JP6536527B2 - ダイヤモンド複合体、ダイヤモンドおよびダイヤモンドを備える工具 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤモンド複合体、基板、ダイヤモンド、ダイヤモンドを備える工具およびダイヤモンドの製造方法に関する。

ダイヤモンドは高硬度、高熱伝導率の他、高い光透過率、ワイドバンドギャップなどの多くの優れた性質を有することから、各種工具、光学部品、半導体、電子部品の材料として幅広く用いられており、今後さらに重要性が増すものと考えられる。

ダイヤモンドの工業的応用としては、天然に産出するものに加えて、品質が安定している人工合成されたものが主に使用されている。人工ダイヤモンド単結晶は現在工業的には、そのほとんどがダイヤモンドの安定存在条件である千数百℃から二千数百℃程度の温度かつ数万気圧以上の圧力環境下で合成されている。このような高温高圧を発生する超高圧容器は非常に高価であり、大きさにも制限があるため、高温高圧合成法による大型単結晶の合成には限界がある。不純物として窒素（Ｎ）を含んだ黄色を呈するＩｂ型のダイヤモンドについては直径１ｃｍ級のものが高温高圧合成法により製造、販売されているがこの程度の大きさがほぼ限界と考えられている。また、不純物のない無色透明なＩＩａ型のダイヤモンドについては、高温高圧合成法では、さらに小さい直径数ｍｍ程度以下のものしか合成できない。

一方、高温高圧合成法と並んでダイヤモンドの合成法として確立されている方法として気相合成法（以下、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）ともいう）がある。この方法によっては直径６インチ程度の比較的大面積の合成ダイヤモンドを形成することができるが、通常は多結晶膜である。しかし、ダイヤモンドの用途の中でも特に平滑な面を必要とする超精密工具や光学部品、不純物濃度の精密制御や高いキャリア移動度が求められる半導体などに用いられる場合は、単結晶ダイヤモンドを用いることになる。そこで、従来から気相合成法によりエピタキシャル成長させて単結晶ダイヤモンドを得る方法が検討されている。

一般にエピタキシャル成長としては、成長する物質を同種の基板上に成長させるホモエピタキシャル成長と、異種基板の上に成長させるヘテロエピタキシャル成長とが考えられる。中でも、得られる単結晶の結晶性が優れていることから、ホモエピタキシャル成長による単結晶合成がより実用的であると考えられる。

ホモエピタキシャル成長では、高温高圧合成によるダイヤモンドＩｂ基板の上に高純度のダイヤモンドを気相からエピタキシャル成長させることにより、高温高圧合成法で得られるＩＩａダイヤモンドよりも大きなＩＩａ単結晶ダイヤモンドを得ることができる。

しかしながら、ホモエピタキシャル成長によりダイヤモンドを合成する場合に問題となるのは基板の除去法、再利用法である。Ｉｂダイヤモンド等を基板として気相合成によりＩＩａダイヤモンド膜を得る場合には、成長させたダイヤモンド層から何らかの方法によりＩｂダイヤモンド基板を取り除く必要がある。このための方法としてはエピタキシャル膜と基板とを分離させる方法があり、レーザーによるスライス加工がその代表的な方法である。しかし、ダイヤモンドの面積が大きくなればなるほどスライスするためにはダイヤモンドの厚みが必要になり、成功率も悪くなってしまう。

そこで、特許文献１（特開２００８−０３１５０３号公報）では、ダイヤモンド基板上に気相合成法でダイヤモンド層を成長して、最表面の結晶性がほとんど悪くならない程度の高エネルギーで成長面からイオン注入してダイヤモンド基板の直上にイオン注入層を形成後、その注入層を電気化学的手法でエッチングすることにより、ダイヤモンド基板とダイヤモンド層の双方を破損することなく分離・剥離する方法が提供された。しかしながら、特許文献１（特開２００８−０３１５０３号公報）の技術では、４ｍｍ角ダイヤモンド単結晶基板とその上に成長させたダイヤモンドを分離するのに１２時間も要しており、これが原因で製造プロセスが長時間化していた。

特許文献２（特開２０１１−１９５４０７号公報）および特許文献３（特開２０１１−１９５４１１号公報）では、ダイヤモンド層と、ダイヤモンドにイオン注入することにより得られた導電性の非ダイヤモンド層と、ダイヤモンド層とが交互に積層されたダイヤモンドからなる構造体において、非ダイヤモンド層のエッチング液として、所定のｐＨおよび導電率を有するエッチング液を用いることにより、ダイヤモンド層同士を比較的短時間で分離させる方法が提供された。

特開２００８−０３１５０３号公報 特開２０１１−１９５４０７号公報 特開２０１１−１９５４１１号公報

特許文献２および特許文献３の技術では、ダイヤモンドからなる構造体をエッチング液に浸した時に、エッチング液は非ダイヤモンド層の外部に露出した部分から非ダイヤモンド層の内部に浸透する。非ダイヤモンド層の厚みは非常に薄いため、エッチング液の非ダイヤモンド層の内部への浸透速度は非常に遅い。したがって、基板のサイズが大きくなると、ダイヤモンド層同士の分離速度も非常に遅くなり、製造コストが上昇してしまうという問題があった。

そこで、本目的は、基板とダイヤモンド層との分離時間を短縮させることのできるダイヤモンド複合体、基板およびダイヤモンドの製造方法、ならびに前記ダイヤモンド複合体から得られるダイヤモンドおよび前記ダイヤモンドを備える工具を提供することである。

本発明の一態様に係るダイヤモンド複合体は、主面に溝を有するダイヤモンド種結晶を含む基板と、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層と、基板とダイヤモンド層との界面から基板側の一定深さに形成された非ダイヤモンド層とを備える。

本発明の一態様に係る基板は、ダイヤモンド種結晶を含む基板であって、基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であり、基板の主面は、＜１００＞方向に略平行な溝を有する。

本発明の一態様に係るダイヤモンドは、本発明の一態様に係るダイヤモンド複合体の非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングして、ダイヤモンド層と基板とを分離することにより得られる、ダイヤモンド層を含むダイヤモンドである。

本発明の一態様に係るダイヤモンドは、一組の主面を有し、前記一組の主面を垂直に通過する光によって観察した時に、ライン状又は格子状の光学歪を含む、ダイヤモンドである。

本発明の一態様に係るダイヤモンドは、一組の主面を有するダイヤモンド層と、前記ダイヤモンド層の少なくとも一方の主面上に配置される注入イオンを含む層とを含み、前記注入イオンを含む層は、前記ダイヤモンド層まで貫通するライン状又は格子状の溝を有する、ダイヤモンドである。注入イオンを含む層の厚みが薄い場合は、前記溝は、前記主面上で隣り合う注入イオンを含む層同士の間の注入イオンを含まない境界として認識される。

本発明の一態様に係るダイヤモンドは、一組の主面を有するダイヤモンドであって、前記主面のいずれか一つの面から観察した時に、フォトルミネッセンス（ＰＬ）、カソードルミネッセンス（ＣＬ）の強度、あるいはＳＥＭの２次電子強度、反射電子強度、吸収電流強度のマッピングにおいて、ライン状又は格子状の配列を含む、ダイヤモンドである。

本発明の一態様に係るダイヤモンドは、第１の主面及び第２の主面を有する多結晶ダイヤモンドであって、第１の主面の表面に、ライン状又は格子状の光学歪を含み、第２の主面の表面の平均粒径が、第１の主面の表面の前記光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での平均粒径の５０％以上２００％以下である、ダイヤモンドである。

本発明の一態様に係る工具は、本発明の一態様に係るダイヤモンドを備える工具である。

本発明の一態様に係るダイヤモンドの製造方法は、気相合成法によるダイヤモンドの製造方法であって、主面に溝を有するダイヤモンド種結晶を含む基板を準備する工程と、基板にイオン注入することにより、基板の主面の表面から一定深さに非ダイヤモンド層を形成する工程と、基板の主面上に気相合成法によりダイヤモンド層を成長させる工程と、非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングすることにより、ダイヤモンド層を基板から分離する工程とを含む、ダイヤモンド層を含むダイヤモンドの製造方法である。

本発明の一態様に係るダイヤモンドの製造方法は、気相合成法によるダイヤモンドの製造方法であって、ダイヤモンド種結晶を含む基板を準備する工程と、前記基板にイオン注入することにより、基板の主面の表面から一定深さに非ダイヤモンド層を形成する工程と、前記基板の主面に溝を形成する工程と、基板の主面上に気相合成法によりダイヤモンド層を成長させる工程と、非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングすることにより、ダイヤモンド層を基板から分離する工程とを含む、ダイヤモンド層を含むダイヤモンドの製造方法である。

上記態様によれば、基板とダイヤモンド層との分離時間を短縮させることのできるダイヤモンド複合体、基板およびダイヤモンドの製造方法を提供することができる。また、前記ダイヤモンド複合体から得られるダイヤモンドおよび前記ダイヤモンドを備える工具を提供することができる。

本発明の一態様に係るダイヤモンド複合体の模式的断面図である。 本発明の一態様に係る基板の主面側の上面図である。 本発明の一態様に係る基板の主面側の上面図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本発明の一態様に係るダイヤモンドの製造方法を模式的に示す図である。 実施例で使用した基板の主面側の上面図である。 実施例で使用した基板の主面側の上面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一態様に係るダイヤモンド複合体は、（１）主面に溝を有するダイヤモンド種結晶を含む基板と、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層と、基板とダイヤモンド層との界面から基板側の一定深さに形成された非ダイヤモンド層とを備える。

ダイヤモンド複合体は、基板が溝を有するため、エッチング液に浸した時にエッチング液が基板の溝を伝って非ダイヤモンド層に浸透しやすい。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層をエッチングして基板とダイヤモンド層とを分離する際の分離時間が短縮する。

（２）前記基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であり、基板の主面の溝は、＜１００＞方向に略平行であることが好ましい。これによると、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層の均質性が向上されている。

（３）前記基板の主面の溝の幅Ｗが０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。これによると、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層が、基板の主面近傍の溝を埋めるように、すなわち溝の上面を覆うように成長しているため、ダイヤモンド層の表面が平坦化されている。

（４）前記基板の主面の溝の幅Ｗと溝の深さＤとの比Ｄ／Ｗの値が、３以上５０以下であることが好ましい。これによると、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層が、基板の溝内部をすべて埋めていないため、基板とダイヤモンド層とを分離した後でも基板に溝が残っている。したがって、次は溝加工なしでも基板を再利用することができる。

（５）前記基板の主面は、さらに＜１００＞方向に略平行である溝と交差する溝を有することが好ましい。これによると、ダイヤモンド複合体をエッチング液に浸した時に、エッチング液が非ダイヤモンド層に浸透する速度が向上する。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層をエッチングして基板とダイヤモンド層とを分離する際の分離時間がさらに短縮する。

（６）また、本発明の一態様に係る基板は、ダイヤモンド種結晶を含む基板であって、基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であり、基板の主面は、＜１００＞方向に略平行な溝を有する。

基板の主面が（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であると、ダイヤモンドを基板上に効率的に厚く形成することができる。さらにダイヤモンドの均質性を向上することができる。また、基板の主面の溝が＜１００＞方向に略平行であると、基板上にダイヤモンド層を成長させる際に、ダイヤモンドが基板の主面近傍の溝を埋めやすく、すなわち溝の上面を覆いやすく、ダイヤモンド層の表面を平坦化することができる。

（７）また、本発明の一態様に係るダイヤモンドは、上記（１）から（５）のダイヤモンド複合体の非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングして、ダイヤモンド層と基板とを分離することにより得られる、ダイヤモンド層を含むダイヤモンドである。

（８）また、本発明の一態様に係るダイヤモンドは、一組の主面を有し、一組の主面を垂直に通過する光によって観察した時に、ライン状又は格子状の光学歪を含む、ダイヤモンドである。該ダイヤモンドは、上記（１）から（５）のダイヤモンド複合体の非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングして、ダイヤモンド層と基板とを分離することにより得られるため、分離時間が短く、コストが低減されている。なお、一組の主面を垂直に通過するとは、主面に対する通過光の角度が８０°〜１００°の範囲であることを意味する。

（９）前記主面の表面の９０％以上の領域において、前記光学歪は、位相差の平均値が５０ｎｍ未満であることが好ましい。これによると、分離されたダイヤモンド層が自立した時に、ライン状又は格子状の部分とそれ以外の部分との応力差で割れることを防止することができる。

（１０）前記主面の表面の９０％以上の領域において、前記光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での位相差の最大値は９０ｎｍ以下であることが好ましい。これによると、分離されたダイヤモンド層が自立した時に、周期的ピークエリア以外の領域内での応力差で、ダイヤモンド層内にクラックが生じることを防止することができる。

（１１）前記光学歪は、＜１００＞方向に略平行であることが好ましい。これによると、分離されたダイヤモンド層が自立した時に、ダイヤモンド層内の応力が集中している箇所が＜１１０＞軸方向の近傍にならず、割れ難い方向を維持するとともに、ダイヤモンド複合体からのダイヤモンドの分離時間がより短くなり、コストを低減できる。

（１２）前記光学歪は、前記主面の表面の２０％以上の領域を占めることが好ましい。これによると、ダイヤモンドが上記（１）から（５）のダイヤモンド複合体から得られたものであるか判別が容易である。

（１３）また、本発明の一態様に係るダイヤモンドは、一組の主面を有するダイヤモンド層と、前記ダイヤモンド層の少なくとも一方の主面上に配置される注入イオンを含む層とを含み、前記注入イオンを含む層は、前記ダイヤモンド層まで貫通するライン状又は格子状の溝を有する、ダイヤモンドである。該ダイヤモンドは、ヒートシンクや切削バイトとして、放熱板やシャンクなどの異種基板に接合する際に、余分な接合材が溝から流れ出ることができる。また、ダイヤモンドと放熱板との密着性が上がり、熱放出がしやすくなる。

（１４）また、本発明の一態様に係るダイヤモンドは、第１の主面及び第２の主面を有する多結晶ダイヤモンドであって、第１の主面の表面に、ライン状又は格子状の光学歪を含み、第２の主面の表面の平均粒径が、第１の主面の表面の前記光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での平均粒径の５０％以上２００％以下である、ダイヤモンドである。この構造は、従来の異種基板上の多結晶の構造と比べて、粒径や粒界において均質な材料を提供する。該ダイヤモンドは、上記（１）から（５）のダイヤモンド複合体の非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングして、ダイヤモンド層と基板とを分離することにより得られるため、分離時間が短く、コストが低減されている。

（１５）また、本発明の一態様に係る工具は、上記（７）から（１４）のいずれかのダイヤモンドを備える工具である。

前記ダイヤモンドは、ダイヤモンド複合体から高速で分離されるため、前記ダイヤモンドおよび前記ダイヤモンドを備える工具は、製造コストが低減されている。

（１６）また、本発明の一態様に係るダイヤモンドの製造方法は、気相合成法によるダイヤモンドの製造方法であって、主面に溝を有するダイヤモンド種結晶を含む基板を準備する工程と、基板にイオン注入することにより、基板の主面の表面から一定深さに非ダイヤモンド層を形成する工程と、基板の主面上に気相合成法によりダイヤモンド層を成長させる工程と、非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングすることにより、ダイヤモンド層を基板から分離する工程とを含む、ダイヤモンド層を含むダイヤモンドの製造方法である。

前記（１６）のダイヤモンドの製造方法は、主面に溝を有する基板を用いているため、基板の主面上にダイヤモンド層が形成された基板をエッチング液に浸した時に、エッチング液が基板の溝を伝って非ダイヤモンド層に浸透しやすい。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層をエッチングして基板とダイヤモンド層とを分離する際の分離時間を短縮することができる。

（１７）本発明の一態様に係るダイヤモンドの製造方法は、気相合成法によるダイヤモンドの製造方法であって、ダイヤモンド種結晶を含む基板を準備する工程と、前記基板にイオン注入することにより、前記基板の主面の表面から一定深さに非ダイヤモンド層を形成する工程と、前記基板の主面に溝を形成する工程と、前記基板の主面上に気相合成法によりダイヤモンド層を成長させる工程と、前記非ダイヤモンド層を電気化学的にエッチングすることにより、前記ダイヤモンド層を前記基板から分離する工程とを含む、前記ダイヤモンド層を含むダイヤモンドの製造方法である。

前記（１７）のダイヤモンドの製造方法は、基板の主面に溝を形成した後に、基板の主面上にダイヤモンド層が形成された基板をエッチング液に浸すため、エッチング液が基板の溝を伝って非ダイヤモンド層に浸透しやすい。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層をエッチングして基板とダイヤモンド層とを分離する際の分離時間を短縮することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るダイヤモンド複合体、基板、ダイヤモンド、工具およびダイヤモンドの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜ダイヤモンド複合体＞
図１は、本発明の実施形態に係るダイヤモンド複合体の模式的断面図である。ダイヤモンド複合体５は、主面に溝４を有するダイヤモンド種結晶を含む基板１と、前記基板１の主面上に形成されたダイヤモンド層３と、前記基板１と前記ダイヤモンド層３との界面から前記基板１側の一定深さに形成された非ダイヤモンド層２とを備える。

本発明の実施形態に係るダイヤモンド複合体５は、基板１が溝を有するため、エッチング液に浸した時にエッチング液が基板１の溝を伝って非ダイヤモンド層２に浸透しやすい。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層２をエッチングして基板１とダイヤモンド層３とを分離する際の分離時間が短縮する。

＜基板＞
基板１は、単結晶ダイヤモンドであっても多結晶ダイヤモンドであってもよい。単結晶ダイヤモンドの方が高価であり、本発明の実施形態の効果をより大きく発揮させるという観点から、単結晶ダイヤモンドが好ましい。基板１は高い結晶性を有することが好ましい。基板１が高い結晶性を有することにより、基板１上に形成されるダイヤモンド層３も高い結晶性を有することができる。高い結晶性とは、転位などの欠陥が少ない、結晶軸の揺らぎや歪が少ないことを意味する。基板１は、高温高圧合成法によって製造された単結晶ダイヤモンドであることが好ましい。高温高圧合成法によって製造された単結晶ダイヤモンドは、結晶構造が均質であってその結晶性が高い。ただし、気相合成法によって製造された単結晶ダイヤモンドであっても構わない。また、本発明の実施形態に係るダイヤモンド複合体から得られるダイヤモンドを加工したものであってもよい。

基板１は主面に溝４を有している。溝４は、例えば、平坦な基板の主面にレーザ照射を行うことにより形成することができる。基板１の主面に溝４があると、ダイヤモンド複合体５をエッチング液に浸した時にエッチング液が基板４の溝を伝って非ダイヤモンド層２に浸透しやすい。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層２をエッチングして基板１とダイヤモンド層３とを分離する際の分離時間が短縮する。

基板１の主面の溝は、＜１００＞方向に略平行であることが好ましい。基板１の主面の溝が＜１００＞方向に略平行であると、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層の均質性を向上することができる。

図２は、基板１の主面側の上面図である。図２では、溝４は＜１００＞方向に平行であるが、溝４は＜１００＞方向に略平行でもよい。ここで＜１００＞方向に略平行とは、溝４が＜１００＞方向に対して０°以上±３０°以下の角度で、好ましくは０°以上±２０°以下の角度で交差していることを意味する。

なお、溝４が＜１１０＞方向に平行であると、基板が割れやすくなるため好ましくない。また、溝４が＜１１０＞方向に平行であると、基板の主面上にダイヤモンド層を成長させる際に、ダイヤモンドが基板の主面近傍の溝を埋めるように、すなわち溝の上面を覆うように成長し難く、ダイヤモンドの表面の平坦性が損なわれるため、好ましくない。

基板１は、たとえば図３に示されるように、＜１００＞方向に略平行である溝４ａとともに、溝４ａに交差する溝４ｂをさらに有することが好ましい。基板１が溝４ａおよび溝４ｂを有すると、ダイヤモンド複合体をエッチング液に浸した時に、エッチング液が非ダイヤモンド層に浸透する速度がさらに向上する。したがって、電気化学的手法を用いて非ダイヤモンド層をエッチングして基板とダイヤモンド層とを分離する際の分離時間がさらに短縮する。溝４ａと溝４ｂとの交角は、上部のダイヤモンド層の強度観点からは、３０°以上９０°以下が好ましく、５０°以上９０°以下がより好ましく、７０°以上９０°以下がさらに好ましく、９０°であることがもっとも好ましい。電気化学的なエッチングの速度という観点からは、溝４ａと溝４ｂの交角は鋭角が好ましい。例えば、９０°未満が好ましく、６０°未満がさらに好ましく、３０°が最も好ましい。従って、溝４ａと溝４ｂと＜１００＞方向との角度は、ダイヤモンドの強度の観点とエッチング速度の両方を、優先度など総合して考える必要がある。

溝の幅Ｗは０．１μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上２０μｍ以下がより好ましく、０．３μｍ以上１０μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上５μｍ以下がさらに好ましい。これによると、基板の主面上にダイヤモンド層を成長させる際に、ダイヤモンドが基板の主面近傍の溝を埋めるように、すなわち溝の上面を覆うように成長することができるため、ダイヤモンドの表面が平坦化する。なお、溝の幅Ｗとは、基板１の主面に露出した溝４の幅の距離とする。

溝の幅Ｗと溝の深さＤとの比Ｄ／Ｗの値が、３以上５０以下であることが好ましく、５以上４０以下であることがより好ましく、１０以上３０以下であることがさらに好ましい。これによると、基板の主面上にダイヤモンド層を成長させる際に、ダイヤモンドが基板の溝内部をすべて埋めることがない。したがって、基板とダイヤモンド層とを分離した後でも基板に溝が残っているため、基板に溝を再度形成せずに基板を再利用することができる。なお、溝の深さＤとは、基板１の主面から、溝４の基板１の厚さ方向にもっとも離れた位置までの距離とする。

溝の深さＤが大きいほど、基板の主面上に形成されたダイヤモンド層が、基板の溝をすべて埋めることがないため好ましい。しかし、溝の深さＤが基板の厚さの２／３を超えると、基板が割れやすくなるという問題がある。そこで、基板の強度を確保するという観点からは、溝の深さＤが基板の厚さの２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましく、１／３以下であることがさらに好ましい。

溝の端部は基板の外縁まで到達していると、エッチング液が溝を伝って非ダイヤモンド層の内部に浸透しやすくなるため好ましいが、基板が割れやすくなるという問題もある。そこで、基板の強度を確保するという観点からは、溝の端部は、たとえば図２および図３に示すように、基板の外縁まで到達していないことが好ましい。この場合、溝の端部と基板の外縁との距離ｌは、基板の一辺Ｌの２％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１０％以下であることがさらに好ましい。これによると、基板の強度を確保しつつ、エッチング液が非ダイヤモンド層の内部に浸透しやすくなる。例えば、基板の厚さが溝深さＤよりも１０倍以上大きい場合や、基板を異種基板と接合して補強している場合等、基板の強度を確保できる場合は、外縁との距離ｌは０ｍｍとすることができる。これによるとエッチング速度がより速くなる。

溝同士の間隔は、１０μｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、１００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以上３ｍｍ以下がさらに好ましい。ここで、溝同士の間隔とは溝の幅方向中心から隣の溝の幅方向中心までの最短距離を意味する。これによると、エッチングを並列に進めることができ、溝の幅にも余裕をもたせ、自由度の高い設計ができる。溝同士の間隔は、基板の一辺Ｌの２％以上２０％以下であってもよい。例えば、基板サイズが２５ｍｍ以上に大きくなると、間隔が５ｍｍ以上あっても、本発明の効果を発揮する。溝同士の間隔は溝の幅よりも５倍以上であることが好ましく、１０倍以上あることがさらに好ましい。溝の部分の上部のダイヤモンド層は歪が大きくなりやすく、溝同士の間隔が溝の幅より５倍未満の場合は、溝のない部分の上部のダイヤモンド層の歪が、ダイヤモンド層の歪の少ない部分へ大きく影響を与えるおそれがある。なお、溝同士の間隔が溝の幅より１０倍以上であると、ダイヤモンド層の主表面における平均位相差（光学歪）が極端に少なくなり、好ましい。溝同士の間隔が溝の幅より１００倍以上がより好ましい。

ダイヤモンド複合体５において、ダイヤモンド層３の厚み（図１中、上下方向）が効率よく厚く形成されるためには、基板１の主面は（００１）面であることが好ましい。また、ダイヤモンド層３の結晶の均質性をより高めるためには、基板１の主面は（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であることが好ましく、１．５°以上８°以下であることがより好ましい。ダイヤモンド層３の厚みが５０μｍ以下と薄い場合、複合体の意義が大きくなる。すなわち、ダイヤモンド層３のみの薄い状態で自立させた場合は、ダイヤモンド層３は割れ易くなるが、複合体の状態にすると割れにくくなる。さらに、複合体のダイヤモンド層の側を絶縁体などに接合した後に、電気化学的に基板１と分離すれば、途中でダイヤモンド層３のみとなる状況が回避され、ダイヤモンド層３は割れることなく、絶縁体などに保持することができる。

基板１の厚みは、取り扱いの観点から１００μｍ以上が好ましく、入手の容易性の観点から３ｍｍ以下が好ましい。ただし、基板の厚みは３ｍｍを超えても、本願発明の効果を得ることができる。基板１の厚さとは基板１主面の中心近傍で測定した厚さとする。基板１の主面の形状は典型的には四角形であるが、多角形であっても円形であってもよい。基板１の主面の形状が四角形の場合、製造されるダイヤモンド層３の成長方向の断面積を大きくする観点からは、１辺の長さは大きいことが好ましい。実用的には、１つの基板の一辺の長さは３ｍｍ〜１２ｍｍ程度であり、複数の単結晶基板を複合させたモザイク状の接合基板の１辺の長さは８ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。本発明は多結晶ダイヤモンドにも適用でき、この場合の基板の条件は、面方位に関する条件以外は上記を適用できる。多結晶ダイヤモンド基板の１辺の長さは２０ｍｍ〜３００ｍｍとすることができる。また、多結晶ダイヤモンド基板は平坦に研磨している方が好ましいが、研磨せず、Ａｓ ｇｒｏｗのままの凹凸の状態でも利用できる。

＜ダイヤモンド層＞
ダイヤモンド層３は、ＣＶＤ法により形成されるエピタキシャル成長層であり、その成長方向は図１中、上方向である。ダイヤモンド層３の上面は、基板１の主面の面方位を引き継いでいる。

ダイヤモンド層３は、単結晶であっても多結晶であってもよいが、単結晶ダイヤモンドの方が高価であり、本発明の実施形態の効果をより大きく発揮させることができるので好ましい。ダイヤモンド層３は、導電性であっても絶縁性であってもよいが、工業応用されているダイヤモンドのほとんどは絶縁性であるから、通常は本発明の実施形態の効果が大きい絶縁性が好ましい。導電性はダイヤモンド結晶中にホウ素やリンが添加されている状態で得られる。導電性の層は絶縁性の層よりも電界が浸み込みにくいので、分離の困難さを伴う。

＜非ダイヤモンド層＞
非ダイヤモンド層２は、たとえば、基板１の主面からイオン注入することで形成することができる。イオン注入により、基板１が２層に分割される。非ダイヤモンド層２はすなわちイオン注入層であり、ダイヤモンド構造が破壊されてグラファイト化が進行した層で導電性を有する。２層に分割された表面側、すなわちダイヤモンド層をエピタキシャル成長させる側は、ダイヤモンドの結晶構造を維持している。また、一部のイオン注入された原子もその結晶構造を崩さない程度に混入し、電気化学的にもエッチングされずに残っている。このことは、通常のダイヤモンド表面とは異なっている特徴を有し、濡れ性などの特性を左右することにもなる。なお、イオン注入された原子は、ＳＩＭＳによる元素分布を調べると、イオン注入特有の不純物プロファイルの急峻な裾野の一端を示し、ダイヤモンド層合成時に導入される不純物プロファイルとは区別できる。合成によるこのような急峻な不純物の導入は困難である。この理由で、２層に分割された表面側を注入イオンを含む層と呼んでいる。

非ダイヤモンド層２は、基板１の主面からの深さが、ピークで０．０５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以上１μｍ以下であることがさらに好ましい。これによると、上部のエピタキシャル層のための結晶性を維持しつつ、内部のグラファイト層を有効に厚くすることができる。なお、基板１の主面からの深さとは、基板１の主面と、前記基板１の主面にもっとも近い非ダイヤモンド層の面との距離を意味する。

非ダイヤモンド層２の厚さは、半値幅で０．０３μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であることがさらに好ましい。これによると、上部のエピタキシャル層のための結晶性を維持しつつ、内部のグラファイト層を有効に厚くすることができる。

非ダイヤモンド層２は、電気化学的手法によりエッチングを可能とするために、エッチング液に浸漬する際には少なくとも一部、好ましくは全周囲がエッチング液と接触している必要がある。

＜ダイヤモンド＞
本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、前記ダイヤモンド複合体５の前記非ダイヤモンド層２を電気化学的にエッチングして、前記ダイヤモンド層３と前記基板１とを分離することにより得られる、前記ダイヤモンド層３を含むダイヤモンドである。本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、ダイヤモンド複合体から高速で分離されているため、製造コストが低減されている。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、一組の主面を有し、少なくとも一方の主面の表面に、ライン状又は格子状の光学歪を含む。本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、基板に導入した溝のダイヤモンド層成長面（開口部）付近を、ダイヤモンド層を成長させることにより、再度塞いで得られるものである。ダイヤモンド層を成長させる際、溝の開口部付近を塞いで得られる合体部分では、ダイヤモンド結晶は横方向に成長し、基板上に形成されるダイヤモンド層では、ダイヤモンド結晶は縦方向に成長する。この成長様式の違いが結晶の完全性の違いや、不純物の取り込み量の違いを引き起こす。したがって、溝の開口部付近を塞いで得られる合体部分と、基板上に形成されるダイヤモンド層の部分との間には、わずかな結晶性の違いや、不純物の取り込み量の違いが生じる。

結晶の完全性の違いや、不純物の取り込み量の違いは、ダイヤモンドを基板から分離した後にも、光学歪特性の違い、フォトルミネッセンス（ＰＬ）やカソードルミネッセンス（ＣＬ）のスペクトルの違い、あるいは２次電子強度、反射電子強度、吸収電流強度の違いとして観察される。従って、これらの特性を観察すれば、ダイヤモンドが、本実施形態のダイヤモンド複合体を用いて作製した物かどうかを判定できる。光学歪特性を除いては、深さ方向に向かって検知能力が低下するので、分離面からの観察が適している。光学歪特性の位相差が小さくて、あるいはその空間分解能が小さくて、測定困難な場合でも、これらの方法では、検出感度がよく、ライン状の光学歪や格子状の光学歪などが見分けられ、有効である。

ダイヤモンドの主表面の溝の幅は、ダイヤモンド層の結晶性を損ねるものであってはならない。この観点から、３０μｍ以下が好ましい。一方で、溝の幅は、ダイヤモンド複合体からダイヤモンドを分離する際に、エッチング液の浸透を容易にするために、０．１μｍ以上が好ましい。

光学歪は、複屈折率や位相差を評価する装置によってその分布を観察できる。例えば、フォトニックラティス社のＷＰＡ２００などを用いて観察できる。位相差の値は、５４３ｎｍの波長で、厚さ５０μｍ〜５００μｍの試料を測定し、１００μｍ当たりに換算した時の値を指す。位相差と板厚には比例関係があることを利用する。

ＰＬやＣＬは、室温、ドライアイス昇華点温度近傍、液体窒素沸点温度近傍、４０Ｋ以下の低温などの条件で測定すると、溝上部とそれ以外の上部において、光学歪や欠陥や不純物の取り込み量の違いを明確に観察できる。ＰＬの励起光は６００ｎｍ以下の短波長が好ましく、５５０ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下がさらに好ましい。２次電子強度、反射電子強度および吸収電流強度は、走査型電子顕微鏡で室温、または室温から液体窒素沸点温度までの温度で評価できる。これらの測定手段は、前述のＷＰＡ２００などで感度や分解能が不足し、測定できない場合でも、検出できることがあり、ダイヤモンドが本発明の製造方法により得られたものかどうかを判別する手段として有効である。

ＰＬやＣＬの強度測定は相対比較でよいので、特定の波長での強度マッピングを取れば観察できる。スペクトルはルミネッセンスの色分布を写真で観察すればよく、代表的な部位でスペクトルを取って比較してもよい。光学歪の部分では、一般的に知られている窒素やシリコンに関与するスペクトル（発光ピーク）や関連するバックグラウンド強度が異なっている。これと相関して、ＳＥＭの２次電子像、反射電子像および吸収電流像なども、強度分布を知るのに適用できる。

位相差の分布や、ＰＬやＣＬの分布が、ライン状又は格子状に配列していることは、観察により客観的に判断できる。なお、以下の方法によれば、機械的に評価できる。位相差、ＰＬ、ＣＬの強度や、２次電子強度、反射電子強度、および吸収電流強度のマッピングデータをラインスキャンし、強度をＹ軸に位置情報をＸ軸にグラフを書くと、周期的に強度の強い領域（ピーク）が見られる。なお、周期的に強度の弱い領域（窪みのピーク）が見られることもあり得る。ラインスキャンを前のラインと平行に、別の位置にとると、同様な周期的に強度の強い領域（ピーク）、又は強度の弱い領域（窪みのピーク）が見られる。同じように少なくとも１０本ラインをとり、周期的強度の強い領域又は強度の弱い領域（窪みのピーク）を重ねあわせると、より鮮明に周期構造（ピークの周期構造）が見られる。

周期構造とは、閾値を設定し、それより強い領域を強度の強い領域、それより弱い領域を強度の弱い領域とし、強度の強い領域と弱い領域とが周期的に存在することを意味する。一周期の大きさが溝の間隔に相関する。ラインが溝に直交していれば、一周期の大きさと溝の間隔の値は一致し、角度θ分ずれていれば、１／ｓｉｎθ倍分だけ一周期の大きさが長くなる。溝が格子状に形成されているときは、ラインスキャンを２種類直交する位置で、同じように少なくとも１０本ずつとれば、周期構造を検知できる。ただし、溝が格子状の場合は、ラインスキャンは溝に合わせた角度の方が分かりやすい。溝のパターンは、曲線パターンやランダムなパターンなどの種々の形状とすることができるが、効率よく簡便に形成できるのはライン状あるいは格子状パターンである。

一周期の大きさが溝の間隔に一致している場合、周期ピーク同士の間隔は、１０μｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、１００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以上３ｍｍ以下がさらに好ましい。ここで、周期ピークの間隔とは周期ピークの幅方向中心から隣の周期ピークの幅方向中心までの最短距離をいう。

光学歪は、ダイヤモンドの主面の表面の２０％以上の領域を占めることが好ましく、４０％以上がより好ましく、６０％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましい。光学歪の領域は、溝のパターンの面積として観察することができる。溝のパターンが、ダイヤモンドの主面の表面の２０％以上、好ましくは４０％以上、さらに好ましくは６０％以上、よりさらに好ましくは８０％以上の面積に渡っていると、ダイヤモンドが本実施形態のダイヤモンド複合体から得られたダイヤモンドであるかの確認が容易である。溝のパターンの面積割合は、上述のラインスキャンのときの周期ピーク強度の範囲が及ぶエリア（周期的ピークの端から端までのエリアと周期的ピークを含んでいるラインスキャンの端から端まで）を、ダイヤモンドの主面の表面全体の面積で割ることにより算出可能である。基板としてダイヤモンド単結晶を用い、結晶性の良いダイヤモンド層を形成しようとすると、溝の開口部付近を塞いで得られる合体部分と、基板上に形成されるダイヤモンド層とは結晶整合するので、ライン状あるいは格子状パターンが薄れる傾向がある。光学歪がダイヤモンドの主面の表面の２０％以上のエリアで観察されれば、該ダイヤモンドが本実施形態のダイヤモンド複合体から得られたダイヤモンドであることが判別できる。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、ダイヤモンドの主面の表面の９０％以上の領域において、光学歪は、位相差の平均値が５０ｎｍ未満であり、好ましくは３０ｎｍ未満であり、さらに好ましくは１０ｎｍ未満であり、よりさらに好ましくは５ｎｍ未満である。位相差は、５４３ｎｍの波長で測定し、厚さ１００μｍ当たりに換算した値（単位はｎｍ）であり、フォトニックラティス社のＷＰＡ２００で測定可能である。少なくとも１視野が５〜１０ｍｍの範囲で、試料全体は複数の視野のデータをつないで観察する。試料全体の１０％未満は、装置上、原理上、あるいは不可抗力の傷や欠陥などが原因で測定ができない部分であったりするので除外して評価しても問題がない。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、ダイヤモンドの主面の表面の９０％以上の領域において、光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での位相差の最大値は９０ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以下がさらに好ましい。ここで、周期的ピークエリアとは、ライン状あるいは格子状に光学歪の大きい部分をピークとし、そのピークの中心から、前後左右に向かって、ピークの半値全幅の２倍の距離の範囲とする。位相差は、上述の測定方法と同様である。ダイヤモンドの主表面の溝は、溝が埋まる部分に欠陥を集約する効果、面内の長距離の歪を緩和する効果を有し、これによりダイヤモンド全体の光学歪が低減し、基板上の溝がない部分の上部に形成されるダイヤモンド層の光学歪が低減する。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、主面の表面における光学歪は、＜１００＞方向に略平行であることが好ましい。このようなダイヤモンドは、ダイヤモンド複合体からの分離時間が短縮されているため、低コストである。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、一組の主面を有するダイヤモンド層と、前記ダイヤモンド層の少なくとも一方の主面の表面の５０％以上の領域上に配置される、グラファイト層とを含み、前記グラファイト層は、前記ダイヤモンド層まで貫通するライン状又は格子状の溝を有する。本実施形態のダイヤモンドは、ダイヤモンド複合体から得られるものであり、グラファイト層とは、ダイヤモンド基板にイオン注入して形成される層の一部に該当する。該ダイヤモンドでは、グラファイト層は、ダイヤモンド複合体の基板に形成された溝に対応する溝を有している。この構造は、ヒートシンクや切削バイトとして、放熱板やシャンクなどの異種基板に接合する際に、余分な接合材が溝から流れ出るのに役に立つ。また、ダイヤモンドと放熱板との密着性を上げ、熱放出をしやすくできる。

本発明の実施形態に係るダイヤモンドは、第１の主面及び第２の主面を有する多結晶ダイヤモンドであって、第１の主面の表面に、ライン状又は格子状の光学歪を含み、第２の主面の表面の平均粒径が、第１の主面の表面の前記光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での平均粒径の５０％以上２００％以下であり、好ましくは７０％以上１４０％以下、より好ましくは８０％以上１２０％以下、さらに好ましくは９０％以上１１０％以下である。光学歪がライン状又は格子状であることは、周期ピークがライン状あるいは格子状に配列していることで確認できる。

周期ピークとは、光学歪の高い部分を横切るようにラインスキャンした時に、光学歪（位相差）の値のピークが周期的に表れることを指している。基板の溝がライン状の場合は、周期ピークは１種類の周期であるが、格子状の場合は、周期ピークは２種類ある。ただし、ラインスキャンはいずれの溝にも平行でないとする。どちらかの溝に平行であると、一つの周期が消える。また、格子状の基板の溝は、縦と横とで周期が異なっていてもよい。ダイヤモンドの歪を見るときは、基板は除去されており、基板の溝は明確には確認できない状態でも、歪の周期は残る。これは、多結晶ダイヤモンドだけではなく、前述の単結晶を含むダイヤモンド全体について言えることである。

一周期の大きさが溝の間隔に一致している場合、周期ピーク同士の間隔は、１０μｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、１００μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以上３ｍｍ以下がさらに好ましい。ここで、周期ピークの間隔とは周期ピークの幅方向中心から隣の周期ピークの幅方向中心までの距離をいう。

周期的ピークエリアとはピーク位置から前後左右方向に、ピークの半値全幅の２倍の距離だけ離れた範囲の幅を持ったエリアのことである。溝の周期は、ピークの半値全幅の２倍又は１倍の距離分だけ離れている条件で加工されることが好ましい。これは、多結晶ダイヤモンドだけではなく、前述の単結晶を含むダイヤモンド全体について言えることである。

ダイヤモンドの主面の表面の平均粒径は、ＳＥＭ観察によって測定した値である。
＜工具＞
本発明の実施形態に係る工具は、前記ダイヤモンドを備える工具である。本発明の実施形態に係る工具は、ダイヤモンド複合体から高速で分離されたダイヤモンドを備えているため、製造コストが低減されている。

本発明の実施形態に係る工具は、具体的には、ダイヤモンドバイト、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、切削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具である。また、切削工具に限られず、研削工具、耐摩工具、部品などを挙げることができる。研削工具としては、ドレッサなどを挙げることができる。耐摩工具、部品としては、ダイス、スクライバー、水または粉末噴出ノズル、ワイヤなどのガイド、または、放熱部品（ヒートシンク）、窓材部品などを挙げることができる。

＜ダイヤモンドの製造方法＞
本発明の実施形態に係るダイヤモンドの製造方法を、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を用いて説明する。

図４（Ａ）を参照し、まず、ダイヤモンド種結晶を含む基板を準備する。基板は、主面の（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下となるように切断することが好ましい。さらに、主面の表面を機械研磨などによって平滑化し、反応性イオンエッチングによって、１μｍ〜５０μｍ程度エッチングしておくことが好ましい。

次に、基板の主面に溝４を形成して、主面に溝４を有する基板１を準備する。溝４の形成は、たとえば、フォトリソ技術でダイヤモンド上にマスクをパターニングし、ダイヤモンドを反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）して、形成することができる。あるいはレーザーにより直接溝加工をすることもできる。前者の方がきれいで、微細な加工ができるが、後者の方が安価で全工程を短時間で行うことができる。溝が深くて、溝幅が狭い方が、成長後のエピタキシャル層が平坦となるため、より好ましい。

次に図４（Ｂ）を参照し、基板１にイオン注入することにより、前記基板１の主面の表面から一定深さに非ダイヤモンド層２を形成する。形成される非ダイヤモンド層２の基板の表面からの深さや厚さは、主に使用するイオンの種類、注入エネルギー、照射量によって異なるので、これらを決めてイオン注入を実施する。イオン注入層の設計はＴＲＩＭコードのようなモンテカルロシミュレーションによってほぼ正確に計算して予測することができる。

注入エネルギーは、１００ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下が好ましく、２００ｋｅＶ以上４００ｋｅＶ以下がさらに好ましい。注入エネルギーが前記範囲であると、基板１の主面の表面のダイヤモンドの結晶構造を維持することができる。照射量（ドーズ量）は、１×１０^１５個/ｃｍ^２以上１×１０^１７個/ｃｍ^２以下が好ましく、５×１０^１５個/ｃｍ^２以上５×１０^１６個/ｃｍ^２以下がさらに好ましい。照射量が前記範囲であると、非ダイヤモンド層２のダイヤモンド構造が破壊され、化学的手法によりエッチングできる程度にグラファイト化が進行した層となる。さらに、照射する主面の結晶性が気相合成法によるエピタキシャル成長が可能な程度の結晶性となる。

注入するイオンの種類は、ダイヤモンド構造を破壊してグラファイト化が進行した層を形成するのが目的であるから、炭素、ホウ素、窒素、酸素、リン、ネオン、水素、ヘリウム、アルミニウム、シリコン、硫黄、アルゴンなど、イオン注入可能なすべての元素が使用可能である。そのなかでも、炭素、窒素、酸素、水素、ヘリウムが好ましい。注入イオンとしてこれらの軽元素を用いると、基板１表面の結晶性を破壊せずに、内部にグラファイトを形成することができる。

次に図４（Ｃ）を参照し、基板１の主面上に気相合成法によりダイヤモンド層３を成長させる。たとえば、基板１を真空チャンバ内に設置し、メタンなどの炭化水素ガス、水素ガス、および、不活性ガス、窒素などの添加ガスを導入し、真空チャンバ内の圧力を６．６ｋＰａ〜２６．６ｋＰａに制御し、マイクロ波パワーを導入して、チャンバ内温度を８００〜１１００℃に加熱した上で、基板１の主面上にダイヤモンドをエピタキシャル成長させる。

次に図４（Ｄ）を参照し、非ダイヤモンド層２を電気化学的にエッチングすることにより、ダイヤモンド層３を基板１から分離する。非ダイヤモンド層２は、グラファイト化が進行して導電性が増加している。したがって、非ダイヤモンド層２を電気化学的にエッチングして除去することにより、ダイヤモンド層３を基板１から分離することができる。なお、ダイヤモンド層３には、非ダイヤモンド層２よりダイヤモンド層側に存在していた基板の一部（図４（Ｄ）中、１ａで示す）が付着していると考えられる。

エッチング液は、純水、アルカリ性溶液および酸性溶液のいずれも用いることができる。アルカリ性溶液の種類は特に制限されないが、たとえば、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物やアルカリ土類金属水酸化物の水溶液、あるいはアンモニア水などが使用可能である。特に低価格で入手しやすい炭酸水素ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムの水溶液が好適に使用可能である。また、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウムの水溶液も好適に使用可能である。酸性溶液の種類は特に限定されないが、たとえば、硫酸、硝酸等の強酸や、炭酸等の弱酸といったものが使用可能である。特に低価格で入手しやすい酢酸、クエン酸が好適に使用可能である。

エッチング槽は、エッチング液に対して耐腐食性を有する材質であれば特に制限はなく、テフロン（登録商標）製のエッチング槽等が使用可能である。電極は、エッチング液を電気分解する場合に、劣化がほとんどないものであれば特に制限はなく、白金や金属に対して接液部を白金コートした電極が使用可能である。なお、電極間には、交流電圧又は好ましくは直流電圧を印加する。

エッチング液中で電極の間にダイヤモンド複合体を配置して、電極間に直流電圧を印加することで非ダイヤモンド層２をエッチングして基板１とダイヤモンド層３とを分離する。直流電圧は電極間の距離によるが、１００Ｖ／ｃｍから１０００Ｖ／ｃｍの電界を電極間に与えるように電圧を設定するのが好ましい。

以上のようにして、ダイヤモンド層３を含むダイヤモンドを製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明の実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。

［試料１〜６］
（基板の準備）
はじめに、サイズ６ｍｍ×６ｍｍで厚さが１ｍｍの高温高圧合成Ｉｂ型単結晶ダイヤモンド基板を準備した。前記基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が３°であった。前記基板の表面を機械研磨した後、反応性イオンエッチングによって、基板の表面を１μｍ〜５μｍの厚さでエッチングした。次に基板の主面にフォトリソとＲＩＥ技術によって溝を形成して、主面に溝を有する基板を作製した。溝の形状は図２のように＜１００＞方向に平行とした。幅Ｗ、深さＤ、Ｄ／Ｗの値、溝の間隔、基板の外縁からの距離ｌは表１に示すとおりとした。

（非ダイヤモンド層の形成）
次に、前記基板の主面から炭素イオンを注入して、非ダイヤモンド層を形成した。注入エネルギーは３００ｋｅＶ、照射量は１×１０^１６個/ｃｍ^２であった。非ダイヤモンド層の基板の主面の表面からの深さは０．３１μｍであり、厚さは０．０７μｍであった。

（ダイヤモンド層の形成）
次に、非ダイヤモンド層を形成した基板を主面が露出するようにマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の真空チャンバ内に配置した。そして、真空チャンバ内に水素ガス、メタンガス、窒素ガスを導入し、マイクロ波パワーを投入して、徐々に真空チャンバ内の圧力を１３．３ｋＰａとした。最終的に、基板を９５０℃の温度に設定して、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を行い、基板上に５００μｍの厚みの単結晶ダイヤモンド層を形成し、ダイヤモンド複合体を得た。この時の各ガスの配合割合（体積％）は水素ガス：メタンガス：窒素ガス＝１００：１５：０．１とした。

（ダイヤモンド層の分離）
次に、ダイヤモンドの分離装置を用意した。エッチング液はｐＨが６のクエン酸水溶液を用いた。エッチング漕はテフロン（登録商標）製ビーカー、電極は白金電極とした。

そして、分離装置の電極間隔を１ｃｍとして、エッチング液中の電極間にダイヤモンド層を形成した基板（試料１）を置いた。電極間に６００Ｖの電圧を印加して放置したところ、６時間で非ダイヤモンド層が完全にエッチングされて、基板とダイヤモンド層は分離した。

試料１と同様の方法で、試料２〜６を準備した。試料２〜６は、溝の形状が試料１と異なっており、表１に示すとおりであった。これらの試料を試料１と同様のエッチング条件でエッチングし、基板とダイヤモンド層の分離時間を計測した。結果を表１に示す。

［試料７］
試料１と同様の方法で試料７のダイヤモンド複合体を準備した。試料７は基板に溝を形成しなかった。試料７を試料１と同様のエッチング条件でエッチングしたところ、基板とダイヤモンド層の分離時間は５０時間であった。

（評価結果）
溝を有する基板を用いた試料１〜６は、基板が溝を有しない試料７にくらべて、基板とダイヤモンド層の分離時間が１／８以下に短縮された。試料２と試料５、試料３と試料６を比較して、ライン状の溝よりも格子状の溝の方が、分離時間が短いことが判明した。

［試料１１〜２１］
試料１と同様の方法で、試料１１〜２１の基板を準備した。試料１１〜２１は、溝の形状が試料１と異なっており、表２に示すとおりであった。該基板を用いて、試料１と同じ条件で、非ダイヤモンド層の形成、ダイヤモンド層の形成、ダイヤモンド層の分離を行った。

試料１１〜１４において、溝の幅が大きい方が概ね短い時間で分離することがわかった。試料１５と試料１６とを比較すると、溝の幅が大きい方が概ね短い時間で分離することがわかった。溝の幅が２０μｍの試料１７，１９，２１は、溝の幅が２μｍより小さい試料１１、１２、１３よりも分離時間が短い。このことは、溝の断面の総面積が大きい方がエッチング液が浸透しやすく有利であることを示している。

試料１４のように、溝の間隔が短い方がエッチング速度が速いことがわかった。試料１６と試料２０、試料１７と試料２１を比較すると、溝が＜１００＞方向に対して鋭角に交差する方が若干エッチング速度が速くなった。なお、エッチングの為の電界は、溝の方向に対して、平行になるように設定した。

基板の強度や、ダイヤモンド層の強度は、溝が＜１００＞に平行で、直交しているものが良好な傾向を示した。

試料１〜７及び試料１１〜２１について、分離されたダイヤモンド層に関して、光学歪の形状、光学歪の面積割合、位相差、ＰＬ強度分布、ＣＬ強度分布を評価した。試料１１〜２１については、さらにＳＥＭの２次電子強度分布、ＳＥＭの反射電子強度分布、ＳＥＭの吸収電流強度を評価した。

光学歪の形状は、ダイヤモンド層の一組の主面をほぼ垂直に通過した光を、成長面である表面側から、フォトニックラティス社のＷＰＡ１００あるいは２００を用いて観察を行い特定した。

位相差の測定は、ダイヤモンド層の一組の主面をほぼ垂直に通過した光を、成長面である表面側から、フォトニックラティス社のＷＰＡ１００あるいは２００を用いて観察を行った。位相差の測定は、主面の表面の９０％以上の領域について行った。なお、成長表面は光学特性を評価できるよう研磨されている。

ＰＬ強度分布の測定は、成長表面に対向する主面側（裏面側、すなわち分離面）から、顕微レーザー顕微鏡のついたマッピングのできる分光装置で行った。

ＣＬ強度分布、ＳＥＭの２次電子強度分布、ＳＥＭの反射電子強度分布、ＳＥＭの吸収電流強度は、成長表面に対向する主面側（裏面側、すなわち分離面）から、ＪＥＯＬ製のＳＥＭに搭載されている機能で行った。

光学歪の面積割合は、ラインスキャンのときの周期ピーク強度の範囲が及ぶエリア（周期的ピークの端から端までのエリアと周期的ピークを含んでいるラインスキャンの端から端まで）を、ダイヤモンドの主面の表面全体の面積で割ることにより算出した。ここで周期ピークの間隔は溝の間隔になるよう合わせた。

評価結果を、表３及び表４に示す。

試料１〜６及び試料１１〜２１において、ライン状あるいは格子状に光学歪が分布していることが確認された。これらの試料において、光学歪は、主面の表面の６０％以上の面積で確認された。

試料１〜６及び試料１１〜２１において、主面の表面の９０％以上の領域を評価した結果、光学歪の平均の位相差は５０ｎｍ以下であり、周期的ピークエリアを除く部分での位相差の最大値は９０ｎｍ以下であった。

試料１〜６及び試料１１〜２１において、ＣＬ強度でのライン状および格子状に分布した部分は、裏面の４０％以上の面積で確認され、ＳＥＭの吸収電流像でのライン状あるいは格子状に分布した部分は、裏面の２０％以上の面積で確認された。

基板の中心（面重心）の０．５ｍｍ角エリアにおいて、ＳＥＭ観察で測定した平均粒径が、それぞれ３０μｍ（試料４−１）と５０μｍ（試料４−２）である、１インチ径の多結晶基板を用意した。基板の端から３ｍｍの位置における平均粒径は、それぞれ２５μｍ（試料４−１）と４０μｍ（試料４−２）であった。

該多結晶基板を用いて、実施例１の試料３と同じ条件で、非ダイヤモンド層の形成、ダイヤモンド層の分離を行った。ダイヤモンド層の形成は、実施例１と同様の装置を用いて、以下の条件で行った。真空チャンバ内の圧力を１３．３ｋＰａとし、基板を１１００℃の温度に設定し、各ガスの配合割合（体積％）は水素ガス：メタンガス＝１００：５とした。ダイヤモンド層は５００μｍ成長させた。

分離に要する時間は、溝の無い場合は３００時間かかったが、溝を設けた場合は、粒径３０μｍの基板を用いた場合（試料４−１）は２０時間、粒径５０μｍの基板を用いた場合（試料４−２）は２５時間で分離することができた。分離したダイヤモンド層を含むダイヤモンドの裏表面の平均粒径の違いは、分離面側は、基板と同じで、それぞれ３０μｍ（試料４−１）と５０μｍ（試料４−２）であり、成長面側（分離面に対向する裏面側）は、それぞれ３３μｍ（試料４−１）、および５４μｍ（試料４−２）であった。

［試料２２〜２６］
試料１と同様の方法で、試料２２〜２６の基板を準備した。試料２２〜２６は、基板のオフ角が試料１と異なっており、それぞれ、０°（試料２２）、１．５°（試料２３）、８°（試料２４）、１５°（試料２５）、２０°（試料２６）であった。該基板を用いて、試料１と同じ条件で、非ダイヤモンド層の形成、ダイヤモンド層の形成、ダイヤモンド層の分離を行った。

試料２２〜２５は、本発明のダイヤモンドを作製することができたが、試料２６は、溝の上部のダイヤモンド層の接合部分に歪が多くなり、多結晶となる部分も見られ、割れの要因となって、本発明のダイヤモンドを分離することができなかった。それぞれの試料における光学歪の平均値は、試料２２は５ｎｍ、試料２３は１ｎｍ、試料２４は３ｎｍ、試料２５は１２ｎｍであった。試料２２より、試料２３、２４の方が位相差の平均値が小さかった。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の単結晶ダイヤモンドは、切削工具、研削工具、耐摩工具などの工具の他、光学部品、半導体、電子部品などの各種製品に用いると有益である。

１ 基板、
２ 非ダイヤモンド層、
３ ダイヤモンド層、
４，４ａ，４ｂ 溝、
５ ダイヤモンド複合体。

Claims (7)

1. 主面に溝を有するダイヤモンド種結晶を含む基板と、
   前記基板の主面上に形成されたダイヤモンド層と、
   前記基板と前記ダイヤモンド層との界面から前記基板側の一定深さに形成された非ダイヤモンド層とを備え、
   前記基板の主面の溝の幅Ｗが０．１μｍ以上３０μｍ以下である、
   ダイヤモンド複合体。
2. 前記基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上１５°以下であり、
   前記基板の主面の溝は、＜１００＞方向に略平行である、
   請求項１に記載のダイヤモンド複合体。
3. 前記基板の主面の溝の幅Ｗと溝の深さＤとの比Ｄ／Ｗの値が、３以上５０以下である、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド複合体。
4. 前記基板の主面の溝は、＜１００＞方向に略平行であり、
   前記基板の主面は、さらに前記＜１００＞方向に略平行である溝と交差する溝を有する、請求項２又は請求項３に記載のダイヤモンド複合体。
5. 一組の主面を有するダイヤモンド層と、
   前記ダイヤモンド層の少なくとも一方の主面上に配置される注入イオンを含む層とを含み、
   前記注入イオンを含む層は、前記ダイヤモンド層まで貫通するライン状又は格子状の溝を有する、
   ダイヤモンド。
6. 第１の主面及び第２の主面を有する多結晶ダイヤモンドであって、
   前記第１の主面の表面に、ライン状又は格子状の光学歪を含み、
   前記第２の主面の表面の平均粒径が、前記第１の主面の表面の前記光学歪の周期的ピークエリアを除く領域での平均粒径の５０％以上２００％以下である、
   ダイヤモンド。
7. 請求項５又は請求項６に記載のダイヤモンドを備える工具。

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