特開 2024-72254 焼結体及びこれを含む部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024072254

(43)【公開日】2024-05-27

(54)【発明の名称】焼結体及びこれを含む部品

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023176312

(22)【出願日】2023-10-11

(31)【優先権主張番号】10-2022-0152866

(32)【優先日】2022-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】505232852

【氏名又は名称】エスケー エンパルス カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｅｎｐｕｌｓｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１０４３，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄａｅｒｏ，Ｐｙｅｏｎｇｔａｅｋ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ １７７８４， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】ミン、キョンヨル

(72)【発明者】

【氏名】チェ、ヨンス

(72)【発明者】

【氏名】ファン、ソンシク

(72)【発明者】

【氏名】キム、キョンイン

(72)【発明者】

【氏名】カン、ジュンクン

(72)【発明者】

【氏名】チェ、スマン

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA13

5F004AA16

5F004BB23

5F004DA01

5F004DA23

5F004DA26

(57)【要約】      （修正有）

【課題】エッチング対象に実質的に均一なプラズマ分布を誘導することができ、プラズマ耐エッチング性が向上した焼結体及びこれを含む部品を提供する。
【解決手段】焼結体は、炭化ホウ素を含み、表面で観察する際、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％である部分を含み、Ｘ線蛍光分析による、全体に対する炭素の含量が１８重量％～３０重量％であり、気孔率が５体積％以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化ホウ素を含み、
表面で観察する際、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％であり、
Ｘ線蛍光分析による、全体に対する炭素の含量が１８重量％～３０重量％であり、
気孔率が５体積％以下である、焼結体。

【請求項2】

全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ以下である結晶粒の体積比が１．５％～１５％である、請求項１に記載の焼結体。

【請求項3】

全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超である結晶粒の体積比が７．２％～３１％である、請求項１に記載の焼結体。

【請求項4】

平均結晶粒サイズが２μｍ～５μｍである、請求項１に記載の焼結体。

【請求項5】

気孔率が０．５体積％以下であり、
ホウ素及び炭素の含量が９７重量％以上である、請求項１に記載の焼結体。

【請求項6】

チャンバの圧力が１００ｍＴｏｒｒであり、プラズマ電力が８００Ｗであり、露出時間が３００分であり、前記チャンバ内のＣＦ_４ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量が１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量が２０ｓｃｃｍであるプラズマエッチング条件において、下記式１によるエッチング率が２％以下である、請求項１に記載の焼結体。
［式１］
エッチング率＝｛（エッチング前の厚さ－エッチング後の厚さ）／（エッチング後の厚さ）｝×１００％

【請求項7】

２５℃の熱伝導度が１８Ｗ／ｍＫ以上３３Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１に記載の焼結体。

【請求項8】

原料組成物をモールド内に装入して成形し、５００℃～１０００℃の温度で熱処理する炭化ステップと、
前記炭化ステップの後に、１９００℃～２１００℃の温度で熱処理する第１焼結ステップと、
前記第１焼結ステップの後に、２０００℃～２２３０℃の温度で熱処理する第２焼結ステップとを含み、
前記原料組成物は、炭化ホウ素及び焼結特性改善剤を含み、
前記第１焼結ステップ及び第２焼結ステップは、２５ＭＰａ～６０ＭＰａの圧力で行われる、焼結体の製造方法。

【請求項9】

前記原料組成物は、
炭化ホウ素、焼結特性改善剤及び溶媒を含む原料スラリーを噴霧乾燥して得た原料顆粒である、請求項８に記載の焼結体の製造方法。

【請求項10】

請求項１に記載の焼結体を含み、
プラズマ処理装置の内部に適用される、部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

具現例は、プラズマ耐エッチング性が向上した焼結体、及びこれを含むプラズマ処理装置の部品に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置は、チャンバの内部に上部電極及び下部電極が配置されており、下部電極上に半導体ウエハ、ガラス基板などが載置され、両電極間に電力を印加して動作する。上部電極と下部電極との間の電界によって加速された電子、電極から放出された電子、または加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突して、処理ガスのプラズマが発生する。このプラズマ中のラジカルやイオンのような活性種は、エッチング対象の表面に所望の微細加工を実現するようにし、例えば、エッチング加工を行うことができる。

【0003】

電子素子などの製造設計がますます微細化され、特にプラズマエッチングでは、より一層高い寸法精度が要求されており、顕著に高い電力が用いられている。このようなプラズマ処理装置には、プラズマの影響を受けるフォーカスリング（Ｆｏｃｕｓ Ｒｉｎｇ）が内蔵されている。

【0004】

プラズマ電力が高くなると、定在波が形成される波長効果、及び電極の表面において電界が中心部に集中する表皮効果などが形成され得る。これによって、プラズマ分布が、概ね、エッチング対象の中心部が極大となり、縁部位が最も低くなることで、基板上のプラズマ分布の不均一性がひどくなることがあり、微細電子素子の品質が低下するおそれがある。

【0005】

エッチング対象の外郭でエッチング対象を載置するフォーカスリングを介して、外郭の電場分布に影響を与えることができ、プラズマ分布の不均一性をある程度緩和することができる。しかし、プラズマ処理時間に比べてフォーカスリングのエッチング率が高い方であり、エッチングによってプラズマ分布にも影響を及ぼすことがある。このようなフォーカスリングの耐エッチング性及び交換周期を高めることができ、工程の効率化を達成することができる改善案が必要である。

【0006】

前述した背景技術は、発明者が具現例の導出のために保有していた、または導出過程で習得した技術情報であって、必ずしも本発明の出願前に一般公衆に公開された公知技術であるとは限らない。

【0007】

関連する先行技術として、韓国登録特許第１０－２２６２３４０号に開示された"炭化ホウ素素材"、韓国公開特許第１０－２０２０－００１９０６８号に開示された"炭化ホウ素焼結体及びこれを含むエッチング装置"などがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

具現例の目的は、エッチング対象に実質的に均一なプラズマ分布を誘導することができ、プラズマ耐エッチング性が向上した焼結体、及びこれを含む部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、具現例に係る焼結体は、
炭化ホウ素を含み、表面で観察する際、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％である部分を含み、Ｘ線蛍光分析による、全体に対する炭素の含量が１８重量％～３０重量％であり、気孔率が５体積％以下であってもよい。

【0010】

一具現例において、前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ以下である結晶粒の体積比が１．５％～１５％であってもよい。

【0011】

一具現例において、前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超である結晶粒の体積比が７．２％～３１％であってもよい。

【0012】

一具現例において、前記焼結体は、平均結晶粒サイズが２μｍ～５μｍであってもよい。

【0013】

一具現例において、前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下であり、ホウ素及び炭素の含量が９７重量％以上であってもよい。

【0014】

一具現例において、前記焼結体は、チャンバの圧力が１００ｍＴｏｒｒであり、プラズマ電力が８００Ｗであり、露出時間が３００分であり、前記チャンバ内のＣＦ_４ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量が１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量が２０ｓｃｃｍであるプラズマエッチング条件において、下記式１によるエッチング率が２％以下であってもよい。

【0015】

［式１］
エッチング率＝｛（エッチング前の厚さ－エッチング後の厚さ）／（エッチング後の厚さ）｝×１００％

【0016】

一具現例において、前記焼結体は、２５℃の熱伝導度が１８Ｗ／ｍＫ以上３３Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。

【0017】

上記の目的を達成するために、具現例に係る焼結体の製造方法は、
原料組成物をモールド内に装入して成形し、５００℃～１０００℃の温度で熱処理する炭化ステップと、
前記炭化ステップの後に、１９００℃～２１００℃の温度で熱処理する第１焼結ステップと、
前記第１焼結ステップの後に、２０００℃～２２３０℃の温度で熱処理する第２焼結ステップとを含み、
前記原料組成物は、炭化ホウ素及び焼結特性改善剤を含み、
前記第１焼結ステップ及び第２焼結ステップは、２５ＭＰａ～６０ＭＰａの圧力で行われてもよい。

【0018】

一具現例において、前記原料組成物は、炭化ホウ素、焼結特性改善剤及び溶媒を含む原料スラリーを噴霧乾燥して得た原料顆粒であってもよい。

【0019】

上記の目的を達成するために、具現例に係る部品は、
前記の焼結体を含み、プラズマ処理装置の内部に適用されてもよい。

【発明の効果】

【0020】

具現例に係る焼結体は、高い緻密化度、低い気孔率を有し、均一な結晶粒サイズ分布を有することで、良好な物理的特性を示すことができ、優れたプラズマ耐エッチング性を確保することができる。また、プラズマ耐エッチング性を安定的に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】（ａ）は、電解エッチング前の実施例１の焼結体の表面を示したものであり、（ｂ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面を示したものであり、（ｃ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面の識別可能な結晶粒を色で区別して示したものである。

【図2】（ａ）は、電解エッチング前の実施例３の焼結体の表面を示したものであり、（ｂ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面を示したものであり、（ｃ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面の識別可能な結晶粒を色で区別して示したものである。

【図3】（ａ）～（ｃ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング後のサンプルを撮影したものであり、（ｄ）は、比較例１のプラズマエッチング後のサンプルを撮影したものである。

【図4】（ａ）は、電解エッチング前の実施例１の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものであり、（ｂ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものである。

【図5】（ａ）は、電解エッチング前の実施例３の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものであり、（ｂ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものである。

【図6】（ａ）～（ｃ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング前の表面状態を示したものであり、（ｄ）～（ｆ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング後の表面状態を示したものである。

【図7】（ａ）は、プラズマエッチング前の比較例１の表面状態を示したものであり、（ｂ）は、プラズマエッチング後の比較例１の表面状態を示したものである。

【発明を実施するための最良の形態】

【0022】

以下、発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、一つ以上の具現例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、具現例は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似の部分に対しては同一の図面符号を付した。

【0023】

本明細書において、ある構成が他の構成を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、それ以外の他の構成を除くものではなく、他の構成をさらに含むこともできることを意味する。

【0024】

本明細書において、ある構成が他の構成と「連結」されているとするとき、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、「それらの間に他の構成を介在して連結」されている場合も含む。

【0025】

本明細書において、Ａ上にＢが位置するという意味は、Ａ上に直接当接してＢが位置するか、またはそれらの間に他の層が位置しながらＡ上にＢが位置することを意味し、Ａの表面に当接してＢが位置することに限定されて解釈されない。

【0026】

本明細書において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される１つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される１つ以上を含むことを意味する。

【0027】

本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」の記載は、「Ａ、Ｂ、または、Ａ及びＢ」を意味する。

【0028】

本明細書において、「第１」、「第２」又は「Ａ」、「Ｂ」のような用語は、特に説明がない限り、同一の用語を互いに区別するために使用される。

【0029】

本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。

【0030】

焼結体
前記の目的を達成するために、具現例に係る焼結体は、
炭化ホウ素を含み、
表面で観察する際、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％である部分を含み、
Ｘ線蛍光分析による、全体に対する炭素の含量が１８重量％～３０重量％であってもよい。

【0031】

前記焼結体の炭化ホウ素は、実質的にＢ_４Ｃであってもよい。

【0032】

前記焼結体は、炭化ホウ素をベースとして、一部のケイ素、酸素、酸化ホウ素などをさらに含むこともできる。前記焼結体の炭化ホウ素以外の物質は、二次相の形態で存在することもできる。

【0033】

前記焼結体は炭化ホウ素結晶粒を含むことができ、前記炭化ホウ素結晶粒は、前記焼結体の表面でも観察され得る。

【0034】

前記焼結体は、加圧焼結を通じて製造されるにもかかわらず、一定レベルに制御された結晶粒サイズを有することができる。

【0035】

前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％であってもよく、または６３％～８３％であってもよい。

【0036】

前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ以下である結晶粒の体積比が１．５％～１５％であってもよく、または２％～１３．８％であってもよい。

【0037】

前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超である結晶粒の体積比が７．２％～３１％であってもよく、または１０．２％～２９％であってもよい。

【0038】

前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超５μｍ以下である結晶粒の体積比が２５％～４３．８％であってもよく、または２７％～４１．８％であってもよい。

【0039】

前記焼結体は、全結晶粒に対して結晶粒サイズが５μｍ超である結晶粒の体積比が７．７％～１２．５％であってもよく、または８．７％～１０．６％であってもよい。

【0040】

前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下、または相対密度が９９．５％以上に制御されたものにおいて、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ超４μｍ以下である結晶粒の体積比が６１％～８６％であってもよく、または６３％～８３％であってもよい。

【0041】

前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下、または相対密度が９９．５％以上に制御されたものにおいて、全結晶粒に対して結晶粒サイズが１μｍ以下である結晶粒の体積比が０．５％～４．５％であってもよく、または１％～４％であってもよい。

【0042】

前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下、または相対密度が９９．５％以上に制御されたものにおいて、全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超である結晶粒の体積比が２０．８％～３１．３％であってもよく、または２３．５％～２８．７％であってもよい。

【0043】

前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下、または相対密度が９９．５％以上に制御されたものにおいて、全結晶粒に対して結晶粒サイズが４μｍ超５μｍ以下である結晶粒の体積比が１３．１％～１９．７％であってもよく、または１４．８％～１８％であってもよい。

【0044】

前記焼結体は、気孔率が０．５体積％以下、または相対密度が９９．５％以上に制御されたものにおいて、全結晶粒に対して結晶粒サイズが５μｍ超である結晶粒の体積比が５％～１３％であってもよく、または７．７％～１１．６％であってもよい。

【0045】

前記焼結体は、平均結晶粒サイズが１μｍ～５μｍであってもよく、または１．５μｍ～４．５μｍであってもよい。

【0046】

前記焼結体の結晶粒サイズの分析は、下記実験例に記載された方法を通じて行われ得、表面で観察されたものを基準とすることができる。

【0047】

このような特徴を有する焼結体は、高い緻密化度、低い気孔率を有し、均一な結晶粒サイズ分布を有することで、良好な物理的特性を示すことができ、優れたプラズマ耐エッチング性を確保することができる。また、プラズマ耐エッチング性を安定的に維持することができる。

【0048】

前記焼結体は、ホウ素及び炭素（Ｂ、Ｃ）を基準として、純度が９７％以上であってもよく、または９８．１％以上であってもよい。

【0049】

前記純度は、Ｘ線蛍光分析（ＸＲＦ）による重量を基準として評価する。

【0050】

前記焼結体は、Ｘ線蛍光分析（ＸＲＦ）による、全体に対する炭素の含量が１８重量％～３０重量％であってもよく、または１９重量％～２８重量％であってもよい。前記焼結体は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の化学量論的炭素含量において追加の炭素がさらに含まれないこともできる。

【0051】

前記焼結体は、Ｘ線蛍光分析による、全体に対するホウ素の含量が７０重量％～８０重量％であってもよく、または７３重量％～７９重量％であってもよい。

【0052】

前記焼結体は、Ｘ線蛍光分析による、全体に対する酸素の含量が０．１重量％～１．２重量％であってもよく、または０．２重量％～１重量％であってもよい。

【0053】

前記焼結体は、Ｘ線蛍光分析による、全体に対するケイ素の含量が０．１重量％～１重量％であってもよく、または０．２重量％～０．８重量％であってもよい。

【0054】

前記焼結体は、このようなその他の元素の含量を有することによって、より一層緻密化度を向上させることができる。

【0055】

前記焼結体は、金属性不純物が４００ｐｐｍ以下含まれてもよく、または２００ｐｐｍ以下含まれてもよい。前記金属性不純物は、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム、鉄、ニッケルなどを含むことができる。

【0056】

前記焼結体は、曲げ強度が３８１ＭＰａ～５７１ＭＰａであってもよく、または４２８ＭＰａ～５２４ＭＰａであってもよい。

【0057】

前記焼結体は、ビッカース硬度が２６ＧＰａ～３９ＧＰａであってもよく、または２９ＧＰａ～３６ＧＰａであってもよい。

【0058】

前記焼結体は、熱伝導度が１８．４Ｗ／ｍＫ～２７．６Ｗ／ｍＫであってもよく、２１Ｗ／ｍＫ～２５Ｗ／ｍＫであってもよい。

【0059】

このような特徴を有する焼結体は、プラズマ処理装置の部品に適用する際に、良好な信頼性及び耐久性を示すことができ、プラズマ耐エッチング性の維持に役立ち得る。

【0060】

前記焼結体は、チャンバの圧力が１００ｍＴｏｒｒであり、プラズマ電力が８００Ｗであり、プラズマ露出時間が３００分であり、前記チャンバ内のＣＦ_４ガスの流量が５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量が１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量が２０ｓｃｃｍであるプラズマエッチング条件において、下記式１によるエッチング率が２％以下であってもよい。

【0061】

［式１］
エッチング率＝｛（エッチング前の厚さ－エッチング後の厚さ）／（エッチング後の厚さ）｝×１００％

【0062】

前記焼結体は、前記エッチング率が２％以下であってもよく、１．７％以下であってもよく、１．４５％以下であってもよく、または１．４％以下であってもよい。前記エッチング率は０．１％以上であってもよい。

【0063】

前記焼結体は、このようなプラズマ耐エッチング性を有し、また、粗大結晶粒の特性を有することによって、プラズマ処理工程でパーティクルの発生を最大限抑制することができる。

【0064】

前記焼結体は、前記プラズマエッチング条件を基準として、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により設けられた炭化ケイ素の前記エッチング率と比較して２０％以上低減されたエッチング率を有することができ、または３２％以上低減されたエッチング率を有することができる。

【0065】

前記焼結体は、相対密度が９５％以上であってもよく、９７％以上であってもよく、または９９％以上であってもよい。前記相対密度は９９．９％以下であってもよい。前記焼結体は、相対的に均一でかつ制御された結晶粒サイズを示すと共に、優れた相対密度を有することができる。前記相対密度は、完全に密な状態を１００％とするとき、焼結体の相対的な密度を百分率で示したものである。

【0066】

部品
前記の目的を達成するために、具現例に係る部品は、
前記の焼結体を含み、
プラズマ処理装置の内部に適用され得る。

【0067】

前記部品は、前記焼結体を、プラズマに露出され得る表面の一部に含んでいてもよく、または全域に含んでいてもよい。

【0068】

前記部品は、前記焼結体を表面に含むことができ、表面の内部は他のセラミック素材（炭化ケイ素、ケイ素など）を含むこともできる。

【0069】

前記部品は、プラズマエッチング過程でプラズマイオンの流れに影響を与えることができる部品であり得、例示的にフォーカスリングなどであってもよい。前記フォーカスリングは、プラズマ処理装置内にウエハが配置される際に、ウエハの縁部を支持するための支持体として適用され得る。

【0070】

前記部品は、前記の焼結体を含むことで、良好なプラズマ耐エッチング性を確保することができ、部品の交換頻度を低減することができ、収率に否定的な影響を与え得るパーティクルの発生を効果的に防止することができる。

【0071】

焼結体の製造方法
前記の目的を達成するために、具現例に係る焼結体の製造方法は、
原料組成物をモールド内に装入して成形し、５００℃～１０００℃の温度で熱処理する炭化ステップと、
前記炭化ステップの後に、１９００℃～２１００℃の温度で熱処理する第１焼結ステップと、
前記第１焼結ステップの後に、２０００℃～２２３０℃の温度で熱処理する第２焼結ステップとを含み、
前記原料組成物は、炭化ホウ素及び焼結特性改善剤を含み、
前記第１焼結ステップ及び第２焼結ステップは、２５ＭＰａ～６０ＭＰａの圧力で行われてもよい。

【0072】

前記原料組成物は、炭化ホウ素、焼結特性改善剤及び溶媒を含む原料スラリーを噴霧乾燥して得られる原料顆粒であってもよい。

【0073】

前記原料組成物の炭化ホウ素は粉末状であり得、粉末全体に対してホウ素及び炭素の含量が９８重量％以上の純度を有する粉末であってもよい。

【0074】

前記原料組成物は、別途の炭素系物質をさらに含むこともでき、前記炭素系物質は高分子樹脂であり得、高分子樹脂が炭化した形態であってもよい。例示的に、フェノール系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などであってもよい。

【0075】

前記原料組成物の焼結特性改善剤は酸化ホウ素、バインダーなどを含むことができ、前記バインダーはアクリル系樹脂を含むことができる。

【0076】

前記原料組成物の溶媒は、水、アルコール系物質などを含むことができ、前記原料スラリー全体を基準として６０体積％～８０体積％で含むことができる。

【0077】

前記原料スラリーは、ボールミルなどの撹拌過程を通じて製造され得、５時間～２０時間の間高分子ボールなどを通じてボールミル撹拌過程が行われ得る。

【0078】

前記成形体は、原料をモールドに注入し、加圧して得ることができ、冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）などを適用して得ることができる。このとき、圧力は１００ＭＰａ～２００ＭＰａであってもよい。

【0079】

前記成形体は、不必要な部分を除去する加工過程が適用され得る。

【0080】

前記第１焼結ステップの温度は１９００℃～２１００℃であってもよく、または１９５０℃～２０５０℃であってもよい。

【0081】

前記第２焼結ステップの温度は２０００℃～２２３０℃であってもよく、または２０８０℃～２１８０℃であってもよい。

【0082】

前記第２焼結ステップの温度は、前記第１焼結ステップの温度よりも高くすることができる。このような温度を適用して、より均一な結晶粒特性及び機械的物性を有する焼結体を得ることができる。

【0083】

前記第１焼結ステップの熱処理温度までの昇温は１０時間～１５時間行われてもよい。

【0084】

前記第１焼結ステップは０．５時間～２時間行われてもよい。

【0085】

前記第２焼結ステップの熱処理温度までの昇温は２時間～５時間行われてもよい。

【0086】

前記第２焼結ステップは０．５時間～３時間行われてもよい。

【0087】

前記第２焼結ステップの後に、常温に冷却する冷却ステップが行われ得、１０時間～１５時間行われてもよい。

【0088】

このような前記焼結ステップを通じて、均一でかつ制御された結晶粒を有する焼結体を製造することができ、良好な緻密化度を達成することができる。

【0089】

前記第２焼結ステップを通じて得られた焼結体は、追加的に形状加工が適用され得る。

【0090】

前記第１焼結ステップは、熱処理温度に到達するまで所定の昇温速度が適用され得、前記昇温速度は１℃／分～１０℃／分であってもよく、または２℃／分～５℃／分であってもよい。

【0091】

前記第２焼結ステップは、熱処理温度に到達するまで所定の昇温速度が適用され得、前記昇温速度は０．１℃／分～５℃／分であってもよく、または０．２℃／分～１℃／分であってもよい。

【0092】

前記第２焼結ステップの後に、冷却ステップで所定の降温速度が適用され得、前記降温速度は－１０℃／分～－１℃／分であってもよく、または－５℃／分～－２℃／分であってもよい。

【0093】

前記第１焼結ステップ及び第２焼結ステップは、２５ＭＰａ～６０ＭＰａの圧力で行われてもよく、または３０ＭＰａ～５０ＭＰａの圧力で行われてもよい。このとき、前記第２焼結ステップの圧力が第１焼結ステップの圧力よりも大きくてもよい。このような圧力を適用して、焼結体の良好な緻密化度を得ることができる。

【0094】

以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。下記の実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。

【0095】

実施例１－焼結体の製造１
全体１００体積部に対して、Ｃｈｉｎａ Ａｂｒａｓｉｖｅ社の炭化ホウ素粉末１４体積部、エタノール溶媒７０体積部を混合し、前記粉末と溶媒を混合したものの１００重量部に対して、アクリル系バインダー２重量部を混合した組成物を配合機に入れ、ボールミル方式で混合して原料スラリーを製造した。この原料スラリーをノズルを介して噴霧乾燥処理して原料顆粒を得、加圧焼結装置のカーボンモールドに原料顆粒を充填した。原料顆粒が充填されたカーボンモールドを８００℃の温度で熱処理して炭化ステップを行った。その後、昇温速度３℃／分で１９００℃まで昇温させ、次いで、１９００℃で３０ＭＰａの圧力で１時間熱処理する第１焼結ステップを行った。その後、０．５℃／分で２０００℃まで昇温させ、次いで、２０００℃で３５ＭＰａの圧力で０．５時間熱処理する第２焼結ステップを行った。その後、常温（２５℃）まで３℃／分で冷却する冷却ステップを行って、相対密度が９５％である焼結体を製造した。

【0096】

実施例２－焼結体の製造２
前記実施例１において、第２焼結ステップの条件を２１００℃、３５ＭＰａ、１時間に変更して、相対密度が９７％である焼結体を製造した。

【0097】

実施例３－焼結体の製造３
前記実施例１において、第２焼結ステップの条件を２１３０℃、４０ＭＰａ、１．５時間に変更して、相対密度が９９．９％である焼結体を製造した。

【0098】

比較例１－化学気相蒸着法で製造
化学気相蒸着法（ＣＶＤ）で製造されたＫＮＪ社の炭化ケイ素を用意した。

【0099】

前記実施例及び比較例を簡単に表１で示した。

【0100】

【表1】

【0101】

実験例－焼結体の電解エッチングを通じた結晶粒及び組成の分析
前記実施例３で製造された焼結体を、ＫＯＨ２体積％溶液、１２～２０ｓｃｃｍの流量、５秒の時間、４０～５１Ｖの電圧の条件下で電解エッチングを行い、その後、超音波洗浄を２０分間行った。電解エッチングの前後の表面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通じて、任意の３つの領域の表面位置を５０００倍率で撮影し、結晶粒のサイズ別の体積比率を分析し、電解エッチングの前後において一部の位置（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）による組成を分析し、図１、図２、図４、図５及び表２～表６などに示した。

【0102】

【表2】

【0103】

【表3】

【0104】

【表4】

【0105】

【表5】

【0106】

【表6】

【0107】

図１（ａ）は、電解エッチング前の実施例１の焼結体の表面を示したものであり、図１（ｂ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面を示したものであり、図１（ｃ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面の識別可能な結晶粒を色で区別して示したものである。赤色は１μｍ以下、黄緑色は１μｍ超２μｍ以下、青色は２μｍ超３μｍ以下、黄色は３μｍ超４μｍ以下、空色は４μｍ超５μｍ以下、紫色は５μｍ超６μｍ以下を示す。

【0108】

図２（ａ）は、電解エッチング前の実施例３の焼結体の表面を示したものであり、図２（ｂ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面を示したものであり、図２（ｃ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面の識別可能な結晶粒を色で区別して示したものである。色の区分は上述した条件と同一である。

【0109】

図４（ａ）は、電解エッチング前の実施例１の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものであり、図４（ｂ）は、電解エッチング後の実施例１の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものである。

【0110】

図５（ａ）は、電解エッチング前の実施例３の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものであり、図５（ｂ）は、電解エッチング後の実施例３の焼結体の表面及び組成の測定位置を示したものである。

【0111】

表２と図１及び図２の（ａ）～（ｃ）を参照すると、実施例１及び３の焼結体は、数μｍの結晶粒が均一に分布しており、６μｍを超えるか、または１μｍ以下のサイズを有する結晶粒はほとんどないことを確認した。

【0112】

表３～表６、図４（ａ）～（ｃ）及び図５（ａ）～（ｃ）を参照すると、実施例１の焼結体は、電解エッチング前及び電解エッチング後の表面で炭化ホウ素だけでなく、一部の酸素、ケイ素、スズなどを確認することができ、実施例３の焼結体は、炭化ホウ素だけでなくケイ素などを確認することができる。

【0113】

実験例－Ｘ線蛍光分析（ＸＲＦ）
前記実施例３及び比較例１のサンプルのＸ線蛍光分光法（ＸＲＦ）を、Ｒｉｇａｋｕ社のＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓ機器を活用して行い、その結果を表７に示した。

【0114】

【表7】

【0115】

表７を参照すると、実施例３の焼結体は、およそ７８．１重量％のホウ素、２０．１重量％の炭素を含み、一部の酸素、ケイ素などを含むことが分かる。

【0116】

実験例－プラズマエッチング率の測定
前記実施例１～３及び比較例１の焼結体サンプルのプラズマエッチング率を、次の条件で測定し、その結果を表８、図３、図６、図７などに示した。

【0117】

プラズマエッチングの条件
チャンバの圧力：１００ｍＴｏｒｒ、プラズマ電力：８００Ｗ、露出時間：３００分、ＣＦ_４ガスの流量：５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量：１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量：２０ｓｃｃｍ

【0118】

図３（ａ）～（ｃ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング後のサンプルを撮影したものであり、図３（ｄ）は、比較例１のプラズマエッチング後のサンプルを撮影したものである。

【0119】

図６（ａ）～（ｃ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング前の表面状態を示したものであり、図６（ｄ）～（ｆ）は、順に、それぞれ実施例１～３のプラズマエッチング後の表面状態を示したものである。

【0120】

図７（ａ）は、プラズマエッチング前の比較例１の表面状態を示したものであり、図７（ｂ）は、プラズマエッチング後の比較例１の表面状態を示したものである。

【0121】

【表8】

＊エッチング率：｛（エッチング前の厚さ－エッチング後の厚さ）／（エッチング後の厚さ）｝×１００％

【0122】

表８を参照すると、実施例１～３の場合、ＣＶＤで製造された炭化ケイ素よりもプラズマ耐エッチング性に優れることを確認できる。

【0123】

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】