(57)【要約】【課題】  基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物の機械的強度を向上させた複合構造物を提供する。【解決手段】  本発明では、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物は、酸化イットリウム多結晶体が主成分であり、構造物を構成する結晶同士の界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、さらに酸化イットリウム多結晶体の結晶構造を立方晶系（ｃｕｂｉｃ）と単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）とを混在させることにより、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物の硬度を酸化イットリウム焼結体の硬度よりも大きくすることを可能とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に酸化イットリウムからなる構造物が形成された複合構造物であって、前記構造物は酸化イットリウム多結晶体が主成分であり、前記構造物を構成する結晶同士の界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、さらに前記酸化イットリウム多結晶体の結晶構造が立方晶系（ｃｕｂｉｃ）と単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）とを混在させていることを特徴とする複合構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の複合構造物において、前記複合構造物の一部が基材表面に食い込むアンカー部となっていることを特徴とする複合構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材表面に酸化イットリウムからなる構造物を形成した複合構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材表面に脆性材料の構造物を加熱工程なしに形成する方法として、エアロゾルデポジション法と呼ばれる手法が認知されている。このエアロゾルデポジション法は、脆性材料などの微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子を変形や破砕を起さしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料からなる構造物をダイレクトで形成させることを特徴としており、特に加熱手段を必要としない常温で構造物が形成可能である。エアロゾルデポジション法により作製した製膜体は、焼結体と同程度の緻密性を有し、高密度高強度な製膜体を提供することができる（特許文献１）。
【０００３】
エアロゾルデポジション法を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物については、特許文献２〜５に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６５４８１号
【特許文献２】特開２００５−１５８９３３号公報
【特許文献３】特開２００５−２１７３４９号公報
【特許文献４】特開２００５−２１７３５０号公報
【特許文献５】特開２００５−２１７３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物の機械的強度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明によれば、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物は、酸化イットリウム多結晶体が主成分であり、構造物を構成する結晶同士の界面にはガラス質からなる粒界層が実質的に存在せず、さらに酸化イットリウム多結晶体の結晶構造を立方晶系（ｃｕｂｉｃ）と単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）を混在させることにより、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物の硬度を酸化イットリウム焼結体の硬度よりも大きくすることを可能とした。
【０００７】
また、本発明の好ましい形態によれば、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる複合構造物において、複合構造物の一部が基材表面に食い込むアンカー部を形成して直接接合されていることにより、基材と構造物との密着強度を大きくすることを可能とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基材表面に形成された酸化イットリウムからなる構造物の機械的強度を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本件で使用する語句の説明を以下に行う。
（結晶構造）
本発明において結晶構造とは、Ｘ線回折法や電子線回折法によって測定し、ＪＣＰＤＳ（ＡＳＴＭ）データを指標として同定される結晶構造を言う。
（多結晶）
本発明において多結晶とは、結晶子が接合・集積してなる構造体を言う。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成し、その径は通常５ｎｍ以上である。ただし、微粒子が破砕されずに構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
（界面）
本発明において界面とは、結晶子同士の境界を構成する領域を言う。
（粒界層）
本発明において粒界層とは、界面あるいは焼結体で言う粒界に位置する厚み（通常数ｎｍ〜数μｍ）を持つ層を言い、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
（アンカー部）
本発明においてアンカー部とは、基材と脆性材料構造物の界面に形成された凹凸を言い、特に、予め基材に凹凸を形成させるのではなく、脆性材料の構造物を形成させる時に、元の基材の表面精度を変化させて形成される凹凸を言う。
（微粒子）
本発明において微粒子とは、一次粒子が緻密質粒子である場合は、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡で同定される平均粒径が１０μｍ以下であるものを言う。また一次粒子が衝撃によって破砕されやすい多孔質粒子である場合は、平均粒径が５０μｍ以下であるものを言う。粉体とは上述の微粒子が自然凝集した状態を言う。
（エアロゾル）
本発明においてエアロゾルとは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらの混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させたものであり、一次粒子が分散している状態が望ましいが、通常はこの一次粒子が凝集した凝集粒を含む。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を１気圧、温度を２０℃と換算した場合に、ノズルから噴射される時点において０.０００３ｍL／L〜１０ｍL／Lの範囲内であることが構造物の形成にとって望ましい。
（常温）
本発明において常温とは、酸化イットリウムの焼結温度に対して著しく低い温度で、実質的には０℃〜１００℃の室温環境を言う。
（主成分）
本発明において主成分とは、酸化イットリウムが最も多く含まれる成分であることを言い、好ましくは酸化イットリウムが９０ｗｔ％以上であることを指す。
（平均結晶粒径）
本発明において平均結晶粒径とは、Ｘ線回折法におけるＳｃｈｅｒｒｅｒの方法によって算出される結晶子のサイズを言い、マックサイエンス社製ＭＸＰ−１８を使用して測定し算出する。あるいは、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像から直接結晶子のサイズを測定することにより算出された値を用いてもよい。
（緻密度）
本発明において緻密度とは、みかけ比重／真比重で算出される値の百分率（％）を言う。真比重については、膜成分の構成比を考慮し、文献値から算出した値を用いる。
（基材）
本発明において基材とは、その上にエアロゾルが噴射されて微粒子が衝突されることにより、微粒子原料を粉砕または変形させるに足る機械的衝撃力を与えることができる程度の硬さを有する材料であれば限定されない。好ましい基材の例としては、ガラス、金属、セラミックス、および有機化合物が挙げられ、これらの複合材であってもよい。
【００１０】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面により説明する。まず、基材上に形成させる酸化イットリウムからなる構造物の作製方法について図４を用いて説明する。
【００１１】
図４は基材上に酸化イットリウムからなる構造物を形成する作製装置の概略構成図であり、窒素、乾燥空気、ヘリウムの各種ガスボンベ１１が、搬送管１２を介してエアロゾル発生器１３に連結され、さらに搬送管１２を通じて構造物形成装置１４内にノズル１５が配置される。ノズル１５の先方にはＸＹステージ１７に設置された基材１６がノズル１５に対向して１０ｍｍの間隔をあけて配置される。構造物形成室１４は排気ポンプ１８に接続している。
【００１２】
そして、原料粉体をエアロゾル発生器１３内に充填した後、ガスボンベ１１を開き、ガスを搬送管１２を通じてエアロゾル発生器１３に導入し、原料粉体をガス中に分散させたエアロゾルを発生させる。このエアロゾルを搬送管１２を通じてさらに構造物形成室１４の方向へ搬送し、高速に加速させつつノズル１５より原料粉体を基材１６に向けて噴射する。
【００１３】
次に、基材上に形成させる酸化イットリウムからなる構造物のより好ましい作製方法について説明する。
【００１４】
ガスボンベ１１に封入するガスは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらの混合ガスを用いることができるが、ヘリウムもしくは窒素を用いることがより好ましい作製方法である。
【００１５】
また、エアロゾル発生器１３に内蔵する原料粉体は、平均粒径がサブμｍオーダーの酸化イットリウム微粒子と平均粒径がμｍオーダーの酸化アルミニウム微粒子を用いることがより好ましい作製方法である。
【００１６】
上述の作製装置を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物の結晶構造は、Ｘ線回折における立方晶系（ｃｕｂｉｃ）の最強線強度に対する単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）の最強線強度の強度比（単斜晶系の最強線強度／立方晶系の最強線強度）が０．５以上が好ましく、より好ましくは０．８以上、さらに好ましくは１以上である。それによりビッカース硬度が大きく向上する。ここで最強線強度とは、最強線のピーク高さの強度を指す。
【００１７】
また、上述の作製装置を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物の平均結晶粒径は、１０〜７０ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜３０ｎｍである。
【００１８】
さらに、上述の作製装置を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物の緻密度は、９０％以上が好ましく、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９％以上である。
【００１９】
上述の作製装置を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物は、チャンバー、ベルジャー、サセプター、クランプリング、フォーカスリング、キャプチャーリング、シャドーリング、絶縁リング、ダミーウエハー、高周波プラズマを発生させるためのチューブ、高周波プラズマを発生させるためのドーム、高周波透過窓、赤外線透過窓、監視窓、終点検出モニター、半導体ウエハーを支持するためのリフトピン、シャワー板、バッフル板、ベローズカバー、上部電極、下部電極などのプラズマ雰囲気に曝される半導体または液晶製造装置用部材に利用することができる。
【００２０】
半導体または液晶製造装置用部材の基材は、金属、セラミックス、半導体、ガラス、石英、樹脂などが挙げられる。
【００２１】
さらに、本発明の酸化イットリウムからなる構造物は、半導体ウエハーや石英ウエハーに微細な加工を施すエッチング装置などの静電チャックに利用することが可能である。
【００２２】
さらに、本発明の酸化イットリウムからなる構造物は、絶縁膜、耐摩耗膜、誘電体膜、輻射膜、耐熱被膜に利用することが可能である。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態につき、実施例を用いて説明する。本実施例にあっては、酸化イットリウムからなる構造物を形成する原料粉体として酸化イットリウム微粒子とこれよりも大粒径の酸化アルミニウム微粒子の混合粉体を用いた。
【００２４】
（実施例）
酸化イットリウム微粒子と酸化アルミニウム微粒子を用意した。酸化アルミニウム微粒子の体積基準による５０％平均粒径は５．９μｍで、酸化イットリウム微粒子の平均粒径は０．４７μｍであった。ここで、体積基準による５０％平均粒径とは、レーザー回折式粒度分布計を用いて測定した粒度分布測定データにおける、粒径の小さい側からの微粒子の累計体積が５０％に達した時の微粒子の粒径をいう。また、酸化イットリウム微粒子の平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーで測定した比表面積から算出した粒子径である。
【００２５】
次にこれらの微粒子を（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１００の個数比で混合した混合粉体を得た。
【００２６】
また、酸化アルミニウム微粒子の体積基準による５０％平均粒径が２．１μｍで、酸化イットリウム微粒子の平均粒径が０．４７μｍの微粒子を用意し、これらの微粒子を（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１０の個数比で混合し、混合粉体を得た。
【００２７】
尚、酸化アルミニウム微粒子は製膜補助粒子として機能し、酸化イットリウム微粒子を変形或いは破砕せしめて新生面を生じさせるためのもので、衝突後は反射し、不可避的に混入するものを除いて直接層状構造物の構成材料にはならないため、その材料は酸化アルミニウムに限定されず、酸化イットリウムを用いてもよいが、コスト面を考慮すると酸化アルミニウムが最適である。
【００２８】
上記混合粉体を図４に示した作製装置のエアロゾル発生器に装填し、キャリアガスとして窒素ガスを５リットル／分の流量で装置内を流しながらエアロゾルを発生させて、アルミニウム合金基材上に噴出させた。ノズルは縦０．４ｍｍ、横２０ｍｍの開口のものを使用した。構造物形成時の構造物形成装置内の圧力は９０〜１２０ｋＰａであった。こうして、基材上に高さ２５μｍ、面積２０ｍｍ×２０ｍｍの酸化イットリウムからなる構造物を形成した。
【００２９】
図１は、（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１００の個数比で混合した混合粉体を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物のＸ線回折パターンである。図５は、（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１０の個数比で混合した混合粉体を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物のＸ線回折パターンである。図２は、酸化イットリウムからなる構造物作製の原料粉体に使用した酸化イットリウム微粒子のＸ線回折パターンである。図３は酸化イットリウム焼結体（ＨＩＰ処理品）のＸ線回折パターンである。
【００３０】
上記方法により作製した酸化イットリウムからなる構造物の結晶構造は、立方晶系（ｃｕｂｉｃ）と単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）とを混在させた。一方、原料粉体および酸化イットリウム焼結体の結晶構造は立方晶系（ｃｕｂｉｃ）のみであった。
【００３１】
また、図１において、２θ＝２９°付近に見られる立方晶系（ｃｕｂｉｃ）に起因する最強ピーク強度と２θ＝３０°付近に見られる単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）に起因する最強ピーク強度から、単斜晶系の最強線強度／立方晶系の最強線強度の強度比は１．０４であった。
【００３２】
また、図５において、２θ＝２９°付近に見られる立方晶系（ｃｕｂｉｃ）に起因する最強ピーク強度と２θ＝３０°付近に見られる単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）に起因する最強ピーク強度から、単斜晶系の最強線強度／立方晶系の最強線強度の強度比は０．８０であった。
【００３３】
上記試料のビッカース硬度測定結果を表１に示す。ビッカース硬度は、ダイナミック超微小硬度計（ＤＵＨ−Ｗ２０１／島津製作所）を用いて、試験力５０ｇｆで測定した。立方晶系（ｃｕｂｉｃ）のみで構成されている酸化イットリウム焼結体よりも、本発明により作製した立方晶系（ｃｕｂｉｃ）と単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）が混在している酸化イットリウムからなる構造物の方が硬度が大きかった。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
本発明により作製した酸化イットリウム多結晶体から成る構造物（混合比１：１００）の密着強度を、以下に示す方法により測定した。酸化イットリウム多結晶体から成る構造物表面に、ＳＵＳ製の円柱ロッドをエポキシ樹脂を用いて１２０℃、１時間で硬化させ、円柱ロッドを卓上小型試験機（ＥＺ  Ｇｒａｐｈ／島津製作所製）を用いて９０°方向に引き倒し評価した。密着強度Ｆは次式により算出した。
Ｆ＝（４／πｒ３）×ｈ×ｆ
ここで、ｒは円柱ロッドの半径、ｈは円柱ロッドの高さ、ｆは剥離時の試験力である。
アルミニウム合金基材上に形成させた酸化イットリウム多結晶体から成る構造物の密着強度は、８０ＭＰａ以上で非常に優れた密着強度を有していた。
【００３６】
本発明により作製した酸化イットリウム多結晶体から成る構造物（混合比１：１０）の断面ＴＥＭ写真を図６に示す。酸化イットリウム多結晶体から成る構造物の一部が、石英ガラス基材の表面に食い込みアンカー部を形成していた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明により、（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１００の個数比で混合した混合粉体を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物のＸ線回折パターンである。
【図２】本発明の酸化イットリウムからなる構造物の作製に用いた原料粉体である酸化イットリウム微粒子のＸ線回折パターンである。
【図３】酸化イットリウム焼結体（ＨＩＰ処理品）のＸ線回折パターンである。
【図４】本発明の酸化イットリウムからなる構造物を作製する装置の概略図である。
【図５】本発明により、（酸化アルミニウム微粒子）：（酸化イットリウム微粒子）＝１：１０の個数比で混合した混合粉体を用いて作製した酸化イットリウムからなる構造物のＸ線回折パターンである。
【図６】本発明の酸化イットリウム多結晶体から成る構造物の断面ＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００３８】
１１…ガスボンベ
１２…搬送管
１３…エアロゾル発生器
１４…構造物形成装置
１５…ノズル
１６…基材
１７…ＸＹステージ
１８…排気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007131943.tif 000007
【図５】
2007131943.tif 000008
【図６】
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