JP5159625B2 - 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置において、半導体ウエハーを載置して処理するための静電チャックとして有用な、新規な窒化アルミニウム焼結体に関する。詳しくは、静電チャックとして使用した場合、半導体ウエハーを吸着するための吸着力が強く、ウエハーの吸脱着を確実に行うことが可能であり、熱に対する安定性も良好な焼結体である。

シリコンウエハー等の半導体ウエハーに膜付けやエッチング処理等を施す半導体製造装置において、該半導体ウエハーを載置する台として、電極として作用する金属層を内部に埋め込んだセラミックの板状焼結体が静電チャックとして使用される。また、静電チャックにおいては、電極と共にヒーターとして機能する金属層を埋め込む場合もある。

また、半導体製造装置において、エッチングガス等で含塩素ガスや含フッ素ガス等のハロゲン系ガスが多く用いられ、基材にはハロゲン系ガスに対しての耐食性が求められている。近年、上記用途に使用するセラミックとして、ハロゲン系ガスに対する耐食性が良好でかつ熱伝導率が良好な窒化アルミニウム焼結体が好適に使用されるようになった。

一方、半導体製造装置において、ウエハーを積載する保持装置として静電チャックを使用するためには、静電チャックの吸着力を大きくする必要がある。一般に、吸着力は、クーロン力とジョンセン・ラーベリック力が知られており、後者の方が、基材の厚みに関係なく、高い吸着力が得られることが知られている。この２つの力のどちらが作用するかを決める因子として、基材の体積抵抗率が挙げられる。すなわち、基材の体積抵抗率が１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下では、ジョンセン・ラーベリック力が、１０^１３Ω・ｃｍ以上ではクーロン力が働くことが知られている。そこで、基材の体積抵抗率を１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下に制御することが必要となる。

従来、ホットプレス法によって焼結することにより、粒内に不純物を固溶させ体積抵抗率を１０^９〜１０^１３Ω・ｃｍとした、金属部材が埋設された窒化アルミニウム焼結体が公知である（特許文献１参照）。この方法では、ホットプレス法によって焼結することにより、カーボンや酸素等が固溶し、体積抵抗率を下げることができると推定されているが、固溶するカーボンや酸素は粉末原料、金属部材や炉材のカーボンによって供給されると考えられるため、固溶量は制御しにくい。また、当該特許の実施例１の構成では、酸素源を直接加えているものではないため、たとえ、窒化アルミニウム粉末原料に含まれる酸素によって酸窒化アルミニウム相が生成したと仮定しても、その量は本発明に比べ極めて少ない。このためであると推測されるが、高温で加熱されるような熱履歴を経た後での、体積抵抗率の保持性がない。よって、製造された窒化アルミニウム焼結体を、さらに静電チャック等に加工する際に接合等の加熱処理（１６５０〜１８５０℃程度）を行った場合には、体積抵抗率は上昇する。さらに、この方法では、金属部材を入れることで体積抵抗率を下げることが可能となっており、実際に発明者らは当該特許実施例１の条件で金属部材を含まない焼結体をホットプレスにて作成したが、体積抵抗率が１０^１３Ω・ｃｍを下回ることはなかった。また、一般的な常圧下での焼結に比較すると、設備が大きくなり、生産性も悪くなる。

一方、γ−アルミナを窒化アルミニウムに添加して焼結させる方法も公知である（特許文献２参照）。この方法ではγ−アルミナ結晶がその形を維持して複合体をなすことを特徴としているが、この方法では室温における体積抵抗率は１０^１３Ω・ｃｍ以上となっている。
特許第３６７０４１６号公報 特開平１０−３３８５７４号公報

従って、本発明の目的は、半導体製造装置のようなハロゲンプラズマガスを用いる環境下で使用できる窒化アルミニウム焼結体であり、体積抵抗率が１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下の間で制御され、かつ接合等で１９５０℃まで熱処理を行っても体積抵抗率が安定して維持できる窒化アルミニウム焼結体を得ることを目的とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、窒化アルミニウム焼結体中の欠陥量と窒化アルミニウム焼結体中の酸窒化アルミニウム相の量を制御することにより、低い体積抵抗率を有し、且つ、その体積抵抗率の熱履歴による変化がほとんどない窒化アルミニウム焼結体を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、Ｘ線回折（以下、ＸＲＤと略す）における窒化アルミニウム結晶面［１００］の回折ピークのピーク面積Ｓ１に対する、酸窒化アルミニウム相に相当する２θ＝３４°以上３５°以下の回折ピークのピーク面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．０１以上０．３以下、好適には、０．０１以上０．２以下であり、且つ、電子スピン共鳴法（以下ＥＳＲと略す）による測定で磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度が１×１０^１５ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２０ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好適には、１×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下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。

また、本発明は、上記窒化アルミニウム焼結体の製造方法として、混合する窒化アルミニウム粉末の平均粒子径に対して０．３以上０．８以下、好適には０．４以上０．６以下の平均粒子径を有するα−アルミナ粉末を窒化アルミニウム粉末に特定量混合し、窒素雰囲気下、特定の温度で常圧焼成を行うことを特徴とする方法をも提供する。

本発明の窒化アルミニウム焼結体は、上記のように磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度が１×１０^１５ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２０ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下に相当する欠陥を有している。上記の磁場範囲で観測される欠陥は固溶酸素に起因したものと推定され、欠陥が多くなると体積抵抗率は低下する。一般的に、体積抵抗率は温度上昇と共に低くなり、室温付近で１×１０^８Ω・ｃｍ以上１×１０^１２Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率にすると、半導体製造装置部材として使用される２００℃以上６００℃以下の温度域では体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍを下回ってしまうが、本発明における上記欠陥起因のスピン濃度範囲内では、体積抵抗率の低下が、既知の窒化アルミニウム焼結体に比べ抑えられており、室温から５００℃の温度域で１×１０^８Ω・ｃｍ以上１×１０^１２Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を保持できる。また、ＸＲＤにおいて酸窒化アルミニウム相に相当する２θ＝３４°以上３５°以下の回折ピークが存在した場合に、熱履歴によるスピン濃度の変化がなく、窒化アルミニウムの焼結温度である１７００℃以上１９００℃以下まで加熱した後のスピン濃度も変化しない。

本発明の窒化アルミニウム焼結体は、上記のように体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下であるので、強い吸着力を有する静電チャックに用いることが可能である。また、複数の電極層を有するようなプレートを焼結体の接合によって作る場合、窒化アルミニウムの焼結温度以上に加熱するため、一般的な窒化アルミニウム焼結体であれば、熱履歴と共に体積抵抗率は上昇していく。しかしながら本発明の窒化アルミニウム焼結体は、ＥＳＲ測定において３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下の磁場で検出される窒化アルミニウム中の欠陥量を制御することで、高温に加熱されるような熱履歴を経たことによる体積抵抗率変化がほとんど見られない。そのため、窒化アルミニウムの焼結温度付近まで加熱しても、吸着力が減少しない静電チャックをつくることができる。従って、多層構造を有する電極内層のヒーターや静電チャック用の材料として極めて、有効に使用される。

また、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、常圧下での焼成条件で製造することができるため、比較的安価で製造することができる。

（窒化アルミニウム焼結体）
本発明における窒化アルミニウム焼結体のＥＳＲによる測定で磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度が１×１０^１５ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２０ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である。本発明者らは、室温レベルではスピン濃度の増加に伴い体積抵抗率は低下するという知見を得た。即ち、スピン濃度が１０^１５ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３より小さい場合、体積抵抗率は大きくなり１０^１３Ω・ｍを超え、１×１０^２０ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３より大きい場合は、体積抵抗率は小さくなり１０^８Ω・ｍを下回る。一方、５００℃程度の高温域ではスピン濃度によらず、体積低効率が１０^８Ω・ｍ以上１０^１２Ω・ｍ以下となる。従って、静電チャック等に用いた場合でも、使用温度域である室温から数百度の温度まで安定した物性を示す。

上記ＥＳＲによる測定で磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度は、酸素起因による格子欠陥量に相当すると考えられる。すなわち、体積抵抗率は酸素起因による格子欠陥量と相関があると推定される。酸素起因による格子欠陥は、熱履歴、特に焼結温度近傍での加熱下で固溶酸素が焼結体外部に排出されるのに伴い減少する。しかしながら、本発明における窒化アルミニウム焼結体は、該スピン濃度は変化しないため、体積抵抗率は変化しない。これは酸窒化アルミニウム相を有しており、固溶酸素が排出された分、酸窒化アルミニウム相からの再固溶が起き、結果的に欠陥量が変わらないことによると推定される。

一方、本発明の窒化アルミニウム焼結体においては、酸窒化アルミニウムの濃度について、Ｘ線回折における窒化アルミニウム結晶面［１００］の回折ピークのピーク面積Ｓ１に対して、酸窒化アルミニウム相に相当する２θ＝３４°以上３５°以下の回折ピークのピーク面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．０１以上０．３以下、好ましくは、０．０１以上０．２以下であることが重要である。即ち、上記Ｓ２／Ｓ１が０．０１よりも小さい場合は、焼結体の熱履歴による体積抵抗率の保持性は認められず、また、０．３よりも大きい場合は、窒化アルミニウム焼結体中の酸窒化アルミニウムの割合が高くなり、体積抵抗率自体が高くなる。

本発明における窒化アルミニウム焼結体中のアルミニウム以外の金属濃度は総含有量で、好ましくは４００ｐｐｍ以下、より好ましくは３００ｐｐｍ以下である。金属不純物濃度が４００ｐｐｍよりも高いと、半導体製造装置用部材として用いた時に、ウエハーやチャンバー内を汚染するおそれがある。また、金属不純物によって、格子欠陥種が変わったり、固溶酸素を窒化アルミニウム粒子外へ持ち出す媒体になったりするおそれもある。

本発明の窒化アルミニウム焼結体中の酸窒化アルミニウム相の分布状態については、均一に分布しておれば特に形状には制限はないが、欠陥への酸素供給を効率的に行うために、好ましくは、窒化アルミニウム粒子間（２粒子界面）または、窒化アルミニウム粒子内に球状に存在するような分布状態がよい。２粒子界面に存在する場合の酸窒化アルミニウムの層厚みは１μｍ以下が好ましい。また、窒化アルミニウム粒子内に存在する場合は、０．１μｍ以下の粒子径で存在することが好ましい。

その他の焼結体物性や形態に特に制限はないが、窒化アルミニウムの平均粒子径は、１０μｍ以下であることが好ましい。粒子径が大きくなると体積抵抗率は若干低下する傾向が見られる。

上記酸窒化アルミニウムの状態は、例えば走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭと略す）によって観察することができる。

また、熱伝導率は、特に半導体製造装置部材用途で用いる場合、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましい。

（窒化アルミニウムの製造方法）
本発明において、窒化アルミニウム焼結体は、後述するようないくつかの条件を満たすことにより、個別の要件自体は公知の方法によって作製することができる。具体的には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末と所定量のα−アルミナ粉末からなる焼成用粉末を有機バインダーと混合して造粒粉末或いはペーストなどの成形用材料を調製し、この成形材料を既知の成形方法にて成形し、得られた成形体を脱脂し、焼成することにより作製することができる。

本発明に用いる窒化アルミニウム粉末は特に限定されないが、アルミニウム以外の金属の総含有率が４００ｐｐｍ以下、好ましくは、３００ｐｐｍ以下のものが好適である。即ち、金属含有率が４００ｐｐｍを超えると、得られる窒化アルミニウム焼結体を半導体製造装置内で用いた場合、ウエハーへの汚染に関与する可能性がある。また、金属不純物が多くなると、金属酸化物が別途生成する可能性もあり、体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｍ以上１０^１２Ω・ｍ以下の範囲外になるおそれがある。

本発明に用いるα−アルミナ粉末の平均粒径は０．３μｍ以上２μｍ以下、好ましくは、０．５μｍ以上１μｍ以下がよい。０．３μｍより小さい場合、酸窒化アルミニウムの構造が変わり、ＸＲＤにおける２θ＝３４°以上３５°以下での回折ピークが小さく、もしくは検出されなくなり、体積抵抗率の熱履歴による保持性が失われてしまう。そのため、１７００℃以上の温度下で接合などの熱処理を行った際に、体積抵抗率は高くなり１×１０^１３Ω・ｍ以上になる。また、２μｍよりも大きい平均粒径のα−アルミナを用いた場合、焼結体中の欠陥分布が不均一となり、体積抵抗率のバラツキが発生し１×１０^８Ω・ｍ未満、もしくは１×１０^１３Ω・ｍ以上の体積抵抗率を示す場合がある。
得られる窒化アルミニウム焼結体中のアルミニウム以外の金属総含有量を少なくするために、当該α−アルミナとしても高純度のものを使用することが好ましい。好ましくは純度９９％以上であり、より好ましくは９９．５％以上である。

また、本発明に用いるα−アルミナ粉末は、上記要件と共に、窒化アルミニウム粉末の平均粒径の０．３倍以上０．８倍以下、好ましくは、０．４倍以上０．６倍以下の粉末を用いることが好ましい。即ち、０．３倍より小さい、もしくは０．８倍よりも大きい平均粒径のα−アルミナを用いた場合、窒化アルミニウムの焼結を著しく阻害し、常圧焼結では緻密化しなくなる傾向がある。
なお、上記原料として用いる窒化アルミニウムおよびα−アルミナの平均粒径は、レーザー回折法により測定される個数平均粒子径である。

本発明において、窒化アルミニウム粉末に対するα−アルミナ粉末の添加量は、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して０．５質量部以上５質量部以下、好ましくは１質量部以上４質量部以下である。０．５質量部よりも添加量が少ない場合、酸窒化アルミニウム相の生成が起こらないか、もしくは生成量が少ないため、体積抵抗率の熱履歴による保持性が失われてしまう。また、５質量部よりも多い場合、焼結性が悪くなり、緻密化しなくなる。

本発明においては、焼結助剤は用いないことが必要である。一般的な窒化アルミニウムの焼結助剤である酸化イットリウム、酸化カルシウム等を用いた場合、その量に関係なく、α−アルミナと反応して、アルミン酸化合物を生成し、酸窒化アルミニウム相の生成を阻害する。また、焼結助剤は、窒化アルミニウム結晶内の固溶酸素を取り込んでしまうため、体積抵抗率は高くなってしまう。

前記方法に使用する有機バインダーとしては、これに限定されるものではないが、一般に、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、酸化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリアクリル酸などが使用される。このような有機バインダーは、その種類によっても異なるが、一般に、前述した焼成用粉末１００質量部当り、０．１質量部以上３０質量部以下の量で使用される。

また、成形用材料の調製にあたっては、必要により、長鎖炭化水素エーテルなどの分散剤、トルエン、エタノールなどの溶剤、およびフタル酸などの可塑剤を適宜の量で用いることもできる。

上記成形用材料を用いての成形体の作製は、押出成形法、射出成形法、ドクターブレード法、プレス成形法等の公知の成形法によって行われる。

脱脂は、一般に、成形体を空気中で３００℃以上９００℃以下、１時間以上３時間以下加熱することにより行われ、焼成は、脱脂後の脱脂体を、窒素雰囲気中、１８００℃以上１９５０℃以下、好ましくは１８５０℃以上１９５０℃以下に加熱することにより行われる。焼成温度は１８００℃より低いと焼結が進みにくくなる。焼成温度が１９５０℃を超えるとＥＳＲにおける磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度が大きくなり、体積抵抗値が１×１０^８Ω・ｍよりも小さくなる。焼成時間は、用いるα−アルミナの量によって異なるが、緻密化し、かつ窒化アルミニウム粒子径が１０μｍ以下にすることを考慮すると、３０時間以上１００時間以下、好ましくは４０時間以上８０時間以下である。本発明における焼成雰囲気は窒素や不活性ガスのような非酸化雰囲気で行われ、脱脂体に外的圧力を加えない一般的な焼成方法（以下、本焼成方法を常圧焼成という）がとられる。これに対して、脱脂体に外的圧力を加えるホットプレス焼成は、本発明の焼成には使用できない。本発明における原料組成でホットプレス焼成を行うと、酸窒化アルミニウムは、主としてスピネル型になり、体積抵抗率の熱的安定性に寄与しなくなる。

本発明の窒化アルミニウム焼結体の用途は、特に制限はないが、体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｍ以上１×１０^１２Ω・ｍ以下であるので、エッチャーやＣＶＤ装置用の静電チャック、ヒーター付き静電チャックに好適に用いることができる。

以下に実施例、比較例を挙げ本発明の効果をより詳しく説明する。なお、本発明は以下に記述する実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。

実施例および比較例における各種測定は下記の方法によって行なった。
（１）ＸＲＤ測定
φ１５ｍｍ×ｔ１ｍｍの試料片を作製し、（株）リガク製Ｘ線回折分析装置ＲＩＮＴ１２００を用いて測定した。その後、窒化アルミニウム［１００］回折ピーク（２θ＝３３．２°）のピーク面積Ｓ１と２θ＝３４°以上３５°以下の回折ピークのピーク面積Ｓ２（積分強度）よりＳ２／Ｓ１を算出した。

（２）ＥＳＲ測定
２ｍｍ×２ｍｍ×２０ｍｍの試料片を焼結体より切り出し、日本電子（株）製電子スピン共鳴装置ＪＥＳ−ＦＥ１ＸＧにて測定した。得られたスペクトルを解析ソフト（Ｔｈｅｒｍｏ Ｇａｌａｃｔｉｃ社ＧＲＡＭＳ）を用いて積分曲線を求めた後、前述のソフトにてガウス曲線に従うようにピーク分離処理をした後、磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下のピーク面積を求め、スピン量既知サンプルのピーク面積との比より、スピン量を求め、測定サンプルの体積で除した値をスピン濃度とした。

（３）体積抵抗率測定
３５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍの試料片を焼結体より切り出し、ＪＩＳ Ｃ２１４１に準拠した方法で、体積抵抗率測定装置（株）アドバンテスト製Ｒ８３４０にて測定を行った。

（４）酸窒化アルミニウムの状態観察
窒化アルミニウム焼結体の任意の場所より５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの試料片を切出し、走査型電子顕微鏡ＦＥＩ製Ｑｕａｎｔａ２００により１０００倍以上１００００倍以下の倍率で観察した。
（５）原料の平均粒子径測定
原料粉末を超音波ホモジナイザー（株）日本精機製作所製ＵＳ−３００Ｔにて、５ｗｔ％ピロリン酸ソーダ溶液中に分散させて希薄分散液を調製し、これをレーザー回折粒度分布測定器（ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ ＨＲＡ、日機装（株）製）にて測定して個数平均粒子径を求めた。

実施例１
窒化アルミニウム粉末（（株）トクヤマ製、平均粒径１．０μｍ、金属総濃度２４０ｐｐｍ）１００質量部に対してα−アルミナ粉末（住友化学（株）製、平均粒径０．６μｍ、窒化アルミニウム粉末平均粒径に対する比０．６）２質量部、有機バインダー４質量部を加えトルエン／エタノール中で混合した後、スプレードライヤーにて造粒し、７０μｍの顆粒を得た。

この顆粒をプレス成形し、φ２６０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を作製した。この成形体を５５０℃、３時間加熱し脱脂した後、窒化ほう素製箱型容器に納め、窒素雰囲気下で１９００℃、５０時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

得られた窒化アルミニウム焼結体から各種測定に用いる試料片を切り出し評価した。ＸＲＤの測定結果、Ｓ２／Ｓ１は０．１０であった。またＥＳＲ測定結果、磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度を求めたところ、３．４×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３であった。また、２５℃、５００℃における体積抵抗率を測定したところ、各々２．０×１０^１１、２．５×１０^８Ω・ｃｍであった。

得られた窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は６０Ｗ／ｍ・Ｋであり、破断面のＳＥＭ観察を行ったところ、窒化アルミニウムの平均粒径は４．６μｍであった。ＳＥＭにより酸窒化アルミニウム相を観察したところ、窒化アルミニウム２粒子界面および窒化アルミニウム粒子内に存在しており、界面の酸窒化アルミニウム相は大きさ０．５μｍ程度の層状であり、窒化アルミニウム粒子内に存在する酸窒化アルミニウム相は０．１μｍの球状であった。

さらに、得られた基板からφ４０ｍｍ×６ｍｍの試料片を２枚切り出し、片面に窒化アルミニウムを主成分とするペーストを塗布した後、ペースト塗布面が内側になるように貼り合せ、７０℃、１時間乾燥後、５００℃、１時間脱脂した。その後、ホットプレス炉にて、１８５０℃、６時間、プレス圧力２４ＭＰａの条件下で接合した。この接合基板を加工し、接合界面を含まない部分から３５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍの大きさの試料片を切り出し、再度２５℃、５００℃における体積抵抗率を測定したところ、各々３．１×１０^１１、４．５×１０^８Ω・ｃｍであった。

実施例２〜４
α−アルミナの添加量を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

実施例５
α−アルミナの粒子径を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

実施例６〜７
焼成温度を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

実施例８〜９
焼成時間を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

実施例１０
窒化アルミニウム粉末およびα−アルミナ粉末の平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

比較例１
窒化アルミニウム粉末（（株）トクヤマ製、平均粒径１．０μｍ）１００質量部に対してα−アルミナ粉末（住友化学（株）製、平均粒径０．６μｍ、窒化アルミニウム粉末平均粒径に対する比０．６）０．１質量部、有機バインダー４質量部を加えトルエン／エタノール中で混合した後、スプレードライヤーにて造粒し、７０μｍの顆粒を得た。

この顆粒をプレス成形し、φ２６０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を作製した。この成形体を５５０℃、３時間加熱し脱脂した後、窒化ほう素製箱型容器に納め、窒素雰囲気下で１９００℃、５０時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

得られた窒化アルミニウム焼結体から各種測定に用いる試料片を切り出し評価した。ＸＲＤの測定結果、２θ＝３４°以上３５°以下のピークは観察されなかった。またＥＳＲ測定結果、磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度を求めたところ、６．５×１０^１１ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３であった。また、２５℃、５００℃における体積抵抗率を測定したところ、各々８．１×１０^１３、２．５×１０^７Ω・ｃｍであった。さらに、得られた基板からφ４０ｍｍ×６ｍｍの試料片を２枚切り出し、片面に窒化アルミニウムを主成分とするペーストを塗布した後、ペースト塗布面が内側になるように貼り合せ、７０℃、１時間乾燥後、５００℃、１時間脱脂した。その後、ホットプレス炉にて、１８５０℃、６時間、プレス圧力２４ＭＰａの条件下で接合した。この接合基板を加工し、接合界面を含まない部分から３５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍの大きさの試料片を切り出し、再度２５℃、５００℃における体積抵抗率を測定したところ、各々２．１×１０^１４、７．６×１０^８Ω・ｃｍであった。破断面のＳＥＭ観察を行ったところ、窒化アルミニウムの平均粒径は６．５μｍ、酸窒化アルミニウム相は確認されなかった。

比較例２
窒化アルミニウム粉末（（株）トクヤマ製、平均粒径１．０μｍ）１００質量部に対してα−アルミナ粉末（住友化学（株）製、平均粒径０．６μｍ、窒化アルミニウム粉末平均粒径に対する比０．６）２０質量部、有機バインダー４質量部を加えトルエン／エタノール中で混合した後、スプレードライヤーにて造粒し、７０μｍの顆粒を得た。

実施例１と同一条件にて、脱脂、焼成を行い、白色の焼結体を得た。しかし、ＳＥＭ観察したところ、緻密化していなかった。

ＸＲＤ分析の結果、窒化アルミニウム以外にα−アルミナ相が検出され、それ以外の相は確認されなかった。また、ＥＳＲ測定結果、スピン濃度は８．１×１０^２４ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３であり、室温での体積抵抗率は、２．６×１０^７Ω・ｃｍであった。

比較例３〜４
窒化アルミニウム粉末またはα−アルミナ粉末の平均粒径を変えることによりα−アルミナ粉末平均粒径の窒化アルミニウム粉末平均粒径に対する比を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

比較例５〜６
α−アルミナの添加量を変えた以外は、実施例１と同様の方法にて、窒化アルミニウム焼結体を得た。焼結体製造条件を表１に、焼結体評価結果を表２に示す。

本発明の窒化アルミニウム焼結体の用途は、特に制限はないが、体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｍ以上１×１０^１２Ω・ｍ以下であるので、エッチャーやＣＶＤ装置用の静電チャック、ヒーター付き静電チャックに好適に用いることができる。

Claims (4)

1. Ｘ線回折における、窒化アルミニウム結晶面［１００］の回折ピークのピーク面積Ｓ１に対する、酸窒化アルミニウム相に相当する２θ＝３４°以上３５°以下の回折ピークのピーク面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．０１以上０．３以下であり、且つ、電子スピン共鳴法による測定で磁場３３６ｍＴ以上３４２ｍＴ以下におけるスピン濃度が１×１０^１５ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２０ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であり、且つ、アルミニウム以外の金属元素の総含有量が４００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
2. 焼結助剤を実質的に含有しない、請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体。
3. 温度２５℃以上５００℃以下における体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以上１×１０^１２Ω・ｃｍ以下である請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体。
4. 窒化アルミニウム粉末と、平均粒子径が０．３μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、該窒化アルミニウム粉末に対する平均粒子径比が０．３以上０．８以下の範囲にある、α−アルミナ粉末とを焼結成分とする混合粉末を常圧焼結する方法であって、
   窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、α−アルミナ粉末を０．５質量部以上５質量部以下添加することで混合粉末を形成し、
   窒素雰囲気下、１８００℃以上１９５０℃以下で、３０時間以上１００時間以下、常圧焼成する、窒化アルミニウム焼結体の製造方法。