JP5714627B2

JP5714627B2 - 円筒体検査装置

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Publication number: JP5714627B2
Application number: JP2013039405A
Authority: JP
Inventors: 豊三郎滝本; 山口　篤志; 篤志山口
Original assignee: Shin Nippon Koki KK
Current assignee: Shin Nippon Koki KK
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP2014167429A

Description

本発明は、円筒状の被検査物、特に半導体インゴットの欠陥を検査する、円筒体検査装置に関する。

半導体素子の材料として広く用いられるシリコンウェーハは、単結晶のシリコンインゴットから切り出される。シリコンインゴットの模式図を図９に示す。チョクラルスキー法（ＣＺ法）によれば、溶解したシリコンが格納された坩堝において、種結晶により直径数ミリのネック部を形成した後、そのネック部を保持し静かに回転させながら引き上げることで、単結晶である円柱状のシリコンインゴットが生成される（図９参照）。坩堝から引き上げられたまま（アズ・グローン）の状態のシリコンインゴットは、図９に示すように、円筒部Ｓの両端に円錐部Ｃが形成された形状となっている。シリコンウェーハに加工されるのは、通常円筒部Ｓのみである。

このシリコンインゴットの製造過程において、シリコンインゴットに結晶欠陥が生じる場合がある。このシリコンインゴットＩの結晶欠陥は、多くの場合、図９に示すように、シリコンインゴットＩの外表面に螺旋状に走る傷Ｆとして現れる。この傷Ｆは、図９に示すように、円周方向に対して約４５度傾いた螺旋状となるのが典型的であるが、約３０〜６０度傾いて現れる場合もある。

もしも、インゴットのうち結晶欠陥を有する部分がウェーハに加工され、その後の検査において不良として廃棄されるのであれば、インゴットからウェーハに加工する工程が全て無駄になる。そこで、従来から、インゴットから結晶欠陥を有する部分を予め切除して、健全な部分のみをウェーハの加工に供してきた。すなわち、図９に示す健全領域が、中心軸に垂直な断面で切断され、この部分だけが後工程に送られウェーハに加工されてきた。このようにして、結晶欠陥を有するインゴットからも良品のウェーハを切り出すことが可能となり、歩留りを高めていた。

インゴットのうち結晶欠陥を有する不良領域は、検査員がその円筒状の外表面を目視することにより、範囲が決定されていた。そのため、検査員が結晶欠陥を見落とした場合、結晶欠陥を有する部分がウェーハに加工されることとなり、その工程が全て無駄となる。その一方で、検査員が結晶欠陥の範囲を、余裕をもって大きめに決定すると、健全な部分の範囲が小さくなり、歩留りが悪くなるという問題があった。

検査の目視によらないインゴットの検査装置として、インゴットに光を照射して散乱光または透過光を検出することにより、インゴット内部の欠陥を検査する検査装置が知られている（特許文献１，２参照）。しかし、特許文献１，２に記載の検査装置は、インゴットの内部の欠陥の有無を検出するのみに留まる。そのため、欠陥が検出された場合、そのインゴットは全部廃棄することになり、インゴットの中から健全な部分を取り出すことができず、歩留まりが非常に低くなる。

そこで、歩留まりを低下させることなく、欠陥を有するインゴットにおいても、健全な部分を確実に検出することが可能な、半導体インゴットの検査装置が求められていた。

特開２０１２−９３３３１号公報特開２００４−２７９３５３号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、インゴットのような円筒状の被検査物について、その外表面を検査して、欠陥の無い健全な部分を確実に検出することが可能な円筒体検査装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、円筒状の被検査物をその中心軸周りに回転させる回転手段と、回転する前記被検査物の外表面に光を照射する照射部と、前記外表面から反射する反射光を受光して受光信号を発する受光部と、前記受光部の前記受光信号に基づき、前記外表面を、中心軸方向と円周方向とを二つの座標軸とする、画素に分割された二次元画像として表現し、前記二次元画像を前記中心軸方向及び前記円周方向に複数の画像要素に分割して取得する画像処理手段と、前記二次元画像の前記画像要素を前記円周方向の二つの直線で区画した矩形領域であって、欠陥を全く含まない健全領域と、該矩形領域であって欠陥を含む不良領域とに区分する区分手段と、前記画像要素ごとに前記健全領域と前記不良領域との境界の、前記画像要素の原点からの前記中心軸方向の座標値を出力する出力手段とを備えることを特徴とする円筒体検査装置である。

請求項１に記載の発明によれば、円筒状の被検査物において、欠陥を含まない健全領域と欠陥を含む不良領域との境界を確実に得ることができ、この境界を切断することにより、健全領域を確実に取り出すことが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、前記画像処理手段が、前記欠陥が線分として表示された欠陥線分を前記二次元画像上に生成し、前記区分手段が、前記各画像要素において、前記円周方向に並ぶ画素列であって、少なくともその一部に前記欠陥線分を含む画素列を有欠陥画素列と判定し、前記中心軸方向に連続する前記有欠陥画素列を前記不良領域と判定することを特徴とする請求項１に記載の円筒体検査装置である。

請求項２に記載の発明によれば、欠陥を線分として表現することにより、確実に不良領域を判定することが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、前記画像処理手段が、前記欠陥が線分として表示された欠陥線分を前記二次元画像上に生成し、前記区分手段が、前記各画像要素において、前記欠陥線分を前記中心軸方向の座標軸に投影してなる欠陥線分領域を生成するとともに、重複する前記欠陥線分領域同士を繋げた領域を前記不良領域と判定することを特徴とする請求項１に記載の円筒体検査装置である。

請求項３に記載の発明によれば、線分として表現された欠陥を中心軸方向の座標軸に投影することにより、少ない演算量で確実かつ容易に不良領域を判定することが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、前記照射部が、前記中心軸方向に延びる線状のレーザー光を前記外表面に照射し、前記受光部が、前記線状のレーザー光の反射光を受光するラインセンサーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置である。

請求項４に記載の発明によれば、レーザー光源およびラインセンサーを用いることにより、低コストに構成することが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、前記照射部および前記受光部が前記中心軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項４に記載の円筒体検査装置である。

請求項５に記載の発明によれば、照射部の照射範囲より円筒体が長尺である場合でも検査することが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項６に記載の発明は、前記被検査物を前記回転手段に搭載する搭載装置をさらに備え、前記搭載装置は、前記被検査物を直径方向に把持するとともに、前記被検査物の直径を測定する把持機構を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置である。

請求項６に記載の発明によれば、被検査物を回転手段に搭載することが可能となるとともに、径の寸法の品質基準を満足しない被検査物の検査を省くことが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

請求項７に記載の発明は、前記被検査物の前記中心軸方向の長さを検出する長さ検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置である。

請求項７に記載の発明によれば、長さ寸法の品質基準を満足しない被検査物の検査を省くことが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

本発明によれば、円筒状の被検査物において、欠陥を含まない健全領域と欠陥を含む不良領域との境界を確実に得ることができ、この境界を切断することにより、健全領域を確実に取り出すことが可能な円筒体検査装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る円筒体検査装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る円筒体検査装置を示す側面図である。本発明の実施形態に係る円筒体検査装置による画像の取得方法を説明する説明図であり、（ａ）は画像要素を取得する際の円筒体検査装置の動作を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の動作により取得された画像要素の例を示す平面図である。本発明の実施形態に係る円筒体検査装置により取得される二次元画像を示す図であり（ａ）は、分割された画像要素を説明する斜視図であり、（ｂ）は、全体画像における画像要素の配置を説明する平面図である。本発明の実施形態に係る円筒体検査装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る円筒体検査装置を用いて取得された二次元画像に基づき健全領域と不良領域とを区分する方法の一例を示す模式図である。二次元画像上の欠陥線分を中心軸方向の座標軸に投影した欠陥線分領域に基づき、健全領域と不良領域とを区分する方法を示すフローチャートである。図７に示すフローのうち、欠陥線分領域を統合するサブルーチンを示すフローチャートである。半導体インゴットの外表面に螺旋状の傷として現れる結晶欠陥を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

（円筒体検査装置の構成）
本発明に係る円筒体検査装置の実施形態の構成について、図１，２に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る円筒体検査装置を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係る円筒体検査装置を示す側面図である。

本実施形態に係る円筒体検査装置１００は、回転手段１０、照射部２０、受光部３０、軸方向移動装置４０、搭載装置５０およびコントローラー６０を主たる構成要素とする。本実施形態において円筒体検査装置１００は、図１に示すようにセットされたインゴットＩの外表面の形状変化を画像化した二次元画像を、分割して取得し、取得された二次元画像について画像処理を施すことにより、インゴットＩの健全領域と不良領域との境界位置を出力するよう、構成されている。

回転手段１０は、インゴットＩを、その中心軸を周りに回転させるよう構成されている。回転手段１０は、インゴットＩが載置されるローラー１１と、ローラー１１を回転駆動する回転駆動部１２とを備える。回転駆動部１２がローラー１１を回転することにより、インゴットＩがその中心軸周りに回転する。インゴットＩが回転するあいだ、後述の受光部３０が、円周方向に沿ってインゴットＩの円筒部Ｓの外表面の二次元画像を取得する。本実施形態では、インゴットＩの円筒部Ｓの外表面の二次元画像を円周方向に分割して取得するべく、所定の角度ピッチで回転するよう構成されている。そして所定の角度ピッチでの回転を繰り返すことにより、円周方向について一周分カバーできるよう構成されている。なお、本実施形態では円周方向に四分割され、９０度ピッチで回転するよう構成されている。詳細は後述する。

回転手段１０にエアシリンダーなどを設けることによって、インゴットＩを支持することが可能である。

照射部２０は、インゴットＩの円筒部Ｓの外表面にレーザー光Ｂを照射するよう構成されている。照射部２０が照射するレーザー光Ｂは、インゴットＩの中心軸方向に、ライン状に走査するレーザー光である。このレーザー光Ｂは、レーザー光源からのスポット光を、高速回転しているポリゴンミラーに反射させることにより、ライン状に走査するレーザー光として、インゴットＩに向けて照射される。

受光部３０は、照射部２０から照射されたレーザー光ＢがインゴットＩの円筒部Ｓの外表面に当たり、そこから反射する反射光Ｒを受光するよう構成されており、本実施形態ではライン状の光ファイバーと光量検出器からなるラインセンサーで構成される。受光部３０は受光量に応じた受光信号を発し、後述のコントローラー６０に送る。受光部３０は、インゴットＩの円筒部Ｓの外表面において中心軸方向に延びる一次元の領域Ｗ（図３（ａ）参照）から反射する反射光Ｒを、受光可能に構成されている。なお、照射部２０および受光部３０は、後述の軸方向移動装置４０により、インゴットＩの中心軸方向に移動可能に構成されている。

受光部３０で受光した光は画素（ピクセル）の集合体であるデジタル画像として記録される。インゴットＩの円筒部Ｓの外表面全体の二次元画像は、複数の画像要素に分割して記録される。

軸方向移動装置４０は、照射部２０および受光部３０を、インゴットＩの中心軸方向に移動させるよう構成されている。具体的には、軸方向移動装置４０は、軸方向移動体４１とレール４２とから構成されており、軸方向移動体４１は、インゴットＩの中心軸方向に延びるレール４２の上を移動可能に構成されている。軸方向移動体４１には、照射部２０および受光部３０が設置されている。軸方向移動体４１は、所定のピッチ毎の移動を繰り返すよう制御される。移動のピッチは、受光部３０が受光可能な一次元の領域Ｗの長さによって決まる。このような移動方法により、インゴットＩの円筒部Ｓの全長について漏れなく二次元画像を取得することができる。

なお、照射部２０および受光部３０が設置されている軸方向移動体４１には、照射部２０および受光部３０の向きを調整可能な調整機構を設けることが好適である。照射部２０および受光部３０の向きは、検査対象のインゴットＩの円筒部Ｓの形状に応じて調整する。インゴットＩの円筒部Ｓは、必ずしも完全な円筒体ではなく、若干テーバーしている場合があるが、このような場合でも確実に受光部３０が反射光Ｒを受光できるようにするためである。

搭載装置５０は、インゴットＩを把持するとともに、インゴットＩを回転手段１０に載置可能に構成されている。具体的には、搭載装置５０は、把持爪５１ａおよび爪駆動部５１ｂを有する把持機構５１、把持機構５１を回転手段１０の回転軸に垂直に水平面内で移動させる把持部並進機構５２、および把持機構５１全体を回転手段１０の回転軸に平行な軸周りに回転させる把持部回転機構５３を備えている。搭載装置５０は、回転手段１０の回転軸から離隔して搬送されているインゴットＩを把持し、回転手段１０の上に搭載するのに好適となるよう構成されている。

把持機構５１の把持爪５１ａはインゴットＩを径方向に上下に挟むことにより、インゴットＩを把持する。爪駆動部５１ｂは、上下の把持爪５１ａの間隔を狭めるよう把持爪５１ａを駆動する。回転手段１０の回転軸から離隔して搬送されているインゴットＩを把持機構５１が把持した後、把持部並進機構５２が把持機構５１をそのままの姿勢で回転手段１０に接近させるよう作動する。そして把持機構５１が回転手段１０に十分接近した後、把持部回転機構５３が把持機構５１全体を１８０度回転させることにより、回転手段１０の図１に示す位置に、インゴットＩを載置する。

なお、搭載装置５０の把持機構５１は、インゴットＩを把持することにより、インゴットＩの径を測定可能に構成されている。そしてインゴットＩの径が規定の範囲にない場合、インゴットＩの欠陥の検査を省略する場合がある。

また、搭載装置５０によりインゴットＩの長さを測定するよう構成することも可能である。これは、インゴットＩの中心軸方向に離間した複数の近接センサーを、長さ検出手段として設けることにより可能となる。すなわち、離間した二つの近接センサーのいずれもがインゴットＩの近接を検知した場合、そのインゴットＩは、二つの近接センサー間の距離以上の長さを有することを示し、いずれか一方だけがインゴットＩの近接を検知した場合、そのインゴットＩは、二つの近接センサー間の距離より短いことを示すことになる。また、三つ以上の近接センサーを用いれば、より細かく長さを測定することも可能である。そしてインゴットＩの長さが規定の範囲にない場合、インゴットＩの欠陥の検査を省略する場合がある。

なお、インゴットＩを回転手段１０に搭載する搭載装置５０は、円筒体検査装置１００に必須の装置ではなく、搭載装置５０に代えて、人力でインゴットＩを回転手段１０に搭載するよう構成することも勿論可能である。

コントローラー６０は、円筒体検査装置１００全体の制御をつかさどる。そして、受光部３０からの受光信号に基づきデジタル画像を生成し、その画像に関して欠陥を鮮明化する画像処理を行う。そして画像に基づき健全領域および不良領域を判定し、健全領域と不良領域との境界を出力する。この出力は、ディスプレイへの表示や、紙への印刷、フラッシュメモリへの格納、ネットワークを介した他の計算機への出力など、任意の媒体で可能である。

次に、本実施形態に係る円筒体検査装置１００により取得される画像について、図３，４に基づき説明する。図３は、本実施形態に係る円筒体検査装置による画像の取得方法を説明する説明図であり、（ａ）は画像要素を取得する際の円筒体検査装置の動作を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の動作により取得された画像要素の例を示す平面図である。図４は、円筒体検査装置により取得される二次元画像を示す図であり（ａ）は、分割された画像要素を説明する斜視図であり、（ｂ）は、全体画像における画像要素の配置を説明する平面図である。

インゴットＩが回転手段１０に載置された後、所定の角度インゴットＩを回転させながら、照射部２０がインゴットＩの円筒部Ｓの外表面に向けて、インゴットＩの中心軸方向に所定の長さを有する線状のレーザー光Ｂを照射し、照射された領域Ｗからの反射光Ｒを受光部３０が受光する（図３（ａ）参照）。これにより、インゴットＩの外表面の凹凸が明暗として画像化されたデジタルの画像要素ｇが得られる（図３（ｂ）参照）。なお、図３（ｂ）に示す画像要素ｇの横幅は領域Ｗの長さであり、縦高さは、インゴットＩが所定の角度回転することにより移動する周長である。インゴットＩの結晶欠陥は、外表面の微小な凹凸として現れるため、画像要素ｇにおいて結晶欠陥は、明部または暗部が線状に延びてなる欠陥線分Ｆとして現れる。なお、画像要素ｇは、円筒形の外表面を平面に展開したものであり、外表面の螺旋状の欠陥は、画像要素ｇにおいては一定角度（例えば４５度）傾いた線分として現れる。本実施形態では、画像要素ｇごとに画像処理がなされ、画像要素ｇの中に存在する欠陥が認識される。

インゴットＩの円筒部Ｓの外表面の二次元画像は、図４（ａ）に示すとおり、複数の画像要素ｇに分割して取得される。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、円周方向に４分割、中心軸方向に７分割されており、インゴットＩの円筒部Ｓの外表面は、合計２８個の画像要素ｇ１１，・・・，ｇ７４に分割される。なお、画像要素ｇに付された番号は、原点Ｏから円周方向に沿ってｇ１１，ｇ１２，・・・，ｇ１４のように採番し、原点Ｏから中心軸方向に沿ってｇ１１，ｇ２１，・・・，ｇ７１のように採番している。

図４（ｂ）は、画像要素ｇ１１，・・・，ｇ７４から、インゴットＩの円筒部Ｓの外表面全体を表す全体画像Ｇを構成したものを示す。取得したすべての画像要素ｇを並べることにより外表面全体が全体画像Ｇとして表現される。図４（ｂ）においては、画像要素ｇを隙間なく並べて全体画像Ｇを構成しているが、画像要素ｇ同士が互いに重複する部分を有するように取得し、全体画像Ｇを構成することも可能である。

なお、本実施形態においては、円周方向に４分割、中心軸方向に７分割の、合計２８個の画像要素に分割したが、分割数は任意に設定することができる。例えば円周方向には分割せず、３６０度分の画像を取得することも可能である。また中心軸方向の分割数については、レーザー光Ｂが照射される領域Ｗの長さを長く設定することにより、分割数を少なくすることが可能となる。

（処理のフロー）
次に、本実施形態に係る円筒体検査装置が行う処理の手順について、図５に基づき説明する。図５は、円筒体検査装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。なお、図５に示すフローチャートは、搭載装置５０がインゴットＩを把持した状態からスタートする。

ステップＳ１１では、インゴットＩの径が測定される。インゴットＩの径の測定は、前述のとおり、把持機構５１の把持爪５１ａがインゴットＩを径方向に挟むことにより行われる。測定された径が所定の範囲内にあれば次のステップＳ１２に進み、径が所定の範囲内になければ、そのインゴットＩは寸法不良と判定され、欠陥を検査することなくそのまま終了する。

ステップＳ１２では、インゴットＩの長さが測定される。インゴットＩの長さは、前述のとおり、円筒体検査装置１００に長さ検出手段として設けられた、複数の近接センサーにより測定される。測定された長さが所定の範囲内にあれば次のステップＳ１３に進み、径が所定の範囲内になければ、そのインゴットＩは寸法不良と判定され、欠陥を検査することなくそのまま終了する。なお、インゴットＩの長さが所定の範囲内にあれば、インゴットＩを支持することができるが、所定の範囲内になければ、インゴットＩを回転手段１０にセットすることができない。

ステップＳ１３では、把持したインゴットＩを回転手段１０の上に搭載する。インゴットＩを搭載するには、搭載装置５０の把持部並進機構５２の作動により先ず回転手段１０に接近し、次に把持部回転機構５３の作動により、図１に示す位置から把持爪５１ａが１８０度回転して、インゴットＩを回転手段１０の上に載置する。そしてインゴットＩを回転手段１０の上に載置した後、把持機構５１は元の位置に戻る。

ステップＳ１４では、インゴットＩの原点Ｏを設定する。原点Ｏは予めインゴットＩに基準位置をマーキングすることによって付与される。本実施形態では、中心軸方向においてはインゴットＩの円錐部Ｃと円筒部Ｓとの接続部分であって、円周方向においては任意の位置を、原点Ｏとして設定する。

ステップＳ１５では、軸方向移動装置４０の位置を初期化する。具体的には、レーザー光Ｂが照射される領域Ｗの一端Ｗ１（図３（ａ）参照）が、原点Ｏを通る円周Ｖ１（図４（ａ）参照）上に位置するよう、軸方向移動体４１をインゴットＩの中心軸方向に移動させる。これにより、円周Ｖ１側から順に画像要素を取得することが可能となる。

ステップＳ１６では、周方向の位置を初期化する。具体的には、原点Ｏを通り中心軸と平行な直線Ｈ（図４（ａ）参照）の領域から反射される反射光Ｒが受光部３０に受光されるよう（すなわち、図３（ａ）の領域Ｗが、図４（ａ）の直線Ｈに乗るよう）、回転手段１０を回転させる。これにより、直線Ｈ側から順に画像要素を取得することが可能となる。なお、前述のとおり円周方向においては任意の位置を原点Ｏとして設定できるため、本実施形態においては、インゴットＩが搭載されて受光部３０が受光する反射光を発する直線状の領域を直線Ｈとして規定し、直線Ｈと円周Ｖとの交点を原点Ｏとして規定している。

ステップＳ１７では、周方向の位置を初期化してからインゴットＩが一回転したかを判定する。すなわち、一回転の判定は、回転駆動部１２の回転数を検出するエンコーダーの値が、インゴットＩの径とローラー１１の径から割り出した一回転に対応する値に達したときに行われる。インゴットＩが一回転したと判定されない場合はステップＳ１８に進み、一回転したと判定される場合はステップＳ２０に進む。

ステップＳ１８では、回転手段１０を用いて所定の角度インゴットＩを回転させながら反射光Ｒを受光部３０で受光して、画像要素ｇを取得する。次にステップＳ１９で、得られた画像要素ｇから、その画像要素ｇに対応するインゴットＩの範囲における健全領域および不良領域を判定し、そして健全領域と不良領域との境界を検出する。健全領域および不良領域の判定の方法については後述する。なお、健全領域および不良領域を判定する前に、取得された画像要素ｇに現れる欠陥線分Ｆを明瞭化するような画像処理が適宜に行われる。健全領域および不良領域の判定、およびそれに先立つ画像処理は、コントローラー６０により行われる。

そして再度ステップＳ１７の判定に進む。このステップＳ１７〜Ｓ１９のループにより、所定の中心軸方向位置における一周分の画像要素を取得し、取得された画像要素に対応するインゴットＩの範囲における、健全領域と不良領域との境界が出力される。本実施形態では、図４に示すように、ステップＳ１７〜Ｓ１９のループを、９０°刻みで４回繰り返す。なお、このステップＳ１７〜Ｓ１９のループは、途中でインゴットＩの回転を止めることなく３６０°回転させ、９０°回転する毎に取得された画像要素を記憶手段に記憶させ、画像処理および境界検出の演算を並列で行うよう構成することも可能である。

ステップＳ２０では、照射部２０および受光部３０が、インゴットＩの中心軸方向の終端に到達したかを判定する。すなわち、レーザー光Ｂが照射される領域Ｗの他端Ｗ２（図３（ａ）参照）が、インゴットＩの円筒部Ｓの終端の円周Ｖ２（図４（ａ）参照）に到達したかを判定する。中心軸方向の終端に到達したと判定されない場合はステップＳ２１に進み、到達したと判定される場合はステップＳ２２に進む。

ステップＳ２１では、軸方向移動体４１を、中心軸方向に所定の距離移動させる。なお、この移動距離はレーザー光Ｂが照射される領域Ｗの長さ以下の距離に設定される。これにより、インゴットＩの円筒部Ｓが中心軸方向に隙間なく取得され、円筒部Ｓ全体が複数の画像要素ｇによりカバーされる。ステップＳ２１が終了した後は、ステップＳ１６に戻る。

ステップＳ２２では、ステップＳ１６〜Ｓ２１のループを繰り返すことで得られた各画像要素における、健全領域と不良領域との境界の検出結果を統合し、インゴットＩの円筒部Ｓ全体における、健全領域と不良領域との境界を出力する。すなわち本実施形態では、図４に示すように、ステップＳ１６からＳ２０のループを７回繰り返し、合計２８個の画像要素ｇ毎に得られた、健全領域と不良領域との境界が、ステップＳ２２において統合される。そしてステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、搭載装置５０を用いてインゴットＩを回転手段１０から降ろす。こうして全ての処理が終了することになる。なお、この処理の流れも、コントローラー６０により制御される。

（健全領域と不良領域との境界の判定）
次に、取得された画像要素ｇから、健全領域および不良領域を判定する方法について、図６〜８に基づき説明する。図６は、取得された画像要素ｇに基づき健全領域と不良領域とを区分する方法の一例を示す模式図である。図７，８は、取得された画像要素ｇに基づき健全領域と不良領域とを区分する方法の他の例を説明するフローチャートである。

図６には、画像要素ｇが示されており、画像要素ｇはインゴットＩの円筒部Ｓの一部を平面に展開したデジタルの画像である。そして、その横軸はインゴットＩの中心軸方向を示し、縦軸がインゴットＩの円周方向を示す。画像要素ｇには、一定角度（例えば４５度）方向に延びる欠陥線分Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が現れている。なお、画像要素ｇの範囲は、画像要素ｇ毎に定義される原点ｏから、横軸方向にＸｒまで、縦軸方向にＹｒまで広がる。

画像要素ｇに基づいて、健全領域および不良領域を判定する方法は以下の通りである。すなわち、ある中心軸座標位置における円周方向に並ぶ画素列について、その画素列が欠陥線分Ｆのいずれか一つにでも交わることがあれば、その中心軸座標位置における円周方向に並ぶ画素列は、「有欠陥画素列」と判定される。そして有欠陥画素列が中心軸方向に連続して並べば、それは不良領域となる。これに対して、欠陥線分Ｆのいずれにも交わることがない画素列は、「無欠陥画素列」であり、無欠陥画素列が中心軸方向に連続して並べば、それは健全領域となる。上記の判定を、中心軸方向に並ぶ全ての画素列について繰り返すことにより、健全領域と不良領域との区分がなされる。健全領域および不良領域は、画像要素ｇにおいては縦軸長さを一辺とする矩形の領域であらわれる。図６においては、画像要素ｇは、二つの健全領域と二つの不良領域に区分されている。そして、健全領域と不良領域との境界の中心軸方向（ｘ）座標値が決定される。図６においては、中心軸方向の座標値ｘ１，ｘ２，ｘ３が境界の位置として出力される。コントローラー６０がこの座標値を出力することによって、後工程においてインゴットＩの切断すべき位置が認識される。

なお、実際の健全領域と不良領域との境界位置を出力することに代えて、不良領域の範囲を実際より広く設定して境界位置を出力することも可能である。また、適宜な閾値を設け、その閾値より短い区間の健全領域は不良領域とみなすよう構成することも可能である。こうすることにより、非常に範囲の狭い健全領域、すなわち非常に高さの低い短円柱状の健全部分が、細切れに切り出されることが防止できる。

取得された画像要素ｇに基づき健全領域と不良領域とを区分する方法の他の例について、図７および図８に基づき説明する。図７は、二次元画像上の欠陥線分を中心軸方向の座標軸に投影した欠陥線分領域に基づき、健全領域と不良領域とを区分する方法を示すフローチャートであり、図８は、図７に示すフローのうち、欠陥線分領域を統合するサブルーチンを示すフローチャートである。図７および図８のフローチャートで表される方法は、一つの領域に複数の欠陥線分が重複して存在する場合に、これらを一つに統合して設定する方法を含む。

取得された画像要素ｇから、画像処理により、Ｐ本の欠陥線分Ｆが検出されたとする。各欠陥線分Ｆの始点および終点のｘ座標のみを考慮して健全領域と不良領域とを決定する。図７のフローチャートは、上述のＰ本の欠陥線分Ｆが得られた状態からスタートする。なお、ｘ座標のみを考慮した欠陥線分Ｆ、すなわち欠陥線分Ｆをｘ軸に投影した領域を、以下において欠陥線分領域Ｌと称する。

ステップＳ１０１では、欠陥線分Ｆが存在するか否か、具体的にはＰ≠０であるか否かを判定する。欠陥線分Ｆが存在する場合、すなわちＰ≠０の場合、ステップＳ１０２に進む。欠陥線分Ｆが存在しない場合、すなわちＰ＝０の場合はステップＳ１０９に進み、全領域を健全領域と設定して終了する。

ステップＳ１０２では、Ｐ本の欠陥線分Ｆを始点座標の昇順に並べ、各欠陥線分を、Ｆ１，Ｆ２，・・・，Ｆｉ，・・・，ＦＰとナンバリングする。そしてステップＳ１０３に進む。なお、ｉ番目の欠陥線分Ｆｉの始点のｘ座標をＸｉｓとし、終点のｘ座標をＸｉｅとすると、欠陥線分領域Ｌｉの始点座標がＸｉｓ、終点座標がＸｉｅとなる。

ステップ１０３では、欠陥線分Ｆ１の始点のｘ座標Ｘ１ｓが、原点ｏの位置に不一致か否かを判定する。不一致であればステップＳ１０４に進み、不一致でなければステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４では、原点ｏから欠陥線分Ｆ１の始点座標Ｘ１ｓまでを健全領域として設定する。この領域には欠陥線分Ｆが全く存在しないため、健全領域として確定されるからである。次にステップＳ１０５に進む。なお、原点ｏからＸ１ｓまでの距離が、前述の、短い区間の健全領域を不良領域とみなすための閾値より短い場合も、健全領域を設定することなく、次のステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、まず欠陥線分領域Ｌ１を基準領域に設定する。基準領域とその他の欠陥線分領域Ｌｉとを比較することにより、重複する欠陥線分領域同士を統合して不良領域を確定し、健全領域と不良領域とを区分するためである。なお、基準領域は、始点座標Ｘｓと終点座標Ｘｅで規定される。次にステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、欠陥線分領域統合サブルーチンを、ｊ＝２〜Ｐのループで繰り返す。ステップＳ１０６の欠陥線分領域統合サブルーチンは、基準領域と検査領域（欠陥線分領域Ｌ）とを比較し、領域の重なりを検出して不良領域として統合していくサブルーチンである。

次に、ステップＳ１０６の欠陥線分領域統合サブルーチンの詳細について、図８に基づき説明する。欠陥線分領域統合サブルーチンがスタートすると、ｊ番目の欠陥線分領域Ｌｊが検査領域とされ、ステップＳ１１１において、検査領域が基準領域に包含されているか否かが判定される。具体的には、検査領域の終点Ｘｊｅと基準領域の終点Ｘｅが比較され、Ｘｊｅ≦Ｘｅの場合、模式図Ｍ１に示すように、検査領域が基準領域に包含されると判定され、サブルーチンが終了する。そうでない場合、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２では、検査領域が基準領域に部分的に重複しているか否かが判定される。具体的には、検査領域の始点Ｘｊｓと基準領域の終点Ｘｅが比較され、Ｘｊｓ≦Ｘｅの場合、模式図Ｍ２に示すように、検査領域が基準領域に部分的に重複していると判定され、ステップＳ１１３に進む。そうでない場合、模式図Ｍ３に示すように、検査領域が基準領域から分離していると判定され、ステップＳ１１４に進む。

なお、基準領域および検査領域は、いずれも一次元の領域であり一本の軸上に存在することになるが、図８の模式図Ｍ１〜Ｍ３では、位置関係を明示するため、模式的に基準領域と検査領域とを上下に分離して描いている。

ステップＳ１１３では、基準領域に検査領域が統合されて、基準領域が延長される。具体的には、基準領域の終点Ｘｅに検査領域の終点Ｘｊｅが代入される。そしてこのサブルーチンが終了する。

ステップＳ１１４では、検査領域が基準領域から分離しているため、基準領域の終点Ｘｅから検査領域の始点Ｘｊｓまでを健全領域として設定する。ただし、ＸｅからＸｊｓまでの距離が、前述の、短い区間の健全領域を不良領域とみなすための閾値より短い場合は、健全領域として設定しない。そしてステップＳ１１５に進み、検査領域をあらたに基準領域として設定し（すなわち、ＸｓにＸｊｓが代入され、ＸｅにＸｊｅが代入される）、サブルーチンが終了する。

なお、ステップＳ１１３，Ｓ１１５で設定された基準領域は、次の回の欠陥線分領域統合サブルーチンにおいて、次の検査領域（ｊ＋１番目の欠陥線分領域Ｌ）と比較され、領域の重なりが検出されて統合されていく。

図７のステップＳ１０６のループが終了すると、最後の欠陥線分領域（Ｘｓ〜Ｘｅ）が確定している。次にステップＳ１０７に進む。

ステップ１０７では、最後の欠陥線分領域の終点座標Ｘｅが、画像要素ｇのｘ座標の終端Ｘｒに不一致か否かを判定する。不一致であればステップＳ１０８に進み、不一致でなければ終了する。ステップＳ１０８では、最後の欠陥線分領域の終点座標Ｘｅから画像要素ｇのｘ座標の終端Ｘｒまでを健全領域として設定する。なお、ＸｅからＸｒまでの距離が、前述の、短い区間の健全領域を不良領域とみなすための閾値より短い場合も、健全領域を設定することなく、終了する。

このように、全領域の健全領域が確定し、全領域から確定した健全領域を除くことにより、不良領域が確定する。そして健全領域と不良領域との境界を出力することが可能となる。

なお、上述の実施形態では、画像要素ｇごとに健全領域と不良領域との境界を出力する構成について説明したが、個々の画像要素を統合してインゴットＩの円筒部Ｓの外表面全体の全体画像Ｇを構成してから、健全領域と不良領域との境界を出力することも、もちろん可能である。

１００円筒体検査装置
１０回転手段
２０照射部
３０受光部
５０搭載装置
５１把持機構
６０コントローラー
Ｂレーザー光
Ｒ反射光
Ｇ全体画像
ｇ画像要素
Ｆ欠陥線分
Ｌ欠陥線分領域

Claims

円筒状の被検査物をその中心軸周りに回転させる回転手段と、
回転する前記被検査物の外表面に光を照射する照射部と、
前記外表面から反射する反射光を受光して受光信号を発する受光部と、
前記受光部の前記受光信号に基づき、前記外表面を、中心軸方向と円周方向とを二つの座標軸とする、画素に分割された二次元画像として表現し、前記二次元画像を前記中心軸方向及び前記円周方向に複数の画像要素に分割して取得する画像処理手段と、
前記二次元画像の前記各画像要素を前記円周方向の二つの直線で区画した矩形領域であって、欠陥を全く含まない健全領域と、該矩形領域であって欠陥を含む不良領域とに区分する区分手段と、
前記画像要素ごとに前記健全領域と前記不良領域との境界の、前記画像要素の原点からの前記中心軸方向の座標値を出力する出力手段とを備える
ことを特徴とする円筒体検査装置。
前記画像処理手段が、前記欠陥が線分として表示された欠陥線分を前記二次元画像上に生成し、
前記区分手段が、前記各画像要素において、
前記円周方向に並ぶ画素列であって、少なくともその一部に前記欠陥線分を含む画素列を有欠陥画素列と判定し、
前記中心軸方向に連続する前記有欠陥画素列を前記不良領域と判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の円筒体検査装置。
前記画像処理手段が、前記欠陥が線分として表示された欠陥線分を前記二次元画像上に生成し、
前記区分手段が、前記各画像要素において、
前記欠陥線分を前記中心軸方向の座標軸に投影してなる欠陥線分領域を生成するとともに、
重複する前記欠陥線分領域同士を繋げた領域を前記不良領域と判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の円筒体検査装置。
前記照射部が、前記中心軸方向に延びる線状のレーザー光を前記外表面に照射し、
前記受光部が、前記線状のレーザー光の反射光を受光するラインセンサーである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置。
前記照射部および前記受光部が前記中心軸方向に移動可動である
ことを特徴とする請求項４に記載の円筒体検査装置。
前記被検査物を前記回転手段に搭載する搭載装置をさらに備え、
前記搭載装置は、前記被検査物を直径方向に把持するとともに、前記被検査物の直径を測定する把持機構を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置。
前記被検査物の前記中心軸方向の長さを検出する長さ検出手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒体検査装置。