JPH05283963A - Inspection method and inspection device for cut surface of quartz pieces - Google Patents

Inspection method and inspection device for cut surface of quartz pieces

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JPH05283963A
JPH05283963A JP4108592A JP10859292A JPH05283963A JP H05283963 A JPH05283963 A JP H05283963A JP 4108592 A JP4108592 A JP 4108592A JP 10859292 A JP10859292 A JP 10859292A JP H05283963 A JPH05283963 A JP H05283963A
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JP
Japan
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crystal piece
cut surface
piece
angle
crystal
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Application number
JP4108592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Hayashi
茂雄 林
Yoshitaka Tanaka
善隆 田中
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure the cut angle of a piece of quartz with high resolution and high accuracy by rotating the piece of quartz around an axis perpendicular to a cut surface and determining the location of a crystal axis from the middle point of two times peak locations of the intensity of a diffracted X-ray for one rotation. CONSTITUTION:X-rays from an X-rayS source 1 become a parallel X-ray 13 by a collimator 2 and are made incident on a piece of quartz 3. The X-rays are diffracted in the piece of quartz 3 a diffracted X-ray 14 are detected by a X-ray detector 5. Laser beams 15 from a laser generation device 6 are made incident obliquely on the rotation center part of the piece of quartz 3 via reflection mirrors 8, 9 and reflection laser beams 16 are detected in a location detector 10. A linear polarization is performed for a part of laser beams from the device 6 by a polarizing beam splitter 7, polarizing laser beams 17 transmit the piece of quartz 3 via a through hole 4a of a sampling base 4, become distributed laser beams 18 and are made incident on a light detector 12 via a polarizing plate 11. The detection signals of each detector 5, 10, 12 and a revolution indicator 20 are inputted to a operation processor 9, various kinds of calculations are performed for them, a desired cut angle of the piece of quartz 3 is possible to be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は水晶片のカットアングル
を高精度に測定するカット面検査方法および検査装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cut surface inspecting method and an inspecting apparatus for measuring a cut angle of a crystal piece with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】水晶振動子は切断方位(カットアング
ル)によってその周波数−温度特性が変化する。そのた
め、厚み研磨された水晶片のカットアングルを高精度に
測定することが重要である。従来、水晶片のカット面を
検査する場合には、ディフラクトメーターと呼ばれるカ
ット面検査装置が用いられる。このカット面検査装置
は、結晶軸の向きが分かるように一部がカットされた円
形水晶片を用い、その部分を基準として試料台にセット
し、X線を一方向から照射してその回折強度が一番強い
回転方向の場所を測定している。測定方式は、垂直軸を
中心に回転できる試料台の表面に垂直に水晶片を取り付
け、水平方向からX線を水晶片の中央に入射させる。X
線はブラッグの法則に従って回折するので、X線の検出
器を入射方向からブラッグの角の2倍の角度のところに
設置しておく。その状態で、試料台と検出器とを回転さ
せ、検出器からの回折X線出力が最大の回転角からカッ
トアングルを算出している。X線検出器の出力最大の角
度を決めるアルゴリズムについては、次の方法が多く用
いられている。すなわち、検出器の出力にあるレベルの
しきい値を設定し、試料台の回転に応じて変化する出力
の最初にしきい値を越えた回転角と最後に越えた回転角
との中央の値を出力最大の角度とみなす方法である。こ
れは、強度最大値付近ではX線の広がり角のために強度
変化の傾きが小さく、出力最大の角度を正確に判断しに
くいのに対し、例えば1/2の強度のところでは強度変
化が大きいため、変化の傾きも大きく、角度をより正確
に判断できるからである。
2. Description of the Related Art The frequency-temperature characteristic of a crystal oscillator changes depending on the cutting direction. Therefore, it is important to measure the cut angle of the crystal piece whose thickness has been polished with high accuracy. Conventionally, when inspecting the cut surface of a crystal piece, a cut surface inspection device called a diffractometer is used. This cut surface inspection device uses a circular crystal piece, a part of which is cut so that the orientation of the crystal axis can be seen, and that part is set as a reference on a sample stage, and X-rays are irradiated from one direction to obtain the diffraction intensity. Is measuring the place in the strongest direction of rotation. In the measurement method, a crystal piece is attached vertically to the surface of a sample table that can rotate about a vertical axis, and X-rays are made incident on the center of the crystal piece from the horizontal direction. X
Since rays are diffracted according to Bragg's law, an X-ray detector is installed at an angle twice the Bragg angle from the incident direction. In that state, the sample stage and the detector are rotated, and the cut angle is calculated from the rotation angle at which the diffraction X-ray output from the detector is maximum. The following method is often used as an algorithm for determining the maximum output angle of the X-ray detector. That is, a threshold value of a certain level is set for the output of the detector, and the center value of the rotation angle that exceeds the threshold value first and the rotation angle that exceeds the threshold value of the output that changes according to the rotation of the sample table is set. This is the method to regard it as the maximum output angle. This is because the gradient of the intensity change is small near the maximum intensity value due to the spread angle of the X-rays, and it is difficult to accurately determine the maximum output angle, while the intensity change is large at the intensity of 1/2, for example. Therefore, the inclination of change is large and the angle can be determined more accurately.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような測定方式の場合、角度を測定する面で試料台を回
転しているため、試料台の回転方向によって誤差が出る
問題がある。つまり、試料台を右回り方向に回転させた
場合と左回り方向に回転させた場合とで波形の対称性が
異なり、単純にしきい値と交わる回転角の中点で出力最
大の角度を求めたのでは、正確なカットアングルを得る
ことができない。また、人工水晶からの切出しや厚み研
磨などの工程で、カットアングルに対し直角方向の多少
のずれが生じるのは避けられない。また、円形の水晶片
の場合、結晶軸の方向を示すため一辺をフラットにカッ
トしてオリフラ面としているが、このオリフラ面の加工
誤差や、オリフラ面を基準にして試料台にセットする際
の取付誤差を生じる。これら誤差の影響で、測定したカ
ットアングルの値に誤差を生じるという問題があった。
さらに、従来では角度を測定する面で試料台を回転して
いるため、その測定精度は試料台の回転精度に大きく関
係する。つまり、試料台の回転精度がそのまま測定精度
に響くことになる。したがって、高い精度を要求する場
合は、高精度の回転機構が必要になるという問題があっ
た。
However, in the case of the above-mentioned measuring method, since the sample table is rotated on the surface for measuring the angle, there is a problem that an error occurs depending on the rotating direction of the sample table. That is, the symmetry of the waveform is different when the sample stage is rotated in the clockwise direction and when it is rotated in the counterclockwise direction, and the maximum output angle is simply obtained at the midpoint of the rotation angle that intersects the threshold value. So you can't get the exact cut angle. In addition, it is inevitable that some deviation in the direction perpendicular to the cut angle will occur in the process of cutting out from the artificial quartz and polishing the thickness. Also, in the case of a circular crystal piece, one side is cut flat to show the orientation of the crystal axis to form an orientation flat surface.However, when processing the orientation flat surface, the orientation flat surface is used as a reference when setting on the sample stage. Installation error will occur. Due to the influence of these errors, there is a problem that the measured cut angle value has an error.
Further, in the related art, since the sample table is rotated in the plane of measuring the angle, the measurement accuracy thereof is largely related to the rotation accuracy of the sample table. That is, the rotation accuracy of the sample table directly affects the measurement accuracy. Therefore, when high precision is required, there is a problem that a high precision rotation mechanism is required.

【0004】そこで、本発明の主たる目的は、試料台の
回転方向に関係なく波形の対称性が得られ、水晶片のカ
ットアングルを高分解能で測定できるカット面検査方法
および検査装置を提供することにある。また、他の目的
は、オリフラ面の加工誤差や取付誤差が測定精度に影響
されず、水晶片のカットアングルを高精度に測定できる
カット面検査方法および検査装置を提供することにあ
る。さらに他の目的は、簡単な回転機構でも高精度に水
晶片のカットアングルを測定できるカット面検査方法お
よび検査装置を提供することにある。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a cut surface inspecting method and an inspecting apparatus capable of obtaining the symmetry of the waveform regardless of the rotating direction of the sample stage and measuring the cut angle of the crystal piece with high resolution. It is in. Another object of the present invention is to provide a cut surface inspection method and an inspection device capable of measuring the cut angle of a crystal piece with high accuracy without being affected by the processing error and the mounting error of the orientation flat surface. Still another object is to provide a cut surface inspecting method and an inspecting apparatus capable of highly accurately measuring the cut angle of a crystal piece even with a simple rotating mechanism.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明は、水晶片のカット面に対して垂直な軸
を中心として水晶片を回転させる工程と、入射角度がブ
ラッグの条件を満足する角度より小さくなるように、水
晶片のカット面にX線を入射させる工程と、カット面で
ブラッグの条件により回折するX線を検出する工程とを
含み、水晶片を1回転させる間における回折X線強度の
2回のピーク位置の中点から、水晶片の結晶軸の位置を
求めることを特徴とする。第2の発明は、水晶片のカッ
ト面に対して垂直な軸を中心として水晶片を回転させる
工程と、入射角度がブラッグの条件を満足する角度より
小さくなるように、水晶片のカット面にX線を入射させ
る工程と、カット面でブラッグの条件により回折するX
線を検出する工程と、レーザ光を水晶片の回転中心部に
照射する工程と、水晶片のカット面で反射したレーザ光
を検出する工程と、偏光レーザ光を水晶片のカット面に
対して直角に照射し、そのレーザ透過光を測定する工程
とを含み、水晶片を1回転させる間における回折X線の
変化、レーザ反射光の変化、およびレーザ透過光の変化
から、カットアングルを求めることを特徴とする。第3
の発明は、表面に水晶片を載置し、水晶片のカット面に
対して垂直な軸を中心として回転する試料台と、入射角
度がブラッグの条件を満足する角度より小さくなるよう
に、水晶片のカット面にX線を入射させるX線源と、カ
ット面でブラッグの条件により回折するX線を検出する
X線検出器と、水晶片の回転中心部に斜め方向からレー
ザ光を照射するレーザ光源と、水晶片のカット面で反射
したレーザ光を検出する位置検出器と、偏光レーザ光を
水晶片のカット面に対して直角に照射する偏光レーザ光
源と、水晶片を透過した偏光レーザ光量を測定する光検
出器と、試料台を1回転させる間にX線検出器と位置検
出器と光検出器とで検出される信号の変化から、カット
アングルを演算する演算処理装置とを備えたものであ
る。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention comprises a step of rotating a crystal element about an axis perpendicular to a cut surface of the crystal element and a condition that an incident angle is Bragg. So that the angle becomes smaller than the angle that satisfies the above condition, the step of making X-rays incident on the cut surface of the crystal piece and the step of detecting X-rays diffracted by the Bragg condition on the cut surface, The position of the crystal axis of the crystal piece is determined from the midpoint of the two peak positions of the diffracted X-ray intensity in. A second invention is a step of rotating the crystal piece about an axis perpendicular to the cut surface of the crystal piece, and a step of rotating the crystal piece so that the incident angle is smaller than an angle satisfying the Bragg condition. X-ray diffracted according to Bragg's condition on the process of making X-ray incident
The step of detecting the line, the step of irradiating the rotation center of the crystal piece with laser light, the step of detecting the laser light reflected by the cut surface of the crystal piece, the polarized laser light to the cut surface of the crystal piece Irradiating at a right angle and measuring the laser transmitted light, and obtaining the cut angle from the change of the diffracted X-ray, the change of the laser reflected light, and the change of the laser transmitted light during one rotation of the crystal piece. Is characterized by. Third
Of the invention, the crystal stage is placed on the surface, and the crystal stage is rotated about an axis perpendicular to the cut surface of the crystal stage, and the incident angle is smaller than the angle satisfying the Bragg condition. An X-ray source that makes X-rays incident on the cut surface of the piece, an X-ray detector that detects X-rays diffracted by the Bragg condition on the cut surface, and laser light is obliquely irradiated to the rotation center of the crystal piece. A laser light source, a position detector that detects the laser light reflected by the cut surface of the crystal piece, a polarized laser light source that irradiates polarized laser light at a right angle to the cut surface of the crystal piece, and a polarized laser that transmits the crystal piece. A photodetector for measuring the amount of light, and an arithmetic processing unit for calculating a cut angle from changes in signals detected by the X-ray detector, the position detector, and the photodetector during one rotation of the sample stage are provided. It is a thing.

【0006】[0006]

【作用】水晶片が載った試料台を回転させると、X線検
出器,レーザ反射光検出器およびレーザ透過光検出器か
ら信号が出力される。まず、X線は1回の試料台の回転
で2回のピークを示す。これは1回の回転により、ブラ
ッグの条件を満たす場合が2度生じるためである。これ
らのピーク位置を算出し、その中点からX線に対する角
度情報および位相情報が分かる。回折X線の強度波形は
水晶片の回転方向に関係なく対称性を持つので、その中
点から得られる情報の分解能は高い。また、レーザ反射
光については、1回転につき最大と最小を示す。その正
弦波状の波形情報から基準面に対する水晶片の外形情報
および基準回転位置からの位相が分かる。さらに、レー
ザ透過光については、1回転あたり4回のピークがある
ので、その4つの平均として水晶の位置情報が分かる。
それぞれから求めた位置、角度、位相情報から、幾何学
的計算によってカットアングルを精度よく求めることが
できる。このようにして求められたカットアングルは、
オリフラ面の加工誤差や取付誤差が測定精度に影響され
ず、しかも回転機構の精度に影響されない。
When the sample stage on which the crystal piece is placed is rotated, signals are output from the X-ray detector, laser reflected light detector and laser transmitted light detector. First, the X-ray shows two peaks with one rotation of the sample table. This is because one rotation occurs twice when the Bragg condition is satisfied. By calculating these peak positions, the angle information and the phase information with respect to the X-ray can be known from the midpoint. Since the intensity waveform of the diffracted X-ray has symmetry regardless of the rotation direction of the crystal piece, the resolution of information obtained from the midpoint is high. The laser reflected light shows the maximum and the minimum per one rotation. From the sinusoidal waveform information, the outer shape information of the crystal piece with respect to the reference surface and the phase from the reference rotation position can be known. Further, since the laser transmitted light has four peaks per rotation, the position information of the crystal can be obtained as an average of the four peaks.
The cut angle can be accurately obtained by geometric calculation from the position, angle, and phase information obtained from each. The cut angle obtained in this way is
The processing error and the mounting error of the orientation flat surface are not affected by the measurement accuracy, and are not affected by the accuracy of the rotating mechanism.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明にかかるカット面検査装置の一
例を示す。図において、1はX線源、2はコリメータ、
3は検査すべき水晶片、4は水晶片3を上面に吸着保持
する吸引回転テーブル(試料台)、5はX線検出器、6
はレーザ発生装置、7は偏光ビームスプリッタ、8,9
は反射ミラー、10は位置検出器、11は偏光ビームス
プリッタ7に対して偏光方向が90度をなす偏光板、1
2は偏光板11を通過したレーザ光を検出する光検出
器、20は試料台4の回転角度を検出する回転計であ
る。水晶片3は試料台4の上面に載置され、試料台4は
水晶片3のカット面に対してほぼ垂直な軸を中心として
回転する。
1 shows an example of a cut surface inspection apparatus according to the present invention. In the figure, 1 is an X-ray source, 2 is a collimator,
3 is a crystal piece to be inspected, 4 is a suction rotary table (sample table) that holds the crystal piece 3 on its upper surface by suction, 5 is an X-ray detector, 6
Is a laser generator, 7 is a polarization beam splitter, 8 and 9
Is a reflection mirror, 10 is a position detector, 11 is a polarizing plate whose polarization direction is 90 degrees with respect to the polarization beam splitter 7, 1
Reference numeral 2 is a photodetector that detects the laser light that has passed through the polarizing plate 11, and 20 is a tachometer that detects the rotation angle of the sample table 4. The crystal piece 3 is placed on the upper surface of the sample base 4, and the sample base 4 rotates about an axis substantially perpendicular to the cut surface of the crystal piece 3.

【0008】X線源1から出たX線はコリメータ2で平
行なX線13となって水晶片3に入射する。X線は水晶
片3で回折を起こし、この回折X線14はX線検出器5
で検出される。また、レーザ発生装置6から出たレーザ
光15は反射ミラー8,9を経て水晶片3の回転中心部
に斜め方向より入射し、反射レーザ光16は位置検出器
10で検出される。また、レーザ発生装置6から出たレ
ーザ光の一部は偏光ビームスプリッタ7で直線偏光さ
れ、この偏光レーザ光17は試料台4の回転中心に設け
られた貫通穴4aを通過し、水晶片3を透過して分散レ
ーザ光18となり、偏光板11を経て光検出器12に入
る。X線検出器5、位置検出器10、光検出器12およ
び回転計20の各検出信号は演算処理装置19に入力さ
れ、ここで各種の演算が行われ、目的とする水晶片3の
カットアングルθが求められる。なお、試料台4をパル
スモータで回転駆動する場合には、パルスモータに入力
されるパルス数をカウントすることによって回転角度を
検出できるので、回転計20を省略可能である。
The X-rays emitted from the X-ray source 1 become parallel X-rays 13 by the collimator 2 and enter the crystal blank 3. The X-rays are diffracted by the crystal piece 3, and the diffracted X-rays 14 are the X-ray detectors 5.
Detected in. Further, the laser light 15 emitted from the laser generator 6 is obliquely incident on the center of rotation of the crystal piece 3 via the reflection mirrors 8 and 9, and the reflected laser light 16 is detected by the position detector 10. Further, a part of the laser light emitted from the laser generator 6 is linearly polarized by the polarization beam splitter 7, and this polarized laser light 17 passes through the through hole 4 a provided at the rotation center of the sample table 4 and the crystal piece 3 To become the dispersed laser beam 18, and enter the photodetector 12 through the polarizing plate 11. The detection signals of the X-ray detector 5, the position detector 10, the photodetector 12, and the tachometer 20 are input to the arithmetic processing unit 19, where various arithmetic operations are performed, and the target cut angle of the crystal piece 3 is performed. θ is obtained. When the sample table 4 is rotationally driven by the pulse motor, the rotation angle can be detected by counting the number of pulses input to the pulse motor, so that the tachometer 20 can be omitted.

【0009】つぎに、カットアングルの算出手順につい
て説明する。なお、算出に際し、X線系(13〜14)
とレーザ系(15〜16)とを直角方向に配置したもの
を前提としている。図2に示すように、まず水晶片3の
カット面の法線と回転軸との間の角度αを水晶片3が1
回転する間の反射レーザ光16の変化から求める(ステ
ップS1 )。続いて水晶片3のカット面の法線ベクトル
、水晶片3の結晶格子面(0,1,1面)の法線ベ
クトルをρとした時、両者の回転面(xy面)への正射
影のなす角φを求める(ステップS2 )。次に、回転軸
zと結晶格子面の法線ベクトルρとのなす角δを求める
(ステップS3 )。そして、測定座標系におけるxy平
面上でのベクトルρと水晶の光軸(Z軸)との位相差β
を求める(ステップS4 )。次に、光軸(Z軸)と回転
軸zとのなす角γを求め(ステップS5 )、最後に水晶
片3のカット面と光軸(Z軸)とのなす角θ、つまりカ
ットアングルを求める(ステップS6 )。
Next, the procedure for calculating the cut angle will be described. In the calculation, X-ray system (13-14)
And the laser system (15 to 16) are arranged at right angles. As shown in FIG. 2, first, the angle α between the normal to the cut surface of the crystal piece 3 and the rotation axis is set to 1
It is determined from the change in the reflected laser light 16 during rotation (step S 1 ). Next, when the normal vector of the cut surface of the crystal piece 3 is t 1 and the normal vector of the crystal lattice plane (0, 1, 1 surface) of the crystal piece 3 is ρ , the rotation planes (xy plane) of both are The angle φ formed by the orthogonal projection is obtained (step S 2 ). Next, the angle δ formed by the rotation axis z and the normal vector ρ of the crystal lattice plane is obtained (step S 3 ). Then, the phase difference β between the vector ρ on the xy plane and the optical axis (Z axis) of the crystal in the measurement coordinate system.
Is calculated (step S 4 ). Next, the angle γ formed by the optical axis (Z axis) and the rotation axis z is obtained (step S 5 ), and finally the angle θ formed by the cut surface of the crystal piece 3 and the optical axis (Z axis), that is, the cut angle. Is calculated (step S 6 ).

【0010】つぎに、各ステップS1 〜S6 を詳細に説
明する。まず水晶片3のカット面の法線と回転軸zと
の間の角度αを求める。水晶片3にレーザ光15が入射
し、水晶片3のカット面が回転軸zに対して傾きαがあ
る場合、試料台4が1回転した時の反射レーザ光16の
動きは図3のようになる。この時、入射レーザ光と回転
軸zを含む面方向の位置検出器10の出力をΔK、反射
点から検出センサ10までの距離をLとすると、次式の
ようになる。
Next, the steps S 1 to S 6 will be described in detail. First, the angle α between the normal t of the cut surface of the crystal piece 3 and the rotation axis z is obtained. When the laser light 15 is incident on the crystal piece 3 and the cut surface of the crystal piece 3 has an inclination α with respect to the rotation axis z, the movement of the reflected laser light 16 when the sample stage 4 makes one rotation is as shown in FIG. become. At this time, when the output of the position detector 10 in the plane direction including the incident laser beam and the rotation axis z is ΔK, and the distance from the reflection point to the detection sensor 10 is L, the following equation is obtained.

【0011】[0011]

【数1】L tan2α=ΔK/2 したがって、角度αは次のように一般式で表すことがで
きる。
## EQU1 ## L tan2α = ΔK / 2 Therefore, the angle α can be expressed by the following general formula.

【0012】[0012]

【数2】α=f1 (ΔK,L)## EQU2 ## α = f 1 (ΔK, L)

【0013】試料台4の回転角に伴って検出センサ10
の出力Kは図4のように変化する。レーザ入射方向に直
角な方向を回転の基準と考えると、反射レーザ光16の
検出器10からの出力は、角速度をω、基準からの時間
をtとすると、−sin ( ωt)で表される。ここで、水
晶片3のカット面の法線ベクトルをとし、水晶の結晶
格子面の法線ベクトルをρとすると、夫々の回転面(x
y面)への正射影の間の角φ(図5参照)と、入射X線
の方向に対する法線ベクトルρの位相ωt0 は、ωt=
ωt0 +φの関係より次式のようになる。
A detection sensor 10 according to the rotation angle of the sample table 4
Output K changes as shown in FIG. When the direction perpendicular to the laser incident direction is considered as the rotation reference, the output from the detector 10 of the reflected laser light 16 is represented by −sin (ωt) where ω is the angular velocity and t is the time from the reference. .. Here, when the normal vector of the cut surface of the crystal piece 3 is t and the normal vector of the crystal lattice surface of the crystal is ρ , the respective rotation planes (x
The angle φ (see FIG. 5) between the orthogonal projections on the (y-plane) and the phase ωt 0 of the normal vector ρ with respect to the direction of the incident X-ray are ωt =
From the relationship of ωt 0 + φ, the following equation is obtained.

【0014】[0014]

【数3】 [Equation 3]

【0015】上式において、K0 ,K1 ,K2 は夫々
検出器10の出力の平均値,最大値,最小値である。ま
た、結晶格子面の法線ベクトルρについては、後述する
ように回析X線14をX線検出器5の出力から求めるこ
とができる。したがって、角度φは一般式で表すと次の
ようになる。
In the above equation, K 0 , K 1 and K 2 are the average value, the maximum value and the minimum value of the output of the detector 10, respectively. Further, the normal vector ρ of the crystal lattice plane can be obtained from the output of the X-ray detector 5 for the diffracted X-ray 14 as described later. Therefore, the angle φ is expressed by the following general formula.

【0016】[0016]

【数4】φ=f2 (ωt0 ,K)## EQU4 ## φ = f 2 (ωt 0 , K)

【0017】次に、回転軸zと結晶格子面の法線ベクト
ρとのなす角δを求める。入射X線13の水晶片3に
対する入射角をζとすると、入射角ζがブラッグの条件
を満足する角度より小さい場合、図6のように水晶片3
が1回転する間に回折が生じるブラッグの条件を満足す
る時が2度ある。最初に回折が生じる回転角をωt1
2度目をωt2 とすると、これら回転角の中点、つまり
両者の差の半分が入射X線13の方向に対する法線ベク
トルρの位相ωt0 に相当する。
Next, the angle δ formed by the rotation axis z and the normal vector ρ of the crystal lattice plane is determined. If the incident angle of the incident X-ray 13 to the crystal piece 3 is ζ, and the incident angle ζ is smaller than the angle satisfying the Bragg's condition, the crystal piece 3 will be as shown in FIG.
There are two times when the Bragg condition that diffraction occurs during one rotation of is satisfied. The rotation angle at which diffraction first occurs is ωt 1 ,
Letting ωt 2 be the second time, the midpoint of these rotation angles, that is, half of the difference between the two, corresponds to the phase ωt 0 of the normal vector ρ with respect to the direction of the incident X-ray 13.

【0018】[0018]

【数5】 入射X線のベクトルは測定座標系で示すと図7のよう
になり、ベクトルρを数式で表すと次のようにな
る。
[Equation 5] The vector s of the incident X-ray is as shown in FIG. 7 in the measurement coordinate system, and the vectors s 1 and ρ are as follows.

【0019】[0019]

【数6】 したがって、両ベクトルの内積は次式のようになる。[Equation 6] Therefore, the inner product of both vectors is as follows.

【0020】[0020]

【数7】 ρ=−cos ζ・sin δ・cos ωt0 +sin ζ・cos δ ここで、ベクトルとベクトルρとのなす角をΦ、ブラ
ッグの角をηとすると、図8のようになり、ブラッグの
条件を満足する時の位置関係から、次式のようになる。
S · ρ = −cos ζ · sin δ · cos ωt 0 + sin ζ · cos δ Here, if the angle between the vector s and the vector ρ is Φ and the Bragg angle is η, then as shown in FIG. Then, from the positional relationship when the Bragg condition is satisfied, the following equation is obtained.

【0021】[0021]

【数8】ρ=|s|・|ρ| cosΦ =1・1・sin(π/2−Φ) =sin η 数式7および数式8からδは求められる。これを一般式
で表すと、次式のようになる。
S · ρ = | s | · | ρ | cosΦ = 1.1 · sin (π / 2−Φ) = sin η Equation 7 and Equation 8 give δ. If this is expressed by a general formula, the following formula is obtained.

【0022】[0022]

【数9】δ=f3 (ωt0 ,ζ,η) 次に、測定座標系におけるxy平面上でのベクトルρと
水晶の光軸(Z軸)との位相差βを求める。偏光ビーム
スプリッタ7と偏光板11とは90度の位相差を持つの
で、水晶片3に入射した偏光レーザ光17は水晶の光軸
(Z軸)と入射した偏光方向との角度に応じて偏光板1
1を通ったレーザ光の強度が変化する。この場合、図9
のように試料台4が1回転する間に4回変化する。xy
平面上でのベクトルρの位相ωt0 は回析X線14の強
度からわかり、水晶の光軸(Z軸)は光検出器12で検
出される4つの信号の平均から、その位相ωt0 ’がわ
かる。これを一般式で表すと、次式のようになる。
Δ = f 3 (ωt 0 , ζ, η) Next, the phase difference β between the vector ρ on the xy plane in the measurement coordinate system and the optical axis (Z axis) of the crystal is obtained. Since the polarization beam splitter 7 and the polarizing plate 11 have a phase difference of 90 degrees, the polarized laser light 17 incident on the crystal piece 3 is polarized according to the angle between the optical axis (Z axis) of the crystal and the incident polarization direction. Board 1
The intensity of the laser light passing through 1 changes. In this case,
As described above, the sample table 4 changes four times during one rotation. xy
The phase ωt 0 of the vector ρ on the plane is known from the intensity of the diffracted X-ray 14, and the optical axis (Z-axis) of the crystal is the phase ωt 0 ′ from the average of four signals detected by the photodetector 12. I understand. If this is expressed by a general formula, the following formula is obtained.

【0023】[0023]

【数10】β=f4 (ωt0 ,ωt0 ’)## EQU10 ## β = f 4 (ωt 0 , ωt 0 ')

【0024】つぎに、光軸(Z軸)と回転軸zとのなす
角γを求める。結晶軸のY軸(機械軸)と結晶格子面の
法線ベクトルρとのなす角をε(図10参照)とする
と、法線ベクトルρと光軸ベクトルはX,Y,Z座標
系では次のように表される。
Next, the angle γ formed by the optical axis (Z axis) and the rotation axis z is determined. If the angle between the Y axis of the crystal axis (mechanical axis) and the normal vector ρ of the crystal lattice plane is ε (see FIG. 10), the normal vector ρ and the optical axis vector Z are in the X, Y, Z coordinate system. It is expressed as follows.

【0025】[0025]

【数11】 一方、測定座標系でベクトルρを図示すると図11
のようになり、これを数式で表すと次のようになる。
[Equation 11] On the other hand, FIG. 11 shows the vectors ρ and Z in the measurement coordinate system.
It becomes like this, and when this is expressed by a mathematical formula, it becomes as follows.

【0026】[0026]

【数12】 これより、両ベクトルρの内積は次式のようにな
る。
[Equation 12] From this, the inner product of both vectors ρ and Z is as follows.

【0027】[0027]

【数13】ρ=sin ε =sin δ・sin γ・cos β+cos δ・cos γ 上記式よりγを算出できる。εが既知であり、βは測定
値であるから、一般式では次式のように表される。
Equation 13] ρ · Z = sin ε = sin δ · sin γ · cos β + cos δ · cos γ can be calculated gamma from the above equation. Since ε is known and β is a measured value, it can be expressed by the following formula in the general formula.

【0028】[0028]

【数14】γ=f5 (δ,β,ε)Γ = f 5 (δ, β, ε)

【0029】最後に、水晶片3のカット面と光軸(Z
軸)とのなす角θ、つまりカットアングルを求める。即
ち、図12に示すように、カット面の法線ベクトル
よび光軸ベクトルをXYZ座標系で表すと、
Finally, the cut surface of the crystal piece 3 and the optical axis (Z
The angle θ with the axis, that is, the cut angle is calculated. That is, as shown in FIG. 12, when the normal vector t of the cut surface and the optical axis vector Z are represented by an XYZ coordinate system,

【0030】[0030]

【数15】 であるから、両ベクトルの内積は、[Equation 15] Therefore, the dot product of both vectors is

【0030】[0030]

【数16】=sin θ となる。これを、測定座標系で表すと、## EQU16 ## t · Z = sin θ. If this is expressed in the measurement coordinate system,

【0031】[0031]

【数17】 よって、両ベクトルの内積は次式のような一般式
となる。
[Equation 17] Therefore, the inner product of both vectors t 1 and Z 2 becomes a general expression as follows.

【0032】[0032]

【数18】=g(α,φ,γ,β) したがって、=sin θ=g(α,φ,γ,β)と
なり、θを一般式で表すと、次のようになる。
[Mathematical formula-see original document] t * Z = g ([alpha], [phi], [gamma], [beta]) Therefore, t * Z = sin [theta] = g ([alpha], [phi], [gamma], [beta]), and θ can be expressed by the following formula. become.

【0033】[0033]

【数19】θ=f6 (α,φ,γ,β) 以上のように、L,ζ,η,εは既知であり、ΔK,ω
0 ,ωt0 ’,Kは測定により求まる値であるから、
α,φ,δ,β,γおよびθを順次算出することができ
る。
[Mathematical formula-see original document] θ = f 6 (α, φ, γ, β) As described above, L, ζ, η, ε are known, and ΔK, ω
Since t 0 , ωt 0 'and K are values obtained by measurement,
It is possible to sequentially calculate α, φ, δ, β, γ and θ.

【0034】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、水晶片の傾きや取付誤差を無視で
きる場合には、X線の回析のみから結晶軸の位置を検出
するようにしてもよい。また、上記実施例では水晶片の
傾きや取付誤差を補正するため、レーザの反射や偏光を
用いたが、他の方法で補正してもよい。さらに、X線
系,レーザ系の位置関係および入射角等は、図1に示す
通りでなくてもよく、測定すべき対象に応じて位置関係
や入射角を変更し、これに応じて算出式を修正すれば測
定可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, when the inclination of the crystal piece and the mounting error can be ignored, the position of the crystal axis may be detected only by X-ray diffraction. Further, in the above embodiment, in order to correct the inclination of the crystal piece and the mounting error, the reflection and the polarization of the laser are used, but the correction may be performed by other methods. Furthermore, the positional relationship and the incident angle of the X-ray system and the laser system do not have to be as shown in FIG. 1, but the positional relationship and the incident angle are changed according to the object to be measured, and the calculation formulas are changed accordingly. It can be measured if is corrected.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、カット面に対して垂直な軸を中心として水晶片
を回転させ、1回転させる間における回折X線強度の2
回のピーク位置の中点から水晶片の結晶軸の位置を求め
るようにしたので、回折X線の強度波形は水晶片の回転
方向に関係なく対称性を持ち、その中点から得られる角
度の分解能は高い。したがって、カットアングルを高精
度に検出できる。また、従来のように角度を測定する面
で試料台を回転するのではなく、カット面に対して垂直
な軸を中心として水晶片を回転させながら角度を測定す
るので、カット時の傾きによる加工誤差や、試料台への
取付誤差が測定誤差に及ぼす影響が少ない。さらに、レ
ーザ反射光と偏光光によって傾き誤差や取付誤差を補正
しているため、原理的に真のカットアングルを測定でき
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the crystal X-ray intensity is set to 2 when the quartz crystal piece is rotated about the axis perpendicular to the cut surface for one rotation.
Since the position of the crystal axis of the crystal piece is determined from the midpoint of the peak position of the time, the intensity waveform of the diffracted X-ray has symmetry regardless of the rotation direction of the crystal piece, and the angle obtained from the midpoint The resolution is high. Therefore, the cut angle can be detected with high accuracy. Also, instead of rotating the sample table on the surface to measure the angle as in the past, the angle is measured while rotating the quartz piece about the axis perpendicular to the cut surface, so processing by the inclination during cutting Errors and mounting errors on the sample table have little effect on measurement errors. Further, since the tilt error and the mounting error are corrected by the laser reflected light and the polarized light, the true cut angle can be measured in principle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかるカット面検査装置の一例の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a cut surface inspection apparatus according to the present invention.

【図2】本発明にかかるカットアングルの算出手順を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a procedure for calculating a cut angle according to the present invention.

【図3】水晶片に対するレーザ反射光の検出方法を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a method for detecting laser reflected light on a crystal piece.

【図4】レーザ反射光を検出した位置検出器の出力波形
図である。
FIG. 4 is an output waveform diagram of a position detector that detects laser reflected light.

【図5】カット面の法線ベクトルと結晶格子面の法線ベ
クトルと回転面との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a normal vector of a cut surface, a normal vector of a crystal lattice surface, and a rotation surface.

【図6】回折X線を検出するX線検出器の出力波形図で
ある。
FIG. 6 is an output waveform diagram of an X-ray detector that detects diffracted X-rays.

【図7】(a)は回転面における入射X線と格子面の法
線との関係を示す図、(b)は回転面に対する入射X線
の関係を示す図である。
7A is a diagram showing a relationship between an incident X-ray on a rotating surface and a normal to a lattice plane, and FIG. 7B is a diagram showing a relationship of an incident X-ray on the rotating surface.

【図8】ブラッグの角度を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing Bragg angles.

【図9】偏光板を通過したレーザ光を検出する光検出器
の出力波形図である。
FIG. 9 is an output waveform diagram of a photodetector that detects laser light that has passed through a polarizing plate.

【図10】水晶の原石から水晶片を切り出す状態を示す
図である。
FIG. 10 is a view showing a state in which a crystal piece is cut out from a crystal rough stone.

【図11】回転軸と光軸との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a rotation axis and an optical axis.

【図12】カット面および格子面と光軸との関係を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a cut surface and a lattice surface and an optical axis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 X線源 3 水晶片 4 試料台 5 X線検出器 6 レーザ発生装置 7 偏光ビームスプリッタ 10 位置検出器 11 偏光板 12 光検出器 19 演算処理回路 1 X-ray source 3 Crystal piece 4 Sample stage 5 X-ray detector 6 Laser generator 7 Polarization beam splitter 10 Position detector 11 Polarizing plate 12 Photodetector 19 Arithmetic processing circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水晶片のカット面に対して垂直な軸を中心
として水晶片を回転させる工程と、 入射角度がブラッグの条件を満足する角度より小さくな
るように、水晶片のカット面にX線を入射させる工程
と、 カット面でブラッグの条件により回折するX線を検出す
る工程とを含み、 水晶片を1回転させる間における回折X線強度の2回の
ピーク位置の中点から、水晶片の結晶軸の位置を求める
ことを特徴とする水晶片のカット面検査方法。
1. A step of rotating a crystal piece about an axis perpendicular to a cut surface of the crystal piece, and X is applied to the cut surface of the crystal piece so that an incident angle becomes smaller than an angle satisfying Bragg's condition. Including a step of injecting a ray and a step of detecting an X-ray that is diffracted by the Bragg condition on the cut surface, the crystal from the midpoint of the two peak positions of the diffracted X-ray intensity during one rotation of the quartz piece. A method for inspecting a cut surface of a crystal piece, which comprises determining the position of a crystal axis of the piece.
【請求項2】水晶片のカット面に対して垂直な軸を中心
として水晶片を回転させる工程と、 入射角度がブラッグの条件を満足する角度より小さくな
るように、水晶片のカット面にX線を入射させる工程
と、 カット面でブラッグの条件により回折するX線を検出す
る工程と、 レーザ光を水晶片の回転中心部に照射する工程と、 水晶片のカット面で反射したレーザ光を検出する工程
と、 偏光レーザ光を水晶片のカット面に対して直角に照射
し、そのレーザ透過光を測定する工程とを含み、 水晶片を1回転させる間における回折X線の変化、レー
ザ反射光の変化、およびレーザ透過光の変化から、カッ
トアングルを求めることを特徴とする水晶片のカット面
検査方法。
2. A step of rotating the crystal piece about an axis perpendicular to the cut surface of the crystal piece, and X is applied to the cut surface of the crystal piece so that the incident angle becomes smaller than an angle satisfying the Bragg condition. The step of injecting a line, the step of detecting X-rays that are diffracted by the Bragg condition on the cut surface, the step of irradiating the rotation center of the crystal piece with laser light, and the laser light reflected on the cut surface of the crystal piece Detecting and irradiating the cut surface of the crystal piece with polarized laser light at a right angle, and measuring the laser transmitted light, change of diffracted X-rays during one rotation of the crystal piece, laser reflection A method for inspecting a cut surface of a crystal piece, which comprises obtaining a cut angle from a change in light and a change in laser transmitted light.
【請求項3】表面に水晶片を載置し、水晶片のカット面
に対して垂直な軸を中心として回転する試料台と、 入射角度がブラッグの条件を満足する角度より小さくな
るように、水晶片のカット面にX線を入射させるX線源
と、 カット面でブラッグの条件により回折するX線を検出す
るX線検出器と、 水晶片の回転中心部に斜め方向からレーザ光を照射する
レーザ光源と、 水晶片のカット面で反射したレーザ光を検出する位置検
出器と、 偏光レーザ光を水晶片のカット面に対して直角に照射す
る偏光レーザ光源と、 水晶片を透過した偏光レーザ光量を測定する光検出器
と、 試料台を1回転させる間にX線検出器と位置検出器と光
検出器とで検出される信号の変化から、カットアングル
を演算する演算処理装置とを備えたことを特徴とする水
晶片のカット面検査装置。
3. A sample table which mounts a crystal piece on the surface thereof and rotates about an axis perpendicular to the cut surface of the crystal piece, and an incident angle smaller than an angle satisfying the Bragg condition. An X-ray source that makes X-rays incident on the cut surface of the crystal piece, an X-ray detector that detects X-rays that are diffracted by the Bragg condition on the cut surface, and a laser beam is radiated obliquely to the center of rotation of the crystal piece. Laser light source, a position detector that detects the laser light reflected by the cut surface of the crystal piece, a polarized laser light source that irradiates polarized laser light at a right angle to the cut surface of the crystal piece, and a polarized light that passes through the crystal piece. A photodetector for measuring the amount of laser light and an arithmetic processing unit for computing the cut angle from the change in the signals detected by the X-ray detector, the position detector and the photodetector during one rotation of the sample stage. A crystal characterized by having A piece cut surface inspection device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006177842A (en) * 2004-12-24 2006-07-06 Pioneer Electronic Corp Cut face inspection device and cut face inspection method
CN103434036A (en) * 2013-08-12 2013-12-11 元鸿(山东)光电材料有限公司 Crystal rod orientation device
CN106505966A (en) * 2015-09-03 2017-03-15 日本电波工业株式会社 Quartz crystal unit

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