[发明专利]无孔陶瓷部件

说明书

本发明涉及一种具有高弹性模量和低热膨胀系数的无孔陶瓷以及一种用于制备相应的陶瓷的方法。具体而言，本发明涉及一种可以在经受的温度梯度的应用中、例如在半导体制造中用作尺寸稳定的衬底材料的陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种具有高弹性模量和低热膨胀系数的无孔陶瓷部件、一种用于制备相应的陶瓷部件的方法以及这样的陶瓷部件的用途。具体而言，本发明涉及一种可以在经受的温度梯度的应用中、例如在半导体制造中用作尺寸稳定的衬底材料的陶瓷部件。

背景技术

在半导体制造或(显微)光刻领域中，除其他外，还使用烧结的堇青石构成的陶瓷。这些陶瓷显示出例如相对高的弹性模量(杨氏模量)和低的热膨胀系数，使得这样的陶瓷特别适合作为特别有利的衬底材料、例如用于硅片台的衬底材料。

该类型的陶瓷可以通过烧结处理由粉末前体来制备，但是用于制备大致无孔的陶瓷的烧结处理是复杂的且需要熔剂作为烧结助剂。此外，难以确保陶瓷部件的全部体积中的无孔的质量。

制备堇青石陶瓷的另一可行的方式是将适当的前体或起始玻璃或绿玻璃(greenglass)陶瓷化。由于玻璃陶瓷通过固体材料的陶瓷化得到，因此它们不具有孔隙或仅具有非常低的孔隙率。

EP 1 079 373 A2描述了一种具有堇青石作为主晶相的玻璃陶瓷。所述玻璃陶瓷具有高的弹性模量，但是热膨胀系数比在烧结的陶瓷的情况下显著更高。

由玻璃质前体材料制备堇青石陶瓷的缺点在于，堇青石从表面或界面而不是在体积中快速地陶瓷化。因此，不能获得或者仅可以以非常高的难度通过玻璃质前体的体积陶瓷化来获得较大几何形状和较大体积的工件、例如厚度为10厘米或以上的衬底。因此，迄今描述的固体材料通常是厚度显著较小的衬底。

US 2,920,971和US 4,042,362描述了一种具有堇青石作为晶相的玻璃陶瓷。然而，排他地使用TiO₂作为晶核形成剂。

DE 2261925描述了一种CTE为2.1×10^-6/K或以上并且晶核形成剂ZrO₂+TiO₂的总含量为至少11.5重量％的堇青石陶瓷。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种通过陶瓷化由固体材料制备甚至在相对大的厚度或体积的情况下具有高弹性模量和低热膨胀系数的无孔陶瓷的方法。本发明的另一目的是提供相应的陶瓷。

本发明的目的通过独立权利要求的主题得以实现。各从属权利要求的主题是本发明的有利的实施方案和改进方案。

本发明提供了一种无孔陶瓷部件，其包括以下成分(以基于氧化物的重量％计)：

出于本发明的目的，无孔陶瓷是孔隙率小于1％、优选小于0.5％、更优选小于0.1％的陶瓷。

晶相的比例为至少60％、更优选至少70％。在具体实施例中，晶相的比例可以是至少80％，在一个变型中为至少90％、优选至少95％。具有高比例的晶相的变型通常具有更好的热导率和更低的热膨胀系数。

陶瓷的主晶相优选由印度石构成。印度石是堇青石的六角形变体和高温多晶型，并且具有与此(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)相同的化学计量。印度石与堇青石的不同之处在于Al在(Al,Si)₆O₁₈环中的随机分布，所述随机分布提高了六方晶系的点群6/m 2/m 2/m和空间群P6/mcc的对称性。