(57)【要約】  【課題】従来のサファイア基板製造方法では、育成した単結晶から不透明サファイア基板を切出したあとに不透明サファイア基板全体を研磨した上で利用予定領域を切出しており、利用予定領域以外のサファイア基板も加工しているために非効率である。【解決手段】その基板の一部のみを切出して利用する不透明なサファイア基板である不透明サファイア基板を準備する不透明サファイア基板準備工程と、不透明サファイア基板の利用予定領域を切出す境界線を含む帯状領域を少なくとも不透明サファイア基板の一面について透明にする帯状領域透明化工程と、透明にされた帯状領域である帯状透明領域を切出して利用予定領域を切出基板として切出し基板として切出す為に帯状透明領域にレーザーを照射する第一レーザー照射工程と、を含むサファイア透明基板製造方法を提案する。【選択図】図１
2015202547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その基板の一部のみを切出して利用する不透明なサファイア基板である不透明サファイア基板を準備する不透明サファイア基板準備工程と、
不透明サファイア基板の利用予定領域を切出す境界線を含む帯状領域を少なくとも不透明サファイア基板の一面について透明にする帯状領域透明化工程と、
透明にされた帯状領域である帯状透明領域内の利用予定領域を切出す境界線を切出して利用予定領域を切出基板として切出すために帯状透明領域にレーザーを照射する第一レーザー照射工程と、
を含むサファイア透明基板製造方法。
【請求項２】
さらに、レーザー照射工程にて切出された利用予定領域である切出基板の少なくとも一面を透明になるまで研磨する研磨工程を有する請求項１に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項３】
前記研磨工程は切出基板の厚さを所定の目標厚まで薄くする薄厚化サブ工程を含む請求項２に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項４】
前記少なくとも一面が透明にされた切出基板である透明化切出基板の削除予定領域を削除するためにその削除予定領域の境界線に沿ってレーザーを照射する第二レーザー照射工程をさらに有する請求項１から３のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項５】
前記帯状領域透明化工程は、前記利用予定領域の境界線が複数の直線を含む場合には、複数の直線の中で同一方向の直線の長さの和が小さくない方向をｃ軸からｍ軸に向かって反時計回りに１０度から２５度の範囲の方向とするように前記帯状領域透明化工程で透明にする軸方向調整サブ工程を含む請求項１から４のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項６】
前記研磨工程は両面研磨工程である請求項２、請求項２に従属する請求項３から請求項５のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項７】
前記第一レーザー照射工程はピコ秒又はフェムト秒周期のパルスである請求項１から６のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項８】
切出基板は、電子機器の前面ガラスに利用される形状である請求項１から７のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項９】
前記削除予定領域は、電子機器の前面ガラスのスピーカーを構成するポケット部分である請求項８に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項１０】
前記削除予定領域は、電子機器の前面ガラスのホームボタンを構成するサークルである請求項８に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項１１】
前記帯状領域透明化工程は、テープ研磨または砥石研磨サブ工程を含む請求項１から１０のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項１２】
研磨工程の後にさらに切出基板の端面を面取りする面取り工程を有する請求項２、請求項２に従属する請求項３から１１のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一に記載のサファイア透明基板製造方法を含む電子機器の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１２に記載のサファイア透明基板製造方法にて製造したサファイア透明基板を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア透明基板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネルを導入した電子機器が普及している。タッチ操作によって直感的に機器を操作できることがその一因である。電子機器にはスマートフォンやウオッチ型通信機器、モバイルコンピューターなどが含まれている。
【０００３】
タッチパネルを導入した電子機器には、透明カバーが使用されている。サファイア透明基板は、耐摩耗性が高く、引っかき、スクラッチに対して強く、また衝撃に対しても強い。このような利点を有するサファイア透明基板は近年大量生産が可能になり、タッチパネル、そのほか電子機器の前面透明カバーを構成する部材としての応用が検討されている。例えば特許文献１には、サファイア基板をタッチパネル構造に用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３―１０９７６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のサファイア基板製造方法では、育成した単結晶から不透明サファイア基板を切出したあとに、切出した不透明サファイア基板全体を研磨した上で利用予定領域を切出していた。不透明サファイア基板は切出したままでは表面が荒いため、レーザーを照射しても表面で散乱されてしまうために、利用予定領域を切出すことが困難だからである。しかしこの製造方法では利用予定領域以外の不透明サファイア基板も加工しているために非効率である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上のような課題を解決するために、本件発明は、その基板の一部のみを切出して利用する不透明なサファイア基板である不透明サファイア基板を準備する不透明サファイア基板準備工程と、不透明サファイア基板の利用予定領域を切出す境界線を含む帯状領域を少なくとも不透明サファイア基板の一面について透明にする帯状領域透明化工程と、透明にされた帯状領域である帯状透明領域を切出して利用予定領域を切出基板として切出す為に帯状透明領域にレーザーを照射する第一レーザー照射工程と、を含むサファイア透明基板製造方法を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
このような構成を取ることにより、従来の製造方法である、単結晶から切出した不透明サファイア基板の全面を研磨したあとに利用予定領域を切出す場合に比べて、工程数、装置の数、加工時間、消耗材料や電気、水などの変動コストの削減につながる。また、各利用予定領域の加工面積が小さいためにより多くのサファイア透明基板が加工可能となる。これはサファイア透明基板一枚あたりの加工単価低減につながる。さらに、加工面積の小さい方が加工精度の均一化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１のサファイア透明基板製造方法の一例を示す工程図
【図１−２】実施形態１のサファイア透明基板製造方法の一例の詳細を示す工程図
【図２】実施形態１のサファイア透明基板製造方法における帯状領域を示す図
【図３】実施例１におけるインゴット円周外周上に結晶方位を識別するために設けるノッチの詳細の一例を示す図
【図４】実施例１におけるインゴットから不透明サファイア基板を切出す際の切出し方向の詳細の一例を示す図
【図５】実施例１における軸方向調整サブ工程の一例を示す図
【図６】実施例１における帯状領域透明化工程に用いる装置構成の一例を示す図
【図７】厚さ１．１ｍｍのサファイア基板にレーザー照射した際のサファイア基板の断面写真
【図８】不適切なレーザースポット径、レーザースポット間隔を用いたことによる、利用予定領域の断面に発生した周期的な微小クラックの写真
【図９】実施形態２のサファイア透明基板製造方法の一例を示す工程図
【図９−２】実施形態２のサファイア透明基板製造方法の一例の詳細を示す工程図
【図９−３】実施形態２のサファイア透明基板製造方法の一例の詳細を示す工程図
【図１０】実施例２における切出基板第一研磨工程に用いる装置構成の一例を示す図
【図１１】実施例２における切出基板第二研磨工程に用いる装置構成の一例を示す図
【図１２】実施形態３のサファイア透明基板製造方法の一例を示す工程図
【図１３】実施例３における第二レーザー照射工程による円とスリットの成形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について図面と共に説明する。実施形態と請求項の相互の関係は、以下のとおりである。まず、実施形態１は、主に請求項１、５、７、１１などに対応する。実施形態２は、主に請求項２、３、６、１２などに対応する。実施形態３は、主に請求項４、８、９、１０、１３、１４などに対応する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、様々な態様で実施し得る。
【００１０】
<<実施形態１>>
【００１１】
<概要>
図１は本実施形態のサファイア透明基板製造方法の構成の一例を示す工程図である。この図にあるように、本実施形態の「サファイア透明基板製造方法」０１０１は、「不透明サファイア基板準備工程」０１０２と、「帯状領域透明化工程」０１０３と、「第一レーザー照射工程」０１０４とからなる。
【００１２】
図１−２に不透明サファイア基板準備工程の詳細も含めた透明サファイア基板製造方法の構成の一例を示す工程図を示す。「不透明サファイア基板準備工程」とは、その基板の一部のみを切出して利用する不透明なサファイア基板を準備する工程のことを指す。例えば、不透明サファイア基板準備工程は、「単結晶サファイア育成工程」０１０５、「インゴット切出し工程」０１０６、「不透明サファイア基板切出し工程」０１０７、「不透明サファイア基板熱処理工程」０１０８とから構成されることが考えられる。
【００１３】
「単結晶サファイア育成工程」０１０５とは、単結晶サファイアを育成する工程のことを指す。単結晶サファイアは、一般にＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法、Ｋｙｒｏｐｏｕｌｏｓ法、Ｈｅａｔ−ｅｘｃｈａｎｇｅ法、ＨＤＳ法、Ｓｔｅｐａｎｏｖ法、Ｂｒｉｄｇｍａｎ−Ｓｔｏｃｋｂｅｒｇｅｒ法などの方法により商用ベースで生産されているが、本実施形態においてはその製法を問わない。またこれらの製法に用いられる坩堝の材質が単結晶サファイアの結晶品質に影響する。坩堝の材質としてＩｒｉｄｉｕｍ、Ｔｕｎｇｓｔｅｎ、Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ、Ｒｈｅｎｉｕｍなどの物質が用いられているが、本実施形態においては坩堝の材質も問わない。
【００１４】
「インゴット切出し工程」０１０６とは、前記の単結晶サファイア育成工程０１０５により製造した単結晶サファイアから、インゴットを切出す工程である。「インゴット」とは、単結晶サファイアから円筒状に切出した、円筒状の単結晶サファイアのことを指す。単結晶サファイアを育成した状態では、単結晶サファイアの側面は凸凹している。後に不透明サファイア基板を切出した際に、切出した不透明サファイア基板のサイズを揃えるために、本工程を用いるのが良い。
【００１５】
「不透明サファイア基板切出し工程」０１０７とは、前記のインゴット切出し工程０１０６により製造したインゴットから、不透明サファイア基板を切出す工程を指す。不透明サファイア基板の切出しは例えばワイヤソーなどを用いて、板状に切出す。単結晶サファイア基板をワイヤソーを用いて切出した際、切出したサファイア基板は表面が粗いため、不透明である。後に研磨工程を行うため、不透明サファイア基板の厚さは、最終的に利用する厚さよりも厚くしておく。
【００１６】
不透明サファイア基板の切出しの際、切出し面の結晶方位が、切出し精度、切出し速度、切出し面品質に影響する。そのため、切出し面の結晶方位を特定した上で切出し方向を規定して切出す。相対位置はエックス線回折などの手法を用いて規定する。
【００１７】
「不透明サファイア基板熱処理工程」０１０８とは、前記の不透明サファイア基板切出し工程０１０７によって製造した不透明サファイア基板に熱処理を行う工程である。熱処理を行うことで、前記の不透明サファイア基板切出し工程によって、不透明サファイア基板に生じた加工ひずみを除去することができる。
【００１８】
「帯状領域透明化工程」０１０３とは、前記不透明サファイア基板準備工程０１０２によって製造した、不透明サファイア基板の利用予定領域を切出す境界線を含む帯状領域を、少なくとも不透明サファイア基板の一面について透明にする工程である。
【００１９】
「帯状領域透明化工程」０１０３における「帯状領域」０２０３について図２に示す。「帯状領域」０２０３とは、不透明サファイア基板準備工程０１０２によって製造した不透明サファイア基板０２０１の利用予定領域の輪郭部分を示す。帯状領域は利用予定領域を切出す境界線０２０２を中心として左右にある幅を持っているが、後にレーザーを照射する際の、レーザーのスポット径よりも広ければ、その広さは問わない。
【００２０】
「不透明サファイア基板の一面について透明にする工程」とは、不透明サファイア基板の一面について透明化することを示す。前記不透明サファイア基板準備工程によって製造した不透明サファイア基板は、表面粗さが５０μｍ以上の凹凸を有する。そのために後にレーザー照射を行なっても表面でレーザーが散乱されてしまうために、利用予定領域を切出すことが困難である。そのため、レーザーを照射する前に、不透明サファイア基板の一面について透明化する必要がある。従来は不透明サファイア基板全面を透明化したあとにレーザー照射を行っていたが、本製法においては、不透明サファイア基板のうち、レーザーを照射する面の帯状領域のみを透明化するので、従来の製法に比べ効率的である。
【００２１】
不透明サファイア基板の一面について透明化する方法として、例えばダイアモンド、炭化ケイ素、酸化アルミなど研削能力を有する砥粒を接着材料中に分散した研削砥石、また研削砥粒をテープに接着した研削テープなどを用いて不透明サファイア基板の表面を研磨する方法などがあるが、その方法は問わない。帯状領域のみを研磨することで、帯状領域のみが平坦化され、透明化される。
【００２２】
帯状領域透明化工程０１０３の前に、軸方向調整サブ工程０１０９を含んでも良い。「軸方向調整サブ工程」０１０９とは、利用予定領域の境界線が複数の直線を含む場合には、複数の直線の中で同一方向の直線の長さの和が小さくない方向をサファイア基板のｃ軸からｍ軸に向かって反時計方向に１０度から２５度の範囲の方向とするように前記帯状領域透明化工程で透明にする軸方向を調整する工程である。本工程の理由は、不透明サファイア基板切出し工程において、不透明サファイア基板の切出し方向を規定する理由と同じく、単結晶サファイア固有の切出し品質の方位依存性を考慮するためである。
【００２３】
「第一レーザー照射工程」０１０４とは、前記帯状領域透明化工程０１０３により透明にされた帯状領域である帯状透明領域内の利用予定領域を切出す境界線を切出して利用予定領域を切出基板として切出す為に、帯状透明領域にレーザーを照射する工程のことである。レーザーを照射することによって、利用予定領域が切出基板として切出される。
【００２４】
不透明サファイア基板を切出すために用いるレーザーとして、従来ナノ秒程度の周期を持つパルスレーザーを用いていた。本製法においては更に時間間隔の短いピコ秒またはフェムト秒の周期を持つパルスレーザーを用いる。そうすることによって、不透明サファイア基板を切出す際にレーザー照射によって発生する物理熱を防ぎ、その結果切出した基板の断面が非常になめらかな不透明サファイア基板を製造することができ、より好ましい。
【００２５】
<効果>
以上の構成を有する製造方法を用いることにより、サファイア透明基板の製造に関して、従来の製法に比べて無駄な製造プロセスを排除できる。
【００２６】
<実施例１>
【００２７】
不透明サファイア基板準備工程０１０２における単結晶サファイア育成工程０１０５において、純度５Ｎアップ（不純分５０ｐｐｍ以下）のα−アルミナ粉末のペレット状成形品原料を用いてＫｙｒｏｐｏｕｌｏｓ法により単結晶サファイアを育成した。不純分は結晶中で置換、もしくは侵入して欠陥を形成し、育成結晶の機械強度を著しく減少させるため、可能な限り高純度の原料を選んで育成することが重要である。
【００２８】
単結晶サファイアの引き上げ軸について、結晶学的に三回対称のａ軸のうち一つのａ軸方向を選んだ。ａ軸引き上げは他の方位に比べて結晶学的に成長速度が速く、引き上げ軸に垂直に円筒状の単結晶サファイアを切出すことが出来るために作業が容易であるとともに結晶材料の無駄がない。
【００２９】
結晶の種付けは、種結晶のａ軸の融液表面に垂直に対向して、融液表面が安定した形状となるのを見極めて行った。通常、保護ガラスを通して融液表面を観察しながら、目視による種つけを行うが、長時間に渡る高熱環境下での作業は困難であるとともに、種付けのタイミングを正確に図るのは容易ではない。そこで、ＣＣＤカメラ・モニターを用いて遠隔操作種付けや画像認識による自動種付けを行った。種付けは結晶成長過程における温度制御と並んで最も重要な工程であり、自動種付けは目視による種付けに比べて品質上のばらつきが少ない。
【００３０】
前記の単結晶サファイア育成工程０１０５に続き、インゴット切出し工程０１０６において、育成した結晶からａ面を主面とする円筒状の単結晶サファイアであるインゴットを切出した。インゴット円筒外周上に結晶方位を識別するノッチを設ける。主面方位ａ面に対して、基底面方位のｃ軸及びｃ軸から反時計方向のｍ軸にノッチを設けた。
【００３１】
図３に、切出したインゴットのａ軸方向から見た側面図を示す。切出したインゴット０３０１において、ｃ軸方向にノッチｃ軸０３０２、ｍ軸方向にノッチｍ軸０３０３を付けておき、インゴットの結晶方位を規定した。
【００３２】
図４は、前記のインゴット切出し工程に続き、不透明サファイア基板切出し工程０１０７の、インゴットのａ軸方向から見た構成を示す。前記の単結晶サファイアからインゴットを切出した工程に続き、不透明サファイア基板切出し工程において、マルチワイヤソーを用いてインゴットから切出基板を切出した。切出した不透明サファイア基板０４０１には、ノッチｃ軸０４０２、ノッチｍ軸０４０３が設けられている。不透明サファイア基板の切出しに際して、ノッチ位置ｃ軸から反時計回りに１０度から２５度の範囲、より詳しくは２０度±５度を切出方向０４０４とした。この角度はｃ軸から時計回りに１５５度から１７０度の範囲、より詳しくは１６０度±５度としても同じである。軸方向を調整することにより、切出し速度が向上し、切出し後の不透明サファイア基板のひずみが抑制された。ちなみに切出しはマルチワイヤソーを用いて行った。
【００３３】
前記の不透明サファイア基板切出し工程０１０７に続き、不透明サファイア基板熱処理工程０１０８において、不透明サファイア基板を真空炉に入れて、１７５０℃プラスマイナス５０℃で２時間から４時間程度保持して熱処理した。酸化雰囲気であると酸化物や炭化物が生成し、レーザー照射や機械加工時に剛体析出物として作用することで、転位すべりが妨害されて単結晶サファイアに脆性割れを起こすことを防ぐため、真空炉を用いた。熱処理によって、不透明サファイア基板切出し工程０１０６において、切出した不透明サファイア基板に生じたひずみを矯正することが出来た。
【００３４】
図５は、軸方向調整サブ工程０１０９における構成を示す斜視図である。前記の不透明サファイア基板準備工程０１０２において製造した不透明サファイア基板０５０１に関して、利用予定領域０５０２の方向を調整した。軸方向調整サブ工程において、輪郭形状は、ノッチｃ軸０５０３から反時計方向に１０度から２５度の範囲、より詳しくは２０度±５度を切出し予定領域における矩形領域の長手方向０５０５、他を短手方向０５０６とした。ちなみに不透明サファイア基板０５０１には、ノッチｍ軸も設けられている。本工程によって切出した切出し基板は、切出基板の断面がなめらかになった。
【００３５】
前記の不透明サファイア基板熱処理工程０１０８に続き、帯状領域透明化工程０１０３において、帯状領域の砥石による研磨を行った。砥石による研磨は、研磨部は固定してステージが矩形を描きながら稼働する方式とした。
【００３６】
図６は、帯状領域透明化工程の構成を示す斜視図である。可動ステージ０６０１上に不透明サファイア基板０６０２が設置され、可動ステージが四方に動き、回転させている研磨砥石０６０４を帯状領域０６０３に接触させ、帯状領域を研磨する。可動ステージは後のレーザー照射工程に用いるものと共通のものである。
【００３７】
前記の帯状領域透明化工程０１０３に続き、第一レーザー照射工程０１０４にて、レーザーを用いて利用予定領域を切出した。レーザーには超短パルス（ピコ秒/フェムト秒）レーザーを用いた。
【００３８】
図７に、厚さ１．１ｍｍの基板にレーザー照射した際の、切出基板０７０１の側面の断面写真を示す。パルスレーザーのスポット径０７０２は約２μｍ、スポット間隔０７０３も約２μｍであった。スポット径とスポット間隔には適正値があり、これらが適切でないとビームラインからある角度に沿って周期的に微小クラックが発生する。
【００３９】
図８は不適切なスポット径、スポット間隔を用いた際の、切出基板０８０１の側面の断面図である。切出基板の断面に、微小クラック０８０３が走っている様子を観測できる。画像に見える黒い点はレーザースポット０８０２である。
【００４０】
通常、研削・研磨加工を行った基板は、砥粒や工具による汚染のために原料としての再使用はできない。しかしワイヤソーで切出したあと、真空炉で加熱した基板に深刻な汚染は認められない。つまり切出基板を第一レーザー照射工程により切出した残りの部分は、母結晶からインゴットを切出した残りの部分と合わせて粉砕したあとに、誘導加熱炉で高密度化することで結晶原料として再使用できる。再使用によって、材料コストを削減できる。
【００４１】
<<実施形態２>>
【００４２】
<概要>
図９は本実施形態のサファイア透明基板製造方法の構成の一例を示す工程図である。この図にあるように、本実施形態の「サファイア透明基板製造方法」０９０１は、「不透明サファイア基板準備工程」０９０２と、「帯状領域透明化工程」０９０３と、「第一レーザー照射工程」０９０４と、「切出基板透明化工程」０９０５とからなる。０９０２、０９０３、０９０４は実施形態１と同様であり、実施形態２においては、実施形態１に追加された「切出基板透明化工程」について説明する。
【００４３】
図９−２に、「切出基板透明化工程」０９０５の詳細も含めたサファイア透明基板製造方法の構成の一例を示す。「切出基板透明化工程」０９０５とは、第一レーザー照射工程０９０４にて切出された利用予定領域である切出基板の少なくとも一面を透明になるまで研磨することにより、切出基板を透明化する工程である。切出基板透明化工程には、例えば「切出基板薄厚化サブ工程」０９０６と、「切出基板面取り工程」０９０７とから構成されることが考えられる。
【００４４】
図９−３に、「切出基板薄厚化サブ工程」０９０６の詳細も含めたサファイア透明基板製造方法の構成の一例を示す。「切出基板薄厚化サブ工程」０９０６とは、切出基板の厚さを所定の目標厚まで薄くする工程である。切出基板薄厚化サブ工程には、例えば「切出基板第一研磨工程」０９０８と、「切出基板第二研磨工程」０９０９とから構成されることが考えられる。
【００４５】
第一レーザー照射工程０９０４により製造した切出基板を用い、「切出基板第一研磨工程」０９０８と、「切出基板第二研磨工程」０９０９において、切出基板を研磨する。
【００４６】
切出基板第一研磨工程０９０８によって、切出基板を大まかに研磨する。なお本工程において、切出基板の研削工程が含まれていても構わない。
【００４７】
切出基板第二研磨工程０９０９によって、サファイア透明基板を製造する。本工程における研磨は、最終的なポリッシング工程を含む。
【００４８】
従来は切出基板を研磨する際、片面ずつしか研磨することができなかった。切出基板の表面と裏面を個別に研磨すると、面粗さやひずみが表面と裏面で異なるために、トワイマン効果（Ｔｗｙｍａｎ  Ｅｆｆｅｃｔ）としてしられるゆがみが生じる。そこで本製法では両面を同時に研磨する両面研磨工程を用いる。本製法を用いることによって、切出基板を研磨する際、基板の両面にかかる力が均一となり、切出基板のゆがみを防ぐことができ、研磨後の熱処理工程を省くことができる。
【００４９】
「切出基板面取り工程」０９０７とは、切出基板の端面の面取りを行う工程である。この工程によって、切出基板の端面が丸くなり、使用する際に他の機械を傷つけることを防げる。ちなみに本工程は、切出基板第二研磨工程０９０７の前に行っても良い。
【００５０】
<効果>
以上の構成を有する製造方法を用いることにより、表面にゆがみのない、また端面のなめらかなサファイア透明基板を提供することが可能となる。
【００５１】
<実施例２>
【００５２】
第一レーザー照射工程のあとの切出基板透明化工程において、切出基板を所定の厚さに薄化した。切出基板薄厚化サブ工程０９０６において、研磨装置には、切出基板の両面を同時に加工できる装置を用いた。
【００５３】
図１０は切出基板第一研磨工程０９０７の構成を示す上面図である。切出基板１００３は研磨装置の５枚のキャリア１００１に設置されているホール１００２の中にセットされる。キャリア自体がそれぞれ回転し、また５枚のキャリアそれぞれがインナーピンドライブ１００５、アウターピンドライブ１００６で固定され、研磨ホイール１００４も回転することで、切出基板が研磨される。ちなみに実際の装置では、キャリアの上面にも研磨ホイールが設置されており、切出基板は両面研磨される。それぞれ６枚の切出基板が放射状に搭載され、３０枚の切出基板が一度に研磨できる。なお切出基板やキャリアのサイズによって、切出基板の搭載可能数をより増やすことも可能であり、本実施形態においてその数は当業者が考えうる範囲で特に指定しない。
【００５４】
図１１は切出基板第二研磨工程０９０８の構成を示す上面図である。切出基板第一研磨工程によって研磨された切出基板１１０３は研磨装置の５枚のキャリア１１０１に設置されているホール１１０２の中にセットされる。キャリア自体がそれぞれ回転し、また５枚のキャリアそれぞれがインナーピンドライブ１１０５、アウターピンドライブ１１０６で固定され、研磨ホイール１１０４も回転することで、切出基板が研磨される。ちなみに実際の装置では、キャリアの上面にも研磨ホイールが設置されており、切出基板は両面研磨される。本工程においては、５枚のキャリアにそれぞれ８枚の切出基板が放射状に搭載できる。本構成を用いることで、４０枚の切出基板を一度に研磨できる。なお切出基板やキャリアのサイズによって、切出基板の搭載可能数をより増やすことも可能であり、本実施形態においてその数は当業者が考えうる範囲で特に指定しない。
【００５５】
<<実施形態３>>
【００５６】
<概要>
図１２は本実施形態のサファイア透明基板製造方法の構成の一例を示す工程図である。この図にあるように、本実施形態の「サファイア透明基板製造方法」１２０１は、「不透明サファイア基板準備工程」１２０２と、「帯状領域透明化工程」１２０３と、「第一レーザー照射工程」１２０４と、「切出基板透明化工程」１２０５と、「第二レーザー照射工程」１２０６とからなる。１２０２、１２０３、１２０４、１２０５は実施形態２と同様であり、本実施形態３においては、実施形態２に追加された「第二レーザー照射工程」について説明する。
【００５７】
「第二レーザー照射工程」１２０６とは、少なくとも一面が透明にされた切出基板である透明化切出基板の削除予定領域を削除するためにその削除予定領域の境界線に沿ってレーザーを照射する工程である。削除予定領域は例えばスマートフォンの前面ガラスのスピーカー部分を構成するポケット部分や、ホームボタンを構成するサークルなどが考えられる。削除予定領域の境界線に沿ってレーザーを照射することによって、削除予定領域が切出される。
【００５８】
削除予定領域をレーザー照射によって切出す場合、削除した加工面の仕上がりが滑らかであるためには、基板の厚さのばらつきが少なく、また一定の厚さ以下であることが求められる。そのために、本工程は切出基板透明化工程後に行うのが良い。
【００５９】
<効果>
本構成を有する製造方法を用いることにより、低価格かつ高品質な、さまざまな形状のサファイア透明基板の製造が可能となる。
【００６０】
<実施例３>
【００６１】
図１３は、レーザー照射によってサファイア透明基板上に作成した、ポケット１３０３とサークル１３０４の様子の斜視図である。サファイア透明基板上に形成されたレーザーの跡であるスクライブ線によって囲まれた利用予定領域１３０２内部に、ポケット１３０３とサークル１３０４が加工されている。
【００６２】
<比較例１>
【００６３】
比較例１において、結晶からインゴットを切出すにあたり、まず単結晶サファイアを円筒状に切出す。その後ダイアモンドブレードを用いて、円周部を切出予定領域の形をしたブロック状に切り取り、さらに４ヶ所の角部を研削により面取りを行う。このブロックからワイヤソーで不透明サファイア基板を切出し、本実施例と同様の工程を行う。
【００６４】
本比較例１は、実施例と同様に、基板を薄厚化した後にレーザー照射で切出基板領域を成形する方法に比べて、余分な面積を研磨することがない。しかし、ブロック状に切出す工程と、面取りを行う工程には、特殊な工具を必要とする。さらに実施例と比較すると、切出基板の準備に比較例１は実施例の１２倍以上の時間を必要とする。それに伴い、長時間の加工を要することによって、長時間の加工に伴う砥石のコストも非常に大きくなる。
【００６５】
<比較例２>
【００６６】
比較例２においては、基板の薄厚化をした後にレーザー照射して利用予定領域を切出す。
【００６７】
基板の薄厚化は標準的な基板加工法として従来から行われているもので、まず炭化ケイ素や炭化ホウ素を含む遊離砥粒を用いて両面研磨を行う。次にセラミックプレート上にワックスで基板を接着固定してワックスが硬化するまで数時間放置する。次にダイアモンドの微粒子を含む遊離砥粒で片面研磨を行い、ワックス除去して洗浄してから加工した面を接着固定して数時間放置し、硬化が完了したらもう一面を研磨する。
【００６８】
この工程だと、基板を固定するために両面研磨はできない。また片面ずつ研磨するために基板にゆがみが生じており、最終研磨の前にそのゆがみを除去するために熱処理を行う必要がある。さらにこの工程では必要な利用予定領域以外の切出基板も研磨することになり、実施例に比べて２倍以上の工程と時間を要する。ほかにもワックス貼付/除去に伴って中間洗浄も必要となること、また遊離砥粒ラップや研磨に必要な加工用パッドは一定回数使用後に交換が必要となるなど、実施例に比べてコストがかかり、量産に向いた方法とは言い難い。
【００６９】
比較例３においては、基板の薄厚化を枚葉研磨で行う。１台の装置内部に研磨の各ステージが組み込まれており、利用予定領域の基板を装填すれば、粗研磨と精密研磨が自動的に連続加工される。
【００７０】
しかし比較例２と同じように、利用予定領域以外の切出基板も研磨しており、また研磨は片面ずつ行われるために、利用予定領域の基板にゆがみが生じるため、最終研磨の前に熱処理を必要とする。
【図１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図７】
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【図８】
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【図１３】
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