JPH02160700A - ダイヤモンドの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はダイヤモンドの研磨方法に関する。

さらに詳しく言うと、この発明は、たとえば、ヒートシ
ンク、ＩＣ基板等の半導体材料、ν」削工具などに用い
られるダイヤモンドの研磨方法に関する。

［従来技術と発明が解決しようとする課題］一般に、ダ
イヤモンドは硬いため、その表面を・研磨するのは困難
である。

特に、直流放電法、直流アークまたは交流アーク放電法
、高周波プラズマＣＶＤ法４マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）−プラズマＣＶ
Ｄ法、有磁場プラズマＣｖＤ棒、イオンビーム法、熟フ
ィラメント法、燃焼炎法などにより、基体表面に、炭素
源ガスと水素等との混合ガスを励起して接触させて、基
体上に得られるダイヤモンド膜（いわゆる気相成長法に
より得られる合成ダイヤモンド＃！Ｊ）は、通常、それ
自体が多結晶であり、その表面に０．２〜５ｐｍ程度の
凹凸を有している。

このような凹凸を有するダイヤモンド膜では、その応用
分野によって多くの問題点がある。たとえば、■レンズ
、ミラー、窓材などの光学分野においては、光学特性が
悪く実用に耐えない、■半導体などにあっては、他の金
属層との界面が不均一になり、接着力や伝導性が不十分
である。■切削工具にあっては、被削材の切屑と刃先表
面との摩擦抵抗が過大となり、切屑がダイヤモンド膜の
四部に溶着し、切削性能を低下させる。また、場合によ
っては、摩擦力の増大によりダイヤモンド膜の剥離が生
じる。さらに、ダイヤモンド膜の凹凸は被削材表面の精
密加工を不可能とし、鏡面加工に７１用できないという
問題がある。

そこで、このような合成ダイヤモンド膜の表面を研磨す
る必要がある。

しかしながら、このような合成ダイヤモンド膜の表面を
、たとえば、一般に、天然ダイヤモンドの研磨方法に適
用されているところの、ダイヤモンド粉で共摺りすると
、合成ダイヤモンド膜に高負荷の力が加わるため８合成
ダイヤモンド膜が剥離することなどがあるという問題点
がある。

したがって、合成ダイヤモンド膜が剥離することなどが
ないようにして、合成ダイヤモンド膜の表面を充分に研
磨することのできる研磨方法が望まれている。

このような研磨方法として、たとえば、ダイヤモンド表
面の凸部を加熱して黒鉛化すると共に、加熱下に、金属
板を研磨板として摺動することにより平滑化し、さらに
、活性な水素を用いた場合は、活性な水素により前記黒
鉛をメタンガス（ＣＨｉ）として除去する研磨方法（特
開昭６２−４１８００号公報、特開昭６３−５７１６０
号公報）；鏡面基板上に形成したニッケルＱ膜上に、ダ
イヤモンドを押圧しながら、前記ニッケル薄膜面とダイ
ヤモンドの被研磨面を摺動する研磨方法（特開昭６２−
２２４５６５号公報）が提案されている。これらの方法
は、ある限られた利用分野においては、優れた研磨方法
であると言える。

しかしながら、このような研磨方法には、■平面板を用
いるので被研磨面が平面に限定され、被研磨面が微少の
曲面であっても研磨できないという問題点、■合成ダイ
ヤモンド膜を研磨する場合、摺動圧力が大き過ぎると、
合成ダイヤモンド膜が剥離することがあるという問題点
、■平面板を摺動させるので、被研磨面を全て均一に研
磨することが困難であるという問題点、■研磨板が損傷
して、均一な鏡面を維持することができないという問題
点、■バイト等の側面、エツジ部などの複雑な形状の部
分を研磨することができないという問題点がある。

また、別の研磨方法として、鉄製工具をダイヤモンドに
押圧して摺動させる研磨方法も提案されている（特公昭
５Ｂ−５８１９０号公報）。

この研磨方法には、被研磨物を研磨して得られる形状が
、鉄製工具の形状に対応した一定の形状のみに限定され
、被研磨物を任意の形状に研磨することができないとい
う問題点がある。

この発明は、前記事情に基いてなされたものである。

この発明の目的は、任意の形状の被加工物におけるダイ
ヤモンドの被研磨面を、任意の形状に。

精度よく、簡単な設備で効率よく研磨することができる
と共に、前記ダイヤモンドが基体上に形成された合成ダ
イヤモンド膜であっても、ダイヤモンドがノ人体上から
剥離することなく研６することのできるダイヤモンドの
研磨方法を提供することにある。

［前記課題を解決するための手段］ 前記ｒ１″ＪＩＵを解決するための請求Ｊｌ１１１に記
載の発明は、ダイヤモンドの被研磨面に、加熱下で、流
動性金属を接触させることを特徴とするダイヤモンドの
研磨方法である。

前記請求項１に記載のダイヤモンドの研磨方法は、前記
流動性金属が、■ａ族金属、Ｖａ族金属、■ａ族金属、
■族金属、および、これらを主成分とする合金よりなる
群から選択される少なくとも一つの粉状または粒状の金
属であるのが好ましい（請求項２）。

前記請求項１または前記請求項２に記載のダイヤモンド
の研磨方法は、算酸化性雰閉気で行なうのが好ましい（
請求項３）。

前記非酸化性雰囲気は、水素ガス雰囲気であるのが好ま
しい（請求項４）。

以下、この発明につき詳細に説明する。

この発明において、被研磨物であるダイヤモンドとして
は、単結晶または多結晶の天然ダイヤモンド、単結晶ま
たは多結晶の合成ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドと
非晶質ダイヤモンドとの混合合成ダイヤモンド、および
１合成ダイヤモンド状炭素を挙げることができる。

前記ダイヤモンド膜の表面の凹凸が０．２〜５ＩＬｍの
範囲内であると、この！５？！明の効果がより一層充分
に発揮される。

また、前記ダイヤモンドが、特に、基体上に形成された
合成ダイヤモンド膜であると、この発明の効果が充分に
発揮される。

前記合成ダイヤモンド膜としては、たとえば、半導体材
料等の基板上に形成されたダイヤモンド膜、レンズ等の
光学材料上に形成されたダイヤモンド膜、ドリル、バイ
ト、ダイス、キリ、リーマ等の工具上に形成されたダイ
ヤモンド膜などを挙げることができる。

前記流動性金属は、流動性を有する金属であって、被研
磨物であるダイヤモンドの表面を流動できるものであり
、たとえば、粉状、粒状さらには溶融状等のように任意
の方向に流動可能なもの、および、円筒状等のように一
方向にのみ流動可能なもの、ならびに、これらの形状、
状態の混合物からなるものを挙げることができる。

前記流動性金属の平均粒径は、通常、ｌｐｍ以上であり
、好ましくは２４ｍ〜１０ｍ　ｍの範囲内であり、さら
に好ましくは３７ｚｍ〜５ｍｍの範囲内であり、また、
前記流動性金属は粒径分布を有するものであってもよい
、なお、この平均粒径は、ダイヤモンドの被研磨面の凹
凸よりも大きいものを採用するのが好ましい。

平均粒径がダイヤモンドの被研磨面の凹凸よりも大きい
流動性金属を採用することにより、ダイヤモンドの被研
磨面の凸部のみを選択的に加熱しながら研磨することが
できると共に、四部への金属の詰まりをなくすることが
できる。

また、前記流動性金属は、溶融状態で炭素の溶媒として
作用する金属、あるいは、高温で炭化物となる金属を採
用するが好ましく、特に、溶融状態で炭素の溶媒として
作用する金属を採用するのが好ましい、このような流動
性金属を採用することにより、ダイヤモンドの被研磨面
を研磨して発生した研磨層を容易に取り除くことができ
る。

前記流動性金属としては、ｆｆａ族金属（Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ等）、Ｖａ族金ｇ　（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等）、ＶＩａ
族金属（Ｃｒ、Ｍ”ｏ、Ｗ等）、■族金属（Ｆｅ、Ｇｏ
、旧等）、および、これらを主成分とする合金が好まし
いものとして挙げられる。また、流動性金属が溶融状態
で用いられる場合には、水銀、アマルガム、あるいは、
低融点の金属、合金などを挙げることができる。

この発明において、前記流動性金属としては。

Ｗａ族金属、ＶＩ族金属、および、これらを主成分とす
る合金よりなる群から選択される少なくとも一つである
のが特に好ましい。

前記Ｗａ族金属としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン
（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）が挙げられる。

前記■族金属としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）
、ニッケル（Ｎｉ）が挙げられる。

前記Ｖｌａ族金屈および／または匍記■族金属を主成分
とする合金としては、たとえば、鋼、鋳鉄、　Ｆｅ−Ａ
１合金、Ｆｅ−Ａｎ　−Ｘｉ金合金Ｆｅ−ＡＭ　−Ｐ合
金、Ｆｅ−Ｘｌ−Ｇｏ金合金Ｆｅ−Ｋｎ−Ｚｎ合金、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、Ｆｅ−Ｇｏ−旧−Ｃｒ合金、Ｆｅ
−Ｇｏ−Ｎｉ−）Ｉｏ金合金　Ｆｅ−ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ合
金、Ｃｏ−Ｘ１合金、Ｇｏ−Ｐ合金、Ｗ−Ｇｏ金合金Ｆ
Ｔｉ−Ｇｏ金合金Ｗ−Ｔｉ−Ｔａ−Ｇｏ金合金　Ｗ−Ｇ
ｏ金合金挙げられる。

これら流動性金属の中でも、鉄、鉄系合金。

ニッケル、ニッケル系合金、モリブデン、モリブデン系
合金が好ましい。

前記流動性金属は、一種単独で使用してもよいし、二種
以上を混合して使用してもよい。

前記流動性金属には、前記流動性金属が研磨装置に付着
するのを防止するために、アルミナ（＾ｌ　２（ｈ　）
　、酸化ジルコニウム（Ｚｒ０２）　、シリカ（Ｓｉ０
２）等の粉末などを配合することができる。

この発明において、前記加熱下としては、外部加熱によ
る加熱下、輻射加熱による加熱下、高周波誘導加熱によ
る加熱下、接触加熱による加熱下などを挙げることがで
きる。

前記加熱下における温度としては、通常６５０〜１．０
００℃の範囲内、好ましくは７００〜８５０℃の範囲内
である。なお、前記温度が高過ぎると、流動性金属の粉
同士が融着して固まり、流動性金属の流動性が悪くなる
ことがあるので、前記温度を。

流動性金属の粉同士が融着することのない温度の範囲内
に設定するのが好ましい。

前記加熱下で、前記流動性金属をダイヤモンドの被研磨
面に接触させる態様としては、■流動性金属を被研磨物
と共に回転させて接触させる態様、■攪拌している流動
性金属中に被研磨物を入れて接触させる態様、■流動性
金属を被研磨物に吹付けて接触ぎせる態様などを挙げる
ことができる。また、さらに流動性金属および被研磨物
を押圧しながら、接触させてもよい。

この発明の研磨方法は、非酸化性雰囲気で行なうことが
できる。

前記非酸化性雰囲気としては、窒素ガス、ヘリウムガス
、アルゴンガス等の不活性ガス、水素ガス、または、こ
れらの混合ガスからなる雰囲気を挙げることができ、好
ましいのは、水素ガスを含む水素ガス雰囲気である。

前記不活性ガスの雰囲気で、加熱下に、流動性金属をダ
イヤモンドの被研磨面に接触させるとダイヤモンドの被
研磨面が、加熱されて黒鉛等の非ダイヤモンド状炭素に
なり、この非ダイヤモンド状炭素が流動性金属に削られ
、流動性金属中に拡散して除去されて、ダイヤモンドの
被研磨面が容易に研磨できると考えられる。なお、ｔＪ
記記動動性金属、ダイヤモンドの非ダイヤモンド状炭素
化の反応に触媒として作用することもあると推察される
。

前記水素ガス雰囲気で、加熱下に、流動性金属をダイヤ
モンドの被研磨面に接触させると、ダイヤモンドの被研
磨面が、黒鉛等の非ダイヤモンド状炭素になって流動性
金属に削られる他に、ダイヤモンドの被研磨面が、加熱
されてメタンガス（ＣＨ＜　）等の変化水素ガスになり
、このガスを排出して、ダイヤモンドの被研磨面が容易
に研磨できると考えられる。なお、前記流動性金属は、
ダイヤモンドの炭化水素ガスの反応に触媒として作用す
ることもあると＃Ｉ察される６ また。この発明の研磨方法は、酸化性雰囲気で行なうこ
ともできる。

前記酸化性雰囲気としては、たとえば、酸素、水、また
は、これらの混合物からなる雰囲気を挙げることができ
る。前記酸化性雰囲気は、前記不活性ガスを含有してい
てもよい。

前記酸化性雰囲気で、加熱下に、流動性金属をダイヤモ
ンドの被研磨面に接触させると、ダイヤモンドの被研磨
面が、黒鉛等の非ダイヤモンド状炭素になって流動性金
属に削られる他に、ダイヤモンドの被研磨面が、加熱さ
れて一酸化炭素ガス（ＣＯ）　、二酸化炭素ガス（００
２）等の炭酸ガスになり、このガスを排出して、ダイヤ
モンドの被研磨面が容易に研磨できると考えられる。な
お、前記流動性金属は、ダイヤモンドの炭酸ガスの反応
に触媒として作用することもあると推察される。

この発明の研磨方法において、雰囲気圧力としては、通
常、１〜７６０　ｔａｒｔテあり、　１０〜１００　ｔ
ａｒｔであるのが好ましい。

［実施例］ 以下、実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細
に説明する。

（実施例１） マイクロ波放電方式（電源２．４５ＧＨｚ）により基板
（ＪＩＳ　ＫＩＯ５ＰＧＮ４２２　）上に形成した膜厚
５Ｇｇｍのダイヤモンド膜を、後述する研Ｎ装置を用い
て研磨処理を行なった。

なお、処理前の研磨面を走査型電子顕微鏡を用いてＳＥ
Ｍ像を観察したところ、この研磨面の凹凸はＲ＠ａｘＯ
，４ｐ、ｍであることを確認した。

研磨条件は以下の通りに設定して行なった。

流動性金属：平均粒径が７０ｇｍの鉄粉（Ｆｅ）研磨温
度＝７５０℃ 回転数：公転３ｒｐｍ、自転２ｒｐｍ 研磨時間：１時間 雰囲気ガス二水素ガス、流量１０１００５ｅ処理後の研
磨面を走査型電子顕微鏡を用いてＳＥＭ像をＩｔ察した
ところ、この研磨面の凹凸はＲ＠ＡＸ　０．１　ｐｍ以
下であるのを確認した。

−研磨装置− 前記研磨装置は、第１図に示すように、密閉室１１に雰
囲気ガス供給口１２と雰囲気ガス排出口１３とを有する
。

密閉室１１内には、セラミック酸の円筒状ホルダー１０
を配置している。

円筒状ホルダー１０は、使用する流動性金Ｂ３の粒径よ
り小さい通孔を有し、被加工物ｌと流動性金属３とを収
納できると共に、雰囲気ガスを容易に透過することがで
きる。

取付板２には、ダイヤモンド層を有する被加工物ｌを、
その−ド部に裁ｔすることができる構造を有する。

取付板２を支持する支持部４には加熱手段としてフィラ
メン）１５を備え、ホルダー１０の下部には加熱手段と
してヒーター１６を備えている。

フィラメン）１５は、主にダイヤモンドを加熱するａｆ
＠を有する。

ヒーター１６は、主に流動性金属３を加熱する機億を有
する。

密閉室１１の外周には冷却水を通す冷却管９を備え、密
閉室１１内の温度を調整することができる。

密閉室ｌｌ内にＣＡ熱電対を備え、研磨時の密閉室１１
内の温度を測定することができる。

ホルダー１０は、たとえば、回転支持棒５を回転軸とし
て矢印方向に自転すると共に、回転支持棒７を回転主軸
として軸６の回転矢印方向に公転するようになっている
。

また１回転支持棒７を上下することができることにより
、ホルダー１０と取付板２を支持する支持部４との間隔
を変えて、ダイヤモンドの被研磨面と流動性金属３との
接触圧力を調整することができる。

なお、この研磨装置は、雰囲気ガスとして水素ガスを用
いると、ダイヤモンド膜の表面を、水素を用いた化学研
磨の併用により、さらに容易に鏡面化することができる
。

この化学研磨の原理は、ダイヤモンド膜の形成反応の逆
反応を利用するものであると言える。

この化学研磨は、前記密閉室ｌｌ内において、ダイヤモ
ンド層を加熱しながら流動性金属３と摺動させると共に
、水素ガスを加熱して、この水素ガスが雰囲気ガス供給
口２から導入されて反応性の高い水素原子に解離し、所
定の温度で、この高反応性水素原子とダイヤモンド層表
面の炭素とを反応させてメタン等を生成せしめることに
より。

ダイヤモンドの表面の凸部を研磨するものである。

（実施例２） マイクロ波放電方式（電源２．４５ＧＨｚ）により基板
（シリコンウェハー　１インチφ）上に形成した膜厚３
５Ｂｍのダイヤモンド膜を、実施例１と同様の研磨装置
を用いて研磨処理を行なった。

なお、処理前の研磨面を走査型電子顕微鏡を用いてＳＥ
Ｍ像をＩ！１察したところ、この研磨面の凹凸はＲａａ
ｘ　０．５７ｚｍであることを確認した。

研磨条件は以下の通りに設定して行なった。

流動性金属：平均粒径が５０４ｍの鉄粉（Ｆｅ）と平均
粒径が５０トｍのアルミナ粉 （＾ｆＬ２０３）との混合物（鉄粉＝９５重敬％、アル
ミナ粉：５重駿％） 研磨温度二８１Ｏ℃ 回転数：公転２ｒｐｍ、自転２ｒｐｍ 研唐時間：１時間 雰囲気ガス：水素ガス、流量１０１００５ｅ処理後の研
磨面を走査型゛電子顕微鏡を用いてＳＥＭ像を観察した
ところ、この研磨面の凹凸はＲｓａｘ　０．１　ｇ、ｍ
以下であるのを確認した。

［発明の効果］ この発明によると、 （１）　　任意の形状の被加工物におけるダイヤモンド
の被研磨面を、精度よく、簡単な設備で研磨することが
でき、 （２）　　ダイヤモンドの被研磨面が、平面であっても
１曲面であっても、精度よく、簡単な設備で研磨するこ
とができ、 （３）　　被研磨面に常に新しい金属が接触すると共に
、金属の表面積が平板と比較して格段に大きいので、研
磨効率が良く、また、金属が平板でないので平板増替な
どの不都合がない、 （４）　　さらに、研磨されるダイヤモンドが基体上に
形成された合成ダイヤモンド膜であっても、ダイヤモン
ドが基体上から剥離することなく研磨することができる
。

等の利点を有するダイヤモンドの研磨方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

：５１図は１本発明の方法に使用する研磨装置の一例を
示す説明図である。 １・拳・被加工物、３拳・φ流動性金属、１２・φ・雰
囲気ガス供給口、１３拳・・雰囲気ガス排山０．１５・
・−フィラメント、１６・−・ヒーター

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンドの被研磨面に、加熱下で、流動性金
   属を接触させることを特徴とするダイヤモンドの研磨方
   法。
2. （２）前記流動性金属が、IVａ族金属、Ｖａ族金属、V
   Iａ族金属、VIII族金属、および、これらを主成分とす
   る合金よりなる群から選択される少なくとも一つの粉状
   または粒状の金属である請求項１に記載のダイヤモンド
   の研磨方法。
3. （３）非酸化性雰囲気で行なう請求項１または請求項２
   に記載のダイヤモンドの研磨方法。
4. （４）前記非酸化性雰囲気が、水素ガス雰囲気である請
   求項３に記載のダイヤモンドの研磨方法。