CN117083153A - 钻石盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的钻石盘包括柄底座、形成于柄底座表面的结合层以及暴露于结合层的多个硼掺杂钻石，多个硼掺杂钻石的至少一部分以与所述硼掺杂钻石的长轴相交，同时设置在最上端的面从所述长轴的上端向下倾斜的姿势设置在结合层上。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻石盘及其制造方法。
背景技术
通常，CMP(Chemical mechanical polishing)工艺是一种化学-机械抛光工艺，是一种通过同时使用抛光去除工艺和化学溶液的溶解作用来获得半导体晶片平坦度的抛光工艺。
CMP抛光加工的原理是在使抛光垫和晶片在相互加压的状态下相对移动，在抛光垫上供应抛光粒子和化学溶液混合的抛光液(slurry)的过程，此时，由聚氨酯材料制成的抛光垫表面上的大量泡沫气孔起到容纳新的抛光液的作用，从而获得一定的抛光效率和整个晶片表面上的抛光均一性。
然而，由于在抛光过程中增加了压力和相对速度，抛光垫表面随着加工时间的推移会发生不均匀变形，抛光垫上的气孔被抛光残留物堵塞，抛光垫无法正常工作。因此，在整体加工时间过程中无法实现整个晶片表面上的大面积平坦化和晶片之间的抛光均匀性。
为解决上述CMP抛光垫变形不均匀、气孔堵塞的问题，采用CMP垫调节器进行CMP垫调节作业，对抛光垫表面进行精细抛光，形成新的微孔。
CMP垫调节作业可以与提高生产率的主要作业的CMP作业同时进行。这被称为原位调节(In-situ Conditioning)。
此时，CMP作业中使用的抛光液包括如二氧化硅、氧化铝或二氧化铈等的抛光粒子，并且CMP工艺根据所使用的抛光液的类型大体分为氧化物CMP和金属(Metal)CMP。前者使用的氧化物CMP用抛光液的pH值主要为10～12，后者使用的金属CMP用抛光液是pH为小于等于4的酸性溶液。
通常的现有CMP垫调节器使用通过电沉积法制造的电沉积型CMP垫调节器和在高温下熔化金属粉末的方式的熔合型CMP垫调节器。这些CMP垫调节器主要使用粒状钻石粒子作为抛光剂。钻石粒子由电沉积或熔合形成的金属基体固定。
钻石被称为地球上存在的材料中硬度最高的材料，由于这些特性，将人造钻石作为原料而制造的钻石工具被制造和使用。
然而，在现有的CMP工艺中，CMP垫调节器中的钻石与抛光液一起用于晶片抛光。若使用腐蚀性强的抛光液，抛光液内的添加物会与钻石的碳发生反应，存在加速钻石磨损，缩短钻石盘寿命的问题。
(现有技术文献)
(专利文献)韩国公开专利第10-2012-0058303号
发明内容
解决的技术问题
本发明的实施例旨在提供一种改进耐磨性、抛光性能高的钻石盘及其制造方法。
解决问题的手段
根据本发明的一方面，本发明可以提供一种钻石盘，包括柄底座；结合层，形成于所述柄底座的表面；以及多个硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)，暴露于所述结合层，多个所述硼掺杂钻石的至少一部分以与所述硼掺杂钻石的长轴相交，同时设置在最上端的面从所述长轴的上端向下倾斜的姿势设置在所述结合层上。
进一步地，所述硼掺杂钻石的所述长轴相对于所述柄底座具有大于50°小于等于90°的姿势，所述硼掺杂钻石可以设置在所述结合层上。
进一步地，所述结合层的表面与所述硼掺杂钻石的表面相交的润湿角(Wettingangle)可以维持在大于等于0°小于等于60°。
进一步地，所述结合层的厚度与所述硼掺杂钻石的平均直径的比值可以在30％至65％的范围内。
进一步地，所述硼掺杂钻石中掺杂的硼掺杂量可以在1ppm至2000ppm的范围内。
进一步地，所述硼掺杂钻石的每单位体积的磁化率(Magnetic susceptibilityper unit volume)可以在每单位体积20～800的范围内。
进一步地，所述硼掺杂钻石的密度与所述结合层的密度的比值可以维持在0.4至0.6的范围内。
进一步地，所述硼掺杂钻石是八面体钻石(octahedron Diamond)，当所述硼掺杂钻石立于所述结合层的上部时，所述硼掺杂钻石的下端部可以与所述柄底座的表面点接触或线接触或间隔预定距离。
进一步地，所述硼掺杂钻石的垫抛光特性(Pad cut rate，PCR)为，在PCR测试设备中，由所述硼掺杂钻石制成的CMP垫(Pad)调节器以100rpm至120rpm的转速旋转，抛光垫以80rpm至95rpm的转速旋转时，在由所述硼掺杂钻石制成的CMP垫调节器将4.5至9lbf的压力施加到所述抛光垫上的状态下，需要13小时以上的时间才能够将PCR降低到2至10um/hr以进行垫调节。
根据本发明的一方面，本发明可以提供一种钻石盘的制造方法，包括以下步骤：结合材料涂布步骤，将结合材料涂布到柄底座的表面上；预烧结步骤，将涂布于所述柄底座的表面的所述结合材料加热至第一温度范围，以形成预烧结体形态的结合层；钻石提供步骤，在所述预烧结体的表面提供多个硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)；以及热处理步骤，在第二温度范围内进行热处理，使得多个所述硼掺杂钻石的至少一部分以与所述硼掺杂钻石的长轴相交，同时设置在最上端的面从所述长轴的上端向下倾斜的姿势设置在所述结合层上。
进一步地，在所述热处理步骤中，所述硼掺杂钻石的长轴可以以相对于所述柄底座大于50°小于等于90°的姿势暴露并放置于所述结合层。
进一步地，在所述预烧结步骤中，所述第一温度范围为600℃至900℃，在所述热处理步骤中，所述第二温度范围可以为1000℃至1300℃。
进一步地，在所述热处理步骤中，所述结合层的表面与所述硼掺杂钻石的表面相交的润湿角(Wetting angle)可以维持在大于等于0°小于等于60°。
进一步地，在所述热处理步骤中，热处理后所述结合层的厚度与所述硼掺杂钻石的平均直径的比值可以在30％至65％的范围内。
发明的效果
根据本发明的实施例，本发明具有可以通过八面体结构的硼掺杂钻石(BoronDoped Diamond，BDD)实现优异的耐磨性和高抛光性能的优点。
进一步地，根据本发明的实施例，由于本发明是八面体的(Octahedral)硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)，且硼掺杂钻石自立(Self-standing)的比例大于一定比例，因此具有可以改善耐磨性和提高抛光性能的优点。
图式简单说明
图1是示出根据本发明一实施例的钻石盘中，硼掺杂钻石(BDD)以预烧结体的形式临时附着在结合层上的状态的图；
图2是示出根据本发明一实施例的钻石盘中，热处理后的结合层上的硼掺杂钻石(BDD)立起的状态的图；
图3是示出根据本发明一实施例的钻石盘中，热处理后的结合层上的硼掺杂钻石(BDD)被润湿(Wetting)的状态的图；
图4至图5是示出根据本发明一实施例的钻石盘和普通钻石的磨损状态的比较照片；
图6是示出根据本发明一实施例的使用硼掺杂钻石(BDD)的钻石盘和使用未掺杂硼的普通八面体钻石的钻石盘的放大比较图；
图7是示出根据本发明一实施例的硼掺杂钻石(BDD)和使用普通八面体钻石的钻石盘之间的PCR测试图表；
图8是示出根据本发明一实施例的硼掺杂钻石(BDD)和普通钻石(Regulardiamond)中，随着热处理的重量减少率的图表；
图9是示出根据本发明一实施例的钻石盘的制造方法的框图。
具体实施方式
下面结合附图对用于实现本发明技术思想的具体实施例进行详细说明。
此外，在本发明的说明中，如果确定相关已知配置或功能的详细描述可能会模糊本发明的主旨，则将省略其详细说明。
此外，当一个元件被称为与另一个元件“连接”、“支撑”、“接续”、“提供”、“传达”或“接触”时，可以理解为该元件可以直接与另一个元件连接、支撑、接续、提供、传达或接触，但中间也可能存在其他元件。
本文中所使用的术语仅用于说明特定实施例，并不用于限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达包括复数表达。
此外，本说明书中，上侧、下侧、侧面等的表述是参考附图中的图示来说明的，需要预先揭露的是，当对应对象的方向改变时,可能有不同的表达方式。出于同样的原因，附图中某些元件被夸大、省略或示意性地示出，并且每个元件的尺寸并不能完全反映实际尺寸。
此外，可以使用包括诸如第1、第2等序数的术语来说明各种元件，但是相应元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。
本说明书中所使用的“包括”的术语旨在具体说明某些特定特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或成分，但不排除其他特定特征、区域、整数、步骤、操作、元件、成分和/或组合的存在或附加。
首先，关于钻石的化学成分，当比较普通钻石(Regular diamond)和根据本发明的硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)时，在高腐蚀性环境(如WCMP、Oxide CMP工艺)中，硼掺杂钻石(BDD)的耐磨性优于普通钻石的耐磨性，在腐蚀性较低的一般环境中，普通钻石的耐磨性与硼掺杂钻石(BDD)的耐磨性没有显着差异。
另外，在电沉积CMP钻石盘制造方法中，镍电镀作为结合层支撑非导电钻石。然而，对于导电的硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)，镍电沉积层在电镀时被覆盖到硼掺杂钻石的表面，因此，普通方法的硼掺杂钻石不能用于电沉积工艺。因此，硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)在通过熔合法和烧结法制造钻石盘(diamond disc)时可以被应用。
此外，在一般铁(Fe)基金属的加工中，钻石由于与铁基金属发生亲和反应而难以进行金属加工。在CMP垫调节作业中，当向抛光垫供应抛光液时，抛光液中所含的铁(Fe)成分可能与钻石盘的钻石的碳发生反应，从而加速钻石的磨损。结果，钻石磨损得更快，寿命更短。然而，根据本发明的掺杂(Doped)了硼(Boron)的硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)抑制了碳(Carbon)的氧化反应(C+O2→CO2)(作为阻挡层(Blocking layer))，因此，可以提高钻石盘的稳定性。
根据本发明的硼掺杂钻石(BDD)、普通钻石和现有氮化硼(cubic boron nitride，CBN)的制造差异如下表1所示。
[表1]
在根据本发明的硼掺杂钻石中，Fe、Ni合金和硼(Boron:纯硼(Pure boron)或碳化硼(Boron carbide))作为催化剂，在钻石的合成中，硼(Boron)可以被碳取代，或者硼(Boron)可以侵入钻石结构中。这种硼掺杂钻石抑制了外部铁(Fe)与钻石的碳的反应，提供了钻石的所有耐磨特性。
另一方面，普通钻石以Fe、Ni合金用作碳的催化剂，但其中不包含硼(Boron)，由于氮化硼(cubic boron nitride，CBN)具有碳和硼的含量比为1:1的结构，硼(Boron)的添加量相对较多，因此虽然它不与铁(Fe)反应，但与硼掺杂钻石相比，它的强度非常低，形状控制可能很困难。
本实施例中，应用于钻石盘的钻石中，硼掺杂钻石(Boron Doped Diamond，BDD)可以根据使用用途使用总钻石的5vol％及以上。此外，硼掺杂钻石(BDD)中的八面体(Octahedral)结构的比例可以为大于等于50％。在全部硼掺杂钻石(BDD)中，自立(Self-standing)在结合层中的硼掺杂钻石(BDD)的比例可以是大于等于60％。
比例可以通过观察一定区域内的所有钻石来确定为其中满足上述标准的钻石比例。
在下文中，将参考图1至图8描述根据本发明一实施例的钻石盘的具体构造。
参考图1至图6，根据本发明的钻石盘可以应用于CMP垫调节器以精细地抛光抛光垫的表面。该钻石盘可以包括柄底座100、结合层200和多个硼掺杂钻石300(Boron DopedDiamond，BDD)。
具体地，柄底座100为盘的背板(BACKING PLATE)，结合层200可形成于柄底座100的表面。由于柄底座100对应于用作盘的背板的传统柄底座100，因此将省略其详细描述。
结合层200包含60wt％及以上的Ni，并且可以由包含诸如Cr和Si的其他元素的结合材料制成。在将结合材料涂布到柄底座100的表面之后，可以将其干燥并预烧结以形成固相(solid phase)预烧结体。可以将用于临时附着硼掺杂钻石300的粘合剂涂布到预烧结体的上表面。可以使用钻孔夹具将硼掺杂钻石300临时附着到涂布有粘合剂的预烧结体的上表面。
预烧结体可以与硼掺杂钻石300一起通过热处理工艺形成结合层200。结合层200可以在高温热处理过程中相变为液相(liquid state)，硼掺杂钻石300可以以直立状态设置在结合层200上。硼掺杂钻石300以直立状态设置在其上的结合层200可以被冷却和干燥。
结合层200的密度可以在6g/cm3至8.3g/cm3的范围内。硼掺杂钻石300的密度可以在3.5g/cm3至3.6g/cm3的范围内。本实施例中，结合层200的密度为7.6g/cm3，硼掺杂钻石300的密度为3.54g/cm3。
此外，硼掺杂钻石300的密度与结合层200的密度之比可以在0.4至0.6的范围内。如果硼掺杂钻石300的密度与结合层200的密度的比值大于0.6，由于结合层200与硼掺杂钻石300之间的密度差导致硼掺杂钻石300的浮力过低，因此硼掺杂钻石300可能浸入到结合层200中。如果硼掺杂钻石300的密度与结合层200的密度的比值小于0.4，由于结合层200与硼掺杂钻石300之间的密度差导致硼掺杂钻石300的浮力过大，硼掺杂钻石300可能漂浮在结合层200的上表面并可以向水平方向倾斜。
硼掺杂钻石300可以通过在碳中包含Fe、Ni合金和硼(Boron:纯硼(Pure boron)或碳化硼(Boron carbide))作为催化剂来制成。例如，在硼掺杂钻石300中，碳中可以包含Fe、Ni合金和1ppm至2000ppm的硼(Boron:纯硼(Pure boron)或碳化硼(Boron carbide))。在钻石结构中，硼(Boron)可以被碳取代，或者硼(Boron)可以侵入到钻石结构中。所述硼掺杂钻石300可提供耐磨和强耐久性，同时不与外部铁(Fe)反应。
硼掺杂钻石300可以具有20～50的韧性指数(Toughness Index，TI)和14～45的温度韧性指数(Temperature Toughness Index，TTI)。硼掺杂钻石300的每单位体积的磁化率(Magnetic Susceptibility，MS)可以在20～800的范围内，更优选地，可以在30～500的范围内。
在硼掺杂钻石300的合成过程中，用作催化剂的Fe、Ni等作为杂质包含在钻石内部。一般来说，随着硼的掺杂量增加，杂质的量也成比例地增加。如果MS值小于20，则硼的掺杂量也非常少，硼提高耐腐蚀性的效果可能会降低，如果MS值超过800，硼的掺杂量会增加，但由于Fe、Ni等强磁性金属异物的过度混入，钻石的物理性能可能会变差，在CMP垫调节中可能会产生钻石粒子破裂的问题。随着硼掺杂钻石300内部金属异物量的增加，TI和TTI值也随之降低，这一点通过MS测量可以看出。钻石韧性(TI、TTI或MS)必须足够高，以便在CMP条件下的压力下长时间使用时不会破裂。
硼掺杂钻石300可以是八面体钻石(octahedron Diamond)。钻石可以根据合成条件制造成八面体的形式，八面体构成的钻石具有锋利的边缘，八面体构成的钻石中，顶点与中心的连线与面形成的角度为35°～45°。
可以提供多个所述硼掺杂钻石300(Boron Doped Diamond，BDD)以设置为暴露于结合层200。多个硼掺杂钻石300中的至少一些可以以长轴L相对于柄底座100大于50°小于等于90°的角度C的姿势设置在结合层200上。
本实施例中，可以将钻石300的多个顶点中彼此相距最远的两个顶点连接起来的假想线定义为“轴”，在多个所述“轴”中，最长的轴可以定义为“长轴L”。此外，“顶点”可以定义为相邻边相交的点，当相邻边不作为“点”相交时(例如，与顶点对应的部分是钝形状的情况)，则可以将相邻边延长时延长边相交的假想点定义为顶点。长轴大于等于50°的硼掺杂钻石可定义为自立。
另外，硼掺杂钻石300的长轴L相对于柄底座100具有大于50°小于等于90°的角度C的姿势，硼掺杂钻石300独立设置在结合层200的上部可以理解为自立(Self standing)。当硼掺杂钻石300自立于结合层200的上部时，硼掺杂钻石300的长轴方向的下顶点可以与柄底座100的表面点接触或线接触或间隔预定距离。
当硼掺杂钻石300的长轴L相对于柄底座100成35°时，硼掺杂钻石300与工件(抛光垫)面接触，硼掺杂钻石300相对于工件的抛光性能会显着降低。随着硼掺杂钻石300的长轴L相对于柄底座100越来越接近90°，硼掺杂钻石300与工件(抛光垫)点接触，因此可以显着提高硼掺杂钻石300相对于工件的抛光性能。
为了使硼掺杂钻石300的长轴L相对于柄底座100以大于50°小于等于90°的角度C的姿势设置在结合层200上，硼掺杂钻石300的表面与结合层200的表面相交的润湿角(Wetting angle，θ)应小于90°，优选地，结合层组件应配置为小于60°。
参考图3和下述的公式1，润湿角θ由向上力FV、向下力FD和侧方力FL的竖直分量确定。
[公式1]
FV＝FD+FLcosθ
当润湿角θ超过90°时，由于FL的竖直分量向上，因此硼掺杂钻石300可以更多地漂浮，当润湿角θ小于90°时，由于侧方力FL的竖直分量的方向会向侧方向改变，因此硼掺杂钻石300会受到向下的力。
例如，若润湿角θ大于90°，则硼掺杂钻石300可能会因浮力而使得结合层200无法适当地支撑硼掺杂钻石300，从而增加硼掺杂钻石300脱落的风险，由于在结合层中没有形成用于排出在抛光加工时产生的碎屑(debris)的容屑槽，因此无法适当地排出碎屑，抛光性能可能会显着下降。优选地，当八面体硼掺杂钻石300的润湿角θ越小于60°，硼掺杂钻石300与工件(抛光垫)进行点接触或线接触，形成良好的容屑槽，可以显着提高硼掺杂钻石300相对于工件的抛光性能。
然而，即使硼掺杂钻石300与结合层200之间的润湿角小于60°，若结合层的厚度过厚，硼掺杂钻石300在结合层200中的暴露高度也会降低，通过浮力(floating)漂浮，硼掺杂钻石300和工件可以面接触。此外，如果用于排出在由硼掺杂钻石300进行抛光加工时产生的碎屑(Debris)的容屑槽较浅地形成在结合层200中，则抛光加工时产生的碎屑的排出可能不顺畅。
此外，当硼掺杂钻石300(BDD)的润湿角小于60°时，硼掺杂钻石300在表面张力的作用下更深地嵌入结合层200，使得硼掺杂钻石300可以降低从结合层200突出的高度。因此，必须严格控制结合层200的厚度，以确保钻石盘的抛光加工时产生的碎屑(Debris)的排出通路。
此外，若结合层200比适当的厚度更薄，由于浮力(硼掺杂钻石和结合层的密度差异)和润湿(wetting)可能会发生自立。在这种情况下，容屑槽很好地形成在结合层200中，但是如果结合层200的厚度变得太薄，硼掺杂钻石300可以与柄底座100接触，并且硼掺杂钻石300可以通过表面张力进一步接收向下的力，此时，由于硼掺杂钻石300是倾斜平放的，因此硼掺杂钻石300在结合层200中的暴露高度降低，硼掺杂钻石300可以与工件面接触。例如，当钻石平放且硼掺杂钻石300的长轴与柄底座100以形成约35°～45°的角度C的姿势设置于结合层200上时，可以降低硼掺杂钻石300的自立(self-standing)比例。
根据本发明的结合层200的厚度与平均钻石粒子大小(直径)具有一定的比值。例如，结合层200的厚度与根据本发明的硼掺杂钻石300的平均直径的比值可以在30％至65％的范围内。[表2]是示出针对结合层200的每个高度的角度良好钻石比值(自立比)和PCR(Pad cut rate)的表格。钻石的粒子大小是具有一定范围的网孔尺寸(Mesh size)，钻石的平均大小遵循ANSI标准。例如，[表2]中使用的钻石为#80～#100，平均大小为150um，尺寸范围为127～181um。钻石以400个/cm2的密度附着在直径约为4”的圆盘上。每单位面积附着的钻石数量可能会因钻石的平均大小而不同。
[表2]
参考表2，当结合层的厚度为68um、79um和94um时，钻石的暴露高度相对于结合层的厚度较高，具有最高的例如自立(self-standing)比的角度良好钻石比值，PCR最高。当结合层的厚度为106um时，钻石的暴露高度相对于结合层的厚度也较低，角度良好钻石比值(自立比)也较低，PCR也较低。当结合层的厚度为52um时，钻石的暴露高度相对于结合层的厚度较高，角度良好钻石比值(自立比)略有降低，PCR也略有减少。
即，由于在结合层200的厚度与硼掺杂钻石300的平均直径之比为70％及以上时PCR变得非常低，因此结合层200的厚度与硼掺杂钻石300的平均直径的比值应管理在70％以下。而如果结合层200的厚度过薄，即使PCR值维持在一定程度，也存在钻石脱落的风险，因此结合层200的厚度应该是钻石平均大小的30％及以上。因此，结合层200的厚度与硼掺杂钻石300的平均直径之比优选在30％至65％的范围内。
图6示出了硼掺杂八面体钻石300和普通八面体钻石在热处理后的截面照片。即使没有掺杂硼的普通钻石具有八面体(Octahedron)形状，如果在PCR测试设备中进行15分钟的PCR测试，在相同条件下，普通钻石的PCR值也低于硼掺杂钻石300(BDD)的PCR值。块状型(Blocky type)，即立方八面体(cube-octahedral)形状的钻石无论是否掺杂硼，在与硼掺杂钻石盘相同的条件下，在PCR测试中都展现出非常低的PCR值。
参考图7，为了测量由硼掺杂钻石300和普通八面体钻石制成的盘的长时间的PCR(Pad cut rate)，准备PCR测试设备、抛光垫、CMP垫调节器(CMP Pad Conditioner)和抛光液。例如，PCR测试设备可以使用CTS公司的CMP抛光机，抛光垫可以使用直径为20"的IC1010(Dupont)产品，抛光液可以使用W7000(Cabot microelectronics)。此外，CMP垫调节器可以具备直径为4"的硼掺杂八面体钻石300和普通八面体钻石。
当准备好PCR测试设备、抛光垫、CMP垫调节器和抛光液时，抛光垫以80～95rpm的转速旋转，CMP垫调节器以100～120rpm的转速旋转，使CMP垫调节器的硼掺杂钻石300或普通八面体钻石将4至9lbf的压力施加到抛光垫上，在此状态下测量PCR为了垫调节而降低到最小PCR值以下所用的时间。如果PCR值低于设定值，则认为作为CMP垫调节器的作用不足。此时，CMP垫调节器可以抛光抛光垫，同时从抛光垫中心到边缘每分钟往复运动18～20次，向抛光垫提供每分钟300ml的抛光液。
经长期PCR测试的结果，以配备普通八面体钻石的CMP垫调节器为例，PCR需要8小时能够达到10um/hr，而配备硼掺杂钻石300的CMP垫调节器则被证实PCR需要13小时能够达到10。在本文所述的PCR测试中，例如，CMP垫调节器需要13小时使PCR达到10um/hr，或者超过13小时的时间也可以包含在本发明的范围内。由于CMP垫调节器中，PCR达到10um/hr所需的时间越长越有利，因此在本文中，无需指定PCR达到10um/hr所需时间的上限，CMP垫调节器使PCR达到10um/hr所需的时间可能是100小时。此外，例如，即使例如设定值为5um/hr或2um/hr，也能够确认硼掺杂钻石300与普通八面体钻石相比，垫抛光特性能够维持30％及以上的更长时间。
图4和图5是在上述实验条件下随时间观察钻石而得到的盘上单个钻石的SEM图像。比较例为普通八面体钻石，使用前观察到锋利的边缘，但观察到10小时，15小时后边缘几乎已经磨损。另一方面，可以看出，实施例的硼掺杂八面体钻石的边缘即使在使用10小时，26小时后磨损也较少。
参考图8，仅将钻石在空气(Air)气氛中在750℃下热处理3hr以确认重量变化。与普通钻石重量减轻了24.8％相反，根据本发明的硼掺杂钻石300(BDD)的重量减轻了2.5％。例如，示出了硼掺杂钻石的重量变化率明显低于普通钻石。即，可以确认通过硼掺杂抑制钻石与空气中的氧的反应，钻石的化学性质非常稳定。
因此，根据本发明的钻石盘具有与不与铁(Fe)反应的氮化硼(CBN)相同的特性，可以提供强耐磨钻石的所有特性，提高钻石盘的使用寿命。
在下文中，将参照图9描述根据本发明一实施例的钻石盘的制造方法。
参考图9，根据本发明一实施例的钻石盘的制造方法可以包括结合材料涂布步骤S100、预烧结步骤S200、钻石提供步骤S300和热处理步骤S400。
在所述结合材料涂布步骤S100中，结合材料可以涂布到柄底座的表面。结合材料可以包括60wt％及以上的Ni和Cr、Si等的其他元素。
在所述预烧结步骤S200中，固相(solid phase)预烧结体可以通过预烧结工艺形成，在该预烧结工艺中，涂布到柄底座的表面的结合材料被加热并干燥至第一温度范围。此时，第一温度范围可以是600℃至900℃的温度范围。在所述预烧结步骤S200中，最终热处理后的结合层的厚度与硼掺杂钻石的平均直径的比值可以在30％至65％的范围内。
在所述钻石提供步骤S300中，可以在预烧结体的表面提供多个硼掺杂钻石(BoronDoped Diamond，BDD)。此时，可以使用钻孔夹具通过粘合剂将多个硼掺杂钻石临时附着到预烧结体上。
在所述热处理步骤S400中，可以在第二温度范围内对多个硼掺杂钻石进行热处理，以将其设置为暴露于直立状态的预烧结体。多个硼掺杂钻石中的至少一部分可以以长轴L相对于柄底座大于60°小于等于90°的角度C的姿势自立。此时，第二温度范围可以是1000℃至1300℃的温度范围。
在所述热处理步骤S400中，固态预烧结体相变为液相结合层。因此，由于密度差引起的浮力，个别硼掺杂钻石的一部分(约50vol％)可以暴露在结合层200的上面，个别硼掺杂钻石的剩余部分(约50vol％)可以下降到结合层的表面以下。
此时，具有八面体形状的硼掺杂钻石的下顶点朝下是最稳定的。这可能会根据高温热处理温度下的结合层的粘度和热处理时间而有所不同，但如果长时间维持在这种条件下，硼掺杂钻石可能会发生旋转，并出现自立(self standing)现象。
在所述热处理步骤S400中，预烧结体的表面和硼掺杂钻石的表面相交的润湿角(Wetting angle)可以维持在大于等于0°小于等于60°。八面体硼掺杂钻石的润湿角越小于60°，容屑槽可以更好地形成，由于硼掺杂钻石与工件(抛光垫)点或线接触，因此可以显着提高硼掺杂钻石对于工件的抛光性能。
如上所述，通过本发明的八面体结构的硼掺杂钻石可以实现优异的耐磨性和高抛光性能，由于硼掺杂钻石的自立比超过一定比例，因此具有可以改善耐磨性和提高抛光性能的优点。
以上，将本发明的示例作为具体实施例进行了说明，但这些仅为示例，本发明不限于此，根据本说明书所揭示的技术思想，其应被解释为具有最广泛的范围。本领域技术人员可以通过组合/替换所公开的实施例来实现未揭示的形状的图案，这并不脱离本发明的范围。此外，本领域技术人员可以很容易地根据本说明书对所公开的实施例进行变更或修改，显然这样的变更或修改均属于本发明的范围之内。
Claims (14)
1.一种钻石盘，其特征在于，包括：
柄底座；
结合层，形成于所述柄底座的表面；以及
多个硼掺杂钻石，暴露于所述结合层，
多个所述硼掺杂钻石的至少一部分以与所述硼掺杂钻石的长轴相交，同时设置在最上端的面从所述长轴的上端向下倾斜的姿势设置在所述结合层上。
2.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石的所述长轴相对于所述柄底座具有大于50°小于等于90°的姿势，所述硼掺杂钻石设置在所述结合层上。
3.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述结合层的表面与所述硼掺杂钻石的表面相交的润湿角维持在大于等于0°小于等于60°。
4.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述结合层的厚度与所述硼掺杂钻石的平均直径的比值在30％至65％的范围内。
5.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石中掺杂的硼掺杂量在1ppm至2000ppm的范围内。
6.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石的每单位体积的磁化率在每单位体积20～800的范围内。
7.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石的密度与所述结合层的密度的比值维持在0.4至0.6的范围内。
8.根据权利要求5所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石是八面体钻石，
当所述硼掺杂钻石立于所述结合层的上部时，所述硼掺杂钻石的下端部与所述柄底座的表面点接触或线接触或间隔预定距离。
9.根据权利要求1所述的钻石盘，其特征在于，
所述硼掺杂钻石的垫抛光特性为，在PCR测试设备中，由所述硼掺杂钻石制成的CMP垫调节器以100rpm至120rpm的转速旋转，抛光垫以80rpm至95rpm的转速旋转时，在由所述硼掺杂钻石制成的CMP垫调节器将4至9lbf的压力施加到所述抛光垫上的状态下，需要13小时以上的时间才能够将PCR降低到2至10um/hr以进行垫调节。
10.一种钻石盘的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
结合材料涂布步骤，将结合材料涂布到柄底座的表面上；
预烧结步骤，将涂布于所述柄底座的表面的所述结合材料加热至第一温度范围，以形成预烧结体形态的结合层；
钻石提供步骤，在所述预烧结体的表面提供多个硼掺杂钻石；以及
热处理步骤，在第二温度范围内进行热处理，使得多个所述硼掺杂钻石的至少一部分以与所述硼掺杂钻石的长轴相交，同时设置在最上端的面从所述长轴的上端向下倾斜的姿势设置在所述结合层上。
11.根据权利要求10所述的钻石盘的制造方法，其特征在于，
在所述热处理步骤中，所述硼掺杂钻石的长轴以相对于所述柄底座大于50°小于等于90°的姿势暴露并放置于所述结合层。
12.根据权利要求10所述的钻石盘的制造方法，其特征在于，
在所述预烧结步骤中，所述第一温度范围为600℃至900℃，在所述热处理步骤中，所述第二温度范围为1000℃至1300℃。
13.根据权利要求10所述的钻石盘的制造方法，其特征在于，
在所述热处理步骤中，所述结合层的表面与所述硼掺杂钻石的表面相交的润湿角维持在大于等于0°小于等于60°。
14.根据权利要求10所述的钻石盘的制造方法，其特征在于，
在所述热处理步骤中，热处理后所述结合层的厚度与所述硼掺杂钻石的平均直径的比值在30％至65％的范围内。
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