誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法
【課題】測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯における誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法を提供する。
【解決手段】本発明の誘電正接測定装置は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部１１と、数ＧＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第２測定部１３と、第１測定部１１および第２測定部１３で測定された誘電正接の両方を表示する表示部１９とを具備する。このような誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部１１、第２測定部１３でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部１９にそれぞれ表示され、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下である場合には良品として判定できる。
【解決手段】本発明の誘電正接測定装置は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部１１と、数ＧＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第２測定部１３と、第１測定部１１および第２測定部１３で測定された誘電正接の両方を表示する表示部１９とを具備する。このような誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部１１、第２測定部１３でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部１９にそれぞれ表示され、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下である場合には良品として判定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法に関するもので、特に、半導体製造装置の内壁材（チャンバー）やマイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリングをはじめとする部材や、液晶製造装置のステージ、ミラー、マスクホルダー、マスクステージ、チャック、レチクル等に好適に用いることができる耐食性部材の誘電正接を測定するための誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アルミナ質焼結体は耐熱性、耐薬品性、耐プラズマ性に優れ、さらに高周波領域での誘電正接（ｔａｎδ）が小さいことから、半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材などに用いられている。
【０００３】
半導体、液晶製造装置用部材はエッチング、クリーニング用として使用される反応性の高いハロゲン系腐食ガスやそれらのプラズマと接触するため、高い耐腐食性が要求され、一般的に９９．０質量％以上の高純度のアルミナ質焼結体が求められている。一方、高純度のアルミナ質焼結体となるにつれて焼結性の観点から誘電正接が増加し、これによりＭＨｚ帯での高周波の透過率が低下し、エネルギーロスの増加、発熱による部材の破損といった問題が発生することが知られている。
【０００４】
アルミナ質焼結体の低損失化について、焼結助剤としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを含有させ、その含有量をコントロールし、ある範囲内とすることで、低温で焼成しつつ、高周波誘電特性を向上させたアルミナ質焼結体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１では、アルミナ９９．８〜９９．９質量％と、残部が所定比率のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯからなる粒界相成分とからアルミナ質焼結体を構成し、測定周波数８ＧＨｚにおけるＱ値が１００００以上（誘電正接が０．０００１以下）のマイクロ波共振器用等のアルミナ質焼結体が得られたことが記載されている。
【０００６】
特許文献１のようにＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを含有したアルミナ質焼結体では、測定周波数８ＧＨｚにおける誘電正接が０．０００１以下のものが得られている。しかし、ＭＨｚ帯での誘電正接が大きく、例えば、ＭＨｚ帯の高周波が使用される半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材等に用いた場合には、ＭＨｚ帯における高周波の透過率が低下し、エネルギーロスの増加や、部材の破損といった問題が生じている。さらに近年ではＭＨｚ〜ＧＨｚ帯での広い周波数範囲での用途があり、そこでの低誘電正接化が求められていた。
【特許文献１】特開平６−１６４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材等に要求されるＭＨｚ帯での誘電正接はそれほど小さくなかったため、測定誤差は小さくても±３０×１０−４程度であるインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２９１Ａ）を用いて、周波数１ＭＨｚ〜８．５ＧＨｚにおける範囲の誘電正接を直接測定することも可能であったが、近年では、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接を５×１０−４以下とすることが要求されはじめており、従来のインピーダンスアナライザによる測定では、測定精度が極めて低く、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける正確な誘電正接が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯における誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接が、設定値、例えば５×１０−４以下であるか否かを容易にかつ正確に判定できる方法について、鋭意検討した結果、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域の誘電損失を、測定精度の低いインピーダンスアナライザで直接測定することなく、数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を測定し、例えば、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方が５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を５×１０−４以下と認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の誘電正接測定装置は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部と、前記試料の数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定する第２測定部と、前記第１測定部および前記第２測定部で測定された誘電正接の両方を表示する表示部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
このような誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部、第２測定部でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部にそれぞれ表示される。これにより、表示部を確認することにより、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を５×１０−４以下であると認定することが可能となり、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を目視にて容易にかつ正確に判定できる。
【００１２】
また、本発明の誘電正接良否判定方法は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定し、数ＭＨｚ帯および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下であるか否かを判定し、設定値以下である場合を良品として判定することを特徴とする。
【００１３】
このような誘電正接良否判定方法では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接および数ＧＨｚ帯における誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値、例えば５×１０−４以下であるか否かを判定し、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接が５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【００１４】
また、本発明の誘電正接良否判定方法は、数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定した後、数ＭＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定することを特徴とする。このような誘電正接良否判定方法では、例えば、先ず、ネットワーク・アナライザを用い、円盤状のアルミナ質焼結体からなる試料を治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、同じ試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めることができ、試料加工を最小限にすることができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接測定をさらに容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部、第２測定部でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部にそれぞれ表示される。これにより、表示部を確認することにより、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を設定値以下、例えば５×１０−４以下であると認定することが可能となり、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を目視にて容易にかつ正確に判定できる。
【００１６】
本発明の誘電正接良否判定方法では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接および数ＧＨｚ帯における誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下であるか否かを判定し、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接が５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の誘電正接測定装置を図１に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、誘電正接測定装置を示すもので、この誘電正接測定装置は、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接を測定する第１測定部１１と、試料の数ＧＨｚ帯における誘電正接を測定する第２測定部１３とを具備して構成されている。
【００１９】
この誘電正接測定装置は、架台１５に、例えば、キャパシタンス・メータ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２７８Ａ）を具備する第１測定部１１と、例えば、ネットワーク・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：８７２２ＥＳ）を具備する第２測定部１３とが設けられており、架台１５の上面は測定台１７とされている。また、架台１５の上面には、第１測定部１１で測定された数ＭＨｚにおける誘電正接と、第２測定部１３で測定された数ＧＨｚにおける誘電正接の両方とが表示される表示部１９が設けられている。
【００２０】
この表示部１９には、数ＭＨｚと数ＧＨｚにおける誘電正接の両方と、さらに、数ＭＨｚと数ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が表示されることが望ましい。
【００２１】
測定台１７には、図示しないが、試料をセットするセット台が配置されており、また、ネットワーク・アナライザの試料を挟持する測定用治具も具備している。さらに、キャパシタンス・メータの一対の接触端子も具備している。
【００２２】
アルミナを９９．３質量％以上含有するアルミナ質焼結体は、試料形状等にもよるがＭＨｚ帯の測定周波数を１ＭＨｚとした場合、同一形状の試料での空洞共振器法によるＴＥ０１１モードの数ＧＨｚ帯の共振周波数はほぼ８．５ＧＨｚであるため、以後は、数ＭＨｚを１ＭＨｚ、数ＧＨｚを８．５ＧＨｚとして説明する。
【００２３】
このような誘電正接測定装置では、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を、一台の誘電正接測定装置の第１測定部１１、第２測定部１３でそれぞれ測定することができる。そして、周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接の両方がそれぞれ表示部１９に表示されるため、周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下であるか否かを目視にて容易に判定でき、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接を５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。尚、誘電正接の設定値は、任意に設定できるが、以降は誘電正接の設定値を５×１０−４とした場合について説明する。
【００２４】
すなわち、従来、測定周波数１ＭＨｚにおける誘電正接は、キャパシタンス・メータ（ＨＰ−４２７８Ａ）、測定周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接は、空洞共振器法（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定を行ない、測定誤差がそれぞれ±２×１０−４以下、±０．１×１０−４以下の精度の良い誘電正接が得られることが知られているが、半導体、液晶製造装置用部材に要求される１ＭＨｚ〜８．５ＧＨｚ、特に１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域では、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）による測定しかなく、その測定誤差は小さくても±３０×１０−４程度であり、近年において要求されている５×１０−４以下の誘電正接については測定精度が極めて低い。
【００２５】
そこで、本発明では、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域の誘電損失を、測定精度の低いインピーダンスアナライザで直接測定することなく、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が５×１０−４以下の範囲にある場合には、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下であるため、その試料を良品として扱い、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接を容易にかつ正確に判定できる。
【００２６】
本発明の誘電正接良否判定方法について説明する。試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接をそれぞれ測定し、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下の範囲にある場合には、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下であるため、その試料を良品と判定する。
【００２７】
具体的に説明すると、先ず、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接をそれぞれ測定する。測定は、上記したように、例えば、キャパシタンス・メータ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２７８Ａ）を具備する第１測定部１１と、例えば、ネットワーク・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：８７２２ＥＳ）を具備する第２測定部１３にて測定する。
【００２８】
キャパシタンス・メータによる測定は、ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、例えば円盤状の試料の上下面に直径３７ｍｍの電極を形成し、これらの電極に一対の接触端子をそれぞれ接触させ、測定することができる。
【００２９】
ネットワーク・アナライザによる測定では、中央で分割した円筒空洞共振器の間に誘電体基板を挟んで構成される共振器のＴＥ０１１モード共振特性より、比誘電率、誘電正接を算出することができる。ネットワーク・アナライザによる測定周波数は８．５ＧＨｚから多少ずれることがある。このずれはサンプル外形寸法精度や材料の誘電率バラツキから来るものであり、純度９９．３％以上で十分に焼結したアルミナ質焼結体の場合、８．５±０．３ＧＨｚは見込まれる。
【００３０】
試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接は、ネットワーク・アナライザにより、周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、この後、キャパシタンス・メータにより周波数１ＭＨｚにおける誘電正接を測定することが望ましい。
【００３１】
すなわち、例えば、先ず、ネットワーク・アナライザを用い、円盤状の試料を測定治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、同じ試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めることができ、１個の試料で周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定でき、試料加工を最小限にすることができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否判定をさらに容易に行うことができる。
【００３２】
試料の周波数１０ＭＨｚ〜周波数１ＧＨｚにおける誘電正接が、測定された周波数１ＭＨｚおよび周波数８．５ＧＨｚのうち高い方の誘電正接以下であると認定できる理由について説明する。
【００３３】
例えば、アルミナ質焼結体の誘電正接を１ＭＨｚの周波数で測定し、５×１０−４以下を確認することにより空間電荷分極、界面分極、双極子分極による誘電正接の増大が無いことを確認できる。しかもこれらの要因による誘電正接の増大によるピークは１ＭＨｚより低い周波数帯か、または近傍の数ＭＨｚの周波数にあるため、１ＭＨｚで５×１０−４以下を確認することにより１ＧＨｚ付近まではこれらの要因による誘電正接の増大は無いことを見込める。
【００３４】
また、８．５ＧＨｚで誘電正接が５×１０−４以下を確認することによりイオン分極による誘電正接の増大が無いことを確認できる。しかも、イオン分極による誘電正接の増大によるピークは８．５ＧＨｚより高い周波数帯または、近傍の数ＧＨｚの周波数で起こっており、８．５ＧＨｚで５×１０−４以下を確認することにより１ＧＨｚ付近まではイオン分極の要因による誘電正接の増大は無いことを見込める。
【００３５】
よって、例えば、１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下であることを確認することによって、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接が５×１０−４以下であると認定することができる。
【００３６】
以下、本発明の誘電正接良否判定方法を、アルミナ質焼結体からなる試料に適用した例について説明する。
【００３７】
アルミナ質焼結体は、アルミナを９９．３質量％以上、その他副成分を０．７質量％以下含有する。アルミナを９９．３質量％以上含有することにより、焼結性の改善と同時にアルミナの優れた耐腐食性と機械的特性、電気特性を維持することが可能となる。副成分の量が０．７質量％以上となると、機械的・電気的特性の低下、耐食性の低下へと繋がる。よってアルミナは９９．３質量％以上、副成分は０．７質量％以下とするのが好ましい。さらに半導体、液晶製造装置用部材として応用するためにはハロゲン系ガスのプラズマに対する耐食性に優れる必要があるため、アルミナは９９．５質量％以上、副成分は０．５質量％以下とするのが好ましい。アルミナは、焼結性という観点から、９９．９質量％以下であることが望ましい。
【００３８】
アルミナ質焼結体は、アルミナ結晶粒子を主結晶粒子とし、元素としてＳｉおよびＭ（Ｍはアルカリ土類金属）を含有するアルミナ質焼結体であって、アルミナ結晶粒子の粒界にＳｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相が存在する。図２に、アルミナ質焼結体の概略断面図を示す。符号１はアルミナ結晶粒子であり、符号２は、粒界である。
【００３９】
一般的なアルミナ質焼結体では、焼結助剤として加えた副成分がアルミナ結晶粒子間にガラス、あるいは誘電正接の高い結晶として存在し、アルミナ質焼結体全体の誘電正接を増大させる傾向があった。しかしながら、アルミナ結晶粒子間に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相を析出させると、この結晶相自身の誘電正接が低い為、アルミナ質焼結体全体のＭＨｚ帯での誘電正接を低下させることができる。
【００４０】
Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相は、電気的特性の観点より、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）であることが好ましく、本結晶の生成により誘電正接を低減できる。Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相としては、他に、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）の組成ではなく、化学量論組成から少しずれたものであっても良い。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどがあるが、誘電特性、焼結性の観点からマグネシウム、カルシウム、ストロンチウムが好ましい。中でも、とりわけ低誘電正接の観点から、ストロンチウムが好ましい。
【００４１】
尚、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）で表される化合物とは、Ｍの構成元素の一部が他の元素で置換されたものも含む概念である。
【００４２】
耐食性部材は、産業機械用部品として用いられ、とりわけ半導体製造装置や液晶製造装置に用いられる大型で、厚みのある部材として好適に用いることができる。半導体製造装置用部材とは、半導体製造装置の内壁材（チャンバー）やマイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリング等をいう。液晶製造装置用部材とは、ステージ、ミラー、マスクホルダー、マスクステージ、チャック、レチクル等をいう。
【００４３】
このようなアルミナ質焼結体について、ネットワーク・アナライザにより、周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、この後、キャパシタンス・メータにより周波数１ＭＨｚにおける誘電正接を測定する。測定周波数１ＭＨｚの誘電正接および測定周波数８．５ＧＨｚの誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が５×１０−４以下であることにより、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下と認定できるため、良品と判定することができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【実施例】
【００４４】
まず、ＳｉＯ２とＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３の粉末を、それぞれＳｉＯ２換算、ＳｒＯ換算、ＣａＯ換算、ＢａＯ換算で表１に示す組成となるように秤量、混合して混合粉末を得た。この粉末を１０００℃〜１３００℃で熱処理し、アルミナボールミルにて４８〜７２時間粉砕を行ない、原料粉末を作製した。
【００４５】
純度が９９．９５質量％のＡｌ２Ｏ３粉末に、前記のＳｉとＳｒ、Ｃａ、Ｂａの原料粉末と、Ｍｇ（ＯＨ）２粉末をＭｇＯ換算で表１に示すような割合で添加し、これに所定量の水を加えアルミナボールミルにて４８時間混合してスラリーとした。このスラリーにバインダーを加えて乾燥したのち、造粒し、この混合粉末を１ｔ／ｃｍ２の圧力で金型成形して円柱状成形体（直径６０ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を作製し、１６８０℃にて大気中にて焼成を行ない、直径５０ｍｍ×高さ２５ｍｍのアルミナ質焼結体を得た。
【００４６】
得られた焼結体の高さ方向中央部から厚み１ｍｍの試料を切り出して、密度、誘電正接を測定し、表２に記載した。密度はアルキメデス法にて測定した。
【００４７】
また、誘電正接は、１ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、８．５ＧＨｚにて行ない、それぞれキャパシタンス・メータ（ＨＰ−４２７８Ａ）、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）、空洞共振器法（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定を行なった。キャパシタンス・メータの測定誤差は±２×１０−４以下であり、空洞共振器法の測定誤差は±０．１×１０−４以下であるものの、インピーダンスアナライザの測定誤差は±３０×１０−４であるため、インピーダンスアナライザによる１２ＭＨｚの誘電正接が５×１０−４未満の場合には、＜５と表１に記載した。
【００４８】
尚、インピーダンスアナライザにより、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の周波数依存性も確認した。その結果、今回のサンプルにおいて装置の精度上１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接は、１〜１０ＭＨｚと１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接が高く、その間の周波数帯で低いという傾向があり、特に１０〜１００ＭＨｚにおける誘電正接が低いという傾向があった。また、１０〜１００ＭＨｚの周波数帯で誘電正接にピークはみられず、フラットな形状であった。
【００４９】
先ず、ネットワーク・アナライザを用い、直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料を治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、インピーダンスアナライザを用い、上記直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料を治具にて挟持し、高周波電流電圧法により試料にかかる電流と電圧を測定しインピーダンスを求め、その値と試料厚み等から１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの比誘電率、誘電正接を算出し、代表値として１２ＭＨｚにおける誘電正接を求め、この後、ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、上記直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めた。
【００５０】
また、各焼結体中の結晶相の分析は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）と制限視野電子線回折により行ない、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む化合物からなる低損失の結晶相である、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、の有無を表２に記載した。図３に、試料Ｎｏ．８の電子回折像を示した。
【００５１】
さらに、アルミナ結晶粒子の平均粒径Ｄ５０は、上記試料の走査型電子顕微鏡写真（５００倍）について、０．０４３２ｍｍ２の範囲で、画像解析装置にて各結晶粒子の直径を求め、平均粒径Ｄ５０を算出し、表２に記載した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
表１、２より、アルミナ以外に副成分としてＳｉ、Ｍ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む試料Ｎｏ．１〜１０では、アルミナ結晶粒子間に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む化合物からなる結晶相が生成しており、誘電正接が８．５ＧＨｚにおいて５×１０−４以下であるとともに、１ＭＨｚにおいて５×１０−４以下、１２ＭＨｚにおいても５×１０−４以下の低損失であることがわかる。
【００５５】
従って、１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が５×１０−４である場合には、１２ＭＨｚにおいても５×１０−４であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】誘電正接測定装置を示す模式図である。
【図２】アルミナ質焼結体の構造を示す概略断面図である。
【図３】試料Ｎｏ．８の電子回折像である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・アルミナ結晶粒子
２・・・粒界
１１・・・第１測定部
１３・・・第２測定部
１５・・・架台
１７・・・測定台
１９・・・表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法に関するもので、特に、半導体製造装置の内壁材（チャンバー）やマイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリングをはじめとする部材や、液晶製造装置のステージ、ミラー、マスクホルダー、マスクステージ、チャック、レチクル等に好適に用いることができる耐食性部材の誘電正接を測定するための誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アルミナ質焼結体は耐熱性、耐薬品性、耐プラズマ性に優れ、さらに高周波領域での誘電正接（ｔａｎδ）が小さいことから、半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材などに用いられている。
【０００３】
半導体、液晶製造装置用部材はエッチング、クリーニング用として使用される反応性の高いハロゲン系腐食ガスやそれらのプラズマと接触するため、高い耐腐食性が要求され、一般的に９９．０質量％以上の高純度のアルミナ質焼結体が求められている。一方、高純度のアルミナ質焼結体となるにつれて焼結性の観点から誘電正接が増加し、これによりＭＨｚ帯での高周波の透過率が低下し、エネルギーロスの増加、発熱による部材の破損といった問題が発生することが知られている。
【０００４】
アルミナ質焼結体の低損失化について、焼結助剤としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを含有させ、その含有量をコントロールし、ある範囲内とすることで、低温で焼成しつつ、高周波誘電特性を向上させたアルミナ質焼結体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１では、アルミナ９９．８〜９９．９質量％と、残部が所定比率のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯからなる粒界相成分とからアルミナ質焼結体を構成し、測定周波数８ＧＨｚにおけるＱ値が１００００以上（誘電正接が０．０００１以下）のマイクロ波共振器用等のアルミナ質焼結体が得られたことが記載されている。
【０００６】
特許文献１のようにＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを含有したアルミナ質焼結体では、測定周波数８ＧＨｚにおける誘電正接が０．０００１以下のものが得られている。しかし、ＭＨｚ帯での誘電正接が大きく、例えば、ＭＨｚ帯の高周波が使用される半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材等に用いた場合には、ＭＨｚ帯における高周波の透過率が低下し、エネルギーロスの増加や、部材の破損といった問題が生じている。さらに近年ではＭＨｚ〜ＧＨｚ帯での広い周波数範囲での用途があり、そこでの低誘電正接化が求められていた。
【特許文献１】特開平６−１６４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、半導体、液晶用の高周波プラズマ装置用部材等に要求されるＭＨｚ帯での誘電正接はそれほど小さくなかったため、測定誤差は小さくても±３０×１０−４程度であるインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２９１Ａ）を用いて、周波数１ＭＨｚ〜８．５ＧＨｚにおける範囲の誘電正接を直接測定することも可能であったが、近年では、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接を５×１０−４以下とすることが要求されはじめており、従来のインピーダンスアナライザによる測定では、測定精度が極めて低く、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける正確な誘電正接が得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯における誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる誘電正接測定装置および誘電正接良否判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接が、設定値、例えば５×１０−４以下であるか否かを容易にかつ正確に判定できる方法について、鋭意検討した結果、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域の誘電損失を、測定精度の低いインピーダンスアナライザで直接測定することなく、数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を測定し、例えば、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方が５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を５×１０−４以下と認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明の誘電正接測定装置は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部と、前記試料の数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定する第２測定部と、前記第１測定部および前記第２測定部で測定された誘電正接の両方を表示する表示部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
このような誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部、第２測定部でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部にそれぞれ表示される。これにより、表示部を確認することにより、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を５×１０−４以下であると認定することが可能となり、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を目視にて容易にかつ正確に判定できる。
【００１２】
また、本発明の誘電正接良否判定方法は、数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定し、数ＭＨｚ帯および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下であるか否かを判定し、設定値以下である場合を良品として判定することを特徴とする。
【００１３】
このような誘電正接良否判定方法では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接および数ＧＨｚ帯における誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値、例えば５×１０−４以下であるか否かを判定し、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接が５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【００１４】
また、本発明の誘電正接良否判定方法は、数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定した後、数ＭＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定することを特徴とする。このような誘電正接良否判定方法では、例えば、先ず、ネットワーク・アナライザを用い、円盤状のアルミナ質焼結体からなる試料を治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、同じ試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めることができ、試料加工を最小限にすることができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接測定をさらに容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の誘電正接測定装置では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接を、第１測定部、第２測定部でそれぞれ測定することができ、これらの誘電正接の両方が表示部にそれぞれ表示される。これにより、表示部を確認することにより、測定された数ＭＨｚ帯における誘電正接と数ＧＨｚ帯における誘電正接のうち高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下である場合には良品として判定し、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数の誘電正接を設定値以下、例えば５×１０−４以下であると認定することが可能となり、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を目視にて容易にかつ正確に判定できる。
【００１６】
本発明の誘電正接良否判定方法では、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接および数ＧＨｚ帯における誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下であるか否かを判定し、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接が５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の誘電正接測定装置を図１に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、誘電正接測定装置を示すもので、この誘電正接測定装置は、試料の数ＭＨｚ帯における誘電正接を測定する第１測定部１１と、試料の数ＧＨｚ帯における誘電正接を測定する第２測定部１３とを具備して構成されている。
【００１９】
この誘電正接測定装置は、架台１５に、例えば、キャパシタンス・メータ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２７８Ａ）を具備する第１測定部１１と、例えば、ネットワーク・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：８７２２ＥＳ）を具備する第２測定部１３とが設けられており、架台１５の上面は測定台１７とされている。また、架台１５の上面には、第１測定部１１で測定された数ＭＨｚにおける誘電正接と、第２測定部１３で測定された数ＧＨｚにおける誘電正接の両方とが表示される表示部１９が設けられている。
【００２０】
この表示部１９には、数ＭＨｚと数ＧＨｚにおける誘電正接の両方と、さらに、数ＭＨｚと数ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が表示されることが望ましい。
【００２１】
測定台１７には、図示しないが、試料をセットするセット台が配置されており、また、ネットワーク・アナライザの試料を挟持する測定用治具も具備している。さらに、キャパシタンス・メータの一対の接触端子も具備している。
【００２２】
アルミナを９９．３質量％以上含有するアルミナ質焼結体は、試料形状等にもよるがＭＨｚ帯の測定周波数を１ＭＨｚとした場合、同一形状の試料での空洞共振器法によるＴＥ０１１モードの数ＧＨｚ帯の共振周波数はほぼ８．５ＧＨｚであるため、以後は、数ＭＨｚを１ＭＨｚ、数ＧＨｚを８．５ＧＨｚとして説明する。
【００２３】
このような誘電正接測定装置では、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を、一台の誘電正接測定装置の第１測定部１１、第２測定部１３でそれぞれ測定することができる。そして、周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接の両方がそれぞれ表示部１９に表示されるため、周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が設定値以下、例えば５×１０−４以下であるか否かを目視にて容易に判定でき、５×１０−４以下である場合には、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数における誘電正接を５×１０−４以下であると認定でき、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。尚、誘電正接の設定値は、任意に設定できるが、以降は誘電正接の設定値を５×１０−４とした場合について説明する。
【００２４】
すなわち、従来、測定周波数１ＭＨｚにおける誘電正接は、キャパシタンス・メータ（ＨＰ−４２７８Ａ）、測定周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接は、空洞共振器法（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定を行ない、測定誤差がそれぞれ±２×１０−４以下、±０．１×１０−４以下の精度の良い誘電正接が得られることが知られているが、半導体、液晶製造装置用部材に要求される１ＭＨｚ〜８．５ＧＨｚ、特に１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域では、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）による測定しかなく、その測定誤差は小さくても±３０×１０−４程度であり、近年において要求されている５×１０−４以下の誘電正接については測定精度が極めて低い。
【００２５】
そこで、本発明では、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける周波数領域の誘電損失を、測定精度の低いインピーダンスアナライザで直接測定することなく、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、測定周波数１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が５×１０−４以下の範囲にある場合には、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下であるため、その試料を良品として扱い、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接を容易にかつ正確に判定できる。
【００２６】
本発明の誘電正接良否判定方法について説明する。試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接をそれぞれ測定し、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下の範囲にある場合には、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下であるため、その試料を良品と判定する。
【００２７】
具体的に説明すると、先ず、試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接をそれぞれ測定する。測定は、上記したように、例えば、キャパシタンス・メータ（ヒューレットパッカード社製：ＨＰ−４２７８Ａ）を具備する第１測定部１１と、例えば、ネットワーク・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：８７２２ＥＳ）を具備する第２測定部１３にて測定する。
【００２８】
キャパシタンス・メータによる測定は、ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、例えば円盤状の試料の上下面に直径３７ｍｍの電極を形成し、これらの電極に一対の接触端子をそれぞれ接触させ、測定することができる。
【００２９】
ネットワーク・アナライザによる測定では、中央で分割した円筒空洞共振器の間に誘電体基板を挟んで構成される共振器のＴＥ０１１モード共振特性より、比誘電率、誘電正接を算出することができる。ネットワーク・アナライザによる測定周波数は８．５ＧＨｚから多少ずれることがある。このずれはサンプル外形寸法精度や材料の誘電率バラツキから来るものであり、純度９９．３％以上で十分に焼結したアルミナ質焼結体の場合、８．５±０．３ＧＨｚは見込まれる。
【００３０】
試料の周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接は、ネットワーク・アナライザにより、周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、この後、キャパシタンス・メータにより周波数１ＭＨｚにおける誘電正接を測定することが望ましい。
【００３１】
すなわち、例えば、先ず、ネットワーク・アナライザを用い、円盤状の試料を測定治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、同じ試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めることができ、１個の試料で周波数１ＭＨｚと周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定でき、試料加工を最小限にすることができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否判定をさらに容易に行うことができる。
【００３２】
試料の周波数１０ＭＨｚ〜周波数１ＧＨｚにおける誘電正接が、測定された周波数１ＭＨｚおよび周波数８．５ＧＨｚのうち高い方の誘電正接以下であると認定できる理由について説明する。
【００３３】
例えば、アルミナ質焼結体の誘電正接を１ＭＨｚの周波数で測定し、５×１０−４以下を確認することにより空間電荷分極、界面分極、双極子分極による誘電正接の増大が無いことを確認できる。しかもこれらの要因による誘電正接の増大によるピークは１ＭＨｚより低い周波数帯か、または近傍の数ＭＨｚの周波数にあるため、１ＭＨｚで５×１０−４以下を確認することにより１ＧＨｚ付近まではこれらの要因による誘電正接の増大は無いことを見込める。
【００３４】
また、８．５ＧＨｚで誘電正接が５×１０−４以下を確認することによりイオン分極による誘電正接の増大が無いことを確認できる。しかも、イオン分極による誘電正接の増大によるピークは８．５ＧＨｚより高い周波数帯または、近傍の数ＧＨｚの周波数で起こっており、８．５ＧＨｚで５×１０−４以下を確認することにより１ＧＨｚ付近まではイオン分極の要因による誘電正接の増大は無いことを見込める。
【００３５】
よって、例えば、１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接のうち高い方の誘電正接が５×１０−４以下であることを確認することによって、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接が５×１０−４以下であると認定することができる。
【００３６】
以下、本発明の誘電正接良否判定方法を、アルミナ質焼結体からなる試料に適用した例について説明する。
【００３７】
アルミナ質焼結体は、アルミナを９９．３質量％以上、その他副成分を０．７質量％以下含有する。アルミナを９９．３質量％以上含有することにより、焼結性の改善と同時にアルミナの優れた耐腐食性と機械的特性、電気特性を維持することが可能となる。副成分の量が０．７質量％以上となると、機械的・電気的特性の低下、耐食性の低下へと繋がる。よってアルミナは９９．３質量％以上、副成分は０．７質量％以下とするのが好ましい。さらに半導体、液晶製造装置用部材として応用するためにはハロゲン系ガスのプラズマに対する耐食性に優れる必要があるため、アルミナは９９．５質量％以上、副成分は０．５質量％以下とするのが好ましい。アルミナは、焼結性という観点から、９９．９質量％以下であることが望ましい。
【００３８】
アルミナ質焼結体は、アルミナ結晶粒子を主結晶粒子とし、元素としてＳｉおよびＭ（Ｍはアルカリ土類金属）を含有するアルミナ質焼結体であって、アルミナ結晶粒子の粒界にＳｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相が存在する。図２に、アルミナ質焼結体の概略断面図を示す。符号１はアルミナ結晶粒子であり、符号２は、粒界である。
【００３９】
一般的なアルミナ質焼結体では、焼結助剤として加えた副成分がアルミナ結晶粒子間にガラス、あるいは誘電正接の高い結晶として存在し、アルミナ質焼結体全体の誘電正接を増大させる傾向があった。しかしながら、アルミナ結晶粒子間に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相を析出させると、この結晶相自身の誘電正接が低い為、アルミナ質焼結体全体のＭＨｚ帯での誘電正接を低下させることができる。
【００４０】
Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相は、電気的特性の観点より、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）であることが好ましく、本結晶の生成により誘電正接を低減できる。Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍはアルカリ土類金属）およびＯ元素を含有する化合物からなる低損失の結晶相としては、他に、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）の組成ではなく、化学量論組成から少しずれたものであっても良い。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどがあるが、誘電特性、焼結性の観点からマグネシウム、カルシウム、ストロンチウムが好ましい。中でも、とりわけ低誘電正接の観点から、ストロンチウムが好ましい。
【００４１】
尚、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ｍはアルカリ土類金属）で表される化合物とは、Ｍの構成元素の一部が他の元素で置換されたものも含む概念である。
【００４２】
耐食性部材は、産業機械用部品として用いられ、とりわけ半導体製造装置や液晶製造装置に用いられる大型で、厚みのある部材として好適に用いることができる。半導体製造装置用部材とは、半導体製造装置の内壁材（チャンバー）やマイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリング等をいう。液晶製造装置用部材とは、ステージ、ミラー、マスクホルダー、マスクステージ、チャック、レチクル等をいう。
【００４３】
このようなアルミナ質焼結体について、ネットワーク・アナライザにより、周波数８．５ＧＨｚにおける誘電正接を測定し、この後、キャパシタンス・メータにより周波数１ＭＨｚにおける誘電正接を測定する。測定周波数１ＭＨｚの誘電正接および測定周波数８．５ＧＨｚの誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が５×１０−４以下であることにより、周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの間の周波数領域においても誘電正接を５×１０−４以下と認定できるため、良品と判定することができ、測定周波数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の良否を容易にかつ正確に判定できる。
【実施例】
【００４４】
まず、ＳｉＯ２とＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３の粉末を、それぞれＳｉＯ２換算、ＳｒＯ換算、ＣａＯ換算、ＢａＯ換算で表１に示す組成となるように秤量、混合して混合粉末を得た。この粉末を１０００℃〜１３００℃で熱処理し、アルミナボールミルにて４８〜７２時間粉砕を行ない、原料粉末を作製した。
【００４５】
純度が９９．９５質量％のＡｌ２Ｏ３粉末に、前記のＳｉとＳｒ、Ｃａ、Ｂａの原料粉末と、Ｍｇ（ＯＨ）２粉末をＭｇＯ換算で表１に示すような割合で添加し、これに所定量の水を加えアルミナボールミルにて４８時間混合してスラリーとした。このスラリーにバインダーを加えて乾燥したのち、造粒し、この混合粉末を１ｔ／ｃｍ２の圧力で金型成形して円柱状成形体（直径６０ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を作製し、１６８０℃にて大気中にて焼成を行ない、直径５０ｍｍ×高さ２５ｍｍのアルミナ質焼結体を得た。
【００４６】
得られた焼結体の高さ方向中央部から厚み１ｍｍの試料を切り出して、密度、誘電正接を測定し、表２に記載した。密度はアルキメデス法にて測定した。
【００４７】
また、誘電正接は、１ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、８．５ＧＨｚにて行ない、それぞれキャパシタンス・メータ（ＨＰ−４２７８Ａ）、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）、空洞共振器法（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定を行なった。キャパシタンス・メータの測定誤差は±２×１０−４以下であり、空洞共振器法の測定誤差は±０．１×１０−４以下であるものの、インピーダンスアナライザの測定誤差は±３０×１０−４であるため、インピーダンスアナライザによる１２ＭＨｚの誘電正接が５×１０−４未満の場合には、＜５と表１に記載した。
【００４８】
尚、インピーダンスアナライザにより、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接の周波数依存性も確認した。その結果、今回のサンプルにおいて装置の精度上１ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接は、１〜１０ＭＨｚと１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおける誘電正接が高く、その間の周波数帯で低いという傾向があり、特に１０〜１００ＭＨｚにおける誘電正接が低いという傾向があった。また、１０〜１００ＭＨｚの周波数帯で誘電正接にピークはみられず、フラットな形状であった。
【００４９】
先ず、ネットワーク・アナライザを用い、直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料を治具にて挟持し、８．５ＧＨｚにおける誘電正接を求め、次に、インピーダンスアナライザを用い、上記直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料を治具にて挟持し、高周波電流電圧法により試料にかかる電流と電圧を測定しインピーダンスを求め、その値と試料厚み等から１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの比誘電率、誘電正接を算出し、代表値として１２ＭＨｚにおける誘電正接を求め、この後、ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、上記直径５０ｍｍ×厚み１ｍｍの試料の上下面に電極を形成し、キャパシタンス・メータにて１ＭＨｚにおける誘電正接を求めた。
【００５０】
また、各焼結体中の結晶相の分析は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）と制限視野電子線回折により行ない、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む化合物からなる低損失の結晶相である、ＭＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、の有無を表２に記載した。図３に、試料Ｎｏ．８の電子回折像を示した。
【００５１】
さらに、アルミナ結晶粒子の平均粒径Ｄ５０は、上記試料の走査型電子顕微鏡写真（５００倍）について、０．０４３２ｍｍ２の範囲で、画像解析装置にて各結晶粒子の直径を求め、平均粒径Ｄ５０を算出し、表２に記載した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
表１、２より、アルミナ以外に副成分としてＳｉ、Ｍ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む試料Ｎｏ．１〜１０では、アルミナ結晶粒子間に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、Ｏ元素を含む化合物からなる結晶相が生成しており、誘電正接が８．５ＧＨｚにおいて５×１０−４以下であるとともに、１ＭＨｚにおいて５×１０−４以下、１２ＭＨｚにおいても５×１０−４以下の低損失であることがわかる。
【００５５】
従って、１ＭＨｚと８．５ＧＨｚにおける誘電正接の高い方の誘電正接が５×１０−４である場合には、１２ＭＨｚにおいても５×１０−４であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】誘電正接測定装置を示す模式図である。
【図２】アルミナ質焼結体の構造を示す概略断面図である。
【図３】試料Ｎｏ．８の電子回折像である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・アルミナ結晶粒子
２・・・粒界
１１・・・第１測定部
１３・・・第２測定部
１５・・・架台
１７・・・測定台
１９・・・表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部と、数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定する第２測定部と、前記第１測定部および前記第２測定部で測定された誘電正接の両方を表示する表示部とを具備することを特徴とする誘電正接測定装置。
【請求項２】
数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定し、数ＭＨｚ帯および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下であるか否かを判定し、設定値以下である場合を良品として判定することを特徴とする誘電正接良否判定方法。
【請求項３】
数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定した後、数ＭＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定することを特徴とする請求項２記載の誘電正接良否判定方法。
【請求項４】
前記試料はアルミナ質焼結体であることを特徴とする請求項２または３記載の誘電正接良否判定方法。
【請求項１】
数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接を測定する第１測定部と、数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定する第２測定部と、前記第１測定部および前記第２測定部で測定された誘電正接の両方を表示する表示部とを具備することを特徴とする誘電正接測定装置。
【請求項２】
数ＭＨｚ帯の周波数における試料の誘電正接および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定し、数ＭＨｚ帯および数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接のいずれか高い方の誘電正接が設定値以下であるか否かを判定し、設定値以下である場合を良品として判定することを特徴とする誘電正接良否判定方法。
【請求項３】
数ＧＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定した後、数ＭＨｚ帯の周波数における前記試料の誘電正接を測定することを特徴とする請求項２記載の誘電正接良否判定方法。
【請求項４】
前記試料はアルミナ質焼結体であることを特徴とする請求項２または３記載の誘電正接良否判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２２９２５３（Ｐ２００９−２２９２５３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７５２４７（Ｐ２００８−７５２４７）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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