(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、真空処理室内の下部に配置される蒸発源と、真空処理室の外側と前記蒸発源に対向させて真空処理室内の上部に存する処理対象物とを光学的に結び付ける光路を形成する光路形成装置とを備える真空蒸着装置であって、
前記光路形成装置は、真空処理室を画成する隔壁にシール手段を介して挿設されて、真空処理室の外側から線状にのびる第１の光路を形成する基部と、前記基部の先端に連結され、前記第１の光路に対して少なくとも１回屈曲又は湾曲して処理対象物を指向する第２の光路を形成する対物部とを有し、真空処理室内で第１の光路を回転中心として前記対物部が回転自在に構成され、
前記蒸発源から蒸発材料を蒸発させる前に、前記対物部を、処理対象物を指向する位置から前記蒸発源からの蒸発材料が付着し難い退避位置まで所定量回転させる制御手段を更に備えることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記基部を構成するガラスロッドの端部に前記対物部を構成する台形プリズムを連結し、駆動手段により前記ガラスロッドを回転させることにより、前記台形プリズムを退避位置に退避可能としたことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項３】
前記対物部は、第２の光路を複数に分岐する分岐手段を有し、この分岐手段により分岐された第２の光路の各々が、処理対象物の異なる箇所を夫々指向するように構成したことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の真空蒸着装置であって、真空処理室内に存する処理対象物を撮像する撮像手段を備えるものにおいて、
前記撮像手段は前記隔壁の外側に配置された撮像光学系を備え、前記基部が前記撮像光学系の光軸に沿ってのびる前記第１の光路を形成し、前記光路形成装置により処理対象物からの反射光を前記撮像光学系に導くようにしたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項５】
請求項３記載の真空蒸着装置であって、真空処理室内に存する処理対象物の異なる箇所を夫々撮像する撮像手段を備えるものにおいて、
前記撮像手段は前記隔壁の外側に配置された撮像光学系を備え、前記基部が前記撮像光学系の光軸に沿ってのびる前記第１の光路を形成し、第１及び第２の光路を介して処理対象物の異なる箇所からの反射光を前記撮像光学系に導くようにしたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項６】
請求項１または２記載の真空蒸着装置であって、真空処理室内に存する処理対象物の変位を測定する測定手段を備えるものにおいて、
前記測定手段は前記隔壁の外側に配置された測定光学系を備え、前記基部が前記測定光学系の光軸に沿ってのびる第１の光路を形成し、前記光路形成装置により処理対象物からの反射光を前記測定光学系に導くようにしたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の真空蒸着装置であって、前記光路形成装置を少なくとも２つ備え、真空処理室内に存する処理対象物の状態を検出する検出手段を備えるものにおいて、
前記検出手段は前記隔壁の外側に配置された投光光学系及び受光光学系を備え、一の光路形成装置の基部が前記投光光学系の光軸に沿って延びる第１の光路を形成し、他の光路形成装置の基部が前記受光光学系の光軸に沿って延びる第１の光路を形成し、前記投光光学系から投光された投光光を前記一及び他の光路形成装置を介して前記受光光学系に導くようにしたことを特徴とする真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理室の外側と真空処理室内に存する処理対象物とを光学的に結び付ける光路を形成する光路形成装置を備える真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＰＤや半導体デバイスの製造工程において、処理室内で基板表面に各種処理を行う真空処理装置が用いられる。この種の真空処理装置では、処理室内で例えば基板表面に所定のパターンで成膜する際に、成膜範囲を制限するマスクに対して基板をアライメントするために撮像装置を用いることが一般的である。特許文献１には、真空蒸着装置において、蒸発源を備えた処理室内でマスクと基板をアライメントするとき、処理室を画成する真空チャンバの隔壁の外側にＣＣＤカメラ等の撮像手段を設け、この撮像手段により基板越しにマスクを撮像する撮像装置が開示されている。また、このような撮像装置は、処理室内に配置された部品の状態（姿勢）の観察、基板に成膜された膜の状態の観察、あるいは成膜対象物（基板等のワーク）の識別等に用いることが期待されている。
【０００３】
ところで、上記従来例のものは、撮像手段の撮像光学系の光軸に沿って光路がのびるため、その光軸上に存する部品や基板に形成されたアライメントマーク等の要素（以下、これらを「撮像対象物」という）しか撮像できないという問題がある。例えば、基板がシリコンウエハ等の不透明な基板である等、撮像光学系の光軸上に不透明な障害物があると、障害物で死角となる撮像対象物と撮像光学系とが光学的に結び付かないため、撮像対象物を撮像できない。
【０００４】
他方、真空蒸着装置において、真空チャンバの隔壁の外側に変位センサ等の変位測定手段を設け、処理室内で基板を保持した状態で、その基板表面（以下、これを「測定対象物」という）の変位、すなわち、基板表面に成膜した薄膜の膜厚を測定することが考えられるが、上記撮像装置と同様に変位測定手段の測定光学系の光軸に沿って光路がのびるため、その光軸上に障害物があると、測定対象物と測定光学系とが光学的に結び付かないため、測定対象物の膜厚を測定できない。
【０００５】
このような場合に、処理室内に存する撮像対象物や測定対象物が死角とならないように、撮像手段や変位測定手段の位置を変更することが考えられる。然し、真空チャンバの隔壁の外側には例えばガス供給系等の構成部品が多数設けられているため、撮像対象物や測定対象物が死角とならないように撮像手段や変位測定手段の位置を変更できない場合がある。また、真空蒸着装置の処理室内でマスクと蒸発源との間に撮像手段や変位測定手段を配置することも考えられるが、成膜時に撮像手段や変位測定手段が蒸発源の熱の影響を受けないようにする必要があり、また成膜時に蒸発源からの蒸発材料が撮像手段に付着しないようにする必要がある。このため、成膜時に撮像手段や変位測定手段を撮像位置や測定位置から退避させる機構や遮熱する機構等が別途必要となり、装置構成が複雑化してコストアップを招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、真空処理室の外側と、真空処理室内に存する処理対象物とを光学的に結び付ける光路を形成できる光路形成装置を備える真空蒸着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、真空処理室と、真空処理室内の下部に配置される蒸発源と、真空処理室の外側と前記蒸発源に対向させて真空処理室内の上部に存する処理対象物とを光学的に結び付ける光路を形成する光路形成装置とを備える真空蒸着装置であって、前記光路形成装置は、真空処理室を画成する隔壁にシール手段を介して挿設されて、真空処理室の外側から線状にのびる第１の光路を形成する基部と、前記基部の先端に連結され、前記第１の光路に対して少なくとも１回屈曲又は湾曲して処理対象物を指向する第２の光路を形成する対物部とを有し、真空処理室内で第１の光路を回転中心として前記対物部が回転自在に構成され、前記蒸発源から蒸発材料を蒸発させる前に、前記対物部を、処理対象物を指向する位置から前記蒸発源からの蒸発材料が付着し難い退避位置まで所定量回転させる制御手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、第１の光路を基部により形成し、第１の光路に対して少なくとも１回屈曲又は湾曲して対象物を指向する第２の光路を対物部により形成し、第１の光路を中心として対物部を回転自在としたため、基部を回転駆動させて対物部からの第２の光路を対象物に合わせれば、真空処理室の外側と真空処理室内の対象物とを光学的に結び付けることが可能となる。
【００１０】
本発明において、基部を構成するガラスロッドの端部に対物部を構成する台形プリズムを連結し、駆動手段により前記ガラスロッドを回転させることにより、前記台形プリズムを退避位置に退避可能としたことが好ましい。これにより、簡単な構成で第１及び第２の光路を形成することができる。さらに、台形プリズムにおける反射光の入射面積は、例えば光路形成装置を光ファイバーで構成する場合のその光ファイバーにおけるものに比べて広い。このため、本発明の真空蒸着装置が撮像手段を備える場合には、処理室内に存する処理対象物の撮像を広範囲にかつ精度良く行うことができる。
【００１１】
本発明において、前記対物部は、第２の光路を複数に分岐する分岐手段を有し、この分岐手段により分岐された第２の光路の各々が、処理対象物の異なる箇所を夫々指向するように構成することができる。
【００１２】
真空処理室内に存する処理対象物を撮像する撮像手段を備える本発明の真空蒸着装置において、前記撮像手段は前記隔壁の外側に配置された撮像光学系を備え、前記基部が前記撮像光学系の光軸に沿ってのびる前記第１の光路を形成し、前記光路形成装置により処理対象物からの反射光を前記撮像光学系に導くようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、光路形成装置の基部を回転駆動させて対物部からの第２の光路を処理対象物に合わせれば、隔壁の外側に配置された撮像光学系と、真空処理室内に存する処理対象物とを光学的に結び付けることができる。即ち、処理対象物からの反射光を、第２及び第１の光路を介して撮像光学系に導くことが可能となる。その結果、撮像光学系の光軸上に存しない処理対象物を撮像することができる。そして、蒸発源から蒸発材料を蒸発させる前に、基部を回転駆動させて対物部を蒸着源からの蒸発材料が付着し難い退避位置に向けることができるため、撮像手段を撮像位置から退避させる機構等が不要となり、装置構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
真空処理室内に存する処理対象物の異なる箇所を撮像する撮像手段を備える本発明の真空蒸着装置において、上記分岐手段を有し、前記撮像手段は前記隔壁の外側に配置された撮像光学系を更に備え、前記基部が前記撮像光学系の光軸に沿ってのびる前記第１の光路を形成し、この第１及び第２の光路を介して処理対象物の複数箇所からの反射光を前記撮像光学系に導くようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、光路形成装置の基部を回転駆動させて第２の光路の各々を撮像対象物の異なる箇所に夫々指向させると、隔壁外側に配置された撮像光学系と、撮像対象物の異なる複数箇所とを光学的に結び付けることができる。従って、処理対象物の複数箇所からの反射光を、第２及び第１の光路を介して撮像光学系に導くことが可能となり、処理対象物の複数箇所を撮像することが可能となる。
【００１６】
上記光路形成装置を備えた本発明の真空蒸着装置であって、真空処理室内に存する処理対象物の変位を測定するものにおいて、前記測定手段は前記隔壁の外側に配置された測定光学系を備え、前記基部が前記測定光学系の光軸に沿ってのびる第１の光路を形成し、前記光路形成装置により処理対象物からの反射光を前記測定光学系に導くようにしたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、光路形成装置の基部を回転駆動させて対物部からの第２の光路を処理対象物に合わせれば、隔壁の外側に配置された測定光学系と、真空処理室内に存する処理対象物とを光学的に結び付けることができる。即ち、処理対象物からの反射光を、第２及び第１の光路を介して測定光学系に導くことが可能となる。その結果、測定光学系の光軸上に存しない処理対象物の変位を測定することができる。そして、測定光学系の光軸上に存しない基板表面に成膜した薄膜の膜厚を測定できる。また、真空蒸着装置にて、マスクに対して基板をアライメントして基板表面に所定のパターンで成膜する場合、測定光学系の光軸上に存しない基板とマスクとの間の間隔を測定できる。真空蒸着装置に適用する場合、基部を回転駆動させて対物部を蒸着源からの蒸発材料が付着し難い退避位置に向けることができるため、変位測定装置を変位測定位置から退避させる機構等が不要となり、装置構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
上記光路形成装置を少なくとも２つ備えた本発明の真空蒸着装置であって、真空処理室内に存する処理対象物の状態を検出するものにおいて、前記隔壁の外側に配置された投光光学系及び受光光学系を備え、一の光路形成装置の基部が前記投光光学系の光軸に沿って延びる第１の光路を形成し、他の光路形成装置の基部が前記受光光学系の光軸に沿って延びる第１の光路を形成し、前記投光光学系から投光された投光光を前記一及び他の光路形成装置を介して前記受光光学系に導くようにしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、一及び他の光路形成装置の各基部を回転駆動させて対物部同士を対向させれば、投光光学系から投光された光が一の光路形成装置の対物部から出射され、この出射光が他の光路形成装置の対物部から入射して受光光学系に入射する。受光光学系への入射光の光量は、両対物部間に存する測定対象物の位置もしくは姿勢に応じて変化する。このため、両対物部間に存する測定対象物の位置、姿勢や両対物部間を移動する測定対象物の移動速度のような測定対象物の状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の光路形成装置を備えた撮像装置を示す模式図。
【図２】図１に示した撮像装置の一部の拡大図。
【図３】撮像装置の変形例を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態の光路形成装置を備えた変位測定装置を示す模式図。
【図５】本発明の第３実施形態の光路形成装置を備えた検出装置を示す模式図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、光路形成装置の変形例を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態の光路形成装置を備えた撮像装置を示す模式図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、図７に示した撮像装置を用いたアライメント方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、処理すべき基板をシリコンウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗとし、真空処理装置を、真空蒸着法にてウエハＷ表面に銅やアルミニウムなどの金属膜を成膜する真空蒸着装置とし、この真空蒸着装置に本発明の第１実施形態の光路形成装置を有する撮像装置を適用した場合を例として説明する。
【００２２】
図１に示すように、真空蒸着装置ＥＭ１は、真空処理室（以下「処理室」という）１０を画成する筒状の真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、排気管１１を介して図示省略の真空ポンプが接続され、その内部を所定の圧力に減圧保持できる。真空チャンバ１の上部は、その下部に比較して小径に形成され、これにより、真空チャンバ１の側壁には水平な段差部１２が形成される。真空チャンバ１内の上部空間１３ａには、下面に静電チャック用の電極（図示せず）を埋設したステージ２が設けられている。そして、図外のチャック用電源から電極間に所定電圧を印加し、電極間に生じる静電気力によりウエハＷを吸着できる。ステージ２の上面には、（本実施形態では1本の）駆動軸３１が連結され、駆動軸３１の他端が、真空チャンバ１上面に設けたベローズ３２を通って外部まで延出し、公知の構造のＸＹθステージ３３に連結されている。このＸＹθステージ３３により、駆動軸３１で吊設されたステージ２が、真空下の上部空間１３ａ内でＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動でき、また、θ方向に回転できる。なお、駆動軸３１にエアーシリンダ等の駆動源を別途設け、Ｚ方向にも移動自在（図１中、上下方向）としてもよい。
【００２３】
真空チャンバ１内の下部空間１３ｂには蒸発源４がステージ２下面に対向させて配置されている。蒸発源４は、ウエハＷに成膜しようとする薄膜に応じて選択される蒸発材料４１が収納される坩堝４２と、蒸発材料４１を蒸発させるヒータや電子銃等の加熱手段４３とを備える。また、ステージ２と蒸発源４との間には、ウエハＷへの成膜範囲を制限する例えば平面視円形のマスクＭを支持するマスク支持体５が設けられている。
【００２４】
マスク支持体５は、ウエハＷと平行に配置される環状の支持板５０と、この支持板５０を吊持する２本の支柱５１とから構成される。支持板５０の中央開口５２はマスクＭの輪郭と略一致し、その下端周縁部にはその内方に向かって延出する延出部５３が形成され、この中央開口５２にマスクＭを落とし込むと、マスクＭが延出部５３で位置決め支持される。マスクＭは、ウエハＷの径よりも大きい径を有し、ウエハＷへの成膜範囲に応じて種々の形態とされる。また、マスクＭの周縁部の所定位置には、マスクＭをマスク支持体５により位置決め支持させたとき、後述する台形プリズム６２ｂからの光路Ｐ３上に位置させて透孔Ｍｍが形成されている。この透孔Ｍｍは、マスクＭに対してウエハＷをアライメントする場合のマスク用のアライメントマークとしての役割を果たす。
【００２５】
真空蒸着装置ＥＭ１は、処理室１０内に存する撮像対象物たるウエハＷのアライメントマークＷｍを撮像する撮像装置６を備える。撮像装置６は、撮像手段６１と、光路形成装置６２と、真空シール手段６３と、後述する駆動手段とから構成される。撮像手段６１は、処理室１０を画成する隔壁たる段差部１２の上方（外側）に設けられ、可視光や所定波長のレーザ光等を照射する光源６１ａと、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子６１ｂと、光源６１ａから照射された光をガラスロッド６２ａへ導くと共に撮像対象物Ｗからの反射光を撮像素子６１ｂへと導く図示省略の撮像光学系とを、筺体６１ｃに一体に組み付けて構成される。
【００２６】
光路形成装置６２は、基部たるガラスロッド６２ａと、処理室内に突出したガラスロッド６２ａの下端に連結された対物部たる台形プリズム６２ｂとから構成される。ガラスロッド６２ａとしては、コアとクラッドからなる２層構造のもの等、公知のものが用いられ、処理室１０の外側から撮像光学系の光軸Ｐａに沿って線状に延びる第１の光路Ｐ１を形成するように、段差部１２に真空シール手段６３を介して挿設されている。台形プリズム６２ｂとしては、光学ガラス又はサファイヤ製で斜面に金属膜が溶着されているもの等、公知のものが用いられ、第１の光路Ｐ１（光軸Ｐａ）に対して屈曲した第２の光路Ｐ２、Ｐ３を形成する。即ち、例えば、光路Ｐ１を通過した光を台形プリズム６２ｂの一側（ガラスロッド６２ａと連結された側）で撮像光学系の光軸Ｐａに対して直交する水平方向に導き、この台形プリズム６２ｂ内の光路Ｐ２を通る光を、その他側で更に光軸Ｐａに平行で上方に導き、台形プリズム６２ｂの他側と撮像対象物Ｗとの間の光路Ｐ３を形成する。本実施形態では、光路Ｐ３が透孔Ｍｍを通って上方にのびるように台形プリズム６２ｂの長さが定寸されている。
【００２７】
真空シール手段６３としては、ガラスロッド６２ａを回転自在に支承する公知構造のものを用いることができる。図２を参照して、真空シール手段６３は、径方向に張り出すフランジを下端に有する円筒部６３ａと、円筒部６３ａ内で上下方向に所定間隔を存して配置された２つの軸受け６３ｂと、これらの軸受け６３ｂの間に配置された永久磁石６３ｃと、軸受け６３ｂにより回転自在に支持される中空の回転シャフト６３ｄとで構成される。そして、永久磁石６３ｃにより形成した磁場によって回転シャフト６３ｄの外表面に磁性流体のＯリング（図示省略）が形成されるようになっている。また、回転シャフト６３ｄの中空部には上記ガラスロッド６２ａが挿通され、回転シャフト６３ｄとガラスロッド６２ａとの間はＯリング６３ｅによりシールされている。
【００２８】
駆動手段６４は、筐体６４ａと、筐体６４ａの上面に配置されたモータ６４ｂと、モータ６４ｂの回転軸６４ｃに連結された駆動ギア６４ｄと、駆動ギア６４ｄに連結された従動ギア６４ｅとで構成されている。従動ギア６４ｅには、ガラスロッド６２ａ及び回転シャフト６３ｃが係合している。このような構成によれば、モータ６４ｂを回転駆動すると、回転軸６４ｃと一体に駆動ギア６４ｄが回転し、駆動ギア６４ｄの回転力が従動ギア６４ｅに伝達して回転することで、光軸Ｐａを中心としてガラスロッド６２ａ及び回転シャフト６３ｃが所定量だけ回転する。
【００２９】
筐体６４ａの上面には上記撮像手段６１が配置されており、撮像手段６１直下の筐体６４ａ上壁には透孔６４ｆが形成されている。そして、この透孔６４ｆの内部にガラスロッド６２ａの上端が位置するように真空シール手段６３及び駆動手段６４が組み付けられている。これによれば、ガラスロッド６２ａが回転しても、撮像手段６１から発せられた光をガラスロッド６２ａに導くことができると共にガラスロッド６２ａの上端から出射された光を撮像手段６１の撮像光学系に導くことができる。
【００３０】
尚、上記駆動手段６４に代えて、図３に示す駆動手段６４０を用いてもよい。駆動手段６４０は、上記従動ギア６４ｅよりも高さの高い従動ギア６４１を備え、この従動ギア６４１の上部が筐体６４ａの上壁を貫通するようにしている。従動ギア６４１の上部には凹部６４１ａが形成され、この凹部６４１ａに撮像手段６１の下部を嵌め込むことで、ガラスロッド６２ａに対して撮像手段６１が位置決めされる。これによれば、従動ギア６４１が回転することで、光軸Ｐａを回転中心としてガラスロッド６２ａ、回転シャフト６２ｃ及び撮像手段６１が所定量だけ回転する。凹部６４１ａの下方には、凹部６４１ａよりも小径の凹部６４１ｂが形成され、この凹部６４１ｂの内部にガラスロッド６２ａの上端を位置させることで、撮像手段６１からの光をガラスロッド６２ａに導くことができると共にガラスロッド６２ａからの光を撮像手段６１の撮像光学系に導くことができる。
【００３１】
尚、上記駆動ギア及び従動ギアを用いる代わりに、ベルトを用いてモータ回転軸と回転シャフトとを連結し、モータを回転駆動させて光軸Ｐａを回転中心としてガラスロッド６２ａを回転させるようにしてもよい。
【００３２】
撮像素子６１ｂには画像処理手段７が付設され、画像処理手段７にて処理した画像データが制御部Ｃに入力されるようになっている。制御部Ｃは、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知のものであり、光源６１ａ、撮像素子６１ｂ、撮像光学系、モータ６４ｂ、ＸＹθステージ３３、加熱手段４３等の作動をも統括制御できるようになっている。以下、本実施形態の撮像装置６を用いたマスクＭに対するウエハＷのアライメントを説明する。
【００３３】
真空チャンバ１を真空引きして所定圧力まで減圧した状態で、図外の真空搬送ロボットによりマスクＭを搬送し、マスク支持体５の支持板５０の中央開口５２にマスクＭをセットする。マスクＭにはアライメントマークＭｍたる透孔が周方向に１８０度間隔で形成されている。次に、図外の真空搬送ロボットによりウエハＷを搬送し、ステージ２にウエハＷを、その成膜面を下側にして吸着させる。この場合、ウエハＷの成膜面の外周縁部には、マスクＭのアライメントマークＭｍより小径（例えばφ０．５ｍｍ）のアライメントマークＷｍが周方向に１８０度間隔で設けられている。
【００３４】
ウエハＷを吸着した後、モータ６４ｂを駆動してガラスロッド６２ａを回転駆動させ、台形プリズム６２ｂの先端を、ウエハＷのアライメントマークＷｍの下方に位置させる、つまり、台形プリズム６２ｂからの光路Ｐ３をウエハＷのアライメントマークＷｍに合わせる（撮像位置）。そして、光源６１ａから光を照射すると、光路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を経てウエハＷに対して照射される。ウエハＷからの反射光は、光路Ｐ３、Ｐ２、Ｐ１を経て撮像手段６１の撮像光学系に導かれ、撮像光学系により撮像素子６１ｂの受光面に結像される。その結果、撮像手段６１の撮像光学系の光軸Ｐａ上に存しないウエハＷのアライメントマークＷｍがマスクＭ越しに撮像される。撮像手段６１により撮像された画像は画像処理手段７に送られ、画像処理手段７により画像処理してマスクＭに対するウエハＷのずれ量が検出される。検出されたずれ量は制御部Ｃに入力され、入力されたずれ量に基づいてＸＹθステージ３３の移動量が算出され、ステージ３３をＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させ、または、θ方向に回転させることでウエハＷの姿勢を変更してアライメントされる。
【００３５】
アライメントが終了すると、ガラスロッド６２ｂを所定量（例えば１８０度）回転駆動させて、台形プリズム６２ｂの先端を、図１において二点鎖線で示すように、蒸発源４からの蒸発材料が付着し難い真空チャンバ１側壁近傍に位置させる（退避位置）。そして、加熱手段４３を作動させて坩堝４２内の蒸発材料４１が蒸発され、ウエハＷに所定のパターンで成膜される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の撮像装置によれば、アライメントマークＷｍの撮像に必要な光路を、ガラスロッド６２ａと台形プリズム６２ｂとで形成し、第１の光路Ｐ１を回転中心として台形プリズム６２ｂを回転自在としたため、ガラスロッド６２ａを回転駆動させて台形プリズム６２ｂからの光路Ｐ３をアライメントマークＷｍに向ければ、処理室１０外側の撮像手段６１と処理室１０内のアライメントマークＷｍとを光学的に結び付ける光路Ｐ１〜Ｐ３が形成される。即ち、アライメントマークＷｍからの反射光を光路Ｐ１〜Ｐ３を介して撮像手段６１の撮像光学系に導くことが可能となる。その結果、撮像手段６１の撮像光学系の光軸Ｐａ上に存しないウエハＷのアライメントマークＷｍを撮像することができる。しかも、成膜処理前にガラスロッド６２ａを回転させて台形プリズム６２ｂを退避させることができるため、蒸発源４から蒸発した材料が台形プリズム６２ｂの先端に付着、堆積し難くなり、台形プリズム６２ｂの先端が直ぐに塞がれて、撮像手段６１によりアライメントマークＷｍを撮像できなくなるといった不具合は生じ難い。このため、成膜時に遮熱や撮像手段への蒸発材料の付着を防止するための機構や部品を必要とせず、装置構成を簡素化できるだけでなく、部品点数の増加を防止でき、ＣＣＤカメラ等の低廉な撮像手段６１を用いることができることと相俟って低コストを図ることができる。
【００３７】
また、本実施形態において、光路形成装置６２をガラスロッド６２ａとこのガラスロッド６２ａの端部に連結された台形プリズム６２ｂとから構成したため、簡単な構成で光路形成装置６２を実現できる。ところで、光路形成装置６２を光ファイバーケーブルで構成することも可能である。この場合、例えばφ０．１２５ｍｍの光ファイバー素線を複数本結束して光路を形成するため、光ファイバーケーブル６２の断面のうち光ファイバー素線の断面以外は死角となる。この死角よりも大幅に大きい撮像対象物を撮像する場合や光ファイバー素線の断面内の小さい撮像対象物を撮像する場合には、光ファイバーケーブル６２を用いて撮像対象物を精度良く撮像することが可能となるが、上記φ０．５ｍｍのアライメントマークＷｍを撮像して０．５μｍの精度でアライメントを行う場合に適用するのは好ましくない。一方、台形プリズム６２ｂにおける反射光の入射面積は、上記光ファイバーケーブルにおける反射光の入射面積よりも広く、かつ、上記死角が生じないため、アライメントマークＷｍを精度良く撮像することができる。
【００３８】
次に、処理すべき基板をウエハＷとし、真空処理装置を上記真空蒸着装置とし、この真空蒸着装置に本発明の第２実施形態の光路形成装置を有する変位測定装置を適用した場合を例として説明する。
【００３９】
図４に示す真空蒸着装置ＥＭ２は、撮像装置６に代えて変位測定装置８を備える点で上記真空蒸着装置ＥＭ１と相違する。変位測定装置８は、変位測定手段８１と、光路形成装置６２と、真空シール手段６３と、駆動手段６４とから構成される。光路形成装置６２、真空シール手段６３及び駆動手段６４は、上記撮像装置６のものと同じである。ガラスロッド６２ａの回転駆動量に応じて、図４において実線で示す如く光路Ｐ３が透光部たる透孔Ｍｍを通ってウエハＷの下面Ｗａまで延びるように台形プリズム６２ｂの長さが定寸されている。
【００４０】
変位測定手段８１は、処理室１０を画成する段差部１２の上方に設けられ、光源８１ａと、変位センサ８１ｂと、光源８１ａから照射された光をガラスロッド６２ａへと導くと共に測定対象物Ｗからの反射光を変位センサ８１ｂへと導く図示省略の測定光学系とを、筐体８１ｃに一体に組み付けて構成される。変位センサ８１ｂとしては、例えば分光干渉式の変位センサ等の公知のものを用いることができるため、ここではその詳細な説明を省略する。図中、Ｐａは、測定光学系の光軸を示す。
【００４１】
変位センサ８１ｂには信号処理手段９が付設され、変位センサ８１ｂの測定結果を保存し、保存した測定結果からウエハＷとマスクＭの夫々の表面位置（下面位置）を求め、求めた各表面位置に基づきウエハＷとマスクＭとの間の間隔を求め、この間隔が制御部Ｃに入力されるようになっている。さらに、信号処理手段９は、求めたウエハＷの表面位置に基づき、ウエハＷの表面に成膜した薄膜の膜厚を求めることができ、求めた膜厚が制御部Ｃに入力されるようになっている。制御部Ｃは、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知のものであり、光源８１ａ、変位センサ８１ｂ、測定光学系、モータ６４ｂ、ＸＹθステージ３３、加熱手段４３等の作動をも統括制御できるようになっている。以下、本実施形態の変位測定装置８を用いたマスクＭとウエハＷとの間の間隔測定方法及びウエハＷ表面に成膜した薄膜の膜厚測定方法を説明する。
【００４２】
上記アライメントと同様に、減圧された真空チャンバ１内にマスクＭを搬送し、マスク支持体５にセットする。また、真空チャンバ１内にウエハＷを搬送し、ステージ２上にウエハＷを吸着する。ウエハＷを吸着した後、ガラスロッド６２ａを回転駆動させて、図４において実線で示すように、台形プリズム６２ｂの先端（出入射端）をマスクＭの透光部Ｍｍの下方に位置させる（測定位置）、つまり、台形プリズム６２ｂからの光路Ｐ３を透光部Ｍｍを介してウエハＷの下面Ｗａに合わせる。そして、変位測定手段８１から発せられた光は、光路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を経てマスクＭの透光部Ｍｍに向けて照射される。照射された光は、透光部Ｍｍを介してウエハＷの下面Ｗａで反射すると共に、透光部Ｍｍ周辺のマスクＭの下面Ｍａでも反射する。これらの反射光は、光路Ｐ３、Ｐ２、Ｐ１を経て変位測定手段８１に導かれる。両反射光の位相差に基づいて、ウエハＷの下面Ｗａの位置とマスクＭの下面Ｍａの位置とが測定される。
【００４３】
そして、信号処理手段９において、上記測定されたウエハＷの下面Ｗａの位置からマスクＭの下面Ｍａの位置までの距離を算出し、算出した距離から既知のマスクＭの厚みを減算する。これにより、ウエハＷとマスクＭとの間の間隔を求めることができる。このように求めた間隔に応じて、ステージ３３をＺ方向に駆動させてもよい。
【００４４】
間隔の測定が終了すると、ガラスロッド６２ｂを所定量（例えば１８０度）回転駆動させて、台形プリズム６２ｂの先端を、図４において二点鎖線で示すように、蒸発源４からの蒸発材料が付着し難い真空チャンバ１側壁近傍に位置させる（退避位置）。そして、加熱手段４３を作動させて坩堝４２内の蒸発材料４１が蒸発され、ウエハＷに所定のパターンで成膜される。
【００４５】
所定時間成膜した後、ガラスロッド６２ｂを回転駆動させて上記測定位置に再び移動させ、上述した方法によりウェハ下面Ｗａの位置を再び測定する。そして、信号処理手段９において上記間隔測定時に測定されたウェハ下面Ｗａの位置との差分を算出することで、ウェハ表面に成膜した薄膜の膜厚を求めることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の変位測定装置によれば、変位測定手段８１による変位測定に必要な光路を、ガラスロッド６２ａと台形プリズム６２ｂとで形成し、第１の光路Ｐ１を回転中心として台形プリズム６２ｂを回転自在としたため、ガラスロッド６２ａを回転駆動させて台形プリズム６２ｂからの光路Ｐ３をウエハＷ及びマスクＭに向ければ、処理室１０外側の変位測定手段８１と処理室１０内のウエハＷ及びマスクＭとを光学的に結び付ける光路Ｐ１〜Ｐ３が形成される。即ち、ウエハＷ及びマスクＭからの反射光を光路Ｐ１〜Ｐ３を介して変位測定手段８１の測定光学系に導くことが可能となる。その結果、変位測定手段８１の測定光学系の光軸Ｐａ上に存しないウエハＷ及びマスクＭの位置を測定でき、ウエハＷとマスクＭとの間の間隔やウエハＷ表面に成膜した薄膜の膜厚を求めることができる。しかも、上記撮像装置と同様、台形プリズム６２ｂの先端が直ぐに塞がれて、変位測定手段８１により位置測定できなくなるといった不具合は生じ難い。このため、成膜時に遮熱や変位測定手段８１への蒸発材料の付着を防止するための機構や部品を必要とせず、装置構成を簡素化できるだけでなく、部品点数の増加を防止でき、低コストを図ることができる。
【００４７】
次に、図５を参照して、真空処理装置に本発明の第３実施形態の光路形成装置を有する検出装置を適用した場合を例として説明する。真空処理装置ＥＭ３は、検出装置９を備える点と、光路形成装置６２を構成する台形プリズムが直角台形プリズム６２ｃである点とで上記真空蒸着装置ＥＭ１、ＥＭ２と相違する。
【００４８】
検出装置９は、真空チャンバ１の隔壁１２外側に配置された投光手段９ａ及び受光手段９ｂと、投光手段９ａ及び受光手段９ｂの夫々に対応して設けられた光路形成装置６２、真空シール手段６３及び図示省略の上記駆動手段とを備える。
【００４９】
投光手段９ａは、図示省略の光源及び投光光学系を備え、一の（図中左側の）光路形成装置６２のガラスロッド６２ａが投光光学系の光軸Ｐａに沿って線状にのびる第１の光路Ｐ１１を形成する。また、受光手段９ｂは、図示省略の受光光学系を備え、他の（図中右側の）光路形成装置６２のガラスロッド６２ａが受光光学系の光軸Ｐａに沿って線状にのびる第１の光路Ｐ１４を形成する。
【００５０】
各光路形成装置６２の直角台形プリズム６２ｃは、ガラスロッド６２ａと連結された斜面に金属膜が溶着されている。一の光路形成装置６２の直角台形プリズム６２ｃは、第１の光路Ｐ１１（光軸Ｐａ）に対して１回屈曲した第２光路Ｐ１２を形成する。同様に、他の光路形成装置６２の直角台形プリズム６２ｃは、第１の光路Ｐ１４（光軸Ｐａ）に対して１回屈曲した第２光路Ｐ１３を形成する。そして、駆動手段６４を用いて台形プリズム６２ｃの金属膜が溶着されていない直交面（第２光路Ｐ１２、１３に対して直交する面）を相互に対向させると、光路Ｐ１１を通過した光が一の（投光手段９ａ側の）台形プリズム６２ｃの斜面で光路Ｐ１１に対して直交する水平方向の光路Ｐ１２に導かれ、この光路Ｐ１２と同一線上にある他の（受光手段９ｂ側の）台形プリズム６２ｃの光路Ｐ１３に更に導かれ、他の台形プリズム６２ｃの斜面で光路Ｐ１３に対して直交して上方にのびる光路Ｐ１４に導かれ、受光光学系に導かれる。このとき、対向させた台形プリズム６２ｃの直交面の間に配置されたウエハＷ等の検出対象物の姿勢等の状態によって、受光光学系に導かれる光量が変化する。また、両斜面間を検出対象物が移動する場合、その移動によっても受光光学系に導かれる光量が変化する。
【００５１】
受光手段９ｂには図示省略の信号処理手段が付設され、受光手段９ｂにより受光した光量を保存し、保存した光量から検出対象物Ｗの位置、姿勢、移動速度等の状態を検出し、検出した状態が図示省略の制御部に入力されるようになっている。
【００５２】
ところで、上記第１実施形態のように、対物部６２ｂにて１本の第２の光路Ｐ２，Ｐ３を形成する場合、第２の光路上に遮光部材が存すると、その遮光部材の先にある撮像対象物を撮像することができない。例えば、図７に示すように、シリコンウエハＷの上面にアライメントマークＷｍが設けられている場合、シリコンウエハＷを下方から撮像した場合、このシリコンウエハＷが遮光部材となってアライメントマークＷｍを撮像できない。以下、真空処理装置を真空蒸着装置とし、この真空蒸着装置に本発明の第４実施形態の光路形成装置を有する撮像装置を適用した場合を例として説明する。
【００５３】
図７に示すように、真空蒸着装置ＥＭ４は、処理室１０ａを画成する筒状の真空チャンバ１ａを備え、この真空チャンバ１ａの上部には、下面に図示省略の静電チャック用の電極を埋設したステージ２が設けられている。ステージ２にはその厚さ方向に貫通する透孔２１が形成され、この透孔２１の下部にアライメントマークＷｍが位置するようにウエハＷがステージ２に保持されている。また、上記第１実施形態と同様に、ステージ２と対向してマスクＭがマスク支持体５により支持されている。
【００５４】
撮像手段６１は、光源６１ａと、撮像素子６１ｂたるＣＣＤイメージセンサと、撮像素子６１ｂの下方に設けられた図示省略の撮像光学系たるテレセントリックレンズとで構成される。図中、Ｐａは、撮像光学系の光軸を示す。
【００５５】
光路形成装置６５は、基部たるガラスロッド６５ａと、処理室１０ａ内に突出したガラスロッド６５ａの下端に連結された対物部６５ｂとから構成される。対物部６５ｂは、枠体６６と、この枠体６６の内部に所定の位置関係で配置された複数のミラー６６ａ〜６６ｇとで構成され、第１の光路Ｐ１１，Ｐ１２（光軸Ｐａ）に対して屈曲した第２の光路Ｐ２１，Ｐ２２を形成する。枠体６６は、ガラスロッド６５ａに連結される基端部６７と、この基端部６７から上下二股状に分岐してのびる一対の先端部６８，６９とで構成される。
【００５６】
上記構成によれば、光路Ｐ１１，Ｐ１２を通過した光を基端部６７に設けられたミラー６６ａで撮像光学系の光軸Ｐａに対して直交する水平方向に導き、この水平方向にのびる光路Ｐ２１ａを通る光をミラー６６ｂにより上方に導いて光路Ｐ２１ｂを形成する一方で、光路Ｐ２２ａを通る光をミラー６６ｃにより下方に導いて光路Ｐ２１ｂを形成する。これらのミラー６６ｂ，６６ｃは、分岐手段を構成する。そして、光路Ｐ２１ｂを通る光をミラー６６ｄにより水平方向に導き光路Ｐ２１ｃを形成し、この光路Ｐ２１ｃを通る光をミラー６６ｅにより下方に導き、上側の先端部６８と撮像対象物Ｗとの間の光路Ｐ２１ｄを形成する。また、光路Ｐ２２ｂを通る光をミラー６６ｆにより水平方向に導き光路Ｐ２２ｃを形成し、この光路Ｐ２２ｃを通る光をミラー６６ｇにより上方に導き、下側の先端部６９と撮像対象物Ｍとの間の光路Ｐ２２ｄを形成する。本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサ６１ｂを、その左側視野にアライメントマークＷｍの画像を表示すると同時に、右側視野にアライメントマークＭｍを表示するように構成している。このため、撮像光学系から撮像対象物Ｗｍ，Ｍｍまでの距離が同じ（即ち、ワークディスタンスが同じ）となるように、ミラー６６ａ〜６６ｇが配置されている。以下、上記撮像装置を用いたマスクＭに対するウエハＷのアライメントを説明する。
【００５７】
上記第１実施形態と同様に、マスク支持体５によりマスクＭを支持すると共に、ステージ２下面にウエハＷを吸着する。ここで、上記第１実施形態とは異なり、ウエハＷのアライメントマークＷｍは、ウエハＷ上面に形成されている。次いで、モータ６４ｂを駆動してガラスロッド６５ａを回転駆動させ、対物部６５ｂの先端部６８からの光路２１ｄをウエハＷのアライメントマークＷｍに指向させると共に、対物部６５ｂの先端部６９からの光路２２ｄをマスクＭのアライメントマークＭｍに指向させる（撮像位置）。
【００５８】
そして、光源６１ａから光を照射すると、第１光路Ｐ１１及び第２光路Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｄ（以下「Ｐ２１」と略す）を経た光が、ウエハＷの上面に照射される。ウエハＷからの反射光は、第２光路Ｐ２１及び第１光路Ｐ１１を経て、撮像光学系に導かれ、撮像光学系により撮像素子６１ｂの受光面の一側（図中左側）に結像される。これと共に、第１光路Ｐ１２及び第２光路Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄ（以下「Ｐ２２」と略する）を経た光が、マスクＭに照射される。マスクＭからの反射光は、第２光路Ｐ２２及び第１光路Ｐ１２を経て、撮像光学系に導かれ、撮像光学系により撮像素子６１ｂの受光面の他側（図中右側）に結像される。その結果、撮像手段６１の撮像光学系の光軸Ｐａ上に存しない撮像対象物の複数箇所、即ち、アライメントマークＷｍ，Ｍｍが撮像される。撮像手段６１により撮像された画像は画像処理手段７に送られ、画像処理手段７により画像処理してマスクＭに対するウエハＷのずれ量が検出される。上記第１実施形態と同様に、検出されたずれ量は制御部Ｃに入力され、ＸＹθステージ３３の移動量が算出され、ステージ３３をＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させ、または、θ方向に回転させることでウエハＷの姿勢を変更してアライメントされる。
【００５９】
ここで、本実施形態では、複数箇所を撮像しているため、以下のように撮像手段６１ｂの左側視野と右側視野との位置ずれ量を考慮してずれ量を検出する。即ち、図８（ａ）に示すように、予めキャリブレーション用のマーク（例えば、透明基板に形成されたアライメントマーク）を、光路Ｐ１１，光路Ｐ２１を介して上側から撮像して上記左側視野に表示すると共に、光路Ｐ１２，Ｐ２２を介して下側から撮像して上記右側視野に表示する。左側視野に表示したマークの重心の座標（Ｘ１，Ｙ１，θ１）及び右側視野に表示したマークの重心の座標（Ｘ２，Ｙ２，θ２）を相対座標として求め、求めた各重心座標を制御部Ｃに記憶しておく。そして、図８（ｂ）に示すように、実際のアライメント時に、撮像手段６１ｂの左側視野に表示したアライメントマークＷｍの重心の座標（Ｘ１’，Ｙ１’，θ１’）及び右側視野に表示したアライメントマークＭｍの重心の座標（Ｘ２’，Ｙ２’，θ２’）を求める。そして、以下の式により、両アライメントマークＷｍ，Ｍｍのずれ量（ΔＸ，ΔＹ，Δθ）を求める。尚、両マークＷｍ，Ｍｍのずれ量の算出方法は、この方法に限らず、他の公知の方法を用いることができる。
（ΔＸ，ΔＹ，Δθ）＝｛（Ｘ１，Ｙ１，θ１）−（Ｘ１’，Ｙ１’，θ１’）｝
−｛（Ｘ２，Ｙ２，θ２）−（Ｘ２’，Ｙ２’，θ２’）｝
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の撮像装置によれば、第２の光路を複数（本実施形態では２つ）に分岐し、この分岐した第２の光路の各々を異なるアライメントマークＷｍ，Ｍｍに夫々指向させたため、処理室１０ａ外側に配置された撮像手段６１と、処理室１０ａ内の複数のアライメントマークＷｍ，Ｍｍとを光学的に結び付けることができる。従って、これら複数のアライメントマークＷｍ，Ｍｍからの反射光を、第２及び第１の光路Ｐ２１，２２，１１，１２を介して撮像手段６１に導くことが可能となり、撮像対象物Ｗ，Ｍの複数箇所Ｗｍ，Ｍｍを撮像することが可能となる。尚、撮像素子６１ｂを２つ設け、そのうちの一方にアライメントマークＷｍを表示し、他方にアライメントマークＭｍを表示することもできるが、本実施形態の如く１つの撮像素子６１ｂの視野を分割することにより、部品点数を少なくでき、装置コストを低減できる。また、対物部の分岐手段を含むミラーの位置を適宜設定することで、撮像対象物の同一平面に存する複数箇所を撮像することもできる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、ガラスロッド６２ａ先端に断面視台形又は直角台形の台形プリズム６２ｂ又は直角台形プリズム６２ｃを連結してなる光路形成装置６２を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、反射鏡を設置して光路を形成することもできる。例えば、台形プリズムに代えて他のガラスロッドを水平に設置して、ガラスロッド６２ａからの光を反射鏡で屈曲させて他のガラスロッドに導き、他のガラスロッドからの光を反射鏡で上方に導くようにしてもよい。例えば、台形プリズムに代えて、一端側が基板ＷのアライメントマークＷｍを指向し、その他端側がガラスロッド６２ａの下端を指向するように湾曲させた光ファイバーを配置して用いてもよい。また、例えば、図６（ａ）に示すように、ガラスロッド６２ａの先端に断面視で１組の対辺が平行でない四角形プリズム６２ｃを連結して、光軸Ｐａに対して１回屈曲した光路Ｐ４を形成するようにしてもよい。また、例えば、図６（ｂ）に示すように、ガラスロッド６２ａ内の第１光路Ｐ１と台形プリズム６２ｂ内の第２光路Ｐ２とがなす角が鈍角となるように、ガラスロッド６２ａの先端に台形プリズム６２ｂを連結してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、光源６１ａを有する撮像手段６１を用いているが、ランプヒータを内蔵する等、真空処理前から真空チャンバ内で一定以上の明度がある場合には、光源６１ａは省略することもできる。また、上記実施形態では、アライメントマークＷｍを撮像しているが、撮像対象物はこれに限定されず、例えばウエハに付されたロット番号やバーコードを撮像することができる。
【００６３】
上記実施形態では、真空蒸発装置に本発明の光路形成装置を具備する撮像装置や変位測定装置を適用した場合を例に説明したが、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置やエッチング装置等に本発明は適用できる。例えば、エッチング装置に変位測定装置を適用し、この変位測定手段によりウエハ下面Ｗａの変位を測定すれば、ウエハ表面に形成された薄膜のエッチング後の残膜を測定することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…真空チャンバ（処理室）、６…撮像装置、８…変位測定装置、９…検出装置、６１…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、６２…光路形成装置、６２ａ…ガラスロッド（基部）、６２ｂ、６２ｃ…台形プリズム（対物部）、６３…真空シール手段、６６ｂ，６６ｃ…ミラー（分岐手段）、８１…変位センサ、Ｐａ…光軸、Ｐ１，Ｐ１１，Ｐ１２…第１の光路、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ２１（Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｄ），Ｐ２２（Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄ）…第２の光路、Ｐ１１〜Ｐ１４…光路、Ｗｍ…アライメントマーク（撮像対象物）、Ｍｍ…アライメントマーク（撮像対象物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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