KR20020030248A - Light Source for Inspection Transparent Body, Inspection Apparatus of Transparent Body and Inspection Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투명체 검사용 광원, 투명체 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것으로, 특히 수정진동자용이나 수정 필터용 등의 수정 기판에 실시되는 베베링/콘벡스 가공의 형상 검사에 매우 적합한 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source for transparent body inspection, a transparent body inspection apparatus, and an inspection method thereof, and more particularly, to a shape inspection of beveling / convex processing performed on quartz crystal substrates such as crystal oscillators and quartz filters.
일반적으로, 커트 수정진동자를 제조하는 경우에 도 6에 나타낸 바와 같이, 인공(人工) 수정(水晶)을 커트(절단)하여 수정 블랭크를 자르고(스텝 61), 잘라진 수정 블랭크의 표면을 연삭재 연마용 입자에 의해 랩핑 가공한다(스텝 62). 이것에 의해 표면에 가공 변질층과 2차 결렬층(이하, 가공층이라고 한다)이 발생하고 조면화 상태가 된다. 더욱이 이 가공층을 없애기 위해서, 더욱 더 입도(粒度)가 작은 연삭 연마용 입자를 이용해 랩핑 가공을 하는 경우도 있다. 랩핑 가공 후,수정 블랭크 표면에서의 음향 손실을 줄이기 위해서, 최종 마무리 가공인 폴리쉬(polish) 마무리(화학 에칭도 포함한다)를 실시하여 경면화 한다(스텝 63). 그리고, 전극을 증착하고(스텝 64), 패키징하여 수정진동자를 만든다(스텝 65).In general, in the case of manufacturing a cut quartz crystal oscillator, as shown in FIG. 6, the artificial quartz crystal is cut (cut) to cut the quartz blank (step 61), and the surface of the cut quartz crystal is ground. Lapping is performed by the molten particles (step 62). As a result, the work deterioration layer and the secondary breaking layer (hereinafter referred to as the work layer) are generated on the surface, and the surface is in a roughened state. Furthermore, in order to remove this process layer, the lapping process may be performed using the grinding-polishing particle | grains of further smaller particle size. After lapping, in order to reduce the acoustic loss on the crystal blank surface, polish finishing (including chemical etching), which is the final finishing, is performed to mirror the surface (step 63). The electrode is then deposited (step 64) and packaged to produce a crystal oscillator (step 65).
그런데, 수정진동자용의 수정 블랭크는, 소형이고 얇으며 경량으로 투명하기 때문에 가시화하는 것이 어렵고, 수정 블랭크에 생긴 미소한 상처를 검사하는 것이 곤란하였다. 거기서, 조명 빛을 직접 CCD 카메라의 시야에 넣지 않고, 수정 블랭크에 생긴 상처를 산란 혹은 회절된 빛만을 보고 검사하는 암시야 관찰법을 이용하여 수정 블랭크에 생긴 상처를 떠오르게 한다. 이 수정 블랭크 표면을 CCD 카메라로 촬상하고, 이 촬상 신호를 화상 처리하는 것으로써, 수정 블랭크의 외관을 검사하는 기술이 개발되고 있다(예를 들면, 일본특허 제2821460호). 이 암시야 관찰법을 적용함으로써, 지금까지 목시(目視; 맨 눈)로 검사할 수 없었던 상처, 예를 들면, 흠집 등의 상처를 검출할 수 있게 되어 수정 기판의 상처 검사 기술은 비약적으로 향상되었다.By the way, the crystal blank for crystal oscillators is difficult to visualize because it is small, thin and lightweight and transparent, and it is difficult to inspect the minute wound which occurred to the crystal blank. There, a dark field observation method is used to visualize wounds on the crystal blank without scattering the illumination light directly into the field of view of the CCD camera, and by examining only scattered or diffracted light. By imaging this quartz blank surface with a CCD camera and image-processing this imaging signal, the technique which examines the external appearance of a quartz blank is developed (for example, Japanese Patent No. 2821460). By applying this dark field observation method, it is possible to detect a wound, such as a scratch, that has not been visually inspected so far, and the wound inspection technique of the quartz substrate has been remarkably improved.
그러나, 암시야 관찰법으로는 수정 블랭크 표면 상태의 검사는 할 수 있지만, 단면 형상 내지는 두께와 관련되는 베베링 가공이나 콘벡스 가공의 형상 검사가 유효하지 않았다. 이것을 이하에 설명한다. 또한, 베베링 가공은 도 7a에 나타낸 바와 같이 주변부를 모따기 가공하는 것이고, 콘벡스 가공은 도 7b에 나타낸 바와 같이 볼록 렌즈 가공(편면(片面) 철형(凸形) 및 양면(兩面) 철형(凸形)을 모두 포함한다)하는 것이다.However, although the inspection of the crystal blank surface state was possible by the dark field observation method, the shape inspection of the beveling process and the convex process which concerns on cross-sectional shape or thickness was not effective. This is described below. In addition, the beveling process is to chamfer the periphery as shown in FIG. 7A, and the convex process is a convex lens process (one-sided convexity and two-sided convexity) as shown in FIG. 7B. It includes all forms).
상술한 것처럼, 수정 블랭크의 표면을 랩핑 가공한 다음에, 더욱 더폴리쉬(polish) 마무리(내지는 화학 에칭)를 실시한다. 랩핑 가공의 단계에서는, 사용하는 연마용 입자번호로 ＃4000 이하의 비교적 입자가 엉성한 연마재를 이용하므로 수정 블랭크 표면이 조면(粗面; 거친) 상태(0. 수μm~)이다. 이 레벨의 연마재를 이용하여 베베링 가공을 실시하면, 수정 블랭크 표면은 가공부를 조면화한다. 따라서, 표면 엉성함에서의 산란, 회절을 관찰하는 암시야 관찰법으로 조면화한 가공부와 조면화되지 않은 비가공부와의 식별을 할 수 있으므로, 베베링 가공의 형상 검사가 가능하다.As described above, the surface of the quartz blank is wrapped and then further polished (to chemical etching) is performed. In the step of lapping, the abrasive blank surface is roughly rough (0. several μm ~) because a relatively abrasive grain of less than # 4000 is used as the abrasive grain number to be used. When a beveling process is performed using the abrasive of this level, the quartz blank surface roughens the machined portion. Therefore, since the roughening process and the non-roughening unprocessed part can be distinguished by the scattering in surface roughness and the dark field observation method which observes a diffraction, the shape inspection of a beveling process is possible.
도 8에 베베링 가공이 주변부에 실시된 수정 블랭크의 암시야 관찰에 의한 화상의 구체적인 예를 나타낸다. 중앙의 검은 타원으로 둘러싸인 영역이 비가공부로, 그 외주의 흰 영역이 가공부이다. 요약하면 베베링 가공은 수정 블랭크 표면의 주변부에 조면을 형성하는 것으로부터, 베베링 가공을 상처로 보는 것이다. 이 화상으로부터 베베링 가공 형상을 검사할 수 있다. 더욱이 암시야 관찰법에서는, 도면에 나타나듯이 수정 블랭크의 윤곽도 희게 빛남으로 외형 치수의 측정도 가능하고, 윤곽에 대한 베베링의 상대 가공 정밀도도 검사할 수가 있다.8, the specific example of the image by dark-field observation of the crystal blank in which the beveling process was performed to the periphery part is shown. The area surrounded by the black ellipse in the center is the unprocessed part, and the white area of the outer circumference is the processed part. In summary, the beveling process sees the beveling process as a wound from forming rough surfaces at the periphery of the crystal blank surface. The beveling process shape can be inspected from this image. Furthermore, in the dark field observation method, as shown in the drawing, the contour of the quartz crystal blank also shines, so that the external dimension can be measured, and the relative machining accuracy of the beveling with respect to the contour can also be examined.
그러나, 베베링 가공을 한 수정 블랭크에 더욱 더 연마용 입자번호가 ＃4000을 넘는 입자의 세밀한 폴리쉬 마무리나 깊은 화학 에칭을 실시하면, 가공을 한 조면이 경면 마무리되기 때문에, 수정 블랭크 표면에서의 산란이나 회절이 생기기 어려워 랩핑 단계에서 가능하였던 암시야 관찰법에 의한 베베링 가공의 형상 검사가 불가능하게 된다.However, when the fine blank with a beveling process is subjected to a fine polish finish or a deep chemical etching of particles having a polishing particle number of more than ＃ 4000, the roughened surface is mirror-finished, so that scattering is performed on the surface of the modified blank. Since diffraction hardly occurs, the shape inspection of the beveling process by the dark field observation method, which was possible in the lapping step, becomes impossible.
또, 수정 블랭크의 표면 전면을 가공하는 콘벡스 가공에서는 원래 전면이 균일하게 조면화되어 버리기 때문에, 연마용 입자번호에 의하지 않고, 암시야 관찰법에 의한 콘벡스 가공의 형상 검사는 할 수 없다.Moreover, in the convex process which processes the whole surface of a quartz blank, since the whole surface will be roughened uniformly originally, the shape inspection of the convex process by the dark field observation method cannot be performed regardless of the abrasive particle number.
거기서, 수정 기판 표면의 엉성함에 의존하는 산란 빛이나 회절 빛을 사용하여 검사하는 것이 아니라, 수정 기판 표면의 엉성함에 의존하지 않는 투과 광을 사용하여 검사하는 편광 관찰법을 도입하여, 베베링 가공이나 콘벡스 가공의 형상 검사를 가능하게 한 외관 검사 방법을, 본 발명자는 먼저 제안한 바 있다(예를 들면, 특개 2000－81312호 공보). 이것은, 복굴절 매질로부터 이루어진 수정 블랭크에 광원으로부터의 빛을 편광자로 편광시켜 수정 블랭크를 통과한 빛 가운데, 상기 편광에 대해 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛만을 검광자로 통과시킴으로, 편광 간섭에 의해 수정 블랭크의 두께의 차이에 의한 위상차이를 간섭 무늬로서 가시화하고, 간섭 무늬의 형상에 의해 수정 블랭크의 단면 형상의 검사를 실시하는 것이다.Thereby, a beveling process and cones are introduced by introducing a polarization observation method that inspects using transmitted light that does not depend on the shape of the quartz substrate surface, but uses scattered light or diffraction light depending on the geometry of the quartz substrate surface. The inventors of the present invention have previously proposed an appearance inspection method that enables the shape inspection of bex processing (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81312). This is because the light from the light source is polarized by a polarizer on a crystal blank made from a birefringent medium, and only light in a polarization state at a predetermined angle with respect to the polarization passes through the analyzer among the light passing through the crystal blank. The phase difference by the difference in the thickness of the blank is visualized as an interference fringe, and the cross-sectional shape of the quartz crystal is examined by the shape of the interference fringe.
도 9에서, 이 편광 관찰법에 의한 구형(矩形; 사각형) 모양 수정 블랭크의 화상 예를 나타낸 것이다. 이 구형 모양 수정 블랭크는 콘벡스 가공된 것으로, 화상에는 2개의 타원형의 간섭 무늬가 동심 형상으로 형성되어 있다. 도면의 상단 부분은 평면도이고, 하단에는 평면도에 대응한 휘도 분포가 나타나 있다. 이것으로 알 수 있듯이, 간섭 무늬는 희게 빛나고 있으므로, 간섭 무늬 자체의 형상을 용이하게 측정할 수가 있다. 이 간섭 무늬 자체의 형상에 의해 가공의 마무리를 검사하고 있다. 더욱이 편광 관찰법에 의한 윤곽 형상은 좌우의 짧은 변이 겨우 밝아지고 있지만, 윤곽을 정밀하게 추출할 수 없다. 또한, 상하의 긴 변에 이르러서는 배경과 동일한 색으로 어두워지고 있어 윤곽이 불명료하다. 따라서, 수정 블랭크의 윤곽을 기준으로 한 간섭 무늬의 상대 위치의 검사를 할 수 없다. 간섭 무늬의 상대 위치라는 것은 베베링 가공에서는 예를 들면, 베벨 폭과 중심 어긋남, 베베링의 플랫 범위와 편심 등의 가공 분포에 있고, 콘벡스 가공에서는 콘벡스의 중심 어긋남, 기울기 등의 가공 분포에 있다. 편광 관찰법에서는 수정 블랭크 형상으로부터 떼어낸 간섭 무늬 그 자체의 절대 형상의 측정은 할 수 있지만, 수정 블랭크 형상 위의 어디에 간섭 무늬가 형성되어 있는지, 대칭적으로 형성되어 있는지 라는 상대 형상 측정을 할 수 없다고 하는 것이다.In FIG. 9, the image example of the spherical shape correction blank by this polarization observation method is shown. This spherical crystal blank is convex, and two oval interference fringes are formed concentrically in the image. The upper part of the figure is a plan view, and the lower part shows a luminance distribution corresponding to the plan view. As can be seen from this, since the interference fringe is shining white, the shape of the interference fringe itself can be easily measured. The finish of processing is examined by the shape of this interference fringe itself. Moreover, although the outline shape by the polarization observation method only lightens the short side to the left and right, an outline cannot be extracted accurately. In addition, the upper and lower long sides are darkened with the same color as the background, and the outline is unclear. Therefore, the relative position of the interference fringe on the basis of the contour of the crystal blank cannot be examined. The relative position of the interference fringe is in processing distribution such as bevel width and center shift, beveling flat range and eccentricity in the beveling process, and processing distribution such as center shift and inclination of the convex in convex processing. Is in. In the polarization observation method, the absolute shape of the interference fringe itself removed from the crystal blank shape can be measured, but the relative shape measurement such as where the interference fringe is formed or symmetrically formed on the crystal blank shape cannot be performed. It is.
그런데, 투명체, 특히 수정진동자용의 수정 블랭크에 있어서 중요한 것은 간섭 무늬의 절대 형상을 아는 것은 물론, 이것에 더하여 수정 블랭크의 윤곽에 대한 간섭 무늬의 상대 위치, 즉 수정 블랭크 위에 있어서의 베베링/콘벡스 가공의 형상을 아는 것이다.By the way, it is important not only to know the absolute shape of the interference fringe, but also the relative position of the interference fringe to the contour of the crystal blank, i.e., the beveling / cone on the crystal blank. It is to know the shape of the bex processing.
이와 같이, 최종 마무리의 수정 블랭크의 표면은 거칠고(평면도), 평행도의 물리적 요소(factor)가 있어, 모두 진동자로서의 성능을 결정하는 베이스가 되므로 지극히 중요하다. 여기서 평행도와는 블랭크면 내에서의 두께 치수 차이이고, 도 10의 단면 철형 콘벡스 형상에서는 블랭크의 중심 두께의 피크 P로부터 진동 영역의 직경 de에 수직한 수직선의 길이 h이다. 더욱이 진동 영역이라는 것은 콘벡스형 진동자의 두께 미끄럼 진동에너지가 중앙 부분에 집중하는 영역이다. 상기 거칠기(평면도)에 대해서는 폴리싱 가공 내지 에칭 가공에 의해 0.06μm이하를 확보할 수 있으므로 특별한 문제는 없다. 따라서, 나머지의 요소(factor)인 평행도 h가 진동자로서의 기능을 발휘할 수 있을지 어떨 지에 관련되는 중요한 요소가 된다. 그리고, 평행도 h를 규정하는 상기 중심 두께의 피크가 수정 블랭크 상에 있어서의 베베링/콘벡스 가공의 중심으로 대응하여, 상기 진동 영역이 수정 블랭크 상에 있어서의 베베링/콘벡스 가공의 상대 위치에 대응한다. 따라서, 수정 블랭크의 단면 형상 내지 두께보다 수정 블랭크의 윤곽에 대한 간섭 무늬의 상대 위치를 검사하는 것이 진동자로서 보다 중요하다.In this way, the surface of the crystal blank of the final finish is rough (planar view) and has a physical factor of parallelism, which is extremely important since both serve as a base for determining performance as an oscillator. Here, the parallelism is the thickness dimension difference in the blank surface, and in the cross-sectional convex shape of FIG. 10, it is the length h of the vertical line perpendicular to the diameter d e of the vibration region from the peak P of the center thickness of the blank. Moreover, the vibration region is a region where the thickness sliding vibration energy of the convex type oscillator concentrates in the center portion. As for the roughness (plan view), 0.06 μm or less can be secured by polishing or etching, so there is no particular problem. Therefore, it becomes an important factor related to whether or not the remaining factor (parity) h can function as an oscillator. And the peak of the said center thickness which defines parallelism h corresponds to the center of the beveling / convex processing on a crystal blank, and the said vibration area is the relative position of the beveling / convex processing on a crystal blank. Corresponds to. Therefore, it is more important as an oscillator to examine the relative position of the interference fringe with respect to the contour of the quartz blank rather than the cross-sectional shape or thickness of the quartz blank.
종래에 암시야 관찰법에 의한 치수, 상처 검사를 실시한 후, 편광 관찰법에 의한 베벨/콘벡스 형상 검사를 실시해 외관 검사를 하고 있지만, 후자의 편광 관찰법단독에 의한 베벨/콘벡스 형상 검사에는 다음과 같은 문제가 있었다.Conventionally, after performing the dimension and wound inspection by the dark field observation method, the bevel / convex shape inspection by the polarization observation method is performed and the appearance inspection, but the bevel / convex shape inspection by the latter polarization observation method alone is as follows. There was a problem.
(1) 콘벡스 가공에 대해서는, 수정 블랭크의 일부를 가공하는 베베링 가공과 달리, 표면의 전부를 가공한다. 이 때문에, 콘벡스 가공 형상을 검사하기에는 암시야 관찰법이 아닌 편광 관찰법을 이용한다. 이 편광 관찰법에 의하면, 수정 블랭크의 두께에 따른 형상의 간섭 무늬가 형성되기 때문에, 이 간섭 무늬의 형상 치수를 측정하는 것으로써 콘벡스 가공 형상을 검사할 수 있다. 이 검사법은 상술한 에칭의 깊이나, 연마용 입자번호 4000번 이상의 베베링 가공에도 적용할 수 있다.(1) About convex processing, unlike the beveling process which processes a part of quartz blank, the whole surface is processed. For this reason, the polarization observation method rather than the dark field observation method is used for examining a convex process shape. According to this polarization observation method, since the interference fringe of the shape according to the thickness of a crystal blank is formed, a convex process shape can be inspected by measuring the shape dimension of this interference fringe. This inspection method is applicable to the depth of etching mentioned above and the beveling process of abrasive grain number 4000 or more.
그렇지만, 간섭 무늬 그 자체의 형상(절대 형상)의 검사는 할 수 있지만, 편광 관찰법에서는 암시야 관찰법과 달리 윤곽이 불명확이 되기 때문에, 윤곽에 대한 간섭 무늬의 형상(상대 형상)이 검사할 수 없다. 재치대 상에 실리는 수정 블랭크의 위치가 항상 일정하면 좋지만, 수정 블랭크를 반송할 때마다 재치대 상에 있어서의 수정 블랭크의 위치가 일정한 것은 아니고, 기울거나 좌우 상하로 시프트되거나 하므로, 수정 블랭크의 윤곽이 명확하지 않으면 상대 형상은 검사할 수 없기 때문이다. 더욱이 편광 관찰법에 앞서 이루어지는 암시야 관찰법에 의해 얻을 수 있는 윤곽 데이터는 편광 관찰에 의하여 얻는 간섭 무늬 데이터와 같은 측정에 의해 얻을 수 있는 것은 아니기 때문에, 서로 관련이 없어 베벨/콘벡스 가공의 상대 형상 검사에는 도움이 되지 않는다.However, the shape (absolute shape) of the interference fringe itself can be inspected, but since the contour becomes unclear in the polarization observation method unlike the dark field observation method, the shape (relative shape) of the interference fringe on the contour cannot be inspected. . The position of the crystal blank on the mounting table should always be constant, but the position of the crystal blank on the mounting table is not constant every time the conveyance of the crystal blank is carried out. If the contour is not clear, the relative shape cannot be inspected. Furthermore, since the contour data obtained by the dark field observation method made before the polarization observation method is not obtained by the same measurement as the interference fringe data obtained by the polarization observation method, the relative shape inspection of the bevel / convex processing is not related to each other. Does not help.
(2) 암시야 관찰법으로부터 편광 관찰법으로 이행하기에는, 암시야 관찰용 광원을 끊고 편광 관찰용 광원으로 변환할 필요가 있으므로, 그 때, 편광 관찰용 광원에 있어서 필요한 편광자, 검광자를 광로에 삽입할 필요가 있으므로, 광원계의 변환 구조가 복잡해진다.(2) In order to shift from the dark field observation method to the polarization observation method, it is necessary to cut off the dark field observation light source and convert it to the polarization observation light source. Therefore, the polarizer and the analyzer required for the polarization observation light source must be inserted into the optical path. Therefore, the conversion structure of the light source system is complicated.
(3) 그런데, 수정진동자용의 수정 블랭크에는, 평판 블랭크와 이형(異形) 블랭크가 있다. 평판 블랭크는 동일 단면에서 동일한 두께를 갖는 통상적인 타입(평판 가공 타입)이 해당한다. 이형 블랭크는 가공에 의해 동일 단면에서 다른 두께를 갖는 이형 타입(이형 가공 타입), 예를 들면, 상술한 베베링 가공이나 콘벡스 가공한 것이 해당한다. 통상적인 타입의 검사에서는 상처 검사나 외형 치수 검사를 실시하기 때문에, 암시야 관찰용 광원이 필요하게 된다. 이형 타입의 검사에서는 암시야 관찰용 광원에 더하여, 더욱이 두께 등의 가공 상태 검사를 실시하기 때문에, 편광 관찰용 광원이 필요하게 된다. 암시야 관찰용 광원에서는 가공 상태의 검사를 실시할 수 없다. 반대로, 편광 관찰용 광원에서는 상처 검사나 외형 치수검사를 실시할 수 없다. 따라서 종래에는 동일한 수정 기판 검사 장치를 이용하여 평판 타입을 검사하는 경우와 이형 타입의 검사를 하는 경우에 검사용 광원을 교환하지 않으면 안되므로 조작성이 좋지 않았다.(3) By the way, the crystal blank for crystal oscillators includes a flat plate blank and a release blank. The flat blank corresponds to a conventional type (flat processing type) having the same thickness in the same cross section. The release blank corresponds to a release type (release processing type) having a different thickness in the same cross section by processing, for example, the beveling or convex processing described above. In the normal type of inspection, the wound inspection and the external dimension inspection are performed, so that a dark field observation light source is required. In the inspection of the mold release type, in addition to the light source for dark field observation, the state of processing such as thickness is further examined, so that a light source for polarization observation is required. In the dark field observation light source, the processing state cannot be inspected. On the contrary, a wound test and an external dimension test cannot be performed in the light source for polarization observation. Therefore, in the prior art, when the flat plate type was inspected using the same quartz substrate inspection apparatus and the release type inspection was performed, the inspection light source had to be replaced, so the operability was not good.
본 발명의 과제는, 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여, 베베링/콘벡스 가공의 형상을 고정밀도에 검사하는 것이 가능하고, 게다가 구조가 간단한 검사용 광원, 투명체 검사 장치 및 그 검사 방법을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 과제는, 사양이 다른 투명체를 검사하는 경우에도 검사용 광원을 교환할 필요가 없는 투명체 검사 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is possible to inspect the shape of the beveling / convex processing with high accuracy, and a simple light source for inspection, a transparent body inspection device, and an inspection method thereof. Is to provide. Moreover, the subject of this invention is providing the transparent body inspection method which does not need to replace the inspection light source, even when inspecting the transparent body of a different specification.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 투명체 검사 장치의 개략 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a transparent body inspection device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시 형태와 관련되는 수정 블랭크 표면의 관찰 화상을 나타낸 것으로, (a)는 암시야 관찰용 광원으로부터의 단독 조사의 경우이고, (b)는 편광 관찰용 광원으로부터의 단독 조사의 경우이며, (c)는 암시야 관찰용 광원과 편광 관찰용 광원을 동시에 조사했을 경우를 각각 나타낸 도면,Fig. 2 shows an observation image of the crystal blank surface according to the embodiment of the present invention, (a) is the case of single irradiation from the dark field observation light source, and (b) is the irradiation alone from the light source for polarization observation. (C) is a diagram showing a case where the light source for darkfield observation and the light source for polarization observation are irradiated simultaneously,
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 윤곽에 대한 가공 상태를 나타내는 설명도,3 is an explanatory diagram showing a machining state of a contour according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 광원 조사 타이밍의 설명도,4 is an explanatory diagram of a light source irradiation timing according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시 형태에 의한 원형 모양 수정 블랭크에의 적용도,5 is an application to a circular shape modified blank according to an embodiment of the present invention,
도 6은 수정진동자의 일반적인 제조 공정도,6 is a general manufacturing process of the crystal oscillator,
도 7은 수정 블랭크의 가공 상태를 나타내는 설명도로, (a)는 베베링 가공, (b)는 콘벡스 가공을 각각 나타낸 도면,7 is an explanatory diagram showing a processing state of a quartz blank, (a) is a beveling process, (b) a convex process, respectively;
도 8은 종래 예에 의한 암시야 관찰용 광원에 의한 단독 조사의 수정 블랭크 표면의 관찰 화상을 나타내는 설명도,8 is an explanatory diagram showing an observation image of a crystal blank surface of single irradiation by a light source for dark field observation according to a conventional example;
도 9는 종래 예에 의한 편광 관찰용 광원에 의한 단독 조사의 수정 블랭크 표면의 관찰 화상을 나타내는 설명도,9 is an explanatory diagram showing an observation image of a crystal blank surface of single irradiation by a light source for polarization observation according to a conventional example;
도 10은 수정 블랭크면내에서의 두께 치수차이인 평행도 h의 설명도.10 is an explanatory diagram of parallelism h which is a thickness dimension difference in a crystal blank surface;
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣
2: 확산판3: 편광자2: diffuser 3: polarizer
4: 검광자5: 현미경축4: analyzer 5: microscope axis
10: 암시야 관찰용 광원20: 편광 관찰용 광원10: light source for dark field observation 20: light source for polarization observation
B: 수정 블랭크(투명체)U: 광원 유니트B: Crystal blank (transparent) U: Light source unit
본 발명의 특징은 복합 관찰법에 있어서, 암시야 관찰 방법과 편광 관찰 방법 2개를 조합하여, 동일 투명체를 2개의 관찰 방법으로 동시에 관찰한다. 편광 관찰법 1개의 관찰법이 있고, 확실히 시야 중앙에서 가공 마무리에 대응하는 간섭 무늬를 명료하게 확인은 할 수 있지만, 더욱이 한 걸음 더 나아가 그 간섭 무늬가 투명체의 어느 위치에 있는지, 간섭 무늬는 편심되어 있지 않는 것인지, 또, 기울어져 있지 않은지가 투명체의 윤곽이 어둡기 때문에 확인할 수 없다. 투명체의 윤곽은, 편광 관찰법에서는 배경색과 동일색이 되므로 명료하게는 보이지 않는다. 거기서, 윤곽이 보이는 암시야 관찰법을 편광 관찰법과 조합하여 관찰하면, 간섭 무늬의 위치나 상대적인 형태를 관찰할 수 있음과 동시에 그 간섭 무늬가 기울어져 있는지를 판단할 수 있다. 또한, 종래의 현미경은 이 복합 관찰은 기구적으로 복잡하게 되어 곤란했지만, 광학계가 무한원(無限遠) 설계가 되었기 때문에 용이하게할 수 있게 되었다.A feature of the present invention is that in the compound observation method, the dark field observation method and the polarization observation method are combined, and the same transparent body is observed simultaneously by two observation methods. There is one polarization observation method, and it is possible to clearly confirm the interference fringe corresponding to the processing finish clearly in the center of the field of vision, but furthermore, the interference fringe is not eccentric where the interference fringe is located one step further. Whether or not it is tilted cannot be confirmed because the outline of the transparent body is dark. Since the outline of a transparent body becomes the same color as a background color by a polarization observation method, it is not clearly seen. When the dark field observation method with outline is observed in combination with the polarization observation method, the position and relative shape of the interference fringe can be observed and the interference fringe can be judged. In addition, in the conventional microscope, this complex observation was difficult due to mechanical complexity, but the optical system became easy because the optical system was designed to be infinite.
본 발명은, 가공에 의해 동일 단면에서 다른 두께를 갖게 한 복굴절 매질로부터 되는 투명체에 빛을 조사하여 상기 투명체의 외관을 검사하기 위한 투명체 검사용 광원에 있어서, 상기 투명체의 윤곽 형상의 취득을 가능하도록 하기 위해서 상기 투명체의 측면 사방 방향으로부터 빛을 조사하는 암시야 관찰용 광원과, 상기 가공의 완성에 따른 간섭 무늬 형상의 취득을 가능하게 하기 위해서 상기 투명체의 하부로부터 확산한 빛을 조사하는 편광 관찰용 광원과, 상기 암시야 관찰용 광원과 상기 편광 관찰용 광원과의 사이에 설치되어 상기 편광 관찰용 광원으로부터 출사된 확산 빛만을 편광시켜 상기 투명체에 조사하는 편광자로서, 상기 암시야 관찰용 광원에서 빛을 조사하여 상기 빛 투명체로 산란 또는 회절된 빛 및 상기 편광 관찰용 광원으로부터 상기 편광자를 거쳐 투명체를 통과한 복굴절 빛에 대해서 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛을 취출(끄집어내는)하는 검광자와 대비되는 편광자를 갖고, 상기 암시야 관찰용 광원과 상기 편광 관찰용 광원으로부터 동시에 빛을 조사하여 상기 투명체의 윤곽 형상과 간섭 무늬를 복합 관찰하는 것을 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 투명체 검사용 광원이다.The present invention provides a transparent light source for inspecting the appearance of the transparent body by irradiating light to a transparent body made from a birefringent medium having different thicknesses in the same cross section by processing so that the contour shape of the transparent body can be obtained. In order to enable the acquisition of the dark field observation light source for irradiating light from the side surface direction of the transparent body and the interference fringe shape according to the completion of the processing, the polarization observation for irradiating light diffused from the lower part of the transparent body A polarizer disposed between a light source and the dark field observation light source and the polarization observation light source to polarize only the diffused light emitted from the polarization observation light source and to irradiate the transparent material, wherein the light is emitted from the dark field observation light source. The light scattered or diffracted into the light transparent body and the light source for observing polarization It has a polarizer contrasted with the analyzer which takes out (extracts) the light of the polarization state which makes a predetermined angle with respect to the birefringent light which passed the said polarizer through the polarizer, From the said dark field observation light source and the said polarization observation light source At the same time, it is a light source for inspecting a transparent body, characterized in that it is configured to enable the composite observation of the contour shape and the interference fringe of the transparent body by irradiating light.
본 발명의 검사용 광원에 의하면, 한편으로, 검광자가 편광 관찰용 광원으로부터의 확산 빛만을 편광시키고, 암시야 관찰용 광원으로부터의 빛은 편광시키지 않기 때문에 산란, 회절 빛의 광로 중에 검광자가 존재하여도 차광되는 것은 아니고, 산란, 회절 빛에 대하여 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛이 꺼내어지므로, 이 빛으로부터 투명체 윤곽을 강조하는 암시야 관찰이 가능하게 된다. 다른한편으로, 편광 관찰용 광원으로부터의 확산 빛이 편광자에 의해 편광되어 투명체로 주게되므로 투명체를 통과한 빛으로부터 검광자에 의하여 편광에 대해 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛을 통과시켜, 편광 간섭에 의해 투명체의 두께의 차이에 의한 위상 차이가 가시화되어 투명체의 단면 형상에 대응한 간섭 무늬가 투명체 표면에 형성되는 편광 관찰이 가능하게 된다. 본 발명에서는, 암시야 조명과 편광 조명이 동시에 되므로, 상술한 양쪽 모두를 배합한 복합 관찰이 가능해진다.According to the inspection light source of the present invention, on the one hand, the analyzer is polarized only the diffused light from the light source for polarization observation, and the light from the dark field observation light source is not polarized, so that the analyzer exists in the optical path of scattering and diffracted light. Also, since light is not shielded and light in a polarized state at a predetermined angle with respect to scattering and diffracted light is taken out, dark field observation that emphasizes the outline of the transparent body can be made from this light. On the other hand, since the diffused light from the light source for polarization observation is polarized by the polarizer and given to the transparent body, the light passing through the transparent body passes light in a polarized state at a predetermined angle with respect to the polarized light by the analyzer, thereby causing polarization interference. As a result, the phase difference due to the difference in the thickness of the transparent body is visualized, and polarization observation in which an interference fringe corresponding to the cross-sectional shape of the transparent body is formed on the surface of the transparent body can be performed. In this invention, since dark field illumination and polarization illumination are simultaneously performed, composite observation which mix | blended both above-mentioned is attained.
본 발명은, 상기 검사용 광원이 유니트화 된 검사용 광원이다.The present invention is an inspection light source in which the inspection light source is unitized.
본 발명에 의하면, 검사용 전원이 유니트화 되어 있고, 그때마다 조립하는 번잡함이 없고, 원터치로 착탈할 수 있으므로 유지가 용이하다.According to the present invention, the inspection power supply is unitized, and there is no trouble to assemble each time, and it is easy to maintain because it can be attached and detached with one touch.
본 발명은, 검사용 광원과, 상기 투명체를 재치하는 투명한 재치대와, 상기 암시야 관찰용 광원에서 빛을 조사하셔 상기 재치대에 재치되는 상기 빛 투명체로 산란 혹은 회절된 빛 및 상기 편광 관찰용 광원으로부터 상기 편광자를 거쳐 상기 투명체를 통과한 복굴절 빛에 대해서 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛을 취출(取出)하는 검광자와, 상기 검광자로부터 취출된 빛의 상기 투명체를 촬상하고, 상기 투명체의 윤곽 형상 및 상기 가공의 완성에 따른 간섭 무늬 형상을 취득하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로 취득한 상기 투명체의 윤곽 형상 및 간섭 무늬 형상을 화상 처리하여 상기 투명체의 윤곽 형상에 대한 상기 간섭 무늬 형상의 상대 위치를 검사 가능하게 구성한 화상 처리 장치를 갖춘 투명체 검사 장치이다.The present invention is a light source for inspection, a transparent mounting table for mounting the transparent body, light scattered or diffracted with the light transparent body placed on the mounting table by irradiating light from the light source for darkfield observation and the polarization observation An imager for taking out light in a polarized state at a predetermined angle with respect to birefringent light passing through the polarizer through the polarizer from the light source, and the transparent body of the light extracted from the analyzer; Image pickup means for acquiring the contour shape of the transparent body and the interference fringe shape according to the completion of the processing, and the contour pattern and the interference fringe shape of the transparent body acquired by the imaging unit to perform image processing of the interference fringe shape with respect to the contour shape of the transparent body. It is a transparent body inspection apparatus provided with the image processing apparatus which comprised the relative position so that inspection was possible.
본 발명에 의하면, 암시야 관찰용 광원과 편광 관찰용 광원의 조명을 동시에실시하여 촬상 수단으로 관찰하므로, 투명체의 윤곽을 기준으로 하여 투명체 표면화상에 형성된 간섭 무늬의 형태나 대칭 등을 정밀하게 검사할 수가 있다. 또, 편광 관찰법으로 이용하는 편광자는 편광 관찰용 광원으로부터 출사된 확산 빛만을 편광시키고, 암시야 관찰법으로 이용하는 암시야 관찰용 광원으로부터 출사된 빛은 편광시키지 않기 때문에, 암시야 관찰법을 단독으로 실시할 경우에 광로 중에 편광자 및 검광자를 삽입한 상태에서도 암시야 관찰에 지장이 발생하지 않는다. 또, 암시야 관찰법으로부터 편광 관찰법으로 옮겨 실시할 때에 암시야 관찰용 광원은 자르지 않고 입력한 채로 하므로, 더욱이 편광 관찰용 광원을 입력하는 것만으로도 광원 변환이 불필요하다. 또, 암시야 관찰법에 의한 관찰시에 이미 편광자 및 검광자를 광로에 장착한 채로 관찰하므로, 편광 관찰시에 새로이 편광자 및 검광자를 광로 중에 삽입하는 삽입 수단이 불필요하므로 장치의 구조가 간단하게 된다.According to the present invention, since the illumination of the dark field observation light source and the polarization observation light source is simultaneously performed and observed by the imaging means, the shape and symmetry of the interference fringe formed on the surface of the transparent body is precisely inspected based on the outline of the transparent body. You can do it. In addition, since the polarizer used by the polarization observation method polarizes only the diffused light emitted from the light source for polarization observation, and does not polarize the light emitted from the dark field observation light source used by the dark field observation method, when performing dark field observation method independently, Even in the state where a polarizer and an analyzer are inserted in the optical path, dark field observation does not occur. In addition, since the light source for darkfield observation remains input without being cut | disconnected when carrying out from the darkfield observation method to a polarization observation method, further, light source conversion is unnecessary only by inputting a light source for polarization observation. In addition, since the polarizer and the analyzer are already attached to the optical path at the time of observation by the dark field observation method, an insertion means for newly inserting the polarizer and the analyzer into the optical path at the time of polarization observation is unnecessary, thereby simplifying the structure of the apparatus.
본 발명은, 상기 재치대가 경질의 합성 석영 유리인 투명체 검사 장치이다.This invention is a transparent body test | inspection apparatus in which the said mounting base is hard synthetic quartz glass.
재치대의 재질로서는 투명체, 예를 들면, 수정보다 경질인 사파이어로 할 수도 있지만, 사파이어는 자른 결정의 각도에 따라서는 복굴절성을 가지므로, 편광 관찰을 하기에는 결정의 각도를 관리할 필요가 있다. 이점에서, 본 발명과 같이 재치대를 경질의 합성 석영 유리로 구성하면, 제조시에 기포가 들어가기 어렵고, 결정의 자른 각도에 상관없이 복굴절성을 가지지 않으며, 수정과 같은 수준으로 딱딱하기 때문에 바람직하다.The material of the mounting table may be made of a transparent material, for example, harder sapphire than quartz, but since sapphire has birefringence depending on the angle of the cut crystal, it is necessary to manage the angle of the crystal in order to observe polarization. In view of the above, the mounting table is made of hard synthetic quartz glass as in the present invention, and it is preferable because bubbles are difficult to enter during manufacturing, do not have birefringence regardless of the cut angle of the crystal, and are hard to the same level as the crystal. .
본 발명은, 가공에 의해 동일 단면에서 다른 두께를 갖도록 한 복굴절 매질로부터 이루어진 투명체의 외관을 검사하는 투명체 검사 방법에 있어서, 상기 투명체에 암시야 관찰용 광원 및 편광 관찰용 광원에서 빛을 동시에 조사하고, 상기 암시야 관찰용 광원의 빛에 의해 얻을 수 있는 상기 투명체의 윤곽 형상과 상기 편광 관찰용 광원의 빛에 의해 얻을 수 있는 상기 가공의 완성에 따른 간섭 무늬 형상이 중첩된 상기 투명체의 화상을 취득하며, 상기 작성한 상기 투명체 화상의 상기 윤곽 형상과 상기 간섭 무늬 형상으로부터 상기 윤곽 형상에 대한 상기 간섭 무늬 형상의 상대 위치를 검사하도록 한 투명체 검사 방법이다.The present invention provides a transparent inspection method for inspecting the appearance of a transparent body made from a birefringent medium having different thicknesses in the same cross section by processing, wherein the transparent body is irradiated with light simultaneously from a dark field observation light source and a polarization observation light source. And acquire an image of the transparent body in which the contour shape of the transparent body obtained by the light of the dark field observation light source and the interference fringe shape according to the completion of the processing obtained by the light of the polarization observation light source are superimposed. And a relative position of the interference fringe shape relative to the contour shape from the contour shape of the prepared transparent body image and the interference fringe shape.
본 발명에 의하면, 암시야 관찰용 조명과 편광 관찰용 조명을 동시에 실시하므로, 편광 관찰용 조명만의 경우와 비교하여 투명체의 윤곽이 명료하게 되므로, 투명체 상에 형성되는 간섭 무늬의 윤곽에 대한 형상, 즉 가공의 형상 검사를 정밀하게 실시할 수가 있다. 또, 편광자, 검광자를 광로에 삽입한 채로 암시야 관찰법에 의한 외관 검사를 할 수 있으므로, 편광자, 검광자를 광로로부터 뽑아내는 경우와 비교하여 조작이 용이하다.According to the present invention, since the dark field observation illumination and the polarization observation illumination are performed at the same time, the outline of the transparent body becomes clear as compared with the case of only the polarization observation light, so that the shape of the outline of the interference fringe formed on the transparent body That is, the shape inspection of a process can be performed precisely. In addition, since the external inspection by the dark field observation method can be performed while a polarizer and an analyzer are inserted in an optical path, operation is easy compared with the case where a polarizer and an analyzer are taken out from an optical path.
본 발명은, 상기 검사용 광원을 공통으로 이용하여 사양이 다른 투명체를 검사하는 투명체 검사 방법에 있어서, 상기 사양이 다른 투명체는 동일 단면에서 동일한 두께를 갖도록 한 복굴절 매질로부터 이루어진 평판 투명체와, 동일 단면에서 다른 두께를 갖도록 한 복굴절 매질로부터 이루어진 이형 투명체를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명체 검사 방법이다. 본 발명에 의하면, 평판 투명체와 이형 투명체를 동일한 검사용 광원을 이용하여 검사할 수 있으므로, 사양이 다른 투명체를 검사하는 경우에도 검사용 광원을 교환할 필요가 없다.The present invention relates to a transparent body inspection method for inspecting transparent bodies having different specifications by using the inspection light source in common, wherein the transparent bodies having different specifications have the same thickness in the same cross section as the flat transparent body made of the birefringent medium. A transparent inspection method comprising a release transparent body made from a birefringent medium to have a different thickness in. According to the present invention, since the flat plate transparent body and the release transparent body can be inspected using the same inspection light source, there is no need to replace the inspection light source even when inspecting transparent bodies having different specifications.
(실시 형태)(Embodiment)
이하에 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 투명체의 가공 마무리를 검사하는 투명체 검사 장치의 개략적인 구성도이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention is described using drawing. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the transparent body inspection apparatus which examines the finishing of a transparent body.
투명체 검사 장치는, 예를 들면, 복굴절 매질인 수정진동자용의 수정 블랭크(B)에 빛을 조사하여 촬상한 수정 블랭크(B)의 화상 신호에 근거하여 투명체의 외관 검사를 실시한다. 수정 블랭크(B)는, 여기에서는 구형(矩形; 사각형) 모양의 것을 예시한다. 크기는 작은 것으로 약 1mm 각(角; 사각), 두께가 수 10~200μm 정도이고, 베베링 가공 내지 콘벡스 가공되고 있다. 이 검사 장치는, 수정 블랭크(B)를 수평으로 재치하는 투명 부재로 된 재치대(1)와, 재치대(1) 상의 수정 블랭크(B)에 빛을 조사하는 2개의 관찰용 광원(10, 20)과, 수정 블랭크(B)의 표면에 대해서 수직인 방향으로부터 수정 블랭크(B)의 표면을 촬상하는 촬상 수단(30)을 갖는다. 촬상 수단(30)은 수정 블랭크(B)를 확대하여 관찰하는 현미경(31)과 관찰 형상을 전기신호로 변환하는 CCD 카메라(32)가 구성된다.A transparent body inspection apparatus performs an external appearance inspection of the transparent body based on the image signal of the crystal blank B image | photographed by irradiating light to the crystal blank B for crystal oscillators which is a birefringent medium, for example. The quartz blank B exemplifies a spherical shape here. The size is small, about 1 mm square, and thickness is about 10-200 micrometers, and the beveling process is performed by the convex process. The inspection apparatus includes a mounting table 1 made of a transparent member that horizontally mounts the quartz blank B, and two observation light sources 10 for irradiating light to the quartz blank B on the mounting table 1. 20) and the imaging means 30 which image | photographs the surface of the crystal blank B from the direction perpendicular | vertical with respect to the surface of the crystal blank B. As shown in FIG. The imaging means 30 is comprised of the microscope 31 which enlarges and observes the crystal blank B, and the CCD camera 32 which converts an observation shape into an electrical signal.
촬상 수단(30)으로 촬상된 수정 블랭크(B) 표면의 화상 신호는 화상 처리 장치(40)에 보내진다. 화상 처리 장치(40)는 촬상한 화상 신호로부터 수정 블랭크(B)에 존재하는 흠집 등의 상처 특징을 추출하고, 추출한 신호에 근거하여 흠집 등의 상처 검사를 실시한다. 또, 촬상한 화상 신호로부터 수정 블랭크(B)를 투과하여 복굴절 하여 형성되는 간섭 무늬의 특징을 추출하고, 추출한 신호에 근거하여 베베링/콘벡스 가공의 형상의 검사를 실시한다. 상술한 재치대(1)는 예를 들면, 수정보다 딱딱하여 상처가 나기 어려운 경질의 합성 석영 유리로 구성한다. 전술한 2개의 관찰용 광원(10, 20)은 암시야 관찰용 광원(10)과 편광 관찰용광원(20)으로 구성되어 이러한 광원(10, 20)은 1대의 외관 검사 장치에 유니트화 되어 조립된다.The image signal on the surface of the quartz blank B imaged by the imaging means 30 is sent to the image processing apparatus 40. The image processing device 40 extracts wound features such as scratches present in the correction blank B from the picked-up image signal, and performs wound inspection such as scratches based on the extracted signals. In addition, the feature of the interference fringe formed by birefringence through the correction blank B from the picked-up image signal is extracted, and the shape of the beveling / convex processing is inspected based on the extracted signal. The mounting table 1 described above is made of hard synthetic quartz glass that is harder than quartz and hard to be damaged, for example. The above-described two observation light sources 10 and 20 are composed of a dark field observation light source 10 and a polarization observation light source 20. These light sources 10 and 20 are united in one external inspection device and assembled. do.
한 쪽의 암시야 관찰용 광원(10)은 복수의 LED(도시하지 않음)를 링 상태로 배열되고 구성되어 재치대(1)의 대략 측면 사방, 보다 정확하게는 수정 블랭크(B)의 대략 측면 사방을 둘러싸듯이 되어 있고, 이 재치대(1)의 중심과 동축(同軸)으로 배설된다. LED로서는 가장 휘도의 높은 파장 600nm급의 적색 LED가 바람직하다. 더욱이 청색 LED라도 좋다. 암시야 관찰용 광원(10)은 재치대(1)를 중심으로 하여 상하에 배치한 2단 구성으로 되어 있고, 그 상하 2단의 정확히 중간에 재치대(1)가 오도록 배치한다. 상단부(11)는 수평 방향 내지는 얕은 기울기 위쪽으로부터 재치대(1) 상의 수정 블랭크(B)의 표면을, 표면에 대해서 0~＋15°의 각도(화살표)로 조사하도록 되어 있다. 하단부(12)는 수평 방향 내지는 얕은 기울기 아래쪽으로부터 재치대(1)를 투과하여 수정 블랭크(B)의 이면을, 이면에 대해서 0~－15°의 각도(화살표)로 조사하도록 되어 있다. 암시야 관찰용 광원(10)의 광량은 통전 제어에 의해 광 조절이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해 흠집 상처 등으로 산란 혹은 회절된 빛 중에서 현미경으로 들어간 빛만을 관찰하여 상처를 검사한다.One dark field observation light source 10 is arranged and configured with a plurality of LEDs (not shown) in a ring state, so that approximately side sides of the mounting table 1, more precisely side sides of the crystal blank B are more precise. It is enclosed, and is arrange | positioned coaxially with the center of this mounting base 1. As LED, the red LED of 600 nm class with the highest brightness | luminance is preferable. Furthermore, a blue LED may be sufficient. The dark field observation light source 10 has a two-stage structure arranged up and down with the mounting table 1 as the center, and is disposed so that the mounting table 1 is positioned exactly in the middle of the two upper and lower stages. The upper end part 11 irradiates the surface of the crystal blank B on the mounting base 1 from the horizontal direction or the shallow inclination upper direction at an angle (arrow) of 0 to +15 degrees with respect to the surface. The lower end part 12 penetrates the mounting base 1 from the horizontal direction or the shallow inclination lower side, and irradiates the back surface of the crystal blank B with the angle (arrow) of 0-15 degrees with respect to a back surface. The light amount of the dark field observation light source 10 can be controlled by the energization control. This inspects the wound by observing only light entering the microscope from the light scattered or diffracted by the scratch wound or the like.
다른 쪽의 편광 관찰용 광원(20)은 편광이 없는 단색 광원으로 구성되고, 암시야 관찰용 광원(10)의 하부에 배치되어 조명축을 현미경축(5)에 맞춘다. 편광 관찰용 광원(20)은 복수의 LED(도시하지 않음)를 점 형상, 면 형상 또는 반구 형상으로 배열하여 구성되고, 적색 LED 내지 청색 LED를 사용하여 광원 파장을 암시야관찰용 광원(10)과 같거나(600nm), 그것보다 짧게(455~492nm)하는 한편, 광 조절을 가능하게 한다.The other polarization observation light source 20 is composed of a monochromatic light source without polarization and is disposed below the dark field observation light source 10 so as to align the illumination axis with the microscope axis 5. The polarization observation light source 20 is configured by arranging a plurality of LEDs (not shown) in a point shape, a plane shape, or a hemispherical shape, and uses a red LED to a blue LED to light source wavelengths for dark field observation 10. Equal to (600 nm), shorter than (455 to 492 nm), while allowing light control.
편광 관찰용 광원(20)은 여기에 확산판(2), 편광자(3)를 더하여 광원계를 구성한다. 이 광원계에 편광자(3)에 대한 검광자(4)를 더하면 광원을 포함한 편광 관찰용 광학계가 완성된다. 확산판(2)은 편광 관찰용 광원(20)으로부터의 빛을 확산시켜 수정 블랭크(B)를 이면으로부터 균일하게 조사한다. 편광자(3)는 확산판(2)을 통과한 빛만을 편광시킨다. 편광자(3)가 확산판(2)을 통과한 빛만을 편광시키고, 암시야 관찰용 광원(10)으로부터 출사한 빛이 편광되지 않도록 하기 위해서 편광자(3)는 암시야 관찰용 광원과 편광 관찰용 광원(20)과의 사이에 설치하며, 편광 관찰용 광원(20)의 광로에 삽입되지만, 암시야 관찰용 광원(10)의 광로로부터 빗나가도록 한다.The light source 20 for polarization observation adds a diffuser plate 2 and a polarizer 3 to the light source system. When the analyzer 4 with respect to the polarizer 3 is added to this light source system, the optical system for polarization observation containing a light source is completed. The diffusion plate 2 diffuses the light from the light source 20 for polarization observation and uniformly irradiates the crystal blank B from the back surface. The polarizer 3 polarizes only the light passing through the diffuser plate 2. In order for the polarizer 3 to polarize only the light passing through the diffuser plate 2 and to prevent the light emitted from the dark field observation light source 10 from being polarized, the polarizer 3 is used for the dark field observation light source and polarization observation. It is provided between the light source 20 and inserted in the optical path of the light source 20 for polarization observation, but is diverted from the optical path of the light source 10 for dark field observation.
검광자(4)는 암시야 관찰용 광원(10)으로부터 빛을 조사하셔 빛 투명체로 산란 혹은 회절된 빛 및 편광 관찰용 광원(20)으로부터 확산판(2) 및 편광자(3)를 거쳐 수정 블랭크(B)를 통과한 복굴절 빛에 대하여, 소정의 각도를 이루는 편광 상태의 빛을 통과시킨다. 검광자(4)를 통과한 복굴절 빛은 편광 간섭이 일어나 편광 간섭에 의해 두께의 차이에 의한 위상차이를 명암의 콘트라스트로 가시화할 수 있게 된다.The analyzer 4 irradiates light from the dark field observation light source 10 and is scattered or diffracted into a light transparent body and the crystal blank from the light source 20 for polarization observation through the diffuser plate 2 and the polarizer 3. With respect to the birefringent light passing through (B), light of a polarized state at a predetermined angle is passed. The birefringent light having passed through the analyzer 4 generates polarized light interference, and the polarization interference enables the phase difference due to the difference in thickness to be visualized in contrast.
촬상 수단(30)에서 검광자(4)를 통과한 산란, 회절빛 및 편광 상태의 빛의 수정 블랭크(L)의 콘트라스트 상을 촬상하여 화상 처리 장치(40)에 전송하고, 이것을 콘트라스트 증강 처리하여 수정 블랭크(B)의 윤곽에 대한 간섭 무늬의 상대 위치를 검사하여 베베링 가공이나 콘벡스 가공 상태를 검사한다.The imaging means 30 captures the contrast image of the scattering, diffraction light, and crystal blank L of the light in the polarization state, which has passed through the analyzer 4, and transmits it to the image processing device 40, which is subjected to contrast enhancement. The relative position of the interference fringe with respect to the contour of the quartz blank B is examined to examine the beveling or convex machining.
또한, 가공 마무리의 검사를 할 때에 미리 광원(10, 20)의 광량, 편광자(3), 검광자(4), 재치대(1)의 회전 각도를 서로 조정하고, 화상 상에 나타나는 간섭 무늬가 가공 마무리 검사에 최적이 되도록, 이것들의 광량, 각도를 조정하는 캘리브레이션을 실시한다. 블랭크 면의 전면에 있어서 가공 마무리 검사하기 위하여, 임계값을 결정하여 2값화 처리 화상을 얻는다. 그 화상으로부터 가공 마무리 상태를 정량적으로 파악할 수 있다. 여기서 가공 마무리 상태는 링 형상의 암부(暗部; 어두운 부분)의 내부 장경(長徑; 긴 지름), 단경(短徑; 짧은 지름) 치수 및 중심 차이 등을 측정함으로써 파악할 수 있다. 파악 내용으로서는, 수정 블랭크의 주변부에 있어서의 연마량의 정도(링 형상의 암부의 띠 폭(帶幅)의 차이), 콘벡스의 곡률 내지 단면 형상(간섭 무늬의 수), 삭제하여 지나치지 않은 삭제 부족(간섭 무늬의 폭), 연마의 편심(중심 어긋남) 등으로 있다.In addition, when inspecting the processing finish, the amount of light of the light sources 10 and 20, the angle of rotation of the polarizer 3, the analyzer 4, and the mounting table 1 are adjusted to each other, and the interference fringes appearing on the image Calibration is performed to adjust the amount of light and the angle thereof so as to be optimal for processing finish inspection. In order to finish-process the inspection on the whole surface of a blank surface, a threshold value is determined and a binarization process image is obtained. It is possible to grasp the finished state quantitatively from the image. Here, the machining finish state can be understood by measuring the internal long diameter, long diameter, short diameter, and center difference of the ring-shaped dark portion. As the content of the grasp, the degree of polishing amount (difference in the band width of the ring-shaped arm part) in the periphery of the quartz crystal blank, the curvature of the convex to the cross-sectional shape (the number of interference patterns), and the deletion not excessively deleted Lack of (interference pattern width), polishing eccentricity (center shift).
상술한 편광 관찰용 광원(20), 암시야 관찰용 광원(10) 및 확산판(2)과 편광자(3)는 정리하여 1개의 광원 유니트(U)에 구성하고, 유니트 단위로 장치의 관리가 되도록 한다. 이 광원 유니트(U)에 있어서, 확산판(2)은 물론이지만, 편광자(3)도 암시야 관찰용 광원(10)의 조명축(대략 화살표에 상당)의 밖에 둔다. 암시야 조명 빛이 편광되지 않도록 하기 위한 것이다. 암시야 조명 빛은 편광자(3)로 편광으로 되지 않으면, 검광자(4)를 통과하여도 감광만 되어 상처 검사에 영향을 주지 않는다. 감광 부분은 암시야 관찰용 광원(10)을 광 조절하여 전력을 승강하여 보충하면 좋다.The above-described light source 20 for polarization observation, light source 10 for dark field observation, diffuser plate 2 and polarizer 3 are collectively configured in one light source unit U, and the management of the device is performed in units of units. Be sure to In this light source unit U, as well as the diffuser plate 2, the polarizer 3 is also placed outside the illumination axis (corresponding to an arrow) of the light source 10 for darkfield observation. Dark field illumination is to prevent light from being polarized. If the dark field illumination light does not become polarized by the polarizer 3, the light is only exposed to light through the analyzer 4 and does not affect the wound inspection. The photosensitive portion may be supplemented by raising and lowering power by light-controlling the dark field observation light source 10.
또, 필요에 따라서 수정 블랭크(B)에 집광시키기 위한 콘덴서 렌즈를 확산판(2)과 편광자(3)와의 사이에 설치하거나 수정 블랭크 화상을 배경으로부터 선명히 떠오르게 하기 위한 보상기(compensator)를 검광자(4)와 재치대(1)와의 사이에 삽입해도 괜찮다.If necessary, a condenser lens may be provided between the diffuser plate 2 and the polarizer 3 to condense the crystal blank B, or a compensator may be used to clearly float the crystal blank image from the background. You may insert between 4) and the mounting base (1).
다음으로, 상술한 것과 같은 구성에 있어서의 작용을 설명한다. 검사 대상은 예를 들면, 치수가 1mm 각(角; 사각), 두께가 수 10~200μm정도로, 베베링 가공 내지 콘벡스 가공한 구형(矩形; 사각형)의 수정 블랭크이다. 표면 마무리는 랩핑, 폴리싱 또는 화학 에칭의 몇 가지 단계의 것이다.Next, the effect | action in the structure as mentioned above is demonstrated. The inspection object is, for example, a 1 mm square and a thickness of about 10 to 200 µm, a rectangular blank made of beveling or convex processing. Surface finishing is one of several steps of lapping, polishing or chemical etching.
실제의 검사에서는 우선 암시야 관찰용 광원(10)을 온(on)하여 암시야 관찰법으로 치수 계측 및 상처 검사를 검사한다. 이때, 편광자(3) 및 검광자(4)는 현미경축(5) 상에 삽입한 채로의 상태가 좋다. 구형의 수정 블랭크의 치수 계측으로서는 종횡의 치수, 기울기 대(對) 각(角)의 거리, 꺾임 치수, 및 장단(長短) 변의 평행도 등이 있다. 상처 검사로서는, 상처, 조각, 깨짐, 크랙, 치핑(chipping; 단편), 흠집, 오염, 쌍정(雙晶), 씨(種), 이물의 혼입 등이 있다.In the actual inspection, first, the dark field observation light source 10 is turned on and the dimensional measurement and the wound inspection are examined by the dark field observation method. At this time, the state where the polarizer 3 and the analyzer 4 are inserted on the microscope axis 5 is good. As the measurement of the size of the spherical quartz crystal, the dimension of the length and width, the distance of the inclination band angle, the bending dimension, the parallelism of the long and short sides, etc. are mentioned. Examples of the wound inspection include wounds, chips, cracks, cracks, chippings, scratches, contamination, twins, seeds, and foreign substances.
다음에 편광 관찰법에 의한 베베링 가공 및 콘벡스 가공의 형상 검사를 실시한다. 이때, 암시야 관찰용 광원(10)은 오프(off)하지 않고 온(on)한 채로, 편광 관찰용 광원(20)을 동시에 온(on) 한다. 편광 관찰 내용은 편광 관찰법 단독으로 얻을 수 있는 간섭 무늬의 절대 형상과 복합 관찰로 얻을 수 있는 간섭 무늬 형상의 상대 형상이다.Next, the shape inspection of the beveling process and convex process by a polarization observation method is performed. At this time, the dark field observation light source 10 turns on the polarization observation light source 20 simultaneously, without turning off. Polarization observation content is a relative shape of the interference fringe shape obtained by the complex shape observation and the absolute shape of the interference fringe obtained by the polarization observation method alone.
편광 관찰용 광원(20)으로부터의 빛을 조사하면, 편광 관찰용 광원(20)의 빛은 투과광이기 때문에, 산란 내지 회절을 이용하는 암시야 관찰용 광원(10)에 의한 상처 검사의 효과가 감쇄된다. 그러나, 이 검사에서는 편광 관찰용 광원(20) 단독으로는 얻을 수 없는 수정 블랭크(B)의 윤곽을 암시야 관찰용 광원(10)의 조사에 의해 화상화하는 것에 있으므로, 윤곽까지 명료하게 화상에 비추어지고 있으면, 그 외의 감쇄는 상관없다. 즉, 상처 검사는 선행하는 암시야 관찰 단독으로 실시하므로, 이 복합 관찰에서는 수정 블랭크(B)의 상처는 보이지 않아도 되기 때문이다.When light from the polarization observation light source 20 is irradiated, since the light of the polarization observation light source 20 is transmitted light, the effect of the wound inspection by the dark field observation light source 10 using scattering or diffraction is attenuated. . However, in this inspection, since the contour of the quartz crystal blank B which cannot be obtained by the polarization observation light source 20 alone is imaged by the irradiation of the dark field observation light source 10, the contour is clearly displayed on the image. If it is reflected, other attenuation does not matter. That is, since the wound inspection is performed by the preceding dark field observation alone, the wound of the quartz blank B does not need to be visible in this composite observation.
도 2의 수정 블랭크 표면의 촬상 화상을 이용하여 복합 관찰을 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 참고도이고, 도 2c가 복합 관찰 화상이다. 도 2a는 암시야 관찰용 광원(10)으로부터의 빛만을 조사했을 때의 수정 블랭크(B)의 표면 화상이다. 윤곽 및 랩핑 단계의 표면의 상태를 유효하게 관찰할 수 있다. 도 2b는 편광 관찰용 광원(20)으로부터의 빛만을 조사했을 때의 표면 화상이다. 베베링/콘벡스 가공 상태를 나타내는 검은 띠 모양의 거의 타원형을 한 간섭 무늬가 주변에 나타나 있다. 네 귀퉁이가 빛나고 있지만, 그 외의 윤곽은 배경에 묻혀 불명료하다. 도 2c는 암시야 조명 빛과 편광 조명 빛을 동시 조사했을 때의 복합 관찰상이다. 윤곽 및 간섭 무늬가 모두 선명하게 나타나고 있다.Composite observation is demonstrated using the picked-up image of the quartz blank surface of FIG. 2A and 2B are reference views, and FIG. 2C is a composite observation image. 2A is a surface image of the crystal blank B when only the light from the dark field observation light source 10 is irradiated. The condition of the surface of the contour and the lapping step can be effectively observed. 2B is a surface image when only light from the light source 20 for polarization observation is irradiated. A black stripe, almost oval shaped interference fringe, showing the state of the beveling / convex processing, is shown around. Four corners are shining, but the other outlines are buried in the background, making it unclear. 2C is a composite observation image when the dark field illumination light and the polarization illumination light are irradiated simultaneously. Both contours and interference fringes are clearly visible.
도 2c의 화상에는, 수정 블랭크(B)에 밝은 가장자리가 발생하므로, 가장자리에 나타난 윤곽 데이터와 편광 관찰에 의해 얻을 수 있는 간섭 무늬 데이터가 복합 관찰에 의해 동시에 얻을 수 있다. 이것들의 데이터를 화상 처리 장치(40)로 처리하는 것으로써, 윤곽 치수를 기준으로 한 간섭 무늬의 상대 위치, 편심, 기울기 등을 보고 헤아릴 수 있다. 즉, 도 3에 나타난 바와 같이, 도 3a의 베베링 가공, 도3b의 콘벡스 가공에 있어서, 구형 모양 수정 블랭크의 중심(대각선의 교점)에 대한 간섭 무늬의 위치 어긋남(편심)이 없이 대칭성, 간섭 무늬의 기울어짐 없는 편심 등을 검사할 수 있다. 이것들은 윤곽을 판단할 수 있는 초기에 가능한 검사 항목이다.In the image of FIG. 2C, since bright edges occur in the crystal blank B, the contour data shown at the edges and the interference fringe data obtained by polarization observation can be simultaneously obtained by composite observation. By processing these data with the image processing apparatus 40, the relative position, the eccentricity, the inclination, etc. of the interference fringe based on the outline dimension can be seen and counted. That is, as shown in FIG. 3, in the beveling process of FIG. 3A and the convex process of FIG. 3B, the symmetry, without the positional shift (eccentricity) of the interference fringe with respect to the center (intersection of the diagonal line) of the spherical shape-correcting blank, Eccentricity and the like of the interference fringe can be checked. These are the first possible inspection items for which the contour can be judged.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 편광 관찰시에, 종래에 이루어지지 않았던 암시야 조명을 더하여, 편광 관찰법과 암시야 관찰법과의 복합 관찰을 실시하도록 하였으므로, 편광 관찰시에는 정밀도가 나오지 않았던 윤곽 검사의 정밀도가 상승되어, 윤곽에 대한 간섭 무늬의 상대 위치의 관찰을 고정밀도로 할 수 있다. 그 결과, 베베링 가공이나 콘벡스 가공의 상대 형상을 고정밀도로 검사할 수 있다. 이것은 편광 관찰 관찰법 단독으로만 할 수 없고, 암시야 관찰법만으로도 할 수 없다. 두 관찰법을 일체로 한 복합 관찰에 의하여 처음으로 가능해진다. 그리고, 두 관찰 결과를 유기적으로 결합하는 것으로, 공지의 편광 관찰법과 공지의 암시야 관찰법의 개개의 것으로부터는 예측할 수 없는 간섭 무늬의 상대 위치를 검사할 수 있다고 하는 뛰어난 효과를 일으킨다.As described above, according to the embodiment of the present invention, since the dark field illumination, which has not been achieved in the past, was added to perform the complex observation between the polarization observation method and the dark field observation method at the time of polarization observation, The precision of the contour inspection which did not come out is raised, and the observation of the relative position of the interference fringe with respect to the contour can be made with high precision. As a result, the relative shape of beveling and convex processing can be inspected with high precision. This cannot be done only by the polarization observation observation method alone, nor by the dark field observation method alone. This is possible for the first time by a composite observation in which the two observations are integrated. And by combining the two observation results organically, it produces the outstanding effect of being able to examine the relative position of the interference fringe which cannot be predicted from each of the well-known polarization observation method and the well-known dark field observation method.
특히 수정 블랭크는 「IC산업의 소금」이라고도 불려 휴대전화, PC, DVD, 게임기, 디지털 TV, GPS, 전자 교통 시스템 등 정보통신의 극적인 진전에 따라, 더욱 더 소형 고정밀화가 요구되어 안정된 주파수(진동) 특성을 요구한다. 이 요구에 대응하기 위해서는, 베베링 가공이나 콘벡스 가공 상태에 대응하는 간섭 무늬의 형상이 대칭, 균형인 것이 이상적이고, 이것을 검사할 필요가 있다. 본 발명은 이 요구에 충분히 대응할 수가 있는 검사를 실시할 수가 있다.In particular, crystal blanks are also called `` the salt of the IC industry '', and as a result of the dramatic advances in information and telecommunications such as mobile phones, PCs, DVDs, game consoles, digital TVs, GPS, and electronic transportation systems, smaller and higher precisions are required, resulting in stable frequencies Requires properties. In order to meet this demand, it is ideal that the shape of the interference fringe corresponding to the beveling or convex processing state is symmetrical and balanced, and it is necessary to check this. The present invention can perform an inspection that can sufficiently meet this demand.
덧붙여, 본 발명의 실시 형태에서는, 수정 블랭크(B)를 싣는 재치대(1)로서 경질의 합성 석영 유리로 구성했다. 이것은 재치대(1)에는 복굴절을 수반하지 않는 경질 유리가 바람직하고, 경질의 합성 석영 유리가 보다 바람직하기 때문이다. 파이렉스(상표), 텐팍스(상표)는 제조시에 기포를 포함하기 쉬어 안정된 공급을 할 수 없다. 또 사파이어는 경질성이지만 복굴절을 수반한다. 복굴절을 수반하면, 위상이 어긋나 버려 오차가 발생한다. 이 점에서 유리가 좋다. 경질의 합성 석영 유리는 이러한 난점이 없고, 재현성 좋게 생산할 수 있다.In addition, in embodiment of this invention, it was comprised as hard synthetic quartz glass as the mounting base 1 which mounts the crystal blank B. As shown in FIG. This is because hard glass which does not have birefringence is preferable for the mounting base 1, and hard synthetic quartz glass is more preferable. Pyrex (trademark) and Tenfax (trademark) are easy to contain a bubble at the time of manufacture, and cannot supply a stable supply. Sapphire is also hard but involves birefringence. With birefringence, the phase shifts and an error occurs. Glass is good at this point. Hard synthetic quartz glass does not have this difficulty and can be produced with good reproducibility.
또, 편광 관찰법과 암시야 관찰법과의 복합 관찰에 의해, 베베링 가공 내지 콘벡스 가공의 형상을 정밀하게 검사할 수 있게 되었지만, 만약 암시야 관찰법을 병용하는 것에 의하여, 편광 관찰법에 의한 단독 검사의 정밀도가 떨어진다면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 암시야 관찰법 P1에 의한 단독 관찰, 암시야 관찰법 P1 및 편광 관찰법 P2에 의한 복합 관찰 후에 편광 관찰법 P2에 의한 단독 관찰을 더하면 좋다.In addition, the composite observation of the polarization observation method and the dark field observation method enables precise inspection of the shape of the beveling process or the convex process. However, by using the dark field observation method in combination, the single inspection by the polarization observation method is performed. If precision falls, as shown in FIG. 4, independent observation by polarization observation method P2 may be added after single observation by dark field observation method P1, composite observation by dark field observation method P1, and polarization observation method P2.
또, 평판 블랭크의 검사에서는 상처 검사나 외형 치수 검사를 실시하기 때문에, 암시야 관찰용 광원이 필요하고, 베베링 가공이나 콘벡스 가공 타입의 검사에서는 암시야 관찰용 광원에 부가하여, 더욱 더 간섭 무늬 등에 의한 가공 상태 검사를 실시하기 때문에, 편광 관찰용 광원이 필요하게 되는 것은 상술한 바와 같다. 이 점에서, 본 실시의 형태에 의한 광원은 암시야 관찰과 편광 관찰과의 복합 관찰을 할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 동일한 수정 기판 검사 장치를 이용하여 평판 타입을 검사하는 경우에도 이형 타입의 검사를 하는 경우에도 검사용 광원을교환할 필요가 없기 때문에, 장치의 편리성이 비약적으로 향상된다.In addition, since the inspection of the flat plate blank is performed for the wound inspection and the external dimension inspection, a dark field observation light source is required. In the inspection of the beveling or convex processing type, in addition to the dark field observation light source, interference is further increased. Since the processing state inspection by a pattern etc. is performed, it is as having mentioned above that the light source for polarization observation is needed. In this regard, the light source according to the present embodiment is configured to allow composite observation between dark field observation and polarization observation. Therefore, even when the flat plate type is inspected using the same quartz substrate inspection apparatus, and even when the mold release type inspection is performed, the inspection light source does not need to be replaced, which greatly improves the convenience of the apparatus.
또, 실시의 형태에서는 구형 모양의 수정 블랭크에 있어서 설명했지만, 다른 형상, 예를 들면, 도 5에 나타낸 것 같은 원형 모양의 수정 블랭크에 대해서도 적용할 수 있다. 또, 수정 블랭크의 용도에는 수정진동자 이외에, SAW(탄성 표면파) 디바이스로 불리는 수정 필터 등이 있다.Moreover, although embodiment demonstrated about the spherical crystal blank, it is applicable also to other shapes, for example, a circular crystal blank shown in FIG. In addition to quartz crystal oscillators, crystal blanks, such as SAW devices, are used for crystal blanks.
본 발명에 의하면, 암시야 조명 빛과 편광 조명 빛을 동시에 투명체에 조사하도록 하였으므로, 편광 조명 빛만으로는 명료화할 수 없었던 투명체의 윤곽을 명료화할 수 있게 되어 윤곽을 기준으로 한 베베링 가공 및 콘벡스 가공의 형상을 고정밀도에 검사할 수가 있다.According to the present invention, since the dark field illumination light and the polarization illumination light are irradiated to the transparent body at the same time, the contour of the transparent body that could not be clarified only by the polarization illumination light can be clarified, and the beveling and convex processing based on the contour The shape of can be inspected with high accuracy.
또, 본 발명에 의하면, 평판 투명체와 이형 투명체를 동일한 검사용 광원을 이용해 검사할 수 있으므로, 사양이 다른 투명체를 검사하는 경우라도 검사용 광원을 교환할 필요가 없고, 편리성이 향상된다.Further, according to the present invention, since the flat plate transparent body and the release transparent body can be inspected using the same inspection light source, even when inspecting transparent bodies having different specifications, the inspection light source does not need to be replaced, thereby improving convenience.
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