JP5777570B2 - 画像処理方法、画像表示方法、画像処理装置、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置において撮像された基板の画像の濃淡情報を変換する画像処理方法、画像表示方法、画像処理装置、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィー工程では、ウェハ上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などの一連の処理が順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。これらの一連の処理は、ウェハを処理する各種処理部やウェハを搬送する搬送機構などを搭載した基板処理システムである塗布現像処理システムで行われている。

塗布現像処理システムにおいて一連のフォトリソグラフィー処理が行われたウェハは、欠陥検査装置によってウェハ表面に所望のレジスト膜が形成されているか否か、あるいは、傷や異物の付着の有無について検査を行う、いわゆるマクロ欠陥検査が行われる。

このようなマクロ欠陥検査では、ウェハを載置している載置台を移動させながら当該載置台上のウェハに照明を照らし、例えばＣＣＤラインセンサの撮像装置によりウェハの表面を撮像する。そして、当該撮像された画像に基づいて基板表面の欠陥の有無を判定するようにしている。この際、撮像された画像の輝度（画素値）が明るすぎたり、あるいは暗すぎたりすると、ウェハの欠陥を判定できない場合がある。そのため、ウェハの画像の輝度が欠陥判定するのに最適な輝度となるように、ウェハを照らす照明の照度が調整されている（特許文献１）。

特開２００９−２１６５１５号公報

ところで、上述の撮像装置により撮像される画像は、通常８ｂｉｔ（２５６階調）の画像である。しかしながら、８ｂｉｔの画像ではコントラストが低いため、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、実際は膜厚異常等に起因する欠陥が生じているにもかかわらず、その欠陥を認識できないという問題が生じている。その場合、作業員が目視により欠陥の有無を判定することになるが、コントラストが低い場合は、目視で画像を確認しても欠陥の有無を判別することが極めて困難である。

ｂｉｔ数が少ない画像においてコントラストを強調する手段として、トーンカーブを変形させる方法が用いられることがある。具体的には、ヒストグラムが、例えば図２３に示されるような分布となる画像において、ヒストグラムの最頻値を中央値とし、且つ最頻値近傍の領域Ｕにおいて傾きが急峻となるように、トーンカーブを変形させる。換言すれば、最大画素値と最小画素値の間の間隔を狭くするようにトーンカーブを変形させる。この場合、変形後のトーンカーブＴは、横軸を入力画素値（変換前の画素値）、縦軸を出力画素値（変換後の画素値）とすると、例えば図２４に示すように、最頻値近傍において急峻な傾きを有する形状となる。このようにトーンカーブＴを変形させることで、図２３に示される領域Ｕのコントラストを強調することができる。

しかしながら、図２４のようにトーンカーブを変形させた場合、領域Ｕの外側の領域ではトーンカーブＴの傾きが零かあるいは極めて小さくなっている。したがって、領域Ｕの外側の領域では、コントラストが著しく低下するか、またはコントラストが零の状態となってしまう。かかる場合、ヒストグラムにおける画素値の分布が、例えば図２５に示されるように、領域Ｕの外側の他の領域Ｖにもピーク値が表れるようなものとなる画像においては、領域Ｖに存在する画素値については画像上に表示されないか、あるいは表示されてもコントラストが極めて低くなる。そのため、上述のようなトーンカーブＴでは、領域Ｖの画素値で表される欠陥の有無を判別することができない。

領域Ｖのコントラストを強調するには、図２４に示されるトーンカーブＴにより領域Ｕの画素値を変換した後、改めて領域ＶにあわせてトーンカーブＴを変形させる必要がある。しかしながらその場合は、その都度トーンカーブＴを変形させる作業が必要となるため、欠陥検査のスループットが低下してしまう。また、領域Ｕと領域Ｖの画像を一枚の画像上に同時に表示できないため、欠陥の内容を正確に把握できない場合がある。

一方、高コントラストの画像を得るための方法として、撮像装置に高ダイナミックレンジのカメラシステムを用いることも考えられる。しかしながら、このような撮像装置はコストが高くなってしまう。また、高ダイナミックレンジの画像の閲覧は一般的に用いられる画像表示ソフトでは扱えず、専用のソフトを使用する必要がある。そのため、この点でもコストの上昇を招くと共に、汎用性も低下してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、撮像装置により撮像された画像のコントラストを高め、視認性を向上させることを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板を撮像し、当該撮像された基板画像の画素値を変換する画像処理の方法であって、撮像された基板画像の画素値をヒストグラム化し、前記ヒストグラムにおける画素値の分布に基づいて、所定の振幅、所定の周期の三角関数からなるトーンカーブを作成し、前記三角関数は、以下に示される式により求められ、
Ｙ＝｛（２ ^Ｃ ／２）−Ｎ｝×［ｓｉｎ｛（Ｘ−Ａ）／Ｂ｝＋１］
Ｙ：変換後の画素値
Ｃ：基板画像のｂｉｔ数
Ｎ：１／２以上の正の定数
Ｘ：撮像された基板画像の画素値
Ａ：前記ヒストグラムにおける画素値の最頻値
Ｂ：周期
前記トーンカーブにより、前記撮像された基板画像の画素値を変換することを特徴としている。

本発明によれば、基板画像の画素値を変換するにあたり周期関数からなるトーンカーブを用いるので、ヒストグラムの全領域においてトーンカーブの傾きを急峻なものとすることができる。したがって、このトーンカーブを用いて画像処理を行うことで、ｂｉｔ数の低い撮像装置を用いて撮像した画像から、高コントラストの画像を作成することができる。これにより、画像の視認性を向上させることができ、その結果、精度のよい欠陥検査を行うことが可能となる。また、トーンカーブが周期関数であり、最大値と最小値が周期的に繰り替えされるため、上述の領域Ｖに存在する画素値からも高コントラストの画像を得ることができる。さらには、周期関数を用いるため、当該周期関数の位相や周期を変化させることで、容易に画像のコントラストを調整することができる。

別な観点による本発明によれば、前記画像処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに別な観点による本発明は、撮像装置で撮像された基板画像の画素値を変換する画像処理装置であって、撮像された基板画像の画素値をヒストグラム化する算出部と、前記ヒストグラムにおける画素値の分布に基づいて、所定の振幅、所定の周期の三角関数からなるトーンカーブを作成する演算部と、前記トーンカーブにより、前記撮像された基板画像の画素値を変換する変換部と、を有し、前記三角関数は、
Ｙ＝｛（２ ^Ｃ ／２）―Ｎ｝×［ｓｉｎ｛（Ｘ−Ａ）／Ｂ｝＋１］
で示される式により求められるものであることを特徴としている。この際、Ｙは変換後の画素値、Ｃは画像のｂｉｔ数、Ｎは１／２以上の正の定数、Ｘは撮像された画像の画素値、Ａは前記ヒストグラムにおける画素値の最頻値、Ｂは周期である。

本発明によれば、撮像装置により撮像された画像のコントラストを高め、視認性を向上させることができる。

本実施の形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。 欠陥検査装置の構成の概略を示す横断面図である。 欠陥検査装置の構成の概略を示す縦断面図である。 画像処理装置の構成の概略を示す説明図である。 基板画像のヒストグラムである。 本実施の形態の画像処理に係るトーンカーブと基板画像のヒストグラムの関係を示す説明図である。 基板画像のヒストグラムである。 画素値範囲と、ヒストグラムの全体の積分値に対する画素値範囲Ｒ内の頻度の総和の割合との関係を表す説明図である。 本実施の形態の画像処理に係るトーンカーブと基板画像のヒストグラムの関係を示す説明図である。 本実施の形態の画像処理に係るトーンカーブと基板画像のヒストグラムの関係を示す説明図である。 複数の領域に存在する基板画像のヒストグラムと当該ヒストグラムに対応して求められた複数のトーンカーブとの関係を示す説明図である。 複数のトーンカーブを合成することにより求めたトーンカーブと基板画像のヒストグラムとの関係を示す説明図である。 複数のトーンカーブを合成することにより求めたトーンカーブと基板画像のヒストグラムとの関係を示す説明図である。 複数のトーンカーブを合成することにより求めたトーンカーブと基板画像のヒストグラムとの関係を示す説明図である。 本実施の形態の画像処理に係るトーンカーブと基板画像のヒストグラムの関係を示す説明図である。 画像処理前及び画像処理後の画像である。 画像処理前及び画像処理後の画像である。 画像処理前及び画像処理後の画像である。 画像処理前及び画像処理後の画像である。 画像処理前及び画像処理後の画像である。 基板画像のヒストグラムである。 従来の方法により変形させたトーンカーブである。 従来の方法により変形させたトーンカーブと基板画像のヒストグラムの関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる画像処理装置を備えた基板処理システム１の内部構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、基板処理システム１の内部構成の概略を示す側面図である。なお、本実施の形態では、基板処理システム１が、例えば基板のフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像処理システムである場合を例にして説明する。

基板処理システム１は、図１に示すように例えば外部との間でカセットＣが搬入出される搬入出部としてのカセットステーション２と、フォトリソグラフィー処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理ユニットを備えた処理部としての処理ステーション３と、処理ステーション３に隣接する露光装置４との間でウェハＷの受け渡しを行う搬送部としてのインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。また、基板処理システム１は、当該基板処理システム１の制御を行う制御装置６を有している。制御装置６には、後述する画像処理装置１５０が接続されている。

カセットステーション２は、例えばカセット搬入出部１０とウェハ搬送部１１に分かれている。例えばカセット搬入出部１０は、基板処理システム１のＹ方向負方向（図１の左方向）側の端部に設けられている。カセット搬入出部１０には、カセット載置台１２が設けられている。カセット載置台１２上には、複数、例えば４つの載置板１３が設けられている。載置板１３は、水平方向のＸ方向（図１の上下方向）に一列に並べて設けられている。これらの載置板１３には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置することができる。

ウェハ搬送部１１には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各載置板１３上のカセットＣと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３の受け渡しユニットとの間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション３には、各種ユニットを備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３のカセットステーション２側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション３のインターフェイスステーション５側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理ユニット、例えばウェハＷを現像処理する現像処理ユニット３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成ユニット３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布ユニット３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成ユニット３３が下から順に４段に重ねられている。

例えば第１のブロックＧ１の各ユニット３０〜３３は、処理時にウェハＷを収容するカップＥを水平方向に複数有し、複数のウェハＷを並行して処理することができる。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの熱処理を行う熱処理ユニット４０や、ウェハＷを疎水化処理する疎水化処理装置としてのアドヒージョンユニット４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光ユニット４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。熱処理ユニット４０は、ウェハＷを載置して加熱する熱板と、ウェハＷを載置して冷却する冷却板を有し、加熱処理と冷却処理の両方を行うことができる。なお、熱処理ユニット４０、アドヒージョンユニット４１及び周辺露光ユニット４２の数や配置は、任意に選択できる。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡しユニット５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡しユニット６０、６１、６２と、欠陥検査ユニット６３が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置７０が配置されている。

ウェハ搬送装置７０は、例えばＹ方向、前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定のユニットにウェハＷを搬送できる。ウェハ搬送装置７０は、例えば図３に示すように上下に複数台配置され、例えば各ブロックＧ１〜Ｇ４の同程度の高さの所定のユニットにウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。

シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５２と第４のブロックＧ４の受け渡しユニット６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側には、ウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、例えば前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置９０は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡しユニットにウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション５には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えば前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡しユニット、露光装置４にウェハＷを搬送できる。

次に、欠陥検査ユニット６３の構成について説明する。

欠陥検査ユニット６３は、図４に示すようにケーシング１１０を有している。ケーシング１１０内には、図５に示すようにウェハＷを載置する載置台１２０が設けられている。この載置台１２０は、モータなどの回転駆動部１２１によって、回転、停止が自在である。ケーシング１１０の底面には、ケーシング１１０内の一端側（図５中のＸ方向負方向側）から他端側（図５中のＸ方向正方向側）まで延伸するガイドレール１２２が設けられている。載置台１２０と回転駆動部１２１は、ガイドレール１２２上に設けられ、駆動装置１２３によってガイドレール１２２に沿って移動できる。

ケーシング１１０内の他端側（図５のＸ方向正方向側）の側面には、撮像装置１３０が設けられている。撮像装置１３０には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられ、その画像のｂｉｔ数は、例えば８ｂｉｔである。ケーシング１１０の上部中央付近には、ハーフミラー１３１が設けられている。ハーフミラー１３１は、撮像装置１３０と対向する位置に設けられ、鉛直方向から４５度傾斜して設けられている。ハーフミラー１３１の上方には、照明装置１３２が設けられ、ハーフミラー１３１と照明装置１３２は、ケーシング１１０の上面に固定されている。照明装置１３２からの照明は、ハーフミラー１３１を通過して下方に向けて照らされる。したがって、照明装置１３２の下方にある物体によって反射した光は、ハーフミラー１３１でさらに反射して、撮像装置１３０に取り込まれる。すなわち、撮像装置１３０は、照明装置１３２による照射領域にある物体を撮像することができる。そして撮像したウェハＷの検査対象画像（基板画像）は、制御装置６を介して画像処理装置１５０に入力される。

制御装置６は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、欠陥検査ユニット６３で撮像された基板画像に基づいて行われるウェハＷの欠陥検査を制御するプログラムが格納されている。これに加えて、プログラム格納部には、上述した各種処理ユニットや搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１の所定の作用、すなわちウェハＷへのレジスト液の塗布、現像、加熱処理、ウェハＷの受け渡し、各ユニットの制御などを実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばハードディスク（ＨＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御装置６にインストールされたものであってもよい。

制御装置６のプログラム格納部に格納された欠陥検査を制御するプログラムは、例えば風きり、コメット、ストリエーション、センターモード、ホットスポットといった、ウェハＷに生じうる欠陥の有無を判定するものである。具体的には、ウェハＷの欠陥を模したテンプレートの画像と欠陥のないウェハＷの画像とを合成することにより生成した欠陥モデルを記憶しており、欠陥検査ユニット６３で撮像された基板画像と当該欠陥モデルとの比較を行う。そして、基板画像といずれかの欠陥モデルとが類似する場合は欠陥有り、いずれにも類似しない場合は欠陥無し、と判定する。

次に、欠陥検査ユニット６３で撮像された基板画像の処理を行う画像処理装置１５０の構成について説明する。画像処理装置１５０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成されている。画像処理装置１５０は例えば図６に示すように、撮像された基板画像の画素値をヒストグラム化する算出部１６０と、算出部で作成されたヒストグラムにおける画素値の分布に基づいてトーンカーブを作成する演算部１６１と、当該トーンカーブにより基板画像の画素値を変換する変換部１６２と、を有している。また、画像処理装置１５０には、トーンカーブを作成するための各種情報を演算部１６１に入力するための入力部１６３及び、基板画像を出力表示するための出力表示部１６４も設けられている。

算出部１６０では、制御装置６から画像処理装置１５０に入力された基板画像を、基板全面にわたって画素値として数値化し、図７に示すような、当該基板画像のヒストグラムを求める。図７のヒストグラムでは、画素値を横軸、頻度を縦軸として表している。なお、基板画像は一般的にＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）の３色で構成されている。そのため、Ｒ、Ｇ、Ｂごとにヒストグラム化することができるが、Ｒ、Ｇ、Ｂ間において画像処理の手法に相違はない。したがって、本実施の形態においては、特にＲ、Ｇ、Ｂについては特定せずに説明する。

演算部１６１では、算出部１６０で求めたヒストグラムにおける各画素値の分布を分析し、基板画像の処理に用いるトーンカーブを作成する。演算部１６１で作成されるトーンカーブは、所定の振幅、所定の周期の周期関数である。以下、当該トーンカーブの作成方法について説明する。

演算部１６１には、次の式（１）に基づいて、変換後の出力画素値Ｙを求めるためのトーンカーブを作成するプログラムＰ１が格納されている。
Ｙ＝{（２^C／２）−Ｎ}×［ｓｉｎ｛（Ｘ−Ａ）／Ｂ｝＋１］ ・・・（１）
式（１）から明らかなように、演算部１６１で作成されるトーンカーブは、三角関数である。式（１）のCは基板画像のｂｉｔ数であり、Ｎは式（１）で求められるトーンカーブの振幅を決定する定数である。Ｘは欠陥検査ユニット６３で撮像された基板画像における画素値であり、Ａは当該三角関数の位相であり、Ｂは当該三角関数の周期である。ここで、式（１）のトーンカーブを用いた本発明の画像処理の原理について簡単に説明する。

画像のコントラストを強調するためには、画像をヒストグラム化し、ヒストグラムにおける最頻値近傍の領域において傾きが急峻となるトーンカーブが用いられるが、既述のように、図２０のような形状のトーンカーブＴでは、最頻値近傍の領域Ｕ以外の領域のコントラストが著しく低下してしまう。これについて本発明者らは、値が周期的に反復して変化する関数、即ち周期関数に基づいてトーンカーブを作成すれば、ヒストグラムの全域にわたって傾きが急峻なトーンカーブを得ることができるという点に着目した。

具体的には、例えばトーンカーブとして三角関数を用いた場合、当該三角関数の周期の半分ごとに、トーンカーブの値は最小値から最大値まで変化する。したがって、この最小値と最大値の間の値（すなわちｓｉｎθの値が０となる場合）とヒストグラムの最頻値とが一致するように三角関数の位相を調整し、且つトーンカーブの最頻値の左右の画素値範囲の積分値がヒストグラム全体の積分値に対して所定の割合となるように周期を設定することで、たとえば図８に示すように、ヒストグラムの最頻値の左右の画素値範囲ＲにおいてトーンカーブＴの傾きを急峻なものとすることができる。本発明は、このような着想に基づくものであり、次に、本実施の形態にかかる式（１）のトーンカーブＴを具体的に求める方法について説明する。

先ず、欠陥検査ユニット６３では８ｂｉｔ画像の撮像装置１３０が用いられているので、式（１）のＣの値は「８」となる。この場合、基板画像の画素値Ｘのレンジは２５６階調、換言すれば、式（１）に入力される基板画像の画素値Ｘのとりうる値は０〜２５５の整数となる。また、式（１）の定数Ｎの値は、トーンカーブの性質上、入力画素値である基板画像の画素値Ｘに対応する出力画素値Ｙの値が０〜２５５となる範囲内で任意に設定が可能である。具体的には、Ｃの値が「８」である場合は、定数Ｎは、１／２〜１２８の範囲内で設定できる。なお、定数Ｎの値を大きくすると、出力画素値Ｙの取りうる値のレンジ幅が小さくなってしまいトーンカーブによる画像変換の利益が失われるので、通常は、「１」に設定することが好ましい。出力画素値Ｙの値を０〜２５５の範囲とする場合は、定数Ｎの値は「１／２」とすべきであるが、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素値は整数の値により色の明るさを表現しており、出力画素値Ｙの値は整数とすることが好ましいこと、また、出力画素値Ｙの最大値が「２５４」となっても、処理後の画像は最大値を「２５５」とした場合と大差ないことが、定数Ｎを「１」とする理由である。したがって、本実施の形態においては、Ｎの値を「１」とし、式（１）の振幅を「１２７」、即ち出力画素値Ｙの値を０〜２５４に設定した場合について説明する。なお、定数Ｎの設定により、基板画像の画素値Ｘに対する出力画素値Ｙの値が整数とならない場合は、変換部１６２において出力画素値Ｙの値を適宜丸めて、整数として出力するように処理を行ってもよい。

次に、図７に示されるヒストグラムにおいて最頻値となる画素値の値を位相Ａの値として求める。図７に示されるヒストグラムにおいて、最頻値、即ち最も頻度が高かった画素値は例えば「１１１」であるとすると、この場合の位相Ａの値は「１１１」となる。このように、位相Ａの値に最頻値を用いることで、トーンカーブの振幅の中心値、即ち図８に示される領域Ｋの中心と、最頻値とを一致させることができる。

Ｂで表される周期については、ヒストグラムの最頻値を中心とし、その左右の画素値範囲Ｒの積分値がヒストグラム全体の積分値に対して所定の割合となるような画素値範囲Ｒを求めることによりその値が設定される。この所定の割合は、基板画像のヒストグラムの形状に応じて任意に決定されるものである。周期Ｂは、図８に示すように、式（１）で表される関数の周期を表すものであり、この周期Ｂの値が大きくなるほど、トーンカーブの傾きは小さくなり、周期Ｂの値が小さくなるほどトーンカーブの傾きは大きくなる。したがって、例えば図８に示すように、ヒストグラムが急峻なピークを有する形状となる場合は所定の割合を９０％程度の高い値に設定してもよい。その反面、図９に示すようにヒストグラムがなだらかな曲線を描く場合、所定の割合の値を大きくすると周期が大きくなるため、トーンカーブによる変換後の基板画像のコントラストの強調の程度も低下するからである。

ヒストグラムにおける画素値は離散値であるので、ヒストグラム全体の積分値Ｆは、全画素値の頻度の総和として次の式（２）で表される。なお、式（２）では８ｂｉｔの画像における積分値を表している。
式（２）のＨ（ｉ）は各画素値（ｉ＝０〜２５５）の頻度である。

また、最頻値を中心にその左右の画素値範囲Ｒ内の頻度の和Ｊは、次の式（３）で表される。
したがって、ヒストグラムの全体の積分値Ｆに対する画素値範囲Ｒ内の頻度の総和Ｊの割合Ｌは、次の式（４）のように表される。
Ｌ＝Ｊ／Ｆ×１００ ・・・（４）

式（４）からは、例えば図１０に示すような画素値範囲Ｒと積分値の割合Ｌとの関係を表すグラフが求まる。そして、ヒストグラムにおける画素値の分布に応じて任意に割合Ｌを設定し、図１０のグラフから画素値範囲Ｒを求め、これを周期Ｂの値とする。なお、本実施の形態においては、割合Ｌを例えば８０％とする。すると、画素値範囲Ｒが「６」の場合に割合Ｌが概ね８０％となるため、周期Ｂの値は「６」と設定される。

そして、上述のｂｉｔ数Ｃ、定数Ｎ、位相Ａ、周期Ｂの値を式（１）に代入すると、式（１）は、例えば次の式（５）のようなＹとＸの三角関数として表される。
Ｙ＝（１２７）×［ｓｉｎ｛（Ｘ−１１１）／６｝＋１］ ・・・（５）
そして、この式（５）を横軸が入力画像の画素値Ｘ、縦軸が変換後の画素値Ｙとなるように描図すると、図１１に示されるように、ヒストグラムの画素値の総和の８０％が周期Ｂの半分の領域内に含まれる三角関数状のトーンカーブＴが得られる。

次に、変換部１６２において、図１１に示されるトーンカーブＴにより、基板画像の画像処理が行われる。この場合、トーンカーブＴは、図１１に示されるように、位相が「１１１」、周期が「６」の三角関数なので、ヒストグラムの画素値が最頻値である「１１１」となる場合に、出力画素値Ｙの値が中間値である「１２７」となり、且つトーンカーブＴで表される出力画素値Ｙの値が０から２５５まで増加する領域（図１１に示す画素値範囲Ｒ内の領域）内に、図７に示すヒストグラム全体の積分値Ｆの８０％が収まるようになる。したがって、式（１）と図７のヒストグラムから求めたトーンカーブＴは、当該ヒストグラムの最頻値近傍の画素値範囲Ｒにおいて傾きが急峻なものとなり、この画素値範囲Ｒにおける画像を高コントラストなものに変換することができる。また、トーンカーブＴが三角関数であり、最大値と最小値が周期的に繰り替えされるため、図１１に示されるように、画素値範囲Ｒの範囲外の領域Ｖに存在する画素値からも高コントラストの画像を得ることができる。

そして、変換部１６２において変換されて処理された基板画像は、出力表示部１６４に出力され処理後の画像が表示される。

この際、ヒストグラムの形状に基づいて入力部１６３から位相Ａ、周期Ｂの値を任意に入力することで、より最適なトーンカーブＴを得ることもできる。なお、入力部１６３としては、例えばキーボードなどの操作端末であってもよいし、また、出力表示部１６４がタッチパネルで有る場合には、出力表示部１６４に表示された各種操作用ボタンであってもよい。

本実施の形態に係る基板処理システム１は以上のように構成されており、次に、以上のように構成された基板処理システム１で行われるウェハＷの処理について説明する。

ウェハＷの処理においては、先ず、複数枚のウェハＷを収容したカセットＣがカセットス搬入出部１０の所定の載置板１３に載置される。その後、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３の例えば受け渡しユニット５３に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理ユニット４０に搬送され、温度調節される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成ユニット３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理ユニット４０に搬送され、加熱処理が行われる。その後第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５３に戻される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によって同じ第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５４に搬送される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２のアドヒージョンユニット４１に搬送され、疎水化処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってレジスト塗布ユニット３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理ユニット４０に搬送されて、プリベーク処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５５に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって上部反射防止膜形成ユニット３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理ユニット４０に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光ユニット４２に搬送され、周辺露光処理される。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５６に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によって受け渡しユニット５２に搬送され、シャトル搬送装置８０によって第４のブロックＧ４の受け渡しユニット６２に搬送される。その後、ウェハＷは、インターフェイスステーション７のウェハ搬送装置１００によって露光装置４に搬送され、露光処理される。次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置１００によって第４のブロックＧ４の受け渡しユニット６０に搬送される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理ユニット４０に搬送され、露光後ベーク処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理ユニット３０に搬送され、現像される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によって熱処理ユニット４０に搬送され、ポストベーク処理される。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡しユニット５０に搬送され、その後カセットステーション２のウェハ搬送装置２１によって所定の載置板１３のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第４のブロックＧ４の受け渡しユニット６２に搬送される。そして、ウェハＷはウェハ搬送機構１００によって欠陥検査ユニット６３に搬送され、ウェハＷの検査が行われる。欠陥検査ユニット６３の撮像装置１３０で撮像された基板画像のデータは、制御装置６を介して画像処理装置１５０に入力される。

画像処理装置１５０では、基板画像のヒストグラム及び式（１）に基づいてトーンカーブＴが作成され、当該トーンカーブＴにより、撮像された基板画像の画素値が変換される。そして、制御装置６により変換後の基板画像と欠陥モデルとの比較が行われる。変換後の基板画像がどの欠陥にも類似しない場合は、当該ウェハＷには欠陥が発生していないと判断される。その反対に、ウェハＷの検査対象画像に類似する欠陥モデルが存在する場合、当該欠陥モデルに相当する欠陥がウェハＷに生じていると判定される。なお、欠陥の有無の判定は、作業員が出力表示部１６４の画像を目視により確認することにより行ってもよい。

そして、欠陥検査を終えたウェハＷは、ウェハ搬送機構１００により受け渡しユニット６２に搬送される。その後、ウェハ搬送装置７０、ウェハ搬送装置２１を介して所定の載置板１３のカセットＣに搬送され、この一連のフォトリソグラフィー工程、及び欠陥検査ユニット６３によるウェハWの検査が繰り返し行われる。

以上の実施の形態によれば、基板画像の画素値を変換するにあたり三角関数からなるトーンカーブＴを用いるので、ヒストグラムの全領域においてトーンカーブＴの傾きを急峻なものとすることができる。したがって、このトーンカーブを用いて画像処理を行うことで、ｂｉｔ数の低い撮像装置１３０を用いて撮像した画像からであっても、高コントラストの基板画像を作成することができ、且つ画素値範囲Ｒの範囲外の領域Ｖに存在する画素値についても高いコントラストの画像を得ることができる。これにより、欠陥検査ユニット６３で撮像した基板画像の視認性を向上させることができ、その結果、精度のよい欠陥検査を行うことが可能となる。また、三角関数を用いるため、位相や周期を変化させることで、容易に画像のコントラストを調整することができる。

特に、式（１）〜（４）を用いることで、自動的に最適なトーンカーブＴを作成することができるので、作業員の熟練度に依らず、容易に高コントラストの画像を得ることができる。

また、画像処理装置１５０が入力部１６３を有しているので、ヒストグラムにおける画素値の分布に対応して、より高コントラストの画像を得るためのトーンカーブを作成することができる。具体的には、例えばヒストグラムが最頻値を中心とした左右対称の形状ではなく、例えば図１２に示すように、ヒストグラムにおける最頻値の右側かあるいは左側のいずれか一方に画素値の分布が偏っているような画像における場合を例にすると、最頻値を位相Ａの値とするのではなく、画素値の偏っている領域Ｏの中間値となる画素値（図１２のＡ１）を位相Ａとし、この中間値Ａ１を中心として周期Ｂを設定する。こうすることで、トーンカーブＴの幅を厳密にヒストグラムに合せることができるので、よりコントラストが高く、視認性のよい基板画像を得ることができる。また、図１１の領域Ｖの画素値とトーンカーブＴの位相がうまくマッチングせず、領域Ｖの画像が適切に表示されない場合にも、画素値範囲Ｒと領域Ｖの両方の画像が適切に表示されるように位相Ａや周期Ｂを調整することができる。

なお、以上の実施の形態では、トーンカーブＴを画素値のヒストグラムにおける最頻値やピーク値とマッチングさせるにあたり、例えば周期関数の位相Ａや周期Ｂの値を調整したが、例えば二つ以上の周期関数を合成してトーンカーブＴを作成することで、マッチングを行ってもよい。以下、二つ以上の周期関数を合成してトーンカーブをマッチングする場合について説明する。

基板画像のヒストグラムにおいて、例えば図１３に示すように、領域Ｓと、領域Ｓとは異なる他の領域Ｑに入力画素値のピークがそれぞれ存在し、領域Ｓに合わせてトーンカーブＴ１を求めると、当該トーンカーブＴ１の振幅の頂点近傍と他方の領域Ｑとが重なる場合がある。この場合、そのままトーンカーブＴ１を用いると、領域Ｑにおけるコントラストを逆に低下させてしまう。したがって、領域Ｑにおけるコントラストも確保するためには、トーンカーブＴ１の位相Ａや周期Ｂの値を調整することが考えられる。

しかしながら、領域Ｑにおけるコントラストを考慮してトーンカーブＴ１の位相Ａや周期Ｂの値を調整すると、領域Ｓにおけるコントラストが必ずしも最適なものでなくなってしまうことがある。そこで、領域Ｓに対応するトーンカーブＴ１に加えて、領域Ｑに存在する入力画素値のピークに対応するトーンカーブＴ２を、式（１）に基づき別途独立して求める。即ち、図１３に鎖線で示すように、領域Ｑにおいて傾きが急峻となるトーンカーブＴ２を求める。この場合、トーンカーブＴ２は、トーンカーブＴ１とは少なくとも周期Ｂまたは位相Ａのいずれかが異なるものである。

次に、領域Ｓに対応するトーンカーブＴ１と、領域Ｑに対応するトーンカーブＴ２を合成し、トーンカーブＴ３を求める。この場合、領域Ｓに対応するトーンカーブＴ１により変換された出力画素値をＹ１、領域Ｑに対応するトーンカーブＴ２により変換された出力画素値をＹ２とすると、トーンカーブＴ１とトーンカーブＴ２を合成したトーンカーブＴ３により変換された出力画素値Ｙ３を求める式は、次の式（６）のように表される。
Ｙ３＝（ａ×Ｙ１）＋｛（１−ａ）×Ｙ２｝ ・・・（６）
ここで式（６）の「ａ」は、出力画素値Ｙ１を求めるトーンカーブＴ１と、出力画素値Ｙ２を求めるトーンカーブＴ２とを合成する際の重み計数であり、０〜１の間で任意の値を取りうる。なお、「ａ」を１とした場合、トーンカーブＴ３はトーンカーブＴ１と同じになり、「ａ」を０（ゼロ）とした場合トーンカーブＴ３はトーンカーブＴ２と同じになる。

例えば「ａ」を０．５とした場合は、トーンカーブＴ１とトーンカーブＴ２とを同じ重みで合成することとなる。かかる場合、合成により得られるトーンカーブＴ３は、図１４に示すように、トーンカーブＴ１とトーンカーブＴ２とを一対一で単純に合成し、合成後の出力画素値の値を半分にしたものとなる。

また、「ａ」を０．１とした場合、合成後のトーンカーブＴ３の形状は、図１５に示すように、トーンカーブＴ１の形状が支配的なものとなる。反対に、「ａ」を０．９とした場合、トーンカーブＴ３の形状は、図１６に示すように、トーンカーブＴ２の形状が支配的となる。なお、本実施の形態においては、図１４や図１５に示すように、例えば「ａ」を０．１や０．５に設定することで、領域Ｓと領域Ｑの両方において傾きが急峻となるトーンカーブＴ３が得られる。したがって、以上の実施の形態によれば、複数のトーンカーブを合成してトーンカーブＴ３を求めることで、複数の領域に存在する入力画素値を変換し、いずれの領域においても高コントラストな画像を求めることができる。

なお、以上の実施の形態では、周期関数の一例として三角関数を用いた場合について説明したが、トーンカーブは例えば図１７に示すように、のこぎり波状の関数に基づいて作成したものであってもよい。かかる場合においても、位相と周期を適切に設定することにより、高コントラストの画像を得ることができる。

なお、例えば半導体であるウェハＷの撮像を行う場合、通常は、照明装置１３２からの光に対応した画素値が、例えば図１２に破線で示すように、背景情報Ｍとしてヒストグラム上に現れる。また、照明装置１３２によりウェハＷを照らす照明の照度は、欠陥に由来する画素値が背景情報Ｍと重ならないような画素値をとるように調整されている。したがって、この背景情報Ｍを全画素値の頻度の総和である積分値Ｆから差し引いて、トーンカーブを作成してもよい。かかる場合、図１２において、例えば背景情報Ｍは、画素値が９０以下の領域に存在しているとすると、全体の式（２）において０〜２５５となっているｉの値を、９０〜２５５とすることで、背景情報Ｍを総和Ｆから差し引くことができる。これにより、より精度よく画像処理を行うことができる。

実施例として、本実施の形態にかかる画像処理装置１５０を用いて基板画像の処理を行った。図１８〜図２２に画像処理前の基板画像と、画像処理後の基板画像をそれぞれ示す。撮像装置１３０には８ｂｉｔのＣＣＤカメラを用いた。

図１８は、「風きり」の欠陥が生じたウェハＷの基板画像である。図１８の画像処理後の画像は、位相Ａの値を「２０９」、周期Ｂの値を「１０」としたトーンカーブにより得られたものである。図１８に示すように、画像処理前の状態ではほとんど欠陥を確認できなかったものが、本発明の画像処理を施すことで、画像のコントラストが強調され、ウェハＷの周縁部に欠陥が生じていることが明確に確認できるようになっている。

図１９は「コメット」、図１２は「ストリエーション」、図２１は「センターモード」、図２２は「ホットスポット」の欠陥が生じたウェハＷの基板画像である。図１９〜図２２における画像処理後の画像は、位相Ａの値をそれぞれ、「２０９」、「１８６」、「１３４」、「１１９」とし、周期Ｂの値についてはいずれも「１０」としたものである。図１９〜図２２に示される画像処理の結果から、本発明の画像処理を行うことで、いずれの場合においても高コントラストの画像を得ることができることが確認された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板に対して処理を行う際に有用である。

１ 基板処理システム
２ カセットステーション
３ 処理ステーション
４ 露光装置
５ インターフェイスステーション
６ 制御装置
１０ カセット搬入出部
１１ ウェハ搬送部
１２ カセット載置台
１３ 載置板
２０ 搬送路
２１ ウェハ搬送装置
３０ 現像処理ユニット
３１ 下部反射防止膜形成ユニット
３２ レジスト塗布ユニット
３３ 上部反射防止膜形成ユニット
４０ 熱処理ユニット
４１ アドヒージョンユニット
４２ 周辺露光ユニット
７０ ウェハ搬送装置
８０ シャトル搬送装置
９０ ウェハ搬送装置
１００ ウェハ搬送装置
１１０ ケーシング
１２０ 載置台
１２１ 回転駆動部
１２２ ガイドレール
１２３ 駆動装置
１３０ 撮像装置
１３１ ハーフミラー
１３２ 照明装置
１５０ 画像処理装置
１６０ 算出部
１６１ 演算部
１６２ 変換部
１６３ 入力部
１６４ 出力表示部
Ｗ ウェハ
Ｄ ウェハ搬送領域
Ｃ カセット

Claims (6)

1. 基板を撮像し、当該撮像された基板画像の画素値を変換する画像処理の方法であって、
   撮像された基板画像の画素値をヒストグラム化し、
   前記ヒストグラムにおける画素値の分布に基づいて、所定の振幅、所定の周期の三角関数からなるトーンカーブを作成し、
   前記三角関数は、以下に示される式により求められ、
   Ｙ＝｛（２ ^Ｃ ／２）−Ｎ｝×［ｓｉｎ｛（Ｘ−Ａ）／Ｂ｝＋１］
   Ｙ：変換後の画素値
   Ｃ：基板画像のｂｉｔ数
   Ｎ：１／２以上の正の定数
   Ｘ：撮像された基板画像の画素値
   Ａ：前記ヒストグラムにおける画素値の最頻値
   Ｂ：周期
   前記トーンカーブにより、前記撮像された基板画像の画素値を変換することを特徴とする、画像処理方法。
2. 請求項１に記載の画像処理方法により変換して求めた画像を、画像表示装置に表示することを特徴とする、画像表示方法。
3. 請求項１に記載の画像処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
4. 請求項３に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
5. 撮像装置で撮像された基板画像の画素値を変換する画像処理装置であって、
   撮像された基板画像の画素値をヒストグラム化する算出部と、
   前記ヒストグラムにおける画素値の分布に基づいて、所定の振幅、所定の周期の三角関数からなるトーンカーブを作成する演算部と、
   前記トーンカーブにより、前記撮像された基板画像の画素値を変換する変換部と、を有し、
   前記三角関数は、
   Ｙ＝｛（２ ^Ｃ ／２）―Ｎ｝×［ｓｉｎ｛（Ｘ−Ａ）／Ｂ｝＋１］
   で示される式により求められるものであることを特徴とする、画像処理装置。
   Ｙ：変換後の画素値
   Ｃ：画像のｂｉｔ数
   Ｎ：１／２以上の正の定数
   Ｘ：撮像された画像の画素値
   Ａ：前記ヒストグラムにおける画素値の最頻値
   Ｂ：周期
6. 前記変換部で画素値が変換された画像を表示する画像表示装置を有することを特徴とする、請求項５に記載の画像処理装置。