專利名稱：加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱半導(dǎo)體的裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造中使用于干法工藝和等離子體涂層等的半導(dǎo)體制造裝置中，作為蝕刻用和清洗用，使用的是反應(yīng)性高的F、Cl等的鹵素系等離子體。因此，安裝于這種半導(dǎo)體制造裝置的構(gòu)件要求有高耐腐蝕性，一般使用實(shí)施過(guò)氧化鋁膜處理的鋁或哈司特鎳合金等的高耐腐蝕金屬或陶瓷構(gòu)件。特別是支撐固定Si晶片的靜電卡盤材料和加熱器材料，由于必須有高耐腐蝕和低發(fā)塵性，使用的是氮化鋁、氧化鋁、藍(lán)寶石等的高耐腐蝕陶瓷構(gòu)件。由于這些材料會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間使用而逐漸腐蝕，引起發(fā)塵，因此要求有更高耐腐蝕性的材料。為應(yīng)對(duì)這種要求，有人研究了作為材料使用比氧化鋁等更耐腐蝕的氧化鎂或尖晶石(MgAl2O4)及它們的復(fù)合材料(例如專利文獻(xiàn)1:專利第3559426號(hào)公報(bào))。并且，已知一種用于加熱晶片的陶瓷加熱器。在這種陶瓷加熱器中，要求加熱器的溫度均勻性以能夠均勻地加熱晶片。例如，專利文獻(xiàn)2 (特開平8-73280)公開了一種將電阻發(fā)熱體埋設(shè)到氮化鋁質(zhì)陶瓷板中，并將氮化鋁質(zhì)的柄接合到板上的陶瓷加熱器。在專利文獻(xiàn)3 (特開2003-288975號(hào)公報(bào))中，在帶柄的加熱器中，通過(guò)進(jìn)一步地使電阻發(fā)熱體中的金屬碳化物的量減少，來(lái)減少電阻發(fā)熱體各處的碳化物量的偏差并使加熱面的溫度分布變小。

發(fā)明內(nèi)容
通常，半導(dǎo)體制造工藝為了防止晶片的污染，將鹵素系氣體等腐蝕性強(qiáng)的氣體用于裝置清洗。并且，為了在晶片上均勻進(jìn)行地成膜，要求晶片上的溫度均勻性。作為在半導(dǎo)體制造裝置內(nèi)保持Si晶片并進(jìn)一步地進(jìn)行加溫的構(gòu)件，AlN (氮化鋁)制的陶瓷加熱器作為既有技術(shù)被廣泛應(yīng)用，在使用初期能夠顯示出了良好的晶片上的溫度均勻性。然而，由于由腐蝕性氣體進(jìn)行的清洗，AlN 被腐蝕，加熱器表面的形狀或粗糙度變化，由此，就有了隨著使用期間的經(jīng)過(guò)溫度分布發(fā)生變化，溫度均勻性無(wú)法保持的問(wèn)題。本發(fā)明的課題在于，在使用于半導(dǎo)體處理的陶瓷加熱裝置中，減少在鹵素系腐蝕性氣體或其等離子體氣氛下使用時(shí)的粒子，并且在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)能夠保持良好的溫度均勻性。本發(fā)明作為包括具有加熱半導(dǎo)體的加熱面的基座的加熱裝置，基座包括板狀主體部與面向加熱面的表面耐腐蝕層，表面耐腐蝕層由以鎂、鋁、氧以及氮為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成，該陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相為主相，且使用CuKa線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50°。本發(fā)明的陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相作為主相，與氮化鋁相比，對(duì)鹵素系氣體等的腐蝕性強(qiáng)的氣體的耐腐蝕性優(yōu)良。若由該陶瓷材料形成基座的表面耐腐蝕層，即使在腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用，也不易產(chǎn)生由腐蝕導(dǎo)致的表面狀態(tài)的變化，其結(jié)果，可以在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)觀察到良好的晶片上的溫度均勻性。
并且，板狀主體部可以由與所述陶瓷材料不同的熱傳導(dǎo)性更高的材質(zhì)來(lái)形成，由此，通過(guò)促進(jìn)基座的平面方向的熱傳導(dǎo)，能夠更進(jìn)一步提高晶片上溫度均勻性。


圖1是實(shí)驗(yàn)例I的XRD解析圖表。圖2是實(shí)驗(yàn)例1、4的EPMA元素分布圖。圖3是實(shí)驗(yàn)例7的XRD解析圖表。圖4是實(shí)驗(yàn)例10的XRD解析圖表。圖5是概略地示出參考方式所涉及的加熱裝置的剖面圖。圖6是概略地示出參考方式所涉及的加熱裝置的外觀的主視圖。圖7是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置IlA的剖面圖。圖8是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置IlA的外觀的主視圖。圖9是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置IlB的剖面圖。圖10是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置IlC的剖面圖。圖11是概略地示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置IlD的剖面圖。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的加熱裝置的制造方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明采用的新的陶瓷材料進(jìn)行說(shuō)明，然后對(duì)加熱裝置的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。[陶瓷材料]本發(fā)明者專心研究了通過(guò)使氧化鎂、氧化鋁與氮化鋁的混合粉末成型后進(jìn)行熱壓燒成而得到的陶瓷材料的耐腐蝕性，發(fā)現(xiàn)以在特定位置具有XRD波峰的氮氧化鋁鎂為主相的陶瓷材料顯示出非常高的耐腐蝕性。即，本發(fā)明的陶瓷材料作為以鎂、鋁、氧及氮為主要成分的陶瓷材料，主相為使用CuK α線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50°的氮氧化鋁鎂相。本發(fā)明的陶瓷材料的耐腐蝕性與尖晶石相同或高于它。因此，本發(fā)明的基座能夠長(zhǎng)時(shí)期抵抗在半導(dǎo)體制造工藝中使用的反應(yīng)性高的F、Cl等鹵素系等離子體，能夠降低來(lái)自該構(gòu)件的發(fā)塵量。另外，即使在腐蝕氣氛下長(zhǎng)時(shí)間使用，也不易產(chǎn)生由腐蝕導(dǎo)致的表面狀態(tài)的變化，其結(jié)果，在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)觀察到良好的晶片上的溫度均勻性。本發(fā)明的陶瓷材料，是以鎂、鋁、氧及氮為主要成分的陶瓷材料，主相為使用CuKa線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50°的氮氧化鋁鎂相。該氮氧化鋁鎂對(duì)鹵素系等離子體的耐腐蝕性與尖晶石相同或更高，因此可認(rèn)為以該氮氧化物為主相的本發(fā)明的陶瓷材料的耐腐蝕性也變高。此外，該氮氧化鋁鎂也可以具有與尖晶石相同的耐腐蝕性并且線熱膨脹系數(shù)低于尖晶石。本發(fā)明的陶瓷材料，作為副相可以含有在氧化鎂中固溶了氮化鋁的MgO-AlN固溶體的結(jié)晶相。由于該MgO-AlN固溶體的耐腐蝕性也較高，因此作為副相也沒有問(wèn)題。該MgO-AlN固溶體的使用CuK α線時(shí)的(200)面及(220)面的XRD波峰出現(xiàn)在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 Θ =42.9 44.8° ,62.3 65.2°，此外，(111)面的XRD波峰也可出現(xiàn)在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 Θ =36.9 39°。由于(111)面的波峰有時(shí)難以與其他結(jié)晶相的波峰區(qū)別，因此也可以是僅(200)面及(220)面的XRD波峰出現(xiàn)在上述范圍。同樣地，(200 )面或(220 )面的波峰有時(shí)也難以與其他結(jié)晶相的波峰區(qū)別。本發(fā)明的陶瓷材料為了得到與尖晶石相同或更高的耐腐蝕性，由于當(dāng)包含AlN結(jié)晶相作為副相時(shí)，耐腐蝕性有降低的傾向，因而，優(yōu)選AlN結(jié)晶相為少量，更加優(yōu)選不包含有它。并且，尖晶石由于耐腐蝕性比氧化鋁或AlN結(jié)晶高，因而，也可含有少量。但，尖晶石由于耐腐蝕性比本發(fā)明的氮氧化鋁鎂相以及MgO-AlN固溶體差，因而，優(yōu)選其為較少量。另一方面，為了具有與尖晶石相同的耐腐蝕性并且使線熱膨脹系數(shù)降低，也可以含有少量尖晶石或AlN結(jié)晶相。本發(fā)明的陶瓷材料，為了得到與尖晶石相同或更高的耐腐蝕性，原料粉末中的鎂/鋁的摩爾比優(yōu)選在0.20以上2以下，鎂/鋁的摩爾比更加優(yōu)選在0.75以上2以下。當(dāng)鎂/鋁的摩爾比不足0.20，氮化鋁、尖晶石、氧化鋁中某個(gè)或某些的生成量變多，恐怕會(huì)喪失高耐腐蝕的特征。鎂/鋁的摩爾比超過(guò)2的話，MgO-AlN固溶體容易成為主相。另一方面，為了保持與尖晶石相同的耐腐蝕性并且降低線熱膨脹系數(shù)，優(yōu)選原料粉末中的鎂/鋁的摩爾比在0.05以上1.5以下，更加優(yōu)選鎂/鋁的摩爾比在0.1以上I以下。本發(fā)明的陶瓷材料中，開口孔隙率優(yōu)選在5%以下。此處，開口孔隙率是根據(jù)以純水為媒質(zhì)的阿基米德法測(cè)定的值。開口孔隙率超過(guò)5%的話，可能出現(xiàn)強(qiáng)度下降或材料自身脫粒而容易發(fā)塵，而且在材料加工時(shí)等容易出現(xiàn)氣孔內(nèi)發(fā)塵成分堆積，因此不優(yōu)選。此外，開口孔隙率優(yōu)選盡可能接近零。因此，不存在特別的下限值。本發(fā)明的陶瓷材料中，構(gòu)成主相的氮氧化鋁鎂的40 1000°C的線熱膨脹系數(shù)為6 7ppm/K。因此,通過(guò)改變副相成分的MgO-AlN固溶體(12 4ppm/K)、尖晶石(8 9ppm/K)和氮化鋁(5 6ppm/K)的比率，可在維持高耐腐蝕性的同時(shí)將線熱膨脹系數(shù)控制在5.5 10ppm/K。但是，由于尖晶石和氮化鋁較氮氧化鋁鎂和MgO-AlN固溶體的耐腐蝕性低，優(yōu)選為較少。通過(guò)這種熱膨脹的調(diào)整，可與氧化鋁、氧化釔及氮化鋁等用于半導(dǎo)體制造裝置構(gòu)件的材料的熱膨脹配合，或減小熱膨脹差。通過(guò)這樣，可使本發(fā)明的陶瓷材料與傳統(tǒng)材料的層疊和貼合成為可能。這樣的話，可以僅將表面(第I構(gòu)造體)作為本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的陶瓷材料，下部(第2構(gòu)造體)基材可使用傳統(tǒng)材料。特別是在一體燒成中這種層疊結(jié)構(gòu)及熱膨脹調(diào)整是有效的。其中，通過(guò)第2構(gòu)造體的基材使用以氮化鋁為主體的材料，可維持高熱傳導(dǎo)，容易保持均勻的高耐腐蝕的陶瓷材料的表面溫度。這種結(jié)構(gòu)特別在加熱器內(nèi)置型半導(dǎo)體制造裝置中是有效的。本發(fā)明的陶瓷材料既可以作為用于具有采用上述陶瓷材料的第I構(gòu)造體和以氮化鋁、氧化釔以及氧化鋁中至少I種為主相的第2構(gòu)造體的層疊體中的材料。并且，也可以作為具有將該第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體層疊或接合后的構(gòu)造的材料。這樣做的話，通過(guò)耐腐蝕性高的第I構(gòu)造體、具有與第I構(gòu)造體不同的特性(例如傳熱性或機(jī)械的強(qiáng)度等)的第2構(gòu)造體，能夠更加提高除耐腐蝕性之外的其它特性。此外，第I構(gòu)造體也可以作為由上述陶瓷材料形成的薄膜或板狀體、層狀體。并且，第2構(gòu)造體也可以作為以氮化鋁、氧化釔以及氧化鋁為主相的薄膜或板狀體、層狀體。另外，接合可以以任何形態(tài)來(lái)進(jìn)行，例如可以通過(guò)燒結(jié)進(jìn)行接合，也可以通過(guò)粘合劑進(jìn)行接合。此時(shí)，第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體 可以通過(guò)中間層接合。這樣做的話，通過(guò)中間層，例如能夠更加抑制由熱膨脹率的不同導(dǎo)致的第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體的剝離等。該中間層可以作為具有第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體的中間的性質(zhì)的層。該中間層也可以作為例如混合第I構(gòu)造體的主相與第2構(gòu)造體的主相的層。并且，該中間層也可以包含含有的成分或者成分比不同的多層。這樣做的話，能夠具有傾斜材料的特性。并且，第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體之間的線熱膨脹系數(shù)差在0.3ppm/K以下，第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體也可以直接接合。這樣做的話，由于第I構(gòu)造體與第2構(gòu)造體的線熱膨脹系數(shù)差小，因而高溫接合兩構(gòu)造體(例如通過(guò)燒結(jié)進(jìn)行接合)時(shí)或重復(fù)在高溫-低溫下使用該層疊體時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂紋或剝離。[陶瓷材料的制造]本發(fā)明的陶瓷材料，可將氧化鎂、氧化鋁和氮化鋁的混合粉末在成型后燒成而制造。例如，為得到與尖晶石相同或更高的耐腐蝕性，可將混合了 15質(zhì)量％以上66.2質(zhì)量％以下的氧化鎂、63質(zhì)量％以下的氧化鋁、57.7質(zhì)量％以下的氮化鋁的粉末成型后燒成。進(jìn)一步地，也可將混合了 37質(zhì)量％以上66.2質(zhì)量％以下的氧化鎂、63質(zhì)量％以下的氧化鋁、57.7質(zhì)量％以下的氮化鋁的粉末成型后燒成。另一方面，為了保持與尖晶石相同的耐腐蝕性并且降低線熱膨脹系數(shù)、提高溫度均勻性，也可將混合了 5質(zhì)量％以上60質(zhì)量％以下的氧化鎂、60質(zhì)量％以下的氧化鋁、90質(zhì)量％以下的氮化鋁的粉末成型后燒成。此外，燒成溫度優(yōu)選在1750°C以上。燒成溫度不足1750°C的話，可能無(wú)法得到目標(biāo)的氮氧化鋁鎂，因此不優(yōu)選。此外，燒成溫度的上限并無(wú)特別限定，但例如可以為1850°C或1900°C。此外 ，燒成優(yōu)選采用熱壓燒成，熱壓燒成時(shí)的加壓壓力優(yōu)選設(shè)定為50 300kgf/cm2。燒成時(shí)的氣氛優(yōu)選不會(huì)影響氧化物原料燒成的氣氛，優(yōu)選例如氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、氦氣氣氛等惰性氣氛。成型時(shí)的壓力沒有特別限制，適當(dāng)設(shè)定為可以保持形狀的壓力即可。[加熱裝置]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的加熱裝置包括有具有加熱半導(dǎo)體的加熱面的基座以及接合到該基座的背面的支撐部。第5圖 第8圖概略地示例了這樣的加熱裝置。第5圖、第6圖的加熱裝置I為參考例，第7圖、第8圖的加熱裝置IlA為實(shí)施例?；?、12A為板狀，基座2、12A的上表面2a、12a為半導(dǎo)體加熱面。半導(dǎo)體加熱面2a、12a不需要為平坦，可進(jìn)行凹凸加工或形成與基板的大小相配合的溝槽，也可以形成吹掃氣體用的溝槽。將支撐部3接合到基座的下表面(背面)2b、12b。本例中支撐部為管狀，支撐部3中收容有供電構(gòu)件5。供電構(gòu)件連接到埋設(shè)在基座內(nèi)的發(fā)熱體4上?；鶠楸P狀，優(yōu)選為大致圓盤狀。基座的大小沒有特別地限定，例如直徑為280 380mm，厚度為8 20mm。并且，基座與支撐部的接合部分的外徑?jīng)]有特別地限定，直徑為例如60 120mm。支撐部?jī)?yōu)選在中部具有階差，以階差為邊界在基座側(cè)為大直徑部3a，在對(duì)側(cè)為小直徑部3c。在大直徑部3a的端部以及小直徑部3c的端部，分別形成法蘭3b、3d(但第5圖的例中沒有法蘭3b)。然后，將支撐部的大直徑部的端部接合到基座的背面，使基座與中心軸變成同軸。在這里，發(fā)熱體優(yōu)選被埋設(shè)到基座內(nèi)，也可以安裝到基座上。并且，發(fā)熱體也可以是設(shè)在從基座偏離的位置上的紅外線加熱元件那樣的外部發(fā)熱體。此處，在第5圖、第6圖的參考例中，整個(gè)基座2由均質(zhì)的材質(zhì)構(gòu)成。與此相對(duì)，第7圖、第8圖的實(shí)施例中，基座12A包括板狀主體部13、覆蓋板狀主體部13的表面13a的表面耐腐蝕層14。本例中，板狀主體部13的側(cè)面13c、背面13b沒有被耐腐蝕層覆蓋。本發(fā)明中,表面耐腐蝕層14通過(guò)所述陶瓷材料形成。發(fā)熱體4埋設(shè)在板狀主體部13內(nèi)。并且,在第9圖所示的加熱裝置IlB中，基座12B包括板狀主體部13、覆蓋板狀主體部13的表面13a的表面耐腐蝕層14。本例中，板狀主體部13的側(cè)面13c、背面13b沒有被耐腐蝕層覆蓋。本發(fā)明中，表面耐腐蝕層14由所述陶瓷材料形成。與此同時(shí)，在表面耐腐蝕層14與板狀主體部13的表面13a之間設(shè)有中間層17。由此，即使在反復(fù)進(jìn)行加熱與冷卻時(shí)，在維持表面耐腐蝕層從板狀主體部的剝離強(qiáng)度方面也很理想。并且，在第10圖所示的加熱裝置IIC中，基座12C包括板狀主體部13、覆蓋板狀主體部13的表面13a的表面耐腐蝕層14、以及覆蓋板狀主體部13的側(cè)面13c的側(cè)面耐腐蝕層15。本例中，板狀主體部13的背面13b沒有被耐腐蝕層覆蓋。本發(fā)明中，表面耐腐蝕層14以及側(cè)面耐腐蝕層15由所述陶瓷材料形成。當(dāng)基座側(cè)面被腐蝕，不僅是粒子的原因，通過(guò)來(lái)自側(cè)面的熱輻射特性變化來(lái)對(duì)晶片上溫度均勻性也產(chǎn)生不良影響。在本實(shí)施方式中，不僅晶片側(cè)，還能夠抑制側(cè)面上的腐蝕。另外，在表面耐腐蝕層14與板狀主體部13的表面13a之間，能夠設(shè)置如上所述的中間層17。并且，在側(cè)面耐腐蝕層15與板狀主體部13的側(cè)面13c之間，也能夠設(shè)置如上所述的中間層17。并且，在第11圖所示的加熱裝置IID中，基座12D包括板狀主體部13、覆蓋板狀主體部13的表面13a的表面耐腐蝕層14、以及覆蓋板狀主體部13的背面13b的背面覆蓋層16。本例中，板狀主體部13的側(cè)面13c沒有被耐腐蝕層覆蓋。本發(fā)明中,表面耐腐蝕層14以及背面覆蓋層16由所述陶瓷材料形成。另外，在表面耐腐蝕層14與板狀主體部13的表面13a之間，能夠設(shè)置如上所述的中間層17。并且，在背面覆蓋層16與板狀主體部13的背面13b之間，也能夠設(shè)置如上所述的中間層17。作為板狀主體部的材質(zhì)，在使用熱傳導(dǎo)率比所述陶瓷材料高的材料的情況下，通過(guò)整個(gè)板狀主體部的熱傳導(dǎo)來(lái)提高晶片上溫度均勻性。然而，在這種情況下，由于來(lái)自板狀主體部13的背面13b 側(cè)的散熱量也變大，因而，通過(guò)不均等的熱輻射，晶片上溫度均勻性有可能反而劣化。在本實(shí)施方式中，由于在板狀主體部的背面?zhèn)仍O(shè)有由所述陶瓷材料構(gòu)成背面覆蓋層，因而，不僅可謀求背面?zhèn)鹊哪透g，能夠整體地抑制來(lái)自基座背面?zhèn)鹊臒彷椛洌M(jìn)一步改善晶片上溫度均勻性。本發(fā)明雖然通過(guò)上述陶瓷材料來(lái)形成基座，但支撐部3 (即所謂的柄)的材質(zhì)不一定要限定，可以示出以下的例子:本出願(yuàn)的陶瓷材料、氮化鋁、氧化鋁、氧化鎂、尖晶石優(yōu)選的是支撐部3的材質(zhì)也用上述陶瓷材料。但在該的情況下，形成基座的上述陶瓷材料與形成支撐部的上述陶瓷材料不需要為相同組成，也可以是在上述的范圍內(nèi)相互不同的組成。發(fā)熱體可使用例如使線狀的導(dǎo)體彎曲，加工成纏繞體的物體。發(fā)熱體的線徑為
0.3mm 0.5mm左右，在線圈形狀的情況下卷徑為2mm 4mm左右，間距為Imm 7mm左右。在這里“卷徑”意思是構(gòu)成發(fā)熱體的線圈的內(nèi)徑。作為發(fā)熱體的形狀，除線圈形狀之外，可以采用帶狀、網(wǎng)格狀、螺旋彈簧狀、板狀、印刷電極等的各種形態(tài)。另外，理想的是在與為提升銷等的或吹掃氣體用而設(shè)置的貫通孔相鄰的部分使發(fā)熱體12繞行等，根據(jù)需要進(jìn)行式樣的變形。作為發(fā)熱體12的材料，可優(yōu)選采用鑰(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)等的高熔點(diǎn)導(dǎo)電材料。在加熱裝置的基座內(nèi)，也可以埋設(shè)用于在基座上使等離子體產(chǎn)生的高頻電極。作為高頻電極的材質(zhì)，可以轉(zhuǎn)用上述的發(fā)熱體材料。[板狀主體部以及中間層的材質(zhì)]在所述陶瓷材料中，作為主相的氮氧化鋁鎂的40 1000°C的熱膨脹系數(shù)為6 7ppm/K。因而，通過(guò)改變作為副相成分的MgO-AlN固溶體(12 14ppm/K)或，尖晶石(8 9ppm/K)，氮化鋁(5 6ppm/K)的比率，維持高耐腐蝕性的同時(shí)，能夠?qū)⒕€熱膨脹系數(shù)控制在5.5 10ppm/K。但是，由于尖晶石或氮化鋁的耐腐蝕性比氮氧化鋁鎂或MgO-AlN固溶體低，優(yōu)選尖晶石或氮化鋁更少。通過(guò)這樣的熱膨脹的調(diào)整，能夠減小氧化鋁、氧化釔以及氮化鋁等與用作半導(dǎo)體制造裝置構(gòu)件的材料的熱膨脹差。由此，本發(fā)明的陶瓷材料與已有材料的層疊或貼合成為可能。具體地說(shuō)，板狀主體部的材質(zhì)可示例氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氧化鎂、氮化硅、尖晶石，特別優(yōu)選氧化鋁、氧化釔、氮化鋁。特別，通過(guò)以氮化鋁為主相的材質(zhì)來(lái)形成板狀主體部，由此,能夠維持高熱傳導(dǎo)，易于均勻地保持高耐腐蝕的所述陶瓷材料的表面溫度。板狀主體部與各耐腐蝕層、背面覆蓋層的接合方法沒有特別限定。兩者既可以例如通過(guò)一體燒結(jié)進(jìn)行接合，也可以通過(guò)粘合劑進(jìn)行接合。作為這樣的粘合劑,能夠示例娃系粘合劑、丙烯系粘合劑、Al合金粘合劑。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，耐腐蝕層、背面覆蓋層與板狀主體部的線熱膨脹系數(shù)差在
0.3ppm/K以下。在這種情況 下，在高溫接合耐腐蝕層、背面覆蓋層與板狀主體部(例如通過(guò)一體燒結(jié)進(jìn)行接合)時(shí)或重復(fù)在高溫-低溫下使用該層疊體時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生裂紋或剝離。如上所述，板狀主體部與各耐腐蝕層、背面覆蓋層可以通過(guò)中間層來(lái)接合。這樣做的話，能夠更進(jìn)一步抑制例如由熱膨脹率的不同導(dǎo)致的耐腐蝕層、背面覆蓋層的剝離。該中間層是具有耐腐蝕層、背面覆蓋層與板狀主體部的中間的性質(zhì)的層。具體地說(shuō)，中間層可以是燒結(jié)所述陶瓷材料與板狀主體部的材料的混合物后的復(fù)合陶瓷。并且，能夠多層形成中間層，通過(guò)使各中間層的組成互不相同，能夠形成傾斜材料層。[鹵素系腐蝕性氣體]本發(fā)明的基座對(duì)鹵素系腐蝕性氣體及其等離子體的耐腐蝕性優(yōu)良,特別地,對(duì)以下的鹵素系腐蝕性氣體或其混合物或它們的等離子體的耐腐蝕性特別優(yōu)良。NF3、CF4、ClF3、Cl2、BCl3、HBr實(shí)施例[陶瓷材料的制造與評(píng)價(jià)]以下對(duì)本發(fā)明適當(dāng)?shù)倪m用例進(jìn)行說(shuō)明。MgO原料、Al2O3原料及AlN原料使用純度99.9質(zhì)量％以上、平均粒徑I μ m以下的市售品。此處，對(duì)于AlN原料，由于不可避免地含有I質(zhì)量％左右的氧，因此是將氧從雜質(zhì)元素中除開后的純度。此外，即使使用了純度99質(zhì)量％以上的MgO原料的情況下，也可制作與使用純度99.9質(zhì)量％以上的MgO原料時(shí)同等的陶瓷材料。
1.陶瓷材料首先，說(shuō)明以鎂、鋁、氧及氮為主要成分的陶瓷材料(實(shí)驗(yàn)例I 19)。此外，實(shí)驗(yàn)例I 3、6 16相當(dāng)于本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)驗(yàn)例4、5、17 19相當(dāng)于比較例。[實(shí)驗(yàn)例I 3].調(diào)合稱量MgO原料、Al2O3原料及AlN原料使其滿足表I所示質(zhì)量％，以異丙醇為溶劑，采用尼龍制的罐、直徑5_的氧化鋁圓球進(jìn)行4小時(shí)濕式混合?；旌虾笕〕鰸{料，在氮?dú)饬髦羞M(jìn)行110°C干燥。然后，通過(guò)30目的篩，制成調(diào)合粉末。此外，該調(diào)合粉末的Mg/Al的摩爾比為1.2。

.成型將調(diào)合粉末以200kgf/cm2的壓力進(jìn)行單軸加壓成型,制作直徑35mm、厚度IOmm左右的圓盤狀成型體，收容到燒成用石墨鑄模。.燒成將圓盤狀成型體熱壓燒成而得到陶瓷材料。熱壓燒成中，加壓壓力為200kgf/cm2，以表I所示燒成溫度(最高溫度)燒成，直到燒成結(jié)束前都控制為Ar氣氛。燒成溫度下的保持時(shí)間為4小時(shí)。[實(shí)驗(yàn)例4]除了按表I所示質(zhì)量％稱量MgO原料及Al2O3原料以外,與實(shí)驗(yàn)例I同樣地得到陶瓷材料。[實(shí)驗(yàn)例5]除了燒成溫度設(shè)定為1650°C以外，與實(shí)驗(yàn)例I同樣地得到陶瓷材料。[實(shí)驗(yàn)例6 12]除了按表I所示質(zhì)量％稱量MgO原料、Al2O3原料及AlN原料、且燒成溫度設(shè)定為表I所示溫度以外，與實(shí)驗(yàn)例I同樣地得到陶瓷材料。[實(shí)驗(yàn)例13 19]除了按表I所示質(zhì)量％稱量MgO原料、Al2O3原料及AlN原料、燒成溫度設(shè)定為表I所示溫度、且燒成氣氛為N2以外，與實(shí)驗(yàn)例I同樣地得到陶瓷材料。[評(píng)價(jià)]將實(shí)驗(yàn)例I 19得到的各材料加工為各種評(píng)價(jià)用，進(jìn)行以下評(píng)價(jià)。各評(píng)價(jià)結(jié)果如表I所示。另外，實(shí)驗(yàn)例I 19中，也制作了直徑50mm的試樣，但得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與表I相同。( I)體積密度.開口孔隙率根據(jù)以純水為媒質(zhì)的阿基米德法測(cè)定。(2)結(jié)晶相評(píng)價(jià)用研缽將材料粉碎，通過(guò)X射線衍射裝置確定結(jié)晶相。測(cè)定條件為CuKa、40kV、40mA、2 Θ =5-70。，使用密封管式X射線衍射裝置(O力一 工4工、> 夕7工7制D8ADVANCE)。(3)蝕刻率對(duì)各材料的表面進(jìn)行鏡面研磨，使用ICP等離子體耐腐蝕試驗(yàn)裝置進(jìn)行下述條件的耐腐蝕試驗(yàn)。將通過(guò)階差儀測(cè)定的遮蔽面與暴露面的階差除以試驗(yàn)時(shí)間，計(jì)算各材料的蝕刻率。ICP:800W、偏置功率:450W、導(dǎo)入氣體:NF3/02/Ar=75/35/100sccm0.05Torr(6.67Pa)、暴露時(shí)間:10h、試料溫度:室溫(4)構(gòu)成元素使用EPMA檢測(cè)并識(shí)別構(gòu)成元素，分析各構(gòu)成元素的濃度。(5)平均線熱膨脹系數(shù)(40 1000°C)使用膨脹計(jì)(O力一 工4工^7工7制造)于氬氣氣氛中測(cè)定。(6)彎曲強(qiáng)度 根據(jù)JIS-R1601，通過(guò)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)定。(7)體積電阻率測(cè)定根據(jù)JIS-C2141的方法，在大氣中、室溫(25°C )下測(cè)定。試驗(yàn)片形狀為直徑50mmX(0.5 1mm)、主電極為直徑20mm、保護(hù)電極為內(nèi)徑30mm、夕卜徑40mm、夕卜加電極為直徑40mm,各電極由銀形成。外加電壓為2kV/mm，讀取電壓外加后I分鐘時(shí)的電流值，根據(jù)該電流值計(jì)算室溫體積電阻率。此外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)例7和實(shí)驗(yàn)例19 (MgO燒結(jié)體)，在真空下(0.0lPa以下)、600°C下測(cè)定。試驗(yàn)片形狀為直徑50mmX (0.5 1mm)、主電極為直徑20mm、保護(hù)電極為內(nèi)徑30mm、外徑40mm、夕卜加電極為直徑40mm,各電極由銀形成。外加電壓為500V/mm,讀取電壓外加后I小時(shí)的電流值，根據(jù)該電流值計(jì)算體積電阻率。此外，表I的體積電阻率中，“aEb” 表示 aX10b，例如 “1E16” 表示 IXlO160[評(píng)價(jià)結(jié)果]圖1顯示了實(shí)驗(yàn)例I的XRD解析圖表。此外，實(shí)驗(yàn)例2、3的XRD解析圖表與實(shí)驗(yàn)例I大致相同，因此省略圖示。此外，實(shí)驗(yàn)例I 19檢測(cè)出的結(jié)晶相匯總?cè)绫鞩所示。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)例I 3的陶瓷材料的XRD解析圖表，由無(wú)法確定的多個(gè)波峰(圖1中的□)與氧化鎂中固溶了氮化鋁的MgO-AlN固溶體的波峰(圖1中的〇)構(gòu)成。無(wú)法確定的波峰(□)與氧化鎂、尖晶石、氮化鋁任意一個(gè)均不相符地在2 Θ =47 49° (47 50° )有波峰，推測(cè)為氮氧化鋁鎂。此外，這些氮氧化鋁鎂的波峰，與例如參考文獻(xiàn)I (J.Am.Ceram.Soc.，93 [2] 322-325 (2010))或參考文獻(xiàn)2 (日本專利特開2008-115065)所示的MgAlON (或氮氧化鋁鎂)的波峰不一致。一般，已知這些MgAlON是尖晶石中固溶了 N成分的物質(zhì)，可認(rèn)為具有與本發(fā)明的氮氧化鋁鎂具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。MgO-AlN固溶體的(111)面、(200)面及(220)面的XRD波峰出現(xiàn)在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 Θ =36.9 39°，42.9 44.8°，62.3 65.2°。圖2顯示了實(shí)驗(yàn)例I的EPMA元素分布圖。根據(jù)圖2，確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)例I由圖1所示的氮氧化鋁鎂(X部)與MgO-AlN固溶體(y部)2相構(gòu)成，可知前者為主相。此處，主相指的是體積比例中占50%以上的成分，副相指的是主相以外的XRD波峰確定的相?？紤]到截面觀察中的面積比反映出了體積比例，因此主相為在EPMA元素分布圖中占50%以上面積的區(qū)域，副相為主相以外的區(qū)域。根據(jù)圖2可知，氮氧化鋁鎂的面積比為約66%，氮氧化鋁鎂為主相。此夕卜，X部特定為氮氧化鋁鎂的根據(jù)是，由Mg、Al、O、N這4個(gè)成分構(gòu)成，與實(shí)驗(yàn)例4的尖晶石材料(z部)相比，Mg、N濃度高，Al濃度為相同程度，O濃度低。即，該氮氧化鋁鎂具有較尖晶石含有更多Mg的特征。對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)例也進(jìn)行同樣的解析，例如實(shí)驗(yàn)例10的氮氧化鋁鎂的面積比為約87%，可知氮氧化鋁鎂為主相。此外，此處是作為一個(gè)例子，主相與副相的判定通過(guò)EPMA元素分布進(jìn)行，但只要是可以識(shí)別各相的體積比例的方法，則可采用其他方法。
另外，EPMA元素分布圖，根據(jù)濃度，顏色分為紅、橙、黃、黃綠、綠、青、藍(lán)，紅為最高濃度、藍(lán)為最低濃度、黑表示零。但是，由于圖2為黑白顯示，因此以下說(shuō)明圖2本來(lái)的顏色。實(shí)驗(yàn)例I中，Mg的X部為黃綠、y部為紅，Al的X部為橙、y部為青，N的X部為橙、y部為青，O的X部為淡藍(lán)、y部為橙。實(shí)驗(yàn)例4中，Mg整體(z部)為綠,Al整體為橙,N整體為黑，O整體為紅。并且，實(shí)驗(yàn)例4中，由于沒有使用氮化鋁，因此沒有生成上述氮氧化鋁鎂，其陶瓷材料作為主相含有尖晶石(MgAl2O4)15實(shí)驗(yàn)例5中，由于燒成溫度低，因此沒有生成上述氮氧化鋁鎂，其陶瓷材料作為主相含有氧化鎂，作為副相含有尖晶石和氮化鋁。圖3顯示了實(shí)驗(yàn)例7的XRD解析圖表，圖4顯示了實(shí)驗(yàn)例10的XRD解析圖表。根據(jù)圖3、4可知，實(shí)驗(yàn)例7、10均主要檢測(cè)出了在2 Θ =47 49° (或47 50° )有波峰的氮氧化鋁鎂(圖中的□)，實(shí)驗(yàn)例7的副相為尖晶石(圖中Λ)，實(shí)驗(yàn)例10的副相為MgO-AlN固溶體(圖中的〇)。此外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)例6、8、9、11、12，省略XRD解析圖表的圖示，主相和副相如表I所示。然后，實(shí)驗(yàn)例I 3、6 8的陶瓷材料的蝕刻率為實(shí)驗(yàn)例4的80%以下、實(shí)驗(yàn)例9 12的蝕刻率為實(shí)驗(yàn)例4的90%以下，是較低的值，耐腐蝕性非常高。由于實(shí)驗(yàn)例5含有較多的耐腐蝕性低的尖晶石和氮化鋁，因此蝕刻率變高。此外，實(shí)驗(yàn)例18所示的氧化鋁的蝕刻率值比實(shí)驗(yàn)例4的陶瓷材料(尖晶石)更高。此外，實(shí)驗(yàn)例I 3、6 8的陶瓷材料的彎曲強(qiáng)度和體積電阻率值也非常高。并且，也測(cè)定高溫下的蝕刻率。在這里，對(duì)于實(shí)驗(yàn)例2及實(shí)驗(yàn)例10的陶瓷材料，對(duì)各材料的表面進(jìn)行鏡面研磨，使用ICP等離子體耐腐蝕試驗(yàn)裝置進(jìn)行下述條件的高溫耐腐蝕試驗(yàn)。此外，通過(guò)階差儀測(cè)定的遮蔽面與暴露面之間的階差除以試驗(yàn)時(shí)間，計(jì)算各材料的蝕刻率。其結(jié)果是，各材料的蝕刻率在氧化鋁的1/3倍以下、氮化鋁的1/5倍以下，與尖晶石為相同水平，高溫下的等離子體耐腐蝕性也良好。ICP:800W、偏置功率:無(wú)、導(dǎo)入氣體:NF3/Ar=300/300sccm0.ITorr、暴露時(shí)間:5h、試料溫度:650°C實(shí)驗(yàn)例12 16的陶瓷材料，蝕刻率與實(shí)驗(yàn)例4的尖晶石大致同等(212 270nm/h)，線熱膨脹系數(shù)低于尖晶石(5.8 6.9ppm/K)。S卩，實(shí)驗(yàn)例12 16的陶瓷材料，可以說(shuō)具有與尖晶石相同的耐腐蝕性并且線熱膨脹系數(shù)低，可用作靜電卡盤材料和加熱材料，特別是加熱材料。此外，實(shí)驗(yàn)例17，雖然原料組成與實(shí)驗(yàn)例6相同，但由于燒成溫度低，因此主相不是氮氧化鋁鎂而是尖晶石，因此較實(shí)驗(yàn)例6耐腐蝕性低，同時(shí)線熱膨脹系數(shù)變高。此夕卜，實(shí)驗(yàn)例12 16的陶瓷材料，彎曲強(qiáng)度和體積電阻率值也足夠高。并且，實(shí)驗(yàn)例7與實(shí)驗(yàn)例19的600°C下的體積電阻率分別為5X108Qcm、
2X IO12 Ω cm,主相為XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 49° (或47 50° )的氮氧化鋁鎂相的陶瓷材料，電阻低于MgO。由以上可預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)例I 3、6 16制作的陶瓷材料也具有低于氧化鎂的電阻。表I
權(quán)利要求
1.一種加熱裝置，其包括具有加熱半導(dǎo)體的加熱面的基座，所述加熱裝置的特征在于， 所述基座包括板狀主體部與面向所述加熱面的表面耐腐蝕層，所述表面耐腐蝕層由以鎂、鋁、氧以及氮為主成分的陶瓷材料構(gòu)成，該陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相為主相，且使用CuK α線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于， 所述基座包括覆蓋所述板狀主體部的背面的背面覆蓋層，該背面覆蓋層由以鎂、鋁、氧以及氮為主成分的陶瓷材料構(gòu)成，該陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相為主相，且使用CuKa線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱裝置，其特征在于， 所述基座包括覆蓋所述板狀主體部的側(cè)面的側(cè)面耐腐蝕層，該側(cè)面耐腐蝕層由以鎂、鋁、氧以及氮為主成分的陶瓷材料構(gòu)成，該陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相為主相，且使用CuKa線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2 Θ =47 50°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于，包括: 中間層，其設(shè)在所述表面耐腐蝕層、所述背面覆蓋層以及所述側(cè)面耐腐蝕層中至少一個(gè)與所述板狀主體部之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于，包括: 接合到所述基座的背面的支撐部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱裝置，其特征在于， 所述支撐部由所述陶瓷材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的加熱裝置，其特征在于，包括: 發(fā)熱體，其埋設(shè)在所述板狀主體部的內(nèi)部；以及電力供給構(gòu)件，其容納在所述支撐部的內(nèi)側(cè)空間，與所述發(fā)熱體電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于， 所述2Θ為47 49°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于， 所述陶瓷材料以氧化鎂中固溶了氮化鋁的MgO-AlN固溶體的結(jié)晶相為副相。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱裝置，其特征在于， 所述MgO-AlN固溶體的使用CuKa線時(shí)的(200)面及(220)面的XRD波峰出現(xiàn)在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 0=42.9 44.8°、62.3 65.2°。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的加熱裝置，其特征在于， 所述MgO-AlN固溶體的使用CuK a線時(shí)的(111)面的XRD波峰出現(xiàn)在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 Θ =36.9 39°。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于， 所述陶瓷材料不包含AlN結(jié)晶相。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12任一項(xiàng)所述的加熱裝置，其特征在于， 所述板狀主體部由以氮化鋁、氧化釔或氧化鋁為主相的陶瓷構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加熱裝置(11A)，其包括具有加熱半導(dǎo)體的加熱面(12a)的基座(12A)。基座(12A)包括板狀主體部(13)和面向加熱面的表面耐腐蝕層(14)。表面耐腐蝕層(14)由以鎂、鋁、氧以及氮為主成分的陶瓷材料構(gòu)成，該陶瓷材料以氮氧化鋁鎂相為主相，且使用CuKα線時(shí)的XRD波峰至少出現(xiàn)在2θ=47～50°。
文檔編號(hào)C04B35/04GK103180267SQ20118005117
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者近藤暢之, 渡邊守道, 神藤明日美, 勝田祐司, 佐藤洋介, 磯田佳范 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社