JP3457495B2

JP3457495B2 - 窒化アルミニウム焼結体、金属埋設品、電子機能材料および静電チャック

Info

Publication number: JP3457495B2
Application number: JP07279997A
Authority: JP
Inventors: 祐司勝田; 行正森; 裕樹別所; 道夫高橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: EP0798278A3; TW561138B; KR100268481B1; DE69706734T2; EP1128425B1; DE69736205T2; EP0798278B1; DE69736205D1; EP1128425A1; JPH09315867A; KR19980023985A; DE69706734D1; US6001760A; EP0798278A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度で低い体積抵抗
率を有する新規な窒化アルミニウム焼結体に関するもの
であり、また、この窒化アルミニウム焼結体を利用した
金属埋設品、電子機能材料および静電チャックに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体ウエハーの搬送、露光、Ｃ
ＶＤ、スパッタリング等の成膜プロセス、微細加工、洗
浄、エッチング、ダイシング等の工程において、半導体
ウエハーを吸着し、保持するために、静電チャックが使
用されている。こうした静電チャックの基体として、緻
密質セラミックスが注目されている。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。ま
た、半導体ウエハーを保持しつつ、急速に加熱し、冷却
させるためには、静電チャックの基体が高い熱伝導性を
備えていることが望まれる。また、急激な温度変化によ
って破壊しないような耐熱衝撃性を備えていることが望
まれる。緻密な窒化アルミニウムは、前記のようなハロ
ゲン系腐食性ガスに対して高い耐食性を備えている。ま
た、こうした窒化アルミニウムは、高熱伝導性材料とし
て知られており、その体積抵抗率が室温で１０^{1 4}Ω・
ｃｍ以上であることも知られている。また、耐熱衝撃性
も高いことが知られている。従って、半導体製造装置用
の静電チャックの基体を窒化アルミニウム焼結体によっ
て形成することが好適であると考えられる。

【０００３】一方、半導体製造装置において、半導体ウ
エハーを保持するサセプターとして静電チャックを使用
するためには、静電チャックの吸着力を高める必要があ
り、このために基体の固有抵抗を減少させる必要があ
る。例えば、特公平７−１９８３１号公報においては、
静電チャックの絶縁性誘電層の抵抗値を減少させて静電
チャックの吸着力を向上させるために、体積固有抵抗の
高い絶縁性材質に対して導体あるいは半導体を混合する
ことによって、その体積抵抗率を１０^{1 3}Ω・ｃｍ以下
に制御している。また、特開平２−２２１６６号公報に
おいては、アルミナを主成分とするセラミックス原料を
還元雰囲気下で焼成して静電チャック用の誘電体セラミ
ックスを製造し、この際、原料中に、アルカリ土類金属
および遷移金属を、酸化物の重量に換算して、それぞ
れ、１〜６重量％、０．５〜６重量％含有させた。この
方法においては、例えば、アルミナセラミックス中にＴ
ｉＯ₂を混合することによって誘電率を向上させるのと
共に、その体積抵抗率を１０^{1 2}〜１０⁸Ω・ｃｍにま
で低下させ、これによって高い吸着力を得ようとしてい
る。しかし、こうした方法によると、アルカリ土類金
属、遷移金属の腐食によって生じた生成物がパーティク
ルとなる等の問題が生ずる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高純度の窒化
アルミニウム焼結体の体積抵抗率は１０^{1 4}Ω・ｃｍ以
上であるために、半導体製造装置用の静電チャックの基
体として用いるには、体積抵抗率が高い。これによって
十分な吸着力を得るためには、３００μｍ以下の極めて
薄い絶縁性誘電層を形成する必要がある。しかし、この
ように絶縁性誘電層が薄いと、ハロゲン系腐食性ガスや
プラズマに接触したときに、長時間の使用中には、絶縁
性誘電層の表面の反応物層のいずれかを起点として、絶
縁破壊等が発生する可能性があることが判った。この観
点からは、絶縁性誘電層の厚さを５００μｍ以上とする
ことが好ましいことが判明してきた。

【０００５】しかし、従来の窒化アルミニウム焼結体製
の静電チャックにおいては、このように絶縁性誘電層を
厚くすると、静電チャックの吸着力が低下し、特に体積
抵抗率が高い低温領域においては、十分な吸着力を得る
ことが困難であった。特に、ドライエッチングのプロセ
スを実施するのは、−５０℃〜−６０℃の低温であり、
また高密度プラズマＣＶＤプロセスを実施するのは１０
０℃前後と比較的に低温であるが、これらの低温プロセ
スにおいては、所定の吸着力を安定して得ることは困難
であった。

【０００６】このため、本発明者は、窒化アルミニウム
焼結体自体について再検討した。

【０００７】例えば、窒化アルミニウムを基体として使
用した静電チャックにおいて、特公平７−１９８３１号
公報の記載に従って、窒化アルミニウム基体中に低抵抗
材料を添加することを検討した。これによって、窒化ア
ルミニウム焼結体の体積抵抗率を１０^{1 3}Ω・ｃｍ以下
まで減少させることができた。しかし、この静電チャッ
クでは、低抵抗材料である添加金属等が基体の表面から
離脱し、半導体汚染の原因となる可能性がある。

【０００８】また、イットリア等の希土類元素の酸化物
もしくは炭酸塩を、窒化アルミニウム原料中に焼結助剤
として添加することによって、窒化アルミニウムの熱伝
導率を向上させ、かつその緻密性を向上させることが提
案されている（特公昭６３−４６０３２号公報）。こう
した焼結助剤を使用すれば、常圧焼結法によっても緻密
質の窒化アルミニウム焼結体を製造できる。しかし、こ
のような窒化アルミニウム焼結体は体積抵抗率が高く、
相対密度が９９％程度のものであっても、その体積抵抗
率は１０^{1 3}〜１０^{1 5}Ω・ｃｍのレベルであった。

【０００９】本発明の課題は、高純度であって、かつ低
い体積抵抗率を有する、新規な窒化アルミニウム焼結体
を提供することである。

【００１０】また、本発明の課題は、こうした窒化アル
ミニウム焼結体からなる、半導体レベルの体積抵抗率を
有する新規な電子機能材料を提供し、かつこの窒化アル
ミニウム焼結体を使用した静電チャックを提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化アルミ
ニウム焼結体は、希土類元素の含有量（酸化物への換算
値）が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希
土類元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下であ
り、カソードルミネッセンスによるスペクトルにおい
て、３５０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長領域に主要ピークを
有していることを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る窒化アルミニウム焼結
体は、希土類元素の含有量（酸化物への換算値）が１５
０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希土類元素を
除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下であり、Ｘ線マイ
クロアナライザーによって測定した、窒化アルミニウム
焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒子中の酸素濃
度が０．５０重量％以上、２．００重量％以下であるこ
とを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る窒化アルミニウム焼結
体は、希土類元素の含有量（酸化物への換算値）が１５
０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希土類元素を
除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下であり、この窒化
アルミニウム焼結体の電子スピン共鳴法によるスペクト
ルにおいて、不対電子のｇ値が２．０００以下であるこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明に係る窒化アルミニウム焼結
体は、希土類元素の含有量（酸化物への換算値）が１５
０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希土類元素を
除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下である窒化アルミ
ニウム焼結体であり、電子スピン共鳴法によるスペクト
ルから得られたアルミニウムの単位ｍｇ当たりのスピン
数が１×１０^{1 3}ｓｐｉｎ／ｍｇ以上であることを特徴
とする。

【００１５】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、希土類元素の含有量（酸化物への換算値）が１５０
ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希土類元素を除
く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下であり、窒化アルミ
ニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒子の平
均粒径が３．０μｍ以上であり、前記窒化アルミニウム
焼結体の体積抵抗率が１．０×１０⁶Ω・ｃｍ以上、
１．０×１０¹²Ω・ｃｍ以下であることを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明は、前記の窒化アルミニウム
焼結体のいずれかと、この窒化アルミニウム焼結体中に
埋設されている金属部材とを備えていることを特徴とす
る、金属埋設品に係るものである。また、前記の窒化ア
ルミニウム焼結体からなる電子機能材料に係るものであ
る。

【００１７】また、本発明は、半導体を吸着し、保持す
るための吸着面を備えた静電チャックであって、前記の
窒化アルミニウム焼結体からなる基体と、この基体中に
埋設された面状の電極と、この面状の電極に対して直流
電力を供給するための電源とを備えていることを特徴と
する、静電チャックに係るものである。

【００１８】本発明者は、希土類元素を除く金属不純物
量が９００ｐｐｍ以下である窒化アルミニウム焼結体を
製造するのに際して、この焼結体中の希土類元素の含有
量（酸化物への換算値）を０．５重量％以下に調整し、
好ましくは窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が３．
０μｍ以上となるように焼結を進行させることによっ
て、驚くべきことに、体積抵抗率が１×１０^{1 2}Ω・ｃ
ｍ以下である窒化アルミニウム焼結体を得ることに成功
した。このような結果が得られた理由は明確ではない
が、次のように推定できる。

【００１９】基本的な考え方として、窒化アルミニウム
焼結体の抵抗は、窒化アルミニウム結晶粒子の抵抗と、
粒界の抵抗とを、直列および並列に接続している回路の
抵抗値として、算出される。本発明者は、高純度の窒化
アルミニウム粒子を使用し、これに少量の希土類元素化
合物を添加し、ホットプレス法等の高い圧力を適用する
方法によって、焼結体の緻密化を促進した。

【００２０】この際、希土類元素の化合物の配合量が
０．５重量％よりも大きいと、原料粒子中に存在する酸
素が、焼成の過程で粒子の外部へと向かって拡散する。
これに対して、本発明では、希土類元素化合物の配合量
を少量に調整し、かつ焼結時に高圧を加えることによっ
て、窒化アルミニウム結晶粒子中に酸素が固溶した状態
で残留する。この結晶粒子中の酸素は、ＡｌＮの窒素原
子を置換し、バンドギャップ内にドナー準位を形成し、
粒子内の電子伝導性の向上をもたらす。このように、窒
化アルミニウム結晶粒子中への酸素の固溶が、各結晶粒
子の内部の抵抗を減少させるためには必須である。

【００２１】従来、窒化アルミニウム焼結体中にイット
リウム等の希土類元素の焼結助剤を添加する際には、酸
化物換算値で数重量％添加されている（特公昭６３−４
６０３２号公報参照）。この添加量を積極的に減少させ
ると、常圧焼結では緻密体が得られにくくなる。しか
も、これらの焼結助剤の添加量を増加させることによっ
て、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させると
いう研究が行われてきていた。つまり、窒化アルミニウ
ム焼結体の気孔率を減少させ、熱伝導率を向上させるた
めに、数重量％程度の焼結助剤を添加することが常識で
あった。

【００２２】また、窒化アルミニウムの原料粉末の粒子
の内部には酸素が含有されており、焼結の過程で、焼結
助剤の作用によって、各粒子の内部に存在していた酸素
が粒子外へと拡散する。この酸素の窒化アルミニウム粒
子からの排出のプロセスが進行するのにつれて、熱伝導
率が一層向上すると考えられてきた。

【００２３】つまり、酸素原子は、窒化アルミニウム結
晶粒子中に焼結後も残留する、一種の不純物と考えられ
ており、焼結体の熱伝導率を向上させるために、粒子内
の酸素の残留量を減少させるための研究がなされてき
た。別の観点から見ると、窒化アルミニウム焼結体を半
導体領域の体積抵抗率を有する材質として利用するとの
研究は、これまでなされてこなかった。

【００２４】これに対して、本発明においては、希土類
元素化合物の配合量を調整し、焼結時の圧力を大きくす
ることによって、加圧焼結後の粒子内に残留する酸素の
量を制御し、酸素を、各結晶粒子の内部抵抗を減少させ
るためのドナーとして残留させている。窒化アルミニウ
ム焼結体の体積抵抗率を、半導体領域まで低下させるた
めに、焼結後の結晶粒子中に残留する酸素をドナーとし
て使用するという概念は、まったく新しいものである。

【００２５】窒化アルミニウム焼結体中の希土類元素の
含有量は、酸化物に換算して０．５重量％以下とする必
要がある。これが０．５重量％を越えると、焼結過程に
おいて結晶粒子内の酸素が粒子の外部に拡散してしま
う。このように酸素が排出され、粒子内部が純化される
と、酸素の減少によるフォノン散乱の低減によって、熱
伝導率は向上するが、各粒子の抵抗も上昇する。また、
希土類元素が、各窒化アルミニウム結晶粒子の界面およ
び三重点に残留し、粒界相を形成する。この粒界相によ
って、隣接する各窒化アルミニウム結晶粒子の界面付近
の結晶格子が乱れ、結晶粒子間の密着性が損なわれる。
こうした各結晶粒子の界面における乱れによって、これ
まで焼結体の体積抵抗率の下降が阻害されてきたものと
考えられる。本発明の窒化アルミニウム焼結体において
は、このような窒化アルミニウム結晶粒子の界面におけ
る原子配列の乱れさえもほとんど見られなくなった。

【００２６】この観点から、希土類元素の含有量を０．
１重量％以下とすることによって、より一層焼結体の体
積抵抗率が減少した。

【００２７】また、焼結体中の希土類元素の含有量は、
１５０ｐｐｍ以上とする必要がある。これを３００ｐｐ
ｍ以上とすることによって、体積抵抗率の下降が特に顕
著になることを発見した。この観点からは、焼結体中の
希土類元素の含有量は、３００ｐｐｍ以上とすることが
一層好ましい。

【００２８】特に半導体プロセスに使用するためには、
このプロセスの不純物と考えられるアルカリ金属、遷移
金属は好ましくない。また、希土類を除く金属不純物
は、粒内または粒界に存在し、粒内抵抗または粒界抵抗
を上昇させる作用があるためと考えられる。

【００２９】また、本発明においては高純度の原料を使
用する必要があり、具体的には、希土類元素を除く金属
不純物量を９００ｐｐｍ以下とする必要があった。これ
が９００ｐｐｍを越えると、やはり焼結体の体積抵抗率
が上昇する傾向が見られた。この金属は、不純物として
混入するものであるから、できる限り少ない方が好まし
い。従って、希土類元素を除く金属不純物量を５００ｐ
ｐｍ以下とすることが好ましく、１００ｐｐｍ以下とす
ることが一層好ましく、０ｐｐｍないし検出限界以下で
ある場合を含む。

【００３０】また、焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒
子の平均粒径は３．０μｍ以上とすることが好ましく、
４．０μｍ以上とすることが更に好ましく、５．０μｍ
以上とすることが一層好ましい。

【００３１】前記結晶粒子の平均粒径が大きくなると、
焼結体中での伝導パスにおける単位長さ当たりの結晶粒
子の界面の数が減少する。一般に、結晶粒子中の抵抗よ
りも結晶粒子の界面における抵抗の方が大きく、例えば
焼結温度を上げて粒成長させた場合、体積抵抗率が低下
する傾向がある。粒子数に対する界面の数を少なくする
ことが、焼結体の体積抵抗率を減少させるために重要で
ある。このため、結晶粒子の平均粒径が３．０μｍ未満
までしか成長していないと、伝導パスにおける結晶粒子
の界面の頻度が多いために、焼結体の抵抗が上昇する。

【００３２】窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径の上
限は特にないが、一般的には２０μｍ以下とすることが
好ましい。

【００３３】また、窒化アルミニウム焼結体の相対密度
は、９８．５％以上とすることが好ましく、これによっ
て焼結体の体積抵抗率が一層低下する。この観点から、
焼結体の相対密度を９９．０％以上とすることが好まし
く、９９．６％以上とすることが、より一層好ましい。

【００３４】このように、本発明においては、窒化アル
ミニウム焼結体を非常に緻密にすることが要請される
が、同時に、希土類元素化合物の配合量を小さくしてお
り、実質的に希土類元素が焼結助剤としては作用しない
程度の配合量としている。これと同時に、焼結を促進さ
せる成分として作用可能な他の金属元素の配合量も、前
記したように極力少なくする必要がある。こうした条件
下では、常圧焼結法によっては、通常９０％以下の相対
密度しか得られない。

【００３５】このため、本発明の窒化アルミニウム焼結
体を得るためには、ホットプレス法、ホットアイソスタ
ティックプレス法のような加圧焼結法を採用することが
必要であり、これによって焼結助剤の必要性なしに窒化
アルミニウム焼結体を緻密化させることができる。

【００３６】このように、本発明の主要なポイントの一
つは、焼成時に機械的圧力をも加えていることである。
例えば、ホットプレス法は、従来の概念では、焼結体の
緻密化を促進するための機械的圧力を加える方法とし
て、把握されてきた。

【００３７】しかし、本発明においては、単に窒化アル
ミニウム焼結体の緻密化を促進するというだけではな
い。即ち、焼成時の高温状態において、機械的圧力によ
って、窒化アルミニウム結晶粒子の電子状態ないしは粒
界の電子状態が、窒化アルミニウム粒子の表面に焼成前
から存在する少量の希土類元素とあいまって、常圧焼結
では得られない干渉を受けている可能性がある。こうし
た干渉によって、隣接する結晶粒子の界面におけるアル
ミニウム原子および窒素原子の配列が制御され、界面に
おける抵抗が減少しているものと考えられる。これによ
って、粒界の抵抗が下がっている可能性が高く、粒子内
の抵抗も下げる効果があるかもしれない。

【００３８】こうして得られた本発明の窒化アルミニウ
ム焼結体は、驚くべきことに、１×１０^{1 2}〜１×１０
⁶Ω・ｃｍの範囲内、更には１×１０^{1 1}Ω・ｃｍ以
下、特には１×１０^{1 0}Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を有
していた。こうした領域の体積抵抗率は、まさに半導体
としての領域に属する。本発明は、金属不純物および希
土類元素の混入の極めて少ない、純度の高い窒化アルミ
ニウム焼結体において、こうした半導体領域の体積抵抗
率を有する焼結体を初めて提供する点で画期的なもので
ある。

【００３９】なお、従来は、窒化アルミニウム焼結体
は、高い熱伝導率を有する電気絶縁材料として研究され
てきている。また、窒化アルミニウム焼結体中に電気伝
導体や半導体をドープすることによって、抵抗を減少さ
せようとする試みはなされてきたが、本発明のように窒
化アルミニウム結晶粒子自体の抵抗を減少させようとす
る研究はなされていない。

【００４０】本発明者は、更に各結晶粒子の界面を調査
し、焼結体の体積抵抗率が劇的に減少した理由を探索し
た。まず、前記したように希土類元素をまったく添加し
ない場合には、焼結体の体積抵抗率が本発明ほどは下降
しなかったことと、結晶粒子中に希土類元素が固溶しな
いことから、隣接する結晶粒子の界面に微量の希土類元
素が存在していると、結晶粒子間の界面における抵抗が
減少するものと考えられる。

【００４１】実際、本発明者は、後述する各測定法によ
って、希土類元素が窒化アルミニウム結晶粒子中に実質
的に存在せず、隣接する二つの窒化アルミニウム結晶粒
子の粒界に存在していることを発見した。ここで、希土
類元素が結晶粒子中に実質的に存在しないとは、ＥＤＳ
（Energy Dispersive X-ray Spectrometer）によって希
土類元素に該当するピークが存在しないことを言う。

【００４２】この希土類元素は、隣接する二つの窒化ア
ルミニウム結晶粒子の粒界に存在してはいるが、結晶相
を形成してはおらず、原子レベルで結晶粒子間の粒界に
存在していることが判明した。そして、隣接する２つの
窒化アルミニウム結晶粒子の粒界において、各窒化アル
ミニウム結晶粒子を構成する結晶格子が乱れている部分
はほとんど見ることができず、この部分の幅が５ｎｍ以
下であり、特には、１ｎｍ以下であることを発見した。
測定した試料の中には、こうした界面における結晶格子
の乱れが実質的に見られないものもあった。このような
特異な結晶粒子の粒界の微構造によって、結晶粒子間の
抵抗が著しく減少したものと考えられる。

【００４３】また、本発明者は、窒化アルミニウム焼結
体中の三重点（三つの窒化アルミニウム結晶粒子によっ
て形成される三重点）を検討したが、三重点の結晶相の
内部には、希土類元素が実質的に含有されていないこと
が判明した。この結果から見て、希土類元素は、各窒化
アルミニウム結晶粒子の表面近傍あるいは表面に、極め
て薄いアモルファス相として存在しているものと考えら
れる。三重点においても、希土類元素は結晶粒子の表面
近傍あるいは表面のみに存在していることが判明した。

【００４４】これらの結果から、希土類元素以外の金属
不純物が多い場合に、著しく体積抵抗率が上昇する理由
も明らかである。こうした不純物金属原子は、窒化アル
ミニウム結晶粒子の内部に固溶し、または粒界に存在す
るが、こうした結晶粒子や粒界の抵抗値は高いものと考
えられるからである。

【００４５】また、窒化アルミニウム焼結体中の全酸素
量から、希土類元素を酸化物として考えた場合の酸素量
を差し引いた値を、０．５重量％以上とすることが好ま
しい。これは、窒化アルミニウム結晶粒子中に残留して
いる酸素量を表している。これを０．５重量％以上とす
ることによって、結晶粒子それ自体の抵抗値を下げるこ
とができ、焼結体全体の体積抵抗率も著しく減少する。
ただし、この上限は２．０重量％である。

【００４６】本発明者は、体積抵抗率の低い本発明の窒
化アルミニウム焼結体について、結晶相内部や粒界の欠
陥構造の構成を知るために、各試料について電子スピン
共鳴法（Electron spin resonance ：ＥＳＲ法）による
スペクトルをとった。この原理を簡単に説明する。不対
電子は、磁場下では、ゼーマン効果によってエネルギー
準位が分裂する。このエネルギー準位には、電子の軌道
運動、近傍の原子の核磁気能率との相互作用が敏感に反
応する。ＥＳＲ法では、この分裂したエネルギー準位を
測定することによって、不対電子を有する原子の近傍の
原子および化学結合等に関する情報を知ることができ
る。

【００４７】窒化アルミニウムにおいては、アルミニウ
ムの不対電子のｇ値が、不対電子の存在している結晶場
によって変化する。このｇ値は、理論的には自由電子で
は２．００００であり、相対論的補正でｇ＝２．００２
３１６の値をとる。窒化アルミニウム結晶相中の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ｓｐ
³混成軌道を形成している。各試料のｇ値から、格子欠
陥中の不対電子が、どのような結晶配位に存在している
のか、どのような元素が不対電子の周辺に存在している
のかを、知ることができる。

【００４８】この結果、本発明の窒化アルミニウム焼結
体においては、電子スピン共鳴法によるスペクトルのア
ルミニウムの不対電子のｇ値が２．０００以下となるこ
とが判明した。

【００４９】不対電子を有するＡｌ原子に対して結合す
る原子の種類が変化すると、不対電子のｇ値は大きく変
化する。上記のように低いｇ値が得られた原因は、こう
したアルミニウムと結合する原子の種類の変化に帰する
べきものである。４配位構造のＳｉ原子において、これ
と同様なｇ値の変化が生じていることが報告されている
（「素材のＥＳＲ評価法」アイピーシー出版第５７頁参
照）。これは、窒化アルミニウム結晶粒子中に残留する
酸素原子の影響によるものと考えられる。

【００５０】また、電子スピン共鳴法によるスペクトル
から得られたアルミニウムの単位ｍｇ当たりのスピン数
が１×１０^{1 3}ｓｐｉｎ以上であることも判明した。こ
の測定方法は、「電子スピン共鳴」大矢博昭、山内
淳著（講談社刊）に記載された方法に従った。即ち、Ｅ
ＳＲスペクトルの吸収強度は、窒化アルミニウム結晶粒
子中における不対電子の割合に比例している。ｇ値の定
量は、ｇ値が既知の標準試料と比較して行う必要があ
る。即ち、ｇ値が既知の試料と、本発明の窒化アルミニ
ウム焼結体の試料とを、同じ条件下で測定し、得られた
吸収曲線を積分曲線に直し、次に各積分曲線の各面積を
比較する必要がある。

【００５１】本発明者は、スピン数が既知のＴＥＭＰＯ
Ｌ（４−ヒドロキシ−２、２、６、６−テトラメチルピ
ペリジン−１−オキシル）溶液を使用して、Ｍｎ^{2 +}／
ＭｇＯの一本の超微細線を定量しておき、これを通して
スピン数を比較し、ピークの面積比よりスピン数を算出
した。

【００５２】本発明者は、窒化アルミニウム焼結体の電
気的特性に影響を及ぼすバンドギャップ内の電子状態を
評価し、本発明の焼結体の特徴を更に明らかにするため
に、カソードルミネッセンススペクトルを測定した。

【００５３】カソードルミネッセンスは、一般には、試
料に対して電子線を照射したときの試料からの反射波の
一種である。図１に模式図として示すように、励起電子
が価電子帯から伝導帯へと励起されると、価電子帯に正
孔が生ずる。価電子帯と正孔との間のバンドギャップに
対応する発光が生ずる。これと共に、結晶内に含まれる
欠陥や不純物の作用によって、伝導帯とは別に局在電子
準位が生じている場合には、局在電子準位の励起電子と
価電子帯の正孔との再結合に伴い、発光が生ずる。従っ
て、カソードルミネッセンスのスペクトルからは、エネ
ルギーバンド構造、結晶性、結晶中に含まれる欠陥や不
純物について、情報を得ることができる。

【００５４】本発明の焼結体について、カソードルミネ
ッセンススペクトルを測定した結果、例えば図２３、図
２５に例示するように、３５０〜３７０ｎｍの波長領域
に強い主要ピークを有していることを発見した。また、
６５０〜７５０ｎｍの波長領域に、この主要ピークの２
倍波と思われる弱いピークを検出した。

【００５５】また、本発明者は、比較対象として、窒化
アルミニウム粉末に５重量％のイットリア粉末を添加し
て焼成することによって得られた高密度の焼結体を準備
し、この焼結体についてカソードルミネッセンスを測定
した。この結果、例えば図２４、図２５に示すように、
約３４０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍにそれぞれ弱い
ピークが観測された。

【００５６】このような発光波長の相違は、発光種（バ
ンドギャップ内の電子準位）の相違を示している。ま
た、発光強度の相違は、不純物による電子濃度の相違を
示している。つまり、本発明の焼結体の場合には、３５
０〜３７０ｎｍの波長領域に、非常に強い、シャープな
ピークが観測されたが、これは非常に強い新たな電子準
位の存在を示しており、特定の不純物による電子濃度が
高いことを示している。

【００５７】次に、本発明者は、３５０〜３７０ｎｍの
波長領域に強い主要ピークをもたらす電子準位が、焼結
体中の窒化アルミニウム結晶粒子中に存在しているの
か、あるいはこの結晶粒子の粒界相に存在しているのか
を特定するために、波長３６０ｎｍの発光について、カ
ソードルミネッセンス二次元マッピングを行った。

【００５８】そして、このマッピングの結果を同じ試料
の同じ視野の走査型電子顕微鏡写真と対比したところ、
カソードルミネッセンスによる非常に強い波長３６０ｎ
ｍの発光は、窒化アルミニウム結晶粒子中に存在してい
ることが判明した。一方、粒界部は暗く、前記の発光は
見られなかった。これは、電子濃度が高い領域（局在電
子準位が多い領域）が粒子内に分布しており、粒界部に
分布していないことを示している。この結果から、結晶
粒子それ自体の電気的特性が、焼結体の体積抵抗率に大
きく影響していることが判明した。

【００５９】また、本発明の焼結体について、Ｘ線マイ
クロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって酸素濃度の分布
を測定した。この結果、本発明の焼結体においては、粒
子内に比較的多量の酸素原子が固溶していることが判明
した。

【００６０】本発明の焼結体においては、窒化アルミニ
ウム結晶粒子内に、相対的に多量の酸素原子が固溶して
おり、これが局在電子準位を提供し、粒子内抵抗の低下
に寄与しているものと考えられる。これは、ＥＳＲスペ
クトルにおける吸収ピークの強度が高いこととも整合し
ている。

【００６１】具体的に、本発明の焼結体を構成する窒化
アルミニウム結晶粒子の酸素濃度を測定したところ、
０．５重量％以上である必要があることが判明した。こ
れは、更に好ましくは０．６重量％以上である。また、
この上限は特にないが、好ましくは、２．０重量％以下
であり、更に好ましくは１．０重量％以下である。

【００６２】以上の実験結果を総合すると、次のプロセ
スによって結晶粒子の電気抵抗の低下が見られたものと
推定される。即ち、窒化アルミニウム結晶粒子中に酸素
が固溶する際に、酸素が窒素格子点（サイト）に入り、
窒素と置換する。この際の窒素Ｎ^{3 -}と酸素Ｏ^{2 -}との
間の電荷補償によって、伝導（ドナー）電子、又はアル
ミニウム空格子点が生成し、これらが電気伝導に大きく
寄与する。こうした伝導電子または空格子点の生成によ
って、窒化アルミニウム結晶粒子の内部における電気抵
抗が低下し、焼結体の電気抵抗の低下に寄与したものと
考えられる。

【００６３】本発明者は、比較対象のイットリアを５重
量％添加した焼結体についても、Ｘ線マイクロアナライ
ザー（ＥＰＭＡ）によって酸素濃度の分布を測定した。
この結果、イットリアを５重量％添加した焼結体の場合
には、結晶粒子の内部の酸素濃度が、相対的に低くなっ
ていた。しかも、この焼結体内において酸素が相対的に
多く存在している部分は、イットリアが存在している部
分とほぼ重複していることがわかった。イットリアは窒
化アルミニウム粒子内に固溶せず、粒界部に排出される
ことが知られている。従って、酸素原子のほとんどは、
粒子内には存在せず、粒界に存在している。

【００６４】従って、焼結が進行する過程で粒子内から
イットリウムが排出され、この際にイットリウムが酸素
原子を粒界へと向かって持ち去る傾向がある。このため
に、粒子内の酸素原子が減少したものと考えられる。

【００６５】次に、本発明の焼結体を得るための方法に
ついて説明する。窒化アルミニウム原料粉末としては、
直接窒化法による粉末を使用でき、還元窒化法による粉
末も使用できる。現状では、金属不純物含有量が少ない
ものが供給され易い点から、還元窒化法による粉末が好
ましい。しかし、直接窒化法によって製造された粉末で
あっても、原料であるアルミニウムの純度を向上させ、
かつ各工程における不純物の混入を防止すれば、問題な
く使用できる。

【００６６】最終的に得られる焼結体中において、窒化
アルミニウム焼結体中の全酸素量と、希土類元素の酸化
物中に含有されている酸素量との差を０．５重量％以上
とすることが好ましいことから、むしろ、原料粉末中の
酸素量が重要である。原料中の酸素量が少ない場合に
は、原料粉末中に酸素を導入するための後処理が必要に
なる。例えば、原料粉末を、空気等の酸化雰囲気中で、
４００〜８００℃で加熱することによって、酸化処理す
ることで、原料粉末中の酸素量を増大させることができ
る。また、原料粉末中に各種アルミナ粉末およびアルミ
ナ前駆体を添加することができる。

【００６７】最終的に、脱脂および焼成工程に供する前
の窒化アルミニウム原料粉末中の全酸素量から、希土類
元素の酸化物中に含有されている酸素量を控除した値
は、０．５重量％以上とすることが好ましい。

【００６８】しかし、焼結体を構成する各窒化アルミニ
ウム結晶粒子中において、均一に酸素原子を分散させる
ためには、その原料粉末を製造した段階で、前記のよう
な後処理を行うことなく、原料粉末中の酸素量を前記の
ように十分に大きくしておくことが好ましい。

【００６９】また、希土類元素は、前記原料粉末に対し
て、種々の形態で添加することができる。例えば、窒化
アルミニウム原料粉末中に希土類元素の単体または化合
物の粉末を添加することができる。

【００７０】一般には、希土類元素の酸化物が最も入手
し易い。ただし、希土類元素の酸化物を使用した場合に
は、本発明においては、希土類の添加量が微量であるた
めに、希土類元素の酸化物の分散が不十分であると、焼
結体の全体に希土類元素が行き渡ることが困難になる。
このため、焼結体の各部分の体積抵抗率等の諸特性にバ
ラツキが生ずる原因になる。

【００７１】このため、本発明においては、希土類元素
の硝酸塩、硫酸塩、アルコキシド等の化合物を、これら
の化合物が可溶性である適当な溶剤に溶解させて溶液を
得、この溶液を窒化アルミニウム原料粉末に対して添加
することができる。これによって、希土類元素の添加量
が微量であっても、希土類元素が焼結体の各部分に均一
に分散される。しかも、おそらくは各粒子の表面に非常
に薄い層として希土類元素が分散されることから、高抵
抗である希土類元素化合物が偏析しにくくなる。分散が
不十分である場合、局部的に希土類含有結晶が析出する
ことがある。析出物の割合が少ない場合、本件の要件に
は影響しない。

【００７２】乾式プレス成形法を使用する場合には、前
記原料粉末を乾燥する方法としては、スプレードライ法
を提案できる。これは、微量添加物である希土類化合物
の瞬間乾燥法として特に好適である。

【００７３】また、テープ成形法を使用することができ
る。この場合には、希土類元素の硝酸塩、硫酸塩、アル
コキシド等の化合物を溶解させて得た溶液を、通常のテ
ープ成形工程の中に添加剤として添加すれば良い。添加
量も微量であるので、成形性、脱脂性には影響しない。

【００７４】調合工程においては、溶剤中に窒化アルミ
ニウム原料粉末を分散させ、この中に希土類元素化合物
を、前記した酸化物粉末や溶液の形で添加することがで
きる。混合を行う際には、単純な攪拌によっても可能で
あるが、前記原料粉末中の凝集物を解砕する必要がある
場合には、ポットミル、トロンメル、アトリッションミ
ル等の混合粉砕機を使用できる。添加物として、粉砕用
の溶媒に対して可溶性のものを使用した場合には、混合
粉砕工程を行う時間は、粉末の解砕に必要な最小限の短
時間で良い。また、ポリビニルアルコール等のバインダ
ー成分を添加することができる。

【００７５】この粉砕用溶剤を乾燥する工程は、スプレ
ードライ法が好ましい。また、真空乾燥法を実施した後
に、乾燥粉末をフルイに通してその粒度を調整すること
が好ましい。

【００７６】粉末を成形する工程においては、円盤形状
の成形体を製造する場合には、金型プレス法を使用でき
る。成形圧力は、１００ｋｇｆ／ｃｍ²以上とすること
が好ましいが、保型が可能であれば、特に限定はされな
い。粉末の状態でホットプレスダイス中に充填すること
も可能である。

【００７７】成形体中にバインダーを添加した場合に
は、焼成に先立って、酸化雰囲気中で２００℃〜８００
℃の温度で脱脂を行うことができる。

【００７８】希土類元素を含有する添加剤を、硝酸塩、
硫酸塩、炭酸塩の形で添加した場合には、焼成に先立っ
て、粉末状態の原料または粉末の成形体について、脱
硝、脱硫、脱炭酸処理することができる。こうした脱ガ
ス工程は、脱脂工程と同様に、酸化雰囲気中で前記原料
粉末または成形体を加熱することによって実施できる
が、この際、発生するＮＯｘガス、ＳＯｘガス等による
窯の損傷に留意する必要がある。

【００７９】また、脱硝、脱硫、脱炭酸処理等の脱ガス
工程を個別に実施することなく、焼成過程の間に脱ガス
をも行わせることができる。

【００８０】次いで成形体をホットプレス法によって焼
成する。ホットプレス時の圧力は、５０ｋｇｆ／ｃｍ²
以上である必要があり、２００ｋｇｆ／ｃｍ²以上が好
ましい。この上限は特に限定されないが、モールド等の
窯道具の損傷を防止するためには、実用上は１０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ²以下が好ましく、４００ｋｇｆ／ｃｍ²以
下が更に好ましい。

【００８１】圧力を上昇させる際には、最高圧力まで一
気に上昇させることも可能である。しかし、昇温に従っ
て段階的に圧力を上昇させることが、焼結体の寸法精度
を向上させるために、特に好ましい。

【００８２】円盤形状の成形体をホットプレス法によっ
て焼成する際には、この成形体の外径よりも若干大きい
内径を有するスリーブの中に成形体を収容することが好
ましい。

【００８３】温度上昇時に脱ガスが必要な場合には、室
温〜１６００℃の間の温度範囲において、真空加熱を行
うことによって、気体の発散を促進することが好まし
い。

【００８４】また、焼成時の最高温度まで、５０℃／時
間以上、１５００℃／時間以下の昇温速度で温度を上昇
させることが好ましい。最高温度は、１７５０℃〜２３
００℃とすることが好ましい。最高温度が２３００℃を
越えると、窒化アルミニウムの分解が始まる。最高温度
が１７５０℃未満であると、粒子の効果的な成長が抑制
され、平均粒径３μｍに達しない。

【００８５】また、成形体を焼結する時間に関しては、
１８５０℃以上、１９００℃未満の最高温度では、少な
くとも３時間の焼結を行う必要があった。１９００℃〜
２０００℃未満の最高温度でも、最高温度で２時間以上
の保持を行う必要があった。更に、この保持時間を３時
間以上、更には５時間以上とすることによって、一層体
積抵抗率の低下が観測された。２０００℃以上の最高温
度では、最高温度で１時間以上の保持を行うことによっ
て、体積抵抗率の低下が観測された。これらの保持時間
は、焼結炉における現実的な生産性の観点からは、３０
時間以下とすることが好ましい。最高温度から１４００
℃まで、３００℃／時間の冷却速度で冷却した。１４０
０℃において、電源を切り、自然放冷させた。冷却速度
が抵抗に及ぼす影響は不明である。

【００８６】ホットプレス法において、成形体または原
料粉末とカーボン治具との間に窒化ホウ素を離型剤とし
て塗布する方法が、現在提案されている。しかし、本発
明においては、ホウ素が焼結体中に混入するおそれがあ
るので、この離型剤を使用しない方が良い。

【００８７】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。表１および表２に示す各窒化アルミニウム焼結体を
製造した。表３および表４、表５および表６についても
同様である。原料粉末としては、還元窒化法によって得
られた窒化アルミニウム粉末を使用した。この原料粉末
中の酸素量、金属不純物量を表１、３、５に示す。イッ
トリウムの硝酸塩をイソプロピルアルコールに溶解させ
て添加剤溶液を製造し、この添加剤溶液を窒化アルミニ
ウム原料粉末に対して、ポットミルを使用して混合し
た。Ｙ₂Ｏ₃に換算したイットリアの混合比率、および
アルミナの添加量を、表１、３、５に示す。

【００８８】この原料粉末を１００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧
力で一軸加圧成形することによって、直径２００ｍｍの
円盤状成形体を作製した。この円盤状成形体をホットプ
レス型中に収容し、密封した。昇温速度３００℃／時間
で温度を上昇させ、この際、室温〜１０００℃の温度範
囲で減圧を行った。この温度の上昇と同時に圧力を上昇
させた。最高温度を、表２、４、６に示すように変更
し、表２、４、６に示す各キープ時間の間、各最高温度
で保持した。

【００８９】こうして得られた焼結体について、イット
リウムを除く金属不純物量の合計値を測定し、表１、
３、５に示す。また、イットリウムの含有量（Ｙ）、全
酸素量（Ｏ）全炭素量（Ｃ）および過剰酸素（全酸素量
と、イットリアに含有される酸素量との差）を、表１、
３、５に示す。また、各焼結体について、下記の各値を
測定し、表２、４、６に示す。

【００９０】（ｇ値）ＥＳＲの共鳴条件式から、ｇ値を
求めた。この式は、ｈν＝ｇ／μＢＨ（ｈはプランク定
数であり、νはマイクロ波の振動数であり、μＢはボー
ア磁子であり、Ｈは磁場である）。（スピン数（ｓｐｉｎ／ｍｇ））前記のようにして算出
した。

【００９１】（平均粒径）電子顕微鏡写真を撮影し、観
察された粒子の長軸長さの平均値を算出して求めた。（熱伝導率）レーザーフラッシュ法にて測定した。（強度）ＪＩＳ１６０１に基づいた室温四点曲げ強度試
験法によって測定した。（相対密度）アルキメデス法にて測定した。（色彩）外観を目視によって観察した。（体積抵抗率）ＪＩＳＣ２１４１に基づいた絶縁物の体
積抵抗率測定法で測定した。各表および図面には、略記
法を使用して表示した。例えば、「１Ｅ＋０６」は「１
×１０⁶」を示す。

【００９２】

【表１】

【００９３】

【表２】

【００９４】

【表３】

【００９５】

【表４】

【００９６】

【表５】

【００９７】

【表６】

【００９８】表１、２においては、焼結体中において、
イットリウムを除く金属不純物量を種々変更している。
また、イットリウムを除く金属不純物量と体積抵抗率と
の関係を図２に示す。この結果、金属不純物量が５００
ｐｐｍ以下であると、体積抵抗率が著しく減少してい
る。

【００９９】表３、４においては、Ｙ₂Ｏ₃の添加量を
種々変更しており、図３には、Ｙ₂Ｏ₃の添加量と焼結
体の体積抵抗率との関係を示す。Ｙ₂Ｏ₃の添加量を
０．５重量％以下とすることによって体積抵抗率が顕著
に減少し、０．１重量％以下とすることによって、一層
顕著に減少している。これ以下の領域では、体積抵抗率
に特に顕著な相違は見られない。

【０１００】図４は、過剰酸素と体積抵抗率との関係を
示すグラフである。このグラフから判るように、過剰酸
素、即ち窒化アルミニウム結晶粒子中に存在する酸素量
が０．５重量％未満になると、体積抵抗率が著しく上昇
している。過剰酸素が０．５〜２．０重量％の範囲内に
おいては、体積抵抗率が大きい（１×１０^{1 2}Ω・ｃｍ
以上）焼結体と、体積抵抗率が１×１０^{1 0}Ω・ｃｍ以
下の試料とが併存している。これは、窒化アルミニウム
粒子内に酸素が固溶しても、粒径が小さい場合、抵抗が
低下しないためと考えられる。

【０１０１】図５は、ＥＳＲスペクトルから得られたｇ
値と体積抵抗率との関係を示すグラフである。この結果
から判るように、ｇ値が２．０００を越えると、体積抵
抗率が著しく上昇している。一方、ｇ値が２．０００以
下である場合はやはり体積抵抗率が大きい（１×１０
^{1 2}Ω・ｃｍ以上）焼結体と、体積抵抗率が１×１０
^{1 0}Ω・ｃｍ以下の試料とが併存している。

【０１０２】図６は、ＥＳＲスペクトルによる、アルミ
ニウムの単位ｍｇ当たりのスピン数と体積抵抗率との関
係を示すグラフである。この結果から判るように、この
スピン数を１×１０^{1 3}ｓｐｉｎ／ｍｇ以上とすること
によって、体積抵抗率が著しく減少した。

【０１０３】また、表３、表４においては、原料中酸素
量および金属不純物量を最適化しており、イットリウム
の含有量を変更しているが、この結果から判るように、
体積抵抗率を一層減少させるためには、焼結体中のイッ
トリウムの含有量は１０００ｐｐｍ以下とすることが好
ましく、３００ｐｐｍ以上とすることが好ましい。

【０１０４】表５、表６においては、原料中酸素量およ
び金属不純物量を最適化しており、焼成時の最高温度を
変更しているが、最高温度が低いと、粒成長が十分では
なく、このために体積抵抗率が１×１０^{1 2}Ω・ｃｍの
水準には到達しない。

【０１０５】図７は、番号１１の焼結体についての結晶
構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。図８は、この
焼結体の三重点の近傍を拡大して示す透過型電子顕微鏡
写真であり、図９は、隣接する結晶粒子の界面を拡大し
て示す透過型電子顕微鏡写真である。隣接する各結晶粒
子の界面には粒界相は見られないが、三重点にはアルミ
ニウム酸化物相が生成している。

【０１０６】図１０は、本発明例の番号１１の焼結体に
ついて、結晶粒子の粒界のＥＤＳ（Energy Dispersive
X-ray Spectrometer）による分析の結果を示すグラフで
あり、微量のイットリウムが存在していることが判る。
ただし、「Ｃ」のピークは、試料の汚染によるものであ
る。図１１は、同じ試料の結晶粒子中のＥＤＳによる分
析の結果を示すグラフである。イットリウムのピークは
まったく見られず、酸素のピークが存在していることが
判る。

【０１０７】図１２、図１３は、比較例の番号１６の焼
結体について、結晶粒子の内部のＥＤＳによる分析の結
果を示すグラフである。酸素のピークもイットリウムの
ピークも見られない。図１４は、これと同じ焼結体につ
いて、結晶粒子の間にある粒界のＥＤＳによる分析の結
果を示すグラフである。顕著なイットリウムのピークが
観測された。このイットリウムを多量に含有する粒界相
が、隣接する結晶粒子の間の抵抗値の上昇に寄与してい
る。

【０１０８】図１５は、比較例の番号１６の焼結体につ
いて、三重点のＥＤＳによる分析の結果を示すグラフで
ある。一層顕著なイットリウムのピークが観測された。

【０１０９】図１６は、本発明例の番号１１の焼結体に
ついてのＸ線回折ピークを示すグラフである。このグラ
フから判るように、イットリウム化合物の結晶に該当す
るピークは存在しておらず、従って結晶粒子の界面にお
いてイットリウムは結晶相を構成していない。

【０１１０】図１７は、本発明例の番号１１の焼結体に
ついての、隣接する結晶粒子の粒界付近の結晶組織を示
す高倍率ＴＥＭ写真である。この写真中の左右にそれぞ
れ結晶粒子が存在しており、左右方向にある各結晶粒子
の間に界面がある。各結晶粒子内においては、結晶格子
の構成原子が、完全に秩序的な結晶格子を形成してい
る。結晶粒子の粒界付近においては、僅かに結晶格子が
乱れているが、結晶格子が乱れた部分の幅は極めて小さ
く、原子数で数個程度であり、１ｎｍ以下に過ぎないこ
とが判明した。

【０１１１】図１８は、比較例の番号１６の焼結体につ
いての、隣接する結晶粒子の粒界付近の結晶組織を示す
高倍率ＴＥＭ写真である。左右の粒子の粒界付近で結晶
格子の乱れが認められる。この幅は１〜３ｎｍ程度であ
る。制限視野電子線回折結果から、粒界には結晶質の析
出物が検出された。この結晶格子の乱れは、粒界に析出
した微小な析出によるものと考えられる。

【０１１２】図１９、図２０は、比較例の番号１６の焼
結体についての透過型電子顕微鏡写真である。３重点、
粒界に、黒色の析出物（０．２μｍ）が観察された。こ
の析出物をＥＤＳで観察した結果、Ｙ₂Ａｌ₄Ｏ₉が検
出された。また、この析出物は結晶質であった。

【０１１３】こうした本発明例の焼結体の微構造の特徴
について、図２１の模式図を参照しつつ、更に説明す
る。本発明例の焼結体においては、隣接する各結晶粒子
１Ａと１Ｂとの粒界２、１Ｂと１Ｃとの粒界２、１Ｃと
１Ａとの粒界２について、通常結晶粒子の間に存在する
べき粒界相が存在しておらず、隣接する各結晶粒子の粒
界２における結晶格子の乱れがほとんどない。そして、
この結晶格子の乱れの部分に、イットリウム原子が混入
しているものと推定される。この推定は、イットリウム
化合物の結晶相がＸ線回折法によってまったく検出され
ない事実とも整合している。

【０１１４】各結晶粒子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ中には、それ
ぞれ前記したように酸素が固溶している。また、三重点
３においても、イットリウムは検出されないことが判っ
た。ただし、三重点３においても、イットリウムは結晶
粒子の表面には存在している。

【０１１５】また、比較例の焼結体においては、図２２
（ａ）に示すように、隣接する結晶粒子５Ａと５Ｂとの
界面６は、不規則に入り乱れた形状をしており、複雑に
折れ曲がっていた。この粒界相の幅ｔは１〜３ｎｍ程度
であった。これに対して、本発明例の焼結体において
は、図２２（ｂ）に示すように、結晶粒子１Ａと１Ｂと
の界面２は、ほぼ真っ直ぐに延びており、その幅は１ｎ
ｍ以下であった。また、この界面の位置ずれは、アルミ
ニウム原子数個のレベルであった。

【０１１６】次に、表７、表８の実験番号５１〜６３の
各窒化アルミニウム焼結体を製造した。原料粉末として
は、還元窒化法によって得られた窒化アルミニウム粉末
を使用した。この原料粉末中の酸素量、金属不純物量
を、表７に示す。イットリウムの硝酸塩をイソプロピル
アルコールに溶解させて添加剤溶液を製造し、この添加
剤溶液を窒化アルミニウム原料粉末に対して、ポットミ
ルを使用して混合した。Ｙ₂Ｏ₃に換算したイットリア
の添加量を、表７に示す。

【０１１７】この原料粉末を１００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧
力で一軸加圧成形することによって、直径２００ｍｍの
円盤状成形体を作製した。この円盤状成形体をホットプ
レス型中に収容し、密封した。昇温速度３００℃／時間
で温度を上昇させ、この際、室温〜１０００℃の温度範
囲で減圧を行った。この温度の上昇と同時に圧力を上昇
させた。最高温度を、表８に示すように変更し、表８に
示す各キープ時間の間、各最高温度で保持した。

【０１１８】こうして得られた各焼結体について、イッ
トリウムを除く金属不純物量の合計値を測定し、表７に
示す。また、焼結体中のイットリウムの含有量（Ｙ）、
全酸素量（Ｏ）、全炭素量（Ｃ）、過剰酸素（全酸素量
と、イットリアに含有される酸素量との差）を、表７に
示す。また、各焼結体について、ｇ値、スピン数、平均
粒径、熱伝導率、強度、相対密度、色彩を、前述したよ
うにして測定し、その結果を表８に示す。

【０１１９】更に、各焼結体について体積抵抗率を前述
のように測定した。また、Ｘ線マイクロアナライザーに
よって、各焼結体を構成する各窒化アルミニウム結晶粒
子中の酸素濃度を測定した。これらの測定結果を表７に
示す。

【０１２０】

【表７】

【０１２１】

【表８】

【０１２２】比較例５１、５２の各焼結体においては、
原料中へのイットリアの添加量が５重量％であり、焼結
体中にも約３．７重量％または０．１重量％残留してい
る。Ｘ線マイクロアナライザーによって結晶粒子内の酸
素量を測定したところ、０．３５重量％または０．２１
重量％であった。つまり実験番号５２の方が相対的にホ
ットプレス温度が高いために、焼結過程におけるイット
リアの排出が進行し、結晶粒子内の酸素の排出も進行し
ている。

【０１２３】そして焼結体の体積抵抗率は、比較例５１
においては１０^{1 4}Ω・ｃｍ台であり、比較例５２にお
いては１０^{1 2}台であって、比較例５２の方が体積抵抗
率が低くなっているが、これは比較例５２の方が、イッ
トリアの排出と共に、粒成長が進行しているためと考え
られる。

【０１２４】これに対して、実施例５３〜６３において
は、Ｘ線マイクロアナライザーによって測定した結晶粒
子内の酸素量が０．５重量％以上であって、「過剰酸
素」の量も０．５重量％以上になっている。そして、実
施例６２、６３を除いて、「過剰酸素」の大部分が結晶
粒子内に分布していることがわかる。

【０１２５】また、実施例５３〜６３においては、焼結
体中におけるイットリアの量が０．２重量％以下であ
り、ｇ値が２．０００以下であり、スピン数が１．０×
１０^{1 3}ｓｐｉｎ／ｍｇ以上であり、平均粒径が４μｍ
以上であり、相対密度が９９％以上である。これらの焼
結体においては、１０^{1 2}Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率が
得られている。

【０１２６】次に、本発明者は、前記した表１〜表８に
示す各実験番号の焼結体について、カソードルミネッセ
ンスによるスペクトルを測定した。この結果、前述した
ように、３５０〜３７０ｎｍに強い主要ピークが現れた
焼結体において、体積抵抗率の著しい低下が見られるこ
とを見いだした。

【０１２７】こうした波長３５０〜３７０ｎｍの範囲内
のピークは、実施例５〜１４、実施例２３〜２９、実施
例３６〜４４、実施例５３〜６３において確認された。
以下、煩雑さを避けるために、代表として、特に実施例
５４の焼結体と、比較例５２の焼結体とについて、具体
的にスペクトル等の測定プロセスと詳細なデータを提示
する。

【０１２８】実施例５４の焼結体の表面をダイヤモンド
ペーストによって鏡面研磨し、カソードルミネッセンス
法でスペクトルを観測し、その結果を図２３に示した。
図２３において、縦軸は発光強度であり、横軸はルミネ
ッセンスの波長である。３５０〜３７０ｎｍの波長領域
に強いピークがあり、６５０〜７５０ｎｍの波長領域に
弱いピークがある。

【０１２９】一方、比較例５２の焼結体の表面をダイヤ
モンドペーストによって鏡面研磨し、カソードルミネッ
センス法でスペクトルを観測し、その結果を図２４に示
した。この結果、約３４０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎ
ｍにそれぞれ弱いピークが観測された。

【０１３０】図２５には、実施例５４と比較例５２との
各カソードルミネッセンスによるスペクトルを対比して
示す。このように、本発明の焼結体に特徴的に見られた
３５０〜３７０ｎｍの主要ピークの発光強度は、比較例
の焼結体の各ピークに比べて極めて高い。

【０１３１】また、実施例５４の焼結体について、３６
０ｎｍの波長でのカソードルミネッセンス二次元マッピ
ングを行った結果を、図２６に示す。ただし、図２７
は、図２６の二次元マッピングにおける濃淡と発光強度
との関係を示す。また、図２８は、図２６と同じ視野に
おける、セラミックス組織の走査型電子顕微鏡写真であ
る。

【０１３２】図２６の二次元マッピングの結果において
は、濃淡のコントラストが見られる。この二次元マッピ
ングを図２８の写真と対比すると、図２８の写真に見え
る各粒子の形状と、図２６における濃い部分の形状、あ
るいは淡い部分の形状が、完全に重なることがわかっ
た。

【０１３３】従って、二次元マッピングにおける濃淡
は、各結晶粒子の結晶方位に依存しているものと考えら
れる。つまり、ある結晶粒子が、電子線に対して垂直な
結晶方位を有している場合にはカソードルミネッセンス
の発光強度が増大している。このように、図２８に見え
る各結晶粒子ごとの結晶方位の相違が、そのまま図２６
における濃淡の原因になっている。そして、図２６にお
いて、粒界にあたる部分は常に暗く、発光が見られな
い。以上の測定結果から、非常に強い波長３６０ｎｍの
発光は、結晶粒子中に存在していることが判明した。

【０１３４】また、比較例５２の焼結体について、Ｘ線
マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって酸素濃度分
布とイットリウム原子の分布とを測定した。この結果、
比較例５２の焼結体の場合には、酸素濃度が相対的に低
くなっていた。しかも、焼結体内において酸素が相対的
に多く存在している部分は、イットリアが存在している
部分とほぼ重複していた。この重複部分は、走査型電子
顕微鏡写真に示された粒界部の位置とほぼ一致してい
た。

【０１３５】本発明の窒化アルミニウム焼結体中に金属
を埋設することができ、特に不純物を嫌悪する環境下で
使用される電極埋設品として特に好適に使用できる。こ
うした用途としては、例えば、セラミック静電チャッ
ク、セラミックスヒーター、高周波電極装置を例示する
ことができるが、特に静電チャックに対して、きわめて
好適に使用することができる。

【０１３６】本発明の金属包含材を、例えば半導体ウエ
ハーの吸着用の静電チャックとして使用すると、特に誘
電層における室温での体積抵抗率を１．０×１０^{1 2}Ω
・ｃｍ以下とできることから、室温付近または−６０℃
以下の温度範囲において、静電チャックとしての吸着特
性を著しく向上させることができる。この場合には、誘
電層の厚さを５００μｍ以上としても、電圧を印加した
ときに、電極から電荷が移動して絶縁性誘電層の表面に
現れ、十分な吸着力を得ることが出来る。また、電圧遮
断直後に、電荷は十分な速さで避散するので、ウエハー
を脱着する際の応答性も良い。これによって、特に−６
０℃程度の低温領域から、３００℃以上の高温領域まで
の極めて広い温度範囲において、８インチ以上の大型の
半導体ウエハーを、十分に安定して吸着し、保持するこ
とができるようになった。

【０１３７】このように窒化アルミニウム焼結体中に埋
設される金属部材は、面状の金属バルク材であることが
好ましい。この際、金属埋設品が静電チャックである場
合には、金属部材は、金属バルク材からなる面状の電極
である。ここで、「面状の金属バルク材」とは、例え
ば、線体あるいは板体をらせん状、蛇行状に配置するこ
となく、例えば、図３０に示すように、金属を一体の面
状として形成したものをいう。

【０１３８】金属部材は、窒化アルミニウム粉末と同時
に焼成するので、高融点金属で形成することが好まし
い。こうした高融点金属としては、タンタル，タングス
テン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム及びこ
れらの合金を例示できる。半導体汚染防止の観点から、
更に、タンタル、タングステン、モリブデン、白金及び
これらの合金が好ましい。静電チャックによる被処理物
としては、半導体ウエハーの他、アルミニウムウエハー
等を例示できる。

【０１３９】こうした面状のバルク材としては、次を例
示できる。（１）薄板からなる、面状のバルク材。（２）面状の電極の中に多数の小空間が形成されている
バルク材。これには、多数の小孔を有する板状体からな
るバルク材や、網状のバルク材を含む。多数の小孔を有
する板状体としては、パンチングメタルを例示できる。
ただし、バルク材が高融点金属からなり、かつパンチン
グメタルである場合には、高融点金属の硬度が高いの
で、高融点金属からなる板に多数の小孔をパンチによっ
て開けることは困難であり、加工コストも非常に高くな
る。この点、バルク材が金網である場合には、高融点金
属からなる線材が容易に入手でき、この線材を編組すれ
ば金網を製造できる。

【０１４０】こうした金網のメッシュ形状、線径等は特
に限定しない。しかし、線径φ０．０３ｍｍ、１５０メ
ッシュ〜線径φ０．５ｍｍ、６メッシュにおいて、特に
問題なく使用できた。また、金網を構成する線材の幅方
向断面形状は、円形の他、楕円形、長方形等、種々の圧
延形状であってよい。ここで、１メッシュは１インチあ
たり１本という意味である。

【０１４１】本発明を静電チャックに適用した場合に
は、静電チャック電極に対して高周波電源を接続し、こ
の電極に対して直流電圧と同時に高周波電圧を供給する
ことによって、この電極をプラズマ発生用電極としても
使用することができる。この場合には、例えば電極がタ
ングステンであり、周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、
電極の厚さは４３０μｍ以上が望ましいが、この厚さの
電極を、スクリーン印刷法で形成することは困難である
ので、電極を金属バルク体によって構成する。また、誘
電層の厚さが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内では、誘
電体損失による自己発熱はさほど大きくないので、高周
波電極として問題なく使用できる。

【０１４２】図２９は、静電チャックの一例を概略的に
示す断面図である。図３０（ａ）は、図２９の静電チャ
ックのうち一部を切り欠いて示す斜視図であり、図３０
（ｂ）は、金網からなる電極１３を示す斜視図である。

【０１４３】略円盤形状の基体１１の側周面１１ｄにリ
ング状のフランジ１１ｃが設けられており、基体１１の
内部に、金網１３からなる電極１９が埋設されている。
半導体ウエハー１６の設置面１１ａ側には、所定厚さの
誘電層１４が形成されている。基体のうち支持部分１８
側には、端子２０が埋設されている。端子２０の端面
が、基体１１の裏面１１ｂに露出している。基体１１の
所定箇所に、半導体ウエハー１６を昇降させるためのピ
ンを通す孔１２が形成されている。

【０１４４】端子２０に電線１５Ａを介して直流電源１
７が接続されている。また、半導体ウエハー１６には、
直流電源１７の負極が、電線１５Ｂを介して接続されて
いる。本実施例における電極１９は、図３０（ａ）、
（ｂ）に示すような金網１３によって形成されている。
金網１３は、円形の枠線１３ａと、枠線１３ａの内部に
縦横に形成されている線１３ｂとからなっており、これ
らの間に網目２４が形成されている。

【０１４５】電極１９と背面１１ｂとの間には、基体１
１内に抵抗発熱体２１が埋設されている。この抵抗発熱
体２１の両端部は、それぞれ端子２２に接続されてお
り、端子２２はそれぞれ外部端子２３に接続されてい
る。この抵抗発熱体は、半導体ウエハーを吸着しながら
加熱するためのものであり、必ずしも必要ない。

【０１４６】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、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
体製造用装置の基体として、使用することができる。

【０１４７】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体を
適用できる電子機能材料としては、誘導加熱用加熱源
（ヒーター材料）を例示できる。即ち、本発明の焼結体
は、高純度であり、プラズマに対する耐蝕性が高いこと
から、プラズマ雰囲気中で使用するための誘導加熱用加
熱源として利用できる。

【０１４８】本発明者は、図２９に示す静電チャックを
製造した。原料粉末としては、還元窒化法によって得ら
れた窒化アルミニウム粉末を使用した。この原料粉末中
の酸素量を１．２重量％とし、金属不純物量を９０ｐｐ
ｍとした。イットリウムの硝酸塩をイソプロピルアルコ
ールに溶解させて添加剤溶液を製造し、この添加剤溶液
を窒化アルミニウム原料粉末に対して、ポットミルを使
用して混合した。Ｙ₂Ｏ₃に換算したイットリアの混合
比率は０．０５重量％であった。

【０１４９】電極１９としては、モリブデン製の金網１
３を使用した。金網１３は、直径φ０．５ｍｍのモリブ
デン線を、１インチ当たり１５本の密度で編んだ金網を
使用した。前記原料粉末の中に金網１３を埋設し、金網
１３に対して垂直方向に向かって１００ｋｇｆ／ｃｍ²
の圧力を加え、一軸加圧成形することによって、直径２
００ｍｍの円盤状成形体を作製した。この円盤状成形体
をホットプレス型中に収容し、密封した。昇温速度３０
０℃／時間で温度を上昇させ、この際、室温〜１０００
℃の温度範囲で減圧を行った。この温度の上昇と同時に
圧力を上昇させた。最高温度を２０００℃とし、最高温
度で５時間保持した。

【０１５０】こうして得られた焼結体について前記の測
定を行った。イットリウムを除く金属不純物量の合計値
は９０ｐｐｍであり、イットリウムの含有量（Ｙ）は３
２０ｐｐｍであり、全酸素量（Ｏ）は０．９０重量％で
あり、全炭素量（Ｃ）は０．０３重量％であり、過剰酸
素は０．８９重量％であった。また、この焼結体のＥＳ
Ｒスペクトルのｇ値は１．９９７７であり、ピーク比
（Ａｌ／Ｍｎ）は３．５０であり、スピン数は２．９×
１０^{1 3}ｓｐｉｎ／ｍｇであり、平均粒径は１１μｍで
あり、熱伝導率は６０であり、強度は３２０ＭＰａであ
り、相対密度は９９．９％であった。

【０１５１】また、カソードルミネッセンスによるスペ
クトルを測定したところ、３５０〜３７０ｎｍの波長
に、図２３に示したものと同様の主要ピークが観察され
た。また、Ｘ線マイクロアナライザーによって、結晶粒
子内の酸素濃度を測定したところ、０．７９重量％であ
った。

【０１５２】得られた焼結体の誘電層側の表面を機械加
工し、誘電層１４の厚さを１ｍｍとした。焼結体の背面
１１ｂ側からマシニングセンターによって孔１２を形成
し、また端子２０を電極１９に接合した。ただし、抵抗
発熱体２１は埋設しなかった。静電チャックの寸法は、
直径は２００ｍｍであり、厚さは１２ｍｍであった。こ
の静電チャックの吸着力を測定した。室温から３００℃
まで１００℃間隔で吸着力を測定したところ、いずれの
温度においても、６０〜１００ｇ／ｃｍ²の吸着力を示
した。また、誘電層の室温における体積抵抗率は、１×
１０ ⁷Ω・ｃｍであった。

【０１５３】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、高純度であって、かつ低い体積抵抗率を有する、新
規な窒化アルミニウム焼結体が提供することができる。
また、こうした窒化アルミニウム焼結体からなる、半導
体レベルの体積抵抗率を有する新規な電子機能材料を提
供し、かつこの窒化アルミニウム焼結体を使用した静電
チャックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カソードルミネッセンスの原理を説明するため
の模式図である。

【図２】イットリウムを除く金属不純物量と体積抵抗率
との関係を示すグラフである。

【図３】Ｙ₂Ｏ₃の添加量と焼結体の体積抵抗率との関
係を示すグラフである。

【図４】過剰酸素と体積抵抗率との関係を示すグラフで
ある。

【図５】ＥＳＲスペクトルから得られたｇ値と体積抵抗
率との関係を示すグラフである。

【図６】ＥＳＲスペクトルによるスピン数と体積抵抗率
との関係を示すグラフである。

【図７】本発明例の焼結体についてのセラミックス組織
を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図８】図７の焼結体の三重点の周辺を拡大して示す、
セラミックス組織の透過型電子顕微鏡写真である。

【図９】本発明例の焼結体について、隣接する結晶粒子
の粒界を拡大して示す、セラミックス組織の透過型電子
顕微鏡写真である。

【図１０】本発明例の焼結体についての、隣接する結晶
粒子の粒界のＥＤＳによる分析の結果を示すグラフであ
る。

【図１１】図１０の焼結体の、結晶粒子中のＥＤＳによ
る分析の結果を示すグラフである。

【図１２】比較例の焼結体についての、結晶粒子の内部
のＥＤＳによる分析の結果を示すグラフである。

【図１３】比較例の焼結体についての、結晶粒子の内部
のＥＤＳによる分析の結果を示すグラフである。

【図１４】図１２の焼結体について、隣接する結晶粒子
の粒界のＥＤＳによる分析の結果を示すグラフである。

【図１５】比較例の焼結体についての、三重点のＥＤＳ
による分析の結果を示すグラフである。

【図１６】本発明例の焼結体についてのＸ線回折ピーク
を示すグラフである。

【図１７】本発明例の焼結体についての、隣接する結晶
粒子の粒界付近の結晶組織を示す、セラミックス組織の
高倍率ＴＥＭ写真である。

【図１８】比較例の焼結体についての、隣接する結晶粒
子の粒界付近の結晶組織を示す、セラミックス組織の高
倍率ＴＥＭ写真である。

【図１９】比較例の焼結体のセラミックス組織の透過型
電子顕微鏡写真である。

【図２０】比較例の焼結体のセラミックス組織の透過型
電子顕微鏡写真である。

【図２１】本発明例の焼結体の微構造の特徴を示す模式
図である。

【図２２】（ａ）は、比較例の焼結体について、隣接す
る結晶粒子の界面の状態を説明するための模式図であ
り、（ｂ）は、本発明例の焼結体について、隣接する結
晶粒子の界面の状態を説明するための模式図である。

【図２３】本発明例（実施例５４）の焼結体のカソード
ルミネッセンスによるスペクトルを示す。

【図２４】比較例５２の焼結体のカソードルミネッセン
スによるスペクトルを示す。

【図２５】実施例５４の焼結体と比較例５２の焼結体と
のカソードルミネッセンスによる各スペクトルを示す。

【図２６】実施例５４の焼結体のカソードルミネッセン
ス二次元マッピングを示す写真図である。

【図２７】図２６のカソードルミネッセンス二次元マッ
ピングにおける濃淡と発光強度との関係を示す写真図で
ある。

【図２８】実施例５４の焼結体について、図２６と同じ
視野におけるセラミックス組織の走査型電子顕微鏡写真
である。

【図２９】静電チャックの一例を概略的に示す断面図で
ある。

【図３０】（ａ）は、図２３の静電チャックを切り欠い
て示す要部断面斜視図であり、（ｂ）は、静電チャック
電極として使用できる金網の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ結晶粒子２界面３三
重点５Ａ、５Ｂ比較例の焼結体における結晶粒子６
結晶粒子５Ａと５Ｂとの界面１１基体１４
誘電層１６半導体ウエハー１９電極２０端子２１抵抗発熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋道夫愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (56)参考文献特開昭60−65768（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−71575（ＪＰ，Ａ) 特開平５−36819（ＪＰ，Ａ) 特開平10−72260（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/581 - 35/582

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素の含有量（酸化物への換算値）
が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希土類
元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下であり、全
炭素量が０．０５％以下であり、全酸素量と前記希土類
元素を酸化物換算した場合の含有酸素量との差である過
剰酸素量が０．５重量％以上、２．０重量％以下であ
り、体積抵抗率が１．０×１０⁶Ω・ｃｍ以上、１．０
×１０¹²Ω・ｃｍ以下であり、カソードルミネッセン
スによるスペクトルにおいて、３５０ｎｍ〜３７０ｎｍ
の波長領域に主要ピークを有していることを特徴とす
る、窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】Ｘ線マイクロアナライザーによって測定し
た前記窒化アルミニウム結晶粒子中の酸素濃度が０．５
０重量％以上、２．００重量％以下であることを特徴と
する、請求項１記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】前記窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率
が１．０×１０¹¹ Ω・ｃｍ以下であることを特徴とす
る、請求項１または２記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項４】前記窒化アルミニウム焼結体を構成する窒
化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が３．０μｍ以上で
あることを特徴とする、請求項１〜３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。
【請求項５】前記窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径
が５μｍ以上、２０μｍ以下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。
【請求項６】希土類元素の含有量が０．１重量％以下で
あることを特徴とする、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。
【請求項７】前記金属不純物量が５００ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする、請求項１〜６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。
【請求項８】前記カソードルミネッセンスによるスペク
トルにおいて、前記主要ピークが前記窒化アルミニウム
焼結体を構成する前記窒化アルミニウム結晶粒子内から
発生していることを特徴とする、請求項１〜７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。
【請求項９】前記窒化アルミニウム焼結体の相対密度が
９８．５％以上であることを特徴とする、請求項１〜８
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。
【請求項１０】前記希土類元素が前記窒化アルミニウム
結晶粒子中に実質的に存在せず、隣接する二つの前記窒
化アルミニウム結晶粒子の界面に存在していることを特
徴とする、請求項１〜９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。
【請求項１１】前記希土類元素が、隣接する二つの前記
窒化アルミニウム結晶粒子の界面で結晶相を形成してい
ないことを特徴とする、請求項１０記載の窒化アルミニ
ウム焼結体。
【請求項１２】隣接する２つの前記窒化アルミニウム結
晶粒子の粒界において、各窒化アルミニウム結晶粒子を
構成する結晶格子が乱れている部分の幅が１ｎｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１１記載の窒化アルミニ
ウム焼結体。
【請求項１３】前記窒化アルミニウム焼結体中の三重点
の結晶相に、希土類元素が実質的に含有されておらず、
前記三重点に面する各結晶粒子の表面または表面近傍に
希土類元素が存在していることを特徴とする、請求項１
０〜１２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。
【請求項１４】電子スピン共鳴法によるスペクトルのア
ルミニウムの不対電子のｇ値が２．０００以下であるこ
とを特徴とする、請求項１または１０記載の窒化アルミ
ニウム焼結体。
【請求項１５】電子スピン共鳴法によるスペクトルから
得られたアルミニウムの単位ｍｇ当たりのスピン数が１
×１０¹³ ｓｐｉｎ／ｍｇ以上であることを特徴とす
る、請求項１、１０または１４記載の窒化アルミニウム
焼結体。
【請求項１６】バルク状の焼結体であることを特徴とす
る、請求項１〜１５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。
【請求項１７】請求項１６記載の窒化アルミニウム焼結
体と、この窒化アルミニウム焼結体中に埋設されている
金属部材とを備えていることを特徴とする、金属埋設
品。
【請求項１８】請求項１〜１６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からなる電子機能材
料。
【請求項１９】半導体を吸着し、保持するための吸着面
を備えた静電チャックであって、請求項１６記載の窒化
アルミニウム焼結体からなる基体と、この基体中に埋設
された面状の電極と、この面状の電極に対して直流電力
を供給するための電源とを備えていることを特徴とす
る、静電チャック。
【請求項２０】希土類元素の含有量（酸化物への換算
値）が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希
土類元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下である
窒化アルミニウム焼結体であって、全炭素量が０．０５
％以下であり、体積抵抗率が１．０×１０⁶ Ω・ｃｍ以
上、１．０×１０¹² Ω・ｃｍ以下であり、Ｘ線マイク
ロアナライザーによって測定した、前記窒化アルミニウ
ム焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒子中の酸素
濃度が０．５０重量％以上、２．００重量％以下である
ことを特徴とする、窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２１】請求項２０記載の窒化アルミニウム焼結
体と、この窒化アルミニウム焼結体中に埋設されている
金属部材とを備えていることを特徴とする、金属埋設
品。
【請求項２２】請求項２０記載の窒化アルミニウム焼結
体からなる電子機能材料。
【請求項２３】希土類元素の含有量（酸化物への換算
値）が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希
土類元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下である
窒化アルミニウム焼結体であって、体積抵抗率が１．０
×１０⁶ Ω・ｃｍ以上、１．０×１０¹² Ω・ｃｍ以下
であり、全炭素量が０．０５％以下であり、全酸素量と
前記希土類元素を酸化物換算した場合の含有酸素量との
差である過剰酸素量が０．５重量％以上、２．０重量％
以下であり、前記窒化アルミニウム焼結体の電子スピン
共鳴法によるスペクトルにおいて、不対電子のｇ値が
２．０００以下であることを特徴とする、窒化アルミニ
ウム焼結体。
【請求項２４】請求項２３記載の窒化アルミニウム焼結
体と、この窒化アルミニウム焼結体中に埋設されている
金属部材とを備えていることを特徴とする、金属埋設
品。
【請求項２５】請求項２３記載の窒化アルミニウム焼結
体からなる電子機能材料。
【請求項２６】希土類元素の含有量（酸化物への換算
値）が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希
土類元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下である
窒化アルミニウム焼結体であって、体積抵抗率が１．０
×１０⁶ Ω・ｃｍ以上、１．０×１０¹² Ω・ｃｍ以下
であり、全炭素量が０．０５％以下であり、全酸素量と
前記希土類元素を酸化物換算した場合の含有酸素量との
差である過剰酸素量が０．５重量％以上、２．０重量％
以下であり、電子スピン共鳴法によるスペクトルから得
られたアルミニウムの単位ｍｇ当たりのスピン数が１×
１０¹³ｓｐｉｎ／ｍｇ以上であることを特徴とする、窒
化アルミニウム焼結体。
【請求項２７】請求項２６記載の窒化アルミニウム焼結
体と、この窒化アルミニウム焼結体中に埋設されている
金属部材とを備えていることを特徴とする、金属埋設
品。
【請求項２８】請求項２６記載の窒化アルミニウム焼結
体からなる電子機能材料。
【請求項２９】希土類元素の含有量（酸化物への換算
値）が１５０ｐｐｍ以上、０．５重量％以下であり、希
土類元素を除く金属不純物量が９００ｐｐｍ以下である
窒化アルミニウム焼結体であって、前記窒化アルミニウ
ム焼結体の体積抵抗率が１．０×１０⁶ Ω・ｃｍ以上、
１．０×１０¹² Ω・ｃｍ以下であり、全炭素量が０．
０５％以下であり、全酸素量と前記希土類元素を酸化物
換算した場合の含有酸素量との差である過剰酸素量が
０．５重量％以上、２．０重量％以下であり、前記窒化
アルミニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒
子の平均粒径が３．０μｍ以上であることを特徴とす
る、窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３０】請求項２９記載の窒化アルミニウム焼結
体と、この窒化アルミニウム焼結体中に埋設されている
金属部材とを備えていることを特徴とする、金属埋設
品。
【請求項３１】請求項２９記載の窒化アルミニウム焼結
体からなる電子機能材料。