特許 5732798 セラミック部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5732798

(24)【登録日】2015年4月24日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】セラミック部材

(51)【国際特許分類】

   C04B 37/00 20060101AFI20150521BHJP

   C04B 35/50 20060101ALI20150521BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20150521BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   C04B37/00 A

   C04B35/50

   H01L21/302 101G

   C23C16/458

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-218657(P2010-218657)

(22)【出願日】2010年9月29日

(65)【公開番号】特開2012-72025(P2012-72025A)

(43)【公開日】2012年4月12日

【審査請求日】2013年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】林 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】石塚 雅之

(72)【発明者】

【氏名】安藤 和人

【審査官】 原田 隆興

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１３０６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４６３１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ３７／００

Ｃ０４Ｂ ３５／５０

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックスと、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を前記導電性セラミックスおよび前記絶縁性セラミックスと±１０％の範囲内で一致させた無機系接着剤により接着してなることを特徴とするセラミック部材。

【請求項2】

前記繊維状導電性物質は、アスペクト比が１０以上のナノファイバーであることを特徴とする請求項１記載のセラミック部材。

【請求項3】

前記ナノファイバーは、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項２記載のセラミック部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミック部材に関し、さらに詳しくは、プラズマを用いたエッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置等に用いて好適なセラミック部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体製造工程のうち、プラズマプロセスが主流であるエッチング工程、ＣＶＤ成膜工程、レジストを除去するアッシング工程に用いられる半導体製造装置では、部材が反応性の高いフッ素、塩素等のハロゲン系腐食性ガスに曝される。そこで、上記部材の材料として、プラズマや腐食性ハロゲンガスに対する耐食性に優れた材料であるセラミックス材料が用いられている。
また、上記部材は、プラズマをウエハ面に収束させる機能を有するプラズマフォーカスリングや、電極としての役割を有するシャワーヘッド電極等のように導電性が必要な部材がある一方、高周波を透過するチャンバー壁、ウエハーを保持するペディスタル、フォーカスリングとウエハを保持するクランプリング、電極を固定する冶具等のように絶縁性が必要な部材もある。そこで、用途に応じて絶縁性セラミックスや導電性セラミックスを使い分けている。

【0003】

絶縁性セラミックスとしては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）等の酸化物セラミックスが用いられている。また、導電性セラミックスとしては、単体で導電性を発現する炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックス、あるいは絶縁性セラミックスに炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボン（Ｃ）、金属等の導電性材料を添加して複合化させた複合セラミックスが用いられている。
この複合セラミックスとしては、例えば、絶縁性セラミックスである酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）に、金属イットリウム、炭素、窒化イットリウム、炭化イットリウム等の導電性材料を添加した導電性セラミックスが提案されている（特許文献１）。

【0004】

また、半導体製造装置の中でも、プラズマを用いたエッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置等においては、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとを組み合わせて一体化したセラミック部材が用いられている。
このセラミック部材は、絶縁性セラミックス及び導電性セラミックスをそれぞれ所定の形状に加工し、接着剤で接着するか、あるいはクランプ、ねじ、ボルト等で機械的に接合することにより得られる。接着剤を用いる場合、エポキシ等の有機系接着剤は耐食性、耐熱性の点から使用することができず、したがって、無機系の接着剤が使用される。この場合、接着剤の熱膨張率は、絶縁性セラミックスあるいは導電性セラミックスのいずれか一方に合わせることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２０６４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、従来の絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとを接着剤により接着し一体化したセラミック部材をプラズマを用いたエッチング装置に適用した場合、このセラミック部材がプラズマによって高温になると、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとは、熱膨張率が異なるために、これらの間の熱膨張差により絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間にミスマッチが生じ、このミスマッチのために破損が生じたり、あるいは接着層にクラックが発生するという問題点があった。特に、セラミック部材の形状が大きくなると、この傾向が顕著になる。

【0007】

また、無機系の接着剤を用いて接着した場合、この接着剤の熱膨張率を絶縁性セラミックスあるいは導電性セラミックスのいずれか一方にしか合わせることができず、したがって、この接着剤と熱膨張率が合っていないセラミックスとの界面に剥離が生じる虞があるという問題点があった。
また、機械的に接合した場合においても同様、熱膨張のミスマッチによって発生する応力がセラミック部材に掛かるために、セラミック部材自体が破壊に至るという問題点があった。

【0008】

この熱膨張のミスマッチを解消する方法として、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間に緩衝層を挟む方法があるが、この場合、緩衝層によりセラミックス間の熱伝導が阻害されるために、これらのセラミックスの界面に熱が蓄積され、その結果、プラズマが不均一になる原因となり、半導体製造工程における歩留まりが低下するという問題点が生じる虞がある。また、設計段階で、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間に熱膨張差を考慮したギャップを設ける方法もあるが、このギャップによってもセラミックス間の熱伝導が阻害されてしまうという問題点が生じる虞がある。

【0009】

また、従来の酸化イットリウムを用いた導電性セラミックスでは、酸化イットリウムに金属イットリウムを添加した場合、金属イットリウムの熱膨張率が酸化イットリウムの熱膨張率より非常に大きいために、この導電性セラミックスの熱膨張率が大きく変化してしまうこととなる。したがって、熱膨張のミスマッチを解消することは不可能である。
また、酸化イットリウムに窒化イットリウム、炭化イットリウム、カーボン等を添加した場合、導電性を十分に確保するためには、これらの添加物を５体積％以上添加する必要があるが、５体積％以上添加することにより導電性セラミックス自体の熱膨張率が大きく変化してしまうこととなる。したがって、熱膨張のミスマッチを解消することは不可能である。

【0010】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張率差が極めて小さく、したがって、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張差によるミスマッチが生じる虞がなく、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞がないセラミック部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックスと、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を前記導電性セラミックスおよび前記絶縁性セラミックスと±１０％の範囲内で一致させた無機系接着剤により接着すれば、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張率差が極めて小さく、よって、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張差によるミスマッチが生じる虞がなく、クラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞がないセラミック部材が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

【0012】

すなわち、本発明のセラミック部材は、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックスと、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を前記導電性セラミックスおよび前記絶縁性セラミックスと±１０％の範囲内で一致させた無機系接着剤により接着してなることを特徴とする。

【0013】

前記繊維状導電性物質は、アスペクト比が１０以上のナノファイバーであることが好ましい。
前記ナノファイバーは、カーボンナノチューブであることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明のセラミック部材によれば、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックスと、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を前記導電性セラミックスおよび前記絶縁性セラミックスと±１０％の範囲内で一致させた無機系接着剤により接着したので、絶縁性セラミックスの熱膨張率と導電性セラミックスの熱膨張率との差を極めて小さくすることができ、したがって、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張差によるミスマッチを無くすことができる。
これにより、プラズマや腐食性ハロゲンガスに対する耐食性に優れ、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞がないセラミック部材を提供することができる。
また、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞がないので、このセラミック部材を半導体製造装置に適用した場合に、ウエハ等への汚染を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態のセラミック部材を示す断面図である。

【図2】本発明の第２の実施形態のセラミック部材を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明のセラミック部材を実施するための形態について説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

【0017】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のセラミック部材を示す断面図であり、図において、１はセラミック部材であり、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とが接着層４により接着されて一体化されている。

【0018】

導電性セラミックス２は、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有しているセラミックスであり、相対密度が９５％以上、体積固有抵抗値が０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下である。

【0019】

この導電性セラミックス２では、ハロゲン系プラズマに対して特に耐食性の高い酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粒子がマトリックスを構成している。
この酸化イットリウム粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上かつ５μｍ以下である。
ここで、酸化イットリウム粒子の平均粒子径を０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下と限定した理由は、平均粒子径が０．１μｍ未満では、導電性セラミックス中における酸化イットリウムの粒界総数が増加するために、導電性を発現させるためには繊維状導電性物質の添加量を増加させる必要があるが、繊維状導電性物質の添加量を増加させると耐食性が低下するので好ましくなく、一方、平均粒子径が１０μｍを超えると、繊維状導電性物質の添加量が減少するので、導電性は向上するが、導電性セラミックス中における酸化イットリウムの粒界総数が減少するので、繊維状導電性物質が局所的に存在（偏在）することとなり、導電性セラミックス内での導電性に偏りが生じ、真空プロセス装置に適用した場合に、異常放電等が発生する虞があるので好ましくない。

【0020】

この導電性セラミックス２では、繊維状導電性物質が三次元に分散している。ここで、「繊維状導電性物質が三次元に分散する」とは、繊維状導電性物質が特定の配向性を示すことなくランダムに配置しており、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）に分散しているという意味である。すなわち、この導電性セラミックス２から一定体積を取り、この体積中に含まれる繊維状導電性物質それぞれの長手方向の平均値を取った場合、この平均値が零となるということである。

【0021】

この繊維状導電性物質としては、使用雰囲気や温度領域にて融解、消失、変質をしないものであることが好ましく、特に、極微量添加で導電性を発現するためには、アスペクト比（長さ／直径）は１０以上である必要がある。
このナノファイバーとしては、カーボンナノファイバーや金属ナノファイバーが挙げられるが、これらの中でもカーボンナノファイバーが好ましく、カーボンナノファイバーとしては、カーボンナノチューブが好ましい。

【0022】

このカーボンナノチューブとしては、アスペクト比（長さ／直径）が１０以上、例えば、直径３０ｎｍ以下、長さ１０μｍ以下の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ：Single Walled Carbon Nanotube）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ：Double Walled Carbon Nanotube）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ：Multi Walled Carbon Nanotube）の群から選択される１種または２種以上が用いられる。

【0023】

この繊維状導電性物質は、その異方性形状により、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）にランダムに存在することにより、これら繊維状導電性物質同士が一部で接触して三次元的にネットワークを形成し、よって、導電性セラミックス２中の粒界に導電パスを形成している。
したがって、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下の極微量添加することにより、導電性セラミックス２に１〜１００Ω・ｃｍ程度の導電性を発現させることができ、なおかつ、熱膨張率も殆ど変化しない。
なお、この繊維状導電性物質は、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）に必ず存在している必要はなく、繊維状導電性物質が存在しない粒界があってもよい。

【0024】

この繊維状導電性物質は、酸化イットリウム粒子からなるマトリックス中に、繊維状導電性物質が単体、あるいは、単体の繊維状導電性物質が複数本凝集した凝集体として存在しており、この凝集体の凝集径（凝集体の直径）は５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下となっている。
ここで、凝集径が５μｍを超えると、ハロゲン系プラズマにより繊維状導電性物質が消失し易くなり、耐食性が低下し、導電性の低下、パーティクルの発生を引き起こすので、好ましくない。特に、半導体製造装置用部材として使用した際には、凝集体の部分がプラズマにより選択的に消耗してしまい、その結果、耐食性の低下、導電性の低下、パーティクルの発生が生じることとなり、半導体製造装置用部材として不適当であり、また、凝集体が焼結を阻害する要因となり、低圧焼成時に導電性セラミックス２の密度が向上せず、体積抵抗率の低下も不十分なものとなる。さらに、導電パスが形成しづらく、導電性セラミックス２に求められる導電性を発現させるためには、繊維状導電性物質の含有量を高くする必要がある。

【0025】

この繊維状導電性物質の含有率は、０．１体積％以上かつ３体積％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５体積％以上かつ２体積％以下である。
ここで、繊維状導電性物質の含有率が０．１体積％より低いと、導電パスの形成が不十分なものとなり、導電性セラミックス２に必要とされる導電性を発現させることができず、一方、繊維状導電性物質の含有率が３体積％を超えると、繊維状導電性物質が１０μｍより大きい粗大凝集体を形成し易くなり、耐食性が低下する。

【0026】

この導電性セラミックス２は、その相対密度、すなわち真密度（ｄ_０）の理論密度（ｄ_ｔ）に対する比（ｄ_０／ｄ_ｔ）を百分率で表した場合、９５％以上と緻密なものとなっている。

【0027】

また、この導電性セラミックス２の体積固有抵抗値は、０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下である。
ここで、導電性セラミックス２の体積固有抵抗値を０．５Ω・ｃｍ未満にするには、繊維状導電性物質の含有率を高める必要があるが、含有率を高めると、繊維状導電性物質が凝集を生じ易くなり、耐食性が低下してしまうので好ましくない。また、コストの面でも経済的ではない。一方、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍを超えると、様々な真空プロセス装置での各種条件下で使用する場合、同時に使用される真空プロセス装置用部材と電気的整合性をとることが難しく、設計上の制約が生じるので好ましくない。

【0028】

この導電性セラミックス２は、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れており、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下と導電性にも優れている。
この導電性セラミックス２は、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスに０．１体積％以上かつ３体積％以下という極微量の繊維状導電性物質を添加することで、導電性を発現したものであり、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスと比べて、導電性以外の物性、例えば、熱膨張率、プラズマ耐食性等を変化させることが無い。

【0029】

また、絶縁性セラミックス３は、酸化イットリウムを主成分とするセラミックスであり、ハロゲン系プラズマに対して特に耐食性の高い酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粒子により構成されている。
この酸化イットリウム粒子は、導電性セラミックス２に用いられる酸化イットリウム粒子と同様であるから、説明を省略する。

【0030】

この絶縁性セラミックス３においても、導電性セラミックス２と同様、その相対密度、すなわち真密度（ｄ_０）の理論密度（ｄ_ｔ）に対する比（ｄ_０／ｄ_ｔ）を百分率で表した場合、９５％以上と緻密なものとなっている。
また、この絶縁性セラミックス３の体積固有抵抗値は１０^８Ω・ｃｍ以上であり、極めて絶縁性に優れたものとなっている。

【0031】

接着層４は、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを接着し一体化するためのものであり、その熱膨張率は、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の熱膨張率に略一致している。
この接着層４としては、例えば１０００℃以上の高温雰囲気中にても十分耐性を有する無機系接着材が好適に用いられ、この無機系接着材としては、アルカリ金属ケイ酸塩系接着材、シリカゾル系接着材、金属アルコキシド系接着材等が挙げられる。

【0032】

このセラミック部材１では、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の熱膨張率と、接着層４の熱膨張率とは、略一致している。
ここで、略一致とは、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の熱膨張率と、接着層４の熱膨張率とが、±１０％の範囲内で一致していることである。
例えば、酸化イットリウムからなる絶縁性セラミックス３の熱膨張率が８×１０^−６／℃、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）を１体積％含有する酸化イットリウムからなる導電性セラミックス２の熱膨張率が７．９×１０^−６／℃の場合、接着層４の熱膨張率は８×１０^−６／℃となる等である。

【0033】

このように、接着層４により導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３を接着し一体化したセラミック部材１は、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３と接着層４との間の熱膨張差によるミスマッチが無く、高温でも破損しなくなり、この接着層４の材質によっては、１０００℃以上での使用に対しても耐性を有するものとなる。

【0034】

次に、セラミック部材１の製造方法について説明する。
まず、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３を作製する。
導電性セラミックス２は、酸化イットリウムスラリーと繊維状導電性物質スラリーとを混合して混合スラリーとし、次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥して造粒し、得られた造粒粉を金型を用いて成形して所望の形状の成形体とし、この成形体を不活性雰囲気下にて焼成することにより、作製することができる。

【0035】

ここでは、予め、酸化イットリウム粒子を分散媒中に均一に分散させた酸化イットリウムスラリーと、繊維状導電性物質を分散媒中に均一に分散させた繊維状導電性物質スラリーとを、個別に調製する。

【0036】

酸化イットリウムスラリーを調製するには、分散媒に、酸化イットリウム粒子を、その含有率が３０質量％以上かつ５０質量％以下となるように添加して混合する。
ここで、酸化イットリウム粒子の含有率を３０質量％以上かつ５０質量％以下とした理由は、酸化イットリウムスラリーと繊維状導電性物質スラリーとを混合して混合スラリーを調製した際に、混合スラリーが高粘度化するのを防止するためである。

【0037】

また、繊維状導電性物質スラリーを調製するには、分散媒に、繊維状導電性物質（固形分）を、その含有率が０．５質量％以上かつ２質量％以下となるように添加し、この繊維状導電性物質及び分散媒を含む混合物に対して分散処理を施す。
ここで、繊維状導電性物質スラリーにおける繊維状導電性物質の含有率を０．５質量％以上かつ２質量％以下とした理由は、繊維状導電性物質の含有率が２質量％を超えると、繊維状導電性物質が再び凝集する虞があるばかりでなく、繊維状導電性物質スラリーが高粘度化し、繊維状導電性物質凝集体の邂逅、分散が困難になり、さらには、酸化イットリウムスラリーと混合した場合に均一な混合スラリーが得られない等の問題が生じるからである。

【0038】

なお、繊維状導電性物質スラリーにおける繊維状導電性物質の含有率は２質量％以下であれば特に問題ないが、繊維状導電性物質の含有率を必要以上に下げると、スラリー中の繊維状導電性物質の絶対量が減少しかつ溶媒の量が過剰となり、製造上非効率かつ高コストとなる等の問題が生じる。それ故、繊維状導電性物質の含有率の下限値は０．５質量％が好ましい。

【0039】

この繊維状導電性物質スラリー中の繊維状導電性物質の平均二次粒子径は、２μｍ以下であることが好ましい。
繊維状導電性物質の平均二次粒子径が２μｍを超えると、酸化イットリウムスラリーと混合、乾燥する際に、繊維状導電性物質が凝集してしまい、その後焼成した際に得られる焼結体中の繊維状導電性物質の凝集体が粗大となり、耐食性が低下してしまうので好ましくない。
繊維状導電性物質スラリー中の繊維状導電性物質の平均二次粒子径を２μｍ以下とすることにより、酸化イットリウムスラリーと混合する際に、繊維状導電性物質が混合スラリー中および乾燥時に再凝集することを抑止することができる。この結果、焼結体中での繊維状導電性物質が粗大凝集物を形成せずに、酸化イットリウム粒子の粒界中に三次元的に分散し、効率的に導電パスを形成することができる。

【0040】

これら酸化イットリウムスラリー及び繊維状導電性物質スラリーに用いられる分散媒としては、水および有機溶媒が使用可能である。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、２−プロパノール、ブタノール、オクタノール等の一価アルコール類およびその変性体；α−テルピネオール等の単環式モノテルペンに属するアルコール類；ブチルカルビトール等のカルビトール類；酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチルカルビトールアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類；ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素；ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類が好適に用いられ、これらの溶媒のうち１種または２種以上を用いることができる。

【0041】

これらのスラリーを調製する際に分散剤やバインダーを添加してもよい。
分散剤やバインダーとしては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の有機高分子等が用いられる。

【0042】

分散処理としては、繊維状導電性物質自体の凝集力が強いために、まず前分散として、機械的な力を加えて邂逅を行う必要がある。前分散方法としては、特に限定されないが、高速ホモジナイザー等が挙げられる。
その後の分散処理としては、特に限定されないが、超音波ホモジナイザー、ビーズミル、超高圧粉砕機等の分散機が用いられる。

【0043】

次いで、この酸化イットリウムスラリーと繊維状導電性物質スラリーとを、酸化イットリウムに対して繊維状導電性物質が０．１体積％以上かつ３体積％以下、好ましくは０．５体積％以上かつ２体積％以下となるように混合して混合スラリーとする。
混合方法としては、特に限定されないが、例えば、回転二枚刃式ホモジナイザーと湿式ボールミルを組み合わせた方法が用いられる。

【0044】

次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥法により造粒し、酸化イットリウム粒子と繊維状導電性物質との混合粒子からなる造粒粉を得る。
ここでは、混合スラリーを加熱された気流中に噴霧し乾燥することにより、混合スラリー中の酸化イットリウム粒子及び繊維状導電性物質それぞれの分散性を保持したまま、これらを含む混合粒子を急速に乾燥させ、造粒することができる。
噴霧乾燥の際に、混合スラリーの噴霧乾燥条件を、後段の焼成工程において良好な特性が得られるような大きさの造粒粉が得られるように、適宜調整する。
例えば、造粒粉の平均粒子径が３０μｍ〜１００μｍ等の大きさになるように、混合スラリーの噴霧乾燥条件を調整する。

【0045】

次いで、この造粒粉を金型を用いて成形して所望の形状の成形体とし、この成形体を不活性雰囲気下にて焼成する。なお、成形体に有機溶媒等が含まれている場合には、焼成温度を下回る温度にて仮焼成し、その後、本焼成を行うことが好ましい。
焼成時の雰囲気としては、繊維状導電性物質の酸化を防止する必要があることから、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気が好ましい。
また、焼成温度は、１６００℃以上かつ１８５０℃以下が好ましい。

【0046】

ここで、焼成温度を１６００℃以上かつ１８５０℃以下が好ましいとした理由は、焼成温度が１６００℃未満では、繊維状導電性物質が酸化イットリウムの焼結を阻害し、緻密な焼結体を得ることができないからであり、一方、焼成温度が１８５０℃を超えると、酸化イットリウムと繊維状導電性物質が直接反応して炭化物を形成してしまうからである。
また、焼成時間は、緻密な焼結体が得られるのに十分な時間であればよく、例えば、１〜６時間である。
以上により、繊維状導電性物質が形成する導電パスの切断を行うことなく、１０Ω・ｃｍ以下の導電性を発現することができる導電性セラミックス２を得ることができる。

【0047】

また、絶縁性セラミックス３は、上記の酸化イットリウムスラリーと繊維状導電性物質スラリーとを混合した混合スラリーの替わりに、上記の酸化イットリウムスラリーを用い、上記の混合スラリーと同様、噴霧乾燥して造粒し、得られた造粒粉を金型を用いて成形して所望の形状の成形体とし、この成形体を不活性雰囲気下にて焼成することにより、作製することができる。
噴霧乾燥以降の工程は、導電性セラミックス２の製造方法と全く同様である。

【0048】

このようにして得られた導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とに、必要に応じて形状加工を施し、これら導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の少なくとも一方の接着面に上述した無機系接着材を塗布する。
ここでは、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の熱膨張率と、接着層４の熱膨張率とが略一致するように、無機系接着材に含まれる無機材料の種類及び量を調整する。

【0049】

次いで、この無機系接着材を介して導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを仮接着し、この仮接着した状態で加熱して無機系接着材を硬化させ、接着層４とする。
これにより、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを接着層４により接着一体化したセラミック部材１が得られる。

【0050】

以上説明したように、本実施形態のセラミック部材１によれば、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックス２と、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックス３とを、熱膨張率が略一致する接着層４により接着一体化したので、絶縁性セラミックス３の熱膨張率と導電性セラミックス２の熱膨張率との差を極めて小さくすることができ、絶縁性セラミックス３と導電性セラミックス２との間の熱膨張差によるミスマッチを無くすことができ、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞もない。
以上により、プラズマや腐食性ハロゲンガスに対する耐食性に優れ、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞がないセラミック部材１を提供することができる。

【0051】

［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態のセラミック部材を示す断面図であり、本実施形態のセラミック部材１１が、第１の実施形態のセラミック部材１と異なる点は、第１の実施形態のセラミック部材１では、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを、熱膨張率が略一致する接着層４により接着したのに対し、本実施形態のセラミック部材１１では、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを加熱接合することにより、これらの表面（一主面）２ａ、３ａ同士を接合し一体化した点である。

【0052】

このセラミック部材１１は、これら導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３を、導電性セラミックス２及び絶縁性セラミックス３の熱膨張率に略一致するペーストを介して貼り合わせ、次いで、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気下、１０００℃以上かつ１６００℃以下の範囲の温度にて加熱することにより、得ることができる。
また、導電性セラミックス２の前駆体である導電性成形体と、絶縁性セラミックス３の前駆体である絶縁性成形体とを、重ね合わせ、これをホットプレス等により加圧下にて焼成することによっても、得ることができる。

【0053】

本実施形態のセラミック部材１１においても、第１の実施形態のセラミック部材１と同様の作用・効果を奏することができる。
しかも、導電性セラミックス２と絶縁性セラミックス３とを加熱接合したので、絶縁性セラミックス３と導電性セラミックス２との界面の接合強度を向上させることができ、破損やクラックや剥離や破壊等の不具合が生じる虞もない。

【実施例】

【0054】

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0055】

「実施例１」
Ａ．導電性セラミックスの作製
直径１０ｎｍ、長さ１．５μｍのカーボンナノチューブを、純水中に、カーボンナノチューブの含有率（固形分）が１質量％となるように加え、分散剤を添加後、回転二枚刃式ホモジナイザー装置により邂逅前処理を行った。次いで、超音波ホモジナイザーにより９時間分散処理を行い、カーボンナノチューブスラリーを作製した。

【0056】

また、平均粒子径が１μｍの酸化イットリウム粉体を、純水中に、酸化イットリウム粉体の含有率（固形分）が４０質量％となるように加え、分散剤を添加後、攪拌機で攪拌を行い、酸化イットリウムスラリーを調整した。
次いで、これらカーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、固形分中のカーボンナノチューブの含有率が１体積％となるように、調製混合し、攪拌機で攪拌し、混合スラリーを調製した。

【0057】

次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥法により乾燥、造粒し、カーボンナノチューブと酸化イットリウムとを含む造粒粉を作製した。次いで、得られた造粒粉を金型を用いて成形し、直径５０ｍｍ、厚み１５ｍｍの円板状の成形体とした。
次いで、この成形体を、アルゴン雰囲気下、１８５０℃、圧力２０ＭＰａにて２時間焼成を行い、実施例１の導電性セラミックスを作製した。

【0058】

Ｂ．絶縁性セラミックスの作製
上記の酸化イットリウムスラリーを噴霧乾燥法により乾燥、造粒し、酸化イットリウムからなる造粒粉を作製した。次いで、得られた造粒粉を金型を用いて成形し、直径５０ｍｍ、厚み１５ｍｍの円板状の成形体とした。
次いで、この成形体を、アルゴン雰囲気下、１８５０℃、圧力２０ＭＰａにて２時間焼成を行い、実施例１の絶縁性セラミックスを作製した。

【0059】

Ｃ．セラミック部材の作製
上記の導電性セラミックスと絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を８×１０^−６／℃に調整した無機系接着材を用いて接着し、次いで、アルゴン雰囲気下、２５０℃にて３時間焼成を行い、実施例１のセラミック部材を作製した。

【0060】

Ｄ．セラミック部材の評価
上記のセラミック部材を、窒素雰囲気下、１０℃／分の昇温速度にて１０００℃まで加熱し、１０００℃にて１時間保持した後、１０℃／分の冷却速度にて室温（２５℃）まで冷却した。その後、取り出して、クラックの発生の有無、手での引っ張りによる剥離の有無、を目視にて評価した。
その結果、クラックの発生や手での引っ張りによる剥離も無く、高温域での耐久性に優れていることが分かった。

【0061】

「実施例２」
固形分中のカーボンナノチューブの含有率が０．５体積％となるように混合スラリーを調製した他は、実施例１に準じて実施例２のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて実施例２のセラミック部材の評価を行った。
その結果、クラックの発生や手での引っ張りによる剥離も無く、高温域での耐久性に優れていることが分かった。

【0062】

「実施例３」
固形分中のカーボンナノチューブの含有率が３体積％となるように混合スラリーを調製した他は、実施例１に準じて実施例３のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて実施例３のセラミック部材の評価を行った。
その結果、クラックの発生や手での引っ張りによる剥離も無く、高温域での耐久性に優れていることが分かった。

【0063】

「実施例４」
実施例１に準じて得られた導電性セラミックスと絶縁性セラミックスとを、熱膨張率を８×１０^−６／℃に調整したペーストを介して貼り合わせ、次いで、窒素雰囲気下、１４００℃にて１時間加熱処理を行い、実施例４のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて実施例４のセラミック部材の評価を行った。
その結果、クラックの発生や手での引っ張りによる剥離も無く、高温域での耐久性に優れていることが分かった。

【0064】

「比較例１」
実施例１の導電性セラミックスを炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミックスに替えた他は、実施例１に準じて比較例１のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例１のセラミック部材の評価を行った。
その結果、セラミックスにクラックが発生しており、また、接着層の剥離も認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して耐熱性が劣っていることが分かった。

【0065】

「比較例２」
実施例１の導電性セラミックスを炭化ケイ素（ＳｉＣ）を１０体積％添加した酸化イットリウムセラミックスに替えた他は、実施例１に準じて比較例２のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例２のセラミック部材の評価を行った。
その結果、接着層に多数のクラックが発生していることが認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して耐熱性が劣っていることが分かった。

【0066】

「比較例３」
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を１０体積％添加した酸化イットリウムセラミックスと、実施例１の絶縁性セラミックスとに、ボルト接合用の孔を開け、ボルト・ナットにより締結することにより、比較例３のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例３のセラミック部材の評価を行った。
その結果、孔を中心にクラックが発生していることが認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して高温での結合力が劣っていることが分かった。

【0067】

「比較例４」
固形分中のカーボンナノチューブの含有率を５体積％とした他は、実施例１に準じて比較例４のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例４のセラミック部材の評価を行った。
その結果、接着層に多数のクラックが発生していることが認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して耐熱性が劣っていることが分かった。

【0068】

「比較例５」
実施例１に準じて得られた導電性セラミックスと絶縁性セラミックスとを、エポキシ接着剤を用いて接着し、比較例５のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例５のセラミック部材の評価を行った。
その結果、接着層が変質していることが認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して耐熱性が劣っていることが分かった。

【0069】

「比較例６」
実施例１の無機系接着材を、熱膨張率を１３×１０^−６／℃に調整した無機系接着材に替えた他は、実施例１に準じて比較例６のセラミック部材を作製した。
次いで、実施例１に準じて比較例６のセラミック部材の評価を行った。
その結果、接着層に多数のクラックが発生していることが認められ、実施例１〜４のセラミック部材と比較して耐熱性が劣っていることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、酸化イットリウムを主成分とし、繊維状導電性物質を０．１体積％以上かつ３体積％以下含有してなる導電性セラミックスと、酸化イットリウムを主成分とする絶縁性セラミックスとを、無機系接着材からなる接着層を介して接着、または加熱接合したことにより、絶縁性セラミックスの熱膨張率と導電性セラミックスの熱膨張率との差を極めて小さくすることができ、絶縁性セラミックスと導電性セラミックスとの間の熱膨張差によるミスマッチを無くすことができるものであるから、プラズマを用いたエッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置等の半導体製造装置はもちろんのこと、フラットパネルディスプレイの製造装置用部材、太陽電池の製造装置用部材等、半導体製造装置以外の分野においても、適用可能である。

【符号の説明】

【0071】

１ セラミック部材
２ 導電性セラミックス
２ａ 表面
３ 絶縁性セラミックス
３ａ 表面
４ 接着層
１１ セラミック部材

【図1】

【図2】