JP7108410B2 - 光学的に仕上げられた薄い高アスペクト比のダイヤモンド基板又は窓、及び、これらの製造方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互作用
本出願は、２０１５年４月１６日に出願された米国仮出願第６２／１４８，３３９号及び２０１６年４月７日に出願された米国特許出願第１５／０９３，１６０号の利益を主張し、参照することによって本願に組み込まれる。

発明の分野
本出願は、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する薄いダイヤモンドフィルム、基板又は窓に関する。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、厚さに対する最大寸法として定義される、大きなアスペクト比を有する。また、本発明は、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の製造方法に関する。

関連技術の説明
ダイヤモンドは、モース硬度１０を有する、既知の最も硬い材料であり、その硬さが、例えば切断、切削、穴あけ、フライス削り等の用途においてダイヤモンドを有用にさせる。また、ダイヤモンドは、最大で２０００～２２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する既知の最も熱伝導性が高い材料であり、この熱伝導率が、厳しい条件下における温度管理用途においてダイヤモンドを望ましくさせる。さらに、ダイヤモンドは低い摩擦係数を有し、この摩擦係数が、例えばブレーキ等の用途においてダイヤモンドを汎用性のある材料にさせる。ダイヤモンド上にダイヤモンドを用いると、摩擦係数が低くなり、過酷な条件下での潤滑用途において有利になる。また、ダイヤモンドは、マイクロ波、赤外線、可視光及び他の紫外線電磁波を送信するための優れた光学材料である。さらに、ダイヤモンドは、高フルエンス核放射線の検出器として用いる際、非常に安定である。その上、ダイヤモンドは、高温又は極低温条件下でさえ、強酸、強塩基、強酸化剤又は強還元剤を含み得る化学的環境において、非常に不活性でもある。さらに、ダイヤモンドは、高い屈折率を有し、宝石産業において広く用いられる。

ダイヤモンドは、多用途かつ貴重な材料であるにもかかわらず、その入手性は、自然界では限られている。土から採掘されたダイヤモンドは、一般的には単結晶であり、その幾何学的寸法はサイズが制限され、しばしば、大きな寸法を必要とする工業用途においては小さすぎる。多くの場合、自然界で形成されたダイヤモンドは、不純物及び結晶欠陥を含む。結晶サイズが比較的大きく、化学成分が比較的純粋で、結晶欠陥がない比較的完全なダイヤモンド結晶は、非常に高価で、たいていの場合に貴重である。

合成ダイヤモンドは、極めて高い圧力及び極めて高い温度下において化学反応器内で工業的に製造される（ＨＴＨＰプロセス）ことが知られている。このような過酷な合成条件のため、ダイヤモンドの寸法と同様に、反応器のサイズは制限される。また、このプロセスは、過酷で要求が厳しいダイヤモンド成長条件に関係して、プロセス、装置及び安全性において高コストになる。たいていの場合、ＨＴＨＰプロセスでは、ダイヤモンド格子内へ触媒不純物を取り込むため、黄色がかった色を有するダイヤモンドを製造する。その上、ＨＴＨＰプロセスでは、大径のダイヤモンドウェハーを製造することができない。

工業的に、ダイヤモンドを、化学蒸着（ＣＶＤ）と呼ばれるプロセスを用いて反応器内で成長させてもよい。この場合、適した成長条件をマイクロ波強化プラズマ、タングステン熱フィラメント、ＤＣジェットプラズマ、レーザー誘起プラズマ、アセチレン・トーチ等によって達成し得る。ＣＶＤ成長プロセスは、低応力フィルム又はクラックのない大きなサイズのダイヤモンドを得ることが困難であるにもかかわらず、異なる基板及び／又は自立ダイヤモンド厚膜上に多結晶ダイヤモンド薄膜をうまく成長させることができることも、当該技術分野においてよく知られている。

多くのダイヤモンドの用途では、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の表面が、光又は電磁波を伝播する目的のために、音波媒体として働く目的のために、又は、光／電磁波を反射する、もしくは、エレクトロニクス、フォトニクス又はオプトエレクトロニクスから、ろう付け又は接着のような結合メカニズムを介して熱エネルギーを取り除く基板として働く目的のために、光学的に滑らかである必要がある。

ダイヤモンドは、世界で最も硬い材料の一つであるため、ダイヤモンドの研磨は時間がかかり、費用がかかり、多量の熱を発生し得る。それゆえに、研磨中に接着剤によって所定の位置でダイヤモンドを保持するのは、摩擦により発生した熱が接着剤を溶かし、又は、壊し得るため、良い選択ではない。さらに、ダイヤモンドは壊れやすく、容易に破砕する。その上、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓のＣＶＤ成長は、高価な資本設備を必要とする時間のかかるプロセスであり、該プロセスは、非常に狭い領域でダイヤモンドを成長させるために多くの電気エネルギーを使用する。それゆえに、ＣＶＤダイヤモンドは高価であり、一又は複数の光学的に仕上げられたダイヤモンド表面に関する要求が満たされるのであれば、多くの用途では、薄いダイヤモンド基板又は窓のみが必要とされる。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓が非常に薄い（例えば、厚さが４００ミクロン以下）場合、特に、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板が厚さ４００ミクロン以下に及ぶ場合には、研磨中に所定の位置でダイヤモンドフィルム、基板又は窓を保持するのは困難である。これは、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓が例えば直径等の少なくとも一つの大きな寸法（２５ｍｍ以上）を有する場合に特に当てはまる。薄いダイヤモンドフィルム、窓又は基板を光学的に仕上げられた表面に研磨することの制限以上に、高アスペクト比（厚さに対する最大寸法（例えば、限定されるものではないが直径）の比）、特にダイヤモンド部分のアスペクト比が１００以上の場合、ダイヤモンド部分をうまく研磨及び製造することにも課題がある。

薄く、ダイヤモンド表面の片側又は両側が光学的に仕上げられた、大面積のダイヤモンドフィルム、窓又は基板を製造する必要がある。また、特に、３０ｍｍ以上の最大寸法（例えば、限定されるものではないが直径）を有するダイヤモンド部品のために、１００以上のアスペクト比を有する薄い（厚さが４００ミクロン未満）又は厚い（４００ミクロン又はそれより厚い）ダイヤモンドフィルム、窓又は基板を製造する必要がある。また、光又は電磁波管理に関して、ドーム、コーン、ピラミッド又は任意の非平面形状等の非平面表面を有するダイヤモンド片は、ダイヤモンドの特異的性質を利用するために必要とされる。

本明細書に記載される薄いダイヤモンド基板又は窓は、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面及び１００以上のアスペクト比、又は、４００ミクロン以下の厚さ及び２５ｍｍ以上の最大形状寸法の組み合わせを含む。

薄いダイヤモンド基板又は窓の厚さは、４００ミクロン以下、３５０ミクロン以下、３００ミクロン以下、２５０ミクロン以下又は２００ミクロン以下としてもよい。薄いダイヤモンド基板又は窓の最大寸法は、２５ｍｍ以上、４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上としてもよい。薄いダイヤモンド基板又は窓のアスペクト比は、１００以上、１２５以上、１５０以上、１７５以上又は２００以上としてもよい。

本明細書に記載されるＣＶＤダイヤモンドは、例えばシリコンからなる犠牲基板上で成長し、その表面が必要に応じて光学的に仕上げられていてもよい。アズグロウンダイヤモンド表面は、従来の研磨プロセスによって研磨し、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する光学的仕上げレベルとしてもよい。そして、表面上にダイヤモンドが成長する犠牲基板を（化学的及び又は機械的に）取り除いて、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の片を製造してもよい。

ＣＶＤダイヤモンドが光学的に仕上げられた（例えば、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下又は２ｎｍ以下の表面粗さＲａ）犠牲基板の表面上に成長する場合、ＣＶＤ成長ダイヤモンドの核生成側は、犠牲基板の表面粗さとほぼ一致する表面粗さＲａを有する。一例では、ＣＶＤ成長ダイヤモンドの核生成側は、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下又は２ｎｍ以下の基板のＲａに対して、それぞれ、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下のＲａを有する。ダイヤモンドが、犠牲基板の表面上でＣＶＤ成長した後、犠牲基板とは反対側のＣＶＤ成長ダイヤモンド側を、従来の研磨プロセスによって、必要に応じて研磨してもよい。本明細書に記載されるＣＶＤダイヤモンドが光学的に仕上げられていない犠牲基板の表面（例えば、化学的にエッチングされた及び／又は機械的に仕上げられた表面）上に成長する場合、ＣＶＤ成長ダイヤモンドの成長側表面を、従来の研磨プロセスによって研磨してもよい。そうすると、ＣＶＤ成長ダイヤモンドは、成長側（５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ））上に光学的に仕上げられた表面を一つだけ有する。

同様のプロセスは、非平面の光学的に仕上げられた表面（５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ））を有するダイヤモンドの片を製造するためにも適用可能である。一例では、非平面表面は、ドーム、コーン、ピラミッド、非球面、放物線及び双曲線、又は、他の非平面形状を含み得る。本明細書に記載された薄いダイヤモンド窓又は基板を製造する方法もまた開示される。少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する薄いダイヤモンド基板又は窓を成長させるための調整された成長条件もまた開示される。

本発明の様々な好ましい及び限定されない例又は態様を説明し、以下の番号を付けた項で述べる。

第１項：少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を含み、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大寸法をダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さで割ったアスペクト比が１００以上であり、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さが１５０ミクロン以上である、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第２項：４００ミクロン以下（０．４ｍｍ以下）の厚さ、及び、２５ｍｍ以上の前記最大寸法を有する、第１項に記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第３項：少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面が、５０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する、第１項又は第２項に記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第４項：前記最大寸法が４０ｍｍ以上である、第１項～第３項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第５項：前記厚さが、３５０ミクロン以下である、第１項～第４項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第６項：前記アスペクト比が、１２５以上である、第１項～第５項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第７項：前記最大寸法が、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の直径である、第１項～第６項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第８項：遮蔽レンズから３４ｃｍの距離における１．０６ミクロン光散乱係数が、２０／ｃｍ以下である、第１項～第７項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第９項：ダイヤモンド核生成密度が、１．０×１０^５／ｃｍ^２以上である、第１項～第８項のうちいずれか一つに記載のダイヤモンドフィルム、基板又は窓。

第１０項：（ａ）シリコン基板を提供する工程と、（ｂ）前記シリコン基板の表面上に、１００以上のアスペクト比を有し、厚さが１５０ミクロン以上であるダイヤモンドフィルム、基板又は窓をＣＶＤ成長させる工程であって、前記アスペクト比が、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大寸法を前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さで割った比である工程と、を含む、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を形成する方法。

第１１項：前記シリコン基板が、２ｍｍ以上の厚さを有する、第１０項に記載の方法。

第１２項：さらに、工程（ｂ）の前に、２０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する光学的仕上げまでシリコン基板表面を研磨する工程を含む、第１０項又は第１１項に記載の方法。

第１３項：ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は、前記シリコン基板の研磨された表面のＲａよりも大きいＲａを有し、前記シリコン基板の研磨された表面のＲａが２０ｎｍ以下である場合には、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側のＲａが、５０ｎｍ以下である、第１０項～第１２項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１４項：前記シリコン基板表面、及び、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は、それぞれ７５０ｎｍ以上の表面粗さ（Ｒａ）を有する、第１０項～第１３項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１５項：さらに、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓がまだ前記シリコン基板上にある間に、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長表面を５０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）まで研磨する工程を含む、第１０項～第１４項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１６項：前記シリコン基板の表面、及び、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は非平面であり、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側の形状は、前記シリコン基板の表面形状に適合する反転形状である、第１０項～第１５項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１７項：ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は、ドーム、コーン、ピラミッド、非球面、放物線及び双曲線の形状のうちいずれか一つを有する、第１０項～第１６項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１８項：さらに、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓から前記シリコン基板を化学的又は機械的に除去する工程を含む、第１０項～第１７項のうちいずれか一つに記載の方法。

第１９項：ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長側は、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側よりも大きな熱伝導率を有する、第１０項～第１８項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２０項：さらに、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長表面に光管理コーティングを適用する工程、及び／又は、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓から前記シリコン基板を除去した後に、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側に前記光管理コーティングを適用する工程のうち少なくとも一つを含む、第１０項～第１９項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２１項：さらに、シリコン基板表面上で成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を有する前記シリコン基板を一又は複数の片に切断する工程を含む、第１０項～第２０項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２２項：工程（ｂ）は、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素及びホウ素のうち少なくとも一つを含む雰囲気下で、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓をＣＶＤ成長させる工程を含む、第１０項～第２１項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２３項：工程（ｂ）の前に、前記シリコン基板の表面にダイヤモンド粒子を播種する、第１０項～第２２項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２４項：（１）含水ダイヤモンドスラリー又は有機ダイヤモンドスラリー浴中における前記シリコン基板の超音波処理、（２）ダイヤモンド粉末を用いた前記シリコン基板の研磨、又は、（３）前記シリコン基板のダイヤモンド切削、のうち少なくとも一つを経て、前記シリコン基板にダイヤモンド粒子を播種する、第１０項～第２３項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２５項：（１）液体懸濁液中のサブミクロン又はミクロンサイズのダイヤモンド粉末から構成される超音波浴中における前記シリコン基板の超音波処理、及び、（２）液体懸濁液中の平均粒子径が１００ｎｍ未満のナノ結晶ダイヤモンド粉末から構成される超音波浴中における前記シリコン基板の超音波処理、のうち少なくとも一つを経て、前記シリコン基板にダイヤモンド粒子を播種する、第１０項～第２４項のうちいずれか一つに記載の方法。前記液体懸濁液は、水、アルコール、炭化水素又は他の有機溶媒のうち一又は複数を含み得る。

第２６項：前記シリコン基板の最大寸法が、３０ｍｍ以上である、第１０項～第２５項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２７項：前記シリコン基板の最大寸法が、前記シリコン基板の直径である、第１０項～第２６項のうちいずれか一つに記載の方法。

第２８項：シリコン基板上にＣＶＤ成長したダイヤモンドフィルム、基板又は窓を含み、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さが１５０ミクロン以上であり、２００ミクロン以上の全厚さを有し、直径が２０ｍｍ以上である、ダイヤモンド－シリコン複合基板。

図１Ａは、犠牲基板上にダイヤモンドフィルム、窓又は基板をＣＶＤ成長させる一例の方法のフロー図であって、前記方法の一つの経路では、成長したダイヤモンドフィルム、窓又は基板の核生成側又は表面のみが光学的に仕上げられた表面を有し、前記方法のもう一つの経路では、成長したダイヤモンドフィルム、窓又は基板の両方の核生成側又は表面が光学的に仕上げられた表面を有する。 図１Ｂは、犠牲基板上にダイヤモンドフィルム、窓又は基板をＣＶＤ成長させる一例の方法のフロー図であって、成長したダイヤモンドフィルム、窓又は基板の核生成側又は表面が光学的に仕上げられた表面を有さず、成長したダイヤモンドフィルム、窓又は基板の成長側又は表面が光学的に仕上げられた表面を有する。 図２は、犠牲基板（例えばシリコン）上にダイヤモンドフィルム、窓又は基板を成長させるために使用することができるマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器の一例である。 図３Ａは、犠牲基板の成長表面に形成されたパターン「ＩＩ－ＶＩ」を含む犠牲基板上へ適合して成長したダイヤモンドフィルム、窓又は基板の写真である。 図３Ｂは、図３Ａに示すダイヤモンドフィルム、窓又は基板の核生成側の拡大図である。 図３Ｃは、図３Ａに示すダイヤモンドフィルム、窓又は基板の成長側の拡大図である。 図４は、図３Ａに示すダイヤモンドフィルム、窓又は基板の成長側中央部、成長側端部、核生成側中央部及び核生成側端部のラマングラフを示す、ラマン強度対波長のグラフである。 図５Ａは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図５Ｂは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図５Ｃは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図５Ｄは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図５Ｅは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図５Ｆは、本明細書に記載された指針に従った、図２のマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器内で「反転形状」の犠牲基板上に適合して成長する一形状のダイヤモンドフィルム、窓又は基板である。 図６Ａは、本明細書に記載された実施例３に従って成長した、ラッピングされたダイヤモンド－シリコン複合基板の拡大断面図（視野＝４．３３ｍｍ）である。 図６Ｂは、本明細書に記載された実施例３に従って成長した、ラッピングされたダイヤモンド－シリコン複合基板の拡大断面図（視野＝６４９．６μｍ）である。 図７は、トレイに配置された、本明細書に記載された実施例６に従って成長した自立ダイヤモンドフィルム４の写真である。 図８は、図７に示す自立ダイヤモンドフィルム４の核生成側／表面のＳＥＭ写真である。 図９は、本明細書に記載されたそれぞれ実施例８～１０に従って成長した自立ダイヤモンドフィルム４の光散乱係数の３つのグラフである。

以下の例は、添付の図面を参照して説明され、同じ符号は、同様又は機能的に等しい要素に対応する。

一例では、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板は、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を含むことができ、アスペクト比を１００以上とし得る。別の例では、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板は、４００ミクロン以下の厚さと、２５ｍｍ以上の幾何学的寸法（最大寸法）との組み合わせを含んでいてもよい。光学的に仕上げられた表面は、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さＲａを有していてもよい。

ダイヤモンドフィルム、窓又は基板は、２５ｍｍ以上、４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、６０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上、８０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上の最大幾何学的寸法を有していてもよい。

ダイヤモンドフィルム、窓又は基板は、４００ミクロン以下、３５０ミクロン以下、３００ミクロン以下、２５０ミクロン以下又は２００ミクロン以下であってもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓のアスペクト比（本明細書では、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さに対するダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大寸法として定義される）は、１００以上、１２５以上、１５０以上、１７５以上又は２００以上であってもよい。

可視光又は電磁波を透過するために、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板の片側又は両側の表面を、光学的に仕上げてもよい。光エネルギーの吸収が少ない高品質ダイヤモンドが望ましい可能性がある。実際、少量の光吸収が望ましいことがある。ランベルト・ベールの法則によると、以下の通りである。

ここで、Ａは吸光度、Ｉは透過光強度、Ｉ_０は入射光強度、ε_λは吸光係数、ｌは光路の長さ、ｃは光吸収分子の濃度である。

ダイヤモンドフィルム、窓又は基板を通る光吸収を低減する一つの方法は、ダイヤモンドの品質に変化がないとすれば、光路の長さ、例えば、透光性ダイヤモンドフィルム、窓又は基板の厚さｌを減らすことである。また、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板を透過する間の光散乱は、光路の長さ（光がダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さに垂直に進む場合、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さに等しい）に直接相関し得る。一例では、最少量の光を吸収及び／又は散乱させる目的で、薄いダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、光学的に仕上げられた両側表面を有していてもよい。

可視光又は電磁波を反射する、又は、温度管理のために、エレクトロニクス、フォトニクス又はオプトエレクトロニクス（例えば、限定されるものではないが、レーザーダイオード、レーザーダイオードアレイ（バー）、面発光型半導体レーザー、面発光型半導体レーザーのアレイ、発光デバイス等）等のデバイスに結合する用途では、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板の少なくとも一つの表面を、光学的に仕上げてもよい。電磁波を反射するためのダイヤモンドフィルム、窓又は基板の厚さは、数（１～９）ミクロン、数十（１０～９９）ミクロン、又は、数百（１００～９９９）ミクロンであってもよい。一例では、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板が薄いほど、コストは低くなる。一例では、温度管理のために、１５０～２００ミクロンの厚さのダイヤモンドフィルム、窓又は基板が、多くの用途において、熱源から熱エネルギーを奪うのに十分となり得る。それゆえに、例えば電磁波の反射又は温度管理の用途で要求されるよりも厚いダイヤモンドフィルム、窓又は基板は、単にコストの増加を意味し、必ずしも必要ではない。

ここで、本明細書で記載するダイヤモンドフィルム、窓又は基板を言及する場合、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板等の語は、個々に、又は、組み合わせて、交換可能に用いられてもよい。

ダイヤモンドは硬い材料であると同時に、非常に脆い。ダイヤモンドフィルムが薄い（例えば、４００×１０^－６ｍ以下）場合、及び、最大幾何学的寸法が大きい場合、ダイヤモンドフィルム片は、非常に壊れやすい。例えばＣＶＤによって、厚さが薄く、その最長寸法が大きいダイヤモンドフィルム片を単独で成長させることは、困難である。

一例の従来技術の多結晶ダイヤモンドフィルム成長プロセスは、ダイヤモンドフィルムが特定の厚さに達するまで、高温で金属基板上にダイヤモンドフィルムを成長させる工程を含み、そうすると、ダイヤモンドフィルムの熱膨張係数（ＣＴＥ）（１×１０^－６ｍ／ｍ－Ｋ）と金属基板のＣＴＥ（タングステンの場合は４．６×１０^－６ｍ／ｍ－Ｋ、モリブデンの場合は５．０×１０^－６ｍ／ｍ－Ｋ等）との差に起因して、ダイヤモンドフィルムが金属基板から望ましくない層間剥離が起こる。金属基板上のダイヤモンドフィルムの厚さが１ｍｍ以上である場合、ダイヤモンドフィルムは層間剥離を免れるが、しばしば望ましくない割れが生じ、ダイヤモンドフィルムからダイヤモンド部品を切り出す（採取する）可能性を低下させる。ダイヤモンドフィルムの厚さが５００ミクロンよりも小さい場合、ダイヤモンドフィルムの破砕又は亀裂の問題が象徴的になる。ダイヤモンドフィルムの厚さが３００～４００ミクロン以下の場合、（タングステン又はモリブデンのような）金属基板から、サイズが顕著な、割れていない、又は、破砕していないダイヤモンドフィルムの片を採取することが困難になる。それゆえに、従来技術では、一又は複数の光学的に仕上げられた表面を有し、かつ、顕著な最大寸法、例えば直径を有する、薄い（例えば４００×１０^－６ｍ以下）ダイヤモンドフィルム、窓又は基板を製造する工程は、従来の薄化／研磨プロセスが使用されると仮定すると、厚いアズグロウンダイヤモンドフィルムから開始しなければならなかった。これは、高価な成長及び製造プロセスとなる。

上述のように、ダイヤモンドは硬く、脆い。ダイヤモンドフィルムは、厚さが薄く、大きな寸法、例えば直径を有する場合、壊れやすくなる。ダイヤモンドは、不活性でもある。ダイヤモンドを研磨する工程は、主に、ダイヤモンド粒子を必要とする機械的な力を用いて行う。それゆえに、特にダイヤモンドの厚さが４００ミクロン以下であり、最大寸法、例えば直径が４０ｍｍ以上である場合、研磨中に所定の位置で薄いダイヤモンドの片を保持することは困難になる。ダイヤモンドフィルムの厚さが薄くなる（例えば３００ミクロン以下）場合、最大寸法が２５ｍｍ以上であるダイヤモンドの片を研磨することは、ほぼ不可能になる。それゆえに、従来の方法で、最大寸法が顕著であり、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する薄いダイヤモンドフィルム、窓又は基板の片を製造するために、厚いアズグロウンダイヤモンドウェハーの片を使用することは、費用がかかるだけでなく、困難である。

本明細書に記載された指針に従った薄いダイヤモンドフィルム、基板又は窓を製造する方法の例は、図１Ａ及び１Ｂのフロー図に示す。本明細書に記載された例は、一寸法、例えば直径が大きい犠牲基板（例えばシリコン）を用いる。

図１Ａを参照して、光学的に仕上げられた片側又は両側の表面を有するダイヤモンドフィルムを製造する一例は、図１Ａのフロー図を参照して説明する。

工程１００では、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する基板が提供される。工程１０２では、光学的に仕上げられた表面は、必要に応じて、ダイヤモンド粒子を用いて、又は、ダイヤモンド切削によって播種される。工程１０４では、光学的に仕上げられた表面（播種された、又は、播種されていない）を有する基板は、ＣＶＤ成長装置（例えば、図２に示すＣＶＤ反応器１６）の内部に配置される。工程１０６では、ダイヤモンドフィルムが、基板上にＣＶＤ成長する。

一例では、ダイヤモンドフィルムが光学的に仕上げられた表面（核生成表面）を一つだけ有することが望ましい場合、工程１０６に続いて、基板材料が化学的及び／又は機械的に除去される工程１１６が実行される。ダイヤモンドフィルムの核生成表面が光学的に仕上げられた基板表面上にＣＶＤ成長したので、工程１１６における基板の除去によって、工程１１８で、片側（核生成側）が光学的に仕上げられた表面を有する自立ダイヤモンドフィルムを生成する。

一例では、ダイヤモンドフィルムの成長側表面が光学的に仕上げられていることが望ましい場合、工程１０６に続いて、ダイヤモンドフィルムがまだ基板上にある間に、ダイヤモンドフィルムの成長表面を研磨する工程１０８が実行される。一例では、研磨されたダイヤモンド成長表面と基板材料の層とを含む複合基板を製造することが望ましい場合、工程１０８に続いて、基板層を薄くして、基板に接着し、研磨して光学的に仕上げられたダイヤモンドフィルムの成長表面を含む複合基板を製造する工程１１４が実行される。

あるいは、両側表面が光学的に仕上げられたダイヤモンドフィルムを有することが望ましい場合、工程１０８に続いて、基板材料が化学的及び／又は機械的に取り除かれる工程１１０が実行される。ダイヤモンドフィルムの核生成表面が光学的に仕上げられた基板表面上にＣＶＤ成長し、かつ、ダイヤモンドフィルムの成長表面が工程１０８で研磨されたので、工程１１０における基板の除去は、工程１１２で、光学的に仕上げられた表面を両側（成長側及び核生成側）に有する自立ダイヤモンドフィルムを生成する。

ここで、図１Ｂを参照して、成長面上に光学的に仕上げられた表面を有するダイヤモンドフィルムを製造する一例について説明する。工程２００では、光学的に仕上げられた表面を有さない基板が提供される。工程２０２では、ダイヤモンドフィルムがＣＶＤ成長する基板表面を、必要に応じて、ダイヤモンド粒子を用いて、及び／又は、ダイヤモンド切削によって播種する。次に、工程２０４では、基板（播種された、又は、播種されていない）を、ＣＶＤ成長装置（例えば、図２に示すＣＶＤ反応器１６）の内部に配置する。工程２０６では、ダイヤモンドフィルムが、基板上でＣＶＤ成長する。

工程２０８では、ダイヤモンドフィルムの成長表面を、ダイヤモンドフィルムがまだ基板上にある間に研磨する。基板に接着し、研磨して光学的に仕上げられたダイヤモンドフィルムの成長表面を含む複合基板を製造することが望ましい場合、工程２１０に進み、基板を、前記複合基板を製造するために薄くする。

ただ一つの光学的に仕上げられた表面を有する自立ダイヤモンドフィルムを製造することが望ましい場合、工程２０８から工程２１２へ進み、基板を化学的及び／又は機械的に除去する。そして、工程２１４では、光学的に仕上げられた表面を有するダイヤモンドフィルムの成長表面、及び、光学的に仕上げられた表面を有さない基板側上に成長する核生成側のおかげで、光学的に仕上げられていない表面を有するダイヤモンドフィルムの核生成側を備える自立ダイヤモンドフィルムを製造する。

シリコンの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約３．０×１０^－６ｍ／ｍ－Ｋであり、一方で、ダイヤモンドのＣＴＥは、約１．０×１０^－６ｍ／ｍ－Ｋである。ダイヤモンドフィルムは、一般的に、高温で成長する。基板（犠牲的又は恒久的）上でのダイヤモンドフィルムの成長が終わると、温度が実質的にダイヤモンド成長温度から室温に低下し、そうすると、成長したダイヤモンドフィルムと基板（例えばシリコン）との間のＣＴＥの不一致が、通常、ダイヤモンドフィルム及び／又は基板の割れを引き起こす。これは、シリコン等の基板の一又は複数の寸法が大きい場合に、特に深刻である。その上、金属基板（例えばタングステン及びモリブデン）と異なり、シリコンは脆く、ＣＶＤダイヤモンド成長プロセス中、ＣＶＤプラズマ起動で基板上に残ることができない。

以下の比較例１では、シリコンウェハー（直径が６インチ、厚さが６２５ミクロン）をダイヤモンドフィルム成長のための犠牲基板として用いた。残念ながら、プラズマ調整プロセス中、これらのシリコンウェハーの各々は破砕した。

驚くべきことに、例えばシリコンディスク等の厚い（２ｍｍ以上）犠牲基板の片のみが、プラズマ調整プロセスに耐えることができることを発見した。一例では、シリコンディスクは、２ｍｍ以上の厚さ、４ｍｍ以上の厚さ、６ｍｍ以上の厚さ、又は、８ｍｍ以上の厚さであってもよい。

別の例では、ＣＶＤダイヤモンド成長のために光学的に仕上げられた表面を有する、例えばシリコン等の犠牲基板を使用する。前記犠牲基板上でＣＶＤダイヤモンドが成長後、犠牲基板は化学的（腐食剤又はフッ化水素によって）及び／又は機械的に（研磨及び／又はラッピングによって）除去され、結果的に従来の研磨プロセスを必要としない光学的に仕上げられたダイヤモンド表面（核生成側上）が得られる。これによって、核生成側上に光学的に仕上げられた表面を有する自立ダイヤモンドフィルムの薄い片を効率的で経済的に製造することができる。

別の例では、ダイヤモンドフィルムがまだ犠牲基板（例えばシリコン）上にある間に、アズグロウンダイヤモンド（成長）表面（核生成側の反対側）を研磨する。この場合、ダイヤモンドフィルムと犠牲基板とを組み合わせた全厚さは、従来の研磨プロセスが、研磨プロセス中にダイヤモンドフィルムが破砕するという重大なリスクを伴わず、前記組み合わせを保持して研磨することを可能にする十分な厚さであり得る。アズグロウンダイヤモンドフィルムの成長側上で光学レベルの仕上げを達成した後、ダイヤモンドフィルムと犠牲基板との組み合わせは、犠牲基板を化学的及び／又は機械的に除去するプロセスを経ることができる。このプロセスの最後には、ダイヤモンドフィルムの薄い片は、光学的に仕上げられた両側の表面（成長及び核生成）を有する。

多結晶ダイヤモンドフィルムの成長側は、ダイヤモンドフィルムの核生成側よりも良好な熱伝導率を有し得ることが知られている。この場合、ダイヤモンドの成長側表面だけ光学的に仕上げればよい。それゆえに、別の例では、光学的に仕上げられていない（例えば、化学的にエッチングされた及び／又は機械的にラッピングされた表面）シリコン等の犠牲基板を、犠牲基板として用いてもよい。

一例では、犠牲基板上に成長したダイヤモンドフィルムの片の核生成側は、銅等の別の従来の温度管理材料と比較して、良好な熱伝導率であり得る。それゆえに、光学的に仕上げられたダイヤモンド表面の核生成側を備えれば十分である。この場合、別の例では、ダイヤモンドフィルムの核生成側に光学的に仕上げられた表面を有するシリコン等の犠牲基板を使用する。ダイヤモンドフィルム成長後、成長表面（核生成側の反対側）を、必要に応じて、平らにラッピングし、その後、化学的エッチング及び／又は機械的ラッピング／研磨によって犠牲基板を除去することができる。このプロセスは、結果的に、従来の研磨プロセスに頼らず、ダイヤモンドフィルムが研磨中に破砕又は破壊するリスクを避けて、核生成側上に光学的に仕上げられた表面を有する薄い（例えば４００×１０^－６ｍ以下）ダイヤモンドフィルムをもたらし得る。

別の例では、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する犠牲基板上にダイヤモンドフィルムをＣＶＤ成長させた後、ダイヤモンドフィルム（犠牲基板の除去後）の光学的に仕上げられた（核生成）表面は、例えば、反射防止コーティング、ビームスプリッターコーティング、全反射コーティング等の光管理コーティングを用いて、覆われてもよい。このようなダイヤモンドフィルムを、特定の用途に適した異なる幾何学的寸法にレーザーカットしてもよい。レーザーカットは、ダイヤモンド層がまだ犠牲基板（例えばシリコン）上にある間に行ってもよく、レーザーカットの前に、アズグロウンダイヤモンド表面を、必要に応じて、ラッピングし、及び／又は、研磨してもよい。

一例では、ダイヤモンドフィルムは、光学的品質（０．５／ｃｍ以下の吸光度を有し、赤外光、近赤外光、可視光又は紫外光等の電磁波の吸収が低い）としてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルムはまた、マイクロ波用途のための低い損失正接を有していてもよい（１×１０^－２以下の損失正接を有する）。一例では、ダイヤモンドフィルムはまた、機械的及び／又は熱的グレードのダイヤモンド（暗色であってもよく、例えば８００Ｗ／ｍ－Ｋ以上の熱伝導率を有していてもよい）としてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルムはまた、検出器グレードのダイヤモンド（１００ミクロン以上の電荷収集距離を有する）及び／又は電気化学的グレードのダイヤモンドとしてもよい。

一例では、ダイヤモンドフィルムは、マイクロ波支援プラズマＣＶＤプロセス、熱フィラメントＣＶＤプロセス、熱スプレーＣＶＤプロセス、アーク放電プラズマＣＶＤプロセス、直流熱プラズマＣＶＤプロセス、高周波プラズマＣＶＤプロセス、水プラズマＣＶＤプロセス、アセチレン・トーチＣＶＤプロセス、超高周波プラズマＣＶＤプロセス等によって成長させてもよい。

一例では、ダイヤモンドフィルムの成長温度は、６００℃～１３００℃以上の範囲としてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルムの成長速度は、サブミクロン／時間～２０ミクロン／時間以上としてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルムをＣＶＤ成長させるためのメタン濃度は、水素中で１％に満たない値から５％に達する範囲としてもよい。一例では、例えば、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、ホウ素等の他の添加材もまた、ダイヤモンド成長速度制御及び／又はダイヤモンド品質制御の目的で、ＣＶＤ成長装置内に加えてもよい。

一例では、光学的に仕上げられているか、又は、光学的に仕上げられていない、シリコン等の犠牲基板の表面を、ダイヤモンド粒子を用いた超音波処理によって、含水ダイヤモンドスラリー又は有機ダイヤモンドスラリーを用いたダイヤモンド粉末又はスラリーを用いた研磨によって、又は、ダイヤモンド切削によって、播種してもよい。

一例では、ダイヤモンド成長のためのシリコン等の犠牲基板は、直径２５ｍｍ以上、直径２インチ（５０．８ｍｍ）以上、直径６６ｍｍ以上、直径３インチ（７６．２ｍｍ）以上、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）以上、又は、直径５インチ（１２７ｍｍ）以上としてもよい。

一例では、シリコン等の犠牲基板の厚さは、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、６ｍｍ以上又は８ｍｍ以上としてもよい。

一例では、犠牲基板（例えばシリコン）の表面は、光学的に仕上げられ、化学的にエッチングされ、及び／又は、例えばラッピング及び／又は研磨によって機械的に仕上げられてもよい。一例では、犠牲基板（例えばシリコン）の光学的に仕上げられた表面の表面粗さＲａを、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下又は２ｎｍ以下としてもよい。

一例では、例えば、ダイヤモンド構造の光学的に仕上げられた表面を必要とするドーム（図５Ａ）、コーン（図５Ｂ）、ピラミッド（図５Ｃ）、非球面（図５Ｄ）、放物線（図５Ｅ）、双曲線（図５Ｆ）、又は、他の非平面形状等の非平面形状のダイヤモンド構造の場合、ダイヤモンド表面を研磨することは困難である。たとえ可能であったとしても、厚くて大きな寸法のダイヤモンドブロックの片をこのような非平面形状に研磨することは、過剰な時間及びコストを必要とし、無駄になるダイヤモンドの量が極度に増える。それゆえに、一例では、ＣＶＤダイヤモンドは、光学的に仕上げられた表面輪郭が最終的なダイヤモンド基板の所望の輪郭及び形状の反転形状を有する犠牲基板（例えばシリコン）上に成長してもよい。ダイヤモンド成長後、犠牲基板（例えばシリコン）は、エッチング（例えばＫＯＨ又はＨＦを用いる）によって化学的に除去され、及び／又は、研磨及びラッピングによって機械的に除去されてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルムがＣＶＤ成長し得る犠牲基板の非平面表面の輪郭を、ダイヤモンド切削プロセス又は一般的な光学的製造プロセスによって製造してもよい。犠牲基板の非平面表面は、一又は複数の一般的な製造プロセスを用いて形成され得る適切な及び／又は望ましい形状に作られてもよい。このような形状は、例えば、ドーム（図５Ａ）、コーン（図５Ｂ）、ピラミッド（図５Ｃ）、非球面（図５Ｄ）、放物線（図５Ｅ）、双曲線（図５Ｆ）、又は、他の非平面形状を含む。

本明細書で記載されるダイヤモンドフィルムの例は、光／電磁波管理用の光学窓；エレクトロニクス、フォトニクス及びオプトエレクトロニクスの温度管理用の基板；化学的不活性、音波管理、電磁波管理、摩擦制御及び検出器を含む使用のための基板；及び、例えば、限定されるものではないが、フライス削り、切断、穴あけ、レース加工等の機械的使用のための材料として用いてもよい。

別の例では、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、遮蔽レンズから３４ｃｍの距離での１．０６ミクロン光散乱係数が、２０／ｃｍ以下、１５／ｃｍ以下、１０／ｃｍ以下、７／ｃｍ以下又は５／ｃｍ以下であってもよい。このような光散乱係数は、光学的用途、温度管理用途、音響管理用途等に適する可能性がある。

別の例では、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、１．０×１０^５／ｃｍ^２以上、１．０×１０^６／ｃｍ^２以上、１．０×１０^７／ｃｍ^２以上、１．０×１０^８／ｃｍ^２以上又は１．０×１０^９／ｃｍ^２以上のダイヤモンド核生成密度を有していてもよい。このようなダイヤモンド核生成密度は、音響管理のための音響波伝播、温度管理のためのフォノン伝播、光管理のためのフォトン伝播に適する可能性がある。このようなダイヤモンド核生成密度はまた、機械的用途、低い気孔率が望ましい化学的不活性、表面摩擦制御等にも適する可能性がある。

以下の実施例及び比較例は、例示のためのものであって、限定されるものではない。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、エネルギー分散型分析Ｘ線（ＥＤＡＸ）検出器を備えた走査型電子顕微鏡を用いて得た。

ラマンスペクトルは、ラマン顕微鏡（共焦点）によって得た。ラマン分光法は、ダイヤモンド、単結晶又は多結晶の評価の標準として広く用いられている。それは、炭素の異なる形態（同素体）（例えばダイヤモンド、グラファイト、バッキーボール等）の各々を容易に区別可能な識別特性がある。フォトルミエッセンス（ＰＬ）技術を組み合わせることで、ラマン分光法は、相純度、結晶サイズ及び配向、欠陥レベル及び構造、不純物の種類及び濃度、並びに、応力及び歪みを含むダイヤモンドの様々な特性を評価するための非破壊的方法を提供する。特に、１３３２ｃｍ^－１の一次ダイヤモンドラマンピークの幅（半値全幅ＦＷＨＭ）は、ダイヤモンドピークとグラファイトピークとの間のラマン強度比（１３５０ｃｍ^－１のＤバンド及び１６００ｃｍ^－１のＧバンド）と同様に、ダイヤモンド品質を示す直接の指標である。さらに、ダイヤモンド粒子及びフィルムの応力及び歪みレベルは、ダイヤモンドラマンピークシフトから推定し得る。静水圧応力下でのダイヤモンドラマンピークシフトの変化量は、約３．２ｃｍ^－１／ＧＰａであり、引張応力下では低い波数、圧縮応力下では高い波数にピークシフトすることが報告されている。ここで表わされるラマンスペクトルは、５１４ｎｍ励起レーザーを備えるラマン分光器を用いて得た。

研磨されたダイヤモンドフィルムの片又はシリコンの片の表面における表面粗さ（Ｒａ）及びＰｅａｋ－ｔｏ－Ｖａｌｌｅｙ（ＰＶ）測定値は、２０倍対物レンズを備えた干渉計によって得られた。測定面積は、２００ミクロン×３５０ミクロンであった。

マイクロ波プラズマによってダイヤモンドの化学蒸着が向上されることは、当該技術分野においてよく知られている。図２は、本明細書に記載される方法で多結晶ダイヤモンド４を成長させるために使用することができるマイクロ波プラズマＣＶＤシステム２の一例を示す概略図である。図２に示すＣＶＤシステム２の使用において、水素及びメタンを含む反応性ガス６の混合物を、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させる。反応性ガス６の混合物の流量は、マスフローコントローラ８によって調整される。排出ガス１０は、ＣＶＤ反応器１６から、主として真空ポンプ１２へ流れる。マイクロ波エネルギーは、一般的にマグネトロン１４によって生成され、石英窓１８を通ってＣＶＤ反応器１６へ誘導される。反応器１６内では、マイクロ波エネルギーは、プラズマ２０に変換され、反応性ガス６の水素分子を水素フリーラジカルにラジカル化させ、同様に、反応性ガス６のメタン分子をメチルフリーラジカル、メチレンフリーラジカル、メチンフリーラジカル、及び、２以上の炭素を含む二次又は三次フリーラジカルにラジカル化させる。ＣＶＤ反応器１６の底部には、その上で多結晶ダイヤモンドフィルム４が成長する基板２４を支持する基板ホルダー２２又は土台が配置される。シリコン、チタン、ニオブ、モリブデン、タングステン、タンタル、又は、必要に応じて適切な炭化物形成物の基板２４を基板ホルダー２２上に配置してもよい。

プラズマ２０が発生中、炭素種を含むラジカル化されたフリーラジカルは、基板２４の表面に衝突し、「ヒットアンドスティック」と呼ばれるメカニズムによって炭素種が定着する。プラズマ２０によって生成された水素フリーラジカルは、まだ水素原子を含む固定表面炭素種に衝突し、水素原子をこのような固定炭素種から引き抜き、水素原子の数がより少ないＣ－Ｃ結合を形成するために、すべての水素原子が引き抜かれるまで、表面炭素フリーラジカルを形成する。いくつかの純粋な炭素－炭素結合は、本質的にｓｐ^３であり得、これはダイヤモンド格子にとって望ましい。いくつかの純粋な炭素－炭素結合は、本質的にｓｐ^２であり得、これは本質的にグラファイトにあるものであるから望ましくない。しかしながら、水素フリーラジカルは、ｓｐ^３炭素をダイヤモンド格子から取り除くよりも速く、ｓｐ^２炭素をグラファイト種から取り除くことができる。

プラズマ２０のサイズが、基板２４の表面を覆うのに十分な大きさのサイズに調整される場合、反応性ガス６の混合物中の水素及びメタンの濃度は、成長温度に加えて、ダイヤモンド成長のための重大なパラメーターであることが、当該技術分野においてよく知られている。マイクロ波エネルギー及び反応器１６内の圧力は、基板サイズに大きく依存する。当業者は、本明細書で記載された手順及び指示に従い、高品質のダイヤモンドフィルム、窓又は基板の播種、蒸着及び成長の目的で、プラズマ２０を、異なるサイズの基板２４を覆うのに十分な大きさの適切なサイズに調整することができるはずである。

以下の各実施例及び比較例において、図２に示される符号は、同一又は機能的に同等の要素に用いられる。

実施例１：光学的に仕上げられた一つの表面を有するダイヤモンドフィルムの製造方法

図３Ａ～３Ｃを参照して、また引き続き図２を参照して、一例では、直径６６ｍｍ、厚さ１１．５ｍｍの単結晶シリコンの片は、一般的なシリコンの製造方法を用いて製造され、シリコン基板２４として使用された。基板２４の表面１をダイヤモンド切削して、Ｒａが６～７ｎｍの光学的に仕上げられた表面とした。ロゴ「ＩＩ－ＶＩ」もまたダイヤモンド切削によって、シリコン基板２４の表面１に「ＩＩ－ＶＩ」パターンの溝を窪むように切削した。そして、シリコン基板２４を、ダイヤモンド切削され、光学的に仕上げられた表面（表面１）が石英窓１８の方へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に配置した。水素及びメタン、例えば１，８５０ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１３．６ｍＬ／ｍｉｎのメタンを含む反応性ガス６の混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８００℃に制御した。１６８時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、厚さが２８５ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４が、シリコン基板２４の表面１上に適合して蒸着された。次に、シリコン基板をダイヤモンドフィルム４から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥がし、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３を用いて剥がし、直径６６ｍｍ、厚さ２８５ミクロン、アスペクト比２３１である自立ダイヤモンドフィルム４を得た。シリコン基板２４の表面１上に成長した自立ダイヤモンドフィルム４の核生成表面は、９．１ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）を有すると測定され、光学的に仕上げられていると見なされた。

図３Ａは、光学的に透明である、自立ダイヤモンドフィルム４の核生成表面又は側面の画像である。図３Ａから分かるように、基板２４の表面１のダイヤモンド切削された溝内に適合して成長した「ＩＩ－ＶＩ」ロゴは、ダイヤモンドの片、例えばダイヤモンドフィルム４の非平面表面が、一又は複数の従来の製造方法によって容易に製造可能な犠牲基板（例えばシリコン）の「反転形状」表面に適合させてダイヤモンドを成長させることによって得ることができることを明示している。重要なことに、図３Ａに示すダイヤモンドフィルム４の非平面（核生成）表面は、光学的に仕上げられる。図３Ｂ及び３Ｃは、図３Ａに示すダイヤモンドフィルム４の核生成側（Ｒａ＝９．１ｎｍ）及び成長側の顕微鏡写真である。

別の例では、直径６６ｍｍ、厚さ１１．５ｍｍの単結晶シリコンの第２の片を、一般的なシリコン製造方法で製造し、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の表面１をダイヤモンド切削し、Ｒａが６～７ｎｍの光学的に仕上げられた表面とした。そして、表面１を含む、このシリコン基板２４全体を、ダイヤモンドエタノール懸濁スラリーを用いて超音波処理した。次に、このシリコン基板２４を、ダイヤモンド切削し、光学的に仕上げられた表面（表面１）が石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に配置した。水素及びメタン、例えば１，８５０ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１３．６ｍＬ／ｍｉｎのメタンを含む反応性ガス６の混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６によって、８００℃に制御した。１４８時間のダイヤモンド成長後（ダイヤモンド成長反応を停止した）、厚さが２３３ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４が、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面上に適合して蒸着された。次に、シリコン基板２４をダイヤモンドフィルム４から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥がし、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３を用いて剥がし、直径６６ｍｍ、厚さ２３３ミクロン、アスペクト比２８３である自立ダイヤモンドフィルムを得た。シリコン基板２４の表面１上に成長した、この自立ダイヤモンドフィルム４の核生成表面は、約１１．５ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）を有すると測定され、光学的に仕上げられていると見なされた。

この後者の例のダイヤモンドフィルム４の品質を、図４に示すように、ラマン分光法によって評価した。図４に示すように、成長側のダイヤモンド結晶は、約２．８ｃｍ^－１の狭いＦＷＨＭ（単結晶ダイヤモンド片のＦＷＨＭ３．５ｃｍ^－１と比較して）によって証明されるように、優れた品質であり、ラマンピークの中心が１３３１．９～１３３２．１ｃｍ^－１であり、成長側のダイヤモンドフィルム４に応力がないことを示唆している。核生成側のダイヤモンド結晶もまた、約３．８～４．１ｃｍ^－１のＦＷＨＭによって証明されるように、とても優れていて、ラマンピークの中心が１３３１．６ｃｍ^－１であり、核生成側のダイヤモンドフィルム４で応力が低いことを示す。

実施例２：光学的に仕上げられた一表面又は二表面を有するダイヤモンドフィルムの製造

別の例では、直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１０ｍｍの単結晶シリコン２の片は、一般的なシリコン製造方法を用いて製造され、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学機械的研磨プロセスによって光学的に仕上げ、１ｎｍ未満のＲａとした。そして、このシリコン基板２４全体を、ダイヤモンド（０．２５ミクロン）エタノール懸濁スラリーで超音波処理した。次に、このシリコン基板２４を、光学的に仕上げられた表面の一つが石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば１，８５０ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１３．６ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内に流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズが石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器の圧力１６を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８００℃に制御した。１４０時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面に適合して蒸着された厚さが２００～２２０ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得た。そして、ダイヤモンドフィルム２４の成長表面を、ダイヤモンドフィルム２４がまだシリコン基板２４上にある間に、ラッピングし、研磨してＲａ５．０ｎｍの表面粗さとした。ラッピング及び研磨後、シリコン基板２４上のダイヤモンドフィルム４の厚さは、約１２５ミクロンであった。そして、シリコン基板２４をダイヤモンドフィルム４から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥がし、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３を用いて剥がし、直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１２５ミクロン、アスペクト比４０６である自立ダイヤモンドフィルム４を得た。自立ダイヤモンドフィルム２４の両側の表面は、光学的仕上げ品質であって、光学窓又は他の用途の基板として用いることができる。

別の例では、直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１０ｍｍの単結晶シリコンの第二の片は、一般的なシリコンの製造方法を用いて製造され、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面は、一般的な化学機械的研磨プロセスによって光学的に仕上げ、１ｎｍ未満のＲａとした。そして、このシリコン基板２４全体を、ダイヤモンドメタノール懸濁スラリーで超音波処理した。次に、このシリコン基板２４を、光学的に仕上げられた表面の一つが石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，７００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．２ｍＬ／ｍｉｎのメタンは、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズが石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８３２～８６６℃に制御した。７２時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面に適合して蒸着された厚さが１１０～１３０ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得た。そして、ダイヤモンドフィルム４の成長表面を、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、ラッピングし、研磨してＲａ５．８ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）とした。ラッピング及び研磨後、シリコン基板２４上のダイヤモンドフィルム４の厚さは、６０～７０ミクロンであった。そして、シリコン基板２４は、高温でＫＯＨ水溶液を用いてダイヤモンドフィルム４から剥ぎ、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３により剥ぎ、直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ６０～７０ミクロン、アスペクト比７８１である自立ダイヤモンドフィルム４を得た。自立ダイヤモンドフィルム４の両側の表面は、光学的仕上げ品質であって、光学窓又は他の用途の基板として用いることができる。

さらに別の例では、直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１０ｍｍの単結晶シリコンの第三の片は、一般的なシリコンの製造方法を用いて製造され、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面は、一般的な化学機械的研磨プロセスによって光学的に仕上げ、１ｎｍ未満のＲａとした。そして、このシリコン基板２４全体を、０．２５ミクロンダイヤモンドスラリーで研磨し、続いて一般的な洗浄工程を行った。次に、このシリコン基板２４を、一つのダイヤモンドスラリー研磨し光学的に仕上げられた表面が石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，７００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．２ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズが石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、７９４～８３５℃に制御した。９５時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面に適合して蒸着された直径が２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さが１５６ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得た。ダイヤモンドフィルムは、アスペクト比が３２６であった。ダイヤモンドフィルム４からシリコン基板２４を剥がした後、ダイヤモンドフィルム４の核生成側の表面粗さは７．７ｎｍであると測定され、ダイヤモンドフィルム４の成長側の表面は、アズグロウンダイヤモンド表面に一般的な粗さを有すると判定された。

実施例３：化学的にエッチングされた両側の表面を有する単結晶Ｓｉ基板（直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）上に成長したダイヤモンドフィルム－光学的に仕上げられた一表面を有するダイヤモンドフィルムの製造

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの単結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法を用いて製造し、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスによって仕上げ、９１８ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）とした。そして、このシリコン基板２４全体を、ダイヤモンド粉末で研磨し、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び８４ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズが石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、１１２０℃に制御した。４４時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面に適合して蒸着された厚さが３５０ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得て、これによりダイヤモンド－シリコン（ダイヤモンド－オン－シリコン）複合基板を形成した。そして、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、ダイヤモンド４成長表面を平らにラッピングした。ラッピング後、ダイヤモンドフィルム４の厚さは、３００ミクロンであった。そして、ダイヤモンド－シリコン複合基板を再びラッピングし、シリコン基板上での合計の厚さを約１．７～１．８ｍｍとした。図６Ａ及び６Ｂは、この例のラッピングされたダイヤモンドシリコン複合基板の拡大断面図（それぞれ、視野＝４．３３ｍｍ及び６４９．６μｍ）を示す。

そして、ラッピングされたダイヤモンドフィルム４表面を、さらに研磨して光学的に仕上げ、直径１６６ｍｍのシリコン基板２４上に薄いダイヤモンドフィルム４（すなわち、厚さが３００ミクロンより薄い）を製造した。ダイヤモンドフィルム４は、光学ミラーとして、又は、エレクトロニクス、フォトニクス又はオプトエレクトロニクスのための基板として用いられてもよい。

次に、露出したダイヤモンド成長表面を研磨するために、直径５０ｍｍの片を一つ、及び、直径１インチ（２５．４ｍｍ）の片を複数、ダイヤモンド－シリコン複合基板からレーザーカットした。直径が５０ｍｍのダイヤモンド－シリコン複合基板片の露出したダイヤモンド成長表面を研磨し、１ｎｍのＲａとした。仕上げられたダイヤモンドの厚さは、１７０～１８０ミクロンであった。そして、シリコン基板を直径５０ｍｍの片から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥がし、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３を用いて剥がし、直径５０ｍｍ、中央部で厚さ１３３ミクロン、端の周辺で厚さ１４４～１７６ミクロン、中央部のアスペクト比３７６である自立ダイヤモンドフィルム片を得た。直径５０ｍｍの自立ダイヤモンドフィルムの光学的に仕上げられた成長表面を、光学ミラー又は温度管理等の他の用途のための基板として用いることができる。直径５０ｍｍのダイヤモンドフィルムの核生成側は、表面粗さ（Ｒａ）が約７９９ｎｍであり、これは、化学的エッチングされたシリコン表面の表面粗さ（約９１８ｎｍ）と同様である。シリコン基板をダイヤモンド－シリコン複合基板の５０ｍｍ片から除去する代わりに、少なくとも光学的に仕上げられたダイヤモンド表面を備えたダイヤモンド－シリコン複合基板の５０ｍｍ片が得られるように、シリコン基板を薄くし、研磨してもよい。

実施例４：化学的にエッチングされた両側の表面を有する多結晶Ｓｉ基板（直径１６６ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）上に成長したダイヤモンドフィルム－光学的に仕上げられた一表面を有するダイヤモンドフィルムの製造

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法を用いて製造し、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスによって仕上げ、８１６ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）とした。そして、このシリコン基板２４全体を、ダイヤモンド粉末で研磨し、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び８４ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズが石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、１１２０℃に制御した。２４時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、石英窓１８に対向するシリコン基板２４の表面に適合して蒸着された厚さが１７５ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得た。そして、ダイヤモンド４成長表面を、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、平らにラッピングし、その後、研磨して光学的に仕上げた。そして、シリコン基板２４をダイヤモンドフィルム４から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥がし、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３を用いて剥がし、直径１６６ｍｍ、厚さ１７５ミクロン未満、アスペクト比９４８である自立ダイヤモンドフィルム４の片を得た。光学的に仕上げられたダイヤモンド成長表面を、光学ミラー又は温度管理等の他の用途のための基板として用いてもよい。シリコン基板２４を除去する代わりに、少なくとも光学的仕上げに仕上げられたダイヤモンド成長表面を有するダイヤモンド－シリコン複合基板が得られるように、シリコン基板２４を薄くし、研磨してもよい。

実施例５：化学機械的研磨プロセスにより光学的に仕上げられた一表面（例えばＲａ：１．３ｎｍ）を有する多結晶Ｓｉ基板（直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）上に成長したダイヤモンドフィルム－光学的に仕上げられた片側又は両側の表面を有するダイヤモンドフィルムの製造

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法を用いて製造し、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスによって仕上げ、８１６ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）とした。そして、シリコン基板２４の表面１を、化学機械的研磨プロセスによって研磨し、光学的に仕上げた（Ｒａ：約１．３ｎｍ）。このシリコン基板２４全体を、石英窓１８に対向する光学的に仕上げられた表面（表面１）を有するダイヤモンド成長のために、含水ダイヤモンドスラリーを用いて超音波処理し、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マスフローコントローラ８の調整下で、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８４６～８６８℃に制御した。１６４時間のダイヤモンド成長後、成長反応を停止し、シリコン基板２４の表面１に適合して蒸着された直径１６６ｍｍ、厚さ２９５ミクロンの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得て、これによりダイヤモンド－シリコン複合基板を形成した。そして、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、ダイヤモンド成長表面を平らにラッピングした。ラッピングされたダイヤモンド成長表面を、さらに研磨して光学的に仕上げ、アスペクト比５６３のダイヤモンドフィルム４を得た。この例では、ダイヤモンド－シリコン複合基板が１．７～２．０ｍｍの全厚さを有するまで、このダイヤモンド－シリコン複合基板のシリコン基板２４側を研磨した。ダイヤモンド－シリコン複合基板をレーザーカットし、直径７５ｍｍの片を１つ、直径３８．５ｍｍの片を２つ、及び、直径１インチ（２５．４ｍｍ）の片を２つとした。続いて、１５０～２００ミクロン以下のダイヤモンド厚さを有する光学的に仕上げられた表面の各片を得るために、各片の露出したダイヤモンド成長表面を光学的に仕上げた。一例では、７５ｍｍ片の研磨されたダイヤモンド成長表面の表面粗さ（Ｒａ）は、２．７５ｎｍ（３．５９，２．３５，２．４３，２．５７及び２．８９ｎｍ）であると測定された。各片のシリコン基板を、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥ぎ、続いてＨＦ－ＨＮＯ_３により剥ぎ、直径１インチ（２５．４ｍｍ），３８．５ｍｍ及び７５ｍｍの自立ダイヤモンドフィルム４を得た。各自立ダイヤモンドフィルム４は、１５０ミクロンの厚さ、及び、それぞれ１６９，２５６及び５００のアスペクト比を有する。各片の光学的に仕上げられたダイヤモンド成長表面を、例えば、光学窓として、光学ミラーとして、又は、温度管理等の他の用途のための基板として使用することができる。

シリコン基板を剥がし、自立ダイヤモンドフィルム４の片を形成するために、レーザー切断後に残るラッピングされたダイヤモンド－シリコン複合基板の片を、高温でＫＯＨ水溶液を用いて処理した。この自立ダイヤモンドフィルム４の片の核生成表面は、表面粗さ（Ｒａ）が１５．３ｎｍ及び平均粒子サイズが約２０ミクロンのミラー表面仕上げを有していた。核生成密度を微調整しながら、核生成表面の表面粗さを１０ｎｍ未満に減らしてもよいと考える。シリコン基板２４を除去する代わりに、少なくとも光学的に仕上げられたダイヤモンド表面を用いてダイヤモンド－シリコン複合基板の片を形成するために、シリコン基板２４（ダイヤモンド層４がまだ上にある間に）を薄くし、研磨することができる。ダイヤモンド－シリコン複合基板の片は、例えば光学ミラー又はエレクトロニクス、フォトニクス、オプトエレクトロニクス等のための基板として用いてもよい。

実施例６：化学機械的研磨プロセスにより光学的に仕上げられた一表面（Ｒａ：１ｎｍ未満）を有する多結晶Ｓｉ基板（直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）上のダイヤモンド成長－光学的に仕上げられた片側又は両側の表面を有するダイヤモンドの薄いフィルムの製造

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法を用いて製造し、シリコン基板２４として用いた。このシリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスによって仕上げた。このシリコン基板２４の表面１を、粗さＲａが１ｎｍ未満のミラー仕上げになるまで、化学機械的に研磨した。シリコン基板２４の表面１上の高いダイヤモンド核生成密度、良好なダイヤモンド－シリコン（ダイヤモンド－トゥー－シリコン）接着を実現するため、及び、表面１上に成長したダイヤモンドフィルムが表面１から剥離することを避けるため、２工程の播種プロセスを用いた。

まず、このシリコン基板２４全体を、平均サイズ０．２５μｍのダイヤモンド粉末／メタノール懸濁溶液からなる超音波浴中で超音波処理した。そして、この実施例６に関連して、後述する第二ダイヤモンド核生成成長工程で記載された成長条件と同一の成長条件を用いた、表面１上での１時間の第一ダイヤモンド核生成成長工程のために、表面１を石英窓１８に向けて、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。この第一ダイヤモンド核生成工程により、シリコン基板２４の表面１上で低い密度のダイヤモンド核生成（１０^５／ｃｍ^２未満）となった。そして、第一工程ダイヤモンド核生成を含むこのシリコン基板２４を、ＣＶＤ反応器１６から取り出し、超音波浴中のナノ結晶ダイヤモンド粉末（一般的な粒子サイズが２０ｎｍ未満）／メタノール懸濁水溶液中で超音波処理した。

ナノ結晶ダイヤモンド粉末／メタノール懸濁溶液中での超音波処理後、第二ダイヤモンド核生成成長工程及び第一工程ダイヤモンド核生成上の連続したダイヤモンド成長のために、第一工程ダイヤモンド核生成を含むシリコン基板２４を、表面１を石英窓１８に向けて、ＣＶＤ反応器１６内に再度投入した。この第二工程では、２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１、特に、シリコン基板２４の表面１上の第一工程ダイヤモンド核生成を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。基板の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８００℃に制御した。

１４０時間のダイヤモンド成長（第二工程ダイヤモンド核生成）後、ダイヤモンド成長反応を停止し、アスペクト比５９３のシリコン基板２４の表面１上に適合して蒸着された厚さ２８０μｍの多結晶ダイヤモンドフィルム４を得た。ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、ダイヤモンドフィルム４のダイヤモンド成長表面を研磨し、ダイヤモンドフィルム４の研磨されたダイヤモンド成長表面の異なる場所で測定される表面粗さ（Ｒａ）を３．２８，６．７５，１５．４，１１．４，１２．２及び６．９７ｎｍ、アスペクト比を７９０にするとともに、厚さを２１０μｍとした。

シリコン－ダイヤモンド複合基板を直径５インチ（１２．７ｍｍ）片にレーザーカット後、シリコン基板２４をこの片から、高温でＫＯＨ水溶液を用いて剥ぎ、直径５インチ（１２７ｍｍ）、厚さ２１０μｍ、アスペクト比６０５である自立ダイヤモンドフィルム４を得た。トレイに配置されたこの自立ダイヤモンドフィルム４の写真を図７に示す。

自立ダイヤモンドフィルム４の核生成側の表面粗さは、核生成表面ダイヤモンドフィルム４の異なる場所で測定される平均表面粗さ（Ｒａ）が２．０８，２．４６，２．３８，２．０７，１．９８及び１．９０ｎｍであると測定された。第二核生成工程後のダイヤモンドフィルム４の核生成側面／表面のダイヤモンド核生成密度を、ＳＥＭ観察（図８）によって、１０^９／ｃｍ^２を超えると推定した。

成長表面及び核生成表面の両方が光学的に仕上げられた自立ダイヤモンドフィルム４を、光学窓、ミラー、又は、光学的用途、温度管理、音響管理、検出器、マイクロ波／電磁波管理、機械的用途、化学的不活性、摩擦制御等の用途のための基板として用いてもよい。

代わりに、少なくとも光学的に仕上げられたダイヤモンド成長表面を備えたダイヤモンド－シリコン複合基板の片を得るため、シリコン基板２４（ダイヤモンドフィルム４がまだ付着している間に）を薄くし、研磨してもよい。ダイヤモンド－シリコン複合基板の片は、光学ミラーとして、又は、エレクトロニクス、フォトニクス、オプトエレクトロニクス等のための基板として用いてもよい。

実施例７：ナノダイヤモンド播種を用いて、光学的に仕上げられたシリコン基板（直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）上に成長させられたダイヤモンドフィルムの良好な接着の不達成。

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法で製造し、シリコン基板２４として用いた。シリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスにより仕上げた。このシリコン基板２４の表面１を化学機械的に研磨し、粗さＲａが１ｎｍ未満のミラー仕上げとした。そして、シリコン基板２４全体を、超音波浴中のナノ結晶ダイヤモンド粉末（一般的な粒子サイズが２０ｎｍ未満）／メタノール懸濁溶液中で超音波処理した。

ナノ結晶ダイヤモンド粉末／メタノール懸濁溶液中での超音波処理後、このシリコン基板２４を、表面１が石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に投入した。そして、２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。基板の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８２１～８４０℃に制御した。

１８９時間のダイヤモンド成長後、ダイヤモンド成長反応を停止し、シリコン基板２４の表面１上に適合して蒸着された厚さ３２０μｍの多結晶ダイヤモンドフィルム４を有するシリコン－ダイヤモンド複合基板を得た。しかしながら、このダイヤモンドフィルム４はシリコン基板２４からの部分的（しかし実質的）な剥離を受け、ダイヤモンドフィルム４の成長表面のその後の研磨を行うことができなかった。その結果、剥離されたダイヤモンドフィルム４の核生成表面は、平均表面粗さ（Ｒａ）が２～４ｎｍであると測定されたにもかかわらず、光学的に仕上げられた成長表面を達成できなかった。

実施例８：０．２５ｍｍダイヤモンド粒子播種による、光学的に仕上げられた多結晶シリコン基板（直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）上でのダイヤモンド成長

別の例では、直径１６６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法で製造し、シリコン基板２４として用いた。シリコン基板２４の両側の表面を、一般的な化学的エッチングプロセスにより仕上げた。このシリコン基板２４の表面１を化学機械的に研磨し、粗さＲａが１．５ｎｍ未満のミラー仕上げとした。そして、シリコン基板２４全体を、平均サイズ０．２５μｍのダイヤモンド粉末／メタノール懸濁溶液中の超音波浴中で超音波処理し、次に、表面１が石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。

２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。基板の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８４５～８６８℃に制御した。

１６３時間のダイヤモンド成長後、ダイヤモンド成長反応を停止し、アスペクト比５６３のシリコン基板２４の表面１上に適合して蒸着された厚さ２９５μｍの多結晶ダイヤモンドフィルム４を有するシリコン－ダイヤモンド複合基板を得た。

ダイヤモンドフィルムがシリコン基板に接着されている間、ダイヤモンドフィルム４の成長表面を、研磨して光学的に仕上げ（Ｒａが３～５ｎｍ）、９９ミクロンの（ダイヤモンドフィルム４の）厚さ、１６８のアスペクト比とした。ダイヤモンドフィルムがまだシリコン基板２４に接着されている間、シリコン－ダイヤモンド複合基板を、様々な直径を有する多数の様々な片にレーザーカットし、その後、各片のシリコン基板２４を除去（ＫＯＨ水溶液によって溶解）し、それによって自立ダイヤモンドフィルム４の片を形成した。これらの自立ダイヤモンドフィルム４の片の核生成表面は、平均表面粗さ（Ｒａ）が５～９ｎｍ、及び、核生成密度が１０^５／ｃｍ^２以上であった。自立ダイヤモンドフィルム４のこれらの片の一つは、９９ミクロンの厚さを有し、図９のグラフ（ａ）に示すように、遮蔽レンズから３４．０ｍｍの距離において、１．０６μｍ波長の光散乱が８．２２／ｃｍの光散乱係数を有すると特徴付けられた。

実施例９：第一播種工程（０．２５ｍｍダイヤモンド粒子播種）及び続く第二播種工程（ナノダイヤモンド粒子播種）による、光学的に仕上げられたシリコン基板（直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１０ｍｍ）上の成長ダイヤモンド

別の例では、直径５０．８ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法で製造し、シリコン基板２４として用いた。シリコン基板２４の両側の表面を、化学機械的研磨して、粗さＲａが１．５ｎｍ未満にミラー仕上げした。そして、シリコン基板２４全体を、平均サイズ０．２５μｍのダイヤモンド粉末／メタノール懸濁溶液中で超音波処理（播種）し、次にＣＶＤ反応器１６（図２）内に配置した。

そして、２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、７８０℃に制御した。１時間のダイヤモンド成長後、ダイヤモンド成長反応を停止し、シリコン基板２４の表面１の周囲に蒸着されたダイヤモンド粒子を有するダイヤモンド播種シリコン基板２４が観察された。

そして、ダイヤモンド播種シリコン基板２４を、ＣＶＤ反応器１６から取り出し、超音波浴中のナノ結晶ダイヤモンド粉末（一般的な粒子サイズが２０ｎｍ未満）／メタノール懸濁水溶液中で超音波処理した。次に、ナノダイヤモンド処理したダイヤモンド播種Ｓｉ基板を、表面１が再び石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に再度投入した。そして、２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、７９０～８２１℃に制御した。

さらなる１４３時間のダイヤモンド成長後、ダイヤモンド成長反応を停止し、厚さが２４５ミクロン、アスペクト比が２０７のダイヤモンドフィルム４を有するシリコン‐ダイヤモンド複合基板を得た。ダイヤモンド成長表面は、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、研磨して光学的に仕上げ（Ｒａが３～５ｎｍ）、１９７ミクロンの（ダイヤモンドフィルム４の）厚さ、２５８のアスペクト比とした。

そして、シリコン基板２４を、このシリコン－ダイヤモンド複合基板から、自立ダイヤモンドフィルム４を残して除去（ＫＯＨ水溶液によって溶解）した。この自立ダイヤモンドフィルム４の核生成表面は、平均表面粗さ（Ｒａ）＝２．７３ｎｍ、１０^９／ｃｍ^２以上の核生成密度、及び、滑らかな表面仕上げを有し、これらのうち後者２つは、例えば温度管理、光学管理、半導体装置、摩擦制御等の用途に非常に望ましい。この自立ダイヤモンドフィルム４は、図９のグラフ（ｂ）に示すように、散乱光収集レンズから３４ｍｍの距離で、１．０６μｍ波長の光散乱が２．６９／ｃｍの光散乱係数を有すると特徴付けられた。１．０６μｍ波長の光散乱は、当該技術分野で低ミクロン光散乱と考えられており、光学、熱、音響用途等に非常に適している。

実施例１０：一工程播種（ナノダイヤモンド粒子播種）による、光学的に仕上げられたシリコン基板（直径２インチ（５０．８ｍｍ）、厚さ１０ｍｍ）上の成長ダイヤモンド

別の例では、直径５０．８ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多結晶シリコンの片を、一般的なシリコン製造方法で製造し、シリコン基板２４として用いた。シリコン基板２４の表面１を化学機械的研磨して、粗さＲａが１．５ｎｍ未満にミラー仕上げし、もう一方の表面を一般的な化学的エッチングプロセスによってエッチングした。次に、このシリコン基板２４を、超音波浴中のナノ結晶ダイヤモンド粉末（一般的な粒子サイズが２０ｎｍ未満）／メタノール懸濁溶液中で超音波処理した。

このシリコン基板を、表面１が石英窓１８へ向くように、ＣＶＤ反応器１６内に投入した。そして、２，８００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び１６．８ｍＬ／ｍｉｎのメタンの混合物を、マスフローコントローラ８の調整下で、ＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０のサイズがシリコン基板２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。シリコン基板２４の中央部におけるダイヤモンド成長温度を、例えば、光度高温計２６を用いて、８００℃に制御した。

１１８時間のダイヤモンド成長後、ダイヤモンド成長反応を停止し、シリコン基板２４の表面１上に適合して蒸着された厚さ１９０μｍのダイヤモンドフィルム４を有するシリコン－ダイヤモンド複合基板を得た。ダイヤモンド成長表面を、ダイヤモンドフィルム４がまだシリコン基板２４上にある間に、研磨して光学的に仕上げ、１４０ミクロンの（ダイヤモンドフィルム４の）厚さとした。

そして、シリコン基板２４を、このシリコン－ダイヤモンド複合基板から、自立ダイヤモンドフィルム４を残して除去（ＫＯＨ水溶液によって溶解）した。この自立ダイヤモンドフィルム４の核生成表面は、２～３ｎｍの平均表面粗さ（Ｒａ）、１０^９／ｃｍ^２以上の核生成密度、及び、滑らかな表面仕上げを有し、これらのうち後者２つは、例えば温度管理、光学管理、半導体装置、摩擦制御等の用途に非常に望ましい。

この自立ダイヤモンドフィルム４はまた、図９のグラフ（ｃ）に示すように、遮蔽レンズから３４ｍｍの距離において、１．０６μｍ波長の光散乱が２．０９／ｃｍの光散乱係数を有すると特徴付けられた。

同じダイヤモンド成長条件下で、異なるシリコン基板２４上において、この実施例１０の指針に従って行ったいくつかの追加の実験では、問題が発生した。一例では、ダイヤモンドフィルム４がシリコン基板２４から剥離し、剥離したダイヤモンドフィルムの成長表面上でさらなる研磨を行うことができなかった。これらの例は、ナノダイヤモンド播種単独では、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する薄いダイヤモンド基板を製造するために信頼できるプロセスではない可能性を示唆している。

比較例１：シリコンウェハー（直径６インチ（１５．２４ｍｍ）、厚さ６２５ミクロン）上のダイヤモンドフィルム成長の失敗

一例では、３つのシリコンウェハー２４（ｎタイプ、直径６インチ（１５２．４ｍｍ）、厚さ６２５ミクロン）を準備した。各シリコンウェハー２４の表面１を化学機械的に研磨して光学的表面に仕上げ、各シリコンウェハー２４のもう一方の表面を化学エッチングで研磨した。そして、各シリコンウェハー２４の表面１（光学的に仕上げた）をダイヤモンド粉末で研磨した。

次に、シリコンウェハー２４の一つを、ダイヤモンド成長のために、光学的に仕上げられた表面１が石英窓１８へ向くように、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内に配置した。反応性ガス６の混合物、例えば２，５００ｍＬ／ｍｉｎの水素及び７５ｍＬ／ｍｉｎのメタンを、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器１６内へ流入させた。プラズマ２０発生開始後、プラズマ２０がシリコンウェハー２４の表面１を覆うように、マグネトロン１４の出力及び反応器１６の圧力を調整した。このプラズマ調整プロセス中、このシリコンウェハー２４は、多数の小片に破砕した。

この実験は、他の２つのシリコンウェハーを用い、粉末速度及び圧力を変化させて繰り返したが、同様の結果、すなわち、他の二つのシリコンウェハー２４もまた多数の小片に破砕した。

比較例２：厚さが４００ミクロンよりも薄い、光学的に仕上げられたダイヤモンドの不達成

一例では、直径５０ｍｍ、７５ｍｍ、８５ｍｍ及び１００ｍｍのＣＶＤ成長ダイヤモンド片を、厚さが５５０ミクロンよりも大きいアズグロウンダイヤモンドウェハーからレーザーカットした。そして、各ダイヤモンド片のアズグロウン表面を平坦にラッピングした。次に、これらのダイヤモンド片の、成長表面又は核生成表面のどちらか一方の各表面の片面を、従来の研磨プロセスによって研磨し、光学的に仕上げた。裏返してもう一方の面を薄く研磨しようとする際、これらのダイヤモンド片は、厚さが４００ミクロンに達する前に破砕され、従来のダイヤモンド研磨プロセスでは、アスペクト比１２５を達成することは困難であることが示唆された。

以上より、本明細書に開示されるように、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、（１）少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面及び１００以上のアスペクト比、又は、（２）４００以下の厚さ、及び、２５ｍｍ以上の最大又は最長幾何学的寸法の組み合わせのいずれかからなる。

光学的に仕上げられた表面は、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有していてもよい。

最大又は最長幾何学的寸法は、４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、６０ｍｍ、７０ｍｍ以上、８０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上としてもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さは、４００ミクロン以下、３５０ミクロン以下、３００ミクロン以下、２５０ミクロン以下又は２００ミクロン以下としてもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大又は最長幾何学的寸法をダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さで割った比として定義されるアスペクト比は、１００以上、１２５以上、１５０以上、１７５以上又は２００以上としてもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、２０／ｃｍ以下、１５／ｃｍ以下、１０／ｃｍ以下、７／ｃｍ以下又は５／ｃｍ以下の、遮蔽レンズから３４ｃｍの距離における１．０６ミクロン光散乱係数を有していてもよい。

犠牲基板（例えばシリコン）の片を、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を成長させるために用いてもよい。犠牲基板は、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、６ｍｍ以上又は８ｍｍ以上の厚さを有していてもよい。

犠牲基板は、光学的に仕上げられた表面を有していてもよく、すなわち、表面は、２０以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下又は２ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する。

犠牲基板上のＣＶＤダイヤモンド成長後、例えば化学的（腐食剤、フッ化水素又はイオンエッチング）及び／又は機械的（研磨又はラッピング）に、犠牲基板を取り除いてもよい。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面は、成長表面、核生成表面、又は、両方としてもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長表面を、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓がまだシリコン基板に付着している間に、従来の研磨プロセスによって光学的に研磨してもよい。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓と犠牲基板との合計の厚さは、従来の研磨プロセスが、研磨中に破砕することなく、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を保持して研磨するのに十分に厚い。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長表面上に光学的レベルの仕上げを達成した後、犠牲基板を、例えば化学的及び／又は機械的に除去してもよい。このプロセスの結果、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面（例えば、成長表面）を有する、例えば、厚さが４００ミクロン以下の薄いダイヤモンドフィルム、基板又は窓を得た。

多結晶ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の片の成長側は、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側よりも大きな熱伝導率を有していてもよい。一例では、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長側のみを、光学的に仕上げてもよい。一方、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側を光学的に仕上げる必要はない。それゆえに、犠牲基板のダイヤモンド成長表面を光学的に仕上げる必要はない。一例では、犠牲基板のダイヤモンド成長表面を、化学的にエッチング、及び／又は、機械的にラッピングしてもよい。そうすると、犠牲基板のこの表面上に成長したダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は、光学的仕上げを有さない。

一例では、光学的仕上げを有するダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側は、他の従来の温度管理材料、例えば銅に比べて、より大きな熱伝導率を有し得る。

一例では、ダイヤモンド成長のために少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を有する犠牲基板（例えばシリコン）は、核生成側上を光学的に仕上げたダイヤモンドフィルム、基板又は窓のＣＶＤ成長を促進し得る。ダイヤモンド成長後、ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長表面を、必要に応じて平らにラッピングし、及び／又は、研磨し、その後、例えば化学的エッチング及び／又は機械的ラッピング／研磨によって、犠牲基板を任意に除去してもよい。このプロセスによって、従来のダイヤモンド研磨プロセスを必要とせず、研磨中にダイヤモンドフィルム、基板又は窓を破砕又は破壊するリスクを避けて、光学的に仕上げられた表面（核生成側上）を有するダイヤモンドフィルム、基板又は窓の片を製造できる。

光管理コーティング、例えば、反射防止コーティング、ビームスプリッターコーティング、全反射コーティング等を、ダイヤモンドフィルム、窓又は基板の成長及び／又は核生成表面に適用してもよい。本明細書に記載されるダイヤモンドフィルム、基板又は窓を、様々な異なる用途のために様々な幾何学的寸法にレーザーカットしてもよい。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓がまだシリコン基板（ダイヤモンドフィルム、基板又は窓が成長したままの）上にあり、ラッピングされ、及び／又は、研磨される間に、レーザーカットを行ってもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、光学的品質（赤外光、近赤外光、可視光又は紫外光等の電磁波の吸収が低い）としてもよく、さらに、又は、代わりに、マイクロ波の波長で低い損失正接を有していてもよい。ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、さらに、又は、代わりに、機械的及び／又は熱的グレードのダイヤモンド（後者は一般的に暗色である）とすることができる。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、マイクロ波支援プラズマＣＶＤプロセス、熱フィラメントＣＶＤプロセス、熱スプレーＣＶＤプロセス、アーク放電プラズマＣＶＤプロセス、直流熱プラズマＣＶＤプロセス、高周波プラズマＣＶＤプロセス、水プラズマＣＶＤプロセス、アセチレン・トーチＣＶＤプロセス、超高周波プラズマＣＶＤプロセス等によって成長させてもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長温度は、６００℃～１３００℃以上の範囲としてもよい。より高い成長温度の使用が想定される。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長速度は、サブミクロン／時間～２０ミクロン／時間としてもよい。より高い成長速度が想定される。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を成長させるためのメタン濃度は、水素中で１％に満たない値から５％に達する範囲としてもよい。

例えば、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素及び／又はホウ素を含む他の添加材もまた、ダイヤモンド成長速度及び／又は成長ダイヤモンド品質を制御する目的で、成長装置に加えてもよい。

犠牲基板（例えばシリコン）の片側又は両側の表面を、例えば、含水ダイヤモンドスラリー又は有機ダイヤモンドスラリーを用いた超音波処理によって、ダイヤモンド粉末を用いた研磨によって、又は、ダイヤモンド切削によって、必要に応じて光学的に仕上げ、及び／又は、必要に応じてダイヤモンド播種してもよい。

ダイヤモンド成長のための犠牲基板（例えばシリコン）は、直径３０ｍｍ以上、直径２インチ以上、直径６６ｍｍ以上、直径３インチ以上、直径４インチ以上、又は、直径５インチ以上としてもよい。

犠牲基板（例えばシリコン）のダイヤモンド成長表面は、光学的に仕上げ、又は、化学的にエッチングされていてもよい。犠牲基板（例えばシリコン）の光学的に仕上げられた表面の表面粗さ（Ｒａ）は、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下又は２ｎｍ以下としてもよい。

成長ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、一又は複数の非平面表面を有していてもよい。一つの限定されない例では、非平面表面の核生成側が、ドーム、コーン、ピラミッド、非球面、放物線及び双曲線、又は他の非平面形状のうちいずれか一つを有していてもよい。これらの形状は、光学的に仕上げられた犠牲基板（例えばシリコン）の光学的に仕上げられた表面輪郭上に適合して成長し得る、光学的に仕上げられた表面を有していてもよい。犠牲基板のこのような光学的に仕上げられた表面輪郭は、最終的なダイヤモンド部分の所望の表面輪郭の反転形状としてもよい。ダイヤモンド成長後、犠牲基板（例えばシリコン）を、例えばエッチング（例えばＫＯＨ又はＨＦ）により化学的に、及び／又は、研磨及びラッピングにより機械的に、取り除いてもよい。犠牲基板（例えばシリコン）の非平面表面の所望の輪郭を、ダイヤモンド切削プロセス又は一般的な光学的製造プロセスによって製造してもよい。

ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、光学窓；エレクトロニクス、フォトニクス又はオプトエレクトロニクスの温度管理用の基板；化学的不活性、音波管理、電磁波管理、摩擦制御及び検出器を含む使用のための基板；及び、例えば、フライス削り、切断、穴あけ、レース加工等の機械的用途のための材料として用いてもよい。

一例では、ダイヤモンド－シリコン複合基板は、シリコン層上にダイヤモンドＣＶＤ成長層を有する。ダイヤモンド層の少なくとも成長表面を、光学的に仕上げ、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）としてもよい。複合基板の全厚さは、３００ミクロン以上、５００ミクロン以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上又は５ｍｍ以上としてもよい。ダイヤモンド－シリコン複合基板の直径は、２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以上、４０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、７５ｍｍ以上、１００ｍｍ以上、１２５ｍｍ以上又は１５０ｍｍ以上としてもよい。

上述のすべての実施例で記載されるダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、例えば、光透過のための光学窓、光反射のための光学窓、光スプリッター、マイクロ波窓、検出器、エレクトロニクス、フォトニクス及び／又はオプトエレクトロニクス（例えば、限定されるものではないが、レーザーダイオード、ダイオードレーザーバーのようなレーザーダイオードアレイ、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）、面発光型半導体レーザーのアレイ、発光デバイス等）のための温度管理用基板の用途に使用することができる。

これらの例は、添付の図面を参照して説明されている。上述の例を読み理解すると、設計変更及び部分変更は他のものにも行われると考えられる。したがって、上述の実施例は、限定的な開示として解釈されるべきではない。

Claims (24)

1. 対向する成長側表面及び核生成側表面を有する 自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓であって、
   前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、前記核生成側表面に、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を含み、
   前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大寸法を前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さで割ったアスペクト比が１００以上であり、
   前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さが４００ミクロン以下であり、前記光学的に仕上げられた表面が、５０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有し、
   前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、厚さ４ｍｍ以上のシリコン基板上でＣＶＤ成長した後、前記シリコン基板が化学的又は機械的に除去されて形成される、自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
2. ２５ｍｍ以上の前記最大寸法を有する、請求項１に記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
3. 前記最大寸法が４０ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
4. 前記厚さが、３５０ミクロン以下である、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
5. 前記アスペクト比が、１２５以上である、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
6. 前記最大寸法が、前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の直径である、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
7. 遮蔽レンズから３４ｃｍの距離で測定される１．０６ミクロン光散乱係数が、２０／ｃｍ以下である、請求項１～６のうちいずれか一つに記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
8. ダイヤモンド核生成密度が、１．０×１０⁵／ｃｍ²以上である、請求項１～７のうちいずれか一つに記載の自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓。
9. 対向する成長側表面及び核生成側表面を有する自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を形成する方法であって、
   （ａ）厚さ４ｍｍ以上のシリコン基板を提供する工程と、
   （ｂ）前記シリコン基板の表面上に、１００以上のアスペクト比を有し、厚さが４００ミクロン以下であるダイヤモンドフィルム、基板又は窓をＣＶＤ成長させる工程であって、前記アスペクト比が、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の最大寸法を前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の厚さで割った比である工程と、
   （ｃ）ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓から前記シリコン基板を化学的又は機械的に除去する工程と、
   を含 み、
   前記自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓は、前記核生成側表面に、少なくとも一つの光学的に仕上げられた表面を含み、前記光学的に仕上げられた表面が、５０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する、 自立ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を形成する方法。
10. さらに、工程（ｂ）の前に、２０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する光学的仕上げまで前記シリコン基板表面を研磨する工程を含む、請求項９に記載の方法。
11. ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側表面は、前記シリコン基板の研磨された表面のＲａよりも大きいＲａを有する、請求項９又は１０に記載の方法。
12. さらに、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓がまだ前記シリコン基板上にある間に、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長側表面を５０ｎｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）まで研磨する工程を含む、請求項９～１１のうちいずれか一つに記載の方法。
13. 前記シリコン基板の表面、及び、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側表面は非平面であり、
    ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側表面の形状は、前記シリコン基板の表面形状に適合する反転形状である、請求項９～１２のうちいずれか一つに記載の方法。
14. ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側表面は、ドーム、コーン、ピラミッド、非球面、放物線及び双曲線の形状のうちいずれか一つを有する、請求項９～１３のうちいずれか一つに記載の方法。
15. ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長側表面は、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側表面よりも大きな熱伝導率を有する、請求項９～１４のうちいずれか一つに記載の方法。
16. さらに、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の成長側表面に光管理コーティングを付与する工程、及び、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓から前記シリコン基板を除去した後に、ＣＶＤ成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓の核生成側に前記光管理コーティングを付与する工程のうち少なくとも一つを含む、請求項９～１５のうちいずれか一つに記載の方法。
17. さらに、シリコン基板表面上で成長した前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓を有する前記シリコン基板を一又は複数の片に切断する工程を含む、請求項９～１６のうちいずれか一つに記載の方法。
18. 工程（ｂ）は、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素及びホウ素のうち少なくとも一つを含む雰囲気下で、前記ダイヤモンドフィルム、基板又は窓をＣＶＤ成長させる工程を含む、請求項９～１７のうちいずれか一つに記載の方法。
19. 工程（ｂ）の前に、前記シリコン基板の表面にダイヤモンド粒子を播種する、請求項９～１８のうちいずれか一つに記載の方法。
20. （１）液体懸濁液中のサブミクロン又はミクロンサイズのダイヤモンド粉末から構成される超音波浴中における前記シリコン基板の超音波処理、及び、
    （２）液体懸濁液中の平均粒子径が１００ｎｍ未満のナノ結晶ダイヤモンド粉末から構成される超音波浴中における前記シリコン基板の超音波処理、
    のうち少なくとも一つを経て、前記シリコン基板にダイヤモンド粒子を播種する、請求項９～１９のうちいずれか一つに記載の方法。
21. 前記液体懸濁液は、水、アルコール、炭化水素及び有機溶媒のうち一又は複数を含む、請求項２０に記載の方法。
22. （１）含水ダイヤモンドスラリー又は有機ダイヤモンドスラリー浴中の前記シリコン基板の超音波処理、
    （２）ダイヤモンド粉末を用いた前記シリコン基板の研磨、又は、
    （３）前記シリコン基板のダイヤモンド切削、
    のプロセスのうち少なくとも一つを経て、前記シリコン基板にダイヤモンド粒子を播種する、請求項９～２１のうちいずれか一つに記載の方法。
23. 前記シリコン基板の最大寸法が、３０ｍｍ以上である、請求項９～２２のうちいずれか一つに記載の方法。
24. 前記シリコン基板の最大寸法が、前記シリコン基板の直径である、請求項９～２３のうちいずれか一つに記載の方法。

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