JP2010181249A

JP2010181249A - 形状測定装置

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Publication number: JP2010181249A
Application number: JP2009024453A
Authority: JP
Inventors: Masaru Akamatsu; 勝赤松
Original assignee: Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端部の撮像画像に基づいて，その端部における面取り加工された端面以外の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，その面取り加工された端面の幅を測定でき，さらに，その測定を表裏各面それぞれの側について同時に行うことができること。
【解決手段】測定対象物１の端部に対しその測定対象物の表裏各面に平行な方向Ｒｂから光束を投光する第１投光部１０と，これにより光が照射された端部をその測定対象物１の表裏各面側におけるその表面に直角の方向Ｒａから撮像する２つのカメラ３０ａ，３０ｂと，その撮像画像における明部の像の幅を面取り加工された端面の幅として検出する画像処理装置４０とを備える。また，前記方向Ｒａから平行光を投光する２つの第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光時には，画像処理装置４０は，撮像画像における暗部の像の幅を面取り加工された端面の幅として検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は，円盤状の測定対象物（主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブトレート，ガラスサブストレートなど）の面取り加工された端部の形状を，その端部の撮像画像に基づいて測定する形状測定装置に関するものである。

半導体ウェーハ（以下，ウェーハという）の製造時や，ウェーハを用いたデバイス製造時において，ウェーハの端部（縁部）が，他の部品やウェーハ保持部材と接触することによって傷ついたり，欠けたりする場合がある。さらに，その傷や欠けが原因で，ウェーハが割れることもある。このウェーハの端部における傷や欠けの生じやすさは，ウェーハの端面（いわゆるエッジプロファイル部）の形状と関係があると考えられている。このため，ウェーハの製造工程においては，その端部に傷が存在しないことを確認するとともに，その端部の形状を正しく測定してその形状が設計上の形状に対して許容誤差の範囲内にあることを確認することが重要である。

図９は，ウェーハ１の端部の形状の一例を表す図である。
また，図９（ａ）は，円盤状のウェーハ１における面取り加工がなされた端部の側断面図の一例である。
図９（ａ）に示されるように，ウェーハ１の端部は，その端面（側面）が面取り加工されている。以下，面取り加工がなされた端面のことを面取り面１ａと称する。
また，ウェーハ１の端部の形状を評価する場合，円盤状のウェーハ１をその表面に直角の方向（以下，表裏面法線方向Ｒｂと称する）から見たときの，そのウェーハ１の端部における前記面取り面１ａ（面取り加工された端面）の幅Ｗ１が，設計上定められた幅に対して許容範囲内にあるか否かの評価が行われることが多い。前記面取り幅Ｗ１は，ウェーハ１の表裏の面（相互にほぼ平行な面）と前記面取り面１ａとの境界位置Ｑ１（又はＱ２）から，前記面取り面１ａの頂点までの幅（表裏の面に平行な方向（以下，表裏面平行方向Ｒｘと称する）の長さ）である。図９（ａ）に示される前記表裏面平行方向Ｒｂは，円盤状のウェーハ１の半径方向である。

また，図９（ｂ）は，円盤状のウェーハ１における面取り加工がなされた端部の他の一例であって，前記表裏面法線方向Ｒａから見たときの輪郭が窪んで形成された部分１ｂ（一般に，ノッチ部と称される）の平面図の一例である。このようなノッチ部１ｂも，前記面取り面１ａを有している。
そして，前記ノッチ部１ｂについても，前記表裏面平行方向Ｒｂにおける前記面取り面１ａの幅（半径方向以外の方向の幅Ｗ２や，半径方向の幅Ｗ３等）が，設計上定められた幅に対して許容範囲内にあるか否かの評価が行われる。なお，以下の説明において，図９に示される幅Ｗ１〜Ｗ３を面取り幅Ｗと総称する。

一方，特許文献１には，ウェーハのノッチ部の形状を測定するために，そのノッチ部に対して投光する３つの照明手段と，ウェーハのおもて面側における前記第１照明手段に対向する位置から前記ノッチ部を撮像するカメラとを備えた形状認識装置が示されている。ここで，前記３つの照明手段は，ウェーハのうら面側におけるその裏面に直角の方向から投光する第１照明手段と，前記ノッチ部の表面の法線方向から投光する第２照明手段と，前記ノッチ部の表面が影になる方向から投光する第３照明手段との３つである。
そして，特許文献１に示される形状認識装置において，前記第１照明手段及び前記第２照明手段のみにより照明された前記ノッチ部を，前記カメラにより撮像すれば，前記面取り面のみが暗部となり，その他の部分が明部となる撮像画像が得られる。その撮像画像に基づく画像処理を行うことにより，その撮像画像における帯状の暗部の幅を検出すれば，前記ノッチ部（端部）における前記面取り幅Ｗを検出することができる。

特開平１０−３８５３９号公報

しかしながら，特許文献１に示される装置は，ウェーハの表面（カメラにより観察される面取り面以外の面）及び面取り面の両方が鏡面ではない（非鏡面である）ことが前提となっており，それ以外の状況下では以下のような問題が生じる。
例えば，ウェーハにおける前記面取り面が非鏡面である場合，それ以外の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに応じて，３つの照明手段による照明のパターンを切り替えなければならず，それが手間であるという問題点があった。
即ち，前記面取り面以外の表面が鏡面である場合には，前記第３照明手段のみの照明を行うことによって前記面取り面のみが明部となる撮像画像が得られるようにし，前記面取り面以外の表面が非鏡面である場合には，前記第１照明手段及び前記第２照明手段のみの照明を行うことによって前記面取り面のみが暗部となる撮像画像が得られるようにするという照明パターンの切り替えが必要となる。
また，特許文献１に示される装置は，ウェーハにおける前記面取り面及びそれ以外の表面がともに非鏡面である場合，表裏各面について２組の装置が配置されたとしても，その２つの装置における２つのカメラによってウェーハの表裏両面それぞれの側の端部を同時に測定（撮像）できないという問題点もあった。この場合，一方の装置においてカメラに対する背景光を照射する前記第３照明手段が，他方の装置におけるカメラが撮像する前記面取り面を照明してしまい，前記面取り面及びその他の表面の両方が明部となる撮像画像が得られてしまうからである。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端部の撮像画像に基づいて，その端部における面取り加工された端面以外の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，その面取り加工された端面の幅を測定することができ，さらに，その測定を表裏各面それぞれの側について同時に行うことができる形状測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る形状測定装置は，半導体ウェーハ等の円盤状の測定対象物をその表面に直角の方向（図９における表裏面法線方向Ｒａに相当）から見たときのその測定対象物の端部における面取り加工された端面の幅（前記面取り幅Ｗに相当）を測定する形状測定装置であり，次の（１）〜（３）に示される各構成要素を備えている。
（１）前記測定対象物の端部に対しその測定対象物の表裏各面に平行な方向（図９における表裏面平行方向Ｒｂに相当）から光束を投光する第１の投光手段。
（２）前記第１の投光手段により光が照射された前記測定対象物の端部をその測定対象物の表面に直角の方向から撮像する撮像手段。
（３）前記撮像手段による撮像画像における明部の像の幅を前記面取り加工された端面の幅として検出する第１の端面幅検出手段。
本発明によれば，前記面取り加工された端面（前記面取り面１ａ）が非鏡面である場合，その面で前記第１の投光手段による照射光が散乱反射する。また，前記撮像手段が存在する側の前記測定対象物の表裏いずれかの面（以下，撮像側平面という）については，その面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，その面に平行に投光された前記第１の投光手段の光は，その直角方向に配置された前記撮像手段へはほとんど到達しない。そのため，前記撮像側平面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記撮像手段の撮像画像において，前記面取り加工された面の像のみが明部の像として表れる。従って，前記撮像手段の撮像画像における明部の像の幅を検出することにより，前記面取り加工された端面の幅を検出できる。しかも，それを実現するために，前記測定対象物の端部に対する投光手段（前記第１の投光手段）を１つしか必要とせず，装置構成がシンプルである。

また，前記第１の投光手段の光は，前記面取り加工された端面の全体（おもて面側から裏面側へ渡る全体）を照らして散乱反射する。即ち，前記測定対象物の端部を，その表裏両面のいずれの側から見ても，その表面に直角の方向から撮像すれば，前記面取り加工された端面のみが明部となる撮像画像が得られる。
そこで，本発明に係る形状測定装置が，前記第１の投光手段により光が照射された前記測定対象物の端部をその測定対象物の表裏各面の側から撮像する２つの前記撮像手段を具備することが考えられる。
これにより，前記面取り加工された端面の幅の測定を，表裏各面それぞれの側について同時に行うことができる。しかも，それを実現するために，前記測定対象物の端部に対する投光手段（前記第１の投光手段）を１つしか必要とせず，装置構成がシンプルである。

また，前記第１の投光手段としては，例えば，次の（１−１）又は（１−２）に示される構成要素を備えたもの等が考えられる。
（１−１）光源の出射光を前記測定対象物の表裏各面に平行な平行光へコリメートして前記測定対象物の端部へ投光する光束とするコリメータレンズ。
（１−２）前記測定対象物の端部に向かう光源の出射光を拡散させる光拡散手段。
本発明に係る形状測定装置は，前記（１−１）の構成要素を備えることにより，前記測定対象物の端面（面取り部）が光沢性の低い拡散面（非鏡面）である場合に好適な装置となる。前記平行光は，前記測定物の端面以外の表裏各面に反射して前記撮像手段に向かう光成分が少なく，前記端面とそれ以外の表裏各面との境界が前記撮像手段の撮像画像において明瞭になるからである。
一方，本発明に係る形状測定装置は，前記（１−２）の構成要素を備えることにより，前記測定対象物の端面の光沢性が高い場合であっても利用可能となる。前記拡散手段を経た光は，鏡面である前記測定対象物の端面で拡散反射し，前記撮像手段の撮像画像において前記測定対象物の端面の像が明瞭になるからである。

ところで，前記第１の投光手段及び前記第１の端面幅検出手段は，前記面取り加工された端面が非鏡面である場合には目的とする機能を果たす。また，前記第１の投光手段が，前記光拡散手段を通じて拡散光を前記面取り加工された端面に照射する場合，前記面取り加工された端面の光沢性が高くても目的とする機能を果たす。これにより，大部分の半導体ウェーハについて，形状測定が可能となる。
しかしながら，前記光拡散手段を用いても，以下のような場合には，前記第１の投光手段は目的とする機能を果たすことができない。それは，前記面取り加工された端面における前記測定対象物の表裏各面に近い部分が，照射光のほぼ全てを正反射させる鏡面であり，前記測定対象物の表裏各面に対する角度（面取り角度）が非常に小さい場合である。その場合，前記撮像画像において，前記面取り加工された端面の一部が暗部として表れてしまう。
そこで，本発明に係る形状測定装置が，さらに次の（４）〜（６）に示される各構成要素を備えることが考えられる。
（４）前記測定対象物の端部に対しその測定対象物の表裏両面それぞれの側におけるその表裏両面に直角の方向からそれぞれ平行光を投光する２つの第２の投光手段。
（５）前記第１の投光手段による投光と前記２つの第２の投光手段による投光とのいずれを行うかを切り替える投光切替手段。
（６）前記投光切替手段により前記２つの第２の投光手段による投光がなされたときの前記測定対象物の端部を前記撮像手段により撮像して得られる撮像画像における暗部の像の幅を前記面取り加工された端面の幅として検出する第２の端面幅検出手段。
前記面取り加工された端面は，前記測定対象物の表裏両面（端面以外の面）に対し平行ではないため，その端面が鏡面である場合，その端面に到達した前記第２の投光手段の光（平行光）は，前記撮像手段が存在する方向とは異なる方向へ正反射する。即ち，前記撮像画像において，前記面取り加工された端面は暗部となる。
一方，前記測定対象物に対し前記撮像手段の光軸方向に平行な方向に沿って前記撮像側平面に到達した前記第２の投光手段の光（平行光）は，その面が鏡面であるか非鏡面であるか（正反射するか散乱反射するか）に関わらず，前記撮像手段の方向へ反射する。即ち，前記撮像画像において，前記撮像側平面は明部となる。
また，前記測定対象物に対し前記撮像手段とは反対側に存在する前記第２の投光手段から前記測定対象物の端部の外側の領域に到達した光（平行光）は，そのまま前記撮像手段の方向へ向かい，背景光となる。即ち，前記撮像画像において，前記測定対象物の端部の外側の領域は明部となる。
以上より，前記２つの第２の投光手段による投光が行われたときの前記撮像画像においては，前記撮像側平面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記面取り加工された端面のみが暗部となる。従って，前記面取り加工された端面が鏡面であっても，前記撮像手段の撮像画像における暗部の像の幅を検出することにより，前記面取り加工された端面の幅を検出できる。しかも，前記撮像手段が，前記測定対象物の表裏各面について２つ存在すれば，表裏各面それぞれの側について同時に測定を行うことができる。

本発明によれば，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端部の撮像画像に基づいて，その端部における面取り加工された端面以外の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，その面取り加工された端面の幅を測定することができる。さらに，撮像手段が測定対象物の表裏各面の測定用に２つ設けられれば，投光手段（光源）を増やすことなく，表裏各面それぞれの側についての測定を同時に行うことができる。

第１発明の第１実施形態に係る形状測定装置Ｘ１の概略構成図。形状測定装置Ｘ１の一部の平面図。形状測定装置Ｘ１によるウェーハの撮像画像及びエッジ抽出画像の例を表す図。形状測定装置Ｘ１に採用され得る投光部の一例を表す図。形状測定装置Ｘ１の投光部及びウェーハの寸法及び位置関係の説明図。第２発明の実施形態に係る形状測定装置Ｙ１の概略構成図。形状測定装置Ｙ１によるウェーハの撮像画像及びエッジ抽出画像の例を表す図。第１発明の第２実施形態に係る形状測定装置Ｘ２の概略構成図。半導体ウェーハの端部の形状の一例を表す図。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

以下，まずは第１発明について説明し，続いて第２発明について説明した後，それら両発明を組み合わせた例（第１発明の第２実施形態）について説明する。
第１発明の第１実施形態に係る形状測定装置Ｘ１及び第２発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘ２，第１発明の第２実施形態に係る形状測定装置Ｘ２は，円盤状の測定対象物であるウェーハ１（半導体ウェーハ）を，その表面に直角の方向である表裏面法線方向Ｒａから見たときのそのウェーハ１の端部における面取り加工された端面（面取り面１ａ）の幅Ｗを測定する装置である。
ウェーハ１は，例えば，半径１５０［ｍｍ］程度，厚み０．８［ｍｍ］程度の半導体からなり，その外周をなす端面（周面）が面取り加工されている。
以下，図１に示される側面図及び図２に示される平面図を参照しつつ，形状測定装置Ｘ１の構成について説明する。なお，図２において，図１に示す構成要素のうちの一部（カメラ３０ａ，３０ｂ，画像処理装置４０等）が省略されている。
図１及び図２に示されるように，形状測定装置Ｘ１は，中央吸着支持機２と，投光用の光学系である投光部１０と，２つのカメラ３０ａ，３０ｂと，画像処理装置４０，ミラー４１’，４２と，制御装置５０とを備えている。

前記中央吸着機構２は，円盤状のウェーハ１をその一方の面（例えば，下面）の中央部を真空吸着することにより支持する。さらに，前記中央吸着支持機構２は，ウェーハ１をその中央部を回転軸としてその周方向に回転駆動及び停止させることにより，ウェーハ１の周方向におけるいずれの位置の端部を測定部（撮像位置）として前記投光部２０からの光束の光路中に位置させるかを調節する装置でもある。
前記中央吸着支持機構２は，ウェーハ１の支持角度（回転角度）を検出する角度検出センサとして不図示の回転エンコーダを備え，その検出角度に基づいてウェーハ１の支持位置（支持角度）の位置決めを行う。なお，前記中央吸着支持機構２は，前記制御装置５０からの制御指令に従って，ウェーハ１の支持位置の位置決めを行う。
また，前記制御装置５０は，ＣＰＵ及びその周辺装置を備えた計算機であり，そのＣＰＵが，予めその記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより，前記中央吸着支持機構２，前記投光部１０及び前記画像処理装置４０を制御する（制御指令を出力する）装置である。
例えば，前記制御装置５０は，前記投光部１０における点光源１１の点灯及び消灯の制御や，前記画像処理装置４０による画像処理の種類及びその実行の開始の制御を行う。なお，画像処理の開始の制御には，前記カメラ３０ａ，３０ｂからの撮像画像の取り込み開始の制御も含まれる。

前記投光部１０は，ウェーハ１の端部に対し，そのウェーハ１の表裏各面に平行な方向（前記表裏面平行方向Ｒｂ）から光束を投光する光学機器である（第１の投光手段の一例）。
前記投光部１０は，点光源１１，コリメータレンズ１２，及びアパーチャ枠部材１３を備えている。
前記点光源１１は，例えば，発光ダイオード（ＬＥＤ）やハロゲンランプ等である。
また，前記コリメータレンズ１２は，前記点光源１１の出射光（放射光）を前記表裏面平行方向Ｒｂに進行する平行光へコリメートして前記ウェーハ１の端部へ投光する光束とするレンズである。
また，前記アパーチャ枠部材１３は，前記コリメータレンズ１２から前記ウェーハ１側へ向かう光束の一部のみを通過させるスリット１３ａが形成され，前記ウェーハ１の厚みの範囲に対する両外側の範囲の光の通過を遮断するものである。前記スリット１３ａの幅は，例えば，ウェーハ１の厚み（０．８〜１．０ｍｍ程度）に対して２倍程度とされる。また，前記アパーチャ枠部材１３は，前記スリット１３ａの幅方向（前記表裏面法線方向Ｒａ）の中心位置と，ウェーハ１の厚み方向の中心位置とが概ね一致するよう配置される。

ところで，形状測定装置Ｘ１に採用され得る投光部としては，図１に示される投光部１０の他，図４に示されるような投光部１０’も考えられる。
前記投光部１０’は，前記点光源１１と，ウェーハ１の端部に向かう前記点光源１１の出射光（放射光）を拡散させる拡散板１２’（光拡散手段に相当）とを備えている。前記点光源１１は，前記投光部１０が備えるものと同じものである。
以下，形状測定装置Ｘ１に前記投光部１０’が採用された場合の前記投光部１０’の寸法について説明する。図５は，前記投光部１０’及びウェーハ１の寸法及び位置関係の説明図である
図５に示されるように，ウェーハ１の面取り面１ａの面取り角度をθ，ウェーハ１の厚みをＤ，ウェーハ１の面取り幅をＷ１，前記拡散板１２’からウェーハ１の面取り面１ａの頭頂部までの距離をＬｓ，ウェーハ１の厚み方向におけるウェーハ１の厚みの中心線から前記拡散板１２’の拡散光出力面領域の端部までの長さをＬｒとする。
この場合，前記拡散板１２’から出力される拡散光が，ウェーハ１の表裏各面との境界に位置する前記面取り面１ａに正反射する場合，前記カメラ３０ａ，３０ｂで明瞭な前記面取り面１ａが撮像されるためには，次の（１）式が成立する必要がある。
ｔａｎ (２×θ) ≧ (Ｌｓ＋Ｗ１)／[Ｌｒ−(Ｄ／２)] …（１）
ここで，一般的なウェーハ１において，Ｄ≦１．０［ｍｍ］，Ｗ１≒０．５［ｍｍ］，θ≧２０°であるとする。また，ウェーハ１のハンドリングの関係で，距離Ｌｓは２．５［ｍｍ］以上必要である。これらの条件を（１）式に適用すると，Ｌｓ≧４．１［ｍｍ］であること，即ち，前記拡散板１２’のウェーハ１厚み方向における拡散光出力領域の寸法（２×Ｌｓ）が８．２［ｍｍ］以上であることが必要である。そこで，距離Ｌｓや面取り幅Ｗ１のばらつき等を考慮すると，前記拡散板１２’における前記寸法（２×Ｌｓ）は，少なくとも１０［ｍｍ］程度であることが望ましい。

また，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂは，前記投光部１０により光が照射されたウェーハ１の端部を，前記表裏面法線方向Ｒａから撮像する撮像する撮像手段である。２つの前記カメラ３０ａは，前記投光部１０により光が照射されたウェーハ１の端部を，そのウェーハ１の表裏各面の側から撮像するものである。前記カメラ３０ａ，３０ｂは，例えば，ＣＣＤカメラ等である。
以下，ウェーハ１の表裏各面（平面）のうち，一方の前記カメラ３０ａにより撮像される側の面を第一表面（図１における上側の面），他方の前記カメラ３０ｂにより撮像される側の面を第２表面（図１における下側の面）と称する。
図１に示される例では，ウェーハ１の端部の前記第１の表面の側を撮像する前記カメラ３０ａは，その端部を直接的に撮像するよう配置されている。また，ウェーハ１の端部の前記第２の表面の側を撮像する前記カメラ３０ｂは，その端部を２つのミラー４１，４２を介して間接的に撮像するよう配置されている。
なお，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂが，ウェーハ１の端部を直接的に撮像するか，或いは間接的に撮像するかは，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂの配置位置の便宜に応じて任意に決定される。

図３（ａ）は，形状測定装置Ｘ１の前記カメラ３０ａ，３０ｂによるウェーハ１の端部の撮像画像の例を表す図である。
形状測定装置Ｘ１においては，前記面取り面１ａが非鏡面である場合，その面で前記投光部１０による照射光が散乱反射する。また，前記カメラ３０ａが存在する側のウェーハ１の面（前記第１の表面）については，その面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，その第１の表面に平行に投光された前記投光部１０（又は前記投光部１０’）の光は，その直角方向に配置された前記カメラ３０ａへはほとんど到達しない。このことは，もう一方の前記カメラ３０ｂについても同様である。そのため，図３（ａ）に示されるように，前記第１の表面及び前記第２の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像において，前記面取り面１ａの像のみが明部の像として表れる。
従って，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像における明部の像の幅を検出することにより，前記面取り面１ａの幅を検出できる。しかも，それを実現するために，ウェーハ１の端部に対する投光を行う前記投光部１０を１つしか必要とせず，装置構成がシンプルである。

また，前記画像処理装置４０は，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像に基づく画像処理を実行する演算装置であり，例えば，予めその記憶部に記憶された所定の画像処理プログラムを実行するプロセッサを備えたＤＳＰ（Digital Signal Processor）やパーソナルコンピュータ等である。
そして，前記画像処理装置４０は，所定の画像処理プログラムを実行することにより，前記カメラ３０ａ，３０ｂによる撮像画像における明部の像ｇ１の幅を前記面取り面１ａ（面取り加工された端面）の幅Ｗとして検出する端面幅検出処理を実行する（第１の端面幅検出手段の一例）。
例えば，前記画像処理装置４０は，前記カメラ３０ａ，３０ｂそれぞれの撮像画像について，まず，エッジ抽出処理を施し，図３（ｂ）に示されるようなエッジ抽出画像を導出する。図３（ｂ）に示されるエッジ抽出画像は，エッジ部（暗部と明部との境界線の部分）が黒色で表されている。
そして，前記画像処理装置４０は，そのエッジ抽出画像における対向するエッジ部の幅を検出することにより，前記面取り面１ａの幅Ｗを検出する。なお，図３に示される例は，撮像位置が前記ノッチ部１ｂである例であり，そのノッチ部１ｂにおける前記面取り面１ａの半径方向以外の方向の幅Ｗ２及び半径方向の幅Ｗ３が示されている。もちろん，撮像位置が前記ノッチ部１ｂ以外である場合には，図９（ａ）に示したような前記面取り面１ａの半径方向の幅Ｗ１が検出される。
その他，撮像画像に対して２値化処理を施し，得られた２値化画像における予め定められた領域について，複数の方向それぞれに沿う直線上の画素を走査し，その直線上に連続して並ぶ光輝度画素（白色画素）の数が最小となるときの画素数を前記面取り面１ａの幅Ｗとして検出すること等も考えられる。

以上に示した形状測定装置Ｘ１によれば，ウェーハ１の表裏各面（前記面取り面１ａ以外の部分）が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記面取り面１ａの幅を検出できる。
また，形状測定装置Ｘ１によれば，前記面取り面１ａの幅Ｗの測定を，表裏各面それぞれの側について同時に行うことができる。しかも，それを実現するために，前記投光部１を１つしか必要とせず，装置構成がシンプルである。

次に，図６に示される側面図を参照しつつ，第２発明の実施形態に係る形状測定装置Ｙ１の構成について説明する。なお，図６において，図１に示される前記形状測定装置Ｘ１における構成要素を同じものについては，同じ符号が付されている。
図６に示されるように，形状測定装置Ｙ１は，前記中央吸着支持機２と，投光用の光学系である２つの投光部２０ａ，２０ｂと，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂと，前記画像処理装置４０，ハーフミラー４１及び前記ミラー４２と，前記制御装置５０とを備えている。
以下，便宜上，前記形状測定装置Ｘ１が備える前記投光部１０を第１投光部１０，形状測定装置Ｙ１が備える前記投光部２０ａ，２０ｂを第２投光部２０ａ，２０ｂと称する。
形状測定装置Ｙ１においても，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂは，ウェーハ１に対する配置状態が前記形状測定装置Ｙ１の場合と同じである。即ち，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂは，光が照射されたウェーハ１の端部を，前記表裏面法線方向Ｒａから撮像する。

また，２つの前記第２投光部２０ａ，２０ｂは，ウェーハ１の端部に対し，前記表裏面法線方向Ｒａからそれぞれ平行光を投光するものである（前記第２の投光手段の一例）。
図６に示される前記第２投光部２０ａ，２０ｂは，点光源２１，コリメータレンズ２２，及びハーフミラー２３ａ又はミラー２３ｂを備えている。
前記点光源２１は，例えば，発光ダイオード（ＬＥＤ）やハロゲンランプ等である。
また，前記コリメータレンズ２２は，前記点光源１１の出射光（放射光）を平行光へコリメートして前記ウェーハ１の端部へ投光するための光束とするレンズである。
また，前記ハーフミラー２３ａ及び前記ミラー２３ｂは，前記コリメータレンズ１２を通じて得られる平行光を，前記表裏面法線方向Ｒａに沿って前記ウェーハ１の端部へ向かうよう変向するものである。
そして，前記第１の表面の側の前記カメラ３０ａは，前記ハーフミラー２３ａを通じてウェーハ１の端部を撮像する。また，前記第２の表面の側の前記カメラ３０ｂは，前記ハーフミラー４１及び前記ミラー４２を介して，間接的にウェーハ１の端部を撮像する。
即ち，２つの前記第２投光部２０ａ，２０ｂは，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂそれぞれの光軸方向に沿って平行光をウェーハ１端部に向けて投光する。
また，前記第２投光部２０ａ，２０ｂからウェーハ１の端部へ向かう平行光は，その一部がウェーハ１の端部（前記面取り面１ａ及びその近傍）に照射されるとともに，残りの一部がウェーハ１の端部の外側を反対側へ通過する。
従って，前記第１の表面の側の前記カメラ３０ａの撮像範囲においては，前記第２の表面の側の前記第２投光部２０ｂからの平行光は，ウェーハ１の背景光となる。同様に，前記第２の表面の側の前記カメラ３０ｂの撮像範囲においては，前記第１の表面の側の前記第２投光部２０ａからの平行光が，ウェーハ１の背景光となる。
また，前記制御装置５０は，前記形状測定装置Ｘ１の場合と同様に，前記中央吸着支持機構２の制御に加え，前記第２投光部２０ａ，２０ｂの点灯及び消灯の制御，前記画像処理装置４０による画像処理の開始の制御を行う。

図７（ａ）は，形状測定装置Ｘ２の前記カメラ３０ａ，３０ｂによるウェーハ１の端部の撮像画像の例を表す図である。
前記面取り面１ａは，ウェーハ１の表裏両面（端面以外の面）に対し平行ではないため，その面取り面１ａが鏡面である場合，その面に到達した前記第２投光部２０ａ，２０ｂの光（平行光）は，前記カメラ３０ａ，３０ｂが存在する方向とは異なる方向へ正反射する。即ち，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像において，前記面取り面１ａは暗部となる。
一方，ウェーハ１に対し前記カメラ３０ａ，３０ｂの光軸方向に平行な方向に沿ってウェーハ１の表裏各面に到達した前記第投光部２０ａ，２０ｂの光（平行光）は，その面が鏡面であるか非鏡面であるか（正反射するか散乱反射するか）に関わらず，前記カメラ３０ａ，３０ｂの方向へ反射する。即ち，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像において，前記第１の表面及び前記第２の表面は明部となる。
また，ウェーハ１に対し前記カメラ３０ａ，３０ｂとは反対側に存在する前記第２投光部２０ｂ，２０ａからウェーハ１の端部の外側の領域に到達した光（平行光）は，そのまま前記カメラ３０ａ，３０ｂの方向へ向かって背景光となる。即ち，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像において，ウェーハ１の端部の外側の領域は明部となる。
以上より，２つの前記第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光が行われたときの撮像画像においては，図７（ａ）に示されるように，前記第１の表面及び前記第２の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記面取り面１ａのみが暗部となる。
従って，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像における暗部の像の幅を検出することにより，前記面取り面１ａの幅Ｗを検出できる。しかも，２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂが，ウェーハ１のの表裏各面について存在するため，表裏各面それぞれの側について同時に測定を行うことができる。

また，前記画像処理装置４０は，所定の画像処理プログラムを実行することにより，前記カメラ３０ａ，３０ｂによる撮像画像における暗部の像ｇ２の幅を前記面取り面１ａ（面取り加工された端面）の幅Ｗとして検出する端面幅検出処理を実行する（第２の端面幅検出手段の一例）。以下，便宜上，前記形状測定装置Ｘ１における明部の像ｇ１（図３参照）の幅を前記面取り面１ａの幅Ｗとして検出する処理を第１端面幅検出処理と称する。また，形状測定装置Ｙ１における暗部の像ｇ２の幅を前記面取り面１ａの幅Ｗとして検出する処理を第２端面幅検出処理と称する。
例えば，前記画像処理装置４０は，前記カメラ３０ａ，３０ｂそれぞれの撮像画像について，まず，エッジ抽出処理を施し，図７（ｂ）に示されるようなエッジ抽出画像を導出する。図７（ｂ）に示されるエッジ抽出画像は，エッジ部（暗部と明部との境界線の部分）が黒色で表されている。
そして，前記画像処理装置４０は，そのエッジ抽出画像における対向するエッジ部の幅を検出することにより，前記面取り面１ａの幅Ｗを検出する。なお，図７に示される例は，撮像位置が前記ノッチ部１ｂである例であり，そのノッチ部１ｂにおける前記面取り面１ａの半径方向以外の方向の幅Ｗ２及び半径方向の幅Ｗ３が示されている。もちろん，撮像位置が前記ノッチ部１ｂ以外である場合には，図９（ａ）に示したような前記面取り面１ａの半径方向の幅Ｗ１が検出される。
形状測定装置Ｙ１によれば，前記面取り面１ａが鏡面である場合に，前記第１の表面及び前記第２の表面が鏡面であるか非鏡面であるかに関わらず，前記カメラ３０ａ，３０ｂの撮像画像における暗部の像の幅を検出することにより，前記面取り面１ａの幅Ｗを検出できる。

次に，図８を参照しつつ，第１発明の第２の実施形態に係る形状測定装置Ｘ２について説明する。なお，図８において，図１に示される前記形状測定装置Ｘ１及び図６に示される前記形状測定装置Ｙ１における構成要素を同じものについては，同じ符号が付されている。
以下，形状測定装置Ｘ２について，前記形状測定装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。
形状測定装置Ｘ２は，前記形状測定装置Ｘ１に，前記形状測定装置Ｙ１における前記第２投光部２０ａ，２０ｂが付加され，前記第１投光部１０（前記投光部１０と同じ）による投光と前記第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光とを切り替え可能に構成された装置である。
即ち，形状測定装置Ｘ２における前記制御装置５０は，前記第１投光部１０（又は１０’）による投光と，２つの前記第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光とのいずれを行うかを切り替える投光切替処理を実行する。
なお，形状測定装置Ｘ２においては，前記形状測定装置Ｘ１における前記ミラー４１’が，前記形状測定装置Ｙ１における前記ハーフミラー４１に置き換えられている。
そして，前記画像処理装置４０は，前記制御装置５０によって前記第１投光部１０（又は１０’）による投光がなされている場合には，ウェーハ１の端部を前記カメラ３０ａ，３０ｂにより撮像して得られる撮像画像について，明部の像の幅を前記面取り面１ａの幅Ｗとして検出する前記第１端面幅検出処理（前記形状測定装置Ｘ１における処理）を実行する。
また，前記画像処理装置４０は，前記制御装置５０によって２つの前記第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光がなされている場合には，ウェーハ１の端部を前記カメラ３０ａ，３０ｂにより撮像して得られる撮像画像について，暗部の像の幅を前記面取り面１ａの幅として検出する前記第２端面幅検出処理（前記形状測定装置Ｙ１における処理）を実行する。
図８に示される形状測定装置Ｘ２によれば，前記面取り面１ａが非鏡面及び鏡面のいずれであっても，前記第１投光部１０による投光と前記第２投光部２０ａ，２０ｂによる投光との切り替えにより，前記面取り面１ａの幅Ｗを検出できる。
なお，以上に示した各実施形態は，ウェーハ１の表裏両側の測定が可能なように２つの前記カメラ３０ａ，３０ｂが設けられた例であるが，一方のカメラ３０ｂ及びそのカメラ３０ｂへの導光用のミラー等が省略された形状測定装置も考えられる。

本発明は，主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブストレートやガラスサブストレート等の円盤状の測定対象物の端面の幅の測定装置への利用が可能である。

Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１：形状測定装置
１：ウェーハ
１ａ：面取り加工された端面（面取り面）
２：中央吸着支持機構
１０，１０’：投光部（第１投光部）
２０ａ，２０ｂ：投光部（第２投光部）
１１，２１：点光源
１２，２２：コリメータレンズ
１２’：拡散板
１３：アパーチャ枠部材
１３ａ：スリット
３０ａ，３０ｂ：カメラ
４０：画像処理装置
５０：制御装置

Claims

円盤状の測定対象物をその表面に直角の方向から見たときの該測定対象物の端部における面取り加工された端面の幅を測定する形状測定装置であって，
前記測定対象物の端部に対し該測定対象物の表裏各面に平行な方向から光束を投光する第１の投光手段と，
前記第１の投光手段により光が照射された前記測定対象物の端部を該測定対象物の表面に直角の方向から撮像する撮像手段と，
前記撮像手段による撮像画像における明部の像の幅を前記面取り加工された端面の幅として検出する第１の端面幅検出手段と，
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
前記第１の投光手段により光が照射された前記測定対象物の端部を該測定対象物の表裏各面の側から撮像する２つの前記撮像手段を具備してなる請求項１に記載の形状測定装置。
前記第１の投光手段が，
光源の出射光を前記測定対象物の表裏各面に平行な平行光へコリメートして前記測定対象物の端部へ投光する光束とするコリメータレンズを具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
前記第１の投光手段が，
前記測定対象物の端部に向かう光源の出射光を拡散させる光拡散手段を具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
前記測定対象物の端部に対し該測定対象物の表裏両面それぞれの側における該表裏両面に直角の方向からそれぞれ平行光を投光する２つの第２の投光手段と，
前記第１の投光手段による投光と前記２つの第２の投光手段による投光とのいずれを行うかを切り替える投光切替手段と，
前記投光切替手段により前記２つの第２の投光手段による投光がなされたときの前記測定対象物の端部を前記撮像手段により撮像して得られる撮像画像における暗部の像の幅を前記面取り加工された端面の幅として検出する第２の端面幅検出手段と，
を具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定装置。