JP2883207B2 - Aluminum nitride sintered body and method for producing the same - Google Patents

Aluminum nitride sintered body and method for producing the same

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JP2883207B2
JP2883207B2 JP7520502A JP52050295A JP2883207B2 JP 2883207 B2 JP2883207 B2 JP 2883207B2 JP 7520502 A JP7520502 A JP 7520502A JP 52050295 A JP52050295 A JP 52050295A JP 2883207 B2 JP2883207 B2 JP 2883207B2
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aluminum nitride
nitride sintered
less
purity process
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淳司 左近
隆介 牛越
鍠一 梅本
小林  廣道
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NIPPON GAISHI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum nitride sintered body and a method for producing the same.

発明の背景 従来、エッチング装置、化学的気相成長装置等の半導
体装置においては、いわゆるステンレスヒーターや、間
接加熱方式のヒーターが一般的であった。しかし、これ
らの熱源を用いると、ハロゲン系腐食性ガスの作用によ
ってパーティクルが発生することがあり、また熱効率が
悪かった。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, in a semiconductor device such as an etching device and a chemical vapor deposition device, a so-called stainless steel heater or a heater of an indirect heating method has been generally used. However, when these heat sources are used, particles may be generated by the action of the halogen-based corrosive gas, and the heat efficiency is poor.

こうした問題を解決するため、本発明者は、緻密質セ
ラミックス基材の内部に、高融点金属からなるワイヤー
を埋設したセラミックスヒーターを提案した。このワイ
ヤーは、円盤状基材の内部で螺旋状に巻回されており、
かつこのワイヤーの両端に端子を接続する。こうしたセ
ラミックスヒーターは、特に半導体製造用として優れた
特性を有していることが判った。
In order to solve such a problem, the present inventors have proposed a ceramic heater in which a wire made of a high melting point metal is embedded in a dense ceramic base material. This wire is spirally wound inside the disc-shaped substrate,
In addition, terminals are connected to both ends of this wire. It has been found that such a ceramic heater has excellent characteristics especially for semiconductor production.

セラミックスヒーターの基体を構成するセラミックス
としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン等
の窒化物系セラミックスが好ましいと考えられている。
また、セラミックスヒーター上にサセプターを設置し、
このサセプターの上に半導体ウエハーを設置して、半導
体ウエハーを加熱する場合がある。
It is considered that as a ceramic constituting the base of the ceramic heater, a nitride ceramic such as silicon nitride, aluminum nitride, and sialon is preferable.
In addition, a susceptor is installed on the ceramic heater,
There is a case where a semiconductor wafer is placed on the susceptor and the semiconductor wafer is heated.

こうしたセラミックスヒーターやサセプターの基材と
しては、本発明者の研究によれば、窒化アルミニウムが
好ましい。なぜなら、特に半導体製造装置においては、
エッチングガスやクリーニングガスとして、CF3等のハ
ロゲン系腐食性ガスを多用するが、これらのハロゲン系
腐食性ガスに対する耐蝕性の点で、窒化アルミニウムが
きわめて高度の耐食性を有していることが確認されたか
らである。
As a base material of such a ceramic heater or susceptor, according to the study of the present inventors, aluminum nitride is preferable. Because, especially in semiconductor manufacturing equipment,
As an etching gas or a cleaning gas, but intensive halogen-based corrosive gas such as CF 3, in terms of corrosion resistance to these halogen-based corrosive gas, confirmed that the aluminum nitride has an extremely high degree of corrosion resistance Because it was done.

一方、こうしたヒーター、サセプターとして使用され
る基材は、黒色であることが望まれる。黒色の基材の方
が、白色の基材よりも輻射熱量が多く、加熱特性が優れ
ているからである。
On the other hand, the substrate used as such a heater or susceptor is desired to be black. This is because a black base material has a larger amount of radiant heat and a better heating characteristic than a white base material.

しかし、窒化アルミニウム焼結体自体は、一般的に白
色又は灰白色を呈するので、輻射特性が劣っている。こ
のため、窒化アルミニウム焼結体を黒色にするために、
原料粉末中に適切な金属元素を添加し、これを焼成し
て、黒色の窒化アルミニウム焼結体を製造している(特
公平5−64697号公報参照)。この添加物としては、タ
ングステン、酸化チタン、ニッケル、パラジウム等が知
られている。
However, the aluminum nitride sintered body itself generally has a white or grayish white color, and thus has poor radiation characteristics. Therefore, in order to make the aluminum nitride sintered body black,
A suitable metal element is added to the raw material powder, and this is fired to produce a black aluminum nitride sintered body (see Japanese Patent Publication No. 5-64697). As this additive, tungsten, titanium oxide, nickel, palladium and the like are known.

しかし、このように金属元素を黒色化剤として窒化ア
ルミニウム焼結体中に添加すると、この添加物の影響に
より、窒化アルミニウム焼結体中の不純物の含有量が大
きくなる。特に、半導体製造プロセスにおいては、窒化
アルミニウム焼結体中に、Ia族元素、IIa族元素、遷移
金属元素が存在していると、たとえその存在量が微量で
あっても、半導体ウエハーや装置自体に対して、重大な
悪影響を与えうる。例えば、半導体の欠陥等の原因とな
りうる。
However, when the metal element is added to the aluminum nitride sintered body as a blackening agent in this way, the content of impurities in the aluminum nitride sintered body increases due to the effect of the additive. In particular, in the semiconductor manufacturing process, if a group Ia element, a group IIa element, and a transition metal element are present in the aluminum nitride sintered body, even if the abundance is very small, the semiconductor wafer or the device itself may be used. Can have serious adverse effects. For example, it may cause a defect of a semiconductor.

発明の開示 本発明は、アルミニウムを除く金属元素の含有量がい
ずれも100ppm以下であり、かつJIS Z 8721に規定する明
度がN4以下の黒色を呈していることを特徴とする、窒化
アルミニウム焼結体に係るものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is characterized in that the content of each of the metal elements excluding aluminum is 100 ppm or less, and the brightness specified in JIS Z 8721 is black, which is N4 or less. It concerns the body.

また、本発明は、還元窒化法により得られた窒化アル
ミニウム粉末を、1800℃以上の温度、120kg/cm2以上の
圧力で焼結させることを特徴とする、窒化アルミニウム
焼結体の製造方法に係るものである。
Further, the present invention provides a method for producing an aluminum nitride sintered body, characterized in that the aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method is sintered at a temperature of 1800 ° C. or more and a pressure of 120 kg / cm 2 or more. It is related.

また、本発明は、アルミニウムを除く金属元素の含有
量がいずれも100ppm以下である窒化アルミニウム粉末を
焼結させて焼結体を得るのに際し、この焼結体の相対密
度を99.3%以上とし、前記焼結体を構成する結晶粒子の
平均粒径を4.0μm以下、0.6μm以上とすることを特徴
とする、窒化アルミニウム焼結体の製造方法に係るもの
である。
Further, the present invention, when sintering aluminum nitride powder having a content of metal elements other than aluminum is 100 ppm or less to obtain a sintered body, the relative density of the sintered body is 99.3% or more, The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body, characterized in that the average particle diameter of crystal grains constituting the sintered body is 4.0 μm or less and 0.6 μm or more.

本発明者は、窒化アルミニウム焼結体を研究する過程
で、アルミニウム以外には焼結助剤等の金属元素をほと
んど含有しておらず、しかも、JIS Z 8721に規定する明
度がN4以下の黒色を呈する、きわめて明度の低い黒灰色
ないし黒褐色の窒化アルミニウム焼結体を提供すること
に成功した。
The present inventor, in the course of researching aluminum nitride sintered body, hardly contains metal elements such as sintering aids other than aluminum, and the brightness specified in JIS Z 8721 is N4 or less black The present invention succeeded in providing a black-gray or black-brown aluminum nitride sintered body having extremely low brightness, which exhibits the following characteristics.

こうした窒化アルミニウム焼結体によれば、JIS Z 87
21に規定する明度がN4以下の黒色を呈しているので、輻
射熱量が大きく、加熱特性が優れている。従って、セラ
ミックスヒーター、サセプター等の発熱材を構成する基
材として、最適である。しかも、アルミニウムを除く金
属元素の含有量がいずれも100ppm以下であるので、汚染
を起こすおそれがない。特に、半導体製造プロセスにお
いて、半導体ウエハーや装置自体に対して悪影響を与え
るおそれがない。
According to such an aluminum nitride sintered body, JIS Z 87
Since the brightness specified in 21 is black with N4 or less, the amount of radiant heat is large and the heating characteristics are excellent. Therefore, it is most suitable as a base material constituting a heating material such as a ceramic heater and a susceptor. In addition, since the content of each of the metal elements except aluminum is 100 ppm or less, there is no possibility of causing contamination. In particular, in the semiconductor manufacturing process, there is no possibility that the semiconductor wafer or the device itself will be adversely affected.

しかも、窒化アルミニウム焼結体においては、その表
面に不可避的に色ムラが発生するのであるが、本発明の
窒化アルミニウム焼結体の表面では、この色ムラがほと
んど目立つことはなく、窒化アルミニウム焼結体の外観
がきわめて良好となることがわかった。
Moreover, in the surface of the aluminum nitride sintered body, color unevenness inevitably occurs. However, on the surface of the aluminum nitride sintered body of the present invention, the color unevenness is hardly conspicuous, It was found that the appearance of the aggregate was extremely good.

窒化アルミニウム焼結体が、JIS Z 8721に規定する明
度がN3以下の黒色を呈していることが、更に好ましい。
It is further preferable that the aluminum nitride sintered body has a black color having a brightness defined by JIS Z 8721 of N3 or less.

ここで、「アルミニウム以外の金属元素」とは、周期
律表のIa〜VIIa、VIII、Ib、IIb及びIIIb、IVbの一部
(Al、Si、Ga、Ge等)をいう。
Here, "metal elements other than aluminum" refers to a part (Al, Si, Ga, Ge, etc.) of Ia to VIIa, VIII, Ib, IIb and IIIb, IVb of the periodic table.

ここで、明度(lightness)について説明する。物体
の表面色は、色知覚の3属性である色相、明度および彩
度によって表示されている。このうち明度とは、物体表
面の反射率が大きいか、小さいかを判定する視覚の属性
を示す尺度である。これらの3属性の尺度の表示方法
は、JIS Z 8721に規定されている。明度Vは、無彩色を
基準としており、理想的な黒の明度を0とし、理想的な
白の明度を10とし、理想的な黒と理想的な白との間で、
その色の明るさの知覚が等歩度となるように10分割し、
N0〜N10の記号で表示する。実際の焼結体の明度を測定
する際には、N0〜N10に対応する各標準色票と、焼結体
の表面色とを比較し、焼結体の明度を決定する。この
際、原則として小数点一位まで明度を決定し、かつ小数
点一位の値は0または5とする。
Here, the lightness will be described. The surface color of the object is represented by three attributes of color perception, hue, lightness, and saturation. The lightness is a scale indicating a visual attribute for determining whether the reflectance of the object surface is large or small. The method of displaying these three attribute scales is defined in JIS Z 8721. The lightness V is based on an achromatic color. The ideal lightness of black is set to 0, the lightness of ideal white is set to 10, and between ideal black and ideal white,
Divide into 10 so that the perception of the brightness of the color is equal,
It is indicated by the symbols N0 to N10. When measuring the lightness of an actual sintered body, each standard color chart corresponding to N0 to N10 is compared with the surface color of the sintered body to determine the lightness of the sintered body. At this time, the brightness is determined to one decimal place in principle, and the value of one decimal place is set to 0 or 5.

更に具体的には、本発明者は、還元窒化法により得ら
れた窒化アルミニウム粉末を、1800℃以上の温度でホッ
トプレス焼結することにより、上記の窒化アルミニウム
焼結体を得ることに成功した。
More specifically, the present inventors succeeded in obtaining the aluminum nitride sintered body by hot-press sintering the aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method at a temperature of 1800 ° C. or higher. .

しかも、本発明者は、このホットプレス焼結の条件を
詳細に検討した結果、高純度窒化アルミニウム粉末を原
料として使用した焼結体においては従来ない、明度N4以
下の窒化アルミニウム焼結体を製造するためには、ホッ
トプレス時の圧力を120kg/cm2以上とする必要があるこ
とを見いだした。即ち、こうした条件下において、相対
密度99.3%以上、明度N4以下の高純度窒化アルミニウム
焼結体を製造することに成功した。
In addition, the present inventor has examined the conditions of the hot press sintering in detail, and has found that a sintered body using a high-purity aluminum nitride powder as a raw material, an aluminum nitride sintered body having a brightness of N4 or less, has never been produced. To do so, it was found that the pressure during hot pressing had to be 120 kg / cm 2 or more. That is, under these conditions, a high-purity aluminum nitride sintered body having a relative density of 99.3% or more and a lightness of N4 or less was successfully manufactured.

ここで、窒化アルミニウム焼結体の相対密度とは、
〔相対密度=嵩密度/理論密度〕の式によって定義され
る値であり、その単位は「%」である。
Here, the relative density of the aluminum nitride sintered body is
It is a value defined by the formula [relative density = bulk density / theoretical density], and its unit is “%”.

また、窒化アルミニウム焼結体の原料粉末の製造方法
としては、還元窒化法と直接窒化法とが知られている。
各方法で採用する化学式を、以下に列挙する。
As a method for producing a raw material powder of an aluminum nitride sintered body, a reduction nitriding method and a direct nitriding method are known.
The chemical formulas used in each method are listed below.

還元窒化法:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO 直接窒化法:Al(C2H5)3+NH3→AlN+3C2H6(気相法) 2Al+N2→2AlN 更に、本発明者は、明度が4以下である窒化アルミニ
ウム焼結体の組織を検討したところ、窒化アルミニウム
焼結体を構成する結晶粒子の粒径の大きさが重要である
ことを発見した。即ち、この平均粒径が4.0μmを越え
ると、窒化アルミニウム焼結体の明度が上昇してくるこ
とが判明した。特に、窒化アルミニウム焼結体の相対密
度が99.3%以上の緻密な焼結体において、上記の平均粒
径が4.0μmを越えると、その明度が4を越えてくるこ
とが判明した。
Reduction nitridation method: Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO Direct nitridation method: Al (C 2 H 5 ) 3 + NH 3 → AlN + 3C 2 H 6 (vapor phase method) 2Al + N 2 → 2AlN Examination of the structure of the following aluminum nitride sintered body revealed that the size of the crystal grains constituting the aluminum nitride sintered body was important. That is, it has been found that when the average particle size exceeds 4.0 μm, the brightness of the aluminum nitride sintered body increases. In particular, it has been found that in a dense sintered body in which the relative density of the aluminum nitride sintered body is 99.3% or more, when the above average particle size exceeds 4.0 μm, the lightness exceeds 4.

更に、この観点から、窒化アルミニウム焼結体を構成
する結晶粒子の平均粒径を3.0μm以下とすることが、
一層好ましい。
Further, from this viewpoint, the average particle size of the crystal particles constituting the aluminum nitride sintered body is set to 3.0 μm or less,
More preferred.

還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末を焼
結させる際の温度は、1800℃以上とする。本発明のよう
に、焼結体内において、アルミニウム以外の金属元素が
100ppm以下である条件下では、Y2O3等の金属酸化物から
なる焼結助剤を有効量使用できないことになる。従っ
て、焼結体の緻密化が進行しにくいので、上記の焼成温
度が1800℃よりも低いと、焼結体の相対密度を上記のよ
うに大きくすることは、ホットプレス法のような加圧条
件下においても困難であった。
The temperature at which the aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method is sintered is set to 1800 ° C. or higher. As in the present invention, in the sintered body, metal elements other than aluminum
Under the condition of 100 ppm or less, an effective amount of a sintering aid composed of a metal oxide such as Y 2 O 3 cannot be used. Therefore, since the densification of the sintered body does not easily progress, if the above sintering temperature is lower than 1800 ° C., increasing the relative density of the sintered body as described above is performed by pressing such as hot pressing. It was difficult under the conditions.

また、この焼成温度は、2000℃以下とすることが好ま
しい。この焼成温度が2000℃を越えると、過焼結によっ
て焼結体の相対密度がかえって低下してくる傾向がある
し、焼結体内で粒子の成長が進行してその平均粒径が増
大してくるからである。
Further, the firing temperature is preferably set to 2000 ° C. or lower. When the sintering temperature exceeds 2000 ° C., the relative density of the sintered body tends to decrease due to oversintering, and the growth of particles in the sintered body increases, and the average particle size increases. Because it comes.

更に、この焼成温度を1950℃以下とすると、通常の焼
結装置の能力で成形体を容易に加熱できるので、生産上
の観点からは好ましい。一方、この焼成温度を1850℃以
上とすると、ホットプレスのような加圧条件下において
も、窒化アルミニウム焼結体の相対密度を99.7%以上と
することができ、窒化アルミニウム焼結体の明度をN3以
下とすることができた。
Further, setting the firing temperature to 1950 ° C. or lower is preferable from the viewpoint of production because the formed body can be easily heated with the ability of a normal sintering apparatus. On the other hand, when the firing temperature is 1850 ° C. or higher, the relative density of the aluminum nitride sintered body can be 99.7% or more even under pressure conditions such as hot pressing, and the brightness of the aluminum nitride sintered body can be increased. N3 or less.

還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末を焼
結させる際の保持時間は、焼結体の黒色度を高くするた
めには、2時間以上とすることが好ましい。しかし、上
記した焼成温度および圧力の範囲内では、5時間を越え
て焼結をさせると、焼結体の内部で粒子の成長が進行し
すぎる傾向があったので、この焼結時の保持時間は5時
間以下とすることが好ましい。
The holding time when sintering the aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method is preferably at least 2 hours in order to increase the blackness of the sintered body. However, if the sintering is performed for more than 5 hours within the above-described range of the sintering temperature and pressure, the particles tend to grow excessively inside the sintered body. Is preferably 5 hours or less.

更に、本発明者は、還元窒化法によって製造した窒化
アルミニウム粉末について、ホットアイソスタティック
プレス法を使用した場合でも、前述した温度および圧力
と同じ温度及び圧力条件下であれば、相対密度99.3%以
上、明度N4以下の高純度窒化アルミニウム焼結体を製造
できることを確認した。
Furthermore, the present inventor has found that the relative density of the aluminum nitride powder produced by the reduction nitriding method is 99.3% or more under the same temperature and pressure conditions as those described above even when the hot isostatic pressing method is used. It was confirmed that a high-purity aluminum nitride sintered body having a brightness of N4 or less can be manufactured.

また、非酸化性雰囲気下に窒化アルミニウム粉末を焼
結すると、黒色度の高い窒化アルミニウム焼結体を容易
に製造できることを発見した。非酸化性雰囲気として
は、窒素等の不活性ガス雰囲気が特に好ましい。更に、
窒化アルミニウム粉末を予備成形した後、この予備成形
体をホットプレス焼結またはホットアイソスタティック
プレス焼結させることが、好ましい。
Further, they have found that when aluminum nitride powder is sintered in a non-oxidizing atmosphere, an aluminum nitride sintered body having a high degree of blackness can be easily produced. As the non-oxidizing atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen is particularly preferable. Furthermore,
After preforming the aluminum nitride powder, it is preferable to perform hot press sintering or hot isostatic press sintering of the preformed body.

還元窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末を、
焼結させる際の圧力は、実際の装置の能力から見ると、
0.5ton/cm2以下とすることが好ましい。
The aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method is
The pressure at the time of sintering, from the viewpoint of the capacity of the actual equipment,
It is preferable to be 0.5 ton / cm 2 or less.

また、上記した温度条件及び圧力条件下においても、
高純度の窒化アルミニウム粉末が、直接窒化法による粉
末であった場合には,相対密度97%程度で明度の高い焼
結体しか得られなかった。しかし、これは直接窒化法に
よる原料粉末が、焼結助剤なしでは焼結しにくいことに
起因すると考えられる。
Also, under the above-mentioned temperature conditions and pressure conditions,
When the high-purity aluminum nitride powder was a powder obtained by a direct nitriding method, only a sintered body having a relative density of about 97% and a high brightness was obtained. However, this is considered to be due to the fact that the raw material powder obtained by the direct nitriding method does not easily sinter without a sintering aid.

また、この場合、焼結助剤であるY2O3を添加した窒化
アルミニウム粉末を使用すると、たとえ焼結体の相対密
度が99.4%以上となっても、たかだか明度5.5以上の焼
結体しか製造することができなかった。これは、原料粉
末が、還元窒化法による場合も、直接窒化法による場合
も、同様であった。即ち、アルミニウムを除く金属元素
の含有量がいずれも100ppm以下である高純度窒化アルミ
ニウム粉末を使用することが必要条件であった。
Also, in this case, when aluminum nitride powder to which Y 2 O 3 as a sintering aid is added is used, even if the relative density of the sintered body is 99.4% or more, only the sintered body having a brightness of 5.5 or more can be obtained. Could not be manufactured. This was the same whether the raw material powder was obtained by the reduction nitriding method or the direct nitriding method. That is, it was a necessary condition to use a high-purity aluminum nitride powder in which the content of metal elements other than aluminum was 100 ppm or less.

本発明者は更に検討した結果、アルミニウムを除く金
属元素の含有量がいずれも100ppm以下である窒化アルミ
ニウム粉末を焼結させるのに際し、焼結体の相対密度が
99.3%以上となり、平均粒径が4.0μm以下となるよう
に焼結させれば、明度N4以下の窒化アルミニウム焼結体
を製造できることを確認した。更に、焼結体の相対密度
が99.7%以上となるように焼結させれば、明度N3以下の
窒化アルミニウム焼結体を製造できた。
The present inventor further studied, when sintering aluminum nitride powder having a content of metal elements other than aluminum of 100 ppm or less, relative density of the sintered body
It has been confirmed that an aluminum nitride sintered body having a lightness of N4 or less can be produced by sintering so that the average particle diameter becomes 99.3% or more and the average particle diameter becomes 4.0 μm or less. Furthermore, by sintering the sintered body so that the relative density of the sintered body was 99.7% or more, an aluminum nitride sintered body having a brightness of N3 or less could be manufactured.

この場合、直接窒化法によって製造した、アルミニウ
ムを除く金属元素の含有量がいずれも100ppm以下である
高純度窒化アルミニウム粉末を使用しても、同様の結果
が得られた。
In this case, similar results were obtained even when a high-purity aluminum nitride powder produced by a direct nitriding method and having a content of metal elements other than aluminum of 100 ppm or less was used.

窒化アルミニウム焼結体を構成する粒子の平均粒径
は、0.6μm以上とすることが好ましく、これが0.6μm
未満であると、焼結が不十分である。
The average particle diameter of the particles constituting the aluminum nitride sintered body is preferably 0.6 μm or more, which is 0.6 μm
If it is less than this, sintering is insufficient.

更に、窒化アルミニウム焼結体を構成する粒子の平均
粒径は、1.0μm以上、2.0μm以下とすることが好まし
く、これによって明度3以下の焼結体を得ることができ
た。
Further, the average particle diameter of the particles constituting the aluminum nitride sintered body is preferably 1.0 μm or more and 2.0 μm or less, whereby a sintered body having a brightness of 3 or less could be obtained.

本発明者は、窒化アルミニウム焼結体の相対密度を、
99.3%以上と非常に高くすることによって、焼結体の色
が急激に黒くなってくる理由について検討したが、これ
は焼結体中にある程度以上気孔が存在していると、可視
光がこの気孔と粒子との界面で乱反射するため、焼結体
が白っぽく見えるものと考えられる。また、焼結体を構
成する粒子の平均粒径を小さくすると、可視光が通過す
る粒界の数が増加する。むろん、焼結体の相対密度が高
いために気孔はほとんど存在しておらず、かつアルミニ
ウム以外の金属元素も微量であるために、各粒界の大き
さも小さいが、これらの粒界には、可視光を吸収するよ
うなエネルギー準位を有する欠陥が存在しており(例え
ば、酸素欠陥等)、粒子の平均粒径が小さくなり、粒界
数が多くなってくると、明度が低下してくるものと考え
られる。
The inventor has set the relative density of the aluminum nitride sintered body to:
By examining the reason why the color of the sintered body suddenly turns black by making it extremely high at 99.3% or more, the reason is that if there is a certain amount of pores in the sintered body, It is considered that the sintered body looks whitish due to irregular reflection at the interface between the pores and the particles. Further, when the average particle size of the particles constituting the sintered body is reduced, the number of grain boundaries through which visible light passes increases. Needless to say, pores hardly exist due to the relative density of the sintered body being high, and the amount of metal elements other than aluminum is also small, so the size of each grain boundary is also small, but these grain boundaries have When there is a defect having an energy level that absorbs visible light (for example, oxygen defect or the like), the average particle size of the particle decreases, and the number of grain boundaries increases, the brightness decreases. It is thought to come.

本発明の窒化アルミニウム焼結体によれば、輻射熱量
が大きく、加熱特性が優れている。従って、セラミック
スヒーター、サセプター等の加熱用部材の基材として、
好適である。アルミニウムを除く金属元素の含有量がい
ずれも100ppm以下であるので、汚染を起こすおそれが少
ない。従って、アルミニウム以外の金属元素(特に、Ia
族元素、IIa族元素および遷移金属元素)による影響を
抑制すべき高純度プロセス用の材料として最適である。
特に、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハーや
装置自体に対して、重大な悪影響を与えるおそれがな
い。半導体製造プロセスにおいてハロゲン系腐食性ガス
への暴露に対する耐久性も高い。
According to the aluminum nitride sintered body of the present invention, the amount of radiant heat is large and the heating characteristics are excellent. Therefore, as a base material for heating members such as ceramic heaters and susceptors,
It is suitable. Since the contents of all metal elements except aluminum are 100 ppm or less, there is little risk of contamination. Therefore, metal elements other than aluminum (in particular, Ia
It is most suitable as a material for high-purity processes in which the effects of group elements, group IIa elements and transition metal elements) should be suppressed.
In particular, in the semiconductor manufacturing process, there is no possibility that the semiconductor wafer or the device itself is seriously affected. In the semiconductor manufacturing process, it has high durability against exposure to a halogen-based corrosive gas.

窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、特に、セラミ
ックスヒーター、サセプター等の加熱用部材としての用
途では、90W/m・K以上とすることが好ましい。
In particular, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is preferably 90 W / m · K or more for use as a heating member such as a ceramic heater or a susceptor.

図面の簡単な説明 図1は、高純度窒化アルミニウム焼結体の明度Nと相
対密度との関係を示すグラフである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the relationship between lightness N and relative density of a high-purity aluminum nitride sintered body.

発明を実施するための最良の形態 (比較例1〜3および実施例1) 本発明者は、実際に窒化アルミニウム焼結体を製造し
た。原料としては、前述した直接窒化法によって製造し
た窒化アルミニウム粉末を使用した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Comparative Examples 1 to 3 and Example 1) The inventor actually manufactured an aluminum nitride sintered body. As a raw material, an aluminum nitride powder produced by the above-described direct nitriding method was used.

表1に示す比較例1、2においては、イットリアを5
重量%含有する粉末を使用し、比較例3、実施例1にお
いては、イットリアを含有しない高純度窒化アルミニウ
ム粉末を使用した。
In Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1, yttria was 5
In Comparative Example 3 and Example 1, a high-purity aluminum nitride powder containing no yttria was used.

表1に示す比較例1、3においては、各原料粉末を一
軸加圧成形して予備成形体を製造し、これをホットプレ
ス焼成した。ホットプレス焼成する場合には、200kg/cm
2の圧力を加え、1900℃で2時間焼成した。実施例1に
おいては、前記予備成形体をホットプレス焼成する際、
400kgf/cm2の圧力を加え、1950℃で2時間焼成した。比
較例2においては、予備成形体を7tf/cm2の圧力でコー
ルドアイソスタティックプレスして成形体を得、この成
形体を窒化ホウ素製の匣鉢の中に収容し、1900℃で3時
間常圧焼成した。
In Comparative Examples 1 and 3 shown in Table 1, each raw material powder was uniaxially pressed to produce a preform, which was hot-pressed. 200kg / cm for hot press firing
A pressure of 2 was applied and firing was performed at 1900 ° C. for 2 hours. In Example 1, when hot-pressing the preform,
A pressure of 400 kgf / cm 2 was applied and firing was performed at 1950 ° C. for 2 hours. In Comparative Example 2, the preformed body was cold isostatically pressed at a pressure of 7 tf / cm 2 to obtain a formed body, and the formed body was housed in a sagger made of boron nitride and constantly kept at 1900 ° C. for 3 hours. Pressure firing was performed.

そして、各例の窒化アルミニウム焼結体について、焼
結体の色調、明度、嵩密度、相対密度、平均粒径、粒界
数、熱伝導率、赤外線透過率、不純物元素の含有量、主
成分の含有量を測定した。
Then, for the aluminum nitride sintered body of each example, the color tone, lightness, bulk density, relative density, average particle size, number of grain boundaries, thermal conductivity, infrared transmittance, content of impurity elements, main component of the sintered body Was measured.

ただし、焼結体の明度は前述のように測定した。焼結
体の嵩密度は、アルキメデス法によって測定した。焼結
体の理論密度は、原料粉末によって決定される。即ち、
Y2O3の添加量が5重量%である比較例1、2において
は、焼結体の理論密度は3.36g/ccであり、Y2O3の添加量
が0重量%である比較例3、実施例1においては、焼結
体の理論密度は3.26g/ccである。
However, the brightness of the sintered body was measured as described above. The bulk density of the sintered body was measured by the Archimedes method. The theoretical density of the sintered body is determined by the raw material powder. That is,
In Comparative Examples 1 and 2 in which the added amount of Y 2 O 3 was 5% by weight, the theoretical density of the sintered body was 3.36 g / cc, and Comparative Example in which the added amount of Y 2 O 3 was 0% by weight. 3. In Example 1, the theoretical density of the sintered body is 3.26 g / cc.

焼結体を構成する粒子の平均粒径および粒界数は、AS
TM E112−85に従って実施した。即ち、各例の焼結体を
加工して、縦4mm、横3mm、長さ40mmの直方体形状の試料
を作成し、各試料について、温度1300℃、窒素雰囲気下
で四点曲げ強度試験を行った。粒界が破壊した破壊面を
走査型電子顕微鏡で観察し、この走査型電子顕微鏡写真
を画像解析し、平均粒径と粒界数とを求めた。即ち、30
×30μmの領域を1つの観察視野とし、10箇所以上の観
察視野を測定して、各観察視野における各平均粒径の平
均値を求めた。また、長さ30μmの直線上に存在する粒
界数を測定し、粒界数として表示した。
The average particle size and the number of grain boundaries of the particles constituting the sintered body are AS
Performed according to TM E112-85. That is, the sintered body of each example was processed to prepare a rectangular parallelepiped sample having a length of 4 mm, a width of 3 mm, and a length of 40 mm. Was. The fracture surface where the grain boundary was broken was observed with a scanning electron microscope, and the scanning electron micrograph was image-analyzed to determine the average grain size and the number of grain boundaries. That is, 30
A region of × 30 μm was defined as one observation visual field, and 10 or more observation visual fields were measured, and the average value of each average particle size in each observation visual field was determined. Further, the number of grain boundaries existing on a straight line having a length of 30 μm was measured and displayed as the number of grain boundaries.

また、赤外線透過率を測定する際には、測定試料の厚
さを300μmとし、波長を5〜6μmとし、IR−810型赤
外分光光度計を使用した。これは、TFD電気的直接比法
によるものであり、光学系としては、ダブルビームフィ
ルター及びグレーティング分光器を使用している。これ
らの測定結果を表1に示す。
When measuring the infrared transmittance, the thickness of the measurement sample was 300 μm, the wavelength was 5 to 6 μm, and an IR-810 infrared spectrophotometer was used. This is based on the TFD electrical direct ratio method, and uses a double beam filter and a grating spectroscope as an optical system. Table 1 shows the measurement results.

表1から判るように、直接窒化法による窒化アルミニ
ウム粉末を使用した場合には、焼結体の色調が灰色、淡
褐色、白色であり、明度が高い。従って、輻射特性が劣
っている。特に、比較例1では、イットリアを5重量%
含有する粉末を、200kgf/cm2、1900℃の条件でホットプ
レス焼結をしているが、直接窒化法によるのにもかかわ
らず、相対密度が99.4%にまで上昇している。これは、
イットリアの焼結促進作用によるものである。しかし、
明度はN6にしかならない。これは、焼結助剤の作用によ
るものと思われる。
As can be seen from Table 1, when the aluminum nitride powder obtained by the direct nitriding method is used, the color tone of the sintered body is gray, light brown, white, and the brightness is high. Therefore, the radiation characteristics are inferior. In particular, in Comparative Example 1, 5% by weight of yttria was used.
The powder contained is subjected to hot press sintering at 200 kgf / cm 2 and 1900 ° C., but the relative density has increased to 99.4% despite the direct nitriding method. this is,
This is due to the sintering promoting action of yttria. But,
The brightness is only N6. This seems to be due to the action of the sintering aid.

比較例2では、コールドアイソスタティックプレス法
によって成形体を作成しているが、相対密度は98.2%で
あり、明度は未だ大きい。
In Comparative Example 2, the compact was produced by the cold isostatic pressing method, but the relative density was 98.2% and the lightness was still large.

比較例3では、直接窒化法による高純度窒化アルミニ
ウム粉末を、200kgf/cm2、1900℃の条件でホットプレス
焼結をしているが、相対密度は97.0%にしかならず、白
色のものしか得られなかった。こうした粉末では、更に
高い圧力が必要である。
In Comparative Example 3, high-purity aluminum nitride powder obtained by direct nitriding was hot-press sintered at 200 kgf / cm 2 and 1900 ° C., but the relative density was only 97.0% and only a white powder was obtained. Did not. Such powders require even higher pressures.

実施例1では、直接窒化法による粉末を使用し、かつ
焼結助剤を含有させていないが、ホットプレス時の圧力
を400kg/cm2と大きくすることによって、粒子の成長を
抑制しつつ、99.4%の相対密度となるまで緻密化を促進
させることに成功した。この結果、N3.5の明度を有する
黒灰色の焼結体を得ることに成功した。
In Example 1, although the powder obtained by the direct nitriding method was used and did not contain a sintering aid, the pressure during hot pressing was increased to 400 kg / cm 2 to suppress the growth of particles, We succeeded in accelerating densification to a relative density of 99.4%. As a result, a black-gray sintered body having a brightness of N3.5 was successfully obtained.

(比較例4〜6) 比較例1〜3と同様にして窒化アルミニウム焼結体を
製造した。原料としては、前述した還元窒化法によって
製造した窒化アルミニウム粉末を使用した。
(Comparative Examples 4 to 6) An aluminum nitride sintered body was manufactured in the same manner as in Comparative Examples 1 to 3. As a raw material, an aluminum nitride powder produced by the above-described reduction nitriding method was used.

表2に示す比較例4、5においては、イットリアを3
重量%含有する粉末を使用し、比較例6においては、イ
ットリアを含有しない高純度窒化アルミニウム粉末を使
用した。
In Comparative Examples 4 and 5 shown in Table 2, the yttria was 3
In Comparative Example 6, a high-purity aluminum nitride powder containing no yttria was used.

比較例4においては、原料粉末を一軸加圧成形して予
備成形体を製造し、これをホットプレス焼成した。ホッ
トプレス焼成する場合には、200kgf/cm2の圧力を加え、
1900℃で2時間焼成した。比較例5、6においては、予
備成形体を7tf/cm2の圧力でコールドアイソスタティッ
クプレスして成形体を得、この成形体を窒化ホウ素製の
匣鉢の中に収容し、1900℃で3時間常圧焼成した。
In Comparative Example 4, a raw material powder was uniaxially pressed to produce a preform, which was then hot-pressed. When hot pressing sintering, a pressure of 200 kgf / cm 2,
It was baked at 1900 ° C. for 2 hours. In Comparative Examples 5 and 6, the preformed body was cold isostatically pressed at a pressure of 7 tf / cm 2 to obtain a formed body. The formed body was housed in a sagger made of boron nitride and heated at 1900 ° C. for 3 hours. It was calcined at normal pressure for hours.

そして、各例の窒化アルミニウム焼結体について、前
記と同様の測定を実施した。これらの測定結果を表2に
示す。ただし、Y2O3の添加量が3重量%である比較例
4、5においては、焼結体の理論密度は3.29g/cであ
る。
Then, the same measurement as described above was performed on the aluminum nitride sintered bodies of the respective examples. Table 2 shows the measurement results. However, in Comparative Examples 4 and 5 in which the addition amount of Y 2 O 3 was 3% by weight, the theoretical density of the sintered body was 3.29 g / c.

表2から判るように、比較例4では、イットリアを3
重量%含有した原料粉末を使用しており、200kgf/cm2
1900℃の条件でホットプレス焼結をしており、焼結体の
相対密度が99.4%である。従って、イットリアを含有す
る窒化アルミニウム粉末については、直接窒化法の場合
も、還元窒化法の場合も、焼結体の相対密度に変化がな
い。しかし、比較例4でも、焼結体の明度は5.5であ
り、色調は灰色である。
As can be seen from Table 2, in Comparative Example 4, the yttria was 3
Using raw material powder containing 200% by weight, 200kgf / cm 2 ,
Hot press sintering is performed at 1900 ° C, and the relative density of the sintered body is 99.4%. Therefore, as for the aluminum nitride powder containing yttria, there is no change in the relative density of the sintered body in the case of the direct nitriding method and the case of the reduction nitriding method. However, also in Comparative Example 4, the brightness of the sintered body was 5.5 and the color tone was gray.

比較例5では、イットリアを3重量%含有した原料粉
末を常圧焼成しているが、相対密度は98.8%であり、明
度も高い。
In Comparative Example 5, the raw material powder containing 3% by weight of yttria was fired at normal pressure, but the relative density was 98.8% and the brightness was high.

比較例6では、イットリア等の添加剤を加えず、不純
物の量の少ない高純度の窒化アルミニウム粉末を使用し
ているが、常圧焼成した場合には、相対密度の低いもの
しか得られず、また白色の焼結体しか得られなかった。
In Comparative Example 6, a high-purity aluminum nitride powder with a small amount of impurities was used without adding an additive such as yttria, but when fired under normal pressure, only a material having a low relative density was obtained. Also, only a white sintered body was obtained.

(比較例7〜9) 比較例1〜3と同様にして窒化アルミニウム焼結体を
製造した。原料としては、前述した還元窒化法によって
製造した、イットリアを含有しない高純度窒化アルミニ
ウム粉末を使用し、この原料粉末を一軸加圧成形して予
備成形体を製造し、これを窒素雰囲気下で、ホットプレ
ス焼成した。
(Comparative Examples 7 to 9) Aluminum nitride sintered bodies were manufactured in the same manner as Comparative Examples 1 to 3. As a raw material, a high-purity aluminum nitride powder containing no yttria, produced by the above-described reduction nitriding method, is used, and the raw material powder is uniaxially pressed to produce a preform, which is then placed under a nitrogen atmosphere. Hot press firing.

ホットプレス焼成する場合には、比較例7では、50kg
f/cm2の圧力を加え、1900℃で2時間焼成した。比較例
9では、100kgf/cm2の圧力を加え、1900℃で2時間焼成
した。比較例9では、100kgf/cm2の圧力を加え、1900℃
で2時間焼成した。
In the case of hot press firing, in Comparative Example 7, 50 kg
A pressure of f / cm 2 was applied and firing was performed at 1900 ° C. for 2 hours. In Comparative Example 9, a pressure of 100 kgf / cm 2 was applied and firing was performed at 1900 ° C. for 2 hours. In Comparative Example 9, a pressure of 100 kgf / cm 2 was applied, and 1900 ° C.
For 2 hours.

各例の窒化アルミニウム焼結体について、前記と同様
の測定を実施した。これらの測定結果を表3に示す。
The same measurement as described above was performed on the aluminum nitride sintered body of each example. Table 3 shows the measurement results.

比較例7では、圧力が50kg/cm2と低いために、焼結が
十分に進行せず、焼結体の相対密度が91.1%となり、焼
結体の色調が白色となったものであろう。
In Comparative Example 7, since the pressure was as low as 50 kg / cm 2 , sintering did not proceed sufficiently, the relative density of the sintered body was 91.1%, and the color tone of the sintered body would be white. .

比較例8では、圧力が100kg/cm2であり、温度が1800
℃であるが、やはり焼結が十分には進行せず、焼結体の
相対密度が96.3%となり、焼結体の色調が淡灰色となっ
たものであろう。
In Comparative Example 8, the pressure was 100 kg / cm 2 and the temperature was 1800
Although the temperature was in ° C, sintering did not proceed sufficiently, the relative density of the sintered body was 96.3%, and the color tone of the sintered body would be light gray.

比較例9では、圧力が100kg/cm2であり、温度が1900
℃に上昇しており、焼結体の相対密度が99.1%となり、
焼結体の色調が淡灰色となったものであろう。
In Comparative Example 9, the pressure was 100 kg / cm 2 and the temperature was 1900
° C, the relative density of the sintered body becomes 99.1%,
The color tone of the sintered body may be light gray.

(実施例2〜5) 比較例7〜9と同様にして窒化アルミニウム焼結体を
製造した。原料としては、前述した還元窒化法によって
製造した、イットリアを含有しない高純度窒化アルミニ
ウム粉末を使用し、この原料粉末を一軸加圧成形して予
備成形体を製造し、これを窒素雰囲気下でホットプレス
焼成した。ただし、焼成温度、保持時間、加圧力は、表
4に示すように変更した。
(Examples 2 to 5) An aluminum nitride sintered body was manufactured in the same manner as in Comparative Examples 7 to 9. As a raw material, a high-purity yttria-free aluminum nitride powder produced by the above-described reduction nitriding method is used, and the raw material powder is uniaxially pressed to produce a preform, which is then hot-pressed in a nitrogen atmosphere. Press firing. However, the firing temperature, the holding time, and the pressing force were changed as shown in Table 4.

各例の窒化アルミニウム焼結体について、前記と同様
の測定を実施した。これらの測定結果を表4に示す。ま
た、比較例7、8、9、実施例2、3について、各焼結
体の明度Nと相対密度との関係を、図1に示す。
The same measurement as described above was performed on the aluminum nitride sintered body of each example. Table 4 shows the measurement results. FIG. 1 shows the relationship between the brightness N and the relative density of each sintered body for Comparative Examples 7, 8, 9 and Examples 2 and 3.

表4に示すように、実施例2では、前述の窒化アルミ
ニウム原料粉末からなる成形体をホットプレスするのに
際して、1800℃、200kg/cm2の圧力で2時間焼成してい
るが、焼結体の明度はN3.5の黒灰色であり、相対密度が
99.4%であり、平均粒径が0.6μmであった。この条件
では十分に焼結が進行すると共に、1800℃の焼成温度と
しては比較的に圧力が大きく、粒子の成長が抑えられた
ものと考えられる。
As shown in Table 4, in Example 2, when the compact formed from the above-described aluminum nitride raw material powder was hot-pressed, the compact was fired at 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / cm 2 for 2 hours. Has a light gray of N3.5 and a relative density of
99.4%, and the average particle size was 0.6 μm. It is considered that sintering proceeded sufficiently under these conditions, and the pressure was relatively large as the sintering temperature of 1800 ° C., thereby suppressing the growth of particles.

実施例3では、1900℃、200kg/cm2の圧力で2時間焼
成しているが、焼結体の明度はN3の黒灰色であり、相対
密度が100%であり、平均粒径が1.1μmであった。この
条件では、実施例2と比較しても、更に焼結が進行し、
粒子の成長も若干見られているが、焼結体の明度は一層
低くなっている。
In Example 3, although sintering was performed at 1900 ° C. and a pressure of 200 kg / cm 2 for 2 hours, the brightness of the sintered body was black gray of N3, the relative density was 100%, and the average particle size was 1.1 μm. Met. Under these conditions, sintering further progressed as compared with Example 2,
Although some grain growth is observed, the brightness of the sintered body is much lower.

実施例4では、1900℃、120kg/cm2の圧力で2時間焼
成しているが、焼結体の明度はN3.5の黒灰色であり、相
対密度が99.4%であり、平均粒径が2.7μmであった。
この条件では、実施例3と比較すると、若干粒子の成長
が進行しているので、明度が若干上昇したものと考えら
れる。
In Example 4, although sintering was performed at 1900 ° C. and a pressure of 120 kg / cm 2 for 2 hours, the brightness of the sintered body was black gray of N3.5, the relative density was 99.4%, and the average particle size was 99.4%. It was 2.7 μm.
Under this condition, it is considered that the brightness slightly increased because the growth of the particles slightly progressed as compared with Example 3.

実施例5では、1950℃、150kg/cm2の圧力で2時間焼
成しているが、焼結体の明度はN3.5の黒灰色であり、相
対密度が99.7%であり、平均粒径が3.0μmであった。
この条件では、実施例3と比較すると、焼成温度が高
く、加圧力が低いので、粒子の成長が若干進行し易く、
明度が若干低くなっているものと考えられる。
In Example 5, although the sintered body was fired at 1950 ° C. and a pressure of 150 kg / cm 2 for 2 hours, the brightness of the sintered body was black gray of N3.5, the relative density was 99.7%, and the average particle size was 99.7%. 3.0 μm.
Under these conditions, the firing temperature is higher and the pressing force is lower than in Example 3, so that the growth of the particles slightly proceeds easily.
It is considered that the brightness was slightly lower.

また、実施例3では、焼結体の相対密度が100.0%で
あるが、赤外線透過率は26%であった。
Further, in Example 3, although the relative density of the sintered body was 100.0%, the infrared transmittance was 26%.

(実施例6、7および比較例10、11) 比較例7〜9と同様にして、実施例6、7および比較
例10の窒化アルミニウム焼結体を製造した。原料として
は、前述した還元窒化法によって製造した、イットリア
を含有しない高純度窒化アルミニウム粉末を使用し、こ
の原料粉末を一軸加圧成形して予備成形体を製造し、こ
れを窒素雰囲気下でホットプレス焼成した。ただし、焼
成温度、保持時間、加圧力は、表5に示すように変更し
た。比較例11においては、前述した実施例3の焼結体
を、更に、1950℃で2時間、窒素雰囲気下で熱処理し
て、焼結体を製造した。
(Examples 6 and 7 and Comparative Examples 10 and 11) The aluminum nitride sintered bodies of Examples 6 and 7 and Comparative Example 10 were manufactured in the same manner as Comparative Examples 7 to 9. As a raw material, a high-purity yttria-free aluminum nitride powder produced by the above-described reduction nitriding method is used, and the raw material powder is uniaxially pressed to produce a preform, which is then hot-pressed in a nitrogen atmosphere. Press firing. However, the firing temperature, the holding time, and the pressure were changed as shown in Table 5. In Comparative Example 11, the sintered body of Example 3 described above was further heat-treated at 1950 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to produce a sintered body.

各例の窒化アルミニウム焼結体について、前記と同様
の測定を実施した。これらの測定結果を表5に示す。
The same measurement as described above was performed on the aluminum nitride sintered body of each example. Table 5 shows the measurement results.

実施例6においては、焼成温度を1850℃とし、保持時
間は2時間とし、加圧力は120kg/cm2とした。この焼結
体の相対密度は99.3%であり、その明度はN4であった。
また、この焼結体の前記平均粒径を測定したところ、3.
1μmであった。
In Example 6, the firing temperature was 1850 ° C., the holding time was 2 hours, and the pressure was 120 kg / cm 2 . The relative density of this sintered body was 99.3%, and the brightness was N4.
When the average particle size of the sintered body was measured, 3.
It was 1 μm.

実施例7においては、焼成温度を1900℃とし、保持時
間は5時間とし、加圧力は200kg/cm2とした。この焼結
体の嵩密度は3.26g/cm2であり、実施例3と同じである
が、明度がN4に上昇した。また、この焼結体の前記平均
粒径を測定したところ、3.8μmであり、実施例3と比
較して粒子の成長が進行していることが判明した。この
粒子の成長によって、焼結体の明度が上昇してきたもの
と考えられる。
In Example 7, the firing temperature was 1900 ° C., the holding time was 5 hours, and the pressure was 200 kg / cm 2 . The bulk density of this sintered body was 3.26 g / cm 2 , the same as that of Example 3, but the brightness increased to N4. Further, when the average particle diameter of the sintered body was measured, it was 3.8 μm, and it was found that the particle growth was progressing as compared with Example 3. It is considered that the lightness of the sintered body increased due to the growth of the particles.

比較例10においては、1950℃の温度で、200kg/cm2
圧力で7時間焼成しているが、焼結体の明度はN5の灰色
であり、相対密度が99.1%であり、平均粒径が3.2μm
であった。この条件では、実施例3と比較すると、焼成
が進行しすぎており、この結果焼結体の明度が上昇して
いる。
In Comparative Example 10, the sintered body was fired at a temperature of 1950 ° C. at a pressure of 200 kg / cm 2 for 7 hours, and the brightness of the sintered body was gray of N5, the relative density was 99.1%, and the average particle diameter was 99.1%. Is 3.2 μm
Met. Under these conditions, as compared with Example 3, baking is progressing too much, and as a result, the brightness of the sintered body is increased.

比較例11においては、実施例3の焼結体を、更に、19
50℃で2時間、常圧で、窒素雰囲気下で熱処理した。こ
の結果、熱処理後の焼結体の嵩密度は3.26g/cm2であ
り、熱処理前と変化はなかったが、色調が灰色となり、
明度がN5に上昇した。また、この焼結体の前記平均粒径
を測定したところ、4.2μmであった。このように、常
圧で熱処理した場合も、熱処理が比較的に短時間である
場合には過焼結は生じていないが、粒子の成長が生じ、
このために焼結体の色調が灰色に変化した。
In Comparative Example 11, the sintered body of Example 3 was further
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 2 hours at normal pressure under a nitrogen atmosphere. As a result, the bulk density of the sintered body after the heat treatment was 3.26 g / cm 2 , which was the same as before the heat treatment, but the color tone became gray,
Brightness increased to N5. The average particle size of the sintered body was measured and found to be 4.2 μm. Thus, even when heat treatment is performed at normal pressure, if heat treatment is performed for a relatively short time, oversintering does not occur, but particle growth occurs,
As a result, the color tone of the sintered body changed to gray.

(ウエハーの加熱実験) 本発明の実施例3によって製造した窒化アルミニウム
焼結体によって、直径210mm、厚さ10mmのプレートを用
意し、このプレートを、赤外線ランプによる加熱機構を
備えた真空チャンバー内に設置した。このプレートの上
に直径8インチのシリコンウエハーを乗せ、プレートと
シリコンウエハーとの各温度を同時に測定するための熱
電対を取り付けた。この赤外線ランプとしては、500Wの
波長1μm前後に赤外線のピークを有するものを、アル
ミニウム製の反射板に20本取り付け、この反射板および
各ランプを真空チャンバーの外側に設置した。各赤外線
ランプより放射される赤外線は、直接に、または反射板
によって反射された後に、真空チャンバーに設けられた
円形の石英窓(直径250mm、厚さ5mm)を通過し、窒化ア
ルミニウムプレートに到達し、このプレートを加熱す
る。
(Wafer Heating Experiment) A plate having a diameter of 210 mm and a thickness of 10 mm was prepared from the aluminum nitride sintered body manufactured according to Example 3 of the present invention, and this plate was placed in a vacuum chamber equipped with a heating mechanism using an infrared lamp. installed. An 8-inch diameter silicon wafer was placed on the plate, and a thermocouple for simultaneously measuring the temperatures of the plate and the silicon wafer was attached. As the infrared lamps, 20 infrared lamps each having an infrared peak at a wavelength of about 1 μm of 500 W were mounted on an aluminum reflector, and the reflector and each lamp were installed outside the vacuum chamber. Infrared rays emitted from each infrared lamp pass directly or after being reflected by a reflector, pass through a circular quartz window (250 mm in diameter, 5 mm in thickness) provided in a vacuum chamber, and reach an aluminum nitride plate. Heat this plate.

この加熱装置において、各赤外線ランプを発熱させ、
室温から700℃まで11分間でプレートの温度を上昇さ
せ、700℃で1時間保持し、この後に赤外線ランプを停
止し、プレートを徐々に冷却させた。この結果、赤外線
ランプの消費電力は、最大8600Wであり、安定した温度
コントロールが可能であった。
In this heating device, each infrared lamp is heated,
The temperature of the plate was increased from room temperature to 700 ° C. for 11 minutes, and held at 700 ° C. for 1 hour, after which the infrared lamp was stopped and the plate was gradually cooled. As a result, the power consumption of the infrared lamp was a maximum of 8600 W, and stable temperature control was possible.

また、シリコンウエハーの温度を測定したところ、プ
レートの温度を700℃に保持しているときには、シリコ
ンウエハーの温度は611℃であった。
When the temperature of the silicon wafer was measured, the temperature of the silicon wafer was 611 ° C. when the temperature of the plate was maintained at 700 ° C.

また、実施例4、5の窒化アルミニウム焼結体につい
て同様の実験を行ったところ、上記と同様の結果を得
た。
Similar experiments were performed on the aluminum nitride sintered bodies of Examples 4 and 5, and the same results as described above were obtained.

次に、比較例1の窒化アルミニウム焼結体によってプ
レートを製造し、上記と同様の実験を行った。これは、
1900℃で焼成した、密度が99.4%の白色窒化アルミニウ
ム焼結体である。この際には、消費電力が最大10kWとな
り、温度上昇時間にも2分間程度の遅れが見られた。ま
た、上記のようにして、室温と700℃との間での温度上
昇および下降の熱サイクルを繰り返したところ、赤外線
ランプの断線が生じやすかった。
Next, a plate was manufactured using the aluminum nitride sintered body of Comparative Example 1, and the same experiment as above was performed. this is,
It is a white aluminum nitride sintered body fired at 1900 ° C and having a density of 99.4%. At this time, the power consumption reached a maximum of 10 kW, and the temperature rise time was delayed by about 2 minutes. Further, as described above, when the thermal cycle of increasing and decreasing the temperature between room temperature and 700 ° C. was repeated, disconnection of the infrared lamp was likely to occur.

また、シリコンウエハーの温度を測定したところ、プ
レートの温度を700℃に保持しているときには、シリコ
ンウエハーの温度は593℃であり、上記の本発明例と比
較すると、シリコンウエハーの温度も低下していること
が判明した。
When the temperature of the silicon wafer was measured, the temperature of the silicon wafer was 593 ° C. when the temperature of the plate was maintained at 700 ° C., and the temperature of the silicon wafer also decreased compared to the above-described present invention. Turned out to be.

以上の結果からわかるように、本発明に係る窒化アル
ミニウムは、白色の窒化アルミニウムと比較して、赤外
線の吸収能力が良好であり、安定しており、かつウエハ
ーを加熱するときの放射能力も優れている。
As can be seen from the above results, the aluminum nitride according to the present invention has a good infrared absorbing ability, is stable, and has excellent radiation ability when heating a wafer, as compared with white aluminum nitride. ing.

上記の記載においては、本発明を特定の好適例に関し
て説明したけれども、例示した特定の詳細は単に例示的
なものであり、本発明を、次の請求の範囲の真の精神及
び範囲から離れることなく、他の方法で実施できること
を理解するべきである。
In the foregoing description, the present invention has been described with reference to particular embodiments, but the specific details illustrated are merely exemplary and may depart from the true spirit and scope of the following claims. Rather, it should be understood that it can be implemented in other ways.

産業上の利用可能性 本発明の窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
は、セラミックスヒーター、サセプター等の加熱用部
材、特に半導体製造装置内に設置するための加熱用部材
(セラミックスヒーター、セラミックスサセプター、セ
ラミック静電チャック、高周波金属電極を内蔵したセラ
ミックスサセプター等)に対して好適に適用することが
できる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The aluminum nitride sintered body and the method of manufacturing the same according to the present invention provide a heating member such as a ceramic heater and a susceptor, in particular, a heating member (ceramic heater, ceramic susceptor, The present invention can be suitably applied to a ceramic electrostatic chuck, a ceramic susceptor having a built-in high-frequency metal electrode, and the like.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−223070(JP,A) 特開 昭63−85055(JP,A) 特開 昭60−239366(JP,A) 特開 平3−279264(JP,A) 特開 平6−16404(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/581 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-223070 (JP, A) JP-A-63-85055 (JP, A) JP-A-60-239366 (JP, A) 279264 (JP, A) JP-A-6-16404 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/581

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルミニウムを除く金属元素の含有量がい
ずれも100ppm以下であり、かつJIS Z 8721に規定する明
度がN4以下の黒色を呈していることを特徴とする、窒化
アルミニウム焼結体。
1. An aluminum nitride sintered body characterized in that the content of all metal elements except aluminum is 100 ppm or less, and the brightness specified in JIS Z 8721 is black, N4 or less.
【請求項2】窒化アルミニウム焼結体の相対密度が99.3
%以上である、請求項1記載の窒化アルミニウム焼結
体。
2. The aluminum nitride sintered body has a relative density of 99.3.
% Of the aluminum nitride sintered body according to claim 1.
【請求項3】前記窒化アルミニウム焼結体を構成する結
晶粒子の平均粒径が4.0μm以下、0.6μm以上であるこ
とを特徴とする、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 2, wherein the average particle diameter of crystal grains constituting said aluminum nitride sintered body is 4.0 μm or less and 0.6 μm or more.
【請求項4】前記窒化アルミニウム焼結体を構成する結
晶粒子の平均粒径が3.0μm以下であることを特徴とす
る、請求項3記載の窒化アルミニウム焼結体。
4. The aluminum nitride sintered body according to claim 3, wherein the average particle diameter of crystal grains constituting said aluminum nitride sintered body is 3.0 μm or less.
【請求項5】前記窒化アルミニウム焼結体を構成する結
晶粒子の平均粒径が2.0μm以下、1.0μm以上であるこ
とを特徴とする、請求項4記載の窒化アルミニウム焼結
体。
5. The aluminum nitride sintered body according to claim 4, wherein the average particle diameter of crystal grains constituting said aluminum nitride sintered body is 2.0 μm or less and 1.0 μm or more.
【請求項6】アルミニウム以外の金属元素による影響を
抑制すべき高純度プロセスのための高純度プロセス用部
材であって、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記
載の窒化アルミニウム焼結体が基材として使用されてい
ることを特徴とする、高純度プロセス用部材。
6. A high-purity process member for a high-purity process in which the influence of a metal element other than aluminum is to be suppressed, wherein the aluminum nitride sintered material according to any one of claims 1 to 5. A member for a high-purity process, wherein the body is used as a substrate.
【請求項7】Ia族元素、IIa族元素および遷移金属元素
による影響を防止すべき高純度プロセス用であることを
特徴とする、高純度プロセス用部材。
7. A high-purity process member characterized by being used for a high-purity process in which the effects of a group Ia element, a group IIa element and a transition metal element are to be prevented.
【請求項8】半導体製造装置内に設置するための高純度
プロセス用部材であることを特徴とする、請求項7記載
の高純度プロセス用部材。
8. The high-purity process member according to claim 7, wherein the high-purity process member is installed in a semiconductor manufacturing apparatus.
【請求項9】前記高純度プロセス用部材が、前記半導体
製造装置内においてハロゲン系腐食性ガスに対して暴露
されるものであることを特徴とする、請求項8記載の高
純度プロセス用部材。
9. The high-purity process member according to claim 8, wherein the high-purity process member is exposed to a halogen-based corrosive gas in the semiconductor manufacturing apparatus.
【請求項10】半導体ウエハーを設置し、加熱するため
のものであることを特徴とする、請求項8または9記載
の高純度プロセス用部材。
10. The high-purity process member according to claim 8, wherein the member is for installing and heating a semiconductor wafer.
【請求項11】前記高純度プロセス用部材が、前記基材
と、この基材の内部に埋設されている抵抗発熱体とを備
えているセラミックスヒーターであることを特徴とす
る、請求項10記載の加熱用部材。
11. The ceramic heater according to claim 10, wherein the high-purity process member is a ceramic heater including the base material and a resistance heating element embedded in the base material. Heating member.
【請求項12】前記高純度プロセス用部材が、半導体ウ
エハーを設置するためのサセプターであることを特徴と
する、請求項10記載の高純度プロセス用部材。
12. The high-purity processing member according to claim 10, wherein said high-purity processing member is a susceptor for installing a semiconductor wafer.
【請求項13】前記サセプターが、セラミックスヒータ
ーまたは赤外線ランプによって加熱されるサセプターで
あることを特徴とする、請求項12記載の高純度プロセス
用部材。
13. The high-purity process member according to claim 12, wherein said susceptor is a susceptor heated by a ceramic heater or an infrared lamp.
【請求項14】前記サセプターが、前記基材と、この基
材の内部に内蔵された高周波金属電極とを備えているサ
セプターであることを特徴とする、請求項12記載の高純
度プロセス用部材。
14. The member for a high-purity process according to claim 12, wherein the susceptor is a susceptor including the base material and a high-frequency metal electrode built in the base material. .
【請求項15】前記高純度プロセス用部材が、前記基材
と、この基材の内部に埋設されている静電チャック電極
とを備えているセラミック静電チャックであることを特
徴とする、請求項10記載の加熱用部材。
15. The high-purity process member is a ceramic electrostatic chuck comprising the base material and an electrostatic chuck electrode embedded inside the base material. Item 11. The heating member according to Item 10.
【請求項16】還元窒化法により得られた窒化アルミニ
ウム粉末を、1800℃以上の温度、120kg/cm2以上の圧力
で焼結させることを特徴とする、窒化アルミニウム焼結
体の製造方法。
16. A method for producing an aluminum nitride sintered body, comprising sintering aluminum nitride powder obtained by a reduction nitriding method at a temperature of 1800 ° C. or more and a pressure of 120 kg / cm 2 or more.
【請求項17】前記窒化アルミニウム粉末を2000℃以下
の温度で焼結させることを特徴とする、請求項16記載の
窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
17. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 16, wherein said aluminum nitride powder is sintered at a temperature of 2000 ° C. or less.
【請求項18】前記窒化アルミニウム粉末を200kg/cm2
以上の圧力で焼結させることを特徴とする、請求項16記
載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
18. The method according to claim 18, wherein the aluminum nitride powder is 200 kg / cm 2
17. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 16, wherein sintering is performed at the above pressure.
【請求項19】前記窒化アルミニウム粉末を2時間以
上、5時間以下焼結させることを特徴とする、請求項16
記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
19. The method according to claim 16, wherein the aluminum nitride powder is sintered for 2 hours or more and 5 hours or less.
A method for producing the aluminum nitride sintered body according to the above.
【請求項20】アルミニウムを除く金属元素の含有量が
いずれも100ppm以下である窒化アルミニウム粉末を焼結
させて焼結体を得るのに際し、この焼結体の相対密度を
99.3%以上とし、前記焼結体を構成する結晶粒子の平均
粒径を4.0μm以下、0.6μm以上とすることを特徴とす
る、窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
20. When sintering an aluminum nitride powder having a content of metal elements other than aluminum of 100 ppm or less to obtain a sintered body, the relative density of the sintered body is reduced.
A method for producing an aluminum nitride sintered body, wherein the average particle diameter of crystal grains forming the sintered body is 4.0 μm or less and 0.6 μm or more.
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KR101452245B1 (en) * 2012-08-29 2014-10-22 토토 가부시키가이샤 Electrostatic chuck

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KR101452245B1 (en) * 2012-08-29 2014-10-22 토토 가부시키가이샤 Electrostatic chuck
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