形状測定装置、形状測定方法
【課題】半導体ウェーハ等の薄片試料のエッジプロファイルの測定に適した形状測定装置及びその方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路１１により、一の平面内の複数の位置各々に配置された複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点滅させることにより、ウェーハ１の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位Ｐに対し、順次異なる照射角度で光を照射し、その照射ごとに、計算機３０により、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を表す画像データを、カメラ２０を通じて取得し、さらに、計算機３０により、各ＬＥＤ１２に対応した画像データと光の照射角度とに基づいて、反射光の輝度がピークとなるときの光の照射角度を推定することにより、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを演算する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路１１により、一の平面内の複数の位置各々に配置された複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点滅させることにより、ウェーハ１の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位Ｐに対し、順次異なる照射角度で光を照射し、その照射ごとに、計算機３０により、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を表す画像データを、カメラ２０を通じて取得し、さらに、計算機３０により、各ＬＥＤ１２に対応した画像データと光の照射角度とに基づいて、反射光の輝度がピークとなるときの光の照射角度を推定することにより、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、ハードディスク用のアルミサブトレート、ガラスサブストレートなどの薄片試料の端面の形状を測定する形状測定装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）の製造時や、ウェーハを用いたデバイス製造時において、ウェーハの端部（縁部）が、他の部品やウェーハ保持部材と接触することによって傷ついたり、欠けたりする場合がある。さらに、その傷や欠けが原因で、ウェーハが割れることもある。このウェーハの端部における傷や欠けの生じやすさは、ウェーハの端面の形状と関係があると考えられている。このため、ウェーハに代表される薄片試料（板状の試料）のエッジプロファイルを正しく測定することは重要である。なお、ここでいう端面の形状は、ウェーハの厚み方向（一次元方向）のプロファイル、即ち、厚み方向断面の形状であり、以下、エッジプロファイルという。
【０００３】
一方、非特許文献１には、ウェーハの縁部を挟む一方の側から光を照射し、他方の側に配置されたカメラによってウェーハの投影映像を撮像し、これにより得られる像の形状（輪郭）によってウェーハのエッジプロファイルを測定する技術が示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、試料の傾きを変化させつつ、試料の表面（鏡面）に向けて光を照射するとともに、その照射方向と同軸方向に反射してくる反射光のみの像をテレセントリックレンズを通じて取得し、得られた像から試料表面の角度分布、即ち、試料表面の形状を測定する表面検査装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ウェハのエッジ・ノッチ形状の測定装置」、電子材料、1997年8月号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に示されるような投影方式の形状測定では、エッジプロファイルの測定部位が、投影方向（光照射方向）の前後の部分よりも窪んでいる形状（以下、窪み形状という）を有する場合には、エッジプロファイルを測定できないという問題点があった。例えば、ウェーハには、その結晶方向を示すためのノッチと呼ばれる半円形状の切り欠き部（前記窪み形状の一例）が形成されているが、非特許文献１に示される投影方式の形状測定では、そのノッチ部分のエッジプロファイルを測定できない。
【０００８】
また、特許文献１に示されるように、試料の傾きを変化させつつ、光の照射方向と同軸方向に反射する反射光を検出する測定は、試料表面のわずかな凹凸による微小な表面角度の分布の測定に適用されるものである。この特許文献１に示される測定技術を、エッジプロファイルの測定に適用する場合、表面角度を求めたい複数の測定ポイントに光を照射するごとに、試料の傾きを変化させる必要が生じる。このため、特許文献１に示される測定技術を、表面角度がほぼ１８０°変化する形状を測定するエッジプロファイルの測定に適用することは、試料の支持機構が複雑になる等の阻害要因があることから、事実上困難であるという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウェーハなどの薄片試料のエッジプロファイル（端面の厚み方向断面の形状）の測定に適した形状測定装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、例えば薄片試料の端面の形状を測定する形状測定装置として構成されるものであり、以下の（１）〜（４）に示す特徴的構成要素を備えるものである。
（１）一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射手段。
（２）所定の位置で前記第１の光照射手段の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を検出する第１の光検出手段。
（３）前記第１の光照射手段により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出手段を通じて取得する反射光輝度取得手段。
（４）前記反射光輝度取得手段により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射手段により照射された光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布（即ち、端面の厚み方向断面の表面角度分布）を演算する表面角度分布演算手段。
【００１１】
上記構成を備えた形状測定装置を用いれば、半導体ウェーハなどの薄片試料の表面角度の分布を測定でき、その表面角度の分布に基づいてエッジプロファイル（端面の厚み方向断面の形状）を正しく測定できる。また、半導体ウェーハのノッチ部のような前記窪み形状を有する端面についても、エッジプロファイルを測定できる。
【００１２】
即ち、上記構成を備えた形状測定装置において、前記反射光輝度取得手段により取得される反射光の輝度分布は、照射光が薄片試料の端面に正反射して前記光検出手段に到達した部分の輝度が最も高くなる。このため、前記表面角度分布演算手段は、光の入射角と反射角とが等しいという正反射の特性に基づいて、測定部位の表面角度の分布を求めることができる。その詳細については後述する。
【００１３】
なお、前記第１の光照射手段における光源の点灯位置と前記第１の光検出手段の配置位置とが、それぞれ略同一の平面内に位置する場合や、或いはそれぞれ異なる平面内に位置する場合が考えられる。
【００１４】
ところで、前記光照射手段による光の照射角度の変化幅（変更幅）をごく小さくすれば、光の照射角度を変化させるごとに、反射光の輝度が最も高くなる位置を求めることにより、高い空間分解能で測定部位の表面角度の分布を算出することができる。しかしながら、光の照射角度の変化幅を小さくすることには限界がある。また、光の照射角度の変化幅を小さくするほど、反射光の輝度分布を採取する回数が増え、測定時間が長くなる。さらに、前記反射光輝度取得手段で取得すべきデータの点数が増え、必要メモリ容量の増大にもつながる。
【００１５】
そこで、前記形状測定装置において、前記表面角度分布演算手段が、前記第１の光検出手段の光検出範囲における複数の位置（以下、演算対象位置という）各々について、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づいて前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度を推定する演算を行うことにより、前記演算対象位置各々の表面角度を算出するものであれば好適である。ここで、前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度の推定値は、例えば、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づく内挿演算処理などによって求めることができる。
【００１６】
これにより、光の照射角度の変化幅が比較的大きくても、高い空間分解能で測定部位の表面角度の分布を算出することができる。
【００１７】
ここで、前記第１の光照射手段の構成の例としては、以下の２つが考えられる。
【００１８】
その１つは、所定の光源を一の平面内の複数の位置各々に順次移動させて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する移動型光照射手段である。この構成によれば、光源の数を少なくできる。
【００１９】
２つ目は、一の平面内の複数の位置各々に配置された複数の光源を順次切り替えて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する切替型光照射手段である。この切替型光照射手段を採用する場合、複数の光源が、前記測定部位の配置位置を中心とする円弧上に配置されたものが考えられる。この構成によれば、可動機構のないシンプルかつ位置精度の高い装置を実現できる。
【００２０】
ところで、前記光検出手段としてＣＣＤカメラ等を用いる場合、１つの前記光検出手段による光の検出範囲には制限がある。この制限は、エッジプロファイル測定において測定可能な表面角度の最大範囲の制限につながる。
【００２１】
そこで、上記形状測定装置が、前記測定部位に対して各々異なる方向に配置された複数の前記第１の光検出手段を備え、さらに、前記表面角度分布演算手段が、複数の前記第１の光検出手段各々を通じて得られた前記反射光の輝度分布ごとに、その反射光の輝度分布及び前記光の照射角度に基づいて前記測定部位の一部の領域の表面角度の分布を演算する一部表面角度分布演算手段と、その一部表面角度分布演算手段の演算結果をつなぎ合わせることにより前記測定部位全体の表面角度の分布を演算するつなぎ合わせ演算手段とを備えるものが考えられる。例えば、２つの前記第１の光検出手段が前記測定部位を基点として約９０°をなす方向に配置された形状測定装置が考えられる。
【００２２】
これにより、１つの前記第１の光検出手段による光の検出範囲の制限を超えて、エッジプロファイル測定における測定可能な表面角度の最大範囲を広げることができる。
【００２３】
また、前記形状測定装置が複数の前記第１の光検出手段と前記切替型光照射手段とを備える場合、前記切替型光照射手段が、複数の光源を順次切り替えて点灯させる過程において、複数の前記光検出手段各々に対応する複数の光源を同時に点灯させるものが考えられる。
【００２４】
これにより、測定時間を短縮できる。
【００２５】
以上に示した形状測定装置は、前記測定部位（薄片試料の端面）が鏡面或いはそれに近い光沢のある面である（照射光が正反射する）場合にその測定部位の形状（表面角度分布）を算出できる。
【００２６】
ところで、半導体ウェーハなどの薄片試料は、その端面が、元々は照射光がほとんど正反射しない（ほとんどが散乱反射する）粗面であり、加工（研磨）されて鏡面或いはそれに近い光沢のある面となる。そして、粗面の状態の薄片試料の端面について、必要な加工量（研磨量）を把握する等のために、その形状（プロファイル）を測定したい場合があるが、以上に示した形状測定装置は、粗面の状態の薄片試料の端面の形状を測定できない。
【００２７】
そこで、本発明に係る形状測定装置が、さらに次の（５）〜（７）に示す構成要素を備えればなお好適である。
（５）前記測定部位に対してシート光を照射する第２の光照射手段。
（６）前記第２の光照射手段の光照射による前記測定部位からの正反射方向以外の方向への反射光（即ち、散乱反射光）の二次元の輝度分布を検出する第２の光検出手段。
（７）前記第２の光検出手段の検出結果に基づく光切断法の演算により前記測定部位の表面形状を算出する光切断法形状演算手段。
【００２８】
一般に、周知の光切断法は、鏡面の表面形状の測定には適していないが、粗面の表面形状を測定可能な方法である。このため、本発明に係る形状測定装置は、前記（５）〜（７）に示す構成要素をさらに備えることにより、薄片試料の端面（測定部位）が光沢面であっても粗面であってもその表面形状を測定することが可能となる。
【００２９】
この場合、二次元の輝度分布を検出する前記第１の光検出手段が、前記第２の光検出手段を兼ねるものであれば、装置構成がシンプルになり好適である。
【００３０】
また、前記第２の光照射手段が、前記測定部位における前記薄片試料の厚み方向の断面を含む平面内でシート光を照射するものであり、そのシート光を含む平面の両側のうちの一方に前記第１の光照射手段における光源の点灯位置が、他方に前記第１の光検出手段の配置位置がそれぞれ位置することが考えられる。
【００３１】
これにより、前記測定部位の表面において前記シート光により描かれる線が、ちょうど前記測定部位における前記薄片試料の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に沿う線状となる。その結果、前記光切断法形状演算手段によって前記測定部位（端面）における前記薄片試料の厚み方向の表面形状が高い精度で求まる。
【００３２】
また、本発明に係る形状測定装置が、前記第１の光照射手段による光照射時の前記第１の光検出手段による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算手段による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第１の採用判別手段をさらに備えることが考えられる。
【００３３】
例えば、前記第１の採用判別手段が、前記第１の光照射手段における１又は複数の光源を点灯したときの前記第１の光検出手段による検出輝度に基づく画像に、所定数の帯状の像が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【００３４】
同様に、本発明に係る形状測定装置が、前記第２の光照射手段による光照射時の前記第２の光検出手段による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算手段による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第２の採用判別手段をさらに備えることも考えられる。
【００３５】
例えば、前記第２の採用判別手段が、前記第２の光照射手段によりシート光を照射したときの前記第２の光検出手段による検出輝度に基づく画像に、所定範囲において連続する線状の像が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【００３６】
前記第１の採用判別手段又は前記第２の採用判別手段のいずれかを備えた形状測定装置は、前記測定部位の表面が、前記表面角度分布演算手段による形状測定が可能な光沢のある面（照射光が主に正反射する面）であるか、前記光切断法形状演算手段による形状測定が可能な粗面（照射光が主に散乱反射する面）であるかを自動判別し、前記測定部位の表面の状態に応じて適切な演算結果の採用を自動判別できる。その結果、ユーザが、前記測定部位の状態に応じて測定内容や演算内容を切り替える手間が省ける。
【００３７】
例えば、所定の制御手段が、前記第１の採用判別手段又は前記第２の採用判別手段により前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果を前記測定部位の形状評価に採用すると判別された場合に、前記反射光輝度取得手段及び前記表面角度分布演算手段による処理の実行を省略して前記光切断法形状演算手段による処理を実行させること等が考えられる。
【００３８】
また、本発明は、以上に示した形状測定装置を用いた測定方法に相当する測定方法として捉えることもできる。
【００３９】
即ち、薄片試料の端面の形状を測定する形状測定方法であって、以下の（１）〜（４）に示す各工程を有するものである。
（１）所定の光照射手段によって一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射工程。
（２）所定の位置で前記第１の光照射工程の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第１の光検出工程。
（３）前記第１の光照射工程により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出工程の実行により取得する反射光輝度取得工程。
（４）前記反射光輝度取得工程により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射工程による光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布を演算する表面角度分布演算工程。
【００４０】
また、本発明に係る形状測定方法は、さらに、次の（５）〜（７）に示す各工程を有すれば好適である。
（５）所定の光照射手段によって前記測定部位に対してシート光を照射する第２の光照射工程。
（６）前記第２の光照射工程の光照射による前記測定部位からの正反射方向以外の方向への反射光の二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第２の光検出工程。
（７）前記第２の光検出工程の検出結果に基づく光切断法の演算により前記測定部位の表面形状を算出する光切断法形状演算工程。
【００４１】
この場合、本発明に係る形状測定方法が、さらに次の（８）又は（９）のいずれかに示す工程を有することが考えられる。
（８）前記第１の光照射工程による光照射時の前記第１の光検出工程による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算工程による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算工程による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第１の採用判別工程。
（９）前記第２の光照射工程による光照射時の前記第２の光検出工程による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算工程による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算工程による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第２の採用判別工程。
【００４２】
以上に示した各工程を有する形状測定方法を採用すれば、本発明に係る前記形状測定装置と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、半導体ウェーハなどの薄片試料のエッジプロファイルを正しく測定できる。また、半導体ウェーハのノッチ部のような前記窪み形状を有する端面についても、エッジプロファイルを測定できる。また、光切断法により薄片試料の端面の形状測定を行う手段又は工程を併せ持つことにより、光沢面又は粗面のいずれの測定部位（端面）であってもその形状を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの概略構成図。
【図２】光照射角度及び表面角度の定義を表す図。
【図３】形状測定装置Ｚに採用され得るテレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図。
【図４】形状測定装置Ｚにテレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図。
【図５】形状測定装置Ｚにより算出された測定部位の表面角度分布及びエッジプロファイルを表すグラフ。
【図６】形状測定装置Ｚに採用され得る非テレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図。
【図７】形状測定装置Ｚに非テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図。
【図８】測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第１例を模式的に表した図。
【図９】測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第２例を模式的に表した図。
【図１０】形状測定装置Ｚによる撮影画像の一例を表す図。
【図１１】所定の演算対象位置における光照射角度と反射光輝度との対応関係の一例を表すグラフ。
【図１２】形状測定装置Ｚによる測定手順を表すフローチャート。
【図１３】形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’の概略構成を表す図。
【図１４】形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図。
【図１５】形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２の概略構成を表す図。
【図１６】形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３の概略構成を表す図。
【図１７】形状測定装置Ｚ３のカメラによる撮像画像の一例を模式的に表した図。
【図１８】形状測定装置Ｚ３の測定制御手順を表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００４６】
ここに、図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの概略構成図、図２は光照射角度及び表面角度の定義を表す図、図３は形状測定装置Ｚに採用され得るテレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図、図４は形状測定装置Ｚにテレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図、図５は形状測定装置Ｚにより算出された測定部位の表面角度分布及びエッジプロファイルを表すグラフ、図６は形状測定装置Ｚに採用され得る非テレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図、図７は形状測定装置Ｚに非テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図、図８は測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第１例を模式的に表した図、図９は測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第２例を模式的に表した図、図１０は形状測定装置Ｚによる撮影画像の一例を表す図、図１１は所定の演算対象位置における光照射角度と反射光輝度との対応関係の一例を表すグラフ、図１２は形状測定装置Ｚによる測定手順を表すフローチャート、図１３は形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’の概略構成を表す図、図１４は形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図、図１５は形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２の概略構成を表す図、図１６は形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３の概略構成を表す図、図１７は形状測定装置Ｚ３のカメラによる撮像画像の一例を模式的に表した図、図１８は形状測定装置Ｚ３の測定制御手順を表すフローチャートである。
【００４７】
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの構成について説明する。形状測定装置Ｚは、薄片試料の一例である半導体ウェーハ１（以下、ウェーハという）の端面の形状（エッジプロファイル）を測定する装置である。本実施形態に示すウェーハ１は、ほぼ円形板状であるが、矩形の板状など、他の形状の薄片試料を測定対象とすることもできる。なお、図１（ａ）は、形状測定装置Ｚの平面図（一部ブロック図）、図１（ｂ）は、形状測定装置Ｚの側面図（一部省略）である。
【００４８】
以下、エッジプロファイルの測定対象となるウェーハ１の端面を、測定部位Ｐと称する。
【００４９】
図１に示すように、形状測定装置Ｚは、光照射装置１０と、カメラ２０と、パーソナルコンピュータ等の計算機３０とを備えている。
【００５０】
光照射装置１０は、電子回路基板として構成され、その電子回路基板には、ウェーハ１に光を照射する光源である複数のＬＥＤ１２と、そのＬＥＤ１２各々の点滅を切り替えるＬＥＤ駆動回路１１とが実装されている。なお、図１（ｂ）には、一部のＬＥＤ１２について記載を省略している。
【００５１】
ここで、光照射装置１０（電子回路基板）を平面視したときのほぼ中央部における所定位置を基準位置Ｑと称する。
【００５２】
光照射装置１０を構成する電子回路基板には、ウェーハ１の測定部位Ｐを基準位置Ｑに配置可能とするために、ウェーハ１が挿入される切り欠き部１３が形成されている。即ち、基準位置Ｑが、測定部位Ｐの配置位置となる。図１（ｂ）には、ウェーハ１のノッチ部（半円形状の切り欠き部）が、基準位置Ｑに測定部位Ｐとして配置されている例を示しているが、これに限るものではない。また、ウェーハ１を回転させることにより、測定部位Ｐを容易に変更できる。これにより、ウェーハ１の周囲全体、或いは周囲全体のうちの複数箇所のエッジプロファイルを容易に測定できる。
【００５３】
また、全てのＬＥＤ１２は、その発光部が、基準位置Ｑを含む１つの平面内に位置するように、かつ、基準位置Ｑを中心とする円弧上に（円弧に沿って）位置するように、電子回路基板に実装されている。ここで、各ＬＥＤ１２は、カメラ２０と干渉する位置を除き、例えば基準位置Ｑから見た方向が約２°ずつ異なるように等間隔（等角度の間隔）で配置されている。また、各ＬＥＤ１２の基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）からの距離は、測定部位Ｐの奥行き寸法に対して十分に長い距離（例えば１５０mm程度）とする。
【００５４】
また、ウェーハ１は、その面（おもて面及びうら面）が、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面に対してほぼ直交し、その面の中央部（円板の中心）が、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面内に位置する状態で切り欠き部１３に挿入され、その状態で測定が行われる。
【００５５】
ＬＥＤ駆動回路１１は、計算機３０からの制御指令に従って、このように１つの平面内の複数の位置各々に配置された複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点滅させる。これにより、光照射装置１０は、基準位置Ｑに配置されたウェーハ１の測定部位Ｐに対し、順次異なる照射角度で光を照射する（第１の光照射手段、切替型光照射手段の一例）。
【００５６】
ウェーハ１の測定部位Ｐである端面（側面）は、滑らかに加工されており、鏡面或いはそれに近い光沢のある面となっている。このため、ＬＥＤ１２から出力された光は、測定部位Ｐにおいて概ね正反射し、ほとんど乱反射はしない。
【００５７】
カメラ２０は、基準位置Ｑから所定間隔隔てた位置（例えば、５０mm〜１００mm程度）に固定され、ウェハ１の測定部位Ｐからの反射光を受光して光電変換することにより、各ＬＥＤ１２から測定部位Ｐに照射された光の正反射方向への反射光の二次元の輝度分布を検出するものである（第１の光検出手段の一例）。
【００５８】
図１に示す例では、前記カメラ２０は、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面（基準位置Ｑを含む平面）内に配置され、その正面方向が、ウェーハ１の面の中央部に向かうように設置されている。即ち、カメラ２０は、その正面方向が、ウェーハ１の厚み方向中央における平断面に沿う方向となるように（ウェーハ１を真横から見るように）設置されている。これにより、カメラ２０は、ウェーハ１の端面を、ウェーハ１の厚み方向全体に渡って観測できる。
【００５９】
また、カメラ２０の焦点は、基準位置Ｑ（即ち、測定部位Ｐ）に設定されている。
【００６０】
計算機３０は、光照射装置１０におけるＬＥＤ駆動回路１１を制御（ＬＥＤ１２の点滅制御）するとともに、カメラ２０のシャッター制御とカメラ２０による撮影画像の取り込みとを行う。その具体的な動作については後述する。ここで、図１には示していないが、計算機３０は、ＬＥＤ駆動回路１１やカメラ２０との間で、信号の授受や画像データの取得を行うためのインターフェースを備えている。
【００６１】
なお、以下に示す計算機３０の処理は、計算機３０が備えるＭＰＵが、同じく計算機３０が備えるハードディスクドライブなどの記憶手段に予め記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００６２】
次に、形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定の原理について説明する。
【００６３】
測定部位Ｐに光が照射されると、その光は、光沢のある測定部位Ｐにおいて正反射する。そして、カメラ２０による撮影画像は、その反射光の輝度分布を表す像である。
【００６４】
図８は、測定部位Ｐの形状の一例（ａ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像の一例（ｂ）を模式的に表した図である。
【００６５】
図８（ａ）には、表面角度が単純増加（或いは、単純減少）するような測定部位Ｐの形状を示している。なお、図８（ａ）における上下方向が、ウェーハ１の厚み方向である。
【００６６】
このような測定部位Ｐを、ある１つのＬＥＤ１２のみによって光を照射しながらカメラ２０により撮像すると、図８（ｂ）に示すような像が得られる。その画像において、輝度のピークが生じる位置Ｘpeak（Ｘ座標方向の位置、以下、ピーク輝度位置という）は、ＬＥＤ１２から発せられた光線が測定部位Ｐにおいて正反射した位置（正反射位置）に相当する。
【００６７】
また、測定部位Ｐにおける正反射位置の面において、その法線方向を基準とした光の入射角度と出射角度（反射方向の角度）とは等しい（左右対称）。このことから、カメラ２０の撮影画像におけるピーク輝度位置Ｘpeakと、測定部位Ｐに対する光の照射方向（点灯したＬＥＤ１２から測定部位Ｐへ向かう方向）とに基づいて、測定部位Ｐにおいて光が正反射する位置（正反射位置）と、その正反射位置の表面角度とを一意に算出することが可能である。
【００６８】
ここで、形状測定装置Ｚの測定原理を説明する前に、図２を参照しつつ、光の照射方向などを表す符号について説明する。なお、図２（ａ）は、形状測定装置Ｚを平面視した状態を模式的に表した図であり、図２（ｂ）は、その基準位置Ｐの部分を拡大して表した図である。
【００６９】
図２に示すように、測定部位Ｐとカメラ２０とを結ぶ直線の方向（以下、カメラ正面方向という）を基準としたときの光の照射角度をφとする。また、測定部位Ｐにおける光の正反射Ｐxにおける、カメラ正面方向に直交する面（以下、撮影画像におけるＸ−Ｙ平面に相当する面という意味で、Ｘ−Ｙ面という）を基準とした表面角度をθとする。
【００７０】
続いて、図４を参照しつつ、形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定の原理についてより詳細に説明する。ここでは、カメラ２０が、テレセントリックレンズ方式のカメラである場合について説明する。
【００７１】
テレセントリックレンズ方式のカメラは、図３に示すような態様でＣＣＤ上に像を結ぶ。
【００７２】
反射光の輝度分布を検出するカメラ２０が、図３に示すようなテレセントリックレンズ方式のカメラである場合、図４に示すように、カメラ２０のＣＣＤ（受光部）に到達する反射光の方向と、カメラ２０の正面方向とがほぼ平行となり、撮影画像において高輝のピークが存在するピーク輝度位置Ｘpeakは、そのまま測定部位Ｐにおける光の正反射位置Ｐxを表す。さらに、光の照射方向と反射方向とは、正反射位置Ｐxの面の法線に対して対称であることから、（９０−θ−φ／２）＝（９０−φ）となり、次の（１）式が成立する。
θ＝φ／２ ・・・（１）
【００７３】
従って、撮影画像においてピーク輝度位置Ｘpeakを画像処理によって特定することにより、正反射位置Ｐxを特定できる。さらに、点灯したＬＥＤ１２の位置（既知の位置）に応じて定まる光照射角度φ（既知の角度）から、正反射位置Ｐxにおける表面角度θを特定できる。
【００７４】
次に、図７を参照しつつ、テレセントリックレンズ方式ではない方式（以下、非テレセントリックレンズ方式という）のカメラ２０を採用した形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定について説明する。非テレセントリックレンズ方式のカメラは、図６に示すような態様でＣＣＤ上に像を結ぶ。非テレセントリックレンズ方式のカメラ２０を採用した場合、図７に示すように、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxで反射し、カメラ２０のＣＣＤに到達して像を結ぶ反射光の角度（方向）を、カメラ正面方向を基準とする角度ψxとして表すと、２θ＋ψx＝φとなり、次の（２）式が成立する。但し、ψxは、カメラ２０の座標系における位置（Ｘ軸方向の位置）ごとに予め求めておく。
θ＝（φ−ψx）／２ ・・・（２）
【００７５】
従って、撮影画像においてピーク輝度位置Ｘpeakを画像処理によって特定することにより、そのピーク輝度位置Ｘpeakと角度ψxとカメラ２０から測定部位Ｐ間での距離とに基づいて、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxを特定できる。さらに、点灯したＬＥＤ１２の位置（既知の位置）に応じて定まる光照射角度φ（既知の角度）から、（２）式に基づいて、正反射位置Ｐxにおける表面角度θを特定できる。
【００７６】
また、点灯するＬＥＤ１２を順次切り替えるごとに（即ち、光照射角度φを切り替えるごとに）カメラ２０を通じて測定部位Ｐの画像データを取得し、そのときの光照射角度φ及び表面角度θを求めれば、複数の正反射位置Ｐx各々についての表面角度θ、即ち、測定部位Ｐにおける表面角度θの分布を求めることができる。
【００７７】
図１０は、図８（ａ）に示したのと同様の形状を有する測定部位Ｐについて、光照射角度φごとに得られた画像データを表す映像（カメラ２０の映像）の一例を表す。図１０に向かって右方向が、カメラ２０の座標系のＸ軸方向（即ち、ウェーハ１の厚み方向）である。
【００７８】
図１０に示すように、光照射角度φの変化に応じて、測定部位Ｐにおける正反射Ｐxに対応する高輝度位置Ｘpeak（Ｘ方向の位置）が変化する。この高輝度位置Ｘpeakが、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxに対応する。
【００７９】
なお、正反射位置Ｐxは、その位置に応じてＬＥＤ１２との距離が若干異なるため、以上の方法によって求めた表面角度θには、その距離差に応じた誤差が含まれる。しかしながら、測定部位Ｐの表面変位に対し、ＬＥＤ１２と測定部位Ｐとの距離を十分に長くすることにより、その誤差は無視できる程度に抑えられる。
【００８０】
また、図１０において、帯状の高輝度の部分において存在する輝度の分布は、測定部位Ｐの表面粗さや、カメラ２０の実効Ｆナンバーに起因する。また、テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合、カメラ正面方向に平行な反射光以外の反射光の一部がカメラ２０のＣＣＤに到達することにも起因する。
【００８１】
一方、図９は、測定部位Ｐの形状の他の一例（ａ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像の一例（ｂ）を模式的に表した図である。
【００８２】
図９（ａ）には、前記窪み形状を有する測定部位Ｐを示している。なお、図９（ａ）における上下方向が、ウェーハ１の厚み方向である。
【００８３】
このような測定部位Ｐを、ある１つのＬＥＤ１２のみによって光を照射しながらカメラ２０により撮像すると、図９（ｂ）に示すように、複数のピーク輝度位置Ｘpeakを有する像が得られる。この現象は、同じ表面角度φを有する正反射位置Ｐxが複数存在する場合に生じるが、表面角度の求め方は、測定部位Ｐが、図８（ａ）に示したような形状を有する場合と同様である。
【００８４】
形状測定装置Ｚを用いれば、このように測定部位Ｐが窪み形状を有する場合であっても、表面角度の分布を測定できる。
【００８５】
次に、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、形状測定装置Ｚによるウェーハ１の測定部位Ｐの測定手順について説明する。以下、Ｓ１、Ｓ２、・・・は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。なお、ウェーハ１の測定部位Ｐが、基準位置Ｑに位置するように配置された状態で、図１２に示す処理が開始されるものとする。
【００８６】
［ステップＳ１〜Ｓ５］
まず、計算機３０は、ＬＥＤ１２各々を識別する番号ｉを初期化（ｉ＝１）する（Ｓ１）。
【００８７】
そして、計算機３０は、ＬＥＤ駆動回路１１を制御することによるｉ番目のＬＥＤ１２の点灯（Ｓ２）、その点灯状態におけるカメラ２０による測定部位Ｐの撮像（シャッターＯＮ）及び撮影画像の記憶（Ｓ３）を、番号ｉを順次カウントアップ（Ｓ５）しながら、全てのＬＥＤ１２について点灯及び撮像が終了するまで繰り返す（Ｓ４）。カメラ２０による撮影画像は、計算機３０が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【００８８】
このステップＳ１〜Ｓ４の処理により、光照射装置１０によって測定部位Ｐに対して順次異なる照射角度φで光が照射される（Ｓ２）。さらに、異なる照射角度で光が照射されるごとに、計算機３０により、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を表す画像データ（撮影画像）が、カメラ２０（第１の光検出手段の一例）を通じて取得される（反射光輝度取得手段の一例）。
【００８９】
［ステップＳ６〜Ｓ１１］
次に、計算機３０は、以下に示すステップＳ６〜Ｓ１１の処理を実行することにより、ステップＳ３の処理により取得された各ＬＥＤ１２に対応した画像データ（反射光の輝度分布）と、そのＬＥＤ１２によって測定部位Ｐに照射された光の照射角度φとに基づいて、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを演算する（Ｓ１１、表面角度分布演算手段の一例）。
【００９０】
ところで、光照射装置１０による光の照射角度φの変化幅（ここでは、ＬＥＤ１２の間隔）をごく小さくすれば、光の照射角度φを変化させるごとに、反射光の輝度が最も高くなる位置を求めることにより、高い空間分解能で測定部位Ｐの表面角度の分布を算出することができる。
【００９１】
しかしながら、光の照射角度φの変化幅を小さくすることには限界がある。また、光の照射角度φの変化幅を小さくするほど、カメラ２０による撮像回数（反射光の輝度分布を採取する回数）が増え、測定時間が長くなる。さらに、計算機３０で取得すべき画像データの点数が増え、計算機３０における必要メモリ容量の増大にもつながる。
【００９２】
そこで、本実施形態における計算機３０は、以下に示す処理により、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを求める。
【００９３】
まず、計算機３０は、カメラ２０の撮像範囲（光検出手段の光検出範囲の一例）において予め定められたＸ座標方向の複数の位置（以下、演算対象位置Ｘjという）各々を識別する番号ｊを初期化（ｊ＝１）する（Ｓ６）。
【００９４】
そして、演算対象位置Ｘj各々について、光の照射角度φと反射光の輝度Ｅとの対応関係（以下、φ−Ｅ対応関係という）を導出する（Ｓ７）。
【００９５】
図１１は、ある演算対象位置Ｘjにおける、光の照射角度φ（横軸）と反射光の輝度Ｅ（縦軸）との対応関係を表すグラフの一例である。
【００９６】
さらに、計算機３０は、ステップＳ７で得られたφ−Ｅ対応関係に基づく所定の演算を行うことにより、反射光の輝度Ｅがピークとなるときの光の照射角度φpeak（以下、推定ピーク時照射角度という）を推定するとともに、その演算対象位置Ｘjにおける表面角度θjを算出して記憶する（Ｓ８）。
【００９７】
図１１に示したように、φ−Ｅ対応関係は、離散的なデータに基づくものである。ここで、光照射装置１０における各ＬＥＤ１２が、極端に広い間隔で配置されているような場合を除けば、図１１に示したようなφ−Ｅ対応関係に基づく内挿演算処理により、推定ピーク時照射角度φpeakを推定することができる。その内挿演算処理の具体例としては、重心法に基づく内挿演算処理や、２次関数やガウス分布関数に回帰するフィッティング処理に基づく内挿演算処理などが考えられる。なお、内挿演算処理を施さず、単に最大の輝度を示すときの光照射角度φを、推定ピーク時照射角度φpeakとすることも考えられる。但し、この場合、各ＬＥＤ１２の間隔によっては、誤差が大きくなる点に留意する必要がある。
【００９８】
また、推定ピーク時照射角度φpeakに基づく表面角度θjの算出方法は、前述した光照射角度φに基づく正反射位置Ｐxの表面角度θの算出方法と同様である。
【００９９】
そして、計算機３０は、ステップＳ７〜Ｓ８の処理を、番号ｊを順次カウントアップ（Ｓ１０）しながら、予め定められた全ての演算対象位置Ｘjについて行われるまで繰り返す（Ｓ９）。ステップＳ８で算出された各演算対象位置Ｘjの表面角度θjは、計算機３０が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【０１００】
以上のステップＳ１〜Ｓ１０の処理により、測定部位Ｐの表面角度θの分布（演算対象位置Ｘjと表面角度θjとの対応関係を表す情報）が得られる。
【０１０１】
このように、計算機３０は、カメラ２０の撮像範囲（即ち、光検出範囲）における複数の演算対象位置Ｘj各々について、光照射角度φと反射光の輝度Ｅとの対応関係に基づいて、推定ピーク時照射角度φpeak（反射光の輝度がピークとなるときの光の照射角度）を推定する演算を行うことにより、演算対象位置Ｘj各々の表面角度θjを算出する（Ｓ７〜Ｓ１０、表面角度分布演算手段の一例）。その結果、光照射装置１０における各ＬＥＤ１２を、非常に密に配置した場合と同様の高い空間分解能で、表面角度θjの分布を測定できる。理論上は、カメラ２０の解像度（画素分解能）のレベルまで、表面角度分布の空間分解能を高めることができる。
【０１０２】
最後に、計算機３０は、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理によって得られた表面角度θjの分布に基づいて、測定部位Ｐのエッジプロファイル（表面形状）を算出して記憶し（Ｓ１１）、測定処理を終了させる。このとき、計算機３０は、必要に応じて、測定部位Ｐのエッジプロファイルをその表示部に表示させる。
【０１０３】
ここで、測定部位Ｐにおけるある演算対象位置Ｘjの表面高さと、その隣りの演算対象位置Ｘj+1の表面高さとの差Δｈjは、次の（３）式により計算できる。
Δｈj＝ｄ・tanθj ・・・（３）
【０１０４】
ただし、ｄは、測定部位Ｐにおける隣り合う演算対象位置Ｘjの距離（Ｘ軸方向の距離）である。ここでは、カメラ２０のＸ軸方向の画素間距離を、実空間にに換算した距離である。
【０１０５】
この（３）式を、演算対象位置Ｘjの基点から順次適用することにより、測定部位Ｐの高さ分布、即ち、エッジプロファイルを算出できる。
【０１０６】
図５は、あるウェハ１の測定部位Ｐを形状測定装置Ｚで測定することによって得られた表面角度φ(x)の分布及びエッジプロファイルの一例を表すグラフである。横軸は、ウェーハ１の厚み方向の位置を表し、左縦軸は測定部位の表面位置（即ち、エッジプロファイル）、右縦軸は表面角度θ なお、図５において細い実線グラフで表す表面角度θ(x)は、その各々の演算対象位置Ｘjを、測定部位Ｐにおける実空間の位置に置き換えたものである。また、太い実線グラフで表すエッジプロファイルは、（３）式に基づいて算出したものである。
【０１０７】
このように、形状測定装置Ｚを用いれば、ウェーハ１などの薄片試料のエッジプロファイルを高精度で測定することができる。
【０１０８】
［形状測定装置Ｚ’（第１応用例）］
次に、図１３を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’について説明する。以下、形状測定装置Ｚ’について、前述した形状測定装置Ｚと異なる点についてのみ説明する。なお、図１３において、図１に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。
【０１０９】
図１３に示すように、形状測定装置Ｚ’は、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を検出するカメラ２０として２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌを備え、それらが、測定部位Ｐに対して各々異なる方向に配置されている。以下、それぞれ第１カメラ２０Ｒ、第２カメラ２０Ｌと称する。
【０１１０】
さらに、形状測定装置Ｚ’は、前述の計算機３０の代わりに、実行するプログラムの一部が異なる計算機３０’を備えている。
【０１１１】
図１３に示す例では、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌが、基準位置Ｑ（即ち、測定部位Ｐ）を基点として９０°をなす方向（ウェーハ１の面方向に対して±４５°の方向）に配置されている。これにより、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々は、測定部位Ｐの全領域（全面）のうちの一部の領域（各々の配置位置から見える領域）で反射した反射光の輝度を検出する。
【０１１２】
そして、計算機３０’は、前述したステップＳ３（図１２参照）において、光照射角度φが変更されるごとに、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌ両方により画像データの撮像及び記憶を行うよう制御する。
【０１１３】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ７及びＳ８（図１２参照）において、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々を通じて得られた画像データ（反射光の輝度分布を表すデータ）ごとに、その画像データ及び光の照射角度（推定ピーク時照射角度φpeak）に基づいて、測定部位Ｐの一部の領域の表面角度θjの分布を算出する。図１３に示す例では、計算機３０’は、第１カメラ２０Ｒを通じて得た画像データに基づいて、図１３に示すウェーハ１の右側の面（一方の面）に近い側の領域の表面角度θjの分布を算出する。同様に、計算機３０’は、第２カメラ２０Ｌを通じて得た画像データに基づいて、同ウェーハ１の左側の面（他方の面）に近い側の領域の表面角度θjの分布を算出する。ここで、それら両領域の一部は重複している。
【０１１４】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々に基づいて、その一部の領域各々についてのエッジプロファイルを算出するとともに、それらをつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１１５】
或いは、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々をつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体の表面角度分布θjを算出し、その算出結果に基づいて測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１１６】
このように、各領域のエッジプロファイルを求めてからその各々をつなぎ合わせる方法、或いは各領域の表面角度θjの分布をつなぎ合わせてから全領域のエッジプロファイルを求める方法の２通りの方法が考えられる。
【０１１７】
ここで、前記つなぎ合わせは、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々に対応する前記一部の領域の重複部分について、各カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応するエッジプロファイル或いは表面角度θjの分布の差が最小となるように、それらのオフセット等を調節（補正）する周知のフィッティング処理により行えばよい。
【０１１８】
これにより、例えば、１台のカメラの視野範囲（光の検出範囲）が±６０°程度であっても、一般的なエッジプロファイル測定で必要となる±９０°（計１８０°）の範囲での表面角度分布測定を行うことができる。
【０１１９】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々に基づいて、その一部の領域各々についてのエッジプロファイルを算出するとともに、それらをつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１２０】
或いは、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々をつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体の表面角度分布θjを算出し、その算出結果に基づいて測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１２１】
図１４は、形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図である。図１４（ａ）はフィッティング処理前、図１４（ｂ）はフィッティング処理後を表す。
【０１２２】
また、図中、「表面角度分布Ｒ」及び「エッジプロファイルＲ」と表記するものは、第１カメラ２０Ｒに対応する表面角度θjの分布及びエッジプロファイルを表す。同様に、「表面角度分布Ｌ」及び「エッジプロファイルＬ」と表記するものは、第２カメラ２０Ｌに対応する表面角度θjの分布及びエッジプロファイルを表す。
【０１２３】
図１４（ａ）に示すように、第１カメラ２０Ｒに対応する領域の表面角度分布Ｒ及びこれに基づくエッジプロファイルＲと、第２カメラ２０Ｌに対応する領域の表面角度分布Ｌ及びこれに基づくエッジプロファイルＬとの間にはオフセット（ずれ）が生じ得る。
【０１２４】
これらの結果を、重複する領域の部分についてフィッティング処理を行うことによってつなぎ合わせれば、図１４（ｂ）に示すように、測定部位Ｐの全領域の表面角度分布（全体）或いはエッジプロファイル（全体）が得られる。
【０１２５】
また、計算機３０’は、ＬＥＤ駆動回路１１を通じて複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点灯させる過程（ステップＳ１〜Ｓ５）において、一部のＬＥＤ１２については、各カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する複数のＬＥＤ１２を同時に点灯させるよう制御する（切替型光照射手段の一例）。
【０１２６】
図１３に示すように、円弧上に複数配列されたＬＥＤ１２のうち、第１カメラ２０Ｒに対し、第２カメラ２０Ｌとは反対側に配置されているＬＥＤ１２Ｒの一部（例えば、ＬＥＤ１２Ｒａ）については、その出力光は、ウェーハ１により遮断されて第２カメラ２０Ｌには到達しない（検出されない）。
【０１２７】
同様に、第２カメラ２０Ｌに対し、第１カメラ２０Ｒとは反対側に配置されているＬＥＤ１２Ｌの一部（例えば、ＬＥＤ１２Ｌａ）については、その出力光は、ウェーハ１により遮断されて第２カメラ２０Ｌには到達しない。
【０１２８】
そこで、計算機３０’は、ステップＳ２において、第１カメラ２０Ｒに対応する一部のＬＥＤ（ＬＥＤ１２Ｒａなど）と、第２カメラ２０Ｌに対応する一部のＬＥＤ（ＬＥＤ１２Ｌａなど）とが同時に点灯するようＬＥＤ駆動回路１１を制御する。
【０１２９】
これにより、測定時間を短縮できる。
【０１３０】
なお、図１３に示した形状測定装置Ｚ’は、２台のカメラ２０を備えるものであるが、３台以上のカメラ２０を備えた構成としても、同様の作用効果が得られる。
【０１３１】
以上に示した実施形態では、拡散光源であるＬＥＤ１２をそのまま光源として採用している。このような構成を採用できる理由は、各ＬＥＤ１２が、測定部位Ｐの大きさ（奥行きの長さ）に比べて十分に遠い距離に配置されており、各ＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐにおいて平行光とみなせるためである。
【０１３２】
一方、ＬＥＤ１２等の光源を測定部位Ｐに近づけて配置する場合、その光源の光を、レンズを用いて平行光とした上で測定部位Ｐに照射することが望ましい。
【０１３３】
また、前述した実施形態では、光源としてＬＥＤ１２を採用しているが、レーザダイオードや白熱電球、蛍光灯など、他の種類の光源を採用してもかまわない。
【０１３４】
また、前述した実施形態では、ウェーハ１の端面の形状を、ウェーハ１の厚み方向全体に渡って測定するため、カメラ２０は、ウェーハ１を真横から見るように設定されていた。しかしながら、カメラ２０は、目的に応じて前述の実施形態とは異なる位置及び向きで設置されることも考えられる。
【０１３５】
また、一般的なエッジプロファイル測定では、測定部位Ｐ各々について、一次元方向（ウェーハ１の厚み方向）の表面角度分布を測定できれば十分である。このため、測定部位Ｐからの反射光の輝度を検出する手段として、複数の光電変換素子が一列に（１次元方向に）配列されて構成された一次元の受光器を用いることも考えられる。
【０１３６】
なお、アルミサブストレート、ガラスサブストレートなどの薄片試料についても、同様にエッジプロファイルの測定が可能である。
【０１３７】
また、前述した実施形態では、測定部位Ｐからの反射光を直接的にカメラ２０に入射させる構成を示した。しかしながら、測定部位Ｐからの反射光を変向させる光学機器（ミラーなど）を設け、その光学機器により変向された反射光をカメラ２０に入射させる構成も考えられる。これにより、光源（ＬＥＤ１２）が配置される平面に沿う方向への反射光を検出したい場合に、設置スペースが比較的大きいカメラ２０と光源との干渉を回避できる。これにより、光照射角度の範囲を拡大でき、測定部位Ｐの表面角度の測定範囲をより広げることができる。
【０１３８】
また、前述した実施形態における光照射装置１０は、複数の光源（ＬＥＤ１２）を順次切り替えて点灯させる切替型の光照射装置であった。しかしながら、光照射装置としては、１つ又は比較的少数の光源（ＬＥＤ等）を一の平面内の複数の位置（例えば、光照射装置１０において各ＬＥＤ１２が配置された位置）各々に順次移動させる光源移動機構を備え、その移動先の各位置で光源を点灯させる移動型の光照射装置も考えられる。このような移動型の光照射装置によっても、前記光照射装置１０と同様に、測定部位Ｐに対して順次異なる照射角度φで光を照射する装置を構成できる。
【０１３９】
この移動型の照明装置としては、例えば、基準位置Ｑを中心とする円弧状にレールと、そのレールに沿ってＬＥＤ等の光源を移動させる移動機構と、この移動機構によってＬＥＤが予め定められた複数の位置各々に到達したことを検知する位置センサと、光源がその位置センサにより検知される各位置へ順次移動するよう前記移動機構を制御する制御装置とを備えたものが考えられる。
【０１４０】
ところで、複数の光源（前述の実施形態ではＬＥＤ１２）を切り替えて測定部位Ｐに光を照射する光照射装置１０を用いる場合、光源それぞれの個体差により、各光源から基準位置Ｑの測定部位Ｐに照射される光の光量（強度）にばらつきが生じ得る。そこで、そのばらつきが極力小さくなるよう予め調整することが重要である。
【０１４１】
具体的には、測定部位Ｐが配置される基準位置Ｑに光センサを配置し、各光源を順次切り替えて点灯させたときに、その光センサで検出される光強度がほぼ一定のレベルとなるように各光源に供給する電力（電圧や電流）、即ち、各光源の発光量（発光強度）を予め調整しておく。
【０１４２】
例えば、光源がＬＥＤである場合、各ＬＥＤに対する電力供給ラインに可変抵抗を設け、この可変抵抗の抵抗値を調整することによって各ＬＥＤへの供給電流を予め調整する。或いは、各ＬＥＤに対する電力供給をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御可能とするパルス幅変調装置を設け、これによって各ＬＥＤへの供給電力を予め調整する。
【０１４３】
その他、測定部位Ｐが配置される基準位置Ｑに反射方向や反射率が既知の反射部材（鏡など）を配置し、各光源を順次切り替えて点灯させたときにカメラ２０で検出される光強度のばらつきに基づいて、光源ごとの光強度の補正係数を予め算出して記憶しておくことも考えられる。そして、実際の測定時には、その補正係数に基づく補正後の測定値（光強度分布）を用いて測定する。
【０１４４】
以上に示すような調整を行うことにより、光源の特性のばらつきに起因する測定誤差が発生することを回避できる。
【０１４５】
［形状測定装置Ｚ２（第２応用例）］
次に、図１５を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２について説明する。以下、形状測定装置Ｚ２について、前述した形状測定装置Ｚと異なる点についてのみ説明する。なお、図１５において、図１に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。また、図１５（ａ）は、形状測定装置Ｚ２の平面図（一部ブロック図）、図１５（ｂ）は、形状測定装置Ｚ２の側面図である。
【０１４６】
図１５に示すように、形状測定装置Ｚ２は、前記形状測定装置Ｚと全く同じ構成要素を備えるが、前記光照射装置１０における前記ＬＥＤ１２及び前記カメラ２０の配置位置が前記形状測定装置Ｚとは異なる。
【０１４７】
図１に示したように、前記形状測定装置Ｚにおいては、全てのＬＥＤ１２の発光部が、前記基準位置Ｑを含み、ウェーハ１（薄片試料）の面に直交する１つの平面内、即ち、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）におけるウェーハ１（薄片試料）の厚み方向の断面を含む平面内に位置するように配置されていた。
【０１４８】
一方、図１５（ｂ）に示すように、形状測定装置Ｚ２においては、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）におけるウェーハ１（薄片試料）の厚み方向の断面を含む平面５０の両側のうちの一方に各ＬＥＤ１２の点灯位置が、他方にカメラ２０（第１の光検出手段の一例）の配置位置がそれぞれ位置している。なお、平面５０は、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）を含み、ウェーハ１（薄片試料）の表裏の面にほぼ直交する平面である。
【０１４９】
そして、形状測定装置Ｚ２において、各ＬＥＤ１２の点灯位置が並ぶ平面に対し直交する方向から見たときの各ＬＥＤ１２及びカメラ２０の位置関係（図１５（ａ））は、前記形状測定装置Ｚにおけるそれらの位置関係（図１（ａ））と同じである。
【０１５０】
このような形状測定装置Ｚ２においても、前記形状測定装置Ｚを用いて行ったのと同じ測定及び演算を行うことにより、ウェーハ１の測定部位Ｐの形状測定（エッジプロファイルの算出）が可能である。また、形状測定装置Ｚ２においては、測定部位Ｐの正面方向においてＬＥＤ１２を連続的に並べても、そのＬＥＤ１２がカメラ２０と干渉しないように配置できるため、測定部位Ｐの正面方向の一部の範囲について、表面形状測定の空間分解能をより高めることができる。
【０１５１】
［形状測定装置Ｚ３（第３応用例）］
次に、図１６を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３について説明する。以下、形状測定装置Ｚ３について、前述した形状測定装置Ｚ２と異なる点についてのみ説明する。なお、図１６において、図１及び図１５に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。また、図１６（ａ）は、形状測定装置Ｚ３の平面図（一部ブロック図）、図１６（ｂ）は、形状測定装置Ｚ３の側面図である。
【０１５２】
図１６に示すように、形状測定装置Ｚ３は、前記形状測定装置Ｚ２が備える全ての構成要素を備え、前記光照射装置１０における前記ＬＥＤ１２及び前記カメラ２０の配置位置も前記形状測定装置Ｚ２と同じである。なお、カメラ２０は、テレセントリックレンズ方式のカメラである。
【０１５３】
さらに、形状測定装置Ｚ３は、ウェーハ１の測定部位Ｐ（端面）に対してシート光Ｌｓ（シート状の光、スリット光といってもよい）を照射するレーザ光源４０（第２の光照射手段の一例）と、そのレーザ光源４０を駆動するレーザ駆動回路４１とを備えている。
【０１５４】
ここで、前記レーザ光源４０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内、即ち、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）を含み、ウェーハ１の表裏の面にほぼ直交する平面５０内でシート光Ｌｓを照射する。
【０１５５】
これにより、形状測定装置Ｚ３においては、前記シート光Ｌｓを含む平面５０の両側のうちの一方に前記光照射装置１０におけるＬＥＤ１２の点灯位置が、他方の前記カメラ２０（第１の光検出手段の一例）の配置位置がそれぞれ位置している。
【０１５６】
また、前記レーザ駆動回路４１は、計算機３０”からの制御指令に従って、レーザ光源４０によるシート光Ｌｓの出射又はその停止を制御する。
【０１５７】
そして、前記カメラ２０は、前記ＬＥＤ１２から測定部位Ｐに照射された光の正反射方向の反射光の二次元の輝度分布を検出するもの（第１の光検出手段の一例）であると同時に、前記レーザ光源４０が出射するシート光Ｌｓの測定部位Ｐからの正反射方向以外の方向への反射光の二次元の輝度分布を検出するもの（第２の光検出手段の一例）でもある。
【０１５８】
さらに、形状測定装置Ｚ３が備える計算機３０”は、形状測定装置Ｚ１、Ｚ３が備える計算機３０と同じ処理を実行する機能を備え、さらに、前記レーザ駆動回路４１の制御プログラムを実行する機能と、光切断法による形状演算プログラムを実行する機能とを備えている。なお、レーザ駆動回路４１の制御プログラムや光切断法による形状演算プログラムは、計算機３０”の記憶部に予め記憶されている。
【０１５９】
即ち、計算機３０”は、レーザ駆動回路４１を制御することによってレーザ光源４０から測定部位Ｐにシート光Ｌｓを照射させ、シート光Ｌｓ照射時の測定部位Ｐからの反射光の画像データ（二次元輝度分布データ）をカメラ２０を通じて取り込み、その画像データに基づいて、周知の光切断法の演算により測定部位Ｐの表面形状を算出する機能を備えている（光切断法形状演算手段の一例）。
【０１６０】
図１７は、シート光を照射中の測定部位Ｐ（ａ）、（ｂ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像（ｃ）の一例を模式的に表した図である。また、図１７（ａ）は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓが形成する面に垂直な方向から見た図、図１７（ｂ）は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓの照射方向から見た図である。
【０１６１】
シート光Ｌｓは、前述したように測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内にある。このため、測定部位Ｐの表面においてシート光Ｌｓにより描かれる線ＣＬ０は、ちょうど測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に沿う線状となる。また、その線ＣＬ０は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓの照射方向から見た場合は図１７（ｂ）に示すようにほぼ直線状となる。
【０１６２】
一方、測定部位Ｐが粗面である（光沢面でない）場合、シート光Ｌｓを照射中の測定部位Ｐをカメラ２０で観測すると、図１７（ｃ）に示すように、シート光Ｌｓの反射光により形成される高輝度部分の像が線状の像ＣＬ１（以下、光切断線の像という）となる。この光切断線の像ＣＬ１のＹ軸方向の座標の分布（Ｘ軸方向における分布）は、測定部位Ｐの厚み方向における表面高さ分布に対応した値となる。
【０１６３】
具体的には、図１７に示すように、測定部位Ｐにおいて、厚み方向の所定の基準となる位置（図１７（ａ）では、ウェーハ１のおもて面と端面（側面）との境界位置）における表面高さを基準とした場合の厚み方向各位置の表面高さをｈ、測定部位Ｐをカメラ２０で撮像して得られた画像における、前記基準となる位置に相当する位置の前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標と各Ｘ座標における前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標との差をｈccd、シート光Ｌｓと測定部位Ｐからカメラ２０に向かう反射光とのなす角度をθx、測定部位Ｐからカメラ２０の撮像素子へ至る経路の光学系の倍率をＭとした場合、次の（４）式が成立する。
ｈ＝ｈccd／｛Ｍ・ｓｉｎ(θx)｝ ・・・（４）
【０１６４】
従って、計算機３０”が、カメラ２０による撮像画像に基づいて前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標の分布（Ｘ軸方向（ウェーハ１の厚み方向）の各位置におけるｈccdの分布）を検出し、検出したＹ座標の値を（４）式に代入して演算することによって測定部位Ｐのエッジプロファイル（厚み方向における表面高さ分布）を算出できる。
【０１６５】
次に、図１８に示すフローチャートを参照しつつ、形状測定装置Ｚ３の測定制御手順について説明する。図１８に示す測定制御手順は計算機３０”が実行するものであり、具体的には、測定部位Ｐの表面の状態を自動判別し、その表面の状態に適した表面形状測定を実行するように制御する手順である。以下、Ｓ２１，Ｓ２２、・・・は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。なお、ウェーハ１の測定部位Ｐが、基準位置Ｑに位置するように配置された状態で、図１８に示す処理が開始されるものとする。
【０１６６】
［ステップＳ２１、Ｓ２２］
まず、計算機３０”は、レーザ光源駆動回路４１を制御することにより、レーザ光源４０から測定部位Ｐにシート光Ｌｓを照射させる（Ｓ２１）。
【０１６７】
さらに、計算機３０”は、シート光Ｌｓの照射中におけるカメラ２０による測定部位Ｐの撮像（シャッターＯＮ）及び撮影画像の記憶を実行する（Ｓ２２）。カメラ２０による撮影画像は、計算機３０”が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【０１６８】
［ステップＳ２３］
次に、計算機３０”は、レーザ光源４０によりシート光Ｌｓを照射中のカメラ２０の撮影画像（第２の光検出手段による検出輝度に相当）に基づいて、光照射角度変更方式による形状演算結果と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを自動判別する（Ｓ２３、第２の採用判別手段の一例）。ここで、光照射角度変更方式による形状演算結果とは、図１２に示したＬＥＤ１２の点灯制御及び表面角度分布演算（Ｓ１〜Ｓ１１）による測定部位Ｐの表面角度の分布の演算結果のことである。
【０１６９】
具体的には、計算機３０”は、シート光Ｌｓを照射中のカメラ２０の撮影画像に、Ｘ軸方向におけるウェーハ１の厚みに相当する範囲において連続する線状の像（所定輝度以上の画素からなる像）である前記光切断線の像ＣＬ１（図１７参照）が含まれているか否かを判別する。ここで、測定部位Ｐの表面が粗面である場合、シート光Ｌｓが測定部位Ｐで散乱反射し、その反射光がカメラ２０に到達するので、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が表れる。一方、測定部位Ｐの表面が研磨された光沢面（鏡面等）である場合、シート光Ｌｓが測定部位Ｐで正反射し、その反射光はカメラ２０に到達しないので、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が表れない。
【０１７０】
そして、計算機３０”は、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が含まれていると判別した場合には、光切断法に基づく形状演算による測定部位Ｐの表面形状の演算結果を採用すると判別し、そうでなければ前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別する。
【０１７１】
［ステップＳ２４、Ｓ２５］
そして、計算機３０”は、前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別した場合は、図１２に示したＬＥＤ１２の点灯制御及び表面角度分布演算（Ｓ１〜Ｓ１１）を実行することにより、測定部位Ｐの表面角度の分布に基づくエッジプロファイルの算出及び算出結果の記憶等を行い（Ｓ２４）、測定処理を終了させる。
【０１７２】
一方、計算機３０”は、光切断法に基づく形状演算結果を採用すると判別した場合は、ステップＳ２２で撮影した画像（画像データ）に基づいて、光切断法による測定部位Ｐのエッジプロファイルの算出（表面形状演算）及び算出結果の記憶を行い（Ｓ２５）、測定処理を終了させる。このとき、計算機３０”は、必要に応じて、測定部位Ｐのエッジプロファイルをその表示部に表示させる。具体的には、計算機３０”は、測定部位Ｐの厚み方向における表面高さｈの分布（エッジプロファイル）を、前記（４）式に基づいて算出する。
【０１７３】
このように、形状測定装置Ｚ３は、ウェーハ１（薄片試料）の端面が光沢面であっても粗面であってもその表面形状を測定することが可能である。しかも、ユーザが、測定部位Ｐの状態に応じて測定内容や演算内容を切り替える手間を要しない。
【０１７４】
ところで、図１８に示したステップＳ２３の処理は、前記レーザ光源４０による光照射時のカメラ２０による撮影画像（第２の光検出手段による検出輝度に相当）に基づいて、前記光照射角度変更方式による形状演算結果（表面角度分布の演算結果）と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれかを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを判別する例を示した。
【０１７５】
これに対し、計算機３０”（第１の採用判別手段の一例）が、ステップＳ２３において、光照射装置１０（第１の光照射手段の一例）におけるＬＥＤ１２の光を照射時のカメラ２０による撮影画像（検出輝度）に基づいて、前記光照射角度変更方式による形状演算結果（表面角度分布演算手段による測定部位の表面角度の分布の演算結果に相当）と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを判別することも考えられる。
【０１７６】
例えば、計算機３０”が、前記光照射装置１０における予め定められた１つ又は複数のＬＥＤ１２を点灯させ、そのときのカメラ２０による撮影画像（第１の光検出手段による検出輝度に基づく画像）に、点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じた数の帯状の像（図８参照）が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【０１７７】
測定部位Ｐが研磨後の鏡面である場合、ＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐにおいて正反射し、その反射光がカメラ２０に到達するため、図８に高輝度部分として示すようなＹ軸方向に伸びる帯状の像が表れる。この帯状の像の数は、測定部位Ｐの概ねの形状が既知であれば、点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じて一意に定まる。
【０１７８】
一方、測定部位Ｐの表面が研磨前の粗面である場合、点灯したＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐで散乱反射し、その反射光はカメラ２０に到達しないので、カメラ２０の撮影画像に前記帯状の像が表れない。
【０１７９】
このため、計算機３０”が、カメラ２０の撮影画像に点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じた数の前記帯状の像が含まれていると判別した場合には、前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別し、そうでなければ光切断法に基づく形状演算による測定部位Ｐの表面形状の演算結果を採用すると判別することが考えられる。
【０１８０】
前記形状測定装置Ｚ３は、以上に示した処理を実行することによっても、ウェーハ１（薄片試料）の端面の状態に応じて測定内容や演算内容を自動的に切り替えるものとなる。
【０１８１】
また、図１６に示した前記レーザ光源４０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内でシート光Ｌｓを照射するよう配置されているが、それ以外の平面内でシート光Ｌｓを照射するよう配置されることも考えられる。但し、シート光Ｌｓが前記平面５０以外の平面内で照射される場合、測定部位Ｐの表面においてシート光Ｌｓにより描かれる線ＣＬ０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に対してずれた線状となる。このため、前記平面５０に対するシート光Ｌｓを含む平面のずれが大きくなるに従って、前記光照射角度変更方式による形状演算結果と、光切断法に基づく形状演算結果との間の誤差が大きくなる。
【０１８２】
また、シート光Ｌｓの反射光の二次元の輝度（画像）を検出するカメラが、ＬＥＤ１の光の反射光の輝度を検出する前記カメラ２０と別個に設けられた例も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、半導体ウェーハ、ハードディスク用のアルミサブストレートやガラスサブストレート等の薄片試料の形状測定装置への利用が可能である。
【符号の説明】
【０１８４】
Ｚ、Ｚ’、Ｚ２、Ｚ３ 形状測定装置
１ ウェーハ
１０ 光照射装置
１１ ＬＥＤ駆動回路
１２ ＬＥＤ
１３ 切り欠き部
２０ カメラ
３０、３０’、３０” 計算機
４０ レーザ光源
４１ レーザ駆動回路
５０ 測定部位におけるウェーハの厚み方向の断面を含む平面
Ｌｓ シート光
ＣＬ０ シート光により描かれる線
ＣＬ１ 光切断線の像
φ 光照射角度
θ 表面角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、ハードディスク用のアルミサブトレート、ガラスサブストレートなどの薄片試料の端面の形状を測定する形状測定装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）の製造時や、ウェーハを用いたデバイス製造時において、ウェーハの端部（縁部）が、他の部品やウェーハ保持部材と接触することによって傷ついたり、欠けたりする場合がある。さらに、その傷や欠けが原因で、ウェーハが割れることもある。このウェーハの端部における傷や欠けの生じやすさは、ウェーハの端面の形状と関係があると考えられている。このため、ウェーハに代表される薄片試料（板状の試料）のエッジプロファイルを正しく測定することは重要である。なお、ここでいう端面の形状は、ウェーハの厚み方向（一次元方向）のプロファイル、即ち、厚み方向断面の形状であり、以下、エッジプロファイルという。
【０００３】
一方、非特許文献１には、ウェーハの縁部を挟む一方の側から光を照射し、他方の側に配置されたカメラによってウェーハの投影映像を撮像し、これにより得られる像の形状（輪郭）によってウェーハのエッジプロファイルを測定する技術が示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、試料の傾きを変化させつつ、試料の表面（鏡面）に向けて光を照射するとともに、その照射方向と同軸方向に反射してくる反射光のみの像をテレセントリックレンズを通じて取得し、得られた像から試料表面の角度分布、即ち、試料表面の形状を測定する表面検査装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ウェハのエッジ・ノッチ形状の測定装置」、電子材料、1997年8月号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に示されるような投影方式の形状測定では、エッジプロファイルの測定部位が、投影方向（光照射方向）の前後の部分よりも窪んでいる形状（以下、窪み形状という）を有する場合には、エッジプロファイルを測定できないという問題点があった。例えば、ウェーハには、その結晶方向を示すためのノッチと呼ばれる半円形状の切り欠き部（前記窪み形状の一例）が形成されているが、非特許文献１に示される投影方式の形状測定では、そのノッチ部分のエッジプロファイルを測定できない。
【０００８】
また、特許文献１に示されるように、試料の傾きを変化させつつ、光の照射方向と同軸方向に反射する反射光を検出する測定は、試料表面のわずかな凹凸による微小な表面角度の分布の測定に適用されるものである。この特許文献１に示される測定技術を、エッジプロファイルの測定に適用する場合、表面角度を求めたい複数の測定ポイントに光を照射するごとに、試料の傾きを変化させる必要が生じる。このため、特許文献１に示される測定技術を、表面角度がほぼ１８０°変化する形状を測定するエッジプロファイルの測定に適用することは、試料の支持機構が複雑になる等の阻害要因があることから、事実上困難であるという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウェーハなどの薄片試料のエッジプロファイル（端面の厚み方向断面の形状）の測定に適した形状測定装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、例えば薄片試料の端面の形状を測定する形状測定装置として構成されるものであり、以下の（１）〜（４）に示す特徴的構成要素を備えるものである。
（１）一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射手段。
（２）所定の位置で前記第１の光照射手段の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を検出する第１の光検出手段。
（３）前記第１の光照射手段により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出手段を通じて取得する反射光輝度取得手段。
（４）前記反射光輝度取得手段により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射手段により照射された光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布（即ち、端面の厚み方向断面の表面角度分布）を演算する表面角度分布演算手段。
【００１１】
上記構成を備えた形状測定装置を用いれば、半導体ウェーハなどの薄片試料の表面角度の分布を測定でき、その表面角度の分布に基づいてエッジプロファイル（端面の厚み方向断面の形状）を正しく測定できる。また、半導体ウェーハのノッチ部のような前記窪み形状を有する端面についても、エッジプロファイルを測定できる。
【００１２】
即ち、上記構成を備えた形状測定装置において、前記反射光輝度取得手段により取得される反射光の輝度分布は、照射光が薄片試料の端面に正反射して前記光検出手段に到達した部分の輝度が最も高くなる。このため、前記表面角度分布演算手段は、光の入射角と反射角とが等しいという正反射の特性に基づいて、測定部位の表面角度の分布を求めることができる。その詳細については後述する。
【００１３】
なお、前記第１の光照射手段における光源の点灯位置と前記第１の光検出手段の配置位置とが、それぞれ略同一の平面内に位置する場合や、或いはそれぞれ異なる平面内に位置する場合が考えられる。
【００１４】
ところで、前記光照射手段による光の照射角度の変化幅（変更幅）をごく小さくすれば、光の照射角度を変化させるごとに、反射光の輝度が最も高くなる位置を求めることにより、高い空間分解能で測定部位の表面角度の分布を算出することができる。しかしながら、光の照射角度の変化幅を小さくすることには限界がある。また、光の照射角度の変化幅を小さくするほど、反射光の輝度分布を採取する回数が増え、測定時間が長くなる。さらに、前記反射光輝度取得手段で取得すべきデータの点数が増え、必要メモリ容量の増大にもつながる。
【００１５】
そこで、前記形状測定装置において、前記表面角度分布演算手段が、前記第１の光検出手段の光検出範囲における複数の位置（以下、演算対象位置という）各々について、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づいて前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度を推定する演算を行うことにより、前記演算対象位置各々の表面角度を算出するものであれば好適である。ここで、前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度の推定値は、例えば、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づく内挿演算処理などによって求めることができる。
【００１６】
これにより、光の照射角度の変化幅が比較的大きくても、高い空間分解能で測定部位の表面角度の分布を算出することができる。
【００１７】
ここで、前記第１の光照射手段の構成の例としては、以下の２つが考えられる。
【００１８】
その１つは、所定の光源を一の平面内の複数の位置各々に順次移動させて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する移動型光照射手段である。この構成によれば、光源の数を少なくできる。
【００１９】
２つ目は、一の平面内の複数の位置各々に配置された複数の光源を順次切り替えて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する切替型光照射手段である。この切替型光照射手段を採用する場合、複数の光源が、前記測定部位の配置位置を中心とする円弧上に配置されたものが考えられる。この構成によれば、可動機構のないシンプルかつ位置精度の高い装置を実現できる。
【００２０】
ところで、前記光検出手段としてＣＣＤカメラ等を用いる場合、１つの前記光検出手段による光の検出範囲には制限がある。この制限は、エッジプロファイル測定において測定可能な表面角度の最大範囲の制限につながる。
【００２１】
そこで、上記形状測定装置が、前記測定部位に対して各々異なる方向に配置された複数の前記第１の光検出手段を備え、さらに、前記表面角度分布演算手段が、複数の前記第１の光検出手段各々を通じて得られた前記反射光の輝度分布ごとに、その反射光の輝度分布及び前記光の照射角度に基づいて前記測定部位の一部の領域の表面角度の分布を演算する一部表面角度分布演算手段と、その一部表面角度分布演算手段の演算結果をつなぎ合わせることにより前記測定部位全体の表面角度の分布を演算するつなぎ合わせ演算手段とを備えるものが考えられる。例えば、２つの前記第１の光検出手段が前記測定部位を基点として約９０°をなす方向に配置された形状測定装置が考えられる。
【００２２】
これにより、１つの前記第１の光検出手段による光の検出範囲の制限を超えて、エッジプロファイル測定における測定可能な表面角度の最大範囲を広げることができる。
【００２３】
また、前記形状測定装置が複数の前記第１の光検出手段と前記切替型光照射手段とを備える場合、前記切替型光照射手段が、複数の光源を順次切り替えて点灯させる過程において、複数の前記光検出手段各々に対応する複数の光源を同時に点灯させるものが考えられる。
【００２４】
これにより、測定時間を短縮できる。
【００２５】
以上に示した形状測定装置は、前記測定部位（薄片試料の端面）が鏡面或いはそれに近い光沢のある面である（照射光が正反射する）場合にその測定部位の形状（表面角度分布）を算出できる。
【００２６】
ところで、半導体ウェーハなどの薄片試料は、その端面が、元々は照射光がほとんど正反射しない（ほとんどが散乱反射する）粗面であり、加工（研磨）されて鏡面或いはそれに近い光沢のある面となる。そして、粗面の状態の薄片試料の端面について、必要な加工量（研磨量）を把握する等のために、その形状（プロファイル）を測定したい場合があるが、以上に示した形状測定装置は、粗面の状態の薄片試料の端面の形状を測定できない。
【００２７】
そこで、本発明に係る形状測定装置が、さらに次の（５）〜（７）に示す構成要素を備えればなお好適である。
（５）前記測定部位に対してシート光を照射する第２の光照射手段。
（６）前記第２の光照射手段の光照射による前記測定部位からの正反射方向以外の方向への反射光（即ち、散乱反射光）の二次元の輝度分布を検出する第２の光検出手段。
（７）前記第２の光検出手段の検出結果に基づく光切断法の演算により前記測定部位の表面形状を算出する光切断法形状演算手段。
【００２８】
一般に、周知の光切断法は、鏡面の表面形状の測定には適していないが、粗面の表面形状を測定可能な方法である。このため、本発明に係る形状測定装置は、前記（５）〜（７）に示す構成要素をさらに備えることにより、薄片試料の端面（測定部位）が光沢面であっても粗面であってもその表面形状を測定することが可能となる。
【００２９】
この場合、二次元の輝度分布を検出する前記第１の光検出手段が、前記第２の光検出手段を兼ねるものであれば、装置構成がシンプルになり好適である。
【００３０】
また、前記第２の光照射手段が、前記測定部位における前記薄片試料の厚み方向の断面を含む平面内でシート光を照射するものであり、そのシート光を含む平面の両側のうちの一方に前記第１の光照射手段における光源の点灯位置が、他方に前記第１の光検出手段の配置位置がそれぞれ位置することが考えられる。
【００３１】
これにより、前記測定部位の表面において前記シート光により描かれる線が、ちょうど前記測定部位における前記薄片試料の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に沿う線状となる。その結果、前記光切断法形状演算手段によって前記測定部位（端面）における前記薄片試料の厚み方向の表面形状が高い精度で求まる。
【００３２】
また、本発明に係る形状測定装置が、前記第１の光照射手段による光照射時の前記第１の光検出手段による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算手段による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第１の採用判別手段をさらに備えることが考えられる。
【００３３】
例えば、前記第１の採用判別手段が、前記第１の光照射手段における１又は複数の光源を点灯したときの前記第１の光検出手段による検出輝度に基づく画像に、所定数の帯状の像が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【００３４】
同様に、本発明に係る形状測定装置が、前記第２の光照射手段による光照射時の前記第２の光検出手段による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算手段による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第２の採用判別手段をさらに備えることも考えられる。
【００３５】
例えば、前記第２の採用判別手段が、前記第２の光照射手段によりシート光を照射したときの前記第２の光検出手段による検出輝度に基づく画像に、所定範囲において連続する線状の像が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【００３６】
前記第１の採用判別手段又は前記第２の採用判別手段のいずれかを備えた形状測定装置は、前記測定部位の表面が、前記表面角度分布演算手段による形状測定が可能な光沢のある面（照射光が主に正反射する面）であるか、前記光切断法形状演算手段による形状測定が可能な粗面（照射光が主に散乱反射する面）であるかを自動判別し、前記測定部位の表面の状態に応じて適切な演算結果の採用を自動判別できる。その結果、ユーザが、前記測定部位の状態に応じて測定内容や演算内容を切り替える手間が省ける。
【００３７】
例えば、所定の制御手段が、前記第１の採用判別手段又は前記第２の採用判別手段により前記光切断法形状演算手段による前記測定部位の表面形状の演算結果を前記測定部位の形状評価に採用すると判別された場合に、前記反射光輝度取得手段及び前記表面角度分布演算手段による処理の実行を省略して前記光切断法形状演算手段による処理を実行させること等が考えられる。
【００３８】
また、本発明は、以上に示した形状測定装置を用いた測定方法に相当する測定方法として捉えることもできる。
【００３９】
即ち、薄片試料の端面の形状を測定する形状測定方法であって、以下の（１）〜（４）に示す各工程を有するものである。
（１）所定の光照射手段によって一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射工程。
（２）所定の位置で前記第１の光照射工程の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第１の光検出工程。
（３）前記第１の光照射工程により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出工程の実行により取得する反射光輝度取得工程。
（４）前記反射光輝度取得工程により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射工程による光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布を演算する表面角度分布演算工程。
【００４０】
また、本発明に係る形状測定方法は、さらに、次の（５）〜（７）に示す各工程を有すれば好適である。
（５）所定の光照射手段によって前記測定部位に対してシート光を照射する第２の光照射工程。
（６）前記第２の光照射工程の光照射による前記測定部位からの正反射方向以外の方向への反射光の二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第２の光検出工程。
（７）前記第２の光検出工程の検出結果に基づく光切断法の演算により前記測定部位の表面形状を算出する光切断法形状演算工程。
【００４１】
この場合、本発明に係る形状測定方法が、さらに次の（８）又は（９）のいずれかに示す工程を有することが考えられる。
（８）前記第１の光照射工程による光照射時の前記第１の光検出工程による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算工程による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算工程による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第１の採用判別工程。
（９）前記第２の光照射工程による光照射時の前記第２の光検出工程による検出輝度に基づいて、前記表面角度分布演算工程による前記測定部位の表面角度の分布の演算結果と、前記光切断法形状演算工程による前記測定部位の表面形状の演算結果と、のいずれを前記測定部位の形状評価に採用するかを判別する第２の採用判別工程。
【００４２】
以上に示した各工程を有する形状測定方法を採用すれば、本発明に係る前記形状測定装置と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、半導体ウェーハなどの薄片試料のエッジプロファイルを正しく測定できる。また、半導体ウェーハのノッチ部のような前記窪み形状を有する端面についても、エッジプロファイルを測定できる。また、光切断法により薄片試料の端面の形状測定を行う手段又は工程を併せ持つことにより、光沢面又は粗面のいずれの測定部位（端面）であってもその形状を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの概略構成図。
【図２】光照射角度及び表面角度の定義を表す図。
【図３】形状測定装置Ｚに採用され得るテレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図。
【図４】形状測定装置Ｚにテレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図。
【図５】形状測定装置Ｚにより算出された測定部位の表面角度分布及びエッジプロファイルを表すグラフ。
【図６】形状測定装置Ｚに採用され得る非テレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図。
【図７】形状測定装置Ｚに非テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図。
【図８】測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第１例を模式的に表した図。
【図９】測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第２例を模式的に表した図。
【図１０】形状測定装置Ｚによる撮影画像の一例を表す図。
【図１１】所定の演算対象位置における光照射角度と反射光輝度との対応関係の一例を表すグラフ。
【図１２】形状測定装置Ｚによる測定手順を表すフローチャート。
【図１３】形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’の概略構成を表す図。
【図１４】形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図。
【図１５】形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２の概略構成を表す図。
【図１６】形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３の概略構成を表す図。
【図１７】形状測定装置Ｚ３のカメラによる撮像画像の一例を模式的に表した図。
【図１８】形状測定装置Ｚ３の測定制御手順を表すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００４６】
ここに、図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの概略構成図、図２は光照射角度及び表面角度の定義を表す図、図３は形状測定装置Ｚに採用され得るテレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図、図４は形状測定装置Ｚにテレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図、図５は形状測定装置Ｚにより算出された測定部位の表面角度分布及びエッジプロファイルを表すグラフ、図６は形状測定装置Ｚに採用され得る非テレセントリックレンズ方式のカメラの特性を表す図、図７は形状測定装置Ｚに非テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合の測定部位の表面角度と光路との関係を模式的に表した図、図８は測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第１例を模式的に表した図、図９は測定部位の形状及び形状測定装置Ｚのカメラによる撮影画像の第２例を模式的に表した図、図１０は形状測定装置Ｚによる撮影画像の一例を表す図、図１１は所定の演算対象位置における光照射角度と反射光輝度との対応関係の一例を表すグラフ、図１２は形状測定装置Ｚによる測定手順を表すフローチャート、図１３は形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’の概略構成を表す図、図１４は形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図、図１５は形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２の概略構成を表す図、図１６は形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３の概略構成を表す図、図１７は形状測定装置Ｚ３のカメラによる撮像画像の一例を模式的に表した図、図１８は形状測定装置Ｚ３の測定制御手順を表すフローチャートである。
【００４７】
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｚの構成について説明する。形状測定装置Ｚは、薄片試料の一例である半導体ウェーハ１（以下、ウェーハという）の端面の形状（エッジプロファイル）を測定する装置である。本実施形態に示すウェーハ１は、ほぼ円形板状であるが、矩形の板状など、他の形状の薄片試料を測定対象とすることもできる。なお、図１（ａ）は、形状測定装置Ｚの平面図（一部ブロック図）、図１（ｂ）は、形状測定装置Ｚの側面図（一部省略）である。
【００４８】
以下、エッジプロファイルの測定対象となるウェーハ１の端面を、測定部位Ｐと称する。
【００４９】
図１に示すように、形状測定装置Ｚは、光照射装置１０と、カメラ２０と、パーソナルコンピュータ等の計算機３０とを備えている。
【００５０】
光照射装置１０は、電子回路基板として構成され、その電子回路基板には、ウェーハ１に光を照射する光源である複数のＬＥＤ１２と、そのＬＥＤ１２各々の点滅を切り替えるＬＥＤ駆動回路１１とが実装されている。なお、図１（ｂ）には、一部のＬＥＤ１２について記載を省略している。
【００５１】
ここで、光照射装置１０（電子回路基板）を平面視したときのほぼ中央部における所定位置を基準位置Ｑと称する。
【００５２】
光照射装置１０を構成する電子回路基板には、ウェーハ１の測定部位Ｐを基準位置Ｑに配置可能とするために、ウェーハ１が挿入される切り欠き部１３が形成されている。即ち、基準位置Ｑが、測定部位Ｐの配置位置となる。図１（ｂ）には、ウェーハ１のノッチ部（半円形状の切り欠き部）が、基準位置Ｑに測定部位Ｐとして配置されている例を示しているが、これに限るものではない。また、ウェーハ１を回転させることにより、測定部位Ｐを容易に変更できる。これにより、ウェーハ１の周囲全体、或いは周囲全体のうちの複数箇所のエッジプロファイルを容易に測定できる。
【００５３】
また、全てのＬＥＤ１２は、その発光部が、基準位置Ｑを含む１つの平面内に位置するように、かつ、基準位置Ｑを中心とする円弧上に（円弧に沿って）位置するように、電子回路基板に実装されている。ここで、各ＬＥＤ１２は、カメラ２０と干渉する位置を除き、例えば基準位置Ｑから見た方向が約２°ずつ異なるように等間隔（等角度の間隔）で配置されている。また、各ＬＥＤ１２の基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）からの距離は、測定部位Ｐの奥行き寸法に対して十分に長い距離（例えば１５０mm程度）とする。
【００５４】
また、ウェーハ１は、その面（おもて面及びうら面）が、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面に対してほぼ直交し、その面の中央部（円板の中心）が、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面内に位置する状態で切り欠き部１３に挿入され、その状態で測定が行われる。
【００５５】
ＬＥＤ駆動回路１１は、計算機３０からの制御指令に従って、このように１つの平面内の複数の位置各々に配置された複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点滅させる。これにより、光照射装置１０は、基準位置Ｑに配置されたウェーハ１の測定部位Ｐに対し、順次異なる照射角度で光を照射する（第１の光照射手段、切替型光照射手段の一例）。
【００５６】
ウェーハ１の測定部位Ｐである端面（側面）は、滑らかに加工されており、鏡面或いはそれに近い光沢のある面となっている。このため、ＬＥＤ１２から出力された光は、測定部位Ｐにおいて概ね正反射し、ほとんど乱反射はしない。
【００５７】
カメラ２０は、基準位置Ｑから所定間隔隔てた位置（例えば、５０mm〜１００mm程度）に固定され、ウェハ１の測定部位Ｐからの反射光を受光して光電変換することにより、各ＬＥＤ１２から測定部位Ｐに照射された光の正反射方向への反射光の二次元の輝度分布を検出するものである（第１の光検出手段の一例）。
【００５８】
図１に示す例では、前記カメラ２０は、ＬＥＤ１２の発光部が配置される１つの平面（基準位置Ｑを含む平面）内に配置され、その正面方向が、ウェーハ１の面の中央部に向かうように設置されている。即ち、カメラ２０は、その正面方向が、ウェーハ１の厚み方向中央における平断面に沿う方向となるように（ウェーハ１を真横から見るように）設置されている。これにより、カメラ２０は、ウェーハ１の端面を、ウェーハ１の厚み方向全体に渡って観測できる。
【００５９】
また、カメラ２０の焦点は、基準位置Ｑ（即ち、測定部位Ｐ）に設定されている。
【００６０】
計算機３０は、光照射装置１０におけるＬＥＤ駆動回路１１を制御（ＬＥＤ１２の点滅制御）するとともに、カメラ２０のシャッター制御とカメラ２０による撮影画像の取り込みとを行う。その具体的な動作については後述する。ここで、図１には示していないが、計算機３０は、ＬＥＤ駆動回路１１やカメラ２０との間で、信号の授受や画像データの取得を行うためのインターフェースを備えている。
【００６１】
なお、以下に示す計算機３０の処理は、計算機３０が備えるＭＰＵが、同じく計算機３０が備えるハードディスクドライブなどの記憶手段に予め記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００６２】
次に、形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定の原理について説明する。
【００６３】
測定部位Ｐに光が照射されると、その光は、光沢のある測定部位Ｐにおいて正反射する。そして、カメラ２０による撮影画像は、その反射光の輝度分布を表す像である。
【００６４】
図８は、測定部位Ｐの形状の一例（ａ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像の一例（ｂ）を模式的に表した図である。
【００６５】
図８（ａ）には、表面角度が単純増加（或いは、単純減少）するような測定部位Ｐの形状を示している。なお、図８（ａ）における上下方向が、ウェーハ１の厚み方向である。
【００６６】
このような測定部位Ｐを、ある１つのＬＥＤ１２のみによって光を照射しながらカメラ２０により撮像すると、図８（ｂ）に示すような像が得られる。その画像において、輝度のピークが生じる位置Ｘpeak（Ｘ座標方向の位置、以下、ピーク輝度位置という）は、ＬＥＤ１２から発せられた光線が測定部位Ｐにおいて正反射した位置（正反射位置）に相当する。
【００６７】
また、測定部位Ｐにおける正反射位置の面において、その法線方向を基準とした光の入射角度と出射角度（反射方向の角度）とは等しい（左右対称）。このことから、カメラ２０の撮影画像におけるピーク輝度位置Ｘpeakと、測定部位Ｐに対する光の照射方向（点灯したＬＥＤ１２から測定部位Ｐへ向かう方向）とに基づいて、測定部位Ｐにおいて光が正反射する位置（正反射位置）と、その正反射位置の表面角度とを一意に算出することが可能である。
【００６８】
ここで、形状測定装置Ｚの測定原理を説明する前に、図２を参照しつつ、光の照射方向などを表す符号について説明する。なお、図２（ａ）は、形状測定装置Ｚを平面視した状態を模式的に表した図であり、図２（ｂ）は、その基準位置Ｐの部分を拡大して表した図である。
【００６９】
図２に示すように、測定部位Ｐとカメラ２０とを結ぶ直線の方向（以下、カメラ正面方向という）を基準としたときの光の照射角度をφとする。また、測定部位Ｐにおける光の正反射Ｐxにおける、カメラ正面方向に直交する面（以下、撮影画像におけるＸ−Ｙ平面に相当する面という意味で、Ｘ−Ｙ面という）を基準とした表面角度をθとする。
【００７０】
続いて、図４を参照しつつ、形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定の原理についてより詳細に説明する。ここでは、カメラ２０が、テレセントリックレンズ方式のカメラである場合について説明する。
【００７１】
テレセントリックレンズ方式のカメラは、図３に示すような態様でＣＣＤ上に像を結ぶ。
【００７２】
反射光の輝度分布を検出するカメラ２０が、図３に示すようなテレセントリックレンズ方式のカメラである場合、図４に示すように、カメラ２０のＣＣＤ（受光部）に到達する反射光の方向と、カメラ２０の正面方向とがほぼ平行となり、撮影画像において高輝のピークが存在するピーク輝度位置Ｘpeakは、そのまま測定部位Ｐにおける光の正反射位置Ｐxを表す。さらに、光の照射方向と反射方向とは、正反射位置Ｐxの面の法線に対して対称であることから、（９０−θ−φ／２）＝（９０−φ）となり、次の（１）式が成立する。
θ＝φ／２ ・・・（１）
【００７３】
従って、撮影画像においてピーク輝度位置Ｘpeakを画像処理によって特定することにより、正反射位置Ｐxを特定できる。さらに、点灯したＬＥＤ１２の位置（既知の位置）に応じて定まる光照射角度φ（既知の角度）から、正反射位置Ｐxにおける表面角度θを特定できる。
【００７４】
次に、図７を参照しつつ、テレセントリックレンズ方式ではない方式（以下、非テレセントリックレンズ方式という）のカメラ２０を採用した形状測定装置Ｚによるエッジプロファイル測定について説明する。非テレセントリックレンズ方式のカメラは、図６に示すような態様でＣＣＤ上に像を結ぶ。非テレセントリックレンズ方式のカメラ２０を採用した場合、図７に示すように、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxで反射し、カメラ２０のＣＣＤに到達して像を結ぶ反射光の角度（方向）を、カメラ正面方向を基準とする角度ψxとして表すと、２θ＋ψx＝φとなり、次の（２）式が成立する。但し、ψxは、カメラ２０の座標系における位置（Ｘ軸方向の位置）ごとに予め求めておく。
θ＝（φ−ψx）／２ ・・・（２）
【００７５】
従って、撮影画像においてピーク輝度位置Ｘpeakを画像処理によって特定することにより、そのピーク輝度位置Ｘpeakと角度ψxとカメラ２０から測定部位Ｐ間での距離とに基づいて、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxを特定できる。さらに、点灯したＬＥＤ１２の位置（既知の位置）に応じて定まる光照射角度φ（既知の角度）から、（２）式に基づいて、正反射位置Ｐxにおける表面角度θを特定できる。
【００７６】
また、点灯するＬＥＤ１２を順次切り替えるごとに（即ち、光照射角度φを切り替えるごとに）カメラ２０を通じて測定部位Ｐの画像データを取得し、そのときの光照射角度φ及び表面角度θを求めれば、複数の正反射位置Ｐx各々についての表面角度θ、即ち、測定部位Ｐにおける表面角度θの分布を求めることができる。
【００７７】
図１０は、図８（ａ）に示したのと同様の形状を有する測定部位Ｐについて、光照射角度φごとに得られた画像データを表す映像（カメラ２０の映像）の一例を表す。図１０に向かって右方向が、カメラ２０の座標系のＸ軸方向（即ち、ウェーハ１の厚み方向）である。
【００７８】
図１０に示すように、光照射角度φの変化に応じて、測定部位Ｐにおける正反射Ｐxに対応する高輝度位置Ｘpeak（Ｘ方向の位置）が変化する。この高輝度位置Ｘpeakが、測定部位Ｐにおける正反射位置Ｐxに対応する。
【００７９】
なお、正反射位置Ｐxは、その位置に応じてＬＥＤ１２との距離が若干異なるため、以上の方法によって求めた表面角度θには、その距離差に応じた誤差が含まれる。しかしながら、測定部位Ｐの表面変位に対し、ＬＥＤ１２と測定部位Ｐとの距離を十分に長くすることにより、その誤差は無視できる程度に抑えられる。
【００８０】
また、図１０において、帯状の高輝度の部分において存在する輝度の分布は、測定部位Ｐの表面粗さや、カメラ２０の実効Ｆナンバーに起因する。また、テレセントリックレンズ方式のカメラを採用した場合、カメラ正面方向に平行な反射光以外の反射光の一部がカメラ２０のＣＣＤに到達することにも起因する。
【００８１】
一方、図９は、測定部位Ｐの形状の他の一例（ａ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像の一例（ｂ）を模式的に表した図である。
【００８２】
図９（ａ）には、前記窪み形状を有する測定部位Ｐを示している。なお、図９（ａ）における上下方向が、ウェーハ１の厚み方向である。
【００８３】
このような測定部位Ｐを、ある１つのＬＥＤ１２のみによって光を照射しながらカメラ２０により撮像すると、図９（ｂ）に示すように、複数のピーク輝度位置Ｘpeakを有する像が得られる。この現象は、同じ表面角度φを有する正反射位置Ｐxが複数存在する場合に生じるが、表面角度の求め方は、測定部位Ｐが、図８（ａ）に示したような形状を有する場合と同様である。
【００８４】
形状測定装置Ｚを用いれば、このように測定部位Ｐが窪み形状を有する場合であっても、表面角度の分布を測定できる。
【００８５】
次に、図１２に示すフローチャートを参照しつつ、形状測定装置Ｚによるウェーハ１の測定部位Ｐの測定手順について説明する。以下、Ｓ１、Ｓ２、・・・は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。なお、ウェーハ１の測定部位Ｐが、基準位置Ｑに位置するように配置された状態で、図１２に示す処理が開始されるものとする。
【００８６】
［ステップＳ１〜Ｓ５］
まず、計算機３０は、ＬＥＤ１２各々を識別する番号ｉを初期化（ｉ＝１）する（Ｓ１）。
【００８７】
そして、計算機３０は、ＬＥＤ駆動回路１１を制御することによるｉ番目のＬＥＤ１２の点灯（Ｓ２）、その点灯状態におけるカメラ２０による測定部位Ｐの撮像（シャッターＯＮ）及び撮影画像の記憶（Ｓ３）を、番号ｉを順次カウントアップ（Ｓ５）しながら、全てのＬＥＤ１２について点灯及び撮像が終了するまで繰り返す（Ｓ４）。カメラ２０による撮影画像は、計算機３０が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【００８８】
このステップＳ１〜Ｓ４の処理により、光照射装置１０によって測定部位Ｐに対して順次異なる照射角度φで光が照射される（Ｓ２）。さらに、異なる照射角度で光が照射されるごとに、計算機３０により、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を表す画像データ（撮影画像）が、カメラ２０（第１の光検出手段の一例）を通じて取得される（反射光輝度取得手段の一例）。
【００８９】
［ステップＳ６〜Ｓ１１］
次に、計算機３０は、以下に示すステップＳ６〜Ｓ１１の処理を実行することにより、ステップＳ３の処理により取得された各ＬＥＤ１２に対応した画像データ（反射光の輝度分布）と、そのＬＥＤ１２によって測定部位Ｐに照射された光の照射角度φとに基づいて、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを演算する（Ｓ１１、表面角度分布演算手段の一例）。
【００９０】
ところで、光照射装置１０による光の照射角度φの変化幅（ここでは、ＬＥＤ１２の間隔）をごく小さくすれば、光の照射角度φを変化させるごとに、反射光の輝度が最も高くなる位置を求めることにより、高い空間分解能で測定部位Ｐの表面角度の分布を算出することができる。
【００９１】
しかしながら、光の照射角度φの変化幅を小さくすることには限界がある。また、光の照射角度φの変化幅を小さくするほど、カメラ２０による撮像回数（反射光の輝度分布を採取する回数）が増え、測定時間が長くなる。さらに、計算機３０で取得すべき画像データの点数が増え、計算機３０における必要メモリ容量の増大にもつながる。
【００９２】
そこで、本実施形態における計算機３０は、以下に示す処理により、測定部位Ｐの表面角度の分布及びエッジプロファイルを求める。
【００９３】
まず、計算機３０は、カメラ２０の撮像範囲（光検出手段の光検出範囲の一例）において予め定められたＸ座標方向の複数の位置（以下、演算対象位置Ｘjという）各々を識別する番号ｊを初期化（ｊ＝１）する（Ｓ６）。
【００９４】
そして、演算対象位置Ｘj各々について、光の照射角度φと反射光の輝度Ｅとの対応関係（以下、φ−Ｅ対応関係という）を導出する（Ｓ７）。
【００９５】
図１１は、ある演算対象位置Ｘjにおける、光の照射角度φ（横軸）と反射光の輝度Ｅ（縦軸）との対応関係を表すグラフの一例である。
【００９６】
さらに、計算機３０は、ステップＳ７で得られたφ−Ｅ対応関係に基づく所定の演算を行うことにより、反射光の輝度Ｅがピークとなるときの光の照射角度φpeak（以下、推定ピーク時照射角度という）を推定するとともに、その演算対象位置Ｘjにおける表面角度θjを算出して記憶する（Ｓ８）。
【００９７】
図１１に示したように、φ−Ｅ対応関係は、離散的なデータに基づくものである。ここで、光照射装置１０における各ＬＥＤ１２が、極端に広い間隔で配置されているような場合を除けば、図１１に示したようなφ−Ｅ対応関係に基づく内挿演算処理により、推定ピーク時照射角度φpeakを推定することができる。その内挿演算処理の具体例としては、重心法に基づく内挿演算処理や、２次関数やガウス分布関数に回帰するフィッティング処理に基づく内挿演算処理などが考えられる。なお、内挿演算処理を施さず、単に最大の輝度を示すときの光照射角度φを、推定ピーク時照射角度φpeakとすることも考えられる。但し、この場合、各ＬＥＤ１２の間隔によっては、誤差が大きくなる点に留意する必要がある。
【００９８】
また、推定ピーク時照射角度φpeakに基づく表面角度θjの算出方法は、前述した光照射角度φに基づく正反射位置Ｐxの表面角度θの算出方法と同様である。
【００９９】
そして、計算機３０は、ステップＳ７〜Ｓ８の処理を、番号ｊを順次カウントアップ（Ｓ１０）しながら、予め定められた全ての演算対象位置Ｘjについて行われるまで繰り返す（Ｓ９）。ステップＳ８で算出された各演算対象位置Ｘjの表面角度θjは、計算機３０が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【０１００】
以上のステップＳ１〜Ｓ１０の処理により、測定部位Ｐの表面角度θの分布（演算対象位置Ｘjと表面角度θjとの対応関係を表す情報）が得られる。
【０１０１】
このように、計算機３０は、カメラ２０の撮像範囲（即ち、光検出範囲）における複数の演算対象位置Ｘj各々について、光照射角度φと反射光の輝度Ｅとの対応関係に基づいて、推定ピーク時照射角度φpeak（反射光の輝度がピークとなるときの光の照射角度）を推定する演算を行うことにより、演算対象位置Ｘj各々の表面角度θjを算出する（Ｓ７〜Ｓ１０、表面角度分布演算手段の一例）。その結果、光照射装置１０における各ＬＥＤ１２を、非常に密に配置した場合と同様の高い空間分解能で、表面角度θjの分布を測定できる。理論上は、カメラ２０の解像度（画素分解能）のレベルまで、表面角度分布の空間分解能を高めることができる。
【０１０２】
最後に、計算機３０は、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理によって得られた表面角度θjの分布に基づいて、測定部位Ｐのエッジプロファイル（表面形状）を算出して記憶し（Ｓ１１）、測定処理を終了させる。このとき、計算機３０は、必要に応じて、測定部位Ｐのエッジプロファイルをその表示部に表示させる。
【０１０３】
ここで、測定部位Ｐにおけるある演算対象位置Ｘjの表面高さと、その隣りの演算対象位置Ｘj+1の表面高さとの差Δｈjは、次の（３）式により計算できる。
Δｈj＝ｄ・tanθj ・・・（３）
【０１０４】
ただし、ｄは、測定部位Ｐにおける隣り合う演算対象位置Ｘjの距離（Ｘ軸方向の距離）である。ここでは、カメラ２０のＸ軸方向の画素間距離を、実空間にに換算した距離である。
【０１０５】
この（３）式を、演算対象位置Ｘjの基点から順次適用することにより、測定部位Ｐの高さ分布、即ち、エッジプロファイルを算出できる。
【０１０６】
図５は、あるウェハ１の測定部位Ｐを形状測定装置Ｚで測定することによって得られた表面角度φ(x)の分布及びエッジプロファイルの一例を表すグラフである。横軸は、ウェーハ１の厚み方向の位置を表し、左縦軸は測定部位の表面位置（即ち、エッジプロファイル）、右縦軸は表面角度θ なお、図５において細い実線グラフで表す表面角度θ(x)は、その各々の演算対象位置Ｘjを、測定部位Ｐにおける実空間の位置に置き換えたものである。また、太い実線グラフで表すエッジプロファイルは、（３）式に基づいて算出したものである。
【０１０７】
このように、形状測定装置Ｚを用いれば、ウェーハ１などの薄片試料のエッジプロファイルを高精度で測定することができる。
【０１０８】
［形状測定装置Ｚ’（第１応用例）］
次に、図１３を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第１応用例である形状測定装置Ｚ’について説明する。以下、形状測定装置Ｚ’について、前述した形状測定装置Ｚと異なる点についてのみ説明する。なお、図１３において、図１に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。
【０１０９】
図１３に示すように、形状測定装置Ｚ’は、測定部位Ｐからの反射光の輝度分布を検出するカメラ２０として２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌを備え、それらが、測定部位Ｐに対して各々異なる方向に配置されている。以下、それぞれ第１カメラ２０Ｒ、第２カメラ２０Ｌと称する。
【０１１０】
さらに、形状測定装置Ｚ’は、前述の計算機３０の代わりに、実行するプログラムの一部が異なる計算機３０’を備えている。
【０１１１】
図１３に示す例では、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌが、基準位置Ｑ（即ち、測定部位Ｐ）を基点として９０°をなす方向（ウェーハ１の面方向に対して±４５°の方向）に配置されている。これにより、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々は、測定部位Ｐの全領域（全面）のうちの一部の領域（各々の配置位置から見える領域）で反射した反射光の輝度を検出する。
【０１１２】
そして、計算機３０’は、前述したステップＳ３（図１２参照）において、光照射角度φが変更されるごとに、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌ両方により画像データの撮像及び記憶を行うよう制御する。
【０１１３】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ７及びＳ８（図１２参照）において、２台のカメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々を通じて得られた画像データ（反射光の輝度分布を表すデータ）ごとに、その画像データ及び光の照射角度（推定ピーク時照射角度φpeak）に基づいて、測定部位Ｐの一部の領域の表面角度θjの分布を算出する。図１３に示す例では、計算機３０’は、第１カメラ２０Ｒを通じて得た画像データに基づいて、図１３に示すウェーハ１の右側の面（一方の面）に近い側の領域の表面角度θjの分布を算出する。同様に、計算機３０’は、第２カメラ２０Ｌを通じて得た画像データに基づいて、同ウェーハ１の左側の面（他方の面）に近い側の領域の表面角度θjの分布を算出する。ここで、それら両領域の一部は重複している。
【０１１４】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々に基づいて、その一部の領域各々についてのエッジプロファイルを算出するとともに、それらをつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１１５】
或いは、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々をつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体の表面角度分布θjを算出し、その算出結果に基づいて測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１１６】
このように、各領域のエッジプロファイルを求めてからその各々をつなぎ合わせる方法、或いは各領域の表面角度θjの分布をつなぎ合わせてから全領域のエッジプロファイルを求める方法の２通りの方法が考えられる。
【０１１７】
ここで、前記つなぎ合わせは、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌ各々に対応する前記一部の領域の重複部分について、各カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応するエッジプロファイル或いは表面角度θjの分布の差が最小となるように、それらのオフセット等を調節（補正）する周知のフィッティング処理により行えばよい。
【０１１８】
これにより、例えば、１台のカメラの視野範囲（光の検出範囲）が±６０°程度であっても、一般的なエッジプロファイル測定で必要となる±９０°（計１８０°）の範囲での表面角度分布測定を行うことができる。
【０１１９】
さらに、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々に基づいて、その一部の領域各々についてのエッジプロファイルを算出するとともに、それらをつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１２０】
或いは、計算機３０’は、前述したステップＳ１１において、両カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する前記一部の領域の表面角度θjの分布（ステップＳ８の処理での演算結果）の各々をつなぎ合わせる処理を行うことによって測定部位Ｐ全体の表面角度分布θjを算出し、その算出結果に基づいて測定部位Ｐ全体のエッジプロファイルを算出する（つなぎ合わせ演算手段の一例）。
【０１２１】
図１４は、形状測定装置Ｚ’により得られる２台のカメラ各々に対応する表面角度分布及びエッジプロファイルのフィッティング処理前後の状態を表す図である。図１４（ａ）はフィッティング処理前、図１４（ｂ）はフィッティング処理後を表す。
【０１２２】
また、図中、「表面角度分布Ｒ」及び「エッジプロファイルＲ」と表記するものは、第１カメラ２０Ｒに対応する表面角度θjの分布及びエッジプロファイルを表す。同様に、「表面角度分布Ｌ」及び「エッジプロファイルＬ」と表記するものは、第２カメラ２０Ｌに対応する表面角度θjの分布及びエッジプロファイルを表す。
【０１２３】
図１４（ａ）に示すように、第１カメラ２０Ｒに対応する領域の表面角度分布Ｒ及びこれに基づくエッジプロファイルＲと、第２カメラ２０Ｌに対応する領域の表面角度分布Ｌ及びこれに基づくエッジプロファイルＬとの間にはオフセット（ずれ）が生じ得る。
【０１２４】
これらの結果を、重複する領域の部分についてフィッティング処理を行うことによってつなぎ合わせれば、図１４（ｂ）に示すように、測定部位Ｐの全領域の表面角度分布（全体）或いはエッジプロファイル（全体）が得られる。
【０１２５】
また、計算機３０’は、ＬＥＤ駆動回路１１を通じて複数のＬＥＤ１２を順次切り替えて点灯させる過程（ステップＳ１〜Ｓ５）において、一部のＬＥＤ１２については、各カメラ２０Ｒ、２０Ｌに対応する複数のＬＥＤ１２を同時に点灯させるよう制御する（切替型光照射手段の一例）。
【０１２６】
図１３に示すように、円弧上に複数配列されたＬＥＤ１２のうち、第１カメラ２０Ｒに対し、第２カメラ２０Ｌとは反対側に配置されているＬＥＤ１２Ｒの一部（例えば、ＬＥＤ１２Ｒａ）については、その出力光は、ウェーハ１により遮断されて第２カメラ２０Ｌには到達しない（検出されない）。
【０１２７】
同様に、第２カメラ２０Ｌに対し、第１カメラ２０Ｒとは反対側に配置されているＬＥＤ１２Ｌの一部（例えば、ＬＥＤ１２Ｌａ）については、その出力光は、ウェーハ１により遮断されて第２カメラ２０Ｌには到達しない。
【０１２８】
そこで、計算機３０’は、ステップＳ２において、第１カメラ２０Ｒに対応する一部のＬＥＤ（ＬＥＤ１２Ｒａなど）と、第２カメラ２０Ｌに対応する一部のＬＥＤ（ＬＥＤ１２Ｌａなど）とが同時に点灯するようＬＥＤ駆動回路１１を制御する。
【０１２９】
これにより、測定時間を短縮できる。
【０１３０】
なお、図１３に示した形状測定装置Ｚ’は、２台のカメラ２０を備えるものであるが、３台以上のカメラ２０を備えた構成としても、同様の作用効果が得られる。
【０１３１】
以上に示した実施形態では、拡散光源であるＬＥＤ１２をそのまま光源として採用している。このような構成を採用できる理由は、各ＬＥＤ１２が、測定部位Ｐの大きさ（奥行きの長さ）に比べて十分に遠い距離に配置されており、各ＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐにおいて平行光とみなせるためである。
【０１３２】
一方、ＬＥＤ１２等の光源を測定部位Ｐに近づけて配置する場合、その光源の光を、レンズを用いて平行光とした上で測定部位Ｐに照射することが望ましい。
【０１３３】
また、前述した実施形態では、光源としてＬＥＤ１２を採用しているが、レーザダイオードや白熱電球、蛍光灯など、他の種類の光源を採用してもかまわない。
【０１３４】
また、前述した実施形態では、ウェーハ１の端面の形状を、ウェーハ１の厚み方向全体に渡って測定するため、カメラ２０は、ウェーハ１を真横から見るように設定されていた。しかしながら、カメラ２０は、目的に応じて前述の実施形態とは異なる位置及び向きで設置されることも考えられる。
【０１３５】
また、一般的なエッジプロファイル測定では、測定部位Ｐ各々について、一次元方向（ウェーハ１の厚み方向）の表面角度分布を測定できれば十分である。このため、測定部位Ｐからの反射光の輝度を検出する手段として、複数の光電変換素子が一列に（１次元方向に）配列されて構成された一次元の受光器を用いることも考えられる。
【０１３６】
なお、アルミサブストレート、ガラスサブストレートなどの薄片試料についても、同様にエッジプロファイルの測定が可能である。
【０１３７】
また、前述した実施形態では、測定部位Ｐからの反射光を直接的にカメラ２０に入射させる構成を示した。しかしながら、測定部位Ｐからの反射光を変向させる光学機器（ミラーなど）を設け、その光学機器により変向された反射光をカメラ２０に入射させる構成も考えられる。これにより、光源（ＬＥＤ１２）が配置される平面に沿う方向への反射光を検出したい場合に、設置スペースが比較的大きいカメラ２０と光源との干渉を回避できる。これにより、光照射角度の範囲を拡大でき、測定部位Ｐの表面角度の測定範囲をより広げることができる。
【０１３８】
また、前述した実施形態における光照射装置１０は、複数の光源（ＬＥＤ１２）を順次切り替えて点灯させる切替型の光照射装置であった。しかしながら、光照射装置としては、１つ又は比較的少数の光源（ＬＥＤ等）を一の平面内の複数の位置（例えば、光照射装置１０において各ＬＥＤ１２が配置された位置）各々に順次移動させる光源移動機構を備え、その移動先の各位置で光源を点灯させる移動型の光照射装置も考えられる。このような移動型の光照射装置によっても、前記光照射装置１０と同様に、測定部位Ｐに対して順次異なる照射角度φで光を照射する装置を構成できる。
【０１３９】
この移動型の照明装置としては、例えば、基準位置Ｑを中心とする円弧状にレールと、そのレールに沿ってＬＥＤ等の光源を移動させる移動機構と、この移動機構によってＬＥＤが予め定められた複数の位置各々に到達したことを検知する位置センサと、光源がその位置センサにより検知される各位置へ順次移動するよう前記移動機構を制御する制御装置とを備えたものが考えられる。
【０１４０】
ところで、複数の光源（前述の実施形態ではＬＥＤ１２）を切り替えて測定部位Ｐに光を照射する光照射装置１０を用いる場合、光源それぞれの個体差により、各光源から基準位置Ｑの測定部位Ｐに照射される光の光量（強度）にばらつきが生じ得る。そこで、そのばらつきが極力小さくなるよう予め調整することが重要である。
【０１４１】
具体的には、測定部位Ｐが配置される基準位置Ｑに光センサを配置し、各光源を順次切り替えて点灯させたときに、その光センサで検出される光強度がほぼ一定のレベルとなるように各光源に供給する電力（電圧や電流）、即ち、各光源の発光量（発光強度）を予め調整しておく。
【０１４２】
例えば、光源がＬＥＤである場合、各ＬＥＤに対する電力供給ラインに可変抵抗を設け、この可変抵抗の抵抗値を調整することによって各ＬＥＤへの供給電流を予め調整する。或いは、各ＬＥＤに対する電力供給をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御可能とするパルス幅変調装置を設け、これによって各ＬＥＤへの供給電力を予め調整する。
【０１４３】
その他、測定部位Ｐが配置される基準位置Ｑに反射方向や反射率が既知の反射部材（鏡など）を配置し、各光源を順次切り替えて点灯させたときにカメラ２０で検出される光強度のばらつきに基づいて、光源ごとの光強度の補正係数を予め算出して記憶しておくことも考えられる。そして、実際の測定時には、その補正係数に基づく補正後の測定値（光強度分布）を用いて測定する。
【０１４４】
以上に示すような調整を行うことにより、光源の特性のばらつきに起因する測定誤差が発生することを回避できる。
【０１４５】
［形状測定装置Ｚ２（第２応用例）］
次に、図１５を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第２応用例である形状測定装置Ｚ２について説明する。以下、形状測定装置Ｚ２について、前述した形状測定装置Ｚと異なる点についてのみ説明する。なお、図１５において、図１に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。また、図１５（ａ）は、形状測定装置Ｚ２の平面図（一部ブロック図）、図１５（ｂ）は、形状測定装置Ｚ２の側面図である。
【０１４６】
図１５に示すように、形状測定装置Ｚ２は、前記形状測定装置Ｚと全く同じ構成要素を備えるが、前記光照射装置１０における前記ＬＥＤ１２及び前記カメラ２０の配置位置が前記形状測定装置Ｚとは異なる。
【０１４７】
図１に示したように、前記形状測定装置Ｚにおいては、全てのＬＥＤ１２の発光部が、前記基準位置Ｑを含み、ウェーハ１（薄片試料）の面に直交する１つの平面内、即ち、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）におけるウェーハ１（薄片試料）の厚み方向の断面を含む平面内に位置するように配置されていた。
【０１４８】
一方、図１５（ｂ）に示すように、形状測定装置Ｚ２においては、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）におけるウェーハ１（薄片試料）の厚み方向の断面を含む平面５０の両側のうちの一方に各ＬＥＤ１２の点灯位置が、他方にカメラ２０（第１の光検出手段の一例）の配置位置がそれぞれ位置している。なお、平面５０は、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）を含み、ウェーハ１（薄片試料）の表裏の面にほぼ直交する平面である。
【０１４９】
そして、形状測定装置Ｚ２において、各ＬＥＤ１２の点灯位置が並ぶ平面に対し直交する方向から見たときの各ＬＥＤ１２及びカメラ２０の位置関係（図１５（ａ））は、前記形状測定装置Ｚにおけるそれらの位置関係（図１（ａ））と同じである。
【０１５０】
このような形状測定装置Ｚ２においても、前記形状測定装置Ｚを用いて行ったのと同じ測定及び演算を行うことにより、ウェーハ１の測定部位Ｐの形状測定（エッジプロファイルの算出）が可能である。また、形状測定装置Ｚ２においては、測定部位Ｐの正面方向においてＬＥＤ１２を連続的に並べても、そのＬＥＤ１２がカメラ２０と干渉しないように配置できるため、測定部位Ｐの正面方向の一部の範囲について、表面形状測定の空間分解能をより高めることができる。
【０１５１】
［形状測定装置Ｚ３（第３応用例）］
次に、図１６を参照しつつ、形状測定装置Ｚの第３応用例である形状測定装置Ｚ３について説明する。以下、形状測定装置Ｚ３について、前述した形状測定装置Ｚ２と異なる点についてのみ説明する。なお、図１６において、図１及び図１５に示した構成要素と同じものについては、同じ符号を記している。また、図１６（ａ）は、形状測定装置Ｚ３の平面図（一部ブロック図）、図１６（ｂ）は、形状測定装置Ｚ３の側面図である。
【０１５２】
図１６に示すように、形状測定装置Ｚ３は、前記形状測定装置Ｚ２が備える全ての構成要素を備え、前記光照射装置１０における前記ＬＥＤ１２及び前記カメラ２０の配置位置も前記形状測定装置Ｚ２と同じである。なお、カメラ２０は、テレセントリックレンズ方式のカメラである。
【０１５３】
さらに、形状測定装置Ｚ３は、ウェーハ１の測定部位Ｐ（端面）に対してシート光Ｌｓ（シート状の光、スリット光といってもよい）を照射するレーザ光源４０（第２の光照射手段の一例）と、そのレーザ光源４０を駆動するレーザ駆動回路４１とを備えている。
【０１５４】
ここで、前記レーザ光源４０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内、即ち、基準位置Ｑ（測定部位Ｐ）を含み、ウェーハ１の表裏の面にほぼ直交する平面５０内でシート光Ｌｓを照射する。
【０１５５】
これにより、形状測定装置Ｚ３においては、前記シート光Ｌｓを含む平面５０の両側のうちの一方に前記光照射装置１０におけるＬＥＤ１２の点灯位置が、他方の前記カメラ２０（第１の光検出手段の一例）の配置位置がそれぞれ位置している。
【０１５６】
また、前記レーザ駆動回路４１は、計算機３０”からの制御指令に従って、レーザ光源４０によるシート光Ｌｓの出射又はその停止を制御する。
【０１５７】
そして、前記カメラ２０は、前記ＬＥＤ１２から測定部位Ｐに照射された光の正反射方向の反射光の二次元の輝度分布を検出するもの（第１の光検出手段の一例）であると同時に、前記レーザ光源４０が出射するシート光Ｌｓの測定部位Ｐからの正反射方向以外の方向への反射光の二次元の輝度分布を検出するもの（第２の光検出手段の一例）でもある。
【０１５８】
さらに、形状測定装置Ｚ３が備える計算機３０”は、形状測定装置Ｚ１、Ｚ３が備える計算機３０と同じ処理を実行する機能を備え、さらに、前記レーザ駆動回路４１の制御プログラムを実行する機能と、光切断法による形状演算プログラムを実行する機能とを備えている。なお、レーザ駆動回路４１の制御プログラムや光切断法による形状演算プログラムは、計算機３０”の記憶部に予め記憶されている。
【０１５９】
即ち、計算機３０”は、レーザ駆動回路４１を制御することによってレーザ光源４０から測定部位Ｐにシート光Ｌｓを照射させ、シート光Ｌｓ照射時の測定部位Ｐからの反射光の画像データ（二次元輝度分布データ）をカメラ２０を通じて取り込み、その画像データに基づいて、周知の光切断法の演算により測定部位Ｐの表面形状を算出する機能を備えている（光切断法形状演算手段の一例）。
【０１６０】
図１７は、シート光を照射中の測定部位Ｐ（ａ）、（ｂ）及びその測定部位Ｐのカメラ２０による撮影画像（ｃ）の一例を模式的に表した図である。また、図１７（ａ）は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓが形成する面に垂直な方向から見た図、図１７（ｂ）は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓの照射方向から見た図である。
【０１６１】
シート光Ｌｓは、前述したように測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内にある。このため、測定部位Ｐの表面においてシート光Ｌｓにより描かれる線ＣＬ０は、ちょうど測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に沿う線状となる。また、その線ＣＬ０は、測定部位Ｐをシート光Ｌｓの照射方向から見た場合は図１７（ｂ）に示すようにほぼ直線状となる。
【０１６２】
一方、測定部位Ｐが粗面である（光沢面でない）場合、シート光Ｌｓを照射中の測定部位Ｐをカメラ２０で観測すると、図１７（ｃ）に示すように、シート光Ｌｓの反射光により形成される高輝度部分の像が線状の像ＣＬ１（以下、光切断線の像という）となる。この光切断線の像ＣＬ１のＹ軸方向の座標の分布（Ｘ軸方向における分布）は、測定部位Ｐの厚み方向における表面高さ分布に対応した値となる。
【０１６３】
具体的には、図１７に示すように、測定部位Ｐにおいて、厚み方向の所定の基準となる位置（図１７（ａ）では、ウェーハ１のおもて面と端面（側面）との境界位置）における表面高さを基準とした場合の厚み方向各位置の表面高さをｈ、測定部位Ｐをカメラ２０で撮像して得られた画像における、前記基準となる位置に相当する位置の前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標と各Ｘ座標における前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標との差をｈccd、シート光Ｌｓと測定部位Ｐからカメラ２０に向かう反射光とのなす角度をθx、測定部位Ｐからカメラ２０の撮像素子へ至る経路の光学系の倍率をＭとした場合、次の（４）式が成立する。
ｈ＝ｈccd／｛Ｍ・ｓｉｎ(θx)｝ ・・・（４）
【０１６４】
従って、計算機３０”が、カメラ２０による撮像画像に基づいて前記光切断線の像ＣＬ１のＹ座標の分布（Ｘ軸方向（ウェーハ１の厚み方向）の各位置におけるｈccdの分布）を検出し、検出したＹ座標の値を（４）式に代入して演算することによって測定部位Ｐのエッジプロファイル（厚み方向における表面高さ分布）を算出できる。
【０１６５】
次に、図１８に示すフローチャートを参照しつつ、形状測定装置Ｚ３の測定制御手順について説明する。図１８に示す測定制御手順は計算機３０”が実行するものであり、具体的には、測定部位Ｐの表面の状態を自動判別し、その表面の状態に適した表面形状測定を実行するように制御する手順である。以下、Ｓ２１，Ｓ２２、・・・は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。なお、ウェーハ１の測定部位Ｐが、基準位置Ｑに位置するように配置された状態で、図１８に示す処理が開始されるものとする。
【０１６６】
［ステップＳ２１、Ｓ２２］
まず、計算機３０”は、レーザ光源駆動回路４１を制御することにより、レーザ光源４０から測定部位Ｐにシート光Ｌｓを照射させる（Ｓ２１）。
【０１６７】
さらに、計算機３０”は、シート光Ｌｓの照射中におけるカメラ２０による測定部位Ｐの撮像（シャッターＯＮ）及び撮影画像の記憶を実行する（Ｓ２２）。カメラ２０による撮影画像は、計算機３０”が備えるハードディスクなどの記憶手段に記憶される。
【０１６８】
［ステップＳ２３］
次に、計算機３０”は、レーザ光源４０によりシート光Ｌｓを照射中のカメラ２０の撮影画像（第２の光検出手段による検出輝度に相当）に基づいて、光照射角度変更方式による形状演算結果と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを自動判別する（Ｓ２３、第２の採用判別手段の一例）。ここで、光照射角度変更方式による形状演算結果とは、図１２に示したＬＥＤ１２の点灯制御及び表面角度分布演算（Ｓ１〜Ｓ１１）による測定部位Ｐの表面角度の分布の演算結果のことである。
【０１６９】
具体的には、計算機３０”は、シート光Ｌｓを照射中のカメラ２０の撮影画像に、Ｘ軸方向におけるウェーハ１の厚みに相当する範囲において連続する線状の像（所定輝度以上の画素からなる像）である前記光切断線の像ＣＬ１（図１７参照）が含まれているか否かを判別する。ここで、測定部位Ｐの表面が粗面である場合、シート光Ｌｓが測定部位Ｐで散乱反射し、その反射光がカメラ２０に到達するので、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が表れる。一方、測定部位Ｐの表面が研磨された光沢面（鏡面等）である場合、シート光Ｌｓが測定部位Ｐで正反射し、その反射光はカメラ２０に到達しないので、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が表れない。
【０１７０】
そして、計算機３０”は、カメラ２０の撮影画像に前記光切断線の像ＣＬ１が含まれていると判別した場合には、光切断法に基づく形状演算による測定部位Ｐの表面形状の演算結果を採用すると判別し、そうでなければ前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別する。
【０１７１】
［ステップＳ２４、Ｓ２５］
そして、計算機３０”は、前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別した場合は、図１２に示したＬＥＤ１２の点灯制御及び表面角度分布演算（Ｓ１〜Ｓ１１）を実行することにより、測定部位Ｐの表面角度の分布に基づくエッジプロファイルの算出及び算出結果の記憶等を行い（Ｓ２４）、測定処理を終了させる。
【０１７２】
一方、計算機３０”は、光切断法に基づく形状演算結果を採用すると判別した場合は、ステップＳ２２で撮影した画像（画像データ）に基づいて、光切断法による測定部位Ｐのエッジプロファイルの算出（表面形状演算）及び算出結果の記憶を行い（Ｓ２５）、測定処理を終了させる。このとき、計算機３０”は、必要に応じて、測定部位Ｐのエッジプロファイルをその表示部に表示させる。具体的には、計算機３０”は、測定部位Ｐの厚み方向における表面高さｈの分布（エッジプロファイル）を、前記（４）式に基づいて算出する。
【０１７３】
このように、形状測定装置Ｚ３は、ウェーハ１（薄片試料）の端面が光沢面であっても粗面であってもその表面形状を測定することが可能である。しかも、ユーザが、測定部位Ｐの状態に応じて測定内容や演算内容を切り替える手間を要しない。
【０１７４】
ところで、図１８に示したステップＳ２３の処理は、前記レーザ光源４０による光照射時のカメラ２０による撮影画像（第２の光検出手段による検出輝度に相当）に基づいて、前記光照射角度変更方式による形状演算結果（表面角度分布の演算結果）と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれかを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを判別する例を示した。
【０１７５】
これに対し、計算機３０”（第１の採用判別手段の一例）が、ステップＳ２３において、光照射装置１０（第１の光照射手段の一例）におけるＬＥＤ１２の光を照射時のカメラ２０による撮影画像（検出輝度）に基づいて、前記光照射角度変更方式による形状演算結果（表面角度分布演算手段による測定部位の表面角度の分布の演算結果に相当）と、光切断法に基づく形状演算結果とのいずれを測定部位Ｐの形状評価に採用するかを判別することも考えられる。
【０１７６】
例えば、計算機３０”が、前記光照射装置１０における予め定められた１つ又は複数のＬＥＤ１２を点灯させ、そのときのカメラ２０による撮影画像（第１の光検出手段による検出輝度に基づく画像）に、点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じた数の帯状の像（図８参照）が含まれるか否かを判別し、その判別結果に応じていずれの演算結果を採用するかを判別すること等が考えられる。
【０１７７】
測定部位Ｐが研磨後の鏡面である場合、ＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐにおいて正反射し、その反射光がカメラ２０に到達するため、図８に高輝度部分として示すようなＹ軸方向に伸びる帯状の像が表れる。この帯状の像の数は、測定部位Ｐの概ねの形状が既知であれば、点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じて一意に定まる。
【０１７８】
一方、測定部位Ｐの表面が研磨前の粗面である場合、点灯したＬＥＤ１２の光が測定部位Ｐで散乱反射し、その反射光はカメラ２０に到達しないので、カメラ２０の撮影画像に前記帯状の像が表れない。
【０１７９】
このため、計算機３０”が、カメラ２０の撮影画像に点灯したＬＥＤ１２の位置及び数に応じた数の前記帯状の像が含まれていると判別した場合には、前記光照射角度変更方式による形状演算結果を採用すると判別し、そうでなければ光切断法に基づく形状演算による測定部位Ｐの表面形状の演算結果を採用すると判別することが考えられる。
【０１８０】
前記形状測定装置Ｚ３は、以上に示した処理を実行することによっても、ウェーハ１（薄片試料）の端面の状態に応じて測定内容や演算内容を自動的に切り替えるものとなる。
【０１８１】
また、図１６に示した前記レーザ光源４０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面を含む平面５０内でシート光Ｌｓを照射するよう配置されているが、それ以外の平面内でシート光Ｌｓを照射するよう配置されることも考えられる。但し、シート光Ｌｓが前記平面５０以外の平面内で照射される場合、測定部位Ｐの表面においてシート光Ｌｓにより描かれる線ＣＬ０は、測定部位Ｐにおけるウェーハ１の厚み方向の断面の輪郭（表面形状）に対してずれた線状となる。このため、前記平面５０に対するシート光Ｌｓを含む平面のずれが大きくなるに従って、前記光照射角度変更方式による形状演算結果と、光切断法に基づく形状演算結果との間の誤差が大きくなる。
【０１８２】
また、シート光Ｌｓの反射光の二次元の輝度（画像）を検出するカメラが、ＬＥＤ１の光の反射光の輝度を検出する前記カメラ２０と別個に設けられた例も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、半導体ウェーハ、ハードディスク用のアルミサブストレートやガラスサブストレート等の薄片試料の形状測定装置への利用が可能である。
【符号の説明】
【０１８４】
Ｚ、Ｚ’、Ｚ２、Ｚ３ 形状測定装置
１ ウェーハ
１０ 光照射装置
１１ ＬＥＤ駆動回路
１２ ＬＥＤ
１３ 切り欠き部
２０ カメラ
３０、３０’、３０” 計算機
４０ レーザ光源
４１ レーザ駆動回路
５０ 測定部位におけるウェーハの厚み方向の断面を含む平面
Ｌｓ シート光
ＣＬ０ シート光により描かれる線
ＣＬ１ 光切断線の像
φ 光照射角度
θ 表面角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄片試料の端面の厚み方向断面形状であるエッジプロファイルを測定する形状測定装置であって、
一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射手段と、
所定の位置で前記第１の光照射手段の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を検出する第１の光検出手段と、
前記第１の光照射手段により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出手段を通じて取得する反射光輝度取得手段と、
前記反射光輝度取得手段により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射手段により照射された光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布およびエッジプロファイルを演算する表面角度分布演算手段と、
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記表面角度分布演算手段が、前記第１の光検出手段の光検出範囲における複数の演算対象位置各々について、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づいて前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度を推定する演算を行うことにより、前記演算対象位置各々の表面角度を算出してなる請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第１の光照射手段が、所定の光源を前記一の平面内の複数の位置各々に順次移動させて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する移動型光照射手段である請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第１の光照射手段が、前記一の平面内の複数の位置各々に配置された複数の光源を順次切り替えて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する切替型光照射手段である請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記切替型光照射手段における複数の光源が、前記測定部位の配置位置を中心とする円弧上に配置されてなる請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
薄片試料の端面の厚み方向断面形状であるエッジプロファイルを測定する形状測定方法であって、所定の光照射手段によって一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射工程と、所定の位置で前記第１の光照射工程の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第１の光検出工程と、前記第１の光照射工程により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出工程の実行により取得する反射光輝度取得工程と、前記反射光輝度取得工程により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射工程による光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布およびエッジプロファイルを演算する表面角度分布演算工程と、
を有してなることを特徴とする形状測定方法。
【請求項１】
薄片試料の端面の厚み方向断面形状であるエッジプロファイルを測定する形状測定装置であって、
一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射手段と、
所定の位置で前記第１の光照射手段の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を検出する第１の光検出手段と、
前記第１の光照射手段により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出手段を通じて取得する反射光輝度取得手段と、
前記反射光輝度取得手段により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射手段により照射された光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布およびエッジプロファイルを演算する表面角度分布演算手段と、
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記表面角度分布演算手段が、前記第１の光検出手段の光検出範囲における複数の演算対象位置各々について、前記光の照射角度と前記反射光の輝度との対応関係に基づいて前記反射光の輝度がピークとなるときの前記光の照射角度を推定する演算を行うことにより、前記演算対象位置各々の表面角度を算出してなる請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第１の光照射手段が、所定の光源を前記一の平面内の複数の位置各々に順次移動させて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する移動型光照射手段である請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第１の光照射手段が、前記一の平面内の複数の位置各々に配置された複数の光源を順次切り替えて点灯させることにより、前記測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する切替型光照射手段である請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記切替型光照射手段における複数の光源が、前記測定部位の配置位置を中心とする円弧上に配置されてなる請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
薄片試料の端面の厚み方向断面形状であるエッジプロファイルを測定する形状測定方法であって、所定の光照射手段によって一の平面内の複数の位置各々で光源を点灯させることにより、前記薄片試料の端面であり、鏡面あるいは光沢のある面である測定部位に対して順次異なる照射角度で光を照射する第１の光照射工程と、所定の位置で前記第１の光照射工程の光照射による前記測定部位からの略正反射方向への反射光の一次元若しくは二次元の輝度分布を光検出手段により検出する第１の光検出工程と、前記第１の光照射工程により順次異なる照射角度で光が照射されるごとに前記測定部位からの反射光の輝度分布を前記第１の光検出工程の実行により取得する反射光輝度取得工程と、前記反射光輝度取得工程により取得された前記反射光の輝度分布及び前記第１の光照射工程による光の照射角度に基づいて、前記測定部位の表面角度の分布およびエッジプロファイルを演算する表面角度分布演算工程と、
を有してなることを特徴とする形状測定方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１５４０３８（Ｐ２０１１−１５４０３８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２８９１（Ｐ２０１１−８２８９１）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００６−３０９５２９（Ｐ２００６−３０９５２９）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【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１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００６−３０９５２９（Ｐ２００６−３０９５２９）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]