外観検査装置
【課題】太陽電ウエハの３次元形状を正確かつ高速に算出する。
【解決手段】第１及び第２形状算出部２４，３４は、撮像部２０により所定のフレームレートで連続的に撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、ウエハ５０の表面の３次元形状データを算出する。ここで、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現フレームの光切断線画像を撮像する期間に、１つ前のフレームに探索処理を行うと同時に、２つ前のフレームの光切断線画像に重心算出処理を行う。
【解決手段】第１及び第２形状算出部２４，３４は、撮像部２０により所定のフレームレートで連続的に撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、ウエハ５０の表面の３次元形状データを算出する。ここで、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現フレームの光切断線画像を撮像する期間に、１つ前のフレームに探索処理を行うと同時に、２つ前のフレームの光切断線画像に重心算出処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーとして太陽光発電が注目されており、太陽電池の市場規模が急激に拡大しつつある。太陽電池の原材料となる太陽電池ウエハは、シリコンインゴットをワイヤーソーでスライスすることで得られるが、スライスする際にソーマークと呼ばれる筋状の溝が形成されることが知られている。なお、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。
【０００３】
そして、溝の深いソーマークが多数存在し、表面が粗い太陽電池ウエハは、不良品となってしまい商品として出荷することはできない。そこで、太陽電池ウエハの表面の粗さを検査し、太陽電池ウエハが不良品であるか否かの外観検査が必要となる。
【０００４】
従来、太陽電池ウエハの外観検査は人による目視検査が行われてきたが、近年の太陽電池の市場規模の拡大や太陽電池ウエハの検査時における人為的なウエハ破損の低減など様々な理由から、外観検査を専用の検査装置により行わせる試みが検討されている。
【０００５】
このような、検査装置として例えばレーザ変位計を使い、ウエハ表面の１ライン分の断面形状を測定するものが知られている。
【０００６】
また、特許文献１には、多結晶半導体ウエハの両面を撮像し、撮像された各面の画像の画像データを、２つの面が対向する位置で画素毎に比較し、比較結果が予め定める汚れ条件を満たすとき、２つの面のうちいずれか１つの面に汚れがあると判定する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、薄型パネルに用いられるガラス基板に含まれる線状の欠陥を検査することを目的として、検査対象となる被写体の画像データを短冊状に分割し、分割画像ごとに濃淡が投影された１次元データである第１のデータを算出し、この第１のデータに基づいて、分割画像ごとに線状欠陥候補が含まれる欠陥候補範囲を特定し、特定した欠陥候補範囲の画像に対応する画像データを用いて、欠陥候補範囲が強調された第２のデータを算出し、この第２のデータを積算することにより得られるデータに基づいて、線状の欠陥を特定する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、ＬＣＤパネルの筋状欠陥を検出することを目的として、検査対象となる着目画素を選択し、着目画素を中心として所定サイズの領域を選択し、選択した領域内において、予め設定された閾値以上の輝度値の画素を、輝度値が大きい順に所定数抽出し、抽出した各画素と着目画素を通る角度基準線との距離の積算最小値を求め、求めた積算最小値に基づく投票値を、画像に対応する投票空間において、着目画素に対応する部分に投票し、投票結果を基に、筋状欠陥を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−６７１０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１９６号公報
【特許文献３】特開２００５−３４５２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のレーザ変位計を用いる手法では、ウエハ上の１ライン分の断面形状しか測定されておらず、測定した１ラインでは凹凸が目立たないが、別の部分で凹凸が目立つというウエハもあり、この場合、不良品のウエハが出荷される可能性が高くなる。
【００１１】
また、特許文献１では、撮像された多結晶半導体ウエハの各面の画像の画像データを比較することで汚れの有無が判定されているが、多結晶半導体ウエハの表面の３次元形状データを求めるようなことは行われていない。
【００１２】
また、特許文献２では、検査対象となる被写体を撮像することで得られた画像データから線状の欠陥が特定されているが、この技術も特許文献１と同様、被写体の表面の３次元形状データを求めるようなことは行われていない。
【００１３】
また、特許文献３では、ＬＣＤパネルを撮像し、得られた画像データに対して画像処理を行うことで、筋状欠陥が検出されているが、この技術も特許文献１，２と同様、被写体の表面の３次元形状データを求めることは行われていない。
【００１４】
よって、特許文献１〜３の技術では、太陽電池ウエハに形成されたソーマークの３次元形状を測定することはできない。
【００１５】
本発明の目的は、太陽電ウエハの３次元形状を正確、かつ、高速に判定することができる外観検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）本発明の一局面による外観検査装置は、太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置であって、前記太陽電池ウエハに形成されたソーマークの長手方向に沿って、前記太陽電池ウエハを一定速度で搬送させる搬送部と、前記搬送部により搬送される太陽電池ウエハに対し、搬送方向と交差する方向に光切断線を照射する照射部と、前記照射部により照射された光切断線を含む光切断線画像を一定周期で連続的に撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する形状算出手段とを備え、前記形状算出手段は、前記撮像手段による前記光切断線画像の連続撮像処理と並列して、前記光太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理を実行する。
【００１７】
この構成によれば、搬送部により一定速度で搬送される太陽電池ウエハは、搬送方向と交差する方向に光切断線が照射されることでソーマークと交差するように光切断線が照射されると共に、撮像手段によって一定周期で連続的に光切断線画像として撮像される。そのため、撮像手段は、前回の光切断線画像の撮像時に照射された光切断線のすぐ隣の位置に光切断線が照射されたタイミングで次の光切断線画像を撮像することができる。そのため、太陽電池ウエハの３次元形状データを高精度で算出することができる。
【００１８】
また、撮像手段による光切断線画像の連続撮像処理と形状算出手段による太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理とが並列して実行されるため、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００１９】
（２）前記形状算出手段は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、前記光切断線の照射位置に対応する前記太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理を実行することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像処理と、現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、光切断線の照射位置に対応する１列分の太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理とが同時に行われる。そのため、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００２１】
（３）前記形状算出手段は、前記撮像手段により撮像された各光切断線画像において、前記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探索処理と、前記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重心算出処理とを実行する第１形状算出部を備え、前記第１形状算出部は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームより１つ前のフレームの光切断線画像に対する前記探索処理を実行すると同時に、前記現フレームより２つ前のフレームの光切断線画像に対する前記重心算出処理を実行することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、探索処理と重心算出処理とが同時に実行されており、１枚の光切断線画像が撮像される毎に、各ラインの最大輝度の重心位置を得ることができる。つまり、各ラインの最大輝度の重心位置がパイプライン的に得られている。
【００２３】
そのため、各ラインの最大輝度の重心位置を太陽電池ウエハの撮像中にリアルタイムで得ることが可能となり、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００２４】
（４）前記形状算出手段は、前記第１形状算出部により算出された各ラインの重心座標と、前記撮像手段及び照射部の仰角とを基に、前記光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する処理を繰り返し実行することで前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する第２形状算出部を備えることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、重心算出処理により算出された各ラインの重心座標と、撮像手段及び照射手段の仰角とを基に、１枚の光切断線画像の照射位置に対応する１列分の太陽電池ウエハの高さデータが算出され、この処理を各光切断線画像に対して行うことで、太陽電池ウエハの３次元形状データが算出されている。そのため、太陽電池ウエハの全面の３次元形状を高精度に求めることができる。
【００２６】
（５）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。
【００２７】
この構成によれば、照射部は太陽電池ウエハの幅方向の全域を斜め方向から照射し、撮像手段は太陽電池ウエハの幅方向の全域を上方から撮像しているため、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。
【００２８】
（６）前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを複数の部分領域に分けて撮像するべく複数存在し、前記第２形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、前記太陽電池ウエハ全面の３次元形状データを算出することが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、太陽電池ウエハは、複数の撮像手段によって複数の部分領域に分けて撮像され、各部分領域の３次元形状データが個別に算出されている。そして、部分領域のうち隣接する部分と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと、他方の部分領域の３次元形状データとが重ね合わされることで太陽電池ウエハ全面の３次元形状データが得られている。そのため、１台の撮像手段によって太陽電池ウエハを撮像する場合に比べて、高分解能の光切断線画像を得ることができる。その結果、高分解能の３次元形状データを算出することができる。
【００３０】
（７）前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを最小二乗法を用いて平面補正し、前記重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算することが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、各部分領域の３次元形状データが最小二乗法を用いて平面補正されている。よって、各撮像手段における受光面の凹凸に起因する３次元形状データの誤差が低減されるように各部分領域の３次元形状データを求めることができる。
【００３２】
また、部分領域のうち、隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとが重み付け加算されているため、部分領域同士をなだらかに繋げて太陽電池ウエハ全面の３次元形状データを算出することができる。
【００３３】
（８）前記形状算出手段により算出された３次元形状データから前記太陽電池ウエハの粗さ示す評価値を算出する評価値算出手段と、前記評価値に基づいて前記太陽電池ウエハの良否を判定する判定手段とを更に備えることが好ましい。
【００３４】
この構成によれば、高分解能の太陽電池ウエハの全面の３次元形状データから太陽電池ウエハの粗さを示す評価値が算出され、この評価値を用いて太陽電池ウエハの良否が判定されているため、太陽電池ウエハが不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【００３５】
（９）前記評価値算出手段は、前記３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから前記評価値を算出することが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、太陽電池ウエハの粗さを評価するうえで不要となる低周波成分が３次元形状データから除去されているため、太陽電池ウエハの粗さが正確に反映された評価値を得ることができ、太陽電池ウエハが不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【００３７】
（１０）前記評価値算出手段は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去することが好ましい。
【００３８】
この構成によれば、３次元形状データからガウシアンフィルタを用いて低周波成分が抽出され、抽出された低周波成分を元の３次元形状データから差し引く処理が１列単位で行われ、３次元形状データから低周波成分が除去されているため、低周波成分を精度良く除去することができる。
【００３９】
（１１）前記判定手段は、前記評価値が閾値より大きければ不良品、閾値よりも小さければ良品と判定することが好ましい。
【００４０】
この構成によれば、評価値を閾値と比較することで、良品か不良品かの判定が行われているため、良品判定処理を速やかに行うことができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、太陽電池ウエハの全面の三次元形状を正確、かつ、高速に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態による外観検査装置の全体構成図を示している。
【図２】図１に示す外観検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態による外観検査装置のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図４】探索処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図４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７】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８】光切断線画像の一例を示した図である。
【図９】ｉライン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１０】高さデータを算出する処理の説明図である。
【図１１】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１２】形状算出部により算出された断面形状データを示したグラフである。
【図１３】形状算出部により算出されたウエハのある部分領域における３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。
【図１４】全面３次元形状データ生成処理を示すフローチャートである。
【図１５】重み付け加算する処理を説明する図である。
【図１６】評価処理を示すフローチャートである。
【図１７】低周波成分が除去された断面形状データを示している。
【図１８】低周波成分が除去された３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。
【図１９】光源及びカメラを１台とした場合の外観検査装置の全体構成図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施の形態における外観検査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外観検査装置の全体構成図を示している。図１に示すように、本外観検査装置は、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。
【００４４】
照射部１０は、例えば３つの光源１１〜１３により構成されている。光源１１は、例えばカメラ２１が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。また、光源１２は、例えばカメラ２２が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。また、光源１３は、例えばカメラ２３が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。
【００４５】
そして、光源１１〜１３のそれぞれが照射する光と、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ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３となる。本実施の形態では、光切断線ＣＬ１，ＣＬ３は、例えばＹ方向の座標が所定の位置Ｙ１に位置し、長手方向がＸ方向とほぼ平行になるようにされている。また、光切断線ＣＬ２は、例えばＹ方向の座標が位置Ｙ１より上流側の位置Ｙ２に位置し、長手方向がＸ方向とほぼ平行になるように設定されている。つまり、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３によってウエハ５０の幅方向（Ｘ方向）の全域に光切断線が照射されるため、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。
【００４６】
このような光切断線ＣＬ１〜ＣＬ３の設定は、光源１１〜１３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。なお、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３を特に区別しない場合は、光切断線ＣＬと記述する。
【００４７】
光源１１〜１３は、それぞれ、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。
【００４８】
また、光源１１〜１３は、それぞれ、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。
【００４９】
撮像部２０は、例えば３つのカメラ２１〜２３により構成されている。カメラ２１〜２３は、Ｘ方向に向けて例えばこの順で配置され、ウエハ５０を上側から撮像するように配置されている。ここで、カメラ２１〜２３は、それぞれ、受光面がｚ方向の同一位置になるように台２５の下面に取り付けられている。カメラ２１〜２３のｘ方向、及びｙ方向の画角は同じであり、受光面のｚ方向の位置も同じであるため、それぞれの撮像領域である部分領域の縦及び横の幅は同一となる。また、カメラ２１〜２３が、それぞれ、撮像する光切断線を含む画像を光切断線画像と記述する。また、カメラ２１〜２３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。
【００５０】
ここで、カメラ２１〜２３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、撮像した光切断線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。なお、カメラ２１〜２３の撮像タイミングは、例えば同一タイミングとなるように制御部３０により同期制御が図られているものとする。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、第１形状算出部２４以外のカメラ２１〜２３が撮像手段の一例に相当している。
【００５２】
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１１〜１３及びカメラ２１〜２３のそれぞれとケーブルを介して接続され、本外観検査装置の全体制御を司る。
【００５３】
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。
【００５４】
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２１〜２３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。
【００５５】
図２は、図１に示す外観検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。カメラ２１〜２３は、それぞれ、第１形状算出部２４（形状算出手段の一例）を備えている。また、制御部３０は、搬送制御部３１、照射制御部３２、撮像制御部３３、第２形状算出部３４（形状算出手段の一例）、評価値算出部３５、及び判定部３６を備えている。なお、搬送制御部３１〜判定部３６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、照射部１０を構成する光源１１〜１３を点灯させる。
【００５８】
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に光切断線画像の撮像を開始させる。
【００５９】
ここで、第１形状算出部２４及び第２形状算出部３４により形状算出手段が構成される。形状算出手段は、撮像部２０による光切断線画像の連続撮像処理と並列して、ウエハ５０の３次元形状データの算出処理を実行する。詳細には、形状算出手段は、撮像２０による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、光切断線の照射位置に対応する１列分のウエハ５０の高さデータを算出するための処理を実行する。
【００６０】
第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３により撮像された各光切断線画像において、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探索処理と、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重心算出処理とを実行する。
【００６１】
ここで、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、現フレームより１つ前のフレームの光切断線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つ前のフレームの光切断線画像に対する重心算出処理を実行する。
【００６２】
また、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３に対応する各部分領域における探索処理と重心算出処理とを個別に実行する。
【００６３】
第２形状算出部３４は、第１形状算出部２４により算出された各ラインの重心座標と、カメラ２１〜２３及び光源１１〜１３の仰角とを基に、光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する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。
【００６４】
また、第２形状算出部３４は、カメラ２１〜２３に対応する各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、ウエハ５０全面の３次元形状データを算出する。
【００６５】
ここで、第２形状算出部３４は、各部分領域の３次元形状データを、最小二乗法を用いて平面補正し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算することで、ウエハ５０全面の３次元形状データを算出する。
【００６６】
評価値算出部３５は、第２形状算出部３４により算出された３次元形状データからウエハ５０の粗さ示す評価値を算出する。ここで、評価値算出部３５は、形状算出部３４により算出された３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから評価値を算出する。
【００６７】
具体的には、評価値算出部３５は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去する。
【００６８】
判定部３６は、評価値算出部３５により算出された評価値に基づいてウエハ５０の良否を判定する。ここで、判定部３６は、評価値が所定の閾値より大きければウエハ５０は不良品、閾値よりも小さければウエハ５０は良品と判定する。
【００６９】
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、第２形状算出部３４が算出した３次元形状データや、判定部３６の判定結果を示す画像等を表示する。
【００７０】
次に、本外観検査装置の処理の詳細について、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態による外観検査装置のメインルーチンを示すフローチャートである。なお、以下の処理は、カメラ２１〜２３のそれぞれにおいて撮像された光切断線画像の画像データに対して個別に実行される。また、図３において、カメラ２１〜２３は、それぞれＸ枚のフレームの光切断線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）。
【００７１】
次に、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、１フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する（ステップＳ２（１））。
【００７２】
図８は、光切断線画像の一例を示した図である。なお、図８に示す光切断線画像は、Ｘ方向（垂直方向）の画素数がＭ個、Ｙ方向（搬送方向）の画素数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。
【００７３】
図８に示すようにＸ方向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３に戻り、ステップＳ２（２）において、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、２フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、第１形状算出部２４は、１フレーム目の光切断線画像の画像データに対して探索処理を実行する。
【００７４】
ステップＳ２（３）において、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、３フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、第１形状算出部２４は、２フレーム目の光切断線画像の画像データに対して、探索処理を実行し、光切断線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、第１形状算出部２４は、１フレーム目の光切断線画像に対して、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
ステップＳ２（Ｘ＋１）においては、カメラ２１〜２３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。
【００７８】
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。
【００７９】
以上のパイプライン処理より、カメラ２１〜２３が１フレームの光切断線画像を撮像する期間が経過する度に、１列分の重心座標が得られる。
【００８０】
図４は、探索処理の詳細を示すフローチャートである。まず、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現在撮像している現フレームの１つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（ステップＳ２１１）。
【００８１】
次に、第１形状算出部２４は、光切断線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、光切断線画像上に、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に示す光切断線画像の第１行目を表し、ｉ＝１が図８に示す光切断線画像の第２行目を表すというように、１本のラインは光切断線画像の１行に対応し、変数ｉは、光切断線画像の各行と対応付けられている。
【００８２】
次に、第１形状算出部２４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、第１形状算出部２４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。
【００８３】
次に、右隣の画素を注目画素として設定し、注目画素の輝度値の方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、注目画素の輝度値の方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Ｘｐとして決定し、ｉライン目の最大輝度画素が探索される。
【００８４】
なお、求められたｉライン目の最大輝度画素の座標Ｘｐ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。
【００８５】
次に、第１形状算出部２４は、全ラインについて、最大輝度画素の座標Ｘｐ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Ｘｐ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。
【００８６】
つまり、第１形状算出部２４は、ステップＳ２１３〜Ｓ２１５の処理を繰り返すことで、図８に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度画素の座標Ｘｐを求めるのである。
【００８７】
図５は、重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。まず、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現在撮像している現フレームの２つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（ステップＳ２２１）。
【００８８】
次に、第１形状算出部２４は、探索処理と同様にして変数ｉに０を代入し、ｉを初期化する（ステップＳ２２２）。次に、第１形状算出部２４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、左右に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の重心座標Ｘｓｕｂを求める（ステップＳ２２３）。
【００８９】
図９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９では、座標Ｘｐが最大輝度画素の座標であり、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。
【００９０】
そして、第１形状算出部２４は、例えば下記の式を用いて、最大輝度の重心座標を求める。
【００９１】
【数１】
【００９２】
但し、Ｘｓｕｂ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、Ｘｐは最大輝度画素の座標を示し、Ｋｐは最大輝度画素の輝度値を示し、ｎは周辺画素を特定するためのインデックスである。
【００９３】
これにより、ｉライン目において、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂが１画素以下の小数点つき値、つまりサブピクセル単位で求まることになる。なお、第１形状算出部２４は、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂ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Ｘｓｕｂ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。
【００９４】
図９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Ｘｓｕｂとなる。なお、図９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。
【００９５】
図５に戻り、第１形状算出部２４は、全ラインについて、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂ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Ｘｓｕｂ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。
【００９６】
つまり、第１形状算出部２４は、ステップＳ２２３〜Ｓ２２５の処理を繰り返すことで、図８に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂを求めるのである。
【００９７】
なお、全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂは、光切断線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。
【００９８】
図６は、図３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６に示す期間Ｔ１〜Ｔ（Ｘ＋１）は、それぞれ、カメラ２１〜３３が１フレームの光切断線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。
【００９９】
期間Ｔ１においては、図３に示すステップＳ２（１）が実行され、１フレーム目の光切断線画像が撮像されている。期間Ｔ２においては、図３に示すステップＳ２（２）が実行され、２枚目のフレームの光切断線画像の撮像と、１フレーム目の光切断線画像の探索処理とが同時に行われている。
【０１００】
期間Ｔ３においては、図３に示すステップＳ２（３）が実行され、３フレーム目の光切断線画像の撮像と、２フレーム目の光切断線画像の探索処理と、１フレーム目の光切断線画像の重心算出処理とが同時に行われている。
【０１０１】
以後、期間Ｔ（Ｘ）まで、現フレームの光切断線画像の撮像と、１つ前のフレームの光切断線画像の探索処理と、２つ前のフレームの光切断線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Ｘｓｕｂが算出される。
【０１０２】
図７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７に示す縦軸は時間軸を示し、カメラ２１〜２３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２１〜２３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。なお、図７では、１フレームの光切断線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。
【０１０３】
期間Ｔ（ｎ）において、ウエハ５０が撮像され、ｎフレーム目の光切断線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フレーム目の光切断線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フレーム目の光切断線画像が取得されている。
【０１０４】
そして、期間Ｔ（ｎ）において、ｎ−１フレーム目の光切断線画像に対し、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フレーム目の光切断線画像に対し、ｉ＝０〜２７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂが算出されている。
【０１０５】
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Ｘｓｕｂが得られる。
【０１０６】
図３に戻り、ステップＳ３において、第２形状算出部３４は、第１形状算出部２４により算出された１フレームの光切断線画像について算出された１列分の最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂのそれぞれを下記の式に代入し、高さデータを算出し、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。
【０１０７】
ｈ（μｍ）＝Ｒ・Ｘｓｕｂ・ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ＋φ）
但し、ｈは高さデータを示し、Ｒは視野分解能を示し、θは光源１１〜１３の仰角を示し、φはカメラの仰角を示す。
【０１０８】
図１０は、高さデータを算出する処理の説明図である。図１１は、光源１１〜１３とカメラ２１〜２３との設置状態を模式的に示した図である。図１０に示す四角形は光切断線画像を示し、四角形内に示す太線は全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂにより描かれる光切断線ＣＬ’を示している。
【０１０９】
図１１に示すように、光源１１〜１３のそれぞれの仰角はＺ方向を基準としてθに設定され、カメラ２１〜２３のそれぞれの仰角はＺ方向を基準としてφに設定されている。そして、光源１１〜１３から照射された光がカメラ２１〜２３に入射する位置は、ウエハ５０の高さに応じて図１０に示すＹ方向に前後することになる。よって、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂを上記の式に代入することで、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。
【０１１０】
なお、図１０において、光切断線画像の縦方向の長さをＭＬ（μｍ）、横方向の長さを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、視野分解能Ｒは、Ｒ＝ＮＬ／Ｎとなる。
【０１１１】
そして、第２形状算出部３４は、光切断線ＣＬ’上の各Ｘｓｕｂについて求めたＭ個の高さデータｈ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。
【０１１２】
なお、図１１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２１〜２３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。
【０１１３】
図１２は、第２形状算出部３４により算出された断面形状データを示したグラフであり、縦軸は高さをμｍ単位で示し、横軸は光切断線方向、つまり、図１０に示す縦方向をｍｍ単位で示している。図１２に示すように、ウエハ５０の断面形状データの微妙な凹凸が正確に算出されていることが分かる。
【０１１４】
図３に戻り、ステップＳ４において、第２形状算出部３４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、部分領域の全面の３次元形状データを算出する。
【０１１５】
図３の例では光切断線画像のフレーム数はＸ枚であるため、断面形状データがＸ列で配列された部分領域の３次元形状データが得られる。また、カメラの台数は３台であるため、３つの部分領域に対する３次元形状データが得られる。
【０１１６】
図１３は、第２形状算出部３４により算出されたウエハ５０のある部分領域における３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。図１３に示すように、図１２に示す断面形状データを配列していくことで、ウエハ５０の部分領域の３次元形状が再現されている。また、図１３に示すように、Ｙ方向に沿って複数の溝が現れており、ソーマークがリアルに再現されていることが分かる。
【０１１７】
次に、図３に戻り、第２形状算出部３４は、部分領域毎に得られた３次元形状データを繋げ、ウエハ５０全面の３次元形状データを求める全面３次元形状データ生成処理を実行する（ステップＳ５）。図１４は、全面３次元形状データ生成処理を示すフローチャートである。
【０１１８】
まず、第２形状算出部３４は、カメラ２１〜２３を示す変数ｋに１を代入し、ｋを初期化する（ステップＳ３１）。本実施の形態では、カメラは３台なので、ｋはｋ＝１〜３のいずれかの整数値をとり、ｋ＝１〜３はそれぞれカメラ２１〜２３に対応している。
【０１１９】
次に、第２形状算出部３４は、ｋ台目、ｋ＋１台目のカメラの部分領域に対応する３次元形状データを取得する（ステップＳ３２）。次に、第２形状算出部３４は、各部分領域に対応する３次元形状データを最小二乗法を用いて個別に平面補正する（ステップＳ３３）。
【０１２０】
具体的には、第２形状算出部３４は、部分領域の平面の式をｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃとおき、下記のＥを最小とするようなａ、ｂ、ｃを求め、得られたａ、ｂ、ｃを上記平面の式に代入することで部分領域の平面の式を求める。
【０１２１】
Ｅ＝Σ（ｚ−（ａｘ＋ｂｙ＋ｃ））２
∂Ｅ／∂ａ＝０、∂Ｅ／∂ｂ＝０、∂Ｅ／∂ｃ＝０
但し、ｘ、ｙ、ｚは、図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向に対応している。
【０１２２】
そして、第２形状算出部３４は、ｋ台目のカメラの部分領域の３次元形状データを（ｘ’、ｙ’、ｚ’）で表すと、ｚ’−ｚにより、部分領域の３次元形状データを平面補正する。
【０１２３】
なお、ｚ’−ｚのｚはｚ＝ａｘ’＋ｂｙ’＋ｃにより得られる値である。
【０１２４】
これにより、カメラにおける受光面の凹凸に起因する３次元形状データの誤差がなくなるように部分領域の３次元形状データを求めることができる。
【０１２５】
次に、第２形状算出部３４は、ｋ台目のカメラの部分領域とｋ＋１台目のカメラの部分領域とが重なっている領域について、両部分領域の３次元データを重み付け加算することで補正する（ステップＳ３４）。
【０１２６】
図１５は、重み付け加算する処理を説明する図である。図１５示すように、ｋ台目のカメラの部分領域ＤｋはＸ座標の範囲がｐ〜ｒであり、ｋ＋１台目のカメラの部分領域Ｄｋ＋１はＸ座標の範囲がｑ〜ｓであり、ｐ＜ｑ＜ｒ＜ｓの関係を有している。そのため、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１とはｘがｑ≦ｘ≦ｒの範囲において重なっている。なお、ｐ〜ｓの値は、図１に示すように、カメラ２１〜２３の仰角及び画角等から予め求めることができ、その値を採用すればよい。
【０１２７】
そこで、第２形状算出部３４は、重なっている領域については、下記の式を用いて、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１との平面補正後の３次元形状データを重み付け加算する。
【０１２８】
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝（（ｆｋ（ｘ，ｙ）・（ｒ−ｘ）＋ｆｋ＋１（ｘ，ｙ）・（ｘ−ｑ））／（ｒ−ｑ） （ｑ≦ｘ≦ｒ）
但し、ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）は、重み付け加算された高さデータを示し、ｆｋ（ｘ，ｙ）は部分領域Ｄｋの平面補正後の高さデータを示し、ｆｋ＋１（ｘ，ｙ）は部分領域Ｄｋ＋１の平面補正後の高さデータを示している。
【０１２９】
つまり、ｘがｑに近づくにつれて、部分領域Ｄｋ＋１よりも部分領域Ｄｋの高さデータの成分が増大するように重み付け加算され、ｘがｒに近づくにつれて、部分領域Ｄｋよりも部分領域Ｄｋ＋１の高さデータの成分が増大するように、重み付け加算される。
【０１３０】
次に、第２形状算出部３４は、全てのカメラの部分領域の３次元形状データについての処理が終了した場合（ステップＳ３５でＹＥＳ）、処理をリターンし、全てのカメラの部分領域の３次元形状データについての処理が終了していない場合（ステップＳ３５でＮＯ）、処理をステップＳ３６に進める。
【０１３１】
ステップＳ３６において、第２形状算出部３４は、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１との３次元形状データとを繋げる（ステップＳ３６）。この場合、第２形状算出部３４は、部分領域Ｄｋのうち、部分領域Ｄｋ＋１と重なっていない領域（ｐ≦ｘ＜ｑ）については、下記の式に示すように部分領域Ｄｋの平面補正後の３次元形状データをそのまま採用し、部分領域Ｄｋ＋１のうち、部分領域Ｄｋと重なっていない領域（ｒ＜ｘ≦ｓ）については、下記の式に示すように、部分領域Ｄｋ＋１の平面補正後の３次元形状データをそのまま採用し、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１とが重なっている領域（ｑ≦ｘ≦ｒ）については、上記の重み付け加算した３次元形状データを採用する。
【０１３２】
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝ｆｋ（ｘ，ｙ） （ｐ≦ｘ＜ｑ）
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝ｆｋ＋１（ｘ，ｙ） （ｒ＜ｘ≦ｓ）
次に、第２形状算出部３４は、ｋを１インクリメントさせ（ステップＳ３７）、処理をステップＳ３２に戻す。以上により、ウエハ５０全面の３次元形状データが得られる。
【０１３３】
図３に戻り、ステップＳ６において、評価値算出部３５及び判定部３６は、評価処理を実行する。図１６は、評価処理を示すフローチャートである。まず、評価値算出部３５は、ウエハ５０全面の３次元形状データを取得する（ステップＳ４１）。次に、評価値算出部３５は、３次元形状データの列を指定するための変数ｙに０を代入し、ｙを初期化する（ステップＳ４２）。
【０１３４】
次に、評価値算出部３５は、ｙ列目の断面形状データから低周波成分を除去する（ステップＳ４３）。ここで、評価値算出部３５は、まず、ｙ列目の断面形状データを構成する各高さデータに対してガウシアンフィルタをかけ、低周波成分を抽出する。
【０１３５】
具体的には、評価値算出部３５は、下記の式を用いて、低周波成分を抽出する。
【０１３６】
ｗ（ｘ）＝∫−∞∞ｐ（ｘ’）・ｓ（ｘ−ｘ’）ｄｘ’
但し、ｗ（ｘ）はｙ列目の断面形状データの低周波成分を示し、ｐ（ｘ）はｙ列目の断面形状データを示している。
【０１３７】
また、ｓ（ｘ）は下記の式で表される正規分布である。
【０１３８】
ｓ（ｘ）＝（１／α・λｃ）・ｅｘｐ（−π（ｘ／α・λｃ）２）
但し、α＝√（ｌｎ２／π）＝０．４６７９である。
【０１３９】
つまり、評価値算出部３５は、ｙ列目の断面形状データにおいて、１番目の高さデータから最終番目の高さデータまでを順次に注目高さデータとして設定し、各注目高さデータを中心として断面形状データｐ（ｘ）にｓ（ｘ）を乗じて積分することで、各注目高さデータの低周波成分を求める。
【０１４０】
そして、評価値算出部３５は、各注目高さデータの低周波成分ｗ（ｘ）が得られると、ｒ（ｘ）＝ｐ（ｘ）−ｗ（ｘ）により、断面形状データｐ（ｘ）から低周波成分ｗ（ｘ）を除去する。これにより、断面形状データｐ（ｘ）の高周波成分ｒ（ｘ）が得られる。
【０１４１】
図１７は、低周波成分が除去された断面形状データを示している。図１７に示すように、図１２で現れていた大きなうねりが平坦化され、ある高さレベルを基準に断面形状データが変化していることが分かる。
【０１４２】
次に、評価値算出部３５は、ウエハ５０の全面の３次元形状データに対して低周波成分を除去する処理が終了した場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、処理をステップＳ４６に進め、ウエハ５０の全面の３次元形状データに対して低周波成分を除去する処理が終了していない場合（ステップＳ４４でＮＯ）、処理をステップＳ４５に進める。
【０１４３】
ステップＳ４５において、評価値算出部３５は、ｙを１インクリメントして、処理をステップＳ４３に戻す。つまり、ステップＳ４３〜Ｓ４５の処理が繰り返されることで、１列の３次元形状データから低周波成分が除去される処理が繰り返され、最終的にウエハ５０の全面の３次元形状データから低周波成分が除去される。
【０１４４】
図１８は、低周波成分が除去された３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。図１８に示すように、図１３で現れていた大きなうねりが平坦化され、Ｘ−Ｙ平面と平行な、ある高さレベルを基準に３次元形状データが変化していることが分かる。
【０１４５】
ステップＳ４６において、評価値算出部３５は、低周波成分が除去された高さデータの絶対値の総和を求め、その総和を全高さデータの個数で割ることで、ウエハ５０の粗さを示す評価値を算出する。
【０１４６】
次に、判定部３６は、評価値が閾値より大きい場合（ステップＳ４７でＹＥＳ）、ウエハ５０は不良品であると判定し（ステップＳ４８）、評価値が閾値以下の場合（ステップＳ４７でＮＯ）、ウエハ５０は良品であると判定する（ステップＳ４９）。以上により、本外観検査装置の処理が終了される。なお、閾値としては、ウエハ５０が不良品であることを示す予め定められた値を採用すればよい。
【０１４７】
このように、本外観検査装置によれば、搬送部４０により一定速度で搬送されるウエハ５０は、搬送方向と交差する方向に光切断線が照射されることでソーマークと交差するように光切断線が照射されると共に、撮像部２０によって一定周期で連続的に光切断線画像として撮像される。そのため、撮像部２０は、前回の光切断線画像の撮像時に照射された光切断線のすぐ隣の位置に光切断線が照射されたタイミングで次の光切断線画像を撮像することができる。
【０１４８】
これにより、各光切断線画像から光切断法によって光切断線の照射位置におけるウエハ５０の断面形状データが得られ、この断面形状データを配列することでウエハ５０の全面の３次元形状データを得ることができる。
【０１４９】
また、ウエハ５０は、複数のカメラ２１〜２３によって複数の部分領域に分けて撮像され、各部分領域の３次元形状データが個別に算出されている。そして、部分領域のうち隣接する部分と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと、他方の部分領域の３次元形状データとが重ね合わされることでウエハ５０全面の３次元形状データが得られている。そのため、１台のカメラによってウエハ５０を撮像する場合に比べて、高分解能の光切断線画像を得ることができる。その結果、高分解能の３次元形状データを算出することができる。
【０１５０】
そして、このようにして得られた高分解能のウエハ５０の全面の３次元形状データからウエハ５０の粗さを示す評価値が算出され、この評価値を用いてウエハ５０の良否が判定されているため、ウエハ５０が不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【０１５１】
なお、上記実施の形態では、光源を３台設けたが本発明はこれに限定されず、光源を１台としてもよい。また、照射部１０を１つの光源と複数の射出部により構成し、光源からの光を射出部から射出させるようにしてもよい。この場合、照射部１０から照射される光切断線は、ウエハ５０の幅方向の全域に照射されている必要がある。また、カメラの台数を３台としたが、本発明はこれに限定されず、２台又は４台以上の複数のカメラにより構成してもよい。また、各カメラと光源又は照射部と１対１に対応付け、各カメラと各光源又は照射部の配置関係を全て一定にすることにより、各カメラにより撮像される光切断線画像の分解能を全て同一にすることができる。
【０１５２】
図１９は、光源及びカメラを１台とした場合の外観検査装置の全体構成図を示している。この態様は例えば、サイズの小さなウエハ５０を検査対象とする場合に適している。また、この態様によれば、部分領域は存在しなくなるため、部分領域のうち隣接する部分領域と重なる領域において行われていた上記の重み付け加算する処理が不要となり、処理の簡便化を図ることができる。
【０１５３】
なお、上記説明では、第１形状算出部２４と第２形状算出部３４とを別に設けたが、同一構成としてもよい。この場合、各カメラ２１〜２３に設けてもよいし、制御部３０に設けてもよい。また、上記説明では、撮像処理と探索処理と重心算出処理とを３段のパイプライン処理で並列処理させたが、この並列処理に１列分の断面形状データを求める処理を含めてもよい。この場合、撮像処理と探索処理と重心算出処理と１列分の断面形状データを求める処理とを４段のパイプライン処理で実現すればよい。
【符号の説明】
【０１５４】
１０ 照射部
２０ 撮像部
２１〜２３ カメラ
２４ 第１形状算出部（形状算出手段）
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形状算出部（形状算出手段）
３５ 評価値算出部（評価値算出手段）
３６ 判定部（判定手段）
４０ 搬送部
５０ ウエハ
ＣＬ，ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３ 光切断線
Ｄｋ，Ｄｋ＋１ 部分領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーとして太陽光発電が注目されており、太陽電池の市場規模が急激に拡大しつつある。太陽電池の原材料となる太陽電池ウエハは、シリコンインゴットをワイヤーソーでスライスすることで得られるが、スライスする際にソーマークと呼ばれる筋状の溝が形成されることが知られている。なお、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。
【０００３】
そして、溝の深いソーマークが多数存在し、表面が粗い太陽電池ウエハは、不良品となってしまい商品として出荷することはできない。そこで、太陽電池ウエハの表面の粗さを検査し、太陽電池ウエハが不良品であるか否かの外観検査が必要となる。
【０００４】
従来、太陽電池ウエハの外観検査は人による目視検査が行われてきたが、近年の太陽電池の市場規模の拡大や太陽電池ウエハの検査時における人為的なウエハ破損の低減など様々な理由から、外観検査を専用の検査装置により行わせる試みが検討されている。
【０００５】
このような、検査装置として例えばレーザ変位計を使い、ウエハ表面の１ライン分の断面形状を測定するものが知られている。
【０００６】
また、特許文献１には、多結晶半導体ウエハの両面を撮像し、撮像された各面の画像の画像データを、２つの面が対向する位置で画素毎に比較し、比較結果が予め定める汚れ条件を満たすとき、２つの面のうちいずれか１つの面に汚れがあると判定する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、薄型パネルに用いられるガラス基板に含まれる線状の欠陥を検査することを目的として、検査対象となる被写体の画像データを短冊状に分割し、分割画像ごとに濃淡が投影された１次元データである第１のデータを算出し、この第１のデータに基づいて、分割画像ごとに線状欠陥候補が含まれる欠陥候補範囲を特定し、特定した欠陥候補範囲の画像に対応する画像データを用いて、欠陥候補範囲が強調された第２のデータを算出し、この第２のデータを積算することにより得られるデータに基づいて、線状の欠陥を特定する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、ＬＣＤパネルの筋状欠陥を検出することを目的として、検査対象となる着目画素を選択し、着目画素を中心として所定サイズの領域を選択し、選択した領域内において、予め設定された閾値以上の輝度値の画素を、輝度値が大きい順に所定数抽出し、抽出した各画素と着目画素を通る角度基準線との距離の積算最小値を求め、求めた積算最小値に基づく投票値を、画像に対応する投票空間において、着目画素に対応する部分に投票し、投票結果を基に、筋状欠陥を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−６７１０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１９６号公報
【特許文献３】特開２００５−３４５２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のレーザ変位計を用いる手法では、ウエハ上の１ライン分の断面形状しか測定されておらず、測定した１ラインでは凹凸が目立たないが、別の部分で凹凸が目立つというウエハもあり、この場合、不良品のウエハが出荷される可能性が高くなる。
【００１１】
また、特許文献１では、撮像された多結晶半導体ウエハの各面の画像の画像データを比較することで汚れの有無が判定されているが、多結晶半導体ウエハの表面の３次元形状データを求めるようなことは行われていない。
【００１２】
また、特許文献２では、検査対象となる被写体を撮像することで得られた画像データから線状の欠陥が特定されているが、この技術も特許文献１と同様、被写体の表面の３次元形状データを求めるようなことは行われていない。
【００１３】
また、特許文献３では、ＬＣＤパネルを撮像し、得られた画像データに対して画像処理を行うことで、筋状欠陥が検出されているが、この技術も特許文献１，２と同様、被写体の表面の３次元形状データを求めることは行われていない。
【００１４】
よって、特許文献１〜３の技術では、太陽電池ウエハに形成されたソーマークの３次元形状を測定することはできない。
【００１５】
本発明の目的は、太陽電ウエハの３次元形状を正確、かつ、高速に判定することができる外観検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）本発明の一局面による外観検査装置は、太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置であって、前記太陽電池ウエハに形成されたソーマークの長手方向に沿って、前記太陽電池ウエハを一定速度で搬送させる搬送部と、前記搬送部により搬送される太陽電池ウエハに対し、搬送方向と交差する方向に光切断線を照射する照射部と、前記照射部により照射された光切断線を含む光切断線画像を一定周期で連続的に撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する形状算出手段とを備え、前記形状算出手段は、前記撮像手段による前記光切断線画像の連続撮像処理と並列して、前記光太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理を実行する。
【００１７】
この構成によれば、搬送部により一定速度で搬送される太陽電池ウエハは、搬送方向と交差する方向に光切断線が照射されることでソーマークと交差するように光切断線が照射されると共に、撮像手段によって一定周期で連続的に光切断線画像として撮像される。そのため、撮像手段は、前回の光切断線画像の撮像時に照射された光切断線のすぐ隣の位置に光切断線が照射されたタイミングで次の光切断線画像を撮像することができる。そのため、太陽電池ウエハの３次元形状データを高精度で算出することができる。
【００１８】
また、撮像手段による光切断線画像の連続撮像処理と形状算出手段による太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理とが並列して実行されるため、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００１９】
（２）前記形状算出手段は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、前記光切断線の照射位置に対応する前記太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理を実行することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像処理と、現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、光切断線の照射位置に対応する１列分の太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理とが同時に行われる。そのため、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００２１】
（３）前記形状算出手段は、前記撮像手段により撮像された各光切断線画像において、前記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探索処理と、前記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重心算出処理とを実行する第１形状算出部を備え、前記第１形状算出部は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームより１つ前のフレームの光切断線画像に対する前記探索処理を実行すると同時に、前記現フレームより２つ前のフレームの光切断線画像に対する前記重心算出処理を実行することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、探索処理と重心算出処理とが同時に実行されており、１枚の光切断線画像が撮像される毎に、各ラインの最大輝度の重心位置を得ることができる。つまり、各ラインの最大輝度の重心位置がパイプライン的に得られている。
【００２３】
そのため、各ラインの最大輝度の重心位置を太陽電池ウエハの撮像中にリアルタイムで得ることが可能となり、太陽電池ウエハの３次元形状を高速に得ることができる。
【００２４】
（４）前記形状算出手段は、前記第１形状算出部により算出された各ラインの重心座標と、前記撮像手段及び照射部の仰角とを基に、前記光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する処理を繰り返し実行することで前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する第２形状算出部を備えることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、重心算出処理により算出された各ラインの重心座標と、撮像手段及び照射手段の仰角とを基に、１枚の光切断線画像の照射位置に対応する１列分の太陽電池ウエハの高さデータが算出され、この処理を各光切断線画像に対して行うことで、太陽電池ウエハの３次元形状データが算出されている。そのため、太陽電池ウエハの全面の３次元形状を高精度に求めることができる。
【００２６】
（５）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。
【００２７】
この構成によれば、照射部は太陽電池ウエハの幅方向の全域を斜め方向から照射し、撮像手段は太陽電池ウエハの幅方向の全域を上方から撮像しているため、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。
【００２８】
（６）前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを複数の部分領域に分けて撮像するべく複数存在し、前記第２形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、前記太陽電池ウエハ全面の３次元形状データを算出することが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、太陽電池ウエハは、複数の撮像手段によって複数の部分領域に分けて撮像され、各部分領域の３次元形状データが個別に算出されている。そして、部分領域のうち隣接する部分と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと、他方の部分領域の３次元形状データとが重ね合わされることで太陽電池ウエハ全面の３次元形状データが得られている。そのため、１台の撮像手段によって太陽電池ウエハを撮像する場合に比べて、高分解能の光切断線画像を得ることができる。その結果、高分解能の３次元形状データを算出することができる。
【００３０】
（７）前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを最小二乗法を用いて平面補正し、前記重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算することが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、各部分領域の３次元形状データが最小二乗法を用いて平面補正されている。よって、各撮像手段における受光面の凹凸に起因する３次元形状データの誤差が低減されるように各部分領域の３次元形状データを求めることができる。
【００３２】
また、部分領域のうち、隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとが重み付け加算されているため、部分領域同士をなだらかに繋げて太陽電池ウエハ全面の３次元形状データを算出することができる。
【００３３】
（８）前記形状算出手段により算出された３次元形状データから前記太陽電池ウエハの粗さ示す評価値を算出する評価値算出手段と、前記評価値に基づいて前記太陽電池ウエハの良否を判定する判定手段とを更に備えることが好ましい。
【００３４】
この構成によれば、高分解能の太陽電池ウエハの全面の３次元形状データから太陽電池ウエハの粗さを示す評価値が算出され、この評価値を用いて太陽電池ウエハの良否が判定されているため、太陽電池ウエハが不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【００３５】
（９）前記評価値算出手段は、前記３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから前記評価値を算出することが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、太陽電池ウエハの粗さを評価するうえで不要となる低周波成分が３次元形状データから除去されているため、太陽電池ウエハの粗さが正確に反映された評価値を得ることができ、太陽電池ウエハが不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【００３７】
（１０）前記評価値算出手段は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去することが好ましい。
【００３８】
この構成によれば、３次元形状データからガウシアンフィルタを用いて低周波成分が抽出され、抽出された低周波成分を元の３次元形状データから差し引く処理が１列単位で行われ、３次元形状データから低周波成分が除去されているため、低周波成分を精度良く除去することができる。
【００３９】
（１１）前記判定手段は、前記評価値が閾値より大きければ不良品、閾値よりも小さければ良品と判定することが好ましい。
【００４０】
この構成によれば、評価値を閾値と比較することで、良品か不良品かの判定が行われているため、良品判定処理を速やかに行うことができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、太陽電池ウエハの全面の三次元形状を正確、かつ、高速に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態による外観検査装置の全体構成図を示している。
【図２】図１に示す外観検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態による外観検査装置のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図４】探索処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図４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７】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８】光切断線画像の一例を示した図である。
【図９】ｉライン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１０】高さデータを算出する処理の説明図である。
【図１１】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１２】形状算出部により算出された断面形状データを示したグラフである。
【図１３】形状算出部により算出されたウエハのある部分領域における３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。
【図１４】全面３次元形状データ生成処理を示すフローチャートである。
【図１５】重み付け加算する処理を説明する図である。
【図１６】評価処理を示すフローチャートである。
【図１７】低周波成分が除去された断面形状データを示している。
【図１８】低周波成分が除去された３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。
【図１９】光源及びカメラを１台とした場合の外観検査装置の全体構成図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施の形態における外観検査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外観検査装置の全体構成図を示している。図１に示すように、本外観検査装置は、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。
【００４４】
照射部１０は、例えば３つの光源１１〜１３により構成されている。光源１１は、例えばカメラ２１が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。また、光源１２は、例えばカメラ２２が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。また、光源１３は、例えばカメラ２３が光切断線画像を撮像する部分領域内に向けて、扇状に拡がるように光を照射する。
【００４５】
そして、光源１１〜１３のそれぞれが照射する光と、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ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３となる。本実施の形態では、光切断線ＣＬ１，ＣＬ３は、例えばＹ方向の座標が所定の位置Ｙ１に位置し、長手方向がＸ方向とほぼ平行になるようにされている。また、光切断線ＣＬ２は、例えばＹ方向の座標が位置Ｙ１より上流側の位置Ｙ２に位置し、長手方向がＸ方向とほぼ平行になるように設定されている。つまり、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３によってウエハ５０の幅方向（Ｘ方向）の全域に光切断線が照射されるため、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。
【００４６】
このような光切断線ＣＬ１〜ＣＬ３の設定は、光源１１〜１３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。なお、光切断線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３を特に区別しない場合は、光切断線ＣＬと記述する。
【００４７】
光源１１〜１３は、それぞれ、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。
【００４８】
また、光源１１〜１３は、それぞれ、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。
【００４９】
撮像部２０は、例えば３つのカメラ２１〜２３により構成されている。カメラ２１〜２３は、Ｘ方向に向けて例えばこの順で配置され、ウエハ５０を上側から撮像するように配置されている。ここで、カメラ２１〜２３は、それぞれ、受光面がｚ方向の同一位置になるように台２５の下面に取り付けられている。カメラ２１〜２３のｘ方向、及びｙ方向の画角は同じであり、受光面のｚ方向の位置も同じであるため、それぞれの撮像領域である部分領域の縦及び横の幅は同一となる。また、カメラ２１〜２３が、それぞれ、撮像する光切断線を含む画像を光切断線画像と記述する。また、カメラ２１〜２３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。
【００５０】
ここで、カメラ２１〜２３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、撮像した光切断線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。なお、カメラ２１〜２３の撮像タイミングは、例えば同一タイミングとなるように制御部３０により同期制御が図られているものとする。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、第１形状算出部２４以外のカメラ２１〜２３が撮像手段の一例に相当している。
【００５２】
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１１〜１３及びカメラ２１〜２３のそれぞれとケーブルを介して接続され、本外観検査装置の全体制御を司る。
【００５３】
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。
【００５４】
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２１〜２３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。
【００５５】
図２は、図１に示す外観検査装置の電気的な構成を示すブロック図である。カメラ２１〜２３は、それぞれ、第１形状算出部２４（形状算出手段の一例）を備えている。また、制御部３０は、搬送制御部３１、照射制御部３２、撮像制御部３３、第２形状算出部３４（形状算出手段の一例）、評価値算出部３５、及び判定部３６を備えている。なお、搬送制御部３１〜判定部３６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、照射部１０を構成する光源１１〜１３を点灯させる。
【００５８】
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に光切断線画像の撮像を開始させる。
【００５９】
ここで、第１形状算出部２４及び第２形状算出部３４により形状算出手段が構成される。形状算出手段は、撮像部２０による光切断線画像の連続撮像処理と並列して、ウエハ５０の３次元形状データの算出処理を実行する。詳細には、形状算出手段は、撮像２０による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、光切断線の照射位置に対応する１列分のウエハ５０の高さデータを算出するための処理を実行する。
【００６０】
第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３により撮像された各光切断線画像において、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探索処理と、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重心算出処理とを実行する。
【００６１】
ここで、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、現フレームより１つ前のフレームの光切断線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つ前のフレームの光切断線画像に対する重心算出処理を実行する。
【００６２】
また、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３に対応する各部分領域における探索処理と重心算出処理とを個別に実行する。
【００６３】
第２形状算出部３４は、第１形状算出部２４により算出された各ラインの重心座標と、カメラ２１〜２３及び光源１１〜１３の仰角とを基に、光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する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。
【００６４】
また、第２形状算出部３４は、カメラ２１〜２３に対応する各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、ウエハ５０全面の３次元形状データを算出する。
【００６５】
ここで、第２形状算出部３４は、各部分領域の３次元形状データを、最小二乗法を用いて平面補正し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算することで、ウエハ５０全面の３次元形状データを算出する。
【００６６】
評価値算出部３５は、第２形状算出部３４により算出された３次元形状データからウエハ５０の粗さ示す評価値を算出する。ここで、評価値算出部３５は、形状算出部３４により算出された３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから評価値を算出する。
【００６７】
具体的には、評価値算出部３５は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去する。
【００６８】
判定部３６は、評価値算出部３５により算出された評価値に基づいてウエハ５０の良否を判定する。ここで、判定部３６は、評価値が所定の閾値より大きければウエハ５０は不良品、閾値よりも小さければウエハ５０は良品と判定する。
【００６９】
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、第２形状算出部３４が算出した３次元形状データや、判定部３６の判定結果を示す画像等を表示する。
【００７０】
次に、本外観検査装置の処理の詳細について、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態による外観検査装置のメインルーチンを示すフローチャートである。なお、以下の処理は、カメラ２１〜２３のそれぞれにおいて撮像された光切断線画像の画像データに対して個別に実行される。また、図３において、カメラ２１〜２３は、それぞれＸ枚のフレームの光切断線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）。
【００７１】
次に、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、１フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する（ステップＳ２（１））。
【００７２】
図８は、光切断線画像の一例を示した図である。なお、図８に示す光切断線画像は、Ｘ方向（垂直方向）の画素数がＭ個、Ｙ方向（搬送方向）の画素数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。
【００７３】
図８に示すようにＸ方向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３に戻り、ステップＳ２（２）において、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、２フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、第１形状算出部２４は、１フレーム目の光切断線画像の画像データに対して探索処理を実行する。
【００７４】
ステップＳ２（３）において、カメラ２１〜２３は、ウエハ５０を撮像し、３フレーム目の光切断線画像の画像データを取得する。これと同時に、第１形状算出部２４は、２フレーム目の光切断線画像の画像データに対して、探索処理を実行し、光切断線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、第１形状算出部２４は、１フレーム目の光切断線画像に対して、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
ステップＳ２（Ｘ＋１）においては、カメラ２１〜２３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。
【００７８】
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。
【００７９】
以上のパイプライン処理より、カメラ２１〜２３が１フレームの光切断線画像を撮像する期間が経過する度に、１列分の重心座標が得られる。
【００８０】
図４は、探索処理の詳細を示すフローチャートである。まず、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現在撮像している現フレームの１つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（ステップＳ２１１）。
【００８１】
次に、第１形状算出部２４は、光切断線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、光切断線画像上に、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に示す光切断線画像の第１行目を表し、ｉ＝１が図８に示す光切断線画像の第２行目を表すというように、１本のラインは光切断線画像の１行に対応し、変数ｉは、光切断線画像の各行と対応付けられている。
【００８２】
次に、第１形状算出部２４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、第１形状算出部２４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。
【００８３】
次に、右隣の画素を注目画素として設定し、注目画素の輝度値の方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、注目画素の輝度値の方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Ｘｐとして決定し、ｉライン目の最大輝度画素が探索される。
【００８４】
なお、求められたｉライン目の最大輝度画素の座標Ｘｐ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。
【００８５】
次に、第１形状算出部２４は、全ラインについて、最大輝度画素の座標Ｘｐ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Ｘｐ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。
【００８６】
つまり、第１形状算出部２４は、ステップＳ２１３〜Ｓ２１５の処理を繰り返すことで、図８に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度画素の座標Ｘｐを求めるのである。
【００８７】
図５は、重心算出処理の詳細を示すフローチャートである。まず、第１形状算出部２４は、カメラ２１〜２３が現在撮像している現フレームの２つ前のフレームの光切断線画像を処理対象の光切断線画像として設定する（ステップＳ２２１）。
【００８８】
次に、第１形状算出部２４は、探索処理と同様にして変数ｉに０を代入し、ｉを初期化する（ステップＳ２２２）。次に、第１形状算出部２４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、左右に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の重心座標Ｘｓｕｂを求める（ステップＳ２２３）。
【００８９】
図９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９では、座標Ｘｐが最大輝度画素の座標であり、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。
【００９０】
そして、第１形状算出部２４は、例えば下記の式を用いて、最大輝度の重心座標を求める。
【００９１】
【数１】
【００９２】
但し、Ｘｓｕｂ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、Ｘｐは最大輝度画素の座標を示し、Ｋｐは最大輝度画素の輝度値を示し、ｎは周辺画素を特定するためのインデックスである。
【００９３】
これにより、ｉライン目において、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂが１画素以下の小数点つき値、つまりサブピクセル単位で求まることになる。なお、第１形状算出部２４は、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂ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Ｘｓｕｂ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。
【００９４】
図９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Ｘｓｕｂとなる。なお、図９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。
【００９５】
図５に戻り、第１形状算出部２４は、全ラインについて、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂ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Ｘｓｕｂ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。
【００９６】
つまり、第１形状算出部２４は、ステップＳ２２３〜Ｓ２２５の処理を繰り返すことで、図８に示す光切断線画像の全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂを求めるのである。
【００９７】
なお、全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂは、光切断線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。
【００９８】
図６は、図３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６に示す期間Ｔ１〜Ｔ（Ｘ＋１）は、それぞれ、カメラ２１〜３３が１フレームの光切断線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。
【００９９】
期間Ｔ１においては、図３に示すステップＳ２（１）が実行され、１フレーム目の光切断線画像が撮像されている。期間Ｔ２においては、図３に示すステップＳ２（２）が実行され、２枚目のフレームの光切断線画像の撮像と、１フレーム目の光切断線画像の探索処理とが同時に行われている。
【０１００】
期間Ｔ３においては、図３に示すステップＳ２（３）が実行され、３フレーム目の光切断線画像の撮像と、２フレーム目の光切断線画像の探索処理と、１フレーム目の光切断線画像の重心算出処理とが同時に行われている。
【０１０１】
以後、期間Ｔ（Ｘ）まで、現フレームの光切断線画像の撮像と、１つ前のフレームの光切断線画像の探索処理と、２つ前のフレームの光切断線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Ｘｓｕｂが算出される。
【０１０２】
図７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７に示す縦軸は時間軸を示し、カメラ２１〜２３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２１〜２３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。なお、図７では、１フレームの光切断線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。
【０１０３】
期間Ｔ（ｎ）において、ウエハ５０が撮像され、ｎフレーム目の光切断線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フレーム目の光切断線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フレーム目の光切断線画像が取得されている。
【０１０４】
そして、期間Ｔ（ｎ）において、ｎ−１フレーム目の光切断線画像に対し、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フレーム目の光切断線画像に対し、ｉ＝０〜２７９本のラインが設定され、各ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂが算出されている。
【０１０５】
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Ｘｓｕｂが得られる。
【０１０６】
図３に戻り、ステップＳ３において、第２形状算出部３４は、第１形状算出部２４により算出された１フレームの光切断線画像について算出された１列分の最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂのそれぞれを下記の式に代入し、高さデータを算出し、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。
【０１０７】
ｈ（μｍ）＝Ｒ・Ｘｓｕｂ・ｃｏｓθ／ｓｉｎ（θ＋φ）
但し、ｈは高さデータを示し、Ｒは視野分解能を示し、θは光源１１〜１３の仰角を示し、φはカメラの仰角を示す。
【０１０８】
図１０は、高さデータを算出する処理の説明図である。図１１は、光源１１〜１３とカメラ２１〜２３との設置状態を模式的に示した図である。図１０に示す四角形は光切断線画像を示し、四角形内に示す太線は全ラインの最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂにより描かれる光切断線ＣＬ’を示している。
【０１０９】
図１１に示すように、光源１１〜１３のそれぞれの仰角はＺ方向を基準としてθに設定され、カメラ２１〜２３のそれぞれの仰角はＺ方向を基準としてφに設定されている。そして、光源１１〜１３から照射された光がカメラ２１〜２３に入射する位置は、ウエハ５０の高さに応じて図１０に示すＹ方向に前後することになる。よって、最大輝度の重心座標Ｘｓｕｂを上記の式に代入することで、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。
【０１１０】
なお、図１０において、光切断線画像の縦方向の長さをＭＬ（μｍ）、横方向の長さを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、視野分解能Ｒは、Ｒ＝ＮＬ／Ｎとなる。
【０１１１】
そして、第２形状算出部３４は、光切断線ＣＬ’上の各Ｘｓｕｂについて求めたＭ個の高さデータｈ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。
【０１１２】
なお、図１１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２１〜２３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。
【０１１３】
図１２は、第２形状算出部３４により算出された断面形状データを示したグラフであり、縦軸は高さをμｍ単位で示し、横軸は光切断線方向、つまり、図１０に示す縦方向をｍｍ単位で示している。図１２に示すように、ウエハ５０の断面形状データの微妙な凹凸が正確に算出されていることが分かる。
【０１１４】
図３に戻り、ステップＳ４において、第２形状算出部３４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、部分領域の全面の３次元形状データを算出する。
【０１１５】
図３の例では光切断線画像のフレーム数はＸ枚であるため、断面形状データがＸ列で配列された部分領域の３次元形状データが得られる。また、カメラの台数は３台であるため、３つの部分領域に対する３次元形状データが得られる。
【０１１６】
図１３は、第２形状算出部３４により算出されたウエハ５０のある部分領域における３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。図１３に示すように、図１２に示す断面形状データを配列していくことで、ウエハ５０の部分領域の３次元形状が再現されている。また、図１３に示すように、Ｙ方向に沿って複数の溝が現れており、ソーマークがリアルに再現されていることが分かる。
【０１１７】
次に、図３に戻り、第２形状算出部３４は、部分領域毎に得られた３次元形状データを繋げ、ウエハ５０全面の３次元形状データを求める全面３次元形状データ生成処理を実行する（ステップＳ５）。図１４は、全面３次元形状データ生成処理を示すフローチャートである。
【０１１８】
まず、第２形状算出部３４は、カメラ２１〜２３を示す変数ｋに１を代入し、ｋを初期化する（ステップＳ３１）。本実施の形態では、カメラは３台なので、ｋはｋ＝１〜３のいずれかの整数値をとり、ｋ＝１〜３はそれぞれカメラ２１〜２３に対応している。
【０１１９】
次に、第２形状算出部３４は、ｋ台目、ｋ＋１台目のカメラの部分領域に対応する３次元形状データを取得する（ステップＳ３２）。次に、第２形状算出部３４は、各部分領域に対応する３次元形状データを最小二乗法を用いて個別に平面補正する（ステップＳ３３）。
【０１２０】
具体的には、第２形状算出部３４は、部分領域の平面の式をｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃとおき、下記のＥを最小とするようなａ、ｂ、ｃを求め、得られたａ、ｂ、ｃを上記平面の式に代入することで部分領域の平面の式を求める。
【０１２１】
Ｅ＝Σ（ｚ−（ａｘ＋ｂｙ＋ｃ））２
∂Ｅ／∂ａ＝０、∂Ｅ／∂ｂ＝０、∂Ｅ／∂ｃ＝０
但し、ｘ、ｙ、ｚは、図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向に対応している。
【０１２２】
そして、第２形状算出部３４は、ｋ台目のカメラの部分領域の３次元形状データを（ｘ’、ｙ’、ｚ’）で表すと、ｚ’−ｚにより、部分領域の３次元形状データを平面補正する。
【０１２３】
なお、ｚ’−ｚのｚはｚ＝ａｘ’＋ｂｙ’＋ｃにより得られる値である。
【０１２４】
これにより、カメラにおける受光面の凹凸に起因する３次元形状データの誤差がなくなるように部分領域の３次元形状データを求めることができる。
【０１２５】
次に、第２形状算出部３４は、ｋ台目のカメラの部分領域とｋ＋１台目のカメラの部分領域とが重なっている領域について、両部分領域の３次元データを重み付け加算することで補正する（ステップＳ３４）。
【０１２６】
図１５は、重み付け加算する処理を説明する図である。図１５示すように、ｋ台目のカメラの部分領域ＤｋはＸ座標の範囲がｐ〜ｒであり、ｋ＋１台目のカメラの部分領域Ｄｋ＋１はＸ座標の範囲がｑ〜ｓであり、ｐ＜ｑ＜ｒ＜ｓの関係を有している。そのため、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１とはｘがｑ≦ｘ≦ｒの範囲において重なっている。なお、ｐ〜ｓの値は、図１に示すように、カメラ２１〜２３の仰角及び画角等から予め求めることができ、その値を採用すればよい。
【０１２７】
そこで、第２形状算出部３４は、重なっている領域については、下記の式を用いて、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１との平面補正後の３次元形状データを重み付け加算する。
【０１２８】
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝（（ｆｋ（ｘ，ｙ）・（ｒ−ｘ）＋ｆｋ＋１（ｘ，ｙ）・（ｘ−ｑ））／（ｒ−ｑ） （ｑ≦ｘ≦ｒ）
但し、ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）は、重み付け加算された高さデータを示し、ｆｋ（ｘ，ｙ）は部分領域Ｄｋの平面補正後の高さデータを示し、ｆｋ＋１（ｘ，ｙ）は部分領域Ｄｋ＋１の平面補正後の高さデータを示している。
【０１２９】
つまり、ｘがｑに近づくにつれて、部分領域Ｄｋ＋１よりも部分領域Ｄｋの高さデータの成分が増大するように重み付け加算され、ｘがｒに近づくにつれて、部分領域Ｄｋよりも部分領域Ｄｋ＋１の高さデータの成分が増大するように、重み付け加算される。
【０１３０】
次に、第２形状算出部３４は、全てのカメラの部分領域の３次元形状データについての処理が終了した場合（ステップＳ３５でＹＥＳ）、処理をリターンし、全てのカメラの部分領域の３次元形状データについての処理が終了していない場合（ステップＳ３５でＮＯ）、処理をステップＳ３６に進める。
【０１３１】
ステップＳ３６において、第２形状算出部３４は、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１との３次元形状データとを繋げる（ステップＳ３６）。この場合、第２形状算出部３４は、部分領域Ｄｋのうち、部分領域Ｄｋ＋１と重なっていない領域（ｐ≦ｘ＜ｑ）については、下記の式に示すように部分領域Ｄｋの平面補正後の３次元形状データをそのまま採用し、部分領域Ｄｋ＋１のうち、部分領域Ｄｋと重なっていない領域（ｒ＜ｘ≦ｓ）については、下記の式に示すように、部分領域Ｄｋ＋１の平面補正後の３次元形状データをそのまま採用し、部分領域Ｄｋと部分領域Ｄｋ＋１とが重なっている領域（ｑ≦ｘ≦ｒ）については、上記の重み付け加算した３次元形状データを採用する。
【０１３２】
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝ｆｋ（ｘ，ｙ） （ｐ≦ｘ＜ｑ）
ｆｎｅｗ（ｘ，ｙ）＝ｆｋ＋１（ｘ，ｙ） （ｒ＜ｘ≦ｓ）
次に、第２形状算出部３４は、ｋを１インクリメントさせ（ステップＳ３７）、処理をステップＳ３２に戻す。以上により、ウエハ５０全面の３次元形状データが得られる。
【０１３３】
図３に戻り、ステップＳ６において、評価値算出部３５及び判定部３６は、評価処理を実行する。図１６は、評価処理を示すフローチャートである。まず、評価値算出部３５は、ウエハ５０全面の３次元形状データを取得する（ステップＳ４１）。次に、評価値算出部３５は、３次元形状データの列を指定するための変数ｙに０を代入し、ｙを初期化する（ステップＳ４２）。
【０１３４】
次に、評価値算出部３５は、ｙ列目の断面形状データから低周波成分を除去する（ステップＳ４３）。ここで、評価値算出部３５は、まず、ｙ列目の断面形状データを構成する各高さデータに対してガウシアンフィルタをかけ、低周波成分を抽出する。
【０１３５】
具体的には、評価値算出部３５は、下記の式を用いて、低周波成分を抽出する。
【０１３６】
ｗ（ｘ）＝∫−∞∞ｐ（ｘ’）・ｓ（ｘ−ｘ’）ｄｘ’
但し、ｗ（ｘ）はｙ列目の断面形状データの低周波成分を示し、ｐ（ｘ）はｙ列目の断面形状データを示している。
【０１３７】
また、ｓ（ｘ）は下記の式で表される正規分布である。
【０１３８】
ｓ（ｘ）＝（１／α・λｃ）・ｅｘｐ（−π（ｘ／α・λｃ）２）
但し、α＝√（ｌｎ２／π）＝０．４６７９である。
【０１３９】
つまり、評価値算出部３５は、ｙ列目の断面形状データにおいて、１番目の高さデータから最終番目の高さデータまでを順次に注目高さデータとして設定し、各注目高さデータを中心として断面形状データｐ（ｘ）にｓ（ｘ）を乗じて積分することで、各注目高さデータの低周波成分を求める。
【０１４０】
そして、評価値算出部３５は、各注目高さデータの低周波成分ｗ（ｘ）が得られると、ｒ（ｘ）＝ｐ（ｘ）−ｗ（ｘ）により、断面形状データｐ（ｘ）から低周波成分ｗ（ｘ）を除去する。これにより、断面形状データｐ（ｘ）の高周波成分ｒ（ｘ）が得られる。
【０１４１】
図１７は、低周波成分が除去された断面形状データを示している。図１７に示すように、図１２で現れていた大きなうねりが平坦化され、ある高さレベルを基準に断面形状データが変化していることが分かる。
【０１４２】
次に、評価値算出部３５は、ウエハ５０の全面の３次元形状データに対して低周波成分を除去する処理が終了した場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、処理をステップＳ４６に進め、ウエハ５０の全面の３次元形状データに対して低周波成分を除去する処理が終了していない場合（ステップＳ４４でＮＯ）、処理をステップＳ４５に進める。
【０１４３】
ステップＳ４５において、評価値算出部３５は、ｙを１インクリメントして、処理をステップＳ４３に戻す。つまり、ステップＳ４３〜Ｓ４５の処理が繰り返されることで、１列の３次元形状データから低周波成分が除去される処理が繰り返され、最終的にウエハ５０の全面の３次元形状データから低周波成分が除去される。
【０１４４】
図１８は、低周波成分が除去された３次元形状データを擬似的又は模式的に示した図である。図１８に示すように、図１３で現れていた大きなうねりが平坦化され、Ｘ−Ｙ平面と平行な、ある高さレベルを基準に３次元形状データが変化していることが分かる。
【０１４５】
ステップＳ４６において、評価値算出部３５は、低周波成分が除去された高さデータの絶対値の総和を求め、その総和を全高さデータの個数で割ることで、ウエハ５０の粗さを示す評価値を算出する。
【０１４６】
次に、判定部３６は、評価値が閾値より大きい場合（ステップＳ４７でＹＥＳ）、ウエハ５０は不良品であると判定し（ステップＳ４８）、評価値が閾値以下の場合（ステップＳ４７でＮＯ）、ウエハ５０は良品であると判定する（ステップＳ４９）。以上により、本外観検査装置の処理が終了される。なお、閾値としては、ウエハ５０が不良品であることを示す予め定められた値を採用すればよい。
【０１４７】
このように、本外観検査装置によれば、搬送部４０により一定速度で搬送されるウエハ５０は、搬送方向と交差する方向に光切断線が照射されることでソーマークと交差するように光切断線が照射されると共に、撮像部２０によって一定周期で連続的に光切断線画像として撮像される。そのため、撮像部２０は、前回の光切断線画像の撮像時に照射された光切断線のすぐ隣の位置に光切断線が照射されたタイミングで次の光切断線画像を撮像することができる。
【０１４８】
これにより、各光切断線画像から光切断法によって光切断線の照射位置におけるウエハ５０の断面形状データが得られ、この断面形状データを配列することでウエハ５０の全面の３次元形状データを得ることができる。
【０１４９】
また、ウエハ５０は、複数のカメラ２１〜２３によって複数の部分領域に分けて撮像され、各部分領域の３次元形状データが個別に算出されている。そして、部分領域のうち隣接する部分と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと、他方の部分領域の３次元形状データとが重ね合わされることでウエハ５０全面の３次元形状データが得られている。そのため、１台のカメラによってウエハ５０を撮像する場合に比べて、高分解能の光切断線画像を得ることができる。その結果、高分解能の３次元形状データを算出することができる。
【０１５０】
そして、このようにして得られた高分解能のウエハ５０の全面の３次元形状データからウエハ５０の粗さを示す評価値が算出され、この評価値を用いてウエハ５０の良否が判定されているため、ウエハ５０が不良品であるか否かを正確に判定することができる。
【０１５１】
なお、上記実施の形態では、光源を３台設けたが本発明はこれに限定されず、光源を１台としてもよい。また、照射部１０を１つの光源と複数の射出部により構成し、光源からの光を射出部から射出させるようにしてもよい。この場合、照射部１０から照射される光切断線は、ウエハ５０の幅方向の全域に照射されている必要がある。また、カメラの台数を３台としたが、本発明はこれに限定されず、２台又は４台以上の複数のカメラにより構成してもよい。また、各カメラと光源又は照射部と１対１に対応付け、各カメラと各光源又は照射部の配置関係を全て一定にすることにより、各カメラにより撮像される光切断線画像の分解能を全て同一にすることができる。
【０１５２】
図１９は、光源及びカメラを１台とした場合の外観検査装置の全体構成図を示している。この態様は例えば、サイズの小さなウエハ５０を検査対象とする場合に適している。また、この態様によれば、部分領域は存在しなくなるため、部分領域のうち隣接する部分領域と重なる領域において行われていた上記の重み付け加算する処理が不要となり、処理の簡便化を図ることができる。
【０１５３】
なお、上記説明では、第１形状算出部２４と第２形状算出部３４とを別に設けたが、同一構成としてもよい。この場合、各カメラ２１〜２３に設けてもよいし、制御部３０に設けてもよい。また、上記説明では、撮像処理と探索処理と重心算出処理とを３段のパイプライン処理で並列処理させたが、この並列処理に１列分の断面形状データを求める処理を含めてもよい。この場合、撮像処理と探索処理と重心算出処理と１列分の断面形状データを求める処理とを４段のパイプライン処理で実現すればよい。
【符号の説明】
【０１５４】
１０ 照射部
２０ 撮像部
２１〜２３ カメラ
２４ 第１形状算出部（形状算出手段）
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形状算出部（形状算出手段）
３５ 評価値算出部（評価値算出手段）
３６ 判定部（判定手段）
４０ 搬送部
５０ ウエハ
ＣＬ，ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３ 光切断線
Ｄｋ，Ｄｋ＋１ 部分領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置であって、
前記太陽電池ウエハに形成されたソーマークの長手方向に沿って、前記太陽電池ウエハを一定速度で搬送させる搬送部と、
前記搬送部により搬送される太陽電池ウエハに対し、搬送方向と交差する方向に光切断線を照射する照射部と、
前記照射部により照射された光切断線を含む光切断線画像を一定周期で連続的に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する形状算出手段とを備え、
前記形状算出手段は、前記撮像手段による前記光切断線画像の連続撮像処理と並列して、前記光太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理を実行する外観検査装置。
【請求項２】
前記形状算出手段は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、前記光切断線の照射位置に対応する前記太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理を実行する請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記形状算出手段は、前記撮像手段により撮像された各光切断線画像において、前記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探索処理と、前記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重心算出処理とを実行する第１形状算出部を備え、
前記第１形状算出部は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームより１つ前のフレームの光切断線画像に対する前記探索処理を実行すると同時に、前記現フレームより２つ前のフレームの光切断線画像に対する前記重心算出処理を実行する請求項１又は２記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記形状算出手段は、前記第１形状算出部により算出された各ラインの重心座標と、前記撮像手段及び照射部の仰角とを基に、前記光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する処理を繰り返し実行することで前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する第２形状算出部を備える請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】
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１〜４のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを複数の部分領域に分けて撮像するべく複数存在し、
前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する請求項１〜５のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項７】
前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを最小二乗法を用いて平面補正し、前記重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算する請求項６記載の外観検査装置。
【請求項８】
前記形状算出手段により算出された３次元形状データから前記太陽電池ウエハの粗さ示す評価値を算出する評価値算出手段と、
前記評価値に基づいて前記太陽電池ウエハの良否を判定する判定手段とを更に備える請求項１〜７のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項９】
前記評価値算出手段は、前記３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから前記評価値を算出する請求項８記載の外観検査装置。
【請求項１０】
前記評価値算出手段は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去する請求項９記載の外観検査装置。
【請求項１１】
前記判定手段は、前記評価値が閾値より大きければ不良品、閾値よりも小さければ良品と判定する請求項８〜１０のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項１】
太陽電池ウエハの外観を検査する外観検査装置であって、
前記太陽電池ウエハに形成されたソーマークの長手方向に沿って、前記太陽電池ウエハを一定速度で搬送させる搬送部と、
前記搬送部により搬送される太陽電池ウエハに対し、搬送方向と交差する方向に光切断線を照射する照射部と、
前記照射部により照射された光切断線を含む光切断線画像を一定周期で連続的に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された複数枚の光切断線画像の画像データを基に、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する形状算出手段とを備え、
前記形状算出手段は、前記撮像手段による前記光切断線画像の連続撮像処理と並列して、前記光太陽電池ウエハの３次元形状データの算出処理を実行する外観検査装置。
【請求項２】
前記形状算出手段は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームよりも前に撮像されたフレームに対して、前記光切断線の照射位置に対応する前記太陽電池ウエハの高さデータを算出するための処理を実行する請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記形状算出手段は、前記撮像手段により撮像された各光切断線画像において、前記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探索処理と、前記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重心算出処理とを実行する第１形状算出部を備え、
前記第１形状算出部は、前記撮像手段による現フレームの光切断線画像の撮像期間において、前記現フレームより１つ前のフレームの光切断線画像に対する前記探索処理を実行すると同時に、前記現フレームより２つ前のフレームの光切断線画像に対する前記重心算出処理を実行する請求項１又は２記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記形状算出手段は、前記第１形状算出部により算出された各ラインの重心座標と、前記撮像手段及び照射部の仰角とを基に、前記光切断線の照射位置に対応する１列分の前記太陽電池ウエハの高さデータを算出する処理を繰り返し実行することで前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する第２形状算出部を備える請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】
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１〜４のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、前記太陽電池ウエハを複数の部分領域に分けて撮像するべく複数存在し、
前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを個別に算出し、部分領域のうち隣接する部分領域と重複する領域については、一方の部分領域の３次元形状データと他方の部分領域の３次元形状データとを重ね合わせることで、前記太陽電池ウエハの３次元形状データを算出する請求項１〜５のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項７】
前記形状算出手段は、各部分領域の３次元形状データを最小二乗法を用いて平面補正し、前記重複する領域については、一方の部分領域の平面補正後の３次元形状データと他方の部分領域の平面補正後の３次元形状データとを重み付け加算する請求項６記載の外観検査装置。
【請求項８】
前記形状算出手段により算出された３次元形状データから前記太陽電池ウエハの粗さ示す評価値を算出する評価値算出手段と、
前記評価値に基づいて前記太陽電池ウエハの良否を判定する判定手段とを更に備える請求項１〜７のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項９】
前記評価値算出手段は、前記３次元形状データから低周波成分を除去する処理を実行し、除去後の３次元形状データから前記評価値を算出する請求項８記載の外観検査装置。
【請求項１０】
前記評価値算出手段は、各列の３次元形状データに対してガウシアンフィルタを用いて低周波成分を抽出し、抽出した各列の低周波成分を元の各列の３次元形状データから差し引くことで、低周波成分を除去する請求項９記載の外観検査装置。
【請求項１１】
前記判定手段は、前記評価値が閾値より大きければ不良品、閾値よりも小さければ良品と判定する請求項８〜１０のいずれかに記載の外観検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図１３】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１５】
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【図１７】
【図１９】
【図１３】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１６３８５２（Ｐ２０１１−１６３８５２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２８８（Ｐ２０１０−２５２８８）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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