JP2021171917A - ダイヤモンド粒子を含む反応結合型炭化ケイ素を有するセラミック基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤモンド粒子を有する反応結合型炭化ケイ素層を支持するセラミック基板を提供する。【解決手段】複合材料は、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料の基板１１４と、基板１１４の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層１１６とを含むことができる。いくつかの態様では、ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６が、第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）材料で結合されたダイヤモンド粒子１２０を含む。ダイヤモンド粒子１２０は、第２のＲＢ−ＳｉＣ１１６全体にわたって均一に分布していても、その表面のみに分布していてもよい。また、ダイヤモンド粒子１２０は、規則的なパターンであっても、不規則なパターンであってもよい。例えば、ＣＭＰコンディショニングディスク１２５は、実施形態のうちの１つの複合材料を含むことができる。【選択図】図２−１

Description

本明細書に記載の実施形態は、ダイヤモンド粒子を有する反応結合型炭化ケイ素層を支持するセラミック基板に関するものである。

本明細書に別段の記載がない限り、本明細書に記載の材料は、本願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、このセクションに含めることによって先行技術であると認めるものではない。

現代の電子機器は、単結晶シリコン（Ｓｉ）基板に製造された微細なチップに依存している。先ず、単結晶Ｓｉのブールを成長させる。次いで、このブールをダイヤモンドワイヤソーで薄いＳｉウェハ（例えば、現在は直径３００ｍｍ、近い将来は直径４５０ｍｍ）にダイシングする。この段階では、Ｓｉウェハは厚くて粗い。次の処理ステップでは、それらウエハを非常に高い平坦度（例えば、リムレベルのグローバルフラットネス）および仕上げ、並びに、小さな厚み（例えば、１ｍｍ未満）に研磨することを含む。このＳｉウェハは、リソグラフィ、金属蒸着、エッチング、拡散、イオン注入などのプロセスを用いてマイクロおよびナノサイズの回路を形成して、微細なチップを構築するために使用される。化学機械研磨（ＣＭＰ）の例示的な用途は、未加工のＳｉウェハを極めて高い仕上げおよび平坦度に研磨することである。

ＣＭＰプロセスでは、材料除去のために、機械的ラビングと化学反応の両方を使用する。これは、様々な研磨剤／反応性化合物（例えば、アルミナ、セリアなど）のスラリーを用いて研磨パッド（例えば、多孔質の独立気泡ポリウレタン製）上で行われる。一度に複数のシリコンウェハを研磨することができ、よって、研磨パッドの直径が１メートル以上になることもある。研磨パッドは、基板に垂直な軸上で回転する剛性基板上に取り付けられる。研磨媒体は、スラリーの形態で、回転する研磨パッドに提供することができる。シリコンウェハは、ホルダまたは「チャック」に取り付けられ、軸に平行な軸上でも回転する。

研磨を続けると、研磨パッドの気泡や孔がウェハからの研磨剤やデブリで満たされて、研磨パッドはグレーズを形成して効果を失う。しかしながら、研磨パッドは、ポリウレタンパッドの閉じた気泡を開いて、ウェハへのスラリーの輸送を改善し、パッドの寿命を通じて一貫した研磨面を提供して、ウェハの良好な研磨性能を達成するために、時々再コンディショニングを行う必要があるのみであるため、依然として耐用寿命を有している。ＣＭＰパッドを再コンディショニングするためには、ＣＭＰパッドコンディショナと呼ばれるディスクが使用され、このディスクは、表面に突出するダイヤモンドを有し、その突出するダイヤモンドを保持するために埋め込み式の金属または有機のマトリックスを有している。これらのディスクでは、通常、単層の粗いダイヤモンド（例えば、直径１２５マイクロメートル）が使用され、ダイヤモンドの間隔（例えば、０．５〜１ｍｍ）および突出量が注意深く制御される。これらのダイヤモンドを含むコンディショニングディスクは、非常に高い平坦度で製造される。良好な性能を得るための重要な要素には、ダイヤモンドの十分な突出（例えば、良好な切断能力）、マトリックスへの強い結合（例えば、ダイヤモンドの損失を防ぐこと）、切断能力の喪失の回避、およびコンディショニングを損なうデブリの形成の防止が含まれる。

時間を節約して効率を高めるために、ＣＭＰパッドの再コンディショニングは、ウェハの研磨／平坦化と同時に行われることが多い。しかしながら、この同時処理のリスクの一つとして、コンディショニングディスクのマトリクスからダイヤモンド粒子が剥がれたり、飛び出したりするリスクがある。外れた落ちたダイヤモンド材料は、研磨されるシリコンウェハを抉って、損傷を与えてしまう可能性がある。

金属に結合したダイヤモンド粒子を特徴とする少なくともそれらのＣＭＰパッドコンディショニングディスクは、過去に、ダイヤモンド粒子の損失（例えば、剥離）などの問題を経験している。特定の理論や説明に拘束されることを望むものではないが、ダイヤモンド粒子の損失は、機械的結合のみであること（例えば、化学的結合に対して）、金属の化学的腐食、またはおそらく処理中の熱膨張の不一致および温度逸脱による機械的応力に起因するものであると考えられる。このため、既存の設計よりもダイヤモンド粒子の損失の影響を受け難いパッドコンディショニングディスクを提供することが望ましい。

本明細書で請求される主題は、あらゆる欠点を解決する実施形態、または上述したような環境でのみ動作する実施形態に限定されるものではない。むしろ、この背景技術は、本明細書に記載のいくつかの実施形態が実行され得る１つの例示的な技術分野を例示するためのみに提供されるものである。

この発明の概要は、以下の詳細な説明にさらに記載されている概念の選択を簡略化した形式で紹介するために提供されるものである。この発明の概要は、請求された主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、また、請求された主題の範囲を決定するための補助として使用することを意図したものでもない。

本明細書に記載のいくつかの例示的な実施形態は、概して、ダイヤモンド粒子を有する反応結合型炭化ケイ素層を支持するセラミック基板に関するものである。

例示的な実施形態では、複合材料が、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料の基板と、第１のＲＢ−ＳｉＣ材料の基板の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層とを含むことができる。いくつかの態様では、ＲＢ−ＤＳｉＣ層がダイヤモンド粒子を含む。例えば、ＣＭＰコンディショニングディスクは、実施形態のうちの１つの複合材料を含むことができる。

別の例示的な実施形態では、複合体を形成する方法が、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料のプリフォーム基板を提供するステップと、ダイヤモンド粒子を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストを、プリフォーム基板の表面に塗布するステップと、ＳｉＣペーストを焼成することにより溶融ケイ素（Ｓｉ）をＳｉＣペーストに浸透させて、プリフォーム基板の表面に結合した反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことができる。

別の例示的な実施形態では、複合体を形成する方法が、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料のプリフォーム基板を提供するステップと、炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストをプリフォーム基板の表面に塗布するステップと、ＳｉＣペーストの表面上または表面中にダイヤモンド粒子を加えるステップと、ダイヤモンド粒子をＳｉＣペーストの表面に押し込むステップと、ＳｉＣペーストを焼成することにより溶融ケイ素（Ｓｉ）をＳｉＣペーストに浸透させて、プリフォーム基板の表面に結合した反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことができる。

本発明の追加の特徴および利点は、以下の説明に記載され、部分的にはその説明から自明であるか、または本発明を実施することによって分かるであろう。本発明の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘された機器および組合せによって実現および取得することができる。本発明のそれらの特徴および他の特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるか、または以下に述べる本発明を実施することによって分かるであろう。

本発明の上記および他の利点および特徴をさらに明確にするために、添付の図面に示すその特定の実施形態を参照して、本発明のより具体的な説明を行うこととする。なお、これらの図面は、本発明の典型的な実施形態のみを描いており、よって、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。添付図面を使用することにより、更なる具体性および詳細とともに本発明を説明し、述べることとする。
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ上面図および側面図であり、ウェハ平坦化のためのＣＭＰ装置を示している。 図２Ａは、基板上に取り付けられた反応結合型炭化ケイ素およびダイヤモンド（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を支持する基板を有する複合体の一実施形態を示している。図２Ｂは、基板上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層を支持する基板を有する複合体の別の実施形態を示しており、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面にダイヤモンド粒子が分布している。図２Ｃは、基板上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層を支持する基板を有する複合体の別の実施形態を示しており、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面からダイヤモンド粒子が突出している。図２Ｄは、基板上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層を支持する基板を有する複合体の別の実施形態を示しており、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面からダイヤモンド粒子がほぼ等しい高さで突出している。図２Ｅは、基板上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層を支持する基板を有する複合体の別の実施形態を示しており、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面にダイヤモンド粒子がほぼ等しい深さで押し込まれている。図２Ｆは、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面上の様々なダイヤモンド粒子分布の実施形態を示している。 図３は、図２Ａの複合体を形成する方法の一実施形態を示している。 図４Ａは、図２Ｂ〜図２Ｅのうちの１つの複合体を形成する方法の実施形態を示している。 図４Ｂは、図２Ｂ〜図２Ｅのうちの１つの複合体を形成する方法の実施形態を示している。 図５Ａおよび図５Ｂは、図２Ａの複合体の構造の顕微鏡写真画像を示している。 図６Ａは、均等にかつ規則的に離間した開口が示されているスクリーンの一部の顕微鏡写真画像を示している。図６Ｂは、図６Ａのスクリーンでスクリーニングされた後の接着シート上のダイヤモンド粒子の顕微鏡写真画像を示している。図６Ｃは、ＳｉＣペースト中に押し込まれたダイヤモンド粒子の顕微鏡写真画像を示している。図６Ｄは、ＲＢ−ＤＳｉＣ層に化学的に結合された、間隔を空けたダイヤモンドの顕微鏡写真画像である。

本発明の例示的な実施形態の様々な態様を説明するために、図面を参照する。なお、図面は、そのような例示的な実施形態の模式図および概略図であり、本発明を限定するものではなく、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことを理解されたい。

概して、本技術は、基板上に第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）材料の層を有する反応結合型炭化ケイ素（ＲＢ−ＳｉＣ）基板（例えば、第１のＲＢ−ＳｉＣ材料または第１のＲＢ−ＳｉＣ基板）を含む複合材料に関する。第２のＲＢ−ＳｉＣ材料は、それによって保持されるダイヤモンド粒子を含み、ダイヤモンド粒子が第２のＲＢ−ＳｉＣ材料に保持されていることによって、反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層と呼ばれる。ダイヤモンド粒子は、均一（例えば、均質）であるかまたは均一ではない（例えば、均質ではない）かにかかわらず、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス全体に混合することができる。ダイヤモンド粒子は、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリクス全体にわたって分布するか、またはマトリクスの表面にのみ保持されることができる。ダイヤモンド粒子は、マトリックスの表面において規則的なパターンであっても、規則的ではない（例えば、ランダムな）パターンであってもよい。すなわち、基板は、その上に反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を含むことができ、基板の少なくとも１つの表面が、その上にＲＢ−ＤＳｉＣ層を含む。

ＲＢ−ＳｉＣ／ＲＢ−ＤＳｉＣ複合体を調製するための製造プロトコルは、基板の表面をＲＢ−ＤＳｉＣ層の成分と反応させて、それらの間に結合を形成させることができる。基板およびＲＢ−ＤＳｉＣ層を有する複合体は、基板の第１のＲＢ−ＳｉＣ材料とＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料との間の結合により、単一の部材となるが、製造方法が異なるため、基板の第１のＲＢ−ＳｉＣ材料は、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料と区別することができる。ＲＢ−ＤＳｉＣ層と区別可能な基板との界面が存在し、または基板は、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の特性と区別可能な少なくとも１つの特性を有することができる。

複合体は様々な用途に合わせて構成することができるが、複合体を含む一般的なデバイスは、ＣＭＰパッドのコンディショニングに使用されるＣＭＰコンディショニングディスクである。すなわち、ＣＭＰ装置は、本明細書に記載のＲＢ−ＳｉＣ／ＲＢ−ＤＳｉＣ複合体によって形成されたＣＭＰコンディショニングディスクを含むことができる。

図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ上面図および側面図であり、ウェハ平坦化のためのＣＭＰ装置１００を示している。ＣＭＰ装置１００は、ＣＭＰパッド１０１を提供するためのＣＭＰパッドデバイス１０２と、ウェハ１０５を保持するためのウェハホルダデバイス１０４と、ＣＭＰパッド１０１をコンディショニングするためのＣＭＰパッドコンディショニングディスク１１５を有するＣＭＰパッドコンディショニングマシン１０６とを備える。ＣＭＰ装置１００は、ＣＭＰパッド１０１によるウェハ１０５の研磨時に、機械的ラビングと化学反応の両方が材料除去のために用いられるＣＭＰプロセスに使用することができる。ＣＭＰパッド１０１は、多孔質の独立気泡ポリウレタン等の材料とすることができる。

ＣＭＰ装置１００は、ＣＭＰパッド１０１にスラリー１０３を提供することができるスラリー塗布デバイス１０８を含む。スラリー１０３は、液体担体（例えば、水）中の様々な研磨剤／反応性化合物（例えば、アルミナ、セリアなど）から形成することができる。

ＣＭＰ装置１００は、シリコンウェハ１０５がウェハホルダ１１１（例えば、「チャック」）に取り付けられるように構成されたウェハホルダデバイス１０４を含み、このウェハホルダも軸１１３上で回転する。一度に複数のシリコンウェハ１０５を研磨することができ、そのため、ＣＭＰ装置１００は複数のウェハホルダデバイス１０４を含むことができる。また、研磨パッド１０１は、いくつかの例では、直径が１メートルを超えることがあるが、研磨されるウェハ１０５の数に応じて寸法を調整できることを認識されたい。

ＣＭＰ装置１００は、基板１０７に垂直な軸１０９上で回転する剛性基板１０７に取り付けられた研磨パッドとして構成されたＣＭＰパッド１０１を有するＣＭＰパッドデバイス１０２を含む。スラリー１０３中の研磨媒体は、軸１０９上で回転する回転ＣＭＰパッド１０１に供給される。軸１０９は、軸１１３と平行にすることができる。

ＣＭＰパッドコンディショニングマシン１０６は、アーム１１９に取り付けられた又は連結されたシャフト１１７により保持されたＣＭＰパッドコンディショニングディスク１１５を有する。マシン１０６は、アーム１１９をＣＭＰパッド１０１に対して相対的に移動させることができる。マシン１０６は、ディスク１１５がＣＭＰパッド１０１の回転軸１０９と平行な回転軸１２１を有するように、軸１２１を中心にシャフト１１７を回転させることもできる。その後、マシン１０６は、回転するＣＭＰパッド１０１とディスク１１５を接触させ、ディスク１１５を、ＣＭＰパッド１０１の外縁部から中心または中心付近まで、半径方向または直線方向などにかかわらず、または任意の方向に、往復移動させる。また、マシン１０６は、コンディショニングディスク１１５を回転させながら、アーム１１９に回転を付与することができる。マシン１０６は、コンディショニングディスク１１５によって押しのけられたデブリの除去を助けるために、コンディショニング中のＣＭＰパッド１０１に流体１１２を導入するように構成された液体噴霧器１１０を含む。流体１１２は、コンディショニングディスク１１５によって除去されたデブリを洗い流すための水または洗浄液であり得る。また、流体１１２は、コンディショニングディスク１１５から粒子を吹き飛ばすための送風であってもよい。

ＣＭＰパッドコンディショニングディスク１１５は、反応結合型炭化ケイ素（例えば、第１のＲＢ−ＳｉＣ）の基板１１４（例えば、プリフォーム基板などのセラミック基板）と、その上に取り付けられた反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層１１６とを含むことができる。このため、ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６は、ＣＭＰパッド１０１の表面に接触する。基板１１４は、ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６に支持を与え、シャフト１１７に取り付けられる。

図２Ａは、ＣＭＰパッドコンディショニングディスク１２５を示しており、基板１１４が、その上に取り付けられた反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層１１６を支持している。ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６は、ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６の形成中に、第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）マトリックス１２２中に混ぜ合わされたダイヤモンド粒子１２０を含むことができる。ダイヤモンド粒子１２０は、マトリクス１２２の表面にあるか、マトリクス１２２の表面を通って突出するか、またはマトリクス１２２中に埋め込まれるか、のうちの少なくとも１つであり得る。埋め込まれたダイヤモンド粒子１２０は、マトリックス１２２中に完全に埋め込まれて、マトリックス１２２によって完全に取り囲まれている。

図２Ｂは、ＣＭＰパッドコンディショニングディスク１３５を示しており、基板１１４がその上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６を支持している。ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６は、第２のＲＢ−ＳｉＣマトリックス１２２の表面にダイヤモンド粒子１２０を含むことができる。ダイヤモンド粒子１２０は、マトリクス１２２の表面にあり、マトリクス１２２の表面を通って突出することができる。この実施形態では、マトリックス１２２によって完全に取り囲まれるようにマトリックス１２２中に完全に埋め込まれたダイヤモンド粒子１２０は示されていない。

図２Ｃは、ＣＭＰパッドコンディショニングディスク１４５を示しており、基板１１４がその上に取り付けられたＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６を支持している。ＲＢ−ＤＳｉＣ層１１６は、第２のＲＢ−ＳｉＣマトリクス１２２の表面から突出するダイヤモンド粒子１２０を含むことができる。ダイヤモンド粒子１２０は、マトリックス１２２の表面にあり、マトリックス１２２を通って突出することができる。この実施形態では、マトリックス１２２によって完全に取り囲まれるようにマトリックス１２２中に完全に埋め込まれたダイヤモンド粒子１２０は示されていない。一部のダイヤモンド粒子１２０は、マトリックス１２２の表面にあって突出していないが、殆どのダイヤモンドは、マトリックス１２２の表面から突出している。

図２Ａ〜図２Ｃおよび他の図面は、ダイヤモンド粒子１２０が六角形状であることを示しているが、これは形状の単なる例に過ぎない。ダイヤモンド粒子１２０は、ギザギザした大まかな形状を含む任意の形状であってもよく、平坦な表面を有する平坦化された形状を含む。このように、図中のダイヤモンド粒子１２０は、平坦な表面を含むように加工されるか、未加工またはギザギザであるかにかかわらず、任意の形状の任意のタイプのダイヤモンド粒子であってよい。また、図２Ａ〜図２Ｃの実施形態の何れか１つのダイヤモンド粒子１２０の構成は、他の実施形態と組み合わせることができる。このため、図２Ｂおよび図２Ｃのマトリクス１２２は、マトリクスの表面から突出するダイヤモンド粒子に加えて、マトリクス内のダイヤモンド粒子１２０を含むことができる。マトリックス１２２内に埋め込まれたダイヤモンド粒子は、マトリックス１２２から突出するダイヤモンド粒子と同じ大きさまたはそれよりも小さくてもよい。

第２のＲＢ−ＳｉＣマトリックス１２２は、様々な程度で表面を突き抜けているダイヤモンド粒子１２０を有することができる。すなわち、各ダイヤモンド粒子１２０は、マトリックス１２２の表面の下にあるダイヤモンド高さ（例えば、表面に垂直なＺ軸における粒子の長さ）のパーセンテージと、表面を越えて突出しているダイヤモンド高さのパーセンテージとを有することができる。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子１２０の各々は、各ダイヤモンド１２０について、マトリックス１２２の表面下のダイヤモンド高さの様々なパーセンテージと、表面を越えて突出しているダイヤモンド高さの様々なパーセンテージとがあるように、マトリックス１２２内にランダムな埋め込みを有することができる。炭化ケイ素粒子とダイヤモンド粒子のペーストを混合してから焼成することで、ランダムな分布を得ることができる。このプロトコルは、図２Ａの構成をもたらすことができる。パーセンテージの代わりに、各ダイヤモンドは、表面から突出する寸法またはマトリックス１２２中に挿入する寸法を有することができる。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子１２０が、図２Ｄに示すように、マトリックス１２２の表面の下にあるダイヤモンドの高さ１２４の様々な長さと、表面を越えて突出しているダイヤモンドの高さ１２６の実質的に同様の長さとを有することができる。破線は、ダイヤモンド粒子１２０がすべてマトリックス１２２の表面からほぼ同じ距離（例えば、長さ、突出の寸法）、突出していることを示している。この構成は、ダイヤモンド粒子１２０を接着基板に貼り付け、ＲＢ−ＤＳｉＣ層に焼成する前にダイヤモンド粒子１２０を炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペースト中に押し込むことによって得ることができる。代替的には、ダイヤモンド粒子１２０をＳｉＣペーストの表面に散布して、押し込むようにしてもよい。ここで、ダイヤモンド粒子１２０はすべて、表面から同じ量または距離（例えば、長さ、突出の寸法）、突出している。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子１２０が、図２Ｅに示すように、マトリックス１２２の表面の下のダイヤモンド高さ１２９の同様の長さ（例えば、挿入の寸法）と、表面を越えて突出しているダイヤモンド高さ１２７の様々な長さとを有することができる。マトリックス１２２の破線は、ダイヤモンド粒子１２０がすべてマトリックス１２２の表面からほぼ同じ距離（例えば、長さ）に埋め込まれていることを示している。この構成は、ダイヤモンド粒子１２０の一部分が融蝕性基板の表面から突出するように、ダイヤモンド粒子１２０を融蝕性基板に部分的に押し込み、焼成前に、融蝕性基板の表面から露出するダイヤモンドの部分の周囲に炭化ケイ素マトリックス１２２を充填することによって、得ることができる。融蝕性基板の表面の下にダイヤモンドの高さの様々な寸法があり、表面の融蝕性基板を越えて突出するダイヤモンドの高さのほぼ同様の寸法がある。この結果、ほぼ同様の量のダイヤモンド高さが、その後、マトリックス１２２中に埋め込まれることになる。ここで、ダイヤモンド粒子１２０領域はすべて、同じ量または距離（例えば、挿入の寸法）だけマトリックス１２２中に埋め込まれる。

図２Ｆは、ダイヤモンド粒子を、ランダムパターン１３１におけるランダムなサイズ、同じパターン１３２におけるランダムなサイズ、ランダムパターン１３３における同じサイズ、または同じパターン１３４における同じサイズ、または他のバリエーションとし得ることを示している。

図３は、複合材料を形成する方法３００を示しており、この複合材料は、図２Ａに示すように、ＣＭＰパッドコンディショニングディスク１２５として使用することができる。この方法３００は、ブロック３０２において、プリフォーム基板を提供するステップを含むことができる。プリフォーム基板は、炭化ケイ素基板または第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）基板などのセラミック基板であり得る。本方法３００は、ブロック３０４で、ダイヤモンド粒子が中に分散された炭化ケイ素ペーストを提供するステップを含むことができる。ここで、ペーストは、ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペースト中に混合することによって形成することができ、または、事前に作成することができる。ペーストは、微細な炭化ケイ素粒子およびダイヤモンド粒子を有機バインダ中に混合させることによって形成することができる。ダイヤモンド粒子は、炭化ケイ素粒子よりもかなり大きくすることができる。本方法３００は、ブロック３０６において、ペーストをセラミック基板の表面に塗布するステップを含むことができる。その後、本方法３００は、ブロック３０８において、複合体を形成するプロセスで溶融ケイ素が有機バインダと反応できるように、ダイヤモンド保持炭化ケイ素ペーストに溶融ケイ素を反応的に浸透させるためにペーストを有するセラミック基板を焼成するステップを含むことができる。本方法３００のブロック３０８は、ケイ素を浸透させたダイヤモンド保持炭化ケイ素ペーストを基板上で焼成するステップと称することができる。この焼成により、溶融ケイ素が炭化ケイ素およびダイヤモンドと反応して、化学結合されたダイヤモンドが内部に分散した反応結合型炭化ケイ素が生成され、それにより反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層が形成されることになる。さらに、この焼成により、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２の反応結合型炭化ケイ素（ＲＢ−ＳｉＣ）が、セラミック基板の第１の反応結合型炭化ケイ素（例えば、第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料と結合することができる。これにより、基板の第１のＲＢ−ＳｉＣ材料と、ＲＢ−ＤＳｉＣ複合材料の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料とが結合した一体の部材が形成される。

図４Ａは、複合材料を形成する方法４００を示しており、この複合材料は、図２Ｂに示すようなＣＭＰパッドコンディショニングディスク１３５、または図２Ｃのディスク１４５、または図２Ｄのディスク１５５として使用することができ、本方法４００においていくつかの差異がある。本方法４００は、ブロック４０２で、プリフォーム基板を提供するステップを含むことができる。プリフォーム基板は、炭化ケイ素基板または第１のＲＢ−ＳｉＣ基板などのセラミック基板であり得る。本方法４００は、ブロック４０４で接着シートを提供するステップを含むことができる。接着シートは、任意の形態であってよく、少なくとも１つの接着面を有する平面材料であってよい。接着シートは、接着面を含むように予め製造または調製することができる。接着シートは、接着面を有する基板を含むことができ、あるいは、接着シートとして機能するワックス基板であってもよい。接着シートの付着力は、ダイヤモンド粒子に付着するように調節することができる。本方法４００は、ブロック４０６において、接着シートの上にスクリーンを設けるステップを含むことができる。スクリーンは、接着シートに接触するか、その上に吊ることができる。スクリーンは、予め製造されるか、またはスキャニングを提供する開口を含むように形成されるものであってもよい。本方法４００は、ブロック４０８において、スクリーンを介してダイヤモンド粒子を接着シートにスクリーニングするステップを含むことができる。ダイヤモンド粒子は、スクリーンの開口を通り抜けて、接着シートに付着する。本方法４００は、ブロック４１０において、接着シートからスクリーンを除去するステップを含むことができる。本方法４００は、ブロック４１２で、ダイヤモンドが内部に分散した又は分散していない炭化ケイ素ペーストを、プリフォーム基板の表面に塗布するステップを含むことができる。ペーストは、いくつかの実施形態では、その中に混合されたダイヤモンド粒子を含むことができるが、ペーストに混合されたダイヤモンド粒子のない実施形態も好ましいものとなり得る。代替的には、ペースト中に混入したダイヤモンド粒子は、微粒子であって、ペーストの表面に埋め込まれる粒子よりも実質的に小さいものであってもよい。ここで、ペーストは、炭化ケイ素ペーストを有機バインダで形成することにより形成することができ、また、予め製造したものを用いることもできる。また、ペーストは、ダイヤモンドの微粒子とともに、またはダイヤモンドの微粒子を含まずに、炭化ケイ素の微粒子を有機バインダ中に混入することによって形成することができる。接着シートに付着したダイヤモンド粒子は、ペースト内の炭化ケイ素粒子やダイヤモンドの微粒子よりもかなり大きくすることができる。炭化ケイ素ペーストは、任意の方法でセラミック基板の表面に塗布される。本方法４００は、ブロック４１４で、ダイヤモンド粒子を、プリフォーム基板上にある炭化ケイ素ペーストに少なくとも部分的に押し込むステップを含むことができる。ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペーストの表面に配置した後、接着シートに圧力を加えてダイヤモンド粒子をペースト内に押し込むことができる。ペーストの表面から突出するダイヤモンド粒子の高さのパーセンテージは、押圧によって制御することができる。本方法４００は、ブロック４１６において、複合体を形成するプロセスで溶融ケイ素が有機バインダと反応してダイヤモンドと接触できるように、ダイヤモンド保持炭化ケイ素ペーストに溶融ケイ素を反応的に浸透させるためにペーストを有するセラミック基板を焼成するステップを含むことができる。本方法４００のブロック４１６は、ケイ素を浸透させたダイヤモンド保持炭化ケイ素ペーストを焼成するステップと称することができる。焼成により、溶融ケイ素が炭化ケイ素、有機バインダからの炭素、およびダイヤモンドと反応して、化学結合されたダイヤモンドが内部に分散した反応結合型炭化ケイ素を生成し、それによりＲＢ−ＤＳｉＣ複合材料を形成することができる。さらに、焼成することで、反応結合型炭化ケイ素が、セラミック基板の炭化ケイ素と結合する。これにより、基板がダイヤモンド炭化ケイ素複合材料と結合した一体の部材が形成される。

本方法４００は、図２Ｅに示すようなＣＭＰパッドコンディショニングディスク１６５を提供するように適合させることができる。変更された方法は、接着シートがワックスであること等により可鍛性および変形可能である場合などにおいて、ダイヤモンド粒子を接着シートに押し込むステップを含むことができる。その後、ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペーストに押し込み、本方法を、上述したように実行することができる。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子をスクリーニングしてスクリーンを除去するステップを省略することができる。その後、ダイヤモンド粒子を、炭化ケイ素ペーストの表面上に振りかけるように直接堆積させることができる。これにより、炭化ケイ素ペーストの表面上にダイヤモンド粒子をランダムに分布させることができる。しかしながら、ランダムな開口分布を有するスクリーンを使用することも可能であるが、殆どのスクリーンは、行、列、偶数配列、千鳥配列、整列配列、繰り返し形状など、規定された構造化パターンを有するように製造することができる。このため、ダイヤモンドの規定された規則的なパターンまたはランダムな分布を炭化ケイ素ペースト上に形成することができる。

図４Ｂは、図４の方法４００の概略図を示している。図示のように、接着シート４２０は、スクリーン４２２に関連付けられている。ここで、接着シート４２０は正方形の形状をしており、スクリーン４２２は環状のディスクであるが、製品の形状や使用目的に応じて形状を変えることができる。なお、環状のディスクの形状をした複合体は、ＣＭＰコンディショニングディスクの形状とすることができる。スクリーン４２２は、接着シートが付着しないように、接着シート４２０の上に吊るすことができる。図示のように、ダイヤモンド粒子４２４を接着シート４２０上でスクリーニングするステップが実行される（例えば、ブロック４０８）。その後、接着シート４２０の上からスクリーンを取り除くことにより、スクリーン４２２が除去される（例えば、ブロック４１０）。これにより、接着シート４２０が、それに付着したダイヤモンド粒子４２４を含むことになる。

本方法４００は、炭化ケイ素ペースト４２６を基板４２８に塗布し（例えば、ブロック４１２）、その後、ブロック４１３で、ダイヤモンド粒子４２４を有する接着シート４２０を、基板上にある炭化ケイ素ペースト４２６に貼り付けるステップを含み、このステップは、図４Ａの方法４００に含めることができる。次いで、接着シート４２０に荷重４３０を加えて、ダイヤモンド粒子４２４を基板４２８上の炭化ケイ素ペースト４２６に押し込む（例えば、ブロック４１４）。その後、ブロック４１５でダイヤモンド粒子が炭化ケイ素ペースト４２６に挿入されたら、ダイヤモンド粒子４２４から接着シート４２０を取り外すことにより、接着シート４２０を取り除くことができ、このステップは、図４Ａの方法４００に含めることができる。その後、基板４２８上の炭化ケイ素ペースト４２６に少なくとも部分的に埋め込まれたダイヤモンド粒子４２４を有する構造体を、上述したように処理して、構造体を固化することができる。

基板
図面は、基板によって支持されるＲＢ−ＤＳｉＣ層を示している。この基板は、反応結合型炭化ケイ素（ＲＢ−ＳｉＣ）基板（例えば、第１のＲＢ−ＳｉＣ材料）であり得る。ＣＭＰコンディショニング用途では、基板は、炭化ケイ素ペーストを受け入れるための平面または実質的に平面の表面を有する。しかしながら、基板は任意の形状であり、平面、凹面、凸面またはそれらの組合せ、およびそれらの循環である表面（例えば、波状面）を有することができる。ＣＭＰコンディショニングを一例として述べているが、複合体は、以下でより詳細に説明する数多くの用途およびデバイスに使用することができる。

基板は、当技術分野で知られているように調製することができる。調製プロトコルの例は、米国特許第６，９９５，１０３号、米国特許第７，６５８，７８１号、米国特許第８，４７４，３６２号、米国特許第８，７４１，２１２号、および米国出願公開第２０１７／０２９１２７９号において見出すことができる。それらはすべて、全体が引用により本明細書に援用されるものとする。

概して、基板を形成する方法は、ＳｉＣと炭素（例えば、炭化ケイ素粒子と炭素材料とを一緒に混合したもの）のプリフォームを調製するステップと、その混合物に溶融、液体または蒸気のケイ素を浸透させるステップとを含むことができる。炭素は、炭素粒子、ナノチューブ、または炭素原子を含む有機バインダからのものであってもよい。これにより、ケイ素が炭素と反応してＳｉＣを形成し、それによりＳｉＣ粒子が炭素材料および浸透ケイ素と結合して複合材料を形成することになる。蒸気ケイ素浸透は多孔質ＳｉＣ基板を調製することができ、一方、液体浸透は高密度のＳｉ／ＳｉＣ基板を形成することができる。このプロセスを変化させることで、得られる基板の特性を調整することができる。例えば、ＳｉＣ粒子のサイズを変えることができ、炭素の相対量を変えることができ、炭素源としての有機バインダのタイプを変えることができ、ドーピング材料を加えることができる。

一例では、プリフォームされたＳｉＣ粒子を有機樹脂と混合し、所望の形状に形成する（例えば、成形する）。その後、樹脂を熱分解（例えば、焼成）し、約６００℃で炭素に変換する。その後、溶融したＳｉを約１，６００℃の真空下でＳｉＣに浸透させる。生成物は高密度（例えば、１００％密度）であり、残りの未反応ＳｉとともにＳｉＣマトリックスを含み、これはＲＢ−ＳｉＣまたはＳｉ／ＳｉＣと呼ばれることがある。実質的にすべての炭素が、通常、製造手順において使用される。

いくつかの実施形態では、基板用のＳｉＣ粒子が、一例として、約１μｍ〜約３００μｍ、約２μｍ〜約２００μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２５μｍ〜約５０μｍ、または約７５μｍの範囲のサイズである。

炭化ケイ素ペースト
ダイヤモンド粒子と結合するために使用される炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストは、基板用の組成物と同じ方法で調製することができる。しかしながら、バインダは、よりペースト状に構成することができ、またはペースト状の特性を可能にする量で提供することもできる。援用される上記文献は、ＳｉＣペーストを形成するための一般的なプロトコルを提供する。

いくつかの実施形態では、ＳｉＣペースト中のＳｉＣ粒子が、一例として、約１μｍ〜約３００μｍ、約２μｍ〜約２００μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２５μｍ〜約５０μｍ、または約７５μｍの範囲のサイズであり、これはダイヤモンドのサイズに依存し得る。

いくつかの実施形態では、有機バインダ（例えば、炭素源）のタイプを、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エポキシおよびフェノールなどのポリマ化合物、またはナノ炭素ベースのスラリーからなる群のなかから選択することができる。

いくつかの実施形態では、ペーストが、０〜９０体積％のＳｉＣ粒子および１０〜１００体積％の有機バインダを含むことができる。

ダイヤモンド強化炭化ケイ素
図２Ａに示され、図３に関連して述べたように、有機バインダ中にＳｉＣ粒子を有する本明細書に記載の炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストは、ダイヤモンド粒子とさらに組み合わせることができる。ダイヤモンド粒子は、様々な形状およびサイズで提供することができ、また、特定のサイズ範囲のダイヤモンド粒子を有するように等級分けすることもできる。ダイヤモンドは、ＳｉＣ粒子および有機バインダに対する様々な量で提供することができる。特に、米国出願公開第２０１７／０２９１２７９号は、ダイヤモンド強化ＳｉＣペーストおよびその製造方法の例を提供している。

ダイヤモンド強化ＳｉＣペーストは、本明細書に記載されているような基板に塗布され、平坦な露出面を有するように形成することができる。基板に塗布した後、ケイ素浸透プロセスを実行して、ダイヤモンド強化反応結合型炭化ケイ素（例えば、ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ；ＤＲ−Ｓｉ／ＳｉＣ）を形成することができる。ここで、炭化ケイ素中に分散したダイヤモンド粒子は、得られた材料を、ＲＢ−ＤＳｉＣの一種であるダイヤモンド強化ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料となるように強化する。さらに、ＲＢ−ＤｉＳＣ層の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料は、ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料であってもよい。さらに、ＲＢ−ＤＳｉＣ層を形成するために、ダイヤモンド粒子（例えば、より大きなダイヤモンド粒子）をＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料に含めることができる。焼成プロトコルにより、基板内の元素とペースト内の元素が反応し、ＲＢ−ＳｉＣ／ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣの界面を有する一体材料が形成される。図５Ａおよび図５Ｂは、ＲＢ−ＳｉＣ基板およびＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料の微細構造、および界面のＳＥＭ顕微鏡写真を含み、ＲＢ−ＳｉＣ基板がＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料と区別できることを明確に示している。図５Ｂは、ＲＢ−ＳｉＣ／ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣの界面をより拡大したものである。見て分かるように、ダイヤモンド粒子をＳｉＣベースのペーストでプリフォーム基板に結合させた後、アセンブリに溶融Ｓｉを反応的に浸透させ、それによりダイヤモンド粒子を表面に持つ十分に高密度の反応結合型セラミック構造が形成された。見て分かるように、ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料が形成する層の厚さは１ｍｍ未満であるが、厚さは必要に応じて、また実用性の範囲内で変えることができる。例示的なＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣ材料層は、約５０μｍ〜約５００μｍ、約１００μｍ〜約４００μｍ、または約２００μｍ〜約３００μｍの範囲であり、好ましい厚さは約２５０μｍであり得る。

いくつかの実施形態では、ペースト中のＳｉＣ粒子が、一例として、約１μｍ〜約３００μｍ、約２μｍ〜約２００μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２５μｍ〜約５０μｍ、または約７５μｍの範囲のサイズであり、これはダイヤモンドのサイズに依存し得る。

いくつかの実施形態では、ペースト中のダイヤモンド粒子が、約５０μｍ〜約１０００μｍ、約１００μｍ〜約８００μｍ、または約２００μｍ〜約６００μｍの範囲のサイズであり、好ましい厚さが約４５０μｍであり得る。

いくつかの実施形態では、ペーストが、０〜９０体積％のＳｉＣ粒子と、０〜９０体積％のダイヤモンド粒子と、１０〜１００体積％の有機バインダとを含むことができる。

炭化ケイ素の間隔を空けたダイヤモンド
図２Ｂ〜図２Ｅに示され、図４Ａおよび図４Ｂに関連して述べたように、基板は、表面にまたは表面から突出している間隔を空けたダイヤモンド粒子を有するＲＢ−ＤＳｉＣ層を支持することができる。ここでは、基板を提供した後、その表面を炭化ケイ素ペーストでコーティングし、その後、ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペーストの表面に押し込む。次いで、本明細書に記載されているように、構造体に溶融ケイ素を浸透させて、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面にまたは表面から突出する間隔を空けたダイヤモンド粒子を有するＲＢ−ＤＳｉＣ層を備えた基板を形成する。ダイヤモンド粒子を分散させて、ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペーストに押し込むプロトコルは、得られる生成物の表面特徴を決定することができる。例えば、プレスする前に炭化ケイ素層の表面にダイヤモンド粒子を振りかけると、表面のダイヤモンド粒子のパターンや分布がランダムになる。別の例では、スクリーンを使用してダイヤモンド粒子を特定の位置にスクリーニングし、得られる生成物の表面にダイヤモンド粒子の規則的なアレイパターンを形成することができる。

図６Ａは、均等かつ規則的に離間した開口が示されているスクリーンの一部の顕微鏡写真画像を示している。整列した配列が示されているが、列や行は千鳥状であってもよいし、他の規則的なパターンであってもよい。このスクリーンは、開口を有する基板であるが、他のタイプのスクリーンを使用することもできる。開口は、フォトエッチング、機械加工、レーザカット、織物構造などで形成することができる。

図６Ｂは、図６Ａのスクリーンでスクリーニングされた後の、接着シート上のダイヤモンド粒子の顕微鏡写真画像を示している。

図６Ｃは、炭化ケイ素ペーストに押し込まれたダイヤモンド粒子の顕微鏡写真画像を示している。

図６Ｄは、ＲＢ−ＤＳｉＣ層を形成するために第２のＲＢ−ＳｉＣ材料に化学的に結合された、間隔を空けたダイヤモンドの顕微鏡写真画像を示している。

いくつかの実施形態では、炭化ケイ素層の表面に埋め込まれたダイヤモンド粒子が、約５０μｍ〜約１０００μｍの範囲のサイズであり得る。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子を、（例えば、中心間を）間隔を空けて配置することができ、ここで、間隔は、ダイヤモンドのサイズ（例えば、平均サイズ）に関連することが多い。

さらに、ＤＲ−ＲＢ−ＳｉＣは、表面に押し込まれたダイヤモンドも含むことができ、それは、様々な実施形態の特性を組み合わせたもの（例えば、図２Ａと図２Ｂ〜図２Ｅを組み合わせたもの）となることを認識されたい。

本明細書に記載の実施形態に係るダイヤモンド炭化ケイ素複合体は、従来のＣＭＰコンディショニングディスクの状態を改善するために使用することができる。ダイヤモンド粒子は、第２のＲＢ−ＳｉＣマトリクス全体にランダムに分布しているか、第２のＲＢ−ＳｉＣマトリクスの表面に優先的に配置されているかにかかわらず、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料を有する基板に結合される。ＲＢ−ＤＳｉＣマトリックスを有する基板は、反応性溶融ケイ素の浸透ステップにより、基板、マトリックスおよびダイヤモンド成分の間に化学結合を有し、よって、ダイヤモンドの離脱を防ぐのに役立つ。さらに、ＲＢ−ＤＳｉＣは化学的に耐腐食性があり、従来のＣＭＰコンディショニングディスクよりも耐摩耗性が高い。しかしながら、これらの特性は、多くの物品にも有用である。

第２のＲＢ−ＳｉＣマトリックスとＲＢ−ＤＳｉＣ層のダイヤモンド粒子との間に強い化学結合が存在するため、性能の向上を実現することができる。溶融Ｓｉがプリフォームアセンブリに浸入すると、ダイヤモンド（炭素）の表面でＳｉ＋ＣからＳｉＣへの反応が生じ、界面で強いＳｉＣ結合が形成される。このＳｉＣは高ｐＨでも低ｐＨでも不活性である。このため、コンディショニングディスクのＲＢ−ＤＳｉＣ層は、塩基性、中性、酸性の環境（例えば、ＣＭＰスラリーの要素）に適したものとすることができる。ＳｉＣはすでに硬くて耐摩耗性があり、ダイヤモンド粒子が硬さと耐摩耗性を向上させる。ＲＢ−ＳｉＣ／ＲＢ−ＤＳｉＣコンディショニングディスクは、長い製品寿命と、複数の用途を有する単一製品を提供する。

いくつかの実施形態では、何れかの実施形態（例えば、図２Ａ〜図２Ｅ）で使用される炭化ケイ素ペーストを、微細なダイヤモンド微粒子で形成することができる。すなわち、ダイヤモンド微粒子のサイズを、ダイヤモンド粒子のサイズよりも遥かに小さくすることができる。例えば、ダイヤモンド微粒子は、約１μｍ〜約１０μｍ、約３μｍ〜約８μｍ、または約４μｍ〜約６μｍなどのサイズのパーセンテージ、または一例では約５μｍとすることができる。微細なダイヤモンドをＲＢ−ＤＳｉＣ層に添加することで、耐摩耗性および耐腐食性をさらに高めることができる。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子のサイズを、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面全体にわたってほぼ同じとすることができる。すなわち、ダイヤモンドは、均一なサイズを有することができる。代替的には、ダイヤモンド粒子のサイズは、表面の一方の側から他方の側へと一定の勾配で、または外周から中心へと一定の勾配で、変えることができる。様々なダイヤモンド粒子サイズの勾配を使用することができる。

いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子の間の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面を粗くするか、または他の方法でテクスチャ加工することができる。例えば、様々なプロセスを使用して、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料をテクスチャ加工することができる。いくつかの態様では、大きなダイヤモンド粒子が表面に押し込まれる前または後に、微細なダイヤモンド粒子を炭化ケイ素ペーストの表面上に層状にすることができる。他のテクスチャ加工技術は、テクスチャ加工された接着シートの使用と、様々なダイヤモンド粒子形状の使用とを含むことができる。

いくつかの実施形態では、ＲＢ−ＤＳｉＣ層が、その上に堆積されたダイヤモンドの層を有することができる。このダイヤモンド層は、製品に更なる保護を提供することができる。ダイヤモンド層は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などの任意のプロセスによって堆積させることができる。ＲＢ−ＤＳｉＣ層は、２つの材料間の熱膨張係数の良好な一致により、応力が低いため、ＣＶＤダイヤモンドコーティングに適している。

所望のダイヤモンドサイズ、ダイヤモンドグレード、ダイヤモンド間隔または他の特徴の詳細は、当技術分野で知られているように変えることができる。ＣＭＰコンディショニングディスク産業では、ＣＭＰパッドの所望のカット率およびコンディショニングを提供する製品を実現するための詳細のいくつかが良く知られている。

ダイヤモンド炭化ケイ素複合体の例示的な用途にはＣＭＰコンディショニングディスクが含まれるが、複合体構造は他の産業でも使用できる。ダイヤモンド粒子の表面層を有するダイヤモンド炭化ケイ素複合体には、他の多くの潜在的な用途がある。その用途の例としては、工業用摩耗部品、砥石、ホーニングストーン、切削工具、半導体ピンチャック（すなわち、間隔を空けて配置されたダイヤモンドが、高い耐摩耗性、低摩擦および優れた熱特性を有する「ピン」である）、およびヒートシンク部品などの熱管理デバイスが挙げられる。

このように、複合材料は、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料の基板と、基板の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層とを含むことができる。いくつかの態様では、ＲＢ−ＤＳｉＣ層が、第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）材料で結合されたダイヤモンド粒子を含む。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス全体に均一または均質に分布していない。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス全体に均一または均質に分布している。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面に分布しており、ダイヤモンド粒子が、少なくとも部分的に第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス中に埋め込まれており、少なくとも部分的に第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面から突出している。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面上に規則的なパターンで配置されている。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面上で不規則またはランダムなパターンにある。いくつかの態様では、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス全体にダイヤモンド粒子が分布している。いくつかの態様では、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリックス全体に分布するダイヤモンド粒子が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面に分布するダイヤモンドと比較して、より小さい平均粒子サイズを有する。

いくつかの実施形態では、第１のＲＢ−ＳｉＣ材料と第２のＲＢ−ＳｉＣ材料との間の界面；第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の第２の平均炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子サイズとは異なる第１の平均ＳｉＣ粒子サイズを有すること；第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のＳｉＣ粒子サイズの第２の平均間隔とは異なるＳｉＣ粒子間の第１の平均間隔を有すること；第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の総単位体積当たりのＳｉＣ粒子の第２の平均体積とは異なる総単位体積当たりのＳｉＣ粒子の第１の平均体積を有すること；第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のＳｉＣ粒子の第２の体積パーセントとは異なるＳｉＣ粒子の第１の体積パーセントを有すること；第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のＳｉＣマトリクスの第２の体積パーセントとは異なるＳｉＣマトリクスの第１の体積パーセントを有すること；または、第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の未反応ケイ素（Ｓｉ）の第２の体積パーセントとは異なる未反応Ｓｉの第１の体積パーセントを有すること、のうちの少なくとも一つによって、基板の第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料と区別される。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の複合材料を含むＣＭＰコンディショニングディスクを提供する。しかしながら、複合材料は、他のタイプのデバイスおよび機器に使用することもできる。

いくつかの実施形態では、複合体を形成する方法が、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料のプリフォーム基板を提供するステップと、ダイヤモンド粒子を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストをプリフォーム基板の表面に塗布するステップと、ＳｉＣペーストを焼成することによりＳｉＣペーストに溶融ケイ素（Ｓｉ）を浸透させ、基板の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことができ、ＲＢ−ＤＳｉＣ層が、第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）材料で結合されたダイヤモンド粒子を含む。いくつかの態様では、本方法が、ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素粒子および有機バインダと混合することによって、ＳｉＣペーストを形成するステップを含むことができる。いくつかの態様では、ダイヤモンド粒子が炭化ケイ素粒子よりも大きい。いくつかの態様では、本方法が、複合体をＣＭＰコンディショニングディスクまたは他のタイプのデバイス若しくは機器に形成するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、複合体を形成する方法が、第１の反応結合型炭化ケイ素（第１のＲＢ−ＳｉＣ）材料のプリフォーム基板を提供するステップと、基板の表面上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストを塗布するステップと、ＳｉＣペーストの表面上または表面中にダイヤモンド粒子を加えるステップと、ダイヤモンド粒子をＳｉＣペーストの表面に押し込むステップと、ＳｉＣペーストを焼成することによりＳｉＣペーストに溶融ケイ素（Ｓｉ）を浸透させ、溶融Ｓｉの浸透したＳｉＣペーストを形成するとともに、基板の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことができる。いくつかの態様では、ＲＢ−ＤＳｉＣ層が、第２の反応結合型炭化ケイ素（第２のＲＢ−ＳｉＣ）材料で結合されたダイヤモンド粒子を含み、基板の第１のＲＢ−ＳｉＣ材料が、ＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２のＲＢ−ＳｉＣ材料に結合される。

いくつかの実施形態では、上記方法が、接着シートを提供するステップと、接着シート上にスクリーンを提供するステップと、ダイヤモンド粒子をスクリーンを通して接着シート上でスクリーニングするステップと、ダイヤモンドが接着シートに付着している状態で、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に加えるステップと、ダイヤモンドが接着シートに付着している状態で、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に押し付けるステップとをさらに含むことができる。いくつかの態様では、本方法が、ダイヤモンド粒子をＳｉＣペーストの表面に加える前、またはダイヤモンド粒子をＳｉＣペーストの表面に押し込む前に、スクリーンを除去するステップ、および／または、ＳｉＣペーストに押し込まれたダイヤモンド粒子から接着シートを除去するステップを含むことができる。いくつかの態様では、本方法が、第２のＲＢ−ＳｉＣ材料の表面から突出する実質的に同様の長さのダイヤモンドを有するように、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ、または第２のＲＢ−ＳｉＣ材料のマトリクスに埋め込まれた実質的に同様の長さのダイヤモンドを有するように、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ、のうちの少なくとも一方を含むことができる。いくつかの態様では、本方法が、ダイヤモンドがＳｉＣペーストの表面から実質的に同様の長さで突出するように、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ、またはダイヤモンドがＳｉＣペーストに埋め込まれた実質的に同様の長さを有するように、ダイヤモンドをＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ、のうちの少なくとも一方を含むことができる。いくつかの態様では、本方法が、微細なダイヤモンド粒子を炭化ケイ素粒子および有機バインダと混合することによって、ＳｉＣペーストを形成するステップを含むことができる。いくつかの態様では、本方法が、複合体をＣＭＰコンディショニングディスクまたは他のタイプのデバイス若しくは機器に形成するステップを含むことができる。

本明細書に記載の特定の構成が互いに排他的でない限り、本明細書に記載の様々な実施態様は、システムの機能を強化するか、または補完的な機能を生み出すために組み合わせることができる。同様に、実施形態の態様は、スタンドアロンの構成で実施することができる。このため、上記の説明は例示としてのみ与えられており、細部の変更を本発明の範囲内で行うことができる。

本明細書における実質的に任意の複数形または単数形の用語の使用に関して、当業者は、文脈または用途に応じて、複数形から単数形へ、または単数形から複数形へと置き換えることができる。明確にするために、様々な単数／複数の順列を本明細書に明示的に記載している場合がある。単数形の要素への言及は、特に明記されていない限り、「１のみ」を意味するのではなく、「１または複数」を意味している。さらに、本明細書に開示されているものは、そのような開示が上記の説明に明示的に記載されているか否かにかかわらず、公衆に捧げられることを意図するものではない。

一般に、本明細書で使用される用語、特に添付の請求項（例えば、添付の請求項の本体）で使用される用語は、「オープン」な用語として意図されている（例えば、「〜を含んでいる」という用語は「〜を含んでいるが、これに限定されない」と解釈されるべきであり、「〜を有する」という用語は「少なくとも〜を有する」と解釈されるべきであり、「〜を含む」という用語は「〜を含むが、これに限定されない」と解釈されるべきである）。さらに、「Ａ、Ｂ、Ｃなどの少なくとも１つ」に類する慣用句が用いられている場合、一般に、そのような構成は、当業者がその慣用句を理解する意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの組合せ、ＡとＣの組合せ、ＢとＣの組合せ、またはＡとＢとＣの組合せなどを含むシステムを含むが、これらに限定されるものではない）。また、明細書、特許請求の範囲、図面の何れにおいても、２以上の代替的な用語を提示する語句は、それら用語の一つ、それら用語の何れか、またはそれら用語の両方を含むと理解すべきである。例えば、「ＡまたはＢ」という語句は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解されたい。

本発明は、その主旨または本質的な特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で具現化することができる。記載した実施形態は、すべての点において、単なる例示として見なされるべきものであり、限定的なものではない。よって、本発明の範囲は、上述した説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示されるものである。特許請求の範囲の意味および均等の範囲内に含まれるすべての変更は、その範囲内に包含されるべきである。

本出願は、２０１７年４月６日に出願された米国出願公開第２０１７／０２９１２７９号に関連し、その内容は引用により本明細書に援用されるものとする。

Claims (20)

1. 反応結合型炭化ケイ素材料の基板と、
   前記基板の表面に結合された反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層とを備え、このＲＢ−ＤＳｉＣ層がダイヤモンド粒子を含むことを特徴とする複合材料。
2. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層全体に均一に分布していないことを特徴とする複合材料。
3. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層全体に均一に分布していることを特徴とする複合材料。
4. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面に分布し、前記ダイヤモンド粒子が少なくとも部分的に前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層中に埋め込まれ、前記ダイヤモンド粒子が少なくとも部分的に前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面から突出していることを特徴とする複合材料。
5. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面に規則的なパターンで配置されていることを特徴とする複合材料。
6. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面に不規則なパターンで配置されていることを特徴とする複合材料。
7. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層全体に分布していることを特徴とする複合材料。
8. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層全体に分布するダイヤモンド粒子が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の表面に分布するダイヤモンド粒子と比較して、より小さい平均粒子サイズを有することを特徴とする複合材料。
9. 請求項１に記載の複合材料において、
   前記基板と前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層との間の界面、
   前記基板が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の第２の平均炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子サイズとは異なる、第１の平均ＳｉＣ粒子サイズを有すること、
   前記基板が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層のＳｉＣ粒子間の第２の平均間隔とは異なる、ＳｉＣ粒子間の第１の平均間隔を有すること、
   前記基板が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の総単位体積当たりのＳｉＣ粒子の第２の平均体積と異なる、総単位体積当たりのＳｉＣ粒子の第１の平均体積を有すること、
   前記基板が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層のＳｉＣ粒子の第２の体積パーセントとは異なる、ＳｉＣ粒子の第１の体積パーセントを有すること、または、
   前記基板が、前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層の未反応ケイ素（Ｓｉ）の第２の体積パーセントとは異なる、未反応Ｓｉの第１の体積パーセントを有すること、
   のうちの少なくとも１つによって、前記基板が前記ＲＢ−ＤＳｉＣ層と区別されることを特徴とする複合材料。
10. 請求項１に記載の複合材料を含むＣＭＰコンディショニングディスク。
11. 複合体を形成する方法であって、
    反応結合型炭化ケイ素材料のプリフォーム基板を提供するステップと、
    ダイヤモンド粒子を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストを、前記プリフォーム基板の表面に塗布するステップと、
    前記ＳｉＣペーストを焼成して、前記プリフォーム基板の表面に結合した反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    ダイヤモンド粒子を炭化ケイ素粒子および有機バインダと混合して前記ＳｉＣペーストを形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、
    前記ダイヤモンド粒子が、前記炭化ケイ素粒子よりも大きいことを特徴とする方法。
14. 請求項１２に記載の方法において、
    前記有機バインダが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エポキシ、フェノール、ナノカーボンベースのスラリー、およびそれらの組合せからなる群のなかから選択されることを特徴とする方法。
15. 複合体を形成する方法であって、
    反応結合型炭化ケイ素材料のプリフォーム基板を提供するステップと、
    炭化ケイ素（ＳｉＣ）ペーストを前記プリフォーム基板の表面に塗布するステップと、
    前記ＳｉＣペーストの表面にダイヤモンド粒子を加えるステップと、
    前記ダイヤモンド粒子を前記ＳｉＣペーストの表面に押し込むステップと、
    前記ＳｉＣペーストを焼成して、前記プリフォーム基板の表面に結合した反応結合型ダイヤモンド保持炭化ケイ素（ＲＢ−ＤＳｉＣ）層を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    接着シートを提供するステップと、
    前記接着シート上にスクリーンを設けるステップと、
    前記ダイヤモンド粒子を、前記スクリーンを通して前記接着シート上へとスクリーニングするステップと、
    前記ダイヤモンド粒子が前記接着シート上に付着している状態で、前記ダイヤモンド粒子を前記ＳｉＣペーストの表面に押し込むステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、
    前記ダイヤモンド粒子を前記ＳｉＣペーストの表面に押し込む前に、前記スクリーンを除去するステップと、
    前記ＳｉＣペーストに押し込まれた前記ダイヤモンド粒子から前記接着シートを除去するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１５に記載の方法において、
    前記ダイヤモンド粒子が前記ＳｉＣペーストの表面から実質的に同じ長さで突出するように、前記ダイヤモンド粒子を前記ＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ、または、
    前記ダイヤモンド粒子が前記ＳｉＣペーストに埋め込まれたダイヤモンドの実質的に同じ長さを有するように、前記ダイヤモンド粒子を前記ＳｉＣペーストの表面に押し込むステップ
    のうちの少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１５に記載の方法において、
    微細なダイヤモンド微粒子を炭化ケイ素粒子および有機バインダと混合することによって、前記ＳｉＣペーストを形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１５に記載の方法において、
    前記複合体をＣＭＰコンディショニングディスクに形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。

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