(57)【要約】  本発明に係る窒化アルミニウム接合体の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体同士を接合した窒化アルミニウム接合体の製造方法であって、接合面にアルミナ層が形成された２つの前記窒化アルミニウム焼結体を、前記接合面で対向させ、かつ、前記接合面の間にアルカリ土類金属化合物を含むペースト層を介在させた状態で、１３００〜１７００℃の温度で加熱し、前記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する工程を含むことを特徴とする。
2008065980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体同士を接合した窒化アルミニウム接合体の製造方法であって、
接合面にアルミナ層が形成された２つの前記窒化アルミニウム焼結体を、前記接合面で対向させ、かつ、アルカリ土類金属化合物を含むペースト層を前記接合面の間に介在させた状態で、１３００〜１７００℃の温度で加熱し、前記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する接合工程、
を含むことを特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項２】
前記接合工程が、一方の前記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面に、アルカリ土類金属化合物を含むペースト層を形成し、該ペースト層に、他方の前記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面を付着させた後に、１３００〜１７００℃の温度で加熱し、前記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項３】
前記窒化アルミニウム焼結体の接合面に形成されたアルミナ層の厚みが、０．１〜１０μｍである、請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム接合体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、窒化アルミニウム焼結体同士を接合した窒化アルミニウム接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造装置では、半導体ウエハーを載置して処理するためのプレートヒーターおよび静電チャックなどの部材として、耐熱性、耐食性に優れた窒化アルミニウムからなる部材が用いられている。このような窒化アルミニウムからなる部材の製造において、小さな窒化アルミニウム焼結体を互いに接合して、大きな部材を製造する場合も多い。これにより、単純な形状の窒化アルミニウム焼結体から、種々の形状を有する部材を得ることもできる。【０００３】
窒化アルミニウム焼結体の接合方法としては、以下のような方法が知られている。たとえば、特許文献１では、図５に示すように、窒化アルミニウム焼結体５０１の上に、窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物および／または炭酸カルシウムの粉末とを含むペースト５０２を塗布し、この上に窒化アルミニウム焼結体５０３を密着させた後、１〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をＡ方向に印加するとともに、１７００〜２０００℃に加熱して、窒化アルミニウム接合体５００を製造している。また、特許文献２では、窒化アルミニウム粉末と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物の粉末と、希土類酸化物の粉末とを含む接合剤が用いられており、５〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力下、第一の工程では１４００〜１６５０℃に加熱し、第二の工程では１６５０〜１８００℃に加熱して、窒化アルミニウム焼結体同士を接合している。
【特許文献１】特開平１１−１５７９５１号公報
【特許文献２】特開平１０−２７３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、いずれの接合方法も、強固に接合された接合体を得るために、窒化アルミニウム焼結体の製造時の焼成温度と同程度の加熱温度を必要としていた。この高温での加熱により、窒化アルミニウム焼結体の変質、変形などが懸念される。また、いずれの接合方法においても、加熱とともに圧力を印加する必要があり、煩雑である。【０００５】
したがって、本発明の目的は、大気圧下の比較的低い温度で、窒化アルミニウム焼結体同士を強固に接合できる、窒化アルミニウム接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の窒化アルミニウム焼結体を用いることにより、窒化アルミニウム焼結体同士を強固に接合できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００７】
すなわち、本発明に係る窒化アルミニウム接合体の製造方法は、
窒化アルミニウム焼結体同士を接合した窒化アルミニウム接合体の製造方法であって、接合面にアルミナ層が形成された２つの上記窒化アルミニウム焼結体を、上記接合面で対向させ、かつ、上記接合面の間にアルカリ土類金属化合物を含むペースト層を介在させた状態で、１３００〜１７００℃の温度で加熱し、上記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する接合工程を含むことを特徴とする。【０００８】
上記接合工程は、一方の前記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面に、アルカリ土類金属化合物を含むペースト層を形成し、該ペースト層に、他方の前記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面を付着させた後に、１３００〜１７００℃の温度で加熱し、上記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する工程であることが好ましい。【０００９】
上記窒化アルミニウム焼結体の接合面に形成されたアルミナ層の厚みは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る窒化アルミニウム接合体の製造方法によれば、大気圧下の比較的低い温度で、窒化アルミニウム焼結体同士を強固に接合できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の窒化アルミニウム接合体の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の窒化アルミニウム接合体の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の窒化アルミニウム接合体の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の窒化アルミニウム接合体の製造方法を説明するための図である。
【図５】従来の窒化アルミニウム焼結体の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の窒化アルミニウム接合体の一例における接合界面の写真である。
【図７】接合強度の測定方法を説明するための図である。
【図８】実施例での接合体の製造方法を説明するための図である。
【図９】実施例での接合体の製造方法を説明するための図である。
【図１０】実施例での接合体の製造方法を説明するための図である。
【図１１】実施例での接合体の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０１：      窒化アルミニウム焼結体
１０２：      接合面
１０３：      アルミナ層
２０１：      ペースト層
３０１：      窒化アルミニウム焼結体
３０２：      接合面
３０３：      アルミナ層
４００：      窒化アルミニウム接合体
４０１：      接合部
５００：      窒化アルミニウム接合体
５０１：      窒化アルミニウム焼結体
５０２：      ペースト
５０３：      窒化アルミニウム焼結体
Ａ：      圧力印加の方向
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。【００１４】
本発明に係る窒化アルミニウム接合体の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体同士を接合した窒化アルミニウム接合体の製造方法であって、接合面にアルミナ層が形成された２つの上記窒化アルミニウム焼結体を、上記接合面で対向させ、かつ、上記接合面の間にアルカリ土類金属化合物を含むペースト層を介在させた状態で加熱し、上記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する接合工程を含む。好適には、上記接合工程では、一方の上記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面に、アルカリ土類金属化合物を含むペースト層を形成し、該ペースト層に、他方の上記窒化アルミニウム焼結体のアルミナ層が形成された接合面を付着させた後に加熱し、上記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する。【００１５】
このように、本発明の製造方法では、窒化アルミニウム焼結体の接合面にアルミナ層が形成されているため、比較的低温でかつ大気圧下で、該焼結体同士を強固に接合することができる。また、得られた接合体は高い気密性を有する。【００１６】
以下、図を参照しながら、本発明の製造方法をより具体的に説明する。【００１７】
まず、上記接合工程では、図１に示すように、接合面１０２にアルミナ層１０３が形成された窒化アルミニウム焼結体１０１を用意する。【００１８】
窒化アルミニウム焼結体１０１の形状は板状であるが、本発明においてはこれに限られず、たとえば円柱状、多角柱状などであってもよい。また、窒化アルミニウム焼結体は、中空構造であっても中実構造であってもよい。窒化アルミニウム焼結体の形状は、所望の接合体の構造が得られるように適宜選択すればよい。【００１９】
窒化アルミニウム焼結体１０１の相対密度は、９７％以上であることが好ましい。【００２０】
また、アルミナ層１０３の厚みは、好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍであることが望ましい。アルミナ層の厚みが薄すぎると本発明の製造方法の効果が得られない場合があり、アルミナ層の厚みが厚すぎるとアルミナ層と窒化アルミニウム焼結体との接合強度が劣る場合がある。【００２１】
接合面１０２にアルミナ層１０３が形成された窒化アルミニウム焼結体１０１の製造方法は特に限定されないが、たとえば、以下のように窒化アルミニウム焼結体を製造してから、接合面となる面にアルミナ層を形成する方法が挙げられる。【００２２】
窒化アルミニウム焼結体の製造においては、はじめに、窒化アルミニウム粉末に有機バインダーを添加し、必要に応じて、さらに焼結助剤、分散剤、分散媒などを添加し、混合してスラリーまたはペーストを調製する。【００２３】
有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、ポリメタクリルブチル等のアクリル樹脂などが挙げられる。この有機バインダーは、窒化アルミニウム粉末１００重量部当り、通常０．１〜３０重量部、好ましくは１〜１５重量部の量で使用される。【００２４】
焼結助剤としては、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類系酸化物、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｈｏ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3等の希土類系酸化物が挙げられる。これらのうちでＹ2Ｏ3が好適に使用される。また、焼結助剤は、必ずしも酸化物である必要はなく、たとえば炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩などであってもよい。この焼結助剤は、窒化アルミニウム粉末１００重量部当り、通常０．１〜３０重量部、好ましくは１〜１５重量部の量で使用される。【００２５】
分散剤としては、グリセリン化合物類などが挙げられる。この分散剤は、窒化アルミニウム粉末１００重量部当り、通常０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜５重量部の量で使用される。【００２６】
分散媒としては、エタノールなどが挙げられる。この分散媒は、窒化アルミニウム粉末１００重量部当り、通常１０〜５０重量部、好ましくは１５〜３０重量部の量で使用される。【００２７】
次いで、上記のようにして得られたスラリーまたはペーストを所望の形状に成形する。ここで、具体的には、押出成形法、射出成形法、鋳込み成形法、ドクターブレード法などの成形手段によって成形する。次いで、得られた成形体を脱脂した後、焼成して窒化アルミニウム焼結体が製造される。上記成形は、スプレードライヤーにより上記スラリーまたはペーストを造粒した後、造粒粉末を金型成型し、たとえば冷間静水圧プレス法により成形してもよい。また、脱脂は、空気中で４５０〜６５０℃で行うことが好ましく、焼成は、窒素雰囲気中で１７００〜１９００℃で行うことが好ましい。【００２８】
なお、有機バインダーを用いずに、圧縮成形法により成形を行ってもよい。たとえば、窒化アルミニウム粉末と焼結助剤粉末との混合粉末を、一軸成形機にて、仮成形したグリーン体を製造し、これを、ＣＩＰ（冷間等方圧）成形機にて１〜４ｔ／ｃｍ2で加圧成形することにより成形体を作製してもよい。この場合は、脱脂工程は不要であり、得られた成形体を好ましくは上述したような条件で焼成して、窒化アルミニウム焼結体が製造される。【００２９】
なお、上記窒化アルミニウム焼結体において、接合面となる面にアルミナ層を形成する前に、該表面に粗面化処理、研磨処理などの処理を施しておいてもよい。粗面化処理としては、アルカリ性水溶液によるエッチング、サンドブラストなどが挙げられる。また、研磨処理としては、砥粒を用いた研磨、電解インプロセスドレッシング研削などが挙げられる。【００３０】
次いで、得られた窒化アルミニウム焼結体の接合面となる表面にアルミナ層を形成するが、たとえば以下のような酸化処理によって形成される。すなわち、窒化アルミニウム焼結体を酸素含有ガス雰囲気中で加熱して、表面にアルミナ層を形成する。【００３１】
酸素含有ガスとしては、空気が最も簡便であるが、純酸素ガス、酸素を不活性ガス（たとえば、酸素を窒素、二酸化炭素、アルゴン等の希ガスなど）および／または空気で希釈したガスなどを用いてもよい。酸素含有ガス中の酸素濃度は２０％以上とすることが好ましい。【００３２】
酸素含有ガスの露点は、好ましくは−２５℃以下、より好ましくは−４０℃〜−３０℃であることが望ましい。露点を上記範囲にするには、圧縮、乾燥剤による乾燥などの適当な手段により、使用するガスを予め乾燥すればよい。【００３３】
加熱温度は、通常１１００〜１３００℃、好ましくは１１３０〜１２７０℃であり、加熱時間は、通常１〜１００時間、好ましくは５〜３０時間である。【００３４】
このような酸化処理により、窒化アルミニウム焼結体の表面の窒化アルミニウムが酸化されてα−Ａｌ2Ｏ3が生成し、窒化アルミニウム焼結体の接合面となる表面にアルミナ層が形成される。このα−Ａｌ2Ｏ3の生成に伴って窒化アルミニウム焼結体の重量は増加するため、酸化による重量の増加量がアルミナ層の厚みの尺度となる。１．６〜６．５ｍｇ／ｍ2の重量の増加は２〜１０μｍに相当する。【００３５】
また、より緻密なアルミナ層を形成するためには、特開２００５−１５９３３４号公報に記載された方法を用いてもよい。すなわち、昇温中に酸素を実質的に固溶させることなく窒化アルミニウム焼結体を窒化アルミニウム焼結体の酸化開始温度より３００℃低い温度以上の温度に加熱する工程（この工程を単に「昇温工程」ともいう）、および該工程で窒化アルミニウム焼結体の酸化開始温度より３００℃低い温度以上に加熱された窒化アルミニウム焼結体の所望の面に酸素ガスを接触させた後、窒化アルミニウム焼結体の酸化開始温度より高い温度に保持して窒化アルミニウム焼結体の表面を酸化してアルミナ層を形成する工程（この工程を単に「酸化工程」ともいう）を含む方法を用いてもよい。【００３６】
ここで、酸化開始温度とは、大気圧下では１１００℃である。また、良好なアルミナ層を得る観点から、酸素ガスとの接触を開始する温度は、酸化開始温度以上であることが望ましい。【００３７】
また、アルミナ層１０３は、θ−Ａｌ2Ｏ3からなる層であってもよい。θ−Ａｌ2Ｏ3からなる層を形成する場合は、特開２００１−２９４４９２号公報に記載された方法が好適に用いられる。具体的には、窒化アルミニウム焼結体を、水蒸気分圧が１．０ｋＰａ以下の酸素雰囲気下、８００〜１０００℃の温度で、０．５〜３０時間処理すると、θ−Ａｌ2Ｏ3からなる層が形成される。【００３８】
なお、図１では、接合面１０２のみにアルミナ層１０３が形成されている場合を示すが、窒化アルミニウム焼結体１０１の接合面１０２以外の面にもアルミナ層が形成されていてもよい。すなわち、窒化アルミニウム焼結体１０１において、少なくとも接合面１０２にアルミナ層１０３が形成されていればよい。また、接合面１０２のみにアルミナ層１０３を形成するためには公知の方法を用いればよい。【００３９】
次に、図２に示すように、窒化アルミニウム焼結体１０１において、アルミナ層１０３が形成された接合面１０２に、アルカリ土類金属化合物を含むペースト層２０１を形成する。【００４０】
上記ペーストは、アルカリ土類金属化合物を含み、好ましくはアルカリ土類金属塩や酸化物を含む。【００４１】
アルカリ土類金属塩としては、炭酸カルシウム、硝酸カルシウムなどのカルシウム塩が挙げられる。これらのうちで炭酸カルシウムが好ましい。アルカリ土類金属酸化物としては、酸化カルシウムや、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3などが挙げられる。これらアルカリ土類金属化合物は単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。【００４２】
また、上記ペーストは、低温で反応を開始させるという観点から、さらに酸化アルミニウムを含んでいてもよく、アルカリ土類金属化合物１００重量部に対して、通常４０〜２５０重量部、好ましくは５０〜２００重量部の量で含まれていることが望ましい。【００４３】
酸化アルミニウムとしては、粒径は小さいが微細な粉末が好ましい。【００４４】
上記ペーストは、さらに溶媒、分散剤などを含んでいてもよい。【００４５】
溶媒としては、ターピネオールなどが挙げられる。この溶媒は、アルカリ土類金属化合物粉末１００重量部当り、通常１０〜９０重量部、好ましくは３０〜８０重量部の量で使用される。また、アルカリ土類金属化合物および酸化アルミニウムを含む場合は、溶媒は、アルカリ土類金属化合物および酸化アルミニウムの合計１００重量部当り、通常１０〜９０重量部、好ましくは３０〜８０重量部の量で使用される。溶媒は、単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。【００４６】
分散剤としては、エチルセルロースなどが挙げられる。この分散剤は、アルカリ土類金属化合物粉末１００重量部当り、通常０．５〜２０重量部、好ましくは１〜１０重量部の量で使用される。分散剤は、単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。【００４７】
上記ペーストは、アルカリ土類金属化合物に、必要に応じて上記の成分を添加し、これらを混合して得られる。【００４８】
接合面１０２に上記ペーストからなる層を形成する方法としては、塗布、スクリーン印刷などが挙げられる。【００４９】
ペースト層２０１の厚さは、好ましくは１０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜５００μｍであることが望ましい。【００５０】
次に、図３に示すように、ペースト層２０１に、窒化アルミニウム焼結体３０１のアルミナ層３０３が形成された接合面３０２を付着させる。すなわち、ペースト層２０１に、窒化アルミニウム焼結体３０１のアルミナ層３０３が形成された接合面３０２が接するように、窒化アルミニウム焼結体３０１を配設する。なお、接合面３０２にアルミナ層３０３が形成された窒化アルミニウム焼結体３０１は、窒化アルミニウム焼結体１０１と同様のものが用いられる。【００５１】
最後に、ペースト層２０１に接合面３０２が付着された後加熱処理を行う。すなわち、接合面（１０２、３０２）にアルミナ層が形成された２つの上記窒化アルミニウム焼結体（１０１、３０１）を、上記接合面（１０２、３０２）で対向させ、かつ、上記接合面（１０２、３０２）の間にペースト層２０１を介在させた状態で加熱処理を行う。【００５２】
加熱温度は、好ましくは１２００〜１７００℃、より好ましくは１３００〜１６５０℃である。このように、本発明の製造方法によれば、窒化アルミニウム焼結体の接合面にアルミナ層が設けられているため、比較的低温での加熱で強固に接合された接合体が得られる。また、比較的低温で接合するため、得られた接合体において、窒化アルミニウム焼結体部分の歪みもみられない。【００５３】
加熱の雰囲気としては、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気などが挙げられる。窒化アルミニウム焼結体を使用する観点から、窒素雰囲気が好ましい。【００５４】
また、窒化アルミニウム焼結体の接合面にアルミナ層が設けられているため、大気圧下での加熱であっても、窒化アルミニウム焼結体同士が強固に接合でき、得られた接合部の気密性も高い。また、得られた接合体においては、圧力印加の条件によって均一に圧力がかからなかった場合に生成するような窒化アルミニウム焼結体部分の歪みも抑制できる。さらに、ホットプレス焼結炉などを使用して加熱とともに圧力をかける場合は、大きい焼結体(たとえばφ５００ｍｍ以上)や、複雑な形状の焼結体の接合は困難であるが、本発明の製造方法では、このような焼結体同士であっても容易に接合できる利点がある。【００５５】
なお、本発明の製造方法においては大気圧下の加熱で接合体が得られるが、たとえば０．１ＭＰａ〜３００ＭＰａの圧力下で加熱して接合体を得てもよい。【００５６】
加熱時間は、好ましくは１〜３０時間、より好ましくは３〜１０時間である。【００５７】
加熱に用いる装置としては、常圧焼結炉、ホットプレス焼結炉、ホットアイソスタティクプレス炉が挙げられる。【００５８】
このようにして、本発明の製造方法によって窒化アルミニウム接合体が得られ、本発明においては、上述のように窒化アルミニウム焼結体１０１の接合面１０２のみにペースト層２０１を形成してもよいが、窒化アルミニウム焼結体１０１の接合面１０２とともに、窒化アルミニウム焼結体３０１の接合面３０２にもペースト層を形成し、両ペースト層を付着させて、加熱処理を行ってもよい。【００５９】
また、ペースト層２０１を形成した後、ペースト層２０１を室温〜８０℃の温度で乾燥してから、窒化アルミニウム焼結体３０１のアルミナ層３０３が形成された接合面３０２を付着させてもよい。【００６０】
図４に示すように、上述のようにして得られた窒化アルミニウム接合体４００では、接合部４０１にアルミナ層はみられず、窒化アルミニウム焼結体同士が強固に接合され、また、該接合体は高い気密性を有する。なお、図４では模式的に接合部を示したが、実際に得られる接合体は強固に接合されているため、接合界面はＳＥＭ写真によっては通常観察されない。これは、上記接合工程で以下のような現象が起きているためと考えられる。たとえば、上記ペーストとして炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を含むペーストを用いた場合では、加熱により、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）はまず酸化カルシウム（ＣａＯ）となる。次に酸化カルシウム（ＣａＯ）と、窒化アルミニウム焼結体の表面に存在するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とが反応してＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3などのカルシウムアルミネートが生成し、このカルシウムアルミネートは粒界に沿って窒化アルミニウム焼結体のバルク中に拡散する。このため、接合部４０１にアルミナ層は存在しないと考えられる。【００６１】
酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むペーストを用いた場合も同様に、加熱により、この酸化カルシウム（ＣａＯ）と、窒化アルミニウム焼結体の表面に存在するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とが反応して上記のようなカルシウムアルミネート層が生成する。また、酸化カルシウム（ＣａＯ）とアルミナを含むペーストを用いた場合は、加熱により、この酸化カルシウム（ＣａＯ）と、ペースト中に含まれるアルミナ及び窒化アルミニウム焼結体の表面に存在するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とが反応して上記のようなカルシウムアルミネートが生成する。さらに、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3などを含むペーストを用いた場合も、加熱により同様に上記のようなカルシウムアルミネートが生成すると考えられる。これらいずれの場合も、生成したカルシウムアルミネートは、粒界に沿って窒化アルミニウム焼結体のバルク中に拡散するため、最終的に接合部にアルミナ層を有しない接合体が得られると考えられる。【００６２】
また、本発明において、比較的低温での加熱で窒化アルミニウム焼結体同士を強固に接合できる理由は以下のように考えられる。
酸化カルシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物とアルミナの反応は１４００℃程度の比較的低温から起こる。さらに昇温するとともに反応して生成したカルシウムアルミネート相に窒化アルミニウム粒子からＡｌＮが固溶すると考えられる。このようにして生成したＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＡｌＮによってＡｌＮ同士の強固な接合が可能となる。液相に固溶したＡｌＮは冷却過程において再析出する。ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３の液相成分は粒界に沿って窒化アルミニウム焼結体中に拡散して接合部では確認されなくなる。【００６３】
上述のようにして得られた窒化アルミニウム接合体４００は、比較的低温での加熱で製造されるため、接合部４０１および窒化アルミニウム焼結体部分（１０１、３０１）の歪みが抑制されている。【００６４】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００６５】
［実施例］
１．評価方法
１）接合界面の評価
２次電子走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、窒化アルミニウム焼結体接合界面を観察した。【００６６】
２）接合強度
ファインセラミックスの室温曲げ試験方法（ＪＩＳ  Ｃ２１４１）に基づいて３点曲げ試験を行った。支点間距離は３０ｍｍに設定した。接合後の窒化アルミニウムを評価する際には、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム接合体７０２同士を接合して得られた接合体７００を全長４０ｍｍ、厚み３ｍｍの試験片７０３に加工した（図７参照）。すなわち、図７の点線に沿って切断した。次いで、支点間の中心に接合部７０１が位置するようにこの試験片７０３を配置し、この接合部７０１の上から加重をかけた。【００６７】
３）気密性試験
接合界面の接合の程度を評価するため、φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体とφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体とを接合した接合体を用いて、アルバック社製ヘリウムリークディテクター（型式  ＨＥＬＩＯＴ  ７０４Ｄ２）によりヘリウムリーク試験を行った。
２．接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体
１）接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）〜（Ａ−１−３）
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）を、酸素雰囲気中、１２００℃、５時間の条件で酸化処理した。接合面を含む全ての面の表面に２μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）（以下、単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）ともいう）を得た。【００６８】
φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）およびφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）についても同様に酸化処理を行い、それぞれ、接合面を含む全ての面の表面に２μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）および（Ａ−１−３）（以下、それぞれ単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）、（Ａ−１−３）ともいう）を得た。【００６９】
２）接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−１）〜（Ａ−２−３）
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）を、酸素雰囲気中、１２００℃、３０時間の条件で酸化処理した。接合面を含む全ての面の表面に５μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−１）（以下、単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−１）ともいう）を得た。【００７０】
φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）およびφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）についても同様に酸化処理を行い、それぞれ、接合面を含む全ての面の表面に５μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−２）および（Ａ−２−３）（以下、それぞれ単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−２）、（Ａ−２−３）ともいう）を得た。【００７１】
３）接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−１）〜（Ｂ−１−３）
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−５０）を、酸素雰囲気中、１２００℃、５時間の条件で酸化処理した。接合面を含む全ての面の表面に２μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−１）（以下、単に窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−１）ともいう）を得た。【００７２】
φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−５０）およびφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−５０）についても同様に酸化処理を行い、それぞれ、接合面を含む全ての面の表面に２μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−２）および（Ｂ−１−３）（以下、それぞれ単に窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−２）、（Ｂ−１−３）ともいう）を得た。【００７３】
４）接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−１）〜（Ａ−３−３）
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）を、酸素雰囲気中、１１００℃、２時間の条件で酸化処理した。接合面を含む全ての面の表面に０．５μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−１）（以下、単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−１）ともいう）を得た。【００７４】
φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）およびφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）についても同様に酸化処理を行い、それぞれ、接合面を含む全ての面の表面に０．５μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−２）および（Ａ−３−３）（以下、それぞれ単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−２）、（Ａ−３−３）ともいう）を得た。【００７５】
５）接合面にアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−１）〜（Ａ−４−３）
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）を、酸素雰囲気中、１３００℃、１５時間の条件で酸化処理した。接合面を含む全ての面の表面に７μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−１）（以下、単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−１）ともいう）を得た。【００７６】
φ５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚み８ｍｍの中空の円柱状に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）およびφ５０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板に加工した窒化アルミニウム焼結体（トクヤマ製、ＳＨ−１５）についても同様に酸化処理を行い、それぞれ、接合面を含む全ての面の表面に７μｍの厚みのアルミナ層が形成された窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−２）および（Ａ−４−３）（以下、それぞれ単に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−２）、（Ａ−４−３）ともいう）を得た。
３．接合ペーストの作製
１）接合ペースト（Ａ）
炭酸カルシウム（和光純薬社製）５０ｇ及びアルミナ粉末（昭和電工製）５０ｇとともに、溶媒としてターピネオール６０ｇ、分散剤としてエチルセルロース３ｇを、ボールミルを用いて混合して接合ペースト（Ａ）を調製した。【００７７】
２）接合ペースト（Ｂ）
炭酸カルシウム（和光純薬社製）１００ｇ、溶媒としてターピネオール６０ｇ、分散剤としてエチルセルロース３ｇを、ボールミルを用いて混合して接合ペースト（Ｂ）を調製した。【００７８】
３）接合ペースト（Ｃ）
３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3  １００ｇ、溶媒としてターピネオール６０ｇ、分散剤としてエチルセルロース３ｇを、ボールミルを用いて混合して接合ペースト（Ｃ）を調製した。【００７９】
４）接合ペースト（Ｄ）
酸化カルシウム（和光純薬社製）１００ｇ、溶媒としてターピネオール６０ｇ、分散剤としてエチルセルロース３ｇを、ボールミルを用いて混合して接合ペースト（Ｄ）を調製した。【００８０】
［実施例１−１］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）に接合ペースト（Ａ）を３００μmの厚みで塗布し、塗布された接合ペースト（Ａ）層にもう一つの窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）を配設した（図８、９参照）。この窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）（もう一つの窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）が配設された状態にある）について、８０℃に保持した恒温乾燥器中で乾燥処理を施した。次いで、これを窒化ホウ素製の冶具内に配置し、窒素雰囲気中、１６００℃で５時間加熱して窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）同士を接合した。得られた接合体のＳＥＭ写真を図６に示したが、界面が分からないほどに接合していた。また、曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３４０ＭＰａ）を示した。【００８１】
［実施例１−２］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）に接合ペースト（Ａ）を３００μmの厚みで塗布し、塗布された接合ペースト（Ａ）層に窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−３）を配設した（図１０、１１参照）。この窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）（窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−３）が配設された状態にある）について、８０℃に保持した恒温乾燥器中で乾燥処理を施した。次いで、実施例１−１と同様の条件で加熱して両者を接合した。【００８２】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００８３】
［実施例２−１］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−１）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合を行った。得られた接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３００ＭＰａ）を示した。【００８４】
［実施例２−２］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）および（Ａ−１−３）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ｂ−１−２）および（Ｂ−１−３）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【００８５】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００８６】
［実施例３−１］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−１）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合を行った。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３５０ＭＰａ）を示した。【００８７】
［実施例３−２］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）および（Ａ−１−３）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−２−２）および（Ａ−２−３）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【００８８】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００８９】
［実施例４−１］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｂ）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合した。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３３０ＭＰａ）を示した。【００９０】
［実施例４−２］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｂ）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【００９１】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００９２】
［実施例５−１］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｃ）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合した。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３３０ＭＰａ）を示した。【００９３】
［実施例５−２］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｃ）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【００９４】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００９５】
［実施例６−１］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｄ）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合した。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３６０ＭＰａ）を示した。【００９６】
［実施例６−２］
接合ペースト（Ａ）の代わりに接合ペースト（Ｄ）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【００９７】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は５．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【００９８】
［実施例７−１］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−１）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合を行った。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３２０ＭＰａ）を示した。【００９９】
［実施例７−２］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）および（Ａ−１−３）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−３−２）および（Ａ−３−３）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【０１００】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は８．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。【０１０１】
［実施例８−１］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−１）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−１）を用いた以外は、実施例１−１と同様の方法で接合を行った。この接合体の曲げ強度試験を行った結果、接合前の窒化アルミニウム焼結体と同程度の強度（３１０ＭＰａ）を示した。【０１０２】
［実施例８−２］
窒化アルミニウム焼結体（Ａ−１−２）および（Ａ−１−３）の代わりに窒化アルミニウム焼結体（Ａ−４−２）および（Ａ−４−３）を用いた以外は、実施例１−２と同様の方法で接合を行った。【０１０３】
得られた接合体についてヘリウムリーク試験を行ったところ、リーク量は８．０×１０-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、高い気密性を示した。
【図１】
2008065980.tif 000003
【図２】
2008065980.tif 000004
【図３】
2008065980.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008065980.tif 000007
【図７】
2008065980.tif 000008
【図８】
2008065980.tif 000009
【図９】
2008065980.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2008065980.tif 000015