JP2001235432A - 傷検査方法、傷検査用光源、傷検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暗視野観察法での固有の傷検出を損なうこと
なく、しかも暗視野観察法では検出できないヒキ傷をも
検出できるようにする。 【解決手段】 まず暗視野用光源２１を使ってエッジの
シャープな傷を検査する。このとき水晶ブランクＢに照
射される光量を強弱の２段階に切り換えて２回検査す
る。つぎに明視野用光源２２を使って、暗視野観察法で
検出できなかったヒキ傷などのエッジのなだらかな傷を
検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶基板の傷を検査
するための傷検査方法、傷検査用光源、傷検査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子用の水晶ブランクは、小型で
薄く軽量であり取扱いが難しい。このため、特に水晶ブ
ランクに付いた微小な傷を検査するのが困難であった。

【０００３】そこで、暗視野観察法を用い、水晶ブラン
クに生じた傷を浮び上がらせて、これを画像検出して、
全数検査できる技術が開発された（例えば、特許第２８
２１４６０号）。暗視野観察法を適用することにより、
今まで目視検査できなかった微小な傷を検出でき、しか
も自動で全数検査できるという大きなメリットがあり、
これにより水晶基板の傷検査技術は飛躍的に向上した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、暗視野観察法
において、光量を一定にして検査すると、たとえ調光し
た後でも、傷検出に漏れがあることが分った。傷からの
反射が弱いことが原因であると考えられる。

【０００５】また、暗視野観察法にも盲点があることが
分った。顕微鏡で観察できるヒキ傷が暗視野観察法では
検出できない点である。ここでヒキ傷とは、水晶ブラン
クのポリッシュ仕上げによる研磨、酸洗浄などにより生
じる引っ掻き傷で、通常、すじ状として現れる。ポリッ
シュ仕上げで水晶ブランクに生じるヒキ傷は、暗視野観
察法で光量を幾ら強くしても検出できない。検出できな
いケースは、傷が小さいとか、極めて細いということで
はなく、むしろ大きなものであったり、比較的幅が広い
場合に生じる。傷のエッジがなだらかなために光の反射
が少なく、強いては鮮明な像にならないからであると考
えられる。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解消して、暗視野観察法に改良を施し、さらに暗視
野観察法に明視野観察法を加えることによって、検査精
度を高め、暗視野観察法によっては検出できないヒキ傷
などの傷も検査可能な傷検査方法、傷検査用光源、傷検
査装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、水晶基板の傷を光学的に検査する傷検査方法におい
て、暗視野観察法の検査に明視野観察法の検査を加え、
前記暗視野観察法では、前記水晶基板に照射する暗視野
用光源の光量を、前記水晶基板に合わせて傷の光学的検
査が最適になるように調光した光量と、この光量よりも
大きく設定した光量とに切り換えて使用できるように
し、前記暗視野観察法による光量を切換えて行なう複数
の検査と、前記明視野観察法による検査とを任意に組合
わせて連続的に行なうようにした傷検査方法である。調
光した光量に対して、設定する光量をどのくらいの大き
さにするかは、水晶基板や傷の種類等を考慮して決定さ
れる。暗視野観察法で、所定の調光量のみで１回だけ検
査するのではなく、水晶基板に照射する光量を切り換
え、複数回検査することによって、調光した光量で検査
落ちの生じる傷を検出できるようになる。さらに暗視野
観察法に明視野観察法を加えたので、ポリッシュ時や深
エッチング時により生じるヒキ傷等を見逃すことがなく
なり、漏れのない検査を連続して行なうことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、載置台に載置さ
れる水晶基板を照射する暗視野用光源および明視野用光
源と、前記暗視野用光源と明視野用光源とを切換え可能
とし、さらに暗視野用光源に切り換えた場合に、前記暗
視野用光源の光量を少なくとも２段階に切り換える切換
手段とを備えたことを特徴とする傷検査用光源である。
これによれば、２種類の電源と切換え手段を設けるとい
う簡単な構造で、暗視野観察法で光量不足により検出で
きなかった傷は、光量を増やした暗視野観察法で検出で
きるようになる。また、暗視野観察法で検出できなかっ
た傷は、明視野観察法で容易に検出できるようになる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記暗視野用光
源を載置台の近傍に設け、前記明視野用光源を前記暗視
野用光源の上方に設けたことを特徴とする請求項２に記
載の傷検査用光源である。暗視野用光源を載置台の近傍
に設けることで、載置台上に載置される水晶基板表面に
対して暗視野観察を可能とする小さな照射角度で照射で
き、比較的エッジが急な傷を検出できる。また、明視野
用光源を暗視野用光源の上方に設けることで、水晶基板
表面に対して明視野観察を可能とする大きな照射角度で
照射でき、ヒキ傷のようなエッジがなめらかな傷を検出
できる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、水晶基板を載置
する透明部材からなる載置台と、前記載置台に載置され
た水晶基板に光を照射する請求項２または３に記載の傷
検査用光源と、水晶基板の基板面に対して略垂直な方向
から、前記傷検査用光源により照射される水晶基板を撮
像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した水晶基板の
画像信号を処理して傷の抽出を行なう画像処理装置とを
備えた傷検査装置である。これによれば複数台の傷検査
装置を用いることなく、１台の傷検査装置で、微小な傷
や、ポリッシュ時や深エッチング時により生じるヒキ傷
等を見逃すことがなくなり、漏れのない検査を行なうこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００１２】図１はヒキ傷を含めた傷を検出することが
可能な傷検査装置の構成図である。

【００１３】傷検査装置は、水晶振動子となる水晶ブラ
ンクＢに光を照射して撮像した水晶ブランクＢの画像信
号に基づいて傷の検出を行う。この傷検査装置は、水晶
ブランクＢを載置する透明部材からなる載置台１と、水
晶ブランクＢに光を照射する傷検査用光源２と、水晶ブ
ランクＢの表面に対して垂直な方向から水晶ブランクＢ
を撮像する撮像手段３とを備える。撮像手段３は、水晶
ブランクＢを拡大して観察する顕微鏡３１と、観察像を
電気信号に変換するＣＣＤカメラ３２とから構成され
る。撮像手段３で撮像された水晶基板の画像信号は画像
処理装置８で処理されて傷の抽出が行われる。載置台１
は、水晶よりも硬く傷がつきにくいサファイアで構成す
る。傷検査用光源２は、暗視野用光源２１と明視野用光
源２２とから構成され、これらの光源２１、２２は１台
の傷検査装置に組み込まれる。

【００１４】暗視野用光源２１は、複数のＬＥＤをリン
グ状に配列して構成され、載置台１を囲むようにしてこ
の載置台１の中心と同軸的に配設されている。ＬＥＤと
しては最も輝度の高い波長６００ｎｍクラスの赤色ＬＥ
Ｄが好ましい。暗視野用光源２１は、載置台１の上下に
配置した２段構成になっており、その上下２段の中間に
載置台１がちょうど来るように配置する。上段部２１ａ
は水平方向ないし斜め上方から載置台１上の水晶ブラン
クＢの表面を０〜＋１５°の入射角で照射するようにな
っている。下段部２１ｂは水平方向ないし斜め下方から
載置台１を透過して水晶ブランクＢの裏面を０〜−１５
°の入射角で照射するようになっている。暗視野用光源
２１の光量は通電制御によって調光が可能で、かつ少な
くとも強弱２段階に切換えることができるようになって
いる。

【００１５】明視野用光源２２は、暗視野用光源２１と
同じく、複数のＬＥＤをリング状に配列して構成され、
暗視野用光源２１と顕微鏡３１との間に載置台１の中心
と同軸上に配設されている。リング状明視野用光源２２
の中央の穴は顕微鏡用の覗き窓になる。明視野用光源２
２は斜め上方から載置台１上の水晶ブランクＢの表面を
＋１５〜＋８０°の入射角で落射照明するようになって
いる。光源に赤色ＬＥＤないし青色ＬＥＤを使用して、
光源波長を暗視野用光源と同じか短くして、かつ調光を
可能としている。図示例の明視野用光源２２は暗視野用
光源２１の上方に配置したが、これはすじ状の傷を乱反
射により検出するためである。

【００１６】図２に示すように、暗視野用光源２１と明
視野用光源２２とは、電源５に対して切換スイッ４によ
り切換え自在に接続され、暗視野観察法または明視野観
察法を選択できるようになっている。さらに、暗視野用
光源２１は、制御部６からの制御信号によって電源５を
制御して、調光後の光量と、それよりも大きな光量との
強弱の２段階に切り換えられるようにしてある。水晶ブ
ランクの種類あるいは、ロットに応じて、前述した暗視
野用光源２１および明視野用光源２２の調光を行ない、
各光源で傷を検査できるように各光源の最適な光量を予
め設定する。前記切換スイッチ４、電源５、制御部６と
で切換手段が構成される。

【００１７】さて、上述したような構成において、水晶
ブランクＢの傷を検査するには、図３に示すように調光
した暗視野光、光量の大きな暗視野光、および明視野光
による３つの検査を連続して行なう。同図で横軸は時間
を示し、ｔ₁〜ｔ₃は各検査に要する所要時間、縦軸は任
意単位で特に意味はない。まず、制御部６から出した切
換え信号によって切換えスイッチ４を暗視野用光源２１
側に倒し、光量選択信号によって電源５から予め設定し
ておいた調光電流を暗視野用光源２１に流して、調光し
た光を水晶ブランクＢに低い角度から照射する。これに
よりエッジのシャープな傷の大半を暗視野に浮かび上が
らせることができる。

【００１８】次に、制御部６から出した光量選択信号に
よって電源５から強電流を暗視野用光源２１に流して、
強光量の光を水晶ブランクＢに低い角度から照射する。
これにより調光した光量では検出できなかった傷が暗視
野に浮かび上がり、浮かび上がった傷を検出できる。

【００１９】最後に、制御部６からの切換え信号によっ
て明視野用光源２２を選択し、水晶ブランクＢに高い角
度から照射する。これにより暗視野用光源２１では検出
し得なかったエッジのなめらかなヒキ傷を明視野にくっ
きりと浮かび上がらせることができる。

【００２０】このようにして３つの検査で視野に浮かび
上がった傷は、画像信号として画像処理装置８に加えら
れて処理され、抽出される。

【００２１】図４に、水晶ブランクＢを左右斜めに横断
するヒキ傷７を各光源で照射したときの概念的な画像例
を示す。便宜上、白黒反転して記載してある（後述する
図５、図６も同じ）。図４（ａ）は明視野用光源２２で
検出したヒキ傷７の画像ｂであり、ヒキ傷７の像が極め
て鮮明に現れる。したがって、画像処理によりこれらの
傷を安定に検出できる。図４（ｂ）は強光量の暗視野用
光源２１を選択したときのヒキ傷７の画像であり、僅か
に傷が浮び上がっているが（便宜上点線で示してい
る）、精度よく検出することは難しい。図４（ｃ）は弱
光量の暗視野用光源２１を選択したときの画像であり、
傷が現れず検出不可能である。

【００２２】次に、図１の傷検査装置を使用して実際に
検査した２つの実験例を説明する。図５は、水晶ブラン
ク（４．０ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さ４０μｍ）のサンプ
ル１の説明図である。（ａ）は暗視野観察法で波長６６
０ｎｍの赤色ＬＥＤを用い、光の強さが最適になるよう
に調光して照射したときの画像例、（ｂ）は（ａ）より
も光の強さを所定量強くして照射したときの画像例、
（ｃ）は明視野観察法で同じく波長６６０ｎｍの赤色Ｌ
ＥＤを用い、光の強さが最適になるように調光して照射
したときの表面側の画像例、（ｄ）は同裏面側の画像例
である。

【００２３】これより図５（ａ）では、エッジがシャー
プであるために光の反射が多くなる傷が鮮明に検出され
る。右辺に現れた大きめの傷はチッピングであり、これ
は暗視野法によってはじめて検出される傷である。中央
下部の４つの点状のものは、傷ではなく、埃ないしゴミ
である。埃ないしゴミは、傷画像の特徴、すなわち面積
（小さいと埃ないしゴミ）、縦横比（丸いとゴミないし
埃）、曲率（棉屑などはまがりくねっている）、直線性
（直線的であると傷）などから区別する。さらに図５
（ｂ）に示すように光の強さを高めると画像が強調され
る。傷や埃ないしゴミはより鮮明化し、また光量を増や
すことによって新たな画像が現出する。その結果、多く
の埃やゴミが浮かび上がってくる。その中で、点が線状
に並ぶものが観測されれば、それは傷の可能性が高く、
次の段階の明視野観察での検査を待つことになる。図５
（ｃ）、（ｄ）では、傷のエッジがなだらかなために低
い角度の照射では、光の反射が少なく、鮮明には現れな
かったヒキ傷のような傷が、高い位置からの斜めの照射
角度によって光の反射量が多くなるために、鮮明に検出
される。ここに、ブランク表面を示す図５（ｃ）と、ブ
ランク裏面を示す図５（ｄ）とにそれぞれ現れた傷は線
対称であるから、同一の傷であり、ヒキ傷検出が正しく
行なわれていることが分る。なお、図５（ａ）、（ｂ）
のものは、暗視野照明であるためにエッジが明るくなっ
ている。図５（ｃ）、（ｄ）のものは、図では判然とし
ないが、明視野照明のためにエッジが図５（ａ）のもの
よりも暗くなる。

【００２４】図６はサンプル２の説明図である。図６
（ａ）は暗視野観察法で得られた画像例、図６（ｂ）は
明視野観察法で得られた画像例を示す。観察条件は図５
と同じである。図６（ａ）の暗視野観察法では全く検出
できなかったヒキ傷が、図６（ｂ）の明視野観察法で鮮
明に検出されている。

【００２５】上述した実施の形態によれば、暗視野観察
法による一定光量の光検査に加えて、それよりも強い光
量での検査も行なうようにしたので、一定光量の場合に
は検出できなかった傷も確実に検査できるようになる。
更に、暗視野観察法に加えて、明視野観察法による検査
をさらに導入したので、暗視野観察法では検出できない
ヒキ傷のような傷も検査でき、検査漏れをなくすことが
できる。

【００２６】実施の形態では、最初に、暗視野観察法に
よる検査を行ない、つぎに光量を変更した暗視野観察法
による検査を行ない、最後に明視野観察法による検査を
行なっている。これにより暗視野観察法だけによる検査
と比べてタクトタイムが１．５秒と若干長くなるが、安
定した傷の検査ができる。また、従来の暗視野傷検査装
置に、オプションとして明視野用光源を追加搭載するだ
けで済むので、既存技術が有効利用でき、頗る経済的で
ある。さらに、これ１台で、予想される全ての傷やしみ
等の欠陥を全数検査できるので、水晶ブランク量産性向
上に大きく寄与できる。

【００２７】なお、上述した実施の形態では、暗視野
（調光）、暗視野（強光）、明視野の順序で検査するよ
うにしたが、この順序は最初に行なう暗視野（調光）を
除いて、暗視野（強光）と明視野間で任意に変更でき
る。すなわち、最初に暗視野（調光）観察法による検査
を行ない、次に明視野観察法、最後に暗視野（強光）観
察法を実施してもよい。最初に暗視野（調光）を行なう
のは、これにより水晶ブランクの輪郭が明瞭になるの
で、これにより水晶ブランクの位置、形状を特定し、も
って検査領域を限定することにより、不必要な領域を検
査対象から排除して検査効率を上げるためである。

【００２８】特に、軽薄短小化の進んでいる水晶ブラン
クでは高精度化が要求される。このため、ポリッシュや
深エッチングを行なうことが多く、それに伴ってヒキ傷
等が生じることが多くなるので、本発明の効果は絶大で
ある。また、暗視野用光源および明視野用光源から出射
される光は赤色波長に限定されず、最適なものを選択す
ればよい。また、実施の形態では、暗視野用光源の光の
強さを２段階に切換えるようにしている。しかし、本発
明は２段階に限定されず、３段階以上としてもよい。さ
らに明視野でも複数段階に光量を切換えてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、暗視野観察法で光量を
切換えて検査するようにしたので、光量で検出できなか
った傷まで検査できるようになる。また、暗視野観測法
に明視野観察法を加えたので、暗視野観察法で検出でき
なかったヒキ傷も検査でき、１回のパスで漏れのない傷
検査を行なうことができる。また、全ての傷検査を１台
の光源および装置でカバーできるので、構造の簡素化が
図れ、作業性もよく経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による傷検査装置の主要部分の構成
図である。

【図２】実施の形態による光源切り換え回路を示す構成
図である。

【図３】実施の形態による各光源の照射タイミング図で
ある。

【図４】実施の形態によるヒキ傷の検出画像を示し、
（ａ）は明視野用光源、（ｂ）は強暗視野用光源、
（ｃ）は弱暗視野用光源でそれぞれ照射したときの撮像
図である。

【図５】実施の形態による具体的な検出画像を示し、
（ａ）は弱暗視野用光源、（ｂ）は強明視野用光源、
（ｃ）および（ｄ）は明視野用光源でそれぞれ照射した
ときの撮像図である。

【図６】実施の形態による具体的な検出画像を示し、
（ａ）は暗視野光源、（ｂ）は明視野光源でそれぞれ照
射したときの撮像図である。

【符号の説明】

１ 載置台 ２ 傷検査用光源 ３ 撮像手段 ８ 画像処理装置 ２１ 暗視野用光源 ２２ 明視野用光源 Ｂ 水晶ブランク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水晶基板の傷を光学的に検査する傷検査方
   法において、 暗視野観察法による検査に明視野観察法による検査を加
   え、 前記暗視野観察法では、前記水晶基板に照射する暗視野
   用光源の光量を、前記水晶基板に合わせて傷の光学的検
   査が最適になるように調光した光量と、この調光量より
   も大きく設定した光量とに切り換えて複数の検査が行な
   えるようにし、前記暗視野観察法による光量を切換えて
   行なう複数の検査と、前記明視野観察法による検査とを
   任意に組合わせて連続的に行なうことを特徴とする傷検
   査方法。
2. 【請求項２】載置台に載置される水晶基板を照射する暗
   視野用光源および明視野用光源と、 前記暗視野用光源と前記明視野用光源とを切換え可能と
   し、さらに暗視野用光源に切り換えた場合に、前記暗視
   野用光源の光量を少なくとも２段階に切り換える切換手
   段とを備えたことを特徴とする傷検査用光源。
3. 【請求項３】前記暗視野用光源を載置台の近傍に設け、 前記明視野用光源を前記暗視野用光源の上方に設けたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の傷検査用光源。
4. 【請求項４】水晶基板を載置する透明部材からなる載置
   台と、 前記載置台に載置された水晶基板に光を照射する請求項
   ２または３に記載の傷検査用光源と、 水晶基板の基板面に対して略垂直な方向から、前記傷検
   査用光源により照射される水晶基板を撮像する撮像手段
   と、 前記撮像手段で撮像した水晶基板の画像信号を処理して
   傷の抽出を行なう画像処理装置とを備えた傷検査装置。