JP2002220282A

JP2002220282A - 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法

Info

Publication number: JP2002220282A
Application number: JP2001016074A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sato; 秀樹佐藤; Naoyuki Umetsu; 直幸梅津; Shinji Oda; 晋司小田
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高熱伝導率でハロゲン系腐食性ガスへの耐食性
に優れ、かつ高温領域でも高い体積抵抗率を有する窒化
アルミニウム焼結体を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム１００重量部と０．５〜
１０重量部の希土類化合物および０．５〜１８重量部の
ＭｇＡｌ₂Ｏ₄からなる混合物を非酸化性雰囲気中で焼成
することにより、熱伝導率が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
り、８００℃における体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍ以
上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い熱伝導率と５
００℃を超えるような高温領域での高い体積抵抗率とを
併せ有する窒化アルミニウム焼結体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体メモリーの急激な高集積化
に伴い、ＬＳＩ製造工程はドライプロセスが中心になっ
ている。ドライプロセスでは、ウエハへのリソグラフィ
ー、薄膜形成、洗浄、ドライエッチングには各工程で塩
素系ガスやフッ素系ガスなどのハロゲン系腐食性ガスが
使われており、さらに、これら腐食性ガスをプラズマに
より活性化して使用することもある。また、ウエハを高
温で加熱しながら処理することもある。そのため上記プ
ラズマで活性化された腐食性ガスへの耐食性があり、耐
熱性に優れるセラミックス製の部品が多く使われてい
る。中でも、窒化アルミニウムは高熱伝導率で、機械的
強度及び耐熱衝撃性にも優れ、室温での体積抵抗率が１
０¹⁴Ω・ｃｍ以上の絶縁性セラミックスであり、さらに
上記ハロゲン系ガスへの耐食性に優れていることから、
ドライプロセスの工程で、大口径のウエハを保持する治
具、特に、高熱伝導性を生かしてウエハの全面を均一に
加熱するために使われるウエハ加熱ヒーターの基体材料
として適している。

【０００３】窒化アルミニウム製の基体を使ったウエハ
加熱ヒーターの一般的な構造は、セラミック焼結体から
なる基体中に、加熱のためのヒーターを埋設したものな
ので、使用する温度領域で、絶縁性が維持されていなく
てはならない。しかし、窒化アルミニウムの体積抵抗率
は温度が上昇するのに伴い低下する。具体的には、室温
では１０¹⁴〜１０¹⁶Ω・ｃｍであるが、５００℃では１
０¹⁰Ω・ｃｍ以下、さらに８００℃では１０⁷Ω・ｃｍ以
下になる。そこで、５００℃を超える高温領域でも、例
えば１０¹⁰Ω・ｃｍを超える程の高い体積抵抗率を維持
できる窒化アルミニウム焼結体が必要とされていた。

【０００４】そこで、窒化アルミニウム焼結体の高温領
域での体積抵抗を向上させる試みとして、例えば特開２
０００−４４３４５号公報では、窒化アルミニウムに酸
化マグネシウム、Ｍｇ（ＮＯ₃）₂、ＭｇＣｌ₂、ＭｇＳ
Ｏ₄を添加することにより、７００℃における体積抵抗
率が１×１０⁷Ω・ｃｍ以上となる焼結体が提案されてい
る。また、特開２０００−６３１７７号公報では、リチ
ウムを含有し、７００℃における体積抵抗率が１×１０
⁷Ω・ｃｍ以上である窒化アルミニウム質焼結体が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、近
年半導体の設計ルールの一層の微細化や生産性向上の要
請で、ウエハの処理温度は益々高くなる傾向にあり、こ
れに伴って、一層高温下での体積抵抗率の高い部材が望
まれるに至り、理想的には、８００℃を超える領域で
も、例えば１０⁸Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する部材
が望まれるに至っている。

【０００６】しかるに、前記特開２０００−４４３４５
号公報や同２０００-６３１７７号公報に記載されてい
る焼結体は、８００℃では１０⁶Ω・ｃｍ程度まで体積抵
抗率が低下する。特に前者にあっては、７００℃を超え
る高温下で高い体積抵抗を維持するためには、マグネシ
ウム以外の金属不純物を６００ｐｐｍ以下に制限する必
要があり、アルカリ土類金属や希土類金属の化合物であ
る焼結助剤を使用することができず、窒化アルミニウム
の緻密化の促進や高熱伝導率を与えることが難しい。そ
のうえ、常圧焼成（非加圧焼成）が困難なのでホットプ
レスなどの加圧焼成が行われるが、常圧焼成に比べて装
置が大掛かりになったり、成形体の炉への仕込量が低下
するなど焼成のコストがかかるために、大口径のウエハ
ーを保持し、均一に加熱し易い加熱ヒーターの基体材料
として最適な高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結体を低
コストで得ることが難くなるという問題を有していた。

【０００７】また、特開２０００−６３１７７号公報に
記載されているリチウムを含有する焼結体も、アルカリ
土類金属や希土類金属の化合物である焼結助剤を含んで
おらず、前記公報と同様に焼成のコストがかかる。さら
に、リチウムの添加については、添加量５００ｐｐｍ以
下と微量では有るものの、特にアルカリ金属汚染を嫌う
半導体製造プロセスでは必ずしも好適ではない。

【０００８】そこで、高熱伝導率でハロゲン系腐食性ガ
スへの耐食性に優れ、かつ高温領域でも、具体的には８
００℃以上でも高い体積抵抗率を有する窒化アルミニウ
ム焼結体の開発が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記技術課
題を解決すべく鋭意研究を行なってきた。その結果、窒
化アルミニウム、希土類化合物とＭｇＡｌ₂Ｏ₄を混合し
焼成することにより、高熱伝導率でかつ８００℃で高い
体積抵抗率を有し、また、ハロゲン系腐食性ガスへの高
い耐食性も兼ね備え、さらには量産性にも優れる窒化ア
ルミニウム焼結体が得られることを見出し、さらに研究
を進め本発明を完成するに至った。

【００１０】従来、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を助剤として用いる試
みは、窒化ホウ素（ＢＮ）と窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）との混合物の焼結助剤に酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）含有化合物の一つとして開示されている（特開平７
-２０６５２２号公報）。該公報によると、ＭｇＯ成分
は、主原料であるＢＮ、ＡｌＮ粒子表面に微量含有され
るＢ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃と反応して融液相を生成し焼結が進
むが、焼成終了後は主成分粒子の粒界部分に極めて薄い
層で分布し、高温下で機械的強度および耐食性向上につ
ながる上、ＭｇＯ成分は、溶融金属との反応性に乏しい
ことから、ＢＮ粒子と窒化アルミニウム粒子との粒界面
にＭｇＯを介在させることにより耐食性が良好となる。
一方、カルシウム化合物、イットリウム化合物、アルミ
ニウム化合物などは粒界部分にガラス相となって集積分
布するため、高温下における曲げ強度を著しく低下さ
せ、耐食性、耐熱衝撃性が劣化することから、高温領域
で使用される製品には適用し難いと説明されている。

【００１１】すなわち、該公報に記載の方法は、加工性
を有し、高温下での曲げ強度や耐熱衝撃性などを勘案し
て、ＢＮを主原料の一つに用いることを必須とし、アル
カリ土類金属化合物や希土類化合物などの焼結助剤に代
えて酸化マグネシウム化合物を用いているが、ＢＮを含
有しないＡｌＮ焼結体に比べ焼結体の硬度が低くなり、
半導体製造装置のウエハを保持する基体材料として使用
する場合には、ウエハとの接触の繰り返し等で摩耗し易
く、それにより発生するパーティクルが増加するので好
ましくない。ここで言うパーティクルとは、半導体製品
の歩留まりに悪影響を及ぼす微少なコンタミネーション
のことである。

【００１２】さらに、ホウ素（Ｂ）元素はウエハ製造プ
ロセスにおいて、微量でウエハ（半導体製品）の特性に
影響を与えるドーパント元素であり、Ｂ元素を含む上記
パーティクルを発生させる可能性のあるＢＮ成分を含む
焼結体は、半導体製造プロセスには必ずしも好適ではで
ない。

【００１３】しかるに、本発明にあっては、高温度下に
おいて、十分な機械的強度を有し、かつハロゲン系の腐
食性ガスに対する耐食性を保持し、しかも、１×１０⁸
Ω・ｃｍ以上という高い体積抵抗率を有するのである。

【００１４】他方、窒化アルミニウム粉末に、ＢＮ、Ｍ
ｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃の各成分を配合して焼結するこ
とにより耐熱衝撃性の優れた焼結体も提案されている
（特開平７−５３２６６号公報）。この場合、焼結時に
約１８００℃程度の高温に曝されるためＭｇＯとＡｌ₂
Ｏ₃とが反応し、本発明に用いられるＭｇＡｌ₂Ｏ₄が一
部生成すると考えられるが、実際には、後述の比較例か
ら理解されるとおり、本発明において必要とするＭｇＡ
ｌ₂Ｏ₄は生成していない。また、この発明においてもＢ
Ｎを用いることを必須とする点で、前述の課題を有する
ものである。

【００１５】そこで、本発明は、窒化アルミニウム１０
０重量部当たり、０．５〜１０重量部の希土類化合物お
よび０．５〜１８重量部のＭｇＡｌ₂Ｏ₄よりなる焼結体
であり、かつ、熱伝導率が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、８０
０℃における体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍ以上である
ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体である。

【００１６】さらに、本発明は、窒化アルミニウム１０
０重量部当たり、０．５〜１０重量部の希土類化合物お
よび０．５〜１８重量部のＭｇＡｌ₂Ｏ₄とが存在する混
合物を、一般に、グリーン体として、非酸化性雰囲気中
で焼成することを特徴とする上記諸物性の窒化アルミニ
ウム焼結体の製造方法をも提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の特徴の一つは、窒化アル
ミニウムを主成分とし、希土類化合物を焼結助剤とする
焼結体であって、該焼結体は有効量のＭｇＡｌ₂Ｏ₄を含
有していることにより、７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましく
は８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、かつ８００℃
における体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍ以上である点に
ある。

【００１８】本発明においては、焼結助剤として、窒化
アルミニウム１００重量部当たりの希土類化合物が０．
５〜１０重量部、好ましくは１〜７重量部の範囲で用い
られる。希土類化合物の量が１０重量部より多い場合に
は、焼成時に、窒化アルミニウム焼結体中の不純物酸素
と希土類化合物から生成する粒界相の割合が多くなり、
強度の高い窒化アルミニウム焼結体が得られにくくな
る。また、前記量が０．５重量部より少ない場合には、
焼結助剤としての作用が少なくなるため常圧焼成（非加
圧焼成）がおこないにくくなり、さらに、熱伝導率を向
上する作用も少なくなるため、本発明の窒化アルミニウ
ム焼結体が得られにくくなる。

【００１９】焼結助剤となる希土類化合物の種類は特に
限定されるものではなく、例えば、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、
ＣｅＯ₂、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃，
Ｓｍ₂Ｏ₃，Ｄｙ₂Ｏ₃などが挙げられ、その中でも、酸化
イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）が好適である。

【００２０】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化
アルミニウム１００重量部当たりのＭｇＡｌ₂Ｏ₄の量が
０．５〜１８重量部の範囲、好ましくは１〜１０重量部
の範囲であることが必要である。ＭｇＡｌ₂Ｏ₄の量が１
８重量部を超える場合には常圧焼成（非加圧焼成）で緻
密な焼結体が得られにくくなる。また、熱伝導率も７５
Ｗ／ｍ・Ｋより小さくなり、本発明の窒化アルミニウム
焼結体が得られにくくなる。また、０．５重量部より低
い場合には、８００℃における体積抵抗率が１×１０⁸
Ω・ｃｍ以上にはなりにくく、本発明の窒化アルミニウ
ム焼結体が得られにくくなる。

【００２１】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、８０
０℃における体積抵抗率が１×１０ ⁸Ω・ｃｍ以上でな
ければならない。体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍより
小さいと、本発明の窒化アルミニウム焼結体をウエハ加
熱ヒーターの基体材料として使用した場合、前記加熱ヒ
ーターを８００℃以上の温度領域で使用するときに絶縁
が維持されにくくなるので好ましくない。

【００２２】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、熱伝
導率が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上である。

【００２３】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、ウエ
ハ加熱ヒーターの基体材料として使用することを勘案す
ると、窒化アルミニウムの平均結晶粒子径が０．５μｍ
〜５０μｍ、さらには１μｍ〜２０μｍであることが好
ましい。平均結晶粒子径が小さすぎると、基体材料とし
て所望の形状に機械加工する際などに、被加工物の欠け
や割れなどが起こり易く、製品の歩留まりを低下させて
しまう。また、平均結晶粒子径が大きすぎると基体材料
としての十分な強度が得られにくくなる。

【００２４】本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法は、本発明で規定する性質を有するものであれば、特
に制限されないが、以下に示す方法により、好適に本発
明で規定する性質を達成することができる。

【００２５】すなわち、窒化アルミニウム１００重量部
と０．５〜１０重量部の希土類化合物および０．５〜１
８重量部のＭｇＡｌ₂Ｏ₄の混合物のグリーン体を非酸化
性雰囲気中で焼成する方法で製造される。

【００２６】勿論、窒化アルミニウム粉末および希土類
化合物粉末にＭｇＡｌ₂Ｏ₄を混合する方法の他、窒化ア
ルミニウムの焼成工程などにおいてＭｇＡｌ₂Ｏ₄を生成
し得る化合物をＭｇＡｌ₂Ｏ₄に代えて、又はこれと併せ
て用いることも可能である。

【００２７】本発明において、窒化アルミニウム粉末は
公知のものが使用できるが、緻密な焼結体を得ることを
勘案すると、粉末の平均粒子径が５μｍ以下であること
が好ましく、３μｍ以下であることが更に好ましい。

【００２８】また、高い熱伝導率を有する焼結体を得る
ことを勘案すると、上記窒化アルミニウム粉末中の酸素
濃度は１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。

【００２９】本発明において、希土類化合物について
は、その種類に制限はないが、酸化物が好ましく、その
中でも、酸化イットリウムが更に好ましい。前記化合物
の粉末特性については、特に制限はないが、本発明の窒
化アルミニウム焼結体の特性を更に向上させるために
は、純度が９９．９％以上で、比表面積が１０ｍ²／ｇ
以上の微粉末であることが好ましい。また前記の希土類
化合物を加える量は、窒化アルミニウム１００重量部当
たり０．５から１０重量部の範囲、好ましくは１〜７重
量部である。

【００３０】本発明において、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄の特性に
は、特に制限がないが、高温領域で高い体積抵抗率の焼
結体を得ることを勘案すると、純度が９９．９％以上
で、平均粒子径０．５μｍ以下の微粉末が使用されるこ
とが好ましい。

【００３１】上記ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を窒化アルミニウムに加
える際には、あらかじめ両者の混合物をボールミルなど
を用いて乾式または湿式など公知の方法で十分に混合し
ておいてもよい。特にＭｇＡｌ₂Ｏ₄の添加量が少ない場
合に効果的である。上記ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を加える量は、窒
化アルミニウム１００重量部当たり０．５から１８重量
部、好ましくは１〜１０重量部である。

【００３２】ところで、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を０．５〜１８重
量部で含む窒化アルミニウム焼結体を得るためには、焼
成前の窒化アルミニウムにＭｇＡｌ₂Ｏ₄（融点が２１３
５℃）を加える代わりに、酸化マグネシウム（融点が２
８３０℃）と酸化アルミニウム（融点が２０５０℃）
を、例えばモル比１：１の混合物として加える方法もあ
る。一般に、窒化アルミニウムに酸化イットリウムなど
の焼結助剤を加えた時には、焼成時に窒化アルミニウム
やその不純物酸素および酸化イットリウムなどが反応
し、焼成温度よりもさらに融点の低い複合化合物を生成
し、その液相が焼結体の緻密化や、焼結体特性の向上
（この場合は熱伝導率の向上）に影響を与えることが知
られている。そこで、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を加えた場合も、融
点の低い複合酸化物が生成するという同様の現象が起こ
っていると考えられる。しかし、酸化マグネシウムの融
点は２８３０℃と非常に高い、従って、本発明で記載さ
れる焼成温度の範囲で焼成する場合には、上記の酸化マ
グネシウムと酸化アルミニウムの混合物を加えるより
も、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄を加える方が、特に添加量が少ない時
に緻密な窒化アルミニウム焼結体を得やすくなり、ま
た、焼結体の特性向上に、特に高温領域の体積抵抗率の
向上に有利である。

【００３３】本発明においては、焼結体の物性を害さな
い範囲において、更に、他の添加剤、例えば、重金属化
合物、炭素等を加えても良い。その場合、一般には全重
量の１重量％以内程度が限度とされる。

【００３４】本発明において、窒化アルミニウム、希土
類化合物およびＭｇＡｌ₂Ｏ₄を混合する方法としては、
公知の方法が適用できる。例を挙げると、乾式混合で混
合物（混合粉末）を得る方法やエタノールなどの有機溶
媒とともにボールミルなどを用いて湿式混合し、混合物
のスラリーを得る方法などである。該スラリーは十分に
乾燥して溶媒を除去し混合物（混合粉末）を得る。

【００３５】本発明において、窒化アルミニウム、希土
類化合物およびＭｇＡｌ₂Ｏ₄の混合物を焼成する前に、
あらかじめグリーン体を作製してもよい。グリーン体の
作製するためには公知の方法が適用できる。例を挙げる
と、上記混合物（混合粉末）を一軸プレスや等方静水圧
プレス（ＣＩＰ）等で成形しグリーン体を得る方法や、
前記混合粉末に有機バインダーなどを添加して金型プレ
スまたはシート成形などをおこないグリーン体を得る方
法、さらには混合物のスラリーを鋳込み成形する方法な
どが有る。

【００３６】上記有機バインダーとしては、公知のもの
が特に制限なく使用できる。具体的には、ポリビニルブ
チラール、エチルセルロース類やアクリル樹脂類などが
使用でき、その中でも、ポリｎ−ブチルメタクリレート
及びポリビニルブチラールが、グリーン体の成形性に優
れているので好適である。

【００３７】また、上記混合粉末に有機バインダーを加
える量は、プレス成形体を得る場合には、窒化アルミニ
ウム１００重量部当たり２〜１５重量部、シート体を得
る場合には、同じく５〜１５重量部が好ましく採用され
る。

【００３８】上記した有機バインダーを用いるグリーン
体の成形方法としては、上記混合物および有機バインダ
ーに、アルコール類やトルエンなどの有機溶媒、グリセ
リン化合物などの分散剤およびフタル酸エステル類など
の可塑剤を加えて、ボールミルで十分に混合してスラリ
ー状にしたものをスプレードライ法により顆粒状にした
後に金型プレスによりブロック状のグリーン体にする方
法やドクターブレード法によりシート状のグリーン体に
する方法が一般的である。

【００３９】上記した有機バインダーを用いたグリーン
体は、通常、焼結を行う前に脱脂を行い脱脂体とする。
上記脱脂は、酸素や空気などの酸化性ガス、あるいは水
素などの還元性ガス、アルゴンや窒素などの不活性ガ
ス、二酸化炭素およびこれらの混合ガスあるいは水蒸気
を混合した加湿ガス雰囲気中での熱処理によって行う方
法が一般的である。上記脱脂温度は２５０℃〜１２００
℃、また、保持時間は１分から１０００分の範囲で、上
記有機バインダーの配合割合と脱脂方法に応じて適宜選
択すればよい。その際、雰囲気、温度、保持時間を調節
することにより、脱脂体全体の酸素量から希土類化合物
およびＭｇＡｌ₂Ｏ₄からの酸素量を差し引いた酸素量を
１．５重量％以下にすることが好ましく、それにより、
本発明における窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を７
５Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることが容易になる。また、脱脂
体には、有機バインダーの残分としての炭素成分が存在
する。前記炭素成分の濃度は、５０００ｐｐｍ以下にす
ることが好ましく、３５００ｐｐｍ以下にすることがさ
らに好ましい。炭素成分の濃度が５０００ｐｐｍを超え
る場合には、焼成時に窒化アルミニウム焼結体の緻密化
が著しく抑制され、緻密な焼結体が得られない。

【００４０】本発明において、前記の有機バインダーを
含まないグリーン体や、有機バインダーを含むグリーン
体をさらに脱脂して得た脱脂体は、非酸化性雰囲気中、
その原料中の希土類化合物の量やＭｇＡｌ₂Ｏ₄の量、上
記グリーン体や脱脂体の大きさや厚みに応じた最適温度
により緻密な焼結体に焼成される。なお、ここで言う緻
密な焼結体とは理論密度に対する試料密度（相対密度と
いう）が９８％以上の焼結体を言う。

【００４１】また、上記最適温度は、各試料であらかじ
め緻密化曲線（収縮曲線）を調べることにより求めるこ
とができ、一般的に１６５０℃〜１９５０℃の範囲から
選択できる。焼成温度が１６５０℃より低いと緻密な焼
結体が得られず、結果として焼結体の強度が低下する。
また、焼成温度が１９５０℃より高い場合には、窒化ア
ルミニウム中の不純物酸素と希土類化合物などから生成
する液相が焼成時に焼結体の外側に染み出してしまい。
本発明の緻密な焼結体が得られにくくなる。

【００４２】また、上記非酸化性雰囲気としては、例え
ば窒素、アルゴン、ヘリウム、水素などのガス単独ある
いは混合ガスよりなる雰囲気または真空（または減圧）
雰囲気が使用される。

【００４３】本発明において、窒化アルミニウム、希土
類化合物およびＭｇＡｌ₂Ｏ₄混合粉末やそのグリーン体
あるいは脱脂体は上記最適温度および非酸化性雰囲気中
で、常圧焼成（非加圧焼成）、ホットプレス焼成、ＨＩ
Ｐ焼成（高温アイソスタティックプレス焼成）などによ
り焼成される。

【００４４】上記常圧焼成は、通常、上記グリーン体や
脱脂体を焼成容器に収容して行われる。焼成容器として
は、窒化アルミニウムの焼成に使われる公知の容器が使
用できる。具体的に例を挙げると、窒化アルミニウム製
あるいは窒化ホウ素製の箱型の密閉容器が挙げられる。

【００４５】また、上記グリーン体や脱脂体と、焼成容
器との間には、焼成による融着を防ぐため一般的に使用
されている敷粉を介在させてもよい。敷粉としては、例
えば窒化ホウ素粉末などが挙げられる。

【００４６】上記ホットプレス焼成は、公知の方法で行
われる。通常、カーボン製の治具が用いられ、上記混合
粉末、グリーン体または脱脂体が前記治具に収容され
る。被焼成物と接触する治具の表面には、窒化ホウ素を
塗布したり、カーボンシートや粉末などを配置すると、
前記治具と被焼成物との融着防止に効果的である。ホッ
トプレス圧力の大きさは、公知の圧力の範囲であり、例
えば５ＭＰａ〜５０ＭＰａで行われる。

【００４７】上記焼成時間は、特に限定されないが、通
常１分〜２０時間に設定するのが好ましい。

【００４８】ところで、半導体製造装置がチャンバー
（反応容器）外からランプによりウエハを加熱する方式
の時にはウエハを保持する治具が黒色であることが望ま
れることがある。その場合、焼結体中に炭素を８００〜
３０００ｐｐｍ程度存在させることによって達成され
る。

【００４９】黒色の焼結体を得る一般的な方法は、前記
有機バインダーを用いたグリーン体を脱脂する場合の温
度及び（又は）時間を調整して炭素成分を残存させる。
勿論有機バインダー等の炭素源によらず炭素又はその化
合物を適宜添加することもできる。

【００５０】また、焼成時には、脱脂体を上記カーボン
シートや粉末を配置する方法でカーボン製の気密な治具
中に収納し、ホットプレス圧力の大きさを６〜３０ＭＰ
ａ、焼成温度を１７００〜１９００℃でホットプレス焼
成すると黒色の焼結体を得るのに好適である。本発明の
焼結体は、上記最適温度で焼成され緻密な焼結体を得た
後、さらに上記焼成雰囲気中で、上記常圧焼成に使用す
る焼成容器に収容し、さらに焼成温度より１５０℃から
３００℃低い温度で加熱処理してもよい。理由は明らか
ではないが、前記加熱処理により、８００℃での体積抵
抗率が若干向上する。

【００５１】このように、本発明の窒化アルミニウム焼
結体は、高い熱伝導率と８００℃での高い体積抵抗率と
を併せ有する。また、焼結体の曲げ強度、誘電率、その
他の焼結体物性値ならびに焼結体の外観も良好である。

【００５２】

【実施例】以下、本発明の方法を具体的に説明するため
実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。

【００５３】尚、以下の実施例及び比較例における各種
の物性の測定は次の方法により行なった。

【００５４】１）窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒
子径の測定焼結体の破断面で露出している３００個以上の窒化アル
ミニウム粒子について、モード法により求めた。

【００５５】２）窒化アルミニウム焼結体の嵩密度の測
定アルキメデス法により測定した。

【００５６】３）窒化アルミニウム焼結体の高温体積抵
抗率の測定純度９９．９９９％以上の高純度窒素中において、ＪＩ
Ｓ２１４１に基づいて測定した。

【００５７】４）窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率の
測定理学電気（株）製の熱定数測定装置ＰＳ−７を使用し
て、レーザーフラッシュ法により測定した。厚み補正は
検量線により行なった。

【００５８】５）窒化アルミニウム焼結体のハロゲン系
腐食性ガスへの耐食性プラズマリアクター装置を使用し、塩素ガスとアルゴン
ガスの１：１混合ガスを流し、チャンバー内を２０ｍＴ
ｏｒｒの圧力に保持して、１００Ｗの電力で高周波プラ
ズマを発生させ、１時間エッチングした。耐食性はエッ
チング速度で表し、エッチング速度はその時の重量変化
から求めた。

【００５９】６）窒化アルミニウム焼結体を構成する結
晶相焼結体の研削面でＸ線回折（ＸＲＤ）をおこなった。実施例１〜９平均粒子径が１．５μｍ、酸素濃度０．８ｗｔ％の窒化
アルミニウム粉末と、希土類酸化物として純度９９．９
％以上で比表面積が１２．５ｍ²／ｇの酸化イットリウ
ム粉末、および純度９９．９％以上で平均粒子径が０．
３９μｍのＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を表1に示す配合量で加え
た。次いで、エタノールを溶媒として加え、ボールミル
混合、乾燥して得られた混合粉末をＣＩＰ成形し、直径
３８ｍｍ、厚み４ｍｍのグリーン体を得た。

【００６０】このようにして得られたグリーン体を窒化
アルミニウム製の焼成容器に入れ、窒素雰囲気中、温度
１７８０℃（実施例９は１８３０℃）で保持時間３時間
の常圧焼成を行い、相対密度９８％以上の緻密な焼結体
を得た。

【００６１】さらに、実施例２、４、６、７について
は、上記焼結体を窒化アルミニウム製の焼成容器に入
れ、窒素雰囲気中、温度１６００℃で保持時間１０時間
の加熱処理を行った。加熱処理後の相対密度は９８％以
上で、緻密な焼結体であった。

【００６２】上記焼結体のＸＲＤ（Ｘ線回折）を行っ
た。いずれの窒化アルミニウム焼結体中にも窒化アルミ
ニウム相を主相とし、窒化アルミニウム中の不純物酸素
と酸化イットリウムが焼成時に反応して生成したＹＡＧ
（３Ｙ₂Ｏ₃・５Ａｌ₂Ｏ₃）、ＹＡＬ（Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ
₂Ｏ₃）、ＹＡＭ（２Ｙ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃）などの中から1
種以上の複合酸化物相とＭｇＡｌ₂Ｏ₄相が存在した。

【００６３】上記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率、およ
びエッチング速度を表１に示す。実施例１〜９焼結体
は、本発明の窒化アルミニウム焼結体を満足するもので
あった。

【００６４】実施例１０実施例１の窒化アルミニウム粉末と酸化イットリウム粉
末とＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を表１で示す配合量で混合した。
次いで、エタノールを溶媒として加え、ボールミル混
合、乾燥して混合粉末を得た。この混合粉末を黒鉛製の
ホットプレス治具に充填し、窒素雰囲気中、１８３０
℃、保持時間２時間、２０ＭＰａの圧力でホットプレス
焼成を行い、直径４０ｍｍ、厚み３．５ｍｍで相対密度
９８％以上の緻密な焼結体を得た。

【００６５】上記焼結体のＸＲＤ（Ｘ線回折）を行った
ところ、窒化アルミニウムを主相とし、ＹＡＧ相とＭｇ
Ａｌ₂Ｏ₄相よりなる焼結体であった。

【００６６】上記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率、およ
びエッチング速度を表１に示す。得られた焼結体は、本
発明の窒化アルミニウム焼結体を満足するものであっ
た。

【００６７】実施例１１実施例１の窒化アルミニウム粉末と酸化イットリウム粉
末とＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を表１で示す配合量で混合し、窒
化アルミニウム１００重量部に対し、有機バインダーと
してポリｎ−ブチルメタクリレートを４重量部、分散剤
としてヘキサグリセリンモノオレートを１重量部、さら
に、溶剤としてトルエン、エタノールを加えボールミル
混合を行った。得られたスラリーをスプレードライ法に
より顆粒状にして、さらに２０ＭＰａの圧力の一軸成形
プレスによって、直径４０ｍｍ、厚み８ｍｍのグリーン
体を作製した。

【００６８】このグリーン体を５８０℃の温度で空気中
１０時間の酸化脱脂をした。得られた脱脂体の酸素濃度
は０．９ｗｔ％で、炭素濃度は６５０ｐｐｍであった。
次いで、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の焼成容器に
入れ、窒素雰囲気中、温度１７８０℃で保持時間３時間
の常圧焼成を行い、相対密度９８％以上の緻密な焼結体
を得た。

【００６９】上記焼結体のＸＲＤ（Ｘ線回折）を行った
ところ、窒化アルミニウムを主相とし、ＹＡＧ相とＭｇ
Ａｌ₂Ｏ₄相よりなる焼結体であった。

【００７０】上記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率、およ
びエッチング速度を表１に示す。得られた焼結体は、本
発明の窒化アルミニウム焼結体を満足するものであっ
た。

【００７１】実施例１２実施例１の窒化アルミニウム粉末と酸化イットリウム粉
末とＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を表１で示す配合量で混合し、窒
化アルミニウム１００重量部に対し、有機バインダーと
してポリｎ−ブチルメタクリレートを４重量部、分散剤
としてヘキサグリセリンモノオレートを１重量部、さら
に、溶剤としてトルエン、エタノールを加えボールミル
混合を行った。得られたスラリーをスプレードライ法に
より顆粒状にして、さらに２０ＭＰａの圧力の一軸成形
プレスによって直径４０ｍｍ、厚み８ｍｍグリーン体を
作製した。

【００７２】このグリーン体を３００℃の温度で空気中
１０時間の酸化脱脂をおこなった。得られた脱脂体の酸
素濃度は０．８ｗｔ％で、炭素濃度は１４００ｐｐｍで
あった。次いで、前記脱脂体の周囲にカーボンシートを
配置し、黒鉛製のホットプレス治具の中に気密になるよ
うに収納した。次いで、窒素雰囲気中、１８３０℃、保
持時間２時間、２０ＭＰａの圧力でホットプレス焼成を
行い、相対密度９８％以上の緻密な黒色の焼結体を得
た。

【００７３】上記焼結体のＸＲＤ（Ｘ線回折）を行った
ところ、窒化アルミニウムを主相とし、ＹＡＧ相および
ＹＡＬ相とＭｇＡｌ₂Ｏ₄相よりなる焼結体であった。

【００７４】上記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率、およ
びエッチング速度を表１に示す。得られた焼結体は、本
発明の窒化アルミニウム焼結体を満足するものであっ
た。

【００７５】実施例１３脱脂温度２８０℃で脱脂し、その脱脂体の炭素濃度が２
０００ｐｐｍであることを除いては、実施例１２と同様
の操作をおこない、相対密度９８％以上の緻密な黒色の
焼結体を得た。

【００７６】上記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率、およ
びエッチング速度を表１に示す。得られた焼結体は、本
発明の窒化アルミニウム焼結体を満足するものであっ
た。

【００７７】比較例１ＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末の配合量が２０重量部であることを除
いては、実施例１と同様の操作をおこなった。焼結体の
作製条件とその物性値を表１に示す。

【００７８】比較例２ＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を加えなかったことを除いては、実施
例１と同様の操作をおこなった。焼結体の作製条件とそ
の物性値を表１に示す。

【００７９】比較例３ＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末を加えなかったことを除いては、実施
例２と同様の操作をおこなった。焼結体の作製条件とそ
の物性値を表１に示す。

【００８０】比較例４酸化イットリウムを加えなかったことと、焼成温度を１
８３０℃にしたことを除いては、実施例１と同様の操作
をおこなった。焼結体の作製条件を表１に示す。緻密な
焼結体が得られなかったので、体積抵抗率と熱伝導率の
測定は行わなかった。

【００８１】比較例５ＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末７重量部の代わりにＭｇＯを２重量部
加えたことを除いては、実施例１と同様の操作をおこな
った。焼結体の作製条件とその物性値を表１に示す。

【００８２】比較例６ＭｇＡｌ₂Ｏ₄粉末７重量部の代わりに、ＭｇＯを２重量
部とＡｌ₂Ｏ₃を５重量部加えた以外は、実施例１と同様
の操作をおこなった。

【００８３】

【表１】

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、窒化アルミニウム１０
０重量部と０．５〜１０重量部の希土類化合物および
０．５〜１８重量部のＭｇＡｌ₂Ｏ₄よりなる焼結体は、
高熱伝導率かつ、高温領域で高い体積抵抗率であり、焼
成時に加圧を行わない常圧焼成（非加圧焼成）でも容易
に得ることができるので、焼成コストおよび量産化に有
利であり、その工業的価値は大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G001 BA03 BA06 BA09 BA36 BB03 BB06 BB09 BB36 BC54 BD03 BD23 BD38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム１００重量部当たり、
０．５〜１０重量部の希土類化合物および０．５〜１８
重量部のＭｇＡｌ₂Ｏ₄よりなる焼結体であり、かつ、熱
伝導率が７５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、８００℃における体積
抵抗率が１×１０ ⁸Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする
窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】窒化アルミニウム１００重量部と０．５〜
１０重量部の希土類化合物および０．５〜１８重量部の
ＭｇＡｌ₂Ｏ₄とを含む混合物を非酸化性雰囲気中で焼成
することを特徴とする請求項１の窒化アルミニウム焼結
体の製造方法。