特開 2024-138637 画像処理方法、観察方法、基板処理方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024138637

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】画像処理方法、観察方法、基板処理方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20241002BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049226

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100136836

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 一正

(72)【発明者】

【氏名】菱谷 大輔

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106DH03

4M106DH12

4M106DH31

4M106DJ13

4M106DJ14

4M106DJ19

(57)【要約】

【課題】基板周縁部を撮像した画像から、特に背景が明るく撮像された場合であっても基板のエッジ位置を正確に求める。
【解決手段】この発明に係る画像処理方法、観察方法、基板処理方法および基板処理装置は、基板の周縁部を撮像した画像のうち基板の表面に対応する基板領域から背景に対応する背景領域へ向かう方向に見て輝度値が有意に増大し始める変化開始位置を検出し、変化開始位置から背景領域に向かって、所定のオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を、エッジ位置として特定する。輝度値に対して予め設定された閾値に基づいて変化開始位置を検出し、閾値は、露出を異ならせて撮像された複数の画像における正規化輝度プロファイルが実質的に一致する領域と一致しない領域との境界における正規化輝度値に相当する値である。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面を含む周縁部と前記表面より高輝度の背景とを互いに隣接して含み撮像された画像から、前記基板のエッジ位置を特定するための画像処理方法であって、
前記画像のうち前記基板の表面に対応する基板領域から前記背景に対応する背景領域へ向かう方向に見て輝度値が有意に増大し始める変化開始位置を検出する工程と、
前記変化開始位置から前記背景領域に向かって、所定のオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を、前記エッジ位置として特定する工程と
を備え、
前記変化開始位置を検出する工程では、輝度値に対して予め設定された閾値に基づき前記変化開始位置を検出し、
前記閾値は、露出を異ならせて撮像された複数の前記画像のそれぞれにおいて定義される、前記画像内での位置と当該位置での輝度値を前記露出の大きさで正規化した正規化輝度値との対応関係を表す正規化輝度プロファイルが実質的に一致する領域と一致しない領域との境界における前記正規化輝度値に相当する値である、画像処理方法。

【請求項2】

前記閾値は、前記背景領域から前記基板領域へ向かう方向に前記正規化輝度プロファイルを微分したときの微分値が、複数の前記画像間で、最も大きいピークよりも前記基板領域側で最初に一致するときの位置に対応する前記正規化輝度値に相当する値である、請求項１に記載の画像処理方法。

【請求項3】

前記オフセット値は、前記背景領域の明るさが飽和しない条件で撮像された前記画像においてエッジ検出処理により検出された前記エッジ位置と、当該画像中の前記境界に対応する位置との距離に相当する値である、請求項１に記載の画像処理方法。

【請求項4】

前記エッジ検出処理では、前記正規化輝度プロファイルを微分したときの微分値における最も大きいピークを挟み、かつ前記微分値が予め設定された仮閾値と等しい２つの位置の中間位置を前記エッジ位置とする、請求項３に記載の画像処理方法。

【請求項5】

基板処理装置により処理される基板の周縁部を観察する観察方法であって、
前記基板の表面を含む前記周縁部に照明光を入射させるとともに前記周縁部を撮像して、前記周縁部と前記表面より高輝度の背景とを互いに隣接して含む画像を取得する工程と、
前記画像のうち前記基板の表面に対応する基板領域から前記背景に対応する背景領域へ向かう方向に見て輝度値が有意に増大し始める変化開始位置を検出する工程と、
前記変化開始位置から前記背景領域に向かって、所定のオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を、前記エッジ位置として特定する工程と
を備え、
前記変化開始位置を検出する工程では、輝度値に対して予め設定された閾値に基づき前記変化開始位置を検出し、
前記閾値は、露出を異ならせて撮像された複数の前記画像のそれぞれにおいて定義される、前記画像内での位置と当該位置での輝度値を前記露出の大きさで正規化した正規化輝度値との対応関係を表す正規化輝度プロファイルが実質的に一致する領域と一致しない領域との境界における前記正規化輝度値に相当する値である、観察方法。

【請求項6】

前記閾値および前記オフセット値を決定するための予備処理工程を備え、
前記予備処理工程では、
露出の大きさを互いに異ならせて前記周縁部を複数回撮像して複数の予備画像を取得し、
前記複数の予備画像のそれぞれから検出される前記変化開始位置が一致する前記閾値を決定し、
前記複数の予備画像のうち前記背景領域の明るさが飽和しない条件で撮像された画像に基づき、エッジ検出処理により前記エッジ位置を検出し、当該画像において検出された前記エッジ位置と前記変化開始位置との距離を前記オフセット値として決定する、請求項５に記載の観察方法。

【請求項7】

前記複数の予備画像それぞれについて、前記背景領域から前記基板領域へ向かう方向に前記正規化輝度プロファイルを微分した正規化微分プロファイルを求め、複数の前記予備画像間で、微分値が最も大きいピークよりも前記基板領域側で最初に一致するときの位置に対応する前記正規化輝度値を前記閾値とする、請求項６に記載の観察方法。

【請求項8】

円板状の前記基板を、その主面に垂直かつ中心を通る回転軸まわりに回転させながら、互いに異なる複数の時刻に前記撮像を行って複数の前記画像を取得し、
複数の前記画像の各々について前記エッジ位置の特定を行う、請求項５ないし７のいずれかに記載の観察方法。

【請求項9】

複数の前記画像の各々について、当該画像を構成する画素の輝度値を前記基板の周方向に積算し、その積算値に基づき前記基板の径方向に沿った単一の輝度プロファイルを求め、前記輝度プロファイルと前記閾値とに基づき前記変化開始位置を検出する、請求項８に記載の観察方法。

【請求項10】

基板に対し所定の処理を実行する工程と、
前記処理の開始前、実行中および終了後の少なくともいずれかにおいて、前記基板の表面を含む周縁部に照明光を入射させるとともに前記周縁部を撮像して、前記周縁部と前記表面より高輝度の背景とを互いに隣接して含む画像を取得する工程と、
前記画像のうち前記基板の表面に対応する基板領域から前記背景に対応する背景領域へ向かう方向に見て輝度値が有意に増大し始める変化開始位置を検出する工程と、
前記変化開始位置から前記背景領域に向かって、所定のオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を、前記エッジ位置として特定する工程と
を備え、
前記変化開始位置を検出する工程では、輝度値に対して予め設定された閾値に基づき前記変化開始位置を検出し、
前記閾値は、露出を異ならせて撮像された複数の前記画像のそれぞれにおいて定義される、前記画像内での位置と当該位置での輝度値を前記露出の大きさで正規化した正規化輝度値との対応関係を表す正規化輝度プロファイルが実質的に一致する領域と一致しない領域との境界における前記正規化輝度値に相当する値である、基板処理方法。

【請求項11】

基板に対し所定の処理を実行する処理部と、
前記基板の表面を含む前記周縁部に照明光を入射させるとともに前記周縁部を撮像して、前記周縁部と前記表面より高輝度の背景とを互いに隣接して含む画像を取得する撮像部と、
前記画像に基づき前記基板のエッジ位置を検出する画像処理部と
を備え、
前記画像処理部は、請求項１ないし４のいずれかに記載の画像処理方法を実行して前記エッジ位置を検出する、基板処理装置。

【請求項12】

前記照明光が拡散光である、請求項１１に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体ウエハなどの基板の周縁部を撮像して観察する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハなどの被撮像物の周縁部に対して種々の処理を施す処理システムが知られている。このような基板処理システムでは、例えば処理状態を監視するために、処理される基板を照明しＣＣＤカメラ等の撮像手段によって撮像することが行われる。基板の周縁部の形状としては様々であるが、例えば研磨加工により表面を傾斜面とした、いわゆるベベル部が設けられたものがある。

【0003】

このような基板のベベル部における仕上がり状態を観察する目的にも、上記のような撮像手段と、撮像により得られた画像に対する画像処理技術とを組み合わせて適用することが可能である。例えば特許文献１には、表面に複数の皮膜が積層されたウエハ（基板）のベベル部を含む周縁部が、撮像および画像処理によって評価される基板処理装置が開示されている。この技術においては、画像から各皮膜のエッジ位置を検出し、ベベル部において皮膜が適切に除去されているか否かが評価される。

【0004】

またこの技術では、ウエハの偏心状態を算出するために、ウエハの周縁部を撮像した画像からウエハのエッジ位置が検出される。エッジ検出は、ウエハの周方向に並ぶピクセル群において所定値以上のコントラスト比を有する、つまり輝度が急激に変わる位置を検出することにより行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１４４１０２号公報（例えば、段落０１５７）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記従来技術におけるエッジ検出は、基板の偏心状態を求めるという目的においては有効に機能するものである。一方で、基板の周縁部をより詳細に観察するという目的には必ずしも十分なものとは言えない。その理由は以下の通りである。例えば半導体等の基板においては濃色のものが多い。これに起因して画像中で基板は比較的暗く映るため、表面状態を観察可能なコントラストを有する画像を取得するためには、撮像の感度を高く、また十分な光量で照明する必要がある。つまり、撮像における露出を高くする必要がある。

【0007】

このような撮像条件での撮像で、特に基板以外の背景部分の方が基板よりも高輝度になる場合には、撮像において背景部分の明るさが飽和する、いわゆる白飛びによって、画像における背景部分の輝度は必ずしも実際の明るさを表さない。そのため、コントラスト比に着目したエッジ検出により基板のエッジと背景部分とを識別しようとする従来技術では、後述するように、検出されるエッジ位置が実際の基板のエッジよりも基板の内側にずれる傾向があるという問題がある。

【0008】

偏心量を算出するという目的は、回転する基板の異なる位相角に対して同じエッジ検出処理を適用することで達成可能であり、正確なエッジ位置を求めることを要しない。すなわち、本来のエッジ位置とは異なる結果を返すような検出方法であっても、そのずれが基板の全周において同等であれば偏心量は求められる。このため、上記従来技術では上記した問題が考慮されておらず、またこの問題には対応することができない。

【0009】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板周縁部を撮像した画像から、特に背景が明るく撮像された場合であっても基板のエッジ位置を正確に求めることのできる技術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】

【0010】

この発明の一の態様は、基板の表面を含む周縁部と前記表面より高輝度の背景とを互いに隣接して含み撮像された画像から、前記基板のエッジ位置を特定するための画像処理方法であって、前記画像のうち前記基板の表面に対応する基板領域から前記背景に対応する背景領域へ向かう方向に見て輝度値が有意に増大し始める変化開始位置を検出する工程と、前記変化開始位置から前記背景領域に向かって、所定のオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を、前記エッジ位置として特定する工程とを備えている。ここで、前記変化開始位置を検出する工程では、輝度値に対して予め設定された閾値に基づき前記変化開始位置を検出する。この閾値は、露出を異ならせて撮像された複数の前記画像のそれぞれにおいて定義される、前記画像内での位置と当該位置での輝度値を前記露出の大きさで正規化した正規化輝度値との対応関係を表す輝度プロファイルが実質的に一致する領域と一致しない領域との境界における前記正規化輝度値に相当する値である。

【0011】

本発明において、画像が「周縁部と背景とを互いに隣接して含む」とは、撮像された画像内で、基板の周縁部に対応する領域と背景に対応する領域とが互いに隣接し両者の間に境界を形成した状態にあることを意味しており、実空間における位置関係を示すものではない。このように構成された発明では、基板表面を良好に撮像するという目的の下に取得された画像において、背景領域では明るさが飽和し白飛びが発生している可能性がある一方、基板の表面に対応する基板領域では明るさは飽和していないとの前提で、画像処理を行う。すなわち、画像を背景領域から基板領域に向かって見たとき、基板のエッジの近傍で高輝度から低輝度への急激な輝度変化が現れると想定される。

【0012】

背景領域で白飛びが生じていなければ、高輝度から低輝度へ遷移する位置を基板のエッジの位置と推定してよいと考えられる。一方、詳しくは後述するが、背景領域で白飛びが生じ、飽和レベル以上の輝度の情報が失われている場合には、高輝度から低輝度に変化し始める位置が、本来の位置よりも基板内部側に現れることになる。つまり、高輝度から低輝度へ変化し始める位置は、撮像時の露出の大きさに依存する。

【0013】

これに対して、基板の内側から背景側を見たときの輝度変化においては、低輝度から高輝度へ変化する変化開始位置では白飛びの影響はないと考えられる。つまり、この変化開始位置については、白飛びの影響を受けることなく検出することが可能である。また、輝度レベルは単純に露出の大きさに比例するから、変化開始位置については露出の大きさによらず同等の精度で検出可能である。

【0014】

より具体的には、次のような考え方を適用することができる。露出を異ならせて撮像された複数の画像のそれぞれで、位置ごとの輝度値を露出の大きさで正規化した正規化輝度値と位置との対応関係を表す正規化輝度プロファイルを考える。基板のエッジから内側に離れた位置にある基板領域では、露出の大きさで正規化された輝度プロファイルはほぼ一致するはずである。一方、背景領域に近づき輝度が上昇し始めると、撮像時の露出の大きさにより白飛びの影響が異なるため、輝度プロファイル間で差異が生じてくる。

【0015】

このことから、正規化輝度プロファイルが露出の大きさによらず一致する領域とそうでない領域との境界を変化開始位置とみなすことができる。すなわち、この位置における正規化輝度値に相当する値を閾値として用いることで、変化開始位置を露出の大きさに関わりなく精度よく検出することが可能となる。

【0016】

ただし、この変化開始位置は基板のエッジ位置を表しておらず、実際のエッジ位置はこれより背景領域側に所定の距離だけ寄った位置にあるはずである。そして、この距離は露出の大きさによって変化しないから、この距離に相当する値をオフセット値として予め定めておき、任意の露出で撮像された画像から求められた変化開始位置を起点として、オフセット値分だけ背景領域側に寄った位置を基板のエッジ位置とみなすことで、エッジ位置を精度よく求めることが可能である。

【0017】

なお、この発明においては「露出の大きさで正規化された輝度値」という概念が用いられているが、これは発明の原理を説明するための仮想的な概念であり、発明の実施に当たり「輝度値を露出の大きさで正規化する」演算プロセスが実際に実行されることを要するものではない。すなわち、上記原理のように画像から取得された輝度プロファイルを露出の大きさで正規化し、それに基づき露出の大きさによらず同一値となる閾値を決定する方法と、例えば露出の大きさに応じてスケーリングすることを前提に、正規化されない輝度プロファイルに基づき閾値を決定する方法とは、技術的には等価である。

【0018】

特に、既に決定された閾値およびオフセット値を利用してエッジ位置を特定する処理において、例えば撮像時の露出の大きさに応じて閾値をスケーリングして適用するようにする場合には、この段階で「正規化」の概念は必要ではない。

【0019】

また、この発明に係る画像処理方法と同様の方法は、基板処理装置により処理される基板の周縁部を観察する観察方法および基板処理方法にも適用可能である。さらに、基板を処理する処理部を備える基板処理装置においても、基板の周縁部を撮像する撮像部と、上記画像処理方法を実行する画像処理部とをさらに備えることで、上記した発明と同様の効果を得ることが可能である。これらの場合、基板を観察するための撮像条件を設定するに当たり、背景における白飛びの問題を考慮する必要がないので、設定における自由度がより高くなり、画像品質の良好な撮像条件を選択し使用することができる。

【発明の効果】

【0020】

この発明によれば、背景の明るさに影響を受けない基板内の変化開始位置を検出し、その位置からオフセット値に相当する距離だけシフトした位置を基板のエッジ位置としている。オフセット値は変化開始位置からエッジ位置までの距離を表し、背景の明るさに対し不変である。したがって、特に背景が明るく撮像された場合であっても、基板のエッジ位置を正確に求めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す図である。

【図2】基板処理装置の構成を概略的に示す図である。

【図3】基板処理装置の一部を上方から見た平面図である。

【図4】撮像対象となる基板の周縁部の形状を例示する図である。

【図5】基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図6】撮像機構のヘッド部を示す斜視図である。

【図7】上面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。

【図8】側面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。

【図9】撮像部により撮像される基板の周縁部の画像を模式的に示す図である。

【図10】エッジ検出における問題を説明するための図である。

【図11】露出の大きさと輝度プロファイルとの関係を示す図である。

【図12】輝度プロファイルに基づくエッジ検出処理の考え方を例示する図である。

【図13】第１の方法によるエッジ検出処理の具体的な処理を説明する図である。

【図14】白飛びが生じる場合の輝度プロファイルを例示する図である。

【図15】この実施形態におけるエッジ位置検出処理の原理を示す図である。

【図16】閾値とオフセット値とを決定する処理を示すフローチャートである。

【図17】基板のエッジ位置を特定する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】

【0022】

図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を装備する基板処理システムを示す図である。基板処理システム２００は、例えば半導体ウエハなどの円板状の基板Ｓに対して処理を施す基板処理部２１０と、この基板処理部２１０に結合されたインデクサ部２２０とを備えている。インデクサ部２２０は、基板Ｓを収容するための容器Ｃ（複数の基板Ｓを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard
Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができる容器保持部２２１と、この容器保持部２２１に保持された容器Ｃにアクセスして、未処理の基板Ｓを容器Ｃから取り出したり、処理済みの基板Ｓを容器Ｃに収納したりするためのインデクサロボット２２２を備えている。各容器Ｃには、複数枚の基板Ｓがほぼ水平な姿勢で収容されている。

【0023】

本明細書では、基板Ｓの両主面のうちパターンが形成されているパターン形成面（一方主面）を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない他方主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた面を「下面」と称し、上方に向けられた面を「上面」と称する。また、本明細書において「パターン形成面」とは、基板において、任意の領域に凹凸パターンが形成されている面を意味する。

【0024】

インデクサロボット２２２は、装置筐体に固定されたベース部２２２ａと、ベース部２２２ａに対し鉛直軸まわりに回動可能に設けられた多関節アーム２２２ｂと、多関節アーム２２２ｂの先端に取り付けられたハンド２２２ｃとを備える。ハンド２２２ｃはその上面に基板Ｓを載置して保持することができる構造となっている。このような多関節アームおよび基板保持用のハンドを有するインデクサロボットは公知であるので詳しい説明を省略する。

【0025】

基板処理部２１０は、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット２１１と、この基板搬送ロボット２１１を取り囲むように配置された複数の処理ユニット１とを備えている。具体的には、基板搬送ロボット２１１が配置された空間に面して複数の処理ユニット１が配置されている。処理ユニット１の主要構成は処理チャンバ１００の内部に設置されている。これらの処理ユニット１に対して基板搬送ロボット２１１は適時アクセスして基板Ｓを受け渡す。一方、各処理ユニット１は基板Ｓに対して所定の処理を実行する。本実施形態では、これらの処理ユニット１の一つが本発明に係る基板処理装置に相当している。

【0026】

図２は基板処理装置の構成を概略的に示す図である。図３は基板処理装置の一部を上方から見た平面図である。図４は撮像対象となる基板の周縁部の形状を例示する図である。図５は図２および図３に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。図２、図３および以下に参照する各図では、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、各図には方向関係を明確にするため、Ｚ軸を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とする座標系を適宜付している。

【0027】

基板処理装置（処理ユニット）１は、回転機構２、飛散防止機構３、処理機構４、周縁加熱機構５および撮像機構６を備えている。これら各部２～６は、処理チャンバ１００の内部空間１０１に収容された状態で、装置全体を制御する制御ユニット９と電気的に接続されている。そして、各部２～６は、制御ユニット９からの指示に応じて動作する。

【0028】

制御ユニット９としては、例えば、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御ユニット９においては、プログラムに記述された手順に従って演算処理部９１としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を制御する。これによって、基板処理装置１は、処理チャンバ内で基板Ｓの上面の周縁部に処理液を供給してベベルエッチング処理を実行する。なお、制御ユニット９の詳しい構成および動作については、後で詳述する。また、本実施形態では、各基板処理装置１に対して制御ユニット９を設けているが、１台の制御ユニットにより複数の基板処理装置１を制御するように構成してもよい。また、基板処理システム２００全体を制御する制御ユニット（図示省略）により基板処理装置１を制御するように構成してもよい。

【0029】

回転機構２は、基板Ｓを、その表面を上方に向けた状態で、略水平姿勢に保持しつつ回転方向ＡＲ１（図３）に回転させる。回転機構２は、基板Ｓの主面中心を通る鉛直な回転軸ＡＸまわりに回転させる。回転機構２は、基板Ｓより小さい円板状の部材であるスピンチャック２１を備えている。スピンチャック２１は、その上面が略水平となり、その中心軸が回転軸ＡＸに一致するように設けられている。スピンチャック２１の下面には、回転軸部２２が連結されている。回転軸部２２は、その軸線を回転軸ＡＸと一致させた状態で、鉛直方向に延設されている。また、回転軸部２２には、回転駆動部（例えば、モータ）２３が接続されている。回転駆動部２３は、制御ユニット９からの回転指令に応じて回転軸部２２をその軸線周りに回転駆動する。したがって、スピンチャック２１は、回転軸部２２とともに回転軸ＡＸまわりに回転可能である。回転駆動部２３と回転軸部２２とは、スピンチャック２１を回転軸ＡＸ中心に回転させる機能を担っている。

【0030】

スピンチャック２１の中央部には、図示省略の貫通孔が設けられており、回転軸部２２の内部空間と連通している。内部空間には、バルブ（図示省略）が介装された配管を介してポンプ２４（図５）が接続されている。ポンプ２４およびバルブは、制御ユニット９に電気的に接続されており、制御ユニット９からの指令に応じて動作する。これによって、負圧と正圧とが選択的にスピンチャック２１に付与される。例えば基板Ｓがスピンチャック２１の上面に略水平姿勢で置かれた状態でポンプ２４が負圧をスピンチャック２１に付与すると、スピンチャック２１は基板Ｓを下方から吸着保持する。一方、ポンプ２４が正圧をスピンチャック２１に付与すると、基板Ｓはスピンチャック２１の上面から取り外し可能となる。また、ポンプ２４の吸引を停止すると、スピンチャック２１の上面上で基板Ｓは水平移動可能となる。

【0031】

飛散防止機構３は、図３に示すように、スピンチャック２１に保持された基板Ｓの外周を囲むように設けられた概略筒状のカップ３１と、カップ３１の外周部の下方に設けられた液受け部３２とを有している。制御ユニット９からの制御指令に応じてガード駆動部３３（図５）が作動することで、カップ３１が昇降する。カップ３１が下方位置に位置決めされると、図２に示すように、カップ３１の上端部はスピンチャック２１に保持された基板Ｓの周縁部Ｓｓよりも下方に位置する。逆に、カップ３１が上方位置に位置決めされると、カップ３１の上端部は基板Ｓの周縁部Ｓｓよりも上方に位置する。

【0032】

カップ３１が下方位置にあるときには、図２に示すように、スピンチャック２１に保持される基板Ｓがカップ３１外に露出した状態になっている。このため、例えばスピンチャック２１への基板Ｓの搬入および搬出時にカップ３１が障害となることが防止される。

【0033】

一方、カップ３１が上方位置にあるときには、カップ３１の内周面はスピンチャック２１に保持される基板Ｓの外周を取り囲む。これにより、後述するベベルエッチング処理時に基板Ｓの周縁部Ｓｓから振り切られる処理液の液滴が処理チャンバ１００内に飛散するのを防止することができる。また、処理液を確実に回収することが可能となる。すなわち、基板Ｓが回転することで基板Ｓの周縁部Ｓｓから振り切られる処理液の液滴はカップ３１の内周面に付着して下方へ流下し、カップ３１の下方に配置された液受け部３２により集められて回収される。

【0034】

処理機構４は、ベース４１と、回動支軸４２と、アーム４３と、処理液ノズル４４とを有している。ベース４１は処理チャンバ１００に固定されている。このベース４１に対し、回動支軸４２が回動自在に設けられている。回動支軸４２からアーム４３が水平に伸びており、その先端に処理液ノズル４４が取り付けられている。回動支軸４２が制御ユニット９からの制御指令に応じて回動することによりアーム４３が揺動し、アーム４３先端の処理液ノズル４４が、基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と、基板Ｓの周縁部上方の処理位置との間を移動する。図３において２点鎖線により示されるノズル４４は退避位置にある状態を、実線により示されるノズル４４は処理位置にある状態を、それぞれ示している。

【0035】

処理液ノズル４４は処理液供給部４５（図５）に接続されている。そして、制御ユニット９からの供給指令に応じて処理液供給部４５が処理液を処理液ノズル４４に向けて供給すると、処理液ノズル４４から処理開始位置Ｐｓに向けて処理液が吐出される。この処理開始位置Ｐｓは、基板Ｓの周縁部Ｓｓが移動する経路上の１点である。したがって、処理液ノズル４４が処理液を吐出しつつスピンチャック２１が回転することで、基板Ｓの周縁部Ｓｓの各部は処理開始位置Ｐｓを通過する間に処理液の供給を受ける。その結果、基板Ｓの周縁部Ｓｓ全体に対し、処理液によるベベルエッチング処理が実行される。

【0036】

周縁加熱機構５は環状のヒーター５１を備えている。ヒーター５１は、基板Ｓの下面周縁部に沿って基板Ｓの周方向に延在された発熱体を内蔵している。このヒーター５１に対して制御ユニット９から加熱指令が与えられると、発熱体から放出される熱によって基板Ｓの周縁部Ｓｓが下方から加熱される。それによって、周縁部Ｓｓの温度がベベルエッチング処理に適した値に昇温される。

【0037】

撮像機構６は、ベース６Ａと、回動支軸６Ｂと、アーム６Ｃと、ヘッド駆動部６Ｄと、光源６Ｅと、撮像部６Ｆと、ヘッド部６Ｇと、を有している。ベース６Ａは処理チャンバ１００に固定されている。このベース６Ａに対し、回動支軸６Ｂが回動自在に設けられている。回動支軸６Ｂからアーム６Ｃが水平に伸びており、その先端にヘッド部６Ｇが取り付けられている。そして、アーム６Ｃを駆動するヘッド駆動部６Ｄ（図５）に対して制御ユニット９から制御指令が与えられると、当該指令に応じてヘッド駆動部６Ｄは図３中の１点鎖線で示すようにアーム６Ｃを揺動する。これによって、アーム６Ｃ先端に取り付けられたヘッド部６Ｇが、基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置Ｐ１と、基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像する撮像位置Ｐ２との間で往復移動する。図３において実線により示されるヘッド部６Ｇは退避位置にある状態を、一点鎖線により示されるヘッド部６Ｇは撮像位置にある状態を、それぞれ示している。撮像位置Ｐ２では、ヘッド部６Ｇは基板Ｓの（－Ｙ）側端部に近接して配置される。

【0038】

図３に示すように、撮像位置Ｐ２からＸ方向に離間した離間位置Ｐ３に光源６Ｅおよび撮像部６Ｆが設けられている。この離間位置Ｐ３は、基板Ｓやカップ３１などのベベルエッチング処理を行う各部（回転機構２、飛散防止機構３、処理機構４、周縁加熱機構５）から離間している。光源６Ｅは、カップ３１の外側から撮像位置Ｐ２に向けて照明光Ｌ１を照射する。このとき、カップ３１は下方位置に位置決めされるとともに、ヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２に位置決めされており、照明光Ｌ１がヘッド部６Ｇに入射する。この照明光Ｌ１はヘッド部６Ｇで拡散反射される。こうして発生する拡散光で基板Ｓの周縁部Ｓｓは照明される。そして、基板Ｓの周縁部Ｓｓで反射された反射光Ｌ２がさらにヘッド部６Ｇで反射される。反射光Ｌ２はヘッド部６Ｇから離間位置Ｐ３に向けて導光され、撮像部６Ｆに入射される。これによって、撮像部６Ｆは基板Ｓの周縁部Ｓｓの像を取得し、その画像データを制御ユニット９に送る。

【0039】

ここで、本実施形態において撮像対象となる基板Ｓの周縁部Ｓｓについて、図４を参照して説明する。図４に示すように、半導体ウエハなどの基板Ｓでは、その周縁部に傾斜面を有するベベル部が形成されたものがある。ここでいう「ベベル部」とは、基板Ｓの周縁部Ｓｓのうち、基板Ｓが水平姿勢にあるときに表面が水平面に対し傾いた状態にある領域の全体を指すものとする。

【0040】

ベベル部の断面形状および寸法については、図に点線で示す最大寸法Ｄｍａｘと破線で示す最小寸法Ｄｍｉｎとが標準規格として規定され、これらの間に収まっている限りにおいては比較的高い自由度が与えられているのが一般的である。ベベル部の断面は、図４に示すように傾きの異なる複数の面で構成されるケースが多いが、湾曲面で構成されるケースもある。

【0041】

以下において必要な場合には、基板Ｓの周縁部Ｓｓのうち基板Ｓの上面と同一平面である部分を「Ａ面」と称して符号Ｓａを付し、基板Ｓの端面を「Ｃ面」と称して符号Ｓｃを付す。そして、Ａ面ＳａとＣ面Ｓｃとを接続する傾斜面を「Ｂ面」と称し符号Ｓｂを付す。また、基板Ｓの下面と同一平面である部分を「Ｅ面」と称して符号Ｓｅを付し、Ｃ面ＳｃとＥ面Ｓｅとを接続する傾斜面を「Ｄ面」と称し符号Ｓｄを付す。本明細書における「周縁部Ｓｓ」は、これらの各面を包括的に含む概念である。

【0042】

上記したように、ヘッド部６Ｇは、光源６Ｅからの照明光Ｌ１を受けて拡散光を発生させ、当該拡散光により基板Ｓの周縁部Ｓｓを照明する拡散照明機能と、周縁部Ｓｓで反射された反射光Ｌ２を撮像部６Ｆに導くガイド機能とを兼ね備えている。以下、ヘッド部６Ｇの構成および動作を図６ないし図９を参照しつつ説明する。

【0043】

図６は撮像機構のヘッド部を示す斜視図である。より具体的には、図６（ａ）はヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２に配置された状態を表す図であり、これから基板Ｓを取り除いた状態を表すのが図６（ｂ）である。ヘッド部６Ｇは、拡散面６１０を有する拡散照明部６１と、それぞれ拡散面６１１で囲まれた３枚のミラー部材６２ａ～６２ｃで構成されるガイド部６２と、拡散照明部６１を保持する保持部６３とを有している。図６では、拡散照明部６１との区別のために、保持部６３に該当する領域にドットを付している。

【0044】

拡散照明部６１は、白色の樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）で構成されている。拡散照明部６１は、ＹＺ平面に略平行なプレート形状を有しており、（＋Ｙ）方向側の端部に切欠部６１１が形成されている。この切欠部６１１は、（＋Ｘ）方向側から見てＵ字を時計方向に９０゜回転させた形状を有している。

【0045】

拡散照明部６１では、切欠部６１１に沿って傾斜面６１０が設けられている。傾斜面６１０は、上下方向および（－Ｙ）方向から切欠部６１１を取り囲むように設けられ、切欠部６１１に近づくにしたがって（－Ｘ）方向に傾斜するように仕上げられたテーパー面である。その表面は入射光を拡散反射させるように仕上げられており、後述するように、照明光を拡散反射させて基板Ｓの周縁部Ｓｓに入射させる拡散面６１０として機能する。

【0046】

拡散面６１０に取り囲まれるように、ミラー部材６２ａ～６２ｃが取り付けられている。より具体的には、拡散面６１０のうち、切欠部６１１の鉛直上方に当たる位置には第１のミラー部材６２ａが、切欠部６１１の（－Ｙ）側には第２のミラー部材６２ｂが、切欠部６１１の鉛直下方に当たる位置には第３のミラー部材６２ｃが、それぞれ取り付けられている。なお、本実施形態では、耐薬性や耐熱性などを考慮して、ミラー部材６２ａ～６２ｃはＳｉ（シリコン）で構成されている。

【0047】

一方、保持部６３は、薬液および熱に対する耐性の高い樹脂、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン：polyetheretherketone）で構成され、外形が概ね拡散照明部６１と同等に形成されたプレート状部材である。保持部６３は、拡散照明部６１の背面、つまり（－Ｘ）側主面に結合されてバックアップ部材として機能する。また、保持部６３はアーム６Ｃに結合されている。したがって、アーム６Ｃの揺動により、拡散照明部６１と保持部６３とが一体的に、退避位置Ｐ１と撮像位置Ｐ２との間を移動する。

【0048】

図６（ａ）に示すように、ヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２にあり、かつ基板Ｓがスピンチャック２１により保持されているとき、基板Ｓの周縁部Ｓｓが切欠部６１１の間に入り込む位置関係となる。切欠部６１１を（＋Ｘ）側から（－Ｘ）方向に見たとき、第１のミラー部材６２ａには、基板周縁部Ｓｓのうち上方から見たときに見える部分、つまりＡ面ＳａおよびＢ面Ｓｂの像が映り込む。同様に、第２のミラー部材６２ｂには、基板周縁部Ｓｓのうち側方から見たときに見える部分、つまりＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像が映り込む。また、第３のミラー部材６２ｃには、基板周縁部Ｓｓのうち下方から見たときに見える部分、つまりＤ面ＳｄおよびＥ面Ｓｅの像が映り込む。

【0049】

詳しくは後述するが、撮像部６Ｆは、（＋Ｘ）側から３つのミラー部材６２ａ～６２ｃの全てを見込むように設定された撮像視野で撮像を行う。これにより、ミラー部材６２ａ～６２ｃのそれぞれに映り込んだ基板Ｓの像が１つの画像内に取り込まれる。すなわち、撮像部６Ｆは、基板ＳｓのＡ面Ｓａ、Ｂ面Ｓｂ、Ｃ面Ｓｃ、Ｄ面Ｓｄ、Ｅ面Ｓｅの全てを１つの画像に一括して撮像することができる。基板Ｓの回転に伴い複数回撮像を行うことで、周縁部Ｓｓのうち周方向に沿って互いに位置の異なる複数の領域の画像を取得することができる。

【0050】

以下の説明では、第１のミラー部材６２ａに映り込んだ基板ＳのＡ面ＳａおよびＢ面Ｓｂの像を撮像することを「上面撮像」と称する。また、第２のミラー部材６２ｂに映り込んだ基板ＳのＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像を撮像することを「側面撮像」と称する。また、第３のミラー部材６２ｃに映り込んだ基板ＳのＤ面ＳｄおよびＥ面Ｓｅの像を撮像することを「下面撮像」と称する。

【0051】

図７は上面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。より具体的には、図７（ａ）はヘッド部６Ｇに入射し反射される光の進路を示す斜視図であり、図７（ｂ）はその垂直切断面における断面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に実線矢印で示すように、基板Ｓの上面側に沿って（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ａは、ヘッド部６Ｇの拡散面６１０に入射する。拡散面６１０のうち特に切欠部６１１の上方に位置する上方拡散面６１ａに入射し拡散反射された光が種々の方向から基板Ｓの上面に入射することで、基板周縁部Ｓｓが照明される。

【0052】

点線矢印で示すように、基板Ｓで反射された反射光は種々の方向へ進み得るが、このうちミラー部材６２ａに入射し、かつミラー部材６２ａで反射されて（＋Ｘ）方向に進む光Ｌ２ａが、その光路上に配置された撮像部６Ｆに入射する。この光を受光することで、基板Ｓの上面側から見た周縁部Ｓｓを撮像する「上面撮像」が実現される。

【0053】

図７（ｂ）に示すように、基板Ｓの下面側でも上面側と同様の現象が生じる。すなわち、ヘッド部６Ｇは上下対称な構造を有しており、基板Ｓの下面側に沿って（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ｃは、拡散面６１０のうち特に切欠部６１１の下方に位置する下方拡散面６１ｃに入射し拡散反射されて、基板Ｓの下面を照明する。このとき基板Ｓおよびミラー部材６２ｃで反射され（＋Ｘ）方向へ向かう反射光Ｌ２ｃを受光することで、基板Ｓの下面側から見た周縁部Ｓｓを撮像する「下面撮像」が実現される。

【0054】

図８は側面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。より具体的には、図８（ａ）はヘッド部６Ｇに入射し反射される光の進路を示す斜視図であり、図８（ｂ）はその水平切断面における断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に実線矢印で示すように、基板Ｓの側方を（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ｂは、ヘッド部６Ｇの拡散面６１０に入射し、そのうち特に切欠部６１１の側方に位置する側方拡散面６１ｂで拡散反射される。この光が種々の方向から基板Ｓの側面に入射することで、基板周縁部Ｓｓが照明される。

【0055】

そして、点線矢印で示される基板Ｓからの反射光のうち、ミラー部材６２ｂで反射されて（＋Ｘ）方向に進む光Ｌ２ｂが、その光路上に配置された撮像部６Ｆに入射する。これにより、基板Ｓの側方から見た周縁部Ｓｓを撮像する「側面撮像」が実現される。

【0056】

撮像部６Ｆは、物体側テレセントリックレンズで構成される観察レンズ系６Ｆａと、ＣＭＯＳカメラ６Ｆｂとを有している。したがって、上記反射光のうち観察レンズ系６Ｆａの光軸に平行な光線Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ）のみがＣＭＯＳカメラ６Ｆｂのセンサ面に入射され、基板Ｓの周縁部Ｓｓおよび隣接領域の像がセンサ面上に結像される。こうして撮像部６Ｆは基板Ｓの周縁部Ｓｓおよび隣接領域を撮像し、例えば図９に示す、上面画像領域Ｍａ、側面画像領域Ｍｂおよび下面画像領域Ｍｃを含む画像Ｉｍを取得する。そして、その画像を示す画像データを撮像部６Ｆは制御ユニット９に送信する。

【0057】

図９は撮像部により撮像される基板の周縁部の画像を模式的に示す図である。図９（ａ）はヘッド部６Ｇおよび基板Ｓを（＋Ｘ）側から（－Ｘ）方向に見た模式図であり、破線で囲まれた領域ＦＶが撮像部６Ｆの撮像視野を表している。このように、撮像部６Ｆの撮像視野ＦＶは、ヘッド部６Ｇのうちミラー部材６２ａ～６２ｃを含むように設定されている。

【0058】

図９（ｂ）は撮像視野ＦＶ内の各ミラー部材６２ａ～６２ｃに映る基板Ｓの像を模式的に示している。図９（ｂ）に示すように、第１のミラー部材６２ａには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＡ面ＳａとＢ面Ｓｂとの像が映る。また、第２のミラー部材６２ｂには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像が映る。また、第３のミラー部材６２ｃには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＤ面ＳｄとＥ面Ｓｅとの像が映る。撮像部６Ｆはこれらの像を一括して同時に撮像し１つの画像を取得する。１つの画像に含まれる各面Ｓａ～Ｓｅは同時に撮像されたものであり、基板Ｓにおける周方向の位置が実質的に互いに同一であるという関係にある。

【0059】

図９（ｃ）は撮像により実際に得られる画像を模式化したものである。上記した構成の撮像機構６では、光源６Ｅからの照明光を拡散面６１０で拡散させることで基板Ｓを照明し、基板Ｓからの反射光の一部を受光することで撮像を行っている。このため、照明光量および受光光量はいずれも十分とは言えない。このような状況で良好に撮像を行うためにカメラの感度を高くする必要があり、その結果、ヘッド部６Ｇの詳細な構造は、いわゆる白飛びによって画像にはほとんど反映されなくなる。

【0060】

そのため、図９（ｃ）に示すように、実際に得られる画像Ｉｍは、切欠部６１１に相当しその内部に非合焦状態で映る基板Ｓの側面の像を含む暗い領域Ｍｄと、上方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する上面画像領域Ｍａと、側方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する側面画像領域Ｍｂと、下方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する下面画像領域Ｍｃとを含んだものとなる。

【0061】

これらの各領域を含む画像Ｉｍを解析することで、周方向における基板Ｓの周縁部の形状やエッチング状況などを示す情報を取得することができる。そして、これらの情報から、スピンチャック２１に載置された基板Ｓの回転軸ＡＸに対する偏心量、基板Ｓの反り量やベベルエッチング結果（エッチング幅）などを検査することができる。

【0062】

そこで、上記のように構成された撮像機構６を装備する基板処理装置１では、制御ユニット９が、装置各部を制御し、（Ａ）ベベルエッチング処理前の基板検査、（Ｂ）アライメント処理、（Ｃ）アライメント処理後のベベルエッチング処理および（Ｄ）ベベルエッチング処理後の基板検査を実行する。この制御ユニット９は、図５に示すように、各種演算処理を行う演算処理部９１、基本プログラムや画像データを記憶する記憶部９２および各種情報を表示するとともに操作者からの入力を受け付ける入力表示部９３を有している。

【0063】

そして、制御ユニット９においては、プログラムに記述された手順にしたがって主制御部としての演算処理部（ＣＰＵ）９１が演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を以下のように制御する。すなわち、演算処理部９１は、図５に示すように、ヘッド部６Ｇの位置決めを行う位置決め制御部９１１、全周縁画像を取得する全周縁画像取得部９１２、ベベルエッチング処理前の全周縁画像から基板Ｓの偏心量を導出する偏心量導出部９１３、ベベルエッチング処理前の全周縁画像から基板Ｓの反り量を導出する反り量導出部９１４、ベベルエッチング処理後の全周縁画像からエッチング幅を導出するエッチング幅導出部９１５、および全周縁画像を画像処理して得られる残渣強調画像から残渣を分析する残渣分析部９１６として機能する。

【0064】

なお、図５中の符号７は上記偏心量だけ基板Ｓを移動させて回転軸ＡＸに対する基板Ｓの偏心を補正する偏心補正機構である。偏心補正機構については、従来周知のものを使用することができるため、ここでは偏心補正機構７の詳しい構成については説明を省略する。

【0065】

ここまで説明してきたように、この実施形態では、基板Ｓの周縁部Ｓｓがヘッド部６Ｇの切欠部６１１に挿入された状態で、撮像部６Ｆが周縁部Ｓｓを撮像する。基板Ｓは一定速度で回転しており、基板Ｓが１周する間、撮像部６Ｆが定期的に撮像を行い、各時刻で撮像された画像を合成することによって、基板Ｓの全周分に対応する周縁部Ｓｓの画像、つまり全周縁画像を取得することが可能である。

【0066】

撮像される画像Ｉｍには、周縁部Ｓｓを上方から見た画像に対応する上面画像領域Ｍａ、側方から見た画像に対応する側面画像領域Ｍｂ、下方から見た画像に対応する下面画像領域Ｍｃを含んでいる。したがって、全周縁画像は、基板Ｓの全周分について、周縁部Ｓｓを上方、側方および下方からそれぞれ見たときの基板Ｓの状態を表す情報を含んでいる。この全周縁画像を適宜の画像処理技術を用いて解析することで、周縁部Ｓｓの外観検査を行うことができる。

【0067】

以下では、こうして得られる画像から、基板Ｓのエッジ位置を特定する方法について説明する。例えば検査を目的として基板Ｓの周縁部Ｓｓを観察する場合、画像における基板Ｓのエッジ位置を正しく検出することが求められるケースがある。この実施形態では、画像Ｉｍに含まれる領域のうち上面画像領域Ｍａおよび下面画像領域Ｍｃに基板Ｓの表面と背景との境界が現れている。したがって、これらのいずれかの領域から基板Ｓと背景との境界を抽出することで、基板Ｓのエッジ位置を特定できると期待される。

【0068】

一般的なエッジ検出処理としては、画像内で輝度が急激に変化する部分を検出し、その部分を基板と背景との境界とみなす方法がある。しかしながら、次に説明するように、この方法は本実施形態では必ずしも適切なものではない。なお、以下では画像Ｉｍのうち上面画像領域Ｍａからエッジ位置を特定する場合を例に挙げて説明する。ただし、下面画像領域Ｍｃを対象とする場合も考え方は同じである。

【0069】

図１０はエッジ検出における問題を説明するための図である。図１０（ａ）は先に示した図９（ａ）と基本的に同じものである。基板Ｓの上面撮像に寄与する光の進路については図７（ｂ）の断面図に示す通りであるが、このときの断面図は、基板Ｓの断面を含む、つまり図１０（ａ）におけるＡ－Ａ線断面図に相当するものである。先に説明した通り、上面撮像では照明光Ｌ１ａがヘッド部６Ｇの拡散面６１ａで反射されて基板Ｓの上面を拡散照明し、そのうち基板Ｓおよびミラー部材６２ａで反射され（＋Ｘ）方向に進む光が撮像部６Ｆに入射し基板Ｓの上面の像を形成する。

【0070】

一方、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ－Ｂ線断面図であり、切欠部６１１内のうち基板Ｓが存在しない領域での光の進路を示すものである。この場合、拡散面６１０で拡散反射された照明光は基板Ｓによる遮蔽を受けない。このため、図１０（ｂ）に実線矢印で示すように、拡散面６１ａで拡散反射された光Ｌ１ａの一部はミラー部材６２ｃで反射されて（＋Ｘ）方向に進んで反射光Ｌ２ａとして撮像部６Ｆに入射し、拡散面６１ｃで拡散反射された光Ｌ１ｃの一部はミラー部材６２ａで反射されて（＋Ｘ）方向に進んで反射光Ｌ１ａとして撮像部６Ｆに入射する。

【0071】

つまり、基板Ｓのエッジよりも外側、すなわち（－Ｙ）側の領域では、ミラー部材６２ａには拡散面６１ｃの像が映っており、この像が撮像部６Ｆにより基板Ｓの「背景」として撮像される。拡散面６１ｃは高い反射率を有する一方、基板Ｓの表面の反射率はより低いから、図９（ｃ）に示したように、上面画像領域Ｍａのうち基板Ｓの上面に相当する部分は暗く、基板Ｓのエッジより外側の背景に相当する領域はより明るくなる。つまり、上面画像領域Ｍａには、比較的低輝度の基板Ｓの表面の像と、これより高輝度の背景とが含まれている。

【0072】

このように暗い基板Ｓの表面を詳細に観察するためには、露出を大きくして撮像を行う必要がある。露出を大きくする方法としては、照明光量を大きくする、撮像部６Ｆにおける感度を高くする、露光時間を長くする、またはこれらを適宜組み合わせることが考えられる。その結果として、背景部分の明るさが飽和して正しい輝度情報が失われる、いわゆる白飛びが画像に発生することがある。

【0073】

周縁部Ｓｓを含む基板Ｓの表面を観察する目的においては、背景の白飛びは問題とならない。しかしながら、基板Ｓのエッジ位置を検出するという目的においては、この現象は一般的なエッジ検出処理における誤差要因となる。

【0074】

図１１は露出の大きさと輝度プロファイルとの関係を示す図である。図１１（ａ）に点線で囲んだように、基板ＳのエッジＥｓを含み該エッジＥｓに垂直な帯状領域Ｒを撮像する場合について考える。背景側から基板Ｓ側に向かう方向、すなわち（＋Ｙ）方向に沿って、画像の輝度Ｉと位置Ｐとの対応関係を示す輝度プロファイルを取ると、図１１（ｂ）にグラフとして示すように、画像のうち背景に相当する背景領域で高輝度、基板Ｓに相当する基板領域で低輝度となり、その境界付近の遷移領域で急激な輝度変化が現れる。

【0075】

ここで、撮像時の露出の大きさ（以下、単に「露出」ということがある）Ｅを変えると、それに比例して輝度Ｉも大きくなる。すなわち、輝度プロファイルを、露出Ｅを媒介変数とする位置Ｐの関数Ｆ（Ｐ，Ｅ）により表すとすると、異なる大きさの露出Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３（Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３）に対して、次式：
Ｆ（Ｐ，Ｅ１）＝（Ｅ１／Ｅ２）・Ｆ（Ｐ，Ｅ２）
＝（Ｅ１／Ｅ３）・Ｆ（Ｐ，Ｅ３） … （式１）
の関係が成立する。

【0076】

図１１（ｃ）は輝度プロファイルの微分値Ｄと位置Ｐとの関係を示すグラフである。なお、背景側から基板側へ向かう方向を考えるとき、画像の輝度は高輝度から低輝度へ変化するため、微分値は負の値となるが、ここでは図を見やすくするために微分値の符号を反転させている。このことを図では「－（輝度微分値）」と表現している。以下の図においても同様である。上記とは逆に基板領域から背景領域へ向かう（－Ｙ）方向に微分すれば、微分値は図１１（ｃ）に示すように正の値を取る。

【0077】

微分波形では、短い範囲で輝度が大きく変化するエッジＥｓの近傍で、急峻なピークが現れる。露出Ｅに比例して輝度Ｉは増加し、したがって輝度プロファイルを微分したときのピーク高さは変化するが、ピーク位置は変化しない。このため、このような輝度変化の大きさに着目したエッジ検出処理は、露出Ｅの影響を受けないと一応考えられる。

【0078】

図１２は輝度プロファイルに基づくエッジ検出処理の考えかたを例示する図である。このように輝度Ｉが急激に変化し、微分波形に急峻なピークが現れる輝度プロファイルから基板ＳのエッジＥｓの位置を検出する代表的な方法としては、以下のようなものがある。例えば第１の方法として、図１２（ａ）に示す輝度プロファイルにおいて、変化前の輝度から変化後の輝度までの差の５０％に当たる位置Ｐ１をエッジ位置とする方法が考えられる。また第２の方法として、輝度プロファイルを微分することで得られる図１２（ｂ）に示す微分プロファイルにおいて、微分値が予め定められた閾値Ｄthとなる位置Ｐ２をエッジ位置とする方法が考えられる。さらに第３の方法として、微分プロファイルにおけるピーク位置Ｐ３をエッジ位置とする方法が考えられる。

【0079】

図１３は第１の方法によるエッジ検出処理のより具体的な処理を説明する図である。第１の方法の考え方を用いて、より具体的には次のようにしてエッジ位置とみなす位置Ｐｃを特定することができる。図１３（ａ）に示すように、微分プロファイルにおける微分値に対して、十分に小さい適宜の閾値Ｄth1を予め設定しておき、微分プロファイルにおいてピークを挟み微分値が閾値Ｄth1を取る２つの位置Ｐａ，Ｐｂを求める。そして、図１３（ｂ）に示すように、元の輝度プロファイルにおいて位置Ｐａ，Ｐｂに対応する輝度値Ｉａ，Ｉｂを求め、それらの中間の輝度値Ｉｃを取る位置Ｐｃを、エッジ位置とすることができる。

【0080】

上記した各方法を相互に比較した場合、位置Ｐ１と位置Ｐ３とは極めて近いが厳密に同じとは限らない。また、特に輝度変化が狭い範囲で生じ微分プロファイルにおけるピークが急峻である場合には、これらの位置Ｐ１ないしＰ３は極めて近接したものとなる。上記のように、露出Ｅが異なる場合でもピーク位置が変化するだけであるので、原理的にはこれらのいずれの方法を用いる場合であっても概ね同等のエッジ位置検出結果が得られると期待される。

【0081】

しかしながら、実際の画像では、観察対象である基板領域で十分な明るさを確保することを優先した結果として背景領域で白飛びが生じている可能性があり、その場合には上記原理がそのまま適用できない。その理由は以下の通りである。

【0082】

図１４は白飛びが生じる場合の輝度プロファイルを例示する図である。図１１（ｂ）と同様の輝度プロファイルを、明るさが飽和輝度Ｉsatで飽和する撮像系に適用すると、図１４（ａ）に示すように、本来は飽和輝度Ｉsatより高輝度となる領域は全て輝度Ｉsatで表され、この領域では正確な輝度情報が失われる。一方で、飽和輝度Ｉsat以下の輝度情報は保存されるため、元の輝度が高いほど、つまり露出Ｅが大きいほど、輝度が低下し始める位置は基板領域側、つまり図において右側へシフトすることになる。

【0083】

そうすると、図１４（ｂ）に示すように、微分プロファイルにおけるピーク位置も基板領域側へシフトする。このため、上記した第１ないし第３の方法のいずれによっても、検出されるエッジ位置は露出Ｅの影響を受けることになる。具体的には、背景領域で白飛びが発生するような撮像条件では、露出Ｅが大きいほどエッジ位置の検出結果は基板領域側へずれる。したがって、上記の方法では精度よくエッジ位置を求めることができない。

【0084】

この実施形態におけるエッジ位置検出処理は、このような問題に対応すべく考案されたものである。以下では、この実施形態におけるエッジ位置検出処理の原理および具体的な処理内容について説明する。

【0085】

図１５はこの実施形態におけるエッジ位置検出処理の原理を示す図である。白飛びが生じるか否かを問わず、画像から得られた輝度Ｉの値を露出の大きさＥで正規化し、正規化された輝度Ｉｎが位置Ｐに対して示す輝度プロファイル（以下、「正規化輝度プロファイル」という）を考える。背景領域の明るさが飽和しない条件であれば、露出の大きさＥが異なっていても正規化輝度プロファイルは完全に一致するはずである。

【0086】

一方、露出が大きく背景領域の明るさが飽和する場合の正規化輝度プロファイルは、図１５（ａ）に示すように、基板領域では異なる露出Ｅに対して単一の曲線を示すのに対して、遷移領域から背景領域に向かうにつれて差異が生じる。具体的には、露出Ｅが大きいほど、飽和によりコントラストが小さくなっているため背景領域における正規化輝度Ｉｎは小さくなる。

【0087】

これらを微分すると、図１５（ｂ）に示すように、遷移領域に現れる微分値Ｄｎのピークの位置は露出Ｅによって異なるが、遷移領域から基板領域にかけては正規化輝度プロファイルが一致しており、したがって微分プロファイルも一致する。言い換えれば、基板領域側から背景領域側に向けて正規化輝度プロファイル（または正規化微分プロファイル）を見た場合には、露光Ｅごとのプロファイルが互いに一致する当初の状態から有意な差異が生じ始める位置Ｐｄについては、露光Ｅによらず一意に定めることができる。

【0088】

この位置Ｐｄは、基板領域側から背景領域側に向けて輝度変化を見たときに、基板Ｓの表面に対応する比較的暗い領域から背景領域に向けて明るさが有意に増大し始める位置であるともいえる。この意味において、以下ではこの位置Ｐｄを「変化開始位置」と称することとする。なお、基板Ｓの表面に形成されたパターンにより、また周縁部ＳｓにおけるＡ面ＳａとＢ面Ｓｂとの間の表面状態の違いにより、基板領域内でも輝度の変化が生じることがあり得る。このような輝度変化と、基板領域から背景領域への遷移に伴う輝度変化との区別は、後述する閾値Ｄth1を設定する際に、基板Ｓの表面状態に応じた調整を行うことで対応可能である。

【0089】

この変化開始位置Ｐｄは、基板領域側から背景領域側に向けて輝度変化を見たときに
明らかに基板Ｓ表面上の位置であり、そのエッジＥｓの位置とは異なる。ただし、明るさの飽和がなく背景領域の輝度情報が維持されている露出Ｅ＝Ｅ３の正規化輝度プロファイルからは、前記した第１ないし第３の方法のいずれかによりエッジＥｓの位置Ｐｅを検出することが可能である。以下では、エッジ検出処理として第１の方法（図１３）が用いられるものとするが、他の方法が用いられてもよい。

【0090】

エッジＥｓの位置Ｐｅは原理的に撮像時の露出Ｅによって変わるものではなく、また上記したように変化開始位置Ｐｄも、正規化輝度プロファイルまたはその微分プロファイルから露出Ｅによらず一意に定めることが可能である。したがって、エッジ位置Ｐｅと変化開始位置Ｐｄとの距離Ｄｏは、露出Ｅによらず一定である。つまり、変化開始位置Ｐｄから距離Ｄｏだけ背景領域側にオフセットした位置がエッジ位置Ｐｅである、という関係は露出Ｅによらず成立する。

【0091】

このことから、白飛びのない画像を用いてエッジ位置Ｐｅと変化開始位置Ｐｄとの距離Ｄｏを予め求めオフセット値として保存しておけば、他の画像においても、変化開始位置Ｐｄを求め、その位置から距離Ｄｏだけ背景領域側へオフセットした位置を特定し、その位置をエッジ位置Ｅｓとみなすことができる。このことは背景領域における白飛びの有無に関わらず成立する。

【0092】

変化開始位置Ｐｄの検出は、以下のようにして行うことができる。事前の実験により、露出Ｅの異なる複数の撮像条件で基板Ｓを撮像しておき、図１５（ａ）に示すように、それらの正規化輝度プロファイルが一致する領域と相違する領域との境界を特定し、その位置を変化開始位置Ｐｄとして求めておく。こうして求められた変化開始位置Ｐｄにおける正規化輝度値Ｉthを閾値として、実際の撮像で得られた画像における正規化輝度値が閾値と一致する位置を見出すことにより、当該画像における変化開始位置Ｐｄを特定することができる。

【0093】

なお、計算上の露出Ｅを一定にしたとしても、照明や基板表面の明るさのばらつきにより、実測で得られる正規化輝度プロファイルはグラフにおいて上下方向に変動することがあり得る。この影響を排除するためには、図１５（ｂ）に示すように、正規化微分プロファイルにおける一致点から変化開始位置Ｐｄを見出す方が有効である。すなわち、予め露出Ｅの異なる複数の画像を取得し、その各々から求められた正規化微分プロファイルにおいて、ピーク位置よりも基板領域側で、互いの微分値が一致する位置を変化開始位置Ｐｄとして、これに対応する微分値Ｄth2を閾値として保存しておく。

【0094】

そして、実際に基板Ｓを撮像して得られた画像から変化開始位置Ｐｄを検出する際には、正規化微分プロファイルにおいてピーク位置よりも基板領域側で微分値が閾値Ｄth2となる位置を見出せば、この位置を変化開始位置Ｐｄとすることができる。

【0095】

以上より、この実施形態のエッジ検出処理では、基板Ｓを撮像した画像Ｉｍのうち上面画像領域Ｍａに対し画像処理を実行し、輝度Ｉと位置Ｐとの関係を示す輝度プロファイルから変化開始位置Ｐｄを検出する。そして、変化開始位置Ｐｄから背景領域側へ、予め求められたオフセット値Ｄｏだけシフトした位置を基板Ｓのエッジ位置Ｐｅとする。こうすることにより、露出Ｅの大きさによらず、また背景領域における白飛びの有無によらず、基板ＳのエッジＥｓの位置を精度よく求めることができる。

【0096】

図１６は閾値とオフセット値とを決定するための処理を示すフローチャートである。また図１７はこれらの値を用いて基板のエッジ位置を特定するための処理を示すフローチャートである。これらの処理は、演算処理部９１が予め用意された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。なお、本明細書で「画像」というとき、広義には撮像部６Ｆにより取得される画像Ｉｍ（図９（ｃ））を指すが、ここで処理の対象となるのはそのうち上面画像領域Ｍａのみである。そのため、特に説明が必要な場合を除き、以下ではこの上面画像領域Ｍａを指す語として「画像」を用いるものとする。

【0097】

閾値とオフセット値とは以下のような予備処理によって決定される。まず、露出Ｅを互いに異ならせた複数の撮像条件で撮像部６Ｆが基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像し、複数の画像を予備画像として取得する（ステップＳ１０１）。演算処理部９１は、そのうち背景領域の明るさが飽和していない１つの画像から微分プロファイルを導出する（ステップＳ１０２）。

【0098】

画像には、基板Ｓの径方向および周方向それぞれに複数の画素が含まれる。そこで、周方向に並ぶ画素の輝度値を積算し（必要に応じ正規化し）て一次元のデータ列とすることが好ましい。こうすることで、画像データを単一の輝度プロファイルに集約することができ、しかも画像ノイズの影響を低減することができる。こうして得られた輝度プロファイルを径方向の位置Ｐに関し微分することで微分プロファイルが求められる。

【0099】

円板状の基板ＳのエッジＥｓは、厳密には画像内で円弧となっている。このため、周方向への積算に際しては、径方向への位置補正を伴うことが望ましい。ただし、周方向の撮像範囲に対して基板Ｓの直径が十分に大きい場合には、１つの画像内におけるエッジＥｓの形状は実質的にほぼ直線とみなすことが可能である。

【0100】

そして、図１３に示すように、得られた微分プロファイルに対し適宜の閾値Ｄth1を設定し、微分値が閾値Ｄth1でありピークを挟む２点Ｐａ，Ｐｂを特定する（ステップＳ１０３）。そして、輝度プロファイルにおけるこれら２点Ｐａ，Ｐｂの輝度値Ｉａ，Ｉｂから、その中間値を取る位置Ｐｃを特定し、その位置をエッジ位置Ｐｅとする（ステップＳ１０４）。なお、これは基板ＳのエッジＥｓの検出に先に挙げた第１の方法を適用した事例であるが、飽和していない輝度プロファイルからのエッジ検出の方法はこれに限定されず、例えば前記の第２または第３の方法が適用されてもよい。

【0101】

各画素の輝度値を表すデータ列は径方向に離散的であるから、輝度プロファイルおよび微分プロファイルにおいては上記した条件に合致する位置に対応するデータが存在しない場合があり得る。そのような場合には、当該位置を挟む少なくとも２つのデータを用いた内挿補間により、位置およびそれに対応する微分値（または輝度値）を特定することが可能である。このことは、以下に説明する処理においても同様である。

【0102】

次に、露出Ｅの異なる複数の予備画像からそれぞれの正規化微分プロファイルを導出する（ステップＳ１０５）。具体的には、予備画像の各々について、上記と同様に画像内で周方向に並ぶ画素の輝度値を積算し、露出Ｅの大きさに比例する係数で正規化することにより、基板Ｓの径方向の各位置Ｐにおける正規化輝度値を表す正規化輝度プロファイルが画像ごとに得られる。これを位置Ｐで微分することにより、正規化微分プロファイルが得られる。正規化のための係数については、予め定めておいてもよく、また基板領域等、複数画像中で明るさが飽和していない同一点から検出される輝度値の比に基づいて算出してもよい。

【0103】

こうして求められた正規化微分プロファイルから、露光Ｅに対して不変の変化開始位置Ｐｄが特定される（ステップＳ１０６）。具体的には、正規化微分プロファイルにおいてピークを探索し、最大のピークよりも基板領域側で各画像の微分値が最初に一致する位置を、変化開始位置Ｐｄとすることができる。また原理通りに、正規化微分プロファイルを基板領域側から背景領域側に向けて、画像間で値が相違し始める位置を探索する方法でもよい。

【0104】

そして、変化開始位置Ｐｄにおける微分値を、閾値Ｄth2として記憶部９２に記憶しておく（ステップＳ１０７）。また、変化開始位置Ｐｄと、先に飽和していない予備画像から求められたエッジ位置Ｐｅとの距離を、オフセット値Ｄｏとして記憶部９２に記憶しておく（ステップＳ１０８）。このようにして閾値Ｄth2およびオフセット値Ｄｏが求められる。なお、ステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理と、ステップＳ１０５～Ｓ１０７の処理とは互いに独立しているので、これらの実行順序は上記と逆でもよく、また可能であれば並列的に実行されてもよい。

【0105】

基板Ｓの観察を行う際にエッジ位置Ｐｅを特定する方法について、図１７（ａ）を参照して説明する。最初に、撮像部６Ｆが基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像し、画像Ｉｍを取得する（ステップＳ２０１）。こうして得られた画像Ｉｍのうち上面画像領域Ｍａに対して、演算処理部９１が以下の処理を実行する。

【0106】

撮像された画像と撮像時の露出Ｅの大きさとから、正規化微分プロファイルが導出される（ステップＳ２０２）。正規化微分プロファイルの算出方法は上記した通りである。次に、得られた正規化微分プロファイルに基づき、ピークよりも基板領域側で微分値が閾値Ｄth2である位置を探索し、この位置が変化開始位置Ｐｄとして特定される（ステップＳ２０３）。そして、この変化開始位置Ｐｄから背景領域側へオフセット値Ｄｏだけシフトした位置が、基板ＳのエッジＥｓの位置Ｐｅとして特定される（ステップＳ２０４）。得られた結果は、画像の明るさが背景領域で飽和しているか否かに関わらず、同等の精度を有している。

【0107】

図１７（ｂ）はエッジ位置Ｐｅを特定する他の方法を示している。基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像して画像を取得する処理（ステップＳ３０１）、および、閾値Ｄth2に基づき変化開始位置Ｐｄを特定しオフセット値Ｄｏを用いてエッジ位置Ｐｅを特定する処理（ステップＳ３０４ないしＳ３０５）については、上記と同じ考え方に基づいている。

【0108】

一方、上記の方法では正規化された輝度プロファイルを微分した正規化微分プロファイルを用いて変化開始位置Ｐｄを特定するのに対し、この別法では、正規化しない輝度プロファイルを微分して得られる微分プロファイルと、露出Ｅに応じてスケーリングされた閾値Ｄth2とを用いて変化開始位置Ｐｄが特定される（ステップＳ３０３，Ｓ３０４）。より具体的には、閾値Ｄth2に対し、露出Ｅに比例する係数を乗じた値を閾値として、微分値がこの閾値と一致する微分プロファイル上の位置が変化開始位置Ｐｄとされる。このようにすれば、画素ごとの輝度値に対し正規化を行うという演算が不要となり、演算コストは低くなる。一方、得られる結果は、これらのいずれの方法によっても技術的には等価である。

【0109】

基板Ｓを一定速度で回転させながら定期的に撮像を行い、その都度得られる画像の各々に対して上記処理を実行するようにすれば、基板Ｓの全周について、そのエッジＥｓの位置Ｐｅを特定することが可能になる。こうして画像内における基板Ｓのエッジ位置Ｐｅが精度よく特定されることで、基板周縁部Ｓｓの観察および検査を効率よく行うことができる。

【0110】

例えば、偏心量導出部９１３が基板Ｓの偏心量を求める際、画像間でのエッジ位置Ｐｅの変動量を、偏心量を表す情報として利用することが可能である。また例えば、全周縁画像取得部９１２が各画像を合成して周縁部Ｓｓの全周分の画像を作成する際には、周方向に隣り合う画像間で互いのエッジ位置Ｐｅが揃うように合成することで、径方向における位置を揃えつつ画像の合成を行うことが可能となる。

【0111】

また例えば、エッチング幅導出部９１５がベベル部のエッチング幅を導出する際には、エッジ位置Ｐｅから起算したエッチング幅を精度よく求めることが可能となる。さらに、例えば検査により検出される欠陥の位置を、エッジ位置Ｐｅを基準として表すことが可能になる。

【0112】

以上のように、この実施形態では、背景が高輝度となる画像において、画像の明るさが飽和し白飛びが発生している場合に、従来のエッジ検出方法では正しい結果が得られないという問題に対応するため、露出Ｅの大きさに影響されずに検出可能な基板Ｓ内の変化開始位置Ｐｄを特定し、その位置から、予め求めたオフセット値Ｄｏだけ背景側へシフトした位置を、エッジ位置Ｐｅとするようにしている。

【0113】

オフセット値Ｄｏは、白飛びのない撮像条件で取得された予備画像において検出される基板ＳのエッジＥｓの位置と、変化開始位置Ｐｄとの距離に相当する値として予め求められたものである。この距離は露出Ｅの大きさによらず、また白飛びの有無に関わらず一定であるから、この方法を用いることで、エッジ位置Ｐｅを白飛びの有無によらず精度よく求めることが可能である。その結果として、この実施形態では、観察の対象ではない背景領域については白飛びの発生が許容されるため、この問題を考慮することなく、基板Ｓの表面を良好に観察するという目的に特化して撮像条件を設定することが可能となる。したがって、撮像条件の設定における自由度がより高く、画像品質の良好な撮像条件を選択し撮像に使用することができる。これにより、基板Ｓの観察を効率よく行うことが可能となる。

【0114】

なお、「白飛びが発生しない撮像条件」については、閾値Ｄth2およびオフセット値Ｄｏを求める予備処理における撮像時にのみ実現されればよく、このような条件については、照明光の明るさや基板Ｓの表面状態、撮像部６Ｆにおける感度等を勘案して、あるいは予備実験によって、予め定めておくことが可能である。

【0115】

閾値Ｄth2およびオフセット値Ｄｏについては、より正確を期すためには基板ごとに設定されることが望ましいが、少なくとも観察対象の基板Ｓの表面状態が同等であれば、設定値をそれらに共通して適用することが可能である。したがって、これらの設定については、例えば同一ロットの複数基板を処理する前や、基板の種類が変更される前等に、当該基板またはそれと同等の表面状態の基板を用いて実行されることが好ましい。

【0116】

以上説明したように、上記実施形態では、基板処理装置１、特に回転機構２、処理機構４および周縁加熱機構５が、本発明の「処理部」として機能している。また、撮像機構６、特に撮像部６Ｆが本発明の「撮像部」として機能している。また、制御部９、特に演算処理部９１が本発明の「画像処理部」として機能している。

【0117】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば実施形態では、基板Ｓの周縁部Ｓｓを上方、側方および下方から見たときの像を１つの撮像視野に含ませて撮像している。しかしながら、本発明に係るエッジ位置の算出処理は、少なくとも基板の上面および下面の少なくとも一方をその背景とともに含む画像があれば実行可能であり、例えば上面のみが撮像されてもよい。

【0118】

また、上記実施形態の閾値およびオフセット値を求めるプロセスならびに画像からエッジ位置を特定する処理に、輝度プロファイルを微分した微分プロファイルを用いている。しかしながら、微分プロファイルを用いるのは輝度の変化を強調することで処理の精度を高めるためであって、本発明の技術思想は原理的には微分プロファイルを用いなくても実施可能である。すなわち、元の輝度プロファイル（または正規化輝度プロファイル）からエッジ位置Ｐｅや変化開始位置Ｐｄを特定することができるのであれば、微分プロファイルの考え方を導入する必要はない。

【0119】

また、上記実施形態の説明では、閾値Ｄth2およびオフセット値Ｄｏを求めるための予備処理において、予備画像は背景の明るさが飽和しているものを含んでいる。しかしながら、複数の予備画像については、露出Ｅの大きさが互いに異なり、かつ少なくとも１つの予備画像が飽和していないことを要するものの、明るさが飽和するものを含むことを必要としない。

【0120】

また、上記実施形態では、撮像部６Ｆの観察レンズ系は、物体側テレセントリックレンズで構成しているが、撮像部６Ｆの観察レンズ系の構成はこれに限られるものではない。撮像部６Ｆの観察レンズ系は、他のレンズで構成されてもよい。

【0121】

また、拡散照明部６１の拡散面６１０（６１ａ～６１ｃ）の構成は限定されない。例えば、拡散照明部６１または保持部６３の少なくとも一部が金属材料から構成される場合、拡散面６１ａ～６１ｃは、金属材料の表面にショットブラスト加工が施されたものでもよい。

【0122】

また、ミラー部材６２ａ～６２ｃについても、Ｓｉ（シリコン）に限定されるものではない。すなわち、処理液に対する耐薬性および処理温度に対する耐熱性を有する材料であれば、他の材料を用いてもよい。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、例えば、耐薬性および耐熱性を有する材料の表面に金属材料が蒸着される構成でもよい。また、ミラー部材６２ａ～６２ｃは、耐薬性および耐熱性が要求されない環境下で使用される場合、構成材料は限定されない。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、耐薬性および耐熱性を有しない材料から構成されてもよい。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、例えば、耐薬性および耐熱性を有しない材料の表面に金属材料が蒸着される構成でもよい。

【0123】

また、上記実施形態では、基板Ｓの周縁部Ｓｓをベベルエッチングする基板処理装置１に本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、基板の周縁部を観察するために撮像を行う技術全般に適用可能である。例えば、撮像された画像に基づいて基板を検査する検査技術などについても、本発明を適用可能である。また、本発明に係る撮像装置に相当する撮像機構６と検査装置は、例えば、塗布膜が形成された基板Ｓの周縁部に塗布膜の除去液を供給して、基板Ｓの周縁部の塗布膜を除去する基板処理装置にも適用可能である。

【0124】

また、上記実施形態の基板処理装置１は、基板を処理するための処理部と、基板の周縁部を撮像するための撮像部とを備えるものであるが、基板に対する処理を実行する装置と、観察のために基板を撮像する装置とが別体として構成されている場合にも、後者における画像処理として本発明を適用することが可能である。

【0125】

以上、特定の実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る画像処理方法、観察方法および基板処理方法において、閾値は、背景領域から基板領域へ向かう方向に輝度正規化プロファイルを微分したときの微分値が複数の画像間で最も大きいピークよりも基板領域側で最初に一致するときの位置に対応する正規化輝度値に相当する値とすることができる。このような構成によれば、変化開始位置を露出の大きさに影響されることなく的確に特定することが可能となる。

【0126】

また例えば、オフセット値は、背景領域の明るさが飽和しない条件で撮像された画像においてエッジ検出処理により検出されたエッジ位置と、当該画像中の境界に対応する位置との距離に相当する値として求められてもよい。この距離は明るさが飽和するか否かによらず不変であるから、白飛びにより単なるエッジ検出処理ではエッジ位置が検出できない場合でも、エッジ位置を確実に特定することができる。

【0127】

この場合において、エッジ検出処理としては、正規化輝度プロファイルを微分したときの微分値における最も大きいピークを挟み、かつ微分値が予め設定された仮閾値と等しい２つの位置の中間位置をエッジ位置とする方法を採用することができる。このような構成によれば、高輝度の背景領域からより低輝度の基板領域に遷移するエッジを精度よく求めることが可能となる。

【0128】

また、この発明に係る観察方法および基板処理方法においては、閾値およびオフセット値を決定するための予備処理工程を備えてもよい。この場合、予備処理工程では、露出の大きさを互いに異ならせて周縁部を複数回撮像して複数の予備画像を取得し、複数の予備画像のそれぞれから検出される変化開始位置が一致する閾値を決定し、複数の予備画像のうち背景領域の明るさが飽和しない条件で撮像された画像に基づき、エッジ検出処理によりエッジ位置を検出し、当該画像において検出されたエッジ位置と変化開始位置との距離をオフセット値とすることができる。

【0129】

このような構成によれば、予備処理工程を事前に実行することで、閾値とオフセット値とを適切に設定することができ、その上で実際の画像に対するエッジ検出処理を行うことで、白飛びの有無によらず露出の大きさに影響されないエッジ位置検出が可能となる。

【0130】

この場合、例えば複数の予備画像それぞれについて、背景領域から基板領域へ向かう方向に正規化輝度プロファイルを微分した正規化微分プロファイルを求め、複数の予備画像間で、微分値が最も大きいピークよりも基板領域側で最初に一致するときの位置に対応する正規化輝度値を閾値とすることができる。微分プロファイルを求めて輝度の変化を強調することで、より精度よく閾値を決定することができる。

【0131】

また例えば、本発明に係る観察方法および基板処理方法は、円板状の基板をその主面に垂直かつ中心を通る回転軸まわりに回転させながら、互いに異なる複数の時刻に撮像を行って複数の画像を取得し、複数の画像の各々についてエッジ位置の特定を行うように構成されてもよい。このような構成によれば、円板状の基板の全周分について、エッジ位置を精度よく特定することが可能である。そして、これにより、エッジ位置を基準とした基板の観察や検査等を効率よく行うことが可能となる。

【0132】

この場合さらに、複数の画像の各々について、当該画像を構成する画素の輝度値を基板の周方向に積算し、その積算値に基づき基板の径方向に沿った単一の輝度プロファイルを求め、輝度プロファイルと閾値とに基づき変化開始位置を検出するように構成されてもよい。このような構成によれば、周方向に幅を持つ、つまり複数の画素が並ぶ画像であっても単一の輝度プロファイルにより表すことが可能となる。また、画像ノイズ等による不規則で細かい輝度変動を相殺することができる。

【0133】

また、本発明に係る撮像において、照明光は拡散光であってもよい。このような構成によれば、照明光の一部が撮像部に直接入射することで背景領域が基板領域よりも高輝度となりがちである。これにより背景領域が白飛びを生じていても、本発明に係るエッジ位置検出は有効に機能し、基板のエッジ位置を精度よく求めることが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0134】

この発明は、基板、特に半導体ウエハなどの円形基板の周縁部を撮像し観察する用途に適用することが可能であり、特に基板のエッジ位置を特定する必要がある用途に好適に適用することができる。

【符号の説明】

【0135】

１ 基板処理装置
２ 回転機構
４ 処理機構（処理部）
６ 撮像機構
６Ｅ 光源
６Ｆ 撮像部
６Ｇ ヘッド部
６２ａ～６２ｃ ミラー部材
９１ 演算処理部（画像処理部）
Ｓ 基板
Ｓｓ 周縁部

【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】