JP2006321709A - ダイヤモンド部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 母材型基板を用いてダイヤモンド部品を製造する際に、ダイヤモンド部品のサイズが大きい場合や形状が複雑である場合にも、母材型基板から短時間でダイヤモンド部品を分離回収することができる方法を提供する。
【解決手段】 母材型基板上に中間犠牲層を被覆し、その上にダイヤモンド層を堆積した後、エッチングにより中間犠牲層を除去してダイヤモンド部品を分離するに際して、母材型基板として多孔質体を用いるか、エッチング溶液に超音波振動を印加する。また、電解溶液に浸漬して電気分解することにより、中間犠牲層を電解除去することもできる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、３次元形状のダイヤモンド部品を製造する方法、更に詳しくは、所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層とダイヤモンド層を順に形成した後、中間犠牲層を除去して３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法に関する。

ダイヤモンドは、硬度やヤング率、熱伝導率、音速が物質中で最も高く、且つ赤外領域の一部を除き、紫外領域からマイクロ波領域までの広い波長範囲で優れた光透過性を示すなど、種々の優れた性質を有している。そのためダイヤモンドは、これらの特性を活かして、例えば、主に赤外・マイクロ波用の窓材などの光学部品、スピーカー用振動板のような音響部品、ヒートシンク、工具や金型などとして利用されている。

これらのダイヤモンド応用製品の多くは、基板上にダイヤモンド層をコーティングしたものや、自立した板状のダイヤモンドから構成されている。その中でも３次元形状の自立したダイヤモンド部品としては、工具や金型部品のほか、直径数１０ｍｍ程度の大きさを有するレンズなどの光学部品、スピーカー用振動板などが実用化されている。

ダイヤモンドは他の材料と違って切削や研削などの機械加工が極めて困難であることから、これらの３次元形状のダイヤモンド部品を一般の機械加工により製造することは難しい。そこで、自立した３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法として、ダイヤモンドを堆積する母材基板を型とし、その上にダイヤモンドを厚く堆積させた後、母材基板を除去する方法が従来から採用さてれている。

例えば、特開平６−３８２９５号公報には、スピーカー用振動板の製造方法として、ドーム状の母材基板の上に化学的気相合成法によりダイヤモンド膜を形成した後、母材基板をエッチングにより溶解除去する方法が示されている。また、特開平８−２４０７０５号公報には、予め複雑な形状を表面に施した母材基板上にダイヤモンドを堆積した後、母材基板をエッチング若しくは制御された層間剥離によって除去し、複雑形状を有するダイヤモンド部品を得る方法が記載されている。

また、ダイヤモンドと母材基板の間に中間層を介在させ、ダイヤモンドの堆積後に中間層を除去する方法も知られている。例えば、特開平７−６９７９５号公報には、母材基板上に導電性ダイヤモンドを中間層として堆積させ、その上にダイヤモンド層を堆積した後、導電性の中間層を放電加工により切断して、母材基板からダイヤモンド層を分離する方法が記載されている。ただし、この方法では、放電加工により中間層を切断除去するため、母材基板及びダイヤモンド層は比較的小さいサイズで且つ平板形状のものとされている。

更に、「ＮＥＷ ＤＩＡＭＯＮＤ」、Ｖｏｌ.１６、Ｎｏ.２、Ｐ.２４−２９には、基板上に中間犠牲層を堆積し、その上にダイヤモンド層を堆積させた後、ダイヤモンドをパターンエッチングにて所定の形状に加工し、中間犠牲層をエッチングして溶解除去することにより、ダイヤモンド部品を得る方法が記載されている。しかし、この方法では、基板と中間犠牲層及びダイヤモンド層の各界面形状は平面であり、またそのサイズも小さなものである。

特開平６−３８２９５号公報 特開平８−２４０７０５号公報 特開平７−６９７９５号公報 「ＮＥＷ ＤＩＡＭＯＮＤ」、Ｖｏｌ.１６、Ｎｏ.２、Ｐ.２４−２９

上記したように、従来から、３次元形状のダイヤモンド部品を製造するために、その反転形状の型基板が使用されている。例えば、ドーム状のダイヤモンド部品を製造する場合には、シリコン基板をクレーター状に加工したものを準備する。この型基板上に所定の厚みのダイヤモンドを堆積し、必要であれば加工を施した後、型基板とダイヤモンドを分離する。

型基板とダイヤモンドを分離する方法として、最も単純な方法は、上記した特開平６−３８２９５号公報や特開平８−２４０７０５号公報に記載されるように、エッチングにより型基板を溶解除去する方法である。例えば、型基板がシリコン（Ｓｉ）である場合、弗化水素と硝酸の混合液に浸すことによりＳｉは容易に溶解され、ダイヤモンドの部品のみを回収することができる。このように、型基板をエッチングにより溶解除去してダイヤモンド部品を製造する方法によれば、型基板とダイヤモンド部品の界面が複雑なものであっても、確実に３次元形状のダイヤモンド部品を得ることができる。

しかし、上記のエッチングにより型基板を溶解除去する方法では、同じダイヤモンド部品を多量に製造する場合、１つの部品毎に１つの型基板を用い且つそのつど型基板を溶解することになるので、製造コストが非常に高くなる。特に、複雑な形状や加工が難しい形状のダイヤモンド部品を製造する場合には、その母材形状の型基板を加工する費用が高くなるため、製品コストが著しく高くなるという欠点があった。

別の方法として、上記した「ＮＥＷ ＤＩＡＭＯＮＤ」、Ｖｏｌ.１６、Ｎｏ.２、Ｐ.２４−２９に記載されるように、犠牲となる中間層を予め型基板上に形成し、その上にダイヤモンドを堆積した後、中間犠牲層のみをエッチング除去してダイヤモンド部品を分離する方法がある。この方法によれば、型基板を再利用することができるため、多量のダイヤモンド部品を製造することにより、製品コストをはるかに少なくすることが可能である。

しかしながら、型基板及びダイヤモンド部品のサイズが大きい場合や、形状が複雑である場合には、型基板とダイヤモンド層に挟まれた中間犠牲層に対してエッチング溶液が浸透し難くなり、なかなかダイヤモンド部品が型基板から分離しないという問題があった。例えば、型基板の形状や表面粗さによっては、長いときには数日ないし数週間経ってもダイヤモンドが型基板から分離せず、無理やり剥がそうとするとダイヤモンドが割れてしまうというケースもあった。

更に、型基板とダイヤモンドを分離する方法として、上記した特開平７−６９７９５号公報に記載されるように、両者の界面に導電膜を予め形成しておき、この導電膜を放電加工により除去する方法も知られている。しかし、この方法は、型基板とダイヤモンドの界面が３次元の複雑な形状の場合には、適用することが難しい。また、放電加工の途中において、既に加工されている部分と未加工の部分の界面付近に局所的に応力が集中する箇所が発生しやすいため、ダイヤモンドにクラックが入ったり、割れたりする危険があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、中間犠牲層を設けた母材型基板を用いて３次元形状のダイヤモンド部品を製造するにあたって、その母材型基板を繰返し利用することができるだけでなく、母材型基板及びダイヤモンド部品のサイズが大きい場合や形状が複雑である場合にも、効率よく中間犠牲層を除去して、短時間でダイヤモンド部品を分離回収することができる方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供するダイヤモンド部品の第１の製造方法は、所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層を被覆し、その上にダイヤモンド層を堆積した後、得られたダイヤモンド被覆母材型基板から中間犠牲層を除去して３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法において、中間犠牲層の除去方法がエッチング溶液によるエッチングであり、ダイヤモンド被覆母材型基板をエッチング溶液に浸漬して中間犠牲層をエッチングする際に、母材型基板として多孔質体を用い又はエッチング溶液に超音波振動を印加し若しくはその両方により、中間犠牲層をエッチング除去することを特徴とする。

本発明が提供するダイヤモンド部品の第２の製造方法は、所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層を被覆し、その上にダイヤモンド層を堆積した後、得られたダイヤモンド被覆母材型基板から中間犠牲層を除去して３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法において、中間犠牲層の除去方法が電解反応であり、ダイヤモンド被覆母材型基板を電解溶液に浸漬すると共にそのダイヤモンド被覆母材型基板に対向させて導電性基板を配置し、ダイヤモンド被覆母材型基板側を陽極及び導電性基板側を陰極として直流電流を流すことにより、中間犠牲層を電解除去することを特徴とする。

上記本発明によるダイヤモンド部品の第１及び第２の製造方法において、前記母材型基板は、シリコンであるか、若しくは炭化物、珪化物、窒化物、酸化物の少なくとも１種を含むセラミックであることを特徴とする。また、前記セラミックとしては、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ムライト、コージライトから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

上記本発明によるダイヤモンド部品の第２の製造方法においては、前記母材型基板が導電性を有するものが好ましい。また、その場合の導電性を有する母材型基板は、低抵抗シリコンであるか、若しくは炭化物、珪化物、窒化物の少なくとも１種を含む導電性セラミック、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも１種の導電性セラミックであることが好ましい。更に、前記導電性を有する母材型基板は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブから選ばれた少なくとも１種であってよい。

上記本発明によるダイヤモンド部品の第２の製造方法では、前記母材型基板として多孔質体を用いることができる。また、この第２の製造方法においては、前記ダイヤモンド層が導電性を有するものであることが好ましく、例えば、ホウ素を添加した導電性ダイヤモンドであることが好ましい。

上記本発明によるダイヤモンド部品の第１及び第２の製造方法においては、前記中間犠牲層が、二酸化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタンから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

また、上記本発明によるダイヤモンド部品の第１の製造方法においては、前記中間犠牲層の厚みが０.３〜１０μｍであることが好ましく、１.０〜１０μｍであることが更に好ましい。

本発明によれば、中間犠牲層の除去により母材型基板とダイヤモンド部品を分離するので母材型基板を繰返し利用することができるだけでなく、母材型基板及びダイヤモンド部品のサイズが大きい場合や形状が複雑である場合にも効率よく短時間で中間犠牲層を除去でき、３次元形状のダイヤモンド部品を安価に製造することができる。

本発明では、３次元形状のダイヤモンド部品を得るため、従来と同様に、中間犠牲層を設けた母材型基板を用いる。具体的には、所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層を設け、その上にダイヤモンド層を堆積した後、得られたダイヤモンド被覆母材型基板から中間犠牲層を除去することにより、ダイヤモンド部品を分離回収する。

上記中間犠牲層を成膜する手法としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、溶射法熱から選ばれた少なくとも１種の方法を用いることが好ましい。この時のＣＶＤ法としては、熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、ＤＣアークジェットプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＩＣＰ−ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法から選ばれた少なくとも１種の方法であることが好ましい。中間層の厚みが１μｍ以上の場合には、成膜レートが比較的速い方法、例えば、大気圧ＣＶＤ、ＤＣアークジェットプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＩＣＰ−ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等の方法を採ると良い。また、上記ダイヤモンド層の形成も、従来公知の方法により、例えば、スパッタリング法やＣＶＤなどの気相合成法により形成することができる。

本発明においては、上記のごとくダイヤモンド被覆母材型基板を得た後、３次元形状のダイヤモンド部品を分離する際に、中間犠牲層の除去を従来に比べ効率的に行うため、第１の方法ではエッチング溶液の浸透を一層促進させる手段を付加し、第２の方法では電気分解（電解）反応を利用して中間犠牲層を溶解除去する。

即ち、第１の方法は、ダイヤモンド被覆母材型基板全体をエッチング溶液に浸漬し、中間犠牲層をエッチングにより除去する際に、超音波を印加するか、多孔質体からなる母材型基板を用いるか、又はその両方によるものである。これらの手段を用いることによって、中間犠牲層へのエッチング溶液の浸透が促進され、母材型基板及びダイヤモンド部品のサイズが大きい場合や、ダイヤモンド層と母材型基板との界面が３次元の複雑形状である場合にも、従来に比べてはるかに短時間で中間犠牲層をエッチング除去することができる。

上記第１の方法では、中間犠牲層は、母材型基板にコーティングすること及びその上にダイヤモンドを良好に成膜することが可能であって、エッチング溶液に浸けた場合に中間犠牲層のみがエッチングされ、母材型基板及びダイヤモンドはエッチングされない、という条件を満たす必要がある。この条件を満たすように母材型基板と中間犠牲層とエッチング溶液との組み合わせを選択すればよく、この点に関しては従来の中間犠牲層のエッチング除去と代わるところはない。

例えば、エッチング溶液として一般的なフッ酸や王水を用いる場合、母材型基板としては、シリコン（Ｓｉ）か、あるいは炭化物、珪化物、窒化物、酸化物の少なくとも１種を含むセラミック、好ましくは、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライト、コージライトから選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましい。また、中間犠牲層としては、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）から選ばれた少なくとも１種を用いることができる。このような組み合わせにより、母材型基板は溶解せずに、中間犠牲層のみを溶かすことができる。

本発明における第１の方法の一つ目、即ち、ダイヤモンド被覆母材型基板を浸したエッチング溶液に超音波を印加する方法によれば、この超音波の印加によってエッチング溶液が中間犠牲層に浸透しやすくなるため、エッチングによる中間犠牲層の溶解を促進して、ダイヤモンド部品を効率よく確実に母材型基板から分離することができる。

また、本発明における第１の方法の二つ目、即ち、母材型基板として多孔質体を用いる方法においては、エッチング溶液がダイヤモンド被覆母材型基板の裏面側（ダイヤモンド層の反対側）から多孔質の母材型基板をとおして中間犠牲層に浸透しやすくなり、中間犠牲層を短時間で効率よくエッチングして溶解除去することができる。この場合には、母材型基板として、上記したシリコンあるいは炭化物、珪化物、窒化物、酸化物などのセラミックであって、多孔質のものを使用する。

ただし、母材型基板の多孔質体の空孔径が大きすぎると、その上に形成する中間犠牲層及びダイヤモンド層も多孔質になってしまう。そこで、母材型基板の多孔質体の空孔径は、少なくとも中間犠牲層を形成する側の最表面では０.２μｍよりも小さいことが好ましい。この場合、中間犠牲層側の最表面以外の空孔径は０.２μｍよりも大きくてよく、例えば、母材型基板全体の空孔径が数μｍ程度であっても、その最表面を研磨することによって表面の空孔を埋め、最表面の空孔径のみを０.２μｍ以下とすることも可能である。

上記したエッチングにより中間犠牲層を除去する第１の方法の場合、中間犠牲層の厚みとしては、０.３〜１０μｍの範囲が好ましく、１〜１０μｍであればエッチングの速度が速くなるため更に好ましい。また、エッチング溶液の濃度は、薄すぎるとエッチングが進まず、高すぎると超音波により揮発が促進されてすぐに液が少なくなったり、多孔質体中に浸透しにくくなったりするため、例えばフッ酸の濃度としては０.１〜１０重量％程度が好ましい。

中間犠牲層の除去を効率的に行うための第２の方法は、中間犠牲層を電気化学的に溶かして分離する方法である。即ち、ダイヤモンド被覆母材型基板を電解溶液に浸漬し、そのダイヤモンド被覆母材型基板に対向させて導電性基板、例えば炭素や導電性ダイヤモンドの基板を配置する。そして、ダイヤモンド被覆母材型基板側を陽極に及び導電性基板側を陰極に接続して、直流電流を流すことによって中間犠牲層を効率的に電解除去することができる。

この第２の方法においては、電解溶液として電気化学実験において一般的なもの、例えば、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）溶液などを用いることができる。母材型基板の材質は、ダイヤモンドがＢを添加したものなど導電性のものである場合は上記第１の方法の場合と同じであってよいが、ダイヤモンドが絶縁体のものである場合は通電のために導電性を有するものが好ましく、例えば、低抵抗シリコン、あるいはモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブから選ばれた少なくとも１種、又は、炭化物、珪化物、窒化物の少なくとも１種を含む導電性セラミック、例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも１種を用いることもできる。また、中間犠牲層としては、上記第１の方法の場合と同様に、二酸化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタンなどを用いることができる。尚、中間犠牲層に導電体を用いる場合には、母材型基板及びダイヤモンド層の両方が絶縁体であっても、中間犠牲層が極小さい一部であってもダイヤモンドで覆われていない部分が露出していて、その部分に電気的に給電できるようになっていれば良い。

この第２の方法において、更に母材型基板として多孔質体を使用すれば、電解溶液が母材型基板をとおして中間犠牲層に浸透しやすくなるため、中間犠牲層の電解除去をより速めることができる。また、中間犠牲層上に形成するダイヤモンド層として導電性を有するダイヤモンドを用いることによって、より大きな電流が流れるようになるため、やはり中間犠牲層を効率よく電解除去することができる。導電性を有するダイヤモンドとしては、例えば、ホウ素（Ｂ）を添加した導電性ダイヤモンドであることが好ましい。更に、電解溶液の中に中間犠牲層をエッチングできる成分、例えば、微量のフッ酸を添加すれば、中間犠牲層を更に効率よく除去することができる。

上記した本発明の第１及び第２の方法によれば、中間犠牲層を簡単に且つ効率よく除去することができる。しかしながら、母材型基板の表面状態が悪いと、ダイヤモンド層が分離するまでの時間が長くなり、あるいはダイヤモンド層が分離しない場合がある。このような事態を避け、母材型基板とダイヤモンド層を容易に且つ確実に分離するためには、母材型基板の中間犠牲層被覆面の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ未満とすることが好ましい。

［実施例１］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、直径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの多結晶Ｓｉからなり、その表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板（表面粗さＲａ＝０.８μｍ）を準備した。この母材型基板上に、中間犠牲層としてＲＦスパッタ法によりＳｉＯ_２層を３００ｎｍの厚みに成膜した。この母材型基板のＳｉＯ_２層表面に、ダイヤモンドパウダーでのスクラッチ処理により種付け処理を施した。

この母材型基板の中間犠牲層上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド層を成長させた。即ち、装置内を真空排気した後、水素ガスとメタンガスを１００：２の割合で導入し、圧力が１３.３ｋＰａとなるように排気量を調節した。５ｋＷの投入電力でプラズマを発生させ、プラズマ近傍に配置した上記母材型基板の温度を、放射温度計で測定して装置の試料台の加熱・冷却機構を調節することにより、８００〜１０００℃に制御した。このような条件にて５０時間の成膜を行ったところ、基板の重量変化から求めたダイヤモンド層の平均膜厚は１００μｍであった。

このようにして得られたダイヤモンド被覆母材型基板を、エッチング溶液の緩衝フッ酸（フッ化水素溶液）中に浸漬し、更にこれに超音波振動を印加した。その際、使用したフッ酸の濃度を１％、５％、２０％に変化させ、６０経過分後に容器内を確認したところ、いずれの場合も中間犠牲層のＳｉＯ_２層がエッチングされて溶解除去され、母材型基板から非球面形状のダイヤモンド部品を分離することができた。また、母材型基板は特にダメージなどはなく、元通りの外観であることが確認できた。

比較のために、超音波振動を印加しなかった以外は上記と同様に処理したところ、２０時間経っても母材型基板からダイヤモンド部品を分離することができなかった。また、フッ酸の濃度を０.０５％にした以外は上記と同様に処理したところ、２０時間経っても母材型基板からダイヤモンド部品を分離することができなかった。そこで、フッ酸の濃度を４０％にし且つ超音波振動を印加したところ、３０分でフッ酸の液量が半分以下になったため、途中でフッ酸を追加する必要があった。

［実施例２］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、直径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの多孔質ＳｉＣからなり、その表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板（表面粗さＲａ＝１.７μｍ）を準備した。この基板で空孔径は平均５μｍであったが、中間犠牲層及びダイヤモンド層被覆側の表面を研磨加工し、その表面での空孔径が０.２μｍ以下となるように組織の空孔部分を埋め、所々に隙間が露出している表面状態とした。

この多孔質Ｓｉ_３Ｎ_４からなる母材型基板上に、中間犠牲層として溶射法によりＭｏ層を５μｍの厚みに成膜した。更に、そのＭｏ層上に、実施例１と同様の方法によって、平均膜厚１００μｍのダイヤモンド層を堆積させた。

このようにして得られたダイヤモンド被覆母材型基板を、エッチング溶液である沸騰した王水に浸漬して放置したところ中間犠牲層のＭｏ層が溶解除去され、２時間経過後に非球面形状のダイヤモンド部品が母材型基板から分離した。また、上記のダイヤモンド被覆母材型基板を濃度１％のフッ酸に浸漬すると共に、更に超音波を印加したところ、ダイヤモンド部品が母材型基板から分離するまでの時間が２０分に短縮された。いずれの場合も、ダイヤモンド部品分離後の母材型基板は特にダメージなどはなく、元通りの外観であることが確認できた。

［実施例３］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、直径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの単結晶低抵抗Ｓｉ（抵抗率１０^−２Ω・ｃｍ）からなり、その表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板（表面粗さＲａ＝０.８μｍ）を準備した。この母材型基板上に、実施例１と同様にして、中間犠牲層であるＳｉＯ_２層（厚み３００ｎｍ）とダイヤモンド層（厚み１００μｍ）を順に成膜した。

このようにして得られたダイヤモンド被覆母材型基板を、電解溶液である濃度０.１モルの硫酸ナトリウム溶液に浸漬し、対向する位置に１５ｍｍの間隔を隔てて、直径５０ｍｍ、厚み０.７ｍｍの自立板で且つＢを含む導電性ダイヤモンド（抵抗率１０^−２Ω・ｃｍ）からなる導電性基板を配置した。このダイヤモンド被覆母材型基板の母材型基板と導電性基板の溶液外に露出した部分にクリップで導線を固定し、前者が陽極及び後者が陰極となるように電源に接続した。

上記のダイヤモンド被覆母材型基板と導電性基板に、０.０５Ａ／ｃｍ^２の直流電流を流した。この通電により、中間犠牲層のＳｉＯ_２層が電解反応により溶解除去され、１時間経過後にダイヤモンド部品が母材型基板から分離した。その後、電流を止めて確認したところ、非球面形状のダイヤモンド部品が母材型基板から完全に分離し、Ｓｉの母材型基板は特にダメージなどはなく、元通りの外観であることが確認できた。

また、母材型基板として導電性ＳｉＣ（抵抗率２.０×１０^−２Ω・ｃｍ）を用い、中間犠牲層としてＴＥＯＳを用いたＩＣＰ−ＣＶＤ法により成膜したＳｉＯ_２層を用い、且つその上にＢを含む導電性ダイヤモンド層を堆積させた以外は、上記と同様に実施した。その結果、通電して１時間経過後に、非球面形状の導電性ダイヤモンド部品が母材型基板から分離した。

［実施例４］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、直径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライト、コージライトのいずれかからなり、その表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板（表面粗さＲａ＝０.８μｍ）を準備した。これらの母材型基板上に、中間犠牲層としてＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかをスパッタ法により３００ｎｍの厚みに形成し、更に実施例１と同様にしてダイヤモンド層（厚み１００μｍ）を堆積した。この時、中間犠牲層が完全にダイヤモンドに覆われないようにし、一部が外に露出するようにした。

このようにして得られたダイヤモンド被覆母材型基板を、電解溶液である濃度０.１モルのＮａ_２ＳＯ_４溶液に浸漬し、導電性の中間犠牲層と電気的に導通をとった配線を施し、実施例３と同様に、導電性ダイヤモンドからなる導電性基板を対向させて配置し、０.０５Ａ／ｃｍ^２の直流電流を流した。その結果、いずれの母材型基板及び中間犠牲層の場合も、２時間経過後に非球面形状のダイヤモンド部品が母材型基板から分離した。また、母材型基板は特にダメージなどはなく、元通りの外観であることが確認できた。

また、母材型基板に堆積させるダイヤモンドとしてＢを含む導電性ダイヤモンドを堆積させ、通電する直流電流を０.２Ａ／ｃｍ^２とした以外は上記と同様に実施したところ、１時間経過後に非球面形状の導電性ダイヤモンド部品を良好に母材型基板から分離することができた。

［実施例５］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、非多孔質体か又は多孔質体Ｓｉ、セラミックス、Ｗからなり、そのダイヤモンド堆積側の表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板を準備した。その際、これらの母材型基板は、ダイヤモンド堆積側の表面粗さ（Ｒａ）を表面研磨加工により下記表１に示すように変化させた。

これらの母材型基板を用い、中間犠牲層としてＳｉＯ_２層、Ｗ又はＭｏ層（いずれも厚み３００ｎｍ）を形成した後、実施例１及び実施例２と同様にエッチングにより、あるいは実施例３及び実施例４と同様に電解反応により、それぞれ中間犠牲層を除去して非球面形状のダイヤモンド部品を分離させた。エッチング又は電解の開始から、ダイヤモンド部品が分離されるまでの経過時間を測定し、その結果を下記表１に示した。

上記の結果から、いずれの材質の母材型基板においても、その表面粗さがＲａで１μｍ未満であれば、６０分以内でダイヤモンド部品が母材型基板から分離し得ることが分かる。ただし、表面粗さがＲａで１μｍ未満の母材型基板であっても、基板材質が非多孔質体で且つエッチング溶液に浸漬したままでは、ダイヤモンド部品の分離に２０時間以上を要した。一方、表面粗さがＲａで１μｍ以上の母材型基板では、いずれの方法であっても、ダイヤモンド部品の分離に２０時間以上を要することが分かる。

［実施例６］
ダイヤモンドを成膜するための母材型基板として、直径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの多結晶Ｓｉからなり、その表面上に直径２５ｍｍ、深さ６ｍｍの非球面の凹型形状を加工した基板（表面粗さＲａ＝１.３μｍ）を準備した。

このＳｉ母材型基板上に、中間犠牲層としてＳｉＯ_２膜を、スパッタ法により３個の基板にそれぞれ膜厚０.２μｍ、０.３μｍ、０.８μｍで成膜し、別途ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により３個の基板にそれぞれ膜厚１.２μｍ、５.０μｍ、１０μｍで成膜した。また、同様のＳｉ母材型基板上に、中間犠牲層としＭｏ膜を、スパッタ法により２個の基板にそれぞれ膜厚０.２５μｍ、０.７８μｍで成膜し、別途溶射法により２個の基板にそれぞれ膜厚２.５μｍ、７.３μｍで成膜を行った。これらのＳｉＯ_２層及びＭｏ層上に、実施例１と同様の方法によって、平均膜厚１００μｍのダイヤモンド層を堆積させた。

尚、上記の各中間犠牲層を成膜する際に、スパッタリング法による成膜では膜厚が厚くなると成膜時間がかかり過ぎるので、ＳｉＯ_２膜では膜厚１.２μｍ以上のものは成膜速度の速いＴＥＯＳ−ＣＶＤ法で成膜し、Ｍｏ膜では膜厚２.５μｍ以上のものは溶射法で成膜した。また、Ｍｏ膜をスパッタリング法にて膜厚０.７８μｍに成膜した試料では、Ｍｏ膜に一部剥離が生じたので、予めスパッタでＴｉ膜を０.１μｍの膜厚に成膜した後、Ｍｏ膜を０.７８μｍ成膜することで密着力を向上させた。

このようにして得られた各試料のダイヤモンド被覆母材型基板を、エッチング溶液、即ち、ＳｉＯ_２中間犠牲層に対してはフッ酸に浸漬し、Ｍｏ中間犠牲層に対しては沸騰した王水に浸漬して放置したところ、各々の基板のダイヤモンド層と基板とがそれぞれ異なる放置時間において分離する様子が確認された。その結果を下記表２に示す。

上記の結果から、中間犠牲層の厚みによって、それぞれダイヤモンド部品が母材型基板から分離するまでに要する時間が異なることが確認できた。例えば、中間犠牲層がＳｉＯ_２の場合だと、膜厚が０.２μｍの場合は２０日間ずっとエッチング液中に浸漬放置していても、分離が確認されなかった。しかし、膜厚が０.３μｍになると１６日目に分離が確認でき、更に膜厚が０.８μｍのものは８日目に分離が確認できた。

Claims (16)

1. 所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層を被覆し、その上にダイヤモンド層を堆積した後、得られたダイヤモンド被覆母材型基板から中間犠牲層を除去して３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法において、中間犠牲層の除去方法がエッチング溶液によるエッチングであり、ダイヤモンド被覆母材型基板をエッチング溶液に浸漬して中間犠牲層をエッチングする際に、母材型基板として多孔質体を用い又はエッチング溶液に超音波振動を印加し、若しくはその両方により、中間犠牲層をエッチング除去することを特徴とするダイヤモンド部品の製造方法。
2. 所定表面形状を有する母材型基板上に中間犠牲層を被覆し、その上にダイヤモンド層を堆積した後、得られたダイヤモンド被覆母材型基板から中間犠牲層を除去して３次元形状のダイヤモンド部品を得る方法において、中間犠牲層の除去方法が電解反応であり、ダイヤモンド被覆母材型基板を電解溶液に浸漬すると共にそのダイヤモンド被覆母材型基板に対向させて導電性基板を配置し、ダイヤモンド被覆母材型基板側を陽極及び導電性基板側を陰極として直流電流を流すことにより、中間犠牲層を電解除去することを特徴とするダイヤモンド部品の製造方法。
3. 前記母材型基板として多孔質体を用いることを特徴とする、請求項２に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
4. 前記母材型基板が、シリコンであるか、若しくは炭化物、珪化物、窒化物、酸化物の少なくとも１種を含むセラミックであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンド部品の製造方法。
5. 前記セラミックが、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ムライト、コージライトから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項４に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
6. 前記母材型基板が導電性を有するものであることを特徴とする、請求項２又は３に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
7. 前記導電性を有する母材型基板が、低抵抗シリコンであるか、若しくは炭化物、珪化物、窒化物の少なくとも１種を含む導電性セラミックであることを特徴とする、請求項６に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
8. 前記導電性セラミックが、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項７に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
9. 前記導電性を有する母材型基板が、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
10. 前記ダイヤモンド層が導電性を有するものであることを特徴とする、請求項２〜９のいずれかに記載のダイヤモンド部品の製造方法。
11. 前記ダイヤモンド層がホウ素を添加した導電性ダイヤモンドであることを特徴とする、請求項１０に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
12. 前記中間犠牲層が、二酸化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、チタンから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のダイヤモンド部品の製造方法。
13. 前記中間犠牲層が、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、溶射法から選ばれた少なくとも１種により成膜されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載のダイヤモンド部品の製造方法。
14. 前記中間犠牲層を成膜するＣＶＤ法が、熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、ＤＣアークジェットプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＩＣＰ−ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法から選ばれた少なくとも１種類であることを特徴とする、請求項１３に記載のダイヤモンド部品の製造方法。
15. 前記中間犠牲層の厚みが０.３〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１、４〜１４のいずれかに記載のダイヤモンド部品の製造方法。
16. 前記中間犠牲層の厚みが１.０〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１５に記載のダイヤモンド部品の製造方法。