ダイヤモンド構造体の製造方法及びダイヤモンド構造体
【課題】比較的深い溝、穴及び貫通孔が精度良くダイヤモンドに形成可能なダイヤモンド構造体の製造方法とダイヤモンド構造体とを提供すること。
【解決手段】積層体５４に含まれる第２層５８〜第５層６４は、第１層５６に対するウェットエッチングに対しエッチング耐性のある材料から成り、第５層６４は、第２層５８〜第４層６２に対しドライエッチングが行われる場合、各ドライエッチングに対してエッチング耐性のある材料から成る。
【解決手段】積層体５４に含まれる第２層５８〜第５層６４は、第１層５６に対するウェットエッチングに対しエッチング耐性のある材料から成り、第５層６４は、第２層５８〜第４層６２に対しドライエッチングが行われる場合、各ドライエッチングに対してエッチング耐性のある材料から成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法と、ダイヤモンド構造体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤモンドを切断し、又は、ダイヤモンドに溝、穴若しくは貫通孔を設けてダイヤモンド構造体を形成するには、レーザが主に用いられている。このようなレーザを用いたダイヤモンド加工法においては、（１）レーザ照射によって生じるグラファイト状の粉が加工面に付着する、（２）加工面がグラファイトとなり導電性を持つ、（３）加工面が２０μｍ〜５０μｍ程度の凹凸を有する、（４）加工面が垂直に加工されずに楔状となり使用有効面積をロスする（すなわち、１ｍｍ程度の幅と１００μｍ程度の厚みとを有する基板から１００μｍ程度の幅の複数の板を切り出す場合、１０μｍ程度の切り代を伴って基板表面に対し垂直に切れるなら、この基板から９枚の板が切り出し可能であるが、基板表面に対し垂直に切れず、基板表面に対し例えば４５度に切れる場合には、切り代は１００μｍ程度になるので、５枚の板のみが切り出される。）、又は（５）１０μｍ以下の加工精度（この場合、設計サイズに対する実際のサイズを想定している。実際には最終的に仕上がるサイズを勘案して設計サイズの大きさを調整するが、縮小率（拡大率）がばらつくことにより精度が生じる。基板表面に対し垂直に切れる場合、この精度は向上される。）の実現が困難、等の問題点があげられる。このような問題点を解決するるため、下記の非特許文献１、非特許文献２及び特許文献１に記載のようなＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等を用いてダイヤモンドを加工する方法も検討されている。ＲＩＥ等を用いてダイヤモンドを加工する場合、ダイヤモンド上にマスクをパターニングし、このパターニングされたマスクを用いてダイヤモンドをエッチングする。これにより、パターニングされたマスクの形状に沿ったダイヤモンド構造体が形成される。マスクの材料はダイヤモンドを加工する酸素雰囲気に対するエッチング耐性（所定のエッチング剤に対する耐性であり、以下同様。）を有している必要がある。マスクの材料のエッチング耐性がダイヤモンドのエッチング耐性よりも大きい程より深いエッチングが可能となる。
【非特許文献１】N.N.Efremow, M.W.Geis, D.C.Flanders, G.A.Lincoln and N.P.Economou: J.Vac.Sci.Technol. B3, p.416, (1985)
【非特許文献２】西林良樹、安藤豊、小橋宏司、目黒貴一、今井貴浩、平尾孝、尾浦憲治郎: New Diamond, Vol.17, No.3, p15 (2001)
【特許文献１】特開２００５−１３５８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マスクのパターニングには、フォトリソグラフィや電子線露光等を用いてパターニングされたレジストをマスク上に形成して用いるのが一般的である。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングの何れかを用いてマスクのパターニングを行う。ドライエッチングによる方法はレジストのパターニングを精度良く転写できるので非常に有効な方法である。しかし、レジストのエッチング耐性には限界があり、深い溝、穴及び貫通孔をダイヤモンドに形成する際に有効な厚いマスクを形成するのは困難である。また、レジストの厚みを１μｍ以上に厚くする方法も考えられる。この場合には、電子線描画が困難になるので、フォトリソグラフィによるパターニングを用いることになる。しかし、フォトリソグラフィを用いてもレジストの厚みが大きくなると解像度は低下するので、それに伴いエッチングの精度も低下する。一方、ウェットエッチングの場合、レジストの厚みは小さいがエッチング耐性を有しているので、ドライエッチングの場合のようなマスクの厚みに対する限界が解消される。しかし、ウェットエッチングを長時間行うとエッチングの対象となっている箇所の周囲もエッチングされるのでエッチングの精度が低下する。以上のように、ドライエッチング又はウェットエッチングの何れを用いても、比較的深い溝、穴又は貫通孔が精度良く形成されたダイヤモンド構造体の製造は困難である。そこで本発明は、比較的深い溝、穴及び貫通孔が精度良くダイヤモンドに形成可能なダイヤモンド構造体の製造方法とこのダイヤモンド構造体とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をウェットエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうちの一層は、該複数の層のうち前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、前記マスク形成工程において該一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００５】
従って、積層体を成す複数の層の各々にウェットエッチングを行う場合、エッチング済みの層は、後のウェットエッチングに対しエッチング耐性を有するため、後のウェットエッチング時にエッチングされにくい。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【０００６】
また、本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をドライエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外の一又は複数の層毎に前記マスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００７】
従って、積層体を成す複数の層の各々にドライエッチングを行う場合、レジスト形成工程において形成されたレジストがドライエッチングにより消滅しても、最初にドライエッチングされた層が、後のドライエッチングに対してレジストとして機能する。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうちの一層は、前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成され且つ前記マスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が前記積層体に含まれる場合、当該ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外であって且つ前記マスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、当該ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００９】
従って、積層体を成す複数の層の各々にウェットエッチング及びドライエッチングを行う場合、エッチング済みの層は、後のウェットエッチングに対しエッチング耐性を有するため、後のウェットエッチング時にエッチングされにくく、レジスト形成工程において形成されたレジストがドライエッチングにより消滅しても、初めにドライエッチングされた層が、後のドライエッチングに対してレジストとして機能する。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、深さ３０マイクロメートル以上３００マイクロメートル以下の溝または穴を含むダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体であって、前記溝または前記穴の幅はその深さの１／１００以上１／３以下であり、前記溝または前記穴の側面の粗さを表す凹凸の高低差はその深さの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、３０マイクロメートル以上３０００マイクロメートル以下の厚みのダイヤモンド基板からなるダイヤモンド構造体であって、前記ダイヤモンド基板の側面の粗さを表す凹凸の高低差が、該ダイヤモンド基板の厚みの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比較的深い溝、穴及び貫通孔が精度良くダイヤモンドに形成可能なダイヤモンド構造体の製造方法とダイヤモンド構造体とが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
はじめに、ウェットエッチングを用いてダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。まず、ウェットエッチングを用いた本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体をウェットエッチングすることにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうちの一層は、これら複数の層のうち積層体形成工程においてこの一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、マスク形成工程においてこの一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００１５】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、図１（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に積層体４を形成する。積層体４は、第１層６及び第２層８から構成される。第１層６はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層８は第１層６上に形成されている。第１層６の材料をＴｉ（チタン）とし、第２層８の材料をＭｏ（モリブデン）とすることができる（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、フォトリソグラフィを用いて、レジストにパターン（１〜３μｍ程度の幅のドットパターンや、１〜３μｍ程度の幅のラインパターンであり、以下同様。）を形成する（レジスト形成工程）。ここで、ドットパターンとは、単純な形状（三角形、四角形又は円形等）を意味するが、円形のバターンを想定している。また、一つだけでなく複数のパターンが配列されていてもよい。
【００１６】
レジスト形成工程の後、レジスト１０をマスクとしてＭｏから成る第２層８を、第１エッチング剤である王水を用いてウェットエッチングする。この場合、Ｔｉから成る第１層６は王水に対しエッチング耐性を有する。第１層６は、このウェットエッチングによりレジスト１０のパターンと略同形のパターンを有する第２マスク領域１２となる。そして、第２層８に対するエッチングの完了後、第２エッチング剤であるＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いてＴｉから成る第１層６をウェットエッチングする。この場合、Ｍｏから成る第２層８は、ＢＨＦに対しエッチング耐性を有する。第２層８は、このウェットエッチングにより第２マスク領域１２のパターン（レジスト１０のパターン）と略同形のパターンを有する第１マスク領域１４となる。以上のように第１層６及び第２層８に対するエッチングが完了すると、レジスト１０のパターンと略同形の高精度にパターニングされたマスク１６が形成される（図１（Ｂ）を参照）。マスク１６は、第２マスク領域１２及び第１マスク領域１４を有しており、第１マスク領域１４はダイヤモンド基板２上に形成され、第２マスク領域１２は第１マスク領域１４上に形成されている。第１層６は第２層８がエッチングされている間にはエッチングされにくいので、マスク１６の断面の端部の幅Ｌ２（第２マスク領域１２の断面の端部の幅であり、第１マスク領域１４の断面の各端部の幅も同様。）はレジスト１０の断面の幅Ｌ１と略同様となる（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、マスク１６を用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００１７】
ここで、図２を参照して、単層の場合には高精度なマスクパターンが困難となる理由を説明する。図２（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に１種類の材料から成る積層体１８（以下、単層であっても積層体という。）を形成し、そして、この積層体１８上にレジスト１０を形成した後に積層体１８をウェットエッチングする場合には、積層体１８の厚みが大きい程、図２（Ｂ）の図中符号Ａに示す向きにエッチングが大きく進行する。このため、このエッチングにより形成されたマスク２０の断面の端部の幅Ｌ３は、レジスト１０のパターンの幅Ｌ１よりもマスク１６の幅Ｌ２に比較して小さくなる（幅Ｌ３＜幅Ｌ２）。従って、１種類の材料から成る単層の積層体１８を用いた場合には、複数の層から成るマスク１６の場合に可能となっている高精度なパターニングが困難となる。
【００１８】
なお、第１層６及び第２層８の各材料は、互いに異なるエッチング耐性を有していればＭｏ及びＴｉに限らない。例えば、第１層６及び第２層８の材料は、図３（Ａ）に示す材料であってもよい。図３（Ａ）に示す第１層６の材料は、Ｔｉ、ＳｉＯ２又はＷ（タングステン）であり、第２層８の材料は、Ｍｏ又はＡｕである。
【００１９】
積層体を三層以上から構成すれば、より高い精度のパターニングが可能となる。この場合、この積層体を構成する各層の材料は互いに異なるエッチング耐性を有している。図１（Ｃ）に、三層から成る積層体２２がダイヤモンド基板２上に形成されている様子を示す。積層体２２を構成する三層は、第１層２４、第２層２６及び第３層２８である。図３（Ｂ）に示すように、第１層２４の材料をａ−Ｓｉとし、第２層２６の材料をＴｉ又はＳｉＯ２とし、第３層２８の材料をＭｏ又はＡｕとすることができる。第３層２８に対する第１エッチング剤は王水であり、第２層２６に対する第２エッチング剤はＢＨＦであり、第１層２４に対する第３エッチング剤はＫＯＨ（水酸化カリウム）である。図１（Ｄ）に示すように、積層体２２に対するウェットエッチングの後、積層体２２はマスク３０となる。マスク３０は、第１マスク領域３２、第２マスク領域３４及び第３マスク領域３６を有する。第１マスク領域３２は、ダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域３４は第１マスク領域３２上に形成されており、第３マスク領域３６は第２マスク領域３４上に形成されている。第３層２８は第２層２６がエッチングされている間にはエッチングされにくく、第２層２６は第１層２４がエッチングされている間にはエッチングされにくいので、マスク３０の断面の端部の幅Ｌ４（第３マスク領域３６の断面の端部の幅であり、第１マスク領域３２及び第２マスク領域３４の断面の各端部の幅と同様。）はレジスト１０の断面の幅Ｌ１と略同様となる。
【００２０】
次に、ドライエッチングを用いてダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。ドライエッチングを用いて厚いマスクのパターンを形成する場合、マスクのパターン形成前にレジストが消滅する、という困難がある。レジストを単純に厚くすればこのような困難は解消できるが、パターンの精度低下を招く。そこで、レジスト１０が通常の厚さ（例えば、２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）であってもドライエッチングを用いて厚いマスクを得るために、積層体を二層以上から成る構成とし、各層の材料は互いに異なるエッチング耐性を有しているものとする。
【００２１】
まず、ドライエッチングを用いた本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体をドライエッチングすることにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、このダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうち積層体形成工程において最後に形成される層は、この複数の層のうちこの最後に形成される層以外の一又は複数の層毎にマスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００２２】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、ダイヤモンド基板２上にＭｏを材料とする第１層を形成し、第１層上にＡｌを材料とする第２層を形成する（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、高精度にパターニングされたレジスト１０を第２層上に形成する（レジスト形成工程）。レジスト形成工程の後、Ａｌから成る第２層を、Ｃｌ２系ガスを用いてドライエッチングし、第２層に対するエッチングの完了後、Ｍｏから成る第１層を、ＳＦ６系ガスを用いてドライエッチングする。第２層の材料であるＡｌはＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有しているので、Ｍｏから成る第１層のエッチング時には第２層がレジストとして機能する。このため、レジスト１０は、少なくとも第２層のエッチング時に機能しさえすればよい。第１層のエッチングによって第２層は若干目減りするが第１層のエッチングの方が第２層のエッチングより速く進むので、厚みの大きなマスクの高精度なパターニングがドライエッチングを用いて可能となる。この結果、レジスト１０と略同様の精度（レジスト１０の断面の幅と、マスクの断面の端部の幅とが略同様の大きさ）で、ＡｌとＭｏとが積層された厚みの大きなマスクが形成される（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、上記のようにして得られたマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００２３】
なお、図３（Ｃ）に示すように、第２層の材料はＴｉでもよく、第１層の材料はＷでもよい。また、第１層の材料はＳｉＯ２でもよい。ＳｉＯ２を用いた場合、ＳｉＯ２だけではダイヤモンドへの垂直加工は困難であるが、金属と組み合わせて用いることにより垂直加工が可能になるので、有効である。
【００２４】
また、マスクは上述のような二層から成る構成に限らず、三層から成る構成であってもよい。この場合、ダイヤモンド基板２上には第１層が形成され、第１層上には第２層が形成され、第２層上には第３層が形成される。そして、高精度にパターニングされたレジストが第３層上に形成される。第１層の材料は、第２層及び第３層のエッチング時にエッチングされにくいものであればよい。すなわち、第１層の材料は、第２層及び第３層に対する各エッチング剤に対しエッチング耐性を有する。第１層〜第３層の各材料を図３（Ｄ）に示す。また、エッチング剤はガスの種類が同一であっても、エッチング条件（ガス組成、圧力、パワー、温度及びエッチング方法）に応じてエッチング比が大きくなる場合には利用できる。
【００２５】
次に、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用してダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。ウェットエッチングのみの場合に利用可能な積層体の材料やエッチング剤の種類は比較的少ないが、ウェットエッチングにドライエッチングを併用すれば、積層体の材料とエッチング剤との組み合わせのバリエーションが広がる。
【００２６】
まず、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、このダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうちの一層は、積層体形成工程においてこの一層の形成前に形成され且つマスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が積層体に含まれる場合、このウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、複数の層のうち積層体形成工程において最後に形成される層は、この複数の層のうちこの最後に形成される層以外であって且つマスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、このドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００２７】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、図４（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に積層体３８を形成する。積層体３８は、ダイヤモンド基板２上に形成される第１層４０と、第１層４０上に形成される第２層４２と、第２層４２上に形成される第３層４４とを有する。第１層４０の材料はＭｏであり、第２層４２の材料はＴｉであり、第３層４４の材料はＡｕである（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、高精度にパターニングされたレジスト１０を積層体３８上に形成する。レジスト１０は、第３層４４上に形成される（レジスト形成工程）。レジスト形成工程の後、Ａｕから成る第３層４４を、王水を用いてウェットエッチングする。Ｔｉから成る第２層４２は王水に対しエッチング耐性を有する。第３層４４に対するエッチングの完了後、この第２層４２をＣｌ２系ガスを用いてドライエッチングする。第３層４４は、Ｃｌ２系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２のエッチングが可能となる。第２層４２に対するエッチングの完了後、Ｍｏから成る第１層４０をＳＦ６系ガスを用いてドライエッチングする。第３層４４は、ＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第１層４０のエッチングが可能となる。以上のエッチングの後、積層体３８は、図４（Ｂ）に示すように、マスク４６となる。マスク４６は、第１マスク領域４８、第２マスク領域５０及び第３マスク領域５２を有する。第１マスク領域４８はダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域５０は第１マスク領域４８上に形成されており、第３マスク領域５２は第２マスク領域５０上に形成されている（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、マスク４６を用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００２８】
なお、第１層４０の材料をＭｏとし、第２層４２の材料をＡｕとし、第３層４４の材料をＴｉとしてもよい。この場合、Ｃｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第３層４４をドライエッチングし、第３層４４に対するエッチングの完了後に王水を用いてＡｕから成る第２層４２をウェットエッチングし、第２層４２に対するエッチングの完了後にＣＦ４系ガスを用いてＭｏから成る第１層４０をドライエッチングする。Ｔｉから成る第３層４４は、王水及びＣＦ４系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２及び第１層４０のエッチングが可能となる。
【００２９】
また、第１層４０の材料をＡｕとし、第２層４２の材料をＳｉとし、第３層４４の材料をＴｉとしてもよい。この場合、Ｃｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第３層４４をドライエッチングし、第３層４４に対するエッチングの完了後にＳＦ６系ガスを用いてＳｉから成る第２層４２をドライエッチングし、第２層４２に対するエッチングの完了後に王水を用いてＡｕから成る第１層４０をウェットエッチングする。Ｔｉから成る第３層４４は、ＳＦ６系ガス及び王水に対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２及び第１層４０のエッチングが可能となる。以上のように、第３層４４がエッチング耐性を有するエッチング剤によって第１層４０及び第２層４２がエッチングされれば、ドライエッチングやウェットエッチングを第１層４０〜第３層４４のうち何れの層に用いるかについての制限はない。更に、例えば第３層をエッチングする場合、第１層は、この第３層のエッチングに用いるエッチング剤によりエッチングされる材料から成っていてもよい。これは、第３層をエッチングする場合、第２層がエッチング耐性を有していれば、第２層が第１層に対する保護膜となって、第１層は第３層のエッチングにより影響を受けないからである。また、図４（Ｃ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に五層から成る積層体５４を形成してもよい。
【００３０】
積層体５４は、第１層５６、第２層５８、第３層６０、第４層６２及び第５層６４を有する。第１層５６はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層５８は第１層５６上に形成され、第３層６０は第２層５８上に形成され、第４層６２は第３層６０上に形成され、第５層６４は第４層６２上に形成される。第１層５６の材料はＡｌであり、第２層５８の材料はＭｏであり、第３層６０の材料はＳｉＯ２であり、第４層６２の材料はＴｉであり、第５層６４の材料はＡｕである。この場合、王水を用いてＡｕから成る第５層６４をウェットエッチングし、第５層６４に対するエッチングの完了後にＣｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第４層６２をドライエッチングし、第４層６２に対するエッチングの完了後にＣＦ４系ガスを用いてＳｉＯ２から成る第３層６０をドライエッチングし、第３層６０に対するエッチングの完了後にＳＦ６系ガスを用いてＭｏから成る第２層５８をドライエッチングし、第２層５８に対するエッチングの完了後にＣｌ２系ガスを用いてＡｌから成る第１層５６をドライエッチングする。Ａｕから成る第５層６４は、Ｃｌ２系ガス、ＣＦ４系ガス及びＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第５層６４がレジストの機能を発揮して第４層６２〜第１層５６のエッチングが可能となる。
【００３１】
上記エッチングの後、積層体５４は、図４（Ｄ）に示すように、マスク６６となる。マスク６６は、第１マスク領域６８、第２マスク領域７０、第３マスク領域７２、第４マスク領域７４及び第５マスク領域７６を有する。第１マスク領域６８はダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域７０は第１マスク領域６８上に形成されており、第３マスク領域７２は第２マスク領域７０上に形成されており、第４マスク領域７４は第３マスク領域７２上に形成されており、第５マスク領域７６は第４マスク領域７４上に形成されている。なお、積層体が二層の場合、第１層及び第２層の各材料は、図３（Ｅ）に示すものであってもよい。この場合、第２層をエッチングする際に用いる第１エッチング剤と、第１層をエッチングする際に用いる第２エッチング剤とを、図３（Ｅ）に示す。
【００３２】
以上説明した実施形態によれば、二層以上から構成される積層体（例えば積層体４等）をダイヤモンド基板２上に形成することにより、厚みの大きいマスク（例えばマスク１６等）のパターニングが高精度に行える。そして、マスクのエッチング耐性も向上される。また、レジスト１０と積層体（例えば積層体４等）との密着性が長時間のエッチングで低減しても、積層体を構成する複数の層同士の密着性は維持できる。このため、これら複数の層がレジストの機能を発揮できるので積層体のエッチングが精度良く行える。このように、厚みの大きいマスク（例えばマスク１６等）がダイヤモンド基板２上に高精度に形成できるので、ダイヤモンド基板２に対し高精度で比較的深いエッチングが可能となる。また、上述のマスクを用いれば、ダイヤモンド基板２を効率よく（切り代を少なく）エッチングにより切断できるので、２０μｍ〜５０μｍ角の多結晶ダイヤモンドチップが切り出し可能となる。
【００３３】
これにより、例えば、３０μｍ以上３００μｍ以下の厚みのダイヤモンド基板２上の５０μｍ角（Ｌ５）にデバイスが搭載されているような素子が分離できる。この素子の側面（エッチングにより形成された面であり、以下、エッチング面という。）の粗さを表す凹凸の高低差をこの素子の厚みの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ａ）に示すダイヤモンド構造体７８を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の高さ（Ｌ６）と１μｍ程度（高さＬ６の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ７）とを有する凸部Ｂ１がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この凸部Ｂ１の側面（エッチング面）の面粗さ（Ｒａ）を表す凹凸の高低差をこの凸部Ｂ１の高さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すダイヤモンド構造体８０を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の深さ（Ｌ８）と１μｍ程度（深さＬ８の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ９）とを有する溝Ｂ２がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この溝Ｂ２のエッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの溝Ｂ２の深さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる。（図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すダイヤモンド構造体８２を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の深さ（Ｌ１０）と１μｍ程度（深さＬ１０の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ１１）とを有する貫通孔Ｂ３がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この貫通孔Ｂ３のエッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの貫通孔Ｂ３の深さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ｆ）及び図５（Ｇ）に示すダイヤモンド構造体８４を参照）。ここで、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図であり、図５（Ｅ）は、図５（Ｄ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図であり、図５（Ｇ）は、図５（Ｆ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図である。
【００３４】
従って、例えば、従来よりも高く尖鋭なダイヤモンドから成る電子エミッタの形成が可能となり、シングルチップの実用的な電子源が作製できる。更に、レーザを用いた場合に生じるグラファイトや切断機器を用いた場合等に生じる金属成分がエッチング面（エッチングにより形成されたダイヤモンドの面）に形成されないので、ダイヤモンド基板２の絶縁性が維持できる。また、カンチレバーに効率よく取り付けられるダイヤモンドプローブの作製も可能になり、ナノインプリントのような微小でなくとも、μｍサイズ以上の金型にも応用できる。
【実施例１】
【００３５】
（第１実施例）以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。まず、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して第１実施例について説明する。第１実施例は、ウェットエッチングにより形成した複数層から成るマスクを用いエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。はじめに、表面が平坦に（１０ｎｍ以下の面粗さに）研磨された２インチ径のダイヤモンド基板２上に種々の積層体又は単層から成る膜を形成した。各積層体の第１層〜第３層の厚み（厚みの組み合わせ）は互いに異なる。
【００３６】
詳細には、第１層〜第３層の三層から成る積層体、第１層及び第２層の二層から成る積層体（第３層の厚みがゼロの積層体）、第１層及び第３層の二層から成る積層体（第２層の厚みがゼロの積層体）、第２層及び第３層の二層から成る積層体（第１層の厚みがゼロの積層体）、第１層のみから成る膜（第２層及び第３層の各厚みはゼロ）、第２層のみから成る膜（第１層及び第３層の各厚みはゼロ）、そして、第３層のみから成る膜（第１層及び第２層の各厚みはゼロ）をダイヤモンド基板２上に形成した。積層体が第１層〜第３層の三層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成され、第３層は第２層上に形成された。積層体が第１層及び第２層の二層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成された。積層体が第１層及び第３層の二層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第１層上に形成された。積層体が第２層及び第３層の二層から成る場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第２層上に形成された。第１層のみから成る膜を用いた場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成された。第２層のみから成る膜を用いた場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成された。第３層のみから成る膜を用いた場合、第３層はダイヤモンド基板２上に形成された。
【００３７】
図６（Ａ）に示す実施例０１〜実施例０９及び図６（Ｂ）に示す実施例１１〜実施例１９の各積層体は、第１層〜第３層のうち少なくとも二層以上から成る。なお、比較例０１〜比較例０９及び比較例１１〜比較例１６の各膜は、比較例０１及び比較例１１を除いて第１層〜第３層のうち何れか一層のみから成る。比較例０１及び比較例１１の各膜は第１層及び第２層を有しているが、同一のエッチング剤によりエッチングされたので、単層からなる膜として扱っている。第１層の材料はＴｉであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＭｏである。Ｔｉから成る第１層とＭｏから成る第３層とはスパッタリング法を用いて成膜され、ＳｉＯ２から成る第２層はＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法を用いて成膜された。
【００３８】
そして、フォトリソグラフィを用いてレジスト（ＴＳＭＲ）のパターンを各積層体上に形成した。その後、この各積層体を王水及びＢＨＦを用いてウェットエッチングした。このエッチング処理の後、レジストのパターンと同様のパターンを有する複数層から成るマスクがダイヤモンド基板２上に形成された。この後、このマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチングを、ＲＩＥ装置を用いてＣＦ４／Ｏ２＝１％の雰囲気のプラズマ中において行い、凸部を有するダイヤモンド構造体（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）を参照）を製造した。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図６（Ａ）及び図６（Ｂ）にまとめた。なお、比較例０１〜比較例０９及び比較例１１〜比較例１６の各膜に対しても、王水及びＢＨＦを用いたウェットエッチングが施された。
【００３９】
以下、図６（Ａ）を参照して説明する。図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目は、ダイヤモンド基板２に対し形成可能なドットサイズ（このドットパターンとしては、円形を想定している。）が小さいほど精密な加工ができることを示している（以下同様）。すなわち、複数層から成る実施例０１〜実施例０３の各積層体は、同一の厚みを有する単層の比較例０１〜比較例０４の各膜よりも精度の高い加工が行えることがわかる（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。複数層から成る実施例０４及び実施例０５の各積層体は、実施例０１〜実施例０３の各積層体に比較して厚みが大きく、精度の高い加工も行いにくくなっていたが（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）、比較的大きな高さの凸部が形成できる点で有効であった（図６（Ａ）の「凸部」「高さ」の項目を参照）。単層の比較例０５及び比較例０６の各膜は、実施例０１〜実施例０３の各積層体に比較して厚みが大きく、実施例０５の積層体の厚みと同程度であったが、実施例０１〜実施例０５及び比較例０１〜比較例０４の何れの場合よりも精度の高い加工は行いにくくなっていた（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。以上により、実施例０１〜実施例０５のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例０１〜比較例０６のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。
【００４０】
また、実施例０６〜実施例０９は、実施例０１〜実施例０５に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例０６〜実施例０９においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。実施例０６〜実施例０９において用いられたエッチング方法は、実施例０１〜実施例０５において用いられたエッチング方法と同様である。比較例０７〜比較例０９に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な凸部の高さには２０μｍ程度の限界があったが、実施例０６〜実施例０９に示すように、積層体のマスクを用いた場合には凸部の高さはこの２０μｍの限界を超え３０μｍ以上であった。なお、凸部の高さが２５μｍを超えており、この凸部の幅がこの凸部の高さの１／３以下となるウェットエッチングの加工例ははじめてである。
【００４１】
次に、図６（Ｂ）を参照して説明する。複数層から成る実施例１１〜実施例１３の各積層体は、同一の厚みを有する単層の比較例１１〜比較例１４の各膜よりも精度の高い加工が行えた（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）。複数層から成る実施例１４及び実施例１５の各積層体は、厚みが大きく、精度の高い加工も行いにくくなっていたが（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）、比較的大きな深さの穴が形成できる点で有効であった（図６（Ｂ）の「穴」「深さ」の項目を参照）。単層の比較例１５及び比較例１６の各膜は、実施例１１〜実施例１３の各積層体に比較して厚みが大きく、実施例１５の積層体の厚みと同程度であったが、実施例１１〜実施例１５及び比較例１１〜比較例１４の何れの場合よりも精度の高い加工は行いにくくなっていた（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）。以上により、実施例１１〜実施例１５のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例１１〜比較例１６のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて深い穴が形成できた。
【００４２】
また、実施例１６〜実施例１９は、実施例１１〜実施例１５に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例１６〜実施例１９においては、深さ３０μｍ以上の穴が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この穴の幅は穴の深さの１／３以下であり、この穴の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの穴の深さの１／１０以下である。実施例１６〜実施例１９において用いられたエッチング方法は、実施例１１〜実施例１５において用いられたエッチング方法と同様である。比較例１１〜比較例１２に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な穴の深さは２０μｍ程度の限界があったが、実施例１６〜実施例１９に示すように、積層体のマスクを用いた場合にはこの２０μｍの限界を超え３０μｍ以上であった。なお、穴の深さが２５μｍを超えており、この穴の幅がこの穴の深さの１／３以下となるウェットエッチングの加工例ははじめてである。
【００４３】
（第２実施例）次に、図７を参照して第２実施例について説明する。第２実施例は、ウェットエッチングとドライエッチングとによって形成された複数層又は単層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。はじめに、表面が平坦に（１０ｎｍ以下の面粗さに）研磨された２インチ径のダイヤモンド基板２上に種々の積層体及び膜を形成した。各積層体の第１層〜第３層の厚み（厚みの組み合わせ）は互いに異なる。詳細には、第１層〜第３層の三層から成る積層体、第２層及び第３層の二層から成る積層体（第１層の厚みがゼロの積層体）、第１層のみから成る膜（第２層及び第３層の各厚みはゼロ）、第２層のみから成る膜（第１層及び第３層の各厚みはゼロ）、そして、第３層のみから成る膜（第１層及び第２層の各厚みはゼロ）をダイヤモンド基板２上に形成した。積層体が第１層〜第３層の三層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成され、第３層は第２層上に形成された。積層体が第２層及び第３層の二層から成る場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第２層上に形成された。第１層のみから成る膜を用いた場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成された。第２層のみから成る膜を用いた場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成された。第３層のみから成る膜を用いた場合、第３層はダイヤモンド基板２上に形成された。
【００４４】
図７に示す実施例２１の積層体は、第１層〜第３層のうち第２層及び第３層の二層から成り、実施例２２及び実施例２３の各積層体は、第１層〜第３層の三層からなる。なお、図７に示す比較例２１〜比較例２４の各積層体は、第１層〜第３層のうち何れか一層のみから成る。第１層の材料はＴｉであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＭｏである。Ｔｉから成る第１層とＭｏから成る第３層とはスパッタリング法を用いて成膜され、ＳｉＯ２から成る第２層はＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法を用いて成膜された。
【００４５】
そして、フォトリソグラフィを用いてレジスト（ＴＳＭＲ）のパターンを実施例２１〜実施例２５の各積層体上に形成した。その後、各積層体の第３層をウェットエッチングし、その下部（第２層更には第１層）をＲＩＥを用いてドライエッチングした。ＳｉＯ２から成る第２層に対してはＣＦ４ガスを用いてエッチングし、Ｔｉから成る第１層に対してはＣｌ２ガスを用いてエッチングした。このエッチング処理の後、レジストのパターンと同様のパターンを有するマスクがダイヤモンド基板２上に形成された。この後、このマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチングを、ＲＩＥ装置を用いてＣＦ４／Ｏ２＝１％の雰囲気のプラズマ中において行い、凸部を有するダイヤモンド構造体（図５（Ｆ）及び図５（Ｇ）を参照）を製造した。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図７にまとめた。なお、比較例２４の膜に対してはウェットエッチングが施され、比較例２１〜比較例２３の各膜に対してはＲＩＥを用いたドライエッチングが施された。
【００４６】
以下、図７を参照して説明する。実施例２１〜実施例２３の各積層体と、比較例２１及び比較例２２の各膜とは、同一の厚みのレジストを用いて形成されたものである。実施例２１〜実施例２３の各積層体と、比較例２１及び比較例２２の各膜とは、同程度の精度の高い加工が行えたが（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）、実施例２１〜実施例２３の各積層体の方が、比較例２１及び比較例２２の各膜よりも厚みが大きい。比較例２３の膜は、実施例２１〜実施例２３の各積層体と同程度の厚みを有しているが、実施例２１〜実施例２３の各積層体の形成時に用いたレジストよりも更に厚いレジストを用いて形成された。この比較例２３の膜は、実施例２１〜実施例２３の各積層体よりも低精度となっていた（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。比較例２４はウェットエッチングが行われた第３層を厚くしたものであるが、比較例２３と同様に低精度となっていた（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。従って、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した場合においても、実施例２１〜実施例２３のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２４のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。また、凸部ではなく、第１実施例（図６（Ｂ））の場合と同様な穴をダイヤモンド基板２に形成した場合も検証したが、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した場合においても、実施例２１〜実施例２３のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２４のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。
【００４７】
また、実施例２４及び実施例２５は、実施例２１〜実施例２３に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例２４及び実施例２５においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の深さの１／１０以下である。実施例２４及び実施例２５において用いられたエッチング方法は、実施例２１〜実施例２３において用いられたエッチング方法と同様である。比較例２１〜比較例２４に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な凸部の高さは２０μｍ程度の限界があったが、実施例２４及び実施例２５に示すように、積層体のマスクを用いた場合には凸部の高さが５０μｍ以上であり凸部の幅が凸部の高さの１／３以下であった。
【００４８】
（第３実施例）次に、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を参照して第３実施例について説明する。第３実施例は、ドライエッチングにより形成した複数層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。第１層の材料はＭｏであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＴｉ（又はＡｌ）である。第１層〜第３層に対しては、層毎に互いに異なるエッチング剤（ガス）を用いたＲＩＥによってドライエッチングした。Ｍｏから成る第１層に対してはＳＦ６系ガスを用いてエッチングし、ＳｉＯ２から成る第２層に対してはＣＦ４系ガスを用いてエッチングし、Ｔｉ（又はＡｌ）から成る第３層に対してはＣｌ２系ガスを用いてエッチングした。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）にまとめた。
【００４９】
なお、比較例２１〜比較例２３（図７を参照）及び比較例３１〜比較例３３の各膜も実施例３１〜実施例３４の各積層体と同様のエッチング処理が施された。図８（Ａ）には、ダイヤモンド基板２上に凸部を形成した場合の結果が示されており、図８（Ｂ）にはダイヤモンド基板２に穴を形成した場合の結果が示されている。何れもほぼ同じ結果を得たが、比較例２３と、この比較例２３と同じ条件の比較例４３とでは結果が若干異なっていた。図８（Ｂ）は、この結果を示している。Ｔｉに換えてＡｌを第３層の材料に用いてもＴｉを用いた図８（Ａ）に示す結果とほぼ同様の結果が得られた。この結果を図８（Ｃ）に示す。以上により、ドライエッチングを用いた場合においても、実施例３１〜実施例３４のような複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２３及び比較例３１〜比較例３３のように単層の膜をマスクを用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部や、より細くて深い穴が形成できた。なお、実施例３５及び実施例５４においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。
【００５０】
（第４実施例）次に、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して第４実施例について説明する。第４実施例は、複数層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する側面評価結果である。図９（Ａ）に示す「Ｄ」はドライエッチングによりエッチング処理されたことを示しており、「Ｗ」はウェットエッチングによりエッチング処理されたことを示している。なお、単層の比較例６１及び比較例６２の各膜には、Ｃｌ２系ガスを用いたＲＩＥによるエッチング処理が施され、このエッチング処理によって得られたマスクを用いてダイヤモンド基板２に対しエッチングを行って凸部を形成する。実施例０４及び実施例０５、実施例２１〜実施例２３、実施例３１〜実施例３４、実施例５１、比較例０５、比較例２３及び比較例２２、並びに比較例６１及び比較例６２におけるエッチング面の状態（面粗さを表す凹凸の高低差）を、触針式の粗さ計を用いて測定した。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）にはこの測定結果が示されている。実施例０４及び実施例０５、実施例２１〜実施例２３、実施例３１〜実施例３４、並びに実施例５１の凸部は、高さが１０μｍ以上であり、且つ、エッチング面（凸部の側面）の垂直度がダイヤモンド基板２の表面に対して８０度以上であり、且つ、エッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差が１μｍ以下となっている。従って、比較的大きく、滑らかな表面を有しており、基板表面に対し略垂直なダイヤモンドの凸部がダイヤモンド基板２に形成できた。なお、実施例２６、実施例３６及び実施例５２においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造できた。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。
【００５１】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】従来のダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための表である。
【図４】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】実施形態に係るダイヤモンド構造体を示す図である。
【図６】第１実施例を説明するための表である。
【図７】第２実施例を説明するための表である。
【図８】第３実施例を説明するための表である。
【図９】第４実施例を説明するための表である。
【符号の説明】
【００５３】
２…ダイヤモンド基板、４，１８，２２，３８，５４…積層体、６，２４，４０，５６…第１層、８，２６，４２，５８…第２層、１０…レジスト、１２，３４，５０，７０…第２マスク領域、１４，３２，４８，６８…第１マスク領域、１６，２０，３０，４６，６６…マスク、２８，４４，６０…第３層、６２…第４層、６４…第５層、３６，５２，７２…第３マスク領域、７４…第４マスク領域、７６…第５マスク領域、７８，８０，８２，８４…ダイヤモンド構造体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法と、ダイヤモンド構造体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤモンドを切断し、又は、ダイヤモンドに溝、穴若しくは貫通孔を設けてダイヤモンド構造体を形成するには、レーザが主に用いられている。このようなレーザを用いたダイヤモンド加工法においては、（１）レーザ照射によって生じるグラファイト状の粉が加工面に付着する、（２）加工面がグラファイトとなり導電性を持つ、（３）加工面が２０μｍ〜５０μｍ程度の凹凸を有する、（４）加工面が垂直に加工されずに楔状となり使用有効面積をロスする（すなわち、１ｍｍ程度の幅と１００μｍ程度の厚みとを有する基板から１００μｍ程度の幅の複数の板を切り出す場合、１０μｍ程度の切り代を伴って基板表面に対し垂直に切れるなら、この基板から９枚の板が切り出し可能であるが、基板表面に対し垂直に切れず、基板表面に対し例えば４５度に切れる場合には、切り代は１００μｍ程度になるので、５枚の板のみが切り出される。）、又は（５）１０μｍ以下の加工精度（この場合、設計サイズに対する実際のサイズを想定している。実際には最終的に仕上がるサイズを勘案して設計サイズの大きさを調整するが、縮小率（拡大率）がばらつくことにより精度が生じる。基板表面に対し垂直に切れる場合、この精度は向上される。）の実現が困難、等の問題点があげられる。このような問題点を解決するるため、下記の非特許文献１、非特許文献２及び特許文献１に記載のようなＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等を用いてダイヤモンドを加工する方法も検討されている。ＲＩＥ等を用いてダイヤモンドを加工する場合、ダイヤモンド上にマスクをパターニングし、このパターニングされたマスクを用いてダイヤモンドをエッチングする。これにより、パターニングされたマスクの形状に沿ったダイヤモンド構造体が形成される。マスクの材料はダイヤモンドを加工する酸素雰囲気に対するエッチング耐性（所定のエッチング剤に対する耐性であり、以下同様。）を有している必要がある。マスクの材料のエッチング耐性がダイヤモンドのエッチング耐性よりも大きい程より深いエッチングが可能となる。
【非特許文献１】N.N.Efremow, M.W.Geis, D.C.Flanders, G.A.Lincoln and N.P.Economou: J.Vac.Sci.Technol. B3, p.416, (1985)
【非特許文献２】西林良樹、安藤豊、小橋宏司、目黒貴一、今井貴浩、平尾孝、尾浦憲治郎: New Diamond, Vol.17, No.3, p15 (2001)
【特許文献１】特開２００５−１３５８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マスクのパターニングには、フォトリソグラフィや電子線露光等を用いてパターニングされたレジストをマスク上に形成して用いるのが一般的である。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングの何れかを用いてマスクのパターニングを行う。ドライエッチングによる方法はレジストのパターニングを精度良く転写できるので非常に有効な方法である。しかし、レジストのエッチング耐性には限界があり、深い溝、穴及び貫通孔をダイヤモンドに形成する際に有効な厚いマスクを形成するのは困難である。また、レジストの厚みを１μｍ以上に厚くする方法も考えられる。この場合には、電子線描画が困難になるので、フォトリソグラフィによるパターニングを用いることになる。しかし、フォトリソグラフィを用いてもレジストの厚みが大きくなると解像度は低下するので、それに伴いエッチングの精度も低下する。一方、ウェットエッチングの場合、レジストの厚みは小さいがエッチング耐性を有しているので、ドライエッチングの場合のようなマスクの厚みに対する限界が解消される。しかし、ウェットエッチングを長時間行うとエッチングの対象となっている箇所の周囲もエッチングされるのでエッチングの精度が低下する。以上のように、ドライエッチング又はウェットエッチングの何れを用いても、比較的深い溝、穴又は貫通孔が精度良く形成されたダイヤモンド構造体の製造は困難である。そこで本発明は、比較的深い溝、穴及び貫通孔が精度良くダイヤモンドに形成可能なダイヤモンド構造体の製造方法とこのダイヤモンド構造体とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をウェットエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうちの一層は、該複数の層のうち前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、前記マスク形成工程において該一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００５】
従って、積層体を成す複数の層の各々にウェットエッチングを行う場合、エッチング済みの層は、後のウェットエッチングに対しエッチング耐性を有するため、後のウェットエッチング時にエッチングされにくい。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【０００６】
また、本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をドライエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外の一又は複数の層毎に前記マスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００７】
従って、積層体を成す複数の層の各々にドライエッチングを行う場合、レジスト形成工程において形成されたレジストがドライエッチングにより消滅しても、最初にドライエッチングされた層が、後のドライエッチングに対してレジストとして機能する。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、ダイヤモンド構造体の製造方法であって、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程とを有しており、前記複数の層のうちの一層は、前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成され且つ前記マスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が前記積層体に含まれる場合、当該ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外であって且つ前記マスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、当該ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とする。
【０００９】
従って、積層体を成す複数の層の各々にウェットエッチング及びドライエッチングを行う場合、エッチング済みの層は、後のウェットエッチングに対しエッチング耐性を有するため、後のウェットエッチング時にエッチングされにくく、レジスト形成工程において形成されたレジストがドライエッチングにより消滅しても、初めにドライエッチングされた層が、後のドライエッチングに対してレジストとして機能する。よって、複数の層から成る比較的厚い積層体に対しても、マスクパターンの形状を保持できるエッチングが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、深さ３０マイクロメートル以上３００マイクロメートル以下の溝または穴を含むダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体であって、前記溝または前記穴の幅はその深さの１／１００以上１／３以下であり、前記溝または前記穴の側面の粗さを表す凹凸の高低差はその深さの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、３０マイクロメートル以上３０００マイクロメートル以下の厚みのダイヤモンド基板からなるダイヤモンド構造体であって、前記ダイヤモンド基板の側面の粗さを表す凹凸の高低差が、該ダイヤモンド基板の厚みの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比較的深い溝、穴及び貫通孔が精度良くダイヤモンドに形成可能なダイヤモンド構造体の製造方法とダイヤモンド構造体とが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
はじめに、ウェットエッチングを用いてダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。まず、ウェットエッチングを用いた本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体をウェットエッチングすることにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうちの一層は、これら複数の層のうち積層体形成工程においてこの一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、マスク形成工程においてこの一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００１５】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、図１（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に積層体４を形成する。積層体４は、第１層６及び第２層８から構成される。第１層６はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層８は第１層６上に形成されている。第１層６の材料をＴｉ（チタン）とし、第２層８の材料をＭｏ（モリブデン）とすることができる（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、フォトリソグラフィを用いて、レジストにパターン（１〜３μｍ程度の幅のドットパターンや、１〜３μｍ程度の幅のラインパターンであり、以下同様。）を形成する（レジスト形成工程）。ここで、ドットパターンとは、単純な形状（三角形、四角形又は円形等）を意味するが、円形のバターンを想定している。また、一つだけでなく複数のパターンが配列されていてもよい。
【００１６】
レジスト形成工程の後、レジスト１０をマスクとしてＭｏから成る第２層８を、第１エッチング剤である王水を用いてウェットエッチングする。この場合、Ｔｉから成る第１層６は王水に対しエッチング耐性を有する。第１層６は、このウェットエッチングによりレジスト１０のパターンと略同形のパターンを有する第２マスク領域１２となる。そして、第２層８に対するエッチングの完了後、第２エッチング剤であるＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いてＴｉから成る第１層６をウェットエッチングする。この場合、Ｍｏから成る第２層８は、ＢＨＦに対しエッチング耐性を有する。第２層８は、このウェットエッチングにより第２マスク領域１２のパターン（レジスト１０のパターン）と略同形のパターンを有する第１マスク領域１４となる。以上のように第１層６及び第２層８に対するエッチングが完了すると、レジスト１０のパターンと略同形の高精度にパターニングされたマスク１６が形成される（図１（Ｂ）を参照）。マスク１６は、第２マスク領域１２及び第１マスク領域１４を有しており、第１マスク領域１４はダイヤモンド基板２上に形成され、第２マスク領域１２は第１マスク領域１４上に形成されている。第１層６は第２層８がエッチングされている間にはエッチングされにくいので、マスク１６の断面の端部の幅Ｌ２（第２マスク領域１２の断面の端部の幅であり、第１マスク領域１４の断面の各端部の幅も同様。）はレジスト１０の断面の幅Ｌ１と略同様となる（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、マスク１６を用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００１７】
ここで、図２を参照して、単層の場合には高精度なマスクパターンが困難となる理由を説明する。図２（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に１種類の材料から成る積層体１８（以下、単層であっても積層体という。）を形成し、そして、この積層体１８上にレジスト１０を形成した後に積層体１８をウェットエッチングする場合には、積層体１８の厚みが大きい程、図２（Ｂ）の図中符号Ａに示す向きにエッチングが大きく進行する。このため、このエッチングにより形成されたマスク２０の断面の端部の幅Ｌ３は、レジスト１０のパターンの幅Ｌ１よりもマスク１６の幅Ｌ２に比較して小さくなる（幅Ｌ３＜幅Ｌ２）。従って、１種類の材料から成る単層の積層体１８を用いた場合には、複数の層から成るマスク１６の場合に可能となっている高精度なパターニングが困難となる。
【００１８】
なお、第１層６及び第２層８の各材料は、互いに異なるエッチング耐性を有していればＭｏ及びＴｉに限らない。例えば、第１層６及び第２層８の材料は、図３（Ａ）に示す材料であってもよい。図３（Ａ）に示す第１層６の材料は、Ｔｉ、ＳｉＯ２又はＷ（タングステン）であり、第２層８の材料は、Ｍｏ又はＡｕである。
【００１９】
積層体を三層以上から構成すれば、より高い精度のパターニングが可能となる。この場合、この積層体を構成する各層の材料は互いに異なるエッチング耐性を有している。図１（Ｃ）に、三層から成る積層体２２がダイヤモンド基板２上に形成されている様子を示す。積層体２２を構成する三層は、第１層２４、第２層２６及び第３層２８である。図３（Ｂ）に示すように、第１層２４の材料をａ−Ｓｉとし、第２層２６の材料をＴｉ又はＳｉＯ２とし、第３層２８の材料をＭｏ又はＡｕとすることができる。第３層２８に対する第１エッチング剤は王水であり、第２層２６に対する第２エッチング剤はＢＨＦであり、第１層２４に対する第３エッチング剤はＫＯＨ（水酸化カリウム）である。図１（Ｄ）に示すように、積層体２２に対するウェットエッチングの後、積層体２２はマスク３０となる。マスク３０は、第１マスク領域３２、第２マスク領域３４及び第３マスク領域３６を有する。第１マスク領域３２は、ダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域３４は第１マスク領域３２上に形成されており、第３マスク領域３６は第２マスク領域３４上に形成されている。第３層２８は第２層２６がエッチングされている間にはエッチングされにくく、第２層２６は第１層２４がエッチングされている間にはエッチングされにくいので、マスク３０の断面の端部の幅Ｌ４（第３マスク領域３６の断面の端部の幅であり、第１マスク領域３２及び第２マスク領域３４の断面の各端部の幅と同様。）はレジスト１０の断面の幅Ｌ１と略同様となる。
【００２０】
次に、ドライエッチングを用いてダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。ドライエッチングを用いて厚いマスクのパターンを形成する場合、マスクのパターン形成前にレジストが消滅する、という困難がある。レジストを単純に厚くすればこのような困難は解消できるが、パターンの精度低下を招く。そこで、レジスト１０が通常の厚さ（例えば、２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）であってもドライエッチングを用いて厚いマスクを得るために、積層体を二層以上から成る構成とし、各層の材料は互いに異なるエッチング耐性を有しているものとする。
【００２１】
まず、ドライエッチングを用いた本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体をドライエッチングすることにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、このダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうち積層体形成工程において最後に形成される層は、この複数の層のうちこの最後に形成される層以外の一又は複数の層毎にマスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００２２】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、ダイヤモンド基板２上にＭｏを材料とする第１層を形成し、第１層上にＡｌを材料とする第２層を形成する（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、高精度にパターニングされたレジスト１０を第２層上に形成する（レジスト形成工程）。レジスト形成工程の後、Ａｌから成る第２層を、Ｃｌ２系ガスを用いてドライエッチングし、第２層に対するエッチングの完了後、Ｍｏから成る第１層を、ＳＦ６系ガスを用いてドライエッチングする。第２層の材料であるＡｌはＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有しているので、Ｍｏから成る第１層のエッチング時には第２層がレジストとして機能する。このため、レジスト１０は、少なくとも第２層のエッチング時に機能しさえすればよい。第１層のエッチングによって第２層は若干目減りするが第１層のエッチングの方が第２層のエッチングより速く進むので、厚みの大きなマスクの高精度なパターニングがドライエッチングを用いて可能となる。この結果、レジスト１０と略同様の精度（レジスト１０の断面の幅と、マスクの断面の端部の幅とが略同様の大きさ）で、ＡｌとＭｏとが積層された厚みの大きなマスクが形成される（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、上記のようにして得られたマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００２３】
なお、図３（Ｃ）に示すように、第２層の材料はＴｉでもよく、第１層の材料はＷでもよい。また、第１層の材料はＳｉＯ２でもよい。ＳｉＯ２を用いた場合、ＳｉＯ２だけではダイヤモンドへの垂直加工は困難であるが、金属と組み合わせて用いることにより垂直加工が可能になるので、有効である。
【００２４】
また、マスクは上述のような二層から成る構成に限らず、三層から成る構成であってもよい。この場合、ダイヤモンド基板２上には第１層が形成され、第１層上には第２層が形成され、第２層上には第３層が形成される。そして、高精度にパターニングされたレジストが第３層上に形成される。第１層の材料は、第２層及び第３層のエッチング時にエッチングされにくいものであればよい。すなわち、第１層の材料は、第２層及び第３層に対する各エッチング剤に対しエッチング耐性を有する。第１層〜第３層の各材料を図３（Ｄ）に示す。また、エッチング剤はガスの種類が同一であっても、エッチング条件（ガス組成、圧力、パワー、温度及びエッチング方法）に応じてエッチング比が大きくなる場合には利用できる。
【００２５】
次に、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用してダイヤモンド基板に対するマスクパターンを形成する場合のダイヤモンド構造体の製造方法について説明する。ウェットエッチングのみの場合に利用可能な積層体の材料やエッチング剤の種類は比較的少ないが、ウェットエッチングにドライエッチングを併用すれば、積層体の材料とエッチング剤との組み合わせのバリエーションが広がる。
【００２６】
まず、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した本製造方法のコンセプトを説明する。ダイヤモンド基板を用意する（準備工程）。次に、ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、このダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する（積層体形成工程）。次に、マスクパターンを有するレジストを積層体上に形成する（レジスト形成工程）。次に、積層体を成す層毎にレジストを用いてこの積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、マスクパターンを有しておりダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成する（マスク形成工程）。次に、マスクを用いてダイヤモンド基板をエッチングすることにより、このダイヤモンド基板をダイヤモンド構造体に加工する（ダイヤモンド基板加工工程）。そして、複数の層のうちの一層は、積層体形成工程においてこの一層の形成前に形成され且つマスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が積層体に含まれる場合、このウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、複数の層のうち積層体形成工程において最後に形成される層は、この複数の層のうちこの最後に形成される層以外であって且つマスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、このドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る。
【００２７】
以下、具体的に説明する。まず、ダイヤモンド基板２を用意する（準備工程）。準備工程の後、図４（Ａ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に積層体３８を形成する。積層体３８は、ダイヤモンド基板２上に形成される第１層４０と、第１層４０上に形成される第２層４２と、第２層４２上に形成される第３層４４とを有する。第１層４０の材料はＭｏであり、第２層４２の材料はＴｉであり、第３層４４の材料はＡｕである（積層体形成工程）。積層体形成工程の後、高精度にパターニングされたレジスト１０を積層体３８上に形成する。レジスト１０は、第３層４４上に形成される（レジスト形成工程）。レジスト形成工程の後、Ａｕから成る第３層４４を、王水を用いてウェットエッチングする。Ｔｉから成る第２層４２は王水に対しエッチング耐性を有する。第３層４４に対するエッチングの完了後、この第２層４２をＣｌ２系ガスを用いてドライエッチングする。第３層４４は、Ｃｌ２系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２のエッチングが可能となる。第２層４２に対するエッチングの完了後、Ｍｏから成る第１層４０をＳＦ６系ガスを用いてドライエッチングする。第３層４４は、ＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第１層４０のエッチングが可能となる。以上のエッチングの後、積層体３８は、図４（Ｂ）に示すように、マスク４６となる。マスク４６は、第１マスク領域４８、第２マスク領域５０及び第３マスク領域５２を有する。第１マスク領域４８はダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域５０は第１マスク領域４８上に形成されており、第３マスク領域５２は第２マスク領域５０上に形成されている（マスク形成工程）。マスク形成工程の後、マスク４６を用いたダイヤモンド基板２に対するエッチング加工を、ＣＦ４／Ｏ２＝１％のプラズマ中においてＲＩＥ装置を用いて行う（ダイヤモンド基板加工工程）。
【００２８】
なお、第１層４０の材料をＭｏとし、第２層４２の材料をＡｕとし、第３層４４の材料をＴｉとしてもよい。この場合、Ｃｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第３層４４をドライエッチングし、第３層４４に対するエッチングの完了後に王水を用いてＡｕから成る第２層４２をウェットエッチングし、第２層４２に対するエッチングの完了後にＣＦ４系ガスを用いてＭｏから成る第１層４０をドライエッチングする。Ｔｉから成る第３層４４は、王水及びＣＦ４系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２及び第１層４０のエッチングが可能となる。
【００２９】
また、第１層４０の材料をＡｕとし、第２層４２の材料をＳｉとし、第３層４４の材料をＴｉとしてもよい。この場合、Ｃｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第３層４４をドライエッチングし、第３層４４に対するエッチングの完了後にＳＦ６系ガスを用いてＳｉから成る第２層４２をドライエッチングし、第２層４２に対するエッチングの完了後に王水を用いてＡｕから成る第１層４０をウェットエッチングする。Ｔｉから成る第３層４４は、ＳＦ６系ガス及び王水に対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第３層４４がレジストの機能を発揮して第２層４２及び第１層４０のエッチングが可能となる。以上のように、第３層４４がエッチング耐性を有するエッチング剤によって第１層４０及び第２層４２がエッチングされれば、ドライエッチングやウェットエッチングを第１層４０〜第３層４４のうち何れの層に用いるかについての制限はない。更に、例えば第３層をエッチングする場合、第１層は、この第３層のエッチングに用いるエッチング剤によりエッチングされる材料から成っていてもよい。これは、第３層をエッチングする場合、第２層がエッチング耐性を有していれば、第２層が第１層に対する保護膜となって、第１層は第３層のエッチングにより影響を受けないからである。また、図４（Ｃ）に示すように、ダイヤモンド基板２上に五層から成る積層体５４を形成してもよい。
【００３０】
積層体５４は、第１層５６、第２層５８、第３層６０、第４層６２及び第５層６４を有する。第１層５６はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層５８は第１層５６上に形成され、第３層６０は第２層５８上に形成され、第４層６２は第３層６０上に形成され、第５層６４は第４層６２上に形成される。第１層５６の材料はＡｌであり、第２層５８の材料はＭｏであり、第３層６０の材料はＳｉＯ２であり、第４層６２の材料はＴｉであり、第５層６４の材料はＡｕである。この場合、王水を用いてＡｕから成る第５層６４をウェットエッチングし、第５層６４に対するエッチングの完了後にＣｌ２系ガスを用いてＴｉから成る第４層６２をドライエッチングし、第４層６２に対するエッチングの完了後にＣＦ４系ガスを用いてＳｉＯ２から成る第３層６０をドライエッチングし、第３層６０に対するエッチングの完了後にＳＦ６系ガスを用いてＭｏから成る第２層５８をドライエッチングし、第２層５８に対するエッチングの完了後にＣｌ２系ガスを用いてＡｌから成る第１層５６をドライエッチングする。Ａｕから成る第５層６４は、Ｃｌ２系ガス、ＣＦ４系ガス及びＳＦ６系ガスに対しエッチング耐性を有するので、レジスト１０が消滅した後も、第５層６４がレジストの機能を発揮して第４層６２〜第１層５６のエッチングが可能となる。
【００３１】
上記エッチングの後、積層体５４は、図４（Ｄ）に示すように、マスク６６となる。マスク６６は、第１マスク領域６８、第２マスク領域７０、第３マスク領域７２、第４マスク領域７４及び第５マスク領域７６を有する。第１マスク領域６８はダイヤモンド基板２上に形成されており、第２マスク領域７０は第１マスク領域６８上に形成されており、第３マスク領域７２は第２マスク領域７０上に形成されており、第４マスク領域７４は第３マスク領域７２上に形成されており、第５マスク領域７６は第４マスク領域７４上に形成されている。なお、積層体が二層の場合、第１層及び第２層の各材料は、図３（Ｅ）に示すものであってもよい。この場合、第２層をエッチングする際に用いる第１エッチング剤と、第１層をエッチングする際に用いる第２エッチング剤とを、図３（Ｅ）に示す。
【００３２】
以上説明した実施形態によれば、二層以上から構成される積層体（例えば積層体４等）をダイヤモンド基板２上に形成することにより、厚みの大きいマスク（例えばマスク１６等）のパターニングが高精度に行える。そして、マスクのエッチング耐性も向上される。また、レジスト１０と積層体（例えば積層体４等）との密着性が長時間のエッチングで低減しても、積層体を構成する複数の層同士の密着性は維持できる。このため、これら複数の層がレジストの機能を発揮できるので積層体のエッチングが精度良く行える。このように、厚みの大きいマスク（例えばマスク１６等）がダイヤモンド基板２上に高精度に形成できるので、ダイヤモンド基板２に対し高精度で比較的深いエッチングが可能となる。また、上述のマスクを用いれば、ダイヤモンド基板２を効率よく（切り代を少なく）エッチングにより切断できるので、２０μｍ〜５０μｍ角の多結晶ダイヤモンドチップが切り出し可能となる。
【００３３】
これにより、例えば、３０μｍ以上３００μｍ以下の厚みのダイヤモンド基板２上の５０μｍ角（Ｌ５）にデバイスが搭載されているような素子が分離できる。この素子の側面（エッチングにより形成された面であり、以下、エッチング面という。）の粗さを表す凹凸の高低差をこの素子の厚みの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ａ）に示すダイヤモンド構造体７８を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の高さ（Ｌ６）と１μｍ程度（高さＬ６の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ７）とを有する凸部Ｂ１がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この凸部Ｂ１の側面（エッチング面）の面粗さ（Ｒａ）を表す凹凸の高低差をこの凸部Ｂ１の高さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すダイヤモンド構造体８０を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の深さ（Ｌ８）と１μｍ程度（深さＬ８の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ９）とを有する溝Ｂ２がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この溝Ｂ２のエッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの溝Ｂ２の深さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる。（図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すダイヤモンド構造体８２を参照）。また、例えば、１０μｍ程度（更に、３０μｍ以上３００μｍ以下）の深さ（Ｌ１０）と１μｍ程度（深さＬ１０の１／１００以上１／３以下）の幅（Ｌ１１）とを有する貫通孔Ｂ３がダイヤモンド基板２に形成可能となる。この貫通孔Ｂ３のエッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの貫通孔Ｂ３の深さの１／１０００以上１／１０以下に実現できる（図５（Ｆ）及び図５（Ｇ）に示すダイヤモンド構造体８４を参照）。ここで、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図であり、図５（Ｅ）は、図５（Ｄ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図であり、図５（Ｇ）は、図５（Ｆ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられたダイヤモンド基板２の断面図である。
【００３４】
従って、例えば、従来よりも高く尖鋭なダイヤモンドから成る電子エミッタの形成が可能となり、シングルチップの実用的な電子源が作製できる。更に、レーザを用いた場合に生じるグラファイトや切断機器を用いた場合等に生じる金属成分がエッチング面（エッチングにより形成されたダイヤモンドの面）に形成されないので、ダイヤモンド基板２の絶縁性が維持できる。また、カンチレバーに効率よく取り付けられるダイヤモンドプローブの作製も可能になり、ナノインプリントのような微小でなくとも、μｍサイズ以上の金型にも応用できる。
【実施例１】
【００３５】
（第１実施例）以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。まず、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して第１実施例について説明する。第１実施例は、ウェットエッチングにより形成した複数層から成るマスクを用いエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。はじめに、表面が平坦に（１０ｎｍ以下の面粗さに）研磨された２インチ径のダイヤモンド基板２上に種々の積層体又は単層から成る膜を形成した。各積層体の第１層〜第３層の厚み（厚みの組み合わせ）は互いに異なる。
【００３６】
詳細には、第１層〜第３層の三層から成る積層体、第１層及び第２層の二層から成る積層体（第３層の厚みがゼロの積層体）、第１層及び第３層の二層から成る積層体（第２層の厚みがゼロの積層体）、第２層及び第３層の二層から成る積層体（第１層の厚みがゼロの積層体）、第１層のみから成る膜（第２層及び第３層の各厚みはゼロ）、第２層のみから成る膜（第１層及び第３層の各厚みはゼロ）、そして、第３層のみから成る膜（第１層及び第２層の各厚みはゼロ）をダイヤモンド基板２上に形成した。積層体が第１層〜第３層の三層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成され、第３層は第２層上に形成された。積層体が第１層及び第２層の二層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成された。積層体が第１層及び第３層の二層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第１層上に形成された。積層体が第２層及び第３層の二層から成る場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第２層上に形成された。第１層のみから成る膜を用いた場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成された。第２層のみから成る膜を用いた場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成された。第３層のみから成る膜を用いた場合、第３層はダイヤモンド基板２上に形成された。
【００３７】
図６（Ａ）に示す実施例０１〜実施例０９及び図６（Ｂ）に示す実施例１１〜実施例１９の各積層体は、第１層〜第３層のうち少なくとも二層以上から成る。なお、比較例０１〜比較例０９及び比較例１１〜比較例１６の各膜は、比較例０１及び比較例１１を除いて第１層〜第３層のうち何れか一層のみから成る。比較例０１及び比較例１１の各膜は第１層及び第２層を有しているが、同一のエッチング剤によりエッチングされたので、単層からなる膜として扱っている。第１層の材料はＴｉであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＭｏである。Ｔｉから成る第１層とＭｏから成る第３層とはスパッタリング法を用いて成膜され、ＳｉＯ２から成る第２層はＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法を用いて成膜された。
【００３８】
そして、フォトリソグラフィを用いてレジスト（ＴＳＭＲ）のパターンを各積層体上に形成した。その後、この各積層体を王水及びＢＨＦを用いてウェットエッチングした。このエッチング処理の後、レジストのパターンと同様のパターンを有する複数層から成るマスクがダイヤモンド基板２上に形成された。この後、このマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチングを、ＲＩＥ装置を用いてＣＦ４／Ｏ２＝１％の雰囲気のプラズマ中において行い、凸部を有するダイヤモンド構造体（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）を参照）を製造した。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図６（Ａ）及び図６（Ｂ）にまとめた。なお、比較例０１〜比較例０９及び比較例１１〜比較例１６の各膜に対しても、王水及びＢＨＦを用いたウェットエッチングが施された。
【００３９】
以下、図６（Ａ）を参照して説明する。図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目は、ダイヤモンド基板２に対し形成可能なドットサイズ（このドットパターンとしては、円形を想定している。）が小さいほど精密な加工ができることを示している（以下同様）。すなわち、複数層から成る実施例０１〜実施例０３の各積層体は、同一の厚みを有する単層の比較例０１〜比較例０４の各膜よりも精度の高い加工が行えることがわかる（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。複数層から成る実施例０４及び実施例０５の各積層体は、実施例０１〜実施例０３の各積層体に比較して厚みが大きく、精度の高い加工も行いにくくなっていたが（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）、比較的大きな高さの凸部が形成できる点で有効であった（図６（Ａ）の「凸部」「高さ」の項目を参照）。単層の比較例０５及び比較例０６の各膜は、実施例０１〜実施例０３の各積層体に比較して厚みが大きく、実施例０５の積層体の厚みと同程度であったが、実施例０１〜実施例０５及び比較例０１〜比較例０４の何れの場合よりも精度の高い加工は行いにくくなっていた（図６（Ａ）の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。以上により、実施例０１〜実施例０５のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例０１〜比較例０６のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。
【００４０】
また、実施例０６〜実施例０９は、実施例０１〜実施例０５に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例０６〜実施例０９においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。実施例０６〜実施例０９において用いられたエッチング方法は、実施例０１〜実施例０５において用いられたエッチング方法と同様である。比較例０７〜比較例０９に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な凸部の高さには２０μｍ程度の限界があったが、実施例０６〜実施例０９に示すように、積層体のマスクを用いた場合には凸部の高さはこの２０μｍの限界を超え３０μｍ以上であった。なお、凸部の高さが２５μｍを超えており、この凸部の幅がこの凸部の高さの１／３以下となるウェットエッチングの加工例ははじめてである。
【００４１】
次に、図６（Ｂ）を参照して説明する。複数層から成る実施例１１〜実施例１３の各積層体は、同一の厚みを有する単層の比較例１１〜比較例１４の各膜よりも精度の高い加工が行えた（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）。複数層から成る実施例１４及び実施例１５の各積層体は、厚みが大きく、精度の高い加工も行いにくくなっていたが（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）、比較的大きな深さの穴が形成できる点で有効であった（図６（Ｂ）の「穴」「深さ」の項目を参照）。単層の比較例１５及び比較例１６の各膜は、実施例１１〜実施例１３の各積層体に比較して厚みが大きく、実施例１５の積層体の厚みと同程度であったが、実施例１１〜実施例１５及び比較例１１〜比較例１４の何れの場合よりも精度の高い加工は行いにくくなっていた（図６（Ｂ）の「形成可能だった最小穴サイズ」の項目を参照）。以上により、実施例１１〜実施例１５のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例１１〜比較例１６のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて深い穴が形成できた。
【００４２】
また、実施例１６〜実施例１９は、実施例１１〜実施例１５に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例１６〜実施例１９においては、深さ３０μｍ以上の穴が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この穴の幅は穴の深さの１／３以下であり、この穴の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの穴の深さの１／１０以下である。実施例１６〜実施例１９において用いられたエッチング方法は、実施例１１〜実施例１５において用いられたエッチング方法と同様である。比較例１１〜比較例１２に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な穴の深さは２０μｍ程度の限界があったが、実施例１６〜実施例１９に示すように、積層体のマスクを用いた場合にはこの２０μｍの限界を超え３０μｍ以上であった。なお、穴の深さが２５μｍを超えており、この穴の幅がこの穴の深さの１／３以下となるウェットエッチングの加工例ははじめてである。
【００４３】
（第２実施例）次に、図７を参照して第２実施例について説明する。第２実施例は、ウェットエッチングとドライエッチングとによって形成された複数層又は単層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。はじめに、表面が平坦に（１０ｎｍ以下の面粗さに）研磨された２インチ径のダイヤモンド基板２上に種々の積層体及び膜を形成した。各積層体の第１層〜第３層の厚み（厚みの組み合わせ）は互いに異なる。詳細には、第１層〜第３層の三層から成る積層体、第２層及び第３層の二層から成る積層体（第１層の厚みがゼロの積層体）、第１層のみから成る膜（第２層及び第３層の各厚みはゼロ）、第２層のみから成る膜（第１層及び第３層の各厚みはゼロ）、そして、第３層のみから成る膜（第１層及び第２層の各厚みはゼロ）をダイヤモンド基板２上に形成した。積層体が第１層〜第３層の三層から成る場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成され、第２層は第１層上に形成され、第３層は第２層上に形成された。積層体が第２層及び第３層の二層から成る場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成され、第３層は第２層上に形成された。第１層のみから成る膜を用いた場合、第１層はダイヤモンド基板２上に形成された。第２層のみから成る膜を用いた場合、第２層はダイヤモンド基板２上に形成された。第３層のみから成る膜を用いた場合、第３層はダイヤモンド基板２上に形成された。
【００４４】
図７に示す実施例２１の積層体は、第１層〜第３層のうち第２層及び第３層の二層から成り、実施例２２及び実施例２３の各積層体は、第１層〜第３層の三層からなる。なお、図７に示す比較例２１〜比較例２４の各積層体は、第１層〜第３層のうち何れか一層のみから成る。第１層の材料はＴｉであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＭｏである。Ｔｉから成る第１層とＭｏから成る第３層とはスパッタリング法を用いて成膜され、ＳｉＯ２から成る第２層はＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法を用いて成膜された。
【００４５】
そして、フォトリソグラフィを用いてレジスト（ＴＳＭＲ）のパターンを実施例２１〜実施例２５の各積層体上に形成した。その後、各積層体の第３層をウェットエッチングし、その下部（第２層更には第１層）をＲＩＥを用いてドライエッチングした。ＳｉＯ２から成る第２層に対してはＣＦ４ガスを用いてエッチングし、Ｔｉから成る第１層に対してはＣｌ２ガスを用いてエッチングした。このエッチング処理の後、レジストのパターンと同様のパターンを有するマスクがダイヤモンド基板２上に形成された。この後、このマスクを用いたダイヤモンド基板２に対するエッチングを、ＲＩＥ装置を用いてＣＦ４／Ｏ２＝１％の雰囲気のプラズマ中において行い、凸部を有するダイヤモンド構造体（図５（Ｆ）及び図５（Ｇ）を参照）を製造した。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図７にまとめた。なお、比較例２４の膜に対してはウェットエッチングが施され、比較例２１〜比較例２３の各膜に対してはＲＩＥを用いたドライエッチングが施された。
【００４６】
以下、図７を参照して説明する。実施例２１〜実施例２３の各積層体と、比較例２１及び比較例２２の各膜とは、同一の厚みのレジストを用いて形成されたものである。実施例２１〜実施例２３の各積層体と、比較例２１及び比較例２２の各膜とは、同程度の精度の高い加工が行えたが（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）、実施例２１〜実施例２３の各積層体の方が、比較例２１及び比較例２２の各膜よりも厚みが大きい。比較例２３の膜は、実施例２１〜実施例２３の各積層体と同程度の厚みを有しているが、実施例２１〜実施例２３の各積層体の形成時に用いたレジストよりも更に厚いレジストを用いて形成された。この比較例２３の膜は、実施例２１〜実施例２３の各積層体よりも低精度となっていた（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。比較例２４はウェットエッチングが行われた第３層を厚くしたものであるが、比較例２３と同様に低精度となっていた（図７の「形成可能だった最小ドットサイズ」の項目を参照）。従って、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した場合においても、実施例２１〜実施例２３のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２４のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。また、凸部ではなく、第１実施例（図６（Ｂ））の場合と同様な穴をダイヤモンド基板２に形成した場合も検証したが、ウェットエッチングとドライエッチングとを併用した場合においても、実施例２１〜実施例２３のように複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２４のように単層の膜をマスクに用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部が形成できた。
【００４７】
また、実施例２４及び実施例２５は、実施例２１〜実施例２３に比較してより厚くエッチングした場合である。実施例２４及び実施例２５においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の深さの１／１０以下である。実施例２４及び実施例２５において用いられたエッチング方法は、実施例２１〜実施例２３において用いられたエッチング方法と同様である。比較例２１〜比較例２４に示すように、単層のマスクを用いた場合に形成可能な凸部の高さは２０μｍ程度の限界があったが、実施例２４及び実施例２５に示すように、積層体のマスクを用いた場合には凸部の高さが５０μｍ以上であり凸部の幅が凸部の高さの１／３以下であった。
【００４８】
（第３実施例）次に、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を参照して第３実施例について説明する。第３実施例は、ドライエッチングにより形成した複数層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する試験結果である。第１層の材料はＭｏであり、第２層の材料はＳｉＯ２であり、第３層の材料はＴｉ（又はＡｌ）である。第１層〜第３層に対しては、層毎に互いに異なるエッチング剤（ガス）を用いたＲＩＥによってドライエッチングした。Ｍｏから成る第１層に対してはＳＦ６系ガスを用いてエッチングし、ＳｉＯ２から成る第２層に対してはＣＦ４系ガスを用いてエッチングし、Ｔｉ（又はＡｌ）から成る第３層に対してはＣｌ２系ガスを用いてエッチングした。上述のダイヤモンド基板２に対するエッチング結果を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）にまとめた。
【００４９】
なお、比較例２１〜比較例２３（図７を参照）及び比較例３１〜比較例３３の各膜も実施例３１〜実施例３４の各積層体と同様のエッチング処理が施された。図８（Ａ）には、ダイヤモンド基板２上に凸部を形成した場合の結果が示されており、図８（Ｂ）にはダイヤモンド基板２に穴を形成した場合の結果が示されている。何れもほぼ同じ結果を得たが、比較例２３と、この比較例２３と同じ条件の比較例４３とでは結果が若干異なっていた。図８（Ｂ）は、この結果を示している。Ｔｉに換えてＡｌを第３層の材料に用いてもＴｉを用いた図８（Ａ）に示す結果とほぼ同様の結果が得られた。この結果を図８（Ｃ）に示す。以上により、ドライエッチングを用いた場合においても、実施例３１〜実施例３４のような複数層から成る積層体をマスクに用いた方が、比較例２１〜比較例２３及び比較例３１〜比較例３３のように単層の膜をマスクを用いた場合に比較して、ダイヤモンド基板２に対する精度の高い加工が行え、より細くて高い凸部や、より細くて深い穴が形成できた。なお、実施例３５及び実施例５４においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造された。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。
【００５０】
（第４実施例）次に、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して第４実施例について説明する。第４実施例は、複数層から成るマスクを用いてエッチング処理されたダイヤモンド基板２に対する側面評価結果である。図９（Ａ）に示す「Ｄ」はドライエッチングによりエッチング処理されたことを示しており、「Ｗ」はウェットエッチングによりエッチング処理されたことを示している。なお、単層の比較例６１及び比較例６２の各膜には、Ｃｌ２系ガスを用いたＲＩＥによるエッチング処理が施され、このエッチング処理によって得られたマスクを用いてダイヤモンド基板２に対しエッチングを行って凸部を形成する。実施例０４及び実施例０５、実施例２１〜実施例２３、実施例３１〜実施例３４、実施例５１、比較例０５、比較例２３及び比較例２２、並びに比較例６１及び比較例６２におけるエッチング面の状態（面粗さを表す凹凸の高低差）を、触針式の粗さ計を用いて測定した。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）にはこの測定結果が示されている。実施例０４及び実施例０５、実施例２１〜実施例２３、実施例３１〜実施例３４、並びに実施例５１の凸部は、高さが１０μｍ以上であり、且つ、エッチング面（凸部の側面）の垂直度がダイヤモンド基板２の表面に対して８０度以上であり、且つ、エッチング面の面粗さを表す凹凸の高低差が１μｍ以下となっている。従って、比較的大きく、滑らかな表面を有しており、基板表面に対し略垂直なダイヤモンドの凸部がダイヤモンド基板２に形成できた。なお、実施例２６、実施例３６及び実施例５２においては、高さ３０μｍ以上の凸部が設けられたダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体が製造できた。この凸部の幅は凸部の高さの１／３以下であり、この凸部の側面の面粗さを表す凹凸の高低差はこの凸部の高さの１／１０以下である。
【００５１】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】従来のダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための表である。
【図４】実施形態に係るダイヤモンド構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】実施形態に係るダイヤモンド構造体を示す図である。
【図６】第１実施例を説明するための表である。
【図７】第２実施例を説明するための表である。
【図８】第３実施例を説明するための表である。
【図９】第４実施例を説明するための表である。
【符号の説明】
【００５３】
２…ダイヤモンド基板、４，１８，２２，３８，５４…積層体、６，２４，４０，５６…第１層、８，２６，４２，５８…第２層、１０…レジスト、１２，３４，５０，７０…第２マスク領域、１４，３２，４８，６８…第１マスク領域、１６，２０，３０，４６，６６…マスク、２８，４４，６０…第３層、６２…第４層、６４…第５層、３６，５２，７２…第３マスク領域、７４…第４マスク領域、７６…第５マスク領域、７８，８０，８２，８４…ダイヤモンド構造体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をウェットエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうちの一層は、該複数の層のうち前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、前記マスク形成工程において該一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項２】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をドライエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外の一又は複数の層毎に前記マスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項３】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうちの一層は、前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成され且つ前記マスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が前記積層体に含まれる場合、当該ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、
前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外であって且つ前記マスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、当該ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項４】
深さ３０マイクロメートル以上３００マイクロメートル以下の溝または穴を含むダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体であって、
前記溝または前記穴の幅はその深さの１／１００以上１／３以下であり、
前記溝または前記穴の側面の粗さを表す凹凸の高低差はその深さの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とするダイヤモンド構造体。
【請求項５】
３０マイクロメートル以上３０００マイクロメートル以下の厚みのダイヤモンド基板からなるダイヤモンド構造体であって、
前記ダイヤモンド基板の側面の粗さを表す凹凸の高低差が、該ダイヤモンド基板の厚みの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とするダイヤモンド構造体。
【請求項１】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をウェットエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうちの一層は、該複数の層のうち前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成される一又は複数の層がある場合、前記マスク形成工程において該一又は複数の層毎に行われる各ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項２】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体をドライエッチングすることにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外の一又は複数の層毎に前記マスク形成工程において行われる各ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項３】
ダイヤモンド構造体の製造方法であって、
ダイヤモンド基板上に複数の材料を積層することにより、該ダイヤモンド基板上に複数の層から成る積層体を形成する積層体形成工程と、
マスクパターンを有するレジストを前記積層体上に形成するレジスト形成工程と、
前記積層体を成す層毎に前記レジストを用いて該積層体のウェットエッチング及びドライエッチングを行うことにより、前記マスクパターンを有しており前記ダイヤモンド基板のエッチングに用いるためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを用いて前記ダイヤモンド基板をエッチングすることにより、該ダイヤモンド基板を前記ダイヤモンド構造体に加工するダイヤモンド基板加工工程と
を有しており、
前記複数の層のうちの一層は、前記積層体形成工程において当該一層の形成前に形成され且つ前記マスク形成工程においてウェットエッチングされる他の層が前記積層体に含まれる場合、当該ウェットエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成り、
前記複数の層のうち前記積層体形成工程において最後に形成される層は、該複数の層のうち当該最後に形成される層以外であって且つ前記マスク形成工程においてドライエッチングされる他の層が含まれる場合、当該ドライエッチングに対しエッチング耐性を有する材料から成る、ことを特徴とするダイヤモンド構造体の製造方法。
【請求項４】
深さ３０マイクロメートル以上３００マイクロメートル以下の溝または穴を含むダイヤモンド基板から成るダイヤモンド構造体であって、
前記溝または前記穴の幅はその深さの１／１００以上１／３以下であり、
前記溝または前記穴の側面の粗さを表す凹凸の高低差はその深さの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とするダイヤモンド構造体。
【請求項５】
３０マイクロメートル以上３０００マイクロメートル以下の厚みのダイヤモンド基板からなるダイヤモンド構造体であって、
前記ダイヤモンド基板の側面の粗さを表す凹凸の高低差が、該ダイヤモンド基板の厚みの１／１０００以上１／１０以下である、ことを特徴とするダイヤモンド構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−６３１５５（Ｐ２００８−６３１５５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３９４１６（Ｐ２００６−２３９４１６）
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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