特許 5714052 ダイヤモンド表面のプラズマエッチング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5714052

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】ダイヤモンド表面のプラズマエッチング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20150416BHJP

   C30B 29/04 20060101ALI20150416BHJP

   C30B 33/08 20060101ALI20150416BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 104Z

   C30B29/04 A

   C30B29/04 V

   C30B33/08

【請求項の数】8

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-95241(P2013-95241)

(22)【出願日】2013年4月30日

(62)【分割の表示】特願2009-546059(P2009-546059)の分割

【原出願日】2008年1月22日

(65)【公開番号】特開2013-211562(P2013-211562A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2013年5月28日

(31)【優先権主張番号】0701186.9

(32)【優先日】2007年1月22日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】0705523.9

(32)【優先日】2007年3月22日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】0705524.7

(32)【優先日】2007年3月22日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】0709716.5

(32)【優先日】2007年5月21日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】0713464.6

(32)【優先日】2007年7月11日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】503458043

【氏名又は名称】エレメント シックス リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、チー − レオン

(72)【発明者】

【氏名】グー、エルダン

(72)【発明者】

【氏名】スカーズブルック、ジェフリー アラン

(72)【発明者】

【氏名】フリエル、イアン

(72)【発明者】

【氏名】ドーソン、マーティン デイビッド

【審査官】 粟野 正明

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２２０５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７５９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 R.Ramesham，Air-Microwave Plasma Etching of Polycrystalline Diamond Thin Films，Journal of the Electrochemical Society，米国，Electrochemical Society，１９９２年 ７月，Vol.139, No.7，1988〜1993

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ３０Ｂ ２９／０４

Ｃ３０Ｂ ３３／００−３３／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイヤモンド表面を準備するステップと、ダイヤモンド表面に不活性ガス及びハロゲン含有ガスから成る混合ガスを使用して誘導結合プラズマエッチングを施すステップとを含む、エッチングされたダイヤモンド表面を作製する方法。

【請求項2】

前記ハロゲン含有ガスが塩素（Ｃｌ_２）である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記不活性ガスがＡｒである、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記プラズマエッチングが、０．５ｍＴｏｒｒ（０．０６６７Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の範囲内で行われる、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記ハロゲン含有ガスが、前記混合ガス中に、４０容量％〜７０容量％の範囲内の濃度で存在する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

ダイヤモンドがＣＶＤダイヤモンドである、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ダイヤモンドが単結晶ＣＶＤダイヤモンドである、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

ダイヤモンドが多結晶ＣＶＤダイヤモンドである、請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイヤモンド表面をプラズマエッチングによって加工する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ダイヤモンドは、その硬度及び化学的不活性のため、複雑な構造に成形することが困難な材料である。ダイヤモンドは従来、細かいダイヤモンドの砂及び粉末を研磨媒体として使用するラッピング及び研磨などの宝石細工の技法によって成形されてきた。かかる加工の１つの典型的な製品は、宝石としての多面体に加工された天然のダイヤモンドである。宝石細工プロセスによって成形される工業製品の例は、高出力ＣＯ_２レーザー用の出力窓として使用される多結晶ダイヤモンド板である。これらの事例のすべてにおいて、完成ダイヤモンド製品は大きく平らな（即ち、横方向に数十マイクロメーターを超える長さで拡がった）、性能に影響を及ぼす表面のフィーチャー（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｅａｔｕｒｅ）を見かけ上は含まない、表面を有する。

【0003】

ダイヤモンドに対して宝石細工プロセスを使用することは、加工表面が加工のために使用されるダイヤモンド粒子のサイズにほぼ等しい深さに及ぶ「損傷された区域（ｄａｍａｇｅ ｚｏｎｅ）」を有するようになるという欠点を有する。

【0004】

細かい三次元の表面の構造的フィーチャー（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）を必要とする用途のためには、宝石細工の方法は適当ではない。ダイヤモンドがほとんどすべての化学薬品に対して耐性であるため、マイクロエレクトロニクス産業において幅広く使用されているものなどの液体化学エッチング法は、適用することができない。

【0005】

高温ガス相エッチング法が、ダイヤモンドをエッチングするために使用されてきた。化学蒸着（ＣＶＤ）ダイヤモンド合成に先立って基材をエッチングするために高温（＞７００℃）において水素−アルゴン−酸素プラズマ及び水素−アルゴンプラズマを使用することが、国際公開第０１／９６６３３号に開示されている。かかるエッチングは、表面下の損傷層に付随する損傷フィーチャーを優先的にエッチングし、したがって、エッチングプロセスの結果として粗度Ｒ_ｑが一般に顕著に増大する。

【0006】

通常の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスにおいては、多数のイオンが生成され、それらはターゲットに向かって加速され、スパッタリング及び関連するプロセスによって物理的に材料を除去する。このプロセスは材料間選択性が低いことがあるので、表面のパターニングのためには必ずしも理想的とは限らない。欧州特許第１５５５３３７号は、酸素−フッ化炭素（Ｏ_２−ＣＦ_４）混合ガスを１．３３〜１３．３Ｐａ（約１０〜１００ｍＴｏｒｒ）の圧力において使用して機械的に加工されたＣＶＤ成長用の単結晶ダイヤモンド表面を調製するための反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の使用を開示している。

【0007】

ＲＩＥと対照的に、エッチングガスをフリーラジカル（即ち中性種）及びイオン（即ち荷電種）の混合物に分解するためにプラズマが使用される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングは非常に化学的なプロセスである。プラズマは、エッチングされる基材からは遠く離れている。プラズマとエッチングされるダイヤモンドとの間でプラズマ中で発生したイオンの大部分が除去される。よって、ダイヤモンドに到達する種の大半は中性である。したがって、その結果もたらされるエッチングは物理的（例えばプラズマからのイオンによる表面からのスパッタリング）というよりはむしろ、主に化学的（例えば揮発性生成物に導く表面反応）である。拡がった格子欠陥を有する領域（例えば損傷を受けた領域）中にある原子などの基材中においてより高いエネルギー状態にある原子は、エッチングしやすく、したがってこの種のエッチングは一般に拡がった格子欠陥の領域を優先的にエッチングし、表面を粗くする。

【0008】

天然の単結晶ダイヤモンドにパターンを付けるためのアルゴン−酸素混合ガスを用いる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングの使用は、Ｈ．Ｗ．Ｃｈｏｉらの「プラズマエッチングによって作製された天然ダイヤモンドマイクロレンズの性質（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｄｉａｍｏｎｄ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｐｌａｓｍａ ｅｔｃｈｉｎｇ）」、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｒｅｖｉｅｗ、２号、２００５年、２９頁で報告されており、化学蒸着法によって作製された多結晶ダイヤモンドにパターンを付けるための使用は、Ｍ．Ｋａｒｉｓｓｏｎらの「誘導結合プラズマドライエッチングの使用によるダイヤモンドへの連続レリーフ回折構造の転写（Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｒｅｌｉｅｆ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｏ ｄｉａｍｏｎｄ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｄｒｙ ｅｔｃｈｉｎｇ）」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２６巻（２００１年）、１７５２〜１７５４頁で報告されている。英国特許出願ＧＢ２２８１２５４は、ダイヤモンドに対するプラズマエッチング法における酸素とフッ素含有ガスとの混合物の使用を開示している。エッチングされた表面の粗度についての開示は行われていない。

【0009】

Ａｒ／Ｃｌ_２混合ガスを使用する窒化ガリウム（ＧａＮ）のＩＣＰエッチングは、Ｈ．Ｗ．ＣｈｏｉらのＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、９７巻（２００５年）、０６３１０１頁で報告されている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、従来の宝石細工の方法、ラッピング若しくは研磨又は研磨だけによって作成されてもよい元の表面から又は成長させられた表面からプラズマエッチングによってダイヤモンド表面を作製する方法である。本発明は、本発明の方法を使用して作製されたダイヤモンド表面又はダイヤモンド表面の部分にも及ぶ。

【0011】

本発明に対する第１の態様によれば、元のダイヤモンド表面を準備するステップと、元のダイヤモンド表面にプラズマエッチングを施して元の表面から材料を少なくとも２ｎｍ除去し、プラズマエッチングされた表面を作製するステップとを含み、材料の最大深さが除去されたエッチングされた表面の位置におけるプラズマエッチングされた表面の粗度Ｒ_ｑが、
ａ．プラズマエッチングされた表面のＲ_ｑは元の表面の粗度Ｒ_ｑの１．５倍未満である、又は
ｂ．プラズマエッチングされた表面のＲ_ｑは１ｎｍ未満である、
という条件の少なくとも１つを満たすダイヤモンド表面を製造する方法が提供される。

【0012】

好ましくは両方の条件が満たされる。

【0013】

第２の態様において、本発明は、機械的に加工された元のダイヤモンド表面を準備するステップと、元のダイヤモンド表面にプラズマエッチングを施して元の表面から材料を少なくとも２ｎｍ除去し、プラズマエッチングされた表面を作製するステップとを含み、該プラズマエッチングされた表面が機械加工に起因する残留損傷を実質的に含まない、ダイヤモンド表面を製造する方法を提供する。

【0014】

本発明の第１及び第２の態様において、好ましくはダイヤモンドはＣＶＤダイヤモンドであり、最も好ましくは単結晶ＣＶＤダイヤモンドである。

【0015】

好ましくは少なくとも１つの構造的フィーチャーが表面の一部又は全部の中にエッチングされる。

【0016】

好ましくはプラズマエッチングは、等方性エッチング、好ましくは誘導結合プラズマエッチングを利用する。プラズマエッチングにおいて使用される混合ガスは、不活性ガス及びハロゲン含有ガスを含有することができる。好ましくは不活性ガスはアルゴンである。

【0017】

ハロゲン含有ガスは塩素を含有することができ、その場合、好ましくはハロゲン含有ガスは分子状塩素（Ｃｌ_２）である。

【0018】

好ましくは、本発明による方法において、
ダイヤモンドの元の表面に対して垂直方向にエッチングされた構造的フィーチャー（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）の最大深さは好ましくは２０μｍ未満であり、
構造的フィーチャーの最小の横方向寸法は、好ましくはそのフィーチャーの最大深さの少なくとも０．５倍である。

【0019】

本発明の第３の態様によれば、ダイヤモンド表面を準備するステップと、ダイヤモンド表面に不活性ガス及びハロゲン含有ガスを含有する混合ガスを使用して誘導結合プラズマエッチングを施すステップとを含む、エッチングされたダイヤモンド表面を作製する方法が提供される。

【0020】

好ましくはダイヤモンドはＣＶＤダイヤモンド、最も好ましくは単結晶ＣＶＤダイヤモンドである。

【0021】

或いはダイヤモンドは多結晶ＣＶＤダイヤモンドであってもよい。

【0022】

本発明に対する第４の態様によれば、ダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも２ｎｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を有し、エッチングされた表面は１ｎｍ未満のＲｑを有する単結晶ダイヤモンドが提供される。

【0023】

好ましくはダイヤモンドはＣＶＤダイヤモンドである。

【0024】

エッチングの方法は、好ましくは本明細書において前記された本発明に対する第１、第２及び第３の態様による方法である。

【0025】

本発明に対する第５の態様によれば、ダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも０．５μｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を含み、エッチングされた表面は５ｎｍ未満の表面粗度Ｒ_ｑを有する多結晶ＣＶＤダイヤモンドが提供される。

【0026】

エッチングの方法は、好ましくは本明細書において前記された本発明に対する第１、第２及び第３の態様による方法である。

【0027】

多結晶ＣＶＤダイヤモンドは、光学デバイスにおける使用のためであってよい。

【0028】

プラズマエッチングプロセスは、少なくとも約２ｎｍ、好ましくは少なくとも約５ｎｍ、好ましくは少なくとも約１０ｎｍ、好ましくは少なくとも約２０ｎｍ、好ましくは少なくとも約５０ｎｍ、好ましくは少なくとも約１００ｎｍ、好ましくは少なくとも約２００ｎｍ、好ましくは少なくとも約５００ｎｍ、好ましくは少なくとも約１０００ｎｍを、元の表面又は元の表面の部分から除去する。

【0029】

プラズマエッチングプロセスは、好ましくは約２ｎｍ〜約５０μｍの間、より好ましくは約２ｎｍ〜約２０μｍの間、さらにより好ましくは約２ｎｍ〜約１０μｍの間、さらにより好ましくは約２ｎｍ〜約５μｍの間を、元の表面から除去する。

【0030】

本発明のプラズマエッチングされた表面は、粗度Ｒ_ｑ^Ａ（エッチング後）と、粗度Ｒ_ｑ^Ｂ（エッチング前）の元の表面を有し、Ｒ_ｑ^Ａ／Ｒ_ｑ^Ｂは、好ましくは約１．５未満、より好ましくは約１．４未満、より好ましくは約１．２未満、より好ましくは約１．１未満である。通常エッチング前に、Ｒ_ｑ^Ｂは、約１０ｎｍ未満のＲ_ｑに、より通常には約３ｎｍ未満に、より通常には約１ｎｍ未満に、より通常には約０．５ｎｍ未満に調整される。

【0031】

Ｒ_ｑ^Ｂ及びＲ_ｑ^Ａ測定値は、ダイヤモンドの同じ区域について得る。「同じ区域（ｓａｍｅ ａｒｅａ）」によって、当技術分野において知られている通り、測定の一般的有効性を検証するために必要な場合に複数の測定及び統計的解析を使用する、合理的に実用的な程度に密接した等価な区域が意味されている。

【0032】

このプラズマエッチングの特に並外れた利点は、特に当初の表面Ｒ_ｑ^Ｂを約１ｎｍ未満のＲ_ｑ、より特別には約０．５ｎｍ未満、より特別には約０．３ｎｍ未満に調整されている表面に適用される場合に、ダイヤモンド表面のＲ_ｑを向上させることができ、したがって極めて低い表面粗度値へのルートを提供することである。これらの状況下において、本発明のプラズマエッチングされた表面は、粗度Ｒ_ｑ^Ａ、及び粗度Ｒ_q^Ｂのエッチング前の元の表面を有し、Ｒ_ｑ^Ａ／Ｒ_ｑ^Ｂは小さく、好ましくは約１．０未満、より好ましくは約０．８未満、より好ましくは約０．６未満、より好ましくは約０．５未満、より好ましくは約０．４未満、より好ましくは約０．３未満となる。

【0033】

したがって、本方法は、好ましくは約１ｎｍ未満、好ましくは約０．５ｎｍ未満、好ましくは約０．３ｎｍ未満、好ましくは約０．２ｎｍ未満、好ましくは約０．１ｎｍ未満のＲ_ｑ値を有するプラズマエッチングされたダイヤモンド表面を提供する。さらに、低いＲ_ｑを有するこのプラズマエッチングされたダイヤモンド表面は、好ましくは、露出エッチング試験によって検出された欠陥の数が１ｍｍ^２当り約１００未満であるように、加工損傷をほとんど含まない。

【0034】

本発明の目的のためには、表面の粗度はＲ_ｑ値によって記載される。Ｒ_ｑは、「二乗平均平方根」（又はＲＭＳ）粗度としても知られている。Ｒ_ｑは表面プロフィールの中心線又は中心面からの偏差の二乗の平均値の平方根と定義され：
Ｒ_ｑ＝√（（ｙ_１^２＋ｙ_２^２＋．．．＋ｙ_ｎ^２）／ｎ）
式中のｙ_１^２などは表面プロフィールの中心線又は中心面からの偏差の二乗であり、ｎは測定の数である。

【0035】

表面はそのＲ_ａ値（「平均粗度」又は「中心線平均」とも呼ばれる）によっても定量化されることができ：
Ｒ_ａ＝（│ｙ_１│＋│ｙ_２│＋．．．│ｙ_ｎ│）／ｎ
式中の│ｙ_１│などは表面プロフィールの中心線又は中心面からの偏差の絶対値であり、ｎは測定の数である。

【0036】

表面プロフィールの中心線又は中心面からの偏差がガウス分布を有する表面については、Ｒ_ｑ＝１．２５×Ｒ_ａである。

【0037】

Ｒ_ａ及びＲ_ｑは、線に沿って（一次元測定）又は面積にわたって（二次元測定）測定され得る。面積測定は本質的に一連の平行線測定である。

【0038】

本発明の目的のためには、Ｒ_ｑ値は普通には約１μｍ×約１μｍの面積又は２μｍ×２μｍの面積にわたって原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査プローブ測定装置を使用して測定される。ある種の状況下では、スタイラスプロファイロメーターを使用して０．０８ｍｍの走査長にわたってＲ_ｑを測定することがより適切であると考えられている。

【0039】

語句「構造的フィーチャー（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）」又は「形態的フィーチャー（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ）」は、本明細書を通じて有用な機能を提供するためにダイヤモンド中に制御された方法でエッチングされた望ましいフィーチャー又は構造を指すために使用される。特にこれは、「損傷フィーチャー（ｄａｍａｇｅ ｆｅａｔｕｒｅ）」と呼ばれる表面下の損傷の異方性エッチングからダイヤモンドの表面に生じるフィーチャーとははっきり異なる。

【0040】

本発明についてはいくつかの用途分野があり、それぞれが本発明によって与えられる利点の特定の組合せを使用している：
ｉ）トランジスターのトレンチゲートなどの電子構造における使用のために適当な構造的フィーチャーの調整。電子構造におけるかかる構造的フィーチャーは好ましくは深さが約２ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内、より好ましくは深さが約２ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲内である。本発明の方法は低く且つ制御されたエッチング速度を提供することができ、好ましくは約０．０８μｍ／分未満、より好ましくは約０．０６μｍ／分未満、より好ましくは約０．０４μｍ／分未満のエッチング速度を有し、このエッチング速度はＩＣＰコイル出力と共に比較的直線的に変化する。さらに、インキュベーション時間、又はエッチング開始時の外部工程条件の適用からエッチングを得るまでの間の遅延時間は短く、通常約５秒間未満、より通常には約３秒間未満で、且つ一貫しており、それによって正確なエッチング深さの制御が達成され得る。本発明のエッチングの等方性はエッチング後のいかなる損傷フィーチャーの存在も表面を顕著に粗くすることのない、又はより好ましくはエッチングされた表面は、上記の通り、最初に調整された表面よりもずっと滑らかな表面を与える。
ｉｉ）マイクロレンズなどの光学的用途、及び、特に滑らかな曲表面を有する、比較的大きい形態的フィーチャーを必要とする他の用途における使用のためのダイヤモンドの表面における構造的フィーチャーの調整。かかる形態的フィーチャーは、好ましくは形成されたそのフィーチャーの深さ又は垂直的高さが約２００ｎｍ〜約２０μｍの範囲内、より好ましくは形成されたそのフィーチャーの深さ又は垂直的高さが約５００ｎｍ〜約５μｍの範囲内である。本発明の方法は、好ましくは約０．０８μｍ／分を超える、より好ましくは約０．１０μｍ／分を超えるエッチング速度を有し、このエッチング速度はＩＣＰのコイル出力と共に比較的直線的に変化する。さらに、インキュベーション時間、又はエッチング開始時の外部工程条件の適用からエッチングを得るまでの間の遅延時間は短く、通常約５秒間未満、より通常には約３秒間未満であり、且つ一貫しており、それによって正確なエッチング深さの制御が達成され得る。本方法の特別な利点は、様々な厚さのマスクを適用し、少なくともある領域においてエッチングがマスクを破ってダイヤモンドまでの貫通を可能にすることによって使用される低いエッチング選択性である。低いエッチング選択性は、比較的厚いマスクの層を使用することを可能にし、ダイヤモンド中の同じ最終の構造的フィーチャーのために、この層を適用するときの許容範囲及び困難を低減する。この種の用途におけるエッチング選択性は、好ましくは約０．１６未満、より好ましくは約０．１４未満、より好ましくは約０．１２未満、より好ましくは約０．１０未満、より好ましくは約０．０９未満である。エッチング選択性は次の通りに定義される：
（マスクのエッチング速度）／（ダイヤモンドのエッチング速度）
本発明のエッチングの等方性はエッチング後のいかなる損傷フィーチャーの存在も表面を顕著に粗くすることのない、又はより好ましくはエッチングされた表面は、上記の通り、最初に調整された表面よりもずっと滑らかな表面を与える。
ｉｉｉ）さらなるエピタキシャル成長のため、好ましくはＣＶＤダイヤモンドのさらなる成長のため、又は例えばショットキーダイオード、三次元電子デバイス（フィールド効果トランジスターなど）、放射線検出器、センサーその他への電気的接触のための損傷を含まない表面を調整するための表面又は表面領域の調整。かかる調整は、表面の損傷を顕著に減少させるために十分な深さの除去を必要とし、したがって表面の損傷層と同じ程度の厚さである必要がある。通常表面の損傷層は約０．２μｍ〜約２０μｍの範囲内の厚さを有する（又は非常に積極的な宝石細工技法ではもっと厚い）。したがって、好ましくはエッチングは材料のある厚さを表面から除去し、除去される材料の厚さは少なくとも約０．２μｍ、より好ましくは少なくとも約０．５μｍ、より好ましくは少なくとも約１．０μｍ、より好ましくは少なくとも約２μｍ、より好ましくは少なくとも約５μｍ、より好ましくは少なくとも約１０μｍである。表面の損傷層は通常宝石細工加工の最後のステップ用に使用される最も大きいダイヤモンド砂粒子のサイズとほぼ同じ厚さを有し、例えばサイズが１〜２μｍのダイヤモンド砂を用いて研磨された表面のスケイフ（ｓｃａｉｆｅ）は、通常厚さ約２μｍの表面損傷層を有する。したがって、本発明の方法によってエッチング後に残る宝石細工加工からの損傷の量を最小限度にするためには、本発明の方法によって除去される材料の量は、好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約０．２倍、より好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約０．５倍、より好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約０．８倍、より好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約１．０倍、より好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約１．５倍、より好ましくは最大の砂粒子のサイズの少なくとも約２倍でなければならない。かかるエッチング後に低く留まる表面粗度には、ダイヤモンド表面中にエッチングされた損傷フィーチャーから生じる過剰成長した層中の欠陥を避けるという利便がある。特に、表面が単結晶ダイヤモンドである場合は、表面は好ましくは約１０ｎｍ未満、より好ましくは約５ｎｍ未満、より好ましくは約２ｎｍ未満、より好ましくは約１ｎｍ未満、より好ましくは約０．５ｎｍ未満、より好ましくは約０．３ｎｍ未満のエッチング後の表面粗度Ｒ_ｑを有する。或いは、表面が多結晶ＣＶＤダイヤモンドである場合は、表面は好ましくは約４０ｎｍ未満、より好ましくは約２０ｎｍ未満、より好ましくは約１０ｎｍ未満、より好ましくは約５ｎｍ未満、より好ましくは約２ｎｍ未満、より好ましくは約１ｎｍ未満のエッチング後の表面粗度Ｒ_ｑを有する。本発明の方法は、制御されたエッチング速度を提供することができ、エッチング速度は好ましくは約０．０８μｍ／分を超え、より好ましくは約０．１０μｍ／分を超え、このエッチング速度はＩＣＰのコイル出力と共に比較的直線的に変化する。さらに、インキュベーション時間、又はエッチング開始時の外部工程条件の適用からエッチングを得るまでの間の遅延時間は短く、通常約５秒間未満、より通常には約３秒間未満であり、且つ一貫しており、それによって正確なエッチング深さの制御が達成され得る。本発明のエッチングの等方性はエッチング後のいかなる損傷フィーチャーの存在も表面を顕著に粗くすることのない、又はより好ましくはエッチングされた表面は、上記の通り、最初に調整された表面よりもずっと滑らかな表面を与える。

【0041】

エッチングされた構造的フィーチャーのダイヤモンドの主表面に垂直な方向の最大深さは好ましくは約２０ミクロン未満、より好ましくは約１０ミクロン未満、より好ましくは約５ミクロン未満、より好ましくは約２ミクロン未満、より好ましくは約１ミクロン未満、より好ましくは約５００ｎｍ未満、より好ましくは約２００ｎｍ未満、より好ましくは約１００ｎｍ未満、より好ましくは約６０ｎｍ未満であり、エッチングされた構造的フィーチャーの最小の横方向寸法は好ましくは最大深さの少なくとも約０．５倍、より好ましくは最大深さの少なくとも約１倍、より好ましくは最大深さの少なくとも約２倍、より好ましくは最大深さの少なくとも約５倍、より好ましくは最大深さの少なくとも約１０倍、より好ましくは最大深さの少なくとも約１５倍である。

【0042】

一実施形態において、本発明は、元のダイヤモンド表面を準備するステップと、元のダイヤモンド表面にプラズマエッチング、好ましくは等方性プラズマエッチング、より好ましくは誘導結合プラズマエッチングを施し、元の表面から材料を少なくとも２ｎｍ除去してプラズマエッチングされた表面を作製するステップとを含み、材料の最大深さが除去されたエッチングされた表面の位置においてプラズマエッチングされた表面の粗度Ｒ_ｑが、
ａ．プラズマエッチングされた表面のＲ_ｑは元の表面の粗度Ｒ_ｑの１．５倍未満である、又は
ｂ．プラズマエッチングされた表面のＲ_ｑは１ｎｍ未満である
の条件の少なくとも１つを満たすダイヤモンド表面を作製する方法を提供し、ここで、好ましくはプラズマエッチングにおいて使用される混合ガスは不活性ガス、好ましくはアルゴン及びハロゲン含有ガス、好ましくは塩素を含有する。

【0043】

本発明は、もう１つの態様によって、ダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも約２ｎｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を有する単結晶ダイヤモンドを提供し、このエッチングされた表面は約１ｎｍ未満のＲ_ｑを有する。

【0044】

本発明は、もう１つの態様によって、ダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも約０．５μｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を含む多結晶ＣＶＤダイヤモンドを提供し、このエッチングされた表面は約５ｎｍ未満の表面粗度Ｒ_ｑを有する。

【0045】

一実施形態において、本発明はダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも約２ｎｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を有する単結晶ダイヤモンドを提供し、このエッチングされた表面は約１ｎｍ未満、好ましくは約０．５ｎｍ未満、好ましくは約０．３ｎｍ未満、好ましくは約０．２ｎｍ未満、好ましくは約０．１ｎｍ未満のＲ_ｑを有する。

【0046】

もう１つの実施形態において、本発明はダイヤモンドの表面又は表面の一部分からエッチングによって少なくとも約０．５μｍが除去されたことからもたらされるエッチングされた表面又はエッチングされた表面の部分を含む多結晶ＣＶＤダイヤモンドを提供し、このエッチングされた表面は約５ｎｍ未満、好ましくは約２ｎｍ未満、好ましくは約１ｎｍ未満、好ましくは約０．５ｎｍ未満、好ましくは約０．３ｎｍ未満、好ましくは約０．２ｎｍ未満、好ましくは約０．１ｎｍ未満の表面粗度Ｒ_ｑを有する。

【0047】

プラズマエッチングされる表面は、ダイヤモンド表面の全範囲の形態又は、電子デバイス、マイクロレンズ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、Ｘ線光学素子などの光学素子を作製するための方法の部分として表面中にエッチングされた構造的フィーチャーなどの表面の一部分の形態のいずれかであり得る。

【0048】

本発明の方法は、プラズマエッチング工程を経た後は、基本的にラッピング及び研磨又は研磨だけのどちらかの宝石細工プロセスなどの従来の方法によって調製されたダイヤモンド表面に特徴的な損傷を含まない、表面又は表面の構造的フィーチャーをもたらす。

【0049】

表面下の損傷の程度は故意の異方性熱露出エッチングを使用して露出させ定量化することができる。露出エッチングは損傷されたダイヤモンドの領域を優先的に酸化させ、したがってかかる領域を確認し、その後定量化することを可能にする。機械的加工からの表面下の損傷を含む領域は通常露出エッチングによって暗くなり黒くなることさえある。

【0050】

露出エッチングは以下のステップから成る。
（ｉ）通常の冶金用顕微鏡を用いて５０倍の拡大率で反射光を使用して表面を調べて表面のフィーチャーが存在しないことを確認するステップと、
（ｉｉ）表面を空気−ブタン炎にさらし、ダイヤモンドの表面を通常約８００℃〜約１０００℃の温度に約１０秒間上げるステップと、
（ｉｉｉ）通常の冶金用顕微鏡を用いて５０倍の拡大率で反射光を使用して表面を調べ、露出エッチングによって検出した損傷フィーチャーを下記の要領でカウントしてそれらの数密度を決定するステップと、
（ｉｖ）ステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を繰り返し、測定された欠陥の密度を前回のサイクルの密度と比較して次の条件が満たされるまで繰り返すステップ：カウントされた欠陥の数密度が前回のサイクルにおいて決定された数密度の約１５０％以下、好ましくは約１２０％以下であればすべての欠陥が検出されたとみなされ、記録される測定値は最後の２回のサイクルの測定値の平均値であるが、そうでなければ再度サイクルを繰り返す。

【0051】

欠陥の数密度は次の方法によって測定される。
（ｉ）カウントされる欠陥は、通常の冶金用顕微鏡を用いて５０倍の拡大率で見ることができる欠陥であって特徴付けられつつある表面上に投影された１ｍｍ×０．２ｍｍの長方形の１つの区域内に全体的に又は部分的に入るものであり、
（ｉｉ）この区域は特徴付けられる表面又は表面の部分全体にわたってランダムに選択され且つランダムに配向しており、
（ｉｉｉ）欠陥は最少でも５つのこうした区域中でカウントされ、
（ｉｖ）欠陥の数密度はカウントされた欠陥の合計数を調べた合計面積で割ることによって計算され、数密度を１ｍｍ^２当りの欠陥で与える。

【0052】

欠陥の数密度を約１ｍｍ^２未満の区域において測定するためには、欠陥のカウントを全面積にわたって単一回の測定として完了することによって上記の方法を適合させる。

【0053】

機械的加工に起因する残留損傷を実質的に含まないと考えられる表面については、本発明の方法によって調製された単結晶ＣＶＤダイヤモンドの表面において検出された欠陥の数密度は、１ｍｍ^２当り約１００未満、好ましくは１ｍｍ^２当り約５０未満、好ましくは１ｍｍ^２当り約２０未満、好ましくは１ｍｍ^２当り約１０未満、好ましくは１ｍｍ^２当り約５未満である。

【0054】

或いは、「ラザフォード後方散乱」（又は「ＲＢＳ」）の技法を、サンプル中の表面下の損傷の程度を少なくとも半定量的に評価するために使用することができる。ＲＢＳの技法は当業において周知である（例えば、「Ｃｏｎｃｉｓｅ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」、Ｒ．Ｗ．Ｃａｈｎ及びＥ．Ｌｉｆｓｈｉｎ編、Ｐｅｒｇａｍｏｎ（Ｌｏｎｄｏｎ）、１９９３年、１９９〜２０４頁中の論文「イオンの後方散乱分析（Ｉｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」を参照されたい）。ＲＢＳは結晶性固体の表面下約１μｍまで探ることができるイオンビーム技法である。表面近傍層の結晶学的完全性についての情報は「チャネリング」の使用によって得ることができ、その場合は表面層の結晶学的完全性が高いほど後方散乱のイオン収量が低く、完全な表面については、実質的に後方散乱のイオン収量がない（ここでの「実質的に」は、入射イオンの約５％未満、好ましくは約３％未満、好ましくは約２％未満、好ましくは約１％未満が後方散乱されることを意味する）。

【0055】

本発明の表面は、プラズマエッチングによって、好ましくは誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングプロセスを使用して、且つ好ましくは操作圧力が約０．５ｍＴｏｒｒ（約０．０６６７Ｐａ）〜約１００ｍＴｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）の範囲内、より好ましくは約１ｍＴｏｒｒ（約０．１３３Ｐａ）〜約３０ｍＴｏｒｒ（約４．００Ｐａ）の範囲内、より好ましくは約２ｍＴｏｒｒ（約０．２６７Ｐａ）〜約１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）の範囲内において作製される。エッチング剤は、好ましくは少なくとも１つの不活性ガス、好ましくはアルゴン、及びハロゲン含有ガス、好ましくは塩素（Ｃｌ_２）から成る混合ガスである。好ましくはハロゲン含有ガスは、このプロセスに加えられる混合ガス中に約１容量％〜約９９容量％、より好ましくは約２０容量％〜約８５容量％、より好ましくは約４０容量％〜約７０容量％の範囲内の濃度で存在する。好ましくは混合ガスの残りの大部分は、Ａｒで補い、より好ましくはガスの残りは全部をＡｒで補う。

【0056】

或いは不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、クリプトン若しくはキセノンであり得る、又はこれらの２つ以上の混合物を含み得る、又はこれらの１つ又は複数とアルゴンとの混合物を含み得る。

【0057】

本発明のプラズマエッチング法は、基本的に化学的な方法であり、したがってこれはすべての配向のダイヤモンド表面をほぼ同じ速度でエッチングする、即ちこの方法は「等方性」であると表現することができる。したがってこの方法は、そのポリッシングされた表面が通常表面に対して様々な配向にある粒子を含む、多結晶ＣＶＤダイヤモンドをエッチングするために使用され得る。

【0058】

本発明の方法は、電子デバイスの作製に使用される可能性がある従来のリソグラフィー法と適合し得る。例えばこれは、適当なレジストを表面に塗布し、レジストに適切なパターンを与え、次いで先に記載されたものと同じＩＣＰ法を使用して表面をエッチングすることによって、ダイヤモンドの表面上に構造的フィーチャーを作製するために使用されることもあり得る。

【0059】

本発明の方法は、天然の単結晶ダイヤモンド、高圧−高温（ＨＰＨＴ）技法によって作製された合成の単結晶ダイヤモンド、ＣＶＤ技法によって作製された合成の単結晶ダイヤモンド（「単結晶ＣＶＤダイヤモンド」）、及びＣＶＤ技法によって作製された合成の多結晶ダイヤモンド（「多結晶ＣＶＤダイヤモンド」）を含む表面に適用され得る。

【0060】

本発明の方法は、従来技術にまさる次の利点を与える。
・ 本方法は表面に構造的フィーチャーのパターンを持たせるために使用されることができ、パターン付けは標準的なリソグラフィー法を使用して行われる。
・ 本方法は、単結晶及び多結晶両方のダイヤモンドを、前者においてはディスロケーションに、後者においては粒界に起因するピットを露出させることなく、エッチングするために使用され得る。
・ 本方法は、損傷された表面を、ダイヤモンド領域を優先的に除去することなく、且つそれ故に表面を顕著に粗くすることなく、エッチングするために使用され得る。
・ 本方法は、損傷を除去し、それ故にエピタキシャル成長のための損傷を含まない表面を調製するために使用されることができる。
・ 本方法は、損傷を除去し、それ故に電気的接触の形成のための損傷を含まない表面を調製するために使用されることができる。
・ 本方法は、光学素子の表面上で使用され得る。
・ エッチング過程を受けることによって表面の粗度は顕著に増大されない。
・ エッチングによって十分な材料を除去した後に得られるダイヤモンド表面は、機械的表面加工に付随する損傷を基本的に含まないことが可能である。

【0061】

本発明のプラズマエッチングされたダイヤモンド表面は、例えば、損傷層を含まない電子デバイス製造のための基材の用意、化学蒸着によるホモエピタキシャルダイヤモンド層の合成のための基材の用意、三次元構造的フィーチャーの作製及び高性能電気的接触が表面に作製されることを可能にするための表面の調製を含む幅広い範囲の用途のために使用され得る。

【0062】

ダイヤモンドがＡｒ−ハロゲン、特にＡｒ−Ｃｌ_２混合ガスを使用してエッチングされ得ることは意外である。ダイヤモンドは非常に反応性の低い固体である。ハロゲンは５００℃〜１２００℃の間の温度で起こるＣＶＤ成長過程の間にダイヤモンドの表面を安定化することが知られている。不活性ガスはＰＶＤエッチングプロセスにおいて荷電種としてしばしば使用されるが、ＩＣＰにおいては荷電種に帰するエッチングの要素は無視し得る。

【0063】

本明細書で使用する「約ｘ」という用語は値ｘ自体を含むものとする。

【0064】

かくして、本発明はさらに１つの態様によって、ダイヤモンド表面を準備するステップと、このダイヤモンド表面に不活性ガス、好ましくはアルゴン、及びハロゲン含有ガス、好ましくは塩素を含有する混合ガスを使用する誘導結合プラズマエッチングを施すステップとを含む、エッチングされたダイヤモンド表面を作製する方法を提供する。

【0065】

以下の図面は実施例１から６までにおいて参照されている。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】Ａｒ／Ｃｌ ＩＣＰプラズマエッチングされた深さ約１６ｎｍのトレンチの走査型電子顕微鏡写真である。

【図2】図１のトレンチの領域の原子間力顕微鏡の画像である。

【図3】Ａｒ／Ｃｌ ＩＣＰプラズマエッチングされた深さ約５３ｎｍのトレンチの走査型電子顕微鏡写真である。

【図4】図３のトレンチの領域の原子間力顕微鏡の画像である。

【図5】Ａｒ／Ｃｌ ＩＣＰプラズマエッチングされたダイヤモンドマイクロレンズの原子間力顕微鏡画像に基づく線画である。

【図6】図５に示したダイヤモンドマイクロレンズの測定された中心横断プロフィールを理想的な球曲線を有する近似されたプロフィールと一緒に示す図である。

【図7】エッチング速度及びエッチング選択性のＩＣＰのコイル出力に対してプロットしたグラフである。

【図8】エッチング速度とエッチング時間の関係を示すグラフである。

【図9】樹脂結合円盤を使用してポリッシングされたＨＰＨＴダイヤモンド表面の原子間力顕微鏡画像である。

【図10】図９のＨＰＨＴダイヤモンドサンプルのＡｒ／Ｃｌ ＩＣＰプラズマエッチング後の原子間力顕微鏡画像である。

【発明を実施するための形態】

【0067】

本発明の詳細を６つの実施例を使用して説明する。第１の実施例は一連の単結晶ＣＶＤダイヤモンド板上の基本的に損傷を含まない表面を作製するための本発明の使用を記載し、且つ得られた表面をエッチングされていないサンプルと比較している。第２の実施例は多結晶ＣＶＤダイヤモンド板上の微細な構造的フィーチャーを作製するための本発明の使用を記載している。

【0068】

（実施例１）
４枚のほぼ４ｍｍ×４ｍｍ×０．５ｍｍの単結晶ＣＶＤダイヤモンド板を、国際公開第０１／９６６３３号で開示されている方法によって作製したもっと大きい成長させたままの単結晶ＣＶＤダイヤモンドブロックから、鋸引きした。これらの板の大きい平面状の表面（本明細書において以下「主表面（ｍａｊｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ）」と呼ぶ）は、｛１００｝結晶面の数度以内に配向していた。板の端を形成しているより小さい表面（本明細書において以下「端表面（ｅｄｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ）」と呼ぶ）は、＜１００＞方向にほぼ平行であった。

【0069】

最初に４枚の板すべての主表面を、鋳鉄ポリッシング円盤上でセルロースに基づくキャリア中に懸濁させた次第に細かくなるダイヤモンド砂を使用してラッピングした。最終のラッピング段階は１５μｍ〜２５μｍのサイズ範囲内のダイヤモンド砂を使用し、スタイラスプロファイロメーターを使用して長さ０．８ｍｍにわたって測定された粗度Ｒ_ｑは３枚の板すべてについて１００〜１５０ｎｍの範囲内であった。以前の実験は、ラッピングのこの段階後に表面下の損傷層が表面下約１０μｍの深さに及ぶことを示していた。

【0070】

すべての板はランダムに選択され、且つそれらの主表面は従来のダイヤモンドポリッシングスケイフを使用して研磨した。２枚の鋳鉄スケイフ円盤を使用したが、１枚目はサイズ範囲２〜４μｍのダイヤモンド粉末を用い、２枚目はサイズ範囲１〜２μｍのダイヤモンド粉末を用いて準備した。スケイフポリッシング工程の間に除去された材料の深さは約１５μｍであったと決定された。スケイフ加工の完了後、スタイラスプロファイロメーター（ｓｔｙｌｕｓ ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を使用して８０μｍの長さにわたって測定されたＲ_ｑ値は５ｎｍ未満であった。原子間力顕微鏡を用いて行った面積（例えば約１μｍ×約１μｍ）にわたるより正確な測定は、表１に載せたＲ_ｑ値を与えた。

【0071】

板の１枚（「サンプル１」と呼ぶ）は、ランダムに選択され、先に記載した方法（小型の空気−ブタンブロートーチを使用して、表面を空気中で約８５０℃に１０秒間加熱する）による熱露出エッチングを施した。欠陥は本発明の方法によってカウントした。板は表面下の損傷の重要な証拠、１ｍｍ^２当り１００を大幅に超える欠陥を示した。

【0072】

他の３枚の板（「サンプル２」、「サンプル３」及び「サンプル４」と呼ぶ）は、誘導結合プラズマエッチングを施して材料を表面から除去した。ＩＣＰエッチングの条件は次の通りであった：約３００Ｗのプラテン出力、約４００Ｗのコイル出力、５ｍＴｏｒｒ（０．６６７Ｐａ）のチャンバー圧力、Ａｒについて２５ｓｃｃｍ及びＣｌ_２について４０ｓｃｃｍの流量。３枚のサンプルについて選択されたエッチング時間は、１５、３０及び６０分間であった。エッチングされた表面から除去された材料の量、当初及び最終表面粗度Ｒ_ｑの値は表１中にある。
表１−プラズマエッチング前後の板の特徴

【表1】

【0073】

プラズマエッチング過程の後及びＲ_ｑの測定後、３枚の板すべてに熱露出エッチングを施して表面下の損傷の程度を評価した。サンプル２〜４のそれぞれについて測定された欠陥の数密度は、プラズマエッチングを施されなかった板であるサンプル１において検出されたものとは異なって、それぞれの事例において１０未満であった。

【0074】

（実施例２）
横方向の長さが約１０ｍｍ×１０ｍｍ及び厚さが約６５０μｍの多結晶ＣＶＤダイヤモンドの２つのサンプルを、それらの成長表面上で従来の宝石細工の方法を使用して、ポリッシングした。原子間力顕微鏡によって２μｍ×２μｍの面積にわたって測定された、ポリッシングされた板の表面粗度値Ｒ_ｑは１．０ｎｍ及び１．０ｎｍであった。

【0075】

多結晶ダイヤモンドの２つのサンプル中に、Ａｒ−Ｃｌ_２ ＩＣＰプラズマを使用してマイクロトレンチをエッチングした。マイクロトレンチのフォトレジストフィーチャーは、サンプルの表面上に標準的なリソグラフィーの方法を使用してマスクでパターンを付けた。サンプルを、以下のＩＣＰチャンバー条件を使用してエッチングした：約３００Ｗのプラテン出力、約４００Ｗのコイル出力、５ｍＴｏｒｒ（０．６６７Ｐａ）のチャンバー圧力、Ａｒについて２５ｓｃｃｍ及びＣｌ_２について４０ｓｃｃｍの流量。第１のサンプル中には深さ１６ｎｍのトレンチをエッチングし［図１及び図２］、第２のサンプル中には深さ５３ｎｍのトレンチをエッチングした［図３及び図４］。トレンチの壁は明確であり、明らかに荒れた端はないことが分かる。両方の事例においてエッチング速度は１秒当り約１ｎｍであると測定され、この方法の再現性を実証している。表面の後エッチングはこれらの多結晶サンプル中に粒界の兆候を示さないことも明らかであり、エッチングが事実上等方性であることを実証している。深さ１６ｎｍ及び５３ｎｍのトレンチをエッチングした後のサンプルの（原子間力顕微鏡を使用して１μｍ×１μｍの面積にわたって測定された）Ｒ_ｑ値は、それぞれ０．８及び１．１ｎｍであり、１．０ｎｍの予備エッチングされた表面の粗度と比較されなければならない。これは、これらの条件下においてはこのエッチング法を使用することに起因する表面の粗化はわずかである又はないことを示しており、このエッチングが等方性であることをさらに支持している。

【0076】

（実施例３）
球形マイクロレンズ構造を、Ａｒ／Ｃｌ_２ ＩＣＰエッチングをフォトレジストリフロー法［Ｈ．Ｗ．Ｃｈｏｉ、Ｅ．Ｇｕ、Ｃ．Ｌｉｕ、Ｊ．Ｍ．Ｇｉｒｋｉｎ、Ｍ．Ｄ．Ｄａｗｓｏｎ、Ｊ．ｏｆ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９７（６）巻、０６３１０１頁（２００５年）；Ｃ．Ｌ．Ｌｅｅ、Ｈ．Ｗ．Ｃｈｏｉ、Ｅ．Ｇｕ、Ｍ．Ｄ．Ｄａｗｓｏｎ、Ｄｉａ．Ｒｅｌ．Ｍａｔ．１５巻、７２５頁（２００６年）］と併せて使用して、単結晶ＩＩａ天然ダイヤモンドのサンプル中に作製した。まず、Ｓｈｉｐｌｅｙ ＳＰＲ２２０フォトレジスト７μｍの厚さの層をダイヤモンド基材上にスピンコートした。マスクでパターンを付けた後、フォトレジストの円柱を形成した。次いでサンプルを１２５℃のホットプレート上に２分間置いて、フォトレジストの円柱をリフローさせた。表面張力の故に、球形レンズ構造が形成された。次いでこれらのレンズ構造を、Ａｒ／Ｃｌ_２プラズマを使用するＩＣＰエッチングによって、ダイヤモンド基材上に移した。使用したＩＣＰパラメーターは次の通りであった：１００Ｗのプラテン出力、４００Ｗのコイル出力、５ｍＴｏｒｒ（０．６６７Ｐａ）のチャンバー圧力、Ａｒについて２５ｓｃｃｍ及びＣｌ_２について４０ｓｃｃｍの流量、２５分間のエッチング継続時間。

【0077】

代表的なダイヤモンドマイクロレンズの原子間力顕微鏡画像に基づく線画を図５に示す。このレンズの表面直径及び高さは、それぞれ５０μｍ及び０．７５μｍであると測定された。ダイヤモンドマイクロレンズのプロフィールを、原子間力顕微鏡画像の断面スキャンを調べることによって検討した。測定されたプロフィールは次いで円の曲線と比較した。ダイヤモンドマイクロレンズの測定された断面プロフィール及び近似させた球のプロフィールが図６にプロットされている。理想的なプロフィールからの偏差は非常に小さく、マイクロレンズの断面プロフィールが形状において球形に非常に近いことを示している。

【0078】

（実施例４）
Ａｒ／Ｃｌ_２ ＩＣＰプラズマの（先に定義された）エッチング速度及びエッチング選択性を、次の条件を使用してＩＣＰコイル出力の関数として調べた：１００Ｗ、４００Ｗ及び９００ＷのＩＣＰコイル出力、３００Ｗで一定のＩＣＰプラテン出力、５ｍＴｏｒｒ（０．６６７Ｐａ）のチャンバー圧力、Ａｒについて２５ｓｃｃｍ及びＣｌ_２について４０ｓｃｃｍの流量、５分間のエッチング継続時間。単結晶天然ダイヤモンドサンプルをこれらの実験のために使用し、フォトレジストをマスク材料として使用した。結果は図７にプロットされている。エッチング速度はＩＣＰコイル出力と共に直線的に増加し、エッチング選択性はほぼ一定（約０．０９）であることが認められた。類似のある実験においてタイプＩｂの合成単結晶ダイヤモンドに対するエッチング選択性も約０．０９であることが見出された。これを約０．２０であるＡｒ／Ｏ_２ ＩＣＰプラズマを使用するエッチングの選択性と比較するべきである［Ｃ．Ｌ．Ｌｅｅ、Ｈ．Ｗ．Ｃｈｏｉ、Ｅ．Ｇｕ、Ｍ．Ｄ．Ｄａｗｓｏｎ、Ｄｉａ．Ｒｅｌ．Ｍａｔ．１５巻、７２５頁（２００６年）］。したがって、同一の厚さのフォトレジストマスクを使用すると、ＩＣＰ Ａｒ／Ｃｌ_２エッチングを使用してダイヤモンド中に作製される（マイクロレンズ及びマイクロトレンチなどの）マイクロ構造の高さ又は深さはＩＣＰ Ａｒ／Ｏ_２エッチングを使用して作製されるものの約半分である。したがって、Ａｒ／Ｃｌ_２を使用して得られるこのより低いエッチング選択性は、微細構造の高さ又は深さについて正確な制御が要求されている、より浅い構造的フィーチャーをダイヤモンド中にエッチングするためにはより適当である。

【0079】

（実施例５）
時間の関数としてのエッチング速度を、タイプＩｂの合成単結晶ダイヤモンドサンプルにおいてマイクロトレンチをエッチングすることによって調べた。トレンチは３つのサンプル中で同一のフォトレジストマスクを使用して、実施例２に記載したものと同一のＡｒ／Ｃｌ_２ ＩＣＰプラズマ条件下でエッチングした。３つのサンプルをそれぞれ９秒、２０秒、４０秒間エッチングした。形成されたマイクロトレンチの深さは原子間力顕微鏡法によって測定した。それを図８にエッチング時間の関数としてプロットしている。平均エッチング速度は、データに対する単純な線形曲線近似を行うことによって引き出し、１．２９±０．０３ｎｍ ｓ^−１であることを見出した。この数における小さな不確かさはこの方法が再現性のあるエッチング速度をもたらすことを示しており、これは製造方法の重要な要件である。

【0080】

（実施例６）
樹脂結合ポリッシング円盤を使用して機械的に研磨されたタイプＩｂ ＨＰＨＴ単結晶サンプルを、次のＩＣＰチャンバー条件を使用して１０分間エッチングした：約３００Ｗのプラテン出力、約１００Ｗのコイル出力、５ｍＴｏｒｒ（０．６６７Ｐａ）のチャンバー圧力、Ａｒについて２５ｓｃｃｍ及びＣｌ_２について４０ｓｃｃｍの流量。図９は、ＩＣＰエッチングの前にポリッシングされたサンプルの１μｍ×１μｍの表面積にわたる代表的な原子間力顕微鏡スキャンを示す。表面はポリッシングからもたらされるナノメートルスケールの直線状トレンチ又は溝によって特徴付けられ、この面積にわたる粗度Ｒ_ｑは０．５３ｎｍであると測定された。図１０はＩＣＰエッチング後のサンプルの１μｍ×１μｍの表面積にわたる代表的なＡＦＭスキャンを示している。直線状ポリッシング溝は前よりも浅くこの面積にわたる粗度Ｒ_ｑは０．１９ｎｍであると測定された。この実施例は機械的に予備ポリッシングされたダイヤモンド表面の粗度を低減する本方法の能力を実証している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】