JP3102850B2 - 水晶ブランクの傷検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶ブランクなどの
被測定透明基板を基板載置台上に載せて光学的に傷を検
査する被測定透明基板の傷検査装置に係り、特に基板載
置台に対する被測定透明基板の搬送性の改善を図った傷
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子は水晶ブランクから形成する
が、水晶ブランクにわずかな傷があっても、水晶振動子
は不良品となってしまうので、水晶ブランクの傷検出は
非常に重要である。

【０００３】これまで水晶ブランクの傷は人間が目視検
査していたが、目視に頼っていたため、数十μｍ以下の
傷（欠陥）を検出することは非常に難しかった。また作
業が長時間継続して行われるため、作業者の疲労も激し
く、その結果、安定した検査結果を得ることができず、
２人、３人で重複して検査を行うという状態であった。
このため画像処理による傷検査装置が要請されていた。

【０００４】画像処理による従来の傷検査装置として
は、例えば特開平７−１０３９０５号公報（以下、単に
公報という）に記載されたものがある。

【０００５】これは、図４に示すように、互いに９０°
異なった位置に照明４１〜４３を配置して３方向から水
晶ブランクなどの被検査物４０に光を照射するととも
に、各照明の間にＣＣＤカメラ４４〜４５を配置する。
これらのＣＣＤカメラ４４〜４５及び照明４１〜４３は
被検査物４０の水平面に対して４５°の角度をもった位
置に配置する。傷を検査するにはカメラ２台中の１台と
照明３台中の１台を同時にオンとし、他はオフとする。
このオン、オフの組合わせを４通り行って、４つの画像
をカメラ４４〜４５で撮像して３６０°の検出範囲をカ
バーする。各画像に対して画像入力手段４６に記憶し、
これら全ての画像信号それぞれについて特徴抽出手段４
７、良否判定手段４８を介して判定を行い、亀裂方向に
依存しない傷等の欠陥を検出する。

【０００６】しかしながら上述した従来技術には、次の
ような問題点があった。

【０００７】複数台の照明やカメラを使って斜め方向
から照射、撮像するため、ピント合せや、光の条件設定
を全ての像に対して同一水準とすることができず、正確
な検出ができない。

【０００８】カメラを斜め方向に設置するため、像が
楕円形となり、正確な寸法、計測ができない。正確に寸
法、計測するためには、複雑な補正処理が必要となる。

【０００９】カメラと照明を切替えるため、その制御
が複雑となってしまう。また、１個の被検査物を検査す
るのに、多数の画像が必要となり、検出のアルゴリズム
も複雑となり、画像処理速度を速くすることができな
い。

【００１０】カメラ及び照明ともに水平面に対して４
５°の角度をもった位置に配置しているので、被検査物
を置く載置台の下地模様が入力されるおそれがある。載
置台の下地模様が入力されると、傷や欠陥の像に対する
ＳＮ比が悪くなり、検出が困難になる可能性がある。

【００１１】そこで、これらの問題点を解決するため
に、水晶ブランクなどの被検査物の側面全周方向から被
検査物面に対して±３０°の範囲内の照射角度で散乱光
を照射し、被検査物面の真上から撮像する傷検査装置が
検討されている。これによれば、光は被検査物の側面全
周方向から照射され、しかもその光は散乱光となってい
るので、傷またはエッジで反射される反射光が強調さ
れ、傷またはエッジのみが画像上に明瞭に浮かび上が
る。被測定物の表裏面から照射しないので、被検査物を
単に通過したり表面で反射してしまうような光は撮像さ
れず、そのため被検査物の全体像は影となり写らない。
撮像される光は被検査物に存在する傷か被検査物の側面
（エッジ）によって反射される反射光のみとなる。この
反射光を画像処理することにより、傷を容易に検査する
ことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、水晶ブラン
クは傷があると使えないため、抜き取り検査ではなく、
全数検査が要求される。近年の水晶ブランクの急激な需
要増からみて、上記の検討されている傷検査装置におい
て自動化及び高速化は必須である。この場合、水晶ブラ
ンクの基板載置台に対する搬送がボトルネックになる。
水晶ブランク及び基板載置台はともに鏡面仕上げされて
いるため、載置時に水晶ブランクと基板載置台間に単一
の空気層が形成されて水晶ブランクが基板載置台上を滑
動したり、載置後に空気層が排除されて基板載置台に密
着することがあるからである。

【００１３】そこで、水晶ブランクが滑らず、密着しな
いように基板載置台の載置面を研磨擦り等により粗面化
して表面に凹凸を付けることも検討されている。しか
し、載置台の載置面の粗面化度については、いまだ十分
な検討がなされていない。このため載置台に単に凹凸を
付けても、自動化装置の搬送ロボットアームで搬送して
きた被測定透明基板を基板載置台に載置する時に被測定
透明基板が基板載置台上を滑ったりして、載置位置が一
定せず不安定になり、精密測定ができなかった。また、
載置後は基板載置台と密着してしまって、検査後の搬送
ロボットアームによるピックアップがうまくゆかないこ
とがあり、検査の高速化、自動化に障害があった。この
現象は被測定透明基板が厚さが３０μｍ〜５００μｍで
辺または径の長さが３ｍｍ〜５０ｍｍの水晶ブランクで
ある場合に顕著である。

【００１４】本発明の目的は、被測定透明基板を基板載
置台に搬送して被測定透明基板の傷を検査する装置にお
いて、上述した従来技術の問題点を解消して、基板載置
台に対する被測定透明基板の搬送性の改善を図った傷検
査装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、搬送ロボット
によってガラスの基板載置台に該基板載置台よりも硬い
水晶ブランクを搬送して傷を光学的に検査し、検査後再
度搬送ロボットによって搬送される水晶ブランクの傷検
査装置において、上記基板載置台の載置面に８００〜１
５００番の粒径の研磨粒子で傷を付け、酸で処理して滑
らかな凹凸を形成したものである。

【００１６】基板載置台の載置面に凹凸を設けたことに
より、被測定透明基板との間に空気の出入りが自由な不
連続の空気層が形成されるので、搬送してきた被測定透
明基板を基板載置台に載置するだけで、滑動することな
く、搬送ロボットの精度に応じた位置決めが行なわれ
る。載置後も空気層が確保されるので、被測定透明基板
が基板載置台に密着することがない。ピックアップ時
は、基板載置台と被測定透明基板間に外部から空気が導
入されるので、被測定透明基板を基板載置台から容易に
離脱させることができる。

【００１７】また凹凸を滑らかにしたので、被測定透明
基板の硬度が基板載置台よりも大きい場合でも、被測定
透明基板によって表面を傷つけられることがない。所望
の凹凸を形成するには、研磨粒子で傷を付けた後に酸で
処理する。この場合、研磨粒子の粒径は８００〜１５０
０番がよい。研磨粒子の粒径が８００よりも小さいと凹
凸面が鋭利になるため検査時に傷と判定してしまうおそ
れがあり、１５００番よりも大きいと凹凸がなくなって
滑りや密着が生じやすくなるからである。

【００１８】特に、被測定透明基板が水晶ブランクであ
る場合に、透明の基板載置台を硬質の石英ガラスで構成
すると、基板載置台が基板で傷つけられにくくなり、取
り扱いが容易になる。

【００１９】本発明の被検査透明基板には、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Ｄ
ＶＤ用の水晶レンズなどが含まれる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の被測定透明基板の
傷検査装置を、水晶振動子用の水晶ブランクに適用した
実施の形態を図面を用いて説明する。図１は装置の概念
図である。

【００２１】図１において、１は鏡面仕上された短冊状
の水晶ブランクであり、通常、長辺が３ｍｍ〜５０ｍ
ｍ、厚さ３０μｍ〜５００μｍ程度の大きさをもつ。水
晶ブランク１の形状は短冊形に限られず、円形その他の
形状のものもある。

【００２２】水晶ブランク１を載せる基板載置台２にも
鏡面仕上された石英ガラス板を用いる。載置台２に鏡面
仕上の石英ガラス板を用いるのは、ＳＮ比を高め検査精
度を上げるためである。硬質な石英ガラスを用いたの
は、水晶ブランク１によって傷が付かないようにするた
めである。水晶ブランク１の裏面は鏡面仕上のままであ
るが、水晶ブランク１の載置面となる表面には水晶ブラ
ンク１の滑動及び密着を回避するために滑らかな凹凸３
を付けてある。

【００２３】水晶ブランク１の側面全周に向けて光を照
射するリングライト５は、載置台２の下側に配置する。
基板載置台２の下側にリングライト５を配置したのは、
水晶ブランク１を移動する際に障害物が上側に来ないよ
うにして、検査工程の自動化、量産化に対応させるため
である。

【００２４】リングライト５は、通常、最も簡易かつ安
価な環状の蛍光灯を使用できる。リングライト５に蛍光
灯を使用する場合には、蛍光灯の発する光は既に散乱光
になっているので拡散板は４必須ではないが、より散乱
効果を高めるために、リングライト５の照射方向に、リ
ングライト５から水晶ブランク１に照射される光を拡散
させて散乱光を水晶ブランク１に照射するリング状の拡
散板４を配置するとよい。拡散板４には減光フィルタを
用いる。

【００２５】一般に、水晶ブランクは研磨により段階的
に透明度を上げていく。２０００〜４０００番ぐらいの
研磨粒子で研磨されて少し表面が曇り状態のときは、傷
がより浮びやすくなるように、拡散板４を用いて減光す
る。研磨粒子が４０００〜以上の透明仕上げの状態では
逆に光を強くして傷を強調する。

【００２６】照射に寄与させたくないリングライト５の
一部を遮光する遮光板６をリングライト５の周囲に設
け、水晶ブランク１の表面に対して０°〜−３０°の範
囲内の照射角度θで水晶ブランク１の側面全周方向から
光を照射できるようにする。照射角度は水晶ブランク１
の裏面側をマイナスとしている。

【００２７】水晶ブランク１の表面に対して撮像方向が
垂直な真上位置に撮像手段１１を配置する。撮像手段１
１は、例えばＣＣＤカメラ１３および顕微鏡１２を用い
ることができ、水晶ブランク付近のみを視野に納めるよ
うに設定する。

【００２８】撮像手段１１およびリングライト５はそれ
ぞれ画像入力手段１４によりコントロールされると共
に、撮像手段１１によって撮像された画像信号は、画像
入力手段１４、特徴抽出手段１５を介して判定手段１６
に入力される。撮像手段１１は水晶ブランク付近のみを
視野に納めるため、視野の明度変化を高速に画像処理し
て検出できる。

【００２９】水晶ブランク１は、バキュームチャック２
１で吸着されて搬送ロボットアーム２２によって基板載
置台２に搬送され、傷検査後再度搬送ロボットアーム２
２によって搬送されるようになっている。

【００３０】さて、上記のような構成において、バキュ
ームチャック２１に吸着されて搬送ロボットアーム２２
によって基板載置台２に搬送されてきた水晶ブランク１
は、基板載置台２の所定位置に載置される。このとき基
板載置台２の載置面が所定の粗さで凹凸状に形成されて
いるため、基板載置台上を滑ったりすることはなく、定
位置に正確に載置されるので、傷の精密測定が可能とな
る。

【００３１】基板載置台２の下側に配設したリングライ
ト５から水晶ブランク１に向けて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。この場合、真上または真下方向から光を
照射してはならない。真上ないし真下から照射すると、
透過光または反射光により水晶ブランク１の像がＣＣＤ
カメラ１３に写ってしまうからである。また、水晶ブラ
ンク１を支持する載置台２の下地模様が鮮明に写ってし
まい、水晶ブランク１に存在する傷（欠陥部）との判別
が困難となるからである。

【００３２】図２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３１ない
し欠陥部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。これは、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。水晶ブランク１に欠陥が無ければ、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。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。

【００３３】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、上部より顕微鏡１２やカメラ１３で見
ると、傷３１が鮮明に浮かんで見える。水晶の欠陥は、
あらゆる方向性をもっているので、一方向の光を照射し
た場合には、光に平行な傷は反射が起きず検出が困難で
あり、また三方向の光を照射した場合であっても、ＳＮ
比が悪いため、傷を精度よく検出することは困難であ
る。しかし、本実施の形態のように傷３１に対して四
方、八方から光を集中的に当てて光の相乗効果を利用す
ることでＳＮ比を格段と改善でき、小さな傷に対しても
精度よく検出することが可能になる。特に、人間の目で
は検出困難な傷（１０μｍ以下）でも、相対的に光量を
強くすることで、検出が可能となる。

【００３４】また、一度に水晶ブランク全体を視野にし
て撮像し、画像処理することができるので、小さな傷
（１０μｍ以下）に対しても高速に検出することができ
る。例えば５１２×５１２の画像として処理した場合で
も、２００ｍｓ以内の速度で検出可能であり、これは１
枚の水晶ブランクの中に傷が何個あっても同じである。

【００３５】また、１０μｍ以下の小さい傷でも、光エ
ネルギーが大きく、安定して検出できるので、画像処理
にて自動化することが容易になる。

【００３６】また、副次的効果として、水晶ブランクの
周面のエッジ加工精度が粗雑であればエッジ部での光の
反射が大きくなるが、逆に精度がよければ反射が小さく
なるため、水晶ブランクの加工精度の検査にも応用する
ことができる。また、エッジ加工面での反射を利用すれ
ば、水晶ブランクの形状や寸法測定にも応用することが
できる。

【００３７】水晶ブランクの表面に対する光の照射角度
は０°〜−３０°の範囲が好ましい。この範囲に限定し
たのは、照射角度が３０°まではＳＮ比が大きく傷３１
を明瞭に判別できるが、それを越えると載置台の下地模
様が多く現れるようになるため判別が困難になり、４５
°では傷３１の画像は完全に下地模様に吸収されて傷３
１を検出できなくなるからである。

【００３８】傷検査の終了した水晶ブランク１は、再び
バキュームチャック２１に吸着されて搬送ロボットアー
ム２２により次工程に搬送される。この際、基板載置台
２の載置面に所定の粗さの凹凸３が形成されているの
で、水晶ブランク１が基板載置台２に密着して離脱しな
くなるということがなく、円滑にピックアップでき、ス
ムーズな搬送が行なえる。

【００３９】ところで、上述した上記基板載置台載置面
の凹凸３は図３に示すように形成する。厚さ１．５ｍｍ
の石英ガラス表面に８００〜１５００番の粒径の研磨粒
子を掛けて鋭利な凹凸３ａを付けてすりガラス状にする
（図３(a) ）。その上でフッ酸で処理して凹凸を滑らか
にする（図３(b) ）。なお、通常のソーダガラスを用い
た場合は、硬い水晶に対抗できるように脱酸して硬度を
上げる。脱酸状態で透過度は６０％以上となるようにす
る。なお、基板載置台の厚さは０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度
が好ましい。０．５ｍｍ以下であると薄すぎて加工が困
難であり、３ｍｍ以上であると厚すぎて現実的でないか
らである。また、基板載置台に形成する凹凸を滑らかに
するのは次の理由による。

【００４０】基板載置台２を通して水晶ブランクに光
を照射するが、凹凸が鋭利であると屈折の影響で散乱光
が不均一になる。

【００４１】表面に付けた凹凸が鋭利だと、水晶ブラ
ンクの傷と見分けが付かなくなる。

【００４２】水晶ブランク１は石英ガラスよりも硬い
ので、凹凸が鋭利だと石英ガラスに容易に傷を付けてし
まう。

【００４３】以上述べたように本実施の形態では、基板
載置台の載置面に最適な粗さの凹凸を設けたので、水晶
ブランクとの間に滑動を誘起する空気層が形成されるこ
とがなく、水晶ブランクが基板載置台上を滑ることがな
くなる。このため、搬送ロボットアームを下降して吸着
を解除するだけで、基板載置台上の定位置に水晶ブラン
クを載置でき、正確な傷検査を行なえる。また、空気層
が完全に追い出されて水晶ブランク１が基板載置台２に
密着するということもない。したがって、検査後のピッ
クアップに失敗することがなくなり、バキュームチャッ
クによるハンドリングを高速で行うことができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、透明の基板載置台の載
置面に、所定粗さの凹凸を設けたので、載置時、被測定
透明基板が基板載置台上を滑るようなことがなくなり、
基板載置台上の載置位置が安定する。また、基板載置台
と密着しないので、ピックアップ時、被測定透明基板を
スムーズに搬送できるので検査の高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の被測定透明基板の傷検査装置の実施形
態による概略構成図である。

【図２】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説明図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】基板載置台の載置面に凹凸を形成する工程図で
あり、（ａ）は砂掛け後、（ｂ）はフッ酸処理後の状態
を示す図である。

【図４】従来の被測定透明基板の傷検査装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１ 水晶ブランク（被測定透明基板） ２ 基板載置台 ３ 凹凸 ５ リングライト １１ 撮像手段 １４ 画像入力手段 １５ 特徴抽出手段 １６ 判定手段 ２２ 搬送ロボットアーム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】搬送ロボットによってガラスの基板載置台
   に該基板載置台よりも硬い水晶ブランクを搬送して傷を
   光学的に検査し、検査後再度搬送ロボットによって搬送
   される水晶ブランクの傷検査装置において、 上記基板載置台の載置面に８００〜１５００番の粒径の
   研磨粒子で傷を付け、酸で処理して滑らかな凹凸を形成
   してあることを特徴とする水晶ブランクの傷検査装置。