刻度尺及其制造方法与流程

1.本技术涉及刻度尺及其制造方法。


背景技术：

2.光栅尺具有例如将照射到刻度尺的光反射的刻度光栅。作为刻度光栅，可以使用利用光栅的上表面与下表面的高度差的相位光栅。例如，公开了在cr的反射膜上设置有硅化钛(tisi
x
)这样的金属硅化物的光栅的反射型相位光栅(例如参见专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2009
‑
002670号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.然而，由于硅化钛比较柔软，因此在刻度光栅的表面附有异物等的状态下进行划擦等时，有可能损伤刻度光栅。例如，由于工作机械等会产生金属切削粉等，因此在设置有工作机械等这样的环境下使用刻度尺时，有可能损伤刻度光栅、刻度尺的可靠性下降。
8.作为一个方面，本发明的目的在于提供能够改善可靠性的刻度尺及其制造方法。
9.用于解决问题的方案
10.在一个方式中，本发明的刻度尺的特征在于，具备：基板；ni的金属层，其形成在前述基板的一个主面上；以及刻度光栅，其形成在前述金属层上，以规定的间隔配置有多个cr光栅。
11.上述刻度尺中，可以在前述基板与前述金属层之间具备由对前述基板的密合性高于对前述金属层的密合性的金属构成的层。
12.上述刻度尺中，对前述基板的密合性高于对前述金属层的密合性的金属可以为cr。
13.上述刻度尺中，可以具备覆盖前述刻度光栅的、至少一部分为单分子氟化合物的氟膜。
14.本发明所述的刻度尺的制造方法的特征在于，其包括如下的工序：在基板上依次成膜ni的金属层和cr的刻度光栅层的工序；以及，通过对前述刻度光栅层进行蚀刻而形成以规定的间隔配置有多个cr光栅的刻度光栅的工序。
15.上述刻度尺的制造方法中，在前述蚀刻时，可以将前述金属层用作蚀刻终止层。
16.上述刻度尺的制造方法中，前述蚀刻时，可以进行使用硝酸铈铵的湿式蚀刻或使用氯系气体的干式蚀刻。
17.发明的效果
18.可以提供可靠性得到改善的刻度尺及其制造方法。
附图说明
19.图1的(a)是第1实施方式的刻度尺的俯视图，(b)是(a)的a
‑
a线截面图。
20.图2是例示了刻度尺的各种尺寸的图。
21.图3的(a)～(d)是例示了刻度尺的制造方法的图。
22.图4是例示了第2实施方式的刻度尺的截面示意图。
23.附图标记说明
24.10
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基板
25.20
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密合层
26.30
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金属层
27.40
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刻度光栅
28.50
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被蚀刻层
29.60
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抗蚀图案
30.70
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氟膜
31.100，100a
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刻度尺
具体实施方式
32.以下，参照附图的同时对实施方式进行说明。
33.(第1实施方式)
34.图1的(a)是第1实施方式的刻度尺100的俯视图。图1的(b)是图1的(a)的a
‑
a线截面图。如图1的(a)和图1的(b)所例示地那样，刻度尺100具有如下的结构：在基板10上形成有密合层20，在密合层20上形成有作为高反射层发挥作用的金属层30，在金属层30上形成有以规定的间隔配置有多个金属光栅的刻度光栅40。
35.基板10没有特别限定。基板10例如由金属以外的材料构成。例如有金属氧化物、有机物、玻璃等。作为玻璃，有时也会使用石英玻璃(合成熔融石英)这样的低膨胀系数材料。
36.密合层20由对基板10的密合性高于对金属层30的密合性的金属构成。在此，多种金属之中“密合性高的金属”是指：假设通过相同的成膜法在基板10上成膜的情况下，与基板10的密合性相对高的金属。但是，即使对特定的金属采用不同的多种成膜法进行成膜，所得的密合性的差值也小。因此，即使对多种金属采用彼此不同的成膜法进行成膜，所得的密合性的排序也不发生变动。密合层20例如为cr(铬)、ti(钛)、ta(钽)、tisi
x
(硅化钛)中的任意者。若在密合层20中使用cr，则由于与后述的刻度光栅40的材料共通，因此可以减少所用的金属材料种类。
37.金属层30由具有对光的反射率高于密合层20的金属构成。本实施方式中，在金属层30中使用ni。
38.刻度光栅40由不同于金属层30的金属构成。本实施方式中，在刻度光栅40中使用cr。
39.根据本实施方式，由金属层30和刻度光栅40构成相位光栅。由此，可以将刻度尺100用作光学反射型刻度尺。
40.接着，构成刻度光栅40的cr以及构成金属层30的ni具有高于硅化钛的硬度。由此，即使不用罩子等覆盖刻度光栅40，也可以抑制损伤刻度光栅40的表面和金属层30的露出
面。因此，可以得到高的可靠性。需要说明的是，此处的硬度例如是指钢丝棉擦伤试验中不易划伤。
41.接着，由于构成金属层30的ni以及构成刻度光栅40的cr的耐腐蚀性高，因此可得到良好的对于药品的耐性。另外，即使在腐蚀性环境下等也可以抑制腐蚀。需要说明的是，虽然也考虑了使用al或ag等作为金属层30或刻度光栅40，但得不到ni和cr那么高的耐腐蚀性，反射率的耐久性有可能下降。
42.另外，由于金属层30使用ni、刻度光栅40使用cr，可得到与硅化钛/cr/玻璃的结构相比高10％左右的反射率，因此可得到充分的衍射效率(衍射光相对于入射光的比率)。
43.图2是例示了刻度尺100的各种尺寸的图。如图2所例示地那样，刻度光栅40的间距p例如为2μm左右。刻度光栅40的各光栅在排列的方向上的宽度w例如为0.85μm～1.05μm左右。刻度光栅40的各光栅的高度h例如为198nm～218nm左右。刻度光栅40的各光栅的侧壁角度a例如为75
°
～90
°
左右。密合层20的厚度例如为90nm～110nm左右。密合层20的反射率例如为58.5％～64.5％左右。金属层30的反射率例如为51％～57％左右。
44.图3的(a)～图3的(d)是例示刻度尺100的制造方法的图。首先，如图3的(a)所例示地那样，在基板10的一个面上依次形成密合层20、金属层30和被蚀刻层50。密合层20、金属层30和被蚀刻层50例如可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等形成。密合层20、金属层30和被蚀刻层50可以不打破真空地连续形成。被蚀刻层50是用于形成刻度光栅40所需的层，因此由与刻度光栅40相同的材料构成。
45.接着，如图3的(b)所例示地那样，形成具有刻度光栅40的图案的抗蚀图案60。接着，如图3的(c)所例示地那样，将抗蚀图案60用作掩模，对被蚀刻层50进行蚀刻。由此，可以如图3的(d)所例示地那样形成刻度光栅40。需要说明的是，蚀刻时将金属层30用作蚀刻终止层。
46.根据本实施方式所述的制造方法，由于最表面的刻度光栅40使用cr、作为刻度光栅40的下层的金属层30使用ni，在使用硝酸铈铵的湿式蚀刻或使用氯系气体的干式蚀刻中ni基本不被蚀刻，所以决定相位光栅的光学特性的cr光栅的高度由cr膜厚毫无疑义地确定，因此可容易地得到期望的光学特性。
47.(第2实施方式)
48.图4是例示第2实施方式的刻度尺100a的截面示意图。如图4所例示地那样，刻度尺100a不同于刻度尺100的点在于氟膜70以覆盖金属层30的露出部分和刻度光栅40的方式设置。
49.氟膜70的至少一部分为单分子氟化合物。氟膜70可以用单分子氟化合物覆盖金属层30的露出部分和刻度光栅40的整体。单分子氟化合物可以在喷雾涂布、浸渍涂布后利用干燥和液体清洗进行去除从而留下单分子层来形成。单分子氟化合物例如可以利用fluorosurf、optool、sf
‑
coat、suberyn、novec1720、cs1等来涂覆。
50.由于氟膜70具有拒水性，因此可以抑制结露、水滴的滞留。由此，可以抑制刻度光栅40的腐蚀。在例如温度120℃、湿度100％、24小时这样的高温高湿环境下也可以抑制腐蚀。另外，即使氟膜70附着污物，也能够容易地擦除。例如，可以使用醇类、酮类等溶剂来擦除。进而，通过将单分子氟化合物用于氟膜70，氟膜70得以薄膜化。在此情况下，即使氟膜70出现伤痕等，也可抑制漫反射。另外，通过氟膜70使刻度尺100a的表面低摩擦化，由此刻度
尺100a所搭载的编码器的滑动动作变得顺滑，会抑制由于摩擦导致的伤痕和/或产尘。另外，由于低摩擦化，刻度光栅40针对横向力的强度提高。其结果，刻度尺100a的测定精度提升。综上，可以抑制腐蚀并维持高精度。
51.实施例
52.以下，制作第1实施方式的刻度尺，对特性进行调查。
53.(实施例)
54.密合层20使用cr。金属层30使用ni。刻度光栅40使用cr。金属层30的露出部分和刻度光栅40不用保护膜等覆盖地露出于大气。
55.(比较例)
56.在基板上形成cr薄膜。在cr薄膜上形成具有与实施例的刻度光栅40相同形状的tisi
x
的刻度光栅。
57.(分析)
58.针对各个实施例和比较例，对刻度光栅进行利用钢丝棉的擦伤试验，在光学显微镜的照片中确认有无伤痕。比较例中在表面确认到多处伤痕，而实施例中在表面基本确认不到伤痕。因此，确认了实施例可得到对通常使用而言充分的耐久性。
59.以上，对本发明的实施例进行了详细描述，但本发明不限于所述特定的实施例，可以在权利要求书所记载的本发明的主旨范围内进行各种变形/更改。