JP3389514B2 - Aluminum nitride sintered body, method of manufacturing the same, and member for semiconductor manufacturing apparatus using the same - Google Patents
Aluminum nitride sintered body, method of manufacturing the same, and member for semiconductor manufacturing apparatus using the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、耐蝕性、耐プラズ
マ性に優れ、パーティクルの発生が極めて少ない窒化ア
ルミニウム焼結体とその製造方法並びにこの窒化アルミ
ニウム焼結体を基材とする、真空チャンバーの壁材、高
周波透過窓、クランプリング、リフトピン、あるいは半
導体ウエハを保持する静電チャック、ヒーター、サセプ
ターの如き半導体製造装置用部材に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum nitride sintered body which is excellent in corrosion resistance and plasma resistance and has very few particles generated, a method for producing the same, and a vacuum chamber using the aluminum nitride sintered body as a base material. The present invention relates to a member for a semiconductor manufacturing apparatus such as a wall material, a high frequency transmission window, a clamp ring, a lift pin, an electrostatic chuck for holding a semiconductor wafer, a heater, and a susceptor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造工程における成膜装置
やエッチング装置には、半導体ウエハを支持するための
サセプター、静電チャック、ヒーター等のウエハ保持部
材やこのウエハ保持部材を真空チャンバー内に設置する
ための支持部材、さらには真空チャンバーの内壁材、シ
ャドーリング、クランプリング、高周波プラズマを発生
させるためのドーム、高周波透過窓、半導体ウエハを持
ち上げるためのリフトピン等といった半導体製造装置用
部材が用いられており、このうち、半導体ウエハと直接
触れるウエハ保持部材、クランプリング及びリフトピン
等は、アルミナ焼結体、窒化珪素焼結体等のセラミック
スにより形成され、それ以外の部材は一般的にステンレ
スやアルミニウム等の金属や石英ガラスにより形成され
ていた。2. Description of the Related Art A wafer holding member such as a susceptor for supporting a semiconductor wafer, an electrostatic chuck, a heater or the like, or a wafer holding member installed in a vacuum chamber in a film forming apparatus or an etching apparatus in a semiconductor device manufacturing process. In addition, a supporting member for supporting the vacuum chamber, an inner wall material of a vacuum chamber, a shadow ring, a clamp ring, a dome for generating a high frequency plasma, a high frequency transmission window, a lift pin for lifting a semiconductor wafer, etc. are used. Among them, the wafer holding member, the clamp ring, the lift pin, etc., which come into direct contact with the semiconductor wafer are made of ceramics such as alumina sintered body and silicon nitride sintered body, and other members are generally made of stainless steel or aluminum. It was formed of metal such as quartz or quartz glass.
【０００３】ところで、成膜処理時やエッチング処理時
には、デポジション用ガス、エッチング用ガス、クリー
ニング用ガスとして腐食性の高い塩素系やフッ素系等の
ハロゲンガスが使用されており、近年では高密度のプラ
ズマを発生させることも行われている。そして、ステン
レス、アルミニウム、石英ガラスといった材質からなる
半導体製造装置用部材は、高温下でプラズマやハロゲン
ガスに曝されると激しく摩耗したり腐食してパーティク
ルを発生させるため、半導体装置の歩留まりを低下させ
るとともに、成膜装置やエッチング装置にあっては短い
サイクルで洗浄等のメンテナンスを施さなければならず
稼働効率が悪いといった課題があった。特に、ステンレ
スは鉄を含むパーティクルを発生させるため、この鉄が
半導体ウエハを汚染するという課題もあった。By the way, during the film forming process or the etching process, a highly corrosive halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a deposition gas, an etching gas, and a cleaning gas. It is also performed to generate plasma. And, the members for semiconductor manufacturing equipment made of materials such as stainless steel, aluminum, and quartz glass are severely worn or corroded when exposed to plasma or halogen gas at high temperature to generate particles, which lowers the yield of semiconductor devices. In addition, the film forming apparatus and the etching apparatus have a problem in that maintenance such as cleaning must be performed in a short cycle, resulting in poor operation efficiency. In particular, since stainless steel generates particles containing iron, the iron also contaminates the semiconductor wafer.
【０００４】一方、セラミックスからなる半導体製造装
置用部材は、金属やガラスからなるものと比較してパー
ティクルの発生を格段に抑えることができるものの、ス
ーパークリーン状態が要求される半導体製造工程では不
十分であった。On the other hand, although a member for semiconductor manufacturing equipment made of ceramics can significantly suppress the generation of particles as compared with a member made of metal or glass, it is insufficient in a semiconductor manufacturing process requiring a super clean state. Met.
【０００５】そこで、半導体製造装置用部材として好適
な材質について研究がなされた結果、窒化アルミニウム
焼結体が耐プラズマ性やハロゲンガスに対する耐蝕性を
有するとともに、高い熱伝導特性を備えることから、他
のセラミックスよりも半導体製造装置用部材として優れ
ていることが今日知られており、このような窒化アルミ
ニウム焼結体として、イットリウムや希土類元素等の金
属を含有した窒化アルミニウム焼結体や炭素を５００ｐ
ｐｍ以上含有した窒化アルミニウム焼結体が提案されて
いる（特開平９−４８６６８号公報参照）。Therefore, as a result of research on a material suitable for a member for a semiconductor manufacturing apparatus, the aluminum nitride sintered body has plasma resistance, corrosion resistance to halogen gas, and high heat conduction characteristics. It is known today that it is superior to the above ceramics as a member for semiconductor manufacturing equipment, and as such an aluminum nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body containing a metal such as yttrium or a rare earth element, or carbon of 500 p
An aluminum nitride sintered body containing pm or more has been proposed (see JP-A-9-48668).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属を
含有した窒化アルミニウム焼結体にあっては、その金属
含有量が微量であっても半導体ウエハに拡散して欠陥を
生じさせるという問題があった。However, the aluminum nitride sintered body containing the metal has a problem that even if the metal content is small, it is diffused into the semiconductor wafer to cause defects. .
【０００７】一方、炭素を比較的多く含む窒化アルミニ
ウム焼結体は、金属成分のように半導体ウエハを汚染す
ることはないものの、パーティクルの発生が多くなると
いった課題があった。On the other hand, although the aluminum nitride sintered body containing a relatively large amount of carbon does not contaminate the semiconductor wafer like a metal component, it has a problem that many particles are generated.
【０００８】即ち、窒化アルミニウム焼結体に含有され
た炭素は粒界に偏在するのであるが、ハロゲンガスやプ
ラズマ化されたガスと接すると、これらのガスと粒界に
存在する炭素が反応して焼結体外に排除されるため、炭
素の存在していた部分が空隙となり、ハロゲンガスやプ
ラズマ化されたガス等の攻撃を受けやすくなることか
ら、この空隙部を起点として腐食や摩耗が進行する結
果、窒化アルミニウム粒子の脱粒が発生し、この脱粒粉
がパーティクルとなって半導体ウエハに付着、堆積して
悪影響を与えるといった課題があった。That is, the carbon contained in the aluminum nitride sintered body is unevenly distributed in the grain boundaries, but when contacted with a halogen gas or a gas which is made into plasma, these gases react with the carbon existing in the grain boundaries. Since it is removed outside the sintered body, the part where carbon was present becomes a void, and it becomes easy to be attacked by halogen gas or plasmaized gas, so corrosion and wear progress from this void. As a result, there is a problem in that the aluminum nitride particles are shattered, and the shredded powder becomes particles and adheres to and deposits on the semiconductor wafer, which adversely affects the semiconductor wafer.
【０００９】また、この脱粒の原因である炭素を除去す
るために、窒化アルミニウム焼結体を酸化雰囲気中で加
熱処理することによって炭素と酸素を反応させ、ＣＯ、
ＣＯ2 等のガスとして除去することも考えられるが、そ
の量はせいぜい１μｍ程度の極表層しか処理できず、充
分な効果を得ることはできなかった。Further, in order to remove the carbon which is the cause of the grain removal, the aluminum nitride sintered body is heat-treated in an oxidizing atmosphere so that carbon and oxygen are reacted with each other, and CO,
Although it may be considered to remove it as a gas such as CO 2 , the amount of the gas can be treated only at the extreme surface layer of about 1 μm at most, and a sufficient effect could not be obtained.
【００１０】一方、本件出願人は前述したものとは別
に、窒化アルミニウムの含有量が９９．８重量％以上を
有する高純度窒化アルミニウム焼結体からなる耐食部材
を先に提案している（特開平８−２０８３３８号公報参
照）。On the other hand, the applicant of the present application has previously proposed a corrosion-resistant member made of a high-purity aluminum nitride sintered body having an aluminum nitride content of 99.8% by weight or more (special feature). See Kaihei 8-208338).
【００１１】即ち、高純度窒化アルミニウム焼結体中に
は、不純物金属や炭素が極めて少ないことからハロゲン
ガスに対する耐蝕性や耐プラズマ性に優れ、さらに純粋
な窒化アルミニウム結晶は、例えば塩素系ガスと反応す
ると塩化アルミニウムとなって昇華し、真空チャンバー
外に排除されるため、半導体ウエハを汚染することがな
いといった利点があった。That is, since the impurity metal and carbon are extremely small in the high-purity aluminum nitride sintered body, the corrosion resistance and plasma resistance to the halogen gas are excellent, and the pure aluminum nitride crystal is, for example, chlorine-based gas. When it reacts, it becomes aluminum chloride, which sublimes and is removed outside the vacuum chamber, which has the advantage of not contaminating the semiconductor wafer.
【００１２】しかしながら、近年、さらに超スーパーク
リーン状態が要求される半導体装置の製造工程では、高
純度窒化アルミニウム焼結体からなる半導体製造装置用
部材でもパーティクルの問題が未だ指摘されており、さ
らにパーティクルの発生が少ないものが要求されてい
た。However, in recent years, it has been pointed out that the problem of particles is caused even in the member for semiconductor manufacturing equipment made of a high-purity aluminum nitride sintered body in the manufacturing process of semiconductor equipment which requires an ultra-super clean state. There was a demand for the one with less occurrence.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑
み、本発明に係る窒化アルミニウム焼結体は、焼結体中
に存在する元素が実質的にＡｌ，Ｏ，Ｎのみからなり、
主結晶相が窒化アルミニウムであるとともに、他の結晶
相がＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 であっ
て、かつ理論密度に対する相対密度が９５％以上である
ことを特徴とする。また、本発明は、上記窒化アルミニ
ウム焼結体のＸ線回折（Ｘ線の発生源：銅）において、
主結晶相である窒化アルミニウムの回折ピーク強度Ｉ1
（面間隔：２．６８乃至２．７０）と他の結晶相の回折
ピーク強度Ｉ2 （面間隔：２．４１乃至２．４４）との
強度比（Ｉ2 ／Ｉ1 ）が１％以上であることを特徴とす
る。さらに、本発明に係る窒化アルミニウム焼結体は、
焼結体中に含有されている炭素量が５００ｐｐｍ以下で
あることを特徴とする。In view of the above problems, therefore, the aluminum nitride sintered body according to the present invention is such that the elements present in the sintered body are substantially composed of Al, O and N,
The main crystal phase is aluminum nitride, the other crystal phases are Al 9 N 7 O 3 and / or Al 10 N 8 O 3 , and the relative density with respect to the theoretical density is 95% or more. To do. Further, the present invention provides X-ray diffraction (source of X-rays: copper) of the aluminum nitride sintered body,
Diffraction peak intensity I 1 of aluminum nitride which is the main crystal phase
The intensity ratio (I 2 / I 1 ) between the (plane spacing: 2.68 to 2.70) and the diffraction peak intensity I 2 of another crystal phase (plane spacing: 2.41 to 2.44) is 1% or more. Is characterized in that. Furthermore, the aluminum nitride sintered body according to the present invention,
It is characterized in that the amount of carbon contained in the sintered body is 500 ppm or less.
【００１４】また、本発明は上記窒化アルミニウム焼結
体を半導体製造装置用部材の基材に用いたことを特徴と
するものである。Further, the present invention is characterized in that the above aluminum nitride sintered body is used as a base material of a member for a semiconductor manufacturing apparatus.
【００１５】さらに、本発明は、窒化アルミニウム粉末
に対し、酸化アルミニウム粉末及び炭素又は焼成時に炭
素を生成し得る物質を混合し、所定の形状に成形したあ
と、１９００℃以上の窒素気流下でかつ０．５ＭＰａ以
上のガス圧にて焼成することにより窒化アルミニウム焼
結体を製造することを特徴とするものである。Furthermore, according to the present invention, the aluminum nitride powder is mixed with aluminum oxide powder and carbon or a substance capable of forming carbon during firing, and the mixture is molded into a predetermined shape, and then the mixture is formed in a nitrogen stream at 1900 ° C. or higher and It is characterized in that an aluminum nitride sintered body is manufactured by firing at a gas pressure of 0.5 MPa or more.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.
【００１７】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、焼結
体中に存在する元素が実質的にＡｌ，Ｏ，Ｎのみからな
り、不純物金属や炭素を殆ど含まず、また、主結晶相が
窒化アルミニウムからなり、他の結晶相がＡｌ9 Ｎ7 Ｏ
3 及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3からなることを特徴とす
る。即ち、本発明の窒化アルミニウム焼結体には、アル
カリ金属、重金属、希土類金属等の如き不純物金属が殆
ど含まれていないため、半導体製造装置用部材として用
いたとしても半導体ウエハを汚染することがなく、ま
た、主結晶相がハロゲンガスに対する耐蝕性やプラズマ
に対する耐プラズマ性に優れた窒化アルミニウムからな
り、ハロゲンガスによる腐食やプラズマによる摩耗を促
進させる不純物金属や炭素等が殆ど含まれていないた
め、窒化アルミニウム焼結体の耐蝕性及び耐プラズマ性
を向上させることができる。In the aluminum nitride sintered body of the present invention, the elements present in the sintered body are substantially composed of Al, O, N, and contain almost no impurity metals or carbon, and the main crystal phase is nitrided. Made of aluminum and the other crystal phase is Al 9 N 7 O
3 and / or Al 10 N 8 O 3 . That is, since the aluminum nitride sintered body of the present invention contains almost no impurity metals such as alkali metals, heavy metals, rare earth metals, etc., it may contaminate a semiconductor wafer even when used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus. In addition, since the main crystal phase is made of aluminum nitride, which has excellent corrosion resistance to halogen gas and plasma resistance to plasma, it contains almost no impurity metals or carbon that promote corrosion by halogen gas or abrasion by plasma. The corrosion resistance and plasma resistance of the aluminum nitride sintered body can be improved.
【００１８】なお、本発明において、焼結体中に存在す
る元素が実質的にＡｌ，Ｏ，Ｎのみからなるとは、Ａ
ｌ，Ｏ，Ｎ以外の成分である不純物金属が０．５重量％
以下、好ましくは、０．１重量％以下であるとともに、
炭素が５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下
であることを言う。In the present invention, the fact that the elements present in the sintered body consist essentially of Al, O and N is A
Impurity metal which is a component other than 1, O, N is 0.5% by weight
The following, preferably 0.1% by weight or less,
It means that carbon is 500 ppm or less, preferably 300 ppm or less.
【００１９】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体に
は、主結晶相をなす窒化アルミニウム以外に、他の結晶
相として窒化アルミニウムと同様にハロゲンガスに対す
る耐蝕性やプラズマに対する耐プラズマ性に優れるとと
もに、その結晶構造が柱状をしたＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及
び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を有することから、パーテ
ィクルの発生を大幅に低減することができる。Further, the aluminum nitride sintered body of the present invention is excellent in corrosion resistance against halogen gas and plasma resistance to plasma as other crystal phases other than aluminum nitride, which is the main crystal phase, as well as aluminum nitride. Since the crystal structure has columnar Al 9 N 7 O 3 crystals and / or Al 10 N 8 O 3 crystals, the generation of particles can be greatly reduced.
【００２０】即ち、主結晶相をなす窒化アルミニウムは
その結晶構造が略球状をしたものであることから、焼結
体中の結晶相が窒化アルミニウムのみからなるもので
は、ハロゲンガスやプラズマによって腐食や摩耗する
と、窒化アルミニウム粒子が脱粒し易く、その脱粒粉が
パーティクルとなるのであるが、本発明では、図１に示
すように略球状をした窒化アルミニウム結晶中に柱状を
したＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶
を存在させることによって、略球状の窒化アルミニウム
結晶と柱状のＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／又はＡｌ10Ｎ8
Ｏ3 結晶が互いに絡み合った構造をなし、ハロゲンガス
やプラズマによって腐食や摩耗しても脱粒を生じ難い構
造とすることができるため、パーティクルの発生を大幅
に低減することが可能となる。That is, since the main crystal phase of aluminum nitride has a substantially spherical crystal structure, if the crystal phase in the sintered body is composed of only aluminum nitride, it will not be corroded by halogen gas or plasma. When abraded, the aluminum nitride particles are likely to be shattered, and the shredded powder becomes particles. In the present invention, as shown in FIG. 1, columnar Al 9 N 7 O 3 is formed in a substantially spherical aluminum nitride crystal. Crystal and / or Al 10 N 8 O 3 crystal is allowed to exist so that a substantially spherical aluminum nitride crystal and a columnar Al 9 N 7 O 3 crystal and / or Al 10 N 8 crystal are present.
O 3 crystals have a structure in which they are entangled with each other, and it is possible to have a structure in which grain removal does not easily occur even when corroded or abraded by a halogen gas or plasma, so that it is possible to significantly reduce the generation of particles.
【００２１】Ａｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／又はＡｌ10Ｎ8
Ｏ3 結晶の存在は、Ｘ線回折（Ｘ線の発生源：銅）によ
るピークの有無を調べることで確認することができる。
即ち、Ａｌ9 Ｎ7 Ｏ3 は、２θが３４．７〜３５．２度
（面間隔：２．５５〜２．５８）と２θが３６．８〜３
７．２度（面間隔：２．４１〜 ２．４４）の両方の位
置にピークを持ち、また、Ａｌ10Ｎ8 Ｏ3 は、２θが３
６．８〜３７．２度（面間隔：２．４１〜 ２．４４）
の位置にピークを持つ。その為、面間隔が２．４１乃至
２．４４の位置の回折ピーク強度の有無を確認すること
で窒化アルミニウム焼結体中におけるＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結
晶又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶の存在を確認することができ
るのである。Al 9 N 7 O 3 crystals and / or Al 10 N 8
The presence of O 3 crystals can be confirmed by examining the presence or absence of a peak due to X-ray diffraction (X-ray generation source: copper).
That is, Al 9 N 7 O 3 has a 2θ of 34.7 to 35.2 degrees (plane spacing: 2.55 to 2.58) and a 2θ of 36.8 to 3 °.
It has peaks at both positions of 7.2 degrees (plane spacing: 2.41 to 2.44), and Al 10 N 8 O 3 has 2θ of 3
6.8 to 37.2 degrees (spacing: 2.41 to 2.44)
Has a peak at the position. Therefore, the presence or absence of the Al 9 N 7 O 3 crystal or the Al 10 N 8 O 3 crystal in the aluminum nitride sintered body is confirmed by checking the presence or absence of the diffraction peak intensity at the position where the plane spacing is 2.41 to 2.44. Can be confirmed.
【００２２】そして、本発明では少なくともＡｌ9 Ｎ7
Ｏ3 結晶又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶のいずれか一方が少量
でも存在していれば良いが、好ましくは、主結晶相であ
る窒化アルミニウムの回折ピーク強度Ｉ1 （面間隔：
２．６８乃至２．７０）と他の結晶相であるＡｌ9 Ｎ7
Ｏ3 及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 の回折ピーク強度Ｉ
2 （面間隔：２．４１乃至２．４４）との強度比（Ｉ2
／Ｉ1 ）が１％以上であることが良く、この強度比の範
囲とすることで、パーティクルの発生をより一層低減す
ることができる。In the present invention, at least Al 9 N 7 is used.
One of O 3 crystal or Al 10 N 8 O 3 crystals may exist even in a small amount, but preferably, the diffraction peak strength of the aluminum nitride is a predominant crystal phase I 1 (lattice spacing:
2.68 to 2.70) and another crystalline phase of Al 9 N 7
Diffraction peak intensity I of O 3 and / or Al 10 N 8 O 3
2 (plane spacing: 2.41 to 2.44) and the intensity ratio (I 2
/ I 1 ) is preferably 1% or more, and by setting the strength ratio within this range, the generation of particles can be further reduced.
【００２３】さらに、耐プラズマ性を高めるためにはで
きるだけ緻密であることが必要であり、理論密度に対す
る相対密度が９５％以上であることが望ましい。窒化ア
ルミニウム焼結体の相対密度は次式により算出すること
ができ、嵩密度はアルキメデス法にて測定する。Further, in order to enhance the plasma resistance, it is necessary to be as dense as possible, and it is desirable that the relative density with respect to the theoretical density is 95% or more. The relative density of the aluminum nitride sintered body can be calculated by the following formula, and the bulk density is measured by the Archimedes method.
【００２４】
（式） 相対密度＝（焼結体密度／３．２６）＊１００
ただし、理論密度については、密度の大きな焼結助剤を
含まないことから３．２６ｇ／ｃｍ3 とする。(Formula) Relative density = (Sintered body density / 3.26) * 100 However, the theoretical density is set to 3.26 g / cm 3 since a sintering aid having a large density is not included.
【００２５】また、焼結体中におけるＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結
晶又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶の占める割合が多くなると、
ハロゲンガスやプラズマによる脱粒を効果的に防ぐこと
ができるものの、窒化アルミニウム焼結体の持つ優れた
特徴である熱伝導率を低下させることになる。従って、
熱伝導特性を大きく損なわないためには、窒化アルミニ
ウム焼結体中における窒化アルミニウムの含有量は７０
重量％以上が好ましく、より好ましくは８０重量％以上
であることが良く、このような窒化アルミニウム焼結体
はその熱伝導率を５０Ｗ／ｍＫ以上とすることができ
る。When the proportion of Al 9 N 7 O 3 crystals or Al 10 N 8 O 3 crystals in the sintered body increases,
Although it is possible to effectively prevent shedding due to halogen gas or plasma, the thermal conductivity, which is an excellent feature of the aluminum nitride sintered body, is reduced. Therefore,
The content of aluminum nitride in the aluminum nitride sintered body is 70 in order not to significantly impair the thermal conductivity.
It is preferably at least wt%, more preferably at least 80 wt%, and such an aluminum nitride sintered body can have a thermal conductivity of 50 W / mK or more.
【００２６】次に、本発明の窒化アルミニウム焼結体の
製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the aluminum nitride sintered body of the present invention will be described.
【００２７】まず、アルカリ金属、重金属、希土類金属
等の如き不純物金属量が１０００ｐｐｍ以下である高純
度の窒化アルミニウム粉末を用意する。そして、この窒
化アルミニウム粉末に対し、Ａｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／
又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を生成させるとともに焼結体中
の酸素量を調節するために、酸化アルミニウム粉末を酸
素源として添加し、かつ焼結体中の酸素量を調整するた
めにカーボンの如き炭素あるいは焼成時に炭素を生成し
得る物質を添加する。ここで、焼成時に炭素を生成する
物質として後述するバインダーを用いることもできる。
なお、調合にあたっては焼結体中における酸素量が５重
量％以下となるようにする。First, a high-purity aluminum nitride powder having an amount of an impurity metal such as an alkali metal, a heavy metal, or a rare earth metal of 1000 ppm or less is prepared. Then, with respect to this aluminum nitride powder, Al 9 N 7 O 3 crystals and / or
Alternatively, aluminum oxide powder is added as an oxygen source in order to generate Al 10 N 8 O 3 crystals and adjust the amount of oxygen in the sintered body, and carbon is added in order to adjust the amount of oxygen in the sintered body. Such carbon or a substance capable of forming carbon upon firing is added. Here, it is also possible to use a binder described later as a substance that produces carbon during firing.
It should be noted that the amount of oxygen in the sintered body is adjusted to 5% by weight or less in the preparation.
【００２８】そして、この混合原料に対してバインダー
を添加し、溶剤を用いて均一に混合し、乾燥後、篩にか
けて造粒粉を製作する。そして、この造粒粉を型内に充
填して一軸加圧成形法や等加圧成形法にて所定の形状に
成形する。この時、成形体に切削加工を施しても良い。Then, a binder is added to this mixed raw material, and the mixture is uniformly mixed with a solvent, dried and sieved to produce granulated powder. Then, the granulated powder is filled in a mold and molded into a predetermined shape by a uniaxial pressure molding method or an isopressurization molding method. At this time, the molded body may be cut.
【００２９】しかるのち、成形体を窒素気流中で脱脂
し、次いで窒素気流中１９００℃以上の温度にて焼結す
る。この時のガス圧は０．５ＭＰａ以上とする。Thereafter, the molded body is degreased in a nitrogen stream and then sintered in a nitrogen stream at a temperature of 1900 ° C. or higher. The gas pressure at this time is 0.5 MPa or more.
【００３０】ここで、焼成温度を１９００℃以上とした
のは、１９００℃未満であると緻密化が充分に促進させ
ず、相対密度が９５％より低くなって焼結体中に気孔が
多数存在することになるため、耐蝕性及び耐プラズマ性
が大幅に低下してパーティクルの発生を十分に抑えるこ
とができないからである。また、ガス圧を０．５ＭＰａ
以上とするのは、０．５ＭＰａより低くなると、焼結体
中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶やＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を生成さ
せることができず、パーティクルの発生を十分に抑える
ことができないからである。Here, the firing temperature is set to 1900 ° C. or higher because if it is lower than 1900 ° C., the densification is not promoted sufficiently, the relative density becomes lower than 95%, and many pores exist in the sintered body. Therefore, the corrosion resistance and the plasma resistance are significantly reduced, and the generation of particles cannot be sufficiently suppressed. Moreover, the gas pressure is 0.5 MPa.
The reason is that if the pressure is lower than 0.5 MPa, Al 9 N 7 O 3 crystals or Al 10 N 8 O 3 crystals cannot be generated in the sintered body, and the generation of particles can be sufficiently suppressed. Because you can't.
【００３１】なお、成形体を形成する手段としては、前
述した一軸加圧成形法や等加圧成形法以外に、鋳込成形
法やドクターブレード法などのテープ成形等を用いても
良い。As a means for forming the molded body, tape molding such as a casting molding method or a doctor blade method may be used in addition to the above-mentioned uniaxial pressure molding method and isopressurization molding method.
【００３２】次に、本発明の窒化アルミニウム焼結体を
用いた半導体製造装置用部材の一例としてヒータ内蔵型
静電チャックに適用した例について説明する。Next, an example in which a heater built-in electrostatic chuck is applied as an example of a member for a semiconductor manufacturing apparatus using the aluminum nitride sintered body of the present invention will be described.
【００３３】図２（ａ）（ｂ）に示すヒータ内蔵型静電
チャック１は、円盤状をした板状セラミック体２からな
るもので、焼結体中に存在する元素が実質的にＡｌ，
Ｏ，Ｎのみからなり、窒化アルミニウムを主結晶相と
し、他の結晶相がＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3及び／又はＡｌ10Ｎ8
Ｏ3 からなる窒化アルミニウム焼結体よりなる。The heater built-in electrostatic chuck 1 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is composed of a disk-shaped plate-shaped ceramic body 2, and the elements present in the sintered body are substantially Al,
It consists of only O and N, aluminum nitride is the main crystal phase, and other crystal phases are Al 9 N 7 O 3 and / or Al 10 N 8
It is made of an aluminum nitride sintered body made of O 3 .
【００３４】板状セラミック体２の上面は、半導体ウエ
ハＷを保持するための載置面３となっており、また、板
状セラミック体２中には載置面３側から静電吸着用の電
極４とヒーター用の電極５をそれぞれ埋設してある。な
お、６は静電吸着用の電極４と電気的に接続された給電
端子であり、７はヒータ用の電極５と電気的に接続され
た給電端子である。The upper surface of the plate-shaped ceramic body 2 serves as a mounting surface 3 for holding the semiconductor wafer W. Further, in the plate-shaped ceramic body 2, the mounting surface 3 side is used for electrostatic adsorption. The electrode 4 and the heater electrode 5 are embedded respectively. In addition, 6 is a power supply terminal electrically connected to the electrode 4 for electrostatic attraction, and 7 is a power supply terminal electrically connected to the electrode 5 for a heater.
【００３５】そして、この静電チャック１により半導体
ウエハＷを吸着させるには、まず、載置面３に半導体ウ
エハＷを載せたあと、この半導体ウエハＷと静電吸着用
の電極４との間に直流電圧を印加すると、誘電分極によ
るクーロン力又は微少な漏れ電流によるジョンソン・ラ
ーベック力が発現し、半導体ウエハＷを載置面３上に強
制的に吸着させて固定するようになっている。そして、
この状態の基でヒーター用の電極５に通電して静電チャ
ック１を発熱させることで半導体ウエハＷを均一に加熱
することができる。In order to attract the semiconductor wafer W by the electrostatic chuck 1, first, the semiconductor wafer W is placed on the placement surface 3, and then the semiconductor wafer W and the electrode 4 for electrostatic attraction are placed. When a DC voltage is applied to the semiconductor wafer W, a Coulomb force due to dielectric polarization or a Johnson-Rahbek force due to a minute leak current is developed, and the semiconductor wafer W is forcibly attracted and fixed onto the mounting surface 3. And
Under this condition, the semiconductor wafer W can be uniformly heated by energizing the electrode 5 for the heater to heat the electrostatic chuck 1.
【００３６】また、このヒータ内蔵型静電チャック１
は、真空チャンバー内において高温のプラズマ下でハロ
ゲンガスに曝されることになるが、この静電チャック１
を形成する窒化アルミニウム焼結体は、主結晶相の窒化
アルミニウム以外に、他の結晶相として窒化アルミニウ
ムと同様に耐蝕性や耐プラズマ性を有するＡｌ9 Ｎ7 Ｏ
3 及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 を有することから、このよ
うな苛酷な雰囲気中においても殆ど腐食したり、摩耗す
ることがなく、また、結晶構造的に脱粒を生じ難い構造
であることから、パーティクルの発生が少なく、半導体
ウエハＷの成膜処理やエッチング処理において悪影響を
与えることがなく、また、不純物金属が殆ど含まれてい
ないことから半導体ウエハＷを汚染することもない。The heater built-in electrostatic chuck 1 is also provided.
Is exposed to halogen gas under high temperature plasma in the vacuum chamber.
The aluminum nitride sintered body that forms the Al 9 N 7 O having a corrosion resistance and a plasma resistance similar to that of aluminum nitride as the other crystal phase other than the main crystal phase of aluminum nitride.
Since it has 3 and / or Al 10 N 8 O 3 , it has a structure which hardly corrodes or wears even in such a severe atmosphere, and has a structure in which crystal grain formation is unlikely to occur. The generation of particles is small, the film formation process and the etching process of the semiconductor wafer W are not adversely affected, and the semiconductor wafer W is not contaminated because almost no impurity metal is contained.
【００３７】なお、本発明の窒化アルミニウム焼結体を
基材とする半導体製造装置用部材の一例としてヒーター
内蔵型静電チャック１を示したが、他に半導体ウエハを
保持するウエハ保持部材としてサセプタやセラミックヒ
ータに適用することもでき、さらにはウエハ保持部材を
真空チャンバー内に設置するための支持部材、真空チャ
ンバーの内壁材、シャドーリング、クランプリング、高
周波プラズマを発生させるためのドーム、高周波透過
窓、半導体ウエハを持ち上げるためのリフトピン等とい
った半導体製造装置用部材にも適用可能であり、これら
の部材に本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いること
で半導体ウエハに悪影響を与えるパーティクルの発生を
大幅に抑えることがきる。Although the heater built-in electrostatic chuck 1 is shown as an example of a member for a semiconductor manufacturing apparatus using the aluminum nitride sintered body of the present invention as a base material, another susceptor is used as a wafer holding member for holding a semiconductor wafer. It can also be applied to a ceramic heater, a supporting member for installing the wafer holding member in the vacuum chamber, an inner wall material of the vacuum chamber, a shadow ring, a clamp ring, a dome for generating a high frequency plasma, and a high frequency transmission. It can also be applied to semiconductor manufacturing equipment members such as windows and lift pins for lifting semiconductor wafers. By using the aluminum nitride sintered body of the present invention for these members, the generation of particles that adversely affect the semiconductor wafer is significantly reduced. Can be suppressed to.
【００３８】[0038]
【実施例】（実施例１）出発原料として、アルミナ還元
窒化法により製造された平均粒径１．５μm 、酸素含有
量０．８％、炭素含有量３００ｐｐｍの窒化アルミニウ
ム粉末を用いた。なお、不純物金属量について調べたと
ころ、Ｃａが３００ｐｐｍ以下、その他にＳｉ，Ｆｅ，
Ｎａ，Ｔｉ等の各金属含有量がそれぞれ１００ｐｐｍ以
下であった。Example 1 As a starting material, an aluminum nitride powder having an average particle size of 1.5 μm, an oxygen content of 0.8%, and a carbon content of 300 ppm manufactured by an alumina reduction nitriding method was used. In addition, when the amount of impurity metals was examined, Ca was 300 ppm or less, and in addition, Si, Fe,
The content of each metal such as Na and Ti was 100 ppm or less.
【００３９】そして、この窒化アルミニウム粉末に対
し、焼結助剤は加えず、酸素源として平均粒度が１．５
μｍである純度９９．９％の酸化アルミニウム粉末と、
焼結体中の酸素量を調整するためにカーボンブラック
（平均粒径０．５μm 、純度９９％）を添加し、さらに
有機系のバインダーと溶剤を混ぜて混合したあと６０℃
で乾燥させて造粒粉を製作した。次にこの造粒粉を型内
に充填して１ｔｏｎ／ｃｍ2 の成形圧にて円板状に成形
し、しかるのち、窒素気流中で脱脂し、次いで焼成条件
を変更することによって、Ａｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／又
はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を有するものと有しないもの、相
対密度を異ならせた窒化アルミニウム焼結体を製作し、
プラズマ下でハロゲンガスに曝した時の耐蝕、耐プラズ
マ性とパーティクルの発生状況を調べる実験を行った。
なお、比較のために窒化アルミニウムの含有量が９９．
８％の高純度窒化アルミニウム焼結体も用意し、同様に
実験を行った。A sintering aid was not added to this aluminum nitride powder, and the average particle size as an oxygen source was 1.5.
aluminum oxide powder having a purity of 99.9%, which is μm,
Carbon black (average particle size 0.5 μm, purity 99%) was added to adjust the amount of oxygen in the sintered body, and an organic binder and solvent were mixed and mixed at 60 ° C.
And dried to produce granulated powder. Next, this granulated powder is filled in a mold and molded into a disk shape at a molding pressure of 1 ton / cm 2 , and then degreased in a nitrogen stream, and then the firing conditions are changed to obtain Al 9 Manufacture aluminum nitride sintered bodies having N 7 O 3 crystals and / or Al 10 N 8 O 3 crystals and those not having, and different relative densities,
Experiments were carried out to examine the corrosion resistance and plasma resistance when exposed to halogen gas under plasma and the state of particle generation.
For comparison, the content of aluminum nitride is 99.
An 8% high-purity aluminum nitride sintered body was also prepared and the same experiment was conducted.
【００４０】なお、耐蝕、耐プラズマ性については、ま
ず１ｃｍ角の試料の重量を測定し、次に試料を７００℃
に加熱するとともに、プラズマ下で１００％の塩素ガス
に９６時間曝したあと、再度重量を測定し、その重量減
少量にて耐蝕、耐プラズマ性を評価した。Regarding the corrosion resistance and the plasma resistance, the weight of a 1 cm square sample was first measured, and then the sample was heated to 700 ° C.
After being heated to 100 ° C. and exposed to 100% chlorine gas under plasma for 96 hours, the weight was measured again and the weight reduction amount was used to evaluate the corrosion resistance and plasma resistance.
【００４１】また、パーティクルの発生状況について
は、１ｃｍ角の試料を６インチの大きさのシリコンウエ
ハの中央に置き、１００％の塩素ガス下でプラズマを発
生させ、７００℃の温度で５分間処理した後、試料を取
り除き、ウエハに付着した０．２μｍ以上のパーティク
ルをパーティクルカウンターにて測定して評価した。Regarding the generation of particles, a 1 cm square sample was placed at the center of a 6 inch silicon wafer, plasma was generated under 100% chlorine gas, and the treatment was performed at a temperature of 700 ° C. for 5 minutes. After that, the sample was removed, and particles of 0.2 μm or more attached to the wafer were measured by a particle counter and evaluated.
【００４２】また、窒化アルミニウム焼結体の特性につ
いて、相対密度の算出は焼結体の密度をアルキメデス法
により測定するとともに、理論密度を３．２６ｇ／ｃｍ
3 とし、次式により算出した。Regarding the characteristics of the aluminum nitride sintered body, the relative density was calculated by measuring the density of the sintered body by the Archimedes method and calculating the theoretical density at 3.26 g / cm.
It was set to 3 and calculated by the following formula.
【００４３】
（式） 相対密度＝（焼結体密度／３．２６）＊１００
さらに、窒化アルミニウム焼結体中におけるＡｌ9 Ｎ7
Ｏ3 結晶又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶の有無についてはＸ線
回折（Ｘ線の発生源：銅）において、面間隔：２．４１
乃至２．４４の位置にピークがあるか否かで判断した。(Formula) Relative density = (Sintered body density / 3.26) * 100 Further, Al 9 N 7 in the aluminum nitride sintered body is used.
Regarding the presence or absence of O 3 crystal or Al 10 N 8 O 3 crystal, X-ray diffraction (source of X-ray: copper) showed a plane spacing of 2.41.
It was judged based on whether or not there is a peak at the positions of to 2.44.
【００４４】それぞれの結果は表１に示す通りである。The respective results are shown in Table 1.
【００４５】[0045]
【表１】 [Table 1]
【００４６】この結果、まず、試料Ｎｏ．１，２は、相
対密度が低く、焼結体中に多数の気孔が存在するために
重量減少量が大きく、またパーティクルの発生も多かっ
た。また、試料Ｎｏ．６，７は、窒化アルミニウム焼結
体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶やＡｌ10０Ｎ8 Ｏ3 結晶がな
いため、パーティクル数が７０個以上と脱粒によるパー
ティクルの発生を十分に抑えることができなかった。As a result, first, the sample No. In Nos. 1 and 2, the relative density was low, a large number of pores were present in the sintered body, and therefore the amount of weight reduction was large, and particles were often generated. In addition, the sample No. Nos. 6 and 7 have no Al 9 N 7 O 3 crystals or Al 100 N 8 O 3 crystals in the aluminum nitride sintered body, so that the number of particles is 70 or more, and it is possible to sufficiently suppress the generation of particles due to shedding. There wasn't.
【００４７】さらに、比較例の試料Ｎｏ．１５は、高純
度であることから耐蝕、耐プラズマ性は比較的優れてい
たものの、パーティクル数が９２個と脱粒によるパーテ
ィクルの発生を十分に抑えることができなかった。Furthermore, the sample No. of the comparative example was used. Sample No. 15 had relatively high corrosion resistance and plasma resistance due to its high purity, but the number of particles was 92, and the generation of particles due to shedding could not be sufficiently suppressed.
【００４８】これに対し、試料Ｎｏ．３〜５及び８〜１
４は、窒化アルミニウム焼結体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶
及び／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を有するとともに、相対
密度が９５％以上であるため、重量減少量を１０重量％
未満に抑えることができ、耐蝕、耐プラズマ性に優れる
とともに、パーティクルの発生量も１５個以下に抑える
ことができ、優れていた。また、これらの中でも試料Ｎ
ｏ．４，８〜１４に見られるように、相対密度が同じで
あれば、主結晶相である窒化アルミニウムの回折ピーク
強度Ｉ1 （面間隔：２．６８乃至２．７０）と他の結晶
相の回折ピーク強度Ｉ 2（面間隔：２．４１〜２．４
４）との強度比（Ｉ2 ／Ｉ1 ）を１％以上とすること
で、パーティクル数を１０個以下とすることができ、さ
らにパーティクルの発生を抑えることができる。On the other hand, the sample No. 3-5 and 8-1
No. 4 has Al 9 N 7 O 3 crystals and / or Al 10 N 8 O 3 crystals in the aluminum nitride sintered body and has a relative density of 95% or more, the weight reduction amount is 10% by weight.
The number of particles was 15 or less, and the number of particles generated was 15 or less, which was excellent. Among these, sample N
o. As can be seen in Nos. 4, 8 and 14, if the relative densities are the same, the diffraction peak intensity I 1 (interplanar spacing: 2.68 to 2.70) of aluminum nitride which is the main crystal phase and the other crystal phases Diffraction peak intensity I 2 (plane spacing: 2.41 to 2.4
By setting the intensity ratio (I 2 / I 1 ) with 4 ) to 1% or more, the number of particles can be 10 or less, and the generation of particles can be further suppressed.
【００４９】（実施例２）次に、実施例１と同様に、出
発原料として、アルミナ還元窒化法により製造された平
均粒径１．５μｍ、酸素含有量０．８％、炭素含有量３
００ｐｐｍの窒化アルミニウム粉末を用意し、この窒化
アルミニウム粉末に対し、焼結助剤は加えず、平均粒度
が１．５μｍである純度９９．９％の酸化アルミニウム
粉末と、カーボンブラック（平均粒径０．５μm 、純度
９９％）を添加し、さらに有機系のバインダーと溶剤を
混ぜて混合したあと６０℃で乾燥させて造粒粉を製作し
た。次にこの造粒粉を型内に充填して１ｔｏｎ／ｃｍ2
の成形圧にて円板状に成形し、しかるのち、窒素気流中
で脱脂し、次いで０．５ＭＰａ以上の窒素気流中で１９
００℃以上の温度にて焼成することにより、窒化アルミ
ニウム焼結体中の炭素量を異ならせた試料を製作し、実
施例１と同様の条件にて耐蝕、耐プラズマ性とパーティ
クルの発生状況について測定する実験を行った。Example 2 Next, as in Example 1, as a starting material, an average particle size of 1.5 μm, an oxygen content of 0.8% and a carbon content of 3 produced by an alumina reduction nitriding method were used.
An aluminum nitride powder of 00 ppm was prepared, and a sintering aid was not added to the aluminum nitride powder, and an aluminum oxide powder having an average particle size of 1.5 μm and a purity of 99.9% and carbon black (average particle size 0 0.5 μm, purity 99%) was added, and an organic binder and a solvent were further mixed and mixed, and then dried at 60 ° C. to produce granulated powder. Next, this granulated powder was filled in a mold and 1 ton / cm 2
It is molded into a disk shape at a molding pressure of, and then degreased in a nitrogen stream, and then in a nitrogen stream of 0.5 MPa or more.
Samples having different carbon contents in the aluminum nitride sintered body were manufactured by firing at a temperature of 00 ° C. or higher, and corrosion resistance, plasma resistance, and generation of particles were performed under the same conditions as in Example 1. A measurement experiment was conducted.
【００５０】なお、各試料を構成する窒化アルミニウム
焼結体は、相対密度が９７％、酸素量が１．５重量％と
なるようにした。The aluminum nitride sintered bodies constituting each sample were made to have a relative density of 97% and an oxygen content of 1.5% by weight.
【００５１】それぞれの結果は表２に示す通りである。The respective results are shown in Table 2.
【００５２】[0052]
【表２】 [Table 2]
【００５３】この結果、まず、試料Ｎｏ．２１〜２３に
見られるように、焼結体中の炭素量が５００ｐｐｍより
多くなると、焼結体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶やＡｌ10Ｎ
8 Ｏ3 結晶を生成させることができず、重量減少量が１
０重量％以上と若干多く、また、パーティクル発生量に
あっては４０個以上と、パーティクルの発生を十分に抑
える効果がなかった。As a result, first, the sample No. 21-23, when the amount of carbon in the sintered body is more than 500 ppm, Al 9 N 7 O 3 crystals and Al 10 N are contained in the sintered body.
8 O 3 crystals could not be generated and the weight loss was 1
The amount was slightly higher than 0% by weight, and the amount of particles generated was 40 or more, and there was no effect of sufficiently suppressing the generation of particles.
【００５４】これに対し、試料Ｎｏ．２４〜２６のよう
に、窒化アルミニウム焼結体中の炭素量を５００ｐｐｍ
以下とすることで、焼結体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び
／又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を生成させることができ、こ
れらの結晶の存在によって、耐蝕、耐プラズマ性に優れ
るとともに、パーティクルの発生を大幅に低減すること
ができた。On the other hand, sample No. 24 to 26, the amount of carbon in the aluminum nitride sintered body is 500 ppm
By the following, an Al 9 N 7 O 3 crystal and / or an Al 10 N 8 O 3 crystal can be generated in the sintered body, and the presence of these crystals excels in corrosion resistance and plasma resistance. The generation of particles could be greatly reduced.
【００５５】このことから、焼結中における炭素量は５
００ｐｐｍ未満とする必要があることが確認できた。From this, the amount of carbon during sintering is 5
It was confirmed that the amount should be less than 00 ppm.
【００５６】（実施例３）焼成時の焼成温度及びガス圧
を変更する以外は実施例１と同様の条件にて窒化アルミ
ニウム焼結体を製作する実験を行った。なお、酸化アル
ミニウム粉末の添加量は２重量％、カーボンブラックの
添加量は０．２重量％とした。Example 3 An experiment for producing an aluminum nitride sintered body was conducted under the same conditions as in Example 1 except that the firing temperature and gas pressure during firing were changed. The amount of aluminum oxide powder added was 2% by weight, and the amount of carbon black added was 0.2% by weight.
【００５７】それぞれの結果は表３に示す通りである。The respective results are shown in Table 3.
【００５８】[0058]
【表３】 [Table 3]
【００５９】この結果、試料Ｎｏ．３１，３２のよう
に、焼成温度が１９００℃未満であると、充分に緻密化
することができず、窒化アルミニウム焼結体の相対密度
を９５％以上とすることができなかった。As a result, the sample No. When the firing temperature was less than 1900 ° C. as in Nos. 31 and 32, the densification could not be sufficiently achieved, and the relative density of the aluminum nitride sintered body could not be 95% or more.
【００６０】一方、焼成温度を１９００℃以上としても
試料Ｎｏ．３６，３７のように、ガス圧が０．５ＭＰａ
より低いと窒化アルミニウム焼結体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3
結晶やＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 結晶を生成させることができなか
った。On the other hand, even if the firing temperature is 1900 ° C. or higher, the sample No. 36, 37, gas pressure is 0.5 MPa
When it is lower, Al 9 N 7 O 3 is contained in the aluminum nitride sintered body.
Crystals or Al 10 N 8 O 3 crystals could not be generated.
【００６１】これに対し、試料Ｎｏ．３３〜３５及び３
８〜４２に示すように、焼成温度を１９００℃以上でか
つガス圧を０．５ＭＰａ以上とすることで、窒化アルミ
ニウム焼結体中にＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 結晶及び／又はＡｌ10
Ｎ8 Ｏ3 結晶を生成させることができ、かつ焼結体の相
対密度を９５％以上とすることができた。On the other hand, the sample No. 33-35 and 3
As shown in Nos. 8 to 42, by setting the firing temperature to 1900 ° C. or higher and the gas pressure to 0.5 MPa or higher, Al 9 N 7 O 3 crystals and / or Al 10 are contained in the aluminum nitride sintered body.
N 8 O 3 crystals could be generated, and the relative density of the sintered body could be 95% or more.
【００６２】このことから、焼成時の条件は、１９００
℃以上の窒素気流中でかつガス圧を０．５ＭＰａ以上と
する必要があることが確認できた。From this, the firing condition is 1900.
It has been confirmed that it is necessary to set the gas pressure to 0.5 MPa or more in a nitrogen stream at a temperature of ℃ or more.
【００６３】（実施例４）さらに、表１の試料Ｎｏ．４
にある本発明の窒化アルミニウム焼結体と、表１の試料
Ｎｏ．６にある本発明範囲外の窒化アルミニウム焼結体
によって図２に示す直径１７０ｍｍ程度のヒータ内蔵型
静電チャック１を製作し、この静電チャック１にて６イ
ンチのシリコンウエハを吸着保持させるとともに、ヒー
タ用の電極５を発熱させてシリコンウエハ５００℃に加
熱した状態でプラズマを発生させ、１００％の塩素ガス
に２０時間曝したあと、シリコンウエハの表裏面に付着
する０．２μｍ以上のパーティクルの発生量を比較し
た。なお、この作業は５回繰り返して行った。(Example 4) Furthermore, the sample No. Four
Aluminum nitride sintered body of the present invention in Table 1 and sample No. 1 in Table 1. An electrostatic chuck 1 with a built-in heater having a diameter of about 170 mm shown in FIG. 2 is manufactured from an aluminum nitride sintered body outside the scope of the present invention in 6 and a 6 inch silicon wafer is attracted and held by this electrostatic chuck 1. Particles of 0.2 μm or more attached to the front and back surfaces of the silicon wafer after generating plasma in a state where the heater electrode 5 is heated to 500 ° C. and exposed to 100% chlorine gas for 20 hours. The generated amount of was compared. This work was repeated 5 times.
【００６４】それぞれの結果は表４に示す通りである。The respective results are shown in Table 4.
【００６５】[0065]
【表４】 [Table 4]
【００６６】この結果より判るように、本発明の窒化ア
ルミニウム焼結体により製作した静電チャック１を用い
れば、シリコンウエハへのパーティクル付着量を大幅に
低減できることが判る。As can be seen from these results, the amount of particles adhering to the silicon wafer can be significantly reduced by using the electrostatic chuck 1 manufactured from the aluminum nitride sintered body of the present invention.
【００６７】なお、本実験例では半導体製造装置用部材
として静電チャックの例にて説明したが、他の部材であ
っても同様にパーティクルの発生を大幅に抑えることが
できた。In this experimental example, the electrostatic chuck was used as an example of the member for the semiconductor manufacturing apparatus, but the generation of particles could be greatly suppressed even with other members.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上のように、本発明に係る窒化アルミ
ニウム焼結体は、焼結体中に存在する元素が実質的にＡ
ｌ，Ｏ，Ｎのみからなり、窒化アルミニウムを主結晶相
とし、他の結晶相がＡｌ9 Ｎ7 Ｏ3 及び又はＡｌ10Ｎ8
Ｏ3 であって、かつ理論密度に対する相対密度が９５％
以上であることから、ハロゲンガスに対する耐蝕性や耐
プラズマ性に優れるとともに、結晶構造的に脱粒を生じ
難い構造であることから、パーティクルの発生量を大幅
に低減することができる。As described above, in the aluminum nitride sintered body according to the present invention, the elements present in the sintered body are substantially A.
aluminum nitride as a main crystal phase and the other crystal phases are Al 9 N 7 O 3 and / or Al 10 N 8
O 3 and 95% relative density to theoretical density
From the above, it is possible to significantly reduce the generation amount of particles because the structure is excellent in corrosion resistance against halogen gas and plasma resistance, and the crystal structure is less likely to cause shedding.
【００６９】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体に
よって半導体製造装置用部材を構成したことにより、半
導体ウエハを汚染したり欠損等を生じさせることがな
く、品質の良い半導体装置を歩留り良く製作できるとと
もに、成膜装置やエッチング装置のメンテナンス回数を
減らすことができるため、装置の稼働効率を向上させる
こともできる。Further, by constructing a member for a semiconductor manufacturing apparatus by the aluminum nitride sintered body of the present invention, a semiconductor device of good quality can be manufactured with a good yield without contaminating the semiconductor wafer or causing defects. At the same time, the number of maintenances of the film forming apparatus and the etching apparatus can be reduced, so that the operating efficiency of the apparatus can be improved.
【００７０】さらに、本発明によれば、窒化アルミニウ
ム粉末に対し、酸化アルミニウム粉末及び炭素又は焼成
時に炭素を生成し得る物質を混合し、所定の形状に成形
したあと、１９００℃以上の窒素気流下でかつ０．５Ｍ
Ｐａ以上のガス圧にて焼成することによって窒化アルミ
ニウム焼結体を製造するようにしたことから、焼結体中
に存在する元素が実質的にＡｌ，Ｏ，Ｎのみからなり、
窒化アルミニウムを主結晶相とし、他の結晶相がＡｌ9
Ｎ7 Ｏ3 及び又はＡｌ10Ｎ8 Ｏ3 であって、かつ理論密
度に対する相対密度が９５％以上である窒化アルミニウ
ム焼結体を安定して製造することができる。Furthermore, according to the present invention, aluminum nitride powder is mixed with aluminum oxide powder and carbon or a substance capable of forming carbon during firing, and the mixture is molded into a predetermined shape, and then, under a nitrogen stream at 1900 ° C. or higher. And 0.5M
Since the aluminum nitride sintered body is manufactured by firing at a gas pressure of Pa or higher, the elements existing in the sintered body are substantially composed of Al, O, N,
Aluminum nitride is the main crystal phase and the other crystal phases are Al 9
It is possible to stably manufacture an aluminum nitride sintered body which is N 7 O 3 and / or Al 10 N 8 O 3 and has a relative density of 95% or more relative to the theoretical density.
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム焼結体の結晶構
造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a crystal structure of an aluminum nitride sintered body according to the present invention.
【図２】本発明に係る窒化アルミニウム焼結体を基材と
する半導体製造装置用部材の一例であるヒータ内蔵型静
電チャックを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。2A and 2B are views showing an electrostatic chuck with a built-in heater, which is an example of a member for a semiconductor manufacturing apparatus, which is based on the aluminum nitride sintered body according to the present invention, in which FIG. 2A is a perspective view and FIG. It is the XX sectional view taken on the line of (a).
１・・・ヒータ内蔵型静電チャック ２・・・板状セラミック体 ３・・・載置面 ４・・・静電吸着用の電極 ５・・・ヒータ用の電極 ６，７・・・給電端子 Ｗ・・・半導体ウエハ 1-Heater built-in electrostatic chuck 2 ... Plate-shaped ceramic body 3 ... Placement surface 4 Electrodes for electrostatic attraction 5 ... Electrode for heater 6, 7 ... Power supply terminal W: Semiconductor wafer
Claims (5)
Ｏ，Ｎのみからなり、窒化アルミニウムを主結晶相と
し、他の結晶相がＡｌ9Ｎ7Ｏ3及び／又はＡｌ10Ｎ8Ｏ3
であって、表面が略球状の窒化アルミニウム結晶中に柱
状のＡｌ9Ｎ7Ｏ3結晶及び／又はＡｌ10Ｎ8Ｏ3結晶を存
在させた構造をなし、かつ理論密度に対する相対密度が
９５％以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼
結体。1. An element existing in a sintered body is substantially Al,
It consists of only O and N, aluminum nitride is the main crystal phase, and other crystal phases are Al 9 N 7 O 3 and / or Al 10 N 8 O 3
A is, the surface presence pillars <br/> like Al 9 N 7 O 3 crystals and / or Al 10 N 8 O 3 crystal in a substantially aluminum nitride crystal spherical
An aluminum nitride sintered body having an existing structure and having a relative density with respect to a theoretical density of 95% or more.
（Ｘ線の発生源：銅）において、主結晶相である窒化ア
ルミニウムの回折ピーク強度Ｉ1（面間隔：２．６８乃
至２．７０）に対する他の結晶相の回折ピーク強度Ｉ2
（面間隔：２．４１乃至２．４４）の強度比（Ｉ2／
Ｉ1）が１％以上であることを特徴とする請求項１に記
載の窒化アルミニウム焼結体。2. In the X-ray diffraction (source of X-rays: copper) of the aluminum nitride sintered body, the diffraction peak intensity I 1 of the main crystal phase of aluminum nitride (interplanar spacing: 2.68 to 2.70). ) To the other crystal phase diffraction peak intensity I 2
(Plane spacing: 2.41 to 2.44) intensity ratio (I 2 /
The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein I 1 ) is 1% or more.
いる炭素量が、５００ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載の窒化アルミニウム焼結
体。3. The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the amount of carbon contained in the aluminum nitride sintered body is 500 ppm or less.
窒化アルミニウム焼結体を基材として用いてなる半導体
製造装置用部材。4. A member for a semiconductor manufacturing apparatus, which uses the aluminum nitride sintered body according to any one of claims 1 to 3 as a base material.
ニウム粉末及び炭素又は焼成時に炭素を生成し得る物質
を混合し、所定の形状に成形したあと、１９００℃以上
の窒素気流下でかつ０．５ＭＰａ以上のガス圧にて焼成
することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。5. An aluminum nitride powder is mixed with aluminum oxide powder and carbon or a substance capable of forming carbon upon firing, shaped into a predetermined shape, and then under a nitrogen stream at 1900 ° C. or higher and 0.5 MPa or higher. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the firing is performed at the gas pressure of.
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