JP2012242138A - 形状計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池ウェハの表面及び裏面の形状のみならず、太陽電池ウェハの厚みを高速に算出する。
【解決手段】光源１２１，１３１は太陽電池ウェハの表面及び裏面に光切断線ＣＬを照射する。カメラ１２２，１３２は太陽電池ウェハが所定距離搬送される都度、測定試料５００の表面及び裏面の光切断線画像を連続撮像する。計測データ算出部１２３，１３３は角光切断線画像から光切断線ＣＬが現れている重心座標を表面計測データ及び裏面計測データとして算出する。高さデータ算出部１４３は、表面計測データ及び裏面計測データから太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータを算出する。厚みデータ算出部１４６は、太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータから太陽電池ウェハの厚みデータを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池ウェハの外観検査項目である厚さを高速かつ自動的に測定する形状計測装置に関するものである。

従来太陽電池ウェハ（ウェハと略す）の外観検査は人による目視検査が行われてきたが、近年の太陽電池市場の拡大や太陽電池ウェハの検査時の人によるウェハ破損の低減等、様々な理由から高速自動検査装置が検討されている。既にレーザ変位計を使い、ウェハ表裏両面の１〜３ラインの凹凸を測定し、その変位差から厚さを検査する装置が開発され、実用化されている。しかしながら、ウェハ表裏面の全面の厚さを検査する装置は開発されていない。

特許文献１には、被測定物の上下両側に光学式距離計を配置し、光学式距離計の配置間隔と２つの距離計の測定値とから被測定物の厚みを求める装置が開示されている。具体的には、１台の光学式距離計は２台の投光器と１台の撮像系とを備え、被測定面に対し異なる方向から２つの光ビームを交差させるように照射し、２つの光スポットの間隔ΔＸと光スポットの中心位置Ｘｃとを求める。そして、被測定面が角度θだけ傾くと中心位置Ｘｃの位置が変化することを利用して、中心位置Ｘｃの変化量から角度θを検出する。そして、上側の光学式距離計で得られた間隔ΔＸから上側の光学式距離計と上側の被測定面との距離を求め、下側の光学式距離計で得られた間隔ΔＸから下側の光学式距離計と下側の被測定面との距離を求め、被測定物の計測厚みｔ´を求める。そして、計測厚みｔ´をｔ´×ｃｏｓθにより補正し、実厚みｔを求めることが開示されている。

特許文献２には、被測定物の傾き角度や捩れ角度を考慮して被測定物の厚みを正確に求める技術が開示されている。具体的には、被測定物の上下両面の高さを、上接触子及び下接触子にてそれぞれ測定する。そして、下接触子において位置ｈａで測定したときの被測定物の高さと、位置ｈｂ（｜ｈａ―ｈｂ｜＝Δｄ）において被測定物を測定したときの高さとの差Δｈを求める。そして、被測定物の傾き角度θ＝ａｒｃｔａｎ（Δｈ／Δｄ）を求める。そして、上接触子の高さと下接触子の高さの差から求めた測定厚さｔ´を、実厚さｔ＝ｔ´×ｃｏｓθで補正し、実厚さｔを求めることが開示されている。

特開２００６−１８９３８９号公報 特開２００６−３００４４号公報

しかしながら、特許文献１の手法は被測定物の厚みが一定の場合に限ったものであり、厚みが変動した場合に対応できていない。したがって、位置に応じて厚みが異なる太陽電池ウェハの厚みを正確に算出することができない。また、特許文献１では、１ラインのみの断面形状が計測されているため、太陽電池ウェハの全面の厚みを算出し、算出した厚みの分布を評価することができない。

特許文献２では、被測定物の両面を上接触子と下接触子とを接触させることで厚みが求められているため、太陽電池ウェハの全面の厚みを高速に求めることはできない。

本発明の目的は、太陽電池ウェハの表面及び裏面の形状のみならず、太陽電池ウェハの厚みを高速に算出することができる形状計測装置を提供することである。

（１）本発明による形状計測装置は、太陽電池ウェハを搬送する搬送部と、前記太陽電池ウェハの表面及び裏面に対して斜め方向から前記太陽電池ウェハの搬送方向と交差する方向に光切断線を照射し、前記太陽電池ウェハの表面及び裏面を連続撮像し、前記太陽電池ウェハの表面計測データ及び裏面計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データ取得部により取得された表面計測データ及び裏面計測データに基づいて、前記太陽電池ウェハの表面の各位置の高さデータ及び裏面の各位置の高さデータを算出する高さデータ算出部と、前記高さデータ算出部により算出された前記太陽電池ウェハの表面の高さデータ及び裏面の高さデータに基づいて、前記太陽電池ウェハの各位置の厚みデータを算出する厚みデータ算出部とを備える。

この構成によれば、太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータを用いて太陽電池ウェハの厚みを計測しているため、太陽電池ウェハの表面及び裏面の形状のみならず、太陽電池ウェハの厚みも得ることができる。そのため、ソーマークに加えて厚みを用いて太陽電池ウェハの良否を判定することができる。また、太陽電池ウェハの表面及び裏面を同時に連続撮像して表面計測データ及び裏面計測データが得られているため、太陽電池ウェハの高さデータ及び厚みデータを高速に求めることができる。

（２）前記高さデータ算出部は、前記計測データ取得部が、表面及び裏面が平坦な平坦サンプルを計測することで取得した表面及び裏面の高さデータと、前記太陽電池ウェハと同じ厚みを持つ厚みが既知の厚みサンプルを計測することで取得した表面及び裏面の高さデータと基づいて、標準表面高さデータ及び標準裏面高さデータを算出し、前記標準表面高さデータ及び前記標準裏面高さデータに基づいて、表面傾き補正パラメータ及び裏面傾き補正パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記高さデータ算出部により算出された前記太陽電池ウェハの表面の高さデータ及び裏面の高さデータを前記表面傾き補正パラメータ及び前記裏面傾き補正パラメータを用いて補正し、補正表面高さデータ及び補正裏面高さデータを算出する高さデータ補正部とを更に備え、前記厚みデータ算出部は、前記補正表面高さデータ及び前記補正裏面高さデータに基づいて、前記厚みデータを算出することが好ましい。

この構成によれば、平坦サンプル及び厚みサンプルを計測することで標準表面高さデータ及び標準裏面高さデータが予め算出されている。そして、太陽電池ウェハを測定する際は、この標準表面高さデータ及び標準裏面高さデータを用いて太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータが補正され、補正後の表面及び裏面の高さデータである補正表面高さデータ及び補正裏面高さデータを用いて厚みデータが算出される。その結果、太陽電池ウェハの厚みデータを精度良く求めることができる。

（３）前記標準表面高さデータは、前記平坦サンプルの表面の高さデータを、前記厚みサンプルの表面の高さデータから差し引くことで算出され、前記標準裏面高さデータは、前記平坦サンプルの裏面の高さデータを、前記厚みサンプルの裏面の高さデータから差し引くことで算出されることが好ましい。

この構成によれば、厚みサンプルの表面の高さデータから搬送部の傾斜やレーザの彎曲に伴う高さデータのずれが除去された標準表面高さデータを得ることができる。また、厚みサンプルの裏面の高さデータから搬送部の傾斜やレーザの彎曲に伴う高さデータのずれが除去された標準裏面高さデータを得ることができる。

（４）前記搬送部は、前記太陽電池ウェハ、前記平坦サンプル、及び前記厚みサンプルをそれぞれ測定試料とし、前記測定試料を一定の搬送速度で搬送し、前記計測部は、前記測定試料が一定距離搬送される都度、前記測定試料を撮像し、前記高さデータ算出部は、前記測定試料の搬送方向の表面及び裏面の高さデータの変化から前記測定試料の表面及び裏面の傾きを算出し、算出した表面及び裏面の傾きに基づいて、搬送方向に対する計測ポイントが一定間隔になるように、前記測定試料の表面及び裏面の高さデータを補正することが好ましい。

この構成によれば、測定試料の表面及び裏面の傾斜による計測ポイントが一定の間隔になるように、高さデータを補正することができる。

（５）前記パラメータ算出部は、前記標準裏面高さデータの近似裏平面をｚ２（＝ａ２ｘ＋ｂ２ｙ＋ｃ２）とおき、前記標準裏面高さデータを用いて係数ａ２，ｂ２，ｃ２を算出し、算出した係数ａ２，ｂ２，ｃ２を裏面傾き補正パラメータとして算出し、ある平面をｚ１（＝ａ１ｘ＋ｂ１ｙ＋ｃ１）とおき、（前記標準表面高さデータ−ｚ１）−（前記標準裏面高さデータ−ｚ２）＝前記厚みサンプルの厚みデータとなるように前記係数ａ１，ｂ１，ｃ１を求め、求めた前記係数ａ１，ｂ１，ｃ１を前記表面傾き補正パラメータとして算出することが好ましい。

この構成によれば、平坦サンプルの表面を基準面としたときの厚みサンプルの高さデータの大局的な傾きを示す平面と、平坦サンプルの裏面を基準面としたときの厚みサンプルの高さデータの大局的な傾きを示す平面とが厚みサンプルの既知の厚みデータの間隔を持って繋がれる。

（６）前記高さデータ補正部は、前記太陽電池ウェハの表面の高さデータから前記平坦サンプルの表面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に前記平面ｚ１を差し引くことで前記補正表面高さデータを求め、前記太陽電池ウェハの裏面の高さデータから前記平坦サンプルの裏面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に前記近似裏平面ｚ２を差し引くことで前記補正裏面高さデータを求めることが好ましい。

この構成によれば、太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータから平坦サンプルの表面及び裏面の高さデータが差し引かれているため、太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータから搬送部の傾斜による高さデータずれ及び光切断線の彎曲による高さデータずれを除去することができる。

そして、平坦サンプルの表面及び裏面の高さデータが差し引かれた太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータは、更に、平面ｚ１及び近似裏平面ｚ２から差し引かれている。

よって、平面ｚ１を基準とする太陽電池ウェハの表面の高さデータ＝近似裏平面を基準とする太陽電池ウェハの裏面の高さデータ＋厚みデータによって表される。したがって、太陽電池ウェハの厚みを正確に求めることができる。

（７）前記計測データ取得部は、一定速度で搬送される前記太陽電池ウェハの表面に光切断線を照射する表面照射部と、一定速度で搬送される前記太陽電池ウェハの裏面に光切断線を照射する裏面照射部と、前記表面照射部により光切断線が照射された前記太陽電池ウェハの表面を上方から一定周期で連続的に撮像する表面撮像部と、前記裏面照射部により光切断線が照射された前記太陽電池ウェハの裏面を下方から一定周期で連続的に撮像する裏面撮像部とを備えることが好ましい。

この構成によれば、太陽電池ウェハを挟んで、上下に表面照射部及び裏面照射部が設けられ、かつ、上下に表面撮像部及び裏面撮像部が設けられているため、太陽電池ウェハの表面及び裏面を同時に計測することができる。

本発明によれば、太陽電池ウェハの表面及び裏面の高さデータを用いて太陽電池ウェハの厚みを計測しているため、太陽電池ウェハの表面及び裏面の形状のみならず、太陽電池ウェハの厚みも得ることができる。そのため、ソーマークに加えて厚みを用いて太陽電池ウェハの良否を判定することができる。また、太陽電池ウェハの表面及び裏面を同時に連続撮像して表面計測データ及び裏面計測データが得られているため、太陽電池ウェハの高さデータ及び厚みデータを高速に求めることができる。

（Ａ）は本発明の実施の形態による形状計測装置の全体構成図である。（Ｂ）は（Ａ）の変形例である。 本発明の実施の形態による形状計測装置のブロック図である。 本発明の実施の形態による形状計測装置が標準サンプルを測定する際の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態による形状計測装置がウェハを測定する際の処理を示したフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、裏面傾き補正パラメータ及び表面傾き補正パラメータの算出処理の説明図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態による形状計測装置の側面の模式図であり、（Ｂ）は（Ａ）の測定ステージの近傍の拡大図である。 測定試料の表面又は裏面の高さデータの測定結果を示したグラフであり、左側の縦軸は測定により得られた高さデータ（μｍ）を示し、右側の縦軸は測定ステージの載置面に対する測定試料の角度を示している。 厚みが一定の測定試料が傾斜している場合における光切断線の計測ポイントのずれを示した図である。 ｔ´＝２００μｍの測定値に対する、角度φと補正後の厚みｔとの関係を示したグラフである。 厚みが一定でない測定試料が傾斜している場合における光切断線の計測ポイントのずれを示した図である。 （Ａ）はφ２＝φ１＋０．００５度の場合の角度φ１に対する実厚みＫの関係を示したグラフＧ１１と、角度φ１に対する実厚みＫ−計測厚みＫ´の関係を示したグラフＧ１２とを表している。（Ｂ）はφ２＝φ１＋０．１度の場合の角度φ１に対する実厚みＫの関係を示したグラフＧ１３と、角度φ１に対する実厚みＫ−計測厚みＫ´の関係を示したグラフＧ１４とを表している。 高さデータ算出部により行われる計測ポイントずれ補正の説明図である。 高さデータ算出部により行われる計測ポイントずれ補正の説明図である。 高さデータの算出処理の詳細を示すフローチャートである。 探索処理の詳細を示すフローチャートである。 重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。 図１４のフローチャートの処理を時系列で示したタイミングチャートである。 探索処理と重心算出処理との処理の流れを概念的に示した図である。 光切断線画像の一例を示した図である。 ｉライン目における最大輝度画素を中心としたときの輝度値の分布を示したグラフである。 高さデータを算出する処理の説明図である。 光源とカメラとの設置状態を模式的に示した図である。

以下、本発明の一実施の形態における形状計測装置について説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施の形態による形状計測装置の全体構成図である。図１（Ａ）に示すように、本形状計測装置は、光源１２１（表面照射部の一例）、光源１３１（裏面照射部の一例）、カメラ１２２（表面撮像部の一例）、カメラ１３２（裏面撮像部の一例）、及び搬送ベルト３等を備えている。

図１（Ａ）において、ｙ方向は搬送ベルト３による測定試料５００の搬送方向を示している。また、ｘ方向はｙ方向と直交し、かつ水平面と平行な方向を示している。ｚ方向は、ｘ方向とｙ方向とのそれぞれに直交する高さ方向を示している。本実施の形態では、測定試料５００として、標準サンプル５１０、及び太陽電池ウェハ（以下、“ウェハ”と記述する）５２０が存在する。標準サンプル５１０としては、表面及び裏面が平坦な平坦サンプル５１１と、厚みが既知である厚みサンプル５１２とが存在する。

つまり、本形状計測装置は、平坦サンプル５１１及び厚みサンプル５１２を測定して、後述する表面傾き補正パラメータ及び裏面傾き補正パラメータを予め求めておく。そして、測定対象となるウェハ５２０を測定し、ウェハ５２０の表面及び裏面の高さデータを求め、求めた高さデータを表面傾き補正パラメータ及び裏面傾き補正パラメータを用いて補正し、ウェハ５２０の各位置の厚みデータを求める。

平坦サンプル５１１及び厚みサンプル５１２としては、測定対象となるウェハ５２０の表面積と同じ表面積を持つものを採用し、例えば、１５０ｍｍ角の表面積を持つものを採用する。また、厚みサンプル５１２としては、測定対象となるウェハ５２０と同程度の厚みを持つものを採用し、例えば２００μｍの厚みを持つものを採用する。なお、平坦サンプル５１１として、厚みが２００μｍのものを用意すれば、平坦サンプル５１１と厚みサンプル５１２とを個別に用意する必要はない。

しかしながら、厚みを２００μｍ程度に薄くすると反り等が発生するため、ウェハ５２０と同程度の厚みを持つ平坦サンプル５１１を作成するのは容易ではなく、コストが嵩む。そこで、本実施の形態では、ウェハ５２０よりも大きな厚みを持つが表面及び裏面が平坦な平坦サンプル５１１と、ウェハ５２０と同程度の厚みサンプル５１２とを用いている。

光源１２１は、測定試料５００の表面において、カメラ１２２が光切断線画像を撮像する領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。つまり、光源１２１は、一定速度で搬送される測定試料５００の表面に光切断線ＣＬを照射する。光源１３１は、一定速度で搬送される測定試料５００の裏面において、カメラ１３２が光切断線画像を撮像する領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。つまり、光源１３１は、測定試料５００の裏面に光切断線ＣＬを照射する。

本実施の形態では、光切断線ＣＬは、例えばｙ方向の座標が所定の位置ｙ１に位置し、長手方向がｘ方向とほぼ平行になるように形成されている。このように、光切断線ＣＬによって測定試料５００の表面及び裏面の幅方向（ｘ方向）の全域に光切断線ＣＬが照射されるため、搬送ベルト３により測定試料５００をｙ方向に一定速度で搬送し、かつ、カメラ１２２，１３２で光切断線画像を連続撮像することで、測定試料５００の表面及び裏面の全域の高さデータを高速に得ることができる。

なお、光源１２１，１３１は、それぞれ、円筒状の筐体を備え、筐体の内部には、例えば半導体レーザと、光学系とが設けられている。光学系は、半導体レーザの射出側に設けられ、半導体レーザから射出されるレーザ光を扇状に広げて射出させる。

支持部材４１は、測定ステージ６００よりも上流側に配置され、光源１２１が測定ステージ６００の幅方向（ｘ方向）の中心に位置するように光源１２１を支持する。そして、支持部材４１は、光源１２１が斜め上方向から測定ステージ６００の表面に対して光を照射し、ｘ方向から見たときの光軸７０１に対する光の仰角θが一定の角度になるように、光源１２１を支持する。

測定ステージ６００は、測定試料５００と同様のサイズを持つ矩形状の領域であり、図６（Ａ）に示すように、測定試料５００の真下に位置している。

支持部材４３は、測定ステージ６００よりも下流側に配置され、光源１３１が測定ステージ６００の幅方向（ｘ方向）の中心に位置するように光源１３１を支持する。そして、支持部材４３は、光源１３１が斜め下方向から測定ステージ６００の裏面に対して光を照射し、ｘ方向から見たときの光軸７０２に対する光の仰角θが一定の角度になるように、光源１３１を支持する。つまり、光源１２１，１３１の仰角は等しくされている。

カメラ１２２は、光軸７０１が測定ステージ６００の重心に位置し、かつ、ｚ方向と平行になるように、測定ステージ６００の上側に配置されている。そして、カメラ１２２は、光切断線ＣＬが照射された測定試料５００の表面を上方から一定周期で連続的に撮像し、光切断線画像を取得する。

カメラ１３２は、光軸７０２が測定ステージ６００の重心に位置し、かつ、ｚ方向と平行になるように、測定ステージ６００の下側に配置されている。そして、カメラ１３２は、光切断線ＣＬが照射された測定試料５００の裏面を下方から一定周期で連続的に撮像し、光切断線画像を取得する。

本実施の形態では、カメラ１２２，１３２は、それぞれ、ｘ方向及びｙ方向の画角が同一である。また、カメラ１２２，１３２は、測定ステージ６００からの距離がほぼ等距離となる位置に配置されている。そのため、カメラ１２２，１３２が撮像する光切断線画像は同一サイズの矩形画像になる。

ここで、カメラ１２２，１３２は、所定のフレームレート（例えば２５０ｆｐｓ）で、画像を撮像することができるＣＭＯＳカメラにより構成され、撮像した光切断線画像のアナログの画像データをデジタルの画像データに変換する。

搬送ベルト３は、ｙ方向を長手方向とする無端ベルトであり、ｘ方向に一定の間隔を設けて一対配置されている。そして、搬送ベルト３は、測定試料５００をｙ方向に向けて一定の速度で搬送する。このように、一対の搬送ベルト３，３をｘ方向に一定の間隔設けることで、測定試料５００の表面及び裏面を同時に計測することができる。

支持部材４２は、測定ステージ６００のｙ方向の中心において立設され、カメラ１２２，１３２を支持する。

なお、図１（Ａ）では、光源１２１を測定ステージ６００の上流側に配置し、光源１３１を測定ステージ６００の下流側に配置したが、これに限定されない。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、光源１３１を測定ステージ６００の上流側に配置し、光源１２１を測定ステージ６００の下流側に配置してもよい。

図２は、本発明の実施の形態による形状計測装置のブロック図である。図２に示すように、形状計測装置は、搬送部１１０、計測データ取得部１２０，１３０、制御部１４０、パラメータ記憶部１５０、及び操作部１６０を備えている。

搬送部１１０は、図１に示す搬送ベルト３，３及び搬送ベルト３，３をそれぞれ、張架する搬送ローラ、及び搬送ローラを駆動させるモータ等を備えている。そして、搬送部１１０は、搬送制御部１４１の制御の下、搬送ローラが一定の角速度で回転され、搬送ベルト３，３が一定の速度で回転される。

計測データ取得部１２０は、図１（Ａ）に示す光源１２１及びカメラ１２２を備えると共に、カメラ１２２に内蔵された計測データ算出部１２３を備えている。そして、計測データ取得部１２０は、測定試料５００の表面に対して斜め上方向から光切断線ＣＬを照射し、測定試料５００の表面の表面計測データを取得する。

計測データ取得部１３０は、図１（Ａ）に示す光源１３１及びカメラ１３２を備えると共に、カメラ１３２に内蔵された計測データ算出部１３３を備えている。そして、計測データ取得部１３０は、測定試料５００の裏面に対して斜め下方向から光切断線ＣＬを照射し、測定試料５００の表面の表面計測データを取得する。

計測データ算出部１２３は、カメラ１２２により撮像された各光切断線画像に対し、探索処理と重心算出処理とを実行することで、表面計測データを算出する。ここで、探索処理は、光切断線画像において、搬送方向と平行に複数のラインを設定し、各ラインの最大輝度画素を探索する処理である。重心算出処理は、探索処理により探索された各ラインの最大輝度画素を基に、各ラインの最大輝度画素の重心座標をサブピクセル単位で算出する処理である。そして、計測データ算出部１２３は、重心算出処理により得られた重心座標を表面計測データとして算出する。

計測データ算出部１３３は、計測データ算出部１２３と同様、カメラ１３２により撮像された各光切断線画像に対し、探索処理及び重心算出処理を実行し、裏面計測データを算出する。

制御部１４０は、例えばコンピュータにより構成され、本形状計測装置の全体制御を司る。具体的には、制御部１４０は、搬送制御部１４１、計測制御部１４２、高さデータ算出部１４３、パラメータ算出部１４４、高さデータ補正部１４５、及び厚みデータ算出部１４６を備えている。

搬送制御部１４１は、搬送ベルト３が一定の搬送速度で駆動されるように搬送部１１０を制御する。ここで、搬送速度としては、光切断線ＣＬのＹ方向の幅をαとすると、カメラ１２２〜１３２の周期が１／２５０＝０．００４ｓであり、α／０．００４に設定すると、測定試料５００を隙間無く走査することができるため、例えばα／０．００４に設定すればよい。なお、ウェハ５２０は、ソーマークの方向がｙ方向となるように搬送部１１０に載置されるものとする。したがって、ウェハ５２０は、ソーマークの方向に沿って搬送され、ソーマークの方向とほぼ直交する方向に光切断線ＣＬが照射されることになる。

計測制御部１４２は、計測データ取得部１２０，１３０を制御する。具体的には、計測制御部１４２は、カメラ１２２，１３２が一定のフレームレート（例えば、２５０ｆｐｓ）で光切断線画像を撮像するようにカメラ１２２，１３２を制御する。また、計測制御部１４２は、光源１２１，１３１が所定光量の光を照射するように光源１２１，１３１を制御する。

高さデータ算出部１４３は、計測データ算出部１２３により算出された表面計測データと、光源１２１の仰角θとを基に、光切断線ＣＬの照射位置に対応する１列分の測定試料５００の高さデータを算出する処理を繰り返し実行することで、測定試料５００の表面の各位置の高さデータを算出する。また、高さデータ算出部１４３は、計測データ算出部１３３により算出された裏面計測データに対しても、表面計測データと同様の処理を行い、測定試料５００の裏面の各位置の高さデータを算出する。

また、高さデータ算出部１４３は、測定試料５００の搬送方向の表面及び裏面の高さデータの変化から測定試料５００の表面及び裏面の傾きを算出し、算出した表面及び裏面の傾きに基づいて、搬送方向に対する計測ポイントが一定間隔になるように、測定試料５００の表面及び裏面の高さデータを補正する計測ポイントずれ補正を行う。

図１２、図１３は、高さデータ算出部１４３により行われる計測ポイントずれ補正の説明図である。本実施の形態では、ｙ方向に対して一定の間隔ｄで配列された計測ポイントＭＰ（０），ＭＰ（１），ＭＰ（２），・・・における測定試料５００の高さを得ることを目的としている。しかしながら、測定試料５００の表面が測定ステージ６００に対して傾きを持っていると、測定試料５００に対する光の照射位置が計測ポイントＭＰ（０），ＭＰ（１），ＭＰ（２），・・・に一致せず、ずれてしまう。図１２の例では、時刻ｔ＝０において、測定試料５００には計測ポイントＭＰ（０）に光が照射され、高さデータｚ０が算出されている。次に、測定試料５００が間隔ｄだけ搬送された時刻ｔ＝１において、計測ポイントＭＰ（１）の高さデータｚ１を求めたいが、測定試料５００の傾斜により光の照射位置が計測ポイントＭＰ´（１）となるため、計測ポイントがＭＰ（１）からＭＰ´（１）にずれている。

更に、測定試料５００が間隔ｄだけ搬送された時刻ｔ＝２において、計測ポイントＭＰ（２）の高さデータｚ２を求めたいが、測定試料５００の傾斜により光の照射位置が計測ポイントＭＰ´（２）となるため、計測ポイントがＭＰ（２）からＭＰ´（２）にずれている。

そこで、高さデータ算出部１４３は、上記の計測ポイントＭＰ（０）〜ＭＰ（１）のずれを修正するために、図１３に示すように計測ポイントＭＰ´（１）と次の計測ポイントである計測ポイントＭＰ´（２）との傾きを求め、その傾きを用いて線形補間することで計測ポイントＭＰ（１）の高さデータｚ１を求めている。

具体的には、高さデータ算出部１４３は、式（１）を用いて、計測ポイントＭＰ（１）の高さデータｚ１を求めている。

ｚ１＝（（ｚ２´−ｚ１´）／ｄ２）・（ｄ−ｄ１）＋ｚ１´ （１）
高さデータ算出部１４３は、他の計測ポイントＭＰについても式（１）を用いて高さデータを補正する。

これにより、測定試料５００が傾いていても、一定の間隔ｄでｙ方向に配列された計測ポイントＭＰ（０），ＭＰ（１），ＭＰ（２），・・・の高さデータｚ０，ｚ１，ｚ２，・・・が得られる。その結果、測定試料５００の傾きによる計測ポイントのずれを除去することができる。

図２に戻り、パラメータ算出部１４４は、高さデータ算出部１４３により算出された厚みサンプル５１２の表面の高さデータから平坦サンプル５１１の表面の高さデータを差し引き、標準表面高さデータを算出する。

また、パラメータ算出部１４４は、高さデータ算出部１４３により算出された厚みサンプル５１２の裏面の高さデータから平坦サンプル５１１の裏面の高さデータを差し引き、標準裏面高さデータを算出する。

そして、パラメータ算出部１４４は、標準裏面高さデータの近似裏平面をｚ２（＝ａ２ｘ＋ｂ２ｙ＋ｃ２）とおき、係数ａ２，ｂ２，ｃ２を裏面傾き補正パラメータとして算出する。また、パラメータ算出部１４４は、ある平面をｚ１（＝ａ１ｘ＋ｂ１ｙ＋ｃ１）とおき、標準表平面高さデータ−ｚ１＝標準裏面高さデータ−ｚ２＝厚みサンプル５１２の厚みデータとなるように係数ａ１，ｂ１，ｃ１を求め、求めた係数ａ１，ｂ１，ｃ１を表面傾き補正パラメータとして算出する。なお、裏面傾き補正パラメータ、表面傾き補正パラメータは、パラメータ記憶部１５０に記憶される。

高さデータ補正部１４５は、高さデータ算出部１４３により算出されたウェハ５２０の表面の高さデータ及び裏面の高さデータを表面傾き補正パラメータ及び裏面傾き補正パラメータを用いて補正し、補正表面高さデータ及び補正裏面高さデータを算出する。

具体的には、高さデータ補正部１４５は、ウェハ５２０の表面の高さデータから平坦サンプル５１１の表面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に平面ｚ１を差し引くことで補正表面高さデータを求める。

また、高さデータ補正部１４５は、ウェハ５２０の裏面の高さデータから平坦サンプル５１１の裏面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に近似裏平面ｚ２を差し引いくことで補正裏面高さデータを求める。

厚みデータ算出部１４６は、補正表面高さデータ及び補正裏面高さデータに基づいて、ウェハ５２０の各位置の厚みデータを算出する。

操作部１６０は、種々の操作ボタンや表示パネルを含み、オペレータからの操作入力を受け付けると共に、測定試料５００の測定結果等を表示する。

次に、本発明の実施の形態による形状計測装置の課題について説明する。図６（Ａ）は、本発明の実施の形態による形状計測装置の側面の模式図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の測定ステージ６００の近傍の拡大図である。図７は、測定試料５００の表面又は裏面の高さデータの測定結果を示したグラフであり、左側の縦軸は測定により得られた高さデータ（μｍ）を示し、右側の縦軸は測定ステージ６００の載置面６０１に対する測定試料５００の角度を示している。また、縦軸は測定試料５００の移動距離（ｍｍ）を示し、移動距離＝０は測定を開始したとき測定試料５００のｙ方向における位置を示している。グラフ７１は角度を示し、グラフ７２は高さデータを示している。

図６（Ｂ）に示すように搬送ベルト３は、測定ステージ６００付近において、測定ステージ６００に向かうにつれて高さが徐々に上昇し、測定ステージ６００の上で平坦となり、測定ステージ６００から離れるにつれて高さが徐々に減少するというような台形状となる。

よって、測定試料５００は、載置面６０１に対して右斜め上に傾斜して搬送され、次に、載置面６０１に対して平行に搬送され、次に、右斜め下に傾斜して搬送される。測定試料５００に照射される光切断線ＣＬの測定ステージ６００に対する高さは、測定試料５００が載置面６０１に対して右斜め上に傾斜して搬送される間は徐々に減少し、測定試料が載置面６０１に対して平行に搬送されている間はほぼ一定になり、測定試料５００が載置面６０１に対して右斜め下に傾斜して搬送される間は徐々に増大する。

そのため、図７のグラフ７２に示すように、測定試料５００の高さデータは、移動距離が増大するにつれて、下に凸のバスタブ状の曲線を描いて変化する。なお、グラフ７２の高さデータの微小なゆらぎは搬送ベルト３のガタツキ等に起因している。このように、搬送部１１０が傾斜していると、測定試料５００の高さデータを正確に測定することができなくなる。

図８は、厚みが一定の測定試料５００が傾斜している場合における計測ポイントＭＰのずれを示した図である。図８において、仰角θは光源１２１，１３１からの光の向きとカメラ１２２，１３２の光軸７０１，７０２とのなす角度を示している。角度φは載置面６０１に対する測定試料５００の傾斜角度を示している。

この場合、測定試料５００は載置面６０１に対して角度φ傾斜しているため、計測ポイントＭＰはｙ方向の上流側の位置である計測ポイントＭＰ´にずれてしまう。その結果、測定試料５００の厚みは本来の厚みであるｔではなくｔ´にずれてしまう。図８において、ｔ´は、式（２）により表される。

t´=((1/cosφ-1)/(tanθ・tanφ+1)+1)・t （２）
よって、測定試料５００の本来の厚みであるｔは、式（３）で表される。

t=((sinφ・tanθ+cosφ)/(sinφ・tanθ+1))・t （３）
図７に示すグラフ７１から測定試料５００の載置面６０１に対する傾きは−０．５度〜＋０．５度の範囲内であるため、厚みの誤差、つまり、（計測値（ｔ´）―実値（ｔ））は、−０．０１μm〜＋０．０１μｍ以内となる。

図９は、ｔ´＝２００μｍの測定値に対する、角度φと補正後の厚みｔとの関係を示したグラフである。図９では、θ＝８０，８２，８４，８６，８８度のそれぞれについてのφとｔとの関係を示すグラフが描かれている。φ＝−０．５度〜＋０．５度の範囲内において、厚みの誤差が０．０１μｍ以内であることが分かる。

図８では、測定試料５００の厚みが一定である場合について説明した。しかしながら、測定対象となるウェハ５２０の厚みは搬送方向に一定でなく、多少の変動がある。図１０は、厚みが一定でない測定試料５００が傾斜している場合における光切断線ＣＬの計測ポイントＭＰのずれを示した図である。

図１０では、測定試料５００の表面の載置面６０１に対する角度をφ１、裏面の載置面６０１に対する角度をφ２としている。この場合、表面の計測ポイントＭＰ（１）はＭＰ´（１）にずれ、裏面の計測ポイントＭＰ（２）はＭＰ´（２）にずれる。よって、表面の高さデータの測定値ｈ１´は式（４）で表される。また、裏面の高さデータの測定値ｈ２´は式（５）で表される。

h1´=(d・tanφ1/(tanθ・tanφ1+1))+h （４）
h2´=d・tanφ2/(tanθ・tanφ2+1) （５）
よって、ｈ１´−ｈ２´により計測厚みＫ´が求められる。

このように、測定試料５００の表面及び裏面の傾きがそれぞれ異なる場合、単純にｈ１´−ｈ２´により計測厚みＫ´を求めただけでは、計測ポイントＭＰ（２）における法線方向の実厚みＫを求めることができない。

この実厚みＫは式（６）で表される。

|h+d・(tanφ2-tanφ1)/(tanφ1・tanφ2+1)|(tan²φ2+1)^1/2 （６）
ここで、φ１，φ２は、式（４）、（５）から得られ、ｄは計測ポイントの間隔であり既知であり、ｈも既知とすると、実厚みＫが得られる。

図１１（Ａ）は、φ２＝φ１＋０．００５度の場合の角度φ１に対する実厚みＫの関係を示したグラフＧ１１と、角度φ１に対する実厚みＫ−計測厚みＫ´の関係を示したグラフＧ１２とを表している。

図１１（Ｂ）は、φ２＝φ１＋０．１度の場合の角度φ１に対する実厚みＫの関係を示したグラフＧ１３と、角度φ１に対する実厚みＫ−計測厚みＫ´の関係を示したグラフＧ１４とを表している。

図１１（Ａ）、（Ｂ）において、左側の縦軸は実厚みＫを示し、右側の縦軸は実厚みＫ−計測厚みＫ´を示し、横軸はφ１を示している。グラフＧ１１，Ｇ１３に示すように、φ１が０から離れるにつれて、実厚みＫは減少していることが分かる。また、グラフＧ１２，Ｇ１４に示すように、φ１が−０．５度から０．５度に向けて増大するにつれて、実厚みＫ−計測厚みＫ´が減少していることが分かる。

図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、φ１、φ２の差が０．０５度、０．１度のいずれにおいても、φ１が−０．５〜＋０．５の範囲内の傾きを持つとき、厚みの変動は０．０１μm以内となっていることが分かる。

本実施の形態では、図６（Ｂ）に示す搬送ベルト３の傾斜による高さデータのずれ（以下、ずれ（１）と記述する。）、及び図１０、図１３に示す計測ポイントのずれに起因する高さデータのずれ（以下、ずれ（２）と記述する。）を補正することを課題とする。また、光源１２１，１３１に含まれる光学系の特性により光切断線ＣＬが円弧状に彎曲して照射されることがある。この場合、測定試料５００の高さデータが本来の高さデータからずれてしまう。本実施の形態では、この光切断線ＣＬの彎曲に起因する高さデータのずれ（以下、ずれ（３）と記述する。）も補正することを課題としている。

次に、本実施の形態による形状計測装置の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態による形状計測装置が標準サンプル５１０を測定する際の処理を示すフローチャートである。まず、平坦サンプル５１１が測定ステージ６００に向けて搬送され、平坦サンプル５１１に光切断線ＣＬが照射され、平坦サンプル５１１が間隔ｄ搬送される都度、カメラ１２２，１３２により光切断線画像が撮像される。

そして、計測データ算出部１２３，１３３は、各光切断線画像から平坦サンプル５１１の表面計測データ及び裏面計測データを求め、高さデータ算出部１４３は、表面計測データ及び裏面計測データから平坦サンプル５１１の表面及び裏面の各位置の高さデータを算出する（Ｓ１）。

次に、高さデータ算出部１４３は、Ｓ１で求めた平坦サンプル５１１の表面及び裏面の各位置の高さデータに対して計測ポイントずれ補正を行う（Ｓ２）。

これにより、ずれ（２）を補正することができる。これにより、所定行×所定列で配列された各計測ポイントの高さデータが得られる。

次に、厚みサンプル５１２が測定ステージ６００に向けて搬送され、厚みサンプル５１２に光切断線ＣＬが照射され、厚みサンプル５１２が間隔ｄ搬送される都度、カメラ１２２，１３２により光切断線画像が撮像される。そして、計測データ算出部１２３，１３３は、各光切断線画像から厚みサンプル５１２の表面計測データ及び裏面計測データを求め、高さデータ算出部１４３は、厚みサンプル５１２の表面及び裏面の各位置の高さデータを算出する（Ｓ３）。

次に、高さデータ算出部は、Ｓ３で求めた厚みサンプルの表面及び裏面の各位置の高さデータに対して計測ポイントずれ補正を行う（Ｓ４）。これによりずれ（２）が補正される。

次に、パラメータ算出部１４４は、Ｓ４で計測ポイントずれ補正が行われた厚みサンプル５１２の表面の各位置の高さデータから、Ｓ２で計測ポイントずれ補正が行われた平坦サンプル５１１の表面の各位置の高さデータを差し引き、標準表面高さデータを算出する（Ｓ５）。これにより、平坦サンプル５１１の表面を基準面としたときの厚みサンプル５１２の表面の高さデータが得られる。また、これにより、厚みサンプル５１２の高さデータからずれ（１）、ずれ（３）が除去される。つまり、厚みサンプル５１２の表面の高さデータ及び平坦サンプル５１１の表面の高さデータは共に、ずれ（１）、ずれ（３）の影響を受けている。したがって、厚みサンプル５１２の表面の高さデータ−平坦サンプル５１１の表面の高さデータにより、ずれ（１）、ずれ（３）の影響が相殺され、ずれ（１）、ずれ（３）が除去される。

なお、厚みサンプル５１２の各位置の高さデータから平坦サンプル５１１の各位置の高さデータを差し引くとは、厚みサンプル５１２及び平坦サンプル５１１において、同一座標の計測ポイントの高さデータを差し引くことを意味する。なお、以下において、高さデータや厚みデータに施される処理は座標を同一とする高さデータ及び厚みデータに対して実施されるものとする。

次に、パラメータ算出部１４４は、Ｓ４で計測ポイントずれ補正が行われた厚みサンプル５１２の裏面の各位置の高さデータから、Ｓ２で計測ポイントずれ補正が行われた平坦サンプル５１１の裏面の各位置の高さデータを差し引き、標準裏面高さデータを算出する（Ｓ６）。これにより、平坦サンプル５１１の裏面を基準面としたときの厚みサンプル５１２の裏面の高さデータが得られ、かつ、ずれ（１）、ずれ（３）が補正される。

次に、パラメータ算出部１４４は、標準裏面高さデータの近似裏平面ｚ２を算出する。図５（Ａ）、（Ｂ）は、裏面傾き補正パラメータ及び表面傾き補正パラメータの算出処理の説明図である。

Ｓ５で求められた標準表面高さデータは大局的には図５（Ａ）の面Ａ１のように分布しているものとする。また、Ｓ６で求められた標準裏面高さデータは大局的には図５（Ｂ）の面Ａ２のように分布しているものとする。したがって、近似裏平面ｚ２は面Ａ２のように表される。

このように、面Ａ１と面Ａ２との傾きが異なっているのは、平坦サンプル５１１の表面を基準面としたときの厚みサンプル５１２の表面の大局的な傾きと、平坦サンプル５１１の裏面を基準面としたときの厚みサンプル５１２の大局的な傾きとがずれるために生じる。そして、この傾きのずれは、厚みサンプル５１２の搬送ベルト３への置き方や、光源１２１，１３１の位置や、カメラ１２２，１３２の位置等に起因して発生する。

そこで、本実施の形態では、まず、標準裏面高さデータから、式（７）に示すように最小二乗法により近似裏平面ｚ２（＝ａ２・ｘ＋ｂ２・ｙ＋ｃ２）を求める。

Ｅ＝Σ（ｚ２−ａ２・ｘ−ｂ２・ｙ−ｃ２）^２ （７）
そして、Ｅが最小となる係数ａ２，ｂ２，ｃ２を裏面傾き補正パラメータとして求める。

具体的には、∂Ｅ／∂ａ２＝０，∂Ｅ／∂ｂ２＝０，∂Ｅ／∂ｃ２＝０となる係数ａ２，ｂ２，ｃ２を求める。

次に、パラメータ算出部１４４は、標準裏面高さデータ−近似裏平面ｚ２を求める。これにより、図５（Ｂ）に示すように、近似裏平面ｚ２がｘ−ｙ平面上の平面Ａ４に設定され、平面Ａ４を基準面としたときの厚みサンプル５１２の裏面の高さデータが得られる。

次に、パラメータ算出部１４４は、ある平面を平面ｚ１（＝ａ１・ｘ＋ｂ１・ｙ＋ｃ１）とおき、（標準表面高さデータ−ｚ１）−（標準裏面高さデータ−ｚ２）＝既知の厚みデータとなるように、係数ａ１，ｂ１，ｃ１を求める（Ｓ８）。この係数ａ１，ｂ１，ｃ１が表面傾き補正パラメータである。

ここで、既知の厚みデータとは、厚みサンプル５１２の各位置に対して予め割り付けられた厚みデータである。この厚みデータは位置ごとに同じ値を持っていても良いし、異なる値を持っていても良い。

これにより、平面Ａ４を基準面としたときの厚みサンプル５１２の裏面の高さデータに既知の厚みデータを加えた値に、更に平面ｚ１を基準面としたときの標準表面高さデータを加えた値が厚みサンプル５１２の表面の高さデータとして算出される。その結果、図５（Ｂ）に示すように、近似裏平面ｚ２に対してほぼ既知の厚みデータ程度、ｚ方向側に離間した位置に厚みサンプル５１２の表面の高さデータの基準面である平面ｚ１を設定することができる。

なお、表面傾き補正データを算出するに際しては、変数がａ１，ｂ１，ｃ１の３つであるため、少なくとも３点の厚みデータ、標準裏面高さデータ、及び標準表面高さデータを用いればよい。

図３に戻り、パラメータ算出部１４４は、Ｓ７で求めた裏面傾き補正パラメータ（ａ２，ｂ２，ｃ２）及びＳ８で求めた表面傾き補正パラメータ（ａ１，ｂ１，ｃ１）をパラメータ記憶部１５０に記憶させる。

次に、ウェハ５２０を測定する際の処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態による形状計測装置がウェハ５２０を測定する際の処理を示したフローチャートである。

まず、ウェハ５２０が測定ステージ６００に向けて搬送され、ウェハ５２０に光切断線ＣＬが照射され、ウェハ５２０が間隔ｄ搬送される都度、カメラ１２２，１３２により光切断線画像が撮像される。そして、高さデータ算出部１４３は、各切断線画像からウェハ５２０の表面及び裏面の各位置の高さデータを算出する（Ｓ２１）。

次に、高さデータ算出部１４３は、Ｓ２１で算出されたウェハ５２０の表面の高さデータから図３のＳ１で求めた平坦サンプル５１１の表面の高さデータを差し引く（Ｓ２２）。これにより、平坦サンプル５１１の表面を基準面としたときのウェハ５２０の表面の高さデータが得られる。また、これにより、ずれ（１）、ずれ（３）が補正される。つまり、ウェハ５２０の表面の高さデータ及び平坦サンプル５１１の表面の高さデータは共に、ずれ（１）、ずれ（３）の影響を受けている。したがって、ウェハ５２０の表面の高さデータ−平坦サンプル５１１の表面の高さデータにより、ずれ（１）、ずれ（３）の影響が相殺され、ずれ（１）、ずれ（３）が除去される。

次に、高さデータ算出部１４３は、Ｓ２１で算出されたウェハ５２０の裏面の高さデータから平坦サンプル５１１の裏面の高さデータを差し引く（Ｓ２３）。これにより、平坦サンプル５１１の裏面を基準面としたときのウェハ５２０の裏面の高さデータが得られる。また、これにより、Ｓ２２と同様、ずれ（１）、ずれ（３）が除去される。

次に、高さデータ算出部１４３は、Ｓ２２で求めた表面の高さデータ及びＳ２３で求めた裏面の高さデータに対して計測ポイントずれ補正を行う（Ｓ２４）。これにより、ずれ（２）が除去される。

次に、高さデータ補正部１４５は、Ｓ２４で計測ポイントずれ補正が行われた表面の高さデータから平面ｚ１を差し引き、補正表面高さデータを算出する（Ｓ２５）。これにより、平面ｚ１を基準面としたときのウェハ５２０の高さデータが得られる。

次に、高さデータ補正部１４５は、Ｓ２４で計測ポイントずれ補正が行われた裏面の高さデータから近似裏平面ｚ２を差し引き、補正裏面高さデータを算出する（Ｓ２６）。これにより、近似裏平面ｚ２を基準面としたときのウェハ５２０の高さデータが得られる。

次に、高さデータ補正部１４５は、補正表面高さデータ−補正裏面高さデータにより、ウェハ５２０の厚さデータを算出する（Ｓ２７）。なお、平面ｚ１は、既知の厚みデータをマイナスの厚み成分として持っている。よって、Ｓ２５で表面の高さデータ−平面ｚ１で得られる補正表面高さデータは既知の厚みデータの値を持っている。したがって、Ｓ２７で補正表面高さデータ−補正裏面高さデータを算出することで、既知の厚みデータを考慮したウェハ５２０の厚さデータが得られる。

次に、図３のＳ１、Ｓ３、図４のＳ２１の高さデータの算出処理の詳細について説明する。図１４は、高さデータの算出処理の詳細を示すフローチャートである。図１４において、カメラ１２２，１３２は、それぞれＸ枚の光切断線画像を連続撮像するものとする。まず、搬送制御部１４１により搬送部１１０が駆動され、測定試料５００の搬送が開始される（Ｓ１４１）。

次に、カメラ１２２，１３２は、測定試料５００を撮像し、１フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する（Ｓ１４２（１））。

図１９は、光切断線画像の一例を示した図である。なお、図１９に示す光切断線画像は、ｘ方向（垂直方向）の画素数がＭ個、ｙ方向（搬送方向）の画素数Ｎ個、つまり、Ｍ行×Ｎ列の画像データであるものとする。また、各画素の画素値は、例えば０〜２５５の２５６階調で表される。以下、画素値のことを輝度値と記述する。

図１９に示すようにｘ方向に沿って線状の光切断線ＣＬが現れていることが分かる。図１４に戻り、Ｓ１４２（２）において、カメラ１２２，１３２は、測定試料５００を撮像し、２フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、計測データ算出部１２３，１３３は、１フレーム目の光切断線画像の画像データに対して探索処理を実行する。

Ｓ１４２（３）において、カメラ１２２，１３２は、測定試料５００を撮像し、３フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、計測データ算出部１２３，１３３は、２フレーム目の光切断線画像の画像データに対して、探索処理を実行し、光切断線画像の各ラインの最大輝度画素を探索する。これと同時に、計測データ算出部１２３，１３３は、１フレーム目の光切断線画像に対して、重心算出処理を実行し、各ラインの最大輝度画素の重心座標をサブピクセル単位で算出する。

Ｓ１４２（３）が終了した時点で、１フレーム目に現れた光切断線ＣＬに対応する１列目の重心座標が得られる。

以後、Ｓ１４２（４）〜Ｓ１４２（Ｘ）まで、Ｓ１４２（３）と同様の処理が繰り返し実行される。Ｓ１４２（Ｘ）が終了した時点で、１列目〜Ｘ−２列目の重心座標が得られる。

Ｓ１４２（Ｘ＋１）においては、カメラ１２２，１３２による撮像が終了されているため、探索処理及び重心処理のみが実行され、Ｘ−１列目の重心座標が得られる。

Ｓ１４２（Ｘ＋２）においては、探索処理も終了されているため、重心算出処理のみが実行され、Ｘ列目の重心座標が得られる。

以上のパイプライン処理より、カメラ１２２，１３２が１フレームの光切断線画像を撮像する期間が経過する度に、１列分の重心座標が得られる。

図１５は、探索処理の詳細を示すフローチャートである。まず、計測データ算出部１２３，１３３は、カメラ１２２，１３２が現在撮像している現フレームの１つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（Ｓ１５１）。

次に、計測データ算出部１２３，１３３は、光切断線画像上に設定する各ラインのライン番号を示すための変数ｉに０を代入し、ｉを初期化する（Ｓ１５２）。この場合、図１９に示すように、光切断線画像上に、ｙ方向に沿って１本のラインが設定されていることが分かる。なお、ｉ＝０が図１９に示す光切断線画像の第１行目を表し、ｉ＝１が図１９に示す光切断線画像の第２行目を表すというように、１本のラインは光切断線画像の１行に対応し、変数ｉは、光切断線画像の各行と対応付けられている。

次に、計測データ算出部１２３，１３３は、ｉライン目において、輝度が最大となる画素である最大輝度画素を探索する（Ｓ１５３）。この場合、計測データ算出部１２３，１３３は、図１９に示すｉライン目において、例えば左端の画素から右端の画素を順次に注目画素として設定していくことで最大輝度画素を探索していく。具体的には、まず、左端の画素を注目画素として設定し、その輝度値及び座標を図略のバッファに格納する。ここで、座標としては、左端の画素から何番目の画素であるかを示す整数値を採用することができる。

次に、右隣の画素を注目画素として設定し、注目画素の輝度値の方がバッファに格納した輝度値以上の場合は、バッファを注目画素の輝度値及び座標で更新する。一方、注目画素の輝度値の方がバッファに格納した輝度値未満の場合は、バッファに格納した輝度値及び座標を更新しない。このような処理を繰り返し行い、最終的にバッファに格納されている座標を最大輝度画素の座標ｙｐとして決定し、ｉライン目の最大輝度画素が探索される。

なお、求められたｉライン目の最大輝度画素の座標ｙｐは変数ｉと対応付けられて図略のバッファに格納される。

次に、計測データ算出部１２３，１３３は、全ラインについて、最大輝度画素の座標ｙｐを求める処理が終了した場合（Ｓ１５４でＹＥＳ）、処理をリターンさせ、全ラインについて、最大輝度画素の座標ｙｐを求める処理が終了していない場合（Ｓ１５４でＮＯ）、ｉを１インクリメントさせ（Ｓ１５５）、処理をＳ１５３に戻す。

つまり、計測データ算出部１２３，１３３は、Ｓ１５３〜Ｓ１５５の処理を繰り返すことで、図１９に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度画素の座標ｙｐを求めるのである。

図１６は、重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。まず、計測データ算出部１２３，１３３は、カメラ１２２，１３２が現在撮像している現フレームの２つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（Ｓ１６１）。

次に、計測データ算出部１２３，１３３は、探索処理と同様にして変数ｉに０を代入し、ｉを初期化する（Ｓ１６２）。次に、計測データ算出部１２３，１３３は、ｉライン目において探索した最大輝度画素を中心として、左右にｎ個の周辺画素を抽出し、最大輝度画素と２ｎ個の周辺画素とを用いて、ｉライン目の最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂを求める（Ｓ１６３）。

図２０は、ｉライン目における最大輝度画素を中心としたときの輝度値の分布を示したグラフである。図２０では、座標ｙｐが最大輝度画素の座標であり、右に８個、左に８個の合計１７個の画素の輝度値の分布が示されている。

そして、計測データ算出部１２３，１３３は、例えば下記の式を用いて、最大輝度画素の重心座標を求める。

但し、ｙｓｕｂは最大輝度画素の重心座標を示し、ｙｊはｉライン目における第ｊ番目の画素の座標を示し、ｋｊはｙｊの輝度値を示し、ｙｐは最大輝度画素の座標を示し、ｋｐは最大輝度画素の輝度値を示し、ｎは周辺画素を特定するためのインデックスである。

これにより、ｉライン目において、最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂが１画素以下の小数点つき値、つまりサブピクセル単位で求まることになる。なお、計測データ算出部１２３，１３３は、最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂを小数点の何桁目までを求めるかを予め定めておき、最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂがその桁数を超えると、四捨五入、切り捨て、又は切り上げる等の処理を行えばよい。

図２０の例では、実線で示すグラフのピークのｙの値が最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂとなる。なお、図２０の例では、周辺画素の個数をｎ＝８としたが、これは一例であり、１以上であれば計算量が膨大とならない範囲で適宜、別の値を採用してもよい。

図１６に戻り、計測データ算出部１２３，１３３は、全ラインについて、最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂを求める処理が終了した場合（Ｓ１６４でＹＥＳ）、処理をリターンさせ、全ラインについて、重心座標ｙｓｕｂを求める処理が終了していない場合（Ｓ１６４でＮＯ）、ｉを１インクリメントさせ（Ｓ１６５）、処理をＳ１６３に戻す。

つまり、計測データ算出部１２３，１３３は、Ｓ１６３〜Ｓ１６５の処理を繰り返すことで、図２０に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂを求めるのである。

なお、全ラインの最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂは、光切断線画像のフレーム番号と、変数ｉと対応付けられて図略のバッファに格納される。また、計測データ算出部１２３が求めた測定試料５００の表面の重心座標ｙｓｕｂが表面計測データに該当し、計測データ算出部１３３が求めた測定試料５００の重心座標ｙｓｕｂが裏面計測データに該当する。

図１７は、図１４のフローチャートの処理を時系列で示したタイミングチャートである。図１７に示す期間Ｔ１〜Ｔ（Ｘ＋２）は、それぞれ、カメラ１２２，１３２が１フレームの光切断線画像を撮像するために要する時間、すなわち、フレーム周期を表している。

期間Ｔ１においては、図１４に示すＳ１４２（１）が実行され、１フレーム目の光切断線画像が撮像されている。期間Ｔ２においては、図１４に示すＳ１４２（２）が実行され、２枚目のフレームの光切断線画像の撮像と、１フレーム目の光切断線画像の探索処理とが同時に行われている。

期間Ｔ３においては、図１４に示すＳ１４２（３）が実行され、３フレーム目の光切断線画像の撮像と、２フレーム目の光切断線画像の探索処理と、１フレーム目の光切断線画像の重心算出処理とが同時に行われている。

以後、期間Ｔ（Ｘ）まで、現フレームの光切断線画像の撮像と、１つ前のフレームの光切断線画像の探索処理と、２つ前のフレームの光切断線画像の重心算出処理とが同時に行われ、１期間が経過する毎に、１列分の最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂが算出される。

図１８は、探索処理と重心算出処理との処理の流れを概念的に示した図である。図１８に示す縦軸は時間軸を示し、カメラ１２２，１３２のフレーム周期毎に目盛りが刻まれている。なお、上述したように、カメラ１２２，１３２のフレームレートは２５０ｆｐｓであるため、フレーム周期は４ｍｓｅｃとなる。なお、図１８では、１フレームの光切断線画像に設定されるライン数はｉ＝０〜４７９の４８０本とされている。

期間Ｔ（ｎ）において、測定試料５００が撮像され、ｎフレーム目の光切断線画像が取得されている。次に、期間Ｔ（ｎ＋１）において、左側に向けて停止することなく一定速度で搬送されている測定試料５００が撮像され、ｎ＋１フレーム目の光切断線画像が取得されている。次に、期間Ｔ（ｎ＋２）において、左側に向けて停止することなく一定速度で搬送されている測定試料５００が撮像され、ｎ＋２フレーム目の光切断線画像が取得されている。

そして、期間Ｔ（ｎ）において、ｎ−１フレーム目の光切断線画像に対し、ｉ＝０〜４７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度画素が探索されると同時に、ｎ−２フレーム目の光切断線画像に対し、ｉ＝０〜４７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂが算出されている。

また、期間Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）においても、期間Ｔ（ｎ）と同様の処理が実行される。よって、期間Ｔ（ｎ）が経過する毎に、ｉ＝０〜４７９の最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂが得られる。

図１４に戻り、Ｓ１４３において、高さデータ算出部１４３は、計測データ算出部１２３，１３３により算出された１フレームの光切断線画像について算出された１列分の最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂのそれぞれを下記の式に代入し、高さデータを算出し、算出した高さデータを変数ｉの順番で配列することで、１列分の高さデータを算出する。

ｈ（μｍ）＝Ｒ・ｙｓｕｂ・ｃｏｓθ／ｓｉｎθ
但し、ｈは高さデータを示し、Ｒは視野分解能を示し、θは光源１２１，１３１の仰角を示す。

図２１は、高さデータを算出する処理の説明図である。図２２は、光源１２１とカメラ１２２との設置状態を模式的に示した図である。図２１に示す四角形は光切断線画像を示し、四角形内に示す太線は全ラインの最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂにより描かれる光切断線ＣＬ´を示している。

図２２に示すように、光源１２１の仰角はｚ方向を基準としてθに設定されている。そして、光源１２１から照射された光がカメラ１２２に入射する位置は、測定試料５００の高さに応じて図１０に示すｙ方向に前後することになる。よって、最大輝度画素の重心座標ｙｓｕｂを上記の式に代入することで、測定試料５００の表面の各位置における高さデータを求めることができる。

なお、図２１において、光切断線画像の縦方向の長さをＭＬ（μｍ）、横方向の長さをＮＬ（μｍ）とし、縦方向のピクセル数をＭ、横方向のピクセル数をＮとすると、視野分解能Ｒは、Ｒ＝ＮＬ／Ｎとなる。

そして、高さデータ算出部１４３は、光切断線ＣＬ´上の重心座標ｙｓｕｂについて求めたＭ個の高さデータｈを１列に配列する。これにより、測定試料５００の１列分の高さデータが得られる。

図１４に戻り、Ｓ１４４において、高さデータ算出部１４３は、求めた１列分の高さデータをフレーム番号順に配列することで、測定試料５００の表面及び裏面の全面の高さデータを算出する。

図１４の例では光切断線画像のフレーム数はＸ枚であるため、１列分の高さデータがＸ個配列された高さデータが得られる。以上により、測定試料５００の表面及び裏面の高さデータが得られる。本実施の形態では、特にウェハ５２０を測定対象としている。ウェハ５２０は柱状のインゴットを長手方向と直交する方向に切断することで製造される。そのため、ウェハ５２０にはソーマークと呼ばれる筋状の凹凸が表面及び裏面に現れる。このソーマークはウェハ５２０の表面及び裏面においてほぼ平行に現れる。ウェハ５２０の良否を判定する際にはこのソーマークがどの程度現れているかを知る必要がある。

本形状計測装置は、上記のようにウェハ５２０の表面及び裏面の全域の高さデータを求めているため、ウェハ５２０に現れるソーマークを評価することができる。また、本形状計測装置は、図１４に示すように、ウェハ５２０の表面及び裏面の撮像と探索処理と重心算出処理とをパイプライン的に実行している。そのため、ウェハ５２０の表面及び裏面の全域の撮像が終了するのとほぼ同時に、表面計測データ及び裏面計測データが得られ、リアルタイムにウェハ５２０の表面及び裏面の高さデータを算出することができる。

また、本形状計測装置は、ウェハ５２０の表面及び裏面の高さデータを用いてウェハ５２０の厚みを計測しているため、ウェハ５２０の表面及び裏面の形状のみならず、ウェハ５２０の厚みも得ることができる。そのため、ソーマークに加えて厚みを用いてウェハ５２０の良否を判定することができる。

上記説明では、標準サンプル５１０を平坦サンプル５１１と厚みサンプル５１２とを分けたが、厚みがウェハ５２０と同程度の平坦なサンプルを作成した場合、このサンプルを標準サンプル５１０として採用すればよい。

この場合、標準サンプル５１０の表面及び裏面の高さデータは、平坦サンプル５１１の表面及び裏面の高さデータと、厚みサンプル５１２の表面及び裏面の高さデータとを表すことになるので、標準表面高さデータ及び標準裏面高さデータは０となる。

したがって、高さデータ補正部１４５は、ウェハ５２０の表面の高さデータから標準サンプル５１０の表面の高さデータを差し引いて補正表面高さデータを求め、ウェハ５２０の裏面の高さデータから標準サンプル５１０の裏面の高さデータを差し引いて補正裏面高さデータを求めればよい。

また、上記の説明では、標準サンプル５１０を用いて厚みデータを算出したが、これに限定されず、ウェハ５２０の表面及び裏面の高さデータを求め、表面の高さデータ−裏面の高さデータによりウェハ５２０の厚みを求めても良い。

３，３ 搬送ベルト
１１０ 搬送部
１２０，１３０ 計測データ取得部
１２１，１３１ 光源
１２２，１３２ カメラ
１２３，１３３ 計測データ算出部
１４０ 制御部
１４１ 搬送制御部
１４２ 計測制御部
１４３ 高さデータ算出部
１４４ パラメータ算出部
１４５ 高さデータ補正部
１５０ パラメータ記憶部
１６０ 操作部
５００ 測定試料
５１０ 標準サンプル
５１１ 平坦サンプル
５１２ 厚みサンプル
５２０ ウェハ
６００ 測定ステージ
６０１ 載置面

Claims (7)

1. 搬送される太陽電池ウェハの表面及び裏面に対して斜め方向から前記太陽電池ウェハの搬送方向と交差する方向に光切断線を照射し、前記太陽電池ウェハの表面及び裏面を連続撮像し、前記太陽電池ウェハの表面計測データ及び裏面計測データを取得する計測データ取得部と、
   前記計測データ取得部により取得された表面計測データ及び裏面計測データに基づいて、前記太陽電池ウェハの表面の各位置の高さデータ及び裏面の各位置の高さデータを算出する高さデータ算出部と、
   前記高さデータ算出部により算出された前記太陽電池ウェハの表面の高さデータ及び裏面の高さデータに基づいて、前記太陽電池ウェハの各位置の厚みデータを算出する厚みデータ算出部とを備える形状計測装置。
2. 前記高さデータ算出部は、前記計測データ取得部が、表面及び裏面が平坦な平坦サンプルを計測することで取得した表面及び裏面の高さデータと、前記太陽電池ウェハと同じ厚みを持つ厚みが既知の厚みサンプルを計測することで取得した表面及び裏面の高さデータと基づいて、標準表面高さデータ及び標準裏面高さデータを算出し、
   前記標準表面高さデータ及び前記標準裏面高さデータに基づいて、表面傾き補正パラメータ及び裏面傾き補正パラメータを算出するパラメータ算出部と、
   前記高さデータ算出部により算出された前記太陽電池ウェハの表面の高さデータ及び裏面の高さデータを前記表面傾き補正パラメータ及び前記裏面傾き補正パラメータを用いて補正し、補正表面高さデータ及び補正裏面高さデータを算出する高さデータ補正部とを更に備え、
   前記厚みデータ算出部は、前記補正表面高さデータ及び前記補正裏面高さデータに基づいて、前記厚みデータを算出する請求項１記載の形状計測装置。
3. 前記標準表面高さデータは、前記平坦サンプルの表面の高さデータを、前記厚みサンプルの表面の高さデータから差し引くことで算出され、
   前記標準裏面高さデータは、前記平坦サンプルの裏面の高さデータを、前記厚みサンプルの裏面の高さデータから差し引くことで算出される請求項２記載の形状計測装置。
4. 前記搬送部は、前記太陽電池ウェハ、前記平坦サンプル、及び前記厚みサンプルをそれぞれ測定試料とし、前記測定試料を一定の搬送速度で搬送し、
   前記計測部は、前記測定試料が一定距離搬送される都度、前記測定試料を撮像し、
   前記高さデータ算出部は、前記測定試料の搬送方向の表面及び裏面の高さデータの変化から前記測定試料の表面及び裏面の傾きを算出し、算出した表面及び裏面の傾きに基づいて、搬送方向に対する計測ポイントが一定間隔になるように、前記測定試料の表面及び裏面の高さデータを補正する請求項３記載の形状計測装置。
5. 前記パラメータ算出部は、
   前記標準裏面高さデータの近似裏平面をｚ２（＝ａ２ｘ＋ｂ２ｙ＋ｃ２）とおき、前記標準裏面高さデータを用いて係数ａ２，ｂ２，ｃ２を算出し、算出した係数ａ２，ｂ２，ｃ２を裏面傾き補正パラメータとして算出し、
   ある平面をｚ１（＝ａ１ｘ＋ｂ１ｙ＋ｃ１）とおき、
   （前記標準表面高さデータ−ｚ１）−（前記標準裏面高さデータ−ｚ２）＝前記厚みサンプルの厚みデータとなるように前記係数ａ１，ｂ１，ｃ１を求め、求めた前記係数ａ１，ｂ１，ｃ１を前記表面傾き補正パラメータとして算出する請求項３又は４記載の形状計測装置。
6. 前記高さデータ補正部は、
   前記太陽電池ウェハの表面の高さデータから前記平坦サンプルの表面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に前記平面ｚ１を差し引くことで前記補正表面高さデータを求め、
   前記太陽電池ウェハの裏面の高さデータから前記平坦サンプルの裏面の高さデータを差し引き、差し引いた値から更に前記近似裏平面ｚ２を差し引くことで前記補正裏面高さデータを求める請求項５記載の形状計測装置。
7. 前記計測データ取得部は、
   一定速度で搬送される前記太陽電池ウェハの表面に光切断線を照射する表面照射部と、
   一定速度で搬送される前記太陽電池ウェハの裏面に光切断線を照射する裏面照射部と、
   前記表面照射部により光切断線が照射された前記太陽電池ウェハの表面を上方から一定周期で連続的に撮像する表面撮像部と、
   前記裏面照射部により光切断線が照射された前記太陽電池ウェハの裏面を下方から一定周期で連続的に撮像する裏面撮像部とを備える請求項１〜６のいずれかに記載の形状計測装置。

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