JPH11236292A - ダイヤモンドのプラズマエッチング加工方法 - Google Patents
ダイヤモンドのプラズマエッチング加工方法Info
- Publication number
- JPH11236292A JPH11236292A JP10060649A JP6064998A JPH11236292A JP H11236292 A JPH11236292 A JP H11236292A JP 10060649 A JP10060649 A JP 10060649A JP 6064998 A JP6064998 A JP 6064998A JP H11236292 A JPH11236292 A JP H11236292A
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- plasma
- processing
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大口径ダイヤモンド基板の一面を高速かつ高
精度に、研削及び研磨加工する。 【構成】 ダイヤモンドを微細加工するための微小な電
極工具を作成し、アルゴンガスと、水素又は酸素原子を
含有した混合ガス雰囲気中で、電極に直流電界もしくは
高周波電界を印加することにより、その周囲にプラズマ
を発生させ、プラズマ中に生成した活性種によりダイヤ
モンド基板表面層を部分的に反応及び気化させることよ
り、ダイヤモンド基材の表面層を所望の加工形状に成形
する。
精度に、研削及び研磨加工する。 【構成】 ダイヤモンドを微細加工するための微小な電
極工具を作成し、アルゴンガスと、水素又は酸素原子を
含有した混合ガス雰囲気中で、電極に直流電界もしくは
高周波電界を印加することにより、その周囲にプラズマ
を発生させ、プラズマ中に生成した活性種によりダイヤ
モンド基板表面層を部分的に反応及び気化させることよ
り、ダイヤモンド基材の表面層を所望の加工形状に成形
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド単結
晶及びＣＶＤ多結晶の成形加工方法に関するものであ
り、ダイヤモンドを任意の立体形状及び平滑平面形状に
容易に加工することができるものである。
晶及びＣＶＤ多結晶の成形加工方法に関するものであ
り、ダイヤモンドを任意の立体形状及び平滑平面形状に
容易に加工することができるものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】従来、天然のダイヤモンド単
結晶の成形加工は、ダイヤモンド研磨専用の工具である
「スカイフ」による古典的でかつ特殊な研磨加工により
行うことが一般的に知られている。しかしこの「スカイ
フ」による研磨方法は、主にダイヤモンド宝飾品等のデ
ザインカットのような微少なカット面の部分研磨には適
していたが、基板のような平滑平面の大面積には適して
いなかった。
結晶の成形加工は、ダイヤモンド研磨専用の工具である
「スカイフ」による古典的でかつ特殊な研磨加工により
行うことが一般的に知られている。しかしこの「スカイ
フ」による研磨方法は、主にダイヤモンド宝飾品等のデ
ザインカットのような微少なカット面の部分研磨には適
していたが、基板のような平滑平面の大面積には適して
いなかった。
【０００３】そのような中、近年、大口径のＣＶＤ法に
よるダイヤモンド基板の育成が可能となり、得られた大
口径ダイヤモンド基板の研磨加工技術が特に注目されて
いる。だがＣＶＤダイヤモンド基板は、被加工面積が宝
飾品ダイヤと比べ桁違いに大きく、かつ多結晶のため加
工方向が無いので、従来のスカイフでの加工方法では加
工速度が極端に遅くなり、非常に時間がかかるので、量
産ラインとして製造するには非現実的であった。
よるダイヤモンド基板の育成が可能となり、得られた大
口径ダイヤモンド基板の研磨加工技術が特に注目されて
いる。だがＣＶＤダイヤモンド基板は、被加工面積が宝
飾品ダイヤと比べ桁違いに大きく、かつ多結晶のため加
工方向が無いので、従来のスカイフでの加工方法では加
工速度が極端に遅くなり、非常に時間がかかるので、量
産ラインとして製造するには非現実的であった。
【０００４】また別の方法としては、加工速度の早いレ
−ザ−による加工方法も考えられるが、レーザーはダイ
ヤモンド基板等の薄板の切断加工には利用できるが、基
板平面部の研磨加工には応用できず、このためダイヤモ
ンド基板を高速かつ高精度に研削及び研磨加工する技術
の開発が今後の課題となっていた。
−ザ−による加工方法も考えられるが、レーザーはダイ
ヤモンド基板等の薄板の切断加工には利用できるが、基
板平面部の研磨加工には応用できず、このためダイヤモ
ンド基板を高速かつ高精度に研削及び研磨加工する技術
の開発が今後の課題となっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は従来技術の欠点
を解決するため、ダイヤモンドを微細加工するための特
殊で微小な電極工具を作成し、アルゴンガスと、水素又
は酸素原子を含有した混合ガス雰囲気中で、電極に直流
電界もしくは高周波電界を印加することにより、その周
囲にプラズマを発生させ、プラズマ中に生成した活性種
によりダイヤモンド基板表面層を部分的に反応及び気化
させることより、ダイヤモンド基材の表面層を所望の加
工形状に成形するものである。
を解決するため、ダイヤモンドを微細加工するための特
殊で微小な電極工具を作成し、アルゴンガスと、水素又
は酸素原子を含有した混合ガス雰囲気中で、電極に直流
電界もしくは高周波電界を印加することにより、その周
囲にプラズマを発生させ、プラズマ中に生成した活性種
によりダイヤモンド基板表面層を部分的に反応及び気化
させることより、ダイヤモンド基材の表面層を所望の加
工形状に成形するものである。
【０００６】上記プラズマの発生は、アルゴンガス雰囲
気中の他に、水素又は酸素原子を含有した混合ガスによ
って生成させることができる。反応ガス中に水素を含む
場合は、ダイヤモンドは、反応式：Ｃ（ダイヤモンド）
＋Ｈ*＝ＣＨ*…等として反応し、最終的には安定なＣＨ
4（メタン）ガスとなる。また同様に酸素を含む場合
は、ダイヤモンドは、反応式：Ｃ（ダイヤモンド）＋Ｏ
*＝ＣＯ*…等として反応し、最終的には安定なＣＯ（一
酸化炭素）、又はＣＯ2（二酸化炭素）ガスとなる。
気中の他に、水素又は酸素原子を含有した混合ガスによ
って生成させることができる。反応ガス中に水素を含む
場合は、ダイヤモンドは、反応式：Ｃ（ダイヤモンド）
＋Ｈ*＝ＣＨ*…等として反応し、最終的には安定なＣＨ
4（メタン）ガスとなる。また同様に酸素を含む場合
は、ダイヤモンドは、反応式：Ｃ（ダイヤモンド）＋Ｏ
*＝ＣＯ*…等として反応し、最終的には安定なＣＯ（一
酸化炭素）、又はＣＯ2（二酸化炭素）ガスとなる。
【０００７】また圧力条件としては、０.１Ｐa以上〜
１.０ＭＰa以下の圧力範囲が好ましく、この範囲内にお
いてはプラズマの放電が容易である。また電極の細部に
おいては、上記電極の加工電極面には１個以上又は多数
の細穴があり、この細穴から反応ガスを排気するので、
加工作業をより効率良く行うことができるものである。
１.０ＭＰa以下の圧力範囲が好ましく、この範囲内にお
いてはプラズマの放電が容易である。また電極の細部に
おいては、上記電極の加工電極面には１個以上又は多数
の細穴があり、この細穴から反応ガスを排気するので、
加工作業をより効率良く行うことができるものである。
【０００８】また温度条件としては、被加工物であるダ
イヤモンド基板の温度は、−２００℃以上〜＋１２００
℃以下が好ましい。−２００℃以下では温度管理及び作
業条件が困難であり、＋１２００℃以上ではダイヤモン
ドの黒鉛化が起こり、素材の劣化等により、加工に適さ
ない。
イヤモンド基板の温度は、−２００℃以上〜＋１２００
℃以下が好ましい。−２００℃以下では温度管理及び作
業条件が困難であり、＋１２００℃以上ではダイヤモン
ドの黒鉛化が起こり、素材の劣化等により、加工に適さ
ない。
【０００９】このように微小な電極工具、もしくは被加
工物であるダイヤモンド基材側を精密なＸＹＺテーブル
で３次元に駆動しながらプラズマで加工することによ
り、ダイヤモンド基板表面を任意の形状に加工すること
が可能となる。
工物であるダイヤモンド基材側を精密なＸＹＺテーブル
で３次元に駆動しながらプラズマで加工することによ
り、ダイヤモンド基板表面を任意の形状に加工すること
が可能となる。
【００１０】
【実施例１】図１に本発明による加工の実施例を示す。
図のように真空排気が可能なチャンバー装置４内の試料
台６上に、ケイ素板（直径約φ７６mm、厚さ約０.５m
m）を母材基板としたＣＶＤ（化学気相析出）法により
生成した円盤状のダイヤモンド膜１（１００μｍ）を配
置した。
図のように真空排気が可能なチャンバー装置４内の試料
台６上に、ケイ素板（直径約φ７６mm、厚さ約０.５m
m）を母材基板としたＣＶＤ（化学気相析出）法により
生成した円盤状のダイヤモンド膜１（１００μｍ）を配
置した。
【００１１】この試料台６は、チャンバー装置４内にお
いて３次元に自在に移動可能な精密ＸＹＺテ−ブル７に
取付られ固定されており、任意の加工形状に合わせた動
きをする。
いて３次元に自在に移動可能な精密ＸＹＺテ−ブル７に
取付られ固定されており、任意の加工形状に合わせた動
きをする。
【００１２】加工ワークであるダイヤモンド単結晶膜１
を試料台６に設置後、チャンバー装置４内を真空排気
し、プラズマガス導入装置９側から反応ガス（アルゴン
８０％：水素２０％）を導入し、チャンバ−装置４内の
圧力を１.３ｋＰaとした。
を試料台６に設置後、チャンバー装置４内を真空排気
し、プラズマガス導入装置９側から反応ガス（アルゴン
８０％：水素２０％）を導入し、チャンバ−装置４内の
圧力を１.３ｋＰaとした。
【００１３】電源装置５より高周波電界（１３.５６Ｍ
Ｈｚ）を極小の電極２に印可することにより、電極２近
傍に微小なプラズマを発生させ、可動のＸＹＺテ−ブル
７側を駆動し、ダイヤモンド膜１をプラズマの近傍に移
動して近づけ、プラズマで反応させ、ダイヤモンド表面
層の微細加工を行った。
Ｈｚ）を極小の電極２に印可することにより、電極２近
傍に微小なプラズマを発生させ、可動のＸＹＺテ−ブル
７側を駆動し、ダイヤモンド膜１をプラズマの近傍に移
動して近づけ、プラズマで反応させ、ダイヤモンド表面
層の微細加工を行った。
【００１４】この時、ダイヤモンド膜１の温度は約８０
０℃を保つように試料台６を循環水冷して温度調整管理
を行った。
０℃を保つように試料台６を循環水冷して温度調整管理
を行った。
【００１５】またプラズマと反応したガスは、電極２の
先端側の排気口３より強制排気されるが、排気と同時に
チャンバー装置４内の圧力を一定に保つように、反応ガ
スを強制的に常時導入し、内圧に対しガスを安定供給し
た。
先端側の排気口３より強制排気されるが、排気と同時に
チャンバー装置４内の圧力を一定に保つように、反応ガ
スを強制的に常時導入し、内圧に対しガスを安定供給し
た。
【００１６】このような条件でダイヤモンド膜１の表面
層を、前記電極２が繰り返し走査するように駆動し、約
５μｍづつ４回に分けてテ−ブルを駆動し、成形加工を
終了した結果、ダイヤモンド膜１の膜厚は、約８０μｍ
となり、所望の完成寸法と、平滑な表面が得られた。
層を、前記電極２が繰り返し走査するように駆動し、約
５μｍづつ４回に分けてテ−ブルを駆動し、成形加工を
終了した結果、ダイヤモンド膜１の膜厚は、約８０μｍ
となり、所望の完成寸法と、平滑な表面が得られた。
【００１７】加工の所要時間は、１回の表面走査が２０
分であり、４回走査で計約８０分となり、ダイヤモンド
膜１の片面の円盤状全面の加工時間が、従来に比べ短時
間で加工することができた。
分であり、４回走査で計約８０分となり、ダイヤモンド
膜１の片面の円盤状全面の加工時間が、従来に比べ短時
間で加工することができた。
【００１８】完成した加工面の表面状態を観察及び測定
した結果、ダイヤモンド膜の表面粗さはＲa＝０.００５
μｍであり、目的の仕様に際して所望のものが得られ
た。
した結果、ダイヤモンド膜の表面粗さはＲa＝０.００５
μｍであり、目的の仕様に際して所望のものが得られ
た。
【００１９】
【実施例２】実施例１と同様、真空排気可能なチャンバ
ー装置４内部の加熱及び冷却可能な試料台６の上に、Ｃ
ＶＤ（化学気相析出）法により生成したダイヤモンド膜
１（１０μｍ）付きのケイ素基板（直径約φ７６mm、厚
さ約０.５mm）を設置した。
ー装置４内部の加熱及び冷却可能な試料台６の上に、Ｃ
ＶＤ（化学気相析出）法により生成したダイヤモンド膜
１（１０μｍ）付きのケイ素基板（直径約φ７６mm、厚
さ約０.５mm）を設置した。
【００２０】チャンバー装置４内を真空排気した後、プ
ラズマガス導入装置９より、反応ガス（アルゴン９８
％：酸素２％）を導入し、チャンバ−内の圧力を１３０
Ｐaとした。
ラズマガス導入装置９より、反応ガス（アルゴン９８
％：酸素２％）を導入し、チャンバ−内の圧力を１３０
Ｐaとした。
【００２１】電源装置５より直流電界を微小電極２に印
可することにより、電極近傍に微少なプラズマを発生さ
せ、ＸＹＺテ−ブル７側を駆動し、ダイヤモンド膜１を
プラズマの近傍に移動し、ダイヤモンド表面をプラズマ
と反応させ加工を行った。
可することにより、電極近傍に微少なプラズマを発生さ
せ、ＸＹＺテ−ブル７側を駆動し、ダイヤモンド膜１を
プラズマの近傍に移動し、ダイヤモンド表面をプラズマ
と反応させ加工を行った。
【００２２】ダイヤモンド膜１の温度は約４００℃を保
つように水冷装置で調整し、また、反応したガスは電極
の排気口３より排気し、これと同時にチャンバー装置４
内の圧力を一定に保つように、前記反応ガスを常時補充
して安定供給を行った。
つように水冷装置で調整し、また、反応したガスは電極
の排気口３より排気し、これと同時にチャンバー装置４
内の圧力を一定に保つように、前記反応ガスを常時補充
して安定供給を行った。
【００２３】加工はダイヤモンド膜１の表面層を電極２
がゆっくりと走査するように駆動し、発生したプラズマ
がダイヤモンド表層と反応して加工が徐々に進み、１回
の走査で約１μｍ、合計２回に分けて加工を行った結
果、ダイヤモンド膜１の膜厚は約８μｍとなった。
がゆっくりと走査するように駆動し、発生したプラズマ
がダイヤモンド表層と反応して加工が徐々に進み、１回
の走査で約１μｍ、合計２回に分けて加工を行った結
果、ダイヤモンド膜１の膜厚は約８μｍとなった。
【００２４】加工時間は１回の走査が約１０分、２回と
して約２０分の所要時間でダイヤモンド膜全面の加工が
短時間で行うことができた。
して約２０分の所要時間でダイヤモンド膜全面の加工が
短時間で行うことができた。
【００２５】この時のダイヤモンド膜１の表面粗さは、
Ｒa＝０.００５μｍであった。
Ｒa＝０.００５μｍであった。
【００２６】
【発明の効果】ダイヤモンドの超硬質砥粒を用いて、ダ
イヤモンド同士を摩耗（共摺り）に近い状態で研削及び
研磨していた従来加工に対し、平滑な大面積を短時間で
加工することができた。
イヤモンド同士を摩耗（共摺り）に近い状態で研削及び
研磨していた従来加工に対し、平滑な大面積を短時間で
加工することができた。
【００２７】このようにダイヤモンドの炭素をプラズマ
反応させることにより、ダイヤモンド表面層を瞬間的に
反応・気化させるという技術は、今までに無い新たな加
工方法であり、従来方法に比べて加工速度は飛躍的に向
上し、さらに加工面の表面粗さも非常に良好な加工面が
得られた。
反応させることにより、ダイヤモンド表面層を瞬間的に
反応・気化させるという技術は、今までに無い新たな加
工方法であり、従来方法に比べて加工速度は飛躍的に向
上し、さらに加工面の表面粗さも非常に良好な加工面が
得られた。
【００２８】よって従来方法では加工時間が非常にかか
りすぎ、量産性に重大な問題があったものが、本発明の
加工方法により解決され、また、従来のスカイフによる
研磨では高価なダイヤモンド粉末を大量に消費していた
ものが、本発明では消耗するのは反応ガスのみであり、
非常に安価な加工処理費用で成形を行うことができた。
りすぎ、量産性に重大な問題があったものが、本発明の
加工方法により解決され、また、従来のスカイフによる
研磨では高価なダイヤモンド粉末を大量に消費していた
ものが、本発明では消耗するのは反応ガスのみであり、
非常に安価な加工処理費用で成形を行うことができた。
【図１】本発明に係る処理装置の概略図。
１ ダイヤモンド膜 ２ 電極 ３ 排気口 ４ チャンバー装置 ５ 電源装置 ６ 試料台 ７ ＸＹＺテ−ブル ８ 加熱及び冷却装置 ９ プラズマガス導入装置 10 圧力計
Claims (5)
- 【請求項１】 ダイヤモンドの微細加工において、微小
な加工電極にプラズマを発生させ、プラズマ中に生成し
た活性種を用いてダイヤモンド表面層を成形加工するこ
とを特徴としたダイヤモンドの加工方法。 - 【請求項２】 上記プラズマがアルゴンガスの他に、水
素又は酸素原子を含有した混合ガスにより生成されるこ
とを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの加工方
法。 - 【請求項３】 上記プラズマが、０.１Ｐa〜１.０ＭＰa
の圧力範囲内において発生することを特徴とする請求項
１記載のダイヤモンドの加工方法。 - 【請求項４】 加工電極の先端付近に反応ガスを排気す
るための細穴を設けた電極を用いて加工を行うことを特
徴とする請求項１記載のダイヤモンドの加工方法。 - 【請求項５】 被加工物であるダイヤモンドの温度が、
１２００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の
ダイヤモンドの加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10060649A JPH11236292A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | ダイヤモンドのプラズマエッチング加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10060649A JPH11236292A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | ダイヤモンドのプラズマエッチング加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11236292A true JPH11236292A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=13148403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10060649A Withdrawn JPH11236292A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | ダイヤモンドのプラズマエッチング加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11236292A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005512928A (ja) * | 2001-12-14 | 2005-05-12 | エレメント シックス リミテッド | ホウ素ドーピングされたダイヤモンド |
| JP2008222468A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド表面の微細加工方法 |
| JP2012234667A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Canon Inc | 局所加工方法ならびに局所加工装置 |
| CN111032932A (zh) * | 2017-08-15 | 2020-04-17 | 住友电气工业株式会社 | 含有固体碳的材料的加工体、其制造方法和其制造装置 |
| US11629104B2 (en) | 2017-08-15 | 2023-04-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Body obtained by processing solid carbon-containing material and producing method thereof |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP10060649A patent/JPH11236292A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005512928A (ja) * | 2001-12-14 | 2005-05-12 | エレメント シックス リミテッド | ホウ素ドーピングされたダイヤモンド |
| JP2008222468A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド表面の微細加工方法 |
| JP2012234667A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Canon Inc | 局所加工方法ならびに局所加工装置 |
| CN111032932A (zh) * | 2017-08-15 | 2020-04-17 | 住友电气工业株式会社 | 含有固体碳的材料的加工体、其制造方法和其制造装置 |
| EP3683338A4 (en) * | 2017-08-15 | 2021-08-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | BODY OBTAINED BY TREATMENT OF A MATERIAL CONTAINING SOLID CARBON, ITS PRODUCTION PROCESS AND CORRESPONDING PRODUCTION APPARATUS |
| US11518680B2 (en) | 2017-08-15 | 2022-12-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Body obtained by processing solid carbon-containing material, producing method thereof, and producing apparatus thereof |
| US11629104B2 (en) | 2017-08-15 | 2023-04-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Body obtained by processing solid carbon-containing material and producing method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050222 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061121 |