JP3040939B2 - Aluminum nitride and semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

Aluminum nitride and semiconductor manufacturing equipment

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JP3040939B2
JP3040939B2 JP7218257A JP21825795A JP3040939B2 JP 3040939 B2 JP3040939 B2 JP 3040939B2 JP 7218257 A JP7218257 A JP 7218257A JP 21825795 A JP21825795 A JP 21825795A JP 3040939 B2 JP3040939 B2 JP 3040939B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、窒化アルミニウム、およ
び窒化アルミニウムを基材として利用した半導体製造用
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to aluminum nitride and a semiconductor manufacturing apparatus using aluminum nitride as a base material.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。こうした問題を解決するため、本出
願人は、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開
示した(特開平3−261131号公報)。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。
2. Description of the Related Art In semiconductor devices such as an etching device and a chemical vapor deposition device, a so-called stainless steel heater and a heater of an indirect heating system are 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. In order to solve such a problem, the present applicant has disclosed a ceramic heater in which a wire made of a high melting point metal is embedded in a dense ceramic base material (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-261131). The wire is spirally wound inside the disc-shaped substrate, and terminals are connected to both ends of the wire. It has been found that such a ceramic heater has excellent characteristics especially for semiconductor production.

【0003】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。本出願人
は、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、窒化アルミニウムが好ましいことを開示した
(特開平5−101871号公報)。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、ClF3 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。
[0003] It is considered that nitride ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, and sialon are preferable as ceramics constituting the base of the ceramic heater. In some cases, a susceptor is installed on a ceramic heater, and a semiconductor wafer is installed on the susceptor to heat the semiconductor wafer. The present applicant has disclosed that aluminum nitride is preferable as the base material of such a ceramic heater or susceptor (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-101873). Particularly, in a semiconductor manufacturing apparatus, a halogen-based corrosive gas such as ClF 3 is frequently used as an etching gas or a cleaning gas.
In terms of corrosion resistance to these halogen-based corrosive gases,
This is because it has been confirmed that aluminum nitride has extremely high corrosion resistance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】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という特徴
がある。しかし、前記のようなヒーター、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。また、こうした種類の
製品においては、白色や灰色の基材を使用すると、製品
の表面に色ムラが出やすいという欠点があり、改善が要
求されていた。更に、顧客の嗜好という点で、白色や灰
色の基材よりも、黒色、黒褐色、黒灰色等の黒色度の高
い、明度の小さな基材が望まれている。しかも、白色や
灰色の基材は、輻射特性が劣っている。
The aluminum nitride sintered body itself is generally characterized by exhibiting white or grayish white. However, it is desired that the substrate used as the above-described heater or susceptor 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. In addition, in the case of such a type of product, when a white or gray base material is used, there is a disadvantage that color unevenness tends to occur on the surface of the product, and improvement has been demanded. Further, from the viewpoint of customer's preference, a base material having high blackness such as black, black-brown, or black-gray and having a low brightness is desired compared to a white or gray base material. Moreover, white or gray substrates have poor radiation characteristics.

【0005】窒化アルミニウム焼結体を黒色にするため
には、原料粉末中に適切な金属元素(黒色化剤)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
製造することが知られている(特公平5−64697号
公報)。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。
In order to make the aluminum nitride sintered body black, a suitable metal element (blackening agent) is added to the raw material powder, and the resultant is fired to produce a black aluminum nitride sintered body. Is known (Japanese Patent Publication No. 5-64697). As this additive, tungsten, titanium oxide, nickel, palladium and the like are known.

【0006】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、当然、窒化アルミニウム焼結体中の
金属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)。このため、上
記のような黒色化剤を添加することなく、窒化アルミニ
ウム焼結体の明度を小さくすることが求められている。
However, when the metal element is added to the aluminum nitride sintered body as a blackening agent as described above, the content of metal impurities in the aluminum nitride sintered body naturally increases due to the effect of the additive. . In particular, in a semiconductor manufacturing process, Ia is contained in an aluminum nitride sintered body.
The presence of a group III element, a group IIa element, or a transition metal element can have a serious adverse effect on a semiconductor wafer or the device itself (for example, a defect of a semiconductor) Which can cause Therefore, it is required to reduce the brightness of the aluminum nitride sintered body without adding the above-described blackening agent.

【0007】本発明の課題は、窒化アルミニウムに黒色
化剤のような金属化合物、特に重金属化合物を添加する
ことなく、窒化アルミニウムの明度を小さくし、その色
を黒色に近づけることである。また、本発明の課題は、
半導体製造装置において、こうした黒色の度合いの高い
基材を使用することによって、輻射効率の大きい、商品
価値の高い半導体製造用装置を提供することである。
An object of the present invention is to reduce the brightness of aluminum nitride and bring its color closer to black without adding a metal compound such as a blackening agent, particularly a heavy metal compound, to aluminum nitride. The object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing apparatus having high radiation efficiency and high commercial value by using such a base material having a high degree of black.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質の窒化
アルミニウムであって、アルミニウム以外の金属元素の
含有量が100ppm以下であり、窒化アルミニウムの
レーザーラマン分光測定スペクトルにおいて、133c
-1のピークの高さI(133)と、680cm-1のピ
ークの高さI(680)の比率I(133)/I(68
0)が0.4以上であり、JIS Z 8721に規定
する明度が4以下であることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a dense aluminum nitride having a content of metal elements other than aluminum of 100 ppm or less, and a laser Raman spectrum of aluminum nitride of 133 c.
The ratio I (133) / I (68) of the peak height I (133) of the peak at m −1 and the peak height I (680) of 680 cm −1.
0) is 0.4 or more, and the brightness defined in JIS Z 8721 is 4 or less.

【0009】また、本発明は、半導体製造用装置におい
て、上記の窒化アルミニウムを基材として使用すること
を特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the above-mentioned aluminum nitride is used as a base material in a semiconductor manufacturing apparatus.

【0010】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、黒色化
材等の金属元素をほとんど含有しておらず、しかも、J
IS 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製造することに成功した。
In the course of researching an aluminum nitride sintered body, the present inventor hardly contained any metal element such as a sintering aid or a blackening material other than aluminum.
It has succeeded in producing a black-grey or black-brown aluminum nitride sintered body with extremely low brightness, which exhibits a blackness of N4 or less as defined in IS Z 8721.

【0011】こうした窒化アルミニウムによれば、JI
S Z 8721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、好適である。しかも、アル
ミニウムを除く金属元素の含有量を非常に少なくするこ
とができるので、半導体汚染等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。しか
も、本発明の窒化アルミニウムの表面では、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し、しかも黒色度が高いことか
ら、著しく商品価値が向上した。
According to such aluminum nitride, JI
Since the brightness specified in SZ8721 is black with N4 or less, the amount of radiant heat is large and the heating characteristics are excellent. Therefore, it is suitable as a base material constituting a heating material such as a ceramic heater and a susceptor. In addition, since the content of metal elements other than aluminum can be extremely reduced, there is no possibility of causing semiconductor contamination or the like.
In particular, in the semiconductor manufacturing process, there is no possibility that the semiconductor wafer or the device itself will be adversely affected. Moreover, on the surface of the aluminum nitride of the present invention, color unevenness was hardly conspicuous, the appearance of the aluminum nitride sintered body was extremely good, and the blackness was high, so that the commercial value was significantly improved.

【0012】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とする。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
歩度となるように各色を10分割し、N0〜N10の記
号で表示する。実際の窒化アルミニウムの明度を測定す
る際には、N0〜N10に対応する各標準色票と、窒化
アルミニウムの表面色とを比較し、窒化アルミニウムの
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 display method of these three attribute scales is defined in "JIS Z 8721". The lightness V is based on an achromatic color, and the ideal black lightness is 0 and the ideal white lightness is 10. Between the ideal black and the ideal white, each color is divided into ten so that the perception of the brightness of the color becomes equal, and the symbols are indicated by symbols N0 to N10. When measuring the actual brightness of aluminum nitride, each standard color chart corresponding to N0 to N10 is compared with the surface color of aluminum nitride to determine the brightness of aluminum nitride. 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.

【0013】本発明者は、後述するようにして得られた
窒化アルミニウムについて、その黒色化が高く、明度が
低くなっている理由について研究した。この結果、後述
する特定の条件を有する窒化アルミニウムであれば明度
が低くなり、黒色化が進行することを突き止め、本発明
を完成するに至った。
The present inventor has studied the reason why aluminum nitride obtained as described below has a high blackening and low brightness. As a result, the brightness of aluminum nitride having the specific conditions described below was lowered, and the progress of blackening was found, and the present invention was completed.

【0014】まず、明度が4以下の黒褐色または黒灰色
となっている窒化アルミニウムをX線回折分析したとこ
ろ、その主結晶相はAlNであるが、副結晶相としてA
LONが生成していた。
First, when a black-brown or black-gray aluminum nitride having a lightness of 4 or less was analyzed by X-ray diffraction, the main crystal phase was AlN, but A
LON was generated.

【0015】一方、99.9重量%以上の純度を有する
窒化アルミニウム粉末を1950℃で焼結させた場合に
は、黄白色の試料が得られた。この試料の結晶組織を分
析すると、AlN主結晶相の他に、いわゆる27R相
(Al2 3 −7(AlN)相)が生成していた。この
AlN結晶相の粒径は2〜4μm程度であり、この粒界
に27R相(Al2 3 −7AlN相)が析出してい
た。公知のAl2 3 −AlN状態図によれば、焼結後
に生成する結晶相は1920℃を境界として変化する。
このため、上記した結晶相の相違は、焼結温度の相違に
よるものと考えられる。
On the other hand, when aluminum nitride powder having a purity of 99.9% by weight or more was sintered at 1950 ° C., a yellow-white sample was obtained. When the crystal structure of this sample was analyzed, a so-called 27R phase (Al 2 O 3 -7 (AlN) phase) was generated in addition to the AlN main crystal phase. The grain size of the AlN crystal phase was about 2 to 4 μm, and a 27R phase (Al 2 O 3 -7AlN phase) was precipitated at the grain boundary. According to the known Al 2 O 3 —AlN phase diagram, the crystal phase formed after sintering changes around 1920 ° C.
Therefore, it is considered that the above-mentioned difference in the crystal phase is due to the difference in the sintering temperature.

【0016】上記した明度4以下の試料を、窒素雰囲気
下で1900℃で熱処理すると、黄白色の部分が生成し
た。この黄白色部分では、AlN主結晶相以外では、2
7R相はほとんどなく、球状のALON相が主であっ
た。この明度の低い試料の熱処理によって得られた試料
の結晶相は、前記した黄白色の試料と比較して、結晶相
が相違している。
When the above sample having a brightness of 4 or less was heat-treated at 1900 ° C. in a nitrogen atmosphere, a yellow-white portion was formed. In the yellowish white portion, except for the AlN main crystal phase, 2
There was almost no 7R phase, and the spherical ALON phase was dominant. The crystal phase of the sample obtained by the heat treatment of the low-brightness sample is different from that of the above-mentioned yellowish-white sample.

【0017】また、上記したいずれの色調の窒化アルミ
ニウムにおいても、AlNの格子定数には相違は見られ
なかった。つまり、AlN結晶相自体の格子定数および
AlN結晶相以外の結晶相の種類と、色調または明度と
の間には、特に相関は見られなかった。従って、窒化ア
ルミニウムの色調の変化は、結晶相の種類によるもので
はなく、AlN結晶相内部の欠陥構造および粒界の欠陥
構造によるものと考えられる。
In addition, no difference was found in the lattice constant of AlN in any of the above-mentioned aluminum nitrides. In other words, no particular correlation was found between the lattice constant of the AlN crystal phase itself and the type of crystal phase other than the AlN crystal phase, and the color tone or brightness. Therefore, it is considered that the change in the color tone of aluminum nitride is not due to the type of crystal phase, but to the defect structure inside the AlN crystal phase and the defect structure at the grain boundary.

【0018】本発明者は、上記した各試料のいかなる物
性によって黒色が発現しているのかという関係を明確に
し、後述のようにして得られた純度の高い窒化アルミニ
ウム試料において黒色が発現する理由を明確にするため
に、以下のように各種のスペクトルをとって検討した。
The present inventors have clarified the relationship between the physical properties of each of the above-described samples and the reason why the black color is developed, and explained the reason why the black color is developed in the highly pure aluminum nitride sample obtained as described below. For clarity, various spectra were examined as follows.

【0019】(可視・赤外光の拡散反射スペクトル)図
1(a)は、明度の低い窒化アルミニウム試料の可視・
赤外光の拡散反射スペクトルを示すグラフであり、図1
(b)は、この試料を1900℃で熱処理することによ
って生成した黄白色部分の可視・赤外光の拡散反射スペ
クトルを示すグラフである。試料の光透過率が低いため
に、拡散反射法によって可視・赤外光の吸収特性を評価
した。拡散反射法では、反射強度が低下している波長付
近に吸収帯があると判断できる。
(Diffuse Reflection Spectra of Visible / Infrared Light) FIG. 1 (a) shows the visible / infrared light of an aluminum nitride sample having low brightness.
1 is a graph showing a diffuse reflection spectrum of infrared light, and FIG.
(B) is a graph showing a diffuse reflection spectrum of visible / infrared light in a yellowish white portion generated by heat-treating this sample at 1900 ° C. Because of the low light transmittance of the sample, the absorption characteristics of visible and infrared light were evaluated by the diffuse reflection method. In the diffuse reflection method, it can be determined that there is an absorption band near the wavelength where the reflection intensity is decreasing.

【0020】明度の低い試料では、赤外光と可視光とに
連続的な吸収帯が存在していた。特に可視光に連続的な
吸収が存在していることによって、黒色化が生じている
わけである。黄白色部分では、300nm〜500nm
領域および200〜300nm領域の短波長帯に吸収帯
が存在していた。このように、短波長側の光が吸収され
ることによって、黄色が生じている。これらの可視・赤
外吸収スペクトルは、各試料の色調および明度のデータ
と一致している。特に、明度の低い試料においては、赤
外・可視光領域で広範囲の波長にわたって連続的な吸収
が生じていることから、バンドギャップ内に多数のバン
ドが形成されていることを意味している。これは、格子
欠陥の多い、結晶相が安定化する前の過渡的な状態であ
ると推定される。
In the case of a sample having low brightness, a continuous absorption band was present in infrared light and visible light. In particular, the presence of continuous absorption of visible light causes blackening. In the yellow-white part, 300 nm to 500 nm
Absorption bands existed in the region and in the short wavelength band in the 200-300 nm region. Thus, yellow is generated by absorbing light on the short wavelength side. These visible / infrared absorption spectra are consistent with the color tone and lightness data of each sample. In particular, in a sample with low brightness, continuous absorption occurs over a wide range of wavelengths in the infrared and visible light regions, which means that a large number of bands are formed in the band gap. This is presumed to be a transient state before the crystal phase is stabilized with many lattice defects.

【0021】(フォトルミネッセンス)窒化アルミニウ
ムのバンド構造を評価するために、フォトルミネッセン
スの測定を行った。図2(a)は、明度の低い試料のフ
ォトルミネッセンスのスペクトルを示すグラフであり、
図2(b)は、図2(a)のスペクトルにおいて可視光
領域を拡大して示すグラフであり、図3は、この試料の
熱処理によって得られた黄白色部分のフォトルミネッセ
ンスのスペクトルである。
(Photoluminescence) In order to evaluate the band structure of aluminum nitride, photoluminescence was measured. FIG. 2A is a graph showing a photoluminescence spectrum of a sample having low brightness.
FIG. 2B is a graph showing the visible light region in the spectrum of FIG. 2A in an enlarged manner, and FIG. 3 is a photoluminescence spectrum of a yellowish white portion obtained by heat treatment of this sample.

【0022】黄白色部分においては、赤外領域の990
nmに発光があり、また、可視光領域では698nm、
530nmおよび486nmに、それぞれ発光幅の広い
ブロードなピークが存在していた。明度の低い試料にお
いては、黄白色部分と同様に、990nmに大きなピー
クが検出される。また、可視光領域にはまとまった大き
な発光が見られず、可視光領域の全般にわたって発光が
見られた。ここで、発光強度が弱い理由は、試料自体の
明度が低いために、発光が再度試料の内部で吸収された
ためである。このように、可視光領域の広い範囲で発光
が検出されることが特徴的であるが、これは広い範囲の
波長の光を放出しうるように、多種類のバンドギャップ
が生成していることを意味している。ただし、図2
(b)、図3において、下向きの矢印で示したピーク
は、測定波長を540nmから570nmへと切り換え
る際の分光灯のノイズである。
In the yellow-white part, 990 in the infrared region
emission in the visible light region, 698 nm,
Broad peaks with broad emission widths were present at 530 nm and 486 nm, respectively. In the sample with low brightness, a large peak at 990 nm is detected as in the yellow-white portion. In addition, large light emission was not observed in the visible light region, and light emission was observed over the entire visible light region. Here, the reason why the luminescence intensity is weak is that the luminescence is absorbed again inside the sample because the brightness of the sample itself is low. As described above, it is characteristic that light emission is detected in a wide range of the visible light region, and this is because various types of band gaps are generated so that light of a wide range of wavelengths can be emitted. Means However, FIG.
(B) In FIG. 3, the peak indicated by the downward arrow is the noise of the spectral lamp when the measurement wavelength is switched from 540 nm to 570 nm.

【0023】(ラマンスペクトル)可視光を広い波長範
囲にわたって吸収する、この欠陥構造の構成を知るため
に、後述するような各試料について、ラマンスペクトル
をとった。物質に対して振動数f0 の光を照射したとき
に、散乱光の中にf0 ±f1 の振動数を有する光が観測
されることがある。このような振動数の変化は、物質中
に入射した光子と物質との間で、エネルギーの授受が行
われたために、生ずるものである。従って、振動数の変
化f1 を測定することによって、物質中の結晶の格子振
動、電子準位に対する情報を得ることができる。f1
約4000〜1cm- 1 の範囲内のものをラマン散乱と
呼んでいる。
(Raman spectrum) In order to know the structure of this defect structure that absorbs visible light over a wide wavelength range, a Raman spectrum was taken for each sample as described later. When a substance is irradiated with light having a frequency of f 0 , light having a frequency of f 0 ± f 1 may be observed in the scattered light. Such a change in the frequency is caused by the transfer of energy between the photon incident on the substance and the substance. Therefore, by measuring the change f 1 of the frequency, information on the lattice vibration and the electron level of the crystal in the substance can be obtained. The one where f 1 is in the range of about 4000 to 1 cm −1 is called Raman scattering.

【0024】図4〜図8は、各種の窒化アルミニウム焼
結体からなる試料について、それぞれ測定したラマンス
ペクトルを示すものである。これらのラマンスペクトル
によって、具体的には、AlN結晶の格子振動モードを
評価でき、この評価から、AlN結晶の内部の欠陥、酸
素固溶濃度、バンドギャップ中のバンド構造に関する情
報を得ることができる。
FIGS. 4 to 8 show Raman spectra measured for samples made of various aluminum nitride sintered bodies. From these Raman spectra, specifically, the lattice vibration mode of the AlN crystal can be evaluated, and from this evaluation, information on the defect inside the AlN crystal, the oxygen solid solution concentration, and the band structure in the band gap can be obtained. .

【0025】AlN結晶相中のAl原子、N原子は、4
配位のウルツァイト構造を有しており、アルミニウム原
子と3つの窒素原子とによってsp3 混成軌道が形成さ
れている。ウルツァイト構造の対称種としては、c軸対
称のA1 種、a軸対称のE1 種、E2 種が存在してお
り、これによって6本の光学活性振動がラマンスペクト
ル中に現れる。これらのピークは、表1に示すように同
定される。表1には、各対称種と、ラマンスペクトルに
おけるピークのラマンシフト値(cm- 1 )とを示す。
Al atoms and N atoms in the AlN crystal phase are 4
It has a coordinated wurtzite structure, and an sp 3 hybrid orbit is formed by an aluminum atom and three nitrogen atoms. As the symmetric species of the wurtzite structure, there are A 1 species having c-axis symmetry, E 1 species and E 2 species having a-axis symmetry, and six optically active oscillations appear in the Raman spectrum. These peaks are identified as shown in Table 1. Table 1 shows each symmetric species and the Raman shift value (cm −1 ) of the peak in the Raman spectrum.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】これらの各ピークは、いずれの試料におい
ても観測できる。また、各試料において、ピークの半値
幅には差がないことから、AlN結晶中における酸素の
固溶量には明確な差がないものと推定できる。ここで、
133〜100cm- 1 の範囲内にあるピーク、特に1
33cm- 1 のピークは、AlNのバンドギャップ内に
電子準位が多数存在していることを示すピークである。
黄白色の試料(図4、図8)においては、この領域のピ
ーク、特に133nmにおけるピークが小さいが、黒色
の試料においては、133nmにおけるピークが、基準
振動のピークと比較して相対的に大きく、強く現れてい
ることがわかる。
Each of these peaks can be observed in any of the samples. In addition, since there is no difference between the half widths of the peaks in each sample, it can be estimated that there is no clear difference in the amount of oxygen dissolved in the AlN crystal. here,
133~100Cm - peak within 1, especially in the range 1
The peak at 33 cm −1 is a peak indicating that many electronic levels exist in the band gap of AlN.
In the yellow-white sample (FIGS. 4 and 8), the peak in this region, particularly the peak at 133 nm, is small, but in the black sample, the peak at 133 nm is relatively larger than the peak of the reference vibration. It can be seen that it appears strongly.

【0028】このように、レーザーラマン分光スペクト
ルに現れる80〜150nm、特に133nmのピーク
は、AlNのバンドギャップ内に存在している特定の電
子準位に対応するものであり、このピークの強度を、A
lN結晶の基準振動に起因する650〜680nmピー
クの強度で除することによって正規化した値〔I(13
3)/I(680)〕は、このバンド構造を表現する有
意な物理的特性値である。なお、このピークのラマンシ
フト値は、実験条件等によって133nmから多少はず
れる可能性もあるが、有意の範囲内であればこうしたず
れは許容される。
As described above, the peak at 80 to 150 nm, particularly 133 nm, which appears in the laser Raman spectrum corresponds to a specific electron level existing in the band gap of AlN. , A
The value normalized by dividing by the intensity of the 650-680 nm peak due to the normal vibration of the 1N crystal [I (13
3) / I (680)] is a significant physical characteristic value representing this band structure. Note that the Raman shift value of this peak may slightly deviate from 133 nm depending on experimental conditions and the like, but such a deviation is allowed within a significant range.

【0029】具体的には、上記の値を0.40以上とす
ることによって、明度がN4.0以下の窒化アルミニウ
ムを提供でき、この値を1.0以上とすることによっ
て、明度がN3以下の窒化アルミニウムを提供できるこ
とがわかった。
Specifically, by setting the above value to 0.40 or more, aluminum nitride having a lightness of N4.0 or less can be provided. By setting this value to 1.0 or more, the lightness becomes N3 or less. It has been found that aluminum nitride can be provided.

【0030】前記した黄白色の試料や、黒色の試料を窒
素雰囲気下で熱処理することによって試料中に生成した
黄白色部分においては、AlN結晶中に酸素が固溶し、
即ちAlN結晶中のN3 + 部位(サイト)にO2 - が置
換し、Al3 + が欠損したものと考えられる。この格子
欠陥にトラップされた不対電子により、色中心が形成さ
れ、可視光の短波長側の光を顕著に吸収し、黄白色の色
彩を発現させる。または、N3 - に変わって2つの酸素
イオンが置換し、O2 - からなる色中心が形成されてい
るものと推定される。
In the yellow-white portion formed by heat-treating the above-mentioned yellow-white sample or the black sample in a nitrogen atmosphere, oxygen forms a solid solution in the AlN crystal,
That is, it is considered that the N 3 + site (site) in the AlN crystal was substituted with O 2 − and Al 3 + was lost. A color center is formed by the unpaired electrons trapped by the lattice defect, and the light on the short wavelength side of visible light is remarkably absorbed, and a yellow-white color is developed. Or, N 3 - 2 one oxygen ions substituted changed to, O 2 - color center consisting are presumed to be formed.

【0031】また、上記した黒色の窒化アルミニウムの
微構造を、図9に示す。図9に示すように、AlN結晶
粒内に微小なALON結晶が存在しており、また各結晶
が接触する粒界部は、結晶粒界がない緻密で隙間のない
状態になっている。図10は、黒色の窒化アルミニウム
試料について、AlNからなる結晶の粒界部分を拡大し
て示す電子顕微鏡写真である。AlN結晶粒界には、異
相は見られない。
FIG. 9 shows the microstructure of the above-mentioned black aluminum nitride. As shown in FIG. 9, fine ALON crystals are present in the AlN crystal grains, and the grain boundaries where the crystals are in contact are in a dense state with no crystal grain boundaries and no gaps. FIG. 10 is an electron micrograph showing, on an enlarged scale, a grain boundary portion of a crystal made of AlN for a black aluminum nitride sample. No foreign phase is found at the AlN grain boundaries.

【0032】本発明に係る、上記のようなラマンスペク
トル特性を有する、明度の小さな窒化アルミニウムは、
次の方法で製造できた。まず、窒化アルミニウム粉末か
らなる原料としては、還元窒化法によって得られた粉末
を使用することが好ましい。窒化アルミニウム粉末から
なる原料中では、アルミニウム以外の金属元素は100
ppm以下とする。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、I
b、IIbに属する金属元素およびIIIb、IVbに
属する元素の一部(Si、Ga、Ge等)をいう。
The low-brightness aluminum nitride having the above-mentioned Raman spectrum characteristics according to the present invention is:
It was manufactured by the following method. First, as a raw material composed of aluminum nitride powder, it is preferable to use a powder obtained by a reduction nitriding method. In the raw material composed of aluminum nitride powder, metal elements other than aluminum are 100
ppm or less. Here, “metal elements other than aluminum” refer to Ia to VIIa, VIII, and Ia in the periodic table.
b, a metal element belonging to IIb and a part of elements belonging to IIIb and IVb (such as Si, Ga, and Ge).

【0033】上記した金属含有量の少ない高純度の窒化
アルミニウム粉末を、還元窒化法によって準備し、この
窒化アルミニウム粉末を、一軸加圧成形法やコールドア
イソスタティックプレス法によって成形し、成形体を製
造する。この成形体を、還元性雰囲気中で、大気に対し
て接触しない条件下で焼成する。この焼成方法自体は、
ホットプレス法やホットアイソスタティックプレス法を
採用できる。
The above-mentioned high-purity aluminum nitride powder having a small metal content is prepared by a reduction nitriding method, and this aluminum nitride powder is formed by a uniaxial pressing method or a cold isostatic pressing method to produce a compact. I do. The compact is fired in a reducing atmosphere under conditions that do not contact the atmosphere. This firing method itself,
A hot press method or a hot isostatic press method can be adopted.

【0034】また、焼成時の圧力は300kg/cm2
以上とした。ただし、この圧力は、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。同時に、焼成時の保持温度は、1750℃〜18
50℃とすることが好ましい。
The firing pressure is 300 kg / cm 2.
It was above. However, this pressure is preferably set to 0.5 ton / cm 2 or less in view of the capability of the actual apparatus. At the same time, the holding temperature during firing is 1750 ° C. to 18 ° C.
The temperature is preferably set to 50 ° C.

【0035】本発明者は、このプロセスについて、更に
詳細に検討を重ねた。窒化アルミニウム粉末の製造方法
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列挙する。 還元窒化法:Al2 3 +3C+N2 →2AlN+3C
O 直接窒化法:Al(C2 5 3 +NH3 →AlN+3
2 6 (気相法) 2Al+N2 →2AlN
The present inventors have studied this process in more detail. As a method for producing aluminum nitride powder, a reduction nitriding method and a direct nitriding method are known.
The chemical formulas used in each method are listed. Reduction nitriding: Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3C
O Direct nitriding method: Al (C 2 H 5 ) 3 + NH 3 → AlN + 3
C 2 H 6 (vapor phase method) 2Al + N 2 → 2AlN

【0036】このように、還元窒化法による窒化アルミ
ニウム結晶は、γ−Al2 3 相をカーボンによって還
元窒化することによって、製造される。還元触媒として
使用したカーボンは、窒化アルミニウム結晶の表面に残
留し、また還元窒化されなかった酸素は、窒化アルミニ
ウムの内部に残留していると考えられている。窒化アル
ミニウムは大気中において熱力学的に不安定であり、特
に表面活性な焼結用微粉末は、室温下でも大気中の水
分、酸素と容易に反応し、酸素量が増大する。そのた
め、酸化物、水酸化物の表面酸化層の被覆が行われ、水
分や酸素に対して活性な窒化アルミニウム結晶を安定化
させている。この酸化処理は、還元処理後に粒子の表面
に残留する炭素原子を除去し、純度を向上させるため
に、使用されている。
As described above, the aluminum nitride crystal formed by the reduction nitriding method is manufactured by reducing and nitriding the γ-Al 2 O 3 phase with carbon. It is considered that carbon used as the reduction catalyst remains on the surface of the aluminum nitride crystal, and oxygen that has not been reduced and nitrided remains inside the aluminum nitride. Aluminum nitride is thermodynamically unstable in the atmosphere. Particularly, fine powder for surface active sintering easily reacts with moisture and oxygen in the atmosphere even at room temperature, and the amount of oxygen increases. Therefore, a surface oxide layer of an oxide or a hydroxide is coated to stabilize an aluminum nitride crystal that is active against moisture and oxygen. This oxidation treatment is used to remove carbon atoms remaining on the surface of the particles after the reduction treatment and to improve the purity.

【0037】このため、窒化アルミニウム結晶の品質で
重要な点は、粒子の表面に存在している酸化皮膜と、還
元窒化の段階で窒化アルミニウム結晶の内部に固溶して
いる酸素量である。
For this reason, the important points in the quality of the aluminum nitride crystal are the oxide film present on the surface of the particles and the amount of oxygen dissolved in the aluminum nitride crystal during the reduction nitriding stage.

【0038】上記のように、こうした還元窒化法による
粒子を還元性雰囲気下で、前記したような高い圧力を加
えながら加熱する。この過程で、窒化アルミニウム粒子
の表面の近傍では、表面に残留しているAl2 3 とC
(カーボン)との反応によってCOガスが発生する。
As described above, the particles obtained by such a reduction nitriding method are heated in a reducing atmosphere while applying the high pressure as described above. In this process, near the surface of the aluminum nitride particles, Al 2 O 3 and C
CO gas is generated by the reaction with (carbon).

【0039】この際に生成する気相種(Al2 2 、A
2 O、Al)および酸素空孔によって、AlNバンド
ギャップ内に多数の電子準位が生成し、可視光を広い波
長にわたって連続的に吸収する特定のバンド構造が形成
されるものと考えられる。この際のAlN粉末の表面に
おける反応としては、以下のものを推定することができ
る。
The gaseous species (Al 2 O 2 , A
It is thought that a large number of electronic levels are generated in the AlN band gap by l 2 O, Al) and oxygen vacancies, and a specific band structure that continuously absorbs visible light over a wide wavelength is formed. The reaction on the surface of the AlN powder at this time can be estimated as follows.

【0040】 Al2 3 +C→CO+Al2 2 +V0 (酸素空孔) Al2 3 +2C→2CO+Al2 O+2V0 (酸素空
孔) Al2 3 +3C→3CO+Al2 +3V0 (酸素空
孔)
Al 2 O 3 + C → CO + Al 2 O 2 + V 0 (oxygen vacancy) Al 2 O 3 + 2C → 2CO + Al 2 O + 2V 0 (oxygen vacancy) Al 2 O 3 + 3C → 3CO + Al 2 + 3V 0 (oxygen vacancy)

【0041】ここで、窒化アルミニウムの相対密度と
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 aluminum nitride is a value defined by the formula [relative density = bulk density / theoretical density], and its unit is “%”.

【0042】本発明の窒化アルミニウムは、輻射熱量が
大きく、加熱特性が優れている。また、表面の色ムラが
ほとんど目立たず、黒褐色や黒灰色をしているので、商
品価値が高い。このため、各種の加熱用装置に対して特
に好適に利用できる。また、本窒化アルミニウムは、ア
ルミニウムを除く金属元素の供給源となる焼結助材や黒
色化材を使用せず、アルミニウム以外の金属原子の含有
量を、いずれも100ppm以下にできるので、汚染を
起こすおそれがない。従って、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。
The aluminum nitride of the present invention has a large amount of radiant heat and excellent heating characteristics. In addition, since the color unevenness on the surface is hardly conspicuous and is blackish brown or blackish gray, the commercial value is high. Therefore, it can be particularly suitably used for various types of heating devices. In addition, the present aluminum nitride does not use a sintering aid or a blackening material that is a source of metal elements other than aluminum, and can reduce the content of metal atoms other than aluminum to 100 ppm or less. There is no danger. Therefore, it is optimal as a material for a high-purity process. In particular, in the semiconductor manufacturing process, there is no possibility that the semiconductor wafer or the device itself is seriously affected.

【0043】本発明の窒化アルミニウムを基材として使
用する半導体製造用装置としては、窒化アルミニウム基
材中に抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒーター、基
材中に静電チャック用電極を埋設したセラミック静電チ
ャック、基材中に抵抗発熱体と静電チャック用電極を埋
設した静電チャック付きヒーター、基材中にプラズマ発
生用電極を埋設した高周波発生用電極装置のような能動
型装置を例示することができる。
The semiconductor manufacturing apparatus using the aluminum nitride substrate of the present invention as a substrate includes a ceramic heater in which a resistance heating element is embedded in an aluminum nitride substrate, and a ceramic heater in which an electrostatic chuck electrode is embedded in the substrate. Examples include an active device such as an electric chuck, a heater with an electrostatic chuck in which a resistance heating element and an electrode for an electrostatic chuck are embedded in a base material, and a high-frequency generation electrode device in which a plasma generation electrode is embedded in a base material. be able to.

【0044】更に、半導体ウエハーを設置するためのサ
セプター、ダミーウエハー、シャドーリング、高周波プ
ラズマを発生させるためのチューブ、高周波プラズマを
発生させるためのドーム、高周波透過窓、赤外線透過
窓、半導体ウエハーを支持するためのリフトピン、シャ
ワー板等の各半導体製造用装置を例示することができ
る。
Furthermore, a susceptor for mounting a semiconductor wafer, a dummy wafer, a shadow ring, a tube for generating high-frequency plasma, a dome for generating high-frequency plasma, a high-frequency transmission window, an infrared transmission window, and a semiconductor wafer are supported. For manufacturing semiconductors, such as a lift pin and a shower plate for performing the operation.

【0045】窒化アルミニウムの熱伝導率は、特に、セ
ラミックスヒーター、静電チャック付きヒーター、半導
体ウエハー保持用サセプター等の加熱用部材の基材とし
ての用途においては、90W/m・K以上とすることが
好ましい。
In particular, the thermal conductivity of aluminum nitride should be at least 90 W / m · K for use as a base material for heating members such as ceramic heaters, heaters with electrostatic chucks, and susceptors for holding semiconductor wafers. Is preferred.

【0046】[0046]

【実施例】(実験A) 以下のようにして、実際に窒化アルミニウム焼結体を製
造した。窒化アルミニウム原料としては、還元窒化法に
よって製造した高純度粉末を使用した。各粉末におい
て、Si、Fe、Ca、Mg、K、Na、Cr、Mn、
Ni、Cu、Zn、W、B、Yの含有量は、それぞれ1
00ppm以下であり、アルミニウム以外の金属は、こ
れら以外は検出されなかった。
EXAMPLES (Experiment A) An aluminum nitride sintered body was actually manufactured as follows. As the aluminum nitride raw material, a high-purity powder produced by a reduction nitriding method was used. In each powder, Si, Fe, Ca, Mg, K, Na, Cr, Mn,
The contents of Ni, Cu, Zn, W, B, and Y are each 1
It was less than 00 ppm, and no metals other than aluminum were detected.

【0047】各原料粉末を一軸加圧成形することによっ
て、円盤形状の成形体を製造した。この成形体を型内に
セットし、窒素雰囲気中で、所定の圧力で、所定の焼成
温度で、所定時間保持し、焼結体を製造した。これらの
値は表2に示す。また、各例の焼結体の主結晶相、その
他の結晶相をX線回折分析によって測定した。また、焼
結体のI(133)/I(680)、相対密度、色調、
明度を測定した。
Each of the raw material powders was uniaxially pressed to produce a disk-shaped compact. The formed body was set in a mold, and held in a nitrogen atmosphere at a predetermined pressure at a predetermined firing temperature for a predetermined time to produce a sintered body. These values are shown in Table 2. Further, the main crystal phase and other crystal phases of the sintered bodies of each example were measured by X-ray diffraction analysis. In addition, I (133) / I (680), relative density, color tone,
The lightness was measured.

【0048】ただし、焼結体の相対密度は、嵩密度/理
論密度から算出し、この嵩密度をアルキメデス法によっ
て測定した。焼結体の理論密度は、密度が大きな焼結助
剤を含有していないことから、3.26g/ccであ
る。また、焼結体の色調は、目視によって測定し、焼結
体の明度は、前述した方法によって測定した。これらの
結果を表2に示す。実験A1、A5は本発明の請求項1
の範囲外のものであり、実験A2、3、4、6は本発明
の範囲内のものである。
However, the relative density of the sintered body was calculated from bulk density / theoretical density, and this bulk density was measured by the Archimedes method. The theoretical density of the sintered body is 3.26 g / cc because it does not contain a sintering agent having a large density. The color tone of the sintered body was measured visually, and the lightness of the sintered body was measured by the method described above. Table 2 shows the results. Experiments A1 and A5 correspond to claim 1 of the present invention.
And experiments A2, 3, 4, and 6 are within the scope of the present invention.

【0049】ラマンスペクトルをとるのに際しては、レ
ーザーの波長を514.5nmとし、モノクロメーター
はトリプルとし、入射スリットは1200μmとし、感
度は0.05(nA/FS)×100とした。
When taking a Raman spectrum, the laser wavelength was 514.5 nm, the monochromator was triple, the entrance slit was 1200 μm, and the sensitivity was 0.05 (nA / FS) × 100.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】表2からわかるように、ラマン分光分析に
おける133cm-1のピークの高さI(133)と、6
80cm-1のピークの高さI(680)の比率I(13
3)/I(680)と、焼結体の明度および色調との間
には、明確な相関があることが確認できる。また、実験
A2の試料のセラミックス組織を示す電子顕微鏡写真を
図9に示し、この窒化アルミニウム粒子の粒界の近傍の
セラミックス組織の電子顕微鏡写真を図10に示す。実
験A3、A4の試料についても、これとほぼ同様の微構
造を有していることを電子顕微鏡写真によって確認し
た。
As can be seen from Table 2, the peak height I (133) at 133 cm -1 in Raman spectroscopy was 6
The ratio I (13) of the peak height I (680) at 80 cm -1
3) It can be confirmed that there is a clear correlation between / I (680) and the brightness and color tone of the sintered body. FIG. 9 shows an electron micrograph showing the ceramic structure of the sample of Experiment A2, and FIG. 10 shows an electron micrograph of the ceramic structure near the grain boundaries of the aluminum nitride particles. It was confirmed by electron micrographs that the samples of Experiments A3 and A4 also had substantially the same microstructure.

【0052】(実験B)実験Aにおける実験A2の試料
を、1900℃で2時間、窒素雰囲気下で熱処理し、試
料Bを製造した。この試料Bの外周部分は黄白色(明度
N8)に変色した。この部分を切り出し、前記したよう
にしてラマンスペクトルをとったところ、I(133)
/I(680)は0.10であった。
(Experiment B) The sample of Experiment A2 in Experiment A was heat-treated at 1900 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to produce Sample B. The outer peripheral portion of Sample B turned yellow-white (lightness N8). When this part was cut out and a Raman spectrum was taken as described above, I (133)
/ I (680) was 0.10.

【0053】(赤外分光スペクル)実験A2の試料につ
いての可視・赤外反射スペクトルを、図1(a)に示し
た。また、実験Bの試料についての可視・赤外反射スペ
クトルを、図1(b)に示した。この説明は前述した。
(Infrared spectroscopic spectrum) The visible / infrared reflection spectrum of the sample of Experiment A2 is shown in FIG. FIG. 1B shows a visible / infrared reflection spectrum of the sample of Experiment B. This description has been described above.

【0054】(フォトルミネッセンス)実験A2の試料
についてのフォトルミネッセンスのスペクトルを、図2
(a)に示し、このうち可視光領域の拡大図を図2
(b)に示した。また、実験Bの試料についてのフォト
ルミネッセンスのスペクトルを、図3に示した。この説
明は前述した。
(Photoluminescence) The spectrum of the photoluminescence of the sample of Experiment A2 is shown in FIG.
FIG. 2A shows an enlarged view of the visible light region in FIG.
(B). FIG. 3 shows the photoluminescence spectrum of the sample of Experiment B. This description has been described above.

【0055】(ウエハーの加熱実験)本発明の試料A2
の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。
(Wafer Heating Experiment) Sample A2 of the Present Invention
210mm in diameter by the aluminum nitride sintered body of
A plate having a thickness of 10 mm was prepared, and this plate was placed in a vacuum chamber provided with a heating mechanism using an infrared lamp. 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 lamp, 20 infrared lamps 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.

【0056】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。
The infrared light emitted from each infrared lamp is
A circular quartz window (250 mm in diameter, provided in a vacuum chamber, directly or after being reflected by a reflector)
(Thickness 5 mm) and reaches the aluminum nitride plate, which is heated.

【0057】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8550Wで
あり、安定した温度コントロールが可能であった。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615℃であった。
In this heating apparatus, each infrared lamp is heated, the temperature of the plate is raised from room temperature to 700 ° C. in 11 minutes, and the plate is held at 700 ° C. for 1 hour. Thereafter, the infrared lamp is stopped and the plate is gradually cooled. Allow to cool. As a result, the power consumption of the infrared lamp was 8550 W at the maximum, and stable temperature control was possible. When the temperature of the silicon wafer was measured, the temperature of the silicon wafer was 615 ° C. when the temperature of the plate was maintained at 700 ° C.

【0058】(比較例による加熱実験)次に、還元窒化
法によって得た、カーボン含有量が300ppmの窒化
アルミニウム粉末を使用し、この粉末をコールドアイソ
スタティックプレス法によって3トン/cm2 の圧力下
で加圧して円盤形状の成形体を製造し、この成形体を1
940℃で2時間焼成し、密度が99.4%の白色窒化
アルミニウム焼結体を製造した。この焼結体を使用し、
上記と同様にしてシリコンウエハーの加熱実験を行っ
た。
(Heating Experiment by Comparative Example) Next, an aluminum nitride powder having a carbon content of 300 ppm obtained by a reduction nitriding method was used, and this powder was subjected to a cold isostatic pressing method under a pressure of 3 ton / cm 2 . To produce a disk-shaped molded body,
It was fired at 940 ° C. for 2 hours to produce a white aluminum nitride sintered body having a density of 99.4%. Using this sintered body,
A heating experiment on a silicon wafer was performed in the same manner as described above.

【0059】この結果、消費電力は最大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。 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70
0℃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。
As a result, the power consumption reached a maximum of 10 kW, and a delay of about 2 minutes was observed in the temperature rise time. Further, as described above, when the thermal cycle of the temperature rise and fall between room temperature and 700 ° C. was repeated, disconnection of the infrared lamp was easily caused. When the temperature of the silicon wafer was measured, the temperature of the plate was reduced to 70
When the temperature was maintained at 0 ° C., the temperature of the silicon wafer was 593 ° C., and it was found that the temperature of the silicon wafer was also lower than that of the above-described example of the present invention.

【0060】(電極および抵抗発熱体の埋設実験)本発
明の試料A2と同様に、上記した窒化アルミニウム粉末
を使用し、この粉末の中に、モリブデン製の直径0.5
mmのワイヤーからなるコイル(抵抗発熱線)を埋設
し、かつこのコイルに、直径5mm、長さ10mmの円
柱状のモリブデン製の電極を接続し、埋設した。この埋
設体を一軸加圧成形し、円盤形状の成形体を得た。この
際、成形体中に埋設されたコイルの平面的形状を渦巻き
形状とした。
(Embedding Experiment of Electrodes and Resistance Heating Element) As in the case of the sample A2 of the present invention, the above-mentioned aluminum nitride powder was used, and a molybdenum diameter of 0.5
A coil (resistive heating wire) made of a 2 mm wire was buried, and a cylindrical electrode made of molybdenum having a diameter of 5 mm and a length of 10 mm was connected to the coil and buried. The embedded body was subjected to uniaxial pressure molding to obtain a disk-shaped molded body. At this time, the planar shape of the coil embedded in the molded body was a spiral shape.

【0061】円盤形状の成形体を、実験A2と同様にし
て、ホットプレス法によって、1800℃で2時間、3
00kg/cm2 の圧力下で保持することによって、窒
化アルミニウム焼結体を得た。この窒化アルミニウム焼
結体中には、前記の抵抗発熱体とモリブデン電極とが埋
設されている。このモリブデン電極は、静電チャック電
極として使用でき、また高周波用電極として使用でき
る。
The disk-shaped molded body was subjected to hot pressing at 1800 ° C. for 2 hours for 3 hours in the same manner as in Experiment A2.
The aluminum nitride sintered body was obtained by holding under a pressure of 00 kg / cm 2 . The resistance heating element and the molybdenum electrode are embedded in the aluminum nitride sintered body. This molybdenum electrode can be used as an electrostatic chuck electrode and as a high frequency electrode.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、窒
化アルミニウムに焼結助剤や黒色化材のような金属化合
物、特に重金属化合物を添加することなく、窒化アルミ
ニウムの明度を小さくし、その色を黒色に近づけること
ができる。また、半導体製造装置において、こうした黒
色の度合いの高い基材を使用することによって、輻射効
率の大きい、商品価値の高い半導体製造用装置を提供す
ることができる。
As described above, according to the present invention, the brightness of aluminum nitride can be reduced without adding a metal compound such as a sintering aid or a blackening agent, particularly a heavy metal compound, to aluminum nitride. , The color can be made closer to black. Further, by using such a base material having a high degree of black in a semiconductor manufacturing apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus having high radiation efficiency and high commercial value can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、明度の低い窒化アルミニウム試料の
可視・赤外光の拡散反射スペクトルであり、(b)は、
明度の低い試料を1900℃で熱処理することによって
生成した黄白色部分の、可視・赤外光の拡散反射スペク
トルである。
1 (a) is a diffuse reflection spectrum of visible / infrared light of an aluminum nitride sample having low brightness, and FIG. 1 (b) is
It is a diffuse reflection spectrum of visible / infrared light of a yellowish-white part produced by heat-treating a sample with low brightness at 1900 ° C.

【図2】(a)は、明度の低い試料のフォトルミネッセ
ンスのスペクトルであり、(b)は、図2(a)のスペ
クトルにおいて可視光領域を拡大したスペクトルであ
る。
2 (a) is a photoluminescence spectrum of a sample having low brightness, and FIG. 2 (b) is a spectrum obtained by expanding a visible light region in the spectrum of FIG. 2 (a).

【図3】明度の低い試料の熱処理によって得られた黄白
色部分の、フォトルミネッセンスのスペクトルである。
FIG. 3 is a photoluminescence spectrum of a yellowish white portion obtained by heat treatment of a sample having low brightness.

【図4】黄白色の試料についてのラマンスペクトルであ
る。
FIG. 4 is a Raman spectrum of a yellow-white sample.

【図5】黒色の試料についてのラマンスペクトルであ
る。
FIG. 5 is a Raman spectrum of a black sample.

【図6】黒色の試料についてのラマンスペクトルであ
る。
FIG. 6 is a Raman spectrum of a black sample.

【図7】黒色の試料についてのラマンスペクトルであ
る。
FIG. 7 is a Raman spectrum of a black sample.

【図8】白色の試料についてのラマンスペクトルであ
る。
FIG. 8 is a Raman spectrum of a white sample.

【図9】本発明の範囲内の明度の低い試料のセラミック
ス組織を示す電子顕微鏡写真である。
FIG. 9 is an electron micrograph showing a ceramic structure of a sample having low brightness within the scope of the present invention.

【図10】本発明の範囲内の明度の低い試料における、
窒化アルミニウム粒子の近傍のセラミックス組織を示す
電子顕微鏡写真である。
FIG. 10 shows a low brightness sample within the scope of the present invention.
4 is an electron micrograph showing a ceramic structure near aluminum nitride particles.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−310571(JP,A) 特開 平5−117038(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/581 C01B 21/072 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-310571 (JP, A) JP-A-5-117038 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/581 C01B 21/072

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】緻密質の窒化アルミニウムであって、アル
ミニウム以外の金属元素の含有量が100ppm以下で
あり、窒化アルミニウムのレーザーラマン分光測定スペ
クトルにおいて、133cm-1のピークの高さI(13
3)と、680cm-1のピークの高さI(680)の比
率I(133)/I(680)が0.4以上であり、J
IS Z 8721に規定する明度が4以下であること
を特徴とする、窒化アルミニウム。
1. A dense aluminum nitride, comprising aluminum
When the content of metal elements other than minium is 100 ppm or less
In the laser Raman spectroscopy spectrum of aluminum nitride, the peak height I (133 cm -1 ) (13
And 3) the ratio I (133 peak height of the 680cm -1 I (680)) / I (680) Ri der 0.4 or more, J
Aluminum nitride , wherein the brightness specified in IS Z 8721 is 4 or less .
【請求項2】AlNからなる主結晶相と、ALONから
なる副結晶相とを備えていることを特徴とする、請求項
1記載の窒化アルミニウム。
2. The aluminum nitride according to claim 1, comprising a main crystal phase made of AlN and a sub-crystal phase made of ALON.
【請求項3】請求項1または2記載の窒化アルミニウム
を基材として使用していることを特徴とする、半導体製
造用装置。
3. An apparatus for manufacturing a semiconductor, wherein the aluminum nitride according to claim 1 or 2 is used as a base material.
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