(57)【要約】加熱装置１１Ａは、半導体を加熱する加熱面１２ａを有するサセプター１２Ａを備える。サセプター１２Ａが、板状本体部１３と加熱面に面する表面耐食層１４とを備えている。表面耐食層１４が、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とする。
2012056917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を加熱する加熱面を有するサセプターを備えている加熱装置であって、
前記サセプターが、板状本体部と前記加熱面に面する表面耐食層とを備えており、前記表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、加熱装置。
【請求項２】
前記サセプターが、前記板状本体部の背面を被覆する背面被覆層を備えており、この背面被覆層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記サセプターが、前記板状本体部の側面を被覆する側面耐食層を備えており、この側面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫａ線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
前記表面耐食層、前記背面被覆層および前記側面耐食層のうち少なくとも一つと前記板状本体部との間に設けられる中間層を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記サセプターの背面に接合されている支持部を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記支持部が前記セラミックス材料からなることを特徴とする、請求項５記載の加熱装置。
【請求項７】
前記板状本体部の内部に埋設されている発熱体、および前記支持部の内側空間に収容されており、前記発熱体に電気的に接続されている電力供給部材を備えていることを特徴とする、請求項５または６記載の加熱装置。
【請求項８】
前記２θは４７〜４９°である、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記セラミックス材料が、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れる、請求項９記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れる、請求項１０記載の加熱装置。
【請求項１２】
前記セラミックス材料がＡｌＮ結晶相を含まない、請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記板状本体部が、窒化アルミニウム、酸化イットリウムまたは酸化アルミニウムを主相とするセラミックスからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を加熱する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造におけるドライプロセスやプラズマコーティングなどに用いられる半導体製造装置には、エッチング用やクリーニング用として、反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマが使用される。このため、そのような半導体製造装置に組み付けられる部材には、高い耐食性が要求され、一般的にはアルマイト処理を施したアルミニウムやハステロイ等の高耐食金属やセラミックス部材が使用される。特にＳｉウエハを支持固定する静電チャック材やヒーター材には高耐食と低発塵性が必要なため、窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア等の高耐食セラミックス部材が用いられている。これらの材料では長期間の使用によって徐々に腐食が進行して発塵原因となるため、更なる高耐食材料が求められている。このような要求に応えるべく、材料としてアルミナ等より高耐食であるマグネシアやスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、それらの複合材を用いることが検討されている（例えば特許文献１：特許第３５５９４２６号公報）。
また、ウエハを加熱するために用いられるセラミックスヒーターが知られている。こうしたセラミックスヒーターにおいては、ウエハを均一に加熱できるよう、ヒーターの温度均一性が要求される。例えば、特許文献２（特開平８−７３２８０）には、抵抗発熱体を窒化アルミニウム質セラミックスプレートに埋設し、窒化アルミニウム質のシャフトをプレートに接合したセラミックスヒーターが開示されている。特許文献３（特開２００３−２８８９７５号公報）においては、シャフト付きのヒーターにおいて、更に抵抗発熱体における金属炭化物の量を少なくすることで、抵抗発熱体の場所ごとの炭化物量のばらつきを少なくして加熱面の温度分布を小さくすることが記載されている。
【発明の開示】
【０００３】
通常、半導体製造プロセスはウエハの汚染防止の為、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスを装置クリーニングに用いている。又、ウエハ上に均一に成膜を行う為、ウエハ上の温度均一性が求められる。半導体製造装置内でＳｉウエハを保持し更に加温する部材として、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）製のセラミックヒータが既存技術として広く用いられており、使用初期には良好なウエハ上温度均一性を示す事が出来る。しかし、腐食性ガスによるクリーニングによって、ＡｌＮが腐食され、ヒータ表面の形状や粗さが変化してしまう事により、使用期間が経過するに従って温度分布が変化し、温度均一性が保てなくなるという問題があった。
本発明の課題は、半導体処理に使用するセラミック加熱装置において、ハロゲン系腐食性ガスまたそのプラズマ雰囲気下で使用したときのパーティクルを少なくし、良好な温度均一性を長期間にわたって保持できるようにすることである。
本発明は、半導体を加熱する加熱面を有するサセプターを備えている加熱装置であって、
サセプターが、板状本体部と加熱面に面する表面耐食層とを備えており、表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする。
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相としているが、窒化アルミニウムと比較して、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスに対する耐食性に優れている。このセラミックス材料によってサセプターの表面耐食層を形成すると、腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する事が可能となった。
また、板状本体部を前記セラミックス材料と別の熱伝導性のより高い材質で形成することが可能であり、これによって、サセプターの平面方向の熱伝導を促進することで、ウエハ上温度均一性を、より一層向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、実験例１のＸＲＤ解析チャートである。
図２は、実験例１，４のＥＰＭＡ元素マッピング像である。
図３は、実験例７のＸＲＤ解析チャートである。
図４は、実験例１０のＸＲＤ解析チャートである。
図５は、参考形態に係る加熱装置を概略的に示す断面図である。
図６は、参考形態に係る加熱装置の外観を概略的に示す正面図である。
図７は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ａを概略的に示す断面図である。
図８は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ａの外観を概略的に示す正面図である。
図９は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｂを概略的に示す断面図である。
図１０は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｃを概略的に示す断面図である。
図１１は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｄを概略的に示す断面図である。
図１２は、本発明の実施形態に係る加熱装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下、本発明で用いる新規なセラミックス材料を説明し、次いで加熱装置の構成を説明する。
［セラミックス材料］
本発明者らは、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を成形後ホットプレス焼成することにより得られるセラミックス材料の耐食性を鋭意検討したところ、特定位置にＸＲＤピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物を主相とするセラミックス材料が非常に高い耐食性を示すことを見いだした。
すなわち、本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。
本発明のセラミックス材料は、耐食性がスピネルと同等かそれよりも高い。このため、本発明のサセプターは、半導体製造プロセスにおいて使用される反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマに長期間耐えることができ、この部材からの発塵量を低減することができる。しかも，腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する。
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とし、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、ハロゲン系プラズマに対する耐食性がスピネルと同等かそれより高いため、この酸窒化物を主相とする本発明のセラミックス材料も耐食性が高くなったと考えられる。また、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、スピネルと同等の耐食性を持ちながらスピネルよりも線熱膨張係数が低いものとすることもできる。
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相として含んでいてもよい。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体も耐食性が高いため、副相として含まれていても問題ない。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れるものとしてもよく、更に、（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れるものとしてもよい。（１１１）面のピークが他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合があることから、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークのみ上記範囲に現れるものとしてもよい。同様に、（２００）面または（２２０）面のピークも他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合がある。
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、副相としてＡｌＮ結晶相を含むと耐食性が低下する傾向があるため、ＡｌＮ結晶相は少ないことが好ましく、含まないことがより好ましい。また、スピネルは、アルミナやＡｌＮ結晶よりも耐食性が高いため、少量を含有してもよい。但し、スピネルは、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相、及びＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が劣るため、より少ないことが好ましい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、スピネルやＡｌＮ結晶相を少量含有していてもよい。
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０以上２以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．７５以上２以下であることがより好ましい。マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０未満であると窒化アルミニウム、スピネル、酸化アルミニウムのいずれかの生成量が多くなり、高耐食な特徴が失われることが懸念される。マグネシウム／アルミニウムのモル比が２を超えるとＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体が主相になりやすい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．０５以上１．５以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．１以上１以下であることがより好ましい。
本発明のセラミックス材料において、開気孔率は５％以下であることが好ましい。ここでは、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。開気孔率が５％を超えると、強度が低下するおそれや材料自身が脱粒によって発塵し易くなるおそれがあり、更に材料加工時等で気孔内に発塵成分がたまり易くなるため好ましくない。また、開気孔率は、できるだけゼロに近いほど好ましい。このため、特に下限値は存在しない。
本発明のセラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の線熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張を合わせる、または、熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。こうすれば、表面（第１構造体）のみを本発明の高い耐食性を有するセラミックス材料とし、下部（第２構造体）の基材に従来材料を使用することができる。特に、一体焼結においてこのような積層構造及び熱膨張調整は有効となる。なかでも、第２構造体の基材に窒化アルミニウムを主体とした材料を用いることにより、高熱伝導を維持することができ、高耐食であるセラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。このような構成は、特にヒーター内蔵型の半導体製造装置において有効である。
本発明のセラミックス材料は、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムのうち少なくとも１種を主相とする第２構造体と、を有する積層体に用いるものとしてもよい。また、この第１構造体と第２構造体とが積層又は接合された構造を有するものとしてもよい。こうすれば、耐食性の高い第１構造体と、第１構造体と異なる特性（例えば伝熱性や機械的強度など）を有する第２構造体とにより、耐食性に加えて他の特性をより高めることができる。ここで、第１構造体は、上記セラミックス材料によって形成された薄膜や板状体、層状体としてもよい。また、第２構造体は、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを主相とする薄膜や板状体、層状体としてもよい。なお、接合はどのような態様で行われたものでもよく、例えば焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。
このとき、第１構造体と第２構造体とが中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、中間層によって、例えば熱膨張率の違いによる第１構造体と第２構造体との剥離などをより抑制することができる。この中間層は、第１構造体と第２構造体との中間の性質を有する層としてもよい。この中間層は、例えば、第１構造体の主相と第２構造体の主相とを混合した層としてもよい。また、この中間層は、含有する成分、若しくは成分比の異なる複数の層を含むものとしてもよい。こうすれば、傾斜材料的な特性とすることができる。
また、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であり、第１構造体と第２構造体とが直接接合されていてもよい。こうすれば、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が小さいため、両構造体を高温で接合（例えば焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際にクラックや剥離が生じるおそれがない。
［セラミックス材料の製造］
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を、成形後焼成することにより製造することができる。例えば、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、酸化マグネシウムを１５質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。更には、酸化マグネシウムを３７質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くして温度均一性を高くするには、酸化マグネシウムを５質量％以上６０質量％以下、アルミナを６０質量％以下、窒化アルミニウムを９０質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。また、焼成温度は１７５０℃以上とすることが好ましい。焼成温度が１７５０℃未満では、目的とするマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が得られないおそれがあるため好ましくない。なお、焼成温度の上限は、特に限定するものではないが、例えば１８５０℃とか１９００℃としてもよい。また、焼成はホットプレス焼成を採用することが好ましく、ホットプレス焼成時のプレス圧力は、５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２で設定することが好ましい。焼成時の雰囲気は、酸化物原料の焼成に影響を及ぼさない雰囲気であることが好ましく、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましい。成形時の圧力は、特に制限するものではなく、形状を保持することのできる圧力に適宜設定すればよい。
［加熱装置］
好適な実施形態においては、本発明の加熱装置は、半導体を加熱する加熱面を有するサセプターおよびこのサセプターの背面に接合されている支持部を備えている。第５図〜第８図は、こうした加熱装置を概略的に例示するものである。第５図、第６図の加熱装置１は参考例であり、第７図、第８図の加熱装置１１Ａは実施例である。
サセプター２、１２Ａはプレート状であり、サセプター２、１２Ａの上面２ａ、１２ａは半導体加熱面である。半導体加熱面２ａ、１２ａは平坦である必要はなく、凹凸加工を行ったり、基板の大きさにあわせた溝を形成したり、パージガス用の溝を形成しても良い。サセプターの下面（背面）２ｂ、１２ｂには支持部３が接合されている。本例では支持部は管状であり、支持部３中に電力供給部材５が収容されている。電力供給部材は、サセプター内に埋設された発熱体４に接続されている。
サセプターは盤状であり、好ましくは略円盤状である。サセプターの大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径２８０〜３８０ｍｍ、厚さ８〜２０ｍｍである。また、サセプターと支持部との接合部分の外径は、特に限定するものではないが、直径として例えば６０〜１２０ｍｍである。支持部は、好ましくは途中に段差を有しており、段差を境にしてサセプター側が大径部３ａ、反対側が小径部３ｃとなっている。大径部３ａの端部及び小径部３ｃの端部には、それぞれフランジ３ｂ、３ｄが形成されている（ただし第５図の例にはフランジ３ｂがない）。そして、支持部はサセプターと中心軸が同軸となるように、大径部の端部がサセプターの背面に接合されている。
ここで、発熱体は、サセプター内に埋設されていることが好ましいが、サセプターに取り付けられていても良い。また、発熱体は、サセプターから離れた位置に設けられた赤外線加熱素子のような外部発熱体であってよい。
ここで、第５図、第６図の参考例では、サセプター２の全体が均質な材質からなる。これに対して、第７図、第８図の実施例では、サセプター１２Ａが、板状本体部１３と、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４とを備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃ、背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４を前記セラミックス材料によって形成する。発熱体４は板状本体部１３内に埋設されている。
また、第９図に示す加熱装置１１Ｂにおいては、サセプター１２Ｂが、板状本体部１３と、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４とを備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃ、背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４を前記セラミックス材料によって形成する。これとともに、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に中間層１７が設けられている。これによって、加熱と冷却とを反復したときにも、表面耐食層の板状本体部への剥離強度を維持する上で好ましい。
また、第１０図に示す加熱装置１１Ｃにおいては、サセプター１２Ｃが、板状本体部１３、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４、および板状本体部１３の側面１３ｃを被覆する側面耐食層１５を備えている。本例では、板状本体部１３の背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４および側面耐食層１５を前記セラミックス材料によって形成する。サセプター側面が腐蝕すると、パーティクルの原因となるだけでなく、側面からの熱放射特性が変化することでウエハ上温度均一性にも悪影響がある。本実施形態では、ウエハ側だけでなく、側面における腐蝕も抑制できる。なお、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に、前記のような中間層１７を設けることができる。また、側面耐食層１５と板状本体部１３の側面１３ｃとの間にも、前記のような中間層１７を設けることができる。
また、第１１図に示す加熱装置１１Ｄにおいては、サセプター１２Ｄが、板状本体部１３、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４、および板状本体部１３の背面１３ｂを被覆する背面被覆層１６を備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４および背面被覆層１６を前記セラミックス材料によって形成する。なお、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に、前記のような中間層１７を設けることができる。また、背面被覆層１６と板状本体部１３の背面１３ｂとの間にも、前記のような中間層１７を設けることができる。
板状本体部の材質として、熱伝導率が前記セラミックス材料よりも高い材料を使用した場合には，板状本体部全体の熱伝導によってウエハ上温度均一性は向上する。しかし、この場合には、板状本体部１３の背面１３ｂ側からの放熱量も大きくなるので、不均等な熱放射によってウエハ上温度均一性がかえって劣化する可能性がある。本実施形態では、板状本体部の背面側に前記セラミックス材料からなる背面被覆層を設けているので、背面側の耐食を図れるだけでなく、サセプター背面側からの熱放射を全体に抑制し、ウエハ上温度均一性を一層改善できる。
本発明では、サセプターを前記セラミックス材料によって形成するが、支持部３（いわゆるシャフト）の材質は必ずしも限定はされず、以下を例示できる。
本出願のセラミックス材料、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル
好ましくは、支持部３の材質も前記セラミックス材料とする。ただし、この場合にも、サセプターを形成する前記セラミックス材料と、支持部を形成する前記セラミックス材料とは、同一組成である必要はなく、前記の範囲で互いに異なる組成であってよい。
発熱体は、例えば線状の導体を屈曲させ、巻回体に加工したものを使用可能である。発熱体の線径は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、コイル形状の場合には巻径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、ピッチは１ｍｍ〜７ｍｍ程度である。ここで「巻径」とは、発熱体を構成するコイルの内径を意味する。
発熱体の形状としては、コイル形状の他にも、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、印刷電極等の種々の形態を採用することもできる。なお、リフトピン等やパージガス用に設けられた貫通孔に隣接する部分では、発熱体１２を迂回させたりするなど、必要に応じてパターンの変形を行うことが望ましい。発熱体１２の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）等の高融点導電材料を好ましく使用できる。
加熱装置のサセプター内には、プラズマをサセプター上に発生させるための高周波電極を埋設することもできる。高周波電極の材質としては、前記の発熱体材料を転用できる。
［板状本体部および中間層の材質］
前記セラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。
具体的には、板状本体部の材質は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、スピネルを例示でき、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムが特に好ましい。
特に、窒化アルミニウムを主相とする材質によって板状本体部を形成することにより、高熱伝導を維持でき、高耐食である前記セラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。
板状本体部と各耐食層、背面被覆層との接合方法は特に限定されない。両者は、例えば一体焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。
こうした接着剤としては、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、Ａｌ合金接着剤を例示できる。
好適な実施形態においては、耐食層、背面被覆層と板状本体部との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である。この場合には、耐食層、背面被覆層と板状本体部とを高温で接合（例えば一体焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際に、クラックや剥離が生じるおそれがない。
前述したように、板状本体部と各耐食層、背面被覆層とは、中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、例えば熱膨張率の違いによる耐食層、背面被覆層の剥離を、いっそう抑制することができる。この中間層は、耐食層、背面被覆層と板状本体部との中間の性質を有する層とする。
具体的には、中間層は、前記セラミックス材料と、板状本体部の材料との混合物を焼結した複合セラミックスであってよい。
また、中間層を複数層形成することができ、各中間層の組成を互いに異ならせることによって、傾斜材料層を形成することができる。
［ハロゲン系腐食性ガス］
本発明のサセプターは、ハロゲン系腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐蝕性に優れているが、特に以下のハロゲン系腐食性ガスまたはその混合物またはこれらのプラズマに対する耐蝕性が特に優れている。
ＮＦ３、ＣＦ４、ＣｌＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒ
【実施例】
【０００６】
［セラミックス材料の製造と評価］
以下に、本発明の好適な適用例について説明する。ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＡｌＮ原料は、純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。なお、ＭｇＯ原料は、純度９９質量％以上のものを使用した場合でも純度９９．９質量％以上のものを使用した場合と同等のセラミックス材料が作製できた。
１．セラミックス材料
まず、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料について説明する（実験例１〜１９）。なお、実験例１〜３、６〜１６が本発明の実施例に相当し、実験例４，５，１７〜１９が比較例に相当する。
［実験例１〜３］
・調合
ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
・成形
調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で一軸加圧成形し、直径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２とし、表１に示す焼成温度（最高温度）で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。
［実験例４］
ＭｇＯ原料及びＡｌ２Ｏ３原料を、表１に示す質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例５］
焼成温度を１６５０℃に設定した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例６〜１２］
ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［実験例１３〜１９］
ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とし、焼成雰囲気をＮ２にした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
［評価］
実験例１〜１９で得られた各材料を各種評価用に加工し、以下の評価を行った。各評価結果を表１に示す。なお、実験例１〜１９では、直径５０ｍｍのサンプルも作製したが、それらについても表１と同様の評価結果が得られた。
（１）嵩密度・開気孔率
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
（２）結晶相評価
材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５−７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製  Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。
（３）エッチングレート
各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の耐食試験を行った。段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより各材料のエッチングレートを算出した。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、導入ガス：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ  ０．０５Ｔｏｒｒ（６．６７Ｐａ）、暴露時間：１０ｈ、試料温度：室温
（４）構成元素
ＥＰＭＡを用いて、構成元素の検出及び同定と、各構成元素の濃度分析を行った。
（５）平均線熱膨張係数（４０〜１０００℃）
ディラトメーター（ブルカー・エイエックスエス製）を用いてアルゴン雰囲気中で測定した。
（６）曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠した曲げ強度試験によって測定した。
（７）体積抵抗率測定
ＪＩＳ−Ｃ２１４１に準じた方法により、大気中、室温（２５℃）にて測定した。試験片形状は、直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は２ｋＶ／ｍｍとし、電圧印加後１分時の電流値を読み取り、その電流値から室温体積抵抗率を算出した。また、実験例７と実験例１９（ＭｇＯ焼結体）について、真空下（０．０１Ｐａ以下）、６００℃にて測定した。試験片形状は直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとし、電圧印加後１時間時の電流値を読み取り、その電流値から体積抵抗率を算出した。なお、表１の体積抵抗率において、「ａＥｂ」はａ×１０ｂを表し、例えば「１Ｅ１６」は１×１０１６を表す。
［評価結果］
図１に実験例１のＸＲＤ解析チャートを示す。なお、実験例２，３のＸＲＤ解析チャートは実験例１とほぼ同じだったため、図示を省略する。また、実験例１〜１９で検出された結晶相をまとめて表１に示す。図１に示すように、実験例１〜３のセラミックス材料のＸＲＤ解析チャートは、同定不能な複数のピーク（図１中□）と酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体のピーク（図１中○）で構成されていた。同定不能ピーク（□）はマグネシア、スピネル、窒化アルミニウムのいずれにも合致しない２θ＝４７〜４９°（４７〜５０°）にピークを有しており、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物と推定された。なお、これらのマグネシウム−アルミニウム酸窒化物のピークは、例えば、参考文献１（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，９３［２］３２２−３２５（２０１０））や参考文献２（特開２００８−１１５０６５）に示されているＭｇＡｌＯＮ（又はマグアロン）のピークとは一致しない。一般に、これらのＭｇＡｌＯＮはスピネルにＮ成分が固溶したものとして知られており、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物とは異なる結晶構造を有すると考えられる。
ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークは、酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°，４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れた。図２に実験例１のＥＰＭＡ元素マッピング像を示す。図２より、実験例１は図１に示したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（ｘ部）とＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（ｙ部）の２相で構成されることが確認され、前者が主相であることが分かった。ここで、主相とは、体積割合において５０％以上を有する成分をいい、副相とは、主相以外でＸＲＤピークが同定された相をいう。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とする。図２より、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約６６％であり、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。なお、ｘ部がマグネシウム−アルミニウム酸窒化物であると特定した根拠は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ、Ｎの４成分で構成され、実験例４のスピネル材（ｚ部）と比較してＭｇ、Ｎ濃度は高く、Ａｌ濃度は同程度、Ｏ濃度は低かったからである。すなわち、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物はスピネルよりも多くのＭｇを含む特徴がある。その他の実験例についても同様の解析を行い、例えば実験例１０のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約８７％であり、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。また、ここでは、一例として、主相と副相との判定をＥＰＭＡ元素マッピングにて行うものとしたが、各相の体積割合を識別できる方法であれば、他の方法を採用してもよい。
なお、ＥＰＭＡ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２はモノクロで表示されているため、以下に図２の本来の色について説明する。実験例１では、Ｍｇはｘ部が黄緑でｙ部が赤、Ａｌはｘ部が橙でｙ部が青、Ｎはｘ部が橙でｙ部が青、Ｏはｘ部が水色でｙ部が橙だった。実験例４では、Ｍｇは全体（ｚ部）が緑、Ａｌは全体が橙、Ｎは全体が黒、Ｏは全体が赤だった。
また、実験例４では、窒化アルミニウムを用いなかったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相としてスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を含むものであった。実験例５では、焼成温度が低かったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相として酸化マグネシウム、副相としてスピネルや窒化アルミニウムを含むものであった。図３に実験例７のＸＲＤ解析チャートを示し、図４に実験例１０のＸＲＤ解析チャートを示す。図３、４より、実験例７，１０共に２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）にピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（図中□）が主として検出され、実験例７はスピネル（図中△）、実験例１０はＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（図中○）を副相とすることが分かった。なお、実験例６，８，９，１１，１２については、ＸＲＤ解析チャートの図示を省略し、主相と副相を表１に示した。
そして、実験例１〜３、６〜８のセラミックス材料のエッチングレートは、実験例４の８０％以下、実験例９〜１２のエッチングレートは、実験例４の９０％以下という低い値であり、耐食性が非常に高いものであることがわかった。実験例５は耐食性が低いスピネルや窒化アルミニウムを多く含むため、エッチングレートが高くなった。なお、実験例１８に示したアルミナのエッチングレートは、実験例４のセラミックス材料（スピネル）よりも更に高い値である。また、実験例１〜３，６〜８のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
また、高温でのエッチングレートも測定した。ここでは、実験例２及び実験例１０のセラミックス材料について、各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の高温での耐食試験を行った。そして、段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより、各材料のエッチングレートを算出した。その結果、各材料のエッチングレートは、アルミナの１／３倍以下、窒化アルミニウムの１／５倍以下、スピネルと同レベルであり、高温下でのプラズマ耐食性も良好であった。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：なし、導入ガス：ＮＦ３／Ａｒ＝３００／３００ｓｃｃｍ  ０．１Ｔｏｒｒ、暴露時間：５ｈ、試料温度：６５０℃
実験例１２〜１６のセラミックス材料では、エッチングレートが実験例４のスピネルとほぼ同等（２１２〜２７０ｎｍ／ｈ）であり、線熱膨張係数がスピネルより低かった（５．８〜６．９ｐｐｍ／Ｋ）。つまり、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数が低いものであるといえ、静電チャック材やヒーター材、特にヒーター材として有用といえる。なお、実験例１７は、原料組成を実験例６と同一としたが、焼成温度が低かったため、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物ではなくスピネルが主相となったため、実験例６に比べて耐食性が低くなると共に線熱膨張係数が高くなった。また、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
また、実験例７と実験例１９の６００℃での体積抵抗率はそれぞれ５×１０８Ωｃｍ、２×１０１２Ωｃｍであり、ＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするセラミックス材料はＭｇＯに比べて低い電気抵抗を有することがわかった。
以上のことから、実験例１〜３，６〜１６で作製したセラミックス材料も、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有すると予測される。
【表１】
2012056917.tif 000003
２．積層焼結
次に、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と第２構造体とを積層焼結した積層体について説明する（実験例２０〜２６）。なお、実験例２０〜２４が本発明の実施例に相当し、実験例２５，２６が比較例に相当する。
［実験例２０、２１］
実験例４，６〜１２のセラミックス材料は、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数が７〜９ｐｐｍ／Ｋであった。実験例２０，２１では、表２に示すように、実験例１０のセラミックス材料を第１構造体とすると共に、窒化アルミニウムを第２構造体とし、第１及び第２構造体を積層し直径５０ｍｍに成形した試料にて積層焼結を行った。この窒化アルミニウムには酸化イットリウムを焼結助剤として外配で５質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ２Ｏ３５質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［１］という）、または５０質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ２Ｏ３５０質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［２］という）を用いた。窒化アルミニウム、酸化イットリウム原料は、それぞれ純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１質量％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。また、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数は、ＡｌＮ［１］が５．７ｐｐｍ／Ｋ、ＡｌＮ［２］が６．２ｐｐｍ／Ｋであることから、第１構造体と第２構造体との間には熱膨張差が生じる。このため、第１構造体と第２構造体との間に、ＡｌＮ［１］あるいはＡｌＮ［２］と実験例１０の原料とを混合した中間層を設けた。この中間層により、熱膨張差を緩和することができる。中間層は、ＡｌＮ［１］を用いた実験例２０では、質量比２５：７５、５０：５０、７５：２５で混合した３層とし、ＡｌＮ［２］を用いた実験例２１では質量比４０：６０、６０：４０で混合した２層とした。以下、調合、成形、焼成の各工程について詳説する。
・調合
第１構造体の原料は、上記の実験例１０と同様の手法で作製した調合粉末を用いた。第２構造体の原料は、窒化アルミニウムを主相とし、以下のように調合した。第２構造体のＡｌＮ［１］では、まず、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５．０質量％の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。さらに、得られた調合粉末を４５０℃で５時間以上、大気雰囲気中で熱処理し、湿式混合中に混入したカーボン成分を焼失除去した。ＡｌＮ［１］を用いた積層体の中間層は、以下のように調合した。まず、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末とを質量比７５：２５（中間層１）、５０：５０（中間層２）、２５：７５（中間層３）の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。第２構造体のＡｌＮ［２］では、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５０質量％の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］と同様の方法で調合した。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体の中間層は、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末を質量比６０：４０（中間層１）、４０：６０（中間層２）の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］の場合と同様の方法で調合した。
・成形
最初に第２構造体の原料である窒化アルミニウム調合粉末を直径５０ｍｍの金型内に充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で一軸加圧成形した。窒化アルミニウム成形体は型抜きせず、その上部に窒化アルミニウム比が多い順に中間層の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で充填毎に一軸加圧成形した。最後に第１構造体の原料である実験例１０の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ２にて加圧成形を行った。ＡｌＮ［１］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×３層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２３ｍｍの円盤状成形体とした。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×２層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２２ｍｍの円盤状成形体とし、これら積層した円盤状成形体を焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
焼成用黒鉛モールドに収納した円盤状成形体をホットプレス焼成することにより、一体焼成したセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２とし、焼成温度１８００℃で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。なお、実験例２０、２１については焼成温度１７５０℃での焼成も実施した（実験例２０−１，２１−１）。
上述の製造方法で得られた焼結体は、ＡｌＮ［１］を用いた積層体（実験例２０，２０−１）、ＡｌＮ［２］を用いた積層体（実験例２１、２１−１）共に、上部が高耐食なマグネシウム−アルミニウム酸窒化物、焼結体の下部が高熱伝導な窒化アルミニウムを主とする焼結体で構成され、その中間に中間層が配置されていた。中間層は、第１構造体から第２構造体に近づくにつれてＡｌＮの含有量が高くなるように傾斜させたものである。これらの焼結体には、各層間のクラック、ヒビ等はなかった。これは、第１構造体と第２構造体との間に中間層を有することで焼成中の熱応力が回避されたと考えられた。また、基材である窒化アルミニウムの熱膨張率を制御することで、基材とマグネシウム−アルミニウム酸窒化物間に生じる熱応力が小さくなり、中間層を薄くすることができた。このような焼結体は、例えば、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。
［実験例２２〜２４］
実験例２２では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化アルミニウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２３では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化イットリウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２４では、表２に示すように、実験例１３のセラミックス材料を第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、中間層なしでＮ２雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２２〜２４のいずれにおいても、層間にクラックやヒビ等はみられなかった。また、実験例２２〜２４では、いずれも第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下と小さかったため、中間層なしでクラックやヒビ等の発生を防止することができた。これらの積層体も、実験例２０，２１と同様、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。なお、実験例２２〜２４においても、実験例２０，２０−１，２１、２１−１のように中間層を設けても構わない。
［実験例２５，２６］
実験例２５では、表２に示すように、アルミナを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ２雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２６では、表２に示すように、スピネルを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ２雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２５，２６のいずれにおいても、層間にクラックが発生した。これは、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が大き過ぎ、その結果、中間層を設けたにもかかわらず、熱膨張差によるクラックを防止しきれなかったと考えられる。
【表２】
2012056917.tif 000004
［加熱装置の製造と評価］
本発明に係るセラミックスヒーターの製造方法について、第７図〜第８図、第１２図を参照しつつ説明する（実験Ｎｏ．３〜６）。
（イ）  まず、サセプター（プレート）の材料調整を行う（Ｓ１０１）。表面耐食層１４の材料については、具体的には、ＭｇＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料及びＡｌＮ原料を秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合方法としては、例えば、トロンメルと呼ばれる容器そのものが回転する大型のボールミル装置を用いて行う。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
一方、板状本体部１３の材料については、窒化アルミニウムセラミックス粉末を成形用バインダと混合する。トロンメルによる混合の時間は、例えば３０分程度である。その後、スプレードライヤー（ＳＤ）などの造粒装置により、造粒を行い、造粒粉を得る。
（ロ）  次に、表面耐食層用の調合粉末を、機械プレスによって一軸加圧下で成形し、更に板状本体部用の造粒粉を加え、同じく機械プレスによって一軸加圧下で成形し、予備的な成形体を製造する（Ｓ１０２）。そして、この予備的な成形体内部に発熱体４及び電流導入端子部６を載置し、再び機械プレスによる成形を行う。
（ハ）  上記のようにして作られた積層成形体をホットプレス方式などの焼成炉に入れ、焼成を行う（Ｓ１０３）。ホットプレスは、カーボン治具内に原料粉末や成形体を充填、あるいは挿入し、３０〜５０ＭＰａの一軸加圧下で焼成するもので、通常の常圧焼結では、緻密化が困難なセラミックス材料の焼成に適する。このときの焼成条件は、焼成温度１６００℃〜２０００℃、圧力１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間２〜５時間である。
（ニ）  一方、支持部３（いわゆるシャフト）部分は、サセプターとは別途に製造される。まず、シャフトの材料調整を行う（Ｓ１０４）。具体的には、前記板状本体部の材料調整（Ｓ１０１）と同じようにして調合粉末を得る。得られた調合粉末を冷間等方圧プレス（冷間静水圧プレス：Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ，ＣＩＰ）などの焼成炉に入れ、焼成を行い、成形体を製造する（Ｓ１０５）。ＣＩＰとは、金型成形法により得られる一軸成形体に等方圧の成形処理を施す方法であり、成形体密度の向上とむらをなくすことができる。金型成形せずに、直接、ゴム型に原料粉末を充填しＣＩＰ処理を行い、成形体を得ることも可能である。こうして得られたシャフトの成形体を常圧焼成炉などにより焼成を行う（Ｓ１０６）。このときの焼成条件は、焼成温度１６００℃〜２０００℃、圧力１〜３０ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間１〜５時間である。そして、シャフトの外周やラッピングの加工を行う（Ｓ１０７）。
（ホ）  上記の手順で得られたサセプターとシャフトは、ダイレクトボンド法により、焼成炉内で接合される（Ｓ１０８）。このときの焼成条件は、焼成温度１４００℃〜２０００℃、圧力１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間２〜５時間である。接合後のセラミックスヒータは、側面加工が施され、接合炉によって端子の接合が行われる。その後、洗浄処理や温度均一性の評価などが行われる。
なお、表３の実験Ｎｏ．３、４、５、６において表面耐食層を形成した材質は、前記実施例（表１）における実験例１０のものである。
（比較例１の加熱装置）
比較例１（実験Ｎｏ．１）として、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）からサセプター２および支持部３を形成し、接合し、加熱装置を製造した。
（比較例２の加熱装置）
比較例２（実験Ｎｏ．２）として、表３の実験Ｎｏ．３、４、５、６において表面耐食層を形成した材質によって、サセプターを形成した。この材質は、前記実施例（表１）における実施例１２のものである。支持部３は、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）によって形成した。
［試験条件］
・耐食試験：ＩＣＰ：８００Ｗ，バイアス：４５０Ｗ，導入ガス：ＮＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ，０．０５Ｔｏｒｒ，暴露時間：１００ｈｒｓ．，試料温度：６００℃
・評価特性：上記の耐食試験前後における、ウエハ上温度均一性、パーティクル量、表面粗度
・温度均一性測定
各例の加熱装置を真空チャンバー内に設置し、温度測定用の黒体ウエハを加熱装置上に設置し、５５０℃に加熱し、各温度での黒体ウエハ表面の温度分布をチャンバー外部から赤外線放射温度計（ＩＲカメラ）で測定した。得られた温度分布から温度の最大値と最小値との差△Ｔを算出した。なお、ヒーターの各温度への加熱は、サセプターの背面に取り付けられた図示しない熱電対による温度制御により行った。
．パーティクル量
各例のセラミックヒータを真空チャンバー内に設置し、Ｓｉウエハをセラミックヒータ上に設置し、５５０℃に加熱した。加熱後のＳｉウエハのセラミックヒータ設置面側表面のパーティクル量をパーティクルカウンタを用いて測定した。なお、ヒーターの各温度への加熱は、セラミックスプレートの背面に取り付けられた図示しない熱電対による温度制御により行った。
．表面粗度
製品表面の粗さをテーラーホブソン粗さ測定器にて測定した。測定箇所は面内の内側と外側の任意の二箇所である。
【表３】
2012056917.tif 000005
実験Ｎｏ．１では、耐食試験前のウエハ上温度均一性は良好であるが、耐食試験後はパーティクルが増え、表面粗さが劣化するため、ウエハ上温度均一性が劣化する。実験Ｎｏ．２では、耐食試験後もウエハ上温度均一性が劣化しない点で極めて優れている。実験Ｎｏ．３〜６では、耐食試験後にウエハ上温度均一性が劣化しないというだけでなく、耐食試験前の初期のウエハ上温度均一性も実験Ｎｏ．２よりも優れている。
これらの作用効果は、半導体処理装置分野において画期的であり、産業上多大な利用を期待できることが明らかである。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。
【図１】
2012056917.tif 000006
【図３】
2012056917.tif 000007
【図４】
2012056917.tif 000008
【図５】
2012056917.tif 000009
【図６】
2012056917.tif 000010
【図７】
2012056917.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を加熱する加熱面を有するサセプターを備えている加熱装置であって、
前記サセプターが、板状本体部と表面耐食層とを備えており、前記表面耐食層の上面が前記加熱面を構成しており、前記表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、加熱装置
【請求項２】
前記サセプターが、前記板状本体部の背面を被覆する背面被覆層を備えており、この背面被覆層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記サセプターが、前記板状本体部の側面を被覆する側面耐食層を備えており、この側面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする、請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
前記表面耐食層、前記背面被覆層および前記側面耐食層のうち少なくとも一つと前記板状本体部との間に設けられる中間層を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記サセプターの背面に接合されている支持部を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記支持部が前記セラミックス材料からなることを特徴とする、請求項５記載の加熱装置。
【請求項７】
前記板状本体部の内部に埋設されている発熱体、および前記支持部の内側空間に収容されており、前記発熱体に電気的に接続されている電力供給部材を備えていることを特徴とする、請求項５または６記載の加熱装置。
【請求項８】
前記２θは４７〜４９°である、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記セラミックス材料が、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れる、請求項９記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れる、請求項１０記載の加熱装置。
【請求項１２】
前記セラミックス材料がＡｌＮ結晶相を含まない、請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【請求項１３】
前記板状本体部が、窒化アルミニウム、酸化イットリウムまたは酸化アルミニウムを主相とするセラミックスからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の加熱装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を加熱する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造におけるドライプロセスやプラズマコーティングなどに用いられる半導体製造装置には、エッチング用やクリーニング用として、反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマが使用される。このため、そのような半導体製造装置に組み付けられる部材には、高い耐食性が要求され、一般的にはアルマイト処理を施したアルミニウムやハステロイ等の高耐食金属やセラミックス部材が使用される。特にＳｉウエハを支持固定する静電チャック材やヒーター材には高耐食と低発塵性が必要なため、窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア等の高耐食セラミックス部材が用いられている。これらの材料では長期間の使用によって徐々に腐食が進行して発塵原因となるため、更なる高耐食材料が求められている。このような要求に応えるべく、材料としてアルミナ等より高耐食であるマグネシアやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、それらの複合材を用いることが検討されている（例えば特許文献１：特許第３５５９４２６号公報）。
【０００３】
また、ウエハを加熱するために用いられるセラミックスヒーターが知られている。こうしたセラミックスヒーターにおいては、ウエハを均一に加熱できるよう、ヒーターの温度均一性が要求される。例えば、特許文献２（特開平８−７３２８０）には、抵抗発熱体を窒化アルミニウム質セラミックスプレートに埋設し、窒化アルミニウム質のシャフトをプレートに接合したセラミックスヒーターが開示されている。特許文献３（特開２００３−２８８９７５号公報）においては、シャフト付きのヒーターにおいて、更に抵抗発熱体における金属炭化物の量を少なくすることで、抵抗発熱体の場所ごとの炭化物量のばらつきを少なくして加熱面の温度分布を小さくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５９４２６号公報
【特許文献２】特開平８−７３２８０
【特許文献３】特開２００３−２８８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、半導体製造プロセスはウエハの汚染防止の為、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスを装置クリーニングに用いている。又、ウエハ上に均一に成膜を行う為、ウエハ上の温度均一性が求められる。
半導体製造装置内でSiウエハを保持し更に加温する部材として、AlN（窒化アルミニウム）製のセラミックヒータが既存技術として広く用いられており、使用初期には良好なウエハ上温度均一性を示す事が出来る。しかし、腐食性ガスによるクリーニングによって、AlNが腐食され、ヒータ表面の形状や粗さが変化してしまう事により、使用期間が経過するに従って温度分布が変化し、温度均一性が保てなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、半導体処理に使用するセラミック加熱装置において、ハロゲン系腐食性ガスまたそのプラズマ雰囲気下で使用したときのパーティクルを少なくし、良好な温度均一性を長期間にわたって保持できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体を加熱する加熱面を有するサセプターを備えている加熱装置であって、
サセプターが、板状本体部と加熱面に面する表面耐食層とを備えており、前記表面耐食層の上面が前記加熱面を構成しており、表面耐食層がマグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料からなり、このセラミックス材料が、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相としているが、窒化アルミニウムと比較して、ハロゲン系ガス等の腐食性の強いガスに対する耐食性に優れている。このセラミックス材料によってサセプターの表面耐食層を形成すると、腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する事が可能となった。
【０００９】
また、板状本体部を前記セラミックス材料と別の熱伝導性のより高い材質で形成することが可能であり、これによって、サセプターの平面方向の熱伝導を促進することで、ウエハ上温度均一性を、より一層向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実験例１のＸＲＤ解析チャートである。
【図２】図２は、実験例１，４のＥＰＭＡ元素マッピング像である。
【図３】図３は、実験例７のＸＲＤ解析チャートである。
【図４】図４は、実験例１０のＸＲＤ解析チャートである。
【図５】図５は、参考形態に係る加熱装置を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、参考形態に係る加熱装置の外観を概略的に示す正面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ａを概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ａの外観を概略的に示す正面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｂを概略的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｃを概略的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る加熱装置１１Ｄを概略的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る加熱装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明で用いる新規なセラミックス材料を説明し、次いで加熱装置の構成を説明する。
【００１２】
［セラミックス材料］
本発明者らは、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を成形後ホットプレス焼成することにより得られるセラミックス材料の耐食性を鋭意検討したところ、特定位置にＸＲＤピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物を主相とするセラミックス材料が非常に高い耐食性を示すことを見いだした。
【００１３】
すなわち、本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。
【００１４】
本発明のセラミックス材料は、耐食性がスピネルと同等かそれよりも高い。このため、本発明のサセプターは、半導体製造プロセスにおいて使用される反応性の高いＦ、Ｃｌ等のハロゲン系プラズマに長期間耐えることができ、この部材からの発塵量を低減することができる。しかも，腐食環境下で長く使用されても、腐食による表面状態の変化を生じにくく、この結果として良好なウエハ上温度均一性を長期間にわたって発現する。
【００１５】
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とし、ＣｕＫα線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜５０°に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするものである。このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、ハロゲン系プラズマに対する耐食性がスピネルと同等かそれより高いため、この酸窒化物を主相とする本発明のセラミックス材料も耐食性が高くなったと考えられる。また、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物は、スピネルと同等の耐食性を持ちながらスピネルよりも線熱膨張係数が低いものとすることもできる。
【００１６】
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相を副相として含んでいてもよい。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体も耐食性が高いため、副相として含まれていても問題ない。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、ＣｕＫα線を用いたときの（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れるものとしてもよく、更に、（１１１）面のＸＲＤピークが酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°に現れるものとしてもよい。（１１１）面のピークが他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合があることから、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークのみ上記範囲に現れるものとしてもよい。同様に、（２００）面または（２２０）面のピークも他の結晶相のピークとの判別を行いにくい場合がある。
【００１７】
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、副相としてＡｌＮ結晶相を含むと耐食性が低下する傾向があるため、ＡｌＮ結晶相は少ないことが好ましく、含まないことがより好ましい。また、スピネルは、アルミナやＡｌＮ結晶よりも耐食性が高いため、少量を含有してもよい。但し、スピネルは、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相、及びＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が劣るため、より少ないことが好ましい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、スピネルやＡｌＮ結晶相を少量含有していてもよい。
【００１８】
本発明のセラミックス材料は、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０以上２以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．７５以上２以下であることがより好ましい。マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．２０未満であると窒化アルミニウム、スピネル、酸化アルミニウムのいずれかの生成量が多くなり、高耐食な特徴が失われることが懸念される。マグネシウム／アルミニウムのモル比が２を超えるとＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体が主相になりやすい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くするには、原料粉末中のマグネシウム／アルミニウムのモル比が０．０５以上１.５以下であることが好ましいが、マグネシウム／アルミニウムのモル比が０．１以上１以下であることがより好ましい。
【００１９】
本発明のセラミックス材料において、開気孔率は５％以下であることが好ましい。ここでは、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。開気孔率が５％を超えると、強度が低下するおそれや材料自身が脱粒によって発塵し易くなるおそれがあり、更に材料加工時等で気孔内に発塵成分がたまり易くなるため好ましくない。また、開気孔率は、できるだけゼロに近いほど好ましい。このため、特に下限値は存在しない。
【００２０】
本発明のセラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の線熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張を合わせる、または、熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。こうすれば、表面（第１構造体）のみを本発明の高い耐食性を有するセラミックス材料とし、下部（第２構造体）の基材に従来材料を使用することができる。特に、一体焼結においてこのような積層構造及び熱膨張調整は有効となる。なかでも、第２構造体の基材に窒化アルミニウムを主体とした材料を用いることにより、高熱伝導を維持することができ、高耐食であるセラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。このような構成は、特にヒーター内蔵型の半導体製造装置において有効である。
【００２１】
本発明のセラミックス材料は、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムのうち少なくとも１種を主相とする第２構造体と、を有する積層体に用いるものとしてもよい。また、この第１構造体と第２構造体とが積層又は接合された構造を有するものとしてもよい。こうすれば、耐食性の高い第１構造体と、第１構造体と異なる特性（例えば伝熱性や機械的強度など）を有する第２構造体とにより、耐食性に加えて他の特性をより高めることができる。ここで、第１構造体は、上記セラミックス材料によって形成された薄膜や板状体、層状体としてもよい。また、第２構造体は、窒化アルミニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムを主相とする薄膜や板状体、層状体としてもよい。なお、接合はどのような態様で行われたものでもよく、例えば焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。
【００２２】
このとき、第１構造体と第２構造体とが中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、中間層によって、例えば熱膨張率の違いによる第１構造体と第２構造体との剥離などをより抑制することができる。この中間層は、第１構造体と第２構造体との中間の性質を有する層としてもよい。この中間層は、例えば、第１構造体の主相と第２構造体の主相とを混合した層としてもよい。また、この中間層は、含有する成分、若しくは成分比の異なる複数の層を含むものとしてもよい。こうすれば、傾斜材料的な特性とすることができる。
【００２３】
また、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であり、第１構造体と第２構造体とが直接接合されていてもよい。こうすれば、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が小さいため、両構造体を高温で接合（例えば焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際にクラックや剥離が生じるおそれがない。
【００２４】
［セラミックス材料の製造］
本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムとアルミナと窒化アルミニウムとの混合粉末を、成形後焼成することにより製造することができる。例えば、スピネルと同等かそれよりも高い耐食性を得るには、酸化マグネシウムを１５質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。更には、酸化マグネシウムを３７質量％以上６６．２質量％以下、アルミナを６３質量％以下、窒化アルミニウムを５７．７質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。一方、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数を低くして温度均一性を高くするには、酸化マグネシウムを５質量％以上６０質量％以下、アルミナを６０質量％以下、窒化アルミニウムを９０質量％以下となるように混合した粉末を成形後焼成してもよい。また、焼成温度は１７５０℃以上とすることが好ましい。焼成温度が１７５０℃未満では、目的とするマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が得られないおそれがあるため好ましくない。なお、焼成温度の上限は、特に限定するものではないが、例えば１８５０℃とか１９００℃としてもよい。また、焼成はホットプレス焼成を採用することが好ましく、ホットプレス焼成時のプレス圧力は、５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2で設定することが好ましい。焼成時の雰囲気は、酸化物原料の焼成に影響を及ぼさない雰囲気であることが好ましく、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましい。成形時の圧力は、特に制限するものではなく、形状を保持することのできる圧力に適宜設定すればよい。
【００２５】
［加熱装置］
好適な実施形態においては、本発明の加熱装置は、半導体を加熱する加熱面を有するサセプターおよびこのサセプターの背面に接合されている支持部を備えている。第５図〜第８図は、こうした加熱装置を概略的に例示するものである。第５図、第６図の加熱装置１は参考例であり、第７図、第８図の加熱装置１１Ａは実施例である。
【００２６】
サセプター２、１２Ａはプレート状であり、サセプター２、１２Ａの上面２ａ、１２ａは半導体加熱面である。半導体加熱面２ａ、１２ａは平坦である必要はなく、凹凸加工を行ったり、基板の大きさにあわせた溝を形成したり、パージガス用の溝を形成しても良い。サセプターの下面（背面）２ｂ、１２ｂには支持部３が接合されている。本例では支持部は管状であり、支持部３中に電力供給部材５が収容されている。電力供給部材は、サセプター内に埋設された発熱体４に接続されている。
【００２７】
サセプターは盤状であり、好ましくは略円盤状である。サセプターの大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径２８０〜３８０ｍｍ、厚さ８〜２０ｍｍである。また、サセプターと支持部との接合部分の外径は、特に限定するものではないが、直径として例えば６０〜１２０ｍｍである。支持部は、好ましくは途中に段差を有しており、段差を境にしてサセプター側が大径部３ａ、反対側が小径部３ｃとなっている。大径部３ａの端部及び小径部３ｃの端部には、それぞれフランジ３ｂ、３ｄが形成されている（ただし第５図の例にはフランジ３ｂがない）。そして、支持部はサセプターと中心軸が同軸となるように、大径部の端部がサセプターの背面に接合されている。
【００２８】
ここで、発熱体は、サセプター内に埋設されていることが好ましいが、サセプターに取り付けられていても良い。また、発熱体は、サセプターから離れた位置に設けられた赤外線加熱素子のような外部発熱体であってよい。
【００２９】
ここで、第５図、第６図の参考例では、サセプター２の全体が均質な材質からなる。これに対して、第７図、第８図の実施例では、サセプター１２Ａが、板状本体部１３と、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４とを備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃ、背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４を前記セラミックス材料によって形成する。発熱体４は板状本体部１３内に埋設されている。
【００３０】
また、第９図に示す加熱装置１１Ｂにおいては、サセプター１２Ｂが、板状本体部１３と、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４とを備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃ、背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４を前記セラミックス材料によって形成する。これとともに、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に中間層１７が設けられている。これによって、加熱と冷却とを反復したときにも、表面耐食層の板状本体部への剥離強度を維持する上で好ましい。
【００３１】
また、第１０図に示す加熱装置１１Ｃにおいては、サセプター１２Ｃが、板状本体部１３、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４、および板状本体部１３の側面１３ｃを被覆する側面耐食層１５を備えている。本例では、板状本体部１３の背面１３ｂは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４および側面耐食層１５を前記セラミックス材料によって形成する。サセプター側面が腐蝕すると、パーティクルの原因となるだけでなく、側面からの熱放射特性が変化することでウエハ上温度均一性にも悪影響がある。本実施形態では、ウエハ側だけでなく、側面における腐蝕も抑制できる。なお、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に、前記のような中間層１７を設けることができる。また、側面耐食層１５と板状本体部１３の側面１３ｃとの間にも、前記のような中間層１７を設けることができる。
【００３２】
また、第１１図に示す加熱装置１１Ｄにおいては、サセプター１２Ｄが、板状本体部１３、板状本体部１３の表面１３ａを被覆する表面耐食層１４、および板状本体部１３の背面１３ｂを被覆する背面被覆層１６を備えている。本例では、板状本体部１３の側面１３ｃは耐食層によって被覆されていない。本発明では、表面耐食層１４および背面被覆層１６を前記セラミックス材料によって形成する。なお、表面耐食層１４と板状本体部１３の表面１３ａとの間に、前記のような中間層１７を設けることができる。また、背面被覆層１６と板状本体部１３の背面１３ｂとの間にも、前記のような中間層１７を設けることができる。
【００３３】
板状本体部の材質として、熱伝導率が前記セラミックス材料よりも高い材料を使用した場合には，板状本体部全体の熱伝導によってウエハ上温度均一性は向上する。しかし、この場合には、板状本体部１３の背面１３ｂ側からの放熱量も大きくなるので、不均等な熱放射によってウエハ上温度均一性がかえって劣化する可能性がある。本実施形態では、板状本体部の背面側に前記セラミックス材料からなる背面被覆層を設けているので、背面側の耐食を図れるだけでなく、サセプター背面側からの熱放射を全体に抑制し、ウエハ上温度均一性を一層改善できる。
【００３４】
本発明では、サセプターを前記セラミックス材料によって形成するが、支持部３（いわゆるシャフト）の材質は必ずしも限定はされず、以下を例示できる。
本出願のセラミックス材料、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、スピネル
【００３５】
好ましくは、支持部３の材質も前記セラミックス材料とする。ただし、この場合にも、サセプターを形成する前記セラミックス材料と、支持部を形成する前記セラミックス材料とは、同一組成である必要はなく、前記の範囲で互いに異なる組成であってよい。
【００３６】
発熱体は、例えば線状の導体を屈曲させ、巻回体に加工したものを使用可能である。発熱体の線径は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、コイル形状の場合には巻径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、ピッチは１ｍｍ〜７ｍｍ程度である。ここで「巻径」とは、発熱体を構成するコイルの内径を意味する。  
【００３７】
発熱体の形状としては、コイル形状の他にも、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、印刷電極等の種々の形態を採用することもできる。なお、リフトピン等やパージガス用に設けられた貫通孔に隣接する部分では、発熱体１２を迂回させたりするなど、必要に応じてパターンの変形を行うことが望ましい。発熱体１２の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）等の高融点導電材料を好ましく使用できる。
【００３８】
加熱装置のサセプター内には、プラズマをサセプター上に発生させるための高周波電極を埋設することもできる。高周波電極の材質としては、前記の発熱体材料を転用できる。
【００３９】
［板状本体部および中間層の材質］
前記セラミックス材料において、主相をなすマグネシウム−アルミニウム酸窒化物の４０〜１０００℃の熱膨張係数は、６〜７ｐｐｍ／Ｋである。そこで、副相成分のＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（１２〜１４ｐｐｍ／Ｋ）や、スピネル（８〜９ｐｐｍ／Ｋ）、窒化アルミニウム（５〜６ｐｐｍ／Ｋ）の比率を変えることにより、高耐食性を維持したまま、線熱膨張係数を５．５〜１０ｐｐｍ／Ｋに制御することができる。但し、スピネルや窒化アルミニウムは、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物やＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体よりも耐食性が低いことから、より少ないことが好ましい。このような熱膨張の調整によって、酸化アルミニウム、酸化イットリウム及び窒化アルミニウムなど、半導体製造装置部材として用いられている材料との熱膨張差を小さくすることができる。これによって、本発明のセラミックス材料と従来材料との積層や貼り合わせが可能となる。
【００４０】
具体的には、板状本体部の材質は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、スピネルを例示でき、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムが特に好ましい。
【００４１】
特に、窒化アルミニウムを主相とする材質によって板状本体部を形成することにより、高熱伝導を維持でき、高耐食である前記セラミックス材料の表面温度を均一に保ちやすくなる。
【００４２】
板状本体部と各耐食層、背面被覆層との接合方法は特に限定されない。両者は、例えば一体焼結により接合されていてもよいし、接着剤により接合されていてもよい。
こうした接着剤としては、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、Al合金接着剤を例示できる。
【００４３】
好適な実施形態においては、耐食層、背面被覆層と板状本体部との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である。この場合には、耐食層、背面被覆層と板状本体部とを高温で接合（例えば一体焼結により接合）した際やこの積層体の高温−低温での使用を繰り返したりした際に、クラックや剥離が生じるおそれがない。
【００４４】
前述したように、板状本体部と各耐食層、背面被覆層とは、中間層を介して接合されていてもよい。こうすれば、例えば熱膨張率の違いによる耐食層、背面被覆層の剥離を、いっそう抑制することができる。この中間層は、耐食層、背面被覆層と板状本体部との中間の性質を有する層とする。
【００４５】
具体的には、中間層は、前記セラミックス材料と、板状本体部の材料との混合物を焼結した複合セラミックスであってよい。
また、中間層を複数層形成することができ、各中間層の組成を互いに異ならせることによって、傾斜材料層を形成することができる。
【００４６】
［ハロゲン系腐食性ガス］
本発明のサセプターは、ハロゲン系腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐蝕性に優れているが、特に以下のハロゲン系腐食性ガスまたはその混合物またはこれらのプラズマに対する耐蝕性が特に優れている。
ＮＦ３、ＣＦ４、ClF3、Cl2、BCl3、HBr
【実施例】
【００４７】
［セラミックス材料の製造と評価］
以下に、本発明の好適な適用例について説明する。ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＡｌＮ原料は、純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。なお、ＭｇＯ原料は、純度９９質量％以上のものを使用した場合でも純度９９．９質量％以上のものを使用した場合と同等のセラミックス材料が作製できた。
【００４８】
１．セラミックス材料
まず、マグネシウム、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料について説明する（実験例１〜１９）。なお、実験例１〜３、６〜１６が本発明の実施例に相当し、実験例４，５，１７〜１９が比較例に相当する。
【００４９】
［実験例１〜３］
・調合
ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
【００５０】
・成形
調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形し、直径３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし、表１に示す焼成温度（最高温度）で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。
【００５１】
［実験例４］
ＭｇＯ原料及びＡｌ2Ｏ3原料を、表１に示す質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
【００５２】
［実験例５］
焼成温度を１６５０℃に設定した以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
【００５３】
［実験例６〜１２］
ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
【００５４】
［実験例１３〜１９］
ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＡｌＮ原料を、表１に示す質量％となるように秤量し、焼成温度を、表１に示す温度とし、焼成雰囲気をＮ2にした以外は、実験例１と同様にしてセラミックス材料を得た。
【００５５】
［評価］
実験例１〜１９で得られた各材料を各種評価用に加工し、以下の評価を行った。各評価結果を表１に示す。なお、実験例１〜１９では、直径５０ｍｍのサンプルも作製したが、それらについても表１と同様の評価結果が得られた。
【００５６】
（１）嵩密度・開気孔率
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
（２）結晶相評価
材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５−７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製  Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。
（３）エッチングレート
各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の耐食試験を行った。段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより各材料のエッチングレートを算出した。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：４５０Ｗ、導入ガス：ＮＦ3／Ｏ2／Ａｒ＝７５／３５／１００ｓｃｃｍ  ０．０５Ｔｏｒｒ（６．６７Ｐａ）、暴露時間：１０ｈ、試料温度：室温
【００５７】
（４）構成元素
ＥＰＭＡを用いて、構成元素の検出及び同定と、各構成元素の濃度分析を行った。
（５）平均線熱膨張係数（４０〜１０００℃）
ディラトメーター（ブルカー・エイエックスエス製）を用いてアルゴン雰囲気中で測定した。
（６）曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠した曲げ強度試験によって測定した。
（７）体積抵抗率測定
ＪＩＳ−Ｃ２１４１に準じた方法により、大気中、室温（２５℃）にて測定した。試験片形状は、直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は２ｋＶ／ｍｍとし、電圧印加後１分時の電流値を読み取り、その電流値から室温体積抵抗率を算出した。また、実験例７と実験例１９（ＭｇＯ焼結体）について、真空下（０．０１Ｐａ以下）、６００℃にて測定した。試験片形状は直径５０ｍｍ×（０．５〜１ｍｍ）とし、主電極は直径２０ｍｍ、ガード電極は内径３０ｍｍ、外径４０ｍｍ、印加電極は直径４０ｍｍとなるよう各電極を銀で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとし、電圧印加後１時間時の電流値を読み取り、その電流値から体積抵抗率を算出した。なお、表１の体積抵抗率において、「ａＥｂ」はａ×１０bを表し、例えば「１Ｅ１６」は１×１０16を表す。
【００５８】
［評価結果］
図１に実験例１のＸＲＤ解析チャートを示す。なお、実験例２，３のＸＲＤ解析チャートは実験例１とほぼ同じだったため、図示を省略する。また、実験例１〜１９で検出された結晶相をまとめて表１に示す。図１に示すように、実験例１〜３のセラミックス材料のＸＲＤ解析チャートは、同定不能な複数のピーク（図１中□）と酸化マグネシウムに窒化アルミニウムが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体のピーク（図１中○）で構成されていた。同定不能ピーク（□）はマグネシア、スピネル、窒化アルミニウムのいずれにも合致しない２θ＝４７〜４９°（４７〜５０°）にピークを有しており、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物と推定された。なお、これらのマグネシウム−アルミニウム酸窒化物のピークは、例えば、参考文献１（J. Am. Ceram. Soc.,93[2] 322-325(2010)）や参考文献２（特開２００８−１１５０６５）に示されているＭｇＡｌＯＮ（又はマグアロン）のピークとは一致しない。一般に、これらのＭｇＡｌＯＮはスピネルにＮ成分が固溶したものとして知られており、本発明のマグネシウム−アルミニウム酸窒化物とは異なる結晶構造を有すると考えられる。
【００５９】
ＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のＸＲＤピークは、酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝３６．９〜３９°，４２．９〜４４．８°，６２．３〜６５．２°に現れた。図２に実験例１のＥＰＭＡ元素マッピング像を示す。図２より、実験例１は図１に示したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（ｘ部）とＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（ｙ部）の２相で構成されることが確認され、前者が主相であることが分かった。ここで、主相とは、体積割合において５０％以上を有する成分をいい、副相とは、主相以外でＸＲＤピークが同定された相をいう。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とする。図2より、マグネシウム−アルミニウム酸窒化物の面積比は約６６％であり、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。なお、ｘ部がマグネシウム−アルミニウム酸窒化物であると特定した根拠は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ、Ｎの４成分で構成され、実験例４のスピネル材（ｚ部）と比較してＭｇ、Ｎ濃度は高く、Ａｌ濃度は同程度、Ｏ濃度は低かったからである。すなわち、このマグネシウム−アルミニウム酸窒化物はスピネルよりも多くのＭｇを含む特徴がある。その他の実験例についても同様の解析を行い、例えば実験例１０のマグネシウム-アルミニウム酸窒化物の面積比は約８７％であり、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物が主相であることがわかった。また、ここでは、一例として、主相と副相との判定をＥＰＭＡ元素マッピングにて行うものとしたが、各相の体積割合を識別できる方法であれば、他の方法を採用してもよい。
【００６０】
なお、ＥＰＭＡ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２はモノクロで表示されているため、以下に図２の本来の色について説明する。実験例１では、Ｍｇはｘ部が黄緑でｙ部が赤、Ａｌはｘ部が橙でｙ部が青、Ｎはｘ部が橙でｙ部が青、Ｏはｘ部が水色でｙ部が橙だった。実験例４では、Ｍｇは全体（ｚ部）が緑、Ａｌは全体が橙、Ｎは全体が黒、Ｏは全体が赤だった。
【００６１】
また、実験例４では、窒化アルミニウムを用いなかったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相としてスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を含むものであった。実験例５では、焼成温度が低かったため、上述したマグネシウム−アルミニウム酸窒化物が生成せず、そのセラミックス材料は、主相として酸化マグネシウム、副相としてスピネルや窒化アルミニウムを含むものであった。図３に実験例７のＸＲＤ解析チャートを示し、図４に実験例１０のＸＲＤ解析チャートを示す。図３、４より、実験例７，１０共に２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）にピークを有するマグネシウム−アルミニウム酸窒化物（図中□）が主として検出され、実験例７はスピネル（図中△）、実験例１０はＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体（図中○）を副相とすることが分かった。なお、実験例６，８，９，１１，１２については、ＸＲＤ解析チャートの図示を省略し、主相と副相を表１に示した。
【００６２】
そして、実験例１〜３、６〜８のセラミックス材料のエッチングレートは、実験例４の８０％以下、実験例９〜１２のエッチングレートは、実験例４の９０%以下という低い値であり、耐食性が非常に高いものであることがわかった。実験例５は耐食性が低いスピネルや窒化アルミニウムを多く含むため、エッチングレートが高くなった。なお、実験例１８に示したアルミナのエッチングレートは、実験例４のセラミックス材料（スピネル）よりも更に高い値である。また、実験例１〜３，６〜８のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
【００６３】
また、高温でのエッチングレートも測定した。ここでは、実験例２及び実験例１０のセラミックス材料について、各材料の表面を鏡面に研磨し、ＩＣＰプラズマ耐食試験装置を用いて下記条件の高温での耐食試験を行った。そして、段差計により測定したマスク面と暴露面との段差を試験時間で割ることにより、各材料のエッチングレートを算出した。その結果、各材料のエッチングレートは、アルミナの１/３倍以下、窒化アルミニウムの１/５倍以下、スピネルと同レベルであり、高温下でのプラズマ耐食性も良好であった。
ＩＣＰ：８００Ｗ、バイアス：なし、導入ガス：ＮＦ3/Ａｒ＝３００／３００ｓｃｃｍ  ０．１Ｔｏｒｒ、暴露時間：５ｈ、試料温度：６５０℃
【００６４】
実験例１２〜１６のセラミックス材料では、エッチングレートが実験例４のスピネルとほぼ同等（２１２〜２７０ｎｍ／ｈ）であり、線熱膨張係数がスピネルより低かった（５．８〜６．９ｐｐｍ／Ｋ）。つまり、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、スピネルと同等の耐食性を持ちながら線熱膨張係数が低いものであるといえ、静電チャック材やヒーター材、特にヒーター材として有用といえる。なお、実験例１７は、原料組成を実験例６と同一としたが、焼成温度が低かったため、マグネシウム-アルミニウム酸窒化物ではなくスピネルが主相となったため、実験例６に比べて耐食性が低くなると共に線熱膨張係数が高くなった。また、実験例１２〜１６のセラミックス材料は、曲げ強度や体積抵抗率も十分高い値を持つものである。
【００６５】
また、実験例７と実験例１９の６００℃での体積抵抗率はそれぞれ５×１０8Ωｃｍ、２×１０12Ωｃｍであり、ＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°（又は４７〜５０°）に現れるマグネシウム−アルミニウム酸窒化物相を主相とするセラミックス材料はＭｇＯに比べて低い電気抵抗を有することがわかった。
【００６６】
以上のことから、実験例１〜３，６〜１６で作製したセラミックス材料も、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有すると予測される。
【００６７】
【表１】
2012056917.tif 000018
【００６８】
２．積層焼結
次に、上述したセラミックス材料を利用した第１構造体と第２構造体とを積層焼結した積層体について説明する（実験例２０〜２６）。なお、実験例２０〜２４が本発明の実施例に相当し、実験例２５，２６が比較例に相当する。
【００６９】
[実験例２０、２１]
実験例４，６〜１２のセラミックス材料は、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数が７〜９ｐｐｍ／Ｋであった。実験例２０，２１では、表２に示すように、実験例１０のセラミックス材料を第１構造体とすると共に、窒化アルミニウムを第２構造体とし、第１及び第２構造体を積層し直径５０ｍｍに成形した試料にて積層焼結を行った。この窒化アルミニウムには酸化イットリウムを焼結助剤として外配で５質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ2Ｏ3５質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［１］という）、または５０質量％添加したもの（つまりＡｌＮ１００質量部に対してＹ2Ｏ3５０質量部の割合で添加したもの、ＡｌＮ［２］という）を用いた。窒化アルミニウム、酸化イットリウム原料は、それぞれ純度９９．９質量％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。ここで、ＡｌＮ原料については１質量％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度である。また、４０〜１０００℃の平均線熱膨張係数は、ＡｌＮ［１］が５．７ｐｐｍ／Ｋ、ＡｌＮ［２］が６．２ｐｐｍ／Ｋであることから、第１構造体と第２構造体との間には熱膨張差が生じる。このため、第１構造体と第２構造体との間に、ＡｌＮ［１］あるいはＡｌＮ［２］と実験例１０の原料とを混合した中間層を設けた。この中間層により、熱膨張差を緩和することができる。中間層は、ＡｌＮ［１］を用いた実験例２０では、質量比２５：７５、５０：５０、７５：２５で混合した３層とし、ＡｌＮ［２］を用いた実験例２１では質量比４０：６０、６０：４０で混合した２層とした。以下、調合、成形、焼成の各工程について詳説する。
【００７０】
・調合
第１構造体の原料は、上記の実験例１０と同様の手法で作製した調合粉末を用いた。第２構造体の原料は、窒化アルミニウムを主相とし、以下のように調合した。第２構造体のＡｌＮ［１］では、まず、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５．０質量％の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。さらに、得られた調合粉末を４５０℃で５時間以上、大気雰囲気中で熱処理し、湿式混合中に混入したカーボン成分を焼失除去した。ＡｌＮ［１］を用いた積層体の中間層は、以下のように調合した。まず、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末とを質量比７５：２５（中間層１）、５０：５０（中間層２）、２５：７５（中間層３）の割合で秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、ナイロン製玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。第２構造体のＡｌＮ［２］では、窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉末を１００質量％、５０質量％の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］と同様の方法で調合した。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体の中間層は、実験例１０の調合粉末と上記の窒化アルミニウムの調合粉末を質量比６０：４０（中間層１）、４０：６０（中間層２）の割合で秤量した他はＡｌＮ［１］の場合と同様の方法で調合した。
【００７１】
・成形
最初に第２構造体の原料である窒化アルミニウム調合粉末を直径５０ｍｍの金型内に充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形した。窒化アルミニウム成形体は型抜きせず、その上部に窒化アルミニウム比が多い順に中間層の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で充填毎に一軸加圧成形した。最後に第１構造体の原料である実験例１０の調合粉末を充填し、２００ｋｇｆ／ｃｍ2にて加圧成形を行った。ＡｌＮ［１］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×３層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２３ｍｍの円盤状成形体とした。また、ＡｌＮ［２］を用いた積層体については、第２構造体の窒化アルミニウム層が１０ｍｍ、中間層が各１ｍｍ×２層、第１構造体の実験例１０の層が１０ｍｍからなる計２２ｍｍの円盤状成形体とし、これら積層した円盤状成形体を焼成用黒鉛モールドに収納した。
【００７２】
・焼成
焼成用黒鉛モールドに収納した円盤状成形体をホットプレス焼成することにより、一体焼成したセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし、焼成温度１８００℃で焼成し、焼成終了までＡｒ雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。なお、実験例２０、２１については焼成温度１７５０℃での焼成も実施した（実験例２０−１，２１−１）。
【００７３】
上述の製造方法で得られた焼結体は、ＡｌＮ［１］を用いた積層体（実験例２０，２０−１）、ＡｌＮ［２］を用いた積層体（実験例２１、２１−１）共に、上部が高耐食なマグネシウム−アルミニウム酸窒化物、焼結体の下部が高熱伝導な窒化アルミニウムを主とする焼結体で構成され、その中間に中間層が配置されていた。中間層は、第１構造体から第２構造体に近づくにつれてＡｌＮの含有量が高くなるように傾斜させたものである。これらの焼結体には、各層間のクラック、ヒビ等はなかった。これは、第１構造体と第２構造体との間に中間層を有することで焼成中の熱応力が回避されたと考えられた。また、基材である窒化アルミニウムの熱膨張率を制御することで、基材とマグネシウム-アルミニウム酸窒化物間に生じる熱応力が小さくなり、中間層を薄くすることができた。このような焼結体は、例えば、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。
【００７４】
[実験例２２〜２４]
実験例２２では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化アルミニウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ2雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２３では、表２に示すように、実験例６のセラミックス材料を第１構造体、酸化イットリウムを第２構造体とし、中間層なしでＮ2雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２４では、表２に示すように、実験例１３のセラミックス材料を第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、中間層なしでＮ2雰囲気で積層焼結したこと以外は、実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２２〜２４のいずれにおいても、層間にクラックやヒビ等はみられなかった。また、実験例２２〜２４では、いずれも第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が０．３ｐｐｍ／Ｋ以下と小さかったため、中間層なしでクラックやヒビ等の発生を防止することができた。これらの積層体も、実験例２０，２１と同様、静電チャックやサセプター、ヒーター、プレート、内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナなどの半導体製造装置用部材に好適に用いられると推察された。なお、実験例２２〜２４においても、実験例２０，２０−１，２１、２１−１のように中間層を設けても構わない。
【００７５】
［実験例２５，２６］
実験例２５では、表２に示すように、アルミナを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ2雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２６では、表２に示すように、スピネルを第１構造体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ［１］）を第２構造体とし、Ｎ2雰囲気で積層焼結したこと以外は実験例２０と同様にして積層体を得た。実験例２５，２６のいずれにおいても、層間にクラックが発生した。これは、第１構造体と第２構造体との線熱膨張係数差が大き過ぎ、その結果、中間層を設けたにもかかわらず、熱膨張差によるクラックを防止しきれなかったと考えられる。
【００７６】
【表２】
2012056917.tif 000019
【００７７】
［加熱装置の製造と評価］
本発明に係るセラミックスヒーターの製造方法について、第７図〜第８図、第１２図を参照しつつ説明する（実験Ｎｏ．３〜６）。
（イ）  まず、サセプター（プレート）の材料調整を行う（Ｓ１０１）。表面耐食層１４の材料については、具体的には、ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＡｌＮ原料を秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径５ｍｍのアルミナ玉石を用いて４時間湿式混合した。混合方法としては、例えば、トロンメルと呼ばれる容器そのものが回転する大型のボールミル装置を用いて行う。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。なお、この調合粉末のＭｇ／Ａｌのモル比は１．２である。
【００７８】
一方、板状本体部１３の材料については、窒化アルミニウムセラミックス粉末を成形用バインダと混合する。トロンメルによる混合の時間は、例えば３０分程度である。その後、スプレードライヤー（ＳＤ）などの造粒装置により、造粒を行い、造粒粉を得る。
【００７９】
（ロ）  次に、表面耐食層用の調合粉末を、機械プレスによって一軸加圧下で成形し、更に板状本体部用の造粒粉を加え、同じく機械プレスによって一軸加圧下で成形し、予備的な成形体を製造する（Ｓ１０２）。そして、この予備的な成形体内部に発熱体４及び電流導入端子部６を載置し、再び機械プレスによる成形を行う。
【００８０】
（ハ）  上記のようにして作られた積層成形体をホットプレス方式などの焼成炉に入れ、焼成を行う（Ｓ１０３）。ホットプレスは、カーボン治具内に原料粉末や成形体を充填、あるいは挿入し、３０〜５０ＭＰａの一軸加圧下で焼成するもので、通常の常圧焼結では、緻密化が困難なセラミックス材料の焼成に適する。このときの焼成条件は、焼成温度１６００℃〜２０００℃、圧力１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間２〜５時間である。
【００８１】
（ニ）  一方、支持部３（いわゆるシャフト）部分は、サセプターとは別途に製造される。まず、シャフトの材料調整を行う（Ｓ１０４）。具体的には、前記板状本体部の材料調整（S１０１）と同じようにして調合粉末を得る。得られた調合粉末を冷間等方圧プレス（冷間静水圧プレス：Cold Isostatic Pressing, ＣＩＰ）などの焼成炉に入れ、焼成を行い、成形体を製造する（Ｓ１０５）。ＣＩＰとは、金型成形法により得られる一軸成形体に等方圧の成形処理を施す方法であり、成形体密度の向上とむらをなくすことができる。金型成形せずに、直接、ゴム型に原料粉末を充填しＣＩＰ処理を行い、成形体を得ることも可能である。こうして得られたシャフトの成形体を常圧焼成炉などにより焼成を行う（Ｓ１０６）。このときの焼成条件は、焼成温度１６００℃〜２０００℃、圧力１〜３０ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間１〜５時間である。そして、シャフトの外周やラッピングの加工を行う（Ｓ１０７）。
【００８２】
（ホ）  上記の手順で得られたサセプターとシャフトは、ダイレクトボンド法により、焼成炉内で接合される（Ｓ１０８）。このときの焼成条件は、焼成温度１４００℃〜２０００℃、圧力１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２、焼成時間２〜５時間である。接合後のセラミックスヒータは、側面加工が施され、接合炉によって端子の接合が行われる。その後、洗浄処理や温度均一性の評価などが行われる。
なお、表３の実験No.３、４、５、６において表面耐食層を形成した材質は、前記実施例（表１）における実験例１０のものである。
【００８３】
（比較例１の加熱装置）
比較例１（実験Ｎｏ．１）として、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）からサセプター２および支持部３を形成し、接合し、加熱装置を製造した。
【００８４】
（比較例２の加熱装置）
比較例２（実験Ｎｏ．２）として、表３の実験No.３、４、５、６において表面耐食層を形成した材質によって、サセプターを形成した。この材質は、前記実施例（表１）における実施例１２のものである。支持部３は、イットリアを５重量％含む窒化アルミニウム粉末（純度９９．５％）によって形成した。
【００８５】
［試験条件］
・耐食試験：   ICP: 800W, バイアス: 450W, 導入ガス:NF3/O2/Ar=75/35/100sccm, 0.05Torr, 暴露時間：100hrs.,
試料温度: 600℃
・評価特性： 上記の耐食試験前後における、ウエハ上温度均一性、パーティクル量、表面粗度
・温度均一性測定
【００８６】
各例の加熱装置を真空チャンバー内に設置し、温度測定用の黒体ウエハを加熱装置上に設置し、５５０℃に加熱し、各温度での黒体ウエハ表面の温度分布をチャンバー外部から赤外線放射温度計（ＩＲカメラ）で測定した。得られた温度分布から温度の最大値と最小値との差△Ｔを算出した。なお、ヒーターの各温度への加熱は、サセプターの背面に取り付けられた図示しない熱電対による温度制御により行った。
【００８７】
．パーティクル量
各例のセラミックヒータを真空チャンバー内に設置し、Siウエハをセラミックヒータ上に設置し、５５０℃に加熱した。加熱後のSiウエハのセラミックヒータ設置面側表面のパーティクル量をパーティクルカウンタを用いて測定した。なお、ヒーターの各温度への加熱は、セラミックスプレートの背面に取り付けられた図示しない熱電対による温度制御により行った。
【００８８】
．表面粗度
製品表面の粗さをテーラーホブソン粗さ測定器にて測定した。測定箇所は面内の内側と外側の任意の二箇所である。
【００８９】
【表３】
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【００９０】
実験Ｎｏ．１では、耐食試験前のウエハ上温度均一性は良好であるが、耐食試験後はパーティクルが増え、表面粗さが劣化するため、ウエハ上温度均一性が劣化する。実験Ｎｏ．２では、耐食試験後もウエハ上温度均一性が劣化しない点で極めて優れている。実験Ｎｏ．３〜６では、耐食試験後にウエハ上温度均一性が劣化しないというだけでなく、耐食試験前の初期のウエハ上温度均一性も実験Ｎｏ．２よりも優れている。
【００９１】
これらの作用効果は、半導体処理装置分野において画期的であり、産業上多大な利用を期待できることが明らかである。
【００９２】
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。
【国際調査報告】
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