(57)【要約】【課題】本発明は、効率的にダイヤモンド基板を製造する方法を提供することを課題とする。【解決手段】以下の各工程を含む、ダイヤモンド基板の製造方法を提供することで課題は解決される：支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；複合基板を、前記形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程；被加工基板から支持基板を分離して、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を得る、分離工程。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の各工程を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；
複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程；
被加工基板から支持基板を分離して、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を得る、分離工程。
【請求項２】
形成工程をＣＶＤ法により行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
形成工程を５００〜１３００℃の支持基板温度で行う、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
加工工程における加工温度が、形成工程における支持基板温度に対して±２００℃以内である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
加工工程における加工温度が、形成工程における支持基板温度に対して±５０℃以内である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
加工として、複合基板のダイヤモンド層もしくはダイヤモンド層と支持基板の両方に、少なくともレーザーカットを施す、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
支持基板の材質が、グラファイト、ダイヤモンド、シリコン、炭化珪素、窒化アルミニウム、サファイア、銅、ニッケル、窒化珪素、アルミナ、モリブデン、ニオブ、タングステン、アルミニウム、チタンおよび酸化ガリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
形成工程において、ダイヤモンド層を形成するための原料ガスとして、水素、炭素原子を含むガス、ＮＦ３ガスの混合ガスを用い、
該原料ガスが、該原料ガスの全量に対して水素を５０〜９９．９９ｖｏｌ％、該水素に対して、炭素原子を含むガスを０．０１〜５０ｖｏｌ％、及び該炭素原子を含むガスに対して、ＮＦ３ガスを０．００１〜１ｖｏｌ％含有する、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
以下の各工程を含む、ダイヤモンド層と支持基板とを備える被加工基板の製造方法。
支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；
複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、高い熱伝導率、高硬度、ワイドバンドギャップ、高い透明性などの優れた特性を有するため、熱拡散用途、加工用途、パワー半導体基板、高強度レーザー窓材などの材料として有用である。
【０００３】
その熱拡散用途において、ダイヤモンド多結晶体の表面に金属板を備えるダイヤモンドヒートシンクや熱拡散基板が知られている。これらは、デバイス実装プロセスに適合するよう、数ｍｍ角程度の適切なサイズで利用される。
【０００４】
ダイヤモンドは種々の方法で人工的に製造される。例えば、特許文献１に開示されているような高温高圧法、特許文献２に開示されているようなＣＶＤ法による真空成膜などが挙げられる。また、特許文献３には、ダイヤモンドをレーザーカットにより成型加工する例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−１４００１７号公報
【特許文献２】特表２００４−５０３４６０号公報
【特許文献３】特開２００９−１６７０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＶＤ法によるダイヤモンド基板の製造においては、（１）ダイヤモンドの原料ガスを熱やプラズマによって分解し、用意した支持基板上にダイヤモンド層を形成する、形成工程と、（２）当該形成工程で得られたダイヤモンド層と支持基板とを備える複合基板に、レーザーカットを施して適切なサイズに成型する、加工工程と、（３）成型後の複合基板から支持基板を分離してダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を得る、分離工程、とを行うのが一般的である。このような製造においては、大面積の支持基板上にダイヤモンド層を形成させ、加工工程を施すことで、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を大量に生産することが望まれている。
【０００７】
一般的に、形成工程においては、支持基板上にダイヤモンド層を形成させる際に、当該支持基板を１０００℃程度に加熱する必要がある。その結果、ダイヤモンド層と支持基板との熱膨張係数の不整合により応力が生じる。特に２インチを超えるような大型支持基板上にダイヤモンド層を形成した場合には、前述の応力の影響により、加工工程において、ダイヤモンド層と支持基板に反り、クラックなどが発生することがあり、その結果、歩留まりが低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的なダイヤモンド基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた。その結果、ダイヤモンド基板層と支持基板とを備える複合基板に、所定の条件下で加工することで、加工後の複合基板における反りの抑制や、クラックを低減させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は以下の各発明を含む。
［発明１］
以下の各工程を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；
複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程；
被加工基板から支持基板を分離して、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を得る、分離工程。
［発明２］
形成工程をＣＶＤ法により行う、発明１に記載の方法。
［発明３］
形成工程を５００〜１３００℃の支持基板温度で行う、発明１または２に記載の方法。
［発明４］
加工工程における加工温度が、形成工程における支持基板温度に対して±２００℃以内である、発明１〜３のいずれかに記載の方法。
［発明５］
加工工程における加工温度が、形成工程における支持基板温度に対して±５０℃以内である、発明１〜４のいずれかに記載の方法。
［発明６］
加工として、複合基板のダイヤモンド層もしくはダイヤモンド層と支持基板の両方に、少なくともレーザーカットを施す、発明１〜５のいずれかに記載の方法。
［発明７］
支持基板の材質が、グラファイト、ダイヤモンド、シリコン、炭化珪素、窒化アルミニウム、サファイア、銅、ニッケル、窒化珪素、アルミナ、モリブデン、ニオブ、タングステン、アルミニウム、チタンおよび酸化ガリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、発明１〜６のいずれかに記載の方法。
［発明８］
形成工程において、ダイヤモンド層を形成するための原料ガスとして、水素、炭素原子を含むガス、ＮＦ３ガスの混合ガスを用い、
該原料ガスが、該原料ガスの全量に対して水素を５０〜９９．９９ｖｏｌ％、該水素に対して、炭素原子を含むガスを０．０１〜５０ｖｏｌ％、及び該炭素原子を含むガスに対して、ＮＦ３ガスを０．００１〜１ｖｏｌ％含有する、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
［発明９］
以下の各工程を含む、ダイヤモンド層と支持基板とを備える被加工基板の製造方法。
支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；
複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加工後の複合基板における反りの抑制や、クラックを低減させることができるため、高い良品率を示す。したがって、本発明は、効率的なダイヤモンド基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例及び比較例の、Ｎ／Ｃに対する成長速度をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について説明する。本発明は以下の実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施態様に対し適宜変更、改良が加えられたものも本発明に含まれるものとして扱われる。
【００１４】
本発明に係るダイヤモンド基板の製造方法（以下、「本発明に係る方法」と呼ぶことがある。）は、以下の各工程を含む；
支持基板上にダイヤモンド層を形成して複合基板とする、形成工程；
複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする、加工工程；
被加工基板から支持基板を分離して、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板を得る、分離工程。
【００１５】
［形成工程］
形成工程においては、支持基板上にダイヤモンド層を成長させて形成する。これにより、支持基板上にダイヤモンド層を備える複合基板が得られる。
【００１６】
支持基板の材質は、該支持基板上にダイヤモンド層を形成させることができるものであれば特に限定されない。例えば、カーボン類、金属、合金、セラミックス、セラミックス−金属等が挙げられる。より具体的には、グラファイト、ダイヤモンド、シリコン、炭化珪素、窒化アルミニウム、サファイア、銅、ニッケル、窒化珪素、アルミナ、モリブデン、ニオブ、タングステン、アルミニウム、チタン、酸化ガリウム等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらは単種類であってもよいし、二種以上を含んでいてもよい。また、いくつかの態様において、支持基板は、複数の層からなる積層基板であってもよく、例えば、前述の材質からなる第一の層と、第一の層とは別の材質からなる第二の層とからなる複層基板であってもよい。
【００１７】
いくつかの態様において、支持基板としては、以下の材質が例示できるがこれらに限定されない：
グラファイト；ダイヤモンド；シリコン；炭化珪素；アルミニウム−炭化珪素；マグネシウム−炭化珪素；窒化アルミニウム単結晶；窒化アルミニウムセラミックス；サファイア；銅；銅−タングステン合金；銅−モリブデン合金；銅−炭素合金；ニッケル；ニッケル−炭素合金；窒化珪素；アルミナ；モリブデン；タングステン；アルミニウム；アルミニウム−炭素合金；チタン。
【００１８】
いくつかの態様において、好ましい支持基板としては、以下の材質が例示できる；
シリコン；炭化珪素；アルミニウム−炭化珪素；窒化アルミニウム；サファイア；銅−タングステン合金；銅−モリブデン合金；銅−炭素合金；窒化珪素；アルミナ；モリブデン；タングステン；アルミニウム；チタン。
【００１９】
支持基板の形状は特に限定されず、例えば、円形状や方形であっても良い。また、支持基板のサイズは特に限定されない。いくつかの態様において、支持基板が円形の場合は、大型化という観点から、支持基板の直径は２インチ以上であることが好ましく、３インチ以上であることがより好ましく、６インチ以上であることが特に好ましい。直径の上限値は特に限定されないが、実用上の観点から１０インチ以下が好ましく、８インチ以下が特に好ましい。いくつかの態様において、支持基板が方形の場合は、大型化という観点から、５０ｍｍ×５０ｍｍ以上であることが好ましく、７５ｍｍ×７５ｍｍ以上であることがより好ましく、寸法の上限値は２００ｍｍ×２００ｍｍ以下が好ましいが、これらに限定されない。また、いくつかの態様において、支持基板の厚みの下限値は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上であることが特に好ましい。厚みの上限値は、５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００２０】
形成工程において、支持基板上にダイヤモンド層を成長させる方法は特に限定されず、公知の方法が利用できる。具体例としては、パルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ法）や、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）等の気相成長法等を用いることが好ましいが、これらに限定されない。支持基板上にダイヤモンド層を成長させる際に、支持基板の加熱を伴う成長方法が好適である。
【００２１】
形成工程において、支持基板にはあらかじめ、一般的に施される前処理を施すことが好ましい。この前処理としては、例えば、支持基板の洗浄、乾燥や、ダイヤモンドの種結晶の配置などが挙げられるが、これらに限定されない。ダイヤモンド以外の材質の支持基板を用いる場合、支持基板上に種結晶を配置することによって、ダイヤモンドの核形成を促進させることが可能である。ダイヤモンドの種結晶の配置は既存の方法を用いればよく、例えばダイヤモンドパウダーを用いて有機溶剤中で超音波処理を行う方法、ダイヤモンドパウダーを用いて機械的に研磨処理を行う方法、支持基板上にＰｔやＩｒなどをヘテロエピタキシャル成長させた中間膜（中間層）を形成し、該中間膜（中間層）上に種結晶を配置する方法等が知られている。上記のような処理を経ることによって、支持基板上に微細なダイヤモンド粒子が埋め込まれ、当該粒子が種結晶となってダイヤモンド層の形成を促進すると考えられている。種結晶を配置した後、支持基板は水やアルコール等で洗浄し、乾燥してからダイヤモンド層の形成に供することが好ましい。なお、材質がダイヤモンドの支持基板を用いる場合は、上記のような種結晶の配置を必ずしも行わなくともよい。
【００２２】
ＰＬＤ法では、例えば、酸素雰囲気下あるいは水素雰囲気下でグラファイト、アモルファスカーボン又はダイヤモンドを含有するターゲットに対し、レーザースパッタリングを行ってターゲットから炭素を飛散させ、支持基板上にダイヤモンド層を成長させる。炉内圧力、支持基板の温度、ターゲットと支持基板との間の距離は特に限定されない。通常、炉内圧力は１×１０−４Ｐａ〜１００Ｐａ、支持基板の温度は３００〜１０００℃、ターゲットと支持基板との間の距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍであるが、これらに限定されない。
【００２３】
ＣＶＤ法では、例えば、ＣＶＤ成長炉内に支持基板を配置し、該支持基板上にダイヤモンドを成長させる。成長方法は特に限定されず、例えば、直流プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、燃焼炎法、アークジェット法、プラズマジェット法等が利用可能である。
【００２４】
ＣＶＤ法において、原料ガスとして水素と、炭素原子を含むガスを使用する。一般的には、水素とともに、炭素原子を含むガスとして、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などの炭化水素や、メタノール、エタノールなどのアルコールや、ＣＯやアセトンなどの炭素原子含有化合物を使用する。これらの原料ガスは別々にＣＶＤ成長炉内に供してもよいし、混合して供してもよい。また、必要に応じて、原料ガスには窒素源ガス、酸素、ハロゲンガスが含まれてもよい。
【００２５】
本発明の一態様において、原料ガスに窒素源ガスを含み、該窒素源ガスとしてＮＦ３を用いる。ＮＦ３ガスを用いることによって、ダイヤモンドの成長速度を速くすることができる。この場合、原料ガスの全量に対して水素を５０〜９９．９９ｖｏｌ％、該水素に対して、炭素原子を含むガスを０．０１〜５０ｖｏｌ％、及び該炭素原子を含むガスに対して、ＮＦ３ガスを０．００１〜１ｖｏｌ％、より好ましくは０．０１〜１ｖｏｌ％、含有することが好ましい。
【００２６】
ＣＶＤ法において、炉内圧力、支持基板の温度は特に限定されない。通常、炉内圧力は約１×１０３Ｐａ〜約１×１０５Ｐａ、支持基板の温度は５００〜１３００℃に保ち、原料ガスを該支持基板上に供してダイヤモンドを成長させる（形成する）。いくつかの態様において、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド層の成長（形成）は、発生させたプラズマによる加熱で支持基板を５００〜１３００℃に保ち、支持基板上に活性種を堆積させて、ダイヤモンドを成長（形成）させる。
【００２７】
形成工程により、支持基板上にダイヤモンド層が形成され、ダイヤモンド層と支持基板とを備える複合基板が得られる。
【００２８】
［加工工程］
加工工程においては、ダイヤモンド層と支持基板とを備える複合基板を、形成工程における支持基板と略同一温度下で加工して被加工基板とする。この略同一温度は、形成工程で形成されたダイヤモンド層の厚みや、支持基板とダイヤモンドの熱膨張係数差にも依存するが、通常、形成工程における支持基板温度の±２００℃以内であり、好ましくは±１００℃以内であり、より好ましくは±５０℃以内である。
【００２９】
加工工程は、形成工程後に行ってもよいし、形成工程とともに行ってもよいし、あるいは、形成工程とともに加工工程を行い、形成工程後に加工をさらに行ってもよい。また、いくつかの態様において、形成工程で得られた複合基板に反りが生じるのを抑制するために、形成工程後、加工工程を行うまでの間と、加工工程を行う間は、支持基板温度を形成工程における支持基板温度と略同一温度に保持する（例えば、形成工程における支持基板温度の±２００℃以内、好ましくは±１００℃以内、より好ましくは±５０℃以内に保持する）ことが好ましい。形成工程と加工工程は、同一の装置内で行ってもよいし、別々の装置内で行ってもよいが、効率性や略同一温度保持の容易性の観点から、同一の装置内で行うことが好ましい。また、いくつかの態様において、形成工程と加工工程を同一の装置内で行う場合であって、特に加工としてレーザーカットを施す場合には、後述のＣＶＤ装置を用いることが好ましい。
【００３０】
この加工により、複合基板のダイヤモンド層、もしくは複合基板のダイヤモンド層と支持基板の両方が細分化される。細分化する方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。いくつかの態様において、この加工として、複合基板のダイヤモンド層、もしくは複合基板のダイヤモンド層と支持基板の両方に、少なくともレーザーカットを施す。
【００３１】
いくつかの態様において、複合基板のダイヤモンド層、あるいは、複合基板のダイヤモンド層と支持基板の両方にレーザーを入射して、所望のサイズ、形状にカットする。
【００３２】
レーザーカットに用いるレーザーは、ダイヤモンド膜を細分化するのに十分な出力と適切な波長を備えていれば特に限定されない。レーザーの性能維持の観点からは、固体レーザーが好ましく、カッティングの効率の点では短波長レーザーが好ましい。また、比較的低出力でダイヤモンド膜を切断でき、支持基板にダメージが入り難いことから、パルスレーザーが好ましい。いくつかの態様において、好ましいレーザーとしては、Ｎｄ：ファイバーレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー、高出力半導体レーザーおよびその第二高調波、第三高調波、第四高調波等が挙げられる。
【００３３】
パルス幅としては、光学系の構築が比較的容易であり、レーザー光源も安価であることから、例えば、１０ｆｓもしくは５０ｆｓを下限とし、１ｍｓ、１００ｎｓもしくは５００ｐｓを上限とする。具体的には、１０ｆｓ以上１ｍｓ以下が好ましく、５０ｆｓ以上１００ｎｓ以下が特に好ましい。平均出力は、光学系や波長にも依存するので一概にはいえないが、基本波出力として１０Ｗ以上が好ましい。パルスの繰返し速度はレーザーシステムなどに依存するため一概には規定できないが、１ｋＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下が好ましい。
【００３４】
レーザーのスキャンには、光学系の機械的平行移動やガルバノミラーなどのスキャン光学系を適宜用いることができる。ガルバノミラーを用いる場合は、集光光学系にｆθレンズまたは相応する反射光学系を用いることが好ましい。
【００３５】
ダイヤモンド層を形成しながらレーザーカットする場合は、継続するダイヤモンド層の形成によって、カット後の切断面に空洞や欠陥が生じることがあるため、適切な時間間隔で同じ場所を再カットすることが好ましい。このためには、レーザーを比較的高速でスキャンして行くことが好ましい。ダイヤモンド層の形成速度は、一般的には数十μｍ／ｈ以内であることから、同じ場所を再カットする場合の時間間隔は数時間以内、好ましくは１時間以内、より好ましくは３０分以内である。
【００３６】
カッティング速度を向上させるために、複数台のレーザーを用いたり、大出力のレーザーを複数のビームラインに分割して照射してもよい。
【００３７】
この加工において、レーザーカットによりダイヤモンド層の平面方向と厚み方向に切り込みを入れる。厚み方向への切り込みは、ダイヤモンド層の一部または全部にまで達してもよいし、ダイヤモンド層を貫通して、支持基板の一部または全部にまで達してもよい。例えば、いくつかの態様において、厚み方向への切り込みは、ダイヤモンド層の厚みの半分以上、８割以上、９割以上、あるいは、全部に達する。また、別のいくつかの態様において、厚み方向への切り込みは、ダイヤモンド層を貫通するとともに、支持基板の厚みの１割以下、３割以下、５割以下、７割以下、８割以下、９割以下、あるいは、全部に達する。
【００３８】
被加工基板のサイズは、特に限定されない。形成工程で形成されたダイヤモンド層のサイズにもよるが、通常は２５００ｍｍ２以下であり、下限は特に限定されないが、通常２５ｍｍ２以上である（例えば、２５００ｍｍ２、９００ｍｍ２、１００ｍｍ２、２５ｍｍ２）。いくつかの態様において、被加工基板のサイズは、５ｍｍ角〜５０ｍｍ角である（例えば、５ｍｍ角、１０ｍｍ角、３０ｍｍ角、５０ｍｍ角）。被加工基板の厚みについては、ダイヤモンド層の厚みで、通常０．０１ｍｍ以上であり、上限は特に限定されないが、通常１．５ｍｍ程度である（例えば、０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ）。いくつかの態様において、被加工基板の厚みは、ダイヤモンド層と支持基板の両方の厚みで、通常０．１ｍｍ〜１ｍｍである（例えば、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ）。
【００３９】
いくつかの態様において、被加工基板の温度を降下させる。この温度降下速度は、特に限定されるものではないが、好ましくは２０℃／ｈｒ〜５００℃／ｈｒであり、より好ましくは１００℃／ｈｒ〜３００℃／ｈｒである。この速度であれば熱衝撃によるクラックが発生し難く、また、適度な製造効率を示す。
【００４０】
被加工基板は、後述の分離工程に供してもよいし、そのまま種々の用途に供してもよいし、目的に応じてメタライズ加工やダイシングを行ったり、ダイヤモンド層の表面を研磨して平滑化させてもよい。本発明の方法により、被加工基板の反りが抑制されているため、研磨機に固定する際の応力が低くなり、平面度や平滑度が向上する。また、いくつかの態様において、被加工基板は、熱拡散基板として用いることができる。また、いくつかの態様において、被加工基板のダイヤモンド層に、銅板や窒化アルミニウムセラミックス基板などの高熱伝導率材料を貼ることもできる。
【００４１】
［分離工程］
分離工程においては、被加工基板から支持基板を分離する。これにより、ダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板が得られる。支持基板の分離は公知の方法で行うことができる。いくつかの態様において、支持基板の分離は、ダイヤモンド層と支持基板の接面に機械的に力を加えることで行うことができ、また、他にも電気化学的にエッチングする方法によっても行うことができる。
【００４２】
分離して得られたダイヤモンド層からなるダイヤモンド基板は、目的に応じてメタライズ加工やダイシングを行ったり、ダイヤモンド層の表面を研磨して平滑化させてもよい。また、いくつかの態様において、ダイヤモンド基板は、熱拡散基板として用いることができる。また、いくつかの態様において、ダイヤモンド基板に、銅板や窒化アルミニウムセラミックス基板などの高熱伝導率材料を貼り合わせることもできる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
本実施例において、次のようにして複合基板の良品率を算出した：レーザーカットした複合基板をダイシングし、ダイシング後の複合基板１枚あたりの反り量が３０μｍ以下で、かつ、ダイシングによる割れ、欠けが見られないものを良品と判定し、この良品の枚数を、ダイシング後の複合基板の総数で除して、百分率で表した。また、ダイシング後の複合基板の反り量の総和をダイシング後の複合基板の総数で除したものを「平均反り量」として算出した。
【００４５】
ここで言う「反り量」とは、レーザーカットした複合基板をダイシングし、ダイシング後の複合基板において、支持基板側の表面における最高点と最低点の差で表される。ダイシング後の複合基板の反り量は、支持基板側の表面について、三次元形状測定を行うことで測定可能である。本実施例では、非接触三次元測定装置（三鷹光器株式会社製：ＮＨ−３Ｎ）を用いてダイシング後の複合基板の反り量を測定した。
【００４６】
１．複合基板の製造
【００４７】
［実施例１−１］
支持基板として、２インチφのシリコン基板（厚み：１ｍｍ）表面にダイヤモンドパウダー（平均粒径１μｍ）で傷つけ処理をした後、エタノールで洗浄、及びエアーブローで乾燥させた基板を用意した。この支持基板を熱フィラメントＣＶＤ装置のチャンバー内のステージに設置し、該支持基板温度が１０００℃となるように調整した。原料ガスとしてＨ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを用いて、熱フィラメントＣＶＤ法により支持基板上に厚さ２００μｍのダイヤモンド層を形成し、複合基板を得た。その後、原料ガスの供給を停止し、Ｈ２ガスのみを供給しながら、支持基板温度を１０００℃±２０℃を超えない範囲に保持した。この保持温度で、レーザーにより３．５ｍｍ×３．５ｍｍのサイズにダイヤモンド層をカットした。レーザーカットによるダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量はレーザー焦点位置から算出して平均１９８μｍであった。
【００４８】
ここで、使用したレーザーは、平均出力１０ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）であり、パルス幅は１００ｐｓである。レーザーのスキャンにはガルバノミラーとｆθレンズを用いた。
【００４９】
レーザーカット完了後、基板温度を２００℃／ｈｒの冷却速度で室温まで冷却した。チャンバー内を不活性ガスで置換した後にレーザーカット後の複合基板を取り出した。この複合基板に対して、レーザーカットの跡に沿ってダイサーでダイシングした。平均反り量は４μｍであり、良品率は８３％であった。
【００５０】
［実施例１−２］
２インチφのシリコン基板の代わりに４インチφのシリコン基板（厚み：１ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。ただし、レーザーカット後の冷却速度は３００℃／ｈｒとした。平均反り量は６μｍであり、良品率は８５％であった。
【００５１】
［実施例１−３］
２インチφのシリコン基板の代わりに６インチφのシリコン基板（厚み：１ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の支持基板を用意した。この支持基板を熱フィラメントＣＶＤ装置のチャンバー内のステージに設置し、該支持基板温度が１０００℃となるように調整した。原料ガスとしてＨ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを用いて、熱フィラメントＣＶＤ法により支持基板上にダイヤモンド層を形成しながら、３．５ｍｍ×３．５ｍｍのサイズにダイヤモンド層をレーザーカットした。形成終了時のダイヤモンド層の厚みは２００μｍであった。形成中のレーザーカットによるダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量は、平均１５０μｍであった。形成終了後に原料ガスの供給を停止し、Ｈ２ガスのみを供給しながら、支持基板温度を１０００℃±２０℃を超えない範囲に保持した。この保持温度で、前述のレーザーカットした部位にさらにレーザーカットを施した。後述の複合基板の取り出し後に確認したダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量は平均で２０７μｍであり、これにより、ダイヤモンド層を完全に切断するとともに、支持基板の一部にも切り込みを入れた。
【００５２】
使用したレーザーおよびスキャン方法は実施例１−１と同様である。
【００５３】
レーザーカット完了後、基板温度を１５０℃／ｈｒの冷却速度で室温まで冷却した。チャンバー内を不活性ガスで置換した後に複合基板を取り出した。レーザーカットの跡に沿ってダイサーでダイシングした。平均反り量は９μｍであり、良品率は８０％であった。
【００５４】
［実施例１−４］
５ｍｍ×５ｍｍのサイズに切削した以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は１２μｍであり、良品率は７９％であった。
【００５５】
［実施例１−５］
１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズに切削した以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は２０μｍであり、良品率は７５％であった。
【００５６】
［実施例１−６］
２インチφのシリコン基板の代わりに５０ｍｍ角の窒化アルミニウム基板（厚み：０．６４ｍｍ）を用いた以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は８μｍであり、良品率は７８％であった。
【００５７】
［実施例１−７］
２インチφのシリコン基板の代わりに１００ｍｍ角の窒化アルミニウム基板（厚み：０．６４ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は９μｍであり、良品率は７５％であった。
【００５８】
［実施例１−８］
２インチφのシリコン基板の代わりに５０ｍｍ角の窒化珪素セラミックス基板（厚み：０．６４ｍｍ）を用いた以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は４μｍであり、良品率は８０％であった。
【００５９】
［実施例１−９］
２インチφのシリコン基板の代わりに４インチφのサファイアウェハ（厚み：０．５３ｍｍ）を用いた以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は２４μｍであり、良品率は７８％であった。
【００６０】
［実施例１−１０］
２インチ−シリコン基板の代わりに１００ｍｍ角のアルミナ基板（厚み：０．６４ｍｍ）を用いた以外は、実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は１７μｍであり、良品率は８１％であった。
【００６１】
［実施例１−１１］
２インチφのシリコン基板の代わりに４インチφのＳｉＣウェハ（厚み：０．５ｍｍ）を用いた以外は、実施例１−１と同様の支持基板を用意した。この支持基板をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内のステージに設置して、該支持基板温度が１０００℃となるように調整した。原料ガスとしてＨ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを用いて、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により支持基板上にダイヤモンド層を形成しながら、３．５ｍｍ×３．５ｍｍのサイズにダイヤモンド層をレーザーカットした。形成終了時のダイヤモンド層の厚みは２００μｍであった。形成中のレーザーカットによるダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量は、平均１７０μｍであった。形成終了後に原料ガスの供給を停止し、Ｈ２ガスのみを供給しながら、支持基板温度を１０００℃±２０℃を超えない範囲に保持した。この保持温度で、前述のレーザーカットした部位にさらにレーザーカットを施した。後述の複合基板の取り出し後に確認したダイヤモンド層の厚み方向への切り込み長は平均で２０６μｍであり、これにより、ダイヤモンド層を完全に切断するとともに、支持基板の一部にも切り込みを入れた。
【００６２】
使用したレーザーは平均出力１２ＷのＹｂ：ファイバーレーザーの第二高調波（波長５２０ｎｍ）、パルス幅は１〜１０ｐｓ、繰返周波数は１００ＭＨｚである。レーザーのスキャンにはガルバノミラーとｆθレンズを用いた。レーザービームはスキャン可能な視野が狭いため、支持基板をステージごと±２５ｍｍを超えない範囲で移動させ、レーザーカットした。プラズマによるレーザー光の減衰が懸念されるため、プラズマを間歇的に駆動した。この繰返周波数は１０Ｈｚ、デューティ比５０％である。
【００６３】
レーザーカット完了後、基板温度を１５０℃／ｈｒの冷却速度で室温まで冷却した。チャンバー内を不活性ガス置換した後に複合基板を取り出した。レーザーカットの跡に沿ってダイサーでダイシングした。平均反り量は１３μｍであり、良品率は８２％であった。
【００６４】
［実施例１−１２］
２インチφのシリコン基板の代わりに５０ｍｍ角の銅−タングステン合金基板（厚さ：２ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の支持基板を用意した。この支持基板をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内のステージに設置して、該支持基板温度が９７０℃となるように調整した。原料ガスとしてＨ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを用いて、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により支持基板上にダイヤモンド層を形成しながら、３．５ｍｍ×３．５ｍｍのサイズにダイヤモンド層をレーザーカットした。形成終了時のダイヤモンド層の厚みは２００μｍであった。形成中のレーザーカットによるダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量は、平均１７０μｍであった。形成終了後に原料ガスの供給を停止し、Ｈ２ガスのみを供給しながら、支持基板温度を９７０℃±２０℃を超えない範囲に保持した。この保持温度で、前述のレーザーカットした部位にさらにレーザーカットを施した。後述の複合基板の取り出し後に確認したダイヤモンド層の厚み方向への切り込み量は平均で２０６μｍであり、これにより、ダイヤモンド層を完全に切断するとともに、支持基板の一部にも切り込みを入れた。
【００６５】
使用したレーザーは平均出力１２ＷのＹｂ：ファイバーレーザーの第二高調波（波長５２０ｎｍ）、パルス幅は１〜１０ｐｓ、繰返周波数は１００ＭＨｚである。レーザーのスキャンにはガルバノミラーとｆθレンズを用いた。レーザービームはスキャン可能な視野が狭いため、基板をステージごと±２５ｍｍを超えない範囲で移動させ、レーザーカットした。プラズマによるレーザー光の減衰が懸念されるため、プラズマを間歇的に駆動した。この繰返周波数は１０Ｈｚ、デューティ比５０％である。
【００６６】
レーザーカット完了後、基板温度を１５０℃／ｈｒの冷却速度で室温まで冷却した。チャンバー内を不活性ガスで置換した後に複合基板を取り出した。レーザーカットの跡に沿ってダイサーでダイシングした。平均反り量は１０μｍであり、良品率は７５％であった。
【００６７】
［比較例１−１］
ダイヤモンド層形成後、基板温度を室温（２９℃）まで低下させてレーザーカットを実施した以外は実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は３７μｍであり、良品率は２３％であった。
【００６８】
［比較例１−２］
ダイヤモンド層形成後、基板温度を５００℃まで低下させてレーザーカットを実施した以外は実施例１−１と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造し、これをダイシングした。平均反り量は３０μｍであり、良品率は３５％であった。
【００６９】
［比較例１−３］
ダイヤモンド層形成後、基板温度を室温（２７℃）まで低下させてレーザーカットを実施した以外は実施例１−３と同様にしてレーザーカット後の複合基板を製造した。しかしながら、レーザーカット中にダイヤモンド層が破砕し、良品を得ることができなかった。
【００７０】
実施例１−１〜１−１２および比較例１−１〜１−３について、支持基板のサイズ・材質、カット温度（レーザーカットする際の支持基板温度）、カットサイズ、ダイシング後の複合基板の平均反り量、良品率を表１に示す。
【表１】
2020200194.tif 000003
【００７１】
表１中、「―」は未測定を表す。
【００７２】
本実施例より、支持基板上へのダイヤモンド層の形成時と略同一温度でレーザーカットを施した場合、良好な良品率を示すことがわかった。また、複合基板を種々のサイズに加工する場合においても、本発明の方法によれば、反りの抑制、ダイシング時の割れや欠けの低減などによって、良好な良品率を示すことが明らかとなった。また、実施例１−３、１−１１、１−１２から、支持基板上にダイヤモンド層を形成しながらレーザーカットを行っても良好な良品率を示すことが明らかとなった。これにより、支持基板上にダイヤモンド層を形成してからレーザーカットを行う場合と比べて製造時間を短縮することが可能であることが示された。
【００７３】
２．原料ガスの種類の違いによるダイヤモンドの成長速度の評価
【００７４】
［実施例２−１］
本実施例では、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いた。また、原料ガスとしては、Ｈ２ガス、ＣＨ４ガス、及びＮＦ３ガスを用いた。また、基板としては、Ｓｉ基板表面にダイヤモンドパウダー（平均粒径１μｍ）で傷つけ処理をした後、エタノールで洗浄、及びエアーブローで乾燥させた基板を用いた。
【００７５】
まず、上記の前処理を施したＳｉ基板を、チャンバー内の基板用ホルダーに設置し、該
チャンバー内を真空状態とした。この時、該チャンバー内の圧力を約１Ｐａ程度とした。
【００７６】
次に、チャンバー内へガス供給口よりＨ２ガスを流入させ、Ｈ２ガス流入後にマイクロ波発振器よりマイクロ波を発生させ、該チャンバー内にプラズマを発生させた。プラズマ発生後、Ｈ２ガスの流入量、チャンバー内の圧力、及び投入電力を増加させ、最終的にマイクロ波発生器への投入電力が５５００Ｗ、Ｈ２ガスの流入量が４８０ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力が１０．７ｋＰａとなるようにした。
【００７７】
次に、チャンバー内へＣＨ４ガスを２０ｓｃｃｍ、ＮＦ３ガスを流入させ、各種ガスを流入させたまま約４時間維持した。なお、この時のＳｉ基板の温度は約１０００℃程度であった。上記時間経過後、Ｓｉ基板上にダイヤモンドが成長したサンプルを得た。また、ＮＦ３ガスの流入量は表２に記載した。
【００７８】
［比較例２−１］
Ｎ源ガスを使用しない他は、実施例２−１と同様の方法でサンプルを得た。
【００７９】
［比較例２−２］
Ｎ源ガスとしてＨ２とＮ２の混合ガス（Ｈ２：Ｎ２＝９８ｖｏｌ％：２ｖｏｌ％、表１では「Ｈ−Ｎ」と記載）を用い、Ｎ２ガスの流入量を表２に記載した通りとした他は、実施例２−１と同様の方法でサンプルを得た。
【００８０】
［比較例２−３］
Ｎ源ガスとしてＮ２を用い、Ｎ２ガスの流入量を表２に記載した通りとした他は、実施例２−１と同様の方法でサンプルを得た。
【００８１】
［比較例２−４］
Ｎ源ガスとしてＮＨ３を用い、ＮＨ３ガスの流入量を表２に記載した通りとした他は、実施例２−１と同様の方法でサンプルを得た。
【００８２】
得られた各サンプルについて、以下の方法でダイヤモンドを確認した。また、ダイヤモンドの成長速度を算出し、表２及び図１に示した。
【００８３】
（合成ダイヤモンドの評価）
ｉｎｖｉａ顕微ラマン分光装置（レニショー社製）を用いて、得られた各サンプルのラマンスペクトルを測定した。評価は、５３２ｎｍのレーザー光をサンプルに照射し、ダイヤモンドに由来する１３３３ｃｍ−１のピークを検出可能か否かで行った。測定の結果、実施例２−１及び比較例２−１〜２−４のいずれもダイヤモンド膜が確認された。
【００８４】
（ダイヤモンドの成長速度）
まず、得られたダイヤモンド膜の断面を電子顕微鏡により観察し、膜厚を測定した。次に、ダイヤモンドの合成にかかった時間（ＣＨ４ガスの流入開始から流入を終えるまでの時間）で膜厚を割ることにより、単位時間あたりの成長速度（μｍ／ｈ）を算出した。
【００８５】
【表２】
2020200194.tif 000004
【００８６】
表２中、Ｎ／Ｃは、下記式に従って算出される（図１についても同様である。）：
Ｎ／Ｃ  ＝  ［（Ｎ源ガス流量×Ｎ源ガス１分子あたりのＮ原子の数）／（Ｃ源ガス流量×Ｃ源ガス１分子あたりのＣ原子の数）］×１０６。
【００８７】
以上より、供給するＮ原子とＣ原子の比（表２及び図１中では「Ｎ／Ｃ」と記載）が同程度の場合、実施例２−１のダイヤモンドの成長速度が最も高いことがわかった。また、比較例２−３及び比較例２−４より、実施例２−１と同程度の成長速度を得る為には、約３倍以上のＮ／Ｃにする必要があることがわかる。すなわち、ＮＦ３ガスは従来のＮ源ガスよりも少量で、成長速度を高めることが可能であることが明らかとなった。
【図１】
2020200194.tif 000005