KR102262340B1 - 탄화붕소 소재 - Google Patents

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KR102262340B1
KR102262340B1 KR1020200081411A KR20200081411A KR102262340B1 KR 102262340 B1 KR102262340 B1 KR 102262340B1 KR 1020200081411 A KR1020200081411 A KR 1020200081411A KR 20200081411 A KR20200081411 A KR 20200081411A KR 102262340 B1 KR102262340 B1 KR 102262340B1
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Abstract

본 발명은, 탄화붕소 소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로, X-선 회절 피크에서 (110)면의 피크가 최대 회절 강도를 갖는, 탄화붕소 소재에 관한 것이다.

Description

탄화붕소 소재{BORON CARBIDE MATERIAL}
본 발명은, 탄화붕소 소재에 관한 것으로, 기계적 특성이 개선된 탄화붕소 소재에 관한 것이다.
반도체 공정에서 사용되고 있는 세라믹스 부품의 주요 소재는 석영(Quartz), 탄화규소(SiC), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등이 있으며 이들 소재 중 탄화규소는 강한 공유결합으로 다른 재료에 비해 열전도율과 경도가 높고, 내마모성, 고온강도 및 내화학성이 우수하기 때문에 하부 전극, 포커스 링, 샤워헤드 등의 플라즈마 처리 장치용 부품 소재로 쓰이고 있다.
하지만, 반도체 공정의 미세화, 고집적화, 다층화에 따른 플라즈마 에칭공정에서 보다 높은 정밀도와 에칭 깊이가 요구되며 차세대 반도체 장비, 공정시간 단축을 통한 생산성 증가를 위해 고출력의 RF 파워를 적용을 위하여 탄화규소보다 높은 내플라즈마 특성과 파티클 생성을 최소화할 수 있는 고순도 소재의 요구가 증대되고 있다.
더욱이, 에처 장비의 부품으로는 주로 실리콘과 CVD SiC가 사용되고 있으며, 반도체 에칭 깊이의 증가에 따라서 높은 파워를 사용하게 되어 보다 우수한 내플라즈마 특성을 가지는 소재가 요구되고 있다.
최근에는 대체 재료로 탄화붕소 소재에 대한 관심이 높아지고 있고, 탄화붕소 소재는, 기계화학적 우수성으로 인하여 연마재, 내마모성 부품, 절단 공구 및 다이, 군사용 재료, 중성자 차폐 재료 등에 다양하게 쓰이는 고부가가치의 기능재료로 연구되어 왔다. 일반적으로 상용소재로 시중에 판매되는 소결 탄화붕소 소재는 (021) 결정면 우선성장을 나타내고 있고, 소결 방식에 따라 미세 구조에서 다수의 기공 및 미세크랙이 확인되어 반도체 공정의 부품 소재로 적용하기에는 기공 및 미세크랙에 의한 부분적인 기계적 특성 저하 및 소재의 신뢰성 저하의 발생이 우려된다. 이에 반도체 공정과 같은 플라즈마에 노출되는 극한 환경에서 신뢰성 있는 내플라즈마 및 기계적 특성을 갖는 탄화붕소 소재의 개발이 필요하다.
본 발명은, 결정면의 우선 성장 방향을 제어함으로써 기계적 특성 및 내플라즈마 특성이 개선된 탄화붕소 소재를 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 탄화 붕소 소재를 포함하고, 플라즈마 환경에 적용되는 내플라즈마 부품을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, X-선 회절 피크에서 (110)면의 피크가 최대 회절 강도를 갖는, 탄화붕소 소재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 1에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.01 내지 0.4 미만인 것일 수 있다.
[식 1]
회절 강도비(I)= [(101)면, (012)면 및 (021)면 중 적어도 하나의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 2에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.3 내지 1 미만인 것일 수 있다.
[식 2]
회절 강도비(I)= [(220)면의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는 결정립의 크기가 55 nm 내지 75 nm인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 (110)면의 피크의 2(θ값은, 31 내지 32인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, CVD 증착으로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재의 비커스 경도는, 3500 kgf/mm2 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, X-선 회절 피크에서 (110)면의 피크가 최대 회절 강도를 갖는, 탄화붕소 소재를 포함하는, 제품에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상기 제품은, 플라즈마 환경에서 사용되는, 반도체 제조장치의 부품인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 부품은, 포커스링 또는 플라즈마 전극인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제품은, 절삭 공구, 하드디스크 보호막 또는 방탄 제품인 것일 수 있다.
본 발명은, 제조 시, 예를 들어, CVD로 제조 시 탄화붕소 결정면의 우선 성장 방향을 (110) 방향으로 제어함으로써, 내플라즈마 특성을 개선시킬뿐 아니라, 기계적 특성이 개선된 탄화붕소 소재를 제공할 수 있다.
본 발명은, 고강도 특성이 요구되거나 또는 플라즈마 환경에 적용되고, 소재 신뢰성을 갖는 장치, 시스템 등의 부품으로 활용하기 위한 탄화붕소 소재를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예의 CVD B4C 소재의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 비교예의 CVD SiC 소재의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) 실시예의 CVD B4C 소재, (b) 상용제품인 소결 B4C 소재 및 (c) 비교예의 CVD SiC 소재의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재 및 실리콘 소재 시편의 내플라즈마 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재, 상용제품인 소결 B4C 소재 및 실리콘 소재의 비커스 경도(Hv)를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실시예의 CVD B4C 소재 및 상용제품인 소결 B4C 소재의 결정립 크기 및 반치폭을 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 탄화붕소 소재에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, 탄화붕소 결정의 우선 성장 방향을 제어함으로써, 우수한 내플라즈마 특성 및 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, X-선 회절 피크에서 (110)면; 및 (012)면, (021)면 및 (220)면 중 적어도 하나; 를 주피크로 포함하고, 상기 탄화붕소 소재는, X-선 회절 피크에서 상기 (110)면이 우선 성장 방향(결정배향)으로 성장되어 X-선 회절 피크에서 최대 회절 강도를 나타낼 수 있다. 상기 탄화붕소 소재의 우선 성장 방향의 제어를 통하여 고순도 및 기공이 거의 없고, 미세 크랙 발생이 최소화된 치밀한 구조를 형성하고, 우수한 내플라즈마 특성 및 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
일 예로, 상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 1에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.01 내지 0.4 미만 일 수 있고, 상기 (110)면의 최대 회절 강도로 성장함으로써, 내플라즈마 특성의 개선뿐만 아니라 경도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
[식 1]
회절 강도비(I)= [(101)면, (012)면 및 (021)면 중 적어도 하나의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
일 예로, 상기 탄화붕소 소재는, X-선 회절 피크에서 (110)면 및 (220)면을 주피크로 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 (110)면의 피크의 2(θ) 값은, 31 내지 32이고, 상기 (220)면의 피크의 2(θ) 값은, 66 내지 67일 수 있다.
상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 2에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.3 내지 1 미만일 수 있고, 상기 (110)면의 최대 회절 강도로 성장함으로써, 내플라즈마 특성의 개선뿐만 아니라 경도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
[식 2]
회절 강도비(I)= [(220)면의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는, 제조 시 공정 조건, 예를 들어, 공정 온도를 제어하여 탄화붕소 결정의 우선 성장 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화붕소 소재는, CVD 공정에 의해서 탄화붕소 결정에서 (110) 결정면이 우선 성장방향으로 성장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는 결정립의 크기가 55 nm 내지 75 nm인 것일 수 있다. 상기 결정립의 크기는, X선 회절 분석에서 우선성장 피크의 반치폭(FWHM)을 기준으로 쉘러 식(Scherrer equation)을 사용하여 측정된 것일 수 있다.
상기 반치폭은, X선 회절 분석에서 나타난 우선성장 피크의 반값 폭을 의미할 수 있으며, 상기 쉘러 식(Scherrer equation)은 반응식 1로 표시되는 식을 의미할 수 있다.
[반응식 1]
Scherrer equation, grian size[nm] = 0.9 x (λ/( B x cosθ))
여기서, λ는 X선 회절분석의 측정 파장이고, B는 우선성장 피크의 반치폭(rad)이며, θ는 우선성장 피크의 angle 값(rad)을 의미한다.
상기 결정립의 크기는, X선 회절분석 및 쉘러식을 이용하여 명확하고 정밀하게 제어될 수 있으며, 이를 통해 공정 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은, 0.11 내지 0.15일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는 벌크재이거나 부재 상의 적어도 일부분 또는 전체 상에 코팅된 표면층일 수 있다. 상기 탄소붕소 소재는, B2C, B3C, B5C, B13C2, B13C3, B50C2 등의 다양한 조성으로 이루어진 B와 C의 화합물을 포함하고, 바람직하게는 B4C일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는, 플라즈마 환경 내에서 내플라즈마 성능을 나타낼 수 있고, 상기 플라즈마 환경은, 반도체 제조 공정에서 발생하는 환경일 수 있다. 예를 들어, RF 파워 1,000 W 이상, 8,000 W 이상, 10,000 W 이상 및 CF4, C3F8 등의 플루오린계열 및/또는 HCl 등의 클로라이드 계열의 가스를 포함하는 분위기일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는, CVD SiC, 실리콘 웨이퍼 또는 이 둘에 비하여 플라즈마에 의한 식각률이 낮고, CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD SiC 대비 32% 내지 36% 또는 실리콘 소재 대비 68% 내지 71 %의 식각 개선율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탄화붕소 소재는, 비커스 경도(Hv) 3500kgf/mm2 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화붕소 소재는, 내플라즈마 특성 및/또는 고경도를 유구하는 제품에 적용될 수 있다.
상기 제품은, 플라즈마 환경에 적용되는 부품에 적용될 수 있고, 상기 부품은, 1000 W 이상, 8000 W 이상, 10,000 W 이상의 파워의 플라즈마 환경에 적용될 수 있다.
상기 부품은, 플라즈마 발생, 플라즈마 처리 등을 위한 장치 또는 시스템에 적용되고, 예를 들어, 반도체 제조 공정을 위한 장비 또는 시스템, 플라즈마 발생 장치 또는 시스템 등에 적용될 수 있고, 예를 들어, 포커스링, 샤우헤드 등의 플라즈마 전극 등과 같은 반도체 제조장치 부품일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 탄화붕소 소재는, 고경도가 요구되는 절삭 공구와 같은 내마모 공구, 하드디스크 보호막 및 방탄소재 또는 제품에 사용될 수 있다. 상기 방탄제품은, 방탄조끼, 헬멧, 승용차, 선박, 컨테이너, 항공기, 우주항공선, 헬리콥터 및 군사장비의 구조용 부재 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
실시예
1000 ℃ 내지 1700 ℃ 에서 CVD 공정으로 B4C 소재를 제조하였다.
비교예
1000 ℃ 내지 1700 ℃에서 CVD 공정으로 SiC 소재를 제조하였다.
특성 분석
(1) 결정 구조(XRD 패턴 분석)
실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재의 X선-회절을 측정하여 도 1 내지 도 2에 나타내었다.
실시예의 CVD B4C 소재는 (110) 결정면이 우선 성장 방향으로 성장되어 XRD 패턴에서 최대 회절 강도 값을 나타내고, 상용제품인 소결 B4C 소재는 (021) 결정면이 우선 성장되어 XRD 패턴에서 최대 회절 강도 값을 갖는 것을 알 수 있다.
(2) 표면 미세 구조(SEM 분석)
실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재 및 상용제품인 소결 B4C 소재의 SEM 이미지를 측정하여 도 3에 나타내었다. 도 3에서 (a) 실시예의 CVD B4C 소재, (b) 상용제품인 소결 B4C 소재 및 (c) 비교예의 CVD SiC 소재의 SEM 이미지이며, 실시예의 CVD B4C 소재는 기공, 크랙 등이 최소화되거나 거의 없이 치밀한 표면 미세 구조를 갖는 것을 확인할 수 있으나, 비교예의 CVD SiC 소재 및 상용제품인 소결 B4C 소재는 미세 기공, 크랙 등이 두드러지게 형성된 것을 확인할 수 있다.
(3) 내플라즈마 특성 분석(플라즈마 식각속도 테스트)
실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재 및 Si 소재별 플라즈마 식각속도를 측정하였다. RF Power 500W, 가스(CF4 30sccm, Ar 10sccm) 및 진공압력(10 mtorr)의 식각조건에서 에칭 테스트를 5시간 동안 진행하여 식각량을 분석하였고, 그 결과는 표 1 및 도 4에 나타내었다. 실시예의 CVD B4C 소재는, CVD SiC 대비 식각 개선율이 32~36%로 CVD-SiC보다 우수한 플라즈마 내식성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
상기 플라즈마 식각 개선율은 하기 식 3에 의해 계산될 수 있다.
[식 3]
플라즈마 식각 개선율(%) =(((플라즈마에 의한 기준 물질 식각량)-(플라즈마에 의한 비교 물질의 식각량))/(플라즈마 의한 기준 물질 식각량))x100
여기서, 플라즈마에 의한 식각량은 동일한 플라즈마 식각 조건에 의해 측정된 값이다.
즉, SiC대비 CVD B4C의 식각개선율은 (((SiC식각량 - CVD B4C 식각량))/(SiC 식각량))x100%으로 계산되어진다.
Etching Rate[μm/hr.]
Sample 1 2 3 Avg.
CVD-B4C 3.83 3.69 3.61 3.71
CVD-SiC 5.7 5.7 5.71 5.70
Silicon 11.98 12.06 12.23 12.09
Si 대비 식각 개선율 68.0% 69.4% 70.5% 69.3%
SiC 대비 식각 개선율 32.8% 35.3% 36.8% 34.9%
(4) 기계적 특성 분석(비커스 경도 측정)
실시예의 CVD B4C 소재, 비교예의 CVD SiC 소재 및 상용제품인 소결 B4C 소재의 비커스 경도(Vickers Hardness)를 측정하여 도 5에 나타내었다. HMV-2(SHIMADZU사)를 사용하고, HV는 1로 설정하여 측정하였다. 도 5을 살펴보면, 실시예의 CVD B4C소재가 비교예의 CVD SiC에 비하여 1.2배 이상의 높은 경도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
(4) 결정립 측정
실시예의 CVD B4C 소재 및 상용제품인 소결 B4C 소재의 X선 회절 분석 기반(우선성장 피크)으로 쉘러 식을 사용하여 결정립 크기 및 반치폭(FWHM)을 계산하였다. 그 결관는 도 6에 나타내었다. CVD B4C 소재 중 (110)면의 우선성장 피크의 결정립 크기 및 반치폭(FWHM)은 다음과 같다.
샘플 1: CVD B4C 소재
반치폭 0.129 (deg.) 및 결정립 65. 06 nm이다.
샘플 2: CVD B4C 소재
반치폭 0.114 (deg.) 및 결정립 73.62 nm이다.
본 발명은, CVD 공정으로 기공 및 미세크랙을 최소화한 치밀하고 고순도의 탄화붕소 소재를 제공할 수 있고, CVD 공정 조건(예를 들어, 온도)을 제어하여 CVD B4C에서 (110) 결정면을 우선 성장 방향 (결정배향)으로 성장시켜 기존의 반도체 제조공정에 사용되는 실리콘, CVD SiC 소재 및 상용제품인 소결체 보다 우수한 내플라즈마 특성을 나타낼뿐만 아니라 경도 등의 기계적 특성이 향상된 탄화붕소 소재 및 이를 활용한 반도체 제조용 부품을 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. X-선 회절 피크에서 (110)면; 및 (012)면, (021)면 및 (220)면 중 적어도 하나; 를 포함하고,
    X-선 회절 피크에서 상기 (110)면의 피크가 최대 회절 강도를 갖고 반치폭(deg)은 0.11 내지 0.15이고,
    결정립의 크기가 55 nm 내지 75 nm인 것인,
    탄화붕소 소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 1에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.01 내지 0.4 미만인 것인, 탄화붕소 소재.

    [식 1]
    회절 강도비(I)= [(101)면, (012)면 및 (021)면 중 적어도 하나의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소 소재는, 하기의 식 2에 따르는 X-선 회절 피크의 회절 강도비(I)는 0.3 내지 1 미만인 것인, 탄화붕소 소재.

    [식 2]
    회절 강도비(I)= [(220)면의 회절 강도]/[(110)면 회절 강도]
    탄화붕소 소재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (110)면의 피크의 2(θ) 값은, 31 내지 32인 것인,
    탄화붕소 소재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소 소재는, CVD 증착으로 형성된 것인,
    탄화붕소 소재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소 소재의 비커스 경도는, 3500 kgf/mm2 이상인 것인,
    탄화붕소 소재.
  8. 제1항의 탄화붕소 소재를 포함하고,
    상기 탄화붕소 소재의 결정립의 크기가 55 nm 내지 75 nm인 것인,
    제품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제품은, 플라즈마 환경에서 사용되는, 반도체 제조장치의 부품인 것인,
    제품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부품은, 포커스링 또는 플라즈마 전극인 것인,
    제품.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제품은, 절삭 공구, 하드디스크 보호막 또는 방탄 제품인 것인,
    제품.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000154062A (ja) * 1998-11-17 2000-06-06 Kyocera Corp 炭化ホウ素焼結体およびその製造方法
JP2003277039A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp 炭化ホウ素の製造方法
KR20110107965A (ko) * 2010-03-26 2011-10-05 한국세라믹기술원 방전 플라즈마 소결법을 이용한 고밀도 탄화붕소 소결체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고밀도 탄화붕소 소결체
KR20200019068A (ko) * 2018-08-13 2020-02-21 에스케이씨솔믹스 주식회사 탄화붕소 소결체 및 이를 포함하는 식각장치
KR20200020764A (ko) * 2017-02-14 2020-02-26 에스케이씨솔믹스 주식회사 보론카바이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000154062A (ja) * 1998-11-17 2000-06-06 Kyocera Corp 炭化ホウ素焼結体およびその製造方法
JP2003277039A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp 炭化ホウ素の製造方法
KR20110107965A (ko) * 2010-03-26 2011-10-05 한국세라믹기술원 방전 플라즈마 소결법을 이용한 고밀도 탄화붕소 소결체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고밀도 탄화붕소 소결체
KR20200020764A (ko) * 2017-02-14 2020-02-26 에스케이씨솔믹스 주식회사 보론카바이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 제조방법
KR20200019068A (ko) * 2018-08-13 2020-02-21 에스케이씨솔믹스 주식회사 탄화붕소 소결체 및 이를 포함하는 식각장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ali O. Sezer & J.I. Brand, Materials Science & Engineering B, 79권, 191-202쪽* *
Koichi Niihara 외 2인, Journal of the American Ceramic Society, 67권1호, C13-C14쪽* *

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