包含一碳化形成材料及陶瓷相之化学气相沉积钻石涂层合成基板及其制造方法

摘要

本发明揭示一种合成材料及其制造方法，该合成材料包括涂敷至陶瓷材料与一未反应之碳化形成材料的一合成基板之化学气相沉积钻石涂层，该合成基板可以是各种配置并可应用至多种应用。该合成材料的一范例系SiC与游离矽金属之合成物，该合成物称为反应键结碳化矽。本发明之应用之数个范例包括：1)用于抛光垫(包括用于化学机械平面化之垫)之修整之头或碟，2)切削及修整工具之插入物与尖端，3)电子装置之散热器，及4)包括机械密封与帮浦密封之磨损组件。

主权项

一种抛光垫修整头，其包括：(a)具有一表面的一基板，且其包括：(1)包括至少一陶瓷材料的一第一相；及(2)包括选自矽、钛、钼、钨、铌、钒、铪、铬、锆及其混合物的至少一碳化形成(forming)材料的一第二相；及(b)一化学气相沉积钻石涂层，其位于该基板的一表面之至少一部分上。如请求项1之抛光垫修整头，其进一步包括：钻石颗粒的一第一层，该钻石颗粒具有大约1微米至大约15微米之范围内的一平均颗粒大小，并相对于该基板的一曝露表面实质上均匀地散布；及其中化学气相沉积钻石之该层置放于该钻石颗粒覆盖之基板上，藉此，化学气相沉积钻石之该层至少部分地包裹该钻石颗粒并将该钻石颗粒黏结至该表面。如请求项2之抛光垫修整头，其中该钻石颗粒之该平均颗粒大小系在大约4微米至大约10微米之范围内。如请求项2之抛光垫修整头，其中该颗粒相对于该基板之该表面实质上系以每平方毫米大约100至大约50000粒之间的一密度均匀地散布。如请求项3之抛光垫修整头，其中该颗粒实质上系以每平方毫米大约800至大约2000粒之间的一密度均匀地散布于该基板之该表面上。如请求项1之抛光垫修整头，其进一步包括钻石颗粒的一层，该钻石颗粒具有小于1微米的一平均直径，并相对于该第一层、相对于该基板之剩余曝露表面及在化学气相沉积钻石之该层之下实质上系均匀散布的。如请求项1之抛光垫修整头，其进一步包括黏结至该修整头的一支撑层。如请求项1之抛光垫修整头，其中该钻石颗粒藉由一气体分散程序散布于该基板之该曝露表面上，该气体分散程序包括以一受控速率从该曝露表面之上的一固定高度使该颗粒落至一移动气体流中，藉此在横跨该曝露表面的一横向方向内分散该钻石颗粒，同时在实质上垂直于该气体流的一方向内移动该来源。如请求项1之抛光垫修整头，其中该陶瓷材料包括碳化矽，而该碳化形成材料包括矽。如请求项1之抛光垫修整头，其中钻石层系直接黏结至该基板，而不包裹或黏结颗粒之微粒。如请求项1之抛光垫修整头，其基板具有第一侧面，第二侧面以及钻石颗粒的一第一层，该钻石颗粒具有大约1微米至大约150微米之范围内的一平均颗粒大小，并相对于该等第一与第二侧面实质上均匀地散布；及化学气相沉积钻石的一层，其沉积于该等颗粒覆盖之第一与第二侧面上，藉此，化学气相沉积钻石之该层包裹该钻石颗粒，并将该钻石颗粒黏结至该等侧面。如请求项1之抛光垫修整头，进一步包含：一第一层钻石颗粒，其具有一平均颗粒大小在大约15微米至大约150微米之一范围内，并且相对于该基板的一曝露表面实质上均匀分布；及其中该化学气相沉积钻石层沈积于该钻石颗粒覆盖的基板上，藉此该化学气相沉积钻石层至少部分地包裹并黏结于该基板的该钻石颗粒。如请求项12之抛光垫修整头，其中该钻石颗粒具有一平均颗粒大小约75微米。一种化学机械平坦化装置，其包含一抛光垫以及如请求项1至13中任一项之一抛光垫修整头。一种制造一抛光垫修整头之方法，其包括：(a)在具有一表面的一基板之一曝露表面上均匀地散布钻石颗粒的一第一层，该钻石颗粒具有大约1微米至大约15微米之范围内的一平均微粒直径，该基板表面具有一测定基板表面弓形，该基板包括：(1)包括碳化矽的一第一相；及(2)包括矽金属的一第二相；以达成每平方毫米从大约100至大约50000粒之范围内的一平均颗粒密度；(b)化学气相沉积多晶钻石的一外层至该颗粒覆盖之基板之该曝露表面上，该多晶钻石层及钻石颗粒具有一测定程度的覆盖表面弓形，该覆盖表面弓形实质上与该测定基板表面弓形相同；及(c)恢复具有一颗粒覆盖之基板的一抛光垫修整头，该颗粒覆盖之基板包裹在多晶钻石中，该多晶钻石具有该颗粒大小之至少大约20%的一厚度。如请求项15之方法，其中该化学气相沉积包含：(1)将该形成之颗粒覆盖之基板置于一热灯丝化学气相沉积反应器内；(2)加热该颗粒覆盖之基板至大约600℃到大约1100℃的一沉积温度；及(3)在不大于100 Torr的一压力下，传递大约0.1%至大约10%之碳氢化合物与该平衡氢气的一气体混合物至该反应器中。一种化学机械平坦化之方法，其包括使用如请求项14的化学机械平坦化装置，及在一程序中该抛光垫系藉由该抛光垫修整头所修整。