(57)【要約】      （修正有）【課題】曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現することができる曲率測定装置及び曲率測定方法を提供する。【解決手段】曲率測定装置１０は、レーザ光を出射するレーザ光出射部２１と、出射したレーザ光をそれぞれ偏光方向及び進行方向が異なる第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に分離する第１の偏光ビームスプリッタ２２と、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２が並行して測定対象物である基板Ｗに進むように第１のレーザ光Ｌ１を反射するミラー２３と、基板Ｗにより鏡面反射された第２のレーザ光Ｌ２を透過させ、基板Ｗにより鏡面反射された第１のレーザ光Ｌ１を第２のレーザ光Ｌ２と異なる方向に反射する第２の偏光ビームスプリッタ１０ｄと、反射した第１のレーザ光Ｌ１の入射位置を検出する一次元の第１の位置検出素子１０ｅと、透過した第２のレーザ光Ｌ２の入射位置を検出する一次元の第２の位置検出素子１０ｆとを備える。【選択図】図３
2019053070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光出射部と、
前記光出射部により出射された前記レーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異な
る第１のレーザ光と第２のレーザ光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第
１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を反射する反射部と、
前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のい
ずれか一方を透過させ、他方を当該一方の進行方向と異なる方向に反射する第２の偏光ビ
ームスプリッタと、
前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された又は前記第２の偏光ビームスプリッ
タを透過した前記第１のレーザ光の入射位置を検出する一次元の第１の位置検出素子と、
前記第２の偏光ビームスプリッタを透過した又は前記第２の偏光ビームスプリッタによ
り反射された前記第２のレーザ光の入射位置を検出する一次元の第２の位置検出素子と、
を備えることを特徴とする曲率測定装置。
【請求項２】
レーザ光を出射する光出射部と、
前記光出射部により出射された前記レーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異な
る第１のレーザ光と第２のレーザ光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第
２のレーザ光を反射する反射部と、
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか
一方を透過させる第２の偏光ビームスプリッタと、
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が通過し、
前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が通過
する１／４波長板と、
前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記第１のレーザ光
及び前記第２のレーザ光の個々の入射位置をそれぞれ検出する第１の位置検出素子及び第
２の位置検出素子と、
を備えることを特徴とする曲率測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光が前記第２の偏光ビームスプリッタ
を透過する場合、前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記測定対象物により鏡面反射さ
れて前記１／４波長板を通過した前記第１のレーザ光を反射し、前記反射部は、前記測定
対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記第２のレーザ光を反射し、
前記第１の位置検出素子は、前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された前記第１
のレーザ光の入射位置を検出し、前記第２の位置検出素子は、前記反射部により反射され
た前記第２のレーザ光の入射位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の曲率測定
装置。
【請求項４】
前記測定対象物に向かって進む前記第２のレーザ光が前記第２の偏光ビームスプリッタ
を透過する場合、前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記測定対象物により鏡面反射さ
れて前記１／４波長板を通過した前記第１のレーザ光を反射し、前記第２の偏光ビームス
プリッタは、前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記第２
のレーザ光を反射し、前記第１の位置検出素子は、前記第１の偏光ビームスプリッタによ
り反射された前記第１のレーザ光の入射位置を検出し、前記第２の位置検出素子は、前記
第２の偏光ビームスプリッタにより反射された前記第２のレーザ光の入射位置を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の曲率測定装置。
【請求項５】
前記第１の位置検出素子により検出された前記第１のレーザ光の入射位置の変位量と、
前記第２の位置検出素子により検出された前記第２のレーザ光の入射位置の変位量との差
を算出し、その算出した差と前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光の個々の光路長
との相関から前記測定対象物の曲率変化量を算出する算出部をさらに備えることを特徴と
する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の曲率測定装置。
【請求項６】
前記第１の位置検出素子及び前記第２の位置検出素子は、前記測定対象物により反射さ
れた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光の２線分間の最短距離の変位を検出するこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の曲率測定装置。
【請求項７】
前記第１のレーザ光を前記第１の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に集光し、前
記第２のレーザ光を前記第２の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に集光する集光レ
ンズをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の曲率
測定装置。
【請求項８】
前記光出射部は、前記レーザ光として７００ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の曲率測定装置。
【請求項９】
前記第１の位置検出素子は、前記第１のレーザ光が入射する第１の受光面を有しており
、
前記第１の受光面は、その法線方向が前記第１のレーザ光の光軸から少なくとも１０度
傾いており、
前記第２の位置検出素子は、前記第２のレーザ光が入射する第２の受光面を有しており
、
前記第２の受光面は、その法線方向が前記第２のレーザ光の光軸から少なくとも１０度
傾いていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の曲率測定装置
。
【請求項１０】
前記第１のレーザ光を前記第１の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に引き伸ばし
、前記第２のレーザ光を前記第２の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に引き伸ばす
成形部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の曲
率測定装置。
【請求項１１】
レーザ光を光出射部により出射する工程と、
前記光出射部により出射された前記レーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異な
る第１のレーザ光と第２のレーザ光に第１の偏光ビームスプリッタにより分離する工程と
、
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第
１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を反射部により反射する工程と、
前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のい
ずれか一方を透過させ、他方を当該一方の進行方向と異なる方向に第２の偏光ビームスプ
リッタにより反射する工程と、
前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射された又は前記第２の偏光ビームスプリッ
タを透過した前記第１のレーザ光の入射位置を一次元の第１の位置検出素子により検出す
る工程と、
前記第２の偏光ビームスプリッタを透過した又は前記第２の偏光ビームスプリッタによ
り反射された前記第２のレーザ光の入射位置を一次元の第２の位置検出素子により検出す
る工程と、
を有することを特徴とする曲率測定方法。
【請求項１２】
レーザ光を光出射部により出射する工程と、
前記光出射部により出射された前記レーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異な
る第１のレーザ光と第２のレーザ光に第１の偏光ビームスプリッタにより分離する工程と
、
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第
２のレーザ光を反射部により反射する工程と、
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか
一方を第２の偏光ビームスプリッタにより透過させる工程と、
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を１／４波
長板に通し、前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレ
ーザ光を前記１／４波長板に通す工程と、
前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記第１のレーザ光
及び前記第２のレーザ光の個々の入射位置をそれぞれ第１の位置検出素子及び第２の位置
検出素子により検出する工程と、
を有することを特徴とする曲率測定方法。
【請求項１３】
前記測定対象物に向かって進む前記第１のレーザ光が前記第２の偏光ビームスプリッタ
を透過する場合、前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記
第１のレーザ光を前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射して前記第１の位置検出素
子により検出し、前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記
第２のレーザ光を前記反射部により反射して前記第２の位置検出素子により検出すること
を特徴とする請求項１２に記載の曲率測定方法。
【請求項１４】
前記測定対象物に向かって進む前記第２のレーザ光が前記第２の偏光ビームスプリッタ
を透過する場合、前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記
第１のレーザ光を前記第１の偏光ビームスプリッタにより反射して前記第１の位置検出素
子により検出し、前記測定対象物により鏡面反射されて前記１／４波長板を通過した前記
第２のレーザ光を前記第２の偏光ビームスプリッタにより反射して前記第２の位置検出素
子により検出することを特徴とする請求項１２に記載の曲率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲率測定装置及び曲率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスのように、比較的
膜厚が大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、半導体ウェハなどの基板に
単結晶薄膜を気相成長させて成膜を行うエピタキシャル成長技術が利用されている。この
エピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧又は減圧に保持された成膜室内
にウェハなどの基板が載置される。そして、この基板が加熱されつつ、成膜のための原料
となるガス（原料ガス）が成膜室内に供給される。これにより、基板の表面で原料ガスの
熱分解反応や水素還元反応などの化学反応が起こり、基板上にエピタキシャル膜が成膜さ
れることになる。
【０００３】
この成膜装置では、測定対象物である基板の曲率を測定する曲率測定装置（反り測定装
置）が用いられている。この曲率測定装置は、主にプロセス手順の最適化時などに用いら
れているが、近年、量産装置においても用いられ、常時の反り監視が要求されるようにな
ってきている。例えば、８インチシリコンへの窒化ガリウム（ＧａＮ）成膜においては、
シリコンとＧａＮ薄膜の熱膨張係数の違いや結晶格子定数の大きな不整合に加え、大きな
温度幅を行き来する膜作製条件もあり、成膜中にウェハがどの程度反っているかを監視す
ることが非常に重要となっている。この反り監視をおろそかにした場合、成膜中のあるい
は成膜後に降温した後で、ウェハの断裂や薄膜の微細なヒビ（クラック）の発生による製
品品質の低下につながる。したがって、反り監視は、量産に先立ったプロセス手順の最適
化において必須であるが、成膜室内の状態が少しずつ変化する量産状況においても、品質
保持のために必要となってきている。
【０００４】
現在主流の曲率測定装置は、二本以上のレーザ光を並行させて成膜室の窓を介して基板
に入射させ、基板により反射されて前述の窓を通過して戻ってきた少なくとも二本のレー
ザ光の位置を検出し、それらの間隔を読み取っている。三本以上のレーザ光を利用する場
合でも二本のレーザ光を用いる場合と原理としての差はないため、以下簡単のため、二本
のレーザ光を用いる場合を説明する。二本のレーザ光を検出する方式としては、二本のレ
ーザ光を一括して二次元ＣＣＤ（電荷結合素子）により検出する二点一括ＣＣＤ方式が一
般に採用されている。この方式では、二本のレーザ光が同じ素子面（受光面）に入射し、
それらのレーザ光は画素の中に二つの点として得られる。そして、その両点の距離が画像
処理によって算出されて曲率に換算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７８３１０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、前述の二点一括ＣＣＤ方式において、反りが大きい場合には両点が一致
してしまう場合があり、両点の間の距離が存在しなくなることがある。このため、曲率自
体が存在しているにも関わらず、その曲率の測定が不能になる。また、両点が一致しない
場合でも、ＣＣＤの分解能があるため、反りが大きい領域では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が悪く
なる。さらに、二本のレーザ光が通過する窓を小さくするため、両点の間を狭くする必要
がある場合には、より条件が悪くなり、ＳＮ比が悪化する。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現
することができる曲率測定装置及び曲率測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る第１の曲率測定装置は、レーザ光を出射する光出射部と、光出
射部により出射されたレーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異なる第１のレーザ
光と第２のレーザ光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、第１のレーザ光及び第２
のレーザ光が並行して測定対象物に進むように第１のレーザ光及び第２のレーザ光のいず
れか一方を反射する反射部と、測定対象物により鏡面反射された第１のレーザ光及び第２
のレーザ光のいずれか一方を透過させ、他方を当該一方の進行方向と異なる方向に反射す
る第２の偏光ビームスプリッタと、第２の偏光ビームスプリッタにより反射された又は第
２の偏光ビームスプリッタを透過した第１のレーザ光の入射位置を検出する一次元の第１
の位置検出素子と、第２の偏光ビームスプリッタを透過した又は第２の偏光ビームスプリ
ッタにより反射された第２のレーザ光の入射位置を検出する一次元の第２の位置検出素子
とを備える。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る第２の曲率測定装置は、レーザ光を出射する光出射部と
、光出射部により出射されたレーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異なる第１の
レーザ光と第２のレーザ光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、第１のレーザ光及
び第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように第２のレーザ光を反射する反射部と
、測定対象物に向かって進む第１のレーザ光及び第２のレーザ光のいずれか一方を透過さ
せる第２の偏光ビームスプリッタと、測定対象物に向かって進む第１のレーザ光及び第２
のレーザ光が通過し、測定対象物により鏡面反射された第１のレーザ光及び第２のレーザ
光が通過する１／４波長板と、測定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した
第１のレーザ光及び第２のレーザ光の個々の入射位置をそれぞれ検出する第１の位置検出
素子及び第２の位置検出素子とを備える。
【００１０】
また、上記第２の曲率測定装置において、測定対象物に向かって進む第１のレーザ光が
第２の偏光ビームスプリッタを透過する場合、第２の偏光ビームスプリッタは、測定対象
物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第１のレーザ光を反射し、反射部は、測
定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第２のレーザ光を反射し、第１の
位置検出素子は、第２の偏光ビームスプリッタにより反射された第１のレーザ光の入射位
置を検出し、第２の位置検出素子は、反射部により反射された第２のレーザ光の入射位置
を検出することが望ましい。
【００１１】
また、上記第２の曲率測定装置において、測定対象物に向かって進む第２のレーザ光が
第２の偏光ビームスプリッタを透過する場合、第１の偏光ビームスプリッタは、測定対象
物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第１のレーザ光を反射し、第２の偏光ビ
ームスプリッタは、測定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第２のレー
ザ光を反射し、第１の位置検出素子は、第１の偏光ビームスプリッタにより反射された第
１のレーザ光の入射位置を検出し、第２の位置検出素子は、第２の偏光ビームスプリッタ
により反射された第２のレーザ光の入射位置を検出することが望ましい。
【００１２】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、第１の位置検出素子により検出され
た第１のレーザ光の入射位置の変位量と、第２の位置検出素子により検出された第２のレ
ーザ光の入射位置の変位量との差を算出し、その算出した差と第１のレーザ光及び第２の
レーザ光の個々の光路長との相関から測定対象物の曲率変化量を算出する算出部をさらに
備えることが望ましい。
【００１３】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、第１の位置検出素子及び第２の位置
検出素子は、測定対象物により反射された第１のレーザ光と第２のレーザ光の２線分間の
最短距離の変位を検出することが望ましい。
【００１４】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、第１のレーザ光を第１の位置検出素
子の素子列方向と垂直な方向に集光し、第２のレーザ光を第２の位置検出素子の素子列方
向と垂直な方向に集光する集光レンズをさらに備えることが望ましい。
【００１５】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、光出射部は、レーザ光として７００
ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射することが望ましい。
【００１６】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、第１の位置検出素子は、第１のレー
ザ光が入射する第１の受光面を有しており、第１の受光面は、その法線方向が第１のレー
ザ光の光軸から少なくとも１０度傾いており、第２の位置検出素子は、第２のレーザ光が
入射する第２の受光面を有しており、第２の受光面は、その法線方向が第２のレーザ光の
光軸から少なくとも１０度傾いていることが望ましい。
【００１７】
また、上記第１又は第２の曲率測定装置において、第１のレーザ光を第１の位置検出素
子の素子列方向と垂直な方向に引き伸ばし、第２のレーザ光を第２の位置検出素子の素子
列方向と垂直な方向に引き伸ばす成形部をさらに備えることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の実施形態に係る第１の曲率測定方法は、レーザ光を光出射部により出射
する工程と、光出射部により出射されたレーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異
なる第１のレーザ光と第２のレーザ光に第１の偏光ビームスプリッタにより分離する工程
と、第１のレーザ光及び第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように第１のレーザ
光及び第２のレーザ光のいずれか一方を反射部により反射する工程と、測定対象物により
鏡面反射された第１のレーザ光及び第２のレーザ光のいずれか一方を透過させ、他方を当
該一方の進行方向と異なる方向に第２の偏光ビームスプリッタにより反射する工程と、第
２の偏光ビームスプリッタにより反射された又は第２の偏光ビームスプリッタを透過した
第１のレーザ光の入射位置を一次元の第１の位置検出素子により検出する工程と、第２の
偏光ビームスプリッタを透過した又は第２の偏光ビームスプリッタにより反射された第２
のレーザ光の入射位置を一次元の第２の位置検出素子により検出する工程とを有する。
【００１９】
また、本発明の実施形態に係る第２の曲率測定方法は、レーザ光を光出射部により出射
する工程と、光出射部により出射されたレーザ光を、それぞれ偏光方向及び進行方向が異
なる第１のレーザ光と第２のレーザ光に第１の偏光ビームスプリッタにより分離する工程
と、第１のレーザ光及び第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように第２のレーザ
光を反射部により反射する工程と、測定対象物に向かって進む第１のレーザ光及び第２の
レーザ光のいずれか一方を第２の偏光ビームスプリッタにより透過させる工程と、測定対
象物に向かって進む第１のレーザ光及び第２のレーザ光を１／４波長板に通し、測定対象
物により鏡面反射された第１のレーザ光及び第２のレーザ光を１／４波長板に通す工程と
、測定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第１のレーザ光及び第２のレ
ーザ光の個々の入射位置をそれぞれ第１の位置検出素子及び第２の位置検出素子により検
出する工程とを有する。
【００２０】
また、上記第２の曲率測定方法において、測定対象物に向かって進む第１のレーザ光が
第２の偏光ビームスプリッタを透過する場合、測定対象物により鏡面反射されて１／４波
長板を通過した第１のレーザ光を第２の偏光ビームスプリッタにより反射して第１の位置
検出素子により検出し、測定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第２の
レーザ光を反射部により反射して第２の位置検出素子により検出することが望ましい。
【００２１】
また、上記第２の曲率測定方法において、測定対象物に向かって進む第２のレーザ光が
第２の偏光ビームスプリッタを透過する場合、測定対象物により鏡面反射されて１／４波
長板を通過した第１のレーザ光を第１の偏光ビームスプリッタにより反射して第１の位置
検出素子により検出し、測定対象物により鏡面反射されて１／４波長板を通過した第２の
レーザ光を第２の偏光ビームスプリッタにより反射して第２の位置検出素子により検出す
ることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る一態様によれば、曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る曲率測定装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】第１の実施形態に係る曲率測定装置の変形例１を示す正面図である。
【図４】第１の実施形態に係る曲率測定装置の概略構成を示す側面図である。
【図５】第１の実施形態に係る基板表面上でのレーザ光間隔を説明するための説明図である。
【図６】第１の実施形態に係るＳ偏光とＰ偏光の入射角度及び反射率の関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る曲率測定装置の概略構成を示す正面図である。
【図８】第３の実施形態に係る曲率測定装置の概略構成を示す正面図である。
【図９】第３の実施形態に係る曲率測定装置の変形例を示す正面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る曲率測定装置の変形例２を示す正面図である。
【図１１】図３に示す曲率測定装置を示す斜視図である。
【図１２】図３に示す曲率測定装置の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００２５】
図１に示すように、第１の実施形態に係る成膜装置１は、基板Ｗへの成膜を行う成膜室
となるチャンバ２と、そのチャンバ２内の基板Ｗにガス（原料ガス）を供給するガス供給
部３と、チャンバ２の上部に位置するシャワープレート４と、チャンバ２内で基板Ｗを支
持するサセプタ５と、そのサセプタ５を保持して回転する回転部６と、基板Ｗを加熱する
ヒータ７と、チャンバ２内のガスを排出する複数のガス排出部８と、それらのガス排出部
８からガスを排気する排気機構９と、基板Ｗの曲率（反り量）を測定する曲率測定装置１
０と、各部を制御する制御部１１と、警告を報知する報知部１２とを備えている。
【００２６】
チャンバ２は、基板Ｗ（例えば、半導体基板であるウェハ）の表面に薄膜を気相成長さ
せてエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室（反応室）として機能する。このチャンバ２は
円筒形状などの箱形状に形成されており、その内部に処理対象部となる基板Ｗなどを収容
している。
【００２７】
ガス供給部３は、ガスを個別に貯留する複数のガス貯留部３ａと、それらのガス貯留部
３ａ及びシャワープレート４を接続する複数本のガス管３ｂと、それらのガス管３ｂを流
れるガスの流量を変更する複数のガスバルブ３ｃとを備えている。これらのガスバルブ３
ｃは各ガス管３ｂに個別に設けられ、制御部１１に電気的に接続されており、その駆動が
制御部により制御される。
【００２８】
このガス供給部３は、ヒータ７により加熱された基板Ｗの表面に結晶膜を成長させるた
めの原料ガス、例えば、三種類のガスをチャンバ２の内部にシャワープレート４を介して
供給する。例えば、基板ＷとしてＳｉ基板を用い、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
を用いてＧａＮ（窒化ガリウム）エピタキシャル膜を形成する場合には、一例として、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスなどのガリウム（Ｇａ）のソースガス、アンモニア（Ｎ
Ｈ３）などの窒素（Ｎ）のソースガス、キャリアガスである水素ガスを用いる。
【００２９】
このような三種類のガスがそれぞれ各ガス貯留部３ａに貯留されており、これらのガス
が原料ガスとしてシャワープレート４から基板Ｗに向かってシャワー状に供給され、基板
Ｗ上にＧａＮエピタキシャル膜が形成されることになる。なお、ガスの種類やその種類数
は特に限定されるものではなく、例えば、基板Ｗ上に窒化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル
膜を成膜する場合には、第１、第２及び第３の三種類のガスを炭素のソースガス、珪素の
ソースガス、及びこれらのガスを分離するために用いられるガスであって、その他の二種
類のガスとの反応性が乏しい分離ガスなどを用いることが可能である。
【００３０】
シャワープレート４は、チャンバ２の上部に設けられおり、所定の厚みを有する板状の
形状に形成されている。このシャワープレート４は、ガスが流れるガス供給流路４ａ及び
そのガス供給流路４ａにつながるガス吐出孔（ガス噴出孔）４ｂを多数有している。これ
らのガス供給流路４ａ及びガス吐出孔４ｂは、複数種（例えば、第１、第２及び第３の三
種類）の各ガスを混合することなく、各ガスを分離した状態で基板Ｗに向けてシャワー状
に噴射することが可能になる構造に形成されている。例えば、各ガス供給流路４ａは互い
に独立しており、シャワープレート４内で各ガスが混合され互いの間で反応することは防
止されている。なお、シャワープレート４において、必ずしも各ガスは分離して供給され
るものではなく、混合されて供給されてもよい。
【００３１】
このシャワープレート４は、エピタキシャル膜を形成するためのガスを整流し、各ガス
吐出孔４ｂから基板Ｗの表面に向けてシャワー状に供給する。シャワープレート４の材料
としては、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属材料を用いることが可能
である。このようなシャワープレート４を用いることによって、チャンバ２内での原料ガ
スの流動を均一にすることが可能となり、原料ガスを基板Ｗ上に均一に供給することがで
きる。
【００３２】
サセプタ５は、回転部６の上部に設けられており、開口部５ａを有する環状の形状に形
成されている。このサセプタ５は、開口部５ａの内周側に座ぐり（環状の凹部）が設けら
れ、この座ぐり内に基板Ｗの外周部を受け入れて支持する構造になっている。なお、サセ
プタ５は、高温下にさらされることから、例えば、等方性黒鉛などのカーボン（Ｃ）材の
表面にＣＶＤ法によって高耐熱な高純度のＳｉＣが被覆されて構成されている。なお、サ
セプタ５の構造としては、前述のように開口部５ａをそのままとする構造を用いているが
、これに限るものではなく、例えば、その開口部５ａを塞ぐ部材を設け、開口部５ａを塞
ぐ構造を用いることも可能である。
【００３３】
回転部６は、サセプタ５を保持する円筒部６ａと、その円筒部６ａの回転軸となる中空
の回転体６ｂとを有している。円筒部６ａは、上部が開口する構造になっており、この円
筒部６ａの上部にサセプタ５が配置されている。このサセプタ５上に基板Ｗが載置される
ことにより、サセプタ５の開口部５ａが覆われ、中空領域が形成されることになる。この
回転部６では、回転体６ｂが回転機構（図示せず）によって回転することにより、円筒部
６ａを介してサセプタ５が回転する。このため、サセプタ５上の基板Ｗは、サセプタ５の
回転とともに回転することになる。
【００３４】
ここで、チャンバ２内の空間領域は第１領域Ｒ１であり、基板Ｗ及びサセプタ５によっ
て実質的に第１領域Ｒ１と隔てられた中空領域は第２領域Ｒ２である。これらの第１領域
Ｒ１及び第２領域Ｒ２は隔てられているため、ヒータ７の周囲で発生した汚染物質によっ
て基板Ｗの表面が汚染されることを防止することができる。また、第１領域Ｒ１にあるガ
スが第２領域Ｒ２内に進入し、第２領域Ｒ２内に配置されたヒータ７に接触することを防
ぐこともできる。
【００３５】
ヒータ７は、円筒部６ａ内、すなわち第２領域Ｒ２内に設けられている。ヒータ７とし
ては、例えば、抵抗加熱ヒータを用いることが可能であり、そのヒータは等方性黒鉛など
のカーボン（Ｃ）材の表面に高耐熱なＳｉＣが被覆されて構成されている。ヒータ７は、
回転体６ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト６ｃの内部を通る配線７ａによっ
て給電され、基板Ｗをその裏面から加熱する。この配線７ａは電気的に制御部１１に接続
されており、ヒータ７への給電が制御部１１により制御される。
【００３６】
なお、シャフト６ｃの内部には、基板昇降機構として昇降ピンや昇降装置（いずれも図
示せず）などが配置されている。昇降装置は昇降ピンを上昇または下降させることが可能
であり、昇降ピンは基板Ｗのチャンバ２内への搬入とチャンバ２外への搬出の時に使用さ
れる。この昇降ピンは、基板Ｗを下方から支持して持ち上げ、サセプタ５から引き離す。
そして、基板Ｗの搬送用ロボット（図示せず）との間で基板Ｗの受け渡しができるように
、基板Ｗを回転部６上のサセプタ５から離れた上方の所定の位置に配置するように動作す
る。
【００３７】
ガス排出部８は、反応後の原料ガスを排出するための排出孔であり、チャンバ２の下部
に複数設けられている。これらのガス排出部８は、チャンバ２の底面であって回転部６の
周囲に位置付けられて設けられており、ガスを排気する排気機構９に接続されている。
【００３８】
排気機構９は、反応後の原料ガスが流れる複数のガス排気流路９ａと、そのガスの流量
を変更する排気バルブ９ｂと、排気用の駆動源となる真空ポンプ９ｃとを備えている。こ
の排気機構９は、各ガス排出部８を介してチャンバ２の内部から反応後の原料ガスを排気
する。排気バルブ９ｂや真空ポンプ９ｃは、制御部１１に電気的に接続されており、その
駆動が制御部１１により制御される。なお、排気機構９は、制御部１１の制御に応じてチ
ャンバ２内を所定の圧力に調整することが可能である。
【００３９】
曲率測定装置１０は、シャワープレート４の上部に設けられており、サセプタ５上の基
板Ｗに対する二本のレーザ光の投光及び受光によって、サセプタ５上の基板Ｗの曲率を測
定する（詳しくは、後述する）。各レーザ光は、シャワープレート４の各ガス供給流路４
ａの間に位置する透光性を有する箇所、すなわちチャンバ２の窓（レーザ光通過用の窓）
を通って投光及び受光される。この曲率測定装置１０は、制御部１１に電気的に接続され
ており、測定した曲率（曲率情報）を制御部１１に渡す。
【００４０】
なお、チャンバ２の窓の形状としては、スリット形状や矩形状、円形状などの各種の形
状を用いることが可能であり、その窓のサイズはレーザ光の投光及び受光が可能となる大
きさである。また、窓の材料としては、例えば、石英ガラスなどの透光性材料を用いるこ
とが可能である。
【００４１】
制御部１１は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、成膜処理に関する成
膜処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部と（いずれも図示せず）を備えている
。この制御部１１は、成膜処理情報や各種プログラムに基づいて、ガス供給部３や回転部
６の回転機構、排気機構９などを制御し、回転部６の回転に応じて回転しているサセプタ
５上の基板Ｗの表面に対し、ガス供給部３からシャワープレート４を介して各種のガスを
供給するガス供給や、ヒータ７による基板Ｗの加熱などの制御を行う。なお、ガス供給部
３の制御では、ガス供給部３の各ガスバルブ３ｃのそれぞれの動作を制御し、三種類のガ
ス供給、例えば、三種類の各ガスを供給するタイミングや期間などを調整することが可能
である。
【００４２】
また、制御部１１は、曲率測定装置１０により測定された曲率が所定の設定値に至った
かを判断し、曲率測定装置１０により測定された曲率が所定の設定値に至ったと判断した
場合、成膜処理を停止し、さらに、報知部１２に報知指示を出力する。設定値はユーザな
どにより入力部（例えば、キーボードやマウスなどの入力デバイス）を介して予め設定さ
れており、必要に応じて変更可能である。
【００４３】
報知部１２は、制御部１１から報知指示を受けると、すなわち曲率測定装置１０により
測定された曲率が所定の設定値に至った場合、ユーザに対して基板Ｗの反りに問題がある
こと（警告）を報知する。この報知部１２としては、例えば、ランプやブザーなどの警報
器、文字を表示する表示部及び音声を出力する音声出力部などの各種の報知部を用いるこ
とが可能である。
【００４４】
このような構成の成膜装置１は、回転部６の回転により基板Ｗを回転させ、また、ヒー
タ７により基板Ｗを加熱する。さらに、三種類の原料ガスをシャワープレート４によって
チャンバ２内に導入し、三種類の原料ガスを基板Ｗの表面に向けてそれぞれシャワー状に
供給し、ウェハなどの基板Ｗにエピタキシャル膜を気相成長させて成膜する。シャワープ
レート４は、三種類の各ガスを混合させることなく、分離したままチャンバ２内の基板Ｗ
に供給する。この成膜装置１では、エピタキシャル膜を形成するために、複数種類のガス
、例えば、第１、第２及び第３の三種類のガスを用いているが、ガスの種類は３種類に限
られるものではなく、例えば、二種類、あるいは、三種類より多い種類にされても良い。
【００４５】
なお、チャンバ２内への基板Ｗの搬入、あるいは、チャンバ２外への基板Ｗの搬出には
、搬送用ロボット（図示せず）を用いて行うことが可能である。この場合には、前述の基
板昇降機構を利用することが可能である。例えば、基板Ｗの搬出時には、基板昇降機構に
より基板Ｗを上昇させてサセプタ５から引き離す。次いで、搬送用ロボットに基板Ｗを受
け渡し、チャンバ２の外部へと搬出する。基板Ｗの搬入時には、搬送用ロボットから基板
Ｗを受け取り、基板昇降機構により基板Ｗを下降させて、基板Ｗをサセプタ５上に載置す
る。
【００４６】
次に、前述の曲率測定装置１０について図２乃至図６を参照して詳しく説明する。なお
、図２乃至図４は光学部品の模式図を用いて曲率測定装置１０の概略の構造を示したもの
で、曲率測定装置１０と基板Ｗとの離間距離が短く示されているが、実際の離間距離は２
０〜５０ｃｍ程度の距離であり、また、レーザ光はチャンバ２の窓を通過する。また、偏
光ビームスプリッタにより反射されるレーザ光の向きが略直角に曲がるように示されてい
るが、この角度は場合によってはとくに直角付近である必要はない。
【００４７】
図２に示すように、曲率測定装置１０は、測定対象物の基板Ｗに対して二本のレーザ光
Ｌ１及びＬ２を並行させて入射させる照射部１０ａと、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２の波
長以外の光をカットする光学フィルタ１０ｂと、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２を集光する
集光レンズ１０ｃと、基板Ｗにより鏡面反射された二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２を分離す
る進路変更部１０ｄと、分離された二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２のうち第１のレーザ光Ｌ
１の入射位置を検出する一次元の第１の位置検出素子１０ｅと、分離された二本のレーザ
光Ｌ１及びＬ２のうち第２のレーザ光Ｌ２の入射位置を検出する一次元の第２の位置検出
素子１０ｆと、それらの第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位置検出素子１０ｆにより
検出された各レーザ光Ｌ１及びＬ２の入射位置を用いて基板Ｗの曲率（反り量）を算出す
る算出部１０ｇとを備えている。
【００４８】
照射部１０ａは、偏光方向、すなわち偏光成分（偏光面）が互いに異なる第１のレーザ
光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を互いが並行する状態にして基板Ｗに入射させる。例えば
、照射部１０ａは、レーザ光を出射するレーザ光出射部（光出射部）２１や偏光ビームス
プリッタ（第１の偏光ビームスプリッタ）２２、ミラー（反射部）２３などを有している
。この照射部１０ａは、レーザ光出射部２１から出射されたレーザ光を偏光ビームスプリ
ッタ２２でＳ偏光成分（Ｓ偏光）及びＰ偏光成分（Ｐ偏光）に分離し、Ｓ偏光成分のレー
ザ光（第１のレーザ光Ｌ１）をそのまま基板Ｗに入射させ、ミラー２３によりＰ偏光成分
のレーザ光（第２のレーザ光Ｌ２）をＳ偏光成分のレーザ光に並行するように反射して基
板Ｗの表面に入射させる。なお、各レーザ光Ｌ１及びＬ２のそれぞれの進行方向は必ずし
も厳密に平行である必要はない。このように偏光成分（偏光方向）としては、例えば、光
の進行方向に垂直なＳ偏光成分及びＰ偏光成分があり、これらのＳ偏光成分及びＰ偏光成
分は互いに直交する成分である。このとき、偏光成分（偏光方向）は必ずしも直交する必
要はないが、より精度よく分離するために７０度以上９０度以下であることが好ましい。
【００４９】
ここで、偏光ビームスプリッタとは、２個のプリズムを１つの接合面で貼り合わせて構
成される光学部品で、接合面に誘電体による多層膜をあらかじめ形成しておくことで、偏
光方向により接合面で光を透過あるいは反射させる機能を与えている。接合面に形成する
多層膜の構造を適切に設計することで、接合面に対するＰ偏光を反射、Ｓ偏光を透過させ
る機能のもの、あるいは逆に接合面に対するＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過させる機能のも
のを作製することができる。簡便のため、前者の偏光ビームスプリッタをＰ偏光反射型あ
るいはＳ偏光透過型と、後者の偏光ビームスプリッタをＳ偏光反射型あるいはＰ偏光透過
型と呼ぶことにする。これらの異なる機能の偏光ビームスプリッタにはそれぞれの特徴が
あり、適切に使い分けることができる。図２のレーザ光を２つに分離させるための偏光ビ
ームスプリッタ２２はＳ偏光透過型であり、測定対象物（基板Ｗ）から反射された２本の
レーザ光を偏光により分離するための偏光ビームスプリッタ（進路変更部１０ｄ）はＳ偏
光反射型である。図２の構成の本実施形態をＰ偏光透過型の偏光ビームスプリッタのみを
用いて構成した場合を図３に示す。なお、Ｓ偏光透過型の偏光ビームスプリッタについて
、参考文献としては、「WO9707418（WO/1997/007418）」、または「Li Li and J.A. Dobr
owolski, "High-performance thin-film polarizing beam splitter operating at angle
s greater than the critical angle", Applied Optics, Vol. 39, No. 16, pp. 2754-71
」を挙げることができる。
【００５０】
各レーザ光Ｌ１及びＬ２における基板Ｗに対する入射位置は、例えば、基板Ｗの中央付
近であり、それらの入射角Ａ１は少なくとも２０度以下であることが望ましい（詳しくは
、後述する）。また、レーザ光としては、赤熱する基板Ｗの発光からの影響を避け、例え
ば、シリコン検出系の感度が高く、熱輻射の影響が小さい７００ｎｍ以下、より好ましく
は６００ｎｍ以下の波長（一例として５３２ｎｍ）のレーザ光を用いることが望ましい。
【００５１】
光学フィルタ１０ｂは、基板Ｗと進路変更部１０ｄとの間であって第１のレーザ光Ｌ１
及び第２のレーザ光Ｌ２が並行して進行する光路上に設けられており、それらの第１のレ
ーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の波長以外の光をカット（除去）する。光学フィルタ
１０ｂとしては、例えば、単色化フィルタを用いることが可能である。この光学フィルタ
１０ｂを設けることによって、各レーザ光Ｌ１及びＬ２（上記の例では、緑色）以外の波
長を有する光が位置検出素子１０ｅ及び１０ｆに入射することが抑止されるので、赤熱す
る基板Ｗの発光からの影響を避け、位置検出精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、一次元の位置検出素子１０ｅ又は１０ｆとしては、例えば半導体位置検出素子（
ＰＳＤ）が用いられる。ＰＳＤは、入射したレーザ光の分布（スポットの光量）の重心（
位置）を求めるものであり、その重心を二つの電気信号（アナログ信号）として出力する
。ＰＳＤは、可視光範囲の光に感度を有している。成膜装置１では、基板Ｗが赤熱してお
り、すなわち、赤側の光を発している。基板Ｗが赤熱するだけであれば、レーザ光の強度
の方が圧倒的に強いため、少なくとも赤から離れた緑のレーザ光を用いれば、問題は生じ
ない。ところが、成膜装置１において膜を作製する際には、膜とレーザ光との干渉によっ
て、レーザ光がほとんど反射されなくなってしまうタイミングが生じる。このタイミング
においては、赤熱の光強度が、反射されたレーザ光強度を上回るため、位置検出素子１０
ｅ又は１０ｆ上で、測定対象物（基板Ｗ）から反射されたレーザ光の位置を正確にはある
いは全く測定できなってしまうことがある。これを抑止するためには、本実施形態で用い
るレーザ光の波長以外の光を通さない光学フィルタ１０ｂを設けることが望ましい。なお
、位置検出素子１０ｅ又は１０ｆとしては、ＰＳＤのほか、固体撮像素子（ＣＣＤやＣＭ
ＯＳなど）を用いることも可能である。
【００５３】
また、上述の測定対象物上に成膜する膜による干渉の効果を除くためには、成膜する膜
が吸収するような波長のレーザ光を本実施形態のレーザ光として用いることも有効である
。より具体的には、成膜する膜のバンドギャップよりもエネルギーの高いレーザ光を挙げ
ることができる。成膜する膜が本実施形態に用いられるレーザ光を吸収する場合、膜が厚
くなるにつれて干渉効果が小さくなり、ある程度以上の膜厚では、干渉効果は現れなくな
る。たとえば、ＧａＮを成膜する場合、ＧａＮは室温では紫外領域（３６５ｎｍ）に吸収
端があるが、７００℃以上の温度ではバンドギャップが小さくなり、青紫領域の光を吸収
する。したがって、ＧａＮを７００℃以上の温度で成長する場合、たとえば４０５ｎｍの
レーザ光を本実施形態に用いることにより、ＧａＮの干渉の効果を低減することができる
。
【００５４】
集光レンズ１０ｃは、基板Ｗと進路変更部１０ｄとの間であって第１のレーザ光Ｌ１及
び第２のレーザ光Ｌ２が並行して進行する光路上に設けられている。この集光レンズ１０
ｃは、第１のレーザ光Ｌ１を第１の位置検出素子１０ｅの素子面（受光面）における、第
１の位置検出素子１０ｅの素子列方向と垂直方向（短手方向）に集光し、第２のレーザ光
Ｌ２を第２の位置検出素子１０ｆの素子面（受光面）において、第２の位置検出素子１０
ｆの素子列方向と垂直方向（短手方向）に集光する。この集光レンズ１０ｃとしては、半
円筒レンズを用いることが可能である。
【００５５】
ここで、図４（図２の側面図）に示すように、基板Ｗが振動などにより傾くと、基板Ｗ
により反射される第２のレーザ光Ｌ２は基板Ｗに入射した点（入射点）から扇状に振れて
しまう。なお、図の簡略化のため、図４に示していないが、第１のレーザ光Ｌ１も同様に
扇状となる。このため、基板Ｗにより反射された第１のレーザ光Ｌ１が第１の位置検出素
子１０ｅから外れることのないように、加えて、基板Ｗにより反射された第２のレーザ光
Ｌ２が第２の位置検出素子１０ｆから外れることのないように光を集めるため、集光レン
ズ１０ｃとして適切なレンズが設置される。これにより、基板Ｗの傾きによって扇状に振
れた第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を再び一点に集めることが可能となる。
このとき、単なる円形のレンズを使うと、基板Ｗの反りによる変位情報までもが無くなっ
てしまう場合がある。そこで、反り情報方向、すなわち各位置検出素子１０ｅ及び１０ｆ
の長手方向の光変位は集光させないように、集光レンズ１０ｃとして半円筒レンズが用い
られる。
【００５６】
このように各位置検出素子１０ｅ及び１０ｆの短手方向の振れ分は、集光レンズ１０ｃ
により問題とならなくなる。一方、それらの長手方向の振れ分は、二つの位置検出素子１
０ｅ及び１０ｆの入射位置の変位差を取ることによってキャンセルされるために問題とな
らない。これらのことから、Ｓ／Ｎの維持が可能となる。なお、このような方法によって
もレーザ光が二つの位置検出素子１０ｅ及び１０ｆから外れてしまうような、あまりに大
きい振れは、成膜装置１の装置自体の問題（例えば、異常振動や組付け精度など）がある
場合や、基板Ｗがサセプタ５の座ぐり部５ａから外れてしまった場合である。逆に、曲率
測定装置からの信号を適切に監視することで、上記のような異常を速やかに発見できる。
【００５７】
進路変更部１０ｄは、基板Ｗの表面により鏡面反射された第１のレーザ光Ｌ１及び第２
のレーザ光Ｌ２を分離し、それらの進行方向を大きく異なる方向に変える。この進路変更
部１０ｄとしては、例えば、偏光ビームスプリッタ（第２の偏光ビームスプリッタ）を用
いることが可能である。進路変更された第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の進
行方向は、第１の位置検出素子１０ｅにより第１のレーザ光Ｌ１を検出することが可能で
あり、第２の位置検出素子１０ｆにより第２のレーザ光Ｌ２を検出することが可能となる
範囲内とする。なお、進路変更部１０ｄと位置検出素子１０ｅ又は１０ｆとの間にミラー
などの光学部品を追加し、位置検出素子１０ｅ又は１０ｆの設置位置を変更することも可
能である。
【００５８】
第１の位置検出素子１０ｅは、進路変更部１０ｄにより分離された第１のレーザ光Ｌ１
及び第２のレーザ光Ｌ２のうち第１のレーザ光Ｌ１を受けてその入射位置（受光位置）を
検出する一次元の位置検出素子である。この第１の位置検出素子１０ｅは、その素子面（
受光面）の法線方向が第１のレーザ光Ｌ１の光軸から１０から２０度の範囲以内で傾くよ
うに設けられている。
【００５９】
第２の位置検出素子１０ｆは、進路変更部１０ｄにより分離された第１のレーザ光Ｌ１
及び第２のレーザ光Ｌ２のうち第２のレーザ光Ｌ２を受けてその入射位置（受光位置）を
検出する一次元の位置検出素子である。この第２の位置検出素子１０ｆは、第１の位置検
出素子１０ｅと同様、その素子面（受光面）の法線方向が第２のレーザ光Ｌ２の光軸から
１０から２０度の範囲以内で傾くように設けられている。
【００６０】
このように位置検出器（第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位置検出素子１０ｆ）の
検出面の法線方向をあえて入射するレーザ光の方向に対して傾けることで位置検出器から
反射されたレーザ光が再び上記の光学系に戻ること（戻り光）を避けることができる。戻
り光は、本来必要とされる測定対象物からの反射光に対して雑音として作用する。上記の
ように位置検出器を傾けることで位置検出素子１０ｅ又は１０ｆによる反射光が進路変更
部１０ｄに入射することを抑止するので、その反射光（戻り光）による悪影響によって位
置検出精度が低下することを抑えることができる。
【００６１】
算出部１０ｇは、第１の位置検出素子１０ｅにより検出された第１のレーザ光Ｌ１の入
射位置及び第２の位置検出素子１０ｆにより検出された第２のレーザ光Ｌ２の入射位置を
用いて基板Ｗの曲率（反り量）を算出する。例えば、算出部１０ｇは、第１の位置検出素
子１０ｅにより検出された第１のレーザ光Ｌ１の入射位置の変位量と、第２の位置検出素
子１０ｆにより検出された第２のレーザ光Ｌ２の入射位置の変位量との差を算出し、その
算出した差と第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の個々の光路長との相関から基
板Ｗの曲率変化量を算出する。変位前の曲率を、校正用鏡や、変形のない基板等を基準と
することによって、曲率半径の絶対値へ変換することができる。
【００６２】
相関を示す所定の関係式としては、一例として、レーザ光Ｌ１及びＬ２の各々に対応す
る位置検出器（第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位置検出素子１０ｆ）上での変位量
をＸ１及びＸ２とし、それらのレーザ光Ｌ１及びＬ２の個々の光路長をＹ１及びＹ２とし
、曲率変化量をＺ１とすると、（Ｘ１＋Ｘ２）／２＝ｗ×Ｙ×Ｚ１という関係式が挙げら
れる。ここで、ｗは２本のレーザ光の測定対象物上での照射位置間の距離である。なお、
Ｙ１とＹ２はおおよそ等しいものとしてＹとし、Ｘ１とＸ２の符号は、二つのレーザ光の
中心方向の変位を同符号になるようにする。
【００６３】
ここで、ｗやＹを厳密に測定することは現実的ではないが、その反面、測定時に大きく
変化することもないため、「Ｘtotal＝Ｃ×Ｚ１」（Ｘtotal＝Ｘ１＋Ｘ２）という、変位
量の総量（すなわち二つのレーザ光間の幾何的距離の変化）と曲率が比例するという単純
な関係において、既知の曲率半径にある校正用ミラー（２種類）によりＣを決定して適用
することができる。２種類のうち一つは曲率半径が可能な限り無限大（即ち平面）であり
、もう一つは想定される最も小さい曲率半径のものであることが良い。できれば、それら
の中間の曲率半径のものを測定し、測定範囲において線形性（Ｚ１に対して検量線を作製
した場合）が成り立つことを確認できることが好ましい。
【００６４】
また、算出部１０ｇは、所定のタイミングで各位置検出素子１０ｅ及び１０ｆからの信
号を取り込むことが好ましい。例えば、算出部１０ｇは、基板Ｗに付随する周期的な運動
の位相信号を取り込むと同時に各位置検出素子１０ｅ及び１０ｆからの信号を取り込み、
周期的運動の任意の位相範囲における位置信号のみを用いて曲率を算出する。例えば、周
期的な運動が回転運動である場合には、信号の取り込みタイミングを回転機構のモータの
一回転毎のタイミング（モータのＺ相のパルス）として、モータ回転に同期させて各位置
検出素子１０ｅ及び１０ｆからの信号を取り込む。位置信号としては、任意の１点の情報
でも良く、任意範囲の平均値としても良く、更には、それらを積算することが好ましい。
これらが困難である場合には、複数回にわたる周期分の情報を全て取り込み、その平均を
とることが推奨される。
【００６５】
次に、基板Ｗの表面上でのレーザ光間隔（第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２
の離間距離）について図５を参照して説明する。実際は図５より複雑であるが、変位量の
オーダーを見積もるために、簡略化したモデルになっている。
【００６６】
図５に示すように、曲率半径Ｒ（ｍ）の鏡面を想定し、その鏡面との接線から伸び鏡面
の中心を通る線分（半径）をＨとする。光線は線分Ｈと平行に鏡面に入射し、鏡面の内側
で反射するものとする。曲率がよほど大きくならない限り、反射した光線が線分Ｈと交差
する点が変形の中点（Ｒ／２）として近似され、また、曲率測定装置１０での変位量観測
点が、図５における高さＬとして近似され、反射した光線の曲率変化時の観測される変位
量はｄＺと近似され、入射した光線の反射点は円の最低点と同じ高さにあると近似される
。
【００６７】
ここで、直線Ｈと入射した光線の直線距離をｗ（ｍ）とすると、ｄＺはｄＺ＝ｗ−Ｚ＝
ｗ−（Ｒ／２−Ｌ）×ｔａｎ（２α）となり、ｔａｎ（２α）は近似によりｔａｎ（２α
）＝２α＝２ｗ／Ｒとなるため、ｄＺ＝ｗ−（Ｒ／２−Ｌ）×２ｗ／Ｒ＝２ｗＬ／Ｒとい
う式で表すことができる。
【００６８】
一例として、１００（ｍ）前後の曲率半径の変化を基にＧａＮの成膜状況を検討すると
、曲率変化の分解能はどんなに悪くとも１００（ｍ）、現実的には５００（ｍ）、可能で
あれば１０００（ｍ）が好ましいことが分かる。一方、前述したように基板Ｗと各位置検
出素子１０ｅや１０ｆの距離は遠いことが望ましいが、実際には光路中の空気の対流など
による擾乱（空気の揺らぎ）や装置筐体への設置も考慮しなければならないため、２０〜
５０ｃｍとされるのが妥当となる。ここで、曲率半径（Ｒ）を５００ｍ以上、距離（Ｌ）
を３０ｃｍとすると、上式は、ｄＺ＝０．００１２ｗとなる。
【００６９】
しかしながら、変位量ｄＺは受光素子の性能により下限を有する。例えば、ＣＣＤでは
、よほど高価で高性能でなければ素子ピッチは１μｍ程度である。また、ＰＳＤは、アナ
ログ測定であるため、受光素子そのものの制限は明瞭ではないが、その信号を取り込む汎
用のロガーの性能において、１０ｎｍ〜０．１μｍが妥当な範囲であり、仮に高性能なロ
ガーを用いたとしても、空気などの擾乱によってｎｍオーダーの変化を見分けることは困
難となる。結果として、現実的には１μｍ前後の変位が見分けられれば大抵において実用
的である。したがって、上式から、まず、ｗは１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７０】
一方、曲率が大きく変位量が大きい側については、レーザ光間隔を受光素子の受光範囲
、集光系に関する光学素子からはみ出さないようなレーザ間幅に制限しなければならない
。曲率半径は１ｍを切ることがあり、Ｒ＝０．５ｍ程度までは測定可能範囲として想定し
た方が良い。この場合、上式では、ｄＺ＝１．２ｗとなる。入手しやすい比較的汎用のＣ
ＣＤやＰＳＤは受光サイズが１０ｍｍ角から２０ｍｍ角程度のものであり、変位量が受光
範囲に収まるためには、ｗは８〜１６ｍｍでも良いことになる。ところが、受光素子に至
るまでの光学素子については、例えば、コストを低減させたるために小さいものを選ぶと
、大抵において１０ｍｍ角という制限を受ける。つまり、変位幅はどんなに大きくとも１
０ｍｍ未満であることが要求される。このため、ｗは８ｍｍ以下、好ましくは正負の光路
変化へのマージンを見て４ｍｍ程度以下であることが望ましい。
【００７１】
このように、直線Ｈと入射した光線の直線距離（レーザ間隔）ｗは８ｍｍ以下又は４ｍ
ｍ以下であることが好ましく、さらに、前述のように１ｍｍ以上であることが望ましい。
したがって、ｗは、１ｍｍ≦ｗ≦８ｍｍという範囲に収まることが好ましく、さらに、１
ｍｍ≦ｗ≦４ｍｍという範囲に収まることがより好ましい。
【００７２】
なお、基板Ｗの表面上で二つの光路が重なると（すなわち同一点に入射すると）、どち
らの光路にとっても、反射地点の傾きは同じになってしまう。つまり、両方とも同じ量だ
け、同じ方向に傾くことになる。二本のレーザ方式では、両者の傾きの違いから反り（曲
率）を求める方式であるため、両者が同じであっては原理上検出ができず、入射点を僅か
でもずらす必要がある。一方、互いの入射点が離れていれば離れているほど両者の傾きの
差は大きくなり、感度は高くなるが、成膜装置１でチャンバ２に大きな窓を設けることは
困難である。このため、前述のような範囲にレーザ光間隔を設定することが望ましいが、
各種の条件（例えば、確保可能な窓サイズなど）に応じて前述の範囲を逸脱してレーザ光
間隔を設定することも可能である。
【００７３】
次いで、基板Ｗの表面に対するレーザ光の入射角（第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレー
ザ光Ｌ２の個々の入射角）について図６を参照して説明する。
【００７４】
図６には、基板Ｗが石英である場合における入射角度に対する反射率依存性（入射角度
と反射率との関係）が示されている。グラフＢ１は入射光がＳ偏光である場合のグラフで
あり、グラフＢ２は入射光がＰ偏光である場合のグラフである。これらのグラフＢ１及び
グラフＢ２から、入射面に向かって平行に進むＳ偏光とＰ偏光において、入射角が０度で
ある場合、反射率は同じであり、さらに、入射角が１０度あるいは２０度程度までは略同
じである。このため、Ｓ偏光とＰ偏光のお互いの反射率を略同じにするためには、光の入
射角Ａ１（図２参照）を少なくとも２０度以下にすることが望ましい。
【００７５】
以上、このような曲率測定装置１０は、前述のエピタキシャル膜の成膜工程において、
基板Ｗの反りを監視する。この反り監視では、偏光方向が互いに異なる第１のレーザ光Ｌ
１及び第２のレーザ光Ｌ２が照射部１０ａにより照射され、並行して基板Ｗの表面に入射
する。次いで、その基板Ｗにより鏡面反射された第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光
Ｌ２は、並行して光学フィルタ１０ｂを通過し、さらに集光レンズ１０ｃを通過した後、
進路変更部１０ｄにより分離される。分離された第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光
Ｌ２は、集光レンズ１０ｃの作用によって第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位置検出
素子１０ｆの短手方向に集光される。そして、分離された各レーザ光Ｌ１及びＬ２のうち
第１のレーザ光Ｌ１が第１の位置検出素子１０ｅにより検出され、第２のレーザ光Ｌ２が
第２の位置検出素子１０ｆにより検出される。
【００７６】
その後、それらの第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の各入射位置が算出部１
０ｇにより用いられ、基板Ｗの曲率（反り量）が算出される。例えば、第１のレーザ光Ｌ
１の入射位置の変位量と、第２のレーザ光Ｌ２の入射位置の変位量との差が算出され、そ
の差と各光路長との相関から基板Ｗの曲率変化量（曲率）が算出される。この算出された
曲率が制御部１１に入力されると、制御部１１は、その入力された曲率が所定の設定値よ
り大きいか否かを判断し、曲率測定装置１０により測定された曲率が所定の設定値より大
きいと判断した場合、成膜処理を停止し、さらに、報知部１２に報知指示を出力するなど
の処理が可能である。報知部１２は、制御部１１から報知指示を受けると、ユーザに対し
て基板Ｗの反りに問題があること（警告）を報知するなどの処理が可能である。
【００７７】
ここで、従来の二点一括ＣＣＤ方式では、上述したように反りが大きい場合には両点が
一致してしまう場合があり、両点の間の距離が存在しなくなるため、測定不能領域が存在
することになる。一方、本実施形態によれば、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２はどこで重な
ろうが、それぞれの偏光性と進路変更部１０ｄによって強制的に分離される。さらに、各
レーザ光Ｌ１及びＬ２の位置は元の位置からどれだけずれたかが算出され、引き算のみで
間隔の変化が読み取られる。したがって、従来の二点一括ＣＣＤ方式にあるような測定不
能領域は存在せず、その付近でのＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が低下することもない。加えて、従来
の二点一括ＣＣＤ方式では、測定不能領域を避けるような光路調整（設定）を行わなけれ
ばならないが、本実施形態によれば、その制約がなくなるため、調整のロバスト性が高く
なる。
【００７８】
また、曲率測定装置１０の各レーザ光Ｌ１及びＬ２は、チャンバ２の窓を通過するが、
このチャンバ２の窓は各種の要因によって傾く傾向にある。この各種の要因としては、例
えば、熱によるチャンバ２の変形や振動による位置ずれなどが挙げられる。さらに、曲率
測定装置１０が測定する基板Ｗには、回転による周期的な振動が生じる。このような窓の
傾きや基板Ｗの周期的な振動が生じても、集光レンズ１０ｃによって、第１のレーザ光Ｌ
１が第１の位置検出素子１０ｅから外れることのないように、加えて、第２のレーザ光Ｌ
２が第２の位置検出素子１０ｆから外れることのないように光が集められる。すなわち、
窓の傾きや基板Ｗの周期的な振動により扇状に振れた第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレー
ザ光Ｌ２が再び一点に集められるため、窓の傾きや基板Ｗの周期的な振動によって曲率測
定精度が低下することを抑止することができる。
【００７９】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、偏光方向が互いに異なる第１のレーザ
光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を並行させて基板Ｗに入射させ、その基板Ｗにより鏡面反
射された第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の進路を進路変更部１０ｄにより混
合されないように変更し、さらに、進路が変更された第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレー
ザ光Ｌ２をそれぞれ第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位置検出素子１０ｆにより検出
する。このため、従来の二点一括ＣＣＤ方式を用いる場合のように、ＣＣＤの素子面上の
両点が一致するようなことはなく、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２が重なったとしても分離
され、それぞれ二つの位置検出素子１０ｅ及び１０ｆにより検出される。これにより、従
来の二点一括ＣＣＤ方式とは異なり、測定不能が生じることはなく、反りが大きい場合や
両点の間を狭くする場合でも、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の悪化を抑止することが可能となる。し
たがって、曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図７を参照して説明する。なお、第２の実施形態では、第１の
実施形態との相違点（曲率測定装置１０の部品配置）について説明し、その他の説明は省
略する。なお、図７は、前述の図２乃至図４と同様、光学部品の模式図を用いて曲率測定
装置１０の概略の構造を示したもので、曲率測定装置１０と基板Ｗとの離間距離が短く示
されているが、実際の離間距離は２０〜５０ｃｍ程度の距離であり、また、レーザ光はチ
ャンバ２の窓を通過する。また、偏光ビームスプリッタにより反射されるレーザ光の向き
が略直角に曲がるように示されているが、この角度は場合によってはとくに直角付近であ
る必要はない。
【００８１】
図７に示すように、第２の実施形態に係る曲率測定装置１０の照射部１０ａは、レーザ
光を出射するレーザ光出射部（光出射部）２１と、そのレーザ光を第１のレーザ光Ｌ１（
Ｓ偏光）及び第２のレーザ光Ｌ２（Ｐ偏光）に分離する偏光ビームスプリッタ２２と、ミ
ラー２３とを備えている。偏光ビームスプリッタ２２は、レーザ光出射部２１と基板Ｗの
表面との間の光路上に設けられており、ミラー２３は、偏光ビームスプリッタ２２により
分離された第１のレーザ光Ｌ１を基板Ｗの表面に向けて反射する位置に設けられている。
【００８２】
この照射部１０ａは、レーザ光出射部２１から出射されたレーザ光を偏光ビームスプリ
ッタ２２で第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に分離し、第２のレーザ光Ｌ２を
そのまま基板Ｗに入射させ、ミラー２３により第１のレーザ光Ｌ１を第２のレーザ光Ｌ２
に並行させるように反射して基板Ｗの表面に入射させる。
【００８３】
なお、光学フィルタ１０ｂ、集光レンズ１０ｃ、進路変更部１０ｄ及び第２の位置検出
素子１０ｆは基板Ｗの略法線上に設けられており、第１の位置検出素子１０ｅは進路変更
部１０ｄにより進行方向が変更された第１のレーザ光Ｌ１を検出することが可能となる位
置に設けられている。また、図７に示された構成の本実施形態に用いられている２つのビ
ームスプリッタ２２、１０ｄはいずれもＰ偏光透過型の偏光ビームスプリッタである。
【００８４】
このような構成の曲率測定装置１０では、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２
における基板Ｗへの入射光路と基板Ｗからの反射光路を合わせた四つの光路が全てほぼ同
一平面に調整されており、さらに、反射光路が入射光路に挟まれた位置に調整されている
。これにより、チャンバ２の窓を通過する入射光路及び反射光路の全光路において、それ
らの外周に位置する光路間の離間距離を小さくすることが可能となる。このため、各レー
ザ光Ｌ１及びＬ２が通過するチャンバ２の窓を小さくすることができ、結果として、熱な
どによる窓の傾きによって検出位置精度が低下することを抑止することができる。
【００８５】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を
得ることが可能であり、曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現することがで
きる。さらに、各レーザ光Ｌ１及びＬ２が通過するチャンバ２の窓を小さくすることが可
能となるので、熱などによる窓の傾きによって検出位置精度が低下することを抑止するこ
とができる。
【００８６】
（前述の第１又は第２の実施形態の補足）
ここで、前述の第１又は第２の実施形態における各種特徴の一部について列挙する。
【００８７】
基板Ｗへのレーザ光、すなわち第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の入射角度
が少なくとも２０度以下である（図２参照）。これにより、第１のレーザ光Ｌ１及び第２
のレーザ光Ｌ２がＳ偏光とＰ偏光である場合、それらお互いの反射率を略同じにすること
が可能となるため（図６参照）、位置検出精度を向上させることができる。
【００８８】
また、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の各光路は、進路変更部１０ｄを取
り外した場合（状態で）、互いの光路が第２の位置検出素子１０ｆの素子面（受光面）に
おいて交差するように調整されている（図２参照）。これにより、各レーザ光Ｌ１及びＬ
２の光路の離間距離を狭くすることが可能となるため、進路変更部１０ｄを小型化するこ
とができる。なお、前述の交差位置を第２の位置検出素子１０ｆの長手方向の中央とする
ことが望ましい。こうすることにより基板Ｗの周期的な振動などによって位置検出器１０
ｆあるいは１０ｅの受光面上をレーザ光Ｌ１あるいはＬ２の照射位置が移動しても、この
照射位置が極端に受光面の端になったり、受光面から外れてしまう可能性を低下させ、位
置検出精度が低下することを抑えることができる。
【００８９】
また、第１の位置検出素子１０ｅの受光面（第１の受光面）は、第１のレーザ光Ｌ１の
光軸（入射光の光軸）から少なくとも１０度傾いている。同様に、第２の位置検出素子１
０ｆの受光面（第２の受光面）も、第２のレーザ光Ｌ２の光軸（入射光の光軸）から少な
くとも１０度傾いている。これにより、位置検出素子１０ｅ又は１０ｆによる反射光が進
路変更部１０ｄに入射することを抑止することが可能となるので、その反射光による悪影
響によって位置検出精度が低下することを抑えることができる。
【００９０】
また、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の波長付近以外の波長を通過させな
い光学フィルタ１０ｂが、基板Ｗから進路変更部１０ｄまでの光路上に設置されている。
これにより、各レーザ光Ｌ１及びＬ２の波長（例えば、緑色）付近以外の波長を有する光
が位置検出素子１０ｅ及び１０ｆに入射することが抑止されるので、赤熱する基板Ｗの発
光からの影響を避け、位置検出精度を向上させることができる。
【００９１】
また、基板Ｗに付随する周期的な運動の位相信号を取り込むと同時に各位置検出素子１
０ｅ及び１０ｆからの信号を取り込み、周期的な運動の任意の位相における位置信号のみ
を用いて曲率を算出する。例えば、周期的な運動が回転運動である場合には、信号の取り
込みタイミングを回転機構のモータの一回転毎のタイミング（モータのＺ相のパルス）と
し、モータ回転に同期させて各位置検出素子１０ｅ及び１０ｆからの信号を取り込む。こ
れにより、周期的な運動によって振動がある場合などでも、その運動に同期したタイミン
グで信号を読み込んで用いることが可能となるため、周期的な振動によって位置検出精度
が低下することを抑止することができ、周期的な運動に同期しないタイミングで信号を読
み込んで用いた場合に比べ、位置検出精度を向上させることができる。
【００９２】
また、一次元の位置検出素子１０ｅ及び１０ｆのいずれか一方又は両方が、入射したレ
ーザ光の分布の重心を二つの電気信号として出力する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）であ
る。あるいは、一次元の位置検出素子１０ｅ及び１０ｆのいずれか一方又は両方が、固体
撮像素子（例えば、ＣＣＤ）である。ここで、従来の二点一括ＣＣＤ方式では、複雑な画
像処理により二点間の距離を割り出すため、高速なコンピュータが必要となり、コストが
上昇することになる。一方、コストを抑えるため、処理スピードを犠牲にすると、装置性
能が低下することになる。ＰＳＤを用いた場合には、画像処理は不要であり、ＰＳＤ毎に
アナログ信号を読み込み、四則演算などの簡易な計算を実行すれば良く、コスト上昇や装
置性能低下を抑止することができる。また、ＣＣＤを用いた場合でも、二次元の画像処理
に比べ、簡易な画像処理により入射位置を把握することが可能であり、コスト上昇や装置
性能低下を抑止することができる。
【００９３】
また、第２の実施形態においては二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２における基板Ｗへの入射
光路と基板Ｗからの反射光路を合わせた四つの光路が全てほぼ同一平面に調整されており
、さらに、反射光路が入射光路に挟まれた位置に調整されている。これにより、チャンバ
２の窓を通過する入射光路及び反射光路の全光路において、それらの外周に位置する光路
間の離間距離を小さくすることが可能となる。このため、各レーザ光Ｌ１及びＬ２が通過
するチャンバ２の窓を小さくすることができ、結果として、熱などによる窓の傾きによっ
て検出位置精度が低下することを抑止することができる。
【００９４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について図８を参照して説明する。なお、第３の実施形態では、第１の
実施形態との相違点（曲率測定装置１０の部品配置及び構成）について説明し、その他の
説明は省略する。なお、図８は、光学部品の模式図を用いて曲率測定装置１０の概略の構
造を示したもので、前述の図２乃至図４と同様、曲率測定装置１０と基板Ｗとの離間距離
が短く示されているが、実際の離間距離は２０〜５０ｃｍ程度の距離であり、また、レー
ザ光はチャンバ２の窓を通過する。また、偏光ビームスプリッタにより反射されるレーザ
光の向きが略直角に曲がるように示されているが、この角度は場合によってはとくに直角
付近である必要はない。
【００９５】
図８に示すように、第３の実施形態に係る曲率測定装置１０は、第１の実施形態（さら
に第２の実施形態）と異なり、測定対象物である基板Ｗの表面に垂直な入射光及び反射光
を用いて曲率を測定するものである（レーザ光の入射角が９０度であり、入射光及び反射
光が同じ光軸となる）。
【００９６】
この曲率測定装置１０は、照射部１０ａ、第１の位置検出素子１０ｅ、第２の位置検出
素子１０ｆ及び算出部１０ｇに加え、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２が通過する１／４波長
板１０ｈと、基板Ｗの表面により鏡面反射された二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２のうち第１
のレーザ光Ｌ１を反射する偏光ビームスプリッタ１０ｉとを備えている。この偏光ビーム
スプリッタ１０ｉは、第１の実施形態に係る進路変更部１０ｄに替えて設けられている。
【００９７】
照射部１０ａは、レーザ光を出射するレーザ光出射部（光出射部）２１と、そのレーザ
光を第１のレーザ光Ｌ１（Ｐ偏光）及び第２のレーザ光Ｌ２（Ｓ偏光）に分離する偏光ビ
ームスプリッタ２２と、第２のレーザ光Ｌ２を反射するミラー２３とを備えている。
【００９８】
偏光ビームスプリッタ（第１の偏光ビームスプリッタ）２２は、レーザ光出射部２１と
基板Ｗの表面との間、すなわちレーザ光出射部２１から出射された第１のレーザ光Ｌ１が
基板Ｗの表面に垂直に入射する光路上に設けられている。この偏光ビームスプリッタ２２
は、Ｐ偏光をほぼ透過させ、Ｓ偏光をほぼ反射するものである（Ｓ偏光だけを例えば９０
度曲げる）。
【００９９】
ミラー２３は、偏光ビームスプリッタ２２により分離された第２のレーザ光Ｌ２（Ｓ偏
光）を第１のレーザ光Ｌ１（Ｐ偏光）に平行にして基板Ｗの表面に向けて反射し、さらに
、基板Ｗの表面により鏡面反射されて１／４波長板１０ｈを通過した第２のレーザ光Ｌ２
（Ｐ偏光）を反射する反射部として機能する（Ｓ偏光及びＰ偏光を例えば９０度曲げる）
。
【０１００】
第１の位置検出素子１０ｅは、基板Ｗの表面により鏡面反射されて偏光ビームスプリッ
タ１０ｉにより反射された第１のレーザ光Ｌ１の入射位置を検出する。また、第２の位置
検出素子１０ｆは、基板Ｗの表面により鏡面反射されてミラー２３により反射された第２
のレーザ光Ｌ２の入射位置を検出する。これらの第１の位置検出素子１０ｅ及び第２の位
置検出素子１０ｆは例えば同一直線上に配置されているが、これに限るものではない。
【０１０１】
１／４波長板１０ｈは、第１のレーザ光Ｌ１が基板Ｗの表面に垂直に入射する光路及び
第２のレーザ光Ｌ２が第１のレーザ光Ｌ１に平行に基板Ｗの表面に入射する光路の両方の
光路上に設けられている。このため、１／４波長板１０ｈは、基板Ｗの表面に垂直に入射
する第１のレーザ光Ｌ１及びその第１のレーザ光Ｌ１に平行に基板Ｗの表面に入射する第
２のレーザ光Ｌ２が通過し、さらに、基板Ｗの表面により鏡面反射された第１のレーザ光
Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２が通過する部材となる。
【０１０２】
各レーザ光Ｌ１及びＬ２はそれぞれ１／４波長板１０ｈを二回通過すると、偏光方向が
９０度変化する性質を有している（一回通過すると円偏光となる）。したがって、Ｐ偏光
が１／４波長板１０ｈを二回通過すると、偏光方向が９０度変化してＳ偏光となり、逆に
、Ｓ偏光が１／４波長板１０ｈを二回通過すると、偏光方向が９０度変化してＰ偏光とな
る。また、直線偏光の偏光面に対して１／４波長板の光学軸を４５度ずらすことにより円
偏光が得られることから、直交した偏光方向を持たせた第１のレーザ光Ｌ１と第２のレー
ザ光Ｌ２の偏光方向の中間に光学軸を調整することにより、二つのレーザ光Ｌ１及びＬ２
に対称な条件を付与することができる。
【０１０３】
偏光ビームスプリッタ（第２の偏光ビームスプリッタ）１０ｉは、第１のレーザ光Ｌ１
が基板Ｗの表面に垂直に入射する光路上に設けられており、基板Ｗの表面により垂直に鏡
面反射された第１のレーザ光Ｌ１（Ｓ偏光）を第１の位置検出素子１０ｅに向けて反射す
る。この偏光ビームスプリッタ１０ｉはＰ偏光をほぼ透過させ、Ｓ偏光をほぼ反射する（
Ｓ偏光だけを例えば９０度曲げる）。
【０１０４】
このような曲率測定装置１０は、前述のエピタキシャル膜の成膜工程において、基板Ｗ
の反りを監視する。この反り監視では、レーザ光がレーザ光出射部２１により出射される
と、まず、偏光方向が互いに９０度異なる第１のレーザ光Ｌ１（Ｐ偏光）及び第２のレー
ザ光Ｌ２（Ｓ偏光）に偏光ビームスプリッタ２２により分離される。次いで、第１のレー
ザ光Ｌ１は偏光ビームスプリッタ１０ｉ及び１／４波長板１０ｈを通過して基板Ｗの表面
に垂直に入射する。また、第２のレーザ光Ｌ２はミラー２３により反射されて第１のレー
ザ光Ｌ１に平行になり、１／４波長板１０ｈを通過して基板Ｗの表面に入射する。
【０１０５】
次に、基板Ｗの表面により鏡面反射された第１のレーザ光Ｌ１は１／４波長板１０ｈを
通過し、偏光方向が変わってＳ偏光となる。この第１のレーザ光Ｌ１（Ｓ偏光）は、偏光
ビームスプリッタ１０ｉにより反射されて第１の位置検出素子１０ｅに入射し、その第１
の位置検出素子１０ｅにより検出される。また、基板Ｗの表面により鏡面反射された第２
のレーザ光Ｌ２は、１／４波長板１０ｈを通過し、偏光方向が変わってＰ偏光となる。こ
の第２のレーザ光Ｌ２（Ｐ偏光）は、ミラー２３により偏光ビームスプリッタ２２に向け
て反射され、その偏光ビームスプリッタ２２を通過して第２の位置検出素子１０ｆに入射
し、その第２の位置検出素子１０ｆにより検出される。その後の処理（基板Ｗの曲率算出
や警告報知など）は第１の実施形態と同様である。
【０１０６】
なお、第１の位置検出素子１０ｅ及び偏光ビームスプリッタ１０ｉの間の第１レーザ光
Ｌ１の光路や第２の位置検出素子１０ｆ及び偏光ビームスプリッタ２２の間の第２レーザ
光Ｌ２の光路上に、レーザ光を例えば図８中の上方向に反射するように方向転換用ミラー
などの方向転換部を設けることも可能である。この場合には、第１の位置検出素子１０ｅ
及び第２の位置検出素子１０ｆの設置自由度を向上させることができる。
【０１０７】
また、第１のレーザ光Ｌ１が基板Ｗの表面に垂直に入射し、さらに、第２のレーザ光Ｌ
２が第１のレーザ光Ｌ１に平行に基板Ｗの表面に入射することを維持しつつ、偏光ビーム
スプリッタ２２やミラー２３、偏光ビームスプリッタ１０ｉなどを傾けて、第１の位置検
出素子１０ｅ及び偏光ビームスプリッタ１０ｉの間の第１レーザ光Ｌ１の光路と第２の位
置検出素子１０ｆ及び偏光ビームスプリッタ２２の間の第２レーザ光Ｌ２の光路を非平行
にすることも可能である。
【０１０８】
図８に示した第３の実施形態に用いられる２つのビームスプリッタ１０ｉ、２２はいず
れもＰ偏光透過型であるが、この２つのビームスプリッタをいずれもＳ偏光透過型として
も同様の機能を実現することができる。また、第１の偏光ビームスプリッタ２２と第２の
偏光ビームスプリッタ１０ｉを異なる透過型（Ｓ透過型とＰ透過型）としてもよい。この
場合、図９に示すように、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｉは第２のレーザ光Ｌ２の光
路内で、ミラー２３と１／４波長板１０ｈの間に置かれる。第１の位置検出素子１０ｅは
、第１の偏光ビームスプリッタ２２が反射した第１のレーザ光Ｌ１の位置を検出し、第２
の位置検出素子１０ｆは、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｉが反射した第２のレーザ光
Ｌ２の位置を検出する。
【０１０９】
近年、チャンバ２の窓の小型化が進んでおり、窓の制約が厳しくなっている。この窓の
小型化に対応しつつ、チャンバ２上の空間の制約や窓の変形から受けるノイズの低減など
を実現するため、垂直入反射での測定を行うこと、さらに、垂直入反射での測定において
光量の損失を抑えることが望まれている。前述のようにレーザ光は偏光ビームスプリッタ
２２により第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に分離されるため、その光量は半
分になるが、分離後、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２が偏光ビームスプリッ
タ１０ｉやミラー２３などの光学系によって反射されても、それぞれの光量が減少するこ
とはほとんど無く、光量の損失を抑えることができる。したがって、垂直入反射での測定
において、入射から反射まで光の顕著な減少（不必要な散乱）はなく、光量の損失を抑え
ることができる。
【０１１０】
さらに、垂直入反射での測定において、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２は
分離後、常にそれらの偏光方向が互いに直交する状態を維持するため、何からの要因によ
り二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２が重なったとしても、曲率測定不能を抑止することができ
、加えて、曲率測定精度の向上を実現することができる。また、垂直入反射での測定にお
いて、反射光の方向のみを第１の位置検出素子１０ｅや第２の位置検出素子１０ｆなどの
検知器の方向に転換させることが可能である。
【０１１１】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、偏光方向が互いに異なる第１のレーザ
光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を平行に基板Ｗに入射させ、その基板Ｗにより鏡面反射さ
れた第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を混合せず、それぞれ第１の位置検出素
子１０ｅ及び第２の位置検出素子１０ｆにより検出する。なお、各レーザ光Ｌ１及びＬ２
のそれぞれの進行方向は必ずしも厳密に平行である必要はなく、おおよそ平行であればよ
い。このため、従来の二点一括ＣＣＤ方式を用いる場合のように、ＣＣＤの素子面上の両
点が一致するようなことはなく、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２が重なったとしても偏光性
によって分離され、それぞれ二つの位置検出素子１０ｅ及び１０ｆにより検出される。こ
れにより、従来の二点一括ＣＣＤ方式とは異なり、測定不能が生じることはなく、反りが
大きい場合や両点の間を狭くする場合でも、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の悪化を抑止することが可
能となる。したがって、曲率測定不能の抑止及び曲率測定精度の向上を実現することがで
きる。
【０１１２】
さらに、レーザ光の分離後、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２は偏光ビーム
スプリッタ１０ｉやミラー２３などの光学系によって反射されても、それぞれの光量はほ
とんど減少しないため、光量の損失を抑えることができる。加えて、垂直入反射での測定
を採用することによって、各レーザ光Ｌ１及びＬ２が通過するチャンバ２の窓を小さくす
ることが可能となるので、熱などによる窓の傾きによって検出位置精度が低下することを
抑止することができる。
【０１１３】
（他の実施形態）
前述の第１乃至第３の実施形態においては、各レーザ光Ｌ１及びＬ２をシート状に成形
していないが、これに限るものではなく、シート状に成形するようにしても良い。例えば
、図１０に示すように、半円筒レンズ又は一方向性の拡散フィルタなどの成形部１０ｊに
よって、各レーザ光Ｌ１及びＬ２を一次元の位置検出素子１０ｅ及び１０ｆの素子列方向
（長手方向）と垂直な方向（短手方向）に引き伸ばし、その短手方向に伸びるシート状に
成形しても良い。成形部１０ｊは、照射部１０ａと基板Ｗとの間の光路上に設けられる。
これにより、各レーザ光Ｌ１及びＬ２が周期的な振動（例えば、回転による基板Ｗの振動
など）によって一次元の位置検出素子１０ｅ又は１０ｆの短手方向にずれた場合でも、そ
の短手方向にシート状になっているため、確実に集光レンズ１０ｃに入射することになる
（集光レンズ１０ｃが無い場合でも、一次元の位置検出素子１０ｅ又は１０ｆに確実に入
射することになる）。これにより、各レーザ光Ｌ１及びＬ２は集光レンズ１０ｃによって
集光され、一次元の位置検出素子１０ｅ又は１０ｆに確実に入射するため、周期的な振動
による位置検出精度の低下を抑止することができる。なお、周期的な振動が基板Ｗに生じ
る場合には、レーザ光Ｌ１又はＬ２は位置検出素子１０ｅ又は１０ｆの短手方向にずれる
だけではなく、測定対象物の基板Ｗが回転しているため、その回転に応じて円を描くよう
にずれることなる。このような場合でも、各レーザ光Ｌ１及びＬ２は、前述の短手方向に
シート状になっているため、確実に集光レンズ１０ｃに入射することになる。
【０１１４】
また、前述の第１乃至第３の実施形態においては、照射部１０ａとして、レーザ光出射
部２１や偏光ビームスプリッタ２２、ミラー２３などにより、並行する、または平行な、
第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を生成しているが、これに限るものではなく
、例えば、二個のレーザ光出射部を用いて、並行する、または平行な、第１のレーザ光Ｌ
１及び第２のレーザ光Ｌ２を生成することも可能である。各レーザ光Ｌ１及びＬ２の光量
はチャンバ２の窓などの存在によって削られる傾向にあるため、二個のレーザ光出射部を
用いることによって、一個のレーザ光出射部を用いる場合に比べ、光量を上げることがで
きる。この場合には、入射側の偏光ビームスプリッタ２２などを不要とすることが可能に
なるが、偏光を良好にするための偏光板、また、レーザ光出射部本体のサイズがあるため
、二本のレーザ光Ｌ１及びＬ２をより近接させるためのミラー、レーザ光出射部本体の冷
却系などを設けることが望ましい。さらに、曲率測定装置１０の設置のためのスペース（
成膜装置１の上部）が狭いため、その筺体は小型であることが好ましく、前述の部品点数
の増加を避けるためには、外部光源からファイバーなどによって光を持ち込むことも可能
である。
【０１１５】
また、前述の第１乃至第３の実施形態においては、曲率測定装置１０により基板Ｗの反
りを測定しているが、これに限るものではなく、例えば、その反り以外にも、曲率を適用
して基板Ｗの傾きや高さ位置などを測定することが可能である。
【０１１６】
また、前述の第１乃至第３の実施形態においては、シャワープレート４や曲率測定装置
１０を冷却することを行っていないが、これに限るものではなく、例えば、シャワープレ
ート４や曲率測定装置１０などを冷却する冷却装置を設け、その冷却装置によりシャワー
プレート４や曲率測定装置１０などを冷却するようにしても良い。
【０１１７】
これまでに説明してきた実施形態では、第２の偏光ビームスプリッタで、測定対象物か
ら反射されたレーザ光のうちの一つを、測定対象物に入射する２つのレーザ光の光路を含
む面内に反射している（図２、図３、図７乃至１０での紙面内の方向）。一方、この反射
方向を上記の面内と垂直方向（図２、図３、図７乃至１０での紙面と垂直方向）にするこ
とも可能である。これは単純に第２の偏光ビームスプリッタの設置を入射するレーザ光の
光路を軸として９０°回転させることにより実現できる。このような変更を行うことで、
本実施形態の曲率測定装置の形状の自由度が増し、制約された空間への設置が行いやすく
なる。
【０１１８】
上記の反射方向の変更を行う場合、第２の偏光ビームスプリッタを９０°回転するため
、偏光が逆転する。もともとＳまたはＰ偏光のレーザ光は上記のように回転させた偏光ビ
ームスプリッタでは各々、ＰまたはＳ偏光になることに注意が必要である。また、上記の
反射方向の変更を行った場合、測定対象物の曲率の変化による、第２の偏光ビームスプリ
ッタで反射されたレーザ光の位置検出器上での位置変化は９０°回転する。具体的に図３
の場合について、第２の偏光ビームスプリッタを上記のように９０°回転させることの効
果を図１１及び図１２に示す。図１１は、図３の場合において、第２の偏光ビームスプリ
ッタ１０ｄの接合面を取り出し、これと入射レーザ光、および該レーザ光が第２の偏光ビ
ームスプリッタ１０ｄにより反射されたレーザ光の関係を示したものである。図１１に示
すように、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｄで反射されたレーザ光の方向は、測定対象
物である基板Ｗの反りの変化に対応して、略上下方向に変化する。この位置の変化は図３
での紙面の略上下方向となる。一方、図１２に第２の偏光ビームスプリッタ１０ｄを９０
°回転させた場合を示す。図１２に示すように、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｄで反
射されたレーザ光は、図３での紙面に対して垂直方向に反射される。測定対象物の反りの
変化に対応して、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｄで反射されたレーザ光の方向は、略
水平方向に変化する。これは図３での略左右方向となることに注意が必要である。
【０１１９】
さらに図９の場合を例にとり説明すると、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｉを第２の
レーザ光Ｌ２の方向を軸として９０°回転した場合を考える。この場合、第２の偏光ビー
ムスプリッタ１０ｉをＰ偏光透過型とすることで、図９の構成と同等の機能を実現できる
。ただし、第２のレーザ光Ｌ２の反射される方向は図９において紙面と垂直方向になる。
【０１２０】
なお、本実施形態ではＭＯＣＶＤでの成膜を主な適用例として挙げているが、成膜に伴
う基板の反り変化が生ずる可能性があるならば、ＭＯＣＶＤに限らずスパッタや蒸着など
の手法でも適用可能であり、更には成膜に限らない一般的な反り測定に対しても適用でき
ることは言うまでもない。また、本実施形態では枚葉式の装置を主な適用例として挙げて
いるが、枚葉式の装置に限定されるものではなく、例えば、バッチ処理装置（複数枚同時
処理）にも適用することが可能である。
【０１２１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示
したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は
、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の
範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含
まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１      成膜装置
２      チャンバ
３      ガス供給部
３ａ    ガス貯留部
３ｂ    ガス管
３ｃ    ガスバルブ
４      シャワープレート
４ａ    ガス供給流路
４ｂ    ガス吐出孔
５      サセプタ
５ａ    開口部
６      回転部
６ａ    円筒部
６ｂ    回転体
６ｃ    シャフト
７      ヒータ
７ａ    配線
８      ガス排出部
９      排気機構
９ａ    ガス排気流路
９ｂ    排気バルブ
９ｃ    真空ポンプ
１０    曲率測定装置
１０ａ  照射部
１０ｂ  光学フィルタ
１０ｃ  集光レンズ
１０ｄ  進路変更部
１０ｅ  第１の位置検出素子
１０ｆ  第２の位置検出素子
１０ｇ  算出部
１０ｈ  １／４波長板
１０ｉ  偏光ビームスプリッタ
１０ｊ  成形部
１１    制御部
１２    報知部
２１    レーザ光出射部
２２    偏光ビームスプリッタ
２３    ミラー
Ｌ１    第１のレーザ光
Ｌ２    第２のレーザ光
Ｒ１    第１領域
Ｒ２    第２領域
Ｗ      基板
【図１】
2019053070.tif 000003
【図２】
2019053070.tif 000004
【図３】
2019053070.tif 000005
【図４】
2019053070.tif 000006
【図５】
2019053070.tif 000007
【図６】
2019053070.tif 000008
【図７】
2019053070.tif 000009
【図８】
2019053070.tif 000010
【図９】
2019053070.tif 000011
【図１０】
2019053070.tif 000012
【図１１】
2019053070.tif 000013
【図１２】
2019053070.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月19日(2018.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ偏光方向及び進行方向が異なる第１のレーザ光と第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を反射する反射部と、
前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を透過させ、他方を当該一方の進行方向と異なる方向に反射することにより、異なる方向に分離された前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光のそれぞれの入射位置を検出する一次元の第１の位置検出素子と、一次元の第２の位置検出素子と、
を備えることを特徴とする曲率測定装置。
【請求項２】
前記第１の位置検出素子により検出された前記第１のレーザ光の入射位置の変位量と、前記第２の位置検出素子により検出された前記第２のレーザ光の入射位置の変位量との差を算出し、その算出した差と前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光の個々の光路長との相関から前記測定対象物の曲率変化量を算出する算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の曲率測定装置。
【請求項３】
前記第１の位置検出素子及び前記第２の位置検出素子は、前記測定対象物により反射された前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光の２線分間の最短距離の変位を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の曲率測定装置。
【請求項４】
前記第１のレーザ光を前記第１の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に集光し、前記第２のレーザ光を前記第２の位置検出素子の素子列方向と垂直な方向に集光する集光レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の曲率測定装置。
【請求項５】
それぞれ偏光方向及び進行方向が異なる第１のレーザ光と第２のレーザ光が並行して測定対象物に進むように前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を反射部により反射する工程と、
前記測定対象物により鏡面反射された前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光のいずれか一方を透過させ、他方を当該一方の進行方向と異なる方向に反射する工程と、
前記第１のレーザ光の入射位置を一次元の第１の位置検出素子により検出する工程と、
前記第２のレーザ光の入射位置を一次元の第２の位置検出素子により検出する工程と、
を有することを特徴とする曲率測定方法。