对CVD金刚石制品取芯和切片的方法以及执行该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及化学气相沉积(CVD)金刚石及其制造后处理的领域。具体地，本发明专利技术提供一种用于对CVD金刚石制品取芯和切片的方法，其中CVD金刚石制品包括CVD金刚石以及覆盖金刚石的多个侧面的石墨化材料。该方法由提供耦合到流体射流中的激光束的装置执行。该方法包括：为了进行取芯，利用激光束切割制品以从金刚石的侧面去除石墨化材料。该方法还包括：为了进行切片，利用激光束从金刚石上切下一个或多个薄片。片。片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对CVD金刚石制品取芯和切片的方法以及执行该方法的装置


[0001]本专利技术涉及化学气相沉积(CVD)金刚石及其制造后处理的领域。具体地，本专利技术提供用于对CVD金刚石制品取芯和切片的方法，其中CVD金刚石制品包括CVD金刚石以及覆盖金刚石的多个侧面的石墨化材料。该方法由提供耦合到流体射流中的激光束的装置执行。

技术介绍

[0002]CVD金刚石是实验室制造的人造金刚石，CVD是在受控的实验室中执行的工艺并且产生天然金刚石的精确的物理和化学特性。CVD方法包括将金刚石晶种放入真空室中，以及在接近815℃的温度下用富碳气体填充该真空室。该气体在这样的高温下变成等离子体，由此导致释放碳片。这些碳片层叠到真空室中的金刚石晶种上，从而导致CVD金刚石生长。最终的CVD金刚石制品包括生长的CVD金刚石以及通常覆盖金刚石的侧面的厚的石墨化层或片。CVD金刚石通常由晶种金刚石板生长而成，晶种金刚石板将变成新的CVD金刚石的一部分。生长主要沿一个方向，但也可以沿其他两个方向。
[0003]为了进一步处理生长的CVD金刚石(制品)，石墨化层或片需要从金刚石去除，这称为对CVD金刚石“取芯”。此外，还可能希望将CVD金刚石分成多个更小的片，例如分成薄片，这称为对CVD金刚石“切片”。
[0004]通常，对金刚石取芯和切片的步骤分开执行，并且这两个步骤都具有特定的缺点。例如，对CVD金刚石取芯通常是非常漫长且繁琐的过程。此外，由于取芯精度有限，因此浪费金刚石通常也是个问题。在取芯之后，CVD金刚石需要被操控，从而实现后续的切片，这将进一步导致时间损耗。此外，由于金刚石坚硬且具有相对高的厚度，因此难以对金刚石切片。因此，所获得的金刚石薄片通常不是严格平行的且具有相当粗糙的切割表面。另外，微裂纹经常破坏切割薄片的质量。此外，薄片的薄度也有限制，因此金刚石通常仅能被分成某一最大数量的薄片。
[0005]因此，本专利技术的实施方式的目的在于改进对CVD金刚石(制品)取芯和切片的传统方式。特别地，一个目的是提供一种方法和装置，其能够从CVD金刚石制品开始全自动地对CVD金刚石取芯和切片，即不需要任何人为作用，且不需要对制品进行任何中间操控。
[0006]用于从CVD金刚石制品获得金刚石薄片的总体处理时间应显著降低。此外，薄片应以非常高的精度制造，即以比传统获得的薄片改进的表面粗糙度和彼此更平行的方式制造。此外，薄片质量应得到改进，特别是更少地产生微裂纹和降低表面粗糙度。另一个目标是增加从金刚石所能获得的薄片的数量，即，使金刚石薄片更薄。另外，因为对于较大厚度的金刚石制品降低了切割切口宽度，因此切割切口内材料的损耗应降低。
[0007]以上目标应尤其对于所有类型的CVD金刚石都能够实现。特别地，对于对CVD金刚石制品取芯和切片，至今为止不存在全自动过程的解决方案。

技术实现思路

[0008]该目的通过所附的独立权利要求中呈现的实施方式实现。在从属权利要求中限定
了这些实施方式的有利实现方式。
[0009]特别地，本专利技术的实施方式总体上基于使用用于实施对CVD金刚石制品取芯和切片的方法的装置，其中该装置提供在流体射流中通过内部反射引导的激光束。该流体射流引导的激光束可以以非常高的精度有效地切割制品的石墨化材料以及超硬的金刚石。例如，该切割可以以非常窄且恒定的切口执行并且产生非常小的锥度。这尤其允许切出具有直角的立方体板形状的完全平行的薄片。
[0010]本专利技术的第一方面提供了一种用于对CVD金刚石制品取芯和切片的方法，所述制品包括金刚石以及覆盖所述金刚石的多个侧面的石墨化材料，其中，所述方法由提供耦合到加压流体射流中的激光束的装置执行，以及其中，所述方法包括：为了进行所述取芯，利用所述激光束切割所述制品以从所述金刚石的侧面去除所述石墨化材料；为了进行所述切片，利用所述激光束从所述金刚石上切下一个或多个薄片。
[0011]第一方面的方法允许以全自动方式以及用明显更短的处理时间对金刚石取芯(从金刚石去除一个或多个石墨化片或层；尤其是，“石墨化材料”可以包括组合物中金刚石和石墨的混合物)和切片(产生一个或多个金刚石薄片)。不需要对金刚石进行任何人工作用或处理，尤其是在取芯步骤和切片步骤之间。此外，可以获得非常薄的薄片、严格平行的薄片、具有极大改进的(即，更低的表面粗糙度)的薄片、以及没有微裂纹的薄片。
[0012]在第一方面的方法的实现形式中，为了进行所述取芯，所述制品被定位成第一取向，并且为了进行所述切片，所述制品被定位成第二取向。
[0013]在第一方面的实现形式中，所述方法还包括：测量所述金刚石的顶面和/或底面的表面取向；以及基于所测量的表面取向确定用于所述切片的所述第二取向和/或切片方向。
[0014]也就是说，可以首先测量CVD金刚石的顶面和/或底面，以然后适应所测量的取向。所测量的表面可以对应于晶种板的表面，CVD金刚石从该表面生长出来。切片方向可以被调整以平行于所测量的表面，或者平行于从该表面推导出的晶体取向。表面取向可以由距离传感器(例如，光学传感器或触摸探针)测量，例如利用至少三个测量点进行测量。该距离传感器可以是所述装置的一部分。
[0015]在第一方面的方法的实现形式中，用于所述取芯的所述第一取向与用于所述切片的所述第二取向相同；或，用于所述切片的所述第二取向相对于用于所述取芯的所述第一取向倾斜5
°‑
20
°
、尤其是10
°‑
20
°
；或，用于所述切片的所述第二取向相对于用于所述取芯的所述第一取向旋转90
°
。
[0016]由此，实现特别快速(较短的处理时间)且有效的取芯和切片过程。通过两个取向的倾斜，可以从两侧对金刚石切片。
[0017]在第一方面的方法的实现形式中，所述切片包括：将制品定位成所述第二取向以启动从金刚石上切割一组薄片，以及将所述制品旋转180
°
以完成从所述金刚石上切下所述一组薄片。
[0018]因此，所述方法可以包括在同一切口内部切割两次(从不同侧)。这可以允许切割较厚的CVD制品和/或金刚石。
[0019]在第一方面的方法的实现形式中，所述方法还包括：通过利用所述激光束平行于所述金刚石的顶面和/或底面切割所述金刚石来对所述CVD金刚石制品修边；其中，为了进行所述修边，所述制品被定位成第三取向。
[0020]修边步骤进一步改进在切片之后获得的薄片的质量。例如，顶面和/或底面上的石墨化层可以被去除，因此不再需要从薄片上去除。不需要机械抛光。此外，可以通过修边步骤确定薄片的尺寸。
[0021]在第一方面的方法的实现形式中，所述方法包括：为了进行所述取芯：利用所述激光束沿所述金刚石的第一侧面切割所述制品，以去除第一石墨化片；以及利用所述激光束沿所述金刚石的与所述第一侧面相对的第二侧面切割所述制品，以去除第二石墨化片；在所述取芯之后，为了进行所述修边：将所述制品重新定位成所述第三取向；利用所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对化学气相沉积CVD金刚石制品(11)取芯(21)和切片(22)的方法(10)，所述制品(11)包括金刚石(11a)以及覆盖所述金刚石(11a)的多个侧面的石墨化材料(11b)，其中，所述方法(10)由提供耦合到加压流体射流(13)中的激光束(14)的装置(30)执行，以及其中，所述方法(10)包括：
‑
为了进行所述取芯(21)，利用所述激光束(14)切割所述制品(11)以从所述金刚石(11a)的侧面去除所述石墨化材料(11b)；
‑
为了进行所述切片(22)，利用所述激光束(14)从所述金刚石(11a)上切下一个或多个薄片(12)。2.根据权利要求1所述的方法(10)，其中：为了进行所述取芯(21)，所述制品(11)被定位成第一取向，并且为了进行所述切片(22)，所述制品(11)被定位成至少第二取向。3.根据权利要求2所述的方法(10)，还包括：测量所述金刚石(11a)的顶面和/或底面的表面取向；以及基于所测量的表面取向确定用于所述切片的所述第二取向和/或切片方向。4.根据权利要求2或3所述的方法(10)，其中：用于所述取芯(21)的所述第一取向与用于所述切片(22)的所述第二取向相同；或用于所述切片(22)的所述第二取向相对于用于所述取芯(21)的所述第一取向倾斜5
°‑
20
°
、尤其是10
°‑
15
°
；或用于所述切片(22)的所述第二取向相对于用于所述取芯的所述第一取向旋转90
°
。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中：所述切片包括：将所述制品(11)定位成所述第二取向以启动从所述金刚石(11a)上切割一组薄片，以及将所述制品旋转180
°
以完成从所述金刚石(11a)上切下所述一组薄片。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法(10)，还包括：通过利用所述激光束(14)平行于所述金刚石(11a)的顶面和/或底面切割所述金刚石(11a)来对所述CVD金刚石制品(11)修边(23)；其中，为了进行所述修边(23)，所述制品(11)被定位成第三取向。7.根据权利要求6所述的方法(10)，其中，所述方法(10)包括：为了进行所述取芯(21)：
‑
利用所述激光束(14)沿所述金刚石(11a)的第一侧面切割所述制品(11)，以去除第一石墨化片；以及
‑
利用所述激光束(14)沿所述金刚石(11a)的与所述第一侧面相对的第二侧面切割所述制品，以去除第二石墨化片；在所述取芯(21)之后，为了进行所述修边(23)：
‑
将所述制品(11)重新定位成所述第三取向；
‑
利用所述激光束(14)平行于所述金刚石(11a)的顶面切割所述金刚石(11a)，以及利用所述激光束(14)平行于所述金刚石(11a)的底面切割所述金刚石(11a)；在所述修边(23)之后，为了进行所述切片(22)：
‑
将所述制品(11)重新定位成所述第二取向；
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利用所述激光束(14)沿所述金刚石(11a)的垂直于所述第一侧面和所述第二侧面的第三侧面切割所述制品(11)，以去除第三石墨化片；以及
‑
利用所述激光束(14)从所述金刚石(11a)上切下一个或多个薄片(12)，其中，每个薄片(12)平行于沿所述第三侧面的切割被切下，并且其中，最后一个薄片(12)沿所述金刚石(11a)的与所述第三侧面相对的第四侧面被切下。8.根据权利要求6或7所述的方法(10)，还包括：将所述制品(11)从用于所述取芯(21)的所述第一取向旋转约90
°
到用于所述修边(23)的所述第三取向；以及将所述制品从用于所述修边(23)的所述第三取向旋转回约90
°
到用于所述切片(22)的所述第二取向或者保持所述第三取向用于所述切片(22)。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法(10)，其中：对所述制品(11)修边(23)包括切割所述金刚石(11a)的顶面和底面，使得所述金刚石(11a)的所有面都具有确定的尺寸和取向。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法(10)，其中：所述切片包括平行于所述金刚石(11a)的顶面和/或底面从所述金刚石(11a)上切下所述一个或多个薄片(12)。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法(10)，还包括：以与所述制品(11)相同的方式对一个或多个另外的制品中的每一个制品相继地取芯(21)和切片(22)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法(10)，其中：所述方法(10)由所述装置(30)自动地和/或连续地执行；和/或所述方法(10)由所述装置(30)以单个过程执行。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法(10)，其中：所述薄片(12)的切割表面的平均表面粗糙度在200
‑
600nm范围内，尤其是在300
‑
500nm范围内。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法(10)，其中：通过利用所述激光束(14)切割产生的切口在25
‑
100μm范围内，尤其是在40
‑
60μm范围内；和/或通过利用所述激光束(14)切割产生的锥度在1切割产生范围内，尤其是小于1围。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法(10)，其中：切割所述金刚石(11a)包括沿所述金刚石(11a)的确定的晶体取向切割。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法(10)，其中：所述激光束(14)为脉冲激光束，以及所述激光束(14)在所述流体射流(13)中的脉冲强度在0.8
‑
2.0GW/cm2范围内，和/或所述激光束(14)的平均功率在20
‑
30...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：辛诺瓦有限公司，
类型：发明
国别省市：