TWI722531B - 碳化硼燒結體以及包括其的蝕刻裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種碳化硼燒結體以及包括其的蝕刻裝置。 本發明的碳化硼燒結體的特徵在於，通過頸縮含碳化硼的顆粒而成，在400℃下測量的導熱率值為27W/(m‧k)以下。所述碳化硼燒結體具有特定範圍內的導熱率值，並且具有優秀的耐腐蝕性和耐蝕刻性。

Description

碳化硼燒結體以及包括其的蝕刻裝置

本發明是有關於一種碳化硼燒結體及包含該碳化硼燒結體的蝕刻裝置。

碳化硼（B₄ C）是繼金剛石和立方氮化硼（BN）之後硬度最高的耐磨性陶瓷。碳化硼被稱為具有高熔點（2447℃）、高強度（28-35GPa，努普硬度（Knoop hardness））、低密度（2.21g/cm³ ）及高楊氏模量（Young’s modulus）（450-470 GPa）的高硬度且高非彈性材料。並且，由於高熱電性能和良好的化學穩定性，不僅用於在熔融金屬中長時間使用的熱電偶，而且，由於中子吸收能力強，長期以來一直被用作核發電的中子吸收和屏蔽材料。

碳化硼（B₄ C）用作拋光材料或切削工具材料。如碳（C）、Y₂ O₃ 、SiC、Al₂ O₃ 、TiB₂ 、AlF₃ 和W₂ B₅ 等燒結助劑可適用於如上所述的碳化硼（B₄ C）粉末的燒結。然而，據悉，這種燒結助劑形成二次相（secondary phase），並且通過添加燒結助劑的燒結形成的二次相可能對碳化硼（B₄ C）的物理性質產生不利的影響。 [現有技術文獻] [專利文獻] 韓國公開專利第10-2010-0033696號，2010年03月31日 韓國公開專利第10-2014-0147892號，2014年12月30日

本發明的目的在於提供一種具有優秀特性的碳化硼燒結體及至少部分包括該碳化硼燒結體的蝕刻裝置。 [用於解決問題的手段]

為了達到所述目的，本發明的一實施方式提供一種碳化硼燒結體，其特徵在於，頸縮含碳化硼的顆粒而成，在400℃下測量的導熱率值為27W/（m•k）以下。

所述碳化硼燒結體在25℃下測量的導熱率值與在800℃下測量的導熱率值之比率可以為1:0.2至3。

所述顆粒的粒徑D₅₀ 可以為1.5μm以下。

所述碳化硼燒結體在表面上測量的表面粗糙度Ra可以為0.1μm至1.2μm。

所述碳化硼燒結體在電漿蝕刻裝置內可以不與氟離子接觸形成顆粒。

所述碳化硼燒結體在電漿蝕刻裝置內可以不與氯離子接觸形成顆粒。

所述碳化硼燒結體的孔隙率可以為3%以下。

所述碳化硼燒結體在表面或截面上觀察到的孔隙的平均直徑可以為5μm以下。

所述碳化硼燒結體在表面或截面上觀察到的孔隙的直徑為10μm以上的部分的面積可以為5%以下。

所述碳化硼燒結體可以相對於矽具有55%以下的蝕刻率。

所述碳化硼燒結體可以相對於CVD-SiC具有70%以下的蝕刻率。

本發明的另一實施方式提供一種用於蝕刻裝置的部件，所述用於蝕刻裝置的部件的一部分或全部包括如上所述的碳化硼燒結體。

本發明的又一實施方式提供一種蝕刻裝置，所述蝕刻裝置的至少一部分包括如上所述的碳化硼燒結體。

所述蝕刻裝置可以為電漿蝕刻裝置。 [發明效果]

本發明的碳化硼燒結體等可以提供具有相對恆定的導熱率、低蝕刻率（優秀的耐腐蝕性）等的碳化硼燒結體。

本發明的碳化硼燒結體等實際上不與如氟離子或氯離子等的鹵素離子產生反應而形成顆粒，因此適用於如電漿蝕刻裝置等的蝕刻裝置的至少一部分，且具有低蝕刻率、範圍可通過反應條件進行調節的導熱特性，因此適合用作蝕刻裝置中的消耗部件，並且可以提高蝕刻效率。

以下，參照圖式來對本發明的實施例進行詳細說明，以使本發明所屬技術領域的普通技術人員輕鬆實施本發明。本發明可通過多種不同的實施方式實現，並不限定於在本說明書中所說明的實施例。在說明書全文中，對於相同或相似的部分標註了相同的圖式標號。

貫穿整個說明書，馬庫什型描述中包含的術語「……的組合」是指從馬庫什型描述的構成要素所組成的組中選擇的一個以上的混合或組合，從而意味著本發明包括從所述構成要素中選擇的一個以上。

在說明書全文中，「第一」、「第二」或「A」、「B」等的術語用於相互區別相同的術語。另外，除非有相反含義，否則單數的描述也包括複數的描述。

在本說明書中，只要在句子中未特別言及，單數的描述解釋為包括單數或複數。

在本說明書中，碳化硼是指所有基於硼和碳的化合物。所述碳化硼可以為在碳化硼材料中包含或不包含添加劑和/或摻雜材料的碳化硼，具體而言，硼和碳的總和可以是90莫耳%以上，95莫耳%以上，98莫耳%以上，或可以是99莫耳%以上。在本說明書中，碳化硼可以是單相或複合相，或可以是其混合物。碳化硼單相均包括硼和碳的化學計量相（phase）和偏離化學計量組成的非化學計量相，並且，複合相是指在基於硼和碳的化合物中的至少兩種以規定比率混合而成的相。並且，本說明書中的碳化硼還包括雜質被加入到所述碳化硼的單相或複合相中以形成固溶體的情況或在製備碳化硼的過程中不可避免地加入的雜質摻入的情況。所述雜質的例可以舉出如鐵、銅、鉻、鎳和鋁等的金屬。

下面，更詳細地說明本發明。

為了達到上述目的，根據本發明的一實施例的碳化硼燒結體通過頸縮含碳化硼的顆粒而成，在400℃下測量的導熱率值為27W/（m•k）以下。

所述碳化硼燒結體可具有如下特性，即，在25℃下測量的熱導率值（HC₂₅ ）與在800℃下測量的熱導率值（HC₈₀₀ ）之比率（HC₂₅ :HC₈₀₀ ）為1:0.2至3。具體而言，所述比率（HC₂₅ :HC₈₀₀ ）可以是1:0.26至1，也可以是1:0.26至0.6。

當燒結體具有上述導熱率值時，即使適用所述燒結體的環境的溫度變化較大，導熱率值也是處在一定範圍內的值，因此即使適用於溫度變化較大的環境中，也可以具有較為一定的熱特性，且可以穩定地執行製程。可以通過調節孔隙率、燒結程度等來調節所述燒結體的導熱率。並且，為了調整所述燒結體的導熱率，可以使用如碳化矽或矽等的添加劑。

在選自25至800℃的任意溫度下，所述燒結體的導熱率可以約為60W/（m•k）以下，可以約為40W/（m•K）以下，可以約為30W/（m•K），或可以約為27W/（m•K）。並且，在選自25至800℃的任意溫度下，所述燒結體的導熱率可以約為4W/（m•K）以上，或可以約為5W/（m•K）以上。

所述燒結體的導熱率在25℃下可以約為80W/（m•K）以下，或可以約為31W/（m•K）以下。並且，所述燒結體的導熱率在25℃下可以約為20W/（m•K）以上，或可以約為22W/（m•K）以上。

所述燒結體的導熱率在400℃下可以約為70W/（m•K）以下，或可以約為22W/（m•K）以下。並且，所述燒結體的導熱率在400℃下可以約為7W/（m•K）以上，或可以約為8W/（m•K）以上。

所述燒結體的導熱率在800℃下可以約為50W/（m•K）以下，或可以約為16W/（m•K）。並且，所述燒結體的導熱率在800℃下可以約為5W/（m•K）以上，或可以約為6W/（m•K）以上。

若具有上述導熱率，燒結體則可以具有更加優秀的耐腐蝕性。

所述燒結體可以通過燒結和頸縮粒徑D₅₀ 為1.5μm以下的含碳化硼顆粒而成。關於燒結和頸縮方法的具體內容與下面將說明的關於製造方法的說明重複，因此將省略其記載。

所述碳化硼燒結體的表面粗糙度Ra可以約為1.0μm至約1.2μm。經拋光的所述燒結體的表面粗糙度Ra可以約為0.2μm至約0.4μm。三維測量裝置可以適用於所述測量。具有上述表面粗糙度的所述碳化硼燒結體具有更光滑的表面，因此，即使所述碳化硼燒結體適用於蝕刻裝置的一部分或在蝕刻裝置所採用的部件的一部分或全部，也可以呈現出優秀的物理性質。

所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為10%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為5%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為3%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為2%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為1%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為0.5%以下。更具體而言，所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為0.1%以下。所述碳化硼燒結體的孔隙率可以約為0.001%以上。具有上述低孔隙率的燒結體是指在顆粒之間的碳區域等較低的燒結體，並且可以具有更強的耐腐蝕性。

基於所述截面，所述碳化硼燒結體中，氣孔的平均直徑可以是5μm以下。此時，所述氣孔的平均直徑是通過面積與所述氣孔的截面積相同的圓的直徑導出的。所述氣孔的平均直徑可以是3μm以下。更具體而言，所述氣孔的平均直徑可以是1μm以下。並且，基於所述氣孔的整體面積，所述氣孔的直徑為10μm以上的部分的面積可以為5%以下。這意味著所述碳化硼燒結體具有相對緻密的結構，並且緻密結構在整個燒結體中均勻分布。此外，由於所述碳化硼燒結體具有如上所述的緻密結構，因此可以具有改善的耐腐蝕性。

在所述碳化硼燒結體中的金屬副產物（雜質）的含量可以為500ppm以下、300ppm以下、100ppm以下、10ppm以下、1ppm以下，或者可實際上不含金屬副產物（雜質）。

所述碳化硼燒結體可具有在蝕刻裝置中不與鹵素離子反應形成顆粒（顆粒狀異物）的優點。此時，所述顆粒是指粒徑為1μm以上的物質。具體而言，所述碳化硼燒結體可以在電漿蝕刻裝置中不與氟離子反應形成顆粒。具體而言，所述碳化硼燒結體可以在電漿蝕刻裝置中不與氯離子反應形成顆粒。該特徵與適用銥等的燒結體可以與鹵素離子產生反應而形成顆粒狀異物的情況有所區別，並且有利於所述碳化硼燒結體適用於蝕刻裝置。

所述碳化矽燒結體具有低蝕刻率特性。具體而言，當矽（Si，單晶矽，通過生長（growing）法製造）的蝕刻率為100%時，所述碳化矽燒結體可具有55%以下的蝕刻率，或可具有10%至50%的蝕刻率，或可具有20%至45%的蝕刻率。這種蝕刻率特性是基於厚度減少率（%）的評估，具體而言，上述蝕刻率是在RF功率為2000W、曝光時間為280小時的電漿裝置中以相同條件評估蝕刻的比率的結果。

所述碳化矽燒結體的低蝕刻率特性顯著優於CVD-SiC，即，表現出非常優秀的耐蝕刻性。更具體而言，當CVD-SiC的蝕刻率為100%時，所述碳化矽燒結體可具有70%以下的蝕刻率。

所述碳化硼燒結體可具有高電阻、中等電阻或低電阻特性。

具體而言，具有高電阻特性的碳化硼燒結體可具有約10Ω•cm至約10³ Ω•cm的比電阻。此時，所述高電阻碳化硼燒結體主要由碳化硼形成，並且可以包括碳化矽或氮化矽作為燒結性能改進劑。

具體而言，具有中等電阻特性的碳化硼燒結體可具有約1Ω•cm至10Ω•cm的比電阻。此時，所述中等電阻碳化硼燒結體主要由碳化硼形成，並且可包括氮化硼作為燒結性能改進劑。

具體而言，具有低電阻特性的碳化硼燒結體可具有約10^-1 Ω•cm至約10^-2 Ω•cm的比電阻。此時，所述低電阻碳化硼燒結體主要由碳化矽形成，並且可包括碳作為燒結性能改進劑。

更具體而言，所述碳化矽燒結體可以具有5.0Ω•cm以下的低電阻特性，或可以具有1.0Ω•cm以下的低電阻特性，或可以具有8×10^-1 Ω•cm以下的低電阻特性。

本發明的碳化矽燒結體具有低蝕刻率特性，且在截面觀察結果觀察到具有整體上均勻且碳區域減少等優秀的微觀結構特性，因此其作為耐腐蝕構件等的利用度優秀。

根據本發明的另一實施例的蝕刻裝置的至少一部分包括如上所述的碳化硼燒結體。具體而言，所述碳化硼燒結體可以適用於電漿反應器的壁、用於處理氣體的噴嘴、用於處理氣體的噴頭等。

根據本發明的又一實施例的用於蝕刻裝置的部件的至少一部分可以包括如上所述的碳化硼燒結體，或可以由所述碳化硼燒結體形成。具體而言，所述碳化硼燒結體可以適用於如聚焦環、邊緣環等的消耗性部件，而且，可以在蝕刻裝置執行的蝕刻製程中進一步減少不良率且更長時間適用消耗性部件，因此可以進一步提高效率。

根據本發明的又一實施例的碳化硼燒結體的製備方法包括：一次成型步驟和燒結體形成步驟。所述製備方法在所述一次成型步驟之前還可包括顆粒化步驟。所述製備方法在所述燒結體形成步驟之後還可包括加工步驟。

所述顆粒化步驟包括：漿化步驟，將含有碳、硼、碳化硼或它們的混合物的原材料與溶劑混合來製備漿化原材料；顆粒化步驟，將所述漿化原材料乾燥以形成球形顆粒狀原材料。

所述原材料可以是含有碳化硼和燒結性能改進劑的原材料。

所述碳化硼（boron carbide）以B₄ C為代表，所述原材料的碳化硼可以是粉末狀碳化硼。

基於D₅₀ ，所述碳化硼粉末的平均粒度可為約1.5μm以下，或可為約0.3μm至約1.5μm，或可為約0.4μm至約1.0μm。並且，所述碳化硼粉末基於D₅₀ 可具有約0.4μm至約0.8μm的平均粒徑。若適用平均粒徑過大的碳化硼粉末，則所製備的燒結體的密度可能降低且耐腐蝕性也劣化。若粒徑過小，則操作性下降或生產率降低。

所述燒結性能改進劑包括在所述原材料中，以改善碳化硼燒結體的物理性質。具體而言，所述燒結性能改進劑可以是選自由碳、氧化硼、矽、碳化矽、氧化矽、氮化硼、氮化矽及它們的組合所組成的組中的任意一種。

相對於整個所述原材料，所述燒結性能改進劑的含量可以為約0.1重量%至約30重量%，或可以為1重量%至25重量%，或可以為5重量%至25重量%。若所述燒結性能改進劑的含量相對於整個所述原材料小於0.1重量%，則燒結性能改進效果會甚微，若所述燒結性能改進劑的含量大於30重量%，則燒結體的強度會降低。

所述原材料可以含有除所述燒結性能改進劑之外的餘量的碳化硼粉末等碳化硼原料。

所述燒結性能改進劑可包括氧化硼、碳及它們的組合。

當將碳用作所述燒結性能改進劑時，所述碳可以以樹脂的形式加入，並且所述樹脂可以應用為通過碳化製程碳化的形式的碳。所述樹脂的碳化製程，通常可以採用對聚合物樹脂碳化的製程。

當採用碳作為所述燒結性能改進劑時，所述碳的用量可以為1至30重量%，5至30重量%，8至28重量%，或13至23重量%。當以上述含量採用碳作為所述燒結性能改進劑時，可以獲得顆粒之間的頸縮現象增加且顆粒大小較大、相對密度較高的碳化硼燒結體。然而，當所述碳的含量大於30重量%時，由於殘餘碳而發生碳區域，因此強度會減少。

所述燒結性能改進劑可以採用氧化硼。所述氧化硼以B₂ O₃ 為代表，通過採用所述氧化硼並通過與存在於燒結體孔隙中的碳的化學反應等來生成碳化硼且促進殘餘碳的排放，從而能夠提供進一步緻密化的燒結體。

當同時採用所述氧化硼和所述碳作為所述燒結性能改進劑時，可以進一步增加所述燒結體的相對密度，導致在孔隙中存在的碳區域減少，從而能夠製備緻密度更加得到提高的燒結體。

所述氧化硼和所述碳可以以1:0.8至4的重量比使用，或可以以1:1.2至3的重量比使用，或可以以1:1.5至2.5的重量比使用。在此情況下，可以獲得相對密度更加得到改善的燒結體。更具體而言，所述原材料可以含有1至9重量%的所述氧化硼和5至15重量%的所述碳，在此情況下，可以製備緻密度相當優秀且缺陷較少的燒結體。

並且，所述燒結性能改進劑可具有約100℃至約1000℃的熔點。更具體而言，所述添加劑的熔點可以約為150℃至約800℃。所述添加劑的熔點可以約為200℃至約400℃。因此，所述添加劑可以在燒結所述原材料的過程中容易擴散到所述碳化硼之間。

為了漿化而採用的溶劑可以是如乙醇等醇或水。基於所述漿料的總量，所述溶劑的含量可以約為60體積%至約80體積%。

所述漿化過程可以採用球磨方式。具體而言，所述球磨方式可以採用聚合物球，並且所述漿料混合過程可以進行約5小時至約20小時。

並且，在所述顆粒化製程可以以在噴射所述漿料的同時通過蒸發等除去所述漿料中包含的溶劑來使原材料顆粒化的方式進行。如此製備的顆粒化的原材料顆粒本身整體上呈圓形形狀並且粒度相對均勻。

基於D₅₀ ，所述原材料顆粒的直徑可以約為0.3至約1.5μm，或可以約為0.4μm至約1.0μm，或可以約為0.4μm至約0.8μm。

當採用上述經顆粒化的原材料顆粒時，在下面將要說明的一次成型步驟中製備生坯時，能夠易於填充到模具中且進一步改善操作性。

所述一次成型步驟是通過成型含有碳化硼的原材料來製備生坯的步驟。具體而言，所述成型可以通過將所述原材料壓入模具（橡膠等）並壓制原材料的方法進行。更具體而言，所述成型可以通過冷等靜壓製（Cold Isostatic Pressing，CIP）法進行。

當通過採用冷等靜壓製法進行所述一次成型步驟時，施加約100MPa至約200MPa的壓力更為有效。

所述生坯可以考慮適合於待製備的燒結體的用途的尺寸和形狀來製備。

優選地，所述生坯的尺寸略大於待製備的最終燒結體的尺寸，而且，由於燒結體的強度大於生坯的強度，因此，為了減少燒結體的加工時間而在所述一次成型步驟之後還可以進行除去生坯中不必要的部分的形狀加工過程。

所述燒結體形成步驟是使所述生坯碳化和燒結來製備碳化硼燒結體的步驟。

所述碳化可以在約600℃至約900℃的溫度下進行，並且在該過程中，可以除去生坯中的黏合劑或不必要的異物等。

所述燒結可以以在約1800℃至約2500℃的燒結溫度下保持約10小時至約20小時的燒結時間的方式進行。在這種燒結過程中進行原材料顆粒之間的生長和頸縮，從而可以獲得緻密化的燒結體。

具體而言，所述燒結可以以升溫、保持和冷卻的溫度分布進行，具體而言，所述燒結可以以第一次升溫、保持第一次溫度、第二次升溫、保持第二次溫度、第三次升溫、保持第三次溫度、冷卻的溫度分布進行。

所述燒結中的升溫速度可以為約1℃/分鐘至約10℃/分鐘。更具體而言，所述燒結中的升溫速度可以為約2℃/分鐘至約5℃/分鐘。

在所述燒結中，可以在約100℃至約250℃的溫度下保持約20分鐘至約40分鐘。而且，在所述燒結中，可以在約250℃至約350℃的溫度範圍保持約4小時至約8小時。並且，在所述燒結中，可以在約360℃至約500℃的溫度範圍保持約4小時至約8小時。在如上所述的溫度範圍保持規定時間時，可以更容易地擴散所述添加劑，且可以製備具有更均勻的相的碳化硼燒結體。

在所述燒結中，可以在約1800℃至約2500℃的溫度範圍內保持約10小時至約20小時。在這種情況下，可以製備更堅硬的燒結體。

在所述燒結中的冷卻速度可以為約1℃/分鐘至約10℃/分鐘。更具體而言，在所述燒結中的冷卻速度可以為約2℃/分鐘至約5℃/分鐘。

在所述燒結體形成步驟中製備的碳化硼燒結體可以進一步經過包括表面加工和/或形狀加工的加工步驟。

所述表面加工是用於使所述燒結體表面平坦化的操作，並且可以採用通常適用於平坦化陶瓷的方法。

所述形狀加工是通過去除或切掉所述燒結體的一部分來形成預期形狀的加工過程。考慮到所述碳化硼燒結體具有優秀的緻密度和強度，可以通過放電加工方法進行所述形狀加工，具體而言，可以通過放電線加工方法進行。

具體而言，將所述燒結體裝在水槽中，並且將直流電源分別連接到所述燒結體和導線，然後所述導線往復運動，以能夠切割要從所述燒結體移除的部分。此時，所述直流電源的電壓可以是大約100伏特到大約120伏特，加工速度可以是大約2毫米/分鐘到大約7毫米/分鐘，導線速度可以是大約10rpm到大約15rpm，導線的張力可以為約8g至約13g，並且所述導線的直徑可以為約0.1mm至約0.5mm。

由此製備的所述燒結體具有上述特徵。

根據本發明的又一實施例的碳化硼燒結體的製備方法包括準備步驟、佈置步驟及成型步驟。

所述準備步驟是將含有碳化硼的原材料裝入位於成型模具中的空腔中。

所述空腔可以呈圓柱形或圓盤形，或也可以具有將具有不同尺寸和高度的兩個以上的圓柱形或圓盤形堆疊而成的形狀。具體而言，所述空腔可包括具有不同尺寸和高度的第一空腔和第二空腔，使得第一空腔和第二空腔垂直定位並彼此分開。所述第一空腔的高度可以高於所述第二空腔的高度。所述第一空腔的尺寸可以小於所述第二空腔的尺寸。

所述碳化硼（boron carbide）以B₄ C為代表，所述原材料的碳化硼可以是粉末狀碳化硼。

所述原材料可以含有碳化硼粉末，也可以含有碳化硼粉末和添加劑，也可以由碳化硼粉末形成。所述碳化硼粉末可以具有高純度（碳化硼含量為99.9重量%以上），或也可以具有低純度（碳化硼含量為95重量%以上且小於99.9重量%）。

基於D₅₀ ，所述碳化硼粉末的平均粒徑可以約為1.5μm以下，可以約為0.3μm至約1.5μm，可以約為0.4μm至約1.0μm。並且，所述碳化硼粉末基於D₅₀ 可以具有約0.4μm至約0.8μm的平均粒徑。當採用這種碳化硼粉末時，可以製備具有空隙形成更少的緻密結構的碳化硼燒結體。

所述添加劑可以是在所述碳化硼燒結體的一部分或全部中形成碳化硼固溶體以對碳化硼燒結體賦予功能的功能添加劑。

所述添加劑可以是用於改善所述碳化硼燒結體的燒結性能的燒結性能改進劑。所述燒結性能改進劑可以是選自由碳、氧化硼、矽、碳化矽、氧化矽、氮化硼、氮化矽及它們的組合所組成的組中的任意一種。所述燒結性能改進劑可包括氧化硼、碳及它們的組合。當碳用作所述燒結性能改進劑時，所述碳可以以樹脂的形式加入，並且所述樹脂可以應用為通過碳化過程碳化的形式的碳。作為所述樹脂的碳化製程，通常可以採用碳化聚合物樹脂的製程。

具體而言，所述燒結性能改進劑的含量相對於所述原材料的總量可以為約30重量%以下，或可以為約0.001重量%至約30重量%，可以為0.1至25重量%，或可以為5至25重量%。

若所述燒結性能改進劑的含量相對於所述原材料的總量大於30重量%，則所製備的燒結體的強度可能降低。

所述模具可以通過將兩個以上的分隔的模塊相結合而形成。

在所述碳化硼燒結體的製備方法中，為了採用較強的燒結壓力，所述成型模具可以由如在高溫下具有相對高強度的石墨等的材料製成，根據需要，可以採用增強成型模具的加強部。

所述佈置步驟是將所述模具裝入燒結爐或腔室中並設置擠壓部的步驟。作為在所述佈置步驟中採用的燒結爐或腔室，只要是可以在高溫加壓環境下製備所述碳化硼燒結體的設備即可。

所述成型步驟是通過向所述模具施加燒結溫度和燒結壓力來從所述原材料形成碳化硼燒結體的步驟。

如下面所描述，所述模具可以按照待製備的本發明的碳化硼燒結體的形狀預先形成空腔，從而相對容易地製備具有預期產品形狀的產品。

所述燒結溫度可以為約1800℃至約2500℃，或可以為約1800℃至約2200℃。所述燒結壓力可以為約10MPa至約110MPa，或可以為約15MPa至約60MPa，或可以為約17至約30MPa。當在上述的燒結溫度和燒結壓力下進行所述成形步驟時，可以更有效地製備高質量的碳化硼燒結體。

所述燒結時間可以是0.5至10小時，或可以是0.5至7小時，或可以是0.5至6小時。

與在常壓下進行的燒結製程相比，所述燒結時間相當短，並且即使採用如此較短的時間，也可以製備具有相同或更好質量的燒結體。

所述成型步驟可以在還原環境中進行。當所述成型步驟在還原環境中進行時，可以通過使碳化硼粉末與空氣中的氧反應而形成的如氧化硼等的材料還原，以製備具有較高碳化硼含量的碳化硼燒結體。

所述成型步驟可以通過在所述燒結爐中的顆粒之間的間隙中產生火花來進行。在這種情況下，可以以通過連接到按壓部的電極向所述模具施加脈衝形式的電能的方式進行。當在這樣施加脈衝形式的電能的同時進行所述成型步驟時，可以通過所述電能在更短的時間內獲得緻密狀態的所述燒結體。

在所述成型步驟中燒結溫度的最高溫度範圍可以是約1900℃至約2200℃，並且可以保持約2小時至約5小時。此時，施加到所述模具的壓力可以為約15MPa至約60MPa。更具體而言，施加到所述模具的壓力可以為約17MPa至約30MPa。

具體而言，當在放電電漿燒結裝置中進行所述成形步驟時，腔室內的溫度升高，與此同時或單獨地對模具施加壓力，以能夠進行燒結。此時，施加到所述腔室中的電能可以促進所述原材料的燒結，例如，可以施加直流脈衝電流。

根據本發明的又一實施例的碳化硼燒結體的製備方法包括：準備基板和氣態物質的準備步驟和沉積所述基板碳化硼層的沉積步驟。

所述碳化硼燒結體可以通過沉積製程製備。例如，氣相沉積體可通過如CVD等的氣相沉積法製備基板的表面或基板整體。具體而言，當通過CVD方式（CVD氣相沉積批量製備方式）採用所述碳化硼燒結體時，可以通過包括在基板上沉積CVD碳化硼（BC）、去除基板、形狀加工、拋光、測量及清潔的過程來製備所述碳化硼燒結體。

所述CVD碳化硼沉積過程是在基板（主要是石墨或SiC）上形成碳化硼沉積膜的過程。該過程採用將氣態材料物理沉積在基板上的方式，在充分進行沉積之後，可以移除基板。

形狀加工過程是通過機械加工完成具有規定形狀的碳化硼燒結體的過程。拋光過程是使表面粗糙度平滑的過程，之後檢查質量並去除污染物。在本發明的範圍內，所述製程中的一部分可以省略，或者可以添加其他製程。

在所述CVD製程中可以使用硼源氣體和碳源氣體作為氣態物質。適用於所述CVD製程的硼源氣體可包含選自由B₂ H₆ 、BCl₃ 、BF3及它們的組合所組成的組中的任意一種。並且，在所述CVD製程中使用的碳源氣體可以含有CF₄ 。

例如，所述碳化硼燒結體可以是通過使用B₂ H₆ 作為硼前體在500至1500℃的沉積溫度下使用化學氣相沉積設備進行沉積而得到的。

為了形成所述碳化硼燒結體，可以採用各種沉積或塗覆製程。對在基板等上以厚膜塗覆碳化硼塗層的方法沒有限制，例如有物理氣相沉積法、常溫噴塗法、低溫噴塗法、氣溶膠噴塗法、電漿噴塗法等。

在所述物理氣相沉積法中，例如，可以在氬（Ar）環境中濺射（sputtering）碳化硼靶（target）。通過物理氣相沉積法形成的塗層可以稱為厚膜PVD碳化硼塗層。

所述常溫噴塗法可以通過在常溫下對碳化硼粉末施加壓力並通過多個排出口將其噴塗到母材上而形成碳化硼燒結體層。此時，碳化硼粉末可以以真空顆粒的形式使用。在所述低溫噴塗法中，通過在比常溫高大約60℃程度的溫度下，通過壓縮氣體的流動並通過多個排出口，將碳化硼粉末噴塗到母材上，從而能夠形成塗層形式的碳化硼燒結體。在所述氣溶膠噴塗法中，將碳化硼粉末與如聚乙二醇、異丙醇等揮發性溶劑混合以形成氣溶膠形態後，將所述氣溶膠噴塗到母材上，從而形成碳化硼燒結體。在所述電漿噴塗法中，將碳化硼粉末注入高溫電漿射流中，從而將在電漿射流中熔化的所述粉末以超高速噴射到母材上，以形成碳化硼燒結體。

由此製備的碳化硼燒結體具有上述物理性能，並且根據所述方法，可以在更短的時間內製備具有優秀的物理性能的碳化硼燒結體。

下面，將通過具體實施例更具體地說明本發明。 然而，下述實施例只不過是有助於理解本發明的示例，本發明的範圍不限於此。1. 製備例 1 至製備例 8 的碳化硼燒結體的製備

將碳化硼顆粒（粒徑D₅₀ =0.7μm）、碳等的原材料和溶劑放入漿料混合器中並通過球磨方式混合，從而製備漿化原材料。將該漿化的原材料噴霧乾燥並顆粒化，從而製備顆粒化的原材料。

將該原材料分別填充在橡膠模具中，裝載在CIP裝置上並進行加壓來製備各個生坯。對該生坯進行碳化處理以除去污染物等，並在燒結爐中進行常壓燒結，從而製備了每個製備例的燒結體。2. 製備例 9 的碳化硼燒結體的製備

將碳化硼顆粒（粒徑D₅₀ =0.7μm）填充到模具中，裝入加壓成型設備中，並在下表1中所示的溫度、壓力和時間下燒結，從而製備了製備例9的燒結體。

在下表1中總結適用於各個製備例的原材料含量、燒結溫度和時間。

[表1]

* 採用碳作為燒結性能改進劑1。 ** 採用氧化硼作為燒結性能改進劑2。3. 比較例 1 和比較例 2

作為比較例1，採用通過CVD方式製備的SiC。具體而言，通過在碳化矽母材層的一側面上形成成分與母材層相同的化學氣相沉積碳化矽（chemical vapor deposition silicon carbide，CVD-SiC）層的方法來製備比較例1的SiC。

作為比較例2，採用了單晶矽。4. 物理性能評價 （ 1 ）相對密度評價和表面觀察

通過阿基米德法測量相對密度（%）。結果如下表2所示。並且，用電子顯微鏡觀察表面特性，各個表面特性示於附圖中。「-」符號表示未測量。

[表2]

參照上述表2，在製備例1至製備例4中，於相同條件下製備的燒結體的相對密度隨著作為燒結性能改進劑的碳的量增加至20重量%而增加。也就是說，在採用碳作為燒結性能改進劑的情況下，當其用量在12至23重量%的範圍內時，可以獲得相對高的相對密度。

並且，當比較製備例5、6的結果與製備例1至4的結果時，可以確認到燒結時間越增加，相對密度越增加，在此情況下，在減少燒結性能改進劑的用量時反而可以進一步改善燒結特性。

在製備例9的情況下，在不採用單獨的燒結性能改進劑的狀態下進行加壓燒結，並獲得了燒結特性極為優秀的碳化硼燒結體。

參照觀察燒結體表面的圖1A至圖3B，可以確認到相對密度越增加，頸縮現象越增加，並且密度變得更緻密。（ 2 ）導熱率、電阻特性和蝕刻率特性

用雷射導熱儀（Laser Flash Apparatus）（LFA457）測量導熱率[W/（m•k）]。

用表面低阻抗分析儀（MCP-T610）測量電阻特性（Ω•cm）。

通過向電漿設備施加2000W的RF功率，在相同的溫度和環境下測量蝕刻率特性（%）。

所述物理性能評價結果如下表3和表4所示。

[表3]

[表4]

參照上述實驗結果，確認到製備例2至8的相對密度特性高於未採用燒結性能改進劑的製備例1的相對密度特性，但在放入相同的燒結性能改進劑時，相對密度不是與用量成比例增加，結果證實，當採用25重量%的碳時，與採用20重量%的碳的情況相比，相對密度反而降低。

採用氧化硼作為燒結性能改進劑的實施例7與採用相同量的碳的實施例6相比，具有更高的相對密度，並且，同時採用碳和氧化硼的實施例8與採用相同的燒結條件的實施例5至7相比具有顯著優秀的相對密度值。並且，從觀察表面特性的結果可以確認，碳區域在整個區域上均勻分布，不會出現存在於氣孔中的相對較大的碳區域或者其發生密度顯著降低。

由此製備的樣品被評價為具有一定範圍的導熱率特性，表現出比碳化矽或矽顯著優秀的蝕刻率，還具有極為優秀的耐腐蝕性。尤其，製備方法不同的製備例9表現出最優秀的耐蝕刻性，在用類似的製備方法製備的製備例1至8中，製備例8表現出極為優秀的結果，可以視為這些結果均為顯著優於CVD-SiC或Si的結果。

已對本發明的優選實施例進行了詳細說明，但本發明的保護範圍並非限定於此，所屬技術領域中具有通常知識者利用申請專利範圍定義的本發明的基本概念進行的各種變形和修改，均屬於本發明的權利範圍。

無

圖1A為通過製備例2製備的燒結體的表面觀察結果。 圖1B為通過製備例3製備的燒結體的表面觀察結果。 圖2A為通過製備例5製備的燒結體的表面觀察結果。 圖2B為通過製備例6製備的燒結體的表面觀察結果。 圖3A為通過製備例7製備的燒結體的表面觀察結果。 圖3B為通過製備例8製備的燒結體的表面觀察結果。 圖4A為在製備例5製備的燒結體的蝕刻前的觀察結果。 圖4B為在製備例5製備的燒結體的蝕刻後的觀察結果。 圖5A為在製備例8製備的燒結體的蝕刻前的觀察結果。 圖5B為在製備例8製備的燒結體的蝕刻後的觀察結果。

Claims (6)

1. 一種碳化硼燒結體，其中所述碳化硼燒結體通過頸縮含碳化硼的顆粒而成，在400℃下測量的導熱率值為27W/(m‧k)以下，在25℃下測量的導熱率值與在800℃下測量的導熱率值之比為1：0.2至3，其中在表面或截面上觀察到的孔隙的平均直徑為5μm以下且孔隙的直徑為10μm以上的部分的面積為5%以下，其中相對於矽，具有55%以下的蝕刻率，其中在電漿蝕刻裝置中，不與氟離子或氯離子接觸而形成顆粒。
2. 如申請專利範圍第1項所述的碳化硼燒結體，其中所述顆粒的粒徑為1.5μm以下。
3. 如申請專利範圍第1項所述的碳化硼燒結體，其中在表面上測量的表面粗糙度為0.1μm至1.2μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述的碳化硼燒結體，其中孔隙率為3%以下。
5. 如申請專利範圍第1項所述的碳化硼燒結體，其中相對於CVD-SiC，具有70%以下的蝕刻率。
6. 一種蝕刻裝置，其中至少一部分包括如申請專利範圍第1項所述的碳化硼燒結體。

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