JP2012032271A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハを搬送する際に生じる振動に起因して測定データに現れるオフセット成分のバラツキを除去する。
【解決手段】Ｙ方向に光切断線を照射して平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０を求める。Ｘ方向に光切断線を照射して直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０，Ｚｇ＿Ｙ１，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎを求める。平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０と直交断面形状データとの交差位置の高さデータが等しくなるようにオフセット値ｏ（Ｙ０），ｏ（Ｙ１），・・・，ｏ（Ｙｎ）を求める。直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０，Ｚｇ＿Ｙ１，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎにオフセット値ｏ（Ｙ０），ｏ（Ｙ１），・・・，ｏ（Ｙｎ）を加算し、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０´，Ｚｇ＿Ｙ１´，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎ´を求める。
【選択図】図７

Description

本発明は、太陽電池ウェハのようにソーマークを有するウェハの三次元形状を測定する測定装置に関するものである。

従来、太陽電池ウェハ（以下、「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ウェハの検査時の人によるウェハ破損の低減等の様々な理由から、ウェハの外観検査を高速に行う外観検査装置が検討されている。

従来の外観検査装置として、レーザ変位計を使い、ウェハ表面の１ラインの凹凸を測定するソーマーク検査装置が知られている。

しかしながら、この技術では、ウェハ上の１ラインの凹凸のみの形状データが計測されており、ウェハの全面の形状データを計測するには、レーザ変位計の数を増やす必要があり、ウェハの全面の形状データを高分解能で計測するには一定の限界がある。

特許文献１には、物体（Ｓ）に複数本の光切断線を照射してコンベア（Ｃ）で搬送させながら、ＣＣＤ素子（１）で同時に複数本の光切断線を撮像することで、物体（Ｓ）の表面形状を高速に求める三次元形状計測方法が開示されている。

特開平１０−６８６０７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、物体（Ｓ）がコンベア（Ｃ）により搬送されているため、コンベア（Ｃ）によって物体（Ｓ）が振動されてしまう。これにより、測定データのオフセット成分がばらついてしまい、物体（Ｓ）の表面の三次元形状を正確に算出することができないという問題がある。

本発明の目的は、ウェハを搬送する際に生じる振動に起因して測定データに現れるオフセット成分のバラツキを除去する測定装置を提供することである。

（１）本発明による測定装置は、ソーマークを有するウェハの三次元形状を測定する測定装置であって、前記ソーマークの長手方向に向けて前記ウェハを搬送する搬送部と、前記ウェハの搬送方向と直交する直交方向に光切断線を照射して前記ウェハを連続撮像し、複数の光切断線画像データを取得する第１画像取得部と、前記搬送方向と平行な平行方向に光切断線を照射して前記ウェハを撮像し、光切断線画像データを取得する第２画像取得部と、前記第１画像取得部により取得された各光切断線画像データに対して光切断法により前記ウェハの前記直交方向の断面形状データである直交断面形状データを複数算出する第１形状算出部と、前記第２画像取得部により取得された光切断線画像データから光切断法により前記ウェハの前記平行方向の断面形状データである平行断面形状データを算出する第２形状算出部と、前記搬送部の振動に起因して現れる、各直交断面形状データのオフセット成分のバラツキを、前記平行断面形状データを用いて除去して補正直交断面形状データを算出し、前記補正直交断面形状データを前記平行方向に配列して前記ウェハの全面の三次元形状データを算出する三次元形状算出部とを備える。

この構成によれば、ウェハの搬送方向と平行な平行方向に光切断線が照射されて平行断面形状データが算出されている。そして、この平行断面形状データを用いて、各直交断面形状データが補正されている。そのため、搬送部の振動により現れる各直交段面形状データのオフセット成分のバラツキが除去され、ウェハ全面の三次元形状を精度良く測定することができる。

（２）前記三次元形状算出部は、前記平行断面形状データから、各直交断面形状データと前記平行断面形状データとの交差位置の高さデータを第１高さデータとして算出し、前記直交断面形状データから前記交差位置の高さデータを第２高さデータとして算出し、各交差位置において前記第１及び第２高さデータを等しくするオフセット値を算出し、算出したオフセット値に基づいて各直交断面形状データに対応する補正値を算出し、各直交断面形状データに対応する補正値を加算して、各補正直交断面形状データを算出することが好ましい。

この構成によれば、平行断面形状データと各直交断面形状データとの各交差位置における高さデータである第１、第２高さデータが等しくなるようにオフセット値が算出され、このオフセット値を用いて各直交断面形状データに対応する補正値が算出されている。そして、対応する補正値を用いて各直交断面形状データが補正されている。そのため、各直交断面形状データに現れるオフセット成分のバラツキを正確に除去することができる。

（３）前記第２画像取得部は、前記ウェハに対して、前記平行方向に複数の光切断線を照射し、前記第２形状算出部は、複数の光切断線のそれぞれに対する前記平行断面形状データを算出し、前記三次元形状算出部は、前記平行方向の位置が同じである前記交差位置のオフセット値を線形補間することで、各直交断面形状データに対応する補正値を算出することが好ましい。

この構成によれば、複数の平行断面形状データを用いて補正値が算出されているため、ウェハの進行方向を中心軸とする振動に起因するオフセット成分のバラツキも除去することができる。

（４）前記第１、第２画像取得部は、前記ウェハに対して斜め上方から光切断線を照射する照射部と、前記照射部よりも前記ウェハとの仰角が大きくなるように配置され、前記ウェハを上側から撮像する撮像部とを備えることが好ましい。

この構成によれば、高分解能の高さデータを得ることができる。

（５）前記照射部の光軸及び前記撮像部の光軸のなす角度は、８０度以上であることが好ましい。

この構成によれば、高分解能の高さデータを得ることができる。

（６）前記第１、第２画像取得部は、前記搬送部による前記ウェハの搬送経路に設けられた１つの測定領域にそれぞれ波長の異なる光を用いて光切断線を照射することが好ましい。

この構成によれば、測定領域を１つ設ければよくなり、搬送経路を短くすることができる。

（７）前記第１画像取得部は、前記搬送部による前記ウェハの搬送経路に設けられた第１測定領域を撮像して前記直交光切断線画像データを取得し、前記第２画像取得部は、前記第１測定領域とは別に前記搬送経路に設けられた第２測定を撮像して前記平行光切断線画像データを取得することが好ましい。

この構成によれば、測定領域が２つ設けられているため、第１、第２画像取得部は同一波長の光を照射することができ、構成の簡便化を図ることができる。

（８）前記第１形状算出部及び前記第２形状算出部は、それぞれ、前記光切断線画像データにおいて、前記光切断線の長手方向に直交する複数のラインを設定し、各ラインにおいて輝度値が最大となる最大輝度画素を探索し、探索した最大輝度画素の輝度値と、前記最大輝度画素と同一ラインの周辺画素の輝度値とを用いて、各ラインの輝度値の重心座標を小数点付きで算出し、算出した各ラインの重心座標を前記光切断線を示す座標として算出することが好ましい。

この構成によれば、サブピクセル単位で光切断線の座標が算出されているため、平行断面形状データ及び直交断面形状高さデータをより正確に算出することができる。

（９）前記第１形状算出部は、前記第１画像取得部による前記ウェハの連続撮像処理と並行して、前記直交断面形状データを算出する処理を実行することが好ましい。

この構成によれば、ウェハの撮像処理と並行して、直交断面形状データを算出する処理が行われているため、処理の効率化を図ることができる。

本発明によれば、ウェハを搬送する際に生じる振動に起因して測定データに現れるオフセット成分のバラツキを除去することができる。

本発明の実施の形態による測定装置の全体構成図を示している。 ウェハに照射される光切断線を示した図である。 本発明の実施の形態による測定装置のブロック図を示している。 （Ａ）はＹ方向の各位置における直交断面形状データを示したグラフである。（Ｂ）はウェハの各位置の高さを濃淡表示した図である。 搬送部の搬送面上のある位置での振動の測定結果を示したグラフである。 平行断面形状データの測定結果の一例を示したグラフである。 １個の平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する場合の処理を説明するための図である。 ２個の平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する場合の処理を説明するための図である。 ２個の平行断面形状データを用いて補正直交断面形状データを算出した場合の補正後のウェハの各位置の高さを濃淡表示した図である。 １つの測定領域を設けた場合の測定装置の全体構成図を示している。 本発明の実施の形態による測定装置がウェハ７０の三次元形状を測定する際のメインルーチンを示すフローチャートである。 光切断線画像の一例を示した図である。 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。 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１１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。 直交断面形状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測定装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態による測定装置の全体構成図を示している。図１に示すように、測定装置は、第１照射部１０、第２照射部２０、第１撮像ユニット３０、第２撮像ユニット４０、搬送部５０、及び制御部６０を備えている。図１において、Ｙ方向は搬送部５０による太陽電池ウェハ７０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。以下、太陽電池ウェハ７０をウェハ７０と記述する。

第１照射部１０は、光源１１を備えている。光源１１は、例えば搬送部５０の搬送経路上の所定の位置に設けられた測定領域ＳＤ１に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。そして、光源１１が照射する光と、搬送部５０により搬送されるウェハ７０との交線が、光切断線ＣＬ１となる。本実施の形態では、光切断線ＣＬ１は、長手方向がＸ方向（直交方向）とほぼ平行になるように照射され、ウェハ７０の幅方向（Ｘ方向）のほぼ全域に照射されるため、ウェハ７０の全面の三次元形状データを得ることができる。このような光切断線ＣＬ１の設定は、光源１１の設置位置や射出する光の方向を調節することで容易に実現することができる。

光源１１は、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。また、光源１１は、搬送方向の上流側から斜め下方に向けて光を照射して、ウェハ７０に光切断線ＣＬ１を照射している。

第２照射部２０は、光源２１を備えている。光源２１は、光源１１と同様、測定領域ＳＤ１に対して下流側に設けられた測定領域ＳＤ２に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。ここで、光源１１は、光切断線ＣＬ２の長手方向がＹ方向（平行方向）となるように光を照射する。つまり、光切断線ＣＬ１は、長手方向がＸ方向であり、光切断線ＣＬ２は長手方向がＹ方向であり、両者は長手方向がほぼ直交する関係を有している。以下、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２を特に区別しない場合、光切断線ＣＬと記述する。図１の例では、光源２１は、搬送部５０の搬送方向の横側、つまり、Ｘ方向側から斜め下方に光を照射することで、ウェハ７０に光切断線ＣＬ２を照射している。

測定領域ＳＤ１、ＳＤ２は、それぞれ、重ならないように搬送部５０の搬送経路の別の箇所に設けられている。具体的には、測定領域ＳＤ１，ＳＤ２は、カメラ３１，４１のそれぞれの視野範囲が重ならないように、カメラ３１，４１を設置することで規定されている。

第１撮像ユニット３０は、カメラ３１を備えている。カメラ３１は、ウェハ７０を上側から一定の視野範囲で撮像するように配置されている。ここで、カメラ３１は、受光面及び搬送部５０の搬送面間の距離が所定距離になるように図略の台に取り付けられている。カメラ３１が、ウェハ７０を撮像することで取得した画像データを光切断線画像データと記述する。カメラ３１の受光面は矩形状であり、受光面の一方の辺はＹ方向と平行であり、他方の辺はＸ方向と平行である。

カメラ３１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。

第２撮像ユニット４０は、第１撮像ユニット３０に対してＹ方向の下流側に設けられ、カメラ４１を備えている。カメラ４１は、カメラ３１と同一性能のカメラである。また、カメラ４１は、搬送部５０の搬送面との距離がカメラ３１と同じ距離になるように、図略の台に取り付けられている。なお、図１の例では、第２撮像ユニット４０を第１撮像ユニット３０のＹ方向の下流側に設けているが、これに限定されず、第１撮像ユニット３０を第２撮像ユニット４０のＹ方向の下流側に設けてもよい。

制御部６０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を備える通常のコンピュータにより構成され、光源１１，２１及びカメラ３１，４１とケーブルを介して接続され、測定装置の全体制御を司る。

搬送部５０は、例えばウェハ７０を搬送する搬送ベルトと、搬送ベルトをＸ方向に向けて駆動させるモータとを含む１又は複数の搬送ユニットにより構成されている。ここで、搬送ベルトとしては、例えば２個のローラによって張架された無端ベルトが採用されている。２個ローラのうち一方のローラは駆動ローラであり、他方のローラは従動ローラである。そして、モータは駆動ローラを回動させることで、搬送ベルトを図１に示す時計回りの方向に回転させ、ウェハ７０をＹ方向に一定の搬送速度で搬送させる。

ここで、搬送速度としては、光切断線ＣＬ１のＹ方向の幅をαとすると、カメラ３１の周期が１／２５０＝０．００４ｓであり、α／０．００４に設定すると、ウェハ７０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７０は、ソーマークの方向が搬送方向となるように搬送部５０に載置されるものとする。したがって、ウェハ７０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ＣＬ１が照射されることになる。

ソーマークは、太陽電池ウェハの原材料となるシリコンインゴットをワイヤーソーでスライスする際に形成される筋状の溝である。そして、ソーマークは、ウェハ７０の表面において、長手方向がおおよそ一定の方向を向くように多数形成される。

図２は、ウェハ７０に照射される光切断線ＣＬを示した図である。図２の例では、ウェハ７０のＸ方向の両端側に２本の光切断線ＣＬ２が照射されている。図２に示すように、搬送部５０によりウェハ７０が搬送されるため、第１照射部１０は、光切断線ＣＬ１がウェハ７０のＹ方向の先端側から後端側に向けて移動するように、光切断線ＣＬ１をウェハ７０に照射していることが分かる。

そして、カメラ３１は、光切断線ＣＬ１が移動する都度、光切断線ＣＬ１が照射されたウェハ７０を撮像し、複数の光切断線画像データを取得する。これにより、カメラ３１は、ウェハ７０の全面の光切断線ＣＬ１についての情報を得ることができる。そして、本測定装置は、各光切断線ＣＬ１に対する断面形状データである直交断面形状データを算出し、この直交断面形状データをＹ方向に配列することでウェハ７０の全面の三次元形状データを算出している。

ここで、ウェハ７０は搬送部５０により搬送されている。そのため、ウェハ７０はＺ方向に振動する虞がある。特に、搬送部５０を複数の搬送ユニットにより構成すると、ウェハ７０は、隣接する搬送ユニットを跨ぐ際にＺ方向に大きく振動する虞がある。また、搬送ユニットを構成する無端ベルトのＺ方向への撓みによる振動、並びに駆動ローラ及び従動ローラのぐらつき及び表面の撓み等によって、ウェハ７０がＺ方向に振動することも考えられる。

そして、このようなウェハ７０の振動は、直交断面形状データ毎に異なるオフセット成分となって現れる。そのため、各直交断面形状データは、共通の基準平面からのウェハ７０の高さを表すことができなくなってしまう。

図４（Ａ）は、Ｙ方向の各位置における直交断面形状データを示したグラフであり、縦軸は高さ（μｍ）を示し、横軸はＸ方向の各位置を示している。なお、図４（Ａ）の横軸の各位置は、図１に示すように、測定領域ＳＤ１をＹ方向を上側に向けて見たときの、下流側の一辺の右端の頂点を原点Ｏとしたときの原点Ｏからの距離をｍｍ単位で示している。

図４（Ａ）において、グラフＹａ〜Ｙｅはそれぞれ、原点ＯからのＹ方向の位置が８３．２ｍｍ、８４ｍｍ、８４．８ｍｍ、８５．６ｍｍ、８６．４ｍｍの位置における直交断面形状データを示している。

図４（Ａ）のグラフＹａ〜Ｙｅが示すように、各直交断面形状データは、それぞれ、ウェハ７０の断面形状を正しく捉えているが、搬送部５０の振動により、Ｙ方向の位置に応じてオフセット成分が異なっていることが分かる。

図４（Ｂ）は、直交断面形状データをＹ方向に並べて、ウェハ７０の各位置の高さを濃淡表示した図である。図４（Ｂ）では薄くなるにつれて高いことを示している。

直交断面形状データに含まれるオフセット成分がＹ方向の位置に応じて異なっているため、図４（Ｂ）に示すように、ウェハ７０の各位置の高さを濃淡表示すると、Ｙ方向に向けて縞模様が現れていることが分かる。また、図４（Ｂ）に示す縞模様は、ほぼ周期的に現れているため、搬送部５０がほぼ一定の周期で振動していることが分かる。

図５は、搬送部５０の搬送面上のある位置ＰＴ（Ｘ＝３０ｍｍ）での振動の測定結果を示したグラフであり、縦軸は振動の高さを示し、横軸は搬送方向を示している。なお、図５の横軸に示す搬送方向は、ウェハ７０の搬送速度Ｖに測定を開始してからの時間Ｔを乗じた値を示している。つまり、図５に示すグラフは、測定開始時の高さを０としたときの、位置ＰＴのＺ方向の位置の経時的変化を示している。図５に示すように、位置ＰＴの高さは、時間の経過に伴って、ほぼ一定の周期で高低を繰り返しており、振動していることが分かる。この振動により、各直交断面形状データのオフセット成分がばらつくのである。

そこで、本実施の形態では、図２に示すようにＹ方向と平行に光切断線ＣＬ２を照射し、この光切断線ＣＬ２から得られる断面形状データである水平断面形状データを用いて、各直交断面形状データを補正し、各直交断面形状データのオフセット成分のバラツキを除去している。

図３は、本発明の実施の形態による測定装置のブロック図を示している。第１撮像ユニット３０は、カメラ３１及び第１座標算出部３２を備えている。第２撮像ユニット４０は、カメラ４１及び第２座標算出部４２を備えている。制御部６０は、搬送制御部６１、
照射制御部６２、撮像制御部６３、第１断面形状算出部６４、第２断面形状算出部６５、三次元形状算出部６６を備えている。

第１座標算出部３２及び第１断面形状算出部６４は、第１形状算出部を構成し、カメラ３１により取得された光切断線画像データから光切断法により直交断面形状データを算出する。

第１座標算出部３２は、カメラ３１により取得された光切断線画像データに現れる光切断線ＣＬ１の位置を示す座標を算出する。ここで、第１座標算出部３２は、探索処理及び重心算出処理を実行し、光切断線画像データに現れる光切断線ＣＬ１の座標を算出する。

探索処理は、カメラ３１により取得された光切断線画像データにおいて、Ｙ方向に複数のラインを設定し、各ラインにおいて輝度値が最大となる最大輝度画素を探索する処理である。重心算出処理は、各ラインにおいて探索した最大輝度画素の輝度値と、最大輝度画素と同一ラインの周辺画素の輝度値とを用いて、各ラインの輝度値の重心座標を小数点付きで算出する処理である。

これにより、光切断線を示す座標がサブピクセル単位で求められ、画素分解能の低いカメラ３１を採用したとしても、高精度に光切断線の座標を算出することができる。

ここで、第１座標算出部３２は、カメラ３１による光切断線画像データの撮像と並行して、直交断面形状データを算出する処理を実行する。詳細には、第１座標算出部３２は、カメラ３１による現フレームの光切断線画像データの撮像期間において、現フレームより１つ前のフレームの光切断線画像データに対する探索処理を実行すると同時に、現フレームより２つ前のフレームの光切断線画像データに対する重心算出処理を実行する。

つまり、第１座標算出部３２は、パイプライン処理を実行し、１フレーム周期が経過する毎に、１本の光切断線ＣＬ１の座標を算出する。

第２座標算出部４２及び第２断面形状算出部６５は、第２形状算出部を構成し、カメラ４１により取得された光切断線画像データから光切断法により平行断面形状データを算出する。

第２座標算出部４２は、カメラ４１により取得された光切断線画像データに対して、第１座標算出部３２と同様にして、探索処理及び重心算出処理を実行し、光切断線画像データに現れる光切断線ＣＬ２の座標を算出する。ここで、カメラ４１は、ウェハ７０を１回だけ撮像して１枚の光切断線画像データを取得している。以下の説明では、カメラ４１により撮像された光切断線画像データには、１本の光切断線ＣＬ２が含まれているものとする。

また、光源２１はウェハ７０のＹ方向の全域に光切断線ＣＬ２を照射している。そのため、カメラ４１は、１回の撮像により、光切断線ＣＬ２がウェハ７０のＹ方向全域に照射された光切断線画像データを取得することができる。

よって、カメラ４１が取得する光切断線画像データは、ウェハ７０の搬送による振動の影響を受けなくなる。また、光切断線ＣＬ２はソーマークとほぼ平行である。したがって、光切断線ＣＬ２から得られる平行断面形状データは、ウェハ７０の反り等のウェハ７０の大局的な面の形状を表すことになる。

図６は、平行断面形状データの測定結果の一例を示したグラフである。グラフＸａ，Ｘｂは、それぞれ、Ｘ＝１２．５ｍｍ、５８．７５ｍｍにおける平行断面形状データを示している。

グラフＸａは、搬送方向（Ｙ方向）に向けて下に凸の緩やかなカーブを描いて高さが減少しており、Ｘ＝１２．５ｍｍの位置ではウェハ７０はＹ方向に向けて多少反りを有していることが分かる。グラフＸｂは、搬送方向の中央部を底として両端に向かうにつれて高さが若干増えており、Ｘ＝５８．７５ｍｍの位置ではウェハ７０はＹ方向に向けて若干の反りを有していることが分かる。

いずれにせよ、グラフＸａ、Ｘｂが示す平行断面形状データは、図４（Ａ）のグラフＹａ〜Ｙｅに示す直交断面形状データのように高さが激しく変化しておらず、ウェハ７０の大局的な形状を表していることが分かる。そして、この平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正することで、各直交断面データは平行断面形状データが示す高さを基準として各位置のウェハ７０の三次元形状を示すようになる。その結果、直交断面形状データに現れるオフセット成分のバラツキが除去される。

なお、以下の説明では、１つの平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する場合を例に挙げて説明するが、後述する変形例では、図６のように２つの平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する。

第１断面形状算出部６４は、第１座標算出部３２により算出された１本の光切断線ＣＬ１を構成する各座標のそれぞれについて、カメラ３１の仰角及び光源１１の仰角を用いて、各座標の高さデータを算出し、１本の光切断線ＣＬ１に対応する直交断面形状データを算出する。そして、第１断面形状算出部６４は、このような処理を全ての光切断線ＣＬ１に対して実行し、全ての光切断線ＣＬ１に対応する直交断面形状データを算出する。

第２断面形状算出部６５は、第１断面形状算出部６４と同様、光切断線ＣＬ２に対応する平行断面形状データを算出する。ここで、第２座標算出部４２は、１本の光切断線ＣＬ２の座標を算出しているため、第２断面形状算出部６５は、１個の平行断面形状データを算出する。

三次元形状算出部６６は、搬送部５０の振動に起因して、各直交断面形状データに現れるオフセット成分のバラツキを、平行断面形状データを用いて除去し、補正直交断面形状データを算出し、補正直交断面形状データをＹ方向に並べ、ウェハ７０の全面の三次元形状データを算出する。

ここで、三次元形状算出部６６は、平行断面形状データから、各直交断面形状データと平行断面形状データとの交差位置の高さデータを第１高さデータとして算出する。また、三次元形状算出部６６は、直交断面形状データから交差位置の高さデータを第２高さデータとして算出する。そして、三次元形状算出部６６は、各交差位置において前記第１及び第２高さデータを等しくするオフセット値を算出する。そして、三次元形状算出部６６は、算出したオフセット値に基づいて各直交断面形状データに対応する補正値を算出し、各直交断面形状データに対応する補正値を加算して、補正直交断面形状データを算出する。

図７は、１個の平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する場合の処理を説明するための図である。Ｘ方向の位置をＸ、Ｙ方向の位置をＹとおき、平行断面形状データＺｆを式（１）とおく。

Ｚｆ＝ｆ（Ｘ，Ｙ） （１）
同様にして、直交断面形状データＺｇを式（２）とおく。

Ｚｇ＝ｇ（Ｘ，Ｙ） （２）
以下の例では、第２断面形状算出部６５は、Ｘ＝Ｘ０における平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０を求めているものとする。

式（１）において、Ｘ＝Ｘ０の平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０は、Ｚｆ＿Ｘ０＝ｆ（Ｘ０，Ｙ）と表される。

また、式（２）において、Ｙ＝Ｙ０の直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０は、Ｚｇ＿Ｙ０＝ｇ（Ｘ，Ｙ０）と表される。

三次元形状算出部６６は、まず、平行断面形状データｆ（Ｘ０，Ｙ）に、Ｙ＝Ｙ０を代入し、位置（Ｘ０，Ｙ０）における高さデータｆ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。つまり、位置（Ｘ０，Ｙ０）が平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０と直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０との交差位置であり、高さデータｆ（Ｘ０，Ｙ０）が第１高さデータとなる。

また、三次元形状算出部６６は、直交断面形状データｇ（Ｘ，Ｙ０）に、Ｘ＝Ｘ０を代入し、位置（Ｘ０，Ｙ０）における高さデータｇ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。この高さデータｇ（Ｘ０，Ｙ０）が交差位置である位置（Ｘ０，Ｙ０）の第２高さデータとなる。

そして、三次元形状算出部６６は、式（３）を解くことで、高さデータｆ（Ｘ０，Ｙ０）を高さデータｇ（Ｘ０，Ｙ０）に等しくするためのオフセット値ｏ（Ｙ０）を求める。このオフセット値ｏ（Ｙ０）が直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０に対応する補正値となる。

ｆ（Ｘ０，Ｙ０）＝ｇ（Ｘ０，Ｙ０）＋ｏ（Ｙ０） （３）
オフセット値ｏ（Ｙ０）が加えられた直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０をＺｇ＿Ｙ０´とすると、Ｚｇ＿Ｙ０´は式（４）で表される。

Ｚｇ＿Ｙ０´＝ｇ（Ｘ，Ｙ０）＋ｏ（Ｙ０） （４）
これにより、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０からオフセット成分のバラツキが除去され、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０´が得られる。

以後、三次元形状算出部６６は、Ｙ＝Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｙｎについて、Ｙ＝Ｙ０の場合と同様にして、交差位置である位置（Ｘ０，Ｙ１），（Ｘ０，Ｙ２），・・・，（Ｘ０，Ｙ１）の対応するオフセット値ｏ（Ｙ１），ｏ（Ｙ２），・・・ｏ（Ｙｎ）を求める。そして、三次元形状算出部６６は、以下の式に示すように、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１，Ｚｇ＿Ｙ２，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎにオフセット値ｏ（Ｙ１），ｏ（Ｙ２），・・・，ｏ（Ｙｎ）を加え、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１´，Ｚｇ＿Ｙ２´，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎ´を求める。

Ｚｇ＿Ｙ１´＝ｇ（Ｘ，Ｙ１）＋ｏ（Ｙ１）
Ｚｇ＿Ｙ２´＝ｇ（Ｘ，Ｙ２）＋ｏ（Ｙ２）
・
・
Ｚｇ＿Ｙｎ´＝ｇ（Ｘ，Ｙｎ）＋ｏ（Ｙｎ）
これにより、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１，Ｚｇ＿Ｙ２，・・・Ｚｇ＿Ｙｎに含まれるオフセット成分のバラツキが除去される。

例えば、Ｙ＝Ｙ１について、三次元形状算出部６６は、以下のようにして、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１を補正する。

まず、平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０（＝ｆ（Ｘ０，Ｙ））にＹ＝Ｙ１を代入し、高さデータｆ（Ｘ０，Ｙ１）を求める。次に、Ｙ＝Ｙ１の直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１（＝ｇ（Ｘ，Ｙ１））にＸ＝Ｘ０を代入し、高さデータｇ（Ｘ０，Ｙ１）を求める。

次に、ｆ（Ｘ０，Ｙ１）＝ｇ（Ｘ０，Ｙ１）＋ｏ（Ｙ１）から、オフセット値ｏ（Ｙ１）を求める。このオフセット値ｏ（Ｙ１）が直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１に対応する補正値となる。

次に、Ｚｇ＿Ｙ１´＝ｇ（Ｘ０，Ｙ１））＋ｏ（Ｙ１）から、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１´を算出する。Ｙ＝Ｙ２，・・・Ｙｎの場合もこのようにして補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ２´，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎ´が求められる。

なお、１個の平行断面形状データを用いる場合、図７に示すようにＸ方向の中央の位置（Ｘ＝Ｘ０）の平行断面形状データを採用することが好ましい。これは、中央の位置がほぼ平均となると考えられるからである。

続いて、補正処理の変形例について説明する。この変形例は、２つの平行断面形状データを用いて、直交断面形状データを補正する。図８は、２個の平行断面形状データを用いて各直交断面形状データを補正する場合の処理を説明するための図である。

式（１）より、Ｘ＝Ｘ０の平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０は、Ｚｆ＿Ｘ０＝ｆ（Ｘ０，Ｙ）と表され、Ｘ＝Ｘ１の平行断面形状データＺｆ＿Ｘ１は、Ｚｆ＿Ｘ１＝ｆ（Ｘ１，Ｙ）と表される。

また、式（２）より、Ｙ＝Ｙ０の直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０は、Ｚｇ＿Ｙ０＝ｇ（Ｘ，Ｙ０）と表される。

そして、平行断面形状データｆ（Ｘ０，Ｙ）にＹ＝Ｙ０を代入し、高さデータｆ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。また、三次元形状算出部６６は、直交断面形状データｇ（Ｘ，Ｙ０）にＸ＝Ｘ０を代入し、高さデータｇ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。そして、ｆ（Ｘ０，Ｙ０）＝ｇ（Ｘ０，Ｙ０）＋ｏ（Ｘ０，Ｙ０）を解き、オフセット値ｏ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。

つまり、平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０と直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０との交差位置である位置（Ｘ０，Ｙ０）のオフセット値ｏ（Ｘ０，Ｙ０）を求める。

同様に、三次元形状算出部６６は、平行断面形状データＺｆ＿Ｘ１＝ｆ（Ｘ１，Ｙ）にＹ＝Ｙ０を代入し、高さデータｆ（Ｘ１，Ｙ０）を求め、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０＝ｇ（Ｘ，Ｙ０）にＸ＝Ｘ１を代入し、高さデータｇ（Ｘ１，Ｙ０）を求める。そして、ｆ（Ｘ１，Ｙ０）＝ｇ（Ｘ１，Ｙ０）＋ｏ（Ｘ１，Ｙ０）を解き、オフセット値ｏ（Ｘ１，Ｙ０）を求める。つまり、平行断面形状データＺｆ＿Ｘ１と直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０との交差位置である位置（Ｘ１，Ｙ０）のオフセット値ｏ（Ｘ１，Ｙ０）を求める。

次に、三次元形状算出部６６は、オフセット値ｏ（Ｘ０，Ｙ０），ｏ（Ｘ１，Ｙ０）を式（５）を用いて線形補間し、オフセット値ｏ（Ｘ，Ｙ０）を求める。このオフセット値ｏ（Ｘ，Ｙ０）が直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０に対応する補正値となる。

ｏ（Ｘ，Ｙ０）＝（ｏ（Ｘ１，Ｙ０）−ｏ（Ｘ０，Ｙ０））／（Ｘ１−Ｘ０）・（Ｘ−Ｘ０）＋ｏ（Ｘ０，Ｙ０） （５）
式（５）はＸの関数であるため、式（５）を用いれば、Ｘ方向の各位置における補正値が得られることが分かる。

次に、三次元形状算出部６６は、式（６）に示すように、Ｙ＝Ｙ０における直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０（＝ｇ（Ｘ，Ｙ０））に、オフセット値ｏ（Ｘ，Ｙ０）を加え、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０´を求める。

Ｚｇ＿Ｙ０´＝Ｚｇ＿Ｙ０＋ｏ（Ｘ，Ｙ０） （６）
同様にして、三次元形状算出部６６は、Ｙ＝Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｙｎとしたときのオフセット値ｏ（Ｘ，Ｙ１），ｏ（Ｘ，Ｙ２），・・・，ｏ（Ｘ，Ｙｎ）を、式（５）を用いて算出する。このオフセット値ｏ（Ｘ，Ｙ１），ｏ（Ｘ，Ｙ２），・・・，ｏ（Ｘ，Ｙｎ）が、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１，Ｚｇ＿Ｙ２，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎに対応する補正値となる。

そして、三次元形状算出部６６は、下の式に示すように、補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１´，Ｚｇ＿Ｙ２´，・・・，Ｚｇ＿Ｙｎ´を求める。

Ｚｇ＿Ｙ１´＝ｇ（Ｘ，Ｙ１）＋ｏ（Ｘ，Ｙ１）
Ｚｇ＿Ｙ２´＝ｇ（Ｘ，Ｙ２）＋ｏ（Ｘ，Ｙ２）
・
・
Ｚｇ＿Ｙｎ´＝ｇ（Ｘ，Ｙｎ）＋ｏ（Ｘ，Ｙｎ）
これにより、直交断面形状データＺｇ＿Ｙ１〜Ｚｇ＿Ｙｎに含まれるオフセット成分のバラツキが除去される。この変形例では、２つの平行断面形状データＺｆ＿Ｘ０，Ｚｆ＿Ｘ１を用いているため、測定中における搬送部５０の上下振動による振動のみならず、Ｙ方向を中心軸とする搬送部５０の回転（捩れ）振動に起因して現れるオフセット成分のバラツキも除去することができる。

図９は、２個の平行断面形状データを用いて補正直交断面形状データを算出した場合の補正後のウェハ７０の各位置の高さを濃淡表示した図である。なお、図９においては、濃度が薄くなるにつれて高いことを示している。図９の場合、図４（Ｂ）に現れていたＹ方向の縞模様が現れておらず、オフセット成分のバラツキが除去されていることが分かる。それに伴って、Ｘ方向に縞模様が現れ、ウェハ７０が有するソーマークが現れていることが分かる。

なお、変形例に示すように２本の平行断面形状データを使用する場合、図１において、光源２１を２個設け、一方の光源２１にウェハ７０のＸ方向の一方の端部の側に光切断線ＣＬ２を照射させ、他方の光源２１にウェハ７０のＸ方向の他方の端部側に光切断線ＣＬ２を照射させればよい。

そして、カメラ４１に２本の光切断線ＣＬ２が照射された１枚の光切断線画像データを取得させる。そして、第２座標算出部４２に、１枚の光切断線画像データに現れた２つの光切断線を示す座標を算出させる。そして、第２断面形状算出部６５に２本の光切断線のそれぞれに対する平行断面形状データを算出させればよい。

なお、２本の平行断面形状データを用いる場合、図８に示すＸ０，Ｘ１を、ウェハ７０の両端側に設定することが好ましい。これにより、振動の全体的な傾向を考慮した補正値を求めることができ、オフセット成分のバラツキをより正確に除去することができる。

図３に戻り、三次元形状算出部６６は、上記の補正により得られた補正直交断面形状データＺｇ＿Ｙ０´〜Ｚｇ＿Ｙｎ´をＹ方向に向けて並べることで、ウェハ７０の全面の三次元形状データを算出する。

搬送制御部６１は、例えば、操作表示部８０によりオペレータから検査開始の指示が受け付けられると、搬送部５０を構成するモータに駆動信号を出力し、搬送部５０にウェハ７０を一定の搬送速度で搬送させる。

照射制御部６２は、例えば、操作表示部８０によりオペレータから検査開始の指示が受け付けられると、光源１１，２１を点灯させる。

撮像制御部６３は、操作表示部８０によりオペレータからの検査開始の指示が受け付けられると、カメラ３１に撮像開始のコマンドを出力し、カメラ３１に直交断面形状データの撮像処理を開始させる。また、撮像制御部６３は、ウェハ７０の全域が図１に示す測定領域ＳＤ２内に侵入したときカメラ４１に平行断面形状データを撮像させる。

なお、図１では、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２をそれぞれ測定領域ＳＤ１，ＳＤ２に照射する例を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２を同じ測定領域ＳＤに照射してもよい。

図１０は、１つの測定領域ＳＤを設けた場合の測定装置の全体構成図を示している。図１では、搬送部５０の搬送経路上に２つの測定領域ＳＤ１，ＳＤ２が設けられていた。図１０では、この２つの測定領域ＳＤ１，ＳＤ２が１つの測定領域ＳＤに集約されている。

光源１１，２１はそれぞれ波長の異なる光を用いて光切断線ＣＬ１，ＣＬ２を測定領域ＳＤに照射する。光源１１は波長λ１の光を照射し、光源２１は波長λ２の光を照射する。

カメラ３１，４１は、測定領域ＳＤを撮像するようにＹ方向に隣接して配置され、光切断線画像データを取得する。カメラ３１は、波長λ１を透過するフィルタを備え、このフィルタを介してウェハ７０からの反射光を受光して光切断線画像データを取得する。カメラ４１は、波長λ２を透過するフィルタを備え、このフィルタを介してウェハ７０からの反射光を受光して光切断線画像データを取得する。

よって、カメラ３１が取得した光切断線画像データには、光切断線ＣＬ１のみが現れ、光切断線ＣＬ２が現れていない。一方、カメラ４１が取得した光切断線画像データには、光切断線ＣＬ２のみ現れ、光切断線ＣＬ１が現れていない。

これにより、第１座標算出部３２は光切断線ＣＬ１の座標を算出することができ、第１断面形状算出部６４は光切断線ＣＬ１の直交断面形状データを算出することができる。また、第２座標算出部４２は光切断線ＣＬ２の座標を算出することができ、第２断面形状算出部６５は光切断線ＣＬ２の平行断面形状データを算出することができる。

次に、本測定装置がウェハ７０の三次元形状を測定する際の処理について、フローチャートを用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態による測定装置がウェハ７０の三次元形状を測定する際のメインルーチンを示すフローチャートである。なお、図１１において、カメラ３１は、ｎ枚の光切断線画像データを取得するものとする。まず、搬送制御部６１により搬送部５０が駆動され、ウェハ７０の搬送が開始される（ステップＳ１）。

次に、カメラ３１は、ウェハ７０を撮像し、１フレーム目の光切断線画像データを取得する（ステップＳ２（１））。

図１２は、光切断線画像の一例を示した図である。なお、図１２に示す光切断線画像は、ｘ座標（直交方向）の画素数がＭ個、ｙ座標（平行方向）の画素数が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１２に示すようにｘ座標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１１に戻り、ステップＳ２（２）において、カメラ３１は、ウェハ７０を撮像し、２フレーム目の光切断線画像データを取得する。これと同時に、第１座標算出部３２は、１フレーム目の光切断線画像データに対して探索処理を実行する。

ステップＳ２（３）において、カメラ３１は、ウェハ７０を撮像し、３フレーム目の光切断線画像データを取得する。これと同時に、第１座標算出部３２は、２フレーム目の光切断線画像データに対して、探索処理を実行する。これと同時に、第１座標算出部３２は、１フレーム目の光切断線画像データに対して、重心算出処理を実行する。

ステップＳ２（３）が終了した時点で、１フレーム目の光切断線画像データに現れた光切断線ＣＬ１の座標が得られる。

以後、ステップＳ２（４）〜Ｓ２（ｎ）まで、ステップＳ２（３）と同様の処理が繰り返し実行される。ステップＳ２（ｎ）が終了した時点で、１フレーム目〜ｎ−２フレーム目の各光切断線画像データのそれぞれに現れた光切断線ＣＬ１の座標が得られる。

ステップＳ２（ｎ＋１）においては、カメラ３１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、ｎ−１フレーム目の光切断線画像データに現れた光切断線ＣＬ１の座標が得られる。

ステップＳ２（ｎ＋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、ｎフレーム目の光切断線画像データに現れた光切断線ＣＬ１の座標が得られる。

以上のパイプライン処理より、カメラ３１が１フレームの光切断線画像データを取得する度に、１本の光切断線ＣＬ１の座標が得られる。

図１３は、探索処理の詳細を示すフローチャートである。まず、第１座標算出部３２は、カメラ３１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データを処理対象の画像データとして設定する（ステップＳ２１１）。

次に、第１座標算出部３２は、光切断線画像データ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（ステップＳ２１２）。この場合、図１２に示すように、光切断線画像データに、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１２に示す光切断線画像データの第１行目を表し、ｉ＝１が図１２に示す光切断線画像データの第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データの１行に対応し、変数ｉは、光切断線画像データの各行と対応付けられている。

次に、第１座標算出部３２は、ｉライン目において、輝度が最大となる最大輝度画素を探索する（ステップＳ２１３）。この場合、第１座標算出部３２は、図１２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輝度最大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ｙ＿ｍａｘ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ｙ＿ｍａｘ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、第１座標算出部３２は、全ラインについて、最大輝度画素の座標ｙ＿ｍａｘを求める処理が終了した場合（ステップＳ２１４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ｙ＿ｍａｘを求める処理が終了していない場合（ステップＳ２１４でＮＯ）、ｉを１インクリメントさせ（ステップＳ２１５）、処理をステップＳ２１３に戻す。

つまり、第１座標算出部３２は、ステップＳ２１３〜Ｓ２１５の処理を繰り返すことで、図１２に示す光切断線画像データの全ラインの最大輝度画素の座標ｙ＿ｍａｘを求めるのである。

図１４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、第１座標算出部３２は、カメラ３１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データを処理対象の画像データとして設定する（ステップＳ２２１）。

次に、第１座標算出部３２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（ステップＳ２２２）。次に、第１座標算出部３２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、ｙ座標上にｌ個の周辺画素を抽出し、最大輝度画素と２・ｌ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ｙ＿ｓｕｂを求める（ステップＳ２２３）。

図１５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１５では、座標ｐが最大輝度画素の座標ｙ＿ｍａｘ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、第１座標算出部３２は、例えば下記の式（７）を用いて、最大輝度の重心座標を求める。

但し、ｙ＿ｓｕｂは最大輝度の重心座標を示し、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、ｐは最大輝度画素の座標を示し、ｌ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、最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂ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、第１座標算出部３２は、最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂを小数点の何桁目までを求めるかを予め定めておき、最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂ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１５の例では、実線で示すグラフのピークのｙの値が最大位輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂとなる。なお、図１５の例では、周辺画素の個数をｌ＝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１４に戻り、第１座標算出部３２は、全ラインについて、最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂを求める処理が終了した場合（ステップＳ２２４でＹＥＳ）、処理をリターンさせ、全ラインについて、重心座標ｙ＿ｓｕｂを求める処理が終了していない場合（ステップＳ２２４でＮＯ）、ｉを１インクリメントさせ（ステップＳ２２５）、処理をステップＳ２２３に戻す。

つまり、第１座標算出部３２は、ステップＳ２２３〜Ｓ２２５の処理を繰り返すことで、図１２に示す光切断線画像データの全ラインの最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂを求めるのである。ここで、第１座標算出部３２が１枚の光切断線画像データにおいて求めた最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂの集合が光切断線ＣＬ１の座標として、第１断面形状算出部６４に出力される。

なお、全ラインの最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂは、光切断線画像データのフレーム番号と、変数ｉと対応付けられて図略のバッファに格納される。

図１６は、図１１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１６に示す期間Ｔ１〜Ｔ（ｎ＋１）は、それぞれ、カメラ３１が１フレームの光切断線画像データを取得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１１に示すステップＳ２（１）が実行され、１フレーム目の光切断線画像データが撮像されている。期間Ｔ２においては、図１１に示すステップＳ２（２）が実行され、２枚目のフレームの光切断線画像データの撮像と、１フレーム目の光切断線画像データ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１１に示すステップＳ２（３）が実行され、３フレーム目の光切断線画像データの撮像と、２フレーム目の光切断線画像データの探索処理と、１フレーム目の光切断線画像データの重心算出処理とが同時に行われている。

以後、期間Ｔ（ｎ）まで、現フレームの光切断線画像データの撮像と、１つ前のフレームの光切断線画像データの探索処理と、２つ前のフレームの光切断線画像データ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列分の最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂが算出される。

図１７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１７に示す縦軸は時間軸を示し、カメラ３１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３１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。また、図１７では、１フレームの光切断線画像データ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（ｑ）において、ウェハ７０が撮像され、ｑフレーム目の光切断線画像データが取得されている。次に、期間Ｔ（ｑ＋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ウェハ７０が撮像され、ｑ＋１フレーム目の光切断線画像データが取得されている。次に、期間Ｔ（ｑ＋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ウェハ７０が撮像され、ｑ＋２フレーム目の光切断線画像データが取得されている。

そして、期間Ｔ（ｑ）において、ｑ−１フレーム目の光切断線画像データに対し、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、ｑ−２フレーム目の光切断線画像データに対し、ｉ＝０〜４７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂが算出されている。

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

図１１に戻り、ステップＳ３において、第１断面形状算出部６４は、第１座標算出部３２により算出された光切断線ＣＬ１の座標から直交断面形状データを算出する。

第１断面形状算出部６４は、具体的には下記の処理により直交断面形状データを算出する。まず、１フレームの光切断線画像データから算出されたｉ個の最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂを取得する。つまり、１本の光切断線ＣＬ１の座標を取得する。

次に、重心座標ｙ＿ｓｕｂと、画素分解能βとを下記の式（８）に代入し、高さデータＺｈ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、直交断面形状データを算出する。

Ｚｈ（μｍ）＝β×ｙ＿ｓｕｂ×ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ＋φ） （８）
但し、θは光源１１の仰角を示し、φはカメラ３１の仰角を示す。また、カメラ３１の画素分解能βは既知である。

図１８は、直交断面形状データを算出する処理の説明図である。図１９は、光源１１とカメラ３１との設置状態を模式的に示した図である。図１８に示す四角形は光切断線画像データを示し、四角形内に示す太線は光切断線ＣＬ１を示している。

図１９に示すように、光源１１の光軸の仰角はＺ方向を基準としてθに設定され、カメラ３１の光軸の仰角はＺ方向を基準としてφに設定されている。そして、光源１１から照射された光がカメラ３１に入射する位置は、ウェハ７０の凹凸に応じて図１８に示すｙ座標上で前後することになる。よって、最大輝度の重心座標ｙ＿ｓｕｂを式（８）に代入することで、ウェハ７０の各位置における高さデータを求めることができる。つまり、１本の光切断線ＣＬ１に対応する直交断面形状データを求めることができる。

なお、画素分解能βは、図１８に示すように、光切断線画像データのｘ座標の長さをＭＬ（μｍ）、ｙ座標の長さを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、β＝ＮＬ／Ｎで表される。

第１断面形状算出部６４は、このような処理を全てのフレームの光切断線画像データに現れる光切断線ＣＬ１に対して実行する。本実施の形態ではｎ枚の光切断線画像データが取得されているため、ｎ個の直交断面形状データが得られる。

なお、図１９において、θ＋φは８０度以上が好ましく、より好ましくは８０度以上９０度以下であり、更に好ましくは９０度である。つまり、θ＋φは９０度に近づくほど好ましい。また、カメラ３１は、光源１１よりもウェハ７０に対する仰角が大きくなるように配置することが好ましい。これにより、光源１１〜１３はウェハ７０を斜め上方から照射し、カメラ３１はウェハ７０を真上付近から撮像することが可能となり、高分解能の高さデータを得ることが可能となる。また、光源２１とカメラ４１との関係も図１９に示す関係と同一である。

図１１に戻り、ステップＳ４において、カメラ４１は、ウェハ７０を撮像し、１枚の光切断面画像データを取得する。次に、第２座標算出部４２は、第１座標算出部３２と同様に探索処理を実行し、ステップＳ４で取得された光切断線画像データに現れた光切断線ＣＬ２の最大輝度画素を探索する（ステップＳ５）。ここで、光切断線ＣＬ２はＹ方向を向いているため、第２座標算出部４２はＸ方向と平行に複数のラインを設定し、各ラインにおいて輝度値が最大となる最大輝度画素を探索すればよい。

次に、第２座標算出部４２は、第１断面形状算出部６４と同様に重心算出処理を実行し、光切断線ＣＬ２の座標をサブピクセル単位で算出する（ステップＳ６）。ここで、光切断線ＣＬ２はＹ方向と平行であるため、光切断線ＣＬ２の座標はＸ方向に前後して現れる。

次に、第２断面形状算出部６５は、ステップＳ６で得られた光切断線ＣＬ２の座標（ｘ＿ｓｕｂ）を用いて、第１断面形状算出部６４と同様に、光切断線ＣＬ２の平行断面形状データを算出する（ステップＳ７）。

次に、三次元形状算出部６６は、平行断面形状データを用いてｎ個の直交断面形状データのそれぞれを補正し、ｎ個の補正直交断面形状データを求める（ステップＳ８）。なお、この処理の詳細については上述した。

次に、三次元形状算出部６６は、補正直交断面形状データをＹ方向に並べて配列し、ウェハ７０の全面の三次元形状を算出する。

このように、本測定装置によれば、平行断面形状データを用いて直交断面形状データを補正しているため、直交断面形状データに現れるオフセット成分のバラツキを除去することができる。

なお、上記説明では、平行断面形状データを１個又は２個用いて直交断面形状データを補正したが、これに限定されず、３個以上の平行断面形状データを用いても良い。この場合、光切断線ＣＬ２を３本以上照射すればよい。

但し、３個以上の平行断面形状データを用いた場合、式（５）に示す補間処理が煩雑となるため、２個の平行断面形状データを用いることが好ましい。

１０ 第１照射部
２０ 第２照射部
１１，２１ 光源
３０ 第１撮像ユニット
４０ 第２撮像ユニット
３１，４１ カメラ
３２ 第１座標算出部
４２ 第２座標算出部
５０ 搬送部
６０ 制御部
６１ 搬送制御部
６２ 照射制御部
６３ 撮像制御部
６４ 第１断面形状算出部
６５ 第２断面形状算出部
６６ 三次元形状算出部
７０ ウェハ

Claims (9)

1. ソーマークを有するウェハの三次元形状を測定する測定装置であって、
   前記ソーマークの長手方向に向けて前記ウェハを搬送する搬送部と、
   前記ウェハの搬送方向と直交する直交方向に光切断線を照射して前記ウェハを連続撮像し、複数の光切断線画像データを取得する第１画像取得部と、
   前記搬送方向と平行な平行方向に光切断線を照射して前記ウェハを撮像し、光切断線画像データを取得する第２画像取得部と、
   前記第１画像取得部により取得された各光切断線画像データに対して光切断法により前記ウェハの前記直交方向の断面形状データである直交断面形状データを複数算出する第１形状算出部と、
   前記第２画像取得部により取得された光切断線画像データから光切断法により前記ウェハの前記平行方向の断面形状データである平行断面形状データを算出する第２形状算出部と、
   前記搬送部の振動に起因して現れる、各直交断面形状データのオフセット成分のバラツキを、前記平行断面形状データを用いて除去して補正直交断面形状データを算出し、前記補正直交断面形状データを前記平行方向に配列して前記ウェハの全面の三次元形状データを算出する三次元形状算出部とを備える測定装置。
2. 前記三次元形状算出部は、前記平行断面形状データから、各直交断面形状データと前記平行断面形状データとの交差位置の高さデータを第１高さデータとして算出し、前記直交断面形状データから前記交差位置の高さデータを第２高さデータとして算出し、各交差位置において前記第１及び第２高さデータを等しくするオフセット値を算出し、算出したオフセット値に基づいて各直交断面形状データに対応する補正値を算出し、各直交断面形状データに対応する補正値を加算して、各補正直交断面形状データを算出する請求項１記載の測定装置。
3. 前記第２画像取得部は、前記ウェハに対して、前記平行方向に複数の光切断線を照射し、
   前記第２形状算出部は、複数の光切断線のそれぞれに対する前記平行断面形状データを算出し、
   前記三次元形状算出部は、前記平行方向の位置が同じである前記交差位置のオフセット値を線形補間することで、各直交断面形状データに対応する補正値を算出する請求項２記載の測定装置。
4. 前記第１、第２画像取得部は、
   前記ウェハに対して斜め上方から光切断線を照射する照射部と、
   前記照射部よりも前記ウェハとの仰角が大きくなるように配置され、前記ウェハを上側から撮像する撮像部とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。
5. 前記照射部の光軸及び前記撮像部の光軸のなす角度は、８０度以上である請求項４記載の測定装置。
6. 前記第１、第２画像取得部は、前記搬送部による前記ウェハの搬送経路に設けられた１つの測定領域にそれぞれ波長の異なる光を用いて光切断線を照射する請求項４又は５記載の測定装置。
7. 前記第１画像取得部は、前記搬送部による前記ウェハの搬送経路に設けられた第１測定領域を撮像して前記直交光切断線画像データを取得し、
   前記第２画像取得部は、前記第１測定領域とは別に前記搬送経路に設けられた第２測定を撮像して前記平行光切断線画像データを取得する請求項１〜６のいずれかに記載の測定装置。
8. 前記第１形状算出部及び前記第２形状算出部は、それぞれ、前記光切断線画像データにおいて、前記光切断線の長手方向に直交する複数のラインを設定し、各ラインにおいて輝度値が最大となる最大輝度画素を探索し、探索した最大輝度画素の輝度値と、前記最大輝度画素と同一ラインの周辺画素の輝度値とを用いて、各ラインの輝度値の重心座標を小数点付きで算出し、算出した各ラインの重心座標を前記光切断線を示す座標として算出する請求項１〜７のいずれかに記載の測定装置。
9. 前記第１形状算出部は、前記第１画像取得部による前記ウェハの連続撮像処理と並行して、前記直交断面形状データを算出する処理を実行する請求項１〜８のいずれかに記載の測定装置。