(57)【要約】【課題】成膜装置またはエッチング装置などの基板処理装置内に置かれた基板の傾きの有無およびその程度を簡便で小型の設備で精度よく求めることができるようにする。【解決手段】光源３とカメラ４とからなる検出部が２基、第１検出部５が、基板処理装置のチャンバーの上壁部のビューポート２に配置され、第２検出部１２が、チャンバー内に位置することが可能とされて配置され、光源は表面が鏡面である基板７の鏡面を直接照明するものであり、カメラは基板の鏡面に映る光源の画像を撮像するものであり、画像処理部では、カメラで撮像された撮像画像と予め登録された基準画像とを対比し、撮像画像と基準画像とにおけるそれぞれの基準点の位置を比較して、基準点のズレに基づいて基板の傾きを検出する。検出部には光源とカメラとが一体化されており、基板の鏡面側の上方に配置されているものが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源とカメラとからなる検出部および画像処理部を有する基板検出装置が備えられた基板処理装置であって、
前記光源は、一方の表面が鏡面である基板の該鏡面を直接照明するものであり、
前記カメラは、基板の該鏡面に映る光源の画像を撮像するものであり、
前記画像処理部は、前記カメラで撮像された撮像画像と予め登録された基準画像とを対比し、撮像画像と基準画像とにおけるそれぞれの基準点の位置を比較して、基準点のズレに基づいて基板の傾きを検出するものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記検出部は、光源とカメラとが一体化されており、前記基板の鏡面側の上方に配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
２基の検出部が設けられ、第１検出部は、基板処理装置のチャンバーの上壁部のビューポートに配置され、第２検出部は、前記チャンバー内に位置することが可能とされていることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
基板処理装置が、成膜装置またはエッチング装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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、ＣＶＤ成膜装置、プラズマＣＶＤ成膜装置、ＭＯＣＶＤ成膜装置などの成膜装置やドライエッチング装置、プラズマエッチング装置などのエッチング装置等の基板に加工を施す基板処理装置に関し、この基板処理装置内に配置されるシリコン基板などの各種基板の傾きを簡単に検出できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
前記基板処理装置において成膜やエッチングを行う際に、基板が傾いていると、基板周辺での成膜用ガスやエッチング用ガスの流れが乱され、均一な成膜や均一なエッチングが行えないことがある。
このため、基板処理装置内に置かれた基板の傾きを検出する方法が提案されている。
【０００３】
特開２００７−５６４５号公報には、ＭＯＣＶＤ気相成長装置のウエハキャリア上に載置されたウエハの傾きを検出する装置が開示されている。
この装置は、ウエハに指向性を有するビーム光を照射する光源と、ウエハ表面で反射した光をレンズと反射手段とを介して投影させる位置検出手段を備え、前記位置検出手段に投影された光の焦点位置に基づいてウエハの傾きを求めるものである。
【０００４】
この検出装置では、ウエハの０．００１度の傾きを検出するには、ウエハと位置検出手段との間の距離が約１０ｍ必要であるとされ、この距離を短縮するため、反射光の光路中に上述のように凹レンズなどのレンズと反射板などからなる反射手段とを設けるようにしている。
このため、この先行発明の検出装置は、装置構成が複雑となり、設備コストが嵩む。
【０００５】
また、上述のような手段を採用して反射光の光路長を短縮しても、ウエハと位置検出手段との距離は、なお約２．５ｍにもなり、装置が大型化することにもなる。
【特許文献１】特開２００７−５６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明における課題は、基板処理装置内に置かれた基板の傾きの有無およびその程度を簡便で小型の設備で精度よく求めることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、光源とカメラとからなる検出部および画像処理部を有する基板検出装置が備えられた基板処理装置であって、
前記光源は、一方の表面が鏡面である基板の該鏡面を直接照明するものであり、
前記カメラは、基板の該鏡面に映る光源の画像を撮像するものであり、
前記画像処理部は、前記カメラで撮像された撮像画像と予め登録された基準画像とを対比し、撮像画像と基準画像とにおけるそれぞれの基準点の位置を比較して、基準点のズレに基づいて基板の傾きを検出するものであることを特徴とする基板処理装置である。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、前記検出部は、光源とカメラとが一体化されており、前記基板の鏡面側の上方に配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置である。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、２基の検出部が設けられ、第１検出部は、基板処理装置の上壁部のビューポートに配置され、第２の検出部は、前記チャンバー内に位置することが可能とされていることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、基板処理装置が、成膜装置またはエッチング装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板の鏡面に映る光源の画像中にある任意の基準点を定めておく。すなわち、基板が傾いておらず平坦である場合の画像を基準画像として、予め画像処理部のメモリに登録し、基準画像内の任意の点を基準点として設定しておく。基板が傾いた場合の撮像画像では、基準画像での基準点が移動する。
この移動が認められた場合に、基板が傾いたと判断し、その移動のベクトル量から傾きの方向とその度合を知ることができる。
【００１２】
また、検出部を構成する光源とカメラとを一体化できるので、小型化が可能であり、既設の基板処理装置に検出部を取り付けて、基板の傾きを検知することができる。したがって、基板処理装置全体が大型化することもなく、安価に基板検出装置を装着することができるようになる。
【００１３】
図１は、この傾き検出の原理を模式的に説明するためのもので、カメラで撮像された画像を描いている。図１中符号３１は基板の像であり、３２は基板の鏡面に映り込んだ光源の像であり、３３はサセプタの像である。
図１（ａ）は、基板３１が傾いておらずサセプタ３３上に平坦に置かれている場合の撮像画像で、基準画像となるものである。光源の画像３２は基板の画像３１の中心に位置している。
【００１４】
図１（ｂ）は、基板が傾いた場合の撮像画像であり、光源およびカメラの位置は図１（ａ）を撮像したときと変わっていない。光源の画像３２が基板の画像３１の中心から周辺部に移動している。この光源の画像３２の移動のベクトル量から基板の傾き方向および傾き度合を検出することができる。
また、図１（ｃ）に示すように、光源の画像３２自体がゆがんでいる場合には、基板自体に反りなどのゆがみが存在していると判断できる。
【００１５】
また、検出部を２基設け、第１検出部をチャンバ上壁部に形成したビューポートに、第２検出部をチャンバ内に、それぞれ配置することで、第２検出部により処理前および処理後の基板の傾きを知ることができ、第１検出部により処理中の基板の傾きを知ることができる。
【００１６】
さらに、画像処理部に、撮像画像中の基板の周辺部の明部とサセプタの暗部との境界を識別して基板の位置情報を求める機能を付加すれば、基板の表面面内での位置を検出することもできる。
また、サセプタが回転可能であれば、これを回転させながら撮像して、画像の回転とサセプタの回転が同期しているか否かを確認することができる機能を画像処理部に付与しておけば、基板あるいはサセプタの平面部材の傾きかあるいはサセプタ回転軸のゆがみかを判別できる。
【００１７】
さらに、基板のゆがみを検出する機能を画像処理部に付与しておけば、基板自体の反り、ゆがみの有無を検出することも可能である。
以上のように、極めて簡単で小型の装置構成により基板の傾きを精度高く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２は、本発明の基板処理装置の一例を示すもので、ここではＭＯＣＶＤ法による気相成長成膜装置の例を示している。
図２において、符号１は前記成膜装置のチャンバーを構成する上部壁を示し、この上部壁１が上方に持ち上げられてチャンバーが開放された状態を示している。
【００１９】
この上部壁１には、ビューポート２が設けられている。このビューポート２は、上部壁１に貫通孔を形成し、この貫通孔に円筒状の筒部２１を取り付け、この筒部２１の先端に中空で円環状のフランジ部２２を固定して構成されたものである。フランジ部２２には、冷却媒体入口２３と冷却媒体出口２４とが設けられており、冷却媒体入口２３から冷却水などの冷却媒体をフランジ部２２内部に送り込み、フランジ部２２を冷却し、これによりフランジ部２２に取り付けられる第１検出部５が過熱されないようになっている。
【００２０】
また、前記筒部２１には、パージガス入口２５が取り付けられ、このパージガス入口２５からアルゴン、窒素などのパージガスがビューポート２内に送られるようになっており、成膜処理中に気相反応により生成した微粒子状の生成物がビューポート２内に付着しないように構成されている。
【００２１】
ビューポート２のフランジ部２２の上部には、リング状光源部３が取り付けられている。このリング状光源部３は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を同一円周上に列状に並べて構成されたもので、これら発光ダイオードがなす外周径が筒部２１の内周径よりも小さくされており、複数の発光ダイオード全体をビューポート２の下方から覗けるようになっている。
【００２２】
このリング状光源部３の中心部は空間となっており、この空間にＣＣＤカメラ４が取り付けられている。このＣＣＤカメラ４は、レンズ４１と本体４２とから構成され、レンズ４１にて撮像した画像を本体４２内のＣＣＤ素子にて電気信号とするものである。
このＣＣＤカメラ４のレンズ４１は、その中心軸がリング状光源部３がなす円周の中心と一致するように、その取り付け位置が定められている。また、レンズ４１の視野は、撮像対象となる１枚の基板全体が映るように定められている。
【００２３】
ＣＣＤカメラ４からの電気信号は、別途設けられた図示しない画像処理部に送られ、ここで後述する画像処理操作を受けて、基板の傾きが検出されるようになっている。
なお、前記上壁部１の頂部には、成膜用の原料ガスの入口部２５が設けられている。
前記ビューポート２に取り付けられたリング状光源部３とＣＣＤカメラ４とで第１検出部５が構成される。
【００２４】
図２中、符号６は、前記成膜装置のサセプタを示す。このサセプタ６上には複数枚の基板７、７・・が円周状に並べて載置されており、個々の基板７が自転するとともにサセプタ６の回転によって公転するようになっている。
サセプタ６の外方には、リング状の円周部材８が設けられ、この円周部材８＋の外周部の１箇所には、平板状の基９が取り付けられている。
【００２５】
この基台９には、円柱状の支持柱１０が立設されており、この支持柱１０は、基台９に対して回動可能となっている。さらに、この支持柱１０には、横方向に延びる棒状の支持アーム１１が取り付けられており、この支持アーム１１の先端には第２検出部１２が取り付けられている。
第２検出部１２は、前記第１検出部５と同様のもので、リング状光源部１３とＣＣＤカメラ１４とから構成されている。
【００２６】
そして、この第２検出部１２は、支持柱１０の回動により、サセプタ６上のある１枚の基板７の直上の動作位置に移動し、ここに一時的に停止するととも、チャンバの外側の退避位置にまで退避できるようになっている。
第２検出部１２のＣＣＤカメラ１４からの電気信号は、前記画像処理部に送られるようになっている。
【００２７】
次に、この成膜装置における基板の傾きの検出方法について説明する。
まず、成膜装置のチャンバを開状態とし、サファイア基板などの少なくとも一方の表面が鏡面である基板７、７・・を複数枚その鏡面がおもてになるようにサセプタ６上に載置する。
【００２８】
つづいて、支持柱１０を回動させて第２検出部１２をサセプタ６上のある１枚の基板７の直上に停止させて基板７の傾きを検出する。傾きが検出されれば、対策を講じて傾きがない状態とする。この操作を、サセプタ６を回転させてサセプタ６上に載置されたすべての基板７、７・・に対して実施する。
第２検出部１２によれば、成膜以前の状態での基板の傾きの有無を知ることができ、基板が不適切な状態で成膜工程に移ることが防止される。
【００２９】
ついで、第２検出部１２をチャンバーの外側の退避位置に退避させ、成膜装置のチャンバーを閉状態として、チャンバー内に成膜用の原料ガスを前記入口部２５からチャンバー内部に導入して成膜操作を実施する。
この成膜操作中において、チャンバーの上壁部のビューポート２に設けられた第１検出部６によって成膜中の基板７、７・・の傾きを検出する。
成膜操作中に基板７の傾きが検出されれば、その基板は不良品である可能性が高いので、記録しておき、成膜操作終了後にその基板７を取り除く。
【００３０】
第１検出部５によれば、これを成膜中のモニターとして使用でき、成膜途中での基板の傾きを検出することができる。成膜途中ではチャンバー内は高温となるがビューポート２を利用して第１検出部５を取り付けているので、第１検出部５が熱により劣化することがない。
【００３１】
次に、本発明での基板の傾きの検出動作について説明する。
第１検出部５と第２検出部１２とでの検出操作は同様であるので、ここでは第１検出部５での操作について述べる。
第１検出部５が検出対象の基板７の直上に位置した時に、そのリング状光源部３からの光を基板７に直接照明する。これにより、リング状光源３からの光はビューポート２を通過して基板７に至り、基板７の鏡面にはリング状光源部３の像が映る。
【００３２】
この光源３の像をＣＣＤカメラ４で撮像して画像信号とし、この画像信号を前記画像処理部に送り画像処理する。
この画像処理は、例えば以下のようにして行われる。
初めに基板７が傾いていない正しい状態にある場合のリング状光源部３の像を撮像して基準画像とする。
【００３３】
この基準画像に映ったリング状光源部３の像が構成する仮想の内周円あるいは外周円を想定し、この仮想円の中心の二次元座標［Ｘ、Ｙ］を求めて、これを基準値として画像処理部のメモリーに保存する。
ついで、他の基板７について、同様にリング状光源部３の像を撮像して仮想円の中心の二次元座標を求める。そして、この座標と前記基準値の座標とを比較する。
【００３４】
例えば、基準値の座標を［０、０］としたとき、他の基板７についての座標が［０．０５、０］であった場合には、この基板は傾いていると判断し、基準座標の［０、０］からの移動量（ベクトル量）を求めてこの移動量から傾いている方向およびその程度を知ることができる。
【００３５】
リング状光源３以外の光源を用いた場合、例えば１灯の発光ダイオードからなる光源を用いた場合には、基板７の鏡面に映る光源の像の輝度が最も高い位置を画像処理して求め、この位置の二次元座標を基準点として用いるようにしてもよい。
【００３６】
本発明の基板処理装置では、基板の傾き以外にも、基板の表面面内での位置（水平位置）を求めることの可能である。
リング状光源３からの光が基板７に直接照明されると、基板７の鏡面にはリング状光源３の像が映ると同時に基板７の周縁部は照明されて輝度が高く、その外側のサセプタ６はこれに比べて輝度が低くなり、この状態もＣＣＤカメラ４にて同時に撮像される。
【００３７】
画像処理部では、この２つの部位の境界面での輝度の差により、基板７の周縁部の位置を検出する。基板７がサセプタ６上の正規な位置に置かれたときの位置を基準位置としてメモリに記録する。他の基板７について同様の操作、処理を行い、基板７の周縁部の位置を検出し、これと前記基準位置を比較して、基板７の位置ずれを検知する。
【００３８】
このように画像処理部に基板の周縁部の位置を検出する機能を持たせておけば、基板の傾き以外の基板面内の位置をも知ることができる。
また、サセプタ６が回転可能であれば、これを回転させながら撮像して、画像の回転とサセプタ６の回転が同期しているか否かを確認することができる機能を画像処理部に付与しておけば、基板７あるいはサセプタ６の平面部材の傾きかあるいはサセプタ回転軸のゆがみかを判別できる。
さらに、基板のゆがみを検出する機能を画像処理部に付与しておけば、基板自体の反り、ゆがみの有無を検出することも可能である。
【００３９】
以下、具体例を示す。
（実施例）
図２に示すように、第１検出部および第２検出部を取り付けたＭＯＣＶＤ成膜装置を用いた。この成膜装置は、２インチのサファイア基板を１０枚載置するものである。
１０枚の基板を全て載置した後、順次基板を第２検出部の真下を通過させ、基板１枚ごとにリング状光源からの光を直接照明し、サファイア基板に映った像を撮像して画像処理による解析により載置状態の判定をした。
【００４０】
１０枚の基板とも映りこみ像の位置のずれは０．５ｍｍ以内、基板外縁の位置のずれは１ｍｍ以内に入っており、問題なしと判定した。
そこで、このうち１枚の基板下に、０．５ｍｍ程度の厚みの基板のカケラを、載置部周辺側に入れ基板を傾けた。このとき、リング状光源の像は画面内を平行に移動し、その移動距離より、傾きの程度が０．５ｍｍ程度と確認できた。
【００４１】
この状態で基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）の成膜を行い、ＧａＮ膜表面に厚みに応じてあらわれる光の縞模様（フリンジ）を観察した。これより傾いた基板に成膜したものは、膜厚分布が基板中心からの同心円状分布にならず、片側が厚く、反対側が薄い結果となった。他の基板は、同心円状の分布となり、分布も少なかった。
これは、傾いた基板上での原料ガスの流れに分布が生じているか、熱的な温度分布が生じているためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における検出原理を模式的に示す図面である。
【図２】本発明の基板処理装置の要部を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
３（１３）・・リング状光源、４（１４）・・ＣＣＤカメラ、５・・第１検出部、７・・基板、１２・・第２検出部
【図１】
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【図２】
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