼結体を静電チャックの基材として使用する場合には、広い面積に電圧を印加するので、電流値の総量が大きくなり、よって、単位面積あたりの検出する電流値の精度を高くすることが可能である。また、この複合焼結体と小さい電流値を検出することができる高精度の電流計を組み合わせることで、より早い段階で絶縁破壊の兆候を検出することができる。   When this composite sintered body is used as a base material for an electrostatic chuck, since a voltage is applied to a wide area, the total amount of current value is increased, and therefore the accuracy of the current value detected per unit area is increased. Is possible. Further, by combining this composite sintered body with a highly accurate ammeter capable of detecting a small current value, an indication of dielectric breakdown can be detected at an earlier stage.

(3)絶縁破壊のフラクタル性
複合焼結体の絶縁性材料中に分散している導電物粒子の粒径分布を広くすることで、導電物粒子のつながりのフラクタル性および絶縁破壊形状のフラクタル性を高くすることができる。
ここで、絶縁破壊のフラクタル性とは、複合焼結体に絶縁破壊で生じる導電パスの分岐の多さの程度をいい、導電パスの分岐が多い場合をフラクタル性が高いという。
この複合焼結体に絶縁破壊の箇所がピンホール状に形成されている場合には、ピンホールが1点または複数の点に形成されていることから、測定箇所により電流値に1000倍以上の差が生じる。
(3) Fractal nature of dielectric breakdown By widening the particle size distribution of the conductive particles dispersed in the insulating material of the composite sintered body, the fractal nature of the connection of the conductive particles and the fractal nature of the dielectric breakdown shape. Can be high.
Here, the fractal property of the dielectric breakdown refers to the degree of the number of branches of the conductive path caused by the dielectric breakdown in the composite sintered body, and the case where there are many branches of the conductive path is referred to as high fractal property.
In this composite sintered body, when the location of dielectric breakdown is formed in a pinhole shape, the pinhole is formed at one point or a plurality of points. There is a difference.

この絶縁破壊のフラクタル性を便宜的に数値化して判断する方法としては、複合焼結体の表面に測定用端子、例えば5mm角に切断したシリコンチップを載置し、この表面の複数箇所における電流値の分布を測定した際のばらつき、すなわち電流値の最大値(Amax)と最小値(Amin)との比(Amax/Amin)が所定の値未満の場合に「フラクタル性有り」と判断し、所定の値以上の場合に「フラクタル性無し」と判断する方法が採られる。   As a method for judging the fractal nature of this dielectric breakdown for convenience, a measurement terminal, for example, a silicon chip cut into 5 mm squares is placed on the surface of the composite sintered body, and currents at a plurality of locations on this surface are placed. When the distribution of the value distribution is measured, that is, when the ratio (Amax / Amin) between the maximum value (Amax) and the minimum value (Amin) of the current value is less than a predetermined value, it is determined that “there is fractal”. A method of determining “no fractal property” when the value is equal to or greater than a predetermined value is adopted.

このようにして簡易的に電流値を測定した場合、絶縁破壊の箇所がピンホール状に形成されている場合には、ピンホールが1点または複数の点に形成されていることから、比(Amax/Amin)に1000倍以上の差が生じる。
一方、絶縁破壊の箇所がピンホール状に形成されていない場合には、比(Amax/Amin)の差は小さくなる。
これにより、複合焼結体が絶縁破壊した際に、電流集中によりデバイスが破損されないためには、複合焼結体の表面に5mm角に切断したシリコンチップを載置して電流値の分布を測定した際のばらつき、すなわち電流値の最大値(Amax)と最小値(Amin)との比(Amax/Amin)が1000倍以下となっていることが好ましく、すべての測定点で同時に絶縁破壊により電流値が上昇していることがより好ましい。
When the current value is simply measured in this manner, when the location of the dielectric breakdown is formed in a pinhole shape, the pinhole is formed at one point or a plurality of points. Amax / Amin) has a difference of 1000 times or more.
On the other hand, when the location of dielectric breakdown is not formed in a pinhole shape, the difference in the ratio (Amax / Amin) becomes small.
As a result, when the composite sintered body breaks down, the device is not damaged due to current concentration. In order to prevent the device from being damaged, a silicon chip cut to 5 mm square is placed on the surface of the composite sintered body and the current value distribution is measured. Variation, that is, the ratio (Amax / Amin) between the maximum value (Amax) and the minimum value (Amin) of the current value is preferably 1000 times or less. More preferably, the value is increased.

この複合焼結体を静電チャックの基材として使用する場合には、この静電チャックでは評価する際に印加した電圧よりも低い電圧となるが、この静電チャックにおける絶縁破壊は、プラズマ等による損傷や繰り返しの使用による劣化で徐々に生じ易くなる。したがって、これらの評価により絶縁破壊が緩やかに進行する特性が得られていれば、静電チャックとして使用する際にも絶縁破壊が緩やかに進行する特性が得られる。   When this composite sintered body is used as a base material for an electrostatic chuck, the electrostatic chuck has a voltage lower than the voltage applied at the time of evaluation. It tends to occur gradually due to damage due to or deterioration due to repeated use. Therefore, if the characteristic that the dielectric breakdown gradually proceeds is obtained by these evaluations, the characteristic that the dielectric breakdown gradually proceeds even when used as an electrostatic chuck can be obtained.

(3)誘電率
複合焼結体の誘電率は、この複合焼結体を静電チャックの基材として使用する場合には、静電チャックの吸着力を高くするために高い方がよく、11以上であることが好ましく、13以上であることがより好ましく、15以上であることがさらに好ましい。
誘電率が高い複合焼結体では、耐電圧が低くなる場合があるので、必要な特性に応じて適宜調整することが好ましい。
(3) Dielectric constant When the composite sintered body is used as a base material for an electrostatic chuck, the dielectric constant of the composite sintered body is preferably high in order to increase the adsorption force of the electrostatic chuck. Preferably, it is 13 or more, more preferably 15 or more.
In the case of a composite sintered body having a high dielectric constant, the withstand voltage may be low, and therefore it is preferable to adjust appropriately according to the required characteristics.

以上説明したように、本実施形態の複合焼結体によれば、複合焼結体の絶縁性材料中に分散している導電性粒子を、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10を0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90を2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)を3.0以上、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)を1.4以上としたので、この複合焼結体の絶縁性材料中に分散している導電物粒子の粒径分布を広くすることで、絶縁破壊形状のフラクタル次元を高くすることができ、この複合焼結体からなる誘電体材料の絶縁破壊を穏やかに進行させることができる。したがって、この複合焼結体からなる誘電体材料の使用前もしくは使用中に、その電気抵抗を測定することにより、この電気抵抗の値から絶縁破壊の予兆を知ることができる。その結果、この複合焼結体からなる誘電体材料の絶縁破壊を事前に予測することができる。   As described above, according to the composite sintered body of the present embodiment, the conductive particles dispersed in the insulating material of the composite sintered body have an accumulated volume percentage of 10 volume% in the volume particle size distribution. The ratio of the particle diameter D10 of 0.2 μm or less, the cumulative volume percentage of 90% by volume to the particle diameter D90 of 2 μm or less, the cumulative volume percentage of 90% by volume, and the cumulative volume percentage of 10% by volume to the particle diameter D10 ( D90 / D10) is 3.0 or more, and the ratio (D90 / D50) of the particle size D90 with a cumulative volume percentage of 90% by volume to the particle size D50 with a cumulative volume percentage of 50% by volume is 1.4 or more. By increasing the particle size distribution of the conductive particles dispersed in the insulating material of the composite sintered body, the fractal dimension of the dielectric breakdown shape can be increased, and the dielectric material comprising this composite sintered body Insulation break Breaking can proceed gently. Therefore, by measuring the electrical resistance before or during use of the dielectric material made of the composite sintered body, a sign of dielectric breakdown can be known from the value of the electrical resistance. As a result, dielectric breakdown of the dielectric material made of this composite sintered body can be predicted in advance.

また、複合焼結体にフラクタル性が高い材料を使用することで、絶縁破壊による電流を分散させることができ、絶縁破壊が生じた場合でも、この複合焼結体上に載置されるウエハ中のデバイスへのダメージを無くすことができる。
また、フラクタル性が高い複合焼結体を使用することで、絶縁破壊が緩やかに進行する特性が得られ易くなる。
また、複合焼結体の絶縁性材料中に分散している導電物粒子の粒径分布を広くすることで、高い耐電圧を保ったまま、誘電率を高くすることができる。したがって、この複合焼結体をクーロン力型静電チャックに適用することができる。
In addition, by using a material with high fractal properties for the composite sintered body, it is possible to disperse current due to dielectric breakdown, and even in the case where dielectric breakdown occurs, in the wafer placed on this composite sintered body Damage to your device can be eliminated.
In addition, by using a composite sintered body having a high fractal property, it becomes easy to obtain a characteristic that the dielectric breakdown gradually proceeds.
Further, by increasing the particle size distribution of the conductive particles dispersed in the insulating material of the composite sintered body, the dielectric constant can be increased while maintaining a high withstand voltage. Therefore, this composite sintered body can be applied to a Coulomb force type electrostatic chuck.

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

「実施例1」
平均粒子径0.05μmの炭化ケイ素(SiC)粉体と、平均粒子径0.5μmの炭化ケイ素(SiC)粉体と、平均粒子径1.0μmの炭化ケイ素(SiC)粉体とを、質量比で50:45:5の割合で混合してSiC混合粉体を得た。
次いで、このSiC混合粉体が8体積%、平均粒子径0.1μmの酸化アルミニウム(Al)粉体が92体積%となるように秤量し、これらSiC混合粉体及びAl粉体を純水に投入し、超音波分散機にて5時間分散処理した後、遊星式ボールミルにてさらに4時間分散処理し、分散液を得た。
"Example 1"
Mass of silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 0.05 μm, silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 0.5 μm, and silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 1.0 μm By mixing at a ratio of 50: 45: 5, SiC mixed powder was obtained.
Then, the SiC powder mixture is 8% by volume, the average aluminum oxide (Al 2 O 3) particle size 0.1μm powder were weighed so as to be 92% by volume, these SiC powder mix and Al 2 O 3 The powder was put into pure water, dispersed for 5 hours with an ultrasonic disperser, and further dispersed for 4 hours with a planetary ball mill to obtain a dispersion.

次いで、この分散液をスプレードライヤーを用いて200℃にて乾燥し、Al−SiC複合粉体を得た。
次いで、このAl−SiC複合粉体を、ホットプレスを用いて、アルゴン(Ar)雰囲気下、1650℃、圧力25MPaにて2時間焼成を行い、Al−SiC複合焼結体を作製した。
この複合焼結体を直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、実施例1のAl−SiC複合焼結体を作製した。
Next, this dispersion was dried at 200 ° C. using a spray dryer to obtain Al 2 O 3 —SiC composite powder.
Next, this Al 2 O 3 —SiC composite powder was baked for 2 hours at 1650 ° C. under a pressure of 25 MPa in an argon (Ar) atmosphere using a hot press to obtain an Al 2 O 3 —SiC composite sintered body. Was made.
This composite sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm to produce the Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 1.

「実施例2」
SiC混合粉体を11体積%、Al粉体を89体積%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例2のAl−SiC複合焼結体を作製した。
"Example 2"
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the SiC mixed powder was 11% by volume and the Al 2 O 3 powder was 89% by volume.

「実施例3」
SiC混合粉体を9体積%、Al粉体を91体積%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例3のAl−SiC複合焼結体を作製した。
"Example 3"
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the SiC mixed powder was 9% by volume and the Al 2 O 3 powder was 91% by volume.

「実施例4」
平均粒子径0.05μmのSiC粉体を9体積%、平均粒子径0.1μmのAl粉体を91体積%とし、さらに、焼成温度を1800℃、圧力を40MPaとし、超音波分散機での分散処理の後に遊星式ボールミルでの分散処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、実施例4のAl−SiC複合焼結体を作製した。
Example 4
Ultrasonic dispersion with 9% by volume of SiC powder having an average particle size of 0.05 μm, 91% by volume of Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.1 μm, a firing temperature of 1800 ° C., and a pressure of 40 MPa. An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the dispersion treatment in the planetary ball mill was not performed after the dispersion treatment in the machine.

「実施例5」
平均粒子径0.03μmのSiC粉体と、平均粒子径0.05μmのSiC粉体と、平均粒子径0.1μmのSiC粉体とを、質量比で1:1:1の割合で混合してSiC混合粉体を得た。
次いで、このSiC混合粉体が10体積%、平均粒子径0.1μmの酸化アルミニウム(Al)粉体が90体積%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例5のAl−SiC複合焼結体を作製した。
"Example 5"
An SiC powder having an average particle size of 0.03 μm, an SiC powder having an average particle size of 0.05 μm, and an SiC powder having an average particle size of 0.1 μm are mixed at a mass ratio of 1: 1: 1. Thus, a SiC mixed powder was obtained.
Next, in the same manner as in Example 1, except that the SiC mixed powder was 10% by volume and the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder having an average particle diameter of 0.1 μm was 90% by volume, Example 5 An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body was produced.

なお、SiC混合粉体の含有率(10体積%)は、SiC混合粉体の含有量を4体積%から13体積%まで1体積%間隔で変えた試料を作製し、これらの試料を用いて実施例1と同様にして複合焼結体を作製した場合に、電気的特性が絶縁体から導電体へと変わる含有率より3体積%少ない含有率である10体積%とした。   In addition, the content rate (10 volume%) of SiC mixed powder produced the sample which changed content of the SiC mixed powder from 4 volume% to 13 volume% at 1 volume% intervals, and used these samples. When a composite sintered body was produced in the same manner as in Example 1, the content was set to 10% by volume, which is 3% by volume less than the content at which the electrical characteristics change from the insulator to the conductor.

「実施例6」
SiC混合粉体を5体積%、Al粉体を95体積%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例6のAl−SiC複合焼結体を作製した。
"Example 6"
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the SiC mixed powder was 5% by volume and the Al 2 O 3 powder was 95% by volume.

「実施例7」
SiC混合粉体を12体積%、Al粉体を88体積%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例7のAl−SiC複合焼結体を作製した。
"Example 7"
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the SiC mixed powder was 12% by volume and the Al 2 O 3 powder was 88% by volume.

「実施例8」
実施例1と同様にしてSiC混合粉体を得た。
次いで、このSiC混合粉体が10体積%、平均粒子径0.1μmの酸化イットリウム(Y)粉体が90体積%となるように秤量し、これらSiC混合粉体及びY粉体を、テフロン(登録商標)ボール及びポリエチレンポットを用いたボールミル中のイオン交換水に投入し、48時間分散処理して、分散液を得た。
"Example 8"
A SiC mixed powder was obtained in the same manner as in Example 1.
Next, this SiC mixed powder was weighed so that the volume of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder having an average particle diameter of 0.1 μm was 10 volume% and 90 volume%, and these SiC mixed powder and Y 2 O 3 The powder was put into ion-exchanged water in a ball mill using Teflon (registered trademark) balls and a polyethylene pot and dispersed for 48 hours to obtain a dispersion.

次いで、この分散液をスプレードライヤーを用いて200℃にて乾燥し、Y−SiC複合粉体を得た。
次いで、このY−SiC複合粉体を、ホットプレスを用いて、アルゴン(Ar)雰囲気下、1600℃、圧力40MPaにて1時間焼成を行い、Y−SiC複合焼結体を作製した。
この複合焼結体を直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、実施例8のY−SiC複合焼結体を作製した。
Next, this dispersion was dried at 200 ° C. using a spray dryer to obtain a Y 2 O 3 —SiC composite powder.
Next, this Y 2 O 3 —SiC composite powder was baked for 1 hour at 1600 ° C. under a pressure of 40 MPa in an argon (Ar) atmosphere using a hot press, and a Y 2 O 3 —SiC composite sintered body was obtained. Was made.
This composite sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm to produce a Y 2 O 3 —SiC composite sintered body of Example 8.

なお、SiC混合粉体の含有率(10体積%)は、SiC混合粉体の含有量を8体積%から15体積%まで1体積%間隔で変えた試料を同様の方法で作製して複合焼結体を作製した場合に、電気的特性が絶縁体から導電体へと変わる含有率より3体積%少ない含有率である10体積%とした。   Note that the content of SiC mixed powder (10% by volume) was obtained by preparing a sample in which the content of SiC mixed powder was changed from 8% by volume to 15% by volume at intervals of 1% by the same method. When the bonded body was produced, the content was set to 10% by volume, which is 3% by volume less than the content at which the electrical characteristics change from the insulator to the conductor.

「実施例9」
実施例1と同様にしてSiC混合粉体を得た。
次いで、このSiC混合粉体が9体積%、平均粒子径0.2μmの窒化ケイ素(Si)粉体が85体積%、焼結助剤として平均粒子径0.05μmの酸化イットリウム(Y)粉体が6体積%となるように秤量し、これらSiC混合粉体、Si粉体及びY粉体を、テフロン(登録商標)ボール及びポリエチレンポットを用いたボールミル中のエタノールに投入し、48時間分散処理して、分散液を得た。
"Example 9"
A SiC mixed powder was obtained in the same manner as in Example 1.
Next, 9% by volume of this SiC mixed powder, 85% by volume of silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder having an average particle size of 0.2 μm, and yttrium oxide (Y) having an average particle size of 0.05 μm as a sintering aid. 2 O 3) were weighed so as powder becomes 6 vol%, these SiC mixed powder, the Si 3 N 4 powder and Y 2 O 3 powder was used Teflon balls and polyethylene pot The solution was put into ethanol in a ball mill and dispersed for 48 hours to obtain a dispersion.

次いで、エバポレータを用いて、上記の分散液からエタノールを抽出し、その後真空乾燥させてSi−SiC複合粉体を得た。
次いで、このSi−SiC複合粉体を、ホットプレスを用いて、窒素(N)雰囲気下、1800℃、圧力35MPaにて2時間焼成を行い、Si−SiC複合焼結体を作製した。
この複合焼結体を直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、実施例9のSi−SiC複合焼結体を作製した。
Subsequently, ethanol was extracted from the above dispersion using an evaporator, and then vacuum-dried to obtain a Si 3 N 4 —SiC composite powder.
Next, this Si 3 N 4 —SiC composite powder was baked at 1800 ° C. under a pressure of 35 MPa for 2 hours in a nitrogen (N 2 ) atmosphere using a hot press, and the Si 3 N 4 —SiC composite sintered The body was made.
This composite sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm to produce the Si 3 N 4 —SiC composite sintered body of Example 9.

なお、SiC混合粉体の含有率(9体積%)は、SiC混合粉体の含有量を5体積%から15体積%まで1体積%間隔で変えた試料を同様の方法で作製して複合焼結体を作製した場合に、電気的特性が絶縁体から導電体へと変わる含有率より3体積%少ない含有率である9体積%とした。   Note that the content of SiC mixed powder (9% by volume) was determined by preparing a sample in which the content of SiC mixed powder was changed from 5% by volume to 15% by volume at intervals of 1% by the same method. When the bonded body was produced, the content rate was set to 9% by volume, which is 3% by volume less than the content rate at which the electrical characteristics change from the insulator to the conductor.

「比較例1」
市販の純度99.9%のAl焼結体を、直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、比較例1のAl焼結体を作製した。
"Comparative Example 1"
A commercially available Al 2 O 3 sintered body having a purity of 99.9% was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm to produce an Al 2 O 3 sintered body of Comparative Example 1.

「比較例2」
SiC混合粉体の替わりに、平均粒子径0.3μmの炭化ケイ素(SiC)粉体のみを用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例2のAl−SiC複合焼結体を作製した。
“Comparative Example 2”
The Al 2 O 3 —SiC composite sintering of Comparative Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that only silicon carbide (SiC) powder having an average particle diameter of 0.3 μm was used instead of the SiC mixed powder. The body was made.

「比較例3」
平均粒子径0.05μmのSiC粉体を9体積%、平均粒子径0.1μmのAl粉体を91体積%とし、実施例1と同様にして、比較例3のAl−SiC複合焼結体を作製した。
“Comparative Example 3”
9% by volume of SiC powder having an average particle size of 0.05 .mu.m, the Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.1μm and 91% by volume, in the same manner as in Example 1, Al 2 O 3 of Comparative Example 3 A SiC composite sintered body was produced.

「比較例4」
SiC混合粉体を1体積%、Al粉体を99体積%とした以外は、実施例1と同様にして、比較例4のAl−SiC複合焼結体を作製した。
“Comparative Example 4”
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the SiC mixed powder was 1% by volume and the Al 2 O 3 powder was 99% by volume.

「比較例5」
SiC混合粉体を13体積%、Al粉体を87体積%とした以外は、実施例1と同様にして、比較例5のAl−SiC複合焼結体を作製した。
“Comparative Example 5”
An Al 2 O 3 —SiC composite sintered body of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 1, except that the SiC mixed powder was 13 vol% and the Al 2 O 3 powder was 87 vol%.

「比較例6」
平均粒子径0.1μmの酸化イットリウム(Y)粉体を、ホットプレスを用いて、アルゴン(Ar)雰囲気下、1600℃、圧力40MPaにて1時間焼成を行い、Y焼結体を作製した。
この焼結体を直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、比較例6のY焼結体を作製した。
“Comparative Example 6”
The yttrium oxide (Y 2 O 3) powder having an average particle diameter of 0.1 [mu] m, using a hot press, argon (Ar) atmosphere, 1600 ° C., baked for one hour at a pressure 40 MPa, Y 2 O 3 sintered A ligature was prepared.
This sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm to produce a Y 2 O 3 sintered body of Comparative Example 6.

「比較例7」
平均粒子径0.2μmの窒化ケイ素(Si)粉体が93体積%、焼結助剤として平均粒子径0.05μmの酸化イットリウム(Y)粉体が7体積%となるように秤量し、これらSi粉体及びY粉体を、テフロン(登録商標)ボール及びポリエチレンポットを用いたボールミル中のエタノールに投入し、48時間分散処理して、分散液を得た。
“Comparative Example 7”
Silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder with an average particle size of 0.2 μm is 93% by volume, and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder with an average particle size of 0.05 μm is 7% by volume as a sintering aid. The Si 3 N 4 powder and the Y 2 O 3 powder were put into ethanol in a ball mill using a Teflon (registered trademark) ball and a polyethylene pot, and dispersed for 48 hours. Got.

次いで、エバポレータを用いて、上記の分散液からエタノールを抽出し、その後真空乾燥させてSi粉体を得た。
次いで、このSi粉体を、ホットプレスを用いて、窒素(N)雰囲気下、1800℃、圧力35MPaにて2時間焼成を行い、Si焼結体を作製した。
この焼結体を直径100mm、厚み1.0mmの円盤状に加工し、比較例7のSi焼結体を作製した。
Subsequently, ethanol was extracted from the above dispersion using an evaporator, and then vacuum-dried to obtain Si 3 N 4 powder.
Next, this Si 3 N 4 powder was baked for 2 hours at 1800 ° C. under a pressure of 35 MPa in a nitrogen (N 2 ) atmosphere using a hot press to prepare a Si 3 N 4 sintered body.
This sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 100 mm and a thickness of 1.0 mm, and a Si 3 N 4 sintered body of Comparative Example 7 was produced.

「複合焼結体または焼結体の評価」
(1)粒子径及び粒度分布
実施例1〜9及び比較例2〜5各々の複合焼結体中のSiC粒子の粒子径及び粒度分布をSEM観察法により測定した。
ここでは、SiC粒子の粒子径D10、D50、D90、比(D90/D50)及び比(D90/D10)を測定により求めた。
測定結果を表1に示す。
"Evaluation of composite sintered body or sintered body"
(1) Particle size and particle size distribution The particle size and particle size distribution of the SiC particles in each of the composite sintered bodies of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2 to 5 were measured by an SEM observation method.
Here, the particle diameters D10, D50, D90, the ratio (D90 / D50) and the ratio (D90 / D10) of the SiC particles were obtained by measurement.
The measurement results are shown in Table 1.

なお、SEM観察法による測定では0.04μm以下の粒子は判別出来ない場合があるので、実施例1〜9及び比較例2〜5各々の複合焼結体について「導電性微粒子の有無」、すなわち、複合焼結体中に0.04μm以下の導電性微粒子が0.001%以上かつ5%以下含まれているか否かをTEM観察法により観察した。
ここでは、500個の導電性粒子それぞれの粒子径を測定し、0.04μm以下の導電性微粒子が0.001%以上かつ5%以下含まれている場合を導電性微粒子が有ると判断して「○」とし、この導電性微粒子が0.001%以上かつ5%以下含まれていない場合を導電性微粒子が無いと判断して「×」とした。
In addition, since the particle | grains below 0.04 micrometer may be unable to be discriminate | determined by the measurement by a SEM observation method, about "the presence or absence of electroconductive fine particles" about each compound sintered body of Examples 1-9 and Comparative Examples 2-5, ie, Whether or not conductive fine particles of 0.04 μm or less were contained in the composite sintered body was 0.001% or more and 5% or less was observed by a TEM observation method.
Here, the particle diameter of each of the 500 conductive particles is measured, and when the conductive fine particles of 0.04 μm or less are contained in 0.001% or more and 5% or less, it is determined that the conductive fine particles are present. A case where the conductive fine particles were not contained in an amount of 0.001% or more and 5% or less was judged to be no conductive fine particles, and was evaluated as “x”.

(2)耐電圧及び絶縁破壊時間
実施例1〜9及び比較例1〜7各々の複合焼結体または焼結体を35mm角のシリコンウェハにて電極間の沿面放電が生じない様に挟み、10kV/mmまでは1kV/mm毎に、10kV/mm以上では0.5kV/mm毎に、所定の測定電圧まで電圧を上げ、この所定の測定電圧を印加した1分間保持後の電流値を測定した。
ここでは、1分保持後の電流値が1nA/cm以下の場合には、さらに1kV/mmまたは0.5kV/mm電圧を上げて測定を続けた。
また、電流値が1nA/cm以上の場合で、1分経過後の電流計の値が下がっていく場合には、1nA/cmに下がるまで保持してから電圧を上げて測定を続けた。
(2) Dielectric strength and dielectric breakdown time Each of the composite sintered bodies or sintered bodies of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 was sandwiched between 35 mm square silicon wafers so that no creeping discharge occurred between the electrodes. Increase the voltage to a predetermined measurement voltage every 1 kV / mm up to 10 kV / mm, and every 0.5 kV / mm above 10 kV / mm, and measure the current value after holding this predetermined measurement voltage for 1 minute did.
Here, when the current value after holding for 1 minute was 1 nA / cm 2 or less, the voltage was further increased by 1 kV / mm or 0.5 kV / mm, and the measurement was continued.
In addition, when the current value is 1 nA / cm 2 or more and the ammeter value decreases after 1 minute, the measurement is continued by increasing the voltage after holding the current meter to 1 nA / cm 2 . .

また、電流値が上昇している場合で、かつ100nA/cmを超えている場合には、その印加電圧を耐電圧値とし、絶縁破壊時間は1秒以下とした。
電流値が上昇している場合で電流値が100nA/cm以下の場合には、電圧の保持を開始した時間から100nA/cmに到達するまでの時間を絶縁破壊時間とした。
また、保持後1分以上経過しても100nA/cmを超えない場合には、保持した電圧を耐電圧値とし、絶縁破壊時間を60秒以上とした。
測定結果を表2に示す。
Further, when the current value was increased and exceeded 100 nA / cm 2 , the applied voltage was set to a withstand voltage value, and the dielectric breakdown time was set to 1 second or less.
In the case where the current value is increasing and the current value is 100 nA / cm 2 or less, the time from when the voltage starts to reach 100 nA / cm 2 is defined as the dielectric breakdown time.
In addition, when it did not exceed 100 nA / cm 2 even after 1 minute or more after the holding, the held voltage was set to a withstand voltage value, and the dielectric breakdown time was set to 60 seconds or more.
The measurement results are shown in Table 2.

(3)絶縁破壊のフラクタル性
耐電圧特性の測定箇所に12mm角のシリコンチップを電極として載置し、この電極を用いて複合焼結体または焼結体の電流値の分布を測定し、絶縁破壊のフラクタル性の評価を行った。
ここでは、印加する電圧は、耐電圧値の値を上限とし100nA/cm以上となっていることが確認できた時点で、その測定点の測定を終了した。この動作を繰り返し行い、絶縁破壊試験を行った場所から9点の電流値を測定した。
(3) Fractal property of dielectric breakdown A 12 mm square silicon chip was placed as an electrode at the measurement location of the withstand voltage characteristic, and the distribution of the current value of the composite sintered body or sintered body was measured using this electrode. Fractal property of fracture was evaluated.
Here, when it was confirmed that the applied voltage was 100 nA / cm 2 or more with the withstand voltage value as the upper limit, the measurement at the measurement point was completed. This operation was repeated, and nine current values were measured from the place where the dielectric breakdown test was performed.

測定した9点における電流値の最大値と最小値の比(Amax/Amin)が1000以下である場合にはフラクタル性があると判断し、評価結果を「○」とした。
また、電流値の最大値と最小値の比(Amax/Amin)が1000より大きい場合には、絶縁破壊がピンホール状に生じていることを確認するために、詳細な電流値の分布を測定した。そこで、12mm角のシリコンチップを2mm間隔で移動させながら測定し、100nA/cm以上の電流値となる領域の面積を求め、この面積が4mm以下の点状である場合には絶縁破壊がピンホール状に生じているのでフラクタル性が無いと判断し、評価結果を「×」とした。なお、絶縁破壊が生じている場所が破損などにより目視で確認できる場合であってもフラクタル性が無いと判断されるので、この場合も評価結果を「×」とし、それ以外の場合で絶縁破壊がピンホール状に生じていないが絶縁破壊により生じた電流のばらつきが大きい場合は「△」とした。
測定結果を表2に示す。
When the ratio of the maximum current value to the minimum value (Amax / Amin) at 9 points measured was 1000 or less, it was judged that there was fractal property, and the evaluation result was “◯”.
In addition, when the ratio between the maximum value and the minimum value (Amax / Amin) is greater than 1000, a detailed distribution of current values is measured in order to confirm that dielectric breakdown occurs in a pinhole shape. did. Therefore, measurement is performed while moving a 12 mm square silicon chip at intervals of 2 mm, and the area of a region having a current value of 100 nA / cm 2 or more is obtained. If this area is a spot of 4 mm 2 or less, dielectric breakdown occurs. Since it occurred in a pinhole shape, it was judged that there was no fractal property, and the evaluation result was “x”. Even if the location where dielectric breakdown occurs can be visually confirmed due to damage, etc., it is judged that there is no fractal property. In this case as well, the evaluation result is “x”. Is not generated in the form of a pinhole, but “Δ” is indicated when the variation in current caused by dielectric breakdown is large.
The measurement results are shown in Table 2.

(4)誘電率
実施例1〜9及び比較例1〜7各々の複合焼結体または焼結体の1kHzにおける誘電率を、誘電体測定システム 126096W(東陽テクニカ社製)を用いて測定した。
測定結果を表2に示す。
(4) Dielectric Constant The dielectric constant at 1 kHz of each of the composite sintered bodies or sintered bodies of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 was measured using a dielectric measurement system 126096W (manufactured by Toyo Corporation).
The measurement results are shown in Table 2.

Figure 0006361717
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Figure 0006361717
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Claims (5)

絶縁性材料中に導電性粒子を分散した複合焼結体からなる誘電体材料であって、
前記絶縁性材料は、Al 、Y またはSi であり、
前記導電性粒子は、SiC粒子であり、
前記複合焼結体は、Al −SiC複合焼結体、Y −SiC複合焼結体またはSi −SiC複合焼結体であり、
前記導電性粒子の含有率は、4質量%以上かつ20質量%以下であり、
前記導電性粒子は、その体積粒度分布における累積体積百分率が10体積%の粒子径D10は0.2μm以下、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90は2μm以下であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が10体積%の粒子径D10に対する比(D90/D10)は3.0以上であり、累積体積百分率が90体積%の粒子径D90の累積体積百分率が50体積%の粒子径D50に対する比(D90/D50)は1.4以上であり、
下記耐電圧試験後の前記誘電体材料について評価した絶縁破壊特性が、下記条件を満たす、誘電体材料。
(耐電圧試験)
厚み1.0mmの前記誘電体材料を第1の電極で挟み、前記第1の電極間に所定の測定電圧を印加して1分間保持した後、前記第1の電極間に流れる電流値が1nA/cm以上であり、かつ電流値が上昇している場合の前記測定電圧を耐電圧値とする。
(絶縁破壊特性)
前記誘電体材料の表面であって前記耐電圧試験において前記第1の電極を配置した位置に、前記第1の電極よりも小さい第2の電極を配置して前記誘電体材料を挟持し、前記第2の電極間に前記耐電圧値と同じ電圧を印加したときに流れる電流値を測定する。
(条件)
前記位置において前記第2の電極の配置位置を9箇所選択し、9点の電流値を測定したとき、9点の前記電流値のうち最大値(Amax)と最小値(Amin)との比(Amax/Amin)が1000倍以下。
A dielectric material comprising a composite sintered body in which conductive particles are dispersed in an insulating material,
The insulating material is Al 2 O 3 , Y 2 O 3 or Si 3 N 4 ,
The conductive particles are SiC particles,
The composite sintered body is an Al 2 O 3 —SiC composite sintered body, a Y 2 O 3 —SiC composite sintered body, or a Si 3 N 4 —SiC composite sintered body,
The content of the conductive particles is 4% by mass or more and 20% by mass or less,
The conductive particles have a particle size D10 having a cumulative volume percentage of 10% by volume in the volume particle size distribution of 0.2 μm or less, a particle diameter D90 of 90% by volume, and 2 μm or less, and a cumulative volume percentage of 90%. The ratio (D90 / D10) of the cumulative volume percentage of the volume% particle diameter D90 to the 10 volume% particle diameter D10 is 3.0 or more, and the cumulative volume percentage of the particle diameter D90 whose cumulative volume percentage is 90 volume% is 50. The ratio of volume% to particle diameter D50 (D90 / D50) is 1.4 or more,
Breakdown characteristics were evaluated for the dielectric material after the following withstand voltage test, satisfying the following condition, a dielectric material.
(anti-voltage test)
A dielectric material having a thickness of 1.0 mm is sandwiched between first electrodes, a predetermined measurement voltage is applied between the first electrodes and held for 1 minute, and then a current value flowing between the first electrodes is 1 nA. The measured voltage when the current value is higher than / cm 2 is defined as a withstand voltage value.
(Dielectric breakdown characteristics)
A second electrode smaller than the first electrode is disposed at a position on the surface of the dielectric material where the first electrode is disposed in the withstand voltage test to sandwich the dielectric material, and A current value that flows when the same voltage as the withstand voltage value is applied between the second electrodes is measured.
(conditions)
When nine positions of the second electrode are selected at the position and the current values at nine points are measured, the ratio between the maximum value (Amax) and the minimum value (Amin) among the nine current values ( Amax / Amin) is 1000 times or less.
前記導電性粒子は、0.04μm以下の粒子を0.001%以上含む請求項1に記載の誘電体材料。 The dielectric material according to claim 1, wherein the conductive particles include 0.001% or more of particles of 0.04 μm or less. 絶縁破壊による電流値が1nA/cmから100nA/cmまで上昇するのに要する時間が3秒以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の誘電体材料。 The dielectric material according to claim 1 or 2, characterized in that the time required for the current value due to insulation breakdown increases from 1 nA / cm 2 to 100 nA / cm 2 is not less than 3 seconds. 比誘電率は11以上であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の誘電体材料。 The dielectric material according to any one of claims 1 to 3, wherein a relative dielectric constant is 11 or more. 耐電圧は5kV/mm以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の誘電体材料。  The dielectric material according to any one of claims 1 to 4, wherein a withstand voltage is 5 kV / mm or more.
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