(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドのレーザー加工時における、ダイヤモンド上のメタライズ層がアブレーションで損傷することを防止するための保護皮膜の形成方法であって、
ダイヤモンド面上にメタライズ層を設け、
その上層にＡｕ−Ｓｎ合金層からなるろう付け層を設け、
さらにその上層に、酸素、二酸化炭素、酸化窒素、塩素のいずれかを０．１〜０．５体積％含むアルゴン中で、ＢＮをターゲットとしてＲＦスパッタ法を用いて成膜して保護皮膜を形成し、レーザー加工後に前記保護皮膜を水中に浸漬して除去することを特徴とする保護皮膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤモンドを用いるヒートシンク、またはセンサ、ＩＣなどに形成されるメタライズ層の保護皮膜を形成させる方法、および保護皮膜に関する。より詳細には、レーザー加工時にメタライズ層がアブレーションで損傷することを防止することが可能で、かつレーザー加工後に容易に除去することが可能な保護皮膜の形成方法およびその形成方法を用いて形成する保護皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドを所定の形状に加工する切断などの手段としては、レーザーなどの熱的加工手段が用いられることが多い。しかし、例えば半導体レーザー用のヒートシンクとしてダイヤモンドが用いられる場合、ダイヤモンドの表面にはメタライズ層が設けらており、レーザーを照射されるとアブレーションにより、メタライズ層が損傷する。これを防止するため、ダイヤモンドの表面にメタライズ層を設け、さらにその上層に保護皮膜を形成させることにより、レーザーによるアブレーションを防止することが行われている。
【０００３】
この保護皮膜は ＺｎＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＢＮ、Ｃ（炭素）、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のいずれかであることが好ましく、レーザー加工後は水、酸またはアルカリ水溶液、もしくは有機溶媒の中に浸漬することにより、容易に除去することができる。特に、保護皮膜がＢＮの場合は、水中に浸漬するだけで比較的短時間で除去することができる。ＢＮ皮膜は、メタライズ層が形成されたダイヤモンド上にＲＦスパッタ法を用いて形成されるが、成膜条件によっては除去不能であったり、除去に長大な時間を要する皮膜となることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術課題は、レーザー加工時のアブレーションが防止可能で、かつ、加工後容易に短時間で除去可能な保護皮膜の形成方法および保護皮膜を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の保護皮膜の形成方法は、
ダイヤモンドのレーザー加工時における、ダイヤモンド上のメタライズ層がアブレーションで損傷することを防止するための保護皮膜の形成方法であって、
ダイヤモンド面上にメタライズ層を設け、
その上層にＡｕ−Ｓｎ合金層からなるろう付け層を設け、
さらにその上層に、酸素、二酸化炭素、酸化窒素、塩素のいずれかを０．１〜０．５体積％含むアルゴン中で、ＢＮをターゲットとしてＲＦスパッタ法を用いて成膜して保護皮膜を形成し、レーザー加工後に前記保護皮膜を水中に浸漬して除去することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ダイヤモンドにメタライズ層を形成させた後、その上層に酸素や水素など、アルゴン以外の気体を含有するアルゴン中でＢＮをターゲットとしてスパッタすることにより、レーザー加工時のアブレーションを防止することが可能で、かつ、加工後に水中に浸漬するだけで容易に短時間で除去することが可能な保護皮膜が得られることを見出した。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の保護膜を被覆するダイヤモンドについて説明する。本発明においては、ダイヤモンド素材は合成ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、あるいは天然ダイヤモンドのいずれでも差し支えなく、また単結晶体あるいは多結晶体のいずれの構造を有していても差し支えない。しかし、生産性の観点から、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などの気相合成法を用いて製造されたダイヤモンドを用いることが好ましい。
【０００８】
これらのダイヤモンドの上下面を研磨し、次いで水素プラズマクリーニング、または酸素プラズマクリーニングを施した後、ＤＣマグネトロンスパッタ法、またはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いてメタライズ層を形成させる。Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの１種以上で１層以上の単体膜、合金膜、または複合膜であることが好ましく、ダイヤモンドと化学的に反応して接着力を向上させ、耐熱性を有し、かつ、ろう付けが可能であることが必要である。
【０００９】
上記のメタライズ層は、それ自体で、かつ、ろう付けが可能であることが好ましいが、高温では破壊するような半導体レーザーチップ、またはセンサ、ＩＣなどを低温でろう付けを可能とするために、上記のメタライズ層を形成させた上下面のどちらかの１面に、比較的低温でろう付けが可能な接着層を設けることが好ましい。このようなろう付け層としては、例えばＲＦマグネトロンスパッタ法やＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成されるＡｕ−Ｓｎ合金層、あるいは湿式めっき法、またはＲＦスパッタ法もしくはＤＣスパッタ法のいずれかによる半田層であることが好ましい。
【００１０】
上記のようにしてダイヤモンド上にメタライズ層およびろう付け層を形成させた後、保護皮膜を形成させる。保護皮膜はＹＡＧレーザー、ガスレーザー、エキシマレーザーなどのレーザーで切断される際の加熱に耐える十分な耐熱性を有し、かつ切断後に上記のメタライズ層やろう付け層を劣化させることなく容易に剥離可能な物質からなるものでなくてはならない。これらの要求を満足させる物質としては、炭素、炭化物、酸化物、窒化物などがあるが、中でも ＺｎＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＢＮ、炭素が好ましい。これらの保護皮膜はアルゴン雰囲気中におけるＲＦマグネトロンスパッタ法により、前記のメタライズ層、またはろう付け層の上に形成される。その中でもＢＮによる保護皮膜は、水中に浸漬するだけで比較的短時間で除去することが可能であり特に好ましい。
【００１１】
しかし、本発明の発明者らは、このＢＮによる保護皮膜は、水中浸漬による除去に要する時間が成膜条件によって異なることに気付いた。すなわち、ＲＦマグネトロンスパッタ時のアルゴン雰囲気中に含まれるアルゴン以外の気体の含有量が多いほど、得られた保護皮膜を水中に浸漬した際に除去される時間が短い。この原因は良くは分からないが、ＢＮをターゲットとしてＲＦマグネトロンスパッタする際に、アルゴン雰囲気中にアルゴン以外の気体が存在していると、気体原子の殆どがＢＮからなる保護皮膜中に取り込まれる。このとき、アルゴン雰囲気中のアルゴン以外の気体の量が多いほど保護皮膜中に取り込まれる気体原子の量も多くなり、保護皮膜中に空孔が増加して皮膜の連続性が減少するために、水に浸漬した際に水が空孔に浸透し、さらに保護皮膜とメタライズ層の界面、または保護皮膜とろう付け層の界面に水が浸透するようになり、保護皮膜が分解剥離しやすくなるためと考えられる。
【００１２】
アルゴン中に含まれるアルゴン以外の気体としては、酸素、水素、窒素、二酸化炭素、酸化窒素、塩素などの不活性気体以外の気体のいずれでもよいが、取扱の容易さから、酸素、水素、窒素であることが好ましく、また、アルゴン中に含まれる量は、０.１〜０.５体積％であることが好ましい。アルゴン以外の気体の量が ０.１体積％未満の場合は得られるＢＮ保護皮膜は水中に浸漬しても容易に除去できない。一方アルゴン以外の気体の量が ０.５体積％を越える場合は得られるＢＮ保護皮膜の強度が低下し、レーザーで切断する際にメタライズ層から剥離するようになる。また保護皮膜の厚さは０.８〜１.５μｍであることが好ましい。 ０.８μｍ未満の場合はレーザーによるアブレーションを完全に防止することができない。一方 １.５μｍを越える場合は皮膜のメタライズ層やろう付け層に対する接着強度が低下し、皮膜形成後またはレーザーで切断する際に剥離するようになる。
【００１３】
上記のようにしてメタライズ層、またはメタライズ層とろう付け層、およびＢＮを主体とする保護皮膜が形成されたダイヤモンドを、レーザーを用いて所定の寸法に切断する。次いで水中に浸漬して保護皮膜を除去する。
【００１４】
以下、本発明について、実施例によりさらに具体的に説明する。
[ダイヤモンドの作成]
マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、厚さ ０.３５ｍｍ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍのダイヤモンドを作成した。このダイヤモンドの上下面を研磨し、 ０.２５ｍｍの厚さとした。
【００１５】
[メタライズ層の形成]
研磨されたダイヤモンドを水素プラズマでクリーニングした後、この上下面にＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に各層を形成させた。各層の厚さはＴｉ：１００ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍ、Ａｕ：５００ｎｍとした。
【００１６】
[ろう付け層の形成]
上記のようにメタライズ層が形成されたダイヤモンドの一部には、メタライズ層のさらに上層にろう付け層を形成させた。すなわち、メタライズ層が形成されたダイヤモンドの片面に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｕ−Ｓｎ合金層（Ａｕ／Ｓｎ＝８０重量％／２０重量％）を ２.８μｍの厚さで形成させた。
【００１７】
[保護皮膜の形成]
上記のようにしてメタライズ層、およびメタライズ層とろう付け層が形成されたダイヤモンドの両面に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて表１に示す条件でＢＮを主体とする保護皮膜を形成させた。得られた保護皮膜の状態を表１に示す。
【００１８】
[分割切断]
上記のようにして各種の皮膜が形成されたダイヤモンドを、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーを用い、下記の条件で分割切断した。
平均出力        ：  １０Ｗ
Ｑスイッチ周波数：    ５ｋＨｚ
加工速度        ：  １５ｍｍ／ｓｅｃ
スキャン回数    ：  ２０回
切断後の保護皮膜の状態を表１に示す。
【００１９】
[保護皮膜の除去]
上記のようにして分割切断されたダイヤモンドを水中に浸漬し、ダイヤモンド上に残存している保護皮膜を除去した。保護皮膜の除去に要した時間を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0003900708.tif 000002
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、ダイヤモンド面上にメタライズ層、またはメタライズ層とその上層にろう付け層を設け、さらにその上層にアルゴン以外の気体を含むアルゴン中でＢＮをターゲットとしてＲＦスパッタ法を用いて成膜する保護皮膜の形成方法、およびその形成方法を用いて得られた保護皮膜であり、本発明の方法を用いることにより、レーザー加工時のアブレーションを防止することが可能で、かつ、加工後に水中に浸漬するだけで容易に短時間で除去することが可能な保護皮膜が得られる。