(57)【要約】  所望の形状を有し、かつ高密度・高品質のダイヤモンド膜を有する基板およびその製造方法、並びにダイヤモンド基板を提供する。成長基板（シリコン基板）（１０）上にダイヤモンドからなる多数の超微粒子（１１）を散布し、これら超微粒子（１１）上に例えば、直径１ｍｍ〜３ｍｍの鋼球を配したのち、成長基板（１０）に対して垂直方向の超音波振動を与える。鋼球が振動し、その加圧力により超微粒子（１２）が成長基板（１０）に対して所望のパターンで埋め込まれる。次いで、ＣＶＤ法により超微粒子（１１）を成長させると、ダイヤモンドの膜（１４）が形成される。成長基板（１０）を除去すればダイヤモンドの膜（１４）（ダイヤモンド基板）のみが得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板の表面に多数の超微粒子を所望のパターンで選択的に埋め込む工程と、  前記成長基板に埋め込まれた多数の超微粒子を成長させて膜を形成する工程と  を含むことを特徴とする基板の製造方法。
【請求項２】
前記多数の超微粒子を懸濁させた液を用いて超微粒子を前記基板上に散布する  ことを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記成長基板上に多数の超微粒子を配置し、前記超微粒子を加圧して超音波振動を付与する  ことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記成長基板上に配置された前記多数の超微粒子上に加圧球を載置し、前記成長基板に対して垂直方向の超音波振動を付与することにより前記超微粒子を埋め込む  ことを特徴とする請求項３に記載の基板の製造方法。
【請求項５】
前記成長基板上に配置された前記多数の超微粒子上に加圧球を載置し、前記成長基板に対して面内方向の超音波振動を付与して加圧球を前記成長基板上を直線的に移動させることにより前記超微粒子を線状パターンで埋め込む  ことを特徴とする請求項３に記載の基板の製造方法。
【請求項６】
前記加圧球を前記基板に対して相対的に走査させることにより超微粒子を面状パターンで埋め込む  ことを特徴とする請求項５記載のダイヤモンド膜を有する基板の製造方法。
【請求項７】
前記加圧球を所定の位置に固定することにより超微粒子を前記成長基板に点状に埋め込む  ことを特徴とする請求項４に記載の基板の製造方法。
【請求項８】
前記超微粒子はダイヤモンドである  ことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項９】
前記成長基板上に膜を形成したのち、前記成長基板を除去し、残存した膜を基板とする  ことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法により形成され、表面に所望のパターンのダイヤモンド膜を有する  ことを特徴とする基板。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法により形成され、所望のパターン形状を有することを特徴とする基板。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ダイヤモンドなどの高硬度材料による所望のパターンの膜を有する基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ダイヤモンドは高い機械的強度および化学的安定性等の材料特性を有していることから半導体素子の基板や光通信部品の回路の一部に応用する研究がなされている。また、マイクロマシニング分野においては、機械的な加工を行う際にダイヤモンド製のマイクロマシン用工具が必要とされる。これらの用途に用いる場合には、ダイヤモンド膜を様々なマイクロパターン形状（微細形状）に形成する必要がある。【０００３】  微細形状のダイヤモンド膜を作製する方法としては、一様に作製したダイヤモンド膜をパターニングする方法が提案されている（第１の方法、例えば特許文献１参照）。また、エキシマレーザ等の紫外光を用いて加工する方法（第２の方法）も考えられ、あるいはマスクを用いた前処理を行い、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法によってダイヤモンド膜を作製する方法（第３の方法）も考えられる。【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７５５７５号公報
【発明の開示】
【０００５】  しかしながら、上述の従来の方法では次のような問題があった。すなわち、第１の方法では、ダイヤモンドが上述の材料特性を有していることから精密にパターニングすることは困難であり、第２の方法については未だ加工技術として確立されていない等の問題がある。また、第３の方法ではそのプロセスは複雑でコストがかかる等の問題があった。  このように従来の方法では、ダイヤモンドを精密にかつ容易に加工する技術が確立されていなかった。
【０００６】  本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ダイヤモンドなどの高硬度材料を精度良く、かつ安価に所望のパターンに加工することのできる基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】  また、本発明の第２の目的は、上記方法により得られる高密度・高品質の基板を提供することにある。
【０００８】  本発明による基板の製造方法は、成長基板の表面に多数の超微粒子を所望のパターンで選択的に埋め込む工程と、成長基板に埋め込まれた多数の超微粒子を成長させて膜を形成する工程と、を含むものである。
【０００９】  すなわち、本発明の基板の製造方法では、成長基板上に所望のパターンで選択的にダイヤモンドなどの超微粒子が埋め込まれ、続いて、これを核として超微粒子が成長し、所望のパターンの形状を有する膜が形成される。
【００１０】  超微粒子を散布する際には、超微粒子をエタノールに懸濁させた液を用いることが好ましく、これにより超微粒子が飛散することなく散布される。
【００１１】  超微粒子を基板の所定位置に埋め込む方法としては、成長基板上に多数の超微粒子（例えばダイヤモンド）を配置し、超微粒子を加圧して超音波振動を付与する方法がある。より具体的には、第１の方法として、成長基板上に配置された多数の超微粒子上に加圧球を載置し、成長基板に対して垂直方向の超音波振動を付与することにより超微粒子を埋め込む方法、第２の方法として、成長基板上に配置された多数の超微粒子上に加圧球を載置し、成長基板に対して面内方向の超音波振動を付与して加圧球を成長基板上を直線的に移動させることにより超微粒子を線状パターンで埋め込む方法がある。  このような方法により、基板に対して超微粒子を点状、線状あるいは所望のパターンで埋め込むことができる。また、鋼球を基板全面で走査させることにより基板全面に超微粒子を埋め込むことも可能になる。加圧球としては、例えばステンレス鋼，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 などからなる金属球、ガラス等からなるセラミックス球あるいは樹脂球等を用いることができる。
【００１２】  膜としてダイヤモンド膜を形成する場合には、水素−メタン（Ｈ2 −ＣＨ4 ）系ガスによるプラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。ＣＶＤ法を用いると、超微粒子の存在する部分には必ずダイヤモンド核が形成され、従来よりも速い成長速度で、かつ、極めて高密度・高品質のダイヤモンド膜を備えた基板を作製することができる。
【００１３】  成長基板としては、例えばケイ素（Ｓｉ）基板等が利用可能である。
【００１４】  本発明による基板の製造方法では、成長基板上に膜を形成したのち、成長基板を除去して膜そのものを基板とすることにより、例えばダイヤモンドからなる基板を作製することができる。
【００１５】  本発明の基板の製造方法によれば、成長基板に多数の超微粒子を所望のパターンで選択的に埋め込んだのち、埋め込まれた超微粒子を成長させて膜を形成するようにしたので、従来、膜形成が困難であったダイヤモンドなどの膜を所望の形状に、かつ高密度・高品質で容易に作製することができる。よって、このダイヤモンド膜を備えた基板を、例えば光−電子複合デバイス基板として用いることにより、その光学特性および半導体特性を向上させることができる。
【００１６】  また、成長基板上にダイヤモンドなどの膜を形成したのち、成長基板を除去し、残った膜を基板として用いるようにすれば、ダイヤモンドなどからなる所望の形状の基板を容易に作製することができる。よって、例えば、ダイヤモンドのみから構成される耐久性に優れたマイクロマシン用工具などを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るダイヤモンド膜を有する基板の製造工程を表す図である。
【図２】超微粒子の埋め込み工程を説明するための図である。
【図３】図２に示した工程を具体的に説明するための斜視図である。
【図４】図３に続く工程を表す上面図である。
【図５】任意のパターン形状に超微粒子の埋め込む方法を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００１９】  図１は本発明の一実施の形態に係るダイヤモンド膜を有する基板の製造方法を表すものである。【００２０】  まず、図１（Ａ）に示したように、ダイヤモンドからなる多数の超微粒子１１を散布したのち、これら超微粒子１１を基板１０に所望のパターンで選択的に埋め込む。【００２１】  成長基板１０としては、例えば、１５ｍｍ×１５ｍｍのシリコン（Ｓｉ）基板等を用いることができる。超微粒子１１としては、その直径が例えば、５ｎｍ〜数十ｎｍであるものを用いることが好ましい。このようなナノサイズの超微粒子１１を用いることにより高密度の埋め込みが可能となり、後述するダイヤモンドの核等の成長速度が向上する。【００２２】  次に、図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示したようにこのように成長基板１０に埋め込まれた多数の超微粒子をＣＶＤ法、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成長させることによりダイヤモンド膜を形成する。反応ガスＧとしては例えば水素−メタン（Ｈ2 −ＣＨ4 ）系ガスを用いることができる。その過程では、まず、超微粒子１１を起点としてダイヤモンドの核１２が形成される（図１（Ｂ））。ここで、核１２とは、その直径が１０ｎｍ〜１００ｎｍであるものをいう。【００２３】  続いて、これらの核１２を起点としてダイヤモンドの粒子１３が形成される（図１（Ｃ））。ここで、粒子１３とは、その直径が数十ｎｍ〜数百ｎｍであるものをいう。最後に、粒子１３を起点としてダイヤモンドの結晶１４Ａが成長して膜１４を形成される（図１（Ｄ））。これにより表面にダイヤモンドの膜１４を有する基板１５が完成する。【００２４】  超微粒子１１の成長基板１０への埋め込みは、例えば以下の方法により実現することができる。すなわち、図２に示したように、成長基板１０の表面に多数の超微粒子１１を散布したのち、これらの超微粒子１１上に加圧球（鋼球２０）を載置する。そして、成長基板１０に対して垂直方向の超音波振動Ｖ１を与えて鋼球２０を同方向に振動させるものである。【００２５】  なお、多数の超微粒子１１の散布方法としては、例えばこれら超微粒子１１をエタノール等に懸濁させた液Ｌを用い、これを成長基板１０上に塗布すればよい。これにより、超微粒子１１が飛散することなく散布される。加圧球の材質および大きさは特に限定されるものではないが、ここでは、例えば、直径０．２ｍｍ〜３ｍｍのステンレス製のものを用いる。超音波振動Ｖ１としては、例えば、１０Ｗ〜１００Ｗ程度の低エネルギー（周波数は３５ＫＨｚ〜１ＭＨｚ）のものが好ましい。これにより超微粒子１１が成長基板１０に高密度で埋め込まれる。【００２６】  次に、超微粒子１１を所望のパターン形状に埋め込む方法について説明する。【００２７】  まず、図３（Ａ）に示したＬ字型のガイド２１，２１を成長基板１０上に所定の隙間２１Ａを隔てて載置する（図３（Ｂ））。そののち、隙間２１Ａに多数の超微粒子１１を散布したのち鋼球２０を載置し、成長基板１０に超音波振動Ｖ１を付与すると共に、図４に示したように、成長基板１０の面内方向にも超音波振動Ｖ２も付与して鋼球２０を隙間２１Ａに沿って直線的に移動させる。これにより超���粒子１１に圧力が加わり成長基板１０に対して線状に埋め込まれる。【００２８】  ガイド２１，２１の形状は、埋め込みのパターンに応じて変更すればよい。例えば筒状のガイドとして、その内部で鋼球２０を上下動させることにより超微粒子１１を点状に埋め込むことができる。また、大きな面積で均一な膜を形成したい場合には、枠状のガイドとし、多数の鋼球２０を成長基板１０上の全面に配し、各鋼球２０で全面を走査するように面内方向の振動を付与すればよい。【００２９】  また、例えば、図５に示したような装置３０を用いて超微粒子１１を埋め込むようにしてもよい。具体的には、Ｘ，Ｙ軸方向に移動可能なステージ３１上に超微粒子１１を含む液Ｌが入った浴槽３２を載置し、浴槽３２中に成長基板１０を投入する。この後、細線ばね３３を介して超音波振動子３４に連結された鋼球２０を超音波振動させつつ、ステージ３１を稼動させて鋼球２０を成長基板１０の所望の位置に移動させる。この場合も、鋼球２０の直径は例えば上記範囲（０．２ｍｍ〜３ｍｍ）とすることが好ましい。このような構成とすることにより、線状だけではなく、あらゆる任意のパターン状に超微粒子１１を簡易に埋め込むことが可能となる。なお、ここでは、鋼球２０自体を直接振動させることにより超微粒子１１を埋め込むようにしたが、浴槽３２側に超音波振動を付与し、その結果鋼球２０が振動するような構成としてもよい。【００３０】  このように本実施の形態では、多数の超微粒子１１を成長基板１０上に散布し、成長基板１０に所望のパターンで埋め込んだのち、これらの超微粒子１１を成長させるようにしたので、所望の形状を有し、かつ高密度・高品質のダイヤモンドの膜１４を有する基板１５を容易にかつ、高速に形成することができる。また、超微粒子１１の成長基板１０への埋め込みも、鋼球２０の超音波振動Ｖ１を利用して行うようにしたので、簡単に実現することができる。従って、このダイヤモンドの膜１４を備えた基板１５を光−電子複合デバイス基板として用いると、その光学特性および半導体特性が向上する。【００３１】  以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、成長基板１０にダイヤモンドの膜１４を形成してこれを基板１５としたが、ダイヤモンドの膜１４を形成したのち、成長基板１０を除去することにより、残存した膜１４自体を基板（ダイヤモンド基板）とするようにしてもよい。成長基板１０を除去する具体的な方法としてはエッチング法などを用いることができる。これにより、所望の形状を有し、かつ高密度・高品質のダイヤモンド基板を得ることができる。よって、例えば、ダイヤモンドの膜１４をマイクロマシン用工具の形状に併せて形成すれば、ダイヤモンドからなるマイクロマシン用工具を容易に作製することができる。更に、Ｘ線から赤外に至る広い波長領域の光学窓、機械摺動部分の耐磨耗性部品、高級装飾品の一部等を耐久性に優れたダイヤモンドで作製することも可能である。また、超微粒子についてはダンヤモンドに限らない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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