DE10046973A1

DE10046973A1 - CVD-Diamantprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE10046973A1
Application number: DE10046973A
Authority: DE
Inventors: Shin-Cheng Lin; Yang-Liang Pai; Chien-Min Sung; Chiu-Hsian Guan
Original assignee: Kinik Co
Current assignee: Kinik Co
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: GB2366804B; GB2366804A; GB0022947D0; DE10046973B4; FR2815045B1; FR2815045A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestelltes Diamantprodukt und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das CVD-Diamantprodukt in einer Form gegossen und weist Oberflächenmerkmale auf, die durch Kontakt mit einer Grenzfläche der Form festgelegt sind. Zur Herstellung wird CVD-Diamant in einer gewünschten Dicke auf einer Grenzfläche einer Negativform abgeschieden, welche die Gestalt und Oberfläche eines gewünschten Produktes aufweist. Die Form wird dann zum Beispiel durch Säure aufgelöst, und das verbleibende Diamantprodukt wird in einem geeigneten Halter angebracht. DOLLAR A Verwendung zum Beispiel in der Werkzeugfertigung zur Herstellung von Schneideinsätzen oder Drahtziehwerkzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein CVD-Diamantprodukt, das heißt auf ein durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) her gestelltes Produkt aus Diamant, und auf ein Verfahren zu sei ner Herstellung.

Diamant ist ein Material mit zahlreichen außergewöhnlichen Eigenschaften, wie hohe Abriebfestigkeit, hohe thermische Leitfähigkeit, schnelle Übertragung von Schallwellen und Kor rosionsunanfälligkeit. Diese überlegenen Eigenschaften haben Diamant zum idealen Material für viele fortschrittliche An wendungen gemacht. Zum Beispiel findet Diamant weitverbreite ten Einsatz als Hochleistungsschleifmittel, Wärmeverteiler, Akustikbauelement und chemische Barrieren. Herkömmlicherweise wird Diamant unter einem hohen Druck von mehr als dem 50fachen des Atmosphärendrucks synthetisiert, derartiger Dia mant liegt jedoch typischerweise in Sandform vor. Wenngleich ein solcher Diamant ideal für Hochleistungsschleifmittel, wie zum Beispiel auch für Diamantsägen, ist, ist er für nicht me chanische Anwendungen, wie zum Beispiel als Wärmeverteiler, ungeeignet.

In den letzten Jahren wurden kommerziell auch Diamantfilme mit einer Dicke von bis zu 1 mm abgeschieden, und zwar durch CVD-Verfahren unter Verwendung von Reaktionsgasen. Diese Gase beinhalten typischerweise eine geringe Menge von weniger als 5% an kohlenstoffhaltigem Material, wie Methan (CH₄), das in reichlich Wasserstoff (H₂) verteilt ist. Während des Prozes ses werden die Gase auf eine hohe Temperatur erhitzt, so dass das kohlenstoffhaltige Gas zur Freisetzung von Kohlenstoff atomen zersetzt wird. Gleichzeitig dissoziieren die Wasser stoffmoleküle und bilden Wasserstoffatome. Normalerweise scheiden sich die Kohlenstoffatome entweder als amorpher Koh lenstoff oder Graphit ab, in der Umgebung von Wasserstoffato men behalten sie aber die Diamantstruktur der sp₃-Bindung bei, wie im Fall von Methan, und scheiden sich als Diamant ab. Selbst bei Bildung von nicht-diamantartigem Kohlenstoff wandelt sich durch die rasche Anwesenheit von Wasserstoff der Kohlenstoff in Methan zurück. Die Wasserstoffatome spielen daher eine Schlüsselrolle zur Katalysierung der Diamantbil dung. Je höher die Konzentration an Wasserstoffatomen, umso besser ist folglich die Qualität des gebildeten Diamants.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Aufheizung des Gasge mischs, von denen Aufheizung durch Heißdraht, zum Beispiel unter Verwendung von Wolfram, Mikrowellenanregung, Oxyacety lenflamme und Gleichstrom(DC)-Bogen allgemein Verwendung fin den. Zwar liegt die Temperatur zur Diamantabscheidung typi scherweise im Bereich zwischen 800°C und 900°C, die Reakti onstemperatur für die Gase ist jedoch deutlich höher. Tat sächlich sind die Zersetzung der Gase zur Bildung von Kohlen stoff und Wasserstoffatomen umso vollständiger und die Depo sitionsrate des Diamants umso höher, je höher die Reaktions temperatur ist. Die Heißdrahtmethode kann lediglich 2000°C oder geringfügig mehr erreichen, so dass mit ihr die Deposi tion am langsamsten abläuft, mit etwa 1 µm/h. Die Mikrowellen anregung kann die Gase auf eine höhere Temperatur erhitzen, so dass eine mittlere Depositionsrate von etwa 10 µm/h er reicht wird. Die Oxy-acetylenmethode kann noch höhere Plasma temperaturen erreichen, so dass ihre Depositionsrate relativ hoch ist, zum Beispiel 30 µm/h. Die DC-Bogenmethode kann die Gase auf die höchsten Temperaturen von etwa 6000°C bringen und daher Diamant mit der höchsten Rate aller obigen Methoden abscheiden, zum Beispiel mit 50 µm/h. Allerdings ist die Depo sitionsfläche umso kleiner und der erzeugte Diamantfilm umso weniger gleichmäßig, je höher die Deposltionsrate ist. Daher gibt es einen Kompromiss zwischen Depositionsrate und Deposi tionsfläche.

CVD-Diamantfilme enthalten polykristalline Diamantkörner. Da bei werden auf der Oberfläche des Substrats zuerst Diamant kristallkeime gebildet, und diese Kristallkeime wachsen dann mit zunehmender Körnigkeit, wie in den Fig. 1a bis 1d dar gestellt. Daher hat der Film auf der Nukleationsseite die Tendenz, dieselbe Oberflächenbeschaffenheit aufzuweisen wie das Substratmaterial, die Wachstumsseite wird jedoch mit wachsender Grobkörnigkeit des Korns immer rauer. Für die meisten Anwendungen, wie Wärmeverteiler, muss die raue Ober fläche geschliffen und poliert werden. Da Diamant jedoch das härteste bekannte Material ist, ist die Bearbeitung von gro bem Diamant extrem schwierig und aufwendig. Als Folge hiervon sind die mit der Nachbearbeitung eines Diamantfilms verbunde nen Kosten oftmals höher als diejenige für seine Deposition. Die Fig. 1a bis 1d veranschaulichen die Nukleation und das Wachstum eines Diamantfilms. Hierzu ist anzumerken, dass die Nukleationsoberfläche ein Negativ der Substratoberfläche dar stellt, und die Wachstumsoberfläche wird mit wachsender Depo sitionszeit immer rauer.

Des weiteren sind bestimmte Bearbeitungsprozeduren, wie das Einbringen einer gekrümmten Vertiefung in die Diamantoberflä che oder das Bohren einer quadratischen Öffnung durch Diamant hindurch, fast nicht zu erreichen. Solche Beschränkungen ha ben die möglichen Anwendungen von Diamantfilmen merklich be schränkt.

CVD-Diamantfilme wurden beispielsweise als ausgezeichneter Schneideinsatz verwendet. Wenn Diamant dazu benutzt wird, biegsames Material, wie eine Kupferlegierung, zu schneiden, muss der lange Schneidgang von Zeit zu Zeit unterbrochen wer den. Dies erfolgt herkömmlicherweise durch Bereitstellen ei ner Mulde nahe der Schneidkante, wie es allgemein bei anderen Schneidwerkzeugen gemacht wird, um das während des Gewinde schneidvorgangs entfernte Material zu biegen und zu brechen. Es ist jedoch unmöglich, eine solche Mulde auf dem flachen Diamantfilm zu erzeugen. Daher sind CVD-Diamantschneider trotz ihrer extremen Beständigkeit nicht geeignet, biegsame Materialien zu schneiden.

Als ein weiteres Beispiel benötigen zahlreiche fortgeschrit tene Anwendungen, zum Beispiel Schaltkreise in der Elektro nikindustrie, die Verwendung von Metalldrähten mit dreiecki ger, quadratischer oder unregelmäßiger Form. Diese Drähte können nicht mit herkömmlichen Drahtziehwerkzeugen aus Dia mant gezogen werden, die nur kreisförmige Öffnungen aufwei sen. Es gibt daher kein geeignetes Produkt, um diesen wichti gen Bedarf des Marktes zu decken.

Außerdem verwenden die meisten Anwendungen die Oberfläche von Diamantfilmen, zum Beispiel eines Extrudierwerkzeugs, wobei dann die Eigenschaft des Volumenmaterials möglicherweise un kritisch ist. Das herkömmliche CVD-Verfahren muss den Dia mantfilm jedoch vom Boden aus aufwärts erzeugen. Wenn daher die Oberseite benötigt wird, muss der gesamte Film langsam aufgewachsen werden, um den oberseitigen Teil in gewünschter Weise zu erhalten. Ein derart aufwendiger Wachstumsprozess kann sehr kostspielig sein.

Beispiel 1 Aus Diamant gefertigte Schneideinsätze

Herkömmliche Diamantschneideinsätze umfassen hauptsächlich zwei Typen. Der erste Typ besteht darin, ein Einsatzstück aus Wolframcarbid (WC) mit einem dünnen Diamantfilm von zum Bei spiel 30 µm zu beschichten. Das Problem dieser Gestaltung be steht darin, dass die abgeschiedene Diamantoberfläche rau ist, so dass die Schneidoberfläche keine feine Oberflächenbeschaffenheit aufweist. Alternativ kann ein dicker Diamantfilm von zum Beispiel 30 µm aufgewachsen werden. Der Diamantfilm kann dann mittels eines Lasers geschliffen und poliert wer den, um eine dreieckförmige Schneidspitze zu bilden. Diese Spitze wird dann auf ein WC-Einsatzstück gelötet. Dieses Ver fahren ist aufwendig und kostenintensiv. Zusätzlich zu den oben erwähnten Schwierigkeiten besteht bei diesen Diamant film-Schneideinsätzen das weitere Problem, dass ihre Obersei ten stets flach sind. Sie besitzen daher keine Spanbrecher zum effizienten Schneiden biegsamer Materialien.

Fig. 2 zeigt ein herkömmliches WC-Einsatzstück 10 mit einem eingedrückten Spanbrecher 12 in der Nähe jeder Schneidecke. Fig. 3 zeigt ein diamtbeschichtetes WC-Einsatzstück 14 ohne einen Spanbrecher. Fig. 4 illustriert einen auf ein WC- Einsatzstück 16 gelöteten, dicken Diamant, wiederum ohne ei nen Spanbrecher.

Beispiel 2 Aus Diamant gefertigte Drahtziehwerkzeuge

Zahlreiche Metalldrähte werden unter Verwendung von Werkzeu gen aus polykristallinem Diamant (PCD) gezogen. Wie in Fig. 8 dargestellt, wird ein PCD 30 von WC 32 umgeben, und durch den PCD 30 hindurch wird, wie in Fig. 9 gezeigt, eine Öff nung 34 gebohrt, typischerweise mittels eines Lasers. Die Öffnung 34 wird dann vergrößert, um einen Trichter 340 zu bilden, wie in Fig. 10 gezeigt, und die Oberfläche wird un ter Verwendung einer feinen Diamantpaste poliert. Obwohl dies von viel mühsamer Nachbearbeitung begleitet ist, stellen sol che PCD-Werkzeuge noch immer die besten Werkzeuge für das Ziehen von Metalldrähten dar. Dennoch umfassen PCD-Werkzeuge nur solche mit runden Öffnungen, so dass es mit ihnen nicht möglich ist, polygonale Drähte zu ziehen, wie solche mit quadratischem Querschnitt.

Alle PCDs enthalten mehr als 10% Kobalt. Da Kobalt Diamant in amorphen Kohlenstoff oder Graphit zurückverwandeln kann, muss der PCD unterhalb einer Temperatur von etwa 700°C gehalten werden. Daher ist eine Schmierung und Kühlung durch Wasser oder eine andere Flüssigkeit wichtig. Während des Ziehprozes ses tendiert der Metalldraht aber dazu, sich gegen den PCD anzupressen, wodurch er mit in dem PCD eingebettetem Kobalt verschweißen kann. Als Folge hiervon ist übermäßiges Erhitzen unumgänglich, und der PCD kann sich rasch aufgrund der Rück verwandlung in amorphen Kohlenstoff oder Graphit verschlech tern. Zudem kann das Ziehen die Oberfläche des Metalldrahtes durch Verursachen von Schweißpunkten und Brandmarken ver schlechtern.

Beispiel 3 Aus Diamant gefertigte Pad-Konditionierer

Chemisch mechanisches Polieren (CMP) ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Silicium-Chips mit hochentwi ckelter Architektur. Während des CMP-Prozesses werden Silici um-Wafer gegen ein rotierendes Pad gedrückt, das typischer weise aus Polyurethan besteht. Ein Tisch wird mit einer Strö mung aus einer Aufschlämmung versorgt, die ultrafeines Schleifmittel mit Abmessungen von weniger als 0,2 µm enthält, zum Beispiel aus Silicium- oder Aluminiumoxid. Die Wafer wer den folglich durch das Schleifmittel poliert, um eine be stimmte Ebenheit und Glattheit zu erreichen. Die wegpolierten Teilchen können jedoch das Pad beschichten und letzteres un brauchbar machen, so dass von Zeit zu Zeit ein Diamantkondi tionierer erforderlich ist, um die abgelagerten Bruchstücke abzukratzen.

Der Pad-Konditionierer enthält eine Mehrzahl von Diamantkör nern, die an einem Metallsubstrat, zum Beispiel aus Edel stahl, angebracht sind. Diese Körner dienen dazu, das Pad zu harken, um zu verhindern, dass sich seine Oberseite zusetzt. Die Effektivität der Säuberung des Pads und die Beständigkeit des Konditionierers sind von zwei kritischen Faktoren abhän gig, dem Abstand der Diamantkörner und der Nivellierung ihrer Oberseiten. Diese zwei Faktoren sind notorisch schwer zu steuern. Deshalb enthalten fast alle herkömmlich verwendeten Diamantkonditionierer zufallsverteilte Diamantkörner mit ei ner hohen Schwankung ihrer Oberseitenhöhe.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel lung eines CVD-Diamantprodukts, das wenig oder keine aufwen digen Nachbehandlungsvorgänge erfordert und sich bei Bedarf auch in unregelmäßigen und/oder neuartigen Volumengestaltun gen realisieren lässt, sowie eines Verfahrens zugrunde, mit dem sich ein solches CVD-Diamantprodukt in vorteilhafter Wei se herstellen lässt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines CVD-Diamantproduktes mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie eines Herstellungsverfahrens hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Vorteilhafte, nachfolgend näher beschriebene Ausführungsfor men der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis o ben erläuterten, herkömmlichen Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1a bis 1d aufeinanderfolgende Stufen der Bildung von Diamant kristallkeimen auf der Oberfläche eines Substrats,

Fig. 2 einen herkömmlichen Werkzeugeinsatz aus Wolframcar bid (WC),

Fig. 3 einen herkömmlichen Werkzeugeinsatz aus diamantbe schichtetem Wolframcarbid ohne Spanbrecher,

Fig. 4 einen herkömmlichen Werkzeugeinsatz aus Wolframcar bid mit einem dicken Diamantfilm ohne Spanbrecher,

Fig. 5 eine dünne Metallform zur Verwendung in der vorlie genden Erfindung,

Fig. 6 die Form von Fig. 5 nach erfindungsgemäßem Füllen mit einer Diamantfilmabscheidung,

Fig. 7 das Produkt von Fig. 6 nach Auflösen der Form,

Fig. 8 einen herkömmlichen polykristallinen Diamant (PCD) umgeben von Wolframcarbid,

Fig. 9 den PCD von Fig. 8 mit einer hindurchgebohrten Öff nung,

Fig. 10 den PCD von Fig. 9 nach Vergrößerung der Öffnung,

Fig. 11 eine Form zur Verwendung in der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 12 die Form von Fig. 11 mit einer Diamantabscheidung,

Fig. 13 die Diamantabscheidung von Fig. 12, gebildet als ein Werkzeug, nach Auflösen der Form,

Fig. 14 das Diamantwerkzeug von Fig. 13 umgeben von einem Metall,

Fig. 15 einen Silicium-Wafer zur Verwendung in der vorlie genden Erfindung,

Fig. 16 den Silicium-Wafer von Fig. 15 mit einem gegossenen CVD-Diamant,

Fig. 17 den Silicium-Wafer von Fig. 16 mit einer Epoxid harzschicht,

Fig. 18 eine Scheibe mit Diamantpyramiden nach Auflösen des Siliciums beim Produkt von Fig. 17,

Fig. 19 einen gewendelten Draht zur Verwendung in der vor liegenden Erfindung,

Fig. 20 den Draht von Fig. 19 nach Beschichtung mit einem CVD-Diamant,

Fig. 21 das Produkt von Fig. 20 nach Auflösen des Drahtes, so dass ein Diamantschlauch verbleibt, und

Fig. 22 den Diamantschlauch von Fig. 21 eingeschlossen in Harz.

Die vorliegende Erfindung dreht die übliche Vorgehensweise um, bei der ein Diamantfilm zur Bildung eines Körpers aufge wachsen wird und dann bearbeitet wird, um eine gewünschte Gestalt zu erzielen. Stattdessen wird in einem einzigen Pro zess ein Diamantfilm in einer Form gegossen, um die gewünsch te Volumengestalt und Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Ein restlicher Teil kann dann in einem späteren Stadium unter Verwendung eines viel kostengünstigeren Materials und/oder eines viel kostengünstigeren Verfahrens gefüllt werden. Die ses neuartige Konzept ist in der Lage, das Gießprodukt zu er zeugen, das die Volumengestalt und Oberflächenbeschaffenheit der Form dupliziert, so dass aufwendige Nachbearbeitungsvor gänge eliminiert werden. Außerdem können sowohl komplizierte Volumengestaltungen als auch feine Oberflächenbeschaffenhei ten aus der Form erzielt werden. Als Ergebnis können erstmals Diamantfilm-Produkte mit neuartigen und einzigartigen Geomet rien hergestellt werden.

Ein zentraler Aspekt der Erfindung ist die Fähigkeit, eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit der Form im abgeschiede nen Diamantgießprodukt zu reproduzieren, wobei Experimente durchgeführt worden sind, um diese Fähigkeit zu überprüfen.

Es wurden zahlreiche Materialien mit unterschiedlichen Ober flächenbeschaffenheiten als Substrat zur Abscheidung von CVD- Diamant verwendet. Der verwendete CVD-Reaktor ist ein Serien produktionssystem, das von sp3, Inc. in Kalifornien gefertigt wird. Der Reaktor beinhaltet ein Heißdrahtsystem mit einer Depositionsfläche von 30 cm × 40 cm. Es wurde festgestellt, dass auf diese Weise abgeschiedene Diamantfilme die Oberflächenei genschaften des Substrates naturgetreu reproduzieren können, wenn das Substratmaterial geeignet ist, zum Beispiel Kupfer und Wolframcarbid, und die richtige Oberflächenbehandlung er folgt ist, zum Beispiel sorgfältiges Reinigen. Das Konzept der Umkehrdeposition wurde somit erfolgreich bestätigt.

Bei herkömmlichen Diamantfilmen wird deren Wachstumsseite als geeignete Werkzeugfläche verwendet. Die vorliegende Erfindung basiert hingegen auf der Nutzung einer Nukleationsseite für die Anwendung. Die Nukleationsseite enthält Diamant- Mikrokristalle, die auf dem Substrat gebildet wurden. Diese neu gebildeten Kristallisationskeime brauchen nicht chemisch rein und auch nicht strukturell fehlerfrei zu sein. Zudem können dort auch amorpher Kohlenstoff oder pyrolitisches Gra phit durch Co-Deposition abgeschieden werden. Da die Nuklea tionsseite als die Werkzeugoberfläche verwendet wird, ist es entscheidend, diese Seite so herzustellen, dass sie so viel wie möglich Diamant enthält.

Es wurden verschiedene Techniken eingesetzt, um die Diamant qualität der Nukleationsseite zu steigern. Beispielsweise können während der Anfangsphase der Diamantabscheidung die Methanflussrate reduziert und der Gasdruck erhöht werden. Auf diese Weise wird die Zersetzungsrate für Kohlenstoff herabge setzt, die Konzentration an Wasserstoffatomen hingegen er höht. Die niedrige Depositionsrate gekoppelt mit der erhöhten Menge an Katalysator gewährleistet, dass Diamantkristallisa tionskeime hoher Qualität gebildet werden.

Zudem sollte die Nukleationsrate so erhöht werden, dass ge ringfügige Risse im Substrat aufgefüllt werden. Die Nukleati onsrate kann durch Anlegen einer negativen Vorspannung von zum Beispiel 100 V an das Substrat effektiv gesteigert werden, bis zu einem Faktor von einer Million. Alternativ kann das Substrat durch Verwendung einer feinen Diamantpaste poliert werden. Nach dem Polieren können die eingebetteten Diamant mikropulver als effektive Kristallisationskeime für die Dia mantnukleation dienen. Wenn die Nukleationsrate angehoben werden kann, erhöht sich die Diamantqualität auf der Nuklea tionsseite, und die Substratoberflächenbeschaffenheit kann naturgetreu auf die Nukleationsoberfläche übertragen werden.

Bestimmte Metalle, wie Eisen, Kobalt, Nickel und deren Legie rungen, können bei hoher Temperatur von mehr als 700°C Dia mant in amorphen Kohlenstoff oder Graphit zurückkatalysieren. Es ist wesentlich, dass das Substratmaterial möglichst wenig von solchen Materialien enthält. Beispielsweise stellt mit Kobalt gesintertes Wolframcarbid (WC) ein gutes Substratmate rial zur Diamantabscheidung dar. Wenn WC zur Diamantabschei dung verwendet wird, sollte der Kobaltanteil auf 4% oder we niger begrenzt werden. In den letzten Jahren sind bindemit telfreie WC-Materialien erhältlich geworden. Diese Materia lien sind zur Herstellung von Gießformen geeignet, zum Bei spiel einer Öffnung für ein Drahziehwerkzeug. Wenn das WC- Korn ultrafein ist, das heißt mit Abmessungen im Submikrome ter-Bereich, wird die Diamantnukleation weiter gesteigert. Das Ergebnis ist eine sehr glatte Oberfläche mit hohem Dia mantgehalt, die für viele Anwendungen geeignet ist.

Fig. 5 zeigt eine dünne Metallform 20 mit der Negativgeomet rie eines herkömmlichen Schneideinsatzes mit Spanbrechern. Das Metall kann W, Mo, Ta, Zr, Ti, Cr, V, Cu, Si oder ein an deres geeignetes Material sein. Fig. 6 zeigt diese Metall form 20 nach Auffüllen durch Deposition eines Diamantfilms. Fig. 7 zeigt das Produkt nach dem Auflösen der Metallform 20, zum Beispiel durch Tränken in einer geeigneten Säure. Ein unterer Teil 22 des verbleibenden Diamantfilms enthält iden tisch die geometrische Gestalt der Metallform 20. Ein oberer Teil wird dann mit WC-Partikeln oder anderen hochschmelzenden Körnern, zum Beispiel SiC, versehen und mit einer Legierung versetzt, zum Beispiel einer Kupfer-Mangan-Legierung. Die festgewordene Legierung kann dann als das Substrat des Schneideinsatzes dienen, wie in Fig. 7 gezeigt. Dieser Dia manteinsatz weist die Originaloberfläche der Metallform 20 auf, einschließlich der Spanbrecher. Dieses Diamantschneid werkzeug benötigt keine aufwendige mechanische Nachbearbei tung. Die Erfindung löst somit die eingangs erwähnten Schwie rigkeiten des Standes der Technik.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird gemäß Fig. 11 zunächst eine zentrale Säule 40 aus bindemit telfreiem WC oder aus W-Metall mit der gewünschten Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit hergestellt. Diese zentrale Säule 40 wird dann, wie in Fig. 12 gezeigt, mit CVD-Diamant 42 in einer Dicke von 50 µm bis 100 µm beschichtet. Die zentra le Säule 40 wird anschließend in Säure aufgelöst, so dass ein Diamantrohr-Gießstück mit derselben Geometrie wie die zentra le Säule 40 zurückbleibt, wie in Fig. 13 dargestellt. Dieses Diamantrohr wird in die Mitte eines Edelstahlrings 46 einge setzt, wobei ein verbleibender Zwischenraum mit WC-Partikeln oder SiC-Körnern gefüllt wird. Auf die Oberseite dieser Par tikel wird eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung aufgehäuft. Dieses Zwischenprodukt wird als nächstes in einen Vakuumofen gebracht und geheizt, um ein Schmelzen der Kupferlegierung zu bewirken. Die Kupfer-Legierung dringt dann in das Pulver ein und verfestigt den Aufbau. Der starre Aufbau umfasst somit einen äußeren Edelstahlring 46 und ein Innenrohr 44 aus Dia mant.

Das Diamantrohr wird durch die schrumpfende Kupfer-Legierung zusammengedrückt, deren Volumen sich während des Verfesti gungsprozesses deutlich verringert. Diese Kompression ist sehr erwünscht, weil sie das Rohr vor Ausdehnung schützt, wenn durch einen zu ziehenden Draht eine nach außen drückende Kraft ausgeübt wird. Zudem ist diese Kompressionskraft ein stellbar und kann so verändert werden, dass sie zum Typ des zu ziehenden Drahtes passt, zum Beispiel niedrig zum Ziehen von Kupfer und hoch zum Ziehen von Wolfram. Die Kompressions kraft kann in einfacher Weise durch Einstellen des Verhält nisses von Pulver zu Metall verändert werden. Je mehr Metall verwendet wird, umso höher ist die Kompressionskraft.

Die oben beschriebene, neuartige Technologie macht nicht nur die aufwendige Nachbearbeitung überflüssig und reduziert da durch die Produktionskosten deutlich, sondern verbessert auch die Qualität des Drahtziehwerkzeugs in mehrfacher Hinsicht. Im Unterschied zu PCD, der weniger als 90 Vol.% Diamant ent hält, besteht der CVD-Diamant (CVDD) vollständig aus Diamant, so dass seine Verschleißlebensdauer viel höher als diejenige von PCD sein kann, wobei die Gebrauchsdauer nicht linear pro portional zum Diamantgehalt ist, sondern mit diesem über eine Exponentialfunktion zusammenhängt.

CVDD ist viel glatter als PCD, der Kobalt anlagerndes Metall enthält, so dass die beim Drahtziehen erzeugte Wärme deutlich niedriger bleibt. Außerdem kann CVDD einer Temperatur von 1200°C standhalten, was viel höher als die 700°C für PCD ist. Daher kann der Gebrauch von flüssigem Schmiermittel eventuell entfallen. Dies trägt nicht nur zur Kostenverringerung des Drahtziehwerkzeugs selbst bei, sondern vermeidet auch mit dem Schmiermittel verbundene Umweltbelastungen. Aus Gründen des Umweltschutzes wird die Bearbeitungsindustrie zu "trockenem" Betrieb gedrängt, so dass die vorliegende Erfindung diesem weltweiten Trend entgegenkommt.

Des weiteren kann die Eliminierung von Kobalt in der Kontakt oberfläche die Oberflächenbeschaffenheit des Drahtes deutlich verbessern, beispielsweise bewirken, dass er eine reflektie rende Beschaffenheit aufweist. Solche Hochqualitätsdrähte werden von der Elektronikindustrie zum Beispiel als verunreinigungsfreie Kupferdrähte und von der Schmuckbranche zum Bei spiel für glänzende Golddrähte stark gewünscht.

Ein noch bemerkenswerterer Durchbruch auf Basis der vorlie genden Erfindung besteht darin, dass das Ziehen von Draht mit Hilfe von nicht kreisförmigen Öffnungen genauso einfach durchgeführt werden kann wie mit Hilfe von kreisförmigen Öff nungen. Daher können Drähte mit dreieckförmigem oder quadra tischem Querschnitt sehr einfach gefertigt werden. Die Ein führung von gegenwärtig kaum erhältlichen Drähten mit nicht- kreisförmigem Querschnitt ermöglicht neue Gestaltungen von Produkten für bestimmte Anwendungsgebiete, zum Beispiel in der Elektronikindustrie, und kann folglich die Gründung einer neuen Industrie anspornen.

Durch Verwendung des Diamantgießkonzeptes, wie es von der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, ermöglicht die Fabrika tion von Diamantkonditionierern von extrem hoher Qualität mit genauer Steuerung des Diamantabstands und der Oberseitenhöhe. Dazu wird in einem entsprechenden Ausführungsbeispiel zu nächst, wie in Fig. 15 gezeigt, ein Silicium-Wafer 50 so be arbeitet, dass er Einsenkungen identischer Pyramiden auf weist, die an speziellen Stellen angeordnet sind, zum Bei spiel mit einem festen Nachbarabstand. Dann wird auf den gra vierten Silicium-Wafer CVD-Diamant 52 gegossen, wie in Fig. 16 gezeigt. Anschließend wird auf die Oberseite ein Epoxid harz 54 aufgebracht, wie in Fig. 17 dargestellt. Der gesamte Aufbau wird dann in Flusssäure eingetaucht, um das Silicium substrat aufzulösen. Die verbleibende Scheibe zeigt nach dem Umdrehen identische Diamantpyramiden, die um dieselbe Höhe vorstehen, wie in Fig. 18 gezeigt. Ein solches Diamant- Layout ist ideal zum Herstellen eines CMP-Pad-Konditio nierers. Diese Vorgehensweise kann außerdem neue Gestaltungen von Pad-Konditionierern ermöglichen. Beispielsweise kann die Verteilung der Pyramiden einem Spiralmuster folgen. Die Auf schlämmung kann auf diese Weise so geführt werden, dass sie dem Muster folgt, um so die Verteilung des Schleifmittels zu verbessern. Als Resultat ist eine erhöhte Polierrate des Wa fers und ein reduzierter Verbrauch an teurer Aufschlemmung möglich. Zudem können auch die Gleichmäßigkeit und Ebenheit des Wafers verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die Herstellung von neuar tigen und einzigartigen Diamantbauelementen, beispielsweise auch eines Diamantschlauchs, der zum Übertragen korrosiver Flüssigkeiten verwendbar ist. Die zugehörigen Herstellungs schritte folgen denselben Prozeduren, wie sie oben beschrie ben wurden. Als Erstes wird eine Schlauchvorform unter Ver wendung eines Metalls zum Beispiel durch Wendeln eines WC- Drahtes 60 gefertigt, wie in Fig. 19 dargestellt. Danach wird der gewendelte Draht 60 mit CVDD 62 überzogen, wie in Fig. 20 gezeigt, wobei ein mittiger Metallkern vorliegt. Dann wird der mittige Metallkern aufgelöst, so dass ein hoh ler Diamantschlauch zurückbleibt, wie in Fig. 21 darge stellt. Schließlich wird dieser Diamantschlauch in ein Epo xidharz 64 eingegossen, um ein leicht handhabbares Werkzeug zu bilden, wie in Fig. 22 gezeigt.

Derselbe Gedanke kann auf die Herstellung anderer neuartiger Produkte angewendet werden, wie eines Diamantkolbens oder ei nes Diamantgetriebes. Es gibt praktisch keine Begrenzung des Gestaltungstyps, der durch CVD-Diamant in dieser Weise produ ziert werden kann. Die obigen Beispiele dienen lediglich der Illustration dieser hohen Flexibilität in der Anwendung der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. CVD-Diamantprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Form (20) gegossen ist und Oberflächenstrukturen aufweist, die durch Grenzflächenkontakt mit der Form festge legt sind.

2. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 1, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass die Form aus Metall besteht.

3. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 2, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass das Metall überwiegend ein solches ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die W, Mo, Ta, Ti, Zr, V, Cr, Carbide derselben sowie Cu besteht.

4. CVD-Diamantprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine konkave Gestalt besitzt.

5. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 4, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass die konkave Gestalt schalenförmig ist.

6. CVD-Diamantprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine konvexe Gestalt besitzt.

7. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 6, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass die konvexe Gestalt zylindrisch ist.

8. CVD-Diamantprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der CVD-Diamant eine Di cke von 30 µm bis 200 µm aufweist.

9. CVD-Diamantprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass es ein aus Diamant beste hendes Schneidwerkzeug, ein aus Diamant bestehendes Drahtziehwerkzeug, ein aus Diamant bestehender Pad-Konditionierer, eine Diamantmembran oder ein Diamantrohr ist.

10. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 9, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass es ein Schneidwerkzeug ist, das Spanbre cher aufweist.

11. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 9, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass es ein Drahtziehwerkzeug mit einer nicht kreisförmigen Öffnung ist.

12. CVD-Diamantprodukt nach Anspruch 9 oder 11, weiter da durch gekennzeichnet, dass es ein Drahtziehwerkzeug ist, das unter Eindringen einen geschmolzenen Legierung um ein CVD- Diamantrohr herum hergestellt ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines CVD-Diamantproduktes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bereitstellen einer Negativform, welche die Gestalt und die Oberfläche eines gewünschten Produktes aufweist,
b) Abscheiden von CVD-Diamant in einer gewünschten Dicke auf einer Grenzfläche der Form,
c) Auflösen der Form durch Säure oder ein anderes Lösungsmit tel und
d) Befestigen des verbleibenden Diamantproduktes in einem ge eigneten Halter.

14. Verfahren nach Anspruch 13, weiter dadurch gekennzeich net, dass der CVD-Diamant unter Verwendung eines Heißdrahtes, eines Mikrowellenplasmas, einer Oxyacetylenflamme oder eines DC-Bogens zur Aufheizung von hierzu verwendetem Gas abge schieden wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass das Gas Methan und Wasserstoff enthält.