JP2005203734A - 金属部材埋設セラミックス品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着力又は吸着力及び面内温度分布を均一にし、かつ、半導体ウェーハの汚染を低減しつつ、全体の反りを抑制し得る金属部材埋設セラミックス品の提供。
【解決手段】 板状のＡｌＮ焼結体からなる上層２と下層３との間に脱脂ＡｌＮ粉末の焼結体からなる厚さ０．５〜１０ｍｍの中間接合層４と上層若しくは下層の内面に接触した金属電極４又は上層の内面に接触した金属電極及び下層の内面に接触した金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とし、かつ、脱脂ＡｌＮ粉末の焼成に伴う残留応力の抑制手段を施した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体の製造工程（ＣＶＤ、ＰＶＤ、イオンスッパタリング、エッチング等）で使用される静電チャックやプレートヒータのように、金属電極及び／又は金属電気抵抗体等の金属部材を埋設したセラミックス品とその製造方法に関する。

従来、この種の金属部材埋設セラミックス品としては、電極層が形成されたＡｌＮ（窒化アルミニウム）焼結体からなる第１の基板と、第１の基板の電極形成面に接合されたＡｌＮ焼結体からなる第２の基板と、第１、第２の基板間の全面に介装され、イットリウムアルミネートを含む接合層とを備える静電チャックが知られている（特許文献１参照）。
上記静電チャックは、電極が形成されたＡｌＮ焼結体からなる第１の基板とＡｌＮ焼結体からなる第２の基板との間に、接合材料としての酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリウムアルミネートの２種以上、又はイットリウムアルミネートからなるグリーンシートを介装し、これらを加圧しながら熱処理を行ってグリーンシート中の接合材料を溶融させて両基板を接合させて製造される。

しかし、上述した静電チャックとその製造方法では、ＡｌＮ焼結体に電極層が形成されているため、均一な厚さの絶縁性誘電層とすることができるものの、グリーンシートがＡｌＮ焼結体で挟まれているため、多量の有機材バインダーが入っているグリーンシートの中央部は、脱脂し難い。
例えば、一辺５０ｍｍ角サイズの試験片では脱脂できるものの、直径３００ｍｍ丸サイズだと中央部が脱脂できない。
その上、脱脂は、金属電極が埋設されているため、空気中では行えず、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下又は真空雰囲気下で行うこととなり、バインダーと酸素の反応による効果が得られないので、脱脂が進行し難くなる。
したがって、残炭素量が０．１ｗｔ％を超え、その使用に際して半導体ウェーハを汚染し、かつ、抵抗率の制御が困難となる不具合がある。

又、接合材料の一部が溶融により、ＡｌＮ焼結体に拡散し、一体化してＡｌＮ焼結体同士を接合しているため、溶融時の温度むらにより接合層の厚さを均一にするのが難しく、ＡｌＮ焼結同士の平行度が低下し、後加工を必要とする不具合がある。

更に、残留応力によってセラミックス品全体に反りを生ずる不具合がある。
残留応力が発生する主な原因は、以下の２点による。
（１）加圧、加熱時において、最高温度でのセラミックス品の中心部と外周部との温度差と圧力差、降温時の圧力の抜き方、降温スピード等
（２）製造履歴の異なる素材同士の熱膨張率の差
なお、残留応力は、原因（２）の方が原因（１）よりも大きい。

又、金属部材埋設セラミックス品としては、一軸加圧成形用の下型の上に支持板を配置し、支持板上にバインダーを実質的に含有していないセラミックス粉末からなる原料粉体を敷設した状態で原料粉体を一軸加圧成形することによって予備成形体を得、この予備成形体の上に金属部品（金属部材）を設置し、次に予備成形体上の金属部品を覆うように前記原料粉体を敷設し、次いで予備成形体、金属部品及び原料粉体を一軸加圧成形することによって金属部品が埋設された成形体を得た後、この成形体を焼結させてなるセラミックス焼結体も知られている（特許文献２参照）。

しかし、上記セラミックス焼結体では、バインダーを実質的に含有していないセラミックス粉末からなる原料粉体を用いているので、脱脂を行う必要がなく、前述した静電チャックのように半導体ウェーハを汚染することがないものの、一軸加圧成形時に金属部品の反りが大きくなり、金属部品とセラミックス焼結体の表面との間隔にばらつきが大きくなり、静電チャックでは吸着力、プレートヒータでは面内温度分布のばらつきが大きくなる不具合がある。

又、金属部材の埋設されたＡｌＮセラミックスの焼結体における体積抵抗率のばらつき、変色の不具合がある。
特に、プレートヒータでは、ウェーハ温度を均一にするために、ＡｌＮ焼結体を流れるリーク電流を防止する必要があり、かつ、静電チャックでは、ウェーハ吸着力のばらつきを防止するために、ＡｌＮ焼結体の体積抵抗率を均一にする必要がある。
加えて、金属部材埋設セラミックス品毎に体積抵抗率が変化すると、プレートヒータ、静電チャック等の歩留まりの低下や品質管理の点からも問題となるため、体積抵抗率の制御が必要となる。

体積抵抗率のばらつきが生じるのは、仮焼及びホットプレス時に、金属部材の構成元素が、ＡｌＮ焼結体中のバインダーあるいはＡｌＮ結晶中の酸素と反応して酸化物を形成し、拡散することに起因するものと考えられている。
このような金属酸化物のＡｌＮ焼結体への拡散を防止するための手段として、高温においても分解や相変化等を起こさず、非常に安定であるモリブデン・シリサイド（ケイ化モリブデン）相を拡散防止相として金属部材表面に形成させることが知られている（特許文献３参照）。
しかし、金属部材表面にモリブデン・シリサイド相を形成させるためには、熱処理法等を用いた前工程が必要となり、金属部材埋設セラミックス品作製のコストアップを招来する、又、金属部材表面に欠陥無くモリブデン・シリサイド相を形成させることが困難であり、欠陥部分からモリブデンの拡散が生じる、といった不具合がある。
特開２０００−２１６２３２号公報 特開平１０−２６４１２１号公報 特許第３２４３２１４号公報

本発明は、吸着力又は吸着力及び面内温度分布を均一にし、かつ、半導体ウェーハの汚染を低減しつつ、全体の反りを抑制し得る金属部材埋設セラミックス品とその製造方法の提供を主課題とする。

本発明の第１の金属部材埋設セラミックス品は、板状のＡｌＮ焼結体からなる上層と下層との間に脱脂ＡｌＮ粉末の焼結体からなる厚さ０．５〜１０ｍｍ（０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下を指す。以下、同様）の中間接合層と上層若しくは下層の内面に接触した金属電極又は上層の内面に接触した金属電極及び下層の内面に接触した金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とし、かつ、脱脂ＡｌＮ粉末の焼成に伴う残留応力の抑制手段を施したことを特徴とする。

又、第２の金属部材埋設セラミックス品は、板状のＡｌＮ焼結体からなる上層と下層との間に板状のＡｌＮ仮焼体の焼結体からなる厚さ２〜２０ｍｍの中間接合層と上層若しくは下層の内面に接触した金属電極又は上層の内面に接触した金属電極及び下層の内面に接触した金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とし、かつ、ＡｌＮ仮焼体の焼成に伴う残留応力の抑制手段を施したことを特徴とする。

前記中間接合層のＡｌＮ結晶中に固溶している酸素濃度が０．５wt％以下であることが好ましい。

前記残留応力の抑制手段が上層と下層との暑さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上としたものであることが好ましい。

一方、第１の金属部材埋設セラミックス品の製造方法は、ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体の間に脱脂ＡｌＮ粉末と一方若しくは他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極又は一方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極及び他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電気抵抗体とを介装し、一軸加圧成形を施した後、ホットプレスすることを特徴とする。

第２の金属部材埋設セラミックス品の製造方法は、ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体におけるいずれか一方の上に金属電極を載置し、その上に脱脂ＡｌＮ粉末を充填して第１の一軸加圧成形を施した後、加圧成形された脱脂ＡｌＮ粉末上に他方のＡｌＮ焼結体を載置して第２の一軸加圧成形を施し、しかる後に、ホットプレスすることを特徴とする。

第３の金属部材埋設セラミックス品の製造方法は、ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した２枚のＡｌＮ焼結体における一方の上に金属電極を載置し、その上に脱脂ＡｌＮ粉末を充填して第１の一軸加圧成形を施した後、加圧成形された脱脂ＡｌＮ粉末上に金属電気抵抗体及び他方のＡｌＮ焼結体を載置して第２の一軸加圧成形を施し、しかる後に、ホットプレスすることを特徴とする。

前記脱脂ＡｌＮ粉末の残炭素濃度を０．０５〜０．１wt％とすることが好ましい。

又、第４の金属部材埋設セラミックス品の製造方法は、ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体の間に板状のＡｌＮ仮焼体と一方若しくは他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極又は一方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極及び他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電気抵抗体とを介装し、ホットプレスすることを特徴とする。

前記ＡｌＮ仮焼体の残炭素濃度を０．０５〜０．１wt％とすることが好ましい。

前記残留応力の抑制手段が２枚のＡｌＮ焼結体の厚さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上とすることが好ましい。

本発明の金属部材埋設セラミックス品とその製造方法によれば、板状の２枚のＡｌＮ焼結体を用い、金属電極、金属電気抵抗体（金属抵抗発熱体）をＡｌＮ焼結体の内面に接触させているので、金属電極、金属電気抵抗とＡｌＮ焼結体の外面との間隔が均一になり、吸着力、面内温度分布を均一にできると共に、脱脂ＡｌＮ粉末、ＡｌＮ仮焼体を用いているので、残炭素によって仮焼時、ホットプレス時にＡｌＮ結晶中に不可避的に存在する不純物酸素が除去され、金属部材に由来する金属酸化物の生成が抑制され、使用時に半導体ウェーハの汚染を低減でき、かつ、金属部材が埋設されたＡｌＮ焼結体の体積抵抗率を均一にできる上、ホットプレスに伴う残留応力が抑制されるので、全体の反りを抑制することができる。

第１、第２の金属部材埋設セラミックス品において、上層、下層の結晶粒径が６〜１０μｍ、中間接合層の結晶粒径が３〜７μｍであり、同一層内の平均結晶粒径のばらつきが±１μｍ以下であることが好ましい。
板状のＡｌＮ焼結体は、平面度３０μｍ以下であることが好ましい。

中間接合層の厚さが、第１のものの場合、０．５ｍｍ未満であると、一軸加圧成形時の成形が難しく、歩留まりが悪い。一方、１０ｍｍを超えると、一軸加圧成形時の成形体中心部と外周部の密度差が大きくなり、ホットプレス後の脱脂ＡｌＮ粉末層からなる焼結体の中で場所による密度差が生じる。
中間接合層の厚さは、第１のものの場合、１〜５ｍｍがより好ましい。
又、中間接合層の厚さが、第２のものの場合、２ｍｍ未満であると、ハンドリング性が低下する。一方、２０ｍｍを超えると、クラックが入り易くなる。
中間接合層の厚さは、第２のものの場合、２．５〜１０ｍｍがより好ましい。

金属電極は、ホットプレスにより接合を行うため、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）のいずれか、又はそれらの化合物の高融点金属からなるものが好ましく、それらの中でも、ＡｌＮと熱膨張率の近い、Ｗ、Ｍｏからなるものが、焼成時のクラックの発生が少ないのでより好ましい。
又、金属電極は、孔の明いていない平板、格子状の平板、金属線を編んだメッシュ状のもののいずれかを用い、機能上、部分的に給電用の孔又はガス透過用の孔等を設けた形状をしているものとする。

一方、金属電気抵抗体は、Ｗ，Ｍｏからなるものが好ましい。
又、金属電気抵抗体は、孔の明いていない平板、格子状の平板、金属線を編んだメッシュ状のもののいずれかを用い、機能上、部分的に給電用の孔又はガス透過用の孔等を設けた形状をしているものとする。

中間接合層のＡｌＮ結晶中に固溶している酸素濃度が、０．５wt％を超えると、中間接合層の体積抵抗率に２桁程度のばらつきを生じ、かつ、中間接合層の色調が黒色となる。

上層と下層の厚さの割合が、１：１〜１：４又は１：１０以上から外れると、平面度が５０μｍを超え、金属部材埋設セラミックス品の反りが大きくなる。１：１０以上であればいくらでもかまわないが、用途を考えると１：２００以下程度が実際的である。

金属部材埋設セラミックス品の全体の厚さが、１５ｍｍ以下では、上層のＡｌＮ焼結体の厚さを１としたとき、下層のＡｌＮ焼結体の厚さが１であることが、ホットプレス時にＡｌＮ焼結体と脱脂ＡｌＮ粉末、ＡｌＮ仮焼体との間で生じる残留応力を均等にでき、望ましい。

第１、第２、第３の金属部材埋設セラミックス品の製造方法において、脱脂ＡｌＮ粉末には、焼結助剤としてＹ（イットリウム）が含まれ、Ｙ含有量は、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）換算で、１０wt％以下とする。

一軸加圧成形時の圧力は、第１の方法の場合、１００〜１５００kg/cm²（より好ましくは１５０〜４００kg/cm²）とする。
一軸加圧成形時の圧力が、１００kg/cm²未満であると、ＡｌＮ焼結体と脱脂ＡｌＮ粉末との接合部が十分に接合されず、クラックやラミネーションを生じる。
又、一軸加圧成形時の圧力は、第２、第３の方法の場合、第１の一軸加圧成形時の圧力を１０ＭＰａ（１０１．９７２kg/cm²）以上（より好ましくは１０〜１５ＭＰａ）、第２の一軸加圧成形時の圧力を３０ＭＰａ（３０５．９１６kg/cm² ）以上（より好ましくは３０〜５０ＭＰａ）とし、かつ、第２の一軸加圧成形時の圧力を第１の一軸加圧成形時の圧力の２倍以上（より好ましくは２〜５倍）とする。
第１の一軸加圧成形時の圧力が、１０ＭＰａ未満であると、ＡｌＮ焼結体と脱脂ＡｌＮ粉末との接合部が十分に接合されず、クラックやラミネーションが生じる。同様に、第２の一軸加圧成形時の圧力が３０ＭＰａ未満の場合や第１と第２の一軸加圧成形時の圧力の差が２倍未満の場合にもＡｌＮ焼結体と脱脂ＡｌＮ粉末との接合部が十分に接合されず、クラックやラミネーションが入り易くなる。

ホットプレス時の焼成温度は、１７００〜１９００℃（より好ましく１７５０〜１８５０℃）とし、圧力は、０．０５〜０．３ton/cm²（より好ましくは０．１〜０．２ton/cm²）、最高温度でのキープ時間は、１〜１５時間（より好ましくは３〜１０時間）とする。

脱脂ＡｌＮ粉末の残炭素濃度が、０．０５wt％未満であると、炭素はＡｌＮ結晶中に不可避的に存在する不純物酸素と反応し、ＣＯ（一酸化炭素）若しくはＣＯ_２（二酸化炭素）として系外へ不純物酸素を除去する機能があるものの、ＡｌＮ結晶中の不純物酸素除去効果が得られない。一方、０．１wt％を超えると、金属部材を埋設し、ホットプレスする際、金属部材に酸化の悪影響を与えてしまい、金属部材が電極や電気抵抗体への役割を果たさなくなる。

又、第４の金属部材埋設セラミックス品の製造方法において、ＡｌＮ仮焼体は、仮焼温度が高いほど強度が高く、１４００℃以上ではハンドリング性の向上が顕著でああり、１５００℃ＡｌＮ仮焼体により作製された金属部材埋設セラミックス品は変色するようである。
ＡｌＮ仮焼体の仮焼温度は、１０００〜１４００℃（より好ましくは１１００〜１３５０℃）とする。
ＡｌＮ仮焼体の平面度は、３０μｍ以下であることが好ましい。

ホットプレス時の焼成温度は、１７００〜１９００℃（より好ましくは１７５０〜１８５０℃）とし、圧力は、０．０５〜０．３ton/cm²（より好ましくは０．１〜０．２ton/cm²）、最高温度でのキープ時間は、１〜１５時間（より好ましくは３〜１０時間）とする。

ＡｌＮ仮焼体の残炭素濃度が、０．０５wt％未満であると、前述した脱脂ＡｌＮ粉末の場合と同様に、炭素はＡｌＮ結晶中に不可避的に存在する不純物酸素と反応し、ＣＯ（一酸化炭素）若しくはＣＯ_２（二酸化炭素）として系外へ不純物酸素を除去する機能があるものの、ＡｌＮ結晶中の不純物酸素除去効果が得られない。一方、０．１wt％を超えると、金属部材を埋設し、ホットプレスする際、金属部材に酸化の悪影響を与えてしまい、金属部材が電極や電気抵抗体への役割を果たさなくなる。

２枚のＡｌＮ焼結体の厚さの割合が、１：１〜１：４又は１：１０以上から外れると、平面度が５０μｍを超え、金属部材埋設セラミックス品の反りが大きくなる。１：１０以上であればいくらでもかまわないが、用途を考えると１：２００以下程度が実際的である。

図１は、本発明に係る金属部材埋設セラミックス品の実施例１を示す要部の概念図である。

この金属部材埋設セラミックス品１は、静電チャックとして用いられるものであり、板状のＡｌＮ焼結体からなる上層２と下層３との間に、脱脂ＡｌＮ粉末の焼結体からなる厚さ０．５〜１０ｍｍの中間接合層４と上層２の内面に接触した金属電極５とを挟んだ３層構造とし、かつ、脱脂ＡｌＮ粉末の焼成に伴って中間接合層４と上、下層２，３との間に生じる残留応力の抑制手段として、上層２と下層３との厚さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上としたものである。

金属電極は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａのいずれか、又はそれらの化合物の高融点金属からなる孔の明いていない平板、板子状の平板、金属線を編んだメッシュ状のもののいずれかを用いて、機能上、部分的に給電用の孔又はガス透過用の孔等を設けた形状をしているものである。
なお、金属電極５は、上層２の内面に接触したものとする場合に限らず、下層３の内面に接触したものであってもよい。

上述した金属部材埋設セラミックス品を製造するため、先ず、ＡｌＮの原料粉末１００重量部に、焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３粉末０．５重量部、分散媒としてメタノール１００重量部を加え、ポリエチレン製ポットとＡｌＮ製ボールを用いたボールミルにより１８時間解砕、混合し、その後、バインダーとしてポリビニルブチラールのメタノール溶液をポリビニルブチラール樹脂量が４重量部になるよう秤量して加え、更にボールミルにより１時間混合したスラリーをスプレードライヤーにて、粒径１０００μｍ程度の造粒粉末とした。

次に、上記ＡｌＮ造粒粉末をＣＩＰ（圧力は１０００kg/cm²）により成形し、脱脂後、Ｎ_２ガス（窒素ガス）雰囲気において１７５０〜１９００℃の温度で焼成し、加工後、直径３４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、平面度３０μｍ以下の焼結体とした。
一方、前述したＡｌＮ造粒粉末を空気中において４００〜７００℃の温度で脱脂し、脱脂ＡｌＮ粉末とした。

次いで、金型内にＡｌＮ焼結体、金属電極としてＭｏのメッシュ（線径０．１２ｍ、＃５０）、脱脂ＡｌＮ粉末及びＡｌＮ焼結体を順に入れ、１００〜１５００kg/cm²の圧力で一軸加圧成形し、積層体を作製した。

次に、積層体を平面度３０μｍ以下のカーボン治具に入れ、Ｎ_２ガス雰囲気下において、表１に示すように焼成温度、キープ時間及び圧力を変えてホットプレスし、各種の金属部材埋設セラミックス品を得た。

得られた各種の金属部材埋設セラミックス品の絶縁性誘電層となる上層部分を研削し、厚さ１ｍｍとしたものを切断し、２次元測定機により、直交するＸ方向、Ｙ方向の１０ｍｍ間隔の厚さばらつきを調査したところ、表１に示すようになった。
又、ホットプレス後の脱脂ＡｌＮ粉末を焼成した中間接合層の密度、及び接合界面での剥離・クラックの有無を調査したところ、表１に示すようになった。

比較のため、脱脂ＡｌＮ粉末と脱脂ＡｌＮ粉末との間に実施例１と同様の金属電極を介装し、実施例１と同様に一軸加圧成形した後、表２に示す条件でホットプレスして各種の金属部材埋設セラミックス品を得た後、誘電層厚さのばらつき、脱脂ＡｌＮ粉末の焼成後の密度及び接合界面での剥離・クラックの有無を実施例１と同様に調査したところ表２に示すようになった。

表１、表２から分るように、ＡｌＮ焼結体間に脱脂ＡｌＮ粉末と金属電極とを介装し、一軸加圧成形した後、焼成温度が１７５０℃以上、キープ時間が３時間以上でホットプレスすれば、良好な接合体ができる。

ホットプレス条件を焼成温度１８００℃、３時間キープ、圧力０．１ton/cm²とすると共に、誘電層となる上層とベース層となる下層の厚さの割合を表３に示すように変えた他は実施例１と同様にして各種の金属部材埋設セラミックス品を得たところ、接合体の平面度等は、脱脂ＡｌＮ粉末中に金属電極を埋設し、ホットプレスして製造した金属部材埋設セラミックス品及び金型内に板状のＡｌＮ焼結体、金属電極及び脱脂ＡｌＮ粉末を順に入れ、一軸加圧成形した後にホットプレスして製造した金属部材埋設セラミックス品の平面度等を併記した表３に示すようになった。

表３から分るように、誘電層となる上層とベース層となる下層の厚さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上とすることにより、全体の反りが４００μｍ以下に抑制することができる。

先ず、実施例１と同様にして得たＡｌＮ造粒粉末３．５kgを１５０ＭＰａ（１５３０kg/cm²）の圧力で直径４５０ｍｍのゴム型を用いてＣＩＰ成形し、成形体を大気中において６００℃の温度で５時間かけて脱脂した後、脱脂体をＮ_２ガス雰囲気において最高温度１８５０℃で常圧焼成し、研削加工を施して直径３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、平面度３０μｍ以下のＡｌＮ焼結体とした。
一方、ＡｌＮ造粒粉末を大気中において６００℃の温度で５時間かけて脱脂し、脱脂ＡｌＮ粉末とした。

次に、金型内にＡｌＮ焼結体、金属電極として直径２５０ｍｍのＭｏのメッシュ（線径０．１２ｍｍ、＃５０）、脱脂ＡｌＮ粉末７００ｇを順に入れ、表４に示す各種の圧力で第１の一軸加圧成形を施し、各種の第１積層体を作製した。

次いで、各第１積層体上にＡｌＮ焼結体を載置し、表４に示す各種の圧力で第２の一軸加圧成形を施し、各種の第２積層体を作製した。

次に、各第２積層体を平面度３０μｍ以下のカーボン治具に入れ、Ｎ_２ガス雰囲気において１８００℃の温度で、５〜１０時間１０ＭＰａの圧力を加えてホットプレスし、各種の金属部材埋設セラミックス品を得た。

得られた各種の金属部材埋設セラミックス品における積層体の外観状態を目視してクラック、ラミネーションの有無を観察したところ、表４に示すようになり、又、積層体の取扱いやすさは、表４に示すようになった。

表４から分るように、第１の一軸加圧成形時の圧力を１０ＭＰａ以上、第２の一軸加圧成形等の圧力を３０ＭＰａ以上とし、かつ、第２の一軸加圧成形時の圧力を第１の一軸加圧成形時の２倍以上とすることで、クラック、ラミネーションが生せず、積層体の取扱いが良好になる。

脱脂条件を表５に示すように変化させて作製した残炭素濃度の異なる各種の脱脂ＡｌＮ粉末を用いると共に、第１の一軸加圧成形時の圧力を２０ＭＰａ、第２の一軸加圧成形時の圧力を４０ＭＰａとした他は実施例３と同様にして得た各種の金属部材埋設セラミックス品について、金属電極に隣接した部分（電極隣接部：金属電極から厚さ方向に２ｍｍ以内）、金属電極から離れた部分（電極非隣接部：金属電極から厚さ方向に５ｍｍ以上）に関して、直径５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの形状にサンプリングし、体積抵抗率をＪＩＳ Ｃ ２１４１に従って測定する共に、金属電極埋設部のＡｌＮ焼結体のＡｌＮ結晶中の酸素濃度を測定し、かつ、金属電極埋設部のＡｌＮ焼結体の色調を目視で観察したところ、表５に示すようになった。

脱脂ＡｌＮ粉末の残炭素濃度は、堀場製作所製炭素・硫黄分析装置（ＥＭＩＡ ２２０Ｖ）を用いて測定した。
又、金属電極埋設部のＡｌＮ焼結体の酸素濃度は、サンプルをＢ_４Ｃ乳鉢で粉砕後、堀場製作所製酸素・窒素分析装置（ＥＭＧＡ−６２０Ｗ）を用いて測定した。
なお、酸素濃度に関し、上記粉砕粉をＸ線回折測定により第二相成分（粒界層成分）を同定した結果、ＹＡＧ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ_３）のみが検出された。又、この粉砕粉の化学分析をＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析法）により行ったところ、Ｙとして３８００ｐｐｍが検出された。Ｙが全てＹＡＧとして存在していることと仮定し、このＹＡＧに含まれる酸素量をＡｌＮ焼結体の酸素濃度測定結果から引いた値を、ＡｌＮ焼結体の酸素量から焼結助剤に由来する第二相に含まれる酸素量を除去した、ＡｌＮ結晶中に固溶している酸素濃度とした。

表５から分るように、脱脂ＡｌＮ粉末は、残炭素濃度が０．０５〜０．１wt％であれば、それを用いた金属電極埋設部のＡｌＮ焼結体の体積抵抗率のばらつきが１桁以内となり、そのＡｌＮ焼結体のＡｌＮ結晶中の酸素濃度が０．５wt％以下で、かつ、色調がＡｌＮ焼結体の本来の黄土色を呈する。

図２は、本発明に係る金属部材埋設セラミックス品の実施例５を示す要部の概念図である。

この金属部材埋設セラミックス品６は、ヒータ付き静電チャックとして用いられるものであり、板状のＡｌＮ焼結体からなる上層７と下層８との間に、ＡｌＮ仮焼体の焼結体からなる厚さ２〜２０ｍｍの中間接合層９と上層７の内面に接触した実施例１のものと同様の金属電極１０及び下層８の内面に接触した金属電気抵抗体１１とを挟んだ３層構造としたものである。
金属電気抵抗体は、Ｗ、Ｍｏのいずれか、又はそれらの化合物の高融点金属からなる孔の明いていない平板、格子状の平板、金属線を編んだメッシュ上のもののいずれかを用いて、機能上、部分的に給電用の孔又はガス透過用の孔等を用いた形状をしているものである。

上述した金属部材埋設セラミックス品を製造するため、先ず、実施例１と同様にして得たＡｌＮ造粒粉末をＣＩＰ（圧力は１０００kg/cm²）により成形し、脱脂後、Ｎ_２ガス雰囲気において１７５０〜１９００℃の温度で焼成し、加工後、直径２１０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、平面度３０μｍ以下の焼結体とした。

一方、実施例１と同様にして得たＡｌＮ造粒粉末を一軸加圧成形（圧力３００kg/cm²）により、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体とし、空気中において６００℃の温度で脱脂した後、脱脂した成形体を真空下で７００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃及び１５００℃の各温度で仮焼し、しかる後に、上、下面を平面度３０μｍ以下となるように加工して各種の仮焼体を得た。

次に、ＡｌＮ焼結体を平面度３０μｍ以下のカーボン治具に入れると共に、このＡｌＮ焼結体上にＭｏからなる金属電気抵抗体、仮焼温度を変えた各種のＡｌＮ仮焼体、Ｍｏのメッシュ（線径０．１２ｍｍ、＃５０）からなる金属電極及びＡｌＮ焼結体を順に入れ、Ｎ_２ガス雰囲気において、１７００℃、１７５０℃及び１８００℃の各焼成温度、圧力０．１ton/cm²でホットプレスし、各種の金属部材埋設セラミックス品を得た。

得られた各種の金属部材埋設セラミックス品の絶縁性誘電層となる上層部分を研削し、厚さを１ｍｍとしたものを切断し、２次元測定機により、直交するＸ方向、Ｙ方向の１０ｍｍ間隔の厚さのばらつきを調査したところ、表６に示すようになった。
又、前述したＡｌＮ造粒粉末を一軸加圧成形（圧力は３００kg/cm²）により、直径２７ｍｍ、厚さ２４ｍｍの円板状に成形し、空気中において仮焼温度を７００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃及び１５００℃に変えて作製したＡｌＮ仮焼体の圧縮強度を測定したところ、表６に示すようになった。
更に、ホットプレス後のＡｌＮ仮焼体からなる中間接合層の密度、接合界面での剥離・クラックの有無及び変色の有無を調査したところ、表６に示すようになった。

比較のため、脱脂ＡｌＮ粉末と脱脂ＡｌＮ粉末との間に実施例３と同様の金属電極及び金属電気抵抗体を介装し、実施例１と同様に一軸加圧成形した後、実施例３と同じ条件でホットプレスして各種の金属部材埋設セラミックス品を得た後、誘電層厚さのばらつき、ＡｌＮ仮焼体の圧縮強度、ホットプレス後のＡｌＮ仮焼体からなる中間接合層の密度、接合界面での剥離・クラックの有無及び変色の有無を調査したところ、表７に示すようになった。
又、ＡｌＮ造粒粉末、及び脱脂ＡｌＮ粉末を一軸加圧成形（圧力は３００kg/cm²）により直径２７ｍｍ、厚さ２４ｍｍの円板状に成形し、真空下において各焼成温度で作製したＡｌＮ仮焼体の圧縮強度を測定したところ、表７に示すようになった。

表６、表７から分るように、ＡｌＮ焼結体間にＡｌＮ仮焼体と金属電極及び金属電気抵抗体とを介装し、焼成温度が１７５０℃以上でホットプレスすれば、良好な接合体ができる。
ＡｌＮ仮焼体は、仮焼温度が高いほど強度が高く、特に、１４００℃以上ではハンドリング性の向上が顕著である。
なお、１５００℃の温度で仮焼したＡｌＮ仮焼体を用いた金属部材埋設セラミックス品は、変色するようである。

なお、上述した実施例１〜４では、上層と下層との間に中間接合層と金属電極とを挟んだ３層構造とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、実施例５のように、上層と下層との間に中間接合層と金属電極及び金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造としてもよい。
又、実施例５では、上層と下層との間に中間接合層と金属電極及び金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とする場合に限らず、実施例１〜４のように、上層と下層との間に中間接合層と金属電極とを挟んだ３層構造としてもよい。
この場合、金属電極は、上層又は下層のいずれかの内面に接触するものであってもよい。

本発明に係る金属部材埋設セラミックス品の実施例１を示す要部の概念図である。 本発明に係る金属部材埋設セラミックス品の実施例５を示す要分の概念図である。

符号の説明

２ 上層
３ 下層
４ 中間接合層
５ 金属電極
７ 上層
８ 下層
９ 中間接合層
１０ 金属電極
１１ 金属電気抵抗体

Claims (11)

1. 板状のＡｌＮ焼結体からなる上層と下層との間に脱脂ＡｌＮ粉末の焼結体からなる厚さ０．５〜１０ｍｍの中間接合層と上層若しくは下層の内面に接触した金属電極又は上層の内面に接触した金属電極及び下層の内面に接触した金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とし、かつ、脱脂ＡｌＮ粉末の焼成に伴う残留応力の抑制手段を施したことを特徴とする金属部材埋設セラミックス品。
2. 板状のＡｌＮ焼結体からなる上層と下層との間に板状のＡｌＮ仮焼体の焼結体からなる厚さ２〜２０ｍｍの中間接合層と上層若しくは下層の内面に接触した金属電極又は上層の内面に接触した金属電極及び下層の内面に接触した金属電気抵抗体とを挟んだ３層構造とし、かつ、ＡｌＮ仮焼体の焼成に伴う残留応力の抑制手段を施したことを特徴とする金属部材埋設セラミックス品。
3. 前記中間接合層のＡｌＮ結晶中に固溶している酸素濃度が０．５wt％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属部材埋設セラミックス品。
4. 前記残留応力の抑制手段が上層と下層との厚さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上としたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の金属部材埋設セラミックス品。
5. ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体の間に脱脂ＡｌＮ粉末と一方若しくは他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極又は一方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極及び他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電気抵抗体とを介装し、一軸加圧成形を施した後、ホットプレスすることを特徴とする金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
6. ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体におけるいずれか一方の上に金属電極を載置し、その上に脱脂ＡｌＮ粉末を充填して第１の一軸加圧成形を施した後、加圧成形された脱脂ＡｌＮ粉末上に他方のＡｌＮ焼結体を載置して第２の一軸加圧成形を施し、しかる後に、ホットプレスすることを特徴とする金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
7. ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した２枚のＡｌＮ焼結体における一方の上に金属電極を載置し、その上に脱脂ＡｌＮ粉末を充填して第１の一軸加圧成形を施した後、加圧成形された脱脂ＡｌＮ粉末上に金属電気抵抗体及び他方のＡｌＮ焼結体を載置して第２の一軸加圧成形を施し、しかる後に、ホットプレスすることを特徴とする金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
8. 前記脱脂ＡｌＮ粉末の残炭素濃度を０．０５〜０．１wt％とすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載の金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
9. ホットプレスに伴う残留応力の抑制手段を施した板状の２枚のＡｌＮ焼結体の間に板状のＡｌＮ仮焼体と一方若しくは他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極又は一方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電極及び他方のＡｌＮ焼結体の内面に接触した金属電気抵抗体とを介装し、ホットプレスすることを特徴とする金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
10. 前記ＡｌＮ仮焼体の残炭素濃度を０．０５〜０．１wt％とすることを特徴とする請求項９記載の金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
11. 前記残留応力の抑制手段が２枚のＡｌＮ焼結体の厚さの割合を１：１〜１：４又は１：１０以上とすることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか記載の金属部材埋設セラミックス品の製造方法。
    

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