(57)【要約】【課題】光切断線の湾曲成分を除去し、太陽電池ウエハの断面形状データを精度良く算出する。【解決手段】ウエハ形状データ取得部２２１は、ウエハ画像から光切断線の形状を示すウエハ形状データを取得する。標準平面形状データ取得部２２２は、所定の標準平面の高さを数段階変化させ、標準平面画像から各高さにおける光切断線の形状を示す標準平面形状データを取得する。形状補正部３４１は、ウエハ形状データと形状が最も近い標準平面形状データを、標準平面形状データ記憶部８０から特定し、特定した標準平面形状データ及びウエハ形状データの差分を補正ウエハ形状データとして算出する。断面形状算出部３４２は、形状補正部３４１で算出された補正ウエハ形状データからウエハ断面形状データを算出する。【選択図】図２
2012002596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池ウエハの３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、
撮像手段と、
前記太陽電池ウエハのソーマークと交差する方向に光切断線を照射する照射手段と、
所定の標準平面の高さを数段階変化させ、前記光切断線が照射された標準平面を前記撮像手段に撮像させ、得られた標準平面画像から各高さにおける前記光切断線の形状を示す標準平面形状データを取得する標準平面形状データ取得手段と、
前記光切断線が照射された太陽電池ウエハを前記撮像手段に撮像させ、得られたウエハ画像から前記光切断線の形状を示すウエハ形状データを取得するウエハ形状データ取得手段と、
前記ウエハ形状データと形状が最も近い標準平面形状データを、前記標準平面形状データ取得手段により取得された標準平面形状データの中から特定し、特定した標準平面形状データ及び前記ウエハ形状データの差分を補正ウエハ形状データとして算出する形状補正手段と、
前記補正ウエハ形状データを基に、前記太陽電池ウエハの断面形状データを算出する断面形状算出手段とを備える３次元形状測定装置。
【請求項２】
各標準平面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、各標準平面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、各標準平面形状データに対応する断面形状データである離散断面形状データを算出する離散断面形状データ算出手段と、
前記離散断面形状データを補間することで、ある高さにおける前記標準平面の断面形状データである補間断面形状データを算出する補間断面形状データ算出手段と、
前記補間断面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、前記補間断面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、前記補間断面形状データに対応する標準平面形状データである補間標準平面形状データを算出する補間平面形状データ算出手段とを更に備える請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記断面形状算出手段は、前記標準平面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、前記補正形状データを構成する各画素データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を用いて前記太陽電池ウエハの断面形状データを算出する請求項１又は２記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記標準平面形状データ取得手段により取得された数段階の標準平面形状データをその高さと対応付けて記憶すると共に、前記補間平面形状データ算出手段により算出された補間標準平面形状データを標準平面形状データとしてその高さと対応付けて記憶する標準平面形状データ記憶手段を更に備え、
前記形状補正手段は、前記標準平面形状データ記憶手段に記憶された標準平面形状データの中から、前記ウエハ形状データに形状が最も近い標準平面形状データを特定する請求項２記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記光切断線が照射された前記太陽電池ウエハを一定周期で連続的に撮像し、
前記ウエハ形状算出手段は、前記撮像手段による撮像処理と並行して前記ウエハ形状データを算出する請求項１〜４のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを上方から撮像し、
前記照射部は、前記太陽電池ウエハを斜め方向から照射する請求項１〜５のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池ウエハの３次元形状を算出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光切断法を用いて被測定物の表面の３次元形状の微細形状を測定する技術が広く知られている。これらの技術の多くは、被測定物の厚さ変動、並びにカメラ及び被測定物間の距離変動に伴うカメラの視野範囲の変動を考慮することなく、３次元形状が算出されている。
【０００３】
３次元形状は光切断線を示す画素データとカメラの画素分解能とに基づいて算出されるが、カメラ及び被測定物間の距離が変動して視野範囲が変動すると、それに応じて画素分解能も変動するため、画素分解能を一定として３次元形状を算出すると、３次元形状を正確に算出することはできない。特に、カメラ及び被測定物間の距離が大きく変動した場合、実際の画素分解と計算に用いる画素分解能との乖離が増大し、３次元形状を精度良く求めることができなくなってしまう。
【０００４】
また、光切断線は、直線状になることが好ましいが、実際には光学系の歪みにより湾曲する。この湾曲の度合いもカメラ及び被測定物間の距離に応じて変動する。そのため、３次元形状を正確に算出するためには、光切断線の湾曲成分を考慮に入れる必要がある。
【０００５】
この湾曲成分を考慮に入れた技術として特許文献１が開示されている。特許文献１では、平面基準板（３０）の位置及び姿勢を変化させる毎にスリット断面線（２２）が撮影され、得られたスリット断面線（２２）が近似的に適合する共通の曲面（４０）が算出される。
【０００６】
そして、光断面線（２２）が照射されたワーク（１０）が撮影され、スリット画像（２０）が取得され、スリット画像の各点に対応する曲面（４０）上の点が求められ、この点の３次元形状が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は、太陽電池ウエハに関するものではないため、太陽電池ウエハに現れるソーマークの方向に沿って太陽電池ウエハを搬送させて、太陽電池ウエハの全面の３次元形状を精度良く求めることができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、光切断線の湾曲成分を除去し、太陽電池ウエハの断面形状データを精度良く算出することができる３次元形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の一局面による３次元形状測定装置は、太陽電池ウエハの３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、撮像手段と、前記太陽電池ウエハのソーマークと交差する方向に光切断線を照射する照射手段と、所定の標準平面の高さを数段階変化させ、前記光切断線が照射された標準平面を前記撮像手段に撮像させ、得られた標準平面画像から各高さにおける前記光切断線の形状を示す標準平面形状データを取得する標準平面形状データ取得手段と、前記光切断線が照射された太陽電池ウエハを前記撮像手段に撮像させ、得られたウエハ画像から前記光切断線の形状を示すウエハ形状データを取得するウエハ形状データ取得手段と、前記ウエハ形状データと形状が最も近い標準平面形状データを、前記標準平面形状データ取得手段により取得された標準平面形状データの中から特定し、特定した標準平面形状データ及び前記ウエハ形状データの差分を補正ウエハ形状データとして算出する形状補正手段と、前記補正ウエハ形状データを基に、前記太陽電池ウエハの断面形状データを算出する断面形状算出手段とを備える。
【００１１】
この構成によれば、太陽電池ウエハの３次元形状の測定に先だって、標準平面に光切断線が照射され、標準平面の高さが変更され、標準平面の高さが変更される毎に、標準平面画像が取得され、この標準平面画像に含まれる光切断線の形状を示す標準平面形状データが取得される。この標準平面形状データは、光切断線の湾曲成分を表している。
【００１２】
また、太陽電池ウエハに光切断線が照射され、太陽電池ウエハを撮像することで得られるウエハ画像が取得され、取得されたウエハ画像に含まれる光切断線の形状を示すウエハ形状データが取得される。
【００１３】
そして、ウエハ形状データに形状に最も近い形状を有する標準平面形状データが特定される。これにより、ウエハ形状データの高さに対応する湾曲成分を表す標準平面形状データが特定される。
【００１４】
そして、ウエハ形状データと特定された標準平面形状データとの差分が補正ウエハ形状データとして算出される。これにより、ウエハ形状データから湾曲成分が除去された光切断線の形状を示す補正ウエハ形状データが得られる。そして、補正ウエハ形状データから太陽電池ウエハの断面形状データが算出される。
【００１５】
つまり、太陽電池ウエハの３次元形状の測定に先だって予め算出された数個の標準平面形状データのうち、ウエハ形状データの平均的な高さに対応する湾曲成分を示す標準平面形状データが特定され、この標準平面形状データを用いてウエハ形状データから湾曲成分が除去されている。
【００１６】
そのため、光切断線の湾曲成分を除去し、太陽電池ウエハの断面形状データを精度良く算出することができる。
【００１７】
（２）各標準平面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、各標準平面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、各標準平面形状データに対応する断面形状データである離散断面形状データを算出する離散断面形状データ算出手段と、前記離散断面形状データを補間することで、ある高さにおける前記標準平面の断面形状データである補間断面形状データを算出する補間断面形状データ算出手段と、前記補間断面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、前記補間断面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、前記補間断面形状データに対応する標準平面形状データである補間標準平面形状データを算出する補間平面形状データ算出手段とを更に備えることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、任意の高さに対応する湾曲成分を示す標準平面形状データを簡便な処理により求めることができる。
【００１９】
（３）前記断面形状算出手段は、前記標準平面形状データの高さ及び前記撮像手段の視野範囲を基に、前記補正形状データを構成する各画素データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を用いて前記太陽電池ウエハの断面形状データを算出することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、標準平面形状データの高さ及び撮像手段の視野範囲を基に、補正形状データを構成する各画素データの画素分解能が特定され、この画素分解能を用いて断面形状データが算出されている。そのため、太陽電池ウエハの凹凸による高さの違いが考慮された画素分解能を用いて断面形状データが算出される結果、断面形状データをより精度良く算出することができる。
【００２１】
（４）前記標準平面形状データ取得手段により取得された数段階の標準平面形状データをその高さと対応付けて記憶すると共に、前記補間平面形状データ算出手段により算出された補間標準平面形状データを標準平面形状データとしてその高さと対応付けて記憶する標準平面形状データ記憶手段を更に備え、前記形状補正手段は、前記標準平面形状データ記憶手段に記憶された標準平面形状データの中から、前記ウエハ形状データに形状が最も近い標準平面形状データを特定することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、標準平面形状データ記憶手段に予め記憶された標準平面形状データの中から、ウエハ形状データに最も形状が近い標準平面形状データが特定されるため、標準平面形状データを特定する処理を速やかに行うことができる。
【００２３】
（５）前記撮像手段は、前記光切断線が照射された前記太陽電池ウエハを一定周期で連続的に撮像し、前記ウエハ形状算出手段は、前記撮像手段による撮像処理と並行して前記ウエハ形状データを算出することが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、太陽電池ウエハが一定周期で連続的に撮像されているため、３次元ウエハの全面の３次元形状データを算出することができる。更に、ウエハ形状データが撮像処理と並行して実行されているため、ウエハ形状データの算出結果をリアルタイムで得ることができる。
【００２５】
（６）前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを上方から撮像し、前記照射部は、前記太陽電池ウエハを斜め方向から照射することが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、高さデータの分解能を高めると同時に、太陽電池ウエハの全面の３次元形状データを取得することができる。また、撮像手段は太陽電池ウエハを上方から撮像しているため、撮像手段の設置を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光切断線の湾曲成分を除去し、太陽電池ウエハの断面形状データを精度良く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態による３次元形状測定装置の全体構成図を示している。
【図２】図１に示す３次元形状測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】ウエハの高さと視野範囲との関係を説明する図である。
【図４】図３（Ａ）に示す３次元形状測定装置をＸ方向から見たときの構成を概念的に示した図である。
【図５】高さを６段階に変えながら、標準平面形状データを取得するときの光切断線の位置を示した図である。
【図６】形状補正部の処理の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態による３次元形状測定装置がウエハの３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。
【図８】ウエハ画像の一例を示した図である。
【図９】探索処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】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１２】図７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１３】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１４】断面形状データを算出する処理の説明図である。
【図１５】光源とカメラとの設置状態を模式的に示した図である。
【図１６】断面形状データを算出する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１７】補間標準平面形状データの取得処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態における３次元形状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３次元形状測定装置の全体構成図を示している。図１に示すように、３次元形状測定装置は、照射部１０、撮像部２０、制御部３０、及び搬送部４０を備えている。図１において、Ｙ方向は搬送部４０による太陽電池ウエハ５０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、太陽電池ウエハ５０をウエハ５０と記述する。
【００３０】
照射部１０は、例えば１つの光源１１により構成されている。光源１１は、例えばカメラ２１の撮像領域に向けて、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４０により搬送されるウエハ５０との交線が、光切断線ＣＬとなる。本実施の形態では、光切断線ＣＬは、長手方向がＸ方向とほぼ平行になるように照射され、ウエハ５０の幅方向（Ｘ方向）のほぼ全域に照射されるため、ウエハ５０の全面の３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ＣＬ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。
【００３１】
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、ウエハ５０を斜め方向から照射するように、ほぼＬ字状の支持部材１５を介して台１４の下面に取り付けられている。
【００３２】
撮像部２０は、例えば１つのカメラ２１を備えている。カメラ２１は、ウエハ５０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２１は、受光面及びウエハ５０間の距離が所定距離になるように台２３の下面に取り付けられている。カメラ２１が、ウエハ５０を撮像した画像をウエハ画像と記述し、後述する標準平面を撮像した画像を標準平面画像と記述する。カメラ２１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。
【００３３】
カメラ２１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し、所定のフレームレートで制御部３０に出力する。
【００３４】
制御部３０は、例えば通常のコンピュータにより構成され、光源１１及びカメラ２１とケーブルを介して接続され、３次元形状測定装置の全体制御を司る。
【００３５】
搬送部４０は、例えばウエハ５０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備えている。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、ウエハ５０をＹ方向に一定の搬送速度で搬送させる。
【００３６】
ここで、搬送速度としては、光切断線ＣＬのＹ方向の幅をαとすると、カメラ２１の周期が１／２５０＝０．００４ｓであり、α／０．００４に設定すると、ウエハ５０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、ウエハ５０は、ソーマークの方向が搬送方向となるように搬送部４０に載置されるものとする。したがって、ウエハ５０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が照射されることになる。
【００３７】
ソーマークは、太陽電池ウエ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、太陽電池ウエハの表面において、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。
【００３８】
図２は、図１に示す３次元形状測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。撮像部２０は、カメラ２１及び第１演算部２２を備えている。第１演算部２２は、ウエハ形状データ取得部２２１及び標準平面形状データ取得部２２２を備えている。
【００３９】
ウエハ形状データ取得部２２１は、照射部１０により光切断線が照射されたウエハ５０をカメラ２１に撮像させ、得られたウエハ画像から光切断線の形状を示すウエハ形状データを取得する。ここで、ウエハ形状データ取得部２２１は後述する探索処理及び重心算出処理を実行し、ウエハ形状データを取得する。ウエハ形状データは、例えば、カメラ２１の画像座標空間において、光切断線の位置を示す２次元の画素データの集合からなるデータである。
【００４０】
探索処理は、カメラ２１により撮像された各ウエハ画像において、搬送方向と平行に複数のラインを設定し、各ラインの最大輝度画素を探索する処理である。重心算出処理は、探索処理により探索された各ラインの最大輝度画素を基に、各ラインの最大輝度の重心座標をサブピクセル単位で算出する処理である。
【００４１】
ここで、ウエハ形状データ取得部２２１は、撮像部２０によるウエハ画像の連続撮像処理と並行して、ウエハ形状データの算出処理を実行する。詳細には、ウエハ形状データ取得部２２１は、カメラ２１による現フレームのウエハ画像の撮像期間において、現フレームより１つ前のフレームのウエハ画像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つ前のフレームのウエハ画像に対する重心算出処理を実行する。
【００４２】
つまり、ウエハ形状データ取得部２２１は、パイプライン処理を実行するため、１フレーム周期が経過する毎に、１つのウエハ形状データを取得することができる。なお、重心算出処理によって１フレームのウエハ画像から得られる最大輝度の重心座標の集合がウエハ形状データである。
【００４３】
標準平面形状データ取得部２２２は、所定の標準平面の高さを数段階変化させ、光切断線が照射された標準平面をカメラ２１に撮像させ、得られた標準平面画像から各高さにおける光切断線の形状を示す標準平面形状データを取得する。ここで、標準平面形状データ取得部２２２は、ウエハ形状データ取得部２２１と同様、探索処理及び重心算出処理を実行し、標準平面形状データを取得する。取得された標準平面形状データは、その高さと対応付けて標準平面形状データ記憶部８０に記憶される。標準平面形状データは、例えば、カメラ２１の画像座標空間において、光切断線の位置を示す２次元の画素データの集合からなるデータである。
【００４４】
標準平面は、主面の表面粗さが被測定対象物であるウエハ５０よりも遙かに小さな平板状の面体により構成されている。本実施の形態では、標準平面は図１のカメラ２１の真下に配置される。ここで、標準平面は、まず、ｚ方向の高さが所定の基準高さとなる位置に配置される。基準高さとしては、例えば、ウエハ５０の測定時において、カメラ２１及びウエハ５０間の距離が想定し得る最大距離となるＺ方向の位置が採用される。
【００４５】
そして、光源１１により標準平面に光切断線ＣＬが照射され、カメラ２１により標準平面が撮像され、１枚の標準平面画像が取得される。１枚の標準平面画像が取得されると、基準高さよりも所定距離高い位置に標準平面が配置され、再度、１枚の標準平面画像が取得される。この処理が数段階繰り返され、数枚の標準平面画像が取得される。
【００４６】
なお、標準平面の高さ調整は、例えば所定の治具を用いてもよいし、複数の標準平面が階段状に配置された階段状の標準平面体を用い、カメラ２１の真下に所望の高さの標準平面が位置するように階段状の標準平面体を配置して、標準平面の高さを調整してもよい。
【００４７】
制御部３０は、搬送制御部３１、照射制御部３２、撮像制御部３３、及び第２演算部３４を備えている。なお、搬送制御部３１〜第２演算部３４は、例えばＣＰＵがコンピュータを制御部３０として機能させるための制御プログラムを実行することで実現される。
【００４８】
搬送制御部３１は、例えば、操作部６０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４０を構成するモータに駆動信号を出力し、搬送部４０にウエハ５０を一定の搬送速度で搬送させる。
【００４９】
照射制御部３２は、例えば、操作部６０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を点灯させる。
【００５０】
撮像制御部３３は、操作部６０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、撮像部２０に撮像開始のコマンドを出力し、撮像部２０にウエハ画像又は標準平面画像の撮像を開始させる。
【００５１】
第２演算部３４は、第１演算部２２の後処理を行うブロックであり、形状補正部３４１、断面形状算出部３４２、離散断面形状データ算出部３４３、補間断面形状データ算出部３４４、及び補間平面形状データ算出部３４５を備えている。
【００５２】
形状補正部３４１は、ウエハ形状データと形状が最も近い標準平面形状データを、標準平面形状データ記憶部８０に記憶された標準平面形状データの中から特定し、特定した標準平面形状データ及びウエハ形状データの差分を補正ウエハ形状データとして算出する。
【００５３】
断面形状算出部３４２は、形状補正部３４１で算出された補正ウエハ形状データからウエハ断面形状データを算出する。ここで、断面形状算出部３４２は、標準平面形状データ記憶部８０に記憶された各標準平面形状データの高さ及びカメラ２１の視野範囲を基に、補正形状データを構成する各画素データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を用いてウエハ５０の断面形状データを算出する。そして、断面形状算出部３４２は、断面形状データの算出処理を繰り返し実行することで、ウエハ５０の全面の３次元形状データを算出する。
【００５４】
離散断面形状データ算出部３４３は、標準平面形状データ記憶部８０に記憶された各標準平面形状データの高さ及びカメラ２１の視野範囲を基に、各標準平面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、各標準平面形状データに対応する断面形状データである離散断面形状データを算出する。
【００５５】
補間断面形状データ算出部３４４は、離散断面形状データを補間することで、ある高さにおける標準平面の断面形状データである補間断面形状データを算出する。
【００５６】
補間平面形状データ算出部３４５は、補間断面形状データの高さ及びカメラ２１の視野範囲を基に、補間断面形状データの画素分解能を特定し、特定した画素分解能を基に、補間断面形状データに対応する標準平面形状データである補間標準平面形状データを算出する。算出された補間標準平面形状データは、標準平面形状データとしてその高さと対応付けて標準平面形状データ記憶部８０に記憶される。
【００５７】
操作部６０は、例えばキーボート、及びマウスにより構成され、オペレータから入力される種々の指令を受け付ける。表示部７０は、例えば、液晶パネルから構成され、種々の操作画像や、３次元形状データを示す画像等を表示する。
【００５８】
標準平面形状データ記憶部８０は、例えば、書き換え可能な不揮発性の記憶装置により構成され、標準平面形状データ取得部２２２により取得された標準平面形状データをその高さと対応付けて記憶すると共に、補間平面形状データ算出部３４５により算出された補間標準平面形状データを標準平面形状データとしてその高さと対応付けて記憶する。
【００５９】
図３は、ウエハ５０の高さと視野範囲との関係を説明する図であり、（Ａ）は３次元形状測定装置の概略図、（Ｂ）はウエハ５０の高さが低い場合の視野範囲を示し、（Ｃ）はウエハ５０の位置が高い場合の視野範囲を示している。
【００６０】
図３（Ｂ）に示すように、ウエハ５０のＺ方向の位置が低くなると、すなわち、カメラ２１及びウエハ５０間の距離が長くなると、カメラ２１の視野範囲ＳＤ１は広くなるが、光切断線ＣＬの湾曲ＷＤが小さくなるため、高さが変わる前と同じウエハ画像を撮像しても光切断線ＣＬは大きくなってしまい、高さが変わる前には見えていた光切断線ＣＬの端の部分が視野範囲ＳＤ１からはみ出てしまう。
【００６１】
一方、図３（Ｃ）に示すように、ウエハ５０のＺ方向の位置が高くなると、すなわち、カメラ２１及びウエハ５０間の距離が短くなると、カメラ２１の視野範囲ＳＤ２は狭くなるが、光切断線ＣＬの湾曲ＷＤが大きくなるため、高さが変わる前と同じウエハ画像を撮像しても光切断線ＣＬは小さくなる。
【００６２】
図４は、図３（Ａ）に示す３次元形状測定装置をＸ方向から見たときの構成を概念的に示した図である。ウエハ５０の高さが変動する前の高さ０のときの、Ｙ方向の視野範囲をｗ０（ｍｍ）、ウエハ５０及びレンズＬＮ間の距離をｄ（ｍｍ）、レンズＬＮの焦点距離をｆ（ｍｍ）、カメラ２１の受光面ＳＥのＹ方向のサイズをｙ（ｍｍ）とすると、ｗ０＝ｄ×ｙ／ｆ・・・（１）が成り立つ。
【００６３】
ウエハ５０が元の高さからｈ（ｍｍ）高くなったときのＹ方向の視野範囲をｗｈ（ｍｍ）とすると、ｗｈ＝（ｄ−ｈ）×ｙ／ｆ＝（ｄ−ｈ）／ｄ×ｗ０・・・（２）が成り立つ。
【００６４】
基準高さである高さｈ０の位置で標準平面を測定したときの標準平面形状データＸｐ＿ｈ０をＸｐ＿ｈ０＝ｇ（ｐ）・・・（３）とおく。但し、ｐは画素データを特定するためのインデックスである。
【００６５】
標準平面を測定した場合、Ｘｐ＿ｈ０が曲線となっていても、各画素データの画素分解能ｋ＿ｈ０は一定と考えてよい。よって、標準平面形状データＸｐ＿ｈ０は、Ｘｐ＿ｈ０＝ｇ（ｐ）×ｋ＿ｈ０（ｍｍ）と表される。この演算結果に対して、カメラ２１及び光源１１の仰角を用いて後述の式（７）の演算を行えば、標準平面形状データＸｐ＿ｈ０が示す断面形状データＺｐ＿ｈ０を求めることができる。
【００６６】
また、高さｈの位置で標準平面を測定したときの標準平面形状データＸｐ＿ｈをＸｐ＿ｈ＝ｈ（ｐ）・・・（４）とおく。
【００６７】
高さｈにおける画素分解能をｋ＿ｈとすると、画素分解能ｋ＿ｈは、ｋ＿ｈ＝ｋ＿ｈ０×（ｄ−ｈ）／ｄ（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）・・・（５）と表される。
【００６８】
したがって、高さｈにおける標準平面形状データＸｐ＿ｈは、ｈ（ｐ）×ｋ＿ｈ０×（ｄ−ｈ）／ｄ（ｍｍ）と表される。この演算結果に対して、カメラ２１及び光源１１の仰角を用いて後述の式（７）の演算を行えば、標準平面形状データＸｐ＿ｈが示す断面形状データＺｐ＿ｈを求めることができる。
【００６９】
図５は、高さｈを６段階（ｈ１〜ｈ６）に変えながら、標準平面形状データＸｐ＿ｈを取得するときの光切断線ＣＬの位置を示した図であり、（Ａ）はカメラ２１とウエハ５０との高さの関係を示し、（Ｂ）は標準平面ＳＴに照射された光切断線を示し、（Ｃ）はカメラ２１の画像座標空間で現れる光切断線ＣＬを示している。
【００７０】
標準平面ＳＴの高さｈを等間隔にｈ１〜ｈ６と変化させると、標準平面ＳＴに照射される光切断線ＣＬは、ＣＬ１〜ＣＬ６へと変化する。それに伴って、画像座標空間に現れる光切断線ＣＬもＣＬ１〜ＣＬ６と変化する。
【００７１】
ここで、画像座標空間に現れる光切断線ＣＬ１〜ＣＬ６を示す標準平面形状データＸｐ＿ｈ１〜Ｘｐ＿ｈ６のうち、例えば、Ｘｐ＿ｈ１，Ｘｐ＿ｈ３が既知であり、Ｘｐ＿ｈ２が既知でないとして、Ｘｐ＿ｈ１，Ｘｐ＿ｈ３を補間して、Ｘｐ＿ｈ２を求めることを考える。つまり、Ｘｐ＿ｈ１，Ｘｐ＿ｈ３を既知の標準平面形状データとし、Ｘｐ＿ｈ１，Ｘｐ＿ｈ３を用いて、補間標準平面形状データＸｐ＿ｈ２を算出することを考える。
【００７２】
図５（Ｃ）に示すように、高さｈを等間隔に変化させてもカメラ２１の画像座標空間では、光切断線ＣＬは等間隔に現れない。したがって、Ｘｐ＿ｈ１〜Ｘｐ＿ｈ３とのＹ方向の中間に位置する画素データの集合を求めてもＸｐ＿ｈ２とはならない。
【００７３】
そこで、離散断面形状データ算出部３４３は、標準平面形状データＸｐ＿ｈ１，Ｘｐ＿ｈ３のそれぞれに対応する断面形状データである離散断面形状データＺｐ＿ｈ１，Ｚｐ＿ｈ３を求める。図５（Ｄ）は、離散断面形状データＺｐ＿ｈ１，Ｚｐ＿ｈ３の模式図を示している。標準平面ＳＴは非常に滑らかであるため、Ｚｐ＿ｈ１，Ｚｐ＿ｈ３がほぼ平らであることが分かる。
【００７４】
そして、離散断面形状データ算出部３４３は、高さｈ２が高さｈ１と高さｈ３とを１：１に内分する高さを有しているため、Ｚｐ＿ｈ１，Ｚｐ＿ｈ３の間を、１：１に内分する断面形状データを補間断面形状データＺｐ＿ｈ２として算出すればよい。
【００７５】
高さｈ２が高さｈ１と高さｈ３とを１：１に内分する高さを有していない場合、例えば、｜ｈ３−ｈ２｜：｜ｈ２−ｈ１｜＝ａ：ｂとすると、Ｚｐ＿ｈ１，Ｚｐ＿ｈ３の間を、Ｚｐ＿ｈ１を始点としてａ：ｂに内分する断面形状データを補間断面形状データＺｐ＿ｈ２として求めればよい。
【００７６】
そして、補間平面形状データ算出部３４５は、高さｈ２の画素分解能ｋ＿ｈ２を求め、画素分解能ｋ＿ｈ２とカメラ２１及び光源１１の仰角とを後述の式（７）に代入し、補間断面形状データＺｐ＿ｈ２から補間標準平面形状データＸｐ＿ｈ２を求める。
【００７７】
図６は、形状補正部３４１の処理の説明図であり、（Ａ）はカメラ２１とウエハ５０との関係を示した模式図であり、（Ｂ）は補正前のウエハ形状データを示し、（Ｃ）は補正ウエハ形状データを示している。図６の例では、ウエハ５０がＸ方向の中央部がＺ方向に突出した形状を有している。そのため、図６（Ｂ）に示すように、ウエハ形状データＸｐ＿ｗはｘ座標の中央部がｙ座標側に突出した形状を有している。なお、カメラ２１の画像座標空間は、左下の頂点を原点とし、Ｘ方向に対応するｘ軸と、Ｙ方向に対応するｙ軸とによって規定される２次元の座標空間である。
【００７８】
形状補正部３４１は、まず、ウエハ形状データＸｐ＿ｗを構成する各画素データのｙ座標の平均値を求める。そして、求めたｙ座標の平均値に最も近いｙ座標の平均値を有する標準平面形状データＸｐ＿ｈを標準平面形状データ記憶部８０から特定する。
【００７９】
ここで、標準平面形状データＸｐ＿ｈは、ｙ座標の平均値がウエハ形状データＸｐ＿ｗのｙ座標の平均値に近くなるにつれて、ウエハ形状データＸｐ＿ｗの撮像時の高さに近づくため、その形状がウエハ形状データＸｐ＿ｗの湾曲成分に近づくことになる。よって、ｙ座標の平均値が、ウエハ形状データＸｐ＿ｗのｙ座標の平均値に近い標準平面形状データＸｐ＿ｈほど、その形状がウエハ形状データＸｐ＿ｗに近い。
【００８０】
形状補正部３４１は、ウエハ形状データＸｐ＿ｗと標準平面形状データＸｐ＿ｈとの差分をとる。これにより、ウエハ形状データＸｐ＿ｗに含まれる湾曲成分が除去され、図６（Ｃ）に示すような補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗが得られる。図６（Ｃ）に示すように、補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗは、ｘ方向に向けてほぼ直線状となっており、湾曲成分が除去されていることが分かる。
【００８１】
なお、図６（Ｃ）においては、図６（Ｂ）に示す標準平面形状データＸｐ＿ｈのｙ座標の平均値を通るｘ方向に平行な直線ｙ＿ＭＧを画像座標空間にプロットし、直線ｙ＿ＭＧを中心線とし、ウエハ形状データＸｐ＿ｗ及び標準平面形状データＸｐ＿ｈの各画素データのｙ座標の差分値を画像座標空間にプロットすることで、補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗが求められている。
【００８２】
次に、断面形状算出部３４２は、補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗの各画素データＧｐについて、ｙ座標の値が最も近いｙ座標の平均値を有する標準平面形状データＸｐ＿ｈを標準平面形状データ記憶部８０の中から特定する。そして、断面形状算出部３４２は、特定した標準平面形状データＸｐ＿ｈの高さを画素データＧｐの高さｈ＿ｐとして特定し、特定した高さｈ＿ｐから画素分解能ｋ＿ｈ＿ｐを画素データＧｐの画素分解能として求める。そして、断面形状算出部３４２は、求めた画素分解能ｋ＿ｈ＿ｐと、カメラ２１及び光源１１の仰角とを後述する式（７）に代入して画素データＧｐに対応する高さデータＺｈを算出する。そして、算出した高さデータＺｈを配列することでウエハ断面形状データＺｐ＿ｈを求める。
【００８３】
次に、３次元形状測定装置がウエハ５０の３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７は、本発明の実施の形態による３次元形状測定装置がウエハ５０の３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７において、カメラ２１は、Ｘ枚のウエハ画像を撮像するものとする。まず、搬送制御部３１により搬送部４０が駆動され、ウエハ５０の搬送が開始される（ステップＳ１）。
【００８４】
次に、カメラ２１は、ウエハ５０を撮像し、１フレーム目のウエハ画像の画像データを取得する（ステップＳ２（１））。
【００８５】
図８は、ウエハ画像の一例を示した図である。なお、図８に示すウエハ画像は、ｘ座標（垂直方向）の画素数がＭ個、ｙ座標（搬送方向）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。
【００８６】
図８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７に戻り、ステップＳ２（２）において、カメラ２１は、ウエハ５０を撮像し、２フレーム目のウエハ画像の画像データを取得する。これと同時に、ウエハ形状データ取得部２２１は、１フレーム目のウエハ画像の画像データに対して探索処理を実行する。
【００８７】
ステップＳ２（３）において、カメラ２１は、ウエハ５０を撮像し、３フレーム目のウエハ画像の画像データを取得する。これと同時に、ウエハ形状データ取得部２２１は、２フレーム目のウエハ画像の画像データに対して、探索処理を実行し、ウエハ画像の各ラインの最大輝度画素を探索する。これと同時に、ウエハ形状データ取得部２２１は、１フレーム目のウエハ画像に対して、重心算出処理を実行し、各ラインの最大輝度の重心座標をサブピクセル単位で算出する。
【００８８】
ステップＳ２（３）が終了した時点で、１フレーム目に現れた光切断線に対応する１列目の重心座標が得られる。
【００８９】
以後、ステップＳ２（４）〜Ｓ２（Ｘ）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（Ｘ）が終了した時点で、１列目〜Ｘ−２列目の重心座標が得られる。
【００９０】
ステップＳ２（Ｘ＋１）においては、カメラ２１による撮像が終了されているため、探索処理及び重心処理のみが実行され、Ｘ−１列目の重心座標が得られる。
【００９１】
ステップＳ２（Ｘ＋２）においては、探索処理も終了されているため、重心算出処理のみが実行され、Ｘ列目の重心座標が得られる。
【００９２】
以上のパイプライン処理より、カメラ２１が１フレーム周期が経過する度に、１列分の重心座標が得られる。
【００９３】
図９は、探索処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ウエハ形状データ取得部２２１は、カメラ２１が現在撮像している現フレームの１つ前のフレームのウエハ画像を処理対象のウエハ画像として設定する（ステップＳ２１１）。
【００９４】
次に、ウエハ形状データ取得部２２１は、ウエハ画像上に設定する各ラインのライン番号を示すための変数ｉに０を代入し、ｉを初期化する（ステップＳ２１２）。この場合、図８に示すように、ウエハ画像上に、ｙ方向に沿って１本のラインが設定されていることが分かる。なお、ｉ＝０が図８に示すウエハ画像の第１行目を表し、ｉ＝１が図８に示すウエハ画像の第２行目を表すというように、１本のラインはウエハ画像の１行に対応し、変数ｉは、ウエハ画像の各行と対応付けられている。
【００９５】
次に、ウエハ形状データ取得部２２１は、ｉライン目において、輝度が最大となる画素である輝度最大画素を探索する（ステップＳ２１３）。この場合、ウエハ形状データ取得部２２１は、図８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。
【００９６】
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ｘ＿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。
【００９７】
なお、求められたｉライン目の最大輝度画素の座標ｘ＿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。
【００９８】
次に、ウエハ形状データ取得部２２１は、全ラインについて、最大輝度画素の座標ｘ＿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ｘ＿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。
【００９９】
つまり、ウエハ形状データ取得部２２１は、ステップＳ２１３〜Ｓ２１５の処理を繰り返すことで、図８に示すウエハ画像の全ラインの最大輝度画素の座標ｘ＿ｍａｘを求めるのである。
【０１００】
図１０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、ウエハ形状データ取得部２２１は、カメラ２１が現在撮像している現フレームの２つ前のフレームのウエハ画像を処理対象のウエハ画像として設定する（ステップＳ２２１）。
【０１０１】
次に、ウエハ形状データ取得部２２１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、ウエハ形状データ取得部２２１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、ｘ座標上にｎ個の周辺画素を抽出し、最大輝度画素と２ｎ個の周辺画素とを用いて、ｉライン目の最大輝度画素の重心座標ｘ＿ｓｕｂを求める（ステップＳ２２３）。
【０１０２】
図１１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１１では、座標ｐが最大輝度画素の座標ｘ＿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。
【０１０３】
そして、ウエハ形状データ取得部２２１は、例えば下記の式（６）を用いて、最大輝度の重心座標を求める。
【０１０４】
【数１】
2012002596.tif 000003
【０１０５】
但し、ｘ＿ｓｕｂは最大輝度の重心座標を示し、ｘｊ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ｘｊの輝度値を示し、ｐは最大輝度画素の座標を示し、ｎは周辺画素を特定するためのインデックスである。
【０１０６】
これにより、ｉライン目において、最大輝度の重心座標ｘ＿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、ウエハ形状データ取得部２２１は、最大輝度の重心座標ｘ＿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ｘ＿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。
【０１０７】
図１１の例では、実線で示すグラフのピークのｘの値が最大位輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂとなる。なお、図１１の例では、周辺画素の個数をｎ＝８としたが、これは一例であり、１以上であれば計算量が膨大とならない範囲で適宜、別の値を採用してもよい。
【０１０８】
図１０に戻り、ウエハ形状データ取得部２２１は、全ラインについて、最大輝度の重心座標ｘ＿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ｘ＿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。
【０１０９】
つまり、ウエハ形状データ取得部２２１は、ステップＳ２２３〜Ｓ２２５の処理を繰り返すことで、図８に示すウエハ画像の全ラインの最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂを求めるのである。ここで、ウエハ形状データ取得部２２１が１枚のウエハ画像において求めた最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂの集合がウエハ形状データである。
【０１１０】
なお、全ラインの最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂは、ウエハ画像のフレーム番号と、変数ｉと対応付けられて図略のバッファに格納される。
【０１１１】
図１２は、図７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１２に示す期間Ｔ１〜Ｔ（Ｘ＋１）は、それぞれ、カメラ２１が１フレームのウエハ画像を撮像するために要する時間、すなわち、フレーム周期を表している。
【０１１２】
期間Ｔ１においては、図７に示すステップＳ２（１）が実行され、１フレーム目のウエハ画像が撮像されている。期間Ｔ２においては、図７に示すステップＳ２（２）が実行され、２枚目のフレームのウエハ画像の撮像と、１フレーム目のウエハ画像の探索処理とが同時に行われている。
【０１１３】
期間Ｔ３においては、図７に示すステップＳ２（３）が実行され、３フレーム目のウエハ画像の撮像と、２フレーム目のウエハ画像の探索処理と、１フレーム目のウエハ画像の重心算出処理とが同時に行われている。
【０１１４】
以後、期間Ｔ（Ｘ）まで、現フレームのウエハ画像の撮像と、１つ前のフレームのウエハ画像の探索処理と、２つ前のフレームのウエハ画像の重心算出処理とが同時に行われ、１期間が経過する毎に、１列分の最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂが算出される。
【０１１５】
図１３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１３に示す縦軸は時間軸を示し、カメラ２１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２１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１３では、１フレームのウエハ画像に設定されるライン数はｉ＝０〜４７９の４８０本とされている。
【０１１６】
期間Ｔ（ｎ）において、ウエハ５０が撮像され、ｎフレーム目のウエハ画像が取得されている。次に、期間Ｔ（ｎ＋１）において、左側に向けて停止することなく一定速度で搬送されているウエハ５０が撮像され、ｎ＋１フレーム目のウエハ画像が取得されている。次に、期間Ｔ（ｎ＋２）において、左側に向けて停止することなく一定速度で搬送されているウエハ５０が撮像され、ｎ＋２フレーム目のウエハ画像が取得されている。
【０１１７】
そして、期間Ｔ（ｎ）において、ｎ−１フレーム目のウエハ画像に対し、ｉ＝０〜４７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度画素が探索されると同時に、ｎ−２フレーム目のウエハ画像に対し、ｉ＝０〜４７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂが算出されている。
【０１１８】
また、期間Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）においても、期間Ｔ（ｎ）と同様の処理が実行される。よって、期間Ｔ（ｎ）が経過する毎に、ｉ＝０〜４７９の最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂが得られる。
【０１１９】
図７に戻り、ステップＳ３において、形状補正部３４１及び断面形状算出部３４２は、ウエハ形状データ取得部２２１により算出されたウエハ形状データから断面形状データを算出する。図１６は、断面形状データを算出する処理の詳細を示すフローチャートである。
【０１２０】
まず、形状補正部３４１は、１フレームのウエハ画像から算出されたｉ個の最大輝度の重心座標ｘ＿ｓｕｂをウエハ形状データＸｐ＿ｗとして取得する（ステップＳ５１）。
【０１２１】
次に、形状補正部３４１は、図６（Ｂ）に示すように、ウエハ形状データＸｐ＿ｗと形状の近い標準平面形状データＸｐ＿ｈを、標準平面形状データ記憶部８０の中から特定する（ステップＳ５２）。
【０１２２】
例えば、標準平面形状データ記憶部８０に高さｈ０〜ｈ６の標準平面形状データＸｐ＿ｈ０〜Ｘｐ＿ｈ６が記憶されているとして、ステップＳ５１で取得されたウエハ形状データＸｐ＿ｗのｙ座標の平均値が、高さｈ１の標準平面形状データＸｐ＿ｈ１のｙ座標の平均値に最も近い場合、標準平面形状データＸｐ＿ｈ１が形状の近いデータとして特定される。
【０１２３】
次に、形状補正部３４１は、ウエハ形状データＸｐ＿ｗとステップＳ５２で特定した標準平面形状データＸｐ＿ｈとの差分をとり、補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗを算出する（ステップＳ５３）。これにより、図６（Ｃ）に示すようにウエハ形状データＸｐ＿ｗから湾曲成分が除去される。
【０１２４】
次に、断面形状算出部３４２は、補正ウエハ形状データＨＸｐ＿ｗを構成する各画素データＧｐに対応する高さを特定する（ステップＳ５４）。ここでは、ある画素データＧｐについて、そのｙ座標の値が、標準平面形状データＸｐ＿ｈ０〜Ｘｐ＿ｈ６のうちｙ座標の平均値が最も近い標準平面形状データの高さが、画素データＧｐの高さとして特定される。
【０１２５】
次に、断面形状算出部３４２は、各画素データＧｐの高さから、各画素データＧｐに対応する画素分解能ｋ＿ｈ＿ｐを特定する（ステップＳ５５）。例えば、ある画素データＧｐの高さがｈ１と特定されたとすると、高さｈ１の画素分解能ｋ＿ｈ１は、式（５）より、ｋ＿ｈ１＝ｋ＿ｈ０×（ｄ−ｈ）／ｄにより得られるため、画素データＧｐの画素分解能ｋ＿ｈ＿ｐはｋ＿ｈ１となる。
【０１２６】
次に、断面形状算出部３４２は、画素データＧｐのｙ座標の値（＝ｙ＿Ｇｐ）と、画素分解能ｋ＿ｈ＿ｐとを下記の式（７）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、断面形状データを算出する（ステップＳ５６）。
【０１２７】
Ｚｈ（μｍ）＝ｋ＿ｈ＿ｐ×ｙ＿Ｇｐ×ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ＋φ）・・・（７）
但し、θは光源１１の仰角を示し、φはカメラ２１の仰角を示す。
【０１２８】
図１４は、断面形状データを算出する処理の説明図である。図１５は、光源１１とカメラ２１との設置状態を模式的に示した図である。図１４に示す四角形はウエハ画像を示し、四角形内に示す太線はウエハ形状データが示す光切断線ＣＬ’を示している。
【０１２９】
図１５に示すように、光源１１の仰角はＺ方向を基準としてθに設定され、カメラ２１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２１に入射する位置は、ウエハ５０の凹凸に応じて図１４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ｘ＿ｓｕｂを式（７）に代入することで、ウエハ５０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、ウエハ形状データに対応する断面形状データを求めることができる。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、高さｈ０における画素分解能ｋ＿ｈ０を既知とし、この画素分解能ｋ＿ｈ０を用いて高さｈ１〜ｈ６の画素分解能ｋ＿ｈ１〜ｋ＿ｈ６を求めるとする。なお、画素分解能ｋ＿ｈ０は、図１４に示すように、ウエハ画像の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、ｋ＿ｈ０＝ＮＬ／Ｎで表される。
【０１３１】
そして、断面形状算出部３４２は、光切断線ＣＬ’上の各画素データについて求めたＭ個の高さデータＺｈを１列に配列する。これにより、ウエハ５０の断面形状データが得られる。
【０１３２】
なお、図１５において、θ＋φは９０度となることが好ましい。また、θは例えば４５度〜８２度、好ましくは６０度〜８２度である。また、φは例えば４５度〜８度、好ましくは、３０度〜８度である。これにより、光源１１〜１３はウエハ５０を斜め方向から照射し、カメラ２１はウエハ５０を上方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。
【０１３３】
図７に戻り、ステップＳ４において、断面形状算出部３４２は、求めた断面形状データをフレーム番号順に配列することで、ウエハ５０の全面の３次元形状データを算出する。図７の例ではウエハ画像はＸ枚であるため、断面形状データがＸ列で配列された３次元形状データが得られる。
【０１３４】
次に、補間標準平面形状データの取得処理について説明する。図１７は、補間標準平面形状データの取得処理を示したフローチャートである。以下の説明では、標準平面の高さをｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６と変化させて、高さｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６の標準平面形状データを実測により求め、高さｈ１，ｈ３，ｈ５の標準平面形状データを補間により求める場合を例に挙げて説明する。
【０１３５】
まず、ユーザは、標準平面の高さを設定し、カメラ２１の下部に標準平面を載置する（ステップＳ３１）。このフローチャートの例では標準平面の高さがｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６に順次に設定される。
【０１３６】
なお、高さｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６は、カメラ２１との距離に応じて予め定められた値を有し、それぞれの間隔は２ｈである。
【０１３７】
次に、光源１１は、標準平面に光切断線を照射する（ステップＳ３２）。次に、カメラ２１は、光切断線が照射された標準平面を撮像し、標準平面画像を取得する（ステップＳ３３）。次に、標準平面形状データ取得部２２２は、光切断線が照射された標準平面に対して、図９に示す探索処理及び図１０に示す重心算出処理を実行し、標準平面形状データを取得する（ステップＳ３４）。
【０１３８】
なお、標準平面画像に対して重心算出処理を実行する場合、１枚の標準平面画像に対してのみ重心算出処理を実行すればよいため、図１０に示すステップＳ２２１は、「２つ前のフレームのウエハ画像を処理対象として設定する」ではなく、「１枚の標準平面画像を処理対象として設定する」となる。
【０１３９】
次に、標準平面形状データ取得部２２２は、ステップＳ３４で得られた標準平面形状データを、その高さデータと対応付けて、標準平面形状データ記憶部８０に記憶させる（ステップＳ３５）。
【０１４０】
次に、標準平面形状データ取得部２２２は、高さｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６のそれぞれについて標準平面形状データを取得し、標準平面形状データの取得回数が所定回数である４回に到達した場合（ステップＳ３６でＹＥＳ）、処理をステップＳ３７に進める。一方、標準平面形状データ取得部２２２は、標準平面形状データの取得回数が所定回数に到達していない場合（ステップＳ３６でＮＯ）処理をステップＳ３１に戻し、次の高さに対応する標準平面形状データを取得する処理を実行する。以上のステップＳ３１〜Ｓ３６のループが４回繰り返され、高さｈ０，ｈ２，ｈ４，ｈ６の４つの標準平面形状データが得られ、標準平面形状データ記憶部８０に記憶される。
【０１４１】
次に、離散断面形状データ算出部３４３は、算出対象となる補完平面形状データの高さを設定する（ステップＳ３７）。このフローチャートの例では、まず、高さｈ１が算出対象となる補間標準平面形状データの高さとして設定され、高さｈ３，ｈ５が順次に算出対象となる補間標準平面形状データの高さとして設定されるものとする。
【０１４２】
次に、離散断面形状データ算出部３４３は、標準平面形状データ記憶部８０に記憶された標準平面形状データのうち、ステップＳ３７で設定した高さを跨いで前後する高さを有する２つの標準平面形状データを特定し、この２つの標準平面形状データのそれぞれの離散断面形状データを算出する（ステップＳ３８）。例えば、ステップＳ３７で算出対象の高さがｈ１と設定された場合、高さｈ０，ｈ２の標準平面形状データＸｐ＿ｈ０，Ｘｐ＿ｈ２の離散断面形状データＺｐ＿ｈ０，Ｚｐ＿ｈ２が算出される。
【０１４３】
具体的には、高さｈ０の画素分解能ｋ＿ｈ０が既知であるため、ｈ２の画素分解能ｋ＿ｈ２は、式（５）より、ｋ＿ｈ２＝ｋ０×（ｄ−２ｈ）／２ｈにより算出される。そして、画素分解能ｋ＿ｈ０、光源１１及びカメラ２１の仰角θ及びφ、並びに標準平面形状データＸｐ＿ｈ０の各画素データのｙ座標ｙ＿Ｇｐが式（７）に代入され、離散断面形状データＺｐ＿ｈ０が算出される。同様にして、離散断面形状データＺｐ＿ｈ２も算出される。
【０１４４】
次に、補間断面形状データ算出部３４４は、ステップＳ３８で求めた２つの離散断面形状データから補間断面形状データを算出する（ステップＳ４０）。補間断面形状データＺｐ＿ｈ１の例では、補間断面形状データ算出部３４４は、離散断面形状データＺｐ＿ｈ０，Ｚｐ＿ｈ２の対応する高さデータ同士を１：１に内分する高さデータＺｈを求め、各高さデータＺｈを配列することで、補間断面形状データＺｐ＿ｈ１を算出する（ステップＳ３９）。
【０１４５】
次に、補間平面形状データ算出部３４５は、ステップＳ３９で算出した補間断面形状データから式（７）を用いて補間標準平面形状データを算出する（ステップＳ４０）。補間標準平面形状データＸｐ＿ｈ１の例では、補間平面形状データ算出部３４５は、補間断面形状データＺｐ＿ｈ１を構成する各高さデータＺｈと、画素分解能ｋ＿ｈ１と、光源１１の仰角θと、カメラ２１の仰角φとを、式（７）に代入する。すなわち、Ｚｈ＝ｋ＿ｈ１×ｙ＿Ｇｐ×ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ＋φ）から、画素データｙ＿Ｇｐを求める。そして、求めた画素データｙ＿Ｇｐを画像座標空間にプロットすることで、補間標準平面形状データＸｐ＿ｈ１を算出する。
【０１４６】
次に、補間平面形状データ算出部３４５は、ステップＳ４０で算出した補間標準平面形状データを標準平面形状データ記憶部８０に標準平面形状データとして、その高さデータと対応付けて記憶させる（ステップＳ４１）。
【０１４７】
次に、補間平面形状データ算出部３４５は、高さｈ１，ｈ３，ｈ５のそれぞれについて補間標準平面形状データを算出し、補間標準平面形状データの算出回数が所定回数である３回に到達した場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、補間平面形状データ算出部３４５は、補間標準平面形状データの算出回数が所定回数に到達していない場合（ステップＳ４２でＮＯ）処理をステップＳ３７に戻し、次の高さに対応する補間標準平面形状データを取得する処理を実行する。以上のステップＳ３７〜Ｓ４２のループが３回繰り返され、高さｈ１，ｈ３，ｈ５の３つの補間標準平面形状データが得られ、標準平面形状データとして標準平面形状データ記憶部８０に記憶される。以上により、高さｈ０〜ｈ６の７つの標準平面形状データが得られる。
【０１４８】
上記実施の形態では、形状補正部３４１は、ｙ座標の平均値を用いてウエハ形状データＸｐ＿ｗに形状が近い標準平面形状データＸｐ＿ｈを特定したが、ウエハ形状データＸｐ＿ｗと標準平面形状データ記憶部８０に記憶されている標準平面形状データＸｐ＿ｈとの差分を求め、この差分が最小となる標準平面形状データＸｐ＿ｈをウエハ形状データＸｐ＿ｗに形状が近い標準平面形状データＸｐ＿ｈとして特定してもよい。
【０１４９】
この場合、形状補正部３４１は、各標準平面形状データＸｐ＿ｈとウエハ形状データＸｐ＿ｗとの対応する画素データ同士のｙ座標の差分値の合計値を求め、この合計値が最小となる標準平面形状データＸｐ＿ｈをウエハ形状データＸｐ＿ｗに形状が近い標準平面形状データＸｐ＿ｈとして算出すればよい。
【０１５０】
また、上記実施の形態では、標準平面形状データ記憶部８０は、ｈ０〜ｈ６の標準平面形状データを予め記憶したが、これは一例であり、８個以上の標準平面形状データを予め記憶してもよいし、２個以上、５個以下の標準平面形状データを記憶してもよい。
【符号の説明】
【０１５１】
１０  照射部（照射手段）
１１  光源
２０  撮像部（撮像手段）
２１  カメラ
２２  第１演算部
３０  制御部
３１  搬送制御部
３２  照射制御部
３３  撮像制御部
３４  第２演算部
５０  ウエハ
６０  操作部
８０  標準平面形状データ記憶部（標準平面形状データ記憶手段）
２２１  ウエハ形状データ取得部（ウエハ形状データ取得手段）
２２２  標準平面形状データ取得部（標準平面形状データ取得手段）
３４１  形状補正部（形状補正手段）
３４２  断面形状算出部（断面形状算出手段）
３４３  離散断面形状データ算出部（離散断面形状データ算出手段）
３４４  補間断面形状データ算出部（補間断面形状データ算出手段）
３４５  補間平面形状データ算出部（補間平面形状データ算出手段）
【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７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図８】
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