JPH0740336A - Diamond machining method - Google Patents

Diamond machining method

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JPH0740336A
JPH0740336A JP5208711A JP20871193A JPH0740336A JP H0740336 A JPH0740336 A JP H0740336A JP 5208711 A JP5208711 A JP 5208711A JP 20871193 A JP20871193 A JP 20871193A JP H0740336 A JPH0740336 A JP H0740336A
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diamond
light
surface
plasma
processing
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Application number
JP5208711A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoharu Fujimori
Katsuko Harano
Yukihiro Ota
佳津子 原野
進啓 太田
直治 藤森
Original Assignee
Sumitomo Electric Ind Ltd
住友電気工業株式会社
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Abstract

PURPOSE:To provide a diamond machining method for eliminating adhesion of a graphite or an amorphous carbon derived from a carbon or the like re moved by machining without any effect on a diamond body, machining a dia mond at a high speed at a high accuracy, and forming a smoothly machined surface. CONSTITUTION:A diamond 1 is machined by irradiating the diamond 1 with a light of a 190-360nm wavelength, such as a laser beam 10, in a plasma 8 of an atmospheric gas, such as an oxygen, hydrogen, or inactive gas.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドに光を照射することにより切断あるいは表面の研削等を行う、ダイヤモンドの加工方法に関する。 The present invention relates to a diamond perform grinding or the like of the cutting or surface by applying light to relate processing a diamond.

【0002】 [0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは全ての物質中で最も高い硬度と熱伝導率を有する等、優れた特性を数多く有しており、これらの特性を利用して半導体装置のヒートシンクや切削工具等の各種の工具類として広く使用されている。 Etc. having the Related Art Diamond has the highest hardness and thermal conductivity in all substances, excellent properties and a have numerous heat sink and cutting tools of various of these semiconductor devices by utilizing the characteristics It has been widely used as a tooling. ダイヤモンドをこれらの用途に使用する場合には、 A diamond in the case to be used in these applications,
所定の形状や表面状態に加工する必要があるが、ダイヤモンドは全ての物質中で硬度が最も高いので加工が非常に困難である。 It is necessary to process into a predetermined shape and surface, diamond machining is very difficult because the highest hardness in all material.

【0003】従来、単結晶のダイヤモンドの加工に関しては、比較的加工し易い面方位及び方向がある程度把握されており、その制限された範囲ではスカイフ研磨により研削加工が行われている。 Conventionally, with respect to the processing of a single crystal diamond, which is relatively tractable surface orientation and direction to some extent grasped, in its limited range grinding is performed by scaife polishing. しかし、多結晶ダイヤモンドの場合にはダイヤモンド粒子の面方位はあらゆる方向を向いているため、スカイフ研磨によっても表面の平滑化は難しかった。 However, in the case of polycrystalline diamond because the plane orientation of the diamond particles are oriented in all directions, the smoothing of the surface by scaife polishing difficult. 又、気相合成ダイヤモンドでは反りが発生し易く、大面積のものでは反りが数十μmにも及ぶ場合があるため、スカイフ研磨等の機械研磨では研磨時の機械的圧力により割れが発生して研磨不可能なことがあった。 Also, easy warpage occur in CVD diamond, intended for large area because there is a case where warpage reaches several tens of [mu] m, the mechanical polishing scaife polishing or the like cracks caused by mechanical pressure during polishing there was to be polishing impossible.

【0004】しかも、スカイフ研磨は加工速度が1μm [0004] Moreover, scaife polishing processing speed is 1μm
/h程度と非常に遅く、加工効率が極めて悪いという欠点があった。 / H about and very slow, processing efficiency is a disadvantage that extremely bad. 又、スカイフ研磨においては試料の固定方法に難しさがあるため、形状が小さすぎたり不定形の場合には作業性が悪く、時として加工が不可能な場合もあった。 Further, in the scaife polishing because of the difficulty in the method of fixing the sample, poor workability in the case of irregular or shape is too small, there is also sometimes the case processing is not possible.

【0005】一方、ダイヤモンドの切断加工に関しては、導電性の焼結助剤を用いて焼結したダイヤモンド焼結体の場合は、放電加工により切断が可能であった。 On the other hand, with respect to the cutting of the diamond, in the case of using a conductive sintering aid sintered diamond sintered body, the cutting was possible by electrical discharge machining. しかし、非導電性の焼結助剤を用いたダイヤモンド焼結体や、単結晶ダイヤモンド及び気相合成ダイヤモンド等の電気伝導性のないダイヤモンドには放電加工が使用できない。 However, and diamond sintered body using a nonconductive sintering aid, discharge machining is electric conductivity without diamond such as single-crystal diamond and CVD diamond can not be used. そこでレーザーによる切断が考えられ、CO 2レーザー、COレーザー、YAGレーザーを用いた切断加工が従来から実施されている。 So cutting by laser are considered, CO 2 lasers, CO lasers, the cutting processing using YAG laser has been implemented conventionally.

【0006】しかし、これらのレーザーは波長が1μm [0006] However, these lasers wavelength of 1μm
以上の赤外線を使用し、ダイヤモンドを加熱溶融させて加工するため、熱により加工部周辺のダイヤモンドに劣化が生じる欠点があった。 Using the above infrared, for processing by heating and melting the diamond has a drawback that deterioration in the diamond near the processing unit caused by heat. 又、ダイヤモンドの加熱溶融により除去された炭素が加工面近くにグラファイトや無定形炭素として堆積したり、レーザー光の照射により大気中のCO 2が分解して生成したすすの様な無定形炭素がダイヤモンド表面に付着する欠点があった。 Also, or deposited as graphite or amorphous carbon-carbon removed by the heating and melting of the diamond near the processed surface, amorphous carbon such as soot atmospheric CO 2 that was generated by decomposition by the irradiation of the laser beam has a disadvantage that adhesion to the diamond surface.

【0007】ダイヤモンドの加工面付近に付着堆積したグラファイトや無定形炭素は、照射されるレーザー光を吸収するので、エネルギー効率が低下して加工速度が非常に遅くなり、更には加工面の形状に影響を与えて加工精度を悪化させ、加工面の平滑度を低下させる。 [0007] Graphite and amorphous carbon deposited deposited near working surface of the diamond, because it absorbs the laser beam irradiated, machining speed energy efficiency is lowered becomes very slow, even the shape of the working surface effect exacerbate machining accuracy giving, to lower the smoothness of the machined surface. 又、付着したグラファイトや無定形炭素を除去するため、加工後に機械的研削やレーザーによる蒸散あるいは酸によるエッチング処理等が必要であったり、低下した精度や平滑度を向上させる目的で機械研磨による仕上げ加工が必要であった。 Also, it adhered to remove graphite and amorphous carbon, or a required etching treatment by transpiration or acid by mechanical grinding or laser after processing, finishing by mechanical polishing in order to improve the reduced accuracy and smoothness processing was required.

【0008】 [0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、光を照射してダイヤモンドを加工する方法において、ダイヤモンド本体になんら影響を与えることなく、加工により除去されたダイヤモンドの炭素等に由来するグラファイトや無定形炭素の付着を無くして、 [SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, according view of the conventional circumstances, in the method of irradiating the light to process diamond, without any effect on the diamond body, the carbon of the diamond is removed by machining eliminating the adhesion of graphite or amorphous carbon derived from equal,
ダイヤモンドを高速で高精度に加工でき、平滑な加工面を得ることのできるダイヤモンドの加工方法を提供することを目的とする。 Diamond can be processed with high precision at high speed, and an object thereof is to provide a method for processing diamonds that can obtain a smooth working surface.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】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の加工方法は、ダイヤモンドに光を照射して加工する方法において、雰囲気ガスのプラズマ中でダイヤモンドに波長が190〜36 To achieve the above object, according to an aspect of, the processing method of the diamond provided by the present invention, a method for machining by irradiating light to the diamond, wavelength diamond in the plasma of the atmosphere gas of 190 to 36
0nmの光を照射することを特徴とする。 And irradiating the light of 0 nm.

【0010】 [0010]

【作用】本発明者らは、波長が190〜360nmの光(紫外光)を照射することにより、ダイヤモンドを構成している炭素−炭素結合が影響を受け、ダイヤモンドが分解されることを見いだし、この知見に基づいてダイヤモンドを加工する新しい方法を提案するものである。 SUMMARY OF] The present inventors have found that by wavelength is irradiated with light (ultraviolet light) 190~360Nm, carbon constitutes the diamond - found that carbon bonds affected, diamond is degraded, It proposes a new method of processing diamonds on the basis of this finding. 即ち、上記波長の光を集光して高いエネルギー密度の光を照射することにより、多光子吸収が起こり入射光の大部分がダイヤモンド表面で吸収され、ダイヤモンドにダメージを全く与えることなく、効率の良い加工を行うことができる。 That is, by irradiating light of high energy density by focusing the light of the wavelength, most of the multiphoton absorption occurs incident light is absorbed by the diamond surface, completely without damaging the diamond, the efficiency of it is possible to do a good work.

【0011】上記波長の光によりダイヤモンドを加工し得るのは、下記の理由によるものと考えられる。 [0011] The can process the diamond with light of said wavelength is believed to be due to the following reason. 即ち、 In other words,
ダイヤモンドによる光の吸収は、高純度のIIa型単結晶ダイヤモンドの場合で図1に示す吸収曲線となる。 Absorption of light by the diamond, the absorption curve shown in Figure 1 in the case of high-purity type IIa single crystal diamond. 図1 Figure 1
から解るように、ダイヤモンドによる光の吸収は、波長が400nmから240nmの領域で短波長になるほど徐々に増加し、220nm付近で急激に増加して完全に吸収される。 As can be seen from the absorption of light by diamond wavelength gradually increases as the wavelength becomes shorter in the region of 240nm from 400 nm, it is completely absorbed rapidly increased in the vicinity of 220 nm.

【0012】この領域の光は紫外光であり、物質に吸収されると主として化学結合の電子を励起させることが知られている。 [0012] Light in this region is ultraviolet light, it is known to excite electrons primarily chemical bonding when absorbed into material. 特にダイヤモンドにおいては、波長が19 Particularly in the diamond, the wavelength is 19
0〜360nmの範囲の光が炭素−炭素結合に大きな影響を与え、しかも内部まで浸透せずに表面層でほぼ10 Light in the range of 0~360nm carbon - a significant impact on carbon bond, yet substantially at the surface layer without penetrating the interior 10
0%吸収されるため、光の照射された表面部分でのみダイヤモンドの分解が進み、高速で効率の良い加工が可能になる。 It is absorbed 0% decomposition of diamond only at irradiated surface of the light advances, allowing efficient processing at high speed.

【0013】しかしながら、上記の波長範囲の光を照射してダイヤモンドの加工を行うと、従来の赤外線レーザーによる加工の場合と同様に、ダイヤモンドから除去された炭素が加工面近くにグラファイトや無定形炭素として堆積したり、光の照射により大気中のCO 2が分解して生成したすすの様な無定形炭素がダイヤモンド表面に付着することが避けられない。 [0013] However, when the processing of the diamond is irradiated with light of the wavelength range, as in the case of processing by a conventional infrared laser, graphite and amorphous carbon-carbon removed from the diamond near the working surface or deposited as, inevitably the amorphous carbon such as soot atmospheric CO 2 was generated by decomposition to adhere to the diamond surface by irradiation of light. その結果、光のエネルギー効率が低下して加工速度が遅くなったり、加工精度の悪化や加工面の平滑度を低下させる等の不都合が認められた。 As a result, or the processing speed becomes slow energy efficiency of light is lowered, the disadvantages such as lowering the smoothness of the deterioration and the machined surface of the machining accuracy was observed.

【0014】このグラファイトや無定形炭素の付着堆積による不都合を解消するため、鋭意研究の結果、雰囲気ガスのプラズマ中で波長190〜360nmの光を照射して加工することにより、ダイヤモンドから除去された物質の飛行行程を延ばし、加工面の周辺に付着することを防止できることが判った。 [0014] Therefore to overcome the disadvantages due to deposition deposited graphite and amorphous carbon, as a result of intensive studies, by processing by irradiating light having a wavelength of 190~360nm in plasma of the atmosphere gas was removed from the diamond extending the flight path of the material, it was found to be prevented to adhere to the periphery of the working surface. しかも、反応性の高いプラズマを使用すれば、ダイヤモンドの表面でプラズマによるエッチング現象が起こるため、より高速の加工が可能になることも確認された。 Moreover, the use of highly reactive plasma, the etching phenomenon at the surface of diamond by plasma occurs, it was also confirmed that it is possible to faster processing.

【0015】具体的には、水素又は不活性ガスのプラズマを使用すれば、これらのプラズマによってグラファイトや無定形炭素は速やかにエッチングされ、ダイヤモンド表面に付着することなく除去される。 [0015] Specifically, using a plasma of hydrogen or an inert gas, these graphite and amorphous carbon by plasma is rapidly etched and removed without adhering to the diamond surface. これに対して上記プラズマによるダイヤモンドのエッチング速度は極めて遅いので、ダイヤモンドの加工は主に照射された光との反応によって進行する結果、非常に平滑な加工面が得られる。 Since this the etching rate of the diamond by the plasma is very slow, the processing of diamond result proceeds by reaction with mainly irradiated light, very smooth machined surface can be obtained. 尚、不活性ガスとしては、波長190〜360 As the inert gas, wavelength 190-360
nmの紫外域に吸収端を持たないHe、Ne、Ar、K In the ultraviolet region of nm it does not have the absorption edge He, Ne, Ar, K
r、Xe等の不活性ガス、中でもAr又はHeが好ましい。 r, inert gas such as Xe, inter alia Ar or He is preferred.

【0016】一方、酸素のプラズマを使用した場合には、このプラズマによってグラファイトや無定形炭素のみならずダイヤモンドも高速でエッチングされる。 [0016] On the other hand, when using oxygen plasma, a diamond not only graphite or amorphous carbon by the plasma is also etched at a high speed. 従って、酸素プラズマ中で上記光の照射によりダイヤモンドを加工すると、グラファイトや無定形炭素の付着を防ぐと同時に、ダイヤモンドは照射された光との反応による加工に加えて酸素プラズマによりエッチングされるので、他の雰囲気中での加工よりも非常に高速な加工が可能となる。 Thus, when processing a diamond by irradiation of the light in an oxygen plasma, while preventing the adhesion of graphite or amorphous carbon, since the diamond is etched by oxygen plasma in addition to the processing by reaction with the irradiated light, very allows faster processing than the processing in the other atmosphere.

【0017】しかしながら、酸素プラズマによるダイヤモンドのエッチング速度は酸素プラズマの濃度分布に鋭敏に左右されるため、エッチング速度のばらつきで加工面が粗れ易く、得られる加工面は水素又は不活性ガスのプラズマの場合よりも平滑度において劣る。 [0017] However, since the etching rate of diamond with oxygen plasma depends sensitively on the concentration distribution of oxygen plasma, easily machined surface is rough in the variation of the etching rate, the resulting machined surface is a hydrogen or an inert gas plasma inferior in smoothness than in the case of.

【0018】酸素プラズマによる加工面の粗れを防ぐためには、酸素に不活性ガスを混合してプラズマ化させ、 [0018] In order to prevent roughening of the processing surface by oxygen plasma, oxygen in a mixture of inert gas is plasma,
この混合ガスのプラズマ中で加工することが有効であり、高い加工速度で平滑度の高い加工面を得ることができる。 This is effective to process in a plasma of a mixed gas, it is possible to obtain a high machining surface smoothness at a high processing speed. この場合、加工速度及び加工面の平滑度は混合ガス中の酸素濃度に依存し、酸素濃度が高くなるほど加工速度も速くなるが加工面の平滑度は低下する。 In this case, the smoothness of the machining speed and the machining surface is dependent on the oxygen concentration in the mixed gas, the processing speed as the oxygen concentration becomes higher becomes faster but the smoothness of the processed surface is reduced. 望ましい加工面の平滑度を得るためには、酸素濃度を20体積% To obtain the smoothness of the desired working surface, the oxygen concentration of 20 vol%
以下とすることが好ましい。 It is preferable that the following.

【0019】光源は波長190〜360nmの紫外域の光を照射できるものであれば良く、例えばArF、Kr [0019] The light source as long as it can emit light in the ultraviolet region of wavelength 190~360Nm, e.g. ArF, Kr
Cl、KrF、XeCl、N 2 、XeF等の固有の発振波長を持つエキシマレーザーのようなレーザー、あるいは上記紫外域を含む連続した波長帯を持つ水銀灯等を使用することができる。 Cl, can be used KrF, XeCl, laser such as an excimer laser having a specific oscillation wavelength, such as N 2, XeF, or mercury lamp or the like having a wavelength band contiguous containing the ultraviolet. 水銀灯のような連続した波長帯を持つ光源の場合は、そのまま連続波長帯の光を使用しても良いが、光学フィルター等により波長帯域を狭帯域化することが好ましい。 For light source having a wavelength band contiguous such as mercury lamp, but it may be used light of a continuous wavelength band, it is preferable to narrowing the wavelength band by the optical filter. 尚、ArFエキシマレーザーは酸素の吸収によるエネルギーの減衰が考えられるので、酸素を含むプラズマ中での使用は避けることが望ましい。 Since ArF excimer laser is considered energy attenuation by the absorption of oxygen, use in a plasma containing oxygen should be avoided.

【0020】照射する光のエネルギー密度は、小さ過ぎるとダイヤモンドが分解されず、逆に大きすぎると加工面以外を劣化させるので、10〜10 11 W/cm 2の範囲が好ましい。 The energy density of the irradiated light is not degraded too small diamonds, since degrade than a working surface too large conversely, is preferably in the range of 10~10 11 W / cm 2. パルスレーザー光を用いる場合には、1 In the case of using a pulsed laser beam is 1
パルス当たりのエネルギーの密度が10 -1 〜10 6 J/ The density of energy per pulse 10 -1 ~10 6 J /
cm 2の範囲が好ましい。 range of cm 2 is preferred. 上記の範囲内では、エネルギー密度が高いほど加工速度が高くなる傾向があるので、 Within the above range, the energy density tends to have higher processing speed increases,
高エネルギーを発生できる装置を用いることが好ましい。 It is preferable to use an apparatus capable of generating a high energy. 又、パルスレーザー光を用いる場合には、加工速度はパルスの繰り返し周波数に比例して増加するので、装置としては高繰り返しのレーザー発振器を使用することが好ましい。 Further, in the case of using a pulsed laser beam, since the processing speed is increased in proportion to the repetition frequency of the pulse, it is preferable to use a laser oscillator of a high repetition as a device.

【0021】レーザー光はビーム内のエネルギー分布が不均一であり、一般的にはこれが加工面の平滑さや精度を低下させる原因となり得る。 The laser beam is the energy distribution is uneven in the beam, in general this can be a cause of lowering the smoothness and accuracy of the machined surface. エネルギー分布を均質に補正するビームホモジナイザー等も市販されているが、 Beam homogenizer to uniformly correct the energy distribution is also commercially available,
これらの装置はビームのエネルギーを6割程度に減衰させるためエネルギー効率が低下する欠点がある。 These devices have drawbacks that energy efficiency is reduced to attenuate the energy of the beam to about 60%. しかし、本発明のダイヤモンドの加工方法においては、レーザー光を円筒型レンズ又は円筒型ミラーにより線状に集光して照射すれば、特にエネルギーの均質化を行わなくても、ビーム内のエネルギー分布と無関係に平滑な加工面を得ることができる。 However, in the processing method of the diamond of the present invention, by irradiating condenses laser light into a linear shape by a cylindrical lens or a cylindrical mirror, even right out the homogenization of the energy, the energy distribution within the beam it can be obtained regardless of smooth machined surface and.

【0022】円筒型レンズ又は円筒型ミラーでレーザー光を集光する場合、レーザー発振器から発振されるレーザー光の広がり角度を5×10 -1 mrad以下と小さくすることで、レンズによる集光性を高めることが可能となるので、加工面のシャープさ及び平滑さの点で有利である。 [0022] If the laser beam in a cylindrical lens or a cylindrical mirror for focusing, by reducing the spread angle of the laser beam oscillated from the laser oscillator and 5 × 10 -1 mrad or less, the light collecting by the lens since it becomes possible to increase, which is advantageous in terms of sharpness and smoothness of the machined surface. 更に精密な加工を要する場合には波長の狭帯域化が有効であり、その場合には波長のバンド幅の半価幅を10 -4 〜10 -1 nmの範囲とすることが好ましい。 Further when the requiring precision machining, it is effective narrowing of the wavelength is preferably in the range of 10 -4 to 10 -1 nm to half the width of the band width of the wavelength in that case. 狭帯域化の方法としては、エタロンを使用する方法とインジェクションロック方式とがある。 As a method of narrowing, and a method and an injection locking scheme using an etalon.

【0023】 [0023]

【実施例】 実施例1気相合成法により基板上に形成したダイヤモンド膜を、 The diamond film formed on a substrate by EXAMPLE 1 vapor-phase synthesis method,
図2及び図3に示す装置により水素プラズマ中にてエキシマレーザーを照射することにより加工した。 It was processed by irradiating the excimer laser in a hydrogen plasma by the apparatus shown in FIGS. 即ち、表面粗さRaが3μmであり、大きさが10mm角で厚さが350μmの板状のダイヤモンド1を支持台2に保持し、反応室となる石英管3内に支持した後、石英管3内に水素ガスを供給した。 That is, the surface is a roughness Ra of 3 [mu] m, after the magnitude holds the diamond 1 thickness of 350μm plate with 10mm square to the support 2, supported in the quartz tube 3 as a reaction chamber, a quartz tube hydrogen was fed gas into the 3.

【0024】次に、図2のプラズマ発生装置により、マグネトロン4から2450MHzのマイクロ波を発振させ、導波管5を通して石英管3を挟んで設けた共振器6 Next, by the plasma generator of Figure 2, to oscillate the microwaves 2450MHz from the magnetron 4, a resonator is provided across the quartz tube 3 through the waveguide 5 6
に導き、プランジャー7で定在波の発生を制御しながら石英管3内のダイヤモンド1の表面に水素のプラズマ8 The guidance, the hydrogen on the surface of the diamond 1 in the quartz tube 3 while controlling the generation of standing waves in the plunger 7 Plasma 8
を発生させた。 It was allowed to occur. この時、石英管3内の圧力は50Tor At this time, the pressure in the quartz tube 3 is 50Tor
r、及びマイクロ波の出力は500Wとした。 r, and the output of microwave was 500W.

【0025】この状態で、図3のレーザー光照射装置を用いて、レーザー発振器9から248nmの発振波長を有するKrFエキシマレーザーのレーザー光10を発振させ、このレーザー光10をマスク11で絞った後、誘電体多層ミラーからなる反射ミラー12及び合成石英の凸型レンズからなる円筒型レンズ13を通して長さ10 [0025] In this state, by using a laser beam irradiation apparatus of FIG. 3, to oscillate the KrF excimer laser laser light 10 having the oscillation wavelength of 248nm from the laser oscillator 9, after squeezing the laser beam 10 in the mask 11 , length 10 through a cylindrical lens 13 consisting of the reflection mirror 12 and the synthetic quartz convex lens formed of a dielectric multilayer mirror
mm幅100μmの線状に集光し、石英管3の石英窓1 Condensed into a linear shape mm width 100 [mu] m, a quartz window 1 of the quartz tube 3
4を通して水素のプラズマ8中でダイヤモンド1の表面に照射した。 4 was irradiated on the surface of the diamond 1 via in plasma 8 hydrogen. 照射したレーザー光10のエネルギー密度は7J/cm 2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 Energy density of the irradiated laser beam 10 is repeated for 7J / cm 2, and the pulse was 100 Hz.

【0026】レーザー光10は、反射ミラー12の角度及び円筒型レンズ13の位置をそれぞれ図3の矢印方向に連動して移動させることにより、ダイヤモンド1の表面に1mm/分の速度で4回走査させた。 The laser beam 10, by moving in conjunction with the position of the angle and a cylindrical lens 13 of the reflection mirror 12 in the arrow direction of FIG. 3, respectively 4 times at a rate of 1 mm / min to the surface of the diamond 1 scan It was. 即ち、長さ1 That is, the length 1
0mm幅100μmの線状に集光したレーザー光10でダイヤモンド1の10mmの左右長さ方向を加工しながら、1mm/分の速度でその直角方向に4回走査させることにより、ダイヤモンド1の表面を除去した。 While processing the lateral length direction of 10mm diamond 1 with the laser beam 10 condensed into a linear shape of 0mm width 100 [mu] m, by scanning four times a direction perpendicular thereto in 1 mm / min, the surface of the diamond 1 It was removed.

【0027】加工後、ダイヤモンド1の厚さを測定したところ200μmになっており、その表面粗さRaは0.1μmに平滑化されていた。 [0027] After processing, it has become 200μm was measured the thickness of the diamond 1, the surface roughness Ra had been smoothed to 0.1 [mu] m. 又、得られたダイヤモンド1の加工面は、仕上げ研磨や表面処理を行わなくてもラマン分光分析に供することができ、ラマン散乱によるスペクトルの観察により1333cm -1にダイヤモンド特有のシャープなピークが認められた。 Further, the processed surface resulting diamond 1, even without final polishing and surface treatment can be subjected to Raman spectroscopic analysis, the diamond characteristic sharp peak observed in 1333 cm -1 by the spectral observation by Raman scattering obtained.

【0028】 実施例2気相合成法により基板上に形成したダイヤモンド膜を、 [0028] The diamond film formed on the substrate according to Example 2 vapor-phase synthesis method,
実施例1と同様の装置を用いて、酸素プラズマ中でエキシマレーザーを照射することにより加工した。 Using the same apparatus as in Example 1, it was processed by irradiating the excimer laser in an oxygen plasma. 即ち、表面粗さRaが5μmであり、大きさが25mm角で厚さが500μmの板状のダイヤモンドを石英管内に支持し、石英管内に供給した酸素ガスにマイクロ波を導入して酸素のプラズマを発生させた。 That is, the surface roughness Ra of 5 [mu] m, the diamond of 500μm plate-like thick with 25mm square size supported in a quartz tube, by introducing a microwave into the oxygen gas supplied into the quartz tube of the oxygen plasma It was allowed to occur. この時、石英管内の圧力は50Torr、及びマイクロ波の出力は500Wとした。 At this time, the pressure in the quartz tube is 50 Torr, and the output of the microwave was set to 500 W.

【0029】エキシマレーザーには308nmの発振波長を有するXeClエキシマレーザーを使用し、このレーザー光を実施例1と同様にして長さ25mm幅100 [0029] The excimer laser using XeCl excimer laser having an oscillation wavelength of 308 nm, length 25mm width the laser beam in the same manner as in Example 1 100
μmの線状に集光して石英管内に導き、酸素のプラズマ中でダイヤモンドの表面に照射した。 Guided in a quartz tube and condensed into a linear shape [mu] m, it was applied to the surface of the diamond in an oxygen plasma. 照射したレーザー光のエネルギー密度は7J/cm 2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 Energy density of the irradiated laser light repetition of 7J / cm 2, and the pulse was 100 Hz. レーザー光は、反射ミラーの角度及び円筒型レンズの位置を連動して移動させることにより、実施例1と同様にダイヤモンドの表面に2mm Laser light, by moving in conjunction with the position of the angle and the cylindrical lens of the reflecting mirror, 2 mm on the surface of the diamond in the same manner as in Example 1
/分の速度で4回走査させた。 It was scanned four times / min.

【0030】加工後、ダイヤモンドの厚さを測定したところ280μmになっており、その表面粗さRaは0. [0030] After processing, it has become a 280μm was measured the thickness of the diamond, its surface roughness Ra 0.
3μmまで平滑化されていた。 It had been smoothed to 3μm. 又、得られたダイヤモンドの加工面は、仕上げ研磨や表面処理を行わなくてもラマン分光分析に供することができ、ラマン散乱によるスペクトルの観察により1333cm -1にダイヤモンド特有のシャープなピークが認められた。 Further, the processed surface of the resulting diamond, even without final polishing and surface treatment can be subjected to Raman spectroscopic analysis, the diamond characteristic sharp peak was observed at 1333 cm -1 by the spectral observation by Raman scattering It was.

【0031】比較のため、表面粗さRaが4μmであり、大きさが25mm角で厚さが350μmの板状のダイヤモンドを、酸素ガスを吹き付けながらXeClエキシマレーザーを照射して加工した。 [0031] For comparison, the surface is a roughness Ra of 4 [mu] m, the size is the diamond thickness is 350μm plate with 25mm square, and processed by irradiating XeCl excimer laser while blowing oxygen gas. レーザー光は図3の装置と同じマスク、反射ミラー及び円筒型レンズを用いて集光し、実施例1と同様に2mm/分の速度で4回走査させた。 Laser light is condensed using the same mask, the reflecting mirror and the cylindrical lens and the device of FIG. 3, was scanned four times at a speed of likewise 2 mm / min in Example 1. レーザー光のエネルギー密度は10J/cm The energy density of the laser beam is 10J / cm
2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 2, and the repetition of the pulse is set to 100Hz. 加工後のダイヤモンドの厚さは200μm、その表面粗さRa The thickness of the diamond after processing 200 [mu] m, a surface roughness Ra
は0.5μmであった。 It was 0.5μm.

【0032】 実施例3気相合成法により基板上に形成したダイヤモンド膜を、 [0032] The diamond film formed on the substrate according to Example 3 vapor-phase synthesis method,
実施例1と同様の装置を用いて、Arプラズマ中でエキシマレーザーを照射することにより加工した。 Using the same apparatus as in Example 1, it was processed by irradiating the excimer laser in Ar plasma. 即ち、表面粗さRaが2.7μmであり、大きさが25mm角で厚さが350μmの板状のダイヤモンドを石英管内に支持し、石英管内に供給したArガスにマイクロ波を導入してArのプラズマを発生させた。 That is, the surface roughness Ra of 2.7 .mu.m, a thickness at 25mm square size is supporting the plate-shaped diamond 350μm in a quartz tube, by introducing a microwave into Ar gas supplied into the quartz tube Ar the plasma was generated. この時、石英管内の圧力は50Torr、及びマイクロ波の出力は500W At this time, the pressure in the quartz tube is 50 Torr, and the output of microwave is 500W
とした。 And the.

【0033】エキシマレーザーには193nmの発振波長を有するArFエキシマレーザーを使用し、このレーザー光を実施例1と同様にして長さ25mm幅100μ [0033] The excimer laser using ArF excimer laser having an oscillation wavelength of 193 nm, length 25mm width the laser beam in the same manner as in Example 1 100 microns
mの線状に集光して石英管内に導き、Arのプラズマ中でダイヤモンドの表面に照射した。 Guided in a quartz tube and condensed into a linear shape m, it was applied to the surface of the diamond in the plasma of Ar. 照射したレーザー光のエネルギー密度は10J/cm 2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 Energy density of the irradiated laser light repetition of 10J / cm 2, and the pulse was 100 Hz. レーザー光は、反射ミラーの角度及び円筒型レンズの位置を連動して移動させることにより、実施例1と同様にダイヤモンドの表面に2mm Laser light, by moving in conjunction with the position of the angle and the cylindrical lens of the reflecting mirror, 2 mm on the surface of the diamond in the same manner as in Example 1
/分の速度で4回走査させた。 It was scanned four times / min.

【0034】加工後、ダイヤモンドの厚さを測定したところ200μmになっており、その表面粗さRaは0. [0034] After processing, it has become a 200μm was measured the thickness of the diamond, its surface roughness Ra 0.
1μmまで平滑化されていた。 It had been smoothed to 1μm. 又、得られたダイヤモンドの加工面は、仕上げ研磨や表面処理を行わなくてもラマン分光分析に供することができ、ラマン散乱によるスペクトルの観察により1333cm -1にダイヤモンド特有のシャープなピークが認められた。 Further, the processed surface of the resulting diamond, even without final polishing and surface treatment can be subjected to Raman spectroscopic analysis, the diamond characteristic sharp peak was observed at 1333 cm -1 by the spectral observation by Raman scattering It was.

【0035】 実施例4気相合成法により基板上に形成したダイヤモンド膜を、 [0035] The diamond film formed on the substrate according to Example 4 vapor-phase synthesis method,
実施例1と同様の装置を用いて、Arと5体積%の酸素の混合ガスのプラズマ中でエキシマレーザーを照射することにより加工した。 Using the same apparatus as in Example 1, it was processed by irradiating the excimer laser in a plasma of Ar and 5% by volume of the mixed gas of oxygen. 即ち、表面粗さRaが3μmであり、大きさが10mm角で厚さが400μmの板状のダイヤモンドを石英管内に支持し、石英管内に供給した混合ガスにマイクロ波を導入してArと酸素の混合ガスプラズマを発生させた。 That is, the surface roughness Ra of 3 [mu] m, a thickness at 10mm square size is supporting the plate-shaped diamond 400μm in a quartz tube, and Ar by introducing a microwave into a mixed gas supplied to the quartz tube the oxygen the mixed gas plasma was generated. この時、石英管内の圧力は50T At this time, the pressure of the quartz tube is 50T
orr、及びマイクロ波の出力は500Wとした。 orr, and the output of the microwave was set to 500 W.

【0036】エキシマレーザーには308nmの発振波長を有するXeClエキシマレーザーを使用した。 [0036] The excimer laser was used XeCl excimer laser having an oscillation wavelength of 308nm. このレーザー光を実施例1と同様にして長さ10mm幅10 Length 10mm width the laser beam in the same manner as in Example 1 10
0μmの線状に集光して石英管内に導き、Arと酸素の混合ガスプラズマ中でダイヤモンドの表面に照射した。 Guided in a quartz tube and condensed into a linear shape 0 .mu.m, it was applied to the surface of the diamond in a mixed gas plasma of Ar and oxygen.
照射したレーザー光のエネルギー密度は20J/c Energy density of the irradiated laser beam is 20 J / c
2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 m 2, and repetition of the pulses was 100 Hz. レーザー光は、反射ミラーの角度及び円筒型レンズの位置を連動して移動させることにより、実施例1と同様にダイヤモンドの表面に2mm/分の速度で4回走査させた。 Laser light, by moving in conjunction with the position of the angle and the cylindrical lens of the reflecting mirror, and is scanned four times at a rate of 2 mm / min to the surface of the diamond in the same manner as in Example 1.

【0037】加工後、ダイヤモンドの厚さを測定したところ200μmになっており、その表面粗さRaは0. [0037] After processing, it has become a 200μm was measured the thickness of the diamond, its surface roughness Ra 0.
2μmまで平滑化されていた。 It had been smoothed to 2μm. 又、得られたダイヤモンドの加工面は、仕上げ研磨や表面処理を行わなくてもラマン分光分析に供することができ、ラマン散乱によるスペクトルの観察により1333cm -1にダイヤモンド特有のシャープなピークが認められた。 Further, the processed surface of the resulting diamond, even without final polishing and surface treatment can be subjected to Raman spectroscopic analysis, the diamond characteristic sharp peak was observed at 1333 cm -1 by the spectral observation by Raman scattering It was.

【0038】 実施例5単結晶Ib型ダイヤモンドを、実施例1と同様の装置を用いて、Arと酸素の混合ガスプラズマ中でエキシマレーザーを照射することにより切断した。 [0038] Example 5 Single-crystal type Ib diamond, using the same apparatus as in Example 1, was cut by irradiating the excimer laser in a mixed gas plasma of Ar and oxygen. 即ち、大きさが5mm角で厚さが1mmの単結晶Ib型ダイヤモンドを石英管内に支持し、石英管内にArと酸素の混合ガスを圧力50Torrにて供給し、出力500Wのマイクロ波を導入してプラズマを発生させた。 That is, a is 1mm single-crystal type Ib diamond thickness at 5mm square size supported in a quartz tube, a mixed gas of Ar and oxygen was supplied at a pressure 50Torr in a quartz tube, introducing a microwave output 500W Te caused the plasma.

【0039】エキシマレーザーには193nmの発振波長を有するArFエキシマレーザーを使用し、不安定共振器とインジェクションロック機構を備えることによりレーザー光の平行性を高め且つ発振波長を狭帯域化させた。 [0039] The excimer laser using ArF excimer laser having an oscillation wavelength of 193 nm, and the and the oscillation wavelength increases the parallelism of the laser light is narrowed by providing an unstable resonator and injection locking mechanism. このレーザー光を実施例1と同様にして長さ5mm 5mm long the laser beam in the same manner as in Example 1
で幅10μmの線状に集光して石英管内に導き、Arと酸素の混合ガスプラズマ中でダイヤモンドの表面に照射した。 In guided in a quartz tube and condensed into a linear shape having a width of 10 [mu] m, it was applied to the surface of the diamond in a mixed gas plasma of Ar and oxygen. 照射したレーザー光のエネルギー密度は100J Energy density of the irradiated laser beam 100J
/cm 2 、及びパルスの繰り返しは100Hzとした。 / Cm 2, and the repetition of the pulse is set to 100Hz.

【0040】この様にして、ダイヤモンド表面の法線方向に平行にレーザー光を約150秒間照射することにより、上記の単結晶Ib型ダイヤモンドを切断することができた。 [0040] In this way, by parallel irradiating a laser beam of about 150 seconds in the normal direction of the diamond surface, it was able to cut a single crystal type Ib diamond described above. 得られた切断面は非常に平滑であり、表面粗さRaは0.2μmであった。 Cut surface obtained is very smooth, the surface roughness Ra was 0.2 [mu] m.

【0041】 [0041]

【発明の効果】本発明によれば、光を照射してダイヤモンドを加工する方法において、ダイヤモンド本体になんら影響を与えることなく、しかもグラファイトや無定形炭素のダイヤモンドへの付着を防止しながら、ダイヤモンドの切断や表面の研削を高速で実施することができ、 According to the present invention, a method for processing a diamond by irradiating light, without any effect on the diamond body, yet while preventing the adhesion of the diamond graphite or amorphous carbon, diamond grinding of cutting or surface can be performed at high speed,
高精度で平滑化された加工面を得ることができる。 It is possible to obtain a smoothed working surface with high precision.

【0042】従って、本発明のダイヤモンドの加工方法は、ダイヤモンドの高硬度及び比較的弱い耐酸化性のため、従来は加工が困難であったり又は加工コストが非常に高くなっていた分野に極めて有用である。 [0042] Thus, the processing method of the diamond of the present invention, because of high hardness and a relatively weak oxidation resistance of diamond, is very useful in areas where machining is or or processing cost difficult had very high conventional it is.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】IIa型単結晶ダイヤモンドの吸収曲線である。 FIG. 1 is an absorption curve of type IIa single-crystal diamond.

【図2】本発明方法を実施するための装置の一具体例で、プラズマ発生装置を含む部分を示す概略の側面図である。 [Figure 2] In one embodiment of a device for carrying out the method of the present invention, is a side view schematically showing a portion including a plasma generator.

【図3】本発明方法を実施するための装置の一具体例で、レーザー光照射装置を含む部分を示す概略の側面図である。 [3] In one embodiment of a device for carrying out the method of the present invention, it is a side view schematically showing a portion including a laser beam irradiation device.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ダイヤモンド 2 支持台 3 石英管 4 マグネトロン 5 導波管 6 共振器 7 プランジャー 8 プラズマ 9 レーザー発振器 10 レーザー光 11 マスク 12 反射ミラー 13 円筒型レンズ 14 石英窓 1 Diamond 2 support platform 3 quartz tube 4 magnetron 5 waveguide 6 resonator 7 plunger 8 plasma 9 laser oscillator 10 laser beam 11 mask 12 reflective mirror 13 a cylindrical lens 14 quartz window

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 ダイヤモンドに光を照射して加工する方法において、雰囲気ガスのプラズマ中でダイヤモンドに波長が190〜360nmの光を照射することを特徴とするダイヤモンドの加工方法。 1. A method of processing by irradiating light to the diamond, the processing method of the diamond, characterized in that wavelengths in the diamond in the plasma of the atmosphere gas is irradiated with light of 190~360Nm.
  2. 【請求項2】 水素又は不活性ガスのプラズマ中で光を照射し、平滑な加工面を得ることを特徴とする、請求項1に記載のダイヤモンドの加工方法。 Wherein light is irradiated to the plasma of hydrogen or inert gas, characterized in that to obtain a smooth working surface, the processing method of diamond as defined in claim 1.
  3. 【請求項3】 酸素のプラズマ中で光を照射し、高速でダイヤモンドを加工することを特徴とする、請求項1に記載のダイヤモンドの加工方法。 3. irradiated with light in an oxygen plasma, characterized by processing the diamond at a high speed, the processing method of diamond as defined in claim 1.
  4. 【請求項4】 不活性ガスと20体積%以下の酸素ガスとの混合ガスのプラズマ中で光を照射することを特徴とする、請求項1に記載のダイヤモンドの加工方法。 4. and then irradiating the light in a plasma of a gas mixture of inert gas and 20% by volume of oxygen gas, the processing method of diamond as defined in claim 1.
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