(57)【要約】  複合焼結体は、Ａｌ２Ｏ３と、ＭｇＡｌ２Ｏ４とを備える。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上である。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下である。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下である。当該複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下である。当該複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４とＡｌ２Ｏ３との結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。これにより、高い耐電圧および高い体積抵抗率を有する複合焼結体を提供することができる。
2019188148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合焼結体であって、
酸化アルミニウムと、
マグネシウムアルミニウムスピネルと、
を備え、
前記酸化アルミニウムの含有率は、９５．５重量％以上であり、
前記酸化アルミニウムの平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、
前記酸化アルミニウムの焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下であり、
前記複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であり、
前記マグネシウムアルミニウムスピネルと前記酸化アルミニウムとの結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。
【請求項２】
請求項１に記載の複合焼結体であって、
炭化ケイ素をさらに備え、
前記炭化ケイ素の含有率は、０．０１重量％以上かつ４重量％以下である。
【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、
マグネシウムの含有率は、０．３５重量％以下である。
【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、
耐電圧は、１００ｋＶ／ｍｍ以上である。
【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、
２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上である。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上である。
【請求項７】
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６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。
【請求項８】
請求項７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内部電極と、
を備える。
【請求項９】
複合焼結体の製造方法であって、
ａ）酸化アルミニウムと酸化マグネシウム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）前記成形体を焼成して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酸化アルミニウムの含有率は９５．５重量％以上であり、
前記ｂ）工程終了後における前記酸化アルミニウムの平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、
前記ｂ）工程終了後における前記酸化アルミニウムの焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下であり、
前記複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であり、
前記複合焼結体はマグネシウムアルミニウムスピネルを備え、前記マグネシウムアルミニウムスピネルと前記酸化アルミニウムとの結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。
【請求項１０】
請求項９に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ａ）工程において、前記混合粉末は炭化ケイ素を含んでおり、前記混合粉末における前記炭化ケイ素の含有率は、０．０１重量％以上かつ４重量％以下である。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ａ）工程において、前記混合粉末における前記酸化マグネシウムの含有率は０．５重量％以下である。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ｂ）工程において、焼成温度は１５５０℃以上かつ１７００℃以下である。
【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等において、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力を利用して半導体基板を吸着して保持する静電チャック、半導体基板を加熱するヒーター、これらを組み合わせた静電チャックヒーター等の、サセプターが利用されている。当該サセプターには、高い耐電圧および高い体積抵抗率が求められる。当該サセプターは、例えば、酸化アルミニウムを主相とする焼結体を用いて製造される。【０００３】
ところで、上記焼結体の焼成時に酸化アルミニウムの異常粒成長が生じると、焼結体の材料特性が大きく変動する場合がある。そこで、特開２０１７−０９５３３３号公報（文献１）では、酸化アルミニウムの粒成長を抑制することを目的として、酸化アルミニウムを主成分とする焼成原料に酸化マグネシウムを添加することにより、酸化アルミニウムの平均焼結粒径を３μｍ〜１８μｍとし、焼結粒径分布の変動係数を７％〜２１％としている。【０００４】
また、特開２０１３−３２１２７０号公報（文献２）では、酸化アルミニウムを主成分とする焼成原料に二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ジルコニアを添加することにより、酸化アルミニウムの平均焼結粒径を０．８μｍから４．６μｍとし、嵩密度を３．８０ｇ／ｃｍ３〜３．９２ｇ／ｃｍ３としている。【０００５】
特開２００５−２７２２９３号公報（文献３）では、半導体製造装置用部材に使用される酸化アルミニウム焼結体の実施例として、焼結体組成が酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素であり、平均粒径が３．５μｍから１９．０μｍである焼結体が開示されている（表３）。【０００６】
特開２０１２−２１６８１６号公報（文献４）では、実施例５として、アルミナ粉末１００重量部、マグネシア０．２重量部、フッ化マグネシウム０．３重量部、分散剤および溶媒を混合し、成形および焼成することにより製造された静電チャック用セラミック成形体が記載されている（段落００５８〜００６１）。実施例５のセラミック成形体では、セラミック粒子の平均粒径は０．９μｍであり、標準偏差は０．３μｍである。また、実施例５のセラミック成形体の粒界組成は、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＭｇＯである（表２）。当該セラミック成形体では、セラミック粒子の平均粒径を０．７μｍ〜１．２μｍとすることにより、パーティクルの発生が格段に抑制される（段落００１８）。【０００７】
特開２０１５−１０９３１８号公報（文献５）では、酸化アルミニウムの結晶を主相とするセラミック製のボンディングキャピラリにおいて、耐摩耗性の向上を図るために、酸化アルミニウムの平均粒径を０．６８μｍ以下とし、粒径分布の変動係数を０．４９以下とする技術が記載されている。【０００８】
特開２０１７−９５３３３号公報（文献６）では、アルミナ粒子の粒界にＭｇＡｌ２Ｏ４粒子が存在するアルミナ焼結体が開示されている。表２の比較例９〜１０では、焼結体におけるアルミナ粒子の平均粒径が２〜３μｍであり、粒径変動係数が６〜８％と比較的小さいアルミナ焼結体が開示されている。比較例９〜１０の焼結体では、嵩密度が３．８３ｇ／ｃｍ３〜３．８５ｇ／ｃｍ３であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４／アルミナ結晶相量比が０．０２１〜０．０２７である。【０００９】
特許第６０３２０２２号公報（文献７）では、酸化アルミニウムに炭化ケイ素を４〜２０重量％添加した静電チャック用の誘電体材料が開示されている。特開２００２−３２４８３３号公報（文献８）では、酸化アルミニウムに炭化ケイ素を１〜１０重量％添加した混合粉末を成形し、得られた成形体を焼結することにより静電チャック用絶縁部材を製造する技術が開示されている。【００１０】
上述の文献１の焼結体では、酸化アルミニウムの平均焼結粒径を下限値である３μｍとした場合、焼結粒径分布の変動係数が１３％と大きくなり、焼結粒径の均一性が低い。一方、焼結粒径分布の変動係数を下限値である７％とした場合、平均焼結粒径が７μｍと大きくなる。また、文献１の焼結体において、上述の変動係数および平均焼結粒径から求められる酸化アルミニウムの焼結粒径分布の標準偏差は、０．３９〜３．５７である。当該標準偏差からも、文献１の焼結体では、焼結粒径の均一性が低いことがわかる。すなわち、文献１の焼結体では、平均焼結粒径の縮小と、焼結粒径の均一性向上との両立が困難である。また、当該焼結体では、最大強度も４８５ＭＰａと十分に高くはない。さらには、当該焼結体では、酸化アルミニウムの粒成長抑制が不十分であるため、耐電圧および体積抵抗率も低く、焼成条件が変動すると材料特性も大きく変動すると考えられる。【００１１】
文献２の焼結体は、嵩密度が比較的低く、焼結体中の欠陥も０．７％〜３．９％と多い。また、焼結粒径の最大値が平均値の１．６倍以上であり、焼結粒径の均一性は低いと考えられる。したがって、焼結体の強度は低く、耐電圧および体積抵抗率も低いと考えられる。【００１２】
文献４のセラミック成形体では、セラミック粒子の平均粒径が０．７μｍ〜１．２μｍと小さいが、パーティクルの発生抑制に関する段落００１８の記載から、当該平均粒径を１．２μｍよりも大きくすることは考え難い。したがって、文献４に文献３を組み合わせて、文献４の粒径標準偏差が０．３μｍであるセラミック粒子の平均粒径を、文献３のように３．５μｍ〜１９．０μｍとすることは考え難い。文献５のボンディングキャピラリにおいても同様に、耐摩耗性向上に関する記載から、酸化アルミニウムの平均粒径を０．６８μｍよりも大きくすることは考えがたい。【００１３】
ところで、文献４のセラミック成形体を用いる静電チャックでは、ＭｇＡｌ２Ｏ４の含有率が高くなると、セラミック成形体の熱膨張率が増大し、内部電極として使用される金属または合金の熱膨張率との差が大きくなる。このため、焼結工程において、当該熱膨張率の差に起因して、セラミック成形体にクラックや割れ等の損傷が生じるおそれがある。しかしながら、文献４では、ＭｇＡｌ２Ｏ４の含有率等については言及されていない。【００１４】
一方、文献６の上記比較例９〜１０のアルミナ焼結体では、ＭｇＡｌ２Ｏ４／アルミナ結晶相量比について言及されているが、当該結晶相量比が０．０２１〜０．０２７と高いため、焼結時にアルミナ焼結体の損傷が生じるおそれがある。また、比較例９〜１０のアルミナ焼結体は、嵩密度も上述のように低いため、耐電圧、体積抵抗率および曲げ強度等が低くなるおそれがある。【００１５】
文献７の誘電体材料では、導電パスとなり得る炭化ケイ素の添加量が比較的多いため、耐電圧および体積抵抗率は高くなりにくい。なお、当該誘電体材料は、腐食雰囲気下において、耐食性が比較的低い炭化ケイ素の腐食および脱落に伴って静電チャック表面の凹凸が顕著となり、更なる粒子の脱落の原因となり、単位時間あたりの腐食量が大きくなる、あるいは、パーティクルが発生するおそれもある。文献８の静電チャック用絶縁部材においても同様である。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、複合焼結体に向けられており、高い耐電圧、高い体積抵抗率および高い曲げ強度を有する複合焼結体を提供することを目的としている。また、製造時における複合焼結体の損傷を抑制することも目的としている。
【００１７】
本発明の好ましい一の形態に係る複合焼結体は、酸化アルミニウムと、マグネシウムアルミニウムスピネルと、を備える。前記酸化アルミニウムの含有率は、９５．５重量％以上である。前記酸化アルミニウムの平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下である。前記酸化アルミニウムの焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下である。前記複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下である。前記マグネシウムアルミニウムスピネルと前記酸化アルミニウムとの結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。本発明によれば、高い耐電圧、高い体積抵抗率および高い曲げ強度を有する複合焼結体を提供することができる。また、製造時における複合焼結体の損傷を抑制することもできる。
【００１８】
好ましくは、前記複合焼結体は、炭化ケイ素をさらに備え、前記炭化ケイ素の含有率は、０．０１重量％以上かつ４重量％以下である。
【００１９】
好ましくは、前記複合焼結体のマグネシウムの含有率は、０．３５重量％以下である。
【００２０】
好ましくは、前記複合焼結体の耐電圧は、１００ｋＶ／ｍｍ以上である。
【００２１】
好ましくは、前記複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上である。
【００２２】
好ましくは、前記複合焼結体の４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上である。
【００２３】
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、高い耐電圧および高い体積抵抗率を有する半導体製造装置部材を提供することができる。
【００２４】
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内部電極と、を備える。
【００２５】
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）酸化アルミニウムと酸化マグネシウム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）前記成形体を焼成して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酸化アルミニウムの含有率は９５．５重量％以上である。前記ｂ）工程終了後における前記酸化アルミニウムの平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下である。前記ｂ）工程終了後における前記酸化アルミニウムの焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下である。前記複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下である。前記複合焼結体はマグネシウムアルミニウムスピネルを備え、前記マグネシウムアルミニウムスピネルと前記酸化アルミニウムとの結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。本発明によれば、高い耐電圧、高い体積抵抗率および高い曲げ強度を有する複合焼結体を容易に製造することができる。また、製造時における複合焼結体の損傷を抑制することもできる。
【００２６】
好ましくは、前記ａ）工程において、前記混合粉末は炭化ケイ素を含んでおり、前記混合粉末における前記炭化ケイ素の含有率は０．０１重量％以上かつ４重量％以下である。
【００２７】
好ましくは、前記ａ）工程において、前記混合粉末における前記酸化マグネシウムの含有率は０．５重量％以下である。
【００２８】
好ましくは、前記ｂ）工程において、焼成温度は１５５０℃以上かつ１７００℃以下である。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】静電チャックの断面図である。
【図２】チャック本体の製造の流れを示す図である。
【図３】複合焼結体の研磨面のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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中の下側から支持する。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。
【００３２】
サセプター１は、本体部２１と、ベース部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。ベース部２２は、平面視において本体部２１よりも大きい略板状（例えば、略円板状）の部材である。本体部２１は、ベース部２２上に取り付けられる。
【００３３】
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。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、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。
【００３４】
図１に示す例では、サセプター１は、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力を利用して基板９を吸着して保持する静電チャックである。サセプター１では、内部電極２３と基板９との間に直流電圧が印加されることにより、本体部２１のうち内部電極２３と基板９との間の部位が誘電体層として働き、基板９が本体部２１の上面２１１に吸着される。図示しないが、本体部２１の内部には、基板９を加熱するための抵抗発熱体（すなわち、ヒーター電極）が設けられていてもよい。
【００３５】
サセプター１の本体部２１は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と、マグネシウムアルミニウムスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）とを含む複合焼結体を用いて作製される。マグネシウムアルミニウムスピネルは、単に「スピネル」とも呼ばれる。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。
【００３６】
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Ａｌ２Ｏ３である。当該複合焼結体では、ＳｉＣの粒子およびＭｇＡｌ２Ｏ４の粒子が、Ａｌ２Ｏ３中に分散している。
【００３７】
複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上、かつ、１００重量％よりも小さい。Ａｌ２Ｏ３の含有率は、好ましくは９７重量％以上であり、より好ましくは９８．５重量％以上である。Ａｌ２Ｏ３の含有率の上限は、１００重量％よりも小さければ特には限定されないが、典型的には、当該含有率は９９．８重量％以下であり、より典型的には９９重量％以下である。
【００３８】
また、複合焼結体におけるＳｉＣの含有率は、好ましくは４重量％以下であり、より好ましくは２重量％以下であり、さらに好ましくは１重量％以下である。ＳｉＣの含有率の下限は特には限定されないが、典型的には、当該含有率は０．１重量％以上であり、より典型的には０．５重量％以上である。複合焼結体は、ＳｉＣを実質的に含んでいなくてもよい。なお、「ＳｉＣを実質的に含まない」とは、複合焼結体におけるＳｉＣの含有率が、０．０１重量％未満であることを指す。
【００３９】
当該複合焼結体におけるマグネシウム（Ｍｇ）の含有率は、好ましくは０．３５重量％以下である。当該Ｍｇの含有率とは、上述のＭｇＡｌ２Ｏ４に含まれるＭｇ、および、Ａｌ２Ｏ３に固溶しているＭｇ等、複合焼結体に含まれる全Ｍｇの含有率である。Ｍｇの含有率は、より好ましくは、０．０７重量％以下である。Ｍｇの含有率の下限は、０重量％よりも大きければ特には限定されないが、典型的には、当該含有率は０．０２重量％以上であり、より典型的には０．０５重量％以上である。
【００４０】
複合焼結体の開気孔率は、好ましくは０．１％未満であり、より好ましくは０．０５％未満であり、さらに好ましくは実質的に０．０％である。複合焼結体の嵩密度は、好ましくは３．９４ｇ／ｃｍ３〜３．９８ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは３．９６ｇ／ｃｍ３〜３．９７ｇ／ｃｍ３である。
【００４１】
複合焼結体の耐電圧（すなわち、絶縁耐圧）は、好ましくは１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、より好ましくは１５０ｋＶ／ｍｍ以上であり、さらに好ましくは２００ｋＶ／ｍｍ以上である。
【００４２】
２５０℃における複合焼結体の体積抵抗率は、好ましくは１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であり、より好ましくは５．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上である。
【００４３】
複合焼結体の４点曲げ強度は、好ましくは４５０ＭＰａ以上であり、より好ましくは５００ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは５５０ＭＰａ以上である。
【００４４】
複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、好ましくは２μｍ〜４μｍであり、より好ましくは２．３μｍ〜３．７μｍであり、さらに好ましくは２．５μｍ〜３．５μｍである。複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下であり、好ましくは０．２５以下であり、より好ましくは０．１５以下である。
【００４５】
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）の製造方法の一例について説明する。複合焼結体を製造する際には、まず、Ａｌ２Ｏ３と、ＳｉＣと、ＭｇＯとを混合した混合粉末を得る。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、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯ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。湿式混合の際の溶媒は、例えばイオン交換水であってもよい。また、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯ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。
【００４６】
当該混合粉末は、例えば、一軸加圧成形用の金型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、混合粉末はホットプレスダイス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。
【００４７】
ステップＳ１１において、上記混合粉末におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上、かつ、１００重量％よりも小さい。当該混合粉末におけるＳｉＣの含有率は、４．０重量％以下であることが好ましい。また、混合粉末におけるＭｇＯの含有率は、０重量％よりも大きく、かつ、０．５重量％以下であることが好ましい。混合粉末におけるＭｇＯの含有率は、より好ましくは、０．０３重量％以上である。
【００４８】
ステップＳ１１において成形体が得られると、当該成形体が焼成され、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＡｌ２Ｏ４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、混合粉末中のＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとが反応し、ＭｇＡｌ２Ｏ４が生成される。ステップＳ１２における焼成温度（すなわち、焼成時の最高温度）は、好ましくは１５５０℃〜１７００℃である。ステップＳ１２では、例えば、ホットプレス法により成形体の焼成が行われる。具体的には、ホットプレスダイス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。
【００４９】
ステップＳ１１では、混合粉末は、Ａｌ２Ｏ３と、ＭｇＯとを混合したものであり、ＳｉＣを実質的に含んでいなくてもよい。なお、「ＳｉＣを実質的に含まない」とは、混合粉末におけるＳｉＣの含有率が、０．０１重量％未満であることを指す。この場合、ステップＳ１２において生成される複合焼結体は、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４を含み、ＳｉＣを実質的に含まない。
【００５０】
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、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。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。
【００５１】
次に、表１〜表４を参照しつつ本発明に係る複合焼結体の実施例１〜２２、および、当該複合焼結体と比較するための比較例１〜７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、原料である混合粉末中の各成分の重量％を示す。
【００５２】
表１に示すように、比較例１では、Ａｌ２Ｏ３のみを原料としており、ＭｇＯおよびＳｉＣ等の添加物は原料に含まれていない。比較例２、実施例１〜３および比較例３では、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯのみを原料としており、ＳｉＣは原料に含まれていない。実施例４〜２２および比較例４〜７では、原料は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳｉＣを含む。
【００５３】
＜原料粉末＞
原料として利用したＡｌ２Ｏ３は、純度９９．９９％以上、平均粒径０．４〜０．６μｍの市販Ａｌ２Ｏ３の粉末である。原料として利用したＭｇＯは、純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下の市販のＭｇＯ粉末である。原料として利用したＳｉＣは、純度９９％以上の市販のＳｉＣ粉末である。実施例４〜８では、原料ＳｉＣの平均粒径は０．３μｍである。実施例９〜２２および比較４〜７では、原料ＳｉＣの平均粒径は２．５μｍである。
【００５４】
＜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１５時間、湿式混合した。当該湿式混合では、φ３ｍｍのアルミナ玉石を用い、利用した溶媒は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。そして、湿式混合により得られたスラリーをＮ２雰囲気下で乾燥させ、３０メッシュ篩により整粒して、原料となる混合粉末を得た。なお、ロータリーエバポレータによりスラリーを乾燥させた後、１００メッシュの篩により整粒して、混合粉末を得てもよい。あるいは、スプレードライヤ等を利用して造粒粉末を得てもよい。また、湿式混合中にスラリーにカーボン成分が混入した場合、必要に応じて、混合粉末を熱処理してカーボン成分を除去してもよい。当該熱処理は、例えば、４５０℃で５時間以上、大気雰囲気下で行われる。
【００５５】
＜成形＞
上記混合粉末を、１００〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２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。
【００５６】
＜焼成＞
上記成形体を真空雰囲気下にてホットプレス法により焼成した。プレス圧力は、２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。加熱時の最高温度は１５５０℃〜１７００℃であり、最高温度での保持時間は４〜８時間とした。
【００５７】
【表１】
2019188148.tif 000003
【００５８】
【表２】
2019188148.tif 000004
【００５９】
【表３】
2019188148.tif 000005
【００６０】
【表４】
2019188148.tif 000006
【００６１】
＜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４に記載の評価を行った。
【００６２】
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＝１０〜７０°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。また、構成相の含有量が少なく、Ｘ線回折でピークを検出できない場合、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）やＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）を用いた微構造観察により、構成相の存在を確認した。
【００６３】
複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４とＡｌ２Ｏ３との結晶相量の比は、上述のＸ線回折の測定結果を用いて、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶相の（３１１）面のピーク強度を、Ａｌ２Ｏ３結晶相の（１１３）面のピーク強度により除算することで求められる。当該結晶相量の比は、複合焼結体中におけるＭｇＡｌ２Ｏ４の結晶相量をＡｌ２Ｏ３の結晶相量で除算した値であり、以下、「ＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比」とも呼ぶ。
【００６４】
複合焼結体におけるＭｇおよびＳｉの含有率は、「ＪＩＳ  Ｒ１６４９」に準じた分析方法により求めた。
【００６５】
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。
【００６６】
Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径は、インターセプト法にて測定した。具体的には、複合焼結体の研磨面を観察したＳＥＭ画像に任意の本数の線分を引き、長さＬの線分が横切った結晶粒子の数ｎを求めた。なお、線分の端が結晶粒子内に位置する場合、当該結晶粒子は１／２個と数えた。線分の長さＬをｎで除算した値を平均結晶粒度（すなわち、平均切片長さ）ｌとし、当該ｌに係数１．５を乗算した値を平均焼結粒径とした。また、上記インターセプト法にて得られた結果からＡｌ２Ｏ３の焼結粒径の標準偏差を算出した。
【００６７】
耐電圧は、「ＪＩＳ  Ｃ２１４１」に準じた方法により、厚さ０．２ｍｍの試験片を用いて、大気中かつ室温にて直流電圧を印加し測定した即時耐電圧である。なお、測定装置の性能上、２００ｋＶ／ｍｍよりも大きい耐電圧は測定できなかった。４点曲げ強度は、「ＪＩＳ  Ｒ１６０１」に準じて４点曲げ試験を行って算出した。
【００６８】
体積抵抗率は、「ＪＩＳ  Ｃ２１４１」に準じた方法により、真空雰囲気下において２５０℃にて測定した。試験片形状は、φ５０ｍｍｘ０．４ｍｍ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５ｋＶ／ｍｍとした。電圧印加から６０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。
【００６９】
＜比較例１〜２＞
比較例１〜２の焼成温度は１６００℃である。比較例１の焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３単相であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は４μｍよりも大きく、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５よりも大きかった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は大きく、焼結粒径の均一性は低い。比較例１の焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ未満であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ未満であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ未満であった。すなわち、比較例１では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも低い。
【００７０】
比較例２の複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であった。Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５よりも大きく、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径の均一性は低い。比較例２の複合焼結体の４点曲げ強度は４５０ＭＰａ未満であった。すなわち、比較例２では、４点曲げ強度が低い。
【００７１】
＜実施例１〜３、比較例３＞
実施例１〜３および比較例３では、原料にＳｉＣは含まれておらず、原料中のＭｇＯの含有率は０．０７重量％以上で互いに異なる。また、実施例１〜３および比較例３の焼成温度は１６００℃である。実施例１〜３および比較例３では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であった。
【００７２】
実施例１〜３および比較例３では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、実施例１〜２では、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。実施例１〜３では、複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００３〜０．００８であった。一方、比較例３では、ＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は０．０２０と大きかった。
【００７３】
実施例１〜３および比較例３では、複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９６ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９７ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００７４】
実施例１〜３および比較例３では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例１〜３および比較例３では、の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３.５μｍ以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００７５】
実施例１〜３および比較例３では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例１〜３および比較例３では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例２〜３および比較例３の複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は５．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００７６】
＜実施例４〜８＞
実施例４〜８では、原料中のＭｇＯの含有率は同じであり、ＳｉＣの含有率は互いに異なる。また、実施例４〜８の焼成温度は１６００℃である。実施例４では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であり、ＳｉＣは検出されなかった。これは、原料中のＳｉＣが微量であり、ピーク強度が低かったためであるが、微構造観察により、ＳｉＣからなる相が認められた。実施例５〜８では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【００７７】
実施例４〜８では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００４〜０．００７であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００７８】
実施例４〜８では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例４〜８の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３μｍ以下であった。また、実施例４の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．２５以下であり、実施例５〜８の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．１５以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００７９】
実施例４〜８では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例４〜８では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例４〜８の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５５０ＭＰａ以上であった。また、実施例４の複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は５．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であり、実施例５〜８の複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００８０】
＜実施例９〜１３＞
実施例９〜１３では、原料中のＭｇＯの含有率は同じであり、ＳｉＣの含有率は互いに異なる。また、実施例９〜１３の焼成温度は、実施例４〜８と同様に１６００℃である。実施例９〜１３では、上述のように、原料ＳｉＣの粒径が実施例４〜８よりも大きい。実施例９では、実施例４と同様に、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であり、微構造観察により、ＳｉＣからなる相が認められた。実施例１０〜１３では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【００８１】
実施例９〜１３では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００５〜０．００６であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００８２】
実施例９〜１３では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例９〜１３の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３μｍ以下であった。また、実施例９の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．２以下であり、実施例１０〜１３の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．１５以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００８３】
実施例９〜１３では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例９〜１３では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例９〜１３の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００８４】
なお、実施例４〜８と実施例９〜１３とを比較すると、原料中のＳｉＣの粒径の差による影響はあまり見られない。これは、原料を湿式混合する際にＳｉＣの粉末が粉砕され、粉砕後の粒径が大きく異ならないためと考えられる。したがって、原料に含まれるＳｉＣの粒径選択の自由度を向上することができる。
【００８５】
＜実施例１４、比較例４＞
実施例１４および比較例４では、原料中のＳｉＣの含有率および粒径は実施例１１と同じであり、ＭｇＯの含有率は実施例１１よりも大きい。また、実施例１４および比較例４の焼成温度は、実施例１１と同様に１６００℃である。実施例１４および比較例４では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、実施例１１と同様に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【００８６】
実施例１４および比較例４では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。実施例１４では、複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．０１０であった。一方、比較例４では、複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．０２２と大きかった。
【００８７】
実施例１４および比較例４では、複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００８８】
実施例１４および比較例４では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例１４および比較例４の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３μｍ以下であった。また、実施例１４および比較例４の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．１５以下であった。原料におけるＭｇＯの含有率を０．１重量％よりも大きくした場合であっても、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径が小さく、焼結粒径の均一性が高い複合焼結体を得ることができた。実施例１４および比較例４の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、実施例１１と同程度であった。
【００８９】
実施例１４および比較例４では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例１４および比較例４では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例１４および比較例４の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００９０】
＜実施例１５〜１７＞
実施例１５〜１７では、原料中のＭｇＯの含有率は同じであり、ＳｉＣの量は互いに異なる。また、実施例１５〜１７の焼成温度は１５５０℃である。実施例１５では、実施例４と同様に、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であり、微構造観察により、ＳｉＣからなる相が認められた。実施例１６〜１７では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。図３は、実施例１７の複合焼結体の研磨面のＳＥＭ画像である。図３では、複合焼結体中のＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣを１つずつ、符号８１および８２を付した円にて囲んで示す。
【００９１】
実施例１５〜１７では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００５〜０．００７であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００９２】
実施例１５〜１７では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例１５〜１７の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．１以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【００９３】
実施例１５〜１７では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例１５〜１７では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例１５〜１７の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００９４】
＜実施例１８〜１９＞
実施例１８〜１９では、原料中のＳｉＣの含有率および粒径は実施例１７と同じであり、ＭｇＯの含有率は実施例１７よりも小さい。また、実施例１８〜１９の焼成温度は、実施例１７と同様に１５５０℃である。実施例１８〜１９では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、実施例１７と同様に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【００９５】
実施例１８〜１９では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０５重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００３〜０．００４であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。
【００９６】
実施例１８〜１９では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例１９の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は３μｍ以下であった。また、実施例１９の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．１５以下であった。原料におけるＭｇＯの含有率を０．１重量％よりも小さくした場合であっても、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径が小さく、焼結粒径の均一性が高い複合焼結体を得ることができた。
【００９７】
実施例１８〜１９では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例１８〜１９では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例１８〜１９の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＭｇＯの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【００９８】
実施例１８〜１９から分かるように、焼成温度が１５５０℃である場合、原料におけるＭｇＯの含有率が０．１重量％よりも小さくても、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径が小さく、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径の均一性が高く、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率も高い複合焼結体を得ることができる。
【００９９】
＜比較例５、実施例２０〜２１＞
比較例５および実施例２０〜２１では、原料中のＭｇＯの含有率は同じであり、ＳｉＣの量は互いに異なる。また、比較例５および実施例２０〜２１の焼成温度は１６５０℃である。比較例５では、実施例４と同様に、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であり、微構造観察により、ＳｉＣからなる相が認められた。実施例２０〜２１では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【０１００】
比較例５および実施例２０〜２１では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００６〜０．００７であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【０１０１】
比較例５では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は４μｍよりも大きく、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５よりも大きかった。一方、実施例２０〜２１では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、実施例２０〜２１では、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例２０〜２１の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．２５以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【０１０２】
実施例２０〜２１では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例２０〜２１では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例２０〜２１の複合焼結体の耐電圧は２００ｋＶ／ｍｍよりも大きく、４点曲げ強度は５００ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上であった。一方、比較例５の４点曲げ強度は４５０ＭＰａ未満であった。複合焼結体の４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【０１０３】
＜比較例６〜７、実施例２２＞
比較例６〜７および実施例２２では、原料中のＭｇＯの含有率は同じであり、ＳｉＣの量は互いに異なる。また、比較例６〜７および実施例２２の焼成温度は１７００℃である。比較例６では、実施例４と同様に、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相はＡｌ２Ｏ３およびＭｇＡｌ２Ｏ４であり、微構造観察により、ＳｉＣからなる相が認められた。比較例７および実施例２２では、Ｘ線回折により同定した複合焼結体の構成相は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣであった。
【０１０４】
比較例６〜７および実施例２２では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上であり、Ｍｇの含有率は０．３５重量％以下であった。詳細には、複合焼結体におけるＭｇの含有率は０．０７重量％以下であった。複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４／Ａｌ２Ｏ３結晶相量比は、０．００６〜０．００８であった。複合焼結体の開気孔率は、０．０５％未満であり、実質的に０．０％であった。複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下であった。複合焼結体の嵩密度は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【０１０５】
比較例６〜７では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は４μｍよりも大きく、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５よりも大きかった。一方、実施例２２では、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．３５以下であった。すなわち、実施例２２では、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は小さく、焼結粒径の均一性は高い。詳細には、実施例２２の複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は０．２５以下であった。Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径、および、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って小さくなった。
【０１０６】
実施例２２では、複合焼結体の耐電圧は１００ｋＶ／ｍｍ以上であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であった。すなわち、実施例２２では、耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、いずれも高い。詳細には、実施例２２の複合焼結体の耐電圧は１９５ｋＶ／ｍｍであり、２５０℃における体積抵抗率は１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍであった。一方、比較例６〜７の４点曲げ強度は４５０ＭＰａ未満であった。複合焼結体の耐電圧、４点曲げ強度および体積抵抗率は、原料におけるＳｉＣの含有率が大きくなるに従って高くなった。
【０１０７】
以上に説明したように、上述の複合焼結体は、Ａｌ２Ｏ３と、ＭｇＡｌ２Ｏ４とを備える。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上である。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下である。当該複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下である。このように、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の粒成長を抑制し、焼結粒径分布の均一性を向上することにより、高い耐電圧および高い体積抵抗率を有する複合焼結体を提供することができる。また、当該複合焼結体では、焼結粒径分布の均一性が高いため、焼成条件の変動による複合焼結体の特性（例えば、耐電圧や体積抵抗率等）変動を抑制することができる。したがって、量産性が非常に高い複合焼結体を提供することができる。
【０１０８】
具体的には、複合焼結体の耐電圧は、１００ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、複合焼結体の絶縁破壊を好適に防止または抑制することができる。当該耐電圧は、より好ましくは１５０ｋＶ／ｍｍ以上であり、さらに好ましくは２００ｋＶ／ｍｍ以上である。また、複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は、１．０ｘ１０１５Ω・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５．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１．０ｘ１０１６Ω・ｃｍ以上である。
【０１０９】
上述の複合焼結体では、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径を４μｍ以下とすることにより、焼結粒径分布の標準偏差をより低減し、さらに高い耐電圧およびさらに高い体積抵抗率を実現することができる。また、Ａｌ２Ｏ３の平均焼結粒径を２μｍ以上とすることにより、Ａｌ２Ｏ３粒子が複合焼結体から脱離することを抑制し、パーティクルの発生を抑制することができる。当該平均焼結粒径は、より好ましくは２．３μｍ以上かつ３．７μｍ以下であり、さらに好ましくは２．５μｍ以上かつ３．５μｍ以下である。
【０１１０】
上述の複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下である。このように、嵩密度を大きくして複合焼結体を緻密にすることにより、さらに高い耐電圧およびさらに高い体積抵抗率を実現することができる。また、複合焼結体において、高い曲げ強度を実現することもできる。当該嵩密度は、ＳｉＣの含有率によって変化するが、より好ましくは３．９６ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９７ｇ／ｃｍ３以下である。
【０１１１】
上述の複合焼結体におけるＭｇＡｌ２Ｏ４とＡｌ２Ｏ３との結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。このように、当該結晶相量の比を０．００３以上とすることにより、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の粒成長を好適に抑制することができる。また、当該結晶相量の比を０．０１以下とすることにより、複合焼結体に含まれるＭｇＡｌ２Ｏ４の量が過大となることを抑制し、既述の熱膨張率の差に起因する複合焼結体の損傷（例えば、クラックまたは割れ）を抑制することができる。
【０１１２】
複合焼結体は、ＳｉＣを備えることがより好ましく、当該ＳｉＣの含有率が０．０１重量％以上かつ４重量％以下であることが好ましい。このように、複合焼結体中にＭｇＡｌ２Ｏ４およびＳｉＣが含まれることにより、Ａｌ２Ｏ３の粒成長を好適に抑制することができ、Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差を低減することができる。また、ＳｉＣの含有率を４重量％以下とすることにより、ＳｉＣに起因する複合焼結体の耐電圧および体積抵抗率の低下、および、複合焼結体の耐食性の劣化を抑制することができる。当該ＳｉＣの含有率は、より好ましくは２重量％以下であり、さらに好ましくは１重量％以下である。
【０１１３】
複合焼結体におけるＭｇの含有率は、特に上限はないが、０．３５重量％以下であることが好ましい。これにより、用途が半導体製造装置部材である場合にしばしば求められる高純度な複合焼結体を提供することができる。当該Ｍｇの含有率は、より好ましくは０．０７重量％以下である。複合焼結体におけるＭｇの含有率は、原料にＳｉＣが含まれておらず、ＭｇＯが含まれている場合は、０．０５重量％以上であることが好ましい。また、当該Ｍｇの含有率は、原料にＳｉＣおよびＭｇＯが含まれている場合は、０．０２重量％以上であることが好ましい。これにより、Ａｌ２Ｏ３の粒成長を好適に抑制することができる。
【０１１４】
上述のように、複合焼結体の４点曲げ強度は、４５０ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、複合焼結体が破損することを好適に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５００ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは５５０ＭＰａ以上である。
【０１１５】
上述のように、複合焼結体は、高い耐電圧および高い体積抵抗率を有するため、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内部電極２３とを備える。
【０１１６】
上述のように、複合焼結体の製造方法は、Ａｌ２Ｏ３と、ＭｇＯ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、当該成形体を焼成して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Ａｌ２Ｏ３の含有率は、９５．５重量％以上である。ステップＳ１２終了後におけるＡｌ２Ｏ３の平均焼結粒径は、２μｍ以上かつ４μｍ以下である。また、ステップＳ１２終了後におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径分布の標準偏差は、０．３５以下である。当該複合焼結体の嵩密度は、３．９４ｇ／ｃｍ３以上かつ３．９８ｇ／ｃｍ３以下である。当該複合焼結体はＭｇＡｌ２Ｏ４を備え、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＡｌ２Ｏ３との結晶相量の比は、０．００３以上かつ０．０１以下である。当該製造方法によれば、高い耐電圧、高い体積抵抗率および高い曲げ強度を有する緻密な複合焼結体を容易に製造することができる。また、複合焼結体の製造時における損傷を抑制することができる。
【０１１７】
上述のように、ステップＳ１１において、混合粉末はＳｉＣを含んでいることが好ましく、当該混合粉末におけるＳｉＣの含有率は０．０１重量％以上かつ４重量％以下であることが好ましい。これにより、ＳｉＣに起因する複合焼結体の耐電圧および体積抵抗率の低下、および、複合焼結体の耐食性の劣化を抑制することができる。
【０１１８】
上述のように、ステップＳ１１において、混合粉末におけるＭｇＯの含有率は、０．５重量％以下であることが好ましい。これにより、複合焼結体におけるＭｇの含有率を低減することができる。
【０１１９】
また、ステップＳ１２において、焼成温度は１５５０℃以上かつ１７００℃以下である。上述のように、焼成条件の変動による複合焼結体の特性変動が抑制されるため、上述の複合焼結体の特性を、広い焼成温度範囲において実現することができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
複合焼結体におけるＳｉＣの含有率は、０．０１重量％未満でもよく、４重量％よりも大きくてもよい。また、複合焼結体は、ＳｉＣを実質的に含んでいなくてもよい。
【０１２２】
複合焼結体におけるＭｇの含有率は、０．３５重量％よりも大きくてもよい。
【０１２３】
複合焼結体の耐電圧は、１００ｋＶ／ｍｍ未満であってもよい。
【０１２４】
複合焼結体の２５０℃における体積抵抗率は、１．０ｘ１０１５Ω・ｃｍ未満であってもよい。
【０１２５】
複合焼結体の４点曲げ強度は、４５０ＭＰａ未満であってもよい。
【０１２６】
複合焼結体の製造方法では、ステップＳ１１において、混合粉末におけるＳｉＣの含有率は、０．０１重量％未満でもよく、４重量％よりも大きくてもよい。また、ステップＳ１１において、混合粉末におけるＭｇＯの含有率は０．５重量％よりも大きくてもよい。ステップＳ１２において、焼成温度は１５５０℃未満であってもよく、１７００℃よりも高くてもよい。
【０１２７】
サセプター１では、内部電極２３は、プラズマ処理用のＲＦ電極であってもよい。あるいは、静電チャック用の内部電極２３に加えて、プラズマ処理用のＲＦ電極も本体部２１の内部に配置されてもよい。
【０１２８】
サセプター１では、本体部２１の一部が、上述の複合焼結体とは異なる材料（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４を実質的に含んでいないＡｌ２Ｏ３焼結体）により形成されてもよい。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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】
【０１３２】
本発明は、半導体製造装置に関する分野、例えば、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力を利用して半導体基板を吸着して保持するサセプターの製造に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１    サセプター
９    基板
２１    本体部
２３    内部電極
２１１    （本体部の）上面
Ｓ１１〜Ｓ１２    ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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