特許 7213710 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-19

(45)【発行日】2023-01-27

(54)【発明の名称】複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/582 20060101AFI20230120BHJP

   C04B 35/443 20060101ALI20230120BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230120BHJP

【ＦＩ】

C04B35/582

C04B35/443

H01L21/302 101G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019021966

(22)【出願日】2019-02-08

(65)【公開番号】P2019167288

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2021-10-18

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2018/011775

(32)【優先日】2018-03-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】WO

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】八木 援

(72)【発明者】

【氏名】勝田 祐司

【審査官】小川 武

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０５６９１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２４８０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１５６０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０５４８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２２０２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０４４３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３０１５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ３５／００－３５／８４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合焼結体であって、
構成結晶相として、窒化アルミニウムと、スピネルと、を含み、
前記構成結晶相として、窒化アルミニウム、スピネルおよび窒化ジルコニウム以外を含まず、
開気孔率は、０．１％未満であり、
相対密度は９９．５％以上であり、
前記複合焼結体における前記窒化アルミニウムおよび前記スピネルの合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下であり、
前記複合焼結体における前記スピネルの含有率は、１５重量％以上かつ７０重量％以下であり、
前記複合焼結体における構成結晶相としての酸化マグネシウムの含有率は０重量％であり、
前記スピネルの格子定数は、８．０７５オングストローム以上であることを特徴とする複合焼結体。

【請求項2】

請求項１に記載の複合焼結体であって、
前記窒化アルミニウムにマグネシウムが固溶していることを特徴とする複合焼結体。

【請求項3】

請求項１または２に記載の複合焼結体であって、
１００重量％の窒化アルミニウムを含む焼結体のプラズマエッチングレートを１とした場合、前記複合焼結体のプラズマエッチングレートは０．５以下であることを特徴とする複合焼結体。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
７００℃における体積抵抗率は７．０ｘ１０^７Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする複合焼結体。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする複合焼結体。

【請求項6】

半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材であって、
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合焼結体を用いて作製されていることを特徴とする半導体製造装置部材。

【請求項7】

請求項６に記載の半導体製造装置部材であって、
前記複合焼結体を用いて作製され、上面に半導体基板が載置される板状の本体部と、
前記本体部の内部に配置される抵抗発熱体と、
前記本体部の内部にて前記抵抗発熱体と前記本体部の前記上面との間に配置される内部電極と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置部材。

【請求項8】

複合焼結体の製造方法であって、
ａ）窒化アルミニウムと、マグネシウムおよびアルミニウムを含む添加物と、を混合した混合粉末を所定形状の成形体に成形する工程と、
ｂ）前記成形体をホットプレス焼成して窒化アルミニウムおよびスピネルを含む複合焼結体を生成する工程と、
を備え、
前記ａ）工程において、前記混合粉末における前記窒化アルミニウムおよび前記添加物の合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下であり、
前記混合粉末は、
酸化マグネシウム換算で５重量％以上かつ１８重量％以下のマグネシウムと、
酸化アルミニウム換算で１０重量％以上かつ４４重量％以下のアルミニウムと、
を含み、
前記ｂ）工程にて生成された前記複合焼結体は、
構成結晶相として、窒化アルミニウムと、スピネルと、を含み、
前記構成結晶相として、窒化アルミニウム、スピネルおよび窒化ジルコニウム以外を含まず、
開気孔率は、０．１％未満であり、
相対密度は９９．５％以上であり、
前記複合焼結体における前記窒化アルミニウムおよび前記スピネルの合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下であり、
前記複合焼結体における前記スピネルの含有率は、１５重量％以上かつ７０重量％以下であり、
前記複合焼結体における構成結晶相としての酸化マグネシウムの含有率は０重量％であり、
前記スピネルの格子定数は、８．０７５オングストローム以上であることを特徴とする複合焼結体の製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記添加物は、スピネルおよび酸化マグネシウムを含むことを特徴とする複合焼結体の製造方法。

【請求項10】

請求項８または９に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記添加物は、酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含むことを特徴とする複合焼結体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体基板の製造装置において、サセプターにより支持された半導体基板に対して、処理ガスを励起して生成されたプラズマによる成膜やエッチング等のプラズマ処理が施されている。

【0003】

例えば、特許第４６４１５６９号公報（特許文献１）に記載されているサセプターでは、窒化アルミニウム質焼結体により形成された耐食性部材の内部に、抵抗発熱体および電極が埋設されている。当該耐食性部材は、プラズマ耐食性の向上および高抵抗化を図るために、窒化アルミニウムに酸化マグネシウムを０．１重量％～１０重量％加えてホットプレス焼成することにより形成される。また、当該耐食性部材には、高い熱伝導率も求められる。

【0004】

また、特開２００２－２２０２８２号公報（特許文献２）では、窒化アルミニウムに希土類化合物およびＭｇＡｌ_２Ｏ_４を加えて焼成することにより、熱伝導率および体積抵抗率が高い窒化アルミニウム焼結体を得る技術が提案されている。文献２では、窒化アルミニウムに対する酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）およびＭｇＡｌ_２Ｏ_４の添加量を変更した実施例および比較例が開示されており、実施例中においてＭｇＡｌ_２Ｏ_４の添加量が最も多い実施例５では、窒化アルミニウム１００重量部および酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）５重量部に対して、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４が１５重量部添加されている。換言すれば、実施例５の窒化アルミニウム焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１２．５重量％である。

【0005】

特開平５－１９０２５５号公報（特許文献３）では、窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子において、粒界相による熱間絶縁抵抗の改良を目的として、焼結前にマグネシウムが添加される。焼結体に対するマグネシウムの含有率は、０．００１～０．３重量％である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４６４１５６９号公報

【文献】特開２００２－２２０２８２号公報

【文献】特開平５－１９０２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１の耐食性部材において、プラズマ耐食性を向上させるために酸化マグネシウムの添加量を増大させると、酸化マグネシウムの添加量が５重量％以上の範囲において、７００℃における体積抵抗率が低下する。耐食性部材の体積抵抗率が低いと、耐食性部材内部の抵抗発熱体と電極との間でリーク電流が生じ、半導体基板の加熱温度や半導体基板に付与されるプラズマの制御が乱れるおそれがある。

【0008】

また、特許文献２では、比較例１として、窒化アルミニウム焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率が１６重量％のものが挙げられており、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率がこのように高くなると、緻密な焼結体が得らず、熱伝導率も低くなると記載されている。ちなみに、比較例１における窒化アルミニウム焼結体の相対密度は９８．９％と低く、上述の実施例５における窒化アルミニウム焼結体の相対密度も９９．１％と高くない。特許文献３では、マグネシウム化合物は焼結過程で昇華しやすい点、および、焼結体に対するマグネシウムの含有率が０．３重量％を超えると、マグネシウム化合物の昇華により焼結体に気孔が生じて電気特性が悪化する点が記載されている。

【0009】

本発明は、複合焼結体に向けられており、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の複合焼結体を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の好ましい一の形態に係る複合焼結体は、構成結晶相として、窒化アルミニウムと、スピネルと、を含み、前記構成結晶相として、窒化アルミニウム、スピネルおよび窒化ジルコニウム以外を含まない。前記複合焼結体の開気孔率は、０．１％未満である。前記複合焼結体の相対密度は９９．５％以上である。前記複合焼結体における前記窒化アルミニウムおよび前記スピネルの合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下である。前記複合焼結体における前記スピネルの含有率は、１５重量％以上かつ７０重量％以下である。前記複合焼結体における構成結晶相としての酸化マグネシウムの含有率は０重量％である。前記スピネルの格子定数は、８．０７５オングストローム以上である。本発明によれば、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の複合焼結体を提供することができる。

【0013】

好ましくは、前記窒化アルミニウムにマグネシウムが固溶している。

【0014】

好ましくは、１００重量％の窒化アルミニウムを含む焼結体のプラズマエッチングレートを１とした場合、前記複合焼結体のプラズマエッチングレートは０．５以下である。

【0015】

好ましくは、前記複合焼結体の７００℃における体積抵抗率は７．０ｘ１０^７Ω・ｃｍ以上である。

【0016】

好ましくは、前記複合焼結体の６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

【0017】

本発明は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材にも向けられている。本発明の好ましい一の形態に係る半導体製造装置部材は、上述の複合焼結体を用いて作製されている。本発明によれば、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の半導体製造装置部材を提供することができる。

【0018】

好ましくは、前記半導体製造装置部材は、前記複合焼結体を用いて作製され、上面に半導体基板が載置される板状の本体部と、前記本体部の内部に配置される抵抗発熱体と、前記本体部の内部にて前記抵抗発熱体と前記本体部の前記上面との間に配置される内部電極と、を備える。

【0019】

本発明は、複合焼結体の製造方法にも向けられている。本発明の好ましい一の形態に係る複合焼結体の製造方法は、ａ）窒化アルミニウムと、マグネシウムおよびアルミニウムを含む添加物と、を混合した混合粉末を所定形状の成形体に成形する工程と、ｂ）前記成形体をホットプレス焼成して窒化アルミニウムおよびスピネルを含む複合焼結体を生成する工程と、を備える。前記ａ）工程において、前記混合粉末における前記窒化アルミニウムおよび前記添加物の合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下である。前記混合粉末は、酸化マグネシウム換算で６重量％以上かつ１８重量％以下のマグネシウムと、酸化アルミニウム換算で１０重量％以上かつ４４重量％以下のアルミニウムと、を含む。前記ｂ）工程にて生成された前記複合焼結体は、構成結晶相として、窒化アルミニウムと、スピネルと、を含み、前記構成結晶相として、窒化アルミニウム、スピネルおよび窒化ジルコニウム以外を含まない。前記複合焼結体の開気孔率は、０．１％未満である。前記複合焼結体の相対密度は９９．５％以上である。前記複合焼結体における前記窒化アルミニウムおよび前記スピネルの合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下である。前記複合焼結体における前記スピネルの含有率は、１５重量％以上かつ７０重量％以下である。前記複合焼結体における構成結晶相としての酸化マグネシウムの含有率は０重量％である。前記スピネルの格子定数は、８．０７５オングストローム以上である。本発明によれば、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の複合焼結体を容易に製造することができる。

【0020】

好ましくは、前記添加物は、スピネルおよび酸化マグネシウムを含む。

【0021】

好ましくは、前記添加物は、酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含む。

【0022】

上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の複合焼結体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一の実施の形態に係るサセプター１の断面図である。

【図2】複合焼結体の製造の流れを示す図である。

【図3】比較例の複合焼結体のＸ線回折パターンである。

【図4】実施例の複合焼結体のＸ線回折パターンである。

【図5】比較例の複合焼結体の元素マッピング像である。

【図6】実施例の複合焼結体の元素マッピング像である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１は、本発明の一の実施の形態に係るサセプター１の断面図である。サセプター１は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材である。サセプター１は、略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」と呼ぶ。）を、図１中の下側から保持する。以下の説明では、図１中の上側および下側を、単に「上側」および「下側」と呼ぶ。また、図１中の上下方向を、単に「上下方向」と呼ぶ。図１中の上下方向は、サセプター１が半導体製造装置に設置される際の実際の上下方向と必ずしも一致する必要はない。

【0026】

サセプター１は、本体部２１と、抵抗発熱体２２と、内部電極２３とを備える。本体部２１は、後述する複合焼結体を用いて作成された略板状（例えば、略円板状）の部材である。本体部２１の上面２１１上には基板９が載置される。抵抗発熱体２２および内部電極２３は、本体部２１の内部に配置（すなわち、埋設）される。本体部２１の内部において、抵抗発熱体２２は、内部電極２３と本体部２１の下面２１２との間に配置される。換言すれば、内部電極２３は、抵抗発熱体２２と本体部２１の上面２１１との間に配置される。

【0027】

抵抗発熱体２２は、例えば、コイル状に巻回された金属線により形成される。抵抗発熱体２２は、平面視において、本体部２１の略全面に亘る略同心円状のパターンにて配線された連続する部材である。半導体製造装置では、図示省略の電力供給源から抵抗発熱体２２に電力が供給されることにより、抵抗発熱体２２が発熱し、本体部２１の温度が上昇する。これにより、本体部２１の上面２１１上に載置された基板９が所定の温度に加熱される。抵抗発熱体２２は、基板９を加熱するためのヒーター電極である。

【0028】

内部電極２３は、例えば、金属製の略円板状の部材である。内部電極２３は、例えば、プラズマ処理用のＲＦ電極（すなわち、高周波電極）である。半導体製造装置では、図示省略の高周波電力供給源から内部電極２３に高周波電力が供給される。これにより、サセプター１と、サセプター１の上方に配置された上部電極との間の処理空間において、処理ガスが励起されてプラズマが生成される。そして、当該プラズマにより基板９上に成膜やエッチング等のプラズマ処理が施される。

【0029】

抵抗発熱体２２および内部電極２３は、比較的高い融点を有する金属により形成されることが好ましい。当該金属として、例えば、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、または、これらの合金が用いられる。

【0030】

サセプター１の本体部２１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）とを含む複合焼結体を用いて作製される。以下の説明では、本体部２１の全体が当該複合焼結体を用いて作製されるものとして説明する。

【0031】

本体部２１を構成する複合焼結体（以下、単に「複合焼結体」と呼ぶ。）の主相は、上述のＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４である。具体的には、複合焼結体におけるＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４の合計含有率は、９５重量％～１００重量％であり、好ましくは９８重量％～１００重量％である。また、複合焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％～７０重量％であり、好ましくは２０重量％～６０重量％であり、より好ましくは２５重量％～５０重量％である。複合焼結体におけるＡｌＮの含有率は、２５重量％～８５重量％であり、好ましくは３５重量％～８０重量％であり、より好ましくは４５重量％～７５重量％である。

【0032】

当該複合焼結体に含まれるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は、８．０７５オングストローム以上であることが好ましい。複合焼結体では、好ましくは、ＡｌＮにマグネシウム（Ｍｇ）が固溶している。複合焼結体は、好ましくは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）結晶相を実質的に含まない。換言すれば、複合焼結体におけるＭｇＯ結晶相の含有率は、実質的に０重量％であることが好ましい。

【0033】

複合焼結体の開気孔率は、０．１％未満であり、好ましくは０．０５％未満である。複合焼結体の相対密度は、９９．５％以上であり、好ましくは９９．７％以上である。７００℃における複合焼結体の体積抵抗率は、好ましくは７．０ｘ１０^７Ω・ｃｍ以上であり、より好ましくは１．０ｘ１０^８Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは３．０ｘ１０^８Ω・ｃｍ以上である。当該体積抵抗率の上限は特には限定されないが、典型的には、当該体積抵抗率は１．０ｘ１０^１０Ω・ｃｍ以下である。６００℃における複合焼結体の熱伝導率は、好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、さらに好ましくは３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。当該熱伝導率の上限は特には限定されないが、典型的には、当該熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。

【0034】

次に、図２を参照しつつ上述の複合焼結体（すなわち、サセプター１の本体部２１）の製造方法について説明する。複合焼結体を製造する際には、まず、ＡｌＮと添加物とを混合した混合粉末を得る。当該添加物は、マグネシウム（Ｍｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む。そして、当該混合粉末を所定形状の成形体に成形する（ステップＳ１１）。例えば、ステップＳ１１では、ＡｌＮおよび添加物の粉末が、有機溶媒中で湿式混合されることによりスラリーとされる。続いて、当該スラリーが乾燥されて混合粉末（すなわち、調合粉末）とされ、当該混合粉末が上記成形体に成形される。また、ＡｌＮおよび添加物の粉末は、湿式混合ではなく、乾式混合により混合されてもよい。

【0035】

当該混合粉末は、例えば、ホットプレスダイスに充填されることにより、所定形状の成形体に成形される。成形体の形状が板状である場合には、混合粉末は一軸加圧成形用の金型等に充填されることにより成形されてもよい。当該成形体の成形は、形状を保持できるのであれば、他の様々な方法により行われてもよい。また、前述のスラリーのように、流動性のある状態のままモールドに流し込んだ後に溶媒成分を除去し、所定形状の成形体としてもよい。ステップＳ１１で成形される成形体は、例えば、本体部２１と略同形状の略円板状である。

【0036】

ステップＳ１１において、上記混合粉末におけるＡｌＮおよび添加物の合計含有率は、９５重量％～１００重量％である。上記混合粉末は、ＭｇＯ換算で５重量％～１８重量％のＭｇと、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算で１０重量％～４４重量％のＡｌと、を含む。当該添加物は、例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＭｇＯを含む。あるいは、添加物は、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含んでいてもよい。添加物は、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含んでいてもよい。

【0037】

ステップＳ１１において成形体が得られると、当該成形体がホットプレス焼成され、ＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含む上述の複合焼結体が生成される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、ホットプレスダイス（例えば、カーボン治具）に成形体が配置されて加熱および加圧されることにより、複合焼結体が得られる。成形体の焼成は、例えば真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で行われる。ホットプレス時の加熱温度、プレス圧力および焼成時間は、適宜決定されてよい。ホットプレス時の加熱温度の最高温度は、好ましくは１６５０℃～１８００℃である。

【0038】

ステップＳ１２では、ホットプレスダイスの密閉性が高いため、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４中のＭｇＯが還元されてＭｇが生成されることが抑制される。これにより、還元されたＭｇ（沸点１０９１℃）が揮発して複合焼結体に気孔が生成されることが抑制される。その結果、高密度の複合焼結体（すなわち、緻密な複合焼結体）を得ることができる。

【0039】

上述の添加物がＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＭｇＯを含んでおり、Ａｌ_２Ｏ_３を含んでいない場合、ステップＳ１２のホットプレス焼成において、添加物中のＭｇＯと、ＡｌＮの粉末に不可避的に不純物として含まれているＡｌ_２Ｏ_３（すなわち、ＡｌＮの粉末表面に生じる酸化膜等であり、以下、「不純物Ａｌ_２Ｏ_３」とも呼ぶ。）とが反応し、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４が生成される。したがって、添加物中のＭｇＯの物質量は、ＡｌＮの粉末に不純物として含まれるＡｌ_２Ｏ_３の物質量と略同じであることが好ましい。添加物中のＭｇＯの物質量が不純物Ａｌ_２Ｏ_３の物質量よりも大きい場合、不純物Ａｌ_２Ｏ_３と反応しなかったＭｇＯが、ステップＳ１２にて生成される複合焼結体内に残存する。

【0040】

添加物がＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含んでおり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含んでいない場合、ステップＳ１２のホットプレス焼成において、添加物中のＭｇＯと、添加物中のＡｌ_２Ｏ_３、および、ＡｌＮ中の不純物Ａｌ_２Ｏ_３とが反応し、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４が生成される。したがって、添加物中のＭｇＯの物質量は、添加物中のＡｌ_２Ｏ_３の物質量および不純物Ａｌ_２Ｏ_３の物質量の合計と、略同じであることが好ましい。添加物中のＭｇＯの物質量が、添加物中のＡｌ_２Ｏ_３および不純物Ａｌ_２Ｏ_３の合計物質量よりも大きい場合、Ａｌ_２Ｏ_３と反応しなかったＭｇＯが、ステップＳ１２にて生成される複合焼結体内に残存する。添加物がＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含んでいる場合においても同様である。

【0041】

抵抗発熱体２２および内部電極２３は、例えば、ステップＳ１１と並行して上記成形体の内部に金属材料が埋設され、ステップＳ１２において当該金属材料が成形体と共に焼成されることにより、本体部２１の内部に生成されてもよい。あるいは、抵抗発熱体２２および内部電極２３は、ステップＳ１１～Ｓ１２により生成された２つの複合焼結体の間に挟まれることにより、当該２つの複合焼結体により形成される本体部２１の内部に配置されてもよい。抵抗発熱体２２および内部電極２３の生成および配置は、様々な方法により行われてよい。

【0042】

次に、表１～表３を参照しつつ本発明に係る複合焼結体の実施例１～１９、および、当該複合焼結体と比較するための比較例１～１１の複合焼結体について説明する。表１では、複合焼結体の原料組成および焼成温度を示す。当該原料組成では、ＡｌＮ１００重量部に対する他の原料の重量部（すなわち、ＡｌＮ原料に対する重量比）を示す。

【0043】

表１に示すように、比較例１では、ＡｌＮのみを原料としており、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＡｌ_２Ｏ_３等の添加物は原料に含まれていない。比較例２～５は、ＡｌＮおよびＭｇＯのみを原料としており、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＡｌ_２Ｏ_３は原料に含まれていない。

【0044】

実施例１～１２，１８～１９および比較例６～１１では、原料がＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含む。実施例１８および比較例６では、原料はＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含み、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３は含まない。実施例１～１２，１９および比較例７～１１では、原料はＡｌＮ、ＭｇＯおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含み、Ａｌ_２Ｏ_３は含まない。実施例１～４および比較例６～９と、実施例５～８，１８～１９および比較例１０と、実施例９～１２および比較例１１とでは、焼成温度がそれぞれ異なる。実施例１３～１７では、原料はＡｌＮ、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含み、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４は含まない。実施例１４～１７では、原料に含まれるＡｌ_２Ｏ_３は、Ａｌ_２Ｏ_３の粉末を添加したものではなく、原料に含まれるＡｌＮを大気中で熱処理（例えば、９００℃）して酸化させることにより得た。実施例１５～１７では、後述するボールミルによる混合時等に混入する可能性のある不純物である酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）の影響を検証するために、少量のＺｒＯ_２粉末を当該不純物とは別に原料に添加している。

【0045】

＜原料粉末＞
原料として利用したＡｌＮは、平均粒径１．３μｍ、酸素含有量０．８重量％の市販のＡｌＮ粉末である。原料として利用したＭｇＯは、平均粒径１．２μｍ、純度９９．９％以上の市販のＭｇＯ粉末である。原料として利用したＡｌ_２Ｏ_３は、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％以上の市販のＡｌ_２Ｏ_３粉末である。原料として利用したＺｒＯ_２は、比表面積１５ｍ^２／ｇ、純度９９．９％以上の市販のＺｒＯ_２粉末である。

【0046】

原料として利用したＭｇＡｌ_２Ｏ_４は、次に示す方法で作製したＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末である。ＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末を作製する際には、まず、上述の市販のＭｇＯ粉末（平均粒径１．２μｍ、純度９９．９％以上）と、上述の市販のＡｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％以上）とを、等物質量（すなわち、等ｍｏｌ量）で秤量し、ボールミルにて４時間、湿式混合した。当該湿式混合で利用した溶媒は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。また、ボールミルのボールは、ＺｒＯ_２製である。続いて、湿式混合により得られたスラリーを窒素（Ｎ_２）雰囲気下で乾燥させ、１００メッシュ篩により整粒した。

【0047】

次に、整粒後の粉末を大気中において１３００℃にて熱処理してＭｇＡｌ_２Ｏ_４合成粉末を生成し、当該合成粉末をボールミルにて６時間、湿式粉砕した。当該湿式粉砕で利用した溶媒はＩＰＡである。また、ボールミルのボールは、ＺｒＯ_２製である。そして、湿式粉砕により得られたスラリーをＮ_２雰囲気下で乾燥させ、１００メッシュ篩により整粒して、原料となるＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末を得た。当該ＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末の平均粒径は０．２μｍであった。

【0048】

＜混合粉末＞
上記原料粉末を表１に示す重量％となるように秤量し、ボールミルにて２０時間、湿式混合した。当該湿式混合で利用した溶媒は、ＩＰＡである。また、ボールミルのボールは、ＺｒＯ_２製である。そして、湿式混合により得られたスラリーをＮ_２雰囲気下で乾燥させ、１００メッシュ篩により整粒して、原料となる混合粉末を得た。当該混合粉末において、ＺｒＯ_２製ボールに起因する不純物であるＺｒＯ_２の含有率は、０．５～１．５重量％であった。

【0049】

＜成形＞
上記混合粉末を、１００～１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で一軸加圧成形し、φ５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程度の円板状成形体を作成し、ホットプレスダイスに収納した。成形圧力は特に制限はなく、形状が保持できるのであれば様々に変更されてよい。混合粉末は、未成形の粉の状態で、ホットプレスダイスに充填されてもよい。

【0050】

＜焼成＞
上記成形体をホットプレス法により焼成した。プレス圧力は、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。加熱時の最高温度は１６５０℃～１８００℃であり、最高温度での保持時間は８時間とした。最高温度で８時間保持した後、１２００℃まで３００℃／ｈにて冷却して焼成を完了した。焼成雰囲気は、室温～１０００℃の間は真空雰囲気とし、１０００℃到達後にＮ_２ガスを１．５気圧（０．１５２ＭＰａ）分導入した。

【0051】

【表1】

【0052】

【表2】

【0053】

【表3】

【0054】

＜評価＞
上述の焼成によって得られた複合焼結体を各種評価用に加工し、表２～表３に記載の評価を行った。

【0055】

複合焼結体の構成相については、複合焼結体を乳鉢で粉砕して内部標準試料であるケイ素（Ｓｉ）粉末を添加混合した粉末に対して、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-ray diffraction）装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝２０～８０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製 Ｄ８－ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。測定のステップ幅は０．０２°とした。

【0056】

複合焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、構成相の各重量比率が既知の混合物のＸ線回折パターンから、検量線を用いて導出した以下の式１により算出した。

【0057】

（式１）
ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量（重量％）＝（１．０×ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の（３１１）面ピーク強度）／（１．０×ＡｌＮの（１００）面ピーク強度＋１．０×ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の（３１１）面ピーク強度＋０．２２×ＺｒＮの（２００）面ピーク強度＋１．８×ＭｇＯの（２００）面ピーク強度）×１００。

【0058】

同様の方法により算出した実施例１～１９および比較例６～１１の複合焼結体におけるＭｇＯの含有率は、０重量％～２重量％であった。なお、含有率０重量％とは、ＸＲＤにて縦軸を平方根スケールとしても結晶相のメーンピークが見られないことを言う。例えば、後述する図４において、２θ＝４３°付近のＭｇＯのメーンピークは見られないため、ＭｇＯ結晶相の含有率は０重量％である、と判断できる。また、同様の方法により算出した実施例１～１４，１８～１９および比較例６～１１（すなわち、ＺｒＯ_２の粉末を意図的には添加していない実施例）の複合焼結体における窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）の含有率は、０．５重量％～１．５重量％であった。当該ＺｒＮは、ボールミルのボールに起因する不純物（いわゆる、玉石コンタミ）であるＺｒＯ_２が焼成により窒化したものである。

【0059】

ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は、ソフトウェア（ブルカー・エイエックスエス株式会社製 ＴＯＰＡＳ）を用いたＷＰＰＤ法（粉末パターンフィッティング法）により算出した。

【0060】

開気孔率および嵩密度は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。

【0061】

相対密度は、嵩密度を理論密度で除算した値の百分率である。理論密度は、上述の方法（式１参照）により算出した含有率（重量％）と、各結晶相の理論密度とに基づいて求めた。ＡｌＮの理論密度は３．２６（ｇ／ｃｍ^３）であり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の理論密度は３．５８（ｇ／ｃｍ^３）であり、ＺｒＮの理論密度は７．２９（ｇ／ｃｍ^３）であり、ＭｇＯの理論密度は３．５６（ｇ／ｃｍ^３）である。

【0062】

体積抵抗率は、「ＪＩＳ Ｃ２１４１」に準じた方法により、真空雰囲気下にて測定した。試験片形状は、φ５０ｍｍｘ１ｍｍとした。主電極の直径は２０ｍｍである。ガード電極の内径および外径はそれぞれ、３０ｍｍおよび４０ｍｍである。印加電極の直径４５ｍｍである。主電極、ガード電極および印加電極は、Ａｇ（銀）で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとした。電圧印加から１分後の電流値を読み取り、当該電流値から体積抵抗率を算出した。表２では、室温、６００℃および７００℃のそれぞれにおける体積抵抗率を示す。

【0063】

エッチングレートは、以下の条件で各実施例および各比較例の複合焼結体に所定時間のプラズマエッチングを施し、複合焼結体上におけるエッチングの深さを、比較例１の焼結体上におけるエッチングの深さで除算して求めた。これにより、比較例１の焼結体のプラズマエッチングレートを１とした場合の複合焼結体のプラズマエッチングレート（以下、「相対エッチングレート」と呼ぶ。）が求められる。相対エッチングレートが小さい方が、プラズマ耐食性が高い。複合焼結体の相対エッチングレートは、好ましくは０．５以下であり、より好ましくは０．３５以下である。

【0064】

当該プラズマエッチングでは、複合焼結体を鏡面研磨してチャンバ内に設置し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）方式の高周波プラズマ環境下に２４時間曝露させた。チャンバ内には、塩素（Ｃｌ_２）ガスを流量３００ｍｌ／ｍｉｎにて供給し、Ｎ_２ガスを流量１００ｍｌ／ｍｉｎにて供給した。チャンバ内圧は、０．１Ｔｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）とした。プラズマ生成用の供給電力は８００Ｗとした。複合焼結体の上面の一部にはマスクを設けており、プラズマエッチング後における複合焼結体のマスク面と、曝露面（すなわち、マスクが設けられていない面）との段差を、エッチングの深さとして得た。

【0065】

熱伝導率は、複合焼結体の比熱および熱拡散率をそれぞれ、真空中における示差走査熱量法（ＤＳＣ）およびレーザーフラッシュ法により測定し、比熱、熱拡散率および嵩密度を乗算することにより算出した。表２では、室温および６００℃のそれぞれにおける熱伝導率を示す。

【0066】

＜比較例１～５＞
比較例１～５の焼成温度は１８００℃である。比較例１の焼結体の構成相は、ＡｌＮ単相であった。７００℃における体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ未満と低い。比較例２の焼結体の構成相も、ＡｌＮ単相であった。原料として添加したＭｇＯは、ＡｌＮ粒内に固溶した状態として含まれるが、Ｍｇの量が少ないため、７００℃における体積抵抗率は、１．０×１０^７Ω・ｃｍ未満と低い。

【0067】

比較例３～５の焼結体の構成相は、ＡｌＮおよびＭｇＯである。原料として添加したＭｇＯは、ＡｌＮ粒内に固溶した状態、および、ＭｇＯとして含まれる。比較例３では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であるが、エッチングレートが０．５よりも大きく、プラズマ耐食性が低い。一方、比較例４～５では、エッチングレートは０．５以下であるが、７００℃における体積抵抗率が１．０×１０^８Ω・ｃｍ未満である。比較例５では、７００℃における体積抵抗率は、７．０×１０^７Ω・ｃｍ未満である。

【0068】

＜比較例６～８＞
比較例６～８では、原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量は同じであり、ＭｇＯの量は互いに異なる。また、比較例６～８の焼成温度は１８００℃である。比較例６では、原料にＭｇＯが含まれておらず、複合焼結体の構成相は、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％未満であった。ＺｒＮは、上述のように、ボールミルのボールに起因する不純物ＺｒＯ_２が、焼成により窒化したものである。ＺｒＮは微量であるため、複合焼結体の特性に対する実質的な影響はない。実施例１～１４および比較例７～１１においても同様である。

【0069】

比較例７のＭｇＯは、焼成により、比較例１～５と同様にＡｌＮに固溶するのに加え、不純物Ａｌ_２Ｏ_３と反応してＭｇＡｌ_２Ｏ_４となった。このため、比較例７の複合焼結体の構成相は、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。比較例８では、比較例７よりもＭｇＯが多いため、複合焼結体中にＭｇＯが残存した。比較例８の複合焼結体の構成相は、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＯおよびＺｒＮであった。比較例７～８のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％未満であった。

【0070】

比較例６～８では、７００℃における体積抵抗率は７．０×１０^７Ω・ｃｍ以上であり、相対エッチングレートは０．５以下であり、６００℃における熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。比較例７では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であった。比較例７では、比較例６よりも原料中のＭｇＯが多いため、複合焼結体中のＡｌＮへのＭｇの固溶も多くなり、体積抵抗率が高くなったと考えられる。

【0071】

比較例６のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は８．０７１Å（オングストローム）であり、理論値（すなわち、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４中のＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の物質量の比が１：１である場合の格子定数）である８．０８３Åよりも小さい。したがって、比較例６のＭｇＡｌ_２Ｏ_４は、ＭｇＯの比率が比較的小さいＭｇＡｌ_２Ｏ_４である。一方、比較例７のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は８．０８４Åであり、理論値と略同じである。このため、比較例７の複合焼結体の体積抵抗率は、比較例６よりも高くなったと考えられる。また、比較例６では、複合焼結体中のＭｇ成分がＭｇＡｌ_２Ｏ_４を構成するために使用され、ＡｌＮへのＭｇの固溶が比較例７よりも少なくなったと考えられる。これによっても、比較例７の体積抵抗率が比較例６よりも高くなったと考えられる。

【0072】

＜実施例１～４および比較例９＞
実施例１～４および比較例９では、原料中のＭｇＯの量は比較例７と同じであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量は互いに異なる。また、実施例１～４および比較例９の焼成温度は１８００℃である。実施例１～４および比較例９の複合焼結体の構成相は、比較例７と同様に、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。実施例１～４のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上であった。比較例９のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％未満であった。

【0073】

実施例１～４では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であり、相対エッチングレートは０．５以下であり、６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例１～２では、６００℃における熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例３～４では、相対エッチングレートは０．３５以下であった。実施例１～４の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。

【0074】

＜実施例５～８および比較例１０＞
実施例５～８および比較例１０では、原料中のＭｇＯの量は比較例７と同じであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量は互いに異なる。実施例５～８および比較例１０の原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量はそれぞれ、実施例１～４および比較例９の原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量と同じである。また、実施例５～８および比較例１０の焼成温度は１７００℃である。実施例５～８および比較例１０の複合焼結体の構成相は、比較例７と同様に、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。実施例５～８のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上であった。比較例１０のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％未満であった。

【0075】

実施例５～８では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であり、相対エッチングレートは０．５以下であり、６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例５～６では、６００℃における熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例７～８では、相対エッチングレートは０．３５以下であった。実施例５～８の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。

【0076】

＜実施例９～１２および比較例１１＞
実施例９～１２および比較例１１では、原料中のＭｇＯの量は比較例７と同じであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量は互いに異なる。９～１２および比較例１１の原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量はそれぞれ、実施例１～４および比較例９の原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量と同じである。また、実施例９～１２および比較例１１の焼成温度は１６５０℃である。実施例９～１２および比較例１１の複合焼結体の構成相は、比較例７と同様に、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。実施例９～１２のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上であった。比較例１１のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％未満であった。

【0077】

実施例９～１２では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であり、相対エッチングレートは０．５以下であり、６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例９～１０では、６００℃における熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例１１～１２では、相対エッチングレートは０．３５以下であった。実施例９～１２の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。

【0078】

＜実施例１３～１７＞
実施例１３～１７では、実質的な原料中のＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の量は同じである。表１中のＺｒＯ_２の量は、上述のボールミルのボールに起因する不純物ＺｒＯ_２とは別に原料に添加されたＺｒＯ_２の量である。上述のように、実施例１３では、上記市販のＡｌ_２Ｏ_３粉末が原料に添加されており、実施例１４～１７では、原料のＡｌＮを大気下９００℃で一部酸化させて生成したＡｌ_２Ｏ_３が原料に含まれている。また、実施例１３～１７の焼成温度は１７００℃である。

【0079】

実施例１３～１７のＭｇＯの物質量は、原料に添加された上記Ａｌ_２Ｏ_３、および、ＡｌＮの粉末に不可避的に不純物として含まれているＡｌ_２Ｏ_３（すなわち、不純物Ａｌ_２Ｏ_３）の合計物質量よりも多く、焼成によりＡｌＮに固溶するのに加え、Ａｌ_２Ｏ_３と反応してＭｇＡｌ_２Ｏ_４となった。このため、実施例１３～１７の複合焼結体の構成相は、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。実施例１３～１７のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上であった。

【0080】

実施例１３～１７では、７００℃における体積抵抗率は１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であり、相対エッチングレートは０．５以下であり、６００℃における熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例１３～１７の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。実施例１３～１４から、添加物はＭｇＡｌ_２Ｏ_４に限らず、Ａｌ_２Ｏ_３とＭｇＯとの混合物でもよく、さらにＡｌ_２Ｏ_３は原料ＡｌＮを酸化させることにより生成されてもよいことがわかる。また、実施例１４～１７から、原料中に０．５～２．０重量部のＺｒＯ_２を添加した場合であっても、生成される複合焼結体の特性に与える影響はほとんどないことが分かる。

【0081】

＜実施例１８～１９＞
実施例１８～１９では、原料中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の量は実施例７と同じであり、ＭｇＯの量は実施例７よりも少ない。また、実施例１８～１９の焼成温度は、実施例７と同様に１７００℃である。実施例１８～１９の複合焼結体の構成相は、実施例７と同様に、ＡｌＮ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＺｒＮであった。実施例１８～１９のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上であった。

【0082】

実施例１８～１９では、７００℃における体積抵抗率は、１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であり、詳細には、１．０×１０^９Ω・ｃｍ以上であった。実施例１８～１９では、相対エッチングレートは０．３５以下であり、６００℃における熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。実施例１８～１９の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。

【0083】

実施例１９では、原料に添加されたＭｇＯの物質量は、ＡｌＮの粉末に不可避的に不純物として含まれているＡｌ_２Ｏ_３（すなわち、不純物Ａｌ_２Ｏ_３）の物質量よりも少ない。また、実施例１８では、原料に添加されたＭｇＯの物質量は、０である。しかしながら、実施例１８～１９では、比較例６とは異なり、原料に添加されたＭｇＡｌ_２Ｏ_４の物質量が比較的多いため、複合焼結体の特性に対する不純物Ａｌ_２Ｏ_３の影響が小さいと考えられる。したがって、複合焼結体に含まれるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は、理論値である８．０８３Åからほとんど変化せず、複合焼結体の体積抵抗率は、比較例６に比べて低下しなかったと考えられる。

【0084】

＜実施例１～１９＞
実施例１～１９の複合焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％～７０重量％であった。また、実施例１～１９の複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であった。実施例１～１９の複合焼結体の相対密度は、９９．５％以上（詳細には、９９．７％以上）であった。

【0085】

＜構成相の比較＞
図３および図４はそれぞれ、比較例４および実施例２の複合焼結体について、構成相を上記Ｘ線回折装置により同定した際のＸ線回折パターンを示す。比較例４では、２θ＝３２°、３５°および４９°近傍において、非晶質による散乱光に対応するハローが現れている。当該非晶質は、原料中のＡｌＮと余剰ＭｇＯ（すなわち、ＡｌＮに固溶しないＭｇＯ）とが焼成により反応して生成されたＭｇＡｌＯＮ等と考えられる。比較例４の複合焼結体では、当該非晶質を含むことにより体積抵抗率および熱伝導率の低下が生じていると考えられる。一方、実施例２では、比較例４のようなハローは現れておらず、Ｍｇ成分は安定なＭｇＡｌ_２Ｏ_４結晶相として複合焼結体中に存在している。このため、実施例２の複合焼結体では、高い体積抵抗率および熱伝導率が実現されると考えられる。

【0086】

図５および図６はそれぞれ、比較例３および実施例６の複合焼結体について、ＦＥ－ＥＰＭＡ（電界放出型電子線マイクロアナライザ）により得たＭｇの元素マッピング像（倍率３０００倍）である。元素マッピング像は、濃度に応じて、赤・橙・黄・黄緑・緑・青・藍に色分けされており、赤が最も高濃度、藍が最も低濃度、黒はゼロを表す。しかし、図５および図６はモノクロで表示されているため、以下に図５および図６の本来の色について説明する。図５の比較例３では、地色が藍色～青色であり、１つの点状の部分が黄緑色～赤色であった。当該点状の部分はＭｇＯに対応し、地色の部分はＡｌＮに固溶したＭｇに対応する。図６の実施例６では、地色が藍色～青色であり、複数の島状の部分が黄緑色～赤色であった。当該複数の島状の部分はＭｇＡｌ_２Ｏ_４に対応し、地色の部分はＡｌＮに固溶したＭｇに対応する。

【0087】

以上に説明したように、上述の複合焼結体は、ＡｌＮと、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４とを備える。複合焼結体の開気孔率は、０．１％未満である。複合焼結体の相対密度は、９９．５％以上である。複合焼結体におけるＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４の合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下である。複合焼結体におけるＭｇＡｌ_２Ｏ_４の含有率は、１５重量％以上かつ７０重量％以下である。このように、当該複合焼結体では、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の高い含有率（１５重量％以上）と、高い相対密度（９９．５％以上）とを両立させることができる。これにより、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する高密度の複合焼結体を提供することができる。

【0088】

具体的には、１００重量％のＡｌＮを含む焼結体（すなわち、ＡｌＮからなる焼結体）のプラズマエッチングレートを１とした場合、上記複合焼結体のプラズマエッチングレート（すなわち、相対エッチングレート）は０．５以下であることが好ましい。これにより、複合焼結体において、高いプラズマ耐食性を実現することができる。当該相対エッチングレートは、より好ましくは０．３５以下である。

【0089】

複合焼結体の７００℃における体積抵抗率は、７．０×１０^７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。これにより、複合焼結体を介した電流のリークを防止または抑制することができる。当該体積抵抗率は、より好ましくは１．０ｘ１０^８Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは３．０ｘ１０^８Ω・ｃｍ以上である。

【0090】

複合焼結体の６００℃における熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。これにより、複合焼結体を介した基板９の加熱を効率良く、かつ、場所による温度ばらつきを小さく抑制して行うことができる。当該熱伝導率は、より好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、さらに好ましくは３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

【0091】

上述のように、複合焼結体における構成結晶相としてのＭｇＯの含有率は、実質的に０重量％であることが好ましい。上述の比較例８と他の実施例からも分かるように、これにより、複合焼結体におけるＭｇＯの含有率が０重量％よりも大きい場合に比べて、複合焼結体の体積抵抗率を高くすることができる。

【0092】

複合焼結体では、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は、８．０７５Å以上であることが好ましい。このように、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４中のＭｇＯの比率を高くすることにより、上述の比較例６と他の実施例からも分かるように、複合焼結体の体積抵抗率を高くすることができる。

【0093】

複合焼結体では、ＡｌＮにＭｇが固溶していることが好ましい。これにより、複合焼結体の体積抵抗率を高くすることができる。

【0094】

上述のように、複合焼結体は、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有するため、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材に適している。複合焼結体は、特に、ハイパワーエッチング装置等の高出力半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材に適している。当該複合焼結体を用いて作成される半導体製造装置部材の好適な一例として、上述のサセプター１が挙げられる。サセプター１は、上述のように、複合焼結体を用いて作成された本体部２１と、本体部２１の内部に配置される抵抗発熱体２２および内部電極２３とを備える。

【0095】

上述のように、複合焼結体の製造方法は、ＡｌＮと、ＭｇおよびＡｌを含む添加物と、を混合した混合粉末を所定形状の成形体に成形する工程（ステップＳ１１）と、当該成形体をホットプレス焼成してＡｌＮおよびＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含む複合焼結体を生成する工程（ステップＳ１２）とを備える。ステップＳ１１において、混合粉末におけるＡｌＮおよび添加物の合計含有率は、９５重量％以上かつ１００重量％以下である。また、混合粉末は、ＭｇＯ換算で５重量％～１８重量％のＭｇと、Ａｌ_２Ｏ_３換算で１０重量％～４４重量％のＡｌと、を含む。これにより、高いプラズマ耐食性、高い体積抵抗率、および、高い熱伝導率を有する複合焼結体を好適に製造することができる。また、上述のように、高密閉性のホットプレスダイスを用いてホットプレス焼成を行うことにより、Ｍｇの揮発を抑制し、高密度の複合焼結体を好適に製造することができる。

【0096】

上述のように、ステップＳ１１において、添加物はＭｇＡｌ_２Ｏ_４およびＭｇＯを含むことが好ましい。実施例１～１２，１９からも分かるように、これにより、上述の複合焼結体を容易に製造することができる。

【0097】

また、ステップＳ１１において、添加物はＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３を含むことが好ましい。実施例１３～１７からも分かるように、この場合も、上述の複合焼結体を容易に製造することができる。

【0098】

上述の複合焼結体、半導体製造装置部材、および、複合焼結体の製造では様々な変形が可能である。

【0099】

本発明の関連技術では、上述の複合焼結体における構成結晶相としてのＭｇＯの含有率は、０重量％よりも大きくてもよい。

【0100】

本発明の関連技術では、複合焼結体中のＭｇＡｌ_２Ｏ_４の格子定数は、８．０７５Å未満であってもよい。

【0101】

複合焼結体では、ＡｌＮにＭｇは固溶していなくてもよい。

【0102】

１００重量％のＡｌＮを含む焼結体のプラズマエッチングレートを１とした場合、上述の複合焼結体のプラズマエッチングレートは０．５よりも大きくてもよい。

【0103】

複合焼結体の７００℃における体積抵抗率は、７．０ｘ１０^７Ω・ｃｍ未満であってもよい。

【0104】

複合焼結体の６００℃における熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であってもよい。

【0105】

複合焼結体の製造方法では、上記添加物は必ずしもＭｇＯを含んでいる必要はなく、添加物におけるＭｇＯの含有率は、実質的に０重量％であってもよい。

【0106】

サセプター１では、抵抗発熱体２２および内部電極２３のうち一方のみが設けられてもよい。内部電極２３は、静電チャック用の電極であってもよい。あるいは、サセプター１では、プラズマ処理用のＲＦ電極である内部電極２３に加えて、静電チャック用の電極も本体部２１の内部に配置されてもよい。

【0107】

サセプター１では、本体部２１の下面２１２の中央部から下方に延びる略柱状のシャフト部が設けられてもよい。

【0108】

サセプター１では、本体部２１の一部（例えば、本体部２１の上面２１１のみ、または、本体部２１の表面全体のみ）が、上述の複合焼結体により作製されていてもよい。この場合、本体部２１の他の部分は、当該複合焼結体とは異なる材料（例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４を実質的に含んでいないＡｌＮ焼結体）により形成される。

【0109】

上述の複合焼結体は、サセプター１以外にも、半導体製造装置に設けられる他の半導体製造装置部材（例えば、リング、ドーム等）の作製に用いられてよい。また、当該複合焼結体により半導体製造装置以外の装置にて使用される部材が作製されてもよい。例えば、複合焼結体は、半導体基板以外の基板を支持するサセプターの作製に用いられてもよく、対象物を加熱するセラミックヒーターの作製に用いられてもよい。

【0110】

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

【0111】

発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本発明は、半導体製造装置に関する分野、例えば、半導体基板を支持するサセプターの製造に利用可能である。

【符号の説明】

【0113】

１ サセプター
９ 基板
２１ 本体部
２２ 抵抗発熱体
２３ 内部電極
２１１ （本体部の）上面
Ｓ１１～Ｓ１２ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】