(57)【要約】  複合焼結体の製造方法は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＣ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。そして、ステップＳ１１において、混合粉末に対するＳｉＣの割合は、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下である。また、ステップＳ１１におけるＡｌ２Ｏ３の純度は、９９．９％以上である。これにより、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長を抑制することができるとともに、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を好適に製造することができる。
2019163710.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、
炭化ケイ素と、
スピネル型結晶構造を有するマグネシウム−アルミニウム複合酸化物と、
を備え、
前記炭化ケイ素はβ型炭化ケイ素を含み、
前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ５０が０．７μｍ以上であり、
前記炭化ケイ素中の炭素の前記複合焼結体に対する割合が、１．０重量％以上かつ４．０重量％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、
前記マグネシウム−アルミニウム複合酸化物中のマグネシウムの前記複合焼結体に対する割合が、０．０１重量％以上かつ１．０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、
閉気孔率が１．０％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、
前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ１０が０．３μｍ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、
前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ９０が１．５μｍ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、
前記炭化ケイ素中のβ型炭化ケイ素の含有率は５０％よりも大きい。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
前記酸化アルミニウムの焼結粒径について、平均粒径が２μｍ以上である。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
耐電圧が２５ｋＶ／ｍｍ以上である。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が１．０ｘ１０−２以下である。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が１２以上である。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
温度２５℃における体積抵抗率が１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上である。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
４点曲げ強度が４５０ＭＰａ以上である。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の複合焼結体であって、
開気孔率は０．１％以下である。
【請求項１４】
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１３のいずれか１つに記載の複合焼結体を用いて作成されている。
【請求項１５】
請求項１４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成されたチャック本体と、
前記チャック本体の内部に配置される内部電極と、
を備える静電チャックである。
【請求項１６】
複合焼結体の製造方法であって、
ａ）酸化アルミニウムと炭化ケイ素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、
前記炭化ケイ素はβ型炭化ケイ素を含み、
前記ａ）工程において、前記混合粉末中の前記炭化ケイ素の割合が、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下であり、
前記ａ）工程における酸化アルミニウムの純度は、９９．９％以上である。
【請求項１７】
請求項１６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、前記混合粉末中の前記酸化マグネシウムの割合が、０．０５重量％以上かつ１．０重量％以下である。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ａ）工程における前記炭化ケイ素の原料粒径について、Ｄ１０が０．３μｍ以上であり、Ｄ５０が１μｍ以上であり、かつ、Ｄ９０が２μｍ以上である。
【請求項１９】
請求項１６ないし１８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）工程終了後の前記酸化アルミニウムの焼結粒径について、平均粒径が２μｍ以上である。
【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、半導体基板を高温にするヒーター、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。静電チャックは、半導体基板が載置される略円板状の本体部と、本体部の内部に埋設された内部電極とを備える。静電チャックでは、内部電極と半導体基板との間に直流電圧を印加することにより、本体部のうち内部電極と半導体基板との間の部位が誘電体層として働き、半導体基板が本体部に吸着される。【０００３】
特許第６０３２０２２号公報（文献１）および特許第６１０３０４６号公報（文献２）では、粒径が小さい導電性粒子を絶縁性材料中に分散させた複合焼結体からなる静電チャック用の誘電体材料が開示されている。絶縁性材料としては、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられており、導電性粒子としては、ＳｉＣ等が挙げられている。文献１において誘電体材料を製造する際に利用されるＳｉＣ粒子は、粒径が０．０５μｍ以下のＳｉＣ粒子を５０重量％〜１００重量％含む。また、文献２において誘電体材料を製造する際に利用されるＳｉＣ粒子は、粒径が０．０５μｍ以下のＳｉＣ粒子を６７重量％〜７５重量％含む。【０００４】
一方、特許第５５０１０４０号公報（文献３）では、静電チャック等に利用されるアルミナ焼結体の製造方法として、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＦ２との混合粉末をホットプレス焼成する技術が開示されている。【０００５】
また、特開２００６−１９３３５３号公報（文献４）では、切削工具に利用されるＡｌ２Ｏ３焼結体として、平均粒径が０．５μｍ〜２μｍのＳｉＣ粒子を５〜３５重量％含有し、Ｍｇ含有率は酸化物換算で０．０５重量％以下であるものが提案されている。【０００６】
特開２０００−３４１７４号公報（文献５）の段落００３０には、ＭｇＯを焼結助剤として添加したＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣ複合材料が提案されている。請求項１および段落００１１等に記載されているように、ＳｉＣ粒子の表面には酸化物層が設けられており、当該酸化物層とＡｌ２Ｏ３粒子との反応により液相が形成され、焼結が促進される。【０００７】
ところで、静電チャック等の半導体製造装置部材には、ハロゲン系の腐食ガス、および、当該腐食ガスのプラズマに対する高い耐食性が求められる。しかしながら、文献１および文献２の誘電体材料では、耐食性が比較的低いＳｉＣの粒径が小さく、Ａｌ２Ｏ３の粒径も小さいため、ＳｉＣ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おそれがある。また、半導体基板の吸着時等にＡｌ２Ｏ３粒子が静電チャックから脱離し、パーティクルが発生するおそれもある。【０００８】
また近年、多層３次元ＮＡＮＤ等の製造において、高アスペクト比の微細加工を行うために、ハイパワーかつ高速なエッチング装置が利用されている。当該エッチング装置で使用される静電チャックの材料は、ＲＦ損失が少なく、誘電率が高く、さらに、絶縁破壊が生じにくいことが求められる。また、ＲＦが印加された際の発熱を抑制するために、ｔａｎδ（すなわち、誘電正接）が低いことも求められる。【０００９】
一方、文献２の誘電体材料では、４０Ｈｚにおけるｔａｎδは０．０１８〜０．０４２、１ＭＨｚにおけるｔａｎδは０．００３４〜０．００６２であり、文献１および文献２の誘電体材料の耐電圧は、１６ｋＶ／ｍｍ以下である。当該材料のｔａｎδは低いとは言えず、高周波（ＲＦ）環境によって発熱が生じるおそれがある。また、耐電圧の値も十分に高いものとは言えず、上述のエッチング装置の静電チャックに当該誘電体材料を利用した場合、絶縁破壊が生じるおそれがある。なお、当該誘導体材料ではＳｉＣ粒子が微細かつ高分散であるため、ＳｉＣ粒子が導電パスとなり易く、耐電圧の増大が難しい。さらに、ＳｉＣ粒子が微細であることにより、誘電体材料の焼結性が低下していることが推定され、これによって生じた閉気孔によっても、ｔａｎδを低くすることや耐電圧を高めることを困難にしていると考えられる。ＲＦ印加時のセラミックスの発熱を抑制するためには、ｔａｎδが０．０１以下であることが好ましく、０．００５以下であることがさらに好ましい。また、耐電圧は、２５ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましく、３０ｋＶ／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。【００１０】
また、文献４では、段落００１９および表１の記載等から、ＭｇＯが予め添加されている市販の易焼結性Ａｌ２Ｏ３原料が利用されていると考えられる。当該易焼結性アルミナ原料には、ナトリウム（Ｎａ）等の不純物を多く（例えば数百ｐｐｍ以上）含んでおり、焼結体の粒界において不純物由来の非晶質相が生成される。当該焼結体では、焼結助剤として添加されたＭｇ等も当該非晶質相に取り込まれやすく、Ｍｇ等に由来する化合物は、粒界において結晶構造をとらず非晶質化する。これは、引用文献４の段落００１０に、Ｍｇ含有率が０．０５重量％を超えるとＡｌ２Ｏ３の粒界等に低融点のマグネシウム加工物が形成されて焼結体の高温強度が低下する、と記載されている点からも明らかである。したがって、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長の抑制（すなわち、焼結粒径の粗大化抑制）に限界がある。【００１１】
文献５でも同様に、焼結助剤として添加されたＭｇ等が、ＳｉＣ粒子の表面酸化物層とＡｌ２Ｏ３粒子との反応により形成された液相（すなわち、非晶質相）に取り込まれる。このため、Ｍｇ等に由来する化合物は、焼結体の粒界において結晶構造をとらず非晶質化する。したがって、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長の抑制に限界がある。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、複合焼結体に向けられており、酸化アルミニウムの異常粒成長を抑制するとともに、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を提供することを目的としている。
【００１３】
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、炭化ケイ素と、スピネル型結晶構造を有するマグネシウム−アルミニウム複合酸化物とを備える。前記炭化ケイ素はβ型炭化ケイ素を含む。前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ５０が０．７μｍ以上である。前記炭化ケイ素中の炭素の前記複合焼結体に対する割合は、１．０重量％以上かつ４．０重量％以下である。本発明によれば、酸化アルミニウムの異常粒成長を抑制することができるとともに、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を提供することができる。
【００１４】
好ましくは、前記マグネシウム−アルミニウム複合酸化物中のマグネシウムの前記複合焼結体に対する割合が、０．０１重量％以上かつ１．０重量％以下である。
【００１５】
好ましくは、前記複合焼結体の閉気孔率は１．０％以下である。
【００１６】
好ましくは、前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ以上である。
【００１７】
好ましくは、前記炭化ケイ素の粒径について、Ｄ９０は１．５μｍ以上である。
【００１８】
好ましくは、前記炭化ケイ素中のβ型炭化ケイ素の含有率は５０％よりも大きい。
【００１９】
好ましくは、前記酸化アルミニウムの焼結粒径について、平均粒径は２μｍ以上である。
【００２０】
好ましくは、前記複合焼結体の耐電圧は２５ｋＶ／ｍｍ以上である。
【００２１】
好ましくは、周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける前記複合焼結体の誘電正接は１．０ｘ１０−２以下である。
【００２２】
好ましくは、周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける前記複合焼結体の比誘電率は１２以上である。
【００２３】
好ましくは、温度２５℃における前記複合焼結体の体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上である。
【００２４】
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。
【００２５】
好ましくは、前記複合焼結体の開気孔率は０．１％以下である。
【００２６】
本発明は、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成されている。本発明によれば、酸化アルミニウムの異常粒成長を抑制することができるとともに、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する半導体製造装置部材を提供することができる。
【００２７】
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炭化ケイ素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。前記炭化ケイ素はβ型炭化ケイ素を含む。前記ａ）工程において、前記混合粉末中の前記炭化ケイ素の割合は、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下である。前記ａ）工程における酸化アルミニウムの純度は、９９．９％以上である。本発明によれば、酸化アルミニウムの異常粒成長を抑制することができるとともに、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を提供することができる。
【００２８】
好ましくは、前記ａ）工程において、前記混合粉末中の前記酸化マグネシウムの割合は、０．０５重量％以上かつ１．０重量％以下である。
【００２９】
好ましくは、前記ａ）工程における前記炭化ケイ素の原料粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ以上であり、Ｄ５０は１μｍ以上であり、かつ、Ｄ９０は２μｍ以上である。
【００３０】
好ましくは、前記ｂ）工程終了後の前記酸化アルミニウムの焼結粒径について、平均粒径は２μｍ以上である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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。
【図４】複合焼結体の研磨面のＳＥＭ画像である。
【図５】複合焼結体のＸ線回折パターンである。
【図６】複合焼結体のＸ線回折パターンの拡大図である。
【図７】複合焼結体の元素マッピング像である。
【図８】複合焼結体に対して元素マッピングを行った結果を示す図である。
【図９】複合焼結体に対して元素マッピングを行った結果を示す図である。
【図１０】複合焼結体に対して元素マッピングを行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明の本発明の一の実施の形態に係る静電チャック１の断面図である。静電チャック１は、半導体製造装置で使用される半導体製造装置部材である。静電チャック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略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」と呼ぶ。）を吸着して保持する。
【００３３】
静電チャック１は、チャック部２１と、ベース部２２とを備える。チャック部２１は、略円板状の部材である。チャック部２１は、ベース部２２上に取り付けられる。チャック部２１は、チャック本体２３と、内部電極２４とを備える。チャック本体２３は、複合焼結体により形成された略円板状の部材である。チャック本体２３の上面上には基板９が載置される。内部電極２４は、チャック本体２３の内部に配置される電極である。静電チャック１では、内部電極２４と基板９との間に直流電圧が印加されることにより、チャック本体２３のうち内部電極２４と基板９との間の部位が誘電体層として働き、基板９がチャック本体２３の上面に吸着される。図示しないが、チャック本体２３のベース部２２側の内部には、ヒーター電極が設けられていてもよい。
【００３４】
チャック本体２３は、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）と、ＳｉＣ（炭化ケイ素）と、スピネル型の結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物（マグネシウム−アルミニウム複合酸化物）とを備える複合焼結体である。以下の説明では、上述のスピネル型の結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物を、単に「Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物」とも呼ぶ。当該複合焼結体全体に対するＣ（炭素）の割合（すなわち、ＳｉＣ中のＣの複合焼結体に対する割合）は、１．０重量％以上かつ４．０重量％以下である。好ましくは、複合焼結体中のＣの割合は、１．１重量％以上かつ３．８重量％以下である。Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇ（すなわち、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物に含まれるＭｇ）の複合焼結体全体に対する割合は、好ましくは、０．０１重量％以上かつ１．０重量％以下である。より好ましくは、複合焼結体中のＭｇの割合は、０．０１重量％以上かつ０．７重量％以下である。チャック本体２３では、ＳｉＣの粒子はＡｌ２Ｏ３粒子の内部、粒界および粒界三重点に分散し、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物の粒子は粒子形状で存在し、複合焼結体中に点在している。
【００３５】
複合焼結体中に分散したＳｉＣ粒子の粒径（すなわち、粒子径）について、Ｄ１０は、好ましくは０．３μｍ以上である。また、Ｄ５０は、好ましくは０．７μｍ以上である。Ｄ９０は、好ましくは１．５μｍ以上である。Ｄ１０，Ｄ５０およびＤ９０はそれぞれ、ＳｉＣ粒子の体積粒度分布における累積体積百分率が１０体積％、５０体積％および９０体積％となる粒径である。チャック本体２３におけるＡｌ２Ｏ３の焼結粒径について、平均粒径は、好ましくは２μｍ以上である。チャック本体２３の閉気孔率は、好ましくは１．０％以下である。
【００３６】
チャック本体２３の耐電圧は、好ましくは２５ｋＶ／ｍｍ以上である。周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおけるチャック本体２３のｔａｎδ（すなわち、誘電正接）は、好ましくは１．０ｘ１０−２以下である。より好ましくは、当該ｔａｎδは、周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下の範囲において、１．０ｘ１０−２以下である。周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおけるチャック本体２３の比誘電率は、好ましくは１２以上である。より好ましくは、当該比誘電率は、周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下の範囲において、１２以上である。温度２５℃におけるチャック本体２３の体積抵抗率は、好ましくは１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上である。チャック本体２３の４点曲げ強度は、好ましくは４５０ＭＰａ以上である。
【００３７】
次に、図２を参照しつつチャック本体２３の製造方法について説明する。チャック本体２３を製造する際には、まず、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＣとＭｇＯ（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（ステップＳ１１）。
【００３８】
例えば、ステップＳ１１では、まず、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。上記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。
【００３９】
当該混合粉末は、例えば、ホットプレスダイスに充填されることにより、所定形状の成形体に成形される。成形体の形状が板状である場合には、混合粉末は一軸加圧成形用の金型等に充填されることにより成形されてもよい。当該成形体の成形は、形状を保持できるのであれば、他の様々な方法により行われてもよい。また、前述のスラリーのように、流動性のある状態のままモールドに流し込んだ後に溶媒成分を除去し、所定形状の成形体としてもよい。
【００４０】
ステップＳ１１において、上記混合粉末中のＳｉＣの割合は、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下である。好ましくは、ステップＳ１１における混合粉末中のＳｉＣの割合は、４．０重量％以上かつ１０．０重量％以下である。また、混合粉末中のＭｇＯの割合は、好ましくは、０．０２５重量％以上かつ１．０重量％以下であり、より好ましくは、０．０５重量％以上かつ０．３重量％以下である。Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯの純度は、好ましくは９９％以上であり、より好ましくは９９．９％以上である。
【００４１】
ステップＳ１１において使用されるＳｉＣは、好ましくは、β−ＳｉＣ（すなわち、結晶型がβ型のＳｉＣ）である。これにより、α−ＳｉＣ（すなわち、結晶型がα型のＳｉＣ）を使用する場合に比べてｔａｎδを低減することができる。ステップＳ１１におけるＳｉＣの粒径（すなわち、原料粒径）について、好ましくは、Ｄ１０は０．３μｍ以上であり、Ｄ５０は１μｍ以上であり、Ｄ９０は２μｍ以上である。なお、ここでいう原料粒径は、レーザー回折法に基づく粒度分布測定装置で測定した結果である。ＳｉＣ原料の粒径を上記の範囲とすることで、混合あるいは粉砕のプロセスを経て焼結体とした場合に、Ａｌ２Ｏ３中に分散したＳｉＣ粒子の粒径（ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）法で観察）として、Ｄ１０が０．３μｍ以上、Ｄ５０が０．７μｍ以上、Ｄ９０が１．５μｍ以上の粒径が得られ易くなる。ＳｉＣ原料の粒度分布をレーザー回折法にて測定した結果、Ｄ１０は０．８μｍであり、Ｄ５０は２．５μｍであり、Ｄ９０は５．７μｍであった。
【００４２】
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て複合焼結体であるチャック本体２３が生成される（ステップＳ１２）。ホットプレス法の場合、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。ホットプレス法では、成形体の焼成は、例えば真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で行われる。ホットプレス時の加熱温度、プレス圧力および焼成時間は、適宜決定されてよい。ホットプレス時の加熱温度の最高温度は、好ましくは１６５０℃以上かつ１７２５℃以下である。最高温度を上記の範囲に設定することで、ＳｉＣ粒子同士が焼結して粒度分布が著しく変化したり、β−ＳｉＣがα−ＳｉＣに転移する可能性を回避することができる。
【００４３】
内部電極２４は、ステップＳ１１と並行して上記成形体の内部に電極材料が埋設され、ステップＳ１２において当該電極材料が成形体と共に焼成されることにより、チャック本体２３の内部に生成されてもよい。あるいは、内部電極２４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チャック本体２３の内部に配置されてもよい。内部電極２４の生成および配置は、様々な方法により行われてよい。
【００４４】
次に、表１〜表６を参照しつつ本発明に係る複合焼結体の実験例１〜１３、および、当該複合焼結体と比較するための比較例１〜５の複合焼結体について説明する。表１に示すように、実験例１〜１３では、原料であるＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯの組成比、および、焼成温度の最高温度のうち、少なくとも一方が異なる。実験例１〜１３では、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯの混合粉末に対するＳｉＣの割合は、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下である。実験例１〜１３では、原料ＳｉＣとしては、β−ＳｉＣ粉末を使用した。また、実験例１〜１３では、当該混合粉末に対するＭｇＯの割合は、０．０５重量％以上かつ１．０重量％以下である。
【００４５】
比較例１では、Ａｌ２Ｏ３のみを原料としており、ＳｉＣおよびＭｇＯは原料に含まれていない。比較例２では、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＣを原料としており、ＭｇＯは原料に含まれていない。比較例３では、低純度（９９％未満）のＡｌ２Ｏ３粉末を原料として使用した。比較例４では、平均粒径が０．３μｍと小さいＳｉＣ粉末（純度９９％以上）を原料として使用した。また、比較例４の原料ＳｉＣは、α−ＳｉＣ粉末およびβ−ＳｉＣ粉末を含む。比較例５では、原料ＳｉＣとして、α−ＳｉＣ粉末を使用した。比較例５では、純度９８％以上、平均粒径２．９μｍのα−ＳｉＣ粉末を原料として使用した。
【００４６】
＜原料粉末＞
実験例１〜１３では、Ａｌ２Ｏ３として、純度９９．９９％以上、平均粒径０．４〜０．６μｍの高純度Ａｌ２Ｏ３粉末を利用した。当該高純度Ａｌ２Ｏ３粉末における不純物の含有率は、Ｓｉは４０ｐｐｍ以下であり、Ｍｇ、Ｎａおよび銅（Ｃｕ）はそれぞれ１０ｐｐｍ以下であり、鉄（Ｆｅ）は２０ｐｐｍ以下である。ＳｉＣとしては、実験例１〜１３では、純度９９．９％以上、平均粒径２．５μｍのβ−ＳｉＣ粉末を利用した。当該β−ＳｉＣ粉末における不純物の含有率は、Ａｌは１００ｐｐｍ以下であり、ＭｇおよびＮａはそれぞれ５０ｐｐｍ以下である。ＭｇＯとしては、純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下の高純度ＭｇＯ粉末を利用した。当該ＭｇＯ粉末における不純物の含有率は、Ａｌは１０ｐｐｍ以下であり、Ｓｉは１０ｐｐｍ以下である。比較例１〜５においても、前段落で記載のないものについては、実験例と同様である。
【００４７】
＜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、イソプロピルアルコールを溶媒として、ナイロン製のポットを用いて４時間湿式混合を行った。当該湿式混合では、実験例１〜４、実験例７〜９および比較例１〜５においてφ３ｍｍのアルミナ玉石を用い、実験例５〜６、１０〜１３においてφ２０ｍｍの鉄芯入りナイロンボールを用いた。混合時に用いる玉石は、特に限定されることはないが、例えば比重が高く粉砕効率の高い玉石を用いる場合、原料粉末（ここではＳｉＣ粒子）の粉砕が進み、湿式混合後の粒径が原料粒径よりも小さくなることがあるので注意が必要である。Ａｌ２Ｏ３中に分散したＳｉＣ粒子の粒径を前述の好ましい範囲とするためには、湿式混合の時間は４時間から２０時間の間で適宜調整することが好ましい。混合後のスラリーを取り出し、窒素気流中において１１０℃で乾燥させた。その後、乾燥後の粉末を３０メッシュの篩に通して混合粉末を得た。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、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メッシュの篩に通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。なお、必要に応じて、混合粉末を４５０℃で５時間以上、大気雰囲気下で熱処理し、湿式混合中に混入したカーボン成分を除去した。
【００４８】
＜成形＞
上記混合粉末を、１００ｋｇｆ／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、焼成用黒鉛モールドに収納した。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。
【００４９】
＜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１６５０℃〜１７２５℃であり、最高温度での保持時間は４〜８時間とした。
【００５０】
【表１】
2019163710.tif 000003
【００５１】
【表２】
2019163710.tif 000004
【００５２】
【表３】
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【００５３】
【表４】
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【００５４】
【表５】
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【００５５】
【表６】
2019163710.tif 000008
【００５６】
＜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６に記載の評価を行った。
【００５７】
開気孔率、嵩密度および見かけ密度は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。測定には、３ｍｍｘ４ｍｍｘ４０ｍｍの抗折棒を使用し、表面は♯８００で仕上げた。理論密度は、複合焼結体の製造時に混合した各原料（すなわち、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣおよびＭｇＯ）が全て複合焼結体内にそのままの状態で残存していると仮定し、各原料の理論密度と各原料の使用量（重量％）とに基づいて算出した。計算に使用したＡｌ２Ｏ３の理論密度は３．９９ｇ／ｃｍ３であり、ＳｉＣの理論密度は３．２２ｇ／ｃｍ３であり、ＭｇＯの理論密度は３．６０ｇ／ｃｍ３である。相対密度は、嵩密度を理論密度により除算した後、１００を乗算して算出した。閉気孔率は、上記理論密度が真密度に等しいと仮定し、見かけ密度を真密度により除算した値を１から減算した後、１００を乗算して算出した。
【００５８】
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。比誘電率およびｔａｎδは、「ＪＩＳ  Ｃ２１４１」に準じた方法により、厚さ２ｍｍの試験片を用いて、大気中かつ室温にて測定した。
【００５９】
体積抵抗率は、「ＪＩＳ  Ｃ２１４１」に準じた方法により、真空雰囲気下かつ室温にて測定した。試験片形状は、φ５０ｍｍｘ１ｍｍとした。主電極の直径は２０ｍｍである。ガード電極の内径および外径はそれぞれ、３０ｍｍおよび４０ｍｍである。印加電極の直径４５ｍｍである。主電極、ガード電極および印加電極は、Ａｇ（銀）で形成した。印加電圧は５００Ｖ／ｍｍとした。電圧印加から１分後の電流値を読み取り、当該電流値から体積抵抗率を算出した。
【００６０】
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。
【００６１】
ＳｉＣの粒径は、ＳＥＭ観察法により求めた。具体的には、複合焼結体の研磨面を倍率３０００倍以上で観察したＳＥＭ画像において、ＳｉＣ粒子の長径を粒径として測定し、全測定結果（６０点以上）のうち粒径の小さいものから１０％、５０％、９０％相当の粒径をＤ１０，Ｄ５０およびＤ９０とした。図３および図４は、実験例１および実験例２の複合焼結体の研磨面のＳＥＭ画像である。
【００６２】
Ａｌ２Ｏ３の粒径は、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粒径とした。
【００６３】
Ａｌ２Ｏ３の粒経比Ｌ１／Ｌ２は、上述のＳＥＭ画像上の任意本数の線分において、一のＡｌ２Ｏ３粒子上における線分の最大長さＬ１を、一のＡｌ２Ｏ３粒子上における最小長さＬ２で除算することにより求めた。Ａｌ２Ｏ３の粒経比Ｌ１／Ｌ２は、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒径の分布の均一性が高いほど１に近づき、均一性が低いと１から離れた大きな値となる。表５に示すように、原料のＭｇＯ含有率が低いと、Ａｌ２Ｏ３の粒経比Ｌ１／Ｌ２は大きくなる傾向がある。Ａｌ２Ｏ３の粒経比Ｌ１／Ｌ２が１に近いと、静電チャック１のチャック本体２３において、面内の腐食の均一性が向上され、その結果、望まない発塵が抑制される。Ａｌ２Ｏ３の結晶粒径の分布の均一性を高くするという観点からは、Ａｌ２Ｏ３の粒経比Ｌ１／Ｌ２は、８以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。したがって、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体に対する割合は、０．０５重量％以上であることが好ましく、０．０７５重量％以上であることがより好ましい。
【００６４】
ＳｉＣ中のＣの複合焼結体全体に対する割合（Ｃ量）、および、スピネル型の結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体全体に対する割合（Ｍｇ量）は、「ＪＩＳ  Ｒ１６１６」および「ＪＩＳ  Ｒ１６４９」に準じた分析法にて求めた。Ｃ量は、複合焼結体中の全Ｃ量から、遊離Ｃ量を減算した値とした。この遊離Ｃ量は、原料中の不純物炭素、混合時に用いる玉石由来によるものであり、例えば実験例１において、遊離Ｃ量は０．０３重量％であった。ここで、複合焼結体全体に対するＳｉＣ量の割合は、Ｃ量と炭素の原子量（１２．０１）、ＳｉＣの分子量（４０．１）を用いて導出することができる。例えば、実験例１では、表２よりＣ量が２．４８重量％であるのでＳｉＣ量は８．３重量％、実験例４ではＣ量が２．９７重量％であるのでＳｉＣ量は９．９重量％と導出される。この値は、表１の原料組成比のＳｉＣ量とは若干のずれがある場合があるが、これは粉体原料の不純物量、秤量、分析の誤差等を含むためである。なお、複合焼結体全体に対するＳｉＣ量の割合は複合焼結体全体に対するＣ量とＳｉ量を分析して導出することもできるが、今回の実験例の範囲においては、ＳｉＣの一部が反応してＳｉがＭｇ−Ａｌ複合酸化物と反応相を形成する可能性を考慮すると、Ｃ量を用いて導出することが好ましい（ＳｉＣが反応した場合、Ｃは焼成時に系外へ排出される。）。
【００６５】
実験例１〜１３では、開気孔率は０．１％以下であり、閉気孔率は１．０％以下であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であった。また、周波数３００ｋＨｚにおける比誘電率は１２以上であった。体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上であり、耐電圧は２５ｋＶ／ｍｍ以上であった。実験例１〜１３では、周波数４０Ｈｚ、３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδはそれぞれ１．０ｘ１０−２以下であった。実験例１〜１３では、ＳｉＣの粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ以上であり、Ｄ５０は０．７μｍ以上であり、Ｄ９０は１．５μｍ以上であった。Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径（平均粒径）は、２μｍ以上であった。ＳｉＣ中のＣの複合焼結体全体に対する割合（Ｃ量）は、１．０重量％以上かつ４．０重量％以下であった。Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体全体に対する割合（Ｍｇ量）は、０．０１重量％以上かつ１．０重量％以下であった。
【００６６】
比較例１〜３では、複合焼結体は、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物を含んでいない。比較例１では、比誘電率が１２未満であった。比較例２では、閉気孔率が１．０％よりも大きかった。比較例２における閉気孔率の増大は、ＭｇＯが添加されていないことによるＡｌ２Ｏ３の異常粒成長（すなわち、粒子が過剰に大きくなることであり、粒径の粗大化ともいう。）によるものであると考えられる。比較例２の焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均粒径は、９３．３μｍであった。比較例３では、開気孔率は０．１％よりも大きかった。比較例３における開気孔率の増大は、原料のＡｌ２Ｏ３粉末の純度が低いことにより、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物が実質的に形成されず、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長が生じたことによると考えられる。比較例３の焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均粒径は、８．７μｍであった。比較例４では、ＳｉＣの粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ未満であり、Ｄ５０は０．７μｍ未満であり、、Ｄ９０は１．５μｍ未満であった。これは、原料のＳｉＣの平均粒径が０．３μｍと小さいことによると考えられる。また、比較例４では、開気孔率が０．１％よりも大きく、閉気孔率が１．０％よりも大きかった。比較例４における開気孔率および閉気孔率の増大も、原料のＳｉＣの平均粒径が０．３μｍと小さいことによると考えられる。比較例４では、周波数３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδはそれぞれ１．０ｘ１０−２よりも高かった。比較例４におけるｔａｎδの増大は、原料のＳｉＣが、α−ＳｉＣを含んでいたことによると考えられる。比較例５では、周波数４０Ｈｚにおけるｔａｎδは１．０ｘ１０−２以下であったが、周波数３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδはそれぞれ１．０ｘ１０−２よりも高かった。。比較例５において、周波数３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδの増大は、原料のＳｉＣが、α−ＳｉＣであったことによると考えられる。
【００６７】
表７および表８の実験例１４〜１７は、原料に含まれるＳｉＣ中のα−ＳｉＣの含有率と、複合焼結体における比誘電率およびｔａｎδとの関係を示す。実験例１４〜１７の複合焼結体は、上述の実験例１〜１３と同様の製造方法により製造した。実験例１４〜１７では、上述のα−ＳｉＣの含有率が変更されている。α−ＳｉＣ粉末の含有率は、ＳｉＣ粉末中のα−ＳｉＣ粉末の重量を、ＳｉＣ粉末の全重量（すなわち、α−ＳｉＣ粉末の重量とβ−ＳｉＣ粉末の重量との合計）により除算することにより求めた。β−ＳｉＣの含有率についても同様である。なお、実験例１４〜１７で使用したα−ＳｉＣ粉末およびβ−ＳｉＣ粉末はそれぞれ、比較例５および実験例１のものと同じである。
【００６８】
【表７】
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【００６９】
【表８】
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【００７０】
実験例１４〜１７ではそれぞれ、α−ＳｉＣの含有率は５％、１０％、２５％、５０％であり、β−ＳｉＣの含有率は９５％、９０％、７５％、５０％である。実験例１４〜１７では、周波数３００ｋＨｚにおける比誘電率は１２以上であり、周波数４０Ｈｚ、３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδは１．０ｘ１０−２以下であった。実験例１７では、比誘電率は１２以上であったが、周波数４０Ｈｚ、３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδは１．０ｘ１０−２よりも高かった。実験例１４〜１７では、周波数４０Ｈｚ、３００ｋＨｚおよび１ＭＨｚにおけるｔａｎδは、β−ＳｉＣの含有率が低くなるに従って高くなった。ｔａｎδを低くするという観点からは、原料に含まれるＳｉＣ中のβ−ＳｉＣの含有率は、５０％よりも大きいことが好ましい。
【００７１】
また、表７および表８には記載していないが、実験例１４〜１７では、開気孔率は０．１％以下であり、閉気孔率は１．０％以下であり、４点曲げ強度は４５０ＭＰａ以上であった。また、体積抵抗率は１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上であり、耐電圧は２５ｋＶ／ｍｍ以上であった。ＳｉＣの粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ以上であり、Ｄ５０は０．７μｍ以上であり、Ｄ９０は１．５μｍ以上であった。Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径（平均粒径）は、２μｍ以上であった。ＳｉＣ中のＣの複合焼結体全体に対する割合（Ｃ量）は、１．０重量％以上かつ４．０重量％以下であった。Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体全体に対する割合（Ｍｇ量）は、０．０１重量％以上かつ１．０重量％以下であった。なお、実験例１４〜１７では、複合焼結体におけるＳｉＣ中のα−ＳｉＣの含有率は、リートベルト法により原料に含まれるＳｉＣ中のα−ＳｉＣの含有率と実質的に同じであることを確認した。リートベルト法は、「ＪＩＳ  Ｋ  ０１３１（Ｘ線回折分析通則）」に準拠して実施した。
【００７２】
図５は、実験例２の複合焼結体の粉末をＸ線回折装置により測定したＸ線回折パターンである。この測定では、材料である複合焼結体を乳鉢で粉砕し、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。
【００７３】
図５（実験例２）では、構成相として、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）の３相が検出された。スピネルに一致するピークは、ごく小さなピークとして検出された。
【００７４】
図６は、ＭｇＡｌ２Ｏ４のピークをより明確にするために、図５の低カウント部分を拡大した図である。図６では、高角側のＭｇＡｌ２Ｏ４のピークは他のピークに埋もれており、明確なピーク位置を特定することが困難であった。実験例２では、図６の下側に示した一般的なＭｇＡｌ２Ｏ４のピーク位置に比べて、ＭｇＡｌ２Ｏ４のピーク位置がシフトしている。したがって、本実施の形態に係る複合焼結体において、Ｍｇは、ＭｇＡｌ２Ｏ４型の結晶相（すなわち、スピネル型の結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物）として含有されているが、ＳｉＣの共存により、例えば、構成元素比率の変化や固溶反応が生じていると考えられる。
【００７５】
そこで、本実施の形態に係る複合焼結体において、Ｍｇを含む組織については、既述のようにＭｇ−Ａｌ複合酸化物と記載している。当該Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中には、固溶によりＳｉが含まれていてもよい。また、本実施の形態に係る複合焼結体では、ＭｇＡｌ２Ｏ４の結晶性の低下等により、Ｘ線回折パターンでは検出できない場合も想定される。この場合、ＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ線分光器）またはＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）による元素マッピングによってＭｇ−Ａｌ複合酸化物の存在を確認することができる。
【００７６】
図７は、実験例２の複合焼結体に対して、倍率１０００倍で実施したＥＤＳ元素マッピング像である。Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｏの元素について色の明るい（図では白色に近い）部分ほど各元素が高濃度で存在している。図７のＡｌの分布図において、灰色の地色の部分がＡｌ２Ｏ３の存在位置であり、黒色の島状に点在する部分にはＡｌが検出されていない。当該島状の部分をＳｉおよびＯの分布図と比較すると、Ｓｉが検出され、Ｏは検出されていない。このことから、当該島状の部分はＳｉＣ粒子に相当し、Ａｌ２Ｏ３中にＳｉＣが粒状に分散している様子が確認できる。
【００７７】
また、図７のＭｇ分布図において、実線および破線の円で囲んだ領域は、Ｍｇの存在する領域である。一方、Ａｌ、Ｓｉ、Ｏの分布図において、実線の円で囲んだ領域は、Ｍｇの分布図中の実線の円で囲んだ領域と重複する領域である。これらの実線の円で囲んだ領域において、Ｍｇが存在する部分にはＡｌ、Ｏが存在し、Ｓｉはほとんど存在していない。したがって、当該部分には、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物が存在している。同様に、Ｍｇの分布図中で破線の円で囲んだ領域においても、Ｍｇが存在する部分には、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物が存在している。
【００７８】
図８ないし図１０は、実験例２の複合焼結体に対して、倍率３０００倍で実施したＥＰＭＡ元素マッピング像である。図８中において符号８１を付した円で囲む領域はＡｌの存在する領域であり、図９中において符号８２を付した円で囲む領域はＭｇの存在する領域である。また、図１０中において符号８３を付した円で囲む領域はＯ（酸素）の存在する領域である。したがって、領域８１、領域８２および領域８３の重複領域には、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物が存在する。
【００７９】
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８ないし図１０はモノクロで表示されているため、以下に図８ないし図１０の本来の色について説明する。図８のＡｌでは、地色が黄色であり、島状の部分が緑色〜青色であった。図９のＭｇでは、地色が藍色であり、点状の部分が青色であった、図１０のＯでは、地色が橙色であり、島状の部分が緑色〜青色であった。
【００８０】
以上に説明したように、上述の複合焼結体は、Ａｌ２Ｏ３と、ＳｉＣと、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物とを備える。当該ＳｉＣはβ−ＳｉＣを含む。当該複合焼結体のＳｉＣの粒径について、Ｄ５０は０．７μｍ以上である。ＳｉＣ中のＣの複合焼結体に対する割合は、１．０重量％以上かつ４．０重量％以下である。これにより、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物がＡｌ２Ｏ３の粒界に均一性高く分散配置され、その結果、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長を抑制することができる。また、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を提供することができる。
【００８１】
具体的には、周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける複合焼結体の比誘電率は、好ましくは１２以上である。これにより、複合焼結体の絶縁性を高くすることができる。また、複合焼結体が静電チャック１に利用される場合、基板９の吸着力を増大することができる。当該比誘電率は、より好ましくは１３以上であり、さらに好ましくは１４以上である。また、比誘電率は、より好ましくは、周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下の範囲において１２以上（さらに好ましくは１３以上、より一層好ましくは１４以上）である。
【００８２】
また、複合焼結体の耐電圧は、好ましくは２５ｋＶ／ｍｍ以上である。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３０ｋＶ／ｍｍ以上であり、さらに好ましくは５０ｋＶ／ｍｍ以上である。
【００８３】
周波数４０Ｈｚおよび周波数１ＭＨｚにおける複合焼結体のｔａｎδは、好ましくは、１．０ｘ１０−２以下である。これにより、交流電流が印加された際の複合焼結体の誘電損失を好適に抑制し、複合焼結体の温度上昇を抑制することができる。当該ｔａｎδは、より好ましくは５．０ｘ１０−３以下であり、さらに好ましくは３．０ｘ１０−３以下である。また、ｔａｎδは、より好ましくは、周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下の範囲において１．０ｘ１０−２以下（さらに好ましくは５．０ｘ１０−３以下、より一層好ましくは３．０ｘ１０−３以下）である。なお、ｔａｎδの値は周波数に依存する傾向があり、同一試料による測定でも測定周波数が低い程、ｔａｎδの値は低くなる傾向がある。
【００８４】
複合焼結体の温度２５℃における体積抵抗率は、好ましくは１．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上である。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５．０ｘ１０１５Ωｃｍ以上であり、さらに好ましくは１．０ｘ１０１６Ωｃｍ以上である。
【００８５】
複合焼結体の閉気孔率は、好ましくは１．０％以下である。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。当該閉気孔率は、より好ましくは０．７％以下であり、さらに好ましくは０．５％以下である。
【００８６】
複合焼結体の４点曲げ強度は、好ましくは４５０ＭＰａ以上である。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４点曲げ強度は、より好ましくは４７０ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは４９０ＭＰａ以上である。
【００８７】
複合焼結体では、ＳｉＣの粒径について、好ましくは、Ｄ１０は０．３μｍ以上である。また、Ｄ９０は１．５μｍ以上であることが好ましい。このように、複合焼結体におけるＳｉＣの粒径は比較的大きいため、ＳｉＣの腐食による脱落を抑制することができる。その結果、複合焼結体の表面が粗くなることを抑制することができる。また、ＳｉＣ粒子が導電パスとなることを抑制することができるため、耐電圧を増大させることができる。
【００８８】
上述のように、複合焼結体では、ＳｉＣ中のβ−ＳｉＣの含有率は、５０％よりも大きいことが好ましい。これにより、複合焼結体のｔａｎδをさらに低くすることができる。より好ましくは、ＳｉＣ中のβ−ＳｉＣの含有率は、実質的に１００％である。換言すれば、ＳｉＣの結晶型はβ型である。これにより、複合焼結体のｔａｎδを、より一層低くすることができる。
【００８９】
ステップＳ１２終了後のＡｌ２Ｏ３の焼結粒径について、平均粒径は２μｍ以上である。このように、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の粒径は比較的大きいため、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。
【００９０】
複合焼結体では、ＳｉＣ含有による焼成温度の増大、および、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長を、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ酸化物を含めることにより防止または抑制することができる。その結果、複合焼結体の緻密性および粒径分布の均一性を向上することができ、複合焼結体の製造における歩留まりを向上することができる。当該緻密性の指標として、複合焼結体における開気孔率は０．１％以下であることが好ましい。また、複合焼結体では、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体に対する割合が０．０１５重量％以上かつ０．５重量％以下とされることにより、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長をさらに好適に防止または抑制することができる。
【００９１】
上述のように、複合焼結体は、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδ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、上述の静電チャック１が挙げられる。静電チャック１は、上述のように、複合焼結体を用いて作成されたチャック本体２３と、チャック本体２３の内部に配置される内部電極２４とを備える。
【００９２】
静電チャック１は、半導体製造装置において基板９を好適に吸着して保持することができる。また、上述のように、複合焼結体におけるＡｌ２Ｏ３およびＳｉＣの粒径が比較的大きいため、ＳｉＣの腐食による脱落を防止または抑制することができる。その結果、チャック本体２３の表面が粗くなることを抑制することができる。さらに、基板９の吸着時等にＡｌ２Ｏ３粒子がチャック本体２３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。
【００９３】
上述のように、複合焼結体の製造方法は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＣ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。そして、当該ＳｉＣはβ−ＳｉＣを含む。ステップＳ１１において、混合粉末に対するＳｉＣの割合は、４．０重量％以上かつ１３．０重量％以下である。また、ステップＳ１１におけるＡｌ２Ｏ３の純度は、９９．９％以上である。これにより、スピネル型結晶構造を有するＭｇ−Ａｌ複合酸化物がＡｌ２Ｏ３の粒界に均一性高く分散配置され、その結果、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長を抑制することができる。また、高い比誘電率および耐電圧、並びに、低いｔａｎδを有する複合焼結体を好適に製造することができる。
【００９４】
また、ステップＳ１１において、混合粉末に対するＭｇＯの割合は、０．０５重量％以上かつ１．０重量％以下である。これにより、ＳｉＣ含有による焼成温度の増大、および、Ａｌ２Ｏ３の異常粒成長を、好適に防止または抑制することができる。
【００９５】
上述のように、ステップＳ１１におけるＳｉＣの粒径（すなわち、原料粒径）について、Ｄ１０は０．３μｍ以上であり、Ｄ５０は１μｍ以上であり、かつ、Ｄ９０は２μｍ以上である。これにより、ＳｉＣの粒径が比較的大きい上記複合焼結体を好適に製造することができる。
【００９６】
＜変形例＞
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。
【００９７】
例えば、複合焼結体では、Ｍｇ−Ａｌ複合酸化物中のＭｇの複合焼結体に対する割合は、０．０１重量％未満であってもよく、１．０重量％よりも大きくてもよい。また、複合焼結体の開気孔率は、０．１％よりも大きくてもよく、閉気孔率は、１．０％よりも大きくてもよい。複合焼結体の耐電圧は、２５ｋＶ／ｍｍ未満であってもよい。周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下における複合焼結体のｔａｎδは、１．０ｘ１０−２よりも大きくてもよい。周波数４０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下における複合焼結体の比誘電率は、１２未満であってもよい。温度２５℃における複合焼結体の体積抵抗率は、１．０ｘ１０１５Ωｃｍ未満であってもよい。複合焼結体の４点曲げ強度は、４５０ＭＰａ未満であってもよい。
【００９８】
複合焼結体では、Ａｌ２Ｏ３中に分散したＳｉＣ粒子の粒径について、Ｄ１０は０．３μｍ未満であってもよく、Ｄ９０は１．５μｍ未満であってもよい。Ａｌ２Ｏ３の焼結粒径について、平均粒径は２μｍ未満であってもよい。
【００９９】
複合焼結体の製造では、ステップＳ１１における混合粉末に対するＭｇＯの割合は、０．０２５重量％未満であってもよく、１．０重量％よりも大きくてもよい。ステップＳ１１におけるＳｉＣの粒径（すなわち、原料粒径）について、Ｄ１０は０．３μｍ未満であってもよい。また、Ｄ５０は１μｍ未満であってもよく、Ｄ９０は２μｍ未満であってもよい。
【０１００】
ステップＳ１２の焼成温度の最高温度は、１６５０℃未満であってもよく、１７２５℃よりも高くてもよい。ステップＳ１２では、ホットプレス法以外の様々な焼成方法により複合焼結体が生成されてもよい。
【０１０１】
複合焼結体は、静電チャック１以外の様々な半導体製造装置部材の作成に用いられてよい。例えば、複合焼結体は、基板９に高周波を印加する際に使用されるサセプターの作成に用いられてもよい。また、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形成されてもよい。例えば、複合焼結体は、対象物を加熱するセラミックヒータの作成に用いられてもよい。
【０１０２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
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静電チャックの製造に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    静電チャック
９    半導体基板
２３    チャック本体
２４    内部電極
Ｓ１１〜Ｓ１２    ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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