(57)【要約】  測定精度を維持しつつ、処理時間の増大を抑制することができる画像処理システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供すること。撮像対象の画像データを取得する画像取得部（３１）と、画像取得部（３１）が取得した画像データに対して所定の前処理を施す前処理部２３を有するフレームグラバー（２０）と、フレームグラバー（２０）によって処理した画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、この抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理部（１２）を有し、フレームグラバー（２０）を通信可能に保持するとともに、後処理部（１２）が測定処理して得られた測定結果を出力する制御装置（１０）と、を備えた。
2013161384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象の画像データを取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した画像データに対して所定の前処理を施す前処理装置と、
前記前処理装置が処理を施した画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理部を有し、前記前処理装置を通信可能に保持するとともに、前記後処理部が測定処理して得られた測定結果を出力する制御装置と、
を備えたことを特徴とする画像処理システム。
【請求項２】
前記前処理装置は、複数の前記画像データのコントラスト値をそれぞれ算出し、
前記後処理部は、前記前処理装置によって算出されたコントラスト値をもとに前記画像データをソートして、該ソートの最上位の画像データまたは該ソートの上位の複数枚の画像データを、前記測定対象の画像データとして抽出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理システム。
【請求項３】
前記前処理装置は、複数の前記画像データのコントラスト値をそれぞれ算出し、該コントラスト値をもとに、前記測定処理を行う測定位置を検出する測定位置検出処理を行い、
前記後処理部は、前記前処理部の検出処理によって得られた前記測定位置に基づいて測定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理システム。
【請求項４】
前記後処理部は、前記前処理装置から取得した複数の前記画像データをもとに回帰分析を実施して、該回帰分析により得られた評価値に基づいて、前記測定対象の画像データを抽出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理システム。
【請求項５】
前記後処理部は、複数の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理をそれぞれ行い、各画像データに応じた測定結果のうち、所定のアルゴリズムによって前記制御装置に出力する測定結果を決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の画像処理システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記前処理装置を着脱可能に保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の画像処理システム。
【請求項７】
撮像対象の画像データに対する画像処理を施す画像処理方法であって、
前記画像データを取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにおいて取得された画像データに対して、前処理装置が所定の前処理を施す前処理ステップと、
前記前処理ステップによって処理が施された画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理ステップと、
前記後処理ステップにおける測定処理により得られた測定結果を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
撮像対象の画像データに対する画像処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムであって、
前記画像データを取得する画像取得手順と、
前記画像取得手順において取得された画像データに対して、前処理装置により所定の前処理を施す前処理手順と、
前記前処理手順によって処理が施された画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理手順と、
前記後処理手順における測定処理により得られた測定結果を出力する出力手順と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像に対して画像処理を施す画像処理システム、画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板や半導体基板やプリント基板などの処理対象基板を検査する検査装置は、処理対象基板に形成されたミクロンオーダーのパターンの線幅を測定するため、基板を載置するステージ、光学顕微鏡および撮像部を有している。この検査装置では、オートフォーカス機能を有し、ステージに載置された処理対象基板の測定ポイントで自動的に焦点合わせを行なって撮像する。撮像された画像は、画像処理部に送られて、測定ポイントにおけるパターンの線幅が測定され、処理対象基板の検査が行なわれる。【０００３】
ところで、上述した検査装置では、光学顕微鏡の駆動や、処理対象基板の搬送を行う際に、振動が生じる。この振動としては、例えば損傷を防止するために処理対象基板をエアによって浮上させて搬送する浮上搬送による振動が挙げられる。基板に伝達される振動によって、光学顕微鏡の焦点位置にずれが生じ、焦点位置がずれた撮像画像を取得することになる。これにより、線幅の測定精度を維持することができないおそれがあった。【０００４】
この問題に対し、光学顕微鏡を処理対象基板に対して相対的に移動しつつ、予め設定された撮像間隔で撮像して断層画像を取得することによって、焦点位置の異なる画像を取得する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、取得した断層画像においてそれぞれコントラスト値を算出して、このコントラスト値をもとに、パターンのエッジを検出し、線幅を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１が開示する技術では、測定項目に対する測定精度は維持できるものの、１つの撮像領域において、各断層画像のコントラスト値をもとに、パターンのエッジを検出するため、画像の大きさや検査領域の大きさ、数が多くなればなるほど、コントラスト値の算出処理およびエッジ検出処理の負荷、所要時間が増大する。これにより、線幅測定に要する時間も増大してしまうおそれがあった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、測定精度を維持しつつ、処理時間の増大を抑制することができる画像処理システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像処理システムは、撮像対象の画像データを取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した画像データに対して所定の前処理を施す前処理装置と、前記前処理装置が処理を施した画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理部を有し、前記前処理装置を通信可能に保持するとともに、前記後処理部が測定処理して得られた測定結果を出力する制御装置と、を備えたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明にかかる画像処理システムは、上記の発明において、前記前処理装置は、複数の前記画像データのコントラスト値をそれぞれ算出し、前記後処理部は、前記前処理装置によって算出されたコントラスト値をもとに前記画像データをソートして、該ソートの最上位の画像データまたは該ソートの上位の複数枚の画像データを、前記測定対象の画像データとして抽出することを特徴とする。【００１０】
また、本発明にかかる画像処理システムは、上記の発明において、前記前処理装置は、複数の前記画像データのコントラスト値をそれぞれ算出し、該コントラスト値をもとに、前記測定処理を行う測定位置を検出する測定位置検出処理を行い、前記後処理部は、前記前処理部の検出処理によって得られた前記測定位置に基づいて測定処理を行うことを特徴とする。【００１１】
また、本発明にかかる画像処理システムは、上記の発明において、前記後処理部は、前記前処理装置から取得した複数の前記画像データをもとに回帰分析を実施して、該回帰分析により得られた評価値に基づいて、前記測定対象の画像データを抽出することを特徴とする。【００１２】
また、本発明にかかる画像処理システムは、上記の発明において、前記後処理部は、複数の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理をそれぞれ行い、各画像データに応じた測定結果のうち、所定のアルゴリズムによって前記制御装置に出力する測定結果を決定することを特徴とする。【００１３】
また、本発明にかかる画像処理システムは、上記の発明において、前記制御装置は、前記前処理装置を着脱可能に保持することを特徴とする。【００１４】
また、本発明にかかる画像処理方法は、撮像対象の画像データに対する画像処理を施す画像処理方法であって、前記画像データを取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにおいて取得された画像データに対して、前処理装置が所定の前処理を施す前処理ステップと、前記前処理ステップによって処理が施された画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理ステップと、前記後処理ステップにおける測定処理により得られた測定結果を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。【００１５】
また、本発明にかかる画像処理プログラムは、撮像対象の画像データに対する画像処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムであって、前記画像データを取得する画像取得手順と、前記画像取得手順において取得された画像データに対して、前処理装置により所定の前処理を施す前処理手順と、前記前処理手順によって処理が施された画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理手順と、前記後処理手順における測定処理により得られた測定結果を出力する出力手順と、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、撮像対象の画像データを取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像データに対して所定の前処理を施す前処理装置と、前処理装置が処理を施した画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、該抽出した画像データを用いて測定項目に応じた測定処理を行う後処理部を有し、前処理装置を通信可能に保持するとともに、後処理部が測定処理して得られた測定結果を出力する制御装置と、を備えるようにしたので、測定精度を維持しつつ、制御装置における処理時間の増大を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図３】図３は、焦点位置および基板の高さ位置と時間との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１の変形例１−１にかかる高さ位置と時間との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１の変形例１−２にかかるコントラスト値と線幅との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２の変形例２−１にかかる撮像装置が行う処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１による画像処理システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、被検査対象である基板の検査を行うフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）検査装置を例に挙げて説明する。ＦＰＤ検査装置は、露光装置やコーター／ディベロッパー、エッチング装置などの製造装置等に直結して被検査対象となる基板の全数検査を行うようなインライン型であってもよいし、カセット等の基板ストッカーから直接搬入出して一部の基板のみを抜き取り検査するオフライン型（スタンドアローン型）であってもよい。
【００２０】
また、本実施の形態１で対象とするＦＰＤ検査装置は、半導体やＦＰＤ分野の製造工程において、メタル、レジスト、コンタクトホール、工程の合わせズレ等の寸法を測定する測定装置を指す。配線パターンの製造工程で設計値から線幅値が大きくずれてしまうと後工程で欠陥や誤動作の原因となってしまうため、ＦＰＤ検査装置は、製造の各工程で寸法を測定し、線幅値が製造規格内であるかを抜き取り検査によってモニタリングしている。線幅値に異常がある場合、例えば露光装置にフィードバックして露光条件を調整する。
【００２１】
図１は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＦＰＤ検査装置１は、ＦＰＤ検査装置１全体の制御を行う制御装置１０と、制御装置１０に通信可能に保持され、画像に対して所定の処理を施すフレームグラバー２０（前処理装置）と、画像を撮像することによって処理対象の基板の所定位置の画像を取得する基板検査装置３０と、制御装置１０の制御のもと、取得した画像や、各種情報を表示する表示装置４０と、を備える。また、制御装置１０は、基板情報などの情報を記憶する顧客サーバ５０と通信可能に接続されている。なお、図示しない通信ネットワークを介してもよい。
【００２２】
制御装置１０は、フレームグラバー２０を着脱可能に保持し、保持状態においては制御装置１０とフレームグラバー２０とが通信可能に接続されている。フレームグラバー２０は、制御部２１、送受信部２２、前処理部２３、第１画像保持部２４を備える。
【００２３】
制御部２１は、フレームグラバー２０全体の処理および動作を制御する。制御部２１は、各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。送受信部２２は、所定の形式にしたがって情報の送受信を行うインターフェースとしての機能を有し、制御装置１０と接続されている。前処理部２３は、基板検査装置３０が出力した画像データに対して、後述する前処理を施す。第１画像保持部２４は、基板検査装置３０が出力した画像データを記憶する。
【００２４】
また、制御装置１０は、制御部１１、後処理部１２、記憶部１３、入力部１４、出力部１５および表示部１６を備える。制御部１１は、ＣＰＵ等を用いて構成され、ＦＰＤ検査装置１全体および制御装置１０の各部の処理および動作を制御する。制御部１１は、これらの各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。
【００２５】
後処理部１２は、前処理部２３が処理を施した画像データのうち、測定対象の画像データを抽出して、測定項目に応じた測定処理を行う。具体的には、フレームグラバー２０から出力された画像データの評価値をもとに、パターンの線幅を測定する。
【００２６】
記憶部１３は、例えば撮像対象の画像データに対する画像処理方法を実行するための画像処理プログラムを含む、制御装置１０が処理を実行する際にその処理にかかわる各種プログラムなどの情報を磁気的に記憶するハードディスクと、制御装置１０が処理を実行する際にその処理にかかわる各種プログラム、例えば画像処理プログラムをハードディスクからロードして電気的に記憶するメモリとを用いて構成される。記憶部１３は、フレームグラバー２０から出力された画像データを保持する第２画像保持部１３ａを有する。また、記憶部１３は、モデル位置や測定する線幅位置などの情報を含むレシピ情報を記憶している。なお、記憶部１３は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード等の記憶媒体に記憶された情報を読み取ることができる補助記憶装置を備えてもよい。
【００２７】
入力部１４は、キーボード、マウス、マイクロフォン等を用いて構成され、検体の分析に必要な諸情報や分析動作の指示情報等を外部から取得する。出力部１５は、後処理部１２から出力されたデータや記憶部１３に記憶されている情報を顧客サーバ５０などに出力する。表示部１６は、表示装置４０に表示させるためのデータを表示装置４０に対して出力する。表示装置４０は、ディスプレイ、プリンタ、スピーカー等を用いて構成される。
【００２８】
基板検査装置３０は、画像取得部３１と、基板検査部３２とからなる。画像取得部３１は、例えば、ＬＥＤ等の照明部と、集光レンズ等の光学系と、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子とを有する。照明部は、撮像素子の撮像視野に白色光等の照明光を発光して、撮像視野内の被写体を照明する。光学系は、この撮像視野からの反射光を撮像素子の撮像面に集光して、撮像素子の撮像面に撮像視野の被写体像、例えば、基板上のパターン像を結像する。撮像素子は、この撮像視野からの反射光を、撮像面を介して受光し、この受光した光信号を光電変換処理して、この撮像視野の被写体画像を撮像する。画像取得部３１は、オートフォーカス機能を有し、自動で被写体との距離を測定する。
【００２９】
基板検査部３２は、基板を保持し、所定の位置に搬送するステージおよび光学顕微鏡で構成されている。基板検査装置３０は、基板検査部３２が、設定された位置へステージおよび／または光学顕微鏡を移動した後、光学顕微鏡によって拡大された微細なパターン画像を画像取得部３１が撮像することで画像データを取得する。
【００３０】
上述したＦＰＤ検査装置１において、画像取得部３１で得られた画像データは、送受信部２２を介して第１画像保持部２４に書き込まれる。画像を複数枚取得する場合、第１画像保持部２４には取得枚数分の画像領域が予め確保されており、画像取得後、順次第１画像保持部２４に書き込まれる。第１画像保持部２４に書き込まれた画像データは、前処理部２３に入力される。前処理部２３は、コントラスト値を算出するとともに、取得した画像データを制御装置１０に出力する。その後、後処理部１２が前処理部２３から取得した画像を順次解析し、コントラスト値が大きい順番にソートすると同時に、制御部１１が取得した画像データを制御装置１０内の記憶部１３（第２画像保持部１３ａ）に転送する。後処理部１２では入力されたソートの上位の複数枚の画像の中から、検査に使用する最も適した画像データを１または複数枚を抽出し、その画像のパターンの線幅値を出力する。線幅測定結果が出力されると、表示装置４０のディスプレイおよび顧客サーバ５０に反映される。エラー等が発生しなければ、次の検査位置へステージと顕微鏡が移動する。
【００３１】
ここで、ＦＰＤ検査装置１が行う線幅測定処理について図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置１が行う処理を示すフローチャートである。図３は、焦点位置と測定時間との関係を示すグラフである。なお、測定処理において、レシピ情報（モデル位置や測定する線幅位置）は予め記憶部１３に記憶されているものとする。また、図２に示すシーケンスはあくまで代表的な測定シーケンスであり、各項目の順序が入れ替わることもあり得る。
【００３２】
まず、基板が搬入されると、制御部１１は、記憶部１３を参照して、登録されたレシピ情報を読み出す（ステップＳ１０１）。その後、基板検査装置３０の基板検査部３２が、読み出されたレシピ情報に基づいて、基板の検査対象位置にステージおよび／または光学顕微鏡を移動させる（ステップＳ１０２）。
【００３３】
基板検査部３２は、基板を検査対象位置に移動させると、オートフォーカス処理を行い、撮像対象に対して合焦させる（ステップＳ１０３）。制御部１１は、基板検査部３２から合焦完了信号を受信すると、基板振動によるオートフォーカスのハンチングを防止するためオートフォーカス動作を停止させる。制御部１１は、オートフォーカス動作の停止信号を基板検査装置３０から受け取ると、レシピ情報に登録されている露光時間および枚数の連続画像を取得するよう画像取得部３１に指示する（ステップＳ１０４、画像取得ステップ、画像取得手順）。
【００３４】
ステップＳ１０４において、画像取得部３１が、所定の時間間隔で連続的に撮像をすることによって、ステージ側に振動があっても合焦画像を１枚以上撮像することが可能となる。例えば、図３に示すように、時間ｔ０における対物レンズ３３の焦点位置Ｐｆに対する基板の高さ位置の時間変化が、振動によって曲線Ｌ１となる場合であっても、少なくとも１枚以上の合焦画像を取得することができる。
【００３５】
画像取得部３１で撮像された画像は、順次フレームグラバー２０に転送され、第１画像保持部２４に保持される。これらの画像データは予め確保された第１画像保持部２４の記憶領域内のメモリアドレスに順次、書き込まれる。その後、第１画像保持部２４に保持された画像データに対して、前処理部２３が、後述する前処理を施す（ステップＳ１０５、前処理ステップ、前処理手順）。このとき、画像取得部３１からのフレームグラバー２０への転送レートは画像取得部３１のフレームレートに依存するが、前処理部２３は画像転送レートとは非同期で画像処理が実行される。なお、画像処理結果をフレームグラバー２０の第１画像保持部２４で保持した後、必要であれば制御装置１０の第２画像保持部１３ａへの画像データの転送と制御装置１０に結果通知を行う。上述したステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理は、レシピ情報に登録されている画像取得枚数に達するまで繰り返し処理が行われる（ステップＳ１０６：Ｎｏ）。
【００３６】
取得した画像全てに対して、前処理部２３による前処理が完了した後（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、処理結果をフレームグラバー２０内のメモリアドレスへアクセスし結果を取得する。その処理結果に基づいて、後処理部１２が、画像データに対して後述する後処理を施して、評価値（エッジ強度）をもとに基板上のパターンの線幅を測定する（ステップＳ１０７、後処理ステップ、後処理手順）。後処理部１２によって測定された線幅の結果が出力されると、制御部１１は、出力部１５および表示部１６に測定結果を出力し、表示装置４０と顧客サーバ５０とに結果を表示させる（ステップＳ１０８、出力ステップ、出力手順）。その後、次の測定点があれば、ステップＳ１０１に移行してレシピ情報の読み出しを行い（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、次の測定点がなければ、処理を終了する（ステップＳ１０９：Ｎｏ）。
【００３７】
つづいて、ステップＳ１０５の前処理について図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置１の前処理部２３が行う処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０５にかかる前処理は、画像取得部３１が取得した複数の画像データの内、コントラスト値の大きい画像のみを抽出するための処理である。コントラスト値の大きい画像として抽出する枚数は、レシピ情報への登録により任意に決定でき、１枚であってもよいし、複数枚であってもよい。また枚数による抽出でなく、コントラスト閾値による判定でもよい。閾値判定を行う場合、例えば最大コントラスト値の７０％という閾値を設定し、７０％以上のコントラスト値を有する画像を抽出する。
【００３８】
まず、前処理部２３は、記憶部１３を参照して、画像処理パラメータをメモリから読み出す（ステップＳ２０１）。画像処理パラメータは、演算式の係数やコントラスト値の閾値を含んでいる。このとき、前処理部２３は、ステップＳ２０１の処理を行うとともに、画像データを制御装置１０に出力する処理を行う（ステップＳ２０８）。画像処理パラメータ読み出し後、前処理部２３は、第１画像保持部２４から順次画像データを読み出す（ステップＳ２０２）。
【００３９】
前処理部２３は、読み出された画像データに対して、まずフィルタ演算処理を行う（ステップＳ２０３）。フィルタ演算処理では、平滑化フィルタ演算処理および二次微分フィルタ演算処理後、標準偏差によってコントラスト値の大きさを決定する。平滑化フィルタ演算処理は、ノイズの除去を行うフィルタ演算であって、例えばガウシアンフィルタやメディアンフィルタを使用する。二次微分フィルタ演算処理は、エッジ強度の抽出を行うフィルタ演算であって、例えばラプラシアンフィルタやソーベルフィルタを用いることが挙げられる。フィルタ演算処理では、これらの処理をシーケンシャルに実行してもよいし、複数のフィルタ係数を用いた行列演算により実行してもよい。なお、フィルタサイズも任意に設定可能である。
【００４０】
フィルタ演算処理後、前処理部２３は、フィルタ演算処理が施された後の画像データに対し、画像全体または特定のエリアでの標準偏差の計算や加算処理を行い、コントラスト値を算出する（ステップＳ２０４）。前処理部２３は、各画像データに対してそれぞれコントラスト値を算出し、演算結果をコントラスト配列として第１画像保持部２４に出力して保存させる（ステップＳ２０５）。前処理部２３は、全ての取得画像データに対して演算処理が完了するまで、ステップＳ２０２以降の処理を繰り返し（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、演算処理が完了すると（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、制御装置１０にその旨の通知を行う（ステップＳ２０７）。
【００４１】
次に、ステップＳ１０７の後処理について図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態１にかかるＦＰＤ検査装置１の後処理部１２が行う処理を示すフローチャートである。後処理は、前処理部２３によって抽出された画像データのコントラスト値の最上位画像データを使用してパターンマッチングを行った後、取得した複数枚の画像の中から、線幅測定に最適な画像を１枚抽出し、抽出結果を表示装置４０および顧客サーバ５０に出力する。
【００４２】
まず、後処理部１２は、前処理部２３で演算されたコントラスト配列を読み出す（ステップＳ３０１）。その後、後処理部１２は、コントラスト配列の各コントラスト値を降順にソートする（ステップＳ３０２）。ここで、コントラスト値と画像データに付されたＩＤ情報とは紐付けられており、コントラスト値から画像データを識別可能であるものとする。
【００４３】
ソート完了後、後処理部１２は、最上位のコントラスト値を有する画像データを抽出し、この画像データを用いてパターンマッチングを実行し（ステップＳ３０３）、画像データ内において、レシピ情報に登録されているモデルに応じた座標（モデル座標）を取得する（ステップＳ３０４）。また、後処理部１２は、レシピ情報に登録されている線幅測定枚数を読み出す（ステップＳ３０５）。
【００４４】
パターンマッチングでは、画像取得部３１により取得した複数枚の画像データの中から、最上位のコントラスト値を有する画像データを、モデルサーチに最適な画像データとして抽出し、モデルサーチを実施する。なお、モデルサーチに用いるモデルは、予めレシピ情報に登録されている。後述する線幅測定では、このモデルによって得られる検出座標を基準として実施される。ステージの位置ズレやオートフォーカスのミスにより、モデルが検出できなかった場合、線幅測定機はオートフォーカスによる再サーチや、ステージの再移動を行う。
【００４５】
後処理部１２は、モデルサーチ実行後、前処理部２３によって抽出された複数画像の中から線幅測定に最適な画像１枚を抽出する処理を行う。前処理部２３による処理において画像の選別（ソート）は行われるが、１枚には絞らない。例えば、前処理部２３では、画像取得枚数が１００枚であれば、ある条件に従ってソートされた上位２０枚の画像を抽出するという処理が可能である。後処理部１２では、例えばソートされた上位２０枚のうち、線幅測定に最適な画像データを抽出して線幅を測定する。このとき、レシピ情報に４つの線幅測定対象の測定点が登録されていた場合、最適な画像データは１つではなく、各線幅によって最適な画像がそれぞれ存在するので、４つの最適な画像データが抽出される（例えば、１００個の画像データのうち、第１線幅測定点は５番目の画像データ、第２線幅測定点は１８番目の画像データ、第３線幅測定点は７８番目の画像データ、第４線幅測定点は５４番目の画像データの計４つの画像データが抽出される）。
【００４６】
その後、後処理部１２は、レシピ情報に登録されている抽出枚数分の画像データを解析用バッファ（図示せず）にコピーする（ステップＳ３０６）。また、後処理部１２は、パターンマッチングの実行結果（モデル座標）を用いて、レシピ情報に登録されているモデルと画像データ内の特定の関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）（以下；ＲＯＩ））との相対位置より検査画像のＲＯＩを決定する。後処理部１２は、解析用バッファにコピーされた複数枚の画像データを順次読み出して、各画像データのＲＯＩ内のエッジの検出を行ない（ステップＳ３０７）、検出されたエッジのうち、レシピ情報に登録されているエッジを抽出する（ステップＳ３０８）。この際、一般的に、エッジは複数個検出されるが、レシピ情報にはエッジ検出範囲が登録されており、そのエッジ検出範囲内のみでエッジが検出されるため、最終的にエッジ位置は１つに絞られる。
【００４７】
後処理部１２は、抽出されたエッジのエッジコントラスト値（エッジ強度）と線幅値とを算出し、記憶部１３または配列バッファ（図示せず）に書き込む（ステップＳ３０９）。後処理部１２は、この算出および記憶処理を解析用バッファにコピーされた全ての画像データに対して繰り返し、各画像データの処理結果を記憶部１３または配列バッファに書き込む（ステップＳ３１０：Ｎｏ）。
【００４８】
後処理部１２は、解析用バッファにコピーされた全ての画像データに対して処理が終了すると（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、抽出アルゴリズム（統計処理）により、真の線幅値を決定して出力する（ステップＳ３１１）。抽出アルゴリズムにおいて、最も簡単な処理としては、配列バッファに確保されたエッジコントラスト値の中で最大値（負のコントラスト値の場合は最小値）が得られたときの線幅値を真の線幅値とするという方法が挙げられる。
【００４９】
後処理部１２は、上述した処理をレシピ情報に登録されているモデルの登録ＲＯＩの個数だけ実行し、ステップＳ３０５以降の処理を、登録ＲＯＩのすべての処理が終了するまで繰り返す（ステップＳ３１２：Ｎｏ）。後処理部１２は、登録ＲＯＩのすべての処理が終了すると（ステップＳ３１２：Ｙｅｓ）、測定結果を出力部１５および表示部１６の両方に通知して表示装置４０および顧客サーバ５０に表示させて、後処理を終了する。
【００５０】
上述した本実施の形態１によれば、制御装置１０に対して着脱自在に接続されるフレームグラバー２０において、基板検査装置３０で取得された線幅測定用の画像データに対して、測定対象の画像データを抽出するための前処理を行うようにしたので、制御装置が行う処理の負荷を軽減して、測定精度を維持しつつ、制御装置における処理時間の増大を抑制することができる。例えば、上述した本実施の形態１では、制御装置１０の処理速度に対して、基板検査装置３０の画像データの転送速度が速い場合などにおいて、制御装置１０は処理効率が低下することなく処理することができる。
【００５１】
ここで、例えば２００枚の画像を撮像して画像処理すると仮定した場合、従来のように、制御装置のみで撮像処理と画像処理とを行うと、撮像に要する時間とコントラス計算処理に要する時間との和が全体の処理時間となる。これに対して、本実施の形態１では、フレームグラバー２０によって略リアルタイムに画像処理を行うため、撮像処理とコントラス計算処理とに要する全体の処理時間は、画像１枚あたりに要する撮像処理時間とコントラス計算処理時間とが同等の場合、撮像に要する時間とほぼ同等となる。なお、具体的には、撮像に要する時間と、１枚目の画像の撮像を開始する時間から、この画像の画像データをフレームグラバー２０が受信するまでの時間との和となる。
【００５２】
また、従来では、制御装置の処理速度を維持するため、基板検査装置３０で取得された線幅測定用の複数の画像データのうち一部を抽出して、上述したコントラスト値の算出を行うなど、間引き処理を行っていた。これにより、間引き処理によっては線幅を測定するのに適した画像データが処理対象として選択されずに、線幅測定が別の画像データで行われ、その結果測定精度を低下させるおそれがあった。これに対して、上述した本実施の形態１では、前処理部２３によって制御装置１０にかかる負荷を軽減できるため、全画像データに対して処理を行っても、制御装置１０自体の処理速度が低下することはない。したがって、制御装置１０自体の処理速度を維持しつつ、基板検査装置３０で取得された線幅測定用の全画像データに対して、上述したコントラスト値の算出を行うなどの処理を施すことができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態１において、前処理部２３が、フィルタ演算処理を行うものとして説明したが、さらにレシピ情報をもとにモデルに対するマッチング処理（測定位置検出処理）を行うものであってもよい。この場合、全ての画素に対してラスタスキャンなどを行うと非常に多くの時間がかかってしまうため、ビニング処理によって画像を縮小させ、検出位置を特定のエリアに絞ることが好ましい。この際、大まかなモデル検出位置でのマッチング処理結果を制御装置１０に出力してもよいし、前処理部２３で全体に対して粗検出してマッチング処理を行い、この簡易的に行われたマッチング処理結果を制御装置１０に出力してもよい。後処理部１２は、このマッチング処理によって得られた座標（測定位置）に基づいて測定処理を行う。ここで、ステージ平面に平行な方向の振動がある場合、抽出された全画像データに対して基準位置からのシフト量を計算させる必要があるが、パターンマッチングを含め、これらの補正処理を前処理部２３が行うものであってもよい。
【００５４】
上述した実施の形態１では、画像取得部３１が行う撮像シーケンスとして、オートフォーカス停止後、対物レンズ３３を停止した状態で撮像処理を行うものとして説明したが、対物レンズ３３を移動させながらの状態で撮像処理を行うものであってもよい。透明電極（ＩＴＯ）などを測定する場合、一般にＩＴＯとその下地となる下地メタルとの間には数マイクロメートル程度の差があり、コントラスト値が小さいＩＴＯ位置でオートフォーカス動作が停止せず、コントラスト値の大きい下地メタル配線に合焦する可能性がある。下地メタルで合焦した状態でオートフォーカス動作が停止してしまうと、画像中のＩＴＯはボケてしまい、検査の繰り返し性を確保するのが難しい。
【００５５】
図６は、本実施の形態１の変形例１−１にかかる高さ位置と時間との関係を示すグラフである。図３のように対物レンズ３３の位置を固定して撮像した場合、オートフォーカスによる合焦位置が振動の最上部に停止してしまうと、画像を複数枚取得しても全てデフォーカス画像であるおそれがあり、所望の合焦画像が得られない原因となりうる。また、基板検査装置３０（基板検査部３２）には、機械的に振動を除振する除振機構が設けられ、この除振機構によって載置台などからの振動が基板に伝達することを防止しているが、拡大して撮像する場合に影響するミクロンオーダーの振動など、機械的に除振不可能な振動が生じる場合もあり、所望の合焦画像が得られないおそれがあった。
【００５６】
これに対して、変形例１−１では、図６のようにオートフォーカス動作による停止位置から対物レンズ３３を対物レンズの光軸方向に移動させながら撮像する。このとき、図６中の×点は、対物レンズ３３の焦点位置を示している。これにより、ＩＴＯのコントラストが最も大きい位置で撮像することが可能となる。なお、本変形例１−１では、対物レンズ３３を基板から遠ざける方向に移動させる。なお、オートフォーカス動作による停止位置から所定位置だけ上下方向に対物レンズを移動させた後、この移動方向と反対方向に移動させてもよい。
【００５７】
また、ＩＴＯ等のエッジコントラスト値が非常に小さいエッジ位置だと、上述した抽出アルゴリズムの場合、測定繰り返し性に限界がある。エッジコントラスト値が小さいと繰り返し性が悪くなる理由としては、イメージセンサ等の撮像ノイズに影響されやすく、エッジ検出位置が不安定になるためである。
【００５８】
図７は、本実施の形態１の変形例１−２にかかるコントラスト値と線幅との関係を示すグラフである。上述したエッジ検出位置の問題を解決するためには、図７に示したグラフのような回帰分析を実施してエッジ位置の抽出方法が挙げられる。この抽出方法では、後処理部１２が、イメージセンサが取得した全ての画像データに対してエッジのコントラスト値と線幅値とを算出し、図７に示したグラフを生成する。
【００５９】
このとき、本来であれば最もコントラスト値の大きな画像データ、例えばグラフ中の点Ｃ２に応じた線幅を結果として出力するが、回帰分析による抽出方法では、多項式近似曲線Ｌ２による極値（評価値）に一番近い点Ｃ１に応じた線幅値Ｒを結果として出力する。多項式近似としては２次式で近似してもよいし、３次式で近似してもよい。回帰分析による抽出ではコントラスト値が小さい画像データの線幅値はノイズが多いと判断し、ある閾値以下は回帰分析に使用しない。また、後処理部１２は、正のコントラスト値だと極大値だけ、負のコントラスト値だと極小値だけを極値として判断する。これにより、エッジ検出位置を安定させて、精度の高い線幅測定を行うことが可能となる。
【００６０】
（実施の形態２）
図８は、本実施の形態２にかかる制御装置としての撮像装置２の構成を模式的に示すブロック図である。実施の形態２では、画像処理システムが、少なくともＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子を備えた画像処理カメラとしての撮像装置２であるものとして説明する。
【００６１】
図８に示すように、撮像装置２は、制御部６１、画像取得部６２、後処理部６３、記憶部６４、入力部６５および表示部６６を備える。また、撮像装置２は、画像データに対して所定の処理を施すフレームグラバー２０ａ（前処理装置）を着脱可能に保持し、保持状態においては通信可能に接続されている。フレームグラバー２０ａは、制御部２１ａ、送受信部２２ａ、前処理部２３ａ、第１画像保持部２４ａを備える。撮像装置２にフレームグラバー２０ａが取り付けられることによって、画像処理システムを構成する。
【００６２】
制御部２１ａは、フレームグラバー２０ａ全体の処理および動作を制御する。制御部２１ａは、各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。送受信部２２ａは、所定の形式にしたがって情報の送受信を行うインターフェースとしての機能を有し、撮像装置２と接続されている。前処理部２３ａは、画像取得部６２が取得した画像データに対して、後述する前処理を施す。第１画像保持部２４ａは、画像取得部６２が出力した画像データを記憶する。
【００６３】
また、制御部６１は、ＣＰＵ等を用いて構成され、撮像装置２全体の処理および動作を制御する。制御部６１は、これらの各構成部位に入出力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。
【００６４】
画像取得部６２は、例えば、ＬＥＤ等の照明部と、集光レンズ等の光学系と、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子とを有する。照明部は、撮像素子の撮像視野に白色光等の照明光を発光して、撮像視野内の被写体を照明する。光学系は、この撮像視野からの反射光を撮像素子の撮像面に集光して、撮像素子の撮像面に撮像視野の被写体像、例えば、基板上のパターン像を結像する。撮像素子は、この撮像視野からの反射光を、撮像面を介して受光し、この受光した光信号を光電変換処理して、この撮像視野の被写体画像を撮像する。画像取得部６２は、オートフォーカス機能を有し、自動で被写体との距離を測定する。
【００６５】
後処理部６３は、フレームグラバー２０ａによって処理が施された画像データに対して後処理を行う。具体的には、フレームグラバー２０ａから出力された画像データの評価値をもとに、パターンの線幅を測定する。
【００６６】
記憶部６４は、情報を磁気的に記憶するハードディスクと、撮像装置２が処理を実行する際にその処理にかかわる、各種プログラムをハードディスクからロードして電気的に記憶するメモリとを用いて構成される。記憶部６４は、フレームグラバー２０ａから出力された画像データを保持する第２画像保持部６４ａを有する。なお、記憶部６４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード等の記憶媒体に記憶された情報を読み取ることができる補助記憶装置を備えてもよい。
【００６７】
入力部６５は、ボタン、タッチパネル等を用いて構成され、撮像動作にかかる諸情報や撮像動作の指示情報等を外部から取得する。表示部６６は、ディスプレイ等を用いて構成され、画像取得部６２が取得した画像の表示を行う。
【００６８】
図９は、本実施の形態２にかかる撮像装置２が行う処理を示すフローチャートである。まず、制御部６１は、入力部６５に撮像指示が入力されると、画像取得部６２にオートフォーカス処理を行わせ、撮像対象に対して合焦させる（ステップＳ４０１）。制御部６１は、画像取得部６２から合焦完了信号を受信すると、基板振動によるオートフォーカスのハンチングを防止するためオートフォーカス動作を停止させる。制御部６１は、オートフォーカス動作の停止信号を画像取得部６２から受け取ると、画像を取得するよう画像取得部６２に指示する（ステップＳ４０２）。
【００６９】
画像取得部６２で撮像された画像は、順次フレームグラバー２０ａに転送され、第１画像保持部２４ａに保持される（ステップＳ４０３）。これらの画像データは予め確保された第１画像保持部２４ａの記憶領域内のメモリアドレスに順次、書き込まれる。その後、第１画像保持部２４ａに保持された画像データに対して、前処理部２３ａが、第１画像保持部２４ａに保持された画像データに対して前処理としての画像処理を施す（ステップＳ４０４）。
【００７０】
このとき、画像取得部６２からのフレームグラバー２０ａへの転送レートは画像取得部６２のフレームレートに依存するが、前処理部２３ａは画像転送レートとは非同期で画像処理が実行される。なお、画像処理結果をフレームグラバー２０ａの第１画像保持部２４ａで保持した後、必要であれば第２画像保持部６４ａへの画像データの転送を行う。
【００７１】
前処理部２３ａは、画像処理として、所定の条件に応じた画像データに変換処理（シェーディング補正処理、強調処理、平滑化や領域処理）し、画像データの評価値を算出する（ステップＳ４０５）。前処理部２３ａは、上述した変換処理後の輝度値やコントラスト値から得られる相対値を評価値として算出する。
【００７２】
前処理部２３ａは、算出した評価値を第１画像保持部２４ａに画像データと紐付けて記憶する（ステップＳ４０６）。上述したステップＳ４０２〜Ｓ４０６の処理は、画像取得が完了するまで繰り返し処理が行われる（ステップＳ４０７：Ｎｏ）。
【００７３】
取得した画像全てに対して、前処理部２３ａによる前処理が完了した後（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、制御部６１は、算出結果をフレームグラバー２０ａ内のメモリアドレスへアクセスし評価値を取得する（ステップＳ４０８）。制御部６１は、取得した評価値に基づいて、後処理部６３が、撮像装置２（第２画像保持部６４ａ）に転送する画像データを決定させる（ステップＳ４０９）。その後、制御部６１は、後処理部６３によって決定された画像データの転送を行う（ステップＳ４１０）。
【００７４】
上述した本実施の形態２によれば、撮像装置２に対して着脱自在に接続されるフレームグラバー２０ａにおいて、画像取得部６２で取得された画像データに対して、転送対象の画像データを抽出するための前処理を行うようにしたので、撮像装置自身が行う処理の負荷を軽減して、測定精度を維持しつつ、撮像装置における処理時間の増大を抑制することができる。
【００７５】
図１０は、本実施の形態２の変形例２−１にかかる撮像装置が行う処理を示すフローチャートである。上述した実施の形態２において、複数の撮像箇所に対して露光時間など撮像における条件を変更する場合、撮像を行う前に、その位置ごとに自動で撮像条件を決定する処理（撮像前処理）を行うようにしてもよい。この撮像前処理は、図９に示す処理中、ステップＳ４０１の前に行われる。
【００７６】
まず、制御部６１は、入力部６５からの指示入力に応じて、画像取得部６２の少なくとも光学系の位置を測定点に移動させる（ステップＳ５０１）。制御部６１は、画像取得部６２から移動完了信号を受信すると（ステップＳ５０２）、測定点においてオートフォーカス処理を行い、合焦位置を決定する（ステップＳ５０３）。
【００７７】
合焦位置が決定すると、制御部６１は、画像データから測定を行う場合の測定条件を決定するプレ測定、または撮像条件を決定するためのプレ撮像を行う（ステップＳ５０４）。制御部６１は、プレ測定またはプレ撮像によって得られた画像データをもとに、撮像条件を決定し（ステップＳ５０５）、上述した制御装置１０などの通信接続している外部機器などに決定した撮像条件を出力する（ステップＳ５０６）。
【００７８】
これにより、異なる複数の測定点がある場合であっても、それぞれ適した撮像条件で撮像処理および測定処理を行うことができる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態１，２では、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）として用いられる基板の画像を取得して、取得した画像データに対して画像処理を施すものとして説明したが、細胞を撮像した撮像データや、細胞からの蛍光または発光を撮像した撮像データに対しても適用することができる。なお、細胞の撮像データは、顕微鏡などを用いて結像される光学像を撮像して得られた撮像データを用いる場合も含む。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明にかかる画像処理システム、画像処理方法および画像処理プログラムは、測定精度を維持しつつ、処理時間の増大を抑制するのに有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ＦＰＤ検査装置
２  撮像装置
１０  制御装置
１１，２１，２１ａ，６１  制御部
１２，６３  後処理部
１３，６４  記憶部
１３ａ，６４ａ  第２画像保持部
１４，６５  入力部
１５  出力部
１６，６６  表示部
２０，２０ａ  フレームグラバー
２２，２２ａ  送受信部
２３，２３ａ  前処理部
２４，２４ａ  第１画像保持部
３０  基板検査装置
３１，６４  画像取得部
３２  基板検査部
４０  表示装置
５０  顧客サーバ
【図１】
2013161384.tif 000003
【図２】
2013161384.tif 000004
【図３】
2013161384.tif 000005
【図４】
2013161384.tif 000006
【図５】
2013161384.tif 000007
【図６】
2013161384.tif 000008
【図７】
2013161384.tif 000009
【図８】
2013161384.tif 000010
【図９】
2013161384.tif 000011
【図１０】
2013161384.tif 000012
【国際調査報告】
2013161384.tif 000013
2013161384.tif 000014