JP2024006433A - ダイヤモンド基板製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイヤモンド基板を効率的に製造することができるダイヤモンド基板製造方法を提供すること。【解決手段】ダイヤモンド基板製造方法は、ダイヤモンドに対して透過性を有する波長の加工用レーザービームの集光点を、ダイヤモンドからなる被加工物の第一の面から製造すべきダイヤモンド基板の厚みに相当する深さに位置づける集光点位置づけステップ１と、加工用レーザービームを照射することで被加工物の内部をグラファイト化したグラファイト部と、グラファイト部から伸長するクラックと、を含む剥離層を形成する剥離層形成ステップ２と、ダイヤモンドに対して透過性を有しグラファイトに対して吸収性を有する波長の剥離用レーザービームを照射して加熱し、グラファイト部の少なくとも一部を大気中の酸素と反応させて二酸化炭素を発生させることで形成された隙間を起点として被加工物からダイヤモンド基板を剥離させる剥離ステップ３と、を含む。【選択図】図２
Description
本発明は、ダイヤモンド基板製造方法に関する。
ダイヤモンドは、絶縁耐性や熱伝導率等の物理特性が優れていることから、近年半導体材料として注目されている。そこで、ダイヤモンドインゴットから効率良くダイヤモンド基板を製造するために、ダイヤモンドインゴットの内部にレーザービームの集光点を位置づけ、インゴットと集光点とを相対的に移動させながらレーザービームを照射することで、インゴット内部に剥離層を形成する方法が開発されている（特許文献１参照）。
特許文献１の方法では、ダイヤモンド基板を剥離する際に超音波振動を付与しているが、より効率的な剥離方法の開発が強く求められている。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイヤモンド基板を効率的に製造することができるダイヤモンド基板製造方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のダイヤモンド基板製造方法は、第一の面と、該第一の面の反対側の第二の面と、を含むダイヤモンドからなる被加工物からダイヤモンド基板を製造するダイヤモンド基板の製造方法であって、ダイヤモンドに対して透過性を有する波長の加工用レーザービームの集光点を、該第一の面から製造すべきダイヤモンド基板の厚みに相当する深さに位置づける集光点位置づけステップと、該集光点と該被加工物とを相対的に移動させながら該被加工物に該加工用レーザービームを照射することで該被加工物の内部をグラファイト化したグラファイト部と、該グラファイト部から伸長するクラックと、を含む剥離層を形成する剥離層形成ステップと、該剥離層形成ステップを実施した後、ダイヤモンドに対しては透過性を有するとともにグラファイトに対しては吸収性を有する波長の剥離用レーザービームを、該被加工物に対して照射して該グラファイト部を大気中の酸素と反応する温度まで加熱し、該グラファイト部の少なくとも一部を大気中の酸素と反応させて二酸化炭素を発生させることで形成された隙間を起点として該被加工物からダイヤモンド基板を剥離させる剥離ステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明のダイヤモンド基板製造方法において、該剥離ステップでは、該被加工物の外周部から中央部に向かって該隙間を形成させてもよい。
本発明は、ダイヤモンド基板を効率的に製造することができる。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法を図面に基づいて説明する。実施形態のダイヤモンド基板２０製造方法は、図１に示す被加工物１０から、図８等に示すダイヤモンド基板２０を製造する方法である。
本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法を図面に基づいて説明する。実施形態のダイヤモンド基板２０製造方法は、図１に示す被加工物１０から、図８等に示すダイヤモンド基板２０を製造する方法である。
（ダイヤモンドインゴット）
まず、本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の加工対象の被加工物１０の構成について説明する。図１は、実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の加工対象の被加工物１０の斜視図である。図１に示す実施形態の被加工物１０は、ダイヤモンドからなり、全体として円柱状に形成される、ダイヤモンドインゴットである。被加工物１０は、第一の面１１と、第二の面１２と、周面１３と、オリエンテーションフラット１４と、を有している。
まず、本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の加工対象の被加工物１０の構成について説明する。図１は、実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の加工対象の被加工物１０の斜視図である。図１に示す実施形態の被加工物１０は、ダイヤモンドからなり、全体として円柱状に形成される、ダイヤモンドインゴットである。被加工物１０は、第一の面１１と、第二の面１２と、周面１３と、オリエンテーションフラット１４と、を有している。
第一の面１１は、円形状であって、円柱状に形成される被加工物１０において結晶面（００１）を平坦面とした一方の端面である。第二の面１２は、円形状であって、円柱状に形成される被加工物１０の第一の面１１とは反対側の端面である。第二の面１２は、被加工物１０の底面に相当する。周面１３は、第一の面１１の外縁と第二の面１２の外縁とに連なる面である。オリエンテーションフラット１４は、被加工物１０の結晶方位を示すために周面１３の一部に形成される結晶面（１１０）と平行な平面である。なお、図１には、結晶面（１１０）に対して直交する結晶方位［１１０］を矢印で示している。
（ダイヤモンド基板２０製造方法）
次に、本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法について説明する。図２は、実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の流れを示すフローチャートである。ダイヤモンド基板２０製造方法は、集光点位置づけステップ１と、剥離層形成ステップ２と、剥離ステップ３と、を含む。
次に、本発明の実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法について説明する。図２は、実施形態に係るダイヤモンド基板２０製造方法の流れを示すフローチャートである。ダイヤモンド基板２０製造方法は、集光点位置づけステップ１と、剥離層形成ステップ２と、剥離ステップ３と、を含む。
図３は、図２に示す集光点位置づけステップ１および剥離層形成ステップ２の一例を示す斜視図である。図４は、図３の一状態を一部断面で示す側面図である。図５は、図４の一部拡大図である。
実施形態の集光点位置づけステップ１および剥離層形成ステップ２は、図３に示すレーザー加工装置１００を用いて実施される。レーザー加工装置１００は、保持テーブル１１０と、レーザービーム照射ユニット１２０と、保持テーブル１１０とレーザービーム照射ユニット１２０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、不図示の撮像ユニットと、を備える。
保持テーブル１１０は、被加工物１０を保持面１１１で保持する。保持面１１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル１１０は、保持面１１１上に載置された被加工物１０の第二の面１２側を吸引保持する。
レーザービーム照射ユニット１２０は、保持テーブル１１０の保持面１１１に保持された被加工物１０に、ダイヤモンドに対して透過性を有する波長の加工用レーザービーム１２１を照射する。レーザービーム照射ユニット１２０は、不図示の移動ユニットによって保持テーブル１１０と相対的に移動可能である。
なお、以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。また、実施形態において、Ｘ軸方向が加工送り方向であり、結晶方位［１１０］と平行な方向である。また、実施形態において、Ｙ軸方向が割り出し送り方向であり、結晶方位［－１１０］である。
集光点位置づけステップ１は、加工用レーザービーム１２１の集光点１２２を、第一の面１１から製造すべきダイヤモンド基板２０の厚み２１に相当する深さに位置づけるステップである。集光点位置づけステップ１では、まず、被加工物１０の第二の面１２側を、レーザー加工装置１００の保持テーブル１１０の保持面１１１に吸引保持する。
集光点位置づけステップ１では、次に、不図示の撮像ユニットで保持テーブル１１０に保持された被加工物１０を撮像して、不図示の移動ユニットによってレーザービーム照射ユニット１２０と被加工物１０とを位置合わせするアライメントを実行する。この際、被加工物１０のオリエンテーションフラット１４が割り出し送り方向（Ｙ軸方向）と平行になるように調整し、加工送り方向（Ｘ軸方向）を結晶方位［１１０］に平行な方向に合わせる。また、レーザービーム照射ユニット１２０を、被加工物１０の外縁部の加工送り方向であるＸ軸方向の一端部の上方に位置付ける。
集光点位置づけステップ１では、次に、レーザービーム照射ユニット１２０の集光器を不図示の移動ユニットによって移動させ、加工用レーザービーム１２１の集光点１２２を被加工物１０内部に位置づける。この際、集光点１２２の第一の面１１からの深さは、製造すべきダイヤモンド基板２０の厚み２１（図５参照）に相当する。
剥離層形成ステップ２では、加工用レーザービーム１２１の集光点１２２を製造すべきダイヤモンド基板２０の厚み２１に相当する深さに位置づけた状態で、集光点１２２を加工送りする。すなわち、不図示の移動ユニットによって、レーザービーム照射ユニット１２０の集光器と保持テーブル１１０に保持された被加工物１０とを相対的に移動させることで、集光点１２２を結晶方位［１１０］方向に相対的に移動させながら、加工用レーザービーム１２１を被加工物１０の内部に向けて照射する。
剥離層形成ステップ２では、ダイヤモンドからなる被加工物１０の内部において、集光点１２２が通過した部分が、加工用レーザービーム１２１に照射されることによってグラファイト化する。すなわち、製造すべきダイヤモンド基板２０の厚み２１に相当する深さ位置において、加工送り方向に沿ってグラファイト化したグラファイト部１６が形成されるとともに、グラファイト部１６から結晶面（００１）と略平行な平面方向に沿って伸長するクラック１７が形成される。すなわち、クラック１７は、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に伸長する。このようにして、剥離層形成ステップ２では、グラファイト部１６と、グラファイト部１６から割り出し送り方向に沿って形成されるクラック１７とを含む剥離層１８を形成する。
剥離層形成ステップ２では、外縁部の加工送り方向（Ｘ軸方向）の一端部と他端部とに亘ってグラファイト部１６を形成すると、レーザービーム照射ユニット１２０からの加工用レーザービーム１２１の照射を一時的に停止させ、割り出し送りを実施する。すなわち、保持テーブル１１０を割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動させ、レーザービーム照射ユニット１２０を、被加工物１０の既にグラファイト部１６が形成された位置に隣接し、かつ被加工物１０の外縁部の加工送り方向であるＸ軸方向の一端部の上方に位置付ける。
そして、再び、集光点１２２を加工送り方向（結晶方位［１１０］方向）に相対的に移動させながら、加工用レーザービーム１２１を被加工物１０の内部に向けて照射する。このように、加工送り方向に沿う加工用レーザービーム１２１の照射と、割り出し送りとを繰り返し、被加工物１０の内部全面に剥離層１８が形成されると、剥離層形成ステップ２を終了し、剥離ステップ３に進む。
図６は、図３に示す剥離ステップ３の一例を一部断面で示す側面図である。剥離ステップ３は、剥離層形成ステップ２を実施した後に実施される。剥離ステップ３は、被加工物１０からダイヤモンド基板２０を剥離させるステップである。
剥離ステップ３では、まず、剥離用レーザービーム１２３を被加工物１０に対して照射してグラファイト部１６を加熱する。剥離用レーザービーム１２３は、ダイヤモンドに対しては透過性を有するとともにグラファイトに対しては吸収性を有する波長のレーザービームであり、具体的には、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーである。グラファイトは、炭酸ガスレーザーの波長（９．２～１０．８μｍ）に対して高い吸収力を有する。
剥離ステップ３では、被加工物１０の剥離層１８全面に対して剥離用レーザービーム１２３を照射することによって、グラファイト部１６を、大気中の酸素と反応する温度まで加熱する。これにより、グラファイト部１６の少なくとも一部の炭素（Ｃ）が、大気中の酸素（Ｏ２）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。この際、グラファイト部１６は、被加工物１０の外周部において、大気と接するため、外周部から中央部に向かって酸化反応が進行する。
被加工物１０の剥離層１８において、グラファイト部１６が二酸化炭素に変化した部分には、隙間が形成される。剥離ステップ３では、グラファイト部１６の少なくとも一部を大気中の酸素と反応させて二酸化炭素を発生させることで剥離層１８に隙間が形成される。剥離ステップ３では、剥離層１８全面に隙間が形成され、剥離層１８を界面に被加工物１０からダイヤモンド基板２０が剥離するまで、グラファイト部１６を酸素と反応させてもよいが、ある程度の隙間が形成された状態で、別の方法で剥離させてもよい。
図７は、図３に示す剥離ステップ３において図６の後の一状態を一部断面で示す側面図である。図８は、図３に示す剥離ステップ３において図７の後の一状態を一部断面で示す側面図である。図７および図８に示す方法では、グラファイト部１６にある程度の隙間が形成された後、剥離装置２００を用いて被加工物１０からダイヤモンド基板２０を剥離させる。剥離装置２００は、保持テーブル２１０と、剥離ユニット２２０と、保持テーブル２１０と剥離ユニット２２０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、を備える。
保持テーブル２１０は、グラファイト部１６を加熱して隙間を形成した後の被加工物１０を保持面２１１で保持する。保持面２１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面２１１は、水平方向と平行な平面である。保持面２１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル２１０は、保持面２１１上に載置された被加工物１０の第二の面１２側を吸引保持する。
剥離ユニット２２０は、保持面２２１に当接している被加工物１０の第一の面１１（上面）側を吸引保持可能である。また、剥離ユニット２２０は、不図示の移動ユニットによって、被加工物１０を保持する保持テーブル２１０に対して近接可能かつ離隔可能である。
図７に示すように、剥離装置２００では、まず、被加工物１０の第二の面１２を、保持テーブル２１０の保持面２１１で保持し、次いで、剥離ユニット２２０を保持テーブル２１０側に近接させ、被加工物１０の第一の面１１（上面）を保持面２２１で吸引保持する。この状態で、図８に示すように、剥離ユニット２２０を保持テーブル２１０から離隔させると、上下に引っ張られた被加工物１０が、隙間が形成された剥離層１８を起点として分離し、被加工物１０の第一の面１１（上面）側の剥離した一部がダイヤモンド基板２０として製造される。
なお、被加工物１０からダイヤモンド基板２０を剥離した後は、例えば、被加工物１０の剥離面１９およびダイヤモンド基板２０の剥離面２２を研削する研削ステップを実施して、剥離面１９、２２における凹凸を除去する。
以上説明したように、実施形態のダイヤモンド基板２０製造方法では、まず、製造すべきダイヤモンド基板２０の厚み２１に相当する深さに集光点１２２を位置づけ、被加工物１０全面に加工用レーザービーム１２１を照射し、当該深さにグラファイト部１６とクラック１７とを含む剥離層１８が形成される。次いで、剥離層１８が形成されたダイヤモンドインゴットである被加工物１０に対して、ダイヤモンドに対しては透過性を有するとともにグラファイトに対しては吸収性を有する波長の剥離用レーザービーム１２３を照射することで、グラファイト部１６を加熱する。
グラファイト部１６は、加熱されることにより大気中の酸素と接している被加工物１０の外周部から中央部に向かって酸化反応が進行し、二酸化炭素が生成されるため、この部分に隙間が形成され、外周部から中央部に向かって剥離が進行する。これにより、剥離層１８が形成されたダイヤモンドインゴットである被加工物１０から、効率的にダイヤモンド基板２０を製造することができる。
また、レーザービームで剥離層を形成した後、超音波振動を付与することによりクラックを伸長させる従来の方法では、超音波振動の付与時に、純水等の液体内にインゴットと超音波振動子とを浸漬させる必要があるが、本発明では、酸化反応により剥離を進行させるので、ドライプロセスでの剥離が可能である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１０ 被加工物
１１ 第一の面
１２ 第二の面
１６ グラファイト部
１７ クラック
１８ 剥離層
２０ ダイヤモンド基板
１００ レーザー加工装置
１２１ 加工用レーザービーム
１２２ 集光点
１２３ 剥離用レーザービーム
２００ 剥離装置
１１ 第一の面
１２ 第二の面
１６ グラファイト部
１７ クラック
１８ 剥離層
２０ ダイヤモンド基板
１００ レーザー加工装置
１２１ 加工用レーザービーム
１２２ 集光点
１２３ 剥離用レーザービーム
２００ 剥離装置
Claims (2)
- 第一の面と、該第一の面の反対側の第二の面と、を含むダイヤモンドからなる被加工物からダイヤモンド基板を製造するダイヤモンド基板製造方法であって、
ダイヤモンドに対して透過性を有する波長の加工用レーザービームの集光点を、該第一の面から製造すべきダイヤモンド基板の厚みに相当する深さに位置づける集光点位置づけステップと、
該集光点と該被加工物とを相対的に移動させながら該被加工物に該加工用レーザービームを照射することで該被加工物の内部をグラファイト化したグラファイト部と、該グラファイト部から伸長するクラックと、を含む剥離層を形成する剥離層形成ステップと、
該剥離層形成ステップを実施した後、ダイヤモンドに対しては透過性を有するとともにグラファイトに対しては吸収性を有する波長の剥離用レーザービームを、該被加工物に対して照射して該グラファイト部を大気中の酸素と反応する温度まで加熱し、該グラファイト部の少なくとも一部を大気中の酸素と反応させて二酸化炭素を発生させることで形成された隙間を起点として該被加工物からダイヤモンド基板を剥離させる剥離ステップと、
を含むことを特徴とする、
ダイヤモンド基板製造方法。 - 該剥離ステップでは、
該被加工物の外周部から中央部に向かって該隙間を形成させることを特徴とする、
請求項１に記載のダイヤモンド基板製造方法。
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