JPH07166380A - ダイヤモンド基体の整形方法 - Google Patents
ダイヤモンド基体の整形方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 多結晶ダイヤモンド薄膜又はウエハを整形す
る。 【構成】 ダイヤモンド基体の表面上に“エッチ減速”
材料（１２）層を形成し、次に適切なエッチャント（１
１）（たとえば溶融Ｃｅ）でエッチングする。エッチ減
速材料は、処理温度においてエッチャントと低（典型的
な場合５％以下）相互溶解度をもち、プロセス温度にお
いてエッチャントと金属間化合物を本質的に形成しない
材料から選択される。エッチ減速材料の中にはＡｇ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｐ及びそれらの合金、たとえばＷＯ2、
ＴiＯ2、ＭｏＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ4Ｎ、ＺｒＮ、ＭｏＮ、
ＣｅＢ6及びＭｏ2Ｂのような酸化物、窒化物、炭化物及
びホウ化物がある。
る。 【構成】 ダイヤモンド基体の表面上に“エッチ減速”
材料（１２）層を形成し、次に適切なエッチャント（１
１）（たとえば溶融Ｃｅ）でエッチングする。エッチ減
速材料は、処理温度においてエッチャントと低（典型的
な場合５％以下）相互溶解度をもち、プロセス温度にお
いてエッチャントと金属間化合物を本質的に形成しない
材料から選択される。エッチ減速材料の中にはＡｇ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｐ及びそれらの合金、たとえばＷＯ2、
ＴiＯ2、ＭｏＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ4Ｎ、ＺｒＮ、ＭｏＮ、
ＣｅＢ6及びＭｏ2Ｂのような酸化物、窒化物、炭化物及
びホウ化物がある。
Description
【０００１】本発明の分野 本発明はダイヤモンド基体、典型的な場合、多結晶ダイ
ヤモンド薄膜又はウエハの整形の分野に係る。
ヤモンド薄膜又はウエハの整形の分野に係る。
【０００２】本発明の背景 最近まで、多結晶ダイヤモンド薄膜から材料を除去する
効果的な方法は知られていなかった。たとえば、フィジ
ックス・ワールド（Ｐhysics Ｗorld）、１９９２年８
月、２２−２３頁のダヴリュ・ファン・エンケボルト
（Ｗ.Ｖan Ｅnckevort）による記事を参照のこと。
効果的な方法は知られていなかった。たとえば、フィジ
ックス・ワールド（Ｐhysics Ｗorld）、１９９２年８
月、２２−２３頁のダヴリュ・ファン・エンケボルト
（Ｗ.Ｖan Ｅnckevort）による記事を参照のこと。
【０００３】ごく最近、そのような方法が発見された。
１つの方式は、高温において、ダイヤモンド薄膜及び固
体金属（たとえばＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ）基体又は粉
末間に、密着させることを含む。たとえば、エス・ジン
（Ｓ．Ｊｉｎ）ら、ダイヤモンド及び関連材料、第２
巻、１０３８−１０４２頁、エス・ジン（Ｓ．Ｊｉｎ）
ら、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａpplied
Ｐhysics Ｌetters）第６０（１６）巻、１９４８−１
９５０頁及び１９９２年６月１７日に申請された米国特
許出願第０７／８２２，４７０号を参照のこと。もう１
つの方式は、高温において、ダイヤモンド薄膜を、溶融
希土類金属（たとえば、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）と接触させる
ことを含む。たとえば、エス・ジン（Ｓ．Ｊｉｎ）ら、
ネイチヤー（Ｎature）第３６２巻、１９９３年４月２
９日、８２２-８２４頁及び１９９２年７月２日に申請
された米国特許出願第０７／９０８，１３０号を参照の
こと。１９９２年１０月２日に申請された米国特許出願
第０７／９５５，６３４号は、より低温において、材料
除去の効果が得られるよう、溶融希土類金属合金を用い
ることを明らかにし、１９９３年４月２９日に申請され
た米国特許出願第０８／０３８，３７０号は、たとえば
長方形の領域を生成させるために、多結晶ダイヤモンド
薄膜の表面から選択的に材料を除去する技術を明らかに
している。上の方法のすべてが、炭素原子が高温の金
属、すなわち“エッチャント”中に拡散することを含む
と信じられている。上で引用した権利者を共通とする米
国特許は、ここに参照文献として含まれている。
１つの方式は、高温において、ダイヤモンド薄膜及び固
体金属（たとえばＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ）基体又は粉
末間に、密着させることを含む。たとえば、エス・ジン
（Ｓ．Ｊｉｎ）ら、ダイヤモンド及び関連材料、第２
巻、１０３８−１０４２頁、エス・ジン（Ｓ．Ｊｉｎ）
ら、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａpplied
Ｐhysics Ｌetters）第６０（１６）巻、１９４８−１
９５０頁及び１９９２年６月１７日に申請された米国特
許出願第０７／８２２，４７０号を参照のこと。もう１
つの方式は、高温において、ダイヤモンド薄膜を、溶融
希土類金属（たとえば、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）と接触させる
ことを含む。たとえば、エス・ジン（Ｓ．Ｊｉｎ）ら、
ネイチヤー（Ｎature）第３６２巻、１９９３年４月２
９日、８２２-８２４頁及び１９９２年７月２日に申請
された米国特許出願第０７／９０８，１３０号を参照の
こと。１９９２年１０月２日に申請された米国特許出願
第０７／９５５，６３４号は、より低温において、材料
除去の効果が得られるよう、溶融希土類金属合金を用い
ることを明らかにし、１９９３年４月２９日に申請され
た米国特許出願第０８／０３８，３７０号は、たとえば
長方形の領域を生成させるために、多結晶ダイヤモンド
薄膜の表面から選択的に材料を除去する技術を明らかに
している。上の方法のすべてが、炭素原子が高温の金
属、すなわち“エッチャント”中に拡散することを含む
と信じられている。上で引用した権利者を共通とする米
国特許は、ここに参照文献として含まれている。
【０００４】多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）薄膜は、典
型的な場合、基板上に化学気相堆積により生成される。
得られたＰＣＤ薄膜（“ウエハ”）は一定の厚さを持た
なかったり、平坦でないことが、しばしば観察される。
観測される変動は、ウエハ全体上でしばしば±５％と大
きく、典型的な場合、ウエハの中心領域は最大の厚さを
有する。ＰＣＤ基体の多くの技術的用途のためには、典
型的な場合、基体は比較的狭い制限であらかじめ決めら
れた厚さをもち平坦であることが必要である。たとえ
ば、レーザ／光ファイバパッケージ中の熱放散に薄いＰ
ＣＤ基体を用いるには、厚さ及び平坦さは厳密に制御さ
れることが必要である。しかし、あらかじめ決められた
厚さの平坦な基体を提供することは、もし最初の生成物
（すなわちウエハ上のＰＣＤ薄膜）が曲率をもつか、本
質的な厚さの変動をもつなら、とうてい困難である。従
って、比較的大きな面積（典型的な場合、数十平方セン
チメートル）にわたって、本質的に曲率又は厚さの変動
を取り除けるＰＣＤ薄膜からの材料除去方法は、かなり
興味がもたれる。本明細書は、そのような方法を明らか
にする。
型的な場合、基板上に化学気相堆積により生成される。
得られたＰＣＤ薄膜（“ウエハ”）は一定の厚さを持た
なかったり、平坦でないことが、しばしば観察される。
観測される変動は、ウエハ全体上でしばしば±５％と大
きく、典型的な場合、ウエハの中心領域は最大の厚さを
有する。ＰＣＤ基体の多くの技術的用途のためには、典
型的な場合、基体は比較的狭い制限であらかじめ決めら
れた厚さをもち平坦であることが必要である。たとえ
ば、レーザ／光ファイバパッケージ中の熱放散に薄いＰ
ＣＤ基体を用いるには、厚さ及び平坦さは厳密に制御さ
れることが必要である。しかし、あらかじめ決められた
厚さの平坦な基体を提供することは、もし最初の生成物
（すなわちウエハ上のＰＣＤ薄膜）が曲率をもつか、本
質的な厚さの変動をもつなら、とうてい困難である。従
って、比較的大きな面積（典型的な場合、数十平方セン
チメートル）にわたって、本質的に曲率又は厚さの変動
を取り除けるＰＣＤ薄膜からの材料除去方法は、かなり
興味がもたれる。本明細書は、そのような方法を明らか
にする。
【０００５】材料除去の既知の拡散による方法は、上述
の問題の解決には適用しても効果的でない。なぜなら、
ほとんどの場合、それらは接触した表面上で、一様に除
去するからである。’３７０の出願の方法は、比較的大
きな面積上で、不均一な材料除去をすることには容易に
は適用できない。もちろん、旧来の方法（たとえば研
磨）は、許容できないほど時間と経費がかかり、一度に
せいぜい数個のウエハを処理できるだけである。
の問題の解決には適用しても効果的でない。なぜなら、
ほとんどの場合、それらは接触した表面上で、一様に除
去するからである。’３７０の出願の方法は、比較的大
きな面積上で、不均一な材料除去をすることには容易に
は適用できない。もちろん、旧来の方法（たとえば研
磨）は、許容できないほど時間と経費がかかり、一度に
せいぜい数個のウエハを処理できるだけである。
【０００６】本発明 本発明は、特許請求の範囲により規定される。広義に
は、本発明はたとえばＰＣＤ薄膜のようなダイヤモンド
基体から、ダイヤモンド材料を選択的に除去するプロセ
スで実施される。プロセスは、基体上のあらかじめ決め
られた位置において、あらかじめ決められた量の材料を
除去でき、除去される量は、典型的な場合、位置に依存
する。本方法は、たとえば曲率又は不均一な厚さを有す
るＰＣＤウエハを、本質的に一様な厚さをもつ本質的に
平坦なＰＣＤウエハが生じるように処理するのに用いる
と有利である。本実施例の重要な点は、エッチ減速材料
を発見したことと、ダイヤモンド基体上の与えられた位
置におけるダイヤモンド材料の除去の程度は、与えられ
た位置におけるダイヤモンド基体とエッチャント間には
さまれたエッチ減速材料の厚さに、特に依存することを
発見したことである。
は、本発明はたとえばＰＣＤ薄膜のようなダイヤモンド
基体から、ダイヤモンド材料を選択的に除去するプロセ
スで実施される。プロセスは、基体上のあらかじめ決め
られた位置において、あらかじめ決められた量の材料を
除去でき、除去される量は、典型的な場合、位置に依存
する。本方法は、たとえば曲率又は不均一な厚さを有す
るＰＣＤウエハを、本質的に一様な厚さをもつ本質的に
平坦なＰＣＤウエハが生じるように処理するのに用いる
と有利である。本実施例の重要な点は、エッチ減速材料
を発見したことと、ダイヤモンド基体上の与えられた位
置におけるダイヤモンド材料の除去の程度は、与えられ
た位置におけるダイヤモンド基体とエッチャント間には
さまれたエッチ減速材料の厚さに、特に依存することを
発見したことである。
【０００７】図１は本発明の実施例を概略的に描いたも
ので、数字１０は不均一な厚さのＰＣＤ基体を指し、１
１は液体金属（たとえばＣｅ）エッチャントを指し、１
２は適切に選んだ不均一な厚さのエッチ減速金属（たと
えばＭｏ）を指す。図１の組合せを、適当な時間、高温
に保持することにより、（エッチ減速材料、反応生成物
及び未反応エッチャントの除去後）本質的に均一な厚さ
のＰＣＤ基体が生じる。
ので、数字１０は不均一な厚さのＰＣＤ基体を指し、１
１は液体金属（たとえばＣｅ）エッチャントを指し、１
２は適切に選んだ不均一な厚さのエッチ減速金属（たと
えばＭｏ）を指す。図１の組合せを、適当な時間、高温
に保持することにより、（エッチ減速材料、反応生成物
及び未反応エッチャントの除去後）本質的に均一な厚さ
のＰＣＤ基体が生じる。
【０００８】図２は別の実施例を概略的に示す。ここ
で、２１はエッチ減速材料（たとえばＡｇ）及びＰＣＤ
基体と密着させた適当な固体金属（たとえばＦｅ）エッ
チャント薄膜又は粉末である。
で、２１はエッチ減速材料（たとえばＡｇ）及びＰＣＤ
基体と密着させた適当な固体金属（たとえばＦｅ）エッ
チャント薄膜又は粉末である。
【０００９】本発明の方法は望ましくない厚さの変化を
除去することに限定されず、図３及び図４はＰＣＤ基体
３０から整形されたＰＣＤ基体３０’が生成することを
概略的に示す。数字３１は溶融希土類（たとえばＬａ）
薄膜を指し、３２は適切に整形されたエッチ減速材料
（たとえばＭｏ又は他の耐熱性金属）を指す。
除去することに限定されず、図３及び図４はＰＣＤ基体
３０から整形されたＰＣＤ基体３０’が生成することを
概略的に示す。数字３１は溶融希土類（たとえばＬａ）
薄膜を指し、３２は適切に整形されたエッチ減速材料
（たとえばＭｏ又は他の耐熱性金属）を指す。
【００１０】図５及び図６は均一な厚さのＰＣＤ基体５
０から凸状面形状を有するＰＣＤ基体５０’の形成例を
示す。数字５１は適切なエッチャント（たとえば溶融希
土類／金属合金）を指し、５２は適切に整形されたエッ
チ減速金属基体を指す。図７及び図８は均一な厚さのＰ
ＣＤ基体７０からの凹状面形状を有するＰＣＤ基体７
０’の形成を示す。数字７１はエッチャント層を指し、
７２は適切に整形されたエッチ減速金属層を指す。
０から凸状面形状を有するＰＣＤ基体５０’の形成例を
示す。数字５１は適切なエッチャント（たとえば溶融希
土類／金属合金）を指し、５２は適切に整形されたエッ
チ減速金属基体を指す。図７及び図８は均一な厚さのＰ
ＣＤ基体７０からの凹状面形状を有するＰＣＤ基体７
０’の形成を示す。数字７１はエッチャント層を指し、
７２は適切に整形されたエッチ減速金属層を指す。
【００１１】図９−図１１は本発明の更に別の応用、す
なわちＰＣＤ基体９０のファセットのある面の平滑化を
示す。数字９２は９０のファセットのある表面上に、
（たとえば蒸着により）堆積させた本質的に一定の厚さ
のエッチ減速材料の層を指す。（たとえば金剛砂紙又は
研磨布により）表面の“ピーク”からエッチ減速金属を
本質的に除去した後、表面はエッチャント９０１（たと
えば溶融Ｃｅ）と接触する。数字９０’は本質的により
滑らかな表面を有する得られたＰＣＤ基体を指す。
なわちＰＣＤ基体９０のファセットのある面の平滑化を
示す。数字９２は９０のファセットのある表面上に、
（たとえば蒸着により）堆積させた本質的に一定の厚さ
のエッチ減速材料の層を指す。（たとえば金剛砂紙又は
研磨布により）表面の“ピーク”からエッチ減速金属を
本質的に除去した後、表面はエッチャント９０１（たと
えば溶融Ｃｅ）と接触する。数字９０’は本質的により
滑らかな表面を有する得られたＰＣＤ基体を指す。
【００１２】図１２は更に別の実施例を指す。ここで、
数字１２０は本質的に一定の厚さをもつが、望ましくな
い曲率を有するＰＣＤ基体を指し、数字１２１は適切に
選ばれた不均一な厚さのエッチ減速材料を指し、数字１
２２はエッチャント、たとえば溶融Ｃｅの薄い層を指
す。当業者は曲率及び不均一な厚さの両方を示すＰＣＤ
基体は、たとえば図１及び図１２の方式を組合せること
により処理できることを認識するであろう。
数字１２０は本質的に一定の厚さをもつが、望ましくな
い曲率を有するＰＣＤ基体を指し、数字１２１は適切に
選ばれた不均一な厚さのエッチ減速材料を指し、数字１
２２はエッチャント、たとえば溶融Ｃｅの薄い層を指
す。当業者は曲率及び不均一な厚さの両方を示すＰＣＤ
基体は、たとえば図１及び図１２の方式を組合せること
により処理できることを認識するであろう。
【００１３】本発明に従う整形は、更に表面品質を改善
するために、従来の機械的、レーザ又は他の研磨工程と
組合せると、しばしば有利であることを認識するであろ
う。
するために、従来の機械的、レーザ又は他の研磨工程と
組合せると、しばしば有利であることを認識するであろ
う。
【００１４】考えられるエッチャントの中には、上で引
用した特許明細書中に述べられているすべてのエッチャ
ントがある。それらには（固体、粉末、溶融又は部分溶
融）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＴｉ、希土類（Ｙ及びランタ
ニド）及び希土類／金属合金が含まれる。後者中の金属
（又は複数の金属）は、希土類の融点より合金の融点が
より低くなるように選択される。金属の例はＮｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｏ、Ａｌ及びＡｇである。エッチャントは、エッ
チすべきＰＣＤ表面及びエッチ減速材料と密着すること
が望ましい。エッチャントが液体なら自動的に密着す
る。もしエッチャントが固体なら（たとえば電解又はプ
ラズマスプレー手段により）、たとえば表面上にエッチ
ャントを堆積させるか、たとえば適当な力を加えること
により、表面に対してエッチャントを押しやることによ
り、密着させることができる。
用した特許明細書中に述べられているすべてのエッチャ
ントがある。それらには（固体、粉末、溶融又は部分溶
融）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＴｉ、希土類（Ｙ及びランタ
ニド）及び希土類／金属合金が含まれる。後者中の金属
（又は複数の金属）は、希土類の融点より合金の融点が
より低くなるように選択される。金属の例はＮｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｏ、Ａｌ及びＡｇである。エッチャントは、エッ
チすべきＰＣＤ表面及びエッチ減速材料と密着すること
が望ましい。エッチャントが液体なら自動的に密着す
る。もしエッチャントが固体なら（たとえば電解又はプ
ラズマスプレー手段により）、たとえば表面上にエッチ
ャントを堆積させるか、たとえば適当な力を加えること
により、表面に対してエッチャントを押しやることによ
り、密着させることができる。
【００１５】たとえば、希土類金属の薄いシートを、エ
ッチ減速材料で部分的に被覆されたＰＣＤ基体間にはさ
んでもよく、得られたダイヤモンド／希土類／ダイヤモ
ンド−−積層構造を希土類箔が溶融するまで加熱する。
あるいは、部分的に被覆されたＰＣＤ基体を一定量の溶
融希土類中に浸してもよい。
ッチ減速材料で部分的に被覆されたＰＣＤ基体間にはさ
んでもよく、得られたダイヤモンド／希土類／ダイヤモ
ンド−−積層構造を希土類箔が溶融するまで加熱する。
あるいは、部分的に被覆されたＰＣＤ基体を一定量の溶
融希土類中に浸してもよい。
【００１６】考えられるエッチ減速材料の中には、プロ
セス温度において、与えられたエッチャントと金属間化
合物を形成しないこととともに、小さな（典型的な場合
５以下、好ましくは２以下の原子パーセント）相互溶解
度をもつことを特徴とする材料（しばしば金属）があ
る。これらには、（固体、部分的又は完全に溶融、又は
粉末）Ｆｅの場合には、Ａｇ及び銀合金、Ｃａ及びＣａ
合金、Ｍｇ及びＭｇ合金、（固体、部分的又は完全に溶
融、又は粉末）希土類及び希土類／金属エッチャントの
場合には、周期律表の６Ｂ、５Ｂ及び４Ｂ族から選択さ
れた、たとえばＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂのような）耐
熱性金属が含まれる。（固体、部分的又は完全に溶融又
は粉末）Ｍｎエッチャントの場合、Ｃａ又はＭｇがＷ、
Ｚｒ、Ｂとともにエッチ減速材料として使用でき、Ｐも
可能であるがＭｎに対してはあまり好ましいエッチ減速
材料ではない。
セス温度において、与えられたエッチャントと金属間化
合物を形成しないこととともに、小さな（典型的な場合
５以下、好ましくは２以下の原子パーセント）相互溶解
度をもつことを特徴とする材料（しばしば金属）があ
る。これらには、（固体、部分的又は完全に溶融、又は
粉末）Ｆｅの場合には、Ａｇ及び銀合金、Ｃａ及びＣａ
合金、Ｍｇ及びＭｇ合金、（固体、部分的又は完全に溶
融、又は粉末）希土類及び希土類／金属エッチャントの
場合には、周期律表の６Ｂ、５Ｂ及び４Ｂ族から選択さ
れた、たとえばＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂのような）耐
熱性金属が含まれる。（固体、部分的又は完全に溶融又
は粉末）Ｍｎエッチャントの場合、Ｃａ又はＭｇがＷ、
Ｚｒ、Ｂとともにエッチ減速材料として使用でき、Ｐも
可能であるがＭｎに対してはあまり好ましいエッチ減速
材料ではない。
【００１７】可能なエッチ減速材料の中にはまた、酸化
物、窒化物、カーバイド及びホウ化物のようなセラミッ
クがある。Ｌａ又はＣｅ酸化物のような希土類酸化物
も、エッチ減速材料として使用できる。典型的な場合、
セラミックエッチ減速層は、エッチャントにより、比較
的ゆっくり侵食される。希土類酸化物は他のエッチ減速
材料より溶融希土類エッチャントに対して、より安定で
あるため、希土類酸化物層は他のエッチ減速層より、典
型的な場合、薄くてよく、ホウ化物についても同様であ
ろう。
物、窒化物、カーバイド及びホウ化物のようなセラミッ
クがある。Ｌａ又はＣｅ酸化物のような希土類酸化物
も、エッチ減速材料として使用できる。典型的な場合、
セラミックエッチ減速層は、エッチャントにより、比較
的ゆっくり侵食される。希土類酸化物は他のエッチ減速
材料より溶融希土類エッチャントに対して、より安定で
あるため、希土類酸化物層は他のエッチ減速層より、典
型的な場合、薄くてよく、ホウ化物についても同様であ
ろう。
【００１８】“相互溶解度”というのは、エッチング温
度におけるエッチング時間中のエッチャント金属中のエ
ッチ減速材料の溶解度又はその逆を意味する。そのよう
な溶解は、もし起こるなら、典型的な場合、固相拡散又
は母体金属中への液相輸送により起こる。エッチ減速材
料は元素でもよく、合金添加物を少量（典型的な場合、
合計で２０原子パーセント）含んでもよい。そのような
添加物は、たとえば融点及び最適プロセス温度を調整す
る目的で溶解度を調整するため又は多孔質エッチ減速薄
膜を形成するために役立つ。後者は典型的な場合、異な
る溶解度を有する二相又はそれ以上の相を含む材料を含
む。
度におけるエッチング時間中のエッチャント金属中のエ
ッチ減速材料の溶解度又はその逆を意味する。そのよう
な溶解は、もし起こるなら、典型的な場合、固相拡散又
は母体金属中への液相輸送により起こる。エッチ減速材
料は元素でもよく、合金添加物を少量（典型的な場合、
合計で２０原子パーセント）含んでもよい。そのような
添加物は、たとえば融点及び最適プロセス温度を調整す
る目的で溶解度を調整するため又は多孔質エッチ減速薄
膜を形成するために役立つ。後者は典型的な場合、異な
る溶解度を有する二相又はそれ以上の相を含む材料を含
む。
【００１９】エッチ減速材料によるダイヤモンドエッチ
ングの減速の程度は、減速材料の厚さに直接関係し、薄
い膜の場合には比較的減速は小さく、より厚い膜の場合
には減速は大きく、非常に厚い膜の場合にはダイヤモン
ド材料の除去が本質的に完全に妨げられる。しかし、与
えられたエッチ減速材料の効果は、典型的な場合、加熱
処理の温度及び継続時間とともにエッチャントに依存す
る。当業者は、入手できる相図から単純な基本的エッチ
ング実験を行うことにより、与えられた温度及び与えら
れたエッチング時間に対するダイヤモンドの除去量とと
もに適切なエッチ減速材料／エッチャント組成を容易に
決めることができる。たとえば、これらの基本的実験に
は、エッチ減速材料厚の関数として、ダイヤモンドの除
去量を決めることが含まれる。多孔質のエッチ減速薄膜
の場合、エッチングの程度又は速度は、典型的な場合、
薄膜の多孔度にも依存する。
ングの減速の程度は、減速材料の厚さに直接関係し、薄
い膜の場合には比較的減速は小さく、より厚い膜の場合
には減速は大きく、非常に厚い膜の場合にはダイヤモン
ド材料の除去が本質的に完全に妨げられる。しかし、与
えられたエッチ減速材料の効果は、典型的な場合、加熱
処理の温度及び継続時間とともにエッチャントに依存す
る。当業者は、入手できる相図から単純な基本的エッチ
ング実験を行うことにより、与えられた温度及び与えら
れたエッチング時間に対するダイヤモンドの除去量とと
もに適切なエッチ減速材料／エッチャント組成を容易に
決めることができる。たとえば、これらの基本的実験に
は、エッチ減速材料厚の関数として、ダイヤモンドの除
去量を決めることが含まれる。多孔質のエッチ減速薄膜
の場合、エッチングの程度又は速度は、典型的な場合、
薄膜の多孔度にも依存する。
【００２０】エッチ減速材料は任意の適切な技術により
堆積させてよい。たとえば、スパッタリング、分子線エ
ピタキシー、プラズマスプレーのような物理的堆積技
術、有機金属化合物の分解といった化学的堆積技術、無
電解又は電解堆積又はそれらの組合せがある。
堆積させてよい。たとえば、スパッタリング、分子線エ
ピタキシー、プラズマスプレーのような物理的堆積技
術、有機金属化合物の分解といった化学的堆積技術、無
電解又は電解堆積又はそれらの組合せがある。
【００２１】セラミック・エッチ減速材料は、たとえば
ＲＦスパッタリング又は電解メッキにより形成してよ
い。あるいは、金属層を堆積させ、続いて酸化、窒化、
炭化等によりセラミックに変換させてもよい。
ＲＦスパッタリング又は電解メッキにより形成してよ
い。あるいは、金属層を堆積させ、続いて酸化、窒化、
炭化等によりセラミックに変換させてもよい。
【００２２】エッチ減速材料は典型的な場合、しばしば
不均一な厚さをもつパターン形成された層の形をとって
よい。パターン形成はたとえばフォトリソグラフィ及び
エッチング、あるいはシャドーマスクを通した堆積とい
った適当な技術によって行える。不均一な厚さは、堆積
条件（たとえば、堆積源の中心位置をずらす、堆積角を
変える、シャッタを用いる）を選ぶか、（たとえば選択
的化学エッチング又は傾斜エッチングにより）除去する
ことにより、生成することができる。そのような技術は
当業者には知られている。厚さの変化はしばしば勾配を
つけることであるが、本質的に階段状でもよい。エッチ
減速材料の厚さは、典型的な場合１００μｍ以下であ
る。ＰＣＤウエハの厚さの変動を除去するか減らすこと
を目的とする実施例においては、エッチ減速材料の厚さ
は、典型的な場合、本質的にゼロから約１μｍ及び約１
０μｍの間の値まで滑らかに変化し、ＰＣＤウエハのよ
り薄い部分上のエッチ減速薄膜の厚さは、より厚い。
不均一な厚さをもつパターン形成された層の形をとって
よい。パターン形成はたとえばフォトリソグラフィ及び
エッチング、あるいはシャドーマスクを通した堆積とい
った適当な技術によって行える。不均一な厚さは、堆積
条件（たとえば、堆積源の中心位置をずらす、堆積角を
変える、シャッタを用いる）を選ぶか、（たとえば選択
的化学エッチング又は傾斜エッチングにより）除去する
ことにより、生成することができる。そのような技術は
当業者には知られている。厚さの変化はしばしば勾配を
つけることであるが、本質的に階段状でもよい。エッチ
減速材料の厚さは、典型的な場合１００μｍ以下であ
る。ＰＣＤウエハの厚さの変動を除去するか減らすこと
を目的とする実施例においては、エッチ減速材料の厚さ
は、典型的な場合、本質的にゼロから約１μｍ及び約１
０μｍの間の値まで滑らかに変化し、ＰＣＤウエハのよ
り薄い部分上のエッチ減速薄膜の厚さは、より厚い。
【００２３】エッチングは典型的な場合、３００−１２
００℃の範囲の温度で１０００時間以下の時間、好まし
くは５００−１０００℃で０．１−５０時間の処理を含
む。処理は非酸化（たとえばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2）又は還
元（たとえば、Ｈ2 又はＨ2＋不活性ガス）雰囲気中で
行うと有利である。拡散によるエッチングが完了した
後、（エッチャント及びエッチ減速材料の両方からの）
反応及び未反応材料は、たとえば化学エッチングにより
ＰＣＤ基体から除去すると有利である。もし必要なら、
その後ＰＣＤ基体の表面を更に平滑な表面とするため従
来の手段により研磨してもよい。
００℃の範囲の温度で１０００時間以下の時間、好まし
くは５００−１０００℃で０．１−５０時間の処理を含
む。処理は非酸化（たとえばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2）又は還
元（たとえば、Ｈ2 又はＨ2＋不活性ガス）雰囲気中で
行うと有利である。拡散によるエッチングが完了した
後、（エッチャント及びエッチ減速材料の両方からの）
反応及び未反応材料は、たとえば化学エッチングにより
ＰＣＤ基体から除去すると有利である。もし必要なら、
その後ＰＣＤ基体の表面を更に平滑な表面とするため従
来の手段により研磨してもよい。
【００２４】上述の整形技術は、ＰＣＤ基体に限定され
ず、単結晶ダイヤモンドにも適用できる。しかし、単結
晶ダイヤモンドの整形は、ＰＣＤダイヤモンドの整形よ
り一般に問題が少ないため、本発明の技術を単結晶ダイ
ヤモンドとともに用いることは、商業的な関心はより小
さい可能性がある。
ず、単結晶ダイヤモンドにも適用できる。しかし、単結
晶ダイヤモンドの整形は、ＰＣＤダイヤモンドの整形よ
り一般に問題が少ないため、本発明の技術を単結晶ダイ
ヤモンドとともに用いることは、商業的な関心はより小
さい可能性がある。
【００２５】整形技術は、典型的な場合、ＰＣＤ薄膜又
はウエハである多数のダイヤモンド基体を大量処理する
のに適用すると有利である。たとえば、基体のそれぞれ
に適当にパターン形成され整形されたエッチ減速薄膜を
堆積させた後（恐らく、表面の一部をマスクした後）、
基体の間に希土類箔をはさんでダイヤモンド基体の積層
構造を形成し、積層構造はプロセス温度に加熱される。
当業者は、大量処理が可能であることは非常に有利であ
ることを認識するであろう。
はウエハである多数のダイヤモンド基体を大量処理する
のに適用すると有利である。たとえば、基体のそれぞれ
に適当にパターン形成され整形されたエッチ減速薄膜を
堆積させた後（恐らく、表面の一部をマスクした後）、
基体の間に希土類箔をはさんでダイヤモンド基体の積層
構造を形成し、積層構造はプロセス温度に加熱される。
当業者は、大量処理が可能であることは非常に有利であ
ることを認識するであろう。
【００２６】エッチング、残留物の除去（及び恐らく研
磨）が完了した後、ダイヤモンド基体は典型的な場合、
多数のダイヤモンドチップに分割され、それらは各種の
用途に使用できる。たとえば、そのようなダイヤモンド
チップはヒートシンク（たとえば、銅スタッド）上に接
着され、半導体レーザ、ＬＥＤ又は他の光電子デバイス
又は部品がチップ上にマウントされ、チップは放熱器と
して働く。そのような構成は、たとえば光ファイバ送信
機中で用いると有利である。本発明に従って生成される
ダイヤモンド基体は、たとえば高パワー電子デバイス又
は部品とともに、受動光部品（たとえばレンズ）、Ｘ線
窓、赤外窓として、研磨又は切断器具又は能動電子デバ
イスとしても使用できる。
磨）が完了した後、ダイヤモンド基体は典型的な場合、
多数のダイヤモンドチップに分割され、それらは各種の
用途に使用できる。たとえば、そのようなダイヤモンド
チップはヒートシンク（たとえば、銅スタッド）上に接
着され、半導体レーザ、ＬＥＤ又は他の光電子デバイス
又は部品がチップ上にマウントされ、チップは放熱器と
して働く。そのような構成は、たとえば光ファイバ送信
機中で用いると有利である。本発明に従って生成される
ダイヤモンド基体は、たとえば高パワー電子デバイス又
は部品とともに、受動光部品（たとえばレンズ）、Ｘ線
窓、赤外窓として、研磨又は切断器具又は能動電子デバ
イスとしても使用できる。
【００２７】例１ （５９８μｍ厚の）ＰＣＤ板を、２５０μｍ厚のＣｅ箔
を板の表面上に置き、その組合せを９２０℃に４時間ア
ルゴン中に保つことによりエッチングした。冷却後、反
応及び未反応Ｃｅを酸エッチングにより除去し、ダイヤ
モンド板の厚さを測定した。それは最初の値から約５６
μｍ減少した。
を板の表面上に置き、その組合せを９２０℃に４時間ア
ルゴン中に保つことによりエッチングした。冷却後、反
応及び未反応Ｃｅを酸エッチングにより除去し、ダイヤ
モンド板の厚さを測定した。それは最初の値から約５６
μｍ減少した。
【００２８】例２ （例１で用いたものと本質的に同じ）もう１つのＰＣＤ
板上に、約１μｍの（均一な）厚さのＭｏ層をスパッタ
堆積させ、Ｃｅエッチング熱処理を施し、例１の浄化処
理をした。ＰＣＤ板の厚さをわずかに約９μｍだけ減ら
し、エッチ減速材料としてのＭｏの効果を出させ、上で
引用した具体的なパラメータの組合せに対する減速の程
度を確認した。
板上に、約１μｍの（均一な）厚さのＭｏ層をスパッタ
堆積させ、Ｃｅエッチング熱処理を施し、例１の浄化処
理をした。ＰＣＤ板の厚さをわずかに約９μｍだけ減ら
し、エッチ減速材料としてのＭｏの効果を出させ、上で
引用した具体的なパラメータの組合せに対する減速の程
度を確認した。
【００２９】例３ ＰＣＤ板を本質的に例１で述べたようにエッチングした
が、３００μｍのＬａ箔を用いたことが異なる。組合せ
を９２０℃に４時間保った。板の厚さは約３１μｍだけ
減少した。
が、３００μｍのＬａ箔を用いたことが異なる。組合せ
を９２０℃に４時間保った。板の厚さは約３１μｍだけ
減少した。
【００３０】例４ ＰＣＤ板を本質的に例３で述べたようにエッチングした
が、０．２μｍのＭｏ層をダイヤモンド板の表面上にス
パッタ堆積させたことが異なる。処理により、板の厚さ
はわずかに約１５μｍだけ減少した。これにより、エッ
チ減速材料としてのＭｏの有効さ及び別のパラメータの
組合せの減速の程度が確認された。
が、０．２μｍのＭｏ層をダイヤモンド板の表面上にス
パッタ堆積させたことが異なる。処理により、板の厚さ
はわずかに約１５μｍだけ減少した。これにより、エッ
チ減速材料としてのＭｏの有効さ及び別のパラメータの
組合せの減速の程度が確認された。
【００３１】例５ 厚さが、一端の２００μｍから他端の約２５０μｍまで
本質的に一様に変化する厚さをもつＰＣＤ基体（２ｃｍ
幅、１０ｃｍ長）を、中心をずらしたスパッタリングに
より、Ｍｏ薄膜で被覆する。Ｍｏ薄膜は厚さが本質的に
０．１μｍから２μｍまで一様に変化し、薄膜の厚い方
の部分はＰＣＤ基体の薄い方の上にある。組合せのＭｏ
で被覆した側は、９４０℃で８時間、Ａｒ中で溶融した
Ｃｅと接触させる。得られたＰＣＤ基体は、酸浄化の
後、約２００μｍの本質的に一様な厚さをもち、変化は
１０μｍ以下である。
本質的に一様に変化する厚さをもつＰＣＤ基体（２ｃｍ
幅、１０ｃｍ長）を、中心をずらしたスパッタリングに
より、Ｍｏ薄膜で被覆する。Ｍｏ薄膜は厚さが本質的に
０．１μｍから２μｍまで一様に変化し、薄膜の厚い方
の部分はＰＣＤ基体の薄い方の上にある。組合せのＭｏ
で被覆した側は、９４０℃で８時間、Ａｒ中で溶融した
Ｃｅと接触させる。得られたＰＣＤ基体は、酸浄化の
後、約２００μｍの本質的に一様な厚さをもち、変化は
１０μｍ以下である。
【図１】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に描
いた図である。
いた図である。
【図２】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に描
いた図である。
いた図である。
【図３】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に描
いた図である。
いた図である。
【図４】それぞれ図３、５及び７の技術で得られた整形
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
【図５】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に描
いた図である。
いた図である。
【図６】それぞれ図３、５及び７の技術で得られた整形
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
【図７】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に描
いた図である。
いた図である。
【図８】それぞれ図３、５及び７の技術で得られた整形
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
されたＰＣＤ基体を概略的に示す図である。
【図９】ファセットのあるＰＣＤ表面を本質的に平滑に
できる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術における
段階を概略的に示す図である。
できる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術における
段階を概略的に示す図である。
【図１０】ファセットのあるＰＣＤ表面を本質的に平滑
にできる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術におけ
る段階を概略的に示す図である。
にできる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術におけ
る段階を概略的に示す図である。
【図１１】ファセットのあるＰＣＤ表面を本質的に平滑
にできる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術におけ
る段階を概略的に示す図である。
にできる本発明に従うもう１つのＰＣＤ整形技術におけ
る段階を概略的に示す図である。
【図１２】本発明のＰＣＤ整形技術の実施例を概略的に
描いた図である。
描いた図である。
１０ ＰＣＤ基体 １１ 液体金属 １２ エッチ減速金属 ２１ エッチャント薄膜 ３０，３０’ ＰＣＤ基体 ３１ 溶融希土類薄膜 ３２ エッチ減速材料 ５０，５０’ ＰＣＤ基体 ５１ エッチャント ５２ エッチ減速金属基体 ７０，７０’ ＰＣＤ基体 ７１ エッチャント層 ７２ エッチ減速金属層 ９０，９０’ ＰＣＤ基体 ９２ エッチ減速材料 ９０１ エッチャント １２０ ＰＣＤ基体 １２１ エッチ減速材料 １２２ エッチャント
Claims (9)
- 【請求項１】 ａ）主表面を有するダイヤモンド出発基
体を準備し、出発基体をプロセスにより、加工基体に変
換し、 ｂ）プロセスは前記出発基体の主表面の少なくとも一部
から、一定量のダイヤモンド材料を除去することを含む
加工されたダイヤモンド基体を含む製品の作製方法にお
いて、 工程ｂ）は、 ｉ）出発基体の主表面の少なくとも１つのあらかじめ決
められた部分上に、必ずしも均一でないあらかじめ決め
られた厚さのエッチ減速材料の層を形成すること；及び ii）前記エッチ減速材料の前記層の少なくとも一部を、
前記量のダイヤモンド材料を除去するのに効果的なプロ
セス温度及びプロセス時間、エッチャントに接触させ、
前記エッチ減速材料は５原子パーセント以下の相互溶解
度を有し、前記温度において、前記エッチャントと金属
間化合物を形成しない材料から選択されることを特徴と
する方法。 - 【請求項２】 出発ダイヤモンド基体は多結晶ダイヤモ
ンド基体である請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｙ、ランタン
希土類及びそれらの合金から成る類から選択されたエッ
チャントを準備する請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 エッチャントは溶融体又は部分的な溶融
体である請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 エッチ減速材料は、Ａｇ、Ｃａ、Ｍｇ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｂ及びＰ、及びそれらの合金から成る類から選択される
請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 エッチ減速材料は酸化物、窒化物、炭化
物及びホウ化物から成る類から選択されたセラミックで
ある請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 プロセス温度は５００−１０００℃の範
囲で、プロセス時間は０．１−５０時間の範囲である請
求項１記載の方法。 - 【請求項８】 複数のダイヤモンド基体を準備し、請求
項１記載の方法に従って、各出発基体から一定量のダイ
ヤモンド材料を同時に除去することを含む請求項２記載
の方法。 - 【請求項９】 半導体レーザ又は発光ダイオードを、加
工されたダイヤモンド基体上にマウントすることを更に
含む請求項２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US08/114,704 US5382314A (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Method of shaping a diamond body |
| US114704 | 1993-08-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| US (1) | US5382314A (ja) |
| EP (1) | EP0645478B1 (ja) |
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