JP5789177B2 - 多結晶セラミックス接合体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多結晶セラミックス接合体およびその製造方法に関し、詳しくは、半導体や液晶製造の際に使用される多結晶セラミックス接合体およびその製造方法に関するものである。

半導体や液晶の製造工程では、一般的に、フッ素や塩素等のハロゲン系腐食性ガスのプラズマを用いたプラズマ処理が行われている。プラズマ処理は、たとえば、半導体製造のドライエッチングプロセスやプラズマコーティング等の工程で用いられる。

プラズマは、通常、電子温度およびイオン衝撃エネルギーが高い。このため、プラズマ処理装置内の内壁等のプラズマに接触する部材には、プラズマによる腐食を防止するために、高い耐プラズマ性が要求される。

従来、このような耐プラズマ性が高い材料としては、イットリアや高純度アルミナ等が用いられてきた。しかし、イットリアや高純度アルミナは高価であるため、プラズマに接触する部材の全体をイットリアや高純度アルミナで作製すると部材のコストが高くなる。

そこで、プラズマに接触する部材のうち、プラズマに曝される必要な部分のみをイットリアや高純度アルミナ等の耐プラズマ性の高い材料で作製するとともに、プラズマにさらされない部分を汎用アルミナ等の安価な材料で作製し、両者を接合して多結晶セラミックス接合体を得ることが提案されている。

多結晶セラミックス接合体において、イットリアや高純度アルミナ等の耐プラズマ性の高い部材と、汎用アルミナ等の耐プラズマ性の高くない部材とは、たとえば、有機系の接着剤や、無機系のナノ粉末等を用いて焼結したり、金属ろう等を用いたりすることにより接合される。

また、多結晶セラミックス接合体は、異なるセラミックス材料の焼成前の成形体同士を接触させ、焼成して接合することによっても、得ることができる。

たとえば、特許文献１（特開２００２−１９２６５５号公報）には、セラミック基材と、周期律表第２族や第３族元素を主成分とする耐食性焼結体とを、セラミック基材と耐食性焼結体との相互拡散層を介して接合した多結晶セラミックス接合体が記載されている。

この多結晶セラミックス接合体は、セラミック基材の原料となるセラミック基材成形体と、耐食性焼結体の原料となる耐食性焼結体成形体とを用いて複合成形体を形成し、焼成して相互拡散層を形成することにより、セラミック基材と耐食性焼結体とを接合したものである。

特開２００２−１９２６５５号公報

しかし、有機系接着剤や金属ろうを用いて接合した多結晶セラミックス接合体は、半導体や液晶の製造装置中で使用したときに、接着剤に起因するダストやコンタミネーション、脱ガス等が発生して、製造装置中のウェーハ等を汚染するという課題があった。

これに対し、ナノ粉末を用いて接合した多結晶セラミックス接合体は、半導体や液晶の製造装置中で使用しても不純物等は低レベルに抑えられる。しかし、ナノ粉末を用いて接合した多結晶セラミックス接合体は、接合強度が低いために破損しやすいという課題があった。

また、異なる材質を直接接合した多結晶セラミックス接合体は、材質間の熱膨張差等により、剥がれが発生しやすいという課題があった。

なお、多結晶セラミックス接合体の接合強度を高くするためには、より高温で焼成して接合する方法も考えられる。しかし、より高温で焼成すると、多結晶セラミックス基材に変形（クリープ）が発生易いという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高強度で、多結晶セラミックス基材の変形が少なく、半導体や液晶の製造装置用部材として使用されてもコンタミネーションの発生が少ない多結晶セラミックス接合体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の多結晶セラミックス接合体およびその製造方法は、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第１の多結晶セラミックス基材と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とを接合する接合層を、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選ばれる３種類以上の酸化物を含む複合酸化物とすると、高強度で、多結晶セラミックス基材の変形が少なく、半導体や液晶の製造装置用部材として使用されてもコンタミネーションの発生が少ない多結晶セラミックス接合体が得られることを見出して完成されたものである。

本発明の多結晶セラミックス接合体は、上記問題点を解決するものであり、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第１の多結晶セラミックス基材と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とが、接合層を介して接合された多結晶セラミックス接合体であって、前記接合層は、Ｙ _２ Ｏ _３ １００質量部に対して、Ａｌ _２ Ｏ _３ を５〜４００質量部、ＳｉＯ _２ を４０〜１０００質量部含むＹ _２ Ｏ _３ −Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＳｉＯ _２ 系複合酸化物からなることを特徴とする。

また、本発明の多結晶セラミックス接合体の製造方法は、上記問題点を解決するものであり、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第１の多結晶セラミックス基材と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とを、接着剤を介して接着し、熱処理して接合する多結晶セラミックス接合体の製造方法であって、前記接着剤は、Ｙ _２ Ｏ _３ １００質量部に対して、Ａｌ _２ Ｏ _３ を５〜４００質量部、ＳｉＯ _２ を４０〜１０００質量部含む接着剤であることを特徴とする。

本発明の多結晶セラミックス接合体およびその製造方法によれば、高強度で、多結晶セラミックス基材の変形が少なく、半導体や液晶の製造装置用部材として使用されてもコンタミネーションの発生が少ない多結晶セラミックス接合体およびその製造方法が得られる。

［多結晶セラミックス接合体］
本発明の多結晶セラミックス接合体は、第１の多結晶セラミックス基材と、第２の多結晶セラミックス基材とが、接合層を介して接合された接合体である。

（第１の多結晶セラミックス基材）
本発明で用いられる第１の多結晶セラミックス基材は、接合層を介して第２の多結晶セラミックス基材と接合される多結晶セラミックス基材である。

第１の多結晶セラミックス基材は、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材である。

ここで、第１の多結晶セラミックス基材がＹ_２Ｏ_３を主体相として含むとは、第１の多結晶セラミックス基材中のＹ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きいことを意味する。

第１の多結晶セラミックス基材は、従属相として、さらに、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＳｉＯ_２等の結晶相、またはＹ、Ａｌ、ＺｒおよびＳｉから選ばれる元素を２種以上含む酸化物からなる結晶相もしくは非晶質相を含んでいてもよい。

第１の多結晶セラミックス基材は、Ｙ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が、通常７０〜１００質量％、好ましくは９０〜１００質量％、さらに好ましくは９５〜１００質量％である。

第１の多結晶セラミックス基材において、Ｙ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が上記範囲内にあると、耐プラズマ性が高いため好ましい。

（第２の多結晶セラミックス基材）
本発明で用いられる第２の多結晶セラミックス基材は、接合層を介して第１の多結晶セラミックス基材と接合される多結晶セラミックス基材である。

第２の多結晶セラミックス基材は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材である。

ここで、第２の多結晶セラミックス基材がＡｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含むとは、第２の多結晶セラミックス基材中のＡｌ_２Ｏ_３結晶相またはＹ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きいことを意味する。

以下、第２の多結晶セラミックス基材について、Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材と、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とに分けて説明する。

＜Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材＞
Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とは、第２の多結晶セラミックス基材中のＡｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きい多結晶セラミックス基材である。

Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材は、従属相として、さらに、たとえばＹ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＳｉＯ_２等の結晶相、またはＹ、Ａｌ、ＺｒおよびＳｉから選ばれる元素を２種以上含む酸化物からなる結晶相もしくは非晶質相を含んでいてもよい。

たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材には、従属相としてＺｒＯ_２結晶相を含むものと、ＺｒＯ_２結晶相を含まないものとがある。

以下、Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材について、従属相としてＺｒＯ_２結晶相を含む第２の多結晶セラミックス基材と、ＺｒＯ_２結晶相を含まない第２の多結晶セラミックス基材とに分けて説明する。

［Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含み従属相としてＺｒＯ_２を含む第２の多結晶セラミックス基材］
Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含み従属相としてＺｒＯ_２を含む第２の多結晶セラミックス基材とは、第２の多結晶セラミックス基材中のＡｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きく、かつＺｒＯ_２結晶相を含む多結晶セラミックス基材である。

Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含み従属相としてＺｒＯ_２を含む第２の多結晶セラミックス基材は、Ａｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が、通常５０〜９９質量％、好ましくは７０〜９９質量％、さらに好ましくは８５〜９９質量％である。

また、Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含み従属相としてＺｒＯ_２を含む第２の多結晶セラミックス基材は、ＺｒＯ_２結晶相の質量比率が、通常１〜５０質量％、好ましくは１〜３０質量％、さらに好ましくは１〜１５質量％である。

Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含み従属相としてＺｒＯ_２結晶相を含む第２の多結晶セラミックス基材において、Ａｌ_２Ｏ_３結晶相およびＺｒＯ_２結晶相の質量比率が上記範囲内にあると、第１の多結晶セラミックス基材との熱膨張率の差が小さいため好ましい。

［Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含みＺｒＯ_２を含まない第２の多結晶セラミックス基材］
Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含みＺｒＯ_２を含まない第２の多結晶セラミックス基材とは、第２の多結晶セラミックス基材中のＡｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きく、かつＺｒＯ_２を実質的に含まない多結晶セラミックス基材である。

Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含みＺｒＯ_２を含まない第２の多結晶セラミックス基材は、Ａｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が、通常９０質量％以上、好ましくは９５〜１００質量％、さらに好ましくは９９〜１００質量％である。

Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含みＺｒＯ_２を含まない第２の多結晶セラミックス基材において、Ａｌ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が上記範囲内にあると、接合材との密着性(親和性)が高く、基材の強度も高いため好ましい。

＜Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材＞
Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とは、第２の多結晶セラミックス基材中のＹ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が最も大きい多結晶セラミックス基材である。

Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材は、従属相として、さらに、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＳｉＯ_２等の結晶相、またはＹ、Ａｌ、ＺｒおよびＳｉから選ばれる元素を２種以上含む酸化物からなる結晶相もしくは非晶質相を含んでいてもよい。

Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材は、Ｙ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が、通常９０〜１００質量％、好ましくは９５〜１００質量％、さらに好ましくは９９〜１００質量％である。

Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材において、Ｙ_２Ｏ_３結晶相の質量比率が上記範囲内にあると、接合材との密着性（親和性）が高いため好ましい。

なお、第２の多結晶セラミックス基材がＹ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材である場合、この第２の多結晶セラミックス基材と第１の多結晶セラミックス基材とは、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材である点で一致する。

このため、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材同士を接合層を介して接合した多結晶セラミックス接合体においては、いずれの多結晶セラミックス基材を、第１の多結晶セラミックス基材または第２の多結晶セラミックス基材と決定するかが問題となる。

この場合は、Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材のいずれか一方を適宜第１の多結晶セラミックス基材と決定し、他方の多結晶セラミックス基材を第２の多結晶セラミックス基材と決定すればよい。

（第１の多結晶セラミックス基材と第２の多結晶セラミックス基材との平均熱膨張率の差）
第１の多結晶セラミックス基材と第２の多結晶セラミックス基材とは、第１の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率と、第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率との差が小さいと、多結晶セラミックス接合体が接合層で破断し難いため好ましい。

具体的には、第１の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率と第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率との差の絶対値が、第１または第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率の大きい方の値に対して、通常１０％以下、好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下である。

第１の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率と第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率との差の絶対値が上記範囲内にあると、多結晶セラミックス基材同士の熱膨張差による内部応力が小さいため、接合の際に接合層で破断し難くなる。

一方、第１の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率と第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率との差の絶対値が１０％を越えると、多結晶セラミックス基材同士の熱膨張差による内部応力が大きいため、接合の際に接合層で破断し易くなる。

（接合層）
接合層は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも３種類の酸化物を含む複合酸化物からなり、この複合酸化物により、第１の多結晶セラミックス基材と第２の多結晶セラミックス基材とを接合する。

接合層を構成する複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２からなるＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物、またはＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２からなるＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物であると、耐プラズマ性が高いため好ましい。

なお、本発明では、プラズマ処理の際に接合層を構成する複合酸化物からＹ、Ａｌ、ＳｉおよびＺｒ等の元素単体からなるコンタミネーションが発生する可能性がある。しかし、Ｙ、Ａｌ、ＳｉおよびＺｒ等のコンタミネーションは、半導体製造のドライエッチングプロセスやプラズマコーティング等のプラズマ処理をあまり妨害しないため、特に問題とならない。

＜Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物＞
接合層を構成する複合酸化物がＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２からなるＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物である場合、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、Ａｌ_２Ｏ_３を、通常５〜４００質量部、好ましくは５０〜３５０質量部、さらに好ましくは５０〜２００質量部含む。

また、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＳｉＯ_２を、通常４０〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部、さらに好ましくは１００〜５００質量部含む。

接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物中のＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量が上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性および４点曲げ強度が高くなる。ここで、４点曲げ強度とは、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠した４点曲げ強度を意味する。

一方、接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物中のＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量が上記範囲外にあると、複合酸化物の融点が高くなりすぎるために、接合が困難になる、接合の際に多結晶セラミックス基材の変形が生じる、接合強度が低下する等の問題が生じやすくなる。

接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量がそれぞれ上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性および４点曲げ強度がより高くなるため好ましい。

＜Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物＞
接合層を構成する複合酸化物がＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２からなるＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物である場合、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、Ａｌ_２Ｏ_３を、通常５〜４００質量部、好ましくは５０〜３５０質量部、さらに好ましくは５０〜２００質量部含む。

また、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＳｉＯ_２を、通常４０〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部、さらに好ましくは１００〜５００質量部含む。

さらに、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＺｒＯ_２を、通常０．００１〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部含む、さらに好ましくは２００〜６００質量部含む。

接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物中のＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量が上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性が高くなる。

一方、接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物中のＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量が上記範囲外にあると、複合酸化物の融点が高くなりすぎるために、接合が困難になる、接合の際に多結晶セラミックス基材の変形が生じる、接合強度が低下する等の問題が生じやすくなる。

接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量がそれぞれ上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性がより高くなるため好ましい。

＜接合層の厚さ＞
接合層は、厚さが、通常５〜５００μｍ、好ましくは２５〜４００μｍ、さらに好ましくは３０〜２５０μｍである。

接合層の厚さが上記範囲内にあると、接合強度が高く、かつ接合層にクラックや破断が生じ難い接合層が得られる。

一方、接合層の厚さが５００μｍを超えると、接合層にクラックや破断が生じ易くなる。また、接合層の厚さが５μｍ未満であると、接合強度が低くなるおそれがある。

本発明の多結晶セラミックス接合体は、たとえば、半導体製造装置用または液晶製造装置用の多結晶セラミックス接合体として、使用することができる。

［多結晶セラミックス接合体の製造方法］
本発明の多結晶セラミックス接合体の製造方法は、第１の多結晶セラミックス基材と、第２の多結晶セラミックス基材とを、接着剤を介して接着し、熱処理して接合する方法である。

本発明の多結晶セラミックス接合体の製造方法に用いられる第１の多結晶セラミックス基材および第２の多結晶セラミックス基材は、本発明の多結晶セラミックス接合体で説明したものと同じであるため、説明を省略する。

（接着剤）
本発明で用いられる接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも３種類の酸化物を含む接着剤である。

接着剤は、たとえば、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも３種類の酸化物と、水とを混合してペースト状にすることにより得られる。

接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２および水を含むＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤、またはＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２および水を含むＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤であると、耐プラズマ性が高い接合層が得られるため好ましい。

接着剤の原料として用いられるＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２は、接着剤を第１の多結晶セラミックス基材または第２の多結晶セラミックス基材の接着面に塗布しやすいように、粉末状であることが好ましい。

＜Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤＞
接着剤がＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤である場合、接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２を、接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系複合酸化物と同じ質量比率で含む。

すなわち、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、Ａｌ_２Ｏ_３を、通常５〜４００質量部、好ましくは５０〜３５０質量部、さらに好ましくは５０〜２００質量部含む。

また、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＳｉＯ_２を、通常４０〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部、さらに好ましくは１００〜５００質量部含む。

Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤中のＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量が上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性および４点曲げ強度が高くなる。

一方、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤中のＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量が上記範囲外にあると、接着剤を焼成して得られる複合酸化物の融点が高くなりすぎるために、接合が困難になる、接合の際に多結晶セラミックス基材の変形が生じる、接合強度が低下する等の問題が生じやすくなる。

Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系接着剤は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の含有量がそれぞれ上記範囲内にあると、得られる多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性および４点曲げ強度がより高くなるため好ましい。

＜Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤＞
接着剤がＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤である場合、接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２を、接合層を構成するＹ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系複合酸化物と同じ質量比率で含む。

すなわち、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、Ａｌ_２Ｏ_３を、通常５〜４００質量部、好ましくは５０〜３５０質量部、さらに好ましくは５０〜２００質量部含む。

また、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＳｉＯ_２を、通常４０〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部、さらに好ましくは１００〜５００質量部含む。

さらに、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤は、Ｙ_２Ｏ_３１００質量部に対して、ＺｒＯ_２を、通常０．００１〜１０００質量部、好ましくは１００〜８００質量部含む、さらに好ましくは２００〜６００質量部含む。

Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤中のＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量が上記範囲内にあると、多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性が高くなる。

一方、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤中のＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量が上記範囲外にあると、接着剤を焼成して得られる複合酸化物の融点が高くなりすぎるために、接合が困難になる、接合の際に多結晶セラミックス基材の変形が生じる、接合強度が低下する等の問題が生じやすくなる。

Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系接着剤は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２の含有量がそれぞれ上記範囲内にあると、得られる多結晶セラミックス接合体の耐プラズマ性がより高くなるため好ましい。

＜接着剤層の厚さ＞
接着剤は、第１の多結晶セラミックス基材または第２の多結晶セラミックス基材の接着面に塗布される。

接着剤が塗布されてなる接着剤層は、厚さが、通常５〜５００μｍ、好ましくは２５〜４００μｍ、さらに好ましくは３０〜２５０μｍである。

接着剤層は、第１の多結晶セラミックス基材および第２の多結晶セラミックス基材とともに酸化炉等で熱処理されることにより、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも３種類の酸化物を含む複合酸化物からなる接合層となる。

熱処理の温度は、通常１４００〜１７００℃、好ましくは１４００〜１６００℃、さらに好ましくは１４５０〜１５５０℃である。熱処理の温度が、上記範囲内にあると、接合層の接合強度が高いため好ましい。また、熱処理の時間は、通常１〜１０時間、好ましくは３〜６時間である。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。

［実施例１−１］
（多結晶セラミックス接合体の作製）
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のみからなる平板状のイットリア多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ａ−１）。
基材Ａ−１について、２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。
２０〜９００℃における平均熱膨張率（１／Ｋ）は、ＪＩＳ Ｒ １６１８に準拠して測定したものである。

表１に、基材Ａ−１の組成を示す。

＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のみからなる平板状のアルミナ多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ｂ−１）。
また、基材Ｂ−１について、基材Ａ−１と同様にして、２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。

表２に、基材Ｂ−１の組成を示す。

＜平均熱膨張率の差の比率＞
基材Ａ−１の２０〜９００℃における平均熱膨張率と、基材Ｂ−１の２０〜９００℃における平均熱膨張率とから差を求め、この差を絶対値として表した。
この平均熱膨張率の差の絶対値を、基材Ａ−１の２０〜９００℃における平均熱膨張率と基材Ｂ−１の２０〜９００℃における平均熱膨張率のうちの大きい方の値で除して、平均熱膨張率の差の比率（％）を算出した。
＜接着剤＞
接着剤として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粉末１００質量部と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末２００質量部と、シリカ（ＳｉＯ_２）粉末４００質量部とを、水とともに混合して、イットリア、アルミナおよびシリカを含むペーストを作製した。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
基材Ａ−１の表面に接着剤であるペーストを、焼成後の接合層の厚さが２００μｍになるように塗布し、このペーストが塗布された表面に基材Ｂ−１を載置して、基材Ａ−１と基材Ｂ−１とが接着剤で仮接着された仮接着体を作製した。
この仮接着体を、大気中、１５００℃で５時間熱処理したところ、基材Ａ−１と基材Ｂ−１とが接合層で接合された多結晶セラミックス接合体が得られた。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じて、４点曲げ強度を測定した。４点曲げ強度測定用のサンプルは、多結晶セラミックス接合体の接合層が破断面になるように作製した。
表３に、基材の種類と平均熱膨張率の差の比率を示す。表４に、ペースト中の酸化物の組成、接合層の厚さ、および４点曲げ強度の測定結果を示す。
なお、以下に示す実施例および比較例についても、表３に基材の種類と平均熱膨張率の差の比率を示し、表４にペースト中の酸化物の組成、接合層の厚さ、および４点曲げ強度の測定結果を示した。

［実施例１−２〜１−７］
接着剤であるペースト中の酸化物の組成、または接合層の厚さを表４に示すように変えた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例１−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例１−８］
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）およびジルコニア（ＺｒＯ _２ ）からなる平板状のイットリア−アルミナ−ジルコニア多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ａ−２）。
基材Ａ−２について、基材Ａ−１と同様にして２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。
表１に、基材Ａ−２の組成を示す。
＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、アルミナ（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）及びジルコニア（ＺｒＯ _２ ）からなる平板状のアルミナ−ジルコニア多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ｂ−２）。
基材Ｂ−２について、基材Ａ−１と同様にして２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。
表２に、基材Ｂ−２の組成を示す。
＜平均熱膨張率の差の比率＞
基材Ａ−２および基材Ｂ−２について、実施例１−１と同様にして、平均熱膨張率の差の比率を算出した。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
基材Ａ−１に代えて基材Ａ−２を用いるとともに基材Ｂ−１に代えて基材Ｂ−２を用いた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例１−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例１−１１〜１−１６］
接着剤であるペースト中の酸化物の組成、または接合層の厚さを表４に示すように変えた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例１−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例１−１７］
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、アルミナ（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）およびジルコニア（ＺｒＯ _２ ）からなる平板状のイットリア−アルミナ−ジルコニア多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ａ−３）。
基材Ａ−３について、基材Ａ−１と同様にして２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。
表１に、基材Ａ−３の組成を示す。
＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、イットリア（Ｙ _２ Ｏ _３ ）のみからなる平板状のイットリア多結晶セラミックス基材を用意した（基材Ｂ−３）。
基材Ｂ−３について、基材Ａ−１と同様にして２０〜９００℃における平均熱膨張率を測定した。
表２に、基材Ｂ−２の組成を示す。
＜平均熱膨張率の差の比率＞
基材Ａ−３および基材Ｂ−３について、実施例１−１と同様にして、平均熱膨張率の差の比率を算出した。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
基材Ａ−１に代えて基材Ａ−３を用いるとともに基材Ｂ−１に代えて基材Ｂ−３を用いた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例１−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。
結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例２−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例２−１］
（多結晶セラミックス接合体の作製）
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、基材Ａ−１を用いた。
＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、基材Ｂ−１を用いた。
＜接着剤＞
接着剤として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粉末１００質量部と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末２００質量部と、シリカ（ＳｉＯ_２）粉末４００質量部と、ジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末３００質量部とを、水とともに混合して、イットリア、アルミナ、シリカおよびジルコニアを含むペーストを作製した。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
上記接着剤を用いた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例１−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例２−２〜２−９］
接着剤であるペースト中の酸化物の組成、または接合層の厚さを表４に示すように変えた以外は実施例２−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例２−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例２−１０］
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、基材Ａ−２を用いた。
＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、基材Ｂ−２を用いた。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
基材Ａ−１に代えて基材Ａ−２を用いるとともに基材Ｂ−１に代えて基材Ｂ−２を用いた以外は実施例２−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例２−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例２−１１〜２−１７］
接着剤であるペースト中の酸化物の組成、または接合層の厚さを表４に示すように変えた以外は実施例２−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例２−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［実施例２−１８］
＜第１の多結晶セラミックス基材＞
第１の多結晶セラミックス基材として、基材Ａ−３を用いた。
＜第２の多結晶セラミックス基材＞
第２の多結晶セラミックス基材として、基材Ｂ−３を用いた。
＜第１および第２の多結晶セラミックス基材の接合＞
基材Ａ−１に代えて基材Ａ−３を用いるとともに基材Ｂ−１に代えて基材Ｂ−３を用いた以外は実施例２−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体を作製した。
（多結晶セラミックス接合体の評価）
得られた多結晶セラミックス接合体について、実施例２−１と同様にして４点曲げ強度を測定した。

［比較例１および２］
接着剤であるペースト中の酸化物の組成、または接合層の厚さを表４に示すように変えた以外は実施例１−１と同様にして、多結晶セラミックス接合体の作製を試みた。
しかし、基材Ａ−１と基材Ｂ−１とは、接合できなかった。

本発明の多結晶セラミックス接合体およびその製造方法は、たとえば、半導体や液晶製造のためのプラズマ処理の際に使用される多結晶セラミックス接合体に用いることができる。

Claims (8)

1. Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第１の多結晶セラミックス基材と、
   Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とが、
   接合層を介して接合された多結晶セラミックス接合体であって、
   前記接合層は、Ｙ _２ Ｏ _３ １００質量部に対して、Ａｌ _２ Ｏ _３ を５〜４００質量部、ＳｉＯ _２ を４０〜１０００質量部含むＹ _２ Ｏ _３ −Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＳｉＯ _２ 系複合酸化物からなることを特徴とする多結晶セラミックス接合体。
2. 前記接合層を構成するＹ _２ Ｏ _３ −Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＳｉＯ _２ 系複合酸化物は、更にＹ_２Ｏ_３１００質量部に対してＺｒＯ _２ を０．００１〜１０００質量部含むＹ _２ Ｏ _３ −Ａｌ _２ Ｏ _３ −ＳｉＯ _２ −ＺｒＯ _２ 系複合酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶セラミックス接合体。
3. 前記第２の多結晶セラミックス基材は、Ａｌ_２Ｏ_３を主体相として含む多結晶セラミックス基材であることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶セラミックス接合体。
4. 前記第２の多結晶セラミックス基材は、従属相としてＺｒＯ_２を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多結晶セラミックス接合体。
5. 前記接合層は、厚さが５〜５００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多結晶セラミックス接合体。
6. 前記第１の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率と、前記第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率との差の絶対値が、前記第１または第２の多結晶セラミックス基材の２０〜９００℃の平均熱膨張率の大きい方の値に対して１０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多結晶セラミックス接合体。
7. Ｙ_２Ｏ_３を主体相として含む第１の多結晶セラミックス基材と、
   Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３を主体相として含む第２の多結晶セラミックス基材とを、
   接着剤を介して接着し、熱処理して接合する多結晶セラミックス接合体の製造方法であって、
   前記接着剤は、Ｙ _２ Ｏ _３ １００質量部に対して、Ａｌ _２ Ｏ _３ を５〜４００質量部、ＳｉＯ _２ を４０〜１０００質量部含む接着剤であることを特徴とする多結晶セラミックス接合体の製造方法。
8. 前記接着剤は、更にＹ _２ Ｏ _３ １００質量部に対してＺｒＯ _２ を０．００１〜１０００質量部含む接着剤であることを特徴とする請求項７に記載の多結晶セラミックス接合体の製造方法。