(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）とを含み、前記化合物およびＴｉＯ２−ｘの少なくとも一部が複合酸化物を形成しており、その複合酸化物がＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、Ｌａ２ＴｉＯ５−ｘ、（０＜ｘ＜５）、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、Ｌａ４Ｔｉ９Ｏ２４−ｘ（０＜ｘ＜２４）、Ｙｂ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙｂ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）、Ｙ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）のいずれかであることを特徴とする導電性セラミックス材料。
【請求項２】
前記化合物がＹ２Ｏ３であり、前記複合酸化物がＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の導電性セラミックス材料。
【請求項３】
ＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）の量が全体の５〜９０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性セラミックス材料。
【請求項４】
抵抗率が１０−４〜１０１４Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の導電性セラミックス材料。
【請求項５】
相対密度が９８％以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の導電性セラミックス材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極、ヒーターをはじめ、半導体関連部品、例えばイオナイザー、ウエハ搬送ハンド、チャンバードーム、クランプリング、半導体製造装置用部品等に好適な導電性セラミックス材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極やヒーター、およびイオナイザー、ウエハ搬送ハンド、チャンバードーム、クランプリング、半導体製造装置用部品等の半導体関連部品として導電性を示すセラミックス材料が検討されている。このような導電性セラミックス材料としては、単体で導電性を示すセラミックス、例えばＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＷＯ２、ＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）等がある。また、絶縁体セラミックスと導電性セラミックスとを混合した複合セラミックス、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）、ＡｌＮ−ＴｉＮ（ＴｉＣ）、Ｓｉ３Ｎ４−ＴｉＣ（ＴｉＮ）等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導電性セラミックス材料を上述のような用途に適用しようとする場合には、その目的に応じて抵抗率を変化させ得ることが好ましいが、上記材料のうち単体で導電性を示すものは抵抗率を変化させることが困難である。
【０００４】
一方、絶縁体セラミックスと導電性セラミックスとを混合した複合セラミックスの場合には、導電性セラミックスの割合を変化させることにより抵抗率を変化させることができるものの、抵抗率が急激に変化するため、抵抗率がばらつきやすく、抵抗率を所望の値に制御することは困難である。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、抵抗率を広範囲に亘って変化させることができ、かつ抵抗率のばらつきが小さい導電性セラミックス材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、周期律表３Ａ族に属する元素のうち特定の元素を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）とを含有し、少なくとも一部を特定組成のこれらの複合酸化物とすることにより、抵抗率を広範囲に亘って変化させることができ、かつ抵抗率のばらつきが小さい導電性セラミックス材料が得られることを見出した。
【０００７】
つまり、このような材料は、上記周期律表３Ａ族に属する元素のうち特定の元素を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）の割合等を変化させることにより、抵抗率を広範囲に変化させることができ、特定組成の複合酸化物が形成されていることから抵抗率の変化が急激ではなく、したがって抵抗率のばらつきを小さくすることができる。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）とを含み、前記化合物およびＴｉＯ２−ｘの少なくとも一部が複合酸化物を形成しており、その複合酸化物がＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、Ｌａ２ＴｉＯ５−ｘ、（０＜ｘ＜５）、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、Ｌａ４Ｔｉ９Ｏ２４−ｘ（０＜ｘ＜２４）、Ｙｂ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙｂ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）、Ｙ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）のいずれかであることを特徴とする導電性セラミックス材料を提供するものである。
【０００９】
ここで、前記化合物がＹ２Ｏ３であり、前記複合酸化物がＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７（ただし、ｘ＝１は除く））、またはこれらの混合物であることが好ましい。
【００１０】
また、ＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）の量が全体の５〜９０ｗｔ％であることが好ましい。本発明の導電性セラミックス材料の抵抗率は１０−４〜１０１４Ω・ｃｍの間で変化させることができる。また、本発明の導電性セラミックス材料の相対密度は９８％以上であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の導電性セラミックス材料は、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）とを含み、前記化合物およびＴｉＯ２−ｘの少なくとも一部が複合酸化物を形成している。
【００１２】
ここで、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種を含む化合物としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等の酸化物を挙げることができる。
【００１３】
Ｙ、Ｌａ、Ｙｂは、その化合物例えばＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３がＴｉとの間で、複合酸化物としてＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）、Ｌａ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）、Ｌａ４Ｔｉ９Ｏ２４−ｘ（０＜ｘ＜２４）、Ｙｂ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙｂ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）を形成し、それによって抵抗率のばらつきをより小さくすることができる。中でもＹ２Ｏ３はＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）との間でＹ２ＴｉＯ５−ｘ（０＜ｘ＜５）、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ（０＜ｘ＜７）、またはこれらの混合物を容易に合成することができるため特に好ましい。
【００１４】
本発明においては、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）とが複合酸化物を形成していることが必要であるが、全てが複合酸化物になっている必要はなく、少なくとも一部が複合酸化物を形成していればよい。
【００１５】
なお、酸化物から酸素が欠損する量は、焼成雰囲気の還元力によって異なり、上記化合物が酸化物である場合、還元力が強ければＴｉについている酸素のみならず、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂについている酸素も欠損する可能性があるが、通常採用されるカーボン雰囲気程度の還元力では、Ｔｉについている酸素が抜けるのみであり、Ｔｉの係数をｍとした場合に０＜ｘ＜２ｍの範囲である。すなわち、例えばＹ２ＴｉＯ５−ｘ等の場合にはｍ＝１で０＜ｘ＜２であり、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７−ｘ等の場合にはｍ＝２で０＜ｘ＜４であり、Ｌａ４Ｔｉ９Ｏ２４−ｘの場合にはｍ＝９で０＜ｘ＜１８の範囲となる。そして、本発明のセラミックス材料はこの範囲の酸素欠損量において極めて安定した抵抗率を示す。
【００１６】
ＴｉＯ２−ｘ（０＜ｘ＜２）の含有率は、材料全体の５〜９０ｗｔ％であることが好ましい。その含有率が５ｗｔ％未満の場合には導電性が発現されにくいため好ましくなく、９０ｗｔ％を超えると抵抗率が変化せず、複合セラミックスとする意味がない。
【００１７】
本発明の導電性セラミックス材料は、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂの化合物の種類および割合を適宜設定することにより、その抵抗率を１０−４〜１０１４Ω・ｃｍの間で変化させることができる。
【００１８】
本発明の導電性セラミックス材料は、その相対密度が高いほど好ましく、９８％以上が好ましい。相対密度が９８％未満であるとポア（気孔）が多くなり抵抗率がばらつくため好ましくない。
【００１９】
次に、本発明に係る導電性セラミックス材料の製造方法について説明する。
本発明の導電性セラミックス材料は、基本的には原料粉末を成形および焼成して製造される。原料粉末は９８％以上の純度のものが好ましく、９９％以上が一層好ましい。純度が９８％未満であると抵抗率がばらつくため好ましくない。また、原料粉末の粒径は５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下が一層好ましい。粒径が５μｍより大きいと焼結の駆動力が低下し、緻密な焼結体を得ることが難しい。
【００２０】
出発原料の調合は、常法に従って行うことができる。例えば、所定の配合の原料粉末にアルコール等の有機溶媒または水を加え、ボールミルで混合後、乾燥する方法、所定の配合の塩類、アルコキシド等の溶液から共沈物を分離する方法がある。
【００２１】
これら原料の混合物には、より緻密化を容易にするため、ＳｉＯ２、ＭｇＯなどの焼結助剤を添加してもよい。焼結助剤の添加形態に関しては、酸化物粉末、塩類、アルコキシド等、どのような形態であってもよく、特に限定されない。
【００２２】
このようにして得られた混合粉末を一軸プレスまたは冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）によって所定形状に成形する。次いで還元雰囲気下で１０００〜１９００℃で焼成する。または、１０００〜１９００℃で焼成した後、還元雰囲気下で、温度８００〜１９００℃、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を行う。これにより導電性セラミックス焼結体が得られる。焼成またはＨＩＰ処理時間は特に限定しないが、２〜４時間程度でよい。焼成温度が１０００℃未満であると、緻密化が不十分となり、抵抗率がばらつくため好ましくなく、一方、１９００℃を超えると分解するおそれがあり好ましくない。ＨＩＰ処理温度が８００℃未満、圧力が１０００ｋｇｆ／ｃｍ２未満ではＨＩＰ処理の効果が小さく好ましくなく、１９００℃を超えると分解するおそれがあり好ましくない。
【００２３】
【実施例】
（実施例１〜９）
表１に示すように、純度９８％以上、平均粒径３μｍのＹ、Ｌａ、Ｙｂの酸化物と、純度９８％以上、平均粒径２μｍのＴｉＯ２粉末またはＹ２ＴｉＯ５、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７粉末を合計で２００ｇ秤量し、ポリエチレンポット中にそれぞれの粉末と、イオン交換水２００ｇと、φ１０ｍｍの鉄芯入りナイロンボール２５０ｇを入れ、必要に応じて焼結助剤としてＳｉＯ２またはＭｇＯを１ｗｔ％添加し、１６時間混合した。得られたスラリーをロータリーエバポレーターで減圧乾燥した後、得られた粉末を＃１００のナイロンメッシュでメッシュパスした。この粉末をφ５０ｍｍの金型を用いて圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２で厚さ６ｍｍに一次成形した後、圧力１２００ｋｇｆ／ｃｍ２で冷間静水圧プレス成形して成形体を得た。得られた成形体を表１に示す温度で３時間焼成した。得られた焼結体の一部は、還元雰囲気下で表１の温度・圧力条件で２時間のＨＩＰ処理を行った。このようにして得られたセラミックス材料について、相対密度、および抵抗率の測定を行った。なお、抵抗率の測定は２０サンプルについて行った。
【００２４】
表１に示すように、本発明に係る導電性セラミックス材料は、抵抗率のばらつきが小さく、また抵抗率を広範囲に亘って変化させることができることが確認された。
【００２５】
【表１】
0003898346.tif 000002
【００２６】
（比較例１０〜１６）
表２に示すように、本発明の範囲外とした場合について、実施例と同様の手順により試料を作製し、相対密度および抵抗率を測定した。その結果、表２に示すように抵抗率のばらつきが大きいことが確認された。
【００２７】
【表２】
0003898346.tif 000003
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、抵抗率を広範囲に亘って変化させることができ、かつ抵抗率のばらつきが小さい導電性セラミック材料を得ることができる。したがって、本発明の導電性セラミックス材料は、電極、ヒーターをはじめ、半導体関連部品、例えばイオナイザー、ウエハ搬送ハンド、チャンバードーム、クランプリング、半導体製造装置用部品等に好適に用いることができる。