JP2001192272A - 窒化物セラミック焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、窒化アルミニウム等の窒化物セラ
ミックに金属元素等を用いることなく、窒化物セラミッ
ク焼結体の明度を低下させ、その色を黒色化する、窒化
物セラミック焼結体の製造方法を提供することを課題と
する。 【解決手段】 本発明に係わる窒化物セラミック焼結体
の製造方法は、窒化物セラミック原料粉と、アクリル系
樹脂とを添加混合し、これを成形して成形体とし、該成
形体中のアクリル系樹脂を、不活性雰囲気中で保持温度
３００℃以上という分解条件で熱分解して炭化させた
後、前記成形体を加熱加圧して、窒化物セラミックを得
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物セラミック焼
結体の製造方法に関する。さらに詳しくは、金属元素を
用いたりすることなく窒化物セラミック焼結体を黒色化
できる、プレス成形法等による窒化物セラミック焼結体
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ドライエッチング装置や、化学
的気相成長装置等の半導体製造装置においては、従来、
いわゆるステンレスヒータや間接加熱方式のヒータが一
般的であった。しかしながら、これらの熱源を用いる
と、熱効率が低いばかりか、半導体製造装置において欠
かすことのできないハロゲン系腐食ガスの作用によって
半導体ウエハに不純物パーティクル等が発生することが
あるという欠点がある。

【０００３】こうした問題を解決するために、例えば、
セラミックス基板を用いるヒータが提案されている(特
開平３−２６１１３１号)。かかるセラミックス基板に
よるヒ−タの材料としては窒化珪素、窒化アルミニウ
ム、サイアロン(ＳｉＡｌＯＮ)等の窒化物系セラミック
スが好ましい。特に、半導体製造装置においてエッチン
グガスやクリーニングガスとして用いるＣＦ3等のハロ
ゲン系の腐食性の強いガスに対する耐蝕性の点で窒化ア
ルミニウム、窒化珪素などの窒化物セラミックが優れて
いる。

【０００４】ところで、かかるヒータや、サセプタとし
て使用する焼結体基板は、一般的には明度が低く、黒色
であることが望ましい。即ち、黒色の焼結体基板の方が
輻射熱量が多く、加熱特性が優れているからである。そ
して、さらに、半導体製造工程においては、これらのヒ
ータやサセプタの表面温度を測定する必要があるが、焼
結体の明度が高いと、焼結体中に形成されている回路パ
ターン等の温度を測定してしまい、焼結体基板そのもの
の温度を測定できない。

【０００５】然るに、窒化アルミニウムは、前述したよ
うに、耐蝕性の点で極めて優れた特性を有するにもかか
わらず、焼結体が一般的には白色又は灰白色を呈するの
で、熱輻射や温度測定の点で難点がある。

【０００６】そこで、窒化アルミニウムを黒色化するた
め原料粉末中に何らかの金属元素を添加して焼成し、黒
色化窒化アルミニウムを得ることが提案されている(特
公平５−６４６９７号公報)。かかる金属元素として
は、タングステン、酸化チタン、ニッケル、パラジウム
等が公知である。

【０００７】しかしながら、このような金属元素を窒化
アルミニウム原料粉末中に添加して焼成すると、このよ
うな添加物は焼結体に対して金属不純物として作用し、
焼結性を阻害する。しかも、金属元素としてＩａ族元
素、ＩＩａ族元素を用いた場合は、半導体ウエハや半導
体製造装置に対して重大な影響を与え、半導体ウエハ中
に欠陥を生ぜしめることがあるという致命的な問題があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した問
題点に鑑みてなされたものであり、窒化アルミニウム等
の窒化物セラミックに金属元素等を用いることなく、窒
化物セラミック焼結体の明度を低下させ、その色を黒色
化する、窒化物セラミック焼結体の製造方法を提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決すべ
く本発明者らが採った手段としては、以下の〜であ
る。 窒化物セラミック原料粉と、アクリル系樹脂とを添加
混合し、これを成形して成形体を作製し、該成形体中の
アクリル系樹脂を不活性雰囲気中で保持温度３００℃以
上、望ましくは３５０℃以上という分解条件で熱分解し
て炭化させた後、加圧加熱して、窒化物セラミックを得
ることを特徴とする窒化物セラミック焼結体の製造方
法。 溶媒中に窒化物セラミック原料粉と、アクリル系樹脂
とを添加混合し、噴霧乾燥して得た顆粒をプレス成形し
て成形体を作製し、該成形体のアクリル系樹脂を熱分解
した後、加熱加圧して焼結体を得る窒化物セラミック焼
結体の製造方法であって、前記アクリル系樹脂の酸価が
５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇ、かつ、原料粉に対する添加量
が２．５〜２０重量％であり、プレス成形後、成形体中
の前記アクリル系樹脂を不活性雰囲気中で温度３００℃
以上、望ましくは３５０℃以上という分解条件で炭化さ
せた後、成形体を加熱加圧して窒化物セラミックを得る
ことを特徴とする窒化物セラミック焼結体の製造方法。 溶媒中に窒化物セラミック原料粉と、アクリル系樹脂
とを添加混合して得たスラリーをシート成形して成形体
を作製し、該成形体のアクリル系樹脂を熱分解したのち
加熱加圧して焼結体を得る窒化物セラミック焼結体の製
造方法であって、前記アクリル系樹脂の酸価が０．３〜
１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ、原料粉に対する添加量が５〜２
０重量％であり、シート成形後、成形体中の前記アクリ
ル系樹脂を不活性雰囲気中で保持温度３００℃以上、望
ましくは３５０℃以上という分解条件で炭化させた後、
窒化物セラミックを得ることを特徴とする窒化物セラミ
ック焼結体の製造方法。 前記分解条件として、Ｎ₂雰囲気中で保持温度が４０
０〜８００℃、保持時間が０．１〜６時間とされる請求
項１記載の窒化物セラミック焼結体の製造方法。

【００１０】の発明は、窒化物セラミック原料粉と、
アクリル系樹脂とを添加混合し、顆粒状態にした後、あ
るいはペースト状にした後、成形し、該成形体を不活性
雰囲気中で温度３００℃以上、望ましくは３５０℃以上
という分解条件で熱分解して炭化させた後、これを加圧
加熱して焼結させて窒化物セラミックを得る。

【００１１】アクリル系樹脂としては、「アクリル酸、
アクリル酸のエステルのいずれか１種以上」および／ま
たは「メタクリル酸、メタクリル酸エステルのいずれか
１種以上」からなる共重合体樹脂が望ましく、以下簡単
に「アクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂」と記載す
る。

【００１２】本発明では、前記アクリル酸メタクリル酸
共重合体樹脂を３００℃以上、望ましくは３５０℃以上
で分解させて、炭化して残炭させて、その後に加熱加圧
して焼結させるため、炭素が窒化物セラミック中の酸化
物と反応してＣＯやＣＯ₂となって発散せずに焼結体中
に残存し、その結果窒化物セラミックの明度が低下す
る。例えば、窒化アルミニウム中には、空気中の酸素と
反応してアルミナが存在するが、窒素雰囲気下では、
Ｃ、アルミナ、窒素が反応して窒化アルミニウム、Ｃ
Ｏ、ＣＯ₂が発生する。常圧焼結ではこの反応が進行す
る方向に進むが、加圧下では、この反応の進行が抑制さ
れる。このため、本発明のように加圧しながら焼結させ
ると炭素の減少を防止できるのである。

【００１３】なお、加熱、加圧条件は、１５００〜２０
００℃で、４．９〜１９．６ＭＰａ(５０〜２００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²)である。温度が高すぎると窒化物セラミック
が分解してしまい、低すぎると焼結しないからである。
また、圧力が低すぎるとＣの酸化反応を抑制できず、高
すぎると副結晶相が生じてしまうからである。

【００１４】本発明で使用する窒化物セラミックとして
は、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素などを使
用できる。

【００１５】また、不活性雰囲気としては、窒素、アル
ゴン等を使用できる。

【００１６】アクリル系樹脂としては、一般に、例え
ば、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−ブチルメタ
クリレート及びメタクリル酸の共重合体等があり、これ
らの成分比を変えることにより酸価(ＫＯＨｍｇ／ｇ)や
ガラス転移点Ｔｇ、機械的成形性の良否を制御してバイ
ンダとして作用するバインダ樹脂（アクリル系樹脂）を
材料設計して調製できるので好都合である。本発明にお
いては、メタクリル酸との共重合体等を用いることがで
きる。

【００１７】アクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂を用
いる場合、該樹脂のガラス転移点Ｔｇは、顆粒状体の場
合−３０℃〜−１０℃、グリーンシートの場合４０℃〜
６０℃が好ましく、重量平均分子量はいずれの場合も１
〜５万であるものが好ましい。

【００１８】本発明においては、アクリル系樹脂の他、
溶剤や焼結助剤を添加できるが、溶剤としては、窒化物
セラミックに対して非反応性で、かつ、窒化物セラミッ
ク粉末の分散性に優れたものを使用することが好まし
く、例えば、エタノール、トルエン、イソプロピルアル
コール、アセテート類、ブチルセルソルブ、ブチルカル
ビトールなどを使用する。

【００１９】焼結助剤を添加する場合、焼結助剤として
は、例えば、稀土類元素、アルカリ金属、アルカリ土類
金属の酸化物を用いることができ、とりわけ、イットリ
ア、酸化カルシウム、酸化ルビジウム、酸化リチウム等
が好適である。これらのうち、少なくとも１種を、窒化
アルミニウムに対して２〜８重量％添加することが好ま
しい。

【００２０】尚、この他、しばしば用いられる公知の表
面活性剤や可塑剤等の添加剤を、本発明の効果を阻害し
ない範囲において、適量添加することもできる。

【００２１】アクリル系樹脂としてアクリル酸メタクリ
ル酸共重合体樹脂を使用する場合、使用するアクリル酸
メタクリル酸共重合体樹脂の好ましい酸価、添加量は、
顆粒状態にした場合と、ペースト化してグリーンシート
状に成形した場合で異なる。顆粒状態、グリーンシート
成形した場合にわけて、実施の形態に即して説明する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２３】（顆粒状態）溶媒中に窒化物セラミック原
料粉と、アクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂とを添加
混合し、噴霧乾燥して得た顆粒をプレス成形して成形体
を作製し、該成形体のアクリル酸メタクリル酸共重合体
樹脂を熱分解したのち焼成して加熱加圧して焼結体を得
る窒化物セラミック焼結体の製造方法であって、前記ア
クリル酸メタクリル酸共重合体樹脂の酸価が５〜１７Ｋ
ＯＨｍｇ／ｇ、かつ、原料粉に対する添加量が２．５〜
２０重量％であり、プレス成形後、成形体中のアクリル
酸メタクリル酸共重合体樹脂を不活性雰囲気中で温度３
００℃以上、望ましくは３５０℃以上という分解条件で
炭化させた後、成形体を加熱加圧して窒化物セラミック
を得る。

【００２４】酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇのアクリル
系樹脂は、溶剤等に対する可溶性を有し、プレス成形を
行なうために、高い生成形密度が得られて低収縮率であ
ること、顆粒がつぶれやすいこと等の成形性が良好であ
る。アクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂の酸価は小さ
いほど放散しやすく、多量のアクリル酸メタクリル酸共
重合体樹脂が必要になる。

【００２５】ここで、酸価とは、アクリル樹脂の遊離脂
肪酸の量の定量値である。本実施形態では、前記アクリ
ル酸メタクリル酸共重合体樹脂の酸価が５〜１７ＫＯＨ
ｍｇ／ｇ、かつ、原料粉に対する添加量を２．５〜８重
量％に調整する。

【００２６】酸価が小さ過ぎると残炭させにくく、大き
すぎると熱分解しにくくなるからである。また、添加量
が２．５重量％未満では残炭量が少なく、２０重量％を
越えると焼結しにくくなるからである。

【００２７】つまり、この範囲では、焼結性を阻害する
ことなく、残炭量を５００〜２０００ｐｐｍに調整でき
るのである。なお、残炭量５００ｐｐｍ未満では明度が
比較的高く、２０００ｐｐｍを越えると焼結性が低下す
る。

【００２８】以下、プレス成形法に従って、窒化物セラ
ミックの例として窒化アルミニウム焼結体を作製する製
造方法の一実施形態を説明する。プレス成形法によって
生成形体を製造する場合、まず、所望の組成に配合して
調製した顆粒を造粒するためのスラリーを調製する。即
ち、窒化アルミニウム原料粉末に対して、それぞれ所定
量のバインダ（アクリル系樹脂）や、溶剤及び焼結助剤
等が所定量添加され、これらの混合物をボールミル等に
投入して所定時間混合混練することによってスラリーが
調製される。

【００２９】これらの添加物のうち、溶剤等が揮発性の
成分であり、これらが全体重量の１〜３０重量％を占
め、これ以外の窒化アルミニウム原料粉末、バインダの
樹脂成分、焼結助剤等が固形成分である。

【００３０】本実施形態においては、アクリル系樹脂と
して、アクリル酸メタクリル酸共重合体を用いるが、そ
の酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇ以上のものを、窒化ア
ルミニウム原料粉に対する添加量が２．５〜８重量％と
なるようにして用いる。

【００３１】本実施形態においては、アクリル酸メタク
リル酸共重合体を用いて、その酸価及び添加量を前述の
ように規定し、また、後述するように熱分解条件を設定
して熱分解してバインダ成分を炭化することにより、焼
結体に対してその明度を低下させる程度に炭化成分を生
ぜしめ、なお且つ、従来のバインダ添加条件の場合と同
様にセラミック原料粉末に対する濡れ性や生成形体密度
等を維持し、窒化アルミニウム焼結体の物性に悪影響を
及ぼさないようにする。

【００３２】製造工程としては、次に、前記スラリーか
ら成形用顆粒を得たのち、これをプレス成形してプレス
成形体を得る。成形用顆粒は、スプレー(噴霧乾燥)造粒
法の定法に従って調製し、プレス成形体はプレス成形機
等を用いて作製する。このとき、スプレー造粒は、スプ
レードライヤー等によって行なう。

【００３３】スプレードライヤーは、中空状の本体、そ
の本体の上部に設けられたアトマイザ、本体下部に位置
するサイクロン等の回収装置等を備えてなり、前記スラ
リーがポンプ等によって定量供給されつつアトマイザの
回転によってスラリーが霧状にされ本体中に落下噴射さ
せる。本体は、例えば、エタノールの蒸気圧が３ｋＰａ
程度に維持されており、窒素ガスによる加熱状態のもと
で顆粒状に造粒される。この顆粒のうち、粒径が所定範
囲よりも小さい顆粒や、所定の球状に造粒出来なかった
粒子、窒素ガスはサイクロンに導入回収される。大きい
顆粒は、本体内で沈降し、適宜の分量ごとに篩通しして
回収される。

【００３４】そして、得られた顆粒状の窒化アルミニウ
ムを所定の金型に充填し、プレス成形機等によって加圧
成形したのち、所望の発熱体配線等を生成形体の表面に
形成したのち、生成形体を積層して生成形体としての最
終的な形状に整えられる。

【００３５】次に、この生成形体は、Ｎ₂気流中で保持
温度３００℃以上の分解条件でバインダ成分が分解して
炭化される。このとき、３００℃以上であれば適切に炭
化成分を残存させるが、３００℃未満では、バインダ成
分の熱分解は殆ど進まず、残渣成分が焼結性を阻害する
ので好ましくない。また、熱分解は３５０℃以上が最適
である。残渣成分が殆どないからである。

【００３６】なお、本実施形態においては、前記分解条
件が、Ｎ₂気流中で保持温度が４００〜８００℃、保持
時間が０．５〜６時間とされることが望ましく、特に、
このバインダ成分の熱分解を行なうとき、保持温度を高
く設定して、例えば６００℃とすると、焼結体中で残存
する成分の種類及び量が３５０℃以上の条件の場合と同
じとなるように熱分解を、例えば、０．５〜３時間程度
の短時間で行なってバインダ成分の炭化を促進すること
ができ、バインダ成分を熱分解して炭化させるという制
御性を損なうことなく短時間で工程を完了することがで
きる。

【００３７】こののち、Ｎ₂気流中でホットプレスして
明度の低い黒色化した窒化アルミニウム焼結体基板を得
る。このような工程を経て発熱体等を焼結体中に備えた
所望の窒化アルミニウム焼結体基板が作製される。

【００３８】以上説明したプレス成形法によれば、生成
形体中にタングステンやモリブデン等の金属板等を介在
させて焼結することができ、この場合、プレス成形条件
を選ぶことにより、平坦性の優れた焼結体基板を容易に
得ることができる。

【００３９】本発明においては、粉末中にタングステ
ン、モリブデン製などの抵抗発熱線やタングステン、モ
リブデン製電極板を埋設してホットプレスして焼結体を
製造すると、ウエハプローバ、静電チャック、ホットプ
レ−ト、サセプタなど各種の半導体製造及び検査用のセ
ラミック板が得られる。

【００４０】（グリーンシート）溶媒中に窒化物セラミ
ック原料粉と、アクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂を
添加混合して得たスラリーをシート成形して成形体を作
製し、該成形体のアクリル酸メタクリル酸樹脂を熱分解
したのち加熱加圧して焼結させて焼結体を得る窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法であって、前記アクリル酸メ
タクリル酸共重合体樹脂の酸価が０．３〜１．０ＫＯＨ
ｍｇ／ｇ、原料粉に対する添加量が８〜２０重量％であ
り、シート成形後、成形体中のアクリル酸メタクリル酸
樹脂を不活性雰囲気中で保持温度３００℃以上の分解条
件で炭化させた後、窒化物セラミックを得ることを特徴
とする。

【００４１】酸価が０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇのア
クリル酸メタクリル酸共重合体樹脂は、一般に、溶剤等
に対する可溶性を有し、シート強度や柔軟性が得やす
く、寸法精度が優れていること等の成形性が良好であ
り、かつ熱分解性に優れている。酸価を小さくする理由
は、グリーンシートの場合は顆粒に比べて炭素が放散し
にくく、またグリーンシートの成形性にも優れるからで
ある。酸価が小さいため、前述したように残炭しにく
く、添加量を８〜２０重量％と顆粒状態に比べて多めに
する。

【００４２】本実施形態では、グリーンーシートの成形
性を考慮して酸価が０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇの低
酸価のアクリル酸メタクリル酸共重合体樹脂を使用し、
添加量を８〜２０重量％と増やすことにより残炭量を５
００〜２０００ｐｐｍに調整できるのである。

【００４３】以下、グリーンシート成形法に従って、窒
化アルミニウム焼結体を作製する製造方法の一実施形態
を説明する。

【００４４】製造工程としては、まず、シート成形用の
スラリーを調製する。即ち、窒化アルミニウム原料粉末
に対して、それぞれ所定量のバインダや可塑剤、それら
の溶媒等及び焼結助剤等が所定量添加され、これらの混
合物をボールミル等に投入して所定時間混合混練するこ
とによってスラリーが調製される。溶媒としては、アセ
テート類、ブチルセルソルブ、ブチルカルビトールなど
を使用する。

【００４５】また、分散剤としては、例えば、マレイン
酸系部分エステル型の高分子分散剤、スチレン−マレイ
ン酸系部分エステル型の高分子分散剤を用いることがで
きる。尚、これらの添加物のうち、可塑剤及び溶媒等が
揮発性の成分であり、これらが全体重量の１〜３０重量
％を占め、これ以外の窒化アルミニウム原料粉末、バイ
ンダの樹脂成分、焼結助剤等が固形成分である。

【００４６】可塑剤としては、グリーンシートの柔軟性
を確保するために、例えば、アジピン酸エステル類や、
フタル酸エステル類等を添加するのが好ましい。このう
ち、特に、ジオクチルアジペート(ＤＯＡ)又は、ジブチ
ルフタレート(ＤＢＰ)等が小量の添加で際立った効果を
得る。

【００４７】次に、前記スラリーからグリーンシートを
成形する。グリーンシートは、例えば、ドクターブレー
ド法等のシート成形法の定法に従って所定形状のグリー
ンシートに成形される。このとき、ドクターブレード法
によってグリーンシートを成形するには、ドクターブレ
ード装置や、成形用下地フィルム、乾燥炉等を備えてな
るドクターブレード成形機等が用いられる。

【００４８】このうち、成形用下地フィルムはポリエチ
レンテレフタレート(polyethyleneterephthalate、ＰＥ
Ｔ) 等を基材とし、グリーンシートの定厚成形を保証す
べく平面性、平滑性及び離型性とを備えるよう適切に表
面処理されているものが用いられる。

【００４９】スラリーは一旦、ドクターブレード装置中
の液溜部に貯留され、下地フィルムが巻き取り装置によ
って巻き取られながら移送されつつ、ドクターブレード
装置と下地フィルムとの間隙から下地フィルムの移送に
伴って薄層状に引き出される。このとき、前記間隙によ
ってスラリーの厚さが制御されて定量的にスラリーが下
地フィルム上に引出され、下地フィルムとともに乾燥炉
に送られる。

【００５０】そして、乾燥炉中で、スラリー中に含有さ
れる揮発溶剤成分等が乾燥蒸発されてシートが薄層樹脂
状となって、下地フィルムの付いたグリーンシートが得
られる。そして、グリーンシートは、この下地フィルム
が付いた状態のまま、一旦、巻き取り装置に巻き取られ
る。

【００５１】こののち、下地フィルムが付いた状態のグ
リーンシートは巻き戻されて平面に展開され、そのグリ
ーンシートの所望の位置に、スルーホール用の空洞部が
形成され、また、所望のスーホールや電極導体層等が、
導体材料を含有する粘液状の導体ペーストを用いてスク
リーン印刷法等の定法に従って印刷される。

【００５２】導電ペーストとしては、タングステン、モ
リブデン、タングステンカーバイド、モリブデンカーバ
イドを使用できる。

【００５３】こののち、グリーンシートは下地フィルム
が剥離され、グリーンシート同士が所定の積層体を得る
ように順序正しく積層され、所望形状に切断されたりし
て焼成前の生成形体としての最終的な形状に整えられ
る。

【００５４】次に、この生成形体は、Ｎ₂気流中で保持
温度３００℃以上の分解条件でバインダ成分を分解して
炭化させた。このとき、３００℃以上であれば適切に炭
化成分を残存させるが、３００℃未満では、バインダ成
分の熱分解は殆ど進まず、残渣成分が焼結性を阻害する
ので好ましくない。

【００５５】なお、本実施形態においては、前記分解条
件が、Ｎ₂気流中で保持温度が４００〜８００℃、保持
時間が０．５〜６時間とされることが望ましく、特に、
このバインダ成分の熱分解を行なうとき、保持温度を高
く設定して、例えば６００℃とすると、焼結体中で残存
する成分の種類及び量が３５０℃以上の条件の場合と同
じとなるように熱分解を、例えば、０．５〜３時間程度
の短時間で行なってバインダ成分の炭化を促進すること
ができ、バインダ成分を熱分解して炭化させるという制
御性を損なうことなく短時間で工程を完了することがで
きる。

【００５６】こののち、Ｎ₂気流中でホットプレスして
明度の低い黒色化した窒化アルミニウム焼結体基板を得
た。

【００５７】以上説明したグリーンシート成形法によれ
ば、グリーンシートに内部電極等となる材料を印刷等に
よって形成でき、積層枚数等を任意に指定して積層して
焼結体を容易に得ることができ、積層構造の設計等が任
意にできるという利点がある。

【００５８】このような工程を経て発熱体等を焼結体中
に備えた所望の窒化アルミニウム焼結体が作製され、ウ
エハプローバ、静電チャック、ホットプレ−ト、サセプ
タなど各種の半導体製造及び検査用のセラミック板が得
られる。

【００５９】実施例１−１及び１−２（顆粒法） 以下に本発明を具体化した実施例を詳細に説明する。実
施例の説明中に記載した工程条件は、本発明に係わるバ
インダ成分の熱分解に関する条件の他の条件は、あくま
で一例であり、処理量等によって適宜変更される。

【００６０】まず、平均粒径１．１μｍの窒化アルミニ
ウム原料粉末に、アクリルバインダ(共栄社製、商品名
ＫＣ−６００シリーズ)、３０重量％のエタノール、及
び平均粒径０．４μｍのイットリアを５重量％添加して
混合し、スラリーを調製した。本実施例においては、バ
インダ（アクリル系樹脂）としては、アクリル酸メタク
リル酸共重合体樹脂を用いるが、その酸価は、１０〜１
７ＫＯＨｍｇ／ｇであり、原料粉に対する添加量が４〜
８重量％となる条件のうちから組合せて、表１に示すよ
うに、各種の試料を作成した。

【表１】

【００６１】これらの成分組成にて、外径２５ｍｍの複
数個のテフロン（登録商標）製ボールを適量装入したボ
ールミル等を用いて１６時間以上混練して２．５〜６．
０Ｐａ・Ｓ(×１０ｐｓ)（２５℃）程度の粘度のスラリ
ーを得た。このスラリーを噴霧乾燥して前記顆粒を得
た。このような造粒工程により、粒径が、２０〜５００
μｍ程度の窒化アルミニウム顆粒が得られた。

【００６２】こののち、この窒化アルミニウム顆粒を金
型に充填し、プレス圧が１９．６ＭＰａ(２００ｋｇ／
ｃｍ²)によって一軸プレス等で生成形体をプレス成形
し、生成形体を得た。

【００６３】次に、所望の積層構造及び外形形状に整え
られた生成形体は、黒鉛ルツボ又はＢＮセッター等に装
入され、Ｎ₂気流中で、３５０℃で４時間、６００℃で
１時間の条件のうちから選んで熱分解した(表１参照)。
こののち、Ｎ₂気流中で約１８００℃で３時間、圧力１
４．７ＭＰａ(１５０ｋｇ／ｃｍ²)でホットプレスする
と、前述のように設定したバインダ成分を炭化した状態
で焼結を完了することができ、明度の低い黒色化した窒
化アルミニウムの焼結体を得ることができた。実施例２−１及び２−２ 実施例１と同様であるが、表１に示すように酸価が４ま
たは２０ＫＯＨｍｇ／ｇであり、原料粉に対する添加量
が２または１０重量％となる条件のうちから組合せて、
表１に示すように、各種の試料を作成した。実施例３−１ 実施例１−１と同様であるが、熱分解温度を３００℃と
した。実施例３−２ 実施例１−２と同様であるが、熱分解温度を３００℃と
した。

【００６４】（比較例１）実施例１と同様であるが、ホ
ットプレスを実施しせず常圧焼結を実施した。 （比較例２）実施例１と同様であるが、顆粒中のバイン
ダを熱分解させずにホットプレスした。この比較例では
バインダが熱分解せず、焼結を阻害した。 （比較例３）実施例１−１と同様であるが、熱分解温度
を２９０℃とした。 （比較例４）実施例２−１と同様であるが、熱分解温度
を２９０℃とした。

【００６５】以上のようにして作製した各窒化アルミニ
ウム焼結体の明度を「ＪＩＳ Ｚ８７２１」の規定によ
り測定した。本規定は、無彩色を基準として理想的な黒
と白との間で、その色の明るさの知覚を１０等分してＮ
０〜Ｎ１０として示すものである。この結果、表１に示
したように、実施例の何れの試料についても明度４以下
の値を得たが、比較例では、明度６又は７であった。

【００６６】このとき、窒化アルミニウム焼結体中の炭
素の成分比率を測定すると、実施例１−１及び１−２
は、約８００ｐｐｍであったが、比較例は３００ｐｐｍ
程度であった。尚、炭素分析は、全炭素分析法と呼ばれ
る方法を使用した。また、実施例１−１、１−２、３−
１、３−２は、焼結性の点において、気孔の見られない
良好なものであった。焼結性は、表面を鏡面研磨して、
倍率２０００倍の電子顕微鏡で観察して気孔の存在を確
認し、気孔が見られなければ良とした。

【００６７】実施例４−１及び４−２（グリ−ンシー
ト） 以下に本発明を具体化した実施例を詳細に説明する。実
施例の説明中に記載した工程条件は、本発明に係わるバ
インダ成分の熱分解に関する条件の他の条件は、あくま
で一例であり、処理量等によって適宜変更される。

【００６８】まず、平均粒径０．６μｍの窒化アルミニ
ウム原料粉末にアクリルバインダ(三井化学製、商品名
ＳＡ−５４５シリーズ)、可塑剤としてのジオクチルア
ジペート(ＤＯＡ)０．５重量％、溶剤としてのブチルセ
ルソルブ１０重量％、焼結助剤とて平均粒子径０．４μ
ｍのイットリアを４重量％を添加して混合し、スラリー
を調製した。本発明において用いられるバインダは、ア
クリル系樹脂を用いるが、その酸価の範囲が０．５〜１
ＫＯＨｍｇ／ｇであり、原料粉に対する添加量が１０〜
１２重量％となる条件のうちから組合せて設定して、表
１に示すように、各種の試料を作成した。

【００６９】この他、しばしば用いられる公知の界面活
性剤や可塑剤等の添加剤を、本発明の効果を阻害しない
範囲において、適量添加することもできる。例えば、界
面活性剤としては、ポリオキシエチレンノニルフェニル
エーテル、アルキルベンゼンスルフォン酸塩を用いるこ
とができ、可塑剤としては、フタル酸エステルなどを使
用できる。

【００７０】これらの成分組成にてボールミル等を用い
て２０時間以上混練して均一なスラリーを得た後、０．
１３３〜１０６．６Ｐａ(０．１〜８０Torr)で真空脱泡
し、さらに、１０〜４０Ｐａ・ｓ(１００００〜４００
００ｃｐｓ)程度に粘度調整してドクターブレード法に
よってグリーンシートを成形した。

【００７１】次に、所望の積層構造及び外形形状に整え
られた生成形体は、ルツボ又はセッター等に装入され、
Ｎ₂雰囲気中で、３５０℃以上で４時間、又は、６００
℃で０．５時間等の条件から選んで熱分解した(表１参
照)。こののち、Ｎ₂雰囲気中で約１８００℃で８．８２
ＭＰａ(９０ｋｇ／ｃｍ²)、３時間、ホットプレスして
窒化アルミニウム焼結体を得た。実施例５−１及び５−２ 実施例４と同様であるが、表１に示すように酸価は、
０．１または１．２ＫＯＨｍｇ／ｇであり、原料粉に対
する添加量が６または２２重量％となる条件のうちから
組合せて、表１に示すように、各種の試料を作成した。
しかしながら、いずれの条件でもグリーンシートに可と
う性がなく、ハンドリングしにくかった。

【００７２】（比較例５）実施例４と同様であるが、常
圧焼結させた。 （比較例６）実施例４と同様であるが、顆粒中のバイン
ダを熱分解させずにホットプレスした。

【００７３】以上のようにして作製した各窒化アルミニ
ウム焼結体の明度を「ＪＩＳ Ｚ８７２１」の規定によ
り測定した。本規定は、無彩色を基準として理想的な黒
と白との間で、その色の明るさの知覚を１０等分してＮ
０〜Ｎ１０として示すものである。この結果、表１に示
したように、実施例の何れの試料についても明度４以下
の値を得たが、比較例では、明度７であった。

【００７４】このとき、窒化アルミニウム焼結体中の炭
素の成分比率を測定すると、実施例４−１、４−２は、
約８００ｐｐｍであったが、比較例は３００ｐｐｍ程度
であった。尚、炭素分析は、全炭素分析法と呼ばれる方
法を使用した。また、実施例４−１、４−２は、焼結性
の点においても、気孔の見られない良好なものであっ
た。焼結性は、表面を鏡面研磨して、倍率２０００倍の
電子顕微鏡で観察して気孔の存在を確認し、気孔が見ら
れなければ良とした。

【００７５】

【発明の効果】本発明に係わる窒化物セラミック焼結体
の製造方法によれば、炭素や金属元素を原料に加えなく
ともアクリル系樹脂の成分を利用して黒色化できるため
製造工程も簡単で、また半導体製造・検査装置にも使用
できる低明度の窒化物セラミックが得られる。

【００７６】このため、黒体輻射性がよく、焼結体中に
配設される発熱体等に対する隠蔽性を有するので、該焼
結体の測温制御性が向上する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化物セラミック原料粉と、アクリル系
   樹脂とを添加混合し、これを成形して成形体とし、該成
   形体中のアクリル系樹脂を不活性雰囲気中で保持温度３
   ００℃以上という分解条件で熱分解して炭化させた後、
   前記成形体を加熱加圧して、窒化物セラミックを得るこ
   とを特徴とする窒化物セラミック焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 溶媒中に窒化物セラミック原料粉とアク
   リル系樹脂とを添加混合し、噴霧乾燥して得た顆粒をプ
   レス成形して成形体とし、該成形体中のアクリル系樹脂
   を熱分解した後、前記成形体を加熱加圧して焼結体を得
   る窒化物セラミック焼結体の製造方法であって、前記ア
   クリル系樹脂の酸価が５〜１７ＫＯＨｍｇ／ｇ、かつ、
   原料粉に対する添加量が２．５〜８重量％であり、前記
   プレス成形後、成形体中の前記アクリル系樹脂を不活性
   雰囲気中で保持温度３００℃以上という分解条件で炭化
   させた後、前記成形体を加熱加圧して窒化物セラミック
   を得ることを特徴とする窒化物セラミック焼結体の製造
   方法。
3. 【請求項３】 溶媒中に窒化物セラミック原料粉とアク
   リル系樹脂とを添加混合して得たスラリーをシート成形
   して成形体とし、該成形体中のアクリル系樹脂を熱分解
   した後、加熱加圧して焼結体を得る窒化物セラミック焼
   結体の製造方法であって、前記アクリル系樹脂の酸価が
   ０．３〜１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ、原料粉に対する添加量
   が８〜２０重量％であり、シート成形後、成形体中のア
   クリル系樹脂を不活性雰囲気中で保持温度３００℃以上
   という分解条件で炭化させた後、窒化物セラミックを得
   ることを特徴とする窒化物セラミック焼結体の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記分解条件として、Ｎ₂雰囲気中で保
   持温度が４００〜８００℃、保持時間が０．５〜６時間
   である請求項１乃至３の何れかに記載の窒化物セラミッ
   ク焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記分解条件としての保持温度が３５０
   ℃以上である請求項１乃至３の何れかに記載の窒化物セ
   ラミック焼結体の製造方法。