JP7361212B2 - 位置検出用部材 - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出用部材に関する。
従来、検出対象の位置を光学センサによって検出する装置が用いられている。位置検出の誤差を低減させる装置として、特許文献１では、図３に示すように、発光部１５１１および光電変換が可能な受光部１５１２を有する２つの光学センサ１５１Ａ、１５１Ｂと、反射率の異なる２つの領域を有し、光学センサ１５１Ａ、１５１Ｂに対し相対的に移動が可能なスケール部１５２２と、スケール部１５２２を保持するベース部材１５２３と、ベース部材１５２３に対してスケール部１５２２を位置決めする位置決め部ＰＡ１、ＨＡ１、ＰＡ２，ＨＡ２と、光学センサ１５１Ａ、１５１Ｂから出力される信号電圧の差分に基づいて、光学センサ１５１Ａ、１５１Ｂとスケール部１５２２との相対位置を検出する検出手段１５１と、を備え、スケール部１５２２の反射率の異なる領域が低反射率の部材と高反射率の部材とからなる位置検出装置が提案されている。
そして、低反射率部材として、黒色塗装された樹脂からなる低反射スケール１５２１、高反射率部材として白色塗装された樹脂からなる高反射スケール１５２２が例示されている。
低反射スケール１５２１と高反射スケール１５２２は、ベース部材１５２３上に配置され、ベース部材１５２３に設けられた略円柱状の位置決めピンＰＡ１、ＰＡ２によって互いの位置が規定されている。
低反射スケール１５２１は、開口部ＫＡ，ＫＢを備えており、開口部ＫＡ，ＫＢを通して高反射スケール１５２２が露出している。光学センサ１５１Ａ，１５１Ｂは、開口部ＫＡ，ＫＢのエッジＥＡ，ＥＢの略直上に位置する。エッジＥＡ、ＥＢは、黒色の低反射領域と白色の高反射領域の境界線となっており、直線状に連続している。
エッジＥＡ，ＥＢは、Ｘ方向に対し、角度θ，－θを持った状態で形成される。したがって、エッジＥＡ，ＥＢ上の点の位置は、Ｘ方向の位置の変化に応じて角度θ、－θに対応した量だけＹ方向にも位置が変化することとなる。
本開示の位置検出用部材は、色調が黒色を呈する受光面と、該受光面の反対側に位置する裏面とを有する基部を備え、少なくとも前記受光面を含む表層部がセラミックスからなり、粗さ曲線における２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は、前記裏面よりも前記受光面の方が大きい。
以下、図面を参照して、本開示の位置検出用部材の一例について詳細に説明する。
図１は、本開示の位置検出用部材を用いた位置検出装置の概略構成の一例を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は（ｃ）のＡ部を拡大した側面図である。
図２は、図１に示す位置検出装置に用いられる光学センサの一例を示す、（ａ）は斜視図であり（ｂ）は（ａ）に示す光学センサとスケール部の関係を示す側面図である。
図１に示す位置検出装置１０は、カメラ等の撮像装置内で光軸に沿って移動するフォーカスレンズ（図示しない）の位置を検出するための装置である。
位置検出装置１０は、発光部１および光電変換が可能な受光部２を有する２つの光学センサ３ａ、３ｂと、反射率の異なる２つの領域を有し、光学センサ３ａ、３ｂに対し相対的に移動が可能なスケール部４と、スケール部４を保持するベース部材５と、ベース部材５に対してスケール部４を位置決めする位置決め部（第１位置決めピンＰＡ１、第１位置決め穴ＨＡ１、第２位置決めピンＰＡ２、第２位置決め穴ＨＡ２）と、光学センサ３ａ、３ｂから出力される信号電圧の差分に基づいて、光学センサ３ａ、３ｂとスケール部４との相対位置を検出する検出手段６と、を備える。スケール部４の反射率の異なる領域は発光部１から発せられる光に対して低い反射率を示す低反射部材４ａと高い反射率を示す高反射部材４ｂとからなる。例えば、低反射部材４ａは黒色系、高反射部材４ｂは白色系の色調を呈する。
光学センサ３ａ、３ｂは、スケール部４に対して図１（ａ）のＸ方向に移動し、スケール部４を走査して、スケール部４との相対的な位置情報を得る。光学センサ３ａは、フォトリフレクタ３１ａを有する。同様に、光学センサ３ｂもフォトリフレクタを有する。
フォトリフレクタ３１ａは、ＬＥＤを含む発光部１と、フォトダイオードで構成される受光部２とからなる。図２（ｂ）に示すように、発光部１から発せられた光は、発光部１に対向して配置されたスケール部４に入射して反射し、その反射光を受光部２が受光することによって、光電変換により電荷が生じ、反射光の強度を信号電圧として計測する。
低反射部材４ａは、開口部ＫＡ，ＫＢを備えており、開口部ＫＡ，ＫＢを通して高反射部材４ｂが露出している。光学センサ３ａ、３ｂは、開口部ＫＡ，ＫＢのエッジＥＡ，ＥＢの上側に位置する。エッジＥＡ、ＥＢは、黒色の低反射領域と白色の高反射領域の境界線となっており、直線状に連続している。
エッジＥＡ，ＥＢは、Ｘ方向に対し、角度θ，－θを持った状態で形成される。したがって、エッジＥＡ，ＥＢ上の点の位置は、Ｘ方向の位置の変化に応じて角度θ、－θに対応した量だけＹ方向にも位置が変化することとなる。
本開示の位置検出用部材は、例えば、上述した低反射部材４ａであり、色調が黒色を呈する受光面４ｃと、受光面４ｃの反対側に位置する裏面４ｄとを有する基部を備え、少なくとも基部を含む表層部がセラミックスからなり、粗さ曲線における２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は、裏面４ｄよりも受光面４ｃの方が大きい。
粗さ曲線における２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠して測定される、粗さ曲線の基準長さｌにおける局部傾斜ｄＺ／ｄｘの２乗平均平方根であり、以下の式：
２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の値が大きいと、表面の凹凸は険しくなり、２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の値が小さいと、表面の凹凸はなだらかになる。
２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値が、裏面４ｄよりも受光面４ｃの方が大きいと、受光面４ｃの反射率は低くなるので、低反射部材４ａに対するコントラストが上がる。同時に、受光面４ｃよりも裏面４ｄの方が２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は小さくなるので、第１位置決めピンＰＡ１、第２位置決めピンＰＡ２等の位置決め部材で低反射部材４ａに高反射部材４ｂを固定する場合、裏面４ｄからの脱粒が減少し、脱粒した粒子が浮遊粒子となって光路の妨げになるおそれが抑制される。
受光面４ｃの２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は、０．３以下であるとよい。受光面４ｃの２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値がこの範囲であると、発光部１から発せられた光が受光面４ｃに入射しても、乱反射が発生しにくい状態になっているので、受光部２による誤認識が抑制される。
特に、裏面４ｄの２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値と、受光面４ｃの２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値との差は、０．１以上であるとよい。
ここで、本開示における表層部とは、基部の厚み１００％に対して、受光面４ｃから深さ方向に３０％以内の領域をいう。
粗さ曲線における２５％の負荷長さ率の切断レベルと、７５％の負荷長さ率の切断レベルとの差を表す切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値は、裏面４ｄよりも受光面４ｃの方が大きくてもよい。
切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値が、裏面４ｄよりも受光面４ｃの方が大きいと、受光面４ｃの反射率はより低くなるので、低反射部材４ａに対するコントラストはさらに上がる。同時に、受光面４ｃよりも裏面４ｄの方が切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値は小さくなるので、位置決め部材で低反射部材４ａに高反射部材４ｂを固定する場合、裏面４ｄからの脱粒が減少し、脱粒した粒子が浮遊粒子となって光路の妨げになるおそれがさらに抑制される。
受光面４ｃの切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値は、８．８μｍ以下であるとよい。受光面４ｃの切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値がこの範囲であると、発光部１から発せられた光が受光面４ｃに入射しても、乱反射が発生しにくい状態になっているので、受光部２による誤認識が抑制される。特に、裏面４ｄの切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値と、受光面４ｃの切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値との差は、３μｍ以上であるとよい。
２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）および切断レベル差（Ｒδｃ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠し、形状解析レーザ顕微鏡（(株)キーエンス製、ＶＫ－Ｘ１１００またはその後継機種）を用いて測定することができる。測定条件としては、まず、照明方式を同軸落射方式、倍率を２４０倍、カットオフ値λｓを２５μｍ、カットオフ値λｃを０．８ｍｍ、カットオフ値λｆを無し、終端効果の補正を有り、測定対象とする受光面４ｃおよび裏面４ｄから１か所当たりの測定範囲を、例えば、１４２０μｍ×１０７０μｍに設定する。そして、各測定範囲の長手方向に沿って略等間隔に線を４本引き、各面それぞれ２か所の測定範囲を対象に合計８本の線に対して線粗さ計測を行えばよい。計測の対象とする長さは、例えば、各線１本当たり、１３２０μｍである。そして、各線の２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）および切断レベル差（Ｒδｃ）を求め、それぞれ平均値を算出すればよい。
受光面４ｃは、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が４８以下、クロマティクネス指数ａ＊が－３以上３以下、クロマティクネス指数ｂ＊が－３以上３以下であってもよい。
明度指数Ｌ＊が４８以下、クロマティクネス指数ａ＊が－３以上３以下、クロマティクネス指数ｂ＊が上記範囲であると、極黒色あるいはそれに近い色になるため、美的高級感が高くなり、商品価値が向上する。
受光面４ｃの色調のばらつきを表す色差ΔＥ＊ａｂが１．５以下であるとよい。色差ΔＥ＊ａｂが１．５以下であると、受光面４ｃの色調のばらつきが小さくなるので、乱反射が生じにくく、さらに商品価値も向上する。 明度指数Ｌ＊、クロマティクネス指数ａ＊，ｂ＊の値は、ＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に準拠して求めることができる。例えば、分光色差計（日本電色工業(株)製ＮＦ７７７またはその後継機種）を用い、測定条件としては、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ６５、視野角を２°に設定すればよい。
色差ΔＥ＊aｂは、以下の式（Ａ）で表され、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における、測定対象とする２点間の色の違いを示す数値である。本開示における２点は、例えば、受光面４ｃの特定された点Ｐ０と、この特定された以外の任意の点Ｐ１～Ｐ７とであり、色差ΔＥ＊aｂの最大値を対象とすればよい。
△Ｅ＊ａｂ＝（（△Ｌ*）２＋（△ａ*）２＋（△ｂ*）２））１／２・・・（Ａ）
（△Ｌ*：２点間の明度指数Ｌ*の差、
△ａ*：２点間のクロマティクネス指数a*の差、
△ｂ*：２点間のクロマティクネス指数ｂ*の差）
なお、受光面４ｃの面積が分光色差計の測定部の面積に対して４倍以下のような小さい場合には、任意の点は、１個でもよい。
（△Ｌ*：２点間の明度指数Ｌ*の差、
△ａ*：２点間のクロマティクネス指数a*の差、
△ｂ*：２点間のクロマティクネス指数ｂ*の差）
なお、受光面４ｃの面積が分光色差計の測定部の面積に対して４倍以下のような小さい場合には、任意の点は、１個でもよい。
波長域が４００ｎｍ～７００ｎｍにおける受光面４ｃの反射率が１７．４％以下であってもよい。受光面４ｃの反射率が１７．４％以下であると、光の吸収率が高くなるため、位置検出用部材が減圧された密閉空間内の所定位置に設置され、受光面４ｃが光線の照射を受けても、受光面４ｃ周辺の密閉空間の温度上昇を抑制することができる。
波長域が４００ｎｍから７００ｎｍに向かって受光面４ｃの反射率は１次関数的または指数関数的に漸減しているとよい。
受光面４ｃの反射率は１次関数的または指数関数的に漸減していると、赤外線領域および赤外線領域に近い可視光線領域における光の吸収率が高くなるため、受光面４ｃ周辺の温度上昇を抑制することができる。
ここで、反射率の近似関数（指数関数、1次関数等）を設定する場合には、上記波長域で波長の間隔を１０ｎｍ毎にして測定するとよい。
反射率の漸減を示す近似関数（指数関数、1次関数等）は、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられているグラフツールを用いて設定した後、相関係数Ｒを算出する。そして、r表（相関係数検定表）を用いて、有意水準５％（両側確率）で相関係数Ｒを検定し、有意であれば、反射率の漸減を示す近似関数（指数関数、1次関数等）が決定される。
波長域が４００ｎｍ～７００ｎｍにおける受光面４ｃの反射率は、裏面４ｄの反射率よりも低くてもよい。
この場合、受光面４ｃ側から裏面４ｄ側に向かって熱が伝わりやすくなり、裏面４ｄから速やかに放熱することができる。
反射率の測定についても、分光色差計（日本電色工業(株)製ＮＦ７７７またはその後継機種）を用い、測定条件としては、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ６５、視野角を２°に設定すればよい。
少なくとも受光面４ｃを含む表層部は、酸化アルミニウムを主成分とし、チタンの炭化物、炭窒化物、窒化物もしくは硼化物を副成分とする複合セラミックス、炭化珪素または炭化硼素を主成分とするセラミックスからなるとよい。
これらのセラミックスはいずれも体積固有抵抗が低いので、帯電を抑制し、静電気を速やかに除去することができる。
上述した位置検出用部材は、基部の形状が平板状の場合であるが、この形状以外、例えば、基部の裏面４ｄ側に位置決めするための柱状あるいは筒状の凸部を有するものであってもよい。
本開示における主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、６０質量％以上を占める成分のことであり、上記複合セラミックス以外は、９０質量％以上であるとよい。表層部が炭化珪素を主成分とするセラミックスからなる場合、その他の成分として、硼素や遊離炭素を含んでいてもよい。
表層部が上記複合セラミックスからなる場合、主成分は６０質量％以上７０質量％であり、副成分は、３０質量％以上４０質量％以下であり、その他微量成分を合計１質量％含んでいてもよい。
構成する成分は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置によって同定することができ、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めることができる。
次に、本開示の位置検出用部材の製造方法の一例について説明する。
本開示の位置検出用部材が炭化珪素を主成分とするセラミックスからなる場合について説明する。
まず、炭化珪素粉末として、粗粒状粉末および微粒状粉末を準備し、水と、必要に応じて分散剤とを、ボールミルまたはビーズミルにより４０～６０時間粉砕混合してスラリーとする。ここで、粉砕混合した後の微粒状粉末および粗粒状粉末のそれぞれの粒径の範囲は０．４μｍ以上４μｍ以下，１１μｍ以上３４μｍ以下である。
次に、得られたスラリーに、炭化硼素粉末および非晶質状の炭素粉末またはフェノール樹脂からなる焼結助剤と、バインダとを添加して混合した後、噴霧乾燥することで主成分が炭化珪素からなる顆粒を得る。非晶質状の炭素粉末またはフェノール樹脂は、カーボン源である。また、必要に応じて、グラファイト粉末およびこのグラファイト粉末を分散させる分散剤（以下、グラファイト用分散剤と称す。）も添加して合わせて混合してもよい。
ここで、焼結助剤である炭化硼素粉末の添加量は、炭化珪素粉末１００質量部に対して、例えば、０．２質量部以上２．８質量部以下であり、カーボン源の添加量は、例えば、炭化珪素粉末１００質量部に対して、０．３質量部以上２０質量部以下である。
受光面が、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が４８以下、クロマティクネス指数ａ＊が－３以上３以下、クロマティクネス指数ｂ＊が－３以上３以下である位置検出用部材を得るには、炭化硼素粉末の添加量を、例えば、１．０２質量部以上２．８質量部以下とすればよい。
なお、微粒状粉末と粗粒状粉末との質量比率としては、例えば、微粒状粉末が８５質量％以上９４質量％以下であり、粗粒状粉末が６質量％以上１５質量％以下である。また、位置検出用部材に含まれるグラファイトの含有量が１０質量％以下となるようにするには、グラファイト粉末の添加量と、カーボン源の添加量の１／２との合計が炭化珪素粉末１００質量部に対して、１０質量部以下になるようにすればよい。
グラファイト用分散剤を用いることにより、疎水性であるグラファイト粉末に吸着して水を溶媒とするスラリー中に湿潤、浸透させることができるとともに、グラファイトの凝集を抑制するように作用するので、グラファイトを内包した均質な顆粒を得ることができる。このグラファイト用分散剤としては、例えばポリカルボン酸ナトリウム等のカルボン酸塩，スルホン酸塩，硫酸エステル塩およびリン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤を用いることが好ましい。グラファイト用分散剤であるアニオン界面活性剤がグラファイト粉末に吸着することにより、グラファイト粉末はスラリー中に容易に湿潤して浸透し、アニオン界面活性剤が有する親水基の電荷反発により、グラファイト粉末の再凝集が抑制されるため、グラファイト粉末がスラリー中で凝集することなく十分に分散することができる。
次に、顆粒を成形型に充填し、４９ＭＰａ以上１４７ＭＰａの範囲で適宜選択される圧力により厚み方向から加圧して成形体を得る。成形体の形状は、角板、円板等の板状体あるいは板状体の少なくとも一方の主面に凸部を備えた形状である。
そして、成形体の一方の主面にブラスト加工、他方の主面に切削加工をそれぞれ施し、粗さ曲線における２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値がブラスト加工を施した主面が切削加工を施した主面よりも大きくした前駆体を得る。
成形体は、切削加工により厚み方向に貫通孔を形成してもよい。ブラスト加工を施した主面が位置検出用部材の受光面４ｃとなり、切削加工を施した主面が位置検出用部材の裏面４ｄとなる。
ここで、ブラスト加工で用いる砥粒は、例えば、シリカ、アランダム（登録商標、サン－ゴバン アブレイシブズ，インコーポレイテッド）、ホワイトアランダム、エメリー、ジルコン、カーボランダム（登録商標、サン－ゴバン アブレイシブズ，インコーポレイテッド）、グリーンカーボランダムおよびガーネットの少なくともいずれかからなり、ＪＩＳ Ｒ ６００１－２：２０１７で規定されている粒度番号がＦ６０～Ｆ１００の砥粒を用い、砥粒の投射圧は、例えば、０．１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下である。
そして、前駆体を窒素雰囲気中、温度を４５０℃以上６５０℃以下、保持時間を２時間以上１０時間以下として脱脂して、脱脂体を得る。
次に、この脱脂体を、アルゴン等の不活性ガスの減圧雰囲気中、温度を１８００℃以上２２００℃以下、時間を３時間以上６時間以下として保持することにより、本開示の位置検出用部材を得ることができる。
上述した製造方法で得られた位置検出用部材は、位置検出の精度が低下しにくいので、長期間に亘って継続的に使用することができるとともに、高反射率部材に対する低反射率部材のコントラストが高くなるため、誤認識を減少させるこができる。
以上、本開示の実施形態に係る位置検出用部材を説明したが、本開示は以上の実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々の変更や改善が可能である。
例えば、半導体製造装置内でウエハー等の基板の位置を検出するサセプタマーカとして用いてもよい。
１ 発光部
２ 受光部
３ａ，３ｂ 光学センサ
４ スケール部
４ａ 低反射部材
４ｂ 高反射部材
４ｃ 受光面
４ｄ 裏面
５ ベース部材
６ 検出手段
２ 受光部
３ａ，３ｂ 光学センサ
４ スケール部
４ａ 低反射部材
４ｂ 高反射部材
４ｃ 受光面
４ｄ 裏面
５ ベース部材
６ 検出手段
Claims (9)
- 色調が黒色を呈する受光面と、該受光面の反対側に位置する裏面とを有する基部を備え、少なくとも前記受光面を含む表層部がセラミックスからなり、粗さ曲線における２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は、前記裏面よりも前記受光面の方が大きい、位置検出用部材。
- 前記受光面の２乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）の平均値は、０．４以下である、請求項１に記載の位置検出用部材。
- 前記粗さ曲線における２５％の負荷長さ率の切断レベルと、７５％の負荷長さ率の切断レベルとの差を表す切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値は、前記裏面よりも前記受光面の方が大きい、請求項１または２に記載の位置検出用部材。
- 前記受光面の切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値は、８．８μｍ以下である、請求項３に記載の位置検出用部材。
- 前記受光面は、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が４８以下、クロマティクネス指数ａ＊が－３以上３以下、クロマティクネス指数ｂ＊が－３以上３以下である、請求項１～４のいずれかに記載の位置検出用部材。
- 前記受光面における色差ΔＥ＊ａｂは１．５以下である、請求項１～５のいずれかに記載の位置検出用部材。
- 波長域が４００ｎｍ～７００ｎｍにおける前記受光面の反射率が１７．４％以下である、請求項１～６のいずれかに記載の位置検出用部材。
- 波長域が４００ｎｍから７００ｎｍに向かって前記受光面の反射率は１次関数的または指数関数的に漸減している、請求項１～７のいずれかに記載の位置検出用部材。
- 前記表層部が、前記基部の厚み１００％に対して、前記受光面から深さ方向に３０％以内の領域である、請求項１～８のいずれかに記載の位置検出用部材。
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