DE69313709T2

DE69313709T2 - Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten

Info

Publication number: DE69313709T2
Application number: DE69313709T
Authority: DE
Inventors: Naoji Fujimori; Katsuko Harano; Nobuhiro Ota
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2013-04-23
Also published as: EP0567129A2; DE69313709D1; EP0567129B1; JPH0640797A; RU2094225C1; US5483038A; EP0567129A3

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Bearbeitung von Diamant, der in einem Werkzeug, einer Wärmesenke oder ähnlichem verwendet wird, und sie schafft ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Schneiden des Diamant und ein Oberflächenglätten von Diamant mit hoher Effizienz und hoher Genauigkeit durchführbar ist.
Ein solches Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der GB-A-2 248 575 bekannt. Ein ähnliches Verfahren, das jedoch Laserlicht in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 1200 nm verwendet, ist aus der JP-A-58 086 924 bekannt.
Diamant hat die höchste Härte unter allen Stoffen, so daß eine Diamantbearbeitung extrem schwierig ist. Im Falle von einkristallinem Diamant sind zu einem gewissen Grad die Oberflächenorientierung und die Richtung, in der die Bearbeitung relativ einfach durchführbar ist, betreffende Daten bekannt. In begrenztem Umfang wird herkömmlich gemäß den Daten die Schleifbearbeitung durch Schleifabtragung (scaife) durchgeführt. Im Fall von polykristallinem Diamant sind die Diamantteilchen jedoch in jeder Richtung ausgerichtet. In diesem Fall kann dieschleifabtragung oder ein ähnliches Verfahren zwar durchgeführt werden, es ist jedoch schwierig, eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Andererseits kann bezüglich des Schneidens eine Entladungsbearbeitung auf einen Sinterkörper angewendet werden, der unter Verwendung eines leitfähigen Sinterungshilfsmittels gesintert wurde. Dieses Verfahren kann jedoch nicht auf Diamant, wie einkristallinen Diamant oder gesinterten Diamant, der keine elektrische Leitfähigkeit aufweist und der unter Verwendung nicht leitfähiger Sinterungshilfsmittel gesintert wurde, und auf aus der Gasphase synthetisch hergestellten Diamant angewendet werden. Herkömmlicherweise wird deshalb die Schneidbearbeitung thermisch durchgeführt unter Verwendung eines Lasers, wie eines CO&sub2;-Lasers, eines CO-Lasers und eines YAG- Lasers. Da Diamant jedoch für solches Laserlicht transparent ist, weist dieses Verfahren einen Nachteil darin auf, daß der Verwendungswirkungsgrad der optischen Energie schlecht ist, das heißt, daß die Bearbeitungseffizienz schlecht ist.
Die Bearbeitung wird durchgeführt durch Bestrahlen von Diamant mit infrarotem Licht mit einer Wellenlänge von 1 µm oder mehr zur Aufheizung des Diamant, um den Diamant anzuschmelzen, zu graphitisieren und zu oxidieren, und folglich werden Teile im Randbereich des Bearbeitungsgebiets thermisch beeinflußt und verschlechtert. Da darüber hinaus der Schnittrand groß eingestellt werden sollte, entsteht ein ernsthaftes Problem darin, daß die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Wenn die Schneidbearbeitung mit einem Laser auf herkömmliche Weise durchgeführt wird, werden Randbereiche des Diamants durch Hitze verschlechtert. Daher ist es notwendig, daß die verschlechterten Randbereiche mechanisch durch Schleifabtragung oder ein anderes Verfahren entfernt werden. In dem Fall, daß ein Laser zum Glätten der Oberfläche verwendet wird, wird der Laser so übertragen, daß er das Innere und Basiselemente erreicht, die nicht bearbeitet werden dürfen, wodurch ein ungünstiger Einfluß hervorgerufen wird, zusätzlich zu der Verschlechterung der Randbereiche des Diamants durch Hitze. Zur Vermeidung dieser ungünstigen Einflüsse ist es notwendig, eine Gegenmaßnahme zu schaffen, durch die der Einfallswinkel des Lasers so beschränkt wird, daß nur die Oberfläche bestrahlt wird, oder durch die die Streuung des Lasers an der Oberfläche unterdrückt wird.
Im Falle des Durchführens der Schleifbearbeitung durch Schleifabtragung oder ein anderes Verfahren wird die Abtragung durch Wärme durchgeführt. Daher wird der Diamant auf mehrere 100ºC durch Reibungswärme erhitzt, was dazu führt, daß der Diamantkörper unvermeidlich ungunstig beeinflußt wird. Es ist bekannt, daß Diamant in Luft beginnt, bei ungefähr 600ºC graphitisiert und oxidiert zu werden und sich zu verschlechtern. Im Falle der Schleifabtragung ist es darüber hinaus schwierig, das Werkstück zu fixieren. Wenn das Werkstück zu klein ist oder eine unbestimmte Form aufweist, ist das Abschleifen fur ein solches Werkstück extrem schwierig durchzuführen, und somit ist die Bearbeitbarkeit schlecht. Manchmal tritt ein Fall auf, bei dem die Bearbeitung nicht durchführbar ist. Darüber hinaus besitzt die Bearbeitung durch Schleifabtragung ein Problem darin, daß sie sehr lange dauert.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur genauen Bearbeitung von Diamant zu schaffen, durch das Diamant geschnitten oder geschliffen wird und seine Oberfläche geglättet oder abgeflacht wird ohne Beeinflussung des zu bearbeitenden Diamantes selbst, und bei dem die Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden kann.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das Licht verwendet mit einer Wellenlange im Bereich von 190 nm bis 360 nm, wobei die Energiedichte des Einstrahlungslichts im Bereich von 10 W/cm² bis 10¹¹ W/cm² ist. Ein ausgezeichnetes Bearbeitungsergebnis kann erzielt werden vorzugsweise durch Verwendung von gepulstem Laserlicht und Einstellen der Energiedichte pro Puls des Laserlichts so, daß sie in dem Bereich von 10&supmin;¹ 1 J/cm² bis 10&sup6; J/cm² ist.
Weiter ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Divergenzwinkel des Laserlichts bei Abstrahlung von einem Laseroszillator auf 10&supmin;² mrad bis 5 x 10&supmin;¹ mrad eingestellt. Es ist wünschenswert, daß eine Schwankung in der Energieverteilung in einem Strahlquerschnitt des Laserlichts 10 % oder geringer ist. Ein ausgezeichnetes Bearbeitungsergebnis kann vorzugsweise durch Konvergieren des gepulsten Laserlichts mit einer zylindrischen Linse oder einem zylindrischen Spiegel erzielt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Diamantoberfläche teilweise mit Pulverteilchen oder einer Flüssigkeit bedeckt, und dann wird die Oberfläche mit Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bestrahlt, wodurch der Teil des Diamants, der von den Teilchen oder der Flüssigkeitsschicht nicht bedeckt ist, geschliffen wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Diamant in eine bestimmte Flüssigkeit gesetzt, und dann mit Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bestrahlt, wodurch der Diamant bearbeitet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, das das Konzept einer beispielhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
Fig. 2 ist ein Diagramm, das das Konzept einer weiteren beispielhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, und
Fig. 3 zeigt ein Absorptionsspektrum von Diamant des Typs IIa mit hoher Reinheit.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Diamant des Typs IIA mit hoher Reinheit besitzt Lichtabsorptionseigenschaften, wie sie in der Absorptionskurve in der Fig. 3 gezeigt sind. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß die Lichtabsorption in dem Wellenlängenbereich von 400 nm oder kürzer liegt. Die Absorptionsstärke nimmt in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 240 nm allmählich zu. Die Absorption steigt bei der Wellenlänge von 220 nm oder weniger scharf an, so daß das Licht vollständig absorbiert wird. Für Diamant des Typs Ia oder des Typs Ib, der der allgemeine Typ eines normalen, aus der Gasphase synthetisch hergestellten Diamants oder eines natürlichen oder künstlichen Diamants ist, besteht eine große Absorption in dem Ultraviolettbereich. Das Licht in diesem Bereich ist ultraviolettes Licht, und es ist bekannt, daß bei Absorption in einem Stoff das ultraviolette Licht hauptsächlich an der Anregung von Elektronen in chemischen Bindungen mitwirkt.
Mit anderen Worten, man nimmt an, daß Einfallslicht mit einer Wellenlnge von 400 nm oder weniger Wirkungen an den Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen erzeugt, die den Diamant aufbauen, wodurch die Eigenschaft der Bindungen verändert wird. Gemäß dem allgemeinen Sachverstand auf diesem Gebiet ist es jedoch schwierig, sich ein Verfahren, das andere als thermische Effekte aufweist, auszudenken zur Bearbeitung mittels ultraviolettem Licht von Diamant, bei dem Elemente dreidimensional und extrem stark miteinander durch kovalente Bindungen zusammengefügt sind.
Die vorliegenden Erfinder haben intensiv die Wechselwirkung von Licht mit Diamant untersucht. Als Ergebnis der Untersuchung haben die Erfinder herausgefunden, daß Diamant ohne das Hervorrufen jeglichen Schadens und mit hoher Effizienz durch die Einstrahlung von Licht mit einer Wellenlänge von 360 nm oder weniger bearbeitet werden kann. Insbesondere hat man herausgefunden, daß Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bei der Bearbeitung von Diamant wirkungsvoll ist, wodurch die vorliegende Erfindung erzielt wurde. Bei dem oben genannten Wellenlängenbereich wird 100% des Lichts nur durch die Oberflächenschicht des Diamants absorbiert, so daß es nicht in das. Innere eindringen wird. Weiter hat man herausgefunden, daß auch in Diamant des Typs IIa eine Mehrphotonenabsorption auftritt und ein großer Teil des Einfallslichts an der Oberfläche absorbiert wird.
Daher wird die Lichtenergie wirkungsvoll an einem zu bearbeitenden Teil konzentriert, so daß die Bearbeitung mit hoher Effizienz und hoher Geschwindigkeit durchführbar ist. Beim Glätten der Oberfläche kann die Energie nur an der Oberfläche konzentriert werden, so daß kein Einfluß auf andere Teile ausgeübt wird, wodurch die Abhängigkeit vom Einfallswinkel verringert wird.
Verwendbare Lichtquellen zur Bearbeitung enthalten Excimerlaser des F&sub2;-, ArF-, KrCl-, KrF-, XeCl-, N&sub2;- und XeF-Typs, eine Quecksilberlampe und Synchrotronorbitalstrahlungslicht (SOR). Die Lichtquellen sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Excimerlaser besitzen ihre bestimmten Oszillationswellenlängen von jeweils 157, 193, 222, 248, 308, 337 und 353 nm. Im Gegensatz dazu besitzen die Quecksilberlampe und das SOR- Licht kontinuierliche Wellenlängenbänder. Das Licht mit kontinuierlichem Spektrum kann für die Bestrahlung verwendet werden unter Einengung des Wellenlängenbandes durch ein optisches Filter oder ähnliches.
Im allgemeinen sind Strahlen aus diesen Lichtquellen keine parallelen Strahlen, sondern sie divergieren in jede Richtung unter einem bestimmten Winkel. Wenn dementsprechend die Strahlen durch eine Linse konvergiert werden, werden Teile mit einer niedrigeren Energiedichte im Randbereich des Konvergierungspunktes gebildet, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert wird. Bei einem Verfahren zum Glätten der Oberfläche kann diese Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit durch Durchführen einer Gegenmaßnahme wie einer Abtastverschiebung des Werkstücks verringert werden. Bei anderen Verfahren, wie einem Schneidvorgang, erzeugt die Verschlechterung in der Bearbeitungsgenauigkeit jedoch einen Nachteil darin, daß die Schneidkante ausgefranst ist. Für herkömmliche Anwendungen wird dieser Nachteil nicht als ernsthaftes Problem angesehen. Wenn die Bearbeitung jedoch mit einer Genauigkeit in der Größenordnung im Submikrometerbereich durchgeführt wird, ist es notwendig, die Strahlen parallel zu machen.
Als ein Verfahren, um die Excimerlaserstrahlen parallel zu machen, kann man die Laserstrahlen durch die Resonanz oszillieren lassen, unter Verwendung eines Resonanzspiegels unter instabilen Bedingungen. Wenn der Divergenzwinkel der Laserstrahlen bei Abstrahlung von einem Laseroszillator von einem normalen Wert von ungefähr 1 bis 3 mrad auf einen Wert von 5 x 10&supmin;¹ mrad oder weniger verringert wird, kann die Fokussierbarkeit durch eine Linse erhöht werden, so daß ein durch die Schnittfläche und die Diamantoberfläche gebildeter Winkel scharf ist. Dies ist wirksam bei der Verbesserung der Ebenheit der Schnittfläche. Es ist schwierig, den Divergenzwinkel kleiner als 10&supmin;² mrad zu machen. Sogar wenn ein derart kleiner Winkel realisiert wird, wird die Bearbeitung keinen großen weiteren Effekt erzielen, der den Aufwand zur Überwindung dieser Schwierigkeit rechtfertigt.
Darüber hinaus ist es wirkungsvoll, das Wellenlängenband einzuengen, wenn eine sehr genaue Bearbeitung in der Größenordnung von 1 µm oder weniger erforderlich ist. Als Verfahren zur Einengung des Bandes kann ein Verfahren unter Verwendung eines Etalons oder ein Injektion-Lock-System verwendet werden. Bezüglich der Stärke der Einengung des Oszillationswellenlängenbandes ist es notwendig, daß die Halbwertsbreite der Bandbreite nicht geringer als 10&supmin;&sup4; nm und weniger als 1 nm ist. Wenn die Halbwertsbreite 1 nm oder mehr ist, ist dies nicht ausreichend, eine derart genaue Bearbeitung durchzuführen. Wenn die Halbwertsbreite geringer ist als 10&supmin;&sup4; nm, ist dies zur Bearbeitung nicht geeignet, da keine zur Bearbeitung erforderliche ausreichende Energie erhalten werden kann.
Sogar wenn die Oberfläche des Diamant uneben ist oder der Diamant die Form einer gekrümmten dünnen Platte aufweist, kann erfindungsgemäß der Diamant auf die folgende Weise abgeflacht und/oder geglättet werden. Die Diamantoberfläche, die uneben oder gekrümmt ist, wird teilweise mit einer Schicht aus Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,5 bis 10 µm aus einem Material wie Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder ähnlichem abgedeckt. Die Diamantoberfläche, die mit der Teilchenschicht teilweise abgedeckt ist, wird mit Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bestrahlt. Alternativ dazu wird die Diamantoberfläche teilweise mit einer Schicht aus einer Flüssigkeit wie Silikonöl teilweise abgedeckt. Die Diamantoberfläche, die teilweise mit der Flüssigkeitsschicht abgedeckt ist, wird mit Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bestrahlt.
Die Schicht aus Teilchen, wie z. B. Aluminiumoxid- oder Siliziumnitridteilchen, oder aus einer Flüssigkeit wie Silikonöl wird das Licht in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm nicht durchlassen. Daher wird der Teil des Diamants, der mit den Teilchen oder der Flüssigkeit abgedeckt ist, nicht geschliffen, sogar wenn Licht darauf einfällt. Nur der freiliegende Teil des Diamants, der nicht mit den Teilchen oder der Flüssigkeit abgedeckt ist, wird geschliffen, was dazu führt, daß eine vollständig flache und glatte Diamantoberfläche erhalten wird. Zur Abschirmung von Licht ist ein Absorptionskoeffizient von 1 x 10² cm&supmin;¹ oder mehr notwendig.
Eine glattere bearbeitete Fläche wird dann erhalten, wenn Diamant, der in eine wäßrige Lösung einer Säure oder eines Alkali oder in eine Flüssigkeit wie Alkohol oder Keton eingetaucht ist, mit Licht in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bestrahlt wird. Es scheint, daß H-Ionen, OH-Ionen oder Sauerstoffatome, die in Alkohol, Keton oder ähnlichem enthalten sind, in der Zersetzung der Diamantoberfläche, die mit Licht bestrahlt wird, mitwirken, und daß daher die Diamantoberfläche so bearbeitet wird, daß sie glatter ist als in dem Fall ohne diese Ionen.
Bei dem Verfahren des Konvergierens des Lichts und des Bestrahlens einer Diamantoberfläche mit dem Licht kann eine Linse oder ein Totalreflexionsspiegel verwendet werden. Die nützlichen Linsen und Spiegel schließen eine konvexe Linse und einen konkaven Spiegel zum Konvergieren des Lichts auf einen Punkt ein. Wenn Licht linear konvergiert werden soll, können eine zylindrische konvexe Linse und/oder ein zylindrischer konkaver Spiegel verwendet werden. Darüber hinaus kann durch Kombinieren konkaver Linsen oder konvexer Spiegel das Licht in parallele Strahlen oder Strahlen mit einem geringen Konvergenzwinkel, der nahe an den parallelen Strahlen liegt, umgewandelt werden. Die Energiedichte des Einfallslichts kann durch die Konvergenzbedingungen des Lichts gesteuert werden.
Das Verfahren zur Bearbeitung von Diamant kann verbessert werden durch Abtastung des Diamants mit dem Licht. Wenn eine flache Oberfläche des Diamants zu bearbeiten ist, ist es jedoch bevorzugt, daß das Werkstück parallel verschoben wird, um den Diamant genau zu bearbeiten. Wenn ein dreidimensionales Werkstück bearbeitet wird, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, ist es notwendig, sowohl das Licht wie auch das Werkstück anzusteuern. Wenn Diamant geschnitten werden soll, ist es im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Energiedichte und der Rechtwinkligkeit zu der Schnittfläche wirkungsvoll, senkrecht zu der Fläche, die mit dem Licht geschnitten werden soll, einzustrahlen. Wenn die Oberfläche geglättet werden soll, wird die Glattheit durch den Winkel des Einfallslichts beeinflußt.
Mit anderen Worten, es existiert eine optimale Bedingung für jeden Fall in Abhängigkeit der Beziehung zwischen der Energiedichte, dem zu bestrahlenden, das heißt zu bearbeitenden Gebiet und den Oberflächenbedingungen. Die Energiedichte kann auch durch Einstellen der Brennweite der Linse oder des Spiegels zum Konvergieren und der Lage des Werkstücks in bezug auf den Brennpunkt verändert werden. Wenn die Energiedichte geringer ist als 10&supmin;¹ J/cm² oder 10 W/cm² sind die Energiebedingungen zur Zersetzung von Diamant nicht erfüllt. Wenn die Energiedichte 10&sup5; J/cm² oder 10¹¹ W/cm² übersteigt, erhalten auch andere Teile des Diamants außer den zu bearbeitenden Teilen einen ungünstigen Effekt wie eine Verschlechterung.
Im allgemeinen besitzt ein Excimerlaserstrahl einen Querschnitt mit einer Größe von ungefähr 10 mm x 20 mm. Das Energieprofil in dem Strahlquerschnitt ist nicht gleichförmig, sondern verteilt. In der Energieverteilung ist der Energiepegel an den Randbereichen niedrig und besitzt einen relativ sanften Peak in dem zentralen Bereich. Die Ungleichförmigkeit des Energiepegels erzeugt eine verringerte Bearbeitungsgenauigkeit der bearbeiteten Fläche, wie z. B. eine Unebenheit. Sogar wenn das Licht durch eine Linse konvergiert wird, wird die Energieverteilung beibehalten, was zu einer ungleichmäßigen Fläche des bearbeiteten Diamants führt.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß bei linearern Konvergieren des Laserlichts durch eine Zylinderlinse und bei Bestrahlung der Diamantoberfläche mit dem Licht der bearbeitete Diamant gleichmäßig und flach ist und daß die Schnittfläche mit hoher Genauigkeit und unter hoher Geschwindigkeit bearbeitet wird. Obwohl der Grund dafür noch nicht geklärt werden konnte, scheint es, daß die Bedingungen zum Eliminieren der obigen Probleme durch ein Konvergieren des Lichts in einer Richtung geschaffen werden. Wenn eine Wachstumsfläche von aus der Gasphase synthetisch hergestellten Diamant mit großer Unebenheit geglättet werden soll, beeinflußt die Linienbreite, in die das Licht linear konvergiert wird, und der Einfallswinkel die Bearbeitung bedeutend.
Es ist bevorzugt, die Linienbreite so einzustellen, daß sie 10 µm oder mehr beträgt. Wenn die Linienbreite geringer ist als 10 µm, besitzt die bearbeitete Fläche eine lineare Unebenheit. Ein optimaler Wert des Einfallswinkels variiert in Abhängigkeit von den Oberflächenbedingungen wie einer Unebenheit und dem Winkel der Projektionsschiefheit, die die Unebenheit bildet. Für aus Gasphase synthetisch hergestellten Diamant, der unter normalen Bedingungen synthetisiert wurde, schafft einen Lichteinfallswinkel in dem Bereich von 40 bis 80º in bezug auf die Normale der Diamantoberfläche eine bearbeitete Fläche, die glatter ist als die, die erhalten wird, wenn das Licht senkrecht einfallend ist. Wenn der Einfallswinkel 45º oder weniger beträgt, kann eine bessere Oberfläche erhalten werden.
In Abhängigkeit von den Bedingungen des Excimerlasers kann an beiden Enden eines durch linear konvergiertes Licht bearbeiteten Bereichs eine Ungleichförmigkeit auftreten. In einem solchen Fall kann jedoch eine gleichmäßiger bearbeitete Fläche durch Abschirmen der beiden Endbereiche des Laserstrahls erhalten werden. Weiter hat man herausgefunden, daß bei einer Unterdrückung der Schwankung der Energieverteilung im Querschnitt des Laserstrahls auf 10 % oder weniger diese Verteilung die Bearbeitungsgenauigkeit nicht wesentlich beeinflußt. Als ein Verfahren zum Mitteln des Energiepegels ist ein Verfahren unter Verwendung eines Homogenisierungsmittels und ein Verfahren bekannt, bei dem nur der zentrale Bereich mit einer relativ gleichmäßigen Energieverteilung herausgeschnitten wird unter Verwendung einer Maske oder ähnlichem.
Man hat herausgefunden, daß das Verfahren der Bearbeitung von Diamant auch durch die Atmosphäre beeinflußt wird. Es scheint, daß die Lichteinstrahlung eine strukturelle Veränderung von Diamant zu Graphit oder ähnlichem erzeugt zusätzlich zu dem Zersetzen des Diamants. Daher ist es wirksam, die Bearbeitung in einer Inertgasatmosphäre aus Helium oder ähnlichem oder in einem Vakuum, in dem keine Lichtabsorption auftritt, durchzuführen. Auch in einer Sauerstoffatmosphäre oder einer oxidierenden Atmosphäre ist die Reaktion von Diamant oder Graphit mit Sauerstoff beschleunigt, wodurch ein ausgezeichneter Effekt bei der Bearbeitung erzielt wird. Da andererseits ein F&sub2;-Excimerlaser und eine SOR-Quelle Lichtstrahlen im Vakuumultraviolettbereich erzeugen, ist es notwendig, daß die Bearbeitung im Hochvakuum durchgeführt wird unter Konvergieren des Lichts mit einem totalreflektierenden Spiegel.
Wenn ein gepulster Laser verwendet wird, ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit proportional zu der Pulsfrequenz erhöht. Als Vorrichtung zur Erzeugung solcher Laserstrahlen wird vorzugsweise ein Laseroszillator mit einer hohen Wiederholrate verwendet. Zudem neigt die Ätzrate dazu, sich zu erhöhen, wenn die Energiedichte erhöht wird. Wenn Diamant geschnitten werden soll, ist es daher bevorzugt, eine Vorrichtung zu verwenden, die Licht hoher Energie erzeugen kann.
Es werden nun Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Aus der Gasphase synthetisch hergestellter Diamant wurde mit einem Excimerlaser geschnitten. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dikke von 350 µm und einer Größe von 50 mm x 50 mm. Der Excimerlaser war ein ArF-Excimerlaser eines Injektion-Lock-Typs. Auf der Verstärkerseite des Lasers wurde ein instabiler Resonator vorgesehen, so daß das Licht hochgradig parallel gemacht war. Die Oszillationswellenlänge betrug 193 nm und die Halbwertsbreite war auf 5/1000 nm eingeengt. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Größe von 10 µm x 10 µm konvergiert unter Verwendung einer Kombination von konvexen und konkaven Linsen aus synthetischem Quarz. Die Oberfläche des zu bearbeitenden Diamants wurde in Luft mit dem Laserlicht bestrahlt.
Die Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 10&sup5; J/cm². Die Pulsfrequenz betrug 200 Hz. Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das Einfallslicht parallel zur Normalen der Diamantfläche war. Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Das Laserlicht wurde entlang der Breite von 50 mm unter einer Geschwindigkeit von 0,2 mm pro Sekunde verfahren, so daß das Schneiden nach 250 Sekunden bewerkstelligt war. Die Schnittfläche wurde mit Hilfe eines Elektronenmikroskops untersucht, und es wurden keine Veränderungen in der Morphologie entlang der Schnittfläche beobachtet. Darüber hinaus war die Schnittfläche selbst eine extrem glatte Oberfläche ohne die Bildung von Graphit.

Beispiel 2

Diamant des natürlichen Typs bei IIA wurde unter Verwendung eines Exzimerlasers geschnitten, wie in der Fig. 1 gezeigt ist. Der Diamant 3 hatte eine Dicke von 2 mm und eine Größe von 2 mm x 2 mm. Der Excimerlaser 1 war ein ArF-Excimerlaser. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet von 2 mm mal 10 µm konvergiert durch Verwendung einer zylindrischen konvexen Linse 2 aus synthetischem Quarz. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde eine Oberfläche des zu schneidenden Diamant 3 in einem Stickstoffgasstrom bestrahlt. Die Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 10&sup4; J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 250 Hz eingestellt.
Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das Einfallslicht parallel zu der Normalen der Diamantfläche war. Der Diamant 3 wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verschoben. Das Schneiden des Stücks mit einer Dicke von 2 mm erforderte eine Zeitdauer von 30 Sekunden. Die Schnittfläche wurde mit Hilfe eines Elektronenmikroskops untersucht, und es wurden keine Veränderungen in der Morphologie um die Schnittfläche herum beobachtet. Darüber hinaus war die Schnittfläche selbst eine extrem glatte Oberfläche ohne die Bildung von Graphit.

Beispiel 3

Eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch gewachsenem Diamant wurde unter Verwendung eines Excimerlasers 1 geglättet, wie in der Fig. 2 gezeigt ist. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant hatte eine scheibenartige Form mit einer Dicke von 350 µm und einem Durchmesser von SO mm. Die Oberfläche des Diamants war diejenige, auf der pyramidenformige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren. Der Excimerlaser 1 war ein ArF-Excimerlaser.
Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Größe von 10 mm x 10 µm unter Verwendung eines konkaven Spiegels 4 mit einer zylindrischen Fläche konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Oberfläche des Diamants in einem Stickstoffgasstrom bestrahlt. Die Energiedichte in diesem Beispiel betrug 5 x 10² J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 200 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel war auf 450 in bezug auf die normale Diamantfläche eingestellt. Der Diamant 5 wurde so verfahren, daß das Laserlicht die Oberfläche des Diamants abtastet. Es wurde ein hin- und hergehendes Abtasten entlang der Breite von SO mm bei einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/sec 5 mal durchgeführt, so daß die gesamte Abtastdauer 500 Sekunden betrug. Die Oberfläche wurde mit Hilfe eines Elektronenmikroskops untersucht, und die Oberfläche hat sich als glatt und nahezu frei von Unebenheit herausgestellt. Ein Mittelwert der Oberflächenrauhigkeit Ra betrug 0,1 µm oder weniger. Darüber hinaus wurde die Bildung von Graphit auf der Bearbeitungsfläche nicht beobachtet.
Beispiel 4
Eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch hergetelltem Diamant wurde unter Verwendung eines Excimerlasers geglättet. Der aus Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 350 i£m und einer Größe von 50 mm x 50 mm. Die Oberfläche des Diamants war diejenige, auf der pyramidenförmige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren. Der Excimerlaser war ein XeF-Excimerlaser. An der Verstärkerseite des Lasers war ein instabiler Resonator vorgesehen, so daß das Laserlicht hochgradig parallel erzeugt wurde, und die Verwendung eines Homogenisators verringerte die Schwankung in der Energieverteilung auf maximal 9 %.
Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet einer Größe von 10 mm x 20 µm durch Verwendung einer Kombination von zylindrischen konvexen und zylindrischen konkaven Linsen aus synthetischem Quarz konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Oberfläche des Diamants in Luft bestrahlt. Die Energiedichte in diesem Beispiel betrug 10 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 200 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das einfallende Laserlicht senkrecht zu der Diamantfläche war. Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Es wurde eine hin- und hergehende Abtastung entlang der Breite von 50 mm bei einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/sec. 5 mal durchgeführt, so daß die gesamte Abtastdauer 500 Sekunden betrug. Die Oberfläche wurde mit Hilfe eines Elektronenmikroskops untersucht, was ergab, daß die Oberfläche extrem glatt war ohne die Bildung von Graphit.
Beispiel 5
Eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch hergestellten Diamant wurde unter Verwendung von SOR-Licht geglättet. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 350 µm und einer Größe von 50 mm x 50 mm. Die Oberfläche des Diamants war diejenige, auf der pyramidenförmige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren. Das SOR-Licht wurde durch einen total reflektierenden Spiegel konvergiert. Dann wurde die zu bearbeitende Oberfläche des Diamants in Vakuum mit dem konvergierten SOR- Licht bestrahlt. Die Energiedichte in diesem Beispiel war 10¹&sup0; W/cm². Das Einfallslicht war so eingestellt, daß das Einfallslicht parallel zur Normalen der Diamantfläche war. Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Die abgetragene oder geschliffene Fläche wurde mit der Hilfe eines Elektronenmikroskops untersucht, und es wurden keine Veränderungen in der Morphologie um die abgeschliffene Fläche herum beobachtet. Darüber hinaus war die geschliffene Fläche selbst eine extrem glatte Oberfläche ohne die Ausbildung von Graphit.

Beispiel 6

Eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch hergestelltem Diamant wurde unter Verwendung eines Excimerlasers geschliffen. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine Platte mit einer Dicke von 350 µm und einer Größe von 25 mm x 25 mm. Die Oberflächenrauhigkeit Ra betrug 4 ijm. Der Excimerlaser war ein KrF-Excimerlaser mit einer Oszillationswellenlänge von 248 nm. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Länge von 25 mm und einer Breite von 100 µm unter Verwendung einer Kombination von zylindrischen konvexen und zylindrischen konkaven Linsen aus synthetischem Quarz konvergiert. Die Diamantoberfläche wurde mit dem konvergierten Laserlicht bestrahlt, während Sauerstoffgas auf die Oberfläche geblasen wurde. Die Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 10 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 100 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das Einfallslicht entlang der normalen Richtung der Diamantfläche sich ausbreitete. Der Diamant wurde entlang der Länge von 25 mm 4 mal in einer Richtung senkrecht zu dem Laserlicht bei der Geschwindigkeit von 2 mm pro Sekunde zur Abtastung verschoben. Nach der Bearbeitung wurde die Dicke des Werkstücks gemessen. Die gemessene Dicke betrug 200 µm. Darüber hinaus war die Oberflächenrauhigkeit Ra auf 0,2 µm verbessert.

Beispiel 7

Es wurde die (111) Ebene von synthetischem Diamant des Ib-Typs unter Verwendung eines Excimerlasers bearbeitet. Der wie gewachsene Diamant hatte eine Dicke von ungefähr 5 mm und eine Größe von ungefähr 10 mm x 10 mm. Auf der Keimflächenseite wurde ein sog. Einschluß eines Lösungsmetalls beobachtet. Die Keimfläche und die Wachstumsfläche wurden durch Verwendung des Excimerlasers, bei dem es sich um einen ArF-Excimerlaser handelte, geglättet. Durch das Maskenabbildungsverfahren wurde das Laserlicht auf ein Gebiet von 10 mm x 10 mm unter Verwendung einer zylindrischen konvexen Linse aus synthetischem Quarz konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die Diamantoberfläche in einem Hehumgasstrom bestrahlt. Die Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 30 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 100 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das Einfallslicht senkrecht zu der Diamantfläche war. Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. An der Keimflächenseite wurde die Abtastung 10 mal hin- und hergefahren, so daß ein Teil mit 500 µm einschließlich des Einschlusses abgeschliffen wurde. Die fur ein Hin- und Herfahren notwendige Zeitdauer betrug 10 Minuten. In der Wachstumsfläche wurde ein Hin- und Herfahren der Abtastung durchgeführt, wodurch die Fläche geglättet wurde. Als Folge wurde eine flache einkristalline Diamantplatte mit einer Dicke von ungefähr 4 mm ohne einen Einschluß erhalten.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde die (111) Fläche von synthetischem Diamant des Ib-Typs durch mechanisches Abschleifen (Schleifabtragung) bearbeitet. Der wie gewachsene Diamant hat eine Dicke von ungefähr 5 mm und eine Größe von ungefähr 10 mm x 10 mm. An der Keimflächenseite wurde ein sog. Einschluß eines Lösungsmetalls beobachtet. Die Keimfläche und Wachstumsfläche wurden durch Schleifabtragung abgeflacht. Bei der Schleifabtragung wurden lose Diamantabschabungen auf einem Eisenarbeitstisch, der sich unter hoher Geschwindigkeit drehte, verstreut, und dann wurde der zu bearbeitende Diamant auf den Tisch gedrückt, wodurch der Diamant bearbeitet wurde. Bei der Schleifabtragung erhöht sich die Temperatur auf mehrere hundert Grad Celsius.
Die (111) Ebene ist die härteste Ebene von Diamant. Daher dauerte es 245 Stunden, um einen Teil von 0,5 mm der Fläche an der Keimflächenseite zu entfernen. In diesem Beispiel trat ein Riß von dem Einschluß aus auf. Man nahm an, daß der Riß durch den thermischen Einfluß hervorgerufen wurde.
Darüber hinaus dauerte es mehrere Tage, einen Teil von mehreren mm auf der Wachstumsflächenseite abzuschleifen. Weiter war die Schleiffläche gekrümmt. Man nahm an, daß dies durch die Verformung der bearbeiteten Fläche hervorgerufen wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde aus der Gasphase synthetisch hergestellter Diamant mit einem Metallbindungsdiamantschleifer geschliffen. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant hatte eine Dikke von 500 µm. Der Diamant wurde auf die Drehfläche des Schleifers gedrückt. Es dauerte 313 Stunden, einen Teil mit einer Dicke von 100 µm abzuschleifen. Während dieses Schleifvorgangs mußte der Schleifstein fünf Mal ausgetauscht werden. Es wurde beobachtet, daß die Schleiffläche gekrümmt war.

Beispiel 8

Es wurde aus der Gasphase synthetisch hergestellter Diamant unter Verwendung eines Excimerlasers abgeflacht und geglättet. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 500 µm und einer Größe von 50 mm x 50 mm, die stark gekrümmt war. Der Grad der Krümmung, das heißt der leichten Wölbung, der durch den Unterschied zwischen dem höchsten Punkt der Fläche und dem niedrigsten Punkt der Fläche dargestellt war, betrug 100 µm. Die Oberfläche des Diamant war diejenige, auf der pyramidenförmige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren. Der Diamant ruhte in einem Rahmen von ungefähr 50 mm x 50 mm auf einer flachen Platte. Der Rahmen enthielt eine Suspension mit Teilchen aus Aluminiumsalz (Aluminiumoxid), die eine Größe von ungefähr 0,5 µm bis 10 µm hatten und in Methanol suspendiert waren. Man ließ sie stehen oder erhitzte sie, um das Methanol zu verdampfen.
Nachdem die Suspension zur Verfestigung getrocknet war, wurde der Rahmen entfernt. Dann wurde das Aluminiumoxid parallel abgeschabt, bis die Diamantfläche erschien. Das ganze wurde unter Verwendung des Excimerlasers abgeflacht, so daß das Abflachen und Glätten des Diamants durchgeführt wurde. Der Excimerlaser war ein Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 308 nm. Das Laserlicht wurde durch eine zylindrische konvexe Linse aus synthetischem Quarz auf ein Gebiet mit einer Länge von 30 mm bei einer Breite von 10 j£m konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Diamantoberfläche bestrahlt, während Sauerstoffgas auf die Oberfläche geblasen wurde. Die mittlere Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 5 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 100 Hz eingestellt.
Der Einfallswinkel war auf 75º in bezug auf die Normale der Diamantfläche eingestellt. Der Diamant wurde parallel zu dem Laserlicht verfahren. Eine hin- und hergehende Abtastung wurde zweimal entlag der Breite von 50 mm bei einer Geschwindigkeit von 1 mm pro Minute durchgeführt. Nach Umdrehen der Oberseite nach unten wurde auf die gleiche Weise mit dem Laserlicht abgetastet. Danach wurde das Aluminiumsalz durch Ultraschalireinigung entfernt. Bei Beobachtung der Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurde herausgefunden, daß die bearbeitete Oberfläche flach war und nahezu keine Unebenheit aufwies. Die Oberflächenrauhigkeit Ra betrug 0,2 µm. Auf der bearbeiteten Fläche gab es keine Bildung von Graphit.
Anstelle von Aluminiumoxidteilchen können eines oder mehrere Materialien verwendet werden, die einen Absorptionskoeffizienten von 1 x 10² cm&supmin;¹ oder mehr für das Einfallslicht aufweisen und die aus der aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbit, Siliziumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Boroxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Eisenoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, Diamant, einem Verbundstoff daraus und ähnlichen bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Mit jeder dieser Alternativen können die gleichen Effekte erzielt werden.

Beispiel 9

Es wurde aus der Gasphase synthetisch hergestellter Diamant unter Verwendung eines Excimerlasers abgeflacht und geglättet. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 500 µm und einer Größe von 50 mm x 50 mm, die stark gekrümmt war. Der Grad der Krümmung, das heißt der Wölbung, der durch den Unterschied zwischen dem höchsten Punkt der Fläche und dem niedrigsten Punkt der Fläche bestimmt war, betrug 100 µm. Die Oberfläche des Diamant war diejenige, auf der pyramidenartige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren.
Die Diamantplatte war auf einem Werkstücktisch fixiert und wurde dann in einen Silikonöl, das ultraviolettes Licht nicht durchläßt, enthaltenden Behälter gegeben. Der Werkstücktisch war so gestaltet, daß eine vertikale Bewegung in dem Behälter ansteuerbar war. Der Excimerlaser war ein KrF-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 nm. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Länge von 50 mm und einer Breite von 100 µm durch ein optisches System, in dem zylindrische konvexe und konkave Linsen aus synthetischem Quartz kombiniert waren, konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Diamantoberfläche bestrahlt, während mit Hehum verdünntes Sauerstoffgas auf die Oberfläche geblasen wurde. Die mittlere Energiedichte bei diesem Beispiel betrug 3 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 100 Hz eingestellt.
Es wurde drei Mal eine hin- und hergehende Abtastung entlang der Breite von 50 mm und mit einer Geschwindigkeit von 1 mm pro Minute durchgeführt. Der Einfallswinkel war auf 60º in bezug auf die Normale der Diamantfläche eingestellt. Der Diamant wurde so verfahren, daß das Laserlicht die Oberfläche des Diamants abtastete. Bei jeder Abtastung wurde der Werkstücktisch um ungefähr 10 bis 20 µm angehoben. Zu der Zeit, da der gekrümmte Teil von 100 µm entfernt war, wurde die Oberseite der Werkstückfläche nach unten gekehrt. Dann wurde die Abtastung mit dem Laserlicht auf die gleiche Weise durchgeführt. Danach wurde das Silikonöl weggewaschen. Bei Beobachtung der Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurde festgestellt, daß die bearbeitete Oberfläche eine glatte Oberfläche mit nahezu keiner Unebenheit war. Die Oberflächenrauhigkeit betrug 0,2 µm. Darüber hinaus gab es auf der bearbeiteten Fläche keine Bildung von Graphit. Anstelle von Silikonöl kann sogar eine Flüssigkeit wie Benzen, Aceton, Ethylacetat, Propylencarbonat, Toluen oder eine ähnliche Flüssigkeit, die für den Excimerlaser nicht transparent ist, unter Erzielung der gleiche Effekte verwendet werden.

Beispiel 10

Es wurde eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch hergestelltem Diamant teilweise unter Verwendung eines Excimerlasers geschliffen, um somit einen Einsenkungsteil zu bilden. Der aus Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine geglättene dünne Platte mit einer Dicke von 350 µm und einer Größe von 50 mm x 50 mm. Der Excimerlaser war XeF- Excimerlaser. Durch das Maskenabbildungsverfahren wurde das Laserlicht auf ein Gebiet von 10 mm x 20 µm unter Verwendung einer Kombination von zylindrischen konvexen und konkaven Linsen aus synthetischem Quartz konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Diamantoberfläche bestrahlt, während Aceton auf die Oberfläche gesprüht wurde.
Die Energiedichte in diesem Beispiel betrug 20 J/cm². Die Pulsfrequenz war auf 80 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel war so eingestellt, daß das Laserlicht senkrecht auf die Diamantfläche einfiel. Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Es wurde ein hin- und hergehende Abtastung vier Mal entlang einer Breite von 10 mm bei einer Geschwindigkeit von 3 mm/Minute durchgeführt. Im Ergebnis wurde eine Rille einer Größe von 10 mm x 10 mm und einer Tiefe von 80 µm in der Mitte der Diamantoberfläche gebildet. Bei Beobachtung der Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurde festgestellt, daß die Fläche eine glatte Oberfläche mit nahezu keiner Unebenheit war. Die Oberflächenrauhigkeit Ra betrug 0,2 µm. Darüber hinaus gab es auf der Oberfläche keine Bildung von Graphit. Es wurde eine Halbleiterlaservorrichtung in dieser eingesenkten Diamantplatte vergraben und dann zur Oszillation angeregt mit dem Ergebnis, daß ausgezeichnete Kühleigenschaften erhalten wurden.

Beispiel 11

Es wurde eine Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch hergestelltem Diamant in einer wäßrigen Lösung aus Chlorwasserstoffsäure geschliffen. Der aus der Gasphase synthetisch hergestellte Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 350 µm und einer Größe von 25 mm x 25 mm. Der Diamant hat eine Oberfläche, auf der pyramidenförmige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren.
Es wurde ein Excimerlaser, bei dem es sich um einen KrF- Excimerlaser handelte, mit einer Oxzillationswellenlänge von 248 nm verwendet. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Länge von 25 mm und einer Breite von 100 µm unter Verwendung einer Kombination von zylindrischen konvexen und konkaven Linsen aus synthetischem Quarz konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Diamantoberfläche bestrahlt. Die Energiedichte in diesem Beispiel betrug 10 J/cm². Die Pulsfrequenz wurde auf 100 Hz eingestellt. Der Einfallswinkel wurde so eingestellt, daß das Einfallslicht parallel zur Normalen der Diamantfläche war.
Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Beim Untersuchen des geschliffenen Abschnitts mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurde beobachtet, daß die Fläche glatt war und nahezu keine Unebenheit aufwies. Die Oberflächenrauhigkeit Ra war auf bis zu 0,1 µm verbessert. Darüber hinaus gab es auf der bearbeiteten Fläche keine Bildung von Graphit. Die Bedingungen des geschliffenen Abschnitts waren besser als jene, die im oben beschriebenen Beispiel 10 erhalten wurden. Die Dicke des Diamants, der durch eine Abtastung geschliffen wurde, betrug 40 µm.
Anstelle von Chlorwasserstoffsäure kann Salpetersäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder ähnliches als Säure für die wäßrige Lösung verwendet werden unter Beibehaltung der gleichen Effekte. Alternativ kann eine wäßrige Lösung eines Alkali wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Amonium oder ähnliches verwendet werden, was dazu führt, daß die gleichen Effekte erzielt werden. Es ist günstig, die Dichte der Säure oder des Alkali in der wäßrigen Lösung auf 0,5 bis 10 % einzustellen. Wenn die Dichte geringer ist als 0,5 %, können die Effekte nicht erzielt werden. Wenn die Dichte mehr als 10 % beträgt, ist die wäßrige Lösung für den Exzimerlaser nicht transparent.

Beispiel 12

Es wurde Oberfläche von aus der Gasphase synthetisch gewachsenem Diamant in einer Methanolflüssigkeit geschliffen. Der aus der Gasphase synthetisch gewachsene Diamant war eine dünne Platte mit einer Dicke von 350 µm und einer Größe von 25 mm x 25 mm. Der Diamant hatte eine Oberfläche, auf der pyramidenförmige Vorsprünge mit einer Höhe von ungefähr 30 µm ausgebildet waren
Es wurde ein Excimerlaser, bei dem es sich um einen KrF- Excimerlaser mit einer Oszillationswellenlänge von 248 nm handelte, verwendet. Das Laserlicht wurde auf ein Gebiet mit einer Länge von 25 mm und einer Breite von 10 µm unter Verwendung einer Kombination von zylindrischen konvexen und konkaven Linsen aus synthetischem Quartz konvergiert. Mit dem konvergierten Laserlicht wurde die zu bearbeitende Diamantoberfläche bestrahlt. Die Energiedichte in diesem Beispiel betrug 10 J/cm² Die Pulsfrequenz wurde auf 100 Hz eingestellt.
Der Einfallswinkel wurde derart eingestellt, daß das Einfallslicht parallel zur Normalen der Diamantfläche war.
Der Diamant wurde senkrecht in bezug auf das Laserlicht verfahren. Beim Untersuchen der geschliffenen Fläche mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurde beobachtet, daß die Fläche glatt war und nahezu keine Unebenheit hatte. Die Oberflächenrauhigkeit Ra war auf bis zu 0,1 µm verbessert. Darüber hinaus gab es auf der bearbeiteten Oberfläche keine Bildung von Graphit. Die Bedingungen auf der geschliffenen Fläche waren besser als jene, die bei dem oben beschriebenen Beispiel 10 erhalten wurden. Die Dicke des Diamants, der durch eine Abtastung abgeschliffen wurde, betrug 35 µm.
Anstelle von Methanol kann ein organisches Material, das Sauerstoff enthält, z. B. Ethanol oder andere Alkohole, Ketone, wie Aceton, jede Art von Äther oder ähnliches verwendet werden, mit dem Ergebnis, daß die gleichen Effekte erzielt werden können. Anstatt das Diamantwerkstück in eine Flüssigkeit zu legen, kann der Diamant auch bearbeitet werden, während eines der organischen Materialien aufgesprüht wird, oder er kann in dem Dampf des organischen Materials bearbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zum Bearbeiten von Diamant mit hoher Effizienz und hoher Genauigkeit schaffen. Erfindungsgemäß kann Diamant weitreichender für verschiedene Gebiete verwendet werden, in denen Diamant herkömmlicherweise nicht verwendet wurde, da nach dem Stand der Technik Probleme von Diamant, wie eine Härte von Diamant und eine relativ geringe Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation, bewirkten, daß eine Bearbeitung des Diamant unpraktikabel oder sehr teuer ist. Darüber hinaus schafft die Erfindung ein Verfahren zur dreidimensionalen Bearbeitung von Diamant mit hoher Genauigkeit.

Claims

1. Ein Verfahren zum Schneiden, Glätten, Schleifen oder Abflachen von Diamant durch Bestrahlen einer Oberfläche des Diamant mit Licht, wobei das Licht, mit dem die Diamantoberfläche bestrahlt wird, eine Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm und eine Energiedichte in dem Bereich von 10 W/cm² bis 10¹¹ W/cm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwertsbreite eines Oszillationsspektrums des Laserlichts nicht geringer ist als 10 nm und kleiner als 1 nm.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Licht gepulstes Laserlicht ist.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine Energiedichte für einen Puls des gepulsten Laserlichts, mit dem die Diamantoberfläche bestrahlt wird, in dem Bereich von 10&supmin;¹ J/cm² bis 10&sup6; J/cm² ist.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei ein Divergenzwinkel des Laserlichts bei Abstrahlung von einem Laseroszillator 10&supmin;² mrad oder mehr und 5 x 10&supmin;¹ mrad oder weniger ist.

5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine Energieschwankung in einem Strahlschnitt des Laserlichts 10 % oder weniger ist.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 5, wobei das gepulste Laserlicht durch eine zylindrische Linse oder einen zylindrischen Spiegel konvergiert wird zur Bestrahlung der Diamantoberfläche.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 5, wobei das gepulste Laserlicht auf eine Linie mit einer Breite von 10 µm oder mehr durch eine zylindrische Linse oder einen zylindrischen Spiegel konvergiert wird zur Bestrahlung der Diamantoberfläche

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 71 wobei bei Bestrahlung der Diamantoberfläche mit dem gepulsten Laserlicht, das durch die zylindrische Linse oder den zylindrischen Spiegel konvergiert wurde, ein Einfallswinkel auf die Diamantoberfläche in dem Bereich von 40 bis 85 Grad in bezug auf eine Normale der Diamantoberfläche ist.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Diamantoberfläche mit einer Schicht aus Teilchen, die aus Material mit einem Teilchendurchmesser von 0,5 bis 10 µm hergestellt wurden und einen Absorptionskoeffizienten von 1 x 10² cm&supmin;¹ oder mehr aufweisen, bedeckt ist, und wobei die mit der Schicht aus Teilchen bedeckte Diamantoberfläche mit dem Licht bestrahlt wird, um dadurch Teile des Diamant, der aus der Teilchenschicht freiliegend ist, abzuschleifen.

10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Diamantoberfläche mit einer Schicht aus Teilchen, die aus einem oder mehreren Materialien oder einem Verbund der Materialien hergestellt sind, bedeckt ist, wobei die Materialien aus der aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Silziumcarbid, Siliziumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Boroxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Calziumoxid, Eisenoxid, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid und Diamant bestehenden Gruppe ausgewählt sind, wobei die Materialien oder Verbundstoffe einen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 10 µm aufweisen, wobei die mit der Teilchenschicht bedeckte Diamantoberfläche mit dem Licht bestrahlt wird, wodurch ein Teil des Diamant, der aus der Teuchenschicht freiliegend ist, abgeschliffen wird.

11. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Diamantoberfläche mit einer Schicht einer Flüssigkeit mit einem Absorptionskoeffizienten von 1 x 10² cm&supmin;¹ oder mehr für Licht mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 190 nm bis 360 nm bedeckt ist, wobei die Diamantoberfläche, die mit der Flüssigkeitsschicht bedeckt ist, mit dem Licht bestrahlt wird, wodurch ein Teil des Diamanten, der aus der Flüssigkeitsschicht freiliegend ist, abgeschliffen wird.

12. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Diamantoberfläche mit einer Schicht einer Flüssigkeit oder einer Mischung aus zwei oder mehreren Flüssigkeiten bedeckt ist, wobei die Flüssigkeit oder die Flüssigkeiten aus einer aus der Silikonöl, Petroleumehter, Hexan, Benzen, Aceton, Etylacetat, Propylencarbonat und Toluen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei die Diamantoberfläche, die mit der Flüssigkeitsschicht bedeckt ist, mit dem Licht bestrahlt wird, wodurch ein Teil des Diamant, der aus der Flüssigkeitsschicht freiliegend ist, abgeschliffen wird.

13. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Diamant in einer wässrigen Lösung einer Säure oder einer Base vorgesehen wird für den Schritt der Bestrahlung mit dem Licht.

14. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Diamant in Alkohol, Keton oder Ether oder eine Mischung aus zwei oder mehreren davon gegeben wird für den Schritt des Bestrahlens mit dem Licht.