KR102313832B1 - 다이아몬드 결정의 연마 방법과 다이아몬드 결정 - Google Patents

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Abstract

(과제) 전위를 포함하는 가공 변질부를 주면상으로부터 제거하는 것이 가능한 다이아몬드 결정의 연마 방법과, 동 가공 변질부가 주면상으로부터 제거된 다이아몬드 결정의 실현.
(해결 수단) 주면의 면방위가 (100)인 다이아몬드 결정을 준비하고, 다음으로 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시할 때에, 다이아몬드 결정과 회전하고 있는 연마 휠의 접촉 개소에 있어서의 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향을, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대하여 ±10° 이내로 하여, 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시한다. 이 기계 연마에 의해, 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게, 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시킨다. 다음으로 다이아몬드 결정의 주면에 CMP를 실시하여, 면방위 (111) 방향과 평행하게 출현한 가공 변질부를 제거하고, 주면상으로부터 가공 변질부를 제거한다.

Description

다이아몬드 결정의 연마 방법과 다이아몬드 결정
본 발명은, 다이아몬드 결정의 연마 방법과 다이아몬드 결정에 관한 것이다.
다이아몬드 결정은 궁극의 반도체용 재료로서 기대되고 있다. 그 이유는, 다이아몬드 결정이 고(高)열전도율, 높은 전자 이동도와 정공(正孔) 이동도, 높은 절연 파괴 전계 강도, 저유전 손실, 그리고 넓은 밴드 갭(band gap) 등, 반도체용 재료로서 다른 곳에서 유례가 없는, 우수한 특성을 많이 구비하고 있기 때문이다. 밴드 갭은 약 5.5eV로, 기존의 반도체용 재료 중에서는 매우 높은 가치를 갖는다. 특히 최근에는, 넓은 밴드 갭을 활용한 자외 발광 소자나, 우수한 고주파 특성을 갖는 전계 효과 트랜지스터, 방열판 등이 개발되고 있다.
그러한 다이아몬드 결정의 일 예로서, 특허문헌 1이 개시되어 있다.
국제공개 제2015/046294호
다이아몬드 결정을 반도체 용도에 이용하는 경우, 다이아몬드 결정의 주면상(主面上)에 반도체층을 형성하는 형태를 생각할 수 있다. 따라서 주면상의 표면 거칠기를, 시장으로부터 요구되는 수치 내로 하기 위해, 주면상에 연마를 실시할 필요가 있다.
그래서 본 출원인은, 하지(下地) 기판의 면상에, 헤테로에피택셜(heteroepitaxial) 성장에 의해 다이아몬드 결정을 성장 형성시키고, 추가로 성장시킨 다이아몬드 결정의 주면(면방위 (100))에 기계 연마를 실시하여, 싱크로트론 X선 토포그래피법으로 측정했다. 싱크로트론 X선 토포그래피법에 의한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진을, 도 10에 나타낸다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 기계 연마를 실시한 다이아몬드 결정의 주면과 그 근방의 두께 부분에, 전위를 포함하는 가공 변질부(6)가, 다이아몬드 결정의 주면을 관통하여 형성되어 있는 것이 확인되었다.
다이아몬드 결정을 반도체 용도에 이용하는 경우, 주면을 관통하여 전위를 포함하는 가공 변질부가 형성되어 있는 것은, 다이아몬드 결정의 주면상에 반도체층을 형성했을 때에, 가공 변질부를 이어받아 반도체층에도 전위나 결함이 형성되어 버리기 때문에, 바람직하지 않다. 따라서, 시장에 출하하는 단계에서의 다이아몬드 결정의 주면상에는, 전위를 포함하는 가공 변질부가 없는 상태가 요구된다.
그래서 본 출원인은, 화학 기계 연마(이하, CMP: Chemical Mechanical Polishing)를 도입하여 주면 상태를 관찰했지만, 단순히 CMP를 실시하는 것 만으로는 주면에 출현하고 있는 가공 변질부를 완전히 제거할 수 없는 것이, 본 출원인의 검증에 의해 확인되었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전위를 포함하는 가공 변질부를 주면상으로부터 제거하는 것이 가능한 다이아몬드 결정의 연마 방법과, 동(同) 가공 변질부가 주면상으로부터 제거된 다이아몬드 결정의 실현을 목적으로 한다.
상기 과제는, 이하의 본 발명에 의해 해결된다. 즉, 본 발명의 다이아몬드 결정의 연마 방법은, 주면의 면방위가 (100)인 다이아몬드 결정을 준비하고, 다음으로 연마 휠을 이용한 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시할 때에, 다이아몬드 결정과 회전하고 있는 연마 휠의 접촉 개소에 있어서의 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향을, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대하여 ±10°이내로 하여, 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시하고, 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시키고, 다음으로 다이아몬드 결정의 주면에 CMP를 실시하여, 면방위 (111) 방향과 평행하게 출현한 가공 변질부를 제거하여, 주면상으로부터 가공 변질부를 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다이아몬드 결정은, 주면의 면방위가 (100)임과 함께, 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부를 포함하지 않고, 또한 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부가 주면상에 출현하고 있지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다이아몬드 결정의 연마 방법에 의하면, 기계 연마에 의해 일부러 다이아몬드 결정의 면방위(111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시킨다. 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게, 집중시켜 가공 변질부를 일단 출현시킴으로써, 기계 연마 후의 CMP에 의해 다이아몬드 결정의 가공 변질부를 완전하게 제거하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 전위를 포함하는 가공 변질부를 주면상으로부터 제거하는 것이 가능한 다이아몬드 결정의 연마 방법과, 동 가공 변질부가 주면상으로부터 제거된 다이아몬드 결정을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 연마 방법이 실시되는 다이아몬드 결정을 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 관한 연마 방법의 연마 휠의 회전 방향, 도 1의 다이아몬드 결정과 연마 휠의 접촉 개소에 있어서의 접선 방향 및, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 2에 나타나는 연마 휠의 회전 방향, 다이아몬드 결정과 연마 휠의 접촉 개소, 접선 방향 및, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향을, 연마 휠측으로부터 보았을 때의 평면도이다.
도 4는 도 3의 변경 형태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3의 그 외의 변경 형태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 연마 방법에 있어서 기계 연마 후에, 다이아몬드 결정의 (111) 방향과 평행하게 또한 주면상에 관통하여 출현되는 가공 변질부를 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 가공 변질부가, CMP로 제거된 다이아몬드 결정을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 다이아몬드 결정에 기계 연마를 실시하여, 싱크로트론 X선 토포그래피법으로 측정한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 관한 다이아몬드 결정에 CMP를 실시하여, 싱크로트론 X선 토포그래피법으로 측정한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진이다.
도 10은 다이아몬드 결정에 기계 연마를 실시하여, 싱크로트론 X선 토포그래피법으로 측정한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진이다.
본 실시 형태의 제1 특징은, 주면의 면방위가 (100)인 다이아몬드 결정을 준비하고, 다음으로 연마 휠을 이용한 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시할 때에, 다이아몬드 결정과 회전하고 있는 연마 휠의 접촉 개소에 있어서의 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향을, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대하여 ±10°이내로 하여, 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시하여, 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시키고, 다음으로 다이아몬드 결정의 주면에 CMP를 실시하여, 면방위 (111) 방향과 평행하게 출현한 가공 변질부를 제거하고, 주면상으로부터 가공 변질부를 제거하는 다이아몬드 결정의 연마 방법으로 한 것이다.
본 실시 형태의 제2 특징은, 주면의 면방위가 (100)임과 함께, 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부를 포함하지 않고, 또한 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부가 주면상에 출현하고 있지 않는 다이아몬드 결정으로 한 것이다.
이 방법 및 구성에 의하면, 기계 연마에 의해 일부러 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시킨다. 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게, 집중시켜 가공 변질부를 일단 출현시킴으로써, 기계 연마 후의 CMP에 의해 다이아몬드 결정의 가공 변질부를 완전하게 제거하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 전위를 포함하는 가공 변질부를 주면상으로부터 제거하는 것이 가능한 다이아몬드 결정의 연마 방법과, 동 가공 변질부가 주면상으로부터 제거된 다이아몬드 결정을 실현할 수 있다. 또한, ±10° 이내에는 ±0°를 포함한다.
본 실시 형태의 제３ 특징은, CMP를 실시하여 주면의 표면 거칠기 Rq를 5㎚ 이하로 하는 다이아몬드 결정의 연마 방법이다. 또한 제４ 특징은, 주면의 표면 거칠기 Rq가 5㎚ 이하인 다이아몬드 결정이다.
이 방법 및 구성에 의하면, 주면의 표면 거칠기 Rq가 5㎚ 이하로 억제된 다이아몬드 결정이 얻어지기 때문에, 반도체층의 성장용 하지 결정으로서 사용 가능한 다이아몬드 결정이 실현된다.
이하에, 도 1∼도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 다이아몬드 결정의 연마 방법과 다이아몬드 결정을 설명한다. 맨 처음에 도 1에 나타내는 바와 같이, 벌크체로, 주면(2)의 면방위가 (100)이고, ＜110＞방향이 도 1 중의 화살표 5로 나타나는 것과 같은 다이아몬드 결정(1)을 준비한다. 다이아몬드 결정(1)은 단결정이라도 다결정이라도 좋다. 또한 다이아몬드 결정(1)의 외관은, 도 1에서는 주면(2)이 사각인 다이아몬드 결정을 일 예로서 도시했지만, 외관은 사각 형상에 한정되지 않고 어떠한 형상이라도 좋다.
또한 다이아몬드 결정(1)의 두께는, 핸들링에 문제가 발생하지 않는 정도의 강도를 갖는 두께가 바람직하고, 구체적으로는 0.3㎜ 이상이 바람직하다. 또한 다이아몬드 결정은 매우 단단한 재료이기 때문에, 소자나 디바이스 형성 후의 벽개(劈開)의 용이성 등을 고려하면, 두께의 상한은 3.0㎜ 이하가 바람직하다.
또한 다이아몬드 결정(1)의 성장 방법은, 화학 기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition) 등의 기상 성장법 등에 의한 헤테로 에피택셜 성장법 또는 호모 에피택셜(homoepitaxial) 성장법이면 어떠한 것이라도 좋고, 성장 형성된 다이아몬드 결정으로부터 주면의 면방위가 (100)인 다이아몬드 결정을 준비하면 좋다.
다음으로 도 2에 나타내는 바와 같이, 다이아몬드 결정(1)의 주면(2)에, 연마 휠(연마륜)(3)을 이용한 기계 연마를 실시한다. 연마 휠(3)이나 연마재는 시판품이 사용 가능하다.
연마 휠(3)을 이용한 기계 연마를 다이아몬드 결정(1)의 주면(2)에 실시할 때에, 다이아몬드 결정(1)과, 회전하고 있는 연마 휠(3)의 접촉 개소를, 도 2 중에 대표하여 2점(4a 및 4b) 도시했다. 또한 연마 휠(3)의 회전 방향은, 도 2 및 도 3 중에 화살표(3a)로 나타낸다. 본 출원 및 실시 형태에서는, 그 접촉 개소(4a 및 4b)에 있어서의 회전 방향(3a) 상에서의 접선 방향(4a1 및 4b1)을, 다이아몬드 결정(1)의 ＜110＞방향(도 1∼도 3의 화살표(5) 방향)에 대하여, ±10° 이내로 설정한다. 또한, ±10° 이내에는 ±0°를 포함한다. 도 2 및 도 3에서는, 접선 방향(4a1 및 4b1)과, 다이아몬드 결정(1)의 ＜110＞방향(5)이 형성하는 각도(θ)가, ±0°(즉 서로 평행)가 되는 형태를 도시하고 있다. 따라서, 도 3에서는 인출 기호(θ)의 도시는 생략하고 있다.
접선 방향(4a1 및 4b1)을, ＜110＞방향(5)에 대하여 ±10° 이내로 설정하여 기계 연마를 다이아몬드 결정(1)의 주면(2)에 실시함으로써, 도 6에 나타내는 바와 같이 다이아몬드 결정(1)의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 주면(2)상에 관통하여, 가공 변질부(1a)가 집중하여 출현되는 것을, 본 출원인은 검증에 의해 발견했다. 또한, 도 6에서는 보기 용이함을 우선하여 가공 변질부(1a)의 도시는 1개소만으로 했지만, 본 출원인의 검증에서는, 복수의 가공 변질부(1a)가 면방위 (111) 방향과 평행한 방향으로 맞추어져 집중적으로, 또한 주면(2)상에 관통하여 출현하는 것이 확인되었다.
보다 상술하면, 접선 방향(4a1 및 4b1)과 ＜110＞방향(5)이 형성하는 각도(θ)가, ±10° 이내가 되는 접촉 개소가 계속 형성되도록, 주면(2)에 대하여 연마 휠(3)을 접촉시키면서 이동시킨다. 구체적으로는, 주면(2)의 전면(全面)에 걸쳐 연마 휠(3)을 접촉시키면서 이동시키고, 주면(2)의 전면에 걸치는 연마 휠(3)과의 접촉 개소에 있어서, 각도(θ)가 적어도 1회는 ±10° 이내가 되도록, 연마 휠(3)을 주면(2)의 전면에 걸쳐 접촉시키면서 이동시킨다.
본래는, 기계 연마를 실시한 후의 주면(2)상에, 가공 변질부(1a)가 관통하여 출현하면, 그 다이아몬드 결정(1)은 불량품으로 판정된다. 그러나 본 출원 및 본 실시 형태에서는, 후술하는 CMP에 의해 상기 1a를 포함하는 가공 변질부가 완전하게 제거 가능한 것을 발견했다. 그래서 일부러 기계 연마의 단계에서, 가공 변질부(1a)를 반드시 출현시키고 있다.
면방위 (111) 방향과 평행하게 가공 변질부(1a)가 출현하는 상세한 원리는 불명확하지만, 본 출원인은 가설로서, 어떠한 가공에 의해 비교적 가공 변질부가 나타나기 쉬운 면방위로서, (111) 방향 및 (111) 방향과 평행한 방향을 들 수 있는 것은 아닐까 라고 추측했다. 주면(2)의 면방위를 (100)으로 하고, 또한 전술한 바와 같이 각도(θ)를 ±10° 이내에 들어가게 하고, 주면(2)에 대하여 연마 휠(3)을 접촉시켜 이동시킴으로써, (111) 방향과 평행하게 집중하여 가공 변질부(1a)가 출현했다고 생각된다. 또한 가공 변질부(1a)는 기계 연마에 의해 출현했기 때문에, 가공 변질부(1a)에는 전위를 포함하고 있는 것으로 추측된다.
따라서, 다이아몬드 결정(1)의 면방위 (111) 방향과 평행하게, 또한 주면(2)상에 관통하여 가공 변질부(1a)를 출현시키는 조건은, 본 출원인의 검증의 결과, 주면(2)의 면방위가 (100)이고, 접선 방향(4a1 및 4b1)을, 다이아몬드 결정(1)의 ＜110＞방향(5)에 대하여 ±10° 이내로 하는 것이라고 결론지었다.
또한, 도 4 또는 도 5에 나타내는 바와 같이, 각도(θ)가 ±10°의 범위를 벗어나고, 1회도 ±10° 이내에 들어가지 않았던 접촉 개소에서는, 전위를 포함하는 가공 변질부가 집중하여 면방위 (111) 방향과 평행하게 들어가지 않고, 표면 거칠기도 원자 레벨의 평탄함으로 되지 않았다. 그 결과, 후술하는 CMP를 실시해도, 신속하게 가공 변질부가 제거되지 않았다. 또한 CMP 유래의 새로운 가공 변질부도 형성되었다고 생각되어, 결과적으로 주면(2)상의 가공 변질부가 완전하게 제거되어 있지 않은 것이 확인되었다. 또한 도 4 또는 도 5에서는, ＜110＞방향(5)을 기준으로 하여 각도(θ)가 ±45°가 되는 접촉 개소가 형성되는 형태를, 일 예로서 도시하고 있다.
다음으로, 기계 연마를 얻은 다이아몬드 결정(1)의 주면(2)에 CMP를 실시하여, 가공 변질부(1a)를 제거한다. CMP는, 가공 변질부(1a)를 주면(2)상에서 제거할 수 있는 시간까지 행한다. 도 7에, 가공 변질부가 CMP로 제거된 다이아몬드 결정(1)을 도시한다.
CMP에서 사용하는 연마재는 시판품이 사용 가능하고, 예를 들면, 산화 아연, 산화 크롬, 산화 세륨, 산화 티탄, 산화철, 실리카 등이 사용 가능하다. 또한 연마 패드도 시판품이 사용 가능하다.
CMP에 의해 가공 변질부(1a)가 제거 가능한 상세한 원리는 불명확하다. 그러나 본 출원인은 가설로서, CMP에 의한 새로운 가공 변질부가 형성되기 전에, 신속하게 가공 변질부(1a)가 제거되기 때문에, CMP에 의해 상기 1a를 포함하는 주면(2)의 가공 변질부가 완전하게 제거 가능하게 되는 것은 아닐까 라고 추측했다. 전술과 같이, 다이아몬드 결정(1)의 (111) 방향 및 (111) 방향과 평행한 방향이, 어떠한 가공에 의해 비교적 가공 변질부가 나타나기 쉬운 면방위라고 추측한 경우, 가공 변질(1a)은 CMP에 의한 변질도 받기 쉽다고 추측되어, CMP에 의한 새로운 가공 변질부가 형성되기 전에, 신속하게 가공 변질부(1a)가 제거된다고 추측된다.
이상, 본 발명 및 본 실시 형태에 관한 다이아몬드 결정(1)의 연마 방법 및 다이아몬드 결정(1)에 의하면, 기계 연마에 의해 일부러 다이아몬드 결정(1)의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 주면(2)상에 관통하여 가공 변질부(1a)를 출현시키고 있다. 다이아몬드 결정(1)의 면방위 (111) 방향과 평행하게, 집중시켜 가공 변질부(1a)를 일단 출현시킴으로써, 기계 연마 후의 CMP에 의해 상기 1a를 포함하는 가공 변질부를 완전하게 제거하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 전위를 포함하는 가공 변질부(1a)를 주면(2)상으로부터 제거하는 것이 가능한 다이아몬드 결정(1)의 연마 방법을 실현할 수 있다. 또한, 주면(2)의 면방위가 (100)임과 함께, 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부(1a)를 포함하지 않고, 가공 변질부(1a)가 주면(2)상으로부터 제거되어 출현하고 있지 않은 다이아몬드 결정(1)을 실현하는 것도 가능했다. 또한, 가공 변질부(1a)의 유무는, 예를 들면 싱크로트론 X선 토포그래피법에 의해 측정하면 좋다.
추가로, 본 발명에 관한 연마 방법에 의해 제작된 다이아몬드 결정(1)을, 반도체 용도에 사용한 경우, 주면(2)상에 가공 변질부(1a)가 출현하고 있지 않기 때문에, 주면(2)상에 형성되는 반도체층으로의 전위나 결함의 도입이 방지된다. 따라서, 반도체층의 특성 향상이 가능한 다이아몬드 결정(1)을 제공하는 것도 가능해진다.
또한 주면(2)의 표면 거칠기 Rq는, CMP를 실시함으로써 5㎚ 이하에 들어가게 된다. Rq의 측정은, 표면 거칠기 측정기에 의해 행하면 좋다. 따라서, 주면의 표면 거칠기 Rq가 5㎚ 이하로 억제된 다이아몬드 결정이 얻어지기 때문에, 반도체층의 성장용 하지 결정으로서 사용 가능한 다이아몬드 결정이 실현된다.
이하에 본 발명에 관한 실시예를 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예
맨 처음에, 다이아몬드 결정으로서, 헤테로 에피택셜 성장법에 의해, 벌크체로, 주면의 면방위가 (100)이고, ＜110＞방향이 도 1 중의 화살표(5)로 나타나는 바와 같은 다이아몬드 다결정을 준비했다. 주면의 외형은 10㎜각(角)의 사각형으로 했다.
다음으로 준비한 다이아몬드 결정의 주면에, 연마 휠을 이용한 기계 연마를 실시했다. 10㎜각의 주면의 전면에 걸치는 연마 휠과의 접촉 개소에 있어서, 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향을, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대하여 ±10° 이내로 했다.
이와 같은 기계 연마를 실시한 후의 다이아몬드 결정을, 싱크로트론 X선 토포그래피법에 의해 측정했다. 싱크로트론 X선 토포그래피법 측정에 의한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진을, 도 8에 나타낸다. 도 8에서, 주면의 표면으로부터 좌측 경사 방향으로, 거의 일정한 두께로 하여, 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여, 복수의 가공 변질부(1a)가 집중하여 출현되고 있는 것이 확인되었다.
다음으로 다이아몬드 결정의 주면에 CMP를 50시간 실시했다. CMP에서 사용하는 연마재나 연마 패드는 시판품을 사용했다. 이와 같은 CMP를 실시한 후의 다이아몬드 결정을, 싱크로트론 X선 토포그래피법에 의해 측정했다. 싱크로트론 X선 토포그래피법 측정에 의한 다이아몬드 결정의 측면의 토포그래피 사진을, 도 9에 나타낸다. 도 9에서, 상기 복수의 가공 변질부(1a)가, 주면상과 그 근방으로부터 제거되어 있는 것이 확인되었다.
또한, CMP를 실시한 후의 주면의 표면 거칠기(Rq)가, 5㎚ 이하에 들어가 있는 것도 확인되었다.
1: 다이아몬드 결정
1a: 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 주면상에 관통하여 출현한 가공 변질부
2: 주면
3: 기계 연마용의 연마 휠
3a: 연마 휠의 회전 방향
4a, 4b: 다이아몬드 결정과 연마 휠의 접촉 개소
4a1, 4b1: 접촉 개소(4a 또는 4b)에 있어서의 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향
5: 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향
6: 가공 변질부
θ: 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대한, 접선 방향(4a1 또는 4b1)의 각도

Claims (4)

  1. 주면의 면방위가 (100)인 다이아몬드 결정을 준비하고,
    다음으로 연마 휠을 이용한 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시할 때에, 회전하고 있지 않은 다이아몬드 결정과 회전하고 있는 연마 휠의 접촉 개소에 있어서의 연마 휠의 회전 방향상에서의 접선 방향을, 다이아몬드 결정의 ＜110＞방향에 대하여 ±10°(단, 상기 면방위 (100)에서 평면시(平面視)의 때의 각도임) 이내로 하는 상기 접촉 개소가 계속 형성되도록 하여, 기계 연마를 다이아몬드 결정의 주면에 실시하고, 다이아몬드 결정의 면방위 (111) 방향과 평행하게 또한 다이아몬드 결정의 주면상에 관통하여 가공 변질부를 출현시키고,
    다음으로 다이아몬드 결정의 주면에 CMP를 실시하여, 면방위 (111) 방향과 평행하게 출현한 가공 변질부를 제거하고, 주면상으로부터 가공 변질부를 제거하는 다이아몬드 결정의 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CMP를 실시하여, 상기 주면의 표면 거칠기 Rq를 5㎚ 이하로 하는 다이아몬드 결정의 연마 방법.
  3. 제1항에 기재된 연마 방법이 행해진 다이아몬드 결정으로서,
    주면의 면방위가 (100)임과 함께, 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부를 포함하지 않고, 또한 면방위 (111) 방향에 평행한 가공 변질부가 주면상에 출현하고 있지 않은 다이아몬드 결정.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주면의 표면 거칠기 Rq가 5㎚ 이하인 다이아몬드 결정.

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014522364A (ja) 2011-05-10 2014-09-04 エレメント シックス リミテッド ダイヤモンドセンサ、検出器及び量子装置
JP2015179830A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 国立大学法人九州大学 加工方法及び該方法を用いる複合加工装置並びに該方法又は該装置により加工された加工物

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1213164A (en) * 1912-07-10 1917-01-23 Gerrit A De Graaf Method of polishing diamonds.
US1727425A (en) * 1921-08-05 1929-09-10 Joyce Koebel Diamond Tool Depa Method of grinding or polishing diamonds
US3568368A (en) * 1968-06-03 1971-03-09 Efraim Gwircman Continuous diamond girdle polishing machine
GB9109496D0 (en) * 1990-05-04 1991-06-26 Brilcut Patent Working gemstones
JP3152994B2 (ja) * 1991-04-26 2001-04-03 新日本製鐵株式会社 ダイヤモンド結晶の成長方法
JP4145437B2 (ja) * 1999-09-28 2008-09-03 住友電気工業株式会社 単結晶ＧａＮの結晶成長方法及び単結晶ＧａＮ基板の製造方法と単結晶ＧａＮ基板
JP4385764B2 (ja) * 2003-12-26 2009-12-16 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド単結晶基板の製造方法
DE602006021467D1 (de) * 2005-12-09 2011-06-01 Element Six Technologies Pty Ltd Synthetischer diamant mit hoher kristalliner qualität
US9133566B2 (en) * 2005-12-09 2015-09-15 Element Six Technologies Limited High crystalline quality synthetic diamond
JP2010058204A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Osg Corp 単結晶ダイヤモンドのラップ研磨装置
CN102245730A (zh) * 2008-09-16 2011-11-16 戴蒙得创新股份有限公司 具有独特形貌的磨粒
WO2012023473A1 (ja) * 2010-08-19 2012-02-23 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド多結晶体およびその製造方法
WO2013187510A1 (ja) * 2012-06-15 2013-12-19 株式会社東京精密 ダイシング装置及びダイシング方法
US9259818B2 (en) * 2012-11-06 2016-02-16 Sinmat, Inc. Smooth diamond surfaces and CMP method for forming
CN105579624B (zh) * 2013-09-30 2019-03-26 安达满纳米奇精密宝石有限公司 金刚石基板及金刚石基板的制造方法
JP6582597B2 (ja) * 2015-06-19 2019-10-02 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド単結晶、工具およびダイヤモンド単結晶の製造方法
CN107457616B (zh) * 2017-09-07 2019-07-26 哈尔滨工业大学 一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法
CN112676999A (zh) * 2020-12-30 2021-04-20 华侨大学 金刚石磨抛一体化的加工设备及其加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014522364A (ja) 2011-05-10 2014-09-04 エレメント シックス リミテッド ダイヤモンドセンサ、検出器及び量子装置
JP2015179830A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 国立大学法人九州大学 加工方法及び該方法を用いる複合加工装置並びに該方法又は該装置により加工された加工物

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