JP2013096859A - Height measuring apparatus and height measuring method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology with which the height of each position of a sample having a mirror surface property can be determined accurately.SOLUTION: An imaging section 2 captures a sample image that is an image of a sample S, for example, at a predetermined frame rate. A spectrum extraction section extracts spectrums from sample images captured sequentially by the imaging section 2 and determines deviation w(x) of the spectrums with respect to a reference spectrum indicating predetermined reference height and reference inclination. A height calculation section sequentially calculates a height d(x) of the sample S from the reference height by substituting the deviation w(x) of the spectrums extracted by the spectrum extraction section to w(x)=2L×(d/dx)×d(x)+2sinθ×d(x).

Description

本発明は、試料の形状分布を測定する技術であり、特に半導体基板の凹凸、圧延材の歪による凹凸などを測定する記述に関するものである。   The present invention is a technique for measuring the shape distribution of a sample, and particularly relates to a description for measuring unevenness of a semiconductor substrate, unevenness due to distortion of a rolled material, and the like.

近年、実装部品の上面に光ビームを照射し、実装部品からの正反射光をスクリーンに投影し、スポット光を観測し、スポット光の位置の変化に基づいて実装部品の高さを測定する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。そして、特許文献1では、測定した高さが基準高さと一致しない場合、実装部品の高さの公称値を用いて、測定位置をずらす技術が開示されている。   In recent years, a technology that irradiates the top surface of a mounted component with a light beam, projects specularly reflected light from the mounted component onto a screen, observes spot light, and measures the height of the mounted component based on changes in the position of the spot light Is disclosed (for example, Patent Document 1). And in patent document 1, when the measured height does not correspond with a reference | standard height, the technique which shifts a measurement position using the nominal value of the height of a mounted component is disclosed.

しかしながら、特許文献1の手法では、実装部品の高さの公称値を予め取得しておく必要があり、公称値が未知の部品については高さを測定することができないという問題がある。   However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to previously acquire the nominal value of the height of the mounted component, and there is a problem that the height cannot be measured for a component whose nominal value is unknown.

特許文献2には、板材に写った棒状光源の虚像をX座標及びY座標で規定される各ブロックに分割し、2値化処理を行い、輝線の各分割領域のデータに基づき、輝線の形態に適応した関数式(Y=a0+a1X+a2X+a3X+a4X+a5X+a6X)を設定する。そして、この関数式を用いて輝線の各分割領域のX方向位置を求め、輝線を関数式で近似し、輝線の検出精度の向上を図る技術が開示されている。 In Patent Document 2, a virtual image of a rod-shaped light source reflected on a plate material is divided into blocks defined by X and Y coordinates, binarization processing is performed, and the form of bright lines is determined based on data of each divided area of bright lines. adaptively set the function expression (Y = a0 + a1X + a2X 2 + a3X 3 + a4X 4 + a5X 5 + a6X 6) to. A technique for improving the detection accuracy of the bright line by obtaining the X-direction position of each divided region of the bright line using this functional formula and approximating the bright line with the functional formula is disclosed.

しかしながら、特許文献2では、試料に凹凸がある場合、棒状光源の虚像が曲がって観測され、試料の凹凸を精度良く検出することができないという問題がある。   However, Patent Document 2 has a problem that when the sample has irregularities, the virtual image of the rod-shaped light source is bent and observed, and the irregularities of the sample cannot be detected with high accuracy.

特許文献3には、下記の技術が開示されている。まず、搬送されているアルミ圧延板の鏡面反射光をカメラにより連続撮像し、アルミ圧延板の凹凸を示す高輝度部を含むフレーム画像データを順次に取得する。このフレーム画像データは、圧延板の凹凸がY座標で示され、圧延板の幅方向がX座標で示されている。そして、各X座標について、連続する複数のフレーム画像データでの高輝度部のY座標の差を求め、高輝度部のY座標の最大差を特定し、特定した最大差が所定の値より大きい場合、該当するX座標の1ライン上に凹凸が存在すると判定する技術が開示されている。   Patent Document 3 discloses the following technique. First, the specular reflection light of the aluminum rolled plate being conveyed is continuously imaged by a camera, and frame image data including a high-intensity portion showing the unevenness of the aluminum rolled plate is sequentially acquired. In this frame image data, the unevenness of the rolled plate is indicated by the Y coordinate, and the width direction of the rolled plate is indicated by the X coordinate. Then, for each X coordinate, the difference in the Y coordinate of the high luminance portion in a plurality of continuous frame image data is obtained, the maximum difference in the Y coordinate of the high luminance portion is specified, and the specified maximum difference is greater than a predetermined value In this case, a technique for determining that there is unevenness on one line of the corresponding X coordinate is disclosed.

特開2010−140932号公報JP 2010-140932 A 特開平6−94439号公報JP-A-6-94439 特開2010−139455号公報JP 2010-139455 A

しかしながら、特許文献3の手法では、単に、高さの変化が一定以上であるX座標を特定し、そのX座標上に凹凸が存在するか否かを判定しているにすぎず、圧延板の各位置の高さを求めるものではない。   However, in the method of Patent Document 3, the X coordinate whose height change is a certain level or more is simply specified, and it is determined whether or not there is unevenness on the X coordinate. It does not determine the height of each position.

本技術の目的は、鏡面性を持つ試料の各位置の高さを正確に求めることができる技術を提供することである。   The objective of this technique is to provide the technique which can obtain | require accurately the height of each position of the sample which has specularity.

(1)本発明による高さ測定装置は、鏡面性を有する試料を搬送する搬送部と、前記試料に拡散光を照射する光源と、前記光源により照射された試料からの鏡面反射光を受光し、前記鏡面反射光を示す輝線を含む試料画像を順次に撮像する撮像部と、前記撮像部により順次に撮像された試料画像から輝線を抽出し、所定の基準高さ及び基準傾きを示す基準輝線に対する各輝線のずれを求める輝線抽出部と、前記基準高さからの前記試料の高さに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す高さずれ成分と、前記基準傾きからの前記試料の傾きに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す傾きずれ成分との一次結合で前記基準輝線に対する前記輝線のずれを表す方程式に、前記輝線抽出部により抽出された輝線のずれを代入することで、前記試料の高さを順次に算出する高さ算出部とを備えている。   (1) A height measuring apparatus according to the present invention receives a specularly reflected light from a sample irradiated by the light source, a light source that irradiates the sample with a diffused light, a conveyance unit that conveys the sample having specularity. An imaging unit that sequentially captures a sample image including a bright line that indicates the specular reflection light, and a reference bright line that extracts a bright line from the sample image sequentially captured by the imaging unit and indicates a predetermined reference height and reference inclination A bright line extraction unit for obtaining a shift of each bright line with respect to the height, a height shift component indicating a shift of the bright line from the reference bright line based on the height of the sample from the reference height, and the sample from the reference tilt Substituting the deviation of the bright line extracted by the bright line extraction unit into an equation representing the deviation of the bright line with respect to the reference bright line by a linear combination with an inclination shift component indicating the deviation of the bright line from the reference bright line based on the tilt. , And a height calculation unit for sequentially calculating the height of the sample.

この構成によれば、搬送されている試料を連続撮像することで、正反射光を示す輝線を含む試料画像が順次に取得される。そして、基準高さからの試料の高さに基づく基準輝線からの輝線のずれを示す高さずれ成分と、基準傾きからの試料の傾きに基づく基準輝線からの輝線のずれを示す傾きずれ成分との一次結合によって基準輝線に対する輝線のずれを表す方程式を用いて試料の高さが求められている。そのため、鏡面性を持つ試料の高さを精度良く求めることができる。   According to this structure, the sample image containing the bright line which shows regular reflection light is sequentially acquired by imaging continuously the sample currently conveyed. And a height deviation component indicating deviation of the bright line from the reference bright line based on the height of the sample from the reference height, and an inclination deviation component indicating deviation of the bright line from the reference bright line based on the inclination of the sample from the reference inclination. The height of the sample is obtained by using an equation representing the deviation of the bright line from the reference bright line by the linear combination of. Therefore, the height of the sample having specularity can be obtained with high accuracy.

また、搬送されている試料が連続撮像されているため、試料の搬送方向における各位置の高さを順次に求めることができ、試料の表面形状を求めることができる。   Further, since the sample being transported is continuously imaged, the height of each position in the sample transport direction can be determined sequentially, and the surface shape of the sample can be determined.

(2)前記高さずれ成分は、2sinθ・d(x)で表され、前記傾きずれ成分は、2L・(d/dx)・d(x)で表され、前記方程式は、w=2L・(d/dx)・d(x)+2sinθ・d(x)で表されることが好ましい。   (2) The height deviation component is represented by 2 sin θ · d (x), the inclination deviation component is represented by 2L · (d / dx) · d (x), and the equation is expressed as w = 2L · (D / dx) · d (x) +2 sin θ · d (x) is preferable.

但し、xは前記搬送方向に対する前記試料の測定位置を示し、w(x)は前記基準輝線からの輝線のずれを示し、Lは前記鏡面反射光の光路長であり、d(x)は前記基準高さからの前記試料の高さを示し、(d/dx)・d(x)は前記基準傾きからの前記試料の傾きを示し、θは前記鏡面反射光の反射角を示す。   Where x represents the measurement position of the sample with respect to the transport direction, w (x) represents the deviation of the bright line from the reference bright line, L represents the optical path length of the specular reflected light, and d (x) represents the above The height of the sample from the reference height is indicated, (d / dx) · d (x) indicates the inclination of the sample from the reference inclination, and θ indicates the reflection angle of the specular reflection light.

この構成によれば、基準輝線に対する輝線のずれw(x)を代入し、d(x)について方程式を解くことで、位置xにおける高さd(x)を求めることができる。   According to this configuration, the height d (x) at the position x can be obtained by substituting the deviation w (x) of the bright line with respect to the reference bright line and solving the equation for d (x).

(3)前記試料は、筋状の凹凸を持ち、前記光源は、長手方向が前記試料の凹凸の長手方向と直行するように配置された棒状光源であることが好ましい。   (3) It is preferable that the sample has streak-like unevenness, and the light source is a rod-shaped light source arranged so that a longitudinal direction thereof is perpendicular to a longitudinal direction of the unevenness of the sample.

この構成によれば、棒状光源の長手方向が試料の凹凸の長手方向と直交するように配置されているため、例えば、太陽電池ウェハやアルミ圧延材等の筋状の凹凸を持つ試料に鏡面性を持たせることができる。   According to this configuration, since the longitudinal direction of the rod-shaped light source is arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the unevenness of the sample, for example, a specularity is applied to a sample having streaky unevenness such as a solar cell wafer or an aluminum rolled material. Can be given.

(4)前記基準輝線は、初期の測定位置における前記試料の輝線であることが好ましい。   (4) The reference bright line is preferably the bright line of the sample at the initial measurement position.

この構成によれば、初期位置の輝線が基準輝線とされるため、試料とは別の基準試料を別途用いて初期位置の輝線を測定することなく、基準輝線を得ることができる。   According to this configuration, since the bright line at the initial position is set as the reference bright line, the reference bright line can be obtained without using the reference sample different from the sample and measuring the bright line at the initial position.

(5)前記試料に対して光切断線を照射するレーザ光源と、前記レーザ光源により照射された光切断線を前記撮像部で撮像し、得られた光切断線画像に基づき、前記試料の幅方向の初期の各測定位置の高さを算出する基準高さ算出部とを更に備え、前記高さ算出部は、前記基準高さ算出部により算出された初期の各測定位置の高さを用いて前記試料の各位置の高さの測定位置を算出することが好ましい。   (5) A laser light source for irradiating the sample with a light cutting line, and a light cutting line irradiated by the laser light source is imaged by the imaging unit, and the width of the sample is obtained based on the obtained light cutting line image A reference height calculation unit that calculates the height of each initial measurement position in the direction, and the height calculation unit uses the height of each initial measurement position calculated by the reference height calculation unit. It is preferable to calculate the measurement position of the height of each position of the sample.

この構成によれば、(1)に示す方程式を解く際に必要となる初期値を得ることができ、試料の高さを精度良く求めることができる。また、試料の幅方向の初期の各測定位置の高さを得ることができ、以後、この初期の高さを用いて幅方向の各位置に対する搬送方向の各位置の高さを求めることができ、試料の幅方向の相対的な高さの差異を考慮に入れて試料の高さを算出することができる。   According to this configuration, an initial value required when solving the equation shown in (1) can be obtained, and the height of the sample can be obtained with high accuracy. In addition, the height of each initial measurement position in the width direction of the sample can be obtained, and thereafter, the height of each position in the transport direction with respect to each position in the width direction can be obtained using this initial height. The height of the sample can be calculated in consideration of the relative height difference in the width direction of the sample.

本発明によれば、搬送されている試料を連続撮像することで、正反射光を示す輝線を含む試料画像が順次に取得される。そして、基準高さからの試料の高さに基づく基準輝線からの輝線のずれを示す高さずれ成分と、基準傾きからの試料の傾きに基づく基準輝線からの輝線のずれを示す傾きずれ成分との一次結合によって基準輝線に対する輝線のずれを表す方程式を用いて試料の高さが求められている。そのため、鏡面性を持つ試料の高さを精度良く求めることができる。   According to the present invention, sample images including bright lines indicating specularly reflected light are sequentially acquired by continuously imaging the sample being conveyed. And a height deviation component indicating deviation of the bright line from the reference bright line based on the height of the sample from the reference height, and an inclination deviation component indicating deviation of the bright line from the reference bright line based on the inclination of the sample from the reference inclination. The height of the sample is obtained by using an equation representing the deviation of the bright line from the reference bright line by the linear combination of. Therefore, the height of the sample having specularity can be obtained with high accuracy.

また、搬送されている試料を連続撮像されているため、試料の搬送方向における各位置の高さを順次に求めることができ、試料の表面形状を示すデータを得ることができる。   Further, since the sample being transported is continuously imaged, the height of each position in the sample transport direction can be obtained sequentially, and data indicating the surface shape of the sample can be obtained.

本発明の実施の形態による高さ測定装置の全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of the height measuring device by an embodiment of the invention. 試料画像の一例を示した図であり、(A)は試料が平坦な場合の試料画像を示し、(B)は試料に凹凸がある場合の試料画像を示している。It is the figure which showed an example of a sample image, (A) has shown the sample image when a sample is flat, (B) has shown the sample image when a sample has an unevenness | corrugation. 本発明の原理を説明するための図であり、図1において、試料をj軸方向から見た図である。It is a figure for demonstrating the principle of this invention, and is the figure which looked at the sample from the j-axis direction in FIG. 図1に示す高さ測定装置のブロック図である。It is a block diagram of the height measuring apparatus shown in FIG. 光切断法を用いて初期の高さを算出する場合の高さ測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the height measurement apparatus in the case of calculating initial height using a light cutting method. x軸方向視におけるレーザ光源5と試料Sとの位置関係を示した図である。It is the figure which showed the positional relationship of the laser light source 5 and the sample S in the x-axis direction view. 本発明の実施の形態による高さ測定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the height measuring apparatus by embodiment of this invention.

図1は、本発明の実施の形態による高さ測定装置の全体構成図である。図1に示すように高さ測定装置は、光源1、撮像部2、及び搬送部3を備えている。試料Sは筋状の凹凸を持つ鏡面性を有する板材により構成されている。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a height measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the height measuring device includes a light source 1, an imaging unit 2, and a transport unit 3. The sample S is made of a plate material having specularity with streaky irregularities.

また、試料Sとして、筋状の凹凸を周期的に持つ平板状の物体を採用することができる。具体的には、試料Sとして、円筒状のインゴットを長手方向に直行する方向に切断することで得られた太陽電池ウェハや、アルミを圧延して得られた圧延材を採用することができる。圧延材は圧延する際に筋状の圧延疵が一定方向に向けて形成される。また、太陽電池ウェハはインゴットを切断する際にソーマークと呼ばれる筋状の凹凸が一定方向に向けて形成される。本実施の形態では、このような、筋状の凹凸を持つ試料Sを測定対象としている。そして、試料Sは筋状の凹凸の長手方向が搬送方向Aとほぼ平行になるように配置されている。   Further, as the sample S, a flat plate-like object having periodic streak irregularities can be adopted. Specifically, as the sample S, a solar cell wafer obtained by cutting a cylindrical ingot in a direction orthogonal to the longitudinal direction, or a rolled material obtained by rolling aluminum can be employed. When the rolled material is rolled, a streak-shaped rolling bar is formed in a certain direction. Further, when a solar cell wafer is cut into an ingot, streaky irregularities called saw marks are formed in a certain direction. In the present embodiment, the sample S having such streak-like irregularities is the measurement target. The sample S is arranged so that the longitudinal direction of the streaky irregularities is substantially parallel to the transport direction A.

以下の説明では、試料Sの主面に直交する高さ方向にy軸を設定し、搬送方向Aと平行な方向にx軸を設定し、x方向及びy方向のそれぞれに直交する試料Sの幅方向にj軸を設定する。   In the following description, the y-axis is set in the height direction orthogonal to the main surface of the sample S, the x-axis is set in the direction parallel to the transport direction A, and the sample S orthogonal to the x direction and the y direction is set. Set the j-axis in the width direction.

光源1は、試料Sを真上から見た場合、長手方向が試料Sの搬送方向Aに直行するように、つまり、j軸方向を向くように配置された棒状光源で構成され、試料Sに対し、拡散光を照射する。具体的には光源1としては、蛍光灯が採用されている。ここで、光源1の長手方向の長さとしては、例えば、試料Sの幅方向の全域に対して拡散光を照射することができる長さを持つことが好ましく、具体的には、試料Sの幅方向よりも長い長さを持つことが好ましい。   The light source 1 is composed of a rod-shaped light source arranged so that the longitudinal direction is perpendicular to the transport direction A of the sample S when the sample S is viewed from directly above, that is, the j-axis direction. On the other hand, diffuse light is irradiated. Specifically, a fluorescent lamp is adopted as the light source 1. Here, as the length of the light source 1 in the longitudinal direction, for example, it is preferable to have a length capable of irradiating diffused light to the entire region in the width direction of the sample S. It is preferable to have a length longer than the width direction.

撮像部2は、例えば所定のフレームレートで、試料Sの画像である試料画像を撮像する動画カメラにより構成されている。ここで、撮像部2は、光源1から照射された光L1の鏡面反射光L2を受光する。また、撮像部2は、レンズ及び受光素子(図略)を備え、受光素子はレンズを介して鏡面反射光L2を受光する。   The imaging unit 2 includes a moving image camera that captures a sample image that is an image of the sample S at a predetermined frame rate, for example. Here, the imaging unit 2 receives the specular reflection light L2 of the light L1 emitted from the light source 1. The imaging unit 2 includes a lens and a light receiving element (not shown), and the light receiving element receives the specular reflection light L2 via the lens.

ここで、光源1と撮像部2とは、図3に示すように、x軸方向のある測定位置である位置x及び光源1間の距離と、位置x及び撮像部2間の距離とが共にLとなるように配置されている。また、位置xにおける試料Sの法線H1と撮像部2とのなす角と、法線H1と光源1とのなす角とは共にθであり等しい。   Here, as shown in FIG. 3, the light source 1 and the imaging unit 2 have both a distance x between the measurement position in the x-axis direction and the distance between the light sources 1 and a distance between the position x and the imaging unit 2. It arrange | positions so that it may become L. Further, the angle formed between the normal line H1 of the sample S and the imaging unit 2 at the position x and the angle formed between the normal line H1 and the light source 1 are both θ and equal.

したがって、撮像部2は、光L1の位置xにおける鏡面反射光L2が輝線として表された試料画像、つまり、光源1の試料Sに対する鏡像1’が輝線として表われた試料画像を得ることができる。   Therefore, the imaging unit 2 can obtain a sample image in which the specular reflection light L2 at the position x of the light L1 is represented as a bright line, that is, a sample image in which the mirror image 1 ′ of the light source 1 with respect to the sample S is represented as a bright line. .

なお、本実施の形態では、各測定位置は、j軸上に一定の間隔で配置された複数の座標と、x軸上に一定の間隔で配置された複数の座標とによって規定されている。つまり、測定位置はj−x平面おいてマトリックス状に分布している。よって、試料Sの主面の全域の高さを得ることができる。   In the present embodiment, each measurement position is defined by a plurality of coordinates arranged at regular intervals on the j-axis and a plurality of coordinates arranged at regular intervals on the x-axis. That is, the measurement positions are distributed in a matrix on the jx plane. Therefore, the height of the entire main surface of the sample S can be obtained.

図1に戻り、搬送部3は複数の搬送ローラ31により構成される。図1では、3つの搬送ローラ31が示されているが、これは一例であり、4,5,6つ以上であってもよく、試料Sを搬送方向Aに沿ってがたつくことなく搬送するために搬送ローラ31の間隔は試料Sのx方向の長さよりも短いことが好ましい。   Returning to FIG. 1, the transport unit 3 includes a plurality of transport rollers 31. In FIG. 1, three transport rollers 31 are shown, but this is an example, and may be 4, 5, 6 or more, in order to transport the sample S along the transport direction A without rattling. Further, it is preferable that the interval between the transport rollers 31 is shorter than the length of the sample S in the x direction.

搬送ローラ31の上側には試料Sが載置され、図略のモータによって搬送ローラ31が回転駆動され、試料Sが搬送される。ここで、搬送部3は、搬送方向Aに向けて一定の速度で試料Sを搬送する。そして、試料Sは搬送方向Aに向けて一定速度で搬送されながら撮像部2によって一定のフレームレートで撮像される。そのため、一定の周期で試料画像が順次に取得される。   The sample S is placed on the upper side of the transport roller 31, and the transport roller 31 is rotationally driven by a motor (not shown) to transport the sample S. Here, the transport unit 3 transports the sample S at a constant speed in the transport direction A. The sample S is imaged at a constant frame rate by the imaging unit 2 while being conveyed at a constant speed in the conveyance direction A. Therefore, sample images are sequentially acquired at a constant cycle.

図2は、試料画像の一例を示した図であり、(A)は試料Sが平坦な場合の試料画像G1を示し、(B)は試料Sに凹凸がある場合の試料画像G1を示している。   2A and 2B are diagrams showing an example of a sample image. FIG. 2A shows a sample image G1 when the sample S is flat, and FIG. 2B shows a sample image G1 when the sample S has irregularities. Yes.

図2(A)、(B)において、i軸は試料画像G1の垂直座標を示し、j軸は試料画像G1の水平座標を示している。なお、j軸は図1に示すj軸に対応しており、試料Sの幅方向を示している。図2(A)では、試料Sのj軸方向の形状が地表面に対して平行であり平坦である。そのため、図2(A)の試料画像G1において輝線KLはj軸と平行に現れている。   2A and 2B, the i-axis indicates the vertical coordinate of the sample image G1, and the j-axis indicates the horizontal coordinate of the sample image G1. The j axis corresponds to the j axis shown in FIG. 1 and indicates the width direction of the sample S. In FIG. 2A, the shape of the sample S in the j-axis direction is parallel to the ground surface and is flat. Therefore, the bright line KL appears in parallel with the j-axis in the sample image G1 in FIG.

一方、図2(B)の試料画像G1において、輝線KLはj軸の中央付近で突出している。そのため、図2(B)の試料画像G1ではj軸の中央に向かうにつれてi軸の値が徐々に増大し、凸形状を有している。   On the other hand, in the sample image G1 in FIG. 2B, the bright line KL protrudes near the center of the j-axis. Therefore, in the sample image G1 in FIG. 2B, the i-axis value gradually increases toward the center of the j-axis, and has a convex shape.

図4は、図1に示す高さ測定装置のブロック図である。図4に示すように高さ測定装置は光源1、撮像部2、搬送部3、制御部4、及びレーザ光源5を備えている。制御部4は、例えばマイクロコントローラにより構成され、搬送制御部41、光源制御部42、輝線抽出部43、高さ算出部44、及び基準高さ算出部45を備えている。   FIG. 4 is a block diagram of the height measuring apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 4, the height measuring device includes a light source 1, an imaging unit 2, a transport unit 3, a control unit 4, and a laser light source 5. The control unit 4 includes, for example, a microcontroller, and includes a conveyance control unit 41, a light source control unit 42, a bright line extraction unit 43, a height calculation unit 44, and a reference height calculation unit 45.

搬送制御部41は、搬送部3を制御するものであり、例えば、搬送ローラ31を駆動するモータに制御信号を出力し、モータを駆動させて搬送ローラ31を駆動する。ここで、搬送制御部41は、例えば、オペレータにより測定開始ボタンが押されることで、搬送部3の駆動を開始させる。   The conveyance control unit 41 controls the conveyance unit 3. For example, the conveyance control unit 41 outputs a control signal to a motor that drives the conveyance roller 31, and drives the motor to drive the conveyance roller 31. Here, the conveyance control unit 41 starts driving of the conveyance unit 3 by pressing a measurement start button by an operator, for example.

光源制御部42は、光源1に駆動信号を供給して光源1を点灯させるものであり、例えば測定開始ボタンが押されることで、光源1の点灯を開始させる。   The light source control unit 42 supplies a drive signal to the light source 1 to turn on the light source 1. For example, when the measurement start button is pressed, the light source 1 is turned on.

輝線抽出部43は、撮像部2により順次に撮像された試料画像G1から輝線KLを抽出し、所定の基準高さ及び基準傾きを示す基準輝線KL_0に対する各輝線KLのずれを求める。ここで、輝線抽出部43は、例えば、図2(A)に示すように、試料画像G1に対し、i軸と平行に注目ラインCL(j)を設定し、注目ラインCL(j)上において、最も輝度の高い画素gmax(j)を探索する。注目ラインCL(j)の探索が終了すると、次に、jを1インクリメントして、次の注目ラインCL(j)において最も輝度の高い画素gmax(j)を探索する。そして、この探索をj=0からj=Jまで、jを1ずつ増大させながら、各注目ラインCL(i)に対して繰り返し実行する。そして、gmax(0)〜gmax(J)からなる画素群を輝線KLとして抽出する。つまり、輝線抽出部43は、1枚の試料画像G1から1本の輝線KLを抽出する。なお、Jはj軸上における試料Sの測定位置の最大値を示している。   The bright line extraction unit 43 extracts the bright line KL from the sample image G1 sequentially picked up by the image pickup unit 2, and obtains the deviation of each bright line KL from the reference bright line KL_0 indicating a predetermined reference height and reference inclination. Here, for example, as shown in FIG. 2A, the bright line extraction unit 43 sets a target line CL (j) parallel to the i-axis for the sample image G1, and on the target line CL (j). The pixel gmax (j) having the highest luminance is searched. When the search for the target line CL (j) is completed, j is incremented by 1, and the pixel gmax (j) having the highest luminance in the next target line CL (j) is searched. Then, this search is repeatedly executed for each target line CL (i) from j = 0 to j = J while increasing j by 1. Then, a pixel group composed of gmax (0) to gmax (J) is extracted as the bright line KL. That is, the bright line extraction unit 43 extracts one bright line KL from one sample image G1. J indicates the maximum value of the measurement position of the sample S on the j-axis.

この場合、最も輝度の高い画素gmax(j)をサブピクセル単位で探索してもよい。具体的には、注目ラインCL(j)に配列された各画素の輝度を例えばスプライン補間等の補間処理を用いて補間することで、注目ラインCL(j)の輝度の曲線を求め、この曲線の重心のi座標を例えば小数点第1位まで求め、画素gmax(j)として探索すればよい。   In this case, the pixel gmax (j) having the highest luminance may be searched for in subpixel units. Specifically, the luminance curve of the target line CL (j) is obtained by interpolating the luminance of each pixel arranged in the target line CL (j) using an interpolation process such as spline interpolation. For example, the i coordinate of the center of gravity may be obtained up to the first decimal place and searched as the pixel gmax (j).

そして、輝線抽出部43は、基準輝線KL_0に対する輝線KLのずれを求める。図3に示すように、上側の試料Sがずれる前の試料Sを示し、下側の試料Sがy軸に沿って下側にd(x)ずれた後の試料Sを示している。ずれる前の試料Sに光L1を照射したときに試料画像に現れる輝線KLを基準輝線KL_0とする。本実施の形態では、基準輝線KL_0としてはx=0の初期の測定位置における輝線KLを採用する。また、基準高さはx=0の試料Sの高さを示し、基準傾きはx=0の試料Sの傾きを示す。   Then, the bright line extraction unit 43 obtains the deviation of the bright line KL from the reference bright line KL_0. As shown in FIG. 3, the sample S before the upper sample S is shifted is shown, and the sample S after the lower sample S is shifted downward by d (x) along the y axis is shown. A bright line KL that appears in the sample image when the sample S before being irradiated with the light L1 is defined as a reference bright line KL_0. In the present embodiment, the bright line KL at the initial measurement position where x = 0 is adopted as the reference bright line KL_0. The reference height indicates the height of the sample S with x = 0, and the reference inclination indicates the inclination of the sample S with x = 0.

そして、輝線抽出部43は、基準輝線KL_0のあるj(=0〜J)におけるi軸の値をi_KL_0(j)とし、輝線KLのあるjにおけるi軸の値をi_KL(j)とすると、i_KL(j)−i_KL_0(j)を基準輝線KL_0に対する輝線KLのずれw(x)として求める。つまり、輝線抽出部43は、基準輝線KL_0及び輝線KLにおいて、jを同じとするi軸の値の差分をとることで、基準輝線KL_0に対する輝線KLのずれを求める。これにより、高さ算出部44は、jにより規定される幅方向の各位置における高さd(x)を求めることになる。   Then, the bright line extraction unit 43 sets i_KL_0 (j) as the i-axis value at j (= 0 to J) with the reference bright line KL_0, and i_KL (j) as the i-axis value at j with the bright line KL. i_KL (j) -i_KL_0 (j) is obtained as a shift w (x) of the bright line KL with respect to the reference bright line KL_0. In other words, the bright line extraction unit 43 obtains the deviation of the bright line KL from the reference bright line KL_0 by taking the difference of the i-axis values with the same j in the reference bright line KL_0 and the bright line KL. Thereby, the height calculation unit 44 obtains the height d (x) at each position in the width direction defined by j.

高さ算出部44は、基準高さからの試料Sの高さに基づく基準輝線KL_0からの輝線KLのずれを示す高さずれ成分と、基準傾きからの試料Sの傾きに基づく基準輝線KL_0からの輝線KLのずれを示す傾きずれ成分との一次結合で基準輝線KL_0に対する輝線KLのずれを表す方程式に、輝線抽出部43により抽出された輝線KLのずれを代入することで、試料Sの高さd(x)を順次に算出する。   The height calculation unit 44 includes a height deviation component indicating a deviation of the bright line KL from the reference bright line KL_0 based on the height of the sample S from the reference height, and a reference bright line KL_0 based on the inclination of the sample S from the reference inclination. By substituting the deviation of the bright line KL extracted by the bright line extraction unit 43 into an equation representing the deviation of the bright line KL with respect to the reference bright line KL_0 by linear combination with the inclination deviation component indicating the deviation of the bright line KL of the sample S, The length d (x) is calculated sequentially.

具体的には、高さずれ成分は2sinθ・d(x)で表され、傾きずれ成分は2L・φ(x)で表され、方程式は式(1)で表される。   Specifically, the height deviation component is represented by 2 sin θ · d (x), the inclination deviation component is represented by 2L · φ (x), and the equation is represented by Expression (1).

w(x)=2L・φ(x)+2sinθ・d(x) (1)
但し、w(x)は基準輝線KL_0からの輝線KLのずれを示し、Lは鏡面反射光L2の光路長を示し、d(x)は基準高さからの試料Sの高さを示し、φ(x)は基準傾きからの試料Sの傾きを示し、θは鏡面反射光L2の反射角を示す。
w (x) = 2L · φ (x) +2 sin θ · d (x) (1)
Where w (x) indicates the deviation of the bright line KL from the reference bright line KL_0, L indicates the optical path length of the specular reflected light L2, d (x) indicates the height of the sample S from the reference height, and φ (X) indicates the inclination of the sample S from the reference inclination, and θ indicates the reflection angle of the specular reflection light L2.

図3は、本発明の原理を説明するための図であり、図1において、試料Sをj軸方向から見た図である。試料Sが光L1を鏡面反射する場合、撮像部2では光源1の鏡像1’が、試料画像G1における輝線KLとして現れる。   FIG. 3 is a view for explaining the principle of the present invention, and is a view of the sample S viewed from the j-axis direction in FIG. When the sample S specularly reflects the light L1, in the imaging unit 2, the mirror image 1 'of the light source 1 appears as a bright line KL in the sample image G1.

以下、試料Sが平坦であるものとして、輝線KLのずれw(x)と、基準傾きからの試料Sの傾きφ(x)と、基準高さからの試料Sの高さd(x)との関係を説明する。   Hereinafter, assuming that the sample S is flat, the deviation w (x) of the bright line KL, the inclination φ (x) of the sample S from the reference inclination, and the height d (x) of the sample S from the reference height The relationship will be described.

鏡像1’は、光源1を試料Sに対して線対称に折り返した位置に位置している。試料Sがy軸に沿って距離d(x)だけ下に変化した場合、鏡像1’はy軸に沿って2d(x)だけ下に移動したように観測される。そのため、鏡面反射光L2と直交する方向における鏡像1’の変化は2sinθ・dと表すことができる。したがって、試料Sがy軸に沿って距離d(x)だけ下に変化した場合の撮像部2で観測される鏡像1’のずれw(x)、つまり、高さずれ成分は2sinθ・dとなる。   The mirror image 1 ′ is located at a position where the light source 1 is folded back symmetrically with respect to the sample S. When the sample S changes down by a distance d (x) along the y axis, the mirror image 1 'is observed as if it moved down by 2d (x) along the y axis. Therefore, the change of the mirror image 1 ′ in the direction orthogonal to the specular reflection light L <b> 2 can be expressed as 2 sin θ · d. Therefore, the deviation w (x) of the mirror image 1 ′ observed by the imaging unit 2 when the sample S changes along the y axis by the distance d (x), that is, the height deviation component is 2 sin θ · d. Become.

一方、試料Sが位置xを中心にφだけ傾いたとすると、鏡像1’はφが小さいとき、撮像部2において近似的に2L・φだけ回転したように観測される。そのため、鏡面反射光L2と直交する方向における鏡像1’のずれは2L・φと表すことができる。よって、傾きずれ成分は2L・φによって表される。   On the other hand, if the sample S is tilted by φ around the position x, the mirror image 1 ′ is observed as if it is rotated approximately 2L · φ in the imaging unit 2 when φ is small. Therefore, the deviation of the mirror image 1 ′ in the direction orthogonal to the specular reflection light L <b> 2 can be expressed as 2L · φ. Therefore, the tilt deviation component is represented by 2L · φ.

以上より、位置xにおける輝線KLのずれw(x)は、高さずれ成分と傾きずれ成分との一次結合によって表される。したがって、x=0における高さd(0)の値である初期値が分かれば、以降、基準輝線KL_0に対する各輝線KLのずれw(x)から基準高さに対する試料Sの高さd(x)を順次に算出することができる。   As described above, the shift w (x) of the bright line KL at the position x is expressed by a linear combination of the height shift component and the tilt shift component. Therefore, if the initial value that is the value of the height d (0) at x = 0 is known, the height d (x) of the sample S relative to the reference height from the deviation w (x) of each bright line KL with respect to the reference bright line KL_0. ) Can be calculated sequentially.

ここで、試料Sはx方向に移動するため、凹凸の影響を受け、輝線KLのずれw(x)の値が変化する。よって、輝線KLのずれw(x)が分かれば基準高さからの試料Sの高さd(x)を求めることができる。   Here, since the sample S moves in the x direction, the value of the deviation w (x) of the bright line KL changes due to the influence of the unevenness. Therefore, if the deviation w (x) of the bright line KL is known, the height d (x) of the sample S from the reference height can be obtained.

一方、傾きφ(x)も同様にxの関数であるが、この値は試料Sの傾きの変化であるため、d(x)のx方向の微分値と一致する。すなわち、式(1)は、下記の式(2)のように表される。   On the other hand, the inclination φ (x) is also a function of x, but since this value is a change in the inclination of the sample S, it coincides with the differential value of d (x) in the x direction. That is, the formula (1) is expressed as the following formula (2).

d(x)=2L・(d/dx)・d(x)+2sinθ・d(x) (2)
式(2)は、微分方程式となっており、積分定数をCとし、d(x)について解くと、式(3)のように表される。
d (x) = 2L · (d / dx) · d (x) +2 sin θ · d (x) (2)
Equation (2) is a differential equation, and is expressed as equation (3) when d is the integral constant and C is solved for d (x).

d(x)=exp(-sinθ・x/L)∫(w(x)/2L)・exp(sinθ・x/L)dx+C (3)
なお、測定にあたり試料Sの相対的変化がわかれば十分であり、Cの値は必ずしも測定する必要はない。
d (x) = exp (-sinθ ・ x / L) ∫ (w (x) / 2L) ・ exp (sinθ ・ x / L) dx + C (3)
Note that it is sufficient to know the relative change of the sample S in the measurement, and the value of C is not necessarily measured.

本実施の形態では、高さ算出部44は、d(0)=0とし、以降、d(1),d(2),d(3),・・・,d(x)を順次に算出する。よって、x=0においてj軸上の各測定位置の高さd(0)は全て0とみなされ、x軸方向の相対的な高さの変化のみが観測される。   In the present embodiment, the height calculation unit 44 sets d (0) = 0, and thereafter calculates d (1), d (2), d (3),..., D (x) sequentially. To do. Therefore, at x = 0, the height d (0) of each measurement position on the j-axis is all regarded as 0, and only a relative height change in the x-axis direction is observed.

太陽電池ウェハや圧延材には筋状の凹凸が存在し、表面に粗さを持っている。このような表面粗さを持つ部材を試料Sとした場合、光L1は鏡面反射されないのが一般的である。一方、表面粗さを持つ試料Sであっても、凹凸の長手方向をx軸方向と直交するように配置すると、図3に示すように光L1を鏡面反射させることができる。これにより、試料Sに鏡面性を持たせることができる。   The solar cell wafer and the rolled material have streaky irregularities and have a rough surface. When the member having such surface roughness is the sample S, the light L1 is generally not specularly reflected. On the other hand, even if the sample S has a surface roughness, the light L1 can be specularly reflected as shown in FIG. 3 if the longitudinal direction of the unevenness is arranged so as to be orthogonal to the x-axis direction. Thereby, the sample S can be given a mirror surface property.

図2(A)に示すように、試料Sが平面とみなせる場合、撮像部2で観測される鏡像1’は、j軸と平行である。一方、試料Sに凹凸がある場合、撮像部2で観測される鏡像1’は、凹凸に応じてi軸方向に変化する。そのため、図2(A)に示す輝線KLに対する図2(B)に示す輝線KLのずれw(x)が分かれば、基準高さからの高さd(x)が分かる。   As shown in FIG. 2A, when the sample S can be regarded as a plane, the mirror image 1 'observed by the imaging unit 2 is parallel to the j-axis. On the other hand, when the sample S has irregularities, the mirror image 1 ′ observed by the imaging unit 2 changes in the i-axis direction according to the irregularities. Therefore, if the deviation w (x) of the bright line KL shown in FIG. 2B with respect to the bright line KL shown in FIG. 2A is known, the height d (x) from the reference height can be known.

そして、このような高さd(x)をj軸上の値ごとに求めることによって、試料Sの幅方向の全域の各位置における高さd(x)を求めることができる。   And by calculating | requiring such height d (x) for every value on a j-axis, the height d (x) in each position of the whole area of the width direction of the sample S can be calculated | required.

式(3)は式(4)に示す積和計算によって表すことができる。   Equation (3) can be expressed by the product-sum calculation shown in Equation (4).

d(n,j)=(1/2sinθ)・w(n,j)-(L/sinθ)・(d/dx)d(n,j) (4)
ここで、x軸方向の測定間隔をΔxとし、nフレーム目における鏡像1’のずれをw(n,j)、高さをd(n,j)とすると、式(4)は式(5)で近似できる。
d (n, j) = (1 / 2sinθ) ・ w (n, j)-(L / sinθ) ・ (d / dx) d (n, j) (4)
Here, assuming that the measurement interval in the x-axis direction is Δx, the deviation of the mirror image 1 ′ in the nth frame is w (n, j), and the height is d (n, j), Equation (4) becomes Equation (5). ).

d(n,j)=(1/2sinθ)・w(n,j)-(L/sinθ)・((d(n-1,j)-d(n-2,j))/Δx) (5)
なお、式(4)、(5)で示すd(n,j)は式(2)のd(x)に相当している。
d (n, j) = (1 / 2sinθ) · w (n, j)-(L / sinθ) · ((d (n-1, j) -d (n-2, j)) / Δx) ( 5)
It should be noted that d (n, j) shown in equations (4) and (5) corresponds to d (x) in equation (2).

式(5)を用いて、順次にd(n,j)を算出する際、d(0,j),d(1,j)を予め定めておく必要がある。本実施の形態では、d(1,j)=d(0,j)=0とおき、d(2,j)=(1/2sinθ)・w(2,j)を求める。以後、順次にd(n,j)を求めていく。   When calculating d (n, j) sequentially using Equation (5), it is necessary to determine d (0, j) and d (1, j) in advance. In this embodiment, d (1, j) = d (0, j) = 0 is set, and d (2, j) = (1/2 sin θ) · w (2, j) is obtained. Thereafter, d (n, j) is obtained sequentially.

なお、精度を高めるためには、光切断法を用いてd(1,j)とd(0,j)とを求め、求めたd(1,j)とd(0,j)とを用いてd(2,j)を求めても良い。   In order to increase the accuracy, d (1, j) and d (0, j) are obtained using a light cutting method, and the obtained d (1, j) and d (0, j) are used. D (2, j) may be obtained.

これを実現するのが、図4に示す基準高さ算出部45である。すなわち、基準高さ算出部45は、レーザ光源5が試料Sに照射した光切断線を撮像部2に撮像させ、n=0,1における光切断線画像を取得する。そして、基準高さ算出部45は、n=0,1のそれぞれにおいて、光切断線画像に含まれる光切断線を抽出する。そして、抽出したn=0,1における光切断線の座標からd(0,j),d(1,j)を試料Sの初期の高さを算出する。   This is realized by the reference height calculation unit 45 shown in FIG. That is, the reference height calculation unit 45 causes the imaging unit 2 to capture the light cutting line irradiated by the laser light source 5 onto the sample S, and acquires a light cutting line image at n = 0, 1. Then, the reference height calculation unit 45 extracts the light cutting line included in the light cutting line image at each of n = 0 and 1. Then, the initial height of the sample S is calculated from d (0, j) and d (1, j) from the coordinates of the extracted light cutting line at n = 0,1.

図5は、光切断法を用いて初期の高さを算出する場合の高さ測定装置の全体構成図である。図5に示す高さ測定装置は、図1に示す高さ測定装置に対して、レーザ光源5が配置されている。レーザ光源5は、例えば半導体レーザと半導体レーザから出力された光を扇状に広げる光学系とを含み、試料Sに光切断線JLを照射する。   FIG. 5 is an overall configuration diagram of a height measuring apparatus in the case where the initial height is calculated using the light cutting method. In the height measuring apparatus shown in FIG. 5, a laser light source 5 is arranged with respect to the height measuring apparatus shown in FIG. The laser light source 5 includes, for example, a semiconductor laser and an optical system that expands the light output from the semiconductor laser in a fan shape, and irradiates the sample S with the optical cutting line JL.

ここで、レーザ光源5は、試料Sに対して上方向から光切断線JLを照射する。具体的には、レーザ光源5は、試料Sに対する仰角が90度となるように配置されている。   Here, the laser light source 5 irradiates the sample S with the light cutting line JL from above. Specifically, the laser light source 5 is arranged so that the elevation angle with respect to the sample S is 90 degrees.

撮像部2は、光切断線JLが照射された試料Sを撮像し、光切断線画像を得る。基準高さ算出部45は、光切断線画像に含まれる光切断線JLを、上記の輝線KLを抽出した手法と同じ手法を用いて抽出する。   The imaging unit 2 images the sample S irradiated with the light cutting line JL, and obtains a light cutting line image. The reference height calculation unit 45 extracts the light section line JL included in the light section line image by using the same technique as that used to extract the bright line KL.

具体的には、基準高さ算出部45は、j軸上の各位置における光切断線JLのi座標の値と、レーザ光源5の仰角と、撮像部2の仰角とを用いて、j軸上の各位置に対する高さyを求める。   Specifically, the reference height calculation unit 45 uses the i-coordinate value of the light cutting line JL at each position on the j-axis, the elevation angle of the laser light source 5, and the elevation angle of the imaging unit 2 to determine the j-axis. Find the height y for each position above.

図6は、x軸方向視におけるレーザ光源5と試料Sとの位置関係を示した図である。図6に示すようにレーザ光源5は、試料Sの幅方向の中心を通る法線H1上に設けられ、試料Sの真上に配置されている。   FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between the laser light source 5 and the sample S when viewed in the x-axis direction. As shown in FIG. 6, the laser light source 5 is provided on the normal line H <b> 1 passing through the center of the sample S in the width direction, and is disposed immediately above the sample S.

ここで、法線H1に対する撮像部2の仰角をα、法線H1に対するレーザ光源5の仰角をβ(図略)とすると、j軸上の各位置に対する高さは式(6)を用いて算出される。   Here, if the elevation angle of the imaging unit 2 with respect to the normal line H1 is α, and the elevation angle of the laser light source 5 with respect to the normal line H1 is β (not shown), the height for each position on the j-axis is expressed by Equation (6). Calculated.

y=k×i_JL(j)×cosβ/sin(α+β) (6)
但し、kは撮像部2の画素分解能を示し、i_JL(j)は光切断線JLのj軸上の各位置におけるi軸の値を示し、βはレーザ光源5の仰角を示し、αは撮像部2の仰角を示す。また、画素分解能kは既知である。図5、6の例では、レーザ光源5の仰角βはβ=0であるため、高さyは、y=k×g_JL(j)/sin(α)により求められる。
y = k * i_JL (j) * cos [beta] / sin ([alpha] + [beta]) (6)
However, k represents the pixel resolution of the imaging unit 2, i_JL (j) represents the value of the i-axis at each position on the j-axis of the light section line JL, β represents the elevation angle of the laser light source 5, and α represents imaging. The elevation angle of part 2 is shown. Further, the pixel resolution k is known. 5 and 6, since the elevation angle β of the laser light source 5 is β = 0, the height y is obtained by y = k × g_JL (j) / sin (α).

図6に示すように、レーザ光源5と撮像部2とは鏡面反射条件を満たしていない。そのため、撮像部2はレーザ光源5の鏡面反射光が入射されず、光切断線JLを観察し難い。しかしながら、時間をかけて光切断線JLを撮像すれば、光切断線JLが明確に現れた光切断線画像が得られる。   As shown in FIG. 6, the laser light source 5 and the imaging unit 2 do not satisfy the specular reflection condition. Therefore, the imaging unit 2 does not receive the specular reflection light of the laser light source 5, and it is difficult to observe the light section line JL. However, if the optical cutting line JL is imaged over time, an optical cutting line image in which the optical cutting line JL appears clearly can be obtained.

具体的には、試料Sを固定した状態で、試料Sに光切断線JLを一定時間照射し、n=0における光切断線画像を取得する。同様に試料Sを固定した状態で、n=1における光切断線画像を取得すればよい。   Specifically, with the sample S fixed, the sample S is irradiated with the light cutting line JL for a certain period of time, and a light cutting line image at n = 0 is acquired. Similarly, a light section line image at n = 1 may be acquired with the sample S fixed.

このように、初期位置の高さd(0,j)、d(1,j)として、光切断法を用いた高さを採用することで、j軸方向の高さの相対的な差異も考慮に入れて、試料Sの高さを観測することができる。   As described above, by adopting the height using the optical cutting method as the height d (0, j) and d (1, j) of the initial position, the relative difference in the height in the j-axis direction is also obtained. Taking into account, the height of the sample S can be observed.

図7は、本発明の実施の形態による高さ測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、光源制御部42は、オペレータから測定開始の指示を受け付けると光源1を点灯させる(S1)。次に、搬送制御部41は、試料Sの搬送を開始させる(S2)。これにより、試料Sは、光源1により照射されながら搬送される。   FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the height measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. First, the light source control unit 42 turns on the light source 1 when receiving an instruction to start measurement from the operator (S1). Next, the conveyance control part 41 starts conveyance of the sample S (S2). Thereby, the sample S is conveyed while being irradiated by the light source 1.

次に、輝線抽出部43は、撮像部2に試料Sを撮像させ、試料画像を取得する(S3)。これにより、図2(A)、(B)に示すような輝線KLが示された試料画像G1が取得される。   Next, the bright line extraction unit 43 causes the imaging unit 2 to image the sample S and acquires a sample image (S3). Thereby, the sample image G1 with the bright lines KL as shown in FIGS. 2A and 2B is acquired.

次に、輝線抽出部43は、試料画像G1から輝線KLを抽出する(S4)。次に輝線抽出部43は基準輝線KL_0に対する現フレームの輝線KLのずれw(n,j)を算出する(S5)。なお、n=0の輝線KLが基準輝線KL_0である。   Next, the bright line extraction unit 43 extracts the bright line KL from the sample image G1 (S4). Next, the bright line extraction unit 43 calculates a shift w (n, j) of the bright line KL of the current frame with respect to the reference bright line KL_0 (S5). Note that the bright line KL with n = 0 is the reference bright line KL_0.

次に、高さ算出部44は、2フレーム前の試料Sの高さd(n−2,j)と1フレーム前の試料Sの高さd(n−1,j)と、現フレームの輝線KLのずれw(n,j)とを式(5)に代入し、現フレームにおける試料Sの高さd(n,j)を算出する(S6)。なお、高さ算出部44は、高さd(0,j)=d(1,j)=0として高さd(n,j)を算出してもよいし、光切断法を用いて算出した高さd(0,j),d(1,j)を用いて高さd(n,j)を算出してもよい。   Next, the height calculation unit 44 calculates the height d (n−2, j) of the sample S two frames before, the height d (n−1, j) of the sample S one frame before, and the current frame. The deviation w (n, j) of the bright line KL is substituted into the equation (5), and the height d (n, j) of the sample S in the current frame is calculated (S6). Note that the height calculation unit 44 may calculate the height d (n, j) with the height d (0, j) = d (1, j) = 0, or may be calculated using a light cutting method. The height d (n, j) may be calculated using the heights d (0, j) and d (1, j).

次に、高さ算出部44は、試料Sが搬送中であり、測定が終了していない場合(S7でNO)、フレームを特定する変数nを1増大させ、処理をS3に戻す。   Next, when the sample S is being transported and the measurement has not been completed (NO in S7), the height calculation unit 44 increases the variable n for specifying the frame by 1, and returns the process to S3.

一方、高さ算出部44は、試料Sの搬送が終了し、測定が終了した場合(S7でYES)、処理を終了する。   On the other hand, when the conveyance of the sample S is completed and the measurement is completed (YES in S7), the height calculation unit 44 ends the process.

このように、本実施の形態による高さ測定装置は、式(1)に示すように、試料Sの傾きφ(x)に基づく輝線KLのずれと、試料Sの高さd(x)に基づく輝線KLのずれw(x)とを考慮に入れて、高さd(x)を算出している。そのため、試料Sの各位置の高さを精度良く求めることができる。   As described above, the height measuring apparatus according to the present embodiment is adapted to the deviation of the bright line KL based on the inclination φ (x) of the sample S and the height d (x) of the sample S as shown in the equation (1). The height d (x) is calculated in consideration of the deviation w (x) of the bright line KL based thereon. Therefore, the height of each position of the sample S can be obtained with high accuracy.

<変形例1>
本実施の形態による高さ測定装置が測定対象とする試料Sの凹凸は長手方向に向けて限られた空間周波数を持って変化することが想定される。そこで、試料Sの高さd(n,j)を示すデータ群に対し、x軸に向けてフィルタリング処理を行い、想定される空間周波数帯の高さ成分d’(n,j)を抽出してもよい。具体的には、想定される空間周波数帯のデータを抽出するための1行×所定列の1次元フィルタを、x軸に沿った1列の高さd(n,j)からなるデータ群に適用して、想定される空間周波数帯の高さ成分d’(n,j)を抽出すればよい。これにより、高さd(d,n)に含まれるノイズ成分を除去することができる。
<Modification 1>
It is assumed that the unevenness of the sample S to be measured by the height measuring device according to the present embodiment changes with a limited spatial frequency in the longitudinal direction. Therefore, a filtering process is performed on the data group indicating the height d (n, j) of the sample S toward the x-axis to extract the assumed spatial frequency band height component d ′ (n, j). May be. Specifically, a one-row × predetermined one-dimensional filter for extracting data of an assumed spatial frequency band is converted into a data group composed of one column height d (n, j) along the x-axis. The height component d ′ (n, j) of the assumed spatial frequency band may be extracted by application. Thereby, the noise component contained in height d (d, n) can be removed.

1’ 鏡像
1 光源
2 撮像部
3 搬送部
4 制御部
5 レーザ光源
31 搬送ローラ
41 搬送制御部
42 光源制御部
43 輝線抽出部
44 高さ算出部
45 基準高さ算出部
A 搬送方向
G1 試料画像
JL 光切断線
KL 輝線
KL_0 基準輝線
L1 光
L2 鏡面反射光
S 試料
1 'mirror image 1 light source 2 imaging unit 3 transport unit 4 control unit 5 laser light source 31 transport roller 41 transport control unit 42 light source control unit 43 bright line extraction unit 44 height calculation unit 45 reference height calculation unit A transport direction G1 sample image JL Light cutting line KL Bright line KL_0 Reference bright line L1 Light L2 Specular reflection light S Sample

Claims (6)

鏡面性を有する試料を搬送する搬送部と、
前記試料に拡散光を照射する光源と、
前記光源により照射された試料からの鏡面反射光を受光し、前記鏡面反射光を示す輝線を含む試料画像を順次に撮像する撮像部と、
前記撮像部により順次に撮像された試料画像から輝線を抽出し、所定の基準高さ及び基準傾きを示す基準輝線に対する各輝線のずれを求める輝線抽出部と、
前記基準高さからの前記試料の高さに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す高さずれ成分と、前記基準傾きからの前記試料の傾きに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す傾きずれ成分との一次結合で前記基準輝線に対する前記輝線のずれを表す方程式に、前記輝線抽出部により抽出された輝線のずれを代入することで、前記試料の高さを順次に算出する高さ算出部とを備える高さ測定装置。
A transport unit for transporting a sample having specularity;
A light source for irradiating the sample with diffused light;
An imaging unit that receives specular reflection light from the sample irradiated by the light source and sequentially captures sample images including bright lines indicating the specular reflection light;
A bright line extraction unit that extracts a bright line from a sample image sequentially captured by the imaging unit and obtains a shift of each bright line with respect to a reference bright line indicating a predetermined reference height and reference inclination;
A height shift component indicating a shift of the bright line from the reference bright line based on the height of the sample from the reference height, and a shift of the bright line from the reference bright line based on the tilt of the sample from the reference tilt. The height of the sample is sequentially calculated by substituting the deviation of the bright line extracted by the bright line extraction unit into an equation representing the deviation of the bright line with respect to the reference bright line by a linear combination with an inclination deviation component indicating A height measurement apparatus comprising a height calculation unit.
前記高さずれ成分は、2sinθ・d(x)で表され、
前記傾きずれ成分は、2L・(d/dx)・d(x)で表され、
前記方程式は、w=2L・(d/dx)・d(x)+2sinθ・d(x)で表される請求項1記載の高さ測定装置。
但し、xは前記搬送方向に対する前記試料の測定位置を示し、w(x)は前記基準輝線からの輝線のずれを示し、Lは前記鏡面反射光の光路長であり、d(x)は前記基準高さからの前記試料の高さを示し、(d/dx)・d(x)は前記基準傾きからの前記試料の傾きを示し、θは前記鏡面反射光の反射角を示す。
The height deviation component is represented by 2 sin θ · d (x),
The tilt deviation component is represented by 2L · (d / dx) · d (x),
The height measurement apparatus according to claim 1, wherein the equation is represented by w = 2L · (d / dx) · d (x) +2 sin θ · d (x).
Where x represents the measurement position of the sample with respect to the transport direction, w (x) represents the deviation of the bright line from the reference bright line, L represents the optical path length of the specular reflected light, and d (x) represents the above The height of the sample from the reference height is indicated, (d / dx) · d (x) indicates the inclination of the sample from the reference inclination, and θ indicates the reflection angle of the specular reflection light.
前記試料は、筋状の凹凸を持ち、
前記光源は、長手方向が前記試料の凹凸の長手方向と直行するように配置された棒状光源である請求項1又は2記載の高さ測定装置。
The sample has streaky irregularities,
The height measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source is a rod-shaped light source arranged so that a longitudinal direction thereof is perpendicular to a longitudinal direction of the unevenness of the sample.
前記基準輝線は、初期の測定位置における前記試料の輝線である請求項1〜3のいずれかに記載の高さ測定装置。   The height measuring apparatus according to claim 1, wherein the reference bright line is a bright line of the sample at an initial measurement position. 前記試料に対して光切断線を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により照射された光切断線を前記撮像部で撮像し、得られた光切断線画像に基づき、前記試料の幅方向の初期の各測定位置の高さを算出する基準高さ算出部とを更に備え、
前記高さ算出部は、前記基準高さ算出部により算出された初期の各測定位置の高さを用いて前記試料の各位置の高さの測定位置を算出する請求項1〜4のいずれかに記載の高さ測定装置。
A laser light source for irradiating the sample with an optical cutting line;
A reference height calculation unit that images a light cutting line irradiated by the laser light source with the imaging unit and calculates the height of each initial measurement position in the width direction of the sample based on the obtained light cutting line image And further comprising
The height calculation unit calculates the measurement position of the height of each position of the sample using the initial height of each measurement position calculated by the reference height calculation unit. The height measuring device described in 1.
鏡面性を有する試料を搬送する搬送ステップと、
前記試料に拡散光を照射する照射ステップと、
前記光源により照射された試料からの鏡面反射光を受光し、前記鏡面反射光を示す輝線を含む試料画像を順次に撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにより順次に撮像された試料画像から輝線を抽出し、所定の基準高さ及び基準傾きを示す基準輝線に対する各輝線のずれを求める輝線抽出ステップと、
前記基準高さからの前記試料の高さに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す高さずれ成分と、前記基準傾きからの前記試料の傾きに基づく前記基準輝線からの前記輝線のずれを示す傾きずれ成分との一次結合で前記基準輝線に対する前記輝線のずれを表す方程式に、前記輝線抽出ステップにより抽出された輝線のずれを代入することで、前記試料の高さを順次に算出する高さ算出ステップとを備える高さ測定方法。
A transport step for transporting a sample having specularity;
An irradiation step of irradiating the sample with diffused light;
An imaging step of receiving specular reflection light from the sample irradiated by the light source and sequentially capturing sample images including bright lines indicating the specular reflection light;
A bright line extraction step for extracting a bright line from the sample image sequentially captured by the imaging step and obtaining a shift of each bright line with respect to a reference bright line indicating a predetermined reference height and reference inclination;
A height shift component indicating a shift of the bright line from the reference bright line based on the height of the sample from the reference height, and a shift of the bright line from the reference bright line based on the tilt of the sample from the reference tilt. The height of the sample is sequentially calculated by substituting the deviation of the bright line extracted by the bright line extraction step into an equation representing the deviation of the bright line with respect to the reference bright line by a linear combination with an inclination deviation component indicating A height measurement method comprising a height calculation step.
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