JP6083189B2 - 振動片、振動子および発振器の製造方法、基板の外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の外観検査方法および撮像装置に関する。

振動片は基板から形成されるが、基板にわずかな傷があっても、振動片が不良となってしまうので、基板の傷検出は非常に重要である。
これまで、基板の傷は顕微鏡により作業者が目視検査していたが、目視に頼っていたため、数μｍ以下の傷（エッチング欠陥）を検出することは非常に困難であった。また、作業が長時間継続して行われるため、作業者に対して負担となっていた。このような問題を解決するため特許文献１において、光をエッチングによって形成された振動片を有する基板に垂直に照射し、基板に反射された反射成分を撮影し、撮影された画像中の反射成分の強度の低い領域を、基板内に形成されたエッチング欠陥として検出するエッチング欠陥検査方法や検査システムが開示されている。これにより被検査物の表面に存在する傷からの反射成分が強調され、画像上に明瞭に浮かび上がるとともに、画像処理により傷の存在を判定するので作業者の負担を軽減することができる。

特開２０１０−８５２２５号公報

しかし、電極が形成された振動片を有する基板の場合、電極が形成された領域と電極が無い領域では、同一光量の光を基板に垂直に照射した際の、基板に反射された反射成分の強度が大きく異なるため、電極が形成された領域と電極が無い領域に生じた傷（エッチング欠陥）を同時に、検出することができないという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る基板の外観検査方法は、第１の主面又は前記第１の主面の裏側である第２の主面の一方の面に第１の反射物を備えている光透過性を有する基板に、前記第１の主面側から第１の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記第１の反射物において反射した第１の光の反射成分と、前記基板に、前記第２の主面側から第２の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記基板を透過した第２の光の透過成分と、を第１の受光手段で受光することにより前記基板の外観の検査を行う工程、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、基板の第１の主面や裏側である第２の主面に反射物となる電極が形成された光透過性の基板であっても、反射物となる電極が形成された領域は、第１の光を照射するとエッチング欠陥がある領域で光が散乱し、反射成分の強度がエッチング欠陥のない領域に比べ小さくなるので、この第１の反射成分を第１の受光手段で受光することによりエッチング欠陥を検出することができる。また、電極が形成されていない光透過性の領域は、基板の裏面となる第２の主面側から、第２の光を照射するとエッチング欠陥がある領域で光が散乱し、透過成分の強度がエッチング欠陥のない領域に比べ小さくなるので、この第２の透過成分を第１の受光手段で受光することによりエッチング欠陥を検出することができる。よって、反射物となる電極が形成された光透過性の基板に生じたエッチング欠陥を、電極の有無に限定されず同時に検出することができるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記基板は他方の面に第２の反射物を備え、前記第２の主面側から第３の光を前記第２の主面と交わる方向に照射して前記第２の反射物において反射した第３の光の反射成分と、前記第１の主面側から第４の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記基板を透過した第４の光の透過成分と、を第２の受光手段で受光することにより前記基板の外観の検査を行う工程、を更に含むことを特徴とする。

本適用例によれば、光透過性の基板の第２の主面に反射物となる電極が形成された基板であっても、第３の光を基板の第２の主面側から、第４の光を基板の第１の主面側から照射することにより、エッチング欠陥がある領域で光が散乱されるため、エッチング欠陥の有無による第３の反射成分と第４の透過成分との強度差を第２の受光手段で受光することで、第２の主面の電極が形成された領域と電極が形成されていない光透過性の領域とに生じたエッチング欠陥を検出することができるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記基板は、水晶で構成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、水晶は光透過性の材料であるため、反射物となる電極が形成された水晶基板に生じたエッチング欠陥を、電極の有無に限定されず同時に検出することができるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記外観の検査はエッチング欠陥の検査であることを特徴とする。

本適用例によれば、作業者による目視検査では非常に困難であった数μｍ以下のエッチング欠陥を容易に検出することができ、検出精度を向上することができるという効果がある。

［適用例５］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記第１の光の反射成分を前記第１の受光手段で受光することを特徴とする。

本適用例によれば、基板の電極が形成された領域では、エッチング欠陥がある領域で第１の光が散乱され反射成分の強度が小さくなるため、エッチング欠陥の有無による第１の反射成分の強度差を第１の受光手段で受光することにより、基板の電極が形成された領域に生じたエッチング欠陥を検出することができるという効果がある。

［適用例６］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記第２の光の透過成分を前記第１の受光手段で受光することを特徴とする。

本適用例によれば、基板の電極が形成されていない領域では、エッチング欠陥がある領域で第２の光が散乱され透過成分の強度が小さくなるため、エッチング欠陥の有無による第２の透過成分の強度差を第１の受光手段で受光することにより、基板の電極が形成されていない領域に生じたエッチング欠陥を検出することができるという効果がある。

［適用例７］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記第１の光と前記第２の光とを前記第１の主面の法線方向に沿って前記基板に照射することを特徴とする。

本適用例によれば、第１の光と第２の光を基板の第１の主面に垂直に照射されることにより、基板のエッジや振動片のエッジからの散乱光を低減できるという効果がある。また、エッチング欠陥に起因する第１の反射成分と第２の透過成分の強度の小さい領域とエッチング欠陥がない領域の第１の反射成分と第２の透過成分の強度の大きい領域とのコントラストを向上させ、両領域のエッチング欠陥を同時に、精度良く検出することができるという効果がある。

［適用例８］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記第１の光を発光する第１の光源の光量に対し、前記第２の光を発光する第２の光源の光量が１．５倍以上２．５倍以下の範囲にあることを特徴とする。

本適用例によれば、第１の光源の光量に対し、第２の光源の光量が１．５倍以上２．５倍以下の範囲とすることで、第１の光による電極が形成された領域の反射成分の強度と、第２の光による電極が形成されていない領域の透過成分の強度とが同程度となり、電極が形成された領域と電極が形成されていない領域に生じたエッチング欠陥領域の有無による光の強度差が検知できることとなり、反射物となる電極が形成された光透過性の基板に生じたエッチング欠陥を、電極の有無に限定されず同時に検出することができるという効果がある。

［適用例９］上記適用例に記載の基板の外観検査方法において、前記第１の受光手段で前記第１の反射成分と前記第２の透過成分とを受光することにより前記基板の外観を検査する工程と、前記第２の受光手段で前記第３の反射成分と前記第４の透過成分とを受光することにより前記基板の外観を検査する工程との間を、搬送手段によって前記基板を搬送することを特徴とする。

本適用例によれば、反射物となる電極が光透過性の基板の第１の主面と第２の主面に形成された基板の外観検査において、第１の受光手段により第１の主面の電極領域に生じたエッチング欠陥を検査した後に、第２の受光手段で第２の主面の電極領域に生じたエッチング欠陥を検査し、基板の両主面の外観検査を行う際に、第１の受光手段設置位置から第２の受光手段設置位置まで、搬送手段により基板を搬送することができるため、基板の主面を反転することなく、短時間で基板の両主面の外観検査を行うことができ、コスト低減に大きな効果がある。

［適用例１０］本適用例に係る撮像装置は、第１の光源と、光軸が前記第１の光源と少なくとも一部が重なり、且つ光学的に向かい合っていて、光量が前記第１の光源に対して１．５倍以上２．５倍以下の範囲にある第２の光源と、前記第２の光源と前記光軸上であって、且つ光学的に向かい合う位置に配置されている受光手段と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、受光手段と第１の光源と第２の光源とが光軸上に重なる位置で、且つ受光手段と第１の光源に対向して第２の光源が配置されることにより、第１の光源と第２の光源との間に設置された被検査物に第１の光源の光と第２の光源の光を照射することで、被検査物の主面で反射した第１の光源の反射成分と被検査物を透過した第２の光源の透過成分とを受光手段で受光することができる。また、第２の光源の光量を第１の光源に対して１．５倍以上２．５倍以下の範囲とすることで、第１の光源の光による反射成分と第２の光源の光にある透過成分との強度を同程度とすることができる。そのため、被検査物の反射成分の生じる領域と透過成分の生じる領域において、エッチング欠陥の有無による光の強度差を検知できることとなり、反射成分の生じる領域と透過成分の生じる領域に生じたエッチング欠陥を同時に検出することができる撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る基板の外観検査方法および撮像装置の模式図。 検査対象の基板である水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図。 検査対象の基板の模式図。 検査対象の基板に形成された振動片の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図。 振動片が形成された検査対象の基板の製造工程の一例を示す工程図。 振動片が形成された検査対象の基板の外形形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図および欠損部がエッチング欠陥に成長する過程を示す図。 振動片が形成された検査対象の基板のメサ形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図および欠損部やエッチチャンネルがエッチング欠陥に成長する過程を示す図。 振動片が形成された検査対象の基板の電極形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図。 第１の光源と第２の光源との光量比率に対する各種要因に起因するエッチング欠陥の検出率を示す図。 基板に光を照射しエッチング欠陥を検出する方法を説明する図であり、（ａ）は基板の断面を示す模式図、（ｂ）は受光手段から見える画像の模式図。 画像処理の模式図であり、（ａ）は処理前の分割平面を示す図、（ｂ）は処理後の分割平面を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る基板の外観検査方法および撮像装置の模式図。 本発明の第３の実施形態に係る基板の外観検査方法および撮像装置の模式図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板の外観検査方法、およびこれを具現化した撮像装置を示した模式図である。
電極１４が形成された基板１０の外観検査方法は、基板１０の電極１４が形成された領域においては、第１の光源３２の第１の光３８ａを全反射ミラー３６に反射させて、第１の光３８ａを基板１０に垂直に照射する。その後、基板１０の電極１４で反射され、全反射ミラー３６を透過した第１の反射成分３８ｂを撮影し、撮影された画像中の第１の反射成分３８ｂの強度の低い領域を、基板１０内に生じたエッチング欠陥９２として検出するものである。また、基板１０の電極１４が形成されていない領域においては、第２の光源４２の第２の光４８ａを全反射ミラー４６に反射させて、第２の光４８ａを基板１０に垂直に照射する。その後、基板１０を透過し、全反射ミラー３６を透過した第２の透過成分４８ｃを撮影し、撮影された画像中の第２の透過成分４８ｃの強度の低い領域を、基板１０内に生じたエッチング欠陥９２として検出するものである。

そして、これを具現化する基板１０の外観を検査する撮像装置１は、鏡筒２０、第１の光源３２、第２の光源４２、全反射ミラー３６，４６、カメラなどの撮像手段である受光手段５０、検出手段となる検出部６０、試料台７０により構成され、電極１４が形成された基板１０を検査対象としている。なお、エッチング欠陥９２とは、後述するが振動片が形成された基板の製造工程におけるゴミや耐蝕膜のキズ、基板材料のエッチチャンネルなどが起因となって基板エッチング時に発生した基板表面の凹状の欠損や基板内部の貫通孔である。

次に、本発明の第１の実施形態に係る外観検査方法における検査対象の基板について説明する。
図２は、基板１０の一例とする水晶基板と結晶軸との関係を示した図である。基板１０は、図２に示すように、矩形状であり、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有し、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、切り出された回転Ｙカット水晶基板である。
回転Ｙカット水晶基板の角度θが３５．２５°（３５°１５′）の場合、ＡＴカット水晶基板と呼称され、優れた周波数温度特性を有する。ここで、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有し、厚み方向がＹ’軸であり、Ｙ’軸に直交するＸ軸とＺ’軸を含む面が主面であり、主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。

ここで、水晶基板に生じるエッチチャンネルについて説明する。
Ｚ軸を結晶の成長方向とする水晶原石にはＺ軸方向に伸びたエッチチャンネルが形成される。これは、Ｚ軸方向の結晶成長の速度より、Ｚ軸方向と垂直な方向の結晶成長の速度が遅いことに起因する。このエッチチャンネルは原石やそれから切り出した素板の段階でも検出することは可能であるが、目視検査のため正確な位置の検出は困難である。しかし、このエッチチャンネルは後段の振動片にメサ部を形成するウェットエッチング工程において、エッチチャンネルが基板の表面に露出した領域からエッチング液が侵入することにより、欠陥のない領域と比べてエッチングレートの速いエッチチャンネル領域がエッチングされて内径が拡大し、貫通孔のような形態を有するエッチング欠陥９２（図７（ｈ）参照）として表れることになる。よって、エッチチャンネルが少ない水晶原石より切り出した水晶基板を用いることが望ましい。

図３は、本発明に係る検査対象の基板の模式図である。図４は、検査対象の基板に形成された振動片の模式図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、以降の説明では、説明の便宜上、Ｙ’軸方向から見たときの平面視において、＋Ｙ’軸方向の面を上面、−Ｙ’軸方向の面を下面として説明する。

検査対象の基板１０には、複数個の振動片１２がウェットエッチング工程により形成されている。振動片１２は、基板１０中央部にウェットエッチング工程により形成されたメサ部１６を有し、メサ部１６の上下面１０ａ，１０ｂに電極１４が設けられている。また、基板１０端部にはパッケージ内部端子（図示しない）への支持・固定と導通を図るためのパッド電極１５が設けられている。なお、振動片１２にメサ部１６を設けることは、振動エネルギーを電極１４下に閉じ込め、外部へ漏洩する振動エネルギーを防止するためであり、振動片１２のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を小さくする効果がある。

次に、ＡＴカット水晶基板を用いた場合の基板にエッチング欠陥が生じる過程を図５〜図８を用いて説明する。
図５は、振動片が形成された検査対象の基板の製造工程の一例を示す工程図である。図６は、図５の外形形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図および欠損部がエッチング欠陥に成長する過程を示す図である。図７は、図５のメサ形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図および欠損部やエッチチャンネルがエッチング欠陥に成長する過程を示す図である。図８は、図５の電極形成工程を示す基板（振動片）の概略断面図である。

基板１０に形成される振動片１２の製造工程は、振動片１２の外形を形成するための外形形成工程と、振動片１２の上下面１０ａ，１０ｂにメサ部１６を形成するメサ形成工程と、振動片１２の上下面１０ａ，１０ｂに電極１４を形成する電極形成工程と、からなり、フォトリソグラフィ技術を用いて行われる。

図６の外形形成工程では、先ず、基板１０を純水で洗浄し（ＳＴ１）、続いて、基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに、耐蝕膜８０（例えばクロム（Ｃｒ）を下地膜とした金（Ａｕ））を蒸着装置、あるいはスパッタ装置等を用いて成膜し、次に、耐蝕膜８０の表面全体にレジスト８２を塗布する（ＳＴ２）。
その後、露光・現像することで、基板１０の上に振動片１２の外形形成マスクを形成する（ＳＴ３）。
続いて、マスク開口から露出した耐蝕膜８０をエッチング（金（Ａｕ）は、例えば、よう化カリウム溶液を用い、次いで、下地膜であるクロム（Ｃｒ）は硝酸２セリウムアンモニウム溶液を用い）し、マスク開口から露出した基板１０を、例えば水晶基板の場合には、エッチング液としてフッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングする（ＳＴ４）。
更に、レジスト８２と外形形成マスクである耐蝕膜８０を剥離する（ＳＴ５）ことで、振動片１２が形成された基板１０が完成する。

ここで、基板１０の表面にゴミ（例えば、基板破損片、金属片、有機物）が付着し、その上に耐蝕膜８０が成膜され、ゴミが付着した領域の耐蝕膜８０が欠損したことにより欠損部９１がエッチング欠陥９２に成長する過程について説明する。
図６（ｂ）において、耐蝕膜８０を成膜した際にゴミにより生じた耐蝕膜８０の欠損部９１があると、図６（ｄ）の基板エッチングにおいて、振動片１２の外形形状に貫通するエッチングを施す間に、エッチング液がレジスト８２に浸透し、欠損部９１に到達することで、基板１０の表面がエッチングされ凹状のエッチング欠陥９２に成長する。なお、ゴミ付着が起因のエッチング欠陥９２は、外形形成工程に限らず、メサ形成工程においても発生する可能性がある。

次に、図７のメサ形成工程では、図６の外形形成工程と同様に、振動片１２の外形形状が施された基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに、耐蝕膜８０を蒸着装置、あるいはスパッタ装置等を用いて成膜し、次に、耐蝕膜８０の表面全体にレジスト８２を塗布する（ＳＴ６）。
その後、露光・現像することで、振動片１２の上にメサ形成マスクを形成する（ＳＴ７）。
続いて、マスク開口から露出した耐蝕膜８０をエッチングし、マスク開口から露出した基板１０を、エッチング液でエッチングする（ＳＴ８）。
更に、レジスト８２とメサ形成マスクである耐蝕膜８０を剥離する（ＳＴ９）ことで、メサ部１６を有する振動片１２が形成された基板１０が完成する。

ここで、耐蝕膜８０の表面にキズが生じ耐蝕膜８０が欠損したことにより欠損部９１がエッチング欠陥９２に成長する過程と、基板１０のエッチチャンネル９０に起因しエッチング欠陥９２に成長する過程とについて説明する。
図７（ｆ）において、耐蝕膜８０の表面にキズによる耐蝕膜８０の欠損部９１があると、図７（ｈ）のメサ形成エッチングにおいて、ゴミによるエッチング欠陥９２と同様に、メサ形成エッチングを施す間に、エッチング液がレジスト８２に浸透し、欠損部９１に到達することで、基板１０の表面がエッチングされ凹状のエッチング欠陥９２に成長する。なお、キズが起因のエッチング欠陥９２は、メサ形成工程に限らず、外形形成工程においても発生する可能性があり、また、エッチング欠陥９２の大きさは、メサ部１６を形成するエッチング時間が振動片１２の外形を形成するエッチング時間より短いため、外形形成時に生じたものに比べ、比較的小さい。

図６（ａ）や図７（ｆ）において、基板１０のエッチチャンネル９０は、水晶にガラス（広義には、非晶質）が埋まっている構造であると考えられ、周りの水晶よりもエッチングレートが高い。そのため、図７（ｈ）では、メサ形成マスクを形成後、耐蝕膜８０をエッチングすると、エッチチャンネル９０が露出する。その後、メサ形成エッチング時に、エッチング液によりエッチチャンネル９０のガラスがエッチングされ、貫通後内径が広がり、貫通孔のようなエッチング欠陥９２に成長する。一方、耐蝕膜８０で覆われているエッチチャンネル９０は、エッチング液によって侵食されず、ガラスが埋まった状態を維持する。

上述した振動片１２に生じたエッチング欠陥９２は、振動エネルギーの減衰や不要なスプリアス振動の発生の原因となり、振動片１２のＣＩ値の低下や周波数ジャンプ不良を引き起こすこととなる。また、貫通孔のようなエッチング欠陥９２は、応力が集中する箇所となって強度が低下し、割れや欠けによる不良の原因となる。そのため、振動片１２が基板１０から取り外されパッケージ等に実装される前に、外観検査によりエッチング欠陥９２を検出する必要がある。従って、基板１０上に生じたエッチング欠陥９２を検出することは、特性不良や破損不良の低減を図る上で非常に重要である。

次に、図８の電極形成工程では、メサ部１６を有する振動片１２が形成された基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに、反射物となる電極膜１３（例えばクロム（Ｃｒ）を下地膜とした金（Ａｕ））を蒸着装置、あるいはスパッタ装置等を用いて成膜し、次に、電極膜１３の表面全体にレジスト８２を塗布する（ＳＴ１０）。
その後、露光・現像することで、メサ部１６を有する振動片１２の上に電極形成マスクを形成する（ＳＴ１１）。
続いて、マスク開口から露出した電極膜１３をエッチングする（ＳＴ１２）。
更に、レジスト８２を剥離する（ＳＴ１３）ことで、電極１４が設けられたメサ部１６を有する振動片１２が形成された基板１０が完成する。

次に、電極が形成された振動片を有する基板の外観検査方法について詳細に説明する。
図１において、鏡筒２０は、第１の光源３２と全反射ミラー３６と受光手段５０とを保持するものである。鏡筒２０は全体として円筒形の形状を有しており、光の乱反射を防止するため内壁は艶消し塗装等により光を吸収できるように処理されている。また、鏡筒２０は垂直に立てられ、試料台７０もしくは系外の所定部材（図示しない）によって固定されている。

鏡筒２０の上端の開口部２２と下端の開口部２４とは平面視して互いに重なる位置に形成されている。そして、上端の開口部２２には受光手段５０が取り付けられ、下端の開口部２４は試料台７０に向けられている。鏡筒２０の中央部には水平方向に分岐管３０が取り付けられており、分岐管３０の先端には第１の光３８ａを発生する第１の光源３２が取り付けられている。

全反射ミラー３６は、鏡筒２０の開口部２２と開口部２４の中心を結ぶ線上（光軸Ｃ）であって分岐管３０と同じ高さ位置に取り付けられている。全反射ミラー３６はミラー面を垂直方向からほぼ４５°上端側を分岐管３０側に傾けた状態で鏡筒２０の内壁に取り付けられている。

第１の光源３２は、受光手段５０が検知可能で、且つ、全反射ミラー３６および基板１０が光吸収しない周波数帯域を有するものを用いる。また、第１の光源３２の後段にはレンズ３４が配設され第１の光３８ａを平行光にして出射できるようにしている。第１の光源３２は所定の周波数帯域に広がったスペクトルを有するもの（白色光）でも良いが、レンズ３４の色収差を考慮すると単色光であることが望ましい。第１の光３８ａを平行光とすることにより光路上で第１の光３８ａが拡散して受光手段５０に到達する第１の反射成分３８ｂの強度が減少することを防ぐことができる。また、基板１０に到達する第１の光３８ａが全て基板１０の主面（上面１０ａ）に垂直に入射されるため、基板１０のエッジや振動片１２のエッジからの散乱光が受光手段５０に迷光として混入することを防ぎ、後述のコントラストの低下を防止できる。

鏡筒２０の下方には、基板１０を載せる試料台７０が配置されている。試料台７０は空洞状の開口部７２が形成されている。開口部７２は平面視して鏡筒２０の開口部２２，２４と重なる位置（光軸Ｃ上）に形成されている。この開口部７２を塞ぐように基板１０が載置される。

更に、試料台７０の下方には、第２の光源４２が取り付けられた光源部４０が配置されている。光源部４０は、第２の光源４２とレンズ４４と全反射ミラー４６とで構成されている。
全反射ミラー４６は、鏡筒２０の開口部２２，２４の中心を結ぶ線上（光軸Ｃ）に取り付けられている。全反射ミラー４６はミラー面を垂直方向からほぼ４５°下端側を第２の光源４２側に傾けた状態で光源部４０の内部に取り付けられている。

第２の光源４２は、受光手段５０が検知可能で、且つ、全反射ミラー４６および基板１０が光吸収しない周波数帯域を有するものを用いる。また、第２の光源４２の後段にはレンズ４４が配設され第２の光４８ａを平行光にして出射できるようにしている。第２の光源４２は所定の周波数帯域に広がったスペクトルを有するもの（白色光）でも良いが、レンズ４４の色収差を考慮すると単色光であることが望ましい。第２の光４８ａを平行光とすることにより光路上で第２の光４８ａが拡散して受光手段５０に到達する第２の透過成分４８ｃの強度が減少することを防ぐことができるとともに、基板１０に到達する第２の光４８ａが全て基板１０の下面１０ｂに垂直に入射されるため、基板１０のエッジや振動片１２のエッジからの散乱光が受光手段５０に迷光として混入することを防ぎ、後述のコントラストの低下を防止できる。

鏡筒２０の上端の開口部２２に取り付けられた受光手段５０は、基板１０上に形成された電極１４の上面１４ａで反射された第１の反射成分３８ｂと、基板１０の電極１４が形成されていない領域を通過した第２の透過成分４８ｃとを撮影するものである。受光手段５０はレンズ５６と撮像素子５２とにより形成されている。受光手段５０の光軸Ｃは垂直であり鏡筒２０の円形の開口部２２，２４の中心同士を結ぶ線と一致させている。同様に全反射ミラー３６，４６の中央部も光軸Ｃが通過する。以上の光学系により、第１の光源３２から発せられた第１の光３８ａは、平行光の状態で全反射ミラー３６に垂直下方に反射され、基板１０で垂直上方に反射され、全反射ミラー３６を透過した第１の反射成分３８ｂとなる。また、第２の光源４２から発せられた第２の光４８ａは、平行光の状態で全反射ミラー４６に垂直上方に反射され、基板１０を通過し、全反射ミラー３６を透過した第２の透過成分４８ｃとなる。そして、第１の反射成分３８ｂと第２の透過成分４８ｃとが平行光の状態を維持して受光手段５０に到達する。

受光手段５０の撮像素子５２は、撮像面５４の法線が光軸Ｃと一致する。受光手段５０の焦点は、電極１４の膜厚が最大でも１μｍ程度なので、基板１０の上面１０ａに合わせるようにレンズ５６の位置が調整されている。よって、撮像素子５２は基板１０の上面１０ａに焦点を合わせた画像を撮影可能となる。なお、受光手段５０の焦点を基板１０の上面１０ａに合わせるのは、焦点が合っている上面１０ａ近くのエッチング欠陥９２の像と、焦点が合っている下面１０ｂ近くのエッチング欠陥９２の像とを比べた場合、上面１０ａ近くのエッチング欠陥９２の像のほうがシャープに見え、焦点を合わせやすいからである。また、メサ部１６が形成された基板１０の場合には、エッチチャンネル９０に起因するエッチング欠陥９２が生じ、寸法の小さいエッチング欠陥９２をミス無く検出するために、メサ部１６が形成されていない基板１０の上面１０ａに焦点を合わせることが望ましい。

次に、２つの光源の光量比率とエッチング欠陥の検出率の関係について説明する。
図９は、第１の光源と第２の光源との光量比率に対する各種要因に起因するエッチング欠陥の検出率を示す図である。図１０は、基板に光を照射しエッチング欠陥を検出する方法を説明する図であり、図１０（ａ）は基板の断面を示す模式図、図１０（ｂ）は受光手段から見える画像の模式図である。

図９より、第１の光源３２と第２の光源４２との光量比率が１．５倍以上２．５倍以下の範囲で、基板１０の電極領域と無電極領域においてエッチング欠陥９２を検出することが可能である。しかし、無電極領域においては検出率１００％とならず、ゴミやキズ起因のエッチング欠陥９２は検出率７０％以上である。また、エッチチャンネル起因のエッチング欠陥９２については検出率３０％以上と大幅に劣化する。これは、エッチチャンネル起因のエッチング欠陥９２の寸法が約３μｍと、ゴミやキズ起因のエッチング欠陥９２の寸法１０μｍ以上に比べ、非常に小さいためである。従って、電極領域と無電極領域において検出率１００％を得るためには、光量比率を約２倍とすることが望ましい。

この理由は、図１０（ａ）に示すように、基板１０の電極領域では、第１の光源３２の第１の光３８ａが電極１４の上面１４ａに反射し、第１の光３８ａの強度のほぼ１００％が受光手段５０に到達する。それに対し、第２の光源４２の第２の光４８ａは、基板１０を透過する第２の透過成分４８ｃと、基板１０の下面１０ｂで反射する第２の反射成分４８ｂとに分けられるため、受光手段５０に到達する第２の透過成分４８ｃの強度は、第２の光４８ａの強度の約５０％に半減することとなる。そのため、受光手段５０に到達する第１の反射成分３８ｂの強度は第２の透過成分４８ｃの強度の約２倍となり、エッチング欠陥９２の散乱による第１の反射成分３８ｂや第２の透過成分４８ｃの強度低下に比べ、第１の反射成分３８ｂや第２の透過成分４８ｃとの強度差が大きいので、電極領域と無電極領域とのエッチング欠陥９２を同時に検出することができない。従って、第１の光源３２の光量に対し、第２の光源４２の光量を約２倍とすることで、電極領域で反射した第１の反射成分３８ｂの強度と無電極領域を透過した第２の透過成分４８ｃの強度をほぼ同等にすることができる。よって、電極領域と無電極領域におけるエッチング欠陥９２を同時に検出することが可能となる。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のエッチチャンネルを起因としたエッチング欠陥を受光手段から見た画像の模式図である。撮像素子５２は平面視したエッチング欠陥９２をネガ画像として得ることができる。なお、図１０（ｂ）においては、第１の反射成分３８ｂや第２の透過成分４８ｃの強度の低い領域が黒く、逆に高い領域が白く描かれている。

撮像素子５２によって得られた画像データ６２は検出部６０に出力される。画像データ６２は、例えば撮像素子５２の撮像面５４と同一面を形成する平面座標を有し、撮像素子５２の中心（光軸Ｃ）を平面座標の原点とし、撮像素子５２を構成する撮像面５４に並べられた受光素子（図示しない）の間隔を平面分解能とし、各受光素子の平面座標の座標位置ごとの反射成分や透過成分の強度を有するものである。
検出部６０は、画像データ６２が示す反射成分や透過成分の強度の分布から所定の閾値以下になる領域を抽出することによりエッチング欠陥９２を検出するものである。

図１１は、画像処理の模式図であり、図１１（ａ）は処理前の分割平面を示す図、図１１（ｂ）は処理後の分割平面を示す図である。検出部６０における画像処理は、例えば、図１１（ａ）に示すように画像データ６２が示す平面座標を所定の大きさの分割平面６４に分割する。このとき分割平面６４の最小単位は受光素子（図示しない）の面積（画素の面積）である。そして分割平面６４ごとに反射成分強度を例えば２５６段の強度レベルに簡略化する。そして強度レベルが１００以下の分割平面６４が所定の個数直線状に並んで存在する場合には（図１１（ｂ）は３個）その領域にエッチング欠陥９２があるものと判断して検出信号を外部に出力すればよい。このように検出部６０において、分割平面６４の大きさ、強度レベルの段数、強度レベルの閾値を適切に設定することにより、基板１０中のエッチング欠陥９２を検出することができる。

以上、電極が形成された振動片を有する基板の外観検査方法、およびこれを具現化した撮像装置を、電極１４が設けられたメサ部１６を有する振動片１２が形成されたＡＴカット水晶基板で説明したが、検査対象とする基板は、特に限定されず、電極が設けられた、平板の振動片や逆メサ部を有する振動片が形成されたＡＴカット水晶基板、音叉型振動片やジャイロ振動片が形成されたＺカット水晶基板などでも構わない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る基板の外観検査方法および撮像装置について説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る基板の外観検査方法、およびこれを具現化した撮像装置を示した模式図である。
図１２に示すように、第２の実施形態に係る撮像装置１ａは、第１の実施形態に係る撮像装置１と同じ構成の第１の検査システムと、第１の実施形態に係る撮像装置１を上下反転させた構成の第２の検査システムと、基板１０が設置された試料台７０を搬送する搬送部７４とから構成されている。

第１の検査システムは、搬送部７４の上方に、第１の光源３２が取り付けられた分岐管３０と検出部６０が接続された第１の受光手段５０とを保持した鏡筒２０が設置され、搬送部７４の下方には、第２の光源４２が取り付けられた光源部４０が配置されている。また、第２の検査システムは、搬送部７４の上方に、第４の光源４２ａが取り付けられた光源部４０ａが配置され、搬送部７４の下方には、第３の光源３２ａが取り付けられた分岐管３０ａと検出部６０ａが接続された第２の受光手段５０ａとを保持した鏡筒２０ａが設置されている。

第１の検査システムでは、基板１０を光軸Ｃ線上に設置し、基板１０の上面１０ａの電極１４が形成された領域で反射した第１の光源３２から発光された第１の光による第１の反射成分と、基板１０の電極１４が形成されていない領域を透過した第２の光源４２から発光された第２の光による第２の透過成分とを第１の受光手段５０で撮影し、エッチング欠陥９２を検出する。その後、搬送部７４により第２の検査システムの光軸Ｃａ線上に設置された基板１０は、第２の検査システムにより、基板１０の下面１０ｂの電極１４が形成された領域で反射した第３の光源３２ａから発光された第３の光による第３の反射成分と、基板１０の電極１４が形成されていない領域を透過した第４の光源４２ａから発光された第４の光による第４の透過成分とを第２の受光手段５０ａで撮影し、エッチング欠陥９２を検出する。

このような構成により、基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに電極１４が形成された基板１０であっても、検査途中で基板を上下反転することなく、基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに生じたエッチング欠陥９２を電極１４の有無に関係なく検出することが可能となり、外観検査時間が短縮しコスト低減に大きな効果がある。

次に、本発明の第３の実施形態に係る基板の外観検査方法および撮像装置について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る基板の外観検査方法、およびこれを具現化した撮像装置を示した模式図である。
図１３に示すように、第３の実施形態に係る撮像装置１ｂは、試料台７０の上方に、第１の光源３２ｂが取り付けられた分岐管３０ｂと、第４の光源４２ｃが取り付けられた分岐管４０ｃと、検出部６０ｂが接続された第１の受光手段５０ｂとを保持した鏡筒２０ｂと、が設置されている。また、試料台７０の下方には、第３の光源３２ｃが取り付けられた分岐管３０ｃと、第２の光源４２ｂが取り付けられた分岐管４０ｂと、検出部６０ｃが接続された第２の受光手段５０ｃとを保持した鏡筒２０ｃと、が設置された構成である。なお、受光手段５０ｂ，５０ｃ、鏡筒２０ｂ，２０ｃ、試料台７０は光軸Ｃｂ線上に設置されている。

基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに電極１４が形成された基板１０は、試料台７０を介して光軸Ｃｂ線上に設置され、基板１０の上面１０ａの電極１４が形成された領域で反射した第１の光源３２ｂから発光された第１の光による第１の反射成分と、基板１０の電極１４が形成されていない領域を透過した第２の光源４２ｂから発光された第２の光による第２の透過成分とを第１の受光手段５０ｂで撮影し、エッチング欠陥９２を検出する。また、基板１０の下面１０ｂの電極１４が形成された領域で反射した第３の光源３２ｃから発光された第３の光による第３の反射成分と、基板１０の電極１４が形成されていない領域を透過した第４の光源４２ｃから発光された第４の光による第４の透過成分とを第２の受光手段５０ｃで撮影し、エッチング欠陥９２を検出する。

このような構成により、基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに電極１４が形成された基板１０であっても、検査途中で基板を上下反転することなく、また、基板１０を搬送することなく、基板１０の上下面１０ａ，１０ｂに生じたエッチング欠陥９２を電極１４の有無に関係なく検出することが可能となり、外観検査時間を大幅に短縮しコスト低減に非常に大きな効果がある。

以上述べたように、本発明の実施形態に係る電極１４が形成された基板１０の外観検査方法、およびこれを具現化した撮像措置によれば、第１の光源３２からの第１の光３８ａによる基板１０の電極１４で反射した第１の反射成分３８ｂと、第２の光源４２からの第２の光４８ａによる基板１０を透過した第２の透過成分４８ｃとを第１の受光手段５０で撮影する。その後、撮影された画像中の第１の反射成分３８ｂと第２の透過成分４８ｃの強度の低い領域を、基板１０内に生じたエッチング欠陥９２として検出するものである。ここで、エッチング欠陥９２がある領域では、第１の光３８ａと第２の光４８ａが散乱されるため、第１の反射成分３８ｂや第２の透過成分４８ｃの強度はその領域では小さくなる。よって、画像として示される画像データ６２が示す反射成分強度の分布において反射成分強度の小さい領域でエッチング欠陥９２を平面視した形状として検出することができる。

また、第１の光源３２と第２の光源４２との光量比率を１．５倍以上２．５倍以下の範囲とすることで、基板１０の電極１４に反射した第１の反射成分３８ｂと、基板１０の電極１４が形成されていない領域を透過した第２の透過成分４８ｃとの強度をほぼ同等とすることができる。従って、これまで不可能であった電極１４が形成されている基板１０であっても、基板１０に生じたエッチング欠陥９２を、電極１４の有無に係らず検出することができる。

更に、第１の光３８ａと第２の光４８ａは基板１０の主面に垂直に照射されるため、基板１０のエッジや振動片１２のエッジからの散乱光を低減できる。また、エッチング欠陥９２に起因する第１の反射成分３８ｂと第２の透過成分４８ｃの強度の小さい領域とエッチング欠陥９２がない領域の第１の反射成分３８ｂと第２の透過成分４８ｃの強度の大きい領域とのコントラストを向上させ、両領域のエッチング欠陥９２を同時に、精度良く検出することができる。

なお、振動片１２に生じたエッチング欠陥９２は、振動エネルギーの減衰や不要なスプリアス振動の発生の原因となり、振動片１２のＣＩ値の低下や周波数ジャンプ不良を引き起こすこととなる。また、貫通孔のようなエッチング欠陥９２は、応力が集中する箇所となって強度が低下し、割れや欠けによる不良の原因となる。よって、このようなエッチング欠陥９２を有する振動片１２を確実に選別して、その後に形成される振動子や発振器の特性不良や振動片破損による発振不良を低減し、歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。

１…撮像装置、１０…基板、１０ａ，１４ａ…上面、１０ｂ…下面、１２…振動片、１３…電極膜、１４…電極、１５…パッド電極、１６…メサ部、２０…鏡筒、２２，２４，７２…開口部、３０…分岐管、３２…第１の光源、３４，４４，５６…レンズ、３６，４６…全反射ミラー、３８ａ…第１の光、３８ｂ…第１の反射成分、４０…光源部、４２…第２の光源、４８ａ…第２の光、４８ｃ…第２の透過成分、５０…受光手段、５２…撮像素子、５４…撮像面、６０…検出部、６２…画像データ、６４…分割平面、７０…試料台、７４…搬送部、８０…耐蝕膜、８２…レジスト、９０…エッチチャンネル、９１…欠損部、９２…エッチング欠陥。

Claims (15)

1. 第１の主面と前記第１の主面の裏面である第２の主面とを有し、エッチングにより加工がされた光透過性を有する基板を準備する工程と、
   前記第１の主面および前記第２の主面の一方面の一部に金属製の反射物を配置する工程と、
   前記反射物に光を照射すると共に前記基板における前記反射物に対する周辺に光を照射し、前記反射物によって反射された反射光を検出し、前記検出した結果から得られた前記反射光の強度に基づき外観異常を検査する工程と、
   を含み、
   前記検査する工程は、前記反射物に照射される前記光の照射方向と、前記周辺に照射される前記光の照射方向と、が互いに逆であることを特徴とする振動片の製造方法。
2. 第１の主面と前記第１の主面の裏面である第２の主面とを有し、エッチングにより加工がされた光透過性を有する基板を準備する工程と
   前記第１の主面および前記第２の主面の一方面の一部に金属製の反射物を配置する工程と、
   前記反射物に光を照射すると共に前記基板における前記反射物に対する周辺に光を照射し、前記反射物によって反射された反射光を検出して得られた光の強度と、前記周辺を透過した光を検出して得られた光の強度と、に基づき前記基板の形状の欠陥に基づく外観異常を検査する工程と、
   を含むことを特徴とする振動片の製造方法。
3. 前記反射物に照射される前記光を発光する光源の光量に対し、前記周辺に照射される前記光を発光する光源の光量が１．５倍以上２．５倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の振動片の製造方法。
4. 前記反射物を配置する工程が、前記周辺において前記第１の主面から前記第２の主面へと光が透過できる領域を残して前記第１の主面に前記反射物を形成すると共に、前記第２の主面に他の反射物を形成する工程である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動片の製造方法。
5. 前記基板を準備する工程は、前記周辺における前記基板の厚さが前記反射物が配置された部分の厚さよりも薄い部分を備えた前記基板を準備する工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動片の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記検査する工程にて、良品と判断された前記振動片を用いることを特徴とする振動子の製造方法。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記検査する工程にて、良品と判断された前記振動片を用いることを特徴とする発振器の製造方法。
8. 第１の主面および前記第１の主面の裏側である第２の主面の一方の面に第１の反射物を備え、他方の面に第２の反射物を備えている光透過性を有する基板に、前記第１の主面側から第１の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記第１の反射物において反射した第１の光の反射成分と、
   前記基板に、前記第２の主面側から第２の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記基板を透過した第２の光の透過成分と、
   を第１の受光手段で受光することにより前記基板の外観の検査を行う第１の外観検査工程と、
   前記第２の主面側から第３の光を前記第２の主面と交わる方向に照射して前記第２の反射物において反射した第３の光の反射成分と、
   前記第１の主面側から第４の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記基板を透過した第４の光の透過成分と、
   を第２の受光手段で受光することにより前記基板の外観の検査を行う第２の外観検査工程と、
   を含むことを特徴とする基板の外観検査方法。
9. 前記基板は、水晶で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の基板の外観検査方法。
10. 第１の主面および前記第１の主面の裏側である第２の主面の一方の面に第１の反射物を備えている光透過性を有する基板に、前記第１の主面側から第１の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記第１の反射物において反射した第１の光の反射成分と、
    前記基板に、前記第２の主面側から第２の光を前記第１の主面と交わる方向に照射して前記基板を透過した第２の光の透過成分と、
    を第１の受光手段で受光することにより前記基板の外観の検査を行う工程、
    を含み、
    前記基板は、水晶で構成されていることを特徴とする基板の外観検査方法。
11. 前記第１の外観検査工程および前記第２の外観検査工程における前記外観の検査はエッチング欠陥の検査であることを特徴とする請求項８又は９に記載の基板の外観検査方法。
12. 前記外観の検査はエッチング欠陥の検査であることを特徴とする請求項９に記載の基板の外観検査方法。
13. 前記第１の光と前記第２の光とを前記第１の主面の法線方向に沿って前記基板に照射することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の基板の外観検査方法。
14. 前記第１の光を発光する第１の光源の光量に対し、前記第２の光を発光する第２の光源の光量が１．５倍以上２．５倍以下の範囲にあることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の基板の外観検査方法。
15. 前記第１の外観検査工程と、前記第２の外観検査工程との間に、搬送手段によって前記基板を搬送することを特徴とする請求項８又は９に記載の基板の外観検査方法。

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