(57)【要約】【課題】本発明は、短時間で、平坦・平滑化、凹部・穴部形成できるダイヤモンド結晶基板加工方法、ダイヤモンド結晶基板配置治具及びダイヤモンド結晶基板加工装置を提供することを課題とする。【解決手段】ダイヤモンド結晶基板の被加工面に、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる加工用基板の接触面を接触させて配置する工程と、前記減圧容器内を水素ガス雰囲気とする工程と、ダイヤモンド結晶基板の露出部分を水素終端面とする工程と、前記プラズマで前記加工用基板を加熱して、被加工面を掘り進める工程と、を有するダイヤモンド結晶基板加工方法を用いることにより、前記課題を解決できる。【選択図】図３４
2016098129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧容器内に、ダイヤモンド結晶基板の被加工面に、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる加工用基板の接触面を接触させて配置する工程と、
前記減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、前記減圧容器内を水素ガス雰囲気とする工程と、
前記減圧容器内でプラズマを発生させて、ダイヤモンド結晶基板の露出部分を水素終端面とする工程と、
前記プラズマで前記水素終端面の状態を維持しながら、前記プラズマで前記加工用基板を加熱して、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中のダイヤモンド結合炭素をプラズマで除去して、被加工面を深さ方向に掘り進める工程と、を有することを特徴とするダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項２】
前記接触面が、表面粗さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項３】
前記高融点金属がモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ、バナジウム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ、バナジウム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）の群から選択されるいずれか一の金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項４】
前記加工用基板を、「加工用基板中、カーバイド化温度が最も低い高融点金属のカーバイド化温度−２００℃」以上に加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項５】
前記水素ガス雰囲気に、酸素ガス又はフッ素を混入させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項６】
前記被加工面が、平滑面に加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を平滑面へ加工することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項７】
前記被加工面が、凹部へ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を凹部へ加工することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項８】
前記被加工面が、穴部へ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を穴部へ加工することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【請求項９】
ダイヤモンド結晶基板を直接又は間接に一面上に配置する基板ホルダと、前記基板ホルダに配置したダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する加工用基板と、を有し、前記加工用基板がＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなることを特徴とするダイヤモンド結晶基板配置治具。
【請求項１０】
前記加工用基板をダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する際、ダイヤモンド結晶基板の被加工面の深さ方向に前記加工用基板を押し付ける力が加えられることを特徴とする請求項９に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【請求項１１】
前記加工用基板が、表面粗さが１μｍ以下である面を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【請求項１２】
前記加工用基板が、突出部を有していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【請求項１３】
前記基板ホルダの４隅に一端側が取り付けられた４つの柱部と、前記４つの柱部の他端側に４隅が取り付けられた固定ホルダと、前記基板ホルダ上に配置するダイヤモンド結晶基板上に配置する加工用基板と、前記加工用基板と前記固体ホルダの間に配置され、前記加工用基板の４隅を押し付ける４つのバネと、を有し、前記固定ホルダに穴部が設けられていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【請求項１４】
ガス導入／排気管とマイクロ波導入部を有する減圧容器と、前記減圧容器内に配置する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具を有することを特徴とするダイヤモンド結晶基板加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド結晶基板加工方法、ダイヤモンド結晶基板配置治具及びダイヤモンド結晶基板加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド結晶は高い熱伝道率、高い絶縁破壊電界強度、高い周波特性などの優れた物理特性を有し、耐久性が高い高機能性材料なので、宇宙などの苛酷環境でも使用可能な半導体材料として注目されている。
通常、ダイヤモンド半導体素子は、まず、ダイヤモンド結晶を所望の形状に切断・研削し、次に、ダイヤモンド結晶表面を研磨して、平坦性面を作製してから、電極等を形成して、作製する。
【０００３】
特許文献１は、ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法に関するものであり、単結晶ダイヤモンド薄膜の表面の面方位を前記単結晶ダイヤモンド薄膜の結晶軸の［００１］方向に対して傾斜させるように前記単結晶ダイヤモンド薄膜の表面を研磨加工することが記載されている。
【０００４】
特許文献２は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド薄膜の改質方法、ダイヤモンド薄膜の改質及び薄膜形成方法、並びにダイヤモンド薄膜の加工方法に関するものであり、レーザービーム切断等によるデバイス化の工程で発生した歪み又は損傷をマイクロ波照射によって除去又は減少させることが記載されている。
【０００５】
特許文献３は、ダイヤモンドの微細加工方法に関するものであり、ＥＣＲプラズマエッチング方式により前記ダイヤモンドをエッチングすることが記載されている。
【０００６】
特許文献４は、ダイヤモンド単結晶基板の製造方法およびダイヤモンド単結晶基板に関するものであり、機械的研磨によって種基板表面に生じた加工変質層を除去してから単結晶を成長させてダイヤモンド単結晶基板を製造することが記載されている。
【０００７】
特許文献６は、単結晶ダイヤモンドの表面損傷の除去方法に関するものであり、単結晶ダイヤモンド中にイオン注入によって非ダイヤモンド層を形成した後、高温アニーリング等の方法で非ダイヤモンド層をグラファイト化させ、これを表面層とともにエッチングにより取り除くことによって、単結晶ダイヤモンドの表面粗さを増加させることなく、研磨や切削等によって生じた表面部分の損傷を取り除くことが可能になることが記載されている。
【０００８】
このように、ダイヤモンド結晶の加工方法には表面研磨法、レーザ加工法、プラズマエッチング法等があるが、これらの表面研磨、レーザ加工、プラズマエッチング等のダイヤモンド結晶加工方法は、プロセス時間、プロセス後の表面平坦性、加工形態の自由度等の点で優劣があるので、一般には、複数の方法が組み合わされて、ダイヤモンド結晶加工が行われている。
【０００９】
近年、大面積デバイスや、量産化を考慮して、ダイヤモンド結晶の表面を大面積で平滑化がすることが求められている。しかし、加工時間が大幅にかかるという問題や、加工むらが生じる等の問題が発生している。
【００１０】
例えば、表面積が１０ｍｍ角以上のダイヤモンド基板に対して、表面粗さが１００μｍ〜１ｍｍの粗加工を実施した場合、加工時間は１００時間以上となった。表面積を大きくすればするほど、加工時間は長くなる。
そのため、加工時間を短縮化できる加工方法の開発が強く望まれている。
【００１１】
特許文献５は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものであり、「表面にグラファイト層が生じている炭化珪素基板の表面を、カーバイドを形成することが可能な金属層で覆う。次に、炭化珪素基板をアニールし、カーバイドを形成することが可能な金属層中の金属と炭化珪素基板中のシリコンとを反応させ、カーバイドを形成することが可能な金属層と炭化珪素基板との間のグラファイト層を金属カーバイド層へと変化させることにより、グラファイト層を除去する。これにより、カーバイドを形成することが可能な金属層と炭化珪素基板との密着性が向上し、カーバイドを形成することが可能な金属層の剥離を抑制することができる。また、グラファイト層を除去することによりグラファイトの析出が抑制され、カーバイドを形成することが可能な金属層の表面に形成される配線用金属膜の剥離を抑制することができる。」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３７４０１号
【特許文献２】特開２００８−２８５４０５号公報
【特許文献３】特開平１０−３３０１８８号公報
【特許文献４】特開２００５−２２５７４６号公報
【特許文献５】国際公開第２０１２／１３７９５９号
【特許文献６】特開２０１０−１３３２２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｊｏｈｎ，Ｐ（２００２）．“Ｔｈｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  （１００）  ｔｅｘｔｕｒｅｄ  ｄｉａｍｏｎｄ”．Ｄｉａｍｏｎｄ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １１（３-６）：８６１．ｄｏｉ：１０．１０１６／Ｓ０９２５−９６３５（０１）００６７３−２．
【非特許文献２】Ｔ．Ａｎｄｏ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，Ｆａｒａｄａｙ  Ｔｒａｎｓ．８９，３６３５（１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、短時間で、平坦・平滑化、凹部・穴部形成できるダイヤモンド結晶基板加工方法、ダイヤモンド結晶基板配置治具及びダイヤモンド結晶基板加工装置を提供することを課題とする。特に、１μｍ以下に平坦・平滑化でき、所望の形状・大きさで凹部・穴部を形成でき、従来のスカイフ研磨法では、荷重が２００ｋｇ／ｃｍ程度であるのに対し、研磨時の加重が１０ｇｆ／ｃｍ２以下と小さく、毎時１μｍ以上の速度でこれらの加工ができるダイヤモンド結晶基板加工方法、ダイヤモンド結晶基板配置治具及びダイヤモンド結晶基板加工装置を提供することを課題とする。
【００１５】
本発明者は、上記事情を鑑みて、試行錯誤することにより、（１）ダイヤモンド結晶の被加工面に、カーバイド（ｃａｒｂｉｄｅ：炭化物）を形成可能な高融点金属からなる加工用基板を接触させて配置してから、これを加熱することにより、加工用基板に接する領域で、ダイヤモンド結晶の炭素を高融点金属と反応させて、金属カーバイドを形成できること、（２）カーバイドを形成することにより、ダイヤモンド表面は炭素枯渇となり、多量の欠陥が導入され、ダイヤモンド構造が保たれず、結果として黒鉛化されること、（３）１０００℃以上に昇温することにより、ダイヤモンドの炭素をカーバイド化し、同時に黒鉛化できること、（４）プラズマにより、黒鉛をエッチング除去でき、ダイヤモンド結晶を研削・掘り込み・平坦化・平滑化できること、（５）プラズマを高密度にしたり、水素ガス雰囲気に酸素ガスを添加することにより、エッチング速度を毎時１０μｍ以上に増加させることができること、（６）水素ガス雰囲気とすることにより、加工用基板に非接触の領域を水素終端保護でき、エッチングを抑制できることを見出して、本発明を完成した。
本発明は、以下の構成を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）  減圧容器内に、ダイヤモンド結晶基板の被加工面に、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる加工用基板の接触面を接触させて配置する工程と、前記減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、前記減圧容器内を水素ガス雰囲気とする工程と、前記減圧容器内でプラズマを発生させて、ダイヤモンド結晶基板の露出部分を水素終端面とする工程と、前記プラズマで前記水素終端面の状態を維持しながら、前記プラズマで前記加工用基板を加熱して、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中のダイヤモンド結合炭素をプラズマで除去して、被加工面を深さ方向に掘り進める工程と、を有することを特徴とするダイヤモンド結晶基板加工方法。
【００１７】
（２）  前記接触面が、表面粗さが１μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
（３）  前記高融点金属がモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ、バナジウム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）の群から選択されるいずれか一の金属であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
（４）  前記加工用基板を、「加工用基板中、カーバイド化温度が最も低い高融点金属のカーバイド化温度−２００℃」以上に加熱することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【００１８】
（５）  前記水素ガス雰囲気に、酸素ガス又はフッ素を混入させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
（６）  前記被加工面が、平滑面に加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を平滑面へ加工することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
（７）  前記被加工面が、凹部へ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を凹部へ加工することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
（８）  前記被加工面が、穴部へ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を穴部へ加工することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板加工方法。
【００１９】
（９）  ダイヤモンド結晶基板を直接又は間接に一面上に配置する基板ホルダと、前記基板ホルダに配置したダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する加工用基板と、を有し、前記加工用基板がＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなることを特徴とするダイヤモンド結晶基板配置治具。
（１０）  前記加工用基板をダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する際、ダイヤモンド結晶基板の被加工面の深さ方向に前記加工用基板を押し付ける力が加えられることを特徴とする（９）に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
（１１）  前記加工用基板が、表面粗さが１μｍ以下である面を有することを特徴とする（９）又は（１０）に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【００２０】
（１２）  前記加工用基板が、突出部を有していることを特徴とする（９）〜（１１）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
（１３）  前記基板ホルダの４隅に一端側が取り付けられた４つの柱部と、前記４つの柱部の他端側に４隅が取り付けられた固定ホルダと、前記基板ホルダ上に配置するダイヤモンド結晶基板上に配置する加工用基板と、前記加工用基板と前記固体ホルダの間に配置され、前記加工用基板の４隅を押し付ける４つのバネと、を有し、前記固定ホルダに穴部が設けられていることを特徴とする（９）〜（１２）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板配置治具。
【００２１】
（１４）  ガス導入／排気管とマイクロ波導入部を有する減圧容器と、前記減圧容器内に配置する、（９）〜（１３）のいずれかに記載のダイヤモンド結晶基板配置治具を有することを特徴とするダイヤモンド結晶基板加工装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のダイヤモンド結晶基板加工方法は、減圧容器内に、ダイヤモンド結晶基板の被加工面に、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる加工用基板の接触面を接触させて配置する工程と、前記減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、前記減圧容器内を水素ガス雰囲気とする工程と、前記減圧容器内でプラズマを発生させて、ダイヤモンド結晶基板の露出部分を水素終端面とする工程と、前記プラズマで前記水素終端面の状態を維持しながら、前記プラズマで前記加工用基板を加熱して、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中のダイヤモンド結合炭素をプラズマで除去して、被加工面を深さ方向に掘り進める工程と、を有する構成なので、加熱により、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中の炭素を金属カーバイドに変換してから、これをプラズマで除去でき、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。特に、１μｍ以下に平坦・平滑化でき、所望の形状・大きさで凹部・穴部を形成でき、毎時１μｍ以上の速度でこれらの加工ができる。つまり、この方法によれば、ダイヤモンド結晶基板の表面粗さ１μｍ以下の平坦化・平滑化加工を毎時１μｍ以上のエッチング速度ででき、従来の方法に比べて、加工時間を１桁以上短縮できる。この方法は、原理的にエッチング速度がダイヤモンド表面積に影響されない。
【００２３】
本発明のダイヤモンド結晶基板配置治具は、ダイヤモンド結晶基板を直接又は間接に一面上に配置する基板ホルダと、前記基板ホルダに配置したダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する加工用基板と、を有し、前記加工用基板がＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる構成なので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００２４】
本発明のダイヤモンド結晶基板加工装置は、ガス導入／排気管とマイクロ波導入部を有する減圧容器と、前記減圧容器内に配置する、先に記載のダイヤモンド結晶基板配置治具を有する構成なので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図３】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図４】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図５】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図６】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図７】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図８】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図９】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【００２６】
【図１０】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【００２７】
【図２０】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２５】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２８】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図２９】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【００２８】
【図３０】本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
【図３１】本発明の第６の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の一例を示す断面図である。
【図３２】本発明の第７の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の一例を示す断面図である。
【図３３】実施例１で、モリブデン板の温度を１２５０℃とした時点におけるダイヤモンド表面エッチングの概念図である。
【図３４】エッチング前後の表面写真である。
【図３５】エッチング前後のダイヤモンド結晶基板の表面写真であり、エッチング前（ａ）、エッチング後（ｂ）である。
【図３６】このエッチング工程の説明図である。
【図３７】エッチング前後のダイヤモンド結晶基板の表面写真であり、エッチング前（ａ）、エッチング後（ｂ）である。
【図３８】この穴あけ加工工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（本発明の第１の実施形態）  
（ダイヤモンド結晶基板加工装置）
まず、本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置の一例について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置の一例を示す断面模式図である。
図１に示すように、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置１１は、ガス導入管２３／ガス排気管２２とマイクロ波導入部２４を有する減圧容器２１と、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８１と、を有して概略構成されている。ダイヤモンド結晶基板配置治具８１は、前記減圧容器内に配置されている。
【００３０】
（ダイヤモンド結晶基板配置治具）
次に、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の一例について説明する。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８１は、基板ホルダ３０と、加工用基板６１と、を有して概略構成されている。
基板ホルダ３０の一面には、ダイヤモンド結晶基板５１が配置されている。
ダイヤモンド基板５１は、非平坦面である被加工面５１ａをマイクロ波導入部２４方向に向けて配置されている。被加工面５１ａは微細な凹凸を有する凹凸面であり、平坦加工を要する面である。
加工用基板６１は、ダイヤモンド結晶５１上に配置されている。具体的には、加工用基板６１は、その接触面６１ａを被加工面５１ａに接触させて、ダイヤモンド基板５１の非平坦面である被加工面５１ａ上に配置されている。矢印に示す方向に働く重力により、接触面６１ａは被加工面５１ａに押し付けられ、被加工面５１ａの凸部先端に常に接面されている。
【００３１】
加工用基板６１は、ＣＡＳ表記で、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる。これにより、後述する加工工程で、これに接するダイヤモンド結晶基板の炭素をカーバイドとしてから、黒鉛化してエッチング除去できる。なお、エッチングとは、化学反応により、対象物質表面を削り取ることをいう。
【００３２】
前記高融点金属としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ、バナジウム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）の群から選択されるいずれか一の金属を挙げることができる。これらは、炭素と反応してカーバイドを形成可能な高融点金属である。
モリブデンカーバイド（ＭｏＣ）、炭化タングステン（タングステンカーバイド：ＷＣ：超硬合金）、ニオブカーバイド、バナジウムカーバイド、タンタルカーバイド、チタンカーバイド、ジルコニウムカーバイド、ハフニウムカーバイド等が形成される。
【００３３】
加工用基板６１の接触面６１ａは、表面粗さが１μｍ以下であることが好ましい。これにより、ダイヤモンド結晶５１の非平坦面である被加工面５１ａを、表面粗さが１μｍ以下の平滑面に加工できる。なお、表面粗さとは、粗さ曲線を曲線の平均値（中心線）で折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値である。表面粗さが０．１μｍ以下であることがより好ましい。これにより、ダイヤモンド結晶５１の非平坦面である被加工面５１ａを、表面粗さが０．１μｍ以下の平滑面に加工できる。
【００３４】
加工用基板６１は、突出部を有していてもよい。これにより、突出部で規定される形状の凹部や穴部を形成することもできる。
【００３５】
（ダイヤモンド結晶基板加工方法）
（平滑化加工１）
まず、本発明の第１の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例について説明する。
まず、平滑化加工について説明する。
平滑化加工を要するダイヤモンド結晶基板は、例えば、一面が非平坦面であり、平滑面に加工を要する被加工面を要する。
以下のようにして、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を平滑面へ加工する。
【００３６】
図２〜１１は、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、ダイヤモンド結晶基板及び加工用基板配置工程Ｓ１と、水素ガス雰囲気化工程Ｓ２と、水素終端面化工程Ｓ３と、エッチング工程Ｓ４と、を有する。
【００３７】
（ダイヤモンド結晶基板及び加工用基板配置工程Ｓ１）
まず、図２に示すように、減圧容器内に基板ホルダ３０を配置する。
次に、図３に示すように、基板ホルダ３０上にダイヤモンド結晶基板５１を配置する。ダイヤモンド結晶基板５１は、その被加工面５１ａが上側を向き、マイクロ波導入部２４方向を向くように配置する。
次に、図４に示すように、ダイヤモンド結晶５１の被加工面５１ａに加工用基板６１の接触面６１ａを接触させて配置する。
【００３８】
（水素ガス雰囲気化工程Ｓ２）
次に、図５に示すように、減圧容器２１内を減圧してから、水素ガスを導入して、減圧容器２１内を水素ガス雰囲気とする。
【００３９】
（水素終端面化工程Ｓ３）
次に、図６に示すように、減圧容器２１内でプラズマ４５を発生させて、ダイヤモンド結晶基板５１の露出部分を水素終端面５０とする。
【００４０】
（エッチング工程Ｓ４）
次に、図７に示すように、プラズマ４５でダイヤモンド結晶基板５１の露出部分を水素終端面５０の状態を維持しながら、プラズマ４５で加工用基板６１を加熱する。
【００４１】
加工用基板の加熱温度は、「加工用基板中、カーバイド化温度が最も低い高融点金属のカーバイド化温度−２００℃」以上とすることを要する。これにより、加工用基板６１に接触したダイヤモンド結晶基板５１の中のダイヤモンド結合炭素を金属カーバイドに変換できる。金属カーバイド化は、黒鉛形成を誘発し、黒鉛はプラズマによりエッチング除去される。これにより、ダイヤモンド結晶基板５１の被加工面を深さ方向に掘り進める。
【００４２】
加熱温度を「加工用基板中、カーバイド化温度が最も低い高融点金属のカーバイド化温度−２００℃」としたのは、まず、ダイヤモンドのバルク酸化温度は、７００℃であること（非特許文献１）、及び、表面酸化反応は、７５０Ｋ（５００℃）から始まること（非特許文献２）から、ダイヤモンド表面でのカーバイド化も、表面反応（本発明）とバルク反応（一般的に言われている、カーバイド化温度）には、２００℃の差があり、かつ、表面反応温度の方が低いと類推したためである。
【００４３】
図８〜１０は、それぞれ、より掘り進んだ時点の工程図である。
図１１は、最終工程図である。
最終的な被加工面の表面粗さは、接触面の表面粗さとされる。
被加工面が所定の平滑面とされたダイヤモンド結晶基板５２が形成される。
【００４４】
なお、加工領域は原子状水素が分布するプラズマサイズで限定される。プラズマサイズは、装置形状とプラズマを生成するマイクロ波出力のどちらかで限定される。プラズマ出力１０００Ｗの場合、直径３０ｍｍ（７０６ｍｍ２）までを加工する事が可能である。６０ｋＷプラズマ装置が市販されており、この装置の最大プラズマサイズが直径１５２ｍｍなので、少なくともこの面積までは対応可能である。装置改造により、更に加工領域の増加が可能である。
【００４５】
加工時間は、ダイヤモンド結晶基板５１の被加工面５１ａの加工前の高低差に依存する。本実施例から、毎時１μｍ以上で加工できる。
【００４６】
上記に示したように、雰囲気ガスは水素ガスのみでもよいが、前記水素ガス雰囲気に酸素ガス又はフッ素含有ガスを混入させることがより好ましい。これにより、加工速度を向上させることができる。
【００４７】
（本発明の第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例について説明する。平滑化加工の別の一例である。
【００４８】
（ダイヤモンド結晶基板加工方法）
（平滑化加工２）
図１２〜１４は、本発明の第２の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、ダイヤモンド結晶基板及び加工用基板配置工程Ｓ１での配置が異なる他は本発明の第１の実施形態と同様の構成とされている。
【００４９】
具体的には、まず、減圧容器内に基板ホルダ３０を配置する。
次に、基板ホルダ３０上に加工用基板６１を配置する。
次に、図１２に示すように、加工用基板６１上にダイヤモンド結晶５１を、加工用基板６１の接触面６１ａにダイヤモンド結晶５１の被加工面５１ａを接触させて配置する。ダイヤモンド結晶基板５１の被加工面５１ａの反対側の面が上側を向き、マイクロ波導入部２４方向を向くように配置する。
重力により、接触面６１ａは矢印に示す方向に被加工面５１ａに押し付けられ、被加工面５１ａの凸部先端に常に接面されている。
【００５０】
（水素ガス雰囲気化工程Ｓ２）
次に、減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、減圧容器内を水素ガス雰囲気とする。
【００５１】
（水素終端面化工程Ｓ３）
次に、減圧容器内でプラズマ４５を発生させて、ダイヤモンド結晶基板５１の露出部分を水素終端面５０とする。
【００５２】
（エッチング工程Ｓ４）
次に、図１３に示すように、プラズマ４５でダイヤモンド結晶基板５１の露出部分を水素終端面５０の状態を維持しながら、プラズマ４５で、直接的に、あるいはダイヤモンド結晶基板を介して間接的に加工用基板６１を加熱する。
これにより、加工用基板６１に接触したダイヤモンド結晶基板５１の中のダイヤモンド結合炭素を金属カーバイドに変換できる。金属カーバイド化は、黒鉛形成を誘発し、プラズマによりエッチング除去される。これにより、ダイヤモンド結晶基板５１の被加工面を深さ方向に掘り進める。
図１４は、最終工程図である。
最終的な被加工面の表面粗さは、接触面の表面粗さとされる。
被加工面が所定の平滑面とされたダイヤモンド結晶基板５２が形成される。
【００５３】
（本発明の第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例について説明する。凹部加工の一例である。
【００５４】
（ダイヤモンド結晶基板加工方法）
（凹部加工）
図１５〜２２は、本発明の第３の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、加工用基板６２の平面視径が異なる他は本発明の第１の実施形態と同様の構成とされている。
なお、凹部加工を要するダイヤモンド結晶基板として、例えば、平坦面に凹部加工を要する被加工面を要するダイヤモンド結晶基板５２を用いて説明したが、これに限られるものではない。
以下のようにして、被加工面の一部を深さ方向に掘り進めて、被加工面に凹部を加工形成する。
【００５５】
具体的には、まず、減圧容器２１内に基板ホルダ３０を配置する。
次に、基板ホルダ３０上にダイヤモンド結晶基板５２を配置する。ダイヤモンド結晶基板５２は、その被加工面５２ａが上側を向き、マイクロ波導入部２４方向を向くように配置する。
次に、図１５に示すように、ダイヤモンド結晶５２の被加工面５２ａに加工用基板６２の接触面６２ａを接触させて配置する。加工用基板６２の平面視径は、被加工面５２ａを全部覆う大きさではなく、一部のみを覆う大きさとされている。
加工用基板６２と基板ホルダ３０とから、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８２が構成される。
【００５６】
（水素ガス雰囲気化工程Ｓ２）
次に、減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、減圧容器内を水素ガス雰囲気とする。
【００５７】
（水素終端面化工程Ｓ３）
次に、図１６に示すように、減圧容器内でプラズマ４５を発生させて、ダイヤモンド結晶基板５２の露出部分を水素終端面５０とする。
【００５８】
（エッチング工程Ｓ４）
次に、図１７に示すように、プラズマ４５でダイヤモンド結晶基板５１の露出部分を水素終端面５０の状態を維持しながら、プラズマ４５で加工用基板６２加熱する。
これにより、加工用基板６２に接触したダイヤモンド結晶基板５２の中のダイヤモンド結合炭素を金属カーバイドに変換できる。金属カーバイド化は、黒鉛形成を誘発し、プラズマによりエッチング除去される。これにより、ダイヤモンド結晶基板５２の被加工面を深さ方向に掘り進める。
図１８〜２２は、それぞれ、より掘り進んだ時点の工程図である。
図２２は、最終工程図である。
被加工面に凹部５３ｃが加工されたダイヤモンド結晶基板５３が形成される。
【００５９】
（本発明の第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例について説明する。穴部加工の一例である。
【００６０】
（ダイヤモンド結晶基板加工方法）
（穴部加工）
図２３は、本発明の第４の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、エッチング工程Ｓ４で、穴を形成するまでエッチングを行った他は本発明の第３の実施形態と同様の構成とされている。
図２２より掘り進み、図２３に示すように、被加工面に穴部５４ｈが加工された環状のダイヤモンド結晶基板５４が形成される。
【００６１】
（本発明の第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例について説明する。凹部加工の一例である。
【００６２】
（ダイヤモンド結晶基板加工方法）
（凹部加工）
図２４〜３０は、本発明の第５の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法の一例を示す断面工程図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、加工用基板６３の形状が異なる他は本発明の第１の実施形態と同様の構成とされている。
加工用基板６３は、板状本体部の一面に立方体状の突出部が接合されている突出部の突出面が接触面６３ａとされている。
以下のようにして、被加工面の一部を深さ方向に掘り進めて、被加工面に凹部を加工形成する。
【００６３】
具体的には、まず、減圧容器２１内に基板ホルダ３０を配置する。
次に、基板ホルダ３０上にダイヤモンド結晶基板５２を配置する。ダイヤモンド結晶基板５２は、その被加工面５２ａが上側を向き、マイクロ波導入部２４方向を向くように配置する。
次に、図２４に示すように、ダイヤモンド結晶５２の被加工面５２ａに加工用基板６３の接触面６３ａを接触させて配置する。接触面６３ａの平面視径は、被加工面５２ａ全部覆う大きさではなく、一部のみを覆う大きさとされている。
加工用基板６３と基板ホルダ３０とから、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８３が構成される。
【００６４】
（水素ガス雰囲気化工程Ｓ２）
次に、減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、減圧容器内を水素ガス雰囲気とする。
【００６５】
（水素終端面化工程Ｓ３）
次に、図２５に示すように、減圧容器内でプラズマ４５を発生させて、ダイヤモンド結晶基板５２の露出部分を水素終端面５０とする。
【００６６】
（エッチング工程Ｓ４）
次に、図２６に示すように、プラズマ４５でダイヤモンド結晶基板５２の露出部分を水素終端面５０の状態を維持しながら、プラズマ４５で加工用基板６３を加熱する。
これにより、加工用基板６３に接触したダイヤモンド結晶基板５２の中のダイヤモンド結合炭素を金属カーバイドに変換できる。金属カーバイド化は、黒鉛形成を誘発し、プラズマによりエッチング除去される。これにより、ダイヤモンド結晶基板５２の被加工面を深さ方向に掘り進める。
図２７〜３０は、それぞれ、より掘り進んだ時点の工程図である。
図３０は、最終工程図である。
被加工面に凹部５３ｃ２が加工されたダイヤモンド結晶基板５３が形成される。
【００６７】
（本発明の第６の実施形態）
（ダイヤモンド結晶基板配置治具）
図３１は、本発明の第６の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の一例を示す断面図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８４は、加工用基板６３と基板ホルダ３０Ａとから構成される。
基板ホルダ３０Ａは、基板ホルダ３０がストッパ形状とされたものである。ストッパ形状とは、配置する基板を取り囲むように壁部が設けられた形状である。
基板ホルダ３０Ａを用いることにより、加工中、基板をずらすことなく、安定して加工することができる。
【００６８】
（本発明の第７の実施形態）  
（ダイヤモンド結晶基板配置治具）
本発明の第７の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置は、別のダイヤモンド結晶基板配置治具を備える構成とした他は本発明の第１の実施形態と同様の構成とされている。
【００６９】
（ダイヤモンド結晶基板配置治具）
次に、本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の別の一例について説明する。
図３２は、本発明の第７の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具の一例を示す断面図である。
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具７０は、基板ホルダ３０の４隅に一端側が取り付けられた４つの柱部７３と、前記４つの柱部の他端側に４隅が取り付けられた固定ホルダ７１と、前記基板ホルダに配置するダイヤモンド結晶基板５２上に配置する加工用基板６２と、前記加工用基板枠部と前記固体ホルダの間に配置され、加工用基板６２の４隅を押し付ける４つのバネ７５と、を有している。
上記構成とすることにより、エッチングにより被加工面が掘り進められても、重力の方向に関係なく、バネの押し付け方向に押し付ける力を作用させて、被加工面をむらなくエッチングできる。
【００７０】
前記固定ホルダに穴部７１ｈが設けられている。これにより、プラズマを加工用基板６２に接近させることができ、容易に加熱できる。
【００７１】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、減圧容器２１内に、ダイヤモンド結晶基板５１、５２の被加工面５１ａ、５２ａに、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる加工用基板６１、６２、６３の接触面６１ａ、６２ａ、６３ａを接触させて配置する工程と、前記減圧容器内を減圧してから、水素ガスを導入して、前記減圧容器内を水素ガス雰囲気とする工程と、前記減圧容器内でプラズマを発生させて、ダイヤモンド結晶基板の露出部分を水素終端面５０とする工程と、前記プラズマで前記水素終端面の状態を維持しながら、前記プラズマで前記加工用基板を加熱して、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中のダイヤモンド結合炭素をプラズマで除去して、被加工面を深さ方向に掘り進める工程と、を有する構成なので、前記加熱により、前記加工用基板の近傍のダイヤモンド結晶中のダイヤモンド結合炭素を、金属カーバイド反応を介して黒鉛に変換してから、これをプラズマで除去でき、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。つまり、この方法によれば、ダイヤモンド結晶基板の表面粗さ１μｍ以下の平坦化・平滑化加工を毎時１μｍ以上のエッチング速度で実施でき、従来の方法に比べて、加工時間を１桁以上短縮できる。この方法は、原理的にエッチング速度がダイヤモンド表面積に影響されない。
【００７２】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、前記接触面６１ａが、表面粗さが１μｍ以下である構成なので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００７３】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、前記高融点金属がモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ、バナジウム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）の群から選択されるいずれか一の金属である構成なので、ダイヤモンド結晶基板中のダイヤモンド結合炭素を、カーバイド形成を介して、黒鉛化し、プラズマ除去できるので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００７４】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、加工用基板６１、６２、６３を、「加工用基板中、カーバイド化温度が最も低い高融点金属のカーバイド化温度−２００℃」以上に加熱する構成なので、ダイヤモンド結晶基板中のダイヤモンド結合炭素を、カーバイド形成を介して、黒鉛化し、プラズマ除去できるので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００７５】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、前記水素ガス雰囲気に、酸素ガス又はフッ素含有ガスを混入させる構成なので、水素プラズマだけでなく、酸素又はフッ素プラズマによってもエッチング除去でき、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。全ガス流量に対して２％となるように酸素を供給した場合、エッチング速度は１０倍以上になる。
【００７６】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、被加工面５１ａが、平滑面に加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を平滑面へ加工する構成なので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００７７】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、被加工面５２ａが、凹部５３ｃへ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を凹部へ加工する構成なので、所望の形状の凹部加工を、短時間で容易にできる。
【００７８】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法は、被加工面５２ａが、穴部５４ｈへ加工を要する面であり、被加工面を深さ方向に掘り進めて、被加工面を穴部へ加工する構成なので、所望の形状の穴部加工を短時間で容易にできる。
【００７９】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具７０、８１、８２、８３、８４は、ダイヤモンド結晶基板５１、５２を直接又は間接に一面上に配置する基板ホルダ３０と、前記基板ホルダに配置したダイヤモンド結晶基板に接触させて配置する加工用基板６１、６２、６３と、を有し、前記加工用基板がＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族のいずれか一又は二以上の高融点金属であって、カーバイドを形成可能な高融点金属からなる構成なので、加工用基板に接触したダイヤモンド結晶基板の被加工面では１０００℃以上に昇温することにより、カーバイドが形成される。金属カーバイド化に伴い、被加工面のダイヤモンド結合が非ダイヤモンド結合（黒鉛化）に変換される。プラズマにより、黒鉛がエッチング除去し、ダイヤモンド結晶を研削・掘り込み・平坦・平滑化、凹部・穴部形成を容易にできる。
また、加工用基板６１に接触したダイヤモンド結晶基板５１の中のダイヤモンド結合炭素を金属カーバイドに変換できる。金属カーバイド化は、黒鉛形成を誘発し、プラズマによりエッチング除去される。これにより、ダイヤモンド結晶基板５１の被加工面を深さ方向に掘り進める。
【００８０】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具７０、８１、８２、８３、８４は、加工用基板６１、６２、６３をダイヤモンド結晶基板５１、５２に接触させて配置する際、ダイヤモンド結晶基板の被加工面の深さ方向に前記加工用基板を押し付ける力が加えられる構成なので、加工用基板をダイヤモンド結晶基板に押し付けて、加工用基板の平坦・平滑性、形状・大きさをダイヤモンド結晶基板に転写して、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００８１】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具７０、８１、８２、８３、８４は、加工用基板６１、６２、６３が、表面粗さが１μｍ以下である面を有する構成なので、表面粗さが１μｍ以下への平坦・平滑化を短時間で容易にできる。
【００８２】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具８３、８４は、加工用基板６３が、突出部を有している構成なので、突出部をダイヤモンド結晶基板に押し付けて、突出部の形状・大きさをダイヤモンド結晶基板に転写して、所望の形状の凹部、穴部加工を、短時間で容易にできる。
【００８３】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板配置治具７０は、基板ホルダ３０の４隅に一端側が取り付けられた４つの柱部７３と、前記４つの柱部の他端側に４隅が取り付けられた固定ホルダ７１と、前記基板ホルダ上に配置するダイヤモンド結晶基板上に配置する加工用基板６２と、前記加工用基板と前記固体ホルダの間に配置され、前記加工用基板の４隅を押し付ける４つのバネ７５と、を有し、前記固定ホルダ７１に穴部７１ｈが設けられている構成なので、重力方向に関わらず、加工用基板をダイヤモンド結晶基板に押し付けることができ、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００８４】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工装置１１は、ガス導入／排気管２３、２２とマイクロ波導入部２４を有する減圧容器２１と、前記減圧容器内に配置する、ダイヤモンド結晶基板配置治具７０、８１、８２、８３、８４を有する構成なので、平坦・平滑化、凹部・穴部形成を短時間で容易にできる。
【００８５】
本発明の実施形態であるダイヤモンド結晶基板加工方法、ダイヤモンド結晶基板配置治具及びダイヤモンド結晶基板加工装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００８６】
（実施例１）
まず、厚みが２９８０μｍであるダイヤモンド単結晶板を用意した。
次に、真空装置内にダイヤモンド単結晶板を配置してから、その表面にモリブデン板を配置した。
次に、前記真空装置内を排気してから、水素９８％、酸素２％の雰囲気とした。
次に、モリブデン板の上部にプラズマを形成した。この状態で、モリブデン板の温度を１２５０℃〜１４５０℃の範囲として、３３５分間、この状態を保持した。
【００８７】
図３３は、実施例１で、モリブデン板の温度を１２５０℃とした時点におけるダイヤモンド表面エッチングの概念図である。
図３３に示すように、試料ホルダの上に、露出表面が水素終端表面とされたダイヤモンド結晶が配置されており、非平坦面の上にカーバイド形成物質が配置されている。水素／酸素ガス（Ｈ２＋Ｏ２）雰囲気中で、カーバイド形成物質上で水素／酸素プラズマが形成されている。
【００８８】
次に、プラズマ形成を中止し、室温、大気雰囲気に戻してから、ダイヤモンド単結晶板（実施例１）を取り出した。
【００８９】
図３４は、エッチング前後の表面写真である。平滑面が得られた。
具体的には、３３５分間のプラズマ処理によりダイヤモンド単結晶板の表面は６００μｍエッチングされていた。つまり、エッチング速度は、毎時１０７μｍであった。また、ダイヤモンド結晶内での、測定領域１００μｍ角内での表面粗さを計測したところ、ダイヤモンド表面粗さは１μｍ以下で、非常に平滑な表面とすることができた。
【００９０】
（実施例２）
厚みが３１１０μｍであるダイヤモンド単結晶板を用い、モリブデン板の温度を１０５０℃〜１２５０℃の範囲にし、１４３０分間、プラズマ処理した他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド単結晶板（実施例２）を作成した。
ダイヤモンド単結晶板の表面は１１４０μｍエッチングされていた。つまり、エッチング速度は、毎時４８μｍであった。実施例１と比較すると、加工用基板の加熱温度が低いほど、エッチング速度が低下する事が示された。
【００９１】
（実施例３）
厚みが２５５７μｍであるダイヤモンド単結晶板を用い、水素１００％、酸素０％の雰囲気とし、６０分間、プラズマ処理した他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド単結晶板（実施例３）を作成した。
ダイヤモンド単結晶板の表面は１３μｍエッチングされていた。実施例１と比較すると、酸素濃度が低いほど、エッチング速度が低下する事が示された。
【００９２】
（実施例４）
厚みが２０８０μｍであるダイヤモンド単結晶板を用い、結晶表面にタングステン板を配置し、２４５分間、プラズマ処理した他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド単結晶板（実施例４）を作成した。
ダイヤモンド単結晶板の表面は５０μｍエッチングされていた。つまり、エッチング速度は、毎時１３μｍであった。実施例１と比較すると、加工用基板に用いる高融点金属のカーバイド化温度が高いほど、エッチング速度が低下する事が示された。
また、ダイヤモンド結晶内での、測定領域１００μｍ角内での表面粗さを計測したところ、ダイヤモンド表面粗さは１μｍ以下で、非常に平滑な表面とすることができた。
【００９３】
（比較例１）
厚みが５００μｍであるダイヤモンド単結晶板を用い、結晶表面に炭化ケイ素板を配置し、炭化ケイ素板の温度を１２５０℃〜１４５０℃の範囲で設定し、６０分間、プラズマ処理した他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド単結晶板（比較例１）を作成した。
ダイヤモンドのエッチングは１μｍ以下であった。
【００９４】
（比較例２）
厚みが２６１２μｍであるダイヤモンド単結晶板を用い、水素９８％、酸素０％の雰囲気とし、モリブデン板の温度を９００℃〜１１００℃の範囲で設定し、６０分間、プラズマ処理した他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド単結晶板（比較例２）を作成した。
ダイヤモンドのエッチングは１μｍ以下であった。
【００９５】
（実施例５）
まず、結晶端の周辺に、１００μｍ以上の多結晶凸部が存在するダイヤモンド結晶基板を準備した。
次に、真空装置内で、このダイヤモンド結晶基板をホルダ上に配置した。
次に、ダイヤモンド結晶基板上にタングステン板を配置し、水素（９８％）及び酸素（２％）雰囲気としてから、プラズマ処理して、平均温度１２５０℃に加熱してダイヤモンド基板の表面をエッチングして、ダイヤモンド単結晶板（実施例５）を作成した。
図３５は、エッチング前後のダイヤモンド結晶基板の表面写真であり、エッチング前（ａ）、エッチング後（ｂ）である。
結晶端部の凸部が除去され、平坦・平滑面が形成されていた。
図３６は、このエッチング工程の説明図である。加熱されたタングステン基板により、カーバイドを介して形成された黒鉛がプラズマで除去されることにより、表面が研削される。表面が研削されても、重力により、タングステン基板はダイヤモンド結晶基板に接触を続けるため、研削が続けられ、表面が平坦・平滑化される。
【００９６】
（実施例６）
まず、平面視略円形のモリブデン板及びダイヤモンド結晶基板を準備した。
次に、真空装置内で、このモリブデン板をホルダ上に配置した。
次に、モリブデン板上にダイヤモンド結晶基板を配置し、水素（９８％）及び酸素（２％）雰囲気としてから、プラズマ処理して、平均温度１４００℃に加熱して、モリブデン板との接触面でダイヤモンド基板の表面をエッチングして、ダイヤモンド単結晶板（実施例６）を作成した。
図３７は、エッチング前後のダイヤモンド結晶基板の表面写真であり、エッチング前（ａ）、エッチング後（ｂ）である。
穴が形成された。
図３８は、この穴あけ加工工程の説明図である。加熱されたモリブデン板により、カーバイドを介して形成された黒鉛がプラズマで除去されることにより、表面が研削される。表面が研削されても、重力により、ダイヤモンド結晶基板はモリブデン板に接触を続けるため、研削が続けられ、穴あけ加工される。
【００９７】
なお、今回の実施例では、実施例６を除いて、加工用基板の面積よりも面積が小さいダイヤモンド結晶を用いた。よって、加工領域が結晶サイズとなった。本手法の原理からすると、同一のエッチング条件で、加工用基板面積において同じ加工速度で削られることになる。
以上の実験条件及び結果を表１にまとめた。
【００９８】
【表１】
2016098129.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のダイヤモンド結晶基板加工方法とダイヤモンド結晶基板加工装置は、従来の方法に比べて、加工時間を１桁以上短縮できる、ダイヤモンド結晶の加工方法及び加工装置に関するものであり、ダイヤモンド結晶加工産業、ダイヤモンド半導体デバイス産業等において利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１００】
１１…ダイヤモンド結晶基板加工装置、２１…減圧容器、２２…ガス排気管、２３…ガス導入管、２４…マイクロ波導入管、３０…基板ホルダ、４５…水素／酸素プラズマ、５０…水素終端表面、５１、５２、５３…ダイヤモンド結晶基板、５１ａ、５２ａ…被加工面、５３ｃ、５３ｃ２…凹部、５４ｈ…穴部、６１、６２、６３…加工用基板、６１ａ、６２ａ、６３ａ…接触面、７０…ダイヤモンド結晶基板配置治具、７１…固定ホルダ、７１ｈ…穴部、７３…柱部、７５…バネ、８１、８２、８３、８４…ダイヤモンド結晶基板配置治具。
【図１】
2016098129.tif 000004
【図２】
2016098129.tif 000005
【図３】
2016098129.tif 000006
【図４】
2016098129.tif 000007
【図５】
2016098129.tif 000008
【図６】
2016098129.tif 000009
【図７】
2016098129.tif 000010
【図８】
2016098129.tif 000011
【図９】
2016098129.tif 000012
【図１０】
2016098129.tif 000013
【図１１】
2016098129.tif 000014
【図１２】
2016098129.tif 000015
【図１３】
2016098129.tif 000016
【図１４】
2016098129.tif 000017
【図１５】
2016098129.tif 000018
【図１６】
2016098129.tif 000019
【図１７】
2016098129.tif 000020
【図１８】
2016098129.tif 000021
【図１９】
2016098129.tif 000022
【図２０】
2016098129.tif 000023
【図２１】
2016098129.tif 000024
【図２２】
2016098129.tif 000025
【図２３】
2016098129.tif 000026
【図２４】
2016098129.tif 000027
【図２５】
2016098129.tif 000028
【図２６】
2016098129.tif 000029
【図２７】
2016098129.tif 000030
【図２８】
2016098129.tif 000031
【図２９】
2016098129.tif 000032
【図３０】
2016098129.tif 000033
【図３１】
2016098129.tif 000034
【図３２】
2016098129.tif 000035
【図３３】
2016098129.tif 000036
【図３４】
2016098129.tif 000037
【図３５】
2016098129.tif 000038
【図３６】
2016098129.tif 000039
【図３７】
2016098129.tif 000040
【図３８】
2016098129.tif 000041