JP3037671B2 - Transparent substrate inspection method and transparent substrate inspection device - Google Patents
Transparent substrate inspection method and transparent substrate inspection deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は透明基板の検査方法
および装置に係り、特に同一断面で厚さの異なる透明基
板の外観について、画像処理によるリアルタイム検査を
可能にした透明基板の検査方法、および検査内容に応じ
て最適な観察法を選択できる透明基板の検査装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a transparent substrate, and more particularly to a method for inspecting a transparent substrate in which the appearance of transparent substrates having the same cross section and different thicknesses can be inspected in real time by image processing. The present invention relates to a transparent substrate inspection apparatus that can select an optimal observation method according to inspection contents.
【0002】[0002]
【従来の技術】水晶振動子の特性を改善する手法として
平板状タイプの水晶ブランクの周辺部をベベリング(面
取り)加工することが行われている。さらに進めて平板
状タイプの水晶ブランクをコンベックス加工してレンズ
形状とすることも行われている。ベベリング加工やコン
ベックス加工を行うには、大量加工が可能な円筒状バレ
ル方式が共通に採用される。これは図17に示すように
円筒状バレル41内に多数の水晶ブランク1とともに研
磨材gを入れて円筒状バレル41を回転させながら研磨
するというものである。比較的短時間で研磨するとベベ
リング加工となり、長時間かけて研磨するとコンベック
ス加工となる傾向があるが、色々な条件が働くため断定
できない。水晶振動子の特性を再現性よく良好なものと
するためには、上記方式によるベベリングやコンベック
ス寸法精度を高めて、左右、上下対称となるようにする
必要がある。2. Description of the Related Art As a technique for improving the characteristics of a crystal resonator, beveling (chamfering) the periphery of a flat-plate type crystal blank has been performed. Further, a flat plate type crystal blank is formed into a lens shape by convex processing. In order to perform beveling processing and convex processing, a cylindrical barrel method capable of mass processing is commonly adopted. As shown in FIG. 17, an abrasive g is put in a cylindrical barrel 41 together with a large number of crystal blanks 1 and polishing is performed while rotating the cylindrical barrel 41. Polishing in a relatively short time tends to beveling processing, and polishing in a long time tends to convex processing, but cannot be concluded because various conditions work. In order to improve the characteristics of the crystal unit with good reproducibility, it is necessary to increase the dimensional accuracy of the beveling and the convex by the above-mentioned method so that the crystal unit is symmetrical left and right and up and down.
【0003】前記円筒状バレル方式は、投入する水晶基
板枚数、研磨材種、回転数、温度などでベベリング加工
やコンベックス加工状態が異なり、これらの条件を同じ
にしても、常に同じベベリング状態ないしコンベックス
形状が得られるとは限らない。水晶基板メーカは独自の
ノウハウに頼っているところが大きいが、そのノウハウ
も不確実な要素があり、うまくいったりいかなかったり
して、いつも同じベベリングやコンベックス寸法精度を
保つことができず、偶然の要素も混じっているのが現状
である。ベベリングないしコンベックス寸法精度を高め
るためには、水晶ブランク面のベベリング状態やコンベ
ックス形状を評価して、その結果をベベリング加工やコ
ンベックス加工にフィードバックすることが可能な検査
法の確立が必要となる。In the cylindrical barrel method, beveling and convex processing conditions are different depending on the number of quartz substrates to be charged, the type of abrasive, the number of rotations, the temperature, and the like. Even if these conditions are the same, the same beveling state or convex state is always used. Shape is not always obtained. Quartz substrate manufacturers often rely on their own know-how, but the know-how also has uncertain factors, and it does not work well, so it is not always possible to maintain the same beveling and convex dimensional accuracy. At present, elements are also mixed. In order to improve beveling or convex dimensional accuracy, it is necessary to establish an inspection method capable of evaluating the beveling state and convex shape of the quartz crystal blank surface and feeding back the results to beveling processing and convex processing.
【0004】ベベリング加工は非常に微小な傷を付け
て、表面の一部を削り取ることによって成立しているた
め、通常の明視野観察では非ベベリング部分との有意差
が出ず、水晶ブランク面のベベリング状態は作業者の目
視検査や画像処理技術では検査できない。またコンベッ
クス加工においても、同様に表面の一部を削り取ること
によって成立しているが、通常の明視野観察では表面の
研磨具合を把握できず、水晶ブランク面のコンベックス
加工仕上りは作業者の目視検査や従来の画像処理技術で
は検査できない。[0004] Beveling is performed by making very small scratches and shaving off a part of the surface, so that there is no significant difference from a non-beveled part in ordinary bright-field observation, and the crystal blank surface The beveling state cannot be inspected by visual inspection of an operator or image processing technology. Convex processing is also achieved by shaving off a part of the surface in the same way, but ordinary bright-field observation does not make it possible to grasp the degree of surface polishing. And cannot be inspected with conventional image processing techniques.
【0005】このため従来のベベリング検査ないしコン
ベックス加工仕上り検査は、(1)ペンレコーダ法、
(2)レベル測定法、(3)投影法という物理的な方法
に頼らざるを得なかった。For this reason, the conventional beveling inspection or convex finishing inspection is carried out by (1) pen recorder method,
Physical methods such as (2) level measurement and (3) projection have to be relied on.
【0006】(1)ペンレコーダ法 探触子で水晶ブランク面をスキャンし、その軌跡をペン
レコーダを使って記録する方法であり、探触子のスキャ
ン方向に沿った表面高さを測定できる。コンベックスタ
イプの場合には、安定性が悪いので、接着剤で載置台に
固定することが行われている。(1) Pen Recorder Method This is a method in which a quartz blank surface is scanned by a probe and its locus is recorded using a pen recorder, and the surface height of the probe along the scanning direction can be measured. In the case of the convex type, since the stability is poor, fixing to the mounting table with an adhesive is performed.
【0007】(2)レベル測定法 レーザ高さ測定機を使う方法であり、水晶ブランクの裏
面に反射用の銀膜を蒸着し、レーザ光線を水晶ブランク
の表面に照射しながら径方向(直線方向)に掃引(スキ
ャン)して、その反射光から直線上のレベルを測定する
方法である。これによれば図18に示すように、水晶ブ
ランクの前記直線方向に沿った表面高さが連続して測定
でき、表面高さからベベリングないしコンベックス加工
の状態を知ることができる。図中、実線はベベリング、
一点鎖線はコンベックスを示す。なお、コンベックスタ
イプの場合には、安定性が悪いので、接着剤で載置台に
固定することが行われている。(2) Level measuring method This method uses a laser height measuring machine. A silver film for reflection is vapor-deposited on the back of a quartz blank, and a laser beam is irradiated on the front of the quartz blank in the radial direction (linear direction). ), And the level on a straight line is measured from the reflected light. According to this, as shown in FIG. 18, the surface height of the crystal blank along the linear direction can be continuously measured, and the state of beveling or convex processing can be known from the surface height. In the figure, the solid line is beveling,
The dashed line indicates the convex. In the case of the convex type, since the stability is poor, fixing to the mounting table with an adhesive is performed.
【0008】(3)投影法 水晶ブランクの表面にカーボン粉末(黒色)を塗布し、
その上に半透明のフィルムや薄紙を押し付けてフィルム
や薄紙にカーボン粉末を転写させる方法である。転写し
たフィルムをスクリーン上に拡大して投影する。ベベリ
ングされていない部分にカーボンが付着するので、カー
ボン粉末の転写状況からベベリング状態が目視でわか
る。この方法はコンベックスタイプには適用できない。(3) Projection method Carbon powder (black) is applied to the surface of a quartz blank,
This is a method in which a semi-transparent film or thin paper is pressed thereon, and the carbon powder is transferred to the film or thin paper. The transferred film is enlarged and projected on a screen. Since carbon adheres to the non-beveled part, the beveling state can be visually recognized from the transfer state of the carbon powder. This method is not applicable to convex type.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来法には、次のような問題があった。However, the above-mentioned conventional method has the following problems.
【0010】(1)ペンレコーダ法 研磨面の高さ測定の精度が悪く、水晶ブランクをスキャ
ンした直線上でのデータしか得られないため、水晶ブラ
ンクの全面についてベベリングもしくはコンベックス検
査することができない。また抜き取り検査となり検査に
時間がかかる上、検査したサンプルは使用できなくな
る。さらにコンベックスタイプの場合には、さらに接着
剤で固定するという面倒な作業が必要となる。(1) Pen Recorder Method Since the accuracy of measuring the height of the polished surface is poor and only data on a straight line obtained by scanning a quartz blank is obtained, beveling or convex inspection cannot be performed on the entire quartz blank. In addition, since the sampling inspection is performed, it takes time for the inspection, and the inspected sample cannot be used. Further, in the case of the convex type, a troublesome operation of fixing with an adhesive is required.
【0011】(2)レベル測定法 研磨面の高さは精度よく測定できるが、水晶ブランクを
スキャンした直線上でのデータしか得られないため、水
晶ブランクの全面についてベベリングもしくはコンベッ
クス検査することができない。水平方向のスキャンを垂
直方向にずらしていけば面データが得られないことはな
いが、垂直方向のピッチ幅に対応した抜けデータが生じ
るのは避けられない。したがって水晶ブランク全面の検
査が困難となる。また、裏面に銀蒸着を施す必要がある
ため、抜き取り検査となり検査に時間がかかる上、検査
したサンプルは使用できなくなる。なお、コンベックス
タイプの場合には、さらに接着剤で固定するという面倒
な作業が必要となる。(2) Level Measuring Method The height of the polished surface can be measured with high accuracy, but since only data on a straight line obtained by scanning a quartz blank can be obtained, the entire surface of the quartz blank cannot be subjected to beveling or convex inspection. . If the scanning in the horizontal direction is shifted in the vertical direction, surface data will not be obtained, but missing data corresponding to the vertical pitch width cannot be avoided. Therefore, it becomes difficult to inspect the entire surface of the crystal blank. In addition, since it is necessary to deposit silver on the back surface, the inspection becomes a sampling inspection, which takes a long time, and the inspected sample cannot be used. In the case of the convex type, a troublesome operation of further fixing with an adhesive is required.
【0012】(3)投影法 水晶ブランク全面にわたって検査できるものの、抜き取
って転写、投影する必要があるため、抜き取り検査にな
り、非常に検査に時間がかかる。また目視観察であるた
め検査用のデータが取れない。また、コンベックス加工
の検査はできない。(3) Projection method Although inspection can be performed over the entire surface of a quartz blank, it is necessary to extract, transfer, and project, so that a sampling inspection is required, and the inspection takes a very long time. In addition, inspection data cannot be obtained due to visual observation. Inspection of convex processing is not possible.
【0013】このように(1)、(2)および(3)の
方法は、いずれもリアルタイムで検査できず時間もかか
る。また統一された検査法が確立できないためベベリン
グ検査ないしコンベックス加工仕上りの標準化もできな
い。また適切なデータが取れないためベベリング加工技
術ないしコンベックス加工技術に有効にフィードバック
できない。As described above, any of the methods (1), (2) and (3) cannot be inspected in real time, and it takes time. In addition, since a unified inspection method cannot be established, beveling inspection or standardization of convex processing cannot be performed. In addition, since appropriate data cannot be obtained, feedback cannot be effectively provided to the beveling processing technology or the convex processing technology.
【0014】また、ベベリング加工ないしコンベックス
加工は大量に扱うバッチ方式ゆえに水晶ブランクごとに
ベベリングやコンベックス加工状態が異なり、さらにそ
の後に行われる酸処理によるエッチングでもバラツキが
生じる。それにも関わらず検査基準が定まっていないた
め、許容範囲を決定するのが困難となり、良品を不良品
として扱ったり、不良品を良品にするという問題があっ
た。In addition, since the beveling or convex processing is a batch method in which a large amount is processed, the state of beveling or convex processing differs for each crystal blank, and variations occur even in the subsequent etching by an acid treatment. Nevertheless, since the inspection standard has not been determined, it is difficult to determine the allowable range, and there has been a problem that a non-defective product is treated as a defective product or a defective product is made a non-defective product.
【0015】ところで、水晶基板にはベベリング検査の
他に傷検査や輪郭(寸法)検査も要求されている。最
近、これらの検査には暗視野観察法が有効であるとの提
案がなされている(特許第2821460号)。そこ
で、この方法をベベリング検査に適用したところ、ベベ
リング加工後でもエッチング前であれば、ベベリング加
工時に付いた微小な傷が表面に残っているので、有効で
あることが分かった。しかし、エッチング後は表面が平
滑化されて微小な傷が表面から消えてしまうため、暗視
野観察法は適用できないことがわかった。また、中央と
周辺部で厚さの異なるコンベックスタイプの水晶基板に
も適用できないことがわかった。コンベックスタイプの
水晶基板は、ベベリング加工に比べて表面が平坦に仕上
がっていて、暗視野観察法では検出が困難だからであ
る。By the way, in addition to the beveling inspection, a flaw inspection and an outline (dimension) inspection are also required for the quartz substrate. Recently, it has been proposed that a dark field observation method is effective for these inspections (Japanese Patent No. 282460). Then, when this method was applied to the beveling inspection, it was found that the method was effective even after the beveling process but before the etching, since the minute flaws formed during the beveling process remained on the surface. However, it was found that the dark-field observation method could not be applied because the surface was smoothed after etching and fine scratches disappeared from the surface. In addition, it was found that the method cannot be applied to a convex type quartz substrate having different thicknesses at the center and the periphery. This is because the convex type quartz substrate has a flatter surface than that of the beveling process, and is difficult to detect by the dark field observation method.
【0016】本発明の課題は、従来技術の問題点を解消
して、画像処理で透明基板の状態を客観的に検査するこ
とが可能な透明基板の検査方法を提供することにある。
また、本発明の課題は、検査内容に応じて最適な検査結
果が1台で得られる透明基板の検査装置を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a method of inspecting a transparent substrate capable of objectively inspecting the state of the transparent substrate by image processing while solving the problems of the prior art.
It is another object of the present invention to provide an apparatus for inspecting a transparent substrate in which an optimum inspection result can be obtained by one unit according to the inspection content.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、偏光観察法を導入することによって異なる厚さを
もつ透明基板の仕上り具合を画像化できること、また偏
光観察法によって暗視野観察法では検査できなかった異
なる厚さをもつ透明基板の仕上り具合を画像処理で検査
できることである。SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is to make it possible to image the finished condition of transparent substrates having different thicknesses by introducing a polarization observation method, and to provide a dark field observation method by a polarization observation method. Then, the finished state of the transparent substrate having a different thickness, which cannot be inspected, can be inspected by image processing.
【0018】第1の発明は、加工により同一断面で異な
る厚さをもたせた複屈折媒質からなる透明基板に光源か
らの光をポラライザにより偏光にして与え、前記透明基
板を通過した光からアナライザにより前記偏光に対し所
定の角度をなす偏光状態の光を通過させて、偏光干渉に
より前記透明基板の厚さの違いによる位相差を可視化し
て、前記透明基板の断面形状の検査を行うようにした透
明基板の検査方法である。加工としては一般的には研
磨、エッチングがある。前記透明基板には水晶振動子や
フィルタ用の水晶ブランクの他に、ビデオカメラやDV
D用の水晶レンズなどが含まれる。According to a first aspect of the present invention, light from a light source is polarized by a polarizer to a transparent substrate made of a birefringent medium having the same cross section and different thickness by processing, and the light passed through the transparent substrate is analyzed by an analyzer. By passing light in a polarization state forming a predetermined angle with respect to the polarized light, a phase difference due to a difference in the thickness of the transparent substrate is visualized by polarization interference, and the cross-sectional shape of the transparent substrate is inspected. This is a method for inspecting a transparent substrate. Processing generally includes polishing and etching. On the transparent substrate, besides a crystal resonator and a crystal blank for a filter, a video camera and a DV
A crystal lens for D and the like are included.
【0019】透明基板に加工を施して同一断面で異なる
厚さをもたせる場合、前記加工仕上り具合を検査する必
要がある。前記加工を施した透明基板に光源からの光を
偏光にして与え、透明基板を通過した光から偏光に対し
所定の角度をなす偏光状態の光を通過させ、この光の透
明基板を撮像すると、厚さの相違により位相差が生じ
て、明と暗とからなる干渉縞が透明基板の画像上に浮か
び上がるため、その画像から透明基板における加工仕上
り具合を区別できるようになる。In the case where the transparent substrate is processed to have the same cross section and different thickness, it is necessary to inspect the finished state of the processing. Polarized light from a light source is given to the processed transparent substrate, and light in a polarization state that forms a predetermined angle with respect to the polarized light from the light that has passed through the transparent substrate is passed through. A phase difference occurs due to the difference in thickness, and an interference fringe composed of light and dark appears on an image of the transparent substrate, so that the finished state of the transparent substrate can be distinguished from the image.
【0020】前記透明基板の断面形状の検査を、前記位
相差の可視化により現れた干渉縞の輝度の等しい点を結
んだ等輝度線の形状に基づいて行うようにすることが好
ましい。It is preferable that the inspection of the cross-sectional shape of the transparent substrate is performed based on the shape of an isoluminance line connecting points of equal luminance of interference fringes appearing by visualizing the phase difference.
【0021】また、前記透明基板の厚さの違いによる位
相差の可視化により顕れる干渉縞間における前記透明基
板の厚さを次式で求め、求めた厚さに基づいて前記透明
基板の断面形状の検査を行うようにすることが好まし
い。Further, the thickness of the transparent substrate between interference fringes, which appears by visualizing the phase difference due to the difference in the thickness of the transparent substrate, is determined by the following equation, and the sectional shape of the transparent substrate is determined based on the determined thickness. Preferably, an inspection is performed.
【0022】P=(ne−n0)t・2π/λ ただしλ:光源の波長 n0:常光線の屈折率 ne:異常光線の屈折率 t:透明基板の厚さ P:干渉縞間の位相差 コンベックスタイプの透明基板の断面形状を検査する場
合には、傷を検査するときに有用な暗視野観察法は適用
できないので、前記した第1の発明は特に有用である。
また、ベベリング加工により周辺部が研磨されてエッチ
ング処理された透明基板のベベリング加工を検査する場
合にも、エッチング処理されると研磨傷が消失するため
暗視野観察法では検査できなくなるので、第1の発明は
特に有効である。透明基板は水晶振動子用の水晶ブラン
クであるときに特に好ましい。[0022] P = (n e -n 0) t · 2π / λ However lambda: wavelength of the light source n 0: the ordinary refractive index n e: refractive index of extraordinary ray t: thickness of the transparent substrate P: fringe When the cross-sectional shape of a convex type transparent substrate is inspected, the above-described first invention is particularly useful because a dark field observation method useful for inspecting a flaw cannot be applied.
Also, in the case of inspecting the beveling process of the transparent substrate which is polished and etched by the peripheral portion by the beveling process, the polishing damage disappears when the etching process is performed, so that the inspection cannot be performed by the dark field observation method. Is particularly effective. The transparent substrate is particularly preferable when it is a quartz blank for a quartz oscillator.
【0023】第2の発明は、偏光していない光を透明基
板に向けて照射する偏光観察用光源と、前記偏光観察用
光源からの照射光を偏光にかえて透明基板に照射するポ
ラライザと、前記透明基板を透過した所定の角度をなす
偏光状態の光を検出するアナライザと、前記アナライザ
を通過した偏光観察光の透明基板を撮像して、偏光干渉
により前記透明基板の厚さの違いによる位相差を可視化
する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した透明基板の像
を画像処理して透明基板の断面形状を検査する画像処理
手段とを備えた透明基板の検査装置である。これは上記
方法を簡単な構造によって適切に実施することができ、
その設備費や保守運転費を安価にすることができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a polarized light source for irradiating unpolarized light toward the transparent substrate, a polarizer for irradiating the transparent substrate with the polarized light from the polarized light source. An analyzer for detecting light in a polarization state at a predetermined angle transmitted through the transparent substrate; and an image of the transparent substrate of the polarization observation light having passed through the analyzer, and a position due to a difference in thickness of the transparent substrate due to polarization interference. The transparent substrate inspection apparatus includes an imaging unit that visualizes a phase difference, and an image processing unit that performs image processing on an image of the transparent substrate captured by the imaging unit and inspects a cross-sectional shape of the transparent substrate. This allows the above method to be properly implemented with a simple structure,
Equipment costs and maintenance operation costs can be reduced.
【0024】第3の発明は、偏光していない光を透明基
板に向けて照射する偏光観察用光源と、透明基板の基準
面に対して上下方向に±30°の照射角度の範囲内で拡
散された散乱光を前記透明基板の側面側全周方向から照
射する暗視野観察用光源と、前記偏光観察用光源と前記
暗視野観察用光源とを切換え可能に接続するスイッチ
と、前記偏光観察用光源からの照射光を偏光にかえて透
明基板に当てるポラライザと、前記透明基板を透過した
所定の角度をなす偏光状態の光を検出するアナライザ
と、前記スイッチで偏光観察用光源に切換える偏光観察
時に前記ポラライザと前記アナライザとを光路に挿入
し、前記スイッチで前記暗視野観察用光源に切換える暗
視野観察時に前記ポラライザと前記アナライザとを前記
光路から抜き取る挿抜手段と、前記アナライザを通過し
た偏光観察光の透明基板を撮像して、偏光干渉により前
記透明基板の厚さの違いによる位相差を可視化し、また
は前記アナライザを通過しない暗視野観察光の透明基板
を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像した透明基板の
像を画像処理して透明基板を検査する画像処理手段とを
備えた透明基板の検査装置である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a polarization observation light source for irradiating unpolarized light toward a transparent substrate, and a light source for diffusing light within an irradiation angle of ± 30 ° vertically with respect to a reference plane of the transparent substrate. A dark-field observation light source for irradiating the scattered light from the entire circumferential side of the transparent substrate, a switch for switchably connecting the polarization observation light source and the dark-field observation light source, and a switch for the polarization observation. A polarizer that irradiates the transparent substrate with irradiation light from a light source instead of polarized light, an analyzer that detects light in a polarized state at a predetermined angle transmitted through the transparent substrate, and a polarization switch that switches to a polarization observation light source with the switch. Insertion / extraction means for inserting the polarizer and the analyzer into an optical path, and for switching the polarizer and the analyzer from the optical path during dark-field observation in which the switch is switched to the dark-field observation light source. And, image the transparent substrate of the polarized observation light that has passed the analyzer, visualize the phase difference due to the difference in the thickness of the transparent substrate due to polarization interference, or the transparent substrate of the dark field observation light that does not pass the analyzer The transparent substrate inspection apparatus includes: an imaging unit that captures an image; and an image processing unit that performs image processing on an image of the transparent substrate captured by the imaging unit to inspect the transparent substrate.
【0025】透明基板の基準面とは、透明基板が同一断
面で異なる厚さをもつときは、平均厚さを通る平面、平
板状のときはその表面、コンベックスタイプのときは光
軸と垂直に交わる水平面である。The reference surface of the transparent substrate is defined as a plane passing through the average thickness when the transparent substrate has the same cross section and different thickness, the surface when the plate is flat, and the surface perpendicular to the optical axis when the convex type. It is a horizontal plane that intersects.
【0026】透明基板の傷や輪郭検査、もしくはエッチ
ング前のベベリング検査を行うときは、スイッチにより
暗視野観察用光源に切換えて暗視野観察法を選択する。
同一断面で異なる厚さをもつ透明基板の検査もしくはエ
ッチング後のベベリング検査を行うときは偏光観察用光
源に切換えるとともに、挿抜手段によるポラライザおよ
びアナライザを光路に挿入して偏光観察法を選択する。
このように1台の検査装置で、検査内容に応じた最適な
観察法が選択できるので、観察法の異なる検査装置を2
台用意する場合に比して、構造の簡素化が図れ、経済的
である。When performing a flaw or contour inspection of a transparent substrate or a beveling inspection before etching, a dark field observation method is selected by switching to a dark field observation light source by a switch.
When a transparent substrate having the same cross section and a different thickness is to be inspected or a beveling inspection after etching is performed, the light source is switched to a polarization observation light source, and a polarizer and an analyzer by insertion / extraction means are inserted into an optical path to select a polarization observation method.
As described above, since one inspection apparatus can select an optimum observation method according to the inspection contents, two inspection apparatuses having different observation methods can be used.
Compared to the case where a table is prepared, the structure can be simplified and it is economical.
【0027】[0027]
【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。図1は本発明に係る透明基板の検査
方法を実施するための検査装置を、水晶振動子用のコン
ベックスタイプの水晶ブランクに適用した一実施形態を
示す概略構成図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which an inspection apparatus for performing an inspection method of a transparent substrate according to the present invention is applied to a convex type crystal blank for a crystal unit.
【0028】前記検査装置は、偏光のない単色光源26
と、光源26の光を拡散させて均一に照射する拡散板2
3と、拡散板23からの光を偏光にするポラライザ21
と、複屈折媒質からなる透明基板としての水晶ブランク
1を載せる載置台2と、水晶ブランク1を通過した光か
ら前記偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過
させアナライザ22と、対物レンズ12と、撮像手段で
あるCCDカメラ13と、画像処理装置14とから構成
される。上記単色光源26としては、ここでは輝度が高
く、寿命の長い660nmの赤色LEDを使っている。
なお、前記ポラライザ21、載置台2、アナライザ22
はいずれも回転自在に設けて、回転角度を調整した後、
固定できるように構成してある。ポラライザ21と載置
台2との距離、およびアナライザ22と載置台2との距
離はともに短いほどよい。また、必要に応じて水晶ブラ
ンク1に集光させるためのコンデンサレンズを拡散板2
3とポラライザ21との間に設けたり、水晶ブランク画
像を背景から鮮明に浮き出させるためのコンペンセータ
をアナライザ22と載置台2との間に挿入してもよい。The inspection apparatus includes a monochromatic light source 26 having no polarization.
And a diffuser plate 2 for diffusing the light of the light source 26 and irradiating the light uniformly.
3 and a polarizer 21 for polarizing light from the diffusion plate 23
A mounting table 2 on which a quartz blank 1 as a transparent substrate made of a birefringent medium is placed; an analyzer 22 for passing light having a predetermined angle with respect to the polarized light from light passing through the quartz blank 1; It comprises a lens 12, a CCD camera 13 as an image pickup means, and an image processing device 14. Here, as the monochromatic light source 26, a 660 nm red LED having a high luminance and a long life is used.
The polarizer 21, the mounting table 2, the analyzer 22
Are provided rotatably, and after adjusting the rotation angle,
It is configured so that it can be fixed. The shorter the distance between the polarizer 21 and the mounting table 2 and the shorter the distance between the analyzer 22 and the mounting table 2, the better. If necessary, a condenser lens for condensing light on the quartz blank 1 is provided on the diffusion plate 2.
Alternatively, a compensator provided between the analyzer 22 and the mounting table 2 may be provided between the analyzer 3 and the polarizer 21, or a compensator for clearly embossing the crystal blank image from the background.
【0029】図2に示すように、前記検査装置で主に検
査対象になる水晶ブランクは、図2(a)のように周辺
部が薄くなり、中央部が厚くなった両凸形のコンベック
スタイプの水晶ブランク1の他に、図2(b)のように
略平板状タイプをラッピング(ステップ101)し、ベ
ベリング加工して周辺部を研磨加工した後(ステップ1
02)、さらにエッチング処理して(ステップ10
3)、周辺部を除いて全面を平滑面としたベベリング加
工の水晶ブランク17がある。ベベリング加工された略
平板状の水晶ブランクとしては、例えば短冊状の場合に
は、通常、大きさが1×3mm〜3×10mmで、厚さ
が30μm〜500μm程度である。水晶ブランク17
の形状は短冊形,矩形に限らず、直径4〜8mm程度の
円形その他の形状のものもある。なお、コンベックスタ
イプの形状もほぼ同様である。As shown in FIG. 2, a quartz blank mainly to be inspected by the inspection apparatus is a biconvex convex type having a thinner peripheral portion and a thicker central portion as shown in FIG. 2 (a). In addition to the crystal blank 1 described above, as shown in FIG. 2B, a substantially flat type is wrapped (step 101), and the peripheral portion is polished by beveling (step 1).
02) and further etching (step 10)
3) There is a crystal blank 17 which is beveled and whose entire surface is smooth except for the peripheral portion. For example, in the case of a strip-shaped quartz blank having a beveled shape, the size is usually 1 × 3 mm to 3 × 10 mm and the thickness is about 30 μm to 500 μm. Crystal blank 17
Is not limited to a rectangular shape or a rectangular shape, but may be a circular shape having a diameter of about 4 to 8 mm or other shapes. The shape of the convex type is almost the same.
【0030】図1に示す前記画像処理装置14は、CC
Dカメラ13で撮像された水晶ブランク1の画像を取り
込み、例えば2値化処理のように特徴を抽出し、抽出し
た特徴に基づいて加工データの蓄積、もしくは加工仕上
りの判定処理を行う。The image processing device 14 shown in FIG.
An image of the crystal blank 1 captured by the D camera 13 is taken in, features are extracted as in, for example, a binarization process, and processing data is stored or processing finish determination processing is performed based on the extracted features.
【0031】光源26からの照明光は拡散板23で拡散
されて、ポラライザ21を透過することにより直線偏光
に変換され、載置台2の上の水晶ブランク1に入射され
る。水晶ブランク1に入射した直線偏光は常光線と異常
光線とに分れる。これらの透過光のうち、照射光に対し
て偏光方向が直角の常光線および異常光線の偏光成分だ
けが抽出され、これらの偏光成分は一方に対して他方に
位相遅れが生じるため干渉が起きる。干渉は位相差と強
度(振幅)によって異なり、位相差は水晶ブランク1の
厚さtと波長λとにより定まり(図4(b)参照)、ま
た強度はポラライザ21からの直線偏光と水晶ブランク
1の主面となす角θによって定まる。The illumination light from the light source 26 is diffused by the diffusion plate 23, is converted into linearly polarized light by passing through the polarizer 21, and is incident on the crystal blank 1 on the mounting table 2. The linearly polarized light incident on the quartz blank 1 is divided into an ordinary ray and an extraordinary ray. Of these transmitted lights, only the polarization components of the ordinary ray and the extraordinary ray whose polarization direction is perpendicular to the irradiation light are extracted, and interference occurs because one of these polarization components has a phase delay with respect to the other. The interference differs depending on the phase difference and the intensity (amplitude). The phase difference is determined by the thickness t and the wavelength λ of the quartz blank 1 (see FIG. 4B), and the intensity is determined by the linear polarization from the polarizer 21 and the quartz blank 1. Is determined by the angle θ formed with the main surface of
【0032】例えば周辺領域は暗部となり、中央領域は
明部となり、厚さの違いによる位相差が可視化される。
よって白色光中、強め合う光と打ち消し合う光とのため
に、アナライザ22を出射する光は強弱の干渉光とな
る。この干渉光は対物レンズ12を透過してCCDカメ
ラ13に入射する。水晶ブランク1の像はCCDカメラ
13によって電気信号に変換され、画像処理装置14に
転送される。画像処理装置14では周辺部に生じた暗部
と、中央部に生じた明部とが明瞭に区別できるように統
計処理を行う。例えば2値化処理によって暗部と明部と
のコントラスト増強処理をする(図4(a))。処理後
の暗部または明部を測定することにより、削り過ぎや削
り不足または対称性などの加工仕上りを検査する。For example, the peripheral area becomes a dark area and the central area becomes a light area, and a phase difference due to a difference in thickness is visualized.
Therefore, the light emitted from the analyzer 22 becomes strong and weak interference light due to the strengthening light and the canceling light in the white light. This interference light passes through the objective lens 12 and enters the CCD camera 13. The image of the crystal blank 1 is converted into an electric signal by the CCD camera 13 and transferred to the image processing device 14. The image processing device 14 performs statistical processing so that a dark portion generated in a peripheral portion and a bright portion generated in a central portion can be clearly distinguished. For example, a contrast enhancement process between a dark portion and a bright portion is performed by a binarization process (FIG. 4A). By measuring the dark area or the light area after the processing, the processing finish such as excessive shaving, insufficient shaving or symmetry is inspected.
【0033】なお、加工仕上り検査に適用できる観察法
には、上述した偏光観察法の他に、位相差観察法、微分
干渉観察法、変調コントラスト観察法など他の観察法も
考えられるが、実施の形態で偏光観察法を採用したの
は、光源はLEDでよく、ポラライザやアナライザなど
の偏光フィルタはガラス板に偏光フィルムを貼り付ける
程度のものでよく、最も安価かつ簡単だからである。As the observation method applicable to the inspection of the finished work, other observation methods such as a phase difference observation method, a differential interference observation method, and a modulation contrast observation method can be considered in addition to the polarization observation method described above. The reason for adopting the polarization observation method in the above mode is that the light source may be an LED, and the polarizing filter such as a polarizer or an analyzer may be of such a size that a polarizing film is attached to a glass plate, and is the cheapest and simplest.
【0034】図3(a)は、図1の偏光観察法による水
晶ブランク1の撮像画像を模式化したものである。水晶
ブランク1は前述したようにコンベックスタイプであ
る。光源26に単色光を使い、ポラライザ21、アナラ
イザ22、載置台2を相互に回転して、水晶ブランク1
の周辺部に最も明瞭に干渉縞が出たときの像である。厚
さの薄い周辺部は位相差Δφがπの奇数倍となるため
「暗」くなり、厚さの厚い中央部は位相差Δφがπの偶
数倍となるため「明」るくなる。なお、水晶ブランク1
の四隅が「明」るくなるのは、加工によるストレスやレ
ンズ効果などから複屈折が大きくなるからであると考え
られ、上述した厚さによる干渉縞とは別な現象である。FIG. 3A schematically shows an image of the crystal blank 1 obtained by the polarization observation method shown in FIG. The crystal blank 1 is a convex type as described above. Using monochromatic light as the light source 26, the polarizer 21, the analyzer 22, and the mounting table 2 are rotated with respect to each other, and
Is an image when interference fringes appear most clearly at the periphery of the image. The peripheral portion having a small thickness becomes “dark” because the phase difference Δφ is an odd multiple of π, and the central portion having a large thickness becomes “bright” because the phase difference Δφ is an even multiple of π. In addition, crystal blank 1
It is considered that the four corners become "bright" because the birefringence increases due to stress due to processing, lens effect, and the like, and is a phenomenon different from the above-described interference fringes due to the thickness.
【0035】一方、図3(b)は、暗視野法による前記
水晶ブランク1の撮像画像を示したものである。ここに
暗視野法とは、前述した特許第2821460号による
方法で、この場合、輪郭が白く浮き上がっているだけ
で、輪郭内部は一様に灰色をしており、内部に厚さの違
いを可視化するような像を見出すことはできない。この
ようにコンベックスタイプのものは表面に傷が存在しな
いので、水晶ブランクの曲面の加工仕上りの検査には、
傷に対して有効な暗視野法は適さない。On the other hand, FIG. 3B shows a picked-up image of the quartz blank 1 by the dark field method. Here, the dark field method is a method according to the aforementioned Japanese Patent No. 282460. In this case, only the outline is raised white, the inside of the outline is uniformly gray, and the difference in thickness is visualized inside. I can't find an image that does it. In this way, the convex type has no scratches on the surface, so for inspection of the processing finish of the curved surface of the crystal blank,
An effective dark-field method for wounds is not suitable.
【0036】コンベックスタイプの水晶ブランクに光源
からの光をポラライザにより偏光にして与え、水晶ブラ
ンクを通過した光から偏光に対し所定の角度をなす偏光
状態の光をアナライザから取り出すと、偏光干渉により
ループ状の干渉縞(等高線模様)がブランクの周囲に現
われる。干渉縞はブランクの寸法が大きく厚ければ多数
本生じるが、ブランクの寸法が小さく薄くなれば減少
し、長辺4mm、短辺2mm、厚さ100〜200μm
程度の小型の矩形ブランクでは外周に暗い干渉縞が僅か
に1本生じるだけである。なお、実装機器の小形化によ
り水晶ブランクの主力は小形のものに移っている。Polarized light from a light source is given to a convex type quartz blank by a polarizer, and light having a predetermined angle with respect to the polarized light from the light passing through the quartz blank is extracted from the analyzer. A fringe pattern (contour pattern) appears around the blank. Many interference fringes occur when the blank size is large and thick. However, the interference fringes decrease when the blank size is small and thin. The long side is 4 mm, the short side is 2 mm, and the thickness is 100 to 200 μm.
With a small rectangular blank, only one dark interference fringe is formed on the outer periphery. In addition, the main force of the crystal blank has shifted to a small one by the downsizing of the mounting equipment.
【0037】ところで実施の形態は、干渉縞の形状と水
晶ブランクの厚さとに相関があることを前提としてい
る。これにより干渉縞によって厚さの違いによる位相差
が可視化でき、干渉縞の形状を検査することでコンベッ
クスタイプの水晶ブランクの研磨状態を検査することが
可能となり、研磨状態を知って円筒状バレル方式の改善
のためのフィードバックできる。In the embodiments, it is assumed that there is a correlation between the shape of the interference fringes and the thickness of the quartz blank. This makes it possible to visualize the phase difference due to the difference in thickness due to the interference fringes, and to inspect the shape of the interference fringes to inspect the polished state of the convex type crystal blank. Give feedback for improvement.
【0038】そこで上記前提を検証するために、干渉縞
と厚さとの関係について以下に考察する。この考察に
は、理論値を求め、その理論値を実験により裏付けると
いう手法をとっている。但し、この実験で使用したサン
プルは、本来は実情に沿う小型の水晶ブランクを使用で
きればよいのであるが、実際には小型の水晶ブランクで
はなく、大型のコンベックスタイプの水晶ブランクとし
た。これは大型の方が明瞭で複数の干渉縞が出る、
小型のものに比して大型の方がペンレコーダによる形状
(厚さ)を実測しやすい、との理由からである。図5、
図6は大型サンプル(長辺8.25mm〜7.0mm、
短辺1.5mm〜2.0mm、厚さ400μm〜450
μm)で、2本と3本の黒縞がそれぞれ生じている画像
を示す。図7は小型のサンプル(長辺5.0mm〜4.
0mm、短辺1.5mm〜2.5mm、厚さ100μm
〜200μm)で1本の黒縞が生じている画像をそれぞ
れ示す。 [1]理論値 さて水晶は複屈折性のデバイスであり、これに入射した
光はその偏波面が互いに直交している常光線と異常光線
とに分れて伝搬する。In order to verify the above premise, the relationship between the interference fringes and the thickness will be considered below. For this consideration, a method is used in which a theoretical value is obtained and the theoretical value is confirmed by experiments. However, the sample used in this experiment should originally be able to use a small crystal blank according to the actual situation. However, in practice, a large convex type crystal blank was used instead of the small crystal blank. This is because the larger one is clearer and produces multiple interference fringes,
This is because the size (thickness) of the pen recorder can be measured more easily with a large size than with a small size. FIG.
FIG. 6 shows a large sample (long side 8.25 mm to 7.0 mm,
Short side 1.5mm ~ 2.0mm, thickness 400μm ~ 450
(μm) shows images in which two and three black stripes are respectively formed. FIG. 7 shows a small sample (long side of 5.0 mm to 4.0 mm).
0mm, short side 1.5mm ~ 2.5mm, thickness 100μm
(Up to 200 μm), each showing an image having one black stripe. [1] Theoretical value Quartz is a birefringent device, and the light incident on it is split into an ordinary ray and an extraordinary ray whose polarization planes are orthogonal to each other and propagates.
【0039】水晶ブランクは位相板としての機能を有
し、常光線と異常光線の位相速度の差によって所定の位
相差を与える。1/4波長板は、直線偏光を円偏光に、
または円偏光を直線偏光に、1/2波長板は、直線偏光
をその入射偏波面と波長板の光学軸とのなす角θに対し
て、(2θ)の回転を行う作用がある。The quartz blank has a function as a phase plate, and gives a predetermined phase difference by a difference in phase speed between the ordinary ray and the extraordinary ray. The quarter-wave plate converts linearly polarized light to circularly polarized light,
Alternatively, the half-wave plate has the function of rotating the circularly polarized light into linearly polarized light and rotating the linearly polarized light by (2θ) with respect to the angle θ between the incident polarization plane and the optical axis of the wave plate.
【0040】光源の波長をλ、常光線の屈折率をn0 、
異常光線の屈折率をne とすると、水晶ブランクの厚さ
tと位相差Pとの関係は、 P=(ne −n0 )t・2π/λ (1) となる。The wavelength of the light source is λ, the refractive index of the ordinary ray is n 0 ,
The refractive index of the extraordinary ray When n e, the relationship between the thickness t and the phase difference P of the crystal blank, P = a (n e -n 0) t · 2π / λ (1).
【0041】式1から、位相差、常光線と異常光線の屈
折率の差分、光源の波長がわかれば、水晶ブランクの厚
さを求めることができることがわかる。水晶のY軸カッ
トの屈折率を特定波長に対して求めたのが下記データで
ある。From Equation 1, it can be seen that the thickness of the quartz blank can be determined if the phase difference, the difference between the refractive indices of the ordinary ray and the extraordinary ray, and the wavelength of the light source are known. The following data is obtained by determining the refractive index of the quartz crystal in the Y-axis cut for a specific wavelength.
【0042】 λ( オングストローム) 常光線の屈折率n0 異常光線の屈折率ne 5080 1.54822 1.55746 5893 1.54424 1.55335 7680 1.53903 1.54794 実施形態の水晶ブランクの検査には、光源に660nm
の赤色LEDを使う。上記データを図8に示すように、
横軸に波長、縦軸に屈折率をとりプロットしてλ=66
0nmにおける常光線及び異常光線の屈折率の差分を求
めると、 ne −n0 =0.009 となる。水晶デバイスはY軸カットではなく、周波数温
度特性が良好なATカットが使用されるので、上記Y軸
についての常光線、異常光線の屈折率の差分から、AT
カット(約35°)水晶片の差分を求める必要がある。The lambda (Å) inspection of the crystal blank refractive index n e 5080 1.54822 1.55746 5893 1.54424 1.55335 7680 1.53903 1.54794 embodiment of a refractive index n 0 extraordinary ray ordinary ray Is 660 nm for the light source
Use red LED. The above data is shown in FIG.
The wavelength is plotted on the horizontal axis, and the refractive index is plotted on the vertical axis.
When determining the difference between the refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray in the 0 nm, the n e -n 0 = 0.009. The quartz device is not an Y-axis cut, but an AT cut having a good frequency-temperature characteristic. Therefore, the difference between the refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray on the Y-axis indicates that AT
It is necessary to find the difference between the cut (about 35 °) quartz pieces.
【0043】ATカット水晶板の常光線、異常光線の屈
折率は、Y−Z軸平面に常光線と異常光線の屈折率分布
を描いた図9から求めることができる。紙面に垂直なX
軸を中心として常光線の屈折率分布が描かれる円51
と、異常光線の屈折率分布が描かれる楕円52とがY軸
と交わる各点ne 、n0 がそれぞれY軸の異常光線屈折
率、常光線屈折率であり、両点間の長さが、前述したY
軸の異常光線屈折率と常光線屈折率との差分(ne −n
0 )となる。The refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray of the AT-cut quartz plate can be obtained from FIG. 9 in which the refractive index distribution of the ordinary ray and the extraordinary ray is drawn on the YZ axis plane. X perpendicular to the paper
A circle 51 around which the refractive index distribution of the ordinary ray is drawn.
And the ellipse 52 on which the refractive index distribution of the extraordinary ray is drawn intersects the y-axis at points n e and n 0 , respectively, which represent the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index on the Y axis, respectively. , The aforementioned Y
The difference between the axis of the extraordinary ray refractive index and the ordinary refractive index (n e -n
0 ).
【0044】また、Z軸から約35°反時計方向にずれ
た角度位置にATカット表面が来る。水晶ブランクの偏
光観察法では、この面に直交する方向に光が通過するこ
とになる。原点(X軸)を通る光の方向と記した直線5
3が前記円51と前記楕円52と交わる各点ne ' 、n
0 ' がそれぞれATカット水晶板の異常光線屈折率、常
光線屈折率であり、両点間の長さが、ATカット水晶板
(AT板)の異常光線屈折率と常光線屈折率との差分
(ne ' −n0 ' )となる。まず、楕円と直線との交点
を求め、次に真円と直線との交点を求める。Further, the AT cut surface comes at an angular position deviated by about 35 ° counterclockwise from the Z axis. In the polarization observation method for a quartz blank, light passes in a direction perpendicular to this plane. Straight line 5 indicating the direction of light passing through the origin (X axis)
Each point n e ′, n at which 3 intersects the circle 51 and the ellipse 52
0 'is the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index of the AT cut quartz plate, respectively, and the length between both points is the difference between the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index of the AT cut quartz plate (AT plate). a (n e '-n 0') . First, the intersection between the ellipse and the straight line is determined, and then the intersection between the perfect circle and the straight line is determined.
【0045】楕円の式は、 z2 /a2 +y2 /b2 =1 (2) である。ここでa=ne 、b=n0 である。The equation of the ellipse is z 2 / a 2 + y 2 / b 2 = 1 (2). Where a = n e, a b = n 0.
【0046】光の直線の式は、 y=cz (3) である。ここでc=tan35°である。The equation for the straight line of light is y = cz (3) Here, c = tan 35 °.
【0047】楕円式(2) と直線式(3) の交点を求める
と、 z=±ne ・n0 /(n0 2 +ne 2 ・tan2 35) (4) y=±ne ・n0 ・tan35°/(n0 2 +ne 2 ・tan2 35°) (5) が得られる。[0047] When determining the intersection of the ellipse formula (2) and the linear equation (3), z = ± n e · n 0 / (n 0 2 + n e 2 · tan 2 35) (4) y = ± n e · n 0 · tan35 ° / (n 0 2 + n e 2 · tan 2 35 °) (5) is obtained.
【0048】同様にして楕円式(2) においてa=b=n
0 を代入した真円式と、直線式(3)の交点を求めると、 z=±n0 /(1+tan2 35°)1/2 (6) y=±1/tan35° (7) が得られる。Similarly, in the elliptic equation (2), a = b = n
0 and the true circle equation obtained by substituting, if obtaining the intersection point of the straight line equation (3), z = ± n 0 / (1 + tan 2 35 °) 1/2 (6) y = ± 1 / tan35 ° (7) is obtained Can be
【0049】式(4) 〜(7) より、AT板に直交する方向
での両屈折率の差分 (ne −n0 )=0.006 (8) が得られる。From [0049] Equation (4) to (7), the difference between both the refractive index in a direction perpendicular to the AT plate (n e -n 0) = 0.006 (8) is obtained.
【0050】式(1) に、両屈折率の差分式(8) 及び干渉
縞間の位相差P=2π、光源波長λ=660nmを代入
すると、 t=660nm/0.006=110μm (9) が得られる。サンプルは両凸形コンベックスタイプであ
るから、片方の厚さを計算すると、 t' =110/2=55μm (10) が得られる。したがって2πの位相差の変化量、すなわ
ち干渉縞間の厚さは55μmである。 [2]実験値 図10に示すように、ディスプレイに映った矩形水晶ブ
ランクのサンプル画像61の縞模様の輝度を測定した。
測定した縞模様は最外側の暗部63(輝度の最も落込ん
だ点)と最外側から1つ内側の暗部62(輝度の最も落
込んだ点)とした。サンプル中央から1つ内側の暗部6
2までの距離L1 、1つ内側の暗部62から最外側の暗
部63までの距離L2 とし、さらにエッジまでの距離を
L0 とした。L0 ×2がサンプルの長辺となる。また同
一サンプルをベースに接着固定して、L1 とL2 間の高
さ(厚さ)Hをペンレコーダで測定した。なお上記暗部
は、長手方向の中心線に沿う輝度分布の最も落込んだ箇
所とした。測定サンプルは次の3つである。Substituting equation (8), the phase difference between interference fringes P = 2π, and the light source wavelength λ = 660 nm into equation (1), t = 660 nm / 0.006 = 110 μm Is obtained. Since the sample is a biconvex convex type, t '= 110/2 = 55 μm (10) is obtained by calculating the thickness of one side. Therefore, the change amount of the phase difference of 2π, that is, the thickness between the interference fringes is 55 μm. [2] Experimental value As shown in FIG. 10, the luminance of the striped pattern of the sample image 61 of the rectangular crystal blank reflected on the display was measured.
The measured striped pattern was an outermost dark part 63 (the point where the luminance dropped the most) and a dark part 62 that was one inside from the outermost (the point where the luminance dropped the most). Dark area 6 one inside from the sample center
The distance L 1 to L 2 , the distance L 2 from the innermost dark part 62 to the outermost dark part 63, and the distance to the edge were L 0 . L 0 × 2 is the long side of the sample. The same samples were bonded to the base was measured L 1 and L between the second height (thickness) H a pen recorder. Note that the dark portion was the portion where the luminance distribution along the center line in the longitudinal direction was the lowest. The measurement samples are the following three.
【0051】(1) サンプルA L1 =2.85mm L2 =0.95mm L=8.25mm H=55μm (2) サンプルB L1 =2.8mm L2 =1.05mm L=8.25mm H=55μm (3) サンプルC L1 =3.15mm L2 =0.7mm L=8.00mm H=55μm 上述した(1) 〜(3) のサンプルは、暗部間の高さHがい
ずれも理論値と同じ55μmを示した。ここにベースへ
のサンプル固定に接着剤を使用したため、接着剤の塗布
厚のばらつきにより、サンプルの水平度を確保できない
場合もあったが、暗部間の相対的な高さを求めたので、
サンプルの水平度は誤差にはならない。また前述した5
5μm中にどれくらいの誤差が含まれているかを検討す
るために、サンプル表面の表面荒さを測定した。図11
に示すように、ピーク・ツウ・ピークの半分が約1μm
であることから、厚さの精度は10%程度を見れば問題
ないこともわかった。したがって、縞模様はサンプルの
厚さと相関があることが確かめられた。 [推論]上記理論値および実験値は、長辺が8mm台、
厚さ400μm台の大型のサンプルに適用したが、特に
除外事項を設けなかったので、この結果は小型のサンプ
ルにも適用できるはずである。長辺4mm台、短辺1m
m台、厚さ100μm〜200μm台の小型のサンプル
は、図7に示すように縞模様(暗部)は1つしか生じな
い。したがって上記結果に基づく厚さ測定はできない。
しかし、サンプルの厚さとサンプル画像に現れる輝度と
は相関があることがわかったのだから、偏光観察法で縞
模様が1つしか生じなかった場合、あるいは明確な縞模
様が生じていなくても輝度変化が生じている場合であれ
ば、最適なしきい値を設定して干渉縞の輝度の等しい点
を結んだ等輝度線(山岳地形の等高線に相当)を描くこ
とで、その等輝度線上は同一厚さを示すことになる。図
12はそのような等輝度線を描いたサンプル図である。
これらのサンプルは厚さ約416μm、ブランク周波数
4MHzである。 (a)サンプル(図12(a)) 長辺=04.324mm 短辺=01.807mm 等輝度線形状:綺麗な楕円 (b)サンプル(図12(b)) 長辺=04.328mm 短辺=01.807mm 等輝度線形状:やや歪んだ楕円 (c)サンプル(図12(c)) 長辺=04.332mm 短辺=01.806mm 等輝度線形状:大きく歪んだ楕円 上述した(a)〜(c)の短冊状コンベックス振動子を
組み立てて発振試験をしたところ、(a)と(b)は周
波数特性が良好で安定し、高いQ値が得られ、温度特性
も良好であり良品であった。これに対して(c)は周波
数特性が不安定で悪く、Q値も低く、温度特性が悪く不
良であった。この結果から、小型のサンプルに対しても
偏光観察法が厚さ測定ひいては形状測定に有効であるこ
とがわかった。[0051] (1) Sample A L 1 = 2.85mm L 2 = 0.95mm L = 8.25mm H = 55μm (2) Sample B L 1 = 2.8mm L 2 = 1.05mm L = 8.25mm H = 55 μm (3) Sample C L 1 = 3.15 mm L 2 = 0.7 mm L = 8.00 mm H = 55 μm The samples (1) to (3) described above all have a height H between the dark portions. It showed 55 μm which is the same as the theoretical value. Here, because the adhesive was used to fix the sample to the base, the horizontality of the sample could not be secured due to the variation in the applied thickness of the adhesive, but since the relative height between the dark parts was determined,
The level of the sample is not an error. 5
The surface roughness of the sample surface was measured in order to examine how much error was included in 5 μm. FIG.
As shown in the figure, half of the peak-to-peak is about 1 μm
Therefore, it was found that there was no problem if the accuracy of the thickness was about 10%. Therefore, it was confirmed that the stripe pattern had a correlation with the thickness of the sample. [Inference] The theoretical value and the experimental value are as follows:
Although applied to large samples of the order of 400 μm thick, and without any exclusions, the results should be applicable to small samples. 4mm long side, 1m short side
As shown in FIG. 7, only one striped pattern (dark portion) occurs in a small sample of m units and a thickness of 100 μm to 200 μm. Therefore, the thickness cannot be measured based on the above results.
However, since it was found that there was a correlation between the sample thickness and the luminance appearing in the sample image, the luminance was observed when only one stripe pattern was generated by the polarization observation method, or even when no clear stripe pattern was generated. If there is a change, set an optimal threshold value and draw an isoluminance line (corresponding to a contour line of mountainous terrain) connecting points with the same intensity of interference fringes, so that the isoluminance line is the same It will indicate the thickness. FIG. 12 is a sample diagram depicting such an equal luminance line.
These samples are approximately 416 μm thick and have a blank frequency of 4 MHz. (A) Sample (Fig. 12 (a)) Long side = 04.324mm Short side = 01.807mm Isoluminance line shape: beautiful ellipse (b) Sample (Fig. 12 (b)) Long side = 04.328mm Short side = 01.807mm isoluminance line shape: slightly distorted ellipse (c) Sample (FIG. 12 (c)) Long side = 04.332mm Short side = 01.806mm Isoluminance line shape: largely distorted ellipse (a) When the oscillation test was performed by assembling the strip-shaped convex oscillators of (a) to (c), (a) and (b) had good and stable frequency characteristics, high Q values were obtained, and good temperature characteristics and good products. there were. On the other hand, in (c), the frequency characteristics were unstable and poor, the Q value was low, and the temperature characteristics were poor and poor. From these results, it was found that the polarization observation method is effective for thickness measurement and shape measurement even for a small sample.
【0052】前記偏光観察法による検査対象としてコン
ベックスタイプについて説明したが、略平板状タイプを
ベベリング加工したものにも適用できる。ベベリング加
工した略平板状タイプの水晶ブランクも周辺部が研磨さ
れて薄くなっているので、実質的にコンベックスタイプ
と同じく、同一断面で異なる厚さをもつことになるから
である。Although the convex type has been described as an object to be inspected by the polarization observation method, the present invention can also be applied to a beveled version of a substantially flat type. This is because the beveled substantially flat-plate type crystal blank is also polished at its peripheral portion and thinned, so that it has substantially the same cross section and a different thickness as the convex type.
【0053】ところで、前記した偏光観察法で水晶ブラ
ンクの全ての検査がカバーできるというわけではない。
偏光観察法はコンベックスタイプやベベリング後にエッ
チング処理した略平板状タイプに対して有効であるもの
の、最適な光源波長を見い出したり、初回だけであるが
ポラライザ21、アナライザ22、載置台2を回転して
最適な角度を見出す必要があるため、操作性、再現性に
やや難がある。また水晶ブランク1に生じた傷や輪郭の
検出もできない。そこで、暗視野法による傷・寸法検査
と偏光観察法による水晶ブランクの加工仕上り(厚さ)
検査とが簡単な切替えにより選択できれば、すこぶる便
利である。Incidentally, not all the inspections of the quartz blank can be covered by the above-mentioned polarization observation method.
Although the polarization observation method is effective for the convex type or the substantially flat type etched after beveling, it is possible to find the optimum light source wavelength or rotate the polarizer 21, the analyzer 22, and the mounting table 2 only for the first time. Since it is necessary to find the optimal angle, operability and reproducibility are somewhat difficult. Further, it is impossible to detect a flaw or an outline generated in the quartz blank 1. Therefore, the inspection finish (thickness) of a quartz blank using the dark field method for inspection of scratches and dimensions and the polarization observation method
It would be very convenient if the inspection could be selected by simple switching.
【0054】図13はそのような切替え装置を設けた水
晶ブランク1の検査装置の概略構成を説明したものであ
る。光源については、載置台2の下方に設けた同一の光
源ボックス(図示略)内にリング状の暗視野観察用光源
6と点状の偏光観察用光源26とを組み込み(図13
(a))、いずれか一方の光源6、26を切替えスイッ
チ29により選択できるようにする(図13(c))。
一方の暗視野観察用光源6はリング状に配列するため光
源ボックスの中央にスペースができる。その中央スペー
スに他方の偏光観察用光源26を設けるとよい。FIG. 13 illustrates a schematic configuration of a crystal blank 1 inspection apparatus provided with such a switching device. As for the light source, a ring-shaped dark-field observation light source 6 and a dot-shaped polarization observation light source 26 are incorporated in the same light source box (not shown) provided below the mounting table 2 (FIG. 13).
(A)) One of the light sources 6, 26 can be selected by the changeover switch 29 (FIG. 13 (c)).
On the other hand, since the dark-field observation light sources 6 are arranged in a ring shape, a space is created in the center of the light source box. The other polarization observation light source 26 may be provided in the center space.
【0055】また、図13(a)に示す偏光フィルタで
あるアナライザ22とポラライザ21については、挿抜
手段としてのスタンド28に回転自在に設けた回転軸2
7にアナライザ22とポラライザ21とを取り付け、偏
光観察をするときは、これらを光路中に挿入し、暗視野
観察のときは、光路から外すようにする(図13
(b))。このように構成すれば、1台の検査装置を共
用して、切替えスイッチ29とスタンド28の回転軸2
7の回転とをリンクさせれば、ワンタッチで暗視野観察
と偏光観察とを切替えることができる。なお、ポラライ
ザ21およびアナライザ22はシリンダで進退自在にし
てもよい。Further, as for the analyzer 22 and the polarizer 21 which are the polarization filters shown in FIG. 13 (a), the rotary shaft 2 rotatably provided on a stand 28 as an insertion / extraction means.
The analyzer 22 and the polarizer 21 are attached to the optical disk 7 and inserted into the optical path when observing polarized light, and removed from the optical path when observing dark field (FIG. 13).
(B)). With such a configuration, one switch is shared by one inspection device, and the changeover switch 29 and the rotating shaft 2 of the stand 28 are used.
If the rotation of 7 is linked, it is possible to switch between dark field observation and polarization observation with one touch. In addition, the polarizer 21 and the analyzer 22 may be able to advance and retreat with a cylinder.
【0056】図14は水晶ブランクの検査装置のシステ
ム構成図である。システムは以下の要素で構成される。
基板供給装置としてのパーツフィーダ51は、多数の水
晶ブランク1をランダムに収納するとともに、回転させ
ながらリニアフィーダ52に整列させて1個または複数
個の単位で外部の測定ステージ57へ供給する。搬送ロ
ボット53は吸着アームを備え、リニアフィーダ52か
ら測定ステージ57へ供給された1個または複数個の水
晶ブランクを吸着保持して測定ステージ57上に設けた
載置台2に搬送する。また、検査後は載置台2上の水晶
ブランク1を保持して測定ステージ57の下流側に搬送
する。FIG. 14 is a system configuration diagram of a crystal blank inspection apparatus. The system consists of the following elements.
The parts feeder 51 as a substrate supply device accommodates a large number of crystal blanks 1 at random and aligns them with the linear feeder 52 while rotating to supply the quartz blanks 1 to the external measurement stage 57 in one or more units. The transfer robot 53 has a suction arm, and sucks and holds one or a plurality of crystal blanks supplied from the linear feeder 52 to the measurement stage 57 and transfers it to the mounting table 2 provided on the measurement stage 57. After the inspection, the quartz blank 1 on the mounting table 2 is held and transported to the downstream side of the measurement stage 57.
【0057】載置台2は、サファイア基板などから構成
され、搬送ロボット53により搬送された水晶ブランク
1を略水平に載置する透明部材から構成される。光源
は、暗視野観察用光源6と偏光観察用光源26とを切替
え自在に備える。暗視野観察用光源6は蛍光灯などで構
成され、載置台2に載置された水晶ブランク1の水平な
ブランク面に対して上下方向に±30°の照射角度の範
囲内で拡散された散乱光を水晶ブランクの側面側全周方
向から、水晶ブランク1をちょうど包みこむように照射
する。偏光観察用光源26は、赤色LEDなどで構成さ
れ、ブランク面に対して垂直方向から水晶ブランク1を
射抜くように照射する。図示していないが、前述したよ
うに偏光観察時にポラライザとアナライザとが光路に挿
入されるようになっている。The mounting table 2 is formed of a sapphire substrate or the like, and is formed of a transparent member on which the crystal blank 1 transferred by the transfer robot 53 is mounted substantially horizontally. The light source is provided with a light source for dark field observation 6 and a light source for polarization observation 26 so as to be freely switchable. The dark-field observation light source 6 is constituted by a fluorescent lamp or the like, and is scattered in a range of an irradiation angle of ± 30 ° vertically with respect to the horizontal blank surface of the quartz blank 1 mounted on the mounting table 2. Light is irradiated from the entire circumferential side of the crystal blank so as to just surround the crystal blank 1. The polarization observation light source 26 is configured by a red LED or the like, and irradiates the crystal blank 1 so as to project the quartz blank 1 from a direction perpendicular to the blank surface. Although not shown, the polarizer and the analyzer are inserted into the optical path during polarization observation as described above.
【0058】撮像手段11はCCDカメラなどから構成
され、載置台2の真上にセットされて、光源6または2
6により照明された水晶ブランク1のブランク面に対し
て垂直な方向から水晶ブランク1を撮像する。画像処理
装置14は、撮像手段11により撮像された画像をディ
スプレイ54に表示するとともに、画像信号から水晶ブ
ランク1に存在する傷または輪郭(寸法)、厚さの違い
により生じた暗部を抽出し、抽出した信号に基づいて水
晶ブランク上の傷、輪郭が明瞭に区別できるように、ま
たコンベックス加工仕上げ具合が明瞭に検査できるよう
に統計処理を行う。パソコン55は画像処理装置14に
対して設定値を入力したり、画像処理装置14で得られ
たデータを公知の表計算ソフトで統計処理し、その処理
結果を記憶する。The image pickup means 11 is constituted by a CCD camera or the like, and is set just above the mounting table 2 so that the light source 6 or 2
The crystal blank 1 is imaged from a direction perpendicular to the blank surface of the crystal blank 1 illuminated by 6. The image processing device 14 displays the image captured by the image capturing means 11 on the display 54, and extracts a flaw or a contour (dimension) existing in the quartz blank 1 and a dark portion caused by a difference in thickness from the image signal, Statistical processing is performed based on the extracted signal so that the scratches and outlines on the crystal blank can be clearly distinguished and the degree of the convex finishing can be clearly inspected. The personal computer 55 inputs set values to the image processing apparatus 14, performs statistical processing on data obtained by the image processing apparatus 14 by using known spreadsheet software, and stores the processing results.
【0059】水晶ブランク1は、図示しないバキューム
チャックで吸着されて搬送ロボット53によって載置台
2へと搬入され、検査後、再度バキュームチャックで吸
着されて搬送ロボット53によって搬出されるようにな
っている。The crystal blank 1 is sucked by a vacuum chuck (not shown), carried into the mounting table 2 by the transfer robot 53, inspected, sucked again by the vacuum chuck, and unloaded by the transfer robot 53. .
【0060】さて、上記のような構成においてコンベッ
クスタイプの水晶ブランク1の加工仕上り検査をするに
は、あらかじめ偏光観察用光源26に切替え、光路にポ
ラライザおよびアナライザを挿入する。この検査を、平
板状タイプの水晶ブランクからコンベックスタイプの水
晶ブランクを形成するコンベックス加工を含めて説明す
ると、図15に示すステップを踏むことになる。予めラ
ッピングした水晶ブランクを円筒状バレル方式でコンベ
ックス加工する(ステップ401)。表面を滑らかにす
るためにフッ酸などによるエッチング処理を行う(ステ
ップ402)。In order to inspect the finish of the convex type crystal blank 1 in the above-described configuration, the light source 26 is switched to the polarization observation light source 26 in advance, and a polarizer and an analyzer are inserted into the optical path. If this inspection is described including the convex processing for forming a convex type crystal blank from a plate type crystal blank, the steps shown in FIG. 15 will be performed. The wrapped quartz blank is subjected to convex processing by a cylindrical barrel method (step 401). An etching process using hydrofluoric acid or the like is performed to smooth the surface (step 402).
【0061】酸で処理する場合もコンベックス加工と同
様にバッチで大量に行うので、水晶ブランク間はもちろ
ん水晶ブランク内でもダイナミックにバラつく。このた
め後に行う2値化のためのしきい値は、1枚づつ異な
り、許容範囲内でバラツキに合わせて設定してやる必要
がある。ラッピング仕上したうえで更に酸処理した水晶
ブランク1はパーツフィーダ51にロット単位で投入
し、リニアフィーダ52から測定ステージ57へ整列さ
せて供給する(ステップ403)。供給された水晶ブラ
ンク1をバキュームチャックに吸着して搬送ロボット5
3によって載置台2に搬送する(ステップ404)。次
いで偏光観察法による加工仕上げ検査を行う(ステップ
405〜408)。In the case of treating with an acid, a large amount is performed in batches as in the case of the convex processing. For this reason, the threshold value for binarization performed later differs one by one and needs to be set according to the variation within an allowable range. The crystal blank 1 which has been wrapped and further subjected to an acid treatment is supplied to the parts feeder 51 in lot units, and is supplied from the linear feeder 52 to the measurement stage 57 in an aligned manner (step 403). The supplied robot 1 sucks the crystal blank 1 onto the vacuum chuck and transports it.
The wafer is transported to the mounting table 2 by step 3 (step 404). Next, a work finish inspection by a polarization observation method is performed (steps 405 to 408).
【0062】光源26からの光をポラライザにより偏光
にしてコンベックス加工した複屈折媒質からなる水晶ブ
ランク1に与え、水晶ブランク1を通過した光から偏光
に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させる。こ
れにより図4に示すように、偏光干渉により厚さの違い
による位相差を明暗のコントラストで可視化でき、通過
した偏光状態の光の水晶ブランク1のコントラスト像を
ビデオ画像として撮り、画像処理装置14に転送して、
これをコントラスト増強処理するために、さらに加工仕
上り検査のためのデータを得るために2値化データを統
計処理する(ステップ408)。The light from the light source 26 is polarized by a polarizer and applied to a quartz blank 1 made of a convexly processed birefringent medium. The light passing through the quartz blank 1 passes a polarized light having a predetermined angle to the polarized light. Let it. As a result, as shown in FIG. 4, a phase difference due to a difference in thickness due to polarization interference can be visualized with light and dark contrast, and a contrast image of the crystal blank 1 of the polarized light that has passed therethrough is taken as a video image. Transfer to
In order to perform a contrast enhancement process, the binarized data is statistically processed in order to obtain data for processing finish inspection (step 408).
【0063】なお、加工仕上りの検査をするに際して、
あらかじめ光源26の光量、ポラライザ21、アナライ
ザ22、載置台2の回転角度を互いに調整して、画像上
に顕れる干渉縞が加工仕上り検査に最適となるように、
これらの光量、角度を調整するキャリブレーションを行
う。When inspecting the finish of processing,
The light amount of the light source 26 and the rotation angles of the polarizer 21, the analyzer 22, and the mounting table 2 are adjusted with each other in advance so that interference fringes appearing on the image are optimal for the processing finish inspection.
Calibration for adjusting these light amounts and angles is performed.
【0064】ブランク面の全面について加工仕上り検査
するために、図3(a)の画像結果を反映させるように
しきい値を決め、図3(a)に対応する2値化処理画像
(図4(a))を得る。この図4(a)から加工仕上り
状態を定量的に把握できることがわかる。ここで加工仕
上り状態は、リング状の暗部の内長径、内短径寸法、お
よび中心ずれなどを測定することにより把握できる。把
握内容としては、水晶ブランクの周辺部における研磨量
の偏り(リング状の暗部の帯幅の違い)、コンベックス
の曲率ないし断面形状(干渉縞の数)、削り過ぎないし
削り不足(干渉縞の幅)、研磨の偏心(中心ずれ)など
である。In order to inspect the finish of processing on the entire blank surface, a threshold value is determined so as to reflect the image result of FIG. 3A, and a binarized image corresponding to FIG. Obtain a)). From FIG. 4A, it can be seen that the finished state of processing can be grasped quantitatively. Here, the finished processing state can be grasped by measuring the inner major axis, the inner minor axis dimension, the center shift, and the like of the ring-shaped dark portion. The contents to be grasped include deviation of the polishing amount in the peripheral part of the crystal blank (difference in the band width of the ring-shaped dark part), curvature of the convex or cross-sectional shape (number of interference fringes), excessive shaving or insufficient shaving (interference fringe width) ), Eccentricity of polishing (center shift), and the like.
【0065】なお、コンベックスタイプにせよ、ベベリ
ング加工して周辺部が研削されて薄くなった平板状タイ
プにせよ、水晶ブランクの画像に生じる干渉縞と水晶ブ
ランクの断面形状もしくはベベリング領域とは、光量
(波長)やポラライザ、アナライザ、載置台の回転角度
との兼ね合いがあるため、1:1には対応しない。しか
し、明確な対応関係があるので、得られた画像データを
コンベックス加工またはベベリング加工の管理指標にす
ることができ、さらに画像信号を統計的処理して1:1
に対応させることも可能である。Regardless of the convex type or the flat type whose peripheral portion is thinned by beveling, the interference fringes generated in the image of the crystal blank and the cross-sectional shape or beveling region of the crystal blank are determined by the light amount. (1) does not correspond to 1: 1 because there is a balance with the (wavelength) and the rotation angles of the polarizer, the analyzer, and the mounting table. However, since there is a clear correspondence, the obtained image data can be used as a control index for convex processing or beveling processing, and further, the image signal is statistically processed to 1: 1.
It is also possible to correspond to.
【0066】つぎに続けて、水晶ブランク1の傷検査を
する場合には、暗視野観察用光源6に切替えるととも
に、光路からポラライザおよびアナライザを取り去る。
載置台2の下側にリング状に配設した光源6から水晶ブ
ランク1に向けて拡散された散乱光を照射すると、散乱
光によって水晶ブランク1の側面全周が包み込まれるよ
うになる。ここに暗視野観察の傷の判別原理を説明す
る。図16に示すように、水晶ブランク1に側面全周か
ら光を照射すると、水晶ブランク1の傷(ないし欠陥
部)31やエッジ加工部における反射光エネルギーが大
きくなる。水晶ブランク1の周囲から照射される光の方
向は、散乱により水平方向においては全方向になるが、
水晶ブランク1に傷が無ければ、光路が遮られないの
で、散乱光は透過光となって通過してしまう。Next, when performing a flaw inspection of the quartz blank 1, the light source is switched to the dark-field observation light source 6 and the polarizer and the analyzer are removed from the optical path.
When the scattered light diffused from the light source 6 arranged in a ring shape below the mounting table 2 toward the quartz blank 1 is irradiated, the scattered light covers the entire side surface of the quartz blank 1. Here, the principle of determining a flaw in dark-field observation will be described. As shown in FIG. 16, when the crystal blank 1 is irradiated with light from the entire side surface, the reflected light energy at the scratches (or defective portions) 31 of the crystal blank 1 and the edge processed portion increases. The direction of light emitted from around the quartz blank 1 is omnidirectional in the horizontal direction due to scattering.
If the quartz blank 1 is not damaged, the optical path is not blocked, and the scattered light passes through as transmitted light.
【0067】これに対してエッジや傷31があると、そ
こに光が当たり、反射光33になって強調される。散乱
光32が傷31に当たると反射して水晶ブランク1の表
面に傷が現れる。傷31に対し全方位から光32が照射
されるので、傷31の反射光のエネルギーが強調され、
水晶ブランク1の上方から見ると、傷31が鮮明に浮か
んで見える。この傷を検査する。また、エッジ加工面で
の反射を利用して、水晶ブランクの形状や寸法測定をす
る。On the other hand, if there is an edge or a flaw 31, the light hits the edge or flaw 31, and becomes a reflected light 33 and is emphasized. When the scattered light 32 hits the flaw 31, it is reflected and a flaw appears on the surface of the quartz blank 1. Since the light 32 is radiated from all directions to the scratch 31, the energy of the reflected light of the scratch 31 is emphasized,
When viewed from above the quartz blank 1, the scratches 31 appear to float clearly. Inspect this wound. In addition, the shape and dimensions of the quartz crystal blank are measured using the reflection on the edge processed surface.
【0068】このようにして同一載置台2で加工仕上り
および傷ないし輪郭検査を終了した水晶ブランク1は、
再びバキュームチャックに吸着されて搬送ロボット53
により次工程に搬送される。次工程では、前述した検査
結果によってGO/NO GO の選別をすることが可能とな
る。In this way, the crystal blank 1 that has been finished with the same mounting table 2 and has been finished and inspected for scratches or contours,
The transfer robot 53 is sucked again by the vacuum chuck and
Is transported to the next step. In the next step, GO / NO GO can be selected based on the above-described inspection results.
【0069】以上述べたように本実施の形態では、1台
の検査装置に光源切替手段と偏光フィルタの挿抜手段と
を備えるようにしたので、1台の検査装置で傷や輪郭検
査に適する暗視野観察と、コンベックスタイプの外観な
いし加工仕上り検査に適する偏光観察とを選択的に行う
ことができる。また、光源の切替えと偏光フィルタの挿
抜とをワンタッチで行えるようにすると操作性が格段と
よくなる。さらに同一載置台上で1度に複数の検査が行
えるので、1回の検査を終えた後、再度パーツフィーダ
に投入して2日目の検査をしなくてもよいので、ほこり
などがつきにくく、検査の信頼性が向上する。As described above, in this embodiment, one inspection apparatus is provided with the light source switching means and the polarization filter insertion / extraction means, so that one inspection apparatus can be used for darkness suitable for flaw or contour inspection. It is possible to selectively perform a visual field observation and a polarization observation suitable for a convex type appearance or finished work inspection. If the switching of the light source and the insertion / removal of the polarizing filter can be performed with one touch, the operability will be remarkably improved. Furthermore, since a plurality of inspections can be performed at once on the same mounting table, there is no need to re-enter the parts feeder after completing one inspection and perform the inspection on the second day. And the reliability of the inspection is improved.
【0070】また画像処理を使って傷や輪郭検査、また
は加工仕上り状態を全数検査できかつリアルタイムで瞬
時に把握でき、データも大量に統計処理して得られるの
で、水晶ブランクの品質管理が可能となる。特に、偏光
観察時のコンベックスタイプの加工仕上りデータを生か
すことにより、コンベックス加工の標準化、しいては信
頼性の高いGO/NO GO の選別が可能となる。また、統計
的手法が使えるので、傷検出、コンベックス加工、ベベ
リング加工やその後に行われる酸処理にバラツキが生じ
ても、最適なしきい値を決定できるため、許容値を弾力
的に取ることができ、そのような許容値を検査基準に設
定することにより、良品を不良品としたり、不良品を良
品としたりすることがない。Further, it is possible to inspect all the scratches and contours, or the finished state of the work using image processing, and to grasp the condition in real time and instantaneously, and to obtain a large amount of data through statistical processing. Become. In particular, by making use of convex type processing finish data at the time of polarization observation, it is possible to standardize convex processing, and thus to select GO / NO GO with high reliability. In addition, since statistical methods can be used, even if there is variation in flaw detection, convex processing, beveling processing and subsequent acid treatment, the optimum threshold value can be determined, and the tolerance can be flexibly taken. By setting such an allowable value as an inspection standard, a non-defective product is not regarded as a defective product, and a defective product is not regarded as a non-defective product.
【0071】なお、実施の形態では画像をモノクロとし
たがカラーでもよい。また、偏光観察用光源に特定波長
の単色光を使用したが、白色光源を使用することも可能
である。また、暗視野観察用光源に660nmの赤色L
EDを使用したが、これに限定されない。これより短い
波長の光を使うことは、より多くの干渉縞が顕れるた
め、測定精度を向上するうえで好ましい。In the embodiment, the image is monochrome, but may be color. In addition, although monochromatic light of a specific wavelength is used as the light source for polarization observation, a white light source may be used. In addition, 660 nm red L
Although ED was used, it is not limited to this. It is preferable to use light having a shorter wavelength than this in order to improve measurement accuracy because more interference fringes appear.
【0072】また、実施の形態では干渉縞が生じること
を前提としたが、輝度と厚さとの相関があるのであるか
ら、輝度分布が生じればよく、同一輝度値をプロットし
て、その等輝度線の形状を検査することにより、水晶ブ
ランクの加工仕上りの良否を判定できる。In the embodiment, it is assumed that interference fringes occur. However, since there is a correlation between the luminance and the thickness, it is sufficient that a luminance distribution is generated, and the same luminance value is plotted. By inspecting the shape of the luminance line, it is possible to determine the quality of the processed finish of the quartz blank.
【0073】[0073]
【発明の効果】本発明方法によれば、暗視野観察法で検
査できないコンベックスタイプの外観検査を偏光観察法
で行うことが可能となり、偏光観察法で得た画像データ
を管理指標とすることができる。また、本発明装置によ
れば、検査内容に応じた最適な観察法を1台の装置で同
時に実現できる。According to the method of the present invention, a convex type appearance inspection which cannot be inspected by the dark field observation method can be performed by the polarization observation method, and the image data obtained by the polarization observation method can be used as a control index. it can. Further, according to the apparatus of the present invention, an optimal observation method according to the inspection content can be simultaneously realized by one apparatus.
【図1】実施形態による透明基板のコンベックス検査方
法を実施するための検査装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus for carrying out a convex inspection method for a transparent substrate according to an embodiment.
【図2】実施形態の検査方法に最適なケースの説明図で
あり、(a)はコンベックスタイプの水晶ブランクの断
面図、(b)はベリング工程図である。FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a case optimal for the inspection method of the embodiment, in which FIG. 2A is a cross-sectional view of a convex type crystal blank, and FIG.
【図3】コンベックスタイプの水晶ブランクの2値化前
の画像を示し、(a)は実施形態の偏光観察法により観
察された水晶ブランクの画像、(b)は暗視野観察法に
より観察された同ブランクの画像である。3A and 3B show images of a convex type crystal blank before binarization, wherein FIG. 3A shows an image of the crystal blank observed by the polarization observation method of the embodiment, and FIG. 3B shows an image of the crystal blank observed by the dark field observation method. This is the blank image.
【図4】偏光観察による説明図であり、(a)は2値化
画像、(b)は水晶ブランクの厚さを説明する断面図で
ある。FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams by polarization observation, wherein FIG. 4A is a binarized image, and FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating the thickness of a quartz blank.
【図5】大型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。5A and 5B are explanatory diagrams showing an image of a stripe pattern and luminance of a large sample, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a luminance distribution diagram along a center line.
【図6】大型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。6A and 6B are explanatory diagrams showing an image of a stripe pattern and luminance of a large sample, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a luminance distribution diagram along a center line.
【図7】小型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。7A and 7B are explanatory diagrams showing an image of a striped pattern and luminance of a small sample, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a luminance distribution diagram along a center line.
【図8】水晶ブランクのY軸の屈折率を特定波長に対し
て求めたプロット図である。FIG. 8 is a plot diagram showing a Y-axis refractive index of a quartz crystal blank with respect to a specific wavelength.
【図9】ATカット水晶板のY−Z軸平面における常光
線と異常光線の屈折率分布図である。FIG. 9 is a refractive index distribution diagram of an ordinary ray and an extraordinary ray on the YZ axis plane of the AT cut quartz plate.
【図10】ディスプレイに映った矩形水晶ブランクのサ
ンプル画像の縞模様の発生位置を示す説明図であり、
(a)は平面図、(b)は要部拡大断面図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a position where a stripe pattern of a sample image of a rectangular crystal blank reflected on a display is generated;
(A) is a plan view, and (b) is an enlarged sectional view of a main part.
【図11】サンプル表面の表面荒さを示す説明図であ
る。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the surface roughness of the sample surface.
【図12】等輝度線を描いた小型サンプルの画像を示す
平面図である。FIG. 12 is a plan view showing an image of a small sample in which isoluminance lines are drawn.
【図13】実施形態による暗視野観察と偏光観察との共
用検査装置を示すもので、(a)は概略構成図、(b)
は偏光フィルタの切換え説明図、(c)は暗視野観察用
光源と偏光観察用光源の切換え説明図である。13A and 13B show a common inspection apparatus for dark field observation and polarization observation according to the embodiment, wherein FIG. 13A is a schematic configuration diagram, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of switching of a polarizing filter, and FIG. 4C is an explanatory diagram of switching between a light source for dark-field observation and a light source for polarization observation.
【図14】実施形態による全体のシステム構成図であ
る。FIG. 14 is an overall system configuration diagram according to an embodiment.
【図15】実施形態のコンベックス加工からコンベック
ス加工仕上り検査までの一連のフローチャートである。FIG. 15 is a series of flowcharts from a convex working to a convex finishing inspection of the embodiment.
【図16】水晶ブランクの側面全周に向けて光を照射し
たときに傷が浮び上がる原理を示したものであり、
(a)は平面図、(b)は側面図である。FIG. 16 is a view showing the principle that a flaw rises when light is irradiated toward the entire periphery of a side surface of a quartz blank;
(A) is a plan view and (b) is a side view.
【図17】コンベックス(ベベリング)加工を行う円筒
状バレル方式の説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of a cylindrical barrel system for performing convex (beveling) processing.
【図18】従来のレベル測定法で得た高さデータを水晶
ブランクの長さ方向にプロットした特性図である。FIG. 18 is a characteristic diagram in which height data obtained by a conventional level measurement method is plotted in the length direction of a quartz blank.
1 水晶ブランク(透明基板) 2 載置台 12 対物レンズ 13 CCDカメラ 14 画像処理装置 21 ポラライザ 22 アナライザ 23 拡散板 26 光源 Reference Signs List 1 crystal blank (transparent substrate) 2 mounting table 12 objective lens 13 CCD camera 14 image processing device 21 polarizer 22 analyzer 23 diffusion plate 26 light source
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 9/02 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01B 9/02
Claims (8)
た複屈折媒質からなる透明基板に光源からの光をポララ
イザにより偏光にして与え、 前記透明基板を通過した光からアナライザにより前記偏
光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させて、
偏光干渉により前記透明基板の厚さの違いによる位相差
を可視化して、 前記透明基板の断面形状の検査を行うようにした透明基
板の検査方法。1. A polarized light from a light source is applied to a transparent substrate made of a birefringent medium having the same cross section and different thicknesses by processing by a polarizer. Pass the polarized light at a predetermined angle,
A transparent substrate inspection method, wherein a phase difference due to a difference in thickness of the transparent substrate is visualized by polarization interference, and an inspection of a cross-sectional shape of the transparent substrate is performed.
相差の可視化により現れた干渉縞の輝度の等しい点を結
んだ等輝度線の形状に基づいて行うようにした請求項1
に記載の透明基板の検査方法。2. The method according to claim 1, wherein the inspection of the cross-sectional shape of the transparent substrate is performed based on the shape of an isoluminance line connecting points of equal luminance of interference fringes appearing by visualizing the phase difference.
The method for inspecting a transparent substrate according to claim 1.
可視化により顕れる干渉縞間における前記透明基板の厚
さを次式で求め、求めた厚さに基づいて前記透明基板の
断面形状の検査を行うようにした請求項1に記載の透明
基板の検査方法。 P=(ne−n0)t・2π/λ ただしλ:光源の波長 n0:常光線の屈折率 ne:異常光線の屈折率 t:透明基板の厚さ P:干渉縞間の位相差3. The thickness of the transparent substrate between interference fringes, which is manifested by visualizing a phase difference due to the difference in the thickness of the transparent substrate, is determined by the following equation, and the thickness of the transparent substrate is determined based on the determined thickness.
The method for inspecting a transparent substrate according to claim 1, wherein the inspection of the cross-sectional shape is performed. P = (n e -n 0) t · 2π / λ However lambda: wavelength of the light source n 0: the ordinary refractive index n e: refractive index of extraordinary ray t: thickness of the transparent substrate P: position of interference fringes Difference
基板である請求項1ないし3のいずれかに記載の透明基
板の検査方法。4. The method for inspecting a transparent substrate according to claim 1, wherein said transparent substrate is a convex type transparent substrate.
部が研磨された透明基板であり、前記透明基板のベベリ
ング加工仕上りの検査を行うようにした請求項1ないし
4のいずれかに記載の透明基板の検査方法。5. The transparent substrate according to claim 1, wherein the transparent substrate is a transparent substrate having a peripheral portion polished by beveling, and an inspection of the finish of the beveling of the transparent substrate is performed. Inspection method.
クである請求項1ないし5のいずれかに記載の透明基板
のベベリング検査方法。6. The beveling inspection method for a transparent substrate according to claim 1, wherein said transparent substrate is a crystal blank for a crystal unit.
する偏光観察用光源と、 前記偏光観察用光源からの照射光を偏光にかえて透明基
板に照射するポラライザと、 前記透明基板を透過した所定の角度をなす偏光状態の光
を検出するアナライザと、 前記アナライザを通過した偏光観察光の透明基板を撮像
して、偏光干渉により前記透明基板の厚さの違いによる
位相差を可視化する撮像手段と、 前記撮像手段で撮像した透明基板の像を画像処理して透
明基板の断面形状を検査する画像処理手段とを備えた透
明基板の検査装置。7. A light source for polarization observation for irradiating unpolarized light toward a transparent substrate, a polarizer for irradiating irradiation light from the light source for polarization observation with polarized light to the transparent substrate, and An analyzer that detects transmitted light in a polarization state at a predetermined angle, and an image of a transparent substrate of polarized observation light that has passed through the analyzer, and visualizes a phase difference due to a difference in the thickness of the transparent substrate due to polarization interference. An apparatus for inspecting a transparent substrate, comprising: an imaging unit; and an image processing unit that inspects a cross-sectional shape of the transparent substrate by performing image processing on an image of the transparent substrate captured by the imaging unit.
する偏光観察用光源と、 前記透明基板の基準面に対して上下方向に±30°の照
射角度の範囲内で拡散された散乱光を前記透明基板の側
面側全周方向から照射する暗視野観察用光源と、 前記偏光観察用光源と前記暗視野観察用光源とを切換え
可能に接続するスイッチと、 前記偏光観察用光源からの照射光を偏光にかえて透明基
板に照射するポラライザと、 前記透明基板を透過した所定の角度をなす偏光状態の光
を検出するアナライザと、 前記スイッチで偏光観察用光源に切換える偏光観察時に
前記ポラライザと前記アナライザとを光路に挿入し、前
記スイッチで前記暗視野観察用光源に切換える暗視野観
察時に前記ポラライザと前記アナライザとを前記光路か
ら抜き取る挿抜手段と、 前記アナライザを通過した偏光観察光の透明基板を撮像
して、偏光干渉により前記透明基板の厚さの違いによる
位相差を可視化し、または前記アナライザを通過しない
暗視野観察光の透明基板を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段で撮像した透明基板の像を画像処理して透
明基板を検査する画像処理手段とを備えた透明基板の検
査装置。8. A polarization observation light source for irradiating unpolarized light toward a transparent substrate, and scattering diffused within an irradiation angle of ± 30 ° in a vertical direction with respect to a reference plane of the transparent substrate. A light source for dark-field observation that irradiates light from the entire side of the side surface of the transparent substrate; a switch that switches between the light source for polarization observation and the light source for dark-field observation; and a switch from the light source for polarization observation. A polarizer for irradiating the transparent substrate with the irradiation light instead of polarized light; an analyzer for detecting light in a polarized state at a predetermined angle transmitted through the transparent substrate; and the polarizer for polarization observation when switching to a polarization observation light source with the switch. And inserting the analyzer into the optical path, and inserting and removing means for extracting the polarizer and the analyzer from the optical path during dark field observation by switching to the dark field observation light source with the switch, Image the transparent substrate of the polarized observation light that has passed through the analyzer, visualize the phase difference due to the difference in the thickness of the transparent substrate due to polarization interference, or image the transparent substrate of the dark field observation light that does not pass through the analyzer. An apparatus for inspecting a transparent substrate, comprising: an imaging unit; and an image processing unit that inspects the transparent substrate by performing image processing on an image of the transparent substrate captured by the imaging unit.
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