(57)【要約】【課題】ＡｌＮのマトリックスの優れた特性を維持した状態で、高い導電性を有する導電性セラミックスを提供すること。【解決手段】本発明の導電性セラミックスは、ＡｌＮをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含むものである。この希土類元素含有炭素化合物は粒界相の三重点を介して三次元的に網目状に連続した導電ネットワークを形成する。この導電ネットワークが粒界相の抵抗を大幅に低下させることにより、焼結体全体の電気抵抗を低下させ、導電性セラミックスの導電率を、１０−９Ｓ／ｃｍから１０１Ｓ／ｃｍまでの広範囲に亘り変化させる。希土類元素含有炭素化合物はマトリックス相に実質的に存在しないので、マトリックス相であるＡｌＮのハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマに対する耐食性や高熱伝導性や高強度を低下させることがない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含み、室温における導電率が１０−９Ｓ／ｃｍ以上である導電性セラミックス。
【請求項２】
上記希土類元素含有炭素化合物が希土類酸炭化物又は希土類元素とＡｌを含む混合金属炭化物であり、粒界相に希土類酸炭化物及び混合金属炭化物の少なくとも一方を含む請求項１記載の導電性セラミックス。
【請求項３】
上記希土類酸炭化物が、炭素又は酸素の一部を窒素で置換された希土類酸炭窒化物を含む請求項２記載の導電性セラミックス。
【請求項４】
上記混合金属炭化物が、炭素の一部を酸素と窒素で置換された混合金属酸炭窒化物、及び／又は上記希土類酸炭窒化物の希土類元素をAlで一部置換した混合金属酸炭窒化物を含む請求項２記載の導電性セラミックス。
【請求項５】
粒界相が、単体炭素を含む請求項１から４のいずれか一つに記載の導電性セラミックス。
【請求項６】
焼結助剤として少なくとも酸化イットリウムを用いてなる焼結体であって、炭素含有量が０．０２６重量％以上であり、粒界相の希土類元素の重量％に対するカーボンの重量％の割合が、式：（０．０１+ｘ×０．０1／１００）（ｘは助剤中に含まれる酸化イットリウム以外の希土類酸化物の助剤量に対する割合：重量％）で規定される値以上である請求項１から５のいずれか一つに記載の導電性セラミックス。
【請求項７】
窒化アルミニウムの原料粉末に１種以上の希土類酸化物を１〜３０重量％混合して成形し、カーボンガスを含む非酸化雰囲気中、１５００℃以上で加熱して焼結し、炭素を０．０２６重量％以上含有させる導電性セラミックスの製造方法。
【請求項８】
上記希土類酸化物に、酸化イットリウム、酸化ランタン及び酸化セリウムから選択された少なくとも１種を用いる請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
高周波誘導加熱炉を用いて加熱する請求項７又は８に記載の製造方法。
【請求項１０】
窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含む導電性セラミックスからなる半導体製造装置用部材。
【請求項１１】
対向する第１のプラズマ発生用電極と第２のプラズマ発生用電極との間にプラズマを発生させ、被処理物を処理する半導体製造装置であって、
第１のプラズマ発生用電極及び／又は第２のプラズマ発生用電極に、窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含む導電性セラミックスを用いる半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＮからなる導電性セラミックス及びその製造方法並びにその導電性セラミックスを用いた半導体製造装置用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮセラミックスは、高熱伝導性および電気絶縁性を有しており、パソコンのＣＰＵやＩＣチップ用の高放熱基板や、コンピューターのパッケージ材料として実用化されている（例えば、特許文献１）。さらに、その熱伝導性に加え、ハロゲンガス等に対する耐食性、耐熱性、そして耐摩耗性等の特性により、プラズマＣＶＤやスパッタ等の成膜装置、プラズマエッチング装置、クリーニング装置等の半導体製造装置に用いる部材への適用も検討されている。
【０００３】
しかし、ＡｌＮは本来電気絶縁性であるため、静電気を極度に嫌う用途に対して適用することは困難であった。例えば、半導体製造装置用部材には１０−９Ｓ／ｃｍ程度以上の導電率が要求される。また、放電加工を適用しようとすると１００Ｓ／ｃｍ以上の導電率が要求される。したがって、ＡｌＮセラミックスのさらなる需要を拡大するためには、ＡｌＮセラミックスの導電性を広い範囲で制御可能な技術が必要とされている。
【０００４】
例えば、半導体プロセスに欠かせない装置の一つであり、半導体ウェハを吸着・保持するのに使用される静電チャックは、基体である誘電体（ＡｌＮセラミックス）中に印刷法等により電極を形成したもので、この電極に微小な電流を流したとき、電流が誘電体表面まで達すると、相手電極との微小な隙間に静電力が働き大きな吸引力が得られる原理を利用したものであり、基体には導電性が要求される。
【０００５】
また、半導体製造装置に使用される材料には一般にハロゲン系腐食性ガスのプラズマに対する耐食性、プラズマより発生する高温に耐えうる耐熱性、またその熱を逃がす高熱伝導性が必要とされる。ここで、ウェハを保持するプラズマ処理用ステージには、用途に応じて抵抗発熱体、プラズマ発生用電極又は静電チャック用電極が内蔵されたＡｌＮセラミックスが用いられるが、静電気を逃がす程度の電気伝導性が要求される。なぜなら、プラズマエッチング処理を行うとき、ステージが絶縁性であると、静電気が蓄積されてウェハを損傷するからである。さらにＡｌＮセラミックス自身をプラズマ発生用電極として用いる場合には、さらに高い導電性が要求される。さらに、ウェハ搬送部品などでも、ウェハを固定し高速運動させるため、発生する熱や静電気の滞留を防ぐために電気抵抗の小さなＡｌＮが望まれている。
【０００６】
これに対し、例えば、特許文献２には、炭素繊維を含有させて導電性を付与した窒化アルミニウム焼結体が提案されている。しかし、この材料は、母材となるセラミックスマトリックスに異種の第２相粒子を添加する、いわゆる粒子分散型の複合材料である。これらの粒子分散型材料では、十分な機能を発現させるために多量の第２相粒子が必要であり、そのためマトリックスの持つ優れた特性が少なからず損なわれてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−３１６４７３号公報
【特許文献２】特開２００５−４１７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、ＡｌＮセラミックスは、ハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマに対する耐食性、プラズマより発生する高温に耐えうる耐熱性、またその熱を逃がす高熱伝導性を有するが、さらに高い導電性を付与することができれば、半導体製造装置用部材として広い用途に使用可能となる。
【０００８】
そこで、本発明は、ＡｌＮのマトリックスの優れた特性を維持した状態で、高い導電性を有する導電性セラミックス及びその製造方法並びに導電性セラミックスを用いた半導体製造装置用部材を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、粒子分散型と異なり、粒界相の構造と組成を制御した粒界制御型のＡｌＮセラミックスで、粒界相に希土類窒化物を含有させることにより、マトリックスの優れた特性を維持した状態で、１０−１１〜１０１Ｓ／ｃｍの広い範囲の導電性を有する導電性セラミックスを提案した（国際公開第２００５／００８６８３号パンフレット）。本発明者らは、さらなる特性改良を行うべく鋭意検討した結果、カーボンガス含有雰囲気下で焼成することにより、より低温かつより低添加量の焼結助剤で高導電性のＡｌＮセラミックスが得られることを見出して本発明を完成させたものである。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、従来、ＡｌＮ成形体を焼結する際、焼結容器としてカーボン坩堝を用い、そのカーボン坩堝中に配置した蓋付きのＢＮ坩堝の中にＡｌＮ成形体を載置して、カーボン坩堝から発生するカーボンガスが直接ＡｌＮ成形体に触れることのない条件で焼結を行っていた。これに対し、ＢＮ坩堝を使用せず、カーボン坩堝中にＢＮ板を介してＡｌＮ成形体を載置して、カーボンガスが直接ＡｌＮ成形体に触れる状態で焼結を行ったところ、従来に比べ、より低温かつ低焼結助剤量で高導電性のＡｌＮ焼結体が得られることを見出した。この高導電性のＡｌＮ焼結体は、粒界相のＸ線回折分析から、希土類元素含有炭素化合物（例えば、ＹＯｘＣ1-ｘまたはＡｌＹ３Ｃ０．５）に帰属されるピークが認められ、さらに半導体Ｘ線検出器付き透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ−ＥＤＸ）を用いた組成分析から、粒界相にＹ、Ｃ、Ｏ、Ａｌ、Ｎ（微量）が存在することを見出した。これにより、粒界相に希土類元素含有炭素化合物が生成していることを確認した。
【００１１】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、本発明の導電性セラミックスは、窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含み、室温における導電率が１０−９Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の導電性セラミックスにおいては希土類元素含有炭素化合物には、例えば、希土類酸炭化物や、希土類元素とＡｌを含む混合金属炭化物を挙げることができ、粒界相は希土類酸炭化物及び／又は混合金属炭化物を含むことができる。さらに、希土類酸炭化物は、炭素又は酸素の一部が窒素で置換された希土類酸炭窒化物を含むものである。さらに、混合金属炭化物は、炭素の一部が酸素と窒素で置換された混合金属酸炭窒化物、及び／又は上記希土類酸炭窒化物の希土類をAlで一部置換した混合金属酸炭窒化物を含むものである。
【００１３】
また、本発明の導電性セラミックスは、粒界相に、さらに単体炭素を含むものである。ここで、単体炭素とは、炭素のみからなる物質であって、黒鉛や無定形炭素が含まれる。
【００１４】
また、本発明の導電性セラミックスは、焼結助剤に酸化イットリウムを用いて成る焼結体であって、好ましくは、その炭素含有量が０．０２６重量％以上であり、かつ粒界相の希土類元素の重量％に対するカーボンの重量％の割合が、式：（０．０１+ｘ×０．０1／１００）（ｘは助剤中に含まれるＹ２Ｏ３以外の希土類酸化物の助剤量に対する割合：重量％）で規定される値以上であるものを用いることができる。
【００１５】
また、本発明の導電性セラミックスは、マトリックス相に第２相のセラミックス粒子を分散することもできる。その第２相のセラミックス粒子には、遷移金属元素の窒化物及び窒化ホウ素から選択された１種の窒化物を用いることができる。
【００１６】
また、本発明の導電性セラミックスの熱伝導率は８０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは１２０Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは１５０Ｗ／ｍＫ以上である。
【００１７】
本発明の導電性セラミックスは、例えば以下の方法により製造することができる。すなわち、窒化アルミニウムの原料粉末に１種以上の希土類酸化物を１〜３０重量％混合して成形し、カーボンガスを含む非酸化雰囲気中、１５００℃以上で加熱して焼結し、炭素を０．０２６重量％以上含有させることにより製造することができる。
【００１８】
ここで、上記の製造方法において、希土類酸化物に、酸化イットリウム、酸化ランタン及び酸化セリウムから選択された少なくとも１種を用いることができる。
【００１９】
また、上記の製造方法において、マトリックス相となる窒化アルミニウムの原料粉末に、第２相となる遷移金属元素の窒化物及び窒化ホウ素から選択された１種の窒化物を添加して混合することにより、マトリックス相に第２相の粒子が分散した導電性セラミックスを製造することができる。さらに、焼結した導電性セラミックスを所定形状に放電加工した後、表面を酸化して酸化物絶縁層を形成して表面が絶縁性の導電性セラミックスを製造することもできる。また、加熱には高周波誘導加熱炉を用いることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の半導体製造装置用部材は、窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含む導電性セラミックスからなることを特徴とするものである。
【００２１】
また、上記の半導体製造装置用部材には、マトリックス相に第２相のセラミックス粒子を分散させた上記の導電性セラミックスを用いることもできる。第２相のセラミックス粒子には、遷移金属元素の窒化物及び窒化ホウ素から選択された１種の窒化物を用いることができる。また、半導体製造装置用部材には、表面に酸化物からなる絶縁層を有する上記の導電性セラミックスを用いることもできる。
【００２２】
また、本発明の半導体製造装置は、対向する第１のプラズマ発生用電極と第２のプラズマ発生用電極との間にプラズマを発生させ、被処理物を処理する半導体製造装置であって、第１のプラズマ発生用電極及び／又は第２のプラズマ発生用電極に、窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含む導電性セラミックスを用いることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の導電性セラミックスを用いて、プローブカードを作製することもできる。すなわち、多数のプローブを貫通させ被検体の電極パッドに接触可能に案内する多数の貫通孔を備えた絶縁性のガイド部材を有するプローブカードであって、上記ガイド部材が、窒化アルミニウムをマトリックス相とし、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含む導電性セラミックスの表面に酸化物からなる絶縁層を設けてなることを特徴とする。ここで、上記のガイド部材には、焼結した導電性セラミックスを所定形状に放電加工した後、表面を酸化して表面に酸化物絶縁層を形成したものを用いることができる。
【発明の効果】
【００２４】
従来、窒化アルミニウムの焼結助剤には、一般に希土類元素の酸化物、例えば酸化イットリウムが用いられている。焼結助剤は窒化アルミニウムの原料中に含まれる酸素と反応して液相を生成して、窒化アルミニウムの緻密化を行う一方、酸素を粒界相に固定することにより窒化アルミニウム粒子内部への酸素の固溶を阻害して高熱伝導性を可能とするものである。焼結助剤に酸化イットリウムを用いた場合、粒界相にはＹ４Ａｌ２Ｏ９(ＹＡＭ)、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）等のイットリウムアルミネートの複合酸化物が生成する。これら複合酸化物は絶縁体であるので、粒界相が高抵抗となり、焼結体の電気抵抗を下げるのは容易でなかった。
【００２５】
これに対し、本発明の導電性セラミックスは、粒界相に希土類元素含有炭素化合物が存在している。この希土類元素含有炭素化合物は、三重点を介して三次元的に網目状に連続した導電ネットワークを形成している。この導電ネットワークが粒界相の抵抗を大幅に低下させることにより、焼結体全体の電気抵抗を低下させる。これにより、１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率を付与することができる。特に、本発明での導電性セラミックスは、従来に比べ低温かつ低い焼結助剤量で作製することが可能であるので、製造コストの低減が可能である。なお、希土類元素含有炭素化合物はマトリックス相に実質的に存在しないので、マトリックス相であるＡｌＮの高熱伝導性や高強度を低下させることがない。
【００２６】
これにより、ハロゲン系腐食性ガスのプラズマに対する耐食性と高熱伝導性と導電性が要求される半導体製造装置用部材、例えば、静電チャック用基体、プラズマ処理用ステージ、そしてプラズマ発生用電極等のプラズマ装置用部材、そしてウェハ搬送ハンド等のウェハ搬送部品に使用することが可能となる。
【００２７】
また、放電加工が可能であるので、放電加工により所定形状後、表面酸化により表面絶縁層を形成して、表面が絶縁性の導電性セラミックスを製造することもできる。例えば、微細加工の必要なプローブカード用のガイド部材に好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の導電性セラミックスは、マトリックス相が窒化アルミニウムからなり、粒界相に希土類元素含有炭素化合物を含むものである。希土類元素含有炭素化合物が、三重点を介して三次元的に網目状に連続した導電ネットワークを形成し、室温における導電率として、１０−９Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは１０−７Ｓ／ｃｍ以上、さらに好ましくは１０−５Ｓ／ｃｍ以上を有する。希土類元素には、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、そしてルテチウム（Ｌｕ）を挙げることができる。
【００２９】
本発明において、希土類元素含有炭素化合物とは、希土類元素と結合した炭素化合物であり、希土類酸炭化物や、希土類元素とＡｌを含む混合金属炭化物を挙げることができる。希土類酸炭化物には、Ｒｅ−Ｏｘ−Ｃｙ（ｘ+ｙ＝１）からなる３元系化合物（Ｒｅは一種類以上の希土類元素）や、その３元系化合物の炭素又は酸素の一部を窒素やアルミで置換した、すなわち窒素やアルミが固溶した希土類酸炭窒化物（Ｒｅ−Ｏｘ−Ｃｙ−Ｎｚ）（ｘ+ｙ+ｚ＝１）や希土類アルミ酸炭化物（Ｒｅｓ−Aｌ1-ｓ−Ｏｘ−Ｃｙ）（０＜ｓ＜１、ｘ+ｙ＝１）等の４元化合物や、その４元化合物の希土類元素をAlで置換固溶した（希土類アルミ酸炭窒化物（Ｒｅｓ−Aｌ1-ｓ−Ｏｘ−Ｃｙ−Ｎｚ）（０＜ｓ＜１、ｘ+ｙ+ｚ＝１）等の５元化合物、さらに上記の３元、４元又は５元系化合物の炭素又は酸素の一部に空孔が導入されたＲｅ−Ｏｘ−Ｃｙ（ｘ+ｙ≦１）、Ｒｅ−Ｏｘ−Ｃｙ−Ｎｚ（ｘ+ｙ+ｚ≦１）、Ｒｅｓ−Aｌ1-ｓ−Ｏｘ−Ｃｙ（０＜ｓ＜１、ｘ+ｙ＝１）、Ｒｅｓ−Aｌ1-ｓ−Ｏｘ−Ｃｙ−Ｎｚ（０＜ｓ＜１、ｘ+ｙ+ｚ≦１）空孔導入化合物も含まれる。上記の３元、４元、５元化合物及び空孔導入化合物は粒界相に少なくとも１種以上存在する。また、希土類酸炭化物の結晶構造は特に限定されないが、ＮａＣｌ立方晶型の結晶構造を有するものが好ましい。
【００３０】
また、混合金属炭化物は、Ａｌ−Ｒｅ3−Ｃ0.5からなる３元系化合物である。さらに、混合金属炭化物は、炭素の一部が酸素で置換された、混合金属酸炭化物（Ａｌ−Ｒｅ3−Ｏｘ−Ｃ0.5−ｘ）（０＜ｘ＜0.5）、あるいは炭素の一部が酸素と窒素で置換された混合金属酸炭窒化物（Ａｌ−Ｒｅ3−Ｏｘ−Ｃｙ−Ｎｚ）（ｘ+ｙ+ｚ＝0.5）を含んでも良い。
【００３１】
すなわち、本発明においては、粒界相は、希土類酸炭化物（Ｒｅ−Ｏ−Ｃ）、希土類酸炭窒化物（Ｒｅ−Ｏ−Ｃ−Ｎ）、混合金属炭化物（Ｒｅ−Ａｌ−Ｃ）、混合金属酸炭化物（Ｒｅ−Ａｌ−Ｏ−Ｃ）及び混合金属酸炭窒化物（Ｒｅ−Ａｌ−Ｏ−Ｃ−Ｎ）からなる群から選択された１種以上の希土類元素含有炭素化合物を含むものである。
【００３２】
また、本発明においては、粒界相は、希土類元素含有炭素化合物に加え、単体炭素を含むことが好ましい。単体炭素は、炭素のみからなる物質であり、黒鉛や無定形炭素が含まれる。粒界相に単体炭素を含むことにより、焼結体の電気抵抗をさらに低減することが可能となる。
【００３３】
なお、粒界相には、実質的に絶縁性の希土類酸化物が存在しないことが好ましい。ここで、実質的に結晶性の希土類酸化物が存在しないとは、Ｘ線回折により希土類酸化物が検出されないことをいう。なお、希土類酸化物には、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、そしてルテチウム（Ｌｕ）の酸化物、及びそれらの内のいずれか１種の希土類元素とＡｌとの複合酸化物が含まれる。その複合酸化物には、例えば、Ｙ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物を挙げることができる。
【００３４】
また、粒界相の大きさは、その最大径が3μｍ以下であることが好ましい。3μｍを超えると、粒界が弱くなり破壊源寸法が増大して焼結体全体の強度が低下し易くなるからである。また、放電加工を行う場合、導電経路である粒界相に沿って加工される。したがって粒界相の大きさをミクロン以下に微細にすると、より微細な加工が可能となる。
【００３５】
ここで、粒界相に希土類元素含有炭素化合物が生成する機構について説明する。
一般に、焼結助剤に酸化イットリウムを用いる場合、粒界相には、アルミナとイットリアの複合酸化物であるＹＡＭやＹＡＧ等のイットリウムアルミネート相が生成する。しかし、さらに加熱を続けると、イットリウムアルミネート相はアルミナとイットリアに分解し、粒界を通って表面に排出されようとするため、粒界の拡散が早くなる。このとき、この早い粒界拡散を利用して、雰囲気であるカーボンガスからカーボンが粒界を通って、焼結体内部に侵入してくる。この粒界から侵入してきたカーボンと粒界相中に残存したイットリアやアルミナが反応し、希土類元素含有炭素化合物が生成したと考えられる。その結果、粒界相のＡｌＮ粒子の界面に沿って半導体である希土類元素含有炭素化合物が存在することにより、粒界相により形成された導電ネットワークにより高い導電性が得られるものと考えられる。
【００３６】
本発明の導電性セラミックスは、例えば以下の方法で作製することができる。
すなわち、窒化アルミニウムの粉末に希土類元素を含む焼結助剤と必要によりバインダを所定量加え、エタノール等の有機溶媒を分散媒としてボールミルを用いて所定時間湿式混合する。混合粉末を乾燥後、所定形状に成形して成形体を得る。次いで、得られた成形体を、カーボンガスを含む非酸化雰囲気中、例えば窒素雰囲気中で、１５００℃以上の温度で加熱して焼結した後、粒界相に希土類窒化物が生成するまで所定時間加熱する。
【００３７】
ここで、カーボンガスを含む非酸化雰囲気は、カーボンガス雰囲気を作り出す容器、例えば、焼結容器にカーボン製容器を用い、ＢＮ板等を介してＡｌＮ成形体をカーボン製容器内に載置することにより作り出すことができる。炭素蒸気圧は、１６００℃で１０−８Ｐａ、２０００℃で１０−４Ｐａ程度であることが知られている。本発明では、ＡｌＮ成形体をカーボン製容器内に載置し開放状態とすることにより、高温の焼成温度により発生した炭素蒸気のＡｌＮ成形体表面への拡散を促進している。キャリアガスには窒素又はアルゴンを用いることができる。また、炭素源に飽和炭化水素、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン等を用い、これらのいずれかをキャリアガスに添加して焼結容器内に導入する方法を用いることもできる。なお、成形体を炭素粉末中に埋没させて焼成しても、導電性を有するＡｌＮを作製することはできなかった。このことから、炭素源にはガス状カーボンが必要である。
【００３８】
焼結助剤には上述の希土類元素の酸化物を用いることができる。好ましくは、酸化イットリウム、酸化セリウム、そして酸化ランタンの単独又はそれらの２種以上の混合物である。さらに好ましくは、酸化イットリウムと酸化セリウム、又は酸化イットリウムと酸化ランタンの混合物である。また、焼結助剤の添加量は、最終的に焼結体中の希土類窒化物の含有量が酸化物換算で１〜３０重量％となる添加量が好ましく、より好ましくは１〜９重量％、より好ましくは１〜５重量％、さらに好ましくは１〜３重量％である。１重量％よりも少ないと導電性が低くなり、３０重量％を超えると、粒界相が多くなり導電性物質の均一な析出が困難になるからである。特に基板や電子部品などに用いる場合には、大気雰囲気から酸化の影響を受けにくい１〜５重量％、より好ましくは１〜３重量％、さらに好ましくは１〜２重量％である。また、半導体製造装置用部材に用いる場合には、焼結助剤が半導体を汚染しないよう、１〜３重量％、より好ましくは１〜２重量％、さらに好ましくは１〜１．５重量％である。
なお、本発明における焼結助剤は単に焼結体の緻密化を促進するのみならず、焼結体に導電性を付与する希土類元素含有炭素化合物を生成させる、導電性付与剤としての機能も有しており、特に添加量を２重量％以上とすることによりその導電性付与剤としての機能を顕著に発現し、焼結体の導電性を顕著に増大させることができる。
【００３９】
また、２種以上の焼結助剤を添加する場合の混合比は、例えば、酸化イットリウムと酸化セリウムを用いる場合、（酸化セリウム）／（酸化イットリウム＋酸化セリウム）の重量比は０〜１、好ましくは０.０５〜０.９、より好ましくは０.1〜０.８、さらに好ましくは０.２〜０.８である。
【００４０】
また、焼結温度は１５００℃以上であれば特に限定されないが、焼結温度が１９００℃を超えると窒化アルミニウムの蒸気圧が高くなり緻密化が困難になることから、１９００℃以下が好ましい。例えば、焼結助剤に酸化イットリウムを用いる場合、焼結温度は１６５０℃以上、そして焼結助剤に酸化イットリウムと酸化セリウムを用いる場合、焼結温度は１５５０℃以上が好ましい。また、本願で用いる焼結時間とは、焼結体の緻密化するまでの加熱時間と、さらに希土類窒化物が生成するまでの加熱時間を含むものであり、窒化アルミニウム粒子の結晶成長が過剰に促進されない範囲の時間とすることが好ましい。
【００４１】
また、焼結体の加熱には、高周波誘導加熱炉を用いることが好ましい。高周波誘導加熱炉は、試料の周囲に配置したコイルに交流電流を流して磁界を発生させ、この磁界により試料中に発生した渦電流により熱を発生させるもので、従来の抵抗加熱炉に比べ、迅速に試料を加熱することができる。本発明においては、高周波誘導加熱炉を用いることにより、その理由は明らかではないが、抵抗加熱炉を用いた場合に比べ１５０℃〜２５０℃程度より低温または短時間で導電性を有するＡｌＮを作製することができる。加熱温度の低温化により、加熱炉の寿命を延ばすことができ、より低コストでの製造が可能となる。
【００４２】
このような方法で作製されたＡｌＮ焼結体は、高周波燃焼-赤外線吸収法による組成分析により、炭素量として焼結体中に０.０２６重量％以上、より好ましくは０.０３重量％以上で０.９重量％以下含むものである。炭素はＡｌＮに固溶しないことからマトリックス中には実質的に存在せず、この炭素量は粒界相に存在する炭素の量を示すものである。０．０２６重量％より少ないと、希土類元素含有炭素化合物や単体炭素の量が少なくなり導電性が低くなり、また、０.９重量％より多いとＡｌＮ焼結体の耐酸化性および耐水性が低下するからである。さらに、希土類元素の重量％に対するカーボンの重量％の割合が、式：０．０１+ｘ×０．０1／１００（ｘは助剤中に含まれるＹ２Ｏ３以外の希土類酸化物の助剤量中における含有重量％）で規定される値（Ｒ１）以上、より好ましくは式：０．０１５+ｘ×０．０１／１００  で規定される値（Ｒ２）以上となることが好ましい。希土類元素含有炭素化合物ができ易くなるからである。例えば、ＣｅＯ２で２０ｗｔ％、５０ｗｔ％、８０ｗｔ％置換した場合、Ｒ１はそれぞれ、０．０１２、０．０１５、０．０１８、Ｒ２はそれぞれ、０．０１７、０．０２０、０．０２３である。
【００４３】
また、本発明の導電性セラミックスにおいては、窒化アルミニウムからなるマトリックス相に第２相のセラミックス粒子を分散させて導電性の複合セラミックスを作製することもできる。ミクロンあるいはナノサイズの第２相粒子をマトリックス粒子内あるいは粒界相に分散させることにより、強靭化、高強度、機械加工性の向上等が可能となる。分散させるセラミックス粒子には、遷移金属元素の窒化物及び窒化ホウ素から選択された１種の窒化物を用いることができる。上記の遷移金属元素には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、そしてＮｉのいずれか、特に好ましくはＴｉ又はＺｒを用いることができる。第２相のセラミックス粒子の含有量は体積分率で０．０２〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４、さらに好ましくは０．１０〜０．４である。
【００４４】
上記の複合セラミックスを作製する場合、窒化アルミニウムの原料粉末と遷移金属元素の窒化物又は窒化ホウ素の粉末を混合して複合粉末を作製することができる。作製した複合粉末に焼結助剤を添加混合し所定形状に成形後、１５００℃以上の温度で加熱して焼結し、さらに加熱を継続し粒界相に希土類窒化物を生成させることにより製造することができる。あるいは、遷移金属元素の窒化物又は窒化ホウ素の粉末に代えて、それらの窒化物の前駆体物質とその前駆体物質を還元して窒化物を生成させる前駆体物質用の還元剤を添加し、非酸化雰囲気で加熱して前駆体物質を還元し、遷移金属元素の窒化物又は窒化ホウ素と窒化アルミニウムを含む複合粉末を作製する方法を用いることができる。
【００４５】
具体例を挙げれば、窒化チタンを第２相のセラミックス粒子に用いる場合、窒化チタンの前駆体物質にナノサイズの酸化チタン粒子を用い、還元剤として炭素を用い、窒化アルミニウムと酸化チタン、そして炭素を所定の配合比に混合して、窒素雰囲気中で加熱することにより、窒化アルミニウムと窒化チタンを含む複合粉末を作製することができる。これにより、高熱伝導性、高導電性、そして高強度を有するセラミックス材料を提供することが可能となる。
【００４６】
また、窒化ホウ素を第２相のセラミックス粒子に用いる場合、窒化ホウ素の前駆体物質にホウ酸と尿素を用い、窒化アルミニウムとホウ酸と尿素、そして炭素を所定の配合比に混合し、窒素雰囲気中で加熱することにより、窒化アルミニウムと窒化ホウ素を含む複合粉末を作製することができる。これにより、高熱伝導性、高導電性、高強度を有し、さらにマシナブルなセラミックス材料を提供することが可能となる。
【００４７】
また、本発明の導電性セラミックスは、１×１００Ｓ／ｃｍ以上の導電性も可能であるため、放電加工が可能である。すなわち、油等の絶縁性液体中に、被加工物として本発明の導電性セラミックスを浸漬し、放電電極から被加工物に連続的に放電することにより、被加工物の放電部分を崩壊させてスラッジとし、このスラッジを除去することにより所望形状の加工物を得ることができる。放電加工には、ワイヤー放電加工、型ぼり放電加工、そして細穴放電加工等があるが、本発明の導電性セラミックスはいずれの方法も適用することができる。
【００４８】
また、本発明の導電性セラミックスは、放電加工後、その表面を酸化して酸化物絶縁層を形成することができる。表面に存在する希土類窒化物が酸化され、絶縁性の希土類酸化物へと変化して酸化物絶縁層を形成する。これにより、所望形状を有する表面絶縁性のセラミックス材料を作製することができる。酸化されるのは粒界相だけなので、酸化処理した後も、高熱伝導性などの特性を保持することができる。
【００４９】
表面の酸化方法は、表面の希土類窒化物を酸化する方法であれば特に限定されないが、酸化雰囲気中での加熱処理、湿式酸化、あるいは陽極酸化を用いることが好ましい。
酸化雰囲気中での加熱処理は、例えば、放電加工した焼結体を大気雰囲気で、温度４００℃〜７００℃の範囲で行うことができる。また、湿式酸化は、放電加工した焼結体を塩酸、硝酸等の酸性溶液に所定時間浸漬することにより行うことができる。また、陽極酸化は、電解液に例えば、硫酸水溶液を用い、放電加工した焼結体を作用極とし、定電位あるいは定電流で所定時間通電することにより行うことができる。
【００５０】
本発明の導電性セラミックスはハロゲン系腐食性ガスのプラズマに対する耐食性や高熱伝導性を有するのみならず、その導電率を１０−９Ｓ／ｃｍから１０１Ｓ／ｃｍの広い範囲で制御することができることから、プラズマＣＶＤ等の成膜装置やプラズマエッチング装置等の半導体製造装置用の部材として用いることができる。例えば、１０−９Ｓ／ｃｍから１０−８Ｓ／ｃｍ程度の導電率を有する場合、静電チャック用基体、その静電チャックの周囲に配置しエッチングの均一性を向上させるリング部材、そしてプラズマ装置のプラズマ処理用ステージ等に用いることができる。ここで、プラズマ処理用ステージには、抵抗発熱体、プラズマ発生用電極及び静電チャック用電極の少なくとも１種を内蔵することができる。本発明の導電性セラミックスを用いたステージは、プラズマに対する耐食性、耐熱性、高熱伝導性を有する一方、蓄積した静電気を逃がすことができる導電性を有しており、保持する半導体基板等の損傷を防止することができる。
【００５１】
図１は、本発明の半導体製造装置の構成の一例を示す模式断面図であり、平行平板型のプラズマエッチング装置を示している。プラズマエッチング装置Ａは、反応チャンバ１と、反応チャンバ１内にアーム２を介して保持され、内部に下部電極４を有する導電性セラミックス５から成る処理用ステージ３が配置されている。処理用ステージ３の上面には被処理体１０を吸着保持する静電チャック６が配置されている。静電チャック６の上方には、下部電極４と対向するように上部電極９が配置されている。下部電極４は一端を接地したプラズマ発生用ＲＦ電源１１に接続され、下部電極４に高周波電圧を加えて、接地された上部電極９との間にプラズマを発生させる。エッチングガスはガス導入口１３より導入され、反応チャンバ１内を所定の圧力に維持するようにガス排気口１４から排気される。なお、上部電極９に高周波電圧を加え、下部電極４を接地することもできる。
【００５２】
静電チャック６は、静電チャック用電極７とその電極を内蔵する導電性セラミックス８とから構成されており、直流電源１２からの直流電圧により、ジョンソン・ラーベック力を発生させて被処理体１０を吸着保持する。電圧印加を停止すると、速やかに脱着させることができる。ここで、静電チャック用電極７には、タングステン、モリブデン、そしてニッケル等の高融点金属を用いることができる。また、下部電極４にも同様の高融点金属を用いることができる。
【００５３】
上記の静電チャックや処理用ステージは、所定形状の電極、例えばメッシュ状電極を、ＡｌＮの成形体の作製時に成形体の内部に埋設し、その後、カーボン雰囲気中常圧焼結法で焼結することにより作製することができる。また、図１には、処理用ステージに下部電極を設けた例を示したが、抵抗発熱体を埋設することもできる。
【００５４】
１０−５Ｓ／ｃｍ以上の導電率を有する本発明の導電性セラミックスは、ハロゲン系腐食性ガス又はそのプラズマに曝される電極材料に好適に使用することができる。例えば、プラズマ装置のプラズマ発生用電極を挙げることができる。図１のプラズマエッチング装置の上部電極に用いることができる。また、図１の処理用ステージに代えて、本発明の導電性セラミックス自身を下部電極に用いることもできる。
【００５５】
また、本発明の導電性セラミックスをプローブカードに用いることもできる。ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子の製造工程においては、半導体ウェハ上の個々の素子の電気特性をテストするプローバが使用され、そのプローバには、半導体素子の電極パッドに接触する多数の検査用端子（プローブ）を備えたプローブカードが装着されている。プローブカードは、プローブを貫通させ測定する半導体素子の電極パッドにプローブを案内する多数の貫通孔を有する絶縁性材料からなるガイド部材を有している。近年、半導体素子の高密度化に伴い、電極パッドの小型化と電極パッドのピッチの微細化が進み、プローブの径が数十μｍ程度、そしてピッチも１００μｍ以下が要求されている。そのため、ガイド部材を微細加工して、数十μｍ程度の貫通孔を１００μｍ以下のピッチで形成する必要がある。一方、温度を上げて検査することもあり、ガイド部材には高熱伝導性と耐熱性を有するＡｌＮが優れている。しかしながら、ＡｌＮは本質的に高硬度、高強度であるため数十ミクロンの精度で機械加工することは困難である。そのため、高熱伝導性と耐熱性を有するＡｌＮをガイド部材に適用することができないという問題がある。
【００５６】
図２は、本発明の導電性セラミックスをガイド部材に用いたプローブカードの構造の一例を示す模式上面図、そして図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。プローブカードＢは、絶縁性材料からなり開口部２１ａを有するカード基板２１と、そのカード基板２１に一端が固着された多数のプローブ２２と、そのプローブ２２を貫通させる多数の貫通孔２４を有し、上記の開口部２１ａを塞ぐように配設されたガイド部材２３とを有している。さらに、ガイド部材２３は、導電性セラミックスからなりその表面には絶縁層２３ａを有している。プローブは貫通孔を通して被検体の電極パッドに接触可能に案内される。ここで、貫通孔の形状は、角形や円形等、プローブを案内可能であれば特に限定されない。
【００５７】
ガイド部材は、本発明の導電性セラミックスを用い、上述の放電加工、そしてそれに続く酸化処理により作製することができる。すなわち、放電加工により貫通孔を所定ピッチで形成する微細加工を行った導電性セラミックスを酸化処理することにより、表面に絶縁層を形成する。これにより、絶縁性を有し、かつ高熱伝導性と耐熱性を有するガイド部材が得られる。なお、貫通孔の大きさは、放電加工により所望の値に調製することができる。例えば、円形の場合、貫通孔の直径は５０〜１００μｍ、貫通孔のピッチは６０〜１１０μｍであることが好ましい。
【実施例】
【００５８】
実施例１．
（ＡｌＮ−助剤Ｙ２Ｏ３）系
窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．８μｍ、トクヤマ製）に、焼結助剤として酸化イットリウム粉末（信越化学製ＵＵＨＰ）を１〜９重量％の範囲で加え、エタノールを分散媒として用い湿式でボールミル混合した。この混合粉末を乾燥後、５．５ＭＰａの圧力で一軸加圧成形し、続いて２００ＭＰａでＳＩＰ成形した。得られた成形体を、多目的雰囲気炉（富士電波工業製、ハイマルチ１００００）中で、カーボン坩堝中にＢＮ板を介して成形体を載置し、窒素雰囲気中、１５００℃から１８５０℃の温度範囲で常圧焼結した。
【００５９】
得られたＡｌＮセラミックスについて、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）による結晶構造の分析、レーザフラッシュ法による熱伝導率測定、導電率測定、そして高周波燃焼-赤外線吸収法による組成分析を行った。なお、導電率測定は、１０−９Ｓ／ｃｍ以下をＫＥＩＴＨＬＥＹ社製微小電流計（６５１７Ａ）を用い、直流電圧２５０Ｖを１２０秒印可して抵抗を測定する２端子直流法で、また１０−９Ｓ／ｃｍ以上を東洋テクニカ製ＤＣ＆ＡＣホール測定システムＲｅｉＴｅｓｔ８３００を用いvan der pauw法で行った。また、破壊強度は、三点曲げ試験により測定した。表１−１〜表１−３に導電率の値を示す。
【００６０】
実施例２．
（ＡｌＮ−助剤ＣｅＯ２）系
焼結助剤にＹ２Ｏ３に代えてＣｅＯ２を用いた以外は、実施例１と同様の方法によりＡｌＮセラミックスを作製し、導電率を測定した。結果を表１−１〜表１−３に示す。
【００６１】
実施例３．
（ＡｌＮ−助剤Ｙ２Ｏ３／ＣｅＯ２）系
本実施例では、焼結温度をより低温とし、焼結時間をより短時間とすべく、Ｙ２Ｏ３の一部をＣｅＯ２に置換した以外は、実施例１と同様の方法によりＡｌＮの焼結体を作製した。結果を表１−１〜表１−３に示す。
なお、ＣｅＯ２の置換量は、助剤中のＣｅＯ２の重量％で表した。
【００６２】
比較例．
ＡｌＮ成形体を蓋付きのＢＮ坩堝に入れた状態でカーボン坩堝内に載置して焼結した。結果を表１−３に示す（試料４７、４８、４９）。
【００６３】
【表１−１】
2007112705.tif 000002
【表１−２】
2007112705.tif 000003
【表１−３】
2007112705.tif 000004
【００６４】
（結果）
（助剤Ｙ２Ｏ３系）
焼結助剤にＹ２Ｏ３を用いた場合、添加量が１ｗｔ％でも１８００℃で１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率が得られた。１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率が得られた焼結温度は、添加量１ｗｔ％では１８００℃（試料４７）、添加量１．５ｗｔ％では１８００℃（試料４８）、添加量２ｗｔ％では１７５０℃（試料７）、添加量３ｗｔ％では１７００℃（試料１１）、添加量５ｗｔ％では１７００℃（試料２０）、添加量７ｗｔ％では１７００℃（試料２９）、添加量９ｗｔ％では１７００℃（試料３８）であった。
これに対し、比較例では、添加量５ｗｔ％で１７００℃では１０−１４Ｓ／ｃｍ程度（試料４９）、１９００℃で１０−５Ｓ／ｃｍ程度、添加量７ｗｔ％では、１８００℃で１０−１２Ｓ／ｃｍ程度であった（試料５１）。
すなわち、カーボンガス雰囲気で焼結することにより、より低温で高導電性の焼結体を得ることができ、例えば添加量５ｗｔ％で比較すると、１９００℃から１７００℃へと２００℃近く低温で焼結することができた。
【００６５】
（助剤ＣｅＯ２系）
焼結助剤にＣｅＯ２を用いた場合、添加量が３ｗｔ％以上でないと、１８５０℃までの焼結温度では焼結することができなかった。１０−５Ｓ／ｃｍ以上の導電率が得られた焼結温度は、添加量３ｗｔ％で１５５０℃（試料１９）、添加量５ｗｔ％で１６００℃（試料２８）、添加量７ｗｔ％で１５５０℃（試料３７）、添加量９ｗｔ％で１６００℃（試料４６）であった。
焼結助剤にＹ２Ｏ３を用いた場合に比べ、高い導電率が得られ、またより低温で高導電性の焼結体を得ることができた。
【００６６】
（助剤Ｙ２Ｏ３／ＣｅＯ２系）
Ｙ２Ｏ３の一部をＣｅＯ２で置き換えることにより、添加量１ｗｔ％でも１７５０℃で１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率が得られた（試料３，４）。さらに、１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率が得られた焼結温度は、添加量１．５ｗｔ％で１６００℃（試料５，６）、添加量２ｗｔ％で１６００℃（試料１０）、添加量３ｗｔ％で１５００℃（試料１５，１６）、添加量５ｗｔ％で１５５０℃（２４，２５，２６，２７）、添加量７ｗｔ％で１５５０℃（試料３３，３４）、添加量９ｗｔ％で１５５０℃（試料４３，４４）であった。
すなわち、Ｙ２Ｏ３の一部をＣｅＯ２で置き換えることにより、Ｙ２Ｏ３単独の場合に比べ、助剤がより低添加量で、すなわち１重量％で１０−５Ｓ／ｃｍ以上の導電率を得ることができた。さらにより低温で高導電性の焼結体を得ることができ、例えば添加量３ｗｔ％で比較すると、ＣｅＯ２で置き換えることにより１７００℃から１５００℃へと２００℃近く低温で焼結することができた。なお、比較例（試料５０）では、１７００℃では１０−１３Ｓ／ｃｍ程度であった。
【００６７】
さらに、導電率と焼結時間の関係を表２に示す。１０−９Ｓ／ｃｍ以上の導電率を得るには、添加量３ｗｔ％では、Ｙ２Ｏ３単独では９時間を要するのに対し、ＣｅＯ２で置換すると１時間に短縮することができた（試料１７）。また、添加量５ｗｔ％では、Ｙ２Ｏ３単独では９時間を要するのに対し、ＣｅＯ２で置換すると１時間に短縮することができた（試料２６，２７）。
【００６８】
【表２】
2007112705.tif 000005
【００６９】
図４は、試料２０のＸＲＤパターンである。●はＡｌＮのピークである。希土類酸炭化物である３元化合物ＹＯｘＣ１−ｘ（ｘ+ｙ≦1）、又はその３元化合物のイットリウムの一部をアルミで置換したＹＯｘＣ１−ｘ（ｘ+ｙ≦1）に帰属されるピーク（▲）が認められた。
【００７０】
表３−１と表３−２に、各焼結温度における炭素量（ｗｔ％）の値を示す。炭素量が０．０２６ｗｔ％以上では、測定した全ての試料の導電率は１０−９Ｓ／ｃｍ以上であった。また、炭素量とともに導電率が増加し、例えば、添加量３ｗｔ％の場合（試料１１、１４，１５，１６）、ＣｅＯ２の置換量とともに炭素量が増加し、これに対応して、導電率も、９．０１×１０−４Ｓ／ｃｍ、４．８８×１０−２Ｓ／ｃｍ、２．０７×１０−１Ｓ／ｃｍ、そして２．４３×１０−１Ｓ／ｃｍと増加した。
【００７１】
【表３−１】
2007112705.tif 000006
【表３−２】
2007112705.tif 000007
【００７２】
表３−３に、焼結温度１７００℃での各焼結時間における炭素量を示す。いずれの試料も焼結時間が長くなると、炭素量も増加した。炭素量の増加とともに、いずれの試料も導電率は増加した。
【００７３】
【表３−３】
2007112705.tif 000008
【００７４】
表４−１と表４−２に、各焼結温度における、炭素量（ｗｔ％）／希土類元素量（ｗｔ％）の重量比の値を示す。この値を、前述のＲ１、すなわち、ＣｅＯ２で２０ｗｔ％、５０ｗｔ％、８０ｗｔ％置換した場合、Ｒ１はそれぞれ、０．０１２、０．０１５、０．０１８である、と比較すると、炭素量が０．０２６重量％より少なく、かつ上記の重量比がＲ１より小さい試料はすべて導電率が１０−９Ｓ／ｃｍより小さい値であった。
【００７５】
【表４−１】
2007112705.tif 000009
【表４−２】
2007112705.tif 000010
【００７６】
表４−３に、焼結温度１７００℃での各焼結時間における炭素量（ｗｔ％）／希土類元素量（ｗｔ％）の重量比の値を示す。前述のように、炭素量が０．０２６重量％より少なく、かつ上記の重量比がＲ１より小さい試料はすべて導電率が１０−９Ｓ／ｃｍより小さい値であった。
【００７７】
【表４−３】
2007112705.tif 000011
【００７８】
表５−１と表５−２に、各焼結温度における熱伝導率の値を示す。さらに、表６に、比較例（試料４８）との比較を示す。１６００℃の焼結温度でも、比較例と同程度の高い熱伝導率が得られた。また、表６に示すように、比較例と同等以上の破壊強度を有していた。
【００７９】
【表５−１】
2007112705.tif 000012
【表５−２】
2007112705.tif 000013
【表６】
2007112705.tif 000014
【００８０】
図５ａは、試料２８を１８５０℃で１２時間焼結して得られた焼結体の導電粒界相の構造の一例を示す透過型電子顕微鏡写真であり、図５ｂはその部分拡大写真である。また、図６は、その焼結体のＸＲＤパターンであり、●はＡｌＮ、◆はグラファイトに帰属されるピークである。これより、粒界相にグラファイトが生成していることを確認した。また、ＥＤＸ分析より、グラファイトには希土類元素を含むものも存在した。
【００８１】
表７に、炭素抵抗加熱炉を用いて成型体を焼結した場合の各焼結温度における導電率の値を示す。表８は、試料５２，５３，５４，５５，５６に対応する原料組成を有する試料
１１，１４，１５，１６，１９を、高周波誘導加熱炉を用いて焼結した場合の結果を示したもので、表１−１．のデータを用いている。高周波誘導加熱炉を用いた場合、１７５０℃から１８００℃で１００Ｓ／ｃｍオーダーの導電率が得られるのに対し、炭素抵抗加熱炉を用いた場合には２０００℃に加熱する必要があることがわかる。また、１０1Ｓ／ｃｍオーダーの導電率についても、高周波誘導加熱炉では１６５０〜１７５０℃で得られるのに対し、炭素抵抗加熱炉では１８００〜１９００℃まで加熱する必要がある。これより、高周波誘導加熱炉を用いると炭素抵抗加熱炉を用いた場合に比べ、１００Ｓ／ｃｍオーダーの導電率の場合は２００℃〜２５０℃程度、１０1Ｓ／ｃｍオーダーの導電率の場合は１５０℃程度、より低温の焼結温度で良いことがわかった。
【００８２】
【表７】
2007112705.tif 000015
【表８】
2007112705.tif 000016
【００８３】
以上説明したように、本発明の導電性セラミックスは、ハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマに対する耐食性、高熱伝導性、そして高強度といったマトリックスの優れた特性を損なうことなく、１０−９Ｓ／ｃｍ以上、さらには１０−５Ｓ／ｃｍ以上の高導電率を有しており、プラズマを使用する半導体製造装置の部材として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の導電性セラミックスを用いた半導体製造装置の構造の一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明のプローブカードの構造の一例を示す模式上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。
【図４】本発明の導電性セラミックスのＸＲＤパターンの一例である。
【図５】本発明の導電性セラミックスの導電粒界相の構造の一例を示す透過型電子顕微鏡写真である。
【図６】図５の導電性セラミックスのＸＲＤパターンである。
【符号の説明】
【００８５】
１  反応チャンバ
２  アーム
３  処理用ステージ
４  下部電極
５  導電性セラミックス
６  静電チャック
７  静電チャック用電極
８  導電性セラミックス
９  上部電極
１０  被処理体
１１  ＲＦ電源
１２  直流電源
Ａ  半導体製造装置
２１  カード基板
２１ａ  開口部
２２  プローブ
２３  ガイド部材
２３ａ  絶縁層
２４  貫通孔
【図１】
2007112705.tif 000017
【図２】
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【図３】
2007112705.tif 000019
【図４】
2007112705.tif 000020
【図５】
2007112705.tif 000021
【図６】
2007112705.tif 000022