陶瓷部件及半导体制造装置用部件的制作方法

陶瓷部件及半导体制造装置用部件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种陶瓷部件以及半导体制造装置用部件，其在包含氧化镁的陶瓷部件以及半导体制造装置用部件中，具有性能得到改进的电极。半导体制造装置用部件20具有基材部22以及形成于基材部22上的陶瓷部件30。本发明的陶瓷部件30具有陶瓷基体32和设置在陶瓷基体32的一部分上的电极34，其中陶瓷基体32包含氧化镁、规定成分固溶于氧化镁中的氧化镁固溶体以及氧化锆中的至少一种，电极34包含作为电极成分的钌铝合金。陶瓷部件30是平板状部件，其具有电极34被埋设在其内部的结构。该电极34与从陶瓷部件30的下侧插入的供电部件26连接，由该供电部件26供给电力。
【专利说明】陶瓷部件及半导体制造装置用部件

【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷部件以及半导体制造装置用部件。

【背景技术】
[0002] 传统上，作为半导体制造装置用部件，提出了平面度为20μπι以下的静电卡盘(例 如，参照专利文献1)，该静电卡盘使用氧化铝作为绝缘介电层，使用以钨、碳化钨为主成分 的电极，并使其绝缘介电层的吸附面一侧的表面粗糙度Ra为0. 25 μ m以下。在该静电卡盘 中，由静电吸附力饱和时间和残余吸附力消失时间构成的响应较短，效率较好。此外，作为 半导体制造装置用部件，提出了具有由氧化镁构成的基体、由选自于Ni、Co和Fe构成的群 组中的至少一种金属形成的电极的静电卡盘(例如，参照专利文献2 )。该静电卡盘可抑制微 裂纹和翅曲（Warpage)的发生，同时防止电极材料向介电层的扩散。现有技术文献
[0003] 专利文献
[0004] 专利文献1 :日本特开平7-297265号公报
[0005] 专利文献2 :日本特开2011-86919号公报


【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的问题
[0007] 然而，在使用以氧化镁或氧化锆为主成分的陶瓷基体的陶瓷部件中，使用专利文 献1中记载的电极材料的话，会产生例如因热膨胀系数差异导致的裂纹、电极材料向陶瓷 基体中扩散等不良状况。此外，专利文献2中记载的电极材料包含磁性元素，例如其作为静 电卡盘使用时的性能被期望得到进一步地改进。因此，希望寻找一种在以氧化镁或氧化锆 为主成分的基体中使用的更合适的电极。
[0008] 考虑到上述技术问题进行本发明，本发明的主要目的在于提供陶瓷部件以及半导 体制造装置用部件，该陶瓷部件具有在包含氧化镁或氧化锆之物中，性能得到进一步改进 的电极。
[0009] 用于解决技术问题的方案
[0010] 作为为了实现上述主要目的深入研究的结果，本发明人发现，例如，使用包含钌和 铝的合金的电极，可抑制产生裂纹，进一步降低比电阻值，进一步抑制电极材料向基体的扩 散等，从而是更优选的，由此完成了本发明。
[0011] 也就是说，本发明的陶瓷部件包括：
[0012] 陶瓷基体，其包含氧化镁、规定成分固溶于氧化镁中而成的氧化镁固溶体以及氧 化锆中的至少一种，以及
[0013] 设置在所述陶瓷基体的一部分上的电极，其包含作为电极成分的钌铝合金。
[0014] 本发明的半导体制造装置用部件具有上述陶瓷部件。
[0015] 发明效果
[0016] 本发明的陶瓷部件及半导体制造装置用部件可具有性能得到进一步改进的电极。 例如，抑制产生裂纹，进一步降低比电阻值，进一步抑制电极材料向基体的扩散等，从而是 更优选的。其原因推测如下。例如，氧化镁和氧化锆在具有较高耐蚀性的同时具有相对较 高的熔点(例如1600°C以上)，以及相对较高的热膨胀系数(例如10-13ppm/K)。与此相对的， 钌铝合金即使被合金化也显示出比Ru相对更高的熔点，比A1相对更高的热膨胀系数，并且 其与陶瓷基体之间的反应性较低。更进一步地，通过调整Ru/Al比率，可将热膨胀系数调节 到与氧化镁和氧化锆近似的范围内。推定因为该原因，可抑制裂纹的产生，进一步降低比电 阻值，进一步抑制电极材料向基体的扩散。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1为显示示例的半导体制造装置用部件20的结构概略的结构图。
[0018] 图2为显示半导体制造装置用部件20的一例的制造方法的说明图。
[0019] 图3为实验例1的XRD分析图。
[0020] 图4为实验例1的XRD分析图中的Mg (A1) 0 (N)峰的放大图。
[0021] 图5为实验例1和5的ΕΡΜΑ元素映射图像。
[0022] 图6为实验例2和5的块状材料（bulk material)耐湿性、耐水性试验的显微结 构照片。
[0023] 图7为实验例8-9的块状材料耐湿性、耐水性试验的显微结构照片。
[0024] 符号说明
[0025] 20半导体制造装置用部件
[0026] 22基材部
[0027] 24 通孔
[0028] 26供电部件
[0029] 30陶瓷部件
[0030] 32陶瓷基体
[0031] 34 电极

【具体实施方式】
[0032] 下面，结合附图对本发明的实施方式进行说明。图1为显示示例的本发明的一个 实施方式中的半导体制造装置用部件20的结构概略的结构图。该半导体制造装置用部件 20具有基材部22以及形成于基材部22上的陶瓷部件30。在半导体制造装置用部件20的 基材部22中设置有通孔24,该通孔24中插入棒状供电部件26。此外，基材部22中可以埋 设（embed)用于加热陶瓷部件30的加热电极。本发明的陶瓷部件30具有陶瓷基体32和 设置在陶瓷基体32的一部分上的电极34,其中陶瓷基体32包含氧化镁、规定成分固溶于氧 化镁中而成的氧化镁固溶体以及氧化锆中的至少一种，电极34包含作为电极成分的钌铝 合金。陶瓷部件30是平板状部件，其具有电极34被埋设在其内部的结构。从陶瓷部件30 的下侧插入的供电部件26与该电极34连接，由该供电部件26供给电力。下面对本发明的 陶瓷部件进行说明。
[0033] 本发明的陶瓷部件中使用的陶瓷基体包含氧化镁、规定成分固溶于氧化镁中而成 的氧化镁固溶体以及氧化锆中的至少一种。作为氧化镁固溶体，可列举将Al、N、Ga、Zr以 及Li等中的一种以上成分固溶于氧化镁中形成的固溶体。在这些中，例如，以A1、N成分固 溶于氧化镁中形成的Mg (A1)0 (N)结晶相为主相的陶瓷基体是优选的。该Mg (A1)0 (N) 具有与氧化镁同等的耐蚀性，其耐湿性和耐水性均优于氧化镁。因此，以该Mg (A1 )0 (N) 结晶相为主相的陶瓷基体也具有出色的耐蚀性、耐湿性和耐水性。此外，本发明的陶瓷基体 可通过在氧化镁中添加氮化铝、氧化铝显著提高A1、N成分的固溶量。因此，在该Mg (A1)0 (N)中，可包含比N的固溶量多的A1。此外，本发明的陶瓷基体可以为含有氧化锆的陶瓷基 体，或者在氧化锆中含有稳定剂的陶瓷基体。例如，作为氧化锆，可以为含有氧化钇、或氧化 钙、氧化镁、氧化铈等稳定剂的部分稳定化氧化锆、完全稳定化氧化锆，也可以为氧化锆与 氧化铝的复合材料。
[0034] 该Mg (A1)0 (N)可以是，使用Cu Κα线时其（1〇〇)面、或（200)面、或（220)面 的XRD峰出现在氧化镁立方晶体的峰与氮化铝立方晶体的峰之间，即2 Θ为36. 9-39度、 42. 9-44. 8度、62. 3-65. 2度的物质。虽然这些XRD峰均出现在上述范围内，但由于存在难 以与其他结晶相的峰判别的情况，故也可以是仅任意一个XRD峰出现在上述范围内。Al、Ν 成分的固溶量越多，耐湿、耐水性越好。随着固溶量的提高，氧化镁的XRD峰向高角度侧偏 移。因此，Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面、（220)面的XRD峰各自出现在2 Θ为42. 92度以上、 62. 33度以上时，可进一步提高耐湿性，从而是优选的。此外，Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面、 (220)面的XRD峰各自出现在2 Θ为42. 95度以上、62. 35度以上时，可更进一步地提高耐 湿性和耐水性，从而是优选的。此外，Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面、（220)面的XRD峰各自出 现在2 Θ为43. 04度以上、62. 50度以上时，可更进一步地提高耐湿性和耐水性，从而是更优 选的。此外，Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面、（220)面的XRD峰各自出现在2 Θ为43. 17度以 上、62. 72度以上时，耐湿性自不用说，还可进一步提高耐水性，从而是更优选的。此外，发 现Mg (Α1)0 (Ν)的积分宽度越小，耐水性越好。也就是说，就提高耐水性来说，Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面的XRD峰的积分宽度优选0. 50度以下，更优选0. 35度以下。
[0035] 本发明的陶瓷部件中使用的氧化镁固溶体中，如果含有作为副相（subphase)的 A1N结晶相的话，则具有耐蚀性降低的倾向，故优选A1N结晶相很少，更优选不含A1N结晶 相。
[0036] 本发明的陶瓷部件中使用的氧化镁固溶体可以包含作为副相的Mg-Al氮氧化物 相，在使用Cu Κ α线时，该Mg-Al氮氧化物相的XRD峰至少出现在2 Θ为47-49度内。因 为该Mg-Al氮氧化物也具有较高的耐蚀性，故即使其作为副相被包含也没有问题。该Mg-Al 氮氧化物相的含量越多，越能提高机械性能，其中有效地提高了强度和断裂韧性。然而，因 为具有比本发明的Mg (A1)0 (N)低的耐蚀性，故考虑到耐蚀性，其含量被限制。以Mg-Al 氮氧化物相的2Θ为47-49度的XRD峰强度为A，以Mg (A1)0 (N)的（220)面的2Θ为 62. 3-65. 2度的XRD峰强度为B，那么A/B优选为0. 03以上。这样的话，可进一步提高机械 性能。考虑到耐蚀性，该A/B优选为Α/Β=0. 14以下。
[0037] 在本发明的陶瓷部件中使用的氧化镁固溶体中，优选混合粉末中的Mg/Al摩尔比 为0. 5以上。
[0038] 本发明的陶瓷部件中使用的陶瓷基体中，优选开口孔隙率为5%以下。此处，开口 孔隙率是以纯水为介质通过阿基米德法测定的值。如果开口孔隙率超过5%，那么强度可能 降低以及可能由于材料本身脱落而容易产生粉尘，尤其在材料加工时等步骤中粉尘成分容 易在气孔内积累，故是不优选的。此外，开口孔隙率优选尽可能地接近于零。因此，其下限 值没有特别限定。
[0039] 本发明的陶瓷部件中使用的氧化镁固溶体的热膨胀系数优选为9-14ppm/k，更优 选为10-13ppm/k。氧化镁固溶体的热膨胀系数取决于被包含的Mg、0、A1以及N的混合比 率。例如，在氧化镁固溶体中，在Mg更多的情况下，耐蚀性更高，热膨胀系数显示出增大的 倾向，在Mg更少的情况下，耐蚀性略微降低，热膨胀系数显示出减小的倾向。当获得预期性 能的Mg、0、A1和N成分被混合时，热膨胀系数在9-14ppm/k的范围内时是优选的。
[0040] 例如，本发明的陶瓷部件中使用的氧化镁固溶体可通过如下方法制造：使原料组 成中的氧化镁和氮化铝以及氧化铝的混合粉末成形，然后进行煅烧。考虑到耐蚀性，该氧化 镁固溶体例如换算为原料的混合粉末组成中的氧化镁、氮化铝和氧化铝（alumina)的话，优 选氧化镁为70-99质量％，氮化铝为0. 5-25质量％，氧化铝为0. 5-25质量％，更优选氧化镁 为70-90质量％，氮化铝为5-25质量％，氧化铝为5-25质量％。此外，从同时考虑机械性能 和耐蚀性的观点出发，该氧化镁固溶体换算为原料的混合粉末组成中的氧化镁、氮化铝和 氧化铝（alumina)，优选氧化镁为49-99质量％，氮化铝为0. 5-25质量％，氧化铝为0. 5-30 质量％，更优选氧化镁为50-75质量％，氮化铝为5-20质量％，氧化铝为15-30质量％。
[0041] 本发明的陶瓷部件中使用的电极设置在陶瓷基体的一部分上，并包含钌铝合金作 为电极成分。钌铝合金与以氧化镁或氧化镁固溶体、氧化锆为主成份的陶瓷基体之间的反 应性较低，故在与陶瓷基体一起煅烧(共烧）的情况下，电极成分向陶瓷基体的扩散被进一 步抑制，从而是优选的。该电极的原料中，优选Ru相对于总的Ru和A1的百分比在大于20 摩尔％至95摩尔％以下的范围内。该范围是很合适的，因为此时可抑制裂纹的产生，进一 步降低比电阻值，以及进一步抑制电极材料向基体的扩散等。Ru相对于总的Ru和A1的百 分比优选为30摩尔％以上，更优选35摩尔％以上，更进一步优选40摩尔％以上。此外，Ru 相对于总的Ru和A1的百分比优选为80摩尔％以下，更优选70摩尔％以下，更进一步优选 55摩尔％以下。此外，电极中包含的电极成分优选具有与陶瓷基体相当的热膨胀系数，其热 膨胀系数优选为9-14ppm/K。
[0042] 本发明的陶瓷部件中使用的电极可包含作为结晶相的RuAl。此外，电极可包含作 为结晶相的Ru、Ru 2A13。例如，在作为电极成分包含的Ru比A1多的情况中，成为包含Ru的 结晶相之物，在作为电极成分包含的A1比Ru多的情况中，则成为包含Ru 2A13的结晶相之 物。考虑到比电阻值、裂纹的产生、电极成分向基体的扩散等，优选此、1?1141 3等1^1以外 的结晶相很少，更优选电极中不包含RuAl以外的结晶相。
[0043] 本发明的陶瓷部件中使用的电极可在其电极成分中包含作为调节热膨胀系数的 添加物的填料成分。作为该填料成分，例如，可列举含有Mg、N和0的物质，含有Al、N和0 的物质等。也就是说，除了钌铝合金之外，本发明的电极还可包含Mg、Zr、Y、Ca、Ce、Al、N和 〇中的一种以上作为电极成分。其中，含有Mg和0的添加物可通过少量添加来提高电极的 热膨胀系数，从而是更优选的。该添加物优选使用其热膨胀系数比电极成分的热膨胀系数 更大的物质。于是，通过填料成分可调整陶瓷基体的热膨胀系数。这是因为在很多情况中， RuAl合金的热膨胀系数比包含氧化镁的陶瓷基体的热膨胀系数低。此外，通过填料成分与 陶瓷基体的烧结，可提高基体与电极的粘合强度。该添加物没有特别限定，可以使用氧化镁 和氧化镁固溶体，例如Mg (A1)0 (N)等。也就是说，该添加物可以使用与陶瓷基体所用相 同的组合物，也可以使用与陶瓷基体所用不同的组合物。为了进一步减少电极电阻的增加， 理想的是该填料成分的添加量尽可能地少，例如，相对于总的Ru和A1，填料成分的添加量 优选为40体积％以下，更优选20体积％以下。因此，考虑到减小填料成分的添加量，电极 成分中包含的RuAl合金的热膨胀系数更优选为9ppm/K以上，更进一步优选为10ppm/K以 上。
[0044] 本发明的陶瓷部件中使用的电极中，陶瓷基体与电极的原料成分之间的热膨胀 系数差值(热膨胀系数差）的绝对值优选为2. 5ppm/K以下，更优选0. 8ppm/K以下。在该 热膨胀系数差为0. 8ppm/K以下时，更容易抑制可能发生在电极附近的裂纹的产生。该热 膨胀系数差更优选为〇. 6ppm/K以下，更进一步优选0. 4ppm/K以下。此处，例如，在电极 的原料成分仅包含RuAl合金的情况中，"电极的原料成分"的热膨胀系数是该RuAl合金 的热膨胀系数，在电极中进一步包含其他电极成分和填料成分的情况中，"电极的原料成 分"的热膨胀系数是根据利用电子显微镜图像算出的体积百分比获得的RuAl合金的热膨 胀系数和其他电极成分以及填料成分的热膨胀系数的平均值。具体地说，在电极的原料 成分包含50体积％的热膨胀系数为10. 5ppm/K的RuAl作为电极成分和50体积％的热 膨胀系数为13. Oppm/K的MgO作为填料成分的情况中，其平均热膨胀系数可按如下计算： 10. 5X0. 5+13. 0X0. 5=11. 8ppm/K。含有多个电极成分以及填料成分的电极通过使用该平 均热膨胀系数获得热膨胀系数。
[0045] 本发明的陶瓷部件中使用的电极中，更小的比电阻是优选的，优选其比电阻 值为lXl(T 4Qcm以下。于是，其可作为静电卡盘等的电极使用。其比电阻值优选为 5. 5 X 10 5 Ω cm以下,更优选3. 5 X 10 5 Ω cm以下，更进一步优选为2. 5 X 10 5 Ω cm以下。于 是，其可作为加热器等的电极使用。
[0046] 本发明的陶瓷部件中使用的电极其形状例如可为板状、网状、线状、螺旋状等。此 夕卜，电极的厚度可为lym以上，或者10 μ--以上。此外，电极的厚度可为200 μ--以下，或 100 μ m以下。电极的厚度可根据电极的用途例如静电卡盘的静电电极或加热器的电极等以 及产品的规格被合适地设定。
[0047] 本发明的陶瓷部件中使用的电极可以将钌铝合金粉末作为原料烧结而成，或者将 钌粉末与铝粉末作为原料通过反应烧结来制成。如果使用钌铝合金粉末作为原料，那么可 使电极中的Ru与A1的分布更均一。此外，如果使用钌粉末和铝粉末作为原料，那么可省略 预先制造合金粉末的步骤，从而可简化工艺。
[0048] 接着对本发明的陶瓷部件的制造方法进行说明。本发明的制造方法可包括制备层 叠体的形成步骤和煅烧该层叠体的煅烧步骤，其中形成步骤包括：在包含氧化镁、以及规定 成分固溶于氧化镁中而成的氧化镁固溶体和氧化锆中的至少一种的第一烧结体的一部分 中形成包含Ru和A1的电极原料，将与第一烧结体具有相同组成的第二烧结体或第二成形 体(未煅烧）设置在上述形成体上从而形成层叠体。此处，主要对具有包含氧化镁固溶体的 陶瓷基体的陶瓷部件的制造方法进行说明。
[0049] 在形成步骤中，首先进行配制处理、第一成形处理和第一煅烧处理，以制造第一烧 结体。例如，第一烧结体可通过如下方式制造：配制氧化镁和氮化铝以及氧化铝的混合粉 末，接着通过将该混合粉末成形而制造第一成形体，然后煅烧该第一成形体。作为配制处理 中使用的第一烧结体的原料的混合粉末，优选包含氮化铝和氧化铝以及49质量％以上的氧 化镁。考虑到耐蚀性，就混合粉末组成来说，该混合粉末更优选通过混合70-99质量％的 氧化镁、0. 5-25质量％的氮化铝以及0. 5-25质量％的氧化铝形成，更进一步优选通过混合 70-90质量％的氧化镁、5-25质量％的氮化铝以及5-25质量％的氧化铝形成。此外，从同 时考虑机械性能和耐蚀性的角度出发，就混合粉末组成来说，该混合粉末更优选通过混合 49-99质量％的氧化镁、0. 5-25质量％的氮化铝以及0. 5-30质量％的氧化铝形成，更进一 步优选通过混合50-75质量％的氧化镁、5-20质量％的氮化铝以及15-30质量％的氧化铝 形成。此外，氧化镁固溶体的第二成形体或第二烧结体具有相同的原料粉末的组成。例如， 在第一成形步骤中，通过使用可形成规定形状的模具对混合粉末进行单轴成形处理。成型 压力根据用途和规格被合适地设定，例如，其可为50-200kgf/cm 2的压力。
[0050] 接着，进行煅烧该第一成形体的第一煅烧步骤，以获得第一烧结体。在第一成形体 的煅烧中，例如，氧化镁以及氧化固溶体的煅烧温度优选为1650°C以上，更优选1700°C以 上。如果煅烧温度在1650°C以上，那么可确保第一烧结体的强度，可更可靠地制造预期的 Mg (A1)0 (N)。此外，煅烧温度低于1700°C时，在陶瓷基体中，可能包含作为副相的A1N，故 为了获得高耐蚀性，优选在1700°C以上处进行煅烧。此外，煅烧温度没有特别限定，例如可 为1850°C以下。此外，煅烧优选使用热压煅烧，热压煅烧时的压力优选设定为50-300kgf/ cm2。煅烧时的气氛优选为不影响氧化物原料的煅烧的气氛，例如优选惰性气氛比如氮气 氛、Ar气氛、He气氛等。成形时的压力没有特别限制，可合适地设定为能保持形状的压力。
[0051] 例如，包含氧化锆的陶瓷基体的煅烧温度优选为1KKTC以上，更优选1300°C以 上。如果煅烧温度为1300°C以上，那么可确保第一烧结体的强度。此外，煅烧温度没有特别 限定，例如可以为1800°C以下。煅烧时的气氛优选为不影响氧化物原料的煅烧的气氛，例如 优选惰性气氛比如氮气氛、Ar气氛、He气氛。成形时的压力没有特别限制，可合适地设定为 能保持形状的压力。
[0052] 然后，进行在第一烧结体中形成电极原料的电极形成处理。电极原料的形成可通 过例如制备浆料或糊料（以下简称为糊料）并使用该糊料进行，该浆料或糊料通过将视需要 在电极成分中混入填料成分而制成的电极原料粉体混入溶剂中制得。电极原料可以为钌铝 合金粉末，也可以为钌粉末和铝粉末。如果使用钌铝合金粉末作为原料，那么可使电极中的 Ru与A1的分布更均一。此外，如果使用钌粉末和铝粉末作为原料，那么可省略预先制造合 金粉末的步骤，从而可简化工艺。在该电极原料中，优选Ru相对于总的Ru和A1的百分比 在大于20摩尔％至95摩尔％以下的范围内。该范围是很合适的，因为此时可抑制裂纹的 产生，进一步降低比电阻值，以及进一步抑制电极材料向基体的扩散等。Ru相对于总的Ru 和A1的百分比优选为30摩尔％以上，更优选35摩尔％以上，更进一步优选40摩尔％以上。 此外，Ru相对于总的Ru和A1的百分比优选为80摩尔％以下，更优选70摩尔％以下，更进 一步优选55摩尔％以下。为了同时实现糊料的流动性和形状保持性，电极原料的粒径优选 为0. 1-50 μ m。作为糊料中使用的溶剂，优选在随后的步骤中不会使陶瓷部件的机械性能降 低的溶剂，例如，优选有机溶剂例如二甘醇单丁醚等。例如，除了溶剂以外，电极糊料中还可 添加粘合剂。例如，作为粘合剂，优选使用有机粘合剂例如聚乙烯醇缩丁醛等。电极的形成 例如可通过丝网印刷（Screen Printing)等进行。
[0053] 此外，电极中包含的电极成分优选具有与陶瓷基体相当的热膨胀系数，以及优选 添加用于调节热膨胀系数的填料成分。作为该填料成分，例如，优选含有Mg和0。含有Mg 和0的添加物可通过少量添加来提高电极的热膨胀系数，从而是更优选的。该填料成分优 选使用热膨胀系数比电极成分的热膨胀系数更大的物质。于是，通过填料成分可调整陶瓷 基体的热膨胀系数。这是因为在很多情况中，RuAl合金的热膨胀系数比包含氧化镁的陶瓷 基体的热膨胀系数低。此外，通过填料成分与陶瓷基体的烧结，可提高基体与电极的粘合强 度。该填料没有特别限定，可以使用氧化镁和氧化镁固溶体，例如Mg (A1)0 (N)等。也就 是说，该添加物可以使用与陶瓷基体所用相同的组合物，也可以使用与陶瓷基体所用不同 的组合物。为了进一步减少电极电阻的增加，理想的是该填料成分的添加量尽可能地少，例 如，相对于总的Ru和A1，填料成分的添加量优选为40体积％以下，更优选20体积％以下。
[0054] 然后，在为了埋设电极原料、形成有电极原料的第一烧结体上，设置与第一烧结体 具有相同组成的第二烧结体或第二成形体(未煅烧)，制得层叠体(层叠处理)。第二烧结体 可通过与上述第一烧结体相同的工艺制造。此外，第二成形体可使用上述第一烧结体的原 料。使用第二成形体的情况下，层叠体可通过在第一烧结体的电极原料上放置第二成形体 的原料粉末、然后对其施加规定的负荷，通过单轴加压来制造。层叠处理中的单轴加压可使 用与第一成形处理相同的条件。
[0055] 煅烧步骤是对上述制造的层叠体进行煅烧。煅烧条件可使用与上述第一煅烧处理 中的条件相同的条件。例如，对于上下均在约1700°C以上的温度下制造的、包含氧化镁和氧 化镁固溶体的陶瓷基体，在使用第一烧结体和第二烧结体的情况中，如果温度为1650°C以 上，那么烧结体彼此接合。此外，对于包含氧化锆的陶瓷基体，在使用第一烧结体和第二烧 结体的情况中，如果温度为1400°C以上，那么烧结体彼此接合。此外，煅烧优选通过热压煅 烧进行。
[0056] 通过这样的制造方法可制造本发明的陶瓷部件。作为具有本发明的陶瓷部 件的半导体制造装置用部件，例如，可列举半导体制造装置中使用的静电卡盘或基座 (susceptor)、加热器等。由于它们必须对包含卤素元素的腐蚀性气体的等离子体具有出色 的耐腐蚀性，故优选使用本发明的陶瓷部件。
[0057] 例如，根据上述实施方式中的陶瓷部件可抑制裂纹的产生、进一步降低比电阻值、 进一步抑制电极材料向基体的扩散等，故可获得性能得到进一步提1?的电极。这是因为，例 如，钌铝合金即使在合金化的情况下也显示出比Ru相对更高的熔点，比A1相对更高的热膨 胀系数，并且其与陶瓷基体之间的反应性较低。此外，例如，由于钌铝合金不含磁性元素，故 在等离子体刻蚀期间，不会在施加电压时因磁性元素的存在而产生影响，例如刻蚀变得不 均一等，故其是优选的。进一步地，通过调节Ru/Al比率，可在与氧化镁和氧化锆接近的范 围内，调整热膨胀系数。进一步地，如果使用以A1和0固溶于氧化镁中形成的Mg (A1)0 (N)为主相的固溶体作为陶瓷基体，那么其耐蚀性与氧化镁相当，耐湿性和耐水性优于氧化 镁，于是可认为其在化学上是更稳定的。
[0058] 此外，本发明不限于上述实施方式，可通过落入本发明的技术范围内的各种实施 方式实施。
[0059] 例如，上述实施方式中，虽然制作的是半导体制造装置用部件20,但也可用来制作 具有陶瓷基体32和电极34的陶瓷部件30。通过这样的方式，陶瓷部件30中也可以具有更 优选的电极，在化学上更稳定。此外，虽然在上述实施方式中，说明的是具有1个电极的例 子，但可具有静电电极和加热电极。
[0060] 在上述实施方式中，虽然陶瓷部件30被用于半导体制造装置中，但对此没有特别 限定，其可用于半导体制造装置以外的用途，例如可用于氧和氮氧化物等的传感器和陶瓷 加热器等中。
[0061] 在上述实施方式中，就制造方法来说，虽然电极通过埋设在陶瓷基体中形成，但对 此没有特别限定，例如，其可在陶瓷基体的外面形成。此外，例如，在上述实施方式中，虽然 电极原料在第一烧结体上形成，但电极原料也可在通过模制未煅烧的陶瓷原料形成的第一 成形体的表面中形成，进一步地，也可通过将第二成形体(未煅烧）或第二烧结体设置在形 成有电极的第一成形体(未煅烧）上来制造层叠体，然后烧结，由此制得电极埋设体。此外， 虽然是在形成电极原料后，在陶瓷基体的内部中烧结电极，但也可以使用预先成形烧结而 成的烧结电极。此外，在上述实施方式中，就制造方法来说，虽然以固溶了 A1、N的氧化镁固 溶体为陶瓷基体，但其没有限定，例如，可以氧化镁或氧化锆为陶瓷基体，也可使用固溶了 其他成分的氧化镁固溶体作为陶瓷基体。
[0062] 在上述实施方式中，虽然以包含更多氧化镁和氧化锆的陶瓷基体进行了说明，但 对此没有特别限定，该陶瓷基体也可包含在较少范围内的氧化镁。例如，陶瓷基体换算为原 料的混合粉末组成中的氧化镁、氮化铝和氧化铝的话，可包含15-66. 2质量％的氧化镁，63 质量％以下的氧化铝，57. 7质量％以下的氮化铝。这样可获得与尖晶石相当或更高的耐蚀 性。进一步地，其可包含37-66. 2质量％的氧化镁，63质量％以下的氧化铝，57. 7质量％以 下的氮化铝。另一方面，其可包含5-60质量％的氧化镁，60质量％以下的氧化铝，90质量％ 以下的氮化铝。这样的话，在具有与尖晶石相当的耐蚀性的同时，可降低线性热膨胀系数， 提高热均匀性。这样的陶瓷基体也可具有性能得到进一步提高的电极。
[0063] 在上述情况中，陶瓷基体以镁、铝、氧和氮为主成分，其可以将使用Cu Κα线时的 XRD峰至少出现在2 Θ =47-49度内的Mg-Al氮氧化物相作为主相。因为该Mg-Al氮氧化物 对卤素等离子体的耐蚀性高于或等于尖晶石的，故以该氮氧化物为主相的陶瓷基体也具有 变高的耐蚀性。此外，该Mg-Al氮氧化物在具有与尖晶石相当的耐蚀性的同时还可获得比 尖晶石低的线性热膨胀系数。此时，陶瓷基体可包含将Al、N成分固溶于氧化镁中形成的 Mg (A1)0 (N)的结晶相作为副相。因为该Mg (A1)0 (N)也具有较高的耐蚀性，故即使作 为副相被包含也没有问题。
[0064] 下面，对本发明的优选适用例进行说明。首先，对作为包含氧化镁、或将规定成分 (A1、N)固溶于氧化镁中形成的氧化镁固溶体的陶瓷基体的具体研究结果的实验例1-26进 行说明。实验例1-16、22-26中的MgO原料和A1 203原料使用纯度为99. 9质量％以上、平均 粒径为1 μ m以下的市售品，A1N原料使用纯度为99质量％、平均粒径为1 μ m以下的市售 品，在实验例17-21中，MgO原料使用纯度为99. 4质量％、平均粒径为3 μ m的市售品，A1203 原料使用纯度为99. 9质量％、平均粒径为0. 5 μ m的市售品，A1N原料使用与实验例1-16、 22-26相同的平均粒径为1 μ m以下的市售品。
[0065] 实验例1-16和24
[0066] ?配制
[0067] 按表1所示的质量百分比称量MgO原料、A1203原料和A1N原料，使用异丙醇作为溶 齐U，使用尼龙制造的锅，以及直径为5_的氧化铝圆石对上述原料进行4小时的湿混合。混 合后，取出浆料，在氮气气流中、ll〇°C下干燥。然后，使其通过30目的筛子获得混合粉末。 此外，该混合粉末中的Mg/Al摩尔比为2. 9。
[0068] ?成形
[0069] 在200kgf/cm2的压力下对混合粉末进行单轴加压成形，制得直径为50mm、厚度为 20_左右的圆盘状成形体，并将其放入用于煅烧的石墨模具中。
[0070] ?煅烧
[0071] 通过热压煅烧圆盘状成形体，获得陶瓷基体。在该热压煅烧中，使用200kgf/cm2压 力、表1所示的煅烧温度(最高温度）进行煅烧，使用Ar气氛直至煅烧结束。在煅烧温度下 保持4小时。
[0072] 实验例 17-23 和 25-26
[0073] 按表1所示的质量百分比称量MgO原料、A1203原料和A1N原料，使用与实验例1相 同的方式获得陶瓷基体，所不同的只是混合粉末的成形压力为lOOkgf/cm 2,煅烧气氛为N2， 煅烧温度(最高温度）为表1中所示的值。
[0074] 评估
[0075] 对实验例1-26中获得的各个材料进行用于各种评估的处理，并进行如下评估。各 个评估结果如表1-2所示。
[0076] ( 1)体积密度?开口孔隙率
[0077] 使用纯水作为介质，通过阿基米德法测定。
[0078] (2)结晶相评估
[0079] 在研钵中粉碎材料，然后通过X射线衍射装置确定结晶相。测定条件使用Cu Ka、4OkV、4OmA、2 0=5-7O°的密封管式X射线衍射装置（Bruker AXS株式会社制造的 D8ADVANCE)。测定的步宽（st印width)为0. 02度，要准确确定峰顶衍射角的情况下，添加 10质量％的作为内标的NIST制造的Si标准试样粉末（SRM640C)，由此校正峰位置。氧化镁 的峰顶衍射角为I⑶D78-0430的值。将A1、N成分固溶于氧化镁中形成的固溶体（Mg (A1) 〇 (N))与氧化镁之间的峰间隔、积分宽度按如下计算。
[0080] (2) -1峰间隔（峰位移）的计算
[0081] 为了相对比较Mg (A1)0 (N)中的Al、N固溶量，以Mg (A1)0 (N)的（220)面为 对象，评估峰间隔（峰位移)。Mg (A1)0 (N)的（220)面的峰顶衍射角与I⑶D78-0430中的 氧化镁的（220)面的衍射角（62. 3度）之间的差值为峰间隔。
[0082] (2)-2积分宽度的计算
[0083] 为了相对比较Mg (A1)0 (N)的结晶性，计算积分宽度。积分宽度通过用MgO-AIN 固溶体的（200)峰的峰面积除以峰顶的强度（Imax)计算获得。峰面积是通过在从峰顶衍射 角开始的-1度至+1度的范围内减去背景，将强度进行积分而获得的。计算式如下式所示。 此外，背景是从峰顶开始的-1度衍射角处的峰强度。通过使用上述方法计算的NIST制造 的Si标准试样（SRM640C)的（111)面的积分宽度为0. 15度。
[0084] (积分宽度）=(Σ I (2 Θ ) X (步宽））/lmax
[0085] (2) -3Mg-Al氮氧化物相与Mg (A1) 0 (N)的XRD峰强度比的计算
[0086] 为了相对比较作为副相被包含的Mg-Al氮氧化物相的含有比例，使用下述方法计 算Mg-Al氮氧化物相与Mg (A1) 0 (N)的XRD峰强度的比率。以Mg-Al氮氧化物相的2 Θ 为47-49度的XRD峰强度为A，以2 Θ为62. 3-65. 2度的Mg (A1) 0 (N)的（220)面的XRD 峰强度为B，获得A/B值。此处，XRD峰强度A是2 Θ为47-49度的XRD峰的减去背景的积 分强度，XRD峰强度B是Mg (A1)0 (N)的（220)面的XRD峰的减去背景的积分强度。此外， 该计算使用市售的软件MDI株式会社制造的JADE5获得。
[0087] (3)刻蚀速率
[0088] 对各个材料的表面进行镜面研磨，使用ICP等离子体耐蚀试验装置进行如下条件 的耐蚀试验。通过将段差计测定的掩模面（mask surface)与暴露面之间的高低差差除以 试验时间，算出各个材料的刻蚀速率。
[0089] ICP :800W，偏压：450W，导入气体：NF3/02/Ar = 75/35/100sccm0· 05Torr，暴露时 间：10小时，试样温度：室温。
[0090] (4)构成元素
[0091] 使用EPMA，进行构成元素的检测和确定以及各构成元素的浓度分析。
[0092] (5)耐湿性
[0093] 在研钵中粉碎各个材料直至中值粒径为10 μ m以下，由此制得粉末，然后在室温 下，在饱和水蒸气压的气氛中暴露4天。之后，通过TG-DTA装置测定40-500°C之间的脱水 量。
[0094] ( 6 )块状材料的耐湿性
[0095] 对各个材料的表面进行镜面研磨，并在40°C、相对湿度为90%的气氛下暴露28天。 之后，通过扫描电子显微镜（菲利普株式会社制造的XL30)观测试样表面，将没有变化的记 录为（〇），将40%以上的表面中产生针状和粒状析出物的记录为（X)，将在上述两者之间 的记录为（Λ)。
[0096] (7)块状材料的耐水性
[0097] 对各个材料的表面进行镜面研磨，并在室温下，在水中浸渍15天。之后，通过扫 描电子显微镜观测试样表面，将没有变化的记录为（〇），将40%以上的表面中观测到溶出 (elution)痕迹的记录为（X ),将在上述两者之间的记录为（Λ)。
[0098] (8)破坏韧性
[0099] 根据JIS-R1607,通过SEPB法评估破坏韧性。
[0100] (9)弯曲强度
[0101] 通过根据JIS-R1601的弯曲强度试验测定。
[0102] ( 10)体积电阻率测定
[0103] 通过根据JIS-C2141的方法，在大气中、室温下测定。试验片形状为直径50mmX (0· 5?1mm)，用银形成直径为20mm的主电极、内径为30mm并且外径为40mm的保护电极以 及直径为40mm的外加电极等各个电极。外加电压为2kV/mm，施加该电压后的1分钟时的电 流值被读取，根据该电流值算出室温体积电阻率。此外，在实验例1、3、5和12中，通过同样 的方法，在真空中（O.OlPa以下)、600°C下测定。试验片形状为直径50mmX (0.5?1mm)， 用银形成直径为20mm的主电极、内径为30mm并且外径为40mm的保护电极以及直径为40mm 的外加电极等各个电极。外加电压为500V/mm，施加该电压后的1小时时的电流值被读取， 根据该电流值算出体积电阻率。此外，在表2的体积电阻率中，aEb表示aX 10b，例如1E16 表不 1 X 1016。
[0104] 表 1

【权利要求】
1. 一种陶瓷部件，其包括： 陶瓷基体，所述陶瓷基体包含氧化镁、规定成分固溶于氧化镁中而成的氧化镁固溶体 以及氧化锆中的至少一种，以及 设置在所述陶瓷基体的一部分上的电极，所述电极包含钌铝合金作为电极成分。
2. 如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述电极还包含Mg、Zr、Y、Ca、Ce、A1、 N和0中的一种以上作为所述电极成分。
3. 如权利要求1或2所述的陶瓷部件，其特征在于，所述电极的原料中，Ru相对于Ru 和A1之和的百分比在大于20摩尔％、小于等于95摩尔％的范围内。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述电极以钌铝合金粉末 为原料烧结而成。
5. 如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述电极以钌粉末与铝粉 末为原料烧结而成。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述电极的厚度为Ιμπι以 上、200 μ m以下。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述氧 化镁固溶体，所述氧化镁固溶体以A1、N成分固溶于氧化镁中形成的Mg (A1)0 (N)为主相。
8. 如权利要求7所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述氧化镁固溶体， 所述氧化镁固溶体中的所述Mg (A1)0 (N)在使用Cu Κα线时的（111)面、或（200)面、或 (220 )面的XRD峰各自出现在氧化镁立方晶体的峰与氮化铝立方晶体的峰之间，即在2 Θ为 36. 9-39 度、42. 9-44. 8 度、62. 3-65. 2 度内。
9. 如权利要求7或8所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述氧化镁固溶 体，所述氧化镁固溶体中的所述Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面、或（220)面的XRD峰各自出现 在2 Θ为42. 92度以上、62. 33度以上。
10. 如权利要求1-9中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述氧 化镁固溶体，所述氧化镁固溶体中的所述Mg (Α1)0 (Ν)的（200)面的XRD峰的积分宽度为 〇. 50度以下。
11. 如权利要求1-10中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述 氧化镁固溶体，其中所述氧化镁固溶体不含Α1Ν结晶相。
12. 如权利要求1-11中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述 氧化镁固溶体，其中所述氧化镁固溶体包含作为副相的Mg-Al氮氧化物相，在使用Cu Κ α 线时，所述Mg-Al氮氧化物相的XRD峰至少出现在2 Θ为47-49度内。
13. 如权利要求1-12中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述 氧化镁固溶体，在所述氧化镁固溶体的混合粉末组成中，氧化镁为49质量％以上99质量％ 以下，氮化铝为〇. 5质量％以上25质量％以下，以及氧化铝为0. 5质量％以上30质量％以 下。
14. 如权利要求1-6中任一项所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷基体包含所述氧 化锆，其中所述氧化锆包含稳定剂。
15. 如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述氧化镁固溶体通过将Al、N、Ga、 Zr以及Li等中的至少一种以上成分固溶于氧化镁中而形成。
16. 如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述氧化锆中包含的所述稳定剂包括 氧化钇、或氧化钙、氧化镁、氧化铈。
17. 如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，在所述氧化镁固溶体中，Mg与AL的摩 尔比为0. 5以上。
18. -种半导体制造装置用部件，其特征在于，所述半导体制造装置用部件具有权利要 求1-17中任一项所述的陶瓷部件。
【文档编号】H01L23/32GK104064534SQ201410108729
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】渡边笃, 西村升 申请人:日本碍子株式会社