(57)【要約】【課題】大面積で剛性を確保しながらも撓みや反りの発生を抑制し、広範囲にわたって明瞭な視野を得ることが可能な板状部品を提供する。【解決手段】板状部品（１０）として、サファイア単結晶からなり、厚さが５ｍｍ以下の板状部材（１１）を形成する。サファイア単結晶からなる板状部材（１１）の厚さを５ｍｍ以下に設定することで、サファイア単結晶の結晶成長時間を短縮するとともに内部への泡や異物の混入を防止し、撓みや反りの発生を抑制し広範囲にわたって明瞭な視野を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア単結晶からなり、板状部材の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする板状部品。
【請求項２】
請求項１に記載の板状部品であって、露出面両面の平行度が、２′以下であることを特徴とする板状部品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の板状部品であって、平面形状が略円形状であり、その直径は４インチ以上１２インチ以下であることを特徴とする板状部品。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の板状部品であって、平面形状が略矩形状であり、その寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍサイズ以上８４１ｍｍ×１１８９ｍｍサイズ以下であることを特徴とする板状部品。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の板状部品であって、露出した平面の表面粗さＲａが２０ｎｍ以下であることを特徴とする板状部品。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の板状部品であって、クラックが含まれていないことを特徴とする板状部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定器の技術分野において、測定対象物を可動ステージ上に載置して上方および下方から光を照射し、撮像素子を用いて測定対象物を撮影して画像を生成する画像測定装置が提案されている（例えば特許文献１）。このような従来技術では図９に示すように、画像測定装置１はｘ方向およびｙ方向に移動可能な可動ステージ２、透過照明ユニット３、リング照明ユニット４、撮像素子５，６、表示装置７を備えている。画像測定装置１を用いた測定では、可動ステージ２上に測定対象物を載置し、透過照明ユニット３とリング照明ユニット４からの光を測定対象物に照射し、レンズやハーフミラーなどの光学系を用いて撮像素子５，６で測定対象物の画像を撮像することで、測定結果が表示装置７に表示される。
【０００３】
図９で示したように画像測定装置１では、可動ステージ２の下方からも透過照明ユニット３で測定対象物に対して光を照射することから、可動ステージ２の測定対象物を載置する台の部分には、照明光を良好に透過できる材質の板状部品を用いる必要がある。また、画像測定装置１による測定では可動ステージ２上に測定対象物を載置することから、繰り返しの使用でも測定対象物との接触によって可動ステージ２の表面に傷が生じないように、硬い材質を用いて板状部品を形成する必要があった。
【０００４】
これらの光透過性と硬度の条件を満たす材料としては、例えばサファイア単結晶基板が挙げられる。特許文献２では、投影器用載物台である板状部品としてサファイア単板や例えばガラスの両面にサファイア板を貼り付けたものが提案されており、板状部品の表面をサファイアとすることで傷の発生を防止している。
【０００５】
一方、測定器の用途では、大きな測定対象物を測定するために広視野で測定するという要請があり、大きな測定対象物を搭載するために可動ステージおよび板状部品の面積を大きくすることが望まれている。測定対象物を載置する台として板状部品を自立させるためには剛性を確保する必要がある。従って、板状部品の面積を大きくするためには厚みを増さなければならない。特許文献２に示されたようなサファイア単板で板状部品を構成する場合には、厚いサファイア単結晶を結晶成長によって形成しなくてはならず、その成長時間が長期化してしまううえに、厚いサファイア単結晶の内部には泡や異物などが混入し易くなり、撮像範囲に泡や異物が映り込み明瞭な視野を確保できないという問題があった。また、特許文献２に示されたガラスとサファイアを貼り合わせた板状部品では、下地基板として用いられるガラスと表面に貼り合わされるサファイアとの熱膨張係数や格子定数の不一致によって、面積が大きいほど撓みや反りが発生しやすくなり、板状部品の平行度が低下し測定視野に歪みが生じてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０５２２２０号公報
【特許文献２】実開昭６０−０５９２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大面積で剛性を確保しながらも撓みや反りの発生を抑制し、広範囲にわたって明瞭な視野を得ることが可能な板状部品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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の板状部品は、サファイア単結晶からなり、板状部材の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
このような本発明の板状部品では、サファイア単結晶からなる板状部材の厚さを５ｍｍ以下に設定することで、サファイア単結晶の結晶成長時間を短縮することができ、内部への泡や異物の混入を防止できる。また、撓みや反りの発生を抑制し広範囲にわたって明瞭な視野を得ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一実施態様では、前記板状部材の露出面両面の平行度が、２′以下である。
【００１１】
また、本発明の一実施態様では、平面形状が略円形状であり、その直径は４インチ以上１２インチ以下である。
【００１２】
また、本発明の一実施態様では、平面形状が略矩形状であり、その寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍサイズ以上８４１ｍｍ×１１８９ｍｍサイズ以下である。
【００１３】
また、本発明の一実施態様では、前記板状部材の露出した平面の表面粗さＲａが２０ｎｍ以下である。
【００１４】
また、本発明の一実施態様では、前記板状部材にクラックが含まれていない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、大面積で剛性を確保しながらも撓みや反りの発生を抑制し、広範囲にわたって明瞭な視野を得ることが可能な板状部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る板状部品を示す図で、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す板状部品をＡ−Ａ切断線方向から見た時の模式断面図である。
【図２】ＥＦＧ法によるサファイア単結晶の製造装置を示す概略構成図である。
【図３】サファイア単結晶から板状部品を得るまでの製造方法について示す工程図である。
【図４】板状部品の外観不良を示す部分拡大写真であり、カケの不良を示す部分拡大写真である。
【図５】板状部品の外観不良を示す部分拡大写真であり、泡の不良を示す部分拡大写真である。
【図６】板状部品の外観不良を示す部分拡大写真であり、異物の不良を示す部分拡大写真である。
【図７】板状部品の外観不良を示す部分拡大写真であり、キズの不良を示す部分拡大写真である。
【図８】第２実施形態に係る板状部品を示す図で、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は図８（ａ）に示す板状部品をＢ−Ｂ切断線方向から見た時の模式断面図である。
【図９】撮像素子を用いて測定対象物を撮影して画像を生成する画像測定装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る板状部品を示す図であり、図１（ａ）は模式平面図であり、図１（ｂ）は模式断面図である。
【００１９】
図１に示すように本実施形態の板状部品１０は、１枚のサファイア単結晶基板１１で構成されている。サファイア単結晶基板１１は、平面形状が略矩形状を成している。ここで略矩形状とは、矩形の四隅を面取り加工した状態も含めており、板状部品１０を用いる測定器の仕様に応じて適宜外形を加工することが好ましい。具体的な矩形の寸法としては、１００ｍｍ×１００ｍｍサイズ以上８４１ｍｍ×１１８９ｍｍサイズ以下が好ましく、この範囲であれば広い視野範囲を得ながらも剛性を確保でき、板状部品１０は自立して保持可能となる。
【００２０】
サファイア単結晶基板１１は、公知の単結晶基板育成方法を用いてサファイアの単結晶からなる板状部材であり、例えば詳細を後述するＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ．  Ｇｒｏｗｔｈ）法によって育成成長されたものを用いる。サファイア単結晶基板１１の結晶面方位としては例えば表面をｃ面とするものを用いるが、ｃ面に限定されずｒ面，ａ面，ｍ面等、所望の結晶面を表面としてもよい。
【００２１】
サファイア単結晶基板１１の厚さを５ｍｍ以下とすることで、結晶成長に要する時間を短縮化しながらも所望の厚さを実現し剛性を確保することができることを見出した。また、サファイア単結晶基板１１を５ｍｍ以下の厚さで形成すると、泡や異物などがサファイア単結晶基板１１の内部に生じる可能性を低減でき、板状部品１０を測定機に用いた場合にも明瞭な測定視野を得ることができることを見出した。また、サファイア単結晶基板１１の厚さを５ｍｍ以下に設定することで、撓みや反りの発生を抑制して板状部品１０の平行度を向上させることができる。
【００２２】
サファイア単結晶基板１１の露出面１１ａと露出面１１ｂの両面の平行度は２′（分）以下とされ、反り量は１０μｍ以下とされている。平行度を２′以下とし反り量を１０μｍ以下とすることで、板状部品１０を測定器に用いた場合に広い視野範囲にわたって歪みが低減され、明瞭な視野を得ることができる。また、露出面１１ａ，１１ｂはそれぞれ研磨されており、例えば表面粗さＲａが２０ｎｍ以下となるまで研磨することが好ましい。表面粗さＲａを２０ｎｍ以下とすることで、板状部品１０を測定器に用いた場合にさらに明瞭な測定視野を得ることができる。
【００２３】
板状部品１０では平面視において、図１（ａ）に示すように中央領域１４と周辺領域１５が設定されている。中央領域１４は、板状部品１０の略中央位置に設定された領域であり、板状部品１０を図９に示したような測定器の載置台に用いた場合に、測定対象物を載置して画像を撮像する領域である。周辺領域１５は、中央領域１４の周辺から板状部品１０の外形近傍まで設定された領域であり、測定対象物を撮像した場合に撮像範囲になりうる領域である。中央領域１４は測定対象物を載置して撮像する領域であることから、泡や異物、傷などの不良については周辺領域１５よりも許容されるサイズや個数を厳しく設定することで、良好な測定視野を得ることができる。
【００２４】
次に、サファイア単結晶基板１１の結晶育成について説明する。図２に示すように、サファイア単結晶の製造装置２１は、サファイア単結晶２２を育成する育成容器２３と、育成したサファイア単結晶２２を引き上げる引き上げ容器２４とから構成され、ＥＦＧ法によりサファイア単結晶２２を育成成長する。
【００２５】
育成容器２３は、坩堝２５、坩堝駆動部２６、ヒータ２７、電極２８、ダイ２９、及び断熱材３０を備える。坩堝２５は酸化アルミニウム原料を溶融する。坩堝駆動部２６は、坩堝２５をその鉛直方向を軸として回転させる。ヒータ２７は坩堝２５を加熱する。また、電極２８はヒータ２７を通電する。ダイ２９は坩堝２５内に設置され、サファイア単結晶２２を引き上げる際の酸化アルミニウム融液（以下、必要に応じて単に「融液」と表記）の液面形状を決定する。また断熱材３０は、坩堝２５とヒータ２７とダイ２９を取り囲んでいる。
【００２６】
更に育成容器２３は、雰囲気ガス導入口３１と排気口３２を備える。雰囲気ガス導入口３１は、雰囲気ガスとして例えばアルゴンガスを育成容器２３内に導入するための導入口である。一方、排気口３２は育成容器２３内を排気するために備えられる。
【００２７】
引き上げ容器２４は、シャフト３３、シャフト駆動部３４、ゲートバルブ３５、及び基板出入口３６を備え、種結晶３７から育成成長した複数の平板形状のサファイア単結晶２２を引き上げる。シャフト３３は種結晶３７を保持する。またシャフト駆動部３４は、シャフト３３を坩堝２５に向けて昇降させると共に、その昇降方向を軸としてシャフト３３を回転させる。ゲートバルブ３５は育成容器２３と引き上げ容器２４とを仕切る。また基板出入口３６は、種結晶３７を出し入れする。
【００２８】
なお製造装置２１は図示されない制御部も有しており、この制御部により坩堝駆動部２６及びシャフト駆動部３４の回転を制御する。
【００２９】
坩堝２５内に投入される酸化アルミニウム原料は溶融（原料メルト）し、融液となる。この融液の一部はダイ２９のスリットに侵入し、毛細管現象に基づいてスリット内を上昇し開口部から露出して、酸化アルミニウム融液溜まりが形成される。
【００３０】
次に、前記製造装置２１を使用したサファイア単結晶２２の製造方法を説明する。最初にサファイア原料である、造粒された酸化アルミニウム原料粉末（９９．９９％酸化アルミニウム）をダイ２９が収納された坩堝２５に所定量投入して充填する。酸化アルミニウム原料粉末には、製造しようとするサファイア単結晶の純度又は組成に応じて、酸化アルミニウム以外の化合物や元素が含まれていても良い。
【００３１】
続いて、育成容器２３内をアルゴンガスで置換し、酸素濃度を所定値以下とする。
【００３２】
次にヒータ２７で坩堝２５を加熱し、酸化アルミニウム原料粉末を溶融することで、酸化アルミニウム融液が用意される。更に融液の一部はダイ２９のスリットを毛細管現象により上昇してダイ２９の表面に達し、スリット上部に融液溜まりが形成される。
【００３３】
次に種結晶３７を融液面に接触させた後、種結晶３７の引き上げを開始して、平板形状のサファイア単結晶２２が育成される。この後、得られたサファイア単結晶２２を基板出入口３６から取り出す。詳細は、例えば特許第４２４５８５６号公報を参照。
【００３４】
次に、得られたサファイア単結晶２２から板状部品１０を得るまでの製造方法について、図３の工程図を用いて説明する。
【００３５】
ステップＳ１は結晶育成工程であり、上述したＥＦＧ法などによりサファイア単結晶２２を得る工程である。次に、ステップＳ２は外形切断工程であり、ステップＳ１で得られたサファイア単結晶２２のネック部分などを切断して略矩形状のサファイア単結晶基板１１の外形を得る工程である。次に、ステップＳ３は外形成形工程であり、サファイア単結晶基板１１の側面や四隅の面取り部分について研削加工を行う工程である。外形成形工程によって、サファイア単結晶基板１１の平面形状は板状部品１０の平面形状と同じになる。
【００３６】
次に、ステップＳ４は両面ラップ工程であり、ステップＳ３で得られたサファイア単結晶基板１１の両面を研磨機によってラップ加工し、サファイア単結晶基板１１を所望の厚さに調整する。
【００３７】
次に、ステップＳ５は両面研磨工程であり、サファイア単結晶基板１１の両面を研磨機によって鏡面研磨する。両面研磨工程としては、研磨液であるスラリーの材質や荷重、回転数などを変更して複数種類の研磨を行うことが好ましく、両面研磨工程の終了後にサファイア単結晶基板１１の表面粗さＲａが２０ｎｍ以下となるまで加工する。次にステップＳ６は洗浄工程であり、ステップＳ５で研磨に用いたスラリーを除去し清浄な表面を得るために、有機溶剤や純水によりサファイア単結晶基板１１の表面を洗浄する。また、必要に応じてサファイア単結晶基板１１の所望の領域にレーザーマーキングを施してさらに洗浄してもよい。
【００３８】
板状部材１０の厚さを５ｍｍ以下に設定することで反りを抑制して、露出面両面（１１ａ，１１ｂ）の平行度を２′以下にすることができ、サファイア単結晶基板１１の平行度を２′以下にして板状部品１０が得られる。
【００３９】
次に、ステップＳ７は検査工程であり、板状部品１０を目視検査などで検査して測定器用途に用いるために望ましくない不良品を選別する。例えば、板状部品１０の表面と裏面である露出面１１ａ，１１ｂについては、中心部のφ６０ｍｍ範囲についてデジタルインジケータで４点を測定して平行度を測定し、所定値より大きい場合には不良品とする。また、分光光度計で透過率を測定し、例えば４００〜８００ｎｍの波長範囲での透過率が所定値未満（例えば８０％未満）を不良品とする。また、フラットネステスターを用いて反り量を測定し、所定値よりも反り量が大きい場合には不良品とする。
【００４０】
図４〜図７は、板状部品１０における外観不良を示す部分拡大写真である。不良品の選別では、板状部品１０の側方から可視光（例えば緑色光）を照射して、不良個所で反射されて輝点として目視されるものをカウントする。
【００４１】
図４はカケの不良を示しており、板状部品１０の外縁部分にサファイア単結晶基板１１の一部が欠落した状態である。このカケ不良は周辺領域１５よりも外側にあるため、サイズが小さい場合には画像の撮像には影響が小さいが、大きくなると板状部品１０の剛性や耐久性に問題が生じるため、所定サイズ以上のカケが生じているものは不良品とする。同様に、サファイア単結晶基板１１の全領域内においてクラックが生じている場合にも、板状部品１０の剛性や耐久性に問題が生じるため不良品とし、サファイア単結晶基板１１はクラックが含まれていないこととする。サファイア単結晶基板１１はビッカース硬さが高いためクラックの発生が防止可能となり、板状部品１０の高強度化ならびに明瞭な測定視野を得ることができる。
【００４２】
図５は泡の不良を示し、図６は異物の不良を示している。泡や異物は、サファイア単結晶基板１１の結晶成長中に混入する場合があり、写真に示したように小さな輝点が生じるため目視可能である。板状部品１０を測定器に用いて測定対象物の画像を撮像する際には、板状部品１０の表側や裏側から光を照射するため、泡や異物が測定対象物の周囲に存在すると撮像した画像中に映り込んでしまい好ましくない。したがって、測定対象物を載置する中央領域１４では許容される泡や異物のサイズを周辺領域１５よりも小さく設定しておく。また、泡や異物が狭い領域に集中して発生していると、前述した画像中への映り込みが顕著になってしまうため、所定の範囲内に許容される泡や異物の個数を設定し、それ以上の個数が集中するものは不良品とする。例えば、φ１０ｍｍの範囲内に４個までの泡や異物を許容範囲と設定することが好ましく、φ１０ｍｍの範囲内に２個までの泡や異物を許容範囲と設定することがさらに好ましい。
【００４３】
図７はキズの不良を示しており、泡や異物と同様の輝点が連続して線状になった傷が目視可能となる。キズが測定対象物の周囲に存在すると、撮像した画像中に映り込んでしまい好ましくない。したがって、測定対象物を載置する中央領域１４では許容されるキズの幅を周辺領域１５よりも小さく設定しておく。
【００４４】
以上に述べたように本実施形態の板状部品１０は、厚さが５ｍｍ以下に設定されることにより、サファイア単結晶基板１１に生じる泡や異物などの不良を低減、抑制することができ、測定器に用いた場合にも広い視野範囲においても良好な測定視野を得ることができる。
【００４５】
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図８は本発明の第２実施形態に係る板状部品を示す図であり、図８（ａ）は模式平面図であり、図８（ｂ）は模式断面図である。
【００４６】
図８に示すように本実施形態の板状部品６０はサファイア単結晶基板６１で構成されており、厚さは５ｍｍ以下に設定されている。ここで略円形状とは図８（ａ）に示したように円形の一部を面取り加工してオリエンテーションフラットを形成した状態も含めており、板状部品６０を用いる測定器の仕様に応じて適宜外形を加工することが好ましい。具体的な円形の寸法としては、直径４インチ以上１２インチ以下であることが好ましく（１インチは２５．４ｍｍ）、この範囲であれば広い視野範囲を得ながらも剛性を確保でき、板状部品６０は自立して保持可能となる。
【００４７】
略円形のサファイア単結晶基板６１を成長する方法としては、ＥＦＧ法の他にキロプロス法、チョクラスルキー法、ベルヌーイ法、垂直ブリッジマン法などを用いることができる。
【００４８】
６１ａ、６１ｂは露出面である。板状部品６０では平面視において、図８（ａ）に示すように中央領域６４と周辺領域６５が設定されている。中央領域６４は、板状部品６０の略中央位置に設定された領域であり、板状部品６０を図９に示したような測定器の載置台に用いた場合に、測定対象物を載置して画像を撮像する領域である。周辺領域６５は、中央領域６４の周辺から板状部品６０の外形近傍まで設定された領域であり、測定対象物を撮像した場合に撮像範囲になりうる領域である。中央領域６４は測定対象物を載置して撮像する領域であることから、泡や異物、傷などの不良については周辺領域６５よりも許容されるサイズや個数を厳しく設定することで、良好な測定視野を得ることができる。
【００４９】
本実施形態においても、板状部品６０は大面積で剛性を確保しながらも撓みや反りの発生が抑制されて平行度が良好であり、泡や異物、傷などの不良も低減できるので、測定器に用いた場合にも広い視野範囲においても良好な測定視野を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…画像測定装置
２…可動ステージ
３…透過照明ユニット
４…リング照明ユニット
５，６…撮像素子
７…表示装置
１０，６０…板状部品
１１，６１…サファイア単結晶基板
１１ａ，１１ｂ，６１ａ，６１ｂ…露出面
１４，６４…中央領域
１５，６５…周辺領域
【図１】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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