JP2022048679A - 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 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極の抵抗率の増大を抑制しつつ、電極と基材との熱膨張係数の差を小さくする。【解決手段】複合焼結体２０は、セラミックを主材料とする基材と、当該基材の内部または表面に配置される電極２３と、を備える。電極２３は、Ｗと、ＺｒＯ２とを含む。これにより、電極２３と基材との熱膨張係数の差を小さくすることができる。その結果、電極２３と基材との熱膨張係数の差に起因する基材のクラックや電極２３の剥離を抑制することができる。また、複合焼結体２０では、電極２３の抵抗率の増大を抑制することもできる。その結果、電極２３による発熱量を精度良く制御することができる。【選択図】図１
Description
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。
従来、半導体基板の製造装置等において、半導体基板を吸着して保持する静電チャック、半導体基板を加熱するヒーター、これらを組み合わせた静電チャックヒーター等の、サセプターが利用されている。当該サセプターは、アルミナ等のセラミックの焼結体を主材料とする基材と、当該基材の内部等に配置される電極とを備える。
上述のサセプターは、例えば、基材と電極とを一体焼成することにより形成される。当該焼成においては、基材の熱膨張係数と電極の熱膨張係数との差に起因する悪影響が生じるおそれがある。例えば、基材にクラックが生じたり、電極が基材から剥離するおそれがある。
そこで、特許文献１では、アルミナ焼結体の基材と共に焼成される電極を、ＷＣ等の高融点の主材料に５重量％～３０重量％のアルミナ（すなわち、基材成分）を添加した材料により形成することにより、基材と電極との密着性を向上する技術が提案されている。
また、特許文献２では、アルミナにＭｇＦ２等が添加された基材と、ＷＣを主材料としてＮｉ、Ｃｏおよびアルミナが添加された電極と、を有する焼結体が提案されている。電極におけるアルミナの添加は、上記と同様に、基材と電極との密着性向上のためである。電極におけるＮｉおよびＣｏの添加は、ＭｇＦ２の添加により低く設定された焼成温度（例えば、１１２０℃～１３００℃）において電極の焼結性を向上させることを目的としている。
一方、特許文献３では、アルミナを主材料とする基材と、上記ＷＣに代えてＭｏを主材料とする電極と、を有するセラミックヒータが提案されている。当該電極では、抵抗率温度依存性の逆転現象を改善するために、Ｍｏ中にＴｉ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｏ複合酸化物が分散されている。
ところで、特許文献１および特許文献２では、ＷＣを主材料とする電極に基材成分が添加されることにより、電極と基材との熱膨張係数の差はある程度小さくなるが、熱膨張係数の差の低減に限界がある。
また、サセプターでは、基材に用いるアルミナ材料に対して、高抵抗率、高絶縁耐圧、パーティクルの発生リスクの低減等が求められるため、アルミナ材料を高純度化する必要があり、その結果、サセプター製造時の焼成温度が高温化（例えば、１５００℃以上）する。このため、特許文献１および特許文献２のように電極材料にＷＣを使用すると、高温焼成によりＷＣの一部が酸化してＷ２Ｃが生成されるため、ＷＣおよびＷ２Ｃの含有率が変動して電極の特性（例えば、抵抗率、熱膨張係数等）が安定しないおそれがある。また、ＷＣの酸化の際に発生したＣＯガスにより、電極周辺に気孔が生じて基材の絶縁耐圧が低下するおそれもある。
さらに、特許文献２では、電極に含まれるＮｉおよびＣｏは比較的融点が低いため、１５００℃以上の高温焼成において形状を維持することは困難である。また、ＮｉおよびＣｏは磁性材料であるため、当該電極が静電チャックに利用された場合、クーロン力による吸着力を阻害するおそれもある。
一方、特許文献３では、Ｔｉ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｏ複合酸化物により、電極と基材との熱膨張係数の差はある程度小さくなる可能性はある。しかしながら、Ｔｉ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｏ複合酸化物は、焼成中の反応により生成されるため生成量が安定せず、電極の特性（例えば、抵抗率、熱膨張係数等）が安定しないおそれがある。また、電極中のＴｉ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｏ複合酸化物が粗大であり、Ｔｉ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｏ複合酸化物の分布も不均一であるため、電極特性を安定的に制御することが困難となるおそれもある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電極の抵抗率の増大を抑制しつつ、電極と基材との熱膨張係数の差を小さくすることを目的としている。
本発明の好ましい一の形態に係る複合焼結体は、セラミックを主材料とする基材と、前記基材の内部または表面に配置される電極と、を備える。前記電極は、タングステンと、酸化ジルコニウムと、を含む。
好ましくは、前記電極と前記基材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下である。
好ましくは、前記電極の室温における抵抗率は、３．５×１０－５Ω・ｃｍ以下である。
好ましくは、前記電極において、Ｘ線回折法により得られる前記タングステンと前記酸化ジルコニウムとのメインピークの強度比は、０．９０以上かつ０．９６未満である。
好ましくは、前記電極における前記タングステンおよび前記酸化ジルコニウムの合計含有率は、１００体積％である。
好ましくは、前記酸化ジルコニウムの焼結粒径は、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下である。
好ましくは、前記酸化ジルコニウムの焼結粒径と前記タングステンの焼結粒径との差の絶対値は、０．５μｍ以下である。
好ましくは、前記基材の主材料は酸化アルミニウムである。前記基材における前記酸化アルミニウムの含有率は９５質量％以上である。
本発明は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材にも向けられている。当該半導体製造装置部材は、上述の複合焼結体を用いて作製される。前記基材は円板状である。前記基材の主面に半導体基板が載置される。
本発明は、複合焼結体の製造方法にも向けられている。当該複合焼結体の製造方法は、ａ）セラミックを主材料とする成形体、仮焼体または焼結体である第１部材および第２部材を準備する工程と、ｂ）前記第１部材上に、タングステンおよび酸化ジルコニウムを含む電極または前記電極の前駆体を配置した後、前記第２部材を積層して積層体を形成する工程と、ｃ）前記積層体をホットプレス焼成する工程と、を備える。
好ましくは、前記ｃ）工程の終了後における前記電極と前記第１部材および前記第２部材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下である。
好ましくは、前記ｃ）工程における焼成温度は、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下である。
本発明では、電極の抵抗率の増大を抑制しつつ、電極と基材との熱膨張係数の差を小さくすることができる。
図１は、本発明の一の実施の形態に係るサセプター１の断面図である。サセプター１は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材である。サセプター１は、略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」と呼ぶ。）を、図１中の下側から支持する。以下の説明では、図１中の上側および下側を、単に「上側」および「下側」と呼ぶ。また、図１中の上下方向を、単に「上下方向」と呼ぶ。図１中の上下方向は、サセプター１が半導体製造装置に設置される際の実際の上下方向と必ずしも一致する必要はない。
サセプター１は、本体部２１と、ベース部２２と、電極２３とを備える。本体部２１は、セラミックを主材料とする略板状（例えば、略円板状）の基材である。本体部２１の上側の主面（すなわち、上面）上には基板９が載置される。ベース部２２は、平面視において本体部２１よりも大きい略板状（例えば、略円板状）の部材である。本体部２１は、ベース部２２上に取り付けられる。図１に示す例では、電極２３は、本体部２１の内部に配置（すなわち、埋設）される。電極２３は、例えば、平面視において所定のパターンを描く略帯状の部材である。電極２３は、比較的高い融点を有する材料により形成されることが好ましい。本体部２１および電極２３は、複数の材料により形成された複合焼結体である。以下の説明では、本体部２１および電極２３をまとめて「複合焼結体２０」とも呼ぶ。本体部２１および電極２３の材料については後述する。なお、電極２３の形状は様々に変更されてよい。また、電極２３は、本体部２１の表面に設けられてもよい。
図１に示す例では、サセプター１は、電極２３に直流電圧が印加されることにより発生する熱によって基板９を加熱するヒータである。すなわち、電極２３は、基板９を加熱する抵抗発熱体である。サセプター１では、電極２３に加えて、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力を利用して基板９を静電吸着するチャック用電極が、本体部２１の内部に設けられてもよい。あるいは、電極２３がチャック用電極として利用されてもよい。
本体部２１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主材料として形成されている。本体部２１では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および／またはマグネシウムアルミニウムスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の添加材料が、Ａｌ２Ｏ３に添加されていてもよい。本体部２１では、主材料であるＡｌ２Ｏ３の含有率は、例えば９５質量％以上かつ１００質量％以下であり、好ましくは９９質量％以上かつ１００質量％以下である。本体部２１におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、所望する本体部２１の材料特性に合わせて調整される。なお、本体部２１の主材料はＡｌ２Ｏ３には限定されず、他のセラミックであってもよい。
電極２３は、タングステン（Ｗ）と、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とを含む。本実施の形態では、電極２３は、実質的にＷおよびＺｒＯ２のみにより形成されており、ＷおよびＺｒＯ２以外の物質を実質的に含んでいない。換言すれば、本実施の形態では、電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の合計含有率は１００体積％である。
電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の含有率は、電極２３と本体部２１との熱膨張係数の差が実質的に０に近づくように調整される。また、電極２３において、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により得られるＷとＺｒＯ２とのメインピークの強度比（以下、「Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比」とも呼ぶ。）は、例えば０．９０以上かつ０．９６未満であり、電極２３と本体部２１との熱膨張係数の差が実質的に０に近づくように調整される。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は、Ｗのメインピーク強度を、Ｗのメインピーク強度とＺｒＯ２のメインピーク強度との合計により除算した値である。
Ｗの熱膨張係数（熱膨張率ともいう。）は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、５．３ｐｐｍ／℃（すなわち、ｐｐｍ／Ｋ）である。以下の説明における熱膨張係数は、温度条件の記載が無い場合、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲における熱膨張係数である。ＺｒＯ２の熱膨張係数は１０．５ｐｐｍ／℃である。Ａｌ２Ｏ３の熱膨張係数は８．０ｐｐｍ／℃である。本体部２１の熱膨張係数は、主材料であるＡｌ２Ｏ３に添加される添加材料の種類および割合により変化するが、例えば、８．１ｐｐｍ／℃～８．３ｐｐｍ／℃である。
電極２３に含まれるＷの熱膨張係数は、本体部２１の熱膨張係数よりも低い。電極２３に含まれるＺｒＯ２の熱膨張係数は、本体部２１の熱膨張係数よりも高い。４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲における電極２３と本体部２１との熱膨張係数の差の絶対値（以下、「ＣＴＥ差」とも呼ぶ。）は、例えば０．５ｐｐｍ／℃以下であり、好ましくは０．２ｐｐｍ／℃以下である。ＣＴＥ差の下限は特に限定されないが、０．０ｐｐｍ／℃以上である。
電極２３の室温における抵抗率は、例えば３．５×１０－５Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは３．０×１０－５Ω・ｃｍ以下である。当該抵抗率の下限は特に限定されないが、例えば１．０×１０－５Ω・ｃｍ以上である。
電極２３は、後述するように、本体部２１と共に、あるいは、本体部２１とは別に焼成されることにより形成される焼結体である。焼成温度は、例えば、１５００℃以上の高温である。なお、Ｗの融点は３４１０℃であり、ＺｒＯ２の融点は２７１５℃である。Ｗの焼結粒径は、例えば、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下であり、好ましくは、１．０μｍ以上かつ２．０μｍ以下である。ＺｒＯ２の焼結粒径は、例えば、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下であり、好ましくは、１．０μｍ以上かつ２．０μｍ以下である。ＺｒＯ２の焼結粒径とＷの焼結粒径との差の絶対値（以下、単に「焼結粒径差」とも呼ぶ。）は、例えば０．５μｍ以下であり、好ましくは０．２５μｍ以下である。焼結粒径差の下限は特に限定されないが、例えば０．０μｍ以上である。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等を用いた微構造観察により求めることが可能である。
図２は、後述する実施例１０の複合焼結体２０の断面ＳＥＭ画像である。図２中の上下方向の中央部の白っぽい領域は電極２３に対応する。また、電極２３の下側の黒い帯状の領域は、本体部２１の第１部材に対応し、電極２３の上側の黒い帯状の領域は、本体部２１の第２部材に対応する。電極２３に対応する領域内において、最も色の薄い白色の領域はＷであり、Ｗよりも色の濃い灰色の領域はＺｒＯ２である。複合焼結体２０では、上述のように電極２３における焼結粒径差を小さくすることにより、電極２３中におけるＷおよびＺｒＯ２の分散の均一性が向上する。
次に、図３を参照しつつサセプター１の本体部２１および電極２３（すなわち、複合焼結体２０）の製造方法の一例について説明する。当該例では、本体部２１の下半分の略円板状の部位（以下、「第１部材」と呼ぶ。）と、上半分の略円板状の部位（以下、「第２部材」と呼ぶ。）とを作成し、第１部材と第２部材との間に電極２３の材料を挟んで焼成を行うことにより、本体部２１および電極２３を製造する。
当該製造方法では、まず、本体部２１の第１部材および第２部材を準備する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において準備される第１部材および第２部材は、成形体、仮焼体および焼結体のいずれの状態であってもよい。ステップＳ１１では、まず、本体部２１（すなわち、第１部材および第２部材）の原料粉末を所定の組成となるように秤量し、当該原料粉末を湿式混合した上で、一軸加圧成形等により所定形状の成形体に成形する。
ステップＳ１１では、Ａｌ２Ｏ３原料として、例えば、市販の高純度微粒粉末が使用される。また、本体部２１にＭｇＯが含まれる場合、ＭｇＯ原料として、例えば、市販の高純度微粒粉末が使用される。本体部２１にＭｇＡｌ２Ｏ４が含まれる場合、例えば、上述の市販のＭｇＯ粉末と市販のＡｌ２Ｏ３の高純度微粒粉末とを加熱合成したものが、ＭｇＡｌ２Ｏ４原料として使用される。あるいは、ＭｇＡｌ２Ｏ４原料として、市販のＭｇＡｌ２Ｏ４の高純度微粒粉末が使用されてもよい。Ａｌ２Ｏ３原料、ＭｇＯ原料およびＭｇＡｌ２Ｏ４原料の純度および平均粒径等は、適宜決定される。
ステップＳ１１では、原料粉末の混合条件（例えば、混合時間、溶媒種類等）は、適宜決定される。当該溶媒としては、例えば、有機溶媒またはイオン交換水が使用可能である。なお、ステップＳ１１では、乾式混合により原料粉末が混合されてもよい。
ステップＳ１１では、成形体の成形条件（例えば、付与される圧力等）は、適宜決定される。成形体の形状が板状である場合には、原料粉末がホットプレスダイス等に充填されることにより、成形体が成形されてもよい。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。例えば、湿式混合後のスラリーを、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。あるいは、ドクターブレード等を利用したテープ成形法により、所定計上のテープ成形体が形成されてもよい。
ステップＳ１１において、第１部材および／または第２部材の仮焼体または焼結体が準備される場合、上述の方法により形成された成形体がホットプレス法等により焼成され、仮焼体（すなわち、仮焼結体）または焼結体が形成される。当該成形体の焼成における焼成条件（例えば、プレス圧、焼成温度、焼成時間等）は、適宜決定される。また、当該成形体の焼成は、ホットプレス法以外の方法により行われてもよい。
次に、電極２３の原料粉末を所定の組成となるように秤量し、当該原料粉末を混合した上で、溶媒およびバインダ等と混練して、電極２３の前駆体である電極ペーストを生成する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、Ｗ原料およびＺｒＯ２原料として、例えば、市販の高純度微粒粉末が使用される。Ｗ原料およびＺｒＯ２原料の純度および平均粒径等は、適宜決定される。Ｗ原料およびＺｒＯ２原料の平均粒径は、例えば、１μｍ未満である。
上述の電極２３の原料粉末の混合は、例えば、湿式混合により行われる。原料粉末の混合条件（例えば、混合時間、溶媒種類等）は、適宜決定される。当該溶媒としては、例えば、有機溶媒またはイオン交換水が使用可能である。なお、ステップＳ１２では、乾式混合により原料粉末が混合されてもよい。ステップＳ１２では、原料粉末と共に混練される上記溶媒（例えば、有機溶媒）およびバインダの種類は、適宜決定される。なお、ステップＳ１２は、ステップＳ１１よりも前に、または、ステップＳ１１と並行して行われてもよい。
ステップＳ１２にて生成された電極ペーストは、ステップＳ１１にて形成された第１部材の上面に、スクリーン印刷等により所定の形状にて付与される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において成形体である第１部材上に電極ペーストが付与される場合、第１部材は、例えばテープ成形体である。なお、ステップＳ１３では、電極ペーストの塗布は、スクリーン印刷以外の方法により行われてもよい。第１部材が成形体または仮焼体である場合、正確には、電極ペーストは第１部材の前駆体の上面に付与される。そして、電極ペーストが大気中等において所定時間（例えば、１時間）乾燥された後、第１部材および電極ペーストの上に、第２部材が積層されて積層体が形成される（ステップＳ１４）。
なお、複合焼結体２０の製造では、上述のステップＳ１３～Ｓ１４に代えて、ステップＳ１２で生成された電極ペーストを単体で焼成して電極２３を形成し、当該電極２３が第１部材の上面上に配置され、第１部材および電極２３上に第２部材が積層されてもよい。
その後、ステップＳ１４にて形成された積層体が、ホットプレス法等により焼成されることにより、第１部材と第２部材とが一体化し、本体部２１および電極２３（すなわち、複合焼結体２０）が形成される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における焼成条件（例えば、プレス圧、焼成温度、焼成時間等）は、適宜決定される。ステップＳ１５における焼成温度（すなわち、仮焼成時の最高温度）は、例えば、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下である。ステップＳ１５における積層体の焼成は、ホットプレス法以外の方法により行われてもよい。
次に、表１～表３を参照しつつ、本発明に係る複合焼結体２０（すなわち、本体部２１および電極２３）の実施例１～１３、および、複合焼結体２０と比較するための比較例１～４の複合焼結体について説明する。実施例１～１３では、電極２３がＷおよびＺｒＯ２を含むのに対し、比較例１～４では、電極２３はＺｒＯ２を含まず、比較例１～２では、電極２３はＷも含まない。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、本体部２１および電極２３の製造は、上述のステップＳ１１～Ｓ１５により行った。実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１１におけるＡｌ２Ｏ３への添加剤としてＭｇＯを使用した。Ａｌ２Ｏ３原料としては、市販のＡｌ２Ｏ３の高純度微粒粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．５μｍ）を使用した。また、ＭｇＯ原料として、市販のＭｇＯの高純度微粒粉末（純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下）を使用した。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１１における原料粉末の湿式混合は、アルミナボールおよびポリポットを用いたボールミルにより行った。混合時間は２０時間であり、使用した溶媒は有機溶媒である。湿式混合により生成されたスラリーを、乾燥させた後に篩にかけることにより、本体部２１の原料粉末を得た。また、ステップＳ１１における成形体の成形は、一軸加圧成形用の金型に原料粉末を充填することにより行った。当該一軸加圧成形時の圧力は、１００ｋｇｆ／ｃｍ２である。得られた成形体は、直径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの略円板状である。なお、実施例１～１３、および、比較例１～４では、実際の複合焼結体２０よりも小さい試験体を作製、使用する。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１２において、Ｗ原料およびＺｒＯ２原料として、市販のＷの高純度微粒粉末（純度９９．９％以上、平均粒径０．８μｍ）、および、ＺｒＯ２の高純度微粒粉末（純度９９％以上、平均粒径０．４μｍ）を使用した。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１２における原料粉末の湿式混合は、アルミナボールおよびポリポットを用いたボールミルにより行った。混合時間は２０時間であり、使用した溶媒は有機溶媒である。湿式混合により生成されたスラリーを、乾燥させた後に篩にかけることにより、電極２３の原料粉末を得た。また、電極ペーストの生成時に当該原料粉末と混練される溶媒およびバインダとして、ブチルカルビトールおよびポリメタクリル酸－ｎ－ブチルを使用した。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１３における電極ペーストの塗布は、スクリーン印刷により行われる。第１部材上に塗布された電極ペーストの形状は、幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍの略長方形である。電極ペーストの厚さは、６０μｍ～７０μｍである。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１３，Ｓ１４において、第１部材および第２部材として、成形体、仮焼体または焼結体のいずれかを使用した。第１部材または第２部材として成形体を使用する場合、上述のステップＳ１１で得られたものを使用する。
第１部材または第２部材として仮焼体を使用する場合、前述した成形体と同様の手法で成形体を作製し、熱処理をして作製した。焼成温度（すなわち、熱処理時の最高温度）は、８００℃以上かつ１０００℃以下である。そして、得られた仮焼体を、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの略円板状に加工した。なお、仮焼体は、原料粉末に有機バインダなどの成形助剤を添加して保形した成形体を加熱処理して作製するなど、既存の方法を適宜採用すればよく、その作製条件は上記に限定されるものではない。
第１部材または第２部材として焼結体を使用する場合、ホットプレス法により成形体の焼成を行った。具体的には、上述の成形体をホットプレス用の黒鉛型に収容し、ホットプレス炉にセットして焼成を行った。仮焼成時のプレス圧は、２００ｋｇｆ／ｃｍ２である。焼成温度（すなわち、仮焼成時の最高温度）は、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下である。焼成時間は、８時間である。昇温速度および降温速度は、３００℃／ｈである。焼成雰囲気は、１０００℃までの昇温時は真空引きを行い、その後は窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入後のガス圧力は、約１．５ａｔｍ（約０．１５２ＭＰａ）に維持した。降温時は、１４００℃で温度制御を停止し、炉冷した。そして、得られた焼結体を、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの略円板状に加工した。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、ステップＳ１５における積層後の焼成は、ホットプレス法により行った。具体的には、上述の積層体をホットプレス用の黒鉛型に収容し、ホットプレス炉にセットして焼成を行った。焼成時のプレス圧は、２００ｋｇｆ／ｃｍ２である。焼成温度（すなわち、焼成時の最高温度）は、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下である。焼成時間は、４時間～８時間である。昇温速度および降温速度は、３００℃／ｈである。焼成雰囲気は、窒素ガス雰囲気である。
表１～表３において、基材（すなわち、本体部２１の第１部材および第２部材）の熱膨張係数は、本体部２１から切り出した焼結体試料を用いて、ＪＩＳ－Ｒ１６１８に準じた方法により、４０℃～１０００℃の範囲で測定した。また、実施例１～１３の電極２３の熱膨張係数は、ＷおよびＺｒＯ２のそれぞれ単体の熱膨張係数と、電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の含有率とに基づいて求めた。具体的には、Ｗ単体の熱膨張係数と電極２３におけるＷの含有率（体積％）との積、および、ＺｒＯ２単体の熱膨張係数と電極２３におけるＺｒＯ２の含有率（体積％）との積の合計を、電極２３の熱膨張係数とした。ＷおよびＺｒＯ２のそれぞれ単体の熱膨張係数は、ステップＳ１２で使用した市販のＷ粉末およびＺｒＯ２粉末をステップＳ１１と同様の条件でホットプレス焼成して作製されたバルク材を用いて、ＪＩＳ－Ｒ１６１８に準じた方法により、４０℃～１０００℃の範囲で測定した。比較例１～４においても同様である。ＣＴＥ差は、上述のように、電極２３の熱膨張係数と本体部２１の熱膨張係数の差の絶対値である。
電極２３におけるＷ－ＺｒＯ２ピーク比は、上述のＸＲＤにより測定されたＷとＺｒＯ２とのメインピークの強度比である。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は、Ｗのメインピークである（１１０）面の強度をＩ１とし、ＺｒＯ２のメインピークである（１１１）面の強度をＩ２として、Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）を算出した。また、ＸＲＤによる測定の際には、第２部材を除去し、第１部材上に位置する電極２３を露出させて測定を行った。Ｘ線回折装置として、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。測定条件はＣｕＫα、４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝１０～７０°、ステップ幅を０．００２°とした。
電極２３におけるＷの焼結粒径は、ＳＥＭを用いた微構造観察により求めた。具体的には、試験片の一面を鏡面状に研磨仕上げし、電極２３の研磨面をＳＥＭを用いて観察する。そして、所定数（例えば、数十個）の焼結粒子のそれぞれの長径および短径の平均である平均径を算出し、当該所定数の焼結粒子の平均径の算術平均をＷの焼結粒径とした。電極２３におけるＺｒＯ２の焼結粒径についても同様である。
電極２３の抵抗率は、次のように求めた。まず、ステップＳ１５にて形成された複合焼結体２０から、幅、長さおよび厚さがそれぞれ９ｍｍの略直方体状の試験片を切り出す。試験片は、中央部に幅５ｍｍ、長さ９ｍｍの電極２３が内蔵されるように切り出される。試験片の両端面には、幅５ｍｍの電極２３が露出している。電極２３の断面積Ｓ（ｃｍ２）は、試験片の端面における電極２３の幅および長さを光学顕微鏡により測定して求めた。また、電極２３が露出する試験片の両端面間の距離をノギスにより測定し、電極２３の長さＬ（ｃｍ）とした。抵抗測定用の回路は、電極２３の両端面に導電性ペーストを塗布した上でリード線を接続して構成した。そして、大気中、室温において、電極２３に微少電流Ｉ（ｍＡ）を０ｍＡ～１５０ｍＡの範囲で付与し、その際に発生する微小電圧値Ｖ（ｍＶ）を測定し、電極２３の抵抗Ｒ（Ω）をＲ＝Ｖ／Ｉにより求めた。その後、電極２３の抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）を、ρ＝Ｒ×Ｓ／Ｌにより求めた。
電極２３の組成は、次のように求めた。まず、試験片の上半分または下半分を除去して電極２３の上面または下面を露出させ、露出した電極２３を研磨した。そして、電極２３の研磨面において、上述のＸ線回折装置により上記測定条件にて結晶相を同定した。
実施例１～１３、および、比較例１～４では、本体部２１の主材料はＡｌ２Ｏ３であり、添加物はＭｇＯである。また、上述のように、実施例１～１３では、電極２３はＷおよびＺｒＯ２により形成される。換言すれば、実施例１～１３では、電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の合計含有率は、１００体積％である。一方、比較例１では、電極２３は炭化タングステン（ＷＣ）のみにより形成され、ＷおよびＺｒＯ２を含まない。比較例２では、電極２３は、ＷＣおよびＡｌ２Ｏ３により形成され、ＷおよびＺｒＯ２を含まない。比較例３では、電極２３は、Ｗのみにより形成され、ＺｒＯ２を含まない。比較例４では、電極２３は、ＷおよびＡｌ２Ｏ３により形成され、ＺｒＯ２を含まない。
実施例１では、ステップＳ１３において電極ペーストが付与される本体部２１の第１部材は焼結体である。また、ステップＳ１４において第１部材上に積層される第２部材は成形体である。本体部２１のＭｇＯの含有率は０．０２５質量％であり、本体部２１の熱膨張係数は８．１ｐｐｍ／℃である。なお、本体部２１のＭｇＯ以外の残部はＡｌ２Ｏ３である（他の実施例および比較例においても同様）。電極２３におけるＷの含有率は４６．２体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５３．８体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．１ｐｐｍ／℃である。複合焼結体２０の焼成温度（すなわち、焼成時の最高温度）は１６００℃である。
実施例１では、ＣＴＥ差（すなわち、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲における電極２３と本体部２１との熱膨張係数の差の絶対値）は０．０ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９４であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１７μｍおよび１．２７μｍであり、焼結粒径差（すなわち、ＺｒＯ２の焼結粒径とＷの焼結粒径との差の絶対値）は０．１０μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．９×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例１では、ＣＴＥ差が０．５ｐｐｍ／℃以下と小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は３．５×１０－５Ω・ｃｍ以下と小さかった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は、０．９０以上かつ０．９６未満と好適な範囲であり、これにより、上述の熱膨張係数の差の低減および抵抗率の増大抑制を好適に両立することができる。ＺｒＯ２の焼結粒径は、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下と好適な範囲であり、焼結粒径差（すなわち、Ｗの焼結粒径とＺｒＯ２の焼結粒径との差）は０．５μｍ以下と小さかった。このため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例２では、本体部２１におけるＭｇＯの含有率が１．０質量%であり、本体部２１の熱膨張係数は８．２ｐｐｍ／℃である。電極２３におけるＷの含有率は４４．２体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５５．８体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．２ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例２では、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９３であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１５μｍおよび１．３２μｍであり、焼結粒径差は０．１７μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．０×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例２では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例３では、本体部２１におけるＭｇＯの含有率が５．０質量%であり、本体部２１の熱膨張係数は８．３ｐｐｍ／℃である。電極２３におけるＷの含有率は４２．３体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５７．７体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．３ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例３では、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９１であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１４μｍおよび１．３６μｍであり、焼結粒径差は０．２２μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．２×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例３では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１～３に注目すると、本体部２１の熱膨張係数を上記範囲（すなわち、８．１ｐｐｍ／℃～８．３ｐｐｍ／℃）で変更した場合であっても、ＣＴＥ差を０．０ｐｐｍ／℃とすることができ、本体部２１のクラックや電極２３の剥離を防止することができた。また、電極２３の抵抗率の増大を抑制することができた。
実施例４では、電極２３におけるＷの含有率は５５．８体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は４４．２体積％である。電極２３の熱膨張係数は７．６ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例４では、ＣＴＥ差は０．５ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９６であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．２０μｍおよび１．１１μｍであり、焼結粒径差は０．０９μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．０×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例４では、ＣＴＥ差が小さいため（すなわち、０．５ｐｐｍ／℃以下であるため）、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例５では、電極２３におけるＷの含有率は５１．９体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は４８．１体積％である。電極２３の熱膨張係数は７．８ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例５では、ＣＴＥ差は０．３ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９５であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１９μｍおよび１．１４μｍであり、焼結粒径差は０．０５μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．５×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例５では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例６では、電極２３におけるＷの含有率は４８．１体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５１．９体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．０ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例６では、ＣＴＥ差は０．１ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９５であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１８μｍおよび１．２２μｍであり、焼結粒径差は０．０４μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．８×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例６では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例７では、電極２３におけるＷの含有率は４４．２体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５５．８体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．２ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例７では、ＣＴＥ差は０．１ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９３であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１６μｍおよび１．３０μｍであり、焼結粒径差は０．１４μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．１×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例７では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例８では、電極２３におけるＷの含有率は４０．４体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は５９．６体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．４ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例８では、ＣＴＥ差は０．３ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９１であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１４μｍおよび１．３５μｍであり、焼結粒径差は０．２１μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．３×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例８では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例９では、電極２３におけるＷの含有率は３６．５体積％であり、ＺｒＯ２の含有率は６３．５体積％である。電極２３の熱膨張係数は８．６ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例９では、ＣＴＥ差は０．５ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９０であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１３μｍおよび１．３８μｍであり、焼結粒径差は０．２５μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．５×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例９では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１，４～９に注目すると、電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の含有率を変更し、ＣＴＥ差を上記範囲（すなわち、０．０ｐｐｍ／℃～０．５ｐｐｍ／℃）で変更した場合であっても、本体部２１のクラックや電極２３の剥離を防止することができた。また、電極２３の抵抗率の増大を抑制することができた。
実施例１０では、複合焼結体２０の焼成温度は１５５０℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例１０では、電極２３の熱膨張係数は８．０ｐｐｍ／℃であり、ＣＴＥ差は０．１ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９４であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、０．９４μｍおよび０．８２μｍであり、焼結粒径差は０．１２μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．０×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例１０では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１１では、複合焼結体２０の焼成温度は１６５０℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例１１では、電極２３の熱膨張係数は８．２ｐｐｍ／℃であり、ＣＴＥ差は０．１ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９３であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．８１μｍおよび１．７２μｍであり、焼結粒径差は０．０９μｍであった。電極２３の抵抗率は、３．１×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例１１では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１，１０～１１に注目すると、複合焼結体２０の焼成温度を上記範囲（すなわち、１５５０℃～１６５０℃）で変更した場合であっても、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃～０．１ｐｐｍ／℃と小さく、本体部２１のクラックや電極２３の剥離を防止することができた。また、電極２３の抵抗率の増大を抑制することができた。
実施例１２では、ステップＳ１１において準備される第１部材、および、ステップＳ１４において第１部材上に積層される第２部材は仮焼体である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例１２では、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９３であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、２．２２μｍおよび２．５５μｍであり、焼結粒径差は０．３３μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．８×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例１２では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１３では、ステップＳ１４において第１部材上に積層される第２部材は焼結体である。その他の条件は、実施例１と同様である。
実施例１３では、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃であった。Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９４であった。ＷおよびＺｒＯ２の焼結粒径はそれぞれ、１．１５μｍおよび１．２５μｍであり、焼結粒径差は０．１０μｍであった。電極２３の抵抗率は、２．９×１０－５Ω・ｃｍであった。電極２３の組成は、ＷおよびＺｒＯ２であった。
実施例１３では、ＣＴＥ差が小さいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離は生じなかった。また、電極２３の抵抗率は小さかった。さらに、ＺｒＯ２の焼結粒径が好適な範囲であり、焼結粒径差が小さいため、電極２３中において、ＷおよびＺｒＯ２の略均等な分散が実現された。
実施例１，１２～１３に注目すると、ステップＳ１５における焼結前の第１部材および第２部材の状態（すなわち、成形体、仮焼体または焼結体）を変更した場合であっても、ＣＴＥ差は０．０ｐｐｍ／℃であり、本体部２１のクラックや電極２３の剥離を防止することができた。また、電極２３の抵抗率の増大を抑制することができた。
比較例１では、上述のように、電極２３がＷＣのみにより形成され、ＷおよびＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は５．３ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例１では、ＣＴＥ差が２．８ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、ＷＣおよびＷ２Ｃであった。当該Ｗ２Ｃは、高温焼成によりＷＣの一部が酸化し生成されたものであり、電極２３におけるＷＣおよびＷ２Ｃの含有率が変動して電極２３の特性（例えば、抵抗率、熱膨張係数等）が不安定化する可能性がある。
比較例２では、上述のように、電極２３がＷＣおよびＡｌ２Ｏ３により形成され、ＷおよびＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は６．１ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例２では、ＣＴＥ差が２．０ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、ＷＣ、Ｗ２ＣおよびＡｌ２Ｏ３であった。したがって、比較例１と同様に、電極２３の特性が不安定化する可能性がある。
比較例３では、上述のように、電極２３がＷのみにより形成され、ＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は５．３ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例２では、ＣＴＥ差が２．５ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、Ｗであった。
比較例４では、上述のように、電極２３がＷおよびＡｌ２Ｏ３により形成され、ＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は６．１ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例２では、ＣＴＥ差が２．０ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、ＷおよびＡｌ２Ｏ３であった。
以上に説明したように、複合焼結体２０は、セラミックを主材料とする基材（上記例では、本体部２１）と、当該基材の内部または表面に配置される電極２３と、を備える。電極２３は、Ｗと、ＺｒＯ２とを含む。これにより、実施例１～１３に示すように、電極２３と基材との熱膨張係数の差を小さくすることができる。その結果、電極２３と基材との熱膨張係数の差に起因する基材のクラックや電極２３の剥離を抑制することができる。また、複合焼結体２０では、電極２３の抵抗率の増大を抑制することもできる。その結果、電極２３による発熱量を精度良く制御することができる。さらに、ＷおよびＺｒＯ２は、ＮｉやＣｏのような磁性材料ではないため、複合焼結体２０を静電チャックとして使用する場合であっても、クーロン力による基板９の吸着の阻害を抑制することができる。
上述のように、電極２３と基材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、電極２３と基材との熱膨張係数の差に起因する基材のクラックや電極２３の剥離をさらに抑制することができる。
上述のように、電極２３の室温における抵抗率は、３．５×１０－５Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、電極２３による発熱量をさらに精度良く制御することができる。
上述のように、電極２３において、Ｘ線回折法により得られるＷとＺｒＯ２とのメインピークの強度比（すなわち、Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比）は、０．９０以上かつ０．９６未満であることが好ましい。このように、電極２３におけるＷとＺｒＯ２との組成比を好適な範囲とすることにより、電極２３の抵抗率の増大を好適に抑制しつつ、電極２３と基材との熱膨張係数の差を好適に小さくすることができる。
上述のように、電極２３におけるＷおよびＺｒＯ２の合計含有率は、１００体積％であることが好ましい。これにより、電極２３の材料の種類増加による製造コスト増大を防止することができる。
上述のように、ＺｒＯ２の焼結粒径は、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、電極２３中におけるＺｒＯ２の分散の均一性を向上することができる。その結果、電極２３全体において、抵抗率の増大抑制、および、基材との熱膨張計数差の低減を実現することができる。
上述のように、ＺｒＯ２の焼結粒径とＷの焼結粒径との差の絶対値（すなわち、焼結粒径差）は、０．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、電極２３中におけるＷおよびＺｒＯ２の分散の均一性を向上することができる。その結果、電極２３全体において、抵抗率の増大抑制、および、基材との熱膨張計数差の低減を実現することができる。
上述のように、基材の主材料はＡｌ２Ｏ３であり、当該基材におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は９５質量％以上であることが好ましい。これにより、複合焼結体２０を製造する際に、複合焼結体２０の高温焼成が可能となる。このため、焼成時におけるＷの炭化および酸化を抑制することができる。その結果、電極２３の特性を安定させることができる。
上述のように、複合焼結体２０では、電極２３の抵抗率の増大を抑制しつつ、電極２３と基材との熱膨張計数の差を小さくして、基材のクラックや電極２３の剥離を抑制することができる。このため、複合焼結体２０は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材に適している。複合焼結体２０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。複合焼結体２０を用いて作成される半導体製造装置部材の好適な一例として、上述のサセプター１が挙げられる。サセプター１では、上述のように、本体部２１は円板状であり、本体部２１の主面に基板９が載置される。
上述の複合焼結体２０の製造方法は、セラミックを主材料とする成形体、仮焼体または焼結体である第１部材および第２部材を準備する工程（ステップＳ１１）と、当該第１部材上に、ＷおよびＺｒＯ２を含む電極２３または電極２３の前駆体を配置した後、第２部材を積層して積層体を形成する工程（ステップＳ１３，Ｓ１４）と、当該積層体をホットプレス焼成する工程（ステップＳ１５）と、を備える。これにより、上記と同様に、電極２３と基材との熱膨張係数の差に起因する基材のクラックや電極２３の剥離を抑制することができる。
上述のように、ステップＳ１５の終了後における電極２３と第１部材および第２部材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、これにより、電極２３と基材との熱膨張係数の差に起因する基材のクラックや電極２３の剥離をさらに抑制することができる。
上述のように、ステップＳ１５における焼成温度は、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下であることが好ましい。これにより、焼成時におけるＷの炭化および酸化を抑制することができる。その結果、電極２３の特性を安定させることができる。
上述の複合焼結体２０、半導体製造装置部材、および、複合焼結体２０の製造方法では、様々な変更が可能である。
例えば、複合焼結体２０のＣＴＥ差は、０．５ｐｐｍ／℃よりも大きくてもよい。
電極２３の室温における抵抗率は、３．５×１０－５Ω・ｃｍよりも高くてもよい。
電極２３では、Ｗ－ＺｒＯ２ピーク比は０．９０未満であってもよく、０．９６以上であってもよい。
電極２３中の固形物におけるＷおよびＺｒＯ２の合計含有率は、１００体積％未満であってもよい。
電極２３におけるＺｒＯ２の焼結粒径は、０．７μｍ未満であってもよく、３．０μｍよりも大きくてもよい。
電極２３において、ＺｒＯ２の焼結粒径とＷの焼結粒径との差の絶対値（すなわち、焼結粒径差）は、０．５μｍよりも大きくてもよい。
本体部２１におけるＡｌ２Ｏ３の含有率は、９５質量％未満であってもよい。また、本体部２１の主材料は、Ａｌ２Ｏ３以外のセラミックであってもよい。
複合焼結体２０の製造方法では、上述のステップＳ１５における焼成温度は、１５５０℃未満であってもよく、１６５０℃よりも高温であってもよい。
複合焼結体２０は、上記製造方法とは異なる方法により製造されてもよい。例えば、ステップＳ１２が省略され、ステップＳ１３において、電極２３の原料粉末（すなわち、電極２３の前駆体）が第１部材上に付与されてもよい。
複合焼結体２０は、サセプター１以外にも、半導体製造装置に設けられる他の半導体製造装置部材（例えば、リング、シャワーヘッド等）の作製に用いられてよい。また、複合焼結体２０により半導体製造装置以外の装置にて使用される部材が作製されてもよい。例えば、複合焼結体２０は、半導体基板以外の基板を支持するサセプターの作製に用いられてもよく、対象物を加熱するセラミックヒーターの作製に用いられてもよい。
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。
本発明は、半導体製造装置に関する分野、例えば、半導体基板を保持して加熱するサセプターの製造に利用可能である。
１ サセプター
２０ 複合焼結体
２１ 本体部
２３ 電極
９ 基板
Ｓ１１～Ｓ１５ ステップ
２０ 複合焼結体
２１ 本体部
２３ 電極
９ 基板
Ｓ１１～Ｓ１５ ステップ
比較例３では、上述のように、電極２３がＷのみにより形成され、ＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は５．３ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例３では、ＣＴＥ差が２．５ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、Ｗであった。
比較例４では、上述のように、電極２３がＷおよびＡｌ２Ｏ３により形成され、ＺｒＯ２を含まない。電極２３の熱膨張係数は６．１ｐｐｍ／℃である。その他の条件は、実施例１と同様である。比較例４では、ＣＴＥ差が２．０ｐｐｍ／℃と大きいため、本体部２１と電極２３との熱膨張係数の差に起因する本体部２１のクラックや電極２３の剥離が生じた。また、電極２３の組成は、ＷおよびＡｌ２Ｏ３であった。
上述のように、ＺｒＯ２の焼結粒径は、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、電極２３中におけるＺｒＯ２の分散の均一性を向上することができる。その結果、電極２３全体において、抵抗率の増大抑制、および、基材との熱膨張係数差の低減を実現することができる。
上述のように、ＺｒＯ２の焼結粒径とＷの焼結粒径との差の絶対値（すなわち、焼結粒径差）は、０．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、電極２３中におけるＷおよびＺｒＯ２の分散の均一性を向上することができる。その結果、電極２３全体において、抵抗率の増大抑制、および、基材との熱膨張係数差の低減を実現することができる。
上述のように、複合焼結体２０では、電極２３の抵抗率の増大を抑制しつつ、電極２３と基材との熱膨張係数の差を小さくして、基材のクラックや電極２３の剥離を抑制することができる。このため、複合焼結体２０は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材に適している。複合焼結体２０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。複合焼結体２０を用いて作成される半導体製造装置部材の好適な一例として、上述のサセプター１が挙げられる。サセプター１では、上述のように、本体部２１は円板状であり、本体部２１の主面に基板９が載置される。
Claims (12)
- 複合焼結体であって、
セラミックを主材料とする基材と、
前記基材の内部または表面に配置される電極と、
を備え、
前記電極は、
タングステンと、
酸化ジルコニウムと、
を含むことを特徴とする複合焼結体。 - 請求項１に記載の複合焼結体であって、
前記電極と前記基材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする複合焼結体。 - 請求項１または２に記載の複合焼結体であって、
前記電極の室温における抵抗率は、３．５×１０－５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする複合焼結体。 - 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、
前記電極において、Ｘ線回折法により得られる前記タングステンと前記酸化ジルコニウムとのメインピークの強度比は、０．９０以上かつ０．９６未満であることを特徴とする複合焼結体。 - 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、
前記電極における前記タングステンおよび前記酸化ジルコニウムの合計含有率は、１００体積％であることを特徴とする複合焼結体。 - 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、
前記酸化ジルコニウムの焼結粒径は、０．７μｍ以上かつ３．０μｍ以下であることを特徴とする複合焼結体。 - 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、
前記酸化ジルコニウムの焼結粒径と前記タングステンの焼結粒径との差の絶対値は、０．５μｍ以下であることを特徴とする複合焼結体。 - 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、
前記基材の主材料は酸化アルミニウムであり、
前記基材における前記酸化アルミニウムの含有率は９５質量％以上であることを特徴とする複合焼結体。 - 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８のいずれか１つに記載の複合焼結体を用いて作製され、
前記基材が円板状であり、前記基材の主面に半導体基板が載置されることを特徴とする半導体製造装置部材。 - 複合焼結体の製造方法であって、
ａ）セラミックを主材料とする成形体、仮焼体または焼結体である第１部材および第２部材を準備する工程と、
ｂ）前記第１部材上に、タングステンおよび酸化ジルコニウムを含む電極または前記電極の前駆体を配置した後、前記第２部材を積層して積層体を形成する工程と、
ｃ）前記積層体をホットプレス焼成する工程と、
を備えることを特徴とする複合焼結体の製造方法。 - 請求項１０に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ｃ）工程の終了後における前記電極と前記第１部材および前記第２部材との熱膨張係数の差の絶対値は、４０℃以上かつ１０００℃以下の範囲において、０．５ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする複合焼結体の製造方法。 - 請求項１０または１１に記載の複合焼結体の製造方法であって、
前記ｃ）工程における焼成温度は、１５５０℃以上かつ１６５０℃以下であることを特徴とする複合焼結体の製造方法。
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