KR20010092296A - 세척 용기 및 이에 사용되는 실리콘 카바이드 소결체 - Google Patents

Abstract

제작이 용이하고 그 구조가 간단하여 취급이 용이하며, 우수한 내구성, 기계적 강도, 및 내부식성을 가지는 수명이 긴 초음파 세척용 세척 용기가 제공된다. 본 발명의 세척 용기 (1)는 초음파를 전파하는 실리콘 카바이드 소결체 (3)의 층을 포함한다. 게다가, 반도체 제조 장비용 부품, 전자 정보 장치용 부품, 및 진공 장비 등의 다양한 구조물 부품에 응용될 수 있고, 특히 초음파 공명판 혹은 초음파 막으로서 적절히 사용될 수 있으며, 쉽게 가공될 수 있고, 또한 기계적 강도를 충분히 유지하면서 얇게 제조될 수 있는 실리콘 카바이드 소결체가 제공된다. 상기 실리콘 카바이트 소결체는 초음파를 전파할 수 있고 그것을 통과하는 초음파의 음속은 4000 내지 20000 m/s이다.

Description

세척 용기 및 이에 사용되는 실리콘 카바이드 소결체{Cleaning vessel and silicon carbide sintered body used therefor}

본 발명은 제작이 용이하고 그 구조가 간단하여 취급이 용이하며, 우수한 내구성, 기계적 강도, 및 내부식성을 가지는 수명이 긴 초음파 세척용 세척 용기에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 또한 초음파를 전파하는 실리콘 카바이드 소결체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 장비용 부품, 전자 정보 장치용 부품, 및 진공 장비 등의 다양한 구조물 부품에 응용될 수 있고, 특히 초음파 공명판 혹은 초음파 막으로서 적절히 사용될 수 있는, 고밀도 및 고순도의 실리콘 카바이드 소결체에 관한 것이다.

일반적으로, 물질 세척이 초음파 수단에 의하여 세척되게 하는 초음파 세척은 여러가지 분야에서 실행되어져 왔다. 전술한 초음파 세척에서, 세척될 물질은 세척 용기에 수용된 세척 액체에 담궈진다. 상기 세척 용기의 하부에 배치된 초음파 발진기는 소정의 주파수에서 진동한다. 그 결과, 초음파 진동이 세척 액체에 유도되고, 상기 세척될 물질의 표면 및 그 주위에 부착되어 있는 오일 혹은 먼지 같은 불순물은 세척 액체의 진공현상에 의하여 제거된다.

일반적으로, 전술한 초음파 세척용 세척 용기의 예를 들면 도 3에 보여준 바와 같은 세척 용기 (10)가 알려져 있다. 상기 세척 용기 (10)는 금속, 레진, 혹은 그 유사물로 만들어진 외부 세척 용기 (12)와 외부 세척 용기 (12)의 내부에 수용되도록 배치된 내부 세척 용기 (11)를 포함한다. 초음파 전파 매체 (13)는 외부 세척 용기 (12)와 내부 세척 용기 (11)의 사이에 형성된 틈에 수용되고, 초음파 발진기 (5)는 외부 세척 용기의 하부에 배치된다. 세척될 물질의 세척 효율을 증가시킨다는 견지에서 볼 때, 세척 액체로서 강한 부식성을 가지는 산과 같은 액체를 사용하는 것이 유리하다. 그러므로, 일반적으로 내부 세척 용기 (11)는 산세척의 경우 수정으로 제조되어 왔다.

그러나, 수정 혹은 그 유사물로 제조된 내부 세척 용기 (11)는 초음파에 의하여 손상되고 파괴되기 쉬우며 그것의 내구성이 떨어지고, 특히 그러한 결점은 용기 하부의 주변 모서리에서 유난히 일어난다는 문제를 가지고 있다. 게다가, 초음파의 전파가 간섭을 받고 세척 효율이 따라서 떨어진다는 문제가 있다. 더욱 더, 불화 수소산에 대한 내부식성이 충분히 달성되지 않고 있고, 반도체 물질의 세척에자주 사용되는 불화 수소산 혹은 불화 수소산과 질산의 혼합물을 세척 액체로 사용할 때 상기 용기는 사용될 수 없다는 문제가 또한 있다.

게다가, 반도체와 초음파 진동의 분야에서, 일반적으로 사용되어져 온 수정 부품은 불화 수소산과 같은 화학물질을 사용하여 세척하기 때문에 손상 또는 퇴화된다. 따라서, 전술한 문제가 야기되지 않는, 우수한 내열성을 가지는 고밀도 실리콘 카바이드 소결체가 최근에 주목을 받고 있다. 특히, 초음파 진동의 분야에서, 실리콘 카바이드 소결체가 초음파를 전파한다는 것이 필수적이다. 바람직하게는, 전파되는 초음파의 음속은 증가될 수도 있다.

본 발명의 목적은 전술한 일반적인 문제를 해결하고 다음의 목적을 달성하는 것이다. 즉 본 발명의 한 목적은 제작이 용이하고 그것의 구조가 간단하여 취급이 쉬우며, 우수한 내구성, 기계적 강도, 및 내부식성을 가지는, 수명이 긴 세척 용기를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세척 용기의 제 1 실시예를 개략적으로 보여 주는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 세척 용기의 제 2 실시예를 개략적으로 보여 주는 단면도이다.

도 3은 일반적인 세척 용기를 개략적으로 보여 주는 단면도이다.

전술한 문제들을 해결하기 위해 심혈을 기울인 연구 결과, 본 발명인들은 세척 용기내에 수용되는 세척될 물질에 접하는 초음파는 세척 용기 하부의 주변 모서리를 통하여 반사되고 전파되기 쉬우며, 세척 용기 하부의 주변 모서리는 초음파에 의하여 파괴되기 쉬우며, 초음파가 주입된 부분이 또한 초음파에 의하여 파괴되기 쉽다는 것을 감지하였다.

본 발명은 본 발명인들의 전술한 광범한 연구에 기초하여 고안되었으며, 전술한 문제들은 다음 수단에 의하여 해결되었다.

본 발명의 제 1 태양에 따라, 그 속에 초음파를 주입하여 세척될 물질을 세척하는 데 사용되고, 세척될 물질이 세척 액체와 함께 수용되는 세척 용기 본체 및 초음파를 전파하는 실리콘 카바이드 소결체 층을 포함하는 세척 용기에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층은, 적어도 세척 용기 본체의 하부 주변 모서리 부분상 및 초음파가 주입되는 부분상에, 세척 용기 본체의 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층은 그 밀도가 2.9 g/cm³이상인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

본 발명의 제 3 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유 가스이외의 원소들의 전체 함량이 10 ppm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

본 발명의 제 4 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 그것의 부피 저항이 1 Ωㆍcm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

본 발명의 제 5 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 전기를 켬으로써 가열될 수 있는 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

본 발명의 제 6 태양에 따라, 세척 용기 본체의 내부에 하부 주변 모서리 부분상에 형성된 상기 실리콘 카바이드 소결체는 냉각 매체를 위한 통로를 가진다.

본 발명의 제 7 태양에 따라, 주입된 초음파의 파장이 λ, 초음파의 음속이ν, 초음파의 주파수가 f이면, 1/m의 파장으로 진동할 때, 상기 소결체 층의 두께(b)는 다음 수식에 의하여 나타내어진다:

b=(λ/m)n =(ν/mf)n (n은 정수)

본 발명의 제 8 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층은 세척 용기 본체의 내부의 전 표면에 형성된다.

본 발명의 제 9 태양에 따라, 상기 세척 용기 본체는 120℃ 이상의 내열 온도를 가진다.

본 발명의 제 10 태양에 따라, 상기 세척 용기 본체는 높은 내화학약품성을 가진다.

본 발명의 제 11 태양에 따라, 상기 세척 용기 본체는 열경화성 레진으로 제조된다.

본 발명의 제 12 태양에 따라, 상기 열경화성 레진은 폴리비닐 클로라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중의 하나이다.

제 1 태양에 따라, 상기 세척 용기는 세척될 물질이 세척 액체와 함께 수용되는 세척 용기 본체 및 실리콘 카바이드 본체 층을 포함한다. 초음파가 외부로 부터 세척 용기의 내부로 진동해 들어 갈 때, 상기 초음파는 세척 용기 본체를 통과하여 전파되고 세척 용기 본체속으로 주입된다. 이때, 실리콘 카바이드 본체 층이 세척 용기 본체의 내부에, 적어도 하부 주변 모서리 부분상에 및 초음파가 주입되는 부분상에 형성된다. 상기 실리콘 카바이드 본체 층은 초음파를 전파하고 따라서, 초음파는 실리콘 카바이드 소결체의 존재에 무관하게 세척 용기 속으로 전파된다. 이러한 이유로, 세척될 물질이 세척 액체와 함께 세척 용기 본체에 수용될 때, 세척 용기 본체의 내부로 주입된 초음파는 세척 액체를 전파하고 (즉, 초음파진동이 세척 액체에 유도된다) 세척될 물질에 접하게 된다. 이 때, 세척될 물질의 표면과 그 주변에 부착된 오일 혹은 먼지와 같은 불순물이 세척 액체의 진동 작용 (진공현상)에 의하여 제거되고, 세척될 물질의 초음파 세척이 실행된다.

초음파 세척에서, 세척될 물질에 접하는 초음파가 세척 용기 본체의 하부 주변 모서리 부분에 집중되더라도, 고경도, 내구성, 및 강도를 가지는 실리콘 카바이드 소결체 층은 하부 주변 모서리 부분에 형성되고, 그에 따라 하부 주변 모서리 부분에 파손 등을 유발하지 않는다. 게다가, 고경도, 내구성, 강도, 및 내화학약품성을 가지는 실리콘 카바이드 소결체 층은 초음파가 주입되는 세척 용기 본체의 부분에 형성된다. 따라서, 파손 등이 초음파의 큰 충격에 의하여 영향 받는 부분에 유발되지 않는다.

전술한 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 단지 세척 용기 본체의 내부에 형성된다. 따라서, 세척 용기는 쉽게 제조되고 그 구조가 간단하여 취급이 용이하다.

제 2 태양에 따라, 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 그 밀도가 2.9 g/cm³이상인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다. 실리콘 카바이드 소결체 층은 우수한 내구성과 기계적 강도를 가진다. 따라서, 전술한 세척 용기에서 초음파에 의하여 유발되는 그 손상, 파손 등은 효과적으로 방지된다.

제 3 태양에 따라, 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 외의 원소의 전체 함량이 10 ppm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다. 따라서, 초음파 세척이 상기 세척 용기를 사용하여 실행될 때, 세척될 물질이 세척 액체에 용해되어 세척 액체를 오염시키는 이러한 원소들 즉 불순물에 의하여 오염될 위험이 감소된다.

제 4 태양에 따라, 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체는 그 부피 저항이 1 Ω·cm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다. 따라서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 전기 방출 처리와 같은 공정을 거치기 쉽다. 게다가, 정전기가 제거되고, 대전 현상은 실리콘 카바이드 소결체에서 쉽게 일어나지 않는다. 그 결과, 이러한 세척 용기에서, 전하를 띰으로써 야기되는 입자의 부착은 효과적으로 방지된다.

제 5 태양에 따라, 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 전기를 켬으로써 가열될 수 있는 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다. 따라서, 상기 세척 용기는 실리콘 카바이드 소결체 층이 전기로 대전될 때 가열된다. 소정의 온도로 가열된 전술한 세척 용기는 그 속에 초음파를 주입하기가 쉽고, 그에 따라 초음파 세척 효율이 우수하다.

제 6 태양에 따라, 세척 용기에서, 상기 세척 용기 본체의 내부에 하부 주변 모서리 부분상에 형성된 실리콘 카바이드 소결체 층은 냉각 매체를 위한 통로를 가지고 있다. 이러한 이유로, 실리콘 카바이드 소결체 혹은 세척 용기기 과열된 상태에 있을 때, 상기 실리콘 카바이드 소결체 혹은 세척 용기는 냉각 매체를 위한 통로를 통하여 냉각 매체를 흘려 줌으로써 냉각된다. 그 결과 세척 용기 본체에 수용된 세척 액체의 과열은 효과적으로 억제될 수 있다.

제 7 태양에 따라, 세척 용기에서, 주입된 초음파의 파장이 λ, 상기 초음파의 음속이 ν, 상기 초음파의 주파수가 f이면, 1/m의 파장으로 진동할 때, 상기 소결체 층의 두께(b)는 다음 수식에 의하여 나타내어진다:

b=(λ/m)n =(ν/mf)n (n은 정수)

세척 용기내의 실리콘 카바이드 소결체 층은 주입된 초음파의 반 파장과 공명하고 초음파는 반사되지 않고 그 속을 통과하여 전파된다. 이러한 이유로, 세척 용기로 주입된 초음파는 간섭없이 세척될 물질에 접하게 된다. 그 결과, 상기 세척 용기는 초음파 세척 효율이 대단히 우수하다.

제 8 태양에 따라, 세척 용기에서, 실리콘 카바이드 소결체 층은 세척 용기 본체의 전 표면상에 형성된다. 따라서, 상기 세척 용기는 초음파에 우수한 내구성을 가지고 또한 우수한 기계적 강도를 가진다. 전술한 세척 용기에서, 세척 용기 본체는 그 속에 수용된 세척 액체에 직접 접촉하지는 않고, 실리콘 카바이드 소결체는 세척 액체에 직접 접촉한다. 따라서, 세척 액체가 강력한 부식성을 가지는 산과 같은 액체이더라도, 실리콘 카바이드 소결체 층에 손상이 유발되지 않는다. 그 결과, 상기 세척 용기는 우수한 내부식성을 가지고 있고 오랜 기간 동안 사용될 수 있다.

제 9 태양에 따라, 세척 용기에서, 상기 세척 용기 본체는 120℃ 이상의 내열온도를 가지고 있다. 따라서, 이 세척 용기에서, 고온의 초음파 세척이 실행될수 있다.

제 10 태양에 따라, 세척 용기에서, 상기 세척 용기 본체는 고 내화학약품성을 가지고 있다. 이 세척 용기에서, 상기 세척 용기 본체가 그 속에 강력한 부식성을 가지는 산과 같은 세척 액체를 수용할 때조차도, 그것은 우수한 내부식성을 가진다. 그 결과, 상기 세척 용기는 우수한 내구성을 가지고, 오랜 기간 동안 사용될 수 있다.

제 11 태양에 따라, 세척 용기에서, 상기 세척 용기 본체는 열경화성 레진으로 만들어져 있다. 이러한 이유로, 초음파 세척시 상기 세척 용기 본체에서 열에 의하여 변형 등이 일어날 가능성은 없다. 그 결과, 상기 세척 용기는 제조하기 쉽고, 내구성, 기계적 강도 등이 우수하다.

제 12 태양에 따라, 세척 용기에서, 열경화성 레진은 폴리비닐 클로라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중의 어느 하나이다. 이러한 이유로, 상기 세척 용기는 제조하기가 용이하고, 내구성, 기계적 강도 및 내부식성이 우수하다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 제조 장비용 부품, 전기 정보 장치용 부품, 진공 장치의 구조적 부품 등에 응용될 수 있고, 초음파 공명판 혹은 초음파 막으로 적절히 사용될 수 있으며, 초음파 기판 혹은 초음파 막으로 사용될 때, 기계적 강도를 충분히 유지하면서 더 얇게 만들어 질 수 있는 고밀도 및 고순도의 실리콘 카바이드 소결체을 제공하는 데 있다.

전술한 목적은 다음 수단에 의하여 해결될 수 있다. 즉, 본 발명의 제 13 태양에 따라, 초음파를 전파할 수 있고, 그 속을 통과하는 초음파의 음속이 4000 내지 20000 m/s인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다.

본 발명의 제 14 태양에 따라, 그 속을 통과하는 초음파의 음속이 4000 내지 11000 m/s인 실리콘 카바이드 소결체를 제공하며, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 초음파 공명판으로 사용될 수 있다.

본 발명의 제 15 태양에 따라, 그 속을 통과하는 초음파의 음속이 11000 m/s이상이고 20000 m/s 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 제공하며, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 초음파 막으로 사용될 수 있다.

본 발명의 제 16 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체의 밀도가 2.9 g/cm³이상인 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다.

본 발명의 제 17 태양에 따라, Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유 가스 외의 원소의 전체 함량이 10 ppm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다,

본 발명의 제 18 태양에 따라, 상기 실리콘 카바이드 소결체의 부피 저항이 1 Ω·cm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다.

본 발명의 제 19 태양에 따라, 실리콘 카바이드 분말 및 비금속계 소결 첨가제의 혼합물을 비산화성 분위기에서 2000 내지 2400℃의 온도 및 300 내지 700 kgf/cm²의 압력에서 고온 가압하여 얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다.

본 발명의 제 20 태양에 따라, 실리콘 카바이드 및 비금속계 소결 첨가제의 혼합물을 80 내지 300℃의 온도에서 5 내지 60 분간 몰드속에서 가열하여 성형체를 형성하고, 그 후 성형체를 비산화성 분위기에서 2000 내지 2400℃의 온도 및 300내지 700 kgf/cm²의 압력에서 고온 가압하는 방식으로 얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 제공한다.

본 발명의 세척 용기는 세척될 물질을 그 내부로 주입된 초음파에 의하여 세척하는 기능을 가지고 있고, 적어도 세척 용기 본체 및 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

[세척 용기 본체]

상기 세척 용기 본체는 세척될 물질과 세척 액체를 그 속에 수용하는 기능을 가지는 한 특별히 한정적이지 않다. 세척 용기의 형상, 구조, 크기는 상기 목적들에 따라 적절히 선택될 수 있다.

전술한 세척 용기 본체는 예를 들면 한 단부에 기저를 가지거나 그 양쪽에 하나씩 기저를 가지고, 기저면에 평행한 선을 따라 자른 단면이 원형, 사각형 등인 원통형의 형태로 형성될 수 있다. 세척 용기는 예를 들면 한 종류의 부재 혹은 둘 이상의 부재들을 사용하여 구성될 수 있다. 세척 용기 본체의 크기는 예를 들면 세척될 물질의 크기에 따라 적절히 선택될 수 있다.

세척 용기 본체의 두께는 특별히 한정적이지 않고 상기 목적들에 따라 적절히 선택될 수 있다.

세척 용기 본체 물질은 초음파가 그 속을 통하여 전파될 수 있는 한 특별히 한정되지 않고, 상기 목적들에 따라 적절히 선택될 수 있다. 그 예들은 금속, 합성 레진 등을 포함한다. 세척 용기 본체는 한 종류의 물질 혹은 두 종류 이상의 물질들로 형성될 수 있다.

전술한 물질 중, 합성 레진이 바람직하게 사용된다. 특히 우수한 내열성을 가지는 합성 레진(즉, 내열온도 120℃ 이상인 합성 레진)이 초음파 세척시 세척 용기 본체의 과열에 저항함으로써 내구성을 유지한다는 견지에서 볼 때, 바람직하게 사용된다. 게다가, 우수한 내화학약품성을 가지는 합성 레진(즉, 화학약품에 대한 고저항성을 가지는 합성 레진)은 세척 액체에 내부식성을 유지한다는 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다. 더욱 더, 열경화성 레진은 세척 용기 본체의 제조를 쉽게하고, 열 등에 대한 저항성을 유지한다는 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다.

본 발명에서, 전술한 열경화성 레진은 일반적으로 알려진 예들 중에서 적절히 선택될 수 있다. 폴리비닐 클로라이드 혹은 폴리테트라플루오로에틸렌이 우수한 내화학약품성을 달성한다는 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다.

[세척 용기에 사용되는 실리콘 카바이드 소결체 층]

실리콘 카바이드 소결체는 세척 용기 본체내에서, 적어도 세척 용기 본체 하부의 주변 모서리(즉 구부러진 부분 및 그 주변) 및 초음파가 주입되는 부분에 형성되는 것이 필요하다. 이 경우에, 초음파에 의하여 유발되는 세척 용기의 손상 혹은 파손은 효과적으로 방지될 수 있고, 초음파 세척용으로 사용되는, 우수한 내구성, 기계적 강도 등을 가지는, 수명이 긴 세척 용기가 얻어진다.

초음파가 주입되는 부분은 일반적으로 세척 용기 하부의 중앙 부근에 제공된다.

본 발명에서, 세척 용기 본체내에, 세척 용기 하부의 주변 모서리 부분으로부터 초음파가 주입되는 부분까지 연속하여 형성된 실리콘 카바이드 소결체 층은 초음파 세척에 사용되고, 우수한 내구성, 기계적 강도 등을 가지는, 수명이 긴 세척 용기를 얻는다는 견지에서 볼때 바람직하다. 게다가, 세척 용기 본체내의 전 표면상에 형성된 실리콘 카바이드 소결체 층은 초음파 세척에 사용되는, 우수한 내구성, 기계적 강도 등 및 강한 부식성, 예를 들면, 불화 수소산 및 질산의 혼합물과 같은 강산 혹은 강염기 등의 세척 액체에 대한 우수한 내부식성을 가지는, 대단히 수명이 긴 세척 용기를 얻는다는 견지에서 볼 때, 특히 바람직하다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체 층은 초음파가 전파되고, 초음파를 전파하는 기능을 가진 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다.

상기 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 바람직하게는 2.9 g/cm³이상이고, 더 바람직하게는 3.0 g/cm³이상이다.

상기 밀도가 2.9 g/cm³미만이면, 구부러짐 강도 혹은 파손 강도와 같은 상기 세척 용기의 기계적 성질은 퇴화하고, 세척 용기는 파괴되기 쉽다. 그 결과, 입자들이 증가하고 세척될 물질이 오염될 가능성이 높아진다. 게다가, 세척 효율은 구멍들에 의하여 야기된 초음파의 산란에 의하여 감소될 수 있다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체내의 불순물의 전체 함량 즉 Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 이외의 다른 원소의 전체 함량은 바람직하게는 10 ppm 이하이고 더 바람직하게는 5 ppm 이하이다.

Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 이외의 다른 원소의 전체 함량이 10 ppm을 초과하면, 산 혹은 가성 알칼리 용액이 세척 액체로 사용될 때, 불순물이나 보조 부품이 상기 실리콘 카바이드 소결체로부터 세척 액체속으로 용해된다. 그 결과 세척될 물질이 오염될 위험이 있다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체의 부피 저항은 바람직하게는 1 Ω·cm 이하이고, 더 바람직하게는 0.1 Ω·cm 이하이다.

부피 저항이 1 Ω·cm 이상이면, 전기 방전 처리와 같은 공정을 수행하기가 쉽지 않고, 대전이 일어나기 쉽다. 따라서, 대전에 의해 유발되는입자의 부착이 충분히 방지될 수 없다.

실리콘 카바이드 소결체는 전기를 켬으로써 가열되는 것이 바람직하다. 이 경우, 실리콘 카바이드 소결체는 전기를 켬으로써 가열될 수 있고, 실리콘 카바이드 소결체 층은 초음파가 전파되기에 쉬운 온도로 되게 하도록 조절된다. 게다가, 세척 액체의 온도는 조절될 수 있는 것이 유리하다.

세척 용기 본체내의 세척 용기 하부의 주변 모서리 부분에 형성된 실리콘 카바이드 소결체는 바람직하게는 냉각 매체을 위한 통로를 가지고 있다. 이 경우, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 물과 같은 냉각 매체가 냉각 매체를 위한 통로를 단지 통과함으로써 냉각되고, 과열된 상태에서 실리콘 카바이드 소결체 층의 온도는 초음파가 전파하기 쉬운 온도로 실리콘 카바이드 소결체를 조절하도록 감소될 수 있다.

실리콘 카바이드 소결체의 두께(b)는 특별히 한정적이지 않고, 상기 목적들에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 카바이드 소결체가 진동자로서 진동할 때, 다름 식에 의하여 주어진 두께가 바람직하다.

즉, 주입된 초음파의 파장이 λ, 초음파의 음속이 ν, 및 초음파의 주파수가 f이면, 1/m의 파장으로 진동할 때, 실리콘 카바이드 소결체의 바람직한 두께는 다음 식에 의하여 나타내어 진다:

두께(b)= (λ/m)n = (ν/mf)n (n은 정수)

즉, 두께(b)는 주입된 초음파의 반파장의 정수배일 수 있다.

이 경우, 실리콘 카바이드 소결체는 초음파의 진동과 간섭을 일으키지 않도록, 거기에 주입된 초음파의 반파장으로 진동한다. 그 결과, 에너지 반사도는 영이되고 초음파는 세척될 물질 속으로 효과적으로 전파된다. 따라서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 우수한 세척 효율을 가지는 것이 유리하다.

[초음파-전파 실리콘 카바이드 소결체]

본 발명의 실리콘 카바이드 소결체는 그 속을 통하여 초음파을 전파할 수 있고, 전파되는 초음파의 음속은 4000 내지 20000 m/s의 범위에 있다.

초음파의 음속이 4000 m/s이하이면, 실리콘 카바이드 소결체가 1 MHz의 초음파의 반파장으로 진동할 때, 실리콘 카바이드 소결체의 두께는 2 mm 이하이다. 이 경우, 실리콘 카바이드 소결체를 상기 세척 용기에 부착시키는 것은 어렵게 되고 그 강도도 충분하게 얻어지지 않는다. 그 결과, 실리콘 카바이드 소결체를 초음파 공명판 등에 응용하는 것이 어렵게 된다. 반면에, 초음파의 음속이 20000 m/s 를 초과하면, 상기 실리콘 카바이드 소결체의 두께는 10 mm 이상이 된다. 이 경우, 실리콘 카바이드 소결체의 제조 비용이 증가하고, 실리콘 카바이드 소결체는 진동하기에 어렵게 된다. 따라서, 그것을 초음파 막 등에 응용하는 것이 어렵게 된다.

전파된 초음파의 음속이 4000 내지 11000 m/s의 범위에 있을 때, 실리콘 카바이드 소결체는 초음파 공명판으로 적절히 사용될 수 있다. 게다가, 그 음속이 11000 m/s을 초과하고 20000 m/s 이하이면, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 초음파 막으로 적절히 사용될 수 있다.

초음파의 음속은 일반적으로 알려져 있는 초음파 펄스 형태의 동적 탄성률 측정 장비를 사용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 예를 들면 송신기와 수신기가 각각 측정될 시료의 양쪽에 설치되고 1 MHz의 초음파가 초음파 진동기에 의하여 진동될 때, 음속은 초음파가 전파된 시간으로부터 측정될 수 있다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 바람직하게는 2.9 g/cm³이상이고, 더 바람직하게는 3.0 g/cm³이상이다.

상기 밀도가 2.9 g/cm³이하이면, 실리콘 카바이드 소결체의 구부러짐 강도 혹은 파손 강도와 같은 동적 성질들이 퇴화하고, 실리콘 카바이드 소결체는 파괴되기 쉽다. 게다가, 초음파는 구멍들에 의하여 상기 소결체 내부에서 산란하고, 원하는 세기의 초음파가 유지될 수 없다.

실리콘 카바이드 소결체내의 불순물의 전체 함량, 즉 Si, C, O, N, 할로겐 및 희유가스 외의 원소들의 전체 함량은 바람직하게는 10 ppm 이하, 더 바람직하게는 5 ppm 이하이다.

Si, C, O, N, 할로겐 및 희유가스 외의 원소들의 전체 함량은 10 ppm을 초과하면, 산 베스(bath)에서 세척될 때, 불순물둘이 산 속으로 용해되고, 세척될 물질이 오염될 수 있다.

실리콘 카바이드 소결체의 부피 저항은 바람직하게는 1 Ω·cm이고, 더 바람직하게는 0.1 Ω·cm이다.

부피 저항이 1 Ω·cm을 초과하면, 전기 방전 처리와 같은 공정을 실행하기가 쉽지 않고 대전 현상이 일어나기 쉽다.

[실리콘 카바이드 소결체의 제조]

본 발명의 실리콘 카바이드 소결체는 실리콘 카바이드 분말과 비금속계 소결 첨가제의 혼합물을 2000 내지 2400℃의 온도 범위에서 소결시키는 단계를 포함하는 공정에 의하여 제조된다.

본 발명의 실리콘 카바이드 소결체는 예를 들면 실리콘 카바이드 분말과 비금속계 소결 첨가제를 직접 혹은 몰드 내에서 100 내지 150℃의 온도 범위에서 5 내지 60 분간 가열하여 성형체를 형성하고 그후 성형체는 2000 내지 2400℃의 온도 범위에서 소결되는 공정에 의하여 제조된다 (이 공정은 이 이후로는 실리콘 카바이드 소결체 제조 공정으로 가끔 칭해진다).

전술한 실리콘 카바이드 분말은 적어도 한 종류의 액체 실리콘 화합물을 함유하는 실리콘 원료, 적어도 한 종류의 액체 유기 화합물을 함유하는 탄소 원료, 및 중합 혹은 가교결합 촉매를 일정하게 혼합하여 얻어진 고체 물질을 비산화성 분위기에서 소결하는 공정에 의하여 적절히 얻어질 수 있다 (이 공정은 이 이후에 실리콘 카바이드 분말 제조 공정으로 가끔 칭해진다).

전술한 실리콘 카바이드 소결체는 질소를 함유할 수도 있다.

질소를 상기 실리콘 카바이드 소결체에 주입하기 위하여, 예를 들면 적어도 한 종류의 질소 원료가 상기 실리콘 카바이드 분말 제조 공정에서 실리콘 원료 및 탄소 원료와 함께 첨가될 수도 있고, 혹은 질소 원료는 상기 실리콘 카바이드 분말로부터 실리콘 카바이드 소결체 제조 공정에서 비금속계 소결 첨가제와 함께 첨가될 수도 있다.

질소 원료로 사용되는 물질은 바람직하게는 가열시 질소를 발생하는 물질이다. 그러한 예들은 폴리이미드 레진 및 그들의 전구체, 및 헥사메틸렌테트라아민, 암모니아, 및 트리에틸렌아민과 같은 여러가지 아민을 포함한다.

실리콘 카바이드 분말을 제조하는 공정에서, 질소 원료가 실리콘 원료와 함께 첨가될 때, 첨가될 질소 원료의 양은 실리콘 원료 1 g에 대하여 80 내지 1000 μg이다. 게다가, 실리콘 카바이드 분말로부터 실리콘 카바이드 소결체를 제조하는 공정에서, 질소 원료가 비금속계 소결 첨가제와 함께 첨가될 때, 첨가될 질소 원료의 양은 비금속계 소결 첨가제 1 g에 대하여 200 내지 2000 μg, 보다 바람직하게는 1500 내지 2000 μg이다.

다음으로, 실리콘 카바이드 분말 및 그 제조 공정에 대하여 기술한다.

실리콘 카바이드 분말은 α 형, β 형, 무정형, 혹은 그들의 혼합물일 수 있다. 특히, β 형 실리콘 카바이드 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실리콘 카바이드 소결체에서 β 형 실리콘 카바이드는 바람직하게는 모든 실리콘 카바이드 성분의 70% 이상에 달하고, 더 바람직하게는 80% 이상에 달한다. 게다가,β 형 실리콘 카바이드는 모든 실리콘 성분의 100%에 달할 수도 있다. 따라서, 혼합될 β 형 실리콘 카바이드 분말의 양은 바람직하게는 모든 실리콘 카바이드 분말원료 물질의 60% 이상, 더 바람직하게는 65% 이상이다.

β 형 실리콘 카바이드 분말의 등급은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 시장에서 일반적으로 입수 가능한 β 형 실리콘 카바이드 분말을 사용할 수 있다. 바람직하게는 실리콘 카바이드 분말 알갱이의 크기는 고치밀화(densification)를 달성한다는 견지에서 볼 때 더 작게 만들어질 수 있다. 알갱이 크기는 바람직하게는 0.01 내지 10 μm, 더 바람직하게는 0.05 내지 1 μm이다.

알갱이 크기가 0.01 μm보다 작으면, 측정, 혼합 등의 공정에서 취급이 어렵게 될 수 있다. 게다가, 알갱이 크기가 10 μm보다 크면, 그의 비표면적이 작아지고, 즉 인접한 분말 알갱이의 접촉 면적이 작아지고, 그에 따라 고치밀화를 달성하기가 어려워진다.

실리콘 카바이드 분말의 바람직한 예에서, 상기 알갱이 크기는 0.05 내지 1 μm, 비표면적은 5 m²/g 이상, 자유 탄소는 1% 이하, 및 산소의 함량은 1% 이하이다.

게다가, 사용될 실리콘 카바이드 분말의 알갱이 크기 분포는 특별히 한정되지 않는다. 실리콘 카바이드 소결체의 제조시, 분말의 패킹(packing) 밀도와 실리콘 소결체의 반응성을 증가시키는 견지에서 볼 때 적어도 두개의 최대치를 가지는 실리콘 카바이드 분말이 사용될 수 있다.

고순도 실리콘 카바이드 소결체를 얻기 위하여, 고순도 실리콘 카바이드 분말을 실리콘 카바이드 분말 원료 물질로 사용하는 것이면 충분하다.

전술한 고순도 실리콘 카바이드 분말은 예를 들면 적어도 한 종류의 액체 실리콘 화합물을 함유하는 실리콘 원료, 가열시 탄소를 발생시키는 적어도 한 종류의 액체 유기 화합물을 함유하는 탄소 원료, 중합 혹은 가교 결합 촉매, 및 필요하다면 질소 원료을 균일하게 혼합하여 형성된 고체물질을 비산화성 분위기에서 소결하는 소결 공정을 포함하는 제조 방법에 의하여 적절히 얻어질 수 있다.

실리콘 화합물을 함유하는 실리콘 원료(이후 실리콘 원료로 가끔 칭해짐)로서, 액체 실리콘 원료 및 고체 실리콘 원료을 함께 사용할 수 있으나, 적어도 한 종류의 실리콘 원료가 액체 실리콘 원료들로 구성된 군에서 선택될 필요가 있다.

액체 실리콘 원료의 예들은 알콕시실란(모노-, 디-, 트리-, 테트라-) 및 테트라알콕시실란의 폴리머들을 포함한다.

알콕시실란 중, 테트라알콕시실란을 사용하는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 메톡시실란, 에톡시실란, 프로폭시실란, 부톡시실란 등이 적절하게 사용될 수 있다. 그 중, 에톡시실란이 특히 취급의 견지에서 볼 때 바람직하게 사용될 수 있다.

테트라알콜시실란의 폴리머들의 바람직한 예들은 2 내지 15의 중합 정도를 가지는 저분자량 폴리머 (올리고머) 및 높은 중합 정도를 가지는 실릭산의 액체 폴리머들을 포함할 수 있다.

함께 사용될 수 있는 고체 물질의 예로서 실리콘 옥사이드가 있다. 실리콘옥사이드는 실리콘 모노옥사이드(SiO), 실리카 졸(콜로이드상의 초미세한 실리카를 함유하는 용액으로 그 속에 OH 혹은 알콕시 기를 함유한다) 혹은 실리콘 다이옥사이드(실리카 겔, 미세한 실리카, 수정 분말)일 수 있다.

이러한 실리콘 원료 중 테트라에톡시실란 올리고머 혹은 테트라에톡시실란 올리고머와 초미세한 실리카 분말의 혼합물이 균일성과 취급의 견지에서 볼 때 적절히 사용될 수 있다. 게다가, 여기에 사용되는 실리콘 원료는 바람직하게는 고순도 물질이고, 바람직하게는 초기에 20 ppm 이하, 더 바람직하게는 5 ppm 이하의 불순물을 포함한다.

가열시 탄소를 발생하는 유기 화합물을 함유하는 탄소 원료(이후 탄소 원료로 가끔 칭해진다)는 단독으로 액체의 형태로 사용될 수 있고 혹은 액체와 고체의 혼합물일 수도 있다. 바람직하게는 상기 탄소 원료는 높은 잔류 탄소율을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 촉매의 작용 혹은 가열에 의하여 중합되거나 가교결합될 수 있다. 그러한 유기 화합물의 예들은 페놀 레진, 퓨란 레진, 및 폴리이미드, 폴리우레탄, 및 폴리비닐 알코올과 같은 다른 레진의 모노머 및 폴리머를 포함한다. 더욱 더, 셀룰로오스, 슈크로스, 피치, 타르 등의 액체 화합물들을 또한 사용할 수 있다. 이 중, 레졸형 페놀 레진이 특히 바람직하다. 게다가, 탄소 원료로 사용되는 유기 화합물의 순도는 상기 목적들에 따라 적절히 조절되고 선택될 수 있다. 그러나, 고순도의 실리콘 카바이드 분말이 필요할 때, 각각 5 ppm 이하의 금속을 함유하는 유기 화합물이 바람직하게 사용된다.

고순도 실리콘 카바이드 분말을 제조하는 데 있어서, 탄소와 실리콘의 비(이후에는 "C/Si 비"로 간단히 칭한다)는 상기 혼합물을 1000℃에서 탄소화시켜 얻어지는 카바이드 중간체를 원소 분석하여 정의된다. 화학양론적으로, C/Si 비가 3.0일 때, 제조된 실리콘 카바이드내에 자유 탄소가 0% 있게 될 것이다. 그러나, 자유 탄소는 실제로 동시에 발생된 SiO의 증발에 기인한 낮은 C/Si 비에서 발생된다. 제조된 실리콘 카바이드 분말에서 자유 탄소의 양이 소결체를 제조하는 목적에 충분하게 되도록 미리 혼합비를 결정하는 것이 중요하다. 약 1 atm 및 1600℃ 이상에서 소결하는 경우, 자유 탄소의 발생은 보통 C/Si 비가 2.0 내지 2.5일 때 억제된다. 따라서 이 범위를 사용하는 것이 유리하다. C/Si 비가 2.5보다 크게 될 때, 자유 탄소의 양은 놀라울 정도로 증가한다. 그러나, 자유 탄소는 알갱이의 성장을 억제하는 효과를 가지고 있어서, C/Si 비는 알갱이 형성의 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다. 반면에, 소결이 낮은 압력 혹은 높은 압력의 분위기에서 수행될 때, 순수한 실리콘 카바이드를 얻기 위한 C/Si 비는 변할 것이다. 이 경우, C/Si 비는 반드시 전술한 범위에 한정될 필요는 없다.

소결 도중 자유 탄소의 작용은 실리콘 카바이드 분말의 표면위에 도포된 비금속계 소결 첨가제로부터 유도된 탄소와 비교하여 대단히 약하다. 이점은 후에 기술된다. 따라서, 자유 탄소는 기본적으로 무시할 수 있게 할수 있다.

실리콘 원료와 탄소 원료가 균일하게 섞인 고체 물질을 얻기 위하여, 필요하다면, 혼합된 고체 물질을 실리콘 원료와 탄소 원료을 경화하여 얻을 수 있다. 경화 공정은 가열하여 가교결합, 경화 촉매로 경화, 및 전자 혹은 방사선 빔에 의하여 수행될 수 있다. 경화 공정에서 사용되는 경화 촉매는 탄소 원료의 형태에 따라적절히 선택될 수 있다. 탄소 원료가 페놀 레진 혹은 퓨란 레진일 때, 경화 촉매는 톨루엔 술폰산, 톨루엔 카르복실산, 아세트산, 옥살산, 염산, 황산, 혹은 말레산 과 같은 산 혹은 헥사아민과 같은 아민일 수 있다.

전술한 혼합된 고체 물질은 필료하면 가열하여 탄소화시킬 수 있다. 가열에 의한 탄소화는 상기 고체 물질을 질소, 아르곤 등의 비산화성 분위기에서 800 내지 1000℃의 온도에서 30 내지 120 분간 가열하여 달성될 수 있다.

가열-탄소화된 혼합된 고체 물질은 아르곤 등과 같은 비산화성 분위기에서 1350 내자 2000℃에서 더 가열되어 실리콘 카바이드를 제조한다. 소결 온도와 시간은 얻어질 실리콘 카바이드 분말의 알갱이 크기 등에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 더 효율적인 실리콘 카바이드의 제조를 위하여, 소결이 1600 내지 1900℃에서 수행되는 것이 바람직하다.

더 높은 순도를 가지는 실리콘 카바이드 분말을 제조하기 위하여, 전술한 소결후 가열 처리가 바람직하게는 5 내지 20 분간 2000 내지 2100℃에서 수행되고, 불순물은 따라서 제거될 수 있다.

특히 고순도의 실리콘 카바이드 분말을 제조하는 방법으로서, 일본특허 출원공개번호 제9-048605호(출원번호 제7-241856호)에 개시된, 원료 물질 분말을 제조하는 방법이 제공된다. 즉, 이것은 각각 고품질인 테트라알콕시실란 및 테트라알콕시실란의 폴리머로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 실리콘 원료와 가열시 탄소를 발생하는 고순도의 유기 화합물을 포함하는 탄소 원료의 균일한 혼합물을 비산화성 분위기에서 가열하고 소결하여 실리콘 카바이드 분말을 제조하는 실리콘 카바이드 제조 단계 및 얻어진 실리콘 카바이드 분말을 1700℃ 이상 2000℃ 이하의 온도에 기본적으로 유지시키고, 상기 과정 중에 2000℃ 내지 2100℃의 온도에서 5 내지 20 분간 가열하는 열처리 과정을 적어도 한번 수행하는 후처리 단계를 포함하는 방법이다. 전술한 제조 방법에 의하여 얻어진 실리콘 카바이드 분말은 불순물의 함량이 0.5 ppm 이하이다.

다음으로, 전술한 실리콘 카바이드 분말로부터 실리콘 카바이드 소결체를 제조하는 공정에 관하여 기술한다.

상기 실리콘 카바이드 소결체는 실리콘 카바이드 분말, 비금속계 소결 첨가제, 및 필요하다면 질소 원료의 혼합물(이 혼합물은 이후 실리콘 카바이드 분말 혼합물로 가끔 칭해진다)이 2000 내지 2400℃의 온도에서 소결되는 단계를 포함하는 제조 방법에 의하여 얻어진다 (이후 이 방법은 소결 공정으로 가끔 칭해진다).

전술한 비금속계 소결 첨가제는 가열시 탄소를 발생하는 물질일 수 있다. 그들의 예는 가열시 탄소를 발생하는 유기 화합물 및 표면이 유기 화합물(알갱이 크기: 0.01 내지 1 μm 또는 대략 그 정도)로 코팅된 실리콘 카바이드 분말을 포함하고, 전자가 효과를 달성하는 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다.

가열시 탄소를 발생하는 전술한 유기 화합물의 예들은 각각 높은 잔류 탄소 비를 가지는 코울-타르 피치, 피치 타르, 페놀 레진, 퓨란 레진, 에폭시 레진, 페녹시 레진, 및 글루코오스와 같은 모노사카라이드, 슈크로스와 같은 올리고사카라이드, 셀룰로오스 및 녹말과 같은 폴리사카라이드를 포함하는 여러가지 사카라이드들을 포함한다. 실리콘 카바이드 분말과 균일하게 혼합하도록 하기 위하여, 상온에서 액체 형태인 유기 물질, 용매에 용해되는 유기 물질, 열가소성 혹은 열에 녹는 물질들과 같이 가열시 부드러워지거나 액화하는 유기 물질이 적절히 사용된다. 이러한 물질 중, 페놀 레진, 특히 레졸 형 페놀 레진이 얻어질 성형체의 강도의 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다.

가열시 탄소를 발생하는 전술한 유기 화합물은 가열되어 알갱이 표면상에 (그 주변에) 카본 블랙 혹은 그래파이트와 같은 무기성 탄소계 화합물을 발생하고 소결도중 실리콘 카바이드에서 표면 옥사이드 필름을 효과적으로 제거하는 소결 첨가제로 작용한다는 것을 고려한다. 카본 블랙 혹은 그래파이트 분말이 소결 첨가제로서 첨가될지라도 아무런 효과를 얻을 수 없다.

비금속계 소결 첨가제 및 실리콘 카바이드 분말의 혼합물이 얻어질 때, 비금속계 소결 첨가제는 바람직하게는 용매에 용해되거나 분산된다.

전술한 용매는 비금속계 소결 첨가제로서 사용되는 화합물에 적절한 물질일 수 있다. 구체적으로, 에틸 알코올, 에틸 에테르 혹은 아세톤과 같은 저급 알코올은 가열시 탄소를 발생하는 적당한 유기 화합물인 페놀 레진 대신에 선택될 수 있다. 게다가, 각각 불순물 함량이 낮은 비금속계 소결 첨가제 및 용매가 바람직하게 사용될 수 있다.

첨가될 비금속계 소결 첨가제의 양이 너무 적으면, 소결체의 밀도는 증가하지 않는다. 게다가, 비금속계 소결 첨가제의 양이 너무 많으면, 소결체에 함유된 자유 탄소가 증가하여 높은 치밀화를 얻지 못할 수도 있다. 따라서, 첨가될 비금속계 소결 첨가제의 양은 사용되는 비금속계 소결 첨가제의 종류에 의존하지만, 바람직하게는 발생될 탄소로 전환되어 10 중량% 이하, 더 바람직하게는 2 내지 8 중량%이다. 첨가량은 불화수소산을 사용하고 화학양론적으로 환원에 충분한 양을 계산하여 실리콘 카바이드 분말의 표면상에 있는 실리카(실리콘 옥사이드)의 양을 미리 정량하여 결정될 수 있다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체에서, 바람직하게는 실리콘 카바이드 소결체에 함유된 실리콘 카바이드로부터 유도된 탄소 원자와 비금속계 소결 첨가제로부터 유도된 탄소 원자의 총량은 바람직하게는 30 중량% 이상이고 또한 40 중량% 이하이다.

상기 함량이 30 중량% 이하이면, 상기 소결체에 함유된 불순물의 비가 증가한다. 함량이 40 중량% 이상이면, 함유된 탄소의 양이 증가하고, 얻어질 소결체의 밀도가 감소한다. 따라서, 어느 경우도 산화에 대한 강도 혹은 저항성과 같은 소결체의 여러가지 특성의 손상에 기인하여 바람직하지 않다.

실리콘 카바이드 소결체에서, 우선, 실리콘 카바이드 분말 및 비금속계 소결 첨가제는 균일하게 함께 혼합된다. 전술한 바와 같이, 비금속계 소결 첨가제로서 사용되는 페놀 레진은 에틸 알코올과 같은 용매에 용해되고, 실리콘 카바이드 분말과 충분히 혼합된다. 이 때, 질소 원료가 첨가될 때, 질소 원료는 비금속계 소결 첨가제와 함께 첨가될 수 있다.

혼합은 일반적으로 알려져 있는 수단, 예를 들면 혼합기 혹은 행성형태의 볼밀(ball mill)을 사용하여 수행될 수 있다.

혼합 시간은 바람직하게는 10 내지 30 시간, 더 바람직하게는 16 내지 24 시간이다. 충분히 혼합된 후, 용매는 용매의 물리적 성질에 적절한 온도에서 예를 들면 에틸 알코올의 경우 50 내지 60℃의 온도에서 제거될 수 있고, 혼합물은 건조할 때까지 증발된다. 그 후, 상기 혼합물의 원료 물질 분말이 체상에 얻어진다. 볼밀과 볼의 용기는 각각 높은 순도를 달성한다는 견지에서 볼 때 거의 금속을 가지지 않는 합성 레진으로 제조되는 것이 필요하다. 게다가, 상기 혼합물을 건조시, 스프레이 건조기와 같은 알갱이화하는 장비를 또한 사용할 수 있다.

전술한 소결 공정은 필수적인 단계, 즉 실리콘 카바이드 분말 혼합물 혹은, 후에 기술 되는, 성형 단계에 의하여 얻어진 실리콘 카바이드 분말의 성형체를 2000 내지 2400℃의 온도 및 300 내지 700 kgf/cm²의 압력에서 비산화성 분위기에서 몰드내에 넣고 고온 가압하는 단계이다.

얻어질 소결체의 순도의 견지에서 볼 때, 전술한 몰드는 바람직하게는 전체적인 혹은 부분적인 영역에서 그래파이트 물질로 형성되고, 혹은 상기 몰드와 성형된 물체 사이에 개입된 테플론 시트(sheet) 등을 포함하여 성형된 물체와 몰드의 금속 부분이 서로 직접 접촉하지 않도록 한다.

전술한 고온 가압은 300 내지 700 kgf/cm²에서 수행될 수 있다. 특히, 400 kgf/cm²이상에서 수행될 때, 여기에서 사용되는 고온 가압 부품 예를 들면 우수한 압력 조임성을 가지는 다이스(dies), 펀치 등을 선택하는 것이 필요하다.

전술한 소결 공정에서, 바람직하게는 실리콘 카바이드 소결체를 제조하기 위한 고온 가압을 수행하기 전에, 불순물들은 다음 조건하에서 온도를 증가시키도록열을 가함으로서 충분히 제거될 수 있고, 비금속계 소결 첨가제는 완전히 탄소화 되고, 그 후 전술한 조건하에 제공된 고온 가압이 수행된다.

전술한 소결 공정에서, 다음 두단계의 온도 증가 단계가 바람직하게는 수행된다. 우선, 로(爐)의 내부는 진공 상태에서 상온에서 700℃까지 점진적으로 가열된다. 이 때, 고온로의 온도를 조절하기가 어려우면, 700℃까지의 온도 상승을 계속하여 수행할 수 있다. 바람직하게는 로의 내부는 10^-4torr의 압력으로 고정하고 그 온도는 상온에서 200℃까지 점진적으로 증가시키고, 고정된 시간 동안 그 온도에 유지시킨다. 그 후 온도는 점진적으로 더 증가시키고 700℃까지 가열한다. 게다가, 고정된 시간 동안 700℃ 혹은 그 주변에 고정시킨다. 전술한 제 1 온도 상승 단계에서, 흡착된 물 혹은 유기 용매를 제거하고, 비금속계 소결 첨가제는 열분해에 의하여 탄소화된다. 로의 온도가 200℃ 혹은 그 주변에, 혹은 700℃ 혹은 그 주변에 고정되는 시간은 소결체의 크기에 따라서 적당한 범위 내에서 선택된다. 온도 유지 시간이 충분한지에 대한 결정은 진공 정도의 감소가 어느 정도 줄어드는 시간에 기초하여 행해질 수 있다. 전술한 단계에서 가열이 빨리 수행될 때, 불순물의 제거 혹은 비금속계 소결 첨가제의 탄소화는 충분히 수행되지 않고 성형된 물체에 크랙(crack)이나 공기 구멍이 생길 위험이 있다.

전술한 소결 공정에서, 예를 들면 5 내지 10 g의 시료의 경우, 압력은 10^-4torr에 고정되고 온도는 상온에서 200℃까지 점진적으로 상승시키고 그 온도에서 30 분간 유지된다. 그 후, 온도는 점진적으로 그리고 연속적으로 700℃까지 증가된다. 온도가 상온에서 700℃까지 증가되는 시간은 6 내지 10 시간, 바람직하게는 8 시간 주변이다. 게다가, 온도는 700℃ 혹은 그 주변에서 2 내지 5 시간 동안 유지되는 것이 바람직하다.

로의 온도는 전술한 조건에서 6 내지 9 시간에 걸쳐 700℃로터 1500℃까지 더 상승되고, 1500℃에서 1 내지 5 시간 동안 더 유지된다. 이 공정에서 실리콘 다이옥사이드 혹은 실리콘 옥사이드의 환원 반응이 수행된다고 여겨진다. 상기 환원 반응은 실리콘이 산소에 결합하는 것을 제거하기 위하여 충분히 완결되는 것이 필요하다. 1500℃에서의 온도 유지 시간은 환원 반응의 부산물인 일산화 탄소의 발생이 완결될 때까지, 즉 진공 정도의 감소가 줄어들고 로 내부의 진공 정도가 환원 반응 개시 전의 온도 1300℃ 혹은 그 주변에서의 진공 상태로 회복될 때까지 계속될 필요가 있다. 이 두번째 온도 상승 단계에서의 환원 반응에 기인하여, 실리콘 카바이드 분말의 표면에 부착하여 치밀하게 되는 것을 억제하고 그에 따라 커다란 알갱이의 성장을 야기시키는 실리콘 다이옥사이드는 제거된다. 환원 반응 중 발생된 SiO 및 CO를 함유하는 가스는 불순물 원소들을 포함하지만, 그렇게 발생된 가스는 반응로로부터 진공 펌프에 의하여 계속적으로 배출되고 제거된다. 따라서, 바람직하게는 전술한 온도 유지는 고순도를 얻는 견지에서 볼 때 충분히 수행될 필요가 있다.

전술한 온도 상승 단계를 완결한 후, 고압 고온 가압을 수행한다. 소결은 온도가 1500℃을 초과할 때 시작된다. 이 경우, 가압은 기준값으로 정해진 300 내지700 kgf/cm²혹은 그 주변에서 시작되어 알갱이의 비정상적인 성장을 억제한다. 그 후, 로내부가 비산화성 분위기가 되도록 불활성 가스를 로내부로 주입한다. 불활성 가스는 질소 혹은 아르곤일 수 있다. 특히, 아르곤 가스가 심지어는 고온에서도 반응성을 보이지 않는다는 견지에서 볼 때 바람직하게 사용된다.

전술한 고온 가압에서, 로내부를 비산화성 분위기로 만든 후, 가열 및 가압하여 그 온도는 2000 내지 2400℃로 증가하고 압력은 300 내지 700 kgf/cm²으로 증가한다. 가압시 압력은 원료 물질 분말의 알갱이 크기에 기초하여 선택될 수 있다. 원료 물질 분말의 알갱이 크기가 작을 때, 가압시의 압력이 상대적으로 낮더라도 바람직한 소결체가 얻어진다. 게다가, 1500℃로부터 2000 내지 2400℃, 즉 최대 온도까지 온도를 상승시키는 것은 2 내지 4 시간 동안 수행되나, 소결은 1850 내지 1900℃에서 빠르게 진행된다. 그 후, 최대 온도는 1 내지 3 시간 동안 유지되고, 소결은 완료된다.

만약 최대 온도가 2000℃보다 낮으면, 높은 치밀화가 충분히 달성되지 않는다. 만약 2400℃를 초과하면 성형된 물체의 분말 혹은 원료 물질이 승화(분해)할 위험이 있다. 어느 경우도 바람직하지 않다. 게다가 압력이 500 kgf/cm²이면 높은 치밀화가 얻어지지 않는다. 만약 700 kgf/cm²를 초과하면, 그래파이트 몰드와 같은 몰드가 파괴된다. 제조 효율의 견지에서 볼 때, 어는 경우도 바람직하지 않다.

또한 전술한 소결 공정에서, 얻어질 소결체의 순도를 유지하는 견지에서 볼때, 고순도의 그래파이트 원료 물질이 바람직하게는 여기에서 사용되는 그래파이트 몰드, 가열로의 절연체 등으로 사용될 수 있다. 그래파이트 원료 물질은 고순도과정을 거친 것일 수 있다. 구체적으로, 미리 2500℃ 이상에서 충분히 구워지고 소결 온도에서 불순물을 발생하지 않는 그래파이트 원료 물질를 사용하는 것이 바람직하다. 게다가, 불순물 함량이 낮은 고순도 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

우수한 특성을 가지는 실리콘 카바이드 소결체는 전술한 소결 공정을 수행하여 얻어진다. 최종적으로 얻어진 소결체의 순도를 높인다는 견지에서 볼 때, 아래에 기술하는 성형 공정은 상기 소결 공정 전에 수행될 수 있다. 소결 공정 전에 수행되는 성형 공정을 이제 기술한다. 성형 공정은 실리콘 카바이드의 혼합물을 몰드내에 넣고 80 내지 300℃의 온도 범위에서 5 내지 60 분간 가열하고 가압하여, 그에 따라 실리콘 카바이드 분말의 성형체를 미리 제조한다 (이 과정은 이후 성형체로 가끔 칭해진다). 바람직하게는 실리콘 카바이드의 혼합물은 결과물인 실리콘 카바이드 소결체의 높은 밀도를 얻는 다는 견지에서 볼 때 몰드내에서 가장 치밀하게 싸여진다. 상기 성형 공정에 기인하여, 커다란 벌크의 실리콘 카바이드 분말 혼합물은 시료를 고온 가압을 위해 몰드에서 쌓을 때 미리 조밀하게 만들어질 수 있다. 따라서,커다란 두께를 가지는 성형체는 성형 공정을 반복하여 제조하기가 용이하다.

실리콘 카바이드 분말의 혼합물은 80 내지 300℃, 바람직하게는 비금속계 소결 첨가제의 특성에 따라 120 내지 140℃의 가열 온도와 60 내지 100 kgf/cm²의 압력에서 가압하여 쌓여진 원료 물질 분말의 밀도가 1.5 g/cm³, 및 바람직하게는 1.9 g/cm³가 되게 하고, 가압된 상태로 5 내지 60 분간, 바람직하게는 20 내지 40 분간 더 유지한다. 그 결과, 실리콘 카바이드 분말의 혼합물을 포함하는 성형체가 얻어진다.

성형체의 밀도는 분말의 평균 알갱이 크기가 감소함에 따라 증가시키기가 어렵다. 높은 치밀화를 얻기 위하여, 바람직하게는 분말을 몰드내에 넣을 때, 진동 패킹(packing) 공정을 사용할 수 있다. 구체적으로, 평균 알갱이 크기가 1 μm 혹은 그 주변인 분말의 밀도는 1.8 g/cm³이상, 평균 알갱이 크기가 0.5 μm 혹은 그주변인 분말의 밀도는 1.5 g/cm³이상인 것이 바람직하다. 전술한 분말들의 각각의 평균 알갱이 크기의 밀도가 1.5 g/cm³혹은 1.8 g/cm³이면, 최종적으로 얻는 소결체의 높은 치밀화가 어렵게 된다.

성형체는 연이은 소결 공정 전에 사용될 고온 가압 몰드에 잘 맞도록 자를 수 있다. 바람직하게는 고온 가압 공정, 즉 소결 공정은 그 표면이 비금속계 소결 첨가제로 코팅된 성형체가 비산화성 분위기에서 2000 내지 2400℃의 온도 및 300 내지 700 kgf/cm²의 압력하에 놓여져서 고밀도 및 고순도의 실리콘 카바이드 소결체를 얻도록 수행된다. 이 때, 적어도 500 ppm의 질소 화합물이 실리콘 카바이드내에 및/또는 비금속계 소결 첨가제와 함께 함유되는 한, 그 부피 저항이 1 Ω·cm 이하이고 소결후 실리콘 카바이드 소결체에 약 150 ppm의 질소를 함유하는 실리콘 카바이드 소결체가 얻어진다.

소결 온도가 2000℃ 이하이면, 높은 치밀화(소결)가 충분히 달성되지 못한다. 게다가, 2400℃를 초과하면, 성형체의 분말 혹은 원료 물질이 승화(분해)할 위험이 있고, 그 속에 함유된 질소가 증발한다. 따라서, 충분한 고치밀화 및 고전도성을 달성하지 못한다. 게다가, 압력이 700 kgf/cm²을 초과하면, 그래파이트 몰드와 같은 성형체가 파손되고, 이것은 제조 효율의 견지에서 바람직하지 못하다.

전도성의 표현 매카니즘 및 소결 온도의 관계가 분명하게 되지 못하더라도, 소결 온도가 2000℃ 이하이면, 전자가 비금속계 소결 첨가제로부터 유도된 탄소상내에서 통과하는 매카니즘이 실리콘 소결체내의 미세구조보다 우세하고; 소결 온도가 2000℃ 이상이면, 전자가 알갱이 경계를 통과하는 매카니즘이 지배적이다;는 것이 이해되어져 왔다. 더욱 더, 비금속계 소결 첨가제 중 특히 바람직한 레졸 형 페놀 레진이 탄화되는 공정에서, 무정형 탄소 혹은 유리같은 탄소는 그래파이트로 변화된다고 또한 여겨진다.

전술한 제조 방법에 의하여 얻어진 실리콘 카바이드 소결체는 충분히 높은 치밀화를 가지고 있고 그의 밀도는 2.9 g/cm³이상이다. 얻어진 소결체의 밀도가 2.9 g/cm³이하이면, 구부러짐 강도 및 파손 강도와 같은 동적 특성, 혹은 전기적 물질 성질이 감소한다. 게다가, 입자들이 증가하고 오염도가 악화한다. 따라서, 전술한 밀도의 범위는 바람직하지 않다. 더욱 더, 초음파가 전파되는 소결체의 부분에서, 초음파는 구멍에 의하여 산란되고, 그 결과 세척 효율이 감소할 수 있다. 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 더 바람직하게는 3.0 g/cm³이상이다.

전술한 실리콘 카바이드 소결체가 다공성 물체이면, 그의 내열성, 내산화성, 내화학약품성, 및 기계적 강도는 저하되고, 세척은 어렵게 되며, 미세한 깨짐이 야기되고, 그로부터 발생한 미세한 조각들이 오염원이 되고, 가스 투과성이 유발된다. 따라서 소결체의 물리적 성질들이 저하되고 그 응용은 제한적이다.

실리콘 카바이드 소결체의 불순물의 총량은 10 ppm 이하, 바람직하게는 5 ppm 이하이다. 그러나, 화학 분석에 기초한 불순물의 전술한 양은 단지 기준치로서 나타낸 것이다. 실질적으로, 그 값은 불순물이 일정하게 분포하거나 국부적으로 분산된 상태에 따라 변한다. 따라서, 당업자는 일반적으로 상업적인 장비를 사용하고, 여러 수단으로 실리콘 카바이드 소결체가 소정의 가열 조건에서 불순물에 의하여 오염된 정도를 계산한다. 액체 실리콘 화합물, 비금속계 소결 첨가제, 및 중합 혹은 가교결합 촉매를 균일하게 혼합하여 얻어진 고체 물질을 비산화성 분위기에서 가열하여 탄소화하고 그후 비산화성 분위기에서 소결하는 소결 공정을 포함하는 제조 방법에 따라, 실리콘 카바이드 소결체내의 불순물 원소의 총량은 10 ppm 이하로 고정될 수 있다. 게다가, 실리콘 카바이드 분말을 제조하는 단계 및 실리콘 카바이드 분말로부터 실리콘 카바이드 소결체를 제조하는 단계에 사용되는 실리콘 원료 및 비금속계 소결 첨가제, 및 비산화성 분위기를 제공하는 데 사용되는 불활성 가스는 바람직하게는 불순물 원소의 총량이 10 ppm 이하, 더욱 더 500 ppm 이하인 순도에 고정될 수 있다. 그러나, 이러한 밀도들이 각각 가열 및 소결 공정에서 허용가능한 범위에 있는 한, 본 발명은 그것들에 한정되지 않는다. 여기에서 언급되는 불순물 원소들은 실질적으로 Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 이외의 원소를 포함한다.

이후에는 실리콘 카바이드 소결체의 다른 적당한 물리적 성질에 대하여 기술한다. 예를 들면, 상온에서의 실리콘 카바이드 소결체의 구부러짐 강도는 50.0 내지 65.0 kgf/mm², 1500℃에서의 구부러짐 강도는 55.0 내지 80.0 kgf/mm², 영률(Young's modulus)은 3.5×104 내지 4.5×104, 비커스 경도 (Vickers hardness)는 2000 kgf/mm²이상, 포아손 비율(Poisson's ratio)은 0.14 내지 0.21, 열팽창계수는 3.8×10^-6내지 4,2×10^-6(℃^-1), 열전달계수는 150 W/m·k 이상, 비열은 0.15 내지 0.18 cal/g·℃, 내열충격성은 500 내지 700 ΔT℃ 이다.

실리콘 카바이드 소결체가 전도성을 가지기 위하여 질소를 함유할 때, 질소 함량은 바람직하게는 150 ppm, 더 바람직하게는 200 ppm 이다. 게다가, 질소는 바람직하게는 안정도의 견지에서 고용체의 형태로 함유된다.

본 발명에서, 원하는 형태의 실리콘 카바이드 소결체는 전술한 바와 같이 얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 예를 들면 원하는 형태로 처리하고 더 광택을 내고세척 등을 하여 제조된다. 게다가, 전술한 공정을 위하여, 전기 방전 처리가 특히 바람직하다.

상기 실리콘 카바이드 소결체의 제조 방법에서 나타낸 가열 조건이 만족되는한, 실리콘 카바이드 소결층의 제조 장치는 특별히 한정되지 않는다. 실리콘 카바이드 소결층은 소결 몰드의 압력 조임을 고려하는 한 일반적으로 알려져 있는 가열로 혹은 반응로를 사용하여 제조될 수 있다.

전술한 실리콘 카바이드 소결층은 세척 용기 본체와 직접 연결될 수 있고, 혹은 부착층과 같은 중간층을 통하여 간접적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 세척 용기를 사용하여 세척되는 세척될 물질은 특별히 한정되지 않고 상기 목적들에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 세척될 물질은 화합물 반도체, 실리콘, 반도체와 관계되는 부재들, 전자 부품 등일 수 있다.

세척 액체가 초음파를 그 속으로 전파하는 한, 세척 용기 본체에 수용되는 세척 액체는 특별히 한정되지 않는다. 세척 액체의 예들은 물, 산, 알칼리, 유기 용매, 및 그들의 혼합 용매를 포함한다. 유기 용매의 경우, 불을 유발할 수 있는 직접 가열을 방지하기 위하여 간접 가열을 수행하는 것이 필요하다. 그러나, 실리콘 카바이드 소결체는 우수한 열전도성을 가지고 있고, 따라서 유기 용매가 또한 적절히 사용될 수 있다. 전술한 세척 액체 대신에, 기체상 혹은 고체상 물질이 세척 용기내에 수용될 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 세척 효율의 견지에서 바람직하지 않다.

초음파를 세척 용기로 주입하는 초음파 발진기는 초음파를 발생하는 일반적으로 알려져 있는 발진기일 수 있다.

〔실시예〕

이후에서 본 발명의 실시예를 기술하지만, 본 발명은 그들에 한정되지는 않는다.

[실시예 1]

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 세척 용기(1)는 세척 용기 본체(2) 및 실리콘 카바이드 소결체(3)를 포함한다,

상기 세척 용기 본체(2)는 폴리비닐 클로라이드로 제조되며 그 한 단부가 원형인 기저면을 가지는 원통형 구성을 가지고 있다.

실리콘 카바이드 소결체(3) 층은 세척 용기 본체(2) 내부에 하부표면 주변 모서리 부분상에 형성된다. 게다가, 초음파 발진기(5)는 세척 용기 본체(2)의 기저 및 외부에 배치되고, 실리콘 카바이드 소결체(3) 층은 초음파 발진기(5)가 배치된 부분에 해당하는 위치에 세척 용기 본체(2)의 기저에 형성된다.

실리콘 카바이드 소결체(3) 층은 실리콘 카바이드 소결체를 포함한다. 실리콘 카바이드 소결체는 아래에 기술된 방식으로 제조된다. 즉, 레졸 형 페놀 레진(열분해후 잔류 탄소 비율은 50%) 6 g 및 평균 알갱이 크기가 2.0 μm이고 하나의 알갱이 분포 최대치를 가지는 고순도 β-실리콘 카바이드 분말 94 g을 에탄올 용매 50 g내에서 습식 볼밀에 의하여 함께 혼합하고, 건조하고, 직경이 20 mm이고 두께가 10 mm인 원통형의 구조를 가지는 성형체를 얻었다. 상기 성형체에 함유된 페놀 레진 및 아민의 각각 양은 6 중량% 및 0.1 중량%이었다. 성형체는 700 kgf/cm²의 압력 및 2300℃의 온도에서 아르곤 가스 분위기에서 3 시간 동안 고온 가압에 의하여 소결되고 그에 따라 실리콘 카바이드 소결체를 제조하였다. 얻어진 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 3.11 g/cm³, 그의 부피 저항은 0.1 Ω·cm, Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 이외의 원소의 총량은 2 ppm이었다.

실리콘 카바이드 소결체(3) 층은 얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 전지 방전 처리하여 원하는 형태로 만들고 세척 용기 본체(2)내에 미리 결정되어 있는 위치에 고정시킴으로써 형성되었다. 실리콘 카바이드 소결체(3) 층의 두께는 6.4 mm이었다.

불화 수소산과 질산의 혼합물(38% 불화 수소산: 68% 질산: 물=1:1:6(부피비))을 세척 액체로서 세척 용기 본체(2)에 넣었다.

초음파(주파수: 1 MHz)는 초음파 발진기(5)를 작동시켜 진동되었다. 즉, 실리콘 카바이드 소결체의 두께가 진동하는 초음파의 반파장의 정수배인 초음파가 진동하였다.

이어서, 전술한 세척 액체의 순도는 유도결합 플라즈마 질량 분석기 (ICP-MS)로 측정되었다. 이 경우, 중금속의 순도의 증가는 발견되지 않았고, 발생된 입자의 양은 적었다.

게다가, K, Ca, Ti, Fe, Cu, 및 Zz 각각의 원소를 1×10¹²원자/cm²의 비율로 강압적으로 그 표면에 오염시킨 실리콘을 세척될 물질로서 세척 용기 본체(2)에 넣었다. 세척될 물질을 위한 초음파 세척을 초음파가 전술한 바와 같은 방식으로 진동하는 방식으로 수행하였다. 그 결과 오염물질은 세척될 물질로부터 짧은 기간내에 제거되었다.

게다가, 세척 용기(1)를 1000 시간 동안 사용한 후에도, 세척 용기 본체(2)의 내부는 손상되지 않았고 실리콘 카바이드 소결체(3) 층에 파손 등이 발견되지 않았다.

[실시예 2]

실리콘 카바이드의 두께가 1 mm인것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 세척 용기를 형성하였다. 그 결과, 세척될 물질로부터 오염물질을 제거하는 데 걸리는 시간은 실시예 1의 그것 이상이었다.

[실시예 3]

도 2에 보여준 바와 같이, 실시예 3의 세척 용기는 세척 용기 본체(2)와 실리콘 카바이드 소결체(3)를 포함한다.

세척 용기 본체(2)는 폴리비닐 클로라이드로 제조되고 그 한쪽 단부가 원형의 기저 표면을 가지는 원통형 형태를 가지고 있다.

실시예 3의 구조는 실리콘 카바이드 소결체(3) 층이 그 내부에 세척 용기 본체(2)의, 그에 인접한 기저 표면 및 주변 표면상에 연속적으로 형성된다는 점에서 실시예 1의 그것과는 다르다. 실리콘 카바이드 소결체(3) 층의 두께는 6.4 mm이었다. 실리콘 카바이드 소결체(3) 층은 실시예 1에 사용된 실리콘 카바이드 소결체로 형성되었다.

게다가, 실시예 3은 상기 세척 용기 본체(2)가 외부 세척 용기(12) 내부에 수용된 상태로 배치되어 있고, 물이 초음파 전파 매체로서 세척 용기 본체(2)와 외부 세척 용기(12) 사이의 통로에 수용된다는 점에서 실시예 1과 다르다.

불화 수소산과 질산의 혼합물 (38% 불화 수소산: 68% 질산: 물= 1:1:6(부피비))을 세척 액체로서 세척 용기 본체(2)에 넣었다.

초음파(주파수: 1 MHz)는 초음파 발진기(5)를 작동시켜 진동되었다. 즉, 실리콘 카바이드 소결체의 두께가 진동하는 초음파의 반파장의 정수배인 초음파가 진동하였다.

이어서, 전술한 세척 액체의 순도는 유도결합 플라즈마 질량 분석기 (ICP-MS)로 측정되었다. 이 경우, 중금속의 순도의 증가는 발견되지 않았고, 발생된 입자의 양은 적었다.

게다가, 실시예 1에서 사용된 실리콘을 세척될 물질로서 세척 용기 본체(2)에 넣었다. 세척될 물질을 위한 초음파 세척을 초음파가 전술한 바와 같은 방식으로 진동하는 방식으로 수행하였다. 그 결과 오염물질은 세척될 물질로부터 짧은 기간내에 제거되었다.

더욱 더, 세척 용기(1)를 1000 시간 동안 사용한 후에도, 세척 용기 본체(2)의 내부는 손상되지 않았고 실리콘 카바이드 소결체(3) 층에 파손 등이 발견되지 않았다.

[비교예 1]

세척 용기 본체(2)가 수정으로 제조되었고 실리콘 카바이드 소결체(3) 층이 제공되지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 세척 용기를 형성하였고, 그를 위한 전술한 초음파 세척을 수행하였다.

이어서, 세척 액체의 순도를 유도 결합 플라즈마 질량 분석기 (ICP-MS)를 사용하여 측정하였다. 그 결과, 보론 455 ppm이 검출되었고 많은 입자들이 발생하였다.

게다가, 실시예 1에서 사용된 실리콘을 세척될 물질로서 세척 용기 본체(2)에 넣었다. 세척될 물질을 위한 초음파 세척을 초음파가 전술한 바와 같은 방식으로 진동하는 방식으로 수행하였다. 그 결과 오염물질은 세척될 물질로부터 짧은 기간내에 제거되지 않았다.

[실시예 4]

실리콘 카바이드 소결체를 아래에 기술하는 바와 같이 얻었다. 즉 레졸 형 페놀 레진(열분해 후 잔류 탄소 비율은 50%) 6 g 및 평균 알갱이 크기가 2 μm이고 하나의 알갱이 분포 최대값을 가지는 고순도 β-실리콘 카바이드 분말 94 g을 50 g의 에탄올 용매에 습식 볼밀에 의하여 함게 혼합하고, 건조하여, 직경이 20 mm, 두게가 10 mm인 원통형 형태를 가지는 성형체를 얻었다. 상기 성형체에 함유된 페놀 레진과 아민의 각각의 양은 6 중량% 및 0.1 중량%이었다. 상기 성형체는 아르곤 가스 분위기에서 700 kgf/cm²의 압력 및 2300℃의 온도에서 3 시간 동안 소결되어 실리콘 카바이드 소결체를 제조하였다.

얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 통과하는 초음파의 음속 11000 m/s이었다. 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 3.11 g/cm3이었고 그 부피 저항은 0.03 Ω·cm이었고, Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유가스 이외의 원소의 총량은 2 ppm이었다.

초음파 펄스형 동적인 탄성율 측정 장비(Choonpa Kogyo Co., Ltd.에 의하여제작된; UVM-2 형)를 사용하여, 송신기와 수신기가 실리콘 카바이드 소결체의 양쪽에 부착되어 1 MHz의 초음파들이 초음파 발진기(물질의 등급: PTZ(즉, 티탄산 납 및 지르코늄산 납의 혼합물))에 의하여 진동할 때 초음파가 전파되는 시간으로부터 전파된 초음파의 음속을 측정하였다.

실리콘 카바이드 소결체가 초음파 공명판으로 사용될 때, 그 두께는 충분한 기계적 강도를 유지하는 데 필요한 5.5 mm로 맞출 수 있었다. 더욱 더, 이 초음파 공명판은 불화 수소산 및 질산(10 리터)의 혼합물을 포함하는 베스(bath)에 넣었고 합산하여 1 시간 동안 초음파로 진동시켰고, 불순물이 불화 수소산과 질산의 혼합물 속으로 용해되는 것을 ICP-MS로 검출하였다. 그 결과 아무런 불순물도 발견되지 않았다.

[실시예 5]

실리콘 카바이드 소결체를 실시예 4에서와 같이 얻었다. 얻어진 실리콘 카바이드 소결체는 실시예 4에서와 같은 방식으로 평가되었다. 실리콘 카바이드 소결체를 통과하는 초음파의 음속은 12600 m/s이었다. 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 3.15 g/cm³이었고 그 부피 저항은 0.03 Ω·cm이었고, Si, C, O, N, 할로겐 및 희유 가스 이외의 원소의 총량은 약 2 ppm이었다.

0.3 mm의 두께를 가지는 얻어진 실리콘 카바이드 소결체를 초음파 진동기에 부착된 상태에서 초음파 막으로 사용하였을 때, 1 MHz의 초음파 출력에 의하여 용액에 850 kHz의 초음파가 진동될 수 있었다. 게다가, 초음파 막을 불화 수소산과질산의 혼합물(10 리터)을 포함하는 베스에 넣었고, 합산하여 1 시간 동안 초음파로 진동시켰고, 불순물이 불화 수소산과 질산의 혼합물 속으로 용해되는 것을 ICP-MS로 검출하였다. 그 결과 아무런 불순물도 검출되지 않았다.

[비교예 2]

0.4 중량%의 B₄C를 레졸형 페놀 레진 대신에 소결 첨가제로 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 같이 실리콘 카바이드 소결체를 얻었다.

얻어진 실리콘 카바이드 소결체는 실시예 4에서와 같은 방식으로 평가하였다. 실리콘 카바이드 소결체를 통과하여 전파되는 초음파의 음속은 10500 m/s이었다. 실리콘 카바이드 소결체의 밀도는 3.10 g/cm³, 그 부피 저항은 104 Ω·cm, Si, C, O, N, 할로겐 및 희유 가스 이외의 원소의 총량은 약 40000 ppm이었다.

실리콘 카바이드 소결체를 초음파 공명 기판으로 사용했을 때, 초음파 막의 요구되는 두께는 5.25 mm이었다. 초음파 공명판은 불화 수소산 및 질산의 혼합물(10 리터)을 포함하는 베스에 넣었고, 합산하여 1 시간 동안 초음파로 진동시켰다. 불순물이 불화 수소산과 질산의 혼합물 속으로 용해되는 것을 ICP-MS로 검출하였다. 그 결과 600 ppm의 용해된 보론이 검출되었고, 보론으로 오염된 것이 관찰되었다.

본 발명은 전술한 일반적인 예에서 볼 수 있는 여러가지 문제들을 해결할 수 있고, 제작이 용이하고 그 구조가 간단하여 취급이 용이하며 우수한 내구성, 기계적 강도, 및 내부식성을 가지는, 초음파 세척에 사용되는 수명이 긴 세척 용기를 제공할 수 있다.

게다가, 본 발명에 따라서, 반도체 제조 장비용 부품, 전자 정보 장치용 부품, 및 진공 장비 등에 사용되는 여러가지 구조적 부품에 응용될 수 있고, 초음파 공명 기판 혹은 초음파 막으로 적절히 사용될 수 있으며, 초음파 공명판 혹은 초음파 막으로 사용될 때 쉽게 처리될 수 있고, 기계적 강도를 충분히 유지하면서 얇게 제조될 수 있는 실리콘 카바이드 소결체를 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 초음파를 주입하여 세척될 물질을 세척하는 세척 용기로서, 세척될 물질이 세척 액체와 함께 수용되는 세척 용기 본체 및 초음파를 전파하는 실리콘 카바이드 소결체 층을 포함하는 세척 용기에 있어서, 실리콘 카바이드 소결체 층이 상기 세척 용기 본체의 내부에, 적어도 상기 세척 용기 본체의 하부 주변 모서리 부분 및 초음파가 주입되는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 그 밀도가 2.9 g/cm³이상인 실리콘 카바이드 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 Si, C, O, N, 할로겐,및 희유가스 이외의 원소의 총량이 10 ppm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 그 부피 저항이 1 Ω·cm 이하인 실리콘 카바이드 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 전기를 켬으로써 가열될 수 있는 실리콘 카바이드 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 세척 용기 본체의 내부의 하부 주변 모서리 부분에 형성된 상기 실리콘 카바이드 소결체 층이 냉각 매체를 위한 통로를 가지는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
7. 제 1항에 있어서, 주입되는 초음파의 파장이 λ, 그 초음파의 음속이 ν, 그 초음파의 주파수가 f이면, 1/m의 파장으로 진동할 때, 상기 소결체 층의 두께(b)는 다음 수식에 의하여 나타내어 지는 것을 특징으로 하는 세척 용기:

   b=(λ/m)n =(ν/mf)n (n은 정수)
8. 제 1항에 있어서, 실리콘 카바이드 소결체 층이 세척 용기 본체의 내부의 전표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
9. 제 1항에 있어서, 세척 용기 본체는 120℃ 이상의 내열온도를 가지는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
10. 제 1항에 있어서, 상기 세척 용기 본체는 높은 내화학약품성을 가지는 것을 특징으로 하는 세척 용기.
11. 제 1항에 있어서, 상기 세척 용기 본체는 열경화성 레진으로 제조된 것을 특징으로 하는 세척 용기.
12. 제 11항에 있어서, 상기 열경화성 레진은 폴리비닐 클로라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세척 용기.
13. 초음파를 전파할 수 있는 실리콘 카바이드 소결체에 있어서, 그를 통하여 전파되는 초음파의 음속이 4000 내지 20000 m/s인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
14. 제 13항에 있어서, 그를 통하여 전파되는 초음파의 음속이 4000 내지 11000 m/s이고, 상기 실리콘 카바이드 소결체가 초음파 공명판으로 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
15. 제 13항에 있어서, 그를 통하여 전파되는 초음파의 음속이 11000 m/s이상 및 20000 m/s 이하이고, 상기 실리콘 카바이드 소결체가 초음파 막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
16. 제 13항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체의 밀도가 2.9 g/cm³이상인것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
17. 제 13항에 있어서, Si, C, O, N, 할로겐, 및 희유 가스 이외의 원소의 총량이 10 ppp 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
18. 제 13항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체의 부피 저항이 1 Ω·cm 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
19. 제 13항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 비산화성 분위기에서 2000 내지 2400℃의 온도 및 300 내지 700 kgf/cm²의 압력에서 실리콘 카바이드 분말과 비금속계 소결 첨가제의 혼합물을 고온 가압하여 얻어진 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.
20. 제 13항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 소결체는 실리콘 카바이드 분말과 비금속계 소결 첨가제의 혼합물을 80 내지 300℃의 온도에서 몰드내에서 5 내지 60분 동안 가열되어 성형체를 형성하고, 그 후 성형체는 비산화성 분위기에서 2000 내지 2400℃의 온도 및 300 내지 700 kgf/cm²의 압력에서 고온 가압되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 소결체.