JP6374417B2 - 窒化アルミニウム基板、半導体製造用部品、cvdヒータ、及び窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム基板、半導体製造用部品、cvdヒータ、及び窒化アルミニウム基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば静電チャックやCVDヒータ等のような大型窒化アルミニウムの半導体製造装置の部品などに用いることができる技術に関する。つまり、窒化アルミニウム基板、半導体製造用部品、CVDヒータ、及び窒化アルミニウム基板の製造方法に関する。
従来、セラミックス基板の焼成時における反りやうねりを改善する技術として、焼成温度では焼結しない材料、即ち、セラミックス基板とは別のセラミック粉末からなる拘束シートを用いた技術が知られている(特許文献1参照)。
この技術とは、例えば図8に示すように、内部や表面等に導体(P1)を設けた窒化アルミニウム積層体(P2)に対して、その一方の主面又は両面に拘束シート(P3)を配置して焼成し、焼成後に拘束シートを除去するものである。
特開2008−198767号公報
ところで、例えば、窒化アルミニウムのグリーンシートを15〜30枚積層し圧着した積層体を焼成する場合には、基板全体の反り量が1mm以上となることがあり、そのため上述した拘束シートを用いることが考えられるが、種々の問題があった。
具体的には、積層体内部の電極配置や流路配置等のデザインによって、基板全体の反り量に大きく影響を与えることがあるので、この積層体内部のデザインによっては、数種の拘束シートを用意する必要があり、特に大型の基板に対しては取扱いに負荷を強いられる、言い換えれば製造時の手間や負担が大きいという問題があった。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、拘束シートを用いない場合でも、窒化アルミニウム基板の反りやうねりの発生を抑制できる、窒化アルミニウム基板、半導体製造用部品、CVDヒータ、及び窒化アルミニウム基板の製造方法を提供するものである。
(1)本発明の第1局面の窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板において、組成の異なる2種以上の層が、前記窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有し、前記窒化アルミニウム基板の内部に空間を備えており、前記窒化アルミニウム基板を前記厚み方向に対して垂直に2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における前記空間の容積が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における前記空間の容積より大であり、且つ、前記第1層における前記補助成分の含有量が前記第2層における前記補助成分の含有量より少ない
本第1局面では、組成の異なる2種以上の層が、窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有するので、反りやうねりを抑制することが可能である。
このような窒化アルミニウム基板は、組成の異なるグリーンシートを積層して焼成することにより製造することが可能である。つまり、焼成時には、各グリーンシートの組成が異なることによって各グリーンシートの収縮率が異なるので、このような収縮率が異なるグリーンシートを積層することにより、窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することが可能である。
つまり、例えば、収縮率が大きなグリーンシートにそれより収縮率が小さなグリーンシートを積層することにより、収縮率が大きなグリーンシートの焼成時の曲がりを抑制でき、それによって、製造される窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することが可能である。
更に、第1層における空間の容積が第2層における空間の容積より大である場合には、焼成時には、第1層のグリーンシートの収縮率が大きい傾向にあるが、本第1局面では、第1層における補助成分の含有量が第2層における補助成分の含有量より少ないので、第1層のグリーンシートの収縮率を低くする作用がある。
これにより、収縮率の違いに起因する窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制できる。
なお、第1層、第2層とは、上述のように2等分した場合に、どちらの主面側の部分かを示すものである(以下同様)。なお、第1層、第2層としては、それぞれ後述する第1積層体、第2積層体が挙げられる。
ここで、補助成分とは、希土類元素やアルカリ土類金属であり、少なくとも希土類元素を含むものである(以下同様)。なお、補助成分としては、焼結助剤として機能するものが好ましい(以下同様)。なお、希土類元素としては、例えばY(イットリウム)が好ましく、アルカリ土類金属としては、例えばCa(カルシウム)が好ましい(以下同様)
(2)本発明の第2局面の窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板において、組成の異なる2種以上の層が、前記窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有し、前記窒化アルミニウム基板の内部に金属層を備えており、前記窒化アルミニウム基板を前記厚み方向に対して2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における金属層が占める体積割合が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における金属層が占める体積割合より少なく、且つ、前記第1層における前記補助成分の含有量が前記第2層における前記補助成分の含有量より少ない。
本第2局面では、組成の異なる2種以上の層が、窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有するので、反りやうねりを抑制することが可能である。
このような窒化アルミニウム基板は、組成の異なるグリーンシートを積層して焼成することにより製造することが可能である。つまり、焼成時には、各グリーンシートの組成が異なることによって各グリーンシートの収縮率が異なるので、このような収縮率が異なるグリーンシートを積層することにより、窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することが可能である。
つまり、例えば、収縮率が大きなグリーンシートにそれより収縮率が小さなグリーンシートを積層することにより、収縮率が大きなグリーンシートの焼成時の曲がりを抑制でき、それによって、製造される窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することが可能である。
更に、第1層における金属層の占める体積割合が第2層における金属層の占める体積割合より少ない場合には、第1層のグリーンシートの収縮率が大きい傾向にあるが、本第2局面では、第1層における補助成分の含有量が第2層における補助成分の含有量より少ないので、第1層のグリーンシートの収縮率を低くする作用がある。
これにより、収縮率の違いに起因する窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制できる。
ここで、金属層とは、金属単体又は金属合金から構成された層であり、後述する配線層のように、第1主面又は第2主面の平面方向に広がるように形成された層である。
また、体積割合とは、後述する式(1)に示すように、第1層の体積(金属層も含む)に対する第1層における金属層の体積の割合、又は、第2層の体積(金属層も含む)に対する第2層における金属層の体積の割合である。
)本発明の第局面の窒化アルミニウム基板は、前記組成の異なる層は、前記窒化アルミニウムと種類及び含有量のうち少なくとも一方が異なる前記補助成分とで構成されている。
本第局面は、組成の異なる層を例示している。つまり、補助成分の種類や含有量、いわゆる組成が異なる層を例示している。
)本発明の第局面の半導体製造用部品は、第1〜第局面のいずれかの窒化アルミニウム基板内に発熱体を備えている。
本第局面では、窒化アルミニウム基板内に発熱体を備えているので、半導体(例えばシリコンウェハ)の加工の際に、好適に半導体を加熱することができる。
なお、発熱体としては、通電により発熱する周知の抵抗発熱体等を採用できる。
)本発明の第局面のCVDヒータは、半導体製造用部品であって、化学気相蒸着に用いられるセラミックヒータである。
本第局面は、半導体製造用部品を例示したものであり、ここではセラミックヒータであるCVD(chemical vapor deposition)ヒータが挙げられる。
)本発明の第局面のCVDヒータは、板状の前記セラミックヒータの前記厚み方向の一方の表面に、前記厚み方向と自身の軸方向とが一致するように筒状のシャフトが一体に配置されている。
本第局面は、CVDヒータの好ましい形状を例示している。
)本発明の第局面の窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板を製造する窒化アルミニウム基板の製造方法において、組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層し、焼成して一体の焼結体とする工程を有し、且つ、前記窒化アルミニウム基板を厚み方向に対して垂直に2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における空間の容積が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における空間の容積より大である窒化アルミニウム基板の製造方法であって、前記第1層の形成に用いる前記グリーンシートにおける前記補助成分の含有量を、前記第2層の形成に用いる前記グリーンシートの含有量より少なくした。
本第局面では、窒化アルミニウム基板を製造方法する場合には、組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層して焼成するので、窒化アルミニウム基板の反りやうねりが少ないとう効果がある。
つまり、上述したように、焼成時に各グリーンシートが収縮した場合でも、各グリーンシートの組成が異なることによって各グリーンシートの収縮率が異なるので、これらのグリーンシートの積層体全体としての反りやうねりを抑制することが可能である。よって、従来のような拘束シートを用いなくとも、窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することができる。
更に、第1層における空間の容積が第2層における空間の容積より大である場合には、焼成時には、第1層のグリーンシートの収縮率が大きい傾向にあるが、本第7局面では、第1層の形成に用いるグリーンシートにおける補助成分の含有量を、第2層の形成に用いるグリーンシートの含有量より少なくしたので、第1層のグリーンシートの収縮率を低くする作用がある。
これにより、収縮率の違いに起因する窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制できる。
ここで、グリーンシートとは、焼成して焼結体とする前の(セラミックを主成分とする)未焼成のシート(セラミックグリーンシート)である(以下同様)
なお、グリーンシートに添加する補助成分としては、希土類元素の化合物(例えば酸化物)、アルカリ土類金属の化合物(例えば酸化物)が挙げられる(以下同様)
ここで、希土類元素の化合物としては、例えば酸化イットリウムが挙げられる。また、アルカリ土類金属の化合物としては、例えば酸化カルシウムが挙げられる(以下同様)
(8)本発明の第8局面の窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板を製造する窒化アルミニウム基板の製造方法において、組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層し、焼成して一体の焼結体とする工程を有し、且つ、前記窒化アルミニウム基板を厚み方向に対して2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における金属層の体積割合が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における金属層の体積割合より少ない窒化アルミニウム基板の製造方法であって、前記第1層の形成に用いる前記グリーンシートにおける前記補助成分の含有量を、前記第2層の形成に用いる前記グリーンシートの含有量より少なくした。
本第8局面では、窒化アルミニウム基板を製造方法する場合には、組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層して焼成するので、窒化アルミニウム基板の反りやうねりが少ないという効果がある。
つまり、上述したように、焼成時に各グリーンシートが収縮した場合でも、各グリーンシートの組成が異なることによって各グリーンシートの収縮率が異なるので、これらのグリーンシートの積層体全体としての反りやうねりを抑制することが可能である。よって、従来のような拘束シートを用いなくとも、窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制することができる。
更に、第1層における金属層の占める体積割合が第2層における金属層の占める体積割合より少ない場合には、第1層のグリーンシートの収縮率が大きい傾向にあるが、本第8局面では、第1層の形成に用いるグリーンシートにおける補助成分の含有量を、第2層の形成に用いるグリーンシートの含有量より少なくしたので、第1層のグリーンシートの収縮率を低くする作用がある。
これにより、収縮率の違いに起因する窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制できる。
(9)本発明の第9局面の窒化アルミニウム基板の製造方法では、前記組成の異なるグリーンシートとして、第1のグリーンシートと前記焼成の際に前記第1のグリーンシートより収縮率の小さな第2のグリーンシートとを用い、前記第1のグリーンシートと前記第2のグリーンシートとを積層し、焼成して一体の焼結体とする。
本第9局面では、第1のグリーンシートと第1のグリーンシートより収縮率の小さな第2のグリーンシートとを積層し焼成するので、全体としての収縮率は第1のグリーンシートのみの収縮率より小さくなる。よって、窒化アルミニウム基板の反りやうねりを抑制できる。
ここで、収縮率とは、平面視で正方形のグリーンシートが焼成後に板材となった場合において、(板材の対角線/グリーンシートの対角線)×100で示される値(%)である。
(10)本発明の第10局面の窒化アルミニウム基板の製造方法では、前記組成の異なるグリーンシートは、前記補助成分の種類及び含有量のうち少なくとも一方が異なる。
本第10局面は、組成の異なるグリーンシートを例示している。つまり、補助成分の種類や含有量が異なるグリーンシートを用いること例示している。
(11)本発明の第11局面の窒化アルミニウム基板の製造方法では、前記窒化アルミニウム基板は、半導体製造用部品である。
本第11局面は、窒化アルミニウム基板の用途を例示している。
12)本発明の第12局面の窒化アルミニウム基板の製造方法では、前記窒化アルミニウム基板は、CVDヒータ用部品である。
本第12局面は、窒化アルミニウム基板の用途を例示している。
第1実施形態の窒化アルミニウム基板を厚み方向に破断し、その断面を模式的に示す断面図である。 第1実施形態の窒化アルミニウム基板の製造方法の一部を、窒化アルミニウム基板の厚み方向に破断して示す説明図である。 第1実施形態の窒化アルミニウム基板の製造方法の脱脂工程を、窒化アルミニウム基板の厚み方向に破断して示す説明図である。 第1実施形態の窒化アルミニウム基板の製造方法の焼成工程を、窒化アルミニウム基板の厚み方向に破断して示す説明図である。 実験結果である積層モデルと反り量との関係を表示した表1を示す説明図である。 第2実施形態の窒化アルミニウム基板を厚み方向に破断し、その断面を模式的に示す断面図である。 第3実施形態のCVDヒータを軸線方向に沿って破断し、その断面を模式的に示す断面図である。 従来技術の説明図である。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
まず、本第1実施形態の窒化アルミニウム基板の構成について説明する。
図1に示すように、窒化アルミニウム基板1は、窒化アルミニウムを主成分とする材料から構成されたセラミックス配線基板である。なお、主成分とは、その成分が50質量%を上回るものである。
この窒化アルミニウム基板1は、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体から構成された基板本体3と、基板本体3の内部や表面に設けられた配線層(金属層)5と、配線層5等に接続されるビア7等から構成されている。
以下、各構成について説明する。
基板本体3は、複数(例えば7層)のセラミックス層9が積層された構成を有している。このうち、厚み方向の一方の側である第1主面11側(図1の上方)には、3層のセラミックス層9a、9b、9cが積層された第1積層体(第1層)15が配置されている。また、厚み方向の他方の側である第2主面13側(図1の下方)には、4層のセラミックス層9d、9e、9f、9gが積層された第2積層体(第2層)17が配置されている。
なお、ここでは、第1積層体15と第2積層体17との厚みが同じ場合を例に挙げるが、異なっていてもよい。また、第1積層体15を構成する各セラミックス層9a、9b、9cの厚みが同じで、第2積層体17を構成する各セラミックス層9d、9e、9f、9gの厚みが同じである例が挙げるが、それぞれ異なっていてもよい。
この基板本体3は、主成分である窒化アルミニウムと、例えば補助成分(即ち焼結助剤)として、希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成されている。
特に、第1積層体15と第2積層体17とでは、それぞれの組成が異なっている。詳しくは、第1積層体15と第2積層体17、従って、それぞれの積層体15、17を構成する各セラミックス層9は、窒化アルミニウムと種類及び含有量のうち少なくとも一方が異なる補助成分とで構成されている。
ここでは、後述するように、第2積層体17における配線層5の体積割合が多い例を挙げるので、焼成時には窒化アルミニウム基板1は、その端部が配線層5とは反対側の図1の矢印A、Bの方向に曲がり易い。つまり基板全体としては反りやすい。よって、本第1実施形態では、その曲がりを抑制するように、補助成分が選択されている。
具体的には、焼成時においては、(補助成分を調整しない場合には)第1積層体15となる部分の収縮の程度(収縮率)が第2積層体17となる部分の収縮率より大きいので、その収縮の程度の差が小さくなるように焼結助剤が調整される。
例えば、焼結助剤が同じ種類の場合には、第1積層体15における焼結助剤の含有量が第2積層体における焼結助剤の含有量より少ないように設定される。また、焼結助剤の種類が異なる場合には、上述した収縮の程度の差が小さくなるように、焼結助剤の種類や含有量が調整される。
配線層5は、基板本体3の内部又は表面(即ちセラミックス層9の表面)において、第1主面11及び第2主面13と平行に設けられた導電性を有するメタライズ層である。
ここでは、窒化アルミニウム基板1を厚み方向に対して2等分した場合(例えば第1積層体15と第2積層体17との厚みが同じ場合)に、厚み方向の第1主面11側である第1積層体15における配線層5の体積割合が、厚み方向の第2主面13側である第2積層体17における配線層の体積割合より少なく設定されている。
[1−2.製造方法]
まず、本第1実施形態の窒化アルミニウム基板の製造方法について説明する。
セラミックス粉末としての窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤として、例えば、酸化イットリウム粉末を0.1〜4.0質量%、酸化カルシウム粉末を0〜2質量%添加し、これに有機バインダ、溶剤、可塑剤等を所定の割合で混合して、セラミック成分が異なる2種類のスラリーを作成する。
例えば、第1積層体15用として、酸化イットリウム粉末を0.5質量%添加したスラリーを作成し、第2積層体17用として、酸化イットリウム粉末を4質量%、酸化カルシウム粉末を0.2質量%添加したスラリーを作成する。
なお、同じ焼結助剤を添加する場合には、その添加量を違えればよい。例えば、第1積層体15用として、酸化イットリウム粉末を0.5質量%添加したスラリーを作成し、第2積層体17用として、酸化イットリウム粉末を4質量%添加したスラリーを作成する。
次に、図2(a)に示すように、この各スラリーを、ドクターブレード法を利用してシート状に形成して、第1積層体15用のセラミックグリーンシート21と第2積層体17用のセラミックグリーンシート23とを作成する。
つまり、上述のように、焼結助剤である酸化イットリウムや酸化カルシウムの量を調節して、2種以上(例えば2種類)の組成の異なったセラミックグリーンシート21、23を作成する。なお、作成する窒化アルミニウム基板1に応じて、それぞれ必要な枚数のセラミックグリーンシート21、23を作成する。
ここでは、焼成時の収縮率については、前記焼結助剤の違いにより、例えば、第1積層体15のセラミックグリーンシート21の収縮率は、第2積層体17のセラミックグリーンシート23の収縮率よりも小さく設定されている。つまり、セラミックグリーンシート21のほうが収縮しにくくなっている。
次に、図2(b)に示すように、各セラミックグリーンシート21、23に対して、ビア7を形成する位置に、打ち抜きによって貫通孔25、27を形成する。そして、この貫通孔25、27に、スクリーン印刷によって、Mo、W等の金属粉を含む導体ペースト29、31を充填する。
次に、図2(c)に示すように、各セラミックグリーンシート21、23に対して、配線層5を形成する位置に、スクリーン印刷によって、Mo、W等の金属粉を含む導体ペーストを印刷して印刷パターン33、35を形成する。
次に、図2(d)に示すように、各セラミックグリーンシート21、23を、窒化アルミニウム基板1の構成となるように、詳しくは、第1積層体15及び第2積層体17を備えた構成となるように積層し圧着して、未焼成の積層体(グリーン積層体)37を作成する。
次に、図3に示すように、グリーン積層体37をステンレス板上にアルミナを溶射したパンチングメタル39上に置き、500℃〜600℃の還元雰囲気にて脱脂を行って、脱脂体41を形成する。
次に、図4に示すように、カーボン製の容器43中に窒化アルミニウム製のサヤ45を配置し、そのサヤ45の上に脱脂体41を配置し、窒素雰囲気下で1750℃〜1850℃にて焼成を行う。これによって、窒化アルミニウム基板1を得る。
[1−3.効果]
次に、本第1実施形態の効果を説明する。
本第1実施形態では、組成の異なる第1積層体15と第2積層体17(従ってそれぞれのセラミックス層9)が、窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有するので、反りやうねりが少ないとう効果がある。
このような窒化アルミニウム基板は、組成の異なるセラミックグリーンシート21、23(従って収縮率が異なるセラミックグリーンシート21、23)を積層して製造することができる。
つまり、焼成時には、各セラミックグリーンシート21、23が収縮するが、組成の異なるセラミックグリーンシート21、23を、上述した製造方法に示すように積層することにより、すなわち、反りやうねりを抑制するように積層することにより、製造される窒化アルミニウム基板1の反りやうねりを抑制することが可能である。
詳しくは、第1積層体15における配線層5の体積割合が第2積層体17における配線層5の体積割合より少ない場合には、窒化アルミニウム基板1の外周側は第1主面11側に曲がり易いが、本第1実施形態では、第1積層体15における焼結助剤の含有量が第2積層体17における補助成分の含有量より少ないので、窒化アルミニウム基板1の反りやうねりを抑制できる。
なお、補助成分の種類や含有量を違えることにより、組成を異なるようにすることができる。
<実験例>
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例では、図5に表1として示すように、窒化アルミニウムを主成分とするとともに組成の異なる2種類のセラミックグリーンシートを作成した。そして、各セラミックグリーンシートに適宜配線層となるメタライズを形成してグリーン積層体を作成し、そのグリーン積層体を焼成して窒化アルミニウム基板を作成し、その反り量を調べた。
(実験内容)
以下、詳細に説明する。なお、本実験例では、窒化アルミニウム基板及びその製造方法については、基本的に第1実施形態と同様であるので、異なる点等を中心に説明する。
表1に示すように、本実験例では、試料No.1〜8の8種類の窒化アルミニウム基板の試料を作成した。
この2種のセラミックグリーンシートうちの1種として、試料No.1〜8では、窒化アルミニウムが99.9質量%で厚みが0.6mmのセラミックグリーンシート(AlN99.5%シート)を用いた。
また、他の1種として、試料No.1、2、5〜8では、窒化アルミニウムが95質量%で厚みが0.24mmのセラミックグリーンシート(AlN95%シート)を用い、試料No.3、4では、窒化アルミニウムが95質量%で厚み0.6mmのセラミックグリーンシート(AlN95%シート)を用いた。
なお、2種のセラミックグリーンシートは、平面視で、48mm角の正方形である。このセラミックグリーンシートに第1実施形態と同様な組成のメタライズが形成されている。なお、セラミックグリーンシートの一方の表面全体を覆うようにメタライズが形成されている。
また、表1には、各試料毎に、各セラミックグリーンシートの使用枚数とグリーン積層体の厚み(総厚み)が示されている。
さらに、表1には、各試料毎に、窒化アルミニウム基板におけるセラミックス部分の体積(セラミック体積)と、配線層の体積(メタライズ体積)とが示されている。また、セラミック体積とメタライズ体積との割合である体積割合、即ち、セラミックとメタライズの割合として、下記式(1)で得られる値(%)である。
{メタライズ体積/(メタライズ体積+セラミック体積)}×100・・(1)
前記窒化アルミニウム基板には、内部に空間が設けられておらず、表1に示すように、AlN99.5%シートとAlN95%シートとが積層されるとともに、表1に示す所定の箇所に前記メタライズが形成されている。
以下、各試料毎に説明する。
試料No.1は、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが6枚積層されたものである。
試料No.2は、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが6枚積層されたものであり、そのうち一方の側(表1の下側)の3枚のシートの下側にメタライズが形成されている。
試料No.3は、表1の上側に、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが3枚積層されるとともに、表1の下側に、厚み0.6mmのAlN95%シートが3枚積層されたものである。
試料No.4は、表1の上側に、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが3枚積層されるとともに、表1の下側に、厚み0.6mmのAlN95%シートが3枚積層されたものである。更に、各AlN95%シートの下側にメタライズが形成されている。
試料No.5は、表1の上側に、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが3枚積層されるとともに、表1の下側に、厚み0.24mmのAlN95%シートが7枚積層されたものである。更に、下側の5枚のAlN95%シートの下側にメタライズが形成されている。
試料No.6は、表1の上側に、厚み0.6mmのAlN99.5%シートが3枚積層されるとともに、表1の下側に、厚み0.24mmのAlN95%シートが7枚積層されたものである。更に、下側の7枚のAlN95%シートの下側にメタライズが形成されている。
試料No.7は、厚み0.6mmのAlN99.5%シート5枚と、厚み0.24mmのAlN95%シート5枚とが交互に配置されて積層されたものである。更に、上側の2枚のAlN95%シートの上側にメタライズが形成されるとともに、下側の3枚のAlN95%シートの下側にメタライズが形成されている。
試料No.8は、厚み0.6mmのAlN99.5%シート5枚と、厚み0.24mmのAlN95%シート5枚とが交互に配置されて積層されたものである。
(評価)
上述した各試料のグリーン積層体を、前記第1実施形態と同様にして焼成することによって、各試料の窒化アルミニウム基板を作製した。そして、各試料の窒化アルミニウム基板の反り量を測定した。その結果を、同じく表1に記す。
この反り量とは、基板の中央と基板の外周における高さの差である。ここでは、基板の裏面側(表1の下側)が凸となる場合の反り量を正の方向として、正(+)の値で示している。
この表1から明らかなように、異なる組成のセラミックグリーンシートを積層して形成した窒化アルミニウム基板(試料No.3)は、同一の組成のセラミックグリーンシートを積層して形成した窒化アルミニウム基板(試料No.1)に比べて、反り量が小さく、好適であることが分かる。
また、メタライズを形成した場合においても、異なる組成のセラミックグリーンシートを積層して形成した窒化アルミニウム基板(試料No.4)は、同一の組成のセラミックグリーンシートを積層して形成した窒化アルミニウム基板(試料No.2)に比べて、反り量が小さく、好適であることが分かる。
さらに、メタライズに関しては、メタライズの形成箇所が厚み方向の一方に偏っているもの、即ち試料を厚み方向に2等分した場合にメタライズの容積が一方に偏っているもの(試料No.5)に比べて、その偏りが少ないもの(試料No.6)は、反り量が小さく、好適であることが分かる。
同様に、メタライズの形成箇所が厚み方向の一方に偏っているもの(試料No.7)に比べて、その偏りが少ないもの(試料No.8)は、反り量が小さく、好適であることが分かる。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略する。
図6に示すように、本第2実施形態の窒化アルミニウム基板51は、第1実施形態と同様な組成(但し焼結助剤の種類は同じとする)の第1積層体53と第2積層体55とを有している。
従って、第1積層体53における補助成分(即ち焼結助剤)の含有量が第2積層体55における焼結助剤の含有量より少ない。
また、本第2実施形態では、第1積層体53に空間57が設けられている。つまり、第1積層体53の厚み方向における中間のセラミックス層59の中心部分に空間57が設けられている。
言い換えると、窒化アルミニウム基板51を厚み方向に対して垂直に2等分した場合に、厚み方向の一方の側の第1積層体53における空間57の容積が、厚み方向の他方の側の第2積層体55における空間の容積より大である(ここでは空間がないので容積はOである)。
このように、第1積層体53に空間57がある場合には、焼成時に、矢印C、D方向に曲がり易いが、本第2実施形態では、第1積層体53のセラミックグリーンシートにおける焼結助剤の含有量が、第2積層体55のセラミックグリーンシートにおける焼結助剤の含有量より少ないので、第1積層体53のセラミックグリーンシートが収縮しにくくなり、よって、その曲がりを抑制することができる。
従って、窒化アルミニウム基板51の反りやうねりを抑制することができる。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略する。
本第3実施形態は、第1実施形態や第2実施形態のような窒化アルミニウム基板を備えた半導体製造用部品に関するものである。
具体的には、図7に示すように、本第3実施形態の半導体製造用部品は、CVDヒータ61である。
このCVDヒータ61は、円盤形状の(セラミックヒータである)窒化アルミニウム基板63の一方の表面に、円筒形状のシャフト65を接合したものである。
この窒化アルミニウム基板63は、前記第1実施形態や第2実施形態と基本的に同様な構造を有する基板、すなわち、組成が異なる層が積層された構造を有する基板である。
また、窒化アルミニウム基板63には、第2実施形態と同様に内部にガス流路となる空間67が設けられている。
なお、窒化アルミニウム基板63には、周知の発熱体69やRF電極71等が配置されている。
本第3実施形態においても、第1、第2実施形態と同様に、窒化アルミニウム基板63の反りやうねりを抑制できるという効果を奏する。
[3.他の実施形態]
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(1)例えば、第3実施形態では、半導体製造用部品としてCVDヒータを例に挙げたが、本発明は、例えば吸着用電極を備えた静電チャックにも適用できる。
(2)組成を異なるように添加する希土類元素やアルカリ土類金属の種類や量については、調節する収縮の程度に応じて適宜設定すればよい。
例えば補助成分の種類が同じ場合には、含有量に応じて収縮の程度が変化するので、収縮の程度を大きくしたい場合に、含有量を増やすようにすればよい。
また、補助成分の種類が異なる場合には、その種類や含有量に応じて収縮の程度が異なるので、今までの知見や別途実験等を行うことによって得られた収縮の程度に応じて、使用する補助成分の種類や量を決めればよい。
(3)なお、上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
1、51、63…窒化アルミニウム基板
5…配線(金属層)
9、9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、59…セラミックス層
11…第1主面
13…第2主面
15、53…第1積層体(第1層)
17、55…第2積層体(第2層)
21、23…セラミックグリーンシート
57…空間
61…CVDヒータ

Claims (12)

  1. 窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板において、
    組成の異なる2種以上の層が、前記窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有し、
    前記窒化アルミニウム基板の内部に空間を備えており、
    前記窒化アルミニウム基板を前記厚み方向に対して垂直に2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における前記空間の容積が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における前記空間の容積より大であり、
    且つ、前記第1層における前記補助成分の含有量が前記第2層における前記補助成分の含有量より少ないことを特徴とする窒化アルミニウム基板。
  2. 窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板において、
    組成の異なる2種以上の層が、前記窒化アルミニウム基板の厚み方向に積層された構成を有し、
    前記窒化アルミニウム基板の内部に金属層を備えており、
    前記窒化アルミニウム基板を前記厚み方向に対して2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における金属層が占める体積割合が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における金属層が占める体積割合より少なく、
    且つ、前記第1層における前記補助成分の含有量が前記第2層における前記補助成分の含有量より少ないことを特徴とする窒化アルミニウム基板。
  3. 前記組成の異なる層は、前記窒化アルミニウムと種類及び含有量のうち少なくとも一方が異なる前記補助成分とで構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム基板。
  4. 前記請求項1〜のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板内に発熱体を備えたことを特徴とする半導体製造用部品。
  5. 前記請求項に記載の半導体製造用部品は、化学気相蒸着に用いられるセラミックヒータであることを特徴とするCVDヒータ。
  6. 板状の前記セラミックヒータの前記厚み方向の一方の表面に、前記厚み方向と自身の軸方向とが一致するように筒状のシャフトが一体に配置されていることを特徴とする請求項に記載のCVDヒータ。
  7. 窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板を製造する窒化アルミニウム基板の製造方法において、
    組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層し、焼成して一体の焼結体とする工程を有し、
    且つ、前記窒化アルミニウム基板を厚み方向に対して垂直に2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における空間の容積が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における空間の容積より大である窒化アルミニウム基板の製造方法であって、
    前記第1層の形成に用いる前記グリーンシートにおける前記補助成分の含有量を、前記第2層の形成に用いる前記グリーンシートの含有量より少なくしたことを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  8. 窒化アルミニウムと希土類元素及びアルカリ土類金属のうち少なくとも希土類元素を含む補助成分とを含む焼結体によって構成される窒化アルミニウム基板を製造する窒化アルミニウム基板の製造方法において、
    組成の異なる2種以上のグリーンシートを積層し、焼成して一体の焼結体とする工程を有し、
    且つ、前記窒化アルミニウム基板を厚み方向に対して2等分した場合に、前記厚み方向の一方の第1主面側である第1層における金属層の体積割合が、前記厚み方向の他方の第2主面側である第2層における金属層の体積割合より少ない窒化アルミニウム基板の製造方法であって、
    前記第1層の形成に用いる前記グリーンシートにおける前記補助成分の含有量を、前記第2層の形成に用いる前記グリーンシートの含有量より少なくしたことを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  9. 前記組成の異なるグリーンシートとして、第1のグリーンシートと前記焼成の際に前記第1のグリーンシートより収縮率の小さな第2のグリーンシートとを用い、前記第1のグリーンシートと前記第2のグリーンシートとを積層し、焼成して一体の焼結体とすることを特徴とする請求項7又は8に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
  10. 前記組成の異なるグリーンシートは、前記補助成分の種類及び含有量のうち少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
  11. 前記窒化アルミニウム基板は、半導体製造用部品であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
  12. 前記窒化アルミニウム基板は、CVDヒータ用部品であることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
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