JP2009103634A

JP2009103634A - Device for observing internal strain

Info

Publication number: JP2009103634A
Application number: JP2007277228A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Maeda; 一夫前田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-05-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for observing internal strain, capable of observing the distribution of strains in the inside of an object to be measured, such as a sapphire ingot, in a short time. <P>SOLUTION: This device for observing internal strain includes a monochromatic light source 1 and a CCD camera 6, a polarizer 2, the object 4 to be measured, and an analyzer 5, in this order, starting from the monochromatic light source 1 side, on the optical path between the monochromatic light source 1 and the CCD camera 6, and the object 4 to be measured is mounted on an automatic rotary stage 3. The strain located at a position which is concealed by an isogyre in a conoscope image is visualized, by rotating the object 4 to be measured mounted on the automatic rotating stage 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はサファイア結晶等の被測定物内部における歪を観察する装置に係り、特に、被測定物内部の全体に同時に光を照射して、短時間で被測定物内部における歪の分布を観察できる内部歪観察装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for observing strain inside a measured object such as a sapphire crystal, and in particular, it is possible to observe the distribution of strain inside the measured object in a short time by irradiating light inside the measured object simultaneously. The present invention relates to an improvement of an internal strain observation apparatus.

従来、被測定物の内部に光を照射し、その透過光を得ることにより被測定物内部の歪に関する情報を得る内部歪観察方法および装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are known internal strain observation methods and apparatuses that obtain information on strain inside a measurement object by irradiating the inside of the measurement object with light and obtaining the transmitted light.

被測定物内部の欠陥を測定する装置が、例えば、特許文献１に開示されている。この装置においては、被測定物の側面から光を照射する。入射光は被測定物内部の欠陥により散乱される。この散乱光を入射光の光軸と直交する位置に配置されたビデオカメラで観察する。また、ビデオカメラの焦点を被測定物の上部または下部端面に合わせ、被測定物が支持されたステージを垂直方向に移動させることにより、被測定物内部を所定距離間隔で走査する。そして、得られる各画像をビデオフレームメモリーに記憶させ、被測定物内部における欠陥の３次元的な分布を知ることが可能となる。 An apparatus for measuring a defect inside a device under test is disclosed in Patent Document 1, for example. In this apparatus, light is irradiated from the side surface of the object to be measured. Incident light is scattered by defects inside the object to be measured. This scattered light is observed with a video camera arranged at a position orthogonal to the optical axis of the incident light. Further, the focus of the video camera is focused on the upper or lower end surface of the object to be measured, and the stage on which the object is supported is moved in the vertical direction, thereby scanning the inside of the object to be measured at a predetermined distance interval. Each obtained image is stored in a video frame memory, and the three-dimensional distribution of defects inside the object to be measured can be known.

また、被測定物内部の歪を知る方法が、例えば、特許文献２に開示されている。この方法は、被測定物に誘起する複屈折の２次元分布を測定して被測定物内部の歪を検出するものである。但し、光源には単色光のレーザ光を用いるので、１回の測定で知ることができる範囲はレーザ光が透過した部分だけである。この複屈折測定によるリターデーション測定装置として、例えば、ユニオプト社からＡＢＲシリーズの装置が発売されている（非特許文献１参照）。 Further, for example, Patent Document 2 discloses a method of knowing the distortion inside the device under test. This method measures the two-dimensional distribution of birefringence induced in the object to be measured to detect strain inside the object to be measured. However, since monochromatic laser light is used as the light source, the range that can be known by one measurement is only the portion through which the laser light is transmitted. As a retardation measuring device based on this birefringence measurement, for example, an ABR series device is available from Uniopt (see Non-Patent Document 1).

ところで、特許文献１および２に開示された測定装置若しくは測定方法において一回に測定できる範囲は、上述したように光が照射されている小部分だけであった。このため、被測定物全体の内部欠陥の分布若しくは歪の分布を知りたい場合には、被測定物内部の全体を走査して、それぞれの画像をパソコンのメモリに保存し、かつ、それぞれの画素を合成して全体像を求める過程が必要であった。
特開昭６２−０５６４００号公報特開平０６−１４７９８６号公報ユニオプト社カタログ By the way, in the measuring apparatus or measuring method disclosed in Patent Documents 1 and 2, the range that can be measured at one time is only a small portion irradiated with light as described above. Therefore, if you want to know the distribution of internal defects or distortion in the entire device under test, scan the entire device under test, store each image in the memory of your computer, and select each pixel. The process of synthesizing and obtaining the whole picture was necessary.
JP-A-62-056400 Japanese Patent Laid-Open No. 06-147986 UNIOPT catalog

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、被測定物内部の全体に同時に光を照射して、短時間で被測定物内部における歪の分布を観察できる内部歪観察装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that the entire interior of the object to be measured is irradiated with light at the same time, and the strain distribution inside the object to be measured is measured in a short time. An object of the present invention is to provide an internal strain observation device that can be observed.

すなわち、請求項１に係る発明は、
被測定物内部の歪を観察する装置において、
単色光源とＣＣＤカメラとの間の光路上に、単色光源側から偏光子、被測定物、検光子が順に配置され、かつ、被測定物は回転ステージに載置されると共に、上記回転ステージにより被測定物を回転させて、コノスコープ像におけるアイソジャイアに隠れた位置にある歪が視覚化されることを特徴とするものである。 That is, the invention according to claim 1
In an apparatus for observing distortion inside the object to be measured,
On the optical path between the monochromatic light source and the CCD camera, a polarizer, an object to be measured, and an analyzer are arranged in this order from the monochromatic light source side, and the object to be measured is placed on the rotary stage, and the above rotary stage. By rotating the object to be measured, the distortion at the position hidden in the isogyre in the conoscopic image is visualized.

次に、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る内部歪観察装置において、
回転ステージに載置された被測定物の像が、被測定物の真上９０度に配置されたＣＣＤカメラにより撮影されるようになっていることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係る内部歪観察装置において、
上記被測定物を屈折率整合液中に浸漬させた状態で単色光が照射されるようになっていることを特徴とし、
また、請求項４に係る発明は、
請求項１、２または３に記載の発明に係る内部歪観察装置において、
上記被測定物における歪の全体が、短時間で観察されるようになっていることを特徴とするものである。 Next, the invention according to claim 2
In the internal strain observation apparatus according to the invention of claim 1,
An image of the object to be measured placed on the rotating stage is photographed by a CCD camera disposed 90 degrees directly above the object to be measured.
The invention according to claim 3
In the internal strain observation apparatus according to the invention of claim 1 or 2,
Monochromatic light is irradiated in a state where the object to be measured is immersed in a refractive index matching liquid,
The invention according to claim 4
In the internal strain observation device according to the invention of claim 1, 2 or 3,
The entire distortion of the object to be measured is observed in a short time.

本発明に係る内部歪観察装置によれば、回転ステージを回転して被測定物を回転させることにより、コノスコープ像におけるアイソジャイアに隠れた位置にある歪が視覚化されるため、アイソジャイアに重なった部分の歪の分布を知ることができる。従って、被測定物内部における全体の歪の分布について短時間で観察することが可能となる。 According to the internal strain observation apparatus according to the present invention, the rotation stage is rotated to rotate the object to be measured, so that the distortion at the position hidden in the isogyre in the conoscopic image is visualized. It is possible to know the strain distribution of the overlapping part. Therefore, it is possible to observe the entire strain distribution inside the object to be measured in a short time.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明に係る内部歪観察装置は、図１に示すように単色光源１とＣＣＤカメラ６を備えている。また、単色光源１とＣＣＤカメラ６との間の光路上には、単色光源１側から、偏光子２、被測定物４、検光子５が順に配置されており、かつ、被測定物４は自動回転ステージ３に載置されこの自動回転ステージ３により被測定物４が回転されるように構成されている。 First, the internal strain observation apparatus according to the present invention includes a monochromatic light source 1 and a CCD camera 6 as shown in FIG. Further, on the optical path between the monochromatic light source 1 and the CCD camera 6, a polarizer 2, an object 4 to be measured, and an analyzer 5 are arranged in this order from the monochromatic light source 1 side, and the object 4 to be measured is The measurement object 4 is placed on the automatic rotation stage 3 and rotated by the automatic rotation stage 3.

この内部歪観察装置において、単色光源１から出射された単色光は、偏光子２により直線偏光に変換され、自動回転ステージ３に載置された被測定物４を透過し、かつ、被測定物４を透過した光は、検光子５を透過してＣＣＤカメラ６のレンズ系により受光面に結像する。 In this internal strain observation device, monochromatic light emitted from the monochromatic light source 1 is converted into linearly polarized light by the polarizer 2, passes through the object to be measured 4 placed on the automatic rotation stage 3, and is measured. The light transmitted through 4 passes through the analyzer 5 and forms an image on the light receiving surface by the lens system of the CCD camera 6.

そして、本発明に係る内部歪観察装置においては、上記自動回転ステージ３により被測定物４が回転されるように構成されているため、コノスコープ像におけるアイソジャイアに隠れた位置にある歪が視覚化されて、アイソジャイアに重なった部分の歪の分布を知ることができる。従って、被測定物４内部における全体の歪の分布について短時間で観察することが可能となる。 In the internal distortion observation apparatus according to the present invention, since the object to be measured 4 is rotated by the automatic rotation stage 3, the distortion at the position hidden in the isogyre in the conoscopic image is visually recognized. Thus, it is possible to know the distribution of strain in the portion overlapping the isogyre. Therefore, it is possible to observe the entire strain distribution inside the DUT 4 in a short time.

ここで、上記コノスコープ像を観察する方法は、顕微鏡観察において異方性のある鉱物の複屈折を測定する方法として知られており、観察方法自体は公知である。以下、コノスコープ像の観察原理を図２に示す。図２中、被測定物は一軸性の結晶であり、ｃ軸が図２中で水平方向に平行であるとする。被測定物の内部には歪に起因した屈折率の変動が存在する。そして、図２において偏光子を透過した単色光源からの光は、被測定物の内部で常光と異常光に分離して伝播する。 Here, the method for observing the conoscopic image is known as a method for measuring the birefringence of an anisotropic mineral in microscopic observation, and the observation method itself is known. Hereinafter, the observation principle of conoscopic images is shown in FIG. In FIG. 2, it is assumed that the object to be measured is a uniaxial crystal and the c-axis is parallel to the horizontal direction in FIG. There is a change in the refractive index due to strain inside the object to be measured. In FIG. 2, the light from the monochromatic light source that has been transmitted through the polarizer is separated into normal light and abnormal light within the object to be measured.

そして、ｃ軸の屈折率を（ｎｅ）、ｃ軸に垂直な面内の屈折率を（ｎｏ）、被測定物の実効的な厚みをｄとすると、コノスコープ像に現れる干渉縞は、
ｄ・（ｎｏ−ｎｅ）＝ｋ・λ （ｋ＝０、１、２、３、・・・）
の式を満足する場合に生じることが分かる。尚、λは光の波長であり、被測定物の実効的な厚みｄは被測定物に入射する光の入射角の関数である。 If the refractive index of the c-axis is (ne), the refractive index in the plane perpendicular to the c-axis is (no), and the effective thickness of the object to be measured is d, the interference fringes appearing in the conoscopic image are
d · (no−ne) = k · λ (k = 0, 1, 2, 3,...)
It can be seen that this occurs when the following equation is satisfied. Note that λ is the wavelength of light, and the effective thickness d of the object to be measured is a function of the incident angle of light incident on the object to be measured.

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below.

被測定物としてサファイア結晶を例に挙げ、図１に示す内部歪観察装置を用いてサファイア結晶全体の歪の分布を観察する。尚、サファイア結晶は、青色ＬＥＤの素材であるＧａＮをエピタキシャル成長させるときの基板として用いられており、サファイア結晶の品質が悪いと、そこから切り出された基板の品質も良くないので、エピタキシャル成長させた場合のＧａＮの品質にも悪い影響を与えることとなる。 A sapphire crystal is taken as an example of the object to be measured, and the strain distribution of the entire sapphire crystal is observed using the internal strain observation apparatus shown in FIG. The sapphire crystal is used as a substrate for epitaxial growth of GaN, which is the material of the blue LED. If the quality of the sapphire crystal is poor, the quality of the substrate cut out from it is not good. This will also have a negative effect on the quality of GaN.

ところで、サファイアインゴットの円筒面と上下の端面はラッピング加工されているので、光を照射しても内部の散乱を観察することはできない。この場合、サファイアインゴットの円筒面と上下端面に光学研磨を施せば、インゴット内部の散乱を観察することは可能となるが、サファイアの硬度はダイアモンドに次いで高いので光学研磨には多大の時間と費用を要する。この問題を解決するため、上記サファイアインゴットを屈折率整合液であるヨウ化メチレンに浸漬して使用することとした。サファイアの可視域における屈折率は約１．７６、ヨウ化メチレンの屈折率は１．７４であるため、サファイアインゴットをヨウ化メチレンに浸漬して使用することにより、サファイア表面における散乱および反射の寄与を除去することが可能となる。また、サファイア結晶の屈折率は、ｎｏが１．７６８、ｎｅが１．７６０である。 By the way, since the cylindrical surface and upper and lower end surfaces of the sapphire ingot are lapped, it is not possible to observe internal scattering even when irradiated with light. In this case, if optical polishing is applied to the cylindrical surface and upper and lower end surfaces of the sapphire ingot, it is possible to observe the scattering inside the ingot. However, since the hardness of sapphire is the second highest after diamond, much time and cost are required for optical polishing. Cost. In order to solve this problem, the sapphire ingot is used by being immersed in methylene iodide which is a refractive index matching liquid. Since the refractive index of sapphire in the visible range is about 1.76 and the refractive index of methylene iodide is 1.74, the use of sapphire ingot immersed in methylene iodide contributes to scattering and reflection on the surface of sapphire. Can be removed. The refractive index of the sapphire crystal is 1.768 for no and 1.760 for ne.

図１に示す内部歪観察装置において、単色光源１には、エドモンド・オプティクス・ジャパン社製のグリーン単色ランプ（波長５８７．６ｎｍ）、偏光子２と検光子５には、エドモンド・オプティクス・ジャパン社製の偏光フィルム、自動回転ステージ３には、ニューポート・ジャパン社製のＵＲＳ１５０、ＣＣＤカメラ６には、ニコン社製のＤ７０が用いられている。 In the internal strain observation apparatus shown in FIG. 1, the monochromatic light source 1 includes a green monochromatic lamp (wavelength: 587.6 nm) manufactured by Edmund Optics Japan, and the polarizer 2 and the analyzer 5 include Edmund Optics Japan. URS150 manufactured by Newport Japan Co., Ltd. is used for the polarizing film and automatic rotation stage 3 manufactured by Nikon Corporation, and D70 manufactured by Nikon Corporation is used for the CCD camera 6.

そして、図３にサファイアインゴットを回転させて撮影したコノスコープ像を示し、図４に品質の良いサファイアインゴットのコノスコープ像を示す。図４の写真図において、白の直線で表した十字がアイソジャイアと呼ばれるものである。また、図３の写真図において、白丸で囲んだ部分は歪による応力が集中し干渉縞が消えている部分を表している。更に、図３の写真図から、サファイアインゴットを回転させにつれて歪の部分も回転していくことが分かる。また、干渉縞がゆがんでいる場所は、屈折率が不均一になっている場所、すなわち、内部に歪が存在することを表している。被測定物４であるサファイアインゴットが回転することにより、暗い線の十字の形で現れるアイソジャイアの変形の度合いが内部の歪の分布に対応している。 FIG. 3 shows a conoscopic image taken by rotating the sapphire ingot, and FIG. 4 shows a conoscopic image of a good quality sapphire ingot. In the photographic diagram of FIG. 4, a cross represented by a white straight line is called an isogyre. In the photographic diagram of FIG. 3, a portion surrounded by a white circle represents a portion where the stress due to strain is concentrated and the interference fringes disappear. Furthermore, it can be seen from the photograph in FIG. 3 that the strained portion also rotates as the sapphire ingot is rotated. Further, the place where the interference fringes are distorted represents the place where the refractive index is non-uniform, that is, the presence of distortion inside. By rotating the sapphire ingot that is the DUT 4, the degree of deformation of the isogyr appearing in the shape of a cross with a dark line corresponds to the internal strain distribution.

このように被測定物４であるサファイアインゴットを自動回転ステージ３で回転させることにより、サファイアインゴット全体の歪の分布を観察することができる。 Thus, by rotating the sapphire ingot which is the object to be measured 4 by the automatic rotation stage 3, it is possible to observe the strain distribution of the entire sapphire ingot.

そして、本発明に係る内部歪観察装置を用いることにより、品質の良いサファイアインゴットを短時間でかつ非破壊により選別することが可能になる。 By using the internal strain observation apparatus according to the present invention, it is possible to sort out high quality sapphire ingots in a short time and non-destructively.

本発明に係る内部歪観察装置によれば、回転ステージを回転して被測定物を回転させることによりコノスコープ像におけるアイソジャイアに隠れた位置にある歪が視覚化されるため、アイソジャイアに重なった部分の歪の分布を知ることができる。従って、被測定物内部における全体の歪の分布について短時間で観察することが可能となるため、サファイア結晶等の品質を評価する方法に用いられる産業上の利用可能性を有している。 According to the internal strain observation apparatus according to the present invention, the rotation stage is rotated to rotate the object to be measured, so that the distortion at the position hidden in the isogyre in the conoscopic image is visualized, so that it overlaps the isogyre. It is possible to know the distribution of distortion in the part. Therefore, since it is possible to observe the entire strain distribution inside the object to be measured in a short time, it has industrial applicability used in a method for evaluating the quality of sapphire crystals and the like.

本発明に係る内部歪観察装置の構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Configuration explanatory drawing of the internal distortion observation apparatus which concerns on this invention. 従来のコノスコープ像の観察原理を示す説明図。Explanatory drawing which shows the observation principle of the conventional conoscopic image. 被測定物であるサファイアインゴットを回転させて撮影したコノスコープ像の写真図。A photograph of a conoscopic image taken by rotating a sapphire ingot that is an object to be measured. 品質の良いサファイアインゴットを撮影したコノスコープ像の写真図。A photo of a conoscopic image of a sapphire ingot of good quality.

符号の説明Explanation of symbols

１単色光源
２偏光子
３自動回転ステージ
４被測定物
５検光子
６ＣＣＤカメラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Monochromatic light source 2 Polarizer 3 Automatic rotation stage 4 Object to be measured 5 Analyzer 6 CCD camera

Claims

単色光源とＣＣＤカメラとの間の光路上に、単色光源側から偏光子、被測定物、検光子が順に配置され、かつ、被測定物は回転ステージに載置されると共に、上記回転ステージにより被測定物を回転させて、コノスコープ像におけるアイソジャイアに隠れた位置にある歪が視覚化されることを特徴とする内部歪観察装置。 On the optical path between the monochromatic light source and the CCD camera, a polarizer, an object to be measured, and an analyzer are arranged in this order from the monochromatic light source side, and the object to be measured is placed on a rotating stage, and the rotating stage An internal distortion observation apparatus characterized in that a distortion is visualized by rotating an object to be measured and hidden in an isogyre in a conoscopic image.

回転ステージに載置された被測定物の像が、被測定物の真上９０度に配置されたＣＣＤカメラにより撮影されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の内部歪観察装置。 2. The internal distortion according to claim 1, wherein an image of the object to be measured placed on the rotary stage is photographed by a CCD camera disposed 90 degrees directly above the object to be measured. Observation device.

上記被測定物を屈折率整合液中に浸漬させた状態で単色光が照射されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の内部歪観察装置。 The internal strain observation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the measurement object is irradiated with monochromatic light in a state where the object to be measured is immersed in a refractive index matching liquid.

上記被測定物における歪の全体が、短時間で観察されるようになっていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の内部歪観察装置。 4. The internal strain observation apparatus according to claim 1, wherein the entire strain in the object to be measured is observed in a short time.