Method for machining diamond

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工具、ヒートシンク等に用いられるダイヤモンド単結晶及び多結晶の加工法に係わり、ダイヤモンドの切断及び表面の平滑化を高効率、高精度に行う方法を提供する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは物質中最高の硬度を有しており、その加工は極めて難しい。 単結晶の場合は、比較的加工し易い面方位及び方向がある程度把握されており、その制限された範囲であるが、スカイフ研磨により従来研削加工がなされていた。 しかし、多結晶体の場合は構成しているダイヤモンド粒子の面方位はあらゆる方向を向いており、スカイフ研磨等が行われているが、平滑化は困難であった。

【０００３】一方、切断に関しては、導電性の焼結助材を使用して焼結させた焼結体の場合は、放電加工が適用できたが、単結晶や非導電性助材による焼結体、気相合成ダイヤモンド等の電気伝導性のないダイヤモンドにはこの方法は使用できない。 そこで従来、レーザを用いて熱的に切断加工することが行われており、レーザとしては、ＣＯ ₂ 、ＣＯ、ＹＡＧレーザが使用されていた。 しかし、ダイヤモンドはこれらのレーザ光に対しては透明で、光のエネルギーの利用効率が悪い、すなわち、加工の効率が悪いという欠点を有していた。

【０００４】また、波長が１μｍ以上の赤外光を使用していて、加熱して溶融、グラファイト化及び酸化をおこさせて加工する為、熱により加工周辺部が影響を受けて劣化する。 さらに、切り代が大きくとられる為、加工の精度が悪くなるという大きな問題があった。

【０００５】従来レーザによる切断加工を行う場合、熱による周辺部のダイヤモンドの劣化が起こる。 そのため、変質した周辺部をスカイフ研磨等により機械的に削り落とす必要が生じる。 表面の平滑化にレーザを使用する場合にも、熱による周辺部のダイヤモンドの劣化に加えて、加工する必要の無い内部及び下地までレーザが透過して悪影響を与える。 この悪影響を防ぐ為にレーザが表面のみにあたる様に入射角を制限したり、表面でのレーザの散乱を抑える工夫を必要としていた。

【０００６】スカイフ研磨等によって研削加工する場合も、熱を利用して研磨しており、摩擦熱によりダイヤモンドは数百℃まで加熱され、必然的に本体への悪影響が起こる。 ダイヤモンドは大気中では６００℃位でグラファイト化及び酸化が起こり始め劣化することが知られている。 また、スカイフ研磨による場合、試料の固定方法の難しさがあり、小さすぎたり形状が不定形の場合、研磨は極めて難しくなり作業性がわるくなる。 時として加工が出来ない事態も生じる。 さらに、スカイフ研磨による加工は時間がかなりかかるという問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、加工しようとするダイヤモンド本体になんら影響を与えることなく、ダイヤモンドを切断または研削したり、表面の平滑化を行うことを可能にし、かつ加工速度を向上することができる新規なダイヤモンドの加工方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダイヤモンド表面に、波長が３６０ｎｍ以下の範囲または１９０ｎｍ
から３６０ｎｍの範囲にある光を照射することを特徴とするダイヤモンドの加工方法である。 照射する光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｃｍ ²以上１０ ¹¹ Ｗ／ｃｍ ²以下の範囲であることが適当である。 またパルス状レーザ光を用い、その１パルス当りのエネルギー密度が、１０ ^ー1
Ｊ／ｃｍ ²以上で、１０ ⁶ Ｊ／ｃｍ ²以下の範囲とすることによって良好な加工の結果を得る。

【０００９】さらに、レーザ発振器より発振される際のレーザ光の広がり角度が１０ ^ー2 ｍｒａｄ以上で５×１０
^ー1 ｍｒａｄ以下とし、またレーザ光の発振スペクトルの半価幅を１０ ^ー4 ｎｍ以上で１ｎｍ未満であるようにする。 レーザ光のビームの断面におけるエネルギー分布の均一性は１０％以下の範囲であることが望ましい。 パルスレーザ光を円筒型レンズあるいは円筒型ミラーにより集光することによって、良好な加工の結果を得る。

【００１０】また本発明は、ダイヤモンド表面を特定の粉末状粒子または液体で覆い、これに１９０ｎｍから３
６０ｎｍの範囲にある光を照射することによって、粒子または液体の層から露出したダイヤモンドを削ることを特徴とするダイヤモンドの加工方法である。 さらに本発明の別の方法は、ダイヤモンドを特定の液体中に配置し、これに１９０ｎｍから３６０ｎｍの範囲にある光を照射することによって、ダイヤモンドを加工することを特徴とする。

【００１１】

【作用】ダイヤモンドによる光の吸収は、高純度のIIａ
型ダイヤモンドの場合、図３に示す吸収曲線をとる。 波長が４００ｎｍ以下の領域に於て吸収がみられる。 ４０
０ｎｍから２４０ｎｍにかけて徐々に吸収量が増加し、
さらに２２０ｎｍまでに急峻に吸収が増加して完全に吸収する様になる。 通常の気相合成ダイヤモンドや天然及び人工に於て一般的に見られるＩａ型あるいはＩｂ型ダイヤモンドでは、これら紫外領域に於て大きな吸収が存在する。 この領域の光は紫外光であり、物質に吸収されると、主として化学結合での電子の励起に関与することが知られている。

【００１２】すなわち、４００ｎｍ以下の波長の光の照射により、ダイヤモンドを構成している炭素−炭素結合に何らかの影響を与え、変化させることが可能になることが考えられる。 しかし、ダイヤモンドの様に共有結合により３次元的に極めて強固に結合しているものを、熱的効果以外の紫外光により加工を行うことは常識的には考えにくい事柄であった。

【００１３】本発明者らは、光とダイヤモンドとの反応について鋭意研究を進めた結果、３６０ｎｍ以下の波長の光を照射することで、ダイヤモンドにダメージを全く与えることなく且つ高効率に加工できることを見いだした。 特に、３６０ｎｍ以下で１９０ｎｍ以上の波長を有する光がダイヤモンドの加工に有効であることを見出し、本発明に至った。 これらの波長範囲では光はダイヤモンドの表面層のみにて１００％吸収され、内部まで浸透しない。 IIa型ダイヤモンドにおいても、多光子吸収が発生し入射光の大部分が表面で吸収されることを見出した。

【００１４】そのため、光のエネルギーが加工する場所に効率よく集中し、高効率に高速で加工できる。 また、
表面を平滑にする場合でも、表面のみにエネルギーを集中させることができ、他の部分への影響を全く抑えて、
入射角度依存性は小さくなる。

【００１５】加工に使用する光源としては、Ｆ ₂ 、Ａｒ
Ｆ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、Ｎ ₂ 、ＸｅＦの各エキシマレーザ及び水銀灯、さらにシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）があげられるが、これらに限定されない。 エキシマレーザはそれぞれ固有の発振波長を持ち、順に１
５７、１９３、２２２、２４８、３０８、３３７、３５
３ｎｍである。 一方、水銀灯及びＳＯＲは連続した波長帯を有している。 この連続光を照射してもよく、また光学フィルター等により波長帯域を狭帯域化してもよい。

【００１６】一般にこれらの光源は平行光線ではなく、
ある広がりを持って自由な方向に発散している。 この為レンズで集光した場合、集光した周辺部にエネルギー密度の低い部分が形成され、加工精度の低下の原因になる。 表面の平滑化に対しては、試料の走査等により低減できるが、切断等に使用する場合、切断した角が少しだれる欠点を有している。 通常の用途では特に問題にならないが、サブミクロンの精密な加工を行う場合、光線の平行化が必要になる。

【００１７】エキシマレーザの平行光線化の手法としては、不安定条件の共振ミラーで共振させて発振させることがある。 レーザ発振器より発振される際のレーザ光の広がり角度を、通常の１〜３ｍｒａｄ位から５×１０ ^ー1
ｍｒａｄ以下と小さくすることで、レンズによる集光性を高めることが可能となり、切断面とダイヤモンド表面との角をシャープにすることができ、切断面の切口の平坦さの点で有効となる。 １０ ^ー2 ｍｒａｄ未満にすることは困難であり、またそれに比して加工に対してはあまり大きな効果は期待できない。

【００１８】さらに０．１μｍオーダーあるいはそれ以下の超精密な加工を必要としている場合、波長の狭帯域化を行うことが有効である。 狭帯域化の方法としては、
エタロンを使用する方法とインジェクションロック方式がある。 発振波長の狭帯域化の程度としては、そのバンド幅の半価幅が１０ ^ー4 ｎｍ以上１ｎｍ未満の範囲にあることが必要である。 １ｎｍ以上の場合は、上記の様な精密な加工を施すには充分でない。 また、１０ ^ー4 ｎｍ未満では加工に必要な充分なエネルギーが得られず不適である。

【００１９】ダイヤモンド表面に凹凸がある場合や薄板状のダイヤモンドに反りがある場合にこれを平坦化・平滑化することは、本発明の方法によって次のように行うことができる。 すなわち凹凸または反りを有するダイヤモンドの表面を、アルミナ、窒化珪素等の粒径０．５〜
１０μｍの粒子の層で覆い、粒子の層で覆われたダイヤモンドの表面に波長が１９０ｎｍから３６０ｎｍの範囲の光を照射する。 またはダイヤモンドの表面を、シリコンオイル等の液体の層で覆い、液体の層で覆われたダイヤモンドの表面に波長が１９０ｎｍから３６０ｎｍの範囲の光を照射する。

【００２０】アルミナ、窒化珪素等の粒子やシリコンオイル等の液体の層は、１９０ｎｍから３６０ｎｍの範囲の光を透過しない。 したがって、これらの粒子または液体に覆われたダイヤモンドの部分は光が照射されても削られることがない。 粒子または液体から露出したダイヤモンドの部分だけが削られ、全体として平坦・平滑なダイヤモンドの表面が得られる。 光を遮蔽するには１×１
０ ² ｃｍ ^-1以上の吸収係数が必要である。

【００２１】ダイヤモンドを酸またはアルカリの水溶液、またはアルコール、ケトン等の液体に浸した状態で、１９０ｎｍから３６０ｎｍの範囲の光を照射して加工するとより平滑な面が得られる。 Ｈイオン、ＯＨイオンまたはアルコール、ケトン等に含まれる酸素原子が、
光の照射を受けたダイヤモンド表面の分解反応に関与するために、これらが存在しない場合に比べてより平滑にダイヤモンド表面が加工されるものと考えられる。

【００２２】ダイヤモンド表面に光を集光して照射する過程にはレンズ・全反射ミラーが使用される。 レンズ及びミラーの種類としては、点状に集光する凸レンズ及び凹型ミラーがある。 線状に集光する場合には、円筒型凸レンズ及び円筒型凹面鏡が使用される。 さらに、凹レンズあるいは凸面鏡を組み合わせて平行光線もしくはそれに近い集光の角度の小さい光線にする。 照射される光のエネルギー密度は、集光の状態により制御される。

【００２３】ダイヤモンドの加工を進める時、光を走査して行ってもよいが、平面の場合にはむしろ試料を平行に駆動させた方が正確に加工できる。 ３次元的試料の表面を平滑化する場合には、光と試料の両方を駆動させる必要がある。 切断を行う場合、エネルギ−密度及び切断面の直角性の関係から、切断面に対して垂直に照射することが有効であるが、表面を平滑にする場合、光を当てる角度による影響がある。

【００２４】すなわち、エネルギー密度と照射領域すなわち加工領域および表面状態との関係で、各々の場合によって最適条件が存在する。 また、エネルギー密度は、
集光するレンズあるいはミラーの焦点距離及び焦点と試料との位置関係を調整することでも変化させることができる。 そして、エネルギー密度が１０ ^ー1 Ｊ／ｃｍ ²未満あるいは１０Ｗ／ｃｍ ²未満の時は、ダイヤモンドを分解するに必要なエネルギー条件に達せず、１０ ⁵ Ｊ／ｃ
ｍ ²あるいは１０ ¹¹ Ｗ／ｃｍ ²を越える場合は、ダイヤモンドの加工を施す場所以外に対して劣化等の悪影響を与える。

【００２５】エキシマレーザ光の断面は通常約１０ｍｍ
×２０ｍｍ前後の四角い形状をしており、ビームの断面のエネルギープロファイルは均一でなく、分布を持っている。 そのエネルギー分布は周辺部に於てエネルギーが低くなり、中央部は比較的なだらかな山なりになってる。 そのエネルギーの不均一性が加工面に対して凹凸等精度の低下をもたらす。 すなわち、レンズで集光した場合もエネルギー分布をそのまま保持し、ダイヤモンド加工面の不均一の原因になる。

【００２６】しかし、このレーザ光を円筒型レンズを用いて線状に集光してダイヤモンド表面に照射すると、ダイヤモンドが均一で平坦且つ切断面も高精度に高速で加工されること新たに見いだした。 この原因については、
今のところ解明できていないが、一方向に集光することで上記の問題が相殺される様な条件が存在していることも考えられる。 大きな凹凸を有する気相合成ダイヤモンドの成長面を平滑にする場合、線状に集光した部分の線幅および照射角度が大きな影響を与える。

【００２７】線幅としては、１０μｍ以上が好ましい。
１０μｍ未満では加工された面に線状のムラが残る。 照射角度については加工する表面の凹凸の状態、凹凸の斜面の角度等によって最適値が存在する。 通常の条件で合成した気相合成ダイヤモンドの場合は、照射角度をダイヤモンド表面において法線に対して４０〜８５度の範囲にすると、垂直入射の場合よりも平滑な表面が得られる。 ４５度以下とするとより好ましい表面が得られる。

【００２８】また、エキシマレーザの状態によっては、
線状に集光して加工した部分の両端に不均一が生じることがあるが、この場合はそのレーザの両端部を遮蔽することにより均一な加工面を得ることができる。 さらに、
レーザビームの断面内のエネルギー分布のばらつきを１
０％以下に抑えることで、殆ど加工精度に影響を与えないことが判明した。 エネルギーの平均化の手法としては、ホモジナイザーを使用する方法や比較的エネルギー分布の均一な中央部だけをマスク等により切り出す方法などがある。

【００２９】ダイヤモンドを加工する際、その雰囲気にも影響を受けることが分かっている。 光照射により、ダイヤモンドの分解とともにグラファイト等への構造変化が起こっているとも考えられる。 そのため、光の吸収のないヘリウム等不活性ガス雰囲気や真空も有効であるが、酸素雰囲気または酸化性雰囲気に於いても、ダイヤモンドやグラファイトと酸素との反応を促進し、加工に対して良い効果を与える。 一方、Ｆ ₂エキシマレーザやＳＯＲは真空紫外領域の光である為、加工は高真空中で、全反射ミラーで集光して行われる必要がある。

【００３０】加工速度は、パルスレーザを使用する場合パルスの繰り返し周波数に比例して増加し、装置としては高繰り返しのレーザ発振器を使用することが好ましい。 また、エネルギー密度が高い程エッチング速度は速くなる傾向にあり、切断する場合には高エネルギーを発生できる装置が好ましい。

【００３１】

【実施例】

（実施例１） 気相合成ダイヤモンドをエキシマレーザにより切断した。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０
μｍで大きさが５０ｍｍ角の薄板状であった。 エキシマレーザには、インジェクションロック型ＡｒＦエキシマレーザを使用した。 同レーザの増幅側には不安定共振器が設置され平行性が高く、且つ発振波長１９３ｎｍのバンド幅の半価幅が１０００分の５ｎｍに狭帯域化されていた。 このレーザ光を合成石英製凸レンズ及び凹レンズを組み合わせて１０μｍ角に集光して、加工するダイヤモンドの表面に大気中にて照射した。

【００３２】この時のエネルギー密度は１０ ⁵ Ｊ／ｃｍ ²
であった。 パルスの繰り返しは２００Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の法線に対して平行にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 ５０ｍ
ｍの幅を０．２ｍｍ／ｓｅｃの速度で走査させ、２５０
秒で切断した。 切断面の電子顕微鏡観察では切断面周辺のモフォロジーの変化は見られず、また切断面自体もグラファイトの生成の見られない極めて滑らかな面になっていた。

【００３３】（実施例２） 天然IIａ型ダイヤモンドを図１に示すようにエキシマレーザにより切断した。 ダイヤモンド３は厚さが２ｍｍで大きさが２ｍｍ角であった。 エキシマレーザ１には、ＡｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を合成石英製円筒型凸レンズ２により２ｍｍ×１０μｍ角に集光して、切断するダイヤモンド３の表面に窒素気流中にて照射した。 この時のエネルギー密度は１０ ⁴ Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは２５０Ｈｚにした。

【００３４】照射角度はダイヤモンド面の法線に対して平行にした。 ダイヤモンド３はレーザ光に対して垂直に駆動させた。 ２ｍｍ厚の試料を３０秒で切断した。 切断面の電子顕微鏡観察では切断面周辺のモフォロジーの変化は見られず、また切断面自体もグラファイトの生成の見られない極めて滑らかな面になっていた。

【００３５】（実施例３） 気相合成ダイヤモンドの表面を図２に示すとおり、エキシマレーザ１により平滑化した。 気相合成ダイヤモンド５は厚さが３５０μｍで大きさが５０ｍｍの円盤状であり、表面には約３０μｍの高さのピラミッド状の凹凸が形成されていた。 エキシマレーザ１は、ＡｒＦエキシマレーザを使用した。

【００３６】このレーザ光を円筒面を有する凹面鏡４を用いて１０ｍｍ×１０μｍ角の面積に集光して、加工するダイヤモンドの表面に窒素気流中にて照射した。 この時のエネルギー密度は５×１０ ² Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは２００Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の法線に対して４５度にした。 ダイヤモンド５
はレーザ光に対して平行に駆動させた。 ５０ｍｍの幅を０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で合計５００秒で５往復走査させた。 表面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、表面粗さの平均値Ｒａは０．
１μｍ以下であった。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。

【００３７】（実施例４） 気相合成ダイヤモンドの表面をエキシマレーザにより平滑化した。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが５０ｍｍ角の薄板状であり、表面には約３０μｍの高さのピラミッド状の凹凸が形成されていた。 エキシマレーザは、ＸｅＦエキシマレーザを使用した。 同レーザの増幅側には不安定共振器が設置され平行性が高く、且つホモジナイザーによりエネルギー分布のばらつきが最大９％になっていた。

【００３８】このレーザ光を合成石英製円筒型凸レンズ及び円筒型凹レンズを組み合わせて１０ｍｍ×２０μｍ
角のに集光して、加工するダイヤモンドの表面に大気中にて照射した。 この時のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ
²であった。 パルスの繰り返しは２００Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の対して垂直にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 ５０ｍｍの幅を０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で合計５００秒で５往復走査させた。 表面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。

【００３９】（実施例５） 気相合成ダイヤモンドの表面平滑化をＳＯＲにより行った。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが５０ｍｍ角の薄板状で、
表面には３０μｍ程度のピラミッド状凹凸があった。 このＳＯＲ光を全反射ミラーで集光して、加工するダイヤモンドの表面に真空中で照射した。 この時のエネルギー密度は１０ ¹⁰ Ｗ／ｃｍ ²であった。 照射角度はダイヤモンド面の法線に対して平行にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 切断面の電子顕微鏡観察では切断面周辺のモフォロジーの変化は見られず、また切断面自体もグラファイトの生成の見られない極めて滑らかな面になっていた。

【００４０】（実施例６） 気相合成ダイヤモンド表面をエキシマレーザにより削除した。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが２５ｍｍ角の板状であり、表面の粗さはＲａ＝４μｍであった。 エキシマレーザには、２４８ｎｍの発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を合成石英製凸型及び凹型円筒レンズを組み合わせて、２５ｍｍ長さ１００μ
ｍ幅に集光して、加工するダイヤモンドの表面に酸素ガスを吹き付けながら照射した。 この時のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは１００
Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の法線方向にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に２５ｍｍの長さを２ｍｍ／分の速度で４回走査させた。 加工後、試料の厚みを測定したところ、２００μｍになっており、
表面の粗さＲａは０．２μｍまで改良されていた。

【００４１】（実施例７） 合成Ｉｂ型ダイヤモンドの（１１１）面をエキシマレーザにより加工した。 ａｓ−
ｇｒｏｗｎのダイヤモンドは厚さが約５ｍｍで大きさがほぼ１０ｍｍ角であり、種面側にはインクルージョンと称される溶媒金属の巻き込みがみられた。 この種面及び成長面をエキシマレーザにより平滑化した。 エキシマレーザには、ＡｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光をマスクイメージ法により合成石英製シリンドリカル凸型レンズで１０ｍｍ×１０μｍ形状に集光して、ダイヤモンドの表面にヘリウム気流中にて照射した。 この時のエネルギー密度は３０Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは１００Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面に対して垂直にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 種面側は１０往復させ、インクルージョンごと５００μｍ削除した。 １往復の所用時間は、１０分であった。 種面側は１往復し、平滑化した。
厚みが約４ｍｍのインクルージョンを含まない平坦なダイヤモンド単結晶板を得ることができた。

【００４２】（比較例１） 機械研磨（スカイフ研磨）
により、合成Ｉｂ型ダイヤモンドの（１１１）面を加工した。 ａｓ−ｇｒｏｗｎのダイヤモンドは厚さが約５ｍ
ｍで大きさがほぼ１０ｍｍ角であり、種面側にはインクルージョンと称される溶媒金属の巻き込みがみられた。
この種面及び成長面をスカイフ研磨により平坦化した。
スカイフ研磨とは、高速回転する鉄製加工台に遊離ダイヤモンド砥粒をまき、これに圧着してダイヤモンドを加工するもので、数百℃まで温度は上昇する。

【００４３】（１１１）面はダイヤモンドの面の中で最も硬い面である。 そのため、種面側の片面の０．５ｍｍ
を落とすのに、２４５時間かかった。 この際、熱的影響と思われるインクールジョン部よりのクラックがみられた。 さらに、成長面側を数μｍ研削するのに数日を要した。 また、研削面は曲面になり、これは加工面の変形が原因と考えられた。

【００４４】（比較例２） 気相合成ダイヤモンドをメタルボンドダイヤモンド砥石により研削加工した。 気相合成ダイヤモンドの大きさは、２５ｍｍ角で厚みが５０
０μｍの自立板であった。 これを回転する砥石面に圧着した。 １００μｍ厚みを研削するのに、３１３時間を要した。 その間、研削砥石の交換を５回行った。 また、研削面は曲面状を呈した。

【００４５】（実施例８） 気相合成ダイヤモンドをエキシマレーザにより平坦化及び平滑化した。 気相合成ダイヤモンドは厚さが５００μｍで大きさが５０ｍｍ角の薄板状であり、大きく湾曲している。 その湾曲即ちソリの大きさを、面の最も高い点と最も低い点の差で表した場合、１００μｍであった。 また、表面には約３０μｍ
の高さのピラミッド状の凹凸が形成されていた。 平坦な板の上にある約５０ｍｍ角の型枠の中に静置した。 囲いの中には、約０．５μｍ〜１０μｍ径のアルミナ（酸化アルミニウム）粒子をメタノール液に懸濁させたものを入れてあり、メタノールを蒸発させる様、静置もしくは加熱した。

【００４６】乾固後、型枠を取り外し、ダイヤモンド面がでるまでアルミナを平行に削り落とした。 この全体をエキシマレーザにより平坦化し、ダイヤモンドの平坦平滑化を行った。 エキシマレーザは、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を、
合成石英製シリンドリカル凸型レンズにて、３０ｍｍ長×１００μｍ幅に集光して、加工するダイヤモンドの表面に酸素ガスを吹き付けながら照射した。 この時の平均エネルギー密度は５Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは１００Ｈｚにした。

【００４７】照射角度はダイヤモンド面の法線に対して７５度にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して平行に駆動させた。 ５０ｍｍの幅を１ｍｍ／ｍｉｎ． の速度で２往復走査させた。 上下を変えて、同様にレーザ光を走査させた。 その後、超音波洗浄によりアルミナを落とした。 表面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、Ｒａは０．２μｍであった。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。

【００４８】アルミナ粒子の代わりに、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化硼素、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、
酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよびダイヤモンドからなる群から選ばれた１または２以上の物質、もしくはそれらの化合物など、照射光に対して１×
１０ ² ｃｍ ^-1以上の吸収係数を有する物質を用いても同様の結果が得られる。

【００４９】（実施例９） 気相合成ダイヤモンドをエキシマレーザにより平坦化及び平滑化した。 気相合成ダイヤモンドは厚さが５００μｍで大きさが５０ｍｍ角の薄板状であり、大きく湾曲している。 その湾曲即ちソリの大きさを、面の最も高い点と最も低い点の差で表した場合、１００μｍであった。 また、表面には約３０μｍ
の高さのピラミッド状の凹凸が形成されていた。

【００５０】このダイヤモンド板を試料台に固定し、紫外線を通さないシリコンオイルの入っている容器内においた。 試料台は容器中で上下動制御できるようにした。
エキシマレーザは、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を、合成石英製シリンドリカル凸型及び凹型レンズを組み合せた光学系にて、
５０ｍｍ長×１００μｍ幅に集光して、加工するダイヤモンドの表面にヘリウム希釈酸素ガスを吹き付けながら照射した。 この時の平均エネルギー密度は３Ｊ／ｃｍ ²
であった。 パルスの繰り返しは１００Ｈｚにした。

【００５１】５０ｍｍの幅を１ｍｍ／ｍｉｎ． の速度で３往復走査させた。 照射角度はダイヤモンド面の法線に対して６０度にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して平行に駆動させた。 この際、１走査毎に試料台を１０〜
２０μｍ程度上に上げて行った。 １００μｍのそり部が削除された時点で、試料面の上下を変えて、同様にレーザ光を走査させた。 その後、洗浄によりシリコンオイルを落とした。 表面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、Ｒａは０．２μｍであった。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。 シリコンオイルの代わりに、ベンゼン、アセトン、
酢酸エチル、炭酸プロピレン、トルエン等のエキシマレーザに対して不透明な液体を用いても同様の結果が得られる。

【００５２】（実施例１０） 気相合成ダイヤモンドの表面をエキシマレーザにより一部削除し、凹形状にした。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが５０ｍｍ角の平滑化された薄板状であった。 エキシマレーザは、ＸｅＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を合成石英製シリンドリカル凸型レンズ及びシリンドリカル凹レンズを組み合わせて、かつマスクイメージ法により、１０ｍｍ×２０μｍ角に集光して、加工するダイヤモンドの表面にアセトンの霧を噴霧しながら照射した。

【００５３】この時のエネルギー密度は２０Ｊ／ｃｍ ²
であった。 パルスの繰り返しは８０Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンドの面に対して垂直にした。 ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 １０ｍｍの幅を３ｍｍ／ｍｉｎの速度で４往復走査させた。 その結果、中央が１０ｍｍ角で深さ８０μｍの溝を形成することが出来た。 表面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、Ｒａは０．２μｍであった。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。 この凹型ダイヤモンド板に半導体レーザを埋め込み、発振させたところ良好な冷却特性を示した。

【００５４】（実施例１１） 気相合成ダイヤモンドの表面削除を塩酸の水溶液中で行った。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが２５ｍｍ角の薄板状で、表面には３０μｍ程度のピラミッド状凹凸があった。

【００５５】エキシマレーザには、２４８ｎｍの発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を合成石英製凸型及び凹型円筒レンズを組み合わせて、２５ｍｍ長さ１００μｍ幅に集光して、加工するダイヤモンドの表面に照射した。 この時のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは１００
Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の法線方向にした。

【００５６】ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 切断面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、Ｒａは０．１μｍまで改良されていた。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。 切断面の状態は蒸気の実施例１０の場合よりも良好であった。 また１走査で削除されるダイヤモンドの厚みは４０μｍであった。

【００５７】酸の水溶液として、塩酸の他に硝酸、酢酸、硫酸、燐酸等を用いても同様の結果が得られる。 また、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア等のアルカリ水溶液を用いても同様の結果が得られる。 水溶液中の酸、アルカリの濃度は０．５〜１０％が適当である。 ０．５％よりも薄いと効果がなく、１０％よりも濃くなると水溶液がエキシマレーザに対して不透明になる。

【００５８】（実施例１２） 気相合成ダイヤモンドの表面削除をメタノール液中で行った。 気相合成ダイヤモンドは厚さが３５０μｍで大きさが２５ｍｍ角の薄板状で、表面には３０ミクロン程度のピラミッド状凹凸があった。

【００５９】エキシマレーザには、２４８ｎｍの発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザを使用した。 このレーザ光を合成石英製凸型及び凹型円筒レンズを組み合わせて、２５ｍｍ長さ１００μｍ幅に集光して、加工するダイヤモンドの表面に照射した。 この時のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ ²であった。 パルスの繰り返しは１００
Ｈｚにした。 照射角度はダイヤモンド面の法線方向にした。

【００６０】ダイヤモンドはレーザ光に対して垂直に駆動させた。 切断面の電子顕微鏡観察では殆ど凹凸のない平滑な面であることが分かり、Ｒａは０．１μｍまで改良されていた。 また加工面にはグラファイトの生成は見られなかった。 切断面の状態は蒸気の実施例１０の場合よりも良好であった。 また１走査で削除されるダイヤモンドの厚みは３５μｍであった。

【００６１】メタノールの他に、エタノールその他のアルコール類、アセトン等のケトン類、エーテル類等、酸素を含有する有機物を用いても同様の効果が得られる。
試料ダイヤモンドを液中に置く代わりに、これらの有機物を霧状にして吹き付けてもまたこれらの蒸気中で加工してもよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明は高効率・高精度のダイヤモンド加工法を提供するもので、ダイヤモンドの高硬度、比較的弱い耐酸化性等の問題の為、加工ができなかったり、
コストが非常にかかることの為に従来適応できなかった分野にダイヤモンドの応用範囲を広げることができる。
さらに、本発明はダイヤモンドの３次元の超精密加工法を提示するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する装置の他の例を示す概念図である。

【図２】本発明の方法を実施する装置の一例を示す概念図である。

【図３】高純度のIIa型ダイヤモンドの吸収スペクトルである。

【符号の説明】

１：エキシマレーザ ２：円筒型レンズ ３、５：ダイヤモンド ４：円筒型凹面鏡