窒化アルミニウム基複合材料、その製造方法及び半導体製造装置用部材
【課題】アルミナと同等以上の耐食性や体積抵抗率を有しながらアルミナより高い熱伝導率を有する新規な材料を提供する。
【解決手段】本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下であり、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【解決手段】本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下であり、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム基複合材料、その製造方法及び半導体製造装置用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置用部材として、アルミナ焼結体に電極が埋設された静電チャックやアルミナ焼結体に抵抗発熱体が埋設された加熱装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９６８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミナ焼結体は、熱伝導率が約３０Ｗ／ｍＫであり、ウエハー均熱性や昇降温に対する応答性が十分とはいえなかった。またハロゲン系プラズマガスに対する耐食性や耐久性も十分とはいえなかった。このため、アルミナと同等の体積抵抗率を有し、アルミナより高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料が求められている。一方、静電チャックにおいて、誘電層をアルミナ焼結体で作製し、この誘電層を支持する支持基体を上述した新規な材料で作製し、両者を接合することも考えられる。その場合には、新規な材料は、２５〜８００℃における熱膨張係数をアルミナの７．９ｐｐｍ／℃と近い値に制御する必要がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、アルミナと同等の熱膨張係数や体積抵抗率を有しながらアルミナより高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【０００７】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法は、窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成するものである。この製造方法は、上述した本発明の窒化アルミニウム基複合材料を製造するのに適している。
【０００８】
本発明の半導体製造装置用部材は、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用したもの、あるいは、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、アルミナ焼結体と同等の体積抵抗率を有しながらアルミナ焼結体より高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料のため、アルミナ焼結体の代替材料として半導体製造装置用部材に利用したり、アルミナ焼結体と接合したものを半導体製造装置用部材に利用したりすることができる。
【００１０】
こうした効果が得られる理由は、窒化アルミニウムが高熱伝導性に寄与し、酸化マグネシウムが高熱膨張・高電気抵抗・高耐食性に寄与し、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム又はフッ化カルシウムが窒化アルミニウムの熱伝導率の向上や低温焼成に寄与しているからと考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【００１２】
ここで、希土類金属酸化物としては、Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｐｒ2Ｏ3，Ｎｄ2Ｏ3，Ｐｍ2Ｏ3，Ｓｍ2Ｏ3，Ｅｕ2Ｏ3，Ｇｄ2Ｏ3，Ｔｂ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3，Ｅｒ2Ｏ3，Ｔｍ2Ｏ3，Ｙｂ2Ｏ3，Ｌｕ2Ｏ3が挙げられるが、このうち、Ｙ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3，Ｅｒ2Ｏ3，Ｔｍ2Ｏ3，Ｙｂ2Ｏ3，Ｌｕ2Ｏ3が好ましく、Ｙ2Ｏ3やＹｂ2Ｏ3が特に好ましい。希土類金属−アルミニウム複合酸化物としては、例えば希土類金属がＹの場合には、ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12），ＹＡＬ（ＹＡｌＯ3），ＹＡＭ（Ｙ4Ａｌ2Ｏ9）などが挙げられる。アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物としては、アルカリ土類金属がＭｇの場合にはＭｇＡｌ2Ｏ4などが挙げられ、Ｃａの場合にはＣａ3Ａｌ2Ｏ6などが挙げられる。上述した希土類金属の酸フッ化物としては、ＳｃＯＦ，ＹＯＦ，ＬａＯＦ，ＣｅＯＦ，ＰｒＯＦ，ＮｄＯＦ，ＰｍＯＦ，ＳｍＯＦ，ＥｕＯＦ，ＧｄＯＦ，ＴｂＯＦ，ＤｙＯＦ，ＨｏＯＦ，ＥｒＯＦ，ＴｍＯＦ，ＹｂＯＦ，ＬｕＯＦが挙げられるが、このうち、ＹＯＦやＹｂＯＦが好ましい。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、前出の群を、ＲＥ2Ｏ3，ＲＥ3Ａｌ5Ｏ12，ＲＥＡｌＯ3，ＲＥ4Ａｌ2Ｏ9，ＲＥＯＦ（ＲＥは希土類金属），ＣａＯ，ＣａＦ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｃａ3Ａｌ2Ｏ6 からなる群としてもよい。希土類金属はＹやＹｂが好ましい。
【００１４】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫと高いため、ヒーターなどで温度調節する場合の昇温・降温に対する応答性が良好になる。また、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃であり、アルミナの熱膨張係数とあまり差がないため、アルミナ焼結体との接合が容易になるし接合後の剥がれなども生じにくい。更に、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であるため、高絶縁性が要求される材料（例えば静電チャックの材料）としても利用することができる。更にまた、フッ素系プラズマによるエッチングレートがアルミナより遅いため（アルミナの０．２〜０．６倍）、耐久性が高く、半導体製造装置用部材として好適に使用できる。
【００１５】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料において、開気孔率は０．５％以下であることが好ましく、窒化アルミニウムの粒径が３μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法は、窒化アルミニウムを３５〜７５ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０〜５０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜３０ｖｏｌ％含む混合物をホットプレスを用いて焼成するものとしてもよいが、好ましくは、窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成するものである。
【００１７】
窒化アルミニウムの含有量は、３５〜７５ｖｏｌ％が好ましく、４９．８〜６９．４ｖｏｌ％がより好ましい。７５ｖｏｌ％を超えると、熱膨張係数が小さくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。また、３５ｖｏｌ％未満だと、熱伝導率が十分向上しないため好ましくない。
【００１８】
酸化マグネシウムの含有量は、２０〜５０ｖｏｌ％が好ましく、２０．２〜４０．０ｖｏｌ％がより好ましい。５０ｖｏｌ％を超えると、熱伝導率及び強度が低くなると共に、熱膨張係数が大きくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。また、２０ｖｏｌ％未満だと、耐食性が低くなると共に、熱膨張係数が小さくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。
【００１９】
希土類金属酸化物、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量は、０．５〜３０ｖｏｌ％が好ましい。３０ｖｏｌ％を超えると、熱伝導率及び強度が低くなるため、好ましくない。また、０．５ｖｏｌ％未満だと、熱伝導率の向上と低温焼成に十分寄与しなくなるため好ましくない。ここで、希土類金属としてはイットリウム又はイッテリビウムが好ましい。なお、希土類金属酸化物の含有量は、０．５〜３０．０ｖｏｌ%が好ましく、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量は、０．５〜５．７ｖｏｌ％が好ましい。希土類金属酸化物は、主に熱伝導率の向上に寄与し、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、フッ化アルミニウムは、主に低温焼結に寄与し、酸化カルシウムは、熱伝導率の向上と低温焼結の両方に寄与する。
【００２０】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法において、前記混合物中の遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素の含有量は、１０００ｐｐｍ以下である。例えば窒化ホウ素は熱伝導率の向上を妨げるものであるが、ここではホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ以下であるため、その影響はほとんどない。また、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素はプラズマ腐食により半導体製造用装置内に飛散して、プラズマを不安定にしたり、半導体製品を汚染して歩留まり低下を引き起こす可能性があるが、上記元素が１０００ｐｐｍ以下であるため、その影響はほとんどない。
【００２１】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法では、ホットプレスを用いて焼成するため、高密度まで緻密化することが可能となり、ひいては熱伝導率を高めることができる。
【００２２】
また、ＡｌＮにＹ2Ｏ3、ＹＦ3、ＣａＦ2、ＣａＯなどの添加剤を添加した場合、高温で焼成した方が添加剤がＡｌＮ粒内の固溶酸素を粒界にトラップするため熱伝導率が高くなる。一方で、ＡｌＮにＭｇＯを添加した場合、ＭｇＯはＡｌＮ粒内に固溶するため、低温で焼成する方が熱伝導率は向上する。このため、ＡｌＮにＹ2Ｏ3とＭｇＯを添加した場合は焼成温度が高すぎると熱伝導率が低下するため、１８００℃以下で焼成することが好ましく、１３５０〜１６００℃で焼成することがより好ましく、１４００〜１６００℃で焼成することが更に好ましい。このため、低温で緻密化できるホットプレスが好ましい。ホットプレスのプレス圧力は５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2が好ましい。また、ホットプレス焼成の時間は、適宜設定すればよいが、１〜５時間が好ましい。ホットプレス焼成は、真空又は不活性雰囲気下で行うが、常温から所定温度（例えば１０００℃とか１１００℃）に至るまでは真空雰囲気とし、所定温度から焼成温度に至るまでの間及びその焼成温度で保持する間は不活性雰囲気としてもよい。なお、所定温度と焼成温度とは同じ温度であってもよい。ここで、不活性雰囲気とは、焼成に影響を与えないガス雰囲気であればよく、例えば窒素雰囲気、ヘリウム雰囲気、アルゴン雰囲気などが挙げられる。
【００２３】
また、常圧焼成した場合、緻密化しにくく、密度を高めるために焼成温度を高くする必要があるが、構成相中のＡｌＮとＭｇＯ量が減少し、ＭｇＡｌ2Ｏ4が生成するため、熱伝導率や耐食性が低下する。この原因は不明であるが、常圧焼成では下記式の反応が起こっていると推測される。一方、ホットプレスを使用した場合、下記式の反応を抑制できることが分かった。これは、ホットプレスだと密閉された型内で焼成するため、気体が関与する反応を抑制できることおよび低温で緻密化できるからだと推測される。
２ＡｌＮ＋４ＭｇＯ＝ＭｇＡｌ2Ｏ4＋３Ｍｇ＋Ｎ2
【００２４】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法において、混合物を構成する原料粒子の２つ以上が複合化されて複合粉末となっていてもよい。例えば、複合粉末が窒化アルミニウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子であってもよいし、酸化マグネシウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子であってもよい。
【００２５】
本発明の半導体製造装置用部材は、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用したもの、あるいは、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされたものである。第１構造体と第２構造体とを貼り合わせるには、例えば、予め焼結した第２構造体の片面を研磨する。次に、その研磨した面に電極ペーストを印刷する。続いて、第２構造体の電極ペーストを印刷した面上に第１構造体の原料粉末を成形して第１構造体の成形体としたあとホットプレス焼結を１３５０〜１６００℃で行うことにより、第１構造体と第２構造体が貼り合わされると共に、間に平板電極が形成された半導体製造装置用部材とする。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜３４および比較例１〜７について、表１に示す配合比で窒化アルミニウムとマグネシアとその他の添加剤とからなる原料粉を調合した。なお、窒化アルミニウム粉、マグネシア粉、イットリア粉は、いずれも市販粉末を使用した。具体的には以下のとおり。ＡｌＮ（トクヤマ製Ｈグレード、含有する不純物を下記表２に示す）、ＭｇＯ（協和化学工業製Ｔ、純度９９．４％以上、含有する不純物を下記表２に示す）、Ｙ2Ｏ3（信越化学社製ＵＵ−ＨＰ、純度９９．９％以上）、ＣａＦ2（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、Ｙｂ2Ｏ3（信越化学社製、純度９９．９％以上）、ＹｂＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＹＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＭｇＦ2（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＡｌＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＣａＣＯ3（白石工業製、Ｓｉｌｖｅｒ−Ｗ）。調合後の原料粉末にイソプロピルアルコールを溶媒として加え、ナイロン製のポット及び玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、１１０℃で乾燥して、焼成用原料粉末を得た。次に、焼成用原料粉末を金型を用い一軸加圧成形し、直径φ５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状成形体を作製した。なお、成形時の圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2とした。得られた成形体を黒鉛モールドに収納し、ホットプレス焼成を行い、焼結体を得た。ホットプレス焼成の条件は、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし、焼成温度を１４００〜１８００℃とした。この焼成温度を２時間保持したのち冷却した。なお、室温から１０００℃までは炉内を真空雰囲気とし、１０００℃から最高温度までは１．５ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で窒素ガスを導入し、窒素雰囲気とした。なお、実施例２２では、窒化アルミニウムとイットリア粉末とを粒子複合化装置（ホソカワミクロン製のノビルタ）により複合化して、窒化アルミニウム粒子の表面にイットリア粉末が付着した複合粉末とした後にマグネシアと混合した以外は、同様のプロセスで作製した。酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムとの貼り合わせは、予め焼結して、片面を研磨した直径φ５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの酸化アルミニウムまたは酸化イットリウム上に、上記混合粉末の円盤状成形体を成形し、１４００〜１８００℃でホットプレス焼結を行うことにより作成した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
下記の評価項目について評価した。その結果を表３及び表４に示す。なお、表４中、ＹＡＬはＹＡｌＯ3、ＹＡＭはＹ4Ａｌ2Ｏ9を示す。
（１）開気孔率：アルキメデス法にて測定した。
（２）嵩密度：アルキメデス法にて測定した。
（３）四点曲げ強度：ＪＩＳ Ｒ１６０１に従った四点曲げ試験により評価した。
（４）破壊靱性：圧入荷重９．８Ｎ、メディアンクラック適応式（ＪＩＳ Ｒ １６０７）により測定した。
（５）熱伝導率：レーザーフラッシュ法により測定した。
（６）熱膨張係数（４０℃−８００℃）：ディラトメーターにより測定した。
（７）体積抵抗率：直流三端子法で、ＪＩＳ Ｃ２１４１に従い測定した。
（８）ＡｌＮの粒径（微構造観察）：研磨面をＳＥＭで観察し、平均粒径を求めた。
（９）比エッチングレート（対アルミナ）：下記条件でプラズマ耐食試験を行うことにより求めた。
ガスフロー：ＮＦ3／Ｏ2／Ａｒ＝７５／３５／１４０ｓｃｃｍ、
真空度：０．０５Ｔｏｒｒ、
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、
インナー石英管外温度：２４−９９℃、
試験時間：５ｈｒｓ、
エッチングレートの測定：マスク面と暴露面の段差測定（段差計使用）、
比エッチングレート：アルミナ焼結体のエッチングレートに対する作製した焼結体のエッチングレートの比。
（１０）構成相：粉末Ｘ線回折法により結晶相を同定した。
（１１）実施例３１で得られた窒化アルミニウム基複合材料につき、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の含有率をＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry）により測定したところ、重量割合でＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒは何れも測定限界の１００ｐｐｍ以下，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋも測定限界の１００ｐｐｍ以下，Ｂも測定限界の１００ｐｐｍ以下であり、いずれも１０００ｐｐｍ以下であった。このことから、焼成段階で遷移金属、アルカリ金属、ホウ素が混入してくるおそれはなく、焼成前の混合物に不純物として含まれる量を超えることはないことを確認した。各実施例で用いた原料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素が重量割合でいずれも１０００ｐｐｍ以下であったため、得られる窒化アルミニウム基複合材料でもこれらの重量割合は１０００ｐｐｍ以下になる。
（１２）酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムとの貼り合わせの可否評価は、各材料の界面を含む試験片を鏡面まで研磨し、界面をＳＥＭにより５００倍で観察して、クラックがない場合を○、クラックがある場合を×として評価した。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
表３，４に示すように、実施例１〜１３では、構成相にＡｌＮとＭｇＯと希土類金属−アルミニウム複合酸化物（ＹＡＬ又はＹＡＭ）を含むため、アルミナと同等の体積抵抗率（１×１０14Ωｃｍ以上）、熱膨張係数（７．３〜８．４ｐｐｍ／℃）を有しながらアルミナより高い熱伝導率（４０Ｗ／ｍＫ以上）を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。これに対して、比較例１，２では、構成相にＡｌＮとＭｇＯのみを含むため熱伝導率が２７，３８Ｗ／ｍＫと低く、また、比較例３〜５では、構成相にＡｌＮとＹ2Ｏ3とＹＡＭを含むもののＭｇＯを含まないため、熱膨張係数が６．５ｐｐｍ／℃以下と低いうえ体積抵抗率も１×１０14Ωｃｍ未満であった。
【００３３】
実施例１４〜２２では、構成相にＡｌＮとＭｇＯとＹＡＭとＣａＦ2を含むかＡｌＮとＭｇＯとＣａＦ2を含むため、アルミナと同等の体積抵抗率、熱膨張係数を有しながらアルミナより高い熱伝導率を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。更に、原料粉末にＣａＦ2を加えたため、実施例１〜１３に比べて低温で焼結することができた。なお、比較例６，７では、原料の組成を実施例２０〜２２と同じにしたが、ホットプレス焼成ではなく常圧で焼成したため緻密化しなかった。また、実施例１８，１９では体積抵抗率を測定していないが、実施例１〜１７の結果からＣａＦ2の添加の有無にかかわらず体積抵抗率は大きく変わらないこと、比較例２ではＡｌＮとＭｇＯのみを用いて体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上だったことからすると、実施例１８，１９の体積抵抗率は比較例２と同等すなわち１×１０14Ωｃｍ以上であると予測される。
【００３４】
実施例２３〜２５，２７〜３４では、構成相にＡｌＮとＭｇＯに加えて、イットリウム−アルミニウム複合酸化物、イッテルビウム−アルミニウム複合酸化物及びマグネシウム−アルミニウム複合酸化物のいずれかと、酸化イットリウム及び酸化イッテルビウムのいずれかを含み、実施例２６では、構成相にＡｌＮとＭｇＯに加えて、酸化カルシウムとカルシウム−アルミニウム複合酸化物を含んでいるため、アルミナと同等の体積抵抗率、熱膨張係数を有しながらアルミナより高い熱伝導率を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。更に、原料にＹＦ3，ＹｂＦ3，ＭｇＦ2，ＡｌＦ3又はＣａＯを加えたため、実施例１〜１３に比べて低温で焼結することができた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム基複合材料、その製造方法及び半導体製造装置用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置用部材として、アルミナ焼結体に電極が埋設された静電チャックやアルミナ焼結体に抵抗発熱体が埋設された加熱装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９６８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミナ焼結体は、熱伝導率が約３０Ｗ／ｍＫであり、ウエハー均熱性や昇降温に対する応答性が十分とはいえなかった。またハロゲン系プラズマガスに対する耐食性や耐久性も十分とはいえなかった。このため、アルミナと同等の体積抵抗率を有し、アルミナより高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料が求められている。一方、静電チャックにおいて、誘電層をアルミナ焼結体で作製し、この誘電層を支持する支持基体を上述した新規な材料で作製し、両者を接合することも考えられる。その場合には、新規な材料は、２５〜８００℃における熱膨張係数をアルミナの７．９ｐｐｍ／℃と近い値に制御する必要がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、アルミナと同等の熱膨張係数や体積抵抗率を有しながらアルミナより高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【０００７】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法は、窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成するものである。この製造方法は、上述した本発明の窒化アルミニウム基複合材料を製造するのに適している。
【０００８】
本発明の半導体製造装置用部材は、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用したもの、あるいは、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、アルミナ焼結体と同等の体積抵抗率を有しながらアルミナ焼結体より高い熱伝導率や耐食性を有する新規な材料のため、アルミナ焼結体の代替材料として半導体製造装置用部材に利用したり、アルミナ焼結体と接合したものを半導体製造装置用部材に利用したりすることができる。
【００１０】
こうした効果が得られる理由は、窒化アルミニウムが高熱伝導性に寄与し、酸化マグネシウムが高熱膨張・高電気抵抗・高耐食性に寄与し、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム又はフッ化カルシウムが窒化アルミニウムの熱伝導率の向上や低温焼成に寄与しているからと考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
【００１２】
ここで、希土類金属酸化物としては、Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｐｒ2Ｏ3，Ｎｄ2Ｏ3，Ｐｍ2Ｏ3，Ｓｍ2Ｏ3，Ｅｕ2Ｏ3，Ｇｄ2Ｏ3，Ｔｂ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3，Ｅｒ2Ｏ3，Ｔｍ2Ｏ3，Ｙｂ2Ｏ3，Ｌｕ2Ｏ3が挙げられるが、このうち、Ｙ2Ｏ3，Ｄｙ2Ｏ3，Ｈｏ2Ｏ3，Ｅｒ2Ｏ3，Ｔｍ2Ｏ3，Ｙｂ2Ｏ3，Ｌｕ2Ｏ3が好ましく、Ｙ2Ｏ3やＹｂ2Ｏ3が特に好ましい。希土類金属−アルミニウム複合酸化物としては、例えば希土類金属がＹの場合には、ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12），ＹＡＬ（ＹＡｌＯ3），ＹＡＭ（Ｙ4Ａｌ2Ｏ9）などが挙げられる。アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物としては、アルカリ土類金属がＭｇの場合にはＭｇＡｌ2Ｏ4などが挙げられ、Ｃａの場合にはＣａ3Ａｌ2Ｏ6などが挙げられる。上述した希土類金属の酸フッ化物としては、ＳｃＯＦ，ＹＯＦ，ＬａＯＦ，ＣｅＯＦ，ＰｒＯＦ，ＮｄＯＦ，ＰｍＯＦ，ＳｍＯＦ，ＥｕＯＦ，ＧｄＯＦ，ＴｂＯＦ，ＤｙＯＦ，ＨｏＯＦ，ＥｒＯＦ，ＴｍＯＦ，ＹｂＯＦ，ＬｕＯＦが挙げられるが、このうち、ＹＯＦやＹｂＯＦが好ましい。
【００１３】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、前出の群を、ＲＥ2Ｏ3，ＲＥ3Ａｌ5Ｏ12，ＲＥＡｌＯ3，ＲＥ4Ａｌ2Ｏ9，ＲＥＯＦ（ＲＥは希土類金属），ＣａＯ，ＣａＦ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｃａ3Ａｌ2Ｏ6 からなる群としてもよい。希土類金属はＹやＹｂが好ましい。
【００１４】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料は、熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫと高いため、ヒーターなどで温度調節する場合の昇温・降温に対する応答性が良好になる。また、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃であり、アルミナの熱膨張係数とあまり差がないため、アルミナ焼結体との接合が容易になるし接合後の剥がれなども生じにくい。更に、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であるため、高絶縁性が要求される材料（例えば静電チャックの材料）としても利用することができる。更にまた、フッ素系プラズマによるエッチングレートがアルミナより遅いため（アルミナの０．２〜０．６倍）、耐久性が高く、半導体製造装置用部材として好適に使用できる。
【００１５】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料において、開気孔率は０．５％以下であることが好ましく、窒化アルミニウムの粒径が３μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法は、窒化アルミニウムを３５〜７５ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０〜５０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜３０ｖｏｌ％含む混合物をホットプレスを用いて焼成するものとしてもよいが、好ましくは、窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成するものである。
【００１７】
窒化アルミニウムの含有量は、３５〜７５ｖｏｌ％が好ましく、４９．８〜６９．４ｖｏｌ％がより好ましい。７５ｖｏｌ％を超えると、熱膨張係数が小さくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。また、３５ｖｏｌ％未満だと、熱伝導率が十分向上しないため好ましくない。
【００１８】
酸化マグネシウムの含有量は、２０〜５０ｖｏｌ％が好ましく、２０．２〜４０．０ｖｏｌ％がより好ましい。５０ｖｏｌ％を超えると、熱伝導率及び強度が低くなると共に、熱膨張係数が大きくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。また、２０ｖｏｌ％未満だと、耐食性が低くなると共に、熱膨張係数が小さくなりすぎてアルミナ焼結体との接合が困難になるため好ましくない。
【００１９】
希土類金属酸化物、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量は、０．５〜３０ｖｏｌ％が好ましい。３０ｖｏｌ％を超えると、熱伝導率及び強度が低くなるため、好ましくない。また、０．５ｖｏｌ％未満だと、熱伝導率の向上と低温焼成に十分寄与しなくなるため好ましくない。ここで、希土類金属としてはイットリウム又はイッテリビウムが好ましい。なお、希土類金属酸化物の含有量は、０．５〜３０．０ｖｏｌ%が好ましく、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量は、０．５〜５．７ｖｏｌ％が好ましい。希土類金属酸化物は、主に熱伝導率の向上に寄与し、希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、フッ化アルミニウムは、主に低温焼結に寄与し、酸化カルシウムは、熱伝導率の向上と低温焼結の両方に寄与する。
【００２０】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法において、前記混合物中の遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素の含有量は、１０００ｐｐｍ以下である。例えば窒化ホウ素は熱伝導率の向上を妨げるものであるが、ここではホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ以下であるため、その影響はほとんどない。また、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素はプラズマ腐食により半導体製造用装置内に飛散して、プラズマを不安定にしたり、半導体製品を汚染して歩留まり低下を引き起こす可能性があるが、上記元素が１０００ｐｐｍ以下であるため、その影響はほとんどない。
【００２１】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法では、ホットプレスを用いて焼成するため、高密度まで緻密化することが可能となり、ひいては熱伝導率を高めることができる。
【００２２】
また、ＡｌＮにＹ2Ｏ3、ＹＦ3、ＣａＦ2、ＣａＯなどの添加剤を添加した場合、高温で焼成した方が添加剤がＡｌＮ粒内の固溶酸素を粒界にトラップするため熱伝導率が高くなる。一方で、ＡｌＮにＭｇＯを添加した場合、ＭｇＯはＡｌＮ粒内に固溶するため、低温で焼成する方が熱伝導率は向上する。このため、ＡｌＮにＹ2Ｏ3とＭｇＯを添加した場合は焼成温度が高すぎると熱伝導率が低下するため、１８００℃以下で焼成することが好ましく、１３５０〜１６００℃で焼成することがより好ましく、１４００〜１６００℃で焼成することが更に好ましい。このため、低温で緻密化できるホットプレスが好ましい。ホットプレスのプレス圧力は５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2が好ましい。また、ホットプレス焼成の時間は、適宜設定すればよいが、１〜５時間が好ましい。ホットプレス焼成は、真空又は不活性雰囲気下で行うが、常温から所定温度（例えば１０００℃とか１１００℃）に至るまでは真空雰囲気とし、所定温度から焼成温度に至るまでの間及びその焼成温度で保持する間は不活性雰囲気としてもよい。なお、所定温度と焼成温度とは同じ温度であってもよい。ここで、不活性雰囲気とは、焼成に影響を与えないガス雰囲気であればよく、例えば窒素雰囲気、ヘリウム雰囲気、アルゴン雰囲気などが挙げられる。
【００２３】
また、常圧焼成した場合、緻密化しにくく、密度を高めるために焼成温度を高くする必要があるが、構成相中のＡｌＮとＭｇＯ量が減少し、ＭｇＡｌ2Ｏ4が生成するため、熱伝導率や耐食性が低下する。この原因は不明であるが、常圧焼成では下記式の反応が起こっていると推測される。一方、ホットプレスを使用した場合、下記式の反応を抑制できることが分かった。これは、ホットプレスだと密閉された型内で焼成するため、気体が関与する反応を抑制できることおよび低温で緻密化できるからだと推測される。
２ＡｌＮ＋４ＭｇＯ＝ＭｇＡｌ2Ｏ4＋３Ｍｇ＋Ｎ2
【００２４】
本発明の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法において、混合物を構成する原料粒子の２つ以上が複合化されて複合粉末となっていてもよい。例えば、複合粉末が窒化アルミニウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子であってもよいし、酸化マグネシウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子であってもよい。
【００２５】
本発明の半導体製造装置用部材は、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用したもの、あるいは、上述した窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされたものである。第１構造体と第２構造体とを貼り合わせるには、例えば、予め焼結した第２構造体の片面を研磨する。次に、その研磨した面に電極ペーストを印刷する。続いて、第２構造体の電極ペーストを印刷した面上に第１構造体の原料粉末を成形して第１構造体の成形体としたあとホットプレス焼結を１３５０〜１６００℃で行うことにより、第１構造体と第２構造体が貼り合わされると共に、間に平板電極が形成された半導体製造装置用部材とする。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜３４および比較例１〜７について、表１に示す配合比で窒化アルミニウムとマグネシアとその他の添加剤とからなる原料粉を調合した。なお、窒化アルミニウム粉、マグネシア粉、イットリア粉は、いずれも市販粉末を使用した。具体的には以下のとおり。ＡｌＮ（トクヤマ製Ｈグレード、含有する不純物を下記表２に示す）、ＭｇＯ（協和化学工業製Ｔ、純度９９．４％以上、含有する不純物を下記表２に示す）、Ｙ2Ｏ3（信越化学社製ＵＵ−ＨＰ、純度９９．９％以上）、ＣａＦ2（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、Ｙｂ2Ｏ3（信越化学社製、純度９９．９％以上）、ＹｂＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＹＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＭｇＦ2（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＡｌＦ3（高純度化学社製、純度９９．９％以上）、ＣａＣＯ3（白石工業製、Ｓｉｌｖｅｒ−Ｗ）。調合後の原料粉末にイソプロピルアルコールを溶媒として加え、ナイロン製のポット及び玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、１１０℃で乾燥して、焼成用原料粉末を得た。次に、焼成用原料粉末を金型を用い一軸加圧成形し、直径φ５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状成形体を作製した。なお、成形時の圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2とした。得られた成形体を黒鉛モールドに収納し、ホットプレス焼成を行い、焼結体を得た。ホットプレス焼成の条件は、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし、焼成温度を１４００〜１８００℃とした。この焼成温度を２時間保持したのち冷却した。なお、室温から１０００℃までは炉内を真空雰囲気とし、１０００℃から最高温度までは１．５ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で窒素ガスを導入し、窒素雰囲気とした。なお、実施例２２では、窒化アルミニウムとイットリア粉末とを粒子複合化装置（ホソカワミクロン製のノビルタ）により複合化して、窒化アルミニウム粒子の表面にイットリア粉末が付着した複合粉末とした後にマグネシアと混合した以外は、同様のプロセスで作製した。酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムとの貼り合わせは、予め焼結して、片面を研磨した直径φ５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの酸化アルミニウムまたは酸化イットリウム上に、上記混合粉末の円盤状成形体を成形し、１４００〜１８００℃でホットプレス焼結を行うことにより作成した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
下記の評価項目について評価した。その結果を表３及び表４に示す。なお、表４中、ＹＡＬはＹＡｌＯ3、ＹＡＭはＹ4Ａｌ2Ｏ9を示す。
（１）開気孔率：アルキメデス法にて測定した。
（２）嵩密度：アルキメデス法にて測定した。
（３）四点曲げ強度：ＪＩＳ Ｒ１６０１に従った四点曲げ試験により評価した。
（４）破壊靱性：圧入荷重９．８Ｎ、メディアンクラック適応式（ＪＩＳ Ｒ １６０７）により測定した。
（５）熱伝導率：レーザーフラッシュ法により測定した。
（６）熱膨張係数（４０℃−８００℃）：ディラトメーターにより測定した。
（７）体積抵抗率：直流三端子法で、ＪＩＳ Ｃ２１４１に従い測定した。
（８）ＡｌＮの粒径（微構造観察）：研磨面をＳＥＭで観察し、平均粒径を求めた。
（９）比エッチングレート（対アルミナ）：下記条件でプラズマ耐食試験を行うことにより求めた。
ガスフロー：ＮＦ3／Ｏ2／Ａｒ＝７５／３５／１４０ｓｃｃｍ、
真空度：０．０５Ｔｏｒｒ、
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、
インナー石英管外温度：２４−９９℃、
試験時間：５ｈｒｓ、
エッチングレートの測定：マスク面と暴露面の段差測定（段差計使用）、
比エッチングレート：アルミナ焼結体のエッチングレートに対する作製した焼結体のエッチングレートの比。
（１０）構成相：粉末Ｘ線回折法により結晶相を同定した。
（１１）実施例３１で得られた窒化アルミニウム基複合材料につき、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の含有率をＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry）により測定したところ、重量割合でＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒは何れも測定限界の１００ｐｐｍ以下，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋも測定限界の１００ｐｐｍ以下，Ｂも測定限界の１００ｐｐｍ以下であり、いずれも１０００ｐｐｍ以下であった。このことから、焼成段階で遷移金属、アルカリ金属、ホウ素が混入してくるおそれはなく、焼成前の混合物に不純物として含まれる量を超えることはないことを確認した。各実施例で用いた原料は、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素が重量割合でいずれも１０００ｐｐｍ以下であったため、得られる窒化アルミニウム基複合材料でもこれらの重量割合は１０００ｐｐｍ以下になる。
（１２）酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムとの貼り合わせの可否評価は、各材料の界面を含む試験片を鏡面まで研磨し、界面をＳＥＭにより５００倍で観察して、クラックがない場合を○、クラックがある場合を×として評価した。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
表３，４に示すように、実施例１〜１３では、構成相にＡｌＮとＭｇＯと希土類金属−アルミニウム複合酸化物（ＹＡＬ又はＹＡＭ）を含むため、アルミナと同等の体積抵抗率（１×１０14Ωｃｍ以上）、熱膨張係数（７．３〜８．４ｐｐｍ／℃）を有しながらアルミナより高い熱伝導率（４０Ｗ／ｍＫ以上）を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。これに対して、比較例１，２では、構成相にＡｌＮとＭｇＯのみを含むため熱伝導率が２７，３８Ｗ／ｍＫと低く、また、比較例３〜５では、構成相にＡｌＮとＹ2Ｏ3とＹＡＭを含むもののＭｇＯを含まないため、熱膨張係数が６．５ｐｐｍ／℃以下と低いうえ体積抵抗率も１×１０14Ωｃｍ未満であった。
【００３３】
実施例１４〜２２では、構成相にＡｌＮとＭｇＯとＹＡＭとＣａＦ2を含むかＡｌＮとＭｇＯとＣａＦ2を含むため、アルミナと同等の体積抵抗率、熱膨張係数を有しながらアルミナより高い熱伝導率を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。更に、原料粉末にＣａＦ2を加えたため、実施例１〜１３に比べて低温で焼結することができた。なお、比較例６，７では、原料の組成を実施例２０〜２２と同じにしたが、ホットプレス焼成ではなく常圧で焼成したため緻密化しなかった。また、実施例１８，１９では体積抵抗率を測定していないが、実施例１〜１７の結果からＣａＦ2の添加の有無にかかわらず体積抵抗率は大きく変わらないこと、比較例２ではＡｌＮとＭｇＯのみを用いて体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上だったことからすると、実施例１８，１９の体積抵抗率は比較例２と同等すなわち１×１０14Ωｃｍ以上であると予測される。
【００３４】
実施例２３〜２５，２７〜３４では、構成相にＡｌＮとＭｇＯに加えて、イットリウム−アルミニウム複合酸化物、イッテルビウム−アルミニウム複合酸化物及びマグネシウム−アルミニウム複合酸化物のいずれかと、酸化イットリウム及び酸化イッテルビウムのいずれかを含み、実施例２６では、構成相にＡｌＮとＭｇＯに加えて、酸化カルシウムとカルシウム−アルミニウム複合酸化物を含んでいるため、アルミナと同等の体積抵抗率、熱膨張係数を有しながらアルミナより高い熱伝導率を有していた。また、構成相にＭｇＯを含んでいるため、アルミナよりも耐食性に優れる。更に、原料にＹＦ3，ＹｂＦ3，ＭｇＦ2，ＡｌＦ3又はＣａＯを加えたため、実施例１〜１３に比べて低温で焼結することができた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、
熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、
窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項２】
前記群は、ＲＥ2Ｏ3，ＲＥ3Ａｌ5Ｏ12，ＲＥＡｌＯ3，ＲＥ4Ａｌ2Ｏ9，ＲＥＯＦ（ＲＥは希土類金属），ＣａＯ，ＣａＦ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｃａ3Ａｌ2Ｏ6 からなる、
請求項１記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項３】
希土類金属がイットリウム又はイッテルビウムである、
請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項４】
開気孔率が０．５％以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項５】
窒化アルミニウムの粒径が３μｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項６】
フッ素系プラズマによるエッチングレートがアルミナの０．２〜０．６倍である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項７】
窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成することにより、窒化アルミニウム基複合材料を製造する、
窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項８】
焼成温度が１３５０〜１６００℃である、
請求項７に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記混合物を構成する原料粒子の２つ以上が複合化されて複合粉末となっている、
請求項７又は８に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記複合粉末が窒化アルミニウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子である、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記複合粉末が酸化マグネシウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子である、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料を利用した、半導体製造装置用部材。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされた、半導体製造装置用部材。
【請求項１】
遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である高純度な窒化アルミニウム基複合材料において、
熱伝導率が４０〜１５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が７．３〜８．４ｐｐｍ／℃、体積抵抗率が１×１０14Ωｃｍ以上であり、構成相として、ＡｌＮとＭｇＯとを含み、更に、希土類金属酸化物、希土類金属−アルミニウム複合酸化物、アルカリ土類金属−アルミニウム複合酸化物、希土類金属酸フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化カルシウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、
窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項２】
前記群は、ＲＥ2Ｏ3，ＲＥ3Ａｌ5Ｏ12，ＲＥＡｌＯ3，ＲＥ4Ａｌ2Ｏ9，ＲＥＯＦ（ＲＥは希土類金属），ＣａＯ，ＣａＦ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｃａ3Ａｌ2Ｏ6 からなる、
請求項１記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項３】
希土類金属がイットリウム又はイッテルビウムである、
請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項４】
開気孔率が０．５％以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項５】
窒化アルミニウムの粒径が３μｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項６】
フッ素系プラズマによるエッチングレートがアルミナの０．２〜０．６倍である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料。
【請求項７】
窒化アルミニウムを４９．８〜６９．４ｖｏｌ％；酸化マグネシウムを２０．２〜４０．０ｖｏｌ％；希土類金属酸化物を０．５〜３０．０ｖｏｌ％及び／又は希土類金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、酸化カルシウム及びフッ化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種を０．５〜５．７ｖｏｌ％含み、遷移金属、アルカリ金属、ホウ素の各元素がそれぞれ１０００ｐｐｍ以下である混合物を、ホットプレスを用いて焼成することにより、窒化アルミニウム基複合材料を製造する、
窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項８】
焼成温度が１３５０〜１６００℃である、
請求項７に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記混合物を構成する原料粒子の２つ以上が複合化されて複合粉末となっている、
請求項７又は８に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記複合粉末が窒化アルミニウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子である、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記複合粉末が酸化マグネシウム粒子の表面に希土類金属酸化物が複合化されている粒子である、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料を利用した、半導体製造装置用部材。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム基複合材料を利用した第１構造体と、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを利用した第２構造体とが貼り合わされた、半導体製造装置用部材。
【公開番号】特開２０１０−２４８０５４（Ｐ２０１０−２４８０５４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６１７８（Ｐ２００９−２１６１７８）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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