(57)【要約】  ウェハ（４）の少なくとも１つの表面（３）の上のソーマーク（２）の三次元検査のための装置（１）および方法が開示される。少なくとも１台のカメラ（６）が、ウェハ（４）の表面（３）全体の画像を捕捉するために必要とされる。少なくとも１台のラインプロジェクタ（８）が、中心ビーム軸（９）の回りに集中する光の束（５）を提供する。ラインプロジェクタ（８）は、中心ビーム軸（９）がウェハ（４）の平面（Ｐ）に関して鋭角（ａ）となるように配置される。ラインシフタ（１２）は、各ラインプロジェクタ（８）とウェハ（４）の表面（３）との間の光の束（５）の中に位置決めされる。フレームグラバ（１４）および画像プロセッサ（１６）は、画像捕捉、およびウェハ（４）のオモテ面（３Ｆ）および／または裏面（３Ｂ）上の線（２２）パターン（２０）の位置を同期させ、調整するために使用される。
2013534312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの少なくとも１つの表面上のソーマークの三次元検査のための装置であって、
視野を画定し、前記ウェハの平面を撮像するように配置される少なくとも１台のカメラであって、前記視野が、前記ウェハの表面の少なくとも一部が捕捉されるように設計される、少なくとも1台のカメラと、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する少なくとも１台のラインプロジェクタであって、前記少なくとも1台のラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸が前記ウェハの前記平面に関して鋭角に配置されるように配置され、前記少なくとも１台のラインプロジェクタが少なくとも１つの光源からの光を提供され、前記ウェハのオモテ面および／または裏面に複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の前記表面の少なくとも一部をカバーするように適応される、少なくとも1台のラインプロジェクタと、
前記ラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間の前記光の束の中に位置決めされる少なくとも１台のラインシフタと、
フレームグラバおよび画像プロセッサであって、前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の画像捕捉が、前記ウェハの前記オモテ面および／または前記裏面の線の前記パターンの前記位置と協調して前記フレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を備える装置。
【請求項２】
前記少なくとも１台のラインプロジェクタおよび前記ウェハの前記表面が、前記少なくとも１台のラインプロジェクタが線の第１のパターンおよび線の第２のパターンを前記ウェハの前記表面の上に投射するように互いに関して設置可能であり、線の前記第１のパターンが線の前記第２のパターンに対して斜めに配向される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
線の前記第１のパターンの前記線が、線の前記第２のパターンの前記線に垂直である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１台のラインシフタがガラス板であり、線の前記第１のパターンまたは線の前記第２のパターンが前記ウェハの前記表面上でシフトされるように、前記ガラス板を回転するためのモータに接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１台のラインシフタが複数のガラス板を有し、各ガラス板が位置決め装置内で異なる角度で配置され、前記位置決め装置が、線の前記第１のパターンまたは線の前記第２のパターンが前記ウェハの前記表面上でシフトされるように、前記光の束の中に異なる傾斜角度のガラス板を入れるために、モータによって駆動可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１台のラインプロジェクタのそれぞれが、線のパターンが出口レンズと集光レンズとの間に配置される２つのパターン化されたガラス板を有し、第１のガラス板が、遠近感効果を補償し、前記ウェハの前記表面上に線の前記均一なパターンを投射するために可変ピッチロンチ刻線を有し、第２のガラス板が、遠近感効果を補償し、前記ウェハの前記表面上に均一の輝度の線の前記パターンを投射するために可変透過率パターンを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光源が、前記少なくとも１台のラインプロジェクタに直接的に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光源がＬＥＤを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光源が、ライトガイドを介して前記少なくとも１台のラインプロジェクタに接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光源がＬＥＤを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１台のカメラが、前記少なくとも１台のラインシフタの運動、前記少なくとも１つの光源の切り替え、および前記ウェハの前記表面上での線の前記パターンの異なる位置での前記ウェハの前記表面の画像の捕捉が、前記フレームグラバによって同期されるように、前記フレームグラバおよび前記画像プロセッサに通信で接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
ウェハの少なくとも１つの表面でソーマークを決定するための方法であって、
前記ウェハの前記少なくとも１つの表面上に第１の配向の線の第１のパターンを投射するステップであって、前記ソーマークの配向が未知である、投射するステップと、
前記ウェハの前記表面の第１の画像の第１のセットを捕捉するステップであって、線の前記第１のパターンの画像ごとに、前記線が、線の前記第１のパターンの前記配向に垂直に、明確な距離シフトされる、捕捉するステップと、
前記ウェハの前記表面の上に第２の配向の線の第２のパターンを投射するステップと、
前記ウェハの前記表面の第２の画像の第２のセットを捕捉するステップであって、線の前記第２のパターンの画像ごとに、前記線が、線の前記第２のパターンの前記第２の配向に垂直に、明確な距離シフトされる、捕捉するステップと、
第１の画像の前記セットから結合された第１の画像を生成し、第２の画像の前記セットから結合された第２の画像を生成し、それによって前記結合された第１の画像から第１の画像の改善されたセット、および前記結合された第２の画像から第２の画像の改善されたセットを計算するステップと、
第１の画像の前記改造されたセットの内の少なくとも１つで、および第２の画像の前記改善されたセットの内の少なくとも１つで、溝を検出するステップと、
第１の画像の前記改善されたセットの各画像で、および第２の画像の前記改善されたセットの各画像で、検出された溝の深さを測定するステップと、
第１の画像の前記改善されたセットの前記画像、または第２の画像の前記改善されたセットの前記画像を横切る各溝の前記深さを平均するステップと、
前記ウェハの前記表面上の前記検出された溝の前記深さおよび前記場所および前記配向を文書化するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記結合された第１の画像および前記結合された第２の画像が、
第１の基準画像の前記ピクセル値が、画像の前記第１のセットの最大ピクセル値である、前記第１の基準画像を計算し、第２の基準画像の前記ピクセル値が、画像の前記第２のセットの最大ピクセル値である、前記第２の基準画像を計算することと、
画像の前記第１のセットの各画像、および画像の前記第２のセットの各画像を、前記それぞれの基準画像で分けることと、
画像の前記第１のセットおよび画像の前記第２のセットを数値的に再スケールすること、
とによって達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の画像の前記改善されたセットおよび第２の画像の前記改善されたセットの内の少なくとも１つの画像での前記溝の前記検出が、
ピクセルの各列内で前記投射された線の場所を検出することと、
特定の方向に沿って前記検出された線を追跡することと、
前記特定の方向に沿って直線からの局所的な逸脱を計算することと、
前記局所的な逸脱が閾値を超えている直線の位置を用いてハフ変換を実施することと、
検出された溝の位置および配向に一致する、前記ハフ変換のピークを検出すること、
とによって達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
検出された溝の深さの前記測定することが、
検出された溝ごとに、検出された溝の各方向に沿って、溝外形の高い点および低い点を計算することと、
隣接する方向を横切って高い点および低い点を追跡することと、
検出された溝の局所的な深さを、前記高い点および前記低い点の近くの線の位置に沿って、曲線の当てはめによって推定することと、
移動平均によって前記溝に沿ったある長さに渡って前記溝の平均深さをピクセル単位で推定することと、
事前に計算された較正パラメータによって、ピクセルからミクロンに前記溝の前記深さを変換すること、
とによって達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記溝の前記深さの前記平均することが、画像の前記改善された第１のセットまたは画像の前記改善された第２のセットに対して三次元で計算された深さ外形を平均することによって達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
ウェハの表面上のソーマークの三次元検査のための装置であって、
視野を画定し、前記ウェハの平面に垂直に配置されるカメラであって、前記視野が、前記ウェハの表面全体が捕捉されるように設計される、カメラと、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する第１のラインプロジェクタであって、前記第１のラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸が前記ウェハの前記平面に関して鋭角に配置されるように配置され、前記第１のラインプロジェクタが光源からの光を提供され、前記ウェハのオモテ面または裏面の上に第１の配向で複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の前記完全な表面をカバーするように適応される、第１のラインプロジェクタと、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する第２のラインプロジェクタであって、前記第２のラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸が前記ウェハの前記平面に関して鋭角に配置されるように配置され、前記第２のラインプロジェクタが光源からの光を提供され、前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の上に第２の配向で複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の前記完全な表面をカバーするように適応される、第２のラインプロジェクタと、
それぞれ、前記第１のラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間、および前記第２のラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間のそれぞれの光の束の中に位置決めされるラインシフタと、
フレームグラバおよび画像プロセッサであって、前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の画像捕捉が、前記ウェハの前記オモテ面および／または前記裏面の線の前記パターンの前記位置と協調して前記フレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を備える装置。
【請求項１８】
複数の線の前記第１のパターンが、複数の線の前記第２のパターンに垂直である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ラインシフタがガラス板であり、複数の線の前記第１のパターンまたは複数の線の前記第２のパターンが前記ウェハの前記表面上でシフトされるように、前記ガラス板を回転するためのモータに接続される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記ラインシフタが複数のガラス板を有し、各ガラス板が、それぞれ前記第１のラインプロジェクタおよび前記第２のラインプロジェクタの前記光の束の中に異なる傾斜角度のガラス板を入れるために、モータによって駆動可能である位置決め装置内で異なる角度で配置され、したがって線の前記第１のパターンおよび線の前記第２のパターンが、前記ウェハの前記表面上で、それぞれＸ方向でおよびＹ方向でシフトされる、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１ラインプロジェクタおよび前記第２のラインプロジェクタが、それぞれ線のパターンが出口レンズと集光レンズとの間に配置される２つのパターン化されたガラス板を有し、第１のガラス板が、遠近感効果を補償し、前記ウェハの前記表面上に線の前記均一なパターンを投射するために、可変ピッチロンチ刻線を有し、前記第２のガラス板が、遠近感効果を補償し、前記ウェハの前記表面上に均一の輝度の線のパターンを投射するために可変透過率パターンを有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記カメラが、前記ラインシフタの運動、前記少なくとも１つの光源の切り替え、および前記第１のラインプロジェクタおよび前記第２のラインプロジェクタによって生成される、前記ウェハの前記表面上での前記パターンの画像の捕捉が、前記フレームグラバによって同期され、調整されるように、前記フレームグラバおよび前記画像プロセッサに通信で接続される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
ウェハの表面上のソーマークの三次元検査のための装置であって、
視野を画定し、前記ウェハの平面に垂直に配置されるカメラであって、前記視野が、前記ウェハの表面全体が捕捉されるように設計される、カメラと、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する１台のラインプロジェクタであって、前記ラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸が前記ウェハの前記平面に関して鋭角に配置されるように配置され、前記ラインプロジェクタが光源からの光を提供され、前記ウェハの表面の上に第１の配向で複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記完全な表面をカバーするように適応される、１台のラインプロジェクタと、
少なくとも１台のラインシフタ１２が、前記ラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間の前記光の束の中に位置決めされており、
前記ウェハと前記ラインプロジェクタとの間に相対的な回転を提供し、それによって前記ウェハの前記表面の上に第２の配向で複数の線の第２のパターンを投射するために、前記ウェハの前記平面に関して前記ラインプロジェクタの前記鋭角を維持するための移動手段と、
フレームグラバおよび画像プロセッサであって、前記ウェハの前記表面上に投射される線の前記第１のパターンおよび線の前記第２のパターンの画像捕捉が、前記光の束の中の前記ラインシフタの前記位置、および前記ウェハおよび前記ラインプロジェクタの前記相対的な回転位置と協調して前記フレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を備える装置。
【請求項２４】
ウェハの表面上のソーマークの三次元検査のための装置であって、
それぞれが視野を画定し、それぞれが前記ウェハの前記オモテ面、および前記ウェハの前記裏面の平面に垂直に配置される２台のカメラであって、前記２台のカメラの前記視野が、前記ウェハのオモテ面全体および前記裏面全体が捕捉されるように設計される、２台のカメラと、
中心ビーム軸の回りで集中する光の束を提供する少なくとも１台の第１のラインプロジェクタであって、前記第１のラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸がそれぞれ前記ウェハの前記平面および前記オモテ面に関して鋭角となるように配置され、中心ビーム軸の回りで集中する光の束を提供する少なくとも１台の第２のラインプロジェクタであって、前記第２のラインプロジェクタが前記中心ビーム軸が、それぞれ前記ウェハの前記平面および前記裏面に関して鋭角となるように配置され、前記少なくとも第１のラインプロジェクタおよび第２のラインプロジェクタが、少なくとも１つの光源からの光を提供され、前記ウェハのオモテ面および／または裏面の上に複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の前記完全な表面をカバーするように適応される、少なくとも１台の第１のラインプロジェクタ、および少なくとも１台の第２のラインプロジェクタと、
少なくとも１台のラインシフタが、前記ラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間の前記光の束の中に位置決めされており、
フレームグラバおよび画像プロセッサであって、前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の画像捕捉が、前記ウェハの前記オモテ面および／または前記裏面の線の前記パターンの前記位置と協調して前記フレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を備える装置。
【請求項２５】
移動平均が、前記ウェハと前記ラインプロジェクタとの間の相対的な回転を可能にし、それによって前記ウェハの前記表面の上に第２の配向で複数の線の第２のパターンを投射するために、前記ウェハの前記平面に関して前記ラインプロジェクタの前記鋭角を維持し、前記フレームグラバおよび前記画像プロセッサが、前記ウェハの前記表面の上に投射される線の前記第１のパターンおよび線の前記第２のパターンの前記画像捕捉と、前記光の束での前記ラインシフタの前記位置と、前記ラインウェハおよび前記ラインプロジェクタの互いに関する相対的な回転位置とを同期させる、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
ウェハの少なくとも１つの表面上のソーマークの三次元検査のための装置であって、
視野を画定し、前記ウェハの平面を撮像するように配置される少なくとも１台のカメラであって、前記視野が、前記ウェハの表面の少なくとも一部が捕捉されるように設計される、少なくとも1台のカメラと、
前記ソーマークが、前記カメラの前記視野内で画定された配向にあるように、前記ウェハを装填するための手段と、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する少なくとも1台のラインプロジェクタであって、前記少なくとも1台のラインプロジェクタが、前記中心ビーム軸が前記ウェハの前記平面に関して鋭角に配置されるように配置され、前記少なくとも1台のラインプロジェクタが少なくとも１つの光源からの光を提供され、前記ウェハのオモテ面および／または裏面に複数の線のパターンを投射し、それによって前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の前記表面の少なくとも一部をカバーするように適応される、少なくとも1台のラインプロジェクタと、
前記ラインプロジェクタと前記ウェハの前記表面との間の前記光の束の中に位置決めされる少なくとも１台のラインシフタと、
フレームグラバおよび画像プロセッサであって、前記ウェハの前記オモテ面または前記裏面の画像捕捉が、前記ウェハの前記オモテ面および／または前記裏面の線の前記パターンの前記位置と協調して前記フレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を備える装置。
【請求項２７】
ウェハの少なくとも１つの表面でソーマークを決定するための方法であって、
前記ウェハ上の前記ソーマークの配向を決定するステップと、
少なくとも１台のラインプロジェクタを提供するステップと、
前記ウェハの前記少なくとも１つの表面の上に第1の配向の線の第1のパターンを投射するステップであって、線の前記第１のパターンが、前記ソーマークに関して斜めに配向される、投射するステップと、
前記ウェハの前記表面の第１の画像の第１のセットを捕捉するステップであって、線の前記第１のパターンの画像ごとに、前記線が、線の前記第１のパターンの前記配向に垂直に、明確な距離シフトされる、捕捉するステップと、
第１の画像の前記セットからの結合された第１の画像を生成し、それによって前記結合された第１の画像から第１の画像の改善されたセットを計算するステップと、
第１の画像の前記改善されたセットの少なくとも１つで溝を検出するステップと、
第１の画像の前記改善されたセットの各画像で検出された溝の深さを測定するステップと、
第１の画像の前記改善されたセットの前記画像を横切る各溝の前記深さを平均するステップと、
前記ウェハの前記表面上の前記検出された溝の前記深さおよび前記場所および前記配向を文書化するステップと、
を含む、方法。
【請求項２８】
前記ウェハ上の前記ソーマークの前記配向が、前記ウェハの前記表面上に投射される線の前記第１のパターンに対して平行にならないように、移動平均が、前記ウェハと前記少なくとも１台のラインプロジェクタとの間の相対的な回転を可能にするために提供される、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１０年７月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／３６８，５４３号に対する優先権を主張し、該出願は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ウェハの少なくとも１つの表面上のソーマーク（研削痕）の三次元検査のための装置に関する。
【０００３】
本発明は、ウェハの少なくとも１つの表面上でソーマークを決定するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
シリコンウェハは、光電池（光ボルタ電池：photovoltaic cell）を製造するために使用される。各シリコンウェハは、特殊鋸を用いてインゴットから切り出される。ウェハの表面は、多様な欠陥がないか検査される必要がある。１つのタイプの欠陥は、シリコンインゴットからウェハを鋸で切断するプロセスによって生じる。鋸溝またはソーマークは、ウェハの通常は平坦な表面からの局所的な細長い三次元の逸脱（departure）のことである。各ソーマークは、鋸の摺動方向で、かつ太陽電池ウェハの表面で太陽電池ウェハに平行に引き伸ばされ、形成される。円筒形をしたインゴットの場合、ソーマークは、鋸が操作されるのと同じ方向に走る。立方体のインゴットの場合、ソーマークはウェハの１つの端縁にほぼ平行である。ソーマークの長さは、数センチメートルとウェハの全幅との間で変わることがある。さらに、ソーマークの幅および深さも変わることがある。太陽電池ウェハのソーマークの形およびステータスが、その太陽電池ウェハの品質に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＪＰ２０１０−１８１３２８Ａ号は、太陽電池ウェハの表面のソーマークの形成状態を検査する太陽電池ウェハ用試験装置を開示している。審査の対象である太陽電池ウェハは、表面に形成されるソーマークの長手方向に平行な方向でコンベヤによって運ばれる。試験装置には、フラッドライト、カメラ、およびコンピュータが備えられる。フラッドライト（投光照明）は、表面に対して斜めの方向に配置され、太陽電池ウェハの表面に対する細区分（サブディビジョン：sub-division）を照明するために適応される。照明の方向は、ソーマークの長手方向を垂直に横切る。フラッドライトは、たとえばハロゲンランプ、蛍光灯等である。拡散プレートは、太陽電池ウェハを明るくさせるための光を拡散するために使用される。カメラは太陽電池ウェハの表面の写真のデータを生成する。カメラの結像方向（光学軸方向）は、太陽電池ウェハの表面に斜めの方向であってよい。
【０００６】
ＪＰ２００８−１３４１９６Ａは、太陽電池ウェハの表面の写真が、太陽電池ウェハに存在する結晶粒界に従って光および暗黒の中にばらつきを有する技術を開示している。太陽電池ウェハの表面の写真では、ソーマークの画像の輝度は相対的に低い。したがって、ソーマークの画像は、欠陥の候補として正確に識別できない。
【０００７】
ＪＰ２００５−３４５２９０Ａ号は、高い輝度の所定数のピクセルを区分写真から抽出する技術を開示している。多くの場合、問題は、ソーマークの画像を、欠陥の候補として太陽電池ウェハの表面の写真から正確に抽出できない点である。したがって、一度にソーマークの１つの画像を区別する、ピクセルを中心とする所定の領域をセットアップすることは困難である。
【０００８】
ＪＰ２０００−０４６７４３Ａは、ある特定の方向の凹部および突出部が、特定の方向から平行に形成されるウェハに検査光を適用する。複数のＬＥＤが半円形に配置され、照明方向は照明制御装置によって制御される。照明制御装置は、ターンテーブル上のウェハの初期状態で照明方向を設定し、ターンテーブルのエンコーダからの回転角度信号に基づいて角度のための照明方向を連続的に調整する。カメラは、ターンテーブルが特定の角度で停止すると、毎回ウェハの端縁部分の画像を捕捉する。画像処理装置はカメラから画像を捕捉し、画像処理によって欠陥を検出する。
【０００９】
独特許出願ＤＥ １０ ２００９ ０１０ ８３７ Ａ１は、太陽電池を製造するために活用されるウェハ上の鋸引き溝（鋸溝）の存在を検査するための方法を開示している。方法は、レーザ光源によってウェハ上に光の線を投射すること、および運搬装置上でウェハを運搬することを含む。ウェハは、ウェハの連続運搬中に検査され、ウェハは、鋸引き溝が輸送方向に直角に位置合わせされるように運搬装置上に配置される。部分的な領域の画像が表面カメラを使用して記録されるように、ウェハの部分的な領域が調べられる。
【００１０】
先行技術の方法は欠点を示している。手動方法は低速であり、すべての太陽電池ウェハを検査しない。その結果、欠陥（ソーマーク）の検出は不十分である。さらに、多くの先行技術の方法は、あまり正確ではなく、あまり繰り返すことができない。
【００１１】
先行技術の方法のいくつかは、太陽電池ウェハの一部分だけを検査する。一方で、鋸溝またはソーマークがウェハのどこにでも存在することがある。特に、鋸溝の最も深い部分がウェハ上のどこかにあることもある。その結果、先行技術の方法は、溝を完全に見逃す、またはその深さを過小評価することがある。この結果、また欠陥の検出は不十分となる。
【００１２】
一方向だけで太陽電池ウェハを検査するいくつかの先行技術の方法がある。しかし、ウェハは移動するベルト上にあり、結果的にベルトの運搬方向に垂直な溝を検出し、測定できる。十分な検出を提供するために、これらの方法は、オペレータが、従前の鋸引きプロセスが発生した方向を知っていることを必要とする。すべてのウェハは、移動するベルトの上に同じ配向で置かれる必要がある。その結果、検査プロセスは低速となり、間違いがより起こりやすくなり、あまり柔軟ではなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、鋸溝およびソーマークに関してウェハの表（オモテ）面および／または裏面の全体の自動的で高速かつ信頼性が高い三次元検査を提供する装置を作成することである。
【００１４】
この目的は、
視野を画定し、ウェハの平面を撮像するように配置される少なくとも１台のカメラであって、視野が、ウェハの表面の少なくとも一部が捕捉されるように設計される、少なくとも１台のカメラと、
中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する少なくとも１台のラインプロジェクタであって、少なくとも１台のラインプロジェクタが、中心ビーム軸がウェハの平面に対して鋭角に配置されるように配置され、少なくとも１台のラインプロジェクタが少なくとも１つの光源からの光を提供され、ウェハのオモテ面および／または裏面に複数の線のパターンを投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の表面の少なくとも一部をカバーするように適応される、少なくとも１台のラインプロジェクタと、
ラインプロジェクタとウェハの表面との間の光の束の中に位置決めされる少なくとも１台のラインシフタと、
フレームグラバ（１フレームの画像を取得する部材）および画像プロセッサであって、ウェハのオモテ面または裏面の画像捕捉が、ウェハのオモテ面および／または裏面の線のパターンの位置と協調してフレームグラバによって同期される、フレームグラバおよび画像プロセッサと、
を含む、ウェハの少なくとも１つの表面上のソーマークの三次元検査のための装置によって達成される。
【００１５】
鋸溝およびソーマークに関してウェハのオモテ面および／または裏面の全体の自動的で高速かつ信頼性が高い三次元検査を提供する方法を作り出すことが、本発明の追加の目的である。
【００１６】
上記目的は、
少なくとも１台のラインプロジェクタを提供するステップと、
ウェハの少なくとも１つの表面の上に第１の配向の線の第１のパターンを投射するステップと、
ウェハの表面の複数の第１の画像の第１のセットを捕捉するステップであって、複数の線の第1のパターンの画像のそれぞれについて、前記複数の線が、複数の線の第１のパターンの配向に垂直に、明確な距離シフトされている、捕捉するステップと、
ウェハの表面上に第２の配向の線の第２のパターンを投射するステップと、
ウェハの表面の複数の第２の画像の第２のセットを捕捉するステップであって、複数の線の第２のパターンの画像のそれぞれについて、前記複数の線が、複数の線の第２のパターンの配向に垂直に、明確な距離シフトされている、捕捉するステップと、
前記第１の画像のセットから結合された第１の画像を生成し、前記第２の画像のセットから結合された第２の画像を生成し、それによって結合された第１の画像から複数の第１の画像の改善されたセット、および結合された第２の画像から複数の第２の画像の改善されたセットを計算するステップと、
第１の画像の改善されたセットの内の少なくとも１つにおいて、および第２の画像の改善されたセットの内の少なくとも１つにおいて溝を検出するステップと、
第１の画像の改善されたセットまたは第２の画像の改善されたセットの内の少なくとも１つの画像内で検出された溝の深さを測定するステップと、
第１の画像の改善されたセットの画像、および第２の画像の改善されたセットの画像を横断する溝の深さを平均するステップと、
ウェハの表面上の検出された溝の深さおよび場所および配向を文書化するステップと、
を含む、ウェハの少なくとも１つの表面でソーマークまたは鋸溝を決定するための方法によって達成される。
【００１７】
線の第２のパターンが第２の配向でウェハの表面上に投射される場合、ウェハの表面の第２の画像の第２のセットが捕捉され、線の第２のパターンの画像ごとに、線が、線の第２のパターンの第２の配向に垂直に、明確な距離シフトされる。線の第１のパターンは、線の第２のパターンと同一であってよい。唯一の相違点は、線の第１のパターンが、線の第２のパターンに平行ではない点である。
【００１８】
本発明の装置の一実施形態では、１台のカメラが提供される。カメラは視野を画定し、ウェハの平面に垂直に配置される。カメラの視野は、ウェハの表面全体が、またはウェハの表面の少なくとも一部が捕捉されるように設計される。ウェハの表面上の鋸溝の配向が既知である場合、１台のラインプロジェクタで十分である。単一のラインプロジェクタだけが使用される場合、鋸溝が、ウェハの表面上に投射される線のパターンに平行ではないように、定められた配向でウェハを装填する装填装置が必要とされる。ラインプロジェクタは、ウェハの表面上に、中心ビーム軸の回りに集中する光の束を投射する。ラインプロジェクタは、中心ビーム軸がウェハの平面に関して鋭角に配置されるように配置される。光源は、ラインプロジェクタに光を提供する。ラインプロジェクタは、ウェハのオモテ面または裏面を、線のパターンで照明し、それによってウェハのオモテ面または裏面の完全な表面をカバーするように適応される。ラインシフタは、ラインプロジェクタとウェハの表面との間の光の束の中に位置決めされる。フレームグラバおよび画像プロセッサは同調して、ウェハのオモテ面または裏面の画像捕捉を同期させ、フレームグラバは、ウェハのオモテ面または裏面の線のパターンの位置を調整する。
【００１９】
本発明の装置の別の実施形態では、第１のラインプロジェクタおよび第２のラインプロジェクタが提供される。第１のラインプロジェクタは、中心ビーム軸がウェハの平面に関して鋭角に配置されるように配置される。さらに、第１のラインプロジェクタは、ウェハのオモテ面または裏面の上に第１の配向で複数の線のパターンを投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の完全な表面をカバーするように適応される。第２のラインプロジェクタは、中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供する。さらに、第２のラインプロジェクタは、中心ビーム軸がウェハの平面に関して鋭角に配置されるように配置される。第２のラインプロジェクタは、光源からい光を提供され、ウェハのオモテ面または裏面の上に第２の配向で複数の線のパターンを投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の完全な表面をカバーするように適応される。第１のラインプロジェクタおよび第２のラインプロジェクタは、ウェハの同じ面で複数の線の第１のパターンおよび第２のパターンを投射する。ウェハの表面は、それぞれオモテ面または裏面である。ラインシフタは、それぞれ、第１のラインプロジェクタとウェハの表面との間、および第２のラインプロジェクタとウェハの表面との間のそれぞれの光の束の中に位置決めされる。第１のラインプロジェクタおよび第２のラインプロジェクタのこの配置は、ウェハの表面上の鋸溝またはソーマークの配向について入手できる情報がない場合に有利である。
【００２０】
本発明の追加の実施形態は、ウェハのオモテ面および裏面を同時に捕捉できるようにする。本発明の装置は、２台のカメラを含む。各カメラが視界を画定し、ウェハのオモテ面およびウェハの裏面の平面に垂直に配置されている。２台のカメラの視野は、ウェハのオモテ面全体および裏面全体がそれぞれ捕捉されるように設計される。少なくとも１台の第１のラインプロジェクタは、中心ビーム軸の回りで集中する光の束を提供し、第１のラインプロジェクタは、中心のビーム軸が、ウェハの平面およびオモテ面それぞれに関して鋭角で配置されるように配置される。少なくとも１台の第２のラインプロジェクタは、中心ビーム軸の回りで集中する光の束を提供し、第２のラインプロジェクタは、中心のビーム軸が、ウェハの平面および裏面それぞれに関して鋭角で配置されるように配置される。ラインシフタは、各ラインプロジェクタとウェハの表面との間の光の束の中に位置決めされる。
【００２１】
ウェハと少なくとも１台のラインプロジェクタとの間で相対的な回転を可能にするための移動手段が提供されてよい。相対的な回転は、ウェハの平面に関して少なくとも１台のラインプロジェクタの鋭角が維持されるようにである。移動手段を用いると、ウェハの表面上に第２の配向で複数の線の第２のパターンを投射することができる。好ましくは、線の第１のパターンの線は、線の第２のパターンの線に垂直である。一実施形態に従って、移動手段は、線の第１のパターン、および線の第２のパターンが次々にウェハの表面上に投射できるようにウェハを回転する。別の可能性は、ラインプロジェクタが、ウェハの表面に対して枢動されることである。第１の配向では、ラインプロジェクタは線の第１のパターンを投射し、第２の配向では、ラインプロジェクタはウェハの表面の上に線の第２のパターンを投射する。フレームグラバおよび画像プロセッサは、ウェハの表面上に投射される線の第１のパターンおよび線の第２のパターンの画像捕捉、光の束の中のラインシフタの位置、および互いに対するウェハおよびラインプロジェクタの相対的な回転位置を同期させる。
【００２２】
本発明の追加の実施形態は、ソーマークの三次元検査のための装置が、視野を画定し、ウェハの平面を撮像するように配置される少なくとも１台のカメラを有するように設計され、視野は、ウェハの表面の少なくとも一部が捕捉されるように設計される。ソーマークがカメラの視野内で画定された配向にあるように、ウェハを装填するための手段が提供される。少なくとも１台のラインプロジェクタが、中心ビーム軸の回りに集中する光の束を提供し、少なくとも１台のラインプロジェクタが、中心ビーム軸がウェハの平面に関して鋭角に配置されるように配置され、少なくとも１台のラインプロジェクタが少なくとも１つの光源からの光を提供され、ウェハのオモテ面および／または裏面に複数の線のパターンを投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の表面の少なくとも一部をカバーするように適応される。少なくとも１台のラインシフタが、ラインプロジェクタとウェハの表面との間の光の束の中に位置決めされる。フレームグラバおよび画像プロセッサは、ウェハのオモテ面または裏面の画像を捕捉するように要求される。さらに、フレームグラバは、ウェハのオモテ面および／または裏面の上の線のパターンの位置を調整するためにトリガされる。ウェハを装填するための手段は、ソーマークの第２の配向でウェハの画像を捕捉するために、異なる配向でウェハを装填するために使用できる。
【００２３】
本発明の方法の追加の実施形態は、ウェハを定められた配向で装置の中に送電できるようにソーマークの配向を決定する必要がある点である。ウェハの表面上でソーマークを検出するためには、１台のプロジェクタしか必要とされない。ラインプロジェクタは、複数の線のパターンをウェハのオモテ面または裏面に投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の表面の少なくとも一部をカバーする。線のパターンは、ソーマークに対して斜めに（平行ではなく）配向される。好ましい実施形態では、線は、ソーマークにほぼ垂直に配向される。ウェハの表面の第１の画像の第１のセットが捕捉され、線の第１のパターンの画像ごとに、線は、線の第１のパターンの配向に垂直に、明確な距離シフトされる。第１の画像のセットからの結合された第１の画像が生成され、それによって結合される第１の画像から第１の画像の改善されたセットを計算する。溝は、第１の画像の改善されたセットの少なくとも１つで検出される。最後に、平均し、文書化するステップが実施される。
【００２４】
線の第１のパターンは、ソーマークに対して斜めに配向される。最も好ましくは、線の第１のパターンは、それぞれウェハのオモテ面または裏面の上のソーマークに垂直である。
【００２５】
少なくとも１台のラインシフタは、線の第１のパターンまたは線の第２のパターンがウェハの表面上でシフトされるように、ガラス板を回転するためのモータに接続されるガラス板である場合がある。別の実施形態に従って、少なくとも１台のラインシフタが複数のガラス板を有し、それによって各ガラス板は、位置決め装置内で異なる角度で配置される。位置決め装置は、特定の傾斜角度のガラス板を光の束の中に入れるために、モータによって駆動可能である。傾斜角度の差によって、第１のパターン線または第２のパターン線が、ウェハの表面上でシフトする。
【００２６】
実施形態では、装置の少なくとも１台のラインプロジェクタのそれぞれは、２つのパターン化されたガラス板を有し、線のパターンは、少なくとも１台のラインプロジェクタの出口レンズとコンデンサ（集光）システムとの間に配置される。第１のガラス板は、遠近感効果を補償し、ウェハの表面上に線の均一なパターンを投射するために、可変ピッチロンチ刻線（ロンチルーリング：Ronchi ruling）を有する。第２のガラス板は、遠近感効果を補償し、ウェハの表面上に均一な輝度の線のパターンを投射するために、可変透過率パターンを有する。
【００２７】
実施形態では、光源は、少なくとも１台のラインプロジェクタに直接的に取り付けられる。別の実施形態では、光は少なくとも１つの光源から少なくとも１台のラインプロジェクタに光ガイドを介して送達される。少なくとも１つの光源は、高輝度ＬＥＤを含んでよい。
【００２８】
好ましい実施形態に従って、２台のラインプロジェクタは、第１のラインプロジェクタの中心ビーム軸がＸ方向に平行になり、第２のラインプロジェクタの中心ビーム軸がＹ方向に平行になるように配置される。言い換えると、２台のラインプロジェクタは、デカルト座標系のＸ方向およびＹ方向に関して９０°の角度を囲む（９０°の角度を有する）。各ラインプロジェクタのそれぞれの中心ビーム軸は、ウェハの平面（水平面）と１８°の角度を囲む。カメラは鉛直に見下ろし、３つの画像がカメラによって捕捉される。画像の第１のセットは、第１のラインプロジェクタが照明されている間に捕捉される。モータは、各ラインプロジェクタの前で厚さ２ ｍｍのガラス板を傾ける。傾斜角度は、それぞれのラインシフタのそれぞれの垂直な中心ビーム軸を基準にして−４．４４°、０°、および４．４４°である。傾斜角度ごとに、画像が捕捉される。捕捉された画像は、無用のアーチファクトを取り除くために結合される。画像処理方法は、３つの画像の各セットでソーマークまたは鋸溝を探し、測定する。
【００２９】
本発明の方法の好ましい実施形態に従って、ソーマークの配向は、たとえば先行する検査ステップから先験的に既知である。ウェハ上でソーマーク／溝を検出するために、少なくとも１台のカメラおよび少なくとも２台のラインプロジェクタが必要とされる。各ラインプロジェクタは、複数の線のパターンをウェハのオモテ面または裏面に投射し、それによってウェハのオモテ面または裏面の表面の少なくとも一部をカバーする。ラインプロジェクタの線のパターンは、互いに対してある角度の下にある。つまり、ラインプロジェクタの線のパターンは、平行ではなく、異なる配向となる。２台のラインプロジェクタから成る好ましい実施形態では、ラインプロジェクタの線の２つのパターンは、互いに対してほぼ垂直である。さらに、線のパターンの内の少なくとも１つは、ソーマークに対して斜めに配向される。好ましい実施形態では、１台のプロジェクタの線は、ソーマークにほぼ垂直に配向される。ソーマークの先験的な情報は、ソーマークに垂直に最も近い線のパターンを投射するラインプロジェクタを選択するために使用される。このラインプロジェクタは、線のパターンを投射するために画像捕捉中に使用される。ウェハの表面の第１の画像の第１のセットが捕捉され、線の第１のパターンの画像ごとに、線は、線の第１のパターンの配向に垂直に、明確な距離シフトされる。第１の画像のセットからの結合された第１の画像が生成され、それによって結合される第１の画像から第１の画像の改善されたセットを計算する。溝は、第１の画像の改善されたセットの少なくとも１つで検出される。最後に、平均し、文書化するステップが実施される。（本実施形態の優位点は、画像捕捉時間が最小限に抑えられるため、スループットがさらに高くなる点である。
【００３０】
最後に、装置は、検出された最も深いソーマークの位置および深さを報告する。鋸溝またはソーマークは、曲線の当てはめによって鋸溝の両側の各線の位置を推定することによって、ピクセル単位で測定される。２つの側の間の差は、溝に沿ったある距離で平均することによって計算される。較正モデルが、ピクセル単位で測定された深さを、実際の距離単位で表される深さに変換するために使用される。較正モデルは、ラインプロジェクタおよびカメラによって引き起こされる遠近のゆがみおよび他の歪みを考慮に入れる。
【００３１】
本発明の性質および運転モードは、ここで、添付図面の図とともに解釈される本発明の以下の発明を実施するための形態により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】段状の形状を有し、画像が共焦点顕微鏡で撮像される鋸溝の部分を示す図である。
【図２】少なくとも１台のラインプロジェクタが使用される、ウェハのソーマークの三次元検査のための装置の実施形態の概略側面図である。
【図３】ウェハと単一のラインプロジェクタとの間の相対的な回転運動が、ウェハ表面が２つの異なる配向で照明できるように提供される、ウェハのソーマークの三次元検査のための装置の別の実施形態の概略側面図である。
【図４】本実施形態に従って、ウェハのオモテ面および裏面が、少なくとも２台のラインプロジェクタによって同時に検査される、ウェハのソーマークの三次元検査のための装置の概略図である。
【図５】ウェハが矩形の形状を有する、太陽電池に使用されるウェハの概略平面図である。
【図６】カメラの視野が、ウェハの表面全体を捕捉する、カメラの画像センサのピクセルによって見当合わせされるウェハの画像の概略図である。
【図７Ａ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、第１のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される水平照明パターン、および第１の照明光の束内の、傾けられていないガラス板を示す図である。
【図７Ｂ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、第２のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される鉛直照明パターン、および第２の照明光の束内の、傾けられていないガラス板を示す図である。
【図８Ａ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、図７Ａにかかる第１のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される水平照明パターン、および第１の照明光の束内の、右回り方向で傾けられているガラス板を示す図である。
【図８Ｂ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、図７Ｂにかかる第１のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される鉛直照明パターン、および第２の照明光の束内の、右回り方向で傾けられているガラス板を示す図である。
【図９Ａ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、図７Ａにかかる第１のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される水平照明パターン、および第１の照明光の束内の、左回り方向で傾けられているガラス板を示す図である。
【図９Ｂ】ウェハのオモテ面表面の画像の捕捉、図７Ｂにかかる第１のラインプロジェクタを用いてウェハ表面上に投射される鉛直照明パターン、および第２の照明光の束内の、左回り方向で傾けられているガラス板を示す図である。
【図１０】ウェハの表面上で両方向で配向されるソーマークを検出するための本発明の方法の概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
同じ参照数字は、多様な図を通して同じ要素を指す。さらに、それぞれの図の説明に必要な参照数字だけが、図に示されている。示されている実施形態は、本発明にかかる装置および方法がどのように設計できるかの例だけを表す。これは、本発明を制限するとして見なされてはならない。
【００３４】
図１は、ウェハ４（図２を参照）のオモテ面３Ｆ上の鋸溝２の部分図を示し、鋸溝２は、段状の形状を有している。光電池を製造するために使用されるシリコンウェハは、多様な欠陥がないか検査される必要がある。１つのタイプの欠陥は、シリコンインゴット（不図示）からウェハを鋸で切断するプロセスによって生じる。シリコンインゴットの形は、立方形または円柱であることがある。その結果、ウェハ４は、それぞれ円形または矩形である。鋸溝２またはソーマークは、ウェハ４の通常は平坦なオモテ面３Ｆまたは裏面３ｂからの局所的な細長いかつ三次元の逸脱である。ウェハ４が矩形である場合、鋸溝２は、鋸と同じ方向で、ウェハ４の端縁にほぼ平行に通り、それらの長さは数センチメートルとウェハ４の全幅との間で変わることがある。鋸溝２の幅およびその深さも変わることがある。
【００３５】
図２は、ウェハ４の少なくとも１つの表面３の上のソーマーク２の三次元検査のための本発明の装置１の実施形態の概略側面図を示す。ウェハ４の表面３は、ウェハ４のオモテ面３Ｆまたは裏面３Ｂである。ウェハ４の表面３は、視野７を画定し、ウェハ４の平面Ｐに垂直に配置されるカメラ６によって撮像される。カメラ６の光学システム１５は、視野７を画定した次に、ウェハ４の表面３全体がカメラ６のセンサ（不図示）によって捕捉されるように設計される。センサは、エリアセンサであることもあれば、ライン走査の原理に従って動作することもある。センサが、少なくとも１台のラインプロジェクタによって提供される照明のウェーブバンドに敏感である必要があることが重要である。
【００３６】
装置１は、中心ビーム軸９の回りに集中する光の束５を提供するラインプロジェクタ８を有する。ウェハ４の表面３全体は、ラインプロジェクタ８によって光の束５で照明される。ラインプロジェクタ８は、中心ビーム軸９が、ウェハ４の平面Ｐに対して鋭角αで配置されるように、ウェハ４の表面３に対して配置される。光源１０は、ラインプロジェクタ８に取り付けられ、ウェハ４の表面の照明のための光の束５を形成するために光を提供する。光源１０は、好ましくは高輝度ＬＥＤに基づく。
【００３７】
ラインプロジェクタ８は、２つのパターン化されたガラス板１８の前に、光の伝搬方向で配置される集光レンズ２６を有する。パターン化されたガラス板１８を用いて、複数の線２２（図７Ａから図９Ｂを参照）のパターンが、光の束５に作成される。ラインプロジェクタ８は、上ｌは４のオモテ面３Ｆおよび／または裏面３Ｂの上に線２２のパターン２０を投射するために、出口レンズ２４を有する。２つのパターン化されたガラス板１８は、出口レンズ２４と集光レンズ２６との間に配置される。２つのパターン化したガラス板１８の第１のガラス板２７は、遠近感の効果を補償し、ウェハ４の表面３上に線２２の均一なパターン２０を投射するために、可変ピッチロンチ刻線を有する。２つのパターン化したガラス板１８の第２のガラス板２８は、遠近感の効果を補償し、ウェハ４の表面３上に均一な輝度の線２２のパターンを投射するために、可変透過率パターンを有する。
【００３８】
少なくとも１台のラインシフタ１２も、ラインプロジェクタ８とウェハ４の表面３との間の光の束５の中に位置決めされる。図２に開示されるラインシフタ１２の実施形態は、モータ１１に接続されるガラス板１２Ｇである。モータ１１は、線２２の第２のパターン２０が、ウェハ４のひょうめん３上でシフトされるようにガラス板１２Ｇを回転させる。図２は、ガラス板１２Ｇの３つの異なる角位置を示す。異なる角位置を用いて、ウェハ４の表面３の上で線２２のパターン２０をシフトすることができる。ラインシフタ１２の代替実施形態（不図示）では、複数のガラス板１２Ｇが、位置決め装置に取り付けられる。各ガラス板１２Ｇは異なる角度で配置され、位置決め装置は、第１のパターンまたは第２のパターン２０がウェハ４の表面３上でシフトされるように光の束５の中に特定の傾斜角度のガラス板１２Ｇを入れるために、モータによって駆動可能である。
【００３９】
ラインシフタ１２は、同じ傾斜角度を有するが、厚さが異なるいくつかのガラス板１２Ｇも含んでよい。ウェハ４の表面３の上で線２２のパターン２０のシフトを達成するために、画像を捕捉する前に、単一の特定のガラス板１２Ｇが、ラインプロジェクタ８とウェハ４の表面３との間の光の束５に入れられる。
【００４０】
カメラ６を用いた画像捕捉は、ラインシフタ１２のモータ１１、および光源１０に対する電源と同期される。フレームグラバ１４および画像プロセッサ１６は、カメラと電気的に接続されている。ウェハ４のオモテ面３Ｆまたは裏面３Ｂの画像捕捉は、ウェハ４のオモテ面３Ｆおよび／または裏面３Ｂ上での線２２のパターン２０の位置と調整して、フレームグラバ１４によって同期される。
【００４１】
ウェハ４の表面３上の鋸溝２の配向が既知である場合、装置１は、単一のラインプロジェクタ８とともに動作できる。鋸溝２の配向の事前の知識ない場合、ウェハ４の表面３の上に２つの異なる配向で線２２の２つのパターン２０を投射することが必要である。好ましくは、両方のパターン２０とも互いに垂直である。これは、ウェハ４の表面３上の線２２の２つのパターン２０の線２２が互いに垂直となるように配置される第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2によって達成できる（図７Ａから図９Ｂを参照）。
【００４２】
代替解決策では、相対的な回転運動が、単一のラインプロジェクタ８とウェハ４の表面３との間で実施される。画像の第１のセットが、第１の配向で線２２のパターン２０で捕捉され、画像の第２のセットが、それぞれの相対的な回転運動の後に第２の配向で捕捉される。
【００４３】
図３は、本発明の代替実施形態を示す。検査される各ウェハ４は、それが検査位置に達する、つまりウェハ４がラインプロジェクタ８の光の束５によって証明されるカメラ６の視界内に入るまで平面Ｐで運搬される。ウェハ４は、初期配向で検査位置に到達する。上述されたように、線２２のパターン２０（図７Ａから図９Ｂを参照）は、装置１によって検査されるウェハ４の表面３を横切ってラインシフタ１２によって移動される。移動手段３２（図３を参照）は、ウェハ４とラインプロジェクタ８との間で相対的な回転を提供する。相対的な回転中、ラインプロジェクタ８の、ウェハ４の平面Ｐに対する鋭角の角度αが維持される。相対的な回転は、ウェハ４の表面３の上に第２の配向で複数の線２２の第２のパターン２０を投射するために必要である。
【００４４】
図３に開示される実施形態の動作の方法に従って、カメラ６は、ウェハ４の表面３から複数の画像を捕捉する。ラインシフタ１２は、画像が、ウェハの表面３の上に投射される線２２のパターン２０のピッチの端数分、互いから異なることを可能にする。線２２は、画像間で部分的に重複する。いったん複数の画像が捕捉されると、移動手段３２は、ウェハ４とラインシフタ１２との間で相対的な回転を実施する。好ましい運転モードでは、ウェハ４は移動手段３２によって回転される。回転の度数は、好ましくは９０°である。回転を完了した後、カメラ６は画像の追加セットを捕捉し、ラインプロジェクタ８はウェハ４の表面３の上に線２２の第２のパターン２０を投射し、線２２の第２のパターン２０は、線２２の第１のパターン２０に関して斜めに配向される。回転の度数が９０°である場合、線２２の第１のパターンは、線２２の第２のパターン２０に対して９０°で配向される。カメラ６、移動手段３２、ラインシフタ１２のモータ１１、および光源１０は、フレームグラバ１４および画像プロセッサ１６によって調整される。
【００４５】
図４は、第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2を備えた、本発明の実施形態を示す。第１のラインプロジェクタ８1は、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射するように適応される。第２のラインプロジェクタ８2は、ウェハ４の裏面３Ｂの上に線２２のパターン２０を投射するように適応される。第１のカメラ６1は、ウェハ４のオモテ面３Ｆに対向して配置され、第２のカメラ６2はウェハ４の裏面３Ｂに対向して配置される。図４に開示される装置を用いて、ウェハ４のオモテ面３Ｆおよびウェハ４の裏面３Ｂの複数の画像を同時に捕捉することができる。この実施形態では、ラインプロジェクタ８1、８2への光は、個々のライトガイド３０を介して単一の光源１０によって提供される。
【００４６】
図２から図４に開示される装置１の実施形態は、例示的な実施形態であり、本発明の制限と見なされるべきではない。当業者は、第１のラインプロジェクタ８1、第２のラインプロジェクタ８2、第３のラインプロジェクタ８3（不図示）および第４のラインプロジェクタ８4（不図示）を備えた装置１も検討するだろう。本実施形態では、第１のラインプロジェクタ８1および第３のラインプロジェクタ８3は、それらが０°度および９０°で線２２のそれぞれのパターン２０を、それぞれウェハ４のオモテ面３Ｆの上に投射するように配置される。第２のラインプロジェクタ８2および第４のラインプロジェクタ８4は、それらが０°度および９０°度で線２２のそれぞれのパターン２０を、それぞれウェハ４の裏面３Ｂの上に投射するように配置される。画像捕捉を加速するために、各ラインプロジェクタ８１、８2、８3、または８4に異なるウェーブバンドを使用できる。少なくとも１台の色に対する感度が高いカメラまたはフィルタ付きのカメラが、画像を捕捉するために必要とされる。
【００４７】
追加の実施形態（不図示）では、第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2は、それらが０°度および９０°度で線２２のそれぞれのパターン２０を、それぞれウェハ４のオモテ面３Ｆの上に投射するように配置される。
【００４８】
検査されるウェハ４は、ウェハ４を検査位置に、つまりカメラ６の視界７の中に輸送するベルト（不図示）上に載っている。ウェハ４のオモテ面３Ｆを検査することができる。図４に開示されるように、ウェハ４のオモテ面３Ｆおよび裏面３Ｂは、ウェハ４が真空ピックアップギア（不図示）または任意の同等物によって保持される間に、同時に検査できる。
【００４９】
図５は、ウェハが矩形の形状を有する、太陽電池に使用されるウェハの概略平面図を示す。上述されたように、ウェハ４は、シリコンインゴットから鋸で切断される。シリコンインゴットの形は立方形であるので、ウェハ４は矩形である。ウェハ４のオモテ面３Ｆ上のソーマークは、鋸の方向３５に沿って配向される。
【００５０】
図６は、図５にかかるウェハ４の画像４０の概略図を示す。ウェハ４は、カメラ６の画像センサのピクセル６０n,mによって見当合わせされ、カメラ６の視野７が、表面全体、ここではウェハ４のオモテ面３Ｆを捕捉する。複数のピクセル６０n,mのあるカメラ６の画像センサは、鋸溝２が画像センサのピクセル行ｎまたはピクセル列ｍにほぼ平行になるように、ウェハ４と配向される。好ましくは、ウェハ４は、ウェハ４（矩形ウェハ）の側面がＸ方向およびＹ方向にそれぞれ平行であるように配向される。
【００５１】
ウェハ４の表面３の画像４０がどのように捕捉されるのかのプロセスが、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂに示される。画像４０（図７Ａ、図８Ａ、および図９Ａ）の第１のセットは、第１のラインプロジェクタ８1がオンに切り替えられた状態で捕捉される。画像４０（図７Ｂ、図８Ｂ、および図９ＢＢ）の第２のセットは、第２のラインプロジェクタ８2がオンに切り替えられた状態で捕捉される。ここに示される実施形態に従って、第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2は、両方がウェハ４のオモテ面３Ｆを照明するように配置される。第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2は、交互にオンおよびオフに切り替えられる。第１のラインプロジェクタ８1は、線２２がＸ方向に平行になるように、ウェハ４のオモテ面３Ｆ上に線２２のパターン２０を投射する。第２のラインプロジェクタ８2は、線２２がＹ方向に平行になるように、ウェハ４のオモテ面３Ｆ上に線２２のパターン２０を投射する。
【００５２】
図７Ａは、第１のラインプロジェクタ８1がオンに切り替えられ、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射する状況を示す。線２２は、Ｘ方向に平行である。第１のラインプロジェク８1の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度は、図７Ａに描かれるように０°度であり、回転軸３４（側面図参照）またはガラス板１２Ｇの平面Ｇは、中心ビーム軸９に垂直である。ウェハ４のオモテ面３Ｆ全体の画像４０は、カメラ６によって捕捉される。画像４０のセットの取得での次のステップが、図８Ａに示される。第１のラインプロジェクタ８1はオンに切り替えられた状態のままであり、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射する。線２２は、Ｘ方向に平行である。第１のラインプロジェクタ８1の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度は、図８Ａに描かれる、０°度に等しくない値βを定めるように設定され、回転軸３４（側面図を参照）またはガラス板１２Ｇの平面Ｇが、中心ビーム軸９に対して傾けられる。線２２のパターン２０は、ウェハ４のオモテ面３Ｆ上で定められた距離シフトされ、カメラ６は線２２のシフトされたパターン２０の画像４０を捕捉する。図９Ａは、第１のラインプロジェクタ８1の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度が、図９Ａに描かれる、定められた値−βに設定され、回転軸３４（側面図を参照）またはガラス板１２Ｇの平面Ｇが、中心ビーム軸９に対して傾けられる状況を示す。第１のラインプロジェクタ８1はオンに切り替えられた状態のままであり、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射する。線２２はＸ方向に平行であり、画像４０がカメラ６によって捕捉される。
【００５３】
図７Ｂは、第２のラインプロジェクタ８2がオンに切り替えられ、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射する状況を示す。線２２は、Ｙ方向に平行である。第２のラインプロジェクタ８2の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度は、ガラス板１２Ｇの真中に位置決めされている中心線３４によって、図７に描かれる０°度である。ウェハ４のオモテ面３Ｆ全体の画像４０は、カメラ６によって捕捉される。画像４０のセットの取得での次のステップが、図８Ｂに示される。第２のラインプロジェクタ８2はオンに切り替えられた状態のままであり、ウェハ４のオモテ面３Ｆの上に線２２のパターン２０を投射する。線２２は、Ｙ方向に平行である。第２のラインプロジェクタ８2の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度は、ガラス板１２Ｇの真中から左側に位置決めされている中心線３４によって、図８Ｂに描かれる０°度等しくない定められた値βに設定される。線２２のパターン２０は、ウェハ４のオモテ面３Ｆ上で定められた距離シフトされ、カメラ６は線２２のシフトされたパターン２０の画像４０を捕捉する。図９Ｂは、第２のラインプロジェクタ８2の前に置かれたガラス板１２Ｇの傾斜角度が、ガラス板１２Ｇの真中から右側に位置決めされている中心線３４によって、図９Ｂに描かれる、定められた値−βに設定される状況を示す。
【００５４】
図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂは、線２２がＸ方向に平行である画像４０のっセットが、３つの画像４０を含み、線２２がＹ方向に平行である画像４０のセットも画像４０を含む状況を示す。シフトの量は、それぞれ第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2の前のそれぞれの回転または傾斜の量によって制御される。各セットの画像４０は、線２２が、ライン周期のゼロ、３分の１、および３分の２である定められた量、シフトされた状態で撮られる。特に、図７Ａ、図７Ｂでは、線２２は、シフトされておらず（ガラス板１２Ｇの傾斜角度は０°である）、図８Ａ、図８Ｂでは、線２２はシフトされており、ガラス板１２の傾斜角度はβであり、図９Ａ、図９Ｂでは、線２２はシフトされており、ガラス板１２Ｇの傾斜角度は−βである。いずれの場合も、線２２の段階的なシフトの量は、ウェハ４の表面３全体がカバーされる度数に設定される。セットごとに撮られる画像４０の量が３つの画像４０に制限されていないことは、当業者にとって明らかである。
【００５５】
図１０は、ウェハ４の表面３上のソーマーク２を検出するための本発明の方法の概略フローチャートを示す。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂに示されるように、第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2は、ウェハ４のオモテ面３Ｆを照明するように配置される。第１のラインプロジェクタ８1および第２のラインプロジェクタ８2は、それらのそれぞれの中心ビーム軸９が互いに対して垂直となるように位置決めされる。当初、第１のラインプロジェクタ８1は、（Ｘ方向に平行な）第１の配向のライン２２の第１のパターン２０をウェハ４の少なくとも１つの表面３の上に投射する。第１の未処理の画像５１、第２の未処理の画像５２、および第３の未処理の画像５３が捕捉され、線２２の第１のパターン２０の各未処理画像５１1、５２1、５３1ごとに、線２２が、線２２の第１のパターン２０の配向に垂直に、明確な距離シフトされる。同じことは、線２２の第２のパターン２０の未処理の画像５１2、５２2、５２3の第２のセットで行われ、線２２はＹ方向に平行に配向される。
【００５６】
各セットの未処理画像５１1、５２1、５３1、および５１2、５２2、５３2が捕捉された後、各配向での複数の未処理画像５１1、５２1、５３1、および５２1、５２2、５３2が結合され、各画像の質を改善し、無用のアーチファクトを削除する。基準画像５４1、５４2が計算され、第１の基準画像５４1のピクセル値は未処理画像５１1、５２1、５３1の第１のセットの最大ピクセル値である。同様に、第２の基準画像５４2が計算され、第２の基準画像５４2のピクセル値は未処理画像５１2、５２2、５３2の第２のセットの最大ピクセル値である。次のステップでは、未処理画像５１1、５２1、５３1の第１のセットの各画像、および未処理画像５１2、５２2、５３2の第２のセットの各画像が、それぞれ第１の基準画像５４1および第２の基準画像５４2によって分けられる。未処理画像５１1、５２1、５３1の第１のセットおよび未処理画像５１2、５２2、５３2の第２のセットは、数値的に再スケールされ、それは元の画像が有するのと同じ値の範囲（たとえば０から２５５）を得るために、一定の値でそれらを乗算することによってなされる。
【００５７】
次のプロセスステップでは、候補の溝（鋸溝２）がすべての改善された画像で検出される。一般性を喪失することなく、投射された線が画像内でほぼ平行であると仮定すると、溝の検出は、さまざまなステップによって達成される。第１に、投射された線２２の場所の検出が、ピクセル６０n,mの各列で実施される。第２に、各線２２は、水平に追跡調査され、直線からの局所的な逸脱が計算される。第３に、局所的な逸脱が閾値を超えている直線の位置を用いてハフ変換が実施される。第４に、ハフ変換で、検出された溝２の位置および配向に一致するピークが検索される。
【００５８】
本発明の追加の実施形態に従って、未処理画像＃１、＃２、および＃３が、改善された品質の１つの単一の画像に結合される。それは、各ピクセル場所での画像５１1、５２1、５３1の強度を比較する「位相シフト抽出」として知られているプロセスによって行われる。結合された画像は「位相画像」として知られる。溝は、位相画像で検出され、測定される。位相画像の性質は、線が適合し、偏差が検出されると、（−ｐｉから＋ｐｉまたは＋ｐｉから−ｐｉへの）位相ジャンプを考慮に入れ（「開かれ」）なければならないようである。
【００５９】
次のステップでは、すべての改善された画像での検出された溝２の深さが測定される。検出された候補溝２ごとに、溝外形の高い点および低い点が、検出された溝２の各方向に沿って計算される。計算は、追跡調査された線の位置から開始する。高い点および低い点は、隣接する方向または線を横切って追跡調査される。検出された溝２の局所的な深さは、高い点および低い点の近くの線の位置を通して、曲線の当てはめによって推定される。溝の平均深さは、移動平均によって溝２に沿ってある長さに渡ってピクセル単位で推定される。最終的に、溝２の深さは、事前に計算された較正パラメータによって、ピクセルからミクロンに変換される。
【００６０】
次のステップでは、溝２の深さが平均され、それは、第１の画像５１1、５２1、５３1の改善されたセット、および第２の画像５１2、５２2、５３2のセット上で三次元で計算される平均深さ外形によって達成される。最後に、溝２の場所および深さが報告される。ファイルが書き込まれ、そのファイルから、溝２の場所および深さをラインエンジニアによって取り出すことができる。ウェハ４の表面３上の最も深い鋸溝２の場所および深さもファイルから取り出すことができる。
【００６１】
本発明は、好ましい実施形態に関して説明されてきた。しかしながら、本発明の変更形態および改変形態が、続く特許請求の範囲の範囲から離れることなく加えることができることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００６２】
１  装置
２  ソーマーク、鋸溝
３  表面
３Ｂ      ウェハの裏面
３Ｆ      ウェハのオモテ面
４  ウェハ
５  光の束
６、６1、６2      カメラ
７    視野
８    ラインプロジェクタ
８1   第１のラインプロジェクタ
８2   第２のラインプロジェクタ
８3   第３のラインプロジェクタ
８4   第４のラインプロジェクタ
９    中心ビーム軸
１０  光源
１１  モータ
１２  ラインシフタ
１２Ｇ      ガラス板
１４  フレームグラバ
１５  光学システム
１６  画像プロセッサ
１８  パターン化されたガラス板
１９  伝搬方向
２０  パターン
２２  線
２４  出口レンズ
２６  集光レンズ、集光システム
２７  第１のガラス板
２８  第２のガラス板
３０  ライトガイド
３２  移動手段
３４  回転軸
３５  鋸の方向
４０  ウェハの画像
５１1、５１2      第１の未処理画像
５２1、５２2      第２の未処理画像
５３1、５３2      第３の未処理画像
基準画像
５４1、５４2      カメラの画像センサのピクセル
Ｇ    ガラス板の平面
Ｐ    ウェハの平面
Ｘ    Ｘ方向
Ｙ    Ｙ方向
α    鋭角
β    傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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