単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法
【課題】深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能であり生産性に優れた単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法を提供する。
【解決手段】被削物の切削くずをすくい取るすくい面２０１と、すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面２０３、２０４と、すくい面に隣接し、被削物の切削面に対向する前逃げ面２０５と、すくい面と前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃２１０と、すくい面と第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃２１３、２１４とを備え、第１逃げ面同士の間隔Ｗ２が前切れ刃の幅Ｗ１以下であり、被削物５００の切削面Ｓに垂直な方向に沿い、前切れ刃からの第１逃げ面の長さＬが前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具２００である。
【解決手段】被削物の切削くずをすくい取るすくい面２０１と、すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面２０３、２０４と、すくい面に隣接し、被削物の切削面に対向する前逃げ面２０５と、すくい面と前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃２１０と、すくい面と第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃２１３、２１４とを備え、第１逃げ面同士の間隔Ｗ２が前切れ刃の幅Ｗ１以下であり、被削物５００の切削面Ｓに垂直な方向に沿い、前切れ刃からの第１逃げ面の長さＬが前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具２００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子を用い、空間的に可干渉な光源からの光を透過させると、回折格子から特定の距離において、回折格子の自己像を形成するタルボ効果が知られている。近年、このタルボ効果を用い、透過Ｘ線の位相シフトを検出するＸ線タルボ干渉計が開発されている。タルボ効果を利用し、Ｘ線の位相シフトにより得られる画像は、従来の透過Ｘ線の吸収の大小によって得られる画像に比べ、特に原子番号の小さな物質でコントラストが高いという利点がある。
このようなＸ線タルボ干渉計１００として、図１に示すように、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０と、Ｘ線画像検出器３０とを備えた構成が知られている（特許文献１参照）。第１の回折格子１０および第２の回折格子２０は、図２に示すように、金属板の一方向に所定間隔で溝部１０ａおよび２０ａを形成し、溝部１０ａおよび２０ａからＸ線を透過させる。又、隣接する溝部１０ａの間の畝部１０ｂでＸ線の位相をπ／２だけシフトして透過させ、溝部２０ａの間の畝部２０ｂではＸ線を遮蔽（吸収）するようになっている。回折格子の材料としては、通常、Ｘ線吸収能の高い金（Ａｕ）を用いている。
【０００３】
このＸ線タルボ干渉計において、Ｘ線源２から試料４を介して第１の回折格子１０にＸ線を照射すると、溝部１０ａを透過したＸ線と畝部１０ｂを透過したＸ線が互いに干渉する。そして、第一の回折格子１０のタルボ距離ｄ２／２λ（ｄは回折格子の周期、λはＸ線の波長）の整数倍の位置には、第一の回折格子１０の自己像が現れる（タルボ効果）。この自己像には試料４による歪みが生じ、この歪みは試料の情報を持っている。第二の回折格子２０は第一の回折格子１０の自己像が現れる位置に配置される。そして第二の回折格子２０を透過するＸ線の分布には、第一の回折格子１０の自己像が重なってモアレ縞が生じている。このＸ線の分布をＸ線画像検出器で検出して、画像解析を行って試料４の像を得る。画像コントラストを向上させるには、第２の回折格子２０の溝部２０ａのＸ線透過率が高く、畝部２０ｂのＸ線透過率が低いと良い。そのため、第２の回折格子２０は第１の回折格子１０より厚い振幅型回折格子であることが好ましい。
【０００４】
ここで、タルボ効果を生じさせるため、回折格子の畝部（Ｘ線吸収部）をＸ線の可干渉性を確保した周期にする必要がある。そのため畝部の厚さを１０μｍ以下程度としなければならない。さらに、位相型回折格子においては、位相シフト量がπ／２になるときに自己像のコントラストが最も高くなることから、これを実現するには、畝部の厚さ（溝部の深さ）を１〜１０μｍ程度とする必要があり、微細な加工や製造技術が要求される。
一方、振幅型回折格子として機能するためには、回折格子の溝部２０ａのＸ線透過率が高く、畝部２０ｂのＸ線透過率が低いとよい。このため、金を用いたとしても溝部の深さを１０〜１００μｍ程度に深掘りすることが要求される。従って、回折格子の（溝部の深さ）／（溝部の幅）で表されるアスペクト比が非常に大きくなり、回折格子の製造が困難となる。
【０００５】
このようなことから、Ｘ線マスクを使ったＸ線リソグラフィーによって樹脂に深い溝部を形成し、この溝に電鋳法によってＸ線吸収部を形成させ、Ｘ線タルボ干渉計用の回折格子を製造する技術が開示されている（特許文献２参照）。
又、シリコン基板表面の感光性樹脂をリソグラフィー法でパターニングして除去し、次にＩＣＰプラズマエッチング法で感光性樹脂が除去されたシリコン基板をエッチングしてスリット溝を形成した後、スリット溝に絶縁物を堆積し、さらに残った感光性樹脂及びシリコン基板をＩＣＰプラズマエッチング法でエッチングして第２のスリット溝を形成し、第２のスリット溝に電鋳法によってＸ線吸収金属部を形成する技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３記載の技術の場合、微細な溝（スリット）内に電鋳を行うため、溝のアスペクト比が高くなるほど、電鋳を確実に行うことが難しくなる。又、レジスト樹脂を用いてアスペクト比の高い溝を形成しようとすると、樹脂が柔らかくて絶縁物であるために変形して隣接する畝部が接触し（スティッキング）、精度の高い回折格子の製造が難しいという問題がある。さらに、アスペクト比の高い溝を作製するためには、シンクロトロン放射による放射光を用い、直線性の高いＸ線で露光する必要があり、製造コストが大幅に上昇する。
【０００７】
一方、単結晶ダイヤモンドからなり、光学用の回折格子の微細な溝を加工するための切削工具が開示されている（特許文献４参照）。この切削工具は、前切れ刃の幅を５μｍ以下とすることで、５μｍ以下の狭い溝を彫ることを可能としており、又、すくい面に垂直な方向の大きさｔを前切れ刃の幅の２倍以上として刃の強度を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００４／５８０７０号
【特許文献２】特開２００６−２５９２６４号公報
【特許文献３】特開２００９−４２５２８号公報
【特許文献４】特開２０１０−５７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｘ線用の回折格子で必要な深い（アスペクト比の高い）溝の切削を行うためには、前切れ刃の幅に対し、切削面からの切れ刃の高さを高くする必要がある。又、切れ刃の高さを高くした切削工具で深い溝の切削を行うと、被切削物との接触面積が増えて工具のビビリが起こり易く、精密な加工が困難になる。そのため、被切削物に対向する切削工具の逃げ面を精度よく加工する必要があるが、砥石による研磨では、単結晶ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面の研磨ができないので、逃げ面の加工が難しい。
又、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いると、単結晶ダイヤモンドを精度よくエッチングすることができるが、切れ刃の高さを高くするとそれだけ逃げ面の加工量が増え、エッチング時間が長くなって切削工具の生産コストが上昇するという問題がある。
従って、本発明の目的は、Ｘ線の回折格子に要求される深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能であり、生産性に優れた単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具は、被削物の切削くずをすくい取るすくい面と、前記すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面と、前記すくい面に隣接し、前記被削物の切削面に対向する前逃げ面と、前記すくい面と前記前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃と、前記すくい面と前記第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃とを備え、前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅以下であり、前記被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前記前切れ刃からの前記第１逃げ面の長さが前記前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具である。
この単結晶ダイヤモンド切削刃具によれば、硬度が高く精密な溝加工が可能な単結晶ダイヤモンドを用い、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能となり、特性の優れたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造することができる。又、ＦＩＢのエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができ、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。
又、第１逃げ面同士の間隔が前切れ刃の幅以下であるので、切削加工時に単結晶ダイヤモンド切削刃具と被切削物との接触面積が減り、工具のビビリが起こり難くなるので精密な切削加工が行える。特に、深さが幅の３倍以上の深い溝を切削する際、被切削物との接触面積（摩擦）を低減する効果が大きい。
【００１１】
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面が集束イオンビームのエッチングにより形成されていることが好ましい。
集束イオンビーム（ＦＩＢ）のエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができ、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。
【００１２】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法は、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法であって、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を、集束イオンビームのエッチングにより粗加工する粗加工工程と、前記粗加工工程におけるビーム電流より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を仕上げ加工する仕上げ加工工程とを有する。
この単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法によれば、最初は比較的高いビーム電流で第一逃げ面及び／又は前逃げ面を粗加工するので、加工量（エッチング量）を大きくし、エッチング時間を短縮できる。次に、粗加工工程より低いビーム電流でガリウムイオンを用いたＦＩＢで仕上げ加工することで、加工精度を高くして最終形状を作り込むことができる。
【００１３】
前記粗加工工程を、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いて行うと好ましい。
誘導結合プラズマ型のイオン源を用いたＦＩＢは、大電流で使用した場合、ガリウムイオンのＦＩＢを大電流で使用した場合よりもビーム径を細く絞ることができるので、粗加工に適する。
【００１４】
本発明のＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法は、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具を切削加工機に取り付け、前記前切れ刃の幅を４μｍ以下とし、金属膜の一方向に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期で、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具により切削加工を行って溝部を彫り、前記溝部の幅が４μｍ以下、深さが前記溝部の幅の３倍以上で、かつ隣接する前記溝部の間に幅が４μｍ以下の畝状のＸ線吸収部を備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能であり生産性に優れた単結晶ダイヤモンド切削刃具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計の概略構成を示す図である。
【図２】第１の回折格子および第２の回折格子のｘ方向に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具を取り付けた工具本体を示す斜視図である。
【図４】単結晶ダイヤモンド切削刃具を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具の平面図である。
【図６】図４のＢ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具の側面図である。
【図７】単結晶ダイヤモンド切削刃具を用い、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子を製造する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、回折格子１０、２０を用いたＸ線タルボ干渉計１００の概略構成を示す図である。Ｘ線タルボ干渉計１００は、Ｘ線源２と、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０と、Ｘ線画像検出器３０とを備えている。第１の回折格子１０および第２の回折格子２０はＺ方向に所定距離だけ離間して平行に配置され、第１の回折格子１０にＺ方向に沿って対向してＸ線源２が配置されている。又、第２の回折格子２０にＺ方向に沿って対向してＸ線画像検出器３０が配置されている。そして、観察対象となる試料４がＺ方向に沿って第１の回折格子１０とＸ線源２の間に配置されている。
第１の回折格子１０および第２の回折格子２０は、その平面に平行な一方向（図１ではｙ方向）に沿って延びつつ、互いに所定周期で離間する複数の溝部１０ａ、２０ａが形成され（図２の溝部の断面図参照）、溝部１０ａ、２０ａからＸ線を透過させる一方、隣接する溝部１０ａの間の短冊状の畝部１０ｂでＸ線の位相をπ／２だけシフトして透過させ、畝部２０ｂでＸ線を遮蔽（吸収）するようになっている。各溝部１０ａ、２０ａ及び畝部１０ｂ、２０ｂは、図１のＹ方向に延びている。回折格子の材料としては、Ｘ線吸収能の高い金を用いると好ましい。なお、この実施形態では、畝部１０ｂの幅（間隔）と溝部１０ａの幅（間隔）が等しく、畝部２０ｂの幅（間隔）と溝部２０ａの幅（間隔）が等しい。
【００１８】
Ｘ線タルボ干渉計１００において、Ｘ線源２から試料４を介して第１の回折格子１０にＸ線を照射すると、溝部１０ａを透過したＸ線と畝部１０ｂを透過回折したＸ線とが互いに干渉する。そして、タルボ距離だけ離れた位置で透過直後と同じパターンの自己像が形成される。つまり、第１の回折格子１０は、照射Ｘ線に位相変調を与える位相型回折格子を構成する。ここで、タルボ効果を生じさせるため、第１の回折格子１０の畝部（Ｘ線吸収部）の周期ｄ（図２（ａ）参照）を、Ｘ線源２から照射されるＸ線の可干渉性を確保するよう調整する必要がある。
又、第１の回折格子１０の後方（自己像の位置）に配置された第２の回折格子２０は、第１の回折格子１０により回折されたＸ線を回折して画像コントラストを形成し、第２の回折格子２０の後方のＸ線画像検出器３０で回折Ｘ線を検出する。画像コントラストを向上させるには、第２の回折格子２０の溝部２０aのＸ線透過率が高く、畝部２０bのＸ線透過率が低いと良い。そのため、第２の回折格子２０は第１の回折格子１０より厚い振幅型回折格子であることが好ましい。
【００１９】
ここで、第１の回折格子１０の前方に試料４が配置され、照射Ｘ線は試料４内部において僅かに異なる光路を通過するため、このときの位相差によって干渉縞の様子が変化する。従って、自己像は変形し、自己像の位置に第２の回折格子２０を重ねると、タルボ干渉像（画像コントラスト）にモアレ縞が生じ、Ｘ線画像検出器３０で検出される。生成されたモアレ縞が試料４によって受ける変調量は、試料４により照射Ｘ線が曲げられた角度に比例するため、モアレ縞を解析することで試料４とその内部構造を知ることができる。
なお、モアレ縞の解析法の一つである縞走査法では、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０をＸ方向に相対的にずらすことで、モアレ縞の位相が変化することに着目している。すなわちモアレ縞の位相を変化させて複数のタルボ干渉像を得た後、これを積分処理等して合成することにより、位相像（試料４とその内部構造）を得ることができる。 又、試料４を回転させて多数の投影方向から微分位相像を取得し、これを積分処理等して合成して試料４の断層像（ＣＴ像）を得ることも可能である。
【００２０】
なお、Ｘ線タルボ干渉計１００は、Ｘ線源２と試料４との間にマルチスリットを配置したタルボ・ロー干渉計も含む。マルチスリットを用いない場合、Ｘ線源２としては微小焦点Ｘ線源を用いる必要があるが、タルボ・ロー干渉計の場合は通常Ｘ線源を用いることができる。
【００２１】
ところでＸ線は波長が短いので、可干渉性を確保するためには、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０の畝部の厚さを１０μｍ以下程度としなければならない。さらに、位相型回折格子においては、位相シフト量がπ／２になるときに自己像のコントラストが最も高くなることから、これを実現するには、金を用いても畝部の厚さ（溝の深さ）を１〜１０μｍ程度とする必要があり、微細な加工や製造技術が要求される。
一方、振幅型回折格子として機能するためには、回折格子の溝部のＸ線透過率を高くし、畝部のＸ線透過率を低くする必要がある。このため、金を用いても畝部の厚さ（溝の深さ）を１０〜１００μｍ程度に深くすることが要求される。従って、回折格子の（溝の深さ）／（溝の幅）で表されるアスペクト比が３以上（場合によっては１０以上）と非常に大きくなる。
【００２２】
このようなことから、硬度が高く精密な溝加工が可能な単結晶ダイヤモンドを用い、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能な切削刃具が必要となる。以下、本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を取り付けた工具本体（バイト）４００を示す。単結晶ダイヤモンド切削刃具２００は、略台形の台金３００の先端に取り付けられて工具本体４００を構成し、台金３００の先端から単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の切れ刃（図４参照）が突出している。工具本体４００は、図示しない切削加工機のホルダに固定され、後述するように、単結晶ダイヤモンド切削刃具２００により被切削物に溝を彫ることができるようになっている。
【００２３】
図４に示すように、単結晶ダイヤモンド切削刃具２００は、すくい面２０１と、すくい面２０１にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面２０３、２０４と、すくい面２０１に隣接し、被削物５００の切削面Ｓ（図６参照）に対向する前逃げ面２０５と、すくい面２０１と前逃げ面２０５との境界部に形成される前切れ刃２１０と、すくい面２０１と第一逃げ面２０３、２０４との境界部に形成される２つの第１切れ刃２１３、２１４とを備えている。前逃げ面２０５及び第一逃げ面２０３、２０４の形状は限定されず、平面であってもよく、曲面であってもよい。なお、すくい面２０１の表面は平滑であることが好ましい。
第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）のエッチングにより形成されている。ＦＩＢのエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができるという利点がある。従って、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。これに対し、例えば砥石による研磨では、ダイヤモンドの（１１１）面の研磨ができない。
なお、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５をＦＩＢでエッチングする際、単結晶ダイヤモンド素材に対して浅い角度（＜３°）でＦＩＢを照射すると、照射面が平滑になり、鋭い切れ刃を形成できる。
【００２４】
図５は、図４のＡ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の平面図である。第１逃げ面２０３、２０４同士の間隔Ｗ２は、前切れ刃２１０の幅Ｗ１以下である。つまり、Ｗ２≦Ｗ１の部分が第１逃げ面２０３、２０４を構成し、第１逃げ面２０３、２０４より後端側（前切れ刃２１０と反対側）の部分の幅はＷ２より広がって強度を確保している。幅Ｗ１を４μｍ以下とすると、微小な溝部を彫ることができるので好ましい。
【００２５】
なお、この実施形態では、前切れ刃２１０から後端に向かって幅Ｗ１で平行に延びた部分が第一切れ刃２１３、２１４を構成し、第一切れ刃２１３、２１４は前切れ刃２１０の近傍のみに形成されている。そして、第一切れ刃２１３、２１４より後端側では、第１逃げ面２０３、２０４同士の間隔Ｗ２が幅Ｗ１以下になっている。このため、切削加工時に単結晶ダイヤモンド切削刃具２００と被切削物との接触面積が減り、工具のビビリが起こり難くなるので精密な切削加工が行える。
なお切削を複数回くり返して行うことにより、所定の深さの溝を形成する。１回の切削で削る溝の深さは０．３μｍから１μｍ程度なので、第一切れ刃２１３，２１４の長さは１μｍから２μｍ程度が良い。そして図６に示すように、本発明では、前切れ刃２１０からの第１逃げ面２０３、２０４の長さＬ（図６参照）を前切れ刃の幅Ｗ１の３倍以上とし、深い溝の切削を行うため、Ｗ２≦Ｗ１とすると被切削物との接触面積（摩擦）を低減する効果が大きい。
【００２６】
図６は、図４のＢ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の側面図である。被削物５００の切削面Ｓに垂直な方向Ｐとすくい面２０１がなす角（すくい角θ）は、
０°からわずかに正に傾いていて、切削くず５０１をすくい取るようになっている。なおすくい面２０１が平滑であると、切削くず５０１は素直に外部に排出される。又、切削面Ｓに対し、前逃げ面２０５は逃げ角φだけ傾いていて、被削物５００との接触を防止している。
又、方向Ｐに沿い、前切れ刃２１０からの第１逃げ面２０３、２０４の長さＬを前切れ刃の幅Ｗ１の３倍以上とする。これにより、深さが幅の３倍以上の深い溝部の切削が可能となる。
なお、通常、逃げ角φを３〜８°程度とする。前逃げ面２０５と逃げ角φからＬを算出することができる。なお、前逃げ面２０５が曲面の場合は、前切れ刃２１０の近傍での前逃げ面２０５の接線と切削面Ｓとのなす角を逃げ角φとする。
【００２７】
ところで、長さＬを幅Ｗ１の３倍以上とした単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を製造しようとすると、ＦＩＢでエッチングする第一逃げ面２０３、２０４の加工量（エッチング量）が大きくなり、エッチング時間が長くなって生産コストが上昇する。
又、ＦＩＢによるダイヤモンドのエッチングレートは約０．０７μｍ３/ナノクーロンでありビーム電流に比例するが、加工精度が要求される部分にはビーム電流を下げてビーム径を微小に絞る必要がある。一方、全ての部分でビーム電流を下げてエッチングすると、エッチング時間が長くなり過ぎる。
【００２８】
そこで、以下のようにして単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を製造することが好ましい。すなわち、単結晶ダイヤモンド素材に対し、最初は比較的高いビーム電流で集束イオンビームのエッチングにより、第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５を粗加工する。この粗加工では、加工量（エッチング量）を大きくし、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５のおおまかな形状を作製する。
次に、粗加工工程より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５を仕上げ加工する。仕上げ加工では加工精度を高くし、第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５の最終形状を作り込む。特に、前切れ刃２１０や第一切れ刃２１３、２１４の近傍の面について、粗加工と仕上げ加工とを行うと、これら切れ刃が高精度でエッチングされて鋭利になると共に、生産性も向上する。
【００２９】
なお、ガリウムイオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合、ビーム電流が増えるに従って急激にビーム径が大きくなってしまう。一方、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合、ガリウムイオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合よりもビーム径を細く絞ることができるが、小電流で使用する場合にはガリウムイオンの集束イオンビームよりビーム径を絞ることができない。これは誘導プラズマ型イオン源がガリウム液体金属イオン源よりも、線源サイズおよび角電流密度が大きいことによる。
そこで粗加工では、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いてエッチングし、仕上げ加工では、ガリウムイオンの集束イオンビームを用いてエッチングすると、加工精度の更に高い単結晶ダイヤモンド切削刃具を短時間で製造できる。
【００３０】
誘導結合プラズマ型のイオン源を備えたＦＩＢ装置は、たとえば特開2008-234874号公報に記載されている。又、誘導結合プラズマ型のイオン源で希ガスイオンを発生させた場合、希ガス（Ar,Xeなど）は第一イオン化ポテンシャルが低く、プラズマを安定して維持できる。誘導結合プラズマ型のイオン源で酸素イオンを発生させた場合、酸素はエッチング時にダイヤモンド（炭素）と化学反応するので、大きなエッチング速度が得られることが期待できる。
誘導結合プラズマ型イオン源のＦＩＢで行う粗加工のビーム電流は１nA以上（例えば、2nA）、ビーム径１μm(加速電圧30kV)とすることができる。
一方、ガリウム液体金属イオン源のＦＩＢで行う、仕上げ加工のビーム電流は１nA未満（例えば、30pA）、ビーム径60nm (加速電圧30kV)とすることができる。
【００３１】
なお、単結晶ダイヤモンド切削刃具を使用するにつれ、前切れ刃２１０及び第１切れ刃２１３、２１４の境界部（接続部）の角が磨耗するが、前逃げ面２０５をＦＩＢでエッチングすることにより、角を鋭く再生することができる。
【００３２】
以上述べた本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具２００（工具本体４００）を切削加工機に取り付け、図７に示すようにしてＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造することができる。
ここで、微小な溝の超精密加工を行えるよう、切削加工機として分解能がｎｍレベルの超精密ナノ加工機を用いることが好ましい。超精密ナノ加工機としては、例えばファナック株式会社製の製品名「FANUC ROBONANO α-0iB 」が市販されている。この超精密ナノ加工機は、リニアモータと同期ビルトインサーボモータを制御することにより、同時5軸を高精度にダイレクト駆動し、直線軸で1nmの分解能を有する。
【００３３】
このような加工機を用い、図７に示すように前切れ刃２１０の幅Ｗ１を４μｍ以下とした単結晶ダイヤモンド切削刃具２００により、金属膜２０ｘの一方向（図７の矢印方向）に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期Ｗ１＋Ｗ３で引き切り加工を行う。これにより、金属膜２０ｘが切削されて溝部２０ａが形成され、隣接する溝部２０ａの間に畝状のＸ線吸収部２０ｂを備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子２０を製造することができる。
【００３４】
ここで、前切れ刃２１０の幅Ｗ１が４μｍ以下で、前切れ刃２１０からの第１逃げ面の長さＬが幅Ｗ１の３倍以上であるため、溝部２０ａの幅もＷ１と同値（４μｍ以下）となり、溝部２０ａの深さがＬと同値（つまり、溝部２０ａの幅の３倍以上）となり、（溝部の深さ）／（溝部の幅）で表されるアスペクト比が３以上の回折格子が得られる。又、引き切り加工時の周期Ｗ１＋Ｗ３を８μｍ以下とすれば、Ｘ線吸収部２０ｂの幅も４μｍ以下となる。
そして、金属膜２０ｘの材質である金はレジスト樹脂よりヤング率が１桁高い導体であるため、強度不足や静電気による畝部の接触（スティッキング）が起こらない。また溝の側面の凹凸や、側壁と底との切削隅部の曲率半径は、刃具の形状に依存しており、それぞれ０．１μｍ以下の良好な溝の加工が可能になる。
【００３５】
なお、複数の単結晶ダイヤモンド切削刃具２００をシャトルユニット等に取り付け、一度に複数の溝部を引き切り加工してもよい。
又、図７では、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子として、振幅型回折格子である第２の回折格子２０を製造する場合を例示したが、位相型回折格子である第１の回折格子１０も同様にして製造することができる。
【００３６】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０ Ｘ線タルボ干渉計用回折格子
１０ａ、２０ａ 溝部
１０ｂ、２０ｂ 畝部
１００ Ｘ線タルボ干渉計
２００ 単結晶ダイヤモンド切削刃具
２０１ すくい面
２０３、２０４ 第一逃げ面
２０５ 前逃げ面
２１０ 前切れ刃
２１３、２１４ 第１切れ刃
５００ 被削物
Ｗ１ 前切れ刃の幅
Ｗ２ 第１逃げ面同士の間隔
Ｓ 被削物の切削面
Ｌ 被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前切れ刃からの第１逃げ面の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子を用い、空間的に可干渉な光源からの光を透過させると、回折格子から特定の距離において、回折格子の自己像を形成するタルボ効果が知られている。近年、このタルボ効果を用い、透過Ｘ線の位相シフトを検出するＸ線タルボ干渉計が開発されている。タルボ効果を利用し、Ｘ線の位相シフトにより得られる画像は、従来の透過Ｘ線の吸収の大小によって得られる画像に比べ、特に原子番号の小さな物質でコントラストが高いという利点がある。
このようなＸ線タルボ干渉計１００として、図１に示すように、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０と、Ｘ線画像検出器３０とを備えた構成が知られている（特許文献１参照）。第１の回折格子１０および第２の回折格子２０は、図２に示すように、金属板の一方向に所定間隔で溝部１０ａおよび２０ａを形成し、溝部１０ａおよび２０ａからＸ線を透過させる。又、隣接する溝部１０ａの間の畝部１０ｂでＸ線の位相をπ／２だけシフトして透過させ、溝部２０ａの間の畝部２０ｂではＸ線を遮蔽（吸収）するようになっている。回折格子の材料としては、通常、Ｘ線吸収能の高い金（Ａｕ）を用いている。
【０００３】
このＸ線タルボ干渉計において、Ｘ線源２から試料４を介して第１の回折格子１０にＸ線を照射すると、溝部１０ａを透過したＸ線と畝部１０ｂを透過したＸ線が互いに干渉する。そして、第一の回折格子１０のタルボ距離ｄ２／２λ（ｄは回折格子の周期、λはＸ線の波長）の整数倍の位置には、第一の回折格子１０の自己像が現れる（タルボ効果）。この自己像には試料４による歪みが生じ、この歪みは試料の情報を持っている。第二の回折格子２０は第一の回折格子１０の自己像が現れる位置に配置される。そして第二の回折格子２０を透過するＸ線の分布には、第一の回折格子１０の自己像が重なってモアレ縞が生じている。このＸ線の分布をＸ線画像検出器で検出して、画像解析を行って試料４の像を得る。画像コントラストを向上させるには、第２の回折格子２０の溝部２０ａのＸ線透過率が高く、畝部２０ｂのＸ線透過率が低いと良い。そのため、第２の回折格子２０は第１の回折格子１０より厚い振幅型回折格子であることが好ましい。
【０００４】
ここで、タルボ効果を生じさせるため、回折格子の畝部（Ｘ線吸収部）をＸ線の可干渉性を確保した周期にする必要がある。そのため畝部の厚さを１０μｍ以下程度としなければならない。さらに、位相型回折格子においては、位相シフト量がπ／２になるときに自己像のコントラストが最も高くなることから、これを実現するには、畝部の厚さ（溝部の深さ）を１〜１０μｍ程度とする必要があり、微細な加工や製造技術が要求される。
一方、振幅型回折格子として機能するためには、回折格子の溝部２０ａのＸ線透過率が高く、畝部２０ｂのＸ線透過率が低いとよい。このため、金を用いたとしても溝部の深さを１０〜１００μｍ程度に深掘りすることが要求される。従って、回折格子の（溝部の深さ）／（溝部の幅）で表されるアスペクト比が非常に大きくなり、回折格子の製造が困難となる。
【０００５】
このようなことから、Ｘ線マスクを使ったＸ線リソグラフィーによって樹脂に深い溝部を形成し、この溝に電鋳法によってＸ線吸収部を形成させ、Ｘ線タルボ干渉計用の回折格子を製造する技術が開示されている（特許文献２参照）。
又、シリコン基板表面の感光性樹脂をリソグラフィー法でパターニングして除去し、次にＩＣＰプラズマエッチング法で感光性樹脂が除去されたシリコン基板をエッチングしてスリット溝を形成した後、スリット溝に絶縁物を堆積し、さらに残った感光性樹脂及びシリコン基板をＩＣＰプラズマエッチング法でエッチングして第２のスリット溝を形成し、第２のスリット溝に電鋳法によってＸ線吸収金属部を形成する技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３記載の技術の場合、微細な溝（スリット）内に電鋳を行うため、溝のアスペクト比が高くなるほど、電鋳を確実に行うことが難しくなる。又、レジスト樹脂を用いてアスペクト比の高い溝を形成しようとすると、樹脂が柔らかくて絶縁物であるために変形して隣接する畝部が接触し（スティッキング）、精度の高い回折格子の製造が難しいという問題がある。さらに、アスペクト比の高い溝を作製するためには、シンクロトロン放射による放射光を用い、直線性の高いＸ線で露光する必要があり、製造コストが大幅に上昇する。
【０００７】
一方、単結晶ダイヤモンドからなり、光学用の回折格子の微細な溝を加工するための切削工具が開示されている（特許文献４参照）。この切削工具は、前切れ刃の幅を５μｍ以下とすることで、５μｍ以下の狭い溝を彫ることを可能としており、又、すくい面に垂直な方向の大きさｔを前切れ刃の幅の２倍以上として刃の強度を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００４／５８０７０号
【特許文献２】特開２００６−２５９２６４号公報
【特許文献３】特開２００９−４２５２８号公報
【特許文献４】特開２０１０−５７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｘ線用の回折格子で必要な深い（アスペクト比の高い）溝の切削を行うためには、前切れ刃の幅に対し、切削面からの切れ刃の高さを高くする必要がある。又、切れ刃の高さを高くした切削工具で深い溝の切削を行うと、被切削物との接触面積が増えて工具のビビリが起こり易く、精密な加工が困難になる。そのため、被切削物に対向する切削工具の逃げ面を精度よく加工する必要があるが、砥石による研磨では、単結晶ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面の研磨ができないので、逃げ面の加工が難しい。
又、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いると、単結晶ダイヤモンドを精度よくエッチングすることができるが、切れ刃の高さを高くするとそれだけ逃げ面の加工量が増え、エッチング時間が長くなって切削工具の生産コストが上昇するという問題がある。
従って、本発明の目的は、Ｘ線の回折格子に要求される深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能であり、生産性に優れた単結晶ダイヤモンド切削刃具及びその製造方法、並びにＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具は、被削物の切削くずをすくい取るすくい面と、前記すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面と、前記すくい面に隣接し、前記被削物の切削面に対向する前逃げ面と、前記すくい面と前記前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃と、前記すくい面と前記第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃とを備え、前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅以下であり、前記被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前記前切れ刃からの前記第１逃げ面の長さが前記前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具である。
この単結晶ダイヤモンド切削刃具によれば、硬度が高く精密な溝加工が可能な単結晶ダイヤモンドを用い、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能となり、特性の優れたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造することができる。又、ＦＩＢのエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができ、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。
又、第１逃げ面同士の間隔が前切れ刃の幅以下であるので、切削加工時に単結晶ダイヤモンド切削刃具と被切削物との接触面積が減り、工具のビビリが起こり難くなるので精密な切削加工が行える。特に、深さが幅の３倍以上の深い溝を切削する際、被切削物との接触面積（摩擦）を低減する効果が大きい。
【００１１】
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面が集束イオンビームのエッチングにより形成されていることが好ましい。
集束イオンビーム（ＦＩＢ）のエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができ、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。
【００１２】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法は、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法であって、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を、集束イオンビームのエッチングにより粗加工する粗加工工程と、前記粗加工工程におけるビーム電流より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を仕上げ加工する仕上げ加工工程とを有する。
この単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法によれば、最初は比較的高いビーム電流で第一逃げ面及び／又は前逃げ面を粗加工するので、加工量（エッチング量）を大きくし、エッチング時間を短縮できる。次に、粗加工工程より低いビーム電流でガリウムイオンを用いたＦＩＢで仕上げ加工することで、加工精度を高くして最終形状を作り込むことができる。
【００１３】
前記粗加工工程を、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いて行うと好ましい。
誘導結合プラズマ型のイオン源を用いたＦＩＢは、大電流で使用した場合、ガリウムイオンのＦＩＢを大電流で使用した場合よりもビーム径を細く絞ることができるので、粗加工に適する。
【００１４】
本発明のＸ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法は、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具を切削加工機に取り付け、前記前切れ刃の幅を４μｍ以下とし、金属膜の一方向に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期で、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具により切削加工を行って溝部を彫り、前記溝部の幅が４μｍ以下、深さが前記溝部の幅の３倍以上で、かつ隣接する前記溝部の間に幅が４μｍ以下の畝状のＸ線吸収部を備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能であり生産性に優れた単結晶ダイヤモンド切削刃具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】回折格子を用いたＸ線タルボ干渉計の概略構成を示す図である。
【図２】第１の回折格子および第２の回折格子のｘ方向に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具を取り付けた工具本体を示す斜視図である。
【図４】単結晶ダイヤモンド切削刃具を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具の平面図である。
【図６】図４のＢ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具の側面図である。
【図７】単結晶ダイヤモンド切削刃具を用い、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子を製造する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、回折格子１０、２０を用いたＸ線タルボ干渉計１００の概略構成を示す図である。Ｘ線タルボ干渉計１００は、Ｘ線源２と、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０と、Ｘ線画像検出器３０とを備えている。第１の回折格子１０および第２の回折格子２０はＺ方向に所定距離だけ離間して平行に配置され、第１の回折格子１０にＺ方向に沿って対向してＸ線源２が配置されている。又、第２の回折格子２０にＺ方向に沿って対向してＸ線画像検出器３０が配置されている。そして、観察対象となる試料４がＺ方向に沿って第１の回折格子１０とＸ線源２の間に配置されている。
第１の回折格子１０および第２の回折格子２０は、その平面に平行な一方向（図１ではｙ方向）に沿って延びつつ、互いに所定周期で離間する複数の溝部１０ａ、２０ａが形成され（図２の溝部の断面図参照）、溝部１０ａ、２０ａからＸ線を透過させる一方、隣接する溝部１０ａの間の短冊状の畝部１０ｂでＸ線の位相をπ／２だけシフトして透過させ、畝部２０ｂでＸ線を遮蔽（吸収）するようになっている。各溝部１０ａ、２０ａ及び畝部１０ｂ、２０ｂは、図１のＹ方向に延びている。回折格子の材料としては、Ｘ線吸収能の高い金を用いると好ましい。なお、この実施形態では、畝部１０ｂの幅（間隔）と溝部１０ａの幅（間隔）が等しく、畝部２０ｂの幅（間隔）と溝部２０ａの幅（間隔）が等しい。
【００１８】
Ｘ線タルボ干渉計１００において、Ｘ線源２から試料４を介して第１の回折格子１０にＸ線を照射すると、溝部１０ａを透過したＸ線と畝部１０ｂを透過回折したＸ線とが互いに干渉する。そして、タルボ距離だけ離れた位置で透過直後と同じパターンの自己像が形成される。つまり、第１の回折格子１０は、照射Ｘ線に位相変調を与える位相型回折格子を構成する。ここで、タルボ効果を生じさせるため、第１の回折格子１０の畝部（Ｘ線吸収部）の周期ｄ（図２（ａ）参照）を、Ｘ線源２から照射されるＸ線の可干渉性を確保するよう調整する必要がある。
又、第１の回折格子１０の後方（自己像の位置）に配置された第２の回折格子２０は、第１の回折格子１０により回折されたＸ線を回折して画像コントラストを形成し、第２の回折格子２０の後方のＸ線画像検出器３０で回折Ｘ線を検出する。画像コントラストを向上させるには、第２の回折格子２０の溝部２０aのＸ線透過率が高く、畝部２０bのＸ線透過率が低いと良い。そのため、第２の回折格子２０は第１の回折格子１０より厚い振幅型回折格子であることが好ましい。
【００１９】
ここで、第１の回折格子１０の前方に試料４が配置され、照射Ｘ線は試料４内部において僅かに異なる光路を通過するため、このときの位相差によって干渉縞の様子が変化する。従って、自己像は変形し、自己像の位置に第２の回折格子２０を重ねると、タルボ干渉像（画像コントラスト）にモアレ縞が生じ、Ｘ線画像検出器３０で検出される。生成されたモアレ縞が試料４によって受ける変調量は、試料４により照射Ｘ線が曲げられた角度に比例するため、モアレ縞を解析することで試料４とその内部構造を知ることができる。
なお、モアレ縞の解析法の一つである縞走査法では、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０をＸ方向に相対的にずらすことで、モアレ縞の位相が変化することに着目している。すなわちモアレ縞の位相を変化させて複数のタルボ干渉像を得た後、これを積分処理等して合成することにより、位相像（試料４とその内部構造）を得ることができる。 又、試料４を回転させて多数の投影方向から微分位相像を取得し、これを積分処理等して合成して試料４の断層像（ＣＴ像）を得ることも可能である。
【００２０】
なお、Ｘ線タルボ干渉計１００は、Ｘ線源２と試料４との間にマルチスリットを配置したタルボ・ロー干渉計も含む。マルチスリットを用いない場合、Ｘ線源２としては微小焦点Ｘ線源を用いる必要があるが、タルボ・ロー干渉計の場合は通常Ｘ線源を用いることができる。
【００２１】
ところでＸ線は波長が短いので、可干渉性を確保するためには、第１の回折格子１０および第２の回折格子２０の畝部の厚さを１０μｍ以下程度としなければならない。さらに、位相型回折格子においては、位相シフト量がπ／２になるときに自己像のコントラストが最も高くなることから、これを実現するには、金を用いても畝部の厚さ（溝の深さ）を１〜１０μｍ程度とする必要があり、微細な加工や製造技術が要求される。
一方、振幅型回折格子として機能するためには、回折格子の溝部のＸ線透過率を高くし、畝部のＸ線透過率を低くする必要がある。このため、金を用いても畝部の厚さ（溝の深さ）を１０〜１００μｍ程度に深くすることが要求される。従って、回折格子の（溝の深さ）／（溝の幅）で表されるアスペクト比が３以上（場合によっては１０以上）と非常に大きくなる。
【００２２】
このようなことから、硬度が高く精密な溝加工が可能な単結晶ダイヤモンドを用い、深さが幅の３倍以上の深い溝の切削が可能な切削刃具が必要となる。以下、本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を取り付けた工具本体（バイト）４００を示す。単結晶ダイヤモンド切削刃具２００は、略台形の台金３００の先端に取り付けられて工具本体４００を構成し、台金３００の先端から単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の切れ刃（図４参照）が突出している。工具本体４００は、図示しない切削加工機のホルダに固定され、後述するように、単結晶ダイヤモンド切削刃具２００により被切削物に溝を彫ることができるようになっている。
【００２３】
図４に示すように、単結晶ダイヤモンド切削刃具２００は、すくい面２０１と、すくい面２０１にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面２０３、２０４と、すくい面２０１に隣接し、被削物５００の切削面Ｓ（図６参照）に対向する前逃げ面２０５と、すくい面２０１と前逃げ面２０５との境界部に形成される前切れ刃２１０と、すくい面２０１と第一逃げ面２０３、２０４との境界部に形成される２つの第１切れ刃２１３、２１４とを備えている。前逃げ面２０５及び第一逃げ面２０３、２０４の形状は限定されず、平面であってもよく、曲面であってもよい。なお、すくい面２０１の表面は平滑であることが好ましい。
第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）のエッチングにより形成されている。ＦＩＢのエッチングは、複雑な形状の加工ができると共に、結晶面を選ばずに加工ができるという利点がある。従って、ダイヤモンドの一番固い結晶面である（１１１）面をも容易に加工ができる。これに対し、例えば砥石による研磨では、ダイヤモンドの（１１１）面の研磨ができない。
なお、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５をＦＩＢでエッチングする際、単結晶ダイヤモンド素材に対して浅い角度（＜３°）でＦＩＢを照射すると、照射面が平滑になり、鋭い切れ刃を形成できる。
【００２４】
図５は、図４のＡ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の平面図である。第１逃げ面２０３、２０４同士の間隔Ｗ２は、前切れ刃２１０の幅Ｗ１以下である。つまり、Ｗ２≦Ｗ１の部分が第１逃げ面２０３、２０４を構成し、第１逃げ面２０３、２０４より後端側（前切れ刃２１０と反対側）の部分の幅はＷ２より広がって強度を確保している。幅Ｗ１を４μｍ以下とすると、微小な溝部を彫ることができるので好ましい。
【００２５】
なお、この実施形態では、前切れ刃２１０から後端に向かって幅Ｗ１で平行に延びた部分が第一切れ刃２１３、２１４を構成し、第一切れ刃２１３、２１４は前切れ刃２１０の近傍のみに形成されている。そして、第一切れ刃２１３、２１４より後端側では、第１逃げ面２０３、２０４同士の間隔Ｗ２が幅Ｗ１以下になっている。このため、切削加工時に単結晶ダイヤモンド切削刃具２００と被切削物との接触面積が減り、工具のビビリが起こり難くなるので精密な切削加工が行える。
なお切削を複数回くり返して行うことにより、所定の深さの溝を形成する。１回の切削で削る溝の深さは０．３μｍから１μｍ程度なので、第一切れ刃２１３，２１４の長さは１μｍから２μｍ程度が良い。そして図６に示すように、本発明では、前切れ刃２１０からの第１逃げ面２０３、２０４の長さＬ（図６参照）を前切れ刃の幅Ｗ１の３倍以上とし、深い溝の切削を行うため、Ｗ２≦Ｗ１とすると被切削物との接触面積（摩擦）を低減する効果が大きい。
【００２６】
図６は、図４のＢ点から見た単結晶ダイヤモンド切削刃具２００の側面図である。被削物５００の切削面Ｓに垂直な方向Ｐとすくい面２０１がなす角（すくい角θ）は、
０°からわずかに正に傾いていて、切削くず５０１をすくい取るようになっている。なおすくい面２０１が平滑であると、切削くず５０１は素直に外部に排出される。又、切削面Ｓに対し、前逃げ面２０５は逃げ角φだけ傾いていて、被削物５００との接触を防止している。
又、方向Ｐに沿い、前切れ刃２１０からの第１逃げ面２０３、２０４の長さＬを前切れ刃の幅Ｗ１の３倍以上とする。これにより、深さが幅の３倍以上の深い溝部の切削が可能となる。
なお、通常、逃げ角φを３〜８°程度とする。前逃げ面２０５と逃げ角φからＬを算出することができる。なお、前逃げ面２０５が曲面の場合は、前切れ刃２１０の近傍での前逃げ面２０５の接線と切削面Ｓとのなす角を逃げ角φとする。
【００２７】
ところで、長さＬを幅Ｗ１の３倍以上とした単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を製造しようとすると、ＦＩＢでエッチングする第一逃げ面２０３、２０４の加工量（エッチング量）が大きくなり、エッチング時間が長くなって生産コストが上昇する。
又、ＦＩＢによるダイヤモンドのエッチングレートは約０．０７μｍ３/ナノクーロンでありビーム電流に比例するが、加工精度が要求される部分にはビーム電流を下げてビーム径を微小に絞る必要がある。一方、全ての部分でビーム電流を下げてエッチングすると、エッチング時間が長くなり過ぎる。
【００２８】
そこで、以下のようにして単結晶ダイヤモンド切削刃具２００を製造することが好ましい。すなわち、単結晶ダイヤモンド素材に対し、最初は比較的高いビーム電流で集束イオンビームのエッチングにより、第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５を粗加工する。この粗加工では、加工量（エッチング量）を大きくし、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５のおおまかな形状を作製する。
次に、粗加工工程より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、第一逃げ面２０３、２０４及び前逃げ面２０５を仕上げ加工する。仕上げ加工では加工精度を高くし、第一逃げ面２０３、２０４及び／又は前逃げ面２０５の最終形状を作り込む。特に、前切れ刃２１０や第一切れ刃２１３、２１４の近傍の面について、粗加工と仕上げ加工とを行うと、これら切れ刃が高精度でエッチングされて鋭利になると共に、生産性も向上する。
【００２９】
なお、ガリウムイオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合、ビーム電流が増えるに従って急激にビーム径が大きくなってしまう。一方、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合、ガリウムイオンの集束イオンビームを大電流で使用した場合よりもビーム径を細く絞ることができるが、小電流で使用する場合にはガリウムイオンの集束イオンビームよりビーム径を絞ることができない。これは誘導プラズマ型イオン源がガリウム液体金属イオン源よりも、線源サイズおよび角電流密度が大きいことによる。
そこで粗加工では、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いてエッチングし、仕上げ加工では、ガリウムイオンの集束イオンビームを用いてエッチングすると、加工精度の更に高い単結晶ダイヤモンド切削刃具を短時間で製造できる。
【００３０】
誘導結合プラズマ型のイオン源を備えたＦＩＢ装置は、たとえば特開2008-234874号公報に記載されている。又、誘導結合プラズマ型のイオン源で希ガスイオンを発生させた場合、希ガス（Ar,Xeなど）は第一イオン化ポテンシャルが低く、プラズマを安定して維持できる。誘導結合プラズマ型のイオン源で酸素イオンを発生させた場合、酸素はエッチング時にダイヤモンド（炭素）と化学反応するので、大きなエッチング速度が得られることが期待できる。
誘導結合プラズマ型イオン源のＦＩＢで行う粗加工のビーム電流は１nA以上（例えば、2nA）、ビーム径１μm(加速電圧30kV)とすることができる。
一方、ガリウム液体金属イオン源のＦＩＢで行う、仕上げ加工のビーム電流は１nA未満（例えば、30pA）、ビーム径60nm (加速電圧30kV)とすることができる。
【００３１】
なお、単結晶ダイヤモンド切削刃具を使用するにつれ、前切れ刃２１０及び第１切れ刃２１３、２１４の境界部（接続部）の角が磨耗するが、前逃げ面２０５をＦＩＢでエッチングすることにより、角を鋭く再生することができる。
【００３２】
以上述べた本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃具２００（工具本体４００）を切削加工機に取り付け、図７に示すようにしてＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造することができる。
ここで、微小な溝の超精密加工を行えるよう、切削加工機として分解能がｎｍレベルの超精密ナノ加工機を用いることが好ましい。超精密ナノ加工機としては、例えばファナック株式会社製の製品名「FANUC ROBONANO α-0iB 」が市販されている。この超精密ナノ加工機は、リニアモータと同期ビルトインサーボモータを制御することにより、同時5軸を高精度にダイレクト駆動し、直線軸で1nmの分解能を有する。
【００３３】
このような加工機を用い、図７に示すように前切れ刃２１０の幅Ｗ１を４μｍ以下とした単結晶ダイヤモンド切削刃具２００により、金属膜２０ｘの一方向（図７の矢印方向）に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期Ｗ１＋Ｗ３で引き切り加工を行う。これにより、金属膜２０ｘが切削されて溝部２０ａが形成され、隣接する溝部２０ａの間に畝状のＸ線吸収部２０ｂを備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子２０を製造することができる。
【００３４】
ここで、前切れ刃２１０の幅Ｗ１が４μｍ以下で、前切れ刃２１０からの第１逃げ面の長さＬが幅Ｗ１の３倍以上であるため、溝部２０ａの幅もＷ１と同値（４μｍ以下）となり、溝部２０ａの深さがＬと同値（つまり、溝部２０ａの幅の３倍以上）となり、（溝部の深さ）／（溝部の幅）で表されるアスペクト比が３以上の回折格子が得られる。又、引き切り加工時の周期Ｗ１＋Ｗ３を８μｍ以下とすれば、Ｘ線吸収部２０ｂの幅も４μｍ以下となる。
そして、金属膜２０ｘの材質である金はレジスト樹脂よりヤング率が１桁高い導体であるため、強度不足や静電気による畝部の接触（スティッキング）が起こらない。また溝の側面の凹凸や、側壁と底との切削隅部の曲率半径は、刃具の形状に依存しており、それぞれ０．１μｍ以下の良好な溝の加工が可能になる。
【００３５】
なお、複数の単結晶ダイヤモンド切削刃具２００をシャトルユニット等に取り付け、一度に複数の溝部を引き切り加工してもよい。
又、図７では、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子として、振幅型回折格子である第２の回折格子２０を製造する場合を例示したが、位相型回折格子である第１の回折格子１０も同様にして製造することができる。
【００３６】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０ Ｘ線タルボ干渉計用回折格子
１０ａ、２０ａ 溝部
１０ｂ、２０ｂ 畝部
１００ Ｘ線タルボ干渉計
２００ 単結晶ダイヤモンド切削刃具
２０１ すくい面
２０３、２０４ 第一逃げ面
２０５ 前逃げ面
２１０ 前切れ刃
２１３、２１４ 第１切れ刃
５００ 被削物
Ｗ１ 前切れ刃の幅
Ｗ２ 第１逃げ面同士の間隔
Ｓ 被削物の切削面
Ｌ 被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前切れ刃からの第１逃げ面の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被削物の切削くずをすくい取るすくい面と、
前記すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面と、
前記すくい面に隣接し、前記被削物の切削面に対向する前逃げ面と、
前記すくい面と前記前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃と、
前記すくい面と前記第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃とを備え、
前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅以下であり、
前記被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前記前切れ刃からの前記第１逃げ面の長さが前記前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項２】
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面が集束イオンビームのエッチングにより形成されている請求項１記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項３】
少なくとも一部の前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅より狭い請求項１又は２記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法であって、
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を、集束イオンビームのエッチングにより粗加工する粗加工工程と、
前記粗加工工程におけるビーム電流より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を仕上げ加工する仕上げ加工工程と、を有する単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法。
【請求項５】
前記粗加工工程を、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いて行う請求項４記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具を切削加工機に取り付け、前記前切れ刃の幅を４μｍ以下とし、
金属膜の一方向に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期で、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具により切削加工を行って溝部を彫り、
前記溝部の幅が４μｍ以下、深さが前記溝部の幅の３倍以上で、かつ隣接する前記溝部の間に幅が４μｍ以下の畝状のＸ線吸収部を備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造する、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法。
【請求項１】
被削物の切削くずをすくい取るすくい面と、
前記すくい面にそれぞれ隣接する側面となる２つの第１逃げ面と、
前記すくい面に隣接し、前記被削物の切削面に対向する前逃げ面と、
前記すくい面と前記前逃げ面との境界部に形成される前切れ刃と、
前記すくい面と前記第一逃げ面との境界部に形成される２つの第１切れ刃とを備え、
前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅以下であり、
前記被削物の切削面に垂直な方向に沿い、前記前切れ刃からの前記第１逃げ面の長さが前記前切れ刃の幅の３倍以上である、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造に用いられる単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項２】
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面が集束イオンビームのエッチングにより形成されている請求項１記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項３】
少なくとも一部の前記第１逃げ面同士の間隔が前記前切れ刃の幅より狭い請求項１又は２記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法であって、
前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を、集束イオンビームのエッチングにより粗加工する粗加工工程と、
前記粗加工工程におけるビーム電流より低いビーム電流で、ガリウム液体金属イオン源で発生したガリウムイオンの集束イオンビームのエッチングにより、前記第一逃げ面及び／又は前記前逃げ面を仕上げ加工する仕上げ加工工程と、を有する単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法。
【請求項５】
前記粗加工工程を、誘導結合プラズマ型のイオン源で発生した希ガスイオン又は酸素イオンの集束イオンビームを用いて行う請求項４記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか記載の単結晶ダイヤモンド切削刃具を切削加工機に取り付け、前記前切れ刃の幅を４μｍ以下とし、
金属膜の一方向に沿い、かつ該一方向に垂直な方向に所定の周期で、前記単結晶ダイヤモンド切削刃具により切削加工を行って溝部を彫り、
前記溝部の幅が４μｍ以下、深さが前記溝部の幅の３倍以上で、かつ隣接する前記溝部の間に幅が４μｍ以下の畝状のＸ線吸収部を備えたＸ線タルボ干渉計用回折格子を製造する、Ｘ線タルボ干渉計用回折格子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２３８２５（Ｐ２０１２−２２３８２５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０６１０（Ｐ２０１１−９０６１０）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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